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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens wie beispielsweise eines Personenkraftwagens.
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Die
WO 2009/150046 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebsstrangs, umfassend einen Verbrennungsmotor, mindestens zwei Elektromaschinen, ein Mehrganggetriebe mit einer Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle, eine Schaltbetätigung, mindestens einen elektrischen Energiespeicher sowie eine Steuerung, Leistungselektronik und Sensorik. Dabei sind der Verbrennungsmotor und der Rotor der ersten Elektromaschine fest oder über ein Zahnradgetriebe oder einen Ketten- oder Zahnriementrieb gemeinsam oder einzeln mit der Getriebeeingangswelle des Mehrganggetriebes verbunden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mittels welchem auf besonders einfache Weise ein besonders komfortabler Betrieb eines Hybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs umfasst der Hybridantriebsstrang eine Verbrennungskraftmaschine und ein erstes schaltbares Getriebe, über welches Räder des Hybridantriebsstrangs und somit des Kraftfahrzeugs von der Verbrennungskraftmaschine antreibbar sind. Das erste schaltbare Getriebe wird auch als Hauptgetriebe bezeichnet und ist vorzugsweise ein Automatikgetriebe, welches beispielsweise als Stufenautomatikgetriebe oder Doppelkupplungsgetriebe ausgebildet sein kann.
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Der Hybridantriebsstrang umfasst ferner wenigstens oder vorzugsweise genau eine elektrische Maschine sowie eine zweites schaltbares Getriebe, über welches wenigstens ein Rad, insbesondere mehrere Räder, des Hybridantriebsstrangs und somit des Kraftfahrzeugs von der elektrischen Maschine antreibbar ist beziehungsweise sind. Hierzu ist beispielsweise die elektrische Maschine in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betreibbar, mittels welchem das wenigstens eine Rad über das zweite schaltbare Getriebe antreibbar ist. Das zweite Getriebe wird beispielsweise auch als Nebengetriebe bezeichnet.
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Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es nun vorgesehen, dass bei einer Schaltung des zweiten Getriebes eine Schaltung des ersten Getriebes durchgeführt wird, wobei die Schaltung des ersten Getriebes als eine Verspannungsschaltung durchgeführt wird, mittels welcher ein zunächst durch die elektrische Maschine bewirktes und aufgrund der Schaltung des zweiten Getriebes wegfallendes Bremsmoment zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, kompensiert wird.
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Unter dem jeweiligen schaltbaren Getriebe ist insbesondere zu verstehen, dass das jeweilige Getriebe wenigstens zwei Gänge beziehungsweise Schaltstufen aufweist, die sich insbesondere in ihren jeweiligen Übersetzungen voneinander unterscheiden. Im Rahmen einer Schaltung wird einer der Gänge beziehungsweise Schaltstufen ausgelegt beziehungsweise deaktiviert, und eine anderer der Gänge beziehungsweise Schaltstufen wird aktiviert beziehungsweise eingelegt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann ein besonders komfortabler Betrieb des Hybridantriebsstrangs realisiert werden, da das fehlende beziehungsweise wegfallende, auch als Rekuperationsmoment bezeichnete Bremsmoment der elektrischen Maschine während der jeweiligen Schaltung zumindest zum Teil durch Verspannung beziehungsweise Verluste des ersten Getriebes und somit eines der Verbrennungskraftmaschine zugeordneten Teiltriebstrangs des Hybridantriebsstrangs kompensiert werden kann.
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Insbesondere ist es denkbar, dass die elektrische Maschine in einem Generatorbetrieb und somit als Generator betreibbar ist, welcher beispielsweise über das wenigstens eine und das Nebengetriebe Rad antreibbar ist. Dadurch kann mittels des Generators kinetische Energie des sich bewegenden Kraftfahrzeugs in elektrische Energie umgewandelt werden, die von dem Generator bereitgestellt wird. Diese Umwandlung und Bereitstellung von elektrischer Energie wird auch als Rekuperation bezeichnet.
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Der Erfindung liegt insbesondere folgende Erkenntnis zugrunde: Fällt das zunächst von der elektrischen Maschine, beispielsweise in dem Generatorbetrieb, bewirkte beziehungsweise bereitgestellte Drehmoment, insbesondere bei den Schaltungen der Getriebe, weg, so kann dies üblicherweise von sich im Innenraum des Kraftfahrzeugs aufhaltenden Insassen gespürt beziehungsweise wahrgenommen werden, wodurch der Fahrkomfort beeinträchtigt werden kann. Da es nun jedoch erfindungsgemäß vorgesehen ist, die Schaltung des ersten Getriebes zu verspannen beziehungsweise zu verschleifen und somit als eine Verspannungsschaltung durchzuführen, nehmen die sich im Innenraum des Kraftfahrzeugs aufhaltenden Insassen das Wegfallen des zunächst bereitgestellten Bremsmoments nicht oder nur sehr geringfügig wahr, sodass Komfortbeeinträchtigungen vermieden werden können.
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Ferner liegt der Erfindung beispielsweise folgende Erkenntnis zugrunde, dass bei Hybridantriebssträngen, insbesondere bei P3- und P4-Hybriden, für eine Achse, deren Räder mittels der elektrischen Maschine antreibbar sind, schaltbare Getriebe wie beispielsweise das zweite Getriebe verwendet werden. Ein solches Getriebe kann üblicherweise nur lastfrei geschaltet werden. Hierzu muss die beispielsweise zunächst als Elektromotor oder Generator betriebene elektrische Maschine ohne Moment, das heißt momentenfrei betrieben beziehungsweise gefahren werden, sodass es zur Reduzierung eines Schleppmoments kommt im Vergleich zu einem momentenbehafteten Betrieb der elektrischen Maschine, das heißt im Vergleich zu einer Betriebsphase, in welcher die elektrische Maschine mit einem Drehmoment gefahren wird und somit ein Drehmoment bereitstellt oder aufnimmt. Diese Reduzierung des Schleppmoments kann beim Bremsen, insbesondere mit Rekuperation, oder im Schub des Hybridantriebsstrangs von sich im Innenraum des Kraftfahrzeugs aufhaltenden Insassen, insbesondere von dem Fahrer des Kraftfahrzeugs, bemerkt beziehungsweise wahrgenommen werden, falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen sind.
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Das erfindungsgemäße Verfahren stellt nun eine entsprechende Gegenmaßnahme dar, mittels welcher der Wegfall des Bremsmoments beziehungsweise die Reduzierung des Schleppmoments kompensiert werden kann. Dadurch kann bei Schaltungen der Getriebe eine für sich im Innenraum des Kraftfahrzeugs aufhaltende Insassen zumindest im Wesentlichen gleichmäßige Verzögerung realisiert werden, sodass Komforteinbußen vermieden werden können.
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Das Verfahren ist besonders vorteilhaft, wenn die Schaltung des ersten Getriebes und/oder des zweiten Getriebes als eine Schubhochschaltung, das heißt als eine Hochschaltung im Schubbetrieb, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine, durchgeführt wird. Insbesondere bei solchen Schubhochschaltungen kann es herkömmlicherweise zu spürbaren Verzögerungsänderungen und somit zu Komfortbeeinträchtigungen kommen, was nun jedoch durch das Verfahren vermieden werden kann.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. eine schematische Darstellung eines Hybridantriebsstrangs, welcher zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.
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Die einzige Fig. zeigt in einer schematischen Darstellung einen im Ganzen mit 10 bezeichneten Hybridantriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, welches als Hybridfahrzeug und dabei insbesondere als P3-Hybrid oder P4-Hybrid ausgebildet ist. Im Folgenden wird anhand der Fig. ein Verfahren zum Betreiben des Hybridantriebsstrangs 10 des Kraftfahrzeugs erläutert. In der Fig. ist der Hybridantriebsstrangs 10 als P3-Hybrid veranschaulicht. Der Hybridantriebsstrang 10 umfasst dabei eine beispielsweise als Hubkolbenmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine 12, welche eine beispielsweise als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle 14 aufweist. Über die Abtriebswelle 14 kann die Verbrennungskraftmaschine 12 Drehmomente bereitstellen, mittels welchen Räder 16 einer Achse 18 des Hybridantriebsstrangs 10 und somit des Kraftfahrzeugs antreibbar sind. Bei dem in der Fig. veranschaulichen Ausführungsbeispiel ist die Achse 18 eine Hinterachse des Hybridantriebsstrangs 10 und somit des Kraftfahrzeugs. Der Hybridantriebsstrang 10 beziehungsweise das Kraftfahrzeug weist ferner eine in Fahrzeuglängsrichtung von der Achse 18 beabstandete und dabei in Vorwärtsfahrtrichtung vor der Achse angeordnete Achse 20 auf, welche als Vorderachse ausgebildet ist und ebenfalls Räder 22 aufweist.
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Der Hybridantriebsstrang 10 umfasst ferner ein erstes schaltbares Getriebe 24, welches auch als Hauptgetriebe bezeichnet wird. Das Hauptgetriebe ist beispielsweise als Automatikgetriebe und dabei beispielsweise als Stufenautomat oder Doppelkupplungsgetriebe ausgebildet und weist somit wenigstens zwei schaltbare beziehungsweise einlegbare Gänge, Gangstufen beziehungsweise Fahrstufen auf, welche sich beispielsweise in ihren jeweiligen Übersetzungen voneinander unterscheiden. Das Getriebe 24 weist dabei eine Getriebeeingangswelle 26 auf, welche, insbesondere über ein Anfahrelement 28 des Hybridantriebsstrangs 10, von der Abtriebswelle 14 und somit von der Verbrennungskraftmaschine 12 antreibbar ist. Mit anderen Worten umfasst der Hybridantriebsstrang 10 das Anfahrelement 28, welches beispielsweise als Trennkupplung, insbesondere als Reibkupplung, oder als hydrodynamischer Drehmomentwandler ausgebildet ist. Somit können über das Anfahrelement 28 die von der Verbrennungskraftmaschine 12 über die Abtriebswelle 14 bereitgestellten Drehmomente auf die Getriebeeingangswelle 26 übertragen und somit in das Getriebe 24 eingeleitet werden. Das Getriebe 24 weist dabei eine Getriebeausgangswelle 30 auf, über welches das Getriebe 24 Drehmomente zum Antreiben der Räder 16 bereitstellen kann. Somit sind die Räder 16 über das Getriebe 24 von der Verbrennungskraftmaschine 12 antreibbar.
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Insbesondere ist es denkbar, dass das Anfahrelement 28 wenigstens zwei Kupplungen, insbesondere Trenn- beziehungsweise Reibkupplungen, umfasst, insbesondere dann, wenn das Getriebe 24 als Doppelkupplungsgetriebe ausgebildet ist. Dabei weist das Doppelkupplungsgetriebe zwei Kupplungen auf, welche Bestandteil des Anfahrelements 28 sind.
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Der Hybridantriebsstrang 10 umfasst ferner genau eine elektrische Maschine 32, mittels welcher wenigstens ein Rad des Hybridantriebsstrangs 10 antreibbar ist. Da in der Fig. der Hybridantriebsstrang 10 als P3-Hybrid veranschaulicht ist, sind von der elektrischen Maschine 32 die Räder 16 der Achse 18 antreibbar, sodass die elektrische Maschine 32 und die Verbrennungskraftmaschine 12 auf dieselben Räder derselben Achse 18 wirken. Dabei ist es insbesondere denkbar, dass die elektrische Maschine 32, insbesondere ihr Rotor, die Getriebeausgangswelle 30 antreiben kann beziehungsweise von der Getriebeausgangswelle 30 antreibbar ist.
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Die elektrische Maschine 32 ist dabei insbesondere in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betreibbar, mittels welchem die Räder 16 antreibbar sind. Hierzu stellt die elektrische Maschine 32, insbesondere über ihren Rotor, Drehmomente bereit, mittels welchen die Räder 16 angetrieben werden können. Ferner ist es denkbar, dass die elektrische Maschine 32 in einem Generatorbetrieb und somit als Generator betreibbar ist. In dem Generatorbetrieb wird die elektrische Maschine 32, insbesondere der Rotor, von den Rädern 16 und somit von kinetischer Energie des sich bewegenden Kraftfahrzeugs angetrieben. Die elektrische Maschine 32 nimmt somit Drehmomente auf. Dadurch wird zumindest ein Teil der kinetischen Energie mittels des Generators in elektrische Energie umgewandelt, die von dem Generator bereitgestellt wird. Diese Bereitstellung von elektrischer Energie wird auch als Rekuperation bezeichnet.
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Der elektrische Maschine 32 ist ein beispielsweise als Batterie, insbesondere als Hochvolt-Batterie (HV-Batterie), ausgebildeter Energiespeicher 34 zugeordnet, mittels welchem elektrische Energie beziehungsweise elektrischer Strom gespeichert werden kann. Dabei ist die elektrische Maschine 32 in ihrem Motorbetrieb mit in dem Energiespeicher 34 gespeicherter elektrischer Energie versorgbar. In dem Generatorbetrieb kann die von dem Generator bereitgestellte elektrische Energie beispielsweise in den Energiespeicher 34 eingespeichert werden.
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Der Hybridantriebsstrang 10 umfasst ferner ein zweites schaltbares Getriebe 36, welches auch als Nebengetriebe bezeichnet wird. Das Nebengetriebe ist der elektrischen Maschine 32 zugeordnet und wird daher auch als E-Motor-Getriebe bezeichnet. Aus der Fig. ist erkennbar, dass die Räder 16 über das zweite Getriebe 36 von der elektrischen Maschine 32 antreibbar sind. Dabei weist auch das Getriebe 36 wenigstens zwei Gänge beziehungsweise Gang- oder beziehungsweise Fahrstufen auf, welche sich insbesondere in ihren jeweiligen Übersetzungen voneinander unterscheiden. Da das jeweilige Getriebe 24 beziehungsweise 36 ein schaltbares Getriebe ist, können jeweilige Schaltungen des jeweiligen Getriebes 24 beziehungsweise 36 durchgeführt werden. Im Rahmen einer solchen, insbesondere automatischen, Schaltung wird einer der Gänge, welcher zunächst aktiviert beziehungsweise eingelegt ist, insbesondere automatisch, deaktiviert beziehungsweise ausgelegt, und eine anderer der Gänge, der zunächst ausgelegt beziehungsweise deaktiviert ist, wird, insbesondere automatisch, eingelegt beziehungsweise aktiviert.
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Dabei ist es denkbar, dass das Getriebe 36 nur lastfrei geschaltet werden kann, sodass zur Durchführung einer Schaltung des Getriebes 36 die elektrische Maschine 32 momentenfrei, das heißt ohne Drehmoment gefahren beziehungsweise betrieben werden kann. Hierunter ist beispielsweise insbesondere zu verstehen, dass die elektrische Maschine 32 weder Drehmomente bereitstellt noch Drehmomente aufnimmt, das heißt dass die elektrische Maschine 32 beispielsweise weder die Räder 16 antreibt noch von den Rädern 16 angetrieben wird.
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Die vorigen und folgenden Ausführungen zu dem Hybridantriebsstrang 10, welche gemäß der Fig. als P3-Hybrid ausgebildet ist, können ohne weiteres auch auf andere Hybridantriebsstränge und insbesondere auf einen P4-Hybriden übertragen werden. Bei einem solchen P4-Hybriden wirkt die elektrische Maschine 32 beispielsweise nicht auf die Achse 18, sondern auf die Achse 20 und deren Räder 22, sodass dann beispielsweise die Räder 22 über das Getriebe 36 von der elektrischen Maschine 32, und die Räder 16 über das Getriebe 24 von der Verbrennungskraftmaschine 12 antreibbar sind.
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Um nun auf besonders einfache Weise einen besonders hohen Fahrkomfort realisieren zu können, ist es im Rahmen des vorgenannten Verfahrens vorgesehen, dass bei einer Schaltung des zweiten Getriebes 36 eine Schaltung des ersten Getriebes 34 durchgeführt wird, wobei die Schaltung des ersten Getriebes 34 als eine Verspannungsschaltung durchgeführt wird, mittels welcher ein zunächst durch die elektrische Maschine 32, insbesondere in ihrem Generatorbetrieb, bewirktes und beispielsweise auf die Räder 16 wirkendes und aufgrund der Schaltung des zweiten Getriebes 36 wegfallendes Bremsmoment, welches auch als Rekuperationsmoment bezeichnet wird, zumindest teilweise kompensiert wird.
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Die jeweilige Schaltung wird beispielsweise automatisch beziehungsweise mittels eines jeweiligen Aktors durchgeführt, welcher beispielsweise von einer elektronischen Recheneinrichtung, welche auch als Steuergerät bezeichnet wird, angesteuert wird. Kommt nun beispielsweise von dem Nebengetriebe beziehungsweise von dem Steuergerät die Information, dass das Nebengetriebe geschaltet wird, so kann das Hauptgetriebe ebenfalls eine Schaltung ausführen beziehungsweise so wird ebenfalls eine Schaltung des Hauptgetriebes ausgeführt. Mithilfe einer Verspannung beziehungsweise Verschleifung der Schaltung des Hauptgetriebes kann nun das fehlende beziehungsweise wegfallende Bremsmoment zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, abgepuffert, das heißt kompensiert werden. Die Verspannungsschaltung, das heißt die Verspannung der Schaltung des Hauptgetriebes wird insbesondere mittels wenigstens zweier Kupplungselemente des Getriebes 24, insbesondere des Anfahrelements 28, durchgeführt beziehungsweise bewirkt. Ferner umfasst beispielsweise das Durchführen der Schaltung des ersten Getriebes 24, dass eine gleichzeitige Erhöhung eines als Verspannmoment wirkenden Drehmoments an der Getriebeeingangswelle 26 und an der Getriebeausgangswelle 30, insbesondere mittels der Verbrennungskraftmaschine 12, bewirkt wird. Durch diese Verspannung beziehungsweise durch dieses Verschleifen der Schaltung des Hauptgetriebes wird eine hohe Energiemenge in das Anfahrelement 28 eingetragen.
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Durch dieses Eintragen der hohen Energiemenge in das Anfahrelement 28, insbesondere in die Kupplungen des Doppelkupplungsgetriebes, und durch das Verschleifen der Schaltung des Hauptgetriebes kommt es zu einem Energieverlust, der das fehlende beziehungsweise wegfallende Bremsmoment der elektrischen Maschine 32, vorzugsweise exakt, ausgleicht. Dieser Vorgang selbst ist nur in einer Drehzahlüberführungsphase der Schaltung möglich. Die Höhe und Dauer des genannten Verspannmoments der Schaltung des Hauptgetriebes kann dabei in Abhängigkeit von einer Schaltart der Schaltung des Nebengetriebes gestaltet werden. Eine Angleichung beziehungsweise Abstimmung der beiden, auch als Getriebesteuergeräte gezeichneten Steuergeräte der Getriebe 24 und 32, insbesondere über wenigstens eine Schnittstelle, ist daher sinnvoll.
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Mittels des Verfahrens kann im Vergleich zum Stand der Technik beziehungsweise im Vergleich zu herkömmlichen Hybridantriebssträngen auf den Einsatz mehrerer elektrischer Maschinen zum Antreiben des Kraftfahrzeugs verzichtet werden, sodass die elektrische Maschine 32 vorzugsweise als einzige elektrische Maschine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Darüber hinaus kann eine einfache Steuerung beziehungsweise Regelung von Schaltvorgängen realisiert werden, um eine gleichbleibende Verzögerungs- beziehungsweise Bremswirkung bei Schaltungen in dem Hybridantriebsstrang 10 zu gewährleisten. In der Folge können die Teileanzahl, das Gewicht, der Bauraumbedarf und die Kosten des Hybridantriebsstrangs 10 besonders gering gehalten werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Hybridantriebsstrang
- 12
- Verbrennungskraftmaschine
- 14
- Abtriebswelle
- 16
- Rad
- 18
- Achse
- 20
- Achse
- 22
- Rad
- 24
- erstes Getriebe
- 26
- Getriebeeingangswelle
- 28
- Anfahrelement
- 30
- Getriebeausgangswelle
- 32
- elektrische Maschine
- 34
- Energiespeicher
- 36
- zweites Getriebe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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