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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs, sowie eine elektronische Steuereinheit zur Steuerung eines derartigen Verfahrens.
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Die Patentanmeldung
DE 10 2009 046 367 A1 beschreibt ein Verfahren zum Ansteuern eines Anfahrvorgangs bei einem Fahrzeug mit Hybridantrieb und einem hydraulisch angesteuerten Getriebe. Hierbei wird beim Anfahren überprüft, ob sich das Fahrzeug beim Anfahren in die zuvor gewählte Fahrtrichtung bewegt. Bewegt sich das Fahrzeug in die entgegengesetzte Fahrtrichtung, beispielsweise rückwärts bei einem Anfahrvorgang am Hang, so wird mit einer elektrischen Maschine Drehmoment aufgebaut und zumindest ein Getriebeschaltelement in Schlupf gebracht. Dadurch soll verhindert werden, dass sich eine Pumpe des Getriebes entgegen ihrer Vorzugsdrehrichtung dreht, und dabei Druckmittel aus dem Hydrauliksystem des Getriebes zurück in den Ölsumpf fördert.
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Zur Druckversorgung der Getriebehydraulik werden häufig Flügelzellenpumpen verwendet, die über den Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs angetrieben werden. Die
WO 2010/142042 A1 beschreibt einen Antrieb für eine solche Flügelzellenpumpe, die zusätzlich zum Verbrennungsmotor durch eine elektrische Maschine angetrieben werden kann. Verbrennungsmotor, elektrische Maschine und Flügelzellenpumpe sind über einen Planetenradsatz miteinander verbunden.
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Es ist wesentlich für die Funktion von Flügelzellenpumpen, dass deren Flügel am Kurvenring anliegen. Im Stand der Technik sind hierzu viele Lösungen bekannt. Beispielsweise lehrt die
DE 10 2006 016 466 A1 die Ausbildung des Kurvenrings als Permanentmagnet, um die Flügel magnetisch am Kurvenring zu halten. Die
DE 10 2014 226 151 A1 beschreibt eine Zwangsführung für die Flügel. Derartige Zusatzmaßnahmen erhöhen jedoch den Aufwand, bzw. die Herstellungskosten der Flügelzellenpumpe.
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Aus der
DE 10 2005 043 977 A1 ist außerdem bekannt, die Flügel der Flügelzellenpumpe durch hydraulischen Druck radial nach außen in Richtung des Kurvenrings zu drücken, um ein Abheben der Flügel vom Kurvenring zu vermeiden, bzw. eingefallene Flügel an den Kurvenring zu pressen. Besonders bei kaltem Hydraulikfluid ist hierfür ein hoher Druck erforderlich, um die Flügel sicher an den Kurvenring anzulegen. Dies erhöht den Energieaufwand zum Betrieb der Flügelzellenpumpe.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Betriebsverfahren anzugeben, mittels dem die zuvor genannten Maßnahmen entfallen können, oder zumindest in verringertem Ausmaß erforderlich sind.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 5. Eine weitere Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 8 dargelegt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie aus den Figuren.
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Sämtlichen Lösungen liegt die Erkenntnis zugrunde, dass besonders eine Drehrichtungsumkehr der Flügelzellenpumpe zum Abheben der Flügel vom Kurvenring führt. Die Lösungen beruhen nun auf Betriebsverfahren, welche eine solche Drehrichtungsumkehr in verschiedenen Betriebssituationen eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs verhindern, oder zumindest rasch wieder beheben können.
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Die erste Lösung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs mit einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe mit einer als Flügelzellenpumpe ausgebildeten Ölpumpe. Das Getriebe umfasst eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle, sowie einen Mechanismus zur Bereitstellung unterschiedlicher Übersetzungen zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle. Die Abtriebswelle wirkt zum Antrieb auf Antriebsräder des Kraftfahrzeugs. Die Ölpumpe steht mit der Antriebswelle in Wirkverbindung, sodass die Ölpumpe durch die Antriebswelle mechanisch antreibbar ist. Der Verbrennungsmotor ist mit der Antriebswelle entweder ständig oder schaltbar verbunden. Unter einer ständigen Verbindung ist neben einer drehfesten oder drehelastischen Verbindung auch eine mittelbare Verbindung zu verstehen. Beispielsweise kann zwischen Verbrennungsmotor und Antriebswelle ein hydrodynamischer Drehmomentwandler angeordnet sein, sodass der Verbrennungsmotor über den Drehmomentwandler mit der Antriebswelle ständig verbunden ist. Unter einer schaltbaren Verbindung ist ein Aufbau zu verstehen, bei dem eine schaltbare Kupplung zwischen Verbrennungsmotor und Antriebswelle vorgesehen ist. Mittels der Kupplung kann ein Kraftfluss zwischen Verbrennungsmotor und Antriebswelle hergestellt, bzw. unterbrochen werden.
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Ferner ist zumindest eine elektrische Maschine vorgesehen, welche zum Antrieb der Ölpumpe eingerichtet ist. Die elektrische Maschine kann dazu direkt auf die Antriebswelle wirken. Alternativ dazu kann die elektrische Maschine entkoppelt von der Antriebswelle auf die Ölpumpe wirken. Die Entkopplung kann beispielsweise durch einen Freilauf ermöglicht werden.
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Erfindungsgemäß ist in der ersten Lösung vorgesehen, dass die Ölpumpe beim Abstellvorgang des Verbrennungsmotors durch die zumindest eine elektrische Maschine angetrieben wird. Denn beim Abstellvorgang des Verbrennungsmotors kann sich die Drehrichtung der Kurbelwelle für kurze Zeit umkehren. Dieser Vorgang wird auch als Rückprellen bezeichnet. In anderen Worten sinkt die Drehzahl der Kurbelwelle nach Deaktivieren der Treibstoffzufuhr nicht zuverlässig auf Null ab, sondern kann abhängig von der Kurbelwellenstellung kurzfristig negative Werte annehmen, also ihre Drehrichtung für kurze Zeit ändern. Ist der Verbrennungsmotor zu dieser Zeit mit der Ölpumpe verbunden, so kann dies zur Drehrichtungsumkehr der Ölpumpe führen. Durch gezieltes Ansteuern der elektrischen Maschine kann genau dies verhindert werden, sodass auch während dem Abstellvorgang des Verbrennungsmotors die Ölpumpe angetrieben wird.
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Vorzugsweise ist im Kraftfluss zwischen dem Verbrennungsmotor und der Antriebswelle eine Trennkupplung vorgesehen. Mittels der Trennkupplung kann eine schaltbare drehmomentübertragende Verbindung zwischen dem Verbrennungsmotor und der Antriebswelle hergestellt werden. Ist die Trennkupplung geschlossen, so sind Verbrennungsmotor und Antriebswelle drehmomentübertragend verbunden. Diese Verbindung muss nicht drehfest sein; beispielsweise kann zwischen der Trennkupplung und der Antriebswelle ein hydrodynamischer Drehmomentwandler angeordnet sein. Die Trennkupplung ist als Reibkupplung mit variabler Drehmomentübertragungsrate ausgebildet, beispielsweise als trockene Einscheibenkupplung oder als nasslaufende Lamellenkupplung. Die Trennkupplung wird beim Abstellen des Verbrennungsmotors entweder geöffnet oder in einen Schlupfzustand versetzt. Dadurch kann die während dem Abstellvorgang des Verbrennungsmotors erforderliche Antriebsleistung der Ölpumpe reduziert werden. Da Reibkupplungen auch im geöffneten Zustand ein Schleppmoment aufweisen, sollte auf das Antreiben der Ölpumpe während dem Abstellvorgang nicht verzichtet werden, um eine Drehrichtungsumkehr der Ölpumpe zuverlässig zu verhindern.
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Die zumindest eine elektrische Maschine ist vorzugsweise zum Antrieb der Antriebswelle eingerichtet. In anderen Worten kann die elektrische Maschine das Kraftfahrzeug antreiben, sofern im Getriebe ein Gang eingelegt ist, also eine Drehmomentübertragung von Antriebswelle zu Abtriebswelle ermöglicht. Ein Rotor der elektrischen Maschine kann dazu drehfest oder drehelastisch mit der Antriebswelle verbunden sein. Zwischen dem Rotor der elektrischen Maschine und der Antriebswelle kann ein Zwischengetriebe mit konstantem Übersetzungsverhältnis angeordnet sein, beispielsweise ein Kettentrieb. Weist der Antriebsstrang einen Drehmomentwandler auf, so kann der Rotor mit dem Pumpenrad oder mit dem Turbinenrad des Drehmomentwandlers verbunden sein.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung sind die Antriebswelle, ein Rotor der elektrischen Maschine und ein Rotor der Ölpumpe mit je einem Element eines Planetenradsatzes verbunden, also mit Sonnenrad, Planetenträger und Hohlrad des Planetenradsatzes. Die elektrische Maschine ist dadurch über den Planetenradsatz von der Antriebswelle entkoppelt. Die Entkopplung der elektrischen Maschine von der Antriebswelle mittels des Planetenradsatzes ist dabei nicht so zu verstehen, dass die elektrische Maschine gar keine Wirkung auf die Antriebswelle hat. Denn aufgrund des Schleppmoments der Ölpumpe ist über den Planetenradsatz Drehmoment von der elektrischen Maschine auf die Antriebswelle übertragbar. Die Entkopplung ist vielmehr so zu verstehen, dass die Antriebswelle und der Rotor der elektrischen Maschine unterschiedliche Drehzahlen annehmen können, sodass eine Erhöhung der Rotordrehzahl der elektrischen Maschine nichtzwangsläufig zu einer Erhöhung der Antriebswellendrehzahl führt. Dadurch kann der Energiebedarf zum Antrieb der Ölpumpe während des Abstellvorgangs des Verbrennungsmotors deutlich verringert werden.
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Die zweite Lösung betrifft ebenso ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs mit einem Getriebe, welches eine als Flügelzellenpumpe ausgebildete Ölpumpe aufweist. Das Getriebe umfasst ebenso eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle, sowie einen Mechanismus zur Bereitstellung unterschiedlicher Übersetzungen zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle. Die Ölpumpe steht mit der Antriebswelle in Wirkverbindung, sodass die Ölpumpe durch die Antriebswelle mechanisch antreibbar ist. Gemäß der zweiten Lösung sind nun eine erste und eine zweite elektrische Maschine vorgesehen, wobei beide elektrische Maschinen zum Antrieb der Ölpumpe eingerichtet sind. Die erste elektrische Maschine ist zum Antrieb der Antriebswelle eingerichtet. In anderen Worten kann die erste elektrische Maschine das Kraftfahrzeug antreiben, sofern im Getriebe ein Gang eingelegt ist, also eine Drehmomentübertragung von Antriebswelle zu Abtriebswelle ermöglicht. Ein Rotor der ersten elektrischen Maschine kann dazu drehfest oder drehelastisch mit der Antriebswelle verbunden sein. Zwischen dem Rotor der ersten elektrischen Maschine und der Antriebswelle kann ein Zwischengetriebe mit konstantem Übersetzungsverhältnis angeordnet sein, beispielsweise ein Kettentrieb. Weist der Antriebsstrang einen Drehmomentwandler auf, so kann der Rotor der ersten elektrischen Maschine mit dem Pumpenrad oder mit dem Turbinenrad des Drehmomentwandlers verbunden sein.
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Erfindungsgemäß ist in der zweiten Lösung vorgesehen, dass die Ölpumpe beim Abstellvorgang der ersten elektrischen Maschine durch die zweite elektrische Maschine angetrieben wird. Denn auch beim Abstellvorgang einer elektrischen Maschine kann sich die Drehrichtung dessen Rotors für kurze Zeit umkehren, beispielsweise aufgrund magnetischer Rastmomente zwischen Rotor und Stator. Dies kann insbesondere bei einer permanenterregten elektrischen Maschine auftreten. Wird die erste elektrische Maschine nun abgestellt, indem die Stromzufuhr zur ersten elektrischen Maschine unterbrochen wird, so wird die Rotordrehzahl der ersten elektrischen Maschine auf den Wert Null absinken. Erreicht der Rotor aufgrund seiner Massenträgheit eine Winkellage zwischen zwei magnetischen Polen des Magnetfelds zwischen Rotor und Stator, so kann sich die Drehrichtung des Rotors kurz vor dem endgültigen Rotorstillstand umkehren. Dadurch könnte sich auch die Drehrichtung der Ölpumpe umkehren. Durch gezieltes Ansteuern der zweiten elektrischen Maschine kann genau dies verhindert werden, indem auch während dem Abstellvorgang der ersten elektrischen Maschine die Ölpumpe angetrieben wird.
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Der eben beschriebene Zusammenhang kann insbesondere dann auftreten, wenn die Nennleistung der ersten elektrischen Maschine deutlich größer ist als die Nennleistung der zweiten elektrischen Maschine. Denn durch die hohe Nennleistung der ersten elektrischen Maschine kann das Drehmoment des selbsttätigen magnetischen Zurückdrehens des Rotors das Schleppmoment der damit verbundenen Elemente überwinden. Das Unterbrechen der Stromzufuhr zur zweiten elektrischen Maschine führt bei geringer Nennleistung derselben häufig zu keinem Zurückdrehen aufgrund des magnetischen Rastmoments, wenn das Rastmoment kleiner ist als entgegenwirkende Schleppmoment, insbesondere das der Ölpumpe.
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Vorzugsweise sind die Antriebswelle, ein Rotor der zweiten elektrischen Maschine und ein Rotor der Ölpumpe mit je einem Element eines Planetenradsatzes verbunden, also mit Sonnenrad, Planetenträger und Hohlrad des Planetenradsatzes. Die zweite elektrische Maschine ist dadurch über den Planetenradsatz von der Antriebswelle, und somit von der ersten elektrischen Maschine entkoppelt. Die Entkopplung der zweiten elektrischen Maschine von der Antriebswelle mittels des Planetenradsatzes ist dabei nicht so zu verstehen, dass die zweite elektrische Maschine gar keine Wirkung auf die Antriebswelle hat. Denn aufgrund des Schleppmoments der Ölpumpe ist über den Planetenradsatz Drehmoment von der zweiten elektrischen Maschine auf die Antriebswelle übertragbar. Die Entkopplung ist vielmehr so zu verstehen, dass die Antriebswelle und der Rotor der zweiten elektrischen Maschine unterschiedliche Drehzahlen annehmen können, sodass eine Erhöhung der Rotordrehzahl der zweiten elektrischen Maschine nichtzwangsläufig zu einer Erhöhung der Antriebswellendrehzahl führt. Dadurch kann der Energiebedarf zum Antrieb der Ölpumpe während des Abstellvorgangs der ersten elektrischen Maschine deutlich verringert werden.
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Die dritte Lösung betrifft ebenso ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs mit einem Getriebe, welches eine als Flügelzellenpumpe ausgebildete Ölpumpe aufweist. Das Getriebe umfasst ebenso eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle, sowie einen Mechanismus zur Bereitstellung unterschiedlicher Übersetzungen zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle. Die Ölpumpe steht mit der Antriebswelle in Wirkverbindung, sodass die Ölpumpe durch die Antriebswelle mechanisch antreibbar ist. Gemäß der dritten Lösung ist zumindest eine elektrische Maschine vorgesehen, welche zum Antrieb der Ölpumpe eingerichtet ist. Die Antriebswelle, ein Rotor der elektrischen Maschine sowie ein Rotor der Ölpumpe sind mit je einem Element eines Planetenradsatzes verbunden, also mit Sonnenrad, Planetenträger und Hohlrad des Planetenradsatzes.
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Die elektrische Maschine ist über den Planetenradsatz von der Antriebswelle entkoppelt. Die Entkopplung der elektrischen Maschine von der Antriebswelle mittels des Planetenradsatzes ist dabei nicht so zu verstehen, dass die elektrische Maschine gar keine Wirkung auf die Antriebswelle hat. Denn aufgrund des Schleppmoments der Ölpumpe ist über den Planetenradsatz Drehmoment von der elektrischen Maschine auf die Antriebswelle übertragbar. Die Entkopplung ist vielmehr so zu verstehen, dass die Antriebswelle und der Rotor der elektrischen Maschine unterschiedliche Drehzahlen annehmen können, sodass eine Erhöhung der Rotordrehzahl der elektrischen Maschine nicht zwangsläufig zu einer Erhöhung der Antriebswellendrehzahl führt.
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Erfindungsgemäß ist in der dritten Lösung vorgesehen, dass die Ölpumpe durch die elektrische Maschine angetrieben wird, wenn eine Drehrichtungsänderung der Antriebswelle erkannt oder antizipiert wird. Es können verschiedene Ursachen für diese Drehrichtungsänderung bestehen, beispielsweise ein Zurückrollen eines Kraftfahrzeugs mit dem vorgenannten Antriebsstrang am Hang, oder ein Zurückrollen des Kraftfahrzeugs beim vergeblichen Überfahren einer Bordsteinkante. Bei dem vorgenannten Aufbau des Ölpumpenantriebs kann die elektrische Maschine die Ölpumpe antreiben, ohne das Drehmoment der Antriebswelle überwinden zu müssen. Vielmehr wirkt das an der Antriebswelle wirkende Drehmoment als Abstützmoment am Planetenradsatz, sodass die elektrische Maschine die Ölpumpe zuverlässig antreiben kann.
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Dadurch können sich die Flügel der Flügelzellenpumpe an den Kurvenring der Flügelzellenpumpe anlegen, auch wenn kurzzeitig bereits eine Drehrichtungsänderung der Ölpumpe stattgefunden hat. Wesentlich ist, dass die Ölpumpe nicht mit eingefallenen Flügeln abgestellt wird, und in diesem Zustand für einen längeren Zeitraum verbleibt.
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Das Antizipieren einer Drehrichtungsänderung der Antriebswelle kann beispielsweise durch Beobachtung eines Drehzahlgradienten der Antriebswelle, der Abtriebswelle, einer getriebe-internen Welle oder eines Antriebsrads des Kraftfahrzeugs erfolgen. Rollt das Kraftfahrzeug beispielsweise unbeabsichtigt zurück, so kann aus einer Soll-Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs und dem Drehzahlgradienten auf eine bevorstehende Drehrichtungsänderung der Antriebswelle rückgeschlossen werden. Durch rechtzeitiges Beschleunigen der elektrischen Maschine kann die Drehrichtungsänderung der Antriebswelle zwar nicht verhindert werden, jedoch kann eine Drehrichtungsänderung der Ölpumpe vermieden werden.
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Ist mit der Antriebswelle ein Verbrennungsmotor verbunden oder verbindbar, so kann ein Zurückprellen beim Abstellvorgang desselben ebenso zu einer Drehrichtungsänderung der Antriebswelle führen. Gleiches gilt bei einer Unterbrechung der Stromzufuhr zu einer elektrischen Maschine, die zum Antrieb der Antriebswelle eingerichtet ist. Das Verfahren gemäß der dritten Lösung ist daher nicht auf das Ansteuern der elektrischen Maschine bei Erkennen oder Antizipieren eines Zurückrollens des Kraftfahrzeugs beschränkt.
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Die Erfindung betrifft ferner eine elektronische Steuereinheit, welche zur Steuerung der zuvor erwähnten Lösungen, bzw. deren Ausgestaltungen eingerichtet ist. Die elektronische Steuereinheit kann mit weiteren Steuereinheiten zur Signalübertragung verbunden sein. Beispielsweise kann die elektronische Steuereinheit ausschließlich diejenige elektrische Maschine steuern, deren Rotordrehzahl über den Planetenradsatz von der Antriebswellendrehzahl entkoppelt ist. Alternativ dazu ist denkbar, dass die elektronische Steuereinheit zusätzlich zur Steuerung von Funktionen des Getriebes eingerichtet ist.
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Ausführungsbeispiele sind nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben. Es zeigen:
- 1 bis 7 verschiedene Ausgestaltungen eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs, und
- 8a bis 8e Drehzahlverhältnisse an den Elementen eines Planetenradsatzes in verschiedenen Betriebszuständen.
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1 zeigt einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang gemäß einer ersten möglichen Ausgestaltung. Der Antriebsstrang weist einen Verbrennungsmotor VM auf, dessen Ausgangswelle mit einer Rotorwelle RW einer ersten elektrischen Maschine EM verbunden ist. Der Antriebsstrang weist außerdem ein Getriebe G mit einer Antriebswelle GW1 und einer Abtriebswelle GW2 auf. Das Getriebe G umfasst einen Mechanismus GS zur Bereitstellung unterschiedlicher Übersetzungen zwischen der Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GW2, beispielsweise Planetenradsätze, Stirnradstufen und/oder Reibradgetriebe, die mit Schaltelementen zur Gangbildung des Getriebes G zusammenwirken. Die Ausgangswelle des Verbrennungsmotors VM ist über einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit der Antriebswelle GW1 des Getriebes G verbunden. Dazu ist die Ausgangswelle des Verbrennungsmotors VM mit einem Pumpenrad TP des Drehmomentwandlers, und die Antriebswelle GW1 mit einem Turbinenrad TT des Drehmomentwandlers verbunden. Pumpenrad TP und Turbinenrad TT sind über eine Überbrückungskupplung WK mechanisch verbindbar. Die Abtriebswelle GW2 ist über ein Differentialgetriebe AG mit Antriebsrädern DW des Kraftfahrzeugs verbunden.
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Das Getriebe G weist eine Hydraulikeinheit HCU auf, die zur Steuerung von hydraulischen Verbrauchern des Getriebes G eingerichtet ist. Die Druckversorgung der Getriebehydraulik erfolgt durch eine Ölpumpe P, welche durch die Antriebswelle GW1 des Getriebes G angetrieben wird. Die Ölpumpe P saugt dazu aus einem Tank T des Getriebes G Hydraulikfluid an, und führt dieses der Hydraulikeinheit ECU zu. Die Ölpumpe P kann in das Getriebe G baulich integriert sein. Die Kraftübertragung zwischen der Antriebswelle GW1 und der Ölpumpe P kann auf verschiedene Weisen erfolgen, beispielsweise über einen Kettentrieb oder einen Stirntrieb. Die Ölpumpe P ist als Flügelzellenpumpe P ausgebildet. Die Ölpumpe P kann vom Verbrennungsmotor VM und von der elektrischen Maschine EM angetrieben werden.
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Ferner ist eine elektronische Steuereinheit ECU vorgesehen. Die Steuereinheit ECU ist beispielsweise dazu eingerichtet die elektrische Maschine EM zu steuern, und steht dazu in Kommunikationsverbindung mit anderen Steuereinheiten, welche beispielsweise dem Verbrennungsmotors VM und/oder dem Getriebe G zugeordnet sind.
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2 zeigt einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang gemäß einer zweiten möglichen Ausgestaltung, welche im Wesentlichen der in 1 dargestellten ersten Ausgestaltung entspricht. Zwischen der Ausgangswelle des Verbrennungsmotors VM und der Rotorwelle RW ist nun eine Trennkupplung K0 angeordnet. Die Trennkupplung K0 ist als Reibungskupplung ausgebildet. Ist die Trennkupplung K0 geöffnet, so kann die elektrische Maschine EM die Ölpumpe P antreiben, ohne den Verbrennungsmotor VM anzutreiben.
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3 zeigt einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang gemäß einer dritten möglichen Ausgestaltung, welche im Wesentlichen der in 2 dargestellten zweiten Ausgestaltung entspricht. Die Ölpumpe P wird nun nicht mehr direkt von der Antriebswelle GW1 angetrieben. Stattdessen ist die Antriebswelle GW1 über einen Planetenradsatz RS von der Ölpumpe P entkoppelt. Der Planetenradsatz RS weist drei Elemente E1, E2, E3 auf. Das Element E1 ist als Sonnenrad ausgebildet, und ist mit einem Rotor einer zweiten elektrischen Maschine EM2 verbunden. Das Element E1 ist in einer Drehrichtung über einen Freilauf F abgestützt. Das Element E2 ist als Planetenträger ausgebildet, und ist mit einem Rotor der Ölpumpe P verbunden. Das Element E3 ist als Hohlrad ausgebildet, und ist mit der Antriebswelle GW1 verbunden, beispielsweise über einen Kettentrieb oder einen Stirntrieb. Am Planetenträger sind mehrere Planeten PL drehbar gelagert, welche mit dem Sonnenrad und mit dem Hohlrad kämmen.
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Soll die Ölpumpe P nun über den Verbrennungsmotor VM und/oder über die elektrische Maschine EM angetrieben werden, so nimmt der Freilauf F seine Sperrstellung ein. Dadurch wirkt der Planetenradsatz RS als Zwischengetriebe mit fester Übersetzung zwischen der Antriebswelle GW1 und der Ölpumpe P, sodass die Ölpumpe P ausgehend von der Antriebswelle GW1 angetrieben wird. Die Ölpumpe P kann zusätzlich oder alternativ dazu von der zweiten elektrischen Maschine EM2 angetrieben werden. Wird die Antriebswelle GW1 nicht angetrieben, so wirkt das Schleppmoment der Antriebswelle GW1 als Stützmoment am Element E3 des Planetenradsatzes RS, sodass die Ölpumpe P ausgehend von der zweiten elektrischen Maschine EM2 über den Planetenradsatz RS angetrieben wird.
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Der Freilauf F ist kein notwendiger Bestandteil eines derartigen Antriebs der Ölpumpe P. Statt dem Freilauf F könnte das Abstützmoment am Element E1 des Planetenradsatzes RS durch Betrieb der zweiten elektrischen Maschine EM2 erzeugt werden.
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4 zeigt einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang gemäß einer vierten möglichen Ausgestaltung, welche im Wesentlichen der in 3 dargestellten dritten Ausgestaltung entspricht. Der Antriebsstrang weist nun keinen Drehmomentwandler mehr auf, sodass die Rotorwelle RW der elektrischen Maschine EM direkt mit der Antriebswelle GW1 verbunden ist.
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5 zeigt einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang gemäß einer fünften möglichen Ausgestaltung, welche im Wesentlichen der in 4 dargestellten vierten Ausgestaltung entspricht. Die Rotorwelle RW ist nun über einen weiteren Planetenradsatz RS2 mit der Antriebswelle GW1 verbunden. Dazu ist die Antriebswelle GW1 mit einem Planetenträger E22 des weiteren Planetenradsatzes RS2 verbunden, wobei die Rotorwelle RW mit einem Hohlrad E32 des weiteren Planetenradsatz RS2 verbunden ist. Ein Sonnenrad E12 des weiteren Planetenradsatzes RS2 ist drehfest festgesetzt. Am Planetenträger E22 drehbar gelagerte Planeten PL2 kämmen mit dem Sonnenrad E12 und mit dem Hohlrad E32. Dadurch besteht ein konstantes Übersetzungsverhältnis zwischen der Rotorwelle RW und der Antriebswelle GW1.
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6 zeigt einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang gemäß einer sechsten möglichen Ausgestaltung, welche im Wesentlichen der in 4 dargestellten vierten Ausgestaltung entspricht. Es ist nun keine elektrische Maschine zum Antrieb der Antriebswelle GW1 mehr vorgesehen. Die Trennkupplung K0 übernimmt nun die Funktion einer Anfahrkupplung.
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7 zeigt einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang gemäß einer siebenten möglichen Ausgestaltung, welche im Wesentlichen der in 6 dargestellten sechsten Ausgestaltung entspricht. Es ist nun keine Trennkupplung zwischen der Ausgangswelle des Verbrennungsmotors VM und der Antriebswelle GW1 mehr vorgesehen. Stattdessen ist innerhalb des Getriebes G ein Anfahrelement AE vorgesehen, welches als reibschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist.
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Die in 1 bis 7 gezeigten Antriebsstrang-Ausgestaltungen sollen verdeutlichen, dass das erfindungsgemäße Verfahren bei einer Vielzahl von möglichen Antriebsstrang-Konfigurationen verwendet werden kann.
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8a bis 8e zeigen Drehzahlverhältnisse an den Elementen E1, E2, E3 des Planetenradsatzes RS in verschiedenen Betriebszuständen, wobei die Drehzahl des Elements E1 als nE1, die Drehzahl des Elements E2 als nE2 und die Drehzahl des Elements E3 als nE3 bezeichnet ist. Die Drehzahl nE1 entspricht der Rotordrehzahl der zweiten elektrischen Maschine EM2, welche aufgrund des Freilaufs F keine Werte kleiner Null annehmen kann. Die Drehzahl nE2 entspricht der Rotordrehzahl der Ölpumpe P. Die Drehzahl nE3 entspricht der Drehzahl der Antriebswelle GW1, gegebenenfalls multipliziert mit dem entsprechenden Übersetzungsverhältnis zwischen der Antriebswelle GW1 und dem Element E3. Ist die Drehzahl nE2 größer als Null, so wird die Ölpumpe P in Pumprichtung angetrieben. Ist die Drehzahl nE2 kleiner als Null, so wird Ölpumpe P entgegen der Pumprichtung angetrieben, wodurch es zum Einfallen der Flügel kommen kann.
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In 8a wird die Ölpumpe P allein von der Antriebswelle GW1 angetrieben, während die zweite elektrische Maschine EM2 stillt steht. Der Freilauf F befindet sich in seiner Sperrstellung, sodass die Drehzahl nE1 gleich Null ist. Somit wird die Ölpumpe P über das Element E2 in Pumprichtung angetrieben.
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In 8b wird die Ölpumpe P allein von der zweiten elektrischen Maschine EM2 angetrieben, während die Antriebswelle GW1 still steht. Das Schleppmoment der mit der Antriebswelle GW1 verbundenen Elemente ist dabei so groß, dass die Antriebsleistung der elektrischen Maschine EM2 auf das zweite Element E2 übertragen wird, ohne dass sich die Antriebswelle GW1 zu drehen beginnt. Somit wird die Ölpumpe P über das Element E2 in Pumprichtung angetrieben.
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In 8c wird die die Ölpumpe P allein von der Antriebswelle GW1 angetrieben, wobei die Drehzahl E3n eine andere Drehrichtung aufweist als in 8a. Ursache für einen solchen Zustand kann beispielsweise ein ungewolltes Zurückrollen des Kraftfahrzeugs bei im Getriebe G eingelegtem Vorwärtsgang sein. In diesem Zustand dreht das Element E2, und somit auch die Ölpumpe P, in die gleiche Richtung wie das Element E3. Ein derartiger Betrieb kann dazu führen, dass die Flügel der als Flügelzellenpumpe ausgebildeten Ölpumpe P den Kontakt zum Kurvenring verlieren.
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In 8d wird dargestellt, wie ein Zustand gemäß 8c vermieden werden kann. Durch Betrieb der zweiten elektrischen Maschine EM2 wird das Element E1 beschleunigt, sodass die Drehzahl des zweiten Elements E2 größer als Null ist, und somit die Ölpumpe P in Pumprichtung betrieben wird. Das an der Antriebswelle GW1 anliegende Drehmoment wirkt dabei als Stützmoment für den Planetenradsatz RS, sodass für den Betrieb der zweiten elektrischen Maschine EM2 nur ein geringer Energiebedarf erforderlich ist.
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In 8e wird ein Betriebszustand dargestellt, in dem die Drehzahl nE3 rapide sinkt, und sich dem Wert Null nähert. Ein solcher Betriebszustand kann beispielsweise auftreten, wenn das Kraftfahrzeug bei im Getriebe G eingelegtem Vorwärtsgang gegen eine starke Steigung rollt. Wird nun erkannt, dass sich die Drehzahl nE3 dem Wert Null nähert, so kann vorbeugend die zweite elektrische Maschine EM2 angetrieben werden, um das Element E1 zu beschleunigen. Somit wird sichergestellt, dass die Ölpumpe P über das Element E2 in Pumprichtung angetrieben wird. Ein Zustand gemäß 8e kann auch beim Abstellvorgang des Verbrennungsmotors VM auftreten, oder beim Auspendeln der elektrischen Maschine EM.
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Verfügt der Kraftfahrzeug-Antriebstrang nicht über den Planetenradsatz RS, wie beispielsweise in den Ausgestaltungen gemäß 1 und 2 dargestellt, so kann eine Drehrichtungsumkehr der Ölpumpe P durch Ansteuerung der elektrischen Maschine EM verhindert werden, welche auf die Antriebswelle GW1 wirkt.
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Bezugszeichenliste
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- VM
- Verbrennungsmotor
- K0
- Trennkupplung
- TP
- Pumpenrad
- TT
- Turbinenrad
- WK
- Überbrückungskupplung
- G
- Getriebe
- GS
- Mechanismus
- HCU
- Hydraulikeinheit
- T
- Tank
- GW1
- Antriebswelle
- GW2
- Abtriebswelle
- AG
- Differentialgetriebe
- DW
- Antriebsrad
- AE
- Anfahrelement
- P
- Ölpumpe
- EM
- (Erste) elektrische Maschine
- RW
- Rotorwelle
- EM2
- Zweite elektrische Maschine
- F
- Freilauf
- RS
- Planetenradsatz
- E1
- Element, Sonnenrad
- nE1
- Drehzahl
- E2
- Element, Planetenträger
- nE2
- Drehzahl
- E3
- Element, Hohlrad
- nE3
- Drehzahl
- PL
- Planetenrad
- RS2
- Weiterer Planetenradsatz
- E12
- Sonnenrad
- E22
- Planetenträger
- E32
- Hohlrad
- PL2
- Planetenrad
- ECU
- Steuereinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009046367 A1 [0002]
- WO 2010/142042 A1 [0003]
- DE 102006016466 A1 [0004]
- DE 102014226151 A1 [0004]
- DE 102005043977 A1 [0005]
