DE102019132073A1

DE102019132073A1 - Hybridantriebsstrang, Hybridgetriebe und Verfahren zu dessen Betrieb

Info

Publication number: DE102019132073A1
Application number: DE102019132073.9A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Liebert
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-11-27
Filing date: 2019-11-27
Publication date: 2021-05-27
Also published as: WO2021104801A1; US20220388494A1; CN114555438A

Abstract

Hybridantriebsstrang mit einem Hybridgetriebe, einer Brennkraftmaschine, einem Elektromotorgenerator und einem Triebstrang mit wenigstens einem antreibbaren Antriebsrad, wobei das Hybridgetriebe zur Aufnahme von Antriebsleistung der Brennkraftmaschine, sogenannte Brennkraftmaschinenantriebsleistung, und zur Aufnahme von Antriebsleistung des Elektromotorgenerators, sogenannte Elektroantriebsleistung, und zur Abgabe wenigstens einer oder beider Antriebsleistungen an den Triebstrang eingerichtet ist und weiter weist das Hybridgetriebe wenigstens drei Gänge auf, wobei diese drei Gänge aus wenigstens zwei unterschiedlichen Arten von Gängen gebildeten sind,wobei das Hybridgetriebe ein schaltbares Getriebe, sogenanntes Schaltgetriebe, aufweist, welches zum Bereitstellen von wenigstens einem dieser drei Gänge aus der ersten Art von Gängen, sogenannter Festübersetzungsgang, eingerichtet ist, wobei ein solcher Gang aus der ersten Art von Gängen jeweils eine durch die Bauart des Schaltgetriebes festgelegte Übersetzung sowohl für die Brennkraftmaschine als auch für den Elektromotorgenerator in Bezug auf den Triebstranganschluss aufweist und weiter weist das Hybridgetriebe ein Drehzahlüberlagerungsgetriebe auf, welches zum Bereitstellen von wenigstens einem dieser drei Gänge, aus der zweiten Art von Gängen,sogenannter Powersplitgang, eingerichtet ist, wobei ein solcher Powersplitgang ein Gang mit variabler Drehzahl-Übersetzung und fester Drehmoment-Übersetzung in Bezug auf den Brennkraftmaschinenanschluss und den Triebstranganschluss ist und wobei die variable Drehzahl-Übersetzung im Hybridgetriebe mittels einer Drehzahlüberlagerung einer von der Brennkraftmaschine bereitgestellten und einer vom Elektromotorgenerator bereitgestellten Drehzahl gebildet ist,wobei das Hybridgetriebe wenigstens einen Betriebsmodus aufweist, bei welchem Gangwechsel nur zwischen artunterschiedlichen Gängen durchgeführt werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Hybridantriebe mit einem Getriebe, welches in einem Betriebsmodus zur Drehzahlüberlagerung zwischen zwei zum Antrieb vorgesehenen Antriebsmaschinen eingerichtet ist, sowie auf die Verbesserung solcher Antriebe. Aus der EP 0 769 404 A1 ist ein Hybridantriebssystem mit einem Drehzahlüberlagerungsgetriebe bekannt.
Nachfolgen ist die Erfindung anhand eines Antriebsstrangs für einen Personenkraftwagen mit einer Brennkraftmaschine und einer elektrischen Antriebsmaschine, sogenannter Hybridantrieb, beschrieben, dies ist nicht als eine Einschränkung der Erfindung auf eine derartige Anwendung zu verstehen.
In Kraftfahrzeugen mit verbrennungsmotorischem Antrieb besteht insbesondere aufgrund des Kennfeldes (Drehzahl, Drehmoment) der Antriebsmaschine und der Leistungsanforderung aus dem Fahrbetrieb die Notwenigkeit, in Bezug auf die Drehmomentübertragung, zwischen die Antriebsmaschine und den Radantrieb, welcher die Antriebskräfte auf die Fahrbahnoberfläche überträgt, eine Getriebeeinrichtung einzubringen. Auch bei einem elektromotorischen Antrieb kann eine Getriebeeinrichtung vorteilhaft sein. Bei einem Hybridantrieb mit verbrennungsmotorischem und elektromotorischem Antrieb bildet die Getriebeeinrichtung häufig ein wichtiges Koppelelement für die beiden Antriebsmaschinen. Es sind grundsätzlich Getriebe mit schaltbaren Übersetzungsverhältnissen und solche mit kontinuierlich veränderlicher Übersetzung bekannt. Die Steuerung des Getriebes, sogenannte Getriebesteuerung, soll dabei einerseits das Getriebe derart ansteuern, dass die Fahranforderungen erfüllt werden, bspw. Beschleunigung, und zusätzlich sollen die Antriebsmaschinen ihre Antriebsleistung möglichst effizient abgeben.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Antriebsstrang mit einer Brennkraftmaschine und einem Elektromotorgenerator als Antriebsmaschine anzugeben, welche über eine Getriebeeinrichtung mit Festübersetzungsgängen und Gängen mit variabler Übersetzung (Powersplitgänge) effizient Antriebsleistung zum Kraftfahrzeugantrieb abgibt.
Diese Aufgabe wird durch einen Hybridantriebsstrang gemäß Anspruch 1, ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridgetriebes gemäß Anspruch 2, sowie durch ein Hybridgetriebe gemäß Anspruch 8 gelöst, zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung sieht einen Hybridantriebsstrang mit einem Hybridgetriebe vor. Dieser Hybridantriebsstrang weist eine Brennkraftmaschine und einen Elektromotorgenerator zum Bereitstellen von Antriebsleistung zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs vor. Weiter weist der Hybridantriebsstrang einen Triebstrang auf, mit welchem die von der oder von den Antriebsmaschinen bereitgestellte und auf das Hybridgetriebe übertragene Antriebsleistung (Drehzahl, Drehmoment) zu wenigstens einem antreibbaren Antriebsrad übertragbar ist, wobei das Antriebsrad zum Übertragen dieser Antriebsleistung auf eine Fahrbahnoberfläche eingerichtet ist. Im Sinne der Erfindung ist unter dem Triebstrang eine Einrichtung zum Übertragen der Antriebsleistung von dem Hybridgetriebe auf die Fahrbahnoberfläche zu verstehen.
Weiter ist das Hybridgetriebe zur Aufnahme von Antriebsleistung von der Brennkraftmaschine, sogenannte Brennkraftmaschinenantriebsleistung, und zur Aufnahme von Antriebsleistung von dem Elektromotorgenerator, sogenannte Elektroantriebsleistung, und zur Abgabe wenigstens einer oder beider Antriebsleistungen an den Triebstrang eingerichtet.
In einer bevorzugt Ausführungsform weist der Hybridantriebsstrang neben den Elektromotorgenerator einen weiteren Elektromotorgenerator auf. Vorzugsweise ist der weitere Elektromotorgenerator in Drehmomentübertragungsrichtung von der Brennkraftmaschine zum Triebstrang hinter dem Hybridgetriebe angeordnet. Insbesondere mittels eines weiteren Elektromotorgenerators ist ein effizienter Betrieb ermöglicht.
Weiter weist das Hybridgetriebe wenigstens drei Betriebsmodi mit unterschiedlicher Übersetzung, insbesondere Drehzahl-Übersetzung, auf, sogenannte Gänge. Dabei ist ein Gang im Sinne der Erfindung als ein Betriebsmodus des Hybridgetriebes zu verstehen und ein solcher Gang weist demnach nicht notwendiger Weise eine einzige feste Übersetzung auf, wie dies insbesondere bei einem herkömmlichen Handschaltgetriebe der Fall ist, welches ausschließliche Gänge mit jeweils einer einzigen festen und durch die Bauart des Getriebes bestimmten Übersetzung aufweist, vielmehr kann ein solcher Gang im Sinne dieser Erfindung zwar eine einzige feste und durch die Bauart des Getriebes bestimmte Übersetzung aufweisen, ein solcher Gang kann aber auch durch einen kontinuierlich veränderbaren Übersetzungsbereich gekennzeichnet sein. Anhand dieser Eigenschaft, Übersetzungsverhältnis fest oder kontinuierlich veränderbar, werden im Sinne dieser Erfindung zwei unterschiedliche Arten von Gängen (Festübersetzungsgang, Powersplitgang) unterschieden, wobei die wenigstens drei Gänge des Hybridgetriebes aus diesen wenigstens zwei unterschiedlichen Arten von Gängen gebildet sind.
Zum Bereitstellen der zwei Arten von Gängen weist das Hybridgetriebe zwei Teilgetriebe auf, von welchen eines ein schaltbares Getriebe, sogenanntes Schaltgetriebe, ist, wobei dieses zum Bereitstellen von wenigstens einem dieser drei Gänge aus der ersten Art von Gängen, sogenannter Festübersetzungsgang, eingerichtet ist. Ein Gang aus der ersten Art von Gängen (Festübersetzungsgang) weist ein einziges durch die Bauart des Schaltgetriebes festgelegtes Übersetzungsverhältnis für diesen Gang auf. Dabei ist unter durch die Bauart des Getriebes bestimmt in diesem Zusammenhang insbesondere so zu verstehen, dass dieses Übersetzungsverhältnis durch ein oder mehrere Zähnezahlverhältnisse von Zahnrädern, welche an der Leistungsübertragung im Hybridgetriebe beteiligt sind, festgelegt ist. Weiter vorzugsweise ist ein solches Übersetzungsverhältnis für die Leistungsübertragung von der Brennkraftmaschine, also vom Brennkraftmaschinenanschluss, zum Triebstranganschluss wirksam und weiter vorzugsweise ist in einem Festübersetzungsgang jeweils ein festgelegtes Übersetzungsverhältnis für die Leistungsübertragung vm Brennkraftmaschinenanschluss zum Triebstranganschluss wie auch vom Elektromotorgeneratoranschluss zum Triebstranganschluss wirksam. Insbesondere ist funktional betrachtet in einem solchen Festübersetzungsgang das Übersetzungsverhältnis von Elektromotorgenerator zum Triebstranganschluss unveränderbar, insbesondere durch eine oder mehrere Zahnradpaarungen vorgegeben, und ebenso von der Brennkraftmaschine zum Triebstranganschluss. Eine Drehzahländerung des Elektromotorgenerators in einem solchen Festübersetzungsgang führt demnach zu keiner Änderung des Drehzahlverhältnisses von der Brennkraftmaschine und dem Triebstranganschluss. Getriebe zum Bereitstellen von Festübersetzungsgängen als solche sind aus dem Stand der Technik in zahlreichen Bauformen bekannt, insbesondere in Vorgelegebauweise, in Planetengetriebebauweise oder als sogenannte Doppelkupplungsgetriebe.
Weiter weist das Hybridgetriebe ein Drehzahlüberlagerungsgetriebe auf, welches zum Bereitstellen von wenigstens einem dieser drei Gänge, aus der zweiten Art von Gängen, sogenannter Powersplitgang, eingerichtet ist. Im Sinne der Erfindung ist ein solcher Powersplitgang ein Gang, mit variabler Drehzahl-Übersetzung und fester Drehmoment-Übersetzung in Bezug auf den Brennkraftmaschinenanschluss und den Triebstranganschluss. Nachdem die Drehzahlübersetzung in einem Powersplitgang kontinuierlich veränderbar ist, weist ein Powersplitgang einen Übersetzungsbereich auf und ist nicht auf ein einziges festgelegtes Übersetzungsverhältnis beschränkt. Dabei ist die (Drehmoment)Übersetzung im Powersplitgang vom Brennkraftmaschinenanschluss zum Triebstranganschluss durch die Bauart des Getriebes fest vorgegeben, insbesondere durch ein Zähnezahlverhältnis von an der Leistungsübertragung beteiligen Zahnrädern. Das Drehzahl-Übersetzungsverhältnis hingegen ist durch eine Drehzahlüberlagerung mittels einer vom Elektromotorgenerator am Elektromotorgeneratoranschluss bereitgestellten Drehzahl mit einer von der Brennkraftmaschine am Brennkraftmaschinenanschluss bereitgestellten Drehzahl ermöglicht und weiter ist dieses Übersetzungsverhältnis abhängig von den von den Antriebsmaschinen (Elektromotorgenerator, Brennkraftmaschine) bereitstellbaren Drehzahlen in einem bestimmten Bereich kontinuierlich veränderbar. Das Drehzahlüberlagerungsgetriebe kann damit als Summationsgetriebe aufgefasst werden, welches sowohl den Brennkraftmaschinenanschluss als auch den Elektromotorgeneratoranschluss mit dem Triebstranganschluss zur Drehmomentübertragung verbindet. Dabei ist das Drehmomentüberlagerungsgetriebe derart ausgebildet, dass eine Veränderung des Drehzahlverhältnisses des Brennkraftmaschinenanschlusses zum Triebstranganschluss mittels einer Drehzahländerung am Elektromotorgeneratoranschluss ermöglicht ist. Weiter ist eine einfache Bauform für ein solches Drehzahlüberlagerungsgetriebe ein sogenanntes Umlaufgetriebe in Planetengetriebebauweise, welches allgemein auch als Dreiwellen- oder Mehrwellengetriebe aufgefasst werden kann. Funktional ist damit die variable, beziehungsweise kontinuierlich veränderbare, Drehzahl-Übersetzung im Hybridgetriebe (bezogen auf das Drehzahlübersetzungsverhältnis zwischen dem Brennkraftmaschinenanschluss und dem Triebstranganschluss), insbesondere im Drehzahlüberlagerungsgetriebe, mittels einer Drehzahlüberlagerung einer von der Brennkraftmaschine bereitgestellten und einer vom Elektromotorgenerator bereitgestellten Drehzahl, erreichbar. Dabei ist steuerungstechnisch eine Drehzahlstellung des Elektromotorgenerators einfacher zu realisieren, als eine Drehzahlstellung der Brennkraftmaschine, mit anderen Worten ausgedrückt ist der Elektromotorgenerator bzgl. der abgegebenen Drehzahl einfacher steuerbar als die Brennkraftmaschine.
Weiter ist der Hybridantriebsstrang derart ausgebildet, dass das Hybridgetriebe wenigstens einen Betriebsmodus aufweist, in welchem Gangwechsel nur zwischen artunterschiedlichen Gängen (Festübersetzungsgang in Powersplitgang oder Powersplitgang in Festübersetzungsgang) durchgeführt werden. In einem solchen Betriebsmodus wird demnach immer von Festübersetzungsgang in einen Powersplitgang gewechselt oder umgekehrt. Vorzugsweise weist der Hybridantriebsstrang mehrere Betriebsmodi auf, von welchen vorzugsweise in einem Betriebsmodus ein Gangwechsel zwischen artgleichen Gängen ermöglicht ist. Insbesondere mit der vorgeschlagenen Art von Gangwechseln zwischen artunterschiedlichen Gängen ist ein effizienter und komfortabler Antrieb eines Kraftfahrzeugs ermöglicht. Weiter vorzugsweise wird ein sogenannter Gummibandeffekt, bei welchem insbesondere die Drehzahl der Brennkraftmaschine von der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs bei einer Beschleunigung des Fahrzeugs über weitgehend entkoppelt voneinander sind, ermöglicht und weiter ist insbesondere eine ausreichende Anfahrbeschleunigung oder Beschleunigung erreichbar.
Weiter ist ein Verfahren vorgesehen, welches zum Betreiben eines Hybridgetriebes mit wenigstens drei Gängen geeignet ist. Weiter vorzugsweise ist dieses Verfahren dazu vorgesehen, ein Hybridgetriebe in einem Hybridantriebsstrang, wie dieser vorstehend beschrieben ist, zu steuern. Ein durch das vorgeschlagene Verfahren steuerbares Hybridgetriebe weist einen Brennkraftmaschinenanschluss zum Aufnehmen von Antriebsleistung von einer Brennkraftmaschine und einen Elektromotorgeneratoranschluss zum Aufnehmen von Antriebsleistung von dem Elektromotorgenerator auf. Weiter weist das Hybridgetriebe einen Triebstranganschluss zum Abgeben von Antriebsleistung von einem dieser Anschlüsse (Elektromotorgeneratoranschluss, Brennkraftmaschinenanschluss) oder von beiden, an einen Kraftfahrzeugantriebsstrang auf. Das Verfahren zum Steuern des Hybridgetriebes ist insbesondere zum Wechseln von Gängen vorgesehen, wobei das mit dem Verfahren steuerbare Hybridgetriebe wenigstens drei Gänge aufweist und wobei wenigstens einer dieser Gänge ein durch Drehzahlüberlagerung von dem Brennkraftmaschinenanschluss und dem Elektromotorgeneratoranschluss kontinuierlich veränderbares Drehzahl-Übersetzungsverhältnis zwischen dem Brennkraftmaschinenanschluss und dem Triebstranganschluss aufweist, sogenannter Powersplitgang.
Weiter weist dieses Hybridgetriebe wenigstens einen Festübersetzungsgang auf, in welchen jeweils ein festes Übersetzungsverhältnis zwischen dem Elektromotorgeneratoranschluss und dem Triebstranganschluss und dem Brennkraftmaschinenanschluss und dem Triebstranganschluss besteht, dabei sind diese Übersetzungsverhältnisse jeweils durch die Bauart des Hybridgetriebes fest vorgegeben, insbesondere durch ein oder mehrere Zähnezahlverhältnisse eines Zahnradpaars oder mehrere Zahnradpaare, welche an der Drehmomentübertragung vom Brennkraftmaschinenanschluss zum Triebstranganschluss, beziehungsweise vom Elektromotorgeneratoranschluss zum Triebstranganschluss, beteiligt sind.
Wobei zum Wechseln aus dem wenigstens einen Festübersetzungsgang in den wenigstens einen Powersplitgang oder umgekehrt, das Drehzahl-Übersetzungsverhältnis des Powersplitgangs mittels der Drehzahlüberlagerung so eingestellt wird, dass dieses dem Übersetzungsverhältnis des Festübersetzungsgangs, bezogen auf den Brennkraftmaschinenanschluss und den Triebstranganschluss, entspricht. Insbesondere eine derartige Anpassung des Drehzahl-Übersetzungsverhältnisses beim Gangwechsel führt zu einer komfortablen Schaltung.
In einer bevorzugt Ausführungsform wird zeitlich nach dem Wechsel aus dem wenigstens einen Festübersetzungsgang in den wenigstens einen Powersplitgang, der Elektromotorgenerator derart angesteuert, dass von diesem keine oder wenigstens im Wesentlichen keine, mechanische Leistung aufgenommen oder abgegeben wird, diese Ansteuerung oder Anforderung kann auch als Leistungswunsch Null aufgefasst werden. Eine solche Ansteuerung kann insbesondere bzgl. der Drehzahl oder bzgl. des Drehmoments erfolgen. Vorzugsweise kann der Elektromotorgenerator elektrisch auf die Drehzahl Null gesteuert, beziehungsweise gebremst, werden, so dass dieser zwar möglicherweise eine elektrische Leistung (Spannung, Strom) aufnimmt, aber keine mechanische Leistung aufnimmt oder abgibt, dieser Zustand kann, wie dargelegt, als Leistungswunsch Null bezeichnete werden. Insbesondere ist eine sehr langsame Rotation am Elektromotorgenerator, insbesondere von wenigen Umdrehungen pro Minute im Sinne der Erfindung auch als Drehzahl Null und damit Leistungswunsch Null zu verstehen.
Insbesondere im Powersplitgang entspricht bei dem oben erläuterten Leistungswunsch Null, die Drehzahl-Übersetzung der (Drehmoment)Übersetzung dieses Powersplitgangs, wobei insbesondere die (Drehmoment)Übersetzung des Powersplitgangs durch die Drehzahlüberlagerung nicht beeinflussbar ist und in diesem Zusammenhang auch als Übersetzung oder Übersetzungsverhältnis bezeichnet wird.
Weiter vorzugsweise wird der Elektromotorgenerator im Betriebspunkt Leistungswunsch Null so angesteuert, dass dieser kein Drehmoment aufnimmt oder abgibt und damit keine mechanische Leistung aufnimmt oder abgibt. Weiter vorzugsweise ist das Drehzahl-Übersetzungsverhältnis des Powersplitgangs, bezogen auf den Brennkraftmaschinenanschluss und den Triebstranganschluss, insbesondere durch Drehzahlüberlagerung (Drehzahl der Brennkraftmaschine mit Drehzahl des Elektromotorgenerators) bei einem Gangwechsel aus einen der Festübersetzungsgänge so eingestellt, dass dieses dem Drehmoment-Übersetzungsverhältnis des Festübersetzungsgangs, aus welchem in den Powersplitgang gewechselt wird, entspricht. Insbesondere ist eine solche Ansteuerung des Elektromotorgenerators, sowie die Ermöglichung der Einstellung von mechanische Leistung ist Null am Elektromotorgenerator (Leistungswunsch Null), beziehungsweise mechanische Leistung ist quasi Null am Elektromotorgenerator, unter der Voraussetzung der passenden Wahl der Übersetzungsverhältnisse, insbesondere Zähnezahlverhältnis oder Durchmesserverhältnis, im Hybridgetriebe ermöglicht, da die Drehzahlüberlagerung durch die faktisch mit den Antriebsmaschinen darstellbaren Drehzahlen begrenzt ist. Insbesondere durch eine solche Ansteuerung des Elektromotorgenerators und Ausgestaltung des Hybridgetriebes wird eine komfortable Schaltung (Gangwechsel) erreicht.
In einer bevorzugt Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb eines Hybridgetriebes in einer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen vorgeschlagen, wobei in dieser Variante des Verfahrens zeitlich nachdem Wechsel aus dem wenigstens einen Festübersetzungsgang in den wenigstens einen Powersplitgang eine Leistungsanforderung an den Elektromotorgenerator ermittelt oder vorgegeben wird. Vorzugsweise kann diese Leistungsanforderungen anhand vorgegebener Parameter ermittelt werden, wobei solche Parameter aus einer Liste ausgewählt sein können, wobei diese Liste insbesondere folgende Parameter umfasst, Ladungszustand des Energiespeichers, Beschleunigungswusch, Fahrgeschwindigkeit, Steigung auf welcher sich das Fahrzeug bewegt oder dergleichen. Vorzugsweise wird die Leistungsanforderung anhand eines einzelnen oder mehrerer, vorzugsweise in der Liste enthaltener, Parameter ermittelt. Weiter vorzugsweise wird das Drehzahl-Übersetzungsverhältnis des Powersplitgangs, bezogen auf den Brennkraftmaschinenanschluss und den Triebstranganschluss, durch Drehzahlüberlagerung (Drehzahl der Brennkraftmaschine und Drehzahl des Elektromotorgenerators) so eingestellt, dass diese zuvor ermittelte Leistungsanforderung (Drehzahl, Drehmoment) vom Elektromotorgenerator erfüllt wird. Insbesondere durch eine solche Ansteuerung des Elektromotorgenerators ist ein effizienter Betrieb des Hybridantriebs ermöglicht.
In einer bevorzugt Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens wird das Übersetzungsverhältnis des Powersplitgangs, insbesondere bei der Leistungsübertragung mit dem Powersplitgang (Antrieb oder Rekuperation), in Abhängigkeit von einem Ladezustand eines elektrischen Energiespeichers, sogenannter State of Chrage (SOC) geregelt, wobei der Elektromotorgenerator aus dem zuvor genannten elektrischen Energiespeicher mit Energie versorgbar ist, beziehungsweise in welchen vom Elektromotorgenerator rekuperierte Energie abspeicherbar ist. Insbesondere kann dieser Energiespeicher damit als sogenannter Traktionsspeicher aufgefasst werden. Weiter ist, wie dargelegt, mit dem Elektromotorgenerator das Drehzahl-Übersetzungsverhältnis beeinflussbar und der Elektromotorgenerator wird in dieser Ausführungsform derart angesteuert, dass beim Erreichen oder Unterschreiten eines Schwellwerts für diesen Ladezustand des Energiespeichers, das Drehzahl-Übersetzungsverhältnis des Powersplitgangs (bezogen auf das Drehzahlverhältnis von Brennkraftmaschinenanschluss und Triebstranganschluss) so eingestellt, dass der Elektromotorgenerator in einem generatorischen Betriebsmodus betrieben wird oder anders gewendet, der Energiespeicher wird mittels des Elektromotorgenerators bei unterschreiten eines vorgegebenen Ladezustands geladen. Insbesondere durch eine derartige Ansteuerung des Elektromotorgenerators ist eine Lastpunktsverschiebung der Brennkraftmaschine erreichbar, so dass diese bei „niedrigem“ SOC des elektrischen Energiespeichers sowohl zum Fahrzeugantrieb, wie auch zum Laden des elektrischen Energiespeichers mittels des Elektromotorgenerators herangezogen wird und so ist ein effizienter Betrieb ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Betrieb eines Hybridgetriebes der zuvor beschriebenen Bauart, wird das Übersetzungsverhältnis des Powersplitgangs bei der Leistungsübertragung mit diesem in Abhängigkeit von einem weiteren Ladezustand eines elektrischen Energiespeichers, beziehungsweise des zuvor genannten elektrischen Energiespeichers, so geregelt, dass mit dem Elektromotorgenerator das Drehzahl-Übersetzungsverhältnis des Powersplitgangs (bezogen auf den Brennkraftmaschinenanschluss und den Triebstranganschluss) beeinflusst wird. Dabei wird der Elektromotorgenerator so angesteuert, dass bei Erreichen oder Überschreiten dieses weiteren Schwellwerts das Drehzahl-Übersetzungsverhältnis des Powersplitgangs so eingestellt wird, dass der Elektromotorgenerator in einem motorischen Betriebsmodus betrieben wird. Anders gewendet in diesem auf den weiteren Schwellenwert bezogenen Betriebsmodus wird aus dem elektrischen Energiespeicher elektrische Leistung entnommen und der Elektromotorgenerator wird ausschließlich oder zusätzlich zur Brennkraftmaschine zum Antrieb des Kraftfahrzeugs herangezogen. Insbesondere durch einen der beiden genannten Schwellenwerte oder durch beide, ist ein effizienter Betrieb des Hybridgetriebes ermöglicht.
In einer bevorzugt Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb eines Hybridgetriebes vorgeschlagen, welches zum Betrieb eines Hybridgetriebes bestimmt ist, bei welchem von den wenigstens drei Gängen, wenigstens zwei Gänge als Festübersetzungsgänge ausgebildet sind und wenigstens ein Gang als Powersplitgang. Vorzugsweise weist das Hybridgetriebe genau drei Gänge auf, von welchen zwei Gänge Festübersetzungsgänge sind und ein Gang ein Powersplitgang. Weiter vorzugsweise wird das Drehzahl-Übersetzungsverhältnis des Powersplitgangs durch Drehzahlüberlagerung des Brennkraftmaschinenanschlusses und des Elektromotorgeneratoranschlusses derart verändert, dass dieses, bezogen auf das (Drehmoment)Übersetzungsverhältnis zwischen Brennkraftmaschinenanschluss und Triebstranganschluss, zwischen den Übersetzungsverhältnissen der beiden zu diesem Powersplitgang benachbarten Festübersetzungsgänge, welche jeweils ein solches unterschiedliches (Drehmoment)Übersetzungsverhältnis aufweisen, liegt oder jeweils einem dieser (Drehmoment)Übersetzungsverhältnisse entspricht. In einem planmäßigen Betriebsmodus des Hybridgetriebes verändert das vorgeschlagene Verfahren das Drehzahl-Übersetzungsverhältnis des Powersplitgangs so, dass dieses zwischen den Übersetzungsverhältnissen der beiden diesem Powersplitgang benachbarten Festübersetzungsgängen variiert wird oder vorzugsweise jeweils einem dieser entsprechen kann. Insbesondere durch eine solche Variation des Drehzahl-Übersetzungsverhältnisses des Powersplitgangs wird ein komfortabler und effizienter Betrieb des Hybridgetriebes ermöglicht.
Weiter ist ein Hybridgetriebe vorgeschlagen, welches nach einem Verfahren der zuvor genannten Art betrieben wird. Vorzugsweise weist dieses Hybridgetriebe ein in diskreten Stufen schaltbares Schaltgetriebe, derartige Getriebe werden häufig als Schaltgetriebe oder schaltbare Getriebe bezeichnet, und ein Drehzahlüberlagerungsgetriebe mit einer kontinuierlich veränderbaren Übersetzung, derartige Getriebe werden häufig als CVT (continously variable transmission) bezeichnet, auf. Vorzugsweise ist das Drehzahlüberlagerungsgetriebe zum Bereitstellen der kontinuierlich veränderbaren Übersetzung als Umlaufgetriebe mit einem Planetengetrieberadsatz ausgebildet und weiter vorzugsweise weist das Drehzahlüberlagerungsgetriebe wenigstens ein solches Umlaufgetriebe auf. Insbesondere sind derartige Getriebe aus dem Stand der Technik bekannt, jedoch ergibt sich aus der vorgeschlagenen Kombination aus dem erläuterten Steuerungsverfahren und dem genannten mechanischen Aufbau des Hybridgetriebes ein effizientes System.
In einer bevorzugt Ausführungsform ist das Schaltgetriebe des Hybridgetriebes als sogenanntes Vorgelegegetriebe ausgebildet oder weist vorzugsweise wenigstens ein solches Vorgelegegetriebe auf. Insbesondere Vorgelegegetriebe mit wenigstens zwei achsparallelen und radial zueinander beabstandeten Wellen, auf welchen Zahnradpaare mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen angeordnet sind, sind aus dem Stand der Technik als solche bekannt und bieten einen platzsparende Möglichkeit die notwendige „Schaltfunktionalität“ für die Festübersetzungsgänge bereitzustellen.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Schaltgetriebe des Hybridgetriebes als Doppelkupplungsgetriebe ausgebildet oder weist vorzugsweise ein solches Doppelkupplungsgetriebe auf. Insbesondere mittels eines Doppelkupplungsgetriebes ist eine Vielzahl von Festübersetzungsgängen auf kleinem Bauraum darstellbar.
In einer weiter bevorzugt Ausführungsform ist das Schaltgetriebe des Hybridgetriebes als Umlaufgetriebe ausgebildet, vorzugsweise als Planetengetriebe, und weiter vorzugsweise weist das Schaltgetriebe ein solches Umlaufgetriebe auf. Insbesondere mittels eines Umlaufgetriebes ist eine hohe Leistungsdichte erreichbar.
In einer bevorzugt Ausführungsform der Erfindung, weist das Hybridgetriebe ein Schaltgetriebe mit wenigstens zwei und vorzugsweise mit einer Vielzahl, schaltbarer Festübersetzungsgänge auf. Weiter ist das Drehzahlüberlagerungsgetriebe des Hybridgetriebes derart ausgebildet, dass zwischen jeweils zwei Festübersetzungsgängen oder zwischen allen Festübersetzungsgängen, bezogen auf das Übersetzungsverhältnis, jeweils ein Powersplitgang mit diesem Drehzahlüberlagerungsgetriebe darstellbar ist. Für die Darstellbarkeit der Powersplitgänge findet Berücksichtigung, dass sowohl die Brennkraftmaschine als auch der Elektromotorgenerator nur in einem bestimmten Drehzahlbereich betreibbar ist. Insbesondere in Bezug auf die Brennkraftmaschine ist dieser Drehzahlbereich, in welchem ein Betrieb dieser möglich ist, größer als 200 1/min und vorzugsweise größer als 500 1/min und weiter vorzugsweise ist dieser Bereich kleiner als 20000 1/min und bevorzugt kleiner als 10000 1/min und bin Bezug auf den Elektromotorgenerator ist der Drehzahlbereich größer als 0 1/min und vorzugsweise kleiner als 100000 und bevorzugt kleiner als 50000 1/min und besonders bevorzugt kleiner als 25000 1/min. Weiter vorzugsweise ist die Drehrichtung des Elektromotorgenerators mittels des vorgeschlagenen Verfahrens änderbar. Insbesondere durch die bauliche Ausgestaltung des Hybridgetriebes ist es ermöglicht, dass, bezüglich der Übersetzungsverhältnisse, zwei benachbarte Festübersetzungsgänge jeweils durch einen Powersplitgang voneinander getrennt sind und so ist ein effizienter und komfortabler Betrieb des Hybridgetriebes ermöglicht.
In einer bevorzugt Ausführungsform weist das Hybridgetriebe eine Bremseinrichtung auf. Vorzugsweise ist diese Bremseinrichtung derart im oder am Hybridgetriebe angeordnet, dass mit dieser eine Abtriebswelle des Elektromotorgenerators, welche zur Abgabe und Aufnahme von mechanischer Leistung des Elektromotorgenerators eingerichtet ist, auf Drehzahl Null bremsbar ist. Vorzugsweise ist diese Bremseinrichtung als reibschlüssige, formschlüssige oder reib-formschlüssige Bremseinrichtung ausgebildet. Vorzugsweise ist mit der Bremseinrichtung eine mechanische Leistungsaufnahme oder Abgabe des Elektromotorgenerators verhinderbar (Drehzahl Null). Insbesondere mittels einer Bremseinrichtung zum Abbremsen oder Festhalten dieser Abtriebswelle ist eine effiziente Möglichkeit geschaffen, den Elektromotorgenerator auf Drehzahl Null zu bremsen und zu halten. Vorzugsweise ist Bremseinrichtung auch dann zu schließen, wenn an den Elektromotorgenerator nur eine geringe Leistungsanforderung gestellte wird, wobei unter dieser geringen Leistungsanforderung eine Leistung von 5 kW oder weniger und vorzugsweise von 2 kW oder weniger und besonders bevorzugt von 1 kW oder weniger zu verstehen ist. Vorzugsweise werden bei geschlossener Bremseinrichtung keine elektrischen Leistungsverluste im Elektromotorgenerator verursacht. Vorzugsweise ist die Bremseinrichtung als „normally cloesd“ Bremseinrichtung ausgebildet und bedarf im geschlossenen Zustand keiner Betätigungskräfte, so dass in diesem Zustand ein effizienter Betrieb ermöglicht ist und weiter vorzugsweise ist die Bremseinrichtung als sogenannte „normally open“ Kupplung ausgebildet und bedarf im geöffneten Zustand keiner Betätigungskräfte, so dass in diesem Zustand ein effizienter Betrieb ermöglicht ist.
Nachfolgend ist die Erfindung und einzelne Merkmale dieser anhand der Figuren näher erläutert, dabei zeigt:

1: Verfahren zum Betrieb eines Hybridantriebsstrangs mit Festübersetzungs- und Powersplitgängen,
2: schematisiertes Hybridantriebssystem.

Die vorgeschlagene Erfindung befasst sich mit einem Hybridantrieb mit DHT-Getriebe (Deticated Hybrid Transmission), ein solcher Hybridantrieb weist sowohl parallelhybridische Leistungspfade (Festübersetzungsgang), als auch Powersplit-Leistungspfade (Powersplitgang) auf und steht damit im Gegensatz zu bekannten sogenannten P2-Hybrid-Antrieben, welche eine Reihe von Festübersetzungsgängen aufweisen und die Schaltvorgänge zwischen diesen parallelhybridischen Leistungspfaden mit Hilfe der Powersplit-Leistungspfade anstelle von Reibkupplungen durchführt.
Der bekannte P2-Hybrid-Antrieb verfügt demnach ausschließlich über Leistungspfade mit festen Übersetzungen (Festübersetzungsgänge) in welchen Drehmoment- und Drehzahl-Übersetzungsverhältnis unveränderbar durch die Bauart der Kraftübertragung, insbesondere des Getriebes, vorgegeben sind. Eine Lastpunktsverschiebung der verbrennungsmotorischen Antriebsmaschine (Brennkraftmaschine) erfolgt dabei über die Verstellung des Drehmoments mit welchem die Brennkraftmaschine beansprucht wird, diese Beeinflussung wird über den Elektromotorgenerator erreicht, also dadurch ob und in welchem Ausmaß der Elektromotorgenerator im generatorischen oder motorischen Betriebsmodus betrieben wird. Der Antrieb bekannter Hybridfahrzeuge verfügt regelmäßig über einen einzigen Powersplit-Leistungspfad (Powersplitgang), in welchem der Elektromotorgenerator und die Brennkraftmaschine über ein Dreiwellengetriebe mit dem Triebstrang koppelt sind. In diesem Powersplitgang ist eine mögliche Regelungsstrategie die Brennkraftmaschine in einem möglichst optimalen, insbesondere in Bezug auf den Kraftstoffverbrauch bezogen auf die abgegebene Leistung, Betriebsbereich zu betreiben, dieser Betriebsbereich wird anhand des Fahrerwunsches eingestellt (Fahrzeuggeschwindigkeit, -beschleunigung, usw.) und wird durch Drehzahlüberlagerung vom Elektromotorgenerator erreicht.
Damit wird ersichtlich, dass ein Hybridantrieb mit Powersplitgang bisher in einer Art betrieben wird, welche einen effizienten Betrieb der Brennkraftmaschine erreichen soll, wobei dafür die Brennkraftmaschinendrehzahl und damit das für die Fahrzeuginsassen im wahrnehmbare Antriebsgeräusch, von der Fahrzeuggeschwindigkeit entkoppelt ist. Bspw. ist eine Fahrzeugbeschleunigung bei konstanter oder sinkender Drehzahl der Brennkraftmaschine möglich, bei einem herkömmlichen Fahrzeugantrieb mit schaltbarem Getriebe steigt während der Fahrzeugbeschleunigung in jedem einzelnen Gang die Brennkraftmaschinendrehzahl proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit. Für Insassen des Fahrzeugs entsteht dadurch bei einem Antrieb mit Powersplitgang (entkoppelte Brennkraftmaschinendrehzahl von Fahrzeuggeschwindigkeit) ein wenig nachvollziehbares Verhalten des Antriebs, und subjektiv wirkt das Fahrzeug undynamisch, letztlich kann der Hybridantrieb auch nervös wirken. Die Drehzahl der Brennkraftmaschine kann, wie dargelegt, stark mit dem Fahrerwunsch variieren und kaum mit der Fahrzeuggeschwindigkeit, dieser Subjektive Eindruck kann als „Gummibandeffekte“ bezeichnet werden und ist unerwünscht.
Demgegenüber schlägt die Erfindung die in 1 schematisch dargestellte und näher erläuterte Betriebsstrategie vor. Dabei basiert diese Betriebsstrategie darauf, dass ein Hybridantriebsstrang mit Festübersetzungsgängen und Powersplitgängen vorhanden ist. Die Powersplitgänge sind dabei vergleichbar zu Parallelhybrid-Leistungspfaden mit Drehzahlüberlagerung und variablen Drehzahlverhältnis von Brennkraftmaschine zu Triebstrang (Hybridgetriebeausgang) zu verwenden, ein Kriterium für die Steuerung der Drehzahl des Elektromotorgenerators kann dabei aber der Ladezustand des elektrischen Speichers sein. Das bedeutet, dass ein oder mehrere Powersplitgänge im Fall, dass kein Lade-/Entladewunsch des elektrischen Speichers vorliegt, also dass der SOC innerhalb vorgebbarer Grenzen liegt, die Drehzahl-Übersetzung der Brennkraftmaschine auf den Wert der (Drehmoment)Übersetzung des aktiven Powersplitgangs zu regeln ist.
Basierend auf der Erfindung wird die Drehzahl-Übersetzung der Brennkraftmaschine im aktiven Powersplitgang vorzugsweise nur in Abhängigkeit des Lade-/Entladewunsches des elektrischen Speichers (SOC) variiert. Dieser Vorgang ist, bei einer Größe des elektrischen Speichers von mehr als 10 kWh, wie dies bei Kraftfahrzeugen mit Hybridantrieb üblich ist, vergleichsweise langsam, so dass sich Drehzahl der Brennkraftmaschine auch im Powersplitgang weiterhin im Wesentlich im Verhältnis zur Fahrzeuggeschwindigkeit ändert. Durch diese Steuerungsverfahren wird der erläuterte Gummibandeffekt vermieden. Insbesondere in einer Fahrsituation, in welcher die Drehzahlverstellung (durch Laden/Entladen) das Übersetzungsverhältnis eines zum aktivierten Powersplitgang benachbarten Festübersetzungsgang erreicht, findet keine weitere Verstellung der Drehzahl-Übersetzung der Brennkraftmaschine mittels Drehzahlüberlagerung vom Elektromotorgenerator statt. Anstelle der nicht weiter durchgeführten Drehzahlüberlagerung findet eine Gangschaltung aus dem Powersplitgang in eben diesen Festübersetzungsgang statt, dessen Übersetzungsverhältnis erreicht ist, statt, es gilt dann also in diesem Moment Drehzahl-Übersetzung Powersplitgang entspricht Übersetzung des Festübersetzungsgang in welchen geschalteten wird. Nachdem der Festübersetzungsgang eingelegt ist, findet, soweit durch die Betriebsstrategie vorgegeben, eine Lastpunktsverschiebung der Brennkraftmaschine über eine Anpassung der Last beziehungsweise des Drehmoments (Elektromotor wird entsprechend motorisch oder generatorische betrieben) statt. Steigt der Lade-/Entladewunsch am elektrischen Speicher weiter so dass eine weitere Lastpunktsverschiebung vom Elektromotorgenerator nicht mehr leistbar ist (Drehzahl- und/oder Drehmomentgrenze des Elektromotorgenerators erreicht), so greift das Betriebsverfahren mit einem erneuten Schaltvorgang ein und führt einen Schaltvorgang aus diesem Festübersetzungsgang in einen Powersplitgang aus. Durch die entsprechend Hoch- bzw. Rückschaltungen in einen anderen Gang mit niedrigeren/höheren Übersetzung, ist es ermöglicht Brennkraftmaschine in den geforderten Leistungspunkt zu stellen.
Mit anderen Worten ausgedrückt ermittelt bei einer aus dem Stand der Technik bekannte Schaltlogik das Betriebsverfahren für ein Getriebe anhand des Fahrerwunschs (insbesondere Fahrpedalstellung), Lade-/Entladewunsch des Speichers (insbesondere SOC liegt innerhalb/außerhalb vorgebbarer Schwellenwerte) und weiterer Randbedingungen (insbesondere Temperaturen, Umweltzone, geplante Fahrstrecke, usw.) den optimalen Gang des Getriebes zur Erreichung des geringsten Verbrauchs bei Erfüllung des Fahrerwunsches.
Bei der Erfindung findet im Fall parallelhybridischer Leistungspfade (sog. Festübersetzungsgang, feste Drehzahl- und Drehmomentübersetzung für Brennkraftmaschine und Elektromotorgenerator jeweils in Bezug auf den Triebstranganschluss) die Bilanzierung der Drehmomente wie aus den Stand der Technik bekannt (Lastpunktsverschiebung der Brennkraftmaschine hin zu effizienten Betrieb durch Elektromotorgenerator Drehmoment) statt. Weiter ist im Fall des aktivierten Powersplitgangs die einzuregelnde Drehzahl der Brennkraftmaschine aus der (Drehmoment)Übersetzung, also abgekürzt der Übersetzung, des aktiven Powersplitgangs, der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit, sowie aus der aktuellen motorischen/generatorischen Anforderung an die elektrische Maschine, welche am Powersplit-Leistungspfad beteiligt ist ermittelt. Anders gewendet wird aus der motorischen/generatorischen Anforderung an den Elektromotorgenerator (entsprechende mechanische Leistung) und des aktuell durch die Brennkraftmaschine bereit zu stellenden Drehmoments zur Erfüllung der geforderten Antriebsleistung am Getriebeausgang, sogenannter Triebstranganschluss, ein Drehzahloffset ermittelt, welches auf die fahrzeuggeschwindigkeitsabhängige Drehzahl aufzuschlagen ist. Die daraufhin einzuregelnde Drehzahl der Brennkraftmaschine ist dabei auf die sich für die benachbarten Gänge (nächstkleinere/-größere Übersetzung) des Hybridgetriebes, sowie die Drehzahlbetriebsgrenzen von Brennkraftmaschine und Elektromotorgenerator begrenzt. Im Fall, dass die nächstkleinere/-größere Übersetzung erreicht wird ist, ausgehend vom Powersplitgang, der entsprechende parallelhybridische Gang (Festübersetzungsgang) einzulegen, das Steuerungsverfahren folgt dann wieder entsprechend der zuvor erläuterten Lastpunktsverschiebung an der Brennkraftmaschine durch eine Drehmomentbereitstellung durch den Elektromotorgenerator.
In 1 ist schematisiert ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridgetriebes mit vier Powersplitgängen (PSG1 bis PSG4) und drei Festübersetzungsgängen (PFG1 bis PFG3) dargestellt. Dabei ist die Drehzahl der Brennkraftmaschine n_vm über der Fahrzeuggeschwindigkeit v_FZG aufgetragen. In einem Festübersetzungsgang (PFG1 bis PFG3) ist die Fahrzeuggeschwindigkeit v_FZG fest an die Drehzahl der Brennkraftmaschine n_VM gekoppelt, d.h. bei einer Beschleunigung im ersten Festübersetzungsgang PFG1 ist die die Brennkraftmaschinendrehzahl bei vorgegebener Fahrzeuggeschwindigkeit v_FZG eindeutig abzulesen. Eine Lastpunktsverschiebung 4 wird mittels Drehmomentbereitstellung vom Elektromotorgenerator (motorisch/generatorisch) erreicht, diese ändert aber am Drehzahlverhältnis von Brennkraftmaschinenanschluss zu Triebstranganschluss nichts. Gleiches gilt für die Lastpunktsverschiebung 7 und 10 im zweiten Festübersetzungsgang PFG2 und dritten Festübersetzungsgang PFG3. Die Lastpunktsverschiebungen 4, 7, 10 sind punktuell dargestellt, können aber entlang des jeweiligen Festübersetzungsgangs (PFG1 bis PFG3) erfolgen und sind nicht an eine bestimmte Geschwindigkeit oder eine bestimmte Drehzahl gekoppelt.
Ein völlig andres Bild ergibt ist in den Powersplitgängen, hier kann die Drehzahl der Brennkraftmaschine n_VM mittels Drehzahlüberlagerung vom Elektromotorgenerator von der Fahrzeuggeschwindigkeit v_FZG entkoppelt sein. Wird der Elektromotorgenerator im generatorischen Betrieb betrieben, findet eine Entkoppelung der Drehzahl in Richtung 2 statt, wird dieser motorisch betrieben, findet eine Entkoppelung in Richtung 3 statt. Dies gilt für die übrigen Powersplitgänge (zweiter Powersplitgang PSG2, dritter Powersplitgang PSG3, vierter Powersplitgang PSG4) entsprechend; eine Entkopplung der Drehzahl in Richtung 5, 8, 11, bedeutet jeweils einen generatorischen Betriebe des Elektromotorgenerators, eine Entkopplung in die Gegenrichtung also Richtung 6, 9, 12 bedeutet motorischen Betrieb. Ein Betrieb entlang der Linien für die Powersplitgänge (PSG1 bis PSG4) bedeutet Leistungswunsch Null am Elektromotorgenerator in einem solchen Betriebsmodus kann die Bremseinrichtung zum Abbremsen der Abtriebswelle des Elektromotorgenerators geschlossen sein und die Drehzahl Null für diese Welle vorgeben.
Bei den angegebenen Richtungen, welche die Entkoppelung der Drehzahl zeigen, ist für eine Bewegung des Fahrzeugs mit konstanter Geschwindigkeit (v_FZG ) das Verfahren zur Steuerung des Hybridgetriebes erkennbar. Geht man davon aus, dass der elektrische Speicher vollgeladen ist und sich das Fahrzeug konstant mit der Fahrzeuggeschwindigkeit v_FZGI bewegt, wird der Elektromotorgenerator motorisch betrieben. Mit sich entladendem elektrischen Speicher wandert die Entkoppelung der Drehzahl vertikal im motorischen Bereich (unterhalb der PSG2 Linie) in den Bereich für den generatorischen Betrieb (oberhalb der PSG2 Linie) und bei Überschreiten der PSG Linie wird der Elektromotorgenerator generatorisch betrieben. Wird bei der exemplarisch angegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit v_FZGI einer der Festübersetzungsgänge mit der Verstellung der Drehzahl-Übersetzung im Powersplitgang erreicht, so wird ein Gangwechsel in den erreichten Festübersetzungsgang ausgeführt, also in einen der zum zweiten Powersplitgang PSG2 benachbarten Festübersetzungsgänge (PFG1 oder PFG2). In den Festübersetzungsgängen (PFG1 bis PFG3) ist, wie bereits dargelegt, eine Effizienzsteigerung des Antriebs durch Lastpunktsverschiebung an der Brennkraftmaschine mittels des bereitgestellten Drehmoments (motorisch oder generatorisch) vom Elektromotorgenerator erreichbar, jedenfalls ist in jedem einzelnen Festübersetzungsgang einer Fahrzeuggeschwindigkeit fix eine Drehzahl der Brennkraftmaschine n_VM zugeordnet.
In 2 ist ein Hybridantriebsstrang dargestellt, welcher eine Brennkraftmaschine 20 und einen Triebstrang 21 zur Übertragung der von der Brennkraftmaschine 20 sowie vom Elektromotorgenerator EMA bereitgestellten Antriebsleistung auf eine Fahrbahnoberfläche aufweist. Weiter weist der Hybridantriebsstrang noch einen weiteren Elektromotorgenerator EMB auf, der in Drehmomentübertragungsrichtung von der Brennkraftmaschine 20 zum Triebstrang 21 hinter dem Hybridgetriebe 22 angeordnet ist. In der schematisierten Darstellung ist erkennbar, wie die Antriebsmaschinen (20, EMA) und der Triebstrang 21 über den Brennkraftmaschinenanschluss 23 den Elektromotorgeneratoranschluss 24 und den Triebstranganschluss 25 miteinander gekoppelt werden.
Durch die Anordnung des weiteren Elektromotorgenerators EMB nach dem Hybridgetriebe 22, welches Festübersetzungsgänge und Powersplitgänge aufweist, ist ein effizienter Betrieb des Hybridantriebsstrangs ermöglicht, da von diesem weiteren Elektromotorgenerator EMB übertragene Antriebsleistung und von diesem rekuperierte Antriebsleistung mit dem Wirkungsgrad η_EMB-Ab beaufschlagt ist und somit keine Wirkungsgradverluste im Hybridgetriebe wirksam sind für diese Antriebsleistung. Die vom weiteren Elektromotorgenerator generierte elektrische Leistung kann von diesem mit dem Wirkungsgrad η_SP-EMB in den elektrischen Speicher Bat beziehungsweise aus diesem entnommen werden. Weiter ist es auch ermöglicht elektrische Leistung unmittelbar zwischen dem Elektromotorgenerator EMA und dem weiteren Elektromotorgenerator EMB mit dem Wirkungsgrad η_EMA-EMB auszutauschen.
Soweit Antriebsleistung von der Brennkraftmaschine 20 auf den Triebstrang 21 übertragen wird, wird diese über das Hybridgetriebe 22 mit dem Wirkungsgrad η_VM-Ab übertragen, eine Rekuperation von Antriebsleistung durch die Brennkraftmaschine, welche in Hubkolbenbauweise ausgebildet ist, ist grundsätzlich nicht möglich. Von der Brennkraftmaschine 20 kann Antriebsleistung über das Hybridgetriebe 22 an den Elektromotorgenerator EMA mit dem Wirkungsgrad η_VM-EMA geführt werden und umgekehrt, kann Antriebsleistung mit diesem Wirkungsgrad (η_VM-EMA) zum Antrieb vom Elektromotorgenerator bereitgestellt werden.
Auch der Elektromotorgenerator EMA kann Antriebsleistung rekuperieren und in den elektrischen Speicher Bat führen oder aus diesem mit elektrischer Leistung versorgt werden, diese Leistungsflüsse sind jeweils mit dem Wirkungsgrad η_SP-EMA beaufschlagt.
Wie dargelegt ergeben sich unterschiedliche Leistungsflüsse mit unterschiedlichen Wirkungsgranden, welche mittels des vorgeschlagenen Hybridgetriebes, des vorgeschlagenen Verfahrens zum Steuern des Hybridgetriebes sowie mit einem Hybridantriebsstrang mit einem solchen Hybridgetriebe einen effizienten Betrieb eines Kraftfahrzeugs ermöglichen.
Bezugszeichenliste

1: Anfahrbereich
2: Drehzahl Entkopplung der Brennkraftmaschine n_VM von der Fahrzeuggeschwindigkeit v_FZG , Richtung generatorischer Betrieb des Elektromotorgenerators im ersten Powersplitgang PSG1
3: Drehzahl Entkopplung der Brennkraftmaschine n_VM von der Fahrzeuggeschwindigkeit v_FZG , motorischer Betrieb des Elektromotorgenerators im ersten Powersplitgang PSG1
4: Lastpunktsverschiebung im ersten Festübersetzungsgang PFG1 durch Drehmoment vom Elektromotorgenerator
5: Drehzahl Entkopplung der Brennkraftmaschine n_VM von der Fahrzeuggeschwindigkeit v_FZG , Richtung generatorischer Betrieb des Elektromotorgenerators im zweiten Powersplitgang PSG2
6: Drehzahl Entkopplung der Brennkraftmaschine n_VM von der Fahrzeuggeschwindigkeit v_FZG , motorischer Betrieb des Elektromotorgenerators im zweiten Powersplitgang PSG2
7: Lastpunktsverschiebung im zweiten Festübersetzungsgang PFG2 durch Drehmoment vom Elektromotorgenerator
8: Drehzahl Entkopplung der Brennkraftmaschine n_VM von der Fahrzeuggeschwindigkeit v_FZG , Richtung generatorischer Betrieb des Elektromotorgenerators im dritten Powersplitgang PSG3
9: Drehzahl Entkopplung der Brennkraftmaschine n_VM von der Fahrzeuggeschwindigkeit v_FZG , motorischer Betrieb des Elektromotorgenerators im dritten Powersplitgang PSG3
10: Lastpunktsverschiebung im dritten Festübersetzungsgang PFG3 durch Drehmoment vom Elektromotorgenerator
11: Drehzahl Entkopplung der Brennkraftmaschine n_VM von der Fahrzeuggeschwindigkeit v_FZG , Richtung generatorischer Betrieb des Elektromotorgenerators im vierten Powersplitgang PSG4
12: Drehzahl Entkopplung der Brennkraftmaschine n_VM von der Fahrzeuggeschwindigkeit v_FZG , motorischer Betrieb des Elektromotorgenerators im vierten Powersplitgang PSG4
vFZG: Fahrzeuggeschwindigkeit
vFZGI: Eine Fahrzeuggeschwindigkeit im zweiten Powersplitgang PSG2
nVM: Drehzahl der Brennkraftmaschine
PSG1 bis PSG4: Powersplitgang 1 bis 4
PFG1 bis PFG3: Festübersetzungsgang 1 bis 3
20: Brennkraftmaschine
21: Triebstrang
22: Hybridgetriebe
23: Triebstranganschluss
24: Elektromotorgeneratoranschluss
25: Triebstranganschluss

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0769404 A1 [0001]

Claims

Hybridantriebsstrang mit einem Hybridgetriebe, einer Brennkraftmaschine, einem Elektromotorgenerator und einem Triebstrang mit wenigstens einem antreibbaren Antriebsrad, wobei das Hybridgetriebe zur Aufnahme von Antriebsleistung der Brennkraftmaschine, sogenannte Brennkraftmaschinenantriebsleistung, und zur Aufnahme von Antriebsleistung des Elektromotorgenerators, sogenannte Elektroantriebsleistung, und zur Abgabe wenigstens einer oder beider Antriebsleistungen an den Triebstrang eingerichtet ist und weiter weist das Hybridgetriebe wenigstens drei Gänge auf, wobei diese drei Gänge aus wenigstens zwei unterschiedlichen Arten von Gängen gebildeten sind, wobei das Hybridgetriebe ein schaltbares Getriebe, sogenanntes Schaltgetriebe, aufweist, welches zum Bereitstellen von wenigstens einem dieser drei Gänge aus der ersten Art von Gängen, sogenannter Festübersetzungsgang, eingerichtet ist, wobei ein solcher Gang aus der ersten Art von Gängen jeweils eine durch die Bauart des Schaltgetriebes festgelegte Übersetzung sowohl für die Brennkraftmaschine als auch für den Elektromotorgenerator in Bezug auf den Triebstranganschluss aufweist und weiter weist das Hybridgetriebe ein Drehzahlüberlagerungsgetriebe auf, welches zum Bereitstellen von wenigstens einem dieser drei Gänge, aus der zweiten Art von Gängen, sogenannter Powersplitgang, eingerichtet ist, wobei ein solcher Powersplitgang ein Gang mit variabler Drehzahl-Übersetzung und fester Drehmoment-Übersetzung in Bezug auf den Brennkraftmaschinenanschluss und den Triebstranganschluss ist und wobei die variable Drehzahl-Übersetzung im Hybridgetriebe mittels einer Drehzahlüberlagerung einer von der Brennkraftmaschine bereitgestellten und einer vom Elektromotorgenerator bereitgestellten Drehzahl gebildet ist, wobei das Hybridgetriebe wenigstens einen Betriebsmodus aufweist, bei welchem Gangwechsel nur zwischen artunterschiedlichen Gängen durchgeführt werden.
Verfahren zum Betreiben eines Hybridgetriebes mit wenigstens drei Gängen, wobei das Hybridgetriebe einen Brennkraftmaschinenanschluss zum Aufnehmen von Antriebsleistung von einer Brennkraftmaschine und einen Elektromotorgeneratoranschluss zum Aufnehmen von Antriebsleistung von dem Elektromotorgenerator aufweist und einen Triebstranganschluss zum Abgeben von Antriebsleistung von einem dieser Anschlüsse oder von beiden an einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, und weiter weist dieses Getriebe wenigstens drei Gänge auf, wobei wenigstens einer dieser Gänge ein durch Drehzahlüberlagerung von dem Brennkraftmaschinenanschluss und dem Elektromotorgeneratoranschluss kontinuierlich veränderbares Drehzahl-Überverhältnis zwischen dem Brennkraftmaschinenanschluss und dem Triebstranganschluss aufweist, und weiter weist dieses Hybridgetriebe wenigstens einen Festübersetzungsgang auf, in welchen jeweils ein festes Übersetzungsverhältnis zwischen dem Elektromotorgeneratoranschluss und dem Triebstranganschluss und dem Brennkraftmaschinenanschluss und dem Triebstranganschluss besteht, dabei sind diese Übersetzungsverhältnisse jeweils durch die Bauart des Hybridgetriebes vorgegeben und wobei zum Wechseln aus dem wenigstens einen Festübersetzungsgang in den wenigstens einen Powersplitgang oder umgekehrt das Drehzahl-Übersetzungsverhältnis des Powersplitgangs so eingestellt wird, dass dieses dem Übersetzungsverhältnis dieses Festübersetzungsgangs, bezogen auf den Brennkraftmaschinenanschluss und den Triebstranganschluss, entspricht.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Wechsel aus dem wenigstens einen Festübersetzungsgang in den wenigstens einen Powersplitgang, der Elektromotorgenerator derart angesteuert wird, dass von diesem keine mechanische Leistung aufgenommen oder abgegeben wird und dass das Drehzahl-Übersetzungsverhältnis des Powersplitgangs durch Drehzahlüberlagerung so eingestellt wird, dass dieses dem Drehmoment-Übersetzungsverhältnis des Festübersetzungsgangs aus welchem in den Powersplitgang gewechselt wird, entspricht.
Verfahren zum Betrieb eines Hybridgetriebes nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass nachdem Wechsel aus dem wenigstens einen Festübersetzungsgang in den Powersplitgang eine Leistungsanforderung an den Elektromotorgenerator ermittelt oder vorgegeben wird und dass das Drehzahl-Übersetzungsverhältnis des Powersplitgangs durch Drehzahlüberlagerung so eingestellt wird, dass diese Leistungsanforderung vom Elektromotorgenerator erfüllt wird.
Verfahren zum Betrieb eines Hybridgetriebes nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsverhältnis des Powersplitgangs bei der Leistungsübertragung mit diesem in Abhängigkeit von einem Ladezustand eines elektrischen Energiespeichers geregelt wird, wobei dies der elektrischen Energiespeicher ist, aus welchem der Elektromotorgenerator mit Energie versorgbar ist, und dass mit diesem Elektromotorgenerator das Übersetzungsverhältnis des Powersplitgangs beeinflussbar ist, so dass beim Erreichen oder Unterschreiten eines Schwellwert für diesen Ladezustand des Energiespeichers, das Übersetzungsverhältnis des Powersplitgangs so eingestellt wird, dass der Elektromotorgenerator in einem generatorischen Betriebsmodus betrieben wird.
Verfahren zum Betrieb eines Hybridgetriebes nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsverhältnis des Powersplitgangs bei der Leistungsübertragung mit diesem in Abhängigkeit von einem weiteren Ladezustand eines elektrischen Energiespeichers geregelt wird, wobei das der elektrischen Energiespeicher ist, aus welchem der Elektromotorgenerator mit Energie versorgbar ist, und dass mit diesem Elektromotorgenerator das Übersetzungsverhältnis des Powersplitgangs beeinflussbar ist, so dass bei Erreichen oder Überschreiten dieses weiteren Schwellwerts das Übersetzungsverhältnis des Powersplitgangs so eingestellt wird, dass der Elektromotorgenerator in einem motorischen Betriebsmodus betrieben wird.
Verfahren zum Betrieb eines Hybridgetriebes nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das von den wenigstens drei Gängen des Hybridgetriebes wenigstens zwei Gänge als Festübersetzungsgänge ausgebildet sind und wenigstens ein Gang als Powersplitgang und dass das Drehzahl-Übersetzungsverhältnis des Powersplitgangs durch Drehzahlüberlagerung des Brennkraftmaschinenanschlusses und des Elektromotorgeneratoranschlusses derart verändert wird, dass dieses, bezogen auf das Drehmomentübersetzungsverhältnis zwischen dem Brennkraftmaschinenanschluss und dem Triebstranganschluss, zwischen den Übersetzungsverhältnissen der beiden zu diesem Powersplitgang benachbarten Festübersetzungsgänge liegt oder jeweils einem dieser Übersetzungsverhältnisse entspricht, so dass das Drehzahl-Übersetzungsverhältnis des Powersplitgangs in einem planmäßigen Betriebsmodus des Hybridgetriebes zwischen den Übersetzungsverhältnissen der beiden dem Powersplitgang benachbarten Festübersetzungsgängen variiert wird.
Hybridgetriebe, welches nach einem der Ansprüche 2 bis 7 betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Hybridgetriebe ein in diskreten Stufen schaltbares Schaltgetriebe und ein Drehzahlüberlagerungsgetriebe mit einer kontinuierlich veränderbaren Übersetzung aufweist und dass das Drehzahlüberlagerungsgetriebe als Umlaufgetriebe mit einem Planetengetrieberadsatz ausgebildet ist oder ein solches Umlaufgetriebe aufweist.
Hybridgetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgetriebe als Vorgelegegetriebe ausgebildet ist oder ein solches aufweist.
Hybridgetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgetriebe als Doppelkupplungsgetriebe ausgebildet ist oder ein solches aufweist.
Hybridgetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgetriebe als Umlaufgetriebe ausgebildet ist oder ein solches aufweist.
Hybridgetriebe nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgetriebe wenigstens drei schaltbare Festübersetzungsgänge oder mehr aufweist und dass das Drehzahlüberlagerungsgetriebe derart ausgebildet ist, dass zwischen jeweils zwei Festübersetzungsgängen oder zwischen allen Festübersetzungsgängen, bezogen auf das Übersetzungsverhältnis, jeweils ein Powersplitgang mit diesem Drehzahlüberlagerungsgetriebe darstellbar ist, so dass, bezüglich der Übersetzungsverhältnisse, zwei benachbarte Festübersetzungsgänge jeweils durch einen Powersplitgang voneinander getrennt sind.
Hybridgetriebe nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine Bremseinrichtung aufweist, dass mit dieser Bremseinrichtung eine Abtriebswelle des Elektromotorgenerators auf Drehzahl Null abbremsbar ist.