DE102020005575A1

DE102020005575A1 - Vermeidung nachteiliger Betriebspunkte einer in einem Antriebsstrang enthaltenen elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102020005575A1
Application number: DE102020005575.3A
Authority: DE
Inventors: Frederik Sundén; Mathias Björkman; Mikael Bergquist; Niklas Pettersson; Johan Lindström
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2019-10-03
Filing date: 2020-09-11
Publication date: 2021-04-08
Also published as: SE543705C2; BR102020018844A2; SE1951124A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs, um nahezu null Umdrehungen pro Minute, U/min, einer elektrischen Maschine zu vermeiden, wobei das Verfahren von einer Steuereinheit durchgeführt wird, die dazu eingerichtet ist, in dem Fahrzeug enthalten zu sein, wobei der Antriebsstrang mehrere Antriebseinheiten umfasst, wobei die mehreren Antriebseinheiten zumindest eine erste elektrische Maschine und eine zweite elektrische Maschine umfassen, und wobei der Antriebsstrang ferner ein Getriebe aufweist. Das Verfahren umfasst: Gewinnen eines eine Winkelgeschwindigkeit einer Eingangswelle des in dem Antriebsstrang enthaltenen Getriebes angebenden ersten Winkelgeschwindigkeitswerts, Gewinnen eines eine Winkelwinkelgeschwindigkeit des Rotors der zweiten elektrischen Maschine angebenden zweiten Winkelgeschwindigkeitswerts, Gewinnen eines Werts eines angeforderten Drehmoments, und Steuern des Getriebes unter Verwendung des ersten Winkelgeschwindigkeitswerts, des zweiten Winkelgeschwindigkeitswerts, des Werts des angeforderten Drehmoments und eines Satzes vorbestimmter Bedingungen. Die Erfindung betrifft ferner die Steuereinheit, ein Fahrzeug mit der Steuereinheit, ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugantriebsstrangs eines Fahrzeugs, insbesondere zum Steuern eines Fahrzeugantriebstrangs, der dazu eingerichtet ist, Gangwechsel ohne Antriebsmomentunterbrechung durchzuführen und gleichzeitig nachteilige Betriebspunkte einer im Antriebsstrang enthaltenen elektrischen Maschine zu vermeiden. Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine das Verfahren durchführende Steuereinheit. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit der Steuereinheit.
Hintergrund
Hybridfahrzeuge enthalten üblicherweise einen Antriebsstrang mit einem Primärmotor, der ein Verbrennungsmotor sein kann, und mindestens einem Sekundärmotor, bei dem es sich um eine oder mehrere elektrische Maschinen handeln kann, um das Fahrzeug anzutreiben. Die elektrischen Maschinen sind mit mindestens einer Energiespeichervorrichtung zum Speichern elektrischer Energie ausgestattet, wie beispielsweise einer elektrochemischen Energiespeichervorrichtung oder Batterie. Die elektrischen Maschinen sind ferner mit einem Steuergerät ausgerüstet, um den Fluss elektrischer Energie zwischen der Energiespeichervorrichtung und der elektrischen Maschine zu steuern, beispielsweise einem steuerbaren Wechselrichter oder Wechselrichter. Die elektrische Maschine kann also in Abhängigkeit vom Fahrzeugbetriebsmodus abwechselnd als Motor oder als Generator arbeiten. Wenn das Fahrzeug einen Bremsvorgang durchführt, kann die elektrische Maschine elektrische Energie erzeugen, die in der Energiespeichervorrichtung gespeichert wird. Dies wird üblicherweise als regeneratives Bremsen bezeichnet, was mit sich bringt, dass das Fahrzeug mithilfe der elektrischen Maschine und des Verbrennungsmotors verlangsamt wird. Die gespeicherte elektrische Energie kann in der Energiespeichervorrichtung gespeichert und später für den Betrieb des Fahrzeugs verwendet werden.
Ein Getriebe in einem Elektro- oder einem Hybridfahrzeug kann typischerweise ein Planetengetriebe enthalten. Ein Planetengetriebe umfasst normalerweise drei Bauteile, die relativ zueinander drehbar angeordnet sind. Die Bauteile umfassen zumindest ein Gehäuse, ein Sonnenrad, einen Planetenradträger und ein Hohlrad. Bei Kenntnis der Anzahl von Radzähnen oder Zähnen im Sonnenrad bzw. im Hohlrad können die Relativgeschwindigkeiten der drei Bauteile während des Betriebs ermittelt oder berechnet werden. Eines der Bauteile des Planetengetriebes kann zum Beispiel mit dem Verbrennungsmotor verbunden sein. Dieses Bauteil des Planetengetriebes dreht sich demnach mit einer Drehzahl oder Winkelgeschwindigkeit, die der Drehzahl des Verbrennungsmotors entspricht. Ein zweites Bauteil im Planetengetriebe kann mit einer Eingangswelle einer dem Planetengetriebe nachgeordneten Getriebeeinrichtung verbunden sein. Dieses Bauteil des Planetengetriebes dreht sich demnach mit der gleichen Drehzahl wie die Eingangswelle der Getriebeeinrichtung. Ein drittes Bauteil im Planetengetriebe kann mit einem Rotor einer elektrischen Maschine verbunden sein. Dieses Bauteil im Planetengetriebe dreht sich somit mit der gleichen Drehzahl wie der Rotor der elektrischen Maschine, wenn sie direkt miteinander verbunden sind. Alternativ kann die elektrische Maschine mit dem dritten Bauteil des Planetengetriebes über ein Getriebe mit einer Getriebeübersetzung verbunden sein. In diesem Fall können sich die elektrische Maschine und das dritte Bauteil im Planetengetriebe mit unterschiedlichen Drehzahlen drehen.
Je nach Ausgestaltung der mit dem Planetengetriebe verbundenen Getriebeeinrichtung kann eine Drehmomentunterbrechung zwischen den Gangstufen vermieden werden. Häufig werden jedoch in der Getriebeeinrichtung separate und komplexe Vorrichtungen benötigt, um die Drehmomentunterbrechung zu vermeiden oder zu verringern, damit eine Wahrnehmung von stufenlosen oder kontinuierlichen Gangwechseln durch den Benutzer erzielt oder erreicht wird.
Getriebe mit zwei nacheinander angeordneten Planetengetrieben sind bekannt. Beispielsweise offenbart die US 2016/0053864 A1 ein Getriebe, das ein mit einer Eingangswelle des Getriebes verbundenes erstes Umlaufgetriebe (auch als Planetengetriebe bekannt) und ein mit dem ersten Umlaufgetriebe verbundenes zweites Umlaufgetriebe umfasst. Das Getriebe umfasst ferner eine mit dem ersten Umlaufgetriebe verbundene erste Hauptwelle und eine mit dem zweiten Umlaufgetriebe verbundene zweite Hauptwelle. Ferner ist eine erste elektrische Maschine mit dem ersten Umlaufgetriebe und eine zweite elektrische Maschine mit dem zweiten Umlaufgetriebe verbunden. Eine erste Kupplungseinheit verbindet auskuppelbar zwei drehbare Bauteile des ersten Umlaufgetriebes und eine zweite Kupplungseinheit verbindet auskuppelbar zwei drehbare Bauteile des zweiten Umlaufgetriebes, so dass die Drehgeschwindigkeit und/oder das Drehmoment an der ersten und der zweiten Hauptwelle beeinflusst werden kann/können, indem die erste und/oder die zweite Kupplungseinheit in einen eingekuppelten oder ausgekuppelten Zustand der drehbaren Bauteile gesteuert wird.
Während eines Gangwechsels in einem Getriebe, das zwei Planetengetriebe mit zugeordneten elektrischen Maschinen umfasst, können die elektrischen Maschinen dazu gesteuert werden, das von einem Fahrer oder einer Geschwindigkeitsregelung angeforderte Antriebsmoment und einen geeigneten Strom am Energiespeicher anzusteuern, während zugleich der Verbrennungsmotor auf Grundlage des Ausgangsdrehmoments so gesteuert wird, dass eine Änderungsrate der Drehzahl der Eingangswelle des Getriebes erreicht wird.
Diese herkömmliche Steuerung des Antriebsstrangs funktioniert im Allgemeinen sehr gut. Jedoch kann während bestimmter Betriebsbedingungen, insbesondere während einer Kriechfahrt, eine elektrische Maschine im Antriebsstrang in einen Betriebspunkt gesteuert werden, der nahezu null U/min kombiniert mit einer hohen Drehmomentabgabe beinhaltet, was die Steuerungseinrichtung, z. B. den Wechselrichter, belasten und hohe Verluste in der elektrischen Maschine zur Folge haben kann.
Somit besteht ein Bedarf nach einem verbesserten Verfahren, einer verbesserten Steuereinheit und einem verbesserten Fahrzeug, die die Steuerung des Antriebsstrangs verbessern, wenn solche Betriebspunkte auftreten.
Aufgaben der Erfindung
Eine Aufgabe von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lösung bereitzustellen, die die oben beschriebenen Nachteile verringert oder behebt.
Abriss der Erfindung
Die obige und weitere Aufgaben werden durch den hier beschriebenen Gegenstand gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind hier beschrieben.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung werden die Aufgaben gelöst durch ein Verfahren zum Steuern eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs, um nahezu null Umdrehungen pro Minute, U/min, einer elektrischen Maschine zu vermeiden, wobei das Verfahren von einer Steuereinheit durchgeführt wird, die dazu eingerichtet ist, im Fahrzeug enthalten zu sein, wobei der Antriebsstrang mehrere Antriebseinheiten aufweist, wobei die mehreren Antriebseinheiten mindestens eine erste elektrische Maschine und eine zweite elektrische Maschine umfassen, wobei der Antriebsstrang ferner ein Getriebe aufweist, welches ferner ein erstes Planetengetriebe umfasst, das mit der Eingangswelle, dem Rotor der ersten elektrischen Maschine und einer ersten Hauptwelle verbunden ist, sowie ein zweites Planetengetriebe, das mit einem ersten Planetengetriebe, einem Rotor der zweiten elektrischen Maschine und einer zweiten Hauptwelle verbunden ist, wobei jedes der Planetengetriebe mit einem Hohlrad mit einer ersten Zahnzahl und einem Sonnenrad mit einer zweiten Zahnzahl versehen ist, wobei das Verfahren das Gewinnen eines ersten Winkelgeschwindigkeitswerts, der eine Winkelgeschwindigkeit einer Eingangswelle des im Antriebsstrang enthaltenen Getriebes angibt, das Gewinnen eines zweiten Winkelgeschwindigkeitswerts, der eine Winkelgeschwindigkeit des Rotors der zweiten elektrischen Maschine angibt, das Gewinnen eines Werts eines angeforderten Drehmoments, und das Steuern des Getriebes unter Verwendung des ersten Winkelgeschwindigkeitswerts, des zweiten Winkelgeschwindigkeitswerts, des Werts des angeforderten Drehmoments und eines Satzes vorbestimmter Bedingungen umfasst, wobei der Satz vorbestimmter Bedingungen von einer Winkelgeschwindigkeit der zweiten Hauptwelle, einer ersten Zahnzahl des jeweiligen Hohlrads und einer Zahnzahl des jeweiligen Sonnenrads abhängt.
Die Vorteile des ersten Aspekts umfassen das Verringern der Belastung der Bauteile, üblicherweise Steuerschaltungen, wie zum Beispiel Wechselrichter, des Getriebes durch Vermeiden von nahezu null Umdrehungen pro Minute, U/min, an der ersten oder zweiten elektrische Maschine.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung werden die Aufgaben durch eine Steuereinheit gelöst, die dazu eingerichtet ist, in einem Fahrzeug enthalten zu sein, und dazu ausgelegt ist, das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt auszuführen.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung werden die Aufgaben durch ein Fahrzeug mit einer Steuereinheit gemäß dem zweiten Aspekt und einem Antriebsstrang gelöst, wobei der Antriebsstrang mehrere Antriebseinheiten umfasst, wobei die mehreren Antriebseinheiten zumindest eine erste elektrische Maschine und eine zweite elektrische Maschine umfassen.
Die Vorteile der zweiten und dritten Aspekte sind zumindest die gleichen wie die des ersten Aspekts.
Der Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche festgelegt, die in diesem Abschnitt durch Bezugnahme aufgenommen sind. Ein vollständigeres Verständnis von Ausführungsformen der Erfindung nebst einer Realisierung zusätzlicher Vorteile derselben wird dem Fachmann durch Betrachtung der folgenden detaillierten Beschreibung einer oder mehrerer Ausführungsformen gewährt. Es wird auf die beigefügten Zeichnungsblätter Bezug genommen, die zunächst kurz beschrieben werden.
Figurenliste

1 veranschaulicht schematisch eine Seitenansicht eines Beispiels eines Fahrzeugs.
2 veranschaulicht schematisch eine erste beispielhafte Ausführungsform des Antriebsstrangs gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
3 zeigt Details einer Steuereinheit gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
5 zeigt ein Beispiel des Steuerns des Antriebsstrangs gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.

Ein vollständigeres Verständnis von Ausführungsformen der Erfindung nebst einer Realisierung zusätzlicher Vorteile derselben wird dem Fachmann durch Betrachtung der folgenden detaillierten Beschreibung einer oder mehrerer Ausführungsformen gewährt. Es versteht sich, dass gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche Teile zu bezeichnen, die in einer oder mehreren der Figuren dargestellt sind.
Detaillierte Beschreibung
Ein „oder“ in dieser Beschreibung und den entsprechenden Ansprüchen ist als ein mathematisches ODER zu verstehen, welches „und“ und „oder“ abdeckt, und ist nicht als ein XODER (ausschließliches ODER) zu verstehen. Der unbestimmte Artikel „ein“ ist in dieser Offenbarung und den Ansprüchen nicht auf „eins“ beschränkt und kann auch verstanden werden als „ein oder mehr“, d.h., als Plural.
In der vorliegenden Offenbarung bezeichnet der Ausdruck „Winkelgeschwindigkeit“ die Drehzahl oder Umdrehungsgeschwindigkeit eines sich um eine Achse drehenden Objekts. Mit anderen Worten ist dies die Anzahl von Umdrehungen, die das Objekt durchführt, geteilt durch die dafür erforderliche Zeitdauer. Dies kann beispielsweise als Umdrehungen pro Minute (U/min), Zyklen pro Sekunde (Z/s), Radianten pro Sekunde (Rad/s) angegeben werden. Üblicherweise wird dies im Kontext dieser Offenbarung für eine sich drehende Welle angegeben, die ein Moment durch den Antriebsstrang überträgt.
In der vorliegenden Offenbarung soll der Ausdruck „Gangwechsel“ breit ausgelegt werden. Ein „Gangwechsel“ kann beispielsweise realisiert werden durch einen Wechsel des mit dem Verbrennungsmotor verbundenen Gangs. Er umfasst also auch das Verbinden/Trennen von Bestandteilen von Planetengetrieben, um die Ermöglichung einer Relativdrehung zwischen den Bestandteilen zu bewirken.
In der vorliegenden Offenbarung soll ein „erhaltenes Ausgangsdrehmoment“ vom Verbrennungsmotor breit ausgelegt werden und soll bedeuten, dass es keine aktive Steuerung des Ausgangsdrehmoments des Verbrennungsmotors gibt. Es soll jedoch erkannt werden, dass sich eine Änderung des Ausgangsdrehmoments durch andere, nicht aktiv gesteuerte Faktoren, wie Reibung oder Trägheit des Verbrennungsmotors, ergeben kann. Ferner wird das Ausgangsdrehmoment des Verbrennungsmotors, wie hier verwendet, als das vom Getriebe wahrgenommene Ausgangsdrehmoment des Verbrennungsmotors bedeutend angesehen.
Der Begriff „Antriebsmoment“ wird hier verwendet, um das an die Antriebsräder des Fahrzeugs gelieferte Drehmoment zu beschreiben.
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugantriebsstrangs und eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, eine solche Steuerung durchzuführen. Der Fahrzeugantriebsstrang umfasst einen optionalen Verbrennungsmotor und ein Getriebe. Das Getriebe umfasst eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle. Das Getriebe umfasst ferner ein erstes Planetengetriebe, das mit der Eingangswelle und einer ersten Hauptwelle des Getriebes verbunden ist, und ein zweites Planetengetriebe, das mit dem ersten Planetengetriebe und einer zweiten Hauptwelle des Getriebes verbunden ist. Das Getriebe umfasst ferner eine mit dem ersten Planetengetriebe verbundene erste elektrische Maschine sowie eine mit dem zweiten Planetengetriebe verbundene zweite elektrische Maschine. Zwischen der ersten Hauptwelle und einer Vorgelegewelle des Getriebes ist zumindest ein erstes Zahnradpaar angeordnet. Zwischen der zweiten Hauptwelle und der Vorgelegewelle ist zumindest ein zweites Zahnradpaar angeordnet. Die Vorgelegewelle ist mit der Ausgangswelle verbunden, beispielsweise über ein fünftes Zahnradpaar oder über eine Bereichsgetriebeeinheit. Falls vorhanden, kann die Bereichsgetriebeeinheit ein drittes Planetengetriebe sein.
Insbesondere umfasst das erste Planetengetriebe ein erstes Hohlrad, ein erstes Sonnenrad, einen ersten Satz Planetenräder, der mit dem ersten Hohlrad und dem ersten Sonnenrad zusammenwirkt. Der erste Satz Planetenräder ist auf einem ersten Planetenradträger gelagert. Das zweite Planetengetriebe umfasst ein zweites Hohlrad, ein zweites Sonnenrad und einen zweiten Satz Planetenräder. Die zweiten Planetenräder sind auf einem zweiten Planetenradträger gelagert. Der erste Planetenradträger kann mit der Eingangswelle des Getriebes verbunden sein, wodurch die Verbindung zwischen dem ersten Planetengetriebe und der Eingangswelle realisiert wird. In einem solchen Fall kann der erste Planetenradträger ferner mit dem zweiten Sonnenrad verbunden sein. Dadurch wird das erste Planetengetriebe mit dem zweiten Planetengetriebe verbunden.
Um ein Trennen des Verbrennungsmotors von dem Getriebe zu ermöglichen, kann die Eingangswelle ein erstes Eingangswellenteil und ein zweites Eingangswellenteil umfassen, das über eine Koppelvorrichtung mit der ersten Eingangswelle verbindbar sind. In einem solchen Fall ist die erste Eingangswelle mit dem ersten Planetengetriebe verbunden, wohingegen der zweite Eingangswellenabschnitt mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist.
Der oben beschriebene Antriebsstrang kann derart gesteuert werden, dass er in Abhängigkeit von den Umständen gemäß verschiedenen Betriebsmodi betrieben wird. Die Auswahl eines bestimmten Betriebsmodus kann beispielsweise in Abhängigkeit von einem Fahrzustand des Fahrzeugs und/oder der Antriebsstrangausgestaltung erfolgen. Das Verfahren zum Steuern des Fahrzeugantriebsstrangs, um nachteilige Betriebspunkte zu vermeiden, wie hier offenbart, entspricht solchen Betriebsmodi, z. B. einem Normalfahrtbetriebsmodus und einem Kriechfahrtbetriebsmodus. Natürlich kann sich der hier offenbarte Betriebsmodus mit einem oder mehreren anderen Betriebsmodi abwechseln.
Gemäß einem hier offenbarten Beispiel des Verfahrens zur Steuerung des Antriebsstrangs zeigen vorbestimmte Bedingungen auf, ob das Fahrzeug mit einer normalen Fahrt befasst ist oder als eine Kriechfahrt durchführend erachtet wird, bei der zumindest eine elektrische Maschine in einem nachteiligen Betriebspunkt betrieben wird.
Das Fahrzeug wird typischerweise in einem Normalfahrtbetriebsmodus betrieben, wenn erste vorbestimmte Bedingungen aufzeigen, dass das Fahrzeug mit einer normalen Fahrt befasst ist oder als eine Kriechfahrt durchführend erachtet wird, bei der zumindest eine elektrische Maschine in einem nachteiligen Betriebspunkt betrieben wird. Das Verfahren steuert dann die Drehzahl der Winkelgeschwindigkeit ω_IPS der Eingangswelle 8 derart, dass sich ein Zustand, in dem sich der Rotor einer zweiten elektrischen Maschine null U/min nähert, z. B. durch Drehzahlregelung einer der Antriebseinheiten, z. B. des Verbrennungsmotors oder einer ersten elektrischen Maschine, vermieden wird. Dadurch wird veranlasst, dass sich der Rotor der zweiten elektrischen Maschine mit einem höheren Absolutwert der U/min dreht. Das Fahrzeug wird dann typischerweise in einem Kriechfahrtbetriebsmodus betrieben, bis zweite vorbestimmte Bedingungen aufzeigen, dass das Fahrzeug die normale Fahrt wieder aufgenommen hat und nicht mehr in einem nachteiligen Betriebspunkt betrieben wird. Somit kann das Fahrzeug dazu zurückkehren, in einem normalen Betriebsmodus betrieben zu werden.
Die vorliegende Offenbarung betrifft ferner eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, einen Antriebsstrang zu steuern, um einen Betrieb in einem nachteiligen Betriebspunkt zu vermeiden. Der Antriebsstrang umfasst ein Getriebe und kann optional ferner einen Verbrennungsmotor umfassen, wie oben offenbart.
1 veranschaulicht schematisch eine Seitenansicht eines Beispiels eines Fahrzeugs 1. Das Fahrzeug 1 weist ein Getriebe 2 und eine erste Antriebseinheit 4 auf, z. B. in Form eines Verbrennungsmotors, die in einem Antriebsstrang 3 des Fahrzeugs 1 enthalten sind. Die erste Antriebseinheit 4 ist mit dem Getriebe 2 verbunden. Das Getriebe 2 ist ferner mit Antriebsrädern 5 des Fahrzeugs verbunden, z. B. über eine Antriebswelle 6.
2 veranschaulicht schematisch eine erste beispielhafte Ausführungsform des Antriebsstrangs 3. Der Antriebsstrang 3 kann in einem Fahrzeug 1, wie dem in 1 gezeigten Fahrzeug, enthalten sein. Der Antriebsstrang 3 umfasst mehrere Antriebseinheiten 4, 14, 16. Die mehreren Antriebseinheiten umfassen einen Verbrennungsmotor 4 und/oder eine erste elektrische Maschine 14 und/oder eine zweite elektrische Maschine 16. Der Verbrennungsmotor 4 ist über eine Eingangswelle 8 des Getriebes 2 mit dem Getriebe 2 verbunden. Das Getriebe 2 umfasst eine Eingangswelle 8, ein erstes Planetengetriebe 10, ein zweites Planetengetriebe 12 und eine Ausgangswelle 20. Das erste Planetengetriebe 10 ist mit der Eingangswelle 8 des Getriebes 2 verbunden und das zweite Planetengetriebe 12 ist mit dem ersten Planetengetriebe 10 verbunden.
Das erste Planetengetriebe 10 weist ein erstes Hohlrad 22 auf, das mit dem ein Rotor 24 der ersten elektrischen Maschine 14 verbunden ist. Das erste Planetengetriebe 10 umfasst ferner ein erstes Sonnenrad 26, einen ersten Satz Planetenräder 52 und einen ersten Planetenradträger 50. Der erste Satz Planetenräder 52 ist an dem ersten Planetenradträger 50 gelagert. Der erste Satz Planetenräder 52 wirkt mit dem ersten Hohlrad 22 und dem ersten Sonnenrad 26 zusammen.
Das zweite Planetengetriebe 12 weist ein zweites Hohlrad 28 auf, das mit dem ein Rotor 30 der zweiten elektrischen Maschine 16 verbunden ist. Das zweite Planetengetriebe 12 umfasst ferner ein zweites Sonnenrad 32, einen zweiten Satz Planetenräder 54 und einen zweiten Planetenradträger 51. Der zweite Satz Planetenräder 54 wirkt mit dem zweiten Hohlrad 28 und dem zweiten Sonnenrad 32 zusammen. Der zweite Satz Planetenräder 54 ist auf dem zweiten Planetenradträger 51 gelagert.
Das erste und das zweite Sonnenrad 26, 32 können, wie in 2 gezeigt, koaxial angeordnet sein. Die Eingangswelle 8 des Getriebes 2 ist mit dem ersten Planetenradträger 50 verbunden. Der erste Planetenradträger 50 ist direkt mit dem zweiten Sonnenrad 32 des zweiten Planetengetriebes 12 verbunden, so dass der erste Planetenradträger 50 und das zweite Sonnenrad 32 stets dieselbe Drehrichtung und Drehzahl haben.
Ferner ist eine erste Kopplungseinrichtung 56 zwischen dem ersten Sonnenrad 26 und dem ersten Planetenradträger 50 angeordnet. Durch die Anordnung der ersten Kopplungseinrichtung 56 derart, dass das erste Sonnenrad 26 und der erste Planetenradträger miteinander verbunden sind und sich somit nicht relativ zueinander drehen können, drehen sich der erste Planetenradträger 50 und das erste Sonnenrad 26 mit der gleichen Drehzahl. In 2 ist die Kopplungseinrichtung 56 in einem offenen (ausgekuppelten) Zustand gezeigt, wobei der Planetenradträger 50 und das erste Sonnenrad 26 nicht miteinander verbunden sind.
Eine zweite Kopplungseinrichtung 58 ist zwischen dem zweiten Sonnenrad 32 und dem zweiten Planetenradträger 51 angeordnet. Durch die Anordnung der zweiten Kopplungseinrichtung 58 derart, dass das zweite Sonnenrad 32 und der zweite Planetenradträger 51 miteinander verbunden sind und sich somit nicht relativ zueinander drehen können, drehen sich der zweite Planetenradträger 51 und das zweite Sonnenrad 32 mit der gleichen Drehzahl. In 2 ist die zweite Kopplungseinrichtung 58 in einem offenen (ausgekuppelten) Zustand gezeigt und verbindet daher den zweiten Radträger 51 und das zweite Sonnenrad 32 nicht.
Die erste und die zweite Kopplungseinrichtung 56, 58 können eine keilverzahnte Kopplungshülse aufweisen, die auf einem keilverzahnten Abschnitt an dem ersten und zweiten Planetenradträger 50, 51 und auf einem keilverzahnten Abschnitt an den jeweiligen Sonnenrädern 26, 32 axial verschiebbar ist.
Das Getriebe 2 umfasst ferner eine erste Hauptwelle 34 und eine zweite Hauptwelle 36. Die erste Hauptwelle 34 ist mit dem ersten Sonnenrad 26 des ersten Planetengetriebes 10 verbunden. Die zweite Hauptwelle 36 ist mit dem zweiten Planetenradträger 51 verbunden. Wie in 2 gezeigt, kann die erste Hauptwelle 34 so angeordnet sein, dass sie sich innerhalb der zweiten Hauptwelle 36 erstreckt. Zu diesem Zweck kann die zweite Hauptwelle 36 eine mittige Bohrung umfassen. Alternativ kann die erste Hauptwelle 34 parallel und auf der Seite der zweiten Hauptwelle 36 angeordnet sein (die in einem solchen Fall keine mittige Bohrung aufweisen muss). Die erste Hauptwelle 34 und die zweite Hauptwelle 36 sind über eine Getriebeanordnung 19, die nachstehend ausführlicher beschrieben ist, mit der Ausgangswelle 20 verbunden. Die Getriebeanordnung 19 kann eine frei gewählte Anzahl von Gangstufen umfassen.
Die erste elektrische Maschine 14 hat einen ersten Stator 40, der mit einem das Getriebe umgebenden Gehäuse 42 verbindbar ist. Die zweite elektrische Maschine 16 hat einen zweiten Stator 44, der mit dem Gehäuse 42 verbunden werden kann. Die erste elektrische Maschine 14 und die zweite elektrische Maschine 16 sind mit einer (nicht gezeigten) Energiespeichervorrichtung, wie einer Batterie, verbunden, die die elektrischen Maschinen 14, 16 in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Fahrzeugs antreiben kann. Alternativ können die erste und zweite elektrische Maschine 14, 16 gewünschtenfalls für den gleichen Zweck jeweils einen separaten Energiespeicher aufweisen. Bei bestimmten Betriebsbedingungen können die elektrischen Maschinen 14, 16 als Generatoren arbeiten, wodurch dem/den Energiespeicher/n Strom zugeführt wird. Bei bestimmten Betriebsbedingungen können die elektrischen Maschinen 14, 16 auch einander antreiben. In einem solchen Fall wird dann über einen (nicht dargestellten) Schalter elektrische Energie von einer der elektrischen Maschinen der anderen elektrischen Maschine zugeführt. Dadurch ist es möglich, ein Leistungsgleichgewicht zwischen den elektrischen Maschinen 14, 16 zu erreichen.
Die Getriebeanordnung 19 umfasst zusätzlich zur ersten Hauptwelle 34 und zweiten Hauptwelle 36 eine Vorgelegewelle 18. Die Getriebeanordnung 19 umfasst ferner mehrere Zahnradpaare. Beispielsweise kann die Getriebeanordnung ein erstes Zahnradpaar G1, ein zweites Zahnradpaar G2, ein drittes Zahnradpaar G3 und ein viertes Zahnradpaar G4 umfassen. Das erste Zahnradpaar G1 kann ein erstes Ritzel 62 und ein erstes Zahnrad 64 umfassen, die ineinander eingreifen. Das erste Ritzel 62 kann auf der ersten Hauptwelle 34 angeordnet und das erste Zahnrad 64 kann auf der Vorgelegewelle 18 angeordnet sein. Das zweite Zahnradpaar G2 umfasst ein zweites Ritzel 68 und ein zweites Zahnrad 70, die ineinander eingreifen. Das zweite Ritzel 68 kann auf der zweiten Hauptwelle 36 angeordnet und das zweite Zahnrad 70 kann auf der Vorgelegewelle 18 angeordnet sein. Das dritte Zahnradpaar G3 kann ein drittes Ritzel 74 und ein drittes Zahnrad 76, die ineinander eingreifen, umfassen. Das dritte Ritzel 74 kann auf der ersten Hauptwelle 34 und das dritte Zahnrad 76 kann auf der Vorgelegewelle 18 angeordnet sein. Das vierte Zahnradpaar G4 kann ein viertes Ritzel 80 und ein viertes Zahnrad 82 umfassen, die ineinander eingreifen. Das vierte Ritzel 80 kann auf der zweiten Hauptwelle 36 und das vierte Zahnrad 82 kann auf der Vorgelegewelle 18 angeordnet sein.
Das erste und das dritte Ritzel 62, 74 können fest mit der ersten Hauptwelle 34 verbunden sein, so dass sie sich nicht relativ zur ersten Hauptwelle 34 drehen können. Das zweite und das vierte Ritzel 68, 80 können fest mit der zweiten Hauptwelle 36 verbunden sein, so dass sie sich nicht relativ zur zweiten Hauptwelle 36 drehen können.
Das erste, das zweite, das dritte und das vierte Zahnrad 64, 70, 76, 82 können mittels einer dritten Kopplungseinrichtung 83 bzw. einer vierten Kopplungseinrichtung 85 einzeln mit der Vorgelegewelle 18 verbunden und von ihr getrennt werden. Die Kopplungseinrichtungen 83, 85 können jeweils Kopplungsmuffen umfassen, die dazu ausgeführt sind, mit keilverzahnten Abschnitten auf den Zahnrädern 64 70, 76, 82 und auf der Vorgelegewelle 18 mechanisch in Eingriff zu stehen. Das erste und das dritte Zahnrad 64, 76 können mit einer gemeinsamen Kopplungseinrichtung 83 verbunden/getrennt werden, und das zweite und vierte Zahnrad 70, 82 können mit einer gemeinsamen Kopplungseinrichtung 85 verbunden/getrennt werden. In einem getrennten Zustand kann eine Relativdrehung zwischen einem getrennten Zahnrad der Zahnräder 64, 70, 76, 82 und der Vorgelegewelle 18 stattfinden. In einem verbundenen Zustand wird sich ein verbundenes Zahnrad der Zahnräder 64, 70, 76, 82 zusammen mit der Vorgelegewelle 18 drehen.
Das in 2 gezeigte Getriebe 2 umfasst ferner ein fünftes Zahnradpaar G5. Das fünfte Zahnradpaar G5 umfasst ein auf der Vorgelegewelle 18 angeordnetes fünftes Zahnrad 92 und ein auf der Ausgangswelle 20 angeordnetes fünftes Ritzel 94. Die Vorgelegewelle 18 ist über das fünfte Zahnradpaar G5 mit der Ausgangswelle 20 verbunden. Das fünfte Zahnrad 92 ist so angeordnet, dass es mit der Vorgelegewelle 18 mittels einer fünften Kopplungseinrichtung 87 verbunden und von dieser getrennt werden kann. Die fünfte Kopplungseinrichtung 87 kann eine Kopplungshülse umfassen, die dazu eingerichtet ist, mit keilverzahnten Abschnitten auf dem fünften Zahnrad 92 und der Vorgelegewelle 18 zusammenzuwirken. Im getrennten Zustand kann eine Relativdrehung zwischen dem fünften Zahnrad 92 und der Vorgelegewelle 18 stattfinden.
Antriebsmoment kann von der Eingangswelle 8 des Getriebes 2 über das erste Planetengetriebe 10 oder das zweiten Planetengetriebe 12 und die Vorgelegewelle 18 auf die Ausgangswelle 20 des Getriebes 2 übertragen werden. Die Drehmomentübertragung kann auch direkt über das erste Planetengetriebe 10 und die erste Hauptwelle 34 auf die Ausgangswelle 20 über eine Kopplungseinrichtung 48 erfolgen. Die Kopplungseinrichtung 48 kann eine keilverzahnte Kopplungshülse umfassen, die axial auf der ersten Hauptwelle 34 und auf verzahnten Abschnitten der Ausgangswelle 20 verlagerbar ist. Durch Verlagern der Kopplungshülse der Kopplungseinrichtung 48 derart, dass die erste Hauptwelle 34 mit der Ausgangswelle 20 verbunden ist, wird die erste Hauptwelle 34 und die Ausgangswelle 20 die gleiche Drehzahl haben. Durch Trennen des fünften Zahnrads 92 von der Vorgelegewelle 18 kann Drehmoment von dem zweiten Planetengetriebe 12 auf die Vorgelegewelle 18, von der Vorgelegewelle 18 auf die erste Hauptwelle 34 und schließlich auf die Ausgangswelle 20 über die Kopplungseinrichtung 48 übertragen werden.
Im Betrieb kann das Getriebe 2 in bestimmten Betriebsmodi so betrieben werden, dass eines der Sonnenräder 26 oder 32 mithilfe der ersten oder zweiten Kopplungseinrichtung 56 bzw. 58 am ersten oder zweiten Planetenradträger 50 oder 51 arretiert wird. Die erste oder zweite Hauptwelle 34 oder 36 erhält dann die gleiche Drehzahl wie die Eingangswelle 8, je nachdem welches Sonnenrad 22 bzw. 28 am betreffenden Planetenradträger 50 bzw. 51. arretiert worden ist.
Eine oder beide elektrischen Maschinen 14, 16 können als Generator arbeiten, um für die Energiespeichervorrichtung Energie zu erzeugen. Alternativ können die elektrischen Maschinen 14, 16, deren Hohlrad 22 oder 28 mit dem Planetenradträger 50 verbunden ist, eine Drehmomenterhöhung bereitstellen, um auf diese Weise das Drehmoment an der Ausgangswelle 20 des Getriebes zu erhöhen. Die elektrischen Maschinen 14, 16 können sich gegenseitig unter bestimmten Betriebsbedingungen unabhängig vom Energiespeicher mit elektrischer Energie versorgen.
Zum außer Eingriff bringen eines Sonnenrades und eines Planetenradträgers an einem der ersten und zweiten Planetengetriebe kann die erste und/oder die zweite elektrische Maschine derart gesteuert werden, dass ein Drehmomentgleichgewicht im betreffenden Planetengetriebe herrscht. Bei Erreichen des Drehmomentgleichgewichts kann die betreffende erste bzw. zweite Kopplungseinrichtung so verschoben werden, dass das Sonnenrad und der Planetenradträger nicht mehr mechanisch miteinander verbunden sind. Der Ausdruck „Drehmomentgleichgewicht“ wird hier verwendet, um einen Zustand zu bezeichnen, in dem ein Drehmoment auf ein Hohlrad des Planetengetriebes wirkt, das dem Produkt aus dem auf den Planetenradträger des Planetengetriebes wirkenden Drehmoment entspricht, während gleichzeitig ein Drehmoment auf das Sonnenrad des Planetengetriebes wirkt, das dem Produkt aus dem auf den Planetenradträger wirkenden Drehmoment und (1-dem Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebes) entspricht. In einem Fall, in dem zwei der Bestandteile des Planetengetriebes über eine der ersten und zweiten Kopplungseinrichtungen verbunden sind, überträgt diese Kopplungseinrichtung kein Drehmoment zwischen den Bestandteilen des Planetengetriebes, wenn Drehmomentgleichgewicht vorherrscht. Die Kopplungseinrichtung kann dadurch auf einfache Weise verschoben und die Bestandteile des Planetengetriebes außer Eingriff gebracht werden.
Der Antriebsstrang 3 umfasst ferner eine Steuereinheit 100. Die Steuereinheit 100 kann dazu eingerichtet sein, eine oder mehrere der Komponenten des Fahrzeugantriebsstrangs 3, wie etwa die mehreren Antriebseinheiten 4, 14, 16 und/oder das Getriebe 2, zu steuern.
Die Steuereinheit 100 kann eine oder mehrere Steuereinheiten umfassen. Mit anderen Worten kann die Steuereinheit 100 alle Funktionen zentral in einer Zentraleinheit ausführen oder die Funktionalität zwischen mehreren miteinander verbundenen Einheiten verteilen, z. B. elektronische Steuereinheiten (engl. electronic control units, ECUs). Die Verantwortung für eine bestimmte Funktion oder Steuerung kann somit zwischen zwei oder mehr der Steuereinheiten aufgeteilt sein. Eine oder mehrere der Steuereinheiten können in Form eines Computers oder einer elektronischen Steuereinheit ECU implementiert sein. Die Steuereinheit 100 kann beispielsweise mit der ersten elektrischen Maschine 14 und/oder der zweiten elektrischen Maschine 16 und/oder dem Verbrennungsmotor 4 verbunden sein. Die Steuereinheit 100 kann auch mit einer beliebigen anderen Komponente des Fahrzeugantriebsstrangs 3 verbunden sein. Die Verbindungen der Steuereinheit 100 mit einer beliebigen Komponente des Fahrzeugantriebsstrangs 3 können als physikalische Verbindung/en und/oder drahtlose Verbindung/en ausgestaltet sein.
Die Steuerung von Komponenten des Fahrzeugantriebsstrangs 3 kann durch programmierte Anweisungen bestimmt sein. Diese programmierten Anweisungen nehmen typischerweise die Gestalt eines Computerprogramms an, das, wenn es in einem in der Steuereinheit enthaltenen Prozessor oder einer in der Steuereinheit enthaltenen Verarbeitungsschaltung ausgeführt wird, den Computer oder die Steuereinheit veranlasst, gewünschte Formen eines Steuerungsvorgangs zu bewirken, zum Beispiel die Schritte des hier offenbarten Verfahrens. Wie oben beschrieben, kann ein solcher Prozessor oder eine solche Verarbeitungsschaltung in der Steuereinheit 100 enthalten und/oder übertragend mit dieser gekoppelt sein.
Die Steuereinheit 100 ist mit den elektrischen Maschinen 14, 16 verbunden und/oder übertragend gekoppelt, um die jeweilige elektrische Maschine 14, 16 zu steuern. Die Steuereinheit 100 kann dazu eingerichtet sein, Informationen, z. B. Sensordaten von einem oder mehreren Sensoren, von den Komponenten des Antriebsstrangs 3 zu sammeln und basierend auf diesen gesammelten Informationen die elektrischen Maschinen 14, 16 zu steuern, z. B. um als Elektromotoren oder Generatoren zu arbeiten. Die Steuereinheit 100 kann auch und/oder übertragend mit der ersten und zweiten Kopplungseinrichtung 56, 58, der dritten und vierten Kopplungseinrichtung 83, 85 und der Kopplungseinrichtung 48 gekoppelt sein. Diese Komponenten können beispielsweise durch elektrische Signale von der Steuereinheit 100 aktiviert und deaktiviert werden. Die Steuereinheit 100 kann auch und/oder übertragend mit den Zahnradpaaren, z. B. dem ersten Zahnradpaar G1, dem zweiten Zahnradpaar G2, dem dritten Zahnradpaar G3, dem vierten Zahnradpaar G4 und dem fünften Zahnradpaar G5, gekoppelt sein.
Die in 2 dargestellte beispielhafte Ausführungsform zeigt fünf Zahnradpaare G1, G2, G3, G4, G5 und zwei Planetengetriebe 10, 12 mit zugeordneten elektrischen Maschinen 14, 16. Es ist jedoch möglich, das Getriebe 2 mit mehr oder weniger Ritzeln und Zahnrädern sowie mit mehr Planetengetrieben mit zugeordneten elektrischen Maschinen auszubilden, ohne vom vorliegenden erfinderischen Konzept abzuweichen.
3 zeigt Details der Steuereinheit 100 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die Steuereinheit 100 kann beispielsweise in Form einer elektronischen Steuereinheit, eines Servers, eines Bordcomputers, eines im Fahrzeug angebrachten Computersystems oder einer Navigationsvorrichtung vorliegen. Die Steuereinheit 100 kann einen Prozessor oder eine Verarbeitungsschaltung 112 aufweisen. Die Steuereinheit 100 kann übertragend mit einem Transceiver 104 zur drahtgebundenen oder drahtlosen Übertragung gekoppelt sein. Ferner kann die Steuereinheit 100 mindestens eine optionale Antenne (in der Figur nicht gezeigt) umfassen. Die Antenne kann mit dem Transceiver 104 gekoppelt sein und ist dazu eingerichtet, drahtlose Signale in einem drahtlosen Übertragungssystem zu senden und/oder auszustrahlen und/oder zu empfangen, z. B. Steuersignale und/oder Statusdaten zu/von dem einen oder den mehreren Sensoren 121-123 und/oder einer beliebigen anderen Steuereinheit oder einem Sensor zu senden / zu empfangen. In einem Beispiel kann der Prozessor 112 beliebig ausgewählt sein aus Verarbeitungsschaltungen und/oder einem Hauptprozessor und/oder Prozessormodulen und/oder mehreren Prozessoren, die dazu eingerichtet sind, miteinander zusammenzuarbeiten. Außerdem kann die Steuereinheit 100 ferner einen Speicher 115 umfassen. Der Speicher 115 kann Anweisungen enthalten, die durch den Prozessor ausführbar sind, um die hier beschriebenen Verfahren durchzuführen. Der Prozessor 112 kann übertragend mit einer Auswahl aus dem Transceiver 104, dem einen oder den mehreren Sensoren 121-123 und dem Speicher 115 gekoppelt sein. Die Steuereinheit 100 kann dazu eingerichtet sein, die Sensordaten direkt von dem einen oder den mehreren Sensoren 121-123 oder über das drahtgebundene und/oder drahtlose Übertragungsnetzwerk 130 zu empfangen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Steuereinheit 100 ferner eine Eingabevorrichtung 117 umfassen, die dazu eingerichtet ist, eine Eingabe oder Angaben von einem Benutzer zu empfangen und ein die Benutzereingabe oder -angaben anzeigendes Benutzereingabesignal an das Verarbeitungsmittel 112 zu senden. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Steuereinheit 100 ferner eine Anzeige 118 umfassen, die dazu eingerichtet ist, ein wiedergegebene Objekte angebendes Anzeigesignal, wie z. B. Text oder grafische Benutzereingabeobjekte, vom Verarbeitungsmittel 112 zu empfangen und das empfangene Signal als Objekte, wie Text oder grafische Benutzereingabeobjekte, anzuzeigen. In einer Ausführungsform ist die Anzeige 118 in der Benutzereingabevorrichtung 117 integriert und ist dazu eingerichtet, ein Anzeigesignal, das wiedergegebene Objekte, wie Text oder grafische Benutzereingabeobjekte, anzeigt, vom Verarbeitungsmittel 112 zu empfangen und das empfangene Signal als Objekte, wie z. B. Text oder grafische Benutzereingabeobjekte, anzuzeigen, und/oder dazu eingerichtet, eine Eingabe oder Angabe von einem Benutzer zu empfangen und ein Benutzereingabesignal, das die Benutzereingabe oder -angaben angibt, an das Verarbeitungsmittel 112 zu senden. In Ausführungsformen ist das Verarbeitungsmittel 112 übertragend mit dem Speicher 115 und/oder der Übertragungsschnittstelle und/oder dem Transceiver und/oder der Eingabevorrichtung 117 und/oder der Anzeige 118 und/oder dem einen oder den mehreren Sensoren 121-123 gekoppelt. In Ausführungsformen kommuniziert die Übertragungsschnittstelle und/oder der Transceiver unter Verwendung drahtgebundener und/oder drahtloser Übertragungstechniken.
In Ausführungsformen kann der eine oder die mehreren Speicher 115 eine Auswahl aus einem festen RAM, einem Plattenlaufwerk, einem Diskettenlaufwerk, einem CD- oder DVD-Laufwerk (R oder RW) oder einem anderen entfernbaren oder festen Medienlaufwerk oder -speicher umfassen. In einer weiteren Ausführungsform kann die Steuereinheit 100 ferner einen oder mehrere zusätzliche Sensoren umfassen und/oder damit gekoppelt sein, die dazu eingerichtet sind, physikalische Eigenschaften des Fahrzeugs 1 zu empfangen und/oder zu gewinnen und/oder zu messen und ein oder mehrere physikalische Eigenschaften angebende Sensorsignale, z. B. die Drehzahlen der Eingangswelle und/oder des Rotors der ersten elektrischen Maschine 14 und/oder des Rotors der zweiten elektrischen Maschine 16 angebende Sensordaten, an das Verarbeitungsmittel 112 zu senden.
4 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 400 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Das Verfahren 400 ist dazu eingerichtet, einen Antriebsstrang 3 eines Fahrzeugs 1 so zu steuern, dass nahezu null Umdrehungen pro Minute, U/min, einer elektrischen Maschine 14, 16 vermieden werden, und wird von einer Steuereinheit 100 durchgeführt, die dazu eingerichtet ist, in einem Fahrzeug enthalten zu sein, wobei der Antriebsstrang 3 mehrere Antriebseinheiten umfasst, wobei die mehreren Antriebseinheiten zumindest eine erste elektrische Maschine 14 und eine zweite elektrische Maschine 16 umfassen, wobei der Antriebsstrang 3 ferner ein Getriebe 2 aufweist, wobei das Getriebe 2 ein erstes Planetengetriebe 10, das mit der Eingangswelle 8, dem Rotor 24 der ersten elektrischen Maschine 14 und einer ersten Hauptwelle 34 verbunden ist, und ein zweites Planetengetriebe 12 umfasst, das mit einem ersten Planetengetriebe 10, einem Rotor 30 der zweiten elektrischen Maschine 16 und einer zweiten Hauptwelle 36 verbunden ist, wobei jedes der Planetengetriebe 10, 12 mit einem Hohlrad mit einer ersten Zahnzahl NR und einem Sonnenrad mit einer zweiten Zahnzahl NS versehen ist. Das Verfahren umfasst:

Schritt 410: Gewinnen eines ersten Winkelgeschwindigkeitswertes ω_IPS, der eine Winkelgeschwindigkeit einer Eingangswelle 8 des in dem Antriebsstrang 3 enthaltenen Getriebes 2 angibt,
Schritt 420: Gewinnen eines zweiten Winkelgeschwindigkeitswerts ω_EM2, der eine Winkelgeschwindigkeit des Rotors 30 der zweiten elektrischen Maschine 16 angibt,
Schritt 430: Gewinnen eines Werts eines angeforderten Drehmoments,
Schritt 440: Steuern des Getriebes 2 unter Verwendung des ersten Winkelgeschwindigkeitswerts ω_IPS, des zweiten Winkelgeschwindigkeitswerts ω_EM2, des Werts des angeforderten Drehmoments und eines Satzes vorbestimmter Bedingungen, wobei der Satz vorbestimmter Bedingungen von einer Winkelgeschwindigkeit ω_IN2 der zweiten Hauptwelle 36, einer Zahnzahl des jeweiligen Hohlrads NR und einer Zahnzahl des jeweiligen Sonnenrades NS abhängt.

Es versteht sich, dass die Zahnzahl des jeweiligen Hohlrads NR und eine Zahnzahl des jeweiligen Sonnenrads NS für jedes Planetengetriebe gleich oder verschieden sein kann.
5 zeigt ein Beispiel eines Steuerns des Antriebsstrangs gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. 5 zeigt ein Diagramm mit U/min und/oder Geschwindigkeit auf der vertikalen Achse und der Zeit auf der horizontalen Achse. 5 zeigt ferner eine erste Kurve 510, eine zweite Kurve 520 und eine dritte Kurve 530. Mehrere Zeitpunkte 1-5 sind entlang der Zeitachse angegeben. Die erste Kurve zeigt, wie sich die Winkelgeschwindigkeit ω_IPS der im Antriebsstrang 3 enthaltenen Eingangswelle 8 des Getriebes 2 über die Zeit ändert, wenn der Antriebsstrang 3 gemäß dem vorliegenden Verfahren gesteuert wird. Die zweite Kurve 520 zeigt, wie sich die Fahrzeuggeschwindigkeit über die Zeit ändert, wenn der Antriebsstrang 3 gemäß dem vorliegenden Verfahren gesteuert wird. Die dritte Kurve zeigt, wie sich die Winkelgeschwindigkeit ω_EM2 des Rotors 30 der zweiten elektrischen Maschine über die Zeit ändert, wenn der Antriebsstrang 3 gemäß dem vorliegenden Verfahren gesteuert wird.
Wie aus 5 ersichtlich ist, beginnt das Fahrzeug zum Zeitpunkt 1 aus dem Stand zu beschleunigen.
Zum Zeitpunkt 2 erreicht das Fahrzeug eine bestimmte Geschwindigkeit und behält sie dann bei. Das heißt, es behält eine langsame und konstante Geschwindigkeit bei, die einer Kriechfahrt entspricht.
Zum Zeitpunkt 3 zeigen vorbestimmte Bedingungen an, dass das Getriebe bei einem niedrigen U/min-Wert der zweiten elektrischen Maschine über eine längere Zeit ein hohes Drehmoment bereitstellt. Das offenbarte Verfahren erhöht dann die VM-U/min (engl. ICE rpm) oder die Winkelgeschwindigkeit der Eingangswelle 8 des Getriebes 2, wodurch die Geschwindigkeit der elektrischen Maschine verringert wird. Mit anderen Worten, wenn ein erster Satz vorbestimmter Bedingungen erfüllt ist, wird der Betriebsmodus von einem Normalfahrtbetriebsmodus in einen Kriechfahrtbetriebsmodus gewechselt.
Zum Zeitpunkt 4 beginnt das Fahrzeug zu beschleunigen. Das offenbarte Verfahren bringt dann die VM-U/min oder die Winkelgeschwindigkeit der Eingangswelle 8 auf Normallogik zurück, die U/min der elektrischen Maschine steigt an und auf über null U/min, sodass null U/min für jegliche längere Zeit vermieden wird. Mit anderen Worten, wenn ein zweiter Satz vorbestimmter Bedingungen erfüllt ist, wird der Betriebsmodus aus dem Kriechfahrtbetriebsmodus in den Normalfahrtbetriebsmodus zurückgeä ndert.
Zum Zeitpunkt 5 erreicht die U/min der ersten oder zweiten elektrischen Maschine die VM-U/min oder die Winkelgeschwindigkeit der Eingangswelle 8 und das Planetengetriebe kann in den eigentlichen Getriebegang verriegelt werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens 400, das unter Bezugnahme auf 4 beschrieben ist, umfasst das Steuern des Getriebes 2 das Einstellen einer Winkelgeschwindigkeit ω_EM1 eines Rotors 24 der ersten elektrischen Maschine 14. Zusätzlich oder alternativ umfasst das Einstellen der Winkelgeschwindigkeit ω_EM1 des Rotors 24 der ersten elektrischen Maschine 14 ein Einstellen der Winkelgeschwindigkeit ω_EM1 des Rotors 24 der ersten elektrischen Maschine 14 auf eine erhöhte Winkelgeschwindigkeit, wenn die vorbestimmten Bedingungen erfüllt sind, oder ein Einstellen der Winkelgeschwindigkeit ω_EM1 des Rotors 24 der ersten elektrischen Maschine 14 auf eine Soll-Winkelgeschwindigkeit oder eine abgesenkte Winkelgeschwindigkeit, wenn die vorbestimmten Bedingungen nicht erfüllt sind.
In einer Ausführungsform des unter Bezugnahme auf 4 beschriebenen Verfahrens 400 umfassen die mehreren Antriebseinheiten ferner einen Verbrennungsmotor 4, der über die Eingangswelle 8 mit dem Getriebe 2 verbunden ist, wobei das Steuern des Getriebes 2 das Einstellen einer Winkelgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors 4 umfasst. Zusätzlich oder alternativ umfasst das Einstellen der Winkelgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors 4 ein Einstellen der Winkelgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors 4 auf eine erhöhte Winkelgeschwindigkeit, wenn die vorbestimmten Bedingungen erfüllt sind, oder ein Einstellen der Winkelgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors 4 auf eine Soll-Winkelgeschwindigkeit oder eine abgesenkte Winkelgeschwindigkeit, wenn die vorbestimmten Bedingungen nicht erfüllt sind.
In einer Ausführungsform des unter Bezugnahme auf 4 beschriebenen Verfahrens 400 ist zusätzlich oder alternativ der Satz von vorbestimmten Bedingungen erfüllt, wenn die vorbestimmten Bedingungen für eine vorbestimmte Zeitdauer erfüllt sind, wobei T ein absoluter Schwellenwert ist, wenn ein Absolutwert des zweiten Winkelgeschwindigkeitswerts ω_EM2 sich bei null Umdrehungen pro Minute befindet oder sich null Umdrehungen pro Minute nähert. Zusätzlich oder alternativ ist der Satz vorbestimmter Bedingungen erfüllt, wenn die Bedingung: $T > ABS \frac{((N R + N S) * ω_{I N 2} - N S * ω_{I P S})}{N R}$
für eine vorbestimmte Zeitdauer erfüllt ist, wobei T ein absoluter Schwellenwert ist, ω_IN2 die Winkelgeschwindigkeit der zweiten Hauptwelle 36 ist, NR die erste Zahnzahl des jeweiligen Hohlrades und NS die Zahnzahl des jeweiligen Sonnenrades ist.
Mit anderen Worten, der Satz vorbestimmter Bedingungen ist erfüllt, wenn die berechnete Drehzahl unter dem absoluten Schwellenwert T liegt.
In einer Ausführungsform ist eine Steuereinheit 100 bereitgestellt und dazu ausgelegt, in einem Fahrzeug 1 enthalten zu sein, und dazu eingerichtet, beliebige der hier beschriebenen Verfahrensschritte durchzuführen.
In einer Ausführungsform ist ein Fahrzeug 1 bereitgestellt und umfasst eine Steuereinheit 100 gemäß Anspruch 8, einen Antriebsstrang 3, wobei der Antriebsstrang 3 mehrere Antriebseinheiten aufweist, wobei die mehreren Antriebseinheiten zumindest eine erste elektrische Maschine 14 und eine zweite elektrische Maschine 16 umfassen. Zusätzlich oder alternativ umfassen die mehreren Antriebseinheiten ferner einen Verbrennungsmotor 4, der über die Eingangswelle 8 mit dem Getriebe 2 verbunden ist.
In einer Ausführungsform ist ein Computerprogramm bereitgestellt und umfasst computerausführbare Anweisungen, um eine Steuereinheit 100 dazu zu veranlassen, beliebige der hier beschriebenen Verfahrensschritte durchzuführen, wenn die computerausführbaren Anweisungen auf Verarbeitungsschaltungen ausgeführt werden, die in der Steuereinheit 100 enthalten sind.
In einer Ausführungsform umfasst ein Computerprogrammprodukt ein computerlesbares Speichermedium, wobei das computerlesbare Speichermedium das obige Computerprogramm enthält.
In einer Ausführungsform ist ein Computerprogramm bereitgestellt, das computerausführbare Anweisungen umfasst, um die Steuereinheit 100 dazu zu veranlassen, beliebige der hier beschriebenen Verfahren durchzuführen, wenn die computerausführbaren Anweisungen auf einer Verarbeitungseinheit ausgeführt werden, die in der Steuereinheit 100 enthalten ist. Ferner können jegliche Verfahren gemäß Ausführungsformen der Erfindung in einem Computerprogramm implementiert sein, das Codemittel aufweist, die, wenn sie von einer Verarbeitungseinrichtung ausgeführt werden, bewirken, dass die Verarbeitungseinrichtung die Schritte des Verfahrens ausführt. Das Computerprogramm ist in einem computerlesbaren Medium eines Computerprogrammprodukts enthalten.
In einer Ausführungsform wird ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt, das ein computerlesbares Speichermedium umfasst, wobei das computerlesbare Speichermedium das obige Computerprogramm enthält. Der Speicher und/oder das computerlesbare Speichermedium, auf das hier Bezug genommen wird, kann im Wesentlichen einen beliebigen Speicher umfassen, wie etwa einen ROM (Read-Only Memory), einen PROM (Programmable Read-Only Memory), einen EPROM (Erasable PROM), einen Flash-Speicher, einen EEPROM (elektrisch löschbarer PROM) oder ein Festplattenlaufwerk.
In einer Ausführungsform ist ein Träger, der das oben beschriebene Computerprogramm enthält, wobei der Träger ein elektronisches Signal, ein optisches Signal, ein Funksignal oder ein computerlesbares Speichermedium ist.
Darüber hinaus erkennt der Fachmann, dass die Steuereinheit 100 die notwendigen Übertragungsfähigkeiten in Form von z. B. Funktionen, Einrichtungen, Einheiten, Bauteilen, etc. zur Durchführung der vorliegenden Lösung umfassen kann. Beispiele für andere derartige Einrichtungen, Einheiten, Bauteile und Funktionen sind: Prozessoren, Speicher, Puffer, Steuerlogik, Encoder, Decoder, Ratenanpasser, De-Ratenanpasser, Zuordnungseinheiten, Multiplizierer, Entscheidungseinheiten, Auswahleinheiten, Schalter, Interleaver, De-Interleaver, Modulatoren, Demodulatoren, Eingänge, Ausgänge, Antennen, Verstärker, Empfangseinheiten, Sendeeinheiten, DSPs, MSDs, Encoder, Decoder, Stromversorgungseinheiten, Stromzuführungen, Übertragungsschnittstellen, Übertragungsprotokolle usw., die zur Durchführung der vorliegenden Lösung geeignet zusammengestellt sind.
Insbesondere können der Prozessor und/oder die Verarbeitungseinrichtung der vorliegenden Offenbarung eine oder mehrere Instanzen von Verarbeitungsschaltungen, Prozessormodulen und mehreren Prozessoren, die dazu eingerichtet sind, miteinander zusammenzuwirken, eine Hauptverarbeitungseinheit (CPU), eine Verarbeitungseinheit, eine Verarbeitungsschaltung, einen Prozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (engl. Application Specific Integrated Circuit, ASIC), einen Mikroprozessor, ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA) oder andere Verarbeitungslogik umfassen, die Anweisungen interpretieren und ausführen kann. Der Ausdruck „Prozessor“ und/oder „Verarbeitungseinrichtung“ kann somit eine Verarbeitungsschaltung darstellen mit mehreren Verarbeitungsschaltungen, wie beispielsweise, beliebige, einige oder alle der oben genannten. Die Verarbeitungseinrichtung kann ferner Datenverarbeitungsfunktionen zum Eingeben, Ausgeben und Verarbeiten von Daten ausführen, einschließlich Datenpufferungs- und Gerätesteuerfunktionen, wie beispielsweise eine Anrufverarbeitungssteuerung, eine Benutzerschnittstellensteuerung oder dergleichen.
Schließlich versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern auch alle Ausführungsformen innerhalb des Umfangs der beigefügten unabhängigen Ansprüche betrifft und einschließt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2016/0053864 A1 [0005]

Claims

Verfahren (400) zum Steuern eines Antriebsstrangs (3) eines Fahrzeugs (1) um nahezu null Umdrehungen pro Minute, U/min, einer elektrischen Maschine zu vermeiden, wobei das Verfahren von einer Steuereinheit (100) durchgeführt wird, die dazu eingerichtet ist, in dem Fahrzeug (1) enthalten zu sein, wobei der Antriebsstrang (3) mehrere Antriebseinheiten umfasst, wobei die mehreren Antriebseinheiten zumindest eine erste elektrische Maschine (14) und eine zweite elektrische Maschine (16) umfassen, wobei der Antriebsstrang (3) ferner ein Getriebe (2) aufweist, wobei das Getriebe (2) ferner umfasst: ein erstes Planetengetriebe (10), das mit der Eingangswelle (8), dem Rotor (24) der ersten elektrischen Maschine (14) und einer ersten Hauptwelle (34) verbunden ist; ein zweites Planetengetriebe (12), das mit einem ersten Planetengetriebe (10), einem Rotor (30) der zweiten elektrischen Maschine (16) und einer zweiten Hauptwelle 36 verbunden ist; wobei jedes der Planetengetriebe (10, 12) mit einem Hohlrad mit einer ersten Zahnzahl (NR) und einem Sonnenrad mit einer zweiten Zahnzahl (NS) versehen ist, wobei das Verfahren (400) umfasst: Gewinnen (410) eines eine Winkelgeschwindigkeit einer Eingangswelle (8) des in dem Antriebsstrang (3) enthaltenen Getriebes (2) angebenden ersten Winkelgeschwindigkeitswerts (ω_IPS), Gewinnen (420) eines eine Winkelwinkelgeschwindigkeit des Rotors (30) der zweiten elektrischen Maschine (16) angebenden zweiten Winkelgeschwindigkeitswerts (ω_EM2), Gewinnen (430) eines Werts eines angeforderten Drehmoments, Steuern (440) des Getriebes (2) unter Verwendung des ersten Winkelgeschwindigkeitswerts (ω_IPS), des zweiten Winkelgeschwindigkeitswerts (ω_EM2), des Werts des angeforderten Drehmoments und eines Satzes vorbestimmter Bedingungen, wobei der Satz vorbestimmter Bedingungen abhängig ist von einer Winkelgeschwindigkeit (ω_IN2) der zweiten Hauptwelle (36), einer ersten Zahnzahl des jeweiligen Hohlrads (NR) und einer Zahnzahl des jeweiligen Sonnenrads (NS).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Steuern des Getriebes (2) ein Einstellen einer Winkelgeschwindigkeit (ω_EM1) eines Rotors (24) der ersten elektrischen Maschine (14) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Einstellen der Winkelgeschwindigkeit (ω_EM1) des Rotors (24) der ersten elektrischen Maschine (14) folgendes umfasst: Einstellen der Winkelgeschwindigkeit (ω_EM1) des Rotors (24) der ersten elektrischen Maschine (14) auf eine erhöhte Winkelgeschwindigkeit, wenn die vorbestimmten Bedingungen erfüllt sind, oder Einstellen der Winkelgeschwindigkeit (ω_EM1) des Rotors (24) der ersten elektrischen Maschine (14) auf eine Soll-Winkelgeschwindigkeit oder eine abgesenkte Winkelgeschwindigkeit, wenn die vorbestimmten Bedingungen nicht erfüllt sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mehreren Antriebseinheiten ferner einen Verbrennungsmotor (4) umfassen, der über die Eingangswelle (8) mit dem Getriebe (2) verbunden ist, wobei das Steuern des Getriebes (2) ein Einstellen einer Winkelgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors (4) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Einstellen der Winkelgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors (4) umfasst: Einstellen der Winkelgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors (4) auf eine erhöhte Winkelgeschwindigkeit, wenn die vorbestimmten Bedingungen erfüllt sind, oder Einstellen der Winkelgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors (4) auf eine Soll-Winkelgeschwindigkeit oder eine abgesenkte Winkelgeschwindigkeit, wenn die vorbestimmten Bedingungen nicht erfüllt sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Satz vorbestimmter Bedingungen erfüllt ist, wenn die vorbestimmten Bedingungen für eine vorbestimmte Zeitdauer erfüllt sind, wobei T ein absoluter Schwellenwert ist, bei dem sich ein Absolutwert des zweiten Winkelgeschwindigkeitswerts (ω_EM2) bei null Umdrehungen pro Minute befindet oder sich null Umdrehungen pro Minute nähert.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Satz vorbestimmter Bedingungen erfüllt ist, wenn die Bedingung: $T > ABS \frac{((N R + N S) * ω_{I N 2} - N S * ω_{I P S})}{N R}$
für eine vorbestimmte Zeitdauer erfüllt ist, wobei T ein absoluter Schwellenwert ist, ω_IN2 die Winkelgeschwindigkeit der zweiten Hauptwelle 36 ist, NR die erste Zahnzahl des jeweiligen Hohlrads ist und NS die Zahnzahl des jeweiligen Sonnenrads ist.
Steuereinheit (100), die dazu eingerichtet ist, in einem Fahrzeug (1) enthalten zu sein, und dazu ausgestaltet ist, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.
Fahrzeug (1), umfassend: eine Steuereinheit (100) nach Anspruch 8, einen Antriebsstrang (3), wobei der Antriebsstrang (3) folgendes aufweist: mehrere Antriebseinheiten, wobei die mehreren Antriebseinheiten zumindest eine erste elektrische Maschine (14) und eine zweite elektrische Maschine (16) umfassen.
Fahrzeug nach Anspruch 9, bei dem die mehreren Antriebseinheiten ferner einen Verbrennungsmotor (4) umfassen, der mit dem Getriebe (2) über die Eingangswelle (8) verbunden ist.
Computerprogramm mit computerausführbaren Anweisungen, um eine Steuereinheit (100) dazu zu veranlassen, jegliche der Verfahrensschritte gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 auszuführen, wenn die computerausführbaren Anweisungen auf einer in der Steuereinheit (100) enthaltenen Verarbeitungsschaltung ausgeführt werden.
Computerprogrammprodukt mit einem computerlesbaren Speichermedium, wobei das computerlesbare Speichermedium das Computerprogramm gemäß Anspruch 11 in sich verkörpert.