DE102020111421B4

DE102020111421B4 - Verfahren zur Steuerung eines Klimakompressors in einem Hybridantriebsstrang und Hybridantriebsstrang

Info

Publication number: DE102020111421B4
Application number: DE102020111421.4A
Authority: DE
Inventors: Marcus HOPPE; Torsten Pieper
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2020-04-27
Filing date: 2020-04-27
Publication date: 2022-03-10
Anticipated expiration: 2040-04-28
Also published as: DE102020111421A1; US20230219556A1; CN115485154A; WO2021219160A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung eines Klimakompressors (20) in einem Hybridantriebsstrang (1) eines Kraftfahrzeugs (2) mit einer Brennkraftmaschine (5) und einer ersten Elektromaschine (7) sowie einer zweiten, bevorzugt generatorisch betriebenen Elektromaschine (6), wobei der Klimakompressor (20) mit jeder der Elektromaschinen (6, 7) und/oder mit der Brennkraftmaschine (5) in Wirkverbindung als dessen Antrieb bringbar ist, wobei der Antrieb abhängig von einem Klimatisierungswunsch (KW) der Insassen des Kraftfahrzeugs (2) gewählt wird, wobei der Antrieb zusätzlich abhängig von einem Betriebsmodus des Hybridantriebsstrangs (1) gewählt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem ausschließlichen elektrischen Betrieb des Hybridantriebsstrangs (1) in einer ersten Antriebsart des Antriebs die zweite Elektromaschine (6) und der Klimakompressor (20) vom Hybridantriebsstrang (1) abgekoppelt werden und die zweite Elektromaschine (6) ausschließlich als Antrieb des Klimakompressors (20) dient.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie einen Hybridantriebsstrang mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 8.
Die DE 10 2019 115 444 A1 offenbart ein elektrisches Hybrid-Antriebsstrang-System. DE 11 2010 003 782 T5 offenbart eine Antriebsvorrichtung, welche mit einer Mehrzahl von einander verschiedenen Antriebs-Quellen ausgestattet ist.
US 2012 / 0 266 701 A1 offenbart ein Hybridfahrzeug.
US 2016 / 0 114 652 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Betätigen eines Verbrennungsmoros und einer Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug.
DE 10 2016 204 939 A1 offenbart eine Verfahren zum Betrieb einer Antriebsvorrichtung für ein Mild-Hybrid-Plus-Fahrzeug.
DE 103 46 974 A1 offenbart eine Klimaanlage für ein Hybridfahrzeug.
DE 10 2007 030 539 A1 offenbart ein Verfahren zum Steuern einer Klimaanlage eines Karaftfahrzeugs.
Die Druckschriften DE 10 2018 111 151 A1 und DE 10 2010 024 165 A1 zeigen beispielsweise mittels einer Elektromaschine betreibbare Klimakompressoren einer Klimaanlage in einem Hybridantriebsstrang.
Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines Hybridantriebsstrangs und eines Verfahrens zur Steuerung eines Klimakompressors in einem Hybridantriebsstrang.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 8 gelöst. Die von dem Anspruch 1 abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Gegenstands des Anspruchs 1 wieder.
Das vorgeschlagene Verfahren dient der Steuerung eines Klimakompressors in einem Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer Antriebseinheit mit einer Brennkraftmaschine und einer ersten Elektromaschine sowie einer zweiten, bevorzugt generatorisch betriebenen Elektromaschine, wobei der Klimakompressor mit jeder der Elektromaschinen und/oder mit der Brennkraftmaschine in Wirkverbindung als dessen Antrieb bringbar ist. Dies bedeutet, dass abhängig von der gewünschten Betriebssituation des Klimakompressors beziehungsweise des Kraftfahrzeugs der Klimakompressor beispielsweise mittels einer entsprechend ausgelegten und gesteuerten Schalteinrichtung mit der ersten, beispielsweise bevorzugt ausschließlich dem Vortrieb des Kraftfahrzeugs und/oder der Rekuperation kinetischer Energie des Kraftfahrzeugs dienenden Elektromaschine, der zweiten, bevorzugt als Generator, als Starter der Brennkraftmaschine und hilfsweise zum Antrieb des Kraftfahrzeugs dienenden, beispielsweise in einer Riemenscheibenebene angeordneten Elektromaschine und/oder der Brennkraftmaschine angetrieben wird. In bevorzugter Weise wird der Antrieb abhängig von einem Klimatisierungswunsch der Insassen des Kraftfahrzeugs gewählt. Erfindungsgemäß wird der Antrieb abhängig von einer Betriebsart des Hybridantriebsstrangs beziehungsweise des Kraftfahrzeugs, beispielsweise abhängig von einem Fahrerwunschmoment, welches beispielsweise abhängig von einer Stellung eines Fahrpedals ermittelt wird, gewählt werden.
Erfindungsgemäß wird bei einem ausschließlichen elektrischen Betrieb des Hybridantriebsstrangs in einer ersten Antriebsart des Antriebs die zweite Elektromaschine und der Klimakompressor vom Hybridantriebsstrang abgekoppelt werden und die zweite Elektromaschine ausschließlich als Antrieb des Klimakompressors dienen. Beispielsweise kann bei einem ausschließlichen elektrischen Betrieb des Hybridantriebsstrangs in einer zweiten Antriebsart des Antriebs die erste und/oder zweite Elektromaschine als Antrieb des Klimakompressors dienen.
Beispielsweise kann zwischen diesen beiden Antriebsarten abhängig von einer angeforderten Leistung für den Klimakompressor, einer Lastanforderung an den Hybridantriebsstrang, und/oder ermittelten Betriebspunkten von Kennlinien der Elektromaschine und/oder des Klimakompressors ausgewählt werden.
Beispielsweise kann bei einer eine vorgegebene Schwelle überschreitenden Lastanforderung an den Hybridantriebsstrang der Klimakompressor für die Dauer dieser Lastanforderung abgeschaltet werden.
Beispielsweise kann bei einer ermittelten Funktionsstörung des Klimakompressors der Klimakompressor abgeschaltet werden. Hierbei kann eine Funktionsstörung beispielsweise abhängig von einem an dem Klimakompressor anliegenden Druck ermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Funktionsstörung anhand eines Vergleichs einer Drehmomententwicklung des Hybridantriebsstrangs mit und ohne angekoppeltem Klimakompressor ermittelt werden.
Die Aufgabe wird auch durch einen Hybridantriebsstrang gelöst, welcher eine Brennkraftmaschine, eine erste Elektromaschine und eine zweite, bevorzugt generatorisch betriebene Elektromaschine, einen Klimakompressor für eine Klimaanlage, sowie zumindest ein diese steuerndes Steuergerät enthält, wobei der Klimakompressor mit der zweiten Elektromaschine drehschlüssig verbunden und mit der Brennkraftmaschine und der ersten Elektromaschine bevorzugt mittels einer Schalteinrichtung verbindbar ausgebildet ist. In das zumindest eine Steuergerät ist eine Routine zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens implementiert.
Mit anderen Worten ist zur Erzielung einer Kostenreduktion und zur Verbesserung der Effizienz eine Klimaanlage mit einem Klimakompressor und der Gesamtenergiebilanz von Kraftfahrzeugen mit einem Hybridantriebsstrang ein Antrieb des Klimakompressors mittels mehrerer Antriebsquellen, beispielsweise der zweiten, bevorzugt als Generator vorgesehenen Elektromaschine, der ersten Elektromaschine und/oder der Brennkraftmaschine vorgesehen.
Hierbei erfolgt eine Wahl des Fahrmodus wie Betriebsmodus des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von einem Klimatisierungswunsch mittels der beiden Elektromaschinen und/oder der Brennkraftmaschine.
Hierbei kann der Klimakompressor im seriellen Modus von der Brennkraftmaschine oder von der zweiten Elektromaschine unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit angetrieben werden. Alternativ kann der Klimakompressor von der ersten Elektromaschine in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit angetrieben werden. Weiterhin kann der Klimakompressor im ausschließlichen Antrieb des Kraftfahrzeugs mittels der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit von der Brennkraftmaschine angetrieben werden. Es versteht sich, dass die Drehzahl der Brennkraftmaschine und die Fahrgeschwindigkeit gegebenenfalls abhängig von einer Übersetzung einer fest eingestellten oder ausgewählten Übersetzungsstufe einer eingestellten Festübersetzung oder eines Getriebes mit mehreren Übersetzungsstufen ist und der Klimakompressor mit einer von diesem Zusammenhang abhängigen Drehzahl angetrieben wird. Unter einem seriellen Modus wie beispielsweise seriellem Fahren ist ein Betrieb des Kraftfahrzeugs mit der als Traktionsmotor betriebenen ersten Elektromaschine und der die zweite Elektromaschine antreibenden Brennkraftmaschine zu verstehen.
Der Antrieb des Klimakompressors kann bei einem Antrieb des Kraftfahrzeugs im hybridischen, im rein elektrischen Modus oder nur mittels der Brennkraftmaschine von dem Klimatisierungswunsch der Insassen des Kraftfahrzeugs und/oder weiteren Einflussgrößen wie beispielsweise Außentemperatur, Fahrzeuggeschwindigkeit, Batterieladezustand, Gaspedalstellung und/oder dergleichen abhängig gemacht werden.
Die Wahl der Betriebsmodi des Antriebs des Kraftfahrzeugs und die davon abhängige Betriebsart wie Antrieb des Klimakompressors erfolgen in bevorzugter Weise mittels einer Schalteinrichtung mit Kupplungen wie Schaltkupplungen entsprechend Gangschalteinrichtungen von Schaltgetrieben. Beispielsweise beim elektrischen Fahren, also bei abgeschalteter Brennkraftmaschine kann mittels der zweiten Elektromaschine eine Boost-Wirkung erzielt werden. Hierbei sind mittels der Schalteinrichtung zwischen der Riemenscheibenebene und der Antriebseinheit aus Brennkraftmaschine und erster Elektromaschine die erste Elektromaschine und der Klimakompressor von der Fahrzeuggeschwindigkeit entkoppelt. Bei einer Betriebsart des Klimakompressors wie Antrieb des Klimakompressors bei miteinander gekoppelter erster und zweiter Elektromaschine ist die Drehzahl des Klimakompressors abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit.
Wird das Kraftfahrzeug ausschließlich elektrisch betrieben, kann zum einen die Leistung für den Klimakompressor von der ersten Elektromaschine bereitgestellt werden. In diesem Fall ist die Drehzahl des Klimakompressors abhängig von einer voreingestellten Übersetzung der ersten Elektromaschine und den Raddrehzahlen von Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs. Hierbei kann zwischen dem Klimakompressor und dem Rotor der ersten Elektromaschine je nach Anordnung dieser beispielsweise integriert in ein Getriebe ein beispielsweise von einer eingelegten oder fest eingestellten Übersetzung vorgegebener Drehzahlunterschied eingestellt sein.
Zum anderen kann bei einem Antrieb des Klimakompressors mittels der zweiten Elektromaschine die Schalteinrichtung zwischen der zweiten Elektromaschine und des Klimakompressor einerseits und der ersten Elektromaschine andererseits geöffnet werden, so dass der Klimakompressor unabhängig von der Raddrehzahl betrieben werden kann. Die Auswahl der entsprechenden Antriebsvarianten kann abhängig von einer Gesamtbetrachtung zwischen einer an den Antriebsrädern und an dem Klimakompressor angeforderten Leistung erfolgen. Beispielsweise können hierzu die aktuellen Betriebspunkte von Kennfeldern der ersten und zweiten Elektromaschine und des Klimakompressors herangezogen werden.
Beispielsweise kann es effizienter sein, mittels einer an dem Klimakompressor eingestellten Last eine Lastpunktverschiebung an der ersten Elektromaschine vorzunehmen und damit bei zwischen Klimakompressor und erster Elektromaschine geschlossener Schalteinrichtung eine Drehzahlabhängigkeit gegenüber den Raddrehzahlen herzustellen, als den Klimakompressor ausschließlich mit der zweiten Elektromaschine anzutreiben. Alternativ kann in anderen Betriebssituationen beispielsweise eine Steuerung des Klimakompressors unter dem Primat des Kennfelds des Klimakompressors vorgenommen werden, indem die zweite Elektromaschine bei geringer angeforderter Last am Klimakompressor unabhängig von der Raddrehzahl betrieben wird. Beispielsweise kann bei maximaler Lastanforderung an den Antriebsrädern, beispielsweise bei voll betätigtem Fahrpedal der Klimakompressor kurzzeitig abgeschaltet werden, um die Leistung der für den Antrieb des Kraftfahrzeugs zur Verfügung stehenden Antrieben, beispielsweise der ersten und zweiten Elektromaschine und/oder der Brennkraftmaschine vollständig für den Vortrieb nutzen zu können.
Beispielsweise kann ein Boostbetrieb mit beiden Elektromaschinen vorgesehen sein. Dieser Modus kann beispielsweise bei hohen Drehmomentanforderungen, beispielsweise an Bordsteinkanten anstehenden Antriebsrädern, Parkhausrampen und/oder dergleichen vorgesehen sein. Ein Abschalten des Klimakompressors kann beispielsweise durch entsprechendes Verstellen von Taumelscheiben des Klimakompressors erfolgen.
Beispielsweise kann eine Schutzeinrichtung für den Hybridantriebsstrang bei einer Funktionsstörung des Klimakompressors vorgesehen sein. Beispielsweise kann fehlendes Kältemittel in der Klimaanlage zu einem Fressen, also Blockieren des Klimakompressors führen. Beispielsweise kann bei einem in ein Getriebe des Hybridantriebsstrangs integrierten Klimakompressor eine Funktionsstörung zu einem Blockieren des Getriebes und somit zu erhöhten Folgeschäden führen.
Eine Funktionsstörung des Klimakompressors kann beispielsweise mittels einer Druckmessung des Kältemittels der Klimaanlage festgestellt werden. Beispielsweise kann, wenn der Druck im Klimasystem abnimmt, entweder eine vorhandene Magnetkupplung geöffnet werden oder, falls statt der Magnetkupplung eine Taumelscheibe vorhanden ist, diese in Stellung „offen“ gebracht werden. Dies bedeutet, dass vorhandene Kolben des Klimakompressors bei anliegender Drehzahl keinen Hub ausführen. Alternativ oder zusätzlich kann eine Funktionsstörung der Klimaanlage mittels eines Momentenabgleichs im Antriebsstrang erkannt werden. Wenn im Hybridantriebsstrang beispielsweise ein schlagartiger Drehmomentenanstieg erkannt wird, wird aus Sicherheitsgründen der Klimakompressor vom Hybridantriebsstrang beispielsweise mittels einer Magnetkupplung oder Schaltung der Taumelscheiben entkoppelt.
Nachdem diese Notöffnung erfolgt ist, wird anhand der Drehmomententwicklung im Hybridantriebsstrang die Funktionsbeeinträchtigung durch den Klimakompressor plausibilisiert. Hierzu kann folgender Ablauf vorgesehen werden:

- langsames Wiederankoppeln des Klimakompressors an den Hybridantriebsstrang,
- Abgleich des erwarteten Antriebsmomentes (Abhängig von Fahrzeuggeschwindigkeit, Steigung, Fahrpedalstellung und dergleichen) mit dem erwarteten zusätzlichen Moment für die eingestellte Kühlleistung,
- falls das Moment gegenüber dem Erwartungswert erhört ist, Wiederholung der Notöffnung und Wiedereinkoppeln des Klimakompressors,
- wenn nach mehrmaligem Wiedereinkoppeln immer noch eine Fehlfunktion erkannt wird, wird der Klimakompressor beziehungsweise die Klimaanlage komplett abgeschaltet und im Cockpit eine Fehlermeldung für den Fahrer ausgegeben,
- wenn das gemessene Moment beim Wiederankoppeln zum Erwartungswert passt, wird der Klimakompressor normal weiterbetrieben und der schlagartige Drehmomentanstieg war eine vorübergehende Störung.

Die Erfindung wird anhand des in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Diese zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Hybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit Klimakompressor,
2 eine Längsschnittdarstellung einer Schalteinrichtung,
3 ein Funktionsdiagramm zum Betrieb des Hybridantriebsstrangs der 1 und
4 ein Zustandsdiagramm der Schalteinrichtung der 2.

Die 1 zeigt den seriellen Hybridantriebsstrang 1 zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens in schematischer Darstellung, der in dem Kraftfahrzeug 2 integriert ist und welcher das Kraftfahrzeug elektrisch, hybridisch oder ausschließlich mittels der Brennkraftmaschine 5 antreibt. Hierzu werden die Antriebsräder 4, 4a der Vorder- oder Hinterachse von der Brennkraftmaschine 5 und/oder einer oder beiden Elektromaschinen 6, 7 mittels der Antriebsachsen 3, 3a angetrieben.
Die erste Elektromaschine 7 dient dabei bevorzugt als Traktionsmotor und die zweite Elektromaschine 6 bevorzugt als Generator zur Ladung eines Akkumulators und zum Antrieb von Nebenaggregaten. Zudem kann die zweite Elektromaschine 6 beispielsweise für ein elektrisches Rückwärtsfahren als Antriebsmotor schaltbar ausgebildet sein.
Die beiden Elektromaschinen 6, 7 sind hier mittels ihrer Drehachsen 8b, 8c ihrer Rotorwellen 10, 11 in radialer Richtung versetzt zueinander angeordnet. Die zweite Elektromaschine 6 weist die Rotorwelle 10 auf, die um die Drehachse 8b drehbar gelagert ist. Die beiden Elektromaschinen 6, 7 sind zu der ersten Drehachse 8a der Ausgangswelle 9 der Brennkraftmaschine 5 radial versetzt angeordnet.
Zur Einstellung der unterschiedlichen, nachstehend beschriebenen Betriebszustände des Hybridantriebsstrangs 1 ist zwischen der Brennkraftmaschine 5, insbesondere der Ausgangswelle 9, den beiden Elektromaschinen 6, 7 mit ihren beiden Rotorwellen 10, 11 und einem Antriebsabschnitt 12 des Hybridantriebsstrangs 1 die als Schaltgetriebe ausgebildete Getriebeeinrichtung 13 vorgesehen. Die Getriebeeinrichtung 13 enthält die Schalteinrichtung 14, die die vorgegebenen Betriebszustände des Hybridantriebsstrangs 1 abhängig von Schaltbefehlen eines übergeordneten Steuergeräts einstellt.
Die Getriebeeinrichtung 13 weist die zentral angeordnete Zwischenwelle 15 auf, die mit der Ausgangswelle 9 drehfest gekoppelt beziehungsweise unmittelbar durch einen Bereich der Ausgangswelle 9, beispielsweise integral mit der Ausgangswelle 9 ausgebildet ist. Die Zwischenwelle 15 ist koaxial zu der Ausgangswelle 9 angeordnet und somit um die gemeinsame erste Drehachse 8a drehbar.
Die Getriebeeinrichtung 13 weist das erste Zahnrad 16 auf, welches permanent mit der ersten Rotorwelle 10 drehfest verbunden / gekoppelt ist. Das erste Zahnrad 16 ist koaxial zu der Zwischenwelle 15 angeordnet. Das erste Zahnrad 16 ist auf einer Hohlwelle angeordnet und um die Zwischenwelle 15 verdrehbar gelagert. Des Weiteren weist die Getriebeeinrichtung 13 ein zweites Zahnrad 17 auf, welches ähnlich dem ersten Zahnrad 16 koaxial zu der Zwischenwelle 15 auf einer Hohlwelle um die Zwischenwelle 15 und die Hohlwelle des Zahnrads 16 verdrehbar angeordnet ist.
Das Zahnrad 16 kämmt mit dem Zahnrad 18 der Rotorwelle 10 und stellt damit eine mittels der Schalteinrichtung 14 schaltbare Verbindung zu der Zwischenwelle 15 und/oder der Rotorwelle 11 und damit eine Verbindung zwischen der Brennkraftmaschine 5 und der ersten Elektromaschine 7 her. Das erste Zahnrad 16 kämmt zudem mit dem Zahnrad 19. Das Zahnrad 19 ist drehfest mit der den Klimakompressor 20 antreibenden Kompressorwelle 21 verbunden beziehungsweise einteilig mit dieser ausgebildet. Die Kompressorwelle 21 und damit der Klimakompressor 20 können in anderer Weise fest mit der Rotorwelle 10 verbunden sein, beispielsweise koaxial mit dieser angeordnet sein, indem der Klimakompressor 20 und die zweite Elektromaschine 6 axial hintereinander angeordnet sind.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Zahnrad 17 mittels des Zwischenzahnrads 22 mit dem Planetengetriebe 23 verbunden. Das Planetengetriebe 23 ist weiter mit der zweiten Rotorwelle 11 rotatorisch verbunden. Das mit dem zweiten Zahnrad 17 kämmende Zwischenzahnrad 22 ist unmittelbar drehfest mit einem Planetenradträger 24 des Planetengetriebes 23 verbunden. Das Planetengetriebe 23 der Getriebeeinrichtung 13 weist zudem das Sonnenrad 25 auf, das unmittelbar drehfest mit der zweiten Rotorwelle 11 verbunden ist. Mit dem Sonnenrad 25 befinden sich mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Planetenräder 26, die auf dem Planetenradträger 24 drehbar aufgenommen sind, in Zahneingriff. Ein mit den Planetenrädern 26 in Zahneingriff stehendes Hohlrad 27 wirkt mit der gehäusefesten beziehungsweise fahrzeugrahmenfesten Bremseinrichtung 28 zusammen, welche in ihrem aktivierten Zustand das Hohlrad 27 relativ zu einem Fahrzeugrahmen festhält und in ihrem deaktivierten Zustand eine freie Verdrehung des Hohlrades 27 gegenüber dem Fahrzeugrahmen ermöglicht.
Des Weiteren ist das Zwischenzahnrad 22 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in Zahneingriff mit dem Eingangsrad 29 des drehfest mit der Antriebsachse verbundenen Differentialgetriebes 30. Somit kann das Drehmoment der Brennkraftmaschine beziehungsweise der Elektromaschinen 6, 7 über das Zwischenzahnrad 22, das Eingangsrad 29 in das Differentialgetriebe 30 eingeleitet werden, wo es wiederum auf die Antriebsachsen 3, 3a verteilt und so auf die Antriebsräder 4, 4a übertragen wird.
Zwischen der Zwischenwelle 15 und den beiden Rotorwellen 10, 11 ist die Schalteinrichtung 14 wirksam angeordnet. Die Schalteinrichtung 14 verbindet in ihrer ersten Schaltstellung die Zwischenwelle 15 mit der ersten Rotorwelle 10 rotatorisch, während die zweite Rotorwelle 11 von der Zwischenwelle 15 und der Rotorwelle 10 rotatorisch entkoppelt ist. In einer zweiten Schaltstellung der Schalteinrichtung 14 ist die Zwischenwelle 15 sowohl mit der ersten Rotorwelle 10 als auch mit der zweiten Rotorwelle 11 rotatorisch verbunden. In einer dritten Schaltstellung der Schalteinrichtung 14 sind die beiden Rotorwellen 10, 11 miteinander rotatorisch verbunden, während die Zwischenwelle 15 von den beiden Rotorwellen 10, 11 rotatorisch entkoppelt ist. In einer vierten Schaltstellung sind die beiden Rotorwellen 10, 11 rotatorisch entkoppelt. Zudem sind in der vierten Schaltstellung die beiden rotatorisch entkoppelten Rotorwellen 10, 11 auch rotatorisch von der Zwischenwelle 15 entkoppelt.
Die Schalteinrichtung 14 kann zumindest teilweise unmittelbar in das erste Zahnrad 16 integriert sein.
Die 2 zeigt die Schalteinrichtung 14 der 1 in konstruktiver Ausgestaltung. Diese enthält die Schiebehülsen 31, 32, welche entlang der ersten Drehachse 8a axial verschiebbar an dem ersten Zahnrad 16 aufgenommen sind. Durch Verschieben der beiden Schiebehülsen 31, 32 in unterschiedliche Verschiebestellungen lassen sich die zum Antrieb des Hybridantriebsstrangs 1 und des Klimakompressors 20 mittels der Brennkraftmaschine 5 und den Elektromaschinen 6, 7 notwendigen Schaltstellungen der Schalteinrichtung 14 einstellen.
Hierzu weist die Schalteinrichtung 14 zwei über die Schiebehülsen 31, 32 ausgeführte Synchronisierungen auf, mittels welcher durch axiales Verschieben verschiedene Schaltstellungen und damit unterschiedliche Betriebszustände des Kraftfahrzeugs 2 eingestellt werden.
Die Schiebehülsen 31, 32 sind im Wesentlichen baugleich ausgeführt und weisen jeweils einen ringförmigen Grundkörper 33, 34 auf. Auf einer Außenumfangsfläche der Grundkörper 33, 34 ist jeweils eine umlaufende Aufnahmekontur 35, 36 ausgebildet, welche eine U-förmige Querschnittsfläche aufweisen. Die Aufnahmekonturen 35, 36 sind dabei zur formschlüssigen Aufnahme von ersten Enden 37a, 38a von Hebelelementen 39, 40 ausgestaltet. Zweite Enden 37b, 38b der Hebelelemente 39, 40 sind jeweils mit einem als Linearmotor umgesetzten, nicht dargestellten Aktuator gekoppelt, so dass die Schiebehülsen 31, 32 durch die Aktuatoren in ihren Verschiebestellungen einstellbar sind. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist jedem Hebelelement 39, 40 ein Aktuator zugeordnet. Alternativ können die Verschiebestellungen der beiden Schiebehülsen 31, 32 über einen gemeinsamen Aktuator eingestellt werden, indem beispielsweise ein einziger Aktuator mit beiden zweiten Enden 37b, 38b der Hebelelemente 39, 40 verbunden ist. An den beiden Schiebehülsen 31, 32 sind auf dem ersten Zahnrad 16 zugewandten Seitenflächen jeweils vorsprungartige Eingriffsabschnitte 43, 44 ausgebildet. Wenn die Schiebehülsen 31, 32 in Abhängigkeit der einzustellenden Schaltstellungen der Schalteinrichtung 14 durch die Aktuatoren axial in Richtung zu dem ersten Zahnrad 16 hin verschoben werden, greifen die Eingriffsabschnitte 43, 44 in eine in dem ersten Zahnrad 16 ausgebildete Durchgangsbohrung 45 ein. Auf einer Innenumfangsfläche der Schiebehülsen 31, 32 sind jeweils auf dem ersten Zahnrad 16 abgewandten Seiten als Axialverzahnung / Kerbverzahnung ausgeführte Innenverzahnungen 46, 47 ausgebildet.
Zur Abstützung beziehungsweise Festlegung der Schiebehülsen 31, 32 ist in der jeweiligen Verschiebestellung an den Innenumfangsflächen der Schiebehülsen 31, 32 jeweils eine Rastiereinheit 48, 49 vorgesehen. Die Rastiereinheiten 48, 49 sind zudem in dem ersten Zahnrad 16 integriert beziehungsweise abgestützt. Die Rastiereinheiten 48, 49 weisen jeweils ein Rastelement 50, 51 auf, die in dem ersten Zahnrad 16 radial verschiebbar angeordnet sind und mit an den Innenumfangsflächen der Schiebehülsen 31, 32 ausgebildeten Rastkonturen 52, 53 greifen, um mittels der Rastelemente 50, 51 die Schiebehülsen 31, 32 in ihren jeweiligen Verschiebestellungen verschiebefest relativ gegenüber dem ersten Zahnrad 16 abzustützen.
Die Schalteinrichtung 14 weist ein im Wesentlichen ringförmiges und der ersten Schiebehülse 31 zugeordnetes, erstes Übertragungselement 54 und ein im Wesentlichen ringförmiges und der zweiten Schiebehülse 32 zugeordnetes, zweites Übertragungselement 55 auf. Das erste Übertragungselement 54 ist dabei dauerhaft drehfest auf der Zwischenwelle 15 angeordnet und hat auf seiner Außenumfangsfläche eine als Axialverzahnung ausgeführte Außenverzahnung 56. Wenn - beispielsweise wie in 2 gezeigt - die erste Schiebehülse 31 durch den Aktuator 41 in axialer Richtung weg von dem ersten Zahnrad 16 verschoben wird, wird die Innenverzahnung 46 der ersten Schiebehülse 31 mit der Außenverzahnung 56 des ersten Übertragungselements 54 in Zahneingriff gebracht, wodurch die Zwischenwelle 15 drehfest mit dem ersten Zahnrad 16 gekoppelt wird.
Das zweite Übertragungselement 55 ist dauerhaft drehfest auf dem zweiten Zahnrad 17 angeordnet. Analog zu dem ersten Übertragungselement 54, weist auch das zweite Übertragungselement 55 auf seiner Außenumfangsfläche eine als Axialverzahnung ausgeführte Außenverzahnung 57 auf. Die Außenverzahnung 57 kann dabei zur drehfesten Kopplung des ersten Zahnrads 16 mit dem zweiten Zahnrad 17 durch Verschieben der zweiten Schiebehülse 32 mittels dem Aktuator 42 in Zahneingriff mit der Innenverzahnung 47 der zweiten Schiebehülse 32 gebracht werden.
Die Zwischenwelle 15 ist gegenüber einem Gehäuse des Hybridantriebsstrangs 1 mittels der als Schrägkugellager ausgeführten Stützlager 58a, 58b gelagert. Die beiden ersten und zweiten Zahnräder 16, 17 sind relativ verdrehbar auf der Außenseite der Zwischenwelle 15 über als Nadellager ausgeführte Radiallager 59a, 59b gelagert. Um in einem entkoppelten Zustand rotatorische Relativbewegungen zwischen dem ersten Zahnrad 16, dem zweiten Zahnrad 17 und der Zwischenwelle 15 zu ermöglichen, sind zudem zwischen axialen Anstoßflächen als Nadellager ausgeführte Axiallager 60a, 60b, 60c angeordnet, wobei das Axiallager 60a die rotatorische Relativbewegung zwischen der Zwischenwelle 15, insbesondere dem ersten Übertragungselement 54, und dem ersten Zahnrad 16 und das Axiallager 60b die rotatorische Relativbewegung zwischen dem ersten Zahnrad 16 und dem zweiten Zahnrad 17 und das Axiallager 60c die rotatorische Relativbewegung zwischen dem zweiten Zahnrad 17 und der Zwischenwelle 15 ermöglichen.
Die Schalteinrichtung 14 bildet hierbei zwei Kupplungen 41, 42 wie Schaltkupplungen, von deren Schaltung die Verbindung der Brennkraftmaschine 5 und der Elektromaschine 6, 7 (1) festlegbar sind.
Die Funktion der Kupplungen 41, 42 wird nachfolgend beschrieben:

Die 2 zeigt die Schalteinrichtung 14 in der ersten Schaltstellung, also bei geöffneter erster Kupplung 41 und geschlossener zweiter Kupplung 42. Die Schiebehülse 31 ist hierbei in Richtung weg von dem ersten Zahnrad 16 verschoben, so dass die Innenverzahnung 46 der ersten Schiebehülse 31 in Zahneingriff mit der Außenverzahnung 56 des ersten Übertragungselements 54 steht. Somit sind in der ersten Schaltstellung die Zwischenwelle 15 und das erste Zahnrad 16 drehfest gekoppelt. Die zweite Schiebehülse 32 befindet sich in einer dem Zahnrad 16 zugewandten Position,
in welcher der Eingriffsabschnitt 44 in die Durchgangsbohrung 45 greift und die Innenverzahnung 47 somit nicht in Zahneingriff mit der Außenverzahnung 57 des zweiten Übertragungselements 55 steht. Dies bedeutet, dass in der ersten Schaltstellung das erste Zahnrad 16 und das zweite Zahnrad 17 rotatorisch voneinander entkoppelt sind.
Das Rastelement 51 ist dabei in der Rastkontur 53 verrastet und hält so die zweite Schiebehülse 32 in der dem Zahnrad 16 zugewandten Position. Durch die drehfeste Kopplung der Zwischenwelle 15 und dem ersten Zahnrad 16 sind in der ersten Schaltstellung die Brennkraftmaschine 5 drehfest mit der Elektromaschine 6 wirkverbunden, wodurch ein serieller Betriebsmodus geschaltet ist. In diesem seriellen Betriebsmodus treibt die Brennkraftmaschine 5 die Elektromaschine 6 an, wobei die Elektromaschine 6 die Elektromaschine 7 gegebenenfalls unter Zwischenspeicherung der hierbei erzeugten elektrischen Energie in einem Akkumulator oder einer elektrischen Batterie mit elektrischer Energie versorgt, welche das Kraftfahrzeug rein elektrisch antreibt. In diesem Betriebszustand wird der Klimakompressor 20 (1) über das Zahnrad 16 von der Brennkraftmaschine 5 angetrieben.

Neben dem seriellen Betriebsmodus kann in der ersten Schaltstellung auch ein rein elektrischer Betriebsmodus, ein Startmodus der Brennkraftmaschine, ein Standlademodus, ein Betriebsmodus für rein elektrisches Rückwärtsfahren und ein Rekuperationsmodus vorgesehen werden.
Durch Verschieben der Schalthülsen 31, 32 werden entsprechend die übrigen Schaltzustände der Schalteinrichtung 14 eingestellt.
Die 3 zeigt den Betrieb des Hybridantriebsstrangs 1 der 1 anhand des Blockschaltbilds 63 unter Verwendung der Bezugszeichen des Hybridantriebsstrangs 1 der 1.
Das Steuergerät ST stellt abhängig von dem Klimatisierungswunsch KW des Fahrers oder der Insassen des Kraftfahrzeugs und abhängig von Betriebsparametern BP des Kraftfahrzeugs, beispielsweise der Außentemperatur, der Innentemperatur des Fahrgastraums, der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Batterieladezustand, der Stellung des Fahrpedals und dergleichen die Betriebsmodi ein.
In dem ersten Betriebsmodus „Elektrisches Fahren“ EF wird das Kraftfahrzeug 2 ausschließlich elektrisch mittels der ersten Elektromaschine 7 betrieben. Der Antrieb des Klimakompressors 20 erfolgt mittels der zweiten Elektromaschine 6 und/oder mittels beider Elektromaschinen 6, 7.
In dem zweiten Betriebsmodus „Serielles Fahren“ SF erfolgt der Antrieb des Kraftfahrzeugs 2 mittels der ersten Elektromaschine 7 rein elektrisch. Die Brennkraftmaschine 5 treibt die Elektromaschine 6 generatorisch an. Der Klimakompressor 20 wird von der Elektromaschine 6 beziehungsweise von der Brennkraftmaschine 5 angetrieben.
In dem dritten Betriebsmodus „Paralleles Fahren“ erfolgt der Antrieb des Kraftfahrzeugs 2 hybridisch mittels der Brennkraftmaschine 5 und der Elektromaschine 7. Der Antrieb des Klimakompressors 20 erfolgt mittels der Brennkraftmaschine 5, die gegebenenfalls die generatorisch geschaltete Elektromaschine 6 antreiben kann. In einem Boost-Modus kann zusätzlich die Elektromaschine 6 motorisch geschaltet werden und der Klimakompressor 20 kann abgeschaltet werden.
Die 4 zeigt das Schaltschema 64 der Beschaltung der Schalteinrichtung 14 der 1 und 2 zur Einstellung des Betriebs des Klimakompressors 20 der 1. Ist die Kupplung K1, entsprechend dem Bezugszeichen 41 der 2 geöffnet und die Kupplung K2, entsprechend dem Bezugszeichen 42 der 2 geschlossen, treibt die Brennkraftmaschine 5 den Klimakompressor 20 an.
Sind beide Kupplungen K1, K2 geöffnet, treibt die Elektromaschine 6 den Klimakompressor 20 an.
Ist die Kupplung K1 geschlossen und die Kupplung K2 geöffnet, treibt die Elektromaschine 7 den Klimakompressor 20 an.
Bezugszeichenliste

1: Hybridantriebsstrang
2: Kraftfahrzeug
3, 3a: Antriebsachse
4, 4a: Antriebsrad
5: Brennkraftmaschine
6: Elektromaschine
7: Elektromaschine
8a, 8b, 8c: Drehachse
9: Ausgangswelle
10: Rotorwelle
11: Rotorwelle
12: Antriebsabschnitt
13: Getriebeeinrichtung
14: Schalteinrichtung
15: Zwischenwelle
16: Zahnrad
17: Zahnrad
18: Zahnrad
19: Zahnrad
20: Klimakompressor
21: Kompressorwelle
22: Zwischenzahnrad
23: Planetengetriebe
24: Planetenradträger
25: Sonnenrad
26: Planetenrad
27: Hohlrad
28: Bremseinrichtung
29: Eingangsrad
30: Differentialgetriebe
31: erste Schiebehülse
32: zweite Schiebehülse
33, 34: Grundkörper
35, 36: Aufnahmekontur
37a, 38a: Ende
37b, 38b: Ende
39, 40: Hebelelement
41, 42: Kupplung
43, 44: Eingriffsabschnitt
45: Durchgangsbohrung
46,47: Innenverzahnung
48, 49: Rastiereinheit
50, 51: Rastelement
52, 53: Rastkontur
54: Übertragungselement
55: Übertragungselement
56, 57: Außenverzahnung
58a, 58b: Stützlager
59a, 59b: Radiallager
60a, 60b, 60c: Axiallager
63: Blockschaltbild
64: Schaltschema
BP: Betriebsparameter
EF: Elektrisches Fahren
KW: Klimatisierungswunsch
PF: Paralleles Fahren
SF: Serielles Fahren
ST: Steuergerät

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Klimakompressors (20) in einem Hybridantriebsstrang (1) eines Kraftfahrzeugs (2) mit einer Brennkraftmaschine (5) und einer ersten Elektromaschine (7) sowie einer zweiten, bevorzugt generatorisch betriebenen Elektromaschine (6), wobei der Klimakompressor (20) mit jeder der Elektromaschinen (6, 7) und/oder mit der Brennkraftmaschine (5) in Wirkverbindung als dessen Antrieb bringbar ist, wobei der Antrieb abhängig von einem Klimatisierungswunsch (KW) der Insassen des Kraftfahrzeugs (2) gewählt wird, wobei der Antrieb zusätzlich abhängig von einem Betriebsmodus des Hybridantriebsstrangs (1) gewählt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem ausschließlichen elektrischen Betrieb des Hybridantriebsstrangs (1) in einer ersten Antriebsart des Antriebs die zweite Elektromaschine (6) und der Klimakompressor (20) vom Hybridantriebsstrang (1) abgekoppelt werden und die zweite Elektromaschine (6) ausschließlich als Antrieb des Klimakompressors (20) dient.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem ausschließlichen elektrischen Betrieb des Hybridantriebsstrangs (1) in einer zweiten Antriebsart des Antriebs die erste und/oder zweite Elektromaschine (6, 7) als Antrieb des Klimakompressors (20) dienen.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Antriebsarten abhängig von einer angeforderten Leistung für den Klimakompressor (20), einer Lastanforderung an den Hybridantriebsstrang (1), und/oder ermittelten Betriebspunkten von Kennlinien der Elektromaschinen (6, 7) und/oder des Klimakompressors (20) ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer eine vorgegebene Schwelle überschreitenden Lastanforderung an den Hybridantriebsstrang (1) der Klimakompressor (20) für die Dauer dieser Lastanforderung abgeschaltet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer ermittelten Funktionsstörung des Klimakompressors (20) der Klimakompressor (20) abgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Funktionsstörung abhängig von einem an dem Klimakompressor (20) anliegenden Druck ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Funktionsstörung anhand eines Vergleichs einer Drehmomententwicklung des Hybridantriebsstrangs (1) mit und ohne angekoppeltem Klimakompressor (20) ermittelt wird.
Hybridantriebsstrang (1) enthaltend eine Brennkraftmaschine (5), eine erste Elektromaschine (7) und eine zweite, bevorzugt generatorisch betriebene Elektromaschine (6), einen Klimakompressor (20) für eine Klimaanlage, sowie zumindest ein diese steuerndes Steuergerät (ST), wobei der Klimakompressor (20) mit der zweiten Elektromaschine (6) drehschlüssig verbunden und mit der Brennkraftmaschine (5) und der ersten Elektromaschine (7) bevorzugt mittels einer Schalteinrichtung (14) verbindbar ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in das zumindest eine Steuergerät eine Routine zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 implementiert ist.