DE102020216246A1 - Schaltstrategie für Hybridantriebsstrang mit elektrischer Achse - Google Patents

Schaltstrategie für Hybridantriebsstrang mit elektrischer Achse Download PDF

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Johannes Kaltenbach
Matthias Horn
Reinhard Vollmar
Ingo Pfannkuchen
Fabian Kutter
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    • F16H61/0204—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing characterised by the signals used the signals being electric for gearshift control, e.g. control functions for performing shifting or generation of shift signal
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Hybridantriebsstrangs (12) eines Kraftfahrzeugs (10) mit einer ersten elektrischen Achse (20), einem Hybridgetriebe (18) für eine zweite Achse, einem Planetenradsatz (RS), der mit einer ersten Getriebeeingangswelle (24) für ein erstes Teilgetriebe des Hybridgetriebes zum Verbinden mit einer Verbrennungsmaschine (16), einer zweiten Getriebeeingangswelle (26) für ein zweites Teilgetriebe und einer elektrischen Antriebsmaschine (14) verbunden ist, umfassend die Schritte: Fahren (S1) mit dem Hybridantriebstrang in einer ersten Gangstufe; Erfassen (S2) eines Zustands des Kraftfahrzeugs; und Auswählen (S3) eines Schaltablaufs zum Schalten in eine andere Gangstufe aus einer Mehrzahl von zur Verfügung stehenden Schaltabläufen in die andere Gangstufe basierend auf dem erfassten Zustand des Kraftfahrzeugs. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes Computerprogrammprodukt und ein Steuergerät (32).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Hybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs sowie ein Computer-Programm und ein Steuergerät zum Steuern eines Hybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs.
  • Fahrzeuge werden zunehmend mit Hybridantrieben, d. h. mit wenigstens zwei verschiedenen Antriebsquellen ausgestattet. Hybridantriebe können zur Verminderung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen beitragen. Es haben sich weitgehend Antriebsstränge mit einem Verbrennungsmotor und einem oder mehreren Elektromotoren als Parallelhybrid oder als Mischhybrid durchgesetzt. Derartige Hybridantriebe weisen im Kraftfluss eine im Wesentlichen parallele Anordnung des Verbrennungsmotors und des Elektroantriebs auf. Hierbei werden sowohl eine Überlagerung der Antriebsmomente als auch eine Ansteuerung mit rein verbrennungsmotorischem Antrieb oder rein elektromotorischem Antrieb ermöglicht. Da sich die Antriebsmomente des Elektroantriebs und des Verbrennungsmotors je nach Ansteuerung addieren können, ist eine vergleichsweise kleinere Auslegung des Verbrennungsmotors und/oder dessen zeitweise Abschaltung möglich. Hierdurch kann eine signifikante Reduzierung der CO2-Emissionen ohne nennenswerte Leistungs- bzw. Komforteinbußen erreicht werden. Die Möglichkeiten und Vorteile eines Elektroantriebs können somit mit den Reichweiten-, Leistungs- und Kostenvorteilen von Brennkraftmaschinen verbunden werden.
  • Ein Nachteil der oben genannten Hybridantriebe besteht in einem im Allgemeinen komplexeren Aufbau, da beide Antriebsquellen vorzugsweise mit nur einem Getriebe Antriebsleistung auf eine Antriebswelle übertragen. Hierdurch sind derartige Getriebe meist aufwendig und kostenintensiv in der Produktion. Eine Reduzierung der Komplexität im Aufbau eines Hybridgetriebes geht meistens mit einer Einbuße an Variabilität einher.
  • Dieser Nachteil kann zumindest teilweise mittels dedizierter Hybridgetriebe oder „Dedicated Hybrid Transmissions“ (DHT) überwunden werden, bei denen eine elektrische Maschine in das Getriebe integriert wird, um den vollen Funktionsumfang darzustellen. Beispielsweise kann im Getriebe insbesondere der mechanische Getriebeteil vereinfacht werden, etwa durch Entfall des Rückwärtsgangs, wobei stattdessen mindestens eine elektrische Maschine genutzt wird.
  • Dedizierte Hybridgetriebe können aus bekannten Getriebekonzepten hervorgehen, also aus Doppelkupplungsgetrieben, Wandler-Planetengetrieben, stufenlosen Getrieben (CVT) oder automatisierten Schaltgetrieben. Die elektrische Maschine wird dabei zum Teil des Getriebes.
  • Durch die Einbindung der elektrischen Antriebsmaschine in den Hybridantriebsstrang sind zum Schalten einer Gangstufe bisweilen mehrere Schaltvorgänge von Schaltelementen im Getriebe notwendig. Bei Doppelkupplungsgetrieben ist es bekannt, eine Gangstufe in einem nicht belasteten Teilgetriebe des Doppelkupplungsgetriebes vorzuwählen, um ein schnelles Wechseln der Gangstufen durch wechselseitiges Ein- und Auslegen der Doppelkupplung des Doppelkupplungsgetriebes zu erreichen. Durch diese Vorwahl kann schnell in die nächsthöhere oder -niedrigere Gangstufe gewechselt werden. Kommt es fahrerseitig kurzfristig zu einem besonderen Fahrwunsch, beispielsweise einem schnellen Beschleunigen bei einem Überholvorgang, kann durch das Doppelkupplungsgetriebe vergleichsweise schnell auf den Fahrerwunsch reagiert werden. Insbesondere da es bekannt ist, um definierte Drehzahlen der einzelnen Getriebebauteile zu haben, die elektrische Antriebsmaschine mitzuschleppen, können bei einem DHT-Getriebe mehrere Schaltvorgänge notwendig sein. Ein spontaner Fahrerwunsch führt bisweilen dazu, dass mehrere Schaltelemente geschaltet werden müssen. Durch diese mehreren Schaltvorgänge der Schaltelemente kann es zu Verzögerungen kommen, bis dem Fahrerwunsch entsprochen werden kann.
  • Vor diesem Hintergrund stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine Möglichkeit zu schaffen, in einem Hybridantriebsstrang mit einer elektrischen Achse vorteilhaft zwischen verschiedenen zur Verfügung stehenden Schaltabläufen zu wählen. Insbesondere soll eine Möglichkeit geschaffen werden, den Fahrkomfort mit einem Hybridantriebsstrang mit einer elektrischen Achse zu erhöhen und kurze Schaltzeiten, besonders bevorzugt auch bei spontanen Fahranforderungen durch den Fahrer, zu ermöglichen.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Steuern eines Hybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit einer ersten elektrischen Achse, einem Hybridgetriebe für eine zweite Achse, einem Planetenradsatz, der mit einer ersten Getriebeeingangswelle für ein erstes Teilgetriebe des Hybridgetriebes zum Verbinden mit einer Verbrennungsmaschine, einer zweiten Getriebeeingangswelle für ein zweites Teilgetriebe und einer elektrischen Antriebsmaschine verbunden ist, umfassend die Schritte:
    • Fahren mit dem Hybridantriebstrang in einer ersten Gangstufe;
    • Erfassen eines Zustands des Kraftfahrzeugs; und
    • Auswählen eines Schaltablaufs zum Schalten in eine andere Gangstufe aus einer Mehrzahl von zur Verfügung stehenden Schaltabläufen in die andere Gangstufe basierend auf dem erfassten Zustand des Kraftfahrzeugs.
  • Die obige Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Steuergerät zum Steuern eines Hybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit:
    • einer ersten elektrischen Achse;
    • einem Hybridgetriebe für eine zweite Achse umfassend ein erstes Teilgetriebe und ein zweites Teilgetriebe;
    • einer Verbrennungsmaschine;
    • einer elektrischen Antriebsmaschine;
    • einer ersten Getriebeeingangswelle für das erste Teilgetriebe, die mit der Verbrennungsmaschine verbindbar ist;
    • einer zweiten Getriebeeingangswelle für das zweite Teilgetriebe; und einem Planetenradsatz; wobei
    • der Planetenradsatz Planetenradsatzelemente umfasst;
    • ein erstes Planetenradsatzelement mit der ersten Getriebeeingangswelle verbunden ist;
    • ein zweites Planetenradsatzelement mit der zweiten Getriebeeingangswelle verbunden ist;
    • ein drittes Planetenradsatzelement mit der elektrischen Antriebsmaschine verbunden ist;
    • und das Steuergerät dazu ausgebildet ist ein Verfahren, wie zuvor beschrieben, durchzuführen.
  • Ferner wird die obige Aufgabe gelöst von einem Computerprogrammprodukt mit Programmcode zum Durchführen der Schritte des Verfahrens, wie zuvor beschrieben, wenn der Programmcode auf einem Computer ausgeführt wird.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Insbesondere können das Steuergerät und das Computerprogrammprodukt entsprechend der für das Verfahren in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein.
  • Durch das Auswählen eines Schaltablaufs aus einer Mehrzahl von zur Verfügung stehenden Schaltabläufen zum Schalten in eine andere Gangstufe basierend auf dem erfassten Zustand des Kraftfahrzeugs kann eine Schaltstrategie entwickelt werden, die kurze Schaltzeiten ermöglicht und/oder ein komfortables Schalten ermöglicht. Dadurch, dass der Schaltablauf basierend auf einem erfassten Zustand des Kraftfahrzeugs gewählt wird, kann eine variable und auf ein entsprechendes Kraftfahrzeug abgestimmte Betriebsstrategie geschaffen werden. Ferner kann eine auf einen Fahrer und eine Fahrervorliebe abgestimmte Betriebsstrategie geschaffen werden. Insbesondere kann mit einem Antriebsstrang sowohl ein schnelles und sportliches Schalten als auch ein komfortables Schalten erreicht werden. Durch eine Auswahl des Schaltablaufs kann situationsabhängig individuell der bevorzugte Schaltablauf bestimmt werden. Hierdurch kann eine erhöhte Fahrdynamik bei gleichbleibend hohem Komfort erreicht werden. Insbesondere kann in kurzer Zeit einem Fahrerwunsch entsprochen werden. Der Hybridantriebsstrang des Kraftfahrzeugs umfasst vorzugsweise eine erste elektrische Achse, das Hybridgetriebe; die Verbrennungsmaschine; die elektrische Antriebsmaschine; die erste Getriebeeingangswelle für das erste Teilgetriebe, die mit der Verbrennungsmaschine verbindbar ist; die zweite Getriebeeingangswelle für das zweite Teilgetriebe; und den Planetenradsatz, der bevorzugt als elektrodynamisches Anfahrelement und/oder elektrodynamisches Schaltelement dienen kann. Insbesondere umfasst der Planetenradsatz Planetenradsatzelemente, von denen ein erstes Planetenradsatzelement mit der ersten Getriebeeingangswelle verbunden ist, ein zweites Planetenradsatzelement mit der zweiten Getriebeeingangswelle verbunden ist; und ein drittes Planetenradsatzelement, das mit der elektrischen Antriebsmaschine verbunden ist. Besonders bevorzugt ist eine erste Achse als elektrische Achse ausgebildet, wobei die zweite Achse mittels des Hybridgetriebes und der Verbrennungsmaschine sowie der elektrischen Antriebsmaschine mit Antriebsleistung beaufschlagbar ist.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Auswählen eines Schaltablaufs aus einer Mehrzahl von zur Verfügung stehenden Schaltabläufen eine Auswahl zwischen einer elektrodynamischen Schaltung, EDS-Schaltung, und einer seriellen Schaltung. Mittels einer EDS-Schaltung kann komfortabel und vorzugsweise unter Erhaltung der Zugkraft in der dem Hybridgetriebe zugeordneten Fahrzeugachse geschaltet werden. Besonders bevorzugt eignet sich eine EDS-Schaltung als Komfortschaltung im unteren und/oder mittleren Drehzahl- und/oder Lastbereich. Eine serielle Schaltung ermöglicht kurze Schaltzeiten und ist insbesondere vorteilhaft, wenn eine hohe Lastanforderung an den Antriebsstrang gestellt wird, beispielsweise bei einem Kickdown, einer Sportschaltung und/oder einem Tippmodus, also wenn mit Schaltwippen pseudomanuell durch den Fahrer geschaltet werden soll. Ferner eignet sich eine serielle Schaltung bei einem leeren und/oder kalten Energiespeicher und/oder wenn der Energiespeicher durch das Versorgen der elektrischen Achse bereits ausgelastet ist.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt das Auswählen eines Schaltablaufs in Form einer EDS-Schaltung, wenn der erfasste Zustand eine Fahrt im unteren und/oder mittleren Drehzahlbereich und/oder im mittleren und/oder unteren Lastbereich umfasst, wobei der erfasste Zustand eine ausreichend hohe Bevorratung elektrischer Leistung im Energiespeicher umfasst, um eine EDS-Schaltung durchzuführen. Eine EDS-Schaltung wird demnach nur dann durchgeführt, wenn eine ausreichend hohe Bevorratung elektrischer Leistung im Energiespeicher festgestellt wird, sodass die elektrische Antriebsmaschine für die EDS-Schaltung betrieben werden kann. Mittels einer EDS-Schaltung kann ein komfortables und weiches Schalten erfolgen, sodass ein hoher Fahrkomfort für einen Fahrer geschaffen werden kann. Derartige Schaltungen eignen sich insbesondere in einer Fahrsituation, in der nicht rasch beschleunigt werden soll, also insbesondere im unteren und/oder mittleren Drehzahl- bzw. unteren und/oder mittleren Lastbereich.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt das Auswählen eines Schaltablaufs in Form einer seriellen Schaltung, wenn der erfasste Zustand umfasst, dass eine EDS-Schaltung einen mindestens zeitweise motorischen Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine erfordert, wobei keine ausreichend hohe Bevorratung elektrischer Leistung im Energiespeicher vorhanden ist, um eine EDS-Schaltung durchzuführen. Hierdurch kann technisch einfach sichergestellt werden, dass eine EDS-Schaltung mit höchstem Komfort und fehlerfrei durchgeführt wird. Insbesondere kann auf eine serielle Schaltung zurückgegriffen werden, um zuverlässig und sicher ein Schalten zu ermöglichen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt das Auswählen eines Schaltablaufs in Form einer seriellen Schaltung, wenn der erfasste Zustand umfasst, dass ein Energiespeicher zur Versorgung der elektrischen Achse an seiner Leistungsgrenze betrieben wird oder der Energiespeicher leer ist. Hierdurch kann technisch einfach eine Überbeanspruchung des Energiespeichers verhindert werden. Zudem kann erreicht werden, dass das maximal aufbringbare Stützmoment für die entsprechende Schaltung aufgewendet werden kann. Insbesondere kann einer Reduktion des Moments an der elektrischen Achse entgegengewirkt werden. Der Fahrkomfort wird erhöht.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt das Auswählen eines Schaltablaufs in Form einer seriellen Schaltung, wenn der erfasste Zustand eine Fahrt in einer Fahrsituation umfasst, die eine kurze Schaltzeit fordert, insbesondere in einem Sportmodus oder einem Tippbetrieb. Hierdurch kann die Fahrsicherheit und der Komfort weiter erhöht werden, da fahrerspezifisch kurze Schaltzeiten erreicht werden können, sofern dies gewünscht ist. Es kann eine fahrerspezifische und/oder situationsspezifische sportliche Schaltstrategie geschaffen werden, wobei vorzugsweise ein Komfortschalten jederzeit durch Wechsel des Schaltablaufs möglich ist.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt das Auswählen eines Schaltablaufs in Form einer EDS-Schaltung, wenn der erfasste Zustand eine Fahrt in einer fahrdynamischen Situation umfasst, die ein Anliegen von Antriebsmoment an der ersten Achse fordert. Insbesondere kann folglich ein Allradantrieb gefordert sein. Beispielsweise kann eine derartige fahrdynamische Situation eine Kurvenfahrt oder eine Fahrt auf glattem Untergrund, wie beispielsweise Glatteis, umfassen. Durch die vorteilhafte Auswahl einer EDS-Schaltung kann folglich die Fahrsicherheit erhöht werden, da durch einen Allradantrieb ein sicheres Schalten und Fahren gewährleistet werden kann. Insbesondere kann trotz widriger Umstände eine hohe Zugkraft aufrechterhalten werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt das Auswählen eines Schaltablaufs in Form einer seriellen Schaltung, wenn der erfasste Zustand einen Empfang eines Fahrerwunsches umfasst, der den Wunsch nach einem Beschleunigen des Kraftfahrzeugs umfasst, insbesondere in Form eines Kickdowns durch den Fahrer. Hierdurch kann technisch einfach einem Fahrerwunsch nach einem schnellen Beschleunigen entsprochen werden. Ferner kann hierdurch ein schnelles Beschleunigen des Kraftfahrzeugs, wie beispielsweise beim Überholvorgang, erfolgen, wodurch die Sicherheit im Straßenverkehr erhöht wird. Ein schnelleres Ansprechen des Kraftfahrzeugs auf einen Fahrerwunsch ermöglicht eine bessere Kontrolle und schnellere Reaktion mit dem Kraftfahrzeug auf besondere Verkehrssituationen.
  • Unter Standladen bzw. Laden in Neutral LiN ist insbesondere das Betreiben der elektrischen Antriebsmaschine als Generator zu verstehen, vorzugsweise bei einem Stillstand mit laufender Verbrennungsmaschine, um einen Energiespeicher zu befüllen und/oder eine Bordelektronik zu speisen.
  • Ein Aktor ist vorliegend insbesondere ein Bauteil, das ein elektrisches Signal in eine mechanische Bewegung umsetzt. Vorzugsweise führen Aktoren, die mit Doppelschaltelementen verwendet werden, Bewegungen in zwei entgegengesetzte Richtungen aus, um in der ersten Richtung ein Schaltelement des Doppelschaltelements zu schalten und in der zweiten Richtung das andere Schaltelement zu schalten.
  • Ein Verblocken eines Planetenradsatzes umfasst ein antriebswirksames Verbinden zweier Zahnräder und/oder des Planetenradträgers und eines Zahnrads des Planetenradsatzes, sodass diese gemeinsam mit der gleichen Umdrehungszahl um denselben Punkt, vorzugsweise den Mittelpunkt des Planetenradsatzes, rotieren. Beim Verblocken zweier Zahnräder und/oder eines Planetenradträgers und eines Zahnrads des Planetenradsatzes wirkt der Planetenradsatz vorzugsweise wie eine Welle, es findet insbesondere keine Übersetzung im Planetenradsatz statt.
  • Ein Gangstufenwechsel, vorzugsweise eine serielle Schaltung, erfolgt insbesondere durch Abschalten eines Schaltelements und/oder einer Kupplung und gleichzeitiges Aufschalten des Schaltelements und/oder der Kupplung für die nächsthöhere oder - niedrigere Gangstufe. Das zweite Schaltelement und/oder die zweite Kupplung übernimmt also Stück für Stück das Drehmoment vom ersten Schaltelement und/oder der ersten Kupplung, bis am Ende des Gangstufenwechsels das gesamte Drehmoment vom zweiten Schaltelement und/oder der zweiten Kupplung übernommen wird. Bei vorheriger Synchronisation kann ein Gangwechsel schneller erfolgen, vorzugsweise können dabei formschlüssige Schaltelemente Anwendung finden.
  • Eine Verbrennungsmaschine kann insbesondere jede Maschine sein, die durch Verbrennen eines Antriebsmittels, wie Benzin, Diesel, Kerosin, Ethanol, Flüssiggas, Autogas etc. eine Drehbewegung erzeugen kann. Eine Verbrennungsmaschine kann beispielsweise ein Ottomotor, ein Dieselmotor, ein Wankelmotor oder ein Zweitaktmotor sein.
  • Ein elektrodynamisches Anfahrelement (EDA) bewirkt, dass über einen oder mehrere Planetenradsätze eine Drehzahlüberlagerung von Verbrennungsmaschinen-Drehzahl und elektrischer Antriebsmaschinen-Drehzahl stattfindet, sodass ein Anfahren eines Kraftfahrzeugs aus dem Stillstand bei laufender Verbrennungsmaschine, vorzugsweise ohne Reibkupplung, möglich ist. Dabei stützt die elektrische Antriebsmaschine ein Drehmoment ab. Vorzugsweise ist die Verbrennungsmaschine nicht mehr durch eine Anfahrkupplung oder dergleichen vom Getriebe trennbar. Durch Verwenden eines EDAs können vorzugsweise Anlasser, Generator und Anfahrkupplung beziehungsweise hydrodynamischer Wandler entfallen. Dabei baut ein EDA insbesondere so kompakt, dass alle Komponenten im serienmäßigen Kupplungsgehäuse ohne Verlängerung des Getriebes Platz finden. Das elektrodynamische Anfahrelement kann beispielsweise über einen weich abgestimmten Torsionsdämpfer fest mit einer Verbrennungsmaschine und insbesondere einem Schwungrad einer Verbrennungsmaschine verbunden sein. Somit können die elektrische Antriebsmaschine und die Verbrennungsmaschine wahlweise gleichzeitig oder alternativ betrieben werden. Hält das Kraftfahrzeug an, können elektrische Antriebsmaschine und Verbrennungsmaschine abgeschaltet werden. Aufgrund einer guten Regelbarkeit der elektrischen Antriebsmaschine wird eine sehr hohe Anfahrqualität erreicht, die der eines Antriebs mit Wandlerkupplung entsprechen kann.
  • Bei einer sogenannten elektrodynamischen Schaltung (EDS) findet wie beim EDA-Anfahren über einen oder mehrere Planetenradsätze eine Drehzahlüberlagerung von Verbrennungsmaschinen-Drehzahl und elektrischer Antriebsmaschinen-Drehzahl statt. Zum Schaltungsbeginn werden die Drehmomente der elektrischen Antriebsmaschine und der Verbrennungsmaschine angepasst, sodass das auszulegende Schaltelement lastfrei wird. Nach dem Öffnen dieses Schaltelements erfolgt eine Drehzahlanpassung unter Erhaltung der Zugkraft, sodass das einzulegende Schaltelement synchron wird. Nach dem Schließen des Schaltelements erfolgt die Lastaufteilung zwischen der Verbrennungsmaschine und der elektrischen Antriebsmaschine beliebig je nach Hybrid-Betriebsstrategie. Das elektrodynamische Schaltverfahren hat den Vorteil, dass das zu schaltende Schaltelement des Zielgangs durch das Zusammenspiel der elektrischen Antriebsmaschine und der Verbrennungsmaschine synchronisiert wird, wobei die elektrische Antriebsmaschine vorzugsweise präzise regelbar ist. Ein weiterer Vorteil des EDS-Schaltverfahrens ist, dass eine hohe Zugkraft erreicht werden kann, da sich die Drehmomente der Verbrennungsmaschine und der elektrischen Maschine im Hybridgetriebe summieren.
  • Unter seriellem Fahren ist ein Betriebsmodus zu verstehen, bei dem die Verbrennungsmaschine als Antrieb für eine als Generator betriebene elektrische Antriebsmaschine dient, die eine zweite elektrische Antriebsmaschine speist, sodass die Verbrennungsmaschine von den Antriebsrädern entkoppelt ist und vorzugsweise ständig in einem einzigen emissionsgünstigen Betriebspunkt betrieben werden kann.
  • Eine elektrische Fahrzeugachse, oder kurz elektrische Achse, ist vorzugsweise eine Nicht-Haupt-Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs bei der mittels einer elektrischen Antriebsmaschine Antriebsleistung auf Räder des Kraftfahrzeugs übertragen werden kann. Es versteht sich, dass die elektrische Antriebsmaschine auch mittels eines Getriebes angebunden sein kann. Mittels einer elektrischen Achse kann ganz oder teilweise eine Zugkraft aufrechterhalten werden, wenn im Getriebe für eine Haupt-Antriebsachse ein Gangwechsel erfolgt. Ferner kann mittels einer elektrischen Achse zumindest teilweise eine Allrad-Funktionalität eingerichtet werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Hybridantriebsstrang;
    • 2 eine vereinfachte Darstellung eines Hybridantriebsstrangs mit einem erfindungsgemäßen Steuergerät;
    • 3 eine detailliertere Darstellung des Hybridantriebsstrangs;
    • 4 eine Schaltmatrix des Hybridantriebsstrangs gemäß den 2 und 3;
    • 5a-d schematische Schaubilder eines zeitlichen Verlaufs verschiedener Betriebsparameter; und
    • 6 schematisch die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • In 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 10 mit einem Hybridantriebsstrang 12 gezeigt. Der Hybridantriebsstrang 12 weist eine elektrische Antriebsmaschine 14 und eine Verbrennungsmaschine 16 auf, die mittels eines Hybridgetriebes 18 mit einer Vorderachse des Kraftfahrzeugs 10 verbunden sind. Ferner ist eine Hinterachse des Kraftfahrzeugs 10 als elektrische Achse 20 ausgebildet. Es versteht sich, dass auch eine Verbindung des Hybridgetriebes 18 mit einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs 10 möglich ist, wobei in diesem Fall vorzugsweise die Vorderachse des Kraftfahrzeugs 10 als elektrische Achse 20 ausgebildet ist. Mittels des Hybridantriebsstrangs 12 wird Antriebsleistung der elektrischen Antriebsmaschine 14, der Verbrennungsmaschine 16 und der elektrischen Achse 20 den Rädern des Kraftfahrzeugs 10 zugeführt. Das Kraftfahrzeug 10 weist ferner einen Energiespeicher 22 auf, um Energie zu speichern, die zum Versorgen der elektrischen Antriebsmaschine 14 und/oder der elektrischen Achse 20 dient.
  • In 2 ist schematisch eine Übersicht über ein Hybridgetriebe 18 eines Hybridantriebsstrangs 12 gezeigt, die nach Art eines Schaltplans dargestellt ist. Die Schaltstellen der Schaltelemente A bis D, R und K3 sind nach der Art eines Schalters dargestellt.
  • Die Verbrennungsmaschine 16 ist mittels einer ersten Getriebeeingangswelle 24 mit dem Hybridgetriebe 18 verbindbar. Die elektrische Antriebsmaschine 14 ist mit einem Planetenradsatzelement eines Planetenradsatzes RS verbunden. In dem gezeigten Beispiel ist die elektrische Antriebsmaschine 14 mit einem Sonnenrad So des Planetenradsatzes RS antriebswirksam verbunden. Die Verbrennungsmaschine 16 ist mittels der ersten Getriebeeingangswelle 24 mit einem Hohlrad Ho des Planetenradsatzes RS verbunden.
  • Der Planetenradsatz RS ist als Kreis dargestellt. Im Planetenradsatz RS sind die einzelnen Planetenradsatzelemente wie Steg durch St, Sonnenrad durch So und Hohlrad durch Ho angedeutet. Der Steg St des Planetenradsatzes RS ist mittels einer zweiten Getriebeeingangswelle 26 in das Hybridgetriebe 18 eingebunden. Mittels einer Vorgelegewelle 28 kann Antriebsleistung aus dem Hybridgetriebe 18 zu einem Abtrieb 30 geleitet werden. Vorzugsweise umfasst der Abtrieb 30 dabei ein Differential. Es versteht sich, dass die Verbrennungsmaschine 16 auch mittels eines Torsions- oder Schwingungsdämpfers, einer Reibkupplung oder anderer Bauteile an das Hybridgetriebe 18 angebunden sein kann.
  • Durch Schalten eines Verbindungsschaltelements K3 kann die erste Getriebeeingangswelle 24 antriebswirksam mit der zweiten Getriebeeingangswelle 26 verbunden werden. Da die erste Getriebeeingangswelle 24 mit dem Hohlrad Ho des Planetenradsatzes verbunden ist und die zweite Getriebeeingangswelle 26 antriebswirksam mit einem Steg St des Planetenradsatzes RS verbunden ist, führt ein Schließen des Verbindungsschaltelements K3 zum Verblocken des Planetenradsatzes RS. Insoweit läuft die Verbrennungsmaschine 16 mit der gleichen Drehzahl wie die elektrische Antriebsmaschine 14. Durch Schalten eines ersten Schaltelements A oder eines dritten Schaltelements C kann die zweite Getriebeeingangswelle 26 antriebswirksam mit der Vorgelegewelle 28 verbunden werden, wobei verschiedene Übersetzungen eingerichtet werden. Diese sind in der Darstellung durch leere Vierecke dargestellt.
  • Durch Schalten eines zweiten Schaltelements B oder eines vierten Schaltelements D kann die erste Getriebeeingangswelle 24 antriebswirksam mit der Vorgelegewelle 28 verbunden werden, wobei verschiedene Übersetzungen einrichtbar sind. Durch Schalten eines Rückwärtsgangschaltelements R kann die zweite Getriebeeingangswelle 26 antriebswirksam mit der Vorgelegewelle 28 verbunden werden. Es versteht sich, dass hierbei eine Drehrichtungsumkehr erfolgt, um eine mechanische Rückwärtsgangstufe, insbesondere für die Verbrennungsmaschine 16 einzurichten. Es versteht sich ferner, dass das Einrichten einer mechanischen Rückwärtsgangstufe als optional anzusehen ist, da die elektrische Antriebsmaschine 14 auch in umgekehrter Drehrichtung betrieben werden kann und so jede der vom Hybridgetriebe 18 einrichtbaren Übersetzungen als Rückwärtsgang verwendet werden kann.
  • Der Hybridantriebsstrang 12 weist ferner ein Steuergerät 32 auf. Das Steuergerät 32 ist dazu ausgebildet, die Verbrennungsmaschine 16, die elektrische Antriebsmaschine 14 und die Aktoren für die einzelnen Schaltstellen zu steuern.
  • Insbesondere ist das Steuergerät 32 dazu ausgebildet, einen Schaltablauf zum Schalten in eine andere Gangstufe basierend auf einem erfassten Zustand des Kraftfahrzeugs 10 auszuwählen und mittels des ausgewählten Schaltablaufs in eine andere Gangstufe zu schalten. Beispielsweise kann mittels einer EDS-Schaltung oder einer seriellen Schaltung in die andere Gangstufe geschaltet werden.
  • In 3 ist eine detailliertere Darstellung des Hybridgetriebes 18 des Hybridantriebsstrangs 12 gemäß der 2 dargestellt. Aus Gründen der Übersicht wurde auf eine Darstellung des Steuergeräts 32 sowie der Aktoren für die Schaltelemente A, B, C, D, R, K3 verzichtet. Im Unterschied zu der 2 weist der Hybridantriebsstrang 12 eine Verbrennungsmaschinenkupplung K0 auf, die dazu ausgebildet ist, die Verbrennungsmaschine 16 lösbar mit der ersten Getriebeeingangswelle 24 antriebswirksam zu verbinden. Es versteht sich, dass auch eine Ausführungsform ohne Verbrennungsmaschinenkupplung K0 denkbar ist.
  • Die erste Getriebeeingangswelle 24 ist als Vollwelle ausgebildet. Die zweite Getriebeeingangswelle 26 ist als Hohlwelle ausgebildet und umgibt die erste Getriebeeingangswelle 24 zumindest abschnittsweise. Die elektrische Antriebsmaschine 14 ist als Koaxialmaschine ausgebildet, wobei der Planetenradsatz RS zumindest abschnittsweise radial und axial innerhalb der elektrischen Antriebsmaschine 14 angeordnet ist. Das erste Schaltelement A und das dritte Schaltelement C sind zu einem Doppelschaltelement CA zusammengefasst. Das zweite Schaltelement B und das vierte Schaltelement D sind zu einem Doppelschaltelement BD zusammengefasst.
  • Das Hybridgetriebe 18 weist Zahnradpaare auf, die zum Einrichten von Gangstufen ausgebildet sind. Zur Verdeutlichung sind die mittels der Zahnradpaare einrichtbaren Gangstufen an den Zahnrädern bezeichnet.
  • Das Hybridgetriebe 18 umfasst ein erstes Teilgetriebe, das durch die erste Getriebeeingangswelle 24 antreibbar ist und in dem gezeigten Beispiel eine zweite Vorwärtsgangstufe V2 und eine vierte Vorwärtsgangstufe V4 umfasst. Das zweite Teilgetriebe ist durch die zweite Getriebeeingangswelle 26 antreibbar und umfasst die Rückwärtsgangstufe R sowie eine erste Vorwärtsgangstufe V1 und eine dritte Vorwärtsgangstufe V3.
  • Bei einer verbrennungsmotorischen Fahrt in einer Vorwärtsgangstufe des ersten Teilgetriebes ist vorzugsweise nur das zur Vorwärtsgangstufe gehörige Schaltelement, also das zweite Schaltelement B oder das vierte Schaltelement D, belastet. Um definierte Drehzahlen im Hybridgetriebe 18 zu erhalten, ist vorzugsweise ein zusätzliches Schaltelement zu schließen. Hierdurch wird die Drehzahl der zweiten Getriebeeingangswelle 26 und damit die Drehzahl der elektrischen Antriebsmaschine 14 definiert. Beispielsweise kann das erste Schaltelement A, das dritte Schaltelement C oder das Verbindungsschaltelement K3 geschlossen werden.
  • Bei einer verbrennungsmotorischen Fahrt in der zweiten Vorwärtsgangstufe V2, also wenn das zweite Schaltelement B geschlossen ist, gibt es verschiedene Möglichkeiten für ein Schalten der übrigen Schaltelemente.
  • Beispielsweise kann das erste Schaltelement A zusätzlich geschlossen werden, wobei so eine Vorwahl für die erste Vorwärtsgangstufe V1 durchgeführt wird. Das hat zur Folge, dass die elektrische Antriebsmaschine 14 eine höhere Drehzahl als die Verbrennungsmaschine 16 aufweist. Diese hohe Drehzahl kann beispielsweise höher als die erlaubte Maximaldrehzahl der elektrischen Antriebsmaschine 14 sein.
  • Alternativ kann das Verbindungsschaltelement K3 geschlossen werden. Hierbei wurde keine Vorwärtsgangstufe vorgewählt und die elektrische Antriebsmaschine 14 weist die gleiche Drehzahl wie die Verbrennungsmaschine 16 auf. Diese Schaltstellung führt zu einer vorteilhaften Drehzahl der elektrischen Antriebsmaschine 14.
  • Alternativ kann das dritte Schaltelement C geschlossen werden. Hierbei findet eine Vorwahl für die dritte Vorwärtsgangstufe V3 statt, wobei die elektrische Antriebsmaschine 14 eine deutlich niedrigere Drehzahl als die Verbrennungsmaschine 16 aufweist.
  • Eine EDS-Lastschaltung kann beispielsweise wie folgt erfolgen. Über den Planetenradsatz RS können bei einer Stützung durch die elektrische Antriebsmaschine 14 die Vorwärtsgangstufen für die Verbrennungsmaschine 16 unter Last gewechselt werden. Beispielsweise kann von der Vorwärtsgangstufe V1 in die Vorwärtsgangstufe V2 wie folgt gewechselt werden. Im Ausgangszustand sind das Verbindungsschaltelement K3 sowie das erste Schaltelement A geschlossen. Die Momente der Verbrennungsmaschine 16 und der elektrischen Antriebsmaschine 14 werden dabei so eingestellt, dass einerseits das gewünschte Abtriebsmoment bereitgestellt wird und andererseits das auszulegende Verbindungsschaltelement K3 lastfrei wird. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn die Momente am Sonnenrad So und Hohlrad Ho der Standgetriebeübersetzung des Planetenradsatzes RS entsprechen. Ist das Verbindungsschaltelement K3 lastfrei, wird das Verbindungsschaltelement K3 geöffnet. Die Momente der Verbrennungsmaschine 16 und der elektrischen Antriebsmaschine 14 werden dann so eingestellt, dass einerseits das gewünschte Abtriebsmoment bereitgestellt wird und andererseits die Verbrennungsmaschinendrehzahl absinkt. Es versteht sich, dass sich die Drehzahl der elektrischen Antriebsmaschine 14 dabei erhöht.
  • Ist das einzulegende zweite Schaltelement B synchron, wird es geschlossen. Durch diesen Schaltzustand ist folglich die zweite Vorwärtsgangstufe V2 für die Verbrennungsmaschine 16 mechanisch geschaltet bzw. eingelegt. An der elektrischen Antriebsmaschine 14 kann dann das Drehmoment abgebaut werden, sodass das erste Schaltelement A lastfrei wird und anschließend geöffnet werden kann. Daraufhin kann mit der elektrischen Antriebsmaschine 14 ein anderes Schaltelement synchronisiert und geschlossen werden.
  • Ergibt eine Schaltstrategie, dass die zweite Vorwärtsgangstufe V2 für längere Zeit beibehalten werden soll, kann das Verbindungsschaltelement K3 geschlossen werden, wobei hierdurch die elektrische Antriebsmaschine 14 die gleiche Drehzahl wie die Verbrennungsmaschine 16 aufweist. Alternativ kann auch eine Schaltung in die dritte Vorwärtsgangstufe V3 vorbereitet werden. Hierbei ist das dritte Schaltelement C zu schließen. Es versteht sich, dass die elektrische Antriebsmaschine 14 dann eine geringere Drehzahl als die Verbrennungsmaschine 16 aufweist.
  • Für eine darauffolgende Schaltung von der zweiten Vorwärtsgangstufe V2 in die dritte Vorwärtsgangstufe V3 kann die elektrische Antriebsmaschine 14 das Moment der Verbrennungsmaschine 16 am Planetenradsatz RS abstützen und dadurch das zweite Schaltelement B lastfrei machen. Anschließend kann das zweite Schaltelement B ausgelegt werden. Zudem kann die Drehzahl der Verbrennungsmaschine 16 abgesenkt werden, wobei vorzugsweise gleichzeitig die Drehzahl der elektrischen Antriebsmaschine 14 erhöht wird. Bei einer Drehzahlgleichheit zwischen Verbrennungsmaschine 16 und elektrischer Antriebsmaschine 14 kann das Verbindungsschaltelement K3 geschlossen werden, sodass die dritte Vorwärtsgangstufe V3 mechanisch eingelegt und wirksam ist.
  • Es versteht sich, dass eine Schaltung von der dritten Vorwärtsgangstufe V3 in die vierte Vorwärtsgangstufe V4 analog zur Schaltung von der ersten Vorwärtsgangstufe V1 in die zweite Vorwärtsgangstufe V2 mit entsprechend anderen Schaltelementen abläuft. Es versteht sich zudem, dass Rückschaltungen analog zu den Hochschaltungen, jedoch in umgekehrter Ablaufreihenfolge durchführbar sind. Insbesondere sind auch Schubschaltungen möglich, da die elektrische Antriebsmaschine 14 das Moment am Planetenradsatz RS bremsend abstützen kann.
  • Ist das Hybridgetriebe im Zustand Laden in Neutral LiN, also wenn die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 und das Verbindungsschaltelement K3 geschlossen sind, kann die elektrische Antriebsmaschine 14 generatorisch betrieben werden. Die so gewonnene Energie kann der elektrischen Achse 20 bereitgestellt werden, um ein serielles Fahren zu ermöglichen.
  • Ferner kann eine Zugkraftstützung mittels der elektrischen Achse 20 erfolgen. Hierbei kann die elektrische Achse 20 die Zugkraft stützen, wenn im Hybridgetriebe 18 Umschaltungen notwendig sind, bei denen der Abtrieb 30 des Hybridgetriebes 18 lastfrei wird. Ein Beispiel für einen solchen Übergang ist, wenn zunächst rein elektrisch mit der elektrischen Antriebsmaschine 14 und vorzugsweise der elektrischen Achse 20 gefahren wird und dann ein Start der Verbrennungsmaschine 16 in Neutral mittels der elektrischen Antriebsmaschine 14 erfolgen soll. Hierbei erfolgt zunächst ein Lastübergang von der elektrischen Antriebsmaschine 14 auf die elektrische Achse 20, wobei die elektrische Antriebsmaschine 14 lastfrei wird. Anschließend ist das erste Schaltelement A zu öffnen, wenn vorzugsweise die elektrische Antriebsmaschine 14 die erste Vorwärtsgangstufe V1 nutzt. Anschließend erfolgt ein Schließen der Verbrennungsmaschinenkupplung K0 und ein Starten der Verbrennungsmaschine 16 mittels der elektrischen Antriebsmaschine 14. Es versteht sich, dass hierbei das Verbindungsschaltelement K3 geschlossen bleibt.
  • Aus einem Start der Verbrennungsmaschine 16 oder einem seriellen Fahren kann in einen EDA1-Modus übergegangen werden. Der Ausgangszustand ist dabei wie folgt. Die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 sowie das Verbindungsschaltelement K3 sind geschlossen. Aus diesem Zustand erfolgt ein Lastabbau an der Verbrennungsmaschine 16 und der elektrischen Antriebsmaschine 14, sodass das Verbindungsschaltelement K3 lastfrei wird. Gleichzeitig übernimmt die elektrische Achse 20 kurzzeitig die Last, sodass die gesamte Zugkraft aufrechterhalten bleibt. Das lastfreie Verbindungsschaltelement K3 kann geöffnet werden und das erste Schaltelement A kann über eine Drehzahlregelung der elektrischen Antriebsmaschine 14 synchronisiert werden. Es versteht sich, dass es hierzu insbesondere notwendig sein kann, dass die elektrische Antriebsmaschine 14 rückwärts dreht. Das synchronisierte erste Schaltelement A kann dann geschlossen werden, sodass der Zustand EDA1 hergestellt ist.
  • In 4 ist eine Schaltmatrix 34 des Hybridgetriebes 18 gemäß den 2 und 3 gezeigt. In der Schaltmatrix 34 können die Schaltzustände des Hybridgetriebes 18 beschrieben werden. Hierzu sind in der ersten Spalte die Verbrennungsgangstufen V1 bis V4, drei EDA-Modi sowie ein Modus Laden in Neutral LiN benannt. Die zweite Vorwärtsgangstufe V2 weist dabei eine erste Vorwahlkonfiguration V2.1 und eine zweite Vorwahlkonfiguration V2.2 auf. Die vierte Vorwärtsgangstufe V4 weist eine erste Vorwahlkonfiguration V4.1 auf. In der zweiten bis siebten Spalte sind die Schaltzustände der Schaltelemente A bis D des Verbindungsschaltelements K3 und des Rückwärtsgangschaltelements R gezeigt, wobei ein „X“ bedeutet, dass das jeweilige Schaltelement geschlossen ist, also die dem Schaltelement zugeordneten Getriebebauteile antriebswirksam miteinander verbindet. Es versteht sich, dass, sofern kein „X“ in der Schaltmatrix 34 vorhanden ist, das entsprechende Schaltelement als offen anzusehen ist, also keine Antriebsleistung überträgt.
  • Zum Einrichten der ersten Vorwärtsgangstufe V1 ist das erste Schaltelement A und das Verbindungsschaltelement K3 zu schließen.
  • Die zweite Vorwärtsgangstufe V2 wird durch Schließen des zweiten Schaltelements B und des Verbindungsschaltelements K3 eingerichtet.
  • Soll in der zweiten Vorwärtsgangstufe die erste Vorwärtsgangstufe V1 vorgewählt werden, sind das erste Schaltelement A und das zweite Schaltelement B zu schlie-ßen. Diese Vorwahlkonfiguration ist in der Schaltmatrix mit V2.1 bezeichnet.
  • Soll in der zweiten Vorwärtsgangstufe V2 die dritte Vorwärtsgangstufe V3 vorgewählt werden, sind das zweite Schaltelement B und das dritte Schaltelement C zu schlie-ßen. Diese Vorwahlkonfiguration ist in der Schaltmatrix mit V2.2 bezeichnet.
  • Zum Einrichten der dritten Vorwärtsgangstufe V3 sind das dritte Schaltelement C und das Verbindungsschaltelement K3 zu schließen.
  • Ein Schließen des vierten Schaltelements D und des Verbindungsschaltelements K3 richtet die vierte Vorwärtsgangstufe V4 ein.
  • Soll in der vierten Vorwärtsgangstufe V4 die dritte Vorwärtsgangstufe V3 vorgewählt werden, sind das dritte Schaltelement C und das vierte Schaltelement D zu schlie-ßen. Diese Vorwahlkonfiguration ist in der Schaltmatrix mit V4.1 bezeichnet.
  • Durch Einlegen des ersten Schaltelements A kann ein erster EDA-Modus EDA1 eingerichtet werden.
  • Ein zweiter EDA-Modus EDA2 ist durch Schließen des dritten Schaltelements C einrichtbar.
  • Ferner kann ein rückwärtsgerichteter EDA-Modus, ein sogenannter EDA R-Modus, durch Schließen des Rückwärtsgangschaltelements R eingerichtet werden.
  • Ein Laden in Neutral LiN kann durch Schließen des Verbindungsschaltelements K3 eingerichtet werden.
  • Die oben beschriebenen Schaltzustände können durch Schließen der Verbrennungsmaschinenkupplung K0 als reine Verbrennungsgangstufen oder als Hybridgangstufen verwendet werden. Ein Öffnen der Verbrennungsmaschinenkupplung K0 ermöglicht das Verwenden der oben genannten Vorwärtsgangstufen als reine Elektrogangstufen. Es versteht sich, dass die Zustände EDA1, EDA2 und Laden in Neutral LiN vorzugsweise bei geschlossener Verbrennungsmaschinenkupplung K0 eingerichtet werden.
  • In den 5a bis 5d sind schematisch die zeitlichen Verläufe verschiedener Betriebsparameter bzw. Zustände des Hybridantriebsstrangs 12 gezeigt. In 5a ist ein Anfahren in einem EDA1-Modus sowie eine darauffolgende EDS-Schaltung von der ersten Vorwärtsgangstufe V1 in die zweite Vorwärtsgangstufe V2 ohne elektrische Achse 20 gezeigt. 5b zeigt eine Schaltung von der zweiten Vorwärtsgangstufe V2 in die dritte Vorwärtsgangstufe V3, ebenfalls ohne elektrische Achse 20. In 5c ist ein serielles Anfahren und eine offene Schaltung von der ersten Vorwärtsgangstufe V1 in die zweite Vorwärtsgangstufe V2 in einem seriellen Modus mit elektrischer Achse 20 gezeigt. In 5d ist eine offene Schaltung von der zweiten Vorwärtsgangstufe V2 in die dritte Vorwärtsgangstufe V3 in einem seriellen Modus mit elektrischer Achse 20 gezeigt.
  • In den Schaubildern ist auf einer x-Achse 36 eine Zeit aufgetragen, wobei jeweils im oberen Schaubild eine Drehzahl 38 aufgetragen ist. Im Schaubild darunter ist jeweils ein Maschinenmoment 40 aufgetragen. Im dritten Schaubild von oben ist jeweils ein Abtriebsmoment 42 aufgetragen. Im jeweils unteren Schaubild ist ein Schaltelementweg 44 aufgetragen. Die einzelnen aufgetragenen Zustandsgrößen 38, 40, 42 und 44 weisen dabei die gleiche Zeitachse auf. Ferner sind über dem Schaubild die Schaltzustände aufgetragen, wobei zur besseren Verständlichkeit senkrechte gestrichelte Linien verschiedene Änderungen in den einzelnen Schaubildverläufen markieren. Ferner sind verschiedene Phasen P1 bis P6 unten im Schaubild eingezeichnet, wobei die Phasen jeweils zwischen zwei senkrecht gestrichelten Linien verlaufen. Eine erste Phase P1 umfasst dabei das Lastfreimachen eines Schaltelements. Eine zweite Phase P2 umfasst das Auslegen des Schaltelements. Eine dritte Phase P3 umfasst das Einlegen eines Schaltelements. Eine vierte Phase P4 umfasst eine Lastübernahme. Eine fünfte Phase P5 beschreibt einen Drehzahlübergang, wobei der Drehzahlübergang vom Fahrer als Schaltzeit wahrgenommen wird. In einer sechsten Phase P6 erfolgt eine Drehzahlanpassung.
  • In den in den 5a und 5b dargestellten Schaltabläufen umfasst die Phase P5, also der Drehzahlübergang, vorzugsweise eine Zeitspanne von 400 ms, wobei in den Abläufen gemäß den 5c und 5d die fünfte Phase P5 vorzugsweise eine Zeitspanne von 200 ms umfasst.
  • In den Schaubildern ist eine Drehzahl der elektrischen Antriebsmaschine 14 mit 46 bezeichnet und gestrichelt dargestellt. Als durchgezogene Linie und mit 48 bezeichnet ist die Drehzahl der Verbrennungsmaschine 16 gezeigt. Eine Drehzahl des Abtriebs 30 ist gestrichelt dargestellt und mit 50 bezeichnet. Mit 52 ist ein Maschinenmoment der Verbrennungsmaschine 16 bezeichnet und gestrichelt dargestellt. Mit 54 und durchgezogen dargestellt ist das Maschinenmoment der elektrischen Antriebsmaschine 14. Das Abtriebsmoment ist durchgezogen dargestellt und mit 56 bezeichnet. Mit 58 ist ein Schaltelementweg des zweiten Schaltelements B, mit 60 ist ein Schaltelementweg des ersten Schaltelements A und mit 62 ist ein Schaltelementweg des Verbindungsschaltelements K3 bezeichnet. Die Schaltelementwege sind als durchgezogene Linien dargestellt.
  • In den Schaubildern der 5a ist zunächst ein Anfahren im EDA-Modus EDA1 und eine darauffolgende EDS-Schaltung von der ersten Vorwärtsgangstufe V1 in die zweite Vorwärtsgangstufe V2 dargestellt, wobei die Schaltung ohne die elektrische Achse 20 durchgeführt wird.
  • In 5b ist ebenfalls ohne elektrische Achse 20 eine Schaltung von der zweiten Vorwärtsgangstufe in die dritte Vorwärtsgangstufe dargestellt, wobei hier der Schaltweg des dritten Schaltelements C mit 66 bezeichnet ist.
  • In den Schaubildern der 5c ist zusätzlich das Maschinenmoment der elektrischen Achse 20 gepunktet-gestrichelt dargestellt und mit 64 bezeichnet. Gestrichelt dargestellt im Verlauf des Maschinenmoments der Verbrennungsmaschine 16 und der elektrischen Antriebsmaschine 14 ist ein optionaler Verlauf, bei dem vorzugsweise eine Momenterhöhung durch zusätzliche Energieeinspeisung in die elektrische Achse 20 durch die generatorisch betriebene elektrische Antriebsmaschine 14 möglich ist. Die beiden Alternativen sind im Schaubild zwischen den beiden Phasen P4 und P4 dargestellt. In dem gezeigten Beispiel gemäß der 5c erfolgt das Anfahren seriell als echte Option zu einem Anfahren mittels EDA.
  • In 5d ist eine Schaltung, insbesondere eine offene serielle Schaltung, von der zweiten Vorwärtsgangstufe V2 in die dritte Vorwärtsgangstufe V3 mit elektrischer Achse 20 gezeigt. Ferner ist ein Schaltweg des dritten Schaltelements C gezeigt und mit 66 bezeichnet. Wie bereits bezüglich 5c beschrieben ist ebenfalls eine Momenterhöhung durch Energiespeisung der elektrischen Achse 20 über die generatorisch betriebene elektrische Antriebsmaschine 14 möglich.
  • In 6 sind schematisch die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Das Verfahren eignet sich vorzugsweise zum Steuern eines Hybridantriebsstrangs 12 eines Kraftfahrzeugs 10 mit einer ersten elektrischen Achse 20, einem Planetenradsatz RS, der mit einer ersten Getriebeeingangswelle 24 für ein erstes Teilgetriebe eines Hybridgetriebes 18, für eine zweite Achse zum Verbinden mit einer Verbrennungsmaschine, einer zweiten Getriebeeingangswelle 26 für ein zweites Teilgetriebe und einer elektrischen Antriebsmaschine verbunden ist.
  • In einem ersten Schritt S1 erfolgt ein Fahren mit dem Hybridantriebsstrang 12 in einer ersten Gangstufe. Es versteht sich, dass die erste Gangstufe nicht der ersten Vorwärtsgangstufe V1 entspricht, sondern einer beliebigen Gangstufe.
  • In einem zweiten Schritt S2 erfolgt ein Erfassen eines Zustands des Kraftfahrzeugs 10. Der Zustand kann insbesondere umfassen, ob sich das Kraftfahrzeug im unteren mittleren Drehzahlbereich und/oder im unteren oder mittleren Lastbereich befindet. Ferner kann der Zustand einen Ladezustand der Batterie, insbesondere des Energiespeichers 22 umfassen. Zusätzlich kann der Zustand umfassen, ob eine serielle Schaltung bevorzugt ist, da eine hohe Lastanforderung an den Hybridantriebsstrang 12 gestellt wird, ein Kickdown erfolgt, eine Sportschaltung durchgeführt wird und/oder der Hybridantriebsstrang 12 im Tippmodus betrieben werden soll. Anschließend erfolgt in einem dritten Schritt S3 ein Auswählen eines Schaltablaufs zum Schalten in eine andere Gangstufe basierend auf dem erfassten Zustand des Kraftfahrzeugs 10.
  • In einem darauffolgenden optionalen und gestrichelt dargestellten Schritt S4a kann dann ein Schalten in eine andere Gangstufe mittels einer EDS-Schaltung erfolgen. Alternativ kann in einem Schritt S4b ein Schalten in eine andere Gangstufe mittels einer seriellen Schaltung erfolgen.
  • Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend beschrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentansprüche.
  • In den Patentansprüchen schließen die Wörter „umfassen“ und „mit“ nicht das Vorhandensein weiterer Elemente oder Schritte aus. Der undefinierte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt nicht das Vorhandensein einer Mehrzahl aus. Ein einzelnes Element oder eine einzelne Einheit kann die Funktionen mehrerer der in den Patentansprüchen genannten Einheiten ausführen. Die bloße Nennung einiger Maßnahmen in mehreren verschiedenen abhängigen Patentansprüchen ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls vorteilhaft verwendet werden kann. Bezugszeichen in den Patentansprüchen sind nicht einschränkend zu verstehen.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Kraftfahrzeug
    12
    Hybridantriebsstrang
    14
    elektrische Antriebsmaschine
    16
    Verbrennungsmaschine
    18
    Hybridgetriebe
    20
    elektrische Achse
    22
    Energiespeicher
    24
    erste Getriebeeingangswelle
    26
    zweite Getriebeeingangswelle
    28
    Vorgelegewelle
    30
    Abtrieb
    32
    Steuergerät
    34
    Schaltmatrix
    36
    x-Achse
    38
    Drehzahl
    40
    Maschinenmoment
    42
    Abtriebsmoment
    44
    Schaltelementweg
    46
    Drehzahl der elektrischen Antriebsmaschine 14
    48
    Drehzahl der Verbrennungsmaschine 16
    50
    Drehzahl des Abtriebs 30
    52
    Maschinenmoment der Verbrennungsmaschine 16
    54
    Maschinenmoment der elektrischen Antriebsmaschine 14
    56
    Abtriebsmoment
    58
    Schaltelementweg des zweiten Schaltelements B
    60
    Schaltelementweg des ersten Schaltelements A
    62
    Schaltelementweg des Verbindungsschaltelements K3
    64
    Maschinenmoment der elektrischen Achse 20
    66
    Schaltelementweg des dritten Schaltelements C
    P1 bis P6
    Phasen
    A bis D
    Schaltelemente
    RS
    Planetenradsatz
    K3
    Verbindungsschaltelement
    K0
    Verbrennungsmaschinenkupplung
    R
    Rückwärtsgangschaltelement
    S1 bis S3
    Verfahrensschritte
    S4a, S4b
    Verfahrensschritte

Claims (10)

  1. Verfahren zum Steuern eines Hybridantriebsstrangs (12) eines Kraftfahrzeugs (10) mit einer ersten elektrischen Achse (20), einem Hybridgetriebe (18) für eine zweite Achse, einem Planetenradsatz (RS), der mit einer ersten Getriebeeingangswelle (24) für ein erstes Teilgetriebe des Hybridgetriebes zum Verbinden mit einer Verbrennungsmaschine (16), einer zweiten Getriebeeingangswelle (26) für ein zweites Teilgetriebe und einer elektrischen Antriebsmaschine (14) verbunden ist, umfassend die Schritte: Fahren (S1) mit dem Hybridantriebstrang in einer ersten Gangstufe; Erfassen (S2) eines Zustands des Kraftfahrzeugs; und Auswählen (S3) eines Schaltablaufs zum Schalten in eine andere Gangstufe aus einer Mehrzahl von zur Verfügung stehenden Schaltabläufen in die andere Gangstufe basierend auf dem erfassten Zustand des Kraftfahrzeugs.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Auswählen (S3) eines Schaltablaufs aus einer Mehrzahl von zur Verfügung stehenden Schaltabläufen eine Auswahl zwischen einer elektrodynamischen Schaltung, EDS-Schaltung, und einer seriellen Schaltung umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Auswählen (S3) eines Schaltablaufs in Form einer EDS-Schaltung erfolgt, wenn der erfasste Zustand eine Fahrt im unteren und/oder mittleren Drehzahl- und unteren und/oder mittleren Lastbereich umfasst und der erfasste Zustand eine ausreichend hohe Bevorratung elektrischer Leistung im Energiespeicher (22) umfasst, um eine EDS-Schaltung durchzuführen.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Auswählen (S3) eines Schaltablaufs in Form einer seriellen Schaltung erfolgt, wenn der erfasste Zustand umfasst, dass eine EDS-Schaltung einen mindestens zeitweisen motorischen Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine (14) erfordert und dass keine ausreichend hohe Bevorratung elektrischer Leistung im Energiespeicher (22) vorhanden ist, um eine EDS-Schaltung durchzuführen.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Auswählen (S3) eines Schaltablaufs in Form einer seriellen Schaltung erfolgt, wenn der erfasste Zustand umfasst, dass ein Energiespeicher (22) zur Versorgung der elektrischen Achse (20) an seiner Leistungsgrenze betrieben wird oder der Energiespeicher leer ist.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Auswählen (S3) eines Schaltablaufs in Form einer seriellen Schaltung erfolgt, wenn der erfasste Zustand eine Fahrt in einer Fahrsituation umfasst, die eine kurze Schaltzeit fordert, insbesondere in einem Sportmodus oder einem Tippbetrieb.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Auswählen (S3) eines Schaltablaufs in Form einer EDS-Schaltung erfolgt, wenn der erfasste Zustand eine Fahrt in einer fahrdynamischen Situation umfasst, die ein Anliegen von Antriebsmoment an der ersten Achse fordert.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Auswählen (S3) eines Schaltablaufs in Form einer seriellen Schaltung erfolgt, wenn der erfasste Zustand ein Empfangen eines Fahrerwunsches umfasst, der den Wunsch nach einem Beschleunigen des Kraftfahrzeugs (10) umfasst, insbesondere in Form eines Kickdowns durch den Fahrer.
  9. Computerprogrammprodukt mit Programmcode zum Durchführen der Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wenn der Programmcode auf einem Computer ausgeführt wird.
  10. Steuergerät (32) zum Steuern eines Hybridantriebsstrangs (12) eines Kraftfahrzeugs (10) mit: einer ersten elektrischen Achse (20); einem Hybridgetriebe (18) für eine zweiten Achse umfassend ein erstes Teilgetriebe und ein zweites Teilgetriebe; einer Verbrennungsmaschine (16); einer elektrischen Antriebsmaschine (14); einer ersten Getriebeeingangswelle (24) für das erste Teilgetriebe, die mit der Verbrennungsmaschine verbindbar ist; einer zweiten Getriebeeingangswelle (26) für das zweite Teilgetriebe; einem Planetenradsatz (RS), wobei der Planetenradsatz Planetenradsatzelemente (Ho, St, So) umfasst; ein erstes Planetenradsatzelement mit der ersten Getriebeeingangswelle verbunden ist; ein zweites Planetenradsatzelement mit der zweiten Getriebeeingangswelle verbunden ist; ein drittes Planetenradsatzelement mit der elektrischen Antriebsmaschine (14) verbunden ist; und das Steuergerät dazu ausgebildet ist ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.
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