DE102021116445A1 - Method for operating a drive device, drive device and hybrid motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (1), wobei beim Schalten aus einer Quellgangstufe in eine Zielgangstufe einer Hybridgetriebeeinrichtung (10) eine Verbrennungskraftmaschine (9) und eine erste elektrische Maschine (11) derart gleichzeitig angesteuert werden, dass die Verbrennungskraftmaschine (9) und die erste elektrische Maschine (11) ein jeweiliges Drehmoment bereitstellen, das die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine (9) gemäß einer Drehzahlübersetzung der Zielgangstufe bei gleicher Leistung an einer ersten Kraftfahrzeugantriebsachse (3) einstellt, während mittels einer zweiten elektrischen Maschine (16) eine zweite Kraftfahrzeugantriebsachse (4) mit einer unabhängig vom Schaltvorgang geforderten Leistung angetrieben wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Steuereinheit, eine Antriebseinrichtung (1) sowie ein mit der Antriebseinrichtung (1) ausgestattetes Hybridkraftfahrzeug (2).The invention relates to a method for operating a drive device (1), wherein when shifting from a source gear to a target gear of a hybrid transmission device (10), an internal combustion engine (9) and a first electric machine (11) are controlled simultaneously in such a way that the internal combustion engine (9 ) and the first electric machine (11) provide a respective torque that adjusts the speed of the internal combustion engine (9) according to a speed ratio of the target gear with the same power on a first motor vehicle drive axle (3), while a second electric machine (16) drives a second Motor vehicle drive axle (4) is driven with a power required independently of the switching process. The invention also relates to a control unit, a drive device (1) and a hybrid motor vehicle (2) equipped with the drive device (1).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung, eine Antriebseinrichtung für ein Hybridkraftfahrzeug sowie ein Hybridkraftfahrzeug. Antriebseinrichtungen für Kraftfahrzeuge, die als eine Allradantriebseinrichtung ausgebildet sind, weisen üblicherweise eine zentrale Antriebseinheit und ein Verteilergetriebe auf. Am Fahrzeugunterboden ist somit ein mechanisches Leistungsübertragungselement, etwa eine Kardanwelle, erforderlich, um beiden Kraftfahrzeugachsen Antriebsleistung bzw. Traktionsleistung bereitzustellen. Mit immer weiter fortschreitender Elektrifizierung von Kraftfahrzeugen wird aber ein Bauraum am Unterboden des Kraftfahrzeugs - insbesondere hinsichtlich einer besonders vorteilhaften Schwerpunktlage - für eine elektrische Energiespeichereinrichtung, zum Beispiel einen elektrischen Traktionsakkumulator, benötigt, sodass es zu einem Bauraumkonflikt zwischen der elektrischen Energiespeichereinrichtung und dem mechanischen Leistungsübertragungselement kommt. Um diesem Problem Herr zu werden, ist es heutzutage bekannt, achsverteilte Allradsysteme einzusetzen. Hierbei wird eine erste Antriebseinheit an der ersten Kraftfahrzeugachse angeordnet, und eine von der ersten Antriebseinheit mechanisch unabhängige bzw. entkoppelte, zweite Antriebseinheit wird an der zweiten Kraftfahrzeugachse angeordnet. Für ein zumindest teilweise elektrifiziertes Kraftfahrzeug, zum Beispiel ein HEV (Hybrid Electric Vehicle), insbesondere ein PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle), ist eine der Kraftfahrzeugachsen als eine sogenannte elektrische Antriebsachse ausgebildet und die andere der Kraftfahrzeugachsen als eine hybride Antriebsachse ausgebildet. Hierbei sind an der hybriden Antriebsachse eine Verbrennungskraftmaschine und eine erste elektrische Maschine angeordnet, wohingegen an der zweiten bzw. elektrischen Antriebsachse zumindest eine weitere elektrische Maschine angeordnet ist.The present invention relates to a method for operating a drive device, a drive device for a hybrid motor vehicle and a hybrid motor vehicle. Drive devices for motor vehicles, which are designed as a four-wheel drive device, usually have a central drive unit and a transfer case. A mechanical power transmission element, such as a cardan shaft, is therefore required on the underbody of the vehicle in order to provide drive power or traction power to both motor vehicle axles. However, as the electrification of motor vehicles continues to progress, space is required on the underbody of the motor vehicle - in particular with regard to a particularly advantageous center of gravity - for an electrical energy storage device, for example an electric traction battery, so that there is a space conflict between the electrical energy storage device and the mechanical power transmission element . In order to master this problem, it is now known to use axle-distributed all-wheel drive systems. In this case, a first drive unit is arranged on the first motor vehicle axle, and a second drive unit which is mechanically independent or decoupled from the first drive unit is arranged on the second motor vehicle axle. For an at least partially electrified motor vehicle, for example an HEV (Hybrid Electric Vehicle), in particular a PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle), one of the motor vehicle axles is designed as a so-called electric drive axle and the other of the motor vehicle axles is designed as a hybrid drive axle. In this case, an internal combustion engine and a first electric machine are arranged on the hybrid drive axle, whereas at least one further electric machine is arranged on the second or electric drive axle.
Weiter kommen heutzutage bei Hybridkraftfahrzeugen spezielle Getriebeeinrichtungen zum Einsatz, sogenannte DHT-Getriebeeinrichtungen (Dedicated Hybrid Transmission), wobei eine solche herkömmliche Hybridgetriebeeinrichtung eine weitere elektrische Maschine aufweist, um die Verbrennungskraftmaschine hinsichtlich ihres Betriebspunkts besonders effizient betreiben zu können. Mit anderen Worten sind für einen Allradantrieb des entsprechend ausgerüsteten Hybridkraftfahrzeugs an einer ersten Achse zumindest zwei elektrische Maschinen und an der entsprechend anderen der Antriebsachsen eine weitere elektrische Maschine erforderlich. Eine solche Hybridgetriebeeinrichtung, die zum einen mit einer Verbrennungskraftmaschine und zum anderen mit zwei elektrischen Maschinen gekoppelt oder koppelbar ist, ist zum Beispiel aus der
Um im Zusammenspiel mit diesen herkömmlichen Vorrichtungen einen Allradantrieb bereitzustellen, sind also - wie bereits dargelegt - wenigstens drei elektrische Maschinen insgesamt erforderlich. Eine Drehzahlverstellung bei einem Schaltvorgang wird dabei rein mittels der elektrischen Maschinen umgesetzt, wobei ein Drehmomenteingriff am Verbrennungsmotor unterbleibt. Dies führt aber zu besonders masseintensiv ausgebildeten Antriebseinrichtungen bzw. Antriebssträngen aufgrund der zumindest drei elektrischen Maschinen, sodass ein allradantreibbares Hybridkraftfahrzeug, das mit einem solchen herkömmlichen Antriebsstrang ausgerüstet ist, einen hohen Kraftstoff- bzw. Energieeinsatz zum Antreiben bzw. Fortbewegen erfordert.In order to provide all-wheel drive in combination with these conventional devices, at least three electrical machines are required in total--as already explained. A speed adjustment during a shifting process is implemented purely by means of the electric machines, with no torque intervention on the internal combustion engine. However, this leads to particularly mass-intensive drive devices or drive trains due to the at least three electric machines, so that an all-wheel drive hybrid motor vehicle equipped with such a conventional drive train requires a high level of fuel and energy to be driven or moved.
Es ist Aufgabe der Erfindung, herkömmliche Hybridantriebseinrichtungen weiterzuentwickeln, um einen besonders effizienten Antrieb für Hybridkraftfahrzeuge bereitzustellen. It is the object of the invention to further develop conventional hybrid drive devices in order to provide a particularly efficient drive for hybrid motor vehicles.
Diese Aufgabe wird durch Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart.This object is solved by the subject matter of the independent patent claims. Further possible configurations of the invention are disclosed in the dependent claims, the description and the figures.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung vorgeschlagen. Diese Antriebseinrichtung ist für ein Hybridkraftfahrzeug ausgebildet. In betriebsbereitem Zustand, das heißt in Einbaulage der Antriebseinrichtung, ist die Antriebseinrichtung mit weiteren Bauelementen des Hybridkraftfahrzeugs mechanisch und/oder elektrisch verbunden. Die Antriebseinrichtung weist eine erste Kraftfahrzeugantriebsachse auf, die mittels eines ersten, hybriden Antriebsaggregats antreibbar ist. Des Weiteren weist die Antriebseinrichtung eine zweite Kraftfahrzeugantriebsachse auf, die mittels eines zweiten Antriebsaggregats antreibbar ist und unabhängig von der ersten Kraftfahrzeugantriebsachse angeordnet ist. Hierunter ist zu verstehen, dass zwischen den beiden Kraftfahrzeugantriebsachsen kein Bauelement der Antriebseinrichtung und kein Bauelement des Hybridkraftfahrzeugs angeordnet ist, über welches die beiden Kraftfahrzeugantriebsachsen derart miteinander verbunden sind, dass eine mechanische Leistung zwischen den Kraftfahrzeugantriebsachsen im Betrieb der Antriebseinrichtung übertragen wird. Insbesondere ist die Antriebseinrichtung also frei von Maschinenelementen (Wellen, Getrieben etc.), die zum Übertragen mechanischer Leistung zwischen den Kraftfahrzeugantriebsachsen ausgebildet sind. Also sind die Kraftfahrzeugantriebsachsen mechanisch voneinander entkoppelt. Hierin ist unter einem Maschinenelement ein aus der technischen Disziplin des Maschinenbaus bekanntes Bauteil zu verstehen. Ein Boden (etwa ein Fahrbahnbelag etc.), auf dem das Hybridkraftfahrzeug über dessen Räder aufgestellt ist, zählt nicht zu Maschinenelementen.According to the invention, a method for operating a drive device is proposed. This drive device is designed for a hybrid motor vehicle. When ready for operation, ie when the drive device is installed, the drive device is mechanically and/or electrically connected to other components of the hybrid motor vehicle. The drive device has a first motor vehicle drive axle, which can be driven by means of a first, hybrid drive unit. Furthermore, the drive device has a second motor vehicle drive axle, which can be driven by a second drive unit and is arranged independently of the first motor vehicle drive axle. This means that between the two motor vehicle drive axles no component of the drive device and no component of the hybrid motor vehicle is arranged, via which the two motor vehicle drive axles are connected to each other in such a way that a mechanical power between is transmitted to the motor vehicle drive axles during operation of the drive device. In particular, the drive device is therefore free of machine elements (shafts, gears, etc.) that are designed to transmit mechanical power between the motor vehicle drive axles. So the motor vehicle drive axles are mechanically decoupled from each other. A machine element is to be understood here as a component known from the technical discipline of mechanical engineering. A floor (such as a road surface, etc.) on which the hybrid motor vehicle is installed via its wheels does not count as a machine element.
Die Antriebseinrichtung, insbesondere das erste hybride Antriebsaggregat, weist weiter eine Verbrennungskraftmaschine und eine Hybridgetriebeeinrichtung auf. Bei der Hybridgetriebeeinrichtung handelt es sich um eine dedizierte Hybridgetriebeeinrichtung (DHT: Dedicated Hybrid Transmission). Diese Hybridgetriebeeinrichtung umfasst eine erste elektrische Maschine und weist wenigstens eine drehzahlfixierte Getriebegangstufe sowie wenigstens eine drehmomentkonstante und drehzahlvariable Getriebegangstufe auf. Insoweit ist die Hybridgetriebeeinrichtung zwischen den Getriebegangstufen zumindest teilweise automatisch und/oder zumindest teilweise manuell schaltbar. Hierzu weist die Hybridgetriebeeinrichtung mehrere, jeweils zumindest zwischen zwei Schaltstellungen verstellbare Schaltelemente auf. Aufgrund eines Verstellens der Schaltelemente sind die Getriebegangstufen einlegbar. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Schaltelemente als formschlüssig wirkende Schaltelemente ausgeführt sind. Weiter ist vorgesehen, dass zum Schalten aus einer drehzahlfixierten Getriebegangstufe in eine drehmomentkonstante und drehzahlvariable Getriebegangstufe bzw. umgekehrt, lediglich eines der Schaltelemente betätigt, das heißt hinsichtlich der Schaltstellung verstellt wird. Die Getriebegangstufe, die drehmomentkonstant und drehzahlvariabel ist, kann als „Powersplit-Gang“ bezeichnet werden, und die drehzahlfixierte Getriebegangstufe kann als „Festgang“ bezeichnet werden.The drive device, in particular the first hybrid drive unit, also has an internal combustion engine and a hybrid transmission device. The hybrid transmission device is a dedicated hybrid transmission device (DHT: Dedicated Hybrid Transmission). This hybrid transmission device comprises a first electric machine and has at least one speed-fixed transmission gear and at least one torque-constant and speed-variable transmission gear. In this respect, the hybrid transmission device can be shifted between the transmission gears at least partially automatically and/or at least partially manually. For this purpose, the hybrid transmission device has a plurality of shifting elements that can each be adjusted between at least two shifting positions. The transmission gears can be engaged by adjusting the shifting elements. In particular, it is provided that the switching elements are designed as positively acting switching elements. It is also provided that, in order to shift from a speed-fixed transmission gear stage to a torque-constant and speed-variable transmission gear stage or vice versa, only one of the shifting elements is actuated, ie the shift position is adjusted. The transmission gear ratio that is constant torque and variable speed may be referred to as a "power split gear" and the fixed speed transmission gear ratio may be referred to as a "fixed gear".
Die Verbrennungskraftmaschine ist zum Beispiel als eine Hubkolbenmaschine ausgebildet, insbesondere als ein Otto-Motor oder als ein Diesel-Motor. In dem betriebsbereiten Zustand der Antriebseinrichtung bzw. in Einbaulage der Antriebseinrichtung sind sowohl die Verbrennungskraftmaschine als auch die erste elektrische Maschine mit einem Räderwerk der Hybridgetriebeeinrichtung selektiv drehfest verbindbar. Das bedeutet, dass die Hybridgetriebeeinrichtung ein erstes Getriebeantriebselement aufweist, über welches die Verbrennungskraftmaschine mit dem Räderwerk der Hybridgetriebeeinrichtung verbindbar ist, und ein zweites Getriebeantriebselement aufweist, über welches die erste elektrische Maschine mit dem Räderwerk der Hybridgetriebeeinrichtung verbindbar ist. Insbesondere weist die Hybridgetriebeeinrichtung zumindest ein Summationsgetriebe auf, welches zum Beispiel als ein Umlaufrädergetriebe bzw. Planetengetriebe ausgebildet ist. Mittels des Summationsgetriebes werden eine Abtriebsleistung der Verbrennungskraftmaschine und eine Abtriebsleistung der ersten elektrischen Maschine summiert und an einem Getriebeabtriebselement, etwa einer Getriebeabtriebswelle, der Hybridgetriebeeinrichtung als eine Getriebeabtriebsleistung bereitgestellt.The internal combustion engine is designed, for example, as a reciprocating piston engine, in particular as an Otto engine or as a diesel engine. In the ready-to-operate state of the drive device or in the installed position of the drive device, both the internal combustion engine and the first electric machine can be selectively connected in a rotationally fixed manner to a gear train of the hybrid transmission device. This means that the hybrid transmission device has a first transmission drive element, via which the internal combustion engine can be connected to the wheel train of the hybrid transmission device, and has a second transmission drive element, via which the first electric machine can be connected to the wheel train of the hybrid transmission device. In particular, the hybrid transmission device has at least one summation transmission, which is designed, for example, as an epicyclic gear or planetary gear. An output power of the internal combustion engine and an output power of the first electrical machine are summed up by means of the summation gear and provided as a transmission output power at a transmission output element, such as a transmission output shaft, of the hybrid transmission device.
Die Antriebseinrichtung, insbesondere das zweite Antriebsaggregat, weist eine zweite elektrische Maschine auf, durch welche zum einen eine Traktionseinheit der Antriebseinrichtung gebildet ist und zum anderen ein Schaltmittel der Hybridgetriebeeinrichtung gebildet ist. Durch das Schaltmittel, das durch die zweite elektrische Maschine dargestellt ist, ist ein Schalten zwischen den Getriebegangstufen der Hybridgetriebeeinrichtung zumindest unterstützbar. Insbesondere kann die zweite elektrische Maschine somit als ein Bestandteil der Hybridgetriebeeinrichtung angesehen werden, sodass die Hybridgetriebeeinrichtung als eine achsverteilte Hybridgetriebeeinrichtung vorliegt. In vorteilhafter Weise weist also die zweite elektrische Maschine eine Doppelfunktionalität auf: Erstens wird im Betrieb der Antriebseinrichtung bzw. im Betrieb des mit der Antriebseinrichtung ausgerüsteten Hybridkraftfahrzeugs mittels der zweiten elektrischen Maschine eine Traktionsleistung bereitgestellt, mittels derer das Hybridkraftfahrzeug geschwindigkeitszunehmend und/oder geschwindigkeitsverringernd beschleunigbar ist. Zweitens wird im Betrieb der Antriebseinrichtung bzw. im Betrieb des Hybridkraftfahrzeugs mittels der zweiten elektrischen Maschine ein Schaltvorgang der Hybridgetriebeeinrichtung unterstützt.The drive device, in particular the second drive assembly, has a second electric machine, which forms a traction unit of the drive device and forms a switching means of the hybrid transmission device. The shifting means, which is represented by the second electrical machine, can at least support shifting between the transmission gears of the hybrid transmission device. In particular, the second electric machine can thus be regarded as a component of the hybrid transmission device, so that the hybrid transmission device is present as an axle-distributed hybrid transmission device. The second electric machine therefore advantageously has a dual functionality: firstly, during operation of the drive device or during operation of the hybrid motor vehicle equipped with the drive device, traction power is provided by means of the second electric machine, by means of which the hybrid motor vehicle can be accelerated with increasing and/or decreasing speed. Secondly, during operation of the drive device or during operation of the hybrid motor vehicle, a shifting process of the hybrid transmission device is supported by means of the second electric machine.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden beim Schalten aus einer Quellgangstufe der Hybridgetriebeeinrichtung in eine Zielgangstufe der Hybridgetriebeeinrichtung die Verbrennungskraftmaschine und die erste elektrische Maschine derart gleichzeitig angesteuert, dass die Verbrennungskraftmaschine und die elektrische Maschine ein jeweiliges Drehmoment bereitstellen, das die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine gemäß einer Drehzahlübersetzung der Zielgangstufe bei gleicher Leistung an der ersten Kraftfahrzeugantriebsachse einstellt. Das bedeutet, dass ein Drehmomenteingriff mittels der Verbrennungskraftmaschine ausgeführt wird. Währenddessen wird mittels der zweiten elektrischen Antriebsmaschine die zweite Kraftfahrzeugantriebsachse mit einer unabhängig von diesem Schaltvorgang geforderten Leistung angetrieben. Es ergibt sich somit ein in vorteilhafter Weise zugkraftunterbrechungsfreies Schalten im Betrieb der Antriebseinrichtung bzw. im Betrieb des mit der Antriebseinrichtung ausgerüsteten Hybridkraftfahrzeugs. Ein unerwünschtes Nicken eines Aufbaus des Hybridkraftfahrzeugs, was zumindest als eine Komforteinbuße zu werten ist, wird somit vermieden. Indem gleichzeitig mittels der Verbrennungskraftmaschine und mittels der ersten elektrischen Maschine eine Drehmomentverstellung erfolgt, die an die Drehzahlübersetzung der Zielgangstufe angepasst ist, wird während des Schaltvorgangs ein konstantes Drehmoment an der Getriebeabtriebswelle bereitgestellt. Hieraus ergibt sich, dass eine kinetische Energie, die bei dem Verstellen der Drehzahlübersetzung an der ersten elektrischen Maschine frei wird oder aufzubringen ist, in nur besonders geringem Maße von einem elektrischen System der Antriebseinrichtung, beispielsweise einem elektrischen Traktionsakkumulator, aufgenommen bzw. abgegeben werden muss. Somit steigt bei gegebener Speicherkapazität des elektrischen Traktionsakkumulators eine verfügbare Reichweite, da lediglich ein besonders geringer Anteil der Speicherkapazität des elektrischen Traktionsakkumulators für die Schaltvorgänge vorgehalten werden muss. Es ist zu verstehen, dass die Antriebseinrichtung und/oder das Hybridkraftfahrzeug den elektrischen Traktionsakkumulator aufweist, welcher elektrisch mit der ersten elektrischen Maschine und mit der zweiten elektrischen Maschine verbunden ist. Bei dem Verfahren wird also der Traktionsakkumulator genutzt, um elektrische Energie, die beim Verstellen der Drehzahlübersetzung an der ersten elektrischen Maschine frei wird oder aufzubringen ist, aufzunehmen bzw. abzugeben.In the method according to the invention, when shifting from a source gear of the hybrid transmission device to a target gear of the hybrid transmission device, the internal combustion engine and the first electric machine are controlled simultaneously in such a way that the internal combustion engine and the electric machine provide a respective torque that increases the speed of the internal combustion engine according to a speed ratio of the target gear sets at the same power on the first motor vehicle drive axle. This means that a torque intervention is carried out by means of the internal combustion engine. Meanwhile, the second motor vehicle drive axle is driven by the second electric drive machine with a power that is required independently of this shifting process. This results in an advantageously uninterrupted shifting during operation Drive device or during operation of the hybrid motor vehicle equipped with the drive device. Undesirable pitching of a body of the hybrid motor vehicle, which is to be rated at least as a loss of comfort, is thus avoided. By simultaneously adjusting the torque by means of the internal combustion engine and by means of the first electric machine, which is adapted to the speed ratio of the target gear stage, a constant torque is provided at the transmission output shaft during the shifting process. From this it follows that kinetic energy that is released or is to be applied when adjusting the speed ratio on the first electric machine only has to be absorbed or released to a particularly small extent by an electric system of the drive device, for example an electric traction accumulator. With a given storage capacity of the electric traction accumulator, an available range thus increases, since only a particularly small proportion of the storage capacity of the electric traction accumulator has to be reserved for the switching operations. It is to be understood that the drive device and/or the hybrid motor vehicle has the electric traction accumulator which is electrically connected to the first electric machine and to the second electric machine. In the method, therefore, the traction accumulator is used in order to absorb or deliver electrical energy that is released or has to be applied when the speed ratio is adjusted on the first electrical machine.
Durch das Verfahren ist es in vorteilhafter Weise ermöglicht, eine Allradantriebsfunktionalität bereitzustellen, bei der lediglich zwei elektrische Antriebsmaschinen eingesetzt werden.The method advantageously makes it possible to provide all-wheel drive functionality in which only two electric drive machines are used.
Einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens zufolge wird, basierend auf einem einstellbaren Anforderungssignal, eine Getriebegangstufengruppe ermittelt, die Zielgangstufen der Hybridgetriebeeinrichtung umfasst, welche eine mit dem Anforderungssignal korrespondierende Drehmomentübersetzung haben und einen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine sowie der ersten elektrischen Maschine in einem jeweils vorgegebenen Drehzahlbereich ermöglichen. Die Getriebegangstufengruppe weist zumindest eine der Getriebegangstufen auf, die im Betrieb der Hybridgetriebeeinrichtung in derselben einstellbar sind. Es wird also zumindest eine der Getriebegangstufen der Hybridgetriebeeinrichtung identifiziert, die den ordnungsgemäßen bzw. bestimmungsgemäßen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine und der ersten elektrischen Maschine gewährleisten. Hierdurch ist ein besonders kraftstoff- bzw. energieeffizienter und/oder emissionsarmer Betrieb der Antriebseinrichtung gewährleistet.According to a further embodiment of the method, based on an adjustable request signal, a transmission gear group is determined, which includes target gears of the hybrid transmission device, which have a torque ratio that corresponds to the request signal and allow operation of the internal combustion engine and the first electric machine in a respectively specified speed range. The gear ratio group has at least one of the gear ratios that can be set in the hybrid transmission device during operation. At least one of the transmission gears of the hybrid transmission device is thus identified, which ensures the proper or intended operation of the internal combustion engine and the first electric machine. This ensures particularly fuel-efficient or energy-efficient and/or low-emission operation of the drive device.
In diesem Zusammenhang charakterisiert das Anforderungssignal einen Anforderungswert oder mehrere Anforderungswerte, die der Antriebseinrichtung bereitstellbar sind. Generell gilt, dass das Anforderungssignal der Antriebseinrichtung, insbesondere der Hybridgetriebeeinrichtung, zum Beispiel mittels eines Nutzers bzw. Fahrers des Hybridkraftfahrzeugs und/oder mittels einer Steuereinheit des Hybridkraftfahrzeugs bzw. der Antriebseinrichtung bereitgestellt werden kann. Beispielsweise umfasst das Anforderungssignal als einen ersten einstellbaren Anforderungswert eine angeforderte Leistungsachsverteilung, die beispielsweise mittels der Steuereinheit des Hybridkraftfahrzeugs und/oder der Hybridgetriebeeinrichtung für eine aktuelle Fahrsituation gefordert wird. Bei einem weiteren einstellbaren Anforderungswert kann es sich um einen angeforderten Lastwunsch handeln, der beispielsweise mittels eines Fahrpedals durch den Nutzer in das Hybridkraftfahrzeug, insbesondere in die Antriebseinrichtung, eingegeben wird. Auf diese Weise lässt sich besonders effizient und in vorteilhafter Weise situationsadäquat hinsichtlich eines aktuellen Fahrzustands des Hybridkraftfahrzeugs die Getriebegangstufengruppe ermitteln, die einen Zielgang beinhaltet, in den geschaltet wird.In this context, the request signal characterizes a request value or multiple request values that can be provided to the drive device. In general, the request signal of the drive device, in particular the hybrid transmission device, can be provided, for example, by a user or driver of the hybrid motor vehicle and/or by a control unit of the hybrid motor vehicle or the drive device. For example, the request signal includes a requested power axle distribution as a first adjustable request value, which is requested for a current driving situation by means of the control unit of the hybrid motor vehicle and/or the hybrid transmission device. Another adjustable request value can be a requested load request, which the user enters into the hybrid motor vehicle, in particular into the drive device, for example by means of an accelerator pedal. In this way, the transmission gear group that contains a target gear into which the gear is shifted can be determined particularly efficiently and advantageously in a manner appropriate to the situation with regard to a current driving state of the hybrid motor vehicle.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass aus der Getriebegangstufengruppe eine optimale Zielgangstufe ermittelt wird, die dadurch charakterisiert ist, dass sie für die Verbrennungskraftmaschine eine Drehzahlübersetzung bereitstellt, bei welcher die Verbrennungskraftmaschine zumindest nah an einem für eine geforderte verbrennungskraftmaschineleistungsrelevanten Betriebsbestpunkt, insbesondere genau in diesem Betriebsbestpunkt, betrieben wird. Dabei wird die Verbrennungskraftmaschinenleistung, beispielsweise mittels der Steuereinheit der Antriebseinrichtung und/oder des Hybridkraftfahrzeugs, basierend auf dem Anforderungssignal ermittelt. Ferner wird diese Verbrennungskraftmaschinenleistung in der Zielgangstufe bzw. durch die Zielgangstufe gefordert. Anders ausgedrückt, wird die Verbrennungskraftmaschinenleistung, basierend auf dem Drehmoment und/oder der Drehzahl der Zielgangstufe ermittelt, wobei insbesondere diejenigen der möglichen Zielgangstufen aus der Getriebegangstufengruppe identifiziert bzw. ausgewählt wird, die einen betriebsbestpunktnahen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht. Somit ist der Kraftstoff- bzw. Energieeinsatzvorteil und/oder der Emissionsvorteil nochmals gesteigert.In a further embodiment of the method, it is provided that an optimal target gear is determined from the transmission gear group, which is characterized in that it provides a speed ratio for the internal combustion engine at which the internal combustion engine is at least close to an operating best point relevant for a required internal combustion engine performance, in particular exactly at this point Operating best point, is operated. The power of the internal combustion engine is determined, for example by means of the control unit of the drive device and/or of the hybrid motor vehicle, based on the request signal. Furthermore, this internal combustion engine power is required in the target gear or by the target gear. In other words, the internal combustion engine power is determined based on the torque and/or the speed of the target gear, with in particular those of the possible target gears being identified or selected from the transmission gear group that enable the internal combustion engine to be operated close to the best operating point. Thus, the fuel or energy use advantage and / or the emission advantage is increased again.
Bei dem Verfahren wird - gemäß einer Weiterbildung - unmittelbar zwischen einer Getriebegangstufe, die drehmomentkonstant und drehzahlvariabel ist (Powersplit-Gang), und einer drehzahlfixierten Getriebegangstufe (Festgang) oder umgekehrt geschaltet, wofür lediglich ein Schaltelement der Antriebseinrichtung, insbesondere der Hybridgetriebeeinrichtung, verstellt wird. Alternativ oder zusätzlich bzw. gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird bei dem Verfahren zwischen zwei drehzahlfixierten Getriebegangstufen geschaltet; dies jedoch auf indirektem Wege. Das bedeutet, dass das Verfahren eingesetzt werden kann, um die Hybridgetriebeeinrichtung von einem Powersplit-Gang direkt in einen Festgang zu verstellen oder umgekehrt. Hierbei bildet zum Beispiel ein Powersplit-Gang die Quellgangstufe, wobei die Zielgangstufe durch einen Festgang gebildet ist. In analoger Weise kann die Quellgangstufe durch einen Festgang gebildet sein, wobei die Zielgangstufe durch einen Powersplit-Gang gebildet ist. Des Weiteren wird das Verfahren eingesetzt, um die Hybridgetriebeeinrichtung von einem ersten Festgang in einen zweiten Festgang zu verstellen. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass beim Verstellen zwischen den beiden Festgängen das Schalten indirekt erfolgt, das heißt, dass beim Schalten zwischen den beiden betreffenden Festgängen bzw. zwischen zwei drehzahlfixierten Getriebegangstufen zunächst die die Quellgangstufe bildende drehzahlfixierte Getriebegangstufe ausgelegt und somit in einen als Hilfsgetriebegangstufe entsprechenden Powersplit-Gang gewechselt wird, der die für die Schaltung erforderliche Übersetzungsverstellung möglich macht, und nach erfolgter Übersetzungsverstellung die die Zielgangstufe bildende drehzahlfixierte Getriebegangstufe eingelegt wird. Insofern kann durch die Hilfsgetriebegangstufe zumindest zeitweise ein Quellgang oder ein Zielgang gebildet sein oder werden. In analoger Weise kann gemäß dem Verfahren indirekt zwischen zwei Powersplit-Gängen geschaltet werden, wobei dann die Hilfsgetriebegangstufe ein Festgang ist.In the method - according to a further development - switched directly between a gear stage that is torque-constant and speed-variable (power split gear), and a speed-fixed gear stage (fixed gear) or vice versa, for which only one Switching element of the drive device, in particular the hybrid transmission device, is adjusted. Alternatively or additionally or according to a further embodiment of the method, the method involves switching between two speed-fixed transmission gears; but in an indirect way. This means that the method can be used to shift the hybrid transmission device from a power-split gear directly to a fixed gear or vice versa. Here, for example, a power split gear forms the source gear, with the target gear being formed by a fixed gear. In an analogous manner, the source gear can be formed by a fixed gear, with the target gear being formed by a power-split gear. Furthermore, the method is used to shift the hybrid transmission device from a first fixed gear to a second fixed gear. In particular, it is provided that when shifting between the two fixed gears, shifting takes place indirectly, i.e. when shifting between the two fixed gears in question or between two fixed-speed transmission gears, the fixed-speed transmission gear that forms the source gear is first disengaged and thus converted into a power split that corresponds to the auxiliary gear -Gear is changed, which makes the translation adjustment required for the circuit possible, and after the translation adjustment has taken place, the speed-fixed gear stage forming the target gear stage is engaged. In this respect, a source gear or a target gear can be formed at least temporarily by the auxiliary gear stage. In an analogous manner, according to the method, it is possible to switch indirectly between two power-split gears, in which case the auxiliary gear stage is a fixed gear.
Indem die Antriebseinrichtung mittels des hierin vorgestellten Verfahrens betrieben wird, ist die Antriebseinrichtung besonders vielseitig bzw. flexibel einsetzbar, insbesondere als Allradantriebseinrichtung. Es ist des Weiteren denkbar, dass die Antriebseinrichtung bzw. das Hybridkraftfahrzeug einen Fahrbetriebsmodus aufweist, in welchem das Hybridkraftfahrzeug zumindest zeitweise ausschließlich elektrisch angetrieben wird. Hierbei ist im Zusammenhang mit der Antriebseinrichtung bzw. im Zusammenhang mit dem Verfahren zum Betreiben der Antriebseinrichtung vorgesehen, dass in diesem rein elektrischen Fahrbetriebsmodus eine Traktionsleistung zum Antreiben bzw. Fortbewegen des Hybridkraftfahrzeugs lediglich durch die zweite elektrische Maschine bereitgestellt wird. Da die beiden Antriebsaggregate, das heißt die erste elektrische Maschine und die zweite elektrische Maschine, mechanisch voneinander entkoppelt sind, ist hierdurch in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass bei dem rein elektrischen Fahrbetriebsmodus Elemente des ersten Antriebsaggregats nicht in nachteiliger Weise durch die zweite elektrische Maschine angetrieben werden. Hieraus ergibt sich ein besonders reibungsarmer Fahrbetriebsmodus für die Antriebseinrichtung bzw. für das Hybridkraftfahrzeug, wodurch erneut eine Kraftstoff- bzw. Energieeffizienz gesteigert ist.Because the drive device is operated using the method presented here, the drive device can be used in a particularly versatile and flexible manner, in particular as an all-wheel drive device. It is also conceivable that the drive device or the hybrid motor vehicle has a driving mode in which the hybrid motor vehicle is at least temporarily driven exclusively electrically. In connection with the drive device or in connection with the method for operating the drive device, it is provided that in this purely electric driving mode traction power for driving or moving the hybrid motor vehicle is provided only by the second electric machine. Since the two drive units, i.e. the first electric machine and the second electric machine, are mechanically decoupled from one another, this advantageously ensures that in the purely electric driving mode, elements of the first drive unit are not disadvantageously driven by the second electric machine . This results in a particularly low-friction driving mode for the drive device or for the hybrid motor vehicle, as a result of which fuel and energy efficiency is again increased.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Steuereinheit, die beispielsweise als ein Steuergerät ausgebildet ist, die zum Durchführen des vorstehend beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist. Werden hierin im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Steuereinheit dargelegt, sind diese als ebensolche anzusehen. Die Steuereinheit weist Mittel zum Steuern bzw. Durchführen von Schritten des Verfahrens auf.In addition, the invention relates to a control unit, which is embodied, for example, as a control unit, which is embodied to carry out the method described above. If features, advantages and advantageous configurations of the control unit according to the invention are presented here in connection with the method according to the invention, these are to be regarded as such. The control unit has means for controlling or carrying out steps of the method.
Die Erfindung betrifft ferner eine Antriebseinrichtung für ein Hybridkraftfahrzeug, welche gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildet ist und die Steuereinheit zum Durchführen des Verfahrens aufweist. Demnach ist die Antriebseinrichtung anhand des beschriebenen Verfahrens betreibbar. Werden hierin im Zusammenhang mit dem Verfahren Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung beschrieben, so sind diese als Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung anzusehen. Dies gilt ebenso umgekehrt. Die Antriebseinrichtung weist insofern Mittel auf, die zum Durchführen von Schritten des Verfahrens ausgebildet sind.The invention also relates to a drive device for a hybrid motor vehicle, which is designed in accordance with the above description and has the control unit for carrying out the method. Accordingly, the drive device can be operated using the method described. If features, advantages and advantageous configurations of the drive device according to the invention are described here in connection with the method, these are to be regarded as features, advantages and advantageous configurations of the drive device according to the invention. This also applies vice versa. To this extent, the drive device has means which are designed to carry out steps of the method.
Die Antriebseinheit ist insofern vorteilhaft, als im Gegensatz zum Stand der Technik auf eine dritte elektrische Maschine verzichtet wird. Mit anderen Worten ist insbesondere vorgesehen, dass das erste Antriebsaggregat die erste elektrische Maschine und keine weitere elektrische Maschine aufweist. Es ergibt sich also die Allradantriebs-Funktionalität für das Hybridkraftfahrzeug, wobei die Antriebseinrichtung besonders masseeffizient ausgebildet ist, da auf die dritte elektrische Maschine in vorteilhafter Weise verzichtet wird.The drive unit is advantageous in that, in contrast to the prior art, a third electrical machine is dispensed with. In other words, it is provided in particular that the first drive unit has the first electric machine and no further electric machine. This results in all-wheel drive functionality for the hybrid motor vehicle, with the drive device being designed to be particularly mass-efficient, since the third electric machine is advantageously dispensed with.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Hybridkraftfahrzeug, das mit einer nach der vorstehenden Beschreibung ausgebildeten Antriebseinrichtung ausgerüstet ist, das gemäß einem nach der vorstehenden Beschreibung ausgebildeten Verfahren betreibbar ist. Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Hybridkraftfahrzeugs sind als Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung anzusehen und umgekehrt.The invention also relates to a hybrid motor vehicle that is equipped with a drive device designed according to the above description, which can be operated according to a method designed according to the above description. Features, advantages and advantageous configurations of the hybrid motor vehicle according to the invention are to be regarded as features, advantages and advantageous configurations of the drive device according to the invention and vice versa.
Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further features of the invention can result from the claims, the figures and the description of the figures. The above in the The features and combinations of features mentioned in the description and the features and combinations of features shown below in the description of the figures and/or in the figures alone can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the invention.
Die Zeichnung zeigt in
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1 eine schematische Ansicht eines Hybridkraftfahrzeugs mit einer Antriebseinrichtung und -
2 ein Diagramm eines Zeitverlaufs für das Verfahren in Anwendung während eines Schaltens aus einem Powersplit-Gang mit virtuell eingestellter Drehzahlübersetzung in einen Festgang.
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1 a schematic view of a hybrid motor vehicle with a drive device and -
2 a diagram of a time course for the method in use during a shift from a power-split gear with a virtually set speed ratio into a fixed gear.
In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Im Folgenden werde eine Antriebseinrichtung 1 für ein Hybridkraftfahrzeug 2, ein Verfahren zum Betreiben der Antriebseinrichtung 1, eine Steuereinheit zum Durchführen des Verfahrens sowie das Hybridkraftfahrzeug 2 in gemeinsamer Beschreibung erläutert.In the figures, identical and functionally identical elements are provided with the same reference symbols. A
Die Antriebseinrichtung 1 bzw. das Hybridkraftfahrzeug 2 weist zwei Kraftfahrzeugantriebsachsen 3, 4 auf. Eine der Kraftfahrzeugantriebsachsen 3, 4, vorliegend die erste Kraftfahrzeugantriebsachse 3, ist mittels eines ersten, hybriden Antriebsaggregats 5 antreibbar. Das bedeutet, dass die erste Kraftfahrzeugantriebsachse 3 als eine hybride Kraftfahrzeugantriebsachse ausgebildet sein kann, indem die erste Kraftfahrzeugantriebsachse 3 das hybride Antriebsaggregat 5 aufweist. Anders ausgedrückt kann es sich bei dem hybriden Antriebsaggregat 5 um ein Bestandteil der ersten Kraftfahrzeugantriebsachse 3 handeln. Die entsprechend andere der Kraftfahrzeugantriebsachsen 3, 4, vorliegend die zweite Kraftfahrzeugantriebsachse 4, ist mittels eines zweiten Antriebsaggregats 6 antreibbar. Analog zu ersten Kraftfahrzeugantriebsachse 3 gilt also für die zweite Kraftfahrzeugantriebsachse 4, dass das zweite Antriebsaggregat 6 als Bestandteil der zweiten Kraftfahrzeugantriebsachse 4 angesehen werden kann.The
Das Hybridkraftfahrzeug 2, insbesondere dessen Antriebseinrichtung 1, weist Räder 7 auf, über welche das Hybridkraftfahrzeug 2 auf einem Fahrbahnbelag 8 aufgestellt ist. In einem Fahrbetrieb des Hybridkraftfahrzeugs 2 bzw. der Antriebseinrichtung 1 rollen die Räder 7 unter einem Fortbewegen des Hybridkraftfahrzeugs 2 auf/über den Fahrbahnbelag 8 ab. Die Kraftfahrzeugantriebsachsen 3, 4 sind dabei unabhängig voneinander angeordnet. Das bedeutet insbesondere, dass die Antriebseinrichtung 1 keinerlei Maschinenelement aufweist, das zum Übertragen von mechanischer Leistung zwischen den Kraftfahrzeugantriebsachsen 3, 4 ausgebildet ist.The hybrid motor vehicle 2, in particular its
Das erste, hybride Antriebsaggregat 5 weist eine Verbrennungskraftmaschine 9 auf, eine Hybridgetriebeeinrichtung 10 sowie eine erste elektrische Maschine 11. Dabei ist die erste elektrische Maschine 11, die als EMA bezeichnet werden kann, Teil der Hybridgetriebeeinrichtung 10. Das bedeutet, dass die Hybridgetriebeeinrichtung 10 die erste elektrische Maschine 11 aufweist. Die Hybridgetriebeeinrichtung 10 bzw. das erste, hybride Antriebsaggregat 5 weist weiter wenigstens ein Umlaufrädergetriebe 12 auf, das als Summationsgetriebe dazu ausgebildet ist, eine mittels der Verbrennungskraftmaschine 9 bereitgestellte Abtriebsleistung und eine mittels der ersten elektrischen Maschine 11 bereitgestellte Abtriebsleistung zu summieren und an einer Getriebeabtriebswelle 13 der Hybridgetriebeeinrichtung 10 bereitzustellen. Hierzu weist die Hybridgetriebeeinrichtung 10 ein erstes Getriebeantriebselement 14 auf, über welches die Verbrennungskraftmaschine 9 und das Umlaufrädergetriebe 12 selektiv drehfest miteinander koppelbar sind. Des Weiteren weist die Hybridgetriebeeinrichtung 10 ein zweites Getriebeantriebselement 15 auf, über welches die erste elektrische Maschine 11 und das Umlaufrädergetriebe 12 selektiv drehfest miteinander koppelbar sind.The first
Zum Bereitstellen zweier unterschiedlicher Arten von Getriebegangstufen weist die Hybridgetriebeeinrichtung 10 insbesondere zwei Teilgetriebe auf, nämlich ein schaltbares Getriebe, das zum Bereitstellen von drehzahlfixierten Getriebegangstufen ausgebildet ist, und ein Drehzahlüberlagerungsgetriebe, das zum Bereitstellen von Getriebegangstufen, die drehmomentkonstant und drehzahlvariabel sind, ausgebildet ist. Ein jeweiliges Übersetzungsverhältnis zwischen dem ersten Getriebeantriebselement 14 und der Getriebeabtriebswelle 13 sowie zwischen dem zweiten Getriebeantriebselement 15 und der Getriebeabtriebswelle 13 ist durch ein Zähnezahlverhältnis oder durch mehrere Zähnezahlverhältnisse von Zahnrädern, die an der Leistungsübertragung zwischen der Verbrennungskraftmaschine 9 und der Getriebeabtriebswelle 13 sowie zwischen der ersten elektrischen Maschine 11 und der Getriebeabtriebswelle 13 in der Hybridgetriebeeinrichtung 10 beteiligt sind, festgelegt. In einer solchen drehzahlfixierten Getriebegangstufe, die auch als Festgang bezeichnet wird, ist das Übersetzungsverhältnis zwischen der Verbrennungskraftmaschine 9 und der Getriebeabtriebswelle 13 sowie zwischen der ersten elektrischen Maschine 11 und der Getriebeabtriebswelle 13 solange unveränderbar, solange der entsprechende Festgang in der Hybridgetriebeeinrichtung 10 eingelegt bzw. eingestellt ist. Demnach führt eine Drehzahländerung der ersten elektrischen Maschine 11 in diesem Festgang zu keiner Änderung des Drehzahlverhältnisses zwischen der Verbrennungskraftmaschine 9 und der Getriebeabtriebswelle 13.In order to provide two different types of gear ratios,
Jedenfalls weist die Hybridgetriebeeinrichtung 10 eine Vielzahl von Getriebeelementen auf, insbesondere ein Gehäuse der Hybridgetriebeeinrichtung 10, ein Räderwerk bzw. die Zahnräder, eine Bremseinrichtung, eine Kupplungseinrichtung etc. Es ist zu verstehen, dass die Hybridgetriebeeinrichtung 10 jeweils mehr als eine der vorgenannten Getriebeelemente aufweisen kann. Bei der jeweiligen Bremseinrichtung und der jeweiligen Kupplungseinrichtung handelt es sich um jeweilige Schaltelemente, die zwischen einer Freigabestellung und einer Sperrstellung selektiv und zerstörungsfrei reversibel verstellbar sind. In der Sperrstellung sind mittels des jeweiligen Schaltelements zwei andere Getriebeelemente miteinander selektiv drehfest verbunden, wohingegen in der Freigabestellung die entsprechenden Getriebeelemente zueinander relativ drehbar sind.In any case, the
Unter den Getriebegangstufen, die drehmomentkonstant und drehzahlvariabel sind, ist hierin ein jeweiliger Powersplit-Gang zu verstehen, welcher eine variable Drehzahlübersetzung und eine feste Drehmomentübersetzung zwischen der Verbrennungskraftmaschine 9 und der Getriebeabtriebswelle 13 sowie zwischen der ersten elektrischen Maschine 11 und der Getriebeabtriebswelle 13 aufweist. Bei einem solchen Powersplit-Gang ist die Drehzahlübersetzung kontinuierlich veränderbar, wodurch der Powersplit-Gang bzw. die drehmomentkonstante und drehzahlvariable Getriebegangstufe einen Übersetzungsbereich aufweist und dabei nicht auf ein einziges, festgelegtes Übersetzungsverhältnis beschränkt ist. Dabei ist eine Drehmomentübersetzung zwischen der Verbrennungskraftmaschine 9 und der Getriebeabtriebswelle 13 bauartbedingt durch die Hybridgetriebeeinrichtung 10 fest vorgegeben, beispielsweise durch ein Zähnezahlverhältnis von an der Leistungsübertragung zwischen der Verbrennungskraftmaschine 9 und der Getriebeabtriebswelle 13 beteiligten Zahnrädern. Das Drehzahlübersetzungsverhältnis hingegen ist durch eine Drehzahlüberlagerung von einer mittels der ersten elektrischen Maschine 11 bereitgestellten Drehzahl mit einer mittels der Verbrennungskraftmaschine 9 bereitgestellten Drehzahl abhängig von den entsprechenden Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine 9 und der ersten elektrischen Maschine 11. Durch ein jeweiliges Variieren der Drehzahl der ersten elektrischen Maschine 11 und/oder der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 9 ist ein gesamtes Drehzahlübersetzungsverhältnis in dem Powersplit-Gang innerhalb eines vorgegebenen oder vorgebbaren Bereichs kontinuierlich veränderbar. Dabei ist die Hybridgetriebeeinrichtung 10, insbesondere das Umlaufrädergetriebe 12, derart ausgebildet, dass ein Verändern der Drehzahlübersetzung bzw. des Drehzahlverhältnisses zwischen der Verbrennungskraftmaschine 9 und der Getriebeabtriebswelle 13 mittels eines Veränderns der Drehzahl der ersten elektrischen Maschine 11 erfolgt. The transmission gears, which are torque-constant and variable-speed, are to be understood here as a respective power-split gear, which has a variable speed ratio and a fixed torque ratio between the
Das zweite Antriebsaggregat 6 bzw. die zweite Kraftfahrzeugantriebsachse 4 weist eine zweite elektrische Maschine 16 auf, wodurch die Antriebseinrichtung 1 bzw. das Hybridkraftfahrzeug 2 eine weitere Traktionseinheit aufweist. Denn als eine erste Traktionseinheit wird die erste Kraftfahrzeugantriebsachse 3 bzw. das erste Antriebsaggregat 5 angesehen. Vorliegend weist die Antriebseinrichtung 1 bzw. das Hybridkraftfahrzeug 2 eine als ein elektrischer Traktionsakkumulator ausgebildete elektrische Energiespeichereinheit 17 auf, mittels derer der ersten elektrischen Maschine 11 und/oder der zweiten elektrischen Maschine 16 elektrische Energie bereitstellbar ist. Ferner ist der elektrischen Energiespeichereinheit 17 mittels der ersten elektrischen Maschine 11 und/oder mittels der zweiten elektrischen Maschine 16 elektrische Energie bereitstellbar. Mit anderen Worten sind die elektrischen Maschinen 11, 16, die auch als Elektromotoren bezeichnet werden können, jeweils gemeinsam oder separat voneinander in einem motorischen Betrieb oder in einem generatorischen Betrieb betreibbar. Die Antriebseinrichtung 1 ist dabei frei von einem mechanische Leistung übertragenden Maschinenelement, sodass mechanische Leistungen - ohne dabei zumindest einmal in eine elektrische Leistung und/oder in eine chemische Leistung umgewandelt zu werden - zwischen den Kraftfahrzeugantriebsachsen 3, 4 bzw. zwischen den elektrischen Maschinen 11, 16 nicht übertragen wird.The second drive unit 6 or the second motor
Im vorliegenden Beispiel bildet die zweite elektrische Maschine 16 ein Schaltmittel 18 der Hybridgetriebeeinrichtung 10 bzw. für die Hybridgetriebeeinrichtung 10. Durch das Schaltmittel 18 wird im Betrieb der Antriebseinrichtung 1 bzw. des Hybridkraftfahrzeugs 2 das Einstellen bzw. Einlegen einer der Getriebegangstufen unterstützt. Das bedeutet, dass die zweite elektrische Maschine 16, die als EMB bezeichnet werden kann, als Bestandteil der Hybridgetriebeeinrichtung 10 angesehen werden kann, obwohl die zweite elektrische Maschine 16 in der Antriebseinrichtung 1 keinerlei mechanische Leistung übertragende Verbindung zur ersten Kraftfahrzeugantriebsachse 3 aufweist.In the present example, the second electric machine 16 forms a switching device 18 of the
Des Weiteren ist im vorliegenden Beispiel vorgesehen, dass die erste Kraftfahrzeugantriebsachse 3 bzw. das erste, hybride Antriebsaggregat 5 außer der ersten elektrischen Maschine 11 keine weitere elektrische Maschine, die mit dem hierin beschriebenen Verfahren assoziiert ist, aufweist. Hierbei weist die Antriebseinrichtung 1, die beispielsweise als ein Hybridantriebsstrang ausgebildet sein kann, lediglich zwei elektrische Maschinen, nämlich die erste elektrische Maschine 11 und die zweite elektrische Maschine 16, auf. Hierdurch ist die Antriebseinrichtung 1 als eine Allradantriebseinrichtung ausgebildet, die besonders masseeffizient lediglich die elektrischen Maschinen 11, 16 und keine weitere elektrische Maschine aufweist. Es ist zu verstehen, dass das Hybridkraftfahrzeug 2, insbesondere dessen Antriebseinrichtung 1, wenigstens eine weitere elektrische Maschine aufweisen kann, die aber mit dem Schalten der Getriebegangstufen der Hybridgetriebeeinrichtung 10 nichts zu tun hat.Furthermore, it is provided in the present example that the first motor
Die Hybridgetriebeeinrichtung 10 ist wenigstens mit einem ersten Betriebsmodus betreibbar, in welchem ein Gangwechsel, das heißt ein Schalten zwischen Getriebegangstufen, direkt bzw. unmittelbar zwischen artunterschiedlichen Gängen - also von einem Festgang in einen Powersplit-Gang oder umgekehrt - ausgeführt wird. Darüber hinaus ist die Hybridgetriebeeinrichtung 10 in wenigstens einem weiteren Betriebsmodus betreibbar, in welchem ein Gangwechsel bzw. ein Schalten zwischen artgleichen Gängen, das heißt zwischen Powersplit-Gängen oder zwischen Festgängen, ermöglicht ist, und zwar auf indirektem Wege. Dabei wird jeweils ein artfremder Gang als Hilfsgetriebegangstufe eingelegt. Mit anderen Worten wird zum Schalten von einem Quellfestgang in einen Zielfestgang der Quellfestgang ausgelegt, und somit ein korrespondierender Powersplit-Gang als die Hilfsgetriebegangstufe eingelegt, um dann aus der Hilfsgetriebegangstufe in den Zielfestgang zu schalten. Analog wird zum Schalten von einem Quell-Powersplit-Gang in einen Ziel-Powersplit-Gang der Quell-Powersplit-Gang ausgelegt, ein korrespondierender Festgang als die Hilfsgetriebegangstufe eingelegt, um dann aus der Hilfsgetriebegangstufe in den Ziel-Powersplit-Gang zu schalten.The
Das Auslegen des entsprechenden Festganges führt aufgrund der Ausgestaltung der Hybridgetriebeeinrichtung 10 automatisch dazu, dass ein Powersplit-Gang eingelegt wird. Denn die Hybridgetriebeeinrichtung 10, insbesondere deren Getriebetopologie, ist so ausgebildet, dass für einen Wechsel aus einem Festgang in einen Powersplit-Gang nur ein Schaltelement verstellt wird. Ferner ist die Hybridgetriebeeinrichtung 10 derart ausgebildet, dass für einen Wechsel aus einem Powersplit-Gang in einen Festgang nur ein Schaltelement verstellt wird. Es existiert also in der Hybridgetriebeeinrichtung 10 je Festgang-Powersplit-Gang-Paarung ein Schaltelement, das zum Schalten in den Festgang bzw. in den Powersplit-Gang in seiner Schaltstellung zu verstellen ist. Anders ausgedrückt unterscheidet die Schaltstellung dieses Schaltelements die beiden Gänge der Festgang-Powersplit-Gang-Paarung.Due to the configuration of the
Bei dem Verfahren zum Betreiben der Antriebseinrichtung 1 werden beim Gangwechsel bzw. beim Schaltvorgang aus einer Quellgangstufe in eine Zielgangstufe die Verbrennungskraftmaschine 9 und die erste elektrische Maschine 11 derart gleichzeitig angesteuert, dass die Verbrennungskraftmaschine 9 und die erste elektrische Maschine 11 ein jeweiliges Drehmoment bereitstellen, das gemäß einer Drehzahlübersetzung der Zielgangstufe für gleiche Leistung erforderlich ist. Dabei wird mittels der zweiten elektrischen Maschine 16 die zweite Kraftfahrzeugantriebsachse 5, insbesondere dessen Rad 7, mit einer mit dem Schaltvorgang korrespondierenden Leistung angetrieben. Das bedeutet, dass das Schalten bzw. der Gangwechsel von dem Quellgang in den Zielgang mittels der zweiten elektrischen Maschine 16 als Schaltmittel 18 unterstützt wird. Ein Zugkraftverlust während des Schaltens bzw. während des Gangwechsels ist somit verhindert, da ein aufgrund des Schaltvorgangs eventuell an der Getriebeabtriebswelle 13 abfallendes Drehmoment durch ein entsprechend erhöhtes Abtriebsdrehmoment der zweiten elektrischen Maschine 16 kompensiert wird. Das bedeutet, dass die zweite elektrische Maschine 16, insbesondere als Teil der Hybridgetriebeeinrichtung 10, gleichzeitig mit der Verbrennungskraftmaschine 9 und der ersten elektrischen Maschine 11 angesteuert wird, um den zugkraftunterbrechungsfreien Schaltvorgang zu gewährleisten. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Antriebseinrichtung 1, insbesondere das Hybridkraftfahrzeug 2, eine Steuereinheit (nicht dargestellt) aufweist, beispielsweise ein Getriebesteuergerät, mittels dessen Schritte des Verfahrens durchführbar bzw. steuerbar sind.In the method for operating the
Unter der Annahme, dass der Zielgang erfordert, dass die erste elektrische Maschine 11 weniger Drehmoment als im Quellgang bereitstellt, wird ein korrespondierender Anteil von elektrischer Leistung, mit der die erste elektrische Maschine 11 angetrieben wird zumindest teilweise zur zweiten elektrischen Maschine 16 geleitet, sodass in vorteilhafter Weise besonders wenig elektrische Energie mittels der elektrischen Energiespeichereinheit 17 aufgenommen werden muss. Erfordert der Zielgang dahingegen, dass mittels der elektrischen Maschine 11 im Zielgang mehr Drehmoment bereitgestellt werden muss als im Quellgang, wird ein damit korrespondierender Anteil der elektrischen Leistung von der zweiten elektrischen Maschine 16 zur ersten elektrischen Maschine 11 umgeleitet. Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die elektrischen Maschinen 11, 16 mittels eines separaten Leistungszweigs elektrisch miteinander verbunden sind, sodass die elektrischen Maschinen 11, 16 einander gegenseitig elektrische Energie bereitstellen können. Die elektrische Energiespeichereinheit 17 ist nicht Teil dieses separaten Leitungszweigs. So wird kinetische Energie, die an einer der elektrischen Maschinen 11, 16 frei wird, nicht als elektrische Energie in die elektrische Energiespeichereinheit 17 eingespeist, sondern, insbesondere direkt, der entsprechend anderen der elektrischen Maschinen 11, 16 bereitgestellt. Vorteilhaft hierbei ist, dass ein Laden bzw. Entladen der elektrischen Energiespeichereinheit 17 aufgrund eines Schaltvorgangs während des Betriebs der Antriebseinrichtung 1 wesentlich seltener und/oder in geringerem Maße vorkommt. Hieraus ergeben sich Vorteile hinsichtlich einer Lebensdauer der elektrischen Energiespeichereinheit 17 und/oder hinsichtlich eines Anteils an der Gesamtkapazität der elektrischen Energiespeichereinheit 17, der für eine maximale Fahrreichweite nutzbar ist.Assuming that the target gear requires that the first
Bei dem Verfahren wird im vorliegenden Beispiel, basierend auf einem einstellbaren Anforderungssignal, eine Getriebegangstufengruppe ermittelt, die eine mögliche Zielgangstufe oder mehrere mögliche Zielgangstufen der Hybridgetriebeeinrichtung 10 umfasst. Das bedeutet, dass aus einer Menge, die alle einstellbaren Getriebegangstufen der Hybridgetriebeeinrichtung 10 umfasst, eine oder mehr der Getriebegangstufen ausgewählt bzw. identifiziert wird/werden, die eine mit dem Anforderungssignal korrespondierende Drehmomentübersetzung aufweist/aufweisen und einen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 9 sowie der ersten elektrischen Maschine 11 in einem jeweils vorgegebenen Drehzahlbereich ermöglicht/ermöglichen. Dabei charakterisiert das Anforderungssignal eine angeforderte Leistungsachsverteilung, eine angeforderte elektrische Ladeleistung der elektrischen Energiespeichereinheit 17 und/oder einen angeforderten Lastwunsch. Bei der geforderten Leistungsachsverteilung, der geforderten Ladeleistung und dem geforderten Lastwunsch handelt es sich jeweils um einen Anforderungswert, der der Antriebseinrichtung 1 bereitstellbar ist. Beispielsweise wird der Lastwunsch mittels eines Fahrpedals der Antriebseinrichtung 1 bzw. dem Hybridkraftfahrzeug 2 bereitgestellt, indem ein Fahrer des Hybridkraftfahrzeugs 2 das Fahrpedal entsprechend betätigt. Alternativ oder zusätzlich kann der Lastwunsch automatisch der Antriebseinrichtung 1 bereitgestellt werden, beispielsweise mittels der Steuereinheit.In the method in the present example, based on an adjustable request signal, a transmission gear group is determined, which includes a possible target gear or several possible target gears of the
Insbesondere ist die Steuereinheit mit einer Sensorik der Antriebseinrichtung 1 bzw. des Hybridkraftfahrzeugs 2 gekoppelt oder koppelbar, wobei mittels der Sensorik fahrphysikalische Werte eines aktuellen Fahrbetriebs des Hybridkraftfahrzeugs 2 erfasst und in Datenform der Steuereinheit bereitgestellt werden. Die Steuereinheit ist weiter dazu ausgebildet, die fahrphysikalischen Werte zu verarbeiten oder weiterzuverarbeiten, und basierend auf den fahrphysikalischen Werten einen oder mehr der Anforderungswerte der Antriebseinrichtung 1 bereitzustellen. Das bedeutet, es kann sich bei der Steuereinheit in Verbindung mit der Sensorik um ein Fahrstabilitätssystem des Hybridkraftfahrzeugs 2 bzw. der Antriebseinrichtung 1 handeln. Denn eine Leistungsachsverteilung hat maßgeblichen Einfluss auf einen fahrphysikalisch betrachtet stabilen Fahrzustand und somit auf eine Verkehrssicherheit des Hybridkraftfahrzeugs 2. Demnach kann - insbesondere mittels der Steuereinheit - die Verteilung einer jeweiligen Antriebsleistung an der jeweiligen Kraftfahrzeugantriebsachse 3, 4 verstellt werden, um den stabilen Fahrzustand zu erhalten und/oder (wieder) herzustellen.In particular, the control unit is coupled or can be coupled to a sensor system of the
Aus der Getriebegangstufengruppe wird in weiterer Ausgestaltung des Verfahrens eine optimale Zielgangstufe ermittelt, wobei diese optimale Zielgangstufe dadurch charakterisiert ist, dass sie für die Verbrennungskraftmaschine 9 eine Drehzahlübersetzung bereitstellt, sodass die Verbrennungskraftmaschine 9 in der Zielgangstufe nah an einem Betriebsbestpunkt, insbesondere in diesem Betriebsbestpunkt, betrieben wird. Wird die Verbrennungskraftmaschine 9 in diesem Betriebsbestpunkt oder nah an diesem Betriebsbestpunkt betrieben, bedeutet das, dass eine entsprechend geforderte Verbrennungskraftmaschinenleistung mittels der Verbrennungskraftmaschine 9 besonders effizient, insbesondere kraftstoffeffizient, bereitgestellt wird. Dabei wird die geforderte Verbrennungskraftmaschinenleistung durch das Übersetzungsverhältnis der Zielgangstufe bestimmt bzw. gefordert und, basierend auf dem Anforderungssignal, ermittelt. Es wird also, wenn mehrere mögliche Zielgangstufen zur Verfügung stehen, um die geforderte Verbrennungskraftmaschinenleistung (das heißt Verbrennungskraftmaschinendrehzahl und Verbrennungskraftmaschinendrehmoment) an die Getriebeabtriebswelle 13 zu übersetzen, diejenige der Zielgangstufen ausgewählt, bei welcher die Verbrennungskraftmaschine 9 eine dem Betriebsbestpunkt entsprechende Verbrennungskraftmaschinendrehzahl und einen dem Betriebsbestpunkt entsprechendes Verbrennungskraftmaschinendrehmoment bei gleichzeitig minimalem Kraftstoffeinsatz bereitstellt.In a further embodiment of the method, an optimal target gear is determined from the transmission gear group, this optimal target gear being characterized in that it provides a speed ratio for the
Im Diagramm bzw. in
Es erfolgt dann im Zeitabschnitt t2 das Schalten in den Festgang, welcher im Zeitabschnitt t3 in der Hybridgetriebeeinrichtung 10 als Zielgangstufe eingelegt ist. Hierzu wird im Zeitabschnitt t2 sowohl die Drehzahl U1 der ersten elektrischen Maschine 11 als auch die Drehzahl U2 der Verbrennungskraftmaschine 9 verändert, wobei eine Schaltstellung eines der Schaltelemente, insbesondere nur ein einziges Schaltelement, verändert wird. Zum Beispiel wird ein als Kupplungseinrichtung und/oder Bremseinrichtung ausgebildetes Schaltelement aus der Freigabestellung in die Sperrstellung verstellt oder umgekehrt, um eines der Getriebeelemente und ein weiteres der Getriebeelemente drehfest miteinander zu versperren oder voneinander zu entsperren. Das Drehmoment M1, M2 bzw. die Drehzahl U1, U2, die für die erste elektrische Maschine 11 und für die Verbrennungskraftmaschine 9 im Zeitabschnitt t2 eingestellt werden, sind durch die entsprechenden Drehzahlverhältnisse bzw. Drehmomentverhältnisse der Zielgangstufe vorgegeben.Then, in the time period t2, there is a shift into the fixed gear, which is engaged in the time period t3 in the
Es ist weiter zu erkennen, dass das mittels der zweiten elektrischen Maschine 16 bereitgestellte Drehmoment M4, das an der zweiten Kraftfahrzeugantriebsachse 4 bereitgestellt wird, während des Schaltvorgangs konstant bleibt. Das an der ersten Kraftfahrzeugantriebsachse 3 mittels der Verbrennungskraftmaschine 9 und der ersten elektrischen Maschine 11 gemeinsam bereitgestellte Drehmoment M3 bleibt ebenfalls während des Schaltvorgangs konstant. Die elektrischen Maschinen 11, 16 werden zum Ausführen des Schaltvorgangs motorisch betrieben, entnehmen also elektrische Energie aus dem Traktionsakkumulator der Antriebseinrichtung 1 bzw. des Hybridkraftfahrzeugs 2.It can also be seen that the torque M4 provided by the second electric machine 16, which is provided on the second motor
Indem der Schaltvorgang am Ende des zweiten Zeitabschnitts t2 abgeschlossen wird, wird ein Zustand in der Hybridgetriebeeinrichtung 10 eingestellt, wie er im Diagramm im Zeitanschnitt t3 dargestellt ist. In diesem ist der Festgang bzw. Zielgang in der Hybridgetriebeeinrichtung 10 eingelegt.By the shifting process being completed at the end of the second period of time t2, a state in the
Bei einem Schalten von einem eine Quellgangstufe bildenden Festgang in einen eine Zielgangstufe bildenden, anderen Festgang ergibt sich folgender Ablauf: Das in der Quellgangstufe geschlossene Schaltelement, das je nach Schaltstellung die Quellgangstufe und die Hilfsgetriebegangstufe voneinander unterscheidet, wird entlastet. Hiernach wird das nun entlastete Schaltelement geöffnet, wodurch (siehe weiter oben) automatisch ein Powersplit-Gang als die Hilfsgetriebegangstufe eingelegt wird. Es erfolgt dann das Verstellen der Drehzahl in der Hilfsgetriebegangstufe bzw. im Powersplit-Gang, wodurch die virtuelle Übersetzung eingestellt wird. Ein anderes Schaltelement, das je nach Schaltstellung die Hilfsgetriebegangstufe und die Zielgangstufe voneinander unterscheidet, wird dann geschlossen und danach belastet.When shifting from a fixed gear that forms a source gear stage to another fixed gear that forms a target gear stage, the following sequence occurs: The shift element that is closed in the source gear stage, which differentiates the source gear stage and the auxiliary gear stage from one another depending on the shift position, is relieved. After this, the shift element, which is now relieved, is opened, whereby (see above) a power-split gear is automatically engaged as the auxiliary gear stage. The speed is then adjusted in the auxiliary gear stage or in the power-split gear, whereby the virtual translation is set. Another switching element, which differentiates the auxiliary gear stage and the target gear stage from one another depending on the shift position, is then closed and then loaded.
Insgesamt zeigt die Erfindung, wie durch die Antriebseinrichtung 1, durch das mit der Antriebseinrichtung 1 ausgerüstete Hybridkraftfahrzeug 2 und durch das Verfahren zum Betreiben der Antriebseinrichtung 1 besonders effizient und/oder aufwandsarm eine achsverteilte Allradantriebseinrichtung bereitgestellt ist, die besonders kraftstoff- bzw. energieeffizient und/oder emissionsarm betreibbar ist. Des Weiteren ist das mit der Antriebseinrichtung 1 ausgerüstete Hybridkraftfahrzeug 2 besonders masseeffizient, da lediglich die elektrischen Maschinen 11, 16 eingesetzt werden, wobei dennoch eine vollwertige Allradfunktionalität gewährleistet ist. Im Betrieb der Antriebseinrichtung 1, erfolgt mittels der Verbrennungskraftmaschine 9 beim/zum Schalten von Getriebegangstufen der Hybridgetriebeeinrichtung 10 ein Drehmomenteingriff, um zum Schalten erforderliche Übersetzungsänderungen bereitzustellen.Overall, the invention shows how the
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Antriebseinrichtungdrive device
- 22
- Hybridkraftfahrzeughybrid motor vehicle
- 33
- Kraftfahrzeugantriebsachsemotor vehicle drive axle
- 44
- Kraftfahrzeugantriebsachsemotor vehicle drive axle
- 55
- Antriebsaggregatdrive unit
- 66
- Antriebsaggregatdrive unit
- 77
- Radwheel
- 88th
- Fahrbahnbelagroad surface
- 99
- Verbrennungskraftmaschineinternal combustion engine
- 1010
- Hybridgetriebeeinrichtunghybrid transmission device
- 1111
- elektrische Maschineelectric machine
- 1212
- Umlaufrädergetriebeplanetary gears
- 1313
- Getriebeabtriebswelletransmission output shaft
- 1414
- Getriebeantriebselementgear drive element
- 1515
- Getriebeantriebselementgear drive element
- 1616
- elektrische Maschineelectric machine
- 1717
- elektrische Energiespeichereinheitelectrical energy storage unit
- 1818
- Schaltmittelswitching means
- tt
- Zeit in stime in s
- t1t1
- erster Zeitabschnittfirst period
- t2t2
- zweiter Zeitabschnittsecond period
- t3t3
- dritter Zeitabschnittthird period
- MM
- Drehmoment in NmTorque in Nm
- M1M1
- Drehmomentverlauf der ersten elektrischen MaschineTorque curve of the first electrical machine
- M2M2
- Drehmomentverlauf der VerbrennungskraftmaschineTorque curve of the internal combustion engine
- M3M3
- Drehmomentverlauf der ersten KraftfahrzeugantriebsachseTorque curve of the first motor vehicle drive axle
- M4M4
- Drehmomentverlauf der zweiten KraftfahrzeugantriebsachseTorque curve of the second motor vehicle drive axle
- PP
- Leistung in kWPower in kW
- P1P1
- Leistungsverlauf der ersten elektrischen MaschinePower curve of the first electrical machine
- Uu
- Drehzahl in min-1 speed in rpm
- U1U1
- Drehzahlverlauf der ersten elektrischen MaschineSpeed curve of the first electrical machine
- U2U2
- Drehzahlverlauf der VerbrennungskraftmaschineSpeed curve of the internal combustion engine
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102019129093 A1 [0002]DE 102019129093 A1 [0002]
- EP 0769404 A1 [0002]EP 0769404 A1 [0002]
Claims (10)
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|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE102021116445.1A DE102021116445A1 (en) | 2021-06-25 | 2021-06-25 | Method for operating a drive device, drive device and hybrid motor vehicle |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102021116445A1 true DE102021116445A1 (en) | 2022-12-29 |
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-
2021
- 2021-06-25 DE DE102021116445.1A patent/DE102021116445A1/en active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R163 | Identified publications notified |