DE102022104815A1 - Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebsstrangs - Google Patents

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DE102022104815A1
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Laurent Bayoux
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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    • B60W2710/24—Energy storage means
    • B60W2710/242—Energy storage means for electrical energy
    • B60W2710/244—Charge state

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines dedizierten Hybridantriebsstrangs (1) eines Kraftfahrzeugs mit einer aus einer ersten Elektromaschine (EM1) und einer Brennkraftmaschine (ICE) gebildeten Antriebseinheit (4) und einer zweiten Elektromaschine (EM2), wobei die Antriebseinheit (4) mittels einer ersten Trennkupplung (C1) und die zweite Elektromaschine (EM2) mittels einer zweiten Trennkupplung (C2) mit einem mit Antriebsrädern wirkverbundenen und zumindest eine Getriebeübersetzung (9) aufweisenden Getriebe (8) verbindbar sind und ein Akkumulator (15) die Elektromaschinen (EM1, EM2) antreibt und von diesen mittels der Brennkraftmaschine (ICE) generatorisch aufladbar ist. Um den Hybridantriebsstrang (1) effizient und komfortabel betreiben zu können, wird das Kraftfahrzeug mittels des Hybridantriebsstrangs (1) rein elektrisch angefahren und ab einer vorgegebenen Geschwindigkeitsschwelle (v(s)) abhängig von einem Ladezustand des Akkumulators (15) mit zumindest einer Elektromaschine (EM1, EM2) und/oder der Brennkraftmaschine (ICE) angetrieben, wobei abhängig vom Ladezustand ein Drehmoment der Brennkraftmaschine (ICE) in den Antrieb und in die Ladung des Akkumulators (15) aufgeteilt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines dedizierten Hybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit einer aus einer ersten Elektromaschine und einer Brennkraftmaschine gebildeten Antriebseinheit und einer zweiten Elektromaschine, wobei die Antriebseinheit mittels einer ersten Trennkupplung und die zweite Elektromaschine mittels einer zweiten Trennkupplung mit einem mit Antriebsrädern wirkverbundenen und zumindest eine Getriebeübersetzung aufweisenden Getriebe verbindbar sind und ein Akkumulator die Elektromaschinen antreibt und von diesen generatorisch aufladbar ist.
  • Hybridantriebsstränge mit einer Brennkraftmaschine und zwei Elektromaschinen sind beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2018 103 245 A1 bekannt. Offenbart ist eine Antriebseinheit für einen Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine, einer ersten Elektromaschine, einer hinsichtlich ihres Rotors koaxial zu einer Drehachse eines Rotors der ersten Elektromaschine koaxial angeordneten zweiten Elektromaschine, einer ersten Übersetzungsstufe, angeordnet zwischen einem drehfest mit einer Ausgangswelle der Brennkraftmaschine gekoppelten oder koppelbaren Antriebsbestandteil und einer Triebwelle der ersten Elektromaschine und/oder der Elektromaschine, sowie einer Getriebeteileinheit, über die die Triebwelle der jeweiligen elektrischen Maschine mit Radantriebswellen gekoppelt oder koppelbar ist.
  • Auch aus den Druckschriften US 2016/0218584 A1 , DE 11 2015 006 071 T5 , EP 331 372 A1 und WO 2019/101 264 A1 sind verschiedene Getriebestrukturen eines Hybridantriebsstrangs bekannt.
  • Die nicht vorveröffentlichte Patentanmeldung DE 10 2021 111 350.4 der Anmelderin, die hiermit vollumfänglich aufgenommen ist, zeigt weiterhin Ausführungsformen von Hybridantriebssträngen mit einer Antriebseinheit aus einer Brennkraftmaschine und einer ersten Elektromaschine und einer zweiten Elektromaschine wobei die Antriebseinheit und die zweite Elektromaschine mittels einer Trennkupplung mit einem mit Antriebsrädern wirkverbundenen und zumindest eine Getriebeübersetzung aufweisenden Getriebe verbindbar sind.
  • Derartige Hybridantriebsstränge werden als dedizierte Hybridantriebsstränge beziehungsweise Hybridgetriebe („Dedicated Hybrid Transmissions“, DHT) bezeichnet. Bei diesen wird der mechanische Getriebeteil vereinfacht, etwa durch Entfall des Rückwärtsgangs, und stattdessen mindestens eine in das Getriebe integrierte Elektromaschine genutzt, um den vollen Funktionsumfang darzustellen. Dedizierte Hybridgetriebe können aus bekannten Getriebekonzepten hervorgehen, also aus Doppelkupplungsgetrieben, Wandler-Planetengetrieben, stufenlosen Getrieben (CVT) oder automatisierten Schaltgetrieben. Die elektrische Maschine wird dabei ein Teil des Getriebes, wobei ihre Anbindung auf verschiedenen Getriebewellen erfolgen kann. Neben den parallelen und/oder seriellen Hybridmodi können in Kombination mit einem Planetengetriebe auch ein oder mehrere leistungsverzweigte Betriebszustände erzeugt werden.
  • Unter einem seriellen Betriebszustand des Hybridantriebsstrangs wird dabei verstanden, dass die Brennkraftmaschine keine mechanische/drehmomentübertragende Verbindung zu der Antriebsachse/Abtriebswelle besitzt. Die Brennkraftmaschine treibt die erste, hauptsächlich als Generator fungierende Elektromaschine an, die wiederum die hauptsächliche, als Fahrmotor/Antriebsmotor fungierende zweite Elektromaschine mit Strom versorgt oder einen Akkumulator auflädt. Die Antriebsachse wird durch die zweite Elektromaschine angetrieben. Unter einem parallelen Hybridmodus wird verstanden, dass die Brennkraftmaschine eine mechanische/drehmomentübertragende Verbindung zu der Antriebsachse/Abtriebswelle besitzt. Die zweite Elektromaschine kann leer mitlaufen, boosten oder rekuperieren.
  • Bekannte Verfahren zur Steuerung von dedizierten Hybridantriebssträngen sehen insbesondere während Anfahrvorgängen des Kraftfahrzeugs ausschließlich den seriellen Betriebszustand vor, wobei bei wiederholten Starts mit geringer Fahrgeschwindigkeit der Akkumulator schnell entladen werden kann. Infolge einer damit notwendigen Aufladung des Akkumulators mittels der Brennkraftmaschine auch während Stehzeiten kann eine akustische Belastung für die Insassen des Kraftfahrzeugs auftreten. Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines Verfahrens zum Betrieb eines dedizierten Hybridantriebsstrangs. Insbesondere ist Aufgabe der Erfindung, ein Kraftfahrzeug mit dediziertem Hybridantriebsstrang ökonomisch zu betreiben und die Ladung des Akkumulators und deren Erhalt sicherzustellen.
  • Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Die von dem Anspruch 1 abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Gegenstands des Anspruchs 1 wieder.
  • Das vorgeschlagene Verfahren dient der Steuerung eines dedizierten Hybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit einer aus einer ersten Elektromaschine und einer Brennkraftmaschine gebildeten Antriebseinheit und einer zweiten Elektromaschine, wobei die Antriebseinheit mittels einer ersten Trennkupplung und die zweite Elektromaschine mittels einer zweiten Trennkupplung mit einem mit Antriebsrädern wirkverbundenen und zumindest eine Getriebeübersetzung aufweisenden Getriebe verbindbar sind. Eine oder beide Trennkupplungen können als Reibungskupplung ausgebildet sein. Alternativ können eine oder beide Trennkupplungen als Formschlusskupplung, beispielsweise Klauenkupplung ausgebildet sein. Die Formschlusskupplung kann synchronisiert ausgebildet sein.
  • Das Kraftfahrzeug beziehungsweise der Hybridantriebsstrang enthalten einen Akkumulator, welcher die Elektromaschinen antreibt und von diesen in einem generatorischen Betrieb aufladbar ist.
  • Der Rotor der ersten Elektromaschine ist bevorzugt koaxial zu der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angeordnet, kann aber parallel zu dieser angeordnet und mittels eines Umschlingungsmittels mit dieser wirkverbunden sein. Die zweite Elektromaschine kann in ein Gehäuse des Getriebes integriert sein. Das Getriebe beinhaltet in bevorzugter Weise eine einzige Getriebeübersetzung mit großer Übersetzung, so dass das Kraftfahrzeug aus dem Stand oder aus kleinen Geschwindigkeiten unterhalb einer vorgegebenen Geschwindigkeitsschwelle bis beispielsweise 50 km/h rein elektrisch beschleunigt wird. Zum elektrischen Anfahren dient in bevorzugter Weise die zweite Elektromaschine, zusätzliche kann die erste Maschine beispielsweise als Booster zugeschaltet werden oder das Kraftfahrzeug in speziellen Anwendungen antreiben. Vorteilhaft ist hierbei, wenn die Brennkraftmaschine über Einrichtungen zur Verringerung der Schleppmomente im stillgesetzten Zustand, beispielsweise unabhängig von der Drehbewegung der Kurbelwelle schaltbare, das heißt öffenbare Ventile verfügt oder im Schleppbetrieb beispielsweise mittels eines Freilaufs von der ersten Elektromaschine abkoppelbar ist.
  • Um den Akkumulator bei geringen Ladezuständen während der Fahrt aufladen zu können und bei elektrischen Fahrten über der Geschwindigkeitsschwelle nicht noch weiter zu entladen und damit ein geräuschvolles Laden des Akkumulators im Stillstand des Kraftfahrzeugs mit hochdrehender Brennkraftmaschine zu vermeiden, wird das Kraftfahrzeug abhängig von dem Ladezustand in unterschiedlichen Betriebszuständen betrieben. Das Kraftfahrzeug wird zwar mittels des Hybridantriebsstrangs rein elektrisch angefahren, so dass eine für die Brennkraftmaschine nicht effiziente beziehungsweise unmögliche Getriebeübersetzung vorgesehen werden kann, wird aber ab einer vorgegebenen Geschwindigkeitsschwelle abhängig von einem Ladezustand des Akkumulators mit zumindest einer Elektromaschine und/oder der Brennkraftmaschine angetrieben, wobei abhängig vom Ladezustand ein Drehmoment der Brennkraftmaschine in den Antrieb und in die Ladung des Akkumulators aufgeteilt wird. Hierdurch kann das Kraftfahrzeug ab der Geschwindigkeitsschwelle parallel mit der Brennkraftmaschine und gegebenenfalls der zweiten Elektromaschine angetrieben werden und ein Teil des von der Brennkraftmaschine bereitgestellten Drehmoments wird zum generatorischen Antrieb der ersten Elektromaschine, um den Akkumulator zu laden, verwendet, so dass der Akkumulator bei niedrigem wie geringem Ladezustand des Akkumulators geladen und das Kraftfahrzeug zugleich fortbewegt werden kann. Gegebenenfalls können damit geräuschintensive Ladevorgänge während Stehzeiten des Kraftfahrzeugs beispielsweise an einer Ampel oder dergleichen vermieden werden. Zur Beurteilung des Ladezustandes können dabei laufend ermittelte Ladezustandsbereiche eingeteilt werden. Beispielsweise kann ein hoher Ladezustand des Akkumulators zwischen im Wesentlichen 40% und 80%, ein mittlerer Ladezustand zwischen 40% und 25% und der niedrige Ladezustand zwischen 25% und 20% der maximalen Ladekapazität des Akkumulators betragen, wobei ein Betrieb des Kraftfahrzeugs in Ladezuständen zwischen 80% und 100% und 0% und 20% im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs nicht vorgesehen wird. In außerordentlichen Situationen, beispielsweise bei drohendem Liegenbleiben, niedrigen Temperaturen und dergleichen kann das Kraftfahrzeug zumindest kurzzeitig bei einem Ladezustand unter 20% betrieben werden. Unter gegebenen Umständen, beispielsweise bei zu erwartendem hohem Stromverbrauch, beispielsweise bei zu erwartendem Boostbetrieb mit zwei Elektromaschinen kann der Akkumulator zumindest über kurze Zeit über einen Ladezustand von 80% geladen werden.
  • Bei hohem Ladezustand unterhalb der Geschwindigkeitsschwelle kann abhängig von einer Lastanforderung mit einem oder beiden Elektromaschinen, insbesondere der zweiten Elektromaschine angefahren werden. Alternativ oder zusätzlich kann die zweite Elektromaschine zumindest kurzzeitig in einem hohen Belastungsmodus an deren Leistungsgrenze betrieben werden, um bei entsprechender Lastanforderung durch den Fahrer oder in einer von einem autonomen Fahrsystem erkannten Situation wie beispielsweise einer Notsituation schnelle Anfahrten des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen. Bei mittlerem Ladezustand und bei geringem Ladezustand kann das Kraftfahrzeug unterhalb der Geschwindigkeitsschwelle ausschließlich von der zweiten Elektromaschine angetrieben werden. Hierbei kann beispielsweise abhängig vom Ladezustand des Akkumulators die Leistung dieser Elektromaschine begrenzt werden. Bei geringem und mittlerem Ladezustand kann oberhalb der Geschwindigkeitsschwelle das Drehmoment der Brennkraftmaschine in einen Ladevorgang des Akkumulators und in den Antrieb des Kraftfahrzeugs aufgeteilt werden. Hierbei kann bei niedrigem Ladezustand das zum Laden des Akkumulators abgezweigte Drehmoment beziehungsweise die Leistung der Brennkraftmaschine größer eingestellt sein als in einem mittleren Ladezustand, wobei das gesamte in die Antriebsräder eingespeiste Drehmoment bei geringem Ladezustand kleiner als beim mittleren Ladezustand eingestellt werden kann.
  • Bei hohem Ladezustand kann das Kraftfahrzeug in beliebiger Art von einer der beiden Elektromaschinen, von beiden Elektromaschinen und gegebenenfalls mittels ungeteilt dem Antrieb zur Verfügung gestelltem Drehmoment der Brennkraftmaschine angetrieben werden.
  • Das Hydrauliksystem weist einen beispielsweise elektromechanischen oder hydraulischen, beispielsweise mit einer elektrisch betriebenen Pumpe versehenen Aktor auf, welcher neben den beiden Trennkupplungen auch eine Parksperre betätigen kann. Unterhalb der Geschwindigkeitsschwelle wird beispielsweise die erste Elektromaschine von der Brennkraftmaschine generatorisch angetrieben, wobei die erste Trennkupplung zwischen der Antriebseinheit aus Brennkraftmaschine und erster Elektromaschine gegenüber dem Getriebe geöffnet ist.
  • Bei einem parallelen Antrieb des Kraftfahrzeugs mittels der Antriebseinheit und der zweiten Elektromaschine sind beide Trennkupplungen geschlossen. Beispielsweise erfolgt ein paralleler Antrieb in dem ersten, zweiten und dritten Betriebszustand oberhalb der Geschwindigkeitsschwelle, wobei in dem ersten Betriebszustand die erste Elektromaschine die Antriebsräder antreibend, das heißt, elektromotorisch und in dem zweiten und dritten Betriebszustand generatorisch, das heißt, den Akkumulator ladend, betrieben wird.
  • Bei einem seriellen Antrieb mittels der zweiten Elektromaschine und einem Laden des Akkumulators mittels der Brennkraftmaschine und der ersten Elektromaschine ist die erste Trennkupplung geöffnet und die zweite Trennkupplung geschlossen.
  • Zusätzlich wird in bevorzugter Weise während einer Rekuperation die zweite Elektromaschine generatorisch von den Antriebsrädern angetrieben, so dass der Akkumulator gegebenenfalls zusätzlich zu der ersten Elektromaschine von der zweiten Elektromaschine geladen wird. In dem vierten Betriebszustand ist die erste Trennkupplung geöffnet und die zweite Trennkupplung geschlossen. Die Brennkraftmaschine und die erste Elektromaschine sind außer Betrieb gesetzt oder in Betrieb.
  • Die Erfindung wird anhand des in den 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Diese zeigen:
    • 1 einen Hybridantriebsstrang in schematischer Darstellung,
    • 2 ein Schaltschema für den Hybridantriebsstrang der 1,
    • 3 ein Diagramm des Radmoments über die Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs mit dem Hybridantriebsstrang der 1 bei hohem Ladungszustand des Akkumulators,
    • 4 ein Diagramm des Radmoments über die Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs mit dem Hybridantriebsstrang der 1 bei mittlerem Ladungszustand des Akkumulators und
    • 5 ein Diagramm des Radmoments über die Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs mit dem Hybridantriebsstrang der 1 bei niedrigem Ladungszustand des Akkumulators.
  • Die 1 zeigt den zum hybridischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs vorgesehenen Hybridantriebsstrang 1 in schematischer Darstellung. Der Hybridantriebsstrang 1 enthält zum Antrieb des Kraftfahrzeugs die aus der Brennkraftmaschine ICE mit der Kurbelwelle 2 und der ersten Elektromaschine EM1 mit dem Rotor 3 gebildete Antriebseinheit 4 und die zweite Elektromaschine EM2 mit dem Rotor 5. Die Antriebseinheit 4 ist mittels der ersten Trennkupplung C1 und die zweite Elektromaschine EM2 ist mittels der zweiten Trennkupplung C2 mit dem Getriebe 8 koppelbar. Beide Trennkupplungen C1, C2 sind hier als Formschlusskupplungen 6, 7 ausgebildet, die von einem nicht dargestellten Aktor, der auch eine ebenfalls nicht dargestellte Parksperre ein- und auslegt, betätigt. Das Getriebe 8 enthält eine einzige feste Getriebeübersetzung 9, die hier aus dem Zahnradpaar 10 gebildet ist. Die Antriebseinheit 4 ist hierbei vor die Getriebeübersetzung 9 geschaltet, die zweite, mittels des Zahnradpaars 11 separat übersetzte Elektromaschine EM2 ist der Getriebeübersetzung 9 nachgeschaltet. Den Zahnradpaaren 10, 11 ist das Differenzial 12 nachgeschaltet, welches direkt auf die Antriebswellen 13, 14 wie beispielsweise Gelenkwellen auf die nicht dargestellten Antriebsräder verzweigt.
  • Die Elektromaschinen EM1, EM2 sind mittels eines nicht dargestellten Steuergeräts sowie einer Leistungselektronik elektrisch mit dem Akkumulator 15 verbunden. Je nach Betriebszustand des Kraftfahrzeugs, dem Ladezustand des Akkumulators 15 und der Lastanforderung eines Fahrers und/oder einer autonomen Steuerung des Kraftfahrzeugs werden die in der 2 in Verbindung mit der in der Tabelle 1 gezeigten Betriebszustände erläuterten Betriebsmodi der Trennkupplungen C1, C2, der Elektromaschinen EM1, EM2 und der Brennkraftmaschine ICE eingestellt.
  • Die 2 zeigt unter Bezug auf den Hybridantriebsstrang 1 der 1 den Schaltplan 100 mit über die Zeit t eingestellten Betriebsmodi P, SM, PM, IM, wobei der Betriebsmodus P den Parkmodus, der Betriebsmodus SM den seriellen Modus, bei dem das Kraftfahrzeug mit der zweiten Elektromaschine EM2 angetrieben und die erste Elektromaschine EM1 von der Brennkraftmaschine ICE zum Laden des Akkumulators 15 angetrieben wird und der Betriebsmodus PM den parallelen Modus bedeutet, bei dem das Kraftfahrzeug von der Brennkraftmaschine ICE und gegebenenfalls von der ersten Elektromaschine EM1 und gegebenenfalls von der zweiten Elektromaschine EM2 angetrieben wird. In dem Betriebsmodus IM wird das Kraftfahrzeug ausschließlich von der Brennkraftmaschine ICE betrieben, gegebenenfalls kann die Brennkraftmaschine ICE zusätzlich die erste Elektromaschine EM1 generatorisch betreiben, um den Akkumulator 15 aufzuladen. Von den Betriebsmodi P, SM, PM, IM sind die abhängig vom Ladezustand eingestellten, beispielsweise in den 3 bis 5 dargestellten Betriebszustände zu unterscheiden, die sich je nach Ladezustand der Betriebsmodi SM, PM, IM bedienen.
  • Die Linien 101, 102, 103 zeigen jeweils abhängig von den Betriebsmodi P, SM, PM, IM die Schaltzustände der Parksperre PS, der ersten Trennkupplung C1 und der zweiten Trennkupplung C2 an.
  • Bei stillgelegtem Kraftfahrzeug ist die Parksperre PS geschlossen wie betätigt, die erste Trennkupplung C1 geöffnet und die zweite Trennkupplung C2 geschlossen. Eine Anfahrt des Kraftfahrzeugs erfolgt grundsätzlich im Betriebsmodus SM, bei dem die Parksperre PS geöffnet wie gelöst, die Trennkupplung C1 geöffnet und die Trennkupplung C2 geschlossen ist. Wird in den parallelen Betriebsmodus PM gewechselt, wird bei offener Parksperre PS die Trennkupplung C2 geschlossen, die Trennkupplung C2 bleibt geschlossen. Im Betriebsmodus IM wird bei offener Parksperre PS die zweite Trennkupplung C2 geöffnet und die erste Trennkupplung C1 geschlossen. Durch Beschaltung und Steuerung der Trennkupplungen C1, C2, der Brennkraftmaschine ICE und der Elektromaschinen EM1, EM2 können für jeden Ladungszustand beispielsweise folgende Betriebszustände I, II, III, IV, V eingestellt werden, die in nachstehender Tabelle 1 aufgeführt sind: Tabelle 1
    Betriebszustand C1 C2 ICE EM1 EM2
    I (E-Antrieb) offen geschlossen stillgelegt außer Betrieb antreibend
    II (Rekuperation) offen geschlossen stillgelegt außer Betrieb angetrieben
    III (SM) offen geschlossen antreibend angetrieben antreibend
    IV(IM) geschlossen offen antreibend angetrieben außer Betrieb
    V(PM/boost) geschlossen geschlossen antreibend angetrieben antreibend
  • Beispielsweise kann in dem Betriebszustand I das Kraftfahrzeug unterhalb einer vorgegebenen Geschwindigkeitsschwelle von beispielsweise 50 km/h angefahren werden, insbesondere wenn der Ladungszustand des Akkumulators 15 ausreichend, das heißt hoch ist.
  • In dem Betriebszustand II wird rekuperiert. Zur Vermeidung hoher Schleppmomente ist hierbei die Antriebseinheit 4 abgekoppelt. In dem Betriebszustand III wird das Kraftfahrzeug bei ausreichendem wie hohem und mittlerem Ladezustand seriell mittels der zweiten Elektromaschine EM2 betrieben, während bei geöffneter Trennkupplung C1 die Elektromaschine EM1 von der Brennkraftmaschine ICE angetrieben wird, um den Akkumulator 15 zu laden beziehungsweise für die Elektromaschine EM2 die notwendige elektrische Energie für den Antrieb der Antriebsräder zur Verfügung zu stellen.
  • In dem Zustand IV wird insbesondere bei geringem Ladezustand die Brennkraftmaschine ICE zum ausschließlichen Antrieb der Antriebsräder eingesetzt, die Elektromaschine EM2 bleibt infolge des niedrigem Ladezustands des Akkumulators 15 ausgeschaltet. Die Brennkraftmaschine ICE kann weiterhin einen Teil seiner Leistung beziehungsweise Drehmoments zum Antrieb der Elektromaschine EM1 zur Verfügung stellen, um parallel zum Antrieb des Kraftfahrzeugs den Akkumulator 15 zu laden.
  • Der Betriebszustand V ermöglicht den parallelen Betriebsmodus der Brennkraftmaschine ICE und der beiden Elektromaschinen EM1, EM2, um das Kraftfahrzeug stark zu beschleunigen beziehungsweise mit hoher Geschwindigkeit zu fahren und/oder an steilen Anstiegen zu bewegen. Zusätzlich kann zumindest eine Elektromaschine EM1, EM2 zumindest kurzzeitig am Leistungsmaximum betrieben werden.
  • Die 3 zeigt das Diagramm 200 des an den Antriebsrädern anliegenden Drehmoments M über die Fahrgeschwindigkeit v von Null bis zur Höchstgeschwindigkeit v(max) eines Kraftfahrzeugs mit dem Hybridantriebsstrang 1 der 1 bei einem hohen Ladezustand des Akkumulators 15. Die Kurven 204, 205 geben die auf die Antriebsräder wirkenden Radlasten auf ebener Strecke (Kurve 204) und bei einer Strecke mit 4% Steigung (Kurve 205) an.
  • Der gezeigte Betrieb des Kraftfahrzeugs und des Hybridantriebsstrangs 1 erfolgt entsprechend der Betriebszustände I, III, V der Tabelle 1, wobei zwei Geschwindigkeitsbereiche Δv1, Δv2 unterschieden werden, die durch die Geschwindigkeitsschwelle v(s) getrennt sind. Im Anfahrbereich des Geschwindigkeitsbereichs Δv1 wird entsprechend der Kurven 206, 207 rein elektrisch mittels des Betriebszustands I der Tabelle 1 angefahren, wobei abhängig von einer Lastanforderung die Elektromaschine EM2 in unterschiedlichen Leistungsbereichen entsprechend den Kurven 206, 207 betrieben werden kann. Vor Erreichen der Geschwindigkeitsschwelle v(s) kann bereits entsprechend der Kurven 208, 209 in den Betriebszustand III umgeschaltet werden, wobei Drehmoment der Kurve 208 im Wesentlichen aus der Produktion von elektrischer Energie mittels der von der Brennkraftmaschine ICE angetriebenen Elektromaschine EM1 resultiert und in Kurve 209 die für das höhere Drehmoment der Kurve 209 notwendige zusätzliche elektrische Energie für die Elektromaschine EM2 dem Akkumulator 15 entnommen wird. An der Geschwindigkeitsschwelle v(s) wird in den Betriebszustand V umgeschaltet, so dass das Drehmoment der Brennkraftmaschine ICE in Kurve 210 im Geschwindigkeitsbereich Δv2 neben dem generatorischen Antrieb der Elektromaschine EM1 teilweise in Kurve 211 dem Antrieb zur Verfügung gestellt wird.
  • Die 4 zeigt entsprechend dem Diagramm 200 der 3 das Diagramm 300 mit dem an den Antriebsrädern anliegenden Drehmoment M über die Fahrgeschwindigkeit v des Kraftfahrzeugs mit dem Hybridantriebsstrang 1 von Null bis zur Höchstgeschwindigkeit v(max) bei mittlerem Ladezustand des Akkumulators 15. Die Anfahrt des Kraftfahrzeugs erfolgt entsprechend dem Betriebszustand I der Tabelle 1 entlang der Kurve 306 ausschließlich mittels der Elektromaschine EM2. Auch bei diesem Ladezustand kann durch Schalten in den Betriebszustand III der Tabelle 1 entsprechend den Kurven 308, 309 geschaltet werden und nach Überschreiten der Geschwindigkeitsschwelle v(s) neben der Erzeugung der elektrischen Energie für die Elektromaschine EM2 mittels der Elektromaschine EM1 elektrische Energie dem Akkumulator 15 entnommen werden (Kurve 309). Zudem kann nach dem Überschreiten der Geschwindigkeitsschwelle v(s) während des Betriebszustands V der Tabelle 1 ein Teil des Drehmoments der Brennkraftmaschine ICE der Kurve 310 in den Antrieb der Antriebsräder entsprechend Kurve 311 und der Rest zum Laden des Akkumulators 15 mittels der Elektromaschine EM1 aufgeteilt werden.
  • Die 4 zeigt entsprechend den Diagrammen 200, 300 der 3 und 4 das Diagramm 400 mit dem an den Antriebsrädern anliegenden Drehmoment M über die Fahrgeschwindigkeit v des Kraftfahrzeugs mit dem Hybridantriebsstrang 1 von Null bis zur Höchstgeschwindigkeit v(max) bei niedrigem Ladezustand des Akkumulators 15. Um elektrische Energie zu sparen, wird das Kraftfahrzeug mittels des Hybridantriebsstrangs 1 zwar bis zur Geschwindigkeitsschwelle v(s) gegebenenfalls mit verminderter Leistung im Betriebszustand I entlang der Kurve 406 und anschließend in dem Betriebszustand III der Tabelle 1 entlang der Kurve 408 mittels der Elektromaschine EM2 rein elektrisch und anschließend seriell angetrieben, ab der Geschwindigkeitsschwelle v(s) wird in dem Betriebszustand IV der Tabelle 1 die Brennkraftmaschine ICE in der Kurve 410 dem Antrieb zugeschaltet, so dass ein elektrischer Betrieb entfällt und das Drehmoment der Brennkraftmaschine ICE in einen Anteil zum Laden des Akkumulators 15 mittels der Elektromaschine EM1 und einen Anteil in den Antrieb des Kraftfahrzeugs aufgeteilt wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Hybridantriebsstrang
    2
    Kurbelwelle
    3
    Rotor
    4
    Antriebseinheit
    5
    Rotor
    6
    Formschlusskupplung
    7
    Formschlusskupplung
    8
    Getriebe
    9
    Getriebeübersetzung
    10
    Zahnradpaar
    11
    Zahnradpaar
    12
    Differential
    13
    Antriebswelle
    14
    Antriebswelle
    15
    Akkumulator
    100
    Schaltplan
    101
    Linie
    102
    Linie
    103
    Linie
    200
    Diagramm
    204
    Kurve
    205
    Kurve
    206
    Kurve
    207
    Kurve
    208
    Kurve
    209
    Kurve
    210
    Kurve
    211
    Kurve
    300
    Diagramm
    306
    Kurve
    308
    Kurve
    309
    Kurve
    310
    Kurve
    311
    Kurve
    400
    Diagramm
    406
    Kurve
    408
    Kurve
    410
    Kurve
    C1
    Trennkupplung
    C2
    Trennkupplung
    EM1
    Elektromaschine
    EM2
    Elektromaschine
    ICE
    Brennkraftmaschine
    IM
    Betriebsmodus
    M
    Drehmoment
    P
    Betriebsmodus
    PM
    Betriebsmodus
    PS
    Parksperre
    SM
    Betriebsmodus
    t
    Zeit
    v
    Fahrgeschwindigkeit
    v(max)
    Höchstgeschwindigkeit
    v(s)
    Geschwindigkeitsschwelle
    Δv1
    Geschwindigkeitsbereich
    Δv2
    Geschwindigkeitsbereich
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102018103245 A1 [0002]
    • US 20160218584 A1 [0003]
    • DE 112015006071 T5 [0003]
    • EP 331372 A1 [0003]
    • WO 2019101264 A1 [0003]
    • DE 1020211113504 [0004]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Steuerung eines dedizierten Hybridantriebsstrangs (1) eines Kraftfahrzeugs mit einer aus einer ersten Elektromaschine (EM1) und einer Brennkraftmaschine (ICE) gebildeten Antriebseinheit (4) und einer zweiten Elektromaschine (EM2), wobei die Antriebseinheit (4) mittels einer ersten Trennkupplung (C1) und die zweite Elektromaschine (EM2) mittels einer zweiten Trennkupplung (C2) mit einem mit Antriebsrädern wirkverbundenen und zumindest eine Getriebeübersetzung (9) aufweisenden Getriebe (8) verbindbar sind und ein Akkumulator (15) die Elektromaschinen (EM1, EM2) antreibt und von diesen mittels der Brennkraftmaschine (ICE) generatorisch aufladbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug mittels des Hybridantriebsstrangs (1) rein elektrisch angefahren wird und ab einer vorgegebenen Geschwindigkeitsschwelle (v(s)) abhängig von einem Ladezustand des Akkumulators (15) mit zumindest einer Elektromaschine (EM1, EM2) und/oder der Brennkraftmaschine (ICE) angetrieben wird, wobei abhängig vom Ladezustand ein Drehmoment der Brennkraftmaschine (ICE) in den Antrieb und in die Ladung des Akkumulators (15) aufgeteilt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit hohem Ladezustand unterhalb der Geschwindigkeitsschwelle (v(s)) abhängig von einer Lastanforderung mit zumindest einer der beiden Elektromaschinen (EM1, EM2) angefahren wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei mittlerem Ladezustand und geringem Ladezustand das Kraftfahrzeug unterhalb der Geschwindigkeitsschwelle (v(s)) ausschließlich von der zweiten Elektromaschine (EM2) angetrieben wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei niedrigem und mittlerem Ladezustand oberhalb der Geschwindigkeitsschwelle (v(s)) das Drehmoment der Brennkraftmaschine (ICE) in einen Ladevorgang des Akkumulators (15) und in den Antrieb des Kraftfahrzeugs aufgeteilt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei hohem Ladezustand oberhalb der Geschwindigkeitsschwelle (v(s)) das Kraftfahrzeug von einer der beiden oder beiden Elektromaschinen (EM1, EM2) und mittels der Brennkraftmaschine (ICE) angetrieben wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Geschwindigkeitsschwelle (v(s)) die erste Elektromaschine (EM1) von der Brennkraftmaschine generatorisch angetrieben wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem parallelen Antrieb des Kraftfahrzeugs mittels der Antriebseinheit (4) und der zweiten Elektromaschine (EM1) beide Trennkupplungen (C1, C2) geschlossen sind.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem seriellen Antrieb mittels der zweiten Elektromaschine (EM2) und einem Laden des Akkumulators (15) mittels der Brennkraftmaschine (ICE) und der ersten Elektromaschine (EM1) die erste Trennkupplung (C1) geöffnet und die zweite Trennkupplung (C2) geschlossen ist.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Rekuperation die erste Trennkupplung (C1) geöffnet, die zweite Trennkupplung (C2) geschlossen sowie die Brennkraftmaschine (ICE) und die erste Elektromaschine (EM1) außer Betrieb gesetzt und die zweite Elektromaschine (EM2) von den Antriebsrädern generatorisch unter Ladung des Akkumulators (15) angetrieben wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein hoher Ladezustand des Akkumulators (15) zwischen im Wesentlichen 40% und 80%, ein mittlerer Ladezustand zwischen 40% und 25% und der niedrige Ladezustand zwischen 25% und 20% der maximalen Ladekapazität des Akkumulators (15) betragen, wobei ein Betrieb des Kraftfahrzeugs in Ladezuständen zwischen 80% und 100% und 0% und 20% im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs nicht vorgesehen wird.
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