WO2020088711A1 - Verfahren für einen antriebsstrang und hybridmodul in einem antriebsstrang - Google Patents

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Ralf Mannsperger
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs, wobei ein erster Elektromotor (16) ein erstes Antriebsdrehmoment, ein zweiter Elektromotor (26) ein zweites Antriebsdrehmoment und ein Verbrennungsmotor (12) ein drittes Antriebsdrehmoment an einen Abtrieb (14) bereitstellen kann und der Verbrennungsmotor (12) und der erste Elektromotor (16) über eine Trennkupplung (20) mit dem Abtrieb (14) verbindbar sind, wobei bei Vorliegen einer bestimmten Beschleunigungsanforderung die Trennkupplung (20) unabhängig von einem Zustand des Verbrennungsmotors (12) geschlossen wird und der erste Elektromotor (16) das erste Antriebsdrehmoment und der zweite Elektromotor (26) das zweite Antriebsdrehmoment gemeinsam an den Abtrieb (14) abgeben. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Hybridmodul (10) in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs, bei dem ein derartiges Verfahren (100) angewendet wird, wobei das Hybridmodul den ersten Elektromotor (16) und/oder den zweiten Elektromotor (26) und die Trennkupplung (20) aufweist

Description

Verfahren für einen Antriebsstrang und Hybridmodul in einem Antriebsstrang
Beschreibungseinleitung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 , sowie ein Hybridmodul nach Anspruch 10.
Ein Antriebsstrang in einem Fahrzeug ist beispielsweise aus DE 102 46 839 A1 bekannt. Dabei werden ein erster und zweiter Elektromotor zwischen einem
Verbrennungsmotor und einem Abtrieb eingesetzt. Zwischen dem
Verbrennungsmotor und dem Abtrieb ist eine Kupplung angeordnet. Bei niedrigen Geschwindigkeiten des Fahrzeugs erfolgt der Antrieb des Fahrzeugs nur durch den zweiten Elektromotor, da ansonsten eine Drehzahl des Verbrennungsmotors zu gering wäre. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs zu verbessern.
Wenigstens eine dieser Aufgaben wird durch ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst.
Entsprechend wird ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs vorgeschlagen, wobei ein erster Elektromotor ein erstes
Antriebsdrehmoment, ein zweiter Elektromotor ein zweites Antriebsdrehmoment und ein Verbrennungsmotor ein drittes Antriebsdrehmoment an einen Abtrieb
bereitstellen kann und der Verbrennungsmotor und der erste Elektromotor über eine Trennkupplung mit dem Abtrieb verbindbar sind, wobei bei Vorliegen einer bestimmten Beschleunigungsanforderung die Trennkupplung unabhängig von einem Zustand des Verbrennungsmotors geschlossen wird und der erste Elektromotor das erste Antriebsdrehmoment und der zweite Elektromotor das zweite
Antriebsdrehmoment gemeinsam an den Abtrieb abgeben.
Dadurch kann der Antriebsstrang des Fahrzeugs besser betrieben werden. Der Antriebsstrang kann verbessert werden. Das Fahrzeug kann eine höhere Beschleunigung aufweisen und Beschleunigungsvorgänge, beispielsweise
Überholvorgänge mit dem Fahrzeug, können schneller durchgeführt werden. Das Ansprechverhalten des Fahrzeugs kann verbessert werden.
Die Trennkupplung kann bei Vorliegen einer bestimmten
Beschleunigungsanforderung unmittelbar geschlossen werden.
Das erste, zweite oder dritte Antriebsdrehmoment kann eigenständig dem Abtrieb bereitgestellt werden und dabei das Fahrzeug antreiben. Das erste, zweite oder dritte Antriebsdrehmoment kann grösser sein als das zum Fortbewegen des Fahrzeugs notwendige Drehmoment. Der erste Elektromotor kann mit dem Verbrennungsmotor verbunden sein. Ein Rotor des Elektromotors kann mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden sein. Der erste Elektromotor kann auf einer Seite des Verbrennungsmotors angeordnet sein, auf der die Trennkupplung angeordnet ist.
Das erste Antriebsdrehmoment kann an einem Kupplungseingang der
Trennkupplung wirken.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind der erste Elektromotor, der zweite Elektromotor und der Verbrennungsmotor in Reihe geschaltet und die
Trennkupplung ist zwischen dem zweiten Elektromotor und dem Verbrennungsmotor wirksam angeordnet. Der erste Elektromotor kann gemeinsam mit dem
Verbrennungsmotor mit einem Kupplungseingang der Trennkupplung und der zweite Elektromotor mit einem Kupplungsausgang der Trennkupplung verbunden sein.
In einer speziellen Ausführung der Erfindung dreht der Verbrennungsmotor mit einer ersten Drehzahl, wenn zumindest der erste Elektromotor das erste
Antriebsdrehmoment bereitstellt. Bevorzugt wenn die erste Drehzahl unterhalb einer Leerlaufdrehzahl des
Verbrennungsmotors liegt läuft der Verbrennungsmotor freidrehend und wird mitgeschleppt. Bevorzugt wenn die erste Drehzahl gleich einer Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors ist oder oberhalb der Leerlaufdrehzahl des
Verbrennungsmotors liegt, wird zusätzlich zu dem ersten und zweiten Antriebsdrehmoment auch das dritte Antriebsdrehmoment an den Abtrieb abgegeben.
Die erste Drehzahl kann mit der Fahrgeschwindigkeit korrelieren. Bevorzugt kann die Zuschaltung des Verbrennungsmotors zur Abgabe des dritten Antriebsdrehmoments an den Abtrieb abhängig von einer Fahrgeschwindigkeit erfolgen. Beispielsweise kann die der Leerlaufdrehzahl entsprechende Fahrgeschwindigkeit bei ungefähr 50 km/h liegen.
Bei Vorliegen der bestimmten Beschleunigungsanforderung kann die Trennkupplung unabhängig von der ersten Drehzahl in Bezug auf die Leerlaufdrehzahl des
Verbrennungsmotors geschlossen werden. Bei Vorliegen der bestimmten
Beschleunigungsanforderung kann die Trennkupplung unabhängig von der
Fahrgeschwindigkeit in Bezug auf die Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors geschlossen werden.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung liegt die Beschleunigungsanforderung vor, wenn ein erster Parameter erreicht oder überschritten wird. Der erste Parameter kann ein bestimmter Fahrpedalgradient oder eine bestimmte Fahrpedalstellung sein. Die Festlegung über den ersten Parameter kann eine Erkennung einer Absicht des Fahrers des Fahrzeugs ermöglichen. Beispielsweise können Kick-Down- Bedingungen die Beschleunigungsanforderung auslösen. In einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung liegt die
Beschleunigungsanforderung vor, wenn zusätzlich zu dem ersten Parameter ein zweiter Parameter erreicht oder überschritten wird. Der zweite Parameter kann eine Fahrzeuggeschwindigkeit sein. Der zweite Parameter kann dann erreicht sein, wenn das Fahrzeug stillsteht. Ist dann auch noch der erste Parameter erreicht oder überschritten, kann die Beschleunigungsanforderung ausgelöst werden.
Wenigstens eine der zuvor genannten Aufgaben kann durch ein Hybridmodul in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs, bei dem das Verfahren mit wenigstens einem der vorstehend genannten Merkmale angewendet wird, gelöst werden.
Das Hybridmodul kann den ersten und/oder zweiten Elektromotor und die
Trennkupplung aufweisen. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Figurenbeschreibung und den Abbildungen.
Figurenbeschreibung Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Abbildungen ausführlich beschrieben. Es zeigen im Einzelnen:
Figur 1 : Einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit einem Flybridmodul in
einer speziellen Ausführungsform der Erfindung.
Figur 2: Ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung.
Figur 3: Ein Beschleunigungsdiagramm eines Fahrzeugs bei Anwendung
eines Verfahrens in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung.
Figur 1 zeigt einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit einem Hybridmodul 10 in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung. Das Hybridmodul 10 ist zwischen einem Verbrennungsmotor 12 und einem Abtrieb 14, der insbesondere durch
Fahrzeugräder gebildet wird, angeordnet. Das Hybridmodul 10 weist einen ersten Elektromotor 16 auf, der ein erstes Antriebsdrehmoment bereitstellen kann und der mit dem Verbrennungsmotor 12, der ein drittes Antriebsdrehmoment bereitstellen kann, verbunden ist. Dabei kann eine Kurbelwelle 17 des Verbrennungsmotors 12 mit einem Rotor 18 des ersten Elektromotors 16 drehfest verbunden sein.
Der erste Elektromotor 16 und der Verbrennungsmotor 12 sind gemeinsam über eine Trennkupplung 20 mit dem Abtrieb 14 verbindbar. Der erste Elektromotor 16 und der Verbrennungsmotor 12 sind mit einem Kupplungseingang 22 der Trennkupplung 20 verbunden. Bei geschlossener Trennkupplung 20 können der erste Elektromotor 16 das erste Antriebsdrehmoment und der Verbrennungsmotor 12 das dritte
Antriebsdrehmoment an den Abtrieb 14 gemeinsam übertragen.
Mit einem Kupplungsausgang 24 der Trennkupplung 20 ist ein zweiter Elektromotor 26 verbunden, der eine zweites Antriebsdrehmoment bereitstellt. Der zweite Elektromotor 26 weist einen Rotor 28 auf, der mit dem Kupplungsausgang 24 drehtest verbunden ist und auch mit dem Abtrieb 14 verbunden ist.
Der erste Elektromotor 16, der zweite Elektromotor 26 und der Verbrennungsmotor 12 sind in Reihe geschaltet und die Trennkupplung 20 ist zwischen dem zweiten Elektromotor 26 und dem Verbrennungsmotor 12 sowie zwischen dem zweiten Elektromotor 26 und dem ersten Elektromotor 16 wirksam angeordnet.
Ist die Trennkupplung 20 geschlossen, kann der erste Elektromotor 16 das erste Antriebsdrehmoment und der zweite Elektromotor 26 das zweite
Antriebsdrehmoment an den Abtrieb 14 abgeben. Ob der Verbrennungsmotor 12 das dritte Antriebsdrehmoment bereitstellt und bei geschlossener Trennkupplung 20 ebenfalls an den Abtrieb 14 abgibt, hängt davon ab, welche Drehzahl an dem
Verbrennungsmotor 12 anliegt.
Wenn zumindest der erste Elektromotor 16 das erste Antriebsdrehmoment bereitstellt, dreht der Verbrennungsmotor 12 mit einer ersten Drehzahl 30. Wenn die erste Drehzahl 30 unterhalb einer Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors 12 liegt, läuft der Verbrennungsmotor 12 freidrehend und wird mitgeschleppt. Dabei liegt ein Schleppmoment des Verbrennungsmotors 12 vor, welches dem ersten
Antriebsdrehmoment entgegenwirkt. Das Schleppmoment kann beispielsweise 20 bis 40 Nm betragen. Wenn die erste Drehzahl 30 einer Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors 12 entspricht oder darüber liegt, wird der Verbrennungsmotor 12 aktiv betrieben und stellt das dritte Antriebsdrehmoment bereit. Dabei summiert sich das dritte
Antriebsdrehmoment zusammen mit dem ersten Antriebsdrehmoment und wenn auch der zweite Elektromotor 26 betrieben wird, mit dem zweiten
Antriebsdrehmoment zu einem Gesamtantriebsdrehmoment auf, welches bei geschlossener Trennkupplung 20 an dem Abtrieb 14 zur Antreiben des Fahrzeugs vorliegt.
In Figur 2 ist ein Verfahren 100 zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines
Fahrzeugs in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Der Antriebsstrang weist einen ersten Elektromotor auf, der ein erstes
Antriebsdrehmoment bereitstellen kann und einen zweiten Elektromotor auf, der ein zweites Antriebsdrehmoment bereitstellen kann. Weiterhin weist der Antriebsstrang einen Verbrennungsmotor auf, der ein drittes Antriebsdrehmoment bereitstellen kann. Das erste, zweite und dritte Antriebsdrehmoment können gemeinsam an einen Abtrieb bereitgestellt werden. Der Verbrennungsmotor und der erste Elektromotor sind über eine Trennkupplung mit dem Abtrieb verbindbar. Der zweite Elektromotor ist mit dem Abtrieb fest verbunden.
Bei dem Verfahren erfolgt als erstes eine Abfrage 102, ob eine bestimmte
Beschleunigungsanforderung vorliegt. Die Beschleunigungsanforderung liegt dann vor, wenn ein erster Parameter 103 erreicht oder überschritten wird. Der erste Parameter 103 kann ein bestimmter Fahrpedalgradient oder eine bestimmte
Fahrpedalstellung sein. Es kann vorgesehen sein, dass die
Beschleunigungsanforderung vorliegt, wenn zusätzlich zu dem ersten Parameter 103 ein zweiter Parameter 104 erreicht oder überschritten wird. Der zweite Parameter kann eine Fahrzeuggeschwindigkeit sein. Beispielsweise kann die
Beschleunigungsanforderung mindestens erst dann vorliegen, wenn das Fahrzeug stillsteht.
Bei Vorliegen der Beschleunigungsanforderung erfolgt ein Schließen 105 der Trennkupplung unabhängig von einem Zustand des Verbrennungsmotors, insbesondere unabhängig davon ob der Verbrennungsmotor gerade ausgeschaltet ist oder aktiv betrieben wird. Dadurch kann das erste Antriebsdrehmoment durch den ersten Elektromotor und das zweite Antriebsdrehmoment durch den zweiten
Elektromotor gemeinsam an den Abtrieb abgeben 106 werden.
Wenn zumindest der erste Elektromotor das erste Antriebsdrehmoment bereitstellt, dreht der Verbrennungsmotor mit einer ersten Drehzahl. Es erfolgt eine Überprüfung 108, ob die erste Drehzahl unterhalb einer vorgegebenen Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors liegt. Ist dies der Fall, dann läuft der Verbrennungsmotor freidrehend und wird mitgeschleppt 110.
Ergibt die Überprüfung 108, dass die erste Drehzahl gleich der Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors ist oder oberhalb der Leerlaufdrehzahl des
Verbrennungsmotors liegt, gibt der Verbrennungsmotor zusätzlich zu dem ersten und zweiten Antriebsdrehmoment auch das dritte Antriebsdrehmoment an den Abtrieb ab 1 12.
Die erste Drehzahl kann mit der Fahrgeschwindigkeit korrelieren. Bevorzugt kann die Zuschaltung des Verbrennungsmotors zur Abgabe des dritten Antriebsdrehmoments an den Abtrieb abhängig von einer Fahrgeschwindigkeit erfolgen. Beispielsweise kann die der Leerlaufdrehzahl entsprechende Fahrgeschwindigkeit bei ungefähr 50 km/h liegen.
Figur 3 zeigt ein Beschleunigungsdiagramm 200 eines Fahrzeugs bei Anwendung eines Verfahrens in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung. Das Beschleunigungsdiagramm 200 veranschaulicht den zeitlichen Verlauf eines
Beschleunigungsmoments am Abtrieb. Der Kurvenverlauf 202 gibt dabei den zeitlichen Verlauf des Beschleunigungsmoments am Abtrieb eines Antriebsstrangs des Fahrzeugs an, bei dem das Verfahren nicht angewendet wird.
Der Kurvenverlauf 204 gibt den zeitlichen Verlauf des Beschleunigungsmoments am Abtrieb des Antriebsstrangs des Fahrzeugs, beispielsweise an den Fahrzeugrädern, bei Anwendung des Verfahrens an. Bei Erfüllung der Beschleunigungsanforderung, was bei dem Zeitpunkt 205 erfolgt, wird die Trennkupplung geschlossen und ab dann beschleunigen der erste Elektromotor mit dem ersten Antriebsdrehmoment und der zweite Elektromotor mit dem zweiten Antriebsdrehmoment das Fahrzeug, hier verdeutlicht durch den Kurvenabschnitt 206.
Das dritte Antriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors steht ab dem Zeitpunkt 207 zur Verfügung, denn dann hat die erste Drehzahl die Leerlaufdrehzahl des
Verbrennungsmotors erreicht und der Verbrennungsmotor kann aktiv betrieben werden und das dritte Antriebsdrehmoment, gemeinsam mit dem ersten und zweiten Antriebsdrehmoment an den Abtrieb abgeben, entsprechend dem hier gezeigten Kurvenabschnitt 208.
Im Vergleich dazu ist das Beschleunigungsmoment am Abtrieb im zeitlichen Verlauf durch den Kurvenverlauf 202 ohne Anwendung des Verfahrens dargestellt. Die Trennkupplung wird hierbei erst geschlossen, wenn der Verbrennungsmotor die Leerlaufdrehzahl erreicht hat, was hier bei dem Zeitpunkt 209 erfolgt. Erst dann kann der erste Elektromotor zusätzlich zu dem zweiten Elektromotor das jeweilige Antriebsdrehmoment an den Abtrieb abgeben.
Das Beschleunigungsmoment bei Anwendung des Verfahrens kann jedoch zeitlich früher und stärker an dem Abtrieb bereitgestellt werden. Dadurch kann eine stärkere Beschleunigung des Fahrzeugs ermöglicht werden.
Bezugszeichenliste
10 Hybridmodul
12 Verbrennungsmotor
14 Abtrieb
16 erster Elektromotor
17 Kurbelwelle
18 Rotor
20 Trennkupplung
22 Kupplungseingang
24 Kupplungsausgang
26 zweiter Elektromotor
28 Rotor
30 Drehzahl
100 Verfahren
102 Abfrage
103 erster Parameter
104 zweiter Parameter
105 Schließen der Trennkupplung
106 Abgabe an den Abtrieb
108 Überprüfung
110 Verbrennungsmotor mitschleppen
112 Abgabe an den Abtrieb
200 Beschleunigungsdiagramm 202 Kurvenverlauf
204 Kurvenverlauf
205 Zeitpunkt
206 Kurvenabschnitt 207 Zeitpunkt
208 Kurvenabschnitt
209 Zeitpunkt

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren (100) zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs, wobei ein erster Elektromotor (16) ein erstes Antriebsdrehmoment, ein zweiter Elektromotor (26) ein zweites Antriebsdrehmoment und ein
Verbrennungsmotor (12) ein drittes Antriebsdrehmoment an einen Abtrieb (14) bereitstellen kann und der Verbrennungsmotor (12) und der erste
Elektromotor (16) über eine Trennkupplung (20) mit dem Abtrieb (14) verbindbar sind
dadurch gekennzeichnet, dass,
bei Vorliegen einer bestimmten Beschleunigungsanforderung die
Trennkupplung (20) unabhängig von einem Zustand des Verbrennungsmotors (12) geschlossen wird und der erste Elektromotor (16) das erste
Antriebsdrehmoment und der zweite Elektromotor (26) das zweite
Antriebsdrehmoment gemeinsam an den Abtrieb (14) abgeben.
2. Verfahren (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Elektromotor (16), der zweite Elektromotor (26) und der Verbrennungsmotor (12) in Reihe geschaltet sind und die Trennkupplung (20) zwischen dem zweiten Elektromotor (26) und dem Verbrennungsmotor (12) wirksam angeordnet ist.
3. Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenn zumindest der erste Elektromotor (16) das erste Antriebsdrehmoment bereitstellt, der Verbrennungsmotor (12) mit einer ersten Drehzahl (30) dreht.
4. Verfahren (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenn die erste Drehzahl (30) unterhalb einer Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors (12) liegt, der Verbrennungsmotor (12) freidrehend läuft und mitgeschleppt wird.
5. Verfahren (100) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenn die erste Drehzahl (30) gleich einer Leerlaufdrehzahl des
Verbrennungsmotors (12) ist oder oberhalb der Leerlaufdrehzahl des
Verbrennungsmotors (12) liegt, zusätzlich zu dem ersten und zweiten
Antriebsdrehmoment auch das dritte Antriebsdrehmoment an den Abtrieb (14) abgegeben wird.
6. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Beschleunigungsanforderung vorliegt, wenn ein erster Parameter (103) erreicht oder überschritten wird.
7. Verfahren (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Parameter (103) ein bestimmter Fahrpedalgradient oder eine bestimmte Fahrpedalstellung ist.
8. Verfahren (100) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungsanforderung vorliegt, wenn zusätzlich zu dem ersten
Parameter (103) ein zweiter Parameter (104) erreicht oder überschritten wird.
9. Verfahren (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Parameter (104) eine Fahrzeuggeschwindigkeit ist.
10. Hybridmodul (10) in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs, bei dem das
Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche angewendet wird, wobei das Hybridmodul den ersten Elektromotor (16) und/oder den zweiten Elektromotor (26) und die Trennkupplung (20) aufweist.
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