WO2022128216A1 - Schaltstrategie für hybridantriebsstrang mit elektrischer achse - Google Patents

Schaltstrategie für hybridantriebsstrang mit elektrischer achse Download PDF

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WO2022128216A1
WO2022128216A1 PCT/EP2021/079586 EP2021079586W WO2022128216A1 WO 2022128216 A1 WO2022128216 A1 WO 2022128216A1 EP 2021079586 W EP2021079586 W EP 2021079586W WO 2022128216 A1 WO2022128216 A1 WO 2022128216A1
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shift
hybrid
electric
internal combustion
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PCT/EP2021/079586
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Johannes Kaltenbach
Matthias Horn
Reinhard Vollmar
Ingo Pfannkuchen
Fabian Kutter
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • F16H61/0202—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing characterised by the signals used the signals being electric
    • F16H61/0204—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing characterised by the signals used the signals being electric for gearshift control, e.g. control functions for performing shifting or generation of shift signal
    • F16H61/0213—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing characterised by the signals used the signals being electric for gearshift control, e.g. control functions for performing shifting or generation of shift signal characterised by the method for generating shift signals
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    • B60Y2200/92—Hybrid vehicles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a method for controlling a hybrid drive train of a motor vehicle and a computer program and a control device for controlling a hybrid drive train of a motor vehicle.
  • Hybrid drives can help reduce fuel consumption and pollutant emissions.
  • Drive trains with an internal combustion engine and one or more electric motors as parallel hybrids or as mixed hybrids have largely become established.
  • Such hybrid drives have a substantially parallel arrangement of the internal combustion engine and the electric drive in the power flow.
  • both a superimposition of the drive torques and control with a purely internal combustion engine drive or purely electric motor drive are made possible. Since the drive torques of the electric drive and the internal combustion engine can add up depending on the activation, a comparatively smaller design of the internal combustion engine and/or its temporary shutdown is possible. In this way, a significant reduction in CC emissions can be achieved without significant losses in performance or comfort.
  • the possibilities and advantages of an electric drive can thus be combined with the range, performance and cost advantages of internal combustion engines.
  • a disadvantage of the hybrid drives mentioned above is their generally more complex structure, since both drive sources preferably transmit drive power to a drive shaft with only one transmission. As a result, such transmissions are usually complicated and expensive to produce. A reduction in complexity in the design of a hybrid transmission usually goes hand in hand with a loss of variability.
  • DHT dedicated Hybrid Transmissions
  • an electric machine is integrated into the transmission in order to present the full range of functions.
  • the mechanical transmission part in particular can be simplified in the transmission, for example by eliminating the reverse gear, with at least one electric machine being used instead.
  • Dedicated hybrid transmissions can emerge from known transmission concepts, i.e. from double clutch transmissions, converter planetary transmissions, continuously variable transmissions (CVT) or automated manual transmissions.
  • the electric machine becomes part of the transmission.
  • dual-clutch transmissions Due to the integration of the electric drive motor in the hybrid drive train, several shifting processes of shifting elements in the transmission are sometimes necessary to shift a gear.
  • dual-clutch transmissions it is known to preselect a gear in an unloaded sub-transmission of the dual-clutch transmission in order to achieve rapid changing of the gears by alternately engaging and disengaging the dual-clutch of the dual-clutch transmission. This preselection allows you to quickly change to the next higher or lower gear. If the driver has a particular driving request at short notice, for example rapid acceleration when overtaking, the dual-clutch transmission can respond to the driver's request relatively quickly.
  • the present invention sets itself the task of creating a possibility of advantageously choosing between different available shift sequences in a hybrid drive train with an electric axle.
  • a possibility should be created to increase the driving comfort with a hybrid drive train with an electric axle and short To enable switching times, particularly preferably also in the case of spontaneous driving requests by the driver.
  • a method for controlling a hybrid drive train of a motor vehicle with a first electric axle, a hybrid transmission for a second axle, a planetary gear set which is connected to a first transmission input shaft for a first sub-transmission of the hybrid transmission for connection to an internal combustion engine, a second transmission input shaft for a second sub-transmission and an electric drive machine is connected comprising the steps:
  • a control device for controlling a hybrid drive train of a motor vehicle having: a first electric axle; a hybrid transmission for a second axle comprising a first partial transmission and a second partial transmission; an internal combustion engine; an electric drive machine; a first transmission input shaft for the first partial transmission, which can be connected to the internal combustion engine; a second transmission input shaft for the second partial transmission; and a planetary gear set; wherein the planetary gear set includes planetary gear set elements; a first planetary gear set member is connected to the first transmission input shaft; a second planetary gear set member is connected to the second transmission input shaft; a third planetary gear set member is connected to the electric prime mover; and the control unit is designed to carry out a method as described above.
  • a shift strategy can be developed that enables short shift times and/or enables comfortable shifting. Because the shift sequence is selected based on a detected state of the motor vehicle, a variable operating strategy that is tailored to a corresponding motor vehicle can be created. Furthermore, an operating strategy tailored to a driver and driver preference may be created. In particular, both rapid and sporty shifting and comfortable shifting can be achieved with a drive train. By selecting the shifting sequence, the preferred shifting sequence can be individually determined depending on the situation. As a result, increased driving dynamics can be achieved with a consistently high level of comfort. In particular, a driver's request can be met in a short time.
  • the hybrid powertrain of the motor vehicle preferably includes a first electric axis, the hybrid transmission; the internal combustion engine; the electric drive machine; the first transmission input shaft for the first partial transmission, which can be connected to the internal combustion engine; the second transmission input shaft for the second partial transmission; and the planetary gear set, which can preferably serve as an electrodynamic starting element and/or electrodynamic shifting element.
  • the planetary gear set comprises planetary gear set elements, of which a first planetary gear set element is connected to the first transmission input shaft, a second planetary gear set element is connected to the second transmission input shaft; and a third planetary gear set member connected to the electric prime mover.
  • a first axle is particularly preferably designed as an electric axle, wherein the second axle can be acted upon by drive power by means of the hybrid transmission and the internal combustion engine as well as the electric drive machine.
  • the selection of a shift sequence from a plurality of available shift sequences includes a selection between an electrodynamic shift, EDS shift and a serial shift.
  • EDS gearshift By means of an EDS gearshift, it is possible to shift gears comfortably and preferably while maintaining the traction in the vehicle axle assigned to the hybrid transmission.
  • An EDS shift is particularly preferably suitable as a comfort shift in the lower and/or medium speed and/or load range.
  • a serial shift enables short shift times and is particularly advantageous when a high load is demanded of the drive train, for example during a kickdown, a sport shift and/or a tip mode, i.e. when the driver is to shift pseudo-manually with shift paddles.
  • a serial circuit is suitable when the energy store is empty and/or cold and/or when the energy store is already being used to capacity by supplying the electric axis.
  • a shift sequence is selected in the form of an EDL shift if the detected state includes driving in the lower and/or middle speed range and/or in the middle and/or lower load range, with the detected state indicating a sufficiently high level of storage includes electrical power in the energy storage to perform an EDS circuit.
  • An EDS circuit is therefore only performed if a sufficiently high storage of electrical power in the energy store is determined, so that the electric drive machine for the EDS circuit can be operated.
  • a comfortable and smooth shifting can take place by means of an EDS circuit, so that a high level of driving comfort can be created for a driver.
  • Such circuits are suitable in particular in a driving situation in which rapid acceleration is not to take place, that is to say in particular in the lower and/or medium speed or lower and/or medium load range.
  • a shift sequence is selected in the form of a serial shift if the detected state includes that an EDS shift requires the electric drive machine to be operated at least temporarily as a motor, with insufficient electrical power being stored in the energy store to perform an EDS shift.
  • a serial circuit can be used in order to enable reliable and safe switching.
  • a switching sequence is selected in the form of a serial circuit when the detected state includes that an energy storage device for supplying the electric axle is being operated at its performance limit or the energy storage device is empty.
  • an overstressing of the energy store can be prevented in a technically simple manner.
  • it can be achieved that the maximum support torque that can be applied can be used for the corresponding circuit.
  • a reduction in the torque on the electrical axis can be counteracted. Driving comfort is increased.
  • a shift sequence is selected in the form of a serial shift if the detected state includes driving in a driving situation that requires a short shift time, in particular in a sport mode or in inching mode.
  • driving safety and comfort can be further increased, since driver-specific short shift times can be achieved, if this is desired.
  • a driver-specific and/or situation-specific, sporty shifting strategy can be created, with comfort shifting preferably being possible at any time by changing the shifting sequence.
  • a shift sequence is selected in the form of an EDL shift if the detected state includes driving in a driving dynamics situation that requires drive torque to be applied to the first axle.
  • all-wheel drive may be required as a result.
  • a dynamic driving situation can include cornering or driving on a smooth surface, such as black ice.
  • Driving safety can consequently be increased by the advantageous selection of an EDS circuit, since safe switching and driving can be guaranteed by an all-wheel drive.
  • a high tractive force can be maintained despite adverse circumstances.
  • a shift sequence is selected in the form of a serial shift if the detected state includes receipt of a driver's request, which includes the request for acceleration of the motor vehicle, in particular in the form of a kickdown by the driver.
  • a driver's request for rapid acceleration can be met in a technically simple manner.
  • the motor vehicle can be accelerated quickly, for example when overtaking, which increases safety on the road.
  • a more rapid response of the motor vehicle to a driver's request enables better control and a faster reaction with the motor vehicle to special traffic situations.
  • Stationary charging or charging in neutral LiN is to be understood in particular as the operation of the electric drive machine as a generator, preferably when the engine is at a standstill with the internal combustion engine running, in order to charge an energy store and/or to feed on-board electronics.
  • an actuator is in particular a component that converts an electrical signal into a mechanical movement.
  • actuators with double switching elements are used, movements in two opposite directions to turn in the first direction to switch a switching element of the double switching element and to switch the other switching element in the second direction.
  • Blocking a planetary gear set includes drivingly connecting two gears and/or the planet gear carrier and one gear of the planetary gear set, so that they rotate together at the same number of revolutions around the same point, preferably the center point of the planetary gear set.
  • the planetary gear set preferably acts like a shaft; in particular, there is no translation in the planetary gear set.
  • a gear step change takes place in particular by switching off a shifting element and/or a clutch and simultaneously engaging the shifting element and/or the clutch for the next higher or lower gear step.
  • the second shifting element and/or the second clutch takes over the torque from the first shifting element and/or the first clutch bit by bit until the entire torque is taken over by the second shifting element and/or the second clutch at the end of the gear stage change.
  • a gear change can take place more quickly, and positive-locking shifting elements can preferably be used in this case.
  • An internal combustion engine can be, in particular, any machine that can generate a rotary motion by burning a drive medium, such as gasoline, diesel, kerosene, ethanol, liquid gas, LPG, etc.
  • An internal combustion engine can be, for example, an Otto engine, a diesel engine, a Wankel engine or a two-stroke engine.
  • An electrodynamic starting element causes the speed of the internal combustion engine and the speed of the electric drive unit to be superimposed via one or more planetary gear sets, so that a motor vehicle can be started from a standstill while the internal combustion engine is running, preferably without a friction clutch.
  • the electric drive machine provides support a torque off.
  • the internal combustion engine can no longer be separated from the transmission by a starting clutch or the like.
  • the starter, generator and starting clutch or hydrodynamic converter can preferably be omitted.
  • an EDA is so compact that all components can be accommodated in the standard clutch housing without extending the transmission.
  • the electrodynamic starting element can be firmly connected to an internal combustion engine and in particular to a flywheel of an internal combustion engine, for example via a softly tuned torsional damper.
  • the electric drive machine and the internal combustion engine can be operated either simultaneously or alternatively. If the motor vehicle stops, the electric drive motor and the internal combustion engine can be switched off. Due to the good controllability of the electric drive unit, a very high starting quality is achieved, which can correspond to that of a drive with a converter clutch.
  • EDA electrodynamic shift
  • a speed superimposition of the speed of the internal combustion engine and the speed of the electric drive machine takes place via one or more planetary gear sets.
  • the torques of the electric drive motor and the internal combustion engine are adjusted so that the shifting element to be designed is load-free.
  • the speed is adjusted while maintaining the traction, so that the switching element to be engaged becomes synchronous.
  • the switching element is closed, the load is shared between the internal combustion engine and the electric drive unit as required, depending on the hybrid operating strategy.
  • the electrodynamic shifting method has the advantage that the shifting element of the target gear to be shifted is synchronized by the interaction of the electric drive machine and the internal combustion engine, with the electric drive machine preferably being precisely controllable. Another advantage of the EDL shifting process is that a high level of traction can be achieved, since the torques of the internal combustion engine and the electric machine add up in the hybrid transmission.
  • Serial driving is an operating mode in which the internal combustion engine serves as a drive for an electric drive machine operated as a generator, which feeds a second electric drive machine, so that the internal combustion engine is decoupled from the drive wheels and can preferably be operated continuously at a single low-emission operating point .
  • An electric vehicle axle, or electric axle for short is preferably a non-main drive axle of a motor vehicle in which drive power can be transmitted to the wheels of the motor vehicle by means of an electric drive machine. It goes without saying that the electric drive machine can also be connected by means of a transmission. A traction force can be maintained in whole or in part by means of an electric axle when a gear change takes place in the transmission for a main drive axle. Furthermore, an all-wheel drive functionality can be set up at least partially by means of an electric axle.
  • FIG. 1 shows a schematic plan view of a motor vehicle with a hybrid drive train according to the invention
  • FIG. 2 shows a simplified illustration of a hybrid drive train with a control unit according to the invention
  • FIGS. 2 and 3 shows a switching matrix of the hybrid drive train according to FIGS. 2 and 3;
  • a motor vehicle 10 with a hybrid drive train 12 is shown schematically in FIG. 1 .
  • the hybrid drive train 12 has an electric drive motor 14 and an internal combustion engine 16 which are connected to a front axle of the motor vehicle 10 by means of a hybrid transmission 18 .
  • a rear axle of the motor vehicle 10 is designed as an electric axle 20 .
  • the hybrid transmission 18 can also be connected to a rear axle of the motor vehicle 10 , in which case the front axle of the motor vehicle 10 is preferably designed as an electric axle 20 .
  • Drive power from the electric drive machine 14, the internal combustion engine 16 and the electric axle 20 is supplied to the wheels of the motor vehicle 10 by means of the hybrid drive train 12.
  • Motor vehicle 10 also has an energy store 22 to store energy that is used to supply electric drive machine 14 and/or electric axle 20 .
  • Fig. 2 is shown schematically an overview of a hybrid transmission 18 of a hybrid drive train 12, which is shown in the manner of a circuit diagram.
  • the switching points of the switching elements A to D, R and K3 are shown in the manner of a switch.
  • the internal combustion engine 16 can be connected to the hybrid transmission 18 by means of a first transmission input shaft 24 .
  • the electric drive machine 14 is connected to a planetary gear set element of a planetary gear set RS.
  • the electric drive machine 14 is drivingly connected to a sun gear So of the planetary gear set RS.
  • the internal combustion engine 16 is connected to a ring gear Ho of the planetary gear set RS by means of the first transmission input shaft 24 .
  • the planetary gear set RS is shown as a circle.
  • the individual planetary gearset elements are indicated by St, the sun gear by So and the ring gear by Ho.
  • the carrier St of the planetary gear set RS is integrated into the hybrid transmission 18 by means of a second transmission input shaft 26 .
  • a countershaft 28 can be used to direct drive power from the hybrid transmission 18 to an output 30 .
  • the output 30 preferably comprises a differential.
  • the internal combustion engine 16 can also be connected to the hybrid transmission 18 by means of a torsional or vibration damper, a friction clutch or other components.
  • the first transmission input shaft 24 can be drivingly connected to the second transmission input shaft 26 . Since the first transmission input shaft 24 is connected to the ring gear Ho of the planetary gearset and the second transmission input shaft 26 is drivingly connected to a carrier St of the planetary gearset RS, closing the connecting switching element K3 leads to the planetary gearset RS locking. In this respect, the internal combustion engine 16 runs at the same speed as the electric drive machine 14.
  • shifting a first shifting element A or a third shifting element C the second transmission input shaft 26 can be drivingly connected to the countershaft 28, with different gear ratios being set up. These are represented by empty squares in the illustration.
  • the first transmission input shaft 24 can be drivingly connected to the countershaft 28, with different gear ratios being able to be set up.
  • shifting a reverse gear shifting element R the second transmission input shaft 26 can be drivingly connected to the countershaft 28 .
  • the direction of rotation is reversed here in order to set up a mechanical reverse gear stage, in particular for the internal combustion engine 16 .
  • setting up a mechanical reverse gear is to be regarded as optional, since the electric drive machine 14 can also be operated in the opposite direction of rotation and so each of the transmission ratios that can be set up by the hybrid transmission 18 can be used as a reverse gear.
  • the hybrid drive train 12 also has a control unit 32 .
  • the control unit 32 is designed to control the internal combustion engine 16, the electric drive machine 14 and the actuators for the individual switching points.
  • control unit 32 is designed to select a shift sequence for shifting into another gear based on a detected state of motor vehicle 10 and to shift into another gear using the selected shift sequence. For example, it is possible to switch to the other gear by means of an EDS circuit or a serial circuit.
  • FIG. 3 shows a more detailed representation of the hybrid transmission 18 of the hybrid drive train 12 according to FIG. 2 .
  • the control unit 32 and the actuators for the switching elements A, B, C, D, R, K3 are not shown.
  • the hybrid drive train 12 has an internal combustion engine clutch KO, which is designed to detachably connect the internal combustion engine 16 to the first transmission input shaft 24 in a drivingly effective manner. It goes without saying that an embodiment without an internal combustion engine clutch KO is also conceivable.
  • the first transmission input shaft 24 is designed as a solid shaft.
  • the second transmission input shaft 26 is designed as a hollow shaft and surrounds the first transmission input shaft 24 at least in sections.
  • the electric drive machine 14 is designed as a coaxial machine, the planetary gear set RS being arranged radially and axially inside the electric drive machine 14 at least in sections.
  • the first switching element A and the third switching element C are combined to form a double switching element CA.
  • the second switching element B and the fourth switching element D are combined to form a double switching element BD.
  • the hybrid transmission 18 has pairs of gears that are designed to establish gear ratios.
  • the gear steps that can be set up by means of the gear wheel pairs are labeled on the gear wheels.
  • the hybrid transmission 18 includes a first sub-transmission that can be driven by the first transmission input shaft 24 and, in the example shown, includes a second forward gear V2 and a fourth forward gear V4.
  • the second partial transmission can be driven by the second transmission input shaft 26 and includes the Reverse gear R and a first forward gear V1 and a third forward gear V3.
  • an additional switching element is preferably to be closed. This defines the speed of the second transmission input shaft 26 and thus the speed of the electric drive machine 14 .
  • the first switching element A, the third switching element C or the connecting switching element K3 can be closed.
  • the first switching element A can also be closed, in which case a preselection for the first forward gear stage V1 is carried out.
  • the electric drive machine 14 has a higher speed than the internal combustion engine 16 . This high speed can be higher than the permitted maximum speed of the electric drive machine 14, for example.
  • connection switching element K3 can be closed. In this case, no forward gear was preselected and the electric drive machine 14 has the same speed as the internal combustion engine 16 . This switching position leads to an advantageous speed of the electric drive machine 14.
  • the third switching element C can be closed.
  • a preselection for the third forward gear stage V3 takes place, with the electric drive machine 14 having a significantly lower speed than the internal combustion engine 16 .
  • An EDS load shift can take place, for example, as follows.
  • the forward gears for the internal combustion engine 16 can be changed under load via the planetary gear set RS.
  • the connecting switching element K3 and the first switching element A are closed.
  • the moments of the internal combustion engine 16 and the electric drive machine 14 are set in such a way that on the one hand the desired output torque is provided and on the other hand the connecting switching element K3 to be designed is load-free.
  • connection switching element K3 is load-free, the connection switching element K3 is opened.
  • the moments of the internal combustion engine 16 and the electric drive machine 14 are then adjusted in such a way that on the one hand the desired output torque is provided and on the other hand the rotational speed of the internal combustion engine drops. It goes without saying that the speed of the electric drive machine 14 increases in the process.
  • the second switching element B to be engaged is synchronous, it is closed. As a result of this switching state, the second forward gear stage V2 for the internal combustion engine 16 is mechanically switched or engaged. The torque can then be reduced on the electric drive machine 14, so that the first switching element A is load-free and can then be opened. Another switching element can then be synchronized and closed with the electric drive machine 14 .
  • the connecting shifting element K3 can be closed, with the result that the electric drive machine 14 has the same speed as the internal combustion engine 16 .
  • a shift into the third forward gear stage V3 can also be prepared.
  • the third switching element C is to be closed. It goes without saying that the electric drive machine 14 then has a lower speed than the internal combustion engine 16 .
  • the electric drive machine 14 can support the torque of the internal combustion engine 16 on the planetary gear set RS and thereby make the second shifting element B load-free.
  • the second switching element B can then be designed.
  • the speed of the internal combustion engine 16 can be reduced, the speed of the electric drive machine 14 preferably being increased at the same time.
  • the connecting switching element K3 can be closed, so that the third forward gear V3 is mechanically engaged and effective.
  • the electric drive machine 14 can be operated as a generator.
  • the energy obtained in this way can be made available to the electric axle 20 in order to enable serial driving.
  • a traction force can be supported by means of the electric axle 20 .
  • the electric axle 20 can support the tractive force if shifts are necessary in the hybrid transmission 18, during which the output 30 of the hybrid transmission 18 becomes load-free.
  • An example of such a transition is when the electric drive machine 14 and preferably the electric axle 20 are initially driven purely electrically and then the internal combustion engine 16 is to be started in neutral by means of the electric drive machine 14 . This takes place first, a load transfer from the electric drive machine 14 to the electric axle 20, the electric drive machine 14 becoming load-free.
  • the first switching element A is then to be opened if the electric drive machine 14 preferably uses the first forward gear stage V1.
  • the internal combustion engine clutch KO is then closed and the internal combustion engine 16 is started by means of the electric drive machine 14. It goes without saying that the connecting switching element K3 remains closed in this case.
  • the initial state is as follows.
  • the internal combustion engine clutch KO and the connecting switching element K3 are closed. From this state, there is a load reduction on the internal combustion engine 16 and the electric drive machine 14, so that the connection switching element K3 becomes load-free. At the same time, the electric axle 20 takes over the load for a short time, so that the entire tractive force is maintained.
  • the no-load connecting switching element K3 can be opened and the first switching element A can be synchronized via a speed control of the electric drive machine 14 . It goes without saying that for this purpose it may be necessary in particular for the electric drive machine 14 to rotate backwards.
  • the synchronized first switching element A can then be closed so that the state EDA1 is established.
  • the switching states of the hybrid transmission 18 can be described in the switching matrix 34 .
  • the combustion gears V1 to V4, three EDA modes and a charging mode in neutral Li N are named in the first column.
  • the second forward gear stage V2 has a first preset configuration V2.1 and a second preset configuration V2.2.
  • the fourth forward gear stage V4 has a first preset configuration V4.1.
  • the second to seventh columns show the shifting states of the shifting elements A to D of the connecting shifting element K3 and the reverse gear shifting element R, with an "X" meaning that the respective shifting element is closed, i.e. drivingly connects the transmission components assigned to the shifting element with one another. It is understood that if there is no "X" in the switching matrix 34, the corresponding switching element is to be regarded as open, that is to say does not transmit any drive power.
  • the second forward gear stage V2 is set up by closing the second switching element B and the connecting switching element K3.
  • a first EDA mode EDA1 can be set up.
  • a second EDA mode EDA2 can be set up by closing the third switching element C.
  • a reverse EDA mode a so-called EDA R mode, can be set up by closing the reverse gear switching element R.
  • Charging to neutral LiN can be established by closing connection switching element K3.
  • the switching states described above can be used as pure combustion gears or as hybrid gears by closing the internal combustion engine clutch KO. Opening the internal combustion engine clutch KO allows the above-mentioned forward gears to be used as pure electric gears. It goes without saying that the states EDA1, EDA2 and charging in neutral LiN are preferably set up when the internal combustion engine clutch KO is closed.
  • FIGS. 5a to 5d the time profiles of various operating parameters or states of the hybrid drive train 12 are shown schematically.
  • FIG. 5a shows a start-up in an EDA1 mode and a subsequent EDS shift from the first forward gear stage V1 to the second forward gear stage V2 without an electric axle 20.
  • Fig. 5b shows a shift from the second forward gear V2 to the third forward gear V3, also without electric axle 20.
  • Fig. 5c is a serial start-up and an open circuit from the first forward gear V1 to the second forward gear V2 in a serial mode with electrical axis 20 shown.
  • Fig. 5d an open shift from the second forward ratio V2 to the third forward ratio V3 in an electric axle 20 series mode is shown.
  • a time is plotted on an x-axis 36, with a speed 38 being plotted in each case in the top graph.
  • a machine torque 40 is plotted in the diagram below.
  • An output torque 42 is plotted in each case in the third diagram from the top.
  • a switching element path 44 is plotted in the lower diagram in each case.
  • the individual plotted state variables 38, 40, 42 and 44 have the same time axis.
  • the switching states are also plotted above the diagram, with vertical ones for better understanding dashed lines mark various changes in the individual graph progressions.
  • various phases P1 to P6 are drawn in the diagram below, with the phases each running between two vertical dashed lines.
  • a first phase P1 includes the load-free switching element.
  • a second phase P2 includes the design of the switching element.
  • a third phase P3 includes the insertion of a switching element.
  • a fourth phase P4 includes a load transfer.
  • a fifth phase P5 describes a speed transition, the speed transition being perceived by the driver as a shift time.
  • a speed adjustment takes place in a sixth phase P6.
  • phase P5 ie the speed transition, preferably includes a time period of 400 ms, with the fifth phase P5 preferably including a time period of 200 ms in the sequences according to FIGS. 5c and 5d.
  • a rotational speed of the electric drive machine 14 is denoted by 46 and represented by dashed lines.
  • the speed of the internal combustion engine 16 is shown as a solid line and denoted by 48 .
  • a rotational speed of the output 30 is shown in broken lines and is denoted by 50 .
  • a machine torque of the internal combustion engine 16 is denoted by 52 and is shown in dashed lines.
  • the machine torque of the electric drive machine 14 is shown with 54 and in solid lines.
  • Designated at 58 is a switching element path of the second switching element B
  • at 60 is a switching element path of the first switching element A
  • at 62 is a switching element path of the connecting switching element K3.
  • the switching element paths are shown as solid lines.
  • FIG. 5a initially show a start-up in EDA mode EDA1 and a subsequent EDS shift from the first forward gear stage V1 to the second forward gear stage V2, the shift being carried out without the electric axle 20.
  • Fig. 5b a shift from the second forward gear stage to the third forward gear stage is also shown without an electrical axis 20, the shifting path of the third shifting element C being denoted by 66 here.
  • the machine torque of the electric axis 20 is additionally shown with a dot-dash line and is denoted by 64. Shown in dashed lines in the course of the machine torque of the internal combustion engine 16 and the electric drive machine 14 is an optional course in which a torque increase is preferably possible by additional energy being fed into the electric axis 20 by the electric drive machine 14 operated as a generator.
  • the two alternatives are shown in the diagram between the two phases P4 and P4.
  • the start-up takes place serially as a real option for a start-up using EDA.
  • 5d shows a circuit, in particular an open series circuit, from the second forward gear stage V2 to the third forward gear stage V3 with an electric axle 20. Furthermore, a shifting path of the third shifting element C is shown and denoted by 66 . As already described with reference to FIG. 5c, a torque increase is also possible by supplying energy to the electrical axis 20 via the electrical drive machine 14 operated as a generator.
  • Fig. 6 the steps of a method according to the invention are shown schematically.
  • the method is preferably suitable for controlling a hybrid drive train 12 of a motor vehicle 10 having a first electric axle 20, a planetary gear set RS, which is connected to a first transmission input shaft 24 for a first partial transmission of a hybrid transmission 18, for a second axle for connection to an internal combustion engine, a second Transmission input shaft 26 is connected to a second sub-transmission and an electric drive machine.
  • a first step S1 driving with the hybrid drive train 12 takes place in a first gear. It goes without saying that the first gear does not correspond to the first forward gear V1, but to any gear.
  • a state of motor vehicle 10 is detected in a second step S2.
  • the state can include, in particular, whether the motor vehicle is in the lower middle speed range and/or in the lower or middle load range.
  • the state can include a state of charge of the battery, in particular of the energy store 22 .
  • the condition may include whether a series shift is preferred because a high load demand is being placed on the hybrid powertrain 12, a kickdown is occurring, a sport shift is being performed, and/or the hybrid powertrain 12 is to be operated in jog mode.
  • a third step S3 a shift sequence for shifting to another gear stage is selected based on the detected state of motor vehicle 10.
  • step S4a which is optional and shown in dashed lines, a shift into a different gear stage can then take place by means of an EDL shift.
  • step S4b shifting into another gear stage can take place by means of a serial shift.

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Abstract

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

Description

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

Claims

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