WO2023213343A1 - Dedizierter hybridantriebsstrang und verfahren zu dessen steuerung - Google Patents

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WO2023213343A1
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accumulator
drive
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Laurent BAYOUX
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • B60K6/22Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
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    • B60K2006/381Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the driveline clutches characterized by driveline brakes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/50Architecture of the driveline characterised by arrangement or kind of transmission units
    • B60K6/54Transmission for changing ratio
    • B60K2006/541Transmission for changing ratio without reverse ratio using instead electric reversing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/50Architecture of the driveline characterised by arrangement or kind of transmission units
    • B60K6/54Transmission for changing ratio
    • B60K2006/542Transmission for changing ratio with overdrive ratio
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/50Architecture of the driveline characterised by arrangement or kind of transmission units
    • B60K6/54Transmission for changing ratio
    • B60K6/547Transmission for changing ratio the transmission being a stepped gearing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H3/00Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion

Definitions

  • the invention relates to a dedicated hybrid drive train of a motor vehicle and a method for controlling it with a drive unit formed from a first electric machine and an internal combustion engine and a second electric machine, the drive unit being operatively connected to drive wheels by means of a first separating clutch and the second electric machine by means of a second separating clutch Gears can be connected and an accumulator drives the electric machines and can be charged by them as generators.
  • the invention relates to a dedicated hybrid drive train and a method for controlling a dedicated hybrid drive train of a motor vehicle with a drive unit formed from a first electric machine and an internal combustion engine and a second electric machine, wherein the drive unit by means of a first separating clutch and the second electric machine by means of a second separating clutch with a Drive wheels which are operatively connected and have at least one gear ratio can be connected and an accumulator drives the electric machines and can be charged by them as generators.
  • Hybrid drive trains with an internal combustion engine and two electric machines are known, for example, from the publication DE 10 2018 103 245 A1.
  • Disclosed is a drive unit for a hybrid drive train of a motor vehicle with an internal combustion engine, a first electric machine, a second electric machine arranged coaxially with respect to its rotor to an axis of rotation of a rotor of the first electric machine, a first transmission stage, arranged between a drive component which is coupled or can be coupled in a rotationally fixed manner to an output shaft of the internal combustion engine and a drive shaft of the first electric machine and/or the electric machine, as well as a transmission subunit via which the drive shaft of the respective electric machine is coupled or can be coupled to wheel drive shafts.
  • Various transmission structures of a hybrid drive train are also known from the publications US 2016/0218584 A1, DE 11 2015 006 071 T5, EP 331 372 A1 and WO 2019/101 264 A1.
  • hybrid drive trains are referred to as dedicated hybrid drive trains or hybrid transmissions (“Dedicated Hybrid Transmissions”, DHT).
  • DHT Dedicated Hybrid Transmissions
  • the mechanical transmission part is simplified, for example by eliminating the reverse gear, and instead at least one electric machine integrated into the transmission is used to display the full range of functions.
  • Dedicated hybrid transmissions can emerge from well-known transmission concepts, i.e. dual clutch transmissions, converter planetary transmissions, continuously variable transmissions (CVT) or automated manual transmissions.
  • the electric machine becomes part of the transmission and can be connected to different transmission shafts.
  • the parallel and/or serial hybrid modes can also be used to create one or more power-split operating states in combination with a planetary gear.
  • a serial operating state of the hybrid drive train is understood to mean that the internal combustion engine has no mechanical/torque-transmitting connection to the drive axle/output shaft.
  • the internal combustion engine drives the first electric machine, which functions primarily as a generator, which in turn supplies the main second electric machine, which functions as a traction motor/drive motor, with electricity or charges a battery.
  • the drive axle is driven by the second electric machine.
  • a parallel hybrid mode is understood to mean that the internal combustion engine has a mechanical/torque-transmitting connection to the drive axle/output shaft.
  • the second electric machine can run empty, boost or recuperate.
  • the object of the invention is the development of a dedicated hybrid drive train and a method for operating a dedicated hybrid drive train.
  • the object of the invention is to operate a motor vehicle with a dedicated hybrid drive train with high performance and economically and to ensure that the battery is charged and maintained.
  • the task is solved by the subjects of claims 1 and 3.
  • the claims dependent on claims 1 and 3 represent advantageous embodiments of the subject matter of claim 1 and claim 3 respectively.
  • the proposed dedicated hybrid drive train has two drive sources, namely a drive unit with an internal combustion engine and a first electric machine connected to it in terms of drive, and a second electric machine, each of which can be connected to drive wheels by means of a separating clutch, for example a positive clutch.
  • a gearbox is arranged between the drive wheels and has a plurality of gear ratios.
  • two so-called thermal gear stages with different ratios are provided, which can be switched alternatively by means of a first separating clutch and thus connect the drive wheels to the drive unit.
  • the gear stages are adapted to the usable speed range of the internal combustion engine, so that the internal combustion engine or the drive unit can be used to drive the motor vehicle even at low driving speeds and at high driving speeds without the interposition of a torque-leveling friction clutch.
  • the separating clutch which can be designed, for example, as a clutch with a switching sleeve, sliding sleeve and synchronizing rings, contains three switching positions, each with a switched connection of a thermal transmission stage between one with an output shaft of the drive shaft and a transmission output shaft of the transmission and a neutral position in which the drive unit of is disconnected from the drive wheels.
  • a further, so-called electric gear stage of the transmission is used to adapt the speed range of the second electric machine, for example in the Gear can be integrated.
  • the separating clutch for example a clutch with a shift sleeve, sliding sleeve and synchronizing rings, has two switching positions, in one of which the rotor of the second electric machine is connected to the transmission output shaft and a neutral position in which the second electric machine is decoupled from the drive wheels.
  • the individual gear stages are shifted, for example, by means of the shift forks and corresponding shift rails, shift shafts, shift drums and/or the like by means of an automated shift actuator, which is operated, for example, hydraulically or electromechanically.
  • This switching actuator can, for example, additionally operate a parking lock of the motor vehicle.
  • At least one separating clutch can be designed as a claw clutch.
  • the electrical energy to operate the electric machines is stored in an accumulator.
  • One or both electric machines can be operated as a generator to charge the accumulator.
  • the first electric machine can be driven by the internal combustion engine, and the second electric machine can generate electrical energy from recuperation.
  • an accumulator for example a lithium-ion accumulator
  • a dedicated hybrid drive train has a comparatively high battery discharge power of over 40 kW, preferably greater than 60 kW and particularly preferably greater than or equal to 100 kW. It has been shown that the advantages of energy gain and energy efficiency of such an accumulator exceed the disadvantages of the higher weight.
  • the proposed method is used to control the proposed dedicated hybrid powertrain.
  • the internal combustion engine, the electric machines and the separating clutches are basically controlled depending on the driver's desired torque, which the driver specifies, for example in the form of an accelerator pedal, a vehicle speed and the charge status of the accumulator. Further parameters such as the condition of the road such as its gradient and curves, road conditions in summer and winter operation, adhesion of the wheels to the road and/or the like, braking effect, outside temperature and/or vehicle components, lighting conditions, traffic volume can be included in a list that is not necessarily exhaustive in full or in part are incorporated into the control of the hybrid powertrain.
  • the accumulator can be recharged at lower speeds if necessary the internal combustion engine and thus with less noise.
  • the second gear stage with a much smaller gear ratio to slow or, depending on the subsequent gear ratio, up to the drive wheels with a gear ratio to fast, it is still possible to drive at high driving speeds with the speed of the internal combustion engine in a moderate range with the support of the drive unit or with the internal combustion engine alone.
  • various operating modes are controlled depending on the driver's desired torque, the charge status of the accumulator and the driving speed.
  • a first operating mode the motor vehicle is driven in series, in which the second electric machine is driven purely electrically and the internal combustion engine charges the accumulator using the first, generator-operated electric machine.
  • a serial drive occurs when driving with the accumulator not fully charged and at lower travel speeds.
  • the second electric machine is operated in its most energetically efficient speed range. If rapid, moderate acceleration is to take place, the second electric machine can be operated in so-called boost mode by briefly operating it, for example during an overtaking process, at a higher speed, outside the most favorable speed of the rotor, and/or at a higher nominal power.
  • the motor vehicle In a second operating mode, the motor vehicle is driven in parallel by driving by means of the drive unit, selecting the first thermal gear stage and the second electric machine.
  • the power of the internal combustion engine is made available to drive the motor vehicle.
  • Another part of the power can be made available for charging the accumulator by operating the first electric machine as a generator.
  • the motor vehicle is driven in parallel by means of the drive unit by selecting the second thermal transmission stage and the second electric machine.
  • the first electric machine can also be driven at least temporarily, especially when the battery is fully charged, and can support the drive of the motor vehicle, for example when the driver requires high acceleration or at high driving speeds.
  • boost operation for example when high accelerations are requested by the driver, in the individual operating modes with the first and/or second electric machine operated in terms of drive and motor, operation of these electric machines can be provided for a short time above their nominal power.
  • a parking lock can be engaged.
  • the parking lock can be actuated with a switching actuator to switch the transmission stages and can be controlled using software that controls the control of the hybrid powertrain.
  • the internal combustion engine can be shut down or, if necessary, started depending on the charge status of the accumulator or by the driver in order to charge it while the motor vehicle is at a standstill using the first electric machine driven by the internal combustion engine as a generator.
  • kinetic energy of the motor vehicle can be recuperated by with the drive unit decoupled from the transmission and moving Motor vehicle the accumulator is charged by means of the second electric machine driven as a generator by the drive wheels.
  • the motor vehicle can be driven backwards in serial or purely electrical operation by reversing the direction of rotation of the second electric machine, so that a mechanically designed reverse gear is dispensed with and production costs and manufacturing effort can be saved. It is understood that, particularly in noise-calmed inner city areas and the like, in an eighth operating mode, the motor vehicle can be driven purely electrically using the second electric machine with the drive unit decoupled and the internal combustion engine stopped when the battery is sufficiently charged.
  • the different operating modes are applied depending on the charge status of the battery.
  • the charge state is divided into several charge state ranges, within which different operating modes are set depending on the driver's desired torque and the current driving speed.
  • the state of charge is divided into areas in which normal operation of the hybrid drive train is not intended, for example at a very low state of charge of, for example, less than 10% to 20% remaining charge of the maximum charging capacity, or a charge of greater than 80% of the maximum charging capacity.
  • These limit charging states are preferably only set in emergency situations when there is a risk of the battery breaking down or being damaged due to accidentally charging too much.
  • three generally usable ranges of the state of charge can be distinguished, for example a high state of charge with a charging capacity of 41% to 80% of the maximum charge, a medium state of charge with 26% to 40% of the maximum charge and a low state of charge with 11% to 25% of the maximum charge of 100%.
  • the limits of the charge states, as well as the current capacity, temperature and/or other variables that permanently or acutely influence the quality of the battery can be adapted to the motor vehicle depending on the situation and can be continuously adapted, for example depending on the age, the expected lifespan and/or the like can be trained.
  • the modes are set depending on the driver's desired torque, for example, in which, for example, when the driver's desired torque is currently high, the electric machine currently used for the drive or both electric machines and possibly the internal combustion engine are operated in a boost mode, that is, briefly in a power range higher than the rated power can be operated.
  • the mode can be changed and, for example, an electric machine and/or the internal combustion engine can be switched on.
  • a typical, adapted driver's desired torque and its development over time can be taken into account.
  • the operating modes are also set depending on the driving speed of the motor vehicle, for example to compensate for the increasing driving resistance as the driving speed increases.
  • the second operating mode can be switched and driven from a predetermined driving speed for parallel operation of the hybrid drive train. At At high driving speeds, for example, you can switch to the third operating mode with the second thermal gear stage.
  • FIGS. 1 to 8. show:
  • Figure 1 shows a dedicated hybrid drive train in a schematic representation
  • FIG. 2 shows a table of various operating modes of the hybrid drive train of FIG. 1 and its associated circuitry
  • FIG. 3 shows a circuit diagram of a switching actuator during a driving process of a motor vehicle with the hybrid drive train of FIG. 2,
  • FIG. 4 shows a diagram of the wheel torque versus the driving speed of a motor vehicle with the hybrid drive train of FIG. 1 when the battery charge level is low
  • FIG. 5 shows a diagram of the wheel torque versus the driving speed of a motor vehicle with the hybrid drive train of FIG. 1 with an average charge state of the battery
  • FIG. 6 shows a diagram of the wheel torque versus the driving speed of a motor vehicle with the hybrid drive train of FIG. 1 with a high charge level of the battery
  • Figure 7 is a diagram of the wheel torque versus the driving speed of a motor vehicle with the hybrid drive train of Figure 1 with a battery with low discharge power and
  • Figure 8 is a diagram of the wheel torque versus the driving speed of a motor vehicle with the hybrid drive train of Figure 1 with a battery with high discharge power.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the hybrid drive train 1 intended for the hybrid drive of a motor vehicle.
  • the hybrid drive train 1 contains the drive unit 4 formed from the internal combustion engine ICE with the crankshaft 2 and the first electric machine EM1 with the rotor 3 and the second electric machine EM2 with the rotor 5.
  • the drive unit 4 is by means of the first separating clutch C1 and the
  • the second electric machine EM2 can be coupled to the transmission 8 by means of the second separating clutch C2.
  • Both separating clutches C1, C2 are designed here as positive clutches 6, 7, which are actuated by an actuator, not shown, such as a switching actuator, which also engages and disengages a parking lock, also not shown.
  • the transmission 8 contains a single electric gear stage 9 between the second electric machine EM2 and the transmission output shaft 10 and two thermal gear stages 11, 12 between the drive unit 4 and the transmission output shaft 10.
  • the two gear stages 11, 12 and a neutral position for decoupling the drive unit 4 from the Transmission output shaft 10 are switched by means of the separating clutch C1.
  • the output ratio 14 of the transmission 8 is formed, in which case the gear of the gear stage 12 is designed as a fixed gear relative to the transmission output shaft 10 and at the same time forms the gear of the transmission output shaft 10 of the output toothing.
  • the differential 13 is branched onto the drive shafts 15, 16 such as cardan shafts and hubs of the drive wheels, not shown.
  • the electric machines EM1, EM2 and the actuator are electrically connected to the accumulator 17 by means of a control device (not shown) and power electronics.
  • a control device not shown
  • power electronics Depending on the operating state of the motor vehicle, the charge state of the accumulator 17 and the load requirement of a driver and / or an autonomous control of the motor vehicle, the wheel torques shown in accordance with the operating modes of the hybrid drive train 1 explained in FIG adjusted on the drive wheels. It is understood that, depending on the design of the hybrid drive train and the requirements of the motor vehicle, fewer or more operating modes and/or areas can be provided for subdividing the charge state of the battery.
  • Figure 2 shows the table 18 for controlling the hybrid drive train of Figure 1 with the relationship between the set operating modes MODI - MOD8 and the activation states of the parking lock PS, the separating clutch C1 ( Figure 1 with the switching states C1 (1), C1 (2).
  • Electric machine EM1, the electric machine EM2 and the internal combustion engine ICE Here, the symbol Actuation of the parking lock PS.
  • the sign 0, in contrast, means the open position of this.
  • the sign + means the activation such as operation of the electric machine EM1, the electric machine EM2 and the internal combustion engine ICE, while the sign - means no activation of these.
  • the first operating mode MODI is the serial operation of the hybrid drive train, in which the motor vehicle is driven exclusively electrically by means of the electric machine EM2 when the parking lock is released and the internal combustion engine drives the electric machine EM1 in order to provide the electrical energy for the second electric machine EM2 to provide and, if necessary, to charge the accumulator if there is excess energy.
  • the electric machine EM2 can also be operated in boost mode above its nominal power, at least for a short time.
  • the separating clutch C1 is switched to the neutral position, that is, neither the switching state C1 (1) nor the switching state C1 (2) are activated, so that no torque is transmitted from the drive unit consisting of the internal combustion engine ICE and the electric machine EM1 to the transmission and then to the drive wheels becomes.
  • the hybrid drive train is operated in parallel by means of the first thermal gear stage with a lower gear ratio and thus at a lower driving speed of the motor vehicle.
  • the switching state C1 (1) of the separating clutch C1 is switched, so that torque is transmitted in parallel to the drive wheels from the internal combustion engine ICE and the second electric machine EM2.
  • the second electric machine EM2 can be fed by the accumulator alone or by the generator-operated electric machine EM1 or by both.
  • the electric machine EM2 can be operated above its rated power and/or the electric machine EM1 can be controlled in a motor-driving manner and support the internal combustion engine ICE, possibly with a power that is briefly above the rated power.
  • the parking lock PS is open and the separating clutch C2 is closed.
  • the parallel operation of the hybrid drive train in the operating mode M0D3 takes place by means of the switched switching state C1 (2) of the separating clutch C1 as a drive in the second thermal transmission stage with a larger gear ratio.
  • the transmission of torque to the drive wheels takes place accordingly by means of the internal combustion engine ICE and, if necessary, the electric machine EM1 and the electric machine EM2.
  • the separating clutch C2 is closed and the parking lock is opened.
  • the translation of the second gear stage follows the first gear stage and is designed to achieve the maximum speed of the motor vehicle.
  • the internal combustion engine can be used exclusively.
  • the first electric machine EM1 can also be operated as a generator in order to charge the accumulator.
  • the second electric machine EM2 is put out of operation and the separating clutch C2 is opened.
  • the separating clutch C1 switches the second thermal transmission stage by means of the switching state C1(2).
  • the operating modes M0D5, M0D5a control the standstill of the motor vehicle with the drive unit decoupled in the neutral position by means of the separating clutch C1, closed separating clutch C2 and the electric machine EM2 shut down and the parking lock PS activated.
  • the drive unit with the internal combustion engine ICE and the first electric machine EM1 is also shut down.
  • the accumulator is charged in the stationary motor vehicle by the internal combustion engine ICE driving the generator-operated electric machine EM1.
  • the operating mode M0D6 provides for recuperation of kinetic energy into electrical energy, for example when the motor vehicle decelerates.
  • the parking lock PS is open and the separating clutch C1 is in the neutral position, the separating clutch C2 is closed.
  • the electric machine EM2 is operated as a generator and charges the accumulator while the vehicle decelerates.
  • the operating modes M0D7 and M0D8 provide for purely electric driving.
  • the parking lock PS is opened and the separating clutch C1 is in the neutral position with the switching states C1 (1), C1 (2) deactivated.
  • the separating clutch C2 is closed and the electric machine drives the motor vehicle forward in operating mode MOD8, for example in noise-calmed or pollutant-limited zones, and backwards when the direction of rotation of the electric machine EM2 is reversed.
  • the drive unit with the internal combustion engine ICE and the electric machine EM1 is shut down in the electric forward drive in operating mode MOD7. Particularly when the battery charge level is low, the battery can be charged using the internal combustion engine ICE and the generator-operated electric machine EM1 while the motor vehicle is reversing in operating mode MOD8.
  • Figure 3 shows a modeled switching sequence 100 of a switching actuator of the transmission 8 of Figure 1 over time t with the switching characteristic 101 of the separating clutch C2 with the switching states open and closed.
  • the switching characteristic curve 102 shows the switching states C1 (1), C1 (2) and the switching state open.
  • the switching characteristic curve 103 shows the switching states open and closed of the parking lock PS.
  • this switching sequence can be provided as the development of an axially actuated shift drum, with cam followers of the separating clutches C1, C2 and the parking lock PS being arranged in the relevant shifting characteristics 101, 102, 103, the corresponding sliding sleeves, shift sleeves and / or the like for adjusting the Shift switching states open, closed, C1 (2), C1 (2) when the shift drum is axially displaced.
  • the operating modes MOD5/MOD5a, MODI, MOD2, MOD3, MOD4, MOD3, MOD2, MODI, MOD5/MOD5a of FIG. 2 are set in chronological order according to a model approach to maximum speed and back to standstill.
  • the parking lock PS When stationary in accordance with the operating mode MOD5 or MOD5a, the parking lock PS is closed, as are the two separating clutches C1, C2 are open. The approach takes place in the operating mode M0D1 in serial operation of the hybrid drive train. To do this, the parking lock PS is opened and the separating clutch C2 is closed.
  • the internal combustion engine is switched on by switching the separating clutch C1 into the switching state C1 (1).
  • the separating clutch C1 is switched from the switching state C1 (1) to the switching state C1 (2).
  • the separating clutch C2 is opened. The motor vehicle is returned to a standstill in the reverse order.
  • FIG. 4 shows the diagram 200 of the wheel torque M applied to the drive wheels over the driving speed v from zero to the maximum speed v (max) of a motor vehicle with the hybrid drive train 1 of FIG. 1 with a low charge state of the battery 17, for example less than or equal to 25% maximum loading capacity.
  • Curves 201, 202 indicate the wheel loads acting on the drive wheels on a flat route (curve 201) and on a route with a 4% gradient (curve 202).
  • the operation of the motor vehicle and the hybrid drive train 1 shown takes place in accordance with the operating modes MODI, MOD2, MOD3.
  • the motor vehicle starts off exclusively electrically using the MODI operating mode with the starting torque M1, with the electrical energy being provided exclusively by the drive unit 4.
  • the driving speed v1 for example 20-25 km/h, the
  • the speed of the drive wheels is sufficient so that the internal combustion engine uses ICE the first thermal gear stage 11 of the operating mode M0D2 can be switched on.
  • the driving speed v2 is reached, for example 50 km/h, it is possible to switch to the second gear stage 12 in the MOD3 operating mode.
  • the motor vehicle can be operated in operating mode MOD2 or MOD3.
  • FIG. 5 shows the diagram 300 of the wheel torque M applied to the drive wheels over the driving speed v from zero to the maximum speed v (max) of the motor vehicle with the hybrid drive train 1 of FIG. 1 with an average charge state of the accumulator 17, for example 26% to 40% the maximum loading capacity.
  • the curves 301, 302 indicate the wheel loads acting on the drive wheels on a flat route (curve 301) and on a route with a 4% gradient (curve 302).
  • the electric machines EM1, EM2 are available through the accumulator 17, which contribute to the wheel torque M.
  • the motor vehicle is started using the MODI operating mode with the starting torque M1 up to the driving speed v1.
  • the MOD2 operating mode with the first thermal gear stage or the modified MOD2+ operating mode are available, in which the electric machine EM1 is operated by a motor and the associated electrical energy is taken from the accumulator 17 .
  • the operating mode MOD1 + can be provided, in which the electric machine EM2 is fed by the accumulator in addition to the electrical energy provided by the electric machine 1.
  • the operating mode M0D3+ can be set, in which the electric machine EM1 is used as a motor in the second thermal transmission stage 12 in addition to the internal combustion engine ICE.
  • FIG. 6 shows the diagram 400 of the wheel torque M applied to the drive wheels over the driving speed v from zero to the maximum speed v(max) of the motor vehicle with the hybrid drive train 1 of FIG. 1 with a high charge state of the accumulator 17, for example greater than 40% of the maximum Loading capacity.
  • Curves 401, 402 indicate the wheel loads acting on the drive wheels on a flat route (curve 401) and on a route with a 4% gradient (curve 402).
  • Figures 7 and 8 show the hybrid drive train 1 of Figure 1 with accumulators 17 with different discharge capacities, each with a high charge state.
  • Diagrams 500, 600 each show wheel torques over the driving speed v from zero to the maximum speed v(max) based on selected operating modes MODI, MOD1 P, MOD2+, MOD3+ (see Figures 5 and 6), in which the discharge capacity of the battery is particularly stressed becomes.
  • the car is started using the operating mode M0D1 with the starting torque M1.
  • Figure 7 shows a battery with a discharge capacity of 100 kW
  • Figure 8 shows the behavior of a battery with a discharge capacity of 100 kW.
  • the MOD2+ operating mode of the accumulator with a discharge capacity of 40 kW enables a significantly higher wheel torque from a driving speed greater than v1.
  • the operating mode MOD1 P can contribute to the wheel torque at significantly lower driving speeds v, the torque contributions of the operating modes MODI, MOD3+ are also increased in the accumulator with the larger discharge capacity, so that in order to provide a more agile driving behavior of a motor vehicle, an accumulator with a higher discharge capacity despite the higher manufacturing costs and the higher weight can be advantageous.
  • Curve 500 Diagram 00 Diagram C1 Separating clutch C1 (1 ) Switching state C1 (2) Switching state C2 Separating clutch EM1 Electric machine EM2 Electric machine ICE Internal combustion engine M Wheel torque M1 Starting torque MODI operating mode MOD1 + operating mode MOD1 P operating mode MOD1 C operating mode MOD2 operating mode MOD2+ operating mode MOD3 operating mode MOD3+ operating mode MOD4 operating mode

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen dedizierten Hybridantriebsstrang (1 ) eines Kraftfahrzeugs und ein Verfahren zu dessen Steuerung mit einer aus einer ersten Elektromaschine (EM1 ) und einer Brennkraftmaschine (ICE) gebildeten Antriebseinheit (4) und einer zweiten Elektromaschine (EM2), wobei die Antriebseinheit (4) mittels einer ersten Trennkupplung (C1 ) und die zweite Elektromaschine (EM2) mittels einer zweiten Trennkupplung (C2) mit einem mit Antriebsrädern Wirkverbundenen Getriebe (8) vebindbar sind und ein Akkumulator (17) die Elektromaschinen (EM1, EM2) antreibt und von diesen generatorisch aufladbar ist. Um die Performance und die Effektivität des Hybridantriebsstrangs (1 ) zu verbessern, weist das Getriebe (8) zwei mittels der ersten Trennkupplung (C1 ) alternativ schaltbare thermische Getriebestufen (11, 12) und eine mittels der zweiten Trennkupplung (C2) schaltbare elektrische Getriebestufe (9) auf, wobei der Hybridantriebsstrang (1 ) abhängig von einem Fahrerwunschmoment, einem Ladezustand des Akkumulators (17) und von der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs gesteuert wird.

Description

Dedizierter Hybridantriebsstrang und Verfahren zu dessen Steuerung
Die Erfindung betrifft einen dedizierten Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs und ein Verfahren zu dessen Steuerung mit einer aus einer ersten Elektromaschine und einer Brennkraftmaschine gebildeten Antriebseinheit und einer zweiten Elektromaschine, wobei die Antriebseinheit mittels einer ersten Trennkupplung und die zweite Elektromaschine mittels einer zweiten Trennkupplung mit einem mit Antriebsrädern wirkverbundenen Getriebe verbindbar sind und ein Akkumulator die Elektromaschinen antreibt und von diesen generatorisch aufladbar ist.
Die Erfindung betrifft einen dedizierten Hybridantriebsstrang und ein Verfahren zur Steuerung eines dedizierten Hybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit einer aus einer ersten Elektromaschine und einer Brennkraftmaschine gebildeten Antriebseinheit und einer zweiten Elektromaschine, wobei die Antriebseinheit mittels einer ersten Trennkupplung und die zweite Elektromaschine mittels einer zweiten Trennkupplung mit einem mit Antriebsrädern wirkverbundenen und zumindest eine Getriebeübersetzung aufweisenden Getriebe verbindbar sind und ein Akkumulator die Elektromaschinen antreibt und von diesen generatorisch aufladbar ist.
Hybridantriebsstränge mit einer Brennkraftmaschine und zwei Elektromaschinen sind beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2018 103 245 A1 bekannt. Offenbart ist eine Antriebseinheit für einen Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine, einer ersten Elektromaschine, einer hinsichtlich ihres Rotors koaxial zu einer Drehachse eines Rotors der ersten Elektromaschine angeordneten zweiten Elektromaschine, einer ersten Übersetzungsstufe, angeordnet zwischen einem drehfest mit einer Ausgangswelle der Brennkraftmaschine gekoppelten oder koppelbaren Antriebsbestandteil und einer Triebwelle der ersten Elektromaschine und/oder der Elektromaschine, sowie einer Getriebeteileinheit, über die die Triebwelle der jeweiligen elektrischen Maschine mit Radantriebswellen gekoppelt oder koppelbar ist. Auch aus den Druckschriften US 2016/0218584 A1 , DE 11 2015 006 071 T5, EP 331 372 A1 und WO 2019/101 264 A1 sind verschiedene Getriebestrukturen eines Hybridantriebsstrangs bekannt.
Die nicht vorveröffentlichte Patentanmeldung DE 10 2021 111 350.4 der Anmelderin, die hiermit vollumfänglich aufgenommen ist, zeigt weiterhin Ausführungsformen von Hybridantriebssträngen mit einer Antriebseinheit aus einer Brennkraftmaschine und einer ersten Elektromaschine und einer zweiten Elektromaschine wobei die Antriebseinheit und die zweite Elektromaschine mittels einer Trennkupplung mit einem mit Antriebsrädern wirkverbundenen und zumindest eine Getriebeübersetzung aufweisenden Getriebe verbindbar sind.
Derartige Hybridantriebsstränge werden als dedizierte Hybridantriebsstränge beziehungsweise Hybridgetriebe („Dedicated Hybrid Transmissions“, DHT) bezeichnet. Bei diesen wird der mechanische Getriebeteil vereinfacht, etwa durch Entfall des Rückwärtsgangs, und stattdessen mindestens eine in das Getriebe integrierte Elektromaschine genutzt, um den vollen Funktionsumfang darzustellen. Dedizierte Hybridgetriebe können aus bekannten Getriebekonzepten hervorgehen, also aus Doppelkupplungsgetrieben, Wandler-Planetengetrieben, stufenlosen Getrieben (CVT) oder automatisierten Schaltgetrieben. Die elektrische Maschine wird dabei ein Teil des Getriebes, wobei ihre Anbindung auf verschiedenen Getriebewellen erfolgen kann. Neben den parallelen und/oder seriellen Hybridmodi können in Kombination mit einem Planetengetriebe auch ein oder mehrere leistungsverzweigte Betriebszustände erzeugt werden.
Unter einem seriellen Betriebszustand des Hybridantriebsstrangs wird dabei verstanden, dass die Brennkraftmaschine keine mechanische/drehmomentübertragende Verbindung zu der Antriebsachse/Abtriebswelle besitzt. Die Brennkraftmaschine treibt die erste, hauptsächlich als Generator fungierende Elektromaschine an, die wiederum die hauptsächliche, als Fahrmotor/Antriebsmotor fungierende zweite Elektromaschine mit Strom versorgt oder einen Akkumulator auflädt. Die Antriebsachse wird durch die zweite Elektromaschine angetrieben. Unter einem parallelen Hybridmodus wird verstanden, dass die Brennkraftmaschine eine mechanische/drehmomentübertragende Verbindung zu der Antriebsachse/Abtriebswelle besitzt. Die zweite Elektromaschine kann leer mitlaufen, boosten oder rekuperieren.
Bekannte Verfahren zur Steuerung von dedizierten Hybridantriebssträngen sehen insbesondere während Anfahrvorgängen des Kraftfahrzeugs ausschließlich den seriellen Betriebszustand vor, wobei bei wiederholten Starts mit geringer Fahrgeschwindigkeit der Akkumulator schnell entladen werden kann. Infolge einer damit notwendigen Aufladung des Akkumulators mittels der Brennkraftmaschine auch während Stehzeiten kann eine akustische Belastung für die Insassen des Kraftfahrzeugs auftreten.
Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines dedizierten Hybridantriebsstrangs und eines Verfahrens zum Betrieb eines dedizierten Hybridantriebsstrangs. Insbesondere ist Aufgabe der Erfindung, ein Kraftfahrzeug mit dediziertem Hybridantriebsstrang mit hoher Performance und ökonomisch zu betreiben und die Ladung des Akkumulators und deren Erhalt sicherzustellen. Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 3 gelöst. Die von den Ansprüchen 1 und 3 abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Gegenstands des Anspruchs 1 beziehungsweise des Anspruchs 3 wieder.
Der vorgeschlagene dezidierte Hybridantriebsstrang weist zwei Antriebsquellen, nämlich eine Antriebseinheit mit einer Brennkraftmaschine und einer mit dieser antriebsmäßig verbundenen ersten Elektromaschine und eine zweite Elektromaschine auf, die jeweils mittels einer Trennkupplung, beispielsweise einer Formschlusskupplung mit Antriebsrädern verbindbar sind.
Zwischen den Antriebsrädern ist neben einem Differential ein Getriebe angeordnet, welches eine Mehrzahl von Getriebeübersetzungen aufweist. Hierbei sind insbesondere zwei sogenannte thermische Getriebestufen mit unterschiedlichen Übersetzungen vorgesehen, die mittels einer ersten Trennkupplung alternativ schaltbar sind und damit die Antriebsräder mit der Antriebseinheit verbinden. Die Getriebestufen sind an den nutzbaren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine angepasst, so dass die Brennkraftmaschine beziehungsweise die Antriebseinheit zum Antrieb des Kraftfahrzeugs bereits bei kleinen Fahrgeschwindigkeiten und bei hohen Fahrgeschwindigkeiten ohne Zwischenschaltung einer drehmomentnivellierenden Reibungskupplung genutzt werden kann. Die Trennkupplung, die beispielsweise als Schaltkupplung mit Schaltmuffe, Schiebehülse und Synchronringen ausgebildet sein kann, enthält drei Schaltstellungen, mit jeweils einer geschalteten Verbindung einer thermischen Getriebestufe zwischen einer mit einer Abtriebswelle der Antriebswelle und einer Getriebeausgangswelle des Getriebes und einer Neutralstellung, in der die Antriebseinheit von den Antriebsrädern abgekoppelt ist.
Eine weitere, sogenannte elektrische Getriebestufe des Getriebes dient der Anpassung des Drehzahlbereichs der zweiten Elektromaschine, die beispielsweise in das Getriebe integriert sein kann. Die Trennkupplung, beispielsweise eine Schaltkupplung mit Schaltmuffe, Schiebehülse und Synchronringen besitzt zwei Schaltstellungen, wobei in der einen der Rotor der zweiten Elektromaschine mit der Getriebeausgangswelle verbunden ist und eine Neutralstellung, in der die zweite Elektromaschine von den Antriebsrädern abgekoppelt ist. Die Schaltung der einzelnen Gangstufen erfolgt beispielsweise mittels der Schaltgabeln und entsprechenden Schaltschienen, Schaltwellen, Schaltwalzen und/oder dergleichen mittels eines automatisierten Schaltaktors, der beispielsweise hydraulisch oder elektromechanisch betrieben ist. Dieser Schaltaktor kann beispielsweise zusätzlich eine Parksperre des Kraftfahrzeugs betätigen. Alternativ kann zumindest eine Trennkupplung als Klauenkupplung ausgebildet sein. Die elektrische Energie zum Betrieb der Elektromaschinen ist in einem Akkumulator gespeichert. Eine oder beide Elektromaschinen können generatorisch betrieben werden, um den Akkumulator zu laden. Hierbei kann die erste Elektromaschine von der Brennkraftmaschine angetrieben werden, die zweite Elektromaschine kann aus einer Rekuperation elektrische Energie erzeugen.
In bevorzugter Weise ist zur Steigerung der Performance des Kraftfahrzeugs, beispielsweise zur Steigerung dessen Beschleunigung beispielsweise im Bereich von 0 bis 100 km/h, zur Steigerung dessen Agilität und/oder dergleichen ein Akkumulator, beispielsweise ein Lithiumionen-Akkumulator vorgesehen, der für einen dedizierten Hybridantriebsstrang eine vergleichsweise hohe Batterieentladungsleistung von über 40 kW, bevorzugt größer 60 kW und besonders bevorzugt von größer gleich 100 kW aufweist. Es hat sich hierbei gezeigt, dass die Vorteile des Energiegewinns und der Energieeffizienz eines derartigen Akkumulators die Nachteile des höheren Gewichts übersteigen. Das vorgeschlagene Verfahren dient der Steuerung des vorgeschlagenen dedizierten Hybridantriebsstrangs. In dem Hybridantriebsstrang werden grundsätzlich die Brennkraftmaschine, die Elektromaschinen und die Trennkupplungen abhängig von dem Fahrerwunschmoment, welcher dieser beispielsweise in Form eines Gaspedals vorgibt, einer Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Ladezustand des Akkumulators gesteuert. Weitere Parameter wie beispielsweise die Fahrbahnbeschaffenheit wie beispielsweise deren Steigung und Kurven, Straßenverhältnisse im Sommer und Winterbetrieb, Haftung der Räder auf der Fahrbahn und/oder dergleichen, Bremseinwirkung, Außentemperatur und/oder Fahrzeugkomponenten, Lichtverhältnisse, Verkehrsaufkommen können in nicht zwangsweise abschließender Aufzählung vollständig oder teilweise in die Steuerung des Hybridantriebsstrangs einfließen.
Hierbei hat sich in vorteilhafter Weise gezeigt, dass die Verwendung von zwei thermischen Getriebestufen mit einer kleinen und einer großen Übersetzung eine wesentlich frühere Zuschaltung der Brennkraftmaschine in speziellen Fahrsituationen ermöglicht, ohne die Schlupfwirkung einer Reibungskupplung in Anspruch nehmen zu müssen und eine separate Schaltung der Getriebestufen und einer Neutralstellung mittels einer einzigen Formschlusskupplung durchführen zu können. Beispielsweise kann in Fahrsituationen, bei denen häufig im seriellen Betrieb rein elektrisch angefahren werden muss, eine zunehmende Entladung des Akkumulators bei nicht ausreichender Ladung durch die Brennkraftmaschine beziehungsweise bei hoher Geräuschbelastung durch die Brennkraftmaschine beim erforderlichen Nachladen des Akkumulators aufgrund der großen Übersetzung der ersten Getriebestufe ins Langsame die Brennkraftmaschine wesentlich früher zugeschaltet werden und im parallelen Betrieb mit Unterstützung der Brennkraftmaschine im Antrieb des Kraftfahrzeugs gefahren werden. Das Nachladen des Akkumulators kann dabei gegebenenfalls bei kleineren Drehzahlen der Brennkraftmaschine und damit mit einem geringeren Geräuschaufkommen erfolgen. In der zweiten Getriebestufe mit wesentlich kleinerer Übersetzung ins Langsame beziehungsweise abhängig von der nachfolgenden Übersetzung bis zu den Antriebsrädern mit einer Übersetzung ins Schnelle kann dennoch mit Drehzahlen der Brennkraftmaschine in gemäßigtem Bereich bei hohen Fahrgeschwindigkeiten mit Unterstützung der Antriebseinheit oder mit der Brennkraftmaschine allein gefahren werden. Zur Umsetzung eines ökonomischen und gegebenenfalls agilen Betriebs des Kraftfahrzeugs mit dem vorgeschlagenen Hybridantriebsstrang mit zwei thermischen Getriebestufen werden verschiedene Betriebsmodi abhängig vom Fahrerwunschmoment, dem Ladezustand des Akkumulators und der Fahrgeschwindigkeit gesteuert. In einem ersten Betriebsmodus erfolgt ein serieller Antrieb des Kraftfahrzeugs, in dem rein elektrisch mit der zweiten Elektromaschine angetrieben wird und die Brennkraftmaschine mittels der ersten, generatorisch betriebenen Elektromaschine den Akkumulator lädt. Beispielsweise erfolgt ein serieller Antrieb bei Anfahrten mit nicht vollständig geladenem Akkumulator und kleineren Fahrgeschwindigkeiten. Die zweite Elektromaschine wird in ihrem energetisch günstigsten Drehzahlbereich betrieben. Soll ein schnelles, gemäßigtes Beschleunigen erfolgen, kann die zweite Elektromaschine im sogenannten Boostbetrieb betrieben werden, indem diese kurzzeitig, beispielsweise während eines Überholvorgangs mit einer größeren, außerhalb des günstigsten Drehzahl des Rotors und/oder bei höherer Nennleistung betrieben wird.
In einem zweiten Betriebsmodus erfolgt ein paralleler Antrieb des Kraftfahrzeugs, indem mittels der Antriebseinheit unter Auswahl der ersten thermischen Getriebestufe und der zweiten Elektromaschine angetrieben wird. Hierbei wird zumindest ein Teil der Leistung der Brennkraftmaschine zum Antrieb des Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Ein anderer Teil der Leistung kann zum Laden des Akkumulators zur Verfügung gestellt werden, indem die erste Elektromaschine generatorisch betrieben wird.
In einem dritten Betriebsmodus erfolgt der parallele Antrieb des Kraftfahrzeugs mittels der Antriebseinheit unter Auswahl der zweiten thermischen Getriebestufe und der zweiten Elektromaschine. Die erste Elektromaschine kann zumindest zeitweise insbesondere bei voll geladenem Akkumulator ebenfalls antriebsmäßig angetrieben sein und den Antrieb des Kraftfahrzeugs beispielsweise bei hohen Beschleunigungsanforderungen des Fahrers oder bei hohen Fahrgeschwindigkeiten unterstützen.
In einem vierten Betriebsmodus ist ein ausschließlicher Antrieb mittels der Brennkraftmaschine über die zweite Getriebeübersetzung vorgesehen.
In einem sogenannten Boostbetrieb, beispielsweise bei vom Fahrer angeforderten hohen Beschleunigungen, kann in den einzelnen Betriebsmodi mit antriebsmäßig wie motorisch betriebener erster und/oder zweiter Elektromaschine ein Betrieb dieser kurzzeitig über ihrer Nennleistung vorgesehen werden.
In einem fünften Betriebsmodus im Stillstand des Kraftfahrzeugs kann eine Parksperre eingelegt werden. Die Parksperre kann mit einem Schaltaktor zur Schaltung der Getriebestufen betätigt werden und mittels einer die Steuerung des Hybridantriebsstrangs steuernden Software gesteuert werden. In dem fünften Betriebsmodus kann die Brennkraftmaschine stillgelegt oder gegebenenfalls abhängig vom Ladezustand des Akkumulators oder durch den Fahrer gestartet werden, um diesen mittels der generatorisch von der Brennkraftmaschine angetriebenen ersten Elektromaschine im Stillstand des Kraftfahrzeugs zu laden.
In einem sechsten Betriebsmodus kann kinetische Energie des Kraftfahrzeugs reku- periert werden, indem bei vom Getriebe abgekoppelter Antriebseinheit und fahrendem Kraftfahrzeug mittels der von den Antriebsrädern generatorisch angetriebenen zweiten Elektromaschine der Akkumulator geladen wird.
In einem siebten Betriebsmodus kann das Kraftfahrzeug mittels einer Drehrichtungsumkehr der zweiten Elektromaschine im seriellen oder rein elektrischen Betrieb rückwärts gefahren werden, so dass auf einen mechanisch ausgebildeten Rückwärtsgang verzichtet und Produktionskosten und Herstellungsaufwand gespart werden können. Es versteht sich, dass insbesondere in lärmberuhigten Innenstadtbereichen und dergleichen in einem achten Betriebsmodus das Kraftfahrzeug bei ausreichendem Ladezustand des Akkumulators rein elektrisch mittels der zweiten Elektromaschine bei abgekoppelter Antriebseinheit und stillgesetzter Brennkraftmaschine angetrieben werden kann.
Die verschiedenen Betriebsmodi werden abhängig von dem Ladungszustand des Akkumulators angewendet. Hierzu wird der Ladungszustand in mehrere Ladungszustandsbereiche eingeteilt, innerhalb derer wiederum abhängig vom Fahrerwunschmoment und der aktuellen Fahrgeschwindigkeit unterschiedliche Betriebsmodi eingestellt werden. Beispielsweise wird der Ladungszustand in Bereiche eingeteilt, in denen ein gewöhnlicher Betrieb des Hybridantriebsstrangs nicht vorgesehen ist, beispielsweise bei sehr niedrigem Ladezustand von beispielsweise kleiner 10% bis 20% Restladung der maximalen Ladekapazität, oder einer Ladung von größer 80% der maximalen Ladekapazität. Diese Grenzladezustände werden in bevorzugter Weise nur in Notlagen bei drohendem Liegenbleiben oder Schädigung des Akkumulators wegen versehentlich zu hoher Ladung eingestellt. Dazwischen können beispielsweise drei allgemein nutzbare Bereiche des Ladezustands unterschieden werden, beispielsweise ein hoher Ladezustand mit einer Ladekapazität von 41% bis 80% der Maximalladung, ein mittlerer Ladezustand mit 26% bis 40% der Maximalladung und ein niederer Ladezustand mit 11 % bis 25% der Maximalladung von 100%. Es versteht sich, dass die Grenzen der Ladungszustände ebenso wie aktuelle Kapazität, Temperatur und/oder weitere die Qualität des Akkumulators dauerhaft oder akut beeinflussende Größen situationsbedingt an das Kraftfahrzeug anpassbar und laufend adaptierbar beispielsweise abhängig vom Lebensalter, von der zu erwartenden Lebensdauer und/oder dergleichen ausgebildet sein können. In den einzelnen Bereichen werden die Modi abhängig von dem Fahrerwunschmoment beispielsweise eingestellt, in denen beispielsweise bei aktuell hoch angefordertem Fahrerwunschmoment die aktuell dem Antrieb dienende Elektromaschine beziehungsweise beide Elektromaschinen und gegebenenfalls die Brennkraftmaschine in einem Boostbetrieb betrieben werden, das heißt, kurzzeitig in einem Leistungsbereich höher als die Nennleistung betrieben werden. Alternativ kann der Modus gewechselt werden und beispielsweise eine Elektromaschine und/oder die Brennkraftmaschine zuschaltet werden. Beispielsweise kann ein typisches, adaptiertes Fahrerwunschmoment und deren zeitliche Entwicklung berücksichtigt werden. In den einzelnen Bereichen des Ladezustands werden die Betriebsmodi zudem abhängig von der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs eingestellt, um beispielsweise den zunehmenden Fahrwiderstand bei zunehmender Fahrgeschwindigkeit auszugleichen. Bedingt durch eine fehlende Reibungskupplung zwischen Brennkraftmaschine und Antriebsrädern, werden zum Anfahren und Rückwärtsfahren ausschließlich die ersten, siebten und achten Betriebsmodi eingesetzt, die Betriebsmodi eins und sieben gegebenenfalls mit der zweiten Elektromaschine geboostet. Bei Erreichen der Synchrondrehzahl zwischen der kleinsten antriebsmäßig nutzbaren Drehzahl der Brennkraftmaschine und der Getriebeausgangswelle in der ersten thermischen Getriebestufe kann zum parallelen Betrieb des Hybridantriebsstrangs der zweite Betriebsmodus ab einer vorgegebenen Fahrgeschwindigkeit geschaltet und gefahren werden. Bei hohen Fahrgeschwindigkeiten kann beispielsweise in den dritten Betriebsmodus mit der zweiten thermischen Getriebestufe geschaltet werden.
Die Erfindung wird anhand des in den Figuren 1 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Diese zeigen:
Figur 1 einen dedizierten Hybridantriebsstrang in schematischer Darstellung,
Figur 2 eine Tabelle verschiedener Betriebsmodi des Hybridantriebsstrangs der Figur 1 und dessen zugehörige Beschaltung,
Figur 3 ein Schaltdiagramm eines Schaltaktors bei einem Fahrvorgang eines Kraftfahrzeugs mit dem Hybridantriebsstrang der Figur 2,
Figur 4 ein Diagramm des Radmoments über die Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs mit dem Hybridantriebsstrang der Figur 1 bei niedrigem Ladezustand des Akkumulators,
Figur 5 ein Diagramm des Radmoments über die Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs mit dem Hybridantriebsstrang der Figur 1 bei mittlerem Ladezustand des Akkumulators,
Figur 6 ein Diagramm des Radmoments über die Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs mit dem Hybridantriebsstrang der Figur 1 bei hohem Ladezustand des Akkumulators,
Figur 7 ein Diagramm des Radmoments über die Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs mit dem Hybridantriebsstrang der Figur 1 mit einem Akkumulator mit niedriger Entladeleistung und
Figur 8 ein Diagramm des Radmoments über die Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs mit dem Hybridantriebsstrang der Figur 1 mit einem Akkumulator mit hoher Entladeleistung.
Die Figur 1 zeigt den zum hybridischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs vorgesehenen Hybridantriebsstrang 1 in schematischer Darstellung. Der Hybridantriebsstrang 1 enthält zum Antrieb des Kraftfahrzeugs die aus der Brennkraftmaschine ICE mit der Kurbelwelle 2 und der ersten Elektromaschine EM1 mit dem Rotor 3 gebildete Antriebseinheit 4 und die zweite Elektromaschine EM2 mit dem Rotor 5. Die Antriebseinheit 4 ist mittels der ersten Trennkupplung C1 und die zweite Elektromaschine EM2 ist mittels der zweiten Trennkupplung C2 mit dem Getriebe 8 koppelbar. Beide Trennkupplungen C1 , C2 sind hier als Formschlusskupplungen 6, 7 ausgebildet, die von einem nicht dargestellten Aktor wie beispielsweise Schaltaktor, der auch eine ebenfalls nicht dargestellte Parksperre ein- und auslegt, betätigt. Das Getriebe 8 enthält eine einzige elektrische Getriebestufe 9 zwischen der zweiten Elektromaschine EM2 und der Getriebeausgangswelle 10 und zwei thermische Getriebestufen 11 , 12 zwischen der Antriebseinheit 4 und der Getriebeausgangswelle 10. Die beiden Getriebestufen 11 , 12 sowie eine Neutralstellung zur Abkopplung der Antriebseinheit 4 von der Getriebeausgangswelle 10 werden mittels der Trennkupplung C1 geschaltet. Zwischen der Getriebeausgangswelle 10 und dem Differential 13 ist die Ausgangsübersetzung 14 des Getriebes 8 ausgebildet, wobei hier das Zahnrad der Getriebestufe 12 gegenüber der Getriebeausgangswelle 10 als Festrad ausgebildet ist und zugleich das Zahnrad der Getriebeausgangswelle 10 der Ausgangsverzahnung bildet. Das Differenzial 13 ist auf die Antriebswellen 15, 16 wie beispielsweise Gelenkwellen und Naben der nicht dargestellten Antriebsräder verzweigt. Die Elektromaschinen EM1 , EM2 und der Aktor sind mittels eines nicht dargestellten Steuergeräts sowie einer Leistungselektronik elektrisch mit dem Akkumulator 17 verbunden. Je nach Betriebszustand des Kraftfahrzeugs, dem Ladezustand des Akkumulators 17 und der Lastanforderung eines Fahrers und/oder einer autonomen Steuerung des Kraftfahrzeugs werden die entsprechend der in der Figur 2 erläuterten Betriebsmodi des Hybridantriebsstrangs 1 gemäß den Diagrammen 300 bis 500 der Figuren 4 bis 6 dargestellten Radmomente an den Antriebsrädern eingestellt. Es versteht sich, dass je nach Ausbildung des Hybridantriebsstrangs und den Anforderungen an das Kraftfahrzeug weniger oder mehr Betriebsmodi und/oder Bereiche zur Unterteilung des Ladezustands des Akkumulators vorgesehen werden können.
Die Figur 2 zeigt die Tabelle 18 zur Steuerung des Hybridantriebsstrangs der Figur 1 mit dem Zusammenhang zwischen den eingestellten Betriebsmodi MODI - MOD8 und den Aktivierungszuständen der Parksperre PS, der Trennkupplung C1 (Figur 1 mit den Schaltzuständen C1 (1 ), C1 (2) der Elektromaschine EM1 , der Elektromaschine EM2 und der Brennkraftmaschine ICE. Hierbei bedeuten das Zeichen X die Betätigung der Trennkupplungen C1 , C2 beziehungsweise Aktivierung der ersten Getriebestufe mittels des Schaltzustands C1 (1 ) und der Aktivierung der zweiten Getriebestufe mittels des Schaltzustandes C1 (2), die Betätigung der Parksperre PS. Das Zeichen 0 bedeutet im Gegensatz die offene Position dieser. Das Zeichen + bedeutet die Aktivierung wie Betrieb der Elektromaschine EM1 , der Elektromaschine EM2 und der Brennkraftmaschine ICE, während das Zeichen - keine Aktivierung dieser bedeutet.
Der erste Betriebsmodus MODI ist der serielle Betrieb des Hybridantriebsstrangs, bei dem das Kraftfahrzeug bei gelöster Parksperre ausschließlich elektrisch mittels der Elektromaschine EM2 angetrieben wird und die Brennkraftmaschine die Elektromaschine EM1 antreibt, um die elektrische Energie für die zweite Elektromaschine EM2 bereitzustellen und gegebenenfalls bei überschüssiger Energie den Akkumulator zu laden. In dem ersten Betriebsmodus M0D1 kann die Elektromaschine EM2 zudem zumindest für kurze Zeit in einem Boostbetrieb über ihrer Nennleistung betrieben werden. Die Trennkupplung C1 ist hierbei in Neutralstellung geschaltet, das heißt weder der Schaltzustand C1 (1 ) noch der Schaltzustand C1 (2) sind aktiviert, so dass von der Antriebseinheit aus Brennkraftmaschine ICE und Elektromaschine EM1 kein Drehmoment auf das Getriebe und anschließend auf die Antriebsräder übertragen wird. Im zweiten Betriebsmodus M0D2 erfolgt der parallele Betrieb des Hybridantriebsstrangs mittels der ersten thermischen Getriebestufe mit geringerer Übersetzung ins Schnelle und damit bei kleinerer Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs. Hierbei ist der Schaltzustand C1 (1 ) der Trennkupplung C1 geschaltet, so dass parallel von der Brennkraftmaschine ICE und der zweiten Elektromaschine EM2 Drehmoment auf die Antriebsräder übertragen wird. Die zweite Elektromaschine EM2 kann von dem Akkumulator allein oder von der generatorisch betriebenen Elektromaschine EM1 oder von beiden gespeist werden. Für die Bereitstellung eines Boostbetriebs kann die Elektromaschine EM2 über ihrer Nennleistung betrieben und/oder die Elektromaschine EM1 motorisch antreibend gesteuert sein und die Brennkraftmaschine ICE unterstützen, gegebenenfalls mit einer kurzzeitig über der Nennleistung liegenden Leistung. Die Parksperre PS ist hierbei geöffnet und die Trennkupplung C2 geschlossen.
Im Unterschied zu dem Betriebsmodus M0D2 erfolgt der parallele Betrieb des Hybridantriebsstrangs im Betriebsmodus M0D3 mittels des geschalteten Schaltzustands C1 (2) der Trennkupplung C1 als ein Antrieb in der zweiten thermischen Getriebestufe mit größerer Übersetzung ins Schnelle. Die Übertragung von Drehmoment auf die Antriebsräder erfolgt entsprechend mittels der Brennkraftmaschine ICE und gegebenenfalls der Elektromaschine EM1 und der Elektromaschine EM2. Entsprechend zu dem Betriebsmodus M0D2 ist die Trennkupplung C2 geschlossen und die Parksperre geöffnet. Die Übersetzung der zweiten Getriebestufe schließt sich an die erste Getriebestufe an und ist für das Erreichen der Höchstgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs ausgelegt.
In dem Betriebsmodus M0D4 kann beispielsweise bei einem geringen Ladezustand des Akkumulators ausschließlich mit der Brennkraftmaschine angetrieben werden. Hierbei kann die erste Elektromaschine EM1 zudem generatorisch betrieben werden, um den Akkumulator zu laden. Die zweite Elektromaschine EM2 ist außer Betrieb gesetzt und die Trennkupplung C2 ist geöffnet. Die Trennkupplung C1 schaltet mittels des Schaltzustands C1(2) die zweite thermische Getriebestufe.
Die Betriebsmodi M0D5, M0D5a steuern den Stillstand des Kraftfahrzeugs mit mittels der Trennkupplung C1 in Neutralstellung abgekoppelter Antriebseinheit, geschlossener Trennkupplung C2 und stillgelegter Elektromaschine EM2 und betätigter Parksperre PS. Im Betriebsmodus M0D5 ist auch die Antriebseinheit mit Brennkraftmaschine ICE und erster Elektromaschine EM1 stillgelegt. Im Betriebsmodus M0D5a wird der Akkumulator im stillstehenden Kraftfahrzeug geladen, indem die Brennkraftmaschine ICE die generatorisch betriebene Elektromaschine EM1 antreibt.
Der Betriebsmodus M0D6 sieht eine Rekuperation von kinetischer Energie in elektrische Energie beispielsweise bei Verzögerung des Kraftfahrzeugs vor. Bei geöffneter Parksperre PS und in Neutralstellung befindlicher Trennkupplung C1 ist die Trennkupplung C2 geschlossen. Die Elektromaschine EM2 wird generatorisch betrieben und lädt unter Verzögerung des Kraftfahrzeugs den Akkumulator.
Die Betriebsmodi M0D7, M0D8 sehen ein rein elektrisches Fahren vor. Hierzu ist die Parksperre PS geöffnet und die Trennkupplung C1 befindet sich in Neutralstellung bei deaktivierten Schaltzuständen C1 (1 ), C1 (2). Die Trennkupplung C2 ist geschlossen und die Elektromaschine treibt das Kraftfahrzeug im Betriebsmodus MOD8 beispielsweise in lärmberuhigten oder schadstoffbegrenzten Zonen vorwärts und bei Drehrichtungsumkehr der Elektromaschine EM2 rückwärts an. Die Antriebseinheit mit der Brennkraftmaschine ICE und der Elektromaschine EM1 ist in der elektrischen Vorwärtsfahrt im Betriebsmodus MOD7 stillgelegt. Insbesondere bei niedrigem Ladezustand des Akkumulators kann ein Laden des Akkumulators mittels der Brennkraftmaschine ICE und der generatorisch betriebenen Elektromaschine EM1 während der Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs im Betriebsmodus MOD8 vorgesehen sein.
Die Figur 3 zeigt einen modellierten Schaltablauf 100 eines Schaltaktors des Getriebes 8 der Figur 1 über die Zeit t mit der Schaltkennlinie 101 der Trennkupplung C2 mit den Schaltzuständen offen und geschlossen. Die Schaltkennlinie 102 zeigt die Schaltzustände C1 (1 ), C1 (2) und den Schaltzustand offen. Die Schaltkennlinie 103 zeigt die Schaltzustände offen und geschlossen der Parksperre PS. Entsprechend dieser Darstellung kann dieser Schaltablauf als Abwicklung einer axial betätigten Schaltwalze vorgesehen sein, wobei in den betreffenden Schaltkennlinien 101 , 102, 103 Nockenfolger der Trennkupplungen C1 , C2 und der Parksperre PS angeordnet sind, die entsprechende Schiebehülsen, Schaltmuffen und/oder dergleichen zur Einstellung der Schaltzustände offen, geschlossen, C1 (2), C1 (2) bei einer Axialverlagerung der Schaltwalze verschieben.
In dem Diagramm 100 werden in zeitlicher Abfolge die Betriebsmodi MOD5/MOD5a, MODI , MOD2, MOD3, MOD4, MOD3, MOD2, MODI , MOD5/MOD5a der Figur 2 entsprechend einer modellhaften Anfahrt bis zur Höchstgeschwindigkeit und wieder zurück in den Stillstand eingestellt. Im Stillstand entsprechend dem Betriebsmodus MOD5 oder MOD5a ist die Parksperre PS geschlossen, die beiden Trennkupplungen C1 , C2 sind offen. Es erfolgt die Anfahrt in dem Betriebsmodus M0D1 im seriellen Betrieb des Hybridantriebsstrangs. Hierzu wird die Parksperre PS geöffnet und die Trennkupplung C2 geschlossen. Beim Übergang auf den dem parallelen Betrieb entsprechenden Betriebsmodus MOD2 wird durch Schalten der Trennkupplung C1 in den Schaltzustand C1 (1 ) die Brennkraftmaschine zugeschaltet. Beim Übergang von dem Betriebsmodus MOD2 zu dem bei höheren Fahrgeschwindigkeiten vorgesehenen, dem parallelen Betrieb des Hybridantriebsstrangs entsprechenden Betriebsmodus MOD3 wird die Trennkupplung C1 vom Schaltzustand C1 (1 ) auf den Schaltzustand C1 (2) geschaltet. In dem reinen Betrieb mittels der Brennkraftmaschine ICE im Betriebsmodus MOD4 wird die Trennkupplung C2 geöffnet. Die Rückführung des Kraftfahrzeugs in den Stillstand erfolgt in umgekehrter Reihenfolge.
Die Figur 4 zeigt das Diagramm 200 des an den Antriebsrädern anliegenden Radmoments M über die Fahrgeschwindigkeit v von Null bis zur Höchstgeschwindigkeit v(max) eines Kraftfahrzeugs mit dem Hybridantriebsstrang 1 der Figur 1 bei einem niedrigen Ladezustand des Akkumulators 17, beispielsweise kleiner gleich 25% der maximalem Ladekapazität. Die Kurven 201 , 202 geben die auf die Antriebsräder wirkenden Radlasten auf ebener Strecke (Kurve 201 ) und bei einer Strecke mit 4% Steigung (Kurve 202) an.
Der gezeigte Betrieb des Kraftfahrzeugs und des Hybridantriebsstrangs 1 erfolgt entsprechend der Betriebsmodi MODI , MOD2, MOD3. Die Anfahrt des Kraftfahrzeugs erfolgt ausschließlich elektrisch mittels des Betriebsmodus MODI mit dem Anfahrmoment M1 , wobei die elektrische Energie ausschließlich von der Antriebseinheit 4 bereitgestellt wird. Bei der Fahrgeschwindigkeit v1 , beispielsweise 20-25 km/h, ist die
Drehzahl der Antriebsräder ausreichend, so dass die Brennkraftmaschine ICE mittels der ersten thermischen Getriebestufe 11 des Betriebsmodus M0D2 zugeschaltet werden kann. Bei Erreichen der Fahrgeschwindigkeit v2, beispielsweise 50 km/h, kann auf die zweite Getriebestufe 12 im Betriebsmodus MOD3 geschaltet werden. Zwischen den Fahrgeschwindigkeiten v1 und v2 kann je nach Fahrerwunschmoment oder ökologischen Vorgaben das Kraftfahrzeug in Betriebsmodus MOD2 oder MOD3 betrieben werden.
Die Figur 5 zeigt das Diagramm 300 des an den Antriebsrädern anliegenden Radmoments M über die Fahrgeschwindigkeit v von Null bis zur Höchstgeschwindigkeit v(max) des Kraftfahrzeugs mit dem Hybridantriebsstrang 1 der Figur 1 bei einem mittleren Ladezustand des Akkumulators 17, beispielsweise 26% bis 40% der maximalen Ladekapazität. Die Kurven 301 , 302 geben die auf die Antriebsräder wirkenden Radlasten auf ebener Strecke (Kurve 301 ) und bei einer Strecke mit 4% Steigung (Kurve 302) an.
Im Gegensatz zu den bei niedrigem Ladezustand entsprechend Diagramm 200 der Figur 4 einstellbaren Betriebsmodi stehen aufgrund des höheren Ladezustands des Akkumulators zusätzlich zu den Betriebsmodi MODI , MOD2, MOD3 die Elektromaschinen EM1 , EM2 durch den Akkumulator 17 zur Verfügung, die zum Radmoment M beitragen. Das Kraftfahrzeug wird mittels des Betriebsmodus MODI mit dem Anfahrmoment M1 bis zu der Fahrgeschwindigkeit v1 angefahren. Neben oder zusätzlich zu dem Betriebsmodus MODI stehen beispielsweise abhängig von dem Fahrerwunschmoment bei Fahrgeschwindigkeiten größer v1 der Betriebsmodus MOD2 mit der ersten thermischen Getriebestufe oder der modifizierte Betriebsmodus MOD2+ zur Verfügung, bei dem die Elektromaschine EM1 motorisch betrieben wird und die zugehörige elektrische Energie dem Akkumulator 17 entnimmt. Alternativ oder zusätzlich kann der Betriebsmodus MOD1 + vorgesehen werden, bei dem die Elektromaschine EM2 zusätzlich zu der von der Elektromaschine 1 bereitgestellten elektrischen Energie von dem Akkumulator gespeist wird. Ab der Fahrgeschwindigkeit v2 kann neben dem Betriebsmodus M0D3 der Betriebsmodus M0D3+ eingestellt werden, bei dem die Elektromaschine EM1 zusätzlich zu der Brennkraftmaschine ICE motorisch in der zweiten thermischen Getriebestufe 12 eingesetzt wird.
Die Figur 6 zeigt das Diagramm 400 des an den Antriebsrädern anliegenden Radmoments M über die Fahrgeschwindigkeit v von Null bis zur Höchstgeschwindigkeit v(max) des Kraftfahrzeugs mit dem Hybridantriebsstrang 1 der Figur 1 bei einem hohen Ladezustand des Akkumulators 17, beispielsweise größer 40% der maximalen Ladekapazität. Die Kurven 401 , 402 geben die auf die Antriebsräder wirkenden Radlasten auf ebener Strecke (Kurve 401 ) und bei einer Strecke mit 4% Steigung (Kurve 402) an.
Durch den hohen Ladezustand des Akkumulators 17 stehen gegenüber den Betriebsmodi MODI , MOD1 +, MOD2, MOD2+, MOD3, MOD3+ des Betriebs im mittleren Ladezustand in Figur 5 weitere Betriebsmodi zur Verfügung. In dem Betriebsmodus MODI P wird die Elektromaschine EM2 in einer Leistung über der Nennleistung betrieben. In dem Betriebsmodus MOD1 C wird das Kraftfahrzeug mit der Elektromaschine EM2 angefahren, wobei die elektrische Energie dem Akkumulator 17 entnommen wird.
Die Figuren 7 und 8 zeigen den Hybridantriebsstrang 1 der Figur 1 mit Akkumulatoren 17 mit unterschiedlichen Entladungskapazitäten bei jeweils hohem Ladungszustand.
In den Diagrammen 500, 600 sind jeweils Radmomente über die Fahrgeschwindigkeit v von Null bis zur Höchstgeschwindigkeit v(max) anhand ausgewählter Betriebsmodi MODI , MOD1 P, MOD2+, MOD3+ (siehe Figuren 5 und 6) dargestellt, bei denen die Entladekapazität des Akkumulators besonders beansprucht wird. Das Kraftfahrzeug wird mittels des Betriebsmodus M0D1 mit dem Anfahrmoment M1 angefahren. In der Figur 7 ist ein Akkumulator mit einer Entladekapazität von 100 kW dargestellt, die Figur 8 zeigt das Verhalten eines Akkumulators mit einer Entladekapazität von 100 kW. Bei derselben Skalierung des Radmoments M ermöglicht der Betriebsmodus MOD2+ des Akkumulators mit einer Entladungskapazität von 40 kW ab einer Fahrgeschwindigkeit größer v1 ein wesentlich höheres Radmoment. Der Betriebsmodus MOD1 P kann bei wesentlich kleineren Fahrgeschwindigkeiten v zum Radmoment beitragen, die Momentenbeiträge der Betriebsmodi MODI , MOD3+ sind ebenfalls bei dem Akkumulator mit der größeren Entladekapazität erhöht, so dass zur Bereitstellung eines agileren Fahrverhaltens eines Kraftfahrzeugs ein Akkumulator mit höherer Entladekapazität trotz der höheren Herstellungskosten und des höheren Gewichts vorteilhaft sein kann.
Bezuqszeichenliste
Hybridantriebsstrang
Kurbelwelle
Rotor
Antriebseinheit
Rotor
Formschlusskupplung
Formschlusskupplung
Getriebe
Getriebestufe
Getriebeausgangswelle
Getriebestufe
Getriebestufe
Differential
Ausgangsübersetzung
Antriebswelle
Antriebswelle
Akkumulator
Tabelle
Schaltablauf
Schaltkennlinie
Schaltkennlinie
Schaltkennlinie
Diagramm
Kurve
Kurve
Diagramm
Kurve
Kurve
Diagramm
Kurve
Kurve 500 Diagramm 00 Diagramm C1 Trennkupplung C1 (1 ) Schaltzustand C1 (2) Schaltzustand C2 Trennkupplung EM1 Elektromaschine EM2 Elektromaschine ICE Brennkraftmaschine M Radmoment M1 Anfahrmoment MODI Betriebsmodus MOD1 + Betriebsmodus MOD1 P Betriebsmodus MOD1 C Betriebsmodus MOD2 Betriebsmodus MOD2+ Betriebsmodus MOD3 Betriebsmodus MOD3+ Betriebsmodus MOD4 Betriebsmodus
MOD4+ Betriebsmodus MOD5 Betriebsmodus MOD5a Betriebsmodus MOD6 Betriebsmodus MOD7 Betriebsmodus MOD8 Betriebsmodus PS Parksperre t Zeit v Fahrgeschwindigkeit v1 Fahrgeschwindigkeit v2 Fahrgeschwindigkeit v(max) Höchstgeschwindigkeit

Claims

Patentansprüche
1 . Dedizierter Hybridantriebsstrang (1 ) eines Kraftfahrzeugs mit einer aus einer ersten Elektromaschine (EM1 ) und einer Brennkraftmaschine (ICE) gebildeten Antriebseinheit (4) und einer zweiten Elektromaschine (EM2), wobei die Antriebseinheit (4) mittels einer ersten Trennkupplung (C1 ) und die zweite Elektromaschine (EM2) mittels einer zweiten Trennkupplung (C2) mit einem mit Antriebsrädern wirkverbundenen Getriebe (8) verbindbar sind und ein Akkumulator (17) die Elektromaschinen (EM1 , EM2) zumindest zeitweise antreibt und von diesen generatorisch aufladbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (8) zwei mittels der ersten Trennkupplung (C1 ) alternativ schaltbare thermische Getriebestufen (11 , 12) und eine mittels der zweiten Trennkupplung (C2) schaltbare elektrische Getriebestufe (9) aufweist.
2. Dedizierter Hybridantriebsstrang (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Akkumulator (17) eine Entladekapazität größer 40 kW aufweist.
3. Verfahren zur Steuerung eines dedizierten Hybridantriebsstrangs (1 ) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Betriebsmodus (MODI ) mit einem seriellen Antrieb des Kraftfahrzeugs mittels der zweiten Elektromaschine (EM2) und Laden des Akkumulators mittels eines generatori- schen Antriebs der ersten Elektromaschine (EM1 ) mittels der Brennkraftmaschine (ICE), ein zweiter Betriebsmodus (MOD2) mit einem parallelen Antrieb des Kraftfahrzeugs mittels der Antriebseinheit (4) unter Auswahl der ersten thermischen Getriebestufe (11 ) und der zweiten Elektromaschine (EM2), ein dritter Betriebsmodus (MOD3) mit einem parallelen Antrieb des Kraftfahrzeugs mittels der Antriebseinheit (4) unter Auswahl der zweiten thermischen Getriebestufe (12) und der zweiten Elektromaschine (EM2) vorgesehen ist, wobei ein an den Antriebsrädern angelegtes Radmoment (M) aus Anteilen der Betriebsmodi (MODI , MOD2, MOD3) abhängig von einem Fahrerwunschmoment, einem Ladezustand des Akkumulators (17) und der Fahrgeschwindigkeit (v) des Kraftfahrzeugs eingestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem vierten Betriebsmodus (M0D4) ausschließlich die Antriebseinheit (4) zum Antrieb des Kraftfahrzeugs eingesetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Betriebsmodus (M0D1 , M0D2, M0D3) die erste Elektromaschine motorisch oder generatorisch betrieben wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Elektromaschine (EM1 , EM2) zumindest kurzzeitig über ihrer Nennleistung betrieben wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem fünften Betriebsmodus im Stillstand des Kraftfahrzeugs eine Parksperre (PS) eingelegt wird, wobei abhängig von dem Ladezustand des Akkumulators (17) der Akkumulator (17) mittels der generatorisch von der Brennkraftmaschine angetriebenen ersten Elektromaschine (EM1 ) geladen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einem sechsten Betriebsmodus (M0D6) bei vom Getriebe abgekoppelter Antriebseinheit (4) und fahrendem Kraftfahrzeug mittels der von den Antriebsrädern generatorisch angetriebenen zweiten Elektromaschine (EM2) der Akkumulator (17) geladen wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem siebten Betriebsmodus (M0D7) das Kraftfahrzeug rein elektrisch mittels der zweiten Elektromaschine (EM2) bei abgekoppelter Antriebseinheit (4) und stillgesetzter Brennkraftmaschine (ICE) angetrieben wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einem achten Betriebsmodus (MOD8) das Kraftfahrzeug mittels einer Drehrichtungsumkehr der zweiten Elektromaschine (EM2) im seriellen Betrieb rückwärts gefahren wird.
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