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WO2018086892A1 - Verfahren zum betrieb eines hybridantriebsstrangs, und hybridantriebsstrang - Google Patents

Verfahren zum betrieb eines hybridantriebsstrangs, und hybridantriebsstrang Download PDF

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Publication number
WO2018086892A1
WO2018086892A1 PCT/EP2017/077375 EP2017077375W WO2018086892A1 WO 2018086892 A1 WO2018086892 A1 WO 2018086892A1 EP 2017077375 W EP2017077375 W EP 2017077375W WO 2018086892 A1 WO2018086892 A1 WO 2018086892A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
internal combustion
combustion engine
torque
hybrid
transmission
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2017/077375
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English (en)
French (fr)
Inventor
Tilo Marschall
Franz Bichler
Claas Henkel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Publication of WO2018086892A1 publication Critical patent/WO2018086892A1/de
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Ceased legal-status Critical Current

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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 invention relates to a method for operating a hybrid powertrain, as well as a hybrid powertrain, which is operated with such a method.
  • Hybrid drive trains as such are known from the prior art, DE 10 2015 205 932 A1 deals with a special form of such a drive train.
  • an internal combustion engine is combined with an electric drive machine to overcome driving resistance when driving the vehicle. Since such vehicles cover a wide range of speeds and an internal combustion engine has only a limited operating range, a hybrid transmission with multiple gears (different, discrete gear ratios between a transmission input and a transmission output shaft) is provided. Due to the different gears is an adjustment of the operating map of the internal combustion engine (speed, torque) to the load request (Driving resistance, driving speed) allows. When switching from an existing, engaged gear in a target gear speed matching to the internal combustion engine is necessary.
  • the internal combustion engine has a high speed in third gear, a circuit is initiated by the driver or a vehicle control unit.
  • the torque-conducting connection between the internal combustion engine and the transmission output shaft, which is connected to the drivable axle, is disconnected.
  • the 4th gear is engaged, the speed of the transmission input shaft is, as the insertion of the target gear is done very quickly, usually higher than the speed of the internal combustion engine, as it loses only slowly due to the inertia of speed.
  • the internal combustion engine is braked quickly to the correct speed, it can be braked by a regenerative load by the electric drive machine.
  • a hybrid drive train is understood to mean a motor vehicle drive train in which an internal combustion engine and an electric drive machine, in particular an electric motor / generator, can be used as a drive source for overcoming driving resistances.
  • an internal combustion engine is a thermal engine with internal combustion and in particular an internal combustion engine in reciprocating design, which is preferably operable according to the gasoline or diesel principle to understand.
  • an electric drive machine is understood to mean an electromechanical energy converter which can be operated in a motor and in a generator operating range.
  • electric power (voltage, current) can be supplied in the motor operating range of the electric drive machine and this outputs mechanical power (speed, torque).
  • mechanical power (speed, torque) can be supplied and this outputs electrical power (voltage, current) from, preferably the torque is controllable in generator operation.
  • an electromechanical energy converter is to be understood as a so-called electric motor / generator.
  • a hybrid transmission means a shiftable transmission, in particular a speed change transmission.
  • the hybrid transmission has 2 or more discrete transmission ratios.
  • a transmission ratio is to be understood as meaning a transmission ratio between an input shaft and an output shaft of the hybrid transmission.
  • Such a discrete transmission ratio can be colloquially referred to as a gear or as a switching stage.
  • the hybrid transmission is designed as a spur gear with at least 2 parallel shafts, preferably as a so-called dual-clutch transmission and particularly preferably as a planetary gear with one or more Planetengetriebad accountsn.
  • the hybrid transmission is automatic, preferably automated and particularly preferably manually switchable.
  • the switchable hybrid transmission adapted to transmit the drive power, which is provided by the internal combustion engine, and preferably, the switchable hybrid transmission is adapted to transmit the providable by the internal combustion engine and the electric drive machine drive power.
  • a slip-controllable clutch is understood to mean a torque transmission device which can be selectively switched between a state in which a torque can be transmitted (closed state) and a state in which no torque can be transmitted by this slip-controllable clutch (open state).
  • the slip-controllable clutch has a state in which, on the one hand, a torque can be transmitted from an input side to an output side of the slip-controllable clutch and, on the other hand, the input side can be rotated in a partially closed state relative to the output side.
  • the slip-controllable coupling is designed as a frictional clutch, preferably a disk or disc clutch.
  • the slip controllable coupling is designed as a hydrodynamic torque converter.
  • the input side of the slip-controlled clutch is torque-conductively connectable to the internal combustion engine and the output side of this clutch is torque-conductively connected to the transmission input shaft and preferably the output side is connected to the transmission input shaft.
  • a torque on the torque-conductively connected to another component is transferable.
  • this torque with a certain, preferably fixed, speed ratio of the one component to the other component transferable.
  • a torque-conducting connection can be understood as a speed-proof connection.
  • the detection of the rotational speed is to be understood as meaning the measurement of the rotational speed of the corresponding component, or the determination of the rotational speed via other known velocity variables, such as the rotational speed of other components or the driving speed.
  • Methods for detecting the rotational speed are known from the prior art.
  • the rotational speed of the input side of the slip-controlled clutch is greater than the rotational speed of the output side, in particular in the case of an upshift operation (change from the nth to the ⁇ + 1th gear)
  • the slip-controllable clutch is engaged, ie when it closes an unwanted jerk, as the torque-conducting connected to the input side of the internal combustion engine is decelerated by the closing of the clutch, as it loses only slowly due to their inertia in speed.
  • an output ratio is to be understood as the discrete transmission ratio of the hybrid transmission, in which it is currently in the moment, that is to say that transmission ratio with which drive power can be transmitted from the input shaft to the output shaft, or is transmitted at the moment.
  • a target transmission ratio is to be understood as meaning the discrete transmission ratio into which the hybrid transmission is to be switched, starting from the output transmission ratio, so that drive power can be transmitted from the input shaft to the output shaft with this target transmission ratio after switching.
  • the 3rd gear represents the output gear ratio
  • the 4th gear is the target gear ratio.
  • the internal combustion engine is operated when switching from the output ratio to the target ratio in a low-consumption or consumption-optimal operating range.
  • the electric drive machine for applying the braking clutch torque is operated in a regenerative operating range.
  • a regenerative operating range is the conversion of mechanical power (speed, torque) into an electrical power (voltage, Electricity).
  • this electrical power which is obtained by the application of the braking clutch torque, fed into a hybrid vehicle electrical system, or supplied thereto.
  • such a control of the electric drive machine energy recovery is possible and thus the efficiency of the hybrid powertrain can be increased.
  • a hybrid powertrain which has the internal combustion engine, the electric drive machine and the switchable hybrid transmission with the input and output shaft, which is switchable in at least two different, discrete gear ratios, ie in particular at least a first and another gear , Further, the hybrid powertrain is controllable by means of a control device on which the above-mentioned operating method is executable on a data memory, preferably on an internal data memory and preferably on a memory module, as a computer program product.
  • the slip-controllable clutch is designed as a frictional clutch, preferably as a hydrodynamic torque converter. Further preferably, the frictional clutch is designed as a disk or preferably disk clutch. Preferably, the slip-controllable clutch is designed as a single or multiple disc clutch and preferably as a multi-plate clutch with a plurality of friction plates. In particular, such a drive train has an efficient switching behavior.
  • the electric drive machine can be directly connected with the internal combustion engine in a torque-conducting manner.
  • the electric drive machine with the internal combustion engine rotatably connected.
  • the electric drive machine is coaxial and preferably concentric with a Output shaft of the internal combustion engine, in particular a crankshaft of the internal combustion engine arranged.
  • the prime mover is designed as a so-called crankshaft starter generator. In particular, by means of such an embodiment of the invention, a particularly space-saving design is possible.
  • the electric drive machine by means of an intermediate gear with the internal combustion engine can be connected in a torque-conducting manner.
  • this intermediate gear is designed as a traction mechanism, preferably as a positive traction mechanism and particularly preferably as a chain transmission or more preferably as a toothed or ribbed belt transmission.
  • the intermediate gear is designed as a gear transmission.
  • the electric drive machine based on the geometry, between the internal combustion engine and the hybrid transmission is arranged.
  • a particularly space-saving design of the hybrid powertrain is possible.
  • the electric drive machine based on the geometry, arranged in a housing of the hybrid transmission.
  • the hybrid powertrain by means of such an embodiment of the hybrid powertrain a modularization of the hybrid transmission and the internal combustion engine is made possible.
  • the proposed powertrain can be used in a motor vehicle, preferably a car to overcome the driving resistance.
  • a motor vehicle preferably a car to overcome the driving resistance.
  • FIG. 1 shows a schematized hybrid drive train
  • FIG. 2 a simplified flowchart for the operating method.
  • the hybrid powertrain 1 shows a schematic representation of a hybrid powertrain 1 is shown.
  • the hybrid powertrain 1 has an internal combustion engine 2 and an electric motor generator 3 and is controllable by means of the control device 2a. From these two drive machines (2, 3) drive power is available to overcome driving resistances. The drive power provided by these drive machines (2, 3) is transmitted by means of the hybrid transmission 4 in the direction of the drive wheels 6.
  • the drive wheels 6 may be front wheels and additionally or alternatively rear wheels (front, four-wheel, rear wheel drive).
  • the internal combustion engine 2 can be selectively connected to the hybrid transmission 4 via the clutch 5.
  • the transmission ratio of the hybrid transmission 4, ie the transmission ratio between the input shaft 8 and the output shaft 9 of this transmission 4, is variable in discrete stages. In this case, such a discrete translation stage colloquially as a transition.
  • the hybrid powertrain 1 has a dual-mass flywheel 7 for reducing torsional vibrations of the internal combustion engine 2. With the position 7a, an alternative position for the arrangement of the dual-mass flywheel 7 of the internal combustion engine 2 is shown.
  • the hybrid powertrain 1 is controlled via the hybrid powertrain controller 2a.
  • the control method is stored on an internal memory module as an executable computer program.
  • the internal combustion engine 2 as well as the electric motor generator 3 are non-rotatably connected to the input side 5 a of the clutch 5.
  • the input shaft 8 of the hybrid transmission 4 is rotatably connected to the output side 5b of the clutch 5.
  • the electric drive machine 3 is driven at the upshift from the output gear ratio in the target gear ratio such that it applies a regenerative braking torque to the internal combustion engine 2 (regenerative
  • the electrical power recovered via the regenerative braking torque can be supplied to the energy storage / vehicle electrical system 3a.
  • FIG. 2 shows a schematic process flow for the operating method for the proposed hybrid drive train.
  • Fig. 1 is given for individual elements, although the element as such in Fig. 2 is not shown.
  • a shift request ie a change from the output gear ratio to the target gear ratio is requested and the slip controllable clutch (5, not shown) is opened.
  • hybrid vehicles today have, in addition to the internal combustion engine, one or more electric motors that can be coupled to the internal combustion engine in order to provide electrical energy for the vehicle electrical system as generator during operation of the electric motor.
  • this arrangement should be used to quickly synchronize the rotational energy of the engine during transmission circuits by building a regenerative load (regenerative clutch torque) on the electric motor generator to the target speed. This is done with the aim of the combustion process in the internal combustion engine by the switching intervention as little as possible to influence.
  • This electric motor generator can be arranged at different positions, as follows, not exhaustive, enumeration shows:
  • crankshaft-proof connection for example crankshaft starter generator (KSG) or starter-generator driven via chain / gear wheel stage / belt,

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Abstract

Betriebsverfahren für einen Hybridantriebsstrang (1) mit einer Verbrennungskraftmaschine (2) und einer elektrischen Antriebsmaschine (3) und mit einem schaltbaren Hybridgetriebe (4), wobei dieses Getriebe (4) eine Eingangswelle (8) und eine Ausgangswelle (9) aufweist und zum Verändern eines Übersetzungsverhältnisses zwischen diesen Wellen (8, 9) in diskreten Stufen eingerichtet ist, wobei die Verbrennungskraftmaschine (2) mittels einer schlupfsteuerbaren Kupplung (5) selektiv mit der Eingangswelle (8) drehmomentleitend verbindbar ist, wobei die schlupfsteuerbare Kupplung (5) eine Eingangsseite (5a) aufweist, welche drehmomentleitend mit der Verbrennungskraftmaschine (2) verbindbar ist und eine Ausgangsseite (5b), welche drehmomentleitend mit der Getriebeeingangswelle (8) verbindbar ist und, wobei die elektrische Antriebsmaschine (3) drehmomentleitend mit der Verbrennungskraftmaschine (2) verbindbar ist, wobei zum Schalten von einem Ausgangsübersetzungsverhältnis in ein Zielübersetzungsverhältnis des Hybridgetriebes (4) die schlupfsteuerbare Kupplung (5) geöffnet wird, die elektrische Antriebsmaschine (3) drehmomentleitend mit der Verbrennungskraftmaschine (2) verbunden wird oder verbunden bleibt und jeweils die Drehzahl der Eingangsseite (5a) und der Ausgangsseite (5b) der schlupfsteuerbaren Kupplung (5) erfasst werden und, dass für den Fall, dass die Drehzahl der Eingangsseite (5a) größer ist, als die Drehzahl der Ausgangsseite (5b), ein bremsendes Kupplungsdrehmoment von der elektrischen Antriebsmaschine (3) auf die Verbrennungskraftmaschine (2) aufgebracht wird.

Description

Verfahren zum Betrieb eines Hybridantriebsstrangs, und
Hybridantriebsstrang
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebsstrangs, sowie einen Hybridantriebsstrang, der mit einem solchen Verfahren betrieben wird. Hybridantriebsstränge als solche sind aus dem Stand der Technik bekannt, die DE 10 2015 205 932 A1 befasst sich mit einer besonderen Form eines solchen Antriebsstrangs.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Hybridantriebsstrangs in einem Automobil mit einer elektrischen Antriebsmaschine und einer Verbrennungskraftmaschine beschrieben, wobei diese beiden Maschinen mittels einer schaltbaren Getriebeeinrichtung zur Abgabe von Antriebsleistung miteinander koppelbar sind, dies ist nicht als eine Einschränkung der Erfindung auf eine solche Ausführungsform zu verstehen.
Bei einem Hybridantriebsstrang ist eine Verbrennungskraftmaschine mit einer elektrischen Antriebsmaschine kombiniert um Fahrwiderstände beim Antrieb des Fahrzeugs zu überwinden. Da derartige Fahrzeuge ein großes Geschwindigkeitsspektrum abdecken und eine Verbrennungskraftmaschine nur einen begrenzten Betriebsbereich aufweist, ist ein Hybridgetriebe mit mehreren Gängen (unterschiedliche, diskrete Übersetzungsverhältnisse zwischen einer Getriebeeingangs- und einer Getriebeausgangswelle) vorgesehen. Durch die unterschiedlichen Gänge ist eine Anpassung des Betriebskennfeldes der Verbrennungskraftmaschine (Drehzahl, Drehmoment) an die Lastanforderung (Fahrwiderstände, Fahrgeschwindigkeit) ermöglicht. Beim Schalten von einem bestehenden, eingelegten Gang in einen Zielgang ist eine Drehzahlangleichung an der Verbrennungskraftmaschine notwendig. Soll beispielsweise in der Beschleunigungsphase vom 3. in den 4. Gang hochgeschaltet werden geschieht das wie folgt, die Verbrennungskraftmaschine weist eine hohe Drehzahl im dritten Gang auf, eine Schaltung wird durch den Fahrer oder ein Fahrzeugsteuergerät initiiert. Die drehmomentleitende Verbindung zwischen der Verbrennungskraftmaschine und der Getriebeabtriebswelle, welche mit der antreibbaren Achse verbunden ist, wird getrennt. Im Getriebe wird der 4. Gang eingelegt, die Drehzahl der Getriebeeingangswelle ist, da das Einlegen des Zielgangs sehr schnell geschieht, in der Regel höher als die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine, da diese aufgrund der Massenträgheit nur langsam an Drehzahl verliert. Damit die Verbrennungskraftmaschine schnell auf die richtige Drehzahl abgebremst wird, kann diese mittels einer generatorischen Last durch die elektrische Antriebsmaschine abgebremst werden.
Die DE 10 2015 205 932 A1 schlägt ein schaltbares Getriebe vor, bei welchem während allen Schaltvorgängen unter Last die Elektromaschine immer im Generatorbetrieb läuft, um eine Synchronisation vorzunehmen.
Es ist ein Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Schalten eines Hybridgetriebes mit verbesserten Schalteigenschaften anzugeben, sowie einen mit diesem Verfahren gesteuerten Antriebsstrang. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 , sowie durch einen Hybridantriebsstrang, welcher nach diesem Verfahren gesteuert ist gemäß Patentanspruch 4 gelöst.
Im Sinne der Erfindung ist unter einem Hybridantriebsstrang ein Kraftfahrzeugantriebsstrang zu verstehen, bei welchem eine Verbrennungskraftmaschine sowie eine elektrische Antriebsmaschine, insbesondere ein Elektromotor/-generator, als Antriebsquelle für das Überwinden von Fahrwiderständen nutzbar sind. Im Sinne der Erfindung ist unter einer Verbrennungskraftmaschine eine thermische Kraftmaschine mit innerer Verbrennung und insbesondere ein Verbrennungsmotor in Hubkolbenbauweise, welcher vorzugsweise nach dem Otto- oder Dieselprinzip betreibbar ist, zu verstehen.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer elektrischen Antriebsmaschine ein elektromechanischer Energiewandler zu verstehen, welcher in einem motorischen und in einem generatorischen Betriebsbereich betreibbar ist. Vorzugsweise ist im motorischen Betriebsbereich der elektrischen Antriebsmaschine elektrische Leistung (Spannung, Strom) zuführbar und diese gibt mechanische Leistung (Drehzahl, Drehmoment) ab. Vorzugsweise ist im generatorischen Betriebsbereich der elektrischen Antriebsmaschine mechanische Leistung (Drehzahl, Drehmoment) zuführbar und diese gibt elektrische Leistung (Spannung, Strom) ab, bevorzugt ist das Drehmoment im generatorischen Betrieb steuerbar. Insbesondere ist unter einem elektromechanischen Energiewandler ein sogenannter Elektromotor/-generator zu verstehen.
Im Sinne der Erfindung ist unter einem Hybridgetriebe ein schaltbares Getriebe, insbesondere also ein Geschwindigkeitswechselgetriebe, zu verstehen. Insbesondere weist das Hybridgetriebe 2 oder mehr diskrete Übersetzungsverhältnisse auf. Dabei ist unter einem Übersetzungsverhältnis ein Übersetzungsverhältnis zwischen einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle des Hybridgetriebes zu verstehen. Ein solches diskretes Übersetzungsverhältnis kann umgangssprachlich als Gang oder als Schaltstufe bezeichnet werden. Vorzugsweise ist das Hybridgetriebe als Stirnradgetriebe mit wenigstens 2 parallelen Wellen, bevorzugt als sogenanntes Doppelkupplungsgetriebe und besonders bevorzugt als Planetengetriebe mit einem oder mehreren Planetengetrieberadsätzen ausgebildet. Vorzugsweise ist das Hybridgetriebe automatisch, bevorzugt automatisiert und besonders bevorzugt manuell schaltbar. Vorzugsweise ist das schaltbare Hybridgetriebe dazu eingerichtet, die Antriebsleistung, welche von der Verbrennungskraftmaschine bereitstellbar ist, zu übertragen und bevorzugt ist das schaltbare Hybridgetriebe dazu eingerichtet, die von der Verbrennungskraftmaschine und der elektrischen Antriebsmaschine bereitstellbare Antriebsleistung zu übertragen.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer schlupfsteuerbaren Kupplung eine Drehmomentübertragungseinrichtung zu verstehen, welche selektiv schaltbar ist zwischen einem Zustand in welchem ein Drehmoment übertragbar ist (geschlossener Zustand) und einem Zustand in welchem kein Drehmoment von dieser schlupfsteuerbaren Kupplung übertragbar ist (geöffneter Zustand). Weiter weist die schlupfsteuerbare Kupplung einen Zustand auf, in welchem einerseits ein Drehmoment von einer Eingangsseite auf eine Ausgangsseite der schlupfsteuerbaren Kupplung übertragbar ist und andererseits ist die Eingangsseite gegenüber der Ausgangsseite in einem teilweise geschlossenen Zustand verdrehbar. Vorzugsweise ist die schlupfsteuerbare Kupplung als eine reibschlüssige Kupplung ausgebildet, vorzugsweise eine Lamellen- oder Scheibenkupplung. Vorzugsweise ist die schlupfsteuerbare Kupplung als ein hydrodynamischer Drehmomentwandler ausgebildet. Weiter ist die Eingangsseite der schlupfsteuerbaren Kupplung drehmomentleitend mit der Verbrennungskraftmaschine verbindbar und die Ausgangsseite dieser Kupplung ist drehmomentleitend mit der Getriebeeingangswelle verbindbar und bevorzugt ist die Ausgangsseite mit der Getriebeeingangswelle verbunden.
Unter dem drehmomentleitenden Verbinden zweier Bauteile ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass von dem einen Bauteil ein Drehmoment auf das mit diesem drehmomentleitend verbundene andere Bauteil übertragbar ist. Vorzugsweise ist dieses Drehmoment mit einem bestimmten, vorzugsweise festen, Drehzahlverhältnis von dem einen Bauteil auf das andere Bauteil übertragbar. Vorzugsweise kann eine drehmomentleitende Verbindung als eine drehzahlfeste Verbindung aufgefasst werden. Unter dem Erfassen der Drehzahl der Eingangsseite bzw. der Ausgangsseite der schlupfsteuerbaren Kupplung ist zu verstehen, dass die Drehzahl dieser mittelbar oder unmittelbar bestimmt wird. Vorzugsweise ist unter dem Erfassen der Drehzahl das Messen der Drehzahl des entsprechenden Bauteils zu verstehen, oder die Bestimmung der Drehzahl über andere bekannte Geschwindigkeitsgrößen, wie die Drehzahl anderer Bauteile oder der Fahrgeschwindigkeit. Verfahren zum Erfassen der Drehzahl sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Ist die Drehzahl der Eingangsseite der schlupfsteuerbaren Kupplung größer als die Drehzahl der Ausgangsseite kommt es, insbesondere im Fall eines Hochschaltvorgangs (Wechsel vom n-ten in den η+1 -ten Gang), beim Einrücken der schlupfsteuerbaren Kupplung, also beim Schließen dieser, zu einem ungewollten Ruck, da die mit der Eingangsseite drehmomentleitend verbundene Verbrennungskraftmaschine durch das Schließen der Kupplung abgebremst wird, da diese aufgrund ihrer Massenträgheit nur langsam an Drehzahl verliert. Alternativ, beziehungsweise um diesen Ruck zu verringern oder zu vermeiden, ist es möglich, das Brennverfahren in der Verbrennungskraftmaschine derart zu regeln, dass im Moment des Einrückens der schlupfsteuerbaren Kupplung die Eingangsseite dieser und deren Ausgangsseite die gleiche oder wenigstens ähnliche Drehzahlen aufweisen. Durch die Veränderung des Brennverfahrens werden zusätzliche Emissionen verursacht, dies ist unerwünscht.
Durch das Aufbringen eines bremsenden Kupplungsdrehmoments von der elektrischen Antriebsmaschine auf die Eingangsseite der schlupfsteuerbaren Kupplung ist die Verbrennungskraftmaschine derart abbremsbar, dass die Eingangsseite und die Ausgangsseite der schlupfsteuerbaren Kupplung die gleiche Drehzahl aufweisen, ohne dass dazu eine Veränderung des Brennverfahrens in der Brennkraftmaschine notwendig ist, somit ist ein verbessertes Betriebsverfahren für den Hybridantriebsstrang darstellbar. Im Sinne der Erfindung ist unter einem Ausgangsübersetzungsverhältnis das diskrete Übersetzungsverhältnis des Hybridgetriebes zu verstehen, in welchem sich dieses gerade im Augenblick befindet, also dasjenige Übersetzungsverhältnis, mit welchem Antriebsleistung von der Eingangswelle auf die Ausgangswelle übertragbar ist, beziehungsweise im Moment übertragen wird. Im Sinne der Erfindung ist unter einem Zielübersetzungsverhältnis das diskrete Übersetzungsverhältnis zu verstehen, in welches das Hybridgetriebe, ausgehend vom Ausgangsübersetzungsverhältnis, umgeschaltet werden soll, so dass nach dem Umschalten Antriebsleistung von der Eingangswelle auf die Ausgangswelle mit diesem Zielübersetzungsverhältnis übertragbar ist. Bildlich gesprochen, bei einem Fünfgang-Hybridgetriebe, welches während einer Beschleunigungsphase vom 3. in den 4. Gang umgeschaltet werden soll, stellt der 3. Gang das Ausgangsübersetzungsverhältnis und der 4. Gang das Zielübersetzungsverhältnis dar.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Verbrennungskraftmaschine beim Schalten von der Ausgangsübersetzung in die Zielübersetzung in einem verbrauchsgünstigen oder verbrauchsoptimalen Betriebsbereich betrieben. Vorzugsweise wird die Kraftstoffzuführung zur Verbrennungskraftmaschine beim Schalten von der
Ausgangsübersetzungsverhältnis in das Zielübersetzungsverhältnis unterbrochen. Insbesondere durch eine derartige Steuerung der Verbrennungskraftmaschine sind sowohl die Emissionen als auch der Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine absenkbar und ein verbessertes Betriebsverfahren für den Hybridantriebsstrang ist somit darstellbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die elektrische Antriebsmaschine zum Aufbringen des bremsenden Kupplungsdrehmoments in einem generatorischen Betriebsbereich betrieben. Insbesondere mittels eines generatorischen Betriebsbereichs ist die Umwandlung von mechanischer Leistung (Drehzahl, Drehmoment) in eine elektrische Leistung (Spannung, Strom) ermöglicht. Vorzugsweise wird diese elektrische Leistung, welche durch das Aufbringen des bremsenden Kupplungsdrehmoments gewonnen wird, in ein Hybridfahrzeugbordnetz eingespeist, bzw. diesem zugeführt. Insbesondere durch eine derartige Steuerung der elektrischen Antriebsmaschine ist eine Energierückgewinnung ermöglicht und somit ist die Effizienz des Hybridantriebsstrangs erhöhbar.
Weiter ist ein Hybridantriebsstrang gemäß Patentanspruch 4 vorgesehen, welcher die Verbrennungskraftmaschine, die elektrische Antriebsmaschine und das schaltbare Hybridgetriebe mit der Eingangs- und Ausgangswelle aufweist, wobei dieses in wenigstens zwei unterschiedlichen, diskreten Übersetzungsstufen schaltbar ist, also insbesondere wenigstens einen ersten und einen weiteren Gang aufweist. Weiter ist der Hybridantriebsstrang mittels eines Steuergeräts, auf welchem das oben genannte Betriebsverfahren in ausführbarerweise auf einem Datenspeicher, vorzugsweise auf einem internen Datenspeicher und bevorzugt auf einem Speicherbaustein, als Computerprogrammprodukt abgespeichert ist, steuerbar.
Vorzugsweise ist die schlupfsteuerbare Kupplung als eine reibschlüssige Kupplung ausgebildet, vorzugsweise als ein hydrodynamischer Drehmomentwandler. Weiter vorzugsweise ist die reibschlüssige Kupplung als eine Lamellen- oder bevorzugt Scheibenkupplung ausgebildet. Vorzugsweise ist die schlupfsteuerbare Kupplung als eine Ein- oder Mehrscheibenkupplung und bevorzugt als eine Lamellenkupplung mit einer Vielzahl an Reiblamellen ausgestaltet. Insbesondere ein derartiger Antriebsstrang weist ein effizientes Schaltverhalten auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die elektrische Antriebsmaschine unmittelbar mit der Verbrennungskraftmaschine drehmomentleitend verbindbar. Vorzugsweise ist die elektrische Antriebsmaschine mit der Verbrennungskraftmaschine drehfest verbindbar. Vorzugsweise ist die elektrische Antriebsmaschine koxial und bevorzugt konzentrisch zu einer Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine, angeordnet. Weiter vorzugsweise ist die Antriebsmaschine als sogenannter Kurbelwellenstartergenerator ausgebildet. Insbesondere mittels einer derartigen Ausführungsform der Erfindung ist ein besonders platzsparender Aufbau ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die elektrische Antriebsmaschine mittels eines Zwischengetriebes mit der Verbrennungskraftmaschine drehmomentleitend verbindbar. Vorzugsweise ist dieses Zwischengetriebe als Zugmittelgetriebe, bevorzugt als formschlüssiges Zugmittelgetriebe und besonders bevorzugt als Kettengetriebe oder weiter vorzugsweise als Zahn- oder Rippenriemengetriebe ausgebildet. Weiter vorzugsweise ist das Zwischengetriebe als Zahnradgetriebe ausgebildet. Insbesondere mittels einer derartigen Ausgestaltung der Erfindung ist es ermöglicht, die elektrische Antriebsmaschine nahezu unabhängig von der Verbrennungskraftmaschine zu positionieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die elektrische Antriebsmaschine, bezogen auf die Geometrie, zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem Hybridgetriebe angeordnet. Insbesondere mittels einer derartigen Ausgestaltung ist ein besonders platzsparender Aufbau des Hybridantriebsstrangs ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die elektrische Antriebsmaschine, bezogen auf die Geometrie, in einem Gehäuse des Hybridgetriebes angeordnet. Insbesondere mittels einer derartigen Ausgestaltung des Hybridantriebsstrangs ist eine Modularisierung des Hybridgetriebes und der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht.
Der vorgeschlagene Antriebsstrang ist in einem Kraftfahrzeug, vorzugsweise einen Pkw zum Überwinden der Fahrwiderstände einsetzbar. In den nachfolgend erläuterten Figuren sind einzelne Merkmale und Ausführungsformen der Erfindung näher dargestellt, dabei zeigt:
Figur 1 : einen schematisierten Hybridantriebsstrang,
Figur 2: einen vereinfachten Ablaufplan für das Betriebsverfahren.
In Figur 1 ist eine schematisierte Darstellung eines Hybridantriebstrangs 1 gezeigt. Der Hybridantriebsstrang 1 weist eine Verbrennungskraftmaschine 2 und einen Elektromotorgenerator 3 auf und ist mittels des Steuergeräts 2a steuerbar. Von diesen beiden Antriebsmaschinen (2, 3) ist Antriebsleistung zum Überwinden von Fahrwiderständen bereitstellbar. Die von diesen Antriebsmaschinen (2, 3) bereitgestellte Antriebsleistung wird mittels des Hybridgetriebes 4 in Richtung auf die Antriebsräder 6 übertragen. Die Antriebsräder 6 können Vorderräder und zusätzlich oder alternativ Hinterräder sein (Front-, Allrad-, Heckantrieb).
Die Verbrennungskraftmaschine 2 ist über die Kupplung 5 selektiv mit dem Hybridgetriebe 4 verbindbar. Das Übersetzungsverhältnis des Hybridgetriebes 4, also das Übersetzungsverhältnis zwischen der Eingangswelle 8 und der Ausgangswelle 9 dieses Getriebes 4, ist in diskreten Stufen veränderbar. Dabei ist eine solche diskrete Übersetzungsstufe umgangssprachlich als Gang aufzufassen.
Weiter weist der Hybridantriebsstrang 1 ein Zweimassenschwungrad 7 zum Verringern von Drehschwingungen von der Verbrennungskraftmaschine 2 auf. Mit der Position 7a ist eine alternative Position für die Anordnung des Zweimassenschwungrads 7 der Verbrennungskraftmaschine 2 gezeigt.
Der Hybridantriebsstrang 1 wird über das Hybridantriebsstrangsteuergerät 2a gesteuert. Auf dem Hybridantriebsstrangsteuergerät 2a ist das Steuerverfahren auf einem internen Speicherbaustein als ausführbares Computerprogramm abgespeichert. Die Verbrennungskraftmaschine 2 sowie auch der Elektromotorgenerator 3 sind drehfest mit der Eingangsseite 5a der Kupplung 5 verbunden. Die Eingangswelle 8 des Hybridgetriebes 4 ist drehfest mit der Ausgangsseite 5b der Kupplung 5 verbunden.
Die elektrische Antriebsmaschine 3 wird beim Hochschalten aus dem Ausgangsübersetzungsverhältnis in das Zielübersetzungsverhältnis derart angesteuert, dass diese ein generatorisches Bremsdrehmoment auf die Verbrennungskraftmaschine 2 aufbringt (generatorisches
Kupplungsdrehmoment). Die über das generatorische Bremsdrehmoment zurückgewonnene elektrische Leistung, ist dem Energiespeicher/Bordnetz 3a zuführbar.
In Figur 2 ist ein schematisierter Verfahrensablauf für das Betriebsverfahren für den vorgeschlagenen Hybridantriebsstrang dargestellt. Um eine bessere Übersichtlichkeit zu erreichen, ist bei einzelnen Elementen Bezugszeichen aus Fig. 1 angegeben, obwohl das Element als solches in Fig. 2 nicht dargestellt ist.
Im ersten Schritt 10, wird eine Schaltanforderung, also ein Wechsel aus dem Ausgangsübersetzungsverhältnis in das Zielübersetzungsverhältnis angefordert und die schlupfsteuerbare Kupplung (5, nicht dargestellt) wird geöffnet.
Soweit die Drehzahl der Eingangsseite (5a, nicht dargestellt) größer ist, als die Drehzahl der Ausgangsseite (5b, nicht dargestellt) wird im nächsten Schritt 20 über den Elektromotorgenerator (3, nicht dargestellt) ein generatorisches Bremsdrehmoment auf die Verbrennungskraftmaschine aufgebracht. Zeitgleich wird im nächsten Schritt 30 das Hybridgetriebe vom Ausgangsübersetzungsverhältnis in das Zielübersetzungsverhältnis umgeschaltet. Im Schritt 40 wird die schlupfsteuerbare Kupplung wieder geschlossen und die Verbrennungskraftmaschine kann erneut Antriebsleistung über das Hybridgetriebe an die antreibbaren Räder abgeben. Mit anderen Worten ausgedrückt, Hybridfahrzeuge weisen heute neben dem Verbrennungsmotor einen oder mehrere Elektromotoren auf, die mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt werden können, um im Betrieb des Elektromotors als Generator elektrische Energie für das Fahrzeugbordnetz bereitzustellen.
Vorzugsweise soll diese Anordnung genutzt werden, um während Getriebeschaltungen die Rotationsenergie des Verbrennungsmotors durch Aufbau einer generatorischen Last (generatorisches Kupplungsdrehmoment) am Elektromotorgenerator schnell auf die Zieldrehzahl zu synchronisieren. Dies erfolgt mit dem Ziel, den Verbrennungsprozess im Verbrennungsmotor durch den Schalteingriff möglichst wenig zu beeinflussen.
Dazu wird folgende Konfiguration vorgeschlagen:
Einsatz des Elektromotorgenerators im verbrennungsmotorischen Antrieb (Verwendung von vorhandenen Elektromotorgeneratoren in Hybridfahrzeugen, beziehungsweise Einbau eines Elektromotorgenerators in ein„konventionelles" Fahrzeug).
Dieser Elektromotorgenerator kann dabei an verschiedenen Positionen angeordnet werden, wie folgende, nicht abschließende, Aufzählung zeigt:
kurbelwellenfeste Anbindung (z.B. Kurbelwellenstartergenerator (KSG) oder Starter-Generator angetrieben über Kette/Zahn radstufe/Riemen,
Anordnung zwischen Verbrennungsmotor und Hybridgetriebe mit der Maßgabe einer drehzahlfesten Kopplung zur
Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine während des Schalteingriffes (Wechsel aus dem
Ausgangsübersetzungsverhältnis in das
Zielübersetzungsverhältnis), Anordnung innerhalb des Hybridgetriebes mit der Maßgabe einer drehzahlfesten Koppelung zur Kurbelwelle der
Verbrennungskraftmaschine während des Schalteingriffes, insbesondere aus Komfortgründen ist weiterhin vorgesehen, dass zum Abtrieb ein schlupfendes Getriebeelement
(schlupfsteuerbare Kupplung) existiert, mit welchem der für den Fahrer störenden Abbau kinetischer Energie aus dem Fahrzeug verringer- oder verhinderbar ist.
Bezugszeichenliste:
1 Hybridantriebsstrang
2 Verbrennungskraftmaschine
2a Hybridantriebsstrangsteuergerät
3 Elektromotorgenerator
3a Bordnetz/Energiespeicher
4 Hybridgetriebe
5 schlupfsteuerbare Kupplung
5a Eingangsseite der Anfahrkupplung
5b Ausgangsseite der Anfahrkupplung
6 Antriebsräder
7 Zweimassenschwungrad
7a Alternative Position für Zweimassenschwungrad
8 Eingangswelle
9 Ausgangswelle
10 - 40 Verfahrensschritte

Claims

Patentansprüche
1 . Betriebsverfahren für einen Hybridantriebsstrang (1 ) mit einer
Verbrennungskraftmaschine (2) und einer elektrischen Antriebsmaschine
(3) und mit einem schaltbaren Hybridgetriebe (4), wobei dieses Getriebe
(4) eine Eingangswelle (8) und eine Ausgangswelle (9) aufweist und zum Verändern eines Übersetzungsverhältnisses zwischen diesen Wellen (8, 9) in diskreten Stufen eingerichtet ist, wobei
die Verbrennungskraftmaschine (2) mittels einer schlupfsteuerbaren Kupplung (5) selektiv mit der Eingangswelle (8) drehmomentleitend verbindbar ist, wobei die schlupfsteuerbare Kupplung (5) eine
Eingangsseite (5a) aufweist, welche drehmomentleitend mit der
Verbrennungskraftmaschine (2) verbindbar ist und eine Ausgangsseite (5b), welche drehmomentleitend mit der Getriebeeingangswelle (8) verbindbar ist und, wobei die elektrische Antriebsmaschine (3) drehmomentleitend mit der Verbrennungskraftmaschine (2) verbindbar ist, wobei zum Schalten von einem Ausgangsübersetzungsverhältnis in ein Zielübersetzungsverhältnis des Hybridgetriebes (4) die
schlupfsteuerbare Kupplung (5) geöffnet wird,
die elektrische Antriebsmaschine (3) drehmomentleitend mit der
Verbrennungskraftmaschine (2) verbunden wird oder verbunden bleibt und jeweils die Drehzahl der Eingangsseite (5a) und der Ausgangsseite (5b) der schlupfsteuerbaren Kupplung (5) erfasst werden und, dass für den Fall, dass die Drehzahl der Eingangsseite (5a) größer ist, als die Drehzahl der Ausgangsseite (5b), ein bremsendes
Kupplungsdrehmoment von der elektrischen Antriebsmaschine (3) auf die Verbrennungskraftmaschine (2) aufgebracht wird.
2. Betriebsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Verbrennungskraftmaschine (2) beim Schalten aus dem
Ausgangsübersetzungsverhältnis in das Zielübersetzungsverhältnis in einem verbrauchsgünstigen oder verbrauchsoptimalen Betriebsbereich betrieben wird.
3. Betriebsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die elektrische Antriebsmaschine (3) zum Aufbringen des bremsenden Kupplungsdrehmoments in einem generatorischen Betriebsbereich betrieben wird,
dass elektrische Leistung, welche durch das Aufbringen des bremsenden Kupplungsdrehmoments mit der elektrischen Antriebsmaschine (3) erzeugt wird einem Hybridfahrzeugbordnetz (3a) zuführbar ist.
4. Hybridantriebsstrang mit einer Verbrennungskraftmaschine und einer elektrischen Antriebsmaschine und mit einem schaltbaren Hybridgetriebe (4), wobei dieses Getriebe eine Eingangswelle (8)und eine
Ausgangswelle (9) aufweist und zum Verändern eines
Übersetzungsverhältnisses zwischen diesen Wellen (8, 9) in diskreten Stufen eingerichtet ist, wobei
die Verbrennungskraftmaschine (2) mittels einer schlupfsteuerbaren Kupplung (5) selektiv mit der Eingangswelle (8) drehmomentleitend verbindbar ist, wobei die schlupfsteuerbare Kupplung (5) eine
Eingangsseite (5a) aufweist, welche drehmomentleitend mit der
Verbrennungskraftmaschine (2) verbindbar ist und eine Ausgangsseite (5b), welche drehmomentleitend mit der Eingangswelle (8) verbindbar ist und wobei die elektrische Antriebsmaschine (3) drehmomentleitend mit der Verbrennungskraftmaschine (2) verbindbar ist, wobei der
Hybridantriebsstrang (1 ) mit einem Hybridfahrzeugsteuergerät (2a) steuerbar ist, auf welchem ein Verfahren nach einem der
vorhergehenden Ansprüche als ausführbares
Computerprogrammprodukt abgespeichert ist und, dass die
schlupfsteuerbare Kupplung (5) als ein hydraulischer
Drehmomentwandler oder als eine Lammellenkupplung mit wenigstens einer Reiblamelle ausgebildet ist.
5. Hybridantriebsstrang nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Antriebsmaschine (3) unmittelbar mit der
Verbrennungskraftmaschine (2) drehfest verbindbar ist.
6. Hybridantriebsstrang nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Antriebsmaschine (3) mittels eines Zwischengetriebes mit der Verbrennungskraftmaschine (2) drehmomentleitend verbindbar ist.
7. Hybridantriebsstrang nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass die elektrische Antriebsmaschine (3) geometrisch zwischen der Verbrennungskraftmaschine (2) und dem Hybridgetriebe (4) angeordnet ist.
8. Hybridantriebsstrang nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass die elektrische Antriebsmaschine (3) geometrisch im Hybridgetriebe (4) angeordnet ist.
9. Kraftfahrzeug mit einem Hybridantriebsstrang nach einem der Ansprüche 4 bis 8.
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