DE102011014415B4

DE102011014415B4 - Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebsstrangs sowie Verfahren zum Starten einer Kraftmaschine in einem Hybridantriebsstrang

Info

Publication number: DE102011014415B4
Application number: DE102011014415.3A
Authority: DE
Inventors: Sah Jy-Jen F; Goro Tamai
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2018-12-27
Anticipated expiration: 2031-03-19
Also published as: US20110238244A1; DE102011014415A1; US8733481B2; CN102198831A

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebsstrangs, der eine Batterie (222), eine Kraftmaschine (212), die zur Arbeit bei einer Kraftmaschinendrehzahl konfiguriert ist, und eine erste elektrische Arbeitsmaschine (256), die zur Arbeit bei einem Drehmoment der ersten Arbeitsmaschine (256) und bei einer Drehzahl der ersten Arbeitsmaschine (256) konfiguriert ist, aufweist, wobei das Verfahren umfasst:
Anweisen eines Kraftmaschinenstarts, bei dem die Kraftmaschinendrehzahl null ist;
Anweisen einer Spulphase, die enthält:
Beschleunigen der ersten elektrischen Arbeitsmaschine (256) mit dem Drehmoment der ersten Arbeitsmaschine (256) in der Weise, dass sich die erste elektrische Arbeitsmaschine (256) zu drehen beginnt und dass sich die Drehzahl der ersten Arbeitsmaschine (256) von null auf nicht null ändert,
Aufrechterhalten der Kraftmaschinendrehzahl bei null, und
Speichern mechanischer Energie der sich drehenden ersten elektrischen Arbeitsmaschine (256); und
Anweisen einer Übertragungsphase, die enthält:
Anweisen einer Zunahme des Betrags des Drehmoments der ersten Arbeitsmaschine (256),
Verlangsamen der ersten elektrischen Arbeitsmaschine (256) in der Weise, dass sich die Drehzahl der ersten Arbeitsmaschine (256) in Richtung null bewegt, und
Übertragen der gespeicherten mechanischen Energie der ersten elektrischen Arbeitsmaschine (256) an die Kraftmaschine (212) zum Erhöhen der Kraftmaschinendrehzahl auf mehr als null, wobei das Erhöhen der Kraftmaschinendrehzahl die Kraftmaschine (212) startet; dadurch gekennzeichnet, dass
der Hybridantriebsstrang ferner eine zweite elektrische Arbeitsmaschine (258), die zur Arbeit bei einem Drehmoment der zweiten Arbeitsmaschine (258) und bei einer Drehzahl der zweiten Arbeitsmaschine (258) konfiguriert ist, und wenigstens zwei Drehmomentübertragungsmechanismen (C1 - C4) enthält, wobei das Verfahren ferner umfasst:
Anordnen der wenigstens zwei Drehmomentübertragungsmechanismen in einen ersten Einrückzustand vor der Spulphase;
Aufrechterhalten des ersten Einrückzustands während der Spulphase; und
Aufrechterhalten des ersten Einrückzustands während der Übertragungsphase; und
wobei die Spulphase ferner enthält:
Beschleunigen der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine (258) mit dem Drehmoment der zweiten Arbeitsmaschine (258) in der Weise, dass sich die zweite elektrische Arbeitsmaschine (258) zu drehen beginnt und dass sich die Drehzahl der zweiten Arbeitsmaschine (258) von null auf nicht null ändert, und
Speichern mechanischer Energie der sich drehenden zweiten elektrischen Arbeitsmaschine (258); und
die Übertragungsphase ferner enthält:
Anweisen einer Zunahme des Betrags des Drehmoments der zweiten Arbeitsmaschine (258),
Verlangsamen der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine (258) in der Weise, dass sich die Drehzahl der zweiten Arbeitsmaschine (258) in Richtung null bewegt, und
Übertragen der gespeicherten mechanischen Energie der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine (258) an die Kraftmaschine (212).

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung bezieht sich auf Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine in einem Hybridantriebsstrang.
Verfahren gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche gehen beispielsweise aus den Druckschriften DE 10 2004 002 061 A1 und DE 101 52 471 A1 hervor.
Bezüglich des weitergehenden Standes der Technik sei an dieser Stelle auf die Druckschriften DE 199 13 519 A1 , DE 10 2007 012 787 A1 und DE 696 18 647 T2 verwiesen.
HINTERGRUND DER OFFENBARUNG
Kraftfahrzeuge enthalten einen Antriebsstrang, der für den Vortrieb des Fahrzeugs und für die Leistungsversorgung der Bordfahrzeugelektronik betreibbar ist. Der Antriebsstrang oder Triebstrang enthält allgemein eine Kraftmaschine, die das Endantriebssystem über eine Mehrgangkraftübertragung mit Leistung versorgt. Viele Fahrzeuge werden durch eine Brennkraftmaschine (ICE) vom Typ mit hin und her gehenden Kolben mit Leistung versorgt.
Hybridfahrzeuge nutzen mehrere alternative Leistungsquellen, um das Fahrzeug vorzutreiben, wobei sie das Vertrauen auf die Kraftmaschine für die Leistung minimieren. Zum Beispiel enthält ein Hybridelektrofahrzeug (HEV) sowohl elektrische Energie als auch chemische Energie und wandelt dieselbe in mechanische Leistung um, um das Fahrzeug vorzutreiben und die Fahrzeugsysteme mit Leistung zu versorgen. Allgemein nutzt das HEV eine oder mehrere elektrische Arbeitsmaschinen (Motoren/Generatoren), die einzeln oder mit der Brennkraftmaschine zusammenwirken, um das Fahrzeug vorzutreiben.
Die elektrischen Arbeitsmaschinen wandeln kinetische Energie in elektrische Energie um, die in einer Energiespeichervorrichtung gespeichert werden kann. Die elektrische Energie von der Energiespeichervorrichtung kann daraufhin für den Vortrieb des Fahrzeugs in kinetische Energie zurück umgewandelt werden. Elektrofahrzeuge enthalten außerdem eine oder mehrere elektrische Arbeitsmaschinen und Energiespeichervorrichtungen, die für den Vortrieb der Fahrzeuge verwendet werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebsstrangs geschaffen, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Ferner wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, das die Merkmale des Anspruchs 5 aufweist.
Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung, wie sie in den Ansprüchen identifiziert ist, gehen leicht aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Ausführungsarten und anderer Ausführungsformen zur Ausführung der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervor.
Figurenliste

1 ist eine schematische Hebeldiagrammdarstellung eines beispielhaften Hybridfahrzeugantriebsstrangs, der zwei elektrische Arbeitsmaschinen und einen Planetenradsatz aufweist;
2 ist eine schematische Hebeldiagrammdarstellung eines beispielhaften Hybridfahrzeugantriebsstrangs, der zwei elektrische Arbeitsmaschinen und zwei Planetenradsätze aufweist;
3 ist eine schematische Hebeldiagrammdarstellung eines beispielhaften Hybridfahrzeugantriebsstrangs, der zwei elektrische Arbeitsmaschinen und drei Planetenradsätze aufweist;
4A ist eine schematische graphische Darstellung des Drehmoments des in 3 gezeigten Hybridantriebsstrangs während eines beispielhaften Kraftmaschinenstartprozesses;
4B ist eine schematische graphische Darstellung der Drehzahl des in 3 gezeigten Hybridantriebsstrangs während des beispielhaften Kraftmaschinenstartprozesses;
4C ist eine schematische graphische Darstellung der Leistung des in 3 gezeigten Hybridantriebsstrangs während des beispielhaften Kraftmaschinenstartprozesses; und
5 ist ein schematischer Ablaufplan eines Verfahrens oder Algorithmus zum Starten der Kraftmaschine eines Hybridantriebsstrangs.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
In den Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen überall in den mehreren Figuren gleichen oder ähnlichen Komponenten entsprechen, ist in 1a eine Hebeldiagrammdarstellung eines beispielhaften Fahrzeugantriebsstrangsystems gezeigt, das allgemein als 110 bezeichnet ist. Der Antriebsstrang 110 enthält eine Brennkraftmaschine 112, die wahlweise antreibend mit einem Hybridgetriebe 114 verbunden ist. Das Getriebe 114 kann ein elektrisch variables Mehrfachmodusgetriebe sein und steht in Leistungsflussverbindung mit einem Endantriebssystem 116.
Ein Hebeldiagramm ist eine schematische Darstellung der Komponenten einer mechanischen Vorrichtung wie etwa eines Automatikgetriebes. Jeder einzelne Hebel repräsentiert einen Planetenradsatz, wobei die drei mechanischen Grundkomponenten des Planetenrads jeweils durch einen Knoten dargestellt sind. Somit enthält ein einzelner Hebel drei Knoten: einen für das Sonnenradglied, einen für das Planetenradträgerglied und einen für das Hohlradglied. Die relative Länge zwischen den Knoten jedes Hebels kann zur Darstellung des Verhältnisses von Hohlrad zu Sonnenrad jedes jeweiligen Zahnradsatzes verwendet werden. Diese Hebelverhältnisse werden wiederum zum Ändern der Übersetzungsverhältnisse des Getriebes zum Erzielen geeigneter Verhältnisse und eines geeigneten Verhältnisfortschritts verwendet.
Mechanische Kopplungen oder Zwischenverbindungen zwischen den Knoten der verschiedenen Planetenradsätze und anderen Komponenten des Getriebes (wie etwa Motoren/Generatoren) sind durch dünne horizontale Linien dargestellt. Drehmomentübertragungsmechanismen oder Drehmomentübertragungsvorrichtungen wie etwa Kupplungen und Bremsen sind als verschachtelte Finger dargestellt. Falls der Mechanismus eine Bremse ist, ist ein Satz der Finger auf Masse festgelegt.
Obwohl die vorliegende Erfindung ausführlich in Bezug auf Kraftfahrzeuganwendungen beschrieben ist, erkennt der Fachmann auf dem Gebiet die umfassendere Anwendbarkeit der Erfindung. Der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkennt, dass Begriffe wie etwa „oben“, „unten“, „nach oben“, „nach unten“ usw. beschreibend für die Figuren verwendet sind und keine Beschränkungen des wie durch die beigefügten Ansprüche definierten Umfangs der Erfindung darstellen.
Das Getriebe 114 ist so ausgelegt, dass es einen Teil seiner Antriebsleistung über ein Eingangsglied 118 von der Kraftmaschine 112 empfängt. Das Getriebeeingangsglied 118 kann die Kraftmaschinenausgangswelle (auch als eine Kurbelwelle bezeichnet) sein. Das Eingangsglied 118 überträgt Leistung an das Getriebe 114, das Leistung und Drehmoment über eine Ausgangswelle 120 an das Endantriebssystem 116 verteilt, um das Fahrzeug (nicht gezeigt) vorzutreiben. Eine Batterie 122 wirkt als eine Energiespeichervorrichtung für den Antriebsstrang 110 und kann eine chemische Batterie, ein Batterieblock oder eine andere Batteriespeichervorrichtung sein, die der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkennen kann.
In der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsform, in der der Hybridantriebsstrang 110 als ein Bodenkraftfahrzeug verwendet wird, ist die Getriebeausgangswelle 120 funktional mit dem Endantriebssystem 116 (oder dem Endantrieb) verbunden. Das Endantriebssystem 116 kann ein vorderes oder ein hinteres Differential oder einen anderen Drehmomentübertragungsmechanismus enthalten, der über jeweilige Fahrzeugachsen oder -halbwellen (nicht gezeigt) eine Drehmomentabgabe an ein oder mehrere Räder liefert. Die Räder können entweder Vorder- oder Hinterräder des Fahrzeugs sein, an dem sie genutzt werden, oder können ein Antriebszahnrad eines Gleiskettenfahrzeugs sein. Der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkennt, dass das Endantriebssystem 116 irgendeine bekannte Konfiguration einschließlich Vorderradantrieb (FWD), Hinterradantrieb (RWD), Vierradantrieb (4WD) oder Allradantrieb (AWD) enthalten kann, ohne den Umfang der beanspruchten Erfindung zu ändern.
Der Antriebsstrang 110 nutzt wenigstens eine Differentialzahnradanordnung wie etwa einen Epizyklenplanetenradsatz, einen ersten Planetenradsatz 124 (P1). P1 enthält ein erstes, ein zweites und ein drittes Zahnradglied.
Der erste Planetenradsatz 124 (P1) weist drei Zahnradglieder auf: ein erstes Zahnradglied 130, ein zweites Zahnradglied 132 und ein drittes Zahnradglied 134. In der in 1 gezeigten Konfiguration ist das erste Zahnradglied 130 ein Hohlrad und umschreibt das dritte Zahnradglied 134, das ein Sonnenrad ist. Das zweite Zahnradglied 132 ist ein Planetenträgerglied. An dem Planetenträger, dem zweiten Zahnradglied 132, sind mehrere Ritzelzahnräder drehbar angebracht. Jedes Ritzelzahnrad ist sowohl mit dem Hohlrad, dem ersten Zahnradglied 130, als auch mit dem Sonnenrad, dem dritten Zahnradglied 134, kämmend in Eingriff. Wie der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkennt, kann jedes des ersten, des zweiten und des dritten Zahnradglieds 130, 132, 134 eines der Zahnradelemente - Hohlrad, Sonnenrad oder Planetenträger - sein. Das erste, das zweite und das dritte Zahnradglied von P1 können in den Zeichnungen in irgendeiner Reihenfolge (z. B. von oben nach unten, von unten nach oben) als „Erstes“ bis „Drittes“ identifiziert sein.
In der in 1 gezeigten Konfiguration des Getriebes 114 ist P1 ein einfacher Planetenradsatz. Allerdings kann er entweder eine Einritzel-Trägeranordnung (einfache Trägeranordnung) oder eine Doppelritzel-Trägeranordnung (kombinierte Trägeranordnung) sein. Ausführungsformen mit langen Ritzeln sind ebenfalls möglich.
Zwischen der Kraftmaschine 112 und dem ersten Zahnradglied 130 von P1 ist ein erster Motor/Generator oder eine erste elektrische Arbeitsmaschine 156 angeordnet, der bzw. die hier austauschbar als Motor A bezeichnet werden kann. Die erste elektrische Arbeitsmaschine 156 ist eine elektrische Arbeitsmaschine, die kinetische Energie in elektrische Energie umwandeln kann und elektrische Energie in kinetische Energie umwandeln kann. Das dritte Zahnradglied 134 des P1 ist ständig mit einem zweiten Motor/Generator oder mit einer zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 158 verbunden, der bzw. die hier austauschbar als Motor B bezeichnet werden kann.
Das Getriebe 114 enthält drei Drehmomentübertragungsmechanismen. In der in 1 gezeigten beispielhaften Ausführungsform sind die Drehmomentübertragungsmechanismen Reibungskupplungen. Allerdings können andere herkömmliche Kupplungskonfigurationen wie etwa Klauenkupplungen, Kipphebelkupplungen und andere, die der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkennt, genutzt werden. Diese Kupplungen können hydraulisch betätigt sein, wobei sie Druckhydraulikfluid von einer Pumpe (nicht gezeigt) empfangen. Drehmomentübertragungsmechanismen, die als Bremsen wirken, können wahlweise mit einem feststehenden Element des Antriebsstrangs 110 wie etwa mit einem Getriebegehäuse 160 des Getriebes 114 verbunden werden.
Ein erster Drehmomentübertragungsmechanismus 170 - der austauschbar als Kupplung C1 bezeichnet werden kann - verbindet wahlweise das erste Zahnradglied 130 mit einem feststehenden Glied, das in 1 durch das Getriebegehäuse 160 dargestellt ist. Das erste Zahnradglied 130 kann außerdem wahlweise über den wahlweisen Eingriff eines zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus 172 - der austauschbar als Kupplung C2 bezeichnet werden kann - mit der ersten elektrischen Arbeitsmaschine 156 verbunden werden. Ein dritter Drehmomentübertragungsmechanismus 174 - der austauschbar als Kupplung C3 bezeichnet werden kann - verbindet wahlweise die erste elektrische Arbeitsmaschine 156 mit der Kraftmaschine 112.
Ein Controller 180 steht in Kommunikation mit einigen oder allen Gliedern des Antriebsstrangs 110 und bewirkt eine Steuerung des Antriebsstrangs 110. Der Controller 180 weist eine verteilte Controllerarchitektur auf, die eine mikroprozessorgestützte elektronische Steuereinheit (ECU) sein kann. Der Controller 180 enthält ein Speichermedium mit einer geeigneten Menge programmierbarem Speicher und kann einen oder mehrere Algorithmen speichern und ausführen, um eine Steuerung des Antriebsstrangs 110 zu bewirken. Außerdem kann der Controller 180 mehrere Steuermodule oder -komponenten in Kommunikation miteinander und mit dem Antriebsstrang 110 enthalten. Ferner kann der Controller 180 zum Ausführen anderer Algorithmen oder Aufgaben als der hier beschriebenen konfiguriert sein.
Die Kraftmaschine 112, die erste elektrische Arbeitsmaschine 156 und die zweite elektrische Arbeitsmaschine 158 können einzeln oder zusammen mit dem ersten Planetenradsatz (P1) und mit den wahlweise einrückbaren Drehmomentübertragungsmechanismen, den Kupplungen C1-C3, zusammenarbeiten, um die Getriebeausgangswelle 120 zu drehen.
Die Kraftmaschine 112 erfordert, dass sich die Kolben vor der Zündphase des Zyklus bewegen. Das heißt, dass die Kraftmaschine 112 von einer äußeren Kraft in Bewegung (Drehung) versetzt werden muss, bevor sie sich selbst mit Leistung versorgen kann. Das Starten der Kraftmaschine 112 kann auf mehrere Arten bewirkt werden. Wenn der Antriebsstrang 110 einen Startermotor (nicht gezeigt) und eine Start-, Beleuchtungs- und Zündbatterie (SLI-Batterie) enthält, kann der (durch die SLI-Batterie mit Leistung versorgte) Startermotor zum Drehen der Kraftmaschine 112 auf die Startdrehzahl verwendet werden. Dieser Starttyp kann hier als ein SLI-Start bezeichnet werden.
In dem in der Figur gezeigten Hybridantriebsstrang 110 kann die erste elektrische Arbeitsmaschine 156 zum Drehen der Kraftmaschine 112 verwendet werden, während die Kupplung C3 eingerückt ist. Somit kann Leistung von der Batterie 122 verwendet werden, um die erste elektrische Arbeitsmaschine 156 und die Kraftmaschine 112 durch die Anwendung von ausreichend Drehmoment schnell zu beschleunigen. Diese Art Start, die hier als ein Sofortstart bezeichnet werden kann, erfordert verhältnismäßig hohen Leistungsfluss von der Batterie 122 - wie es beim SLI-Start der Fall wäre. Der Antriebsstrang 110 kann so konfiguriert sein, dass die Batterie 122 eine Leistungsbeschränkung aufweist, über die hinaus der Controller 180 keinen Leistungsfluss von der Batterie 122 zulässt.
Ein weiteres Verfahren zum Starten der Brennkraftmaschine 112 nutzt die erste elektrische Arbeitsmaschine 156 und/oder die zweite elektrische Arbeitsmaschine 158, tut dies aber in einer Weise, die verhältnismäßig weniger Leistung von der Batterie 122 erfordert. Dieser Start kann als ein Schwungkraftstart bezeichnet werden und kann ausgeführt werden, wenn der Controller 180 bestimmt, dass die Bedingungen für den Schwungkraftstart vorteilhaft sind. Schwungkraftstarts können als das einzige Startverfahren des Antriebsstrangs 110 oder als eine verfügbare Alternative entweder zu dem SLI-Start oder zu dem Sofortstart oder zu beiden genutzt werden.
Die Kraftmaschine 112 kann in der Weise beschrieben werden, dass sie mit einer Kraftmaschinendrehzahl arbeitet, und die erste elektrische Arbeitsmaschine 156 kann in der Weise beschrieben werden, dass sie bei einem Drehmoment der ersten Arbeitsmaschine und bei einer Drehzahl der ersten Arbeitsmaschine arbeitet. Irgendein spezifischer Drehmomentübertragungsmechanismus (die Kupplung C1, C2 oder C3) kann in der Weise beschrieben werden, dass er bei einer ersten Schlupfdrehzahl arbeitet. Die Schlupfdrehzahl ist die Relativdrehung der zwei über den Drehmomentübertragungsmechanismus wahlweise zu verbindenden Elemente, sodass eine vollständig eingerückte Kupplung die Schlupfdrehzahl null aufweist. Die Kupplungssynchronisation bezieht sich allgemein darauf, dass die Schlupfdrehzahl der einzelnen Kupplung auf oder nahe null gebracht wird.
Wenn ein Befehl zum Starten der Kraftmaschine 112 empfangen wird, ist die Kraftmaschinendrehzahl wegen der Kraftmaschinenreibung und des Unterdrucks innerhalb der Zylinder näherungsweise null. Der Controller 180 weist eine Spulphase des Schwungkraftstarts an. Die Spulphase enthält das Beschleunigen entweder der ersten elektrischen Arbeitsmaschine 156 oder der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 158 mit einem niedrigeren Drehmomentbetrag (einem Drehmoment der ersten Arbeitsmaschine) als dem Drehmomentbetrag, der anfangs zum Ausführen des Sofortstarts erforderlich wäre. Für die erste elektrische Arbeitsmaschine 156 hängt das Drehmoment der ersten Arbeitsmaschine (TA) mit der Winkelbeschleunigung durch die folgende Formel zusammen: TA = IA · NAdot; wobei IA das Trägheitsmoment der ersten elektrischen Arbeitsmaschine 156 ist und NAdot die Drehbeschleunigung der ersten elektrischen Arbeitsmaschine 156 ist. Der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkennt, dass diese Formel und andere hier ausgedrückte auf ähnliche Weise auf beide elektrische Arbeitsmaschinen angewendet werden können.
Der Schwungkraftstart kann das Aufbauen und Speichern von Energie mit der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 158 - die mit einem Drehmoment der zweiten Arbeitsmaschine und mit einer Drehzahl der zweiten Arbeitsmaschine arbeitet - entweder allein oder zusammen mit der ersten elektrischen Arbeitsmaschine 156 enthalten. Das Anlegen des Drehmoments der ersten Arbeitsmaschine veranlasst in diesem Beispiel, dass sich die zweite elektrische Arbeitsmaschine 158 zu drehen beginnt und dass sich die Drehzahl der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 158 von näherungsweise der Drehzahl null auf eine von null verschiedene Drehzahl ändert.
In Abhängigkeit von der Drehrichtung kann die Drehzahländerung entweder als eine Zunahme (auf eine positive Drehzahl) oder als eine Abnahme (auf eine negative Drehzahl) betrachtet werden, wobei sie aber immer eine Zunahme des Betrags der Drehzahl ist. In diesem Beispiel kann die Kupplung C3 verriegelt sein (Schlupfdrehzahl null), sodass die erste elektrische Arbeitsmaschine 156 ebenfalls feststehend ist (Drehzahl NA der ersten Arbeitsmaschine 0). Da die Ausgangsdrehzahl des Endantriebssystems 116 bei oder nahe null liegt, während die Drehzahl der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 158 zunimmt, nehmen die Schlupfdrehzahlen der Kupplungen C2 und C1 ebenfalls zu.
Während die sich drehende zweite elektrische Arbeitsmaschine 158 Drehzahl gewinnt, wandelt sie elektrische Energie von der Batterie 122 in mechanische Energie um. Die mechanische Energie wird in der sich drehenden zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 158 gespeichert, die wie ein Schwungrad oder wie eine mechanische Batterie wirkt. Die mechanische oder kinetische Energie (KE) der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 158 kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:
KE = 1/2 · IB · NB²; wobei IB das Trägheitsmoment der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 158 ist und NB die Drehzahl der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 158 ist.
Während der Spulphase hält der Controller 180 die Kraftmaschinendrehzahl bei näherungsweise null. Nach Speichern von ausreichend mechanischer Energie der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 158 weist der Controller 180 eine Übertragungsphase an. Während der Übertragungsphase wird die gespeicherte mechanische Energie von der Spulphase auf die Kraftmaschine 112 übertragen, um die innere Reibung der Kraftmaschine zu überwinden und um zu veranlassen, dass sich die Kraftmaschine 112 dreht.
Die während des Spulens in der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 158 gespeicherte Energie kann entweder über mechanische Übertragung oder über elektrische Übertragung übertragen werden, um die Kraftmaschine 112 zu starten. Um die gespeicherte Energie der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 158 zu entnehmen, weist der Controller 180 eine Verlangsamung der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 158 an, sodass sich die Drehzahl der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine in Richtung null bewegt.
Falls die Energie mechanisch auf die Kraftmaschine 112 übertragen wird, beginnt der Controller die Kupplung C2 einzurücken, sodass sich die Schlupfdrehzahl von C2 in Richtung der Drehzahl null bewegt. Die Kupplung C2 wird z. B. durch Füllen des Kupplungszylinders zum Anlegen von Druck zwischen den Kupplungsplatten, die antreibend mit der ersten elektrischen Arbeitsmaschine 156 verbunden sind, und den Platten, die antreibend mit dem ersten Zahnradglied 130 verbunden sind, eingerückt. Das Einrücken - oder wahrscheinlicher das allmähliche Einrücken - der Kupplung C2 veranlasst, dass die gespeicherte mechanische Rotationsenergie der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 158 über die erste elektrische Arbeitsmaschine 156 und die Kupplung C3 auf die Kraftmaschine 112 übertragen wird, sodass sich die Kraftmaschine 112 zu drehen beginnt. Während die Kraftmaschine 112 die Kraftmaschinendrehzahl auf eine Startdrehzahl erhöht, startet die Kraftmaschine 112 schließlich.
Da sich das Fahrzeug und das Endantriebsystem 116 nicht bewegen, kann die Ausgangsdrehzahl des Antriebsstrangs 110 sowohl während der Spul- als auch während der Übertragungsphase des Schwungkraftstarts bei oder nahe null bleiben. Die Ausgangsdrehzahl kann durch die Masse des Fahrzeugs und durch die Reibung innerhalb des Antriebsstrangs 110 und innerhalb des Endantriebssystems 116 auf null gehalten werden oder kann durch eine Parkbremse (nicht gezeigt), durch eine Klaue oder durch eine ähnliche Vorrichtung, die der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet kennt, auf null gehalten werden. Allerdings kann der Schwungkraftstart weiter an dem Antriebsstrang 110 ausgeführt werden, wenn die Ausgangsdrehzahl von null verschieden ist (z. B., wenn das Fahrzeug rollt).
Während Zeitdauern extremer Kälte kann die Leistung der Batterie 122 beschränkt werden, sodass die Batterie 122 nicht in der Lage ist, hohe Leistung bereitzustellen. Außerdem kann die Kraftmaschine 112 wesentlich höhere Reibung aufweisen, wenn sie kalt ist, als wenn sie warm ist. Der Schwungkraftstart ermöglicht, dass der Antriebsstrang 110 die Kraftmaschine 112 während Zeitdauern startet, in denen die zum Ausführen eines Sofortstarts der Kraftmaschine 112 mit der ersten elektrischen Arbeitsmaschine 156 oder mit der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 158 erforderliche Leistung verhältnismäßig hoch ist, während die von der Batterie 122 verfügbare Leistung verhältnismäßig niedrig ist.
Die Übertragungsphase kann ebenfalls das elektrische Übertragen der gespeicherten Energie der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 158 auf die Kraftmaschine 112 enthalten. Nach Beschleunigen der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 158 unter niedrigem Drehmoment und niedriger Leistung und Speichern der mechanischen Energie der sich drehenden zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 158 weist der Controller 180 eine Abnahme der Drehzahl des zweiten Motors durch Erzeugen elektrischer Energie aus der gespeicherten mechanischen Energie der sich drehenden zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 158 an.
Die durch Verlangsamen der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 158 erzeugte Leistung wird dann an die erste elektrische Arbeitsmaschine 156 übertragen, in mechanische Energie zurück umgewandelt und zum ausreichenden Erhöhen der Kraftmaschinendrehzahl zum Starten der Kraftmaschine 112 verwendet. In Abhängigkeit von der Menge der in der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 158 gespeicherten mechanischen Energie kann zusätzliche Leistung von der Batterie 122 auf die erste elektrische Arbeitsmaschine 156 übertragen werden, um beim Starten der Kraftmaschine 112 zu helfen. Ähnlich kann dann, wenn überschüssige mechanische Energie in der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 158 gespeichert ist, diese überschüssige Energie in der Batterie 122 gespeichert werden, anstatt an die erste elektrische Arbeitsmaschine 156 übertragen zu werden. Das elektrische Übertragen der in der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 158 gespeicherten mechanischen Energie an die Kraftmaschine 112 erfordert - im Gegensatz zum mechanischen Übertragen durch Schlupfeingriff der Kupplung C2 - kein Einrücken irgendeiner der Kupplungen C1-C3 und erzeugt somit keine Wärmeenergie während des Einrückens einer der Kupplungen.
Nun anhand von 2 und weiter anhand von 1 ist eine Hebeldiagrammdarstellung eines beispielhaften Fahrzeugantriebsstrangsystems gezeigt, das allgemein als 210 bezeichnet ist. Der Antriebsstrang 210 enthält eine Brennkraftmaschine 212, die wahlweise antreibend mit einem Hybridgetriebe 214 verbunden ist. Das Getriebe 214 kann ein elektrisch variables Mehrfachmodusgetriebe sein und steht in Leistungsflussverbindung mit einem Endantriebssystem 216.
Das Getriebe 214 ist zum Empfangen eines Teils seiner Antriebsleistung von der Kraftmaschine 212 über ein Eingangsglied 218 ausgelegt. Das Getriebeeingangsglied 218 überträgt Leistung an das Getriebe 214, das Leistung und Drehmoment über eine Ausgangswelle 220 an das Endantriebssystem 216 verteilt, um dadurch das Fahrzeug (nicht gezeigt) vorzutreiben. Die Kraftmaschine 212 kann irgendeine zahlreicher Formen mineralölbetriebener Antriebsmaschinen wie etwa die Brennkraftmaschinen vom Typ mit hin und her gehendem Kolben sein, die funkengezündete Benzinkraftmaschinen und selbstgezündete Dieselkraftmaschinen enthalten. Eine Batterie 222 wirkt als eine Energiespeichervorrichtung für den Antriebsstrang 210 und kann eine chemische Batterie, ein Batterieblock oder eine andere Energiespeichervorrichtung sein, die der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkennt.
Das Hybridgetriebe 214 nutzt eine oder mehrere Differentialzahnradanordnungen wie etwa Epizyklenplanetenradsätze. Die in 2 gezeigte Konfiguration verwendet einen ersten Planetenradsatz 224 (P1) und einen zweiten Planetenradsatz 226 (P2). Der erste Planetenradsatz 224 und der zweite Planetenradsatz 226 enthalten jeweils ein erstes, ein zweites und ein drittes Zahnradglied. Bei Bezugnahme auf den ersten und auf den zweiten Planetenradsatz 224, 226 (P1, P2) können diese Sätze in irgendeiner Reihenfolge in den Zeichnungen (z. B. von links nach rechts, von rechts nach links usw.) als „erster“ bis „zweiter“ bezeichnet werden. Ähnlich können das erste, das zweite und das dritte Zahnradglied des ersten Planetenradsatzes 224 und des zweiten Planetenradsatzes 226 - in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen - in irgendeiner Reihenfolge in den Zeichnungen (z. B. von oben nach unten, von unten nach oben) als „erstes“ bis „zweites“ identifiziert sein.
Der erste Planetenradsatz 224 ist ein kombinierter Planetenradsatz und weist drei Zahnradglieder auf: ein erstes Zahnradglied 230, ein zweites Zahnradglied 232 und ein drittes Zahnradglied 234. In der in 2 gezeigten Konfiguration ist das erste Zahnradglied 230 ein Planetenträgerglied. Das zweite Zahnradglied 232 ist ein Hohlrad und umschreibt das dritte Zahnradglied 234, das ein Sonnenrad ist. An dem Planetenträger, dem zweiten Zahnradglied 232, sind mehrere Ritzelzahnräder drehbar angebracht. Wie der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkennt, können allerdings jedes des ersten, des zweiten und des dritten Zahnradglieds 230, 232, 234 irgendeines der Zahnradglieder - Hohlrad, Sonnenrad oder Planetenträger - sein.
Der zweite Planetenradsatz 226 ist ein einfacher Planetenradsatz und enthält drei Zahnradglieder: ein erstes Zahnradglied 240, ein zweites Zahnradglied 242 und ein drittes Zahnradglied 244. In der in 2 gezeigten Konfiguration sind das erste, das zweite und das dritte Zahnradglied 240, 242, 244 des zweiten Planentenradsatzes 226 ähnlich jenen des ersten Planetenradsatzes 224 angeordnet. Das zweite Zahnradglied 242 (das Hohlrad) von P2 ist ständig mit der Getriebeausgangswelle 220 verbunden.
Jedes der oben beschriebenen Planetenradglieder kann entweder eine Einritzel-Trägeranordnung (einfache Trägeranordnung) oder eine Doppelritzel-Trägeranordnung (kombinierte Trägeranordnung) sein. Ausführungsformen mit langen Ritzeln sind ebenfalls möglich. Das dritte Zahnradglied 234 des ersten Planetenradsatzes 224 ist durch eine zentrale Welle 236 mit dem dritten Zahnradglied 244 des zweiten Planetenradsatzes 226 vereinigt (d. h. ständig verbunden). Somit sind diese zwei Zahnradglieder 234 und 244 zur gemeinsamen Drehung starr befestigt.
Das erste Zahnradglied 230 des ersten Planetenradsatzes 224 ist ständig mit einem ersten Motor/Generator oder mit einer ersten elektrischen Arbeitsmaschine 256 verbunden. Die erste elektrische Arbeitsmaschine 256, die hier austauschbar als Motor A bezeichnet ist, kann kinetische Energie in elektrische Energie umwandeln und kann elektrische Energie in kinetische Energie umwandeln. Das dritte Zahnradglied 244 des zweiten Planetenradsatzes 226 ist ständig mit einem zweiten Motor/ Generator oder mit einer zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 258 verbunden, der bzw. die hier austauschbar als Motor B bezeichnet werden kann.
Das Getriebe 214 enthält vier Drehmomentübertragungsmechanismen. In der in 2 gezeigten beispielhaften Ausführungsform sind die Drehmomentübertragungsmechanismen Reibungskupplungen. Allerdings können andere herkömmliche Kupplungskonfigurationen wie etwa Klauenkupplungen, Kipphebelkupplungen und andere dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet bekannte genutzt werden. Die Kupplungen können hydraulisch betätigt werden, wobei sie Druckhydraulikfluid von einer Pumpe (nicht gezeigt) empfangen. Die Drehmomentübertragungsmechanismen, die als Bremsen wirken, können wahlweise mit einem feststehenden Element des Antriebsstrangs 210 wie etwa mit einem Getriebegehäuse 260 des Getriebes 214 verbunden werden.
Ein erster Drehmomentübertragungsmechanismus 270 - der austauschbar als Kupplung C1 bezeichnet werden kann - verbindet wahlweise das erste Zahnradglied 240 des zweiten Planetenradsatzes 226 mit einem feststehenden Glied, das in 2 durch das Getriebegehäuse 260 dargestellt ist. Das erste Zahnradglied 240 des zweiten Planetenradsatzes 226 kann durch wahlweises Einrücken eines zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus 272 - der austauschbar als Kupplung C2 bezeichnet werden kann - wahlweise mit dem ersten Zahnradglied 230 des ersten Planetenradsatzes 224 verbunden werden.
Ein dritter Drehmomentübertragungsmechanismus 274 -, der austauschbar als Kupplung C3 bezeichnet werden kann - verbindet wahlweise das dritte Zahnradglied 244 des zweiten Planetenradsatzes 226 mit dem Getriebegehäuse 260. Das dritte Zahnradglied 244 des zweiten Planetenradsatzes 226 und die zweite elektrische Arbeitsmaschine 258 können über das wahlweise Einrücken eines vierten Drehmomentübertragungsmechanismus 276 - der austauschbar als Kupplung C4 bezeichnet werden kann - wahlweise mit dem zweiten Zahnradglied 232 des ersten Planetenradsatzes 224 verbunden werden.
Die sich drehenden Komponenten des Getriebes 214 können koaxial um die zentrale Zwischenwelle 236 oder um eine andere Achse orientiert sein. Die erste elektrische Arbeitsmaschine 256 oder die zweite elektrische Arbeitsmaschine 258 kann eine ringförmige Konfiguration annehmen, was ermöglicht, dass eine oder beide den ersten Planetenradsatz 224 und den zweiten Planetenradsatz 226 allgemein umschreiben. Die erste elektrische Arbeitsmaschine 256 und die zweite elektrische Arbeitsmaschine 258 sind ferner zum wahlweisen Betreiben sowohl als ein Motor als auch als ein Generator konfiguriert. Zum Beispiel können sowohl die erste elektrische Arbeitsmaschine 256 als auch die zweite elektrische Arbeitsmaschine 258 (z. B. während des Fahrzeugvortriebs) elektrische Energie in mechanische Energie umwandeln und können sie weiter (z. B. während der regenerativen Bremsung oder während Zeitdauern einer Zufuhr überschüssiger Leistung von der Kraftmaschine 212) mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln.
Ein Controller 280 steht in Kommunikation mit einigen oder mit allen Elementen des Antriebsstrangs 210. Der Controller 280 weist eine verteilte Controllerarchitektur auf, die eine mikroprozessorgestützte elektronische Steuereinheit (ECU) sein kann. Der Controller 280 enthält ein Speichermedium mit einer geeigneten Menge programmierbarem Speicher und kann einen oder mehrere Algorithmen speichern und ausführen, um eine Steuerung des Antriebsstrangs 210 zu bewirken. Der Controller 280 kann mehrere Steuermodule oder -komponenten in Kommunikation miteinander und mit dem Antriebsstrang 210 enthalten. Der Controller 280 kann femer zum Ausführen anderer Algorithmen oder Aufgaben als der hier beschriebene konfiguriert sein.
Ein Sofortstart der Kraftmaschine 212 kann mit dem Antriebsstrang 210 z. B. dadurch ausgeführt werden, dass die Kupplung C3 verriegelt wird und der ersten elektrischen Arbeitsmaschine 256 ausreichend Drehmoment zugeführt wird, damit sie sich dreht und die Kraftmaschine 212 startet. Der Antriebsstrang 210 kann ebenfalls für einen SLI-Start konfiguriert sein.
Außerdem kann die Kraftmaschine 212 mit einem Schwungkraftstart gestartet werden, wobei sowohl die erste elektrische Arbeitsmaschine 256 als auch die zweite elektrische Arbeitsmaschine 258 genutzt wird. Der Antriebsstrang 210 ist zum Bewirken des Schwungkraftstarts ohne Einrücken oder Ausrücken irgendeiner Kupplung (C1-C4) während des Schwungkraftstarts zum Bewirken einer Übertragung von Energie während der Übertragungsphase konfiguriert.
Ein beispielhafter Schwungkraftstart des Antriebsstrangs 210 beginnt mit einer Spulphase. Während der Spulphase wird ein niedriges Drehmoment an die erste elektrische Arbeitsmaschine 256 angelegt, um die Drehzahl der ersten elektrischen Arbeitsmaschine 256 zu beschleunigen. Ähnlich wird ein niedriges Drehmoment an die zweite elektrische Arbeitsmaschine 258 angelegt, um die Drehzahl der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 258 zu beschleunigen. Allerdings wird das Drehmoment an die erste elektrische Arbeitsmaschine 256 und an die zweite elektrische Arbeitsmaschine 258 in entgegengesetzten Richtungen angelegt und dreht sich die erste elektrische Arbeitsmaschine 256 in der entgegengesetzten Richtung zu der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 258.
Während der Spulphase braucht keine der Kupplungen C1-C4 angelegt zu werden. Somit erfordert der Antriebsstrang 210 nicht, dass eine Zusatzpumpe (nicht gezeigt) betrieben wird, um das hydraulische Einrücken der Kupplungen zu bewirken. Während sich die zweite elektrische Arbeitsmaschine 258 zu drehen und mechanische Energie zu speichern beginnt, nimmt die Schlupfdrehzahl der Kupplung C1 proportional zu. Obwohl dies nicht der Fall zu sein braucht, ist in diesem Beispiel angenommen, dass die Ausgangsdrehzahl fest ist.
Während der Spulphase wirkt die Reibung der Kraftmaschine 212 wie ein verriegeltes oder feststehendes Element für den ersten Planetenradsatz 224. Nachdem die erste elektrische Arbeitsmaschine 256 und die zweite elektrische Arbeitsmaschine 258 ausreichend Drehzahl erreicht haben, um ausreichend mechanische Energie zum Starten der Kraftmaschine 212 gespeichert zu haben, beginnt die Übertragungsphase des Schwungkraftstarts. Während die Spulphase abgeschlossen wird, wird das Drehmoment zu der ersten elektrischen Arbeitsmaschine 256 und zu der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 258 auf nahezu null verringert, da weniger, und schließlich kein zusätzliches Drehmoment notwendig ist, um die Motoren weiter zu beschleunigen.
Die Übertragungsphase erhöht den Betrag des an die erste elektrische Arbeitsmaschine 256 und an die zweite elektrische Arbeitsmaschine 258 angelegten Drehmoments. Darüber hinaus verlangsamt die Übertragungsphase die erste elektrische Arbeitsmaschine 256 und/oder die zweite elektrische Arbeitsmaschine 258, sodass sich die Drehzahl der ersten und/oder der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine in Richtung null bewegt. Die Drehzahl sowohl der ersten elektrischen Arbeitsmaschine 256 als auch die der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 258 kann als in Richtung null genommen werden.
Der Controller 280 ändert durch Ändern des an die erste elektrische Arbeitsmaschine 256 und an die zweite elektrische Arbeitsmaschine 258 angelegten Drehmoments das an die Kraftmaschine 212 angelegte Drehmoment. Während die erste elektrische Arbeitsmaschine 256 und/oder die zweite elektrische Arbeitsmaschine 258 verlangsamt werden, wird die gespeicherte mechanische Energie dieses Motors auf die Kraftmaschine 212 übertragen und beginnt sich die Kraftmaschinendrehzahl zu erhöhen. Zum Beispiel ermöglicht das Bereitstellen von ausreichend Drehmoment, um die zweite elektrische Arbeitsmaschine 258 auf die Drehzahl null zu bringen, dass die erste elektrische Arbeitsmaschine 256 den ersten Planetenradsatz 224 so dreht, als ob das dritte Zahnradglied 234 fest wäre.
Im Gegensatz zu dem mechanischen Schwungkraftstart, der in dem Antriebsstrang 110 aus 1 implementiert wird, der das Einrücken der Kupplung C2 während (oder vor) der Übertragungsphase erfordern würde, ermöglicht das Steuern des Drehmoments der ersten elektrischen Arbeitsmaschine 256 und der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 258 die Übertragung von Energie auf die Kraftmaschine 212 ohne Einrücken einer der Kupplungen. Während der gesamten Dauer des Schwungkraftstarts behalten alle Kupplungen C1-C4 des Antriebsstrangs 210 ihren selben Einrückzustand. Wie es hier verwendet wird, bezieht sich der Einrückzustand des Antriebsstrangs 210 zusammen auf das Einrücken und Ausrücken jeder der Kupplungen C1-C4. Zu Beginn des Schwungkraftstarts ist jede der Kupplungen C1-C4 ausgerückt. Gleichfalls bleibt jede der Kupplungen C1-C4 beim Abschluss des Schwungkraftstarts ausgerückt.
Während die Kraftmaschinendrehzahl ausreichend zunimmt, um die Kraftmaschine 212 zu starten, kann die Schlupfdrehzahl der Kupplung C1 ebenfalls auf null gebracht werden. Dass die Schlupfdrehzahl auf null gebracht wird, bereitet die Kupplung C1 für den synchronen Eingriff vor, was es ermöglichen kann, den Antriebsstrang 210 (bei gestarteter Kraftmaschine 212) schnell in einen Modus eines elektrisch variablen Getriebes (EVT-Modus) zu bringen und das Fahrzeug zu starten (was wahrscheinlich der Zweck des Startens der Kraftmaschine 212 war).
Nun anhand von 3 und weiter anhand von 1-2 ist eine Hebeldiagrammdarstellung eines beispielhaften Fahrzeugantriebsstrangsystems gezeigt, das allgemein als Antriebsstrang 310 bezeichnet ist. Der Antriebsstrang 310 enthält eine Brennkraftmaschine 312, die wahlweise antreibend mit einem Hybridgetriebe 314 verbunden ist. Das Getriebe 314 kann ein elektrisch variables Mehrfachmodusgetriebe sein und steht in Leistungsflussverbindung mit einem Endantriebssystem 316.
Das Getriebe 314 ist so ausgelegt, dass es über ein Eingangsglied 318 einen Teil seiner Antriebsleistung von der Kraftmaschine 312 empfängt. Das Getriebeeingangsglied 318 kann die (auch als eine Kurbelwelle bezeichnete) Kraftmaschinenausgangswelle sein. Das Eingangsglied 318 überträgt Leistung und Drehmoment an das Getriebe 314, das Leistung und Drehmoment über eine Ausgangswelle 320 an das Endantriebssystem 316 verteilt, um das Fahrzeug (nicht gezeigt) vorzutreiben. Die Kraftmaschine 312 kann irgendeine von zahlreichen Formen mineralölbetriebener Antriebskraftmaschinen wie etwa die Brennkraftmaschine vorn Typ mit hin und her gehenden Kolben sein, die funkengezündete Benzinkraftmaschinen und selbstgezündete Dieselkraftmaschinen enthalten. Eine Batterie 322 wirkt als eine Energiespeichervorrichtung für den Antriebsstrang 310 und kann eine chemische Batterie, ein Batterieblock oder eine andere Energiespeichervorrichtung, die der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkennt, sein.
Das Hybridgetriebe 314 nutzt eine oder mehrere Differentialzahnradanordnungen wie etwa Epizyklenplanetenradsätze: einen ersten Planetenradsatz 324 (P1), einen zweiten Planetenradsatz 326 (P2) und einen dritten Planetenradsatz 328 (P3). Der erste Planetenradsatz 324, der zweite Planetenradsatz 326 und der dritte Planetenradsatz 328 enthalten jeweils ein erstes, ein zweites und ein drittes Zahnradglied. Bei Bezugnahme auf den ersten, auf den zweiten und auf den dritten Planetenradsatz 324, 326, 328 (P1, P2, P3) können diese Sätze in den Zeichnungen in irgendeiner Reihenfolge (z. B. von links nach rechts, von rechts nach links usw.) als „erster“ bis „dritter“ bezeichnet werden. Ähnlich können das erste, das zweite und das dritte Zahnradglied des ersten Planetenradsatzes 324, des zweiten Planetenradsatzes 326, des dritten Planetenradsatzes 328 - in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen - in irgendeiner Reihenfolge in den Zeichnungen (z. B. von oben nach unten, von unten nach oben) als „erstes“ bis „drittes“ identifiziert sein.
Der erste Planetenradsatz 324 weist drei Zahnradglieder auf: ein erstes Zahnradglied 330, ein zweites Zahnradglied 332 und ein drittes Zahnradglied 334. In der in 3 gezeigten Konfiguration ist das erste Zahnradglied 330 ein Hohlrad und umschreibt das dritte Zahnradglied 334, das ein Sonnenrad ist. Das zweite Zahnradglied 332 ist ein Planetenträgerglied. An dem Planetenträger, dem zweiten Zahnradglied 332, sind mehrere Ritzelzahnräder drehbar angebracht. Jedes Ritzelzahnrad ist sowohl mit dem Hohlrad, dem ersten Zahnradglied 330, als auch mit dem Sonnenrad, dem dritten Zahnradglied 334, kämmend in Eingriff. Wie der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkennt, kann jedes des ersten, des zweiten und des dritten Zahnradglieds 330, 332, 334 eines der Zahnradelemente - Hohlrad, Sonnenrad oder Planetenträger - sein.
Der zweite Planetenradsatz 326 enthält ebenfalls drei Zahnradglieder: ein erstes Zahnradglied 340, ein zweites Zahnradglied 342 und ein drittes Zahnradglied 344. In der in 3 gezeigten Konfiguration sind das erste, das zweite und das dritte Zahnradglied 340, 342, 344 des zweiten Planetenradsatzes 326 ähnlich wie jene des ersten Planetenradsatzes 324 angeordnet. Das zweite Zahnradglied 352 (das Hohlrad) des dritten Planetenradsatzes 328 ist ständig mit der Getriebeausgangswelle 320 verbunden.
Der dritte Planetenradsatz 328 enthält ebenfalls drei Zahnradglieder: ein erstes Zahnradglied 350, ein zweites Zahnradglied 352 und ein drittes Zahnradglied 354. Allerdings ist in dieser Konfiguration das zweite Zahnradglied 352, das an dem mittleren Knoten (wie in 3 gesehen) des Hebels für den dritten Planetenradsatz 328 gezeigt ist, das Hohlrad. Das erste Zahnradglied 350 ist in dem dritten Planetenradsatz 328 der Planetenträger und ist an dem oberen Knoten (wie in 3 gesehen) gezeigt. Das dritte Zahnradglied 354 ist das Sonnenrad und ist an dem unteren Knoten (wie in 3 gesehen) gezeigt.
In der in 3 gezeigten Konfiguration des Getriebes 314 sind der erste Planetenradsatz 324 und der zweite Planetenradsatz 326 einfache Planetenradsätze und ist der dritte Planetenradsatz 328 ein kombinierter Planetenradsatz. Allerdings kann jedes der oben beschriebenen Planetenradglieder entweder eine Einritzel-Trägeranordnung (einfache Trägeranordnung) oder eine Doppelritzel-Trägeranordnung (kombinierte Trägeranordnung) sein. Ausführungsformen mit langen Ritzeln sind ebenfalls möglich. Der erste Planetenradsatz 324, der zweite Planetenradsatz 326 und der dritte Planetenradsatz 328 sind außerdem dahingehend kombiniert, dass das zweite Zahnradglied 332 des ersten Planetenradsatzes 324 mit dem zweiten Zahnradglied 342 des zweiten Planetenradsatzes 326 und mit dem dritten Zahnradglied 354 des dritten Planetenradsatzes 328 wie durch eine zentrale Welle 336 vereinigt (d. h. ständig verbunden) ist. Somit sind diese drei Zahnradglieder 332, 342, 354 zur gemeinsamen Drehung starr befestigt.
Das dritte Zahnradglied 334 des ersten Planetenradsatzes 324 ist ständig mit dem ersten Motor/Generator oder mit der ersten elektrischen Arbeitsmaschine 356 verbunden. Die erste elektrische Arbeitsmaschine 356, die hier austauschbar als Motor A bezeichnet ist, kann kinetische Energie in elektrische Energie umwandeln und elektrische Energie in kinetische Energie umwandeln. Das dritte Zahnradglied 344 des zweiten Planetenradsatzes 326 ist ständig mit einem zweiten Motor/Generator oder mit einer zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 358 verbunden, die hier austauschbar als Motor B bezeichnet werden kann.
Das Getriebe 314 enthält fünf Drehmomentübertragungsmechanismen. In der in 3 gezeigten beispielhaften Ausführungsform sind die Drehmomentübertragungsmechanismen Reibungskupplungen. Allerdings können andere herkömmliche Kupplungskonfigurationen wie etwa Klauenkupplungen, Kipphebelkupplungen und andere, die der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkennt, genutzt werden. Die Kupplungen können hydraulisch betätigt werden, wobei sie Druckhydraulikfluid von einer Pumpe (nicht gezeigt) empfangen. Die Drehmomentübertragungsmechanismen, die als Bremsen wirken, können wahlweise mit einem feststehenden Glied des Antriebsstrangs 3 10 wie etwa mit einem Getriebegehäuse 360 des Getriebes 314 verbunden werden.
Ein erster Drehmomentübertragungsmechanismus 370 - der austauschbar als Kupplung C1 bezeichnet werden kann - verbindet wahlweise das erste Zahnradglied 350 des dritten Planetenradsatzes 328 mit einem feststehenden Glied, das in 3 durch das Getriebegehäuse 360 dargestellt ist. Das dritte Zahnradglied 344 des zweiten Planetenradsatzes 326 und die zweite elektrische Arbeitsmaschine 358 können über die wahlweise Einrückung eines zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus 372 - der austauschbar als Kupplung C2 bezeichnet werden kann - wahlweise mit dem ersten Zahnradglied 350 des dritten Planetenradsatzes 328 verbunden werden.
Ein dritter Drehmomentübertragungsmechanismus 374 - der austauschbar als Kupplung C3 bezeichnet werden kann - verbindet wahlweise das erste Zahnradglied 340 des zweiten Planetenradsatzes 326 mit dem Getriebegehäuse 360. Das dritte Zahnradglied 334 des ersten Planetenradsatzes 324 und die erste elektrische Arbeitsmaschine 356 können ebenfalls wahlweise über die wahlweise Einrückung eines vierten Drehmomentübertragungsmechanismus 376 - der austauschbar als Kupplung C4 bezeichnet werden kann - mit dem ersten Zahnradglied 340 des zweiten Planetenradsatzes 326 verbunden werden.
Ein fünfter Drehmomentübertragungsmechanismus 378 - der austauschbar als Kupplung C5 bezeichnet werden kann - verbindet wahlweise das Eingangsglied 318 der Kraftmaschine 312 und das erste Zahnradglied 330 des ersten Planetenradsatzes 324 mit dem Getriebegehäuse 360. Die Kupplung C5 ist eine Eingangsbremskupplung, die wahlweise das Eingangsglied 318 verriegelt, wenn die Kraftmaschine 312 ausgeschaltet ist.
Das Verriegeln des Eingangsglieds 318 kann mehr Reaktion für die regenerative Bremsenergie bereitstellen. Der erste und der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus 370, 372 (C1, C2) sind Ausgangskupplungen. Der dritte und der vierte Drehmomentübertragungsmechanismus 374, 376 (C3, C4) sind Haltekupplungen.
Die sich drehenden Komponenten des Getriebes 314 können um die zentrale Zwischenwelle 336 oder um eine andere Achse koaxial orientiert sein. Die erste elektrische Arbeitsmaschine 356 oder die zweite elektrische Arbeitsmaschine 358 können eine ringförmige Konfiguration annehmen, die ermöglicht, dass eine oder beide den ersten Planetenradsatz 324, den zweiten Planetenradsatz 326 oder den dritten Planetenradsatz 328 allgemein umschreiben. Die erste elektrische Arbeitsmaschine 356 und die zweite elektrische Arbeitsmaschine 358 sind zum wahlweisen Arbeiten sowohl als ein Motor als auch als ein Generator konfiguriert. Zum Beispiel können sowohl die erste elektrische Arbeitsmaschine 356 als auch die zweite elektrische Arbeitsmaschine 358 (z. B. während des Fahrzeugvortriebs) elektrische Energie in mechanische Energie umwandeln und können sie ferner (z. B. während der regenerativen Bremsung oder während Zeitdauern überschüssiger Leistungszufuhr von der Kraftmaschine 312) mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln.
Ein Controller 380 steht in Kommunikation mit einigen oder allen Gliedern des Antriebsstrangs 310. Der Controller 380 weist eine verteilte Controllerarchitektur auf, die eine mikroprozessorgestützte elektronische Steuereinheit (ECU) sein kann. Der Controller 380 enthält ein Speichermedium mit einer geeigneten Menge programmierbarem Speicher und kann einen oder mehrere Algorithmen speichern und ausführen, um die Steuerung des Antriebsstrangs 310 zu bewirken. Der Controller 380 kann mehrere Steuermodule oder -komponenten in Kommunikation miteinander und mit dem Antriebsstrang 310 enthalten. Ferner kann der Controller 380 zum Ausführen anderer Algorithmen oder Aufgaben als der hier beschriebenen konfiguriert sein.
Der Antriebsstrang 310 kann für einen Sofortstart der Kraftmaschine 312, z. B. durch Verriegeln der Kupplung C3 und durch Anlegen von ausreichend Drehmoment an die erste elektrische Arbeitsmaschine 356 und an die zweite elektrische Arbeitsmaschine 358 zum Drehen und Starten der Kraftmaschine 312, konfiguriert sein. Außerdem kann der Antriebsstrang 310 für einen durch eine SLI-Batterie (nicht gezeigt) mit Leistung versorgten SLI-Start konfiguriert sein.
Außerdem kann die Kraftmaschine 312 mit einem Schwungkraftstart gestartet werden, der sowohl die erste elektrische Arbeitsmaschine 356 als auch die zweite elektrische Arbeitsmaschine 358 nutzt. Weiter anhand von 1-3 sind veranschaulichende Eigenschaften eines beispielhaften Schwungkraftstarts in 4A, 4B und 4C graphisch dargestellt. Der Antriebsstrang 310 ist zum Bewirken des Schwungkraftstarts ohne Einrücken oder Ausrücken irgendeiner Kupplung (C1-C5) während des Schwungkraftstarts wie etwa z. B. zum Bewirken der Übertragung von Energie während der Übertragungsphase konfiguriert.
4A veranschaulicht schematisch Drehmomenteigenschaften während des beispielhaften Schwungkraftstarts. Ein Drehmomentgraph 410 zeigt eine Zeitachse 412 (die x-Achse) und eine Drehmomentachse 414 (die y-Achse). Das Eingangsdrehmoment (Ti) von der Kraftmaschine 312 ist in einer Linie 420 gezeigt, das Drehmoment (TA) der ersten Arbeitsmaschine von der ersten elektrischen Arbeitsmaschine 256 ist in einer Linie 422 gezeigt und das Drehmoment (TB) der zweiten Arbeitsmaschine von der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 358 ist in einer Linie 324 gezeigt.
4B veranschaulicht schematisch die Drehzahleigenschaften während des beispielhaften Schwungkraftstarts. Ein Drehzahlgraph 430 zeigt eine Zeitachse 432 (die x-Achse) und eine Drehzahlachse 434 (die y-Achse). Die Zeitachse 432 des Drehzahlgraphen 430 entspricht im Wesentlichen der Zeitachse 412 des Drehmomentgraphen 410. Die Eingangsdrehzahl oder Kraftmaschinendrehzahl (Ni) der Kraftmaschine 312 ist in einer Linie 440 gezeigt, die Drehzahl (NA) der ersten Arbeitsmaschine von der ersten elektrischen Arbeitsmaschine 356 ist in einer Linie 442 gezeigt und die Drehzahl (NB) der zweiten Arbeitsmaschine von der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 358 ist in einer Linie 444 gezeigt. Obwohl dies nicht der Fall zu sein braucht, ist in diesem Beispiel angenommen, dass die Ausgangsdrehzahl fest ist.
4C veranschaulicht schematisch Leistungseigenschaften während des beispielhaften Schwungkraftstarts. Ein Leistungsgraph 450 zeigt eine Zeitachse 452 (die x-Achse) und eine Leistungsachse 454 (die y-Achse). Die Zeitachse 452 des Leistungsgraphen 450 entspricht im Wesentlichen der Zeitachse 412 des Drehmomentgraphen 410 und der Zeitachse 432 des Drehzahlgraphen 430. Die Eingangsleistung (Pi) der Kraftmaschine 312 ist in einer Linie 460 gezeigt, die Leistung (PA) der ersten Arbeitsmaschine von der ersten elektrischen Arbeitsmaschine 356 ist in einer Linie 462 gezeigt und die Leistung (PB) der zweiten Arbeitsmaschine der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 358 ist in einer Linie 464 gezeigt. Darüber hinaus ist der Leistungsfluss (PBAT) von der Batterie 322 in einer Linie 466 gezeigt.
Die in 4A, 4B und 4C gezeigten Graphen 410, 430 und 450 sind nicht genau maßstabsgerecht. Somit können z. B. die Verhältnisse der Werte des Eingangsdrehmoments (Ti) auf der Linie 420 zu den Werten des Drehmoments (TA) der ersten Arbeitsmaschine auf der Linie 422 nicht repräsentativ für die genauen Beziehungen sein. Während die Zeitachsen 412, 432, 452 einander entsprechen, sind die genauen Werte der Einheiten jedes Zeitsegments nicht definiert und hängen von der Endkonfiguration des Antriebsstrangs 310, des Controllers 380 und von der Gesamtsteuerstrategie des Fahrzeugs ab.
Der beispielhafte Schwungkraftstart des Antriebsstrangs 310, der graphisch in 4A, 4B und 4C dargestellt ist, beginnt mit einer Spulphase. Die Spulphase kann allgemein als die Zeitdauer von 0 bis 2 angesehen werden.
Während der Spulphase wird an die erste elektrische Arbeitsmaschine 356 ein niedriges Drehmoment angelegt, um die Drehzahl der ersten elektrischen Arbeitsmaschine 356 zu beschleunigen. Ähnlich wird an die zweite elektrische Arbeitsmaschine 358 ein niedriges Drehmoment angelegt, um die Drehzahl der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 358 zu beschleunigen. Somit wird der Leistungsfluss von der Batterie 322 wie auf der Linie 466 gezeigt gesteuert und zeigt keine Spitze zu den hohen Niveaus, die für einen Sofortstart erforderlich sind.
Wie in den Linien 422 und 424 gezeigt ist, wird das Drehmoment für diesen Schwungkraftstart in derselben Richtung sowohl an die erste elektrische Arbeitsmaschine 356 als auch an die zweite elektrische Arbeitsmaschine 358 angelegt. Wie in den Linien 442 und 444 gezeigt ist, dreht sich die erste elektrische Arbeitsmaschine 356 in derselben Richtung wie die zweite elektrische Arbeitsmaschine 358.
Während der Spulphase ist die Kupplung C3 eingerückt. Somit erfordert der Antriebsstrang 310 eine Pumpe wie etwa eine Zusatzpumpe (nicht gezeigt), um zu arbeiten, um die hydraulische Einrückung der Kupplung C3 zu bewirken. Während sich die zweite elektrische Arbeitsmaschine 358 während der Spulphase zu drehen und mechanische Energie zu speichern beginnt, nimmt die Schlupfdrehzahl der Kupplung C1 proportional zu. Allerdings ist die Kupplung C1 während des Schwungkraftstarts nicht eingerückt.
Wenn die Kupplung C3 eingerückt ist, ist der Antriebsstrang 310 mit wenigstens drei Drehzahlfreiheitsgraden konfiguriert. Die drei Drehzahlfreiheitsgrade sind: die Kraftmaschinendrehzahl der Kraftmaschine 312 (Eingangsdrehzahl), die Ausgangsdrehzahl der Ausgangswelle 320 und die Schlupfdrehzahl der Kupplung C1. Da die Ausgangsdrehzahl der Ausgangswelle 320 über das Endantriebssystem 316 durch die Bewegung des Fahrzeugs (je nachdem, ob es rollt oder geparkt ist) gesteuert wird, ermöglicht das Steuern der Drehzahlen der ersten und zweiten Arbeitsmaschine 356, 358, dass der Controller 380 die Schlupfdrehzahl der Kupplung C1 und die Kraftmaschinendrehzahl der Kraftmaschine 312 steuert.
Während der Spulphase wirkt die Reibung der Kraftmaschine 312 für den ersten Planetenradsatz 324 wie ein verriegeltes oder feststehendes Element. Allerdings können die erste elektrische Arbeitsmaschine 356 und die zweite elektrische Arbeitsmaschine 358 ausreichend Gegendrehmoment bereitstellen, damit die Kraftmaschine 312 während der Spulphase kein Gegendrehmoment (oder einen Widerstand) zuzuführen braucht. Während die Spulphase abgeschlossen wird, wird das von der ersten elektrischen Arbeitsmaschine 356 und von der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 358 angewiesene Drehmoment (wie auf den Linien 422 und 424 gezeigt ist) nahezu auf null verringert, da weniger und schließlich kein zusätzliches Drehmoment notwendig ist, um die Drehzahlen der ersten und der zweite Arbeitsmaschine weiter zu beschleunigen.
Nachdem die erste elektrische Arbeitsmaschine 356 und die zweite elektrische Arbeitsmaschine 358 eine ausreichende Drehzahl erreicht haben, um ausreichend mechanische Energie zum Starten der Kraftmaschine 312 gespeichert zu haben, beginnt die Übertragungsphase des Schwungkraftstarts. Die Übertragungsphase kann allgemein als die Zeitdauer nach dem Zeitpunkt 2 angesehen werden.
Die Übertragungsphase erhöht den Betrag des Drehmoments, das sowohl für die erste elektrische Arbeitsmaschine 356 als auch für die zweite elektrische Arbeitsmaschine 358 angewiesen wird. Darüber hinaus verlangsamt die Übertragungsphase sowohl die erste elektrische Arbeitsmaschine 356 als auch die zweite elektrische Arbeitsmaschine 358, sodass sich sowohl die erste als auch die zweite elektrische Arbeitsmaschine allmählich in Richtung null bewegen.
Durch Ändern des Betrags des für die erste elektrische Arbeitsmaschine 356 und für die zweite elektrische Arbeitsmaschine 358 angewiesenen Drehmoments ändert der Controller 380 das an die Kraftmaschine 312 angelegte Drehmoment. Während die erste elektrische Arbeitsmaschine 356 und die zweite elektrische Arbeitsmaschine 358 verlangsamt werden, wird die gespeicherte mechanische Energie aus der Spulphase an die Kraftmaschine 312 übertragen und beginnt die Kraftmaschinendrehzahl zuzunehmen.
Um die Kraftmaschine 312 zu beschleunigen, weist der Controller 380 die zweite elektrische Arbeitsmaschine 358 an, ein Drehmoment in der entgegengesetzten Richtung gegenüber dem für die erste elektrische Arbeitsmaschine 356 angewiesenen Drehmoment zu liefern. Die Reaktion des positiven Drehmoments (wie im Drehmomentgraph 410 zu sehen) von der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 358 und das negative Drehmoment (wie im Drehmomentgraph 410 zu sehen) von der ersten elektrischen Arbeitsmaschine 356 wirken einander entgegen und überwinden das negative Drehmoment von der Kraftmaschine 312 (d. h. das Schleppmoment, das die Drehung der Kraftmaschine 312 beschränkt.
Die Steuerung des Drehmoments der ersten elektrischen Arbeitsmaschine 356 und der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 358 ermöglicht die Übertragung von Energie zu der Kraftmaschine 312, ohne die Einrückung der Kupplungen zu verändern oder zu ändern. Alle Kupplungen C1-C5 des Antriebsstrangs 310 behalten über die gesamte Dauer des Schwungkraftstarts ihren selben Einrückzustand.
Während eines ersten Einrückzustands, vor und während der Spulphase des Schwungkraftstarts, sind die Kupplungen C1, C2, C4 und C5 nicht eingerückt und übermitteln kein Drehmoment. Allerdings ist die Kupplung C3 eingerückt, sodass das erste Zahnradglied 340 des zweiten Planetenradsatzes 326 zu dem Getriebegehäuse 360 auf Masse festgelegt ist. Während eines zweiten Einrückzustands, während der Übertragungsphase und während des tatsächlichen Starts der Kraftmaschine 312, bleiben die Kupplungen C1, C2, C4 und C5 ausgerückt und bleibt die Kupplung C3 eingerückt.
Während die Kraftmaschinendrehzahl ausreichend zum Starten der Kraftmaschine 312 zunimmt und die Drehzahl der zweiten Arbeitsmaschine in Richtung null abnimmt, wird die Schlupfdrehzahl [engl.: „the speed the slip speed“] der Kupplung C1 auf null gebracht. Dass die Schlupfdrehzahl der Kupplung C1 auf null gebracht wird, bereitet die Kupplung C1 für die synchrone Einrückung vor, was es ermöglichen kann, den Antriebsstrang 310 (bei gestarteter Kraftmaschine 312) schnell in einen Modus eines elektrisch variablen Getriebes (EVT-Modus) zu bringen und das Fahrzeug zu starten oder mit der ersten und mit der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 356, 358 die Batterie 322 zu laden.
Wie im Leistungsgraphen 450 gezeigt ist, gibt es während der Übertragungsphase, wenn das Fahrzeug während der Übertragungsphase geparkt ist (d. h., wenn die Ausgangsdrehzahl gleich null ist), im Wesentlichen keine Nettoleistungsabgabe von dem Antriebsstrang 310. Während gespeicherte mechanische Energie an die Kraftmaschine 312 übertragen wird, können die erste elektrische Arbeitsmaschine 356 und die zweite elektrische Arbeitsmaschine 358 entweder die Batterie 322 laden oder die Batterie 322 entladen. Wenn der Antriebsstrang 310 ideal effizient wäre, gäbe es während der Übertragungsphase die Nettoleistungsabgabe null, da die gesamte in der ersten und in der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 356, 358 gespeicherte Energie entweder zu der Kraftmaschine 312 übertragen würde, als Trägheit der ersten und der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine 356, 358 behalten würde oder als elektrische Energie an die Batterie 322 zurückgegeben würde.
Nun in 5 und weiter anhand von 1-4 ist ein Algorithmus 500 gezeigt, der zum Steuern und Ausführen von Schwungkraftstarts in Hybridantriebssträngen verwendbar ist. Der Algorithmus 500 ist als ein schematischer Ablaufplan gezeigt.
Der Algorithmus 500 kann mit einem Teil der oder mit der gesamten Struktur und mit einem Teil der oder mit den gesamten Steuerstrategien, die in 1-4 dargestellt sind, genutzt werden, wobei er vorzugsweise als Algorithmen in den Controllern 180, 280, 380 ausgeführt wird. Allerdings kann der Algorithmus 500 auch in andere Hybridantriebsstranganordnungen, Steuerschemata oder Steuerstrukturen integriert werden und besitzt über die schematisch in 1-3 dargestellten Antriebsstränge 110, 210, 310 hinaus Anwendbarkeit. Darüber hinaus ist die genaue Reihenfolge der Schritte des in 5 gezeigten Algorithmus 500 nicht erforderlich. Es können Schritte umgestellt werden, es können Schritte weggelassen werden und es können zusätzliche Schritte aufgenommen werden.
Der Algorithmus 500 beginnt bei einem Start- oder Initiierungsschritt 510, während dessen Zeitdauer der Algorithmus 500 die Betriebsbedingungen des Fahrzeugs überwacht. Die Initiierung kann in Ansprechen darauf, dass der Fahrzeugbetreiber den Zündschlüssel einführt, oder in Ansprechen darauf, dass das Fahrzeug entriegelt wird, stattfinden. Alternativ kann der Algorithmus 500 unabhängig vom Zündschlüsselstatus (oder schlüssellosen Status) ständig laufen oder die Schleife durchlaufen.
Wie bei einem Schritt 512 gezeigt ist, fährt der Algorithmus 500 weiter fort, wenn ein Kraftmaschinenstart angewiesen wird. Bei einem Entscheidungsschritt 514 bestimmt der Algorithmus 500, ob Bedingungen zum Ausführen eines Schwungkraftstarts oder eines Sofortstarts vorliegen. Wenn die Bedingungen den Schwungkraftstart nicht zulassen, geht der Algorithmus zu Schritt 516 über, um den Sofortstart auszuführen. Alternativ könnte der Schritt 514 bestimmen, ob ein SLI-Start bevorzugt und verfügbar ist oder ob entweder ein Sofortstart oder ein SLI-Start bevorzugt und verfügbar ist.
Wie bei Schritt 518 gezeigt ist, wird die Drehzahl der Kraftmaschine des Fahrzeugs auf oder nahe null gehalten. Wenn z. B. die Batterieleistung wegen Entwurfsbeschränkungen oder extremen Temperaturbedingungen beschränkt ist und der Sofortstart nicht verfügbar oder bevorzugt ist, führt der Algorithmus 500 stattdessen einen Schwungkraftstart aus und geht zu Schritt 520 über. In Schritt 520 wird eine elektrische Arbeitsmaschine (wie etwa der Motor A) unter niedriger Leistung und niedrigem Drehmoment beschleunigt. Der Schritt 520 kann ferner das Beschleunigen einer zweiten elektrischen Arbeitsmaschine (wie etwa des Motors B) enthalten.
In Schritt 522 baut der Algorithmus 500 mit dem Motor A mechanische Energie auf und speichert sie. Die Menge der gespeicherten Trägheitsenergie ist proportional zur Drehzahl des Motors A, wobei der Algorithmus 500 somit eine Zieldrehzahl für den Motor A enthalten kann. Der Algorithmus 500 nutzt den Motor A als eine mechanische Batterie (oder als ein Schwungrad).
Der Schritt 524 ist ein Entscheidungsschritt, der bestimmt, ob die Drehzahl des Motors A ein ausreichendes Niveau erreicht hat, um die Spulphase zu beenden. Wenn der Schritt 524 bestimmt, dass die Drehzahl des Motors A nicht angibt, dass ausreichend mechanische Energie zum Starten der Kraftmaschine gespeichert worden ist, kehrt der Algorithmus 500 zu Schritt 520 zurück, um den Motor A weiter zu beschleunigen. Die Schritte 518-524 können allgemein als die Spulphase angesehen werden.
Wenn in Schritt 522 ausreichend mechanische Energie gespeichert worden ist, veranlasst der Schritt 524, dass der Algorithmus 500 zu Schritt 526 übergeht. In Schritt 526 wird der Betrag des für den Motor A angewiesenen Drehmoments erhöht und wird der Motor A verlangsamt, sodass sich seine Drehzahl in Richtung null bewegt. Während des Schritts 526 wird die Verlangsamung des Motors A zum Übertragen von Energie an die Kraftmaschine und zum Erhöhen der Kraftmaschine auf die Zielkraftmaschinendrehzahl (diejenige Drehzahl, bei der die Kraftmaschine startet) gesteuert.
In Schritt 528 wird mechanische und elektrische Leistung an die Kraftmaschine übertragen und wird zugelassen, dass sich die Kraftmaschine dreht, sodass sich ihre Drehzahl von null weg beschleunigt. Das Beschleunigen der Kraftmaschine, während der Motor A verlangsamt wird, veranlasst, dass die gespeicherte mechanische Energie des Motors A auf die Kraftmaschine übertragen wird. Der Schritt 528 enthält außerdem das Ausgleichen der Leistungsabgabe der Batterie, des Motors A und der Kraftmaschine. Wenn z. B. zusätzliche Leistung zum Starten der Kraftmaschine notwendig ist, wird die Batterie entladen, um weitere Leistung zum Starten der Kraftmaschine bereitzustellen. Wenn dagegen überschüssige Leistung in dem sich drehenden Motor A gespeichert ist, kann die Batterie geladen werden, um diese Energie wiederzuerlangen.
Wenn ausreichend mechanische Energie an die Kraftmaschine übertragen worden ist, erreicht die Kraftmaschine ihre Zieldrehzahl und startet. In Schritt 530 bestimmt der Algorithmus 500, ob die Kraftmaschine läuft. Wenn die Kraftmaschine läuft, geht der Algorithmus in Schritt 532 zu einem Abschluss über. Die Schritte 524-530 können allgemein als die Übertragungsphase angesehen werden. Allerdings können ferner zusätzliche oder weniger Schritte als Teil der Übertragungsphase angesehen werden, da die Bezeichnung der Spul- und der Übertragungsphase nur veranschaulichend ist.
Falls der Schritt 530 bestimmt, dass die Kraftmaschine noch nicht läuft (dass der Start nicht abgeschlossen ist oder nicht abgeschlossen werden kann), geht der Algorithmus zu Schritt 534 über. In Schritt 534 bestimmt der Algorithmus, ob irgendwelche zusätzliche in der Spulphase gespeicherte Trägheitsleistung verbleibt. Wenn nicht die gesamte Trägheitsleistung verbraucht worden ist, kehrt der Algorithmus zu Schritt 526 zurück, um diese verbleibende Energie an die Kraftmaschine zu übertragen. Wenn dagegen keine weitere Trägheitsleistung verbleibt, bricht der Algorithmus den Schwungkraftstart ab und kehrt zu Schritt 512 zurück, um entweder den Schwungkraftstart oder den Sofortstart erneut zu versuchen.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebsstrangs, der eine Batterie (222), eine Kraftmaschine (212), die zur Arbeit bei einer Kraftmaschinendrehzahl konfiguriert ist, und eine erste elektrische Arbeitsmaschine (256), die zur Arbeit bei einem Drehmoment der ersten Arbeitsmaschine (256) und bei einer Drehzahl der ersten Arbeitsmaschine (256) konfiguriert ist, aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Anweisen eines Kraftmaschinenstarts, bei dem die Kraftmaschinendrehzahl null ist; Anweisen einer Spulphase, die enthält: Beschleunigen der ersten elektrischen Arbeitsmaschine (256) mit dem Drehmoment der ersten Arbeitsmaschine (256) in der Weise, dass sich die erste elektrische Arbeitsmaschine (256) zu drehen beginnt und dass sich die Drehzahl der ersten Arbeitsmaschine (256) von null auf nicht null ändert, Aufrechterhalten der Kraftmaschinendrehzahl bei null, und Speichern mechanischer Energie der sich drehenden ersten elektrischen Arbeitsmaschine (256); und Anweisen einer Übertragungsphase, die enthält: Anweisen einer Zunahme des Betrags des Drehmoments der ersten Arbeitsmaschine (256), Verlangsamen der ersten elektrischen Arbeitsmaschine (256) in der Weise, dass sich die Drehzahl der ersten Arbeitsmaschine (256) in Richtung null bewegt, und Übertragen der gespeicherten mechanischen Energie der ersten elektrischen Arbeitsmaschine (256) an die Kraftmaschine (212) zum Erhöhen der Kraftmaschinendrehzahl auf mehr als null, wobei das Erhöhen der Kraftmaschinendrehzahl die Kraftmaschine (212) startet; dadurch gekennzeichnet, dass der Hybridantriebsstrang ferner eine zweite elektrische Arbeitsmaschine (258), die zur Arbeit bei einem Drehmoment der zweiten Arbeitsmaschine (258) und bei einer Drehzahl der zweiten Arbeitsmaschine (258) konfiguriert ist, und wenigstens zwei Drehmomentübertragungsmechanismen (C1 - C4) enthält, wobei das Verfahren ferner umfasst: Anordnen der wenigstens zwei Drehmomentübertragungsmechanismen in einen ersten Einrückzustand vor der Spulphase; Aufrechterhalten des ersten Einrückzustands während der Spulphase; und Aufrechterhalten des ersten Einrückzustands während der Übertragungsphase; und wobei die Spulphase ferner enthält: Beschleunigen der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine (258) mit dem Drehmoment der zweiten Arbeitsmaschine (258) in der Weise, dass sich die zweite elektrische Arbeitsmaschine (258) zu drehen beginnt und dass sich die Drehzahl der zweiten Arbeitsmaschine (258) von null auf nicht null ändert, und Speichern mechanischer Energie der sich drehenden zweiten elektrischen Arbeitsmaschine (258); und die Übertragungsphase ferner enthält: Anweisen einer Zunahme des Betrags des Drehmoments der zweiten Arbeitsmaschine (258), Verlangsamen der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine (258) in der Weise, dass sich die Drehzahl der zweiten Arbeitsmaschine (258) in Richtung null bewegt, und Übertragen der gespeicherten mechanischen Energie der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine (258) an die Kraftmaschine (212).
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Ausgleichen einer Leistungsabgabe des Hybridantriebsstrangs während der Übertragungsphase durch Laden der Batterie (222) oder Entladen der Batterie (222) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Beschleunigen der ersten elektrischen Arbeitsmaschine (256) das Drehen der ersten elektrischen Arbeitsmaschine (256) in einer Richtung, die zur Drehrichtung der Kraftmaschine (212) während der Übertragungsphase entgegengesetzt ist, enthält.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Hybridantriebsstrang mit wenigstens drei Drehzahlfreiheitsgraden konfiguriert ist.
Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine (212) in einem Hybridantriebsstrang, der eine Batterie (222), die Kraftmaschine (212), die zur Arbeit bei einer Kraftmaschinendrehzahl konfiguriert ist, eine erste elektrische Arbeitsmaschine (256), die zur Arbeit bei einem Drehmoment der ersten Arbeitsmaschine (256) und bei einer Drehzahl der ersten Arbeitsmaschine (256) konfiguriert ist, und einen ersten Drehmomentübertragungsmechanismus (C1), der zur Arbeit bei einer ersten Schlupfdrehzahl konfiguriert ist, aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Anweisen eines Kraftmaschinenstarts, bei dem die Kraftmaschinendrehzahl null ist; Anweisen einer Spulphase, die enthält: Beschleunigen der ersten elektrischen Arbeitsmaschine (256) mit dem Drehmoment der ersten Arbeitsmaschine (256) in der Weise, dass sich die erste elektrische Arbeitsmaschine (256) zu drehen beginnt und dass sich die Drehzahl der ersten Arbeitsmaschine (256) von der Drehzahl null auf eine Drehzahl von nicht null ändert, Aufrechterhalten der Kraftmaschinendrehzahl bei null, Beschleunigen der ersten Schlupfdrehzahl des ersten Drehmomentübertragungsmechanismus (C1) in der Weise, dass sich die erste Schlupfdrehzahl von der Drehzahl null auf eine Drehzahl von nicht null bewegt, und Speichern mechanischer Energie der sich drehenden ersten elektrischen Arbeitsmaschine (256); und Anweisen einer Übertragungsphase, die enthält: Anweisen einer Zunahme des Betrags des Drehmoments der ersten Arbeitsmaschine (256), Verlangsamen der ersten elektrischen Arbeitsmaschine (256) in der Weise, dass sich die Drehzahl der ersten Arbeitsmaschine (256) in Richtung null bewegt, und Verlangsamen des ersten Drehmomentübertragungsmechanismus (C1) in der Weise, dass sich die erste Schlupfdrehzahl in Richtung der Drehzahl null bewegt, und Übertragen der gespeicherten mechanischen Energie der ersten elektrischen Arbeitsmaschine (256) an die Kraftmaschine (212) zum Erhöhen der Kraftmaschinendrehzahl auf mehr als null, wobei das Erhöhen der Kraftmaschinendrehzahl die Kraftmaschine (212) startet; dadurch gekennzeichnet, dass das Verlangsamen der ersten Schlupfdrehzahl des ersten Drehmomentübertragungsmechanismus (C1) das Einrücken des ersten Drehmomentmechanismus (C1) nicht enthält und wobei das Verlangsamen der ersten Schlupfdrehzahl des ersten Drehmomentübertragungsmechanismus (C1) durch ein Drehmoment von der ersten elektrischen Arbeitsmaschine (256) gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Hybridantriebsstrang ferner eine zweite elektrische Arbeitsmaschine (258) enthält, die zur Arbeit bei einem Drehmoment der zweiten Arbeitsmaschine (258) und bei einer Drehzahl der zweiten Arbeitsmaschine (258) konfiguriert ist, wobei das Verfahren ferner umfasst: wobei die Spulphase ferner enthält: Beschleunigen der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine (258) mit dem Drehmoment der zweiten Arbeitsmaschine (258) in der Weise, dass sich die zweite elektrische Arbeitsmaschine (258) zu drehen beginnt und dass sich die Drehzahl der zweiten Arbeitsmaschine (258) von null auf nicht null ändert, und Speichern mechanischer Energie der sich drehenden zweiten elektrischen Arbeitsmaschine (258); und wobei die Übertragungsphase ferner enthält: Anweisen einer Zunahme des Betrags des Drehmoments der zweiten Arbeitsmaschine (258), Verlangsamen der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine (258) in der Weise, dass sich die Drehzahl der zweiten Arbeitsmaschine (258) in Richtung null bewegt, und Übertragen der gespeicherten mechanischen Energie der zweiten elektrischen Arbeitsmaschine (258) an die Kraftmaschine (212).