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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Hybridantriebsanordnung eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Elektrische Maschinen in Parallelhybridantriebssträngen von Kraftfahrzeugen können durch Nutzung einer zusätzlichen Übersetzungs- oder Untersetzungsstufe, einer sogenannte Hochtreiberstufe, welche zwischen der Triebwelle eines Verbrennungsmotors und der Eingangswelle eines Fahrzeuggetriebes antriebswirksam abgeordnet ist, von einer direkten Beschränkung auf den Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors entkoppelt werden. Eine solche Hochtreiberstufe ermöglicht den Einsatz schnell drehender elektrischer Maschinen mit einer hohen Masse-Leistungsdichte, wie sie beispielsweise bei permanenterregten Synchronmaschinen realisierbar ist. Dadurch kann der zunehmende Bedarf an teuren Werkstoffen, wie seltene Erden und Kupfer, die zur Herstellung moderner Elektromotoren nötig sind, reduziert werden, wodurch die Rohstoffressourcen geschont und Herstellkosten eingespart werden. Zudem können der Bauraum und das Gewicht der elektrischen Maschine verringert werden. Das geringere Drehmoment einer verkleinerten elektrischen Maschine kann durch eine höhere Drehzahl im Vergleich zu einer Drehzahl einer Antriebswelle des Fahrzeuggetriebes kompensiert werden. Die Anpassung der höheren Drehzahlen der Elektromaschine an eine notwendige Getriebeeingangsdrehzahl erfolgt mittels einer Übersetzung der Hochtreiberstufe.
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Aus der nicht vorveröffentlichten
DE 10 2013 211 225 A1 ist eine Hybridantriebsanordnung eines Kraftfahrzeugs mit einer elektrischen Maschine bekannt, welche über eine Hochtreiberstufe mit einem Fahrzeuggetriebe antriebswirksam verbunden ist. Das Fahrzeuggetriebe ist ein automatisiertes Schaltgetriebe, welches eine eingangsseitige zweistufige synchronisierte Splitgruppe, ein mehrgängiges klauengeschaltetes Hauptgetriebe mit einer Rückwärtsgangstufe, sowie eine antriebstechnisch nachgeordnete zweistufige klauengeschaltete Bereichsgruppe aufweist. Die Splitgruppe und das Hauptgetriebe sind in Vorgelegebauweise ausgeführt, während die Bereichsgruppe in Planetenbauweise ausgebildet ist. Die elektrische Maschine ist eine permanenterregte Synchronmaschine, welche getriebeeingangsseitig angeordnet ist. Sie weist einen Stator sowie einen Rotor auf und ist für eine relativ hohe Drehzahl ausgelegt, welche mittels der Hochtreiberstufe an eine niedrigere Getriebeeingangsdrehzahl angepasst wird. Die Hochtreiberstufe ist als ein Planetengetriebe ausgebildet, welches ein zentrales Sonnenrad, ein äußeres Hohlrad und einen Planetenträger aufweist. An dem Planetenträger sind mehrere Planetenräder drehbar gelagert angeordnet, die mit dem Hohlrad und dem Sonnenrad im Verzahnungseingriff sind und zwischen diesen umlaufen. Das Sonnenrad ist mit dem Rotor der elektrischen Maschine antriebswirksam verbunden, während der Planetenträger mit einer Getriebeeingangswelle drehfest verbunden sowie antriebsseitig über eine Anfahr- oder Trennkupplung mit einem Verbrennungsmotor antriebsverbindbar ist. Das Hohlrad ist permanent an einem Gehäuse festgelegt. Zwischen dem Rotor der elektrischen Maschine und der Getriebeeingangswelle ist mittels der Hochtreiberstufe eine Umlaufübersetzung wirksam, wobei die Drehzahl der elektrischen Maschine, wenn diese sich in einem motorischen Betriebsmodus befindet, am Getriebeeingang ins Langsame übersetzt wird. Befindet sich das Fahrzeug im Schubbetrieb und wird die elektrische Maschine dabei als Generator betrieben, dann wird die Getriebeeingangsdrehzahl an der elektrischen Maschine ins Schnelle übersetzt. Das Fahrzeuggetriebe weist außerdem eine Ölpumpe auf, die durch eine Getriebeausgangswelle angetrieben wird und sowohl das Fahrzeuggetriebe als auch die elektrische Maschine und die Hochtreiberstufe mit Schmier- und Kühlöl versorgt.
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Die
DE 10 2008 000 953 A1 zeigt eine ähnliche Hybridantriebsanordnung, bei der eine Hochtreiberstufe zwischen einer elektrischen Maschine und einem Fahrzeuggetriebe antriebswirksam angeordnet ist. Bei diesem Fahrzeuggetriebe fehlt jedoch eine Rückwärtsgangstufe, und die Hochtreiberstufe dient primär als Drehzahlumkehreinrichtung zum Realisieren eines Rückwärtsgangs. Die dortige Hochtreiberstufe ist als ein Planetengetriebe mit einem Sonnenrad, einem Hohlrad und einem Planetenträger ausgebildet, wobei das Sonnenrad mit einem Rotor der elektrischen Maschine antriebswirksam verbunden ist, das Hohlrad getriebeseitig mit einer Getriebeeingangswelle drehfest verbunden und der Planetenträger permanent an einem Getriebegehäuse festgestellt ist. Der Rotor der Elektromaschine treibt über die Standübersetzung der Hochtreiberstufe die Getriebeeingangswelle an, wobei sich die Drehrichtung umkehrt. Die mit der elektrischen Maschine antriebsverbundene Hochtreiberstufe ist zudem über ein Schaltelement und eine Anfahrkupplung mit der Triebwelle eines Verbrennungsmotors koppelbar, wobei eine erste Schaltstellung dieses Schaltelements eine Rückwärtsfahrt mittels der elektrischen Maschine und/oder angetrieben durch den Verbrennungsmotor ermöglicht, und eine zweite Schaltstellung des Schaltelements ermöglicht eine Vorwärtsfahrt angetrieben durch den Verbrennungsmotor.
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Eine relativ kleine und hochdrehende Elektromaschine in Verbindung mit einer Hochtreiberstufe benötigt eine verstärkte Kühlung zur Ableitung ihrer erheblichen Wärmeentwicklung im Betrieb. Dies kann beispielsweise durch einen Wassermantel, welcher den Stator der elektrischen Maschine ummantelt, und zusätzlich, wie in der
DE 10 2013 211 225 beschrieben, durch die Zufuhr von Schmier- und Kühlöl aus einem Ölkreislauf des Fahrzeuggetriebes an die Bauteile der elektrischen Maschine erfolgen. Da jedoch nur ein kleiner und begrenzter Anteil des Volumenstroms aus Schmier- und Kühlöl einer Ölpumpe aus dem Getriebe abgeleitet werden darf, wird die elektrische Leistung der Elektromaschine beim Überschreiten einer bestimmten Temperaturschwelle bisher automatisch in ihrer Leistung gedrosselt, um die Elektromaschine und ihre umliegenden Komponenten vor einer Überhitzung sowie vor möglichen Schäden zu schützen. Dieses sogenannte „Derating“ der Elektromaschine kann zu einer signifikanten temporären Minderung der verfügbaren elektrischen Antriebs- beziehungsweise Generatorleistung im Antriebsstrang und damit zu Fahrkomfort- und Fahrleistungseinbußen führen. Der Einbau einer größeren Ölpumpe, welche ständig einen größeren Volumenstrom an Schmier- und Kühlmittel liefern würde, erscheint wenig zweckmäßig, da dies zu verstärkten Schleppverlusten im Getriebe, zu einem größeren Bauraumbedarf und zu höheren Herstellkosten führen würde.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer Hybridantriebsanordnung eines Kraftfahrzeugs anzugeben, bei dem eine durch eine thermische Belastung bedingte Rückregelung der Leistung einer elektrischen Maschine im Antriebsstrang zumindest weitgehend vermieden oder verzögert werden kann.
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Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass in einem Parallelhybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs eine verkleinerte elektrische Maschine ohne Nachteile eingesetzt werden kann, sofern deren stärkere Wärmebelastung aufgrund höherer Drehzahlen durch eine effektivere Kühlung entgegengewirkt werden kann. Die Kühlung der elektrischen Maschine kann durch eine Getriebeölpumpe erfolgen oder zumindest unterstützt werden. Eine Rückschaltung im Fahrzeuggetriebe kann den drehzahlabhängigen Volumenstrom der Ölpumpe nötigenfalls erhöhen, um die Ölversorgung der elektrischen Maschine zumindest kurzzeitig zu steigern und die elektrische Maschine vor einer drohenden Überhitzung oder vor einer aus diesem Grunde präventiv veranlassten Leistungsrückregelung zu schützen.
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Demnach geht die Erfindung aus von einem Verfahren zum Betrieb einer Hybridantriebsanordnung eines Kraftfahrzeugs mit einem mehrstufigen, automatisierten oder automatischen Schaltgetriebe, mit einer einen Stator und einen Rotor aufweisenden elektrischen Maschine, mit einer Schmier- und Kühlmittelpumpe, welche von einer Getriebeeingangswelle antreibbar ist, und mit einer eingangsseitigen Übersetzungsstufe, welche den Rotor der elektrischen Maschine mit der Getriebeeingangswelle übersetzungswirksam verbindet, bei dem die Schmier- und Kühlmittelpumpe das Schaltgetriebe, die elektrische Maschine und die Übersetzungsstufe mit Schmier- und Kühlmittel versorgt, und bei dem nur ein kleiner Anteil des von der Schmier- und Kühlmittelpumpe geförderten Schmier- und Kühlmittelvolumenstroms der elektrischen Maschine zuführbar ist.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass die Temperatur der elektrischen Maschine überwacht wird, und dass bei einem Überschreiten einer vorgegebenen oberen Grenztemperatur eine Rückschaltung des Schaltgetriebes erfolgt, um durch eine Erhöhung der Drehzahl der die Schmier- und Kühlmittelpumpe antreibenden Getriebeeingangswelle den von der Schmier- und Kühlmittelpumpe insgesamt förderbaren Volumenstrom sowie den Anteil des zu der elektrischen Maschine und/oder zu der eingangsseitigen Übersetzungsstufe förderbaren Volumenstroms zumindest kurzzeitig zu erhöhen.
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Unter einem Derating wird eine Reduzierung oder Rückregelung der elektrischen Leistung einer elektrischen Maschine verstanden. Das Derating kann in Abhängigkeit vorgegebener Parameter durch eine entsprechende Regeleinrichtung automatisch erfolgen. Unter einem Volumenstrom oder einer Fördermenge wird ein von einer Pumpe gefördertes Flüssigkeitsvolumen pro Zeiteinheit verstanden. Unter einem Schmier- und Kühlmittel wird ein Fluid verstanden, welches zur Schmierung und/oder Kühlung von bewegten und/oder thermisch belasteten Komponenten im Antriebsstrang geeignet ist, insbesondere Öl oder Getriebeöl. Unter einer Hochtreiberstufe wird eine Übersetzungsstufe zur Vor-Übersetzung zwischen der Drehzahl einer elektrischen Maschine und der Drehzahl einer Getriebeeingangswelle eines im Kraftfluss der Hochtreiberstufe nachgeordneten Getriebes verstanden.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung lässt sich mit geringem Aufwand als eine Softwarefunktion in einer im Kraftfahrzeug vorhandenen Regel- und/oder Steuereinrichtung für einen Hybridantriebsstrang realisieren, welches über Funktionen zur Temperaturüberwachung einer elektrischen Maschine in einem Hybridantriebsmodul verfügt.
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Bei dem Verfahren wird zur Vermeidung oder zur Verzögerung einer automatischen Rückregelung der elektrischen Leistung einer antriebswirksamen elektrischen Maschine in einem Parallelhybridantriebsstrang beim Erreichen einer vorgegebenen oberen Grenztemperatur an der elektrischen Maschine eine Zug- oder Schubrückschaltung des Fahrzeuggetriebes ausgelöst. Das Ziel dabei ist es, die Drehzahl und damit die Fördermenge der Ölpumpe des Getriebes zu erhöhen, um die Ölversorgung vor allem der elektrischen Maschine und der Hochtreiberstufe zu verstärken, und um damit eine möglichst schnelle sowie effektive Ableitung von Wärme von deren thermisch belasteten Komponenten zu erreichen.
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Dadurch ist es möglich, eine in der Herstellung Ressourcen schonende aber drehmomentschwächere elektrische Maschine ohne Nachteile in einem Parallelhybridantrieb eines Fahrzeugs einzusetzen. Das geringere maximale Drehmoment der elektrischen Maschine wird durch eine deutlich höhere Drehzahl gegenüber der Drehzahl einer Eingangswelle eines Getriebes kompensiert. Da die Eingangswellendrehzahl und die Auslegung des Getriebes durch eine antreibende Verbrennungskraftmaschine bestimmt sind, wird die Hochtreiberstufe für eine entsprechende Drehzahlanpassung angeordnet.
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Somit wird erreicht, mit einer thermisch eher kritischen, leistungsverdichteten und hochdrehenden elektrischen Maschine sowie mit einer eingangsseitigen Übersetzungsstufe bzw. Hochtreiberstufe, welche die Drehzahl dieser elektrischen Maschine am Getriebeeingang auf eine Drehzahl im Drehzahlbereich einer Verbrennungskraftmaschine reduziert, eine quasi kontinuierlich abrufbare Antriebsleistung zur Verfügung zu stellen, die mit der Antriebsleistung von Antriebssträngen mit größeren elektrischen Maschinen, welche jedoch nur im Drehzahlbereich der Verbrennungskraftmaschine betrieben werden, vergleichbar ist.
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Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Erhöhung des von der Schmier- und Kühlmittelpumpe geförderten Volumenstroms bei einer Rückschaltung des Getriebes durch eine Erhöhung der Drehzahl der Getriebeeingangswelle, welche die Schmier- und Kühlmittelpumpe antreibt, erfolgt. Eine Rückschaltung führt dann zu einer erhöhten Fördermenge der Ölpumpe, wenn deren Drehzahl in Folge der Rückschaltung erhöht wird. Daher ist es sinnvoll, die Ölpumpe über die Getriebeeingangswelle anzutreiben, da bei einer Rückschaltung in der Regel eine signifikante Drehzahlerhöhung am Getriebeeingang zur Anpassung an die Drehzahl des niedrigeren neuen Gangs erfolgt.
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Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Drehzahl der die Schmier- und Kühlmittelpumpe antreibenden Getriebeeingangswelle mittels einer Stirnradstufe in eine Antriebsdrehzahl der Schmier- und Kühlmittelpumpe übersetzt wird. Dies ermöglicht eine Übersetzung zwischen der antreibenden Getriebeeingangswelle und der Ölpumpe, um diese in einem gemäß ihrer Spezifikationen möglichst effizienten Drehzahlbereich zu betreiben.
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Grundsätzlich ist es auch möglich, die Ölpumpe von einer anderen Getriebewelle als der Getriebeeingangswelle anzutreiben. Bei einem Gruppengetriebe ist es möglich, die Ölpumpe von einer Welle an einem antriebsseitigen Eingang einer der Getriebegruppen anzutreiben. Allerdings ist die Erhöhung der Fördermenge der Ölpumpe dann auf bestimmte Rückschaltungen gemäß einem Schaltschema des Getriebes beschränkt. Bei einem herkömmlichen Getriebe mit nur einer Getriebegruppe wäre im Falle einer Anbindung der Ölpumpe an eine bestimmte Gangstufe die Erhöhung der Fördermenge auf eine Rückschaltung mit Beteiligung genau dieser Gangstufe beschränkt. Im Falle einer Anordnung der Ölpumpe an einer Getriebeausgangswelle wäre eine Steigerung der Fördermenge von einer Zunahme der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs in Folge einer Rückschaltung abhängig.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass eine Rückschaltung, welche aufgrund der Überschreitung der oberen Grenztemperatur der elektrischen Maschine erfolgen soll, dann durchgeführt wird, wenn sich die Hybridantriebsanordnung in einem rein elektromotorisch angetriebenen Betriebsmodus befindet. Verbrennungskraftmaschinen arbeiten bekanntermaßen dann am effizientesten, wenn sie in einem Betriebsbereich niedrigen spezifischen Kraftstoffverbrauchs innerhalb ihres Drehmoment-Drehzahl-Kennfeldes betrieben werden. Da durch eine Rückschaltung mit einer damit verbundenen Drehzahlerhöhung die Verbrennungskraftmaschine möglicherweise in einem ungünstigeren Betriebsbereich betrieben wird, ist es sinnvoll, die Rückschaltung zur Verhinderung oder Verzögerung eines Deratings der elektrischen Maschine möglichst in einer Betriebssituation durchzuführen, in der die Verbrennungskraftmaschine vom Getriebe getrennt ist. Dies ist in einem elektrisch angetriebenen Betriebsmodus eines Hybridantriebs realisierbar.
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Unabhängig davon kann es aber auch sinnvoll sein, dass eine Rückschaltung, welche aufgrund einer Überschreitung der oberen Grenztemperatur der elektrischen Maschine erfolgen soll, dann durchgeführt wird, wenn sich die Hybridantriebsanordnung in einem kombiniert elektromotorisch sowie verbrennungsmotorisch angetriebenen Betriebsmodus befindet.
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Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung eines Ausführungsbeispiels beigefügt. In dieser zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung einer Hybridantriebsanordnung.
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Die in der Figur dargestellte Parallelhybrid-Antriebsanordnung
1 weist ein automatisiertes Gruppengetriebe
2 in Vorgelegebauweise auf, welches beispielsweise im Antriebsstrang eines Nutzfahrzeuges angeordnet sein kann. Der Aufbau des Parallelhybrid-Antriebsanordnung
1 sowie des Gruppengetriebes
2 entspricht weitgehend dem aus der eingangs erwähnten
DE 10 2013 211 225 A1 bekannten Aufbau. Allerdings ist gemäß der Erfindung eine Schmier- und Kühlmittelpumpe
12, im Folgenden auch kurz Ölpumpe
12 genannt, nicht wie in der genannten Druckschrift getriebeausgangsseitig sondern getriebeeingangsseitig angeordnet.
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Die Hybridantriebsanordnung 1 weist im Wesentlichen ein Gruppengetriebe 2 sowie ein Hybridmodul 3 auf. Die Eingangswelle 4 des Gruppengetriebes 2 ist über eine als Reibungskupplung ausgebildete Trennkupplung 10 mit der Triebwelle einer nicht dargestellten Verbrennungskraftmaschine verbindbar. Zur Schaltung von Übersetzungen sind steuerbare Schaltelemente vorgesehen, welche die jeweiligen Getriebeelemente der Gänge des Gruppengetriebes 2 aktivieren oder deaktivieren. Die Schaltsteuerung des Gruppengetriebes 2 erfolgt mittels eines nicht dargestellten elektronischen Steuergeräts. Das Gruppengetriebe 2 weist zwei drehbar gelagerte sowie parallel zueinander angeordnete Vorgelegewellen 14, 15 und drei hintereinander angeordnete Getriebegruppen GV, HG, GP auf. Koaxial hinter der Getriebeeingangswelle 4 sowie parallel zu den beiden Vorgelegenwellen 14, 15 ist eine Hauptwelle 16 des Gruppengetriebes 2 angeordnet.
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Da wie bei dem Gruppengetriebe 2 Gangstufenanordnungen mit jeweils einem Losrad und zwei Festrädern sowie zugehörigen Schaltkupplungen und Getriebewellen, auf denen diese angeordnet sind, dem Fachmann an sich bekannt sind, wird hier zur Vereinfachung auf eine explizite Hervorhebung der einzelnen Zahnräder mit Bezugszeichen zugunsten einer besseren Übersichtlichkeit verzichtet.
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Die Vorschaltgruppe GV des Gruppengetriebes 2 ist als eine zweistufige Splitgruppe ausgebildet, deren aus miteinander kämmenden Zahnrädern gebildete Eingangskonstanten eine Langsamfahrstufe GVL und eine Schnellfahrstufe GVS bilden, wobei das Losrad der Langsamfahrstufe GVL auf der Getriebeeingangswelle 4 und das Losrad der Schnellfahrstufe GVS auf der Hauptwelle 16 angeordnet ist. Jeweils ein zu der Langsamfahrstufe GVL gehörendes Festrad beziehungsweise ein zu der Schnellfahrstufe GVS gehörendes Festrad ist mit der ersten Vorgelegewelle 14 beziehungsweise mit der zweiten Vorgelegewelle 15 drehfest verbunden. Die Schaltkupplungen der beiden Eingangskonstanten GVL, GVS sind in einer synchronisierenden Schalteinrichtung 17 zusammengefasst, über die wahlweise das jeweilige Losrad drehfest mit der Getriebeeingangswelle 4 verbindbar ist.
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Die Hauptgruppe HG ist dreistufig ausgebildet, mit drei Vorwärtsgängen G1, G2, G3 und einem Rückwärtsgang RG. Die Losräder dieser Gänge sind auf der Hauptwelle 16 drehbar gelagert angeordnet und stehen mit den zugehörigen Festrädern, welche auf den beiden Vorgelegewellen 14, 15 angeordnet sind, im Verzahnungseingriff. Der zweite Gang G2 und der dritte Gang G3 werden mit einer ersten Klauenschalteinrichtung 18 geschaltet, wobei der dritte Gang G3 den Radsatz der Schnellfahrstufe GVS mitbenutzt. Der erste Gang G1 sowie der Rückwärtsgang RG werden mit einer zweiten Klauenschalteinrichtung 19 geschaltet. Weiterhin ist ein zuschaltbarer Nebenabtrieb PTO (Power Take Off) zum Anschluss von Nebenaggregaten an der ersten Vorgelegewelle 14 vorgesehen.
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Die antriebstechnisch nachgeordnete Bereichsgruppe GP ist als ein zweistufiges Planetengetriebe ausgebildet, welches in bekannter Weise mittels einer dritten Klauenschalteinrichtung 20 zwischen einer Übersetzung GPL ins Langsame und einer direkten Übersetzung GPS ins Schnelle umschaltbar ist. Der Planetenträger des Planetengetriebes der Bereichsgruppe GP ist drehfest mit einer Getriebeausgangswelle 11 verbunden. Insgesamt sind durch die Kombination der drei Getriebegruppen GV, HG, GP des Gruppengetriebes 2 zwölf Vorwärtsgänge und bis zu vier Rückwärtsgänge realisierbar.
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Das Hybridmodul 3 weist eine elektrische Maschine 5 mit einem Stator 5a und einem Rotor 5b sowie eine Hochtreiberstufe 6 auf, welche als ein Planetengetriebe ausgebildet ist. Die als Planetengetriebe ausgebildete Hochtreiberstufe 6 umfasst ein zentrales Sonnenrad 7, einen Planetenträger 8 sowie ein Hohlrad 9. Der Planetenträger 8 trägt und führt mehrere Planetenräder 13, welche im Verzahnungseingriff mit dem Hohlrad 9 und dem Sonnenrad 7 sind und zwischen diesen umlaufen. Das Hohlrad 9 ist an einem Gehäuse ständig festgestellt. Das Sonnenrad 9 ist als antreibendes Element der Hochtreiberstufe 6 mit dem Rotor 5b der elektrischen Maschine 5 drehfest verbunden. Der Planetenträger 8 ist als abtreibendes Element mit der Getriebeeingangswelle 4 drehfest verbunden und antriebsseitig mit der Kupplung 10 gekoppelt. Zwischen dem Rotor 5b und der Getriebeeingangswelle 4 ist somit eine Umlaufübersetzung der Hochtreiberstufe 6 wirksam, welche die höhere Drehzahl der elektrischen Maschine 5 in die niedrigere Drehzahl der Getriebeeingangswelle 4 wandelt, oder umgekehrt eine niedrigere Drehzahl der Getriebeeingangswelle 4 in eine höhere Drehzahl der elektrischen Maschine 5 wandelt.
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Die elektrische Maschine 5 ist vorzugsweise als eine permanenterregte Synchronmaschine ausgebildet und sowohl als Motor als auch als Generator betreibbar. Die Synchronmaschine 5 ist für eine relativ hohe Drehzahl ausgelegt, um deren Masse-Leistungsdichte zu erhöhen und den Materialeinsatz von teuren Werkstoffen zu reduzieren.
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Ferner ist am Getriebeeingang die Ölpumpe 12 angeordnet, welche über eine Stirnradstufe 21 von der Getriebeeingangswelle 4 angetrieben wird. Die Ölpumpe 12 versorgt sowohl das Gruppengetriebe 2 als auch das Hybridmodul 3 mit der elektrischen Maschine 5 und der Hochtreiberstufe 6 mit Öl zur Schmierung und Kühlung derselben. Die Ölpumpe 6 ist beispielsweise eine Zahnradpumpe, deren Fördermenge von ihrer Drehzahl abhängt. Die Pumpendrehzahl sowie die Fördermenge der Ölpumpe 6 sind damit durch die Getriebeeingangsdrehzahl der Getriebeeingangswelle 4 bestimmt.
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Der Betrieb einer solchen Hybridantriebsanordnung 1 eines Kraftfahrzeugs kann mit dem Verfahren gemäß der Erfindung sehr vorteilhaft durchgeführt werden.
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Es sei erwähnt, dass das Verfahren für die dargestellte Hybridantriebsanordnung 1 besonders geeignet, jedoch nicht auf eine solche Anordnung beschränkt ist.
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Demnach versorgt die Ölpumpe 12 im Fahrbetrieb sowohl das Gruppengetriebe 2 als auch das Hybridmodul 3 mit bevorzugt getrennten Ölströmen. Ein bestimmter, eher geringerer Anteil des gesamten von der Ölpumpe 12 geförderten Volumenstroms wird dem Hybridmodul 3 zur Schmierung und Kühlung über nicht dargestellte Kanäle zugeführt. Der überwiegende Anteil des Ölstroms verbleibt dabei jedoch im Gruppengetriebe 2, um die dortigen Getriebebauteile zu schmieren und zu kühlen. Die Fördermenge der Ölpumpe 12 hängt wie schon erwähnt von der jeweiligen Drehzahl der Getriebeeingangswelle 4 ab. In einem Fahrbetrieb, bei dem die elektrische Maschine 5 als Antriebsmaschine ein Drehmoment an der Getriebeeingangswelle 4 abgibt, wird ständig die thermische Belastung des Hybridmoduls 3 und des Gruppengetriebes 2, insbesondere jedoch der elektrischen Maschine 5 mit geeigneten Temperatursensoren gemessen sowie einer nicht dargestellten Steuerungsvorrichtung mitgeteilt.
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Bei einer Überschreitung einer vorgegebenen kritischen oberen Grenztemperatur erfolgt zum Schutz vor einer Überhitzung der elektrischen Maschine 5 eine Leistungsrückregelung derselben, welche durch die Steuerungsvorrichtung automatisch durchgeführt würde. Um dies zu verhindern, wird bei einer Überschreitung der Grenztemperatur spontan eine Rückschaltung des Gruppengetriebes 2 ausgelöst. Im einfachsten Fall kann dies eine einfache Rückschaltung innerhalb des Hauptgetriebes HG sein. Dies kann in bekannter Weise durch antriebsseitigen Lastabbau, Öffnen des Antriebsstrangs sowie Auslegen des Ursprungsgangs, Synchronisieren und Einlegen des neuen Gangs, Schließen des Antriebsstrangs und Lastaufbau im neuen Gang durchgeführt werden. Komplexere Rückschaltungen mit einem Umschalten der Splitgruppe GV und/oder der Bereichsgruppe GP sind ebenfalls möglich. Die Rückschaltung muss jedenfalls aufgrund der Drehzahlanpassung der Getriebeeingangswelle 4 an den neuen, größer übersetzten Gang, zumindest temporär zu einer Erhöhung der Getriebeeingangsdrehzahl führen. Der von der Ölpumpe 12 geförderte Volumenstrom erhöht sich dadurch entsprechend. Daraus resultiert auch ein höherer Volumenstromanteil, der zur Kühlung der elektrischen Maschine 5 sowie der Hochtreiberstufe 6 zur Verfügung steht und dort hin geleitet wird.
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Bei einem beispielhaft angenommenen Szenario bewegt sich ein Nutzfahrzeug mit einer annähernd konstanten Geschwindigkeit von 80 km/h. Die elektrische Maschine 5 ist allein in der Lage, das Fahrzeug anzutreiben oder sie unterstützt dabei einen ebenfalls angekuppelten und laufenden Verbrennungsmotor. Dabei erwärmt sich die elektrische Maschine 5 so stark, dass dort eine zuvor festgelegte obere Grenztemperatur überschritten wird. Dies wird von dem zugeordneten Steuergerät registriert. Daraufhin wird automatisch eine Zugrückschaltung im Gruppengetriebe 2 ausgelöst und durchgeführt, wodurch sich bei gleicher Fahrgeschwindigkeit eine erhöhte Drehzahl an der Getriebeeingangswelle 4 einstellt. Dies führt im Ergebnis zu einer erhöhten Antriebsdrehzahl an der Ölpumpe 12, die dadurch einen größeren Volumenstrom an Öl fördert. Ein von diesem Ölstrom zur Kühlung der elektrischen Maschine 5 sowie für die Hochtreiberstufe 6 bestimmter Anteil vergrößert sich dadurch, so dass die Kühlung der elektrischen Maschine 5 und der Hochtreiberstufe 6 verbessert wird sowie deren Temperaturen unter die obere Grenztemperatur abfallen. Die vergleichsweise hohe Drehzahl der elektrischen Maschine 5 kann dadurch beibehalten oder sogar noch weiter angehoben werden, wodurch das von der elektrischen Maschine 5 abgerufene Drehmoment reduziert und dieselbe zusätzlich thermisch entlastet wird. Im Ergebnis kann somit eine durch thermische Belastung bedingte Rückregelung der relativ kleinen, aber hochdrehenden elektrischen Maschine 5 zeitlich verzögert oder ganz vermieden werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hybridantriebsanordnung
- 2
- Schaltgetriebe, Gruppengetriebe
- 3
- Hybridmodul
- 4
- Getriebeeingangswelle
- 5
- Elektrische Maschine
- 5a
- Stator
- 5b
- Rotor
- 6
- Hochtreiberstufe, eingangsseitige Übersetzungsstufe
- 7
- Sonnenrad
- 8
- Planetenträger
- 9
- Hohlrad
- 10
- Trennkupplung
- 11
- Getriebeausgangswelle
- 12
- Schmier- und Kühlmittelpumpe, Ölpumpe
- 13
- Planetenrad
- 14
- Erste Vorgelegewelle
- 15
- Zweite Vorgelegewelle
- 16
- Hauptwelle
- 17
- Synchronisierende Schalteinrichtung
- 18
- Erste Klauenschaltkupplung
- 19
- Zweite Klauenschaltkupplung
- 20
- Dritte Klauenschaltkupplung
- 21
- Stirnradstufe an Ölpumpe
- GP
- Bereichsgruppe
- GPL
- Langsamfahrstufe der Bereichsgruppe
- GPS
- Schnellfahrstufe der Bereichsgruppe
- GV
- Vorschaltgruppe
- GVL
- Langsamfahrstufe der Vorschaltgruppe
- GVS
- Schnellfahrstufe der Vorschaltgruppe
- G1
- Erster Hauptgetriebegang
- G2
- Zweiter Hauptgetriebegang
- G3
- Dritter Hauptgetriebegang
- HG
- Hauptgruppe, Hauptgetriebe
- PTO
- Nebenabtrieb
- RG
- Rückwärtsgang
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013211225 A1 [0003, 0022]
- DE 102008000953 A1 [0004]
- DE 102013211225 [0005]
