Die Erfindung betrifft einen dedizierten Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs und ein Verfahren zu dessen Steuerung mit einer aus einer ersten Elektromaschine und einer Brennkraftmaschine gebildeten Antriebseinheit und einer zweiten Elektromaschine, wobei die Antriebseinheit mittels einer ersten Trennkupplung und die zweite Elektromaschine mittels einer zweiten Trennkupplung mit einem mit Antriebsrädern wirkverbundenen Getriebe verbindbar sind und ein Akkumulator die Elektromaschinen antreibt und von diesen generatorisch aufladbar ist.

Die Erfindung betrifft einen dedizierten Hybridantriebsstrang und ein Verfahren zur Steuerung eines dedizierten Hybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit einer aus einer ersten Elektromaschine und einer Brennkraftmaschine gebildeten Antriebseinheit und einer zweiten Elektromaschine, wobei die Antriebseinheit mittels einer ersten Trennkupplung und die zweite Elektromaschine mittels einer zweiten Trennkupplung mit einem mit Antriebsrädern wirkverbundenen und zumindest eine Getriebeübersetzung aufweisenden Getriebe verbindbar sind und ein Akkumulator die Elektromaschinen antreibt und von diesen generatorisch aufladbar ist.

Hybridantriebsstränge mit einer Brennkraftmaschine und zwei Elektromaschinen sind beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2018 103 245 A1 bekannt. Offenbart ist eine Antriebseinheit für einen Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine, einer ersten Elektromaschine, einer hinsichtlich ihres Rotors koaxial zu einer Drehachse eines Rotors der ersten Elektromaschine angeordneten zweiten Elektromaschine, einer ersten Übersetzungsstufe, angeordnet zwischen einem drehfest mit einer Ausgangswelle der Brennkraftmaschine gekoppelten oder koppelbaren Antriebsbestandteil und einer Triebwelle der ersten Elektromaschine und/oder der Elektromaschine, sowie einer Getriebeteileinheit, über die die Triebwelle der jeweiligen elektrischen Maschine mit Radantriebswellen gekoppelt oder koppelbar ist. Auch aus den Druckschriften US 2016/0218584 A1 , DE 11 2015 006 071 T5, EP 331 372 A1 und WO 2019/101 264 A1 sind verschiedene Getriebestrukturen eines Hybridantriebsstrangs bekannt.

Die nicht vorveröffentlichte Patentanmeldung DE 10 2021 111 350.4 der Anmelderin, die hiermit vollumfänglich aufgenommen ist, zeigt weiterhin Ausführungsformen von Hybridantriebssträngen mit einer Antriebseinheit aus einer Brennkraftmaschine und einer ersten Elektromaschine und einer zweiten Elektromaschine wobei die Antriebseinheit und die zweite Elektromaschine mittels einer Trennkupplung mit einem mit Antriebsrädern wirkverbundenen und zumindest eine Getriebeübersetzung aufweisenden Getriebe verbindbar sind.

Derartige Hybridantriebsstränge werden als dedizierte Hybridantriebsstränge beziehungsweise Hybridgetriebe („Dedicated Hybrid Transmissions“, DHT) bezeichnet. Bei diesen wird der mechanische Getriebeteil vereinfacht, etwa durch Entfall des Rückwärtsgangs, und stattdessen mindestens eine in das Getriebe integrierte Elektromaschine genutzt, um den vollen Funktionsumfang darzustellen. Dedizierte Hybridgetriebe können aus bekannten Getriebekonzepten hervorgehen, also aus Doppelkupplungsgetrieben, Wandler-Planetengetrieben, stufenlosen Getrieben (CVT) oder automatisierten Schaltgetrieben. Die elektrische Maschine wird dabei ein Teil des Getriebes, wobei ihre Anbindung auf verschiedenen Getriebewellen erfolgen kann. Neben den parallelen und/oder seriellen Hybridmodi können in Kombination mit einem Planetengetriebe auch ein oder mehrere leistungsverzweigte Betriebszustände erzeugt werden.

Unter einem seriellen Betriebszustand des Hybridantriebsstrangs wird dabei verstanden, dass die Brennkraftmaschine keine mechanische/drehmomentübertragende Verbindung zu der Antriebsachse/Abtriebswelle besitzt. Die Brennkraftmaschine treibt die erste, hauptsächlich als Generator fungierende Elektromaschine an, die wiederum die hauptsächliche, als Fahrmotor/Antriebsmotor fungierende zweite Elektromaschine mit Strom versorgt oder einen Akkumulator auflädt. Die Antriebsachse wird durch die zweite Elektromaschine angetrieben. Unter einem parallelen Hybridmodus wird verstanden, dass die Brennkraftmaschine eine mechanische/drehmomentübertragende Verbindung zu der Antriebsachse/Abtriebswelle besitzt. Die zweite Elektromaschine kann leer mitlaufen, boosten oder rekuperieren.

Bekannte Verfahren zur Steuerung von dedizierten Hybridantriebssträngen sehen insbesondere während Anfahrvorgängen des Kraftfahrzeugs ausschließlich den seriellen Betriebszustand vor, wobei bei wiederholten Starts mit geringer Fahrgeschwindigkeit der Akkumulator schnell entladen werden kann. Infolge einer damit notwendigen Aufladung des Akkumulators mittels der Brennkraftmaschine auch während Stehzeiten kann eine akustische Belastung für die Insassen des Kraftfahrzeugs auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines dedizierten Hybridantriebsstrangs und eines Verfahrens zum Betrieb eines dedizierten Hybridantriebsstrangs. Insbesondere ist Aufgabe der Erfindung, ein Kraftfahrzeug mit dediziertem Hybridantriebsstrang mit hoher Performance und ökonomisch zu betreiben und die Ladung des Akkumulators und deren Erhalt sicherzustellen. Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 3 gelöst. Die von den Ansprüchen 1 und 3 abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Gegenstands des Anspruchs 1 beziehungsweise des Anspruchs 3 wieder.

Der vorgeschlagene dezidierte Hybridantriebsstrang weist zwei Antriebsquellen, nämlich eine Antriebseinheit mit einer Brennkraftmaschine und einer mit dieser antriebsmäßig verbundenen ersten Elektromaschine und eine zweite Elektromaschine auf, die jeweils mittels einer Trennkupplung, beispielsweise einer Formschlusskupplung mit Antriebsrädern verbindbar sind.

Zwischen den Antriebsrädern ist neben einem Differential ein Getriebe angeordnet, welches eine Mehrzahl von Getriebeübersetzungen aufweist. Hierbei sind insbesondere zwei sogenannte thermische Getriebestufen mit unterschiedlichen Übersetzungen vorgesehen, die mittels einer ersten Trennkupplung alternativ schaltbar sind und damit die Antriebsräder mit der Antriebseinheit verbinden. Die Getriebestufen sind an den nutzbaren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine angepasst, so dass die Brennkraftmaschine beziehungsweise die Antriebseinheit zum Antrieb des Kraftfahrzeugs bereits bei kleinen Fahrgeschwindigkeiten und bei hohen Fahrgeschwindigkeiten ohne Zwischenschaltung einer drehmomentnivellierenden Reibungskupplung genutzt werden kann. Die Trennkupplung, die beispielsweise als Schaltkupplung mit Schaltmuffe, Schiebehülse und Synchronringen ausgebildet sein kann, enthält drei Schaltstellungen, mit jeweils einer geschalteten Verbindung einer thermischen Getriebestufe zwischen einer mit einer Abtriebswelle der Antriebswelle und einer Getriebeausgangswelle des Getriebes und einer Neutralstellung, in der die Antriebseinheit von den Antriebsrädern abgekoppelt ist.

Eine weitere, sogenannte elektrische Getriebestufe des Getriebes dient der Anpassung des Drehzahlbereichs der zweiten Elektromaschine, die beispielsweise in das Getriebe integriert sein kann. Die Trennkupplung, beispielsweise eine Schaltkupplung mit Schaltmuffe, Schiebehülse und Synchronringen besitzt zwei Schaltstellungen, wobei in der einen der Rotor der zweiten Elektromaschine mit der Getriebeausgangswelle verbunden ist und eine Neutralstellung, in der die zweite Elektromaschine von den Antriebsrädern abgekoppelt ist. Die Schaltung der einzelnen Gangstufen erfolgt beispielsweise mittels der Schaltgabeln und entsprechenden Schaltschienen, Schaltwellen, Schaltwalzen und/oder dergleichen mittels eines automatisierten Schaltaktors, der beispielsweise hydraulisch oder elektromechanisch betrieben ist. Dieser Schaltaktor kann beispielsweise zusätzlich eine Parksperre des Kraftfahrzeugs betätigen. Alternativ kann zumindest eine Trennkupplung als Klauenkupplung ausgebildet sein. Die elektrische Energie zum Betrieb der Elektromaschinen ist in einem Akkumulator gespeichert. Eine oder beide Elektromaschinen können generatorisch betrieben werden, um den Akkumulator zu laden. Hierbei kann die erste Elektromaschine von der Brennkraftmaschine angetrieben werden, die zweite Elektromaschine kann aus einer Rekuperation elektrische Energie erzeugen.

In bevorzugter Weise ist zur Steigerung der Performance des Kraftfahrzeugs, beispielsweise zur Steigerung dessen Beschleunigung beispielsweise im Bereich von 0 bis 100 km/h, zur Steigerung dessen Agilität und/oder dergleichen ein Akkumulator, beispielsweise ein Lithiumionen-Akkumulator vorgesehen, der für einen dedizierten Hybridantriebsstrang eine vergleichsweise hohe Batterieentladungsleistung von über 40 kW, bevorzugt größer 60 kW und besonders bevorzugt von größer gleich 100 kW aufweist. Es hat sich hierbei gezeigt, dass die Vorteile des Energiegewinns und der Energieeffizienz eines derartigen Akkumulators die Nachteile des höheren Gewichts übersteigen. Das vorgeschlagene Verfahren dient der Steuerung des vorgeschlagenen dedizierten Hybridantriebsstrangs. In dem Hybridantriebsstrang werden grundsätzlich die Brennkraftmaschine, die Elektromaschinen und die Trennkupplungen abhängig von dem Fahrerwunschmoment, welcher dieser beispielsweise in Form eines Gaspedals vorgibt, einer Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Ladezustand des Akkumulators gesteuert. Weitere Parameter wie beispielsweise die Fahrbahnbeschaffenheit wie beispielsweise deren Steigung und Kurven, Straßenverhältnisse im Sommer und Winterbetrieb, Haftung der Räder auf der Fahrbahn und/oder dergleichen, Bremseinwirkung, Außentemperatur und/oder Fahrzeugkomponenten, Lichtverhältnisse, Verkehrsaufkommen können in nicht zwangsweise abschließender Aufzählung vollständig oder teilweise in die Steuerung des Hybridantriebsstrangs einfließen.

Hierbei hat sich in vorteilhafter Weise gezeigt, dass die Verwendung von zwei thermischen Getriebestufen mit einer kleinen und einer großen Übersetzung eine wesentlich frühere Zuschaltung der Brennkraftmaschine in speziellen Fahrsituationen ermöglicht, ohne die Schlupfwirkung einer Reibungskupplung in Anspruch nehmen zu müssen und eine separate Schaltung der Getriebestufen und einer Neutralstellung mittels einer einzigen Formschlusskupplung durchführen zu können. Beispielsweise kann in Fahrsituationen, bei denen häufig im seriellen Betrieb rein elektrisch angefahren werden muss, eine zunehmende Entladung des Akkumulators bei nicht ausreichender Ladung durch die Brennkraftmaschine beziehungsweise bei hoher Geräuschbelastung durch die Brennkraftmaschine beim erforderlichen Nachladen des Akkumulators aufgrund der großen Übersetzung der ersten Getriebestufe ins Langsame die Brennkraftmaschine wesentlich früher zugeschaltet werden und im parallelen Betrieb mit Unterstützung der Brennkraftmaschine im Antrieb des Kraftfahrzeugs gefahren werden. Das Nachladen des Akkumulators kann dabei gegebenenfalls bei kleineren Drehzahlen der Brennkraftmaschine und damit mit einem geringeren Geräuschaufkommen erfolgen. In der zweiten Getriebestufe mit wesentlich kleinerer Übersetzung ins Langsame beziehungsweise abhängig von der nachfolgenden Übersetzung bis zu den Antriebsrädern mit einer Übersetzung ins Schnelle kann dennoch mit Drehzahlen der Brennkraftmaschine in gemäßigtem Bereich bei hohen Fahrgeschwindigkeiten mit Unterstützung der Antriebseinheit oder mit der Brennkraftmaschine allein gefahren werden. Zur Umsetzung eines ökonomischen und gegebenenfalls agilen Betriebs des Kraftfahrzeugs mit dem vorgeschlagenen Hybridantriebsstrang mit zwei thermischen Getriebestufen werden verschiedene Betriebsmodi abhängig vom Fahrerwunschmoment, dem Ladezustand des Akkumulators und der Fahrgeschwindigkeit gesteuert. In einem ersten Betriebsmodus erfolgt ein serieller Antrieb des Kraftfahrzeugs, in dem rein elektrisch mit der zweiten Elektromaschine angetrieben wird und die Brennkraftmaschine mittels der ersten, generatorisch betriebenen Elektromaschine den Akkumulator lädt. Beispielsweise erfolgt ein serieller Antrieb bei Anfahrten mit nicht vollständig geladenem Akkumulator und kleineren Fahrgeschwindigkeiten. Die zweite Elektromaschine wird in ihrem energetisch günstigsten Drehzahlbereich betrieben. Soll ein schnelles, gemäßigtes Beschleunigen erfolgen, kann die zweite Elektromaschine im sogenannten Boostbetrieb betrieben werden, indem diese kurzzeitig, beispielsweise während eines Überholvorgangs mit einer größeren, außerhalb des günstigsten Drehzahl des Rotors und/oder bei höherer Nennleistung betrieben wird.

In einem zweiten Betriebsmodus erfolgt ein paralleler Antrieb des Kraftfahrzeugs, indem mittels der Antriebseinheit unter Auswahl der ersten thermischen Getriebestufe und der zweiten Elektromaschine angetrieben wird. Hierbei wird zumindest ein Teil der Leistung der Brennkraftmaschine zum Antrieb des Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Ein anderer Teil der Leistung kann zum Laden des Akkumulators zur Verfügung gestellt werden, indem die erste Elektromaschine generatorisch betrieben wird.

In einem dritten Betriebsmodus erfolgt der parallele Antrieb des Kraftfahrzeugs mittels der Antriebseinheit unter Auswahl der zweiten thermischen Getriebestufe und der zweiten Elektromaschine. Die erste Elektromaschine kann zumindest zeitweise insbesondere bei voll geladenem Akkumulator ebenfalls antriebsmäßig angetrieben sein und den Antrieb des Kraftfahrzeugs beispielsweise bei hohen Beschleunigungsanforderungen des Fahrers oder bei hohen Fahrgeschwindigkeiten unterstützen.

In einem vierten Betriebsmodus ist ein ausschließlicher Antrieb mittels der Brennkraftmaschine über die zweite Getriebeübersetzung vorgesehen.

In einem sogenannten Boostbetrieb, beispielsweise bei vom Fahrer angeforderten hohen Beschleunigungen, kann in den einzelnen Betriebsmodi mit antriebsmäßig wie motorisch betriebener erster und/oder zweiter Elektromaschine ein Betrieb dieser kurzzeitig über ihrer Nennleistung vorgesehen werden.

In einem fünften Betriebsmodus im Stillstand des Kraftfahrzeugs kann eine Parksperre eingelegt werden. Die Parksperre kann mit einem Schaltaktor zur Schaltung der Getriebestufen betätigt werden und mittels einer die Steuerung des Hybridantriebsstrangs steuernden Software gesteuert werden. In dem fünften Betriebsmodus kann die Brennkraftmaschine stillgelegt oder gegebenenfalls abhängig vom Ladezustand des Akkumulators oder durch den Fahrer gestartet werden, um diesen mittels der generatorisch von der Brennkraftmaschine angetriebenen ersten Elektromaschine im Stillstand des Kraftfahrzeugs zu laden.

In einem sechsten Betriebsmodus kann kinetische Energie des Kraftfahrzeugs reku- periert werden, indem bei vom Getriebe abgekoppelter Antriebseinheit und fahrendem Kraftfahrzeug mittels der von den Antriebsrädern generatorisch angetriebenen zweiten Elektromaschine der Akkumulator geladen wird.

In einem siebten Betriebsmodus kann das Kraftfahrzeug mittels einer Drehrichtungsumkehr der zweiten Elektromaschine im seriellen oder rein elektrischen Betrieb rückwärts gefahren werden, so dass auf einen mechanisch ausgebildeten Rückwärtsgang verzichtet und Produktionskosten und Herstellungsaufwand gespart werden können. Es versteht sich, dass insbesondere in lärmberuhigten Innenstadtbereichen und dergleichen in einem achten Betriebsmodus das Kraftfahrzeug bei ausreichendem Ladezustand des Akkumulators rein elektrisch mittels der zweiten Elektromaschine bei abgekoppelter Antriebseinheit und stillgesetzter Brennkraftmaschine angetrieben werden kann.

Die verschiedenen Betriebsmodi werden abhängig von dem Ladungszustand des Akkumulators angewendet. Hierzu wird der Ladungszustand in mehrere Ladungszustandsbereiche eingeteilt, innerhalb derer wiederum abhängig vom Fahrerwunschmoment und der aktuellen Fahrgeschwindigkeit unterschiedliche Betriebsmodi eingestellt werden. Beispielsweise wird der Ladungszustand in Bereiche eingeteilt, in denen ein gewöhnlicher Betrieb des Hybridantriebsstrangs nicht vorgesehen ist, beispielsweise bei sehr niedrigem Ladezustand von beispielsweise kleiner 10% bis 20% Restladung der maximalen Ladekapazität, oder einer Ladung von größer 80% der maximalen Ladekapazität. Diese Grenzladezustände werden in bevorzugter Weise nur in Notlagen bei drohendem Liegenbleiben oder Schädigung des Akkumulators wegen versehentlich zu hoher Ladung eingestellt. Dazwischen können beispielsweise drei allgemein nutzbare Bereiche des Ladezustands unterschieden werden, beispielsweise ein hoher Ladezustand mit einer Ladekapazität von 41% bis 80% der Maximalladung, ein mittlerer Ladezustand mit 26% bis 40% der Maximalladung und ein niederer Ladezustand mit 11 % bis 25% der Maximalladung von 100%. Es versteht sich, dass die Grenzen der Ladungszustände ebenso wie aktuelle Kapazität, Temperatur und/oder weitere die Qualität des Akkumulators dauerhaft oder akut beeinflussende Größen situationsbedingt an das Kraftfahrzeug anpassbar und laufend adaptierbar beispielsweise abhängig vom Lebensalter, von der zu erwartenden Lebensdauer und/oder dergleichen ausgebildet sein können. In den einzelnen Bereichen werden die Modi abhängig von dem Fahrerwunschmoment beispielsweise eingestellt, in denen beispielsweise bei aktuell hoch angefordertem Fahrerwunschmoment die aktuell dem Antrieb dienende Elektromaschine beziehungsweise beide Elektromaschinen und gegebenenfalls die Brennkraftmaschine in einem Boostbetrieb betrieben werden, das heißt, kurzzeitig in einem Leistungsbereich höher als die Nennleistung betrieben werden. Alternativ kann der Modus gewechselt werden und beispielsweise eine Elektromaschine und/oder die Brennkraftmaschine zuschaltet werden. Beispielsweise kann ein typisches, adaptiertes Fahrerwunschmoment und deren zeitliche Entwicklung berücksichtigt werden. In den einzelnen Bereichen des Ladezustands werden die Betriebsmodi zudem abhängig von der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs eingestellt, um beispielsweise den zunehmenden Fahrwiderstand bei zunehmender Fahrgeschwindigkeit auszugleichen. Bedingt durch eine fehlende Reibungskupplung zwischen Brennkraftmaschine und Antriebsrädern, werden zum Anfahren und Rückwärtsfahren ausschließlich die ersten, siebten und achten Betriebsmodi eingesetzt, die Betriebsmodi eins und sieben gegebenenfalls mit der zweiten Elektromaschine geboostet. Bei Erreichen der Synchrondrehzahl zwischen der kleinsten antriebsmäßig nutzbaren Drehzahl der Brennkraftmaschine und der Getriebeausgangswelle in der ersten thermischen Getriebestufe kann zum parallelen Betrieb des Hybridantriebsstrangs der zweite Betriebsmodus ab einer vorgegebenen Fahrgeschwindigkeit geschaltet und gefahren werden. Bei hohen Fahrgeschwindigkeiten kann beispielsweise in den dritten Betriebsmodus mit der zweiten thermischen Getriebestufe geschaltet werden.

Die Erfindung wird anhand des in den Figuren 1 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Diese zeigen:

Figur 1 einen dedizierten Hybridantriebsstrang in schematischer Darstellung,

Figur 2 eine Tabelle verschiedener Betriebsmodi des Hybridantriebsstrangs der Figur 1 und dessen zugehörige Beschaltung,

Figur 3 ein Schaltdiagramm eines Schaltaktors bei einem Fahrvorgang eines Kraftfahrzeugs mit dem Hybridantriebsstrang der Figur 2,

Figur 4 ein Diagramm des Radmoments über die Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs mit dem Hybridantriebsstrang der Figur 1 bei niedrigem Ladezustand des Akkumulators,

Figur 5 ein Diagramm des Radmoments über die Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs mit dem Hybridantriebsstrang der Figur 1 bei mittlerem Ladezustand des Akkumulators,

Figur 6 ein Diagramm des Radmoments über die Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs mit dem Hybridantriebsstrang der Figur 1 bei hohem Ladezustand des Akkumulators,

Figur 7 ein Diagramm des Radmoments über die Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs mit dem Hybridantriebsstrang der Figur 1 mit einem Akkumulator mit niedriger Entladeleistung und

Figur 8 ein Diagramm des Radmoments über die Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs mit dem Hybridantriebsstrang der Figur 1 mit einem Akkumulator mit hoher Entladeleistung.

Die Figur 1 zeigt den zum hybridischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs vorgesehenen Hybridantriebsstrang 1 in schematischer Darstellung. Der Hybridantriebsstrang 1 enthält zum Antrieb des Kraftfahrzeugs die aus der Brennkraftmaschine ICE mit der Kurbelwelle 2 und der ersten Elektromaschine EM1 mit dem Rotor 3 gebildete Antriebseinheit 4 und die zweite Elektromaschine EM2 mit dem Rotor 5. Die Antriebseinheit 4 ist mittels der ersten Trennkupplung C1 und die zweite Elektromaschine EM2 ist mittels der zweiten Trennkupplung C2 mit dem Getriebe 8 koppelbar. Beide Trennkupplungen C1 , C2 sind hier als Formschlusskupplungen 6, 7 ausgebildet, die von einem nicht dargestellten Aktor wie beispielsweise Schaltaktor, der auch eine ebenfalls nicht dargestellte Parksperre ein- und auslegt, betätigt. Das Getriebe 8 enthält eine einzige elektrische Getriebestufe 9 zwischen der zweiten Elektromaschine EM2 und der Getriebeausgangswelle 10 und zwei thermische Getriebestufen 11 , 12 zwischen der Antriebseinheit 4 und der Getriebeausgangswelle 10. Die beiden Getriebestufen 11 , 12 sowie eine Neutralstellung zur Abkopplung der Antriebseinheit 4 von der Getriebeausgangswelle 10 werden mittels der Trennkupplung C1 geschaltet. Zwischen der Getriebeausgangswelle 10 und dem Differential 13 ist die Ausgangsübersetzung 14 des Getriebes 8 ausgebildet, wobei hier das Zahnrad der Getriebestufe 12 gegenüber der Getriebeausgangswelle 10 als Festrad ausgebildet ist und zugleich das Zahnrad der Getriebeausgangswelle 10 der Ausgangsverzahnung bildet. Das Differenzial 13 ist auf die Antriebswellen 15, 16 wie beispielsweise Gelenkwellen und Naben der nicht dargestellten Antriebsräder verzweigt. Die Elektromaschinen EM1 , EM2 und der Aktor sind mittels eines nicht dargestellten Steuergeräts sowie einer Leistungselektronik elektrisch mit dem Akkumulator 17 verbunden. Je nach Betriebszustand des Kraftfahrzeugs, dem Ladezustand des Akkumulators 17 und der Lastanforderung eines Fahrers und/oder einer autonomen Steuerung des Kraftfahrzeugs werden die entsprechend der in der Figur 2 erläuterten Betriebsmodi des Hybridantriebsstrangs 1 gemäß den Diagrammen 300 bis 500 der Figuren 4 bis 6 dargestellten Radmomente an den Antriebsrädern eingestellt. Es versteht sich, dass je nach Ausbildung des Hybridantriebsstrangs und den Anforderungen an das Kraftfahrzeug weniger oder mehr Betriebsmodi und/oder Bereiche zur Unterteilung des Ladezustands des Akkumulators vorgesehen werden können.

Die Figur 2 zeigt die Tabelle 18 zur Steuerung des Hybridantriebsstrangs der Figur 1 mit dem Zusammenhang zwischen den eingestellten Betriebsmodi MODI - MOD8 und den Aktivierungszuständen der Parksperre PS, der Trennkupplung C1 (Figur 1 mit den Schaltzuständen C1 (1 ), C1 (2) der Elektromaschine EM1 , der Elektromaschine EM2 und der Brennkraftmaschine ICE. Hierbei bedeuten das Zeichen X die Betätigung der Trennkupplungen C1 , C2 beziehungsweise Aktivierung der ersten Getriebestufe mittels des Schaltzustands C1 (1 ) und der Aktivierung der zweiten Getriebestufe mittels des Schaltzustandes C1 (2), die Betätigung der Parksperre PS. Das Zeichen 0 bedeutet im Gegensatz die offene Position dieser. Das Zeichen + bedeutet die Aktivierung wie Betrieb der Elektromaschine EM1 , der Elektromaschine EM2 und der Brennkraftmaschine ICE, während das Zeichen - keine Aktivierung dieser bedeutet.

Der erste Betriebsmodus MODI ist der serielle Betrieb des Hybridantriebsstrangs, bei dem das Kraftfahrzeug bei gelöster Parksperre ausschließlich elektrisch mittels der Elektromaschine EM2 angetrieben wird und die Brennkraftmaschine die Elektromaschine EM1 antreibt, um die elektrische Energie für die zweite Elektromaschine EM2 bereitzustellen und gegebenenfalls bei überschüssiger Energie den Akkumulator zu laden. In dem ersten Betriebsmodus M0D1 kann die Elektromaschine EM2 zudem zumindest für kurze Zeit in einem Boostbetrieb über ihrer Nennleistung betrieben werden. Die Trennkupplung C1 ist hierbei in Neutralstellung geschaltet, das heißt weder der Schaltzustand C1 (1 ) noch der Schaltzustand C1 (2) sind aktiviert, so dass von der Antriebseinheit aus Brennkraftmaschine ICE und Elektromaschine EM1 kein Drehmoment auf das Getriebe und anschließend auf die Antriebsräder übertragen wird. Im zweiten Betriebsmodus M0D2 erfolgt der parallele Betrieb des Hybridantriebsstrangs mittels der ersten thermischen Getriebestufe mit geringerer Übersetzung ins Schnelle und damit bei kleinerer Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs. Hierbei ist der Schaltzustand C1 (1 ) der Trennkupplung C1 geschaltet, so dass parallel von der Brennkraftmaschine ICE und der zweiten Elektromaschine EM2 Drehmoment auf die Antriebsräder übertragen wird. Die zweite Elektromaschine EM2 kann von dem Akkumulator allein oder von der generatorisch betriebenen Elektromaschine EM1 oder von beiden gespeist werden. Für die Bereitstellung eines Boostbetriebs kann die Elektromaschine EM2 über ihrer Nennleistung betrieben und/oder die Elektromaschine EM1 motorisch antreibend gesteuert sein und die Brennkraftmaschine ICE unterstützen, gegebenenfalls mit einer kurzzeitig über der Nennleistung liegenden Leistung. Die Parksperre PS ist hierbei geöffnet und die Trennkupplung C2 geschlossen.

Im Unterschied zu dem Betriebsmodus M0D2 erfolgt der parallele Betrieb des Hybridantriebsstrangs im Betriebsmodus M0D3 mittels des geschalteten Schaltzustands C1 (2) der Trennkupplung C1 als ein Antrieb in der zweiten thermischen Getriebestufe mit größerer Übersetzung ins Schnelle. Die Übertragung von Drehmoment auf die Antriebsräder erfolgt entsprechend mittels der Brennkraftmaschine ICE und gegebenenfalls der Elektromaschine EM1 und der Elektromaschine EM2. Entsprechend zu dem Betriebsmodus M0D2 ist die Trennkupplung C2 geschlossen und die Parksperre geöffnet. Die Übersetzung der zweiten Getriebestufe schließt sich an die erste Getriebestufe an und ist für das Erreichen der Höchstgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs ausgelegt.

In dem Betriebsmodus M0D4 kann beispielsweise bei einem geringen Ladezustand des Akkumulators ausschließlich mit der Brennkraftmaschine angetrieben werden. Hierbei kann die erste Elektromaschine EM1 zudem generatorisch betrieben werden, um den Akkumulator zu laden. Die zweite Elektromaschine EM2 ist außer Betrieb gesetzt und die Trennkupplung C2 ist geöffnet. Die Trennkupplung C1 schaltet mittels des Schaltzustands C1(2) die zweite thermische Getriebestufe.

Die Betriebsmodi M0D5, M0D5a steuern den Stillstand des Kraftfahrzeugs mit mittels der Trennkupplung C1 in Neutralstellung abgekoppelter Antriebseinheit, geschlossener Trennkupplung C2 und stillgelegter Elektromaschine EM2 und betätigter Parksperre PS. Im Betriebsmodus M0D5 ist auch die Antriebseinheit mit Brennkraftmaschine ICE und erster Elektromaschine EM1 stillgelegt. Im Betriebsmodus M0D5a wird der Akkumulator im stillstehenden Kraftfahrzeug geladen, indem die Brennkraftmaschine ICE die generatorisch betriebene Elektromaschine EM1 antreibt.

Der Betriebsmodus M0D6 sieht eine Rekuperation von kinetischer Energie in elektrische Energie beispielsweise bei Verzögerung des Kraftfahrzeugs vor. Bei geöffneter Parksperre PS und in Neutralstellung befindlicher Trennkupplung C1 ist die Trennkupplung C2 geschlossen. Die Elektromaschine EM2 wird generatorisch betrieben und lädt unter Verzögerung des Kraftfahrzeugs den Akkumulator.

Die Betriebsmodi M0D7, M0D8 sehen ein rein elektrisches Fahren vor. Hierzu ist die Parksperre PS geöffnet und die Trennkupplung C1 befindet sich in Neutralstellung bei deaktivierten Schaltzuständen C1 (1 ), C1 (2). Die Trennkupplung C2 ist geschlossen und die Elektromaschine treibt das Kraftfahrzeug im Betriebsmodus MOD8 beispielsweise in lärmberuhigten oder schadstoffbegrenzten Zonen vorwärts und bei Drehrichtungsumkehr der Elektromaschine EM2 rückwärts an. Die Antriebseinheit mit der Brennkraftmaschine ICE und der Elektromaschine EM1 ist in der elektrischen Vorwärtsfahrt im Betriebsmodus MOD7 stillgelegt. Insbesondere bei niedrigem Ladezustand des Akkumulators kann ein Laden des Akkumulators mittels der Brennkraftmaschine ICE und der generatorisch betriebenen Elektromaschine EM1 während der Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs im Betriebsmodus MOD8 vorgesehen sein.

Die Figur 3 zeigt einen modellierten Schaltablauf 100 eines Schaltaktors des Getriebes 8 der Figur 1 über die Zeit t mit der Schaltkennlinie 101 der Trennkupplung C2 mit den Schaltzuständen offen und geschlossen. Die Schaltkennlinie 102 zeigt die Schaltzustände C1 (1 ), C1 (2) und den Schaltzustand offen. Die Schaltkennlinie 103 zeigt die Schaltzustände offen und geschlossen der Parksperre PS. Entsprechend dieser Darstellung kann dieser Schaltablauf als Abwicklung einer axial betätigten Schaltwalze vorgesehen sein, wobei in den betreffenden Schaltkennlinien 101 , 102, 103 Nockenfolger der Trennkupplungen C1 , C2 und der Parksperre PS angeordnet sind, die entsprechende Schiebehülsen, Schaltmuffen und/oder dergleichen zur Einstellung der Schaltzustände offen, geschlossen, C1 (2), C1 (2) bei einer Axialverlagerung der Schaltwalze verschieben.

In dem Diagramm 100 werden in zeitlicher Abfolge die Betriebsmodi MOD5/MOD5a, MODI , MOD2, MOD3, MOD4, MOD3, MOD2, MODI , MOD5/MOD5a der Figur 2 entsprechend einer modellhaften Anfahrt bis zur Höchstgeschwindigkeit und wieder zurück in den Stillstand eingestellt. Im Stillstand entsprechend dem Betriebsmodus MOD5 oder MOD5a ist die Parksperre PS geschlossen, die beiden Trennkupplungen C1 , C2 sind offen. Es erfolgt die Anfahrt in dem Betriebsmodus M0D1 im seriellen Betrieb des Hybridantriebsstrangs. Hierzu wird die Parksperre PS geöffnet und die Trennkupplung C2 geschlossen. Beim Übergang auf den dem parallelen Betrieb entsprechenden Betriebsmodus MOD2 wird durch Schalten der Trennkupplung C1 in den Schaltzustand C1 (1 ) die Brennkraftmaschine zugeschaltet. Beim Übergang von dem Betriebsmodus MOD2 zu dem bei höheren Fahrgeschwindigkeiten vorgesehenen, dem parallelen Betrieb des Hybridantriebsstrangs entsprechenden Betriebsmodus MOD3 wird die Trennkupplung C1 vom Schaltzustand C1 (1 ) auf den Schaltzustand C1 (2) geschaltet. In dem reinen Betrieb mittels der Brennkraftmaschine ICE im Betriebsmodus MOD4 wird die Trennkupplung C2 geöffnet. Die Rückführung des Kraftfahrzeugs in den Stillstand erfolgt in umgekehrter Reihenfolge.

Die Figur 4 zeigt das Diagramm 200 des an den Antriebsrädern anliegenden Radmoments M über die Fahrgeschwindigkeit v von Null bis zur Höchstgeschwindigkeit v(max) eines Kraftfahrzeugs mit dem Hybridantriebsstrang 1 der Figur 1 bei einem niedrigen Ladezustand des Akkumulators 17, beispielsweise kleiner gleich 25% der maximalem Ladekapazität. Die Kurven 201 , 202 geben die auf die Antriebsräder wirkenden Radlasten auf ebener Strecke (Kurve 201 ) und bei einer Strecke mit 4% Steigung (Kurve 202) an.

Der gezeigte Betrieb des Kraftfahrzeugs und des Hybridantriebsstrangs 1 erfolgt entsprechend der Betriebsmodi MODI , MOD2, MOD3. Die Anfahrt des Kraftfahrzeugs erfolgt ausschließlich elektrisch mittels des Betriebsmodus MODI mit dem Anfahrmoment M1 , wobei die elektrische Energie ausschließlich von der Antriebseinheit 4 bereitgestellt wird. Bei der Fahrgeschwindigkeit v1 , beispielsweise 20-25 km/h, ist die

Drehzahl der Antriebsräder ausreichend, so dass die Brennkraftmaschine ICE mittels der ersten thermischen Getriebestufe 11 des Betriebsmodus M0D2 zugeschaltet werden kann. Bei Erreichen der Fahrgeschwindigkeit v2, beispielsweise 50 km/h, kann auf die zweite Getriebestufe 12 im Betriebsmodus MOD3 geschaltet werden. Zwischen den Fahrgeschwindigkeiten v1 und v2 kann je nach Fahrerwunschmoment oder ökologischen Vorgaben das Kraftfahrzeug in Betriebsmodus MOD2 oder MOD3 betrieben werden.

Die Figur 5 zeigt das Diagramm 300 des an den Antriebsrädern anliegenden Radmoments M über die Fahrgeschwindigkeit v von Null bis zur Höchstgeschwindigkeit v(max) des Kraftfahrzeugs mit dem Hybridantriebsstrang 1 der Figur 1 bei einem mittleren Ladezustand des Akkumulators 17, beispielsweise 26% bis 40% der maximalen Ladekapazität. Die Kurven 301 , 302 geben die auf die Antriebsräder wirkenden Radlasten auf ebener Strecke (Kurve 301 ) und bei einer Strecke mit 4% Steigung (Kurve 302) an.

Im Gegensatz zu den bei niedrigem Ladezustand entsprechend Diagramm 200 der Figur 4 einstellbaren Betriebsmodi stehen aufgrund des höheren Ladezustands des Akkumulators zusätzlich zu den Betriebsmodi MODI , MOD2, MOD3 die Elektromaschinen EM1 , EM2 durch den Akkumulator 17 zur Verfügung, die zum Radmoment M beitragen. Das Kraftfahrzeug wird mittels des Betriebsmodus MODI mit dem Anfahrmoment M1 bis zu der Fahrgeschwindigkeit v1 angefahren. Neben oder zusätzlich zu dem Betriebsmodus MODI stehen beispielsweise abhängig von dem Fahrerwunschmoment bei Fahrgeschwindigkeiten größer v1 der Betriebsmodus MOD2 mit der ersten thermischen Getriebestufe oder der modifizierte Betriebsmodus MOD2+ zur Verfügung, bei dem die Elektromaschine EM1 motorisch betrieben wird und die zugehörige elektrische Energie dem Akkumulator 17 entnimmt. Alternativ oder zusätzlich kann der Betriebsmodus MOD1 + vorgesehen werden, bei dem die Elektromaschine EM2 zusätzlich zu der von der Elektromaschine 1 bereitgestellten elektrischen Energie von dem Akkumulator gespeist wird. Ab der Fahrgeschwindigkeit v2 kann neben dem Betriebsmodus M0D3 der Betriebsmodus M0D3+ eingestellt werden, bei dem die Elektromaschine EM1 zusätzlich zu der Brennkraftmaschine ICE motorisch in der zweiten thermischen Getriebestufe 12 eingesetzt wird.

Die Figur 6 zeigt das Diagramm 400 des an den Antriebsrädern anliegenden Radmoments M über die Fahrgeschwindigkeit v von Null bis zur Höchstgeschwindigkeit v(max) des Kraftfahrzeugs mit dem Hybridantriebsstrang 1 der Figur 1 bei einem hohen Ladezustand des Akkumulators 17, beispielsweise größer 40% der maximalen Ladekapazität. Die Kurven 401 , 402 geben die auf die Antriebsräder wirkenden Radlasten auf ebener Strecke (Kurve 401 ) und bei einer Strecke mit 4% Steigung (Kurve 402) an.

Durch den hohen Ladezustand des Akkumulators 17 stehen gegenüber den Betriebsmodi MODI , MOD1 +, MOD2, MOD2+, MOD3, MOD3+ des Betriebs im mittleren Ladezustand in Figur 5 weitere Betriebsmodi zur Verfügung. In dem Betriebsmodus MODI P wird die Elektromaschine EM2 in einer Leistung über der Nennleistung betrieben. In dem Betriebsmodus MOD1 C wird das Kraftfahrzeug mit der Elektromaschine EM2 angefahren, wobei die elektrische Energie dem Akkumulator 17 entnommen wird.

Die Figuren 7 und 8 zeigen den Hybridantriebsstrang 1 der Figur 1 mit Akkumulatoren 17 mit unterschiedlichen Entladungskapazitäten bei jeweils hohem Ladungszustand.

In den Diagrammen 500, 600 sind jeweils Radmomente über die Fahrgeschwindigkeit v von Null bis zur Höchstgeschwindigkeit v(max) anhand ausgewählter Betriebsmodi MODI , MOD1 P, MOD2+, MOD3+ (siehe Figuren 5 und 6) dargestellt, bei denen die Entladekapazität des Akkumulators besonders beansprucht wird. Das Kraftfahrzeug wird mittels des Betriebsmodus M0D1 mit dem Anfahrmoment M1 angefahren. In der Figur 7 ist ein Akkumulator mit einer Entladekapazität von 100 kW dargestellt, die Figur 8 zeigt das Verhalten eines Akkumulators mit einer Entladekapazität von 100 kW. Bei derselben Skalierung des Radmoments M ermöglicht der Betriebsmodus MOD2+ des Akkumulators mit einer Entladungskapazität von 40 kW ab einer Fahrgeschwindigkeit größer v1 ein wesentlich höheres Radmoment. Der Betriebsmodus MOD1 P kann bei wesentlich kleineren Fahrgeschwindigkeiten v zum Radmoment beitragen, die Momentenbeiträge der Betriebsmodi MODI , MOD3+ sind ebenfalls bei dem Akkumulator mit der größeren Entladekapazität erhöht, so dass zur Bereitstellung eines agileren Fahrverhaltens eines Kraftfahrzeugs ein Akkumulator mit höherer Entladekapazität trotz der höheren Herstellungskosten und des höheren Gewichts vorteilhaft sein kann.

Bezuqszeichenliste

Hybridantriebsstrang

Kurbelwelle

Rotor

Antriebseinheit

Rotor

Formschlusskupplung

Formschlusskupplung

Getriebe

Getriebestufe

Getriebeausgangswelle

Getriebestufe

Getriebestufe

Differential

Ausgangsübersetzung

Antriebswelle

Antriebswelle

Akkumulator

Tabelle

Schaltablauf

Schaltkennlinie

Schaltkennlinie

Schaltkennlinie

Diagramm

Kurve

Kurve

Diagramm

Kurve

Kurve

Diagramm

Kurve

Kurve 500 Diagramm 00 Diagramm C1 Trennkupplung C1 (1 ) Schaltzustand C1 (2) Schaltzustand C2 Trennkupplung EM1 Elektromaschine EM2 Elektromaschine ICE Brennkraftmaschine M Radmoment M1 Anfahrmoment MODI Betriebsmodus MOD1 + Betriebsmodus MOD1 P Betriebsmodus MOD1 C Betriebsmodus MOD2 Betriebsmodus MOD2+ Betriebsmodus MOD3 Betriebsmodus MOD3+ Betriebsmodus MOD4 Betriebsmodus

MOD4+ Betriebsmodus MOD5 Betriebsmodus MOD5a Betriebsmodus MOD6 Betriebsmodus MOD7 Betriebsmodus MOD8 Betriebsmodus PS Parksperre t Zeit v Fahrgeschwindigkeit v1 Fahrgeschwindigkeit v2 Fahrgeschwindigkeit v(max) Höchstgeschwindigkeit