AT507523A2 - PARALLEL HYBRID DRIVE FOR A MOTOR VEHICLE - Google Patents
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Description
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Die Erfindung betrifft einen Parallelhybridantrieb für ein Kraftfahrzeug, mit einer Brennkraftmaschine und einer elektrischen Maschine, wobei im Antriebsstrang zwischen Brennkraftmaschine und elektrischer Maschine eine erste Kupplung und zwischen elektrischer Maschine und einem Getriebe eine zweite Kupplung angeordnet ist, wobei eine der beiden Kupplungen als Synchronkupplung ausgebildet ist.The invention relates to a parallel hybrid drive for a motor vehicle, with an internal combustion engine and an electric machine, wherein in the drive train between the engine and electric machine, a first clutch and between the electric machine and a transmission, a second clutch is arranged, wherein one of the two clutches is designed as a synchronizer clutch ,
Aus der US 6,308,794 A ist ein Parallelhybridantrieb für ein Fahrzeug bekannt, wobei zwischen einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe eine erste Kupplung und zwischen der elektrischen Maschine und dem Getriebe eine zweite Kupplung angeordnet ist. Die zweite Kupplung ist dabei in den Elektromotor integriert und als Synchronkupplung ausgebildet. Diese Anordnung erlaubt es, die elektrische Maschine vom Antriebsstrang vollständig abzukoppeln. Nachteilig ist, dass das Getriebe während des Schaltvorganges auch die elektrische Maschine mitsynchronisieren muss, solange die Synchronkupplung geschlossen ist, was sich ungünstig auf die Schaltzeiten auswirkt. Dies könnte nur vermieden werden, wenn beim Schaltvorgang beide Kupplungen getrennt werden, was aber den Steuerungs- und Betätigungsaufwand wesentlich erhöhen würde.A parallel hybrid drive for a vehicle is known from US Pat. No. 6,308,794 A, wherein a first clutch is arranged between an internal combustion engine and a transmission, and a second clutch is arranged between the electric machine and the transmission. The second clutch is integrated in the electric motor and designed as a synchronizer clutch. This arrangement makes it possible to completely decouple the electric machine from the drive train. The disadvantage is that the transmission must also synchronize the electrical machine during the switching process, as long as the synchronizer clutch is closed, which has an unfavorable effect on the switching times. This could only be avoided if both clutches are disconnected during the shift, but this would significantly increase the control and operating costs.
Die Verwendung von Synchron-Schaltkupplungen ermöglicht es, Bauraum und Fertigungskosten einzusparen.The use of synchronous clutches makes it possible to save installation space and production costs.
Eine Synchron-Schaltkupplungsanordnung zur drehfesten Verbindung einer Welle mit einem daran gelagerten Drehglied ist aus der Veröffentlichung WO 2008/101729 A2 bekannt. Sie weist dabei eine Schaltmuffe auf, die mit der Welle drehfest verbunden, in Bezug auf die Welle axial verschiebbar gelagert und mit einer Verzahnung versehen ist, sowie einen Kupplungsträger, der mit dem Drehglied drehfest verbunden und mit einer zweiten Verzahnung versehen ist, die zur drehfesten Verbindung von Welle und Drehglied mit der ersten Verzahnung in Eingriff bringbar ist. Weiters ist eine Sperr-Synchronisiereinrichtung mit einem Synchronring und einer Reibfläche vorgesehen, mittels dessen die Drehzahlen der Welle und des Drehgliedes synchronisierbar sind, bevor die erste und die zweite Verzahnung in Eingriff gebracht werden. Die Sperr-Synchronisiereinrichtung ist weiters mit einem Sperrglied ausgestattet, das mit der Schaltmuffe über eine Rastnut gekoppelt ist und das mit dem Synchronring in Drehrichtung über eine Sperrflächenpaarung gekoppelt ist. Die Sperrflächenpaarung ist dabei zwischen dem Sperrglied und einem Synchronglied ausgebildet, das in axialer Richtung mit dem Sperrglied und in Drehrichtung mit dem Synchronring gekoppelt ist.A synchronous clutch assembly for the rotationally fixed connection of a shaft with a rotary member mounted thereon is known from the publication WO 2008/101729 A2. It has a sliding sleeve, which is rotatably connected to the shaft, mounted axially displaceable relative to the shaft and provided with a toothing, and a clutch carrier which is rotatably connected to the rotary member and provided with a second toothing, the non-rotatable Connection of shaft and rotary member with the first toothing can be brought into engagement. Furthermore, a locking synchronizer with a synchronizer ring and a friction surface is provided, by means of which the rotational speeds of the shaft and the rotary member can be synchronized before the first and the second teeth are brought into engagement. The locking synchronizer is further equipped with a locking member which is coupled to the shift sleeve via a locking groove and which is coupled to the synchronizer ring in the rotational direction via a barrier surface pairing. The Sperrflächenpaarung is formed between the locking member and a synchronizer member which is coupled in the axial direction with the locking member and in the direction of rotation with the synchronizer ring.
Eine ähnliche Synchron-Schaltkupplung ist auch aus der US 6,814,682 B2 bekannt. Sie dient hier zum Umschalten zwischen Zwei- und Vierradantrieb eines Allradfahrzeuges.A similar synchronous clutch is also known from US 6,814,682 B2. It is used here for switching between two- and four-wheel drive of a four-wheel drive vehicle.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen kostengünstig zu fertigenden kompakten Parallelhybridantrieb bereitzustellen, mit welchem auf einfache Weise schnelle Gangwechsel realisiert werden können.It is the object of the invention to provide a compact parallel hybrid drive that can be manufactured cost-effectively, with which rapid gear changes can be realized in a simple manner.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die erste Kupplung als Synchron-Schaltkupplung ausgebildet ist, wobei vorzugsweise die elektrische Maschine im Antriebsstrang zwischen der Brennkraftmaschine und dem Getriebe angeordnet ist. Dies ermöglicht es, die erste Kupplung kompakt und kostengünstig herzustellen.According to the invention this is achieved in that the first clutch is designed as a synchronous clutch, wherein preferably the electric machine is arranged in the drive train between the internal combustion engine and the transmission. This makes it possible to make the first clutch compact and inexpensive.
Die Ausführung als Synchron-Schaltkupplung hat den Vorteil, dass jede der beiden Schaltstellungen stabil ist, sodass keine weiteren Kraftaufbringelemente wie Druckfedern oder dergleichen für das Halten der Schaltstellungen nötig sind.The embodiment as a synchronous clutch has the advantage that each of the two shift positions is stable, so that no further force application elements such as compression springs or the like for holding the shift positions are necessary.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die elektrische Maschine im Antriebsstrang zwischen der Brennkraftmaschine und dem Getriebe, vorzugsweise zwischen der ersten und der zweiten Kupplung, angeordnet ist. Um das Geräusch- und Schwingungsverhalten zu verbessern, kann im Antriebsstrang zwischen Brennkraftmaschine und erster Kupplung ein Drehschwingungsdämpfer angeordnet sein.It is particularly advantageous if the electric machine is arranged in the drive train between the internal combustion engine and the transmission, preferably between the first and the second clutch. In order to improve the noise and vibration behavior, a torsional vibration damper can be arranged in the drive train between the engine and the first clutch.
In einer besonders kompakten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Kupplung in die elektrische Maschine integriert ist. Die Syn-chron-Schaltkopplung kann dabei innerhalb des Rotors der elektrischen Maschine angeordnet sein.In a particularly compact embodiment of the invention, it is provided that the first clutch is integrated in the electric machine. The synchronous switching coupling can be arranged inside the rotor of the electric machine.
Die zweite Kupplung kann als Reibkupplung, beispielsweise als Lamellenkupplung, oder aber als hydraulischer Drehmomentwandler ausgebildet sein.The second clutch may be formed as a friction clutch, for example as a multi-plate clutch, or as a hydraulic torque converter.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass bei Betätigung der Synchron-Schaltkupplung die elektrische Maschine vorgesteuert wird, indem das Drehmoment der elektrischen Maschine im Sinne eines Impulsausgleiches zwischen Brennkraftmaschine und elektrischer Maschine noch vor Beendigung des Kupplungsvorganges verändert wird. Wenn beispielsweise durch ein Wegsignal der Schaltmuffe oder ein Kräftesignal einer Betätigungsvorrichtung erkannt wird, dass die Synchron-Schaltkupplung geschlossen wird, kann das Drehmoment der elektrischen Maschine entsprechend reduziert werden, um den Impuls durch ein zusätzliches Antriebsdrehmoment bei Zuschaltung der Brennkraftmaschine zu reduzieren. Umgekehrt kann das Drehmo- • · ♦ ·· · · - 3 - ment der elektrischen Maschine erhöht werden, wenn die Brennkraftmaschine ein Bremsmoment - beispielsweise bei einem Startvorgang - in den Antriebsstrang einbringt.In a particularly preferred embodiment of the invention, it is provided that upon actuation of the synchronous clutch, the electric machine is pre-controlled by the torque of the electric machine is changed in the sense of a pulse compensation between the engine and electric machine before the end of the coupling process. If, for example, detected by a path signal of the shift sleeve or a force signal of an actuator that the synchronous clutch is closed, the torque of the electric machine can be reduced accordingly to reduce the pulse by an additional drive torque when the internal combustion engine. Conversely, the torque of the electrical machine can be increased if the internal combustion engine introduces a braking torque-for example during a starting process-into the drive train.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Figuren näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to FIGS.
Es zeigen Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Parallelhybridantrieb in einer schematischen Darstellung und Fig. 2 eine elektrische Maschine mit integrierter Syn-chron-Schaltkupplung eines erfindungsgemäßen Parallelhybridantriebs.1 shows a parallel hybrid drive according to the invention in a schematic representation and Fig. 2 shows an electric machine with integrated syn-chron clutch of a parallel hybrid drive according to the invention.
Der in Fig. 1 dargestellte Parallelhybridantrieb 1 weist eine Brennkraftmaschine 2, eine elektrische Maschine 3 und ein Getriebe 4 auf, welches mit Antriebsrädern 5 des nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeugs verbunden ist. Mit Bezugszeichen 3a ist der Rotor, mit Bezugszeichen 3b der Stator der elektrischen Maschine angedeutet. Im Antriebsstrang 6 zwischen Brennkraftmaschine 1 und elektrischer Maschine 2 ist eine erste Kupplung 7 angeordnet. Im Antriebsstrang 8 zwischen elektrischer Maschine 3 und Getriebe 4 ist eine zweite Kupplung 9 angeordnet. Die elektrische Maschine 3 ist im Antriebsstrang 6, 8 zwischen Brennkraftmaschine 2 und Getriebe 4, insbesondere zwischen erster und zweiter Kupplung 7, 9 positioniert. Zwischen der Brennkraftmaschine 2 und der ersten Kupplung 7 kann ein Drehschwingungsdämpfer 10 vorgesehen sein.The illustrated in Fig. 1 parallel hybrid drive 1 has an internal combustion engine 2, an electric machine 3 and a transmission 4, which is connected to drive wheels 5 of the motor vehicle, not shown. With reference numeral 3a, the rotor, indicated by reference numeral 3b, the stator of the electric machine. In the drive train 6 between the internal combustion engine 1 and electric machine 2, a first clutch 7 is arranged. In the drive train 8 between the electric machine 3 and transmission 4, a second clutch 9 is arranged. The electric machine 3 is positioned in the drive train 6, 8 between the internal combustion engine 2 and the transmission 4, in particular between the first and second clutch 7, 9. Between the internal combustion engine 2 and the first clutch 7, a torsional vibration damper 10 may be provided.
Um Bauraum und Fertigungskosten so gering wie möglich zu halten, ist die erste Kupplung 7 als Synchron-Schaltkupplung 20 ausgebildet.To keep installation space and production costs as low as possible, the first clutch 7 is designed as a synchronous clutch 20.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, kann dabei die Synchron-Schaltkupplung 20 in die elektrische Maschine 3 integriert sein. Die erste Kupplung 7 und die elektrische Maschine 3 können somit eine Baueinheit 11 ausbilden. Die Synchron-Schaltkupplung 20 kann dabei innerhalb des mit dem Antriebsstrang 8 drehfest verbundenen Rotors 3a angeordnet sein.As shown in Fig. 2, while the synchronous clutch 20 may be integrated into the electric machine 3. The first clutch 7 and the electric machine 3 can thus form a structural unit 11. The synchronous clutch 20 can be arranged within the rotatably connected to the drive train 8 rotor 3a.
Die Synchron-Schaltkupplung 20 ist ähnlich den in Schaltgetrieben verwendeten Synchroneinrichtungen aufgebaut und weist eine einseitige Synchronisiereinrichtung 19 mit einer Führungsmuffe 21 auf, die mit dem Antriebsstrang 8 drehfest verbunden ist. Die Führungsmuffe 21 weist ferner eine Außenverzahnung 21a auf. An der Führungsmuffe 21 ist eine Schaltmuffe 22 in axialer Richtung verschiebbar gelagert. Die Schaltmuffe 22 weist eine äußere Radialnut 23 für den Eingriff einer hydraulischen oder elektromechanischen Betätigungsvorrichtung 24. Der Schaltzustand der Synchron-Schaltkupplung 20, insbesondere der Weg der Schaltmuffe 22 kann durch zumindest einen integrierten Sensor (nicht weiter dargestellt) überwacht werden. Ferner weist die Schaltmuffe 22 an Ihrem Innenumfang eine Innenverzahnung 22a auf, welche mit der Außenverzahnung 21a der FührungsmufFe 21 im Eingriff steht. Die Synchron-Schaltkupplung 20 bein- • · · · ·· · · « · • · · · · ··· · · · • · · · · · ·«·« ♦ • t · t ··· · # ♦ · ·· ··· ·· · ···· - 4 - haltet ferner einen Kupplungskörper 25, der fest mit dem brennkraftseitigen Antriebsstrang 6 in Verbindung steht. Der Kupplungskörper 25 weist eine Außenverzahnung 26 auf, auf die die Innenverzahnung 22a der Schaltmuffe 22 aufgeschoben werden kann, um in Drehrichtung eine formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Abtriebssträngen 6, 8 einzurichten.The synchronous clutch 20 is similar to the synchronizers used in manual transmissions and has a one-sided synchronizer 19 with a guide sleeve 21 which is rotatably connected to the drive train 8. The guide sleeve 21 also has an external toothing 21a. On the guide sleeve 21, a shift sleeve 22 is slidably mounted in the axial direction. The shift sleeve 22 has an outer radial groove 23 for engagement of a hydraulic or electromechanical actuator 24. The switching state of the synchronous clutch 20, in particular the way the shift sleeve 22 can be monitored by at least one integrated sensor (not shown). Furthermore, the shift sleeve 22 has on its inner circumference an internal toothing 22a which is in engagement with the external toothing 21a of the guide sleeve 21. The synchronous clutch 20 includes • • · · · · ·······························································································. ································································································································································································ The coupling body 25 has an external toothing 26, on which the internal toothing 22a of the sliding sleeve 22 can be slid in order to establish a positive connection between the two output strands 6, 8 in the direction of rotation.
Die Synchron-Schaltkupplung 20 weist ferner zumindest einen Synchronring 27 auf, welcher einer Reibfläche aufweist, die mit einer Gegenfläche des Kupplungskörpers 25 oder eines dazwischenliegenden Konusringes 28 zusammenwirkt.The synchronous clutch 20 further comprises at least one synchronizer ring 27, which has a friction surface which cooperates with a counter surface of the coupling body 25 or an intermediate cone ring 28.
Weiters weist die Synchron-Schaltkupplung 20 ein Sperrglied 29 auf, welches in radialer Richtung frei beweglich ist. Das Sperrglied 29 greift in der in Fig. 2 gezeigten Stellung in eine Rastnut am Innenumfang der Schaltmuffe 22. Das Sperrglied 29 wird durch eine Feder 30 in radialer Richtung nach außen gegen die Schaltmuffe 22 gedrückt.Furthermore, the synchronous clutch 20 has a locking member 29 which is freely movable in the radial direction. The locking member 29 engages in the position shown in Fig. 2 in a locking groove on the inner periphery of the shift sleeve 22. The locking member 29 is pressed by a spring 30 in the radial direction outwardly against the shift sleeve 22.
Die Komponenten sind dabei so dimensioniert, dass in jedem Betriebsbereich das maximale Drehmoment der Brennkraftmaschine 2 übertragen werden kann. Zur Schmierung aller internen Komponenten ist das Gehäuse der Synchron-Schaltkupplung 20 zumindest teilweise mit einem Schmiermittel gefüllt.The components are dimensioned so that in each operating range, the maximum torque of the internal combustion engine 2 can be transmitted. For lubrication of all internal components, the housing of the synchronous clutch 20 is at least partially filled with a lubricant.
Im Ausführungsbeispiel ist der Kupplungskörper 25 mit dem brennkraftmaschinenseitigen Antriebsstrang 6 und die Führungsmuffe 21 mit dem kupplungsseitigen Antriebsstrang 8 verbunden. Selbstverständlich ist auch eine andere Anordnung möglich, bei der der Kupplungskörper 25 mit dem kupplungsseitigen Antriebsstrang 8 und die Führungsmuffe 21 mit dem brennkraftmaschinenseitigen Antriebsstrang 6 verbunden ist. Die Verbindung zwischen der Synchron-Schaltkupplung 20 und den Antriebssträngen 6, 8 kann beispielsweise durch eine Profilwellenverbindung oder durch einen Flansch erfolgen.In the exemplary embodiment, the coupling body 25 is connected to the engine-side drive train 6 and the guide sleeve 21 to the clutch-side drive train 8. Of course, another arrangement is possible in which the coupling body 25 is connected to the clutch-side drive train 8 and the guide sleeve 21 with the engine-side drive train 6. The connection between the synchronous clutch 20 and the drive trains 6, 8 can be done for example by a profiled shaft connection or by a flange.
Die Synchron-Schaltkupplung 20 fungiert als Schaltelement, um den Antriebsstrang 6 zwischen der Brennkraftmaschine 2 und der elektrischen Maschine 3 zu trennen oder zu verbinden. Sie kann als ein- oder Mehrkonus-Synchronisationseinrichtung ausgebildet sein.The synchronous clutch 20 functions as a switching element to disconnect or connect the powertrain 6 between the engine 2 and the electric machine 3. It can be designed as a single or multi-cone synchronization device.
Die Synchron-Schaltkupplung 20 erlaubt folgende Betriebszustände:The synchronous clutch 20 allows the following operating states:
Im rein elektrischen Fährbetrieb ist die Brennkraftmaschine 2 durch die Synchron-Schaltkupplung 20 von der elektrischen Maschine 3 getrennt. Die Brennkraftmaschine 2 kann somit deaktiviert werden.In purely electric ferry operation, the internal combustion engine 2 is separated from the electric machine 3 by the synchronous clutch 20. The internal combustion engine 2 can thus be deactivated.
Ist die Synchron-Schaltkupplung 20 geschlossen, kann die Brennkraftmaschine 2 für den Antrieb des Kraftfahrzeuges verwendet werden. Die Drehverbindung wird ·· ·· · ·· · ·· ······· · ·» • · · · ······ · • ·· · · · ····· · • · · · ··· · · ·· ·· ··· ·· · ···· - 5 - dabei durch das Eingreifen der Innenverzahnung 22a der Schaltmuffe 22 in die Außenverzahnung 26 des Kupplungskörpers 25 hergestellt.If the synchronous clutch 20 is closed, the internal combustion engine 2 can be used for driving the motor vehicle. The slewing connection becomes ································································································. ··· ······························································································································ trough the engagement of the internal teeth 22a of the shift sleeve 22 in the external teeth 26 of the clutch body 25.
Die elektrische Maschine 3 kann auch für den Start der Brennkraftmaschine 2 eingesetzt werden, während das Fahrzeug elektrisch betrieben wird. Dabei wird das Startdrehmoment von der elektrischen Maschine 3 auf die Brennkraftmaschine 2 übertragen, indem die erste Kupplung 7 als Synchronisiereinrichtung verwendet wird, bis die Brennkraftmaschine 2 die gleiche Drehzahl erreicht, wie die elektrische Maschine 3. Nach vollendeter Synchronisierung greift die Innenverzahnung 22a der Schaltmuffe 22 in die Außenverzahnung 26 des Kupplungskörpers 25 ein, wodurch die Brennkraftmaschine 2 Antriebsmoment über den Antriebsstrang 6, die Synchron-Schaltkupplung 20, den Antriebsstrang 8 und die zweite Kupplung 9 auf das Getriebe 4 übertragen kann. Das Getriebe kann ein manuelles oder automatisiertes Schaltgetriebe oder ein Automatikgetriebe sein.The electric machine 3 can also be used for the start of the internal combustion engine 2, while the vehicle is electrically operated. In this case, the starting torque is transmitted from the electric machine 3 to the internal combustion engine 2 by the first clutch 7 is used as a synchronizer until the internal combustion engine 2 reaches the same speed as the electric machine 3. After complete synchronization engages the internal teeth 22a of the shift sleeve 22nd in the external teeth 26 of the coupling body 25, whereby the internal combustion engine 2 drive torque via the drive train 6, the synchronous clutch 20, the drive train 8 and the second clutch 9 can be transmitted to the transmission 4. The transmission may be a manual or automated manual transmission or an automatic transmission.
Weiters ist es auch möglich, die elektrische Maschine 3 bei stillstehendem Fahrzeug als Starteinrichtung für die Brennkraftmaschine 2 einzusetzen, wobei der Antriebsstrang 8 durch die zweite Kupplung 9 vom Getriebe 4 getrennt ist.Furthermore, it is also possible to use the electric machine 3 when the vehicle is stationary as a starting device for the internal combustion engine 2, the drive train 8 being separated from the transmission 4 by the second clutch 9.
Sowohl die geöffnete Schaltstellung, als auch die geschlossene Schaltstellung der Synchron-Schaltkupplung 20 ist stabil, so dass in beiden Schaltstellungen keine aktiven Haltekräfte erforderlich sind.Both the open switching position, as well as the closed switching position of the synchronous clutch 20 is stable, so that in both switching positions no active holding forces are required.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn das Moment der elektrischen Maschine 3 vorgesteuert wird. Wenn zum Beispiel durch ein Wegsignal der Schaltmuffe 22, ein Kräftesignal der Betätigungsvorrichtung 24 oder dergleichen, erkannt wird, dass die Schaltmuffe 22 in Richtung Schließstellung verschoben wird, kann das Drehmoment der elektrischen Maschine 3 so gesteuert werden, dass der Impuls durch ein zusätzliches Antriebsdrehmoment der Brennkraftmaschine 2 reduziert wird.It is particularly advantageous if the torque of the electric machine 3 is pre-controlled. If, for example, by a displacement signal of the shift sleeve 22, a force signal of the actuator 24 or the like, it is detected that the shift sleeve 22 is moved toward the closed position, the torque of the electric machine 3 can be controlled so that the pulse by an additional drive torque of Internal combustion engine 2 is reduced.
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Legal Events
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