DE102013207756A1

DE102013207756A1 - Hybridantrieb für ein Fahrzeug und Verfahren zum Betrieb eines Hybridantriebs

Info

Publication number: DE102013207756A1
Application number: DE102013207756.4A
Authority: DE
Inventors: Florian Vogel; Marc Finkenzeller; Christoph Raber; Daniel Helmer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-04-29
Filing date: 2013-04-29
Publication date: 2014-10-30

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hybridantrieb für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und zumindest einer elektrischen Maschine und einem Schaltgetriebe mit mehreren Gangstufen, dadurch gekennzeichnet, dass zum Koppeln des Verbrennungsmotors mit dem Schaltgetriebe eine automatisierte Kupplung vorgesehen ist, wobei in einer erster Gangstufe des Schaltgetriebes der Verbrennungsmotor vom Schaltgetriebe automatisiert abkoppelbar und das Fahrzeug in einem elektrischen Fahrmodus durch zumindest eine elektrische Maschine antreibbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb eines Hybridantriebs eines Fahrzeugs.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hybridantrieb für ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Betrieb eines Hybridantriebs gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 4 näher definierten Art.
Zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs und des Kohlendioxydausstoßes werden Fahrzeuge zunehmend hybridisiert. Dabei sind Hybridfahrzeuge in der Regel mit einem automatischenbzw. automatisierten Getriebe ausgestattet. Kennzeichnend ist hierbei die Bedienung des Fahrzeugs über ein Fahr- und ein Bremspedal. Automatik- bzw. automatisierte Getriebe sind aufwendig in der Ausgestaltung. Außerdem ist eine komplexe elektronische Regelung erforderlich. Dadurch sind Hybridfahrzeuge gegenüber konventionell angetriebenen Fahrzeugen kostenintensiv.
Beispielsweise befasst sich die DE 10 2007 052 261 A1 mit der Ausgestaltung eines Hybridfahrzeugs, das ein Getriebe mit mehreren Gangstufen und einem Wählelement aufweist, mittels dessen der Fahrer das Getriebe von einer Gangstufe in eine andere schalten kann. Dabei wird das Wählelement in Schaltgassen geführt und ist in eine Position für rein elektrischen Fahrbetrieb schaltbar, die in einer separaten Schaltgasse liegt. Nachteilig ist bei dieser Ausgestaltung, dass der elektrische Fahrmodus vom Fahrer manuell geschaltet werden muss. Dadurch ist die Bedienung des Fahrzeugs für den Fahrer aufwändig. Außerdem kann der elektrische Antrieb des Fahrzeugs je nach Betriebssituation zu einer uneffektiven Betriebsweise führen. Zudem können je nach Betriebszustand des Fahrzeugs, insbesondere bei niedrigem Ladezustand der Fahrzeugbatterie oder hohen Lastanforderungen, Störungen im Betrieb auftreten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Hybridantrieb und ein Verfahren der vorgenannten Art zu schaffen, die einfach aufgebaut und kostengünstig sind und eine einfache und betriebssichere Bedienung gewährleisten.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und alternativ durch die Merkmale des Patentanspruchs 4 gelöst.
Es wird ein Hybridantrieb für ein Fahrzeug vorgeschlagen, bei dem zum Koppeln des Verbrennungsmotors mit einem Schaltgetriebe eine automatisierte Kupplung vorgesehen ist, wobei in einer erster Gangstufe des Schaltgetriebes der Verbrennungsmotor vom Schaltgetriebe automatisiert abkoppelbar und das Fahrzeug in einem elektrischen Fahrmodus durch zumindest eine elektrische Maschine antreibbar ist. Auf diese Weise ist das Fahrzeug automatisiert in einen elektrischen Fahrmodus zum Antrieb durch die elektrische Maschine schaltbar bzw. zwischen diesem und einem verbrennungsmotorischen Fahrmodus umschaltbar. Eine zusätzliche Schaltgasse zum Schalten des elektrischen Fahrmodus ist nicht erforderlich. Zugleich wird die Bedienung des Fahrzeugs für den Fahrer erleichtert.
Bevorzugt sind die Gangstufen des Schaltgetriebes durch eine zumindest teilweise vom Fahrer über einen Schalthebel aufgebrachte Schaltkraft schaltbar. Die Gangstufen des Schaltgetriebes können so im verbrennungsmotorischen Fahrmodus des Fahrzeugs mit einem Schalthebel manuell geschaltet werden. Die Erfindung ermöglicht auf diese Weise eine einfache Hybridisierung eines Fahrzeugs mit Handschaltgetriebe in Kombination mit einer automatisierten Kupplung.
Bevorzugt ist zur Betätigung der Kupplung zumindest ein elektronisch ansteuerbarer Kupplungssteller vorgesehen. Vorzugsweise sind dabei Kupplungssteller und elektrische Maschine durch zumindest eine elektronische Steuereinrichtung aufeinander abgestimmt ansteuerbar. Dabei kann die Steuereinrichtung bzw. können die Steuereinrichtungen in ein zentrales Steuergerät des Fahrzeugs funktional integriert sein.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb eines Hybridantriebs für ein Fahrzeug vorgeschlagen, bei dem in einer ersten Gangstufe des Schaltgetriebes das Fahrzeug in Abhängigkeit vom Betriebszustand automatisiert in einem verbrennungsmotorischen Fahrmodus oder in einem elektrischen Fahrmodus betrieben wird. Hierdurch wird eine einfache und effektive hybride Betriebsweise des Fahrzeugs ermöglicht. Beispielsweise kann je nach Ladezustand der Fahrzeugbatterie und/oder abhängig vom angeforderten Drehmoment in der ersten Gangstufe des Schaltgetriebes automatisiert zwischen einem verbrennungsmotorischen Antrieb des Fahrzeugs und einem elektrischen Fahrmodus umgeschaltet werden. Dabei wird/werden zum Umschalten in den elektrischen Fahrmodus der Verbrennungsmotor vom Schaltgetriebe abgekoppelt und zugleich die elektrische Maschine/n zum elektrischen Antrieb des Fahrzeugs aktiviert. Umgekehrt wird/werden zum Umschalten in den verbrennungsmotorischen Fahrmodus die elektrische Maschine/n deaktiviert und zugleich der Verbrennungsmotor mit dem Schaltgetriebe gekoppelt.
Der elektrische Fahrmodus kann insbesondere zum Anfahren, bei Stop & Go oder einem sogenannten Stauschieben und im Stadtverkehr geschaltet und so rein elektrisch, gegebenenfalls mit abgeschaltetem Verbrennungsmotor, gefahren werden. Ab der zweiten Gangstufe kann rein verbrennungsmotorisch gefahren werden. Dabei kann der Verbrennungsmotor gegebenenfalls automatisch gestartet werden. In der ersten Gangstufe ist es auch möglich, verbrennungsmotorisch zu fahren. Beispielsweise kann bei einer Anfahrt am Berg unter großer Last konventionell mit dem Verbrennungsmotor angefahren werden. Hierbei und bei hohen Beschleunigungen kann unterstützend elektrisch angetrieben (Boostfunktion) und so ein zuschaltbarer Allradantrieb realisiert werden. Durch den zusätzlichen elektrischen Antrieb kann eine gezielte Lastpunktverschiebung erreicht werden, wodurch der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors gesteigert werden kann. Außerdem kann die Motorleistung des Verbrennungsmotors verringert werden. Hierdurch wird eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und des Kohlendioxidausstoßes ermöglicht.
Weiterhin ist ein rekuperatives Bremsen des Fahrzeugs im generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine, insbesondere bei einer Bergabfahrt des Fahrzeugs, möglich, wobei die Fahrzeugbatterie aufgeladen werden kann. Es von Vorteil, wenn hierbei der Verbrennungsmotor automatisiert vom Schaltgetriebe abgekoppelt wird. Dadurch kann die Effizienz der Rekuperation gesteigert und können insbesondere Verluste durch am Verbrennungsmotor erzeugte Schleppmomente bei der Rekuperation vermieden werden.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Hybridantriebs für ein Fahrzeug in einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Hybridantriebs für ein Fahrzeug in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Hybridantriebs für ein Fahrzeug in einem dritten Ausführungsbeispiel.
1 zeigt einen parallelen Hybridantrieb mit Frontantrieb. Dabei ist im vorderen Bereich des Fahrzeugs ein Verbrennungsmotor 1 zum Antrieb der Vorderachse angeordnet, während im Bereich der Hinterachse zwei elektrische Maschinen 2, 3 bzw. Elektromotoren zum Antrieb jeweils eines Fahrzeugrads vorgesehen sind. Die Elektromotoren 2, 3 werden durch eine Fahrzeugbatterie mit elektrischer Energie versorgt. Der Verbrennungsmotor 1 ist über eine nicht dargestellte automatisierte Kupplung mit einem Schaltgetriebe 4 mit mehreren Gangstufen, hier einem Handschaltgetriebe, koppelbar. Zur automatisierten Betätigung der Kupplung ist ein elektronisch ansteuerbarer Kupplungssteller vorgesehen. Dieser und die elektrischen Maschinen 2, 3 sind durch zumindest eine nicht dargestellte elektronische Steuereinrichtung zum Entkoppeln bzw. Koppeln von Verbrennungsmotor 1 und Schaltgetriebe 4 und gleichzeitigem elektrischen bzw. verbrennungsmotorischen Antreiben des Fahrzeugs ansteuerbar. Das Schaltgetriebe 4 steht über ein Achsgetriebe 5, insbesondere ein Differenzial, der antreibbaren Vorderachse des Fahrzeugs in Antriebsverbindung mit den Fahrzeugrädern. Die elektrischen Maschinen 2, 3 sind koaxial zur Hinterachse angeordnet und sind jeweils mit einem zugeordneten Fahrzeugrad zur Übertragung einer Antriebsleistung direkt verbindbar. Dabei kann bei einer Kurvenfahrt durch die elektrischen Maschinen 2, 3 eine Momentenverteilung zwischen dem kurveninneren und dem kurvenäußeren Fahrzeugrad vorgenommen (sogenanntes Torque-Vectoring) und so die Agilität und Fahrdynamik des Fahrzeugs verbessert werden. Hierdurch wird ein zusätzliches Differenzial an der Hinterachse vermieden.
In 2 ist eine Variante des Hybridantriebs aus 1 dargestellt, bei dem nur eine elektrische Maschine 3 vorgesehen ist, die über ein zusätzliches Achsgetriebe 6 auf die Hinterachse wirkt.
3 zeigt einen Hybridantrieb, bei dem der Verbrennungsmotor 1 im Bereich der Vorderachse des Fahrzeugs angeordnet ist und über ein Schaltgetriebe 7 und eine Antriebswelle mit der antreibbaren Hinterachse des Fahrzeugs in Antriebsverbindung steht. Hierbei ist ein Achsgetriebe 6 an der Hinterachse erforderlich. Eine elektrische Maschine 8 ist über eine Welle an das Schaltgetriebe 7 angebunden, dass als Zwei-Wellengetriebe ausgeführt ist.
Bezugszeichenliste

1: Verbrennungsmotor
2: Elektrische Maschine
3: Elektrische Maschine
4: Schaltgetriebe
5: Achsgetriebe
6: Achsgetriebe
7: Schaltgetriebe
8: Elektrische Maschine

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102007052261 A1 [0003]

Claims

Hybridantrieb für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (1) und zumindest einer elektrischen Maschine (2, 3, 8) und einem Schaltgetriebe (4, 7) mit mehreren Gangstufen, dadurch gekennzeichnet, dass zum Koppeln des Verbrennungsmotors (1) mit dem Schaltgetriebe (4, 7) eine automatisierte Kupplung vorgesehen ist, wobei in einer erster Gangstufe des Schaltgetriebes (4, 7) der Verbrennungsmotor (1) vom Schaltgetriebe (4, 7) automatisiert abkoppelbar und das Fahrzeug in einem elektrischen Fahrmodus durch zumindest eine elektrische Maschine (2, 3, 8) antreibbar ist.
Hybridantrieb nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zur automatisierten Betätigung der Kupplung zumindest ein elektronisch ansteuerbarer Kupplungssteller vorgesehen ist.
Hybridantrieb nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung zum Abkoppeln des Verbrennungsmotors (1) und die elektrische Maschine (2, 3, 8) zum elektrischen Antreiben des Fahrzeugs durch zumindest eine elektronische Steuereinrichtung aufeinander abgestimmt ansteuerbar sind.
Verfahren zum Betrieb eines Hybridantriebs für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (1) und zumindest einer elektrischen Maschine (2, 3, 8) und einem Schaltgetriebe (4, 7) mit mehreren Gangstufen, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Gangstufe des Schaltgetriebes (4, 7) in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Fahrzeugs zwischen einem verbrennungsmotorischen Antrieb und einem elektrischen Fahrmodus zum elektrischen Antrieb des Fahrzeugs automatisiert umgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Umschalten in den elektrischen Fahrmodus der Verbrennungsmotor vom Schaltgetriebe (4, 7) abgekoppelt und zugleich die elektrische Maschine (2, 3, 8) zum elektrischen Antrieb des Fahrzeugs aktiviert wird.