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Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor zur Erzeugung eines ersten Antriebsdrehmoments, mit einem Elektromotor zur Erzeugung eines zweiten Antriebsdrehmoments, mit einem Mehrganggetriebe, wobei das Mehrganggetriebe einen ersten Eingang zur Kopplung mit dem Verbrennungsmotor, einen zweiten Eingang zur Kopplung mit dem Elektromotor und einen Ausgang zur Kopplung mit einem Abtrieb aufweist, mit einem Schaltabschnitt zum Einleiten einer Schaltbewegung für einen Gangwechsel, mit einer steuerbaren Kupplungseinrichtung, wobei die Kupplungseinrichtung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Mehrganggetriebe angeordnet ist, und mit einer Steueranordnung zur Steuerung des Verbrennungsmotors, des Elektromotors (4) und der Kupplungseinrichtung. Ferner betrifft die Erfindung ein Hybridfahrzeug mit der Antriebsanordnung und ein Verfahren.
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Bei Hybridfahrzeugen werden neben Verbrennungsmotoren auch Elektromotoren zum Antrieb eingesetzt. Es ist bekannt, dass diese zwei Motorarten im Betrieb des Hybridfahrzeugs parallel oder abwechselnd zueinander verwendet werden, um ein Antriebsdrehmoment für das Fahrzeug bereitzustellen.
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Die Druckschrift
DE 10 2013 207 756 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, betrifft einen Hybridantrieb für ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Betrieb des Hybridantriebs. Das Fahrzeug verfügt über einen Verbrennungsmotor sowie über mindestens einen Elektromotor. In einer in der
3 gezeigten Ausführungsform der Erfindung weist das Fahrzeug ein Schaltgetriebe auf, welches händisch zu schalten ist. Das Schaltgetriebe ist als ein Zweiwellengetriebe ausgeführt, wobei über eine erste Welle der Verbrennungsmotor und über eine zweite Welle der Elektromotor angebunden ist. Die Antriebsdrehmomente werden gemäß der Schaltstellung des Schaltgetriebes auf eine Ausgangswelle geführt. Ferner weist der Hybridantrieb eine automatisierte Kupplung auf, sodass in einer ersten Gangstufe des Schaltgetriebes der Verbrennungsmotor vom Schaltgetriebe automatisiert abkoppelbar und das Fahrzeug in einem elektrischen Fahrmodus durch den Elektromotor antreibbar ist. Auf diese Weise ist das Fahrzeug automatisiert in einen elektrischen Fahrmodus zum Antrieb durch den Elektromotor schaltbar beziehungsweise zwischen diesem und einem verbrennungsmotorischen Fahrmodus umschaltbar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsanordnung für ein Hybridfahrzeug vorzuschlagen, welche zu einem komfortablen Fahrbetrieb des Hybridfahrzeugs führt. Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Hybridfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Die Erfindung betrifft somit eine Antriebsanordnung, welche für ein Hybridfahrzeug geeignet und/oder ausgebildet ist. Das Fahrzeug ist insbesondere als ein Personenkraftwagen, Bus, Lastkraftwagen oder ein anderes Mobil ausgebildet. Die Antriebsanordnung weist einen Verbrennungsmotor auf, welcher zur Erzeugung eines ersten Antriebsdrehmoments dient. Der Verbrennungsmotor ist insbesondere so dimensioniert, dass dieser das Hybridfahrzeug ohne weitere Unterstützung antreiben kann, sodass das erste Antriebsdrehmoment ein Hauptdrehmoment bildet.
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Ferner weist die Antriebsanordnung einen, insbesondere genau oder mindestens einen Elektromotor zur Erzeugung eines zweiten Antriebsdrehmoments auf. Vorzugsweise ist der Elektromotor so dimensioniert, dass er das Hybridfahrzeug ausschließlich betreiben kann. Insbesondere ist das zweite Antriebsdrehmoment in dem Betriebszustand als das Hauptantriebsdrehmoment ausgebildet.
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Ferner weist die Antriebsanordnung ein Mehrganggetriebe auf, wobei das Mehrganggetriebe zwischen verschiedenen Gängen umschaltbar ist. Insbesondere ist das Mehrganggetriebe als ein Gangwechselgetriebe ausgebildet. Besonders bevorzugt weist das Mehrganggetriebe mindestens drei, vorzugsweise mindestens vier und insbesondere genau fünf unterschiedliche Gänge für eine Vorwärtsfahrt des Hybridfahrzeugs auf. Die Gänge werden durch unterschiedliche Übersetzungen in dem Mehrganggetriebe realisiert. Insbesondere handelt es sich bei den unterschiedlichen Übersetzungen um diskrete und/oder voneinander beabstandete Übersetzungen.
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Das Mehrganggetriebe weist einen ersten Eingang zur Kopplung mit dem Verbrennungsmotor und einen zweiten Eingang zur Kopplung mit dem Elektromotor auf. Ferner weist das Mehrganggetriebe einen Ausgang zur Kopplung mit einem Abtrieb auf. Der Abtrieb kann beispielsweise als eine Differentialeinrichtung ausgebildet sein, welche das Ausgangsdrehmoment auf zwei Räder einer angetriebenen Achse oder auf zwei Achsen verteilt. optional bildet die Differentialeinrichtung einen Teil der Antriebsanordnung.
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Die Antriebsanordnung weist einen Schaltabschnitt zum Einleiten einer Schaltbewegung in das Mehrganggetriebe für einen Gangwechsel auf. Optional bildet der Schaltabschnitt einen Teil des Mehrganggetriebes. Beispielsweise kann der Schaltabschnitt als ein Schaltdom mit mindestens einer Schaltwelle ausgebildet sein. Besonders bevorzugt werden die Schaltbewegung als eine Verschiebe- und/oder Schwenkbewegung der Schaltwelle umgesetzt.
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Die Antriebsanordnung weist ferner eine steuerbare Kupplungseinrichtung auf. Insbesondere ist die Kupplungseinrichtung durch Signale steuerbar und/oder automatisiert ausgebildet. Die Kupplungseinrichtung ist im Momentenpfad zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Mehrganggetriebe angeordnet. Insbesondere kann durch die Kupplungseinrichtung der Ausgang des Verbrennungsmotors mit dem Eingang des Mehrganggetriebes drehfest gekoppelt und entkoppelt werden.
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Besonders bevorzugt ist die Kupplungseinrichtung als eine kraft- und/oder reibschlüssige Kupplung ausgebildet.
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Dagegen ist es bevorzugt, dass der Elektromotor mit dem zweiten Eingang permanent oder dauerhaft gekoppelt ist. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist sogar vorgesehen, dass der Elektromotor permanent mit dem Ausgang in Wirkverbindung steht. Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, dass nur wenige Komponenten benötigt werden, da der Elektromotor nicht aktiv ein- oder ausgekoppelt werden muss.
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Zudem weist die Antriebsanordnung eine Steueranordnung zur Steuerung des Verbrennungsmotors, des Elektromotors und der Kupplungseinrichtung auf. Die Steueranordnung dient insbesondere dazu, Steuersignale an die steuerbare Kupplungseinrichtung zu senden, um diese zu öffnen und zu schließen.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Steueranordnung, insbesondere programmtechnisch und/oder schaltungstechnisch, ausgebildet ist, bei einem Gangwechsel in dem Mehrganggetriebe die Kupplungseinrichtung und den Elektromotor anzusteuern, sodass während des Gangwechsels die Kupplungseinrichtung geöffnet und damit der Drehmomentpfad zwischen Verbrennungsmotor und Mehrganggetriebe unterbrochen ist, der Elektromotor zeitgleich aktiviert ist, sodass das zweite Antriebsdrehmoment bereitgestellt wird und das zweite Antriebsdrehmoment auf den Ausgang geleitet wird.
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Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, dass für den Zeitraum des Gangwechsels das zweite Antriebsdrehmoment zur Drehmomentauffüllung verwendet wird, um eine Zugkraftunterbrechung während des Gangwechsels des Hybridfahrzeugs vollständig zu vermeiden oder zumindest zu verkleinern und/oder zu kompensieren. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Steueranordnung ausgebildet ist, nach dem Gangwechsel, insbesondere unmittelbar nach dem Gangwechsel, die Kupplungseinrichtung zu schließen und insbesondere vorlaufend oder zeitgleich den Verbrennungsmotor zu aktivieren oder wieder hochzufahren, sodass das erste Antriebsdrehmoment auf den Ausgang geleitet wird. Insbesondere bildet während des Gangwechsels das zweite Antriebsdrehmoment das Hauptantriebsdrehmoment des Hybridfahrzeugs und vor und nach dem Gangwechsel das erste Antriebsdrehmoment das Hauptantriebsdrehmoment des Hybridfahrzeugs.
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Es ist dabei eine Überlegung der Erfindung, dass durch die Momentenauffüllung während des Gangwechsels der Fahrkomfort des Hybridfahrzeugs deutlich erhöht wird, da Zugkraftunterbrechungen vermieden, kompensiert oder gedämpft werden. Insbesondere bei der automatisiert ansteuerbaren Kupplungseinrichtung kann durch das schnelle Schalten der Kupplungseinrichtung eine deutliche Zugkraftstufe entstehen. Dadurch, dass die Steueranordnung sowohl die Kupplungseinrichtung als auch den Elektromotor ansteuert, kann diese Stufe deutlich entschärft werden und dadurch der Fahrkomfort erhöht werden.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Antriebsanordnung eine von einem Fahrer zu betätigende Gangwähleinrichtung zur Erzeugung der Schaltbewegung auf. Bei der Gangwähleinrichtung handelt es sich insbesondere um einen Gang- oder Schalthebel, welcher in dem Fahrgastraum anordenbar oder angeordnet ist. Mit dieser produktnahen Ausgestaltung wird nochmals unterstrichen, dass die Antriebsanordnung insbesondere für eine Halbautomatik ausgebildet ist, wobei die Schaltbewegung durch den Fahrer initiiert wird und dagegen die Kupplungsbewegung über die Kooperation der Steueranordnung und der steuerbaren Kupplungseinrichtung umgesetzt wird.
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Es ist sogar besonders bevorzugt, dass die Gangwähleinrichtung zur getriebetechnischen Übersetzung der Betätigung durch den Fahrer in die Schaltbewegung ausgebildet ist. Insbesondere ist die Gangwähleinrichtung als ein manuell zu betätigendes Schaltgetriebe, insbesondere Hebel- und/oder Seilzugwerk, zur Erzeugung und Übertragung der Schaltbewegung von dem Fahrer ausgebildet. Insbesondere wird die Schaltbewegung ausschließlich durch manuelle Kraft des Fahrers initiiert und gebildet.
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Steuerungstechnisch betrachtet können unter anderem die folgenden Möglichkeiten zur Umsetzung gewählt werden: Zum einen ist es möglich, dass der Elektromotor mit dem zweiten Antriebsdrehmoment das erste Antriebsdrehmoment in gleicher Höhe ersetzt, sodass am Ausgang das gleiche Ausgangsdrehmoment vor dem Gangwechsel, während des Gangwechsels und optional ergänzend nach dem Gangwechsel vorliegt. Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass der Elektromotor das erste Antriebsdrehmoment während des Gangwechsels unterkompensiert, sodass das Ausgangsdrehmoment während des Gangwechsels kleiner als das Ausgangsdrehmoment vor dem Gangwechsel ist. Beispielsweise beträgt das Ausgangsdrehmoment während des Gangwechsels insbesondere im zeitlichen Mittel weniger als 98 Prozent, vorzugsweise weniger als 95 Prozent, insbesondere weniger als 90 Prozent. Dagegen ist es bevorzugt, dass dieses Ausgangsdrehmoment mehr als 70 Prozent, vorzugsweise mehr als 80 Prozent, beträgt. Diese Ausgestaltung legt die Überlegung zugrunde, dass der Gangwechsel bevorzugt durch eine manuelle Betätigung des Schaltabschnitts durchgeführt wird. Somit ist auch die zeitliche Dauer des Gangwechsels durch die manuelle Betätigung des Fahrers vorgegeben. Anders ausgedrückt, der Fahrer kann sich mehr oder weniger Zeit während des Gangwechsels lassen. Um jedoch dem Fahrer eine Rückkopplung zu geben, dass er sich noch im Gangwechsel befindet, kann vorgesehen sein, dass das Ausgangsdrehmoment während des Gangwechsels leicht verringert ist.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Antriebsanordnung einen Sensor zur Detektion der Betätigung der Gangwähleinrichtung und/oder zur Detektion der Schaltbewegung. Der Sensor ist insbesondere so ausgebildet, dass dieser eine Intension des Fahrers zum Schalten detektiert. Damit kann der Sensor ein sehr frühes Detektionssignal erzeugen. Es ist vorgesehen, dass der Sensor das Detektionssignal an die Steueranordnung überträgt, wobei die Steueranordnung ausgebildet ist, bei dem Eingang des Detektionssignals den Elektromotor zu aktivieren und nachfolgend die Kupplungseinrichtung zu öffnen. Sobald der Sensor somit die Betätigung und damit die Intension des Fahrers wahrnimmt, dass ein Gangwechsel durchgeführt wird, wird der Elektromotor aktiviert und nachfolgend die Kupplungseinrichtung geöffnet, sodass der Fahrer unmittelbar schalten kann.
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Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass die Steueranordnung ausgebildet ist, anhand vorgebbarer Betriebszustände, wie z.B. bei der Überschreitung einer vorgebbaren Drehzahl des Verbrennungsmotors, selbsttätig den Gangwechsel vorzubereiten, indem der Elektromotor aktiviert wird. Bei dieser Alternative wird durch den Eingang des Detektionssignals dann die Kupplungseinrichtung geöffnet, wobei der Elektromotor bereits angefahren ist. Diese Alternative erlaubt einen schnelleren Gangwechsel.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Steueranordnung als eine zentrale Steueranordnung realisiert ist. Es ist jedoch mehr bevorzugt, dass die verschiedenen Funktionen dezentral verteilt sind und dass die Steueranordnung mehrteilig ausgebildet ist. So kann ein Teil der Funktionen ein Hauptcomputer des Fahrzeugs übernehmen, ein anderer Teil der Funktionen kann dezentral an lokale Steuereinrichtungen als Unterfunktionen wahrgenommen werden. Die Steueranordnung, der Hauptcomputer und/oder die Steuereinrichtungen sind als digitale Datenverarbeitungseinrichtungen, Computer, Microcontroller ert. realisiert.
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Bei einer bevorzugten konstruktiven Realisierung der Erfindung weist die Antriebsanordnung eine Zusatzbatterie sowie einen Zusatzgenerator zur Erzeugung einer Versorgungsspannung für den Elektromotor und/oder für die Zusatzbatterie auf. Der Zusatzgenerator ist mit dem Verbrennungsmotor vorzugsweise permanent und/oder dauerwirkverbunden. Besonders bevorzugt ist die Steueranordnung ausgebildet, den Verbrennungsmotor anzusteuern, sodass dieser während des Gangwechsels den Zusatzgenerator betreibt und somit die Zusatzbatterie lädt. Damit wird gerade für den Betriebszustand, in dem elektrische Leistung für den Elektromotor benötigt wird, diese elektrische Leistung durch den Verbrennungsmotor über den Zusatzgenerator erzeugt.
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Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung ist die Kupplungseinrichtung als eine hydrostatische Kupplungseinrichtung ausgebildet. Diese Kupplungsart zeichnet sich neben der Verschleißfreiheit durch ein komfortables Kupplungsverhalten aus.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung bildet ein Hybridfahrzeug, welches eine Antriebsanordnung aufweist, wie diese zuvor beschrieben wurde beziehungsweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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Ein nächster Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gangwechsel in der Antriebsanordnung und/oder in dem Hybridfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei dem Gangwechsel die Kupplungseinrichtung geöffnet und der Elektromotor aktiviert wird, wobei das zweite Antriebsdrehmoment auf den Ausgang geleitet wird. Insbesondere wird vor dem Gangwechsel und/oder nach dem Gangwechsel das erste Antriebsdrehmoment auf den Ausgang geleitet. Bei dem Gangwechsel kann es sich um einen beliebigen Gangwechsel, insbesondere einen Gangwechsel vom ersten in den zweiten, von dem zweiten in den dritten, von dem dritten in den vierten und/oder von dem vierten in den fünften Gang handeln.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Blockdarstellung einer Antriebsanordnung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 ein Zeit-Momenten-Diagramm zur Erläuterung des Gangwechsels der Antriebsanordnung in der 1.
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Die 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Antriebsanordnung 1 für ein nur als Kasten dargestelltes Hybridfahrzeug 2.
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Die Antriebsanordnung 1 umfasst einen Verbrennungsmotor 3 sowie einen Elektromotor 4, welche unabhängig voneinander betreibbar sind. Ferner weist die Antriebsanordnung 1 ein Mehrganggetriebe 5 auf mit einem ersten Eingang 6 zur Kopplung mit dem Verbrennungsmotor und mit einem zweiten Eingang 7 zur Kopplung mit dem Elektromotor 4. Zwischen dem Verbrennungsmotor 3 und dem ersten Eingang 6 des Mehrganggetriebes 5 ist eine Kupplungseinrichtung 8 angeordnet, welche den Momentenpfad zwischen Verbrennungsmotor 3 und Mehrganggetriebe 5 trennen und verbinden kann. Die Kupplungseinrichtung 8 kann prinzipiell als eine Reibkupplung ausgebildet sein, in diesem Beispiel ist diese als eine fluidgestützte Kupplungseinrichtung, insbesondere als eine hydrostatische Kupplungseinrichtung 8 ausgebildet. Zur Steuerung der Kupplungseinrichtung 8 ist eine Kupplungssteuerungseinrichtung 9 vorgesehen, welche über eine Verbindungsleitung wahlweise elektrische oder hydraulische Steuersignale an die Kupplungseinrichtung 8 übermittelt. Die Kupplungseinrichtung 8 ist damit als eine automatisierte Kupplungseinrichtung ausgebildet. Der Elektromotor 4 ist dagegen mit dem zweiten Eingang 7 dauerhaft drehfest verbunden. Alternativ hierzu ist dieser über eine Freilaufeinrichtung gekoppelt.
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Betrachtet man das Mehrganggetriebe 5 etwas genauer, so erkennt man, dass dieses als ein Zweiwellengetriebe ausgebildet ist. Eine erste Welle 10a ist koaxial zu dem ersten Eingang 6 angeordnet. Eine zweite Welle 10b ist koaxial zu dem zweiten Eingang 7 angeordnet. Die zweite Welle 10b bildet zugleich eine Ausgangswelle, welche über einen Ausgang 11 ein Ausgangsdrehmoment an einen Abtrieb 12 überträgt. Der Abtrieb 12 kann beispielsweise eine Differentialeinrichtung zur Verteilung des Ausgangsdrehmoments auf zwei Räder 21 einer angetriebenen Achse aufweisen. Insbesondere ist der Elektromotor 4 über die zweite Welle 10b permanent wirkverbunden mit dem Ausgang 11 beziehungsweise dem Abtrieb 12.
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Das Mehrganggetriebe 5 weist in diesem Beispiel fünf schaltbare Gänge auf, welche jeweils unterschiedliche Übersetzungen aufweisen. Die schaltbaren Gänge können durch unterschiedliche Getriebestufen zwischen der ersten Welle 10a und der zweiten Welle 10b umgesetzt werden.
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Für ein Umschalten und damit einen Gangwechsel in dem Mehrganggetriebe 5 weist das Mehrganggetriebe 5 einen Schaltabschnitt 13 auf, welcher beispielsweise als ein Schaltdom ausgebildet ist und welcher beispielsweise über eine Schaltwelle Schaltbewegungen und optional ergänzend Wählbewegungen in das Mehrganggetriebe 5 überträgt. Der Schaltabschnitt 13 kann einen Teil des Mehrganggetriebes 5 bilden.
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Zur Erzeugung der Schaltbewegung weist die Antriebsanordnung 1 eine vom Fahrer zu betätigende Gangwähleinrichtung 14 auf, welche als Betätigungsschnittstelle zum Fahrer einen Ganghebel 15 hat. Die Übertragung der Betätigung des Ganghebels 15 an dem Schaltabschnitt 13 erfolgt bevorzugt über ein mechanisches Getriebe, beispielsweise kann es sich um ein Hebel- und/oder Seilzuggetriebe handeln. Ferner umfasst die Antriebsanordnung 1 ein Gaspedal 16 sowie ein Bremspedal 17.
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Das Fahrzeug 2, insbesondere die Antriebsanordnung 1, weist eine erste Batterie 18, welche zur Versorgung von Steuerkomponenten ausgebildet ist, sowie eine Zusatzbatterie 19, welche insbesondere zur Versorgung des Elektromotors 4 vorgesehen ist. Um die Zusatzbatterie 19 ausreichend laden zu können, weist die Antriebsanordnung 1 einen Zusatzgenerator 20 auf, welcher in diesem Ausführungsbeispiel permanent mit dem Verbrennungsmotor 3 gekoppelt ist. Zeichnerisch angedeutet sind in der 1 noch die Räder 21 des Fahrzeugs 2.
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Zur Kontrolle der Zustände der Antriebsanordnung 1, insbesondere derer Komponenten, weist die Antriebsanordnung 1 einen Drehzahlsensor 22 auf, der die Drehzahl des Elektromotors 4 aufnimmt sowie einen Gangsensor 23, welcher eine Betätigung der Gangwähleinrichtung 14 aufnimmt. Ein Controller 24 dient zur Ansteuerung des Elektromotors 4.
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Die Antriebsanordnung 1 weist eine Steueranordnung 25 auf, welche dezentral ausgebildet ist und eine Motorsteuereinheit 26 und eine Schaltsteuereinheit 27 umfasst. Die Funktionen zur Kontrolle der Antriebsanordnung 1, wie diese nachfolgend beschrieben werden, könnten jedoch auch durch eine zentrale Steueranordnung 25 oder durch eine Steueranordnung 25 mit anderer funktionaler Verteilung umgesetzt werden.
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In der 2 ist eine Zeit t und Momenten M Diagramm dargestellt, um das Verfahren eines Gangwechsels mit der Antriebsanordnung 1 zu erläutern. Insbesondere betrifft der Gangwechsel ausgehend von einem ersten Gang I des Mehrganggetriebes 5, wobei das erste Antriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors 3 auf dem Ausgang 11 geführt wird, zu einem zweiten Gang II des Mehrganggetriebes 5, wobei wieder das erste Antriebsdrehmoment auf den Ausgang 11 geleitet wird. In der dargestellten Architektur der Antriebsanordnung 1 des Fahrzeugs 2 muss für einen Gangwechsel die Kupplungseinrichtung 8 geöffnet werden, sodass es zumindest kurzzeitig zu einer Zugkraftunterbrechung des ersten Antriebsdrehmoments des Verbrennungsmotors 3 kommt. Die Dauer der Zugkraftunterbrechung des ersten Antriebsdrehmoments bemisst sich nach der Zeitdauer, die der Fahrer zur Betätigung der Gangwähleinrichtung 14 benötigt, um die Schaltbewegung über den Schaltabschnitt 13 in dem Mehrganggetriebe 5 umzusetzen. Die Antriebsanordnung 1 ist ausgebildet, diese Zugkraftunterbrechung des ersten Antriebsdrehmoments durch Momentenauffüllung durch das zweite Antriebsdrehmoment auszugleichen, zu kompensieren oder zumindest zu dämpfen.
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Somit wird von dem ersten Gang I in den zweiten Gang II umgeschaltet. In gleicher Weise kann auch von einem zweiten in einen dritten etc. umgeschaltet werden.
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Zu einem Zeitpunkt t1 wird über den Gangsensor 23 eine Betätigung der Gangwähleinrichtung 14 detektiert. Die Schaltanordnung 25 steuert über den Controller 24 den Elektromotor 4 an, sodass dieser ein Drehmoment erzeugt. Dieser Anstieg ist anhand der ersten Linie 4.1 dargestellt. Zu einem zweiten Zeitpunkt t2 wird die Kupplungseinrichtung 8 automatisiert betätigt, sodass die Verbindung zwischen Verbrennungsmotor 3 und Mehrganggetriebe 5 aufgehoben wird. Die Linie 11.1 zeigt das Drehmoment am Ausgang 11, wobei zu dem Zeitpunkt t2 das Ausgangsdrehmoment deutlich abfällt. Ab dem Zeitpunkt t2, das heißt ab der Trennung zwischen Verbrennungsmotor 3 und Mehrganggetriebe 5, kann der Gangwechsel G durch den Fahrer durchgeführt werden. Die Reduktion des Ausgangsdrehmoments gemäß der Kurve 11.1 wird jedoch durch das zweite Antriebsdrehmoment des Elektromotors 4 aufgefüllt, sodass während des Gangwechsels G zwar ein reduziertes Ausgangsdrehmoment vorliegt, jedoch keine vollständige Zugkraftunterbrechung erfolgt. Im Gegensatz zu in der 2 gezeigten Ausführung kann auch das Niveau des zweiten Antriebsdrehmoments des Elektromotors 4 gemäß der Kurve 4.1 so angehoben werden, dass die Zugkraftunterbrechung nahezu null ist.
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In dem ausgekuppelten Zustand der Kupplungseinrichtung 8 kann der Verbrennungsmotor 3 in der Drehzahl und/oder in der Momentenerzeugung gemäß der Linie reduziert werden und auf diese Weise Kraftstoff eingespart werden. Der Bereich der Kraftstoffersparnis ist schraffiert dargestellt. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der Verbrennungsmotor 3 weiterhin das erste Antriebsdrehmoment ausgibt und dieses zum Betreiben des Zusatzgenerators 20 und zur Erzeugung von einer Versorgungsspannung für die Zusatzbatterie 19 beziehungsweise für den Elektromotor 4 genutzt wird.
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Sobald der Gangwechsel G weitgehend oder vollständig abgeschlossen ist, wird zu einem Zeitpunkt t3 der Verbrennungsmotor 3 hinsichtlich des ersten Antriebsdrehmoments wieder hochgefahren und die Kupplungseinrichtung 8 wieder geschlossen. Dagegen wird zu einem Zeitpunkt t4 der Elektromotor 4 wieder heruntergefahren, sodass dieser sein Antriebsdrehmoment gemäß der Kurve 4.1 wieder zurücknimmt. Nach dem vollständigen Einkuppeln der Kupplungseinrichtung 8 hat das Ausgangsdrehmoment gemäß der Kurve 11.1 wieder das ursprüngliche Niveau wie vor dem Gangwechsel G erreicht.
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Mit der gestrichelten Linie 11.2 ist eine reale Messlinie des Ausgangsdrehmoments 11 nochmals dargestellt, wobei in dem zeitlichen kleinere Unterschwinger bei dem Einkoppeln und Auskoppeln zu erkennen sind.
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Damit zeigt die Antriebsanordnung 1 beziehungsweise das Verfahren zum Betrieb der Antriebsanordnung 1 die Möglichkeit, minimale Zugkraftunterbrechungen bei einem Gangwechsel G umzusetzen, um einen erhöhten Fahrkomfort zu erhalten. Ferner wird ein geringerer NVH-Niveau durch die Minimierung der Leistung auf der ersten Welle 10a, ein geringerer Verschleiß des gesamten Antriebsstrangs sowie eine verbesserte Beschleunigung aufgrund der Momentenauffüllung durch den Elektromotor 4 erreicht. Ferner kann Energie gespart werden.
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Der Vorgang des Gangwechsel G kann auch in den folgenden Schritten A–F dargestellt werden: A Normalbetrieb in dem ersten Gang
| Verbrennungsmotor 3: | an |
| Zusatzgenerator 20: | an |
| Elektromotor 4: | aus |
| Zusatzbatterie 19: | wird geladen |
| Kupplungseinrichtung 8: | geschlossen |
| Drehmoment am Ausgang 11: | erstes Drehmoment |
B Drehzahl am Ausgang 11 z.B. bei 80%/Gangwechselvorbereitung
| Verbrennungsmotor 3: | an |
| Zusatzgenerator 20: | an |
| Elektromotor 4: | an |
| Zusatzbatterie 19: | wird entladen |
| Kupplungseinrichtung 8: | geschlossen |
| Drehmoment am Ausgang 11: | erstes + zweites Drehmoment |
C Detektion der Gangwechselintention z.B. durch den Gangsensor 23
| Verbrennungsmotor 3: | an (reduzierte Leistung) |
| Zusatzgenerator 20: | an |
| Elektromotor 4: | an |
| Zusatzbatterie 19: | wird entladen |
| Kupplungseinrichtung 8: | wird geöffnet |
| Drehmoment am Ausgang 11: | erstes + zweites Drehmoment |
D Gangwechsel G
| Verbrennungsmotor 3: | an (reduzierte Leistung oder Betreiben des Zusatzgenerators 20) |
| Zusatzgenerator 20: | an |
| Elektromotor 4: | an |
| Zusatzbatterie 19: | wird entladen |
| Kupplungseinrichtung 8: | geöffnet |
| Drehmoment am Ausgang 11: | zweites Drehmoment |
E Gangwechsel G im Abschluss, optional ergänzend Drehmomentanforderung durch das Gaspedal 16
| Verbrennungsmotor 3: | an, Leistung hochrampend |
| Zusatzgenerator 20: | an |
| Elektromotor 4: | an |
| Zusatzbatterie 19: | wird entladen |
| Kupplungseinrichtung 8: | wird geschlossen |
| Drehmoment am Ausgang 11: | zweites + erstes Drehmoment |
F Gangwechsel G beendet, optional ergänzend Drehmomentanforderung durch das Gaspedal 16
| Verbrennungsmotor 3: | an, Leistung hoch/hochrampend |
| Zusatzgenerator 20: | an |
| Elektromotor 4: | aus |
| Zusatzbatterie 19: | wird geladen |
| Kupplungseinrichtung 8: | geschlossen |
| Drehmoment am Ausgang 11: | erstes Drehmoment |
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Statt einer weiteren Beschleunigung kann die Antriebsanordnung 1 auch in einen Segelbetrieb übergehen, wenn keine Drehmomentanforderung über das Gaspedal 16 gemeldet wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsanordnung
- 2
- Hybridfahrzeug
- 3
- Verbrennungsmotor
- 4
- Elektromotor
- 4.1
- Linie/Kurve
- 5
- Mehrganggetriebe
- 6
- erster Eingang
- 7
- zweiter Eingang
- 8
- Kupplungseinrichtung
- 9
- Kupplungssteuerungseinrichtung
- 10a, b
- erste und zweite Welle
- 11
- Ausgang
- 11.1
- Linie/Kurve
- 11.2
- gestrichelte Linie
- 12
- Abtrieb
- 13
- Schaltabschnitt
- 14
- Gangwähleinrichtung
- 15
- Ganghebel
- 16
- Gaspedal
- 17
- Bremspedal
- 18
- Batterie
- 19
- Zusatzbatterie
- 20
- Zusatzgenerator
- 21
- Räder
- 22
- Drehzahlsensor
- 23
- Gangsensor
- 24
- Controller
- 25
- Steueranordnung
- 26
- Motorsteuereinheit
- 27
- Schaltsteuereinheit
- G
- Gangwechsel
- t
- Zeit
- t1, 2, 3, 4
- Zeitpunkte
- M
- Momente
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013207756 A1 [0003]
