DE19530233A1 - Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug mit einem
Verbrennungsmotor und einem Elektromotor als Antriebe, gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Einen derartigen Hybridantrieb zeigt die DE 42 02 083 C2, bei der der Elek
tromotor ständig mit der Vorgelegewelle des mit schaltbaren Zahnrädern
versehenen Geschwindigkeits-Wechselgetriebes verbunden ist und beim
Schalten der Gänge drehzahlgesteuert als Synchronisator wirkt.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem derartigen gattungsgemäßen
Hybridantrieb die Schaltvorgänge komfortabler und schneller zu gestalten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß beim Einlegen eines Ganges der
angekuppelte Elektromotor kurzfristig mit einer geringen Drehzahldifferenz
zur Abtriebswelle bzw. Vorgelegewelle (je nach Getriebebauart) betrieben
ist. Überraschend hat sich gezeigt, daß durch eine derartige Drehzahldiffe
renz die Schaltvorgänge schneller und komfortabler durchführbar sind und
insbesondere Zahn auf Zahn-Stellungen der Gangschaltkupplungen vermie
den sind, in denen ein Schalten nicht oder nicht störungsfrei und schnell
durchführbar ist.
Gemäß Anspruch 2 wird insbesondere vorgeschlagen, bei stehender Ab
triebswelle - also im Stillstand des Kraftfahrzeuges - und bei Anliegen eines
Schaltsignales für Vorwärts- oder Rückwärtsgang die Antriebswelle über den
Elektromotor langsam anzudrehen, um ein schnelles und komfortables
Schalten zu ermöglichen. Die Antriebsleistung des Elektromotors ist dabei
so gering, daß mit dem Einschalten des Ganges bzw. nach erfolgtem Form
schluß kein Antrieb bzw. kein Anfahren erfolgt, ja nicht einmal ein Antriebs
moment spürbar ist.
Ferner kann in bekannter Weise über den Elektromotor eine Synchronisati
on des Wechselgetriebes durch eine entsprechende Drehzahlsteuerung je
nach einzulegendem Gang erfolgen, wobei über die entsprechende Dreh
zahlauswertung absichtlich keine Drehzahlgleichheit bzw. ein Synchronlauf
hergestellt wird, sondern eine Synchronisation mit einer Drehzahldifferenz
von ± 50 min-1 gerechnet und eingesteuert wird. Es hat sich gezeigt, daß
dadurch komfortable und schnelle Schaltvorgänge während des Fahrbe
triebs ermöglicht sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzel
heiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt ein Blockschaltbild
eines Hybridantriebes für ein Kraftfahrzeug mit einer Antriebseinheit mit ei
nem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor und einer Einrichtung zum
Steuern der Drehzahldifferenz beim Schalten der Gänge des Geschwindig
keits-Wechselgetriebes des Kraftfahrzeuges.
Der dargestellte Hybridantrieb setzt sich im wesentlichen zusammen aus
einem Verbrennungsmotor 10, einer nicht näher dargestellten elektrohydrau
lischen Trennkupplung 12, einem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe 14
und einem Elektromotor 16, die der besseren Darstellung wegen in Ab
schnitte geteilt gezeichnet sind, tatsächlich aber zu einer Antriebseinheit
zusammengebaut sind.
Der Verbrennungsmotor 10 kann z. B. ein direkt einspritzender Turbodie
selmotor sein, dessen an die Kurbelwelle angeflanschte Schwungscheibe 18
Teil der als Schwungnutzautomatik ausgeführten Trennkupplung 12 mit ei
ner hydraulischen Betätigung - bestehend aus einem hydraulischen Neh
merzylinder 20 und einer Hydraulikeinheit 22 mit Pumpe, Steuerventilen,
Druckspeicher, etc. - und einer Steuerelektronik 24 ist.
Die Trennkupplung 12 treibt das vordere Ende der Antriebswelle 26 des
Wechselgetriebes 14 an, dessen Abtriebswelle 28 ein Antriebsritzel 30 für
den nicht näher dargestellten Achsantrieb bzw. das Differential 32 für den
Antrieb der Vorderräder 34 des Kraftfahrzeuges trägt. Im Ausführungsbei
spiel sind wie ersichtlich über eine Schaltbetätigung 35 vier Gangstufen
bzw. Übersetzungen I-IV des Wechselgetriebes 14 schaltbar. Der Rück
wärtsgang R - sofern vorhanden - ist herkömmlicher Ausführung und des
halb nicht dargestellt.
Der Elektromotor 16, ein Drehstrom-Synchronmotor mit relativ geringem
Massenträgheitsmoment wirkt über eine Zahnrad-Vorgelegestufe 36 ohne
Zwischenschaltung einer Kupplung direkt auf das andere Ende der An
triebswelle 26 des Wechselgetriebes 14.
Der Elektromotor 16 ist an eine Stromversorgungseinheit mit Batterien 40
und einer Stromregeleinheit 42 angeschlossen und kann als Antriebsmotor,
als Generator zum Aufladen der Batterien 40 bei verbrennungsmotorischem
Betrieb, im Leerlauf, als Andrehmotor für den Verbrennungsmotor und
schließlich als Synchronisator für das Wechselgetriebe 14 arbeiten.
Der Elektromotor 16 kann dabei mittels eines Betriebsartenschalters 44 auf
Elektroantrieb geschaltet werden, wobei dessen Antriebsleistung dann über
das Gaspedal 46 des Kraftfahrzeuges und die Stromregelungseinheit 42
gesteuert wird.
Beim Umschalten auf Betrieb mit Verbrennungsmotor 10 wird der Elektromo
tor 16 als Generator betrieben, sofern die Batterien 40 regeneriert werden
sollen; andernfalls wird der Elektromotor 16 im Leerlauf mitgetrieben oder
treibt zur kurzfristigen Erhöhung der Antriebsleistung des Hybridantriebes
das Kraftfahrzeug mit an.
Über Drehzahlsensoren 48, 50 im Wechselgetriebe 14 werden der Steuer
elektronik der Stromregeleinheit 42 die Drehzahl nAn und nAb der Antriebs
welle 26 und der Abtriebswelle 28 mitgeteilt. Ferner werden der Steuerelek
tronik über die Schaltbetätigung 35 bzw. den in der Schaltbetätigung 35 vor
gesehenen Sensor 52 die Schaltabsicht S und über Sensoren 54, 56, 58, 60
die einzulegende Gangstufe i in Form von elektrischen Signalen übermittelt.
Sobald über die Schaltbetätigung 35 des Wechselgetriebes 14 ein Gang
wechsel (Gangsignal S) eingeleitet wird, wird die Trennkupplung 12 ausge
rückt (bei elektromotorischem Antrieb ist diese ohnehin ausgerückt) und der
Elektromotor 16 ggf. vom Antriebsbetrieb in den drehzahlgesteuerten Be
trieb umgeschaltet.
Dann berechnet die Steuerelektronik in der Stromregeleinheit 42 anhand der
Drehzahlsignale nAn und nAb der Antriebswelle 26 und der Abtriebswelle 28
und unter Berücksichtigung der Gangsignale i des zu schaltenden Ganges
des Wechselgetriebes 14 die erforderliche Solldrehzahl der Antriebswelle 26
± 50 min-1, vergleicht diese mit dem Ist-Drehzahlsignal nAn und steuert
über die Stromregeleinheit 42 eine positive oder negative Beschleunigung
des Elektromotors 16 zur Erzielung eines angenäherten Synchronlaufes der
zu schaltenden Übersetzungsstufe mit der berechneten Drehzahldifferenz
von ± 50 min-1. Die Logik der Steuerelektronik ist dabei derart, daß bei ei
ner erforderlichen Beschleunigung der Antriebswelle 26 eine negative Dreh
zahldifferenz und bei einer Abbremsung der Abtriebswelle 28
(Hochschaltvorgang) eine positive Drehzahldifferenz eingesteuert wird.
Damit wird neben dem komfortableren Schaltvorgang eine schnellere Syn
chronisierung verwirklicht. Mit dem Einlegen des Ganges - erkennbar über
die Sensoren 54, 56, 58, 60 - wird der Elektromotor 16 sofort von dem Dreh
zahl-Regelbetrieb auf die gerade vorliegende Betriebsart umgeschaltet.
Wird über die Sensoren der Schaltbetätigung 35 eine Gangschaltabsicht
erkannt und über den Drehzahlsensor 50 an der Abtriebswelle eine Dreh
zahl ≈0 (= Stillstand des Kraftfahrzeuges) sensiert, so wird der Elektromotor
16 über die Stromregeleinheit 42 mit einer weit geringeren als der zum An
fahren des Kraftfahrzeuges benötigten Antriebsleistung angesteuert. Dem
entsprechend wird über den Elektromotor 16 über die Vorgelegestufe 36 die
Antriebswelle 26 des Wechselgetriebes 14 langsam und nahezu kraftlos
gedreht, so daß ein komfortables Einschalten des ersten Vorwärtsganges I
oder des nicht dargestellten Rückwärtsganges ermöglicht ist, ohne daß
jedoch das Kraftfahrzeug bei erfolgtem Formschluß bzw. eingelegtem Gang
bewegt wird. Die Drehrichtung des Elektromotors 16 ist dabei beim Vor
wärtsgang in der einen Drehrichtung und beim Rückwärtsgang entgegenge
setzt, wobei die Drehrichtungen gleich der jeweiligen Drehrichtung der An
triebswelle 26 nach eingelegtem Gang im Fahrbetrieb entspricht. Es hat sich
gezeigt, daß dadurch Schaltstörungen besonders wirksam eliminiert sind.
Anschließend schaltet die Steuerelektronik der Stromregeleinheit 42 - nach
dem das Einlegen des Ganges (I) über die Sensoren 52 bzw. 56 oder 58
erkannt ist - wieder auf Antriebsbetrieb bei elektromotorischem Betrieb oder
auf Leerlauf bei verbrennungsmotorischem Betrieb um.
Es versteht sich, daß über den Gang I auch Rückwärts-Fahrbetrieb steuer
bar ist, wenn z. B. über einen separaten R-Schalter (ggf. in der Schaltbetäti
gung 35) der Elektromotor 16 auf entgegengesetzte Drehrichtung umge
steuert wird. Dadurch könnte das Wechselgetriebe ggf. ohne Rückwärts
gang ausgeführt sein.
Claims (5)
1. Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und
einem Elektromotor als Antriebe, die auf die Antriebswelle eines mit
schaltbaren Zahnrädern zum Schalten zumindest eines Vorwärts
und/oder Rückwärtsganges versehenen Geschwindigkeits-Wechselge
triebes wirken, dessen Abtriebswelle mit dem Antriebsstrang des Kraft
fahrzeuges zusammenwirkt, wobei der Elektromotor zumindest zeitweilig
ständig mit der Antriebswelle gekuppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß
beim Einlegen eines Ganges (I-IV) der Elektromotor (16) kurzfristig mit
einer geringen Drehzahldifferenz zur Abtriebswelle (28) betrieben ist.
2. Hybridantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elek
tronische Steuerung (42) des Elektromotors (16) mit einem Drehzahlsen
sor (50) an der Abtriebswelle (28) des Geschwindigkeits-Wechselgetrie
bes (14) und mit einem Schaltbetätigungssensor (52) verbunden ist und
daß bei einer Drehzahl nAb ≈ 0 der Abtriebswelle (28) und anstehendem
Signal des Schaltbetätigungssensors (52) der Elektromotor (16) mit ei
nem Bruchteil seiner Antriebsleistung die Antriebswelle (26) langsam
dreht.
3. Hybridantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Antriebswelle (26) in der gleichen Drehrichtung gedreht wird, in der sie
nach eingelegtem Gang in Fahrbetrieb dreht.
4. Hybridantrieb nach Anspruch 1, wobei der Elektromotor (16) zugleich als
Synchronisator für das Geschwindigkeits-Wechselgetriebe (14) mit meh
reren Gängen (I-IV) betrieben ist, dadurch gekennzeichnet, daß der
Elektromotor (16) beim Gangwechsel auf eine geringfügig unter- oder
oberhalb der Synchrondrehzahl liegende Drehzahl gesteuert ist.
5. Hybridantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreh
zahldifferenz ca. ± 50 min-1 beträgt.
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Country | Link |
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