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DE102015221779A1 - Hybridantrieb für ein Hybridfahrzeug - Google Patents

Hybridantrieb für ein Hybridfahrzeug Download PDF

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Publication number
DE102015221779A1
DE102015221779A1 DE102015221779.5A DE102015221779A DE102015221779A1 DE 102015221779 A1 DE102015221779 A1 DE 102015221779A1 DE 102015221779 A DE102015221779 A DE 102015221779A DE 102015221779 A1 DE102015221779 A1 DE 102015221779A1
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DE
Germany
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gear
transmission
hybrid drive
drive according
electric motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102015221779.5A
Other languages
English (en)
Inventor
Michael Etzel
Roland Gollmer
Ulrich Ohnemus
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Priority to DE102015221779.5A priority Critical patent/DE102015221779A1/de
Priority to PCT/EP2016/075503 priority patent/WO2017076674A1/de
Priority to CN201680041360.3A priority patent/CN107835754B/zh
Publication of DE102015221779A1 publication Critical patent/DE102015221779A1/de
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hybridantrieb (10) für ein Hybridfahrzeug, mit einem Verbrennungsmotor (VM), der eine Kurbelwelle (12) hat, und einem Elektromotor, (EM1) wobei der Elektromotor (EM1) über ein selbsttätig schaltendes Getriebe (14, 36) an die Kurbelwelle (12) des Verbrennungsmotors (VM) angekoppelt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Hybridantrieb für ein Hybridfahrzeug.
  • Hybridantriebe werden in modernen Kraftfahrzeugen eingesetzt, wobei beispielsweise ein Verbrennungsmotor und ein Elektromotor im Antriebsstrang eines Fahrzeugs vorhanden sind. Dabei wird angestrebt, die Motoren möglichst effizient zu betreiben.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Hybridantrieb für ein Hybridfahrzeug anzugeben.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch einen Hybridantrieb für ein Hybridfahrzeug, mit einem Verbrennungsmotor, der eine Kurbelwelle hat, und einem Elektromotor, wobei der Elektromotor über ein selbsttätig schaltendes Getriebe an die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angekoppelt ist.
  • Der Elektromotor stellt in einfacher Weise beispielsweise die Startfunktionalität für den Verbrennungsmotor bereit und kann zudem generatorisch betrieben werden. So kann der Elektromotor den Hochlauf des Kurbeltriebs bzw. der Kurbelwelle unterstützen, um einen möglichst ruhigen, anregungsfreien Hochlauf zu erreichen. Ab einer bestimmten Drehzahl des Verbrennungsmotors kann der Elektromotor in den Generatorbetrieb umgeschaltet und seinerseits vom Verbrennungsmotor angetrieben werden.
  • Bevorzugt findet ein geregelter Motorbetrieb des Elektromotors statt.
  • Insbesondere kann der Elektromotor dazu ausgebildet sein, sämtliche Startanforderungen, insbesondere Tieftemperaturstarts des Verbrennungsmotors, zu realisieren.
  • Der Elektromotor kann dazu dienen, eine Start-Stopp-Automatik zu ermöglichen, bei der der Verbrennungsmotor stillgesetzt und nach einer gewissen Zeit wieder zugeschaltet werden muss. Dies kann nach dem Anhalten des Fahrzeugs sein, beispielsweise an einer Ampel, es kann aber auch während des Segelns, dem Ausrollen des Fahrzeugs ohne verbrennungsmotorischen Antrieb, sein. Das Zustarten des Verbrennungsmotors muss hierbei höchsten Komfortansprüchen genügen.
  • Der Hybridantrieb kann dergestalt sein, dass dem Verbrennungsmotor ein System zum Ausgleich der Drehzahlungleichförmigkeit der Kurbelwelle, ein Kennungswandler sowie ein mehrgängiges Fahrzeuggetriebe nachgeschaltet sind, um die Leistung des Verbrennungsmotor auf anzutreibende Räder eines Fahrzeugs zu übertragen. Auf diese Weise kann eine effiziente und möglichst anregungsfreie Leistungsübertragung zu den Rädern des anzutreibenden Fahrzeugs stattfinden. Es versteht sich, dass weitere Komponenten, wie z. B. ein Differential, in den Antriebsstrang eingebunden sein können.
  • Bei dem Fahrzeuggetriebe kann es sich um ein Automatikgetriebe oder ein manuell schaltbares Getriebe handeln. Insbesondere können daher günstige, zuverlässige manuell schaltbare Getriebe in den Hybridantrieb eingebunden und in einem Baukastensystem mit dem Verbrennungs- und Elektromotor kombiniert werden. Auf diese Weise ergeben sich Kostenvorteile gegenüber bereits bekannten Hybridlösungen, da auf vielfach erprobte und kostengünstige Handschaltgetriebe zurückgegriffen werden kann. Alternativ können Automatikgetriebe eingesetzt werden, wie sie in konventionellen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor verbaut werden.
  • Nach einer Weiterbildung des Hybridantriebs ist zwischen dem Kennungswandler und dem Fahrzeuggetriebe ein weiterer Elektromotor eingebunden. Der zusätzliche Elektromotor kann dem E-Fahren, dem E-Kriechen sowie dem Rekuperieren von Bremsenergie dienen oder auch ein „Boosten” bei stehendem Verbrennungsmotor ermöglichen.
  • Der zusätzliche Elektromotor kann koaxial oder achsparallel zu einer Getriebeeingangswelle des Fahrzeuggetriebes angeordnet sein, so dass der Elektromotor, je nach zur Verfügung stehendem Bauraum, optimal in einem Fahrzeug positioniert werden kann.
  • Die Verwendung zweier Elektromotoren in einem Hybridantrieb hat den Vorteil, dass die verbrennungsmotorseitigen Hybridfunktionen und die antriebs- bzw. fahrzeuggetriebeseitigen Hybridfunktionen auf zwei separate Elektromotoren aufgeteilt werden können, so dass diese Motoren jeweils hinsichtlich ihrer im Antriebsstrang vorgesehenen Funktionalität optimal dimensioniert werden können.
  • Der zusätzliche Elektromotor kann insbesondere über ein Getriebe mit der Getriebeeingangswelle des Fahrzeuggetriebes koppelbar sein, um den Elektromotor möglichst effizient zu betreiben.
  • Des dem verbrennungsmotorseitigen Elektromotor zugeordnete, selbsttätig schaltende Getriebe kann gemäß einer Weiterbildung des Hybridantriebs ein Planetengetriebe aufweisen. Mit Hilfe des Planetengetriebes können in kompakter Weise auch große Übersetzungen bereitgestellt werden.
  • Alternativ oder ergänzend kann des selbsttätig schaltende Getriebe Schaltelemente aufweisen, die über einen Aktuator betätigbar sind, wobei der Aktuator insbesondere von einer Steuereinheit steuerbar ist.
  • Beispielsweise kann die Steuereinheit in Abhängigkeit eines Betriebsparameters im Antriebsstrang, insbesondere der Drehzahl des Verbrennungsmotors oder dergleichen, den Aktuator ansteuern, um einen Gangwechsel in dem selbsttätig schaltenden Getriebe zu bewirken.
  • So können insbesondere ein Gangwechsel im selbsttätig schaltenden Getriebe und ein Umschalten vom Motor- in den Generatorbetrieb stattfinden, sobald beim Hochfahren des Kurbeltriebs eine in der Steuereinheit vordefinierte Drehzahl des Verbrennungsmotors überschritten wird. Eine solche Funktionalität läuft bevorzugt vollautomatisch ohne Zutun des Fahrers ab.
  • Das Planetengetriebe hat nach einer weiteren Ausgestaltung des Hybridantriebs ein Hohlrad, dem ein erster Freilauf zugeordnet ist, und ein Sonnenrad, dem ein zweiter Freilauf zugeordnet ist. Die Freiläufe dienen dazu, ein Umschalten des Elektromotors vom Motor- zum Generatorbetrieb zu ermöglichen, wobei durch die Freiläufe eine Umkehr des Drehmomentflusses vom Verbrennungsmotor hin zum Elektromotor ermöglicht wird.
  • Antrieb und Abtrieb können im Motorbetrieb des Elektromotors über des Sonnenrad und einen Planetenträger des Planetengetriebes erfolgen.
  • Antrieb und Abtrieb können im Generatorbetrieb bei feststehenden Planeten des Planetengetriebes erfolgen.
  • Das selbsttätig schaltende Getriebe kann eine Ausgangswelle haben, die insbesondere über eine Zahnradpaarung mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gekoppelt sein kann. Auf diese Weise kann der Elektromotor kompakt in den Hybridantrieb eingebunden werden, wobei über die Zahnradpaarung eine zusätzliche Übersetzung bereitgestellt werden kann.
  • Die Zahnradpaarung kann eine Stirnradstufe sein, wobei in kostengünstiger Weise auf bekannte Verzahnungen zurückgegriffen werden kann.
  • Um einen möglichst geringen Bauraum zu beanspruchen, kann vorgesehen sein, dass das selbsttätig schaltende Getriebe ein Quergetriebe ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung zeichnet sich der Hybridantrieb dadurch aus, dass ein erster Gang des selbsttätig schaltenden Getriebes eine Übersetzung in einem Bereich von 1,5 bis 2,5, insbesondere von 1,7 bis 2,3, bevorzugt von 1,9 bis 2,1, und ein zweiter Gang des selbsttätig schaltenden Getriebes eine Übersetzung in einem Bereich von 3,5 bis 4,5, insbesondere von 3,7 bis 4,3, bevorzugt von 3,9 bis 4,1, aufweist.
  • Beispielsweise kann die Übersetzung des ersten Gangs gleich 2 und die Übersetzung des zweiten Gangs gleich vier sein.
  • Eine Übersetzung von vier bedeutet in dem vorliegenden Fall, dass eine elektromotorseitig in das selbsttätig schaltende Getriebe eingeleitete Eingangsdrehzahl durch das Getriebe nach der Vorschrift i = 4 = Eingangsdrehzahl/Ausgangsdrehzahl in eine Ausgangsdrehzahl übersetzt wird.
  • Dabei kann der erste Gang dem Generatorbetrieb und der zweite Gang dem Motorbetrieb dienen. Die geringere Übersetzung für den Generatorbetrieb sorgt dafür, dass der Elektromotor auch beim Ausdrehen des Verbrennungsmotors nicht überlastet wird.
  • Es versteht sich, dass die voranstehend genannten Übersetzungen die Gesamtübersetzung für das selbsttätig schaltende Getriebe darstellen. Soweit beispielsweise ein Planetengetriebe mit einer Stirnradstufe kombiniert wird, wobei die Stirnradstufe der Anbindung des Getriebes an die Kurbelwelle dient, ergibt sich die Gesamtübersetzung aus der Übersetzung der Stirnradradstufe und der Übersetzung des jeweiligen Gangs des Planetengetriebes.
  • Um eine zuverlässige und praxistaugliche Ausgestaltung des selbsttätig schaltenden Getriebes zu erreichen, kann die Übersetzung des zweiten Gangs wenigstens dem 1,5-fachen, insbesondere wenigstens dem zweifachen, der Übersetzung des ersten Gangs entsprechen.
  • Die Stirnradstufe kann eine Übersetzung in einem von Bereich von 1,5 bis 2,5 aufweisen. Insbesondere kann die Übersetzung der Stirnradstufe gleich 2 sein.
  • Das Planetengetriebe kann im ersten Gang eine Übersetzung von 1 und im zweiten Gang eine Übersetzung in einem Bereich von 1,5 bis 2,5, insbesondere von 1,7 bis 2,3, bevorzugt von 1,9 bis 2,1, aufweisen.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen jeweils schematisch:
  • 1 einen erfindungsgemäßen Hybridantrieb,
  • 2 eine Darstellung eines selbststätig schaltenden Getriebes des Hybridantriebs aus 1,
  • 3 eine weitere Ausgestaltung eines selbsttätig schaltenden Getriebes des Hybridantriebs aus 1.
  • In 1 ist ein Hybridantrieb 10 für ein Hybridfahrzeug dargestellt. Der Hybridantrieb 10 weist einen Verbrennungsmotor VM, der eine Kurbelwelle 12 hat, und einen Elektromotor EM1 auf. Der Elektromotor EM1 ist über ein selbsttätig schaltendes Getriebe 14 an die Kurbelwelle 12 des Verbrennungsmotors VM gekoppelt.
  • Dem Verbrennungsmotor sind ein System DU zum Ausgleich der Drehzahlungleichförmigkeit des Verbrennungsmotors VM, ein Kennungswandler KW, der als Anfahrkupplung dient, und eine mehrgängiges Fahrzeuggetriebe 16 nachgeschaltet, um die Leistung des Verbrennungsmotors auf die anzutreibenden Räder 18 des anzutreibenden Fahrzeugs zu übertragen.
  • Der Kennungswandler KW kann ein hydrodynamischer Wandler oder eine trockene oder nasse Ein- oder Mehrscheiben-Reibkupplung sein.
  • Die (Ab-)Kopplung des Verbrennungsmotors vom Antriebsstrang kann über den Kennungswandler KW oder eine trocken- oder nass-laufende Anfahrkupplung erfolgen.
  • Das Fahrzeuggetriebe 16 kann ein Automatikgetriebe oder ein manuell schaltbares Getriebe sein.
  • Zwischen dem Kennungswandler KW und dem Fahrzeuggetriebe 16 ist ein weiterer Elektromotor EM2 in den Antriebsstrang eingebunden. Der Elektromotor EM2 ist vorliegend koaxial zu einer Getriebeeingangswelle 20 des Fahrzeuggetriebes angeordnet.
  • Alternativ kann der Elektromotor auch achsparallel zur Getriebeeingangswelle 20 angeordnet sein, wie durch die gestrichelte Darstellung EM2* angedeutet.
  • Der Elektromotor EM2 bzw. EM2* kann über ein Getriebe 3, 4 mit der Getriebeeingangswelle 20 verbunden sein. Das jeweilige Getriebe 3, 4 kann ein- oder mehrgängig sein.
  • Der Elektromotor EM1 dient im Motorbetrieb einerseits dem Starten und Hochlauf des Verbrennungsmotors VM, insbesondere zur Realisierung einer Start-Stopp-Automatik.
  • Weiter kann über den Elektromotor EM1 im Generatorbetrieb ein „direkt gebrücktes Anfahren” erfolgen. Die über den Elektromotor EM1 erzeugte Leistung wird dabei direkt von dem Elektromotor EM2 abgenommen und in Antriebsleistung umgesetzt.
  • Weiter kann eine „direkt gebrückte Rekuperation” im Antriebsstrang erfolgen. Die EM1 kann dabei bei geöffneter Anfahrkupplung generatorisch oder motorisch bis zu einer Grenzdrehzahl betrieben werden. Die EM2 übernimmt in diesem Fall im kraftschlüssigen Antriebsstrang die Rekuperation.
  • 2 zeigt das selbsttätig schaltende Getriebe 14, das ein Planetengetriebe 22 und eine Stirnradstufe 24 aufweist. Das Planetengetriebe 22 hat einen ersten Gang für den generatorischen Betrieb und einen zweiten Gang für den motorischen Betrieb. Der erste Gang hat eine Übersetzung von 1 und der zweite Gang eine Übersetzung von 2. Die Übersetzung der Stirnradstufe beträgt 2.
  • Das Planetengetriebe weist ein Sonnenrad 26, ein Hohlrad 28 und einen Planetenträger 30 auf, der die Planeten 32 trägt. Dem Sonnenrad 26 ist ein Freilauf Fl2 und dem Hohlrad 28 ein Freilauf Fl1 zugeordnet.
  • Im Motorbetrieb wird der Planetenträger 30 und damit die Welle 34 über die Planeten 32 und das Sonnenrad 26 angetrieben.
  • Im Generatorbetrieb des Elektromotors EM1 erfolgt der Antrieb über den Planetenträger 30, wobei die Planeten 32 stillstehen.
  • Die Freiläufe Fl1 und Fl2 ermöglichen die Drehmomentumkehr für den Generatorbetrieb.
  • In 3 ist eine weitere Ausgestaltung eines selbsttätig schaltenden Getriebes 36 dargestellt. Alternativ oder ergänzend zu den mit Bezug zu 2 für das selbsttätig schaltende Getriebe 14 beschriebenen Merkmalen weist das selbstständig schaltende Getriebe 36 Schaltelemente 38 auf, die über einen Aktuator 40 betätigbar sind, wobei der Aktuator 40 insbesondere von einer Steuereinheit (nicht dargestellt) steuerbar ist.
  • Abhängig von einem Signal der Steuereinheit kann ein Schaltvorgang ausgelöst werden, bei dem die Schaltelemente 38 von dem Aktuator 40 aus einer ersten Schaltstellung 1 in eine zweite Schaltstellung 2 bewegt werden.
  • Dabei kann die Übersetzung des Planetengetriebes in der ersten Schaltstellung 2 größer eins sein, während in der zweiten Schaltstellung 2 ein „Verblocken” des Planetengetriebes erfolgt, was mit einer Übersetzung i = 1 einhergeht.
  • Das Umschalten von der ersten Schaltstellung 1 in die zweite Schaltstellung 2 erfolgt bevorzugt vollautomatisch, insbesondere in Abhängigkeit eines in der Steuereinheit vordefinierten Betriebsparameters des Antriebsstrangs, wie z. B. einer Drehzahl des Verbrennungsmotors VM.
  • So können ein Schaltvorgang von der ersten in die zweite Schaltstellung und ein Umschalten vom Motor- in den Generatorbetrieb der EM1 stattfinden, sobald beim Hochfahren des Kurbeltriebs 12 eine in der Steuereinheit vordefinierte Drehzahl des Verbrennungsmotors VM überschritten wird.

Claims (15)

  1. Hybridantrieb für ein Hybridfahrzeug, mit einem Verbrennungsmotor (VM), der eine Kurbelwelle (12) hat, und einem Elektromotor (EM1), wobei der Elektromotor (EM1) über ein selbsttätig schaltendes Getriebe (14, 36) an die Kurbelwelle (12) des Verbrennungsmotors (VM) angekoppelt ist.
  2. Hybridantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verbrennungsmotor (VM) ein System (DU) zum Ausgleich der Drehzahlungleichförmigkeit der Kurbelwelle (12), ein Kennungswandler (KW) sowie ein mehrgängiges Fahrzeuggetriebe (16) nachgeschaltet sind, um die Leistung des Verbrennungsmotors (16) auf anzutreibende Räder (18) eines Fahrzeugs zu übertragen.
  3. Hybridantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeuggetriebe (16) ein Automatikgetriebe oder ein manuell schaltbares Getriebe ist.
  4. Hybridantrieb nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kennungswandler (KW) und dem Fahrzeuggetriebe (16) ein weiterer Elektromotor (EM2, EM2*) eingebunden ist.
  5. Hybridantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Elektromotor (EM2, EM2*) koaxial oder achsparallel zu einer Getriebeeingangswelle (20) des Fahrzeuggetriebes (16) angeordnet ist, wobei der Elektromotor (EM2, EM2*) insbesondere über ein Getriebe (3, 4) mit der Getriebeeingangswelle (20) koppelbar ist.
  6. Hybridantrieb nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das selbsttätig schaltende Getriebe (14, 36) ein Planetengetriebe (22) aufweist und/oder dass das selbsttätig schaltende Getriebe (14, 36) Schaltelemente (38) aufweist, die über einen Aktuator (40) betätigbar sind, wobei der Aktuator (40) insbesondere von einer Steuereinheit steuerbar ist.
  7. Hybridantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (22) ein Hohlrad (28), dem ein erster Freilauf (Fl1) zugeordnet ist, und ein Sonnenrad (26), dem ein zweiter Freilauf (Fl2) zugeordnet ist, aufweist.
  8. Hybridantrieb nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das selbsttätig schaltende Getriebe (14, 36) eine Ausgangswelle (34) hat, die über eine Zahnradpaarung (24) mit der Kurbelwelle (12) gekoppelt ist.
  9. Hybridantrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnradpaarung (24) eine Stirnradstufe ist.
  10. Hybridantrieb nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das selbsttätig schaltende Getriebe (14, 36) ein Quergetriebe ist.
  11. Hybridantrieb nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Gang des selbsttätig schaltenden Getriebes (14, 36) eine Übersetzung in einem Bereich von 1,5 bis 2,5, insbesondere von 1,7 bis 2,3, bevorzugt von 1,9 bis 2,1, und ein zweiter Gang des selbsttätig schaltenden Getriebes eine Übersetzung in einem Bereich von 3,5 bis 4,5, insbesondere von 3,7 bis 4,3, bevorzugt von 3,9 bis 4,1, aufweist.
  12. Hybridantrieb nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzung des zweiten Gangs wenigstens dem 1,5-fachen, insbesondere wenigstens dem zweifachen, der Übersetzung des ersten Gangs entspricht.
  13. Hybridantrieb nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gang für den Motorbetrieb und der zweite Gang für den Generatorbetrieb des Elektromotors (EM1) vorgesehen ist.
  14. Hybridantrieb nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnradpaarung (24) eine Übersetzung in einem von Bereich von 1,5 bis 2,5 aufweist.
  15. Hybridantrieb nach Anspruch 6 und Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (22) im ersten Gang eine Übersetzung von 1 und im zweiten Gang eine Übersetzung in einem Bereich von 1,5 bis 2,5, insbesondere von 1,7 bis 2,3, bevorzugt von 1,9 bis 2,1, aufweist.
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