DE102004044468A1 - Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Brennkraftmaschine, eine elektrische Maschine, eine Handschalt-Getriebeeinheit sowie eine Kupplung, wobei die Brennkraftmaschine mit ihrer Abtriebswelle über die Kupplung mit der Eingangswelle der Getriebeeinheit koppelbar ist und die elektrische Maschine mit der Eingangswelle der Getriebeeinheit wirkverbunden ist. Ferner umfasst die Antriebseinheit Mittel zur Zielgangerkennung des Schalthebels der Handschalt-Getriebeeinheit sowie eine mit den Mitteln zur Zielgangerkennung verbundene Steuereinheit, wobei die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass in Abhängigkeit von dem erkannten Zielgang die Drehzahl der elektrischen Maschine auf eine dem erkannten Zielgang zugeordnete Zieldrehzahl veränderbar ist. DOLLAR A Gemäß der Erfindung ist die Antriebswelle der elektrischen Maschine mit ihrem einen Ende mit dem der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine abgekehrten Kupplungsteil der Kupplung verbunden und mit ihrem anderen Ende drehfest und ohne Zwischenschaltung einer weiteren Kupplung mit der Eingangswelle der Getriebeeinheit verbunden. Alternativ ist der Rotor der elektrischen Maschine drehfest auf der Eingangswelle der Getriebeeinheit angeordnet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug, insbesondere eine Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug bei dem der Antrieb durch die Brennkraftmaschine und/oder die elektrische Maschine erfolgt, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Die DE 197 45 995 A1 beschreibt eine Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug, bei der eine Synchronisierung für einen bevorstehenden Schaltvorgang mittels der elektrischen Maschine erfolgt. In einer ersten Ausführungsform ist eine Brennkraftmaschine über zwei hintereinander geschaltete Kupplungen mit einer Getriebeeinheit verbunden, wobei zwischen den Kupplungen eine rotierende Schwungmasse angeordnet ist. Die Schwungmasse wiederum ist dabei über ein Zwischengetriebe mit integrierten Kupplungen mit einer elektrischen Maschine koppelbar. In einer zweiten Ausführungsform ist die Abtriebswelle über eine Hauptkupplung nebst Zweimassenschwungrad mit der Eingangswelle einer Getriebeeinheit verbunden. Die elektrische Maschine wirkt hier, anstatt auf das Schwungrad über ein Zwischengetriebe auf die Eingangswelle der Getriebeeinheit.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Antriebseinheit zu schaffen, die im Hinblick auf ihren konstruktiven Aufbau vereinfacht ist.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Durch die Anordnung der elektrischen Maschine, deren Antriebswelle einendig drehfest mit dem der Brennkraftmaschine abgekehrten Kupplungsteil der Kupplung verbunden ist und anderendig drehfest mit der Eingangswelle der Getriebeeinheit verbunden ist, in Kombination mit einer Steuereinheit, die bei einer Zielgangerkennung bei Betätigung des Schaltelements (im Folgenden Handschalthebel genannt) die elektrische Maschine auf Synchrondrehzahl einstellt, wird eine konstruktiv erheblich vereinfachte Anordnung geschaffen. Auf Zwischengetriebe oder zusätzliche Kupplungen kann verzichtet werden. Mit Vorteil ist der Rotor der elektrischen Maschine unmittelbar auf der Eingangswelle der Getriebeeinheit angeordnet, so dass die Antriebswelle der elektrischen Maschine durch einen Teilbereich der Eingangswelle der Getriebeeinheit gebildet wird. Erfindungswesentlich ist, dass die elektrische Maschine mit ihrer Antriebswelle, unter Einbindung von nur einer Trennkupplung, direkt in Serie in den Antriebsstrang eingebunden ist. Bei dieser Anordnung sind die Abtriebswelle der Brennkraftmaschine, die Drehachse der einzigen Kupplung, eine ggf. vorhandene separate Antriebswelle der elektrischen Maschine und die Eingangswelle der Getriebeeinheit in einer Achse liegend angeordnet.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung kann die Steuereinheit derart ausgebildet sein, dass neben einer Schaltüberwachung (Zielgangerkennung) und einer sich hieran anschließenden Synchronisierung von Eingangs- und Ausgangswelle der Getriebeeinheit, bei der die elektrische Maschine im Motorbetrieb betrieben wird, eine Überwachung der Brennkraftmaschine auf das Vorliegen eines Schubbetriebs oder eines Bremsbetriebs erfolgen. Bei Erkennung eines Schub- oder Bremsbetriebs veranlasst die Steuereinheit die Kupplung zu öffnen und sorgt dafür, dass die elektrische Maschine im Generatorbetrieb arbeitet (vorzugsweise derart, dass das Bremsmoment der Brennkraftmaschine möglichst ideal nachgebildet wird) und so Rekuperationsenergie in einen Energiespeicher einspeist. Für den Fall, dass eine obere Ladungsschwelle des Energiespeichers erreicht ist, wird die Kupplung wieder geschlossen und der generatorische Betrieb der elektrischen Maschine beendet, so dass keine weitere Energie mehr produziert und in den Energiespeicher eingespeist wird. Die im Schub- oder Bremsbetrieb erforderliche Bremskraft der Antriebseinheit erfolgt dann wieder durch die Brennkraftmaschine. Auf diese Weise wird eine Überladung des Energiespeichers sicher vermieden – aufwendige Bypasslösungen, bei denen die überschüssige Energie durch zusätzliche Lastwiderstände aufgenommen wird, entfallen.
    •
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer einzigen Figur näher erläutert. Die Figur zeigt eine Antriebseinheit gemäß der Erfindung, umfassend eine Brennkraftmaschine 2 mit einer Abtriebswelle 2a, eine Kupplung 4, die mit einem ersten Kupplungsteil 4a mit der Abtriebswelle 2a verbunden ist und die mit ihrem zweiten Kupplungsteil 4b mit der Eingangswelle 6a einer Hauptgetriebeeinheit 6 verbunden ist. Dabei kann der getriebeseitige Kupplungsteil 4b unmittelbar drehfest mit der Getriebeeingangswelle 6a verbunden sein. In diesem Fall ist der in einem Stator 8S rotierende Rotor 8R einer elektrischen Maschine 8 drehfest auf der Getriebeeingangswelle 6a befestigt, so dass die Getriebeeingangswelle 6a die Antriebswelle für die elektrische Maschine 8 bildet. In einer anderen Ausführung weist die elektrische Maschine 8 eine separate Antriebswelle 8a auf, die drehfest, in einer Achse X mit der Abtriebswelle 2a und der Getriebeeingangswelle 6a liegend angeordnet, mit der Getriebeeingangswelle 6a und dem getriebeseitigen Kupplungsteil 4b verbunden ist. Zur gesteuerten Trennung und Schließung der Kupplung 4 ist ein Kupplungsaktuator 40 vorgesehen, der hier getriebeseitig angeordnet ist.
  • Der Kupplungsaktuator 40 kann wahlweise über ein Kupplungspedal 10 oder eine elektrohydraulische Antriebseinheit 12, die über eine Steuereinheit 14 angesteuert wird, aktiviert werden. Die Auswahl der Ansteuerart erfolgt gezielt, indem über die Steuereinheit 14 ein Weichenelement 16 angesteuert wird. Die gezielte Ansteuerung des Weichenelements 16 und damit die Auswahl ob die Kupplung 4 per Kupplungspedal 10 manuell oder per elektrohydraulischer Antriebseinheit 12, die über die Steuereinheit (14) angesteuert wird, automatisch getrennt bzw. geschlossen wird erfolgt in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen. Dabei ist das Weichenelement 16 derart ausgebildet bzw. wird es von der Steuereinheit 14 derart angesteuert, dass die Vorrangposition V des Weichenelements 16 diejenige ist, in der eine Betätigung der Kupplung 4 über das Kupplungspedal 10 erfolgt.
  • Nur für den Fall, dass die elektrische Maschine 8 sich während des Schub- oder Bremsbetriebs im Rekuperationsbetrieb befindet und der, durch die im generatorischen Betrieb arbeitende elektrische Maschine 8 zu ladende Energiespeicher 18 eine obere Ladungsschwelle erreicht hat, wird über die Steuereinheit 14 das Weichenelement 16 in die andere Position überführt und die elektrohydraulische Antriebseinheit 12 aktiviert um die Kupplung 4 zuschließen. Gleichzeitig wird der generatorische Betrieb der elektrischen Maschine beendet. Auf diese Weise wird eine weitere Ladung (Überladung) des Energiespeichers 18 sicher vermieden.
  • Um die elektrische Maschine 8 gezielt zwischen motorischem und generatorischem Betrieb hin- und herschalten zu können, wird die Antriebseinheit über die Steuereinheit 14 zum einen daraufhin überwacht, ob ein Schaltvorgang bevorsteht. Hierfür sind mit der Steuereinheit 14 verbundene Mittel 20a zur Zielgangerkennung vorhanden, die die mehrgängige Schaltkulisse daraufhin überwachen, ob der Schalthebel 20b der Handschalt-Getriebeeinheit 20 (unter Handschalt-Getriebeeinheit werden im Sinne der Erfindung sowohl manuelle Handschaltgetriebe als auch automatisierte Handschaltgetriebe verstanden) aus der aktuellen Position wegbewegt wird, und in welche Position er voraussichtlich überführt wird. In Abhängigkeit von der Positionierung des Schalthebels 20b werden der Steuereinheit 14 die Positionssignale P der Mittel 20a zugeführt. Sobald die Steuereinheit 14 aufgrund der Positionssignale P erkennt in welchen Zielgang voraussichtlich geschaltet wird, die Getrieberäder der aktuellen Übersetzungsstufe nicht mehr in Eingriff miteinander stehen und die Kupplung 4 zum Zwecke der Trennung des Antriebsstranges manuell per Kupplungspedal 10 betätigt ist, wird die mit der Steuereinheit 14 verbundene elektrische Maschine 8 derart angesteuert, dass sie eine dem gewünschten Zielgang entsprechende Zieldrehzahl (Synchrondrehzahl) an der Getriebeeingangswelle 6a einstellt. Hierbei wird die Getriebeeingangswelle 6a von der elektrischen Maschine 8 bei nicht mehr in Eingriff miteinander stehenden Getriebezahnrädern der ursprünglichen Getriebeübersetzung (eingelegter Gang vor gewünschtem Schaltvorgang) auf die errechnete Zieldrehzahl angepasst (negativ oder positiv beschleunigt) und bei Erreichen der Zieldrehzahl die Umschaltung in den Zielgang durchgeführt. Die einzustellende Zieldrehzahl wird über die Steuereinheit 14 anhand des gewünschten Zielganges und anhand von den die Lastanforderung bestimmenden Betriebsparametern berechnet. Aufgrund der guten Dynamik der elektrischen Maschine lassen sich Drehzahländerungen mit positiven Gradienten (Beschleunigung der Getriebeeingangswelle 6a im motorischen Betrieb der elektrischen Maschine 8) und negativen Gradienten (Abbremsung der Getriebeeingangswelle 6a im generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine 8) sehr schnell ändern.
  • Zum anderen wird die Antriebseinheit daraufhin überwacht, ob ein Rekuperationsbetrieb vorliegt und der über einen Umrichter 22 mit der elektrischen Maschine 8 verbundene Energiespeicher 18 daraufhin überwacht, ob eine vorgegebene obere Ladungsschwelle erreicht ist. Die Steuereinheit 14 schaltet die elektrische Maschine 8 unter Beibehaltung des Kupplungskraftschlusses in einen generatorischen Betrieb um, sobald sie eine Brems- oder Schubphase der Antriebseinheit erkennt und die obere Ladungsschwelle des Energiespeichers 18 noch nicht erreicht ist. Hierfür wird beispielsweise das Bremspedal und/oder das Gaspedal und/oder die Drosselklappe und/oder andere geeignete Komponenten der Antriebseinheit überwacht und in Abhängigkeit von ihrer Betriebsstellung ein Rekuperationssignal R erzeugt und der Steuereinheit 14 zugeführt.

Claims (5)

  1. Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug – umfassend eine Brennkraftmaschine (2), eine elektrische Maschine (8), eine Handschalt-Getriebeeinheit (20) sowie eine Kupplung (4), wobei die Brennkraftmaschine (2) mit ihrer Abtriebswelle (2a) über die Kupplung (4) mit der Eingangswelle (6a) der Getriebeeinheit (6) koppelbar ist und die elektrische Maschine (8) mit der Eingangswelle (6a) der Getriebeeinheit (6) wirkverbunden ist, – umfassend ferner Mittel (20a) zur Zielgangerkennung des Schalthebels (20b) der Handschalt-Getriebeeinheit (20) sowie eine mit den Mitteln (20a) zur Zielgangerkennung verbundene Steuereinheit (14), wobei die Steuereinheit (14) derart ausgebildet ist, dass in Abhängigkeit von dem erkannten Zielgang die Drehzahl der elektrischen Maschine (8) auf eine dem erkannten Zielgang zugeordnete Zieldrehzahl veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Antriebswelle (8a) der elektrischen Maschine (8) mit ihrem einen Ende mit dem der Abtriebswelle (2a) der Brennkraftmaschine (2) abgekehrten Kupplungsteil (4b) der Kupplung (4) verbunden ist und mit ihrem anderen Ende drehfest und ohne Zwischenschaltung einer weiteren Kupplung mit der Eingangswelle (6a) der Getriebeeinheit (6) verbunden ist oder der Rotor (8R) der elektrischen Maschine (8) drehfest auf der Eingangswelle (6a) der Getriebeeinheit (6) angeordnet ist.
  2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (14) derart ausgebildet ist, dass sie die elektrische Maschine (8) ansteuert, so dass die Eingangswelle (6a) der Getriebeeinheit (6) bei getrennten Getriebezahnrädern des aktuell eingelegten Ganges auf die dem Zielgang zugeordnete Zieldrehzahl eingestellt wird und bei Erreichen der Zieldrehzahl die Umschaltung in den Zielgang erfolgt.
  3. Antriebseinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch – Mittel zur Überwachung des Ladezustands eines elektrischen Energiespeichers (18), – Mittel zur Erkennung von Brems- beziehungsweise Schubphasen, – wobei die Mittel zur Erkennung von Brems- beziehungsweise Schubphasen und die Mittel zur Überwachung des Ladungszustands mit der Steuereinheit (14) verbunden sind und die Steuereinheit (14) derart ausgebildet ist, dass bei Erkennung einer Bremsphase oder einer Schubphase und bei einem Ladungszustand des Energiespeichers (18) unterhalb einer vorgegebenen Ladungsschwelle die elektrische Maschine (8) in einen generatorischen Betrieb umgeschaltet wird.
  4. Antriebseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (14) derart ausgebildet ist, dass sie die Kupplung (4) zur Trennung des Antriebsstranges ansteuert, sobald eine definierte Ladungsschwelle des Energiespeichers (18) erreicht ist.
  5. Antriebseinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch über die Steuereinheit (14) ansteuerbare Weichenmittel (16), über die in Abhängigkeit von vorbestimmten Betriebsbedingungen eine automatische Auswahl erfolgt, ob die Kupplung (4) über das Kupplungspedal (10) manuell betätigbar ist oder ob die Kupplung (4) automatisch über die Steuereinheit (14) selbst mittels einer elektrohydraulischen Antriebseinheit (12) betätigbar ist.
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