DE102005004737A1 - Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb, bestehend aus einer Brennkraftmaschine, aus mindestens einer Elektromaschine und aus einem Getriebe, wobei das Getriebe als Doppelkupplungs-Schaltgetriebe ausgestaltet ist und zwei Eingangswellen aufweist, die jeweils mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gekoppelt sind. Es wird die Aufgabe gelöst, ein solches Antriebssystem zu schaffen, mit dem die Wirkverbindung zwischen den Eingangswellen des Doppelkupplungs-Schaltgetriebes und der zugeordneten Elektromaschine bei Bedarf funktionslos geschaltet werden kann. Dies wird erreicht, indem die Elektromaschine (2) mit einer separaten Kupplung (15) derart in Wirkverbindung steht, dass diese Elektromaschine (2) alternativ mit dem zwischen der Brennkraftmaschine (1), dem ersten Abschnitt der Eingangswelle (4), der der Eingangswelle (4) zugeordneten Kupplung (13), dem zweiten Abschnitt der Eingangswelle (4) und dem Getriebe (3) gebildeten Antriebsstrang koppelbar oder von diesem lösbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb, bestehend aus einer Brennkraftmaschine, aus mindestens einer Elektromaschine und aus einem Getriebe, wobei das Getriebe als Doppelkupplungs-Schaltgetriebe ausgestaltet ist und zwei Eingangswellen aufweist, die jeweils mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschire gekoppelt sind, die Zahnradgruppen für Getriebefunktionen aufweisen und die mit einer Ausgangswelle für den Fahrantrieb koppelbar sind, wobei jeder Eingangswelle zwischen der Brennkraftmaschine und den Zahnradgruppen jeweils eine Kupplung zugeordnet ist, um die Brennkraftmaschine mit der Ausgangswelle zu koppeln und wobei zumindest eine der Eingangswellen mit der mindestens einen Elektromaschine in Wirkverbindung steht.
  • Nachdem für Kraftfahrzeuge seit Jahrzehnten konventionelle Benzin- oder Dieselmotoren als Antriebsaggregat verwendet worden sind, wird insbesondere aus umweltrelevanten Aspekten zunehmend eine Anwendung von neuartigen Antriebskonzepten angestrebt. Hierbei werden neben der Nutzung von alternativen Kraftstoffen auch Hybridantriebe mit zwei unterschiedlichen Antriebsaggregaten realisiert. Solche Hybridantriebe weisen überwiegend eine Brennkraftmaschine und eine Elektromaschine auf. Die Brennkraftmaschine gewährleistet eine große Leistungsfähigkeit und Reichweite. Die Elektromaschine ermöglicht ein emissionsfreies Fahren, wobei die erreichbare Fahrleistung und die zurückzulegende Fahrstrecke allerdings begrenzt sind. Beispielsweise wird bei Überlandfahrt das Fahrzeug von der Brennkraftmaschine angetrieben und die Batterien werden aufgeladen, während im Stadtverkehr das Fahrzeug von der batteriegespeisten Elektromaschine angetrieben wird.
  • DE 101 15 984 A1 beschreibt ein Antriebssystem für ein von einer Brennkraftmaschine angetriebenes Kraftfahrzeug mit einem Getriebe und einer als Starter ausgelegten elektrischen Maschine, die mit der Antriebsstrangwelle verbunden bzw. parallel zu dieser angeordnet ist und die vorzugsweise in einen Hybridantrieb integriert ist. Mit der elektrischen Maschine werden neben ihrer Starterfunktion durch Polumkehr zwei entgegengesetzte Drehrichtungen und somit Vorwärts- und Rückwärtsgänge realisiert, ohne dass hierfür ein mechanischer Wendesatz im Fahrzeuggetriebe notwendig ist.
  • Aus DE 102 21 844 A1 ist ein Kraftfahrzeug mit einem aus einer Brennkraftmaschine und einer Elektromaschine gebildeten Hybridantrieb bekannt, wobei die Elektromaschine über eine hyd raulische Kupplung mit einer Ausgangswelle der Brennkraftmaschine sowie mit einem Getriebe verbunden ist, um ein Drehmoment zu den Antriebsrädern des Fahrzeugs zu übertragen. Die Elektromaschine wird beim Betrieb der Brennkraftmaschine von dieser angetrieben und arbeitet als ein Generator, der die Batterie auflädt. Alternativ hierzu arbeitet die Elektromaschine als elektromotorischer Antrieb, sofern sie mit Batteriestrom versorgt wird. Beim Umschalten von einem durch die Elektromaschine angetriebenen Fahrbetrieb zu einem durch die Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrbetrieb wirken die Antriebsdrehmomente von Elektromaschine und Brennkraftmaschine zumindest kurzzeitig gemeinsam, so dass in derartigen Betriebspunkten das Gesamtantriebsdrehmoment für das Fahrzeug schlagartig ansteigt. Dieser Anstieg wirkt auf die Fahrzeuginsassen als Stoß und beeinträchtigt letztlich das gesamte Fahrverhalten. Solche Nachteile sollen mit einem in dieser Druckschrift vorgeschlagenen Steuerungs- und Regelsystem vermieden werden, welches den Stoß beim Einrücken der Kupplung während des Umschaltens zwischen den unterschiedlichen Antriebsaggregaten reduziert.
  • EP 1 127 230 B1 betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Hybridantrieb, bei dem das Getriebe als Doppelkupplungs-Schaltgetriebe ausgestaltet ist mit zwei Eingangswellen, die mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine gekoppelt sind. Den Eingangswellen sind jeweils Zahnradgruppen zugeordnet, mit denen die Getriebefunktionen realisiert werden. Weiterhin sind die beiden Eingangswellen mit einer Ausgangswelle koppelbar, die entweder die Antriebswelle für den Fahrantrieb bildet oder zu einer diesbezüglichen Antriebswelle führt. Um die Brennkraftmaschine über die Eingangswellen mit der Ausgangswelle zu koppeln, ist jeder Eingangswelle zwischen der Brennkraftmaschine und den Zahnradgruppen des Getriebes jeweils eine Kupplung zugeordnet. Weiterhin ist zumindest eine der beiden Eingangswellen kraftschlüssig mit einer Elektromaschine gekoppelt. Diese, zwischen der Kupplung und den Zahnradgruppen des Getriebes angeordnete Elektromaschine übernimmt die Funktionen des Starters bzw. Anlassers sowie des Generators und ist außerdem als hybrides Antriebsaggregat nutzbar.
  • Eine derartige Ausgestaltung eines Hybridantriebs mit Doppelkupplungs-Schaltgetriebe, die auch als „Parallelhybridkonzept" bezeichnet wird, hat sich grundsätzlich bewährt. Allerdings ist nachteilig, dass in jedem Betriebszustand eine kraftschlüssige Wirkverbindung zwischen Elektromaschine und Eingangswelle besteht. Dies kann in ausgewählten Betriebspunkten eine Beeinträchtigung bezüglich des Fahrkomforts ergeben. Während dieser Aspekt noch vernachlässigt werden kann, ist jedoch der durch diese Wirkverbindung zwangsläufig entstehende Kraftstoffbedarf problematisch.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb zu schaffen, mit dem die Wirkverbindung zwischen den Eingangswellen des Doppelkupplungs-Schaltgetriebes und der zugeordneten Elektromaschine bei Bedarf funktionslos geschaltet werden kann.
  • Diese Aufgabe wird gelöst, indem die Elektromaschine mit einer separaten Kupplung derart in Wirkverbindung steht, dass diese Elektromaschine alternativ mit dem zwischen der Brennkraftmaschine, dem ersten Abschnitt der Eingangswelle, der der Eingangswelle zugeordneten Kupplung, dem zweiten Abschnitt der Eingangswelle und dem Getriebe gebildeten Antriebsstrang koppelbar oder von diesem lösbar ist.
  • Gegenüber den bisher üblichen Parallelhybridkonzepten mit maximal zwei Kupplungen wird nunmehr eine zusätzliche dritte Kupplung verwendet, mit der eine zwischen der Brennkraftmaschine und dem Doppelkupplungs-Schaltgetriebe installierte Elektromaschine bei Bedarf von der Brennkraftmaschine abgekoppelt werden kann. Demzufolge wird anstelle einer starren kraftschlüssigen Wirkverbindung zwischen Elektromaschine und Eingangswelle nur dann eine Wirkverbindung geschaffen, sofern dies der jeweils konkrete Betriebszustand des Kraftfahrzeuges erfordert. Diese Ausgestaltung führt zu geringerem Kraftstoffverbrauch bei ausgezeichnetem Fahrkomfort.
    •
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
  • Das erfindungsgemäße Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb besteht aus einer Brennkraftmaschine 1, aus einer Elektromaschine 2 und aus einem Getriebe 3. Das Getriebe 3 ist als Doppelkupplungs-Schaltgetriebe ausgestaltet und weist zwei Eingangswellen 4 und 5 auf. Die Eingangswellen 4 und 5 sind jeweils mit der Kurbelwelle 6 der Brennkraftmaschine 1 gekoppelt. Diese Kopplung kann beispielsweise über einen an der Kurbelwelle 6 angeordneten Zahnkranz 7 erfolgen, der mit jeweils einem Zahnrad 8 bzw. 9 an den Eingangswellen 4 und 5 in Eingriff gebracht wird.
  • Weiterhin weisen die Eingangswellen 4 und 5 jeweils Zahnradgruppen 10 und 11 auf, mit denen Funktionen im Getriebe 3 realisierbar sind. Das Getriebe 3 weist außerdem eine Ausgangswelle 12 für den Fahrantrieb auf, so dass die Eingangswellen 4 und 5 über das Getriebe 3 mit dem Fahrantrieb in Wirkverbindung stehen. Damit die Brennkraftmaschine 1 mit der Ausgangswelle 12 für den Fahrantrieb gekoppelt werden kann, ist den Eingangswellen 4 und 5 zwischen der Brennkraftmaschine 1 und den Zahnradgruppen 10 bzw. 11 jeweils eine Kupplung 13 bzw. 14 zugeordnet. Weiterhin steht zumindest eine der Eingangswellen 4 oder 5 mit mindestens einer Elektromaschine 2 in Wirkverbindung.
  • Ein derartiger Aufbau eines Antriebssystems mit Hybridantrieb ist an sich bekannt, so dass an dieser Stelle auf weitere Darlegungen bezüglich der Funktionsweise verzichtet werden kann. Wesentlich im vorliegenden Sachverhalt ist jedoch, dass der Elektromaschine 2 eine zusätzliche separate Kupplung 15 zugeordnet wird. Über diese Kupplung 15 kann die zwischen der Brennkraftmaschine 1 und dem Doppelkupplungs-Schaltgetriebe 3 installierte Elektromaschine 2 wahlweise mit der Brennkraftmaschine 1 in Wirkverbindung gebracht werden. Folglich wird mit der zusätzlichen Kupplung 15 erreicht, dass die Elektromaschine 2 alternativ mit dem zwischen der Brennkraftmaschine 1, dem ersten Abschnitt der Eingangswelle 4, der der Eingangswelle 4 zugeordneten Kupplung 13, dem zweiten Abschnitt der Eingangswelle 4 und dem Getriebe 3 gebildeten Antriebsstrang koppelbar oder von diesem lösbar ist.
  • Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführung weist der Hybridantrieb lediglich eine Elektromaschine 2 auf, die über eine zusätzliche separate Kupplung 15 mit der Eingangswelle 4 in Wirkverbindung steht. Ebenso ist es möglich, dass der Hybridantrieb mit zwei Elektromaschinen 2 und 2' ausgestaltet wird. Dabei ist die zweite Elektromaschine 2' der Eingangswelle 5 zugeordnet. Auch hier wird dann eine zusätzliche separate Kupplung 15' vorgesehen, über die eine lösbare Wirkverbindung zwischen der Elektromaschine 2' und der Eingangswelle 5 realisierbar ist. Eine derartige Ausgestaltung ist in der Zeichnung mit einem Pfeil sowie den Bezugszeichen 2' und 15' stilisiert dargestellt.
    • 1
    Brennkraftmaschine
    2
    Elektromaschine
    2'
    Elektromaschine
    3
    Getriebe
    4
    Eingangswelle
    5
    Eingangswelle
    6
    Kurbelwelle
    7
    Zahnkranz
    8
    Zahnrad
    9
    Zahnrad
    10
    Zahnradgruppe
    11
    Zahnradgruppe
    12
    Ausgangswelle
    13
    Kupplung
    14
    Kupplung
    15
    Kupplung
    15'
    Kupplung

Claims (3)

  1. Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb, bestehend aus einer Brennkraftmaschine, aus mindestens einer Elektromaschine und aus einem Getriebe, wobei das Getriebe als Doppelkupplungs-Schaltgetriebe ausgestaltet ist und zwei Eingangswellen aufweist, die jeweils mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gekoppelt sind, die Zahnradgruppen für Getriebefunktionen aufweisen und die mit einer Ausgangswelle für den Fahrantrieb koppelbar sind, wobei jeder Eingangswelle zwischen der Brennkraftmaschine und den Zahnradgruppen jeweils eine Kupplung zugeordnet ist, um die Brennkraftmaschine mit der Ausgangswelle zu koppeln und wobei zumindest eine der Eingangswellen mit der mindestens einen Elektromaschine in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (2) mit einer separaten Kupplung (15) derart in Wirkverbindung steht, dass diese Elektromaschine (2) alternativ mit dem zwischen der Brennkraftmaschine (1), dem ersten Abschnitt der Eingangswelle (4), der der Eingangswelle (4) zugeordneten Kupplung (13), dem zweiten Abschnitt der Eingangswelle (4) und dem Getriebe (3) gebildeten Antriebsstrang koppelbar oder von diesem lösbar ist.
  2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hybridantrieb lediglich eine Elektromaschine (2) aufweist, die über eine zusätzliche separate Kupplung (15) mit einer Eingangswelle (4) in Wirkverbindung steht.
  3. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hybridantrieb zwei Elektromaschinen (2; 2') aufweist, die jeweils über eine zusätzliche separate Kupplung (15; 15') mit jeweils einer Eingangswelle (4; 5) in Wirkverbindung stehen.
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