DE102006008749A1 - Hybridantriebseinheit und Verfahren zum Steuern einer Schaltfolge in einem manuellen Schaltgetriebe einer Hybridantriebseinheit - Google Patents

Hybridantriebseinheit und Verfahren zum Steuern einer Schaltfolge in einem manuellen Schaltgetriebe einer Hybridantriebseinheit Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hybridantriebseinheit (10) mit einem Verbrennungsmotor (12); einem manuellen Getriebe (20); einer manuellen Kupplung (16), die in und außer Eingriff gebracht werden kann und die mit dem Verbrennungsmotor (12) und einer ersten Eingangswelle (18) des Getriebes (20) verbunden ist; und wenigstens einem Elektromotor (28), der mit einer zweiten Eingangswelle (30) des Getriebes (20) verbunden ist und mit einer wiederaufladbaren elektronischen Spannungsquelle (32) betreibbar ist; und einer elektronischen Steuereinheit (34), die mit dem Elektromotor (28) verbunden ist. Beim manuellen nach oben und nach unten Schalten des Getriebes ist die elektronische Steuereinheit dazu ausgelegt, ohne die Verwendung einer Kupplung zwischen dem Elektromotor (28) und dem Getriebe (20) vor einem aktiven In-Eingriff-Gelangen des relevanten Gangs augenblicklich die zweite Eingangswelle (30) durch Steuern/Regeln des Elektromotors (28) zum Abbremsen und Beschleunigen der zweiten Eingangswelle (32) auf eine für einen höheren oder niedrigeren Gang jeweils geeignete Drehzahl unmittelbar drehmomentfrei zu machen.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Technisches Fachgebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hybridantriebseinheit, die umfasst: einen Antriebsmotor in Form eines Verbrennungsmotors mit einer Ausgangswelle, die mit einer Kurbelwelle des Motors gekoppelt ist; ein manuell von einer Gangschaltvorrichtung betätigbares Getriebe; eine manuelle Kupplung, die in und außer Eingriff gebracht werden kann und die mit der Ausgangswelle des Verbrennungsmotors und mit einer ersten Eingangswelle des Getriebes gekoppelt ist; wenigstens einen Sekundärantriebsmotor in Form eines Elektromotors, der mit einer zweiten Eingangswelle des Getriebes gekoppelt ist und mit einer wiederaufladbaren elektrischen Spannungsquelle betreibbar ist; und eine elektronische Steuereinheit, die mit dem Elektromotor gekoppelt ist; wobei die Hybridantriebseinheit drei wählbare Betriebsmodi zum Vorwärtstreiben des Fahrzeugs aufweist, nämlich einen ersten Modus, der lediglich mit dem Verbrennungsmotor arbeitet, einen zweiten Modus mit kombinierten Hybridbetrieb, bei dem der Verbrennungsmotor und der Elektromotor eingesetzt werden, und einen dritten Modus, der lediglich mit dem Elektromotor arbeitet, wobei der Elektromotor in dem ersten Betriebsmodus als Generator zum Aufladen der elektrischen Spannungsquelle nutzbar ist.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Steuern einer Gangwechselfolge (Schaltfolge) in einem manuellen Schaltgetriebe einer Hybridantriebseinheit der vorstehend beschriebenen Art, wobei letztere umfasst: einen Antriebsmotor in Form eines Verbrennungsmotors, der mit einem manuell betätigbaren Getriebe gekoppelt ist; eine manuell betätigte Kupplung, die in und außer Eingriff gebracht werden kann und die mit einer Ausgangswelle von dem Verbrennungsmotor und mit einer ersten Eingangswelle des Getriebes gekoppelt ist; und wenigstens einen zweiten Antriebsmotor in Form eines Elektromotors, der mit einer zweiten Eingangswelle des Getriebes gekoppelt ist und mit einer wiederaufladbaren elektrischen Spannungsquelle betreibbar ist.
  • Hybridantriebe des eingangs bezeichneten Typs sind bereits bekannt. Ein charakteristisches Merkmal, das diesen Antrieben gemein ist, liegt darin, dass zum Betrieb mit lediglich dem Elektromotor auch eine Kupplung zwischen dem Getriebe und dem Elektromotor erforderlich ist, wobei es beabsichtigt ist, verschiedene Gänge des Getriebes zum Vorwärtstrieb zu nutzen. Zusätzlich zu dieser Kupplung ist auch die Kupplung erforderlich, die üblicherweise zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe angeordnet ist; das heißt im Ganzen sind zwei Kupplungen erforderlich, was ein Anwachsen der Herstellungskosten und des für eine derartige Hybridantriebseinheit erforderlichen Raums bedeutet.
  • GB 2 358 006 zeigt beispielweise verschiedene vorgeschlagene Kraftantriebe für hybridgetriebene Fahrzeuge, in denen in Abwesenheit einer Kupplung zwischen dem Elektromotor und dem Getriebe lediglich eine einzige Kupplung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe genutzt wird. Allerdings ist nicht beabsichtigt, dass der betroffene Elektromotor das Fahrzeug selbstständig mit der Möglichkeit eines Gangwechsels vorantreibt, sondern es ist lediglich vorgesehen, dass das Fahrzeug entweder zusammen mit dem Verbrennungsmotor oder unabhängig dann, wenn sich das Fahrzeug rückwärts bewegt, angetrieben wird, das heißt wenn keine Gangwechselfunktion erforderlich ist und deshalb auch keine Kupplung benötigt wird.
    •
  • Abriss der Erfindung
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Hybridantriebseinheit der vorstehend beschriebenen Art vorzuschlagen, die zum Vorantreiben eines hybridgetriebenen Fahrzeugs einen im Wesentlichen sanften manuellen Gangwechsel sowohl für den Individualbetrieb eines Verbrennungsmotors oder eines Elektromotors als auch für einen kombinierten Hybridbetrieb des Verbrennungsmotors und des Elektromotors mit Hilfe einer einzigen Kupplung zulässt.
  • Um diese Aufgabe zu erreichen, ist die Hybridantriebseinheit der Erfindung durch die Merkmale gekennzeichnet, die im unabhängigen Patentanspruch 1 angegeben sind. Durch Steuern des Elektromotors mittels einer elektronischen Steuereinheit, wenn in allen Betriebsmodi manuell der Gang gewechselt wird, so dass der Elektromotor zu einem ausreichenden Maß die zweite Eingangswelle des Getriebes auf eine Drehzahl bremst oder beschleunigt, die jeweils an einen höheren oder niedrigeren Gang angepasst ist, kann die Eingangswelle augenblicklich gerade vor Erreichen eines aktiven Eingriffs des relevanten Gangs des Getriebes im wesentlichen drehmomentfrei gemacht werden. In allen Betriebsmodi ermöglicht dies das Erreichen einer im Wesentlichen sanften Gangwechselfolge, ohne dass eine separate Kupplung zwischen dem Elektromotor und dem Getriebe erforderlich wäre. Weitere charakteristische Merkmale der Hybridantriebseinheit gemäß der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben, die vom Patentanspruch 1 abhängen.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, das Verfahren zum Durchführen einer im Wesentlichen sanften Gangwechselfolge in einem manuellen Schaltgetriebe in den drei Betriebsmodi einer Hybridantriebseinheit der vorstehend beschriebenen Art vorzuschlagen. Um diese Aufgabe zu erreichen, ist das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Merkmale gekennzeichnet, die in dem unabhängigen Anspruch 5 angegeben sind.
  • Weitere charakteristische Merkmale des Verfahrens gemäß der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben, die von Patentanspruch 5 abhängen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Die Figur zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Hybridantriebseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung.
    •
  • In der Zeichnung ist eine Hybridantriebseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung allgemein mit 10 bezeichnet. In ihrer Grundkonstruktion umfasst die Hybridantriebseinheit 10 einen Verbrennungsmotor 12 irgendeines im Stand der Technik bekannten Typs. Die Kurbelwelle (nicht gezeigt) des Motors 12 ist mittels eine Ausgangswelle 14 mit einer manuell betätigten Kupplung 16 verbunden, die in Eingriff und außer Eingriff gebracht werden kann und die gemäß eines geeigneten bekannten Typs ausgebildet sein kann, so wie beispielsweise eine elektromagnetische, eine hydraulische oder eine Reibungskupplung. Die Kupplung 16 ist darüber hinaus mit einer Eingangswelle 18 eines Mehrganggetriebes oder einer Kraftübertragungsanordnung 20 verbunden, das oder die mittels einer Betätigungsvorrichtung 22 manuell betätigt werden kann, beispielsweise mittels eines Schalthebels, Lenkradpaddeln oder dergleichen. Ein Paar von Antriebsrädern 24 des Fahrzeugs ist jeweils mit dem Getriebe 20 mittels einer jeweiligen Antriebswelle 26 verbunden. Ein Elektromotor 28 der vorzugsweise als kompakter scheibenförmiger Typ ausgebildet ist und in dem Getriebe 20 integriert ist, ist gleichermaßen mit dem Getriebe 20 mittels einer schematisch gezeigten zweiten Eingangswelle 30 verbunden. Die erste und die zweite Eingangswelle 18 und 30 des Getriebes 20 können von einem ersten und einem zweiten Ende einer gemeinsamen Hauptwelle durch das Getriebe 20 gebildet sein oder können separate Wellen umfassen, die miteinander gekoppelt sind. Der Elektromotor 28 kann mit Strom von einer Spannungswelle versorgt werden, wie zum Beispiel von einer wiederaufladbaren Speicherbatterie 32, über eine elektronische Steuereinheit 34.
  • Die Hybridantriebseinheit 10 hat in bekannter Weise drei wählbare Betriebsmodi zum Vorwärtstreiben des Fahrzeugs, das heißt einen ersten Modus, der lediglich mit dem Verbrennungsmotor 12 arbeitet, einen zweiten Modus mit kombiniertem Hybridbetrieb, der den Verbrennungsmotor 12 und den Elektromotor 28 nutzt, und einen dritten Modus, der lediglich mit dem Elektromotor 28 arbeitet. In dem ersten vorstehend erwähnten Betriebsmodus, das heißt dann, wenn der Elektromotor 28 kein Drehmoment an das Getriebe 20 abgibt, das heißt in dem reinen Verbrennungsmotor-Modus, kann der Elektromotor 28 als Generator zum Aufladen der Speicherbatterie 32 funktionieren.
  • Erfindungsgemäß ist die elektronische Steuereinheit 34 dazu ausgelegt, um die Drehzahl und das Drehmoment des Elektromotors 28 derart zu regeln, dass der Elektromotor 28 die Drehzahl der zweiten Eingangswelle 30 des Getriebes 20 so steuern/regeln kann, dass ein manuelles im Wesentlichen sanftes nach oben und nach unten Schalten des Getriebes ohne das Erfordernis einer zusätzlichen Kupplung zwischen dem Elektromotor 28 und dem Getriebe 20 durchgeführt werden kann. Somit bedeutet das Steuern des Elektromotors 28 mittels einer elektronischen Steuereinheit 34 in einem Elektromotorbetrieb derart, dass die zweite Eingangswelle 30 des Getriebes auf eine Drehzahl abgebremst oder beschleunigt wird, die an einen höheren oder tieferen Gang angepasst ist, dass die Eingangswelle 30 gerade vor einem aktiven Eingriff des relevanten Gangs des Getriebes 20 augenblicklich im wesentlichen drehmomentfrei wird. Parameter, die für die Gangwechselfolge erforderlich sind, können von dem Getriebe 20 an die Steuereinheit 34 in Signalform über eine Leitung 36 abgegeben werden. Die Anordnung gemäß der Erfindung ermöglicht einen im Wesentlichen sanften Gangwechselablauf, der in dem Elektromotorbetriebsmodus ohne die Hilfe einer separaten Kupplung zwischen dem Elektromotor 28 und dem Getriebe 20 erreicht werden kann. Dies trifft sowohl für den reinen Elektromotorbetrieb zu, wenn die Kupplung 16 nicht wirksam oder außer Eingriff ist, als auch für einen interaktiven kombinierten Betrieb des Verbrennungsmotors 12 und des Elektromotors 28. Im letztgenannten Fall kann der Elektromotor 28 deshalb so gesteuert/geregelt werden, um die Drehzahl des Verbrennungsmotors 12 sozusagen durch die Hintertür zu regeln, das heißt, um eine Bremsung oder Beschleunigung der Kurbelwelle des Motors 12 über das Getriebe 20, die in Eingriff befindliche Kupplung 16 und die Welle 14 gerade vor dem Eingriff eines neuen Gangs zu unterstützen. Selbst in dem reinen Verbrennungsmotormodus, wenn ein manuelles Schalten des Getriebes erfolgt, kann die elektronische Steuereinheit 34 dazu ausgelegt werden, um augenblicklich die Eingangswellen 18, 30 im Wesentlichen drehmomentfrei zu machen, indem die Drehzahl von diesen erhöht wird oder diese abgebremst werden. Die Bremsfunktion des Elektromotors 28 wird durch Umdrehen (Umpolen) der Richtung des dem Motor zugeführten Stromes aktiviert.

Claims (7)

  1. Hybridantriebseinheit (10) für ein motorisiertes Fahrzeug, umfassend: einen Antriebsmotor (12) in Form eines Verbrennungsmotors mit einer Ausgangswelle (14), die mit einer Kurbelwelle des Motors gekoppelt ist; ein manuell von einer Gangwechselvorrichtung (22) betätigtes Getriebe (22); eine manuelle Kupplung (16), die in und außer Eingriff gebracht werden kann, welche mit der Ausgangswelle (14) von dem Verbrennungsmotor (12) und mit einer ersten Eingangswelle (18) des Getriebes (20) verbunden ist; wenigstens einen Sekundärantriebsmotor in Form eines Elektromotors (28), der mit einer zweiten Eingangswelle (30) des Getriebes (20) und mit einer wiederaufladbaren elektrischen Spannungsquelle (32) antreibbar ist; und eine elektronische Steuereinheit (34), die mit dem Elektromotor (28) verbunden ist, wobei die Hybridantriebseinheit (10) drei wählbare Betriebsmodi zum Vorantreiben des Fahrzeugs umfasst, das heißt einen ersten Modus, der lediglich mit dem Verbrennungsmotor (12) arbeitet, einen zweiten Modus mit kombiniertem Hybridbetrieb unter Verwendung des Verbrennungsmotors (12) und des Elektromotors (28), und einen dritten Modus, der lediglich mit dem Elektromotor (28) arbeitet, wobei der Elektromotor in dem ersten Betriebsmodus als Generator zum Aufladen der elektrischen Spannungsquelle (32) nutzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in allen Betriebsmodi die elektronische Steuereinheit (34) dazu ausgelegt ist, dann, wenn ein nach oben oder nach unten Schalten mittels der Gangwechselvorrichtung (22) erfolgt, augenblicklich die zweite Eingangswelle (30) durch Ansteuern des Elektromotors (28) zum jeweiligen Bremsen und Beschleunigen der zweiten Eingangswelle (39 auf eine für einen niedrigeren und einen höheren Gang jeweils geeignete Drehzahl vor einem aktiven Eingriff des relevanten Ganges unmittelbar im Wesentlichen drehmomentfrei zu machen.
  2. Hybridantriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Welle (18, 30) des Getriebes (20) von einem ersten und zweiten Ende einer gemeinsamen Hauptwelle des Getriebes (20) gebildet sind.
  3. Hybridantriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (28) als scheibenförmiger kompakter Elektromotor ausgebildet ist, der direkt mit der zweiten Eingangswelle (30) des Getriebes (20) verbunden ist.
  4. Verfahren zum Steuern einer Gangwechselfolge in einem manuellen Schaltgetriebe (20) in einer Hybridantriebseinheit (10), wobei letztere umfasst: einen Antriebsmotor in Form eines Verbrennungsmotors (12) mit einer Ausgangswelle (14), die mit dem manuell betätigten Getriebe (20) gekoppelt ist; eine manuelle Kupplung (16), die in und außer Eingriff bringbar ist, und die mit der Ausgangswelle (14) des Verbrennungsmotors (12) und mit einer ersten Eingangswelle des Getriebes (20) verbunden ist; und wenigstens einen Sekundärantriebsmotor in Form eines Elektromotors (28), der mit einer zweiten Eingangswelle (30) des Getriebes verbunden und mit einer aufladbaren elektrischen Spannungsquelle (32) betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in den Betriebsmodi Elektromotorbetrieb, kombinierter Betrieb von Verbrennungsmotor und Elektromotor und Verbrennungsmotorbetrieb beim nach oben und nach unten Schalten des Getriebes (20) die zweite Eingangswelle (30) dazu veranlasst wird, ohne die Verwendung einer Kupplung zwischen dem Elektromotor (28) und dem Getriebe (20) augenblicklich vor einem aktiven In-Eingriff-Gelangen des relevanten Gangs im Wesentlichen drehmomentfrei zu werden, in dem der Elektromotor (28) derart gesteuert/geregelt wird, dass er die Eingangswelle (30) jeweils auf eine für einen höheren oder niedrigeren Gang geeignete Drehzahl abbremst oder beschleunigt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei kombiniertem Betrieb des Verbrennungsmotors und des Elektromotors beim nach oben und nach unten Schalten des Getriebes der Elektromotor (28) dazu gebracht wird, über die zweite und erste Eingangswelle (18, 30), die in Eingriff befindliche Kupplung (16) und die Ausgangwelle (14) auch eine Abbremsung oder eine Beschleunigung der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors (12) auf eine Drehzahl zu bewirken, die für einen höheren oder niedrigeren Gang geeignet ist, so dass die Kurbelwelle gerade vor einem aktiven In-Eingriff-Gelangen des relevanten Gangs im Wesentlichen drehmomentfrei gehalten wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abbremsen der zweiten Eingangswelle oder der Kurbelwelle durch ein Umdrehen der Richtung des dem Elektromotor (28) zugeführten Stroms erreicht wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigung der zweiten Eingangswelle oder der Kurbelwelle durch eine erhöhte Stromzufuhr des Elektromotors (28) erreicht wird.
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