DE102010036510A1 - Parallelhybrid-Antriebsstrang und Verfahren zum Betreiben eines Parallelhybrid-Antriebsstrangs - Google Patents

Parallelhybrid-Antriebsstrang und Verfahren zum Betreiben eines Parallelhybrid-Antriebsstrangs Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Parallelhybrid-Antriebsstrang mit einer Brennkraftmaschine (2), die zusammen mit einer Elektromaschine (30) über ein Getriebe (10) antriebsmäßig mit mindestens einer Achse verbindbar ist, und mit einem Planetengetriebe (5), das einen Planetenträger (12), ein Hohlrad (25) und ein Sonnenrad (24) umfasst. Um einen Parallelhybrid-Antriebsstrang zu schaffen, der einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist, ist die Brennkraftmaschine (2) antriebsmäßig mit dem Planetenträger (12) des Planetengetriebes (5) verbunden.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Parallelhybrid-Antriebsstrang mit einer Brennkraftmaschine, die zusammen mit einer Elektromaschine über ein Getriebe antriebsmäßig mit mindestens einer Achse verbindbar ist, und mit einem Planetengetriebe, das einen Planetenträger, ein Hohlrad und ein Sonnenrad umfasst. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Parallelhybrid-Antriebsstrangs.
  • Aus der deutschen Patentschrift DE 103 12 771 B4 ist ein Kraftfahrzeug mit einem Parallel-Reihenhybridantrieb bekannt, der einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor umfasst, zwischen die ein Planetengetriebe geschaltet ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Parallelhybrid-Antriebsstrang gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, der einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist. Darüber hinaus soll der erfindungsgemäße Parallelhybrid-Antriebsstrang auf einfache Art und Weise unterschiedliche Betriebsarten, wie einen Parallelbetrieb der Elektromaschine und der Brennkraftmaschine, einen reinen elektrischen Betrieb und/oder ein Starten der Brennkraftmaschine, ermöglichen.
  • Die Aufgabe ist bei einem Parallelhybrid-Antriebsstrang mit einer Brennkraftmaschine, die zusammen mit einer Elektromaschine über ein Getriebe antriebsmäßig mit mindestens einer Achse verbindbar ist, und mit einem Planetengetriebe, das einen Planetenträger, ein Hohlrad und ein Sonnenrad umfasst, dadurch gelöst, dass die Brennkraftmaschine antriebsmäßig mit dem Planetenträger des Planetengetriebes verbunden ist. Das liefert den Vorteil, dass sowohl ein Anfahrvorgang als auch ein Starten der Brennkraftmaschine mit wesentlich einfacheren Mitteln realisiert werden können als bei herkömmlichen Parallelhybrid-Antriebssträngen.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Parallelhybrid-Antriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad des Planetengetriebes im elektromagnetischen Wirkungsbereich eines Rotors der Elektromaschine angeordnet ist. Der Rotor der Elektromaschine ist nicht fest mit dem Hohlrad verbunden. Das Hohlrad ist aber durch den Rotor der Elektromaschine antreibbar und/oder abbremsbar.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Parallelhybrid-Antriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad des Planetengetriebes mit einer Getriebeeingangselle verbunden ist. Das Sonnenrad des Planetengetriebes kann drehfest oder fest mit der Getriebeeingangswelle verbunden sein. Die Getriebeeingangswelle gehört zu einem Getriebe, über das ein Drehmoment der Brennkraftmaschine und/oder der Elektromaschine auf mindestens eine Achse eines Kraftfahrzeugs übertragen wird. Das Getriebe ist vorzugsweise als Doppelkupplungsgetriebe ausgeführt.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Parallelhybrid-Antriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad über eine Kupplung drehfest mit dem Sonnenrad des Planetengetriebes verbindbar ist. Die Kupplung ist zum Beispiel als Klauenkupplung ausgeführt. Die Kupplung kann mindestens eine Schaltmuffe oder eine Schiebemuffe umfassen.
  • Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit einem vorab beschriebenen Parallelhybrid-Antriebsstrang. Das Kraftfahrzeug kann nur durch die Brennkraftmaschine oder nur durch die Elektromaschine angetrieben werden. Das Kraftfahrzeug kann aber auch sowohl mit der Elektromaschine als auch mit der Brennkraftmaschine angetrieben werden. Über die erfindungsgemäße Anordnung des Planetengetriebes und des Rotors der Elektromaschine wird auf einfache Art und Weise ein Starten der Brennkraftmaschine durch die Elektromaschine ermöglicht.
  • Die oben angegebene Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Betreiben eines vorab beschriebenen Parallelhybrid-Antriebsstrangs, insbesondere eines vorab beschriebenen Kraftfahrzeugs, alternativ oder zusätzlich, insbesondere in einem Parallelbetrieb, dadurch gelöst, dass der Planetenträger durch die Brennkraftmaschine angetrieben wird. Im Parallelbetrieb wird mindestens eine Achse des Kraftfahrzeugs sowohl durch die Brennkraftmaschine als auch durch die Elektromaschine angetrieben. Die Kopplung des Planetenträgers mit der Brennkraftmaschine liefert den Vorteil, dass zur Übertragung des Antriebsdrehmoments auf die Antriebsräder ein einfacheres Getriebe verwendet werden kann als bei herkömmlichen Parallelhybrid-Antriebssträngen.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein beziehungsweise der Rotor der Elektromaschine so mit elektrischer Energie versorgt wird, dass das Hohlrad abgebremst wird, um einen Anfahrvorgang auszuführen. Dabei funktioniert die Elektromaschine nach Art einer Wirbelstrombremse. Das liefert den Vorteil, dass ein spezieller Anfahrgang oder erster Gang in dem nachgeschalteten Getriebe entfallen kann.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine beziehungsweise die Kupplung zwischen dem Hohlrad und dem Sonnenrad geschlossen wird, sobald das Hohlrad und das Sonnenrad annähernd gleiche Rotationsgeschwindigkeiten aufweisen. Bei geschlossener Kupplung wird die Getriebeeingangswelle direkt über den Planetenträger angetrieben.
  • Die oben angegebene Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Betreiben eines vorab beschriebenen Parallelhybrid-Antriebsstrangs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, insbesondere in einem rein elektrischen Betrieb, alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass der Rotor der Elektromaschine das Hohlrad antreibt, das wiederum bei stehendem Planetenträger und geöffneter Kupplung über das Sonnenrad die Getriebeeingangswelle antreibt. Wenn die Brennkraftmaschine steht, dann steht auch der Planetenträger.
  • Die oben angegebene Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Betreiben eines vorab beschriebenen Parallelhybrid-Antriebsstrangs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, insbesondere beim Starten der Brennkraftmaschine, alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass der Rotor der Elektromaschine so mit elektrischer Energie versorgt wird, dass das Hohlrad angetrieben wird, um bei geschlossener Kupplung den Planetenträger anzutreiben. Wenn die Brennkraftmaschine steht, dann steht auch der Planetenträger.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
  • In der einzigen beiliegenden Figur ist ein erfindungsgemäßer Parallelhybrid-Antriebsstrang vereinfacht im Längsschnitt dargestellt.
  • In der beiliegenden 1 ein erfindungsgemäßer Parallelhybrid-Antriebsstrang 1 mit einer Brennkraftmaschine 2 dargestellt, von der eine Kurbelwelle 3 ausgeht. Die Kurbelwelle 3 der Brennkraftmaschine 2 ist über ein Planetengetriebe 5 mit einer Getriebeeingangswelle 8 eines Getriebes 10 antriebsmäßig verbindbar.
  • Das Planetengetriebe 5 umfasst einen Planetenträger 12, der unter Zwischenschaltung eines Zweimassenschwungrads 15 antriebsmäßig mit der Kurbelwelle 3 der Brennkraftmaschine 2 verbunden ist. Das Zweimassenschwungrad 15 zwischen dem Planetenträger 12 und der Kurbelwelle 3 kann auch entfallen.
  • An dem Planetenträger 12 sind Planetenräder 21, 22 drehbar angebracht. Die Planetenräder 21, 22 kämmen radial innen mit einem Sonnenrad 24 und radial außen mit einem Hohlrad 25 des Planetengetriebes 5. Das Hohlrad 25 des Planetengetriebes 5 ist im elektromagnetischen Wirkungsbereich eines Rotors 28 einer Elektromaschine 30 angeordnet.
  • Der Rotor 28 ist radial außerhalb des Hohlrads 25 angeordnet. Das Hohlrad 25 ist auf seiner der Brennkraftmaschine 2 abgewandten Seite über eine Kupplung 34 drehfest mit der Getriebeeingangswelle 8 und dem daran angebrachten Sonnenrad 24 des Planetengetriebes 5 verbindbar.
  • Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Planetengetriebes 5 und der Elektromaschine 30 können eine Lichtmaschine und ein Starter zum Starten der Brennkraftmaschine 2 entfallen. Deren Funktion wird von der Elektromaschine 30 übernommen. Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Rotors 28 der Elektromaschine 30 in der Nähe des Hohlrads 25 kann das Hohlrad 25 auf einfache Art und Weise mit Hilfe der Elektromaschine 30 abgebremst werden, um ein Anfahren mit Hilfe der Brennkraftmaschine 2 zu ermöglichen.
  • Darüber hinaus kann die Elektromaschine 30 zum rein elektrischen Fahren verwendet werden. Des Weiteren kann die Elektromaschine 30 zum Starten der Brennkraftmaschine 2 verwendet werden. Schließlich kann die Elektromaschine 30 auch die Funktion einer Lichtmaschine übernehmen, um während des Fahrbetriebs elektrische Energie für ein Bordnetz des Kraftfahrzeugs zu speichern.
  • Der Betrieb des erfindungsgemäßen Parallelhybrid-Antriebsstrangs 1 wird wie folgt betrieben: Wenn die Brennkraftmaschine 2 in Betrieb ist, treibt der Planetenträger 12. Zum Anfahren wird der Rotor 28 der Elektromaschine 30 mit elektrischem Strom versorgt. Durch das entstehende Magnetfeld wird das im Bereich des Rotors 28 angeordnete Hohlrad 25 elektrisch abgebremst, nach Art einer Wirbelstrombremse. Wenn dadurch das Hohlrad 25 und das Sonnenrad 24 näherungsweise dieselbe Rotationsgeschwindigkeit haben, wird die Kupplung 34 geschlossen und so das Sonnenrad 24, und damit auch die Getriebeeingangswelle 8, angetrieben.
  • Für einen rein elektrischen Antrieb steht die Brennkraftmaschine 2 still, womit auch der Planetenträger 12 stillsteht. Die Kupplung 34 ist geöffnet. Das Hohlrad 25 treibt, mittels des in seinem Bereich angeordneten, und mit elektrischem Strom versorgten Rotors 28 der Elektromaschine 30. Damit wird das Sonnenrad 24, und somit auch die Getriebeeingangswelle 8, angetrieben.
  • Beim Start der stillstehenden Brennkraftmaschine 2 steht auch der Planetenträger 12 still. Da der Rotor 28 der Elektromaschine 30 mit elektrischem Strom versorgt wird, und so das im Bereich des Rotors 28 angeordnete Hohlrad 25 treibt, wird bei geschlossener Kupplung 34 der Planetenträger 12 angetrieben und so die Brennkraftmaschine 2 gestartet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10312771 B4 [0002]

Claims (10)

  1. Parallelhybrid-Antriebsstrang mit einer Brennkraftmaschine (2), die zusammen mit einer Elektromaschine (30) über ein Getriebe (10) antriebsmäßig mit mindestens einer Achse verbindbar ist, und mit einem Planetengetriebe (5), das einen Planetenträger (12), ein Hohlrad (25) und ein Sonnenrad (24) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (2) antriebsmäßig mit dem Planetenträger (12) des Planetengetriebes (5) verbunden ist.
  2. Parallelhybrid-Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad des Planetengetriebes (5) im elektromagnetischen Wirkungsbereich eines Rotors (28) der Elektromaschine (30) angeordnet ist.
  3. Parallelhybrid-Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (24) des Planetengetriebes (5) mit einer Getriebeeingangswelle (8) verbunden ist.
  4. Parallelhybrid-Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (25) über eine Kupplung (34) drehfest mit dem Sonnenrad (24) des Planetengetriebes (5) verbindbar ist.
  5. Kraftfahrzeug mit einem Parallelhybrid-Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  6. Verfahren zum Betreiben eines Parallelhybrid-Antriebsstrangs nach einem der Ansprüche 1 bis 4, insbesondere eines Kraftfahrzeugs nach Anspruch 5, insbesondere in einem Parallelbetrieb, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger (12) durch die Brennkraftmaschine (2) angetrieben wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein beziehungsweise der Rotor der Elektromaschine (30) so mit elektrischer Energie versorgt wird, dass das Hohlrad (25) abgebremst wird, um einen Anfahrvorgang auszuführen.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine beziehungsweise die Kupplung (34) zwischen dem Hohlrad (25) und dem Sonnenrad (24) geschlossen wird, sobald das Hohlrad (25) und das Sonnenrad (24) annähernd gleiche Rotationsgeschwindigkeiten aufweisen.
  9. Verfahren zum Betreiben eines Parallelhybrid-Antriebsstrangs nach einem der Ansprüche 1 bis 4, insbesondere eines Kraftfahrzeugs nach Anspruch 5, insbesondere in einem rein elektrischen Betrieb, insbesondere nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (28) der Elektromaschine (30) das Hohlrad (25) antreibt, das wiederum bei stehendem Planetenträger (12) und geöffneter Kupplung (34) über das Sonnenrad (24) die Getriebeeingangswelle (8) antreibt.
  10. Verfahren zum Betreiben eines Parallelhybrid-Antriebsstrangs nach einem der Ansprüche 1 bis 4, insbesondere eines Kraftfahrzeugs nach Anspruch 5, insbesondere beim Starten der Brennkraftmaschine (2), insbesondere nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (28) der Elektromaschine (30) so mit elektrischer Energie versorgt wird, dass das Hohlrad (25) angetrieben wird, um bei geschlossener Kupplung (34) den Planetenträger (12) anzutreiben.
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