DE102011009228A1 - Motor vehicle, particularly commercial vehicle, comprises two drivable axles, where each drivable axle has two wheels, and each drivable axle has its own drive train, which is mechanically connected to wheel of corresponding drivable axle - Google Patents

Motor vehicle, particularly commercial vehicle, comprises two drivable axles, where each drivable axle has two wheels, and each drivable axle has its own drive train, which is mechanically connected to wheel of corresponding drivable axle Download PDF

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Abstract

The motor vehicle (1) comprises two drivable axles (8,9), where each drivable axle has two wheels (8a,8b,9a,9b). Each drivable axle has its own drive train (2a,2b), which is mechanically connected to the wheel of the corresponding drivable axle. Each drive train is formed as a hybrid drive train by an internal combustion engine, an electrical machine, a transmission, a control unit and a power electronics of an electrical machine.

Description

Die Erfindung betrifft Kraftfahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to motor vehicles, in particular a commercial vehicle, according to the preamble of claim 1.

Die gattungsgemäße Schrift DE 102008030581 A1 zeigt ein Nutzfahrzeug mit einem Hybridantriebstrang und zwei antreibbaren Achsen. Eine erste Achse der beiden antreibbaren Achsen ist über eine Kupplung mechanisch mit dem Hybridantriebstrang verbindbar und eine zweite Achse der beiden antreibbaren Achsen weist einen elektrischen Motor als Antriebstrang auf. Um die zweite Achse mit dem elektrischen Motor anzutreiben, muss elektrische Energie vorhanden sein. Die elektrische Energie ist in einer Batterie gespeichert oder stammt direkt vom Hybridantriebstrang, bei dem zu diesem Zweck die elektrische Maschine als Generator fungiert.The generic font DE 102008030581 A1 shows a commercial vehicle with a hybrid powertrain and two drivable axles. A first axis of the two drivable axles can be mechanically connected to the hybrid drive train via a clutch, and a second axle of the two drivable axles has an electric motor as the drive train. To drive the second axis with the electric motor, electrical energy must be present. The electrical energy is stored in a battery or comes directly from the hybrid powertrain, in which for this purpose the electric machine acts as a generator.

In diesem Betriebszustand treibt der Hybridantriebstrang durch einen Verbrennungsmotor den Generator und die erste Achse mechanisch an. Der Antrieb der zweiten Achse mit dem elektrischen Motor ist durch die Umwandlung der mechanischen Energie des Verbrennungsmotors im Generator in elektrische Energie und eine Zurückumwandlung in mechanische Energie durch den elektrischen Motor ineffizient, was einen hohen Kraftstoffverbrauch zur Folge hat.In this operating state, the hybrid powertrain mechanically drives the generator and the first axle by an internal combustion engine. The drive of the second axis to the electric motor is inefficient by the conversion of the mechanical energy of the internal combustion engine in the generator into electrical energy and a return to mechanical energy by the electric motor, resulting in a high fuel consumption.

Dem gegenüber ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Kraftfahrzeug mit mindestens zwei antreibbaren Achsen vorzuschlagen, das durch eine bedarfsoptimierbare, flexible Antriebsleistung einen geringen Kraftstoffverbrauch aufweist.On the other hand, it is the object of the invention to propose a motor vehicle with at least two drivable axes, which has a low fuel consumption through a demand-optimized, flexible drive power.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention the object is achieved by a motor vehicle having the features of claim 1.

Erfindungsgemäß verfügt das Kraftfahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, über mindestens zwei antreibbaren Achsen. Unter antreibbaren Achsen sind sowohl Achsen mit einer permanenten mechanischen Verbindung zur Kraftübertragung vom einem Antriebstrang auf die Achse zu verstehen, als auch Achsen, bei denen eine mechanische Verbindung von einem Antriebstrang zur Achse durch insbesondere eine Kupplung auftrennbar ist. Hierbei kann eine antreibbare Achse insbesondere auch eine Lenkachse sein.According to the invention, the motor vehicle, in particular a utility vehicle, has at least two drivable axles. Drivable axles are understood to be both axles with a permanent mechanical connection for transmitting power from a drive train to the axle, as well as axles in which a mechanical connection can be separated from a drive train to the axle by, in particular, a clutch. In this case, a drivable axle may in particular also be a steering axle.

Jede der antreibbaren Achse verfügt über mindestens zwei Räder und weist einen eigenen Antriebstrang auf, der mechanisch mit mindestens einem Rad der jeweiligen Achse antreibbar verbindbar ist. Die Räder einer Achse können zur Traglasterhöhung insbesondere über eine Zwillingsbereifung verfügen.Each of the drivable axle has at least two wheels and has its own drive train, which can be mechanically connected to at least one wheel of the respective axle. The wheels of an axle can have a twin-tire for increasing the load in particular.

Die antreibbare Verbindung vom Antriebstrang zu einem Rad der Achse kann insbesondere eine permanente mechanische Verbindung einer Welle sein oder eine durch eine Kupplung auftrennbare Verbindung sein. Ist insbesondere ein Differential zwischen den beiden Rädern einer Achse angeordnet, ist eine Kraftübertragung zwischen dem Antriebstrang und beiden Rädern einer Achse möglich. Jeder Antriebstrang ist mechanisch nur mit einer antreibbaren Achse des Kraftfahrzeuges verbindbar.The drivable connection from the drive train to a wheel of the axle may in particular be a permanent mechanical connection of a shaft or a connection which can be separated by a coupling. If, in particular, a differential is arranged between the two wheels of an axle, power transmission between the drive train and both wheels of one axle is possible. Each drive train is mechanically connectable only to a drivable axle of the motor vehicle.

Erfindungsgemäß ist jeder Antriebstrang einer antreibbaren Achse als ein Hybrid-Antriebstrang ausgeführt und verfügt über einen Verbrennungsmotor, eine elektrische Maschine, ein Getriebe, eine Steuerungseinheit und eine Leistungselektronik der elektrischen Maschine.According to the invention, each drive train of a drivable axle is designed as a hybrid drive train and has an internal combustion engine, an electrical machine, a transmission, a control unit and power electronics of the electric machine.

Der Verbrennungsmotor ist mit flüssigen und/oder gasförmigen Kraftstoffen betreibbar. Die elektrische Maschine ist insbesondere als mehrphasige Wechselstrommaschine ausgelegt, die über die Leistungselektronik als Motor und als Generator betreibbar ist. Als Getriebe ist insbesondere ein schaltbares Gangwechselgetriebe oder ein Automatikgetriebe möglich.The internal combustion engine is operable with liquid and / or gaseous fuels. The electric machine is designed in particular as a multi-phase AC machine that can be operated via the power electronics as a motor and as a generator. As a transmission, in particular a shiftable gear change or automatic transmission is possible.

Der Hybrid-Antriebstrang entspricht bekannter Technik, bei der eine Antriebskraft vom Verbrennungsmotor alleine, von der elektrischen Maschine alleine oder vom Verbrennungsmotor zusammen mit der elektrischen Maschine stammen kann. Hierzu verfügt jeder Antriebstrang über eine Steuerungseinheit, die zu einer Bedarfsanforderung einen entsprechenden Betriebszustand des Hybridantriebstrangs steuert und entsprechende Steuerbefehle an den Verbrennungsmotor, die Leistungselektronik der elektrischen Maschine und das Getriebe übermittelt. Die Leistungselektronik der elektrischen Maschine überträgt die Steuerbefehle als Steuerstrom auf die elektrische Maschine um das angeforderten Antriebsmoment der elektrischen Maschine zu liefern.The hybrid powertrain corresponds to known technology in which a driving force may originate from the internal combustion engine alone, from the electric machine alone or from the internal combustion engine together with the electric machine. For this purpose, each drive train has a control unit which controls a corresponding operating state of the hybrid drive train for a demand request and transmits corresponding control commands to the internal combustion engine, the power electronics of the electric machine and the transmission. The power electronics of the electrical machine transmits the control commands as a control current to the electric machine to deliver the requested drive torque of the electric machine.

Der Hybrid-Antriebstrang verfügt über eine Vielzahl von Sensoren, anhand derer die Steuerungseinheit und die Leistungselektronik den Betriebszustand des Hybrid-Antriebstranges zu den gesendeten Steuerbefehlen überprüft und anpasst. Hierbei ist für die Steuerungseinheit und die Leistungselektronik unter Steuern sowohl Steuern als auch Regeln zu verstehen.The hybrid powertrain has a plurality of sensors, by means of which the control unit and the power electronics check and adjust the operating state of the hybrid drive train to the transmitted control commands. Here, the control unit and the power electronics under tax both taxes and rules to understand.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung aller Antriebstränge als Hybrid-Antriebstrang ist eine große Flexibilität bezüglich der anforderbaren Antriebsleistung gegeben. Im Betriebszustand mit der größten Antriebsleistung, wie insbesondere Anfahren oder Bergauffahrt, können alle Antriebstränge die volle Leistung liefern, wobei jeder einzelne Antriebstrang für sich eine geringe Antriebsleistung darstellt. Hierbei folgt jeder einzelne Antriebstrang dem Prinzip des sogenannten Verbrennungsmotor-Downsizing.Due to the inventive design of all drive trains as hybrid powertrain a great deal of flexibility in terms of the required drive power is given. In operation with the greatest drive power, in particular start-up or uphill drive, all drive trains can deliver the full power, each individual drive train represents a low drive power in itself. Each individual drive train follows the principle of so-called internal combustion engine downsizing.

Bei Betriebszuständen, die nur eine minimale Antriebsleistung erfordern, können einzelne Antriebstränge abgeschaltet und von den Achsen abgetrennt sein, so dass nur eine geringe Antriebsleistung geliefert wird, die zu einem geringen Kraftstoffverbrauch führt. Über einen kompletten Fahrzyklus ergibt sich so ohne merkliche Leistungseinbusen ein geringer Kraftstoffverbrauch.In operating conditions that require only minimal drive power, individual drive trains may be switched off and disconnected from the axles, so that only a low drive power is delivered, resulting in low fuel consumption. Over a complete driving cycle, this results in low fuel consumption without noticeable loss of power.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Kraftfahrzeuges ist jeder Antriebstrang mit einer zentralen Steuerungseinheit verbunden.In an advantageous development of the motor vehicle, each drive train is connected to a central control unit.

Die zentrale Steuerungseinheit ist ein Teil des Kraftfahrzeuges und überträgt eine angeforderte Gesamtantriebsleistung entsprechend eines Betriebszustandes als Steuerbefehle, insbesondere über einen CAN-Bus des Kraftfahrzeuges, zu den einzelnen Antriebsträngen an den Achsen und deren Steuerungseinheiten.The central control unit is a part of the motor vehicle and transmits a requested total drive power corresponding to an operating state as control commands, in particular via a CAN bus of the motor vehicle, to the individual drive trains on the axles and their control units.

Da die zentrale Steuerungseinheit anhand von Sensoren und Rückmeldungen der Steuerungseinheiten der einzelnen Antriebstränge den aktuellen Fahrzustand überprüft ist unter Steuern der zentralen Steuerungseinheit ein Steuern und Regeln zu verstehen.Since the central control unit checks the current driving state on the basis of sensors and feedback messages of the control units of the individual drive trains, control of the central control unit is understood to mean controlling and regulating.

Die zentrale Steuerungseinheit ermittelt anhand der angeforderten Antriebsleistung, insbesondere über eine Kennfeldsteuerung, welcher Antriebstrang an welcher Achse wie viel Antriebsleistung zu einer Gesamtantriebsleistung beizutragen hat und übermittelt die entsprechenden Steuerbefehle an die entsprechenden Steuerungseinheiten der einzelnen Antriebstränge. Für das Kraftfahrzeug übernimmt die zentrale Steuerungseinheit eine Aufteilung der angeforderten Gesamtantriebsleistung auf die einzelnen Antriebstränge, so dass ein Eingangsparameter der zentralen Steuerungseinheit die angeforderte Gesamtantriebsleistung ist. Hierbei können in der zentralen Steuerungseinheit unterschiedliche Kombinationen verschieden ausgestalteter Antriebstränge als ein virtueller Antriebstrang mit ähnlichen Eigenschaften und gleichen Eingangsparametern dargestellt sein. Unterschiedliche Antriebstränge sind so in einem Kraftfahrzeug integrierbar ohne am Kraftfahrzeug wesentliche Änderungen vorzunehmen.The central control unit determines on the basis of the requested drive power, in particular via a map control, which drive train has to contribute to which axis how much drive power to a total drive power and transmits the corresponding control commands to the corresponding control units of the individual drive trains. For the motor vehicle, the central control unit assumes a distribution of the requested total drive power to the individual drive trains, so that an input parameter of the central control unit is the requested total drive power. In this case, different combinations of differently configured drive trains can be represented as a virtual drive train with similar properties and the same input parameters in the central control unit. Different drive trains can be integrated in a motor vehicle without making significant changes to the motor vehicle.

Die zentrale Steuerungseinheit verteilt die angeforderte Gesamtantriebsleistung abhängig vom aktuellen Betriebszustand des Kraftfahrzeuges, wobei manuell wählbare Betriebsmodi und aktuelle Fahrsituation in den aktuellen Betriebszustand eingehen. Die wählbaren Betriebsmodi beinhalten zum Beispiel Betriebsmodi wie Economic, Sport, Winter oder Anhänger, bei denen das Kraftfahrzeug auf einem grundlegenden Betriebsmodus eingestellt ist, der sich der Benennung nach erschließt.The central control unit distributes the requested total drive power as a function of the current operating state of the motor vehicle, with manually selectable operating modes and current driving situation entering into the current operating state. The selectable modes of operation include, for example, operating modes such as economic, sport, winter, or trailers in which the motor vehicle is set to a basic mode of operation known to designate.

Eine aktuelle Fahrsituation, wie insbesondere Anfahren, Segeln, Beschleunigen, Abbremsen, Bergauffahrt oder Bergabfahrt ist von der zentralen Steuerungseinheit erfassbar und in entsprechende Steuerbefehle an die Antriebsstränge umsetzbar. Hierbei können Informationen zur Fahrsituation von einem Fahrer manuell eingestellt sein oder aus Navigationsinformationen zur geplanten Fahrstrecke einer vorausschauenden Fahrsituationssteuerung stammen.A current driving situation, in particular starting, sailing, accelerating, braking, uphill or downhill driving can be detected by the central control unit and converted into corresponding control commands to the drive trains. In this case, information about the driving situation can be set manually by a driver or can come from navigation information about the planned driving route of a forward-looking driving situation control.

Eine Steuerung der einzelnen Hybrid-Antriebstränge entspricht bekannter Technik, die hier nur grob erwähnt ist.A control of the individual hybrid drive trains corresponds to known technology, which is only roughly mentioned here.

Bei Volllast oder Hochlast geben der Verbrennungsmotor und die elektrische Maschine zusammen eine Antriebsleistung an die Achse ab wobei bei genügend Leistung auch der Verbrennungsmotor alleine oder die elektrische Maschine alleine die Achse antreiben kann.At full load or high load, the internal combustion engine and the electric machine together deliver a drive power to the axle and with enough power, the internal combustion engine alone or the electric machine alone can drive the axle.

Beim Bremsen gewinnt die elektrische Maschine im Generatorbetrieb Energie zurück. Bei Teillast gibt je nach aktuellem Betriebszustand der Verbrennungsmotor eine Antriebsleistung an die Achse und an die elektrische Maschine im Generatorbetrieb zur Stromerzeugung ab oder die elektrische Maschine treibt im Motorbetrieb alleine die Achse an wobei der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist.When braking, the electric machine recovers energy during generator operation. At partial load, depending on the current operating state of the engine emits a drive power to the axis and the electric machine in the generator mode for power generation or the electric machine drives in the engine alone on the axis with the engine is turned off.

Bei einer Bergabfahrt ermöglicht die zentrale Steuerungseinheit auch eine Dauerbremsfunktion ohne dass ein zusätzliches Bauteil wie insbesondere ein Retarder notwendig ist. Bei einer Dauerbremsfunktion ist mindestens ein Hybrid-Antriebstrang im Schubmodus von der Achse angetrieben und die elektrische Maschine arbeitet als Generator, der die Schubleistung als Rekuperation in elektrische Energie umwandelt. Eine Stärke der Dauerbremsfunktion lässt sich ebenfalls über eine Rekuperationsleistung der elektrischen Maschine einstellen, so dass ein komfortables Fahrverhalten des Kraftfahrzeuges erreichbar ist. Die Rekuperation der Dauerbremsfunktion spart ebenfalls Kraftstoff und ein zusätzlicher Retarder ist überflüssig.When driving downhill, the central control unit also allows a continuous braking function without an additional component such as a particular retarder is necessary. In a retarding function, at least one hybrid powertrain is driven by the axle in the overrun mode and the electric machine operates as a generator, which converts the thrust output as recuperation into electrical energy. A strength of the continuous braking function can likewise be set via a recuperation power of the electric machine, so that a comfortable driving behavior of the motor vehicle can be achieved. The recuperation of the continuous braking function also saves fuel and an additional retarder is superfluous.

Über die zentrale Steuerungseinheit und die einzelnen Steuerungseinheiten der Antriebstränge sind die Drehzahlen der Antriebstränge und damit der Räder synchronisierbar. Hierzu ist es insbesondere vorteilhaft eine Synchronisation der Antriebstränge durch die elektrische Maschine in einem Antriebstrang zu steuern, da eine Ansteuerung der elektrischen Maschine sehr viel schneller möglich ist, als eine Ansteuerung des Verbrennungsmotors.The rotational speeds of the drive trains and thus of the wheels can be synchronized via the central control unit and the individual control units of the drive trains. For this purpose, it is particularly advantageous to synchronize the drive trains by the electric machine in one To control drive train, since a control of the electric machine is much faster possible than a control of the engine.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Kraftfahrzeuges ist jeder Antriebstrang über eine elektrische Verbindung mit einem zentralen Energiespeicher verbunden.In an advantageous development of the motor vehicle, each drive train is connected via an electrical connection to a central energy store.

Die Leistungselektronik eines Antriebstranges verfügt über einen Inverter, der an einer Seite einen Hochvoltanschluss aufweist. Im motorischen Betrieb der elektrischen Maschine wird am Hochvoltanschluss elektrische Energie entnommen und im generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine wird am Hochvoltanschluss elektrische Energie eingespeist. Um die elektrische Energie bereitzustellen oder zu speichern ist ein elektrischer Energiespeicher notwendig. Jeder Antriebstrang verfügt über eine elektrische Maschine, die einen elektrischen Energiespeicher benötigt, so dass alle Hochvoltanschlüsse der einzelnen Antriebstränge miteinander und mit dem zentralen Energiespeicher, insbesondere einer Hochvoltbatterie, verbunden sind.The power electronics of a drive train have an inverter, which has a high-voltage connection on one side. During motor operation of the electrical machine, electrical energy is drawn from the high-voltage connection and electrical energy is supplied to the high-voltage connection in regenerative operation of the electrical machine. In order to provide or store the electrical energy, an electrical energy storage is necessary. Each drive train has an electric machine that requires an electrical energy store, so that all high-voltage connections of the individual drive trains are connected to one another and to the central energy store, in particular a high-voltage battery.

Insbesondere verfügt das Kraftfahrzeug noch über einen Hochvolt-Niedervoltwechsler, so dass auch ein Brodnetz des Kraftfahrzeuges und andere Niedervoltkomponenten durch den zentralen Energiespeicher mit Energie versorgbar sind. Ein zusätzlicher Niedervoltenergiespeicher und eine Niedervoltladevorrichtung im Kraftfahrzeug entfallen somit.In particular, the motor vehicle still has a high-voltage low-voltage changer, so that a Brodnetz of the motor vehicle and other low-voltage components by the central energy storage can be supplied with energy. An additional Niedervoltenergiespeicher and a low-voltage charging device in the motor vehicle thus omitted.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Kraftfahrzeuges ist jeder Antriebstrang über eine Kraftstoffleitung mit einem zentralen Kraftstofftank verbunden.In an advantageous development of the motor vehicle, each drive train is connected via a fuel line to a central fuel tank.

Der Verbrennungsmotor benötigt zum Betrieb Kraftstoff, der über eine Kraftstoffleitung zugeführt ist. Ein zentraler Kraftstofftank vereinfacht ein Betanken, da nur ein Tank gefüllt werden muss und erleichtert den Überblick über den getankten Kraftstoff, da nur eine Kraftstoffanzeige notwendig ist. Zusätzlich ist eine flexible Antriebsleistung gewährleistet, da jedem Antriebstrang die komplette getankte Kraftstoffmenge zur Verfügung steht, unabhängig des jeweiligen Kraftstoffverbrauchs und einer Verbrauchshistorie eines Antriebstranges.The internal combustion engine requires fuel for operation, which is supplied via a fuel line. A central fuel tank simplifies refueling, since only one tank needs to be filled and facilitates the overview of the refueled fuel, since only a fuel gauge is necessary. In addition, a flexible drive performance is ensured because each drivetrain the complete fueled amount of fuel is available, regardless of the fuel consumption and a consumption history of a drive train.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Kraftfahrzeuges ist die elektrische Maschine in mindestens einem Antriebstrang getriebeseitig angebunden, so dass rein elektrisches Fahren ermöglicht ist.In an advantageous development of the motor vehicle, the electric machine is connected to the transmission side in at least one drive train, so that purely electric driving is possible.

Unter der getriebeseitigen Anordnung der elektrischen Maschine ist eine Anordnung nach einer Trennkupplung vom Verbrennungsmotor im Getriebe zu verstehen, so dass durch die Trennkupplung ein Kraftfluss zwischen der elektrischen Maschine und dem Verbrennungsmotor auftrennbar ist. Ist die Trennkupplung offen und die elektrische Maschine mit dem Getriebe antreibbar verbunden, ist rein elektrisches Fahren mit dem Antriebstrang möglich ohne dass der Verbrennungsmotor mitgeschleppt werden müsste. Der Verbrennungsmotor kann hierbei abgeschaltet sein, was Kraftstoff spart.The transmission-side arrangement of the electric machine is understood to mean an arrangement according to a disconnect clutch of the internal combustion engine in the transmission, so that a force flow between the electric machine and the internal combustion engine can be separated by the disconnect clutch. If the separating clutch is open and the electric machine is drivably connected to the transmission, purely electric driving with the drive train is possible without the internal combustion engine having to be dragged along. The internal combustion engine can be switched off, which saves fuel.

Rein elektrisches Fahren ermöglicht insbesondere ein Rangieren, langsames Anfahren oder Rückwärtsfahren ohne zusätzlichen Kraftstoffverbrauch, da die elektrische Energie zuvor aus einer Rekuperation oder aus generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine gespeichert ist.Pure electric driving allows in particular maneuvering, slow starting or reversing without additional fuel consumption, since the electrical energy is previously stored from a recuperation or from generator operation of the electric machine.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Kraftfahrzeuges ist jeder Antriebstrang identisch ausgeführt.In an advantageous embodiment of the motor vehicle, each drive train is identical.

Die gleich ausgeführten Antriebstränge reduzieren die Teilevielfalt, so dass nur Bauteile eines Antriebstranges produziert und als Ersatzteile vorrätig gehalten werden müssen. Zudem sind die Steuerungen der Steuerungseinheiten der Antriebstränge identisch ausgelegt, so dass gleiche Algorithmen nutzbar sind und eine Verteilung der angeforderten Gesamtantriebsleistung durch die zentrale Steuerungseinheit einfach ist.The equally designed drive trains reduce the variety of parts, so that only components of a drive train must be produced and kept in stock as spare parts. In addition, the controls of the control units of the drive trains are designed identically, so that the same algorithms can be used and a distribution of the requested total drive power by the central control unit is easy.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Kraftfahrzeuges ist jeder Antriebstrang als einzelnes Baugruppenmodul ausgeformt.In an advantageous development of the motor vehicle, each drive train is formed as a single assembly module.

Als einzelnes Baugruppenmodul sind die Komponenten des Antriebstranges wie Verbrennungsmotor, elektrische Maschine, Getriebe, Steuerungseinheit und Leistungselektronik als eigene Einheit montierbar und als ein vormontiertes Baugruppenmodul ins Kraftfahrzeug einbaubar. Hierzu verfügt das Baugruppenmodul insbesondere über standardisierte Steckverbindungen der Zuleitungen und genormte Montagevorrichtungen um einen Einbau in ein Kraftfahrzeug einfach zu ermöglichen. Bei einem Defekt im Antriebstrang und/oder einer Wartung ist der komplette Antriebstrang als Baugruppenmodul austauschbar, so dass das Kraftfahrzeug mit einem anderen gleich ausgeführten Baugruppenmodul schnell wieder einsatzbereit ist. Das ausgebaute Baugruppenmodul ist unabhängig vom Kraftfahrzeug überprüfbar um im reparierten und gewarteten Zustand ein anderes Baugruppenmodul in einem anderen Kraftfahrzeug ersetzen zu können. So sind kurze Werkstattaufenthalte der Kraftfahrzeuge möglich, was insbesondere bei Nutzfahrzeugen eine wichtige Rolle spielt um eine hohe Laufzeiteffizienz zu erreichen.As a single assembly module components of the drive train such as internal combustion engine, electric machine, transmission, control unit and power electronics can be mounted as a separate unit and installed as a pre-assembled module module in the vehicle. For this purpose, the module module has in particular standardized plug connections of the leads and standardized mounting devices to allow easy installation in a motor vehicle. In the event of a defect in the drive train and / or maintenance, the entire drivetrain can be exchanged as an assembly module, so that the motor vehicle can quickly be used again with another module module of the same design. The removed module module can be checked independently of the motor vehicle in order to replace the repaired and serviced state another module module in another motor vehicle. Thus, short workshop visits of motor vehicles are possible, which plays an important role especially in commercial vehicles to achieve a high transit time efficiency.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus der Beschreibung und der Zeichnung hervor. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Further embodiments of the invention will become apparent from the description and the drawings. Embodiments of the invention are in the Drawing simplified and explained in more detail in the following description.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to the following embodiments. Showing:

1 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeuges mit zwei angetrieben Achsen, die jeweils über einem eigenen Antriebstrang verfügen, 1 a schematic view of a motor vehicle with two driven axles, each having its own drive train,

2 eine schematische Ansicht des Antriebstranges aus 1, 2 a schematic view of the drive train from 1 .

3 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeuges mit drei angetrieben Achsen, die jeweils über einem eigenen Antriebstrang verfügen. 3 a schematic view of a motor vehicle with three driven axles, each having its own drive train.

Die 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeuges 1 mit einer lenkbare Achse 7 mit Rädern 7a, 7b und mit zwei angetrieben Achsen 8, 9, die jeweils über einem eigenen Antriebstrang 2a, 2b verfügen.The 1 shows a schematic view of a motor vehicle 1 with a steerable axle 7 with wheels 7a . 7b and with two driven axles 8th . 9 , each with its own powertrain 2a . 2 B feature.

Der Antriebstrang 2a treibt über die Achse 8 die beiden Räder 8a, 8b an.The drive train 2a drives over the axis 8th the two wheels 8a . 8b at.

Der Antriebstrang 2b treibt über die Achse 9 die beiden Räder 9a, 9b an.The drive train 2 B drives over the axis 9 the two wheels 9a . 9b at.

Sowohl die Räder 8a, 8b als auch die Räder 9a, 9b sind mit einer Zwillingsbereifung ausgeführt, wobei auch eine normale Einfach-Bereifung der Räder 8a, 8b, 9a, 9b möglich wäre.Both the wheels 8a . 8b as well as the wheels 9a . 9b are carried out with a twin tires, with a normal single tires of the wheels 8a . 8b . 9a . 9b it is possible.

Die beiden Antriebstränge 2a, 2b sind als Hybrid-Antriebstrang beide identisch ausgeführt und in 2 mit einem Verbrennungsmotor 11 und einer elektrischen Maschine 12 näher beschrieben.The two drive trains 2a . 2 B are designed as a hybrid powertrain both identical and in 2 with an internal combustion engine 11 and an electric machine 12 described in more detail.

Eine zentrale Steuerungseinheit 3 ist über eine Verbindung 4 mit dem Antriebstrang 2a und mit dem Antriebstrang 2b verbunden. Die Verbindung 4 ist als CAN-Bus ausgeführt, über den die Antriebstränge 2a, 2b mit der zentralen Steuerungseinheit kommunizieren, Steuerbefehle erhalten und aktuelle Antriebsdaten und Sensorinformationen an die zentrale Steuerungseinheit zurückmelden.A central control unit 3 is about a connection 4 with the drive train 2a and with the powertrain 2 B connected. The connection 4 is designed as a CAN bus, via which the drive trains 2a . 2 B communicate with the central control unit, receive control commands and report back current drive data and sensor information to the central control unit.

Die zentrale Steuerungseinheit verteilt eine angeforderte Gesamtantriebsleistung abhängig vom aktuellen Betriebsmodus entsprechend auf die beiden Antriebstränge 2a, 2b.The central control unit distributes a requested total drive power depending on the current operating mode corresponding to the two drive trains 2a . 2 B ,

Ein zentraler Energiespeicher 5 in Form einer Hochvoltbatterie ist über eine elektrische Verbindung 6 in Form einer Hochvoltleitung mit den beiden Antriebsträngen 2a, 2b verbunden. Über die elektrische Verbindung 6 ist elektrische Energie vom zentralen Energiespeicher 5 zur elektrischen Maschine 12 der beiden Antriebsträngen 2a, 2b im Motorbetrieb lieferbar und auch von der elektrischen Maschine 12 der beiden Antriebsträngen 2a, 2b im Generatorbetrieb in den zentralen Energiespeicher 5 einspeisbar.A central energy storage 5 in the form of a high-voltage battery is via an electrical connection 6 in the form of a high-voltage cable with the two drive trains 2a . 2 B connected. About the electrical connection 6 is electrical energy from the central energy store 5 to the electric machine 12 the two drive trains 2a . 2 B available in engine operation and also from the electric machine 12 the two drive trains 2a . 2 B in generator mode in the central energy storage 5 fed.

Ein zentraler Kraftstofftank 10 ist über eine Kraftstoffleitung 10a mit den beiden Antriebsträngen 2a, 2b verbunden. Über die Kraftstoffleitung 10a fließt Kraftstoff vom zentralen Kraftstofftank 10 zum Verbrennungsmotor 11 der beiden Antriebsträngen 2a, 2b.A central fuel tank 10 is over a fuel line 10a with the two drive trains 2a . 2 B connected. About the fuel line 10a fuel flows from the central fuel tank 10 to the internal combustion engine 11 the two drive trains 2a . 2 B ,

Die 2 zeigt eine schematische Ansicht des Antriebstranges 2a mit einem Verbrennungsmotor 11, einer elektrischen Maschine 12, einem Getriebe 13, einer Steuerungseinheit 14 und einer Leistungselektronik 15.The 2 shows a schematic view of the drive train 2a with an internal combustion engine 11 , an electric machine 12 , a gearbox 13 , a control unit 14 and power electronics 15 ,

Der Verbrennungsmotor 11 ist mit der Kraftstoffleitung 10a verbunden über die Kraftstoff aus dem zentralen Kraftstofftank 10 zum Verbrennungsmotor fließt.The internal combustion engine 11 is with the fuel line 10a connected via the fuel from the central fuel tank 10 flows to the internal combustion engine.

Die Leistungselektronik 15 ist mit der elektrischen Verbindung 6 in Form einer Hochvoltleitung mit dem zentralen Energiespeicher 5 verbunden und mit einer elektrischen Verbindung 16 mit der elektrischen Maschine 12. Die elektrische Maschine 12 ist in Form einer Wechselstrommaschine als eine Drehstrommaschine mit drei Phasen ausgeführt, wobei die Leistungselektronik 15 mit einem Inverter aus einer Gleichspannung der elektrischen Verbindung 6 eine Wechselspannung an der elektrischen Verbindung 16 zur Verfügung stellt. Durch die Höhe, den Phasenwinkel zum Strom und/oder der Frequenz der Wechselspannung an der elektrischen Maschine 12 ist diese steuerbar. Je nach Betriebszustand arbeitet die elektrische Maschine 12 als Motor und wandelt elektrische Energie in mechanische Antriebsenergie um oder als Generator und wandelt mechanische Antriebsenergie in elektrische Energie um. Über die elektrische Verbindung 16 ist dies von der Leistungselektronik 15 steuerbar und die elektrische Energie fließt über die elektrische Verbindung 6 zum oder vom zentralen Energiespeicher 5.The power electronics 15 is with the electrical connection 6 in the form of a high-voltage line with the central energy storage 5 connected and with an electrical connection 16 with the electric machine 12 , The electric machine 12 is designed in the form of an alternator as a three-phase machine with three phases, the power electronics 15 with an inverter from a DC voltage of the electrical connection 6 an AC voltage on the electrical connection 16 provides. By the height, the phase angle to the current and / or the frequency of the AC voltage at the electric machine 12 this is controllable. Depending on the operating state, the electric machine works 12 As a motor and converts electrical energy into mechanical drive energy or as a generator and converts mechanical drive energy into electrical energy. About the electrical connection 16 this is from the power electronics 15 controllable and the electrical energy flows through the electrical connection 6 to or from the central energy storage 5 ,

Die Steuerungseinheit 14 ist über die Verbindung 4 in Form eines CAN-Busses mit der zentralen Steuerungseinheit 3 verbunden und über weitere Verbindungen mit dem Verbrennungsmotor 11, der elektrischen Maschine 12, dem Getriebe 13 und der Leistungselektronik 15 verbunden.The control unit 14 is about the connection 4 in the form of a CAN bus with the central control unit 3 connected and via further connections with the internal combustion engine 11 , the electric machine 12 , the transmission 13 and the power electronics 15 connected.

Die Steuerungseinheit 14 verfügt noch über weitere Verbindungen zu Sensoren und/oder anderen Bauteilen die hier der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt sind.The control unit 14 still has other connections to sensors and / or other components that are not shown here for clarity.

Die Steuerungseinheit 14 steuert und/oder regelt den Antriebstrang 2a an sich. Von der zentralen Steuerungseinheit 3 ist die angeforderte Gesamtantriebsleistung auf die beiden Antriebstränge 2a, 2b verteilt. Die Steuerungseinheit 14 steuert nun die einzelnen Hybridantriebskomponenten des Antriebstranges 2a, wobei eine Verbrennungsmotorsteuerung, eine Elektromotorsteuerung und eine Getriebesteuerung integriert sind.The control unit 14 controls and / or regulates the drive train 2a per se. From the central control unit 3 is the requested one Total drive power to the two drive trains 2a . 2 B distributed. The control unit 14 Now controls the individual hybrid drive components of the drive train 2a wherein an engine control, an electric motor control and a transmission control are integrated.

Die Steuerungsverfahren entsprechen bekannter Technik und sind nicht näher dargelegt.The control methods correspond to known technology and are not detailed.

Die elektrische Maschine 12 ist getriebeseitig zwischen dem Verbrennungsmotor 11 und dem Getriebe 13 angeordnet, so dass eine nicht dargestellte Trennkupplung zwischen dem Verbrennungsmotor 11 und der elektrischen Maschine 12 angeordnet ist. Durch die getriebeseitige Anordnung der elektrischen Maschine 12 ist rein elektrisches Fahren mit dem Antriebstrang 2a möglich, da bei geöffneter Trennkupplung zwischen der elektrischen Maschine 12 und dem Verbrennungsmotor 11 die elektrische Maschine 12 eine Antriebsleistung über das Getriebe 13 abgeben kann ohne den Verbrennungsmotor 11 mitschleppen zu müssen.The electric machine 12 is on the transmission side between the combustion engine 11 and the transmission 13 arranged so that a disconnect coupling between the internal combustion engine, not shown 11 and the electric machine 12 is arranged. By the gearbox side arrangement of the electric machine 12 is purely electric driving with the powertrain 2a possible, because with open disconnect between the electric machine 12 and the internal combustion engine 11 the electric machine 12 a drive power through the transmission 13 can deliver without the internal combustion engine 11 to carry along.

Eine Antriebsleistung überträgt der Antriebstrang 2a auf eine Abtriebswelle 17 die über eine Kupplung 18 mit einem Differential 19 an der Achse 8 verbunden ist. Mit der Kupplung 18 ist der Antriebstrang 2a von der Achse 8 abtrennbar, so dass bei geöffneter Kupplung 18 keine mechanisch antreibbare Verbindung zwischen der Achse 8 und dem Antriebstrang 2a besteht und ein fahrendes Kraftfahrzeug 1 einen abgeschalteten Antriebstrang 2a nicht über die Achse 8 mitschleppt. Über das Differential 19 wird die Antriebsleistung des Antriebstranges 2a auf beide Räder 8a, 8b der Achse 8 übertragen.A drive power transmits the drive train 2a on an output shaft 17 the over a clutch 18 with a differential 19 on the axis 8th connected is. With the clutch 18 is the drive train 2a from the axis 8th detachable, so that when the clutch is open 18 no mechanically drivable connection between the axle 8th and the powertrain 2a exists and a moving motor vehicle 1 a disconnected drive train 2a not over the axis 8th drags. About the differential 19 is the drive power of the drive train 2a on both wheels 8a . 8b the axis 8th transfer.

Der Antriebstrang 2b ist identisch zum Antriebstrang 2a ausgeführt, so dass die Beschreibung aus 2 zum Antriebstrang 2a auch für den Antriebstrang 2b zu übernehmen ist.The drive train 2 B is identical to the drive train 2a executed, leaving the description off 2 to the drive train 2a also for the powertrain 2 B to take over.

Die 3 zeigt eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeuges 101 mit drei angetrieben Achsen 107, 108, 109, die jeweils über einem eigenen Antriebstrang 102a, 102b, 102c verfügen und wobei die Achse 107 lenkbar ist.The 3 shows a schematic view of a motor vehicle 101 with three driven axles 107 . 108 . 109 , each with its own powertrain 102 . 102b . 102c dispose and where the axis 107 is steerable.

Die Achse 107 verfügt über Räder 107a, 107b. Die Achse 108 verfügt über Räder 108a, 108b. Die Achse 109 verfügt über Räder 109a, 109b.The axis 107 has wheels 107a . 107b , The axis 108 has wheels 108a . 108b , The axis 109 has wheels 109a . 109b ,

Der Antriebstrang 2a treibt über die Achse 108 die beiden Räder 108a, 108b an.The drive train 2a drives over the axis 108 the two wheels 108a . 108b at.

Der Antriebstrang 2b treibt über die Achse 109 die beiden Räder 109a, 109b an.The drive train 2 B drives over the axis 109 the two wheels 109a . 109b at.

Der Antriebstrang 2c treibt über die Achse 107 die beiden Räder 107a, 107b an.The drive train 2c drives over the axis 107 the two wheels 107a . 107b at.

Sowohl die Räder 108a, 108b als auch die Räder 109a, 109b sind mit einer Zwillingsbereifung ausgeführt, wobei auch eine normale Einfach-Bereifung der Räder 108a, 108b, 109a, 109b möglich wäre.Both the wheels 108a . 108b as well as the wheels 109a . 109b are carried out with a twin tires, with a normal single tires of the wheels 108a . 108b . 109a . 109b it is possible.

Die Ausführung des Kraftfahrzeuges 101 ist ähnlich zum Kraftfahrzeug 1 aus 1, so dass nur die wesentlichen Unterschiede beschrieben sind.The execution of the motor vehicle 101 is similar to the motor vehicle 1 out 1 so that only the essential differences are described.

Entsprechend der drei angetriebenen Achsen 107, 108, 109 weist das Kraftfahrzeug 101 auch drei Antriebstränge 102a, 102b, 102c auf, die als Hybrid-Antriebstrang gleich ausgeführt sind.Corresponding to the three driven axles 107 . 108 . 109 has the motor vehicle 101 also three drive trains 102 . 102b . 102c on, which are designed as a hybrid powertrain equal.

Die drei Antriebstränge 102a, 102b, 102c sind über eine Verbindung 104 mit einer zentralen Steuerungseinheit 103 verbunden, die eine angeforderte Gesamtantriebsleistung auf die drei Antriebstränge 102a, 102b, 102c verteilt.The three drive trains 102 . 102b . 102c are about a connection 104 with a central control unit 103 connected, the requested total drive power to the three drive trains 102 . 102b . 102c distributed.

Über eine elektrische Verbindung 106 sind die drei Antriebstränge 102a, 102b, 102c mit einem zentralen Energiespeicher 105 in Form einer Hochvoltbatterie verbunden Über eine Kraftstoffleitung 110a fließt Kraftstoff von einem zentralen Kraftstofftank 110 zu den drei Antriebsträngen 102a, 102b, 102c.Via an electrical connection 106 are the three drive trains 102 . 102b . 102c with a central energy storage 105 connected in the form of a high-voltage battery via a fuel line 110a fuel flows from a central fuel tank 110 to the three drive trains 102 . 102b . 102c ,

Die Antriebstränge 102a, 102b, 102c sind identisch zum Antriebstrang 2a in 2 ausgeführt, so dass die Beschreibung aus 2 zum Antriebstrang 2a auch für die Antriebstränge 102a, 102b, 102c zu übernehmen ist.The drive trains 102 . 102b . 102c are identical to the powertrain 2a in 2 executed, leaving the description off 2 to the drive train 2a also for the drive trains 102 . 102b . 102c to take over.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102008030581 A1 [0002] DE 102008030581 A1 [0002]

Claims (7)

Kraftfahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, mit mindestens zwei antreibbaren Achsen (8, 9, 107, 108, 109), die jeweils mindestens zwei Räder (8a, 8b, 9a, 9b, 107a, 107b, 108a, 108b, 109a, 109b) aufweisen, wobei jede antreibbare Achse (8, 9, 107, 108, 109) über einen eigenen Antriebstrang (2a, 2b, 102a, 102b, 102c) verfügt, der mechanisch mit mindestens einem Rad (8a, 8b, 9a, 9b, 107a, 107b, 108a, 108b, 109a, 109b) der jeweiligen Achse (8, 9, 107, 108, 109) antreibbar verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Antriebstrang (2a, 2b, 102a, 102b, 102c) als ein Hybrid-Antriebstrang über einen Verbrennungsmotor (11), eine elektrische Maschine (12), ein Getriebe (13), eine Steuerungseinheit (14) und eine Leistungselektronik (15) der elektrischen Maschine (12) verfügt.Motor vehicle, in particular a commercial vehicle, with at least two drivable axles ( 8th . 9 . 107 . 108 . 109 ), each having at least two wheels ( 8a . 8b . 9a . 9b . 107a . 107b . 108a . 108b . 109a . 109b ), wherein each drivable axle ( 8th . 9 . 107 . 108 . 109 ) via its own powertrain ( 2a . 2 B . 102 . 102b . 102c ) equipped with at least one wheel ( 8a . 8b . 9a . 9b . 107a . 107b . 108a . 108b . 109a . 109b ) of the respective axis ( 8th . 9 . 107 . 108 . 109 ) is drivably connectable, characterized in that each drive train ( 2a . 2 B . 102 . 102b . 102c ) as a hybrid powertrain via an internal combustion engine ( 11 ), an electric machine ( 12 ), a transmission ( 13 ), a control unit ( 14 ) and a power electronics ( 15 ) of the electric machine ( 12 ). Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Antriebstrang (2a, 2b, 102a, 102b, 102c) mit einer zentralen Steuerungseinheit (3, 103) verbunden ist.Motor vehicle according to claim 1, characterized in that each drive train ( 2a . 2 B . 102 . 102b . 102c ) with a central control unit ( 3 . 103 ) connected is. Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Antriebstrang (2a, 2b, 102a, 102b, 102c) über eine elektrische Verbindung (6, 106) mit einem zentralen Energiespeicher (5, 105) verbunden ist.Motor vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that each drive train ( 2a . 2 B . 102 . 102b . 102c ) via an electrical connection ( 6 . 106 ) with a central energy store ( 5 . 105 ) connected is. Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Antriebstrang (2a, 2b, 102a, 102b, 102c) über eine Kraftstoffleitung (10a, 110a) mit einem zentralen Kraftstofftank (10, 110) verbunden ist.Motor vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that each drive train ( 2a . 2 B . 102 . 102b . 102c ) via a fuel line ( 10a . 110a ) with a central fuel tank ( 10 . 110 ) connected is. Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (12) in mindestens einem Antriebstrang (2a, 2b, 102a, 102b, 102c) getriebeseitig angebunden ist und rein elektrisches Fahren ermöglicht.Motor vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that the electric machine ( 12 ) in at least one drive train ( 2a . 2 B . 102 . 102b . 102c ) is connected on the transmission side and allows purely electric driving. Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Antriebstrang (2a, 2b, 102a, 102b, 102c) identisch ausgeführt ist.Motor vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that each drive train ( 2a . 2 B . 102 . 102b . 102c ) is identical. Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Antriebstrang (2a, 2b, 102a, 102b, 102c) als einzelnes Baugruppenmodul ausgeformt ist.Motor vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that each drive train ( 2a . 2 B . 102 . 102b . 102c ) is formed as a single module assembly.
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