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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung für einen Hybridantrieb eines Fahrzeugs gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher definierten Art.
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Hybridfahrzeuge sind in der Regel mit einem Automatik- bzw. automatisierten Getriebe ausgestattet. Kennzeichnend ist hierbei die Bedienung des Fahrzeugs über ein Fahr- und ein Bremspedal. Automatik- bzw. automatisierte Getriebe sind aufwendig in der Ausgestaltung und daher kostenintensiv.
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Beispielsweise befasst sich die
DE 10 2007 052 261 A1 mit der Gestaltung eines Hybridfahrzeugs, das ein Getriebe mit mehreren Gangstufen und einem Wählelement aufweist, mittels dessen der Fahrer das Getriebe von einer Gangstufe in eine andere schalten kann. Dabei wird das Wählelement in Schaltgassen geführt und ist in eine Position für rein elektrischen Fahrbetrieb schaltbar, die in einer separaten Schaltgasse liegt. Nachteilig wirken sich bei dieser Ausgestaltung der aufwendige Aufbau und die aufwendige Bedienung der Schalteinrichtung des Hybridfahrzeugs aus.
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Aus
DE 699 37 626 T2 ist ein Hybridfahrzeug bekannt, das einen ersten Getriebebetätigungsabschnitt für eine Brennkraftmaschinenbetriebsart und einen zweiten Getriebebetätigungsabschnitt für eine Elektromotor-Fahrbetriebsart aufweist. Dabei ist ein Betätigungshebel vorgesehen, der in beide Getriebebetätigungsabschnitte hinein und aus diesen wieder heraus bewegbar ist. Im zweiten Getriebebetätigungsabschnitt kann das Elektromotor-Fahrsystem zwischen Vorwärts- und Rückwärtsgängen umgeschaltet werden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schalteinrichtung der vorgenannten Art hinsichtlich ihres Aufbaues und ihrer Bedienung zu vereinfachen und kostengünstig zu gestalten.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Es wird eine Schalteinrichtung für einen Hybridantrieb eines Fahrzeugs vorgeschlagen, bei der in einer Schaltgasse für eine elektrische Fahrstufe der Hybridantrieb zum elektrischen Fahren sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsfahrtrichtung schaltbar ist. Auf diese Weise ist das elektrische Fahren sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsfahrtrichtung in einer Schaltgasse der Schalteinrichtung ansteuerbar. Eine zusätzliche Schaltgasse für einen elektrisch betriebenen Rückwärtsgang wird so vermieden. Außerdem wird das Umschalten zwischen Vorwärts- und Rückwärtsfahrtrichtung in der elektrischen Fahrstufe vereinfacht.
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Bevorzugt in der Schaltgasse für die elektrische Fahrstufe das Fahrzeug in einer ersten Schaltstellung in Vorwärtsfahrtrichtung und in einer zweiten Schaltstellung in Rückwärtsfahrtrichtung elektrisch antreibbar.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Gangstufen des Schaltgetriebes durch eine zumindest teilweise vom Fahrer über den Schalthebel aufgebrachte Schaltkraft schaltbar. Die Schalteinrichtung ist so für Hybridantriebe in Fahrzeugen mit Handschaltgetrieben anwendbar. Der Verbrennungsmotor ist konventionell über das Handschaltgetriebe mit dem Schalthebel schaltbar. Der elektrische Antrieb ist durch Anwählen der Schaltgasse für die elektrische Fahrstufe der Schalteinrichtung durch den Schalthebel schaltbar. Die konventionelle Bedienung des Handschaltgetriebes durch den Schalthebel ist dabei sowohl im konventionellen verbrennungsmotorischen als auch im elektrischen Betrieb möglich.
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Vorzugsweise ist zum Anwählen der Schaltgasse für die elektrische Fahrstufe durch den Schalthebel das Schaltgetriebe in eine Neutralstellung schaltbar und in dieser Stellung haltbar.
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Bevorzugt ist der Schalthebel mit dem Schaltgetriebe zum Schalten der Gangstufen mechanisch verbunden. Vorzugsweise ist hierbei der Schalthebel in der Neutralstellung des Schaltgetriebes zum Anwählen der Schaltgasse für die elektrische Fahrstufe vom Schaltgetriebe abkoppelbar.
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Vorzugsweise sind dabei die Schaltstellungen des Schalthebels in der Schaltgasse für die elektrische Fahrstufe elektronisch erfassbar.
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Vorzugsweise ist der Schalthebel mit zumindest einer Schalteinheit zum Schalten der Gangstufen verbunden. Bevorzugt ist hierbei zum Anwählen der Schaltgasse für die elektrische Fahrstufe die Schalteinheit in einer Neutralstellung vom Schaltgetriebe entkoppelbar.
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Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die Schalteinheit durch eine Arretierung in der Neutralstellung positionierbar und zugleich die Schaltposition der Schalteinheit elektronisch erfassbar ist. Auf diese Weise ist die Schaltstellung des mit der Schalteinheit verbundenen Schalthebels sowohl in der Neutralstellung als auch in der Schaltgasse für die elektrische Fahrstufe detektierbar.
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Zur Erfassung der Neutralstellung des Schalthebels zum Anwählen der Schaltgasse für die elektrische Fahrstufe können elektronische Sensormittel vorgesehen sein.
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Die Schaltstellungen für die elektrische Fahrstufe können auf einfache Weise in der Schaltgasse hintereinander angeordnet werden. Vorzugsweise liegt dabei die erste Schaltstellung zum elektrischen Antrieb in Vorwärtsfahrtrichtung im Schaltweg vor der zweiten Schaltstellung zum elektrischen Antrieb in Rückwärtsfahrtrichtung.
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Es ist von Vorteil, wenn ein Schaltwiderstand oder eine Schaltsperre zur Vermeidung eines unbeabsichtigten Schaltens aus der Schaltstellung zum elektrischen Antrieb in Vorwärtsfahrtrichtung in die Schaltstellung zum elektrischen Antrieb in Rückwärtsfahrtrichtung vorgesehen ist.
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Durch den hybridisierten Antriebsstrang sind zusätzliche Funktionen wie elektrisches Zutreiben (Boosten), ein sogenanntes Segeln bei vom Antriebsstrang abgekoppeltem Verbrennungsmotor, Auffüllen des Antriebsdrehmoments, Rekuperieren an der generatorisch betriebenen elektrischen Maschine und Anhebung des Lastpunktes des Verbrennungsmotors möglich.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
- 1 eine schematische Teilansicht einer erfindungsgemäßen Schalteinrichtung in einem ersten Betriebszustand,
- 2 eine schematische Teilansicht der Schalteinrichtung aus 1,
- 3 eine schematische Teilansicht der Schalteinrichtung aus 2,
- 4 eine schematische Teilansicht der Schalteinrichtung in einem zweiten Betriebszustand,
- 5 eine schematische Teilansicht der Schalteinrichtung aus 4,
- 6 eine schematische Teilansicht der Schalteinrichtung aus 5,
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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In 1 ist eine Teilansicht einer erfindungsgemäßen Schalteinrichtung für einen Hybridantrieb eines Fahrzeugs mit einem Handschaltgetriebe mit mehreren Gangstufen 1-5, R dargestellt. Die Schalteinrichtung weist eine Schaltkulisse mit mehreren Schaltgassen auf, in denen ein Schalthebel 6 zum Schalten der Gangstufen 1-5, R des Handschaltgetriebes geführt wird. Die Schaltkulisse ist H-förmig aufgebaut. Jeder der Gangstufen 1-5, R ist einer Schaltgasse zugeordnet. Die Schaltgassen sind in klassischer Weise mit der Schaltgasse für die Gangstufe 5 vorne rechts und der Schaltgasse für den Rückwärtsgang R vorne links angeordnet. Eine weitere Schaltgasse E ist für eine elektrische Fahrstufe vorgesehen, in der elektrisch vorwärts und rückwärts gefahren werden kann. Die Schaltgasse E ist vorne links zwischen der Schaltgasse für den Rückwärtsgang R und der Schaltgasse für die erste Gangstufe 1 angeordnet. Die Schaltgassen sind durch eine quer zu diesen verlaufende neutrale Schaltgasse N miteinander verbunden, in der das Schaltgetriebe in seine neutrale Stellung schaltbar ist.
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Der Fahrer kann so auf einfache Weise aus der Schaltgasse E für die elektrische Fahrstufe in die Schaltgasse der Gangstufe 2 schalten und dann wie gewohnt verbrennungsmotorisch weiterfahren. Beim Schalten aus der Gangstufe 2 in die Gangstufe 1 kann zwischen verbrennungsmotorischem Betrieb und elektrischer Fahrstufe E gewählt werden. Das Fahrverhalten des Fahrzeugs wird hierdurch nicht verändert. Ab Gangstufe 2 wird ausschließlich verbrennungsmotorisch gefahren. 1 zeigt die Schalteinrichtung in einem ersten Betriebszustand, bei dem sich der Schalthebel 6 in der neutralen Schaltgasse N auf Höhe der Schaltgassen für die Gangstufen 1 und 2 befindet.
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Durch Schalten des Schalthebels 6 in die Schaltgasse E für die elektrische Fahrstufe ist zumindest eine elektrische Maschine des Hybridantriebs aktivierbar und mit dem Antriebsstrang des Fahrzeugs zur Übertragung einer Antriebsleistung koppelbar. In der Schaltgasse E ist in einer ersten Schaltstellung EV des Schalthebels das Fahrzeug in Vorwärtsfahrtrichtung und in einer zweiten Schaltstellung ER in Rückwärtsfahrtrichtung elektrisch antreibbar. Dabei sind die Schaltstellungen EV und ER in der Schaltgasse E hintereinander angeordnet. Durch Verschieben des Schalthebels 6 aus der neutralen Schaltgasse N in die Schaltgasse E kann in die Schaltstellung EV für die Vorwärtsfahrtrichtung geschaltet werden. Die Schaltstellung EV liegt im Schaltweg vor der Stellung ER für die Rückwärtsfahrtrichtung. Zum Schalten in die Schaltstellung ER aus der Schaltstellung EV muss der Schalthebel 6 weiter in die Schaltgasse E hinein verschoben werden. Dabei ist ein für den Fahrer spürbarer Schaltwiderstand zu überwinden oder es ist eine Schaltsperre freizuschalten, um ein unbewusstes Schalten in die Stellung ER zu vermeiden. In der Schaltgasse E kann durch Vor- und Zurückschieben des Schalthebels 6 zwischen elektrischem Vorwärts- und Rückwärtsfahren einfach umgeschaltet werden.
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2 zeigt in einer weiteren Teilansicht die mechanische Verbindung der Schalteinrichtung mit dem durch eine gestrichelte Linie angedeuteten Schaltgetriebe 7 des Fahrzeugs. Der Schalthebel 6 aus 1 ist beispielsweise über ein Gestänge, mit einer Schalteinheit zum Schalten der Gangstufen 1-5, R des Schaltgetriebes 7 verbunden. Hierbei sind die Gangstufen über die Schalteinheit durch eine zumindest teilweise vom Fahrer über den Schalthebel 6 aufgebrachte Schaltkraft schaltbar. Die Schalteinheit weist eine erste und eine zweite Schalthülse 8, 9 auf, die auf einer durch eine Strich-Punkt-Linie angedeuteten Schaltwelle 10 koaxial verschiebbar und zugleich um die Schaltwellenachse verschwenkbar hintereinander angeordnet sind. Die Schalthülsen 8, 9 sind jeweils mit einem Mitnehmer 11 zum Betätigen mehrerer entlang der Schaltwelle 10 angeordneter Schaltgabeln 12 -15 ausgebildet. Hierbei ist durch die erste Schalthülse 8 eine erste Schaltgabel 12 zum Schalten der Radsätze der Gangstufen 1 und 2, eine zweite Schaltgabel 13 zum Schalten der Radsätze der Gangstufen 3 und 4 und eine dritte Schaltgabel 14 zum Schalten des Radsatzes der Gangstufe 5 betätigbar. Eine vierte Schaltgabel 15 zum Schalten des Radsatzes des Rückwärtsgangs R ist durch die zweite Schalthülse 9 betätigbar. Zum Betätigen der jeweiligen Schaltgabel 12-15 kann durch Verschieben der Schalthülsen 8, 9 auf der Schaltwelle der Mitnehmer 11 der jeweiligen Schalthülse 8, 9 in einen jeweils an den Schaltgabeln 12-15 korrespondierend ausgebildeten Mitnehmerabschnitt 16 eingreifen, an dem der Mitnehmer 11 in Verschwenkrichtung mit der jeweiligen Schaltgabel 12-15 formschlüssig koppelbar ist. Durch Verschwenken der Schalthülsen 8, 9 ist durch die Mitnehmer 11 die jeweilige Schaltgabel 12-15 aus einer Neutralstellung in eine den Radsatz der jeweils zugeordneten Gangstufe 1-5, R koppelnde Stellung überführbar.
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Im ersten Betriebszustand befindet sich der Schalthebel 6 in der neutralen Schaltgasse N auf Höhe der Schaltgassen für die Gangstufen 1 und 2 (1). Dabei ist die erste Schalthülse 8 in einer Schaltposition an einem Endabschnitt der Schaltwelle 9 angeordnet und steht in der Neutralstellung über ihren Mitnehmer 11 im Eingriff mit der den Gangstufen 1 und 2 zugeordneten ersten Schaltgabel 12 (5). Zugleich befindet sich die zweite Schalthülse 9 in einer Schaltposition am gegenüberliegenden Endabschnitt der Schaltwelle 10 außer Eingriff mit der dem Rückwärtsgang zugeordneten vierten Schaltgabel 15.
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3 zeigt eine stirnseitige Ansicht der ersten Schalthülse 8 aus 2 auf dem zugeordneten Endabschnitt der Schaltwelle 10. Der Mitnehmer 11 wird durch einen radialen quaderförmigen Vorsprung an der Schalthülse 8 gebildet, der als sogenannter Schaltfinger in den als korrespondierende maulartige Öffnung ausgeführten Mitnehmerabschnitt 16 an der ersten Schaltgabel 12 eingreift und dabei von dieser in Verschwenkrichtung zur Übertragung der Schaltkraft seitlich umfasst wird. Die Schalgabel 12 befindet sich in der Neutralstellung, in der die Radsätze der Gangstufen 1 und 2 jeweils entkoppelt sind. Durch Verschwenken der Schalthülse 8 um die Schaltwellenachse ist die Schaltgabel 12 aus ihrer Neutralstellung in einer ersten Schwenkrichtung in eine erste Stellung zum drehfesten Koppeln des Radsatzes der Gangstufe 1 und in der zweiten Schwenkrichtung in eine zweite Stellung zum drehfesten Koppeln des Radsatzes der Gangstufe 2 verschiebbar.
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Die Schalteinheit bildet so einen Dreh-Schiebe-Mechanismus. Dieser überträgt die Bewegung des Schalthebels 6 auf das Schaltgetriebe 7. Bei einer Bewegung des Schalthebels 6 in der neutralen Schaltgasse N der Schaltkulisse zum Wählen der Schaltgasse der gewünschten Gangstufe 1-5, E, R werden die Schalthülsen 8, 9 auf der Schaltwelle 10 entsprechend verschoben. Durch Bewegung des Schalthebels 6 in die gewählte Schaltgasse zum Schalten der ausgewählten Gangstufe 1-5, R wird die Schalthülse 8 auf der Schaltwelle 10 verschwenkt und die zugeordnete Schaltgabel 12-15 betätigt.
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In 4 und 5 befindet sich die Schalteinrichtung in einem zweiten Betriebszustand. Der Schalthebel 6 ist in der neutralen Schaltgasse N in eine neutrale Schaltposition auf Höhe der Schaltgasse E für die elektrische Fahrstufe geschaltet ist. Das Schaltgetriebe 7 befindet sich dabei in seiner Neutralstellung. Durch die Bewegung des Schalthebels 6 in der neutralen Schaltgasse N werden die Schalthülsen 8, 9 entlang der jeweiligen Endabschnitte der Schaltwelle 10 verschoben. Die erste Schalthülse 8 wird dabei aus der Mitnehmerstellung mit der ersten Schaltgabel 12 hinausbewegt (5). Hierbei sind die erste und die zweite Schalthülse 8, 9 an den Endabschnitten der Schaltwelle 10 derart positioniert, dass sich die Schalthülsen 8, 9 außer Eingriff mit den Schaltgabeln 12-15 befinden. Auf diese Weise ist die Schalteinheit beim Verschieben des Schalthebels 6 in die Schaltgasse E vom Schaltgetriebe 7 entkoppelbar. Dabei kann in den Schaltstellungen EV und ER vorwärts bzw. rückwärts elektrisch gefahren werden (4). Beim Bewegen des Schalthebels 6 in die Schaltgasse E werden die Schalthülsen 8, 9 um die Schaltwellenachse verschwenkt (5 und 6). Da sich hierbei die Mitnehmer 11 der Schalthülsen 8, 9 außer Eingriff mit den Schaltgabeln 12-15 befinden läuft die Verschwenkbewegung ins Leere. Die Schaltgabeln 12-15 verbleiben so jeweils in ihrer Neutralstellung. Dadurch ist beim Schalten des Schalthebels 6 in die Schaltgasse E das Schaltgetriebe 7 in seiner Neutralstellung haltbar.
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Vorzugsweise ist durch eine nicht dargestellte Sensor-Arretierung die Schalteinheit in der Neutralstellung positionierbar und zugleich detektierbar. Dabei wird ein durch das Schalten bewirkter Zwangshub einer Arretierung durch einen auf der Arretierung aufgesetzten Sensor erfasst. Auf diese Weise ist die Schaltstellung des mit der Schalteinheit verbundenen Schalthebels 6 elektronisch erfassbar und der elektrische Fahrmodus über eine nicht dargestellte elektronische Steuereinrichtung aktuierbar. Eine Anfahrkupplung des Fahrzeugs kann hierbei betätigt werden, dies ist aber nicht zwingend erforderlich.
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Die elektrische Fahrstufe ist mit einer Start-Stopp-Funktion kombinierbar. Dabei ist der Verbrennungsmotor des Hybridantriebs während des elektrischen Betriebs des Fahrzeugs abschaltbar und beim Schalten der konventionellen Gangstufen 1 bis 5 und R wieder automatisch startbar. Außerdem kann verbrennungsmotorisch angefahren werden.
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Eine elektrische Maschine des Hybridantriebs ist vorzugsweise mit der Getriebeausgangswelle des Schaltgetriebes des Fahrzeugs zur Übertragung einer Antriebsleistung koppelbar. Denkbar ist auch, dass der Hybridantrieb zumindest eine elektrische Maschine aufweist, die auf eine antreibbare Achse des Fahrzeugs wirkt.
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Weiterhin kann ein Schalter im Bereich der Schaltkulisse vorgesehen sein, der die Betriebsbereitschaft der elektrischen Maschine, insbesondere in Abhängigkeit vom Ladezustand der Fahrzeugbatterie, zum rein elektrischen Fahren signalisiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gangstufe
- 2
- Gangstufe
- 3
- Gangstufe
- 4
- Gangstufe
- 5
- Gangstufe
- 6
- Schalthebel
- 7
- Schaltgetriebe
- 8
- Schalthülse
- 9
- Schalthülse
- 10
- Schaltwelle
- 11
- Mitnehmer
- 12
- Schaltgabel
- 13
- Schaltgabel
- 14
- Schaltgabel
- 15
- Schaltgabel
- 16
- Mitnehmerabschnitt
- R
- Gangstufe
- E
- Schaltgasse
- EV
- Schaltstellung
- ER
- Schaltstellung
