DE102015214861A1 - Hybrid drive for a vehicle, method and apparatus for driving a hybrid drive - Google Patents

Hybrid drive for a vehicle, method and apparatus for driving a hybrid drive Download PDF

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Anil Kharche
Naig Suresh Krishanaswamy
Joydeep Roy
Sailesh Sharma
Pritesh Doshi
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Abstract

Hybridantriebe weisen in üblicher Bauform einen Verbrennungsmotor und mindestens einen Elektromotor auf, wobei die beiden Motoren wahlweise alternativ oder gemeinsam betrieben werden können. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Hybridantrieb, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ansteuern des Hybridantriebs der vorgenannten Art kostengünstig sowie effektiv im Betrieb zu gestalten. Es wird ein Hybridantrieb für ein Fahrzeug vorgeschlagen, mit einer elektrischen Maschine 1 und einer Antriebswelle, wobei die elektrische Maschine 1 mit der Antriebswelle wirkverbunden ist, mit einem Verbrennungsmotor 2 und einer Kurbelwelle 3, wobei der Verbrennungsmotor 2 mit der Kurbelwelle wirkverbunden ist, mit einem Schaltgetriebe 4, wobei das Schaltgetriebe 4 eine Getriebeausgangswelle aufweist und wobei der Verbrennungsmotor 2 über die Kurbelwelle 3 mit dem Schaltgetriebe 4 wirkverbunden ist, und mit einer im Kraftfluss zwischen Verbrennungsmotor 2 und Schaltgetriebe 4 angeordneten Kupplung 8 zum Abkoppeln des Verbrennungsmotors 2 vom Schaltgetriebe 4, und mit einer ersten schaltbaren Zahnradgetriebestufe 32 und einer schaltbaren zweite Zahnradgetriebestufe 33, wobei die Antriebswelle 10 einerseits über die erste Zahnradgetriebestufe 32 mit der Kurbelwelle 3 und andererseits über die zweite Zahnradgetriebestufe 33 mit der Getriebeausgangswelle 5 in direkter Antriebsverbindung steht.Hybrid drives have in the conventional design an internal combustion engine and at least one electric motor, wherein the two motors can be operated alternatively alternatively or jointly. The invention is therefore based on the object, a hybrid drive, a method and an apparatus for driving the hybrid drive of the aforementioned type to make cost-effective and effective in operation. It is proposed a hybrid drive for a vehicle, comprising an electric machine 1 and a drive shaft, wherein the electric machine 1 is operatively connected to the drive shaft, with an internal combustion engine 2 and a crankshaft 3, wherein the internal combustion engine 2 is operatively connected to the crankshaft, with a Manual transmission 4, wherein the transmission 4 has a transmission output shaft and wherein the internal combustion engine 2 is operatively connected via the crankshaft 3 with the transmission 4, and arranged in the power flow between the engine 2 and 4 gearbox clutch 8 for decoupling the engine 2 from the transmission 4, and with a first shiftable gear stage 32 and a shiftable second gear stage 33, wherein the drive shaft 10 on the one hand via the first gear stage 32 with the crankshaft 3 and on the other hand via the second gear stage 33 with the transmission output shaft 5 in direct Antriebsverbind stands.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hybridantrieb für ein Fahrzeug mit einer elektrischen Maschine und einer Antriebswelle, wobei die elektrische Maschine mit der Antriebswelle wirkverbunden ist, mit einem Verbrennungsmotor und einer Kurbelwelle, wobei der Verbrennungsmotor mit der Kurbelwelle wirkverbunden ist, mit einem Schaltgetriebe, wobei das Schaltgetriebe eine Getriebeausgangswelle aufweist und wobei der Verbrennungsmotor über die Kurbelwelle mit dem Schaltgetriebe wirkverbunden ist, und mit einer im Kraftfluss zwischen Verbrennungsmotor und Schaltgetriebe angeordneten Kupplung zum Abkoppeln des Verbrennungsmotors vom Schaltgetriebe. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ansteuern des Hybridantriebs.The invention relates to a hybrid drive for a vehicle having an electric machine and a drive shaft, wherein the electric machine is operatively connected to the drive shaft, with an internal combustion engine and a crankshaft, wherein the internal combustion engine is operatively connected to the crankshaft, with a manual transmission, wherein the manual transmission Transmission output shaft has and wherein the internal combustion engine is operatively connected via the crankshaft to the transmission, and with a arranged in the power flow between the engine and transmission clutch for decoupling the engine from the transmission. Furthermore, the invention relates to a method and apparatus for driving the hybrid drive.

Hybridantriebe weisen in üblicher Bauform einen Verbrennungsmotor und mindestens einen Elektromotor auf, wobei die beiden Motoren wahlweise alternativ oder gemeinsam betrieben werden können.Hybrid drives have in the conventional design an internal combustion engine and at least one electric motor, wherein the two motors can be operated alternatively alternatively or jointly.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Hybridantrieb, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ansteuern des Hybridantriebs der vorgenannten Art kostengünstig sowie effektiv im Betrieb zu gestalten.The invention is therefore based on the object, a hybrid drive, a method and an apparatus for driving the hybrid drive of the aforementioned type to make cost-effective and effective in operation.

Diese Aufgabe wird durch einen Hybridantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.This object is achieved by a hybrid drive with the features of claim 1, by a method having the features of claim 8 and by an apparatus having the features of claim 9. Preferred or advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims, the following description and the accompanying drawings.

Gegenstand der Erfindung ist ein Hybridantrieb, welcher für ein Fahrzeug geeignet und/oder ausgebildet ist. Bei dem Fahrzeug handelt es sich insbesondere um einen Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Bus etc. Der Hybridantrieb erzeugt das Traktionsmoment für das Fahrzeug, insbesondere bildet der Hybridantrieb den ausschließlichen Antrieb für das Fahrzeug.The invention relates to a hybrid drive, which is suitable and / or designed for a vehicle. The vehicle is in particular a passenger car, truck, bus, etc. The hybrid drive generates the traction torque for the vehicle, in particular, the hybrid drive forms the exclusive drive for the vehicle.

Der Hybridantrieb weist eine elektrische Maschine auf, welche alternativ als Elektromotor und als Generator betreibbar ist. Ferner umfasst der Hybridantrieb eine Antriebswelle, welche mit der elektrischen Maschine wirkverbunden ist. Besonders bevorzugt ist die Antriebswelle mit der elektrischen Maschine direkt antreibbar verbunden. Insbesondere sind Antriebswelle und elektrische Maschine zueinander koaxial angeordnet. Ferner weist der Hybridantrieb einen Verbrennungsmotor sowie eine Kurbelwelle auf. Der Verbrennungsmotor ist mit der Kurbelwelle wirkverbunden.The hybrid drive has an electric machine, which is alternatively operable as an electric motor and as a generator. Furthermore, the hybrid drive comprises a drive shaft, which is operatively connected to the electric machine. Particularly preferably, the drive shaft with the electric machine is connected directly driven. In particular, drive shaft and electric machine are arranged coaxially with each other. Furthermore, the hybrid drive on an internal combustion engine and a crankshaft. The internal combustion engine is operatively connected to the crankshaft.

Der Hybridantrieb weist ein Schaltgetriebe auf, wobei das Schaltgetriebe unterschiedliche Gänge und/oder Übersetzungsstufen schalten kann. Besonders bevorzugt ist das Schaltgetriebe als ein manuell schaltbares Schaltgetriebe ausgebildet. Vorzugsweise umfasst der Hybridantrieb mindestens eine Gangschalteinrichtung, welche von einem Fahrer betätigt werden kann, um einen Gangwechsel und/oder Übersetzungsverhältniswechsel in dem Schaltgetriebe umzusetzen. Das Schaltgetriebe weist eine Getriebeausgangswelle auf, welche den Abtrieb des Hybridantriebs bildet. Optional ist die Getriebeausgangswelle mit einer Differenzialeinrichtung verbunden, welche das Antriebsdrehmoment bzw. Traktionsdrehmoment an angetriebene Achsen und/oder Räder des Fahrzeugs weiterleitet. Optional bildet die Differenzialeinrichtung einen Bestandteil des Hybridantriebs. Eingangsseitig ist das Schaltgetriebe über die Kurbelwelle mit dem Verbrennungsmotor wirkverbunden, sodass ein Traktionsmoment von dem Verbrennungsmotor über die Kurbelwelle in das Schaltgetriebe eingeleitet werden kann. The hybrid drive has a manual transmission, wherein the transmission can shift different gears and / or gear ratios. Particularly preferably, the manual transmission is designed as a manually switchable transmission. Preferably, the hybrid drive comprises at least one gearshift device, which can be actuated by a driver to implement a gear change and / or gear ratio change in the manual transmission. The manual transmission has a transmission output shaft, which forms the output of the hybrid drive. Optionally, the transmission output shaft is connected to a differential device, which forwards the drive torque or traction torque to driven axles and / or wheels of the vehicle. Optionally, the differential device forms part of the hybrid drive. On the input side, the manual transmission via the crankshaft with the internal combustion engine is operatively connected, so that a traction torque can be introduced from the engine via the crankshaft in the manual transmission.

Ferner weist der Hybridantrieb eine Kupplung auf, welche im Kraftfluss, Leistungsfluss und/oder Momentenfluss zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Schaltgetriebe angeordnet ist. Die Kupplung dient zum Abkoppeln und Ankoppeln des Verbrennungsmotors vom Schaltgetriebe. Besonders bevorzugt ist die Kupplung als eine automatisierte Kupplung ausgebildet, welche z.B. durch Stellsignale über einen integrierten Aktuator geöffnet und geschlossen werden kann.Furthermore, the hybrid drive has a clutch, which is arranged in the power flow, power flow and / or torque flow between the engine and the transmission. The coupling is used to uncouple and couple the internal combustion engine from the manual transmission. More preferably, the clutch is designed as an automated clutch which is e.g. can be opened and closed by control signals via an integrated actuator.

Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Hybridantrieb eine erste, insbesondere schaltbare Zahnradgetriebestufe und eine zweite, insbesondere schaltbare Zahnradgetriebestufe aufweist. Es ist vorgesehen, dass die Antriebswelle einerseits über die erste Zahnradgetriebestufe mit der Kurbelwelle und andererseits über die zweite Zahnradgetriebestufe mit der Getriebeausgangswelle in direkte Antriebsverbindung bringbar ist. Ferner weist der Hybridantrieb eine erste und eine zweite Schalteinrichtung auf, wobei die erste Zahnradgetriebestufe über die erste Schalteinrichtung geöffnet und geschlossen werden kann, sodass eine Wirkverbindung zwischen der Antriebswelle und der Kurbelwelle über die erste Zahnradgetriebestufe geöffnet und geschlossen werden kann. Ferner kann die zweite Zahnradgetriebestufe über die zweite Schalteinrichtung geöffnet und geschlossen werden, sodass eine Wirkverbindung zwischen der Antriebswelle und der Getriebeausgangswelle über die zweite Zahnradgetriebestufe geöffnet und geschlossen werden kann. In the context of the invention, it is proposed that the hybrid drive has a first, in particular switchable gear transmission stage and a second, in particular switchable gear transmission stage. It is provided that the drive shaft on the one hand via the first gear stage with the crankshaft and on the other hand via the second gear stage with the transmission output shaft can be brought into direct drive connection. Further, the hybrid drive on a first and a second switching device, wherein the first gear stage can be opened and closed via the first switching device, so that an operative connection between the drive shaft and the crankshaft via the first gear stage can be opened and closed. Furthermore, the second gear transmission stage can be opened and closed via the second switching device, so that an operative connection between the drive shaft and the transmission output shaft can be opened and closed via the second gear transmission stage.

Der Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass ein Drehmoment über zwei parallele Pfade zwischen der Antriebswelle einerseits und der Kurbelwelle und/oder der Getriebeausgangswelle andererseits transportiert werden kann. Diese konstruktive Ausgestaltung ermöglicht eine Vielzahl von neuen Betriebsarten, die nachfolgend noch beschrieben werden.The advantage of the invention is the fact that a torque over two parallel paths between the drive shaft on the one hand and the crankshaft and / or the transmission output shaft on the other hand can be transported. This structural design allows a variety of new modes, which will be described below.

Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung weist die erste Zahnradgetriebestufe ein auf der Antriebswelle angeordnetes erstes Antriebsrad auf. Das erste Antriebsrad ist vorzugsweise als Festrad auf der Antriebswelle angeordnet. Ferner umfasst die erste Zahnradgetriebestufe ein auf der Kurbelwelle angeordnetes erstes Abtriebsrad. Das erste Abtriebsrad ist vorzugsweise als ein Festrad auf der Kurbelwelle ausgebildet. Ferner umfasst die erste Zahnradgetriebestufe ein erstes Zwischenrad, wobei das erste Zwischenrad über die erste Schalteinrichtung in einen Kopplungszustand und in einen Freilaufzustand bringbar ist. Die erste Zahnradgetriebestufe ist geschlossen, wenn das erste Zwischenrad in dem Kopplungszustand ist und sowohl mit dem ersten Antriebsrad als auch mit dem ersten Abtriebsrad kämmt. Die erste Zahnradgetriebestufe ist geöffnet, wenn das erste Zwischenrad in einem Freilaufzustand ist und somit das erste Antriebsrad und das erste Abtriebsrad voneinander entkoppelt sind. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Begriffe Antriebsrad und Abtriebsrad hier und nachfolgend zur besseren Identifizierung der Räder gewählt sind. Es kann jedoch auch sein, dass das erste Antriebsrad als Abtriebsrad und das erste Abtriebsrad als Antriebsrad arbeitet, wenn die Richtung des Leistungsflusses in dem Hybridantrieb entsprechend umgedreht wird. Vorzugsweise ist die erste Zahnradgetriebestufe als eine Stirnzahnradgetriebestufe ausgebildet. In a preferred structural embodiment of the invention, the first gear stage on a arranged on the drive shaft first drive wheel. The first drive wheel is preferably arranged as a fixed gear on the drive shaft. Furthermore, the first gear transmission stage comprises a first output gear arranged on the crankshaft. The first output gear is preferably formed as a fixed gear on the crankshaft. Furthermore, the first gear transmission stage comprises a first intermediate gear, wherein the first intermediate gear can be brought into a coupling state and into a free-running state via the first switching device. The first gear stage is closed when the first idler gear is in the coupling state and meshing with both the first drive gear and the first output gear. The first gear transmission stage is opened when the first idler gear is in a coasting state and thus the first drive wheel and the first driven gear are decoupled from each other. It should be noted that the terms drive wheel and driven wheel are chosen here and below for better identification of the wheels. However, it may also be that the first drive wheel works as a driven wheel and the first driven wheel as a drive wheel, if the direction of the power flow in the hybrid drive is reversed accordingly. Preferably, the first gear transmission stage is designed as a Stirnzahnradgetriebestufe.

Alternativ oder ergänzend ist es bevorzugt, dass die zweite Zahnradgetriebestufe ein auf der Antriebswelle angeordnetes zweites Antriebsrad und ein auf der Getriebeausgangswelle angeordnetes zweites Abtriebsrad aufweist. Das zweite Antriebsrad und das zweite Abtriebsrad sind auf den jeweiligen Wellen vorzugsweise als Festräder ausgebildet. Ferner weist die zweite Zahnradgetriebestufe ein zweites Zwischenrad auf, wobei das zweite Zwischenrad über die zweite Schalteinrichtung von einem Kopplungszustand in einen Freilaufzustand bringbar ist. Die zweite Zahnradgetriebestufe ist geschlossen, wenn das zweite Zwischenrad in dem Kopplungszustand ist und sowohl mit dem zweiten Antriebsrad als auch mit dem zweiten Abtriebsrad kämmt. Die zweite Zahnradgetriebestufe ist geöffnet, wenn das zweite Zwischenrad in einem Freilaufzustand ist und somit das zweite Antriebsrad und das zweite Abtriebsrad voneinander entkoppelt sind. Vorzugsweise ist die zweite Zahnradgetriebestufe als eine Stirnzahnradgetriebestufe ausgebildet. Es ist besonders bevorzugt, dass die Zahnräder der ersten Zahnradgetriebestufe in einer Eingriffsebene und die Zahnräder der zweiten Zahnradgetriebestufe in einer zweiten Eingriffsebene angeordnet sind. Dadurch sind die Zahnradgetriebestufen sehr platzsparend zu bauen.Alternatively or additionally, it is preferred that the second gear transmission stage has a second drive wheel arranged on the drive shaft and a second output gear arranged on the transmission output shaft. The second drive wheel and the second output gear are preferably formed on the respective shafts as fixed wheels. Furthermore, the second gear transmission stage has a second intermediate gear, wherein the second intermediate gear can be brought from a coupling state into a free-running state via the second switching device. The second gear transmission stage is closed when the second idler gear is in the coupling state and meshes with both the second drive gear and the second output gear. The second gear transmission stage is open when the second idler gear is in a coasting state and thus the second drive gear and the second driven gear are decoupled from each other. Preferably, the second gear stage is formed as a Stirnzahnradgetriebestufe. It is particularly preferred that the gears of the first gear stage in an engagement plane and the gears of the second gear stage are arranged in a second engagement plane. As a result, the gear transmission stages are very space-saving to build.

Die Zwischenräder sind jeweils zur Drehrichtungsumkehr ausgebildet. Vorzugsweise sind die Zwischenräder auf einer Zwischenwelle angeordnet und zwar als Losräder. Denkbar sind auch mehrstufige Antriebsanbindungen, die jedoch wesentlich aufwendiger in der Ausgestaltung sind und zudem mehr Bauraum beanspruchen.The intermediate wheels are each designed to reverse the direction of rotation. Preferably, the intermediate wheels are arranged on an intermediate shaft and as idler gears. Conceivable are also multi-stage drive connections, which are, however, much more expensive in the design and also claim more space.

Die erste oder die zweite Schalteinrichtung weisen zum Schalten des ersten bzw. zweiten Zwischenrads einen elektromagnetisch oder elektromechanisch betätigbaren Synchronkonuskoppelmechanismus oder einen Reibscheibenkoppelmechanismus auf. Für die erste Schalteinrichtung kann auch vorgesehen sein, dass diese als eine rein formschlüssig wirkende Schalteinrichtung, wie z.B. eine Klauenkupplung, ausgebildet ist, welche ohne Reibkopplungseinrichtung das Schalten des ersten Zwischenrads übernimmt.The first or the second switching device have an electromagnetically or electromechanically actuatable synchronous cone-coupling mechanism or a friction disc coupling mechanism for switching the first and second intermediate gear. For the first switching device can also be provided that this as a purely form-fitting acting switching device, such. a jaw clutch, is formed, which takes over the switching of the first intermediate without Reibkopplungseinrichtung.

Hinsichtlich der konstruktiven Ausgestaltung ist bevorzugt, dass die Antriebswelle durch eine Rotorwelle der elektrischen Maschine gebildet ist oder mit dieser drehfest verbunden ist. Besonders bevorzugt ist, dass die Antriebswelle achsparallel zur Kurbelwelle und/oder zur Getriebeausgangswelle angeordnet ist. Auf diese Weise ist ein sehr einfacher und platzsparender Aufbau möglich.With regard to the structural design is preferred that the drive shaft is formed by a rotor shaft of the electric machine or is rotatably connected thereto. It is particularly preferred that the drive shaft is arranged axially parallel to the crankshaft and / or to the transmission output shaft. In this way, a very simple and space-saving design is possible.

Ferner wird die erfindungsgemäße Aufgabe auch durch ein Verfahren zum Ansteuern des Hybridantriebs für ein Fahrzeug gelöst, wobei der Hybridantrieb vorzugsweise ausgebildet ist wie zuvor beschrieben, bzw. nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Fahrzeugs eine elektrische Maschine des Hybridantriebs sowohl mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors als auch mit einer Getriebeausgangswelle des Schaltgetriebes zur Übertragung einer Antriebsleistung selektiv gekoppelt wird.Furthermore, the object of the invention is also achieved by a method for driving the hybrid drive for a vehicle, wherein the hybrid drive is preferably designed as described above, or according to one of the preceding claims. According to the invention, depending on the operating state of the vehicle, an electric machine of the hybrid drive is selectively coupled both to a crankshaft of the internal combustion engine and to a transmission output shaft of the gearbox for transmitting drive power.

Beispielsweise kann bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor die Kupplung automatisiert geöffnet und der Verbrennungsmotor durch die elektrische Maschine gestartet und zugleich das Fahrzeug durch die elektrische Maschine über die Getriebeausgangswelle elektrisch angetrieben werden. Dies kann sowohl bei bewegtem als auch bei stehendem Fahrzeug durchgeführt werden. Hierbei können die Drehzahl und das Drehmoment der elektrischen Maschine zur Ermöglichung eines Kalt- oder Warmstarts des Verbrennungsmotors entsprechend automatisch angepasst werden.For example, when the internal combustion engine is switched off, the clutch can be opened automatically and the internal combustion engine can be started by the electric machine and at the same time the vehicle can be electrically driven by the electric machine via the transmission output shaft. This can be done both when the vehicle is stationary and stationary. In this case, the rotational speed and the torque of the electric machine for enabling a cold or warm start of the internal combustion engine can be adjusted accordingly.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Kupplung automatisiert zu schließen und die elektrische Maschine sowohl über die Kurbelwelle als auch über die Getriebeausgangswelle durch den Verbrennungsmotor anzutreiben und zur Energieerzeugung generatorisch zu betreiben.Another possibility is to close the clutch automated and the To drive electric machine both via the crankshaft and via the transmission output shaft by the internal combustion engine and to operate as a generator for energy generation.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung zur Ansteuerung des Hybridantriebs für das Fahrzeug gelöst, wobei der Hybridantrieb vorzugsweise ausgebildet ist, wie zuvor beschrieben bzw. nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine signaltechnisch mit dem Antriebsstrang verbundene Hybridsteuereinheit zum Ansteuern des Koppelns der elektrischen Maschine des Hybridantriebs mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors des Hybridantriebs und der Getriebeausgangswelle des Schaltgetriebes auf. Mit der Hybridsteuereinheit ist zumindest die elektrische Maschine, eine im Kraftfluss zwischen Verbrennungsmotor und Schaltgetriebe angeordnete automatisierte Kupplung und die erste Schalteinrichtung zum Koppeln der elektrischen Maschine mit der Kurbelwelle und die zweite Schalteinrichtung zum Koppeln der elektrischen Maschine mit der Getriebeausgangswelle ansteuerbar.The object of the invention is also achieved by a device for controlling the hybrid drive for the vehicle, wherein the hybrid drive is preferably formed, as described above or according to one of the preceding claims. The device according to the invention has a hybrid with the drive train hybrid control unit for driving the coupling of the electric machine of the hybrid drive with the crankshaft of the internal combustion engine of the hybrid drive and the transmission output shaft of the gearbox. At least the electric machine, an automatic clutch arranged in the power flow between the internal combustion engine and the manual transmission, and the first switching device for coupling the electric machine to the crankshaft and the second switching device for coupling the electric machine to the transmission output shaft can be actuated by the hybrid control unit.

Zur Ansteuerung einer Stelleinrichtung zur Betätigung der automatisierten Kupplung kann eine Kupplungssteuerung funktional in die Hybridsteuereinheit integriert sein.For controlling an actuating device for actuating the automated clutch, a clutch control may be functionally integrated in the hybrid control unit.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:Further features of the invention will become apparent from the following description and from the drawings, in which several embodiments of the invention are shown in simplified form. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Hybridantriebs für ein Fahrzeug, 1 a schematic representation of a hybrid drive according to the invention for a vehicle,

2 eine schematische Teilansicht des Hybridantriebs in einem ersten Ausführungsbeispiel, 2 a schematic partial view of the hybrid drive in a first embodiment,

3 eine schematische Teilansicht des Hybridantriebs in einem zweiten Ausführungsbeispiel, 3 a schematic partial view of the hybrid drive in a second embodiment,

4 eine tabellarische Übersicht von Betriebsweisen des Hybridantriebs, 4 a tabular overview of modes of operation of the hybrid drive,

5 ein Diagramm mit einer graphischen Darstellung eines Fahrzyklus des Hybridantriebs, 5 a diagram with a graphical representation of a driving cycle of the hybrid drive,

6 bis 11 schematische Darstellungen des Leistungsflusses bei verschiedenen Betriebsweisen des Hybridantriebs, 6 to 11 schematic representations of the power flow in different modes of operation of the hybrid drive,

12 eine schematische Darstellung einer Steuerung Betrieb eines Hybridantriebs anhand eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs. 12 a schematic representation of a control operation of a hybrid drive based on a drive train of a vehicle.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

In 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßer Hybridantrieb für ein Fahrzeug dargestellt. Dieser weist eine elektrische Maschine 1 auf, die an einen Antriebsstrang des Fahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor 2 mit einer Kurbelwelle 3 und einem Schaltgetriebe 4 angebunden ist. Das Schaltgetriebe 4 steht an seiner Getriebeausgangswelle 5 in Antriebsverbindung mit einem Differenzialgetriebe 6 einer angetriebenen Achse des Fahrzeugs, wobei das Differenzialgetriebe 6 die im Antriebsstrang erzeugte Antriebsleistung auf die angedeuteten Fahrzeugräder 7 der Achse verteilt. In 1 is schematically illustrated an inventive hybrid drive for a vehicle. This has an electrical machine 1 on, attached to a powertrain of the vehicle with an internal combustion engine 2 with a crankshaft 3 and a manual transmission 4 is connected. The manual transmission 4 stands at its transmission output shaft 5 in drive connection with a differential gear 6 a driven axle of the vehicle, wherein the differential gear 6 the drive power generated in the drive train to the indicated vehicle wheels 7 distributed the axis.

Im Kraftfluss zwischen Verbrennungsmotor 1 und Schaltgetriebe 4 ist eine Kupplung 8 angeordnet, durch die der Verbrennungsmotor 1 von einer Getriebeeingangswelle des Schaltgetriebes 4 und damit vom Antriebsstrang abkoppelbar ist. Getriebeeingangswelle und Getriebeausgangswelle 5 sind hier achsenparallel angeordnet und stehen über mehrere schaltbare Zahnradpaarungen in Antriebsverbindung. Die Kupplung 8 ist durch ein elektronisches Kupplungsmanagement System (ECM) mit einer hydraulischen Betätigungseinrichtung HCA automatisiert betätigbar, während das Schaltgetriebe 4 als Handschaltgetriebe ausgeführt und mit einem angedeuteten Handschalthebel 9 schaltbar ist. Zum Einstellen der Motorleistung des Verbrennungsmotors 1 ist ein Fahrpedal FP und zur Betätigung der Fahrzeugbremse durch den Fahrer ein Bremspedal BP vorgesehen.In the power flow between internal combustion engine 1 and manual transmission 4 is a clutch 8th arranged by which the internal combustion engine 1 from a transmission input shaft of the gearbox 4 and thus can be decoupled from the drive train. Transmission input shaft and transmission output shaft 5 Here are arranged parallel to the axis and are connected via a plurality of switchable gear pairings in drive connection. The coupling 8th is automatically actuated by an electronic clutch management system (ECM) with a hydraulic actuator HCA, while the manual transmission 4 designed as a manual transmission and with an indicated manual shift lever 9 is switchable. For adjusting the engine power of the internal combustion engine 1 is an accelerator pedal FP and for actuating the vehicle brake by the driver, a brake pedal BP is provided.

Eine mit der der elektrischen Maschine 1 direkt antreibbar verbundene Antriebswelle 10 ist achsenparallel zur Kurbelwelle 3 und dem Schaltgetriebe 4 angeordnet. Die Antriebswelle 10 wird vorzugsweise, wie hier dargestellt, durch eine Rotorwelle der elektrischen Maschine 1 gebildet. Sie ist mit einem Ende dem an der vom Schaltgetriebe 4 abgewandten Frontseite des Verbrennungsmotors 2 gelegenen freien Ende der Kurbelwelle 3 und mit ihrem anderen Ende der Getriebeausgangswelle 5 zugewandt. Die elektrische Maschine 1 ist so achsenparallel zur Kurbelwelle 2 und koaxial zur Antriebswelle 10 in einem zwischen deren beiden Enden gelegenen mittleren Bereich angeordnet. One with the electric machine 1 directly driven drive shaft connected 10 is axis parallel to the crankshaft 3 and the manual transmission 4 arranged. The drive shaft 10 is preferably, as shown here, by a rotor shaft of the electric machine 1 educated. It is with an end to that of the manual transmission 4 facing away from the front of the engine 2 located free end of the crankshaft 3 and with its other end of the transmission output shaft 5 facing. The electric machine 1 is so axis parallel to the crankshaft 2 and coaxial with the drive shaft 10 arranged in a middle region located between the two ends.

Zur Antriebsanbindung der elektrischen Maschine 1 an den Antriebsstrang ist die Antriebswelle 10 an das die Kurbelwelle 3 des Verbrennungsmotors und an die Getriebeausgangswelle 5 des Schaltgetriebes 4 einerseits über eine erste Zahnradgetriebestufe 32 und andererseits über eine zweite Zahnradgetriebestufe 33 schaltbar angebunden. Die Antriebswelle 10 ist so mit der Kurbelwelle 3 und mit der Getriebeausgangswelle 5 des Schaltgetriebes 4 zur Übertragung einer Antriebsleistung koppelbar verbunden. To the drive connection of the electrical machine 1 to the drive train is the drive shaft 10 to the crankshaft 3 of the internal combustion engine and to the transmission output shaft 5 of the gearbox 4 on the one hand via a first gear transmission stage 32 and on the other hand via a second gear transmission stage 33 switchable connected. The drive shaft 10 is like that with the crankshaft 3 and with the transmission output shaft 5 of the gearbox 4 connected to transfer a drive power coupled.

Auf der Antriebswelle 10 ist ein erstes Antriebsrad 11 der ersten Zahnradgetriebestufe 32 als Festrad angeordnet. Das erste Antriebsrad 11 kämmt mit einem schaltbaren ersten Zwischenrad 12, welches auf einer Zwischenwelle angeordnet ist. Das Erste Zwischenrad 12 kämmt mit einem ersten Abtriebsrad 13, welches als Festrad oder Kurbelwellenrad auf der Kurbelwelle 3 angeordnet ist. Insbesondere ist das erste Abtriebsrad zwischen dem Verbrennungsmotor 2 und der Kupplung 8 angeordnet. Das schaltbare Zwischenrad 12 kann über eine erste Schalteinrichtung CA in einen Kopplungszustand und in einen Freilaufzustand gebracht werden, wobei in dem Kopplungszustand ein Leistungs- und/oder Momentenpfad über die erste Zahnradgetriebestufe 32 geschlossen ist und in dem Freilaufzustand geöffnet ist. Die Antriebswelle 10 ist auf diese Weise über die erste Zahnradgetriebestufe 32 direkt mit der Kurbelwelle 3 koppelbar verbunden. On the drive shaft 10 is a first drive wheel 11 the first gear transmission stage 32 arranged as a fixed wheel. The first drive wheel 11 meshes with a switchable first idler 12 , which is arranged on an intermediate shaft. The first idler 12 meshes with a first output gear 13 , which as a fixed gear or crankshaft gear on the crankshaft 3 is arranged. In particular, the first output gear is between the engine 2 and the clutch 8th arranged. The switchable idler 12 can be brought via a first switching device CA in a coupling state and in a freewheeling state, wherein in the coupling state, a power and / or torque path via the first gear transmission stage 32 is closed and is open in the freewheeling state. The drive shaft 10 is in this way on the first gear transmission stage 32 directly with the crankshaft 3 coupled coupled.

Zur Verbindung mit der Getriebeausgangswelle 5 ist am dieser zugewandten Ende der Antriebswelle 10 ein zweites Antriebsrad 14 der zweiten Zahnradgetriebestufe 33 angeordnet, das mit einem auf der Getriebeausgangswelle 5 angeordneten zweiten Abtriebsrad 16 über ein auf einer Zwischenwelle 15 angeordneten zweiten Zwischenrad 17 verbunden ist. Dabei dient das zweite Zwischenrad 17 als Zwischenrad zur Richtungsumkehr und kämmt einerseits mit dem zweiten Antriebsrad 14 und andererseits mit dem zweiten Abtriebsrad 16. Die Räder 14, 16, 17 der zweiten Zahnradgetriebestufe 33 sind in einer Eingriffsebene angeordnet. Zum Koppeln bzw. Abkoppeln der Antriebswelle 10 mit/von der Getriebeausgangswelle 5 ist das zweite Zwischenrad 17 über eine zweite Schalteinrichtung GA schaltbar. For connection with the transmission output shaft 5 is at this end facing the drive shaft 10 a second drive wheel 14 the second gear stage 33 arranged with one on the transmission output shaft 5 arranged second output gear 16 about one on an intermediate shaft 15 arranged second intermediate 17 connected is. This serves the second intermediate 17 as an intermediate wheel for reversing direction and meshes with the second drive wheel on the one hand 14 and on the other hand with the second output gear 16 , The wheels 14 . 16 . 17 the second gear stage 33 are arranged in an engagement plane. For coupling or uncoupling the drive shaft 10 with / from the transmission output shaft 5 is the second idler 17 switchable via a second switching device GA.

Die Schalteinrichtungen CA, GA können basierend auf einer elektromagnetisch oder elektromechanisch betätigten Synchron-Konus-Koppelmechanismus oder einem Reibscheiben-Koppelmechanismus ausgeführt sein. Denkbar ist auch, zum Koppeln die Räder 11 und 14 auf der Antriebswelle 10 zu verschieben. Zur Vereinfachung ist es auch möglich, den Koppelmechanismus auf die Getriebeausgangswelle 5 zu verlagern. Die Antriebswelle 10 und die Zwischenwelle 15 können im Bereich des ersten Antriebsrads 11 bzw. des zweiten Zwischenrads 17 mit einem Keilwellenprofil ausgeführt sein. The switching devices CA, GA may be implemented based on an electromagnetically or electromechanically actuated synchronous cone coupling mechanism or a friction disc coupling mechanism. It is also conceivable, for coupling the wheels 11 and 14 on the drive shaft 10 to move. For simplicity, it is also possible, the coupling mechanism on the transmission output shaft 5 to relocate. The drive shaft 10 and the intermediate shaft 15 can be in the area of the first drive wheel 11 or of the second intermediate gear 17 be executed with a splined shaft profile.

Auf diese Weise wird eine einfache Anordnung zur Antriebsanbindung einer elektrischen Maschine 1 an einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit einer automatisierten Kupplung erreicht.In this way, a simple arrangement for driving connection of an electrical machine 1 achieved on a drive train of a vehicle with an automated clutch.

Eine konventionelle Lichtmaschine ist für den erfindungsgemäßen Hybridantrieb nicht erforderlich. Die Energieerzeugung wird durch die elektrische Maschine 1 erreicht. Die erzeugte elektrische Energie wird zum Laden einer Batterie für den Hybridantrieb und zum Laden einer konventionellen Batterie genutzt.A conventional alternator is not required for the hybrid drive according to the invention. Energy is generated by the electric machine 1 reached. The generated electrical energy is used to charge a battery for the hybrid drive and to charge a conventional battery.

2 und 3 zeigen in vergrößerten Teilansichten zwei Ausführungsbeispiele der zweiten Schalteinrichtung GA zum Schalten eines der Räder 14, 16, 17 auf einer der Wellen 10, 15, 5. Gemäß 2 ist ein Stellglied 18, beispielsweise ein Getriebeaktor, vorgesehen der über eine Schaltwelle eine Schaltgabel 19 zum Schalten eines Koppelmechanismus 20 beispielsweise einer Klauenkupplung mit einem Synchron-Konus und/oder mit einer oder mehreren Reibscheiben, betätigt. Alternativ ist es möglich, ein Stellglied 22 auf einer Welle koaxial verschiebbar zum Zahnrad 14, 16, 17 zur Betätigung eines Koppelmechanismus 21, beispielsweise einer Reibungskupplung, anzuordnen (3). Die Stellglieder 18, 22 sind vorzugsweise elektromagnetisch oder elektromechanisch betreibbar. Die erste Schalteinrichtung 32 kann in gleicher Weise aufgebaut sein oder als eine formschlüssige Kupplung, wie z.B. Klauenkupplung ohne Reibeinrichtung ausgebildet sein. 2 and 3 show in enlarged partial views two embodiments of the second switching device GA for switching one of the wheels 14 . 16 . 17 on one of the waves 10 . 15 . 5 , According to 2 is an actuator 18 For example, a gear actuator, provided via a shift shaft, a shift fork 19 for switching a coupling mechanism 20 For example, a dog clutch with a synchronous cone and / or with one or more friction discs operated. Alternatively, it is possible to use an actuator 22 on a shaft coaxial displaceable to the gear 14 . 16 . 17 for actuating a coupling mechanism 21 , For example, a friction clutch to arrange ( 3 ). The actuators 18 . 22 are preferably electromagnetically or electromechanically operable. The first switching device 32 may be constructed in the same way or be designed as a positive coupling, such as claw coupling without friction device.

In 4 sind in einer Tabelle verschiedene Betriebsweisen des Hybridantriebs aus 1 aufgeführt. Die Tabelle beschreibt typische Betriebsweisen einer sogenannten Mildhybrid-Anordnung. Weitere Betriebsweisen wie ein rein elektrischer Betrieb sind möglich, wenn eine Vollhybrid-Anordnung gewählt wird.In 4 are in a table different modes of operation of the hybrid drive from 1 listed. The table describes typical operations of a so-called mild hybrid arrangement. Other operations such as purely electrical operation are possible when a full hybrid arrangement is chosen.

In einer ersten Betriebsweise wird der Verbrennungsmotor 2 gestartet, während sich das Fahrzeug im Stillstand befindet. Hierbei ist die erste Schalteinrichtung CA geschlossen, wodurch die Antriebswelle 10 mit der Kurbelwelle 3 gekoppelt und diese zum Starten des Verbrennungsmotors 2 durch die elektrische Maschine 1 angetrieben wird. Dabei ist die zweite Schalteinrichtung GA geöffnet, wodurch die Antriebswelle 10 von der Getriebeausgangswelle 5 abgekoppelt ist. In a first mode of operation, the internal combustion engine 2 started while the vehicle is at a standstill. Here, the first switching device CA is closed, whereby the drive shaft 10 with the crankshaft 3 coupled and this to start the engine 2 through the electric machine 1 is driven. In this case, the second switching device GA is opened, whereby the drive shaft 10 from the transmission output shaft 5 disconnected.

Eine zweite Betriebsweise betrifft den Start des Verbrennungsmotors 2 durch die elektrische Maschine 1 während sich das Fahrzeug bewegt. Im Unterschied zur ersten Betriebsweise sind erste und zweite Schalteinrichtung CA, GA geschlossen, wodurch die Antriebswelle 10 auch mit der Getriebeausgangswelle 5 gekoppelt und das Fahrzeug während des Startens des Verbrennungsmotors 2 zugleich durch die elektrische Maschine 1 angetrieben wird. A second mode of operation relates to the start of the internal combustion engine 2 through the electric machine 1 while the vehicle is moving. In contrast to the first mode of operation, first and second switching devices CA, GA are closed, whereby the drive shaft 10 also with the transmission output shaft 5 coupled and the vehicle during starting of the internal combustion engine 2 at the same time by the electric machine 1 is driven.

In einer dritten Betriebsweise wird während eines Gangwechsels im Schaltgetriebe 4 bei laufendem Verbrennungsmotor 2 dieser durch die Kupplung 8 von der Getriebeausgangswelle 5 abgekoppelt. Dabei wird die erste Schalteinrichtung CA geöffnet und die Antriebswelle 10 von der Kurbelwelle 3 abgekoppelt, während die zweite Schalteinrichtung GA geschlossen und die Antriebswelle 10 mit der Getriebeausgangswelle 5 gekoppelt wird, um diese von der elektrischen Maschine 1 anzutreiben und Drehmoment zur sogenannten Momentenauffüllung bereitzustellen. In a third mode of operation is during a gear change in the manual transmission 4 while the internal combustion engine is running 2 this through the clutch 8th from the transmission output shaft 5 decoupled. In this case, the first switching device CA is opened and the drive shaft 10 from the crankshaft 3 disconnected while the second Switching device GA closed and the drive shaft 10 with the transmission output shaft 5 is coupled to this from the electric machine 1 to drive and provide torque for so-called torque filling.

Eine vierte Betriebesweise betrifft den normalen verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb des Fahrzeugs, wobei dieses durch den Verbrennungsmotor 2 allein angetrieben wird. Zweite und dritte Schalteinrichtung CA, GA werden dabei geöffnet, wodurch die Antriebswelle 10 und die elektrische Maschine 1 sowohl von der Kurbelwelle 3 als auch von der Getriebeausgangswelle 5 abgekoppelt werden. Wird dagegen in einer fünften Betriebsweise die Leistung des Verbrennungsmotors 2 nicht voll verbraucht oder in einer sechsten Betriebesweise das Fahrzeug mit Hilfe einer elektrischen Bremskraft abgebremst, kann die zweite Schalteinrichtung GA geschlossen und die Antriebswelle 10 an die Getriebeausgangswelle 5 angekoppelt werden, um an der elektrischen Maschine 1 elektrische Energie zu erzeugen bzw. zu rekuperieren.A fourth mode of operation relates to the normal internal combustion engine driving of the vehicle, this by the internal combustion engine 2 is driven alone. Second and third switching device CA, GA are thereby opened, whereby the drive shaft 10 and the electric machine 1 both from the crankshaft 3 as well as from the transmission output shaft 5 be decoupled. If, however, in a fifth mode of operation, the performance of the internal combustion engine 2 not fully consumed or braked in a sixth mode of operation, the vehicle by means of an electric braking force, the second switching device GA can be closed and the drive shaft 10 to the transmission output shaft 5 be connected to the electric machine 1 generate or recuperate electrical energy.

Während eines sogenannten Segelns in einer siebenten Betriebsweise ist der Verbrennungsmotor 2 abgeschaltet und die Antriebswelle 10 durch Öffnen der Schalteinrichtungen CA, GA von der Kurbelwelle 3 und von der Getriebeausgangswelle 5 abgekoppelt. Hierbei ist es gegebenenfalls möglich, durch Betätigung der zweiten Schalteinrichtung GA die Antriebswelle 10 an die Getriebeausgangswelle 5 anzukoppeln, um an der elektrischen Maschine 1 zu rekuperieren oder die Getriebeausgangswelle 5 durch die elektrische Maschine 3 anzutreiben. Der Verbrennungsmotor 2 ist vorzugsweise durch die erste Kupplung 8 vom Antriebsstrang automatisiert abgekoppelt.During a so-called sailing in a seventh mode of operation is the internal combustion engine 2 shut off and the drive shaft 10 by opening the switching devices CA, GA from the crankshaft 3 and from the transmission output shaft 5 decoupled. In this case it is possibly possible, by actuation of the second switching device GA, the drive shaft 10 to the transmission output shaft 5 to connect to the electric machine 1 to recuperate or the transmission output shaft 5 through the electric machine 3 drive. The internal combustion engine 2 is preferably through the first coupling 8th automatically decoupled from the powertrain.

Unterschreitet die Batterie ihren Mindestladezustand, kann in einer achten Betriebsweise bei geöffneter erster Schalteinrichtung CA die zweite Schalteinrichtung GA geschlossen und die Antriebswelle 10 mit der Getriebeausgangswelle 5 gekoppelt werden. Bei laufendem Verbrennungsmotor 2 kann dann an der elektrischen Maschine 1 Energie erzeugt werden, um die Batterie des Hybridantriebs und eine 12 V Batterie zum Antrieb der Nebenaggregate aufzuladen. If the battery drops below its minimum charging state, in an eighth mode of operation when the first switching device CA is open, the second switching device GA can be closed and the drive shaft closed 10 with the transmission output shaft 5 be coupled. With the internal combustion engine running 2 can then on the electric machine 1 Energy are generated to charge the battery of the hybrid drive and a 12 V battery to drive the ancillaries.

Bei laufendem Verbrennungsmotor 2 und plötzlicher Spitzenlastanforderung ist es in einer neunten Betriebsweise möglich, bei geöffneter erster Schalteinrichtung CA die zweite Schalteinrichtung GA zu schließen und die Antriebswelle 10 mit der Getriebeausgangswelle 5 zu koppeln und diese zur Unterstützung des laufenden Verbrennungsmotors 2 durch die elektrische Maschine 1 anzutreiben.With the internal combustion engine running 2 and sudden peak load request, it is possible in a ninth mode to close the second switching device GA and the drive shaft when the first switching device CA is open 10 with the transmission output shaft 5 to couple and this in support of the running internal combustion engine 2 through the electric machine 1 drive.

In einer zehnten Betriebsweise wird bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor 2 und geöffneter erster Schalteinrichtung CA durch Schließen der zweiten Schalteinrichtung GA die Antriebswelle 10 an die Getriebeausgangswelle 5 angekoppelt und diese und damit das Fahrzeug durch die elektrische Maschine 1 allein angetrieben. Hierdurch wird ein sogenanntes Kriechen bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten erreicht.In a tenth mode of operation is when the internal combustion engine 2 and opened first switching device CA by closing the second switching device GA, the drive shaft 10 to the transmission output shaft 5 coupled and this and thus the vehicle through the electric machine 1 driven alone. As a result, a so-called creep is achieved at low vehicle speeds.

Während niedriger Geschwindigkeiten des Fahrzeugs und während des Hochlastbetriebs kann der Verbrennungsmotor 2 durch die elektrische Maschine 1 unterstützt werden, um einen optimalen Betrieb des Verbrennungsmotors 2 zu ermöglichen.During low vehicle speeds and during high load operation, the internal combustion engine may 2 through the electric machine 1 be supported to ensure optimum operation of the internal combustion engine 2 to enable.

Im Falle des Einsatzes einer elektrischen Maschine 1 mit entsprechender Leistungsgröße kann diese alleine das Fahrzeug elektrisch antreiben und es können weitere Hybrid-Betriebsweisen wie z.B. Lastteilung, Energieerzeugung etc. erreicht werden.In the case of the use of an electric machine 1 with appropriate power size, this alone can drive the vehicle electrically and it can be further hybrid modes such as load sharing, power generation, etc. achieved.

5 zeigt in einer graphischen Darstellung einen typischen Fahrzyklus des Hybridantriebs mit einer Kurve 23, die den zeitlichen Verlauf der Fahrzeuggeschwindigkeit angibt. Dabei sind an der Kurve 23 verschiedene Kurvenabschnitte 24, 25, 26, 27, 28 eingetragen, die verschiedene Betriebsweisen des Hybridantriebs markieren. Die Kurvenabschnitte 24 zeigen den Betrieb mit abgeschaltetem Verbrennungsmotor 1 und abgeschalteter Treibstoffzufuhr, während die Kurvenabschnitte 25 für einen Start-Stopp-Betrieb des Verbrennungsmotors 2 mit kurzen Phasen mit alleinigem elektrischen Antrieb des Fahrzeugs durch die elektrische Maschine 1 stehen. Der Kurvenabschnitt 26 beschreibt einen rein verbrennungsmotorischen Betrieb des Fahrzeugs bei ansteigender Fahrzeuggeschwindigkeit. Der Kurvenabschnitte 27 zeigen Betriebszustände an, während denen die Möglichkeit zur Batterieaufladung einerseits durch Energieerzeugung an der generatorisch betriebenen elektrischen Maschine 1 bei steigender Fahrzeuggeschwindigkeit und nicht voll ausgelastetem Verbrennungsmotor 2 oder andererseits beim Abbremsen des Fahrzeugs durch Rekuperation an der elektrischen Maschine 1 besteht. Der Kurvenabschnitt 28 markiert einen verbrennungsmotorischen Betrieb mit elektrischer Unterstützung und Momentenauffüllung durch die elektrische Maschine 1. 5 shows a graphical representation of a typical driving cycle of the hybrid drive with a curve 23 , which indicates the time course of the vehicle speed. Here are the curve 23 different curve sections 24 . 25 . 26 . 27 . 28 registered that mark different modes of operation of the hybrid drive. The curve sections 24 show the operation with the internal combustion engine switched off 1 and shut off fuel supply while the curve sections 25 for a start-stop operation of the internal combustion engine 2 with short phases with sole electric drive of the vehicle by the electric machine 1 stand. The curve section 26 describes a purely internal combustion engine operation of the vehicle with increasing vehicle speed. The curve sections 27 indicate operating conditions, during which the possibility of battery charging on the one hand by generating energy at the generator-operated electric machine 1 with increasing vehicle speed and not fully loaded combustion engine 2 or on the other hand when braking the vehicle by recuperation on the electric machine 1 consists. The curve section 28 marks an internal combustion engine operation with electrical assistance and torque filling by the electric machine 1 ,

In 6 bis 11 ist der Leistungsfluss für verschiedene Betriebsweisen des Hybridantriebs aus 1 schematisch durch Pfeile angedeutet. Beim Starten des Verbrennungsmotors 2 und gleichzeitigem Antrieb der Getriebeausgangswelle 5 durch die elektrische Maschine 1 (6) ist der Verbrennungsmotor 2 bei geöffneter Kupplung 8 vom Antriebsstrang abgekoppelt. Der Leistungsfluss aus der Antriebsleistung der elektrischen Maschine 1 wird über die Antriebswelle 10 einerseits zum Starten des Verbrennungsmotors 2 bei geschlossener erster Schalteinrichtung CA über die Antriebsräder 11, 13 und das Zugmittel 12 auf die Kurbelwelle 3. Andererseits wird zum gleichzeitigen elektrischen Antrieb des Fahrzeugs bei geschlossener zweiter Schalteinrichtung GA ein Leistungsfluss von der elektrischen Maschine 1 über die Zahnradgetriebestufe durch die Zahnräder 14, 16, 17 auf die Getriebeausgangswelle 5 übertragen.In 6 to 11 is the power flow for different modes of operation of the hybrid drive off 1 schematically indicated by arrows. When starting the internal combustion engine 2 and simultaneously drive the transmission output shaft 5 through the electric machine 1 ( 6 ) is the internal combustion engine 2 with the clutch open 8th decoupled from the drive train. The power flow from the drive power of the electric machine 1 is via the drive shaft 10 on the one hand for starting the internal combustion engine 2 with closed first switching device CA via the drive wheels 11 . 13 and the traction means 12 on the crankshaft 3 , On the other hand, for the simultaneous electrical drive of the vehicle when the second switching device GA is closed, a power flow from the electric machine 1 over the gear transmission stage through the gears 14 . 16 . 17 on the transmission output shaft 5 transfer.

Bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten und bei einem sogenannten Kriechen (7) ist der Verbrennungsmotor 2 bei geöffneter Kupplung 8 vom Antriebsstrang abgekoppelt. Ein Leistungsfluss erfolgt von der elektrischen Maschine 1 bei geöffneter erster Schalteinrichtung CA und geschlossener zweiter Schalteinrichtung GA nur an dem der Getriebeausgangswelle 5 zugewandten Ende der Antriebswelle 10 über die Zahnradgetriebestufe durch die Zahnräder 14, 16, 17 auf die Getriebeausgangswelle 5.At low vehicle speeds and during a so-called creep ( 7 ) is the internal combustion engine 2 with the clutch open 8th decoupled from the drive train. A power flow takes place from the electric machine 1 with opened first switching device CA and closed second switching device GA only on the transmission output shaft 5 facing the end of the drive shaft 10 over the gear transmission stage through the gears 14 . 16 . 17 on the transmission output shaft 5 ,

Bei laufendem Verbrennungsmotor 2 und geschlossener Kupplung 8 erfolgt der Leistungsfluss aus der Antriebsleistung des Verbrennungsmotors 2 über die Kurbelwelle 3 auf die Getriebeeingangswelle des Schaltgetriebes 4 und über eine geschaltete Zahnradpaarung auf die Getriebeausgangswelle 5 (8). Zur Unterstützung des Verbrennungsmotors 2 gelangt bei geöffneter erster Schalteinrichtung CA und geschlossener zweiter Schalteinrichtung GA der Leistungsfluss aus der Antriebsleistung der elektrischen Maschine 1 am getriebeausgangsseitigen Ende der Antriebswelle 10 über die Zahnradgetriebestufe durch die Zahnräder 14, 16, 17 auf die Getriebeausgangswelle 5. With the internal combustion engine running 2 and closed clutch 8th the power flow takes place from the drive power of the internal combustion engine 2 over the crankshaft 3 on the transmission input shaft of the gearbox 4 and via a switched gear pairing on the transmission output shaft 5 ( 8th ). To support the internal combustion engine 2 When the first switching device CA and the second switching device GA closed, the power flow arrives from the drive power of the electric machine 1 at the transmission output side end of the drive shaft 10 over the gear transmission stage through the gears 14 . 16 . 17 on the transmission output shaft 5 ,

Im normalen verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb ist der Verbrennungsmotor 2 über die Kupplung 8 an den Antriebsstrang angekoppelt und das Fahrzeug wird allein vom Verbrennungsmotor 2 angetrieben (9). Dabei erfolgt ein Leistungsfluss allein aus Antriebsleistung des Verbrennungsmotors 2 von der Kurbelwelle 3 auf das Schaltgetriebe 4 und die Getriebeausgangswelle 5. Die Antriebswelle 10 ist hierbei sowohl durch die geöffnete erste Schalteinrichtung CA von der Kurbelwelle 3 als auch durch die geöffnete zweite Schalteinrichtung GA von der Getriebeausgangswelle 5 abgekoppelt, so dass keine Antriebsleistung von der elektrischen Maschine 1 übertragen wird. In normal internal combustion engine driving is the internal combustion engine 2 over the clutch 8th coupled to the drive train and the vehicle is alone from the internal combustion engine 2 powered ( 9 ). In this case, a power flow takes place solely from the drive power of the internal combustion engine 2 from the crankshaft 3 on the manual transmission 4 and the transmission output shaft 5 , The drive shaft 10 is here by both the opened first switching device CA of the crankshaft 3 as well as through the opened second switching device GA of the transmission output shaft 5 uncoupled, so no drive power from the electric machine 1 is transmitted.

Zum Regenerieren von elektrischer Energie an der elektrischen Maschine 1 (10) wird bei laufendem Verbrennungsmotor 2 und geschlossener Kupplung 8 erfolgt ein Leistungsfluss aus der Antriebsleistung des Verbrennungsmotors 2 auf die Antriebswelle 10 und zwar von der Kurbelwelle 3 ausgehend einerseits bei geschlossener erster Schalteinrichtung CA über die Antriebsräder 11, 13 und das Zugmittel 12 und andererseits über das Schaltgetriebe 4 auf die Getriebeausgangswelle 5 und bei geschlossener zweiter Schalteinrichtung GA über die die Zahnräder 14, 16, 17 der Zahnradgetriebestufe.For regenerating electrical energy at the electric machine 1 ( 10 ) when the internal combustion engine is running 2 and closed clutch 8th there is a power flow from the drive power of the internal combustion engine 2 on the drive shaft 10 from the crankshaft 3 starting on the one hand with closed first switching device CA on the drive wheels 11 . 13 and the traction means 12 and on the other hand via the manual transmission 4 on the transmission output shaft 5 and with closed second switching device GA on the gears 14 . 16 . 17 the gear transmission stage.

Zum Bremsen oder Rekuperieren an der elektrischen Maschine 1 (11) ist bei geöffneter Kupplung 8 der Verbrennungsmotor 2 von Antriebsstrang abgekoppelt. Dabei gelangt der Leistungsfluss aus der kinetischen Energie der Fahrzeugräder über die Achse des Fahrzeugs und das Differenzialgetriebe 6 auf die Getriebeausgangswelle 5 über die Zahnräder 14, 16, 17 der Zahnradgetriebestufe auf die Antriebswelle 10. For braking or recuperation on the electric machine 1 ( 11 ) is with the clutch open 8th the internal combustion engine 2 decoupled from drivetrain. In this case, the power flow from the kinetic energy of the vehicle wheels passes over the axis of the vehicle and the differential gear 6 on the transmission output shaft 5 over the gears 14 . 16 . 17 the gear transmission stage on the drive shaft 10 ,

12 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Steuerung eines Hybridantriebs für ein Fahrzeug gemäß 1. Die Steuerung weist eine Hybridsteuereinheit HEC auf, in die die Kupplungssteuerung zum Ansteuern der hydraulischen Betätigungseinrichtung HCA für die automatisierten Kupplung 8 funktional integriert ist. Die elektrischen Signalfluss- bzw. Signalverbindungen sind durch Linien angedeutet. Die Hybridsteuereinrichtung HEC steht einerseits mit der Motorsteuereinheit ECU zur Ansteuerung des Verbrennungsmotors 2 und andererseits über eine Leistungselektronik 29 mit der elektrischen Maschine 1 in Signaltechnischer Verbindung. Außerdem sind zum Ansteuern von erster und zweiter Schalteinrichtung CA, GA Signalverbindungen zwischen diesen und der Hybridsteuereinheit HEC vorgesehen. Ferner sind Signalverbindungen zwischen der Hybridsteuereinheit HEC und einer 12 V Batterie 30 und einer Hochleistungs-Batterie 31 für den Hybridantrieb, insbesondere zur Erfassung des Ladezustands, vorgesehen. Zudem werden über Signalverbindungen die Stellung des Fahrpedals FP und die Stellung des Bremspedals BP von der Hybridsteuereinrichtung HEC erfasst. Optional kann eine elektrisch betriebene Klimatisierung AC und eine elektrisch betriebene Lenkhilfe EPS vorgesehen sein, die durch eine Signalverbindung von der Motorsteuereinheit ECU ansteuerbar sind. 12 shows an embodiment of a control of a hybrid drive for a vehicle according to 1 , The controller has a hybrid control unit HEC, in which the clutch control for driving the hydraulic actuator HCA for the automated clutch 8th is functionally integrated. The electrical signal flow or signal connections are indicated by lines. The hybrid control device HEC is on the one hand with the engine control unit ECU for controlling the internal combustion engine 2 and on the other hand via power electronics 29 with the electric machine 1 in signal connection. In addition, signal connections are provided between these and the hybrid control unit HEC for driving the first and second switching devices CA, GA. There are also signal connections between the hybrid control unit HEC and a 12 V battery 30 and a high-performance battery 31 for the hybrid drive, in particular for detecting the state of charge, provided. In addition, the position of the accelerator pedal FP and the position of the brake pedal BP are detected by the hybrid control device HEC via signal connections. Optionally, an electrically operated air conditioning AC and an electrically operated power steering EPS can be provided, which can be controlled by a signal connection from the engine control unit ECU.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Elektrische Maschine  Electric machine
22
Verbrennungsmotor  internal combustion engine
33
Kurbelwelle crankshaft
44
Schaltgetriebe manual transmission
55
Getriebeausgangswelle Transmission output shaft
66
Differenzialgetriebe differential gear
77
Fahrzeugrad vehicle
88th
Kupplung clutch
99
Handschalthebel manual shift
1010
Antriebswelle drive shaft
1111
erstes Antriebsrad first drive wheel
1212
erstes Zwischenrad first idler
1313
erstes Abtriebsrad  first output gear
1414
zweites Antriebsrad  second drive wheel
1515
Zwischenwelle intermediate shaft
1616
zweites Abtriebsrad  second output gear
1717
zweites Zwischenrad  second intermediate wheel
1818
Stellglied actuator
1919
Schaltgabel shift fork
2020
Koppelmechanismus coupling mechanism
2121
Koppelmechanismus coupling mechanism
2222
Stellglied actuator
2323
Kurve Curve
2424
Kurvenabschnitt curve section
2525
Kurvenabschnitt curve section
2626
Kurvenabschnitt curve section
2727
Kurvenabschnitt curve section
2828
Kurvenabschnitt curve section
2929
Leistungselektronik power electronics
3030
Batterie battery
3131
Batterie battery
3232
erste Zahnradgetriebestufe first gear transmission stage
3333
zweite Zahnradgetriebestufe  second gear stage
FPFP
Fahrpedal accelerator
BPBP
Bremspedal brake pedal
CACA
Schalteinrichtung switching device
GAGA
Schalteinrichtung switching device
HCAHCA
Betätigungseinrichtung actuator
HECHEC
Hybridsteuereinheit Hybrid control unit
ECUECU
Motorsteuereinheit Engine control unit
ACAC
Klimatisierung Air conditioning
EPSEPS
Lenkhilfe power steering

Claims (9)

Hybridantrieb für ein Fahrzeug mit einer elektrischen Maschine (1) und einer Antriebswelle, wobei die elektrische Maschine (1) mit der Antriebswelle wirkverbunden ist, mit einem Verbrennungsmotor (2) und einer Kurbelwelle (3), wobei der Verbrennungsmotor (2) mit der Kurbelwelle wirkverbunden ist, mit einem Schaltgetriebe (4), wobei das Schaltgetriebe (4) eine Getriebeausgangswelle aufweist und wobei der Verbrennungsmotor (2) über die Kurbelwelle (3) mit dem Schaltgetriebe (4) wirkverbunden ist, und mit einer im Kraftfluss zwischen Verbrennungsmotor (2) und Schaltgetriebe (4) angeordneten Kupplung (8) zum Abkoppeln des Verbrennungsmotors (2) vom Schaltgetriebe (4), gekennzeichnet durch eine erste Zahnradgetriebestufe (32) und eine zweite Zahnradgetriebestufe (33), wobei die Antriebswelle (10) einerseits über die erste Zahnradgetriebestufe (32) mit der Kurbelwelle (3) und andererseits über die zweite Zahnradgetriebestufe (33) mit der Getriebeausgangswelle (5) in direkter Antriebsverbindung steht, und durch eine erste und eine zweite Schalteinrichtung (CA, GA), wobei die erste Zahnradgetriebestufe (32) über die erste Schalteinrichtung (CA) und die zweite Zahnradgetriebestufe (33) über die zweite Schalteinrichtung (GA) geöffnet und geschlossen werden kann. Hybrid drive for a vehicle with an electric machine ( 1 ) and a drive shaft, wherein the electric machine ( 1 ) is operatively connected to the drive shaft, with an internal combustion engine ( 2 ) and a crankshaft ( 3 ), wherein the internal combustion engine ( 2 ) is operatively connected to the crankshaft, with a manual transmission ( 4 ), whereby the manual transmission ( 4 ) has a transmission output shaft and wherein the internal combustion engine ( 2 ) over the crankshaft ( 3 ) with the manual transmission ( 4 ) is operatively connected, and with a in the power flow between internal combustion engine ( 2 ) and manual transmission ( 4 ) arranged coupling ( 8th ) for uncoupling the internal combustion engine ( 2 ) from the manual transmission ( 4 ), characterized by a first gear transmission stage ( 32 ) and a second gear transmission stage ( 33 ), wherein the drive shaft ( 10 ) on the one hand via the first gear transmission stage ( 32 ) with the crankshaft ( 3 ) and on the other hand via the second gear transmission stage ( 33 ) with the transmission output shaft ( 5 ) is in direct drive connection, and by a first and a second switching device (CA, GA), wherein the first gear transmission stage ( 32 ) via the first switching device (CA) and the second gear transmission ( 33 ) can be opened and closed via the second switching device (GA). Hybridantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zahnradgetriebestufe (32) ein auf der Antriebswelle (10) angeordnetes erstes Antriebsrad (11) und ein auf der Kurbelwelle (3) angeordnetes erstes Abtriebsrad (13) sowie ein erstes Zwischenrad (12) aufweist, wobei das erste Zwischenrad (12) über die erste Schalteinrichtung (CA) in einen Kopplungszustand und in einen Freilaufzustand bringbar ist, wobei die erste Zahnradgetriebestufe (32) geschlossen ist, wenn das erste Zwischenrad (12) in dem Kopplungszustand ist, und geöffnet ist, wenn das erste Zwischenrad (12) in dem Freilaufzustand ist. Hybrid drive according to claim 1, characterized in that the first gear transmission stage ( 32 ) on the drive shaft ( 10 ) arranged first drive wheel ( 11 ) and one on the crankshaft ( 3 ) arranged first output gear ( 13 ) as well as a first intermediate wheel ( 12 ), wherein the first intermediate wheel ( 12 ) is brought into a coupling state and in a freewheeling state via the first switching device (CA), wherein the first gear transmission stage (CA) 32 ) is closed when the first intermediate gear ( 12 ) is in the coupling state, and is open when the first intermediate gear ( 12 ) is in the freewheeling state. Hybridantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zahnradgetriebestufe (33) ein auf der Antriebswelle (10) angeordnetes zweites Antriebsrad (14) und ein auf der Getriebeausgangswelle (5) angeordnetes zweites Abtriebsrad (16) sowie ein zweites Zwischenrad (17) aufweist, wobei das zweite Zwischenrad (17) über die zweite Schalteinrichtung (GA) in einen Kopplungszustand und in eine Freilaufzustand bringbar ist, wobei die zweites Zahnradgetriebestufe (33) geschlossen ist, wenn das zweite Zwischenrad (17) in dem Kopplungszustand ist, und geöffnet ist, wenn das zweite Zwischenrad (17) in dem Freilaufzustand ist. Hybrid drive according to claim 1 or 2, characterized in that the second gear transmission stage ( 33 ) on the drive shaft ( 10 ) arranged second drive wheel ( 14 ) and one on the transmission output shaft ( 5 ) arranged second output gear ( 16 ) and a second intermediate wheel ( 17 ), wherein the second intermediate wheel ( 17 ) via the second switching device (GA) in a coupling state and in a freewheeling state can be brought, wherein the second gear transmission stage ( 33 ) is closed when the second intermediate wheel ( 17 ) is in the coupling state, and is open when the second intermediate gear ( 17 ) is in the freewheeling state. Hybridantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnräder der Zahnradgetriebestufen (32, 33) jeweils in einer Eingriffsebene angeordnet sind.Hybrid drive according to one of claims 1 to 3, characterized in that the gears of the gear transmission stages ( 32 . 33 ) are each arranged in an engagement plane. Hybridantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schalteinrichtung (CA) zum Schalten des ersten Zwischenrads (12) und/oder die zweite Schalteinrichtung (GA) zum Schalten des zweiten Zwischenrads (17) einen elektromagnetisch oder elektromechanisch betätigbaren Synchron-Konus-Koppelmechanismus oder einen Reibscheiben-Koppelmechanismus aufweist.Hybrid drive according to one of the preceding claims, characterized in that the first switching device (CA) for switching the first intermediate wheel ( 12 ) and / or the second switching device (GA) for switching the second intermediate gear ( 17 ) comprises an electromagnetically or electromechanically actuated synchronous cone coupling mechanism or a friction disc coupling mechanism. Hybridantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (10) durch eine Rotorwelle der elektrischen Maschine (1) gebildet wird.Hybrid drive according to one of the preceding claims, characterized in that the drive shaft ( 10 ) by a rotor shaft of the electric machine ( 1 ) is formed. Hybridantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (10) achsenparallel zur Kurbelwelle (3) und zur Getriebeausgangswelle (5) angeordnet ist. Hybrid drive according to one of the preceding claims, characterized in that the drive shaft ( 10 ) Axially parallel to the crankshaft ( 3 ) and to the transmission output shaft ( 5 ) is arranged. Verfahren zum Ansteuern eines Hybridantriebs für ein Fahrzeug, wobei eine im Kraftfluss zwischen einem Verbrennungsmotor (2) des Hybridantriebs und einem Schaltgetriebe (4) angeordnete Kupplung (8) zum Ab- oder Ankoppeln des Verbrennungsmotors (2) vom bzw. an das Schaltgetriebe (4) automatisiert betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Fahrzeugs eine elektrische Maschine (1) des Hybridantriebs mit einer Kurbelwelle (3) des Verbrennungsmotors (2) und mit einer Getriebeausgangswelle (5) des Schaltgetriebes (4) zur Übertragung eine Antriebsleistung gekoppelt wird.Method for driving a hybrid drive for a vehicle, wherein one in the power flow between an internal combustion engine ( 2 ) of the hybrid drive and a manual transmission ( 4 ) arranged coupling ( 8th ) for disconnecting or coupling the internal combustion engine ( 2 ) from or to the manual transmission ( 4 ) is operated automatically, characterized in that, depending on the operating condition of the vehicle, an electric machine ( 1 ) of the hybrid drive with a crankshaft ( 3 ) of the internal combustion engine ( 2 ) and with a transmission output shaft ( 5 ) of the gearbox ( 4 ) is coupled for transmission drive power. Vorrichtung zum Ansteuern eines Hybridantriebs für ein Fahrzeug mit einer im Kraftfluss zwischen einem Verbrennungsmotor (2) des Hybridantriebs und einem Schaltgetriebe (4) angeordnete automatisierten Kupplung (8), dadurch gekennzeichnet, dass eine signaltechnisch mit dem Antriebsstrang des Fahrzeugs verbundene Hybridsteuereinheit (HEC) zum Ansteuern eines Koppelns einer elektrischen Maschine (1) des Hybridantriebs mit einer Kurbelwelle (3) des Verbrennungsmotors (2) und mit einer Getriebeausgangswelle (5) des Schaltgetriebes (4) vorgesehen ist, wobei mit der Hybridsteuereinheit (HEC) zumindest die elektrische Maschine (8), die automatisierte Kupplung (8), eine erste Schalteinrichtung (CA) zum Koppeln der elektrischen Maschine (1) mit der Kurbelwelle (3) und eine zweite Schalteinrichtung (GA) zum Koppeln der elektrischen Maschine (1) mit einer Getriebeausgangswelle (5) ansteuerbar ist.Device for driving a hybrid drive for a vehicle with a force flow between an internal combustion engine ( 2 ) of the hybrid drive and a manual transmission ( 4 ) arranged automated coupling ( 8th ), characterized in that a hybrid with the drive train of the vehicle connected hybrid control unit (HEC) for driving a coupling of an electric machine ( 1 ) of the hybrid drive with a crankshaft ( 3 ) of the internal combustion engine ( 2 ) and with a transmission output shaft ( 5 ) of the gearbox ( 4 ), wherein with the hybrid control unit (HEC) at least the electric machine ( 8th ), the automated coupling ( 8th ), a first switching device (CA) for coupling the electric machine ( 1 ) with the crankshaft ( 3 ) and a second switching device (GA) for coupling the electric machine ( 1 ) with a transmission output shaft ( 5 ) is controllable.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102017208249A1 (en) * 2017-05-16 2018-11-22 Volkswagen Aktiengesellschaft Motor vehicle drive train with freewheel having gear

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