DE102016213156A1

DE102016213156A1 - Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug ausgelegt zum automatisierten Vorwärts- und Rückwärtsfahren

Info

Publication number: DE102016213156A1
Application number: DE102016213156.7A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Benz; Marian Preisner; Thomas Eckenfels
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-07-19
Filing date: 2016-07-19
Publication date: 2018-01-25
Also published as: WO2018014903A1; DE112017003619A5

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang (1) für ein Hybridfahrzeug, mit einem Verbrennungsmotor (2), einem in seiner Antriebsdrehrichtung umkehrbaren Elektromotor (3), einem Getriebe (4) sowie einer Kupplung (5), wobei die Kupplung (5) so angeordnet ist, dass eine Getriebeeingangswelle des Getriebes (4) mittels der Kupplung (5) mit einem Ausgang des Elektromotors (3) und/oder einem Ausgang des Verbrennungsmotors (2) koppelbar ist, wobei die Kupplung (5) als automatisierte Kupplung (5) ausgeführt ist; sowie ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsstrang (1).

Description

Die Erfindung betrifft einen (hybriden) Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug / hybrides Kraftfahrzeug, wie einen Pkw, Lkw, Bus oder ein anderes Nutzfahrzeug, mit einem Verbrennungsmotor, etwa einem Otto- oder Dieselmotor, einem in seiner Antriebsdrehrichtung umkehrbaren Elektromotor, einem Getriebe sowie einer Kupplung, wobei die Kupplung so angeordnet ist, dass eine Getriebeeingangswelle des Getriebes mittels der Kupplung mit einem Ausgang des Elektromotors und/oder einem Ausgang des Verbrennungsmotors koppelbar ist.
Gattungsgemäßer Stand der Technik ist aus der DE 20 2013 008 616 U1 bekannt. Hierin ist ein Hybridantrieb offenbart, der zum Einsatz in einem Kfz geeignet ist. Der Hybridantrieb ist mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Maschine zum Einsatz in dem Kfz ausgestattet. Die elektrische Maschine wird dabei für einen niedrigen Geschwindigkeitsbereich genutzt, wohingegen der Verbrennungsmotor für einen höheren Geschwindigkeitsbereich genutzt wird. Die elektrische Energie für den Akkumulator wird auch durch Rekuperation gewonnen. Eine Rückwärtsfahrt wird, ähnlich wie ein Anfahren, mit der elektrischen Maschine realisiert. Es wird dazu lediglich die Drehrichtung der elektrischen Maschine geändert.
Aus anderen Stand der Technik-Quellen sind zudem autonome Einparkfunktionen bei Fahrzeugen mit Handschaltgetrieben bekannt. Diese Einparkfunktionen sind jedoch bisher häufig insbesondere dadurch beschränkt, dass für eine Richtungsumkehr der Fahrzeugbewegung ein Vorwärts- bzw. Rückwärtsgang manuell vom Fahrer angewählt werden muss. Ein vollautomatisiertes Einparken ist bisher nur beschränkt oder gar nicht umsetzbar. Insbesondere liegt die Begrenzung darin, dass der Verbrennungsmotor üblicherweise nur in eine Drehrichtung Drehmoment aufbringen kann und das Fahrzeug somit durch eine feste Getriebeübersetzung nur in eine Richtung bewegt werden kann.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beheben und insbesondere ein Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, das für einen erhöhten Fahrkomfort möglichst vollautomatisiert einparkbar sein soll.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Kupplung als automatische / automatisierte Kupplung ausgeführt ist.
Durch das Vorsehen dieser automatisierten Kupplung ist das Kraftfahrzeug besonders leicht vollautomatisch einparkbar. Hierzu ist es lediglich notwendig, die Stellung der Kupplung in Verbindung mit den Betriebsmodi des Elektromotors sowie des Verbrennungsmotors abzustimmen, um die Getriebeeingangswelle in einer Vorwärtsrichtung oder einer Rückwärtsrichtung entsprechend anzutreiben. Ein Eingreifen des Fahrers ist nicht mehr notwendig.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
Auch ist es zweckmäßig, wenn die automatisierte Kupplung als elektronische Kupplung / E-Clutch, weiter bevorzugt als Clutch-By-Wire-System, ausgeführt ist. Dadurch ist die Kupplung besonders effektiv ansteuerbar.
Zudem ist es vorteilhaft, wenn der Elektromotor so ausgelegt und zusammen mit der Kupplung so angesteuert ist, dass der Elektromotor in einem Einparkmodus (mittels seines Rotors) in einer ersten Antriebsdrehrichtung eine Vorwärtsbewegung des Kraftfahrzeuges unterstützt oder (vollständig / eigenständig) bewirkt und/oder (mittels seines Rotors) in einer (zu der ersten Antriebsdrehrichtung entgegengesetzten) zweiten Antriebsdrehrichtung eine Rückwärtsbewegung des Kraftfahrzeuges unterstützt oder (vollständig / eigenständig) bewirkt. Dadurch wird der Vorgang des automatisierten Einparkens weiter verbessert.
In diesem Zusammenhang ist es insbesondere zweckmäßig, wenn die Kupplung so angesteuert ist, dass sie im Einparkmodus bei einer Betätigung des Elektromotors in der zweiten Antriebsrichtung mit Schlupf betrieben ist. Dadurch ist es möglich, Triebstrangschwingungen, die bspw. durch Kompression von Luft in Zylindern des Verbrennungsmotors entstehen, zu dämpfen.
Ist der Elektromotor so ausgelegt und zusammen mit der Kupplung so angesteuert, dass unabhängig von einem eingelegten Gang (d.h. unabhängig insbesondere von einem Vorwärts- oder Rückwärtsgang) des Getriebes die Vorwärtsbewegung und/oder die Rückwärtsbewegung durch den Rotor unterstützt oder vollständig bewirkt ist, wird der Einparkvorgang weiter vereinfacht.
Zudem ist es vorteilhaft, wenn das Getriebe als ein manuell betätigtes Getriebe / Handschaltgetriebe ausgeführt / ausgestaltet ist, wodurch die Effizienz der automatisierten Kupplung weiter erhöht wird. Alternativ hierzu ist es jedoch auch möglich, das Getriebe als automatisches Getriebe / Automatikgetriebe, besonders bevorzugt als ein Doppelkupplungsgetriebe auszuführen / auszugestalten. Auch hiermit ist ein effizientes Einparken umsetzbar.
Zweckmäßig ist es auch, wenn die Kupplung, in einer Drehmomentenübertragungsrichtung im Antriebsstrang bei einem Antrieb des Kraftfahrzeuges gesehen, zwischen dem Ausgang des Verbrennungsmotors und der Getriebeeingangswelle angeordnet ist. Dadurch ist der Antriebsstrang besonders kompakt ausgestaltet.
Desweiteren ist es in diesem Zusammenhang vorteilhaft, wenn die Kupplung, in einer Drehmomentenübertragungsrichtung im Antriebsstrang bei einem Antrieb des Kraftfahrzeuges gesehen, zwischen dem Ausgang des Elektromotors und der Getriebeeingangswelle angeordnet ist.
Ist der Elektromotor über eine weitere Trennkupplung mit dem Verbrennungsmotor wahlweise koppelbar / von diesem entkoppelbar, ist eine optimale Wirkverbindung zwischen dem Elektromotor und dem Verbrennungsmotor umgesetzt.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit dem Antriebsstrang nach zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungen. Dadurch ist das Kraftfahrzeug ebenso effizient umgesetzt.
In anderen Worten ausgedrückt, ist erfindungsgemäß eine automatisierte Parkbedienung für ein hybrides Kraftfahrzeug realisiert, wobei das hybride Kraftfahrzeug vorzugsweise ein Handschaltgetriebe aufweist. Das hybride Kraftfahrzeug weist zudem einen Verbrennungsmotor, einen Elektromotor sowie eine automatisierte Kupplung auf. Insbesondere wird durch die Betätigung der elektrischen Maschine (Elektromotor) in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Richtung, die ein Vorwärtsfahren bewirkt, ein Rückwärtsgang des Kraftfahrzeuges zur Verfügung gestellt. Bei der automatisierten Einparkbetätigung (im Einparkmodus), bei der sich ein Fahrer vorzugsweise außerhalb des hybriden Kraftfahrzeuges befindet, ist es daher möglich, die elektrische Maschine in zwei entgegengesetzt zueinander ausgerichteten Drehrichtungen anzutreiben und so zusammen mit der Kupplung einzusetzen, dass ein Vorwärts- sowie ein Rückwärtsfahren des Hybridfahrzeuges umgesetzt wird. Weiter bevorzugt ist in dem hybriden Kraftfahrzeug eine permanente Kopplung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor umgesetzt, und weiter bevorzugt ist die Kupplung insbesondere bei einem Rückwärtsfahren unter Schlupf betrieben.
Die Erfindung wird nachfolgend kurz anhand einer Figur in Verbindung mit einem Ausführungsbeispiel beschrieben, wobei lediglich ein beispielhafter Antriebsstrang dargestellt ist.
Die einzige 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Antriebsstranges nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel.
Die Figur ist lediglich schematischer Natur und dient ausschließlich dem Verständnis der Erfindung.
In Verbindung mit 1 ist ein erfindungsgemäßer Antriebsstrang 1 nach einem beispielhaften Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Der Antriebsstrang 1 ist in seinem Betriebszustand Teil eines Kraftfahrzeuges, nämlich eines hybriden Kraftfahrzeuges / Hybridfahrzeuges, und dient auf übliche Weise zum Antrieb mehrerer, hier der Übersichtlichkeit halber nicht weiter dargestellter Räder des Kraftfahrzeuges.
Der Antriebsstrang 1 weist einen Verbrennungsmotor 2 auf, der als Ottomotor, alternativ jedoch auch als Dieselmotor, ausgestaltet ist. Auch weist der Antriebsstrang 1 einen alternativ zu dem Verbrennungsmotor 2 oder unterstützend zu dem Verbrennungsmotor 2 zuschaltbaren Elektromotor 3 auf. Desweiteren ist ein Getriebe 4 vorgesehen. An eine Getriebeausgangswelle des Getriebes 4 schließt beispielhaft ein Differenzial 7 an.
Der Verbrennungsmotor 2 ist über eine Trennkupplung 6, die bspw. als mechanische Kupplung, weiter bevorzugt jedoch auch als automatisierte Kupplung, ausgebildet ist, mit dem Elektromotor 3 gekoppelt. Insbesondere ist eine Ausgangswelle / Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 2 an einem ersten Kupplungsbestandteil der Trennkupplung 6 drehfest angebracht, wohingegen ein zweiter Kupplungsbestandteil der Trennkupplung 6 mit einem Rotor des Elektromotors 3 drehfest verbunden ist. Der Elektromotor 3 weist neben seinem Rotor einen Stator auf, der gehäusefest, bspw. Verbrennungsmotorgehäusefest, angeordnet ist. In diesem Zusammenhang sei auch darauf hingewiesen, dass die Trennkupplung 6 prinzipiell optional ist, da der Elektromotor 3, bspw. über einen separaten Riementrieb auch dauerhaft mit seinem Rotor mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 2 drehend gekoppelt sein kann.
In diesem Ausführungsbeispiel ist der Elektromotor 3 auf übliche Weise weiter mit einer Leistungselektronik 8 elektrisch verbunden, welche Leistungselektronik 8 wiederum mit einer zentralen Recheneinheit 9 weiter verbunden ist. Die Leistungselektronik 8 erhält von der Recheneinheit 9 Steuersignale zum Antrieb des Elektromotors 3. Der Elektromotor 3 ist so ausgeführt, dass er in einem ersten Zustand als Antriebsmotor für den Antriebsstrang 1 / das Getriebe 4 und in einem zweiten Zustand, vor allem bei einer durchzuführenden Rekuperation eines Akkumulators, als Generator dient.
Ein Ausgang des Elektromotors 3, d.h. der Rotor, ist, etwa mittels einer Verbindungswelle, wiederum mit einer Kupplung 5 wirkverbunden. Die Kupplung 5 ist als automatisierte Kupplung 5 ausgebildet. Zu diesem Zwecke ist die automatisierte Kupplung 5 ebenfalls mit der Recheneinheit 9, alternativ jedoch auch mit einer weiteren Recheneinheit, wirkverbunden, die die jeweiligen Steuerbefehle zum Schließen oder Öffnen der Kupplung 5 erzeugt und an diese überträgt. Ein erster Kupplungsbestandteil der Kupplung 5 ist mit dem Rotor drehfest verbunden, wohingegen ein zweiter Kupplungsbestandteil der Kupplung 5 mit einer Getriebeeingangswelle des Getriebes 4 drehfest verbunden ist. Die beiden Kupplungsbestandteile der Kupplung 5 sind, wie bereits die beiden Kupplungsbestandteile der Trennkupplung 6 zwischen einer ausgekuppelten und einer eingekuppelten Stellung verstellbar.
Der Elektromotor 3 ist hinsichtlich seiner Antriebsdrehrichtung umkehrbar. Dies bedeutet, dass der Elektromotor 3 seinen Rotor, je nach Ansteuerung durch die Leistungselektronik 8 / der Recheneinheit 9, sowohl in einer ersten Antriebsdrehrichtung als auch in einer dazu entgegengesetzten zweiten Antriebsdrehrichtung antreibt. Die Recheneinheit 9 wirkt zusammen mit der Leistungselektronik 8 in einem Einparkmodus des Antriebsstranges 1 / Kraftfahrzeuges derart auf den Elektromotor 3 sowie auf die Kupplung 5 ein, dass der Elektromotor 3 in einer ersten Antriebsdrehrichtung eine Vorwärtsbewegung des Kraftfahrzeuges unterstützt (bei geschlossener Trennkupplung 6) oder vollständig bewirkt (bei geöffneter Trennkupplung 6) und in einer zweiten Antriebsdrehrichtung eine Rückwärtsbewegung des Kraftfahrzeuges ebenfalls unterstützt (bei geschlossener Trennkupplung 6) oder vollständig bewirkt (bei offener Trennkupplung 6). In diesem Einparkmodus ist die Kupplung 5 in ihrer eingekuppelten Stellung, sodass der Rotor drehfest mit der Getriebeeingangswelle des Getriebes 4 drehverbunden ist.
Das Getriebe 4 ist als Handschaltgetriebe ausgeführt. Dabei ist es notwendig, dass im Einparkmodus ein Gang des Getriebes 4 eingelegt ist. Der Elektromotor 3 ist dabei so ausgelegt und zusammen mit der Kupplung 5 so angesteuert, dass unabhängig von dem eingelegten Gang des Getriebes 4, bspw. unabhängig davon, ob ein Rückwärtsgang oder ein Vorwärtsgang im Getriebe 4 eingelegt ist, durch den Elektromotor 3 die jeweilige Vorwärtsbewegung und/oder Rückwärtsbewegung unterstützt (bei geschlossener Trennkupplung 6 sowie eingeschaltetem Verbrennungsmotor 2) oder vollständig bewirkt (bei offener Trennkupplung 6) ist.
Desweiteren ist ersichtlich, dass die Kupplung 5 in dem Antriebsstrang 1, in einer Drehmomentenübertragungsrichtung gesehen, zwischen dem Verbrennungsmotor 2 bzw. dem Elektromotor 3 und dem Getriebe 4 angeordnet ist. Es sind jedoch prinzipiell auch weitere alternative Anordnungsmöglichkeiten umsetzbar.
Die Kupplung 5 ist so angesteuert / ansteuerbar, dass sie bei einem Antreiben des Elektromotors 3 in der zweiten Antriebsdrehrichtung, d.h. bei einem Rückwärtsfahren / bei einer Rückwärtsbewegung des Kraftfahrzeuges, mit Schlupf, d.h. schlupfend, betrieben ist. In diesem Schlupfzustand der Kupplung 5 sind ihre beiden Kupplungsbestandteile noch nicht vollständig reibkraftschlüssig verbunden, sondern bewegen sich derart unter Erzeugung einer Reibung relativ zueinander, dass ein Teil der durch den Elektromotor 3 zugeführten Bewegungsenergie in die Drehbewegungsenergie des Getriebes 4 bzw. der Getriebeeingangswelle umgewandelt wird, der andere Bestandteil als Reibungsverlust verloren geht. In diesem Schlupfzustand dient die Kupplung 5 zusätzlich als Drehschwingungsdämpfsystem.
In diesem Zusammenhang sei auch darauf hingewiesen, dass in dem Antriebsstrang 1 prinzipiell noch weitere Bestandteile enthalten sind, diese jedoch der Übersichtlichkeit halber nicht weiter dargestellt sind. In anderen Worten ausgedrückt, ist somit erfindungsgemäß ein Prinzip beschrieben, das für verschiedene Anordnungen des Elektromotors 3 im Antriebsstrang 1 angewendet werden kann. Bei P0/P1-Hybriden (bei denen der Elektromotor 3 an einem Riementrieb des Verbrenners 2 angeordnet ist) wird der Verbrenner 2 passiv über den Elektromotor 3 in beide Richtungen getrieben. Über eine automatisierte Kupplung 5 (E-Clutch, Clutch by Wire) kann das Moment an den Antriebsstrang 1 übertragen werden. In diesem Betrieb ist es vorteilhaft, die Kupplung 5 im Schlupf zu betreiben, um Triebstrangschwingungen durch Kompression der Luft in den Zylindern des Motors 2 zu dämpfen. Beim P2-, P3- und P4-Hybrid kann der Elektromotor 3 bei abgetrenntem Verbrenner 2 direkt auf das Getriebe 4 wirken.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsstrang
2: Verbrennungsmotor
3: Elektromotor
4: Getriebe
5: automatisierte Kupplung
6: Trennkupplung
7: Differenzial
8: Leistungselektronik
9: Recheneinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202013008616 U1 [0002]

Claims

Antriebsstrang (1) für ein Hybridfahrzeug, mit einem Verbrennungsmotor (2), einem in seiner Antriebsdrehrichtung umkehrbaren Elektromotor (3), einem Getriebe (4) sowie einer Kupplung (5), wobei die Kupplung (5) so angeordnet ist, dass eine Getriebeeingangswelle des Getriebes (4) mittels der Kupplung (5) mit einem Ausgang des Elektromotors (3) und/oder einem Ausgang des Verbrennungsmotors (2) koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (5) als automatisierte Kupplung (5) ausgeführt ist.
Antriebsstrang (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (5) als Clutch-By-Wire-System ausgeführt ist.
Antriebsstrang (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (3) so ausgelegt und zusammen mit der Kupplung (5) so angesteuert ist, dass der Elektromotor (3) in einem Einparkmodus in einer ersten Antriebsdrehrichtung eine Vorwärtsbewegung des Kraftfahrzeuges unterstützt oder bewirkt und/oder in einer zweiten Antriebsdrehrichtung eine Rückwärtsbewegung des Kraftfahrzeuges unterstützt oder bewirkt.
Antriebsstrang (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (5) so angesteuert ist, dass sie im Einparkmodus bei einer Betätigung des Elektromotors (3) in der zweiten Antriebsdrehrichtung mit Schlupf betrieben ist.
Antriebsstrang (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (3) so ausgelegt und zusammen mit der Kupplung (5) so angesteuert ist, dass unabhängig von einem eingelegten Gang des Getriebes (4) die Vorwärtsbewegung und/oder die Rückwärtsbewegung durch den Elektromotor (3) unterstützt oder bewirkt ist.
Antriebsstrang (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (4) als ein Handschaltgetriebe ausgeführt ist.
Antriebsstrang (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (5), in einer Drehmomentenübertragungsrichtung bei einem Antrieb des Kraftfahrzeuges gesehen, zwischen dem Ausgang des Verbrennungsmotors (2) und der Getriebeeingangswelle angeordnet ist.
Antriebsstrang (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (5), in einer Drehmomentenübertragungsrichtung bei einem Antrieb des Kraftfahrzeuges gesehen, zwischen dem Ausgang des Elektromotors (3) und der Getriebeeingangswelle angeordnet ist.
Antriebsstrang (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (3) über eine weitere Trennkupplung (6) mit dem Verbrennungsmotor (2) koppelbar ist.
Kraftfahrzeug mit einem Antriebsstrang (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9.