DE10336562A1

DE10336562A1 - Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10336562A1
Application number: DE10336562A
Authority: DE
Inventors: Mathias Link; Roland Nasdal
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2003-08-06
Filing date: 2003-08-06
Publication date: 2005-03-03

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges einen Unterstützungsantrieb zur Übertragung einer Zugkraft auf die Abtriebsseite eines vorzugsweise automatischen Schaltgetriebes während des Schaltvorgnges zu schaffen, der bei einem geringen Aufwand und einer kompakten Bauausführung die benötigte Leistung zum Reduzieren der beim Schaltvorgang auftretenden Zugkraftunterbrechung ohne zusätzliche Belastung der elektrischen Anlage aufbringt. DOLLAR A Erfindungsgemäß werden die benötigten hohen Antriebsdrehmomente zum Vermeiden bzw. Reduzieren der bei einem Gangwechsel auftretenden Zugkraftunterbrechung durch den Einsatz eines hydraulischen oder pneumatischen Unterstützungsantriebes zugeführt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Merkmalen.
Bei Handschalt- und automatisierten Schaltgetrieben für Kraftfahrzeuge tritt während des Gangwechsels bei geöffneter Kupplung zwischen Verbrennungskraftmaschine und Getriebe eine Zugkraftunterbrechung auf. Diese Zugkraftunterbrechung hat eine sprunghafte Änderung der Fahrzeugbeschleunigung zur Folge. Insbesondere bei automatisierten Schaltgetrieben stellt der plötzliche Beschleunigungswegfall einen erheblichen Komfortmangel dar, da der Fahrzeugführer auf diesen nicht vorbereitet ist. Besonders kritisch ist die Zugkraftunterbrechung beim Hochschalten unter Volllast, da hierbei die Maximalleistung der Verbrennungsmaschine plötzlich wegfällt und in unteren Gängen, wo die Fahrzeugbeschleunigungen am größten sind. Nach erfolgtem Gangwechsel wird eine entsprechend der geringeren Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine reduzierte Volllastleistung wieder zugeschaltet. Dieser Effekt ist auch beim Bremsvorgang im Schubbetrieb zu verzeichnen, da dabei ebenfalls das Schleppmoment unterbrochen wird.

Zur Vermeidung der Zugkraftunterbrechung ist es aus der DE 198 49 156 A1 vorbekannt, dass während des Schaltvorganges des automatisierten Schaltgetriebes die Getriebeausgangswelle mit einer Elektromaschine zur Übertragung einer Zugkraft verbunden ist. Die Elektromaschine weist einen drehbar gelagerten Stator und einen mit diesem zusammenwirkenden, von der Verbrennungsmaschine angetriebenen Rotor auf. Der Rotor ist über eine Hohlwelle mit dem äußeren Teil der Kupplung verbunden, wodurch somit die Ausgangswelle der Verbrennungskraftmaschine drehfest mit der Hohlwelle verbunden ist. Bei einem Schaltvorgang und geöffneter Hauptkupplung treibt die Verbrennungskraftmaschine weiterhin den Rotor an, der seinerseits mit dem drehbar gelagerten Stator durch die elektromagnetische Wechselwirkung in eine Drehbewegung versetzt wird. Der Stator ist über eine Hohlwelle mit einem Räderpaar verbunden, das während des Schaltvorganges eine Zugkraft auf die Getriebeausgangswelle überträgt.

Aus der DE 198 50 811 A1 ist es vorbekannt, dass die Elektromaschine zur Übertragung der Zugkraft während des Schaltvorganges mit einem stufenlos veränderlichen Getriebe verbunden ist, dessen Ausgangswelle mit der Getriebeausgangswelle verbunden ist. Die stufenlos und schnell verstellbaren Übersetzungen zwischen der Elektromaschine und der Getriebeausgangswelle sollen es ermöglichen, dass hohe Anteile der in der Elektromaschine vor dem Gangwechsel gespeicherten kinetischen Energie dem Abtriebsstrang des Kraftfahrzeuges zugeführt werden.

Nachteilig bei dem beschriebenen Stand der Technik ist, dass die beschriebenen Lösungen sehr aufwendig sind und zusätzlichen Bauraum beanspruchen. Außerdem müssen die Elektromaschinen verhältnismäßig groß ausgelegt werden, um die benötigten kurzzeitig hohen Leistungen zum Reduzieren der beim Schaltvorgang auftretenden Zugkraftunterbrechung aufbringen zu können. Nachteilig insbesondere bei der Lösung gemäß der DE 198 50 811 A1 ist, dass die elektrische Anlage des Fahrzeuges zusätzlich belastet wird, um das beim Schaltvorgang benötigte Drehmoment zum Ausgleich der Zugkraftunterbrechung durch die Elektromaschine aufbringen zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges einen Unterstützungsantrieb zur Übertragung einer Zugkraft auf die Abtriebsseite eines vorzugsweise automatischen Schaltgetriebes während des Schaltvorganges zu schaffen, der bei einem geringen Aufwand und einer kompakten Bauausführung die benötigte Leistung zum Reduzieren der beim Schaltvorgang auftretenden Zugkraftunterbrechung ohne zusätzliche Belastung der elektrischen Anlage aufbringt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Durch den Einsatz eines hydraulischen oder pneumatischen Unterstützungsantriebes können der Abtriebsseite des Schaltgetriebes kurzfristig aufgrund der hohen Leistungsdichte des hydraulischen oder pneumatischen Antriebes die benötigten hohen Antriebsdrehmomente zum Vermeiden bzw. Reduzieren der bei einem Gangwechsel auftretenden Zugkraftunterbrechung zugeführt werden.

Der Antrieb des Unterstützungsantriebes erfolgt entweder direkt vom Verbrennungsmotor durch eine Pumpe oder ganz oder teilweise über einen Druckspeicher, dessen Druck bei einem Leistungsüberschuss durch eine reversible Pumpe aufgeladen wird. Diese Lösung ermöglicht eine kompakte Bauausführung des Unterstützungsantriebes, die technisch leicht zu realisieren ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bei Einsatz eines Druckspeichers der Unterstützungsantrieb keine wesentlich zusätzliche Energie für dessen Antrieb benötigt, da der Druckspeicher beispielsweise während der Verzögerungsphase mittels der dabei entstehenden Bremsenergie aufgeladen wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben, sie werden in der Beschreibung zusammen mit ihren Wirkungen erläutert.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

1: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebsstranges für ein Kraftfahrzeug,

2 bis 5: entsprechende Varianten des erfindungsgemäßen Antriebsstranges.

In der 1 ist schematisch ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug dargestellt, der bekanntermaßen aus einen Verbrennungsmotor 1, einem nicht lastschaltbaren Schaltgetriebe 2, im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein automatisiertes Schaltgetriebe, einer Getriebeausgangswelle 5, einem Differentialgetriebe 12, einer Achse 6 und den Rädern besteht. Die von dem Verbrennungsmotor 1 erzeugte Zugkraft wird ebenfalls in bekannter Weise über den Antriebsstrang auf die Antriebsräder 7 des Fahrzeuges übertragen und braucht nicht weiter erläutert werden.
Zum Vermeiden bzw. Reduzieren der bei den Schaltvorgängen auftretenden Zugkraftunterbrechung ist der Getriebeausgangswelle 5 ein hydraulischer oder pneumatischer Unterstützungsantrieb zugeordnet, der in den Schaltpausen das Antriebsdrehmoment auf die Antriebsräder 7 aufrechterhält. In den weiteren Ausführungen wird zur Vereinfachung nur auf einen hydraulisch betätigten Unterstützungsantrieb Bezug genommen. Die erfindungsgemäße Lösung ist aber ebenso auf pneumatische Antriebe anwendbar.
Das durch den Unterstützungsantrieb in den Schaltpausen aufzubringende Antriebsdrehmoment muss dabei die Zugkraft vor bzw. nach der Schaltung nicht vollständig erreichen und nicht unbedingt in allen Gangwechseln zum Einsatz kommen. Auch ein teilweiser Ersatz der Zugkraft und ein Einsatz nur bei Schaltungen in niedrigen Gängen zur Abmilderung des Effektes der Zugkraftunterbrechung ist sinnvoll und ist Inhalt der erfindungsgemäßen Lösung. Die Einstellung der entsprechenden Betriebsverhältnisse sowie der energieoptimalen Druckerzeugung und des Verlaufs des durch den Unterstützungsantrieb aufzubringenden Drehmomentes während des Schaltprozesses erfolgt mittels eines nicht dargestellten Regel- und Steuergerätes das sowohl mit dem Verbrennungsmotor 1, dem automatisierten Schaltgetriebe 2 als auch mit den Bauteilen des Unterstützungsantriebes verbunden ist.
Entsprechend der in der 1 dargestellten ersten Variante besteht der Unterstützungsantrieb aus einer direkt durch den Verbrennungsmotor 1 angetriebenen Hydraulikpumpe 3, die über eine entsprechende Hydraulikleitung mit einem Hydraulikmotor 4 verbunden ist. Bei einem Schaltvorgang wird die Hydraulikpumpe 3 durch den Verbrennungsmotor 1 angetrieben, die wiederum den mit der Getriebeausgangswelle 5 verbundenen Hydraulikmotor 4 antreibt und somit ein entsprechend erzeugtes Antriebsdrehmoment auf die Getriebeausgangswelle 5 überträgt. Die Hydraulikpumpe 3 ist dabei so ausgelegt, dass ihre Leistung dem aufzubringenden Antriebsmoment für den Ausgleich der Zugkraftunterbrechung entspricht. Beim Hochschalten wird durch die Drehzahlanpassung des Verbrennungsmotors 1 dessen Abtriebswelle beschleunigt. Dieser Effekt wird für den Antrieb der Hydraulikpumpe 3 genutzt, um durch den Hydraulikmotor 4 ein entsprechend benötigtes Drehmoment auf die Getriebeausgangswelle 5 zu übertragen. Dieser Effekt kann aber nur dann vollständig genutzt werden, wenn der Gangwechsel schneller erfolgt als das Herunterlaufen des Verbrennungsmotors 1 auf die Zieldrehzahl. Bei Rückschaltungen muss der Verbrennungsmotor 1 allerdings die Unterstützungsleistung zusätzlich zur Leistung für seine eigene Drehzahlangleichung aufbringen, wodurch die maximal mögliche Hochlaufgeschwindigkeit auf die Zieldrehzahl verlangsamt wird. Bei dieser Lösung ist Betriebs- Betriebsfähigkeit des Unterstützungsantriebes jedoch immer gegeben, um in der verlängerten Zugkraftunterbrechungsdauer einen Vortrieb zu leisten.
Da die Unterstützungsleistung beim Schaltvorgang nur für geringe Zeitanteile während der Fahrt benötigt wird, sieht eine Variante der erfindungsgemäßen Lösung vor, den Unterstützungsantrieb durch den in einem Druckspeicher 9 aufgebauten Druck anzutreiben. Dabei wird unabhängig vom Zeitpunkt der Leistungsabgabe der Druck im Druckspeicher 9 aufgebaut. Der Druckaufbau erfolgt vorzugsweise während der Verzögerungsphase des Fahrzeuges durch die Bremsenergie über den Hydraulikmotor 4. Bei nicht ausreichend langen Bremsphasen kann der Druck im Druckspeicher 9 auch während der Fahrt durch den Antrieb aufgeladen werden.
Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass die Pumpenleistung und somit die Hydraulikpumpe 3 zum Aufbau eines Druckes in dem Druckspeicher 9 erheblich geringer ausgelegt werden kann als bei einer direkt durch den Verbrennungsmotor 1 angetriebenen Hydraulikpumpe 3 zum Aufbau eines entsprechenden Antriebsdrehmomentes. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass für den Unterstützungsantrieb keine zusätzliche Energie benötigt wird, da der notwendige und entsprechend hohe Druck im Druckspeicher 9 zum Betätigen des Unterstützungsantriebes vorrangig durch Bremsenergie mittels der reversiblen Hydraulikpumpe 3 erzeugt wird.
Bei der in der 4 dargestellten Variante ist eine reversible motorgekoppelte Hydraulikpumpe 3 mit einem Druckspeicher 9 verbunden. Durch die reversible Hydraulikpumpe 3 oder den reversiblen Hydraulikmotor 4 wird, wie oben beschrieben, in Verzögerungsphasen ein entsprechender Druck im Druckspeicher 9 aufgebaut. Beim Schaltvorgang wird der Hydraulikmotor 4 zum Erzeugen eines entsprechenden Antriebsdrehmomentes einerseits von der Hydraulikpumpe 3 als auch von dem Druckspeicher 9 mit Druck beaufschlagt.
Bei einer weiteren Variante gemäß 3 wird eine reversible Hydraulikpumpe 3 durch das Differentialgetriebe 12 der Antriebsachse 6 angetrieben, um in den Druckspeicher 9 einen entsprechenden Druck aufzubauen, der beim Schaltvorgang zum Antrieb des aus Hydraulikpumpe 3 und Hydraulikmotor 4 bestehenden Unterstüt zungsantriebes genutzt wird. Der Druckaufbau im Druckspeicher 9 durch die reversible Hydraulikpumpe 3 erfolgt ebenfalls in der Verzögerungsphase des Fahrzeuges.
Gemäß der in der 2 dargestellten Variante wird eine reversible Hydraulikpumpe 3 durch einen intermittierend arbeitenden Elektromotor 8 angetrieben. Dabei ist die Abtriebswelle des Elektromotors 8 mit der Antriebswelle der reversiblen Hydraulikpumpe 3 verbunden. Durch die reversible Hydraulikpumpe 3 wird in der schaltfreien Zeit im Druckspeicher 9 ein entsprechender Druck aufgebaut, der beim Schaltvorgang zum Antrieb des aus Hydraulikpumpe 3 und Hydraulikmotor 4 bestehenden Unterstützungsantriebes genutzt wird.
In 5 ist eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Lösung dargestellt. Der Unterstützungsantrieb zur Übertragung einer Zugkraft auf die Getriebeausgangswelle 5 besteht dabei aus einer reversiblen, als Pumpe oder Motor arbeitenden hydraulischen oder pneumatischen Maschine 11, die über eine Ventileinheit 10 mit dem Druckspeicher 9 verbunden ist. Während einer Ladephase arbeitet die hydraulische oder pneumatische Maschine 11 als Pumpe und lädt dabei den Druckspeicher 9 mit Druck auf. Im Schaltvorgang arbeitet die hydraulische oder pneumatische Maschine 11 als Motor zur Erzeugung eines entsprechenden Antriebsdrehmomentes, das auf die Getriebeausgangswelle 5 übertragen wird. Die hydraulische oder pneumatische Maschine 11 wird von dem im Druckspeicher 9 aufgebauten Druck angetrieben.
Ebenfalls Bestandteil dieser Erfindung ist der Einsatz einer reversiblen hydraulischen Maschine 11 anstelle des Hydraulikmotors 4 in den Varianten entsprechend den 2 bis 4, wodurch eine zusätzliche Auflademöglichkeit für den Druckspeicher 9 geschaffen wird.

1: Verbrennungsmotor
2: Schaltgetriebe
3: Hydraulikpumpe
4: Hydraulikmotor
5: Getriebeausgangswelle
6: Achse
7: Antriebsräder
8: Elektromotor
9: Druckspeicher
10: Ventileinheit
11: hydraulische Maschine
12: Differentialgetriebe

Claims

Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einer Kupplung zur Unterbrechung der Zugkraft in einem Getriebe bei einem Gangwechsel, bei dem die Zugkraft von einer Verbrennungskraftmaschine auf ein Getriebe, insbesondere einem automatisierten Schaltgetriebe, übertragen wird, wobei bei der Unterbrechung der Zugkraft im Getriebe ein Unterstützungsantrieb zur Übertragung einer Zugkraft auf eine Abtriebsseite des Getriebes vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterstützungsantrieb ein hydraulischer oder pneumatischer Antrieb ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterstützungsantrieb aus einer Hydraulikpumpe (3) oder einem pneumatischen Verdichter und aus einem davon antreibbaren Hydraulik- oder Pneumatikmotor (4) besteht, der mit einer Getriebeausgangswelle (5) verbunden ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikpumpe (3) oder der pneumatische Verdichter und der Hydraulik- oder Pneumatikmotor (4) reversibel sind.
Antriebsstrang nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebswelle der Hydraulikpumpe (3) oder des pneumatischen Verdichters mit einer Abtriebswelle des Verbrennungsmotors (1) und die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors (1) mit einer Antriebswelle des Hydraulik- oder Pneumatikmotors (4) verbunden ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Druckaufbau in einem Druckspeicher (9) eine reversible motorgekuppelte Hydraulikpumpe (3) oder ein pneumatischer Verdichter des Unterstützungsantriebes mit dem Druckspeicher (9) verbunden ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebswelle einer reversiblen Hydraulikpumpe (3) oder eines pneumatischen Verdichters des Unterstützungsantriebes mit einem Getriebeausgang des Antriebsstranges und zum Druckaufbau in einem Druckspeicher (9) die reversible Hydraulikpumpe (3) oder der pneumatische Verdichter mit dem Druckspeicher (9) verbunden ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebswelle einer reversiblen Hydraulikpumpe (3) oder eines pneumatischen Verdichters des Unterstützungsantriebes mit einer Abtriebswelle eines intermittierend angetriebenen Elektromotors (8) und zum Druckaufbau in einem Druckspeicher (9) die reversible Hydraulikpumpe (3) oder der pneumatische Verdichter mit dem Druckspeicher (9) verbunden ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit einer Getriebeausgangswelle (5) verbundene, reversible, als Pumpe oder Motor arbeitende hydraulische- oder pneumatische Maschine (11) über eine Ventileinheit (10) mit einem Druckspeicher (9) verbunden ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1), das Schaltgetriebe (2) und die Bauteile des Unterstützungsantriebes mit einem Regel- und Steuerungsgerät verbunden sind.
Antriebsstrang nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle des Hydraulik- oder Pneumatikmotors (4) eine reversible hydraulische oder pneumatische Maschine (11) verwendet wird.