DE19530231A1 - Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug

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Description

Die Erfindung betrifft einen Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor als Antriebe, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Einen derartigen Hybridantrieb zeigt die EP 492 152 B1 bei der der Elek­ tromotor zumindest zeitweilig ständig auf eine Vorgelegewelle des Ge­ schwindigkeits-Wechselgetriebes geschaltet ist und entweder als Antrieb, als Generator oder im Leerlauf mitläuft. Beim Schalten des Geschwindig­ keits-Wechselgetriebes wirkt der Elektromotor drehzahlgesteuert als Syn­ chronisator. Da Schaltvorgänge relativ schnell ablaufen können, ist sowohl eine aufwendige Gangerkennung als auch Signalverarbeitung in einem elektronischen Steuergerät erforderlich.
Aufgabe der Erfindung ist es, für den gattungsgemäßen Hybridantrieb eine vereinfachte Synchronisierungssteuerung vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den weiteren Patentansprüchen angeführt.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, während des Gangwechsels zu­ nächst den Elektromotor abzukuppeln, dann in wie bei synchronisierten Schaltgetrieben üblicher Weise den Gang über die Synchronkupplungen zu schalten, anschließend den Elektromotor zumindest angenähert auf Syn­ chronlauf relativ zur Antriebswelle zu bringen und schließlich den Elektromo­ tor wieder anzukuppeln. Das An- und Abkuppeln des Elektromotors kann dabei bevorzugt automatisch erfolgen.
Durch diese Maßnahme ist lediglich ein einfaches Gangsignal beispielswei­ se über den Gangschalthebel erforderlich, über welches angezeigt wird, daß ein Gangwechsel erfolgen soll. Ist dies der Fall, so wird zunächst der Elek­ tromotor abgekuppelt. Nach dem erfolgten Gangwechsel reicht es aus, wenn über einen Drehzahlsensor der Antriebswelle und einem Drehzahlsensor verbunden mit dem Elektromotor durch entsprechende elektronische Ver­ knüpfung der Elektromotor auf Synchronlauf gesteuert und dann die Kupp­ lung wieder geschlossen wird. Die Kupplung kann dabei eine wie bei den schaltbaren Zahnrädern übliche Synchronkupplung sein, die über ein Ge­ stänge hydraulisch oder elektromagnetisch betätigt wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzel­ heiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt ein Blockschaltbild eines Hybridantriebes für ein Kraftfahrzeug mit einer Antriebseinheit mit ei­ nem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor und einer Einrichtung zum Synchronisieren des Elektromotors bei Gangwechseln.
Der dargestellte Hybridantrieb setzt sich im wesentlichen zusammen aus einem Verbrennungsmotor 10, einer elektrohydraulischen Trennkupplung 12, einem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe 14 und einem Elektromotor 16, die der besseren Darstellung wegen in Abschnitte geteilt gezeichnet sind, tatsächlich aber zu einer Antriebseinheit zusammengebaut sind.
Der Verbrennungsmotor 10 kann z. B. ein direkt einspritzender Turbodie­ selmotor sein, dessen an die Kurbelwelle angeflanschte Schwungscheibe 18 Teil der als Schwungnutzautomatik ausgeführten Trennkupplung 12 mit ei­ ner hydraulischen Betätigung - bestehend aus einem hydraulischen Neh­ merzylinder 20 und einer Hydraulikeinheit 22 mit Pumpe, Steuerventilen, Druckspeicher etc. - und einer Steuerelektronik 24 ist.
Die Trennkupplung 12 treibt das vordere Ende der Antriebswelle 26 des Wechselgetriebes 14 an, dessen Abtriebswelle 28 ein Antriebsritzel 30 für den nicht näher dargestellten Achsantrieb bzw. das Differential 32 für den Antrieb der Vorderräder 34 des Kraftfahrzeuges trägt. Im Ausführungsbei­ spiel sind wie ersichtlich über eine Schaltbetätigung 64 vier Gangstufen bzw. Übersetzungen I-IV des Wechselgetriebes 14 schaltbar.
Der Elektromotor 16, ein Drehstrom-Synchronmotor mit relativ geringem Massenträgheitsmoment, wirkt über eine Zahnrad-Vorgelegestufe 36 auf das andere Ende der Antriebswelle 26 des Wechselgetriebes 14.
Der Elektromotor 16 ist an eine Stromversorgungseinheit 38 mit Batterien 40 und einer Stromregeleinheit 42 angeschlossen und kann als Antriebsmotor, als Generator zum Aufladen der Batterien 40 bei verbrennungsmotorischem Betrieb, im Leerlauf und schließlich drehzahlgeregelt als Synchronisator arbeiten.
Der Elektromotor 16 kann dabei mittels eines Betriebsartenschalters 44 auf Elektroantrieb geschaltet werden, wobei dessen Antriebsleistung dann über das Gaspedal 46 und die Stromregeleinheit 42 gesteuert wird.
Beim Umschalten auf Betrieb mit Verbrennungsmotor 10 wird der Elektromo­ tor 16 als Generator betrieben, sofern die Batterien 40 regeneriert werden sollen; andernfalls wird der Elektromotor 16 im Leerlauf mitgetrieben oder treibt zur kurzfristigen Erhöhung der Antriebsleistung des Hybridantriebes das Kraftfahrzeug mit an.
Die schaltbaren Zahnräder 48, 50, 52, 54 auf der Antriebswelle 26 sind über an sich bekannte Synchronkupplungen (nicht dargestellt) mit der Antriebs­ welle 26 zur Schaltung der jeweiligen Gänge I-IV kuppelbar.
Ferner ist an dem Zahnrad 58 der Vorgelegestufe 36 eine weitere form­ schlüssige Synchronkupplung 60 vorgesehen, über die die Vorgelegestufe 36 und damit der Elektromotor 16 von der Antriebswelle 26 abkuppelbar sind (die Synchronkupplung 60 kann ebenfalls eine wie bei Schaltgetrieben in Kraftfahrzeugen übliche, zur Synchronisierung der Gangschaltungen ver­ wendete Synchronkupplung sein).
Die Betätigung dieser Synchronkupplung 60 erfolgt über ein elektromagneti­ sches Stellglied 62, welches von der elektronischen Steuerung der Stromre­ geleinheit 42 mitgesteuert ist.
Der Gangwechsel der Gänge I-IV wird über die Schaltbetätigung 64 be­ wirkt, deren Schalthebel 66 mit einem Schaltbetätigungssenor 68 ausgerü­ stet ist, der bei einem Betätigen des Schalthebels 66 bzw. bei einem Gang­ wechsel ein Gangsignal S an die Stromregeleinheit 42 abgibt.
Ferner sind an der Antriebswelle 26 und an dem schaltbaren Zahnrad 58 der Vorgelegestufe 36 je ein Drehzahlsensor 70, 72 vorgesehen, die proportio­ nale Signale nAn, nVor an die elektronische Steuerung der Stromregelein­ heit 42 liefern.
Bei einem Gangwechsel beispielsweise vom zweiten Gang in den dritten Gang erkennt die Stromregeleinheit 42 zunächst über das Gangsignal S, daß ein Gangwechsel erfolgen soll, wodurch über das elektromagnetische Stellglied 62 der Elektromotor 16 mit Vorgelege 36 abgekuppelt wird. Mit dem Abkuppeln dieser Schwungmassen ist das Wechselgetriebe 14 in be­ kannter Weise über die üblichen Synchronkupplungen leicht schaltbar, wobei die entsprechende Synchronarbeit über die Reibungskupplungen der Syn­ chronkupplungen erfolgt.
Nach dem Gangwechsel, der durch Deaktivieren des Gangsignals S von der Stromregeleinheit 42 erkennbar ist, wird der Elektromotor 16 auf Dreh­ zahlregelung geschaltet, wobei die elektronische Steuerung in der Strom­ regeleinheit 42 durch Vergleich der Signale nAn und nVor die Ist-Drehzah­ len der Antriebswelle 26 und des Zahnrades 58 des Vorgeleges 36 erfaßt und die Soll-Drehzahl (≈ gleiche Drehzahl wie die Antriebswelle) des Zahn­ rades 58 der Vorgelegestufe 36 durch entsprechende Ansteuerung des Elektromotors 16 einsteuert.
Bei erfolgtem Synchronlauf, wobei ggf. eine geringe Drehzahldifferenz von ± 50 min-1 bevorzugt ist, wird über die Stromregeleinheit 42 wieder das elek­ tromagnetische Stellglied 62 angesteuert und die Synchronkupplung 60 geschlossen. Mit dem Signal zum Schließen der Synchronkupplung 60 wird automatisch der Drehzahl-Kegelbetrieb des Elektromotors 16 abgeschaltet.
Dann ist der Elektromotor 16 wieder mit der Antriebswelle 26 des Ge­ schwindigkeits-Wechselgetriebes 14 verbunden und es kann - sofern elek­ tromotorischer Betrieb vorliegt - der Elektromotor 16 von der Stromregelein­ heit 42 wieder über das Gaspedal 46 als Antriebsmotor oder bei verbren­ nungsmotorischem Betrieb ggf. als Generator zur Aufladung der Batterien 40 geschaltet sein.

Claims (3)

1. Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor als Antriebe, die gleichzeitig oder alternierend auf die An­ triebswelle oder Vorgelegewelle eines mit schaltbaren Zahnrädern mit Syn­ chronkupplungen zum Schalten mehrerer Gänge versehenen Geschwindig­ keits-Wechselgetriebes wirken, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektro­ motor (16) über eine formschlüssige Kupplung (60) mit der Antriebswelle (26) kuppelbar ist, daß die Kupplung (60) beim Einlegen eines Ganges ge­ löst und anschließend wieder geschlossen ist und daß vor dem Schließen der Kupplung (60) der Elektromotor (16) zumindest angenähert auf Syn­ chronlauf relativ zur Antriebswelle (26) gesteuert ist.
2. Hybridantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung eine wie bei den schaltbaren Zahnrädern (52, 54, 56, 58) verwendete Syn­ chronkupplung (60) ist.
3. Hybridantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromregeleinheit (42) des Elektromotors (16) mit einem einfachen Schalt­ betätigungssensor (68) sowie einem Drehzahlsensor (70) an der Antriebswelle (26) und einem Drehzahlsensor (72) für den Elektromotor (16) verbunden ist und die Kupplung (60) durch Ansteuerung eines Stellgliedes (62) bei anstehendem Gangsignal S löst und bei erfolgter Schaltung durch Auswertung der Drehzahlsignale nAn, nVor den Synchronlauf einsteuert und anschließend die Kupplung (60) über das Stellglied (62) wieder schließt.
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