DE19745995A1 - Getriebeintegrierte Elektromaschine für Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen und deren Steuerung - Google Patents
Getriebeintegrierte Elektromaschine für Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen und deren SteuerungInfo
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- DE19745995A1 DE19745995A1 DE19745995A DE19745995A DE19745995A1 DE 19745995 A1 DE19745995 A1 DE 19745995A1 DE 19745995 A DE19745995 A DE 19745995A DE 19745995 A DE19745995 A DE 19745995A DE 19745995 A1 DE19745995 A1 DE 19745995A1
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- B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
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- F16H3/091—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears including a single countershaft
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- B60K2006/268—Electric drive motor starts the engine, i.e. used as starter motor
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- B60K6/48—Parallel type
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- B60K2006/4833—Step up or reduction gearing driving generator, e.g. to operate generator in most efficient speed range
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- B60K6/48—Parallel type
- B60K2006/4833—Step up or reduction gearing driving generator, e.g. to operate generator in most efficient speed range
- B60K2006/4841—Step up or reduction gearing driving generator, e.g. to operate generator in most efficient speed range the gear provides shifting between multiple ratios
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B60K6/08—Prime-movers comprising combustion engines and mechanical or fluid energy storing means
- B60K6/10—Prime-movers comprising combustion engines and mechanical or fluid energy storing means by means of a chargeable mechanical accumulator, e.g. flywheel
- B60K6/105—Prime-movers comprising combustion engines and mechanical or fluid energy storing means by means of a chargeable mechanical accumulator, e.g. flywheel the accumulator being a flywheel
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F16H2200/0034—Transmissions for multiple ratios characterised by the number of forward speeds the gear ratios comprising two forward speeds
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F16H—GEARING
- F16H2200/00—Transmissions for multiple ratios
- F16H2200/003—Transmissions for multiple ratios characterised by the number of forward speeds
- F16H2200/0047—Transmissions for multiple ratios characterised by the number of forward speeds the gear ratios comprising five forward speeds
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16H—GEARING
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- F16H3/02—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion
- F16H3/08—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts
- F16H3/087—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears
- F16H3/089—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears all of the meshing gears being supported by a pair of parallel shafts, one being the input shaft and the other the output shaft, there being no countershaft involved
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- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
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Description
Die Erfindung betrifft eine getriebeintegrierte Elek
tromaschine für Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen
sowie deren Steuerung mit den im Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 genannten Merkmalen.
Die ältere Patentanmeldung DE 196 29 839.3 beschreibt
eine Brennkraftmaschine für Kraftfahrzeuge, mit einem
auf die Antriebsräder des Kraftfahrzeuges wirkenden
Getriebe, wobei eine Getriebeeingangswelle mit einer
Abtriebswelle der Brennkraftmaschine kuppelbar ist,
und mit einer elektrischen Maschine, die über ein
Zwischengetriebe mit dem Getriebe kuppelbar ist und
die sowohl als Startermotor zum Andrehen der Brenn
kraftmaschine als auch als Generator zur energeti
schen Versorgung eines elektrischen Bordnetzes des
Kraftfahrzeuges umschaltbar ist.
Die Getriebesynchronisation, das heißt die Drehzahl
anpassung der in Eingriff zu bringenden Getrieberäder
beim Wechseln der Übersetzungsstufen, erfolgt bei
bekannten Kraftfahrzeug-Schaltgetrieben mit Hilfe von
formschlüssigen Kupplungselementen mit Sperrsynchro
nisierung. Diese Kupplungselemente verlangen
einerseits einen gewissen Bauaufwand und unterliegen
im Betrieb aufgrund Ihrer relativ hohen mechanischen
Belastung einem nicht unerheblichen Verschleiß mit
dem Effekt, daß die Synchronisationswirkung sich ver
schlechtert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde- die Kompo
nenten Starter, Generator und Getriebesynchronisation
in einer Einheit zusammenzufassen sowie für deren
gemeinsame Steuerung zu sorgen.
Das erfindungsgemäße Antriebsaggregat mit den im
Patentanspruch 1 genannten Merkmalen bietet den Vor
teil, daß die Brennkraftmaschine in einfacher Weise
durch eine als Startermotor geschaltete elektrische
Maschine gestartet werden kann, und bei sich in
Betrieb befindender Brennkraftmaschine eine Versor
gung des Bordnetzes des Kraftfahrzeuges über den als
Generator geschaltete elektrische Maschiene möglich
ist. Die Abtriebswelle der Brennkraftmaschine steht
mit der Getriebeeingangswelle in trennbarer Verbin
dung. Diese Verbindung wird über mindestens eine
steuerbare Kupplung sowie ein damit verbundenes
Schwungrad hergestellt. An der Getriebeeingangswelle
ist weiterhin ein schaltbares Zwischengetriebe vorge
sehen, über welches die elektrische Maschine wirkver
bunden ist. Dieses Zwischengetriebe kann in seiner
Übersetzung geändert werden, um je nach Motordrehzahl
den Generator im günstigen Wirkungsgradbereich
betreiben zu können und beim Betrieb als Startermotor
ein ausreichendes Drehmoment liefern zu können. Diese
Übersetzungsstufen können beispielsweise 1 : 2 und 1 : 5
betragen.
Die elektrische Maschine kann auf verschiedenartige
Weise mit der Getriebeeingangswelle verbunden sein.
Möglich ist beispielsweise eine Wirkverbindung über
eine Zwischenwelle mit zwei Zahnradpaaren, die je
nach gewünschter Übersetzung der elektrischen
Maschine mittels zweier an den Zahnrädern befindli
chen steuerbaren Kupplungen an die Getriebeeingangs
welle angekuppelt wird. Ebenso möglich ist die Aus
bildung der Rotorwelle der elektrischen Maschine mit
jeweils einem frei gelagerten Zahnrad am Ende, die
mit jeweils einem Gegenzahnrad auf der Getriebeein
gangswelle im Eingriff stehen und die über jeweils
eine steuerbare Kupplung mit der Rotorwelle in Wirk
verbindung zu bringen sind.
Die elektrische Maschine sowie die Kupplungen werden
zweckmäßigerweise von einem elektronischen Steuerge
rät gesteuert, das aufgrund der erfaßten Informatio
nen wie der Motordrehzahl, der Drehzahlen der
Antriebsräder sowie der gewünschten Schaltstufe beim
Wechsel der Getriebestufen die Kupplungen und damit
die Übersetzung der elektrischen Maschine steuert.
Auch kann auf diese Weise leicht die richtige Funk
tion der elektrischen Maschine je nach Betriebs zu
stand, als Starter oder Generator geschaltet, einge
stellt und gesteuert werden.
Vorteilhaft ist eine Synchronisierbarkeit beim Schal
ten des Hauptgetriebes mit Hilfe einer Massenträgheit
sowie einer elektrischen Leistung der elektrischen
Maschine. Dadurch, daß die Abtriebswelle der Brenn
kraftmaschine und die Getriebeeingangswelle des
Getriebes über mindestens eine Kupplung mit einer
Schwungmasse kuppelbar ist, und die Schwungmasse mit
dem Zusatzgetriebe in Wirkeingriff steht, ist es vor
teilhaft, über die Schwungrad-Zwischengetriebe-Kombi
nation eine Synchronisation des Hauptgetriebes zu
erreichen. Bei einem Wechsel zu einer niedrigeren
Schaltstufe kann die elektrische Maschine in einer
Schaltung als Elektromotor jeweils das langsamer lau
fende Zahnrad des zu kuppelnden Zahnradpaares
beschleunigen, wodurch die Drehzahlen exakt anpaßbar
sind. Beim Wechsel in eine höhere Schaltstufe kann
die elektrische Maschine, nunmehr als Generator mit
steuerbarer elektrischer Last geschaltet, das schnel
ler laufende Zahnrad abbremsen. Eine derartige
Getriebesynchronisation kann völlig auf mechanische
Synchronisierkupplungen im Getriebe verzichten, die
einer hohen Belastung und damit unvermeidbarem Ver
schleiß unterliegen.
Durch die räumliche Zusammenfassung von Starter und
Generator in einem einzigen Bauteil ist weiterhin der
Bau- und Montageaufwand deutlich reduziert, was
einerseits einen Kostenvorteil erbringt. Da auch der
Raumbedarf an der Brennkraftmaschine reduziert ist,
folgt eine erhöhte konstruktive Freiheit bei dessen
Positionierung im Fahrzeug sowie der Plazierung der
Nebenaggregate. Die herkömmlichen Fertigungsanlagen
sowie das Know-how für die Herstellung von Startern
und Generatoren können weiterverwendet werden. Ver
schiedene Bauteile entsprechen unverändert der heuti
gen Serie von Startern und Generatoren.
Vorteilhaft ist weiterhin, wenn die erfindungsgemäße
Starter-Generator-Maschine flüssigkeitsgekühlt wird,
was durch einen Anschluß an den Wasserkühlkreislauf
der Brennkraftmaschine erfolgen kann. Ebenso möglich
ist jedoch auch eine Luftkühlung, bei der die ausrei
chende Versorgung mit kühlender Luft zweckmäßiger
weise durch ein dauernd laufendes Kühlgebläse
erfolgt.
Vorteilhaft ist schließlich, wenn die Starter-Genera
tor-Maschine und insbesondere das umschaltbare Plane
tengetriebe ölgeschmiert sind, was zweckmäßigerweise
durch eine Versorgung mit dem Getriebeöl des Schalt
getriebes erfolgen kann.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen
genannten, Merkmalen.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispie
len anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläu
tert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Antriebs
aggregates eines Kraftfahrzeuges in einer
ersten Variante;
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung eines Antriebs
aggregates eines Kraftfahrzeuges in einer
zweiten Variante;
Fig. 3 eine Schnittdarstellung der Variante aus
Fig. 1 sowie eine Draufsicht derselben;
Fig. 4 eine Schnittdarstellung einer weiteren
Variante zum Aufbau nach Fig. 3;
Fig. 5 ein Drehzahlendiagramm für verschiedene
Übersetzungsverhältnisse der elektrischen
Maschine;
Fig. 6 ein Ablaufdiagramm einer Steuerung zur
Getriebesynchronisation und
Fig. 7 ein Ablaufdiagramm einer Getriebesteuerung
im Generatorbetrieb der elektrischen
Maschine.
Fig. 1 zeigt eine erste mögliche Variante eines
Antriebsaggregates 10 eines Kraftfahrzeuges in einer
schematischen Prinzipskizze. Das Antriebsaggregat 10
umfaßt eine Brennkraftmaschine 12, dessen Abtriebs
welle 14 über eine von im einzelnen nicht dargestell
ten Zylindern gekoppelte Kurbelwelle 16 drehfest ver
bunden ist. Das Antriebsaggregat 10 umfaßt weiterhin
ein Hauptgetriebe 18, das eine Getriebeeingangswelle
20 und eine Getriebeausgangswelle 22 umfaßt. Die
Getriebeausgangswelle 22 ist mit nicht dargestellten
Antriebsrädern des Kraftfahrzeuges wirkverbunden.
Zwischen der Brennkraftmaschine 12 und dem Hauptge
triebe 18 ist eine Schwungmasse 24 angeordnet, die
beispielsweise von einem Zwei-Massen-Schwungrad 26
gebildet ist. Eine Drehachse der Schwungmasse 24
fällt hierbei mit einer Drehachse der Antriebswelle
14 sowie der Getriebeeingangswelle 20 zusammen. Zwi
schen der Brennkraftmaschine 12 und der Schwungmasse
24 ist eine erste Kupplung 28 und zwischen der
Schwungmasse 24 und dem Hauptgetriebe 18 eine zweite
Kupplung 30 angeordnet. Das Antriebsaggregat 10
umfaßt ferner eine elektrische Maschine 32, die über
eine im einzelnen nicht dargestellte Steuerung als
Startermotor für die Brennkraftmaschine 12 oder als
Generator zur Bereitstellung einer Versorgungsspan
nung für ein Bordnetz des Kraftfahrzeuges umschaltbar
ist. Die elektrische Maschine 32 ist mit einem Zwi
schengetriebe 34 gekoppelt, das einerseits mit einer
nicht dargestellten An- beziehungsweise Abtriebswelle
der elektrischen Maschine 32 und andererseits mit der
Schwungmasse 24 wirkverbunden ist. Das Zwischenge
triebe 34 ist in zwei Übersetzungsstufen umschaltbar,
wobei eine erste Übersetzungsstufe beispielsweise 1 : 2
und eine zweite Übersetzungsstufe 1 : 5 zwischen einer
Eingangswelle und einer Ausgangswelle des Zwischenge
triebes 34 beträgt.
Mittels der gezeigten Ausstattung des Antriebsaggre
gates 10 sind folgende Betriebszustände realisierbar:
Bei einem Direktstart der Brennkraftmaschine 12 wird die elektrische Maschine 32 als Startermotor geschal tet. Die Spannungsversorgung der elektrischen Maschine 32 erfolgt hierbei beispielsweise über eine Kraftfahrzeugbatterie. Die Kupplung 30 ist offen, das heißt, das Hauptgetriebe 18 ist von der Schwungmasse 24 getrennt. Gleichzeitig ist die Kupplung 28 geschlossen, so daß die Abtriebswelle 14 und somit die Kurbelwelle 16 mit der Schwungmasse 24 wirkver bunden sind. Hierdurch wird über das Zwischengetriebe 34 die Schwungmasse 24 in Rotation versetzt, die ihrerseits über die geschlossene Kupplung 28 die Abtriebswelle 14 beziehungsweise die Kurbelwelle 16 antreibt. Hierdurch wird die Brennkraftmaschine 12 mit einer bestimmten Drehzahl durchgedreht, bis diese in bekannter Weise startet. Das Zwischengetriebe 34 ist hierbei vorzugsweise mit der hohen Übersetzung von 1 : 5 geschaltet, so daß eine relativ hohe Drehzahl der als Startermotor geschalteten elektrischen Maschine 32 entsprechend untersetzt wird, und die Brennkraftmaschine 12 mit dieser niederen Drehzahl angedreht wird.
Bei einem Direktstart der Brennkraftmaschine 12 wird die elektrische Maschine 32 als Startermotor geschal tet. Die Spannungsversorgung der elektrischen Maschine 32 erfolgt hierbei beispielsweise über eine Kraftfahrzeugbatterie. Die Kupplung 30 ist offen, das heißt, das Hauptgetriebe 18 ist von der Schwungmasse 24 getrennt. Gleichzeitig ist die Kupplung 28 geschlossen, so daß die Abtriebswelle 14 und somit die Kurbelwelle 16 mit der Schwungmasse 24 wirkver bunden sind. Hierdurch wird über das Zwischengetriebe 34 die Schwungmasse 24 in Rotation versetzt, die ihrerseits über die geschlossene Kupplung 28 die Abtriebswelle 14 beziehungsweise die Kurbelwelle 16 antreibt. Hierdurch wird die Brennkraftmaschine 12 mit einer bestimmten Drehzahl durchgedreht, bis diese in bekannter Weise startet. Das Zwischengetriebe 34 ist hierbei vorzugsweise mit der hohen Übersetzung von 1 : 5 geschaltet, so daß eine relativ hohe Drehzahl der als Startermotor geschalteten elektrischen Maschine 32 entsprechend untersetzt wird, und die Brennkraftmaschine 12 mit dieser niederen Drehzahl angedreht wird.
Die gezeigte Anordnung ist weiterhin für einen
Impulsstart geeignet. Hierbei wird die elektrische
Maschine 32 wiederum als Startermotor betrieben, wäh
rend gleichzeitig die Kupplungen 28 und 30 geöffnet
sind. Hierdurch wird die Schwungmasse 24 über die
elektrische Maschine 32 hochgefahren, bis diese eine
Solldrehzahl erreicht. Die Übersetzung des Zwischen
getriebes 34 ist auf die hohe Übersetzung von
beispielsweise 1 : 5 geschaltet. Nach Erreichen der
Solldrehzahl der Schwungmasse 24 wird die Kupplung 28
geschlossen, so daß die in der Schwungmasse 24
gespeicherte kinetische Energie plötzlich, das heißt
impulsartig, zum Andrehen der Brennkraftmaschine 12
ausgenutzt wird.
In den beiden genannten Fällen des Andrehens der
Brennkraftmaschine 12 wird die elektrische Maschine
32 abgeschaltet, sobald die Abtriebswelle 14 der
Brennkraftmaschine 12 und somit entsprechend die Kur
belwelle 16 ihre Solldrehzahl erreicht hat. Die elek
trische Maschine 32 wird dann vom Motorbetrieb in den
Generatorbetrieb umgeschaltet, so daß die über die
geschlossene Kupplung 28 mitrotierende Schwungmasse
24 das Zwischengetriebe 34 kämmt, das dann die elek
trische Maschine 32 entsprechend der gewählten Über
setzung antreibt. Die generierte Generatorspannung
wird abgegriffen und der Bordnetzversorgung des
Kraftfahrzeuges zur Verfügung gestellt. Die Überset
zung des Zwischengetriebes 34 schaltet hierbei bei
einer Drehzahl n der Abtriebswelle 14 von <1500 U/min
auf die kleinere Übersetzung 1 : 2 um, so daß die Gene
ratordrehzahl der elektrischen Maschine 32 abgesenkt
wird, diese jedoch für die Erzeugung der Bordspannung
ausreichend ist.
Zum Antreiben des Kraftfahrzeuges wird bei angelasse
ner Brennkraftmaschine 12 die Kupplung 30 geschlos
sen, so daß entsprechend der Schaltstellung des
Hauptgetriebes 18 die Getriebeausgangswelle 22 in
bekannter Weise die Antriebsräder des Kraftfahrzeuges
antreibt. Soll nunmehr das Hauptgetriebe 18 in den
nächsthöheren Gang geschaltet werden, wird bei einer
angenommenen Drehzahl n der Abtriebswelle 14 von
<1500 U/min zunächst die Kupplung 30 geöffnet, und
das Zwischengetriebe 34 von der niederen Übersetzung
in die höhere Übersetzung umgeschaltet. Hierdurch
wird ein bremsender Drehmomentstoß auf die Abtriebs
welle 14, über die Schwungmasse 24, ausgeübt, so daß
die Drehzahl n der Abtriebswelle 14 bis auf eine not
wendige Synchrondrehzahl für das Hauptgetriebe 18
abgesenkt wird. Nach Erreichen dieser Synchrondreh
zahl wird die Kupplung 30 geschlossen, und das Haupt
getriebe 18 kann den nächsthöheren Gang schalten.
Soll das Hauptgetriebe 18 bei einer Drehzahl n der
Abtriebswelle 14 von <1500 U/min in den nächsthöheren
Gang geschaltet werden, wird ebenfalls zunächst die
Kupplung 30 geöffnet, und die Drehzahl der Abtriebs
welle 14 auf die Synchrondrehzahl über der in niede
rer Übersetzung des Zwischengetriebes 34 mitlaufenden
elektrischen Maschine 32 abgesenkt, indem von dieser
gleichzeitig eine hohe elektrische Last abverlangt
wird. Entsprechend der höheren elektrischen Last muß
eine höhere Eingangsenergie zur Verfügung gestellt
werden, die der kinetischen Energie der Schwungmasse
24 entnommen wird, so daß diese bremsend auf die
Abtriebswelle 14 wirkt. Nach Erreichen der Synchroni
sierungsdrehzahl der Abtriebswelle 14 kann das Haupt
getriebe 18 in den nächsthöheren Gang geschaltet und
die Kupplung 30 geschlossen werden.
Eine weitere Betriebssituation ist gegeben, wenn das
Hauptgetriebe 18 bei einer Drehzahl n der Abtriebs
welle 14 von <1500 U/min in den nächsttieferen Gang
geschaltet werden soll. Hierzu wird zunächst die
Kupplung 28 geöffnet und die elektrische Maschine 32
in Motorbetrieb umgeschaltet. Das Zwischengetriebe 34
ist bei Drehzahlen von n < 1500 U/min in der niederen
Übersetzung geschaltet, so daß eine Synchronisations
drehzahl der Getriebeeingangswelle 20 über den Motor
betrieb der elektrischen Maschine 32 einstellbar ist.
Ist diese Synchronisationsdrehzahl erreicht, wird das
Hauptgetriebe 18 in den nächsttieferen Gang geschal
tet und die Kupplung 28 geschlossen.
Soll das Hauptgetriebe 18 bei einer Drehzahl der
Abtriebswelle 14 von n < 1500 U/min in den nächsttie
feren Gang geschaltet werden, öffnet zunächst wie
derum die Kupplung 28. Anschließend wird das Zwi
schengetriebe von der höheren Übersetzung von bei
spielsweise 1 : 5 bei Drehzahlen n < 1500 U/min in die
niedere Übersetzung, beispielsweise 1 : 2, umgeschal
tet, so daß entsprechend des Übersetzungsverhältnis
ses die Drehzahl der Getriebeeingangswelle 20 angeho
ben wird. Das Anheben der Drehzahl auf die Synchroni
sationsdrehzahl erfolgt hierbei über einen Drehmo
mentstoß, der infolge der plötzlichen Umschaltung des
Zwischengetriebes 34 von der höheren Übersetzung auf
die niedere Übersetzung erzeugt wird.
Schließlich ist es noch möglich, die Übersetzung des
Zwischengetriebes 34 unabhängig von der momentanen
Drehzahl n der Getriebeeingangswelle 20 auf die nie
dere Übersetzung , beispielsweise 1 : 2 umzuschalten,
so daß eine Massenträgheit der rotierenden Teile des
Zwischengetriebes 34 und der elektrischen Maschine
32, bezogen auf die Kurbelwelle 16 beziehungsweise
die Abtriebswelle 14, wirksam reduziert ist. Hier
durch wird eine bestmögliche Beschleunigung des
Kraftfahrzeuges erreicht.
Die Fig. 2 zeigt eine zweite Variante eines
Antriebsaggregates 10 eines Kraftfahrzeuges in einer
schematischen Prinzipskizze. Das Antriebsaggregat 10
umfaßt eine Brennkraftmaschine 12, dessen Abtriebs
welle 14 über eine von im einzelnen nicht dargestell
ten Zylindern gekoppelte Kurbelwelle 16 drehfest ver
bunden ist. Das Antriebsaggregat 10 umfaßt weiterhin
ein Hauptgetriebe 18, das eine Getriebeeingangswelle
20 und eine Getriebeausgangswelle 22 umfaßt. Die
Getriebeausgangswelle 22 ist mit nicht dargestellten
Antriebsrädern des Kraftfahrzeuges wirkverbunden.
Zwischen der Brennkraftmaschine 12 und dem Hauptge
triebe 18 ist eine Schwungmasse angeordnet, die bei
spielsweise von einem Zwei-Massen-Schwungrad 27
gebildet ist. Eine Drehachse der Schwungmasse 27
fällt hierbei mit einer Drehachse der Antriebswelle
14 sowie der Getriebeeingangswelle 20 zusammen. Die
Brennkraftmaschine 12 ist über seine Abtriebswelle
fest mit dem Zwei-Massen-Schwungrad 27 verbunden.
Zwischen diesem Schwungrad 27 und der Getriebeein
gangswelle 20 ist eine Kupplung 31 angeordnet. Das
Antriebsaggregat 10 umfaßt ferner eine elektrische
Maschine 32, die über eine im einzelnen nicht darge
stellte Steuerung als Startermotor für die Brenn
kraftmaschine 12 oder als Generator zur Bereitstel
lung einer Versorgungsspannung für ein Bordnetz des
Kraftfahrzeuges umschaltbar ist. Die elektrische
Maschine 32 ist mit einem Zwischengetriebe 34 gekop
pelt, das einerseits mit einer nicht dargestellten
An- beziehungsweise Abtriebswelle der elektrischen
Maschine 32 und andererseits mit der Getriebeein
gangswelle 20 wirkverbunden ist. Das Zwischengetriebe
34 ist in zwei Übersetzungsstufen umschaltbar, wobei
eine erste Übersetzungsstufe beispielsweise 1 : 2 und
eine zweite Übersetzungsstufe 1 : 5 zwischen einer Ein
gangswelle und einer Ausgangswelle des Zwischenge
triebes 34 beträgt. Die Umschaltung zwischen diesen
beiden Übersetzungsstufen erfolgt über zwei unabhän
gig ansteuerbare, hier nicht näher dargestellte,
Kupplungen im Zwischengetriebe 34. Dadurch ist neben
der Übersetzungsumschaltung auch eine Trennung der
Wirkverbindung zwischen elektrischer Maschine 32 und
der Getriebeeingangswelle 20 möglich.
Mittels der gezeigten Ausstattung des Antriebsaggre
gates 10 sind folgende Betriebszustände realisierbar:
Bei einem Direktstart der Brennkraftmaschine 12 wird die elektrische Maschine 32 als Startermotor geschal tet. Die Spannungsversorgung der elektrischen Maschine 32 erfolgt hierbei beispielsweise über eine Kraftfahrzeugbatterie. Das Hauptgetriebe 18 befindet sich in Neutralstellung, wodurch die Wirkverbindung zwischen der Getriebeeingangswelle 20 und der Getrie beausgangswelle 22 unterbrochen ist. Die Kupplung 31 ist geschlossen, das heißt die Antriebswelle 14 und somit die Kurbelwelle 16 der Brennkraftmaschine 12 ist mit der Getriebeeingangswelle 20 wirkverbunden. Das von der elektrischen Maschine 32 angetriebene Zwischengetriebe 34, das mit der Getriebeeingangs welle 20 wirkverbunden ist, setzt über die geschlos sene Kupplung 31 die Abtriebswelle 14 beziehungsweise die Kurbelwelle 16 in Rotation. Hierdurch wird die Brennkraftmaschine 12 mit einer bestimmten Drehzahl durchgedreht, bis diese in bekannter Weise startet. Das Zwischengetriebe 34 ist hierbei vorzugsweise in der hohen Übersetzung von 1 : 5 geschaltet, so daß eine relativ hohe Drehzahl der als Startermotor geschalte ten elektrischen Maschine 32 entsprechend untersetzt wird, und die Brennkraftmaschine 12 mit dieser niede ren Drehzahl angedreht wird.
Bei einem Direktstart der Brennkraftmaschine 12 wird die elektrische Maschine 32 als Startermotor geschal tet. Die Spannungsversorgung der elektrischen Maschine 32 erfolgt hierbei beispielsweise über eine Kraftfahrzeugbatterie. Das Hauptgetriebe 18 befindet sich in Neutralstellung, wodurch die Wirkverbindung zwischen der Getriebeeingangswelle 20 und der Getrie beausgangswelle 22 unterbrochen ist. Die Kupplung 31 ist geschlossen, das heißt die Antriebswelle 14 und somit die Kurbelwelle 16 der Brennkraftmaschine 12 ist mit der Getriebeeingangswelle 20 wirkverbunden. Das von der elektrischen Maschine 32 angetriebene Zwischengetriebe 34, das mit der Getriebeeingangs welle 20 wirkverbunden ist, setzt über die geschlos sene Kupplung 31 die Abtriebswelle 14 beziehungsweise die Kurbelwelle 16 in Rotation. Hierdurch wird die Brennkraftmaschine 12 mit einer bestimmten Drehzahl durchgedreht, bis diese in bekannter Weise startet. Das Zwischengetriebe 34 ist hierbei vorzugsweise in der hohen Übersetzung von 1 : 5 geschaltet, so daß eine relativ hohe Drehzahl der als Startermotor geschalte ten elektrischen Maschine 32 entsprechend untersetzt wird, und die Brennkraftmaschine 12 mit dieser niede ren Drehzahl angedreht wird.
Die in Fig. 2 gezeigte Anordnung ist weiterhin für
einen sogenannten Impulsstart geeignet. Hierbei wird
die elektrische Maschine 32 wiederum als Startermotor
betrieben, während gleichzeitig die Kupplung 31 zu
nächst geöffnet ist. Das Hauptgetriebe 18 befindet
sich wiederum in der Neutralstellung, wodurch die
Wirkverbindung zwischen der Getriebeeingangswelle 20
und der Getriebeausgangswelle 22 und damit der
Antrieb auf die Kraftfahrzeugräder unterbrochen ist.
Durch den Betrieb der elektrischen Maschine 32 wird
die Getriebeeingangswelle 20 mit einer Mitnehmer
scheibe der Kupplung 31 beschleunigt, bis diese eine
Solldrehzahl erreicht. Die Übersetzung des Zwischen
getriebes 34 ist auf die hohe Übersetzung von bei
spielsweise 1 : 5 geschaltet. Nachdem die Solldrehzahl
der Getriebeeingangswelle 20 erreicht ist, wird die
Kupplung 31 geschlossen, so daß die im Rotor der
elektrischen Maschine 32 und in den drehenden Teilen
des Hauptgetriebes 18 und der Kupplung 31 gespei
cherte Rotationsenergie plötzlich, das heißt impuls
artig, zum Andrehen der Brennkraftmaschine ausgenutzt
werden kann. Die elektrische Maschine 32 liefert dar
über hinaus solange ein Drehmoment, bis die Brenn
kraftmaschine 12 angelaufen ist.
In diesen beiden beschriebenen Anlaßfällen der Brenn
kraftmaschine 12 wird die elektrische Maschine 32
abgeschaltet, sobald die Abtriebswelle 14 der Brenn
kraftmaschine 12 und somit dessen Kurbelwelle 16 ihre
Solldrehzahl erreicht hat. Die elektrische Maschine
32 wird dann vom Starterbetrieb in den Generatorbe
trieb umgeschaltet, so daß die über die geschlossene
Kupplung 31 angetriebene Getriebeeingangswelle das
Zwischengetriebe 34 antreibt, das dann wiederum die
elektrische Maschine 32 entsprechend der gewählten
Übersetzung antreibt. Die erzeugte Generatorspannung
wird abgegriffen und der Bordnetzversorgung des
Kraftfahrzeuges zur Verfügung gestellt. Die Überset
zung des Zwischengetriebes 34 schaltet hierbei bei
einer Drehzahl der Abtriebswelle 14 von n < 1500
U/min auf die kleinere Übersetzung um, so daß die
Generatordrehzahl der elektrischen Maschine 32 zur
Erreichung eines günstigeren Generatorwirkungsgrades
abgesenkt wird, diese jedoch für die Erzeugung der
Bordspannung ausreichend bleibt.
Zum Antreiben des Kraftfahrzeuges wird bei laufender
Brennkraftmaschine 12 die Kupplung 31 geschlossen, so
daß entsprechend der vorgewählten Schaltstellung des
Hauptgetriebes 18 die Getriebeausgangswelle 22 in
bekannter Weise die Antriebsräder des Kraftfahrzeuges
antreibt. Soll nunmehr das Hauptgetriebe 18 in den
nächsthöheren Gang geschaltet werden, wird bei einer
angenommenen Drehzahl der Abtriebswelle 14 von n
< 1500 U/min zunächst die Kupplung 31 geöffnet, das
Hauptgetriebe 18 in die Neutralstellung gebracht und
dann das Zwischengetriebe 34 von der niederen Über
setzung in die höhere Übersetzung umgeschaltet. Hier
durch wird ein bremsender Drehmomentstoß auf die
Getriebeeingangswelle 20 ausgeübt, so daß die Dreh
zahl n der Getriebeeingangswelle 20 bis auf eine not
wendige Synchrondrehzahl für das Hauptgetriebe 18
abgesenkt wird. Nach dem Erreichen dieser Synchron
drehzahl kann das Hauptgetriebe in den nächsthöheren
Gang geschaltet werden und durch Schließen der Kupp
lung 31 die kraftschlüssige Verbindung zur Brenn
kraftmaschine 12 wiederhergestellt werden.
Soll das Hauptgetriebe 18 bei einer Drehzahl der
Abtriebswelle 14 von n < 1500 U/min in den nächsthö
heren Gang geschaltet werden, wird ebenfalls zunächst
die Kupplung 31 geöffnet und das Hauptgetriebe 18 in
die Neutralstellung gebracht. Die Drehzahl der
Getriebeeingangswelle 20 wird über die in niederer
Übersetzung des Zwischengetriebes 34 mitlaufende
elektrische Maschine 32 auf die Synchrondrehzahl
abgesenkt, indem von der elektrischen Maschine 32
eine hohe elektrische Last abverlangt wird. Nach
Erreichen der Synchronisierungsdrehzahl der
Getriebeeingangswelle 20 kann das Hauptgetriebe 18 in
den nächsthöheren Gang geschaltet und die Kupplung 31
geschlossen werden.
Eine alternative Möglichkeit, bei einer Drehzahl der
Abtriebswelle 14 von n < 1500 U/min das Hauptgetriebe
18 in den nächsthöheren Gang umzuschalten, ist,
zunächst die elektrische Maschine 32 durch Umschalten
des Zwischengetriebes 34 auf die kleinere Übersetzung
abzubremsen. Dies erfolgt durch geeignete Betätigung
der hier nicht näher dargestellten Kupplungen im Zwi
schengetriebe 34. Danach wird die Kupplung 31 geöff
net und das Zwischengetriebe 34 wieder auf die höhere
Übersetzung geschaltet. Dadurch wird die Drehzahl der
Getriebeeingangswelle 20 abgesenkt. Nach Erreichen
der Synchronisierungsdrehzahl der Getriebeeingangs
welle 20 kann das Hauptgetriebe 18 in den nächsthöhe
ren Gang geschaltet und die Kupplung 31 geschlossen
werden.
Eine weitere Betriebssituation ist gegeben, wenn das
Hauptgetriebe 18 bei einer Drehzahl der Abtriebswelle
14 von n < 1500 U/min in den nächsttieferen Gang
geschaltet werden soll. Hierzu wird zunächst die
Kupplung 31 geöffnet, das Hauptgetriebe 18 in die
Neutralstellung gebracht und die elektrische Maschine
32 in den Motorbetrieb umgeschaltet. Mit der elektri
schen Maschine 32 wird die Drehzahl der Getriebein
gangswelle 20 auf die passende Synchronisierungsdreh
zahl angehoben. Das Zwischengetriebe 34 ist bei Dreh
zahlen von n < 1500 U/min in der niederen Übersetzung
geschaltet, so daß eine passende Synchronisierungs
drehzahl der Getriebeeingangswelle 20 über den
Motorbetrieb der elektrischen Maschine 32 einstellbar
ist. Ist diese Synchronisierungsdrehzahl erreicht,
wird das Hauptgetriebe 18 in den nächsttieferen Gang
geschaltet und die Kupplung 31 geschlossen.
Soll das Hauptgetriebe 18 bei einer Drehzahl der Ab
triebswelle 14 von n < 1500 U/min in den nächsttiefe
ren Gang geschaltet werden, öffnet zunächst wiederum
die Kupplung 31 und das Hauptgetriebe 18 wird in Neu
tralstellung geschaltet. Anschließend wird das Zwi
schengetriebe 34 von der höheren Übersetzung von bei
spielsweise 1 : 5 bei Drehzahlen n < 1500 in die nie
dere Übersetzung, beispielsweise 1 : 2, umgeschaltet,
so daß entsprechend des Übersetzungsverhältnisses die
Drehzahl der Getriebeeingangswelle 20 angehoben wird.
Das Anheben der Drehzahl auf die Synchronisierungs
drehzahl erfolgt hierbei über einen Drehmomentstoß,
der infolge der plötzlichen Umschaltung des Zwischen
getriebes 34 von der höheren Übersetzung auf die nie
dere Übersetzung erzeugt wird. Das Hauptgetriebe 18
kann dann in den nächsttieferen Gang geschaltet und
die Kupplung 31 geschlossen werden.
Soll dem Kraftfahrzeug eine maximale Beschleunigung
abverlangt werden, ist es schließlich noch möglich,
die Übersetzung des Zwischengetriebes 34 unabhängig
von der momentanen Drehzahl n der Abtriebswelle 14
auf die niedere Übersetzung, beispielsweise 1 : 2,
umzuschalten, wodurch eine auf die Kurbelwelle 16
beziehungsweise die Abtriebswelle 14 bezogene wirk
same Massenträgheit der rotierenden Teile des Zwi
schengetriebes 34 reduziert ist. Eine weitere effek
tive Reduzierung der wirksamen Massenträgheit kann
durch Einstellung einer Neutralstellung im Zwischen
getriebe 34 erreicht werden.
Die Fig. 3 zeigt eine detailliertere Schnittdarstel
lung einer leicht gegenüber der Variante entsprechend
Fig. 1 modifizierten Ausführung. Hier sind die ein
zelnen Bauteile und Ihre Einbaulage zueinander gut
erkennbar. Die Abtriebswelle 14 des Motors ist mit
einer herkömmlichen Kupplung 37, bestehend aus
Schwungrad 38 und Mitnehmerscheibe 39, mit einer
Getriebeeingangswelle 20 verbunden. Auf dieser
Getriebeeingangswelle sind zwei Zahnräder, 43 und 45
drehfest angebracht, die mit zwei entsprechenden
Zahnrädern, 46 und 47, auf einer Zwischenwelle 40 im
Eingriff stehen. Diese Zwischenwelle 40 steht über
ein weiteres Zahnradpaar mit der elektrischen
Maschine 32 in Wirkverbindung. Die Getriebeausgangs
welle 22 ist mit nicht dargestellten Antriebsrädern
des Kraftfahrzeuges wirkverbunden. Die auf der Zwi
schenwelle 40 befindlichen Zahnräder 46 und 47 sind
jeweils mit Kupplungen 42 und 44 verbunden, die erst
für eine drehfeste Verbindung entweder des Zahnrades
46 oder des Zahnrades 47 mit der Zwischenwelle 40
sorgen. Die Betätigung dieser beiden Kupplungen 42
und 44 wird von einem elektronischen Steuergerät 50
überwacht, das je nach Betriebs- und Fahrzustand des
Kraftfahrzeuges für einen passenden Betrieb der elek
trischen Maschine 32 sorgt.
Zum Direktstart der hier nicht dargestellten Brenn
kraftmaschine wird das Getriebe 18 in Neutralstellung
gebracht, wobei die Hauptkupplung 37 geöffnet ist.
Das Getriebe 18 ist somit von der Brennkraftmaschine
beziehungsweise dessen Motorwelle 14 getrennt. Die
elektrische Maschine 32 wird als Startermotor
geschaltet. Die dazu erforderliche Spannungsversor
gung der elektrischen Maschine 32 erfolgt beispiels
weise aus einer Kraftfahrzeugbatterie. Zunächst wird
nun die Kupplung 42 geschlossen, wodurch die Getrie
beeingangswelle 20 mit einer bestimmten Drehzahl
gedreht wird. Die Drehzahl wird dabei bestimmt über
das Übersetzungsverhältnis des Zahnradpaares 47, 43
und kann beispielsweise 1 : 5 oder 1 : 6 betragen. Die
daraus erzeugte kinetische Energie wird in alle
rotierenden Teile des Getriebes 18 gespeichert, außer
in der Getriebeausgangswelle 22, da sich das Getriebe
18 in der Neutralstellung befindet. Wird nun die
Hauptkupplung 37 des Kraftfahrzeuges geschlossen,
wird mit der im Getriebe und im Rotor der elektri
schen Maschine 32 gespeicherten Rotationsenergie die
Brennkraftmaschine durchgedreht, wodurch gleichzeitig
die Drehzahl der Getriebeeingangswelle 20 absinkt.
Nach Erreichen einer bestimmten Drehzahl dieser
Getriebeeingangswelle 20 wird wird von der elektri
schen Maschine 32 die Brennkraftmaschine durchge
dreht, bis diese startet. Die Momentenschwankungen
der Brennkraftmaschine durch das Verdichten der ein
zelnen Zylinder werden von einem Torsionsschwingungs
dämpfer in der Hauptkupplung 37 des Kraftfahrzeuges
gedämpft und weitgehend unterdrückt. Die Trägheitsmo
mente der rotierenden Getriebewellen gleichen zusätz
lich Drehzahlschwankungen aus. Aus diesem Grund
genügt eine Gesamtübersetzung von 1 : 5 oder 1 : 6 für
die elektrische Maschine 32 beim Anlassen. Nach
Erreichen einer Mindestdrehzahl wird die elektrische
Maschine 32 vom Starter- in den Generatorbetrieb
umgeschaltet.
Im generatorischen Betrieb während der Fahrt kann die
Drehzahl der elektrischen Maschine 32 mit Hilfe der
beiden Kupplungen 42 und 44 je nach der Motordrehzahl
passend übersetzt werden. Beispielsweise kann bei
einer Drehzahl von n = 1500 U/min die Übersetzung
umgeschaltet werden.
Die weiteren Funktionen wie die Getriebesynchronisa
tion sind bereits weiter oben beschrieben worden und
sollen daher an dieser Stelle nicht noch einmal wie
derholt werden.
Die Fig. 4 zeigt in einem weiteren Ausführungsbei
spiel ein Kraftfahrzeuggetriebe mit integrierter
elektrischer Maschine 32, deren Rotor- beziehungs
weise Zwischenwelle 40 beidseitig über je eine Kupp
lung 42 und 44 mit je einem Zahnrad des Getriebes
kuppelbar ist. Die elektrische Maschine 32 und das
Getriebe lassen sich dabei in der gleichen Weise
betreiben und steuern, wie dies in dem Ausführungs
beispiel nach Fig. 3 beschrieben ist.
In Fig. 5 ist ein beispielhaftes Diagramm darge
stellt, das die Drehzahlen der elektrischen Maschine
32 den Drehzahlen der Brennkraftmaschine 12 bezie
hungsweise dessen Kurbelwelle 16 bei verschiedenen
Übersetzungen des Zwischengetriebes 34 gegenüber
stellt. Auf der Abszisse des zweidimensionalen Dia
grammes ist hierbei die Motordrehzahl in Umdrehungen
je Minute (U/min) aufgetragen. Die Ordinate zeigt die
Drehzahl in U/min der elektrischen Maschine 32. Im
Diagramm sind beispielhaft fünf verschiedene Geraden
eingezeichnet und zwar die relativ flache Gerade für
eine Übersetzungen des Zwischengetriebes 34 von
1 : 1,2. Die Übersetzungen 1 : 1,5 und 1 : 2 zeigen gering
fügig steilere Geraden. Weiter links sind zwei rela
tiv steile Geraden eingezeichnet, und zwar für die
beispielhaften Übersetzungsverhältnisse 1 : 6 und 1 : 7
des Zwischengetriebes 34. Diese höheren Übersetzungs
verhältnisse sind für den Starterbetrieb der elektri
schen Maschine 32 beziehungsweise für niedere Motor
drehzahlen im Generatorbetrieb sinnvoll, um den Gene
rator in einem günstigen Wirkungsgradbereich betrei
ben zu können. Bei höheren Motordrehzahlen sind hin
gegen die niederen Übersetzungen von 1 : 2 oder noch
kleiner sinnvoll, um die elektrische Maschine wie
derum in einem Bereich günstigen Wirkungsgrades
betreiben zu können.
Fig. 6 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Steuerung zur
Getriebesynchronisation zur besseren Anschaulichkeit
der Vorgänge bei einem Schaltvorgang des Hauptgetrie
bes 18. Diese Steuerung kann beispielsweise eine Pro
grammierung eines elektronischen Steuergerätes 50
sein, das die gesamten Komponenten des Getriebes, wie
Kupplungen 28, 30, 31, 37, 42, 44 oder der elektri
schen Maschine 32 in Abhängigkeit von den verschiede
nen Betriebszuständen des Fahrzeuges oder der Parame
ter der Brennkraftmaschine, steuert. Die Pfeile in
dem Ablaufdiagramm sind mit Y für Ja, das heißt ein
positives Abfrageergebnis, und mit N für Nein, das
heißt ein negatives Abfrageergebnis, bezeichnet.
Soll das Hauptgetriebe 18 in eine neue Übersetzungs
stufe geschaltet werden, wird ein Kontakt am Schalt
hebel betätigt. Abgefragt wird die Betätigung dieses
Kontaktes in dem Schritt 52. Ist das Abfrageergebnis
positiv (Y) , wird im nächsten Schritt 54 abgefragt,
ob die Schaltrichtung nach oben geht, das heißt ob
das Getriebe in den nächsthöheren Gang geschaltet
werden soll. Ist dieses Abfrageergebnis negativ (N),
so wird im Schritt 56 abgefragt, ob die Schaltrich
tung nach unten geht, das heißt ob das Getriebe in
den nächstniederen Gang geschaltet werden soll. Ist
dieses Abfrageergebnis negativ (N), so springt das
Programm zurück zum Schritt 52, bei dem der Status
des Schalthebelkontaktes abgefragt wird. Ist das
Abfrageergebnis im Schritt 54 positiv (Y), so fährt
das Programm weiter mit Schritt 62, bei dem abgefragt
wird, ob die Getriebeübersetzung des Zwischengetrie
bes 34 auf eine Übersetzung von 1 : 2 eingestellt ist.
Ist dieses Abfrageergebnis negativ (N), so wird im
Schritt 64 das Zwischengetriebe 34 auf eine Überset
zung von 1 : 2 umgeschaltet. Danach fährt das Programm
fort mit dem Schritt 66, bei dem eine Synchronisation
des Hauptgetriebes 18 durch eine Umschaltung der
Übersetzung des Zwischengetriebes von 1:2 auf 1 : 5
erfolgt. Ist das Abfrageergebnis im Schritt 62 posi
tiv (Y) , springt das Programm gleich zum Schritt 66.
Durch die Erhöhung des wirksamen Massenträgheitsmo
mentes der elektrischen Maschine 32 erfolgt die
Getriebesynchronisation. Der Pfeil zum Schritt 70
verdeutlicht die Gesamtfunktion der Getriebesteue
rung, nämlich die Übersetzungsänderung des Zwischen
getriebes 34 als Funktion der Drehzahl. Ist das
Abfrageergebnis im Schritt 56 positiv (Y), so fährt
das Programm weiter mit Schritt 58, bei dem abgefragt
wird, ob die Getriebeübersetzung des Zwischengetrie
bes 34 auf eine Übersetzung von 1 : 5 eingestellt ist.
Ist dieses Abfrageergebnis negativ (N), so wird im
Schritt 60 das Zwischengetriebe 34 auf eine Überset
zung von 1 : 5 umgeschaltet. Danach fährt das Programm
fort mit dem Schritt 68, bei dem eine Synchronisation
des Hauptgetriebes 18 durch eine Umschaltung der
Übersetzung des Zwischengetriebes von 1 : 5 auf 1:2
erfolgt. Ist das Abfrageergebnis im Schritt 58 posi
tiv (Y), springt das Programm gleich zum Schritt 68.
Vom Schritt 68 führt ebenfalls ein Pfeil zum Schritt
70 und von diesem wiederum zum Schritt 52. Hier wird
permanent, das heißt in kurzen Zeitabständen, der
Status des Schalthebelkontaktes abgefragt. Ist das
Abfrageergebnis im Schritt 52 negativ (N), was bedeu
tet, daß seit der letzten Abfrage der Schalthebel
nicht betätigt wurde, fährt das Programm fort mit
Schritt 70, wodurch eine permanente Abfragesituation
erfolgt.
Fig. 7 zeigt schließlich ein beispielhaftes Ablauf
diagramm einer Getriebesteuerung im Generatorbetrieb
der elektrischen Maschine 32. Ausgehend beispiels
weise von einer Abfrage der Übersetzung des Zwischen
getriebes 34 im Programmschritt 72, wird je nach
Abfrageergebnis die Motordrehzahl abgefragt. Ist das
Abfrageergebnis im Schritt 72 positiv (Y), so fährt
das Programm fort mit Schritt 74, in dem abgefragt
wird, ob die Drehzahl der Brennkraftmaschine 12 klei
ner als 1500 U/min beträgt. Ist dieses Abfrageergeb
nis positiv (Y) , wird im Schritt 76 abgefragt, ob das
Fahrzeug beschleunigt werden soll. Ist dieses Abfra
geergebnis im Schritt 76 negativ (N), so wird im
nächsten Schritt 78 abgefragt, ob ein zusätzlicher
Leistungsbedarf im elektrischen Bordnetz des Fahr
zeugs besteht. Ist dieses Abfrageergebnis positiv
(Y), so wird im Programmschritt 80 die Übersetzung
des Zwischengetriebes 34 auf 1 : 5 umgeschaltet. Ist
das Abfrageergebnis im Schritt 74 negativ (N), so
springt das Programm zurück zum Schritt 72, in dem
abgefragt wird, ob das Zwischengetriebes 34 auf eine
Übersetzung von 1 : 2 eingestellt ist. Ebenso führt
eine positives Abfrageergebnis (Y) im Schritt 76 oder
ein negatives Abfrageergebnis (N) im Schritt 78
jeweils zu einem Sprung zum Schritt 72. Vom Schritt
80 führt ebenfalls ein Pfeil zurück zum Schritt 72,
was die permanente Abfrage der im Zwischengetriebe 34
eingestellten Übersetzungsstufe verdeutlicht. Ist das
Abfrageergebnis im Schritt 72 negativ (N), so geht
das Programm weiter zum Schritt 82, bei dem abgefragt
wird, ob die Drehzahl der Brennkraftmaschine 12 über
einem Wert von 1800 U/min liegt. Ist dieses Abfrage
ergebnis positiv (Y), das heißt die Brennkraftma
schine läuft mit höherer Drehzahl als 1800 U/min, so
fährt das Programm fort mit Schritt 86, bei dem das
Zwischengetriebe 34 auf eine Übersetzung von 1 : 2
umgeschaltet wird. Ist das Abfrageergebnis im Schritt
82 negativ (N), so fährt das Programm fort mit Schritt 84.
Hier wird abgefragt, ob das Fahrzeug eine große
Beschleunigung erfahren soll. Ist dieses Abfrageer
gebnis negativ (N), so springt das Programm zum
Schritt 72. Ist hingegen das Abfrageergebnis im
Schritt 84 positiv (Y), so fährt das Programm fort
mit Schritt 86. Von hier geht das Programm ebenfalls
weiter zum Schritt 72, wo wiederum die aktuelle Über
setzung des Zwischengetriebes 34 abgefragt wird.
Claims (13)
1. Antriebsaggregat für Kraftfahrzeuge mit einer
Brennkraftmaschine und einem auf die Antriebsräder
des Kraftfahrzeuges wirkenden Getriebe, wobei eine
Getriebeeingangswelle mit einer Abtriebswelle der
Brennkraftmaschine kuppelbar ist und einer elektri
schen Maschine, die über ein Zwischengetriebe mit dem
Getriebe kuppelbar ist und die als Startermotor zum
Andrehen der Brennkraftmaschine und als Generator zur
Versorgung eines Bordnetzes des Kraftfahrzeuges
umschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die
Abtriebswelle (14) der Brennkraftmaschine (12) und
die Getriebeeingangswelle (20) des Hauptgetriebes
(18) sowie die elektrische Maschine (32) über das
Zwischengetriebe (34) mit Hilfe mindestens einer
steuerbaren Kupplung (28, 30, 31, 37, 42, 44) mitein
ander kuppelbar sind.
2. Antriebsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Abtriebswelle (14) der Brennkraft
maschine (12) und die Getriebeeingangswelle (20) des
Hauptgetriebes (18) über jeweils eine Kupplung (28,
30) mit einer Schwungmasse (24) kuppelbar sind, und
die Schwungmasse (24) mit dem Zwischengetriebe (34)
in Wirkeingriff steht.
3. Antriebsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Abtriebswelle (14) der Brennkraft
maschine (12) und die Getriebeeingangswelle (20) des
Hauptgetriebes (18) über eine Kupplung (31) und ein
Schwungrad (27) miteinander kuppelbar sind, wobei die
elektrische Maschine (32) über ein schaltbares Zwi
schengetriebe (34) permanent mit der Getriebeein
gangswelle (20) im Wirkeingriff steht.
4. Antriebsaggregat nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß das schaltbare Zwischengetriebe (34)
mindestens zwei Übersetzungsstufen und eine Neutral
stellung aufweist.
5. Antriebsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die elektrische Maschine (32) mit einer
Zwischenwelle (40) in Wirkeingriff steht, die über
zwei steuerbare Kupplungen (42, 44) mit jeweils
unterschiedlicher Übersetzung mit der Getriebeein
gangswelle (20) in Wirkeingriff zu bringen ist.
6. Antriebsaggregat nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein elektronisches Steuergerät (50) aus
den Informationen über die Motordrehzahl, den Rad
drehzahlen und den gewünschten Getriebezuständen die
beiden auf der Zwischenwelle (40) befindlichen Kupp
lungen (42, 44) sowie die elektrische Maschine (32)
steuert.
7. Antriebsaggregat nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß das elektronische Steuergerät (50) aus
den Informationen über die Motordrehzahl, den Rad
drehzahlen und den gewünschten Getriebezuständen die
beiden Kupplungen (28, 30) sowie die elektrische
Maschine (32) steuert.
8. Antriebsaggregat nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein elektronisches Steuergerät (50) aus
den Informationen über die Motordrehzahl, den Rad
drehzahlen und den gewünschten Getriebezuständen die
Kupplung (31) sowie die elektrische Maschine (32)
steuert.
9. Antriebsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die elektrische Maschine (32) derart
über mindestens eine steuerbare Kupplung an der
Getriebeeingangswelle (20) ankuppelbar ist, daß sie
zum Synchronisieren des Hauptgetriebes (18) bei einer
Gangrückschaltung als Elektromotor jeweils das lang
samer laufende Zahnrad des zu kuppelnden Zahnradpaa
res beschleunigt oder bei einer Ganghochschaltung als
Generator jeweils das schneller laufende Zahnrad
abbremst.
10. Antriebsaggregat nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektri
sche Maschine (32) derart über ein Zwischengetriebe
(34) an die Getriebeeingangswelle (20) ankuppelbar
ist, daß zum Synchronisieren des Hauptgetriebes (18)
die Übersetzungsstufen des Zwischengetriebes (34) und
damit das Massenträgheitsmoment der elektrischen
Maschine (32) entsprechend der gewünschten Dreh
zahlanpassung der Getriebeeingangswelle (20) wählbar
sind.
11. Antriebsaggregat nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssig
keitskühlung der elektrischen Maschine (32) durch
einen Anschluß an den Wasserkühlkreislauf der Brenn
kraftmaschine (12) sichergestellt wird.
12. Antriebsaggregat nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektri
sche Maschine (32) mittels angebautem oder extern
angebrachten Kühlgebläse luftgekühlt wird.
13. Antriebsaggregat nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die der elek
trischen Maschine (32) mittels Ölschmierung durch das
Getriebeöl des Hauptgetriebes (18) erfolgt.
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