DE19816450B4 - Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug mit:
einem Verbrennungsmotor (1);
einem Generator (3), der durch den Verbrennungsmotor (1) angetrieben wird;
einer Batterie (4), die durch den Generator (3) geladen wird;
einem Elektromotor (5), der durch den Generator (3) und die Batterie (4) mit elektrischer Energie versorgt wird;
einer Antriebseinrichtung (6, 7, 8, 9, 10), die durch den Elektromotor (5) angetrieben wird und mit Rädern des Hybridfahrzeuges verbunden ist, wobei der Verbrennungsmotor (1), der Generator (3), der Elektromotor (5) und die Antriebseinrichtung (6, 7, 8, 9, 10) seriell angeordnet sind; und
einer Notantriebs-Steuereinrichtung (19, 20),
dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit eine Notantriebs-Kraftübertragungseinrichtung (11) aufweist zum Verbinden des Verbrennungsmotors (1) direkt mit der Antriebseinrichtung (6, 7, 8, 9, 10), wenn ein Befehl von der Notantriebs-Steuereinrichtung (19, 20) bei ausgefallenem Elektromotor (5) vorhanden ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Eine gattungsgemäße Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug, bei dem die gesamte Ausgangsleistung von einem Verbrennungsmotor in Leistung durch einen Generator umgewandelt wird, und die Räder werden nur durch einen Elektromotor angetrieben, ist aus der EP 07 68 204 A1 bekannt. Diese Antriebseinheit weist eine Notantriebssteuereinrichtung auf, mit der bei einem Ausfall des Verbrennungsmotors oder des Generators der Elektromotor mit einer entsprechenden Energie aus einer Batterie betrieben wird. Bei einer solchen seriellen Anordnung (series type hybrid vehicle) kann, da die Räder nicht mit dem Verbrennungsmotor mechanisch verbunden sind, der Verbrennungsmotor seine Ausgangsleistung nicht an die Räder abgeben, wenn der Elektromotor ausfällt, auch dann, wenn keine Störung beim Verbrennungsmotor vorliegt, so daß das Fahrzeug nicht überall fahren kann.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Antriebseinheit so zu verbessern, dass bei kompaktem und leichtem Aufbau eine hohe Zuverlässigkeit gewährleistet wird.
  • Gelöst wird diese Aufgabe bei einer gattungsgemäßen Antriebseinheit durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Die Details sowie andere Merkmale dieser Erfindung sind in folgenden Ausführungsbeispielen angegeben und in den beigefügten Zeichnungen gezeigt. In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 den Aufbau einer Antriebseinheit gemäß einer ersten Ausführungsform,
  • 2 ein Blockdiagramm eines Steuergerätes der Antriebseinheit,
  • 3 einen Flußplan zur Darstellung der Arbeitsweise des Steuergeräts,
  • 4 den Teilaufbau einer zweiten Ausführungsform,
  • 5 eine Ansicht, die ähnlich zu 1 ist, die aber eine dritte Ausführungsform, und
  • 6 eine Ansicht ähnlich zu 1, die aber eine vierte Ausführungsform der Antriebseinheit zeigt.
  • Unter Bezugnahme auf 1 der Zeichnungen ist eine Antriebseinheit eines Hybridfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor 1 und einem Generator 3, der mit einer Ausgangswelle 2 des Verbrennungsmotors 1 verbunden ist, einer Batterie 4 zum Speichern von Elektroenergie, die durch den Generator 3 erzeugt wird und einem Paar Elektromotoren 5, die durch den Generator 3 und die Batterie 4 angetrieben werden, ausgestattet. Die Ausgangsleistung des Elektromotors 5 wird über ein Untersetzungsgetriebe 6, eine Kopplung 7, eine Kardanwelle 8, eine Kopplung 9 und einen Radantrieb 10 auf die Räder übertragen.
  • Ein Drehmomentwandler 13 ist mit der Ausgangswelle 2 des Verbrennungsmotors 1 über ein Paar Untersetzungszahnräder 12a, 12b verbunden. Ferner ist zwischen dem Drehmomentwandler 13 und dem Untersetzungsgetriebe 6 eine Kupplung 14 vorgesehen. Die Zahnräder 12a, 12b, der Drehmomentwandler 13 und die Kupplung 14 bilden eine Notantriebs-Kraftübertragungseinrichtung 11 zur Verwendung in einem Notfall.
  • Dieses Hybridfahrzeug umfaßt ein Steuergerät, das in 2 gezeigt ist. Ein Systemsteuergerät 15 steuert die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors 1 über ein Verbrennungsmotor-Steuergerät 16, steuert den Anteil der Leistung, die durch den Generator 3 erzeugt wird, über ein Generatorsteuergerät 17 und steuert die Ausgangsleistung des Elektromotors 5 über ein Motorsteuergerät 18.
  • Wenn ein Signal von einem Notantriebsschalter 20 eingegeben wird, z.B. wenn der Elektromotor 5 ausfällt, steuert das Systemsteuergerät 15 die Ausgangsleis tung des Verbrennungsmotors 1 und bringt die Kupplung 14 über ein Notantriebssteuergerät 19 in Eingriff oder löst diese.
  • In das Systemsteuergerät 15 werden Signale von einem Gaspedalstellungssensor 22 und einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 23 eingegeben, und das Systemsteuergerät 15 führt eine Notantriebssteuerung in Übereinstimmung mit den Signalen aus.
  • 3 ist ein Flußplan, der die Arbeitsweise des Systemsteuergerätes 15 in einem Notfall beschreibt.
  • In einer Stufe S1 werden die Gaspedalstellung und die Fahrzeuggeschwindigkeit eingelesen. In einer Stufe S2 wird basierend auf der Gaspedalöffnung und der Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt, ob das Fahrzeug in einem Ruhezustand befindlich ist. Wenn ermittelt wurde, daß das Fahrzeug in einem Ruhezustand ist, schreitet die Routine zu einer Stufe S3 fort. In der Stufe S3 wird ermittelt, ob der Notantriebsschalter 20 auf EIN ist. Wenn ermittelt wurde, daß der Notantriebsschalter 20 auf EIN ist, wird der Elektromotor 5 auf einen Neutralzustand gesetzt, und der Generator 3 wird auf einen Leistungserzeugungsstoppzustand oder Leistungserzeugungsminimalzustand jeweils in den Stufen S4 und S5 gesetzt, und die Routine schreitet zu einer Stufe S6 fort.
  • In der Stufe S6 wird ermittelt, ob ein Fahrzeugstartvorgang ausgeführt wurde durch Ermitteln, ob sich die Gaspedalstellung vergrößert hat. Wenn ermittelt wurde, daß ein Startvorgang stattgefunden hat, schreitet die Routine zu den Stufen S7 und S8, wobei die Kupplung 14 allmählich eingerückt wird, und die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors wird entsprechend der Gaspedalstellung erhöht.
  • Nachdem das Fahrzeug gestartet ist und begonnen hat zu fahren, wird das Fahren fortgesetzt, bis ermittelt wurde, daß ein Fahrzeugstoppvorgang ausgeführt wurde. Wenn in einer Stufe S9 ermittelt wurde, daß die Gaspedalstellung Null ist und die Fahrzeuggeschwindigkeit gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist (sehr niedrige Geschwindigkeit), d.h., daß ein Stoppvorgang ausgeführt worden ist, wird die Kupplung 14 in einer Stufe S10 gelöst, der Notantriebsschalter 20 wird auf AUS in einer Stufe S11 geschaltet, und die Steuerung wird beendet.
  • Als nächstes wird die Arbeitsweise dieses Hybridfahrzeuges beschrieben. Während der normalen Fahrt treibt der Verbrennungsmotor 1 nur den Generator 3 an. Der Elektromotor 5 wird durch die Leistung angetrieben, die von dem Generator 3 zugeführt wird.
  • Die Drehzahl des Elektromotors wird gemäß der Gaspedalstellung gesteuert, und die Drehzahl steigt an, je mehr das Gaspedal gedrückt wird. Da die Kupplung 14 dann gelöst ist, wird die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors 1 nicht auf den Elektromotor 5 über die Kupplung 14 übertragen.
  • Wenn andererseits eine Störung in dem Elektromotor 5 auftritt, wird das Fahrzeug zuerst gestoppt, und wenn der Notantriebsschalter 20 auf EIN geschaltet wird, findet ein Umschalten zu der Notantriebsbetriebsart statt.
  • Der Generator 3 tritt in den Leistungsabgabestoppzustand oder Leistungsabgabeminimalzustand ein, und der Elektromotor 5 geht in den Neutralzustand. Wenn der Fahrer auf das Gaspedal drückt, wird die Kupplung 14 allmählich eingerückt. Die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors 1 wird über das Untersetzungsgetriebe 6 über die Kupplung 14 auf die Räder übertragen. Als ein Ergebnis dessen kann das Fahrzeug direkt durch den Verbrennungsmotor 1 angetrieben werden, wenn z.B. der Elektromotor 5 ausfällt.
  • Wenn das Gaspedal gelöst wird und das Fahrzeug sich verlangsamt, wird die Kupplung 14 wieder gelöst, so daß die Übertragung der Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors 1 auf die Räder unterbrochen wird, und das Fahrzeug kann in den Ruhezustand gebracht werden.
  • Daher kann, auch wenn der Elektromotor 5 ausfällt, das Fahrzeug sicher zu einem erforderlichen Ort bewegt werden.
  • Da die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors 1 zu dem Untersetzungsgetriebe 6 über den Drehmomentwandler 13 eingegeben wird, kann die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors 1 erhöht und übertragen werden, und die Antriebskraft, die zum Fahren des Fahrzeugs notwendig ist, kann auch während eines Notantriebs erzielt werden. Da auch ein Drehmoment gleichförmig übertragen werden kann, können Übertragungsrucks vermindert werden. Das Fahrzeug kann auch ohne den Drehmomentwandler 13 gleichförmig bewegt werden, vorausgesetzt, daß die Kupplung 14 vorhanden ist.
  • Während des Notantriebs, wenn der Generator 3 in dem Leistungsabgabestoppzustand oder Minimalieistungszustand gehalten wird und der Elektromotor 5 in dem Neutralzustand gehalten wird, wird die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors 1 verwendet, um das Fahrzeug anzutreiben. Als ein Ergebnis dessen kann nahezu die gesamte Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors 1 verwendet werden, um die Räder anzutreiben, und gute Fahreigenschaften werden abgesichert.
  • 4 zeigt eine zweite Ausführungsform. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, daß Kupplungen 14a und 14b jeweils auf der Eingangsseite und der Ausgangsseite des Drehmomentwandlers 13 vorgesehen sind.
  • Gemäß dieser Ausführungsform kann der Drehmomentwandler 13 vollständig getrennt von dem Verbrennungsmotor 1 und dem Elektromotor 5 während der Normalfahrt des Fahrzeuges gehalten werden. Aufgrund dessen wird ein Verlust der Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors 1, welcher aufgrund des Antriebs des Drehmomentwandlers 13 während einer Normalfahrt auftritt, eliminiert.
  • 5 zeigt eine dritte Ausführungsform der Antriebseinheit. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, daß eine Drehrichtungs-Umkehreinrichtung 25 zwischen dem Drehmomentwandler 13 und der Kupplung 14b zusätzlich zu dem Drehmomentwandler 13 und den Kupplungen 14a, 14b zwischengeschaltet ist. Diese Drehrichtungs-Umkehreinrichtung 25 ist die gleiche wie die Einrichtung, die zum Umschalten des Rückwärtsgangs eines Getriebes verwendet wird, die beim Stand der Technik bekannt ist.
  • Ein Signal, das "vorwärts" oder "rückwärts" auswählt, wird von einer Richtungswechseleinrichtung 21 an das Notantriebssteuergerät 19 eingegeben. Ein Betätigungsorgan, nicht dargestellt, verschiebt ein Eingriffszahnrad 26 gemäß dem Signal von dieser Richtungswechseleinrichtung 21, um so zwischen einem Zustand umzuschalten, bei dem die Ausgangsdrehung des Verbrennungsmotors 1 direkt auf die Räder übertragen wird und einem Zustand umzuschalten, bei dem der Ausgang vor der Übertragung auf die Räder umgekehrt wird.
  • Das Fahrzeug kann daher sich nicht nur vorwärts, sondern auch rückwärts bewegen, und die Betriebsfähigkeit des Fahrzeuges wird in einem Notfall verbessert.
  • 6 zeigt eine vierte Ausführungsform dieser Antriebseinheit. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der dritten Ausführungsform darin, daß die Notantriebs-Kraftübertragungseinrichtung 11 auf der entgegengesetzten Seite des Generators 3 vorgesehen ist. Aufgrund dessen besteht mehr Freiheitsgrad bei der Anordnung des Verbrennungsmotors 1 und der Notantriebs-Kraftübertragungseinrichtung 11.

Claims (5)

  1. Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug mit: einem Verbrennungsmotor (1); einem Generator (3), der durch den Verbrennungsmotor (1) angetrieben wird; einer Batterie (4), die durch den Generator (3) geladen wird; einem Elektromotor (5), der durch den Generator (3) und die Batterie (4) mit elektrischer Energie versorgt wird; einer Antriebseinrichtung (6, 7, 8, 9, 10), die durch den Elektromotor (5) angetrieben wird und mit Rädern des Hybridfahrzeuges verbunden ist, wobei der Verbrennungsmotor (1), der Generator (3), der Elektromotor (5) und die Antriebseinrichtung (6, 7, 8, 9, 10) seriell angeordnet sind; und einer Notantriebs-Steuereinrichtung (19, 20), dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit eine Notantriebs-Kraftübertragungseinrichtung (11) aufweist zum Verbinden des Verbrennungsmotors (1) direkt mit der Antriebseinrichtung (6, 7, 8, 9, 10), wenn ein Befehl von der Notantriebs-Steuereinrichtung (19, 20) bei ausgefallenem Elektromotor (5) vorhanden ist.
  2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Steuergerät (15-19) umfaßt, welches den Generator (3) in einem Zustand keiner oder minimaler Leistungsabgabe hält und den Elektromotor (5) in einem Neutralzustand hält, wenn die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors (1) auf die Antriebseinrichtung (6, 7, 8, 9, 10) über die Notantriebs-Kraftübertragungseinrichtung (11) übertragen wird.
  3. Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Notantriebs-Kraftübertragungseinrichtung (11) einen Drehmomentwandler (13) und eine Kupplung (14) umfaßt, die in Reihe zueinander angeordnet sind.
  4. Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Notantriebs-Kraftübertragungseinrichtung (11) einen Drehmomentwandler (13) und eine Kupplung (14a) auf der Eingangsseite und eine Kupplung 14b auf der Ausgangsseite des Drehmomentwandlers (13) umfaßt.
  5. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Notantriebs-Kraftübertragungseinrichtung (11) eine Drehrichtungs-Umkehreinrichtung (25) umfaßt, welche die von dem Verbrennungsmotor (1) vorgegebene Drehrichtung umkehrt, wenn ein Befehl von einer Richtungswechseleinrichtung (21) vorhanden ist.
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