EP2276657A1 - Antriebsstranganordnung für ein fahrzeug - Google Patents

Antriebsstranganordnung für ein fahrzeug

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EP2276657A1
EP2276657A1 EP09749719A EP09749719A EP2276657A1 EP 2276657 A1 EP2276657 A1 EP 2276657A1 EP 09749719 A EP09749719 A EP 09749719A EP 09749719 A EP09749719 A EP 09749719A EP 2276657 A1 EP2276657 A1 EP 2276657A1
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EP
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vehicle
arrangement according
electric machine
zei
transmission
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EP09749719A
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Rayk Hoffmann
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ZF Friedrichshafen AG
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ZF Friedrichshafen AG
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a drive train arrangement for a vehicle according to the closer defined in the preamble of claim 1. Art.
  • the powertrain for example, of a utility vehicle operated in long-distance traffic includes an internal combustion engine that is connected to a multi-stage transmission, for example, via a clutch, which provides corresponding translations on the drive axle of the utility vehicle.
  • the powertrain must be tuned with regard to the required driving performance of the commercial vehicle and the available engine power of the internal combustion engine.
  • the drivability and the switching frequency are here in conjunction with the power of the utility vehicle essential.
  • the operating point or the power surplus of the internal combustion engine must therefore be selected for a specific weight of the vehicle.
  • vehicles, especially commercial vehicles, for example, in long-distance transport often not fully loaded or traveled very flat routes, so that the internal combustion engine of the vehicle is operated with a significant excess of power, which adversely affects the consumption of the vehicle.
  • the present invention the object of the invention to propose a drive train arrangement for a vehicle of the type described above, in which without sacrificing the drivability and the switching frequency consumption savings is achieved.
  • This object is achieved by the features of claim 1. Further advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims and the drawings.
  • a powertrain arrangement for a vehicle in particular for a long-distance commercial vehicle, proposed with an internal combustion engine which is coupled via at least one clutch with an automatic transmission, wherein at least one direct gear ratio is realized on the driven axle of the vehicle and wherein at least one more Power source for applying an additional drive torque is provided as a power reserve.
  • a drivetrain configuration optimized with regard to ride comfort and fuel consumption is realized, in which the ratio to the transmission and the wheels is reduced by at least one incremental step.
  • the increase in efficiency of the vehicle is made possible by the use of a fast ratio at the rear axle, since the operating points of the internal combustion engine in the map move along the constant power line.
  • fuel savings in the vehicle can be up to 8 percent depending on the route used.
  • the ride comfort is maintained or improved by the existing additional power source and the drivability of the vehicle is restored.
  • the otherwise necessary measures such as it is not necessary to perform load circuits or to insert variable area groups.
  • the combination of additional power source and highly translated rear axle is critical, combining the potential for fuel saving of the fast drive axle with that of hybrid drive on a vehicle.
  • the drive train arrangement according to the invention thus no circuit is triggered at a driving resistance change, since the lack of power due to the driving resistance change is compensated by the additional power source.
  • the better efficiency in the highest gear can be further exploited, and downshifts due to a lack of power can be avoided.
  • the additional drive torque of the power source can be provided on the rear axle of the commercial vehicle designed as a drive axle.
  • the electric machine can be arranged primary and / or secondary side of the transmission.
  • a hybrid powertrain arrangement can be used.
  • other sources of power can be used.
  • a possible embodiment of the invention may provide that the electric machine with the transmission input shaft or the output side with the z. B. multi-stage transmission is coupled.
  • the electric machine can directly or indirectly, z. B. via a clutch or the like, are connected to the drive train.
  • the additional drive torque when needed, for. B. upon the occurrence of a lack of power or the like, be initiated on the input side.
  • the electric machine is associated with a rear axle of the vehicle. Thereby, the additional drive torque can be applied directly to the drive axle, e.g. be applied to the rear axle, or directly to the wheels to be driven.
  • an integrated starter generator or a crankshaft starter generator may be provided.
  • the integrated starter generator can also be used for electric driving.
  • the Crankshaft starter generator may preferably be fixedly coupled to the crankshaft of the internal combustion engine for starting the same.
  • the inventively proposed drive train arrangement may preferably be used in a commercial vehicle used in long-distance transport. However, other applications are possible.
  • FIGURE of the invention shows a schematic diagram of a possible embodiment variant of a drive train arrangement 1 according to the invention of a vehicle used as a commercial vehicle.
  • the proposed powertrain arrangement 1 of the long-distance commercial vehicle comprises an internal combustion engine 2, which via a clutch 3 on the transmission input side with an automatic transmission 4, e.g. a multistage transmission, is coupled.
  • the clutch 3 is actuated via a clutch disengagement 5.
  • the transmission 4 is abthebs rock connected to a rear axle 6 of the commercial vehicle not shown for driving the wheels 7.
  • the transmission 4 has at least one direct gear ratio, so that a rear axle 6 can be realized with so-called fast gear ratio.
  • the proposed powertrain arrangement 1 has at least one further power source for applying an additional drive torque as a power reserve in order to compensate for a lack of power due to a change in the driving resistance in the commercial vehicle.
  • This additional power source is in the embodiment shown, for example, at least one electric machine or an electric motor 8, 8 '.
  • the electric machine 8 is designed as an example as an integrated starter generator, which is coupled to the transmission input shaft of the transmission 4.
  • the electric machine 8 ' may also be arranged on the secondary side to the transmission 4 and be coupled to the transmission output, which is indicated by a dashed line in the figure.
  • the electric machine 8 ' may be arranged alternatively or in addition to the electric machine 8.

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Abstract

Es wird eine Antriebsstranganordnung (1) für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (2) vorgeschlagen, der über zumindest eine Kupplung (3) mit einem automatischen Getriebe (4) gekoppelt ist, wobei zumindest eine Direktgangübersetzung an der angetriebenen Achse des Fahrzeuges realisierbar ist und wobei zumindest eine weitere Leistungsquelle (8, 8') zum Aufbringen eines zusätzlichen Antriebsmoments als Leistungsreserve vorgesehen ist.

Description

Antriebsstranqanordnunq für ein Fahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsstranganordnung für ein Fahrzeug gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Aus der Fahrzeugtechnik sind Antriebsstranganordnungen für Fahrzeuge bekannt. Der Antriebsstrang beispielsweise eines im Fernverkehr betriebenen Nutzfahrzeuges umfasst einen Verbrennungsmotor, der zum Beispiel über eine Kupplung mit einem mehrstufigen Getriebe verbunden ist, welches entsprechende Übersetzungen an der Antriebsachse des Nutzfahrzeuges bereitstellt. Der Antriebsstrang muss bezüglich der erforderlichen Fahrleistung des Nutzfahrzeuges und der zur Verfügung stehende Motorleistung des Verbrennungsmotors abgestimmt werden. Hierbei gibt das so genannte Drehmomentdach des Verbrennungsmotors den Stufensprung des Getriebes in Abhängigkeit von der Anzahl der Übersetzungsstufen vor. Die Fahrbarkeit und die Schalthäufigkeit sind hierbei in Verbindung mit dem Leistungsgewicht des Nutzfahrzeuges eine wesentliche Voraussetzung. Der Betriebspunkt beziehungsweise der Leis- tungsüberschuss des Verbrennungsmotors muss demnach für ein bestimmtes Gewicht des Fahrzeuges gewählt werden. Jedoch sind Fahrzeuge, insbesondere Nutzfahrzeuge beispielsweise im Fernverkehr, häufig nicht voll beladen oder befahren sehr ebene Routen, so dass der Verbrennungsmotor des Fahrzeuges mit einem deutlichen Überschuss an Leistung betrieben wird, welches sich nachteilig auf den Verbrauch des Fahrzeuges auswirkt.
Demnach liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Antriebsstranganordnung für ein Fahrzeug der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, bei dem ohne Einbußen hinsichtlich der Fahrbarkeit und der Schalthäufigkeit eine Verbrauchseinsparung erzielt wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Zeichnung.
Demnach wird eine Antriebsstranganordnung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein im Fernverkehr betriebenes Nutzfahrzeug, mit einem Verbrennungsmotor vorgeschlagen, der über zumindest eine Kupplung mit einem automatischen Getriebe gekoppelt ist, wobei zumindest eine Direktgangübersetzung an der angetriebenen Achse des Fahrzeuges realisiert wird und wobei zumindest eine weitere Leistungsquelle zum Aufbringen eines zusätzlichen Antriebsmoments als Leistungsreserve vorgesehen ist.
Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Antriebsstranganordnung wird eine bezüglich des Fahrkomforts und des Verbrauches optimierte Triebstrangkonfiguration realisiert, bei die Übersetzung zum Getriebe und den Rädern um zumindest einen Stufensprung reduziert ist. Die Effizienzsteigerung bei dem Fahrzeug wird durch den Einsatz einer schnellen Übersetzung an der Hintersachse ermöglicht, da sich die Betriebspunkte des Verbrennungsmotors im Kennfeld entlang der konstanten Leistungslinie verschieben. Dadurch lassen sich Verbrauchseinsparungen bei dem Fahrzeug je nach Streckeneinsatz von bis zu 8 Prozent erzielen. Der Fahrkomfort wird dabei durch die vorhandene zusätzliche Leistungsquelle beibehalten beziehungsweise verbessert und die Fahrbarkeit des Fahrzeuges wird wieder hergestellt. Somit sind die sonst erforderlichen Maßnahmen, wie z.B. das Durchführen von Lastschaltungen oder das Einsetzen von Stufenlosbereichsgruppen nicht erforderlich.
Demzufolge ist die Kombination von zusätzlicher Leistungsquelle und extrem übersetzter Hinterachse hierbei entscheidend und kombiniert das Potenzial zur Kraftstoffeinsparung der schnellen Antriebsachse mit dem des Hybridantriebs bei einem Fahrzeug. Bei der erfindungsgemäßen Antriebsstranganordnung wird somit bei einer Fahrwiderstandsänderung keine Schaltung ausgelöst, da der Mangel an Leistung aufgrund der Fahrwiderstandsänderung durch die zusätzliche Leistungsquelle kompensiert wird. Somit kann der bessere Wirkungsgrad im höchsten Gang weiter ausgenutzt werden, und Rückschaltungen aufgrund eines Leistungsmangels vermieden werden.
Vorzugsweise kann das zusätzliche Antriebsmoment der Leistungsquelle an der als Antriebsachse ausgebildeten Hinterachse des Nutzfahrzeuges bereitgestellt werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung kann dazu vorgesehen sein, dass als Leistungsquelle eine parallel im Antriebsstrang angeordnete Elektromaschine oder dergleichen eingesetzt wird. Beispielsweise kann die Elektromaschine primär- und/oder sekundärseitig des Getriebes angeordnet sein. Bei der Verwendung einer Elektromaschine beziehungsweise eines Elektromotors als zusätzliche Leistungsquelle kann eine Hybridantriebsstranganordnung verwendet werden. Es sind jedoch auch andere Leistungsquellen einsetzbar.
Eine mögliche Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass die E- lektromaschine mit der Getriebeeingangswelle oder auch abtriebsseitig mit dem z. B. Mehrstufengetriebe gekoppelt wird. Die Elektromaschine kann direkt oder auch indirekt, z. B. über eine Kupplung oder dergleichen, mit dem Antriebsstrang verbunden werden. Auf diese Weise kann das zusätzliche Antriebsmoment bei Bedarf, z. B. bei Auftreten eines Leistungsmangels oder dergleichen, getriebeeingangsseitig eingeleitet werden. Es ist jedoch auch möglich, dass die Elektromaschine einer Hinterachse des Fahrzeuges zugeordnet ist. Dadurch kann das zusätzliche Antriebsmoment direkt auf die Antriebsachse, z.B. auf die Hinterachse, oder auch direkt auf die anzutreibenden Räder aufgebracht werden.
Als Elektromaschine kann zum Beispiel ein integrierter Starter Generator oder auch ein Kurbelwellenstarter Generator vorgesehen sein. Der integrierte Starter Generator kann auch zum elektrischen Fahren verwendet werden. Der Kurbelwellenstarter Generator kann vorzugsweise fest mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors zum Starten desselben gekoppelt sein.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Antriebsstranganordnung kann bevorzugt bei einem im Fernverkehr verwendeten Nutzfahrzeug eingesetzt werden. Es sind jedoch auch andere Einsatzgebiete möglich.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.
Die einzige Figur der Erfindung zeigt ein Prinzipbild einer möglichen Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Antriebsstranganordnung 1 eines als Nutzfahrzeug verwendeten Fahrzeuges.
Die vorgeschlagene Antriebsstranganordnung 1 des als im Fernverkehr betriebenen Nutzfahrzeuges umfasst einen Verbrennungsmotor 2, der über eine Kupplung 3 getriebeeingangsseitig mit einem automatischen Getriebe 4, z.B. einem Mehrstufengetriebe, gekoppelt ist. Die Kupplung 3 wird über eine Kupplungsausrückung 5 betätigt. Das Getriebe 4 ist abthebsseitig mit einer Hinterachse 6 des nicht weiter dargestellten Nutzfahrzeuges zum Antrieb der Räder 7 verbunden.
Erfindungsgemäß ist bei der vorgeschlagenen Antriebsstranganordnung 1 vorgesehen, dass das Getriebe 4 zumindest eine Direktgangübersetzung aufweist, so dass eine Hinterachse 6 mit so genannter schneller Übersetzung realisiert werden kann. Zudem weist die vorgeschlagene Antriebsstranganordnung 1 zumindest eine weitere Leistungsquelle zum Aufbringen eines zusätzlichen Antriebsmoments als Leistungsreserve auf, um einen Leistungsmangel aufgrund einer Änderung des Fahrwiderstandes bei dem Nutzfahrzeug zu kompensieren. Diese zusätzliche Leistungsquelle ist bei der gezeigten Ausführungsvariante beispielhaft zumindest eine Elektromaschine beziehungsweise ein Elektromotor 8, 8'. Die Elektromaschine 8 ist exemplarisch als integrierter Starter Generator ausgeführt, der mit der Getriebeeingangswelle des Getriebes 4 gekoppelt ist.
Optional kann die Elektromaschine 8' auch sekundärseitig zum Getriebe 4 angeordnet sein und mit dem Getriebeabtrieb gekoppelt sein, welches durch eine gestrichelte Linie in der Figur angedeutet ist. Die Elektromaschine 8' kann alternativ oder auch zusätzlich zur Elektromaschine 8 angeordnet sein.
Die in der Figur dargestellte Antriebsstrangkonfiguration 1 mit schneller Hinterachsübersetzung und mit dem zusätzlichen elektrischen Antrieb wird vorzugsweise für Fernverkehr-Lastkraftwagen eingesetzt. Bei einer Fahrwider- standsänderung kann bei der Verwendung der schnellen, verbrauchsoptimierten Hinterachsübersetzung eine Rückschaltung aufgrund eines Leistungsmangels bei dem Nutzfahrzeug verhindert werden, indem der elektrische Antrieb beziehungsweise die Elektromaschine 8, 8' zum so genannten Boosten eingesetzt wird und die fehlende Leistung aufbringt.
Bezuqszeichen
1 Antriebsstranganordnung
2 Verbrennungsmotor
3 Kupplung
4 Getriebe
5 Kupplungsausrückung
6 Hinterachse
7 Räder
8, 8' Elektromaschine

Claims

Patentan sprü ch e
1. Antriebsstranganordnung (1) für ein Fahrzeug, mit einem Verbrennungsmotor (2), der über zumindest eine Kupplung (3) mit einem automatischen Getriebe (4) gekoppelt ist, dadurch geken nzei ch n et, dass zumindest eine Direktgangübersetzung an der angetriebenen Achse des Fahrzeuges realisierbar ist und dass zumindest eine weitere Leistungsquelle zum Aufbringen eines zusätzlichen Antriebsmoments als Leistungsreserve vorgesehen ist.
2. Antriebsstranganordnung nach Anspruch 1 , dadurch geken n zei c h n e t, dass die Leistungsquelle das zusätzliche Antriebsmoment für die als Antriebsachse ausgebildete Hinterachse (6) des Fahrzeuges bereitstellt.
3. Antriebsstranganordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n nzei ch n et, dass als Leistungsquelle zumindest eine parallel im Antriebsstrang und primär und/oder sekundärseitig zum Getriebe (4) angeordnete Elekt- romaschine (8, 8') vorgesehen ist.
4. Antriebsstranganordnung nach Anspruch 3, dadurch geken n zei c h n e t, dass die Elektromaschine (8) mit der Getriebeeingangswelle des Getriebes (4) koppelbar ist.
5. Antriebsstranganordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch g e k e n nzei ch n et, dass die Elektromaschine (8') mit dem Abtrieb des Getriebes (4) koppelbar ist.
6. Antriebsstranganordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch geken n zei ch n et, dass die Elektromaschine mit der Hinterachse (6) des Fahrzeuges koppelbar ist.
7. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch g e k en n zei ch n et, dass als Elektromaschine (8) ein integrierter Starter Generator vorgesehen ist.
8. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch g e k en n zei ch n et, dass als Elektromaschine (8) ein Kurbelwellenstarter Generator vorgesehen ist.
9. Antriebsstranganordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch geken n zei ch n et, dass sie bei einem im Fernverkehr verwendeten Nutzfahrzeug verwendet wird.
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