WO2009149998A1 - Antriebsstrang für ein kraftfahrzeug und verfahren zum betreiben des antriebsstrangs - Google Patents

Antriebsstrang für ein kraftfahrzeug und verfahren zum betreiben des antriebsstrangs Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a drive train for a motor vehicle according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for operating the drive train according to the invention.
  • Drive trains for motor vehicles are known from the prior art, in which the torque of the internal combustion engine are transmitted by means of transducers or friction clutches on the transmission.
  • These drive trains can also be designed as hybrid drive trains, comprising at least one electric machine which can be operated depending on the operating state by motor or generator.
  • a generator is driven by the internal combustion engine, with the generator supplying electric power to the electric motor driving the wheels.
  • parallel hybrid vehicles are known in which an addition of the torques of the internal combustion engine and at least one connectable to the internal combustion engine electric machine is preferably carried out by means of a Summ istsgethebes, for example by means of a planetary gear.
  • the present invention has for its object to provide a drive train for a motor vehicle, which is compact and is low in wear compared to conventional powertrains.
  • the drive train should have the greatest possible flexibility with regard to the possible force or torque transmission branches. This object is achieved for a drive train by the features of patent claim 1.
  • a method for operating the drive train is the subject of claim 4. Further embodiments and advantages of the invention will become apparent from the corresponding dependent claims.
  • a drive train for a motor vehicle comprising at least one internal combustion engine, at least one electric machine and at least one output unit, for example a transmission, in which the transmission of forces or moments between the at least one internal combustion engine, the at least one electric machine and the at least an output unit is hydraulically.
  • the drive train comprises at least one control and control circuit and at least one hydraulic circuit comprising at least one hydraulic accumulator, valves and distributors, each internal combustion engine, each electric machine and each output unit is associated with a hydraulic pump.
  • the hydraulic pump is connected on the one hand to at least one hydraulic circuit and on the other hand mechanically connected to its associated component.
  • the at least one internal combustion engine, the at least one electric machine and the at least one output unit associated hydraulic pumps are driven by these components and vice versa, wherein the coupling between the at least one internal combustion engine, the at least one electric machine and the at least one output unit with the respective associated hydraulic pump Can be controlled or regulated by valves, such that any connection for the purpose of force or torque transmission between the at least one internal combustion engine, the at least one electric machine and the at least one output unit can be realized.
  • the pump associated with a driven component hydraulic energy is converted into mechanical work.
  • the at least one electric machine can be driven by the at least one internal combustion engine or drive the at least one internal combustion engine.
  • the at least one output unit can be driven by the at least one internal combustion engine and / or by the at least one electric machine.
  • valves can be controlled such that the at least one electric machine and / or the at least one internal combustion engine are driven by the at least one output unit, whereby recuperation energy is obtained.
  • FIGURE is a schematic representation of the structure of an embodiment of a drive train according to the invention.
  • the drive train comprises an internal combustion engine 1, an electric machine 2 and a transmission 3, wherein the internal combustion engine 1, a hydraulic pump 4, the electric machine 2, a hydraulic pump 5 and the transmission 3, a hydraulic pump 6 is assigned.
  • the hydraulic circuit comprises in addition to the hydraulic pumps 4, 5, 6, a hydraulic accumulator 7, valves 8, 9, 10 and manifolds 1 1, 12, wherein the valves and the manifolds are designed and arranged in the hydraulic circuit that in response to the valve control the electric machine 2 can be hydraulically driven by the internal combustion engine 1 via the hydraulic pumps 4, 5.
  • the pump 4 is driven by the internal combustion engine, wherein the pump 5 transmits the hydraulic energy of the pump 4 as mechanical energy to the electric machine 2.
  • the electric machine 2 can drive the internal combustion engine 1 hydraulically.
  • the transmission 3 can be hydraulically driven by the internal combustion engine 1 and / or by the electric machine 2 by means of the hydraulic pumps.
  • the electric machine 2 and / or the internal combustion engine 1 can be hydraulically driven by the gear 3 by means of the hydraulic pumps 6 and 5 or 6 and 4.
  • the pump associated with the driven component converts hydraulic energy into mechanical work.
  • the degree of force or torque transmission between the engine 1, the electric machine 2 and the transmission by means of appropriate control of the valves, in particular against the pumps and / or freewheels, continuously adjustable.
  • the concept according to the invention provides a continuously operable drive train in which all advantages of the hybridization are maintained without the need to provide a converter or friction clutches.
  • a spread and force distribution can be done by hydraulic adjustment.
  • Another advantage of the invention is that a very compact design with only one pump and distributor module without hydraulic hoses can be realized.

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Abstract

Es wird ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, umfassend mindestens einen Verbrennungsmotor (1), mindestens eine Elektromaschine (2) und mindestens eine Abtriebseinheit (3), bei dem die Übertragung der Kräfte bzw. Momente zwischen dem mindestens einen Verbrennungsmotor(1), der mindestens einen Elektromaschine (2) und der mindestens einen Abtriebseinheit (3) hydraulisch erfolgt.

Description

Antriebsstranq für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben des An- triebsstranαs.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Betreiben des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs.
Aus dem Stand der Technik sind Antriebsstränge für Kraftfahrzeuge bekannt, bei denen das Moment des Verbrennungsmotors mittels Wandler oder Reibkupplungen auf das Getriebe übertragen werden. Diese Antriebsstränge können auch als Hybridantriebsstränge ausgeführt sein, umfassend zumindest eine Elektromaschine welche je nach Betriebszustand motorisch oder generatorisch betrieben werden kann. Bei seriellen Hybridfahrzeugen wird ein Generator vom Verbrennungsmotor angetrieben, wobei der Generator den die Räder antreibenden Elektromotor mit elektrischer Energie versorgt.
Des weiteren sind parallele Hybridfahrzeuge bekannt, bei denen eine Addition der Drehmomente des Verbrennungsmotors und zumindest einer mit dem Verbrennungsmotor verbindbaren elektrischen Maschine vorzugsweise mittels eines Summierungsgethebes, beispielsweise mittels eines Planetengetriebes erfolgt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Antriebstrang für ein Kraftfahrzeug anzugeben, welche kompakt aufgebaut ist und im Vergleich zu herkömmlichen Antriebssträngen verschleißarm ist. Zudem soll der Antriebsstrang eine größtmögliche Flexibilität hinsichtlich der möglichen Kraft- bzw. Momentübertragungszweige aufweisen. Diese Aufgabe wird für einen Antriebsstrang durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Ein Verfahren zum Betreiben des Antriebsstrangs ist Gegenstand des Patentanspruchs 4. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den entsprechenden Unteransprüchen hervor.
Demnach wird ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, umfassend mindestens einen Verbrennungsmotor, mindestens eine Elektroma- schine und mindestens eine Abtriebseinheit, beispielsweise ein Getriebe, bei dem die Übertragung der Kräfte bzw. Momente zwischen dem mindestens einen Verbrennungsmotor, der mindestens einen Elektromaschine und der mindestens einen Abtriebseinheit hydraulisch erfolgt.
Gemäß der Erfindung umfasst der Antriebsstrang mindestens einen Regel- und Steuerkreis sowie mindestens einen hydraulischen Kreislauf umfassend mindestens einen hydraulischen Speicher, Ventile und Verteiler, wobei jedem Verbrennungsmotor, jeder Elektromaschine und jeder Abtriebseinheit eine Hydraulikpumpe zugeordnet ist. Hierbei ist die Hydraulikpumpe einerseits an mindestens einen hydraulischen Kreislauf angeschlossen und andererseits mit dem ihr zugeordneten Bauteil mechanisch verbunden.
Hierbei sind die dem zumindest einen Verbrennungsmotor, der zumindest einen Elektromaschine und die der zumindest einer Abtriebseinheit zugeordneten Hydraulikpumpen von diesen Bauteilen antreibbar und umgekehrt, wobei die Kopplung zwischen dem zumindest einen Verbrennungsmotor, der zumindest einen Elektromaschine und der zumindest einer Abtriebseinheit mit der jeweiligen zugeordneten Hydraulikpumpe über Ventile steuerbar bzw. regelbar ist, derart, dass jede beliebige Verbindung zum Zweck der Kraft- bzw. Momentübertragung zwischen dem zumindest einen Verbrennungsmotor, der zumindest einen Elektromaschine und der zumindest einer Abtriebseinheit realisiert werden kann. Durch die einem angetriebenen Bauteil zugeordnete Pumpe wird hydraulische Energie in mechanische Arbeit umgewandelt. Beispielsweise kann die zumindest eine Elektromaschine vom zumindest einen Verbrennungsmotor angetrieben werden oder den zumindest einen Verbrennungsmotor antreiben. Durch entsprechende Steuerung der Ventile des zumindest einen hydraulischen Kreislaufs kann die zumindest eine Abtriebseinheit vom zumindest einen Verbrennungsmotor und/oder von der zumindest einen Elektromaschine angetrieben werden.
Zudem können die Ventile derart gesteuert werden, dass die zumindest eine Elektromaschine und/oder der zumindest eine Verbrennungsmotor von der zumindest einen Abtriebseinheit angetrieben werden, wodurch Rekuperations- energie gewonnen wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Figur, welche eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs ist, beispielhaft näher erläutert.
Bei dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst der Antriebsstrang einen Verbrennungsmotor 1 , eine Elektromaschine 2 und ein Getriebe 3, wobei dem Verbrennungsmotor 1 eine Hydraulikpumpe 4, der Elektromaschine 2 eine Hydraulikpumpe 5 und dem Getriebe 3 eine Hydraulikpumpe 6 zugeordnet ist.
Der hydraulische Kreislauf umfasst neben den Hydraulikpumpen 4, 5, 6 einen hydraulischen Speicher 7, Ventile 8, 9, 10 und Verteiler 1 1 , 12, wobei die Ventile und die Verteiler derart ausgeführt und im hydraulischen Kreislauf angeordnet sind, dass in Abhängigkeit der Ventilsteuerung die Elektromaschine 2 vom Verbrennungsmotor 1 über die Hydraulikpumpen 4, 5 hydraulisch angetrieben werden kann. Zu diesem Zweck wird die Pumpe 4 vom Verbrennungsmotor angetrieben, wobei die Pumpe 5 die hydraulische Energie der Pumpe 4 als mechanische Energie auf die Elektromaschine 2 überträgt. Analog dazu kann die Elektromaschine 2 den Verbrennungsmotor 1 hydraulisch antreiben. Zudem kann das Getriebe 3 vom Verbrennungsmotor 1 und/oder von der Elekt- romaschine 2 hydraulisch mittels der Hydraulikpumpen angetrieben werden.
Des weiteren kann die Elektromaschine 2 und/oder der Verbrennungsmotor 1 mittels der Hydraulikpumpen 6 und 5 bzw. 6 und 4 vom Getriebe 3 hydraulisch angetrieben werden. Durch die dem angetriebenen Bauteil zugeordnete Pumpe wird hydraulische Energie in mechanische Arbeit umgewandelt.
Gemäß der Erfindung ist der Grad der Kraft- bzw. Momentübertragung zwischen dem Verbrennungsmotor 1 , der Elektromaschine 2 und dem Getriebe durch entsprechende Steuerung der Ventile, insbesondere gegen die Pumpen und/oder Freiläufe, stufenlos einstellbar.
Durch die erfindungsgemäße Konzeption wird ein stufenlos betreibbarer Antriebsstrang zur Verfügung gestellt, bei dem alle Vorteile der Hybridisierung beibehalten werden ohne die Notwendigkeit einen Wandler oder Reibkupplungen vorzusehen. In vorteilhafter weise kann eine Spreizung und Kraftverteilung durch hydraulische Abgleichung erfolgen.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass eine sehr kompakte Bauweise mit lediglich einem Pumpen- und Verteilermodul ohne Hydraulikschläuche realisierbar ist.
Durch die dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang zugrundeliegende modulare Bauweise können zudem bestehende Antriebsstränge auf einfache Weise nachgerüstet werden. Bezuqszeichen
1 Verbrennungsmotor
2 Elektromaschine
3 Getriebe
4 Hydraulikpumpe
5 Hydraulikpumpe
6 Hydraulikpumpe
7 hydraulischer Speicher
8 Ventil
9 Ventil
10 Ventil
1 1 Verteiler
12 Verteiler

Claims

Patentan sprü ch e
1. Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, umfassend mindestens einen Verbrennungsmotor (1), mindestens eine Elektromaschine (2) und mindestens eine Abtriebseinheit (3), dadurch geken n zei ch n et, dass die Übertragung der Kräfte bzw. Momente zwischen dem mindestens einen Verbren- nungsmotor(1), der mindestens einen Elektromaschine (2) und der mindestens einen Abtriebseinheit (3) hydraulisch erfolgt.
2. Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, nach Anspruch 1 , dadurch g e - ken n zei ch n et, dass der Antriebsstrang mindestens einen Regel- und Steuerkreis sowie mindestens einen hydraulischen Kreislauf, umfassend mindestens einen hydraulischen Speicher (7), Ventile (8, 9, 10) und Verteiler (11 , 12) aufweist, wobei jedem Verbrennungsmotor (1), jeder Elektromaschine (2) und jeder Abtriebseinheit (3) eine Hydraulikpumpe (4, 5, 6) zugeordnet ist, welche einerseits an mindestens einen hydraulischen Kreislauf angeschlossen und andererseits mit dem ihr zugeordneten Bauteil (1 , 2, 3) mechanisch verbunden ist.
3. Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, nach Anspruch 2, dadurch g e - ken n zei ch n et, dass die dem zumindest einen Verbrennungsmotor (1 ), der zumindest einen Elektromaschine (2) und die der zumindest einer Abtriebseinheit (3) zugeordneten Hydraulikpumpen (4, 5, 6) von diesen Bauteilen (1, 2, 3) antreibbar sind und umgekehrt, wobei die Kopplung zwischen dem zumindest einen Verbrennungsmotor (1) , der zumindest einen Elektromaschine (2) und der zumindest einer Abtriebseinheit (3) mit der jeweiligen zugeordneten Hydraulikpumpe (4, 5, 6) über Ventile (8, 9, 10) steuerbar bzw. regelbar ist, derart, dass jede beliebige Verbindung zum Zweck der Kraft- bzw. Momentübertragung zwischen dem zumindest einen Verbrennungsmotor (1), der zu- mindest einen Elektromaschine (2) und der zumindest einer Abtriebseinheit (3) realisierbar ist
4. Verfahren zum Betreiben eines nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ausgeführten Antriebsstrangs, dadurch geken n zei ch n et, dass die Ventile des zumindest einen hydraulischen Kreislaufs derart angesteuert werden, dass die zumindest eine Elektromaschine (2) von dem zumindest einen Verbrennungsmotor (1) über die Hydraulikpumpen (4, 5) hydraulisch angetrieben wird und/oder dass die Elektromaschine (2) den Verbrennungsmotor (1) über die Hydraulikpumpen (4, 5) hydraulisch antreibt und/oder dass die Abtriebseinheit (3) von dem zumindest einen Verbrennungsmotor (1) und/oder von der zumindest einen Elektromaschine (2) hydraulisch mittels der Hydraulikpumpen (6, 4, 5) angetrieben wird und/oder dass die zumindest eine Elektromaschine (2) und/oder der zumindest eine Verbrennungsmotor (1) mittels der Hydraulikpumpen (4, 5, 6) von der zumindest einen Abtriebseinheit (3) hydraulisch angetrieben wird.
5. Verfahren zum Betreiben eines nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ausgeführten Antriebsstrangs, nach Anspruch 4, dadurch g e ken n zei ch n et, dass der Grad der Kraft- bzw. Momentübertragung zwischen dem zumindest einen Verbrennungsmotor (1), der zumindest einen Elektromaschine (2) und der zumindest einer Abtriebseinheit (3) durch die Ventilsteuerung stufenlos einstellbar ist.
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