WO2015144279A1 - Antriebsvorrichtung für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2015144279A1
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torque
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PCT/EP2015/000353
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Wolfgang Koch
Hans-Peter Fleischmann
Michael SCHÖFFMANN
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Audi Ag
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Definitions

  • the present invention relates to a drive apparatus for a motor vehicle having a primary driveline and a secondary driveline.
  • the primary drive train has the following: An internal combustion engine for generating a total torque, a torque distribution device coupled to the internal combustion engine having a first and a second output, wherein the torque distribution device is designed, at its first output a first partial torque derived from the total torque in mechanical Form provide, wherein the torque distribution device is designed to provide at its second output derived from the total torque second partial torque in electrical form, and a transmission which is coupled to the first output of the torque distribution device.
  • the secondary driveline includes an electric machine coupled to the second output of the torque distribution device.
  • a generic drive device is known from DE 10 2010 015 424 A1.
  • This publication is concerned with a drive device for a four-wheel drive vehicle having a front-axle drive and a rear-axle drive, wherein the drive device has a control device which determines a drive torque for driving the vehicle on the basis of a driver's request.
  • the control device is associated with a torque distribution unit which divides the drive torque into a Achsradmoment for the Vorderachsantrieb and Achsradmoment for the rear axle. With the two Achsradmomenten the Vorderachsantrieb and Schuachsantrieb are independently controllable.
  • the motor vehicle has a drive system in which both an internal combustion engine and an electric machine can drive the two front wheels of the vehicle on the vehicle front axle.
  • the Hinterachsantrieb may have at least one electric machine, the two rear wheels of the vehicle can drive.
  • the electric machine associated with the front axle drive can generate an electrical power that can be made available to the electric machine associated with the rear axle drive.
  • the two electric machines are supplied with power from a high-voltage battery.
  • a control device is provided which detects, among other things, an available battery power, the efficiency maps of all drive units and other parameters as input parameters. On the basis of these input variables, the control device calculates the setpoint torques with which an engine control unit of the internal combustion engine as well as the power electronics of the electric machines can be controlled.
  • transducer modules are integrated with which the setpoints are forwarded as engine torque to the drive units.
  • the object underlying the present invention is to develop a generic drive device such that an improvement in the efficiency of the motor vehicle is made possible.
  • the present invention is based on the finding that in the drive device according to the mentioned DE 10 2010 015 424 A1 states are possible in which the total generated by the engine total torque is supplied to the transmission, for example, to achieve maximum acceleration, including in addition the two Electric machines of the front and rear axles are supplied with power from the high-voltage battery.
  • a gear designed for the total torque generated by the internal combustion engine is due to the material thickness to be considered. Bearings and the like comparatively large and heavy and therefore has a negative effect on the efficiency of the motor vehicle.
  • the present invention is therefore the way to limit the partial torque provided to the transmission to a predetermined threshold.
  • the torque distribution device comprises a torque limiting device.
  • the transmission remains compact, lightweight and efficient in terms of efficiency. It also enables pure front operation, pure tail operation and freely distributable four-wheel operation (0% ... 100%) without additional mechanical expansions.
  • the transmission can be designed only for the maximum torque, which is the maximum assigned to the primary axis of the primary drive train.
  • a preferred embodiment is characterized in that the torque distribution device is designed to provide a difference between the total torque and the predefinable threshold value for the first partial torque as a second partial torque.
  • the excess torque is passed as electrical energy to the transmission past the secondary axis of the secondary drivetrain.
  • the predefinable threshold value for the first partial torque can be designed to be variable. In this way, the threshold value can be used to control the torque distribution between the primary and secondary driveline.
  • the predefinable threshold value for the first partial torque may in this context be variable in particular as a function of at least one of the following controls: Control by at least one vehicle dynamics system, in particular as a function of an efficiency to be achieved, a ferry friction coefficient, a speed of the motor vehicle, a yaw rate or a lateral dynamic influence on the one hand and depending on a control by a user on the other hand.
  • the value range for the specifiable threshold value, in particular the predefinable threshold value itself, for the first partial torque is limited to a maximum value which corresponds to the nominal maximum torque of the transmission. This ensures that even with a small, lightweight gearbox, a risk of its destruction is reliably prevented. is prevented, although the internal combustion engine can be designed for higher overall torques.
  • the internal combustion engine may be configured to provide a maximum total torque that is the sum of the maximum value for the first partial torque and the maximum value for the second partial torque, wherein the maximum value for the first partial torque and the maximum value for the second partial torque are not equal to zero , Accordingly, if the torque generated by the internal combustion engine exceeds the maximum permissible torque for the transmission, then the torque distribution device uses the excess torque to generate electrical energy which is conducted to the electrical machine of the secondary axis or an energy store.
  • the electric machine of the secondary drive train can be coupled to the second output of the torque distribution device such that the second partial torque can be provided in real time, in particular without intermediate storage in an electrical energy store, at a supply input of the electrical machine. Since each intermediate storage is accompanied by a reduction in the efficiency, this variant allows the power generated by the internal combustion engine to be used particularly effectively.
  • the drive device further comprises an electrical energy store, wherein the electrical energy store can be coupled to the second output of the torque distribution device.
  • the engine may switch to operation with other parameters where its efficiency is better.
  • this second operating point must provide the currently desired energy, this often results in additional power that is not currently being queried. This can then be supplied to the electrical energy storage, where it can then be queried if necessary.
  • the drive device may further comprise a controllable switch to switch between a coupling of the second output of Torque distribution device with the electrical energy storage on the one hand and the electric machine of the secondary drive train on the other hand to switch back and forth.
  • the controllable changeover switch may in this context preferably be designed to switch driving situation-dependent and / or by user control, in particular to couple the second output of the torque distribution device to the electric drive of the secondary drive train if the road friction coefficient and / or the yaw rate and / or a speed of the motor vehicle predeterminable threshold values exceed or fall below and / or to couple the second output of the torque distribution device with the electrical energy storage, if a purely electrically to be achieved residual range should be increased.
  • the electric energy storage is charged such that the planned route in the inner city area can be covered purely electrically.
  • the electrical energy storage can also be charged to ensure maximum propulsion at a traffic light. In the other case, ie when the electrical residual range is not to be increased, the electrical energy storage is usually maintained at a predetermined state of charge.
  • the internal combustion engine is coupled to the transmission via an input shaft, wherein the torque distribution device is arranged on this input shaft and is designed as an electric machine.
  • This is therefore drivingly connected to the internal combustion engine, the transmission and the electric machine of the secondary axis.
  • the electric machine which functions as a torque distribution device, thus rotates at the same speed as the input shaft.
  • This system is known as the "parallel hybrid" in which the mechanical moment passes through to the transmission. If energy is to be dissipated for the secondary machine electrical machine or energy storage, or the first partial momentum directed to the transmission is to be limited, it starts on the Drive shaft arranged to decelerate electric machine and thereby branches off the second partial torque.
  • the electric machine arranged on the drive shaft is accordingly assigned to the primary drive train, that is to say it can be used for an electric drive.
  • Risch drive the primary axis are used, for example by removing energy from the electrical energy storage. This can take place simultaneously with a drive of the secondary axis through the electric machine arranged on the secondary axis and / or also simultaneously to a drive of the primary axis through the transmission.
  • the electric drive associated with the primary drive train can be coupled to its supply with an electrical energy store (s).
  • FIGURE shows a schematic representation of an embodiment of a drive device according to the invention.
  • a propulsion device 10 of the present invention includes a primary driveline 12 and a secondary driveline 14.
  • the primary driveline 12 includes an internal combustion engine 16 that is configured to provide all the torque for the primary 12 and secondary driveline 14 to deliver.
  • the internal combustion engine 6 is coupled via an input shaft 18 to a transmission 20, the output shaft 22 of which is coupled to a primary axis 24 in a manner not shown in greater detail for the sake of clarity.
  • an electric machine 26 is arranged, which is designed as a torque distribution device. Via its first output, that is, the input shaft 18, it provides a first partial torque M m ech derived from a total torque M ges generated by the internal combustion engine 16 in mechanical form. At a second output 28, it provides a second partial moment Me) derived from the total moment M ges in electrical form.
  • the transmission 20 is designed for a maximum mechanical moment M meC h-max, where M meC h-max is less than M ges -
  • the electric machine 26 is now formed, the moment Mmech provided to the transmission 20 in any case limit the value M meC h-max.
  • the electric ma- Machine 26 to brake the input shaft 18, thereby generating the electrical moment M e i, which is passed in the sense of an electric propeller shaft to an electric machine 30 of the secondary drive train 14 to drive there in a conventional manner, a secondary axis 32 purely electrically.
  • the electric machine 26 thus implements a drive train generator.
  • the entire drive device 10 can provide a large, provided by the engine 16 torque M ges for the propulsion of the motor vehicle, the transmission 20 can still be made small and lightweight.
  • the transmission of a second partial moment M e i can be allowed to the secondary drive train 14 sat less than M me ch-max even when total moments M, for example, by appropriate control by at least one driving dynamics system , in particular depending on an efficiency to be achieved, a road friction coefficient, a speed of the motor vehicle, a yaw rate or by control by the user.
  • the second partial torque is provided in real time, that is to say in particular without intermediate storage in an electrical energy store, to the electric machine 30 of the secondary drive train 14, it is also possible for this partial torque to supply an electrical energy store 34.
  • This may be due to the fact that the internal combustion engine 16 operates more efficiently at a different operating point than at the operating point in which it generates precisely the moment currently required for propulsion. Since the operating point can only be changed so that the desired torque is generated, therefore remains to increase the efficiency of only an increase of the engine 16 provided total torque M ges left, so that a currently unquestioned moment is available for later use in the electrical energy storage 34 can be stored.
  • a controllable switch 33 is provided to switch between a coupling of the second output 28 of the torque distribution device 26 with the electrical energy storage 34 and the electric machine 30 of the secondary drive train 14 back and forth.
  • a controllable switch 33 is provided to switch between a coupling of the second output 28 of the torque distribution device 26 with the electrical energy storage 34 and the electric machine 30 of the secondary drive train 14 back and forth.
  • the second output 28 of the electric machine 26 is coupled to the electric machine 30 when the road friction coefficient and / or the yaw rate and / or a speed of the motor vehicle exceed or fall below predefinable threshold values.
  • the summation torque at this axis 24 may not exceed the mechanical limits of this axis 24 consisting of a partial torque supplied by the engine 16 and a possibly supplied by the battery 34 sub-element.
  • the drive device 10 allows a wide variety of drive concepts, that is
  • a combination of electrical and mechanical drive of the primary axis 24 is particularly useful in the following cases: dynamically to compensate for dead times of the internal combustion engine 16; stationary in order to fill in moments gaps up to the mechanical limit of the primary axis 24.
  • the corresponding controls may be implemented in an engine control unit or in a controller provided in the electric machine 26.
  • the internal combustion engine 16 is dimensioned so that it can provide the maximum total torque or the maximum total power for the primary axis 24 and the secondary axis 32, wherein the transmission 20 is designed only for the maximum, to be provided on the primary axis 24 torque (the lower is the maximum total torque of the internal combustion engine 16).
  • the transmission 20 is protected in that the torque excess is diverted via the electric cardan shaft to the electric machine 30 of the secondary drive train 14 or the energy store 34.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung (10) für ein Kraftfahrzeug mit einem primären Antriebsstrang (12) und einem sekundären Antriebsstrang (14), wobei der primäre Antriebsstrang (12) aufweist: Einen Verbrennungsmotor (16) zum Erzeugen eines Gesamtmoments (Mges); eine mit dem Verbrennungsmotor (16) gekoppelte Momentenverteilungsvorrichtung (26) mit einem ersten (19) und einem zweiten Ausgang (28), wobei die Momentenverteilungsvorrichtung (26) ausgelegt ist, an ihrem ersten Ausgang (19) ein aus dem Gesamtmoment (Mges) abgeleitetes erstes Teilmoment (Mmech) in mechanischer Form bereitzustellen, wobei die Momentenverteilungsvorrichtung (26) ausgelegt ist, an ihrem zweiten Ausgang (28) ein aus dem Gesamtmoment (Mges) abgeleitetes zweites Teilmoment (Mel) in elektrischer Form bereitzustellen; ein Getriebe (20), das mit dem ersten Ausgang (19) der Momentenverteilungsvorrichtung (26) gekoppelt ist; wobei. der sekundäre Antriebsstrang (14) eine elektrische Maschine (30) aufweist, die mit dem zweiten Ausgang (28) der Momentenverteilungsvorrichtung (26) gekoppelt ist; wobei die Momentenverteilungsvorrichtung (26) eine Momentenbegrenzungsvorrichtung umfasst, die ausgelegt ist, das erste Teilmoment (Mmech) auf einen vorgebbaren Schwellwert (Mmech-max) zu begrenzen.

Description

Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug
BESCHREIBUNG: Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem primären Antriebsstrang und einem sekundären Antriebsstrang. Dabei weist der primäre Antriebsstrang Folgendes auf: Einen Verbrennungsmotor zum Erzeugen eines Gesamtmoments, eine mit dem Verbrennungsmotor gekoppelte Momentenverteilungsvorrichtung mit einem ers- ten und einem zweiten Ausgang, wobei die Momentenverteilungsvorrichtung ausgelegt ist, an ihrem ersten Ausgang ein aus dem Gesamtmoment abgeleitetes erstes Teilmoment in mechanischer Form bereitzustellen, wobei die Momentenverteilungsvorrichtung ausgelegt ist, an ihrem zweiten Ausgang ein aus dem Gesamtmoment abgeleitetes zweites Teilmoment in elektrischer Form bereitzustellen, sowie ein Getriebe, das mit dem ersten Ausgang der Momentenverteilungsvorrichtung gekoppelt ist. Der sekundäre Antriebsstrang weist eine elektrische Maschine auf, die mit dem zweiten Ausgang der Momentenverteilungsvorrichtung gekoppelt ist. Eine gattungsgemäße Antriebsvorrichtung ist bekannt aus der DE 10 2010 015 424 A1. Diese Druckschrift befasst sich mit einer Antriebsvorrichtung für ein allradgetriebenes Fahrzeug mit einem Vorderachsantrieb und einem Hinterachsantrieb, wobei die Antriebsvorrichtung eine Steuereinrichtung aufweist, die auf der Grundlage eines Fahrerwunsches ein An- triebsmoment zum Antrieb des Fahrzeugs bestimmt. Der Steuereinrichtung ist eine Momentenverteilungseinheit zugeordnet, die das Antriebsmoment in ein Achsradmoment für den Vorderachsantrieb und in ein Achsradmoment für den Hinterachsantrieb aufteilt. Mit den beiden Achsradmomenten sind der Vorderachsantrieb und der Hinterachsantrieb unabhängig voneinander ansteuerbar. In einer Ausführungsform weist das Kraftfahrzeug ein Antriebssystem auf, bei dem an der Fahrzeugvorderachse sowohl eine Brennkraftmaschine als auch eine Elektromaschine die beiden Vorderräder des Fahrzeugs antreiben kann. An der Fahrzeughinterachse kann der Hinterachsantrieb zumindest eine Elektromaschine aufweisen, die die beiden Hinterräder des Fahrzeugs antreiben kann. Auf diese Weise kann in einem Allradfahrbetrieb die dem Vorderachsantrieb zugeordnete Elektromaschine eine elektrische Leistung generieren, die der dem Hinterachsantrieb zugeordneten Elektromaschine bereitgestellt werden kann.
Im Zusammenhang mit der dort gezeigten Fig. 1 ist erwähnt, dass die beiden Elektromaschinen aus einer Hochvoltbatterie mit Strom versorgt werden. Es ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die als Eingangsparameter unter anderem eine verfügbare Batterieleistung, die Wirkungsgradkennfelder sämtlicher Antriebsaggregate sowie weitere Parameter erfasst. Auf der Grundlage dieser Eingangsgrößen berechnet die Steuereinrichtung die Sollmomente, mit denen ein Motorsteuergerät der Brennkraftmaschine sowie, die Leistungselektronik der Elektromaschinen angesteuert werden können. In der Steuereinrichtung sind nicht gezeigte Wandlerbausteine integriert, mit denen die Sollwerte als Motormomente zu den Antriebsaggregaten weitergeleitet werden.
Zum weiteren Stand der Technik wird verwiesen auf die DE 10 2010 023 093 A1 , die DE 1 2007 003 264 T5 sowie die DE 100 59 696 A1.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine gattungsgemäße Antriebsvorrichtung derart weiterzubilden, dass eine Verbesserung des Wirkungsgrads des Kraftfahrzeugs ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei der Antriebsvorrichtung gemäß der erwähnten DE 10 2010 015 424 A1 Zustände möglich sind, bei denen das gesamte vom Verbrennungsmotor erzeugte Gesamtmoment dem Getriebe zugeführt wird, beispielsweise um eine maximale Beschleunigung zu erzielen, wozu zusätzlich die beiden Elektromaschinen der Vorder- und der Hinterachse mit Strom aus der Hochvoltbatterie versorgt werden. Ein auf das vom Verbrennungsmotor erzeugte Gesamtmoment ausgelegtes Getriebe ist aufgrund der zu berücksichtigenden Materialstärke. Lagerungen und dergleichen vergleichsweise groß und schwer und wirkt sich daher negativ auf den Wirkungsgrad des Kraftfahrzeugs aus. Die vorliegende Erfindung geht deshalb den Weg, das an das Getriebe bereitgestellte Teilmoment auf einen vorgebbaren Schwellwert zu begrenzen. Hierzu umfasst die Momentenverteilungsvorrichtung eine Momentenbegrenzungsvorrichtung. Auf diese Weise bleibt das Getriebe kompakt, leicht und wirkungsgradoptimal. Es ermöglicht weiterhin ohne zusätzliche mechanische Erweiterungen einen reinen Frontbetrieb, einen reinen Heckbetrieb sowie einen frei verteilbaren Allradbetrieb (0 % ... 100 %). Auf diese Weise kann das Getriebe nur für das maximale Drehmoment ausgelegt werden, welches der Primärachse des primären Antriebsstrangs ma- ximal zugeteilt wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Momentenverteilungsvorrichtung ausgelegt ist, eine Differenz zwischen dem Gesamtmoment und dem vorgebbaren Schwellwert für das erste Teilmoment als zweites Teilmoment bereitzustellen. Demnach wird das überschüssige Drehmoment als elektrische Energie am Getriebe vorbei an die Sekundärachse des sekundären Antriebsstrangs geleitet. Auf diese Weise kann ein Allradantrieb mit einem gewünschten Teilmoment an der Primärachse urid einem gewünschten Teilmoment an der Sekundärachse realisiert werden, das heißt mit einem gewünschten Gesamtantriebsmoment, und dennoch das Getriebe klein und leicht ausgebildet sein.
Der vorgebbare Schwellwert für das erste Teilmoment kann variabel ausgebildet sein. Auf diese Weise kann der Schwellwert zur Steuerung der Momentenverteilung zwischen primärem und sekundärem Antriebsstrang verwendet werden. Der vorgebbare Schwellwert für das erste Teilmoment kann in diesem Zusammenhang insbesondere variierbar sein in Abhängigkeit mindestens einer der folgenden Steuerungen: Steuerung durch mindestens ein Fahrdynamiksystem, insbesondere in Abhängigkeit einer zu erzielenden Effizienz, eines Fährbahnreibwerts, einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, einer Gierrate oder eines querdynamischen Einflusses einerseits sowie in Abhängigkeit einer Steuerung durch einen Benutzer andererseits.
Bevorzugt ist der Wertebereich für den orgebbaren Schwellwert, insbeson- dere der vorgebbare Schwellwert selbst, für das erste Teilmoment auf einen Maximalwert begrenzt, der dem nominalen maximalen Drehmoment des Getriebes entspricht. Dadurch wird sichergestellt, dass selbst bei einem kleinen, leichtgewichtigem Getriebe eine Gefahr seiner Zerstörung zuverlässig ver- hindert wird, obwohl der Verbrennungsmotor für höhere Gesamtmomente ausgelegt sein kann.
In diesem Zusammenhang kann der Verbrennungsmotor ausgelegt sein, ein maximales Gesamtmoment bereitzustellen, das der Summe aus dem Maximalwert für das erste Teilmoment und dem Maximalwert für das zweite Teilmoment entspricht, wobei der Maximalwert für das erste Teilmoment und der Maximalwert für das zweite Teilmoment ungleich null sind. Überschreitet demnach das vom Verbrennungsmotor erzeugte Drehmoment das für das Getriebe maximal zulässige Drehmoment, so verwendet die Momentenverteilungsvorrichtung das überschüssige Drehmoment zur Erzeugung elektrischer Energie, welche an die elektrische Maschine der Sekundärachse oder einen Energiespeicher geleitet wird.
Es ist besonders bevorzugt, wenn die elektrische Maschine des sekundären Antriebsstrangs derart mit dem zweiten Ausgang der Momentenverteilungsvorrichtung koppelbar ist, dass das zweite Teilmoment in Echtzeit, insbesondere ohne Zwischenspeicherung in einem elektrischen Energiespeicher, an einem Versorgungseingang der elektrischen Maschine bereitstellbar ist. Da jede Zwischenspeicherung mit einer Reduktion des Wirkungsgrads einhergeht, lässt sich durch diese Variante die vom Verbrennungsmotor erzeugte Leistung besonders effektiv nutzen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Antriebsvorrichtung weiterhin einen elektrischen Energiespeicher umfasst, wobei der elektrische Energiespeicher mit dem zweiten Ausgang der Momentenverteilungsvorrichtung koppelbar ist. Auf diese Weise ist eine weitere Wirkungsgradoptimierung möglich: Wenn beispielsweise der Verbrennungsmotor für die gegenwärtig angeforderte Leistung in einem Bereich mit einem suboptimalen Wirkungsgrad betrieben wird, kann der Verbrennungsmotor auf einen Betrieb mit anderen Parametern wechseln, bei denen sein Wirkungsgrad besser ist. Da dieser zweite Betriebspunkt selbstverständlich die momentan gewünschte Energie liefern muss, ergibt sich dabei häufig eine zusätzliche Leistung, die gegenwärtig nicht abgefragt wird. Diese kann dann dem elektrischen Energiespeicher zugeführt werden, wo sie dann bei Bedarf abgefragt werden kann.
Die Antriebsvorrichtung kann weiterhin einen steuerbaren Umschalter umfassen, um zwischen einer Kopplung des zweiten Ausgangs der Momentenverteilungsvorrichtung mit dem elektrischen Energiespeicher einerseits und der elektrischen Maschine des sekundären Antriebsstrangs andererseits hin und her zu schalten. Der steuerbare Umschalter kann in diesem Zusammenhang bevorzugt ausgelegt sein, fahrsituationsabhängig und/oder durch Benutzersteuerung umzuschalten, insbesondere den zweiten Ausgang der Momentenverteilungsvorrichtung mit der elektrischen Maschine des sekundären Antriebsstrangs zu koppeln, wenn der Fahrbahnreibwert und/oder die Gierrate und/oder eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs vorgebbare Schwellwerte über- oder unterschreiten und/oder den zweiten Ausgang der Momentenverteilungsvorrichtung mit dem elektrischen Energiespeicher zu koppeln, wenn eine rein elektrisch zu erzielende Restreichweite erhöht werden soll. Letzteres kann beispielsweise dann erfolgen, wenn aufgrund einer Eingabe in ein Navigationssystem feststeht, dass demnächst in einen Innenstadtbereich gefahren wird. Dazu wird dann der elektrische Energiespeicher derart aufgeladen, dass die geplante Fahrtstrecke im Innenstadtbereich rein elektrisch zurückgelegt werden kann. Selbstverständlich sind auch andere Strategien denkbar.. Beispielsweise kann der elektrische Energiespeicher auch aufgeladen werden, um an einer Ampel maximalen Vortrieb sicherzustellen. In dem anderen Fall, d.h. wenn die elektrische Rest- reichweite nicht erhöht werden soll, wird der elektrische Energiespeicher üblicherweise auf einem vorgegebenen Ladezustand gehalten.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn der Verbrennungsmotor über eine Eingangswelle mit dem Getriebe gekoppelt ist, wobei die Momentenverteilungsvorrichtung auf dieser Eingangswelle angeordnet ist und als elektrische Maschine ausgebildet ist. Diese ist demnach mit dem Verbrennungsmotor, dem Getriebe und der elektrischen Maschine der Sekundärachse trieblich verbunden. Die elektrische Maschine, die als Momentenverteilungsvorrichtung fungiert, dreht demnach mit der gleichen Drehzahl wie die Eingangswelle. Dieses System ist unter der Bezeichnung „Parallelhybrid" bekannt. Dabei läuft das mechanische Moment durch zum Getriebe. Wenn Energie für die elektrische Maschine der Sekundärachse oder den Energiespeicher abgeleitet werden soll oder das an das Getriebe geleitete erste Teilmoment begrenzt werden soll, fängt die auf der Antriebs- welle angeordnete elektrische Maschine zu bremsen an und zweigt dadurch das zweite Teilmoment ab.
Die auf der Antriebswelle angeordnete elektrische Maschine ist demnach dem primären Antriebsstrang zugeordnet, das heißt sie kann für einen elekt- rischen Antrieb der Primärachse verwendet werden, beispielsweise durch Entnahme von Energie aus dem elektrischen Energiespeicher. Dies kann gleichzeitig mit einem Antrieb der Sekundärachse durch die an der Sekundärachse angeordnete elektrische Maschine erfolgen und/oder auch gleich- zeitig zu einem Antrieb der Primärachse durch das Getriebe.
In diesem Zusammenhang kann die dem primären Antriebsstrang zugeordnete elektrische Maschine zu ihrer Versorgung mit einem/dem elektrischen Energiespeicher gekoppelt werden.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben, bei der die einzige Fig. in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung zeigt.
Die Fig. zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Antriebs- Vorrichtung 10. Diese umfasst einen primären Antriebsstrang 12 und einen sekundären Antriebsstrang 14. Der primäre Antriebsstrang 12 umfasst einen Verbrennungsmotor 16, der ausgelegt ist, das gesamte Drehmoment für den primären 12 und den sekundären Antriebsstrang 14 zu liefern. Der Verbrennungsmotor 6 ist über eine Eingangswelle 18 mit einem Getriebe 20 gekop- pelt, dessen Ausgangswelle 22 in bekannter, der Übersichtlichkeit halber nicht näher dargestellter Weise mit einer Primärachse 24 gekoppelt ist.
Auf der Eingangswelle 18 ist eine elektrische Maschine 26 angeordnet, die als Momentenverteilungsvorrichtung ausgebildet ist. Über ihren ersten Aus- gang, das heißt die Eingangswelle 18, stellt sie ein aus einem vom Verbrennungsmotor 16 erzeugten Gesamtmoment Mges abgeleitetes erstes Teilmoment Mmech in mechanischer Form bereit. An einem zweiten Ausgang 28 stellt sie ein aus dem Gesamtmoment Mges abgeleitetes zweites Teilmoment Me) in elektrischer Form bereit. Das Getriebe 20 ist für ein maximales me- chanisches Moment MmeCh-max ausgelegt, wobei MmeCh-max kleiner ist als Mges- Die elektrische Maschine 26 ist nun ausgebildet, das an das Getriebe 20 bereitgestellte Moment Mmech in jedem Fall auf den Wert MmeCh-max zu begrenzen. In den Fällen, in denen das momentan vom Verbrennungsmotor 16 bereitgestellte Moment Mges größer ist als Mmech-max, beginnt die elektrische Ma- schine 26 die Eingangswelle 18 zu bremsen, erzeugt dadurch das elektrische Moment Mei, welches im Sinne einer elektrischen Kardanwelle an eine elektrische Maschine 30 des sekundären Antriebsstrangs 14 geleitet wird, um dort in an sich bekannter Weise eine Sekundärachse 32 rein elektrisch anzutreiben. Die elektrische Maschine 26 realisiert demnach einen Triebstranggenerator.
Auf diese Weise kann die gesamte Antriebsvorrichtung 10 ein großes, vom Verbrennungsmotor 16 bereitgestelltes Drehmoment Mges für den Vortrieb des Kraftwagens bereitstellen, wobei das Getriebe 20 dennoch klein und leichtgewichtig ausgeführt sein kann.
Durch eine variable Ausbildung des Schwellwerts für das mechanische Teilmoment Mmech kann auch bei Gesamtmomenten Mges kleiner als Mmech-max die Übertragung eines zweiten Teilmoments Mei an den sekundären Antriebsstrang 14 ermöglicht werden, beispielsweise durch entsprechende Steuerung durch mindestens ein Fahrdynamiksystem, insbesondere in Abhängigkeit einer zu erzielenden Effizienz, eines Fahrbahnreibwerts, einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, einer Gierrate oder durch Steuerung durch den Benutzer.
Während in der bisher beschriebenen Vorgehensweise das zweite Teilmoment in Echtzeit, das heißt insbesondere ohne Zwischenspeicherung in einem elektrischen Energiespeicher, an die elektrische Maschine 30 des sekundären Antriebsstrangs 14 bereitgestellt wird, ist es jedoch auch möglich, dieses Teilmoment
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einem elektrischen Energiespeicher 34 zuzuführen. Dies kann seine Ursache darin haben, dass der Verbrennungsmotor 16 an einem anderen Arbeitspunkt effizienter arbeitet als in dem Arbeitspunkt, in dem er genau das momentan zum Vortrieb gewünschte Moment erzeugt. Da der Arbeitspunkt nur so gewechselt werden kann, dass das gewünschte Drehmoment erzeugt wird, bleibt demnach zur Steigerung der Effizienz nur eine Erhöhung des vom Motor 16 bereitgestellten Gesamtsmoments Mges übrig, sodass ein momentan nicht abgefragtes Moment zur Verfügung steht, das zur späteren Verwendung in dem elektrischen Energiespeicher 34 gespeichert werden kann. Zu diesem Zweck ist ein steuerbarer Umschalter 33 vorgesehen, um zwischen einer Kopplung des zweiten Ausgangs 28 der Momentenverteilungsvorrichtung 26 mit dem elektrischen Energiespeicher 34 und der elektrischen Maschine 30 des sekundären Antriebsstrangs 14 hin und her zu schalten. Es kommt jedoch auch in Betracht, absichtlich einen anderen Arbeitspunkt des Verbrennungsmotors 16 zu wählen, um die im elektrischen Energiespeicher 34 gespeicherte Energie zu erhöhen, beispielsweise wenn eine rein elektrisch zu erzielende Restreichweite erhöht werden soll. Umgekehrt kann vorgesehen werden, dass beispielsweise der zweite Ausgang 28 der elektrischen Maschine 26 mit der elektrischen Maschine 30 gekoppelt wird, wenn der Fahrbahnreibwert und/oder die Gierrate und/oder eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs vorgebbare Schwellwerte über- oder unterschreiten.
Bei der Auslegung der Primärachse 24 ist zu berücksichtigen, dass das Summenmoment an dieser Achse 24 bestehend aus einem vom Verbrennungsmotor 16 gelieferten Teilmoment und einem ggf. von der Batterie 34 gelieferten Teilelement die mechanischen Grenzen an dieser Achse 24 nicht überschreiten darf.
Die Antriebsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht unterschiedlichste Antriebskonzepte, das heißt
- Antrieb der Primärachse 24 rein mechanisch;
- Antrieb der Primärachse 24 rein elektrisch;
- Antrieb der Sekundärachse 32 rein elektrisch;
- Antrieb der Primärachse 24 und der Sekundärachse 32 rein elektrisch;
- Antrieb der Primärachse 24 rein mechanisch und der Sekundärachse 32 rein elektrisch;
- Antrieb der Primärachse 24 mechanisch und elektrisch;
- Antrieb der Primärachse 24 mechanisch und elektrisch und der Sekundärachse 32 rein elektrisch.
Eine Kombination aus elektrischem und mechanischem Antrieb der Primär- achse 24 ist besonders in folgenden Fällen sinnvoll: dynamisch, um Totzeiten des Verbrennungsmotors 16 auszugleichen; stationär, um Momenten-Lücken bis zur mechanischen Grenze der Primärachse 24 aufzufüllen.
Die entsprechenden Steuerungen können in einem Motorsteuergerät oder in einer in der elektrischen Maschine 26 vorgesehenen Steuerung realisiert sein. Zusammenfassend ist demnach vorliegend der Verbrennungsmotor 16 so dimensioniert, dass er das maximale Gesamtmoment beziehungsweise die maximale Gesamtleistung für die Primärachse 24 und die Sekundärachse 32 bereitstellen kann, wobei das Getriebe 20 lediglich für das maximale, an der Primärachse 24 bereitzustellende Drehmoment ausgelegt ist (das geringer ist als das maximale Gesamtmoment des Verbrennungsmotors 16). Das Getriebe 20 ist jedoch im Falle der maximalen Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors 16 dadurch geschützt, dass der Momentenüberschuss über die elektrische Kardanwelle auf die elektrische Maschine 30 des sekundären Antriebsstrangs 14 oder den Energiespeicher 34 umgeleitet wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:
Antriebsvorrichtung (10) für ein Kraftfahrzeug mit einem primären Antriebsstrang (12) und einem sekundären Antriebsstrang (14),
wobei der primäre Antriebsstrang (12) aufweist:
- einen Verbrennungsmotor (16) zum Erzeugen eines Gesamtmoments (Mges);
- eine mit dem Verbrennungsmotor (16) gekoppelte Momentenverteilungsvorrichtung (26) mit einem ersten (19) und einem zweiten Ausgang (28), wobei die Momentenverteilungsvorrichtung (26) ausgelegt ist, an ihrem ersten Ausgang (19) ein aus dem Gesamtmoment (Mges) abgeleitetes erstes Teilmoment (MmeCh) in mechanischer Form bereitzustellen, wobei die Momentenverteilungsvorrichtung (26) ausgelegt ist, an ihrem zweiten Ausgang (28) ein aus dem Gesamtmoment (Mges) abgeleitetes zweites Teilmoment (Mei) in elektrischer Form bereitzustellen;
- ein Getriebe (20), das mit dem ersten Ausgang (19) der Momentenverteilungsvorrichtung (26) gekoppelt ist;
wobei der sekundäre Antriebsstrang (14) eine elektrische Maschine (30) aufweist, die mit dem zweiten Ausgang (28) der Momentenverteilungsvorrichtung (26) gekoppelt ist;
dadurch gekennzeichnet, dass
die Momentenverteilungsvorrichtung (26) eine Momentenbegrenzungsvor- richtung umfasst, die ausgelegt ist, das erste Teilmoment (MmeCh) auf einen vorgebbaren Schwellwert (MmeCh-max) zu begrenzen.
Antriebsvorrichtung (10) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Momentenverteilungsvorrichtung (26) ausgelegt ist, eine Differenz zwischen dem Gesamtmoment (Mges) und dem vorgebbaren Schwellwert (Mmech-max) für das erste Teilmoment (MmeCh) als zweites Teilmoment (Mei) bereitzustellen.
Antriebsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der vorgebbare Schwellwert (MmeCh-max) für das erste Teilmoment (Mmech) variabel ausgebildet ist.
Antriebsvorrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
der vorgebbare Schwellwert (Mmech-max) für das erste Teilmoment (MmeCh) variierbar ist in Abhängigkeit mindestens einer der folgenden Steuerungen:
- Steuerung durch mindestens ein Fahrdynamiksystem, insbesondere in Abhängigkeit einer zu erzielenden Effizienz, eines Fahrbahnreibwerts, einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, einer Gierrate, eines querdynamischen Einflusses;
- Steuerung durch einen Benutzer. 5. Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wertebereich für den vorgebbaren Schwellwert (MmeCh-max), insbesondere der vorgebbare Schwellwert (MmeCh-max) selbst, für das erste Teilmoment (MmeC ) auf einen Maximalwert (MmeCh-max) begrenzt ist, der dem no- minalen maximalen Drehmoment des Getriebes (20) entspricht.
6. Antriebsvorrichtung (10) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Verbrennungsmotor (16) ausgelegt ist, ein maximales Gesamtmoment (Mges) bereitzustellen, das der Summe aus dem Maximalwert (MmeCh-max) für das erste Teilmoment (MmeCh) und dem Maximalwert für das zweite Teilmoment (Mei) entspricht, wobei der Maximalwert (MmeCh-max) für das erste Teilmoment (MmeCh) und der Maximalwert für das zweite Teilmoment (Mei) ungleich Null sind.
7. Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die elektrische Maschine (30) des sekundären Antriebsstrangs derart mit dem zweiten Ausgang (28) der Momentenverteilungsvorrichtung (26) koppelbar ist, dass das zweite Teilmoment (Mei) in Echtzeit, insbesondere ohne Zwischenspeicherung in einem elektrischen Energiespeicher (34), an einem Versorgungseingang der elektrischen Maschine (30) bereitstellbar ist. 8. Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
sie weiterhin einen elektrischen Energiespeicher (34) umfasst, wobei der elektrische Energiespeicher (34) mit dem zweiten Ausgang (28) der Momentenverteilungsvorrichtung (26) koppelbar ist.
9. Antriebsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass
die Antriebsvorrichtung (10) weiterhin einen steuerbaren Umschalter (33) umfasst, um zwischen einer Kopplung des zweiten Ausgangs (28) der
Momentenverteilungsvorrichtung (26) mit dem- elektrischen Energiespeicher (34) und der elektrischen Maschine (30) des sekundären Antriebsstrangs hin und her zu schalten. 10. Antriebsvorrichtung (10) nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
der steuerbare Umschalter (33) ausgelegt ist, fahrsituationsabhängig und/- oder durch Benutzersteuerung umzuschalten, insbesondere
- den zweiten Ausgang (28) der Momentenverteilungsvorrichtung (26) mit der elektrischen Maschine (30) des sekundären Antriebsstrangs zu koppeln, wenn der Fahrbahnreibwert und/oder die Gierrate und/oder eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs vorgebbare Schwellwerte (MmeCh- max) über- oder unterschreiten;
- den zweiten Ausgang (28) der Momentenverteilungsvorrichtung (26) mit dem elektrischen Energiespeicher (34) zu koppeln, wenn eine rein elektrisch zu erzielende Restreichweite erhöht werden soll.
11. Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Verbrennungsmotor (16) über eine Eingangswelle (18) mit dem Getriebe (20) gekoppelt ist, wobei die Momentenverteilungsvorrichtung (26) auf dieser Eingangswelle (18) angeordnet ist und als elektrische Maschine (30) ausgebildet ist. 12. Antriebsvorrichtung (10) nach Anspruch 11 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die elektrische Maschine (30) dem primären Antriebsstrang (12) zugeordnet ist. 13. Antriebsvorrichtung (10) nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
die dem primären Antriebsstrang (12) zugeordnete elektrische Maschine (30) zu ihrer Versorgung mit einem/dem elektrischen Energiespeicher (34) koppelbar ist.
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