WO2019158147A1 - Antriebsstrang mit seriellem hybridantrieb mit mechanischer überbrückung und abkoppelbarem elektromotor - Google Patents

Antriebsstrang mit seriellem hybridantrieb mit mechanischer überbrückung und abkoppelbarem elektromotor Download PDF

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WO2019158147A1
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Holger Witt
Johannes Lamers
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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Definitions

  • the invention relates to a (hybrid) drive train for a hybrid motor vehicle, such as a hybrid car, truck, bus or other commercial vehicle, with an internal combustion engine, a generator, an electric motor and a mechanical transmission device.
  • DE 10 2016 213 156 A1 discloses a drive train for a hybrid vehicle, with an internal combustion engine, an electric motor reversible in its drive rotational direction, and a transmission.
  • the inventive drive train for a hybrid motor vehicle has an internal combustion engine, a mechanical transmission device inserted between an output shaft of the internal combustion engine and an output shaft, a generator, which generator cooperates with the output shaft such that mechanical energy generated during operation of the internal combustion engine the generator can be converted into electrical energy, and has an electric motor connected to the generator via a power electronics, wherein the electric motor interacts with the output shaft by means of a first clutch such that the electrical energy generated by the generator flows from the electric motor to the output shaft Drive the output shaft is usable.
  • the electric motor can optionally be decoupled from the rest of the drive train. In the open position of the first clutch, therefore, a co-rotation of the components of the electric motor with the remaining rotating components of the drive train avoided. As a result, the drag losses on the part of the electric motor are significantly reduced and the overall efficiency of the drive train is improved.
  • the first clutch is configured and deployed such that the output shaft in an open position of the first clutch is fully rotationally driven by the electric motor, i. a drive shaft of the electric motor, is decoupled. This further reduces the risk of undesirable drag losses.
  • the drive train is widened by a second clutch, wherein this second clutch is designed and used so that the output shaft of the internal combustion engine in an open position of the second clutch is completely rotatory from the generator, i. a drive shaft of the generator, is decoupled.
  • the generator is therefore decoupled from the output shaft of the internal combustion engine, whereby the drag losses can be significantly reduced again.
  • first clutch and / or the second clutch designed as a form-locking coupling (s), preferably as a claw coupling (s)
  • these clutches are designed to be particularly durable.
  • jaw clutches with relatively low energy losses to open or close are designed to be particularly durable.
  • the first clutch and / or the second clutch are / is alternatively realized as a friction clutch.
  • / is the first clutch and / or the second clutch with a lock synchronization or a mechanical differential speed lock (which allows switching only at approximately synchronous speed, but does not cause any significant energy exchange to equalize the speeds) equipped. If an input shaft of the mechanical transmission device is operatively connected / coupled / coupled to the output shaft of the internal combustion engine via a third clutch, the efficiency of the drive train is further improved in a purely electric drive by the electric motor. The transmission device is separated (in an open position of the third clutch) on the input side of the internal combustion engine.
  • the third clutch is designed as a friction clutch, switching between the different operating modes of the drive train is facilitated. Due to the friction clutch, the components to be connected can be brought to the same speed as slowly as possible by means of a slip operation. This further improves ride comfort.
  • the third clutch is designed as a positive clutch, preferably as a dog clutch, (more preferably with lock synchronization or a mechanical differential speed lock).
  • the fourth clutch is advantageously realized as a form-locking coupling, preferably as a claw coupling or as a freewheel unit, in order to enable as long-lasting a use as possible for this coupling.
  • the fourth clutch then further preferably has a lock synchronization or a mechanical differential speed lock.
  • the fourth clutch is designed as a friction clutch.
  • both the third clutch and the fourth clutch are friction clutches.
  • one of the two third and fourth clutches is designed as a friction clutch and the other two third and fourth clutches is designed as a form-locking clutch. Also, it has turned out to be etc. As a form-locking coupling.
  • the first clutch and the second clutches are advantageously independently controllable / switchable. Also, the third clutch and the fourth clutch are advantageously independent of each other and controlled by the first clutch and the second clutch / switchable.
  • the mechanical transmission device is advantageously designed so that it has one gear or several (shiftable) gears.
  • the mechanical transmission device additionally has an internal neutral gear, so that the drag losses are reduced with respect to the transmission device in a purely electric drive via the electric motor.
  • the mechanical transmission device can be dispensed in principle to the third and / or the fourth clutch.
  • the mechanical transmission device is a continuously variable transmission (CVT transmission) or has a continuously variable belt transmission (as a subassembly).
  • CVT transmission continuously variable transmission
  • belt transmission as a subassembly
  • a serial fly-brid drive with a mechanical bypass and a decoupled electric motor is thus realized in a drive train.
  • the powertrain has both a mechanical power path and a parallel electrical power path.
  • the respective clutches ie the first clutch and optionally the second clutch, the third clutch and / or the fourth clutch, cooperate with a corresponding control unit such that they can be controlled independently of one another, ie between their closed and open positions.
  • the mechanical transmission device is then realized in particular as a CVT transmission, preferably with a looping chain.
  • both the third clutch and the fourth clutch are required, so that the me chanical transmission device can be completely decoupled and thus the drag losses are minimized.
  • At least one of the two third and fourth clutches is to be designed so that it transmits a sufficient frictional torque to the mechanical transmission device during the drive of the motor vehicle To accelerate operating speed. For switching over the mechanical transmission device, the transmission device is first accelerated to operating speed by means of the (third) clutch with friction torque transmission. Subsequently, this is completely closed.
  • the ratio of the CVT gear is adjusted so that the other of the two third and fourth clutches also approximate running synchronously. At approximately synchronous speeds at the other of the two third and fourth clutches this is also closed.
  • the last to be closed clutch of the two third and fourth clutches can also be executed positive locking, preferably with lock synchronization or a mechanical differential speed lock.
  • the acceleration preferably takes place at operating speed of the mechanical operating device by means of the third clutch due to the low torques to be transmitted.
  • FIG. 1 is a schematic view of a Flybridantriebsstranges invention according to a preferred embodiment, wherein the arrangement
  • Fig. 1 the basic structure of a hybrid powertrain 1 according to the invention, as it is used in operation in a hybrid motor vehicle / hybrid motor vehicle to recognize.
  • the drive train 1 has in the usual way an internal combustion engine 2 and an electric motor 8 which act in a manner dependent on a selected operating mode of the drive train 1 together or separately from one another drivingly on an output shaft 4.
  • the output shaft 4 is typically with a differential, not shown here for clarity, for distributing the drive power to a plurality of wheels 16 or merely coupled to a wheel 16 of the motor vehicle and therefore also referred to as a wheel drive shaft.
  • the output shaft 4 is therefore part of an output of the drive train 1.
  • the drive train 1 has two power paths 17, 18 arranged essentially parallel to one another / switchable.
  • An electrical power path 17 has a generator 6 in addition to the electric motor 8.
  • the generator 6 can be coupled to an output shaft 3 of the internal combustion engine 2.
  • a second clutch 10 is used in the drive train 1 between the generator 6 and the output shaft 3 of the internal combustion engine 2. In its closed position, the second clutch 10 connects the output shaft 3 in a torque-proof manner to a generator shaft 19 of the generator 6. In an open position of the second clutch 10, the generator shaft 19 is decoupled from the output shaft 3 in a completely rotational manner.
  • the generator shaft 19 serving as the drive shaft of the generator 6 transmits mechanical energy into the generator 6 in order to convert the mechanical energy into electrical energy there.
  • the second clutch 10 is to be regarded as optional, since the greater consumption advantage is achieved by a first clutch 9 described in more detail below. In further embodiments, therefore, dispensed with the second clutch 10 and the output shaft 3, for example. Permanently connected to the generator shaft 19 rotatably.
  • the generator 6 is the output side, ie in terms of an electrical output, connected to a power electronics 7 (electrically).
  • the power electronics 7 serve to (electrically) connect the generator 6 to the electric motor 8.
  • an electrical input of the electric motor 8 is coupled to the electrical output of the generator 6 (via the power electronics 7).
  • a memory 15 is connected to the power electronics 7.
  • the memory 15 is typically realized as a battery / accumulator / supercapacitor.
  • a drive shaft 20 of the electric motor 8 is non-rotatably connected to a rotor of the electric motor 8 and thus forms the (mechanical) output of the electric motor 8.
  • the drive shaft 20 can be coupled via the first clutch 9 to the output shaft 4.
  • the drive shaft 20 In a closed position of the first clutch 9, the drive shaft 20 is rotatably connected to the output shaft 4. In an open position of the first clutch 9, the drive shaft 20 is completely rotatably decoupled from the output shaft 4.
  • the electric power path 17 is realized by the generator 6, the electric motor 8, the power electronics 7 electrically connecting the generator 6 and the electric motor 8, the accumulator 15 and the first clutch 9 and the optional second clutch 10.
  • the mechanical power path 18 has a mechanical transmission device 5, which in this exemplary embodiment can optionally be coupled to the output shaft 3 (via a third clutch 12).
  • An input shaft 11 of the transmission device 5 can optionally be connected / coupled via the third clutch 12 to the output shaft 3.
  • the input shaft 11 In a closed position of the third clutch 12, the input shaft 11 is rotatably connected to the output shaft 3 of the internal combustion engine 2.
  • the input shaft 11 In an open position of the third clutch 12, the input shaft 11 is completely rotationally decoupled from the output shaft 3 of the internal combustion engine 2.
  • the third clutch 12 is dispensed with and the input shaft 11 is permanently connected in a rotationally fixed manner to the output shaft 3.
  • An output shaft 13 of the transmission device 5 can be coupled in this embodiment via a fourth clutch 14 to the output shaft 4.
  • the fourth clutch 14 In a closed position of the fourth clutch 14, the output shaft 13 of the transmission device 5 is rotatably connected to the output shaft 4. In an open position of the fourth clutch 14, the output shaft 13 of the transmission device 5 is completely rotationally decoupled from the output shaft 4.
  • the fourth clutch 14 in addition to or as an alternative to the omission of the third clutch 12, the fourth clutch 14 is dispensed with and the output shaft 13 of the transmission device 5 is permanently connected in a rotationally fixed manner to the output shaft 4.
  • the mechanical power path 18 is formed in this embodiment by the third clutch 12, the fourth clutch 14 and the transmission device 5.
  • the third clutch 12 is formed in this embodiment as a friction clutch; the fourth clutch 14 as a form-locking coupling, namely jaw clutch (alternatively also freewheel unit) with lock synchronization.
  • the two first and second clutches 9 and 10 of the generator 6 and the electric motor 8 can be decoupled from the side of their inputs and outputs of the output shaft 3 and of the output shaft 4.
  • the generator shaft 19 is rotationally decoupled (by bringing the second clutch 10 into its open position).
  • the generator 6 is preferably switched off and does not generate any electrical energy.
  • the drive shaft 20 fixedly connected to the rotor is likewise preferably stationary in the case of the purely internal combustion engine drive of the output shaft 4 (by bringing the first clutch 9 into its open position).
  • Both the first clutch 9 and the second clutch 10 in this embodiment are each designed as claw clutches with lock synchronization or a mechanical differential speed lock.
  • the transmission device 5 is designed in a different manner.
  • the transmission device 5 is then designed as a transmission with several gradually selectable gears.
  • the transmission device 5 then has a neutral gear.
  • the third clutch 12 and / or the fourth clutch 14 can even be dispensed with. As a result, possible drag losses are also reduced in a purely electromotive operation of the drive train 1.
  • the electrical power path 17 consists inter alia of a generator 6 and an electric motor 8, which are connected by means of power electronics 7 and an optional electrical energy storage 15 (battery).
  • the mechanical power path 18 consists of a mechanical transmission (transmission device 5) with one or more fixed ratios or of a mechanical transmission 5 with a variable ratio (CVT).
  • the input shaft (generator shaft 19) of the generator 6 of the electrical power path 17 is connected to the combustion engine 2 by means of a clutch KL1 (second clutch 10).
  • the output shaft (drive shaft 20) of the electric motor 8 is switchably connected to the output to the vehicle wheel 16 by means of a clutch KL3 (first clutch 9).
  • the mechanical power path 18 is connected on the input side by means of a clutch Ku (third clutch 12) switchable to the engine 2 and the output side by means of a clutch KL2 (fourth clutch 12) connected to the output to the vehicle wheel 16 switchable.
  • a clutch Ku third clutch 12
  • KL2 fourth clutch 12
  • the drive of the vehicle can take place via the electrical and / or the mechanical power path 17, 18.
  • the generator 6 and / or the electric motor 8 of the electrical path 17 can be mechanically decoupled by means of the clutches KL1 and KL3 and the drag losses are avoided by this.
  • the mechanical transmission 5 CVT
  • the couplings Ku and / or KL2 can be omitted and a deactivation takes place via the internal neutral gear.
  • the individual clutches KL1, Ku, KL2 and KL3 can be controlled without load, so that the corresponding clutches can be opened while driving without traction interruption to decouple one of the power paths 17, 18 .
  • the frictional couplings are controlled in parallel to the regulation of the torques and operated, for example, in the slip or near the slip limit.
  • An engagement of the generator 6 or the electric motor 8 is preferably carried out by adjusting the corresponding speed on the generator 6 and the electric motor 8 so that they rotate approximately synchronously with the to be coupled shafts (output shaft 3 and output shaft 4). This allows a smooth closing of the clutch with low or without loss of comfort.
  • KL1 and KL3 are preferably designed as positive claw couplings with or without lock synchronization.
  • a connection of the mechanical power path 18 takes place differently depending on the design of the mechanical transmission 5:
  • Both clutches Ku and KL2 are preferably required, so that the mechanical transmission 5 can be completely decoupled and thus the drag losses can be minimized. At least one of the clutches Ku or KL2 have to transmit a sufficient frictional torque in order to be able to accelerate the mechanical transmission 5 to operating speed during the drive of the vehicle.
  • the transmission 5 is first accelerated to operating speed by means of the clutch with Reibmomentübertragung (preferably by means of third clutch 12). Subsequently, this clutch is closed.
  • the ratio of the CVT transmission 5 is adjusted so that the other clutch (Ku or KL2) also runs approximately synchronously. At approximately synchronous speeds at the other Clutch (Ku or KL2) this is also closed.
  • the other to be closed clutch can also be positively, preferably with locking synchronization executed.
  • the acceleration takes place at operating speed of the mechanical transmission 5 by means of Ku due to the small torques to be transmitted.
  • both clutches 12, 13 can be executed in a form-fitting manner with a possible synchronization with the following operating strategy.
  • the internal combustion engine 2 is stopped before closing the third clutch 12, the clutch 12 is closed and then restarted the engine 2 and adjusted its speed in conjunction with the translation of the gear unit 5, that the fourth clutch 14 runs approximately synchronously and then also closed. Therefore, the vehicle is during this time purely electrically via the electric motor 8, powered by the battery 15, driven.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang (1) für ein Hybridkraftfahrzeug, mit einer Verbrennungskraftmaschine (2), einer zwischen einer Ausgangswelle (3) der Verbrennungskraftmaschine (2) und einer Abtriebswelle (4) eingesetzten mechanischen Getriebeeinrichtung (5), einem Generator (6), welcher Generator (6) derart mit der Ausgangswelle (3) zusammenwirkt, dass eine im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine (2) erzeugte mechanische Energie durch den Generator (6) in eine elektrische Energie wandelbar ist, sowie einem über eine Leistungselektronik (7) mit dem Generator (6) verbundenen Elektromotor (8), welcher Elektromotor (8) mittels einer ersten Kupplung (9) derart mit der Abtriebswelle (4) zusammenwirkt, dass die durch den Generator (6) erzeugte elektrische Energie von dem Elektromotor (8) zum Antrieb der Abtriebswelle (4) nutzbar ist.

Description

Antriebsstranq mit seriellem Hybridantrieb mit mechanischer Überbrückung und abkoppelbarem Elektromotor
Die Erfindung betrifft einen (Hybrid-)Antriebsstrang für ein Hybridkraftfahrzeug, wie ei- nen hybriden Pkw, Lkw, Bus oder sonstiges Nutzfahrzeug, mit einer Verbrennungs- kraftmaschine, einem Generator, einem Elektromotor sowie einer mechanischen Ge- triebeeinrichtung.
Gattungsgemäße Antriebsstränge sind aus dem Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Beispielsweise offenbart die DE 10 2016 213 156 A1 einen Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug, mit einem Verbrennungsmotor, einem in seiner Antriebsdreh- richtung umkehrbaren Elektromotor sowie einem Getriebe.
Somit sind prinzipiell Ausführungen aus dem Stand der Technik bekannt, bei denen eine serielle Anordnung der Verbrennungskraftmaschine des Elektromotors sowie der Getriebeeinrichtung umgesetzt ist. Des Weiteren ist allgemein bekannt, die Verbren- nungskraftmaschine mechanisch mit einem elektrischen Generator zu koppeln. Der Generator wandelt eine mechanische Leistung in eine elektrische Leistung um, wobei die elektrische Leistung wiederum dazu verwendet wird, den Elektromotor anzutrei- ben. Der Antrieb des Fahrzeuges durch den Elektromotor erfolgt insbesondere in ei- nem rein elektrischen Betrieb oder in einem Betrieb, in dem sowohl die Verbrennungs- kraftmaschine als auch der Elektromotor (unterstützend) aktiv sind. Der Elektromotor ist mittels eines mechanischen Antriebsstrangs mit fester Übersetzung mit Rädern des Kraftfahrzeuges gekoppelt. Auch ist es bekannt, elektrische Energiespeicher einzuset- zen, um Differenzen der momentanen Leistung des Generators und des Elektromo- tors auszugleichen. Dies erfolgt mit dem Ziel, die Verbrennungskraftmaschine mög- lichst immer in Betriebspunkten mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad zu betrei- ben, um das Fahrzeug zeitweise auch rein elektrisch betreiben zu können und um kurzfristige hohe Antriebsleistungen abzudecken. Auch ist es bereits bekannt, die ent- sprechende mechanische Getriebeeinrichtung wahlweise zuzuschalten, um eine di- rekte mechanische Koppelung der Verbrennungskraftmaschine mit dem Abtrieb des Kraftfahrzeuges zu ermöglichen. Der Nachteil dieser aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungen besteht je- doch darin, dass bei rein verbrennungsmotorischem Antrieb, d.h. bei Antrieb rein über die Verbrennungskraftmaschine, sowie nicht aktivem Generator, der Generator und der Elektromotor mit der entsprechenden Drehzahl mitdrehen. Auch wenn diese keine oder nur eine minimale elektrische Leistung erzeugen bzw. verbrauchen, da die Dreh- momentübertragung ausschließlich über die mechanische Getriebeeinrichtung stattfin- den soll, werden doch gewisse mechanische Schleppmomente, z.B. aufgrund von Wirbelstromverlusten / von Reibung, etc., seitens des Generators und des Elektromo- tors erzeugt. Diese Schleppmomente führen zu Verlusten und verschlechtern den Ge- samtwirkungsgrad des Antriebsstranges.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beheben und einen Antriebsstrang für ein Hybridkraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, dessen Wirkungsgrad weiter verbessert wird.
Dies wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Der erfin- dungsgemäße Antriebsstrang für ein Hybridkraftfahrzeug weist eine Verbrennungs- kraftmaschine, eine zwischen einer Ausgangswelle der Verbrennungskraftmaschine und einer Abtriebswelle eingesetzte mechanische Getriebeeinrichtung, einen Genera- tor, welcher Generator derart mit der Ausgangswelle zusammenwirkt, dass eine im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine erzeugte mechanische Energie durch den Generator in eine elektrische Energie wandelbar ist, sowie einen über eine Leistungs- elektronik mit dem Generator verbundenen Elektromotor aufweist, wobei der Elektro- motor mittels einer ersten Kupplung derart mit der Abtriebswelle zusammenwirkt, dass die durch den Generator erzeugte elektrische Energie von dem Elektromotor zum An- trieb der Abtriebswelle nutzbar ist.
Durch das Vorsehen der ersten Kupplung ist der Elektromotor wahlweise vom übrigen Antriebsstrang abkoppelbar. In der geöffneten Stellung der ersten Kupplung wird da- her ein Mitdrehen der Bestandteile des Elektromotors mit den übrigen drehenden Be- standteilen des Antriebsstranges vermieden. Dadurch werden die Schleppverluste sei- tens des Elektromotors deutlich reduziert und der Gesamtwirkungsgrad des Antriebs- stranges verbessert.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind mit den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
Demnach ist es ebenfalls von Vorteil, wenn die erste Kupplung so ausgebildet und eingesetzt ist, dass die Abtriebswelle in einer geöffneten Stellung der ersten Kupplung vollständig rotatorisch von dem Elektromotor, d.h. einer Triebwelle des Elektromotors, entkoppelt ist. Dadurch wird die Gefahr des Auftretens unerwünschter Schleppverluste weiter reduziert.
Von Vorteil ist es demnach auch, wenn der Antriebsstrang um eine zweite Kupplung erweitert ist, wobei diese zweite Kupplung so ausgebildet und eingesetzt ist, dass die Ausgangswelle der Verbrennungskraftmaschine in einer geöffneten Stellung der zwei- ten Kupplung vollständig rotatorisch von dem Generator, d.h. einer Antriebswelle des Generators, entkoppelt ist. Der Generator ist daher seitens der Ausgangswelle der Verbrennungskraftmaschine abkoppelbar, wodurch die Schleppverluste nochmals deutlich reduziert werden können.
Sind/ist die erste Kupplung und/oder die zweite Kupplung als Formschlusskupplung(- en), vorzugsweise als Klauenkupplung(-en) ausgebildet, sind diese Kupplungen be- sonders langlebig ausgebildet. Zudem sind Klauenkupplungen mit relativ geringen Energieverlusten zu öffnen bzw. zu schließen. In weiteren Ausführungen sind/ist die erste Kupplung und/oder die zweite Kupplung alternativ als Reibkupplung realisiert.
Weiter bevorzugt sind/ist die erste Kupplung und/oder die zweite Kupplung mit einer Sperrsynchronisierung oder einer mechanischen Differenzdrehzahlsperre (welche ein Schalten nur bei annähernd synchroner Drehzahl zulässt, aber keinen nennenswerten Energieaustausch zum Angleichen der Drehzahlen bewirkt) ausgestattet. Ist eine Eingangswelle der mechanischen Getriebeeinrichtung über eine dritte Kupp- lung mit der Ausgangswelle der Verbrennungskraftmaschine wirkverbunden / gekop- pelt / koppelbar, wird der Wirkungsgrad des Antriebsstranges bei einem rein elektri- schen Antrieb durch den Elektromotor weiter verbessert. Die Getriebeeinrichtung ist (in einer geöffneten Stellung der dritten Kupplung) eingangsseitig von der Verbren- nungskraftmaschine abgetrennt.
Ist die dritte Kupplung als Reibkupplung ausgebildet, wird ein Umschalten zwischen den unterschiedlichen Betriebsmodi des Antriebsstranges erleichtert. Durch die Reib- kupplung können die zu verbindenden Bestandteile über einen Schlupfbetrieb mög- lichst langsam auf die gleiche Drehzahl gebracht werden. Dadurch wird der Fahrkom- fort weiter verbessert. In weiteren Ausführungen ist die dritte Kupplung als Form- schlusskupplung, vorzugsweise als Klauenkupplung, (weiter bevorzugt mit Sperrsyn- chronisierung oder einer mechanischen Differenzdrehzahlsperre) ausgebildet.
In diesem Zusammenhang hat es sich ebenfalls als zweckmäßig herausgestellt, wenn eine Ausgangswelle der mechanischen Getriebeeinrichtung über eine vierte Kupplung mit der Abtriebswelle wirkverbunden / gekoppelt / koppelbar ist. Dadurch lässt sich die Getriebeeinrichtung gänzlich von dem Antriebsstrang abtrennen.
Die vierte Kupplung ist vorteilhafterweise als Formschlusskupplung, vorzugsweise als Klauenkupplung oder als Freilaufeinheit, realisiert, um auch für diese Kupplung einen möglichst langlebigen Einsatz zu ermöglichen. Die vierte Kupplung weist dann weiter bevorzugt eine Sperrsynchronisierung oder eine mechanische Differenzdrehzahl- sperre auf. Alternativ gemäß weiteren Ausführungen ist die vierte Kupplung als Reib- kupplung ausgebildet.
Auch ist es möglich in weiteren Ausführungen sowohl die dritte Kupplung als auch die vierte Kupplung als Reibkupplungen auszubilden.
Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestallt, wenn eine der beiden dritten und vierten Kupplungen als Reibkupplung ausgebildet ist und die andere beiden dritten und vierten Kupplungen als Formschlusskupplung ausgebildet ist. Auch hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestallt, wenn sowohl die dritte Kupplung als auch die vierte Kupplung jeweils als Formschlusskupplung ausgebildet sind.
Die erste Kupplung und die zweite Kupplungen sind vorteilhafterweise unabhängig voneinander steuerbar / schaltbar. Auch die dritte Kupplung sowie die vierte Kupplung sind vorteilhafterweise unabhängig voneinander sowie von der ersten Kupplung und der zweiten Kupplung steuerbar / schaltbar.
Die mechanische Getriebeeinrichtung ist vorteilhafterweise so ausgeführt, dass sie ei- nen Gang oder mehrere (schaltbare) Gänge aufweist.
Diesbezüglich ist es auch von Vorteil, wenn die mechanische Getriebeeinrichtung zu- sätzlich einen internen neutralen Gang aufweist, sodass die Schleppverluste hinsicht- lich der Getriebeeinrichtung bei einem rein elektrischen Antrieb über den Elektromotor reduziert werden. Bei einer derartigen Ausführung kann prinzipiell auf die dritte und/o- der vierte Kupplung verzichtet werden.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die mechanische Getriebeeinrichtung ein stufen- los verstellbares Umschlingungsgetriebe (CVT-Getriebe) ist oder ein stufenlos ver- stellbares Umschlingungsgetriebe (als Teileinheit) aufweist. In diesem Fall ist das Vor- sehen der dritten und/oder vierten Kupplung besonders nützlich, um entsprechende Schleppverluste bei einem rein elektromotorischen Betrieb zu vermeiden.
In anderen Worten ausgedrückt, ist somit erfindungsgemäß ein serieller Flybridantrieb mit einer mechanischen Überbrückung und einer abkoppelbaren E-Maschine (Elektro- motor) in einem Antriebsstrang realisiert. Der Antriebsstrang weist sowohl einen me chanischen Leistungspfad als auch einen parallel dazu ausgebildeten elektrischen Leistungspfad auf. Es sind (zusätzliche) Kupplungen vorgesehen, um einen elektri- schen Generator und/oder eine elektrische Maschine (Elektromotor) von dem hybri- den Antriebsstrang mechanisch zu entkoppeln. Die jeweiligen Kupplungen, d.h. die erste Kupplung und optional die zweite Kupplung, die dritte Kupplung und/oder die vierte Kupplung, wirken derart mit einer entsprechen- den Steuereinheit zusammen, dass diese unabhängig voneinander ansteuerbar, d.h. zwischen ihrer geschlossenen und geöffneten Stellung verbringbar sind.
Bei Umsetzen der mechanischen Getriebeeinrichtung mit einem oder mehreren schaltbaren Gängen in Kombination mit einem internen neutralen Gang hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die Drehzahl an der Verbrennungskraftma- schine so eingeregelt wird, dass der einzulegende interne Gang der mechanischen Getriebeeinrichtung annähernd synchron läuft. Bei annähernd synchronem Lauf wird dann der jeweilige Gang eingelegt. Hierbei können prinzipiell die dritte Kupplung und/oder die vierte Kupplung entfallen.
Bei Umsetzen der mechanischen Getriebeeinrichtung ohne einen internen schaltbaren neutralen Gang und prinzipiell relativ geringen internen Schleppverlusten, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Drehzahl an der Verbrennungskraftmaschine so eingeregelt wird, dass die beiden Wellen an der dritten oder vierten Kupplung an- nähernd synchron drehen. In der Ausgangssituation zuvor sind die beiden (dritten und vierten) Kupplungen oder jeweils die dritte oder vierte Kupplung geöffnet. In diesem Zustand ist es prinzipiell auch möglich, lediglich eine der beiden (dritten und vierten) Kupplungen vorzusehen. Bei annähernd synchronem Lauf der jeweiligen Wellenbe- standteile der (dritten und vierten) Kupplungen wird die jeweilige (dritte und vierte) Kupplung geschlossen.
Des Weiteren besteht die Möglichkeit bei Umsetzen der mechanischen Getriebeein- richtung keinen internen schaltbaren neutralen Gang vorzusehen, wobei die mechani- sche Getriebeeinrichtung dann insbesondere als CVT-Getriebe, vorzugsweise mit Umschlingungskette, realisiert ist. In dieser Ausführung werden vorzugsweise zusätz- lich sowohl die dritte Kupplung als auch die vierte Kupplung benötigt, sodass die me chanische Getriebeeinrichtung vollständig abgekoppelt werden kann und somit die Schleppverluste minimiert werden. Mindestens eine der beiden dritten und vierten Kupplungen ist so auszubilden, dass sie ein ausreichendes Reibmoment überträgt, um die mechanische Getriebeeinrichtung während der Fahrt des Kraftfahrzeuges auf Betriebsdrehzahl beschleunigen zu können. Zum Umschalten der mechanischen Ge- triebeeinrichtung wird die Getriebeeinrichtung zuerst mittels der (dritten) Kupplung mit Reibmomentübertragung auf Betriebsdrehzahl beschleunigt. Anschließend wird diese vollständig geschlossen. Nachdem die eine Kupplung (entweder die dritte oder vierte Kupplung) geschlossen ist, während die Verbrennungskraftmaschine und/oder im Fall eines CVT-Getriebes, die Übersetzung des CVT-Getriebes so einregelt, dass die an- dere der beiden dritten und vierten Kupplungen ebenfalls annähernd synchron läuft. Bei annähernd synchronen Drehzahlen an der anderen der beiden dritten und vierten Kupplungen wird diese ebenfalls geschlossen. Die als letztes zu schließende Kupp- lung der beiden dritten und vierten Kupplungen kann ebenfalls formschlüssig, vor- zugsweise mit Sperrsynchronisierung oder einer mechanischen Differenzdrehzahl- sperre ausgeführt werden. Vorzugsweise erfolgt das Beschleunigen auf Betriebsdreh- zahl der mechanischen Betriebseinrichtung mittels der dritten Kupplung aufgrund der geringen zu übertragenden Drehmomente.
Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand einer Figur näher erläutert, in welchem Zusammenhang auch verschiedene Ausführungsbeispiele beschrieben sind.
Es zeigt die einzige
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Flybridantriebsstranges nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wobei die Anordnung
unterschiedlicher in dem Antriebsstrang eingesetzter Kupplungen gut zu erkennen ist.
Die Figur ist lediglich schematischer Natur und dient ausschließlich dem Verständnis der Erfindung.
In Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau eines erfindungsgemäßen hybriden Antriebsstrangs 1 , wie er im Betrieb in einem hybriden Kraftfahrzeug / Hybridkraftfahrzeug eingesetzt ist, zu erkennen. Der Antriebsstrang 1 weist auf übliche Weise eine Verbrennungs- kraftmaschine 2 und einen Elektromotor 8 auf, die in Abhängigkeit eines gewählten Betriebsmodus des Antriebsstranges 1 gemeinsam oder getrennt voneinander auf eine Abtriebswelle 4 antreibend einwirken. Die Abtriebswelle 4 ist auf typische Weise mit einem hier der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten Differential zum Vertei- len der Antriebskraft auf mehrere Räder 16 oder lediglich mit einem Rad 16 des Kraft- fahrzeugs weiter gekoppelt und daher auch als Radantriebswelle bezeichnet. Die Ab- triebswelle 4 ist daher Teil eines Abtriebs des Antriebsstrangs 1.
Der Antriebsstrang 1 weist zwei im Wesentlichen parallel zueinander angeordnete / schaltbare Leistungspfade 17, 18 auf. Ein elektrischer Leistungspfad 17 weist neben dem Elektromotor 8 einen Generator 6 auf. Der Generator 6 ist mit einer Ausgangs- welle 3 der Verbrennungskraftmaschine 2 koppelbar. Hierfür ist eine zweite Kupplung 10 in dem Antriebsstrang 1 zwischen dem Generator 6 und der Ausgangswelle 3 der Verbrennungskraftmaschine 2 eingesetzt. Die zweite Kupplung 10 verbindet in ihrer geschlossenen Stellung die Ausgangswelle 3 drehfest mit einer Generatorwelle 19 des Generators 6. In einer geöffneten Stellung der zweiten Kupplung 10 ist die Gene- ratorwelle 19 vollständig rotatorisch von der Ausgangswelle 3 entkoppelt. Die als An- triebswelle des Generators 6 dienende Generatorwelle 19 überträgt bei eingeschalte- ter Verbrennungskraftmaschine 2 sowie geschlossener Stellung der zweiten Kupplung 10 mechanische Energie in den Generator 6 hinein, um dort die mechanische Energie in elektrische Energie zu wandeln. Die zweite Kupplung 10 ist als optional anzusehen, da der größere Verbrauchsvorteil durch eine nachfolgend näher beschriebene erste Kupplung 9 erreicht wird. In weiteren Ausführungen ist daher auf die zweite Kupplung 10 verzichtet und die Ausgangswelle 3 bspw. dauerhaft mit der Generatorwelle 19 drehfest verbunden.
Der Generator 6 ist ausgangsseitig, d.h. hinsichtlich eines elektrischen Ausgangs, mit einer Leistungselektronik 7 (elektrisch) verbunden. Die Leistungselektronik 7 dient ei- nerseits zum (elektrischen) Verbinden des Generators 6 mit dem Elektromotor 8. So- mit ist ein elektrischer Eingang des Elektromotors 8 mit dem elektrischen Ausgang des Generators 6 (über die Leistungselektronik 7) gekoppelt. Zum Zwischenspeichern von elektrischer Energie ist ein Speicher 15 mit der Leistungselektronik 7 verbunden. Der Speicher 15 ist auf typische Weise als Batterie / Akkumulator / Superkondensator realisiert. Eine Triebwelle 20 des Elektromotors 8 ist drehfest mit einem Rotor des Elektromotors 8 verbunden und bildet somit den (mechanischen) Ausgang des Elekt- romotors 8. Die Triebwelle 20 ist über die erste Kupplung 9 mit der Abtriebswelle 4 koppelbar. In einer geschlossenen Stellung der ersten Kupplung 9 ist die Triebwelle 20 drehtest mit der Abtriebswelle 4 verbunden. In einer geöffneten Stellung der ersten Kupplung 9 ist die Triebwelle 20 vollständig rotatorisch von der Abtriebswelle 4 entkoppelt. Somit ist der elektrische Leistungspfad 17 durch den Generator 6, den Elektromotor 8, die den Generator 6 und den Elektromotor 8 elektrisch verbindende Leistungselektronik 7, den Speicher 15 und die erste Kupplung 9 sowie die optionale zweite Kupplung 10 reali- siert.
Parallel zu dem elektrischen Leistungspfad 17 ist der mechanische Leistungspfad 18 angeordnet. Der mechanische Leistungspfad 18 weist eine mechanische Getriebeein- richtung 5 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel wahlweise (über eine dritte Kupp- lung 12) mit der Ausgangswelle 3 koppelbar ist. Eine Eingangswelle 11 der Getriebe- einrichtung 5 ist über die dritte Kupplung 12 wahlweise mit der Ausgangswelle 3 ver- bindbar / koppelbar. In einer geschlossenen Stellung der dritten Kupplung 12 ist die Eingangswelle 11 drehfest mit der Ausgangswelle 3 der Verbrennungskraftmaschine 2 verbunden. In einer geöffneten Stellung der dritten Kupplung 12 ist die Eingangswelle 11 vollständig rotatorisch von der Ausgangswelle 3 der Verbrennungskraftmaschine 2 entkoppelt. In weiteren Ausführungen ist jedoch auf die dritte Kupplung 12 verzichtet und die Eingangswelle 11 dauerhaft drehfest mit der Ausgangswelle 3 verbunden.
Eine Ausgangswelle 13 der Getriebeeinrichtung 5 ist in dieser Ausführung über eine vierte Kupplung 14 mit der Abtriebswelle 4 koppelbar. In einer geschlossenen Stellung der vierten Kupplung 14 ist die Ausgangswelle 13 der Getriebeeinrichtung 5 drehfest mit der Abtriebswelle 4 verbunden. In einer geöffneten Stellung der vierten Kupplung 14 ist die Ausgangswelle 13 der Getriebeeinrichtung 5 vollständig rotatorisch von der Abtriebswelle 4 entkoppelt. In weiteren Ausführungen ist, zusätzlich oder alternativ zu dem Weglassen der dritten Kupplung 12, auf die vierte Kupplung 14 verzichtet und die Ausgangswelle 13 der Getriebeeinrichtung 5 dauerhaft drehfest mit der Abtriebswelle 4 verbunden. Der mechanische Leistungspfad 18 ist in dieser Ausführung durch die dritte Kupplung 12, die vierte Kupplung 14 sowie die Getriebeeinrichtung 5 gebildet. Die dritte Kupplung 12 ist in dieser Ausführung als Reibkupplung ausgebildet; die vierte Kupplung 14 als Formschlusskupplung, nämlich Klauenkupplung (alternativ auch Freilaufeinheit) mit Sperrsynchronisierung.
Durch die beiden ersten und zweiten Kupplungen 9 und 10 sind der Generator 6 so- wie der Elektromotor 8 seitens ihrer Ein- bzw. Ausgänge von der Ausgangswelle 3 bzw. von der Abtriebswelle 4 entkoppelbar. Dadurch wird bei einem rein verbren- nungsmotorischen Antrieb der Abtriebswelle 4 (über die Getriebeeinrichtung 5) die Generatorwelle 19 (durch Verbringen der zweiten Kupplung 10 in ihre geöffnete Stel- lung) rotatorisch entkoppelt. Dabei ist der Generator 6 bevorzugt ausgeschaltet und erzeugt keine elektrische Energie. Die mit dem Rotor fest verbundene Triebwelle 20 steht bei dem rein verbrennungsmotorischen Antrieb der Abtriebswelle 4 (durch Ver- bringen der ersten Kupplung 9 in ihre geöffnete Stellung) ebenfalls vorzugsweise still. Sowohl die erste Kupplung 9 als auch die zweite Kupplung 10 sind in diesem Ausfüh- rungsbeispiel jeweils als Klauenkupplungen mit Sperrsynchronisierung oder einer me chanischen Differenzdrehzahlsperre ausgeführt.
Hinsichtlich der Getriebeeinrichtung 5 sei darauf hingewiesen, dass diese zwar in die- sem Ausführungsbeispiel als eine kontinuierlich hinsichtlich ihrer Übersetzung verstell- bare Getriebeeinrichtung 5 in Form eines CVT-Getriebes ausgebildet ist, in weiteren Ausführungen ist die Getriebeeinrichtung 5 auf andere Weise ausgebildet. Bevorzugt ist die Getriebeeinrichtung 5 dann als Getriebe mit mehreren stufenweise wählbaren Gängen ausgebildet. Auch weist die Getriebeeinrichtung 5 dann einen neutralen Gang auf. Dabei kann auf die dritte Kupplung 12 und/oder die vierte Kupplung 14 gar ver- zichtet werden. Dadurch werden mögliche Schleppverluste bei einem rein elektromo- torischen Betrieb des Antriebsstranges 1 ebenfalls reduziert.
In anderen Worten ausgedrückt, sind zwei parallele Leistungspfade 17, 18 zwischen dem Verbrennungsmotor 2 und dem Fahrzeugrad 16 vorhanden. Der elektrische Leis- tungspfad 17 besteht u.a. aus einem Generator 6 und einem Elektromotor 8, welche mittels einer Leistungselektronik 7 und einem optionalen elektrischen Energiespeicher 15 (Batterie) verbunden sind. Der Mechanische Leistungspfad 18 besteht aus einem mechanischen Getriebe (Getriebeeinrichtung 5) mit einer oder mehreren festen Über- setzungen oder aus einem mechanischen Getriebe 5 mit einer variablen Übersetzung (CVT). Die Eingangswelle (Generatorwelle 19) des Generators 6 des elektrischen Leistungspfades 17 ist mittels einer Kupplung KL1 (zweite Kupplung 10) mit dem Ver- brennungsmotor 2 schaltbar verbunden. Die Ausgangswelle (Triebwelle 20) des Elekt- romotors 8 ist mittels einer Kupplung KL3 (erste Kupplung 9) mit dem Abtrieb zum Fahrzeugrad 16 schaltbar verbunden. Der mechanische Leistungspfad 18 ist ein- gangsseitig mittels einer Kupplung Ku (dritte Kupplung 12) mit dem Verbrennungsmo- tor 2 schaltbar verbunden und ausgangsseitig mittels einer Kupplung KL2 (vierte Kupplung 12) mit dem Abtrieb zum Fahrzeugrad 16 schaltbar verbunden. Je nach Fahrsituation kann der Antrieb des Fahrzeuges über den elektrischen und / oder den mechanische Leistungspfad 17, 18 erfolgen.
Im Falle eines Antriebes des Fahrzeuges mittels des mechanischen Leistungspfades 18, können der Generator 6 und / oder der Elektromotor 8 des elektrischen Pfades 17 mittels der Kupplungen KL1 sowie KL3 mechanisch abgekoppelt werden und die Schleppverluste durch diese vermieden werden. Im Falle eines Antriebes des Fahr- zeuges mittels des elektrischen Leistungspfades 17, kann das mechanische Getriebe 5 (CVT) mittels öffnen der Kupplungen Ku und KL2 abgekoppelt werden. Für Ausfüh- rungen, mit einem mechanischen Getriebe, welches intern in einen neutralen Gang geschaltet werden kann und dann nur noch geringe Schleppverluste verursacht, kön- nen die Kupplungen Ku und / oder KL2 entfallen und eine Deaktivierung erfolgt über den internen neutralen Gang. Während eines Wechsels zwischen mechanischem und elektrischem Leistungspfad 17, 18 sind beide Leistungspfades 17, 18 aktiv. Mittels Regeln der Drehmomente an Generator 6, Elektromotor 8 und Verbrennungsmotor 2 können die einzelnen Kupplungen KL1 , Ku, KL2 und KL3 lastfrei gesteuert werden, so dass die entsprechenden Kupplungen während der Fahrt ohne Zugkraftunterbrechung geöffnet werden können, um einen der Leistungspfade 17, 18 abzukoppeln. Vorzugs- weise werden die reibfähige Kupplungen parallel zum Einregeln der Drehmomente an- gesteuert und z.B. im Schlupf oder nahe der Schlupfgrenze betrieben. Ein Einkuppeln des Generators 6 oder des Elektromotors 8 erfolgt vorzugsweise mittels einregeln der entsprechenden Drehzahl am Generator 6 bzw. am Elektromotor 8, so dass diese mit den anzukuppelnden Wellen (Ausgangswelle 3 bzw. Abtriebswelle 4) annähernd syn- chron drehen. Dies ermöglicht ein sanftes Schließen der Kupplung mit geringen oder ohne Komforteinbußen. KL1 und KL3 sind vorzugsweise als formschlüssige Klauen- kupplungen mit oder ohne Sperrsynchronisierung ausgeführt.
Ein Zuschalten des mechanischen Leistungspfades 18 erfolgt abhängig der Ausfüh- rung des mechanischen Getriebes 5 unterschiedlich:
a) Bei einem mechanischen Getriebe 5 mit einem oder mehreren schaltbaren Gängen und einem internen neutralen Gang: Die Drehzahl am Verbrennungsmotor 2 wird so eingeregelt, dass der einzulegende interne Gang des mechanischen Getrie- bes 5 annähernd synchron läuft. Bei annähernd synchronem Lauf wird der Gang ein- gelegt. Die Kupplungen Ku und KL2 können entfallen.
b) Bei einem mechanischen Getriebe 5 ohne einem internen schaltbaren neutra- len Gang und geringen internen Schleppverlusten: Es wird nur eine der schaltbaren Kupplungen Ku oder KL2 benötigt. Vorzugsweise wird Ku (dritte Kupplung 12) ver- wendet aufgrund der geringeren zu schaltenden Drehmomente. In der Ausgangssitua- tion ist Ku oder KL2 offen. Die Drehzahl am Verbrennungsmotor 2 wird so eingeregelt, dass die beiden Wellen an Ku (Ausgangswelle 3 und Eingangswelle 11 ) oder KL2 (Ausgangswelle 13 und Abtriebswelle 4) annähernd synchron drehen. Bei annähernd synchronem Lauf wird die Kupplung geschlossen. Auch hier kann die Kupplung form- schlüssig ausgeführt werden. Vorzugsweise mit einer Sperrsynchronisierung.
c) Bei einem mechanischen Getriebe 5 ohne einem internen schaltbaren neutra- len Gang und nicht vernachlässigbaren internen Schleppverlusten (z.B. ein CVT mit Umschlingungskette): Es werden vorzugsweise beide Kupplungen Ku und KL2 benö- tigt, so dass das mechanische Getriebe 5 vollständig abgekoppelt werden kann und somit die Schleppverluste minimiert werden können. Mindestens eine der Kupplungen Ku oder KL2 haben ein ausreichendes Reibmoment zu übertragen, um das mechani- sche Getriebe 5 während der Fahrt des Fahrzeuges auf Betriebsdrehzahl beschleuni- gen zu können. Zum Zuschalten des mechanischen Getriebes 5 wird das Getriebe 5 zuerst mittels der Kupplung mit Reibmomentübertragung (vorzugsweise mittels dritter Kupplung 12) auf Betriebsdrehzahl beschleunigt. Anschließend wird diese Kupplung geschlossen. Nachdem die einer Kupplung (Ku oder KL2) geschlossen ist, werden der Verbrennungsmotor 2 und / oder im Falle eines CVT-Getriebes 5 die Übersetzung des CVT-Getriebes 5 so eingeregelt, dass die andere Kupplung (Ku oder KL2) ebenfalls annähernd synchron läuft. Bei annähernd synchronen Drehzahlen an der anderen Kupplung (Ku oder KL2) wird diese ebenfalls geschlossen. Die andere zu schließende Kupplung kann ebenfalls formschlüssig, vorzugsweise mit Sperrsynchronisierung, ausgeführt sein. Vorzugsweise erfolgt das Beschleunigen auf Betriebsdrehzahl des mechanischen Getriebes 5 mittels Ku aufgrund der geringen zu übertagenden Dreh- momente.
Bei einem Getriebe mit nicht vernachlässigbaren internen Verlusten können bei fol- gender Betriebsstrategie auch beide Kupplungen 12, 13 formschlüssig mit einer even- tuellen Synchronisierung ausgeführt werden. Hierbei wird der Verbrennungsmotor 2 vor dem Schließen der dritten Kupplung 12 gestoppt, die Kupplung 12 geschlossen und anschließend der Verbrennungsmotor 2 erneut gestartet und seine Drehzahl so eingeregelt in Zusammenspiel mit der Übersetzung der Getriebeeinheit 5, dass die vierte Kupplung 14 annähernd synchron läuft und diese dann ebenfalls geschlossen wird. Daher wird das Fahrzeug während dieser Zeit rein elektrisch über den Elektro- motor 8, gespeist aus der Batterie 15, angetrieben.
Bezuqszeichenliste Antriebsstrang
Verbrennungskraftmaschine
Ausgangswelle
Abtriebswelle
Getriebeeinrichtung
Generator
Leistungselektronik
Elektromotor
erste Kupplung
zweite Kupplung
Eingangswelle der Getriebeeinrichtung dritte Kupplung
Ausgangswelle der Getriebeeinrichtung vierte Kupplung
Speicher
Rad
elektrischer Leistungspfad
mechanischer Leistungspfad
Generatorwelle
Triebwelle

Claims

Patentansprüche
1. Antriebsstrang (1 ) für ein Hybridkraftfahrzeug, mit einer Verbrennungskraftma- schine (2), einer zwischen einer Ausgangswelle (3) der Verbrennungskraftma- schine (2) und einer Abtriebswelle (4) eingesetzten mechanischen Getriebeein- richtung (5), einem Generator (6), welcher Generator (6) derart mit der Aus- gangswelle (3) zusammenwirkt, dass eine im Betrieb der Verbrennungskraftma- schine (2) erzeugte mechanische Energie durch den Generator (6) in eine elekt- rische Energie wandelbar ist, sowie einem über eine Leistungselektronik (7) mit dem Generator (6) verbundenen Elektromotor (8), welcher Elektromotor (8) mit- tels einer ersten Kupplung (9) derart mit der Abtriebswelle (4) zusammenwirkt, dass die durch den Generator (6) erzeugte elektrische Energie von dem Elekt- romotor (8) zum Antrieb der Abtriebswelle (4) nutzbar ist.
2. Antriebsstrang (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kupplung (9) so ausgebildet und eingesetzt ist, dass die Abtriebswelle (4) in einer geöffneten Stellung der ersten Kupplung (9) vollständig rotatorisch von dem Elektromotor (8) entkoppelt ist.
3. Antriebsstrang (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der An- triebsstrang um eine zweite Kupplung (10) erweitert ist, wobei diese zweite Kupplung (10) so ausgebildet und eingesetzt ist, dass die Ausgangswelle (3) der Verbrennungskraftmaschine (2) in einer geöffneten Stellung der zweiten Kupplung (10) vollständig rotatorisch von dem Generator (6) entkoppelt ist.
4. Antriebsstrang (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kupplung (9) und/oder die zweite Kupplung (10) als Formschluss- kupplung(-en) ausgebildet sind/ist.
5. Antriebsstrang (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eingangswelle (11 ) der mechanischen Getriebeeinrichtung (5) über eine dritte Kupplung (12) mit der Ausgangswelle (3) der Verbrennungskraftma- schine (2) wirkverbunden ist.
6. Antriebsstrang (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausgangswelle (13) der mechanischen Getriebeeinrichtung (5) über eine vierte Kupplung (14) mit der Abtriebswelle (4) wirkverbunden ist.
7. Antriebsstrang (1 ) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Kupplung (12) als Reibkupplung ausgebildet ist.
8. Antriebsstrang (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Getriebeeinrichtung (5) einen Gang oder mehrere Gänge aufweist.
9. Antriebsstrang (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Getriebeeinrichtung (5) einen internen neutralen Gang aufweist.
10. Antriebsstrang (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Getriebeeinrichtung (5) ein stufenlos verstellbares Um- schlingungsgetriebe ist oder ein stufenlos verstellbares Umschlingungsgetriebe aufweist.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060113127A1 (en) * 2002-12-08 2006-06-01 China First Automobile Group Corp. Power system for dual-motor hybrid vehicle
WO2017011634A1 (en) * 2015-07-14 2017-01-19 Aramco Overseas Company B.V. Series-parallel electric hybrid powertrain with multi fuel capabilities
DE102015222690A1 (de) * 2015-11-17 2017-05-18 Volkswagen Aktiengesellschaft Steuern einer Antriebseinrichtung eines Hybridfahrzeuges und Hybridfahrzeug
DE102016213156A1 (de) 2016-07-19 2018-01-25 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug ausgelegt zum automatisierten Vorwärts- und Rückwärtsfahren

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060113127A1 (en) * 2002-12-08 2006-06-01 China First Automobile Group Corp. Power system for dual-motor hybrid vehicle
WO2017011634A1 (en) * 2015-07-14 2017-01-19 Aramco Overseas Company B.V. Series-parallel electric hybrid powertrain with multi fuel capabilities
DE102015222690A1 (de) * 2015-11-17 2017-05-18 Volkswagen Aktiengesellschaft Steuern einer Antriebseinrichtung eines Hybridfahrzeuges und Hybridfahrzeug
DE102016213156A1 (de) 2016-07-19 2018-01-25 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug ausgelegt zum automatisierten Vorwärts- und Rückwärtsfahren

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