DE102009058133B4

DE102009058133B4 - Hybridfahrzeug

Info

Publication number: DE102009058133B4
Application number: DE102009058133.2A
Authority: DE
Inventors: Martin Füchtner
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2009-12-12
Filing date: 2009-12-12
Publication date: 2020-06-18
Anticipated expiration: 2029-12-13
Also published as: DE102009058133A1

Abstract

Hybridfahrzeug mit einem Triebstrang (21), der eine Brennkraftmaschine (2), eine Hauptelektromaschine (48), eine Hilfselektromaschine (55), ein Getriebe (25) und mindestens eine Kupplung (23,54) umfasst, wobeidas Getriebe (25) ein Doppelkupplungsgetriebe ist;die Hauptelektromaschine (48) und die Hilfselektromaschine (55) unterschiedlichen Getriebeeingangswellen (31,32) des Doppelkupplungsgetriebes zugeordnet sind, nämlich die Hilfselektromaschine (55) einer ersten Getriebeeingangswelle (31) und die Hauptelektromaschine (48) einer zweiten Getriebeeingangswelle (32);eine mechanische Ölpumpe (58) antriebsmäßig mit der Hilfselektromaschine (55) verbunden ist;die Hilfselektromaschine (55) als Starteinrichtung zum Starten der Brennkraftmaschine (2) ausgeführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hybridfahrzeug mit einem Triebstrang, der eine Brennkraftmaschine, eine Hauptelektromaschine, eine Hilfselektromaschine, ein Getriebe und mindestens eine Kupplung umfasst. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Hybridfahrzeugs.
Aus dem US-Patent US 7 343 993 B2 ist ein Antriebssystem für ein Hybridfahrzeug bekannt, das einen Hauptmotor und einen Hilfsmotor umfasst, die, wenn sie nicht im Betrieb sind, von einem Getriebe und einem Verbrennungsmotor jeweils getrennt werden können.
DE 199 17 665 A1 offenbart ein Hybridfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und zwei elektrischen Maschinen, die beide an eine Getriebeeingangswelle eines Getriebes angebunden sind. Eine Elektromaschine dient dem Starten eines Verbrennungsmotors.
DE 10 2005 048 938 A1 offenbart ein Doppelkupplungsgetriebe, wobei an unterschiedlichen Getriebeeingangswellen elektrische Maschinen angreifen.
DE 10 2007 004 636 A1 offenbart weiteren Stand der Technik.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Betrieb eines Hybridfahrzeugs insbesondere im Hinblick auf den Energieverbrauch und/oder eine sportliche Fahrweise zu verbessern.
Die Aufgabe ist bei einem Hybridfahrzeug nach Anspruch 1 gelöst.
Das Getriebe ist ein Doppelkupplungsgetriebe.
Die Hilfselektromaschine ist als Starteinrichtung zum Starten der Brennkraftmaschine ausgeführt. Bei der Hauptelektromaschine handelt es sich vorzugsweise um eine elektrische Traktionsmaschine, mit der das Hybridfahrzeug in einem elektrischen Fahrbetrieb angetrieben werden kann. Bei der als Starteinrichtung ausgeführten Hilfselektromaschine handelt es sich vorzugsweise um eine Anlassvorrichtung, die zum Anlassen der Brennkraftmaschine dient, aber nicht zum Antreiben des Hybridfahrzeugs. Das liefert den Vorteil, dass durch die Hauptelektromaschine kein Startdrehmoment zum Starten der Brennkraftmaschine vorgehalten werden muss. Dadurch kann der Elektro-Fahrbereich des Hybridfahrzeugs auf einfache Art und Weise deutlich erweitert werden.
Die Hauptelektromaschine und die Hilfselektromaschine sind unterschiedlichen Getriebeeingangswellen des Doppelkupplungsgetriebes zugeordnet. Das Doppelkupplungsgetriebe umfasst zum Beispiel ein erstes Teilgetriebe zum Darstellen der geraden Gänge und ein zweites Teilgetriebe zum Darstellen der ungeraden Gänge.
Der Hilfselektromaschine ist eine separate Kupplung zugeordnet, um die Hilfselektromaschine bei Bedarf von der zugeordneten Getriebeeingangswelle abzukoppeln.
Eine mechanische Ölpumpe ist antriebsmäßig mit der Hilfselektromaschine verbunden. Die mechanische Ölpumpe dient vorzugsweise zur Versorgung einer Getriebehydraulik.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hybridfahrzeugs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Starteinrichtung als Starter-Generator, insbesondere als Riemen-Starter-Generator oder als 12Volt-Anlasser, ausgeführt ist. Alternativ kann die Starteinrichtung zum Beispiel als Hydraulikantrieb ausgeführt sein.
Bei einem Verfahren zum Betreiben eines vorab beschriebenen Hybridfahrzeugs ist die oben angegebene Aufgabe dadurch gelöst, dass die Hilfselektromaschine zum Antrieb von mindestens einem Nebenaggregat verwendet wird, wenn die Brennkraftmaschine nicht betrieben wird oder wenn ein mechanischer Antrieb des Nebenaggregats durch die Brennkraftmaschine energetisch ungünstig ist. Damit eröffnen sich neue Freiheitsgrade einer energetisch optimalen Betriebsstrategie des Hybridfahrzeugs.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfselektromaschine von der Brennkraftmaschine abgekoppelt wird, bevor ein Beschleunigungsvorgang durchgeführt wird. Durch das Abkoppeln der Hilfselektromaschine wird die Motorträgheit reduziert, so dass eine dynamischere Beschleunigung erfolgen kann. Bei der bevorzugten Ausführung der Hilfselektromaschine als Starter-Generator kann mittels der Hilfselektromaschine weiterhin elektrische Energie erzeugt werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine beziehungsweise die der Hilfselektromaschine zugeordnete Getriebeeingangswelle inklusive der zugehörigen Trägheiten beim Starten durch die Hilfselektromaschine beschleunigt wird, bevor eine der Brennkraftmaschine zugeordnete Kupplung geschlossen wird, um die Brennkraftmaschine durch die Hilfselektromaschine zu starten. Das liefert den Vorteil, dass der Drehimpuls der Hilfselektromaschine für einen schnelleren Start der Brennkraftmaschine genutzt werden kann. Um die Drehimpulskapazität zu erhöhen, kann eine zusätzliche Drehmasse an die Hilfselektromaschine angebunden werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine beziehungsweise die der Hilfselektromaschine zugeordnete Kupplung beim Schalten und/oder Beschleunigen geöffnet bleibt. Dadurch kann die Synchronbelastung reduziert beziehungsweise eine dynamischere Beschleunigung des Hybridfahrzeugs erreicht werden.
Für den Fall das die Hilfselektromaschine entsprechend leistungsfähig ausgeführt ist, kann diese auch für einen Dynamikeingriff an der Brennkraftmaschine verwendet werden. So kann eine Drehzahlregelung der Brennkraftmaschine, beispielsweise beim Start oder beim Schalten, und/oder eine Dynamiksteigerung, zur wenigstens teilweisen Kompensation der Trägheit der Brennkraftmaschine, erreicht werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung. Es zeigen:

1 eine stark vereinfachte Darstellung eines Triebstrangs eines Hybridfahrzeugs,
2 einen Triebstrang eines Hybridfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einem Doppelkupplungsgetriebe.

In 1 ist ein Triebstrang 1 eines Hybridfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine 2 stark vereinfacht dargestellt. Die Brennkraftmaschine 2 ist über eine Kupplung 3 mit einem Getriebe 5 koppelbar. Das Getriebe 5 ist unter Zwischenschaltung einer Hauptelektromaschine 8 mit Antriebsrädern des Hybridfahrzeugs antriebsmäßig verbindbar, wie durch einen Pfeil 10 angedeutet ist.
Die Brennkraftmaschine 2 ist über einen Riementrieb 12 und unter Zwischenschaltung einer weiteren Kupplung 14 mit einer Hilfselektromaschine 15 koppelbar. Die Hilfselektromaschine 15 ist antriebsmäßig mit einem mechanisch angetriebenen Klimakompressor 16 verbunden. Die Hilfselektromaschine 15 ist als Starteinrichtung oder Anlassvorrichtung für die Brennkraftmaschine 2 ausgeführt. Zu diesem Zweck ist die Hilfselektromaschine 15 als Riemen-Starter-Generator, als 12-Volt-Anlasser oder als Hydraulikantrieb ausgeführt.
Durch die Anbindung der Hilfselektromaschine 15 an die Brennkraftmaschine 2 kann die Hilfselektromaschine 15 auf einfache Art und Weise durch die Kupplung 14 von der Brennkraftmaschine 2 getrennt werden. Das liefert den Vorteil, dass Nebenaggregate, wie der mechanisch angetriebene Klimakompressor 16, durch die Hilfselektromaschine 15 angetrieben werden kann, wenn die Brennkraftmaschine still steht und ansonsten kein Antrieb dieser Nebenaggregate erfolgen kann.
Die Nebenaggregate, wie der Klimakompressor 16, werden auch dann durch die Hilfselektromaschine 15 angetrieben, wenn ein rein mechanischer Antrieb der Nebenaggregate energetisch weniger günstig wäre. Durch das Abkoppeln der Hilfselektromaschine 15 von der Brennkraftmaschine 2 kann darüber hinaus die Motorträgheit reduziert werden, so dass eine dynamischere Beschleunigung durchgeführt werden kann.
In 2 ist ein Triebstrang 21 eines Hybridfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Durch einen Pfeil 22 ist ein Drehmoment angedeutet, das durch eine Brennkraftmaschine bereitgestellt wird. Der Triebstrang 21 umfasst eine Doppelkupplung 23 mit einem integrierten Drehschwingungsdämpfer 24. Die Doppelkupplung 23 gehört zu einem Doppelkupplungsgetriebe 25, das ein erstes Teilgetriebe 26 für die ungeraden Gänge eins, drei, fünf, sieben sowie den Rückwärtsgang und ein zweites Teilgetriebe 27 für die geraden Gänge zwei, vier und sechs umfasst.
Das erste Teilgetriebe 26 des Doppelkupplungsgetriebes 25 umfasst eine erste Getriebeeingangswelle 31, die über eine erste Kupplung 33 der Doppelkupplung 23 antriebsmäßig mit der Brennkraftmaschine 22 verbindbar ist. Das zweite Teilgetriebe 27 umfasst eine zweite Getriebeeingangswelle 32, die als Hohlwelle ausgeführt und über eine zweite Kupplung 34 der Doppelkupplung 23 antriebsmäßig mit der Brennkraftmaschine 22 verbindbar ist.
Die beiden Teilgetriebe 26 und 27 des Doppelkupplungsgetriebes 25 sind antriebsmäßig mit einer Antriebsachse 36 verbindbar, über die, wie durch Pfeile 37, 38 angedeutet ist, ein Drehmoment in Antriebsräder des Hybridfahrzeugs eingeleitet werden kann. Durch einen weiteren Pfeil 39 ist angedeutet, dass das Doppelkupplungsgetriebe 25 antriebsmäßig mit einer weiteren Achse des Hybridfahrzeugs verbunden sein kann.
Der Triebstrang 21 umfasst des Weiteren eine Hauptelektromaschine 48, die über Zahnräder 51, 52 drehfest mit der zweiten Getriebeeingangswelle 32 verbunden ist. Die Hauptelektromaschine 48 ist, wie die Hauptelektromaschine 8, als Traktionsmotor zum Antrieb der Antriebsräder des Hybridfahrzeugs ausgeführt. Die Hauptelektromaschine 48; 8 ist vorzugsweise als Hochvolt-Elektromaschine ausgeführt.
Über eine Kupplung 54 ist die erste Getriebeeingangswelle 31 des Doppelkupplungsgetriebes 25 mit einer Hilfselektromaschine 55 koppelbar. Die Hilfselektromaschine 55 ist antriebsmäßig mit mindestens zwei Nebenaggregaten 56, 58 verbunden. Bei dem Nebenaggregat 56 handelt es sich vorzugsweise um einen mechanisch angetriebenen Klimakompressor. Bei dem Nebenaggregat 58 handelt es sich vorzugsweise um eine mechanisch angetriebene Ölpumpe. Die Ölpumpe 58 dient vorzugsweise zur Versorgung einer Getriebehydraulik mit Hydrauliköl.
Zum Starten der Brennkraftmaschine werden die Getriebeeingangswellen 31, 32 vom Kraftfluss zu den Antriebsrädern des Hybridfahrzeugs getrennt. Die erste Kupplung 33 der Doppelkupplung 23 wird geschlossen, um die erste Getriebeeingangswelle 31 antriebsmäßig mit der Brennkraftmaschine zu verbinden.
Die Getriebeeingangswelle 31 inklusive aller Trägheiten wird für einen Schwungstart mit Hilfe der Hilfselektromaschine 55 beschleunigt, bevor die erste Kupplung 33 geschlossen wird. Dadurch kann der Drehimpuls für einen schnelleren Start der Brennkraftmaschine benutzt werden. Um die Drehimpulskapazität zu erhöhen, kann eine zusätzliche Drehmasse an die Hilfselektromaschine 55 angebunden werden.
Während eines Schaltvorgangs beziehungsweise während eines Beschleunigungsvorgangs wird die Kupplung 54 vorzugsweise geöffnet, um die Synchronbelastung gering zu halten beziehungsweise um eine dynamische Fahrzeugbeschleunigung zu erzielen.

Claims

Hybridfahrzeug mit einem Triebstrang (21), der eine Brennkraftmaschine (2), eine Hauptelektromaschine (48), eine Hilfselektromaschine (55), ein Getriebe (25) und mindestens eine Kupplung (23,54) umfasst, wobei das Getriebe (25) ein Doppelkupplungsgetriebe ist; die Hauptelektromaschine (48) und die Hilfselektromaschine (55) unterschiedlichen Getriebeeingangswellen (31,32) des Doppelkupplungsgetriebes zugeordnet sind, nämlich die Hilfselektromaschine (55) einer ersten Getriebeeingangswelle (31) und die Hauptelektromaschine (48) einer zweiten Getriebeeingangswelle (32); eine mechanische Ölpumpe (58) antriebsmäßig mit der Hilfselektromaschine (55) verbunden ist; die Hilfselektromaschine (55) als Starteinrichtung zum Starten der Brennkraftmaschine (2) ausgeführt ist.
Hybridfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Starteinrichtung als Starter-Generator, insbesondere als Riemen-Starter-Generator oder als 12Volt-Anlasser, ausgeführt ist.
Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfselektromaschine (55) zum Antrieb von mindestens einem Nebenaggregat (56,58) verwendet wird, wenn die Brennkraftmaschine (2) nicht betrieben wird oder wenn ein mechanischer Antrieb des Nebenaggregats (56,58) durch die Brennkraftmaschine (2) energetisch ungünstig ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfselektromaschine (55) von der Brennkraftmaschine (2) abgekoppelt wird, bevor ein Beschleunigungsvorgang durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die der Hilfselektromaschine (55) zugeordnete erste Getriebeeingangswelle (31) inklusive der zugehörigen Trägheiten beim Starten durch die Hilfselektromaschine (55) beschleunigt wird, bevor eine der Brennkraftmaschine (2) zugeordnete Kupplung (54) geschlossen wird, um die Brennkraftmaschine (2) durch die Hilfselektromaschine (55) zu starten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine beziehungsweise die der Hilfselektromaschine (55) zugeordnete Kupplung (54) beim Schalten und/oder Beschleunigen geöffnet bleibt.