WO2017178202A1 - Drive unit and method for operation for a motor vehicle having reduced coupling complexity - Google Patents
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- Y02T10/62—Hybrid vehicles
Definitions
- the invention relates to a drive unit for a power ⁇ vehicle, a hybrid drive and a hybrid vehicle with a drive unit according to the invention and a method for operating a motor vehicle.
- the drive power either by the
- Electric motor the internal combustion engine or a combination of both are provided.
- the different characteristics of electric motor and internal combustion engine can be used and combined in order to increase the processing capacity Leis ⁇ the vehicles and ride comfort while reducing fuel consumption.
- the electric motor can be installed in various ways in the drive train.
- the electric machine is arranged in the drive train between the combustion engine and the transmission. That is. A rotor of the electric machine is coupled to the output shaft of the engine.
- the electric machine can be used for
- the electric machine can act as a starter generator for the internal combustion engine and enable a recuperation.
- the electric machine can also be a direct allow electric starting of the vehicle.
- An example is known from DE 10 2014 220 862 AI.
- the invention is based on the general endeavor to reduce the space required for the drive and the costs.
- the transmission has at least one gear, in which a transmission input shaft and an output shaft with a fixed speed ratio are coupled to each other.
- the transmission further comprises at least one idling position in which the transmission input shaft and the output shaft are decoupled from each other ⁇ .
- the drive unit also includes a control unit, which is set up to control the electric machine in order to regulate a speed of the rotor. According to the transmission input shaft is rotatably connected to the rotor of the electric machine.
- the electric machine may also be referred to as an electric motor and usually has a stator and a rotor or rotor. By operating the electric motor with different drive frequencies, the speed of the rotor can be influenced.
- the electric machine may be, for example, an external rotor machine or an internal rotor machine.
- the rotor of the electric machine is rotatably connected to a shaft which simultaneously represents the input shaft of the transmission. A rotation and speed of the rotor is thus directly on the gear transmitted input shaft. Due to the non-rotatable connection of the rotor of the electric machine and the transmission input shaft always have the same speed.
- the non-rotatable connection between the transmission input shaft and the rotor is permanent and at least during operation of the on ⁇ drive unit is not solvable.
- the rotor of the electric machine can be made in one piece with the transmission input shaft, for example. But it may also be that during assembly several parts are joined together so that a rotationally fixed connection between the rotor and the transmission input shaft is Herge ⁇ provides, which for repair or maintenance purposes, if necessary, can be solved again. In particular, however, there is no releasable coupling element which could enable controlled decoupling during operation between the transmission input shaft and the rotor.
- the output shaft carries the torque and the power transmission, for example via a differential gear on to the wheels of the vehicle.
- the transmission has several gears, each with different rotational ⁇ payment ratio between the transmission input shaft and output shaft.
- the transmission has five forward gears and one reverse gear.
- the transmission input shaft and the output shaft are usually coupled to each other via gears.
- a specific gear set may be provided in the transmission, with which the transmission input shaft and the output shaft are coupled together, and by which the speed ratio between the transmission ⁇ input shaft and output shaft is set for this gear.
- the transmission has an idle position in which there is no coupling of the rotational movement between the transmission input shaft and output shaft. In this state, no torque is transmitted from the transmission input shaft to the output and Transmission input shaft and output shaft can perform independent rotational movements.
- the transmission is preferably a manually shiftable transmission.
- the drive unit according to the invention or the inventive method is also conceivable with an automatic transmission, the corresponding circuit must be considered on the idle position in the automatic control.
- the control unit is z. B. realized by a central control unit of the motor vehicle and is adapted to control a speed and torque of the electric machine.
- By selective control of the rotational speed of the electric machine can thus take over the synchronization between the output and the transmission input shaft (which is rotatably connected to the rotor of the electric machine), the electric machine.
- the electric machine and the control unit can jointly take on tasks that are taken over by a clutch in a conventional drive train.
- a clutch in the drive train serves on the one hand the interruption and coupling of the force and torque transmission and on the other hand the synchronization.
- the synchronization takes place here according to the invention by targeted on ⁇ control of the electric machine.
- the interruption and coupling of the force and torque transmission is taken over in the drive unit according to the invention by the idle position of the transmission.
- the drive unit according to the invention thus makes it possible to dispense with a separate coupling between the electrical machine and the transmission.
- the synchronization in the gearbox can be supported by synchronizing rings. Therefore, the transmission has front ⁇ preferably one or more synchronizing rings.
- the transmission also has at least one speed sensor, which is set up to detect a current speed of the output shaft or a coupled to the output shaft range.
- at least one speed sensor which is set up to detect a current speed of the output shaft or a coupled to the output shaft range.
- an area coupled to the output shaft may be a gear set for a particular gear.
- a speed sensor is provided on the respective gears for each gear.
- the at least one speed sensor then preferably sends a signal to the control unit corresponding to the instantaneous speed of the output shaft or a gear coupled to the output shaft for a particular gear.
- the control unit then sends a signal to the electric machine for synchronization to adjust its speed to the speed of the gear or output shaft.
- the speeds of the transmission input shaft and the output shaft must not be equal. Rather, depending on the selected gear, a fixed speed ratio between the output shaft and the transmission input shaft is necessary. It is crucial that the gears of transmission input shaft and gear or output shaft can mesh as gently as possible. The desired
- Rotational speed of the transmission input shaft is thus defined by the ge ⁇ selected gear and by the current speed of the output shaft and the electric machine correspondingly ⁇ controls. If only one speed sensor is provided on the output shaft, the control unit can determine the required speed of the transmission input shaft based on the information about the rotational speed of the output shaft and the information about the selected gear and control the electric machine accordingly. If a separate speed sensor is provided for each gear in the transmission, the control unit can select the signal of the corresponding sensor from information about the selected gear and, depending on this, control the electric machine. Corresponding parameters or speed ratios for each gear can be stored in the control unit.
- the drive unit according to the invention is used in a hybrid drive
- This hybrid drive has an internal combustion engine in addition to the electric machine.
- the electric machine is in this case arranged in a drive train between the internal combustion engine and the transmission.
- An output shaft of the internal combustion engine is rotatably connected via a releasable coupling element with the rotor of the electric machine.
- the coupling element may be a friction clutch or a positive coupling element, such as a dog clutch.
- the synchronization between the output shaft of the internal combustion engine and the rotor of the electric machine can also be done by driving the electric machine.
- the speed of the output shaft is detected by a speed sensor.
- the coupling can preferably also be controlled by the control unit.
- the synchronization in the transmission as described above, be done solely by controlling the electric machine and possibly existing synchronizer rings in the transmission.
- the synchronization in the hybrid powertrain according to the invention can be done by controlling the electric motor and engine. In this case, the clutch between the engine and the electric machine is closed.
- the control unit which controls the rotational speed of the electrical machine also arranged to control the speed of the Ver ⁇ brennungsmotors.
- the hybrid drive according to the invention is preferably used in a hybrid vehicle, in particular a hybrid car, which drives the hybrid drive.
- the invention also relates to a method for operating a motor vehicle with a drive unit according to the invention.
- the electric machine is controlled by the control unit to control a rotational speed of the rotor, so that the rotational speeds of the rotatably coupled to the rotor transmission input shaft and the output shaft ⁇ or coupled to the output shaft portion are substantially synchronized.
- step S2 the transmission 14 can be placed in an idle position by the driver by means of a gear selector element (step S2).)
- the powertrain 20 is thus controlled by the driver in the transmission 14
- step S3 a second gear is entered through
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Abstract
Description
Beschreibung description
Antriebseinheit und Verfahren zum Betrieb für ein Kraftfahrzeug mit reduziertem Kupplungsaufwand Drive unit and method of operation for a motor vehicle with reduced coupling effort
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Kraft¬ fahrzeug, einen Hybridantrieb und ein Hybridfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs. The invention relates to a drive unit for a power ¬ vehicle, a hybrid drive and a hybrid vehicle with a drive unit according to the invention and a method for operating a motor vehicle.
Als Hybridfahrzeuge werden Kraftfahrzeuge bezeichnet, zu deren Antrieb eine Kombination aus einem Verbrennungsmotor und zumindest einem Elektromotor eingesetzt werden. As hybrid vehicles are called motor vehicles, to drive a combination of an internal combustion engine and at least one electric motor are used.
Je nach Bauart kann in verschiedenen Betriebszuständen des Kraftfahrzeugs die Antriebsleistung entweder durch den Depending on the design, in various operating states of the motor vehicle, the drive power either by the
Elektromotor, den Verbrennungsmotor oder eine Kombination beider zur Verfügung gestellt werden. Auf diese Weise können die unterschiedlichen Eigenschaften von Elektromotor und Verbrennungsmotor genutzt und kombiniert werden, um die Leis¬ tungsfähigkeit der Fahrzeuge und den Fahrkomfort zu erhöhen und gleichzeitig den Kraftstoffverbrauch zu senken. Electric motor, the internal combustion engine or a combination of both are provided. In this way, the different characteristics of electric motor and internal combustion engine can be used and combined in order to increase the processing capacity Leis ¬ the vehicles and ride comfort while reducing fuel consumption.
Der Elektromotor kann dabei auf unterschiedlichste Weise in den Antriebsstrang eingebaut werden. Bei der sog. „P2 Inline Architektur" ist die elektrische Maschine im Antriebsstrang zwischen der Verbrennungsmaschine und dem Getriebe angeordnet. D. h. ein Läufer der elektrischen Maschine ist mit der Ausgangswelle des Verbrennungsmotors koppelbar. In dieser Ar¬ chitektur kann die elektrische Maschine für verschiedene Funktionen im Betrieb des Fahrzeugs genutzt werden. So kann die elektrische Maschine als Startergenerator für den Verbrennungsmotor wirken und eine Rekuperation ermöglichen. Andererseits kann die elektrische Maschine auch ein direktes elektrisches Anfahren des Fahrzeugs ermöglichen. Ein Beispiel ist aus der DE 10 2014 220 862 AI bekannt. The electric motor can be installed in various ways in the drive train. Known in the. "P2 line architecture", the electric machine is arranged in the drive train between the combustion engine and the transmission. That is. A rotor of the electric machine is coupled to the output shaft of the engine. In this Ar ¬ chitecture, the electric machine can be used for Thus, the electric machine can act as a starter generator for the internal combustion engine and enable a recuperation.On the other hand, the electric machine can also be a direct allow electric starting of the vehicle. An example is known from DE 10 2014 220 862 AI.
Der Erfindung liegt das generelle Bestreben zu Grunde, den für den Antrieb nötigen Bauraum und die Kosten zu reduzieren. The invention is based on the general endeavor to reduce the space required for the drive and the costs.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand und das Verfahren der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. The object is solved by the subject matter and the method of the independent claims. Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims.
Eine erfindungsgemäße Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug umfasst eine elektrische Maschine mit einem Läufer und ein schaltbares Getriebe. Das Getriebe weist mindestens einen Gang auf, in dem eine Getriebeeingangswelle und eine Abtriebswelle mit einem festen Drehzahlverhältnis zueinander gekoppelt sind. Das Getriebe umfasst ferner mindestens eine Leerlaufposition, in welcher die Getriebeeingangswelle und die Abtriebswelle von¬ einander entkoppelt sind. Die Antriebseinheit umfasst außerdem eine Steuereinheit, welche eingerichtet ist, die elektrische Maschine anzusteuern um eine Drehzahl des Läufers zu regeln. Erfindungsgemäß ist die Getriebeeingangswelle drehfest mit dem Läufer der elektrischen Maschine verbunden. A drive unit according to the invention for a motor vehicle comprises an electric machine with a rotor and a switchable transmission. The transmission has at least one gear, in which a transmission input shaft and an output shaft with a fixed speed ratio are coupled to each other. The transmission further comprises at least one idling position in which the transmission input shaft and the output shaft are decoupled from each other ¬ . The drive unit also includes a control unit, which is set up to control the electric machine in order to regulate a speed of the rotor. According to the transmission input shaft is rotatably connected to the rotor of the electric machine.
Die elektrische Maschine kann auch als Elektromotor bezeichnet werden und hat üblicherweise einen Stator und einen Rotor bzw. Läufer. Durch Betreiben des Elektromotors mit verschiedenen Ansteuerfrequenzen kann die Drehzahl des Läufers beeinflusst werden. Die elektrische Maschine kann beispielsweise einen Außenläufermaschine oder eine Innenläufermaschine sein. The electric machine may also be referred to as an electric motor and usually has a stator and a rotor or rotor. By operating the electric motor with different drive frequencies, the speed of the rotor can be influenced. The electric machine may be, for example, an external rotor machine or an internal rotor machine.
Erfindungsgemäß ist der Läufer der elektrischen Maschine drehfest mit einer Welle verbunden, die gleichzeitig die Eingangswelle des Getriebes darstellt. Eine Rotation und Drehzahl des Läufers wird somit unmittelbar auf die Getrie- beeingangswelle übertragen. Durch die drehfeste Verbindung haben der Läufer der elektrischen Maschine und die Getriebeeingangswelle immer die gleiche Drehzahl. Die drehfeste Verbindung zwischen der Getriebeeingangswelle und dem Läufer besteht dauerhaft und ist zumindest während des Betriebes der An¬ triebseinheit nicht lösbar. Der Läufer der elektrischen Maschine kann beispielsweise mit der Getriebeeingangswelle einteilig ausgeführt sein. Es kann aber auch sein, dass bei der Montage mehrere Teile so zusammengefügt werden, dass eine drehfeste Verbindung zwischen Läufer und Getriebeeingangswelle herge¬ stellt wird, welche zur Reparatur- oder Wartungszwecken ggf. wieder lösbar sein kann. Insbesondere befindet sich aber kein lösbares Kupplungselement, welches ein gesteuertes Entkoppeln während des Betriebs ermöglichen könnte, zwischen der Ge- triebeeingangswelle und dem Läufer. According to the rotor of the electric machine is rotatably connected to a shaft which simultaneously represents the input shaft of the transmission. A rotation and speed of the rotor is thus directly on the gear transmitted input shaft. Due to the non-rotatable connection of the rotor of the electric machine and the transmission input shaft always have the same speed. The non-rotatable connection between the transmission input shaft and the rotor is permanent and at least during operation of the on ¬ drive unit is not solvable. The rotor of the electric machine can be made in one piece with the transmission input shaft, for example. But it may also be that during assembly several parts are joined together so that a rotationally fixed connection between the rotor and the transmission input shaft is Herge ¬ provides, which for repair or maintenance purposes, if necessary, can be solved again. In particular, however, there is no releasable coupling element which could enable controlled decoupling during operation between the transmission input shaft and the rotor.
Die Abtriebswelle führt das Drehmoment und die Kraftübertragung beispielsweise über ein Differentialgetriebe weiter zu den Rädern des Fahrzeugs. Vorzugsweise und üblicherweise weist das Getriebe mehrere Gänge mit jeweils unterschiedlichem Dreh¬ zahlverhältnis zwischen Getriebeeingangswelle und Abtriebswelle auf. Beispielsweise hat das Getriebe fünf Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang. Die Getriebeeingangswelle und die Abtriebswelle sind dabei in der Regel jeweils über Zahnräder miteinander gekoppelt. Für jeden Gang kann z.B. ein bestimmter Zahnradsatz im Getriebe vorgesehen sein, mit welchem die Getriebeeingangswelle und die Abtriebswelle miteinander gekoppelt werden, und durch welche das Drehzahlverhältnis zwischen Getriebe¬ eingangswelle und Abtriebswelle für diesen Gang festgelegt ist. The output shaft carries the torque and the power transmission, for example via a differential gear on to the wheels of the vehicle. Preferably and usually, the transmission has several gears, each with different rotational ¬ payment ratio between the transmission input shaft and output shaft. For example, the transmission has five forward gears and one reverse gear. The transmission input shaft and the output shaft are usually coupled to each other via gears. For each gear, for example, a specific gear set may be provided in the transmission, with which the transmission input shaft and the output shaft are coupled together, and by which the speed ratio between the transmission ¬ input shaft and output shaft is set for this gear.
Außerdem hat das Getriebe eine Leerlaufposition, in welcher keine Kopplung der Drehbewegung zwischen Getriebeeingangswelle und Abtriebswelle besteht . In diesem Zustand wird kein Drehmoment von der Getriebeeingangswelle auf den Abtrieb übertragen und Getriebeeingangswelle und Abtriebswelle können voneinander unabhängige Drehbewegungen ausführen. In addition, the transmission has an idle position in which there is no coupling of the rotational movement between the transmission input shaft and output shaft. In this state, no torque is transmitted from the transmission input shaft to the output and Transmission input shaft and output shaft can perform independent rotational movements.
Bei dem Getriebe handelt es sich vorzugsweise um ein manuell schaltbares Getriebe. Hierbei muss beim Wechseln zwischen zwei Gängen immer über die Leerlaufposition gegangen werden. Die erfindungsgemäße Antriebseinheit bzw. das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch auch mit einem automatischen Getriebe denkbar, wobei die entsprechende Schaltung über die Leer- laufposition bei der automatischen Steuerung berücksichtigt werden muss. The transmission is preferably a manually shiftable transmission. When changing between two gears, always go over the neutral position. However, the drive unit according to the invention or the inventive method is also conceivable with an automatic transmission, the corresponding circuit must be considered on the idle position in the automatic control.
Die Steuereinheit ist z. B. verwirklicht durch ein zentrales Steuergerät des Kraftfahrzeugs und ist dazu eingerichtet, eine Drehzahl und ein Drehmoment der elektrischen Maschine zu steuern. Durch gezielte Ansteuerung der Drehzahl der elektrischen Maschine kann somit die elektrische Maschine die Synchronisation zwischen Abtrieb und Getriebeeingangswelle (die mit dem Läufer der elektrischen Maschine drehfest verbunden ist) übernehmen. In der erfindungsgemäßen Antriebseinheit können also die elektrische Maschine und die Steuereinheit gemeinsam Aufgaben übernehmen, die bei einem herkömmlichen Antriebsstrang von einer Kupplung übernommen werden. Üblicherweise dient eine Kupplung im Antriebsstrang einerseits der Unterbrechung und Kopplung der Kraft- und Drehmomentübertragung und andererseits der Synchronisation. Die Synchronisation erfolgt hier erfindungsgemäß durch gezielte An¬ Steuerung der elektrischen Maschine. Die Unterbrechung und Kopplung der Kraft- und Drehmomentübertragung wird bei der erfindungsgemäßen Antriebseinheit durch die Leerlaufposition des Getriebes übernommen. Die erfindungsgemäße Antriebseinheit ermöglicht somit einen Verzicht auf eine gesonderte Kupplung zwischen elektrischer Maschine und Getriebe. Zusätzlich kann die Synchronisation im Getriebe durch Synchronringe unterstützt werden. Das Getriebe weist daher vor¬ zugsweise einen oder mehrere Synchronringe auf. The control unit is z. B. realized by a central control unit of the motor vehicle and is adapted to control a speed and torque of the electric machine. By selective control of the rotational speed of the electric machine can thus take over the synchronization between the output and the transmission input shaft (which is rotatably connected to the rotor of the electric machine), the electric machine. In the drive unit according to the invention, therefore, the electric machine and the control unit can jointly take on tasks that are taken over by a clutch in a conventional drive train. Usually, a clutch in the drive train serves on the one hand the interruption and coupling of the force and torque transmission and on the other hand the synchronization. The synchronization takes place here according to the invention by targeted on ¬ control of the electric machine. The interruption and coupling of the force and torque transmission is taken over in the drive unit according to the invention by the idle position of the transmission. The drive unit according to the invention thus makes it possible to dispense with a separate coupling between the electrical machine and the transmission. In addition, the synchronization in the gearbox can be supported by synchronizing rings. Therefore, the transmission has front ¬ preferably one or more synchronizing rings.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Getriebe außerdem mindestens einen Drehzahlsensor auf, welcher zur Erfassung einer momentanen Drehzahl der Abtriebswelle oder eines mit der Abtriebswelle gekoppelten Bereichs eingerichtet ist. Ein mit der Abtriebswelle gekoppelter Bereich kann zum Beispiel ein Zahnradsatz für einen bestimmten Gang sein. According to an advantageous embodiment of the invention, the transmission also has at least one speed sensor, which is set up to detect a current speed of the output shaft or a coupled to the output shaft range. For example, an area coupled to the output shaft may be a gear set for a particular gear.
Vorzugsweise ist für jeden Gang ein Drehzahlsensor an den entsprechenden Zahnrädern vorgesehen. Der mindestens eine Drehzahlsensor sendet dann vorzugsweise ein Signal an die Steuereinheit, welches der momentanen Drehzahl der Abtriebswelle oder eines mit der Abtriebswelle gekoppelten Zahnrads für einen bestimmten Gang entspricht. Preferably, a speed sensor is provided on the respective gears for each gear. The at least one speed sensor then preferably sends a signal to the control unit corresponding to the instantaneous speed of the output shaft or a gear coupled to the output shaft for a particular gear.
Die Steuereinheit wiederum sendet dann zum Synchronisieren ein Signal an die elektrische Maschine, um deren Drehzahl an die Drehzahl des Gangzahnrads oder der Abtriebswelle anzupassen. Dabei müssen die Drehzahlen der Getriebeeingangswelle und der Abtriebswelle nicht gleich sein. Vielmehr ist, je nach gewähltem Gang, ein festes Drehzahlverhältnis zwischen der Abtriebswelle und der Getriebeeingangswelle nötig. Entscheidend ist, dass die Zahnräder von Getriebeeingangswelle und Gang bzw. Abtriebswelle möglichst sanft ineinandergreifen können. Die gewünschteThe control unit, in turn, then sends a signal to the electric machine for synchronization to adjust its speed to the speed of the gear or output shaft. The speeds of the transmission input shaft and the output shaft must not be equal. Rather, depending on the selected gear, a fixed speed ratio between the output shaft and the transmission input shaft is necessary. It is crucial that the gears of transmission input shaft and gear or output shaft can mesh as gently as possible. The desired
Drehzahl der Getriebeeingangswelle wird somit durch den ge¬ wählten Gang sowie durch die momentane Drehzahl der Abtriebswelle vorgegeben und die elektrische Maschine entsprechend ange¬ steuert . Wenn nur ein Drehzahlsensor an der Abtriebswelle vorgesehen ist, kann die Steuereinheit anhand der Information über die Drehzahl der Abtriebswelle und der Information über den gewählten Gang die erforderliche Drehzahl der Getriebeeingangswelle bestimmen und die elektrische Maschine entsprechend ansteuern. Wenn für jeden Gang im Getriebe ein eigener Drehzahlsensor vorgesehen ist, kann die Steuereinheit aus einer Information über den gewählten Gang das Signal des entsprechenden Sensors auswählen und in Ab- hängigkeit davon die elektrische Maschine ansteuern. Ent¬ sprechende Parameter bzw. Drehzahlverhältnisse für jeden Gang können in der Steuereinheit gespeichert sein. Rotational speed of the transmission input shaft is thus defined by the ge ¬ selected gear and by the current speed of the output shaft and the electric machine correspondingly ¬ controls. If only one speed sensor is provided on the output shaft, the control unit can determine the required speed of the transmission input shaft based on the information about the rotational speed of the output shaft and the information about the selected gear and control the electric machine accordingly. If a separate speed sensor is provided for each gear in the transmission, the control unit can select the signal of the corresponding sensor from information about the selected gear and, depending on this, control the electric machine. Corresponding parameters or speed ratios for each gear can be stored in the control unit.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kommt die erfin- dungsgemäße Antriebseinheit in einem Hybridantrieb für einAccording to an advantageous development, the drive unit according to the invention is used in a hybrid drive
Kraftfahrzeug zum Einsatz . Dieser Hybridantrieb weist zusätzlich zur elektrischen Maschine einen Verbrennungsmotor auf. Die elektrische Maschine ist hierbei in einem Antriebsstrang zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe angeordnet. Eine Ausgangswelle des Verbrennungsmotors ist über ein lösbares Kupplungselement mit dem Läufer der elektrischen Maschine drehfest verbindbar. Das Kupplungselement kann eine Reibkupplung sein oder auch ein formschlüssiges Kupplungselement, wie etwa eine Klauenkupplung. In diesem Fall kann die Synchronisation zwischen der Ausgangswelle des Verbrennungsmotors und dem Läufer der elektrischen Maschine ebenfalls durch Ansteuerung der elektrischen Maschine erfolgen. Vorzugsweise wird dafür die Drehzahl der Ausgangswelle mit einem Drehzahlsensor erfasst. Bei geschlossener Kupplung zwischen dem Verbrennungsmotor und der elektrischen Maschine kann die elektrische Maschine auch als Startergenerator für den Verbrennungsmotor fungieren. Die Kupplung kann vorzugsweise ebenfalls durch die Steuereinheit angesteuert werden. Bei niedrigerer Drehzahl und geöffneter Kupplungseinrichtung zwischen Verbrennungsmotor und elektrischer Maschine kann die Synchronisation im Getriebe, wie oben beschrieben, allein durch Ansteuerung der elektrischen Maschine und evtl. vorhandener Synchronringe im Getriebe erfolgen. Bei höheren Drehzahlen kann die Synchronisation in dem erfindungsgemäßen Hybridantriebsstrang durch Ansteuerung von Elektromotor und Verbrennungsmotor erfolgen. In diesem Fall wird die Kupplung zwischen Verbrennungsmotor und elektrischer Maschine geschlossen. Vorzugsweise ist dann die Steuereinheit, welche die Drehzahl der elektrischen Maschine steuert, auch eingerichtet, die Drehzahl des Ver¬ brennungsmotors zu steuern. Motor vehicle used. This hybrid drive has an internal combustion engine in addition to the electric machine. The electric machine is in this case arranged in a drive train between the internal combustion engine and the transmission. An output shaft of the internal combustion engine is rotatably connected via a releasable coupling element with the rotor of the electric machine. The coupling element may be a friction clutch or a positive coupling element, such as a dog clutch. In this case, the synchronization between the output shaft of the internal combustion engine and the rotor of the electric machine can also be done by driving the electric machine. Preferably, the speed of the output shaft is detected by a speed sensor. When the clutch between the internal combustion engine and the electric machine is closed, the electric machine can also function as a starter generator for the internal combustion engine. The coupling can preferably also be controlled by the control unit. At lower speed and open coupling device between the engine and electric machine, the synchronization in the transmission, as described above, be done solely by controlling the electric machine and possibly existing synchronizer rings in the transmission. At higher speeds, the synchronization in the hybrid powertrain according to the invention can be done by controlling the electric motor and engine. In this case, the clutch between the engine and the electric machine is closed. Preferably, the control unit which controls the rotational speed of the electrical machine, also arranged to control the speed of the Ver ¬ brennungsmotors.
Der erfindungsgemäße Hybridantrieb kommt vorzugsweise in einem Hybridfahrzeug, insbesondere einem Hybridauto zum Einsatz, welches der Hybridantrieb antreibt. The hybrid drive according to the invention is preferably used in a hybrid vehicle, in particular a hybrid car, which drives the hybrid drive.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit. In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die elektrische Maschine mittels der Steuereinheit angesteuert, um eine Drehzahl des Läufers zu regeln, so dass die Drehzahlen der mit dem Läufer drehfest gekoppelten Getriebeeingangswelle und der Abtriebs¬ welle oder eines mit der Abtriebswelle gekoppelten Bereichs im Wesentlichen synchronisiert werden. The invention also relates to a method for operating a motor vehicle with a drive unit according to the invention. In the method according to the invention, the electric machine is controlled by the control unit to control a rotational speed of the rotor, so that the rotational speeds of the rotatably coupled to the rotor transmission input shaft and the output shaft ¬ or coupled to the output shaft portion are substantially synchronized.
In einem Kraftfahrzeug mit einem Hybridantrieb erfolgt vor¬ zugsweise als weiterer Schritt das Schalten einer drehfesten Verbindung zwischen der Ausgangswelle des Verbrennungsmotors und dem Läufer der elektrischen Maschine durch ein lösbares In a motor vehicle with a hybrid drive takes place before ¬ preferably as a further step, the switching of a rotationally fixed connection between the output shaft of the engine and the rotor of the electric machine by a detachable
Kupplungselement. Das Kupplungselement kann vorteilhaft durch dieselbe Steuereinheit geschaltet werden. Falls es sich um ein formschlüssiges Kupplungselement handelt, wird die Synchro¬ nisation mittels der elektrischen Maschine ausgeführt. Zur Synchronisation im Getriebe kommt bei höheren Drehzahlen zusätzlich zur elektrischen Maschine der Verbrennungsmotor zum Einsatz. Dafür wird einerseits die Kupplungseinrichtung ge- steuert um eine Drehmoment- und Kraftübertragung von der Ausgangswelle des Verbrennungsmotors auf den Läufer zu er¬ möglichen. Dann wird der Verbrennungsmotor mittels der Steuereinheit angesteuert, um eine Drehzahl des Läufers zu erreichen, so dass die Drehzahlen der mit dem Läufer drehfest gekoppelten Getriebeeingangswelle und der Abtriebswelle oder eines mit der Abtriebswelle gekoppelten Bereichs im Wesentlichen synchro¬ nisiert werden. Coupling element. The coupling element can advantageously be switched by the same control unit. If it is a form-fitting coupling element, the Synchro ¬ nization is carried out by means of the electric machine. For synchronization in the gearbox, the combustion engine is used at higher speeds in addition to the electric machine. For this, the overall coupling device on the one hand controls a torque and force transmission from the output shaft of the engine to the rotor to he ¬ possible. Then, the internal combustion engine is controlled by the control unit in order to achieve a rotational speed of the rotor, so that the rotational speeds of the rotatably coupled to the rotor transmission input shaft and the output shaft or coupled to the output shaft portion are substantially synchro ¬ nized.
Ein Gangwechsel mit einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit oder einem erfindungsgemäßen Hybridantrieb umfasst unter anderem die folgenden Schritte: Schalten das Getriebes von einem ersten Gang in eine Leerlaufposition . Erfassen einer momentanen Drehzahl der Abtriebswelle oder eines mit der Abtriebswelle gekoppelten Bereichs mittels eines Drehzahlsensors im Getriebe. A gear change with a drive unit according to the invention or a hybrid drive according to the invention comprises inter alia the following steps: shifting the transmission from a first gear to an idling position. Detecting a current speed of the output shaft or an area coupled to the output shaft by means of a speed sensor in the transmission.
Synchronisieren der Drehzahlen der Getriebeeingangswelle und der Abtriebswelle oder eines mit der Abtriebswelle gekoppelten Bereichs mit Hilfe der elektrischen Maschine und/oder der Verbrennungsmaschine. Anschließend Schalten des Getriebes von der Leerlaufposition in einen zweiten Gang. Synchronizing the speeds of the transmission input shaft and the output shaft or a coupled to the output shaft portion using the electric machine and / or the internal combustion engine. Subsequently, shifting the transmission from the idle position to a second gear.
Die Bezeichnungen„erster Gang" und„zweiter Gang" sollen hierbei allgemein verstanden werden als Bezeichnung für zwei unterschiedliche Gänge mit jeweils unterschiedlichem Drehzahlverhältnis zwischen Getriebeeingangswelle und Abtriebswelle. Die Begriffe „erster Gang" und „zweiter Gang" können somit in dieser Anmeldung auch den dritten, vierten oder jeden weiteren Gang des Fahrzeugs bezeichnen - auch den Rückwärtsgang. Sie sind nicht einschränkend auf die im allgemeinen Sprachgebrauch als erster und zweiter Gang bezeichneten Gänge eines Fahrzeugs zu verstehen. Der letzte Schritt des Verfahrens, das Schalten des Getriebes von einer Leerlaufposition in einen zweiten Gang, bezieht sich darauf, dass der Antriebsstrang im Getriebe wieder geschlossen wird. Die Auswahl des zweiten Gangs erfolgt vorzugsweise bereits vor der Synchronisation, beispielsweise mit einem Gangwahlelement . The terms "first gear" and "second gear" are to be understood generally as a name for two different gears, each with different speed ratio between the transmission input shaft and output shaft. The terms "first gear" and "second gear" can thus in this application also the third, fourth or any other gear of the vehicle - also the reverse gear. They are not to be understood as limiting the gears of a vehicle, referred to in general usage as first and second gear. The last step of the process, shifting the transmission from an idle position to a second gear, refers to closing the powertrain in the transmission. The selection of the second gear is preferably already before the synchronization, for example with a gear selector element.
Die Erfindung ist besonders vorteilhaft mit einem manuell schaltbaren Getriebe. Grundsätzlich ist auch die Umsetzung des Verfahrens in einem automatischen Getriebe denkbar. The invention is particularly advantageous with a manually shiftable transmission. Basically, the implementation of the method in an automatic transmission is conceivable.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert werden. Es zeigen: In the following, the invention will be explained in more detail with reference to FIGS. Show it:
Figur 1 eine schematische Ansicht eines Hybridantriebstrangs mit einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit; Figure 1 is a schematic view of a hybrid powertrain with a drive unit according to the invention;
Figur 2 den Ablauf eines Gangwechsels gemäß einem Ausfüh- rungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. 2 shows the course of a gear change according to an exemplary embodiment of the method according to the invention.
Der Hybridantriebsstrang 20 hat einen Verbrennungsmotor 18, an dessen Ausgangswelle 19 ein lösbares Kupplungselement 21 an¬ geordnet ist. Auf der anderen Seite der Kupplung 21 ist eine Welle 23 angeordnet, welche drehfest mit dem Läufer 12 einer elektrischen Maschine 11 verbunden ist. Die Kupplung 21 kann vorzugsweise durch eine Steuereinheit 13 geschaltet werden. Der Läufer 12 der elektrischen Maschine ist gleichzeitig drehfest verbunden mit einer Getriebeeingangswelle 15 eines schaltbaren Getriebes 14. Das Getriebe 14 weist mindestens eine Leer¬ laufposition auf, sowie mindestens einen Gang mit einem festen Drehzahlverhältnis von Getriebeeingangswelle und Abtriebswelle 16. Im Getriebe ist ein Drehzahlsensor 17 angeordnet, welcher eine momentane Drehzahl der Abtriebswelle 16 oder eines mit der Abtriebswelle 16 gekoppelten Bereichs erfasst. Die Abtriebswelle 16 führt zu einem Differentialgetriebe 22, von dort führt der Abtrieb zu den Rädern des Fahrzeuges (nicht gezeigt) . Figur 2 zeigt schematisch den Ablauf eines Gangwechsels gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren. In Schritt SO beginnt das Verfahren. Das Fahrzeug fährt in einem bestimmten Gang. Zur Vorbereitung eines Gangwechsels wird zunächst das Drehmoment vom Antriebsstrang 20 genommen (Schritt Sl) . Dies erfolgt bei- spielsweise indem der Fahrer vom Gaspedal geht und indem „E-gas" vom Elektromotor genommen wird, so dass der Verbrennungsmotor zusammen mit dem drehfest gekoppelten Elektromotor kein positives oder negatives Antriebs- Drehmoment auf die Welle liefert. Der Verbrennungsmotor 18 kann auch durch Öffnen der Kupplung 21 vom Antriebsstrang 20 getrennt werden. Sobald die Getriebeeingangswelle 15 drehmomentfrei ist, kann das Getriebe 14 durch den Fahrer mit Hilfe eines Gangwahlelements in eine Leerlaufposition gebracht werden (Schritt S2). Der Antriebsstrang 20 wird somit durch den Fahrer im Getriebe 14 geöffnet. Anschließend wird in Schritt S3 ein zweiter Gang durch einThe hybrid powertrain 20 has an internal combustion engine 18, at the output shaft 19, a releasable coupling element 21 is arranged on ¬ . On the other side of the coupling 21, a shaft 23 is arranged, which is rotatably connected to the rotor 12 of an electric machine 11. The clutch 21 may preferably be switched by a control unit 13. The rotor 12 of the electric machine is simultaneously non-rotatably connected to a transmission input shaft 15 of a shiftable transmission 14. The transmission 14 has at least one empty ¬ running position, and at least one gear with a fixed speed ratio of the transmission input shaft and output shaft 16. In the transmission is a speed sensor 17th arranged, which has a current speed of the output shaft 16 or one with the Output shaft 16 coupled area detected. The output shaft 16 leads to a differential gear 22, from there the output leads to the wheels of the vehicle (not shown). Figure 2 shows schematically the course of a gear change according to the inventive method. In step SO, the process begins. The vehicle drives in a certain gear. To prepare a gear change, the torque is first taken from the drive train 20 (step S1). This is done, for example, by the driver leaving the gas pedal and taking "e-gas" from the electric motor, so that the internal combustion engine together with the non-rotatably coupled electric motor does not deliver positive or negative drive torque to the shaft by disconnecting the clutch 21 from the driveline 20. Once the transmission input shaft 15 is free of torque, the transmission 14 can be placed in an idle position by the driver by means of a gear selector element (step S2.) The powertrain 20 is thus controlled by the driver in the transmission 14 Then, in step S3, a second gear is entered through
Gangwahlelement, z.B. einen Schalthebel vorgewählt. Über eine Gangwahlerkennung wird die Information über den gewählten Gang an die Steuereinheit 13 übermittelt. In Schritt S4 wird dann eine momentane Drehzahl der Abtriebswelle 16 oder eines mit der Abtriebswelle gekoppelten Bereichs erfasst. Wenn die Drehzahl der Abtriebswelle 15 erfasst wird, kann die Steuereinheit 13 anhand der Information über den gewählten Gang eine„Soll-Drehzahl" für die Getriebeeingangswelle 15 bestimmen. Falls im Getriebe 14 für jeden Gang ein gesonderter Drehzahlsensor 17 vorhanden ist, kann die Steuereinheit 13 anhand der Information über den gewählten Gang den jeweils relevanten Drehzahlsensor 17 ermitteln, dessen Signal verarbeitet werden soll. Der relevante Drehzahlsensor 17 erfasst dann bei- spielsweise die Drehzahl eines mit der Abtriebswelle 16 ge¬ koppelten Gangzahnrades. In diesem Fall ermittelt die Steu¬ ereinheit 13 daraus die „Soll-Drehzahl" der Getriebeeingangswelle 15. Gear selection element, eg a shift lever preselected. About a gear selection the information about the selected gear is transmitted to the control unit 13. In step S4, an instantaneous rotational speed of the output shaft 16 or an area coupled to the output shaft is then detected. When the rotational speed of the output shaft 15 is detected, the control unit 13 can determine from the information about the selected gear a "target speed" for the transmission input shaft 15. If a separate speed sensor 17 is present in the transmission 14 for each gear, the control unit 13 determine the respectively relevant speed sensor 17 whose signal is to be processed on the basis of the information about the selected gear. game, the rotational speed of a ge to the output shaft 16 coupled ¬ gear gearwheel. In this case, the STEU ¬ ereinheit 13 determines from the "nominal speed" of the transmission input shaft 15th
Die „Soll-Drehzahl" der Getriebeeingangswelle 15 bemisst sich beispielsweise daran, dass ein sich mit der Getriebeeingangswelle 15 drehender Zahnkranz möglichst sanft mit dem gewählten Gangzahnrad in Eingriff kommen kann. Für jeden Gang gibt es ein bestimmtes „Soll-Drehzahlverhältnis" zwischenThe "target rotational speed" of the transmission input shaft 15 is measured, for example, by the fact that a sprocket rotating with the transmission input shaft 15 can engage as gently as possible with the selected sprocket gear
Getriebeeingangswelle 15 und Abtriebswelle 16, welches z.B. in der Steuereinheit 13 gespeichert ist. Transmission input shaft 15 and output shaft 16, which is e.g. is stored in the control unit 13.
Im nächsten Schritt S5 werden die Abtriebswelle 16 und die Getriebeeingangswelle 15 entsprechend synchronisiert. Dafür wird die elektrische Maschine 11 von der Steuereinheit 13 so angesteuert, dass der Läufer sich mit der gewünschten In the next step S5, the output shaft 16 and the transmission input shaft 15 are synchronized accordingly. For the electric machine 11 is controlled by the control unit 13 so that the runner with the desired
„Soll-Drehzahl" dreht. Bei höheren Drehzahlen wird zusätzlich zur elektrischen Maschine 11 auch der Verbrennungsmotor 18 entsprechend angesteuert und die Kupplung 21 geschlossen.At higher speeds, in addition to the electric machine 11, the internal combustion engine 18 is also driven accordingly and the clutch 21 is closed.
In Schritt S6 schließlich wird der Antriebsstrang im Getriebe mit dem vorgewählten Gang wieder geschlossen. Der Gangwechsel ist abgeschlossen . Die Schritte S2 und S3 werden bei einem manuellen Getriebe von einem Fahrer mittels eines Gangwahlelements vorgenommen. Finally, in step S6, the drive train in the transmission is closed again with the preselected gear. The gear change is complete. The steps S2 and S3 are performed in a manual transmission by a driver by means of a gear selector element.
Grundsätzlich können die Schritte S2 und S3 auch zusammengefasst werden, solange sichergestellt ist, dass zwar der folgende Gang bereits vorgewählt wird, im Getriebe aber der Antriebsstrang geöffnet bleibt, bis die Synchronisation erfolgt ist. In principle, the steps S2 and S3 can also be summarized, as long as it is ensured that although the following gear is already preselected, in the transmission but the drive train remains open until the synchronization has taken place.
Andernfalls können die Schritte S3 und S4 auch in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden, indem zunächst eine Drehzahl der Abtriebswelle 16 erfasst wird und dann vor der Synchro¬ nisation der nächste Gang ausgewählt wird. Otherwise, the steps S3 and S4 can also be performed in reverse order, by first a speed the output shaft 16 is detected and then selected before the Synchro ¬ nisation the next gear.
Bezugs zeichenliste Reference sign list
10 Antriebseinheit 10 drive unit
11 elektrische Maschine 12 Läufer 11 electric machine 12 runners
13 Steuereinheit 13 control unit
14 Getriebe 14 gears
15 Getriebeeingangswelle 15 transmission input shaft
16 Abtriebswelle 16 output shaft
17 Drehzahlsensor 17 speed sensor
18 Verbrennungsmaschine 18 combustion engine
19 Ausgangswelle 19 output shaft
20 Hybridantrieb 20 hybrid drive
21 Kupplung 21 clutch
22 Differentialgetriebe22 differential gear
23 Welle 23 wave
Claims
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 17712768 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 17712768 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |