Hybridgetriebe. Anforderungen an ein Fahrzeuggetriebe. Konzept und Aufbau des Hybridgetriebes. Funktionen und Regelung des Hybridgetriebes

Transkript

1 mit elektrischer Î Prof. Dr.- Ing. Peter Tenberge * Prof. Dr.- Ing. Wilfried Hofmann Ð Fachtagung E-Maschine im Antriebsstrang Präsentation05--Tenberge_000_d_Index_-.ppt

2 Anforderungen an ein Konzept und Aufbau des s Funktionen und des s Simulationsergebnisse 1 Präsentation05--Tenberge_000_d_Index_-.ppt

3 Stand der Technik bei n (Serien) 6-Gang PKW-Handschaltgetriebe (OPEL F28-6) 5-Gang PKW-Automatgetriebe (ZF 5HP 18) 2 Präsentation05--Tenberge_000_d_Index_-.ppt

4 Hoher Wirkungsgrad Kraftübertragung möglichst über Zahnräder Wenig leerlaufende Zahnräder und Schaltelemente Weite Getriebespreizung > i > 0,5 Geringer Energieverbrauch Stufenlose Übersetzungsänderung Hoher Komfort Bremsenergierekuperation Leises Betriebsgeräusch Automatisierte Übersetzungsänderung nach Fahrerwunsch Wenige ruckfreie Schaltungen im Übersetzungsbereich Wettbewerbsfähig bei Gewicht, Bauraum, Kosten Möglichst wenige, einfache Bauteile Mehrfach-Nutzung der Bauteile alle Getriebefunktionen Anfahren, Drehmomentaufbau, Übersetzungsverstellung, Bremsen Zusatznutzen Starterfunktion, Generatorfunktion Anforderungen an neuartige 3 Präsentation05--Tenberge_000_d_Index_-.ppt

5 VM ab R S St 3-W-PG Konzept des TOYOTA-Hybridsystems mit 3-Wellen-Planetengetriebe 4 Präsentation05--Tenberge_000_d_Index_-.ppt

6 KDBE BH 27 H BO ab VM W-PG Konzept des s HG 120 mit 5-Wellen-Planetengetriebe 5 Präsentation05--Tenberge_000_d_Index_-.ppt

7 T 120 Nm 1 0,8 0,6 0,4 0, ,2 0,4 0,6 0,8 1 ηe n 6000 min -1 Wirkungsgradkennfeld einer permanenterregten Synchronmaschine 6 Präsentation05--Tenberge_000_d_Index_-.ppt

8 T Sonne T Hohlrad P Steg T Steg n Sonnenrad Steg Hohlrad 8000/min 6000/min 4000/min 2000/min 0/min T Sonne P Steg T Steg P Sonne THohlrad Drehzahlen, Drehmomente und Leistungen in Planetengetrieben 7 Präsentation05--Tenberge_000_d_Index_-.ppt

9 PSp. BE BH BE BH H H n VM ab H 12000/min 10000/min 8000/min 6000/min 4000/min 2000/min 0/min T ab n H =0-2000/min T -4000/min -6000/min T n 12000/min 10000/min 8000/min 6000/min 4000/min 2000/min 0/min -2000/min -4000/min -6000/min T VM ab ab H n H =0 T H T Anfahren mit kleiner Last Anfahren mit mittlererlast 8 Präsentation05--Tenberge_000_d_Index_-.ppt

10 BE BH BE BH H H P vm 12000/min 10000/min 8000/min 6000/min 4000/min 2000/min 0/min -2000/min -4000/min -6000/min n VM ab H n VM ab H 12000/min 10000/min 8000/min 6000/min T ab 4000/min T ab n H =0 2000/min T n H =0 0/min T -2000/min T T VM T H -4000/min T P H -6000/min VM T Anfahren mit hoher Last Anfahren mit 3 Antrieben 9 Präsentation05--Tenberge_000_d_Index_-.ppt

11 BE BH H BE BH H P VM n VM ab H 12000/min 10000/min 8000/min T ab 6000/min 4000/min 2000/min T T 0/min -2000/min T VM -4000/min -6000/min P VM n 12000/min 10000/min 8000/min 6000/min 4000/min 2000/min 0/min -2000/min -4000/min -6000/min VM ab H T T T ab Hybrides Fahren mit betrieb Elektrisches Bremsen 10 Präsentation05--Tenberge_000_d_Index_-.ppt

12 5000 min n VM 0 min TB Nm 0/min >> nab >> 6000/min Maximale elektrische Bremsmomente am Abtrieb des HG Präsentation05--Tenberge_000_d_Index_-.ppt

13 BE BH H BE BH H P VM =0 n 12000/min 10000/min 8000/min 6000/min 4000/min 2000/min 0/min -2000/min -4000/min -6000/min T T VM VM ab =0 T ab P VM n ab =0 H n T 12000/min 10000/min 8000/min 6000/min 4000/min 2000/min 0/min -2000/min -4000/min -6000/min T VM ab H n vm =0 T ab T Anfahren mit geared neutral Rangieren vorwärts/rückwärts 12 Präsentation05--Tenberge_000_d_Index_-.ppt

14 Betriebsmodus Elektrisches Anfahren Tab klein hoch E-Maschine drehzahlgeregelt V-Motor geschleppt geschleppt Welle H BH auf BH zu Hybrides Fahren mit i = i1 ca. 2 Hybrides Fahren i1 > i > imin hoch ca. -2 TVM geschleppt drehzahlgeregelt geschleppt BH zu BH zu BH auf Geared neutral Anfahren i > i1 Elektrisch Bremsen Rangieren klein f (nab,nan) klein hoch drehzahlgeregelt drehzahlgeregelt drehzahlgeregelt geschleppt BE auf BE zu BH auf BH auf BH auf BH zu Übersicht über die Betriebszustände im HG Präsentation05--Tenberge_000_d_Index_-.ppt

15 P = Parken Elektrisch entriegelte, federbelastete mechanische Parksperre auf Abtriebswelle wirkend Rr Rv = Rangieren Rangieren vorwärts und Rangieren rückwärts in einer Fahrschalterebene N = Neutral Beide E-Maschinen lastfrei, alle Schaltelemente offen D = Fahrbetrieb Elektrisches Anfahren + hybrides Fahren mit adaptiver Drehzahlregelung. Anfahren mit geared neutral wird über den Ladezustand des s automatisch erkannt Fahrschalter das HG Präsentation05--Tenberge_000_d_Index_-.ppt

16 Drehmoment [Nm] Drehmoment [Nm] Maschine Maschine Drehzahl [1/min] 250 Verbrennungsmotor Drehzahl [1/min] Auslastung des Hybridantriebes mit Ottomotor im US-City-Zyklus mit BSP bei auf Fahrdynamik 15 Präsentation05--Tenberge_000_d_Index_-.ppt

17 Drehmoment [Nm] Drehmoment [Nm] Drehzahl [1/min] Maschine Verbrennungsmotor Maschine Drehzahl [1/min] Auslastung des Hybridantriebes mit Dieselmotor im US-City-Zyklus mit BSP bei entlang der MVK 16 Präsentation05--Tenberge_000_d_Index_-.ppt

18 Fahrzeugdaten: Motor: Fahrzeugmasse Zusatzmasse Leistungssteuerung Zusatzmasse Batterie (1 kwh) dyn. Reifenhalbmesser Luftwiderstandsfläche Dieselmotor = 1475 kg = 30 kg = 30 kg = 299 mm = 0,63 m 2 Ottomotor Pmax 81 kw bei 4150/min 150 kw bei 6000/min Tmax bemin ρ(kraftstoff) Vmax iachs 235 Nm bei 1900/min 245 Nm bei 4500/min 198 g/kwh 247 g/kwh 830 kg/m kg/m km/h 236 km/h 3,497 3,491 nabmax 6000/min 7300/min stufenlose Betriebsweise des Getriebes imin Bremsenergiespeicherung 0,692 0,45 0,822 0,45 keine BSP mit BSP keine BSP mit BSP US-City-Zyklus US-Highway- Zyklus entlang Verbr. [L/100 km] rel. Verbrauch [%] T eff. [Nm] T eff. [Nm] Verbr. [L/100 km] rel. Verbrauch [%] T eff. [Nm] T eff. [Nm] MVK minus Dynamikleistung 5,90 100,0 21,0 25,1 4,57 100,0 7,7 27,8 5,90 100,0 21,0 25,1 4,46 97,6 7,8 31,3 5,13 86,9 25,2 27,4 4,26 93,2 9,3 31,4 MVK 4,88 82,7 25,0 30,1 4,22 92,3 9,5 42,1 MVK minus Dynamikleistung 9,13 100,0 21,0 27,3 7,48 100,0 8,7 21,0 8,87 97,1 21,2 30,9 6,79 90,8 8,0 33,6 7,44 81,5 25,6 31,0 6,48 86,6 9,5 33,7 MVK 7,00 76,7 24,2 37,4 6,48 86,6 11,5 56,8 Kraftstoffverbräuche beim Einsatz des HG 120 in einem PKW 17 Präsentation05--Tenberge_000_d_Index_-.ppt

19 Häufigkeitsverteilung der leistung im US-City-Zyklus (Ottomotor + auf Fahrdynamik mit und ohne BSP) 18 Präsentation05--Tenberge_000_d_Index_-.ppt

20 Leistung wird zu ca. 85% rein mechanisch über Zahnräder übertragen hoher Wirkungsgrad Trotzdem wenig Zahnräder und wenige, einfache Schaltelemente Elektrisches Stellgetriebe anstelle von Anfahrelement, Synchronisierung, Variator wettbewerbsfähiges Gewicht, Bauraum Großer Stellbereich > i > 0,45 ohne Schaltungen stufenlos durchfahrbar Feste Übersetzungen i = 2 / 1,35 / 1 / 0,57 schaltbar 2 Bremsen nur beim Anfahren unter Vollast erforderlich Drehmomentwandlung beim Anfahren und Boostereffekt durch Addition der Momente von V-Motor und E-Maschinen Getriebe auch mit herkömmlicher Starterbatterie funktionsfähig Anfahren dann über geared-neutral Bremsenergierekuperation und Start/Stopp-Funktion erfordert zusätzlichen zusätzlicher Minderverbrauch reiner E-Betrieb möglich sehr gut geeignet in Verbindung mit Brennstoffzellenantrieb Zusammenfassung der Eigenschaften des HG Präsentation05--Tenberge_000_d_Index_-.ppt

21 Präsentation05--Tenberge_000_d_Index_-.ppt