DE102006005095A1 - Hybridgetriebe insbesondere für Fahrzeuge - Google Patents

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Abstract

Hybridgetriebe, insbesondere für Fahrzeuge, mit einem Getriebegehäuse, das eingangsseitig einen glockenartigen Gehäuseabschnitt (3) aufweist, wobei in dem Getriebegehäuse mindestens eine Elektromaschine angeordnet ist, die dazu vorgesehen ist, Antriebsenergie in einen Drehmomentpfad des Hybridgetriebes einzuspeisen oder mechanische Energie aus einem Drehmomentpfad des Hybridgetriebes zu entnehmen und in elektrische Energie umzuwandeln, wobei eine elektrische Steuer-/Regeleinrichtung zur Steuerung bzw. Regelung der mindestens einen Elektromaschine vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer-/Regeleinrichtung in einem radialen Außenbereich des glockenartigen Gehäuseabschnitts angeordnet ist und zwar derart, dass sich die Steuer-/Regeleinrichtung nur über einen Teilumfang des glockenartigen Gehäuseabschnitts erstreckt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridgetriebe, insbesondere für Fahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Die meisten Fahrzeuge sind nicht zuletzt wegen der hohen Energiedichte flüssiger Kraftstoffe mit Verbrennungsmotoren ausgestattet. Darüber hinaus gibt es Fahrzeuge, bei denen aus Umweltaspekten rein elektrische Antriebe eingesetzt werden. Da die Speicherung elektrischer Energie in bewegten Systemen mit erheblichem Aufwand verbunden ist, haben reine Elektroantriebe bislang nur eine untergeordnete Bedeutung bei den Fahrzeugantrieben erlangt.
  • Als zukunftsweisend werden sogenannte Hybridantriebskonzepte angesehen, bei denen ein Verbrennungsmotor und ein oder mehrere Elektromotoren zu einem Antriebsverbund kombiniert werden. Für die Steuerung des Elektromotors bzw. der Elektromotoren ist eine elektrische Steuerung erforderlich. Hinsichtlich der Anordnung der elektrischen Steuerung lassen sich bei den bekannten Hybridantrieben folgende zwei Grundkonfigurationen unterscheiden:
    • 1. Die Steuerungstechnik für den Elektroantrieb ist als separates Aggregat ausgeführt und „außerhalb" des Bereichs, in dem das Getriebe angeordnet ist, im Fahrzeug verbaut. Kühlung, Anschlusstechnik etc. werden für die Steuerungstechnik einzeln bereit gestellt. In speziellen Fällen ist die Steuerungstechnik zur mechanischen Abstützung an einen Komponente des Antriebsstrangs angeflanscht.
    • 2. Die Steuerungstechnik für den Elektroantrieb ist in die Getriebeglocke des Hybridgetriebes integriert und räumlich um die Elektromaschine herum angeordnet. Kühlung, Anschlusstechnik etc. werden für die Steuerungstechnik direkt in die vorhandenen Kreisläufe des Fahrzeugs eingebunden. Ebenfalls bekannt sind Anordnungen mit Außenläufermotoren, bei denen die Steuerungstechnik im Zentrum der Elektromaschine angeordnet ist.
  • Hybridkonzepte nach dem Stand der Technik sind in den 1–4 beschrieben. 1 zeigt ein Hybridgetriebe 1 mit einem Getriebegehäuse 2, das eine Getriebeglocke 3 aufweist. In das Getriebegehäuse 2 sind zwei Elektromotoren 4, 5 integriert, die jeweils durch eine elektrische Steuer- bzw. Regeleinrichtung 6, 7 angesteuert sind. Bei manchen Hybridkonzepten sind die elektrischen Steuer-/Regeleinrichtungen, wie in 1 angedeutet, entfernt vom Hybridgetriebe 1 im Fahrzeug angeordnet.
  • Bei anderen Hybridkonzepten gemäß dem Stand der Technik werden, wie in 2 dargestellt, die elektrischen Maschinen 4, 5 durch eine gemeinsame Steuer-/Regeleinrichtung 6' gesteuert bzw. geregelt, die ebenfalls entfernt von dem Hybridgetriebe im Fahrzeug angeordnet ist.
  • 3 zeigt ein Hybridgetriebekonzept, bei dem die Steuer-/Regeleinrichtung in die Getriebeglocke 3 integriert ist und radial außerhalb der elektrischen Maschine 4, d. h. entlang des Umfangs der elektrischen Maschine 4 angeordnet ist.
  • Bei dem oben bereits erwähnten und in 4 dargestellten Konzept ist die Steuer-/Regeleinrichtung 6 der elektrischen Maschine 4 im Zentrum der elektrischen Maschine 4 angeordnet.
  • Nachteilig bei den Hybridkonzepten nach dem Stand der Technik mit separater Steuerungstechnik für den Elektroantrieb ist der relativ große Systemaufwand sowie das damit verbundene zusätzliche Gewicht und das hierfür benötigte Bauvolumen. Dieses Bauvolumen ist im Antriebs-, Fahrgast- und/oder Gepäckraum des Fahrzeugs vorzuhalten. Zusätzliche Bauteile für Gehäuse und elektrische Verbindungen erhöhen den Bauraumbedarf und führen wegen der langen Leitungen für die Stromzuführung zu einer erhöhten Komplexität. So ist der Strom zwischen dem Umrichter und der Elektromaschine aufgrund der Blindleistung der Elektromaschine um Faktoren größer als der Strom zwischen dem Energiespeicher und dem Umrichter. Hinzu kommt, dass die Pulsung der Motorspannung durch den Umrichter den Motorstrom mit hoch frequenten Anteilen belastet und ein ungünstiges elektromagnetisches Verhalten des Gesamtsystems bewirkt, was nur mit hohen Zusatzaufwendungen kompensierbar ist.
  • Bei einer räumlich um die Elektromaschine herum in die Getriebeglocke integrierten Steuerungstechnik (vgl. 3) ist als nachteilig anzusehen, dass wertvoller Bauraum für die Steuerungstechnik genutzt werden muss. Bei gegebenem Durchmesser der Getriebeglocke muss die Elektromaschine im Durchmesser entsprechend reduziert werden, um den Bauraum für die Elektronikkomponenten bereit zu stellen, bzw. bei gegebenem Durchmesser der Elektromaschine müsste die Getriebeglocke entsprechend größer dimensioniert werden, was in der Regel aufgrund von Bauraumrestriktionen nicht möglich ist. Bei einer Anordnung der Steuerung im Zentrum der Elektromaschine wird Bauraum verbraucht, welcher bei optimaler Nutzung der Bauräume drehenden mechanischen Elementen vorbehalten wäre.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Hybridgetriebe zu schaffen, bei dem die Steuer-/Regeleinrichtung, die zur Steuerung bzw. Regelung der mindestens einen Elektromaschine des Hybridgetriebes vorgesehen ist, optimal angeordnet ist.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Die Erfindung geht von einem Hybridgetriebe, insbesondere für Fahrzeuge, aus. Das Hybridgetriebe weist ein Getriebegehäuse mit einem eingangsseitigen glockenartigen Gehäuseabschnitt auf. In dem Getriebegehäuse ist mindestens ein Elektromotor angeordnet, der dazu vorgesehen ist, Antriebsenergie in einen Drehmomentpfad des Hybridgetriebes einzuleiten oder mechanische Energie aus einem Drehmomentpfad des Hybridgetriebes zu entnehmen und in elektrische Energie umzuwandeln. Zur Steuerung bzw. Regelung des mindestens einen Elektromotors ist eine Steuer-/Regeleinrichtung vorgesehen.
  • Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die Steuer-/Regeleinrichtung in einem radialen Außenbereich des glockenartigen Gehäuseabschnitts angeordnet ist und zwar derart, dass sich die Steuer-/Regeleinrichtung zumindest primär nur über einen Teilumfang des glockenartigen Gehäuseabschnitts erstreckt.
  • Vorzugsweise erstreckt sich die Steuer-/Regeleinrichtung über einen Teilumfang von weniger als 180° des glockenartigen Gehäuseabschnitts. Als besonders vorteilhaft wird angesehen, wenn die Steuer-/Regeleinrichtung im Bereich der Unterseite des glockenartigen Gehäuseabschnitts angeordnet ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Elektronik im unteren Bereich der Getriebeglocke als „konzentriertes Aggregat" angeordnet ist. Dabei kann sich der Bauraum, den die Steuer-/Regeleinrichtung einnimmt, über die ganze oder einen Teil der Länge bzw. Breite des Hybridgetriebes erstrecken oder diese Dimensionen überschreiten. Der „Bauraum", in dem die Steuer-/Regeleinrichtung angeordnet ist, kann eine „geschlossene Einheit" darstellen oder in mehrere Kompartiments unterteilt sein, in denen einzelne Elemente der Elektromaschinensteuerung angeordnet sind, was die Ausfallsicherheit der Steuer-/Regeleinrichtung verbessert.
  • Ausdrücklich sei darauf hingewiesen, dass das Hybridgetriebe eine elektrische Maschine oder mehrere elektrische Maschinen, insbesondere zwei elektrische Maschinen enthalten kann.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Steuer-/Regeleinrichtung in einem Gehäuse angeordnet, das von einer Außenseite des Getriebes, insbesondere von einer Unterseite des Getriebegehäuses her an das Getriebegehäuse angeflanscht ist. Alternativ dazu kann die Steuer-/Regeleinrichtung auch in einem „Gehäuse" angeordnet sind, das integraler Bestandteil des Getriebegehäuses ist oder das als „Teilgehäuse" des Getriebegehäuses ausgebildet ist.
  • Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung schließt sich die Steuer-/Regeleinrichtung, die zur Steuerung bzw. Regelung der mindestens eine Elektromaschine vorgesehen ist, unmittelbar vorderhalb an den „Bauraum" in dem die Getriebesteuerung angeordnet ist, an. Die Abdeckung der Steuer-/Regeleinrichtung und die Abdeckung der Getriebesteuerung können als einteiliger „Deckel" ausgeführt werden. Ein Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass die Steuer-/Regeleinrichtung und die elektrische Getriebesteuerung baulich in „einer Einheit" realisiert werden können, wodurch sich das interaktive Zusammenwirken der Elektromaschine bzw. der Elektromaschinen und der Kupplungen des Getriebes besonders effizient darstellen lässt.
  • Mit der relativ einfach erscheinenden Erfindung werden eine Vielzahl von Nachteilen herkömmlicher Hybridgetriebekonzepte vermieden. Insbesondere werden die voluminösen und schweren zusätzlichen Bauteile einer separaten Steuerungstechnik sowie deren ungünstiges elektromagnetisches Verhalten vermieden. Die Stromleitungen zwischen Umrichter und Elektromaschine sind vergleichsweise kurz und können ausschließlich innerhalb des Getriebes geführt werden. Ferner wird der Aufwand für zusätzliche Gehäuse, Kühlkreisläufe, Anschlusstechnik, Sicherheitstechnik für Strom und spannungsführende Bauteile reduziert. Im Unterschied zu herkömmlichen Hybridgetriebekonzepten, wie sie in den 1 und 2 beschrieben sind, wird bei einem Hybridgetriebe gemäß der Erfindung kein zusätzlicher Bauraum für die Steuer-/Regeleinrichtung außerhalb des Getriebes benötigt.
  • Im Vergleich zu Hybridgetrieben, bei denen um die Elektromaschine herum verteilt angeordnet ist, (vgl. 3) ist bei einem Hybridgetriebe gemäß der Erfindung, bei der die Steuer-/Regeleinrichtung „konzentriert" im Bereich der Unterseite des Getriebegehäuses angeordnet ist, der Volumen- und Materialbedarf geringer. Auch der Aufwand für Halterungen, Verbindungen zwischen den Einzelmodulen, Dichtungen und Signalleitungen sowie deren Abschirmungen ist bei einem Hybridgetriebe gemäß der Erfindung vergleichsweise gering. Die „konzentrierte Aufbautechnik" entspricht besser den technologischen Möglichkeiten für einen kostengünstigen Elektronikaufbau als eine über den Umfang der Elektromaschine verteilt angeordnete Elektronik (vgl. 3). Insbesondere wird der Bauraumverlust vermieden, welcher aus einer „gesehnten Einpassung" ebener bzw. kastenartiger Elektronikkomponenten in den kreisförmigen Bauraum der Getriebeglocke resultiert (vgl. 3).
  • Vorteilhaft ist ferner, dass die Elektronik als von der Elektromaschine unabhängiges Bauteil behandelt und nach dem Einbau der Elektromaschine in das Getriebe angeschlossen werden kann. Wegen der geringen Anzahl von Einzelkomponenten ist die Zuverlässigkeit des erfindungsgemäßen Systems höher als die des in 3 gezeigten Systems.
  • Für das Gesamtfahrzeug ergeben sich zusammenfassend insbesondere folgende Vorteile:
    • – geringerer Bauraumbedarf bei gleicher Leistungsfähigkeit und somit höhere Leistungsdichte,
    • – keine Einschränkung von Antriebsleistung bzw. Getriebeeigenschaften sowie Nutzräumen,
    • – größere Freiheiten bezüglich des Fahrzeugpackages, insbesondere bezüglich der Weite des Getriebetunnels,
    • – geringerer Materialbedarf, u. a. für inaktive Komponenten und geringeres Gewicht,
    • – preiswertere Komponenten wegen geringerer Technologietiefe für Einzelkomponenten,
    • – günstigere Funktionsintegration zwischen elektrischem und mechanischem Teil des Getriebes,
    • – einfachere Montierbarkeit der elektrischen Komponenten im Antriebsstrang,
    • – bessere Zugänglichkeit der Elektronik bei Servicearbeiten,
    • – geringere Anzahl von Systemschnittstellen,
    • – minimierte Anzahl von spannungsführenden Schnittstellen (nur Anschluss des Energiespeichers),
    • – keine zusätzlichen Kühlkreisläufe,
    • – gute elektromagnetische Verträglichkeit.
  • Im folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
  • 5 ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Steuer-/Regeleinrichtung des mindestens einen Elektromotors von der Getriebesteuerelektronik separiert ist; und
  • 6 ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Steuer-/Regeleinrichtung und die Getriebesteuerung in ein- und demselben Gehäuse angeordnet sind.
  • 5 zeigt ein Hybridgetriebe 1 mit einem Getriebegehäuse 2, das einseitig einen glockenartigen Gehäuseabschnitt 3 aufweist, der im folgenden auch als Getriebeglocke bezeichnet wird. In der Getriebeglocke 3 ist ein Elektromotor 4 angeordnet, der dazu vorgesehen ist Antriebsenergie in einen Drehmomentpfad des Hybridgetriebes einzuspeisen oder mechanische Energie aus einem Drehmomentpfad des Hybridgetriebes zu entnehmen und in elektrische Energie umzuwandeln. Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das Hybridgetriebe 1 auch mehrere solcher Elektromaschinen aufweisen kann. Zur Steuerung bzw. Regelung der mindestens einen Elektromaschine 4 ist eine Steuer-/Regeleinrichtung 6 vorgesehen, die als „konzentriertes Aggregat" im unteren Bereich der Getriebeglocke 3 angeordnet ist. Aus der im linken Teil der 5 gezeigten Stirnansicht ist ersichtlich, dass sich die Steuer-/Regeleinrichtung nur über einen Teilumfang der Getriebeglocke 3 erstreckt. Konkret ist die Steuer-/Regeleinrichtung im unteren Bereich der Getriebeglocke 3 angeordnet und erstreckt sich, in Umfangsrichtung der Getriebeglocke 3 gesehen, über einen Winkelbereich α von circa 160°.
  • In Kraftflussrichtung des Hybridgetriebes 1 gesehen hinter der Steuer-/Regeleinrichtung ist ein Gehäuseteil 7 vorgesehen, in dem die eigentliche Getriebesteuerung, d. h. die Steuerung bzw. Regelung für mechanische Getriebekomponenten wie z. B. Kupplungen, untergebracht ist. Bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die beiden Gehäuse für die Steuer- /Regeleinrichtung und die Getriebesteuerung von unten her an das Getriebegehäuse des Hybridgetriebes 1 angeflanscht. Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass die Gehäuse für die Steuer-/Regeleinrichtung und die Getriebesteuerung einstückig mit dem Getriebegehäuse des Hybridgetriebes 1 verbunden bzw. als Teil des Getriebegehäuses ausgebildet sind.
  • 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Steuer-/Regeleinrichtung und die Getriebesteuerung in einem einstückigen Gehäuse 8 untergebracht sind, das von unten her an die Getriebeglocke bzw. an das Getriebegehäuse 2 angeflanscht ist. Das Gehäuse 8 kann in hier nicht näher dargestellter Weise in zwei Teilgehäuse für die Steuer-/Regeleinrichtung und die Getriebesteuerung unterteilt sein, z.B. durch eine Zwischenwand. Ferner kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse 8 integraler Bestandteil des Getriebegehäuses 2 ist und über einen Deckel (nicht dargestellt), der z. B. an der Unterseite des Gehäuses 8 vorgesehen sein kann, zugänglich ist.

Claims (7)

  1. Hybridgetriebe (1), insbesondere für Fahrzeuge, mit einem Getriebegehäuse (2), das eingangsseitig einen glockenartigen Gehäuseabschnitt (3) aufweist, wobei in dem Getriebegehäuse (2) mindestens eine Elektromaschine (4) angeordnet ist, die dazu vorgesehen ist, Antriebsenergie in einen Drehmomentpfad des Hybridgetriebes (1) einzuspeisen oder mechanische Energie aus einem Drehmomentpfad des Hybridgetriebes (1) zu entnehmen und in elektrische Energie umzuwandeln, wobei eine elektrische Steuer-/Regeleinrichtung (6) zur Steuerung bzw. Regelung der mindestens einen Elektromaschine (4) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer-/Regeleinrichtung (6) in einem radialen Außenbereich des glockenartigen Gehäuseabschnitts (3) angeordnet ist und zwar derart, dass sich die Steuer-/Regeleinrichtung (6) nur über einen Teilumfang (α) des glockenartigen Gehäuseabschnitts (3) erstreckt.
  2. Hybridgetriebe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Steuer-/Regeleinrichtung (6) über einen Teilumfang von weniger als 180° des glockenartigen Gehäuseabschnitts (3) erstreckt.
  3. Hybridgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebegehäuse (2) in Bezug auf eine Einbaulage in einem Fahrzeug eine Oberseite und eine Unterseite aufweist und dass die Steuer-/Regeleinrichtung (6) primär im Bereich der Unterseite des glockenartigen Gehäuseabschnitt (3) angeordnet ist.
  4. Hybridgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer-/Regeleinrichtung (6) in einem Gehäuse angeordnet ist, das von einer Außenseite des Getriebegehäuses (2) her an das Getriebegehäuse (2) angeflanscht ist.
  5. Hybridgetriebe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer-/Regeleinrichtung (6) in einem Gehäuse angeordnet ist, das integraler Bestandteil des Getriebegehäuses (2) ist.
  6. Hybridgetriebe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Getriebesteuerelektronik vorgesehen ist und dass die Getriebesteuerelektronik ebenfalls primär im unteren Bereich des Getriebegehäuses (2) angeordnet ist.
  7. Hybridgetriebe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Getriebesteuerelektronik vorgesehen ist und dass die Getriebesteuerelektronik in Richtung des Getriebeausgangs gesehen hinter der Steuer-/Regeleinrichtung (6) angeordnet ist.
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