DE102006027901A1

DE102006027901A1 - Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102006027901A1
Application number: DE102006027901A
Authority: DE
Inventors: Volker Alberti; Wolfram Dau; Holger Dietze; Uwe Rautenberg; Manfred Rösner
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2006-06-17
Filing date: 2006-06-17
Publication date: 2008-02-07

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem Hauptantriebsstrang, der einen nahe einer Antriebsachse (2) angeordneten Verbrennungsmotor (3), ein Fahrgetriebe (4), eine längere erste Triebwelle (5) und einen Achsantrieb (6) einer motorfernen ersten Antriebsachse (7) umfasst, und mit einem elektrischen Zusatzantriebsstrang, der mindestens eine als Elektromotor betreibbare und koaxial zu einem Triebelement des Hauptantriebsstrangs angeordnete Elektromaschine (9), ein Seitengetriebe (10) mit einem radial außenliegenden Ausgang, eine kürzere zweite Triebwelle (11) und einen Achsantrieb (12) der motornahen zweiten Antriebsachse (2) umfasst. Zur Erzielung einer kompakten Anordnung der motornahen Triebelemente und einer ausgeglichenen Achslastverteilung des Kraftfahrzeugs ist der Hauptantriebsstrang in Transaxlebauweise mit einer Anordnung des Fahrgetriebes (4) an der motorfernen ersten Antriebsachse (7) und der längeren ersten Triebwelle (5) zwischen einer Abtriebswelle (8) des Verbrennungsmotors (3) und einem Eingangselement des Fahrgetriebes (4) ausgeführt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem Hauptantriebsstrang, der einen nahe einer Antriebsachse angeordneten Verbrennungsmotor, ein Fahrgetriebe, eine längere erste Triebwelle, und einen Achsantrieb einer motorfernen ersten Antriebsachse umfasst, und mit einem elektrischen Zusatzantriebsstrang, der mindestens eine als Elektromotor betreibbare und koaxial zu einem Triebelement des Hauptantriebsstrangs angeordnete Elektromaschine, ein Seitengetriebe mit einem radial außenliegenden Ausgang, eine kürzere zweite Triebwelle, und einen Achsantrieb der motornahen zweiten Antriebsachse umfasst.
Die Erfindung betrifft des weiteren einen Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem Hauptantriebsstrang, der einen nahe einer Antriebsachse angeordneten Verbrennungsmotor, ein Fahrgetriebe, ein Verteilergetriebe, einen ersten Teilantriebsstrang mit einer längeren ersten Triebwelle und einem Achsantrieb einer motorfernen ersten Antriebsachse, sowie einen zweiten Teilantriebsstrang mit einem Seitengetriebe mit einem radial außenliegenden Ausgang, einer kürzeren zweite Triebwelle, und einem Achsantrieb der motornahen zweiten Antriebsachse umfasst, und mit einem elektrischen Zusatzantrieb, der mindestens eine als Elektromotor betreibbare und koaxial zu einem Triebelement des Hauptantriebsstrangs angeordnete Elektromaschine umfasst, deren Rotor mit einem Triebelement des Hauptantriebsstrangs drehfest verbunden oder verbindbar ist.
Unter einem Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs wird allgemein die Kombination eines Verbrennungsmotors und eines Elektromotors in einem Antriebsstrang verstanden. Entsprechend der antriebstechnischen Anordnung des Verbrennungsmotors und des Elektromotors wird dabei zwischen einem seriellen und einem parallelen Hybridantrieb unterschieden.
Bei einem seriellen Hybridantrieb treibt der Verbrennungsmotor einen Generator an, über den in Verbindung mit einer Fahrbatterie ein mit dem Achsantrieb verbundener Elektromotor gespeist wird. Der unmittelbare Antrieb des Kraftfahrzeugs erfolgt somit immer über den Elektromotor, wobei der Verbrennungsmotor aber bedarfsweise, z.B. beim Befahren von Innenstadtbereichen mit Emissionsbeschränkungen, abgestellt werden kann, so dass der Elektromotor dann nur aus der Fahrbatterie gespeist wird. Vorteilhaft ist an dieser Auslegung, dass eine Anfahrkupplung und ein Fahrgetriebe nicht erforderlich sind und somit eingespart werden können, was einen relativ geringen Bauraumbedarf und ein niedriges Gewicht des Antriebsstrangs ergibt. Nachteilig bei dieser Auslegung ist jedoch die zweifache Energieumwandlung mechanisch-elektrisch und elektrisch-mechanisch zwischen dem Verbrennungsmotor, dem Generator, und dem Elektromotor, was einen relativ schlechten Wirkungsgrad zur Folge hat. Des Weiteren wird der Elektromotor bei größeren Fahrgeschwindigkeiten zumeist in einem ungünstigen Betriebsbereich betrieben.
Bei einem parallelen Hybridantrieb sind der Verbrennungsmotor und der Elektromotor dagegen in paralleler Anordnung auf den Antriebsstrang wirksam. Somit kann das betreffende Kraftfahrzeug wahlweise von dem Verbrennungsmotor oder dem Elektromotor oder gemeinsam von beiden Antriebsmotoren angetrieben werden. Nachteilig an dieser Auslegung ist jedoch, dass für das Anfahren und den Fahrbetrieb mit dem Verbrennungsmotor eine Anfahrkupplung und ein Fahrgetriebe erforderlich sind, wodurch sich ein großer Bauraumbedarf und ein hohes Gewicht des Antriebsstrangs ergeben.
Aus der DE 199 19 455 C2 ist ein Hybridantriebsstrang mit paralleler Anordnung der Antriebsmotoren bekannt, bei dem der Verbrennungsmotor mit einer ersten Antriebsachse und eine als Elektromotor betreibbare Elektromaschine mit einer zweiten Antriebsachse in Triebverbindung steht. Der Verbrennungsmotor ist auf der die zweite Antriebsachse bildenden Vorderachse angeordnet und steht über ein Fahrgetriebe und eine längere Kardanwelle mit dem Achsantrieb der die erste Antriebsachse bildenden Hinterachse in Verbindung. Die Elektromaschine ist in koaxialer Anordnung auf der motorabgewandten Seite hinter dem Fahrgetriebe angeordnet und steht über ein Seitengetriebe mit einem radial außenliegenden Ausgang und eine kürzere Kardanwelle mit dem Achsantrieb der Vorderachse in Verbindung. Das Seitengetriebe ist axial zwischen dem Fahrgetriebe und der Elektromaschine angeordnet. Zur Vermeidung von Schleppverlusten ist optional eine Trennkupplung zwischen dem Ausgang des Seitengetriebes und der kürzeren Kardanwelle vorgesehen. Nachteilig an diesem bekannten Hybridantriebsstrang ist die Konzentration des Verbrennungsmotors, des Fahrgetriebes, der Elektromaschine, und des Seitengetriebes nahe der Vorderachse, was zu einer ungünstig hohen Achslast auf dieser Antriebsachse und zu einem hohen Bauraumbedarf hinter dem Verbrennungsmotor führt. Dies hat wiederum eine unausgewogene Achslastverteilung mit entsprechenden Nachteilen bei Traktion und Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs und speziell bei Pkws einen größeren Kardantunnel mit einer entsprechenden Einengung des Fahrzeuginnenraums zur Folge. Weitere Nachteile können sich aufgrund der anordnungsbedingt schlechten Zugänglichkeit der Elektromaschine für Wartungs- und Reparaturarbeiten sowie für die Zu- und Abfuhr von Kühlluft ergeben.
Ein weiterer Hybridantriebsstrang mit paralleler Anordnung der Antriebsmotoren ist in der DE 101 60 267 A1 beschrieben, bei dem in einer zweiten Ausführung ein Verbrennungsmotor und eine als Elektromotor betreibbare Elektromaschine über ein Verteilergetriebe mit zwei Antriebsachsen, einer motorfernen ersten Antriebsachse und einer motornahen zweiten Antriebsachse, in Triebverbindung stehen. Der Verbrennungsmotor ist auf der die zweite Antriebsachse bildenden Vorderachse angeordnet und steht über ein Fahrgetriebe, das Verteilergetriebe und eine längere Kardanwelle mit dem Achsantrieb der die erste Antriebsachse bildenden Hinterachse sowie über einen radial außenliegenden Ausgang des Verteilergetriebes bzw. eines darin integrierten Seitengetriebes und eine kürzere Kardanwelle mit der Vorderachse in Verbindung. Die Elektromaschine ist in koaxialer Anordnung auf der motorabgewandten Seite entweder zwischen dem Fahrgetriebe und dem Verteilergetriebe oder dem Verteilergetriebe nachgelagert angeordnet und steht über das Verteilergetriebe ebenfalls mit beiden Antriebsachsen in Verbindung. Auch bei diesem bekannten Hybridantriebsstrang ist die Konzentration des Verbrennungsmotors, des Fahrgetriebes, der Elektromaschine, und des Verteilergetriebes nahe der Vorderachse ungünstig, da dies in gleicher Weise zu einer hohen Achslast auf der motornahen Vorderachse und zu einem hohen Bauraumbedarf hinter dem Verbrennungsmotor führt.
Angesichts der Nachteile dieser bekannten Hybridantriebsstränge ist es das Problem der vorliegenden Erfindung, Ausführungen von Hybridantriebssträngen der eingangs genannten Art vorzuschlagen, die eine günstigere Achslastverteilung des Kraftfahrzeugs ermöglichen und einen geringeren Bauraumbedarf nahe des Verbrennungsmotors aufweisen.
Das Problem einen Hybridantriebsstrang mit einer durch einen Verbrennungsmotor antreibbaren ersten Antriebsachse und mit einer durch eine Elektromaschine antreibbaren zweiten Antriebsachse betreffend wird erfindungsgemäß in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass der Hauptantriebsstrang in Transaxlebauweise mit einer Anordnung des Fahrgetriebes an der motorfernen ersten Antriebsachse und der längeren ersten Triebwelle zwischen einer Abtriebswelle des Verbrennungsmotors und einem Eingangselement des Fahrgetriebes ausgeführt ist.
Durch die Anordnung des Fahrgetriebes an der motorfernen ersten Antriebsachse wird eine kompaktere Anordnung der verbleibenden motornahen Triebelemente des Hybridantriebsstrangs, wie der Elektromaschine und des Seitengetriebes, erreicht sowie eine Verkürzung der kürzeren zweiten Triebwelle ermöglicht. Des Weiteren wird hierdurch zumindest im unbeladenen Zustand eine ausgeglichene Achslastverteilung des Kraftfahrzeugs erreicht.
Die Elektromaschine ist bei dieser ersten Ausführung eines Hybridantriebsstrangs bevorzugt koaxial über der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors axial zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Seitengetriebe angeordnet, da hierdurch die Elektromaschine mit ihrem relativ großen Durchmesser günstig in einem in motorabgewandter Richtung konvergenten Kardantunnel anzuordnen ist und relativ leicht über entsprechende Kühlkanäle mit Kühlluft oder über entsprechende Kühlleitungen mit einer Kühlflüssigkeit versorgt werden kann.
Der Rotor der Elektromaschine ist vorteilhaft über eine steuerbare erste Trennkupplung mit der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors und über eine steuerbare zweite Trennkupplung mit einem Eingangselement des Seitengetriebes verbindbar, so dass die Elektromaschine wahlweise bei geschlossener erster Trennkupplung und geöffneter zweiter Trennkupplung zusätzlich zum Verbrennungsmotor zum Antrieb der motorfernen Antriebsachse oder bei geöffneter erster Trennkupplung und geschlossener zweiter Trennkupplung zum Antrieb der motornahen Antriebsachse genutzt werden kann. Im letztgenannten Fall ist auch ein rein elektrischer Betrieb des Kraftfahrzeugs über die motornahe Antriebsachse möglich, der für Orte und Regionen mit Abgasbeschränkungen von besonderer Bedeutung ist. Sofern die Elektromaschine auch als Starter betreibbar ist, kann die Elektromaschine bei geschlossener erster Trennkupplung und geöffneter zweiter Trennkupplung sowie in Leerlauf geschaltetem Fahrgetriebe auch zum Starten des Verbrennungsmotors genutzt werden. Wenn die Elektromaschine als Generator betreibbar ist, kann zudem bei beiden Betriebszuständen der beiden Trennkupplungen jeweils elektrische Energie zum Laden einer Bordnetzbatterie mit der Elektromaschine erzeugt werden.
Zur Absenkung der Drehzahl der längeren ersten Triebwelle ist zweckmäßig eine Übersetzungsstufe mit einer Übersetzung ins Langsame (i > 1) zwischen der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors und der ersten Triebwelle angeordnet.
Das Problem einen Hybridantriebsstrang mit zwei durch einen Verbrennungsmotor antreibbaren Antriebsachsen und mit einem elektrischen Zusatzantrieb betreffend wird erfindungsgemäß in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 5 dadurch gelöst, dass der Hauptantriebsstrang in Transaxlebauweise mit einer Anordnung des Fahrgetriebes an der motorfernen ersten Antriebsachse und der längeren ersten Triebwelle zwischen einem der ersten Antriebsachse zugeordneten ersten Ausgangselement des Verteilergetriebes und einem Eingangselement des Fahrgetriebes ausgeführt ist.
Auch bei dieser zweiten Ausführung eines Hybridantriebsstrangs wird durch die Anordnung des Fahrgetriebes an der motorfernen ersten Antriebsachse eine kompaktere Anordnung der verbleibenden motornahen Triebelemente des Hybridantriebsstrangs, wie der Elektromaschine, des Verteilergetriebes, und des Seitengetriebes, erreicht sowie eine Verkürzung der kürzeren zweiten Triebwelle ermöglicht. Des Weiteren wird dadurch auch in diesem Fall eine günstigere Achslastverteilung des Kraftfahrzeugs erreicht.
Die Elektromaschine ist in diesem Fall bevorzugt koaxial über einer Abtriebswelle des Verbrennungsmotors axial zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Verteilergetriebe angeordnet, wodurch, wie schon bei der ersten Ausführung beschrieben, eine insgesamt raumsparende Anordnung der motornahen Triebelemente erreicht und eine günstige Zu- und Abfuhr von Kühlluft bzw. einer Kühlflüssigkeit möglich ist.
Bei dieser zweiten Ausführung des Hybridantriebsstrangs ist der Rotor der Elektromaschine vorteilhaft über eine steuerbare erste Trennkupplung mit der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors und über eine steuerbare zweite Trennkupplung mit einem der zweiten Antriebsachse zugeordneten zweiten Ausgangselement des Verteilergetriebes verbindbar, so dass die Elektromaschine wahlweise bei geschlossener erster Trennkupplung und geöffneter zweiter Trennkupplung zusätzlich zum Verbrennungsmotor zum Antrieb beider Antriebsachsen oder bei geöffneter erster Trennkupplung und geschlossener zweiter Trennkupplung zusätzlich zum Antrieb der motornahen Antriebsachse genutzt werden kann. Im letztgenannten Fall ist bei in Leerlauf geschaltetem Fahrgetriebe auch ein rein elektrischer Betrieb des Kraftfahrzeugs über die motornahe Antriebsachse möglich. Ebenso kann die Elektromaschine, sofern sie als Starter betreibbar ist, ebenfalls bei geschlossener erster Trennkupplung und geöffneter zweiter Trennkupplung sowie in Leerlauf geschaltetem Fahrgetriebe zum Starten des Verbrennungsmotors genutzt werden. Wenn die Elektromaschine als Generator betreibbar ist, kann sie zudem bei beiden Betriebszuständen der beiden Trennkupplungen zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet werden. Beim Rückwärtsfahren, das nur kurzzeitig für Einpark- und Rangiermanöver benötigt wird, wird ein fehlendes Wendegetriebe des zweiten Teilantriebsstrangs bei geöffneter erster Trennkupplung und geschlossener zweiter Trennkupplung unter Nutzung der Differenzialfunktion des Verteilergetriebes durch eine entsprechende Steuerung des zweiten Eingangselementes des Verteilergetriebes über die Elektromaschine kompensiert.
Zur Erzielung einer kompakten Bauweise und einem gewünschten Verteilungsverhältnis des am Eingangselement anliegenden Drehmomentes ist das Verteilergetriebe bevorzugt als ein Planetengetriebe mit einem Sonnenrad, einem Hohlrad, und einem mehrere mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad kämmende Planetenräder tragenden Planetenträger ausgebildet ist, dessen Planetenträger das mit der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors verbundene Eingangselement bildet, dessen Sonnenrad das der ersten Antriebsachse zugeordnete erste Ausgangselement bildet, und dessen Hohlrad das der zweiten Antriebsachse zugeordnete zweite Ausgangselement bildet.
Wenn das Fahrgetriebe nicht als Lastschaltgetriebe, wie beispielsweise als Doppelkupplungsgetriebe, ausgebildet ist, so ist das Verteilergetriebe zweckmäßig zur Sperrung der Differenzialfunktion mit einer Überbrückungskupplung versehen. Die Überbrückungskupplung, durch die zwei Elemente des Verteilergetriebes, entweder das Eingangselement und eines der Ausgangselemente oder beide Ausgangselemente, miteinander verbunden werden, wird während eines Schaltvorgangs in dem Fahrgetriebe geschlossen, um einen unerwünschten Drehmomenteinbruch und eine ungünstige Beschleunigung des ersten Ausgangselementes und der mit diesem verbundenen ersten Triebwelle während des Schaltvorgangs zu vermeiden.
Analog zur ersten Ausführung ist auch bei der zweiten Ausführung des Hybridantriebsstrangs zur Absenkung der Drehzahl der längeren ersten Triebwelle zweckmäßig eine Übersetzungsstufe mit einer Übersetzung ins Langsame (i > 1) nunmehr zwischen dem ersten Ausgangselement des Verteilergetriebes und der ersten Triebwelle angeordnet.
Die Übersetzungsstufe kann in beiden Ausführungen des Hybridantriebsstrangs jeweils als ein Stirnradgetriebe mit einem kleineren Eingangszahnrad und einem größeren Ausgangszahnrad ausgeführt sein. Hierdurch ergibt sich ein radialer Versatz der ersten Triebwelle zur gemeinsamen Drehachse der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors, der Abtriebswelle, der Elektromaschine, und des Verteilergetriebes, der durch eine tiefere Anordnung der ersten Triebwelle für eine Vermeidung oder Verkleinerung des Kardantunnels genutzt werden kann.
Wenn jedoch eine koaxiale Anordnung der ersten Triebwelle gewünscht ist, kann die Übersetzungsstufe auch als ein einfaches Planetengetriebe mit einem Sonnenrad als Eingangselement, einem Planetenträger als Ausgangselement, und einem an einem Gehäuse festgelegten Hohlrad ausgeführt sein.
Das Seitengetriebe kann als ein Stufenschaltgetriebe mit mindestens zwei Übersetzungsstufen, einer ersten Übersetzungsstufe für das Anfahren und einen Langsamfahrbereich und einer zweiten Übersetzungsstufe für einen Schnellfahrbereich ausgebildet sein. Hierdurch wird erreicht, dass in beiden Ausführungen des Hybridantriebsstrangs die Elektromaschine jeweils weitgehend in einem für einen hohen Wirkungsgrad günstigen, d.h. niedrigen Drehzahlbereich betrieben wird, und dass bei der zweiten Ausführung des Hybridantriebsstrangs starke Lastschläge und große Ausgleichsbewegungen innerhalb des Verteilergetriebes während und nach Schaltvorgängen in dem Fahrgetriebe vermieden werden.
Die beiden Trennkupplungen sind bevorzugt als Trockenkupplungen ausgebildet, da diese Bauart besonders ausgereift ist und geringe Axialabmessungen aufweist. Zweckmäßig ist eine der beiden Trennkupplungen passiv schließbar und die andere der beiden Trennkupplungen aktiv schließbar ausgebildet, wobei bevorzugt die erste Trennkupplung mittels einer Anpressfeder passiv schließbar und die zweite Trennkupplung mittels einer Öffnungsfeder aktiv schließbar ist, so dass die Elektromaschine im unbetätigten Zustand eindeutig mit der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors verbunden ist. Hierdurch können beide Trennkupplungen auch gemeinsam angesteuert werden, beispielsweise bei einer Betätigung über jeweils einen Stellzylinder durch ein gemeinsames Steuerungsventil, da dann das Öffnen der ersten Trennkupplung zwangsläufig mit einem Schließen der zweiten Trennkupplung und umgekehrt verbunden ist.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, die beispielhaft zur Erläuterung der Erfindung dienen.
Hierzu zeigt:
1 Eine erste Ausführung eines erfindungsgemäßen Hybridantriebsstrangs in einem Längsschnitt, und
2 eine zweite Ausführung eines erfindungsgemäßen Hybridantriebsstrangs in einem Längsschnitt.
Ein Hybridantriebsstrang 1.1 eines Kraftfahrzeugs weist in einer ersten Ausführung nach 1 einen mechanischen Hauptantriebsstrang und einen elektrischen Nebenantriebsstrang auf. Der Hauptantriebsstrang umfasst einen nahe einer Antriebsachse 2 angeordneten Verbrennungsmotor 3, und folgende außerhalb des Darstellungsbereichs von 1 befindlichen Triebelemente: ein Fahrgetriebe 4, eine längere erste Triebwelle 5, und einen Achsantrieb 6 einer motorfernen ersten Antriebsachse 7. Der Zusatzantriebsstrang umfasst eine als Elektromotor betreibbare Elektromaschine 9, ein Seitengetriebe 10 mit einem radial außenliegenden Ausgang, eine kürzere zweite Triebwelle 11, und einen Achsantrieb 12 der motornahen zweiten Antriebsachse 2.
Die Kurbelwelle 13 des Verbrennungsmotors 3 steht über ein Zweimassen-Schwungrad 14 mit Drehschwingungsdämpfer mit der Abtriebswelle 8 in Verbindung. Das Fahrgetriebe 4 ist in Transaxlebauweise an der motorfernen ersten Antriebsachse 7 angeordnet. Die längere erste Triebwelle 5, bei der es sich bevorzugt um eine Kardanwelle handelt, ist zwischen der Abtriebswelle 8 des Verbrennungsmotors 3 und einem Eingangselement, wie einer Anfahr- und Schaltkupplung, des Fahrgetriebes 4 angeordnet.
Die Elektromaschine 9 ist koaxial über der Abtriebswelle 8 axial zwischen dem Verbrennungsmotor 3 und dem Seitengetriebe 10 angeordnet. Die Elektromaschine 9 ist als Außenläufer ausgebildet, wobei der radial innenliegende Stator 15 über einen Halter an einem Gehäuse 16 befestigt ist, und der radial außenliegende Rotor 17 drehbar auf der Abtriebswelle 8 gelagert ist. Das Seitengetriebe 10 ist als ein Stirnradgetriebe ausgebildet und umfasst ein drehbar auf der Abtriebswelle 8 gelagertes Eingangsrad 18, ein Zwischenrad 19, und ein drehfest auf der kürzeren zweiten Triebwelle 11 befestigtes Ausgangsrad 20. Die zweite Triebwelle 11 ist starr ausgebildet, drehbar in dem Gehäuse 16 gelagert, und endseitig dem Ausgangsrad 20 axial gegenüberliegend mit einem Kegelrad 21 des Achsantriebs 12 der motornahen zweiten Antriebsachse 2 verbunden. Der Rotor 17 der Elektromaschine 9 ist über eine steuerbare erste Trennkupplung 22 mit der Abtriebswelle 8 des Verbrennungsmotors 3 und über eine steuerbare zweite Trennkupplung 23 mit dem Eingangsrad 18 des Seitengetriebes 10 verbindbar. Die beiden Trennkupplungen 22, 23 sind vorliegend jeweils als eine Einscheiben-Trockenkupplung ausgeführt, wobei die erste Trennkupplung 22 über eine Anpressfeder 24 passiv schließbar und die zweite Trennkupplung 23 über eine Öffnungsfeder 25 aktiv schließbar ausgebildet ist.
Für die beiden Trennkupplungen 22, 23 ist eine gemeinsame Ansteuerung vorgesehen, so dass beide Trennkupplungen 22, 23 wechselweise geschlossen und geöffnet werden bzw. sind. Im unbetätigten Zustand, d.h. bei geschlossener erster Trennkupplung 22, kann die Elektromaschine 9 wahlweise als Starter zum Anlassen des Verbrennungsmotors 3, als Generator zum Aufladen einer Bordnetzbatterie, oder als Elektromotor zur Unterstützung des Verbrennungsmotors 3 beim Antrieb des Kraftfahrzeugs betrieben werden. Im betätigten Zustand, d.h. bei geschlossener zweiter Trennkupplung 23, kann die Elektromaschine 9 wahlweise als Generator zum Aufladen einer Bordnetzbatterie oder als Elektromotor zum alleinigen oder zusätzlichen Antrieb des Kraftfahrzeugs über die motornahe zweite Antriebsachse 2 betrieben werden.
Eine zweite Ausführung eines Hybridantriebsstrangs 1.2 nach 2 weist viele Gemeinsamkeiten zu der zuvor beschriebenen ersten Ausführung nach 1 auf. Daher sind in 2 funktionsgleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen wie in 1 bezeichnet. Der Hybridantriebsstrang 1.2 eines Kraftfahrzeugs nach 2 weist einen mechanischen Hauptantriebsstrang mit zwei Antriebsachsen 2, 7 auf, der mit einem elektrischen Zusatzantrieb versehen ist. Der Hauptantriebsstrang umfasst einen nahe einer Antriebsachse 2 angeordneten Verbrennungsmotor 3, ein Fahrgetriebe 4, ein Verteilergetriebe 26, einen ersten Teilantriebsstrang mit einer längeren ersten Triebwelle 5 und einem Achsantrieb 6 einer motorfernen ersten Antriebsachse 7, sowie einen zweiten Teilantriebsstrang mit einem Seitengetriebe 10 mit einem radial außenliegenden Ausgang, einer kürzeren zweiten Triebwelle 11, und einem Achsantrieb 12 der motornahen zweiten Antriebsachse 2. Davon befinden sich das Fahrgetriebe 4 und der Achsantrieb 6 einer motorfernen ersten Antriebsachse 7 außerhalb des Darstellungsbereichs von 2. Der elektrische Zusatzantrieb ist eine als Elektromotor betreibbare Elektromaschine 9 ausgebildet.
Die Kurbelwelle 13 des Verbrennungsmotors 3 steht über ein Zweimassen-Schwungrad 14 mit Drehschwingungsdämpfer mit einer Abtriebswelle 8 in Verbindung. Das Verteilergetriebe 26 ist als ein Planetengetriebe mit einem Sonnenrad 27, einem Hohlrad 28, und einem mehrere mit dem Sonnenrad 27 und dem Hohlrad 28 kämmende Planetenräder 29 tragenden Planetenträger 30 ausgebildet ist. Der Planetenträger 30 bildet das Eingangselement des Verteilergetriebes 26 und ist drehfest mit der Abtriebswelle 8 des Verbrennungsmotors 3 verbunden. Das Sonnenrad 27 bildet das erste Ausgangselement des Verteilergetriebes 26 und steht über eine Übersetzungsstufe 31 mit der längeren ersten Triebwelle 5 in Verbindung, bei der es sich bevorzugt um eine Kardanwelle handelt, und die zu einem Eingangselement, wie einer Anfahr- und Schaltkupplung, des Fahrgetriebes 4 führt. Die Übersetzungsstufe 31 dient zur Herabsetzung der Drehzahl der ersten Triebwelle 5 und ist vorliegend als ein Stirnradgetriebe mit einem kleineren Eingangszahnrad 32 und einem größeren Ausgangszahnrad 33 ausgeführt.
Das Hohlrad 28 bildet das zweite Ausgangselement des Verteilergetriebes 26 und ist drehfest mit dem Eingangsrad 18 des Seitengetriebes 10 verbunden. Das Seitengetriebe 10 ist als ein Stirnradgetriebe ausgebildet und umfasst neben dem drehbar auf der Abtriebswelle 8 gelagerten Eingangsrad 18 ein Zwischenrad 19 und ein drehfest auf der kürzeren zweiten Triebwelle 11 befestigtes Ausgangsrad 20. Die zweite Triebwelle 11 ist starr ausgebildet, drehbar in einem Gehäuse 16 gelagert, und endseitig dem Ausgangsrad 20 axial gegenüberliegend mit einem Kegelrad 21 des Achsantriebs 12 der motornahen zweiten Antriebsachse 2 verbunden.
Die Elektromaschine 9 ist koaxial über der Abtriebswelle 8 axial zwischen dem Verbrennungsmotor 3 und dem Verteilergetriebe 26 angeordnet. Die Elektromaschine 9 ist als Außenläufer ausgebildet, wobei der radial innenliegende Stator 15 über einen Halter an dem Gehäuse 16 befestigt ist, und der radial außenliegende Rotor 17 drehbar auf der Abtriebswelle 8 gelagert ist. Der Rotor 17 der Elektromaschine 9 ist über eine steuerbare erste Trennkupplung 22 mit der Abtriebswelle 8 des Verbrennungsmotors 3 und über eine steuerbare zweite Trennkupplung 23 mit dem Hohlrad 28 des Verteilergetriebes 26 verbindbar. Die beiden Trennkupplungen 22, 23 sind vorliegend jeweils als eine Einscheiben-Trockenkupplung ausgeführt, wobei die erste Trennkupplung 22 über eine Anpressfeder 24 passiv schließbar und die zweite Trennkupplung 23 über eine Öffnungsfeder 25 aktiv schließbar ausgebildet ist.
Für die beiden Trennkupplungen 22, 23 ist eine gemeinsame Ansteuerung vorgesehen, so dass beide Trennkupplungen 22, 23 wechselweise geschlossen und geöffnet werden bzw. sind. Im unbetätigten Zustand, d.h. bei geschlossener erster Trennkupplung 22, kann die Elektromaschine 9 wahlweise als Starter zum Anlassen des Verbrennungsmotors 3, als Generator zum Aufladen einer Bordnetzbatterie, oder als Elektromotor zur Unterstützung des Verbrennungsmotors 3 beim Antrieb beider Antriebsachsen 2, 7 des Kraftfahrzeugs betrieben werden. Im betätigten Zustand, d.h. bei geschlossener zweiter Trennkupplung 23, kann die Elektromaschine 9 wahlweise als Generator zum Aufladen einer Bordnetzbatterie oder als Elektromotor zum zusätzlichen Antrieb des Kraftfahrzeugs über die motornahe zweite Antriebsachse 2 betrieben werden.
In beiden Ausführungen des Hybridantriebs 1.1, 1.2 wird durch die Anordnung des Fahrgetriebes 4 an der motorfernen ersten Antriebsachse 7 eine besonders kompakte Anordnung der Elektromaschine 9 und des Seitengetriebes 10 nahe des Verbrennungsmotors 3 sowie eine Verkürzung der kürzeren zweiten Triebwelle 11 ermöglicht. Ebenfalls wird dadurch eine ausgeglichene Achslastverteilung des Kraftfahrzeugs erreicht. Durch die Anordnung der Elektromaschine 9 zwischen dem Verbrennungsmotor 3 und dem Seitengetriebe 10 bzw. zwischen dem Verbrennungsmotor 3 und dem Verteilergetriebe 26 wird zudem der verfügbare Bauraum optimal ausgenutzt und die Kühlung der Elektromaschine 9 erleichtert. Durch die Ausbildung und Anordnung der beiden Trennkupplungen 22, 23 ist zudem ein vielfältiger Einsatz der Elektromaschine 9 möglich.

1.1: Hybridantriebsstrang
1.2: Hybridantriebsstrang
2: Antriebsachse, zweite Antriebsachse
3: Verbrennungsmotor
4: Fahrgetriebe
5: erste Triebwelle
6: Achsantrieb
7: erste Antriebsachse
8: Abtriebswelle
9: Elektromaschine
10: Seitengetriebe
11: zweite Triebwelle
12: Achsantrieb
13: Kurbelwelle
14: Zweimassen-Schwungrad
15: Stator
16: Gehäuse
17: Rotor
18: Eingangsrad
19: Zwischenrad
20: Ausgangsrad
21: Kegelrad
22: erste Trennkupplung
23: zweite Trennkupplung
24: Anpressfeder
25: Öffnungsfeder
26: Verteilergetriebe
27: Sonnenrad
28: Hohlrad
29: Planetenrad
30: Planetenträger
31: Übersetzungsstufe
32: Eingangszahnrad
33: Ausgangszahnrad

Claims

Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem Hauptantriebsstrang, der einen nahe einer Antriebsachse (2) angeordneten Verbrennungsmotor (3), ein Fahrgetriebe (4), eine längere erste Triebwelle (5), und einen Achsantrieb (6) einer motorfernen ersten Antriebsachse (7) umfasst, und mit einem elektrischen Zusatzantriebsstrang, der mindestens eine als Elektromotor betreibbare und koaxial zu einem Triebelement des Hauptantriebsstrangs angeordnete Elektromaschine (9), ein Seitengetriebe (10) mit einem radial außenliegenden Ausgang, eine kürzere zweite Triebwelle (11), und einen Achsantrieb (12) der motornahen zweiten Antriebsachse (2) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptantriebsstrang in Transaxlebauweise mit einer Anordnung des Fahrgetriebes (4) an der motorfernen ersten Antriebsachse (7) und der längeren ersten Triebwelle (5) zwischen einer Abtriebswelle (8) des Verbrennungsmotors (3) und einem Eingangselement des Fahrgetriebes (4) ausgeführt ist.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (9) koaxial über der Abtriebswelle (8) des Verbrennungsmotors (3) axial zwischen dem Verbrennungsmotor (3) und dem Seitengetriebe (10) angeordnet ist.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (17) der Elektromaschine (9) über eine steuerbare erste Trennkupplung (22) mit der Abtriebswelle (8) des Verbrennungsmotors (3) und über eine steuerbare zweite Trennkupplung (23) mit einem Eingangselement des Seitengetriebes (10) verbindbar ist.
Hybridantriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Abtriebswelle (8) des Verbrennungsmotors (3) und der ersten Triebwelle (5) eine Übersetzungsstufe (31) mit einer Übersetzung ins Langsame (i > 1) angeordnet ist.
Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem Hauptantriebsstrang, der einen nahe einer Antriebsachse (2) angeordneten Verbrennungsmotor (3), ein Fahrgetriebe (4), ein Verteilergetriebe (26), einen ersten Teilantriebsstrang mit einer längeren ersten Triebwelle (5) und einem Achsantrieb (6) einer motorfernen ersten Antriebsachse (7), sowie einen zweiten Teilantriebsstrang mit einem Seitengetriebe (10) mit einem radial außenliegenden Ausgang, einer kürzeren zweite Triebwelle (11), und einem Achsantrieb (12) der motornahen zweiten Antriebsachse (2) umfasst, und mit einem elektrischen Zusatzantrieb, der mindestens eine als Elektromotor betreibbare und koaxial zu einem Triebelement des Hauptantriebsstrangs angeordnete Elektromaschine (9) umfasst, deren Rotor (17) mit einem Triebelement des Hauptantriebsstrangs drehfest verbunden oder verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptantriebsstrang in Transaxlebauweise mit einer Anordnung des Fahrgetriebes (4) an der motorfernen ersten Antriebsachse (7) und der längeren ersten Triebwelle (5) zwischen einem der ersten Antriebsachse (7) zugeordneten ersten Ausgangselement des Verteilergetriebes (26) und einem Eingangselement des Fahrgetriebes (4) ausgeführt ist.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (9) koaxial über einer Abtriebswelle (8) des Verbrennungsmotors (3) axial zwischen dem Verbrennungsmotor (3) und dem Verteilergetriebe (26) angeordnet ist.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (17) der Elektromaschine (9) über eine steuerbare erste Trennkupplung (22) mit der Abtriebswelle (8) des Verbrennungsmotors (3) und über eine steuerbare zweite Trennkupplung (23) mit einem der zweiten Antriebsachse (2) zugeordneten zweiten Ausgangselement des Verteilergetriebes (26) verbindbar ist.
Hybridantriebsstrang nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilergetriebe (26) als ein Planetengetriebe mit einem Sonnenrad (27), einem Hohlrad (28), und einem mehrere mit dem Sonnenrad (27) und dem Hohlrad (28) kämmende Planetenräder (29) tragenden Planetenträger (30) ausgebildet ist, dessen Planetenträger (30) das mit der Abtriebswelle (8) des Verbrennungsmotors (3) verbundene Eingangselement bildet, dessen Sonnenrad (27) das der ersten Antriebsachse (7) zugeordnete erste Ausgangselement bildet, und dessen Hohlrad (28) das der zweiten Antriebsachse (2) zugeordnete zweite Ausgangselement bildet.
Hybridantriebsstrang nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilergetriebe (26) bei einer Ausbildung des Fahrgetriebes (4) als ein mit Zugkraftunterbrechung schaltendes Schaltgetriebe zur Sperrung der Differenzialfunktion mit einer Überbrückungskupplung versehen ist.
Hybridantriebsstrang nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Ausgangselement des Verteilergetriebes (26) und der ersten Triebwelle (5) eine Übersetzungsstufe (31) mit einer Übersetzung ins Langsame (i > 1) angeordnet ist.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 4 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzungsstufe (31) als ein Stirnradgetriebe mit einem kleineren Eingangszahnrad (32) und einem größeren Ausgangszahnrad (33) ausgeführt ist.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 4 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzungsstufe (31) als ein einfaches Planetengetriebe mit einem Sonnenrad als Eingangselement, einem Planetenträger als Ausgangselement, und einem an einem Gehäuse (16) festgelegten Hohlrad ausgeführt ist.
Hybridantriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Seitengetriebe (10) als ein Stufenschaltgetriebe mit mindestens zwei Übersetzungsstufen ausgebildet ist.
Hybridantriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (9) zusätzlich als Starter und/oder als Generator betreibbar ist.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 3 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Trennkupplungen (22, 23) als Trockenkupplungen ausgebildet sind.
Hybridantriebsstrang nach einem der Ansprüche 3, 7, oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine der beiden Trennkupplungen (22, 23) passiv schließbar und die andere der beiden Trennkupplungen (22, 23) aktiv schließbar ausgebildet ist.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Trennkupplung (22) mittels einer Anpressfeder (24) passiv schließbar und die zweite Trennkupplung (23) mittels einer Öffnungsfeder (25) aktiv schließbar ist.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Trennkupplungen (22, 23) gemeinsam ansteuerbar sind.