DE102006033086A1

DE102006033086A1 - Hybridantriebsanordnung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102006033086A1
Application number: DE102006033086A
Authority: DE
Inventors: Markus Hoher; Linus Eschenbeck
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2006-07-14
Filing date: 2006-07-14
Publication date: 2008-03-20

Abstract

Es wird eine Hybridantriebsanordnung für ein Fahrzeug mit einem Antriebsstrang vorgeschlagen, welcher zwischen einem Verbrennungsmotor (1) und einem Fahrzeuggetriebe (2) mit veränderbarer Übersetzung zumindest eine elektrische Maschine aufweist, welche als Motor und als Generator betreibbar ist, wobei zumindest eine zusätzliche elektrische Maschine (6) zum Antrieb der Vorderachse und/oder der Hinterachse vorgesehen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hybridantriebsanordnung für ein Fahrzeug mit einem Antriebsstrang gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
In der Druckschrift DE 10 2004 002 061 A1 ist ein Verfahren zum Steuern und Regeln eines Antriebsstranges eines Hybridfahrzeuges und der Antriebsstrang selbst beschrieben. Der bekannte Antriebsstrang für das Hybridfahrzeug umfasst einen Verbrennungsmotor und ein Getriebe, wobei zwischen dem Getriebe und dem Verbrennungsmotor eine elektrische Maschine zum Antrieb des Fahrzeuges angeordnet ist. Des Weiteren sind zwei Kupplungseinrichtungen zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe vorgesehen, um verschiedene Betriebszustände des Antriebsstranges zu realisieren. Durch die zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe vorgesehene elektrische Maschine sind die schaltbaren Antriebsmöglichkeiten des Fahrzeuges bei dem bekannten Antriebsstrang erheblich eingeschränkt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hybridantriebsanordnung der eingangs beschriebenen Gattung derart zu verbessern, dass die schaltbaren Antriebsvarianten erheblich erweitert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Hybridantriebsanordnung für ein Fahrzeug mit einem Antriebsstrang der eingangs beschriebenen Gattung gelöst, bei dem zumindest eine zusätzliche elektrische Maschine für einen zusätzlichen unabhängigen Antrieb der Vorderachse und/oder der Hinterachse vorgesehen ist.
Dies bedeutet, dass unabhängig von der zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Fahrzeuggetriebe angeordneten elektrischen Maschine zumin dest eine zusätzliche elektrische Maschine bei einem Fahrzeug zwischen dem Fahrzeuggetriebeausgang und der anzutreibenden Achse des Fahrzeuges angeordnet wird. Je nachdem, ob eine oder auch mehrere elektrische Maschinen zusätzlich in dem Antriebsstrang angeordnet werden, können verschiedene zum Teil auch von einander unabhängige Hybridantriebsvarianten realisiert werden. Diese Antriebsvarianten können sowohl bei Fahrzeugen mit einem Allradantrieb als auch bei normal angetriebenen Fahrzeugen eingesetzt werden.
Nachfolgend werden verschiedene Anordnungsvarianten einer oder auch mehrerer zusätzlicher elektrischer Maschinen beschrieben, wobei beliebige Kombinationen der Anordnungsvarianten möglich sind, um ein optimales Antriebskonzept mit der erfindungsgemäßen Hybridantriebsanordnung für ein Fahrzeug zu realisieren.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgesehen, dass zumindest eine zusätzliche elektrische Maschine im Kraftfluss hinter dem Fahrzeuggetriebe angeordnet ist. Beispielsweise kann die zusätzliche elektrische Maschine mit der Kardanwelle zum Antrieb der Hinterachse verbunden sein.
Eine andere Möglichkeit der Anordnung bei dieser Ausführungsform kann vorsehen, dass z. B. zumindest eine Hinterachs-Antriebswelle mit einer elektrischen Maschine zum elektrischen Antrieb verbunden ist. Möglicherweise kann die elektrische Maschine auch als Radnabenmotor ausgebildet sein, um an zumindest einer Radnabe der Hinterachse angeordnet zu sein. Bei der Verwendung von zwei elektrischen Maschinen ergibt sich der Vorteil, dass die Räder der Hinterachse unabhängig voneinander elektrisch angetrieben werden können.
Bei diesen vorbeschriebenen Anordnungsvarianten des elektrischen Antriebes der Hinterachse kann es, insbesondere für ein Fahrzeug mit einem Allradantrieb von vorteilhaft sein, wenn z. B. die Vorderachse über ein Verteilergetriebe oder dergleichen mit der Abtriebswelle des Fahrzeuggetriebes zum zusätzlichen Antrieb der Vorderachse verbunden ist. Vorzugsweise kann ein Differentialgetriebe zwischen der Vorderachse und dem Verteilergetriebe angeordnet sein. Somit kann die Vorderachse zusätzlich zur Hinterachse oder auch unabhängig von dem Verbrennungsmotor und/oder von der zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Fahrzeuggetriebe vorgesehenen elektrischen Maschine je nach Schaltzustand der Kupplungseinrichtungen angetrieben werden.
Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann bei der vorgeschlagenen Hybridantriebsanordnung vorgesehen sein, dass auch ein separater elektrischer Antrieb der Vorderachse durch die Anordnung zumindest einer zusätzlichen elektrischen Maschine an der Vorderachse realisiert wird. Bei dieser Ausführungsform kann z. B. die Hinterachse über die Kardanwelle mit der Abtriebswelle des Fahrzeuggetriebes verbunden sein, um somit die Hinterachse über den Verbrennungsmotor und/oder über die zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Fahrzeuggetriebe vorgesehene elektrische Maschine anzutreiben. Die Vorderachse kann bei dieser Ausführungsform über das Verteilergetriebe ebenfalls mit der Abtriebswelle des Fahrzeuggetriebes verbunden sein, so dass die Vorderachse wahlweise auch mechanisch durch den Verbrennungsmotor bzw. der dort angeordneten elektrischen Maschine antreibbar ist.
Für einen separaten, unabhängigen elektrischen Antrieb der Vorderachse kann im Rahmen einer Weiterbildung z. B. zumindest eine Vorderachs-Antriebswelle mit einer zusätzlichen elektrischen Maschine verbunden werden. Es ist auch möglich, dass die elektrische Maschine als Radnabenmotor ausgebildet ist und an zumindest einer Radnabe der Vorderachse angeordnet ist.
Insbesondere, wenn die Vorderachse mit einem Differentialgetriebe ausgerüstet ist, kann die zusätzliche elektrische Maschine auch direkt an dem Differentialgetriebe angeordnet sein. Es ist auch möglich, dass die elektrische Maschine mit einer Welle zwischen der Vorderachse und einem Verteilergetriebe verbunden ist, welches die Vorderachse mit der Abtriebswelle des Fahrzeuggetriebes koppelt.
Bei den vorbeschriebenen Anordnungsvarianten bezüglich eines zusätzlichen unabhängigen elektrischen Antriebes an der Vorderachse und/oder an der Hinterachse kann auch vorgesehen sein, dass keine mechanische Verbindung zwischen der Vorderachse und der Hinterachse vorgesehen wird. Auf diese Weise können die Antriebe für die Vorderachse und für die Hinterachse vollständig unabhängig voneinander ausgelegt werden.
Eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Hybridantriebsanordnung kann zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Fahrzeuggetriebe ein Kurbelwellenstartergenerator zum Starten des Verbrennungsmotors als elektrische Maschine vorsehen.
Unabhängig von der gewählten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Hybridantriebsanordnung kann neben der elektrischen Maschine zum Antrieb des Fahrzeuges oder zum Starten des Verbrennungsmotors zusätzlich zumindest eine Hydraulikpumpe für das Fahrzeuggetriebe und zumindest eine schaltbare Kupplungseinrichtung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Fahrzeuggetriebe angeordnet sein. Nicht nur bei der Verwendung eines Kurbelwellenstartergenerators ist z. B. eine Kupplungseinrichtung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Kurbelwellenstartergenerator an der Antriebswelle des Fahrzeuggetriebes angeordnet, um den Verbrennungsmotor von dem Fahrzeuggetriebe bzw. von dem Kurbelwellenstartergenerator zu entkoppeln.
Als zweite Kupplungseinrichtung kann beispielsweise eine Kupplung oder Bremse aus dem Fahrzeuggetriebe verwendet werden. Es ist auch möglich, dass ein Drehmomentwandler zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Fahrzeuggetriebe vorgesehen ist, der z. B. auch mit der Hydraulikpumpe des Fahrzeuggetriebes verbunden sein kann.
Besonders vorteilhaft ist es bei der vorliegenden Erfindung, wenn als Fahrzeuggetriebe ein automatisch schaltendes Mehrstufen-Fahrzeuggetriebe in Planetenbauweise mit zumindest acht Vorwärtsgängen und wenigstens einem Rückwärtsgang vorgesehen ist. Es sind auch andere Getriebe wie z. B. Handschaltgetriebe oder auch andere automatisch schaltende Getriebe einsetzbar.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausführung der Erfindung kann als Fahrzeuggetriebe ein automatisch schaltendes 8-Gang Getriebe eingesetzt werden, welches neben der Antriebswelle und der Abtriebswelle, zumindest vier Planetenradsätze, mindestens acht drehbare Wellen sowie zumindest fünf Schaltelemente umfasst, deren selektives Eingreifen verschiedene 1 bersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle bewirkt, so dass acht Vorwärtsgänge und zumindest ein Rückwärtsgang realisierbar sind.
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Anmeldung den gesamten Inhalt der älteren Anmeldung DE 10 2005 002 337.1 der Anmelderin mit umfasst.
Unabhängig von der gewählten Ausführungsvariante ist es auch möglich, dass zur Öldruckversorgung des Fahrzeuggetriebes eine separate elektrische Hydraulikpumpe auch z. B. zusätzlich verwendet wird. Somit kann ein erforderlicher Öldruck für das Fahrzeuggetriebe jeder Zeit bereitgestellt werden. Die elektrische Hydraulikpumpe kann an einem geeigneten Ort im Fahrzeug, insbesondere im Fahrzeuggetriebe, angeordnet werden.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen in den Figuren versehen. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Hybridantriebsanordnung mit einer zusätzlichen elektrischen Maschine an einer Achse eines Fahrzeuges ohne Allradantrieb;
2 eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Hybridantriebsanordnung mit der zusätzlichen elektrischen Maschine zum Antrieb der Hinterachse für ein Fahrzeug mit einem Allradantrieb;
3 eine schematische Ansicht einer Variante des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß 2 mit zwei zusätzlichen elektrischen Maschinen an den Hinterachs-Antriebswellen;
4 eine schematische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der Hybridantriebsanordnung mit zusätzlichen elektrischen Maschinen an den Vorderachs-Antriebswellen;
5 eine schematische Ansicht einer Variante des dritten Ausführungsbeispiels gemäß 4 mit einer elektrischen Maschine an dem Vorderachs-Differentialgetriebe;
6 eine schematische Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels der Hybridantriebsanordnung mit mechanisch voneinander getrennten Vorder- und Hinterachsen und einer elektrischen Maschine zum Antrieb der Hinterachse;
7 eine schematische Ansicht einer Variante des vierten Ausführungsbeispiels gemäß 6 mit zwei elektrischen Maschinen an der separat angetriebenen Hinterachse;
8 eine schematische Ansicht eines fünften Ausführungsbeispiels der Hybridantriebsanordnung mit mechanisch voneinander getrennten Vorder- und Hinterachsen und mit zwei elektrischen Maschinen zum Antrieb der Vorderachse;
9 eine schematische Ansicht einer Variante des fünften Ausführungsbeispiels gemäß 8 mit einer elektrischen Maschine an dem Vorderachs-Differentialgetriebe der Vorderachse und
10 eine schematische Ansicht eines möglichen Ausführungsbeispiels einer Planetenradsatzanordnung eines 8-Gang-Automatikgetriebes.
In den 1 bis 5 sind verschiedene Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Hybridantriebsanordnung gezeigt, bei der zwischen einem Verbrennungsmotor 1 und einem Fahrzeuggetriebe 2 ein Hybridmodul 3 im Antriebsstrang angeordnet ist. Das Hybridmodul 3 steht dabei für verschiedene Anordnungsmöglichkeiten zumindest einer elektrischen Maschine zum Antrieb des Fahrzeuges, welche als Motor oder Generator betrieben werden kann. Das Hybridmodul 3 kann vorzugsweise zumindest eine Kupplungseinrichtung zum Entkoppeln des Verbrennungsmotors 1 von der Antriebswelle 14 des Fahrzeuggetriebes 2 und zumindest eine Hydraulikpumpe für das Fahrzeuggetriebe 2 sowie vorzugsweise einen Torsionsschwingungsdämpfer zum Dämpfen der von dem Verbrennungsmotor 1 übertragenen Schwingungen umfassen. Als zweite Kupplungseinrichtung kann vorzugsweise eine Kupplung oder Bremse des Fahrzeuggetriebes 2 dienen.
In den 6 bis 9 sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Hybridantriebsanordnung dargestellt, bei der zwischen dem Verbrennungsmotor 1 und dem Fahrzeuggetriebe 2 ein Kurbelwellenstartergenerator 4 als elektrische Maschine vorgesehen ist. Der Verbrennungsmotor 1 ist von dem Kurbelwellenstartergenerator 4 durch eine erste Kupplungseinrichtung 5 trennbar. Als zweite Kupplungseinrichtung ist beispielhaft ein Drehmomentenwandler vorgesehen ist.
Unabhängig von den jeweiligen Ausführungsbeispielen in den 1 bis 9 ist eine elektrische Hydraulikpumpe MSA an dem Fahrzeuggetriebe 2 angeordnet.
In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Hybridantriebsanordnung gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine zusätzliche elektrische Maschine 6 im Kraftfluss hinter dem Fahrzeuggetriebe 2 angeordnet, wobei die elektrische Maschine 6 mit der Kardanwelle 7 zum Antrieb einer der Achsen des Fahrzeuges verbunden ist. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist eine Anordnungsmöglichkeit gewählt, die für ein Fahrzeug ohne Allradantrieb verwendet wird.
In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die zusätzliche elektrische Maschine 6 wieder mit der Kardanwelle 7 der Hinterachse verbunden ist, wobei die Hinterachse ein Hinterachs-Differentialgetriebe 9 umfasst. Die Vorderachse ist mit einem Vorderachs-Differentialgetriebe 10 über ein Verteilergetriebe 11 mit der Abtriebswelle 12 des Fahrzeuggetriebes 2 verbunden. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel des Hybridantriebes kann die Vorderachse und auch die Hinterachse wahlweise mechanisch von dem Verbrennungsmotor 1 und/oder von der in dem Hybridmodul 3 umfassten elektrischen Maschine angetrieben werden, welches von dem Schaltzustand der Kupplungseinrichtung 5 abhängt. Die Hinterachse kann bei diesem Ausführungsbeispiel neben dem mechanischen Antrieb vorzugsweise zusätzlich durch die elektrische Maschine 6 angetrieben werden.
3 zeigt eine Variante des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß 2, bei der zwei zusätzliche elektrische Maschinen 6, 6' angeordnet sind, um jedes Rad der Hinterachse separat antreiben zu können. Die beiden elektri schen Maschinen 6, 6' sind jeweils mit einer Hinterachs-Antriebswelle 8, 8' verbunden.
Ein drittes Ausführungsbeispiel der Hybridantriebsanordnung ist in 4 gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Hinterachse ausschließlich mechanisch durch den Verbrennungsmotor 1 und/oder durch die in dem Hybridmodul 3 vorgesehene elektrische Maschine angetrieben. Die über das Verteilergetriebe 11 mit der Abtriebswelle 12 des Fahrzeuggetriebes 2 verbundene Vorderachse kann zusätzlich elektrisch durch zwei elektrische Maschinen 6, 6' angetrieben werden. Die beiden elektrischen Maschinen 6, 6' sind jeweils mit den Vorderachs-Antriebswellen 13, 13' verbunden.
5 zeigt eine Variante des dritten Ausführungsbeispiels gemäß 4, wobei hier nur eine elektrische Maschine 6 an der Vorderachse vorgesehen ist. Die elektrische Maschine 6 ist direkt mit dem Vorderachs-Differentialgetriebe 10 verbunden.
Ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Hybridantriebsanordnung ist in 6 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Vorderachse und die Hinterachse des Fahrzeuges mechanisch nicht verbunden. Ferner ist zwischen dem Verbrennungsmotor 1 und dem Fahrzeuggetriebe 2 ein Kurbelstartergenerator 4 drehfest mit der Antriebswelle 14 des Fahrzeuggetriebes 2 verbunden. Der Verbrennungsmotor 1 ist über eine Kupplung 5 von der Antriebswelle 14 des Fahrzeuggetriebes 2 trennbar. Die Vorderachse ist wiederum über eine Welle 16 und das Verteilergetriebe 11 mit der Abtriebswelle 12 des Fahrzeuggetriebes verbunden. Die Hinterachse dagegen ist nicht mit der Abtriebswelle 12 des Getriebes verbunden. An dem Hinterachs-Differentialgetriebe 9 ist eine zusätzliche elektrische Maschine 6 zum elektrischen Antrieb der Hinterachse angeordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann nur die Vorderachse durch den Verbrennungsmotor 1 mechanisch angetrieben werden.
In 7 ist eine Variante des vierten Ausführungsbeispiels gemäß 6 gezeigt. Die Variante zeichnet sich dadurch aus, dass an der Hinterachse zwei zusätzliche elektrische Maschinen 6, 6' angeordnet sind. Die elektrischen Maschinen 6, 6' sind jeweils mit einer der Hinterachs-Antriebswellen 8, 8' verbunden, so dass die Räder der Hinterachse unabhängig voneinander angetrieben werden. Auch bei dieser Variante kann nur die Vorderachse mechanisch durch den Verbrennungsmotor 1 angetrieben werden.
Ein fünftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Hybridantriebsanordnung ist in 8 gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Hinterachse mit der Abtriebswelle 12 des Fahrzeuggetriebes 2 verbunden. Die Vorderachse ist mechanisch nicht mit der Getriebeabtriebswelle 12 des Fahrzeuggetriebes verbunden. An der Vorderachse sind zum elektrischen Antrieb zwei zusätzliche elektrische Maschinen 6, 6' angeordnet. Die elektrischen Maschinen 6, 6' sind jeweils mit einer Vorderachs-Antriebswelle 13, 13' verbunden, so dass die Vorderachs-Antriebswelle 13, 13' unabhängig voneinander elektrisch angetrieben werden können. Die Hinterachse kann nur mechanisch durch den Verbrennungsmotor 1 angetrieben werden.
Eine Variante des fünften Ausführungsbeispiels gemäß 8 ist in 9 gezeigt. Diese Variante zeichnet sich dadurch aus, dass nur eine zusätzliche Maschine 6 an der Vorderachse angeordnet ist. Die zusätzliche elektrische Maschine 6 ist direkt mit dem Vorderachs-Differentialgetriebe 10 zum elektrischen Antrieb verbunden. Auch bei der Variante kann die Hinterachse nur mechanisch durch den Verbrennungsmotor 1 angetrieben werden.
In 10 ist beispielhaft ein mögliches Ausführungsbeispiel eines 8-Gang Fahrzeuggetriebes 2 dargestellt, welches im Antriebsstrang der erfindungsgemäßen Hybridantriebsanordnung enthalten sein kann. Das Fahrzeuggetriebe 2 umfasst die Antriebswelle 14 und eine Abtriebswelle 12, sowie vier Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 und fünf Schaltelemente A, B, C, D, E die alle in einem Gehäuse GG des Getriebes angeordnet sind. Alle vier Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 sind als einfache Minus-Planetenradsätze ausgebildet und in diesem Ausführungsbeispiel in axialer Richtung in der Reihenfolge RS2, RS4, RS1, RS3 koaxial hintereinander angeordnet. Ein Minus-Planetenradsatz weist bekanntlich Planetenräder auf, die mit dem Sonnen- und dem Hohlrad dieses Planetensatzes kämmen. Die Hohlräder der vier Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 sind mit H01, H02, H03 und H04 bezeichnet, die Sonnenräder mit S01, S02, S03 und S04, die Planetenräder mit PL1, PL2, PL3 und PL4, und die Stege, an denen die genannten Planetenräder rotierbar gelagert sind, mit ST1, ST2, ST3 und ST4. Die Schaltelemente A und B sind als Bremsen ausgebildet, die im dargestellten Ausführungsbeispiel beide als reibschlüssig schaltbare Lamellenbremse ausgeführt sind, die auch in einer anderen Ausgestaltung als reibschlüssig schaltbare Bandbremse oder beispielsweise auch als formschlüssig schaltbare Klauen- oder Konusbremse ausgeführt sein können. Die Schaltelemente C, D und E sind als Kupplungen ausgebildet, die im dargestellten Ausführungsbeispiel alle als reibschlüssig schaltbare Lamellenkupplungen ausgeführt sind, welche auch in einer anderen Ausgestaltung beispielsweise als formschlüssig schaltbare Klauen- oder Konuskupplungen ausgeführt sein können.
Mit diesen fünf Schaltelementen A bis E ist ein selektives Schalten von acht Vorwärtsgängen und zumindest einem Rückwärtsgang realisierbar. Dieses beispielhaft für den erfindungsgemäßen Hybridantrieb ausgewählte Fahrzeuggetriebe 2 weist insgesamt zumindest acht drehbare Wellen auf, die mit römisch I bis VIII bezeichnet sind.
Hinsichtlich der Kopplung der einzelnen Elemente der vier Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 untereinander und zur Antriebs- und Abtriebswelle 14, 12 ist bei dem Mehrstufen Fahrzeuggetriebe 2 gemäß 10 folgendes vorgesehen Der Steg ST4 des vierten Planetenradsatzes RS4 und die Antriebswelle 14 sind verdrehfest miteinander verbunden und bilden die erste Welle I des Getriebes 2. Der Steg ST3 des dritten Planetenradsatzes RS3 und die Abtriebswelle 12 sind drehfest miteinander verbunden und bilden die zweite Welle II des Getriebes 2. Das Sonnenrad S01 des ersten Planetenradsatzes RS1 und das Sonnenrad S04 des vierten Planetenradsatzes RS4 sind verdrehfest miteinander verbunden und bilden die dritte Welle III des Getriebes 2. Das Hohlrad H01 des ersten Planetenradsatzes RS1 bildet die vierte Welle IV des Getriebes 2. Das Hohlrad H02 des zweiten Planetenradsatzes RS2 und das Sonnenrad S03 des dritten Planetenradsatzes RS3 sind verdrehfest miteinander verbunden und bilden die fünfte Welle V des Getriebes 2. Der Steg ST1 des ersten Planetenradsatzes RS1 und das Hohlrad H03 des dritten Planetenradsatzes RS3 sind verdrehfest miteinander verbunden und bilden die sechste Welle VI des Getriebes 2. Das Sonnenrad S02 des zweiten Planetenradsatzes RS2 und das Hohlrad H04 des vierten Planetenradsatzes RS4 sind verdrehfest miteinander verbunden und bilden die siebte Welle VII des Getriebes 2. Der Steg ST2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 bildet die achte Welle VIII des Getriebes 2.
Hinsichtlich der Kopplung der fünf Schaltelemente A bis E an die so beschriebenen Wellen I bis VIII ist bei dem Mehrstufengetriebe 2 gemäß 10 folgendes vorgesehen. Das erste Schaltelement A ist im Kraftfluss zwischen der dritten Welle III und dem Getriebegehäuse GG angeordnet. Das zweite Schaltelement B ist im Kraftfluss zwischen der vierten Welle IV und dem Getriebegehäuse GG angeordnet. Das dritte Schaltelement C ist im Kraftfluss zwischen der fünften Welle V und der ersten Welle I angeordnet. Das vierte Schaltelement D ist im Kraftfluss zwischen der achten Welle VIII und der zweiten Welle II angeordnet ist. Das fünfte Schaltelement E schließlich ist im Kraftfluss zwischen der siebten Welle VII und der fünften Welle V angeordnet.
Bei dem in 10 dargestellten Fahrzeuggetriebe 2 für den vorgeschlagenen Hybridantrieb ist der zweite Planetenradsatz RS2 der antriebsnahe Radsatz des Fahrzeuggetriebes 2 und der dritte Planetenradsatz RS3 der abtriebs nahe Radsatz des Fahrzeuggetriebes 2, wobei die Antriebswelle 14 und Abtriebswelle 12 beispielhaft koaxial zueinander angeordnet sind.
Es ist ebenfalls möglich, dass die Antriebswelle 14 und die Abtriebswelle 12 nicht koaxial zueinander angeordnet werden, sondern beispielsweise achsparallel oder winklig zueinander vorgesehen sind. Bei einer derartigen Anordnung kann bei Bedarf auch der Antrieb des Getriebes 2 nahe dem dritten Planetenradsatz RS3, also auf der dem ersten Planetenradsatz RS1 abgewandten Seite des dritten Planetenradsatzes RS3, angeordnet sein.
Entsprechend der räumlichen Anordnung der vier Radsätze in der Folge "RS2, RS4, RS1, RS3" (in axialer Richtung gesehen) verläuft die zweite Welle II des Getriebes 2 abschnittsweise zentrisch innerhalb der dritten Welle III und abschnittsweise zentrisch innerhalb der siebten Welle VII. Dabei verläuft die fünfte Welle V einerseits abschnittsweise zentrisch innerhalb dieser zweiten Welle II, andererseits umgreift ein Abschnitt der fünften Welle V die Kupplung D und den zweiten Planetenradsatz RS2 in axialer und radialer Richtung vollständig. Die erste Welle I des Fahrzeuggetriebes 2 übergreift den zweiten und vierten Planetenradsatz RS2, RS4 sowie die Kupplungen D, C, E in axialer und radialer Richtung vollständig. Die Kupplungen D, C, E sind also innerhalb eines Zylinderraums angeordnet, der durch die Welle I gebildet wird.
Wie aus 10 weiterhin ersichtlich ist, sind die beiden Bremsen A, B im dargestellten Ausführungsbeispiel räumlich gesehen axial unmittelbar nebeneinander in einem Bereich radial oberhalb der Planetenradsätze RS1 und RS4 angeordnet, wobei die Bremse B zumindest teilweise radial über dem ersten Planetenradsatz RS1 angeordnet ist, und wobei die Bremse A zumindest teilweise in einem Bereich axial zwischen den beiden Planetenradsätzen RS4 und RS1 angeordnet ist. Die kinematische Anbindung der beiden Bremsen A, B an die beiden Planetenradsätzen RS4 und RS1 bedingt, dass die Bremse B näher am dritten Planetenradsatz RS3 bzw. näher am Abtrieb des Getriebes 2 angeordnet ist als die Bremse A. Diese räumliche Anordnung der beiden Bremsen A, B in 10 ist nur beispielhaft. So kann die Bremse A beispielsweise auch zumindest teilweise radial über dem vierten Planetenradsatz RS4 angeordnet sein. Je nach dem zur Verfügung stehenden Bauraum für das Getriebegehäuse GG im Fahrzeug kann in einer anderen Ausgestaltung beispielsweise auch vorgesehen sein, dass die beiden Bremsen A, B – ausgehend von der Darstellung in 10 – axial verschoben in einem Bereich radial über den Planetenradsätzen RS2 und RS4 oder radial über den Planetenradsätzen RS3 und RS1 oder axial vollständig zwischen den Planetenradsätzen RS4 und RS1 angeordnet sind. Je nach dem zur Verfügung stehenden Bauraum kann die Bremse A auch beispielsweise radial innerhalb eines Zylinderraums angeordnet sein, der durch die Bremse B gebildet wird.
Aus 10 ist auch ersichtlich, dass die beiden Kupplungen C und E radial betrachtet im Wesentlichen übereinander und axial betrachtet zwischen dem zweiten Planetenradsatz RS2 und dem vierten Planetenradsatz RS4 angeordnet sind, wobei das Lamellenpaket der Kupplung C zumindest überwiegend radial über dem Lamellenpaket der Kupplung E angeordnet ist. Zweckmäßigerweise kann für beide Kupplungen C, E ein gemeinsamer Lamellenträger vorgesehen sein, der beispielsweise als Innenlamellenträger für das radial äußere Lamellenpaket der Kupplung C und als Außenlamellenträger für das radial innere Lamellenpaket der Kupplung E ausgeführt ist. Zur Vereinfachung der nicht dargestellten Servoeinrichtungen der beiden Kupplungen C, E können diese beispielsweise zusammen mit dem genannten gemeinsamen Lamellenträger und den beiden genannten Lamellenpaketen zu einer vormontierbaren Baugruppe zusammengefasst werden, sodass beide Servoeinrichtungen dann stets mit der Drehzahl des Hohlrads H02 des zweiten Planetenradsatzes RS2 rotieren. Beide Servoeinrichtungen können einen dynamischen Druckausgleich zur Kompensation des rotatorischen Drucks ihrer rotierenden Druckräume aufweisen. Beispielsweise kann die Servoeinrichtung der Kupplung C aber auch separat an dem für die beiden Kupplungen C, E gemeinsamen Lamellen träger und die Servoeinrichtung der Kupplung E separat an dem Sonnenrad S02 des zweiten Planetenradsatzes RS2 axial verschiebbar gelagert sein. Beispielsweise kann die Servoeinrichtung der Kupplung C auch an der Antriebswelle 14 axial verschiebbar gelagert sein, sodass sie stets mit der Antriebsdrehzahl des Getriebes 2 rotiert.
Ferner ist aus 10 weiterhin ersichtlich, dass die Kupplung D räumlich betrachtet auf der dem vierten Planetenradsatz RS4 abgewandten Seite des zweiten Planetenradsatzes RS2 angeordnet ist, axial unmittelbar angrenzend an den zweiten Planetenradsatzes RS2. Im dargestellten Beispiel weist das Lamellenpaket der Kupplung D einen vergleichsweise kleinen Durchmesser auf, entsprechend der kinematischen Anbindung der Kupplung D an den Steg ST2 des zweiten Planetenradsatzes RS2. Es ist auch möglich, dass die Kupplung D in einer anderen Ausgestaltung des Getriebes 2 durch einfache Umgestaltung auch einen größeren Durchmesser aufweisen kann, beispielsweise axial neben dem Hohlrad H02 des zweiten Planetenradsatzes RS2 oder auch axial zwischen dem ersten und dritten Planetenradsatz RS1, RS3. Eine zur Vereinfachung nicht dargestellte Servoeinrichtung der Kupplung D kann derart angeordnet sein, dass sie stets mit Drehzahl des Stegs ST2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 rotiert, oder dass sie stets mit der Drehzahl des Stegs ST3 des dritten Planetenradsatzes RS3 rotiert. Möglicherweise kann auch die Servoeinrichtung der Kupplung D einen dynamischen Druckausgleich zur Kompensation des rotatorischen Drucks Ihres rotierenden Druckraums aufweisen.

1: Verbrennungsmotor
2: Fahrzeuggetriebe
3: Hybridmodul
4: Kurbelwellenstartergenerator
5: erste Kupplungseinrichtung
6, 6': elektrische Maschine
7: Kardanwelle
8, 8': Hinterachs-Antriebswelle
9: Hinterachs-Differentialgetriebe
10: Vorderachs-Differentialgetriebe
11: Verteilergetriebe
12: Abtriebswelle des Fahrzeuggetriebes
13, 13': Vorderachs-Antriebswelle
14: Antriebswelle des Fahrzeuggetriebes
15: Welle
MSA: elektrische Hydraulikpumpe
I: erste Welle
II: zweite Welle
III: dritte Welle
IV: vierte Welle
V: fünfte Welle
VI: sechste Welle
VII: siebte Welle
VIII: achte Welle
A: erstes Schaltelement
B: zweites Schaltelement
C: drittes Schaltelement
D: viertes Schaltelement
E: fünftes Schaltelement
GG: Gehäuse des Fahrzeuggetriebes
RS1: erster Planetenradsatz
HO1: Hohlrad des ersten Planetenradsatzes
SO1: Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes
ST1: Steg des ersten Planetenradsatzes
PL1: Planetenräder des ersten Planetenradsatzes
RS2: zweiter Planetenradsatz
HO2: Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes
SO2: Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes
ST2: Steg des zweiten Planetenradsatzes
PL2: Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes
RS3: dritter Planetenradsatz
HO3: Hohlrad des dritten Planetenradsatzes
SO3: Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes
ST3: Steg des dritten Planetenradsatzes
PL3: Planetenräder des dritten Planetenradsatzes
RS4: vierter Planetenradsatz
HO4: Hohlrad des vierten Planetenradsatzes
SO4: Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes
ST4: Steg des vierten Planetenradsatzes
PL4: Planetenräder des vierten Planetenradsatzes

Claims

Hybridantriebsanordnung für ein Fahrzeug mit einem Antriebsstrang, welcher zwischen einem Verbrennungsmotor (1) und einem Fahrzeuggetriebe (2) mit veränderbarer Übersetzung zumindest eine elektrische Maschine (5) aufweist, welche als Motor und als Generator betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine zusätzliche elektrische Maschine (6, 6') für einen zusätzlichen unabhängigen Antrieb der Vorderachse und/oder der Hinterachse vorgesehen ist.
Hybridantriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche elektrische Maschine (6, 6') im Kraftfluss hinter dem Fahrzeuggetriebe (2) angeordnet ist.
Hybridantriebsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche elektrische Maschine (6, 6') mit der Kardanwelle (7) zum Antrieb der Hinterachs–Antriebswellen (8, 8') verbunden ist.
Hybridantriebsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Hinterachs-Antriebswelle (8, 8') mit einer zusätzlichen elektrischen Maschine (6, 6') verbunden ist.
Hybridantriebsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einer Radnabe der Hinterachse eine zusätzliche elektrische Maschine (6, 6') als Radnabenmotor angeordnet ist.
Hybridantriebsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Vorderachs-Antriebswelle (13, 13') mit einer zusätzlichen elektrischen Maschine (6, 6') verbunden ist.
Hybridantriebsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einer Radnabe der Vorderachse eine zusätzliche elektrische Maschine (6, 6') als Radnabenmotor angeordnet ist.
Hybridantriebsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche elektrische Maschine (6, 6') an einem Vorderachs-Differentialgetriebe (10) angeordnet ist.
Hybridantriebsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche elektrische Maschine (6, 6') mit einer Welle (16) zwischen dem Vorderachs-Differentialgetriebe (10) und einem Verteilergetriebe (11) verbunden ist.
Hybridantriebsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorderachs-Differentialgetriebe (10) über ein Verteilergetriebe (11) mit der Abtriebswelle (12) des Fahrzeuggetriebes (2) zum Antrieb der Vorderachs-Antriebswellen (13, 13') verbunden ist.
Hybridantriebsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hinterachs-Differentialgetriebe (9) mit der Abtriebswelle (12) des Fahrzeuggetriebes (2) zum Antrieb der Hinterachs-Antriebswellen (8, 8') verbunden ist.
Hybridantriebsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderachs-Antriebswellen (13, 13') und die Hinterachs-Antriebswellen (8, 8') mechanisch voneinander getrennt sind.
Hybridantriebsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen dem Verbrennungsmotor (1) und dem Fahrzeuggetriebe (2) angeordnete elektrische Maschine zum Antrieb des Fahrzeuges vorgesehen ist.
Hybridantriebsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Hydraulikpumpe für das Fahrzeuggetriebe (2) und zumindest eine schaltbare Kupplungseinrichtung (5) zwischen dem Verbrennungsmotor (1) und dem Fahrzeuggetriebe (2) angeordnet sind.
Hybridantriebsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen dem Verbrennungsmotor (1) und dem Fahrzeuggetriebe (2) angeordnete elektrische Maschine ein Kurbelwellenstartergenerator (5) ist.
Hybridantriebsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Verbrennungsmotor (1) und dem Fahrzeuggetriebe (2) ein Drehmomentenwandler angeordnet ist.
Hybridantriebsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Fahrzeuggetriebe (2) ein automatisch schaltendes Mehrstufen-Fahrzeuggetriebe (2) in Planetenbauweise mit zumindest 8-Vorwärtsgängen und wenigstens einem Rückwärtsganges vorgesehen ist.
Hybridantriebsanordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrstufen-Fahrzeuggetriebe (2) eine Antriebswelle (14) und eine Abtriebswelle (12), zumindest vier Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3, RS4) mindestens acht drehbare Wellen (I, II, III, IV, V, VI, VII, VIII) sowie zumindest fünf Schaltelemente (A, B, C, D, E) umfasst, deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle (14) und der Abtriebswelle (12) bewirkt, so dass acht Vorwärtsgänge und zumindest ein Rückwärtsgang realisierbar sind, wobei ein Steg (ST4) des vierten Planetenradsatzes (RS4) und die Antriebswelle (14) drehfest miteinander verbunden sind und die erste Welle (I) bilden, ein Steg (ST3) des dritten Planetenradsatzes (RS3) und die Abtriebswelle (12) drehfest miteinander verbunden sind und die zweite Welle (II) bilden, ein Sonnenrad (SO1) des ersten Planetenradsatzes (RS1) und ein Sonnenrad (SO4) des vierten Planetenradsatzes (RS4) drehfest miteinander verbunden sind und die dritte Welle (III) bilden, ein Hohlrad (HO1) des ersten Planetenradsatzes (RS1) die vierte Welle (IV) bildet, ein Hohlrad (HO2) des zweiten Planetenradsatzes (RS2) und ein Sonnenrad (SO3) des dritten Planetenradsatzes (RS3) drehfest miteinander verbunden sind und die fünfte Welle (V) bilden, ein Steg (ST1) des ersten Planetenradsatzes (RS1) und ein Hohlrad (HO3) des dritten Planetenradsatzes (RS3) drehfest miteinander verbunden sind und die sechste Welle (VI) bilden, ein Sonnenrad (SO2) des zweiten Planetenradsatzes (RS2) und ein Hohlrad (HO4) des vierten Planetenradsatzes (RS4) drehfest miteinander verbunden sind und die siebte Welle (VII) bilden und ein Steg (ST2) des zweiten Planetenradsatzes (RS2) die achte Welle (VIII) bildet, und wobei das erste Schaltelement (A) im Kraftfluss zwischen der dritten Welle (III) und einem Gehäuse (GG) des Fahrzeuggetriebes (2) angeordnet ist, das zweite Schaltelement (B) im Kraftfluss zwischen der vierten Welle (IV) und dem Gehäuse (GG) des Fahrzeuggetriebes (2) angeordnet ist, das dritte Schaltelement (C) im Kraftfluss zwischen der fünften Welle (V) und der ersten Welle (I) angeordnet ist, das vierte Schaltelement (D) im Kraftfluss entweder zwischen der achten Welle (VIII) und der zweiten Welle (II) oder zwischen der achten Welle (VIII) und der sechsten Welle (VI) angeordnet ist, und das fünfte Schaltelement (E) im Kraftfluss entweder zwischen der siebten Welle (VII) und der fünften Welle (V), zwischen der siebten Welle (VII) und der achten Welle (VIII) oder zwischen der fünften Welle (V) und der achten Welle (VIII) angeordnet ist.