DE102007004464A1 - Hybridantriebsanordnung für ein Fahrzeug mit einem Antriebsstrang - Google Patents

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Abstract

Es wird eine Hybridantriebsanordnung für ein Fahrzeug mit einem Antriebsstrang vorgeschlagen, welcher einen Verbrennungsmotor (1), ein Planetengetriebe (2) und zumindest zwei elektrische Maschinen (3, 4) umfasst, welche als Motor und als Generator betreibbar sind, wobei die erste elektrische Maschine (3) mit dem Planetengetriebe (2) verbunden ist und wobei im Kraftfluss hinter dem Planetengetriebe (2) ein Getriebe (7) mit variabler Übersetzung angeordnet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hybridantriebsanordnung für ein Fahrzeug mit einem Antriebsstrang gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
  • Beispielsweise aus der Druckschrift JP 2000142146 A ist eine Antriebsanordnung für ein Hybridfahrzeug bekannt. Bei dieser Hybridantriebsanordnung sind zwei Planetengetriebe vorgesehen, die mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gekoppelt sind. Ferner ist eine elektrische Maschine als Generator über das Sonnenrad des ersten Planetengetriebes mit dem Antriebsstrang verbunden. Darüber hinaus ist der Steg des zweiten Planetengetriebes mit einem Rad mit der als Motor ausgebildeten zweiten elektrischen Maschine gekoppelt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hybridantriebsanordnung der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, bei der die Antriebsmöglichkeiten erweitert werden und zudem eine verbesserte Auslegung, insbesondere der elektrischen Maschinen, ermöglicht wird.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergänzen sich insbesondere aus den jeweiligen Unteransprüchen.
  • Demnach wird eine Hybridantriebsanordnung für ein Fahrzeug mit einem Antriebsstrang vorgeschlagen, welcher einen Verbrennungsmotor, zumindest ein Planetengetriebe und wenigstens zwei elektrische Maschinen umfasst, wobei im Kraftfluss hinter dem Planetengetriebe ein Getriebe mit variabler Übersetzung angeordnet ist. Durch die Verwendung eines Getriebes mit variabler Übersetzung kann bei entsprechender Anordnung der Antriebsmotoren die gesamte Getriebespreizung verwendet werden, um eine optimale Auslegung der elektrischen Maschinen und des Verbrennungsmotors zu realisieren.
  • Als Getriebe kann jeder beliebiger Getriebe-Typ mit variabler Übersetzung eingesetzt werden, unabhängig davon, ob das Getriebe automatisch oder manuell geschaltet wird. Beispielsweise können Schaltgetriebe, Doppelkupplungsgetriebe, Stufengetriebe, Handschaltgetriebe, CVT-Getriebe oder dergleichen eingesetzt werden.
  • Eine mögliche Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung kann vorsehen, dass die zweite elektrische Maschine, welche entweder als Motor und auch als Generator betreibbar ist, mit der Ausgangswelle des Getriebes gekoppelt ist. Bei dieser Anordnung wird eine elektrische Maschine mit dem Planetengetriebe gekoppelt, wobei die zweite elektrische Maschine mit der Abtriebsseite des variablen Getriebes verbunden wird. Infolgedessen kann das Fahrzeug mit dem Verbrennungsmotor und der ersten elektrischen Maschine unter Ausnutzung der Getriebespreizung des Getriebes mit variabler Übersetzung angetrieben werden. Darüber hinaus kann das Fahrzeug beispielsweise bei in Neutral geschaltetem Getriebe rein elektrisch durch die abtriebseitige zweite elektrische Maschine angetrieben werden.
  • Die zweite elektrische Maschine kann beispielsweise direkt mit der Ausgangswelle des Getriebes verbunden werden. Es ist aber auch denkbar, dass die zweite elektrische Maschine nicht direkt mit der Ausgangswelle verbunden wird, sondern über z. B. eine Getriebestufe vorzugsweise mit konstanter Übersetzung. Als konstante Übersetzungsstufe kann beispielsweise eine Stirnradstufe, eine Kegelradstufe oder dergleichen verwendet werden. Es ist auch möglich, dass die konstante Übersetzungsstufe durch Ketten, Riemen oder dergleichen realisiert wird.
  • Bei der Verwendung einer zusätzlichen Getriebestufe ergibt sich die Möglichkeit, Einfluss auf die Auslegung der elektrischen Maschine hinsichtlich der Drehzahl zu nehmen. Beispielsweise kann die elektrische Maschine als Hochdrehzahlmaschine ausgelegt werden. Dadurch ergeben sich Vorteile bezüglich des Wirkungsgrades, der Massenträgheit und der auch der Kosten bei der erfindungsgemäßen Hybridantriebsanordnung.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die zweite elektrische Maschine ebenso wie die erste elektrische Maschine im Kraftfluss vor dem Getriebe mit variabler Übersetzung angeordnet ist. Dabei ist es möglich, dass die zweite elektrische Maschine entweder direkt mit der Eingangswelle des Getriebes oder auch indirekt verbunden ist. Es sind aber auch andere Anordnungsmöglichkeiten denkbar.
  • Wenn die zweite elektrische Maschine über z. B. eine konstante Übersetzungsstufe oder dergleichen mit der Eingangswelle des Getriebes verbunden ist, ergeben sich auch hier die bereits genannten Vorteile aufgrund der Drehzahlauslegung der elektrischen Maschine. Durch die Anordnung beider elektrischen Maschinen vor dem Getriebe ergibt sich der weitere Vorteil, dass beide elektrische Maschinen die gesamte Spreizung des Getriebes beim Antrieb des Fahrzeuges ausnutzen können.
  • Zum Starten des Verbrennungsmotors, beispielsweise im Stillstand des Fahrzeuges, kann z. B. die erste elektrische Maschine verwendet werden. Dazu ist es erforderlich, ein entsprechendes Abstützmoment an der abtriebsseitigen Welle des Planetengetriebes vorzusehen. Dieses Abstützmoment kann beispielsweise durch das Getriebe realisiert werden, indem beim Starten des Verbrennungsmotors der erste Gang und z. B. ein weiterer Gang geschaltet ist. Auf diese Weise wird das Getriebe verblockt und das Abstützmoment aufge bracht. Es ist auch möglich, dass das Abstützmoment durch das Festbremsen der Räder des Fahrzeuges, z. B. durch die Radbremse, zu erzeugen.
  • Eine nächste Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass im Kraftfluss hinter dem Planetengetriebe eine Bremse und/oder eine Kupplung angeordnet sind. Hierbei können beliebige Anordnungsvarianten vorgesehen werden. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Bremse und die Kupplung zwischen dem Planetengetriebe und der zweiten elektrischen Maschine angeordnet sind, wenn die zweite elektrische Maschine im Kraftfluss vor dem Getriebe vorgesehen ist.
  • Die Verwendung einer Bremse hat den Vorteil, dass beim Starten des Verbrennungsmotors über die erste elektrische Maschine ein Festbremsen der abtriebsseitigen Welle des Planetengetriebes ermöglicht wird, um das Abstützmoment aufzubringen, so dass der Verbrennungsmotor gestartet werden kann. Auf diese Weise ist ein Verblocken des Getriebes nicht erforderlich.
  • Wenn der Antriebsstrang als Anfahr- und/oder Trennelement eine Kupplung aufweist, ist es vorteilhaft, wenn diese im Kraftfluss hinter der Bremse angeordnet ist, so dass der Antriebsstrang zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe trennbar ist. Auf diese Weise kann das Starten des Verbrennungsmotors unabhängig von dem Getriebe erfolgen, und es ist ebenso möglich, dass das Fahrzeug elektrisch durch die zweite elektrische Maschine angetrieben wird, indem die Kupplung geöffnet ist und somit der Verbrennungsmotor mit dem Planetengetriebe und der ersten elektrischen Maschine von der Abtriebsseite abgekoppelt ist.
  • Die vorbeschriebenen Anordnungsmöglichkeiten, Ausgestaltungen und Varianten können auch beliebig miteinander kombiniert werden, wobei auch die Anzahl der einzelnen verwendeten Komponenten variiert werden kann.
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Hybridantriebsanordnung mit einer Getriebe abtriebsseitig angebundenen elektrischen Maschine;
  • 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Hybridantriebsanordnung mit einer über eine konstante Getriebestufe abtriebsseitig angebundene elektrische Maschine;
  • 3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Hybridantriebsanordnung mit einer an einer Eingangswelle eines Getriebes angebundenen elektrischen Maschine;
  • 4 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Hybridantriebsanordnung mit einer über eine konstante Getriebestufe an die Eingangswelle eines Getriebes angebundenen elektrischen Maschine und
  • 5 eine schematische Darstellung gemäß 3 mit einer Bremse und einer Kupplung im Kraftfluss vor der elektrischen Maschine.
  • Die verschiedenen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Hybridantriebsanordnung sind lediglich beispielhaft in den 1 bis 5 dargestellt.
  • Die erfindungsgemäße Hybridantriebsanordnung für ein Fahrzeug mit einem Antriebsstrang umfasst einen Verbrennungsmotor 1, zumindest ein Planetengetriebe 2 und zumindest eine erste elektrische Maschine 3 und eine zweite elektrische Maschine 4, welche als Motor und auch als Generator betrieben werden können. Die erste elektrische Maschine 3 ist mit dem Planetengetriebe 2 verbunden.
  • Erfindungsgemäß ist im Kraftfluss hinter dem Planetengetriebe 2 ein Getriebe 7 mit variabler Übersetzung angeordnet. Das Getriebe kann ein Getriebe beliebiger Art sein. Dadurch, dass zumindest eine der elektrischen Maschinen 3, 4 im Kraftfluss vor dem Getriebe 7 vorgesehen ist, kann in vorteilhafter Weise die gesamte Getriebespreizung des Getriebes 7 bei der Auslegung der elektrischen Maschinen 3, 4 verwendet werden. Die Abtriebsseite des Antriebsstranges ist schließlich über ein Differentialgetriebe 5 z. B. mit der Hinterachse 6 zum Antreiben der Räder des Fahrzeugs verbunden.
  • Gemäß 1 ist bei dem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Hybridantriebsanordnung die zweite elektrische Maschine mit der Ausgangswelle 8 des Getriebes 7 direkt verbunden ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann das Differentialgetriebe 5 der Hinterachse 6 oder auch der Vorderachse des Fahrzeugs direkt durch die zweite elektrische Maschine 4 angetrieben werden.
  • Ein zweites Ausführungsbeispiel der Hybridantriebsanordnung ist in 2 gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die zweite elektrische Maschine 4 nicht direkt mit der Ausgangswelle 8 des Getriebes 7 verbunden, sondern indirekt über eine zusätzliche Getriebestufe 9 mit konstanter Übersetzung. Durch die indirekte Verbindung über die Getriebestufe 9 kann ein Einfluss auf die Drehzahlauslegung bei der elektrischen Maschine genommen werden. Zum Beispiel kann eine so genannte Hochdrehzahl-Maschine als elektrische Maschine 4 verwendet werden, wodurch sich Vorteile hinsichtlich des Wirkungsgrades, der Massenträgheit und der Kosten ergeben.
  • Bei den in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Hybridantriebsanordnung ist ein Starten des Verbrennungsmotors durch die erste elektrische Maschine 3 möglich, indem das erforderliche Abstützmoment durch Verblocken des Getriebes 7 aufgebracht wird. Dazu wird bei dem Getriebe 7 beim Starten des Verbrennungsmotors z. B. der erste Gang und ein weiterer Gang eingelegt.
  • In 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Hybridantriebsanordnung der vorliegenden Erfindung gezeigt, bei dem die zweite elektrische Maschine direkt mit einer Eingangswelle 10 des Getriebes 7 gekoppelt ist.
  • Wie aus 4 ersichtlich ist, wird gemäß eines vierten Ausführungsbeispiels der Hybridantriebsanordnung die elektrische Maschine 4 wieder über eine zusätzliche Getriebestufe 9 mit konstanter Übersetzung mit der Eingangswelle 10 des Getriebes 7 verbunden.
  • Bei dem dritten und vierten Ausführungsbeispielen ergibt sich der Vorteil, dass der elektrische Antrieb des Fahrzeugs über die beiden elektrischen Maschinen 3, 4 unter Berücksichtigung der gesamten Getriebespreizung des Schaltgetriebes 7 ermöglich wird. Dies deshalb, weil beide elektrischen Maschinen 3, 4 im Kraftfluss vor dem Getriebe 7 angeordnet sind.
  • In 5 ist eine Variante des dritten Ausführungsbeispiels der Hybridanordnung gezeigt, wobei diese Ausführungsvariante auch bei den anderen Ausführungsbeispielen möglich ist. Um das Starten des Verbrennungsmotors 1 ohne das Verblocken des Getriebes 7 zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass eine Bremse 11 im Kraftfluss zwischen dem Planetengetriebe 2 und der zweiten elektrischen Maschine 4 angeordnet ist. Auf diese Weise kann die abtriebsseitige Welle des Planetengetriebes 2 fest gebremst werden, um somit ein Abstützmoment in dem Planetengetriebe 2 zu erzeugen, so dass der Verbrennungsmotor 1 durch die erste elektrische Maschine 3 gestartet werden kann.
  • Zusätzlich ist eine im Kraftfluss hinter der Bremse 11 angeordnete Kupplung 12 in 5 vorgesehen. Dies ermöglicht, dass der Verbrennungsmotor 1 von dem Getriebe 7 entkoppelt werden kann, wenn die Kupplung 12 geöffnet ist. Dadurch kann ein rein elektrisches Fahren durch die zweite elektrische Maschine 4 ermöglicht werden, ohne dass der Verbrennungsmotor 1 mitgeschleppt werden muss.
  • In sämtlichen Figuren wird durch Pfeile, die mit einem T und/oder einem n gekennzeichnet sind, angedeutet, dass ein bestimmtes Moment und eine bestimmte Drehzahl übertragen werden. Darüber hinaus bedeuten Pfeile, die mit einem E gekennzeichnet sind, dass elektrische Energie aufgenommen und/oder abgegeben werden kann.
    • 1
    Verbrennungsmotor
    2
    Planetengetriebe
    3
    erste elektrische Maschine
    4
    zweite elektrische Maschine
    5
    Differentialgetriebe
    6
    Hinterachse
    7
    Getriebe mit variabler Übersetzung
    8
    Ausgangswelle des Getriebes
    9
    Übersetzungsstufe
    10
    Eingangswelle des Getriebes
    11
    Bremse
    12
    Kupplung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - JP 2000142146 A [0002]

Claims (10)

  1. Hybridantriebsanordnung für ein Fahrzeug mit einem Antriebsstrang, welcher einen Verbrennungsmotor (1), ein Planetengetriebe (2) und zumindest zwei elektrische Maschinen (3, 4) umfasst, welche als Motor und als Generator betreibbar sind, wobei die erste elektrische Maschinen (3) mit dem Planetengetriebe (2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Kraftfluss hinter dem Planetengetriebe (2) ein Getriebe (7) mit variabler Übersetzung angeordnet ist.
  2. Hybridantriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrische Maschine (4) abtriebsseitig des Getriebes (7) angeordnet ist.
  3. Hybridantriebsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrische Maschine (4) direkt mit der Ausgangswelle (8) des Getriebes (7) verbunden ist.
  4. Hybridantriebsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrische Maschine (4) über eine konstante Übersetzungsstufe (9) mit der Ausgangswelle (8) des Getriebes (7) verbunden ist.
  5. Hybridantriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrische Maschine (4) mit der Eingangswelle (10) des Getriebes (7) gekoppelt ist.
  6. Hybridantriebsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrische Maschine (4) direkt mit der Eingangswelle (10) des Getriebes (7) verbunden ist.
  7. Hybridantriebsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrische Maschine (4) über eine konstante Übersetzungsstufe (9) mit der Eingangswelle (10) des Getriebes (7) verbunden ist.
  8. Hybridantriebsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Kraftfluss hinter dem Planetengetriebe (2) eine Bremse (11) und/oder eine Kupplung (12) angeordnet ist.
  9. Hybridantriebsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (11) und/oder die Kupplung (12) zwischen dem Planetengetriebe (2) und der zweiten elektrischen Maschine (4) angeordnet sind.
  10. Hybridantriebsanordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (12) im Kraftfluss hinter der Bremse (11) angeordnet ist.
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