DE102007036098B4 - Antriebsstrang eines Hybrid-Kraftfahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Antriebsstrang eines Hybrid-Kraftfahrzeugs, umfassend eine zwischen dem Fahrzeuggetriebe (2) und dem Differential (8) einer angetriebenen Achse angeordnete elektrische Maschine zum Antreiben der Achse über eine Kardanwelle (7) bzw. eine andere zur Drehmomentübertragung geeignete Welle, wobei in Kraftflussrichtung hinter der elektrischen Maschine ein als Reduziergetriebe ausgeführtes Getriebe (10) angeordnet ist, um die notwendigen Drehzahlen bzw. Momente zu erzeugen und auf die Kardanwelle (7) bzw. die andere Welle zu übertragen,dadurch gekennzeichnet, dass als Reduziergetriebe ein der elektrischen Maschine nachgeschaltetes und koaxial zur Kardanwelle bzw. zu der anderen zur Drehmomentübertragung geeigneten Welle angeordnetes Planetengetriebe (10) vorgesehen ist,wobei von den Elementen Sonnenrad, Steg und Hohlrad des Planetengetriebes (10) eines ständig drehfest festgesetzt ist, und die elektrische Maschine sowie die Kardanwelle (7) bzw. die andere Welle derart mit den verbleibenden Elementen des Planetengetriebes (10) verbunden sind, dass die Drehzahl der elektrischen Maschine (10) im Vergleich zur Drehzahl der Kardanwelle (7), bzw. der anderen Welle vergrößert wird,und wobei das Differential (8) mit der Kardanwelle (7) bzw. mit der anderen Welle in ständiger Antriebsverbindung steht.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Antriebsstrang eines Hybrid-Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Bei der Hybridisierung von Kraftfahrzeugen kann nach dem Stand der Technik das System bestehend aus Verbrennungsmotor und Getriebe mit einem Kurbelwellenstartergenerator ausgerüstet werden, wobei zum elektrischen Fahren bzw. zum Rekuperieren eine elektrische Maschine im Bereich der Kardanwelle koaxial angeordnet ist. Bei einer derartigen Anordnung wird das Hinterachsdifferenzial des Fahrzeugs über eine oder mehrere Kardanwellen vom Getriebe angetrieben. Üblicherweise ist der Rotor der elektrischen Maschine mit der Kardanwelle oder einer anderen Welle, die drehfest mit der Kardanwelle verbunden ist, verbunden, wodurch mit der elektrischen Maschine geboostet bzw. rekuperiert oder rein elektrisch gefahren werden kann, wenn im Getriebe entsprechende Kupplungen geöffnet werden, sodass sich das Getriebe im Leerlauf befindet.
  • Die Offenlegungsschrift DE 103 19 108 A1 beschreibt ein Allradfahrzeug mit Hybridantrieb, mit einem ersten Antriebsstrang zu einer ersten angetriebenen Achse und einem zweiten zweiten Antriebsstrang zu einer zweiten angetriebene Achse. Der zweite Antriebsstrang weist eine elektrische Maschine sowie eine erste Kupplung vor und eine zweite Kupplung nach der elektrischen Maschine auf. Der Rotor der elektrischen Maschine ist mit einem ersten Glied eines dreigliedrigen Planetengetriebe verbunden, dessen zweites Glied mit der ersten Kupplung und dessen drittes Glied mit der zweiten Kupplung verbunden ist.
  • Die Patentanmeldung DE 10 2007 021 714 A1 beschreibt ein elektrisches Hybrid-Antriebssystem für ein Motorfahrzeug, welches eine Haupt-Antriebseinheit, ein Getriebe, eine elektrische Maschine, eine Getriebe-Anordnung sowie eine Kupplung aufweist. Die Getriebe-Anordnung wird durch einen Planetenradsatz gebildet. Über diesen Planetenradsatz steht ein Rotor der elektrischen Maschine in Antriebsverbindung mit einer Ausgangswelle des Getriebes, welche über die Kupplung mit einer Antriebswelle zu Hinterrädern des Motorfahrzeugs verbindbar ist.
  • Die Drehzahl der Kardanwelle wird durch die Getriebeübersetzungen und die gewünschte Fahrgeschwindigkeit bestimmt. Die Bauform der elektrischen Maschine wird in der Regel so ausgelegt, dass bei der kleinstmöglichen Baugröße der elektrischen Maschine das größtmögliche Moment auf die Kardanwelle übertragen werden kann. Zu diesem Zweck kann es erforderlich sein, dass die elektrische Maschine so konstruiert wird, dass sie mit einer wesentlich höheren Drehzahl läuft als die Kardanwelle.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ausgestaltung des Antriebsstrangs eines Hybrid-Kraftfahrzeugs anzugeben, durch die der Kraftfluss optimiert wird.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Demnach wird vorgeschlagen, in einem Antriebstrang eines Hybrid-Kraftfahrzeugs, welcher eine zwischen dem Fahrzeuggetriebe und dem Differential einer angetriebenen Achse angeordnete elektrische Maschine zum Antreiben der Achse über eine Kardanwelle bzw. eine andere zur Drehmomentübertragung geeignete Welle umfasst, in Kraftflussrichtung hinter der elektrischen Maschine ein als Reduziergetriebe ausgeführtes Getriebe anzuordnen, um die notwendigen Drehzahlen bzw. Momente zu erzeugen und auf die Kardanwelle bzw. die andere Welle zu übertragen. Das Reduziergetriebe und die elektrische Maschine sind vorzugsweise als Einheit in einem Gehäuse angeordnet.
  • Durch die erfindungsgemäße Konzeption kann die elektrische Maschine mit wesentlich höheren Drehzahlen als die Kardanwelle laufen, um somit das größtmögliche Moment auf die Kardanwelle übertragen zu können.
  • Gemäß der Erfindung ist als Reduziergetriebe vorzugsweise ein der elektrischen Maschine nachgeschaltetes und koaxial zur Kardanwelle bzw. zu einer anderen zur Drehmomentübertragung geeigneten Welle angeordnetes Planetengetriebe vorgesehen.
  • Erfindungsgemäß wird im Rahmen einer ersten Ausführungsform der Erfindung vorgeschlagen, dass das Sonnenrad des Planetengetriebes mit dem Rotor der elektrischen Maschine drehfest verbunden ist, dass das Hohlrad an ein Gehäuse gekoppelt ist und dass der Abtrieb über den Steg erfolgt, welcher mit einer Kardanwelle oder einer anderen zur Drehmomentübertragung geeigneten Welle drehfest verbunden ist.
  • Hierbei sind die elektrische Maschine und das Planetengetriebe als Einheit in einem Gehäuse angeordnet; gemäß der Erfindung wird der Antrieb vom Fahrzeuggetriebe sowie der Abtrieb zur Kardanwelle jeweils über einen Flansch realisiert, wobei das Fahrzeuggetriebe am Fahrzeugchassis befestigt ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Hohlrad des Planetengetriebes mit dem Rotor der elektrischen Maschine drehfest verbunden, wobei das Sonnenrad an ein Gehäuse gekoppelt ist und der Steg des Planetengetriebes den Abtrieb zur Kardanwelle oder einer anderen zur Drehmomentübertragung geeigneten Welle bildet.
  • Alternativ dazu kann vorgesehen sein, das Planetengetriebe als Standgetriebe anzuordnen, wobei das Sonnenrad des Planetengetriebes mit dem Rotor der elektrischen Maschine drehfest verbunden ist, der Steg an ein Gehäuse gekoppelt ist und der Abtrieb zur Kardanwelle oder zu einer anderen zur Drehmomentübertragung geeigneten Welle über das Hohlrad erfolgt.
  • Erfindungsgemäß kann im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung eine Trennkupplung vorgesehen sein, welche den Kraftfluss zwischen dem Rotor der elektrischen Maschine und der Kardanwelle bzw. einer anderen zur Drehmomentübertragung geeigneten Welle trennen kann. Das ist besonders vorvorteilhaft, wenn in bestimmten Drehzahlbereichen die elektrische Maschine vom Antriebsstrang abgekoppelt werden soll; die Betätigung der Kupplung kann hydraulisch, mechanisch oder elektrisch erfolgen.
  • Des weiteren kann vorgesehen sein, bei elektrischem Fahrbetrieb die Verbindung der elektrischen Maschine zum Getriebe durch eine Kupplung zu trennen, um Verluste des Getriebes zu verringern.
  • Für den Fall, dass eine koaxiale Anordnung eines Planetengetriebes im Fahrzeugbauraum, beispielsweise aus Platzgründen nicht realisierbar ist, kann vorteilhafterweise das Reduziergetriebe und die elektrische Maschine achsversetzt zur Kardanwelle bzw. zu einer anderen zur Drehmomentübertragung geeigneten Welle angeordnet sein, wobei das Reduziergetriebe und die elektrische Maschine über Mittel zu achsversetzten Drehmomentübertragung angetrieben werden.
  • Dabei ist es günstig, wenn ein Stirntrieb, ein Kettentrieb und/oder ein Riemen als Mittel zu achsversetzten Drehmomentübertragung vorgesehen sind/ist.
  • Darüber hinaus wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, die Verbindung der elektrischen Maschine mit der Kardanwelle oder einer anderen zur Drehmomentübertragung geeigneten Welle über einen Stirntrieb mit geeigneter Übersetzung herzustellen.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Figuren, beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
    • 1: Eine schematische Darstellung der Anordnung der Einheit, umfassend eine elektrische Maschine und ein als Planetenreduziergetriebe ausgeführtes Planetengetriebe im Antriebstrang eines Kraftfahrzeugs;
    • 2: Eine schematische Darstellung der Verbindung der elektrischen Maschine mit dem Planetengetriebe gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
    • 3: Eine schematische Darstellung der Verbindung der elektrischen Maschine mit dem Planetengetriebe gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und
    • 4: Eine schematische Darstellung der Verbindung der elektrischen Maschine mit dem Planetengetriebe gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
  • In 1 ist ein Antriebstrang eines Kraftfahrzeugs dargestellt, umfassend einen Kurbenwellenstartergenerator 1, ein Getriebe 2 und eine Einheit 3 bestehend aus einer elektrischen Maschine und einem ein Reduziergetriebe bildendes und koaxial zur Kardanwelle 7 angeordnetes Planetengetriebe, welche über einen ersten Flansch 4 mit der Getriebeabtriebswelle 5 und über einen zweiten Flansch 6 mit der Kardanwelle 7 oder mit einer mit der Kardanwelle 7 drehfest verbundenen Welle verbunden ist.
  • Hierbei wird das Hinterachsdifferential 8 des Fahrzeugs über die Kardanwelle 7 angetrieben; die elektrische Maschine und das Planetengetriebe sind in einem Gehäuse angeordnet. Anstelle der Kardanwelle 7 kann auch eine andere zur Drehmomentübertragung geeignete Welle vorgesehen sein.
  • Gemäß der Erfindung kann für bestimmte Übersetzungsbereiche die in 2 gezeigte Anordnung des Planetengetriebes vorteilhaft sein. Hierbei ist das Sonnenrad 9 des Planetengetriebes 10 mit dem Rotor 11 der elektrischen Maschine drehfest verbunden, wobei das Hohlrad 12 an ein Gehäuse gekoppelt ist und der Abtrieb über den Steg 13 erfolgt, welcher mit dem Abtrieb zur Kardanwelle 7 oder zu einer anderen zur Drehmomentübertragung geeigneten Welle drehfest verbunden ist. In 2 ist der Stator der elektrischen Maschine mit 14 bezeichnet. Ferner sind die Wellendichtringe mit dem Bezugszeichen 15 und Lager mit dem Bezugszeichen 16 versehen.
  • Alternativ zu der in 2 gezeigten Anordnung kann die Einheit 3 direkt am Differential 8 befestigt sein, so dass die abtriebsseitige Verbindung mit der Kardanwelle 7 entfällt.
  • Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Hohlrad 12 des Planetengetriebes 10 mit dem Rotor 11 der elektrischen Maschine drehfest verbunden, wobei das Sonnenrad 9 an ein Gehäuse gekoppelt ist und der Steg 13 des Planetengetriebes 10 den Abtrieb zur Kardanwelle 7 oder zu einer anderen zur Drehmomentübertragung geeigneten Welle bildet. Auch in diesem Fall kann die Einheit 3 direkt am Differential 8 befestigt sein.
  • In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der Rotor 11 der elektrischen Maschine mit dem Sonnenrad 9 und das Hohlrad 12 mit dem Abtrieb zur Kardanwelle 7 verbunden ist, wobei der Steg 13 des Planetengetriebes gehäusefest (an ein Gehäuse gekoppelt) ist. Die Einheit 3 kann auch direkt am Differential 8 befestigt sein.
  • Selbstverständlich fällt auch jede konstruktive Ausbildung, insbesondere jede räumliche Anordnung der Bauteile des Antriebsstrangs an sich sowie zueinander und soweit technisch sinnvoll, unter den Schutzumfang der vorliegenden Ansprüche, ohne die Funktion des Antriebsstrangs, wie sie in den Ansprüchen angegeben ist, zu beeinflussen, auch wenn diese Ausbildungen nicht explizit in den Figuren oder in der Beschreibung dargestellt sind.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kurbelwellenstartergenerator
    2
    Getriebe
    3
    Einheit umfassend eine elektrische Maschine und ein Planetengetriebe
    4
    Flansch
    5
    Getriebeausgangswelle
    6
    Flansch
    7
    Kardanwelle
    8
    Differential
    9
    Sonnenrad
    10
    Reduziergetriebe, Planetengetriebe
    11
    Rotor
    12
    Hohlrad
    13
    Steg
    14
    Stator
    15
    Wellendichtring
    16
    Lager

Claims (9)

  1. Antriebsstrang eines Hybrid-Kraftfahrzeugs, umfassend eine zwischen dem Fahrzeuggetriebe (2) und dem Differential (8) einer angetriebenen Achse angeordnete elektrische Maschine zum Antreiben der Achse über eine Kardanwelle (7) bzw. eine andere zur Drehmomentübertragung geeignete Welle, wobei in Kraftflussrichtung hinter der elektrischen Maschine ein als Reduziergetriebe ausgeführtes Getriebe (10) angeordnet ist, um die notwendigen Drehzahlen bzw. Momente zu erzeugen und auf die Kardanwelle (7) bzw. die andere Welle zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass als Reduziergetriebe ein der elektrischen Maschine nachgeschaltetes und koaxial zur Kardanwelle bzw. zu der anderen zur Drehmomentübertragung geeigneten Welle angeordnetes Planetengetriebe (10) vorgesehen ist, wobei von den Elementen Sonnenrad, Steg und Hohlrad des Planetengetriebes (10) eines ständig drehfest festgesetzt ist, und die elektrische Maschine sowie die Kardanwelle (7) bzw. die andere Welle derart mit den verbleibenden Elementen des Planetengetriebes (10) verbunden sind, dass die Drehzahl der elektrischen Maschine (10) im Vergleich zur Drehzahl der Kardanwelle (7), bzw. der anderen Welle vergrößert wird, und wobei das Differential (8) mit der Kardanwelle (7) bzw. mit der anderen Welle in ständiger Antriebsverbindung steht.
  2. Antriebsstrang eines Hybrid-Kraftfahrzeugs, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduziergetriebe (10) und die elektrische Maschine als Einheit in einem Gehäuse angeordnet sind.
  3. Antriebsstrang eines Hybrid-Kraftfahrzeugs, nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (9) des Planetengetriebes (10) mit dem Rotor (11) der elektrischen Maschine drehfest verbunden ist, das Hohlrad (12) an ein Gehäuse gekoppelt ist und der Abtrieb über den Steg (13) erfolgt, welcher mit dem Abtrieb zur Kardanwelle (7) bzw. zu der anderen zur Drehmomentübertragung geeigneten Welle drehfest verbunden ist.
  4. Antriebsstrang eines Hybrid-Kraftfahrzeugs, nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (12) des Planetengetriebes (10) mit dem Rotor (11) der elektrischen Maschine drehfest verbunden ist, das Sonnenrad (9) an ein Gehäuse gekoppelt ist und der Steg (13) des Planetengetriebes (10) den Abtrieb zur Kardanwelle (7) bzw. zu der anderen zur Drehmomentübertragung geeigneten Welle bildet.
  5. Antriebsstrang eines Hybrid-Kraftfahrzeugs, nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (11) der elektrischen Maschine mit dem Sonnenrad (9) und das Hohlrad (12) den Abtrieb zur Kardanwelle (7) bzw. zu der anderen zur Drehmomentübertragung geeigneten Welle bildet, wobei der Steg (13) des Planetengetriebes (10) gehäusefest ist.
  6. Antriebsstrang eines Hybrid-Kraftfahrzeugs, nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (3) umfassend das Reduziergetriebe (10) und die elektrische Maschine direkt am Differential (8) befestigt ist.
  7. Antriebsstrang eines Hybrid-Kraftfahrzeugs, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trennkupplung zum Trennen des Kraftflusses zwischen dem Rotor (11) der elektrischen Maschine und der Kardanwelle (7) bzw. der anderen zur Drehmomentübertragung geeigneten Welle vorgesehen ist.
  8. Antriebsstrang eines Hybrid-Kraftfahrzeugs, nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung der Kupplung hydraulisch, mechanisch oder elektrisch erfolgt.
  9. Antriebsstrang eines Hybrid-Kraftfahrzeugs, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei elektrischem Fahrbetrieb die Verbindung der elektrischen Maschine zum Getriebe (2) durch eine Kupplung trennbar ist.
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