DE102007056302A1 - Hybridfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Hybridfahrzeug, mit - vier Antriebsrädern, von denen zwei einer ersten Achse und die beiden anderen einer zweiten Achse des Fahrzeugs zugeordnet sind, - einem Verbrennungsmotor, der dazu vorgesehen ist, die Antriebsräder der ersten Achse anzutreiben, - einer ersten Elektromaschine, die zum Antreiben der beiden Antriebsräder der ersten Achse vorgesehen ist, - mindestens einer zweiten Elektromaschine, die zum Antreiben eines oder beider Räder der zweiten Achse vorgesehen ist, - wobei den Antriebsrädern der ersten Achse als elektrische Maschine ausschließlich die erste Elektromaschine zugeordnet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridfahrzeug gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1.
  • Der Begriff „Hybridfahrzeug" bezeichnet ein Fahrzeug mit mehreren verschiedenen Antriebsarten. Ganz überwiegend wird unter einem Hybridfahrzeug ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und mindestens einer elektrischen Maschine verstanden, die dazu vorgesehen ist, elektrisch Antriebsleistung zu erzeugen und in Schubphasen kinetische Energie des Fahrzeugs zu rekuperieren, d. h. in elektrische Energie umzuwandeln. Unterschieden werden können so genannte „Mild-Hybrids", bei denen die elektrische Maschine den Verbrennungsmotor lediglich unterstützt, von so genannten „Full-Hybrids", die auch rein elektrisches Fahren, d. h. ohne den Verbrennungsmotor ermöglichen.
  • Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Hybridtopologien bekannt, wobei eine oder auch mehrere elektrische Maschinen vorgesehen sein können. In der Regel technisch sehr aufwändig sind Hybridkonzepte, die auf herkömmlichen Antriebsstrangkonzepten basieren und die „lediglich" um einen oder mehrere Elektromotoren „erweitert" sind. Dies trifft insbesondere bei Hybridfahrzeugkonzepten für Allradfahrzeuge zu.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Hybridfahrzeugkonzept anzugeben, das konstruktiv vergleichsweise einfach aufgebaut ist und das die Darstellung eines Allradantriebs ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Fahrzeug mit vier antreibbaren Rädern, von denen zwei einer ersten Achse und die beiden anderen einer zweiten Achse des Fahrzeugs zugeordnet sind. Das Fahrzeug weist ferner einen Verbrennungsmotor auf, durch den die Antriebsräder der ersten Achse angetrieben werden können. Darüber hinaus sind mindestens zwei Elektromaschinen vorgesehen. Eine erste der mindestens zwei Elektromaschinen ist den Antriebsrädern der ersten Achse zugeordnet, wobei die Antriebsräder der ersten Achse elektrisch ausschließlich durch die erste Elektromaschine angetrieben werden können, nicht aber durch die zweite Elektromaschine oder eine eventuell vorgesehene dritte Elektromaschine. Die Antriebsräder der ersten Achse können somit wahlweise
    • • rein verbrennungsmotorisch angetrieben werden,
    • • durch die erste elektrische Maschine rein elektromotorisch oder
    • • verbrennungsmotorisch und gleichzeitig durch die erste Elektromaschine elektromotorisch.
  • Die mindestens eine weitere Elektromaschine, die im Folgenden als zweite Elektromaschine bezeichnet wird, ist zum Antreiben eines oder beider Räder der zweiten Achse vorgesehen. Die Räder der zweiten Achse können somit unabhängig von den Rädern der ersten Achse elektrisch angetrieben werden.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind insgesamt genau zwei Vortrieb erzeugende Elektromaschinen vorgesehen, nämlich die der ersten Achse zugeordnete erste Elektromaschine und eine der zweiten Achse zugeordnete zweite Elektromaschine, wobei die Antriebsräder der zweiten Achse gemeinsam von der zweiten Elektromaschine angetrieben werden. Die zweite Elektromaschine kann hierzu über ein Differenzial mit den beiden Antriebsrädern der zweiten Achse gekoppelt sein.
  • Alternativ dazu können auch insgesamt drei Elektromaschinen vorgesehen sein, nämlich die der ersten Achse zugeordnete erste Elektromaschine und eine zweite sowie eine dritte jeweils der zweiten Achse zugeordnete Elektromaschine. Die zweite Elektromaschine ist dementsprechend dem einen Antriebsrad der zweiten Achse und die dritte Elektromaschine dem zweiten Antriebsrad der zweiten Achse zugeordnet. Die beiden der zweiten Achse zugeordneten Elektromaschinen ermöglichen nicht nur eine Antriebsunterstützung. Sie können vielmehr gezielt zur Erzeugung von Antriebs- bzw. Bremsmomenten eingesetzt werden, wodurch eine frei einstellbare Quermomentenverteilung darstellbar ist. Das Fahrzeug kann dadurch in kritischen Fahrsituationen stabilisiert werden. Dem etwas größeren Aufwand zweier Elektromaschinen an der zweiten Achse steht der Vorteil gegenüber, dass auf ein Differential an der zweiten Achse verzichtet werden kann.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist das Fahrzeug ein der ersten Achse zugeordnetes Planetengetriebe auf. Das Planetengetriebe wiederum weist einen ersten Getriebeeingang auf, der von dem Verbrennungsmotor antreibbar ist und einen zweiten Getriebeeingang, der von der ersten Elektromaschine antreibbar ist. Ein Getriebeausgang des Planetengetriebes kann über ein Differenzialgetriebe mit den beiden Antriebsrädern der ersten Achse gekoppelt sein.
  • Konstruktiv besonders einfach darstellbar ist eine derartige Anordnung, wenn der Verbrennungsmotor quer eingebaut ist. „Quer" bedeutet in diesem Zu sammenhang, dass sich die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors quer zu einer Längsrichtung des Fahrzeugs bzw. im Wesentlichen parallel zu den Achsen des Fahrzeugs erstreckt.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die elektrischen Maschinen mit einem Energiespeicher, z. B. mit einer Batterie bzw. mit einer Kondensatoranordnung verbunden. In Betriebszuständen, in denen durch die Elektromaschinen in Summe generatorisch mehr elektrische Energie erzeugt wird als momentan elektromotorisch verbraucht wird, kann der Energiespeicher geladen werden. Die zweite und die gegebenenfalls vorgesehene dritte Elektromaschine können unmittelbar oder mittelbar über den Energiespeicher elektrisch mit der ersten Elektromaschine verbunden sein und somit unmittelbar oder mittelbar von der ersten Elektromaschine mit Strom versorgt werden. Dies ist ein typisches Merkmal eines so genannten „leistungsverzweigten Hybridkonzepts", das sich dadurch auszeichnet, dass in manchen Betriebszuständen das Fahrzeug primär durch den Verbrennungsmotor angetrieben wird und dieser zusätzlich eine als Generator arbeitende elektrische Maschine antreibt, wobei der Generator elektrische Leistung erzeugt, die wiederum zum Antrieb einer oder mehrerer anderer im Fahrzeug vorhandener elektrischer Maschinen genutzt wird.
  • Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine Hybridtopologie gemäß der Erfindung mit zwei Elektromaschinen; und
  • 2 eine Hybridtopologie gemäß der Erfindung mit drei Elektromaschinen.
  • 1 zeigt schematisch das Konzept eines Hybridfahrzeugs mit vier antreibbaren Rädern 1–4, von denen die Räder 1, 2 einer ersten Achse 5 und die Räder 3, 4 einer zweiten Achse 6 zugeordnet sind.
  • Die Räder 1, 2 der ersten Achse 5 können wahlweise durch einen Verbrennungsmotor 7 und/oder durch eine erste Elektromaschine 8 angetrieben werden. Der Verbrennungsmotor 7 ist hierzu in nicht näher dargestellter Weise mit einem ersten Eingang eines Planetengetriebes 9 und die erste Elektromaschine 8 ist mit einem zweiten Eingang des Planetengetriebes 9 verbunden. Ein Ausgang des Planetengetriebes 9 ist mit einem Eingang eines Differentialgetriebes 10 verbunden. Die beiden Ausgänge des Differentialgetriebes 10 wiederum sind über Abtriebswellen 11 bzw. 12 mit den Antriebsrädern 1, 2 verbunden. Unter den Begriffen „Eingang" und „Ausgang" des Planetengetriebes 9 werden die Komponenten Sonnenrad bzw. Planetenträger bzw. Hohlrad oder damit verbundene Komponenten verstanden.
  • Den Antriebsrädern 3, 4 der zweiten Achse 6 ist eine zweite Elektromaschine 13 zugeordnet, die einen Eingang eines Differentials 14 antreibt. Die beiden Ausgänge des Differentials 14 sind über Abtriebswellen 15, 16 mit den beiden Antriebsrädern 3, 4 der zweiten Achse 6 verbunden.
  • Über elektrische Leitungen 17, 18 und eine hier nicht näher dargestellte Leistungselektronik sind die beiden Elektromaschinen 8, 13 an einen Energiespeicher, z. B. eine Batterie bzw. eine Kondensatoranordnung 19 angeschlossen.
  • 2 zeigt eine Variante des Ausführungsbeispiels der 1. Die der ersten Achse 5 zugeordnete Anordnung entspricht der in 1 gezeigten Anordnung.
  • Im Unterschied zu 1 sind der zweiten Achse 6 zwei separaten Elektromaschinen 13a, 13b zugeordnet. Genauer gesagt ist dem Antriebsrad 3 die Elektromaschine 13a und dem Antriebsrad 4 die Elektromaschine 13b zugeordnet, die jeweils über elektrische Leitungen 17, 17' an die elektrische Energieversorgungseinheit 19 angeschlossen sind. Mittels der beiden Elektromaschinen 13a, 13b können die Antriebsräder 3, 4 unabhängig voneinander angetrieben bzw. gebremst werden, was eine frei einstellbare Quermomentenverteilung an dieser Achse 6 ermöglicht.
  • Im normalen Fahrbetrieb kann das Fahrzeug wahlweise nur über die beiden Antriebsräder 1, 2 oder über alle vier Antriebsräder 1–4 angetrieben werden, wobei der Elektromotor 13 bzw. die beiden Elektromotoren 13a, 13b zugeschaltet werden, wenn Allradantrieb gewünscht ist. Der Elektromotor 13 bzw. die Elektromotoren 13a, 13b können dabei für eine begrenzte Zeitdauer ausschließlich aus dem Energiespeicher 19 mit Strom versorgt werden.
  • Alternativ dazu ist auch ein „leistungsverzweigter" Betriebsmodus möglich, bei dem der Verbrennungsmotor 7 die Antriebsräder 1, 2 antreibt und die Elektromaschine 8 generatorisch arbeitet und den dabei erzeugten Strom entweder mittelbar über den Energiespeicher 19 der Elektromaschine 13 bzw. den beiden Elektromaschinen 13a, 13b zur Verfügung stellt oder unmittelbar den dabei erzeugten Strom in die Elektromaschine 13 bzw. in die beiden Elektromaschinen 13a, 13b einspeist.
  • Alternativ zu den hier gezeigten Ausführungsbeispielen mit „einfachen" Differentialgetrieben sind auch Differentialgetriebe mit integrierten Schaltgetrieben denkbar, was eine noch kostengünstigere Auslegung der elektrischen Maschinen 8, 13, 13a, 13b ermöglicht.

Claims (7)

  1. Hybridfahrzeug, mit – vier Antriebsrädern (1–4), von denen zwei einer ersten Achse (5) und die beiden anderen einer zweiten Achse (6) des Fahrzeugs zugeordnet sind, – einem Verbrennungsmotor (7), der dazu vorgesehen ist, die Antriebsräder (1, 2) der ersten Achse anzutreiben, – einer ersten Elektromaschine (8), die zum Antreiben der beiden Antriebsräder (1, 2) der ersten Achse (5) vorgesehen ist, – mindestens einer zweiten Elektromaschine (13), die zum Antreiben eines oder beider Räder (3, 4) der zweiten Achse (6) vorgesehen ist, – wobei den Antriebsrädern (1, 2) der ersten Achse (5) als elektrische Maschine ausschließlich die erste Elektromaschine (8) zugeordnet ist.
  2. Hybridfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsräder (3, 4) der zweiten Achse (6) gemeinsam von einer zweiten Elektromaschine (13) angetrieben werden, wobei die zweite Elektromaschine (13) über ein Differenzial (14) mit den Antriebsrädern (3, 4) der zweiten Achse (6) gekoppelt ist.
  3. Hybridfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur zweiten Elektromaschine (13a) eine dritte Elektromaschine (13b) vorgesehen ist, wobei dem einen Antriebsrad (3) der zweiten Achse (6) ausschließlich die zweite Elektromaschine (13a) und dem anderen Antriebsrad (4) der zweiten Achse (6) ausschließlich die dritte Elektromaschine (13b) zugeordnet ist.
  4. Hybridfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Planetengetriebe (9) vorgesehen ist, das einen ersten Getriebeeingang aufweist, der von dem Verbrennungsmotor (7) antreibbar ist, und einen zweiten Getriebeeingang, der von einer der ersten Elektromaschine (8) antreibbar ist und dass ein Getriebeausgang des Planetengetriebes (9) über ein Differentialgetriebe (10) die beiden Antriebsräder (1, 2) der ersten Achse (5) antreibt.
  5. Hybridfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (7) quer eingebaut ist, derart, dass eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors (7) quer zu einer Längsrichtung des Fahrzeugs bzw. im Wesentlichen parallel zu den Achsen (5, 6) verläuft.
  6. Hybridfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Maschinen (8, 13, 13a, 13b) mit einem Energiespeicher (19) elektrisch verbunden sind, der in Betriebszuständen, in denen zumindest ein Teil der im Hybridfahrzeug vorhandenen Elektromaschinen (8, 13, 13a, 13b) generatorisch arbeitet, geladen wird.
  7. Hybridfahrzeug nach einem der Ansprüche 3–6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite und/oder die dritte Elektromaschine (13, 13a, 13b) unmittelbar oder mittelbar über den Energiespeicher (19) elektrisch mit der ersten Elektromaschine (8) verbunden ist und unmittelbar oder mittelbar von der ersten Elektromaschine (8) mit Strom versorgt wird.
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