DE102008008863A1 - Verfahren zur Übertragung einer Antriebskraft einer Verbrennungskraftmaschine auf einen Achsantrieb - Google Patents

Verfahren zur Übertragung einer Antriebskraft einer Verbrennungskraftmaschine auf einen Achsantrieb Download PDF

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Abstract

Ein Verfahren zur Übertragung einer Antriebskraft einer Verbrennungskraftmaschine (4) eines Fahrzeugs auf einen Achsantrieb (5) wird bereitgestellt. Bei dem Verfahren wird eine mechanische Antriebskraft an dem Achsantrieb (5) wahlweise durch (a) eine erste elektrische Maschine, welche einen mit dem Achsantrieb (5) gekoppelten ersten Rotor (1) und einen Stator (3) umfasst, wobei die erste elektrische Maschine mit elektrischer Energie angetrieben wird, welche durch die Antriebskraft der Verbrennungskraftmaschine (4) mittels einer zweiten elektrischen Maschine erzeugt wird, wobei die zweite elektrische Maschine einen mit der Verbrennungskraftmaschine gekoppelten zweiten Rotor (2) und den Stator (3) umfasst oder durch (b) mechanisches Koppeln des mit dem Achsantrieb (5) gekoppelten ersten Rotors (1) mit dem mit der Verbrennungskraftmaschine (4) gekoppelten zweiten Rotor (2) erzeugt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung einer Antriebskraft einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs auf einen Achsantrieb des Fahrzeugs sowie eine entsprechende Kraftübertragungsvorrichtung. Die Erfindung ist insbesondere zur Verwendung in einem Hybridfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine und einem elektrischen Antrieb geeignet.
  • Eine Kraftübertragung bei einem Fahrzeug, beispielsweise einem Personenkraftwagen, von einer Verbrennungskraftmaschine des Fahrzeugs auf einen Achsantrieb des Fahrzeugs erfolgt üblicherweise über ein Getriebe, welches mehrere vorbestimmte Übersetzungen aufweist, wobei in Abhängigkeit von einer aktuellen Fahranforderung eine geeignete Übersetzung entweder manuell oder automatisch ausgewählt wird. Darüber hinaus werden in modernen Fahrzeugen auch stufenlose Getriebe verwendet, welche eine variable Übersetzung über einen weiten Bereich bereitstellen. Stufenlose Getriebe können die Leistungs- und Momentencharakteristik eines Verbrennungsmotors am besten den längsdynamischen Anforderungen anpassen. Darüber hinaus können die Übersetzungen beispielsweise auch bevorzugt ökonomisch, komfortorientiert oder leistungsorientiert ausgewählt werden.
  • Als stufenlose Getriebe sind beispielsweise Getriebe bekannt, welche die Kraft über breite Keilriemen, Lamellenketten, Schubgliederbänder oder Laschenketten, die zwischen zwei Kegelscheibenpaaren laufen, bekannt. Durch gegenläufige Änderung des Abstandes der Kegelscheiben wandert der Keilriemen, das Schubgliederband oder die Laschenkette auf der einen Kegelscheibenachse nach innen und auf der anderen Kegelscheibenachse nach außen zu unterschiedlichen Radien. So ergibt sich eine stufenlose Änderung des Übersetzungsverhältnisses. Zum Anfahren ist eine separate Kupplung zum Trennen der Verbindung zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem Achsantrieb erforderlich. Häufig wird sogar eine zweite derartige Anfahrkupplung verwendet, um einen Kraftschluss für ein Rückwärtsfahren des Fahrzeugs bereitzustellen.
  • Darüber hinaus sind Getriebekonzepte bekannt, welche auch ohne derartige Anfahrkupplungen auskommen. Dazu zählt beispielsweise ein elektrisches Getriebe, welches auch als so genannter magnetisch-elektrischer Getriebeautomat (MEGA) bekannt ist. In 1 ist eine schematische Darstellung eines derartigen elektrischen Getriebes gezeigt.
  • Ein Antriebsrotor 2 und ein Abtriebsrotor 1 sind als permanent magnetisch erregende Außenläufer ausgebildet. Sie sind in einem gemeinsamen Getriebegehäuse gegenüberliegend untergebracht und wirken auf eine gemeinsame Wicklung auf dem gemeinsamen Stator 3 ein. Der Antriebsrotor 2 ist über eine Mitnehmerscheibe fest mit der Kurbelwelle 4 der Verbrennungskraftmaschine verbunden. Der Abtriebsrotor 1 steht direkt und ohne weitere schaltbare Einrichtungen mit der angetriebenen Achse über ein Zahnrad oder Kettenrad 5 in Verbindung.
  • Der Stator 3 ist auf einer Statoraufnahme 6 axial in Richtung des Pfeils 7 mittels einer Statoransteuerung 8 verschieblich, so dass die wirksame Leiterlänge im Antriebsrotor 2 und Abtriebsrotor 1 im gegensätzlichen Verhältnis zueinander eingestellt werden kann. Auf dieser Variation der aktiven Leiterlänge in den Magnetfeldern von Antriebsrotor 2 und Abtriebsrotor 1 beruht die Steuer- bzw. Regelbarkeit der Drehzahl- und Drehmomentenübersetzung des magnetisch-elektrischen Getriebeautomaten. Die Axialverstellung des Stators ermöglicht innere Übersetzungen N1/N2 von N1/N2 ≤ ∞ bis N1/N2 ≥ 0, wobei N1 der Drehzahl des Antriebsrotors 1 und N2 der Drehzahl des Antriebsrotors 2 entspricht. Mit N1/N2 = 0 ist der Fall des Anfahrens ideal abgedeckt. Daher braucht dieses elektrische Getriebe keine zusätzliche Anfahrkupplung.
  • Der Antriebsrotor 2 bildet in Kombination mit dem Stator 3 einen Antriebsteilmotor und der Abtriebsrotor 1 bildet in Kombination mit dem Stator 3 einen Abtriebsteilmotor. Ein Stromfluss in jedem der Teilmotoren ist dann möglich, wenn ein für die jeweilige Drehrichtung richtiges Polpaar gegenübersteht, d. h. im Fall gleicher Drehrichtung der beiden Rotoren ein unterschiedlich magnetisiertes und im Fall gegensätzlicher Drehrichtung ein gleichmagnetisiertes Polpaar. Eine Einschaltdauer ED für jeden Teilmotor (= Strang) ergibt sich dann aus der jeweiligen nutzbaren Dachbreite (DB) der Induktion beider Teilsysteme multipliziert mit der Wahrscheinlichkeit, dass sich die geeigneten Polpaare gegenüberstehen, zu ED = DBAntriebsfeld·EDAbtriebsfeld·0,5
  • Drehen beide Rotoren in gleicher Drehrichtung, ergibt sich für den Fall exakt gleicher Drehzahl und exakt gleicher Phasenlage (gleich Synchrondrehzahl) die Wahrscheinlichkeit anstelle von 0,5 zu genau 1, was zur Folge hat, dass die Einschaltdauer in diesem Zustand doppelt so hoch ist und für das zu übertragende Moment der Strom nur noch halb so hoch sein muss. Dann ist zwar der ohmsche Wirkungsgrad dieser Antriebs-Abtriebskombination ebenfalls doppelt so hoch, es ergeben sich jedoch reglungstechnische Schwierigkeiten, weil allein durch eine Verstellung des Stators eine Übersetzungsänderung nicht mehr ohne Weiteres möglich ist. Aus diesem Grund werden üblicherweise bei der überwiegend zu betrachtenden Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs die Rotoren gegenläufig betrieben, wie durch die Pfeile 9 und 10 in 1 dargestellt. Bei einer Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs ergibt sich damit ein gleicher Drehsinn der Rotoren, wobei jedoch wegen der im Regelfall niedrigeren Geschwindigkeiten eine Synchrondrehzahl vermeidbar ist.
  • Trotz der vielen Vorzüge des elektrischen Getriebes, wie z. B. die kompakte Bauform, ein Betrieb ohne Anfahrkupplung, eine einfache Verwendung in Hybridfahrzeugen, ein Betrieb der angeschlossenen Verbrennungskraftmaschine im optimalen Arbeitsbereich sowie einem sehr weiten Übersetzungsbereich, weist das elektrische Getriebe Verluste durch die Umwandlung mechanischer Energie in elektromagnetische Energie und umgekehrt auf. Diese Verluste umfassen insbesondere die Eisenverluste, die Kupferverluste, die Halbleiterverluste und die Feldverluste der beiden Teilmotoren. Diese Verluste wirken sich insbesondere bei Fahrten mit konstanter hoher Geschwindigkeit, wie z. B. auf Landstraßen und Autobahnen, besonders aus.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Übertragung einer Antriebskraft einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs auf einen Achsantrieb des Fahrzeugs sowie eine entsprechende Kraftübertragungsvorrichtung bereitzustellen, die die Verlustleistung der Übertragung verringern und somit den Wirkungsgrad verbessern.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Übertragung einer Antriebskraft einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs auf einen Achsantrieb des Fahrzeugs nach Anspruch 1, eine Kraftübertragungsvorrichtung nach Anspruch 6 und ein Hybridfahrzeug nach Anspruch 13 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Übertragung einer Antriebskraft einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs auf einen Achsantrieb des Fahrzeugs bereitgestellt. Eine mechanische Abtriebskraft an dem Achsantrieb wird dabei wahlweise mittels der nachfolgend beschriebenen Verfahrensschritte erzeugt:
    • (a) Eine erste elektrische Maschine, welche einen mit dem Achsantrieb gekoppelten ersten Rotor und einen Stator umfasst, erzeugt die mechanische Antriebskraft an dem Achsantrieb. Die dazu benötigte elektrische Energie für die erste elektrische Maschine wird mit Hilfe einer zweiten elektrischen Maschine erzeugt, welche durch die Antriebskraft der Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird. Diese zweite elektrische Maschine umfasst einen mit der Verbrennungskraftmaschine gekoppelten zweiten Rotor und den Stator der ersten elektrischen Maschine.
    • (b) Wahlweise wird die mechanische Abtriebskraft an dem Achsantrieb durch mechanisches Koppeln des mit dem Achsantrieb gekoppelten ersten Rotors mit dem mit der Verbrennungskraftmaschine gekoppelten zweiten Rotor erzeugt.
  • Bei einem derartigen Verfahren zur Kraftübertragung werden die erste elektrische Maschine und die zweite elektrische Maschine bei einer Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs vorteilhafterweise in gleichlaufender Richtung betrieben. Sobald eine Synchrondrehzahl zwischen den Rotoren der beiden elektrischen Maschinen erreicht ist, kann eine mechanische Kopplung der beiden Rotoren erfolgen, um die Verluste der Umwandlung der mechanischen Energie in elektromagnetische Energie und zurück zu vermeiden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren ferner das Erzeugen einer elektrischen Energie mittels der ersten elektrischen Maschine zum Laden einer Batterie des Fahrzeugs umfassen. Dadurch ist eine Energierückgewinnung bei einem Bremsvorgang des Fahrzeugs möglich.
  • Weiterhin kann das Verfahren ein Erzeugen einer elektrischen Energie mit Hilfe der zweiten elektrischen Maschine zum Laden der Batterie des Fahrzeugs umfassen. Dadurch kann auf den Einbau einer sonst üblichen Lichtmaschine im Fahrzeug verzichtet werden und somit können sowohl Gewicht als auch Kosten des Fahrzeugs verringert werden.
  • Weiterhin kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung ein Erzeugen einer mechanischen Startkraft zum Starten der Verbrennungskraftmaschine des Fahrzeugs mittels der zweiten elektrischen Maschine umfassen. Da die zweite elektrische Maschine sowohl als elektrischer Generator als auch als elektrischer Antriebsmotor angesteuert werden kann, ist bei geeigneter Ansteuerung ein Starten der Verbrennungskraftmaschine des Fahrzeugs mittels der zweiten elektrischen Maschine möglich. Dadurch kann der Einbau einer gesonderten elektrischen Startvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine vermieden werden und somit können wiederum Kosten und Gewicht des Fahrzeugs verringert werden.
  • Schließlich kann gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung eine mechanische Antriebskraft zum Antreiben des Achsantriebs auch mittels der ersten elektrischen Maschine aus Energie einer Batterie des Fahrzeugs erzeugt werden. Dadurch ist, bei entsprechender Auslegung der Batterie des Fahrzeugs, einerseits das Fahrzeug auch rein elektrisch antreibbar, um beispielsweise im Stadtverkehr Schadstoffemissionen des Fahrzeugs weitestgehend zu vermeiden, und andererseits kann die maximale Leistung des Fahrzeugs bei einer Kombination der elektrischen Antriebskraft mit der mechanisch direkt gekoppelten Antriebskraft der Verbrennungskraftmaschine erheblich erhöht werden.
  • Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin eine Kraftübertragungsvorrichtung für ein Fahrzeug bereit. Die Kraftübertragungsvorrichtung umfasst einen ersten Rotor, einen zu dem ersten Rotor koaxial angeordneten zweiten Rotor und einen zu dem ersten und zweiten Rotor koaxial angeordneten Stator, der zur elektromagnetischen Kopplung mit dem ersten und zweiten Rotor ausgestaltet ist. Der erste Rotor, der zweite Rotor und der Stator stellen eine Drehmomentenübersetzung bereit. Die Kraftübertragungsvorrichtung umfasst ferner eine mechanische Koppelvorrichtung, welche zum wahlweisen mechanischen Koppeln des ersten Rotors und des zweiten Rotors ausgestaltet ist. Wenn die mechanische Koppelvorrichtung den ersten und zweiten Rotor nicht mechanisch koppelt, arbeitet die Kraftübertragungsvorrichtung wie ein zuvor beschriebenes elektrisches Getriebe. Demzufolge wird keine Anfahrkupplung benötigt und ein großer Drehmomenten und Drehzahlübersetzungsbereich bereitgestellt. Befindet sich die Kraftübertragungsvorrichtung in einem Zustand, in welchem der erste Rotor annähernd synchron zu dem zweiten Rotor läuft, so können der erste Rotor und der zweite Rotor mit Hilfe der mechanischen Koppelvorrichtung mechanisch gekoppelt werden. In dem mechanisch gekoppelten Zustand erfolgt die Kraftübertragung rein mechanisch, d. h. es treten keine Verluste einer elektromagnetischen Kopplung auf. Da das mechanische Koppeln üblicherweise bei annäherndem Synchronlauf des ersten und zweiten Rotors stattfindet, kann die mechanische Koppelvorrichtung sehr einfach ausgeführt werden, da kein hoher Verschleiß wie an einer Anfahrkupplung auftritt.
  • Die mechanische Koppelvorrichtung kann eine Verbindungsvorrichtung zum formflüssigen Verbinden des ersten Rotors mit dem zweiten Rotor oder eine kraftbetätigte Reibkupplung zwischen dem ersten Rotor und dem zweiten Rotor umfassen. Eine Verbindungsvorrichtung zum formflüssigen Verbinden der beiden Rotoren, beispielsweise über eine Verzahnung, ist sehr kostengünstig und einfach herzustellen, erfordert jedoch einen exakten Synchronlauf der beiden Rotoren. Dies kann beispielsweise durch eine elektronische Regelung sichergestellt werden. Eine kraftbetätigte Reibkupplung zwischen den beiden Rotoren benötigt dage gen keine genaue Synchronisation der beiden Rotoren beim Einkuppeln und stellt somit eine sehr robuste Ausgestaltung der mechanischen Koppelvorrichtung dar.
  • Die Kraftübertragungsvorrichtung kann derart ausgestaltet sein, dass bei einer Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs der erste Rotor und der zweite Rotor die gleiche Drehrichtung aufweisen. Da insbesondere bei einer Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs mit hoher Geschwindigkeit die Verluste der elektromagnetischen Kopplung der Kraftübertragungsvorrichtung besonders hoch sind, kann in dieser Ausführungsform die Verlustleistung der elektromagnetischen Kopplung mit Hilfe der mechanischen Kopplung vermieden werden. Sind der erste Rotor und der zweite Rotor dagegen mechanisch entkoppelt ist eine Vorwärts- und Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs mit beliebiger Drehmomenten und Drehzahlübersetzung möglich.
  • Die Kraftübertragungsvorrichtung kann ferner eine Steuervorrichtung zum Ansteuern der mechanischen Koppelvorrichtung umfassen, um den ersten Rotor und den zweiten Rotor wahlweise mechanisch zu koppeln oder mechanisch zu entkoppeln. Indem eine Steuervorrichtung, vorzugsweise eine elektronische Steuervorrichtung, die mechanische Koppelvorrichtung ansteuert, kann automatisch eine mechanische Kopplung in Abhängigkeit des aktuellen Lastzustands des Antriebssystems des Fahrzeugs erfolgen oder aufgehoben werden.
  • Die Steuervorrichtung kann ferner zum Ansteuern des ersten Rotors, des zweiten Rotors und des Stators ausgestaltet sein. Dabei kann die Steuervorrichtung den ersten Rotor, den zweiten Rotor und den Stator stromlos schalten, wenn der erste Rotor mit dem zweiten Rotor mechanisch gekoppelt ist. Dadurch können die Energieverluste der elektromagnetischen Übertragung zuverlässig vermieden werden, sobald der erste Rotor mit dem zweiten Rotor mechanisch gekoppelt ist.
  • Schließlich stellt die vorliegende Erfindung ein Hybridfahrzeug bereit, welches eine Verbrennungskraftmaschine und einen Achsantrieb umfasst. Das Hybridfahrzeug umfasst ferner die zuvor genannte Kraftübertragungsvorrichtung, wobei der erste Rotor der Kraftübertragungsvorrichtung mit dem Achsantrieb des Hybridfahrzeugs und der zweite Rotor der Kraftübertragungsvorrichtung mit der Verbrennungskraftmaschine des Hybridfahrzeugs gekoppelt ist. Der erste Rotor dient dabei zum Erzeugen einer Antriebskraft für das Fahrzeug mittels einer dem ersten Rotor und/oder dem Stator zugeführten elektrischen Energie. Die elektrische Energie kann wahlweise aus einer Batterie des Hybridfahrzeugs oder mit Hilfe des zweiten Rotors und des Stators aus der Antriebskraft der Verbrennungskraftmaschine gewonnen werden. Darüber hinaus kann wahlweise der erste Rotor mechanisch mit dem zweiten Rotor gekoppelt werden, um elektromagnetische Energieverluste der Kraftübertragungsvorrichtung zu vermeiden. Bei einem derartigen Hybridfahrzeug können daher die elektromagnetischen Verluste bei einer Fahrt des Hybridfahrzeugs bei gleichbleibender Geschwindigkeit erheblich verringert werden.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen erläutert.
  • 1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Kraftübertragungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik.
  • 2 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Kraftübertragungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Kraftübertragungsvorrichtung für ein Fahrzeug. Die Kraftübertragungsvorrichtung umfasst einen ersten Rotor 1, welcher als Abtriebsrotor über eine entsprechende Abtriebsvorrichtung 5, wie z. B. ein Zahnrad oder ein Kettenrad, mit einem Achsantrieb des Fahrzeugs verbunden ist. Die Kraftübertragungsvorrichtung umfasst ferner einen zweiten Rotor 2, welcher koaxial zu dem ersten Rotor 1 angeordnet ist und mit beispielsweise einer Kurbelwelle 4 eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs gekoppelt ist. Der erste Rotor 1 und der zweite Rotor 2 sind als Außenläufer mit einem gemeinsamen Stator 3, welcher koaxial zu dem ersten Rotor 1 und dem zweiten Rotor 2 angeordnet ist, derart elektromagnetisch gekoppelt, dass eine wirksame Leiterlänge des Stators 3 innerhalb des ersten Rotors 1 und des zweiten Rotors 2 im gegensätzlichen Verhältnis zueinander durch axiales Verschieben des Stators in der durch den Pfeil 7 bezeichneten Richtung zueinander variiert werden kann. Auf dieser Variation der aktiven Leiterlänge in den Magnetfeldern des ersten Stators 1 und des zweiten Stators 2 beruht die Steuer- bzw. Regelbarkeit der Drehzahl- und Drehmomentenübersetzung der Kraftübertragungsvorrichtung. Die axiale Verschiebung des Stators 3 erfolgt mittels einer Statorverstellvorrichtung 8 über die Statoraufnahme 6. Schließlich umfasst das elektrische Getriebe eine Koppelvorrichtung 11, welche den ersten Rotor 1 und den zweiten Rotor 2 im Betrieb der Kraftübertragungsvorrichtung mechanisch koppeln und entkoppeln kann. Die Koppelvorrichtung 11 kann beispielsweise eine Verbindungsvorrichtung zum formflüssigen Verbinden des ersten Rotors mit dem zweiten Rotor umfassen oder eine kraftbetätigte Reibkupplung sein, welche eine mechanische Kopplung zwischen dem ersten Rotor 1 und dem zweiten Rotor 2 wahlweise bereitstellt.
  • Bei entkoppelter Koppelvorrichtung 11 ermöglicht die Axialverstellung des Stators 3 eine Übersetzung N1/N2 von 0 bis ∞, wobei N1 die Drehzahl des ersten Rotors 1 und N2 die Drehzahl des zweiten Rotors 2 ist. Mit N1/N2 = 0 ist der Fall des Anfahrens ideal abgedeckt, wodurch dieses elektrische Getriebe kein zusätzliches Anfahrelement, wie z. B. eine Anfahrkupplung, benötigt. Mit N1/N2 = ∞ ist der Fall eines rollenden Fahrzeugs mit abgeschalteter Verbrennungskraftmaschine abgedeckt.
  • Die Kraftübertragungsvorrichtung ist derart in einen Antriebsstrang des Fahrzeugs integriert, dass bei einer Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs der erste Rotor 1 und der zweite Rotor 2 die gleiche Drehrichtung aufweisen, wie beispielsweise durch die Pfeile 9 und 10 in 2 dargestellt. Ferner kann der Antriebsstrang des Fahrzeugs derart dimensioniert sein, dass bei einer mittleren bis hohen Geschwindigkeit des Fahrzeugs die Drehzahl N1 des ersten Rotors 1 in einem mittleren bis hohen Drehzahlbereich der Verbrennungskraftmaschine liegt, so dass in diesem Lastfall die Kraftübertragung über die Kraftübertragungsvorrichtung mit Hilfe der Koppelvorrichtung 11 erfolgen kann. Dadurch werden in diesem Lastfall Leistungsverluste durch eine Wandlung mechanischer Leistung der Verbrennungskraftmaschine in elektromagnetische Leistung und Leistungsverluste durch die Rückwandlung der elektromagnetischen Leistung in mechanische Leistung vermieden und somit der Wirkungsgrad der Kraftübertragungsvorrichtung in diesem Lastfall erheblich erhöht. Darüber hinaus können die Rotoren der Kraftübertragungsvorrichtung kleiner dimensioniert werden als es für einen Einsatz als rein elektrisches Getriebe nötig wäre, da in dem Fall, in welchem besonders viel Energie über die Übertragungsvorrichtung zu übertragen ist, die mechanische Koppelvorrichtung zur Kraftübertragung verwendet wird.
  • Bei geöffneter, d. h. entkoppelter, Koppelvorrichtung 11 der Kraftübertragungsvorrichtung ist bei geeigneter Ansteuerung des ersten Rotors 1, des zweiten Rotors 2 und des Stators 3 auch ein Antrieb des Fahrzeugs in eine Rückwärtsfahrrichtung möglich.
  • Die in 2 gezeigte Kraftübertragungsvorrichtung kann insbesondere in einem Fahrzeug, wie z. B. einem Hybridfahrzeug, verwendet werden, in welchen der Verbrennungsmotor nicht in jedem Fall allein die erforderliche Antriebsleistung für das Fahrzeug erzeugt, sondern ein Anteil der Antriebsleistung aus einer Batterie des Fahrzeugs gewonnen wird. Wird eine besonders hohe Leistung gefordert, wird die Leistung des Verbrennungsmotors durch mechanisches Koppeln des ersten Rotors 1 und des zweiten Rotors 2 mit Hilfe der Koppelvorrichtung 1 in direktem Durchtrieb an die Antriebsachse gebracht und zusätzlich mit Hilfe des ersten Rotors 1 und des Stators 3 Antriebsleistung aus der Batterie des Fahrzeugs gewonnen. Gegebenenfalls kann bei entkoppelten ersten und zweiten Rotor aber auch eine Über setzung N1/N2 > 1 genutzt werden, um die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine abzusenken.
    • 1
    erster Rotor
    2
    zweiter Rotor
    3
    Stator
    4
    Kurbelwelle
    5
    Zahnrad, Kettenrad
    6
    Statoraufnahme
    7
    Verschieberichtung Stator
    8
    Statorverstellvorrichtung
    9
    Drehrichtung zweiter Rotor
    10
    Drehrichtung erster Rotor
    11
    Koppelvorrichtung

Claims (13)

  1. Verfahren zur Übertragung einer Antriebskraft einer Verbrennungskraftmaschine (4) eines Fahrzeugs auf einen Achsantrieb (5) des Fahrzeug, gekennzeichnet durch Erzeugen einer mechanische Abtriebskraft an dem Achsantrieb (5) wahlweise (a) durch eine erste elektrische Maschine, welche einen mit dem Achsantrieb (5) gekoppelten ersten Rotor (1) und einen Stator (3) umfasst, wobei die erste elektrische Maschine mit elektrischer Energie angetrieben wird, welche durch die Antriebskraft der Verbrennungskraftmaschine (4) mittels einer zweiten elektrischen Maschine erzeugt wird, wobei die zweite elektrische Maschine einen mit der Verbrennungskraftmaschine (4) gekoppelten zweiten Rotor (2) und den Stator (3) der ersten elektrischen Maschine umfasst, oder (b) durch mechanisches Koppeln des mit dem Achsantrieb (5) gekoppelten ersten Rotors (1) mit dem mit der Verbrennungskraftmaschine (4) gekoppelten zweiten Rotor (2).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Erzeugen einer elektrischen Energie mittels der ersten elektrischen Maschine zum Laden einer Batterie des Fahrzeugs.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Erzeugen einer elektrischen Energie mittels der zweiten elektrischen Maschine zum Laden einer Batterie des Fahrzeugs.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Erzeugen einer mechanischen Startkraft mittels der zweiten elektrischen Maschine zum Starten der Verbrennungskraftmaschine (4) des Fahrzeugs.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Erzeugen einer mechanischen Antriebskraft mittels der ersten elektrischen Maschine aus einer Energie einer Batterie des Fahrzeugs zum Antreiben des Achsantriebs (5).
  6. Kraftübertragungsvorrichtung für ein Fahrzeug, welche einen ersten Rotor (1), einen zu dem ersten Rotor (1) koaxial angeordneten zweiten Rotor (2) und einen zu dem ersten und zweiten Rotor koaxial angeordneten Stator (3), der zur elektromagnetischen Kopp lung mit dem ersten (1) und zweiten Rotor (2) ausgestaltet ist, umfasst, um eine Drehmomentenübersetzung bereitzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragungsvorrichtung ferner eine mechanische Koppelvorrichtung (11) umfasst, welche zum wahlweisen mechanischen Koppeln des ersten Rotors (1) und des zweiten Rotors (2) ausgestaltet ist.
  7. Kraftübertragungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Koppelvorrichtung (11) eine Verbindungsvorrichtung zum formschlüssigen Verbinden des ersten Rotors (1) mit dem zweiten Rotor (2) umfasst.
  8. Kraftübertragungsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Koppelvorrichtung (11) eine kraftbetätigte Reibkupplung zwischen dem ersten Rotor (1) und dem zweiten Rotor (2) umfasst.
  9. Kraftübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6–8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragungsvorrichtung derart ausgestaltet ist, dass bei einer Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs der erste Rotor (1) und der zweite Rotor (2) die gleiche Drehrichtung (9, 10) aufweisen.
  10. Kraftübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6–9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragungsvorrichtung ferner eine Steuervorrichtung zum Ansteuern der mechanischen Koppelvorrichtung (11) umfasst, um den ersten Rotor (1) und den zweiten Rotor (2) wahlweise mechanisch zu koppeln oder mechanisch zu entkoppeln.
  11. Kraftübertragungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung ferner zum Ansteuern des ersten Rotors (1), des zweiten Rotors (2) und des Stators (3) ausgestaltet ist, und dass die Steuervorrichtung derart ausgestaltet ist, dass, wenn der erste Rotor (1) mit dem zweiten Rotor (2) mechanisch gekoppelt ist, der erste Rotor (1), der zweite Rotor (2) und der Stator (3) stromlos geschaltet sind.
  12. Kraftübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6–11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–5 ausgestaltet ist.
  13. Hybridfahrzeug, umfassend eine Verbrennungskraftmaschine (4) und einen Achsantrieb (5), dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridfahrzeug ferner eine Kraftübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6–12 umfasst, wobei der erste Rotor (1) der Kraftübertragungsvorrichtung mit dem Achsantrieb (5) und der zweite Rotor (2) der Kraftübertragungsvorrichtung mit der Verbrennungskraftmaschine (4) gekoppelt ist und wobei der erste Rotor (1) zum Erzeugen einer Antriebskraft für das Fahrzeug mittels einer dem ersten Rotor (1) und/oder dem Stator (3) zugeführten elektrischen Energie ausgestaltet ist.
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WO2015024621A2 (de) * 2013-08-21 2015-02-26 Audi Ag Antriebsvorrichtung für ein hybridfahrzeug

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