DE102009018885A1

DE102009018885A1 - Hybridfahrzeug

Info

Publication number: DE102009018885A1
Application number: DE102009018885A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Ohnemus; Philipp Wilde
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2009-04-24
Filing date: 2009-04-24
Publication date: 2010-10-28

Abstract

Hybridfahrzeug mit - einem Verbrennungsmotor, - einer ersten elektrischen Maschine, - einer zweiten elektrischen Maschine, - einem ersten Übersetzungsgetriebe, über das die beiden elektrischen Maschinen mit einem zwei Antriebsrädern des Hybridfahrzeugs zugeordneten Achsgetriebe gekoppelt sind, wobei der Verbrennungsmotor, die beiden elektrischen Maschinen und das erste Übersetzungsgetriebe im Bereich einer durch die beiden Antriebsräder definierten angetriebenen Achse des Hybridfahrzeugs angeordnet sind. Eine der beiden elektrischen Maschinen ist mittelbar oder unmittelbar über ein zweites Übersetzungsgetriebe mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und zwei elektrischen Maschinen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Für Fahrzeuge mit Frontantrieb bzw. mit Heckantrieb sind Hybridkonzepte bekannt, bei denen ein Verbrennungsmotor und zwei elektrische Maschinen vorgesehen sind, die unmittelbar im Bereich der „angetriebenen Achse” angeordnet sind. Ein derartiges herkömmliches Hybridkonzept ist in 1 gezeigt. Im Bereich zwischen den beiden Antriebsrädern 1, 2 ist ein Verbrennungsmotor 3 angeordnet, der über eine Kupplung 4 mit einer ersten elektrischen Maschine 5 gekoppelt ist. Die erste elektrische Maschine 5 ist über eine weitere Kupplung 6 mit einem ersten Übersetzungsgetriebe 7 gekoppelt, bei dem es sich beispielsweise um eine Stirnradstufe handelt, welche ein hier nicht näher dargestelltes Achsgetriebe antreibt. Eine zweite elektrische Maschine 8 ist ebenfalls mit dem ersten Übersetzungsgetriebe 7 gekoppelt. Die beiden elektrischen Maschinen 5, 8 werden von einer Leistungselektronik 9 gesteuert und von einem Hochvoltspeicher 10 mit elektrischer Energie versorgt.
Die in 1 gezeigte Hybridanordnung kann sowohl als serieller Hybrid als auch paralleler Hybrid betrieben werden. Im seriellen Hybridmodus treibt der Verbrennungsmotor 3 die elektrische Maschine 5 an, welche im Generatormodus arbeitet und Strom für die elektrische Maschine 8 erzeugt. Im seriellen Betriebsmodus ist die Kupplung 6 geöffnet, so dass das erste Übersetzungsgetriebe 7 ausschließlich von der elektrischen Maschine 8 angetrieben wird.
Alternativ dazu kann der Hybridantrieb auch in einem seriell-parallelen Modus betrieben werden, in dem die beiden Kupplungen 4, 6 geschlossen sind und die beiden elektrischen Maschinen 5, 8 und der Verbrennungsmotor auf ein- und derselben Drehzahl laufen, woraus sich ein ungünstiger Gesamtwirkungsgrad ergibt. Während herkömmliche Verbrennungsmotoren üblicherweise in einem Drehzahlbereich von bis zu 7.000 U/min betrieben werden, sind elektrische Maschinen, die in einem Betriebsdrehzahlbereich zwischen 10.000 und 15.000 U/min arbeiten, sehr kostengünstig, in kompakter Bauweise und mit geringem Gewicht auf dem Markt erhältlich.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Hybridantrieb zu schaffen, bei dem mindestens eine der beiden elektrischen Maschinen in einem energetisch möglichst günstigen Drehzahlbereich arbeitet.
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 Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, einer ersten und einer zweiten elektrischen Maschine, einem Übersetzungsgetriebe, über das die beiden elektrischen Maschinen mit einem zwei Antriebsrädern des Hybridfahrzeugs zugeordneten Achsgetriebe gekoppelt sind. Der Verbrennungsmotor, die beiden elektrischen Maschinen und das erste Übersetzungsgetriebe sind im Bereich einer durch die beiden Antriebsräder definierten angetriebenen Achse des Hybridfahrzeugs angeordnet, beispielsweise im Bereich der Vorderachse oder im Bereich der Hinterachse.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass eine der beiden elektrischen Maschinen mittelbar oder unmittelbar über ein zweites Übersetzungsgetriebe mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt ist. Die Begriffe „mittelbar” bzw. „unmit telbar” sind so zu interpretieren, dass eine der beiden elektrischen Maschinen auf einer anderen Drehzahl als der Verbrennungsmotor läuft. Vorzugsweise läuft die betreffende elektrische Maschine entsprechend dem Übersetzungsverhältnis des zweiten Übersetzungsgetriebes auf einer höheren Drehzahl als der Verbrennungsmotor.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass es sich sowohl bei dem ersten als auch bei dem zweiten Übersetzungsgetriebe oder aber nur bei einem der beiden Übersetzungsgetriebe um ein Stufenschaltgetriebe oder um ein stufenlos schaltbares Getriebe handeln kann.
Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Die 2–4 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung.
2 zeigt ein Hybridkonzept, bei dem im Bereich zwischen zwei Antriebsrädern 1 oder 2 eines Fahrzeugs ein Verbrennungsmotor 3, sowie zwei elektrische Maschinen 5, 8 angeordnet ist. Im Bereich zwischen den beiden elektrischen Maschinen 5, 8 ist ein erstes Übersetzungsgetriebe 7 angeordnet. Der Verbrennungsmotor 3 ist über ein zweites Übersetzungsgetriebe 11, das hier schematisch durch eine Stirnradstufe dargestellt ist, und eine Kupplung 12 mit der elektrischen Maschine 5 drehgekoppelt. Die elektrische Maschine 5 wiederum ist über eine Kupplung 13 mit dem ersten Übersetzungsgetriebe 7 koppelbar, das z. B. ein hier nicht näher dargestelltes Achsgetriebe antreibt. Ausgangswellen des Achsgetriebes wiederum treiben die beiden Antriebsräder 1, 2 an. Die andere elektrische Maschine 8 ist über eine Kupplung 14 ebenfalls mit dem ersten Übersetzungsgetriebe 7 gekoppelt. Sind die beiden Kupplungen 13, 14 geschlossen, so laufen die beiden elektrischen Maschinen 5, 8 mit derselben Drehzahl, z. B. in einem Drehzahlbereich zwischen 0 und 12.000 U/min. Aufgrund der Übersetzungsstufe 11 kann der Verbrennungsmotor 3 in einem niedrigeren Drehzahlbereich von z. B. bis zu 6.000 U/min betrieben werden.
Durch Öffnen der Kupplung 12 kann der Verbrennungsmotor 3 abgekoppelt werden. Bei geöffneter Kupplung 12 kann somit rein elektrisch gefahren werden, wobei die beiden elektrischen Maschinen dann aus dem Hochvoltspeicher 10 mit elektrischer versorgt und von der Leistungselektronik 9 angesteuert werden.
Durch Öffnen der Kupplung 14 kann die elektrische Maschine 8 vom Triebstrang abgekoppelt werden, was die Dynamik des Fahrzeugs verbessert, wenn das Fahrzeug ausschließlich vom Verbrennungsmotor 3 oder vom Verbrennungsmotor 3 und unterstützend durch die elektrische Maschine 5 angetrieben wird.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Verbrennungsmotor 3 unmittelbar über eine Kupplung 12 mit der elektrischen Maschine 5 drehgekoppelt ist. Bei geschlossener Kupplung 12 dreht der Verbrennungsmotor 3 somit stets mit derselben Drehzahl wie die elektrische Maschine 5.
Analog dem Ausführungsbeispiel der 2 ist „zwischen” den beiden elektrischen Maschinen 5, 8 das erste Übersetzungsgetriebe 7 angeordnet, welches über ein hier nicht näher dargestelltes Achsgetriebe die beiden Antriebsräder 1, 2 antreibt. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 2 ist die elektrische Maschine 8 jedoch nicht unmittelbar im Sinne von „auf derselben Drehzahl laufend” mit dem Verbrennungsmotor 3 gekoppelt, sondern über ein zweites Übersetzungsgetriebe 11.
Wie aus 3 ersichtlich ist, kann aufgrund des zweiten Übersetzungsgetriebes 11 die elektrische Maschine 8 auf einem wesentlich höheren Drehzahlniveau als der Verbrennungsmotor 3 und somit in einem energetisch günstigen Drehzahlbereich betrieben werden. Der Vollständigkeit halber sei noch auf die Kupplung 14 hingewiesen, über die die elektrische Maschine 8 mit dem zweiten Übersetzungsgetriebe 11 gekoppelt ist.
Hinzuweisen ist ferner auf die Kupplung 13, die zwischen der elektrischen Maschine 5 und dem ersten Übersetzungsgetriebe 7 angeordnet ist.
Während die Kupplung 13 für die Funktion des Hybridantriebs unerlässlich ist, können die beiden Kupplungen 12, 14 optional vorgesehen sein. Wird auf die beiden Kupplungen 12 bzw. 14 verzichtet, so ist dementsprechend der Verbrennungsmotor 3 unmittelbar drehfest mit der elektrischen Maschine 5 gekoppelt bzw. die elektrische Maschine 8 ist dann permanent drehfest mit dem Getriebeeingang des zweiten Übersetzungsgetriebes 11 drehgekoppelt.
Analog wie beim Ausführungsbeispiel der 2 werden die beiden elektrischen Maschinen 5, 8 von einer Leistungselektronik 9 gesteuert und aus einem Hochvoltspeicher 10 mit elektrischer Energie gespeist.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem sowohl zwischen der elektrischen Maschine 5 und dem ersten Übersetzungsgetriebe 7 als auch zwischen der elektrischen Maschine 8 und dem ersten Übersetzungsgetriebe 7 jeweils ein „weiteres” bzw. jeweils ein zweites Übersetzungsgetriebe 11a, 11b angeordnet ist. Der Verbrennungsmotor 3 ist unmittelbar, d. h. permanent direkt oder optional über die Kupplung 12 mit der elektrischen Maschine 5 drehgekoppelt. Die elektrische Maschine 5 ist über die Kupplung 13 und das Übersetzungsgetriebe 11b mit dem ersten Übersetzungsgetriebe 7 gekoppelt. Die zweite elektrische Maschine 8 ist permanent direkt oder optional über die Kupplung 14 und das Übersetzungsgetriebe 11a mit dem ersten Übersetzungsgetriebe 7 gekoppelt.
Wie aus 4 ersichtlich ist, können die Übersetzungsverhältnisse des ersten Übersetzungsgetriebes 7 und der beiden Übersetzungsgetriebe 11a, 11b so dimensioniert sein, dass der Verbrennungsmotor 3 und die elektrische Maschine 5 in einem Drehzahlbereich von bis zu 6.000 U/min arbeiten, während die elektrische Maschine 8 auf einem entsprechend höheren, energetisch besonders vorteilhaftem Drehzahlniveau arbeitet.

Claims

Hybridfahrzeug mit – einem Verbrennungsmotor (3), – einer ersten elektrischen Maschine (8), – einer zweiten elektrischen Maschine (5), – einem ersten Übersetzungsgetriebe (7), über das die beiden elektrischen Maschinen (5, 8) mit einem zwei Antriebsrädern (1, 2) des Hybridfahrzeugs zugeordneten Achsgetriebe gekoppelt sind, wobei der Verbrennungsmotor (3), die beiden elektrischen Maschinen (5, 8) und das erste Übersetzungsgetriebe (7) im Bereich einer durch die beiden Antriebsräder (1, 2) definierten angetriebenen Achse des Hybridfahrzeugs angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine der beiden elektrischen Maschinen (5, 8) mittelbar oder unmittelbar über ein zweites Übersetzungsgetriebe (11, 11a, 11b) mit dem Verbrennungsmotor (3) gekoppelt ist.
Hybridfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (3) eine Kurbelwelle aufweist, die im Wesentlichen parallel zu der angetriebenen Achse ist.
Hybridfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten elektrischen Maschine (8) und dem ersten Übersetzungsgetriebe (7) eine erste Kupplung (14 angeordnet ist.
Hybridfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der zweiten elektrischen Maschine (5) und dem ersten Übersetzungsgetriebe (7) eine zweite Kupplung (13 angeordnet ist.
Hybridfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Verbrennungsmotor (3) und der zweiten elektrischen Maschine (5) eine dritte Kupplung (12) angeordnet ist.
Hybridfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Übersetzungsgetriebe (11) zwischen dem Verbrennungsmotor (3) und der zweiten elektrischen Maschine (5) angeordnet ist.
Hybridfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Übersetzungsgetriebe (11) zwischen der ersten elektrischen Maschine (8) und dem ersten Übersetzungsgetriebe (7) angeordnet ist.
Hybridfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede der beiden elektrischen Maschine (5, 8) jeweils über ein separates zweites Übersetzungsgetriebe (11a, 11b) mit dem ersten Übersetzungsgetriebe (7) gekoppelt ist.