DE102011088900A1

DE102011088900A1 - Hybridantrieb für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102011088900A1
Application number: DE102011088900A
Authority: DE
Inventors: Eckhard KIRCHNER
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2013-06-20

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hybridantrieb für ein Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug mehrere je einer Achse zugeordnete Antriebseinheiten (1, 1′, 1'', 2, 3, 4) aufweist, wobei es an zumindest einer dieser elektrisch und an zumindest einer weiteren elektrisch und/oder verbrennungsmotorisch antreibbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebs für ein Fahrzeug.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Hybridantrieb für ein Fahrzeug. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebs für ein Fahrzeug.
Bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen besteht das Problem der mangelnden Reichweite aufgrund der begrenzten Speicherkapazität elektrischer Energiespeicher. Deshalb werden in Elektrofahrzeugen zusätzliche Aggregate zur Reichweitenverlängerung, sogenannte Range Extender, eingesetzt. Häufig eingesetzte Range Extender sind Verbrennungsmotoren, die einen Generator antreiben, der wiederum einen Akkumulator und Elektromotor versorgt. Aus der DE 103 19 108 A1 ist ein Allradfahrzeug mit einem Hybridantrieb bekannt, der einen Verbrennungsmotor und einen diesen mit der ersten angetriebenen Achse verbindenden ersten Antriebsstrang aufweist. Ein zweiter Antriebsstrang mit einer elektrischen Maschine ist mit einer zweiten angetriebenen Achse verbunden. Nachteilig ist bei dieser Ausgestaltung, dass zum hybriden Antreiben beider Achsen ein diese verbindender mechanischer Leistungspfad erforderlich ist. Zudem sind zum Koppeln der elektrischen Maschine mit dem mechanischen Leistungspfad einerseits und mit der zweiten angetriebenen Achse andererseits zwei Kupplungen erforderlich. Dadurch ist die Ausgestaltung mechanisch und konstruktiv sowie regelungstechnisch aufwendig und weist mangelnde Flexibilität und Effizienz im Betrieb auf.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Hybridantrieb der vorgenannten Art den Aufbau zu vereinfachend und Flexibilität sowie Effizienz im Betrieb zu erhöhen. Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 und alternativ durch die Merkmale des Anspruchs 17 gelöst.
Es wird ein Hybridantrieb für ein Fahrzeug vorgeschlagen, bei dem mehrere je einer Achse des Fahrzeugs zugeordnete Antriebseinheiten vorgesehen sind. Dabei ist das Fahrzeug an zumindest einer von diesen Antriebseinheiten elektrisch und an zumindest einer weiteren von diesen Antriebseinheiten elektrisch und/oder verbrennungsmotorisch antreibbar. Da das Fahrzeug an mehreren Achsen unabhängig voneinander elektrisch antreibbar ist, kann der Hybridantrieb für ein Fahrzeug mit einem Range Extender einfach, flexibel und effizient aufgebaut werden, insbesondere ist keine mechanische Leistungsverbindung zwischen den Achsen des Fahrzeugs erforderlich.
Bevorzugt ist dabei eine Achse des Fahrzeugs an einer elektrischen Antriebseinheit und eine weitere Achse des Fahrzeugs an einer hybriden Antriebseinheit antreibbar. Hierdurch werden zwei elektrische Leistungspfade zum Antreiben des Fahrzeugs bereitgestellt, nämlich einer zu einer Achse und unabhängig voneinander davon zu einer weiteren Achse des Fahrzeugs. Zugleich ist ein verbrennungsmotorischer Leistungspfad zu einer dieser Achsen verfügbar. Auf einfache Weise wird so ein Hybridantrieb für ein allradgetriebenes Fahrzeug mit einem Range Extender ermöglicht. Beispielsweise kann bei einem Fahrzeug mit zwei antreibbaren Achsen die hybride Antriebseinheit als Vorderachsantrieb und die elektrische Antriebseinheit als Hinterachsantrieb vorgesehen sein.
An einer Achse des Fahrzeugs können deren Räder direkt an radindividuellen elektrischen Antriebseinheiten antreibbar sein. Dabei ist jedem Rad jeweils ein elektrischer Motor zugeordnet. Dieser kann beispielsweise in der Radaufhängung oder als ein elektrischer Radnabenmotor in der Radnabe angeordnet sein. Denkbar ist auch, zwei jeweils einem Rad zugeordnete elektrische Motoren ohne Momentenverbindung untereinander zentral in einem Gehäuse an der Achse anzuordnen.
Bevorzugt sind zum Antrieb einer Achse des Fahrzeugs an der hybriden Antriebseinheit eine elektrische Maschine und ein Verbrennungsmotor vorgesehen. Dabei sind an einer schaltbaren Kupplung elektrische Maschine und Verbrennungsmotor sowohl miteinander als auch mit einem mit einer antreibbaren Achse des Fahrzeugs in Antriebsverbindung stehenden Abtrieb koppelbar. Auf diese Weise wird ein schaltbarer mechanischer Leistungspfad vom Verbrennungsmotor zu einer antreibbaren Achse des Fahrzeugs bereitgestellt, der zusammen mit einer elektrischen Maschine betreibbar ist. Hierbei kann die elektrische Maschine auch als Starter-Generator-Motor ausgeführt sein.
Statt dem Verbrennungsmotor oder zusätzlich zu diesem kann auch eine Brennstoffzelle als Range Extender vorgesehen sein.
Eine schaltbare und synchronisierbare Kupplung weist eine Synchroneinheit und ein Planetenradgetriebe auf. Das Planetenradgetriebe kann als einfaches Dreiwellengetriebe mit zwei Zentralwellen, einer Sonnenradwelle und einer Hohlradwelle, und einem Satz Planetenräder ausgebildet sein. Diese kämmen mit beiden Zentralwellen und werden von einem Planetenradträger getragen. Dabei steht die elektrische Maschine mit dem Planetenradträger und der Verbrennungsmotor mit dem Hohlrad in fester Antriebsverbindung. An der Synchroneinheit ist die Sonnenradwelle des Planetenradgetriebes mit der elektrischen Maschine oder mit dem Abtrieb koppelbar. Auf diese Weise ist im ersten Fall an der Synchroneinheit die Sonnenradwelle mit dem Planetenradträger festlegbar. Dadurch haben Sonnenrad, Planetenradträger und Hohlrad die gleiche Drehzahl, wodurch elektrische Maschine und Verbrennungsmotor drehzahlgekoppelt sind. Zugleich sind an der Synchroneinheit elektrische Maschine und Verbrennungsmotor vom Abtrieb entkoppelt. Im anderen Fall wird an der Kupplung eine einfache Leistungsverzweigung zwischen elektrischer Maschine, Verbrennungsmotor und Abtriebsstrang erreicht. Dabei arbeitet das Planetenradgetriebe als Sammel- oder Überlagerungsgetriebe. Hierdurch werden die elektrischen und verbrennungsmotorischen Leistungsflüsse an einer Zentralwelle zusammengeführt, die an der Synchroneinheit mit dem Abtrieb gekoppelt ist. In diesem Betriebszustand sind elektrische Maschine und Verbrennungsmotor nicht drehzahlgekoppelt.
Anstelle einer Synchroneinheit kann bei einer entsprechenden Regelgüte von Verbrennungs- und elektrischer Maschine auch eine Klauenschaltung eingesetzt werden.
Alternativ oder ergänzend kann ein Schwingungsdämpfer, z.B. ein Zweimassenschwungrad oder ein Fliehkraftpendel, im Bauraum des planetenbasierten Sammelgetriebes vorgesehen sein.
Die Synchroneinheit ist vorzugsweise mit einem aus einer Neutralstellung heraus hin- und herverschiebbaren Schaltelement ausgeführt, das in der Neutralstellung mit der Sonnenradwelle drehfest verbunden ist. An der Synchroneinheit ist so in einer ersten Schaltstellung das Schaltelement aus der Neutralstellung heraus verschiebbar und dabei die Sonnenradwelle mit der Antriebswelle der elektrischen Maschine formschlüssig synchronisierbar. In einer zweiten Schaltstellung ist durch Verschieben des Schaltelements aus der Neutralstellung heraus die Sonnenradwelle mit der Abtriebswelle formschlüssig synchronisierbar.
Hierbei ist der Sonnenradwelle zum Synchronisieren mit der Antriebswelle der elektrischen Maschine und zum Synchronisieren mit der Abtriebswelle ein Synchronkörper zugeordnet ist, wobei in der Neutralstellung das Schaltelement mit dem Synchronkörper drehfest verbunden ist.
Elektrische Maschine und Verbrennungsmotor können als eine einfach montierbare und bauraumsparende Baueinheit koaxial zueinander und zugleich achsenparallel zur antreibbaren Achse des Fahrzeugs angeordnet werden.
Bevorzugt sind dabei die Antriebswellen von elektrischer Maschine und Verbrennungsmotor einander koaxial gegenüberliegend angeordnet.
Sonnenradwelle und Abtriebswelle können jeweils als Hohlwelle koaxial zur Antriebswelle der elektrischen Maschine kompakt angeordnet werden. Hierbei bildet die Sonnenradwelle die mittlere und die Abtriebswelle die äußere Hohlwelle.
Der Abtrieb kann ein einstufiges, mehrstufiges oder mehrgängig übersetzendes Getriebe aufweisen, durch das das Leistungs- und Betriebsverhalten der elektrischen Maschine bzw. des Verbrennungsmotors anpassbar ist.
Bevorzugt weist der Abtrieb eine Zwischenwelle auf, über die die erste Abtriebswelle mit einer zweiten Abtriebswelle in Verbindung steht.
Zur Übertragung einer Antriebsleistung auf eine antreibbare Achse des Fahrzeugs steht der Abtrieb an der zweiten Abtriebswelle mit dem Differenzialgehäuse eines Differenzialgetriebes in Verbindung, das mit zwei Achswellen verbunden ist, wobei über jede Achswelle ein Rad des Kraftfahrzeugs antreibbar ist.
Das Differenzialgetriebe kann als ein Stirnraddifferenzial in Planetenbauweise mit zwei Sätzen Planetenräder besonders kompakt ausgeführt werden. Diese werden von einem gemeinsamen Planetenradträger getragen, der zugleich das Differenzialgehäuse bildet, über das eine Antriebsleistung in das Differenzialgetriebe übertragbar ist. Dabei kämmt ein Planetenrad des einen Satzes jeweils mit einem Planetenrad des anderen Satzes und jeder Satz Planetenräder kämmt mit einem Sonnenrad. Zugleich ist jedes der Sonnenräder jeweils mit einer Achswelle der antreibbaren Achse des Kraftfahrzeugs verbunden. Der Planetenradträger ist bevorzugt in Leichtbauweise in Blech ausgeführt und besteht aus zwei Gehäuseteilen, die alternativ auch einteilig ausgeführt werden können.
Es ist von Vorteil, wenn hierbei am Abtrieb die zweite Abtriebswelle koaxial zu einer Achswelle der antreibbaren Achse angeordnet und als Hohlwelle ausgebildet ist.
Bevorzugt ist an der elektrischen Antriebseinheit eine Achse des Fahrzeugs mit einer elektrischen Maschine antreibbar ist, die koaxial zur Achse des Fahrzeugs angeordnet ist. Dabei kann der Achsantrieb ohne mechanische Übersetzung als Direktantrieb ohne oder mit mechanischer oder hydraulischer Momentenumverteilung in Fahrzeugquerrichtung ausgeführt werden.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist an der elektrischen Antriebseinheit eine Achse des Fahrzeugs mit einer elektrischen Maschine antreibbar, die achsenparallel zur Achse des Fahrzeugs angeordnet ist.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebs für ein Fahrzeug vorgeschlagen, bei dem eine Achse des Fahrzeugs elektrisch und eine weitere Achse des Fahrzeugs elektrisch und/oder verbrennungsmotorisch betrieben wird. Dadurch kann an beiden Achsen des Fahrzeugs unabhängig voneinander elektrisch angetrieben oder generatorisch elektrische Energie erzeugt, insbesondere rekuperativ gebremst werden. Weiterhin kann an einer Achse während eines elektrischen Betriebs auch verbrennungsmotorisch oder nur verbrennungsmotorisch angetrieben werden.
Bevorzugt wird hierbei eine Achse des Fahrzeugs mit einer elektrischen Maschine und mit einem Verbrennungsmotor betrieben. An einer zwischengeschalteten Kupplung wird in einem ersten Betriebsmodus die elektrische Maschine mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt. Hierbei werden sowohl elektrische Maschine als auch Verbrennungsmotor von der antreibbaren Achse des Fahrzeugs entkoppelt. Hingegen werden in einem zweiten Betriebsmodus elektrische Maschine und Verbrennungsmotor mit der antreibbaren Achse des Fahrzeugs gekoppelt. So können elektrische Maschine und Verbrennungsmotor gleichzeitig betrieben und der Betriebspunkt des Verbrennungsmotors als unabhängige Größe eingestellt werden. Darüber hinaus können in einem neutralen Betriebsmodus elektrische Maschine und Verbrennungsmotor im Leerlauf betrieben werden.
Im ersten Betriebsmodus kann die elektrische Maschine mit Hilfe des Verbrennungsmotors generatorisch betrieben oder der Verbrennungsmotor durch die elektrische Maschine angetrieben gestartet werden. Da dabei elektrische Maschine und Verbrennungsmotor von der antreibbaren Achse des Fahrzeugs abgekoppelt sind, kann der Verbrennungsmotor in seinem optimalen Betriebspunkt betrieben und der Ladebetrieb des Elektromotors ebenfalls auf diesen Betriebspunkt hin optimiert werden.
Im zweiten Betriebsmodus ist es möglich, durch die elektrische Maschine eine Achse des Fahrzeugs anzutreiben, insbesondere elektrisch zu fahren, oder die elektrische Maschine generatorisch zu betreiben, insbesondere an dieser rekuperativ zu bremsen, und/oder durch den Verbrennungsmotor eine Achse des Fahrzeugs anzutreiben, insbesondere verbrennungsmotorisch zu fahren. Hierbei fungiert das Planetenradgetriebe als Sammelgetriebe für die elektrischen und verbrennungsmotorischen Leistungsflüsse. Dabei kann der Verbrennungsmotor phlegmatisiert betrieben werden, wobei die Drehzahlanpassung an die Fahrzeuggeschwindigkeit regelungstechnisch durch die elektrische Maschine erfolgt.
Bei einem Wechsel des Betriebsmodus, insbesondere beim Einlegen der zweiten Schaltstellung, kann eine Vor-Synchronisation durch die elektrische Maschine durchgeführt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht und sehr schematisch dargestellt sind. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Hybridantriebs in einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Hybridantriebs in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Hybridantriebs in einem dritten Ausführungsbeispiel,
4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Hybridantriebs in einem vierten Ausführungsbeispiel,
5 eine schematische Darstellung einer beispielhaft ausgeführten Antriebseinheit des Hybridantriebs aus 1 bis 4.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In 1 bis 4 sind beispielhaft vier Varianten eines erfindungsgemäßen Hybridantriebs für ein allradgetriebenes Fahrzeug mit zwei Achsen dargestellt. Dabei sind mehrere Antriebseinheiten 1, 1′, 1″, 2, 3, 4 je einer Achse des Fahrzeugs zugeordnet. Alle Varianten weisen eine gleiche der vorderen Achse zugeordnete als Vorderachsantrieb ausgeführte hybride Antriebseinheit 2 auf. Diese ist mit einer elektrischen Maschine 5 und einem Verbrennungsmotor 6 ausgerüstet als Range Extender betreibbar. Dabei ist in den 1 bis 3 jeweils eine elektrische Antriebseinheit 1, 1′, 1″ mit einer elektrischen Maschine der hinteren Achse des Fahrzeugs zugeordnet. In 4 sind der hinteren Achse radnahe elektrische Antriebseinheiten 3, 4 zugeordnet, über die die Räder der hinteren Achse direkt antreibbar sind. Die elektrische Maschine der Antriebseinheit 2 an der vorderen Achse und die elektrische Maschine der Antriebseinheit 1, 1′, 1″ sowie die elektrischen Antriebseinheiten 3, 4 an der hinteren Achse sind jeweils mit zumindest einem nicht dargestellten elektrischen Energiespeicher zum Speichern von generatorisch an den elektrischen Ma
schinen erzeugter elektrischer Energie verbunden. Auf diese Weise werden in jeder Variante zumindest zwei unabhängig voneinander betreibbare elektrische Leistungspfade bereitgestellt, nämlich vom elektrischen Energiespeicher zur vorderen Achse und unabhängig davon vom elektrischen Energiespeicher zur hinteren Achse. Beide Achsen des Fahrzeugs sind so ohne eine mechanische Verbindung unabhängig voneinander elektrisch antreibbar.
1 zeigt die elektrische Antriebseinheit 1 an der hinteren Achse des Fahrzeugs als Hinterachsantrieb um die hintere Achse bauend in sogenannter On-Axle-Anordnung. Dabei ist Antriebseinheit 1 ohne mechanische Übersetzung als Direktantrieb und ohne Momentenumverteilung in Fahrzeugquerrichtung ausgeführt. Die elektrische Maschine des Hinterachsantriebs ist hierbei vorzugsweise als achsbasierter elektrischer Schnellläufer-Motor ausgeführt.
In 2 ist die Antriebseinheit 1′ als Hinterachsantrieb in einer sogenannten Off-Axle-Anordnung parallel zur hinteren Achse des Fahrzeugs angeordnet. Hierbei ist die elektrische Maschine der Antriebseinheit 1′ nicht als Direktantrieb sondern mit einem ein- oder mehrstufigen Zwischengetriebe ohne Momentenumverteilung in Fahrzeugquerrichtung ausgeführt.
3 zeigt die Antriebseinheit 1″ als Hinterachsantrieb in einer weiteren On-Axle-Anordnung aber mit mechanischer oder hydraulischer Momentenumverteilung in Fahrzeugquerrichtung.
In 4 ist eine Ausführung mit zwei radindividuellen elektrischen Antriebseinheiten 3, 4 der Räder der Hinterachse, als sogenannter E-Wheel-Drive, dargestellt. Hier sind zwei jeweils einem Rad zugeordnete elektrische Motoren ohne Momentenverbindung untereinander zentral in einem Gehäuse an der Achse angeordnet. 5 zeigt sehr schematisch eine beispielhafte Ausführung der Antriebseinheit 2 des Hybridantriebs, die als Vorderachsantrieb des Fahrzeugs in allen Varianten in 1 bis 4 gleich ausgeführt ist. Eine elektrische Maschine 5 und ein Verbrennungsmotor 6 sind mit ihren Antriebswellen 10, 11 koaxial gegenüberliegend angeordnet und über eine schaltbare Kupplung untereinander sowie mit einem Abtrieb koppelbar. Der Abtrieb steht in Antriebsverbindung mit einem Differenzialgetriebe 16, das mit jeweils einer Achswelle 17, 18 der antreibbaren vorderen Achse des Fahrzeugs verbunden ist. Die Kupplung besteht aus einer Synchroneinheit mit einem Schaltelement 13 und einem koaxial zur elektrischen Maschine 5 und zum Verbrennungsmotor 6 angeordneten einstufigen Planetenradgetriebe. Das Planetenradgetriebe weist ein Sonnenrad und ein Hohlrad 8 sowie einen Satz Planetenräder auf, die von einem Planetenradträger 9 getragen werden und mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad 8 in Eingriff stehen. Das Sonnenrad ist auf einer Sonnenradwelle 7 angeordnet, die als Hohlwelle koaxial zur Antriebswelle 11 der elektrischen Maschine 5 angeordnet ist. Die Antriebswelle 11 der elektrischen Maschine 5 steht mit dem Planetenradträger 9 und die Antriebswelle 10 des Verbrennungsmotors 6 mit dem Hohlrad 8 in fester Verbindung.
Das Schaltelement 13 der Synchroneinheit, beispielsweise eine Schaltmuffe, ist aus einer Neutralstellung heraus durch eine nicht dargestellte Aktuatorik axial hin und her verschiebbar. In der dargestellten Neutralstellung der Synchroneinheit ist das Schaltelement 13 mit einem Synchronkörper 14 drehfest verbunden, der seinerseits mit der Sonnenradwelle 7 drehfest verbunden ist. In der Neutralstellung befinden sich elektrische Maschine 5 und Verbrennungsmotor im Leerlauf. In einer ersten Schaltstellung ist das Schaltelement 13 aus der Neutralstellung heraus in der Bildebene nach links verschiebbar, wobei das Schaltelement 13 über den Synchronkörper 14 mit einem ersten Kupplungskörper 19 formschlüssig synchronisierbar ist, der mit der Antriebswelle 11 der elektrischen Maschine 5 drehfest verbunden ist. Hierdurch sind die elektrische Maschine 5 und der Verbrennungsmotor 6 über den Planetenradträger 9 und das Hohlrad 8 des Planetenradgetriebes gekoppelt. Dabei sind die Sonnenradwelle 7 und der Planetenradträger 9 über die Antriebswelle 11 der elektrischen Maschine 5 und über das Schaltelement 13 festgelegt. Hierdurch weisen Sonnenrad, Planetenradträger 9 und Hohlrad 8 die gleiche Drehzahl auf, d.h. elektrische Maschine 5 und Verbrennungsmotor 6 sind drehzahlgekoppelt. Zugleich sind elektrische Maschine 5 und Verbrennungsmotor 6 sind elektrische Maschine 5 und Verbrennungsmotor 6 vom Abtrieb bzw. der vorderen Achse abgekoppelt. In der ersten Schaltstellung kann die elektrische Maschine 5 als vom Verbrennungsmotor 6 getriebener Generator zum Laden des elektrischen Energiespeichers betrieben oder der Verbrennungsmotor 6 durch die elektrische Maschine als Starter getrieben gestartet werden. Da hierbei elektrische Maschine 5 und Verbrennungsmotor 6 vom Abtrieb abgekoppelt sind kann im Ladebetrieb der Verbrennungsmotor 6 im Bestpunkt betrieben und die elektrische Maschine 5 ebenfalls auf diesen Punkt hin optimiert werden.
In einer zweiten Schaltstellung der Synchroneinheit ist das Schaltelement 13 aus der Neutralstellung heraus in der Bildebene nach rechts verschiebbar. Dadurch ist das Schaltelement 13 an dem Synchronkörper 14 mit einem zweiten Kupplungskörper 20 formschlüssig synchronisierbar. Der zweite Kupplungskörper 20 ist drehfest mit einer koaxial zur Sonnenradwelle 7 angeordneten ersten Abtriebswelle 12 des Abtriebs verbunden. Sonnenradwelle 7 und Abtriebswelle 12 sind koaxial zur Antriebswelle 11 der elektrischen Maschine 5 angeordnet und jeweils als Hohlwelle ausgeführt, wobei die Sonnenradwelle 7 die mittlere und die Abtriebswelle 12 die äußere Hohlwelle bildet. In der zweiten Schaltstellung sind elektrische Maschine 5 und Verbrennungsmotor 6 mit dem Abtrieb bzw. der vorderen Achse des Fahrzeugs gekoppelt. Dabei treiben die Antriebswelle 10 des Verbrennungsmotors 6 das Hohlrad 8 und die Antriebswelle 11 der elektrischen Maschine 5 den Planetenradträger 9 des Planetenradgetriebes an. Die Sonnenradwelle 7 ist über die Synchroneinheit mit der ersten Abtriebswelle 12 gekoppelt. Auf diese Weise fungiert das Planetenradgetriebe als Summier- oder Überlagerungsgetriebe für die elektrischen und verbrennungsmotorischen Leistungsflüsse. Bei phlegmatisiert betriebenem Verbrennungsmotor 6 erfolgt die Drehzahlanpassung an die Fahrzeuggeschwindigkeit regelungstechnisch an der elektrischen Maschine 5. Hierbei beschreibt die sogenannte Willis-Gleichung das Drehzahlverhalten an den Ein- und Ausgängen des Planetenradgetriebes.
Bei einem Wechsel der Schaltstellung an der Synchroneinheit, insbesondere bei einem Einlegen der zweiten Schaltstellung, ist eine Vor-Synchronisierung durch die elektrische Maschine 5 möglich. Ein rekuperatives Bremsen kann sowohl über die elektrische Maschine 5 der Antriebseinheit 2 an der vorderen Achse des Fahrzeugs als auch über die elektrische Maschine der Antriebseinheit 1, 1′, 1″ an der hinteren Achse des Fahrzeugs erfolgen.
Der Abtrieb ist an einer Stirnradgetriebestufe mit einer Zwischenwelle 21 einfach übersetzt. Hierbei steht die erste Abtriebswelle 12 über die Zwischenwelle 21 mit der zweiten Abtriebswelle 15 in Verbindung. Dabei sind Zwischenwelle 21 und Abtriebswellen 12, 15 parallel zueinander angeordnet. Die zweite Abtriebswelle 15 ist koaxial zu einer Achswelle 17 der vorderen Achse des Fahrzeugs angeordnet und mit dem Differenzialgehäuse des Differenzialgetriebes 16 verbunden. Das Differenzialgetriebe 16 ist als Stirnraddifferenzial in Planetenbauweise ausgeführt. Das Stirnraddifferenzial weist zwei Abtriebs-Sonnenräder auf, die jeweils, beispielsweise über eine Keilverzahnung an einer Nabe, mit einer als Steckwelle ausgeführten Achswelle 17, 18 drehfest verbunden sind. Über die Achswellen 17, 18 ist jeweils ein Rad eines Fahrzeugs antreibbar. Jedes der Sonnenräder steht jeweils mit einem Satz Planetenräder in Eingriff. Hierbei kämmt ein Planetenrad des einen Satzes jeweils mit einem Planetenrad des anderen Satzes. Die beiden Planetenradsätze werden von einem gemeinsamen Planetenradträger getragen, der zugleich das Differenzialgehäuse bildet und mit der Abtriebswelle 15 verbunden ist, über die eine Antriebsleistung in das Differenzialgetriebe 16 übertragbar ist. Der Planetenradträger bzw. das Differenzialgehäuse besteht aus zwei miteinander verbundenen Gehäuseteilen, die jeweils in Leichtbauweise als Blechscheiben ausgeführt sind.
Elektrische Maschine 5 und Verbrennungsmotor 6 sowie deren Antriebswellen 10, 11, das Planetenradgetriebe und die Stirnradgetriebestufe 21 sind achsenparallel zur vorderen Achse des Fahrzeugs angeordnet.
Vorzugsweise ist an der Zwischenwelle 21 der Stirnradgetriebestufe oder im Differenzialgetriebe 16 eine Parksperre vorgesehen, über die das Fahrzeug gegen ein ungewolltes Rollen gesichert ist.
Bezugszeichenliste

1: Antriebseinheit
1′: Antriebseinheit
1″: Antriebseinheit
2: Antriebseinheit
3: Antriebseinheit
4: Antriebseinheit
5: Elektrische Maschine
6: Verbrennungsmotor
7: Sonnenradwelle
8: Hohlrad
9: Planetenradträger
10: Antriebswelle
11: Antriebswelle
12: Abtriebswelle
13: Schaltelement
14: Synchronkörper
15: Abtriebswelle
16: Differenzialgetriebe
17: Achswelle
18: Achswelle
19: Kupplungskörper
20: Kupplungskörper
21: Zwischenwelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10319108 A1 [0002]

Claims

Hybridantrieb für ein Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug mehrere je einer Achse zugeordnete Antriebseinheiten (1, 1′, 1″, 2, 3, 4) aufweist, wobei es an zumindest einer dieser elektrisch und an zumindest einer weiteren elektrisch und/oder verbrennungsmotorisch antreibbar ist.
Hybridantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Achse des Fahrzeugs an einer elektrischen Antriebseinheit (1, 1′, 1″) und eine weitere Achse des Fahrzeugs an einer hybriden Antriebseinheit (2) antreibbar ist.
Hybridantrieb nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Räder einer Achse des Fahrzeugs an radindividuellen elektrischen Antriebseinheiten (3, 4) antreibbar sind.
Hybridantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die hybride Antriebseinheit (2) eine elektrische Maschine (5) und einen Verbrennungsmotor (6) aufweist und an einer Kupplung elektrische Maschine (5) und Verbrennungsmotor (6) sowohl miteinander als auch mit einem mit einer antreibbaren Achse des Fahrzeugs in Antriebsverbindung stehenden Abtrieb koppelbar sind.
Hybridantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung eine Synchroneinheit und ein Planetenradgetriebe aufweist, das mit einem auf einer zentralen Sonnenradwelle (7) drehfest angeordneten Sonnenrad und einem Hohlrad (8) sowie einem Satz Planetenräder ausgeführt ist, die von einem Planetenradträger (9) getragen werden und mit Sonnenrad und Hohlrad (8) in Eingriff stehen, wobei die elektrische Maschine (5) mit dem Planetenradträger (9) und eine Antriebswelle (10) des Verbrennungsmotors (6) mit dem Hohlrad (8) verbunden, und die Sonnenradwelle (7) an der Synchroneinheit mit einer Antriebswelle (11) der elektrischen Maschine (5) oder mit einer ersten Abtriebswelle (12) des Abtriebs formschlüssig synchronisierbar ist.
Hybridantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchroneinheit mit einem aus einer Neutralstellung heraus hin- und herverschiebbaren Schaltelement (13) ausgeführt ist, das in der Neutralstellung mit der Sonnenradwelle (7) drehfest verbunden ist, wobei an der Synchroneinheit – in einer ersten Kupplungsstellung das Schaltelement (13) aus der Neutralstellung heraus verschiebbar und dabei die Sonnenradwelle (7) mit der Antriebswelle (11) der elektrischen Maschine (5) formschlüssig synchronisierbar ist und – in einer zweiten Kupplungsstellung das Schaltelement (13) aus der Neutralstellung heraus verschiebbar und dabei die Sonnenradwelle (7) mit der Abtriebswelle (12) formschlüssig synchronisierbar ist.
Hybridantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Maschine (5) und Verbrennungsmotor (6) koaxial zueinander und zugleich achsenparallel zur antreibbaren Achse des Fahrzeugs angeordnet sind.
Hybridantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswellen (10, 11) von elektrischer Maschine (5) und Verbrennungsmotor (6) einander koaxial gegenüberliegen.
Hybridantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtrieb eine Zwischenwelle (21) aufweist, über die die erste Abtriebswelle (12) mit einer zweiten Abtriebswelle (15) in Verbindung steht.
Hybridantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Abtriebswelle (15) mit dem Differenzialgehäuse eines Differenzialgetriebes (16) in Verbindung steht, über das eine Achse des Fahrzeugs antreibbar ist und das mit zwei Achswellen (17, 18) der Achse verbunden ist, wobei über jede Achswelle (17, 18) ein Rad des Fahrzeugs antreibbar ist.
Hybridantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Abtriebswelle (15) koaxial zu einer Achswelle (17, 18) der antreibbaren Achse angeordnet und als Hohlwelle ausgebildet ist.
Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebs für ein Fahrzeug, bei dem eine Achse des Fahrzeugs elektrisch und eine weitere Achse des Fahrzeugs elektrisch und/oder verbrennungsmotorisch angetrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine antreibbare Achse des Fahrzeugs mit einer elektrischen Maschine (5) und mit einem Verbrennungsmotor (6) betrieben wird und an einer zwischengeschalteten Kupplung – in einem ersten Betriebsmodus die elektrische Maschine (5) mit dem Verbrennungsmotor (6) gekoppelt wird und dabei elektrische Maschine (5) und Verbrennungsmotor (6) von der antreibbaren Achse des Fahrzeugs entkoppelt werden sowie – in einem zweiten Betriebsmodus elektrische Maschine (5) und Verbrennungsmotor (6) zugleich mit der antreibbaren Achse des Fahrzeugs gekoppelt werden sowie – in einem neutralen Betriebsmodus elektrische Maschine (5) und Verbrennungsmotor (6) im Leerlauf betrieben werden.