DE102013204506A1

DE102013204506A1 - Hybridfahrzeug

Info

Publication number: DE102013204506A1
Application number: DE102013204506.9A
Authority: DE
Inventors: Andreas Egger; Soenke Richter
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2013-03-15
Publication date: 2014-09-18

Abstract

Hybridfahrzeug, mit einem in einem vorderen Bereich des Hybridfahrzeugs angeordneten Verbrennungsmotor, der so in das Hybridfahrzeug eingebaut ist, dass sich eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotor in einer Querrichtung des Hybridfahrzeugs erstreckt. Ferner ist ein Getriebe vorgesehen, das mehrere schaltbare Gänge aufweist, und das, in einer Längsrichtung des Hybridfahrzeugs betrachtet, seitlich neben dem Verbrennungsmotor angeordnet ist, sowie eine elektrische Maschine, die einen Rotor aufweist, dessen Drehachse parallel zur Längsrichtung des Hybridfahrzeugs ist, wobei die elektrische Maschine im Bereich einer Mittellängsachse des Hybridfahrzeugs angeordnet ist. Desweiteren ist ein Winkeltrieb vorgesehen, über den der Rotor der elektrischen Maschine kinematisch mit dem Getriebe gekoppelt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridfahrzeug gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antriebsstrangtopologie für ein Hybridfahrzeug zu schaffen, die in einer Vielzahl von Fahrzeugvarianten einsetzbar und baukastenartig modifizierbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ein Hybridfahrzeug gemäß der Erfindung weist einen in einem vorderen Bereich des Fahrzeugs angeordneten Verbrennungsmotor auf. „In einem vorderen Bereich des Fahrzeugs” meint den Motorraum, d. h. den Raum, in dem bei den meisten Straßenfahrzeugen der Verbrennungsmotor untergebracht ist. Der Verbrennungsmotor ist quer in das Fahrzeug eingebaut. „Quer” bedeutet, dass sich eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors in einer Querrichtung des Fahrzeugs erstreckt.
Ein Hybridfahrzeug gemäß der Erfindung weist ferner ein Getriebe mit mehreren schaltbaren Gängen auf. Das Getriebe ist, in einer Längsrichtung des Fahrzeugs betrachtet, seitlich neben dem Verbrennungsmotor angeordnet. In einer Draufsicht auf das Fahrzeug betrachtet kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Getriebe von links her an den Verbrennungsmotor angeflanscht ist bzw. links des Verbrennungsmotors angeordnet ist.
Ein Hybridfahrzeug gemäß der Erfindung weist ferner eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor auf, dessen Drehachse parallel zur Längsrichtung des Fahrzeugs verläuft. Die elektrische Maschine ist im Bereich einer Mittellängsachse des Fahrzeugs angeordnet. Sofern die Fahrzeugkarosserie einen sogenannten „Mitteltunnel” aufweist, d. h. einen tunnelartigen Bereich, in dem bei herkömmlichen heckgetriebenen Fahrzeugen oder bei Allradfahrzeugen üblicherweise die Gelenkwelle angeordnet ist, kann vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine vollständig in dem Mitteltunnel untergebracht ist oder zumindest teilweise in den Mitteltunnel hineinragt.
Ein Hybridfahrzeug gemäß der Erfindung weist ferner einen Winkeltrieb auf, über den der Rotor der elektrischen Maschine kinematisch mit dem Getriebe gekoppelt ist. Ein Winkeltrieb ist erforderlich, da bei der erfindungsgemäßen Anordnung die Eingangswelle und die Ausgangswelle des Getriebes in Querrichtung des Fahrzeugs verlaufen, wohingegen die Drehachse der elektrischen Maschine in Längsrichtung des Fahrzeugs verläuft.
Wie später noch ausführlich erläutert wird, können auf Basis des oben beschriebenen Antriebsstrangkonzepts eine Vielzahl hybrider Antriebsstrangkonzepte baukastenartig abgeleitet werden.
Bei dem mehrere Gänge aufweisenden Getriebe kann es sich beispielsweise um ein Automatikgetriebe, insbesondere um ein Planetenradautomatikgetriebe, ein Handschaltgetriebe, ein Doppelkupplungsgetriebe, ein automatisiertes Handschaltgetriebe, ein stufenloses Getriebe etc. handeln.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Anfahrelement, z. B. eine Anfahrkupplung oder ein Drehmomentwandler vorgesehen, mittels dessen ein Anfahren bei stehendem Getriebe bzw. Fahrzeug möglich ist. Das Anfahrelement kann zwischen der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und einer Eingangswelle des Getriebes angeordnet sein. Alternativ dazu kann es auch in das Getriebe integriert sein. Ein „Ausgang” des Getriebes kann z. B. über eine Kette, einen Riementrieb oder eine Stirnradstufe mit einer ersten, in Querrichtung des Fahrzeugs verlaufenden Welle des Winkeltriebs drehgekoppelt sein.
Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass ein „Getriebeausgang” ein Antriebsrad eines Vorderachsdifferenzialgetriebes antreibt, bzw. unmittelbar damit kämmt und dass das Antriebsrad des Vorderachsdifferentialgetriebes die sich in Querrichtung des Fahrzeugs erstreckende erste Welle des Winkeltriebs antreibt oder damit drehgekoppelt ist.
Das Vorderachsdifferentialgetriebe ist dazu vorgesehen, Drehmoment auf das linke bzw. rechte Vorderrad zu übertragen. Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Vorderachsdifferentialgetriebe und den beiden vorderen Antriebsrädern jeweils ein linkes bzw. rechtes Schaltelement (z. B. eine linke bzw. eine rechte Schaltklaue, eine linke bzw. rechte Lamellenkupplung o. ä.) vorgesehen ist. Bei geschlossenen Schaltelementen ist das Vorderachsdifferentialgetriebe mit den beiden vorderen Antriebsrädern kinematisch gekoppelt. Durch Öffnen der Schaltelemente können die Vorderräder vom Antrieb abgekoppelt werden.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine über eine Gelenkwelle mit einem Eingang eines Hinterachsdifferentialgetriebes gekoppelt ist, so dass auch die Hinterräder des Fahrzeugs angetrieben werden können und zwar durch die elektrische Maschine und/oder mittelbar durch den Verbrennungsmotor.
Desweiteren kann vorgesehen sein, dass zwischen der elektrischen Maschine und dem Eingang des Hinterachsdifferentialgetriebes ein Schaltelement angeordnet ist, so dass die „Hinterachse” vom Antriebsstrang entkoppelt bzw. an den Antriebsstrang angekoppelt werden kann.
Außerdem kann auch zwischen der elektrischen Maschine und dem Winkeltrieb oder, genauer gesagt, zwischen der elektrischen Maschine und einer in Fahrzeuglängsrichtung verlaufenden zweiten Welle des Winkeltriebs ein Schaltelement angeordnet sein. Über ein derartiges Schaltelement kann die elektrische Maschine kinematisch mit der „Vorderachse” gekoppelt werden bzw. durch Öffnen eines derartigen Schaltelements kann die elektrische Maschine auch lediglich der „Hinterachse” zugeordnet werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist zur Speicherung elektrischer Energie ein elektrischer Energiespeicher vorgesehen. Bei dem elektrischen Energiespeicher kann es sich z. B. um einen Hochvoltspeicher handeln. Alternativ dazu könnte aber auch eine auf einem Spannungsniveau von 12 Volt oder 48 Volt arbeitende elektrische Maschine vorgesehen sein und als elektrischer Energiespeicher könnte eine Blei-Batterie o. ä. vorgesehen sein. Der elektrische Energiespeicher versorgt die elektrische Maschine mit elektrischer Energie, wenn diese als Elektromotor arbeitet bzw. speichert von der elektrischen Maschine rekuperierte Energie. Unter Sicherheitsaspekten bzw. unter Crashgesichtspunkten besonders günstig erscheint eine Anordnung des elektrischen Energiespeichers in einem Bereich unterhalb der Sitze oder unterhalb einer Sitzbank der zweiten Sitzreihe des Fahrzeugs. Mit „zweiter Sitzreihe” sind die Plätze unmittelbar hinter dem Fahrer- bzw. Beifahrersitz gemeint.
Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1–4 verschiedene Ausführungsbeispiele von Hybridkonzepten gemäß der Erfindung;
5 ein Ausführungsbeispiel, wie das Getriebe über ein Differentialgetriebe mit dem Winkeltrieb gekoppelt werden kann.
1 zeigt in schematischer Darstellung ein Hybridfahrzeug mit Vorderrädern 1, 2 und Hinterrädern 3, 4. In einem Motorraum im Bereich der Vorderräder 1, 2 ist ein Verbrennungsmotor 5 angeordnet. Der Verbrennungsmotor 5 ist quer in das Fahrzeug eingebaut, d. h. eine Kurbelwelle 6 des Verbrennungsmotors 5 erstreckt sich in einer Querrichtung des Fahrzeugs.
In der in 1 gezeigten Draufsicht auf das Fahrzeug betrachtet ist links seitlich neben dem Verbrennungsmotor ein Getriebe 7 angeordnet. Bei dem Getriebe 7 kann es sich beispielsweise um ein Automatikgetriebe, ein Handschaltgetriebe, ein Doppelkupplungsgetriebe, ein automatisiertes Handschaltgetriebe, ein stufenloses Getriebe o. ä. handeln. Das Getriebe 7 weist ein Anfahrelement 8 auf, das z. B. durch eine Kupplung, einen Drehmomentwandler o. ä. gebildet sein kann und das ein Anfahren mittels des Verbrennungsmotors 5 bei stehendem Getriebe 7 bzw. bei stehendem Fahrzeug ermöglicht.
Ein Getriebeausgang ist über ein Vorderachsdifferentialgetriebe 9 mit einem Winkeltrieb 10 kinematisch gekoppelt. Ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Kopplung ist in 5 gezeigt. Wie aus 5 ersichtlich ist, ist eine Ausgangswelle 11 des Getriebes 7 über eine Stirnradstufe 12, 13 mit einem Korb 14 des Vorderraddifferentialgetriebes 9 drehgekoppelt. Das Zahnrad 13 des Korbes 14 kämmt ferner mit einem Stirnrad 15 einer sich in Fahrzeugquerrichtung erstreckenden ersten Welle 16 des Winkeltriebs 10.
Wie aus den 1 und 5 ersichtlich ist, weist das Vorderachsdifferentialgetriebe 9 einen linken und einen rechten Abtrieb auf. Der linke Abtrieb ist über ein linkes Schaltelement 17 und eine linke Abtriebswelle 18 mit dem linken Vorderrad 2 verbunden. Der rechte Abtrieb ist über ein rechtes Schaltelement 19 und eine rechte Abtriebswelle 20 mit dem rechten Vorderrad 1 verbunden.
Wie aus 5 ersichtlich ist, ist eine zweite, sich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckende Welle 21 des Winkeltriebs 10 mit einer elektrischen Maschine 22 verbunden, oder genauer gesagt, mit einem Rotor der elektrischen Maschine 22. Die Drehachse des Rotors der elektrischen Maschine 22 ist somit koaxial zur zweiten Welle 21 des Winkeltriebs 10 und somit parallel zur Fahrzeuglängsrichtung.
Alternativ zu dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel könnte am Korb 14 auch ein Tellerrad vorgesehen sein, welches mit dem Kegelrad der Welle 21 kämmt. Das „Kegelradgetriebe (Winkeltrieb 10) wäre dann an den Differentialkorb 14 angebunden.
Alternativ dazu könnte das Vorderachsdifferentialgetriebe 9 auch durch ein Planetengetriebe ersetzt sein.
Bei dem in 1 gezeigten Hybridkonzept ist es möglich, den Verbrennungsmotor 5 mittels der elektrischen Maschine 22 zu starten, sofern die beiden Schaltelemente 17, 19 geöffnet sind.
Sollte ein elektrischer Energiespeicher (z. B. Hochvoltspeicher) einen niedrigen Ladezustand haben und geladen werden müssen, so kann dies z. B. bei stehendem Fahrzeug erfolgen, wenn die beiden Schaltelemente 17, 19 geöffnet sind. Der Verbrennungsmotor 5 treibt dann über das Getriebe 7, das „leer” mitlaufende Achsgetriebe 9 und den Winkeltrieb 10 die dann generatorisch arbeitende elektrische Maschine 22 an.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein zusätzlicher Hinterradantrieb vorgesehen ist. Grundsätzlich entspricht das Ausführungsbeispiel der
2 dem der 1. Zusätzlich zum Ausführungsbeispiel der 1 ist hier die elektrische Maschine 22 über eine Gelenkwelle 23 und ein Schaltelement 24, bei dem es sich z. B. (wie auch bei den Schaltelementen 17, 19) um eine Lamellenkupplung handeln kann, mit einem Eingang eines Hinterachsdifferentialgetriebes 25 verbunden. Die Gelenkwelle 23 kann z. B. in einem Mitteltunnel des Hybridfahrzeugs angeordnet sein.
Alternativ zu dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel könnte das Schaltelement 24 auch unmittelbar an oder in der Nähe der elektrischen Maschine angeordnet sein, ähnlich, wie dies in 3 dargestellt ist.
Die Hinterräder 3, 4 des Fahrzeugs können somit von der elektrischen Maschine 22 und/oder dem Verbrennungsmotor 5 angetrieben werden. Durch Öffnen des Schaltelements 24 können die Hinterräder 3, 4 aber auch vom Antriebsstrang abgekoppelt werden.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ausschließlich ein Hinterradantrieb vorgesehen ist. Die Vorderräder 1, 2 sind nicht mit dem Antriebsstrang gekoppelt. Analog zu den Ausführungsbeispielen der 1, 2 kann vorgesehen sein, dass der Verbrennungsmotor 5 dennoch über das Getriebe 7 und ein „Vorderachsdifferentialgetriebe” 9 und den Winkeltrieb 10 mit der elektrischen Maschine 22 gekoppelt bzw. koppelbar ist.
Unter Baukastengesichtspunkten kann es nämlich durchaus wirtschaftlich sein, ein rein kinematisch nicht unbedingt benötigtes, aber als Standardkomponente kostengünstig verfügbares Vorderachsdifferentialgetriebe als „Koppeleinrichtung” zwischen dem Getriebe 7 und dem Winkeltrieb 10 zu verbauen, wobei dann bei einem reinen Hinterradantrieb die beiden Ausgänge des Vorderachsdifferentialgetriebes 9 nicht über Antriebswellen mit den beiden Vorderrädern 1, 2 gekoppelt sind. Das Vorderachsdifferentialgetriebe 9 hat beim Ausführungsbeispiel der 3 somit eine reine Kopplungsfunktion, jedoch keine Antriebsfunktion zum Antreiben der Vorderräder 1, 2.
Wie aus 3 ersichtlich ist, ist zwischen der elektrischen Maschine 22 und dem Winkeltrieb 10 ein Schaltelement 26 angeordnet. Ein weiteres Schaltelement 24 ist zwischen der elektrischen Maschine 22 und einem Eingang des Hinterachsdifferentialgetriebes 25 angeordnet. Die elektrische Maschine 22 kann somit wahlweise durch Schließen des Schaltelements 26 mit dem Verbrennungsmotor 5, dem Getriebe 7, dem Vorderachsdifferentialgetriebe 9 und dem Winkeltrieb 10 gekoppelt werden oder durch Schließen des Schaltelements 24 mit dem Hinterachsdifferentialgetriebe 25.
Das Ausführungsbeispiel der 4 entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der 2, wobei hier die beiden Schaltelemente 17, 19 als Kupplungen, z. B. als Lamellenkupplungen ausgebildet sind, was den Vorteil hat, dass sie auch während der Fahrt ganz oder teilweise geschlossen werden können und somit nicht nur eine Antriebsunterstützung über die Vorderräder 1, 2 erreicht werden kann, sondern auch gezielt das Fahrverhalten stabilisierende Drehmomente über die Antriebswellen 18, 20 in die Vorderräder 1, 2 eingeleitet werden können.

Claims

Hybridfahrzeug, mit – einem in einem vorderen Bereich des Hybridfahrzeugs angeordneten Verbrennungsmotor (5), der so in das Hybridfahrzeug eingebaut ist, dass sich eine Kurbelwelle (6) des Verbrennungsmotor (5) in einer Querrichtung des Hybridfahrzeugs erstreckt, – einem Getriebe (7), das mehrere schaltbare Gänge aufweist, und das, in einer Längsrichtung des Hybridfahrzeugs betrachtet, seitlich neben dem Verbrennungsmotor (5) angeordnet ist, – einer elektrischen Maschine (22), die einen Rotor aufweist, dessen Drehachse parallel zur Längsrichtung des Hybridfahrzeugs ist, wobei die elektrische Maschine (22) im Bereich einer Mittellängsachse des Hybridfahrzeugs angeordnet ist, und – einem Winkeltrieb (10), über den der Rotor der elektrischen Maschine (22) kinematisch mit dem Getriebe (7) gekoppelt ist.
Hybridfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ein Automatikgetriebe oder Handschaltgetriebe oder Doppelkupplungsgetriebe oder ein automatisiertes Handschaltgetriebe oder ein stufenloses Getriebe ist.
Hybridfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anfahrelement (8), insbesondere eine Anfahrkupplung oder ein Drehmomentwandler, vorgesehen ist, mittels dessen ein Anfahren bei stehendem Getriebe (7) bzw. stehenden Hybridfahrzeug möglich ist.
Hybridfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vorderachsdifferenzialgetriebe (9) vorgesehen ist, über welches das Getriebe (7) mit dem Winkeltrieb (10) kinematisch gekoppelt ist.
Hybridfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vorderachsdifferentialgetriebe (9) eine linke und eine rechte Abtriebswelle (18, 20) aufweist, wobei zwischen dem Vorderachsdifferentialgetriebe (9) und der linken Abtriebswelle (18) ein linkes Schaltelement (17) und zwischen dem Vorderachsdifferentialgetriebe (9) und der rechten Abtriebswelle (20) ein rechtes Schaltelement (19) vorgesehen ist.
Hybridfahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das linke und das rechte Schaltelement (17, 19) jeweils durch eine Schaltklaue gebildet ist.
Hybridfahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass linke und das rechte Schaltelement (17, 19) jeweils durch eine Kupplung, insbesondere eine Lamellenkupplung, gebildet ist.
Hybridfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridfahrzeug einen sich in einer Längsrichtung des Hybridfahrzeugs erstreckenden Mitteltunnel aufweist, wobei die elektrische Maschine (22) vollständig oder zumindest zu einem Teil innerhalb des Mitteltunnels angeordnet ist.
Hybridfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (22) über eine Gelenkwelle (23) mit einem Eingang eines Hinterachsdifferentialgetriebes (25) kinematisch gekoppelt ist.
Hybridfahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der elektrischen Maschine (22) und dem Hinterachsdifferentialgetriebe (25) ein Schaltelement (24) angeordnet ist.
Hybridfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der elektrischen Maschine (22) und dem Winkeltrieb (10) ein Schaltelement (26) angeordnet ist.
Hybridfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischen Energiespeicher, insbesondere einen Hochvoltspeicher, vorgesehen ist.
Hybridfahrzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiespeicher in einem Bereich unterhalb der Sitze oder einer Sitzbank einer zweiten Sitzreihe des Hybridfahrzeugs angeordnet ist.