DE102013214773A1

DE102013214773A1 - Hybridantriebseinheit eines Allradfahrzeugs

Info

Publication number: DE102013214773A1
Application number: DE201310214773
Authority: DE
Inventors: Uwe Griesmeier; Johannes Kaltenbach
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2013-07-29
Filing date: 2013-07-29
Publication date: 2015-01-29

Abstract

Hybridantriebseinheit (1) eines Allradfahrzeugs, mit einem Verbrennungsmotor (6), mindestens einer elektrischen Maschine (7), und einem Getriebe (8), wobei der Verbrennungsmotor (6) an eine Eingangswelle (11) des Getriebes (8) gekoppelt ist, wobei eine Ausgangswelle (12) des Getriebes (8) an eine erste antreibbare Achse (2) des Allradfahrzeugs gekoppelt ist, und wobei eine erste elektrische Maschine (7) abhängig von der Schaltstellung von Schaltelementen (F, G) entweder ausschließlich an eine Zwischenwelle (13) des Getriebes (8) und damit über das Getriebe (8) an die erste antreibbare Achse (2) des Allradfahrzeugs oder zusätzlich hierzu bzw. alternativ hierzu an eine zweite antreibbare Achse (3) des Allradfahrzeugs gekoppelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hybridantriebseinheit eines Allradfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 10 2008 044 035 A1 ist eine Hybridantriebseinheit eines Allradfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor, einer elektrischen Maschine und einem Getriebe bekannt. Der Verbrennungsmotor ist an eine Eingangswelle des Getriebes gekoppelt. Die elektrische Maschine ist in Kraftflussrichtung nach dem Getriebe geschaltet, wobei die dem Getriebe nachgeschaltete elektrische Maschine mit einer angetriebenen Fahrzeugachse wirkverbunden ist. Eine weitere angetriebene Fahrzeugachse ist wahlweise mit dem Getriebeausgang oder mit dem Rotor der dem Getriebe nachgeschalteten elektrischen Maschine verbindbar.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine neuartige Hybridantriebseinheit eines Allradfahrzeugs zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Hybridantriebseinheit eines Allradfahrzeugs gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist erste elektrische Maschine abhängig von der Schaltstellung von Schaltelementen entweder ausschließlich an eine Zwischenwelle des Getriebes und damit über das Getriebe ausschließlich an die erste antreibbare Achse des Allradfahrzeugs oder zusätzlich hierzu oder alternativ hierzu an eine zweite antreibbare Achse des Allradfahrzeugs gekoppelt ist.
Der erfindungsgemäße Hybridantrieb für ein Allradfahrzeug ermöglicht eine variable Momentaufteilung zwischen den beiden antreibbaren Achsen des Allradfahrzeugs. Die erste elektrische Maschine ist weder an eine Eingangswelle des Getriebes noch an eine Ausgangswelle des Getriebes gekoppelt, vielmehr an eine Zwischenwelle des Getriebes, nämlich abhängig von der Schaltstellung von vorzugsweise formschlüssigen Schaltelementen. Demnach ist die erste elektrische Maschine in das Getriebe der Hybridantriebseinheit integriert.
In einer ersten Ausgestaltung ist erste elektrische Maschine abhängig von der Schaltstellung von Schaltelementen entweder ausschließlich an die Zwischenwelle des Getriebes und damit über das Getriebe ausschließlich an die erste antreibbare Achse des Allradfahrzeugs oder alternativ hierzu unter Umgehung des Getriebes ausschließlich an die zweite antreibbare Achse des Allradfahrzeugs gekoppelt.
In einer zweiten Ausgestaltung ist erste elektrische Maschine abhängig von der Schaltstellung von Schaltelementen entweder ausschließlich an die Zwischenwelle des Getriebes und damit über das Getriebe ausschließlich an die erste antreibbare Achse des Allradfahrzeugs oder zusätzlich hierzu an die zweite antreibbare Achse des Allradfahrzeugs gekoppelt. In der zweiten Ausgestaltung greift die erste elektrische Maschine vorzugweise über eine Planetengetriebestufe an der Zwischenwelle des Getriebes an.
Abhängig von der Schaltstellung von Schaltelementen ist demnach die erste elektrische Maschine entweder ausschließlich an die Zwischenwelle des Getriebes und damit über die Zwischenwelle des Getriebes ausschließlich an die erste antreibbare Achse des Allradfahrzeugs oder alternativ unter Abkopplung von der Zwischenwelle des Getriebes ausschließlich an die zweite antreibbare Achse des Allradfahrzeugs oder alternativ dann, wenn die erste elektrische Maschine über eine Planetengetriebestufe an der Zwischenwelle des Getriebes angreift, zusätzlich an die zweite antreibbare Achse des Allradfahrzeugs gekoppelt.
Die erste elektrische Maschine ist dann, wenn ein erstes Schaltelement geschlossen und ein zweites Schaltelementgeöffnet ist, unter Gewährleistung eines 2-Wheel-Drive-Betriebs ausschließlich über die Zwischenwelle des Getriebes ausschließlich an die erste antreibbare Achse des Allradfahrzeugs gekoppelt ist. Die erste elektrische Maschine ist hingegen dann, wenn das zweite Schaltelement geschlossen und das erste Schaltelement geöffnet ist, unter Gewährleistung eines 4-Wheel-Drive-Betriebs alternativ zur ersten antreibbaren Achse oder zusätzlich zu derselben an die zweite antreibbare Achse des Allradfahrzeugs gekoppelt. Diese Umschaltung zwischen einem 2-Wheel-Drive-Betrieb und einem 4-Wheel-Drive-Betrieb der Hybridantriebseinheit ist besonders vorteilhaft. Bedarfsabhängig kann entweder ausschließlich an der ersten antreibbaren Achse oder alternativ sowohl an der ersten antreibbaren Achse als auch an der zweiten antreibbaren Achse Antriebsmoment bereitgestellt werden.
Dann, wenn die erste elektrische Maschine an die Zwischenwelle des Getriebes gekoppelt ist, dient dieselbe bei an die Eingangswelle des Getriebes angekoppelten Verbrennungsmotor in erster Linie dem Zugkrafterhalt an der ersten antreibbaren Achse des Allradfahrzeugs während der Ausführung einer Schaltung im Getriebe bzw. bei von der Eingangswelle des Getriebes abgekoppelten Verbrennungsmotor der Bereitstellung von Zugkraft an der ersten antreibbaren Achse des Allradfahrzeugs.
Dann, wenn die erste elektrische Maschine an die zweite antreibbare Achse angekoppelt ist, dient dieselbe der Bereitstellung von Zugkraft an der zweiten antreibbaren Achse des Allradfahrzeugs.
Dann, wenn die erste elektrische Maschine von der Zwischenwelle des Getriebes abgekoppelt und an die zweite antreibbare Achse des Allradfahrzeugs gekoppelt ist, sind Schaltungen im Getriebe zugkraftunterbrochen. Die elektrische Maschine kann jedoch an der zweiten antreibbaren Achse Zugkraft bereitstellen.
Vorzugsweise sind das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement jeweils als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt und zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst. Die Zusammenfassung formschlüssiger Schaltelemente zu einem Doppelschaltelement ist konstruktiv bevorzugt und mit geringem Bauraum realisierbar. Die erste elektrische Maschine kann die an diesem Umschalten beteiligten Schaltelement synchronisieren.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine zweite elektrische Maschine an die Eingangswelle des Getriebes gekoppelt, wobei die zweite elektrische Maschine permanent an die Eingangswelle des Getriebes gekoppelt ist, wohingegen der Verbrennungsmotor über eine Trennkupplung schaltbar an die Eingangswelle des Getriebes gekoppelt ist. Durch die Verwendung der zweiten elektrischen Maschine, die permanent an die Eingangswelle des Getriebes gekoppelt ist, ist im rein elektrischen Betrieb ein Allradbetrieb möglich. Die zweite elektrische Maschine kann über das Getriebe in die erste antreibbare Achse des Allradfahrzeugs und die erste elektrische Maschine in die zweite antreibbare Achse des Allradfahrzeugs eintreiben.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die erste elektrische Maschine über eine Planetengetriebestufe an die Zwischenwelle des Getriebes und an die zweite antreibbare Achse des Allradfahrzeugs koppelbar, nämlich derart, dass die erste elektrische Maschine an ein erstes, antriebsseitiges Element der Planetengetriebestufe fest gekoppelt ist, wobei die Zwischenwelle an ein zweites, antriebsseitiges Element der Planetengetriebestufe fest gekoppelt ist, und wobei ein drittes, abtriebsseitiges Element der Planetengetriebestufe abhängig von der Schaltstellung des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements entweder an die erste elektrische Maschine oder an die zweite antreibbare Achse gekoppelt ist. Alternativ ist das dritte, abtriebsseitige Element der Planetengetriebestufe abhängig von der Schaltstellung des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements entweder an ein gehäuseseitiges Element oder an die zweite antreibbare Achse gekoppelt. Dann, wenn das erste Schaltelement geschlossen und das zweite Schaltelement geöffnet ist, ist die erste elektrische Maschine über die Zwischenwelle ausschließlich an die erste antreibbare Achse gekoppelt ist. Dann hingegen, wenn das erste Schaltelement geöffnet und das zweite Schaltelement geschlossen ist, ist die erste elektrische Maschine über die Planetengetriebestufe an die erste antreibbare Achse und an die zweite antreibbare Achse gekoppelt. Diese Weiterbildungen der Erfindung erlauben einen besonders vorteilhaften Betrieb eines Allradfahrzeugs im Sinne eines sogenannten elektrodynamischen Antriebssystems.
Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1 eine schematisierte Darstellung einer ersten erfindungsgemäßen Hybridantriebseinheit eines Allradfahrzeugs;
2 eine schematisierte Darstellung einer zweiten erfindungsgemäßen Hybridantriebseinheit eines Allradfahrzeugs;
3 eine schematisierte Darstellung einer dritten erfindungsgemäßen Hybridantriebseinheit eines Allradfahrzeugs; und
4 eine schematisierte Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Hybridantriebseinheit eines Allradfahrzeugs.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft eine Hybridantriebseinheit eines Allradfahrzeugs.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hybridantriebseinheit 1 eines Allradfahrzeugs mit zwei antreibbaren Achsen 2, 3, wobei es sich bei der ersten antreibbaren Achse 2 um eine Vorderachse des Allradfahrzeugs und bei der zweiten antreibbaren Achse 3 um eine Hinterachse des Allradfahrzeugs handeln kann. Im gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist sowohl der ersten antreibbaren Achse 2 als auch der zweiten antreibbaren Achse 3 jeweils ein Achsdifferenzial 4 bzw. 5 zugeordnet.
Die Hybridantriebseinheit 1 der 1 umfasst einen Verbrennungsmotor 6, eine elektrische Maschine 7 und ein Getriebe 8. Das Getriebe 8 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel von mehreren Stirnradstufen sowie mehreren formschlüssigen Schaltelementen A, B, C und D gebildet, wobei an dieser Stelle darauf hingewiesen sein soll, dass anstelle der Stirnradstufen auch Planetengetriebestufen zum Einsatz kommen können.
Die Stirnradstufen des Getriebes 8 stellen unterschiedliche Gänge mit unterschiedlichen Übersetzungen i1, i2 und i3 bereit, und zwar abhängig von der Schaltstellung der formschlüssigen Schaltelemente A, B, C und D. Die formschlüssigen Schaltelemente A und B sind zu einem ersten Doppelschaltelement 9 und die formschlüssigen Schaltelemente C und D zu einem zweiten Doppelschaltelement 10 zusammengefasst bzw. kombiniert.
Der Verbrennungsmotor 6 ist gemäß 1 unter Zwischenschaltung einer Trennkupplung 15 an eine Eingangswelle 11 des Getriebes 8 gekoppelt. Dann, wenn die Trennkupplung 15 geöffnet ist, ist der Verbrennungsmotor 6 von der Eingangswelle 11 des Getriebes 8 abgekoppelt. Dann hingegen, wenn die Trennkupplung 15 geschlossen ist, ist der Verbrennungsmotor 6 an die Eingangswelle 11 des Getriebes 8 angekoppelt.
Eine Ausgangswelle 12 des Getriebes 8 treibt in das Achsdifferenzial 4 der ersten antreibbaren Achse 2 des Allradfahrzeugs ein.
Die elektrische Maschine 7 ist weder an die Eingangswelle 11 des Getriebes 8, noch an die Ausgangswelle 12 des Getriebes 8 gekoppelt, sondern vielmehr abhängig von der Schaltstellung von vorzugsweise formschlüssigen Schaltelementen F und G entweder an eine Zwischenwelle 13 des Getriebes 8 und über das Getriebe 8 an die erste antreibbare Achse 2 des Allradfahrzeugs oder in 1 unter Umgehung des Getriebes 8 an die zweite antreibbare Achse 3 des Allradfahrzeugs, nämlich an das Achsdifferenzial 5 der zweiten antreibbaren Achse 3.
Dann, wenn ein erstes formschlüssiges Schaltelement F geschlossen und ein zweites formschlüssiges Schaltelement G geöffnet ist, ist die erste elektrische Maschine 7 unter Bereitstellung eines 2-Wheel-Drive-Betriebs ausschließlich an die Zwischenwelle 13 des Getriebes 8 und über das Getriebe 8 ausschließlich an die erste antreibbare Achse 2 gekoppelt. Dann hingegen, wenn das zweite formschlüssige Schaltelement G geschlossen und das erste formschlüssige Schaltelement F geöffnet ist, ist in 1 die erste elektrische Maschine 7 unter Gewährleistung eines 4-Wheel-Drive-Betriebs ausschließlich an die zweite antreibbare Achse 3 des Allradfahrzeugs gekoppelt ist, wobei dann die elektrische Maschine 7 dem Antrieb der zweiten antreibbaren Achse 3 und der Verbrennungsmotor 6 dem Antrieb der ersten antreibbaren Achse 2 dient.
Gemäß 1 sind die beiden formschlüssigen Schaltelemente F und G zu einem Doppelschaltelement 14 zusammengefasst.
Dann, wenn die erste elektrische Maschine 7 bei geschlossenen formschlüssigen Schaltelement F und geöffnetem formschlüssigen Schaltelemente G an die Zwischenwelle 13 des Getriebes 8 gekoppelt ist, kann dieselbe bei an die Eingangswelle 11 des Getriebes 8 gekoppeltem Verbrennungsmotor 6 zum Zugkrafterhalt an der ersten antreibbaren Achse 2 während der Ausführung einer Schaltung im Getriebe 8 an den Schaltelementen A, B, C und D genutzt werden. Bei von der Eingangswelle 11 des Getriebes 8 abgekoppeltem Verbrennungsmotor 6 stellt die erste elektrische Maschine 7 dann ebenfalls Zugkraft an der ersten antreibbaren Achse 2 des Allradfahrzeugs bereit.
Dann, wenn die erste elektrische Maschine 7 bei geöffnetem formschlüssigen Schaltelement F und geschlossenem formschlüssigen Schaltelement G vom Getriebe 8, nämlich der Zwischenwelle 13 desselben, abgekoppelt und an die zweite antreibbare Achse 3 des Allradfahrzeugs gekoppelt ist, dient dieselbe der Bereitstellung von Zugkraft an der zweiten antreibbaren Achse 3 des Allradfahrzeugs über das Achsdifferenzial 5 derselben.
Bei der Hybridantriebseinheit 1 der 1 ist demnach die Antriebswelle der ersten elektrischen Maschine 7 umkoppelbar zwischen der Zwischenwelle 13 des Getriebes 8 und damit der ersten antreibbaren Achse 2 des Allradfahrzeugs und der zweiten antreibbaren Achse 3 des Allradfahrzeugs unter Umgehung des Getriebes 8. Auf diese Art und Weise kann einfach zwischen einem 2-Wheel-Drive-Betrieb und einem 4-Wheel-Drive-Betrieb umgeschaltet werden.
Dann, wenn die erste elektrische Maschine 7 von der Zwischenwelle 13 des Getriebes 8 abgekoppelt ist, erfolgen Schaltungen im Getriebe 8 zugkraftunterbrochen, die erste elektrische Maschine 7 kann jedoch an der zweiten antreibbaren Achse 3 während der Ausführung der Schaltungen Zugkraft bereitstellen.
Bei der Hybridantriebseinheit 1 der 1 ist die erste elektrische Maschine 7 dann an die zweite antreibbare Achse 3 des Allradfahrzeugs gekoppelt, wenn einerseits das zweite formschlüssige Schaltelement G geschlossen und andererseits ein zwischen das zweite formschlüssige Schaltelement G und das Achsdifferenzial 5 der zweiten antreibbaren Achse 3 geschaltetes, weiteres formschlüssiges Schaltelement H ebenfalls geschlossen ist.
Über das formschlüssige Schaltelement H ist die zweite antreibbare Achse 3 des Allradfahrzeugs im 2-Wheel-Drive-Betrieb koppelbar, um Verluste im 2-Wheel-Drive-Betrieb durch Verhinderung eines unnötigen Mitdrehens einer Kardanwelle zu vermeiden. Das formschlüssige Schaltelement H kann jedoch auch entfallen, dasselbe ist also optional. Das formschlüssige Schaltelement H kann mit Hilfe der ersten elektrischen Maschine 7 aktiv synchronisiert werden.
Die Schaltelemente F, G und H können auch reibschlüssig sein.
Ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit 1 zeigt 2, wobei nachfolgend nur auf solche Details eingegangen wird, durch die sich das Ausführungsbeispiel der 2 vom Ausführungsbeispiel der 1 unterscheidet. Zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen werden für gleiche Baugruppen gleiche Bezugsziffern verwendet.
Im Ausführungsbeispiel der 2 umfasst die Hybridantriebseinheit 1 neben der ersten elektrischen Maschine 7, die umschaltbar entweder an die Zwischenwelle 13 und über die Zwischenwelle 13 des Getriebes 8 an die erste antreibbare Achse 2 oder unter Umgehung des Getriebes 8 an die zweite antreibbare Achse 3 gekoppelt ist, eine zweite elektrische Maschine 16, die an die Eingangswelle 11 des Getriebes 8 gekoppelt ist.
Die zweite elektrische Maschine 16 ist dabei im Unterschied zum Verbrennungsmotor 6 nicht von der Eingangswelle 11 des Getriebes 8 abkoppelbar, vielmehr ist die zweite elektrische Maschine 16 permanent an die Eingangswelle 11 des Getriebes 8 gekoppelt.
Der Vorteil des Ausführungsbeispiels der 2 gegenüber dem Ausführungsbeispiel der 1 besteht darin, dass im rein elektrischen Betrieb bei von der Eingangswelle 11 des Getriebes 8 abgekoppeltem Verbrennungsmotor 6 ebenfalls ein Allradbetrieb möglich ist. So kann die erste elektrische Maschine 7 in die zweite antreibbare Achse 3 und gleichzeitig die zweite elektrische Maschine 16 in die erste antreibbare Achse 2 des Allradfahrzeugs eintreiben. Dabei kann die zweite elektrische Maschine 16 sämtliche Gänge des Getriebes 8 nutzen.
Ein weiterer Unterschied zwischen dem Ausführungsbeispiel der 1 und dem Ausführungsbeispiel der 2 besteht darin, dass im Ausführungsbeispiel der 1 der Verbrennungsmotor 6 über eine reibschlüssige Trennkupplung 15 und im Ausführungsbeispiel der 2 über eine formschlüssige Trennkupplung 15 an die Eingangswelle 11 des Getriebes 8 ankoppelbar sowie von derselben abkoppelbar ist. Im Ausführungsbeispiel der 2 ist die formschlüssige Trennkupplung 15 über die zweite elektrische Maschine 16 synchronisierbar.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hybridantriebseinheit 1 zeigt 3, wobei auch für 3 gleiche Bezugsziffern verwendet werden, wie in 1, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden. Auch für 3 wird nur auf solche Details eingegangen, durch die sich das Ausführungsbeispiel der 3 vom Ausführungsbeispiel der 1 unterscheidet.
Im Ausführungsbeispiel der 3 ist die erste elektrische Maschine 7 über eine Planetengetriebestufe 17 an die Zwischenwelle 13 des Getriebes 8 und an die zweite antreibbare Achse 3 des Allradfahrzeugs abhängig von der Schaltstellung der Schaltelemente F und G koppelbar.
Die erste elektrische Maschine 7 ist dabei an ein erstes, antriebsseitiges Element 18 der Planetengetriebestufe 17 fest gekoppelt, wobei es sich in 3 bei diesem ersten Element 18 der Planetengetriebestufe 17 um ein Hohlrad derselben handelt.
Ein zweites, antriebsseitiges Element 19 der Planetengetriebestufe 17, in 3 ein Sonnenrad desselben, ist fest an die Zwischenwelle 13 des Getriebes 8 gekoppelt.
Ein drittes, abtriebsseitiges Element 20 der Planetengetriebestufe 17, in 3 ein Steg desselben, ist abhängig von der Schaltstellung der beiden vorzugsweise formschlüssigen Schaltelemente F und G entweder an die elektrische Maschine 7 und damit an das erste Element 18 der Planetengetriebestufe 17 oder an die zweite antreibbare Achse 3 des Allradantriebs gekoppelt.
Dann, wenn das erste formschlüssige Schaltelement F geschlossen und das zweite formschlüssige Schaltelement G geöffnet ist, ist das dritte Element 20 der Planetengetriebestufe 17 an die elektrische Maschine 7 gekoppelt. In diesem Fall ist die elektrische Maschine 7 ausschließlich an die erste antreibbare Achse 2 gekoppelt.
Dann hingegen dann, wenn das zweite formschlüssige Schaltelement G geschlossen und das erste formschlüssige Schaltelement F geöffnet ist, ist das dritte Element 20 der Planetengetriebestufe 17 an die zweite antreibbare Achse 3 des Allradantriebs gekoppelt. In diesem Fall ist die elektrische Maschine 7 an beide antreibbaren Achsen 2 und 3 gekoppelt.
Im Ausführungsbeispiel der 3 ist demnach das dritte Element 20 des Planetengetriebes, nämlich der Steg der Planetengetriebestufe 17, umkoppelbar. Dann, wenn das vorzugsweise formschlüssige Schaltelement F geschlossen ist, ist die Planetengetriebestufe 17 unter Bereitstellung eines 2-Wheel-Drive-Betriebs verblockt. Dann hingegen, wenn das formschlüssige Schaltelement G und zusätzlich das formschlüssige Schaltelement H geschlossen ist, ist ein 4-Wheel-Drive-Betrieb in Form eines sogenannten elektrodynamischen Antriebssystems möglich. In diesem Fall wirkt die Planetengetriebestufe 17 als Überlagerungsgetriebe und es kann zum Beispiel der Verbrennungsmotor 6 bei geschlossenen Schaltelementen B und D den ersten Gang des Getriebes 8 nutzen, wobei dann der Verbrennungsmotor 6 über die Trennkupplung 15 mechanisch an die erste antreibbare Achse 2 sowie an das Sonnenrad der Planetengetriebestufe 17 gekoppelt ist. Die erste elektrische Maschine 7 kann dann am Hohlrad 18 der Planetengetriebestufe 17 ein Moment aufbringen, wobei die Drehmomente am Sonnenrad und Hohlrad am Steg der Planetengetriebestufe 17 überlagert bzw. addiert werden, wobei der Steg der Planetengetriebestufe 17 in diesem Fall auf die zweite antreibbare Achse 3 des Hybridfahrzeugs wirkt.
Im Ausführungsbeispiel der 3 kann unter Nutzung des elektrodynamischen Antriebssystems eine Lastschaltung durchgeführt werden, und zwar eine Schaltung, bei welcher die Gangschaltelemente bei einer Drehzahländerung unter Last an der Planetengetriebestufe 17 lastfrei synchronisiert und geschaltet werden können. Eine derartige Lastschaltung unter Nutzung des elektrodynamischen Antriebssystems ist für diejenigen Gänge möglich, bei welchen der Verbrennungsmotor 6 an das Sonnenrad 19 der Planetengetriebestufe 17 angekoppelt bleibt.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel der 3 ist, wie bereits ausgeführt, bei geschlossenem formschlüssigem Schaltelement F die Planetengetriebestufe 17 über den Steg und das Hohlrad derselben verblockt. Im Unterschied hierzu ist auch eine andere Verblockung der Planetengetriebestufe 17 bei geschlossenem formschlüssigem Schaltelement F möglich. So könnte abweichend von dem Ausführungsbeispiel der 3 eine Verblockung der Planetengetriebestufe 17 durch Kopplung des Stegs dem Sonnenrad oder durch Kopplung des Hohlrads mit dem Sonnenrad bei geschlossenem Schaltelement F erfolgen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hybridantriebseinheit 1 unter Gewährleistung eines elektrodynamischen Antriebssystems zeigt 4, wobei sich 4 von 3 durch die Anbindung der Planetengetriebestufe 17 an die elektrische Maschine 7 sowie an das Getriebe 8 unterscheidet.
In 4 ist die elektrische Maschine 7 wiederum fest an ein erstes, antriebsseitiges Element 18 der Planetengetriebestufe 17 gekoppelt, wobei es sich bei diesem ersten Element 18 in 4 um das Sonnenrad der Planetengetriebestufe 17 handelt. Ein zweites, antriebsseitiges Element 19 der Planetengetriebestufe 17 ist fest an die Zwischenwelle 13 des Getriebes 8 gekoppelt, wobei es sich bei diesem zweiten Element 19 der Planetengetriebestufe 17 in 4 um ein Hohlrad der Planetengetriebestufe 17 handelt. Ein drittes, abtriebsseitiges Element 20 der Planetengetriebestufe 17, in 4 der Steg, ist abhängig von der Schaltstellung der formschlüssigen Schaltelemente F und G entweder an die zweite angetreibbare Achse 3 des Allradfahrzeugs oder an ein gehäuseseitiges Element 21 gekoppelt. Dann, wenn das formschlüssige Schaltelement F geschlossen ist, ist demnach der Steg der Planetengetriebestufe 17 gehäusefest angebunden. In diesem Fall stellt die Planetengetriebestufe 17 für die erste elektrische Maschine 7 eine Konstantübersetzungsstufe bereit.
Mit allen Ausführungsbeispielen kann eine variable Momentaufteilung zwischen den beiden antreibbaren Achsen 2 und 3 des Allradfahrzeugs realisiert werden.
Das Getriebe 8 der jeweiligen Hybridantriebseinheit 1 verfügt über eine in das Getriebe 8 integrierte elektrische Maschine 7, die nicht an der Eingangswelle 11 und nicht an der Ausgangswelle 12 des Getriebes 8 angreift, sondern vielmehr an einer Zwischenwelle 13 des Getriebes 8.
An dieser Zwischenwelle 13 des Getriebes 8 übernimmt die in das Getriebe 8 integrierte, erste elektrische Maschine 7 in erster Linie die Aufgabe des Zugkrafterhalts bei der Ausführung von Schaltvorgängen im Getriebe 8. Des Weiteren kann diese elektrische Maschine 7 bei abgekoppeltem Verbrennungsmotor 6 an der ersten antreibbaren Achse 2 einen elektrischen Fahrbetrieb gewährleisten.
Dann, wenn die elektrische Maschine 7 an die zweite antreibbare Achse 3 angekoppelt ist, kann ein Allradbetrieb über den Verbrennungsmotor 6 an der ersten antreibbaren Achse 2 und über die elektrische Maschine 7 an der zweiten antreibbaren Achse 3 erfolgen.
Die Umschaltung der in das Getriebe 8 integrierten elektrischen Maschine 7 zwischen der Zwischenwelle 13 des Getriebes 8 und der zweiten antreibbaren Achse 3 des Allradfahrzeugs erfolgt über zwei vorzugsweise formschlüssige Schaltelemente F und G, die vorzugsweise zum Doppelschaltelement 14 zusammengefasst sind. Die formschlüssigen Schaltelemente F und G können über die elektrische Maschine 7 synchronisiert werden.
Die erfindungsgemäße Hybridantriebseinheit kann sowohl bei Konfigurationen eingesetzt werden, bei welchen das Getriebe 8 in Fahrzeuglängsrichtung verbaut ist, als auch bei Konfigurationen, bei welchen das Getriebe in Fahrzeugquerrichtung verbaut ist. Dann, wenn das Getriebe 8 in Fahrzeugquerrichtung verbaut ist, ist die elektrische Maschine 7 vorzugsweise über einen Kegeltrieb oder Ähnliches mit der zweiten antreibbaren Achse 3 verbindbar.
Zwischen die elektrische Maschine 7 und die zweite antreibbare Achse 3 kann eine Übersetzungsstufe geschaltet sein, um mit der elektrischen Maschine 7 ein größeres Drehmoment an der entsprechenden Achse bereitzustellen.
In 3 und 4 erfolgt die Ankopplung der elektrischen Maschine 7 über eine zusätzliche Planetengetriebestufe 17 unter Bereitstellung eines elektrodynamischen Antriebssystems. Die Antriebsleistung des Verbrennungsmotors 6 kann variabel an der zweiten antreibbaren Achse 3 bereitgestellt bzw. auf dieselbe übertragen werden. Dabei ist dann auch eine leicht unterschiedliche Drehzahl zwischen beiden antreibbaren Achsen 2 und 3 des Allradfahrzeugs ausgleichbar.
Bezugszeichenliste

1: Hybridantriebseinheit
2: antreibbare Achse
3: antreibbare Achse
4: Achsdifferential
5: Achsdifferential
6: Verbrennungsmotor
7: elektrische Maschine
8: Getriebe
9: Doppelschaltelement
10: Doppelschaltelement
11: Eingangswelle
12: Ausgangswelle
13: Zwischenwelle
14: Doppelschaltelement
15: Trennkupplung
16: elektrische Maschine
17: Planetengetriebestufe
18: Element
19: Element
20: Element
21: Gehäuse
A: Schaltelement
B: Schaltelement
C: Schaltelement
D: Schaltelement
F: Schaltelement
G: Schaltelement
H: Schaltelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008044035 A1 [0002]

Claims

Hybridantriebseinheit (1) eines Allradfahrzeugs, mit einem Verbrennungsmotor (6), mindestens einer elektrischen Maschine (7, 16), und einem Getriebe (8), wobei der Verbrennungsmotor (6) an eine Eingangswelle (11) des Getriebes (8) gekoppelt ist, und wobei eine Ausgangswelle (12) des Getriebes (8) an eine erste antreibbare Achse (2) des Allradfahrzeugs gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste elektrische Maschine (7) abhängig von der Schaltstellung von Schaltelementen (F, G) entweder ausschließlich an eine Zwischenwelle (13) des Getriebes (8) und damit über das Getriebe (8) ausschließlich an die erste antreibbare Achse (2) des Allradfahrzeugs oder zusätzlich hierzu oder alternativ hierzu an eine zweite antreibbare Achse (3) des Allradfahrzeugs gekoppelt ist.
Hybridantriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrische Maschine (7) im an die Zwischenwelle (13) des Getriebes (8) gekoppelten Zustand bei an die Eingangswelle (11) des Getriebes (8) angekoppeltem Verbrennungsmotor (6) dem Zugkrafterhalt an der ersten antreibbaren Achse (2) des Allradfahrzeugs während der Ausführung einer Schaltung im Getriebe (8) und/oder bei von der Eingangswelle (11) des Getriebes (8) abgekoppeltem Verbrennungsmotor (6) der Bereitstellung von Zugkraft an der ersten antreibbaren Achse (2) des Allradfahrzeugs dient, und wobei die erste elektrische Maschine (7) im an die zweite antreibbare Achse (3) gekoppelten Zustand der Bereitstellung von Zugkraft an der zweiten antreibbaren Achse (3) des Allradfahrzeugs dient.
Hybridantriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrische Maschine (7) dann, wenn ein erstes Schaltelement (F) geschlossen und ein zweites Schaltelement (G) geöffnet ist, unter Gewährleistung eines 2-Wheel-Drive-Betriebs ausschließlich über die Zwischenwelle (13) des Getriebes (8) ausschließlich an die erste antreibbare Achse (2) des Allradfahrzeugs gekoppelt ist, und dass die erste elektrische Maschine (7) dann, wenn das zweite Schaltelement (G) geschlossen und das erste Schaltelement (F) geöffnet ist, unter Gewährleistung eines 4-Wheel-Drive-Betriebs alternativ oder zusätzlich an die zweite antreibbare Achse (3) des Allradfahrzeugs gekoppelt ist.
Hybridantriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (F) und das zweite Schaltelement (G) als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt und zu einem Doppelschaltelement (14) zusammengefasst sind.
Hybridantriebseinheit nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite antreibbare Achse (3) des Allradfahrzeugs im 2-Wheel-Drive-Betrieb über ein drittes Schaltelement (H) abkoppelbar ist.
Hybridantriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite elektrische Maschine (16) an die Eingangswelle (11) des Getriebes (8) gekoppelt ist.
Hybridantriebseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrische Maschine (16) permanent an die Eingangswelle (11) des Getriebes (8) gekoppelt ist, wohingegen der Verbrennungsmotor (6) über eine Trennkupplung (15) schaltbar an die Eingangswelle (11) des Getriebes (8) gekoppelt ist.
Hybridantriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrische Maschine (7) über eine Planetengetriebestufe (17) an die Zwischenwelle (13) des Getriebes (8) und an die zweite antreibbare Achse (3) des Allradfahrzeugs koppelbar ist, nämlich derart, dass die erste elektrische Maschine (7) an ein erstes, antriebsseitiges Element (18) der Planetengetriebestufe (17) fest gekoppelt ist, wobei die Zwischenwelle (13) an ein zweites, antriebsseitiges Element (19) der Planetengetriebestufe (17) fest gekoppelt ist, und wobei ein drittes, abtriebsseitiges Element (20) der Planetengetriebestufe (17) abhängig von der Schaltstellung des ersten Schaltelements (F) und des zweiten Schaltelements (G) entweder an die erste elektrische Maschine (7) oder an die zweite antreibbare Achse (3) gekoppelt ist, wobei dann, wenn das erste Schaltelement (F) geschlossen und das zweite Schaltelement (G) geöffnet ist, die erste elektrische Maschine (7) über die Zwischenwelle (13) ausschließlich an die erste antreibbare Achse (2) gekoppelt ist, wohingegen dann, wenn das erste Schaltelement (F) geöffnet und das zweite Schaltelement (G) geschlossen ist, die erste elektrische Maschine (7) über die Planetengetriebestufe (17) an die erste antreibbare Achse (2) und an die zweite antreibbare Achse (3) gekoppelt ist.
Hybridantriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrische Maschine (7) über eine Planetengetriebestufe (17) an die Zwischenwelle (13) des Getriebes (8) und an die zweite antreibbare Achse (3) des Allradfahrzeugs koppelbar ist, nämlich derart, dass die erste elektrische Maschine (7) an ein erstes, antriebsseitiges Element (18) der Planetengetriebestufe (17) fest gekoppelt ist, wobei die Zwischenwelle (13) an ein zweites, antriebsseitiges Element (19) der Planetengetriebestufe (17) fest gekoppelt ist, und wobei ein drittes, abtriebsseitiges Element (20) der Planetengetriebestufe (17) abhängig von der Schaltstellung des ersten Schaltelements (F) und des zweiten Schaltelements (G) entweder an ein gehäuseseitiges Element (21) oder an die zweite antreibbare Achse (3) gekoppelt ist, wobei dann, wenn das erste Schaltelement (F) geschlossen und das zweite Schaltelement (G) geöffnet ist, die erste elektrische Maschine (7) über die Zwischenwelle (13) ausschließlich an die erste antreibbare Achse (2) gekoppelt ist, wohingegen dann, wenn das erste Schaltelement (F) geöffnet und das zweite Schaltelement (G) geschlossen ist, die erste elektrische Maschine (7) über die Planetengetriebestufe (17) an die erste antreibbare Achse (2) und an die zweite antreibbare Achse (3) gekoppelt ist.