DE102015217159A1

DE102015217159A1 - Autarke elektrische Achse für Allradantrieb

Info

Publication number: DE102015217159A1
Application number: DE102015217159.0A
Authority: DE
Inventors: Ryan M. True; Christopher J. Kowalsky
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2014-09-10
Filing date: 2015-09-08
Publication date: 2016-03-10
Also published as: US9656541B2; US20160068053A1

Abstract

Ein Antriebsstrang (12) eines Kraftfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor (10) zum Antreiben des Fahrzeugs und ein Verfahren der Anordnung können eine autarke Antriebsachsenanordnung (35) umfassen. Die autarke Antriebsachsenanordnung (35) kann einen Elektromotor (18) zum Antreiben des Kraftfahrzeugs, der koaxial mit einem ersten Abschnitt der Antriebsachsenanordnung (35) montiert ist und diesen umgibt, und eine Ausrückkupplung (20), die koaxial mit einem zweiten Abschnitt der Antriebsachsenanordnung (35) für das selektive Verbinden der angetriebenen Rotation zwischen dem Elektromotor (18) und einem Getriebe (14) montiert ist und diesen umgibt, umfassen. Die Antriebsachsenanordnung (35) kann das Getriebe (14) mit mindestens einer Getriebe- (15) und einer Leistungsabtriebseinheit (40) umfassen, das koaxial mit einem dritten Abschnitt der Antriebsachsenanordnung (35) für das Übertragen angetriebener Rotation auf ein Paar Räder (16a, 16b) durch die Antriebsachsenanordnung (35) montiert ist und diesen umgibt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf Hybridantriebssysteme für Kraftfahrzeuge und im Besonderen auf einen integrierten Elektromotor und eine Achsenanordnung zur Anwendung in Hybridmotorfahrzeugen.
HINTERGRUND
Bekannte Kraftfahrzeuge können einen Verbrennungsmotor und eine Elektroantriebsvorrichtung, beispielsweise einen Elektromotor, als primäre Energiequellen für das Antreiben des Kraftfahrzeugs umfassen. Die Wirkungsweise des Fahrzeugs kann zusätzlich eine Hybridenergiequelle umfassen, die auf einer Wechselwirkung zwischen dem Verbrennungsmotor und der Elektroantriebsvorrichtung basiert. Bekannte Hybridantriebsstränge schneiden aufgrund verlorengegangener Energie während eines normalen Fahrzeugbetriebs in der Leistungserbringung und Funktion im Allgemeinen nicht so gut wie vergleichbare Fahrzeuge ab, die durch einen Verbrennungsmotor angetrieben werden. Viele bekannte Hybridantriebsstränge werden in Zweiradantriebsfahrzeugen angewandt, um eine Einzel-Achse eines Fahrzeugs aufgrund von Fokussierung auf einen effizienten und ökonomischen Betrieb anzutreiben. In einem Allradantriebsfahrzeug wird eine Dreh-Eingangsleistung auf eine zweite Achse angewandt, die ein zweites Paar Räder durch eine zweite Elektroantriebsvorrichtung antreibt, und eine erste oder vordere Achse, die ein erstes Paar Räder antreibt, wird durch den Antriebsstrang angetrieben. Energieumwandler und verschiedene Antriebsstränge sind im U.S. Patent No. 7 854 278 ; U.S. Patent No. 7 836 992 ; U.S. Patent No. 7 398 841 ; U.S. Patent No. 7 040 186 ; und U.S. Patent No. 6 699 151 offenbart. Allradantriebshybridfahrzeuge sind im U.S. Patent No. 7 921 949 ; U.S. Patent No. 7 464 779 ; U.S. Patent No. 6 880 664 ; U.S. Patent No. 6 595 308 ; und U.S. Patent No. 6 205 379 offenbart.
ZUSAMMENFASSUNG
Hybridantriebsstränge geben Verlustenergie in Form von heißen Abgasen während des normalen Betriebs ab. Es empfiehlt sich, eine Energieumwandlungsvorrichtung bereitzustellen, um die Verlustenergie zu verwerten und die Verlustenergie in eine verwertbare Energie umzuwandeln, um das Fahrzeug effizienter anzutreiben. Ferner empfiehlt es sich, ein Getriebe bereitzustellen, das als eine Übergangsstelle zwischen einem ersten und einem zweiten Paar Räder im Allradantriebsfahrzeug arbeitet, um das Ausmaß des Drehmoments zu senken, das durch den Elektromotor erzeugt werden soll, um beide Antriebsstränge anzutreiben. Ferner empfiehlt es sich, einen Unterbrechungsmechanismus bereitzustellen, um den Elektromotor von einem Getriebe zu trennen, das das Drehmoment zwischen den Rädern des Fahrzeugs überträgt, um eine Uberdrehzahlrotation des Elektromotors hintanzuhalten. Ein Trennen des Getriebes vom Elektromotor kann dem Getriebe und dem Elektromotor ermöglichen, sich unabhängig voneinander zu drehen, um mechanischen Widerstand herabzusetzen. Ein Allradantriebsfahrzeug kann eine autarke elektrische Achse und ein Energieerzeugungssystem umfassen, das Energie einsetzt, die während des normalen Fahrzeugbetriebs verloren geht, wie beispielsweise Abwärme oder regenerative Bremsarbeit. Das Energieerzeugungssystem kann unabhängig vom Fahrzeugantriebssystem betrieben werden und kann ein mechanisches System, ein Energieversorgungssystem und ein Steuerungssystem umfassen. Ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bei gleichzeitiger Abgabe von Verlustenergie während des Betriebs kann einen Antriebsstrang für das Übertragen des Drehmoments zwischen mindestens einem Paar Räder umfassen. Der Antriebsstrang kann eine autarke Antriebsachse mit einem Elektromotor, einer Ausrückkupplung und einem Getriebe aufweisen. Der Elektromotor kann das Kraftfahrzeug antreiben und kann koaxial mit einem ersten Abschnitt der Antriebsachsenanordnung montiert sein und diesen umgeben. Die Ausrückkupplung kann koaxial mit einem zweiten Abschnitt der Antriebsachsenanordnung montiert sein und diesen umgeben, um die angetriebene Rotation zwischen dem Elektromotor und dem Getriebe selektiv zu verbinden. Das Getriebe kann mindestens eine einer Getriebe- und einer Leistungsabtriebseinheit umfassen und kann koaxial mit einem dritten Abschnitt der Antriebsachsenanordnung montiert sein und diesen umgeben, um die angetriebene Rotation durch die Antriebsachsenanordnung an mindestens ein Paar Räder zu übertragen.
Ein Allradantriebskraftfahrzeug kann einen Verbrennungsmotor zum Antrieb des Kraftfahrzeugs bei gleichzeitiger Abgabe von Verlustenergie während des Betriebs aufweisen. Das Allradantriebskraftfahrzeug kann einen ersten Antriebsstrang für das Übertragen des Drehmoments zwischen mindestens einem Paar Räder, einen zweiten Antriebsstrang für das Übertragen des Drehmoments zwischen einem zweiten Paar Räder, ein Energieversorgungssystem und ein Steuerungssystem umfassen. Der erste Antriebsstrang kann eine autarke Antriebsachsenanordnung mit einem Elektromotor für das Antreiben des Kraftfahrzeugs, der koaxial mit einem ersten Abschnitt der Antriebsachsenanordnung montiert ist und diesen umgibt, eine Ausrückkupplung, die koaxial mit einem zweiten Abschnitt der Antriebsachsenanordnung für das selektive Verbinden der angetriebenen Rotation zwischen dem Elektromotor montiert ist und diesen umgibt, und ein Getriebe mit mindestens einer einer Getriebe- und einer Leistungsabtriebseinheit umfassen. Das Getriebe kann koaxial mit einem dritten Abschnitt der Antriebsachsenanordnung und diesen umgebend, montiert sein. Die Leistungsabtriebseinheit kann durch die Antriebsachsenanordnung angetriebene Rotation an das mindestens eine Paar Räder, und von dem ersten Antriebsstrang zum zweiten Antriebsstrang übertragen. Das Energieversorgungssystem kann Verlustenergie, die vom Kraftfahrzeug während eines normalen Betriebs abgegeben wird, verwerten, die Verlustenergie in elektrische Energie für das Drehen des Elektromotors umwandeln und die umgewandelte Energie solange speichern, bis sie gebraucht wird. Das Steuerungssystem kann mindestens einen ersten und einen zweiten Fahrzeugsensor und eine elektronische Steuerungseinheit aufweisen. Der erste Fahrzeugsensor kann eine Drehzahl des Elektromotors detektieren, und die elektronische Steuerungseinheit kann die Ausrückkupplung selektiv steuern, wenn die durch den ersten Fahrzeugsensor detektierte Drehzahl eine Schwellenwertdrehzahl übersteigt. Der zweite Fahrzeugsensor kann das Betriebsverhalten des Kraftfahrzeugs detektieren, und die elektronische Steuerungseinheit kann die Betätigung des Elektromotors als Antwort auf den zweiten Fahrzeugsensor selektiv steuern. Das Anordnen eines Antriebsstranges in einem Kraftfahrzeug kann das Anordnen einer autarken Antriebsachsenanordnung umfassen. Das Verfahren kann das Montieren eines Elektromotors für das Antreiben des Kraftfahrzeugs koaxial mit einem ersten Abschnitt der Antriebsachsenanordnung, und diesen umgebend, umfassen. Das Verfahren kann ferner das Verbinden einer Ausrückkupplung, die koaxial mit einem zweiten Abschnitt der Antriebsachsenanordnung, und diesen umgebend, montiert ist, umfassen, um die angetriebene Rotation zwischen dem Elektromotor und einem Getriebe selektiv zu verbinden. Das Verfahren kann ferner das Positionieren des Getriebes umfassen, das mindestens eine einer Getriebe- und einer Leistungsabtriebseinheit aufweist. Das Getriebe kann koaxial mit einem dritten Abschnitt der Antriebsachsenanordnung, und diesen umgebend, montiert sein, um die angetriebene Rotation an mindestens ein Paar Räder durch die Antriebsachsenanordnung zu übertragen. Andere Anwendungen der vorliegenden Erfindung werden für die Fachleute nach Lesen der nachstehenden Beschreibung der besten Art und Weise, in der die Erfindung in die Praxis umgesetzt werden könnte, im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen, offensichtlich sein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die hierin ausgeführte Beschreibung nimmt Bezug auf die begleitenden Zeichnungen, worin sich gleichen Bezugsziffern auf gleiche Teile in allen Ansichten beziehen, und worin:
1 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor für das Antreiben des Kraftfahrzeugs und eines Antriebsstrangs für das Übertragen des Drehmoments zwischen einem Paar Räder ist, wobei eine autarke Antriebsachsenanordnung den Antriebsstrang mit einem Elektromotor für das Antreiben des Kraftfahrzeugs, der koaxial mit einem ersten Abschnitt der Antriebsachsenanordnung, und diesen umgebend, montiert ist, eine Ausrückkupplung, die koaxial mit einem zweiten Abschnitt der Antriebsachsenanordnung für ein selektives Verbinden der angetriebenen Rotation zwischen dem Elektromotor, und diesen umgebend, montiert ist, und ein Getriebe gezeigt ist, die eine Getriebe- und eine Leistungsabtriebseinheit aufweist, das koaxial mit einem dritten Abschnitt der Antriebsachsenanordnung, und diesen umgebend, montiert ist, um die angetriebene Rotation an das Paar Räder durch die Antriebsachse zu übertragen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Mit nunmehriger Bezugnahme auf 1, ist ein Kraftfahrzeug dargestellt, das einen Verbrennungsmotor 10 für das Antreiben des Kraftfahrzeugs bei gleichzeitiger Abgabe von Verlustenergie während des Betriebs und einen Antriebsstrang 12 für das Übertragen des Drehmoments zwischen mindestens einem Paar Räder 16a, 16b aufweisen kann. Das Kraftfahrzeug kann einen ersten Antriebsstrang 12, der ein erstes Paar Räder 16a, 16b antreibt, und einen zweiten Antriebsstrang 36, der ein zweites Paar Räder 38a, 38b antreibt, aufweisen. Das Kraftfahrzeug kann in einem Allradantriebsmodus so betrieben werden, dass die Drehkraft vom ersten Antriebsstrang 12 auf den zweiten Antriebsstrang 36 übertragen wird. Der erste Antriebsstrang 12 kann eine erste Achsenanordnung 34 umfassen, die das erste Paar Räder 16a, 16b verbindet. Der erste Antriebsstrang 12 kann eine autarke Antriebsachsenanordnung 35 für das Antreiben des ersten Paares Räder 16a, 16b umfassen. Die erste Achsenanordnung 34 kann die autarke Antriebsachsenanordnung 35 umfassen. Die erste Achsenanordnung 34 kann auch ein erstes Differentialgetriebe umfassen, das ein Paar Halbachswellen 35a, 35b verbindet. Jede Halbachswelle des Halbachswellen 35a, 35b -Paars kann antreibend mit einem entsprechenden Rad des ersten Räder 16a, 16b -Paares verbunden sein. Der zweite Antriebsstrang 36 kann eine zweite Achsenanordnung 44 umfassen, die das zweite Paar Räder 38a, 38b verbindet. Die zweite Achsenanordnung 44 kann ein zweites Differentialgetriebe für das Verbinden des zweiten Räder 38a, 38b -Paares durch ein zweites Halbachswellenpaar umfassen. Die autarke Antriebsachsenanordnung 35 kann eine elektrische Antriebsvorrichtung, oder einen Elektromotor 18, für das Antreiben des Kraftfahrzeugs umfassen. Der Elektromotor 18 kann koaxial mit der Antriebsachsenanordnung 35 zwischen jedem Rad des ersten Räder 16a, 16b -Paares montiert sein. Der Elektromotor 18 kann einen ersten Abschnitt der Antriebsachsenanordnung 35 umgeben. Die autarke Antriebsachsenanordnung 35 kann ferner eine Ausrückkupplung 20, die koaxial mit einem zweiten Abschnitt der Antriebsachsenanordnung 35, und diesen umgebend, montiert ist, und ein Getriebe 14 umfassen, das koaxial mit einem dritten Abschnitt der Antriebsachsenanordnung 35, und diesen umgebend, montiert ist. Die Ausrückkupplung 20 kann die angetriebene Rotation zwischen dem Elektromotor 18 und dem Getriebe 14 selektiv verbinden. Das Getriebe 14 kann mindestens eine einer Getriebe- 15 und einer Leistungsabtriebseinheit 40 umfassen. Das Getriebe 15 kann die angetriebene Rotation vom Elektromotor 18 und/oder einer Antriebswelle 19 des Verbrennungsmotors an das erste Paar Räder 16a, 16b durch die Antriebsachsenanordnung 35 und eine Schaltkupplungsanordnung 21 übertragen. In einem Allradantriebskraftfahrzeug mit einem ersten und einem zweiten Antriebsstrang 12, 36 kann die Leistungsabtriebseinheit 40 Drehkraft vom ersten Antriebsstrang 12 an den zweiten Antriebsstrang 36 übertragen werden, wenn sich das Kraftfahrzeug in einem Allradantriebsmodus befindet. Der Verbrennungsmotor 10 kann ein Antriebsdrehmoment an die erste Achsenanordnung 34 durch die Getriebeeinheit 15 des Getriebes 14 übertragen. Der Elektromotor 18, die Ausrückkupplung 20 und das Getriebe 14 können in einem Gehäuse 23 der autarken Achsenanordnung 35 angeordnet und für das Antreiben der Rotation des ersten Differentialgetriebes zwischen jedem Rad des ersten Paares Räder 16a, 16b montiert sein. Beispielhaft und nicht einschränkend kann das Gehäuse 23 unterschiedliche Gehäuseeinheitsabschnitte in einer Art und Weise umfassen, dass die unterschiedlichen Gehäuseeinheitsabschnitte einen Abschnitt umfassen können, der den Elektromotor 18 beinhaltet, einen Abschnitt, der die Ausrückkupplung 20 beinhaltet, und einen Abschnitt, der das Getriebe 14 beinhaltet, worin die unterschiedlichen Gehäuseeinheitsabschnitte mit Bezug auf einander in eine autarke Antriebsachsengehäuseanordnung 35 kombiniert und verbunden werden können. Beispielhaft und nicht einschränkend kann das Getriebe 14 eine Planetengetriebeanordnung für das Steuern des Antriebsmoments, das vom Verbrennungsmotor 10 und dem Elektromotor 18 durch das das Paar Halbachswellen 35a, 35b verbindende erste Differentialgetriebe an jedes Rad des ersten Paares Räder 16a, 16b übertragen wird. Die Planetengetriebeanordnung kann eine Konfiguration eines Sonnenrades, eines Hohlrades und einer Vielzahl an Planetenrädern umfassen, die drehbar durch einen Planetengetriebeträger gelagert sind. Planetengetriebeanordnungen sind dem Stand der Technik nach allgemein bekannt, und werden von den Fachleuten als verstanden erachtet, und werden daher in diesem Zusammenhang nicht weiter erklärt. Die Ausrückkupplung 20 kann den Elektromotor 18 und das Getriebe 14 selektiv verbinden. Beispielhaft und nicht einschränkend kann mindestens eine durch den Elektromotor 18 drehbare Abtriebswelle das Sonnenrad der Planetengetriebeanordnung innerhalb des Getriebes 14 drehen, um dem ersten Paar Räder 16a, 16b ein Antriebsmoment bereitzustellen. Beispielhaft und nicht einschränkend kann das Hohlrad feststehend gehalten werden, und die Rotation der Rotorwelle und des Sonnenrades kann die Vielzahl an Planetenräder dazu veranlassen sich zu drehen und den Planetengetriebeträger mit verminderter Drehzahl anzutreiben. Der Planetengetriebeträger kann das erste Differentialgetriebe antreiben, das die Halbachswellen 35a, 35b verbindet. Energie kann durch eine Konfiguration von Ritzeln und seitlichen Zahnrädern, wie den Fachleuten bekannt ist, an Halbachswellen 35a, 35b übertragen werden, um jedes Rad des ersten Räder 16a, 16b -Paares anzutreiben. Der Antriebsstrang 12 kann ferner ein Energieversorgungssystem 22 für das Verwerten von Verlustenergie umfassen, die von dem Verbrennungsmotor 10 abgegeben wird, wobei die Verlustenergie in elektrische Energie für das Drehen des Elektromotors 18 umgewandelt, und die elektrische Energie gespeichert wird. Das Energieversorgungssystem 22 kann Verlustenergie, die während eines normalen Kraftfahrzeugbetriebs abgegeben worden ist, verwerten und kann die Verlustenergie in elektrische Energie umwandeln. Das Energieversorgungssystem 22 kann dann die elektrische Energie in einem Energiespeicher 32 speichern. Das Energieversorgungssystem 22 kann einen thermoelektrischen Generator 29 umfassen, der die Verlustwärmeenergie aus einer Abgasleitung 30 des Verbrennungsmotors 10 verwertet. Der Energiespeicher 32 kann mindestens einen eines Batteriesatzes 32a und eines Kondensators 32b aufweisen. Der Elektromotor 18 kann in elektrischer Kommunikation mit dem Energiespeicher 32 durch einen Steuerungsschalter 42 sein, der den Elektromotor 18 und den mindestens einen des Batteriesatzes 32a und des Kondensators 32b verbindet. Der Antriebsstrang 12 kann ferner ein Steuerungssystem 24 aufweisen, das mindestens einen Fahrzeugsensor 26a, 26b für das Detektieren des Betriebsverhaltens des Kraftfahrzeugs und eine elektronische Steuerungseinheit 28 aufweist. Die elektronische Steuerungseinheit 28 kann die Betätigung des Elektromotors 18, die Betätigung der Ausrückkupplung 20 und den Betriebsablauf des Energieversorgungssystems 22 steuern, das auf einem Steuerungsprogramm basiert, das in einem Speicher in Antwort auf den Fahrzeugsensor 26a, 26b gespeichert ist. Die elektronische Steuerungseinheit 28 kann einen Mikro-Computer umfassen, der eine Zentralrecheneinheit, einen Direktzugriffsspeicher, einen Nur-Lese-Speicher und eine Eingabe-Ausgabe-Betätigungsschnittstelle aufweist. Beispielhaft und nicht einschränkend kann der mindestens eine Fahrzeugsensor 26a, 26b einen Beschleunigungswegsensor, einen Bremsstatusschalter, einen Energiespeichertemperatursensor, einen Energiespeicherzustand eines Ladungssensors, einen Motordrehzahlsensor, einen Elektromotordrehzahlsensor und einen Antriebswellensensor, der die Drehzahl der Antriebswelle 19, die durch den Motor 10 für das Übertragen der Drehkraft an die erste Achsenanordnung 34 angetrieben wird, umfassen. Der mindestens eine Fahrzeugsensor 26a, 26b kann einen ersten Fahrzeugsensor 26a für das Detektieren einer Drehzahl des Elektromotors 18 umfassen. Die Steuerungseinheit 28 kann die Ausrückkupplung 20 ausrücken, wenn die durch den ersten Fahrzeugsensor 26a detektierte Drehzahl eine Schwellenwertdrehzahl derart übersteigt, dass sich der Elektromotor 18 und das Getriebe 14 unabhängig voneinander drehen können, wenn die Ausrückkupplung 20 ausgerückt ist. Das Steuerungssystem 24 kann einen zweiten Fahrzeugsensor 26b in elektronischer Kommunikation mit dem Schalter 42 umfassen, wo die elektronische Steuerungseinheit 28 den Schalter zwischen einer Ladeposition, einer Entladeposition und einer Isolierposition als Antwort auf den Fahrzeugsensor 26b schalten kann. Die Ladeposition kann durch das Energieversorgungssystem 22 definiert sein, das Energie aus dem Elektromotor 18 verwertet, die Entladeposition kann durch das Energieversorgungssystem 22 definiert sein, das dem Elektromotor 18 elektrische Energie zuführt, und die Isolierposition kann durch das Energieversorgungssystem definiert sein, das mit Bezug auf den Elektromotor 18 isoliert ist. Im Betrieb kann das Kraftfahrzeug in einem eines Verbrennungsmotormoduses, eines elektrischen Modus und eines Hybridmoduses betrieben werden. Der Verbrennungsmotormodus kann durch den Verbrennungsmotor 10, der allein das Kraftfahrzeug antreibt, definiert sein, und der elektrische Modus kann durch den Elektromotor 18, der allein das Kraftfahrzeug antreibt, definiert sein. Der Hybridmodus kann durch die Kombination des Verbrennungsmotors 10 und des Elektromotors 18, die das Fahrzeug antreiben, definiert sein. Das Kraftfahrzeug kann zwischen den Betriebsarten durch einen Fahrzeuglenker oder durch das Steuerungssystem 24 automatisch, je nach verschiedenen Fahrzeugbetriebszuständen, selektiv hin- und herbewegt werden, wobei beispielhaft und nicht einschränkend Fahrzeuggeschwindigkeit, Beschleunigungsbedarf und Batterieladezustand umfasst sind. Der Motor 10 kann mit jedem Typ oder jeder Art von Treibstoff, wie beispielsweise Benzin, Diesel, Wasserstoff, Ethanol, Biodiesel oder jedem beliebigen anderen Treibstoff oder einer Kombination von Treibstoffen betrieben werden. Befindet sich das Fahrzeug im elektrischen Modus oder im Hybridmodus, dann kann das Steuerungssystem 24 den Schalter 42 als Antwort auf den Fahrzeugsensor 26b selektiv schalten. Der mindestens eine Fahrzeugsensor 26b kann ein elektrisches Potential des Elektromotors 18 detektieren. Wenn der Fahrzeugsensor 26b detektiert, dass das elektrische Potential des Elektromotors 18 größer als ein elektrisches Potential des Energiespeichers 32 ist, kann die elektronische Steuerungseinheit 28 den Schalter 42 in die Ladeposition schalten, sodass das Energieversorgungssystem 22 Energie aus dem Elektromotor 18 verwerten kann. Wenn der Fahrzeugsensor 26b detektiert, dass das elektrische Potential des Elektromotors 18 geringer als das elektrische Potential des Energiespeichers 32 ist, kann die elektronische Steuerungseinheit 28 den Schalter 42 in die Entladeposition schalten, sodass das Energieversorgungssystem 22 dem Elektromotor 18 elektrische Energie zuführen kann, um das Fahrzeug anzutreiben. Ist das Kraftfahrzeug mit einer langsameren Geschwindigkeit in Betrieb und wünscht ein Fahrer, die sich drehenden Räder zu bremsen, dann dreht sich der Elektromotor 18 weiter, während er durch die Trägheit des Fahrzeugs angetrieben wird, und der Schalter 42 wird in die Ladeposition gebracht, um mechanischen Widerstand zu erzeugen, der gegen die der Bewegung des Fahrzeugs entsprechende fortgesetzte Drehung der Räder wirkt. Die Rotation des Elektromotors 18 wirkt als mechanischer Widerstand gegen die Rotation der Räder oder als regenerative Bremsarbeit, und erzeugt ein hohes elektrisches Potential im Elektromotor 18, das im Energiespeicher 32 verwertet und gespeichert werden soll. Ist das Fahrzeug im Verbrennungsmotormodus im Betrieb und treibt der Elektromotor 18 das Fahrzeug nicht an, dann kann der Schalter 42 in die Isolierposition geschaltet werden. Im Verbrennungsmotormodus kann der Elektromotor 18 durch die Rotation des ersten Paares Räder 16a, 16b rückangetrieben werden. Detektiert der Fahrzeugsensor 26a, dass sich der Elektromotor 18 schneller als eine Schwellenwertdrehzahl dreht, dann kann die Ausrückkupplung 20 durch die elektronische Steuerungseinheit 28 für das selektive Trennen des Elektromotors 18 und des Getriebes 14 betätigt werden. Ist die Ausrückkupplung 20 ausgerückt, können sich der Elektromotor 18 und das Getriebe 14 unabhängig voneinander so drehen, dass die Drehkraft vom ersten Paar Räder 16a, 16b an den Elektromotor 18 nicht übertragen wird. Ein Trennen des Elektromotors 18 und des Getriebes 14 kann eine Überdrehzahlrotation des Elektromotors 18 hintanhalten und einen mechanischen Widerstand innerhalb des Antriebsstrangs 12 herabsetzen. Wird das Kraftfahrzeug von dem Verbrennungsmotor 10 im Motormodus und im Hybridmodus angetrieben, kann der thermoelektrische Generator 29 des Energieversorgungssystems 22 Verlust-Abwärme-Energie von der Abgasleitung 30 verwerten und die Abwärme-Energie in elektrische Energie für das Drehen des Elektromotors 18 umwandeln. Der thermoelektrische Generator 29 kann so konfiguriert sein, wie er den Fachleuten bekannt ist. Die umgewandelte elektrische Energie kann dann im Energiespeicher 32 solange gespeichert werden, bis die elektronische Steuerungseinheit 28 den Schalter 42 in die Entladeposition für das Drehen des Elektromotors 18 schaltet. Ein Antriebsstrang 12 kann in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein. Das Verfahren kann das Anordnen einer autarken Antriebsachsenanordnung 35 umfassen. Das Anordnen der autarken Antriebsachsenanordnung 35 kann das Montieren eines Elektromotors 18 für das Antreiben des Kraftfahrzeugs umfassen, der koaxial mit einem ersten Abschnitt der Antriebsachsenanordnung 35 montiert ist und diesen umgibt, wobei eine Ausrückkupplung 20, die koaxial mit einem zweiten Abschnitt der Antriebsachsenanordnung 35 für das selektive Verbinden der angetriebenen Rotation zwischen dem Elektromotor 18 und einem Getriebe 14 montiert ist und diesen umgibt, eingerückt wird, und das Getriebe 14 positioniert wird. Das Getriebe 14 kann mindestens eine einer Getriebe- 15 und einer Leistungsabtriebseinheit 40 umfassen, und kann koaxial mit einem dritten Abschnitt der Antriebsachsenanordnung 35 für das Übertragen der angetriebenen Rotation auf mindestens ein Paar Räder 16a, 16b durch die Antriebsachse 35 montiert sein und diesen umgeben.
Die Erfindung ist zwar im Zusammenhang mit dem beschrieben worden, was gegenwärtig als die praktischste und bevorzugteste Ausführungsform erachtet wird, nichtsdestotrotz wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung auf die offenbarten Ausführungsformen nicht eingeschränkt werden soll, sondern dass sie vielmehr verschiedene Abänderungen und äquivalente Anordnungen abdecken soll, die vom Wesen und Schutzumfang der beigefügten Ansprüche umfasst sind, deren Schutzumfang möglichst weit ausgelegt werden soll, sodass alle derartigen Abänderungen und äquivalente Strukturen – soweit gesetzlich zulässig – davon umfasst sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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US 7040186 [0002]
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US 6880664 [0002]
US 6595308 [0002]
US 6205379 [0002]

Claims

Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (10) für das Antreiben des Kraftfahrzeugs bei gleichzeitiger Abgabe von Verlustenergie während des Betriebs und mit einem Antriebsstrang (12) für das Übertragen eines Drehmoments zwischen mindestens einem Paar Räder (16a, 16b), wobei die Verbesserung des Antriebsstranges (12) Folgendes umfasst: eine autarke Antriebsachsenanordnung (35), umfassend: einen Elektromotor (18) für das Antreiben des Kraftfahrzeugs, der koaxial mit einem ersten Abschnitt der Antriebsachsenanordnung (35) montiert ist und diesen umgibt; eine Ausrückkupplung (20), die koaxial mit einem zweiten Abschnitt der Antriebsachsenanordnung (35) für das selektive Verbinden der angetriebenen Rotation des Elektromotors (18) montiert ist und diesen umgibt; und ein Getriebe (14), das mit der Ausrückkupplung (20) verbunden ist und mindestens eine einer Getriebe- (15) und einer Leistungsabtriebseinheit (40) umfasst, und koaxial mit einem dritten Abschnitt der Antriebsachsenanordnung (35) für das Übertragen von angetriebener Rotation auf das mindestens eine Paar Räder (16a, 16b) durch die Antriebsachsenanordnung (35) montiert ist und diesen umgibt.
Verbesserung nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein Energieversorgungssystem (22) für das Verwerten von Verlustenergie, die von dem Verbrennungsmotor (10) abgegeben wird, wobei die Verlustenergie für das Drehen des Elektromotors (18) in elektrische Energie umgewandelt wird, und die elektrische Energie gespeichert wird.
Verbesserung nach Anspruch 2, ferner umfassend: das Energieversorgungssystem (22) mit einem thermoelektrischen Generator (29), der die Verlust-Abwärme-Energie von einer Abgasleitung (30) des Verbrennungsmotors (10) verwertet und die Verlust-Abwärme-Energie in elektrische Energie umwandelt.
Verbesserung nach Anspruch 2, ferner umfassend: ein Steuerungssystem (24) mit mindestens einem Fahrzeugsensor (26a, 26b) für das Detektieren des Betriebsverhaltens des Kraftfahrzeugs und mit einer elektronischen Steuerungseinheit (28), die die Betätigung des Elektromotors (18), die Betätigung der Ausrückkupplung (20) und den Betriebsablauf des Energieversorgungssystems (22) auf Basis eines als Antwort auf die Fahrzeugsensoren (26a, 26b) im Speicher abgespeicherten Steuerungsprogramms steuert.
Verbesserung nach Anspruch 4, worin der mindestens eine Fahrzeugsensor (26a, 26b) ferner Folgendes umfasst: einen Fahrzeugsensor (26a) für das Detektieren einer Drehzahl des Elektromotors (18); und worin die elektronische Steuerungseinheit (28) die Ausrückkupplung (20) ausrückt, wenn die durch den ersten Fahrzeugsensor (26a) detektierte Drehzahl eine Schwellenwertdrehzahl übersteigt, wobei der Elektromotor (18) und das Getriebe (14) sich unabhängig voneinander drehen können, wenn die Ausrückkupplung (20) ausgerückt ist.
Verbesserung nach Anspruch 2, worin das Energieversorgungssystem (22) ferner Folgendes umfasst: einen Energiespeicher (32) mit mindestens einem eines Batteriesatzes (32a) und eines Kondensators (32b).
Verbesserung nach Anspruch 6, ferner umfassend: einen Schalter (42), der den Elektromotor (18) und den mindestens einen eines Batteriesatzes (32a) und eines Kondensators (32b) verbindet; einen Fahrzeugsensor (26b) in elektronischer Kommunikation mit dem Schalter (42); und ein Steuerungssystem (24) mit mindestens einem Fahrzeugsensor (26a, 26b) für das Detektieren des Betriebsverhaltens des Kraftfahrzeugs und eine elektronische Steuerungseinheit (28) für das Steuern der Betätigung des Elektromotors (18), der Betätigung der Ausrückkupplung (20) und des Betriebsverlaufs des Energieversorgungssystems (22) auf Basis eines in Antwort auf die Fahrzeugsensoren (26a, 26b) im Speicher abgespeicherten Steuerungsprogramms, worin die elektronische Steuerungseinheit (28) den Schalter (42) zwischen einer Ladeposition, einer Entladeposition und einer Isolierposition in Antwort auf den Fahrzeugsensor (26b) schaltet, wobei die Ladeposition durch das Energieversorgungssystem (22) definiert ist, das Energie aus dem Elektromotor (18) verwertet, die Entladeposition durch das Energieversorgungssystem (22) definiert ist, das dem Elektromotor (18) elektrische Energie zuführt, und die Isolierposition durch das Energieversorgungssystem definiert ist, das mit Bezug auf den Elektromotor (18) isoliert ist.
Verbesserung nach Anspruch 1, worin das Kraftfahrzeug in einem eines elektrischen Modus, eines Hybridmoduses und eines Verbrennungsmotormoduses betrieben werden kann, wobei der elektrische Modus durch den Elektromotor (18), der das Kraftfahrzeug alleine antreibt, definiert ist, der Hybridmodus durch eine Kombination des Elektromotors (18) und einem Verbrennungsmotor, die das Kraftfahrzeug antreiben, definiert ist, der Verbrennungsmotormodus durch den Verbrennungsmotor (10), der das Kraftfahrzeug allein antreibt, definiert ist.
Verbesserung nach Anspruch 1, worin das Kraftfahrzeug ferner Folgendes umfasst: einen ersten Antriebsstrang (12), der ein erstes Paar Räder (16a, 16b) antreibt und eine erste Achsenanordnung (34) aufweist, die das erste Paar Räder (16a, 16b) verbindet; einen zweiten Antriebsstrang (36), der ein zweites Paar Räder (38a, 38b) antreibt und eine zweite Achsenanordnung (44) aufweist, die das zweite Paar Räder (16a, 16b) verbindet; und worin das Getriebe (14) die Leistungsabtriebseinheit (40) für das Übertragen von Drehkraft von dem ersten Antriebsstrang (12) auf den zweiten Antriebsstrang (36) umfasst, wenn sich das Kraftfahrzeug in einem Allradantriebsmodus befindet.
Allradantriebskraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (10), um das Kraftfahrzeug bei gleichzeitiger Abgabe von Verlustenergie während des Betriebs anzutreiben, wobei das Allradantriebskraftfahrzeug Folgendes umfasst: einen ersten Antriebsstrang (12) für das Übertragen eines Drehmoments zwischen mindestens einem Paar Räder (16a, 16b), wobei der erste Antriebsstrang (12) eine autarke Antriebsachsenanordnung (35) umfasst, die einen Elektromotor (18) zum Antreiben des Kraftfahrzeugs, der koaxial mit einem ersten Abschnitt der Antriebsachsenanordnung (35) montiert ist und diesen umgibt, eine Ausrückkupplung (20), die koaxial mit einem zweiten Abschnitt der Antriebsachsenanordnung (35) für das selektive Verbinden einer angetriebenen Rotation des Elektromotors (18) montiert ist und diesen umgibt, und ein Getriebe (14), das mit der Ausrückkupplung (20) verbunden ist und mindestens eine einer Getriebe- (15) und einer Leistungsabtriebseinheit (40) umfasst, die koaxial mit einem dritten Abschnitt der Antriebsachsenanordnung (35) montiert ist und diesen umgibt, die Leistungsabtriebseinheit (40) für das Übertragen von angetriebener Rotation auf das mindestens eine Paar Räder (16a, 16b) durch die Antriebsachsenanordnung (35) umfasst; einen zweiten Antriebsstrang (36) für das Übertragen eines Drehmoments zwischen einem Paar Räder (38a, 38b), wobei die Leistungsabtriebseinheit (40) Drehkraft von dem ersten Antriebsstrang (12) auf den zweiten Antriebsstrang (36) überträgt; ein Energieversorgungssystem (22) für das Verwerten von Verlustenergie, die vom Kraftfahrzeug während des normalen Betriebs abgegeben wird, das die Verlustenergie für das Drehen des Elektromotors (18) in elektrische Energie umwandelt, und die elektrische Energie speichert; und ein Steuerungssystem (24) mit mindestens einem ersten und einem zweiten Fahrzeugsensor (26a, 26b) und einer elektronischen Steuerungseinheit (28), wobei der erste Fahrzeugsensor (26a) eine Drehzahl des Elektromotors (18) detektiert und die elektronische Steuerungseinheit (28) die Ausrückkupplung (20) selektiv steuert, wenn die durch den ersten Fahrzeugsensor (26a) detektierte Drehzahl eine Schwellenwertdrehzahl überschreitet, wobei der zweite Fahrzeugsensor (26b) das Betriebsverhalten des Kraftfahrzeugs detektiert und die elektronische Steuerungseinheit (28) die Betätigung des Elektromotors (18) als Antwort auf den zweiten Fahrzeugsensor (26b) selektiv steuert.
Allradantriebskraftfahrzeug nach Anspruch 10, worin das Allradantriebskraftfahrzeug in einem eines elektrischen Modus, eines Hybridmoduses und eines Verbrennungsmotormoduses betreibbar ist, wobei der elektrische Modus durch den Elektromotor (18), der das Kraftfahrzeug alleine antreibt, definiert ist, der Hybridmodus durch eine Kombination des Elektromotors (18) und des Verbrennungsmotors, die das Kraftfahrzeug antreiben, definiert ist, und der Verbrennungsmotormodus durch den Verbrennungsmotor (10), der das Kraftfahrzeug alleine antreibt, definiert ist.
Allradantriebskraftfahrzeug nach Anspruch 10, ferner umfassend: das Energieversorgungssystem (22) mit einem thermoelektrischen Generator (29), der Verlust-Abwärme-Energie aus einer Abgasleitung (30) des Verbrennungsmotors (10) verwertet und die Wärmeenergie in elektrische Energie umwandelt.
Allradantriebskraftfahrzeug nach Anspruch 10, worin das Energieversorgungssystem (22) ferner Folgendes umfasst: mindestens einen eines Batteriesatzes (32a) und eines Kondensators (32b).
Allradantriebskraftfahrzeug nach Anspruch 13, ferner Folgendes umfassend: einen Schalter (42), der den Elektromotor (18) und den mindestens einen eines Batteriesatzes (32a) und eines Kondensators (32b) verbindet; den zweiten Fahrzeugsensor (26b) in elektronischer Kommunikation mit dem Schalter (42); und die elektronische Steuerungseinheit (28), die den Schalter (42) zwischen einer Ladeposition, einer Entladeposition und einer Isolierposition in Antwort auf den Fahrzeugsensor (26b) schaltet, wobei die Ladeposition durch das Energieversorgungssystem (22), das die Energie aus dem Elektromotor (18) verwertet, definiert ist, die Entladeposition durch das Energieversorgungssystem (22), das dem Elektromotor (18) elektrische Energie zuführt, definiert ist und die Isolierposition durch das Energieversorgungssystem, das in Bezug auf den Elektromotor (18) isoliert ist, definiert ist.
Verfahren zur Anordnung eines Antriebsstrangs (12) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: das Anordnen einer autarken Antriebsachsenanordnung (35), umfassend: das Montieren eines Elektromotors (18) für das Antreiben des Kraftfahrzeugs, der koaxial mit einem ersten Abschnitt der Antriebsachsenanordnung (35) montiert ist und diesen umgibt; das Einrücken einer Ausrückkupplung (20), die koaxial mit einem zweiten Abschnitt der Antriebsachsenanordnung (35) für das selektive Verbinden der angetriebenen Rotation zwischen dem Elektromotor (18) und einem Getriebe (14) montiert ist und diesen umgibt; und das Positionieren des Getriebes (14), das mindestens eine einer Getriebe- (15) und einer Leistungsabtriebseinheit (40) umfasst, die koaxial mit einem dritten Abschnitt der Antriebsachsenanordnung (35) für das Übertragen der angetriebenen Rotation auf mindestens ein Paar Räder (16a, 16b) durch die Antriebsachsenanordnung (35) montiert ist und diesen umgibt.