DE102017128427A1

DE102017128427A1 - Antriebsanordnung für ein Hybridfahrzeug

Info

Publication number: DE102017128427A1
Application number: DE102017128427.3A
Authority: DE
Inventors: Andrea Reichert; Martin Dressel
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-11-30
Filing date: 2017-11-30
Publication date: 2019-06-06
Also published as: WO2019105512A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsanordnung für ein Hybridfahrzeug, mit einem Elektromotor, wenigstens einem Nebenaggregat und einem Getriebe, das ein Getriebegehäuse, einen ersten von außen angetriebenen Leistungseingang, einen zweiten im Getriebegehäuse liegenden Leistungseingang und einen Leistungsausgang umfasst, wobei über das Getriebe die seitens einer Brennkraftmaschine in den ersten Leistungseingang eingekoppelten und die seitens des Elektromotors in den zweiten Leistungseingang eingekoppelten Leistungsbeiträge auf den Leistungsausgang geführt werden, hierbei zumindest das Übersetzungsverhältnis zwischen dem ersten Leistungseingang und dem Leistungsausgang schaltbar veränderbar ist, der Elektromotor und das Nebenaggregat in das Getriebegehäuse eingebunden sind, das Getriebe einen ersten inneren Leistungsabgriffsweg bereitstellt, über welchen das wenigstens eine Nebenaggregat unter Umgehung des Elektromotors mit einem zum Leistungsausgang führenden Leistungstransferweg koppelbar ist, und das Getriebe einen zweiten inneren Leistungsabgriffsweg bereitstellt, über welchen das wenigstens eine Nebenaggregat mit dem Elektromotor koppelbar ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsanordnung die in bestimmungsgemäß verbautem Zustand Bestandteil eines Antriebssystems für ein Hybridfahrzeug bildet und dabei einen Elektromotor und Nebenaggregate sowie ein Getriebe mit einem Getriebegehäuse, einem Leistungseingang für eine Brennkraftmaschine und einem Leistungsausgang umfasst, wobei über das Getriebe der seitens des Elektromotors bereitgestellte Leistungsbeitrag sowie der seitens einer Brennkraftmaschine bereitgestellte Leistungsbeitrag auf den Leistungsausgang geführt werden und hierbei zumindest das Übersetzungsverhältnis zwischen dem der Brennkraftmaschine zugeordneten Leistungseingang und dem Leistungsausgang schaltbar veränderbar ist.
Aus DE 101 33 695 A1 ist eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug bekannt, die eine Brennkraftmaschine und ein durch dieses angetriebenes Doppelkupplungsgetriebe umfasst, wobei an das Getriebe ein Elektromotor angebunden ist, über welchen das Kraftfahrzeug auch im rein elektromotorischen Betriebsmodus betrieben werden kann. Die Antriebsanordnung umfasst ein Nebenaggregat das zu einer Rotorwelle des Elektromotors gleichachsig angeordnet ist und mit dieser Rotorwelle über ein Schaltelement schaltbar verbindbar ist.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsanordnung der obengenannten Art für ein Hybridfahrzeug zu schaffen, die sich durch einen vorteilhaft realisierbaren Gesamtaufbau auszeichnet und deren Betrieb unter energetischen Gesichtspunkten Vorteile gegenüber bisherigen Bauformen bietet.
Erfindungsgemäße Lösung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Antriebsanordnung für ein Hybridfahrzeug, mit:

- einem Elektromotor,
- wenigstens einem Nebenaggregat und
- einem Getriebe, das ein Getriebegehäuse, einen ersten von außen angetriebenen Leistungseingang, einen zweiten im Getriebegehäuse liegenden Leistungseingang und einen Leistungsausgang umfasst,
- wobei über das Getriebe die seitens einer Brennkraftmaschine in den ersten Leistungseingang eingekoppelten und die seitens des Elektromotors in den zweiten Leistungseingang eingekoppelten Leistungsbeiträge auf den Leistungsausgang geführt werden,
- hierbei zumindest das Übersetzungsverhältnis zwischen dem ersten Leistungseingang und dem Leistungsausgang schaltbar veränderbar ist,
- der Elektromotor und das Nebenaggregat in das Getriebegehäuse eingebunden sind,
- das Getriebe einen ersten inneren Leistungsabgriffsweg bereitstellt, über welchen das wenigstens eine Nebenaggregat unter Umgehung des Elektromotors mit einem zum Leistungsausgang führenden Leistungstransferweg koppelbar ist, und
- das Getriebe einen zweiten inneren Leistungsabgriffsweg bereitstellt, über welchen das wenigstens eine Nebenaggregat mit dem Elektromotor koppelbar ist.

Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, eine Antriebsanordnung zu schaffen, bei welcher die unmittelbar in ein Getriebegehäuse eingebundenen Nebenaggregate nach Maßgabe eines Steuerungskonzeptes im Roll- oder Bremsbetrieb des Fahrzeuges kinetische Energie mit hohem Wirkungsgrad direkt über das Getriebe abgreifen können und zudem auch rein elektrisch betrieben werden können, wobei im rein elektrischen Betrieb der an sich für den Antrieb des Fahrzeuges vorgesehene Elektromotor die Reduktionsgetriebestufen des Getriebes nicht mitschleppen muss und sich hierbei für den rein elektrischen Betrieb der Nebenaggregate ebenfalls ein hoher Systemwirkungsgrad ergibt.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Antriebsanordnung derart ausgebildet, dass der erste Leistungsabgriffsweg ein erstes Schaltelement umfasst, über welches der erste Leistungsabgriffsweg schaltbar schließbar und schaltbar auftrennbar ist. Das Schaltelement ist vorzugsweise als elektrisch ansteuerbares Kupplungselement ausgebildet, das nur im Rahmen des Schaltzustandswechsels aktiviert werden muss und den dann eingestellten Schaltzustand stromlos beibehält. Das Schaltelement ist dabei wiederum vorzugsweise als reibschlüssig einrückende Kupplung ausgebildet, die unter Last und ohne Synchronisationsbedarf geschaltet werden kann. Der zweite Leistungsabgriffsweg umfasst ein zweites Schaltelement, über welches der zweite Leistungsabgriffsweg schaltbar schließbar und schaltbar auftrennbar ist. Dieses Schaltelement kann in seinem Aufbau dem ersten Schaltelement ähnlich ausgebildet, insbesondere unter Last oder unsynchronisiert schaltbar sein.
Die Antriebsanordnung ist vorzugsweise derart ausgelegt, dass der erste Leistungsabgriffsweg über das erste Schaltelement mit einer Getriebeeingangswelle koppelbar ist. Alternativ hierzu kann die Antriebsanordnung auch so ausgelegt sein, dass der erste Leistungsabgriffsweg über das erste Schaltelement mit einer Getriebeabtriebswelle koppelbar ist. Der zweite Leistungsabgriffsweg kann in vorteilhafter Weise so ausgebildet sein, dass dieser einen Umschlingungstrieb, eine Stirnradstufe oder eine Stirnräderkette umfasst.
Die Antriebsanordnung umfasst vorzugsweise ein drittes Schaltelement über welches die Antriebsverbindung zwischen dem Elektromotor und einem im Getriebe verlaufenden Leistungstransferweg schaltbar aufhebbar ist. Dieses dritte Schaltelement kann wiederum vorzugsweise als reibschlüssig koppelndes Schaltelement ausgebildet sein.
Der Elektromotor ist vorzugsweise derart in die Antriebsanordnung eingebunden, dass die Achse eines Rotors des Elektromotors zu einer ersten Antriebswelle des Getriebes parallel und zu dieser radial versetzt angeordnet ist. Der Elektromotor kann in vorteilhafter Weise als Drehfeldmotor ausgebildet sein und einen mit Permanentmagneten bestückten Rotor aufweisen. Alternativ kann der Elektromotor auch einen hiervon abweichenden Aufbau aufweisen, z.B. als Asynchronmotor ausgebildet sein. Das Nebenaggregat kann so ausgebildet sein, dass dieses eine Eingangswelle aufweist, die koaxial zur ersten Antriebswelle des Getriebes ausgerichtet ist. Das Nebenaggregat befindet sich vorzugsweise in einem dem ersten Leistungseingang des Getriebes abgewandten Innenbereich des Getriebegehäuses.
Das Getriebe der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung ist vorzugsweise als Doppelkupplungsgetriebe ausgebildet und derart aufgebaut, dass sich die Doppelkupplungseinrichtung des Getriebes im Bereich des ersten Leistungseingangs, d.h. jener der Brennkraftmaschine zugewandten Seite befindet.
Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung eignet sich in besonders vorteilhafter Weise für den Einsatz in Hybridfahrzeugen bei welchen die E-Maschine im Getriebe angeordnet ist und weitere Aggregate wie z.B. die Wasserpumpe, der Klimakompressor, und die Lenkhilfepumpe in die Antriebsanordnung integriert sind. Diese Nebenaggregate können bei Stillstand des Verbrennungsmotors oder des entsprechenden Fahrzeugs dann bedarfsweise rein elektrisch betrieben werden. Die vorliegende Erfindung beinhaltet eine neuartige Anbindung der Nebenaggregate. So erfolgt die Anbindung der E-Maschine und der Nebenaggregate in bzw. am Getriebe in Verbindung mit „intelligenten“ Schaltelementen, welche es ermöglichen, die Nebenaggregate abhängig vom Betriebszustand des Fahrzeugs und/oder der Antriebsmotoren und/oder vom Batterieladezustandes und/oder von äußeren Faktoren (z.B. Temperatur) unter Berücksichtigung von Regelstrategien immer im energieeffizientesten Modus zu betreiben. Dies wird dadurch gewährleistet, dass bei bewegtem Fahrzeug und/oder laufendem Verbrennungsmotor der Antrieb der Nebenaggregate über die Getriebewelle erfolgt. Dabei kann insbesondere im Roll- und Schubbetrieb des Fahrzeuges auch die kinetische Energie des Fahrzeugs genutzt werden. Außerdem weist der direkte mechanische Antrieb der Nebenaggregate deutliche Vorteile in der Gesamtwirkungsgradkette gegenüber rein elektrifizierten Aggregaten auf.
Bei stehendem Fahrzeug und/oder stehendem Verbrennungsmotor erfolgt der Antrieb elektrisch über die direkte Verbindung zum E-Motor. Dabei wird die Verbindung der Aggregate zur Getriebewelle gelöst, wodurch Reibungsverluste reduziert werden. Diese Betriebsweise ermöglicht die Bereitstellung von Komfortfunktionen wie Standklimatisierung bei stillstehendem Fahrzeug und stillstehendem Verbrennungsmotor sowie auch von sicherheitsrelevanten Funktionen wie Lenkhilfeunterstützung bei bewegtem Fahrzeug mit gleichzeitig stillstehendem Verbrennungsmotor, z.B. im Segel- oder E-Betrieb.
Nach dem erfindungsgemäßen Lösungskonzept sind bei einem Doppelkupplungsgetriebe, welches eingangsseitig mit einem Antriebsmotor, z.B. einer Verbrennungskraftmaschine, verbunden ist und das abtriebsseitig mit mindestens einer Fahrzeugachse verbunden ist, an einer beliebigen Position an einer der Getriebewellen und parallel zu dieser ein E-Motor/Generator und am Ende einer der Eingangswellen (der Kupplung entgegengesetzt), koaxial, ein Nebenaggregat wie ein Klimakompressor, eine Wasserpumpe, eine Servopumpe o.ä. angebunden. Die Anbindung des Aggregats an die Getriebe-Eingangswelle hat den Vorteil, dass das Aggregat im verbrennungsmotorischen Betrieb weiterhin mit der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine betrieben wird. So kann auf die bisher bekannte Auslegung des Aggregats, wie es für die Anbindung im FEAD üblich ist, zurückgegriffen werden. Um einen möglichst effizienten Betrieb zu gewährleisten, empfiehlt sich die Anbindung von E-Maschine und Nebenaggregat(en) an der gleichen Welle und möglichst nahe beieinander. Dies ist jedoch nicht zwingend nötig. Die E-Maschine und das Nebenaggregat oder die Nebenaggregate sind dabei in das Getriebegehäuse integriert, was eine raumsparende Bauweise ermöglicht und zusätzliche Abdichtungen von Wellen vermeidet. Die Anbindung der E-Maschine an die Getriebewelle erfolgt dabei über Zahnräder oder alternativ über eine Kette oder einen in Öl laufenden Zahnriemen mit oder ohne zusätzliche Übersetzungsstufe. Die Schmierung der Verbindungselemente erfolgt über das Getriebeöl. Falls nötig, können die Ketten- oder Riementriebe mit konventionellen Führungs- und/oder Spannschienen bzw. Umlenk- und/oder Spannrollen ausgestattet sein. Die Anbindung ist durch ein Schaltelement trennbar. Das Nebenaggregat ist koaxial über ein Schaltelement, z.B. eine Reib- oder Magnetkupplung mit der Getriebeeingangswelle lösbar verbunden.
Der Elektromotor befindet sich vorzugsweise in einem Zwischenbereich zwischen der Doppelkupplung und dem Nebenaggregat. Der Elektromotor kann auch derart in die Antriebsanordnung eingebunden sein, dass dieser in einen durch das Getriebegehäuse definierten Aufnahmebereich eintaucht und dann noch ein Restgehäuse umfasst, das an das Getriebegehäuse angeflanscht wird. Der Elektromotor kann auch in abdichtender Weise an das Getriebegehäuse angeflanscht sein und als anmontierte baugruppe mit dem Getriebegehäuse zu einer Einheit zusammengefasst sein.
Gleichzeitig besteht eine direkte Verbindung zwischen E-Maschine und Nebenaggregat, welche ebenfalls z.B. über Zahnräder oder alternativ über eine Kette oder einen in Öl laufenden Zahnriemen mit oder ohne zusätzliche Übersetzungsstufe realisiert werden kann. Auch diese Verbindung ist durch ein Schaltelement wahlweise lösbar. Das Schaltelement kann sowohl aktiv, z.B. Magnetkupplung, als auch passiv, z.B. Freilauf, koppelbar oder lösbar sein.
Alle Schaltelemente können konstante oder variable Über-/Untersetzungsstufen enthalten, wie z.B. einen Planetenradsatz. Die Schaltelemente können gleichzeitig dämpfende oder entkoppelnde Wirkung auf Antriebsstrang und/oder Aggregate haben, z.B. mittels eines Feder-Dämpfer-Elements ähnlich einem ZMS. Die Schaltelemente können in den Zahnrädern / Riemenrädern / Kettenrädern, welche die E-Maschine und das Aggregat miteinander verbinden, integriert sein oder an anderer Stelle die Verbindung von Maschine zu Aggregat unterbrechen.
Die Schaltzustände der Elemente werden entsprechend den unterschiedlichen Betriebszuständen des Fahrzeugs eingestellt wie nachfolgend noch näher erläutert werden wird. Das koaxial angebundene Nebenaggregat kann ebenfalls mit weiteren Nebenaggregaten, z.B. mittels Ketten- oder Zahnriementrieb, verbunden sein. Dabei können alle angebundenen Nebenaggregate an ihrer Antriebswelle zusätzlich ein weiteres Kupplungs- und/oder Dämpf- und/oder Entkopplungselement besitzen. Damit wird ein individueller Betrieb jedes einzelnen Aggregats abhängig vom Betriebszustand des Fahrzeugs und abhängig von den anderen Elementen ermöglicht. Gleichzeitig kann das Aggregat von Drehschwingungen des Antriebsstranges entkoppelt werden, was einen gleichmäßigeren und effizienteren Betrieb gewährleistet und/oder mögliche negative Auswirkungen des Anschaltvorganges auf den Triebstrang und damit indirekt auf das Fahrzeug vermeidet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst diese auch ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeuges mit einer oben beschrieben Antriebsanordnung bei welchem im Rahmen eines Schubbetriebs des Kraftfahrzeuges und gegebenem Leistungsbedarf des Nebenaggregats dieses Nebenaggregat über den ersten Leistungsabgriffsweg angetrieben wird und bei Stillstand der Brennkraftmaschine oder des Fahrzeuges der erste Leistungsabgriffsweg einen passiven Betriebszustand einnimmt und der Elektromotor das Nebenaggregat über den schaltbar aktivierbaren zweiten Leistungsabgriffsweg antreibt.
Figurenliste
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:

1a eine erste Schemadarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaues einer Antriebsanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit einem Doppelkupplungsgetriebe und dabei zur ersten Antriebswelle achsparallel angeordnetem Elektromotor und zur ersten Antriebswelle gleichachsig angeordnetem Nebenaggregat;
1b eine zweite Schemadarstellung zur weiteren Veranschaulichung der Funktionsweise der Antriebsanordnung nach 1a, insbesondere hinsichtlich der Leistungsabgriffswege und Leistungstransferwege und der Wirkungsweise der im Inneren des Getriebes vorgesehenen Schaltelemente oder Freiläufe;
2 eine dritte Schemadarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaues einer Antriebsanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung mit einem Doppelkupplungsgetriebe und dabei zur ersten Antriebswelle wiederum achsparallel angeordnetem Elektromotor, sowie zwei Nebenaggregaten von welchen eines zur ersten Antriebswelle gleichachsig und das weitere zu dieser Antriebswelle parallel versetzt angeordnet ist;
3 eine vierte Schemadarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaues einer Antriebsanordnung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung ähnlich 2, jedoch einem Umschlingungstrieb dessen Zugmittel die Achse des Elektromotors und die Achsen der beiden Nebenaggregate durchgängig umsäumt.

Ausführliche Beschreibung der Figuren
Die Darstellung nach 1a zeigt ein Ausführungsbeispiel einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung für ein Hybridfahrzeug. Diese Antriebsanordnung umfasst einen Elektromotor E, wenigstens ein Nebenaggregat AUX und ein Getriebe G. Das Getriebe G umfasst ein Getriebegehäuse GH, einen ersten von außen zugänglichen Leistungseingang PD1, einen zweiten im Getriebegehäuse GH liegenden inneren Leistungseingang PD2 und einen nach außen führenden Leistungsausgang PO1.
Die Antriebsanordnung ist derart aufgebaut, dass über das Getriebe G die seitens einer Brennkraftmaschine BK in den ersten Leistungseingang PD1 eingekoppelten und die seitens des Elektromotors E in den zweiten Leistungseingang PD2 eingekoppelten Leistungsbeiträge P1, P2 auf den Leistungsausgang PO1 geführt werden, wobei hierbei zumindest das Übersetzungsverhältnis zwischen dem ersten Leistungseingang PD1 und dem Leistungsausgang PO1 schaltbar veränderbar ist. Zudem sind der Elektromotor E und das Nebenaggregat AUX in das Getriebegehäuse GH eingebunden oder sie sitzen zumindest im Bereich ihrer An- und Abtriebsschnittstellen abschnittsweise in einem von dem Getriebegehäuse definierten Gehäuseinnenraum. Das Getriebe G stellt einen ersten inneren Leistungsabgriffsweg PT1 bereit, über welchen das wenigstens eine Nebenaggregat AUX mit einem zum Leistungsausgang PO1 führenden Leistungstransferweg koppelbar ist. Zudem stellt das Getriebe einen zweiten inneren Leistungsabgriffsweg PT2 bereit, über welchen das wenigstens eine Nebenaggregat AUX mit dem Elektromotor E kinematisch koppelbar ist.
Die Antriebsanordnung ist weiterhin derart gestaltet, dass der erste Leistungsabgriffsweg ein erstes Schaltelement S1 umfasst, über welches der erste Leistungsabgriffsweg PT1 schaltbar schließbar und schaltbar auftrennbar ist. Der zweite Leistungsabgriffsweg PT2 umfasst ein zweites Schaltelement S2, über welches der zweite Leistungsabgriffsweg PT2 schaltbar schließbar und schaltbar auftrennbar ist.
Bei der hier gezeigten Ausführungsform ist der erste Leistungsabgriffsweg PT1 über das erste Schaltelement S1 mit einer ersten Getriebewelle GW1 koppelbar. Der zweite Leistungsabgriffsweg PT2 umfasst einen Umschlingungstrieb mit einem ersten Zugmittel Z1. Bei der dargestellten Antriebsanordnung ist weiterhin ein drittes Schaltelement S3 vorgesehen, über welches die Antriebsverbindung zwischen dem Elektromotor E und einem im Getriebe verlaufenden und dabei über den zweiten Leistungseingang PD2 führenden Leistungstransferweg PT3 schaltbar aufhebbar ist.
Der Elektromotor E ist derart in die Antriebsanordnung eingebunden, dass die Achse XE eines Rotors R des Elektromotors E zur Achse X1 der ersten Antriebswelle GW1 des Getriebes G parallel und zu dieser radial versetzt angeordnet ist. Das Nebenaggregat AUX weist eine Eingangswelle DS1 auf, die gleichachsig zur Achse X1 der ersten Antriebswelle GW1 des Getriebes G ausgerichtet ist. Die kinematische Ankoppelung des Elektromotors an den Leistungstransferweg PT3 erfolgt auf einer dem Nebenaggregat AUX zugewandten Seite des Elektromotors E.
Das Nebenaggregat AUX ist in einem dem ersten Leistungseingang PD1 des Getriebes G abgewandten Innenbereich des Getriebegehäuses GH angeordnet. Im Bereich des ersten Leistungseingangs PD1 ist eine Doppelkupplungseinrichtung DK vorgesehen. Die Doppelkupplungseinrichtung umfasst eine erste Kupplung K1 und eine zweite Kupplung K2. Über die erste Kupplung K1 kann die erste Getriebewelle GW1 mit dem ersten Leistungseingang PD1 gekoppelt werden. Über die zweite Kupplung K2 kann die zweite Getriebewelle GW2 mit dem ersten Leistungseingang PD1 gekoppelt werden. Die zweite Getriebewelle GW2 ist als Hohlwelle ausgebildet und die erste Getriebewelle GW1 ist durch diese zweite Getriebewelle GW2 koaxial hindurchgeführt. Die erste Getriebewelle GW1 trägt Stirnräder W1S1, W1S2, W1S3. Die zweite Getriebewelle GW2 trägt Stirnräder W2S1, W2S2. Die Stirnräder W1S1, W1S2, W1S3, W2S1, W2S2 sind durch nicht weiter dargestellte Kupplungen und/oder Freiläufe mit den Wellen GW1, GW2 koppelbar, oder soweit ausreichend oder erforderlich mit diesen torsionsfest verbunden.
Das Getriebe G umfasst eine erste Abtriebswelle GW3 und eine zweite Abtriebswelle GW4. Die erste Abtriebswelle GW3 trägt Stirnräder W3S1, W3S2, W3S3, W3S4. Diese Stirnräder W3S1, W3S2, W3S3, W3S4 sind zumindest zum Teil durch hier nicht weiter dargestellte Kupplungen oder Freiläufe mit der ersten Abtriebswelle GW3 koppelbar. Die zweite Abtriebswelle GW4 trägt Stirnräder W4S1, W4S2, W4S3, W4S4, W4S5 und W4S6. Auch diese Stirnräder W4S1, W4S2, W4S3, W4S4, W4S5 und W4S6 sind zumindest zum Teil durch hier nicht weiter dargestellte Kupplungen oder Freiläufe mit der zweiten Abtriebswelle GW4 koppelbar.
Über die erste Abtriebswelle GW3 erfolgt der Leistungstransfer auf ein Achsdifferential AD, das hier an den Leistungsausgang PO1 angekoppelt ist. Über das Achsdifferential AD erfolgt eine Leistungsverzweigung auf Radantriebswellen RW1, RW2. Dieses Achsdifferentialgetriebe AD ist hier als Kegelraddifferentialgetriebe ausgebildet, es kann in vorteilhafter Weise auch als Stirnraddifferentialgetriebe ausgebildet sein. Das Differentialgetriebe AD ist hier als eigenständige Baugruppe ausgeführt, die an das eigentliche Getriebe G angebunden ist. Das Differentialgetriebe AD kann auch in das Getriebe G, insbesondere dessen Getriebegehäuse GH eingebunden sein.
Die oben genannten Stirnräder der beiden Antriebswellen und der beiden Abtriebswellen stehen in der in der Darstellung gezeigten Weise miteinander in Eingriff. Die Durchmesser der jeweiligen Zahnräder sind hier lediglich beispielhaft gewählt, Kupplungen und Freiläufe zwischen diesen Stirnrädern und den entsprechenden Wellen sind nicht dargestellt. Hinsichtlich der Funktionsweise eines Doppelkupplungsgetriebes wird insoweit auf den Stand der Technik verwiesen.
Die Darstellung nach 1b veranschaulicht den Aufbau und die Funktionsweise der Antriebsanordnung für ein Hybridfahrzeug nach 1a weiter. Wie oben ausgeführt umfasst die Antriebsanordnung einen Elektromotor E, wenigstens ein Nebenaggregat AUX und ein Getriebe G. Das Getriebe G umfasst ein Getriebegehäuse GH, einen ersten von außen zugänglichen Leistungseingang PD1, einen zweiten im Getriebegehäuse GH liegenden inneren Leistungseingang PD2 und einen nach außen führenden Leistungsausgang PO1.
Über das Getriebe G werden die seitens der Brennkraftmaschine BK in den ersten Leistungseingang PD1 eingekoppelten und die seitens des Elektromotors E in den zweiten Leistungseingang PD2 eingekoppelten Leistungsbeiträge P1, P2 auf den Leistungsausgang PO1 und von diesen auf ein Achsdifferential AD geführt. Über das Getriebe G ist das Übersetzungsverhältnis zwischen dem ersten Leistungseingang PD1 und dem Leistungsausgang PO1 schaltbar veränderbar. Der Elektromotor E und das Nebenaggregat AUX sind im Inneren des Getriebegehäuses GH aufgenommen. Das Getriebe G stellt einen ersten inneren Leistungsabgriffsweg PT1 bereit, über welchen das wenigstens eine Nebenaggregat AUX mit einem zum Leistungsausgang PO1 führenden Leistungstransferweg PT zur Schaffung einer rein mechanischen Antriebsverbindung koppelbar ist. Das Getriebe G stellt zudem einen zweiten inneren Leistungsabgriffsweg PT2 bereit, über welchen das wenigstens eine Nebenaggregat AUX in der Art eines energetischen Bypasses an der Kernmechanik des Doppelkupplungsgetriebes vorbei mit dem Elektromotor E kinematisch koppelbar ist.
Die Antriebsanordnung ist weiterhin derart gestaltet, dass der erste Leistungsabgriffsweg PT1 ein erstes Schaltelement S1 umfasst, über welches der erste Leistungsabgriffsweg PT1 schaltbar schließbar und schaltbar auftrennbar ist. Der zweite Leistungsabgriffsweg PT2 umfasst ein zweites Schaltelement S2, über welches der zweite Leistungsabgriffsweg PT2 schaltbar schließbar und schaltbar auftrennbar ist.
Bei der hier gezeigten Ausführungsform ist der erste Leistungsabgriffsweg PT1 über das erste Schaltelement S1 mit einer ersten Getriebewelle GW1 koppelbar. Der zweite Leistungsabgriffsweg PT2 umfasst einen Umschlingungstrieb. Über das dritte Schaltelement S3 ist die Antriebsverbindung zwischen dem Elektromotor E und einem im Getriebe verlaufenden und dabei über den zweiten Leistungseingang PD2 führenden Leistungstransferweg PT3 schaltbar aufhebbar.
Der Elektromotor E ist derart in die Antriebsanordnung eingebunden, dass die Achse XE eines Rotors R des Elektromotors E zur Achse X1 der ersten Antriebswelle GW1 des Getriebes G parallel und zu dieser radial versetzt angeordnet ist. Das Nebenaggregat AUX weist eine Eingangswelle DS1 auf, die gleichachsig zur Achse X1 der ersten Antriebswelle GW1 des Getriebes G ausgerichtet ist. Das Nebenaggregat AUX ist in einem dem ersten Leistungseingang PD1 des Getriebes G abgewandten Innenbereich des Getriebegehäuses GH angeordnet. Im Bereich des ersten Leistungseingangs PD1 ist eine Doppelkupplungseinrichtung DK vorgesehen.
Die Schaltelemente S1, S2, S3 werden über eine elektronische Steuereinrichtung nach Maßgabe verschiedenster Fahrzeugbetriebsparameter und ggf. weiteren Daten, z.B. Informationen zum Straßenverlauf und der Routenplanung angesteuert. Für die in der Tabelle T1 dargestellten Betriebszustände nehmen dabei die Schaltelemente S1, S2 und S3 die in der Tabelle T2 angegebenen Schaltzustände an.
Über das erste Schaltelement S1 kann eine direkte mechanische Antriebsverbindung zwischen einem Organ des Doppelkupplungsgetriebes und dem Nebenaggregat AUX hergestellt oder aufgehoben werden. Über das zweite Schaltelement S2 kann eine direkte mechanische Antriebsverbindung zwischen dem Elektromotor und dem Nebenaggregat AUX hergestellt oder aufgehoben werden. Über das dritte Schaltelement S3 kann eine direkte mechanische Antriebsverbindung zwischen dem Elektromotor E und einem Eingang des Doppelkupplungsgetriebes DK hergestellt oder aufgehoben werden.
Bei Betrieb der Antriebsanordnung in einem Schaltzustand in welchem das erste und das dritte Schaltelement die Antriebsverbindung aufheben, also keinen Drehmomentententransfer zulassen, wird das Nebenaggregat AUX direkt durch den Elektromotor E angetrieben. Der Elektromotor E wird in diesem Modus auf den Leistungsbedarf des Nebenaggregats abgestimmt betrieben, so wird der Elektromotor E im Falle der Auslegung des Nebenaggregats als Lenkhilfepumpe so betrieben, dass die Lenkhilfepumpe lediglich einen hinreichenden Ölstrom fördert. Im Falle der Auslegung des Nebenaggregats als Umwälzpumpe wird der Elektromotor E so angesteuert, dass die Förderleistung der Umwälzpumpe den entsprechenden Anforderungen gerecht wird. Bei Öffnen des zweiten und des dritten Schaltelements S2, S3 und Schließen des ersten Schaltelements S1 wird eine Antriebsverbindung zwischen dem Nebenaggregat AUX und dem Getriebeausgang PO1 hergestellt und das Nebenaggregat kann durch die Brennkraftmaschine BK oder durch die Schubleistung am Achsdifferential AD betrieben werden. Bei der Ansteuerung der Schaltelemente S1, S2, S3 können hierbei Gesetzmäßigkeiten berücksichtigt werden, die z.B. im Schubbetrieb des Fahrzeuges und bei Leistungsbedarf der Nebenaggregate AUX eine direkte mechanische Antriebsverbindung der Nebenaggregate AUX mit dem Leistungsausgang PO1 des Getriebes G priorisieren und damit Konversionsverluste im Rekuperationsbetrieb des Elektromotors E vorrangig vermeiden und einen generatorischen Betrieb des Elektromotors E erst veranlassen, wenn die im Schubbetrieb zur Verfügung stehende mechanische Leistung den Leistungsbedarf der Nebenaggregate übersteigt.
Für das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel gelten die obigen Ausführungen sinngemäß. Abweichend von der Ausführungsform nach 1a sind hier zwei Nebenaggregate AUX, AUX2 vorgesehen. Das zweite Nebenaggregat AUX2 ist an den ersten Leistungstransferweg PT1 und den zweiten Leistungstransferweg PT2 angekoppelt. Dies wird im vorliegenden Beispiel über einen zweiten Umschlingungstrieb PT2b mit einem zweiten Zugmittel Z2 bewerkstelligt. Alternativ zu jenem Umschlingungstrieb kann die kinematische Anbindung des zweiten Nebenaggregats AUX2 an den ersten und den zweiten Leitungstransferweg auch über anderweitige Getriebemechaniken, insbesondere Stirnradpaare erfolgen.
Beide Nebenaggregate AUX, AUX2 sowie der Elektromotor E sind in dem Getriebegehäuse GH aufgenommen. Eines der beiden Nebenaggregate AUX, AUX2 - hier das erste Nebenaggregat AUX - ist derart in die Antriebsanordnung eingebunden, dass dessen Eingangswelle DS1 mit der Getriebeachse X1 des Leistungseingangs PD1 des Getriebes G fluchtet. Das zweite Nebenaggregat AUX2 ist achsparallel zum ersten Nebenaggregat AUX angeordnet. Beide Nebenaggregate AUX, AUX2 befinden sich auf einer dem Leistungseingang PD1 abgewandten Seite der Doppelkupplung DK.
Für das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel gelten die obigen Ausführungen zu den 1a, 1b und 2 ebenfalls sinngemäß. Abweichend von der Ausführungsform nach 2 sind hier die beiden Nebenaggregate AUX, AUX2 über einen gemeinsamen Umschlingungstrieb an den ersten Leistungstransferweg PT1 und den zweiten Leistungstransferweg PT2 angekoppelt.
Auch hier sind beide Nebenaggregate AUX, AUX2 sowie der Elektromotor E in dem Getriebegehäuse GH aufgenommen. Das erste Nebenaggregat AUX ist derart in die Antriebsanordnung eingebunden, dass dessen Eingangswelle DS1 mit der Getriebeachse X1 des Leistungseingangs PD1 des Getriebes G fluchtet. Das zweite Nebenaggregat AUX2 ist achsparallel zum ersten Nebenaggregat AUX angeordnet. Beide Nebenaggregate AUX, AUX2 befinden sich auf einer dem Leistungseingang PD1 abgewandten Seite der Doppelkupplung DK. Der Elektromotor E ist im Getriebegehäuse G angeordnet und derart ausgerichtet, dass dessen Rotorachse zur Getriebeachse X1 parallel verläuft.
Bei den oben beschrieben Ausführungsbeispielen kann zumindest eines der Schaltelemente S1, S2, S3 auch als Freilauf, oder auch als schaltbar sperrbarer, oder schaltbar komplett abkoppelbarer Freilauf ausgebildet sein. Im Falle des ersten Schaltelements S1 wäre dieser Freilauf dann so ausgelegt, dass die Getriebewelle GW1 oder eben ein getriebeseitig laufender Antriebsstrangabschnitt über das erste Schaltelement S1 das Nebenaggregat AUX mitnimmt. Steht die Brennkraftmaschine BK, oder rotiert die Getriebewelle GW1 langsamer als der zum Nebenaggregat AUX führende Abschnitt des ersten Leistungsabgriffsweges, so gelang das erste Schaltelement S1 in einen Passivzustand und überträgt keine Leistung, der Antrieb des Nebenaggregats erfolgt dann bedarfsweise über den Elektromotor E. Gleiches gilt auch für die Schaltelemente S2 und S3, d.h. sie können einen Passivzustand einnehmen, wenn im Schubbetrieb des Fahrzeuges die jeweils durch die Brennkraftmaschine BK oder (im Fahrzeugschubbetrieb) über das Achsdifferential angetriebenen Antriebsstrangabschnitte „überholen“. Insbesondere bei der Einbindung von Freilauffunktionen in die Schaltelemente S1, S2, S3 können diese so ausgelegt sein, dass die Freilauffunktion selektiv aufhebbar ist und über das Schaltelement S1, S2, S3 ein leistungsführender Zusammenschluss der im Schaltelement S1, S2, S3 verlaufenden Leistungstransferwege erfolgt, oder die Leistungsübertragung auch vollständig aufhebbar ist, wenn z.B. am Nebenaggregat kein Leistungsbedarf besteht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10133695 A1 [0002]

Claims

Antriebsanordnung für ein Hybridfahrzeug, mit: - einem Elektromotor (E), - wenigstens einem Nebenaggregat (AUX) und - einem Getriebe (G), das ein Getriebegehäuse (GH), einen ersten von außen zugänglichen Leistungseingang (PD1), einen zweiten im Getriebegehäuse (GH) liegenden Leistungseingang (PD2) und einen nach außen führenden Leistungsausgang (PO1) umfasst, - wobei über das Getriebe (G) die seitens einer Brennkraftmaschine (BK) in den ersten Leistungseingang (PD1) eingekoppelten und die seitens des Elektromotors (E) in den zweiten Leistungseingang (PD2) eingekoppelten Leistungsbeiträge auf den Leistungsausgang (PO1) geführt werden und - hierbei zumindest das Übersetzungsverhältnis zwischen dem ersten Leistungseingang (PD1) und dem Leistungsausgang (PO1) schaltbar veränderbar ist, - der Elektromotor (E) und das Nebenaggregat (AUX) in das Getriebegehäuse (GH) eingebunden sind, - das Getriebe (G) einen ersten inneren Leistungsabgriffsweg (PT1) bereitstellt, über welchen das wenigstens eine Nebenaggregat (AUX) mit einem zum Leistungsausgang (PO1) führenden Leistungstransferweg (PT) koppelbar ist, und - das Getriebe (G) einen zweiten inneren Leistungsabgriffsweg (PT2) bereitstellt, über welchen das wenigstens eine Nebenaggregat (AUX) mit dem Elektromotor (E) koppelbar ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leistungsabgriffsweg (PT1) ein erstes Schaltelement (S1) umfasst, über welches der erste Leistungsabgriffsweg (PT1) schaltbar schließbar und/oder schaltbar auftrennbar ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Leistungsabgriffsweg (PT2) ein zweites Schaltelement (S2) umfasst, über welches der zweite Leistungsabgriffsweg (PT2) schaltbar schließbar und schaltbar auftrennbar ist.
Antriebsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leistungsabgriffsweg (PT1) über das erste Schaltelement (S1) mit einer Getriebeeingangswelle (GW1) koppelbar ist.
Antriebsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leistungsabgriffsweg (PT1) über das erste Schaltelement (S1) mit einer Getriebeabtriebswelle (GW3) koppelbar ist.
Antriebsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Leistungsabgriffsweg (PT2) einen Umschlingungstrieb, eine Stirnradstufe oder eine Stirnräderkette umfasst.
Antriebsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein drittes Schaltelement (S3) vorgesehen ist über welches die Antriebsverbindung zwischen dem Elektromotor (E) und einem im Getriebe verlaufenden Leistungstransferweg (PT3) schaltbar aufhebbar ist.
Antriebsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (E) derart in die Antriebsanordnung eingebunden ist, dass die Achse (XE) eines Rotors (R) des Elektromotors (E) zu einer ersten Antriebswelle (GW1) des Getriebes parallel und zu dieser radial versetzt angeordnet ist.
Antriebsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebenaggregat (AUX) eine Eingangswelle (DS1) aufweist, die koaxial zur ersten Antriebswelle (GW1) des Getriebes ausgerichtet ist, und/oder dass das Nebenaggregat (AUX) in einem dem ersten Leistungseingang (PD1) des Getriebes abgewandten Innenbereich des Getriebegehäuses (GH) angeordnet ist, und/oder dass im Bereich des ersten Leistungseingangs eine Doppelkupplungseinrichtung (DK) vorgesehen ist.
Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeuges mit einer Antriebsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welchem im Rahmen eines Schubbetriebs des Kraftfahrzeuges und gegebenem Leistungsbedarf des Nebenaggregats dieses über den ersten Leistungsabgriffsweg angetrieben wird.