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Die Erfindung betrifft einen Hybridantriebssystem sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Hybridantriebssystem. Ein Hybridantriebssystem gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs ist aus der
EP 2 957 444 A1 bekannt.
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Durch den Einsatz mehrerer Antriebsmaschinen zum Überwinden von Fahrwiderständen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs ist ein besonders effizienter Antrieb eines solchen ermöglicht. Mit mehreren Antriebsmaschinen, welche auch gleichzeitig zum Abgeben von Antriebsleistung eingerichtet sind, steigt auch die Komplexität des Antriebsstrangs.
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Die
EP 2 957 444 A1 schlägt einen Hybridantriebsstrang für Kraftfahrzeuge mit einem Zugmittelgetriebe zwischen einer elektrischen Antriebsmaschine und einer Brennkraftmaschine vor, wobei mehrere unterschiedliche Leistungspfade zur Übertragung von Antriebsleistung auf eine antreibbare Antriebsachse gebildet werden. Weiter schlägt die
DE 10 2010 017 966 A1 allgemein verschiedene Konfigurationen für ein Antriebssystem eines Fahrzeugs mit elektrischem Antrieb vor.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Hybridantriebssystem mit vereinfachtem Aufbau und guter Effizienz anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Hybridantriebssystem gemäß dem ersten Patentanspruch sowie durch ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Hybridantriebssystem gemäß Patentanspruch 4 sowie durch ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Kraftfahrzeugs gemäß Patentanspruch 5 gelöst, zu bevorzugt Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einem Hybridantriebssystem ein Antriebssystem für eine Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, zu verstehen, wobei dieses Antriebssystem eine erste und wenigstens eine zweite Antriebsmaschine aufweist, welche artunterschiedlich sind. Aus dem Stand der Technik sind Hybridantriebssystem bekannt, welche vorzugsweise eine Kombination einer thermischen Kraftmaschinen mit einer pneumatischen oder hydraulischen Kraftmaschinen oder bevorzugt eine Kombination einer thermischen Kraftmaschine mit einem elektromechanischen Energiewandler oder andere Kombinationen aufweist. Vorzugsweise ist die Erfindung unabhängig von der Art der Antriebsmaschinen auf Hybridantriebssysteme Anwendbar, welche wenigstens zwei Antriebsmaschinen aufweisen.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einer Antriebsachse eine antreibbare Fahrzeugachse zu verstehen, welche zur Übertragung von Antriebsleistung zum Überwinden von Fahrwiderständen auf eine Fahrbahnoberfläche eingerichtet ist. Eine solche Antriebsleistung, welche sich aus unterschiedlichen Antriebsteilleistungen zusammensetzt, wobei jede dieser Antriebsteilleistungen vorzugsweise von einer anderen Antriebsmaschine bereitgestellt ist, ist insbesondere als eine sogenannte Summenantriebsleistung zu verstehen.
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Weiter weist die Antriebsachse ein Achsgetriebe auf, dieses ist insbesondere dazu eingerichtet, die Summenantriebsleistung aufzunehmen. Weiter vorzugsweise weist das Achsgetriebe ein Achsdifferential auf. Dieses Achsdifferential ist vorzugsweise zum Ausgleichen von unterschiedlichen Drehzahlen von Antriebsrädern, welche an der Antriebsachse angeordnet sind, eingerichtet, wobei diese unterschiedlichen Drehzahlen insbesondere beim Durchfahren einer Kurve auftreten können. Vorzugsweise weist das Achsdifferential einen Differentialradsatz auf, welcher eine Vielzahl von Zahnrädern, vorzugsweise Kegelrädern, aufweist.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einer Brennkraftmaschine eine thermische Kraftmaschine mit innerer Verbrennung zu verstehen, vorzugsweise eine Brennkraftmaschine in Hubkolbenbauweise, welche bevorzugt nach dem Diesel- oder weiter vorzugsweise nach dem Ottoprinzip betreibbar ist. Vorzugsweise ist die Brennkraftmaschine in diesem Sinn als eine erste Antriebsmaschine zum Bereitstellen der ersten Antriebsteilleistung zu verstehen.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einer elektrischen Antriebsmaschine ein elektromechanischer Energiewandler zu verstehen, vorzugsweise ein Elektromotor oder bevorzugt ein Elektromotor/Generator. Vorzugsweise ist die elektrische Antriebsmaschine in diesem Sinn als eine zweite Antriebsmaschine zum Bereitstellen der zweiten Antriebsteilleistung zu verstehen.
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Vorzugsweise werden die erste und die zweite Antriebsleistung vor diesem Differentialradsatz summiert, vorzugsweise zusammengeführt, insbesondere mittels dieser Ausgestaltung ist ein einfacher Aufbau der Antriebsachse ermöglicht. Vorzugsweise ist das Achsgetriebe derart ausgestaltet, dass die erste und die zweite Antriebsleistung derart summierbar sind, dass vom Differentialkorb die Summe aus der ersten und er zweiten Antriebsleistung auf den Differentialradsatz übertragbar ist.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einem Fahrzeuggetriebe eine Getriebeeinrichtung zum Übertragen von Antriebsleistung, welche von der Brennkraftmaschine bereitgestellt ist (erste Antriebsteilleistung), in Richtung zur Antriebsachse zu verstehen, wobei das Fahrzeuggetriebe wenigstens eine Getriebeeingangswelle und eine Getriebeausgangswelle aufweist. Vorzugsweise ist das Fahrzeuggetriebe zur Veränderung eines Übersetzungsverhältnisses zwischen diesen Getriebewellen (Getriebeeingangswelle, Getriebeausgangswelle) eingerichtet ist. Vorzugsweise ist das Fahrzeuggetriebe zur Veränderung dieses Übersetzungsverhältnisses in diskreten Stufen eingerichtet, weiter vorzugsweise ist das Fahrzeuggetriebe als Zahnradgetriebe mit einer Vielzahl von Zahnrädern ausgebildet. Vorzugsweise ist die Getriebeeingangswelle selektiv drehfest mit der Brennkraftmaschine verbindbar. Weiter vorzugsweise ist die Getriebeausgangswelle dauerhaft drehmomentleitend mit dem Achsgetriebe verbunden. Vorzugsweise ist die Brennkraftmaschine mittels einer Kupplung, bevorzugt mittels einer Wandlerkupplung, beziehungsweise mittels eines Drehmomentwandlers, mit der Getriebeeingangswelle selektiv drehfest verbindbar. Insbesondere durch eine solche Ausgestaltung der Erfindung ist die Brennkraftmaschine mit der Antriebsachse drehmomentleitend verbindbar.
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Wird sowohl die erste Antriebsteilleistung, als auch die zweite Antriebsteilleistung bereits vor dem Fahrzeuggetriebe zur Summenleistung summiert - so wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist - so muss das Fahrzeuggetriebe auf diese Summenleistung ausgelegt sein und weiter wird die gesamte Summenleistung verlustbehaftet durch das Fahrzeuggetriebe übertragen.
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Eine Konfiguration des Antriebssystems, welche das zuvor genannte Problem vermeidet, ist insbesondere dadurch erreichbar, dass die erste und die zweite Antriebsteilleistung erst beim Achsgetriebe summiert werden. Insbesondere wird die erste Antriebsleistung getrennt von der zweiten Antriebsleistung zu dem Achsgetriebe übertragen, dazu sin sowohl das Fahrzeuggetriebe, wie auch die elektrische Antriebsmaschine dauerhaft drehmomentleitend mit der Antriebsachse verbunden. Vorzugsweise ist die zweite Antriebsteilleistung unmittelbar über wenigstens eine Übersetzungsstufe auf das Achsgetriebe übertragbar.
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Vorzugsweise weist das Achsgetriebe ein erstes Antriebszahnrad zur Aufnahme der ersten Antriebsteilleistung und ein zweites Antriebszahnrad zu Aufnahme der zweiten Antriebsteilleistung auf. Weiter vorzugsweise weist das Achsgetriebedifferential einen sogenannten Differentialkorb auf, mit welchem wenigstens eines dieser Antriebszahnräder drehfest verbunden ist, vorzugsweise sind diese beiden Antriebszahnräder drehfest mit dem Differentialkorb verbunden. Weiter vorzugsweise ist der Differentialkorb zur Aufnahme von Differentialzahnräder eingerichtet, wobei diese Differentialzahnräder den Ausgleich der Differenzdrehzahlen der Antriebszahnräder ermöglichen. Ein Achsdifferential mit einem Differentialkorb und Differentialzahnrädern ist aus dem Stand der Technik als solches bekannt.
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In einer bevorzugt Ausführungsform der Erfindung ist die Antriebsachse als eine Hinterachse eines Kraftfahrzeugs ausgebildet, insbesondere also als eine nicht lenkbare Achse dieses Kraftfahrzeugs. Weiter vorzugsweise ist Antriebsleistung vom Fahrzeuggetriebe mittels einer Antriebswelle aus einem vorderen Bereich des Kraftfahrzeugs, in welchem dieses Hybridantriebssystem aufgenommen ist, auf das Achsgetriebe übertragbar. Vorzugsweise ist diese Antriebswelle dauerhaft drehmomentleitend mit dem Achsgetriebe und dauerhaft drehmomentleitend mit dem Fahrzeuggetriebe, insbesondere mit der Getriebeausgangswelle verbunden. Weiter vorzugsweise ist die Antriebswelle drehfest mit der Getriebeausgangswelle verbunden. Insbesondere mittels einer derartigen Ausgestaltung des Hybridantriebssystems ist dieses als sogenannter Standardantrieb, mit der elektrischen Antriebsmaschine als zusätzlicher Antriebsquelle ausgeführt. Dabei bedeutet Standardantrieb bezogen auf das Kraftfahrzeug in welchen dieses Hybridantriebssystem aufgenommen ist, dass dieser eine in der Fahrzeugfront aufgenommene, bzw. im Fahrzeug vorne angeordnete Brennkraftmaschine aufweist, vorzugsweise eine vorne längs eingebaute Brennkraftmaschine, wobei der Antrieb dieses Kraftfahrzeugs über dessen Hinterachse erfolgt. Ein Standardantrieb ist aus dem Stand der Technik bekannt, und weist insbesondere ein hohes Fahrdynamikpotenzial, insbesondere gegenüber einem Frontantrieb, auf.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Fahrzeuggetriebe als ein Mehrstufengetriebe ausgebildet, vorzugsweise als ein automatisch schaltendes Mehrstufengetriebe beziehungsweise als ein sogenanntes Automatikgetriebe. Derartige Fahrzeuggetriebe sind in unterschiedlichen Bauformen bekannt. Vorzugsweise ist das Mehrstufengetriebe als ein sogenanntes Automatikgetriebe mit einer Vielzahl von vollständigen oder wenigstens teilweise reduzierten Planetengetrieberadsätzen ausgebildet. Weiter vorzugsweise weist das Mehrstufengetriebe die Getriebeeingangswelle und die Getriebeausgangswelle auf und das Übersetzungsverhältnis zwischen diesen beiden Getriebewellen ist, vorzugsweise in mehreren diskreten Stufen, veränderbar.
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Weiter weist das Mehrstufengetriebe eine sogenannte Neutralstellung auf. Vorzugsweise ist diese Neutralstellung dadurch gekennzeichnet, dass in dieser eine Drehmomentübertragung von der Getriebeeingangswelle auf die Getriebeausgangswelle nicht möglich ist, bzw. das in dieser Neutralstellung kein Drehmoment von der Getriebeeingangswelle auf die Getriebeausgangswelle oder umgekehrt übertragbar ist und das wenigstens die Getriebeausgangswelle frei drehbar ist. Diese Neutralstellung kann vorzugsweise, in Abhängigkeit von der Getriebebauart, durch eine entsprechende Ansteuerung des Mehrstufengetriebes erreicht werden insbesondere durch öffnen von Bremsen oder Kupplungen welche in diesem Getriebe zum Herstellen der unterschiedlichen Übersetzungsstufen vorgesehen sind.
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Insbesondere durch eine solche Ausgestaltung des Hybridantriebssystems ist es ermöglicht, die Getriebeausgangswelle von der Getriebeeingangswelle zu entkoppeln, sodass die Getriebeausgangswelle frei drehbar gegenüber der Getriebeeingangswelle ist. Insbesondere durch diese Entkopplung der Getriebeausgangswelle ist es ermöglicht, dass in einem Betriebsfall, in welchem Antriebsleistung von der elektrischen Antriebsmaschine bereitgestellt wird, die Brennkraftmaschine abgestellt sein und sich im Stillstand befinden kann und so ist das Kraftfahrzeug ausschließlich über die elektrische Antriebsmaschine bewegbar.
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Weiter ist ein Kraftfahrzeug mit einem Hybridantriebssystem in der zuvor beschriebenen Art und Weise vorgesehen. Ein solches Kraftfahrzeug ist insbesondere durch das angegebene Hybridantriebssystem besonders effizient bewegbar.
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Weiter ist ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit dem erfindungsgemäßen Hybridantriebssystem vorgesehen. Dieses Betriebsverfahren für das Kraftfahrzeug sieht einen rein elektrischen Antriebsmodus vor. Vorzugsweise zeichnet sich dieser elektrische Antriebsmodus dadurch aus, dass in diesem ausschließlich die elektrische Antriebsmaschine zum Antrieb des Kraftfahrzeugs herangezogen wird. Vorzugsweise wird in diesem elektrischen Antriebsmodus zunächst die Brennkraftmaschine abgestellt oder in einem abgestellten Betriebszustand gehalten. Insbesondere wird in der Brennkraftmaschine während des elektrischen Antriebsmodus beziehungsweise während diese abgestellt ist, kein Kraftstoff verbrannt und weiter gibt die Brennkraftmaschine in diesem elektrischen Antriebsmodus keine Antriebsleistung ab und nimmt keine Antriebsleistung auf. Weiter wird in diesem elektrischen Antriebsmodus das Fahrzeuggetriebe in die Neutralstellung geschalten bzw. in der Neutralstellung gehalten.
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Weiter vorzugsweise wird in diesem elektrischen Antriebsmodus die Antriebsleistung zum Antrieb des Kraftfahrzeugs ausschließlich von der elektrischen Antriebsmaschine über das Achsgetriebe an die Antriebsachse abgegeben. Insbesondere durch dieses unmittelbare Abgeben der von der elektrischen Antriebsmaschine bereitgestellten Antriebsleistung an die Antriebsachse ist ein besonders effizienter Betrieb des Kraftfahrzeugs mit Hybridantriebssystem ermöglicht.
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Nachfolgend ist die Erfindung und einzelne Merkmale dieser anhand der teilweise schematisierten Figuren näher erläutert, dabei zeigt:
- 1: einen Ausschnitt eines schematisierten Hybridantriebssystems im Bereich der Antriebsachse, welche als Hinterachse ausgebildet ist,
- 2: ein schematisiertes Hybridantriebssystem.
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In 1 ist ein schematisierter Teilbereich eines Hybridantriebssystems dargestellt. Mit der Antriebswelle 5, welche mit dem Kegelritzel 12, also der Eingangswelle in das Achsgetriebe 4, drehfest verbunden ist, ist Antriebsleistung von dem Fahrzeuggetriebe (nicht dargestellt) auf die Antriebsachse 15 übertragbar. Die Antriebsachse 15 weist 2 Achswellen 6 auf, mit diesen ist Antriebsleistung in Richtung auf die Antriebsräder (nicht dargestellt) übertragbar. Das Kegelritzel 12 steht in Eingriff mit dem ersten Antriebszahnrad 10, welches als Tellerrad ausgebildet ist und welches drehfest mit dem Differentialkorb 9 verbunden ist. Weiter ist mit dem Differentialkorb 9 das zweite Antriebszahnrad 11 drehfest verbunden.
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Das zweite Antriebszahnrad 11 steht in Eingriff mit einem Antriebsritzel 18, mittels welchem Antriebsleistung von der elektrischen Antriebsmaschine 1 auf das zweite Antriebszahnrad 11 und damit auf den Differentialkorb 9 übertragbar ist. Im Differentialkorb 9 ist ein Differentialradsatz 13 aufgenommen. Der Aufbau eines solchen Differentialgetriebes (Differentialkorb 9, Differentialradsatz 13) ist aus dem Stand der Technik bekannt. Durch die Anordnung bzw. durch die Anbindung des ersten Antriebszahnrads 10 und des zweiten Antriebszahnrads 11 an den Differentialkorb 9 ist die Leistungssummierung, also das Zusammenführen der von der Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) über die Antriebswelle 5 bereitgestellten ersten Antriebsleistung und der von der elektrischen Antriebsmaschine 1 bereitgestellten zweiten Antriebsleistung, erst am Differentialkorb 9 ermöglicht und damit ist das vollständige Ausnutzen der Summenleistung beider Antriebsmaschinen 1, 2 ermöglicht. Mit der dargestellten Anordnung ist insbesondere auch ein besonders effizienter Betrieb des Hybridantriebssystems ermöglicht.
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In 2 ist ein schematisierter Antrieb eines Hybridfahrzeugs, sogenanntes Hybridantriebssystem dargestellt. Die Hauptfahrtrichtung, also Vorwärtsfahrt, ist durch den Richtungspfeil 14 angezeigt. Die Vorderräder 8 eines solchen Fahrzeugs sind lenkbar und sind an der Vorderachse 16 des Fahrzeugs angeordnet.
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Das Fahrzeug weist dem Grunde nach einen Standardantrieb auf, das heißt die Brennkraftmaschine 2 ist im Fahrzeug vorne längs eingebaut und weiter ist diese mit dem Fahrzeuggetriebe 3 unmittelbar verbunden. Der Antrieb des Fahrzeugs erfolgt über die Hinterachse 17, welche als Antriebsachse ausgebildet ist. Die von der Brennkraftmaschine 2 bereitgestellte Antriebsleistung wird über das Fahrzeuggetriebe 3 und die Antriebswelle 5 im Fahrzeug nach hinten zur Hinterachse 17 übertragen. Die als Antriebsachse ausgebildete Hinterachse 17, weist das in 1 dargestellte Achsgetriebe 4 auf. Dem Achsgetriebe 4 ist über die elektrische Antriebsmaschine 1 eine zusätzliche Antriebsleistung zuführbar, welche mit der von der Brennkraftmaschine 2 bereitgestellten Antriebsleistung am Differentialkorb (nicht dargestellt) summiert wird. Vom Achsgetriebe 4 wird die Antriebsleistung über die Achswellen 6 zu den Antriebsrädern 7 übertragen.
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Mit anderen Worten kann durch die Integration einer elektrischen Antriebsmaschine 1 am Achsgetriebe 4 die Antriebsleistungen von der Brennkraftmaschine 2 und der elektrischen Antriebsmaschine 1 vollständig an die Antriebsräder 7 übertragen werden.
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Das vorgeschlagene Hybridantriebssystem ist in einem Hybridfahrzeug in konventioneller Standardantriebsanordnung vorgesehen, in welchem das Achsgetriebe 4 (sog. Hinterachsdifferential) dazu verwendet wird, die elektrische Antriebsmaschine 1 anzuschließen. Die Anbindung dieser elektrischen Antriebsmaschine 1 erfolgt ohne Kupplung, diese ist also vorzugsweise dauerhaft mit dem Achsgetriebe 4 verbunden. Die für das E-fahren, also das Antreiben des Hybridfahrzeugs ausschließlich mittels der elektrischen Antriebsmaschine 1, sinnvolle Entkopplung der Brennkraftmaschine 2 von der Antriebsachse 15 ist mittels des als Automatikgetriebe ausgebildeten Fahrzeuggetriebes 3 mit den in diesem enthaltenden Schaltelementen (Bremsen und Kupplungen zum Darstellen einzelner Gänge) ohne baulichen Mehraufwand im Antriebsstrang darstellbar.
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Ein Grundgedanke des vorgeschlagenen Hybridantriebssystems ist im Gegensatz zu vorhandenen Antriebssträngen, die Anbindung einer zweiten Antriebsquelle, also der elektrischen Antriebsmaschine 1, in das Achsgetriebe 4.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrische Antriebsmaschine
- 2
- Brennkraftmaschine
- 3
- Fahrzeuggetriebe
- 4
- Achsgetriebe
- 5
- Antriebswelle
- 6
- Achswellen
- 7
- Antriebsrad
- 8
- nicht angetriebenes Rad
- 9
- Differentialkorb
- 10
- erstes Antriebszahnrad
- 11
- zweites Antriebszahnrad
- 12
- Kegelritzel
- 13
- Differentialradsatz
- 14
- Vorwärtsfahrtrichtung
- 15
- Antriebsachse
- 16
- Vorderachse
- 17
- Hinterachse
- 18
- Antriebsritzel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2957444 A1 [0001, 0003]
- DE 102010017966 A1 [0003]
