DE102017221775A1

DE102017221775A1 - Hybridantriebsstrang

Info

Publication number: DE102017221775A1
Application number: DE102017221775.8A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Ohnemus; Fritz Pobitzer; Benjamin Kluge
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2017-12-04
Filing date: 2017-12-04
Publication date: 2019-06-06
Also published as: CN111183053A; US20210362583A1; US11518233B2; WO2019110285A1

Abstract

Offenbart wird ein Hybridantriebsstrang für ein Fahrzeug mit zumindest einem Verbrennungsmotor mit einer VM-Antriebswelle, insbesondere einer Kurbelwelle, und zumindest einer ersten elektrischen Maschine mit einer ersten EM-Antriebswelle, wobei der Verbrennungsmotor und die erste elektrische Maschine dazu ausgelegt sind, ein Drehmoment auf zumindest eine Antriebsachse zu übertragen, und mit weiterhin einem Getriebe mit einer Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle, die mit einer ersten von dem Verbrennungsmotor antreibbaren Antriebsachse wirkverbunden ist, wobei die Getriebeeingangswelle des Getriebes zumindest mit der VM-Antriebswelle des Verbrennungsmotors verbunden ist, um ein Drehmoment von dem Verbrennungsmotor auf die Getriebeeingangswelle und weiter auf die erste Antriebsachse zu übertragen, wobei die Getriebeeingangswelle und die VM-Antriebswelle des Verbrennungsmotors parallel zueinander angeordnet sind.

Description

Vorliegende Erfindung betrifft einen Hybridantriebsstrang für ein Fahrzeug mit zumindest einem Verbrennungsmotor, einer elektrischen Maschine und einem Getriebe.
Bei den bekannten Hybridantriebsgetrieben ist üblicherweise die Antriebswelle des Verbrennungsmotors, insbesondere die Kurbelwelle, in der Regel über eine Kupplungseinrichtung direkt oder indirekt mit der Getriebeeingangswelle verbunden, wobei Getriebe und Verbrennungsmotor in Bezug auf den Leistungsfluss vom Verbrennungsmotor zum Getriebe axial nebeneinander angeordnet sind. Die mindestens eine elektrische Maschine kann ebenfalls axial neben dem Verbrennungsmotor oder dem Getriebe angeordnet sein, es ist jedoch auch bekannt, die elektrische Maschine und deren Antriebswelle achsparallel zu dem Getriebe bzw. dem Verbrennungsmotor anzuordnen. Durch diese achsparallele Anordnung kann ein Bauraum in Längsrichtung, also in Anordnungsrichtung von Verbrennungsmotor und Getriebe eingespart werden. Nachteilig dabei ist jedoch, dass bei einer derartigen Ausgestaltung die Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine aufgrund des geringen für sie zur Verfügung stehenden Bauraums begrenzt bleibt.
Beide Antriebseinheiten, sowohl der Verbrennungsmotor als auch die elektrische Maschine übertragen ihr Drehmoment auf eine Getriebeeingangswelle des Getriebes, im Getriebe erfolgt eine Drehmoment-Drehzahl-Wandlung und eine Leistungszusammenführung bzw. -teilung von Verbrennungsmotor und elektrischer Maschine. Letztendlich wird die Leistung am Getriebeende üblicherweise per Differential an die Antriebsachse ausgegeben.
Problematisch bei den bekannten Antriebsstrangarchitekturen ist jedoch, dass die bekannte Architektur einen großen Platzbedarf hat und Verbrennungsmotor und daneben angeordnetes Getriebe oftmals längs einer Fahrzeuglängsachse ausgerichtet werden müssen, um den entsprechenden Bauraum bereitzustellen. Bei Front-Quereinbauten, das heißt, der Anordnung von Verbrennungsmotor und Getriebe entlang einer Querachse des Fahrzeugs muss deshalb oftmals ein Bauraum-bedingter Kompromiss geschlossen werden.
Ein Einbau entlang der Längsachse des Fahrzeugs bedeutet jedoch, dass Verbrennungsmotor und Getriebe in einen Flachspeicherbauraum zwischen den Fahrzeugachsen hineinragen, was entsprechende Nachteile in Bezug auf elektrische Reichweite und Struktursteifigkeit des Flachspeichers nach sich zieht.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es deshalb, eine Hybridantriebsstrangarchitektur bereitzustellen, die einen geringen Gesamtbauraumbedarf hat, dabei aber einen größtmöglichen Bauraum für die elektrische Maschine und den Verbrennungsmotor bereitstellt, und dem Flachspeicher eine optimale Anordnung und Gestaltung gewährt.
Diese Aufgabe wird durch einen Hybridantriebsstrang gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Im Folgenden wird ein Hybridantriebsstrang für ein Fahrzeug vorgestellt mit zumindest einem Verbrennungsmotor mit einer VM-Antriebswelle, insbesondere einer Kurbelwelle, und mindestens einer ersten elektrischen Maschine mit einer ersten EM-Antriebswelle, wobei der Verbrennungsmotor und die erste elektrische Maschine dazu ausgelegt sind, ein Drehmoment auf zumindest eine Antriebsachse des Fahrzeugs zu übertragen. Weiterhin weist der Hybridantriebsstrang ein Getriebe mit einer Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle auf, die mit der Antriebsachse wirkverbunden ist. Dabei ist die Getriebeeingangswelle des Getriebes mit der VM-Antriebswelle des Verbrennungsmotors verbunden, um ein Drehmoment von dem Verbrennungsmotor auf die Getriebeeingangswelle, von dort auf die Antriebsachse und nachfolgend auf die Räder zu übertragen.
Um eine besonders kompakte Bauweise zu erreichen und einen Front-oder Heck-Quereinbau zu ermöglichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Getriebeeingangswelle und die VM-Antriebswelle des Verbrennungsmotors parallel zueinander angeordnet sind. Das bedeutet, dass auf eine axial nebeneinander angeordnete Anordnung von Getriebe und Verbrennungsmotor verzichtet wird, wodurch der Bauraumbedarf in Längsrichtung der Antriebswelle beziehungsweise der Getriebeeingangswelle deutlich reduziert ist. Dadurch kann auch bei engen zur Verfügung stehenden Breiten des Fahrzeugs, die beispielsweise durch Längsträger im Frontbereich des Fahrzeugs begrenzt sind, der Hybridantriebsstrang quer zur Längsachse des Fahrzeugs eingebaut werden (Front-Quereinbau). Wird diese Antriebseinheit an der Hinterachse verbaut, ist ebenso auf eine entsprechend kurze Anordnung Wert zu legen (Heck-Quereinbau). Dies wiederum erlaubt eine Maximierung des Bauraums für Hochvoltspeicher (Flachspeicher), die üblicherweise im Bodenbereich zwischen den Achsen eingebaut sind. Dadurch wiederum wird die elektrische Reichweite vergrößert, so dass der Fokus bei dem beschriebenen Hybridantrieb stärker auf dem elektrischen Antrieb liegt.
Die für den elektrischen Fahrbetrieb des Hybridantriebsstrang bereitgestellte erste elektrische Maschine kann direkt mit der gleichen Antriebsachse, die von dem Verbrennungsmotor antreibbar ist, wirkverbunden sein, insbesondere über eine Ankopplung mittels einer Quertriebeinrichtung, insbesondere einer Zahnkette, eines Riemens oder einer Zahnradverbindung, insbesondere einer Zahnradkaskade, an ein Differential. Dabei ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Differential in das Getriebe axial in Längsrichtung der Getriebeeingangswelle am Getriebeausgang angeordnet ist, und/oder als Planetenstirnraddifferential oder als Stirnraddifferential ausgebildet ist, das einen deutlich geringen axialen Bauraumbedarf hat, als ein herkömmliches Kegelraddifferential.
Alternativ kann die erste elektrische Maschine an einer zweiten Fahrzeugachse angeordnet sein und die zweite Fahrzeugachse antreiben, und nur über eine Straßenkopplung mit der von dem Verbrennungsmotor angetriebenen Antriebsachse wirkverbunden sein. Beide Ausgestaltungen erlauben einen Verbau einer leistungsstarken elektrischen Maschine, die ausreichend Leistung für einen langen rein elektrischen Fahrbetrieb bereitstellt.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist eine zweite elektrische Maschine vorgesehen ist, die eine zweite EM-Antriebswelle aufweist, wobei die zweite EM-Antriebswelle der zweiten elektrischen Maschine mit der Getriebeeingangswelle verbunden ist, und wobei die zweite elektrische Maschine dazu ausgelegt ist, einen eCVT-Betrieb mit einem oder mehreren Betriebsmodi zwischen zweiter Elektrischer Maschine und Verbrennungsmotor bereitzustellen. Durch eine derartige Ausgestaltung kann auf Reibschaltelemente im Getrieberadsatz oder am Getriebeeingang, wie auch jegliche Form von Kennungswandler, beispielsweise eine Doppelkupplung, verzichtet werden. Letztere hätte die Aufgaben, beim Koppeln von Verbrennungsmotor und Getriebe die Drehzahlen von VM-Antriebswelle und Getriebeeingangswelle anzugleichen und den Verbrennungsmotor mit der Getriebeeingangswelle stoßfrei zu kuppeln.
Um jedoch bei einem Verzicht auf Reibschaltelemente in dem Getriebe nicht auf eine Unterbrechungsmöglichkeit der Drehmomentübertragung im Antriebsstrang verzichten zu müssen, ist in einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel vorgesehen, weiterhin mindestens eine vorzugsweise passive Entkopplungsvorrichtung, insbesondere eine Rutschkupplung bereitzustellen, die dazu ausgelegt ist, bei Überschreitung eines vorbestimmten Drehmomentschwellenwerts eine Drehmomentübertragung zwischen der Verbrennungsmaschine und/oder der ersten und/oder der zweiten elektrischen Maschine und der Antriebsachse zu unterbrechen. Dabei ist insbesondere bevorzugt, die Entkopplungsvorrichtung im Getriebe und/oder in einer Drehungleichförmigkeitsausgleicheinrichtung anzuordnen.
Weiterhin kann durch den Verzicht auf Reibschaltelemente im Antriebsstrang dann auch auf eine komplexe Hydraulikansteuerung von Getriebe bzw. Kupplungseinrichtungen verzichtet werden, was den Aufbau deutlich vereinfacht und kostengünstiger gestaltet. Weiterhin hat eine derartige Ausgestaltung den Vorteil, dass insbesondere mit der Verwendung einer elektrischen Maschine als Synchronisationselement zwischen VM-Antriebswelle und Getriebeeingangswelle bzw. leistungspfadbildenden Schaltelementen, eine eigenständige Versorgung des Getriebes mit Getriebeöl nicht mehr obligatorisch ist, sondern auch Motoröl zum Einsatz kommen kann. Dies wiederum erlaubt eine Integration von Verbrennungsmotor und Getriebe in ein gemeinsames Gehäuse. Zudem kann durch Verwendung von formschlüssigen Schaltelementen der mechanische Wirkungsgrad des Getriebes signifikant gesteigert werden.
Weiterhin ist vorteilhaft, wenn das Getriebe als Planetenkoppelgetriebe ausgebildet ist. Ein derartiges Planetenkoppelgetriebe beansprucht wenig axialen Bauraum und ist deshalb für eine derartige Antriebsstrangarchitektur bevorzugt. Dabei kann insbesondere die Getriebeeingangswelle als Hohlwelle ausgebildet sind, durch die die Antriebsachse geführt wird. Durch die durch die Ausgestaltung als Planetenkoppelgetriebe bereitgestellte axiale Kurzbauweise des Getriebes kann sichergestellt werden, dass das Getriebe auch bei einer durch das Getriebe hindurchgeführter Antriebsachse in Quereinbauweise in den Bauraum zwischen den Gelenkpunkten der Antriebswelle eingepasst werden kann.
Werden zudem die Standgetriebeübersetzungen klein gehalten, kann auch die radiale Abmessung des Radsatzes sinnvoll reduziert werden.
Die parallele Anordnung von Verbrennungsmotor und Getriebe ermöglicht weiterhin eine vorteilhafte Ausgestaltung, bei der der Verbrennungsmotor und das Getriebe in einem gemeinsamen Gehäuse aufgenommen sind. Dies ermöglicht zudem, dass beispielsweise das Getriebe auch mit dem Motoröl geschmiert wird, sodass auf zusätzliche Ölzuführleitungen und Schmiermittelpumpen verzichtet werden kann. Dabei kann insbesondere die oben genannte Ausgestaltung des Hybridantriebsstrangs mit einer zusätzlichen zweiten elektrischen Maschine als Synchronisationselement verwendet werden, es sind jedoch auch andere Ausgestaltungen möglich. Beispielsweise kann eine bedarfsorientiert agierende Schaltaktuatorik z. B. eine elektromechanische Walzenaktuatorik bekannt aus einem Doppelkupplungsgetriebe, verwendet werden, die für die Erfüllung der Schaltungsfunktionen im Getriebe ausreichend wäre. Somit können auch bei dieser Ausgestaltung schmutzempfindliche Hydraulikventile entfallen, und die Anforderungen an das Getriebeöl werden insgesamt soweit reduziert, dass ein Einsatz von Motoröl als Getriebeschmierstoff zulässig werden kann.
Weiterhin ist vorteilhaft, wenn die erste und/oder die zweite EM-Antriebswelle parallel zu der VM-Antriebswelle des Verbrennungsmotors und der Getriebeeingangswelle angeordnet sind. Dadurch kann Bauraum in Fahrzeugquerrichtung eingespart werden und ein besonders kompakter Hybridantriebsstrang bereitgestellt werden.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die Getriebeeingangswelle und die parallel dazu ausgerichtete VM-Antriebsachse des Verbrennungsmotors und/oder die zweite EM-Antriebswelle der zweiten elektrischen Maschine über eine Quertriebeinrichtung, insbesondere eine Zahnkette, einen Riemen oder eine Zahnradverbindung, insbesondere eine Zahnradkaskade, miteinander verbunden. Durch diese Quertriebeinrichtung wird eine Drehmomentübertragung in einfacher Weise von den parallel angeordneten Antriebswellen auf die Getriebeeingangswelle bzw. Antriebsachse ermöglicht. Dadurch kann der für die erste oder zweite elektrische Maschine bereitstehende Bauraum maximiert werden.
Da oftmals von einem Verbrennungsmotor aufgrund der Übersetzung von der linearen Kolbenbewegung in eine Drehbewegung der Antriebswelle eine gewisse Drehungleichförmigkeit entsteht, ist gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel vorgesehen, zwischen Getriebeeingangswelle und erster Antriebswelle des Verbrennungsmotors eine Drehungleichförmigkeitsausgleichseinrichtung anzuordnen. Diese kann beispielsweise als Zweimassenschwungrad ausgestaltet sein. Dabei kann beispielsweise die Antriebswelle des Verbrennungsmotors in einer Hohlwelle der Drehungleichförmigkeitsausgleichseinrichtung geführt werden, um eine Bauraum sparende Anordnung zu erreichen. Die Drehungleichförmigkeitsausgleichseinrichtung gleicht die Drehungleichförmigkeit der Drehbewegung des Verbrennungsmotors aus, sodass eine gleichmäßige Drehbewegung über den Quertrieb auf die Getriebeeingangswelle übertragen werden kann. Bei einer direkten Verbindung zwischen Antriebswelle des Verbrennungsmotors und Getriebeeingangswelle würde aufgrund der Drehungleichförmigkeit des Verbrennungsmotors der Quertrieb und Getriebe mechanisch übermäßig stark belastet, und deren Lebensdauern eingeschränkt.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist das Getriebe weiterhin eine Getriebeausgangswelle auf, über die ein Drehmoment von dem Getriebe auf eine ein erstes und ein zweites Fahrzeugrad antreibende Antriebsachse übertragen wird. Dabei ist die Getriebeausgangswelle mit der Antriebsachse verbunden und die Antriebsachse ist in Getriebelängsachsenrichtung axial zu der Getriebeeingangswelle und parallel zu mindestens einer der Antriebswellen ausgerichtet. Durch diese Ausrichtung und Anordnung kann sichergestellt werden, dass ein Drehmoment direkt von dem Getriebe auf die Antriebsachse übertragen wird, sodass auch hier Bauraum eingespart wird. Dabei kann die Getriebeausgangswelle direkt die Antriebsachse sein, die beispielsweise in einer als Hohlwelle ausgebildeten Getriebewelle, die die Getriebeeingangswelle sein kann aber nicht zwangsläufig sein muss, durch das Getriebe geführt wird, um das rechte und das linke Fahrzeugrad entsprechend anzutreiben. Auch durch diese Ausgestaltung wird Bauraum gespart, da das Getriebe direkt mit der Antriebsachse wirkverbunden ist und demnach an der Antriebsachse direkt angeordnet werden kann.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel sind der Verbrennungsmotor und die mindestens eine elektrische Maschine axial in Fahrtrichtung beidseits des Getriebes angeordnet. Das bedeutet, dass beispielsweise der Verbrennungsmotor in Fahrtrichtung hinter dem Getriebe angeordnet ist, während die mindestens eine elektrische Maschine in Fahrtrichtung vor dem Getriebe angeordnet ist. Alternativ ist selbstverständlich auch möglich, dass der Verbrennungsmotor in Fahrtrichtung vor dem Getriebe angeordnet ist und mindestens eine elektrische Maschine in Fahrtrichtung hinter dem Getriebe. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine besonders kompakte Bauweise, sodass der Hybridantriebsstrang auch zwischen bestehenden Längsträgern des Fahrzeugs in Front-Quereinbaurichtung eingebaut werden kann.
Alternativ zu der oben beschriebenen Anordnung ist es auch möglich, den Verbrennungsmotor und die mindestens eine elektrische Maschine nebeneinander anzuordnen. Dies ermöglicht ebenfalls eine sehr geringe Ausdehnung des Antriebsstrangs in Fahrzeuglängsrichtung, sodass der Platzbedarf in Fahrzeuglängsrichtung weiter reduziert ist. Bei einer derartigen Ausgestaltung ist zudem vorteilhaft, wenn der Verbrennungsmotor relativ klein gehalten ist und beispielsweise nur als „Range Extender“ dient.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist, wie oben erwähnt, eine erste und eine zweite elektrische Maschine vorgesehen, wobei die erste elektrische Maschine an der von dem Verbrennungsmotor angetriebenen Achse angeordnet ist und die zweite elektrische Maschine an einer weiteren, nicht von dem Verbrennungsmotor antreibbaren Fahrzeugachse angeordnet ist und dazu ausgelegt ist, diese weitere Fahrzeugachse anzutreiben. Dadurch kann eine Antriebsstrangarchitektur bereitgestellt werden, bei der nicht nur eine Achse, sondern beide Fahrzeugachsen aktiv angetrieben sind (Allradantrieb).
Alternativ zu der Ausgestaltung, dass eine erste und eine zweite elektrische Maschine an unterschiedlichen Achsen angeordnet sind, ist es, wie ebenfalls oben erwähnt, auch möglich, zwei elektrische Maschinen an der von dem Verbrennungsmotor angetriebenen Achse anzuordnen. Sind die beiden elektrischen Maschinen in diesem Fall zudem örtlich nahe beieinander angeordnet, kann auch ein Doppelinverter verwendet werden, sodass nicht jede elektrische Maschine mit einem eigenen Inverter ausgestattet werden muss. Auch dadurch kann der Bauraum optimiert ausgenutzt werden und viel Platz für die Hochvoltspeicher bereitgestellt werden
Die von dem Verbrennungsmotor angetriebene Achse kann sowohl die Vorderachse als auch die Hinterachse sein.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen sind in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen angegeben. Dabei sind insbesondere die in der Beschreibung und in den Zeichnungen angegebenen Kombinationen der Merkmale rein exemplarisch, so dass die Merkmale auch einzeln oder anders kombiniert vorliegen können.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Dabei sind die Ausführungsbeispiele und die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Kombinationen rein exemplarisch und sollen nicht den Schutzbereich der Erfindung festlegen. Dieser wird allein durch die anhängigen Ansprüche definiert.
Es zeigen:

1a: eine schematische Ansicht eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Hybridantriebsstrangs;
1b: eine schematische Ansicht einer Variation des in 1a gezeigten Ausführungsbeispiels;
2a: eine schematische Ansicht eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Hybridantriebsstrangs;
2b: eine schematische Ansicht einer Variation des in 2a gezeigten Ausführungsbeispiels;
3a: eine schematische Ansicht eines dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Hybridantriebsstrangs; und
3b: eine schematische Ansicht einer Variation des in 3a gezeigten Ausführungsbeispiels.

Im Folgenden werden gleiche oder funktionell gleichwirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Die 1 bis 3, zeigen in den Teilfiguren a und b jeweils eine schematische Darstellung zweier Varianten eines Fahrzeugs 100 mit einem Hybridantriebsstrang 1, wobei der Hybridantriebsstrang 1 zwei Antriebseinheiten, nämlich einen Verbrennungsmotor V, und eine elektrische Maschine E aufweist. Beide Antriebseinheiten V und E, stellen ein Drehmoment bereit mit dem eine Antriebsachse C und/oder D und damit mindestens ein Fahrzeugrad antreibbar ist. Dabei unterscheiden sich die Varianten der Teilfiguren a und b jeweils darin, dass in Variante a, der Verbrennungsmotor V und die elektrische Maschine E die gleiche Antriebsachse C antreiben, während in Variante b der Verbrennungsmotors V und die elektrische Maschine E unterschiedliche Achsen C und D antreiben. Weiterhin ist den Figuren zu entnehmen, dass der Hybridantriebsstrang ein Getriebe 4 mit einer Getriebeeingangswelle 10 umfasst, um ein Drehmoment von dem Verbrennungsmotor V über seine VM-Antriebswelle 8 getriebeeingangsseitig an die Getriebeeingangswelle 10 und getriebeausgangsseitig an die Antriebsachse C zu übertragen.
Wie weiterhin den 1 bis 3 zu entnehmen, ist die VM-Antriebswelle 8 parallel zu der Getriebeeingangswelle 10 angeordnet, so dass das Getriebe 4 quer zu einer Fahrtrichtung (siehe Pfeil) in das Fahrzeug 100 eingebaut werden kann. Dadurch müssen nicht mehr bauraumbedingte Einschränkung für Getriebe 4 und/oder Verbrennungsmotor V hingenommen werden, um den Quereinbau auch in bestehenden Rahmenstrukturen, insbesondere zwischen die bestehenden Längsträger der Fahrzeugkarosserie, realisieren zu können. Durch die parallele Anordnung von Getriebe 4 und Verbrennungsmotor V kann ein sehr kompakter Hybridantriebsstrang 1 bereitgestellt werden, der, aufgrund der Querausrichtung seiner Wellen zur Fahrtrichtung, in Längsrichtung kaum Bauraumbedarf aufweist. Dadurch kann der zwischen den Achsen C, D bereitstehende Bereich F fast vollständig für die Aufnahme von Hochvoltspeichern zur Verfügung stehen. Dadurch können mehr und strukturell stabilere Flachspeicher zum Einsatz kommen, was wiederum ermöglicht, dass leistungsstärkere elektrische Maschinen im Hybridantriebsstrang zum Einsatz kommen können, wodurch wiederum unter anderem die Reichweite der elektrischen Fahrleistung positiv beeinflusst werden kann.
Weiterhin ist den Figuren zu entnehmen, dass eine zweite elektrische Maschine 6 vorgesehen ist, wobei die zweite elektrische Maschine 6 dafür sorgt, dass im Getriebe mindestens ein eCVT-Modus realisierbar ist, Dabei ist das Getriebe 4 vorzugsweise als Planetenkoppelgetriebe ausgestaltet.
Die Verwendung einer elektrischen Maschine 6, die zusammen mit dem Verbrennungsmotor V mindestens ein eCVT-Modus darstellen kann, sowie die Ausgestaltung des Getriebes 4 als Planetenkoppelgetriebe ermöglicht zudem, einen Verzicht auf Reibschaltelemente, wie beispielsweise Reiblamellenbremsen oder - kupplungen im Antriebsstrang, und ein Verzicht auf die übliche komplexe Hydraulikansteuerung von Getriebe 4 und Kupplungseinrichtung, so dass die Anforderungen, die an ein Getriebeöl gestellt werden, deutlich reduziert sind. Dies wiederum erlaubt eine Vereinfachung der Ölzufuhr und -bereitstellung, und kann im besonders bevorzugten Fall sogar eine Integration von Getriebe 4 und Verbrennungsmotor V in ein gemeinsames Gehäuse ermöglichen. Um bei einem Verzicht auf Reibschaltelemente dennoch eine Unterbrechung der Drehmomentübertragung von Verbrennungsmaschine V auf Antriebsachse C zu ermöglichen, kann weiterhin eine, vorzugsweise passive, Entkopplungseinrichtung (nicht dargestellt), wie beispielsweise eine Rutschkupplung, in dem Antriebsstrang 1 vorgesehen sein. Diese kann beispielsweise in dem Getriebe 4 selbst angeordnet sein und sorgt dafür, dass bei Überschreitung eines vorbestimmten Drehmoments, die drehfeste Drehmomentübertragung unterbrochen wird, so dass keine Beschädigung der Wellen und Eingriffselemente entsteht.
Wie weiterhin den 1 bis 3 zu entnehmen, ist die Kurbelwelle 8 also die VM-Antriebswelle 8 des Verbrennungsmotors V parallel zu der Getriebeeingangswelle 10 des Getriebes 4 und auch parallel zu der EM-Antriebswelle 12 der elektrischen Maschine 6 angeordnet. Zudem, ist der Verbrennungsmotor V über seine VM-Antriebswelle 8 mit einer Drehungleichförmigkeitsausgleichseinrichtung 14 verbunden, die wiederum mit einem Quertrieb 16 verbunden ist, sodass ein Drehmoment das von dem Verbrennungsmotor V auf die Antriebswelle 8 und dann auf die Drehungleichförmigkeitsausgleichseinrichtung 14 übertragen wird, über den Quertrieb 16 auf die Getriebeeingangswelle 10 des Getriebes 4 übertragen wird. Durch die Drehungleichförmigkeitsausgleicheinrichtung 14 werden Drehungleichförmigkeiten, die durch die Kolbenbewegung des Verbrennungsmotors V entstehen, ausgeglichen, sodass der Quertrieb 16 nicht übermäßig mechanisch belastet wird. Der Quertrieb 16 kann dabei eine Zahnkette, ein Riemen oder auch eine Zahnradkaskade sein. Die oben erwähnte Entkopplungseinrichtung kann statt in das Getriebe 6 auch in die Drehungleichförmigkeitsausgleichseinrichtung 14 integriert sein.
Analog zu dem Quertrieb 16 ist auch die Abtriebswelle 12 der elektrischen Maschine 6 über einen Quertrieb 18 mit der Getriebeeingangswelle 10 verbunden. Auch dieser Quertrieb 18 kann über eine Zahnkette oder Zahnradkaskade ausgebildet sein, und sorgt dafür, dass die Drehzahl der Getriebeeingangswelle 10 und die Drehzahl der VM-Antriebswelle 8 synchronisierbar sind. Sowohl für den Quertrieb 16 als auch den Quertrieb 18 können aber beliebige Quertriebe zum Einsatz kommen.
Wie 1 bis 3 weiter zeigt, ist die Getriebeeingangswelle 10 koaxial zu der Antriebsachse C des Fahrzeugs, sodass eine maximale Bauraumausnutzung erfolgen kann. Dabei kann insbesondere die Getriebeausgangswelle 20 direkt mit der Antriebsachse C verbunden oder als diese ausgestaltet sein. Um eine Durchführung durch das Getriebe 4 zu ermöglichen, kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Getriebeeingangswelle 10 als Hohlwelle ausgebildet ist, durch die die Antriebsachse C geführt wird.
Die Figuren zeigen weiterhin, dass die für den elektrischen Antrieb verantwortliche elektrische Maschine E prinzipiell an zwei möglichen Stellen angeordnet werden kann, die in den Varianten a und b der Figuren gezeigt sind. Zum einen kann die elektrische Maschine E, wie in Variante b gezeigt, direkt mit einer weiteren nicht von dem Hybridantriebsstrang 1 angetriebenen Achse D verbunden sein, sodass nicht nur eine einzelne Fahrzeugachse C, sondern auch die andere Fahrzeugachse D angetrieben werden. Alternativ ist die elektrische Maschine E transversal neben der elektrischen Maschine 6 angeordnet sein und auch hier direkt über einen Quertrieb 22 mit dem Getriebe 4 verbunden (siehe Variante a). Dabei ist insbesondere bevorzugt, wenn die elektrische Maschine E getriebeausgangsseitig mit einem (Planeten-) Stirnraddifferential 24 zusammenwirkt, das axial am Ausgang des Radsatzes neben dem Getriebe angeordnet und vorzugsweise in das Getriebe integriert ist. Diesem Differential 24 kann eine weitere Planetengetriebestufe als Endübersetzungsstufe beigestellt sein.
Wie insbesondere die Ausgestaltung von 1 zeigt, sind Verbrennungsmotor V und elektrische Maschine 6; E beidseits des Getriebes 4 angeordnet. So ist beispielsweise wie dargestellt, der Verbrennungsmotor V in Fahrtrichtung hinter dem Getriebe 4 angeordnet, während die elektrische Maschine 6 vor dem Getriebe 4 angeordnet ist. Selbstverständlich ist auch eine andere Anordnung möglich, bei der beispielsweise der Verbrennungsmotor V vor und die elektrische Maschine 6 hinter dem Getriebe 4 angeordnet sind.
Weiterhin kann die vom Hybridantriebsstrang 1 angetriebene Achse C, wie in dem dargestellten Beispiel der 1, die Vorderachse sein, es ist jedoch auch möglich, dass, wie 2 zeigt, die Hinterachse vom Hybridantriebsstrang 1 angetrieben wird. Analog zu dem in 1b dargestellten Fall wird dann bei Variante b (siehe 2b) die Vorderachse D von der zweiten elektrischen Maschine E angetrieben.
Alternativ zu den in 1 bzw. 2 dargestellten Ausgestaltungen zeigt 3 eine weitere mögliche Anordnung von Verbrennungsmotor V, erster elektrischer Maschine E, Getriebe 4 und zweiter elektrischer Maschine 6, bei der Verbrennungsmotor V und die elektrische(n) Maschine(n) 6 (optional 6 und E) auf der gleichen Seite des Getriebes 4 angeordnet sind. Durch eine derartige Ausgestaltung kann insbesondere der Längsbauraumbedarf des Hybridantriebs 1 weiter eingeschränkt werden. Auch in dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Abtriebswellen 8, 12 von Verbrennungsmotor V und elektrischen Maschine 6 parallel zu der Getriebeeingangswelle 10 angeordnet und über Quertriebe 16, 18, mit dieser verbunden. Auch bei dieser Variante gibt es die Möglichkeit, die elektrische Maschine E an der Achse C zu integrieren (3a) oder alternativ eine andere Achse D direkt anzutreiben (3b). Weiterhin zeigt die Variante der 3a, dass die elektrische Maschine E, die für einen elektrischen Antrieb sorgt nicht, wie in den 1 und 2 unbedingt mit dem Differential 24 verbunden sein muss, sondern über den Quertrieb 22 auch direkt mit der Getriebeeingangswelle 10 zusammenwirken kann.
Insgesamt kann mit der beschriebenen Hybridantriebsstranganordnung eine besonders kompakte Anordnung der Hybridantriebselemente bereitgestellt werden, sodass der Bauraum F für die Aufnahme von Hochvoltenergiespeicher zwischen den Fahrzeugachsen C, D maximiert wird. Dadurch kann die Reichweite bei elektrischem Fahrbetrieb deutlich vergrößert werden, sodass der elektrische Anteil bei dem Hybridantrieb gestärkt und der Verbrennungsmotor V nur im Notfall zugeschalten werden muss.
Bezugszeichenliste

1: Hybridantriebsstrang
4: Getriebe
6: elektrische Maschine
8: VM-Antriebswelle
10: Getriebeeingangswelle
12: EM-Antriebswelle
14: Drehungleichförmigkeitsausgleichseinrichtung
16, 18: Quertrieb
20: Getriebeausgangswelle
22: Quertrieb
24: Differential
V: Verbrennungsmotor
E: zweite elektrische Maschine (für Antrieb)
C, D: Antriebsachse
F: Bauraum für Hochvoltspeicher

Claims

Hybridantriebsstrang (1) für ein Fahrzeug (100) mit zumindest einem Verbrennungsmotor (V) mit einer VM-Antriebswelle (8), insbesondere einer Kurbelwelle, und zumindest einer ersten elektrischen Maschine (E) mit einer ersten EM-Antriebswelle (12), wobei der Verbrennungsmotor (V) und die erste elektrische Maschine (E) dazu ausgelegt sind, ein Drehmoment auf zumindest eine Antriebsachse (C; D) zu übertragen, und mit weiterhin einem Getriebe (4) mit einer Getriebeeingangswelle (10) und einer Getriebeausgangswelle (20), die mit der ersten von dem Verbrennungsmotor (V) antreibbaren Antriebsachse (C) wirkverbunden ist, wobei die Getriebeeingangswelle (10) des Getriebes (4) zumindest mit der VM-Antriebswelle (8) des Verbrennungsmotors (V) verbunden ist, um ein Drehmoment von dem Verbrennungsmotor (V) auf die Getriebeeingangswelle (10) und weiter auf die erste Antriebsachse (C) zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangswelle (10) und die VM-Antriebswelle (8) des Verbrennungsmotors (V) parallel zueinander angeordnet sind.
Hybridantriebsstrang (1) nach Anspruch 1, wobei weiterhin die erste elektrische Maschine (E) mit der ersten Antriebsachse (C) wirkverbunden ist, und/oder die erste elektrische Maschine (E) mit einer zweiten von dem Verbrennungsmotor nicht antreibbaren Fahrzeugachse (D) wirkverbunden ist.
Hybridantriebsstrang (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei weiterhin eine zweite elektrische Maschine (E) vorgesehen ist, die eine zweite EM-Antriebswelle (12) aufweist, wobei die zweite EM-Antriebswelle (12) der zweiten elektrischen Maschine (E) mit der Getriebeeingangswelle (10) verbunden ist, und wobei die zweite elektrische Maschine (E) dazu ausgelegt ist, mindestens einen eCVT-Modus im Getriebe zu realisieren, vorzugsweise durch einen entsprechendem im Getriebe verbauten Radsatz.
Hybridantriebsstrang (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Getriebe (4) als Planetenkoppelgetriebe ausgebildet ist.
Hybridantriebsstrang (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verbrennungsmotor (V) und das Getriebe (4) in einem gemeinsamen Gehäuse aufgenommen sind.
Hybridantriebsstrang (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste und/oder die zweite EM-Antriebswelle (12) parallel zu der VM-Antriebswelle (8) des Verbrennungsmotors (V) und der Getriebeeingangswelle (10) angeordnet sind.
Hybridantriebsstrang (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Getriebeeingangswelle (10) und die parallel dazu ausgerichtete VM-Antriebswelle (8) des Verbrennungsmotors (V) und/oder die zweite EM-Antriebswelle (12) der zweiten elektrischen Maschine (6) über eine Quertriebeinrichtung (16, 18), insbesondere über eine Zahnkette, einen Riemen, oder eine Zahnradverbindung, miteinander verbunden sind.
Hybridantriebsstrang (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen Getriebeeingangswelle (10) und VM-Antriebswelle (8) des Verbrennungsmotors (V) eine Drehungleichförmigkeitsausgleicheinrichtung (14), insbesondere ein Zweimassenschwungrad, angeordnet ist, wobei ein Drehmoment von dem Verbrennungsmotor (V) in die Drehungleichförmigkeitsausgleicheinrichtung (14), und von der Drehungleichförmigkeitsausgleicheinrichtung (14) über die Quertriebeinrichtung (16) an die Getriebeeingangswelle (10) übertragen wird.
Hybridantriebsstrang (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei weiterhin mindestens eine Entkopplungsvorrichtung, insbesondere eine Rutschkupplung vorgesehen ist, die dazu ausgelegt ist, bei Überschreitung eines vorbestimmten Drehmomentschwellenwerts eine Drehmomentübertragung von dem Verbrennungsmotor (V) und/oder der ersten und/oder der zweiten elektrischen Maschine (6) auf die erste Antriebsachse (C) zu unterbrechen, wobei die Entkopplungsvorrichtung vorzugsweise im Getriebe (4) und/oder in der Drehungleichförmigkeitsausgleicheinrichtung (14) angeordnet ist.
Hybridantriebsstrang (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Getriebeeingangswelle (10) als Hohlwelle ausgestaltet ist, in der die erste Antriebsachse (C) geführt ist.
Hybridantriebsstrang (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verbrennungsmotor (V) in Fahrtrichtung axial hinter dem Getriebe (4) angeordnet ist und mindestens eine elektrische Maschine (E; 6) in Fahrtrichtung axial vor dem Getriebe angeordnet ist, oder wobei der Verbrennungsmotor (V) in Fahrtrichtung axial vor dem Getriebe angeordnet ist und mindestens eine elektrische Maschine (E; 6) in Fahrtrichtung axial hinter dem Getriebe angeordnet ist.
Hybridantriebsstrang (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Verbrennungsmotor (V) in Fahrtrichtung axial vor oder hinter dem Getriebe (4) angeordnet ist, und mindestens eine elektrische Maschine (E; 6) in Fahrtrichtung transversal neben dem Verbrennungsmotor (V) angeordnet ist.