DE102018200950A1 - Fahrzeug mit Verteilergetriebe und Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs mit einem Verteilergetriebe - Google Patents
Fahrzeug mit Verteilergetriebe und Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs mit einem Verteilergetriebe Download PDFInfo
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Abstract
Fahrzeug mit Längsmotor und mit einem Verteilergetriebe für Vierradantrieb mit wenigstens einer Eingangswelle und zwei Ausgangswellen, die jeweils mit den Achsen des Fahrzeugs antriebswirksam verbunden oder zu verbinden sind, wobei eine elektrische Maschine mit mindestens einer der Ausgangswellen verbindbar ist, wobei die elektrische Maschine einen Rotor als Hohlwelle besitzt, die eine der Ausgangswellen umfasst und seriell zu einer Kupplung des Verteilergetriebes angebracht ist.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit Längsmotor und permanenten Hinterachsantrieb, das einen Verbrennungsmotor und eine elektrische Maschine aufweist, wobei ein Verteilergetriebe Antriebsmomente bedarfsgerecht auf zwei Antriebsachsen verteilt.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs mit einem Verteilergetriebe. - Stand der Technik
- Allrad-Kraftfahrzeuge sind unter anderem wegen des erhöhten Kraftstoffverbrauchs und der steigenden Anforderungen in Bezug auf Abgasrichtlinien Objekt steter Weiterentwicklung. Auf Grund der strikteren Anforderungen der Abgasnormen für PKWs ist es erforderlich, vor allem bei allradgetriebenen Fahrzeugen, Effizienz steigernde Maßnahmen umzusetzen.
- Der zusätzliche Kraftstoffverbrauch, und die daraus entstehende Abgaserhöhung, von allradgetriebenen Fahrzeugen kann durch Abschalten der Allradfähigkeit eingeschränkt werden. Bei aktuellen Lösungen, z.B. reibkupplungsbasierende Transfer Cases, wird dies durch komplettes Öffnen der Reiblamellenkupplung realisiert. Der Verzicht auf Allradantrieb stellt keine Alternative dar, da viele Fahrzeughersteller aus Gründen der Fahrdynamik auf Allradantrieb setzen.
Bisher bekannte Systeme, welche auf der Technologie von Reiblamellenkupplungen basieren, können voll variabel gesteuert werden und eine Drehmomentverteilung von 0% bis 100% an die Sekundärachse bereitstellen. Allradsysteme, welche auf Reiblamellenkupplungen basieren, haben den Nachteil, dass auftretende Drehzahldifferenzen an den Achsen Einfluss auf das absetzbare Drehmoment an der Sekundärachse haben. Durch ein Reiblamellenkupplung basierendes Allradsystem kann also eine Drehmomentverteilung eingestellt werden.
Aber bei vollem Lenkeinschlag und gleichzeitig hohem Reibwert an der Kupplung ist die Drehmomentverteilung begrenzt, da der kinematische Reifenschlupf zwischen den Achsen an der Reiblamellenkupplung ebenso durch Schlupf in der Reiblamellenkupplung erlaubt werden muss. - Alternativ werden auch Zentraldifferenziale eingesetzt. Diese haben eine fixe Drehmomentverteilung zwischen Vorder- und Hinterachse. Ein Vorteil bei Zentraldifferenzialen ist dabei, dass das Drehmoment auch bei kinematischem Schlupf richtig verteilt werden kann.
- Ein Verteilergetriebe mit Lamellenkupplung ist beispielsweise aus der
DE102012210895B4 bekannt. - Im Zusammenhang mit der Reduktion des Kraftstoffverbrauchs steht insbesondere die zumindest teilweise Elektrifizierung des Kraftfahrzeugs bzw. des Kraftfahrzeugantriebstrangs im Vordergrund. Die zumindest teilweise Hybridisierung des Kraftfahrzeugs bzw. des Kraftfahrzeugantriebs stellt den Spagat zwischen reduziertem Kraftstoffverbrauch, ausreichender Reichweite und guter Performance her. Eine Möglichkeit zur Reduktion von Kraftstoffverbrauch sind milde Hybridfahrzeuge, bei denen eine elektrische Maschine in den Antriebsstrang integriert wird, um im Zugbetrieb die Verbrennungskraftmaschine durch zusätzliche Leistung zu entlasten und im Schubbetrieb Energie zu rekuperieren.
- Aufgabe der Erfindung ist es eine optimale Anordnung einer elektrischen Maschine im bestehenden Allradantriebsstrang bereitzustellen.
- Beschreibung der Erfindung
- Die Aufgabe wird gelöst mit einem Fahrzeug mit Längsmotor und mit einem Verteilergetriebe für Vierradantrieb mit wenigstens einer Eingangswelle und zwei Ausgangswellen, die jeweils mit den Achsen des Fahrzeugs antriebswirksam verbunden oder zu verbinden sind, wobei eine elektrische Maschine mit mindestens einer der Ausgangswellen verbindbar ist, wobei die elektrische Maschine einen Rotor als Hohlwelle besitzt, die eine der Ausgangswellen umfasst und seriell zu einer Kupplung des Verteilergetriebes angebracht ist.
- Durch diese bauliche Ausgestaltung lässt sich die elektrische Maschine optimal in den vorhandenen Bauraum integrieren, wobei die Komponenten eines nicht elektrifizierten Verteilergetriebes benutzt werden.
- Es ist von Vorteil, dass der Rotor der elektrischen Maschine den Kupplungskorb der Kupplung treibt und so direkt ohne größeren Abstand an der Kupplung angeordnet ist.
- Es ist von Vorteil, dass der Rotor der elektrischen Maschine einen Träger in Verbindung mit einer Ausgangswelle treibt, was zu einem direkten Rekuperieren ohne Schleppverluste in zweiten Antriebsstrang führt.
- Vorteilhafterweise treibt der Rotor der elektrischen Maschine über ein Reduktionsgetriebe und/oder eine Unterbrechereinheit im Antriebsstrang an. Dabei ist aus Platzgründen das Reduktionsgetriebe und/oder die Unterbrechereinheit zwischen der Kupplung und der elektrischen Maschine angeordnet.
- Bei dem reduzierten Bauraum ist es vorteilhaft, dass ein gemeinsamer Offseteintrieb zu der zweiten, versetzt angeordnete Ausgangswelle von dem Verbrennungsmotor und/oder der elektrischen Maschine angetrieben ist. Es ist kein zweiter Offseteintrieb notwendig.
- Es ist von Vorteil, dass der Offseteintrieb am Kupplungskorb drehfest anliegt und so auch keinen zusätzlichen Raum beansprucht
- Ein solches Fahrzeug hat den Vorteil, dass die elektrische Maschine sowohl Drehmoment für den Antriebsstrang beiträgt, als auch Energie im antriebslosen Zustand rekuperiert.
- Baulich ist es optimal, wenn die elektrische Maschine im Verteilergetriebe verbaut ist.
- Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einem Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs mit einem Verteilergetriebe, wobei die elektrische Maschine Energie der Hinterachse des Fahrzeugs oder von beiden Achsen des Fahrzeugs rekuperiert.
- Figurenliste
-
-
1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung -
2 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform der Erfindung - Als Ausgangsbasis wird der Bauraum eines bestehenden Verteilergetriebes
1 verwendet, um eine elektrische Maschine zu integrieren. - Verteilergetriebe dienen in einem Kraftfahrzeug zur variablen Verteilung des Antriebsmoments auf die beiden Fahrzeugachsen. Hierfür besitzt das Verteilergetriebe eine Eingangswelle
3 , eine erste Ausgangswelle4a und eine zweite Ausgangswelle4b . Die Eingangswelle3 ist mit einer Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs, beispielsweise einer Verbrennungskraftmaschine2 , verbunden. Die erste Ausgangswelle4a ist mit einer ersten Achse20 des Kraftfahrzeugs, beispielsweise der Hinterachse, verbunden, insbesondere über ein erstes Achsdifferential21 . Die zweite Ausgangswelle22 ist mit einer zweiten Achse des Kraftfahrzeugs, beispielsweise der Vorderachse, verbunden, insbesondere über ein zweites Achsdifferential23 . Das Verteilergetriebe1 besitzt ferner eine Drehmomentübertragungseinrichtung10 , die eine Kupplung5 aufweist, um ein über die Eingangswelle3 eingeleitetes Antriebsmoment wahlweise auf die erste Ausgangswelle4a und die zweite Ausgangswelle4b zu verteilen. Beispielsweise kann die erste Ausgangswelle4a mit der Eingangswelle3 einteilig ausgebildet oder drehfest verbunden sein, wobei eine Reibungskupplung die Eingangswelle3 wahlweise auch mit der zweiten Ausgangswelle variabel koppelt.
Die Eingangswelle3 und die zweite Ausgangswelle4b sind üblicherweise in unterschiedlichen Höhen angeordnet, wobei zwischen der Drehmomentübertragungseinrichtung10 und der zweiten Ausgangswelle4b ein Versatztrieb7 vorgesehen ist. Dieser Versatztrieb7 kann als ein Kettentrieb ausgebildet sein, der ein unteres Kettenrad7a und ein oberes Kettenrad7b aufweist, die über eine Kette7c verbunden sind. Das untere Kettenrad7a ist mit der zweiten Ausgangswelle4b drehfest gekoppelt. Das obere Kettenrad7a ist mit einem Ausgangselement der Drehmomentübertragungseinrichtung10 drehfest gekoppelt. - Die Kupplung
5 regelt hier das Drehmoment für den Allradbetrieb, das über den Versatztrieb7 auf die Ausgangswelle4b geleitet wird.
Eine elektrische Maschine8 umfasst die Ausgangswelle4a , wobei der Rotor8a der elektrischen Maschine8 als Hohlwelle15 für die innen liegende Ausgangswelle4a ausgeführt ist, um Bauräume besser zu nutzen. - An der elektrische Maschine
8 können, falls notwendig ein Reduktionsgetriebe9 und/oder eine Unterbrechereinheit10 angebracht werden.
Im Ausführungsbeispiel der1 ist der Rotor8a der elektrischen Maschine8 als Hohlwelle15 ausgeführt und ist koaxial zur Eingangswelle3 positioniert. Die Hohlwelle15 greift an einem Zahnrad16 an, das mit dem Kupplungskorb5a , der einen Lamellensatz der Kupplung5 trägt, drehfest verbunden ist.
Am Kupplungskorb5a ist das obere Kettenrad7b angebunden, über das der Offseteintrieb11 erfolgt. - Der Offseteintrieb
11 ist mit dem Abtrieb der Kupplung5 kombiniert ausgeführt. Eine Regeleinheit6 steuert die Kupplung5 an und ist mit der Steuerung des Verteilergetriebes und/oder einer Fahrzeugsteuerung verbunden. - Wird die Kupplung
5 im Segelbetrieb geschlossen, wird der Kupplungskorb5a und die Zahnräder16 , sowie der Rotor8a der elektrischen Maschine angetrieben. Dadurch kann die elektrische Maschine8 über die Vorderachse, die zweite Achse22 rekuperieren, wobei das Rekuperationsmoment der Hinterachse20 dazu kombiniert ist. - Die Ausführungsform nach
2 unterscheidet sich in de Ankopplung der elektrischen Maschine8 . Der Rotor8a der elektrischen Maschine ist wieder mit Zahnrädern16 verbunden, die aber auf einen Träger17 drehwirksam eingreifen. Der Träger17 sitzt auf der ersten Abtriebswelle4a , so dass die elektrische Maschine sowohl boosten als auch rekuperieren kann. Somit kann die elektrische Maschine8 unabhängig von der Stellung der Kupplung5 immer das Moment der Hinterachse rekuperieren, was unabhängig von der Vorderachse erfolgt. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Verteilergetriebe
- 2
- Verbrennungskraftmaschine
- 3
- Eingangswelle
- 4
- Ausgangswelle
- 5
- Kupplung
- 5a
- Kupplungskorb
- 6
- Regeleinheit
- 7
- Versatztrieb
- 7a
- unteres Kettenrad
- 7b
- oberes Kettenrad
- 7c
- Kette
- 8
- Elektrische Maschine
- 8a
- Rotor
- 9
- Reduktionsgetriebe
- 10
- Unterbrechereinheit
- 11
- Offseteintrieb
- 15
- Hohlwelle
- 16
- Zahnrad
- 17
- Träger
- 20
- erste Abtriebsachse
- 21
- erstes Differential
- 22
- zweite Abtriebsachse
- 23
- zweites Differential
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102012210895 B4 [0005]
Claims (9)
- Fahrzeug mit Längsmotor (2) und mit einem Verteilergetriebe (1) für Vierradantrieb mit wenigstens einer Eingangswelle (3) und zwei Ausgangswellen (4a, 4b), die jeweils mit den Achsen (20, 22) des Fahrzeugs antriebswirksam verbunden oder zu verbinden sind, wobei eine elektrische Maschine (8) mit mindestens einer der Ausgangswellen (4a, 4b) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (8) einen Rotor (8a) als Hohlwelle (15) besitzt, die eine der Ausgangswellen (4a, 4b) umfasst und seriell zu einer Kupplung (5) des Verteilergetriebes (1) angebracht ist.
- Fahrzeug mit einem Verteilergetriebe (1) nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (8a) der elektrischen Maschine (8) den Kupplungskorb der Kupplung (5) treibt. - Fahrzeug mit einem Verteilergetriebe (1) nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (8a) der elektrischen Maschine (8) einen Träger in Verbindung mit einer Ausgangswelle (4a) treibt. - Fahrzeug mit einem Verteilergetriebe (1) nach
Anspruch 1 bis3 , dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (8a) der elektrischen Maschine (8) über ein Reduktionsgetriebe und/oder eine Unterbrechereinheit im Antriebsstrang treibt. - Fahrzeug mit einem Verteilergetriebe (1) nach
Anspruch 1 bis4 , dadurch gekennzeichnet, dass ein gemeinsamer Offseteintrieb (11) zu der zweiten, versetzt angeordneten Ausgangswelle (4b) von dem Verbrennungsmotor und/oder der elektrischen Maschine angetrieben ist. - Fahrzeug mit einem Verteilergetriebe (1) nach
Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, dass der Offseteintrieb (11) am Kupplungskorb (5a) drehfest anliegt. - Fahrzeug mit einem Verteilergetriebe (1) nach
Anspruch 1 bis6 , dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine sowohl Drehmoment für den Antriebsstrang beiträgt, als auch Energie im antriebslosen Zustand rekuperiert. - Fahrzeug mit einem Verteilergetriebe (1) nach
Anspruch 1 bis7 , dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (8) im Verteilergetriebe (1) verbaut ist. - Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs mit einem Verteilergetriebe (1) nach den vorhergehenden Ansprüchen, wobei die elektrische Maschine Energie der Hinterachse des Fahrzeugs oder von beiden Achsen des Fahrzeugs rekuperiert.
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