DE102018201370A1 - Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Ein Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug, umfassend eine Hauptgetriebewelle (1) zum Antreiben der angetriebenen Räder des Hybridfahrzeugs durch einen Primärantrieb (2) des Hybridfahrzeugs, und ein Elektromotormodul, wobei das Elektromotormodul einen Elektromotor (3) mit einer Rotorwelle (4) umfasst, wobei ein Drehmoment der Rotorwelle (4) auf die Hauptgetriebewelle (1) übertragbar ist, wobei die Rotorwelle (4) achsparallel zur Hauptgetriebewelle (1) angeordnet ist und wobei die Rotorwelle (4) von der Hauptgetriebewelle (1) über eine Kupplungseinrichtung (5) an- und abkoppelbar ist.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug.
  • Stand der Technik
  • Hybridfahrzeuge weisen zwei Antriebe zur Fortbewegung des Fahrzeuges auf, nämlich einen Primärantrieb, meist einen Verbrennungsmotor, und zusätzlich einen zweiten Antriebsmotor, insbesondere einen Elektromotor.
  • Üblicherweise wird ein solcher Elektromotor dauerhaft mit dem Hauptantriebsstrang des Hybridfahrzeuges verbunden, der auch über den Primärantrieb, insbesondere den Verbrennungsmotor, antreibbar ist.
  • Bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten ist dann jedoch die übersetzte E-Maschine, also der Elektromotor, sehr hohen Drehzahlen ausgesetzt. Die Übersetzung ist dann so zu wählen, dass die E-Maschine die Fahrzeugmaximalgeschwindigkeit verarbeiten kann. Bei niedrigen Geschwindigkeiten, beispielsweise bei Kolonnenverkehr, Stadtverkehr, Stop and Go-Verkehr, werden dann nur unzureichende Radmomente wegen der geringen Übersetzung bereitgestellt.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug in dieser Hinsicht zu verbessern und insbesondere einen Antriebsstrang anzugeben, in welchem der Elektromotor so an den Antriebsstrang angebunden ist, dass der Elektromotor seinem Kennfeld entsprechend für niedrige Fahrzeuggeschwindigkeiten optimal übersetzen kann und bis zum Erreichen einer Maximaldrehzahl keine Schäden erleidet.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch einen Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug, umfassend eine Hauptgetriebewelle zum Antreiben der angetriebenen Räder des Hybridfahrzeugs durch einen Primärantrieb des Hybridfahrzeugs, und ein Elektromotormodul, wobei das Elektromotormodul einen Elektromotor mit einer Rotorwelle umfasst, wobei ein Drehmoment der Rotorwelle auf die Hauptgetriebewelle übertragbar ist, wobei die Rotorwelle achsparallel zur Hauptgetriebewelle angeordnet ist und wobei die Rotorwelle von der Hauptgetriebewelle über eine Kupplungseinrichtung an- und abkoppelbar ist.
  • Erfindungsgemäß wird eine optimale Anordnung des Elektromotors und eine Anbindung des Elektromotors an den Triebstrang eines Hybridfahrzeuges angegeben, mit einer Kupplungseinrichtung die dazu eingerichtet ist, den Elektromotor vom Triebstrang trennen zu können.
  • Durch die schaltbare Anordnung kann die E-Maschine ihrem Kennfeld entsprechend für niedrige Fahrzeuggeschwindigkeiten optimal übersetzt und bis zum Erreichen der Maximaldrehzahl je nach Betriebsstrategie des Fahrzeuges wahlweise an- oder abgekoppelt werden.
  • Dabei weist die erfindungsgemäße Anordnung einen geringen Bauraumbedarf auf und ermöglicht eine ebenfalls platzsparende und kostengünstige koaxiale Aktuierung der Kupplungseinrichtung.
  • Vorzugsweise weist die Rotorwelle eine Rotorwellenverzahnung auf, zur Übertragung des Drehmoments der Rotorwelle auf die Hauptgetriebewelle, wobei die Rotorwellenverzahnung mit einem Übertragungs-Zahnrad kämmt, wobei das Übertragungs-Zahnrad über die Kupplungseinrichtung wahlweise mit der Hauptgetriebewelle drehfest verbindbar und somit auch lösbar ist.
  • Die Rotorwellenverzahnung kann direkt an der Rotorwelle oder auch beispielsweise als einstückiges oder drehfestes Zahnrad an der Rotorwelle ausgebildet sein.
  • Bevorzugt ist die Rotorwelle in einem Elektromotormodulgehäuse gelagert.
  • Besonders bevorzugt ist die Rotorwelle im Elektromotormodulgehäuse über zumindest zwei Lager gelagert, wobei die Rotorwellenverzahnung außerhalb der zumindest zwei Lager, also seitlich zu allen Lagern der Rotorwelle, angeordnet ist.
  • Vorzugsweise ist das Übertragungs-Zahnrad im Elektromotormodulgehäuse gelagert. Der Begriff „Gehäuse“ inkludiert dabei auch einen Deckel des Gehäuses.
  • Bevorzugt ist die Hauptgetriebewelle zusätzlich zu einer Lagerung in einem Hauptgetriebegehäuse im Elektromotormodulgehäuse gelagert. Die Lagerung der Hauptgetriebewelle am Elektromotormodulgehäuse kann rechts oder links, also an beiden Seiten des Übertragungs-Zahnrads erfolgen.
  • Die Hauptgetriebewelle kann auch am Übertragungs-Zahnrad erfolgen, wobei das Übertragungs-Zahnrad selbst wieder am Elektromotormodulgehäuse gelagert sein kann.
  • Vorzugsweise umfasst die Kupplungseinrichtung eine gegenüber einer Kupplungsaktuierung drehbare Schaltmuffe, wobei die Kupplungsaktuierung achsparallel zur Hauptgetriebewelle erfolgt.
  • Die Schaltmuffe weist bevorzugt eine Innenverzahnung auf und eine Außenverzahnung, wobei die Innenverzahnung auf der Hauptgetriebewelle axial gleiten kann und die Außenverzahnung im gekoppelten Zustand in eine Innenverzahnung des Übertragungs-Zahnrads eingreift.
  • Die Kupplungsaktuierung kann über einen Punktkontakt oder eine Drehentkoppelung an der Schaltmuffe angreifen.
  • Insbesondere kann die Kupplungsaktuierung mittels eines Magnetschalters erfolgen, wobei über einen Kipphebel oder ein mit der Hauptgetriebewelle achsparalleles Schaltgestänge oder eine Umlenkung der Kontakt mit der Schaltmuffe hergestellt wird.
  • Figurenliste
  • Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
    • 1 ist eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs für ein Hybridfahrzeug.
    • 2 ist eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs für ein Hybridfahrzeug in einer zweiten Ausführungsform.
    • 3 ist eine seitliche Ansicht (links) und eine Vorderansicht (rechts) einer Schaltmuffe für einen erfindungsgemäßen Antriebsstrang.
    • 4 ist eine Schnittansicht einer Kupplungseinrichtung eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs.
    • 5 ist eine Schnittansicht einer Kupplungsaktuierung eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs.
    • 6 ist eine Schnittansicht einer alternativen Kupplungsaktuierung eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs.
    • 7 ist eine Schnittansicht einer weiteren alternativen Kupplungsaktuierung eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs.
    • 8 ist eine schematische Darstellung eines Hybridfahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Antriebsstrang von oben.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • In 1 ist ein erfindungsgemäßer Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug ausschnittsweise dargestellt, insbesondere ist ein Elektromotormodul des Antriebsstrangs näher dargestellt. Der Antriebsstrang umfasst eine Hauptgetriebewelle 1 zum Antreiben der angetriebenen Räder des Hybridfahrzeugs durch einen Verbrennungsmotor als Primärantrieb 2 des Hybridfahrzeugs (siehe 8), und ein Elektromotormodul. Die Anordnung des Elektromotormoduls im Antriebsstrang ist in 8 gut ersichtlich. Die angetriebenen Räder können insbesondere die Vorderräder des Hybridfahrzeuges sein. Der Verbrennungsmotor kann längs im Fahrzeug verbaut sein.
  • Das Elektromotormodul umfasst einen Elektromotor 3 mit einer innenliegenden Rotorwelle 4. Die Rotorwelle 4 ist achsparallel zur Hauptgetriebewelle 1 angeordnet und in einem Elektromotormodulgehäuse 8 gelagert. Die Rotorwelle 4 ist im Elektromotormodulgehäuse 8 über zwei Lager 9 gelagert. Eine Rotorwellenverzahnung 6 der Rotorwelle 4 ist seitlich, außerhalb der beiden Lager 9, angeordnet (fliegende Lagerung).
  • Die Rotorwellenverzahnung 6 ist zur Übertragung des Drehmoments der Rotorwelle 4 auf die Hauptgetriebewelle 1 eingerichtet, wobei die Rotorwellenverzahnung 6 mit einem Übertragungs-Zahnrad 7 kämmt. Das Übertragungs-Zahnrad 7 ist über eine Kupplungseinrichtung 5 wahlweise mit der Hauptgetriebewelle 1 drehfest verbindbar ist. Die Rotorwelle 4 ist daher von der Hauptgetriebewelle 1 über die Kupplungseinrichtung 5 an- und abkoppelbar. Die Kupplungseinrichtung 5 ermöglicht es die E-Maschine 3 im Bedarfsfall vom restlichen Triebstrang zu trennen.
  • Das Übertragungs-Zahnrad 7 ist im Elektromotormodulgehäuse 8 über Lager 20 gelagert. Diese Lagerung kann wahlweise auch in einem Deckelelement des Elektromotormodulgehäuses 8 erfolgen.
  • Die Hauptgetriebewelle 1 ist zusätzlich zu einer Lagerung in einem Hauptgetriebegehäuse (nicht dargestellt) im Elektromotormodulgehäuse 8 am Lager 21 gelagert. Das Lager 21 kann an einer der beiden Seiten des Übertragungs-Zahnrads 7 angeordnet sein.
  • Die Ausführung der 2 unterscheidet sich durch eine von der 1 verschiedene Anordnung der Lager 20, 21. In 2 sind die Lager 20 zur Lagerung des Übertragungs-Zahnrads 7 an radial außen liegenden Flächen des Übertragungs-Zahnrads 7 angeordnet, in 1 an radial innen liegenden Flächen des Übertragungs-Zahnrads 7. Eine zusätzliche Lagerung 21 der Hauptgetriebewelle 1 erfolgt in 2 gegenüber dem Übertragungs-Zahnrad 7.
  • Die Kupplungseinrichtung 5 umfasst eine gegenüber einer Kupplungsaktuierung 10 drehbare Schaltmuffe 11. Siehe hierzu auch die 3 bis 7. Die Kupplung zum Schalten des Kraftflusses erfordert eine Verbindung der rotierenden Schaltmuffe 11 und einer stehenden Aktuierung. In diesem Kontakt tritt eine Relativgeschwindigkeit auf, die sich aus der Drehzahl und dem Radius am Kontakt zusammensetzt.
  • Die Aktuierung der Kupplungseinrichtung 5 durch die Kupplungsaktuierung 10 erfolgt achsparallel zur Hauptgetriebewelle 1.
  • Die Schaltmuffe 11 weist, wie in 4 gut ersichtlich, eine Innenverzahnung 12 auf und eine Außenverzahnung 13, wobei die Innenverzahnung 12 auf der Hauptgetriebewelle 1 axial gleiten kann und die Außenverzahnung 13 im gekoppelten Zustand in eine Innenverzahnung 14 des Übertragungs-Zahnrads 7 eingreift.
  • Die Aktuierung der Kupplungseinrichtung 5 erfolgt über einen Punktkontakt 15 im Zentrum der Schaltmuffe 11 oder über eine Drehentkoppelung an der Schaltmuffe 11.
  • Die Kupplungsaktuierung 10 umfasst einen Magnetschalter 16 (6 und 7) und als Kraftübertragungselement einen Kipphebel 17 (5) oder ein mit der Hauptgetriebewelle 1 achsparalleles Schaltgestänge 18 (6) oder eine Umlenkung 19 (7).
  • In 3 ist eine Aktuierung der Schaltmuffe 11 mit einer Schaltgabel 22 zu sehen. Die Schaltgabel 22 ist an einer Schwenkachse 23 verschwenkbar und greift seitlich über zwei Gleitelemente 24 an der Schaltmuffe 11 an, so dass die Schaltmuffe 11 bei Verschwenken der Schaltgabel 22 axial verschiebbar ist.
  • Durch Reduzierung des Gleitbahnradius auf null ergibt sich eine Gleit- bzw. Rollgeschwindigkeit von null. Die Aktuierung kann dann koaxial ohne Relativbewegung im Kontakt erfolgen.
  • In der in 4 gezeigten Ausführung weist die Schaltmuffe 11 eine Innenverzahnung 12 und eine Außenverzahnung 13 auf. Die Schaltmuffe 11 gleitet auf der Innenverzahnung 12 und greift im eingekuppelten Zustand mit der Außenverzahnung 13 in eine dementsprechende Innenverzahnung 14 an der Nabe.
  • Die Aktuierung kann koaxial in einem Punktkontakt 15 oder über eine Drehentkoppelung, zum Beispiel ein Axiallager erfolgen, beispielsweise an einem seitlichen Deckel 25 der Schaltmuffe 11.
  • Die koaxiale Aktuierung lässt sich durch einen Magnetschalter 16 mit verschiedenen Anlenkungen realisieren: mit einem Kipphebel 17 (5), durch einen koaxialen Magnetschalter 16 mit Schaltgestänge 18 (6), durch Verkippung des Magnetschalters 16 und eine Umlenkung 19, beispielsweise mittels eines Keilgetriebes oder eines Umlenkhebels (7).
  • Wie in 8 ersichtlich, ist die erfindungsgemäße Lösung insbesondere für eine Triebstrangarchitektur mit längs eingebautem Motor- Getriebeverband und Vorderradantrieb geeignet. Das Elektromotormodul bzw. Hybridmodul ist dabei mit der Vorderachse 26 des Hybridfahrzeugs verbunden.
  • Dabei ergeben sich kurze Wirkungsgradketten für Rekuperation und Boostmodus. Es müssen keine zusätzlichen Schleppverluste für Getriebe, Achsgetriebe und Seitenwellen überwunden werden, da die Vorderachse 26 ohnehin permanent verbunden ist und mitdreht.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Hauptgetriebewelle
    2
    Primärantrieb
    3
    Elektromotor
    4
    Rotorwelle
    5
    Kupplungseinrichtung
    6
    Rotorwelle
    7
    Übertragungs-Zahnrad
    8
    Elektromotormodulgehäuse
    9
    Lager
    10
    Kupplungsaktuierung
    11
    Schaltmuffe
    12
    Innenverzahnung der Schaltmuffe
    13
    Außenverzahnung der Schaltmuffe
    14
    Innenverzahnung des Übertragungs-Zahnrads
    15
    Punktkontakt
    16
    Magnetschalter
    17
    Kipphebel
    18
    Schaltgestänge
    19
    Umlenkung
    20
    Lager
    21
    Lager
    22
    Schaltgabel
    23
    Schwenkachse
    24
    Gleitelement
    25
    Deckel
    26
    Vorderachse

Claims (10)

  1. Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug, umfassend eine Hauptgetriebewelle (1) zum Antreiben der angetriebenen Räder des Hybridfahrzeugs durch einen Primärantrieb (2) des Hybridfahrzeugs, und ein Elektromotormodul, wobei das Elektromotormodul einen Elektromotor (3) mit einer Rotorwelle (4) umfasst, wobei ein Drehmoment der Rotorwelle (4) auf die Hauptgetriebewelle (1) übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (4) achsparallel zur Hauptgetriebewelle (1) angeordnet ist und dass die Rotorwelle (4) von der Hauptgetriebewelle (1) über eine Kupplungseinrichtung (5) an- und abkoppelbar ist.
  2. Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (4) eine Rotorwellenverzahnung (6) aufweist zur Übertragung des Drehmoments der Rotorwelle (4) auf die Hauptgetriebewelle (1), wobei die Rotorwellenverzahnung (6) mit einem Übertragungs-Zahnrad (7) kämmt, wobei das Übertragungs-Zahnrad (7) über die Kupplungseinrichtung (5) wahlweise mit der Hauptgetriebewelle (1) drehfest verbindbar ist.
  3. Antriebsstrang nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (4) in einem Elektromotormodulgehäuse (8) gelagert ist.
  4. Antriebsstrang nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (4) im Elektromotormodulgehäuse (8) über zumindest zwei Lager (9) gelagert ist, wobei die Rotorwellenverzahnung (6) außerhalb der zumindest zwei Lager (9) angeordnet ist.
  5. Antriebsstrang nach Anspruch 2 und Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungs-Zahnrad (7) im Elektromotormodulgehäuse (8) gelagert ist.
  6. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptgetriebewelle (1) zusätzlich zu einer Lagerung in einem Hauptgetriebegehäuse im Elektromotormodulgehäuse (8) gelagert ist.
  7. Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung (5) eine gegenüber einer Kupplungsaktuierung (10) drehbare Schaltmuffe (11) umfasst, wobei die Aktuierung der Kupplungseinrichtung (5) durch die Kupplungsaktuierung (10) achsparallel zur Hauptgetriebewelle (1) erfolgt.
  8. Antriebsstrang nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmuffe (11) eine Innenverzahnung (12) aufweist und eine Außenverzahnung (13), wobei die Innenverzahnung (12) auf der Hauptgetriebewelle (1) axial gleiten kann und die Außenverzahnung (13) im gekoppelten Zustand in eine Innenverzahnung (14) des Übertragungs-Zahnrads (7) eingreift.
  9. Antriebsstrang nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , dass die Aktuierung der Kupplungseinrichtung (5) über einen Punktkontakt (15) oder eine Drehentkoppelung an der Schaltmuffe (11) erfolgt.
  10. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsaktuierung (10) einen Magnetschalter (16) umfasst und einen Kipphebel (17) oder ein mit der Hauptgetriebewelle achsparalleles Schaltgestänge (18) oder eine Umlenkung (19).
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