DE102020129685A1 - System zum Betreiben eines Fahrzeugs - Google Patents

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    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System (3) zum Betreiben eines Fahrzeugs (1), das einen Verbrennungsmotor (8), eine Elektromaschine (18), eine vordere Achse (2) mit vorderen Rädern (4a, 4b), eine hintere Achse (22) mit hinteren Rädern (24a, 24b) und eine Batterie aufweist, wobei bei dem System (3) vorgesehen ist, dass die Elektromaschine (18) in einem direkten Kraft-Wirkungsverhältnis zu der hinteren Achse (22) steht, wobei das System (3) mindestens eine primäre Kupplungsanordnung aufweist, über die die Elektromaschine (18) mit den Rädern (4a, 4b, 24a, 24b) mindestens einer Achse (2, 22) verbindbar ist, und eine sekundäre Kupplungsanordnung aufweist, über die die Elektromaschine (18) mit dem Verbrennungsmotor (8) verbindbar ist, wobei zum Starten des Verbrennungsmotors (8) die Elektromaschine (18) über die mindestens eine primäre Kupplungsanordnung von den Rädern (4a, 4b, 24a, 24b) der mindestens einen Achse (2, 22) zu trennen und über die sekundäre Kupplungsanordnung mit dem Verbrennungsmotor (8) zu verbinden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein System zum Betreiben eines Fahrzeugs und ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs.
  • Eine Triebstranganordnung für ein Fahrzeug und ein Verfahren zu ihrer Steuerung sind aus der Druckschrift DE 10 2008 004 366 A1 bekannt.
  • Ein System und ein Verfahren zum Anlassen einer Hybridfahrzeugbrennkraftmaschine sind in der Druckschrift DE 10 2017 109 462 A1 beschrieben.
  • Die Druckschrift CN 209888641 U beschreibt einen hybriden Antrieb für ein Motorfahrzeug.
  • Vor diesem Hintergrund war es eine Aufgabe, ein Fahrzeug auf eine Fahrt vorzubereiten.
  • Diese Aufgabe wird durch ein System und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausführungsformen des Systems und des Verfahrens gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.
  • Das erfindungsgemäße System ist zum Betreiben eines Fahrzeugs ausgebildet, wobei das Fahrzeug einen Verbrennungsmotor, eine Elektromaschine, eine vordere Achse mit vorderen Rädern, eine hintere Achse mit hinteren Rädern und eine Batterie aufweist. Bei dem System ist vorgesehen, dass die Elektromaschine in einem direkten Kraft-Wirkungsverhältnis zu der hinteren Achse steht. Das System weist weiterhin mindestens eine primäre Kupplungsanordnung auf, die in Ausgestaltung bspw. ein sog. Hang-on-Modul und einen sog. Torque-Splitter aufweist, über die die Elektromaschine mit den Rädern mindestens einer Achse vorübergehend und wieder lösbar verbindbar ist. Außerdem weist das System eine sekundäre Kupplungsanordnung auf, über die die Elektromaschine mit dem Verbrennungsmotor vorübergehend und wieder lösbar verbindbar ist. Zum Starten des Verbrennungsmotors ist die Elektromaschine über die mindestens eine primäre Kupplungsanordnung von den Rädern der mindestens einen Achse zu trennen und über die sekundäre Kupplungsanordnung mit dem Verbrennungsmotor zu verbinden.
  • Die Elektromaschine ist, in einem motorischen Betrieb, dazu ausgebildet, elektrische Energie aus der Batterie in mechanische Energie umzuwandeln und den Verbrennungsmotor mechanisch anzutreiben. Zum Laden der Batterie ist die Elektromaschine über die mindestens eine primäre Kupplungsanordnung von den Rädern der mindestens einen Achse zu trennen und über die sekundäre Kupplungsanordnung mit dem Verbrennungsmotor zu verbinden, wobei der Verbrennungsmotor dazu ausgebildet ist, die Elektromaschine mechanisch anzutreiben, wobei die Elektromaschine, in einem generatorischen Betrieb, dazu ausgebildet ist, mechanische Energie des Verbrennungsmotors in elektrische Energie umzuwandeln und in der Batterie zu speichern.
  • Das System weist eine erste primäre Kupplungsanordnung auf, über die die Elektromaschine mit den Rädern der hinteren Achse verbindbar ist. Alternativ oder ergänzend weist das System eine zweite primäre Kupplungsanordnung auf, über die die Elektromaschine mit den Rädern der vorderen Achse verbindbar ist. Mit dem System ist ein Vorderachsantrieb, ein Hinterachsantrieb oder ein Allradantrieb möglich. Dabei kann die Elektromaschine mit jedem Rad von üblicherweise zwei Rädern der jeweiligen Achse individuell, also unabhängig von dem jeweils anderen Rad, vorübergehend und wieder lösbar verbunden werden.
  • Die mindestens eine primäre Kupplungsanordnung zwischen der Elektromaschine und der vorderen und/oder hinteren Achse weist zwei Kupplungen für die jeweilige Achse auf, wobei die Elektromaschine über jeweils eine Kupplung mit jeweils einem Rad der jeweiligen Achse vorübergehend und wieder lösbar verbindbar ist. Die mindestens eine primäre Kupplungsanordnung ist während einer Fahrt des Fahrzeugs geschlossen, wobei die Elektromaschine mit mindestens einem Rad des Fahrzeugs verbunden ist.
  • In Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die mindestens eine primäre Kupplungsanordnung einen Drehmomentverteiler (Torque-Splitter) aufweist und/oder als Drehmomentverteiler ausgebildet ist, der zum Verteilen von Drehmoment zwischen den beiden Rädern der jeweiligen Achse ausgebildet ist.
  • Außerdem ist vorgesehen, dass die Elektromaschine auf und/oder an der hinteren Achse angeordnet ist. Alternativ oder ergänzend kann die Elektromaschine entweder koaxial oder achsparallel zu mindestens einer Antriebswelle, d. h. zu einer Antriebswelle oder zu mehreren Antriebswellen, des Fahrzeugs angeordnet sein. Die Elektromaschine kann über eine Unter- oder Übersetzungsstufe und ein aus Effizienzgründen vorgesehenes Koppelelement in einem Kraftübertragungspfad in einen Antriebsstrang des Fahrzeugs eingebunden sein. In Ausgestaltung wird eine Leistung für den Fahrbetrieb oder zum Rekuperieren an einem Tellerrad eines Hinterachsdifferentials abgegriffen.
  • Das System ist für ein als P3-Hybrid-Fahrzeug oder P3b-Hybrid-Fahrzeug ausgebildetes Fahrzeug ausgebildet.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Betreiben eines Fahrzeugs, das einen Verbrennungsmotor, eine Elektromaschine, eine vordere Achse mit vorderen Rädern, eine hintere Achse mit hinteren Rädern und eine Batterie aufweist, mit einem System, üblicherweise mit einer Ausführungsform des vorgestellten Systems, vorgesehen. Dabei steht die Elektromaschine in einem direkten Kraft-Wirkungsverhältnis zu der hinteren Achse. Das verwendete System weist mindestens eine primäre Kupplungsanordnung, über die die Elektromaschine mit den Rädern mindestens einer Achse verbunden wird, und eine sekundäre Kupplungsanordnung auf, über die die Elektromaschine mit dem Verbrennungsmotor verbunden wird. Zum Starten des Verbrennungsmotors wird die Elektromaschine über die mindestens eine primäre Kupplungsanordnung von den Rädern der mindestens einen Achse getrennt und über die sekundäre Kupplungsanordnung mit dem Verbrennungsmotor verbunden.
  • Außerdem ist es möglich, dass die Batterie in einem Stillstand des Fahrzeugs geladen wird. Hierzu wird die mindestens eine primäre Kupplungsanordnung zwischen der Elektromaschine und dem mindestens einen Rad geöffnet und die sekundäre Kupplungsanordnung zwischen der Elektromaschine und dem Verbrennungsmotor geschlossen. Außerdem wird mechanische Energie des Verbrennungsmotors von der Elektromaschine in elektrische Energie umgewandelt und in der Batterie gespeichert. Während der Fahrt ist die zweite Kupplungsanordnung geöffnet und die mindestens eine erste Kupplungsanordnung geschlossen, wobei in diesem Fall von der Elektromaschine elektrische Energie aus der Batterie in mechanische Energie für die Räder der mindestens einen Achse umgewandelt wird.
  • Mit dem Verfahren und dem System ist es möglich, ein Kraftfahrzeug mit einem P3-Hybrid-Antrieb oder einem P3b-Hybrid-Antrieb ohne Riemen-Starter-Generator zu realisieren. Bei derartigen Antrieben bzw. Anordnungen ist es üblicherweise besonders schwierig, ohne zusätzlichen Starter für den Verbrennungsmotor auszukommen, da hier zwischen dem Getriebe und der Elektromaschine üblicherweise keine Kupplung vorhanden ist. Weiterhin ist es mit dem Verfahren und dem System möglich, die Batterie des Fahrzeugs, bspw. eine Hochspannungs- bzw. HV-Batterie, im Stand, bspw. in einem Stau, mit der Elektromaschine zu laden und somit ein Standladen zu realisieren.
  • In Ausgestaltung ist hier vorgesehen, dass die Elektromaschine, üblicherweise eine Welle der Elektromaschine, quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs und somit längs bzw. parallel zur vorderen und hinteren Achse angeordnet wird, wobei zumindest die hintere Achse auch von der Elektromaschine angetrieben wird. Außerdem ist die Elektromaschine mit einem Differential der hinteren Achse bspw. fest oder über einen Neutralgang verbunden. Durch Anordnung der Elektromaschine bzw. eines Elektromotors an und/oder auf der hinteren Achse kann im Gegensatz zu einem P0-, P1-, P2-, oder P4-Hybrid-Antrieb der Antriebsstrang unmittelbar vor der angetriebenen Welle von den Rädern getrennt und die Elektromaschine auch als Generator genutzt werden. Hierdurch ergibt sich, dass im Stillstand des Fahrzeugs die Elektromaschine als Starter für die Verbrennungskraftmaschine bzw. einen Verbrennungsmotor des Fahrzeugs genutzt werden kann.
  • Beim Laden der Batterie, wenn die Elektromaschine generatorisch betrieben wird, wird mechanische Energie des Verbrennungsmotors von der Elektromaschine in elektrische Energie gewandelt und in der Batterie gespeichert. Dabei fließt die mechanische Energie aus dem Verbrennungsmotor in die Elektromaschine. Wenn der Verbrennungsmotor gestartet wird, fließt die elektrische Energie in entgegengesetzte Richtung aus der Elektromaschine in den Verbrennungsmotor. Hierbei treibt die Elektromaschine den Verbrennungsmotor an, wobei dieser gestartet wird. Hierzu wandelt die Elektromaschine elektrische Energie aus der Batterie in die für den Verbrennungsmotor vorgesehene bzw. von diesem benötigte mechanische Energie um. Durch die gemäß dem System vorgesehene Anordnung ist es möglich, mit der an bzw. auf der hinteren Achse angeordneten Elektromaschine den Verbrennungsmotor zu starten, da ansonsten durch eine starre Verbindung der Elektromaschine mit der hinteren Achse bzw. mit den hinteren Rädern das Fahrzeug ins Rollen gebracht werden würde oder eine Drehzahlsynchronisation zwischen der Drehzahl des Verbrennungsmotors und der Drehzahl eines jeweiligen Rads erforderlich wäre. Zusätzlich kann das Fahrzeug über die Elektromaschine bzw. einen Elektromotor und den Verbrennungsmotor wahlweise rein elektrisch, hybridisch und/oder rein verbrennungsgetrieben angetrieben werden. Ebenfalls kann die Elektromaschine bei Bedarf eine Boostleistung zur Verfügung stellen, um die Fahrleistungen des Fahrzeugs zu verbessern. Ein regeneratorischer Betrieb der Elektromaschine ist ebenfalls möglich. Hierbei kann über Rekuperation kinetische Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie umgewandelt werden, wobei das Fahrzeug über die Elektromaschine verzögert wird. Ebenfalls kann überschüssige Energie des Verbrennungsmotors über die Elektromaschine in elektrische Energie gewandelt werden. Dies kann bei einer Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit, bei einer Beschleunigung, d. h. bei positiver Beschleunigung als auch bei negativer Beschleunigung bzw. Bremsung, und auch im Stand durchgeführt werden.
  • Das System weist das sog. Hang-On-Modul und den sog. Torque-Splitter als Komponenten auf. Dabei kann der Torque-Splitter auch als Drehmomentverteiler ausgebildet sein bzw. bezeichnet werden. Dieser weist in Ausgestaltung zwei Kupplungen an der hinteren Achse des Fahrzeugs auf, wobei jeweils ein hinteres Rad über eine Kupplung mit der Welle der Elektromaschine verbindbar ist. Falls in Ausgestaltung vorgesehen ist, dass auch die vordere Achse bzw. die vorderen Rädern mit der Elektromaschine angetrieben werden, ist zwischen der Elektromaschine und der vorderen Achse bzw. den vorderen Rädern ein entsprechender Torque-Splitter anzuordnen. Ein derartiger Torque-Splitter ist demnach ein Kupplungssystem, das es weiterhin auch ermöglicht, ein Antriebsmoment zwischen der vorderen und hinteren Achse und/oder zwischen jeweils einem linken und einem rechten Rad einer jeweiligen Achse flexibel zu verteilen. Mindestens eine Kupplung des Torque-Splitters ist bspw. als Lamellenkupplung ausgebildet, die entweder elektro-hydraulisch oder elektro-mechanisch angesteuert wird, wobei eine erforderliche Übertragung von Kraft bzw. dem Antriebsmoment bereitgestellt wird. Es ist auch möglich, dass die mindestens eine Kupplung als Klauenkupplung oder elektrische Kupplung ausgebildet ist. Mit der mindestens einen Kupplung ist eine Entkopplung zwischen dem Antriebsstrang und den Rädern möglich.
  • Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung schematisch und ausführlich beschrieben.
    • 1 zeigt in schematischer Darstellung ein erstes Beispiel eines aus dem Stand der Technik bekannten Fahrzeugs.
    • 2 zeigt in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zur Durchführung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens für ein zweites Beispiel eines Fahrzeugs.
    • 3 zeigt in schematischer Darstellung ein drittes Beispiel eines Fahrzeugs, das aus dem Stand der Technik bekannt ist.
    • 4 zeigt in schematischer Darstellung eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zur Durchführung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens für ein viertes Beispiel eines Fahrzeugs.
  • Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben. Gleichen Komponenten sind dieselben Bezugsziffern zugeordnet.
  • Das in 1 schematisch dargestellte erste Beispiel des Fahrzeugs 200 weist eine vordere Achse 202 auf, an der zwei vordere Räder 204a, 204b angeordnet sind. Weiterhin umfasst die vordere Achse 202 ein Achsdifferential 206. Weiterhin sind zum Antrieb des Fahrzeugs 200 ein Verbrennungsmotor 208 und eine Elektromaschine 218 vorgesehen.
  • Weiterhin weist das Fahrzeug 200 einen Riemen-Starter-Generator 210 auf, der über eine Antriebswelle 219 mit der Elektromaschine 218 verbunden ist. Außerdem ist dieser Riemen-Starter-Generator 210 hier direkt neben dem Verbrennungsmotor 208 angeordnet. Der Verbrennungsmotor 208 und die Elektromaschine 218 sind hier über drei Wellenabschnitte 212a, 212b, 212c miteinander verbunden, wobei hier jeweils zwischen zwei unmittelbar benachbarten Wellenabschnitten 212a, 212b, 212c jeweils eine Kupplung 216a, 216b angeordnet ist. Weiterhin ist die Elektromaschine 218 über einen weiteren Wellenabschnitt 220 mit einem Achsdifferential 226 einer hinteren Achse 222 des Fahrzeugs 200 verbunden, an der zwei Räder 224a, 224b angeordnet sind.
  • Demnach weist das Fahrzeug 200 hier einen Hybrid-Antriebsstrang mit einer P3-Architektur auf, wobei die Elektromaschine 218 zur Hybridisierung des Fahrzeugs 200 hier hinter einem Hauptgetriebe angeordnet ist, das die Wellenabschnitte 212a, 212b, 212c zwischen dem Verbrennungsmotor 208 und der Elektromaschine 218 aufweist. Zum Starten des Verbrennungsmotors 208 im Stand des Fahrzeugs 200 ist es hier erforderlich, den Riemen-Starter-Generator 210 oder alternativ einen Ritzelstartergenerator zu installieren, da es ansonsten nicht möglich ist, den Verbrennungsmotor 208 im Stand zu starten. Dies ist bei diesem Beispiel des Fahrzeugs 200 dadurch bedingt, dass die Elektromaschine 218 entweder fest mit allen Rädern 204a, 204b, 224a, 224b oder fest mit mindestens einer angetriebenen bzw. anzutreibenden Achse 202, 222 verbunden ist, was davon abhängig ist, ob das Fahrzeug 200 einen Frontantrieb, einen Heckantrieb oder einen Allradantrieb aufweist.
  • Das in 2 schematisch dargestellte zweite Beispiel eines hier als Kraftfahrzeug ausgebildeten Fahrzeugs 1 weist eine vordere Achse 2 auf, an der zwei vordere Räder 4a, 4b angeordnet sind. Weiterhin umfasst die vordere Achse 2 ein Achsdifferential 6. Weiterhin sind zum Antrieb des Fahrzeugs 1 ein Verbrennungsmotor 8 und eine Elektromaschine 18 vorgesehen. Weiterhin weist das Fahrzeug 1 eine Antriebswelle 19 auf, über die das Achsdifferential 6 mit der Elektromaschine 18 verbunden ist. Dabei ist die Elektromaschine 18 über eine erste primäre Kupplungsanordnung, die als Drehmomentverteiler 30 ausgebildet ist, mit einem Achsdifferential 26 einer hinteren Achse 22 des Fahrzeugs 1 verbunden, an der zwei Räder 24a, 24b angeordnet sind. Weiterhin ist zwischen der Elektromaschine 18 und dem Achsdifferential 6 eine zweite primäre Kupplungsanordnung, die eine Kupplung 28 aufweist, angeordnet. Der Verbrennungsmotor 8 und die Elektromaschine 18 sind hier über drei Wellenabschnitte 12a, 12b, 12c miteinander verbunden, wobei hier jeweils zwischen zwei unmittelbar benachbarten Wellenabschnitten 12a, 12b, 12c jeweils eine Kupplung 16a, 16b angeordnet ist, die eine sekundäre Kupplungsanordnung bilden.
  • Bei der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 3 für das zweite Beispiel des Fahrzeugs 1, das hier als Kraftfahrzeug ausgebildet ist, ist vorgesehen, dass eine Welle der Elektromaschine 18 hier quer zu einer vorgesehenen Fahrtrichtung des Fahrzeugs 1 und somit parallel zu den beiden Achsen 2, 22 angeordnet ist. Außerdem ist diese Elektromaschine 18 hier je nach Definition an und oder auf der hinteren Achse 22 angeordnet.
  • Außerdem ist hier entlang einer Welle zwischen der Elektromaschine 18 und dem Achsdifferential 6 der vorderen Achse 2 die Kupplung 28 angeordnet, die dazu ausgebildet ist, ein Antriebsmoment zwischen der Elektromaschine 18 und dem Achsdifferential 6 zu übertragen, wenn sie geschlossen ist, oder eine derartige Übertragung des Antriebsmoments bzw. der Kraft zu unterbinden, wenn sie geöffnet ist und somit die Elektromaschine 18 von dem Achsdifferential 6 mechanisch trennt.
  • Die erste Ausführungsform des Systems 3 weist den Drehmomentverteiler 30 auf, der auch als Torque-Splitter ausgebildet sein bzw. bezeichnet werden kann. Dieser umfasst eine erste Kupplung 32a und eine zweite Kupplung 32b, wobei die erste Kupplung 32a hier zwischen dem Achsdifferential 26 an der hinteren Achse 22 und dem ersten hinteren Rad 24a angeordnet ist. Die zweite Kupplung 32b ist hier zwischen dem Achsdifferential 26 der hinteren Achse 22 und dem zweiten hinteren Rad 24b angeordnet. Mit diesem Drehmomentverteiler 30 ist es möglich, die Elektromaschine 18 über die Welle 20 mit mindestens einem der beiden hinteren Räder 24a, 24b mechanisch vorübergehend lösbar zu verbinden oder zu trennen. Falls eine jeweilige Kupplung 32a, 32b geschlossen ist, wird die Elektromaschine 18 mit einem jeweiligen hinteren Rad 24a, 24b verbunden. Falls eine jeweilige Kupplung 32a, 32b geöffnet ist, wird die Elektromaschine 18 von einem jeweiligen hinteren Rad 24a, 24b getrennt.
  • Die Kupplung 28 zwischen der vorderen Achse 2 und der Elektromaschine 18 kann auch als Hang-On-Modul bzw. als Mittendifferential bezeichnet werden und in Ausgestaltung bspw. als Lamellenkupplung ausgebildet sein. Der Drehmomentverteiler 30, der die beiden Kupplungen 32a, 32b an der hinteren Achse 22 aufweist, kann in Ausgestaltung ein konventionelles hinteres Achsdifferential ersetzen. Dabei ist es möglich, dass die hintere Achse 22 je nach Definition in zwei Wellen bzw. Antriebswellen unterteilt ist, wobei an bzw. auf jeweils einer Antriebswelle bzw. einem jeweiligen Teilabschnitt der hinteren Achse 22 jeweils eine Kupplung 32a, 32b angeordnet ist. Durch Integration der Kupplung 28 und des Drehmomentverteilers 30 ist es beim Betrieb des Fahrzeugs 1 möglich, sämtliche Räder 4a, 4b, 24a, 24b von einem P3-Hybrid-Antriebsstrang zu trennen, wobei dieser Antriebsstrang zumindest die Wellenabschnitte 12a, 12b, 12c mit den dazwischen angeordneten Kupplungen 16a, 16b, die Antriebswelle 19 mit der Kupplung 28 und den Drehmomentverteiler 30 mit den beiden Kupplungen 32a, 32b aufweist. Die Kupplungen 32a, 32b, das Achsdifferential 26 und die Elektromaschine 18 bilden hier ein hybridisches Hinterachsgetriebe.
  • Im Stillstand des Fahrzeugs 1, wenn sämtliche vier Räder 4a, 4b, 24a, 24b von dem Antriebsstrang und somit von dem Verbrennungsmotor 8 und der Elektromaschine 18 getrennt sind, ist es möglich, die Elektromaschine 18 mit dem Verbrennungsmotor 8 über die sekundäre Kupplungsanordnung zu verbinden und die Elektromaschine 18 mit dem Verbrennungsmotor 8 anzutreiben, wobei mechanische Energie des Verbrennungsmotors 8 von der Elektromaschine 18, wenn diese als Generator betrieben wird, in elektrische Energie umgewandelt und in einer hier nicht weiter gezeigten Batterie zur elektrischen Energieversorgung bzw. Stromversorgung gespeichert wird.
  • Außerdem ist es hier möglich, den Verbrennungsmotor 8 mit der Elektromaschine 18 ausgehend von dem Stillstand oder auch dann, wenn das Fahrzeug 1 zumindest rollt und somit fährt, zu starten, wobei von der Elektromaschine 18 elektrische Energie der Batterie in mechanische Energie zum Antreiben des Verbrennungsmotors 8 umgewandelt wird.
  • Durch Vorsehen der Ausführungsform des Systems 3 zum Durchführen der ersten Ausführungsform des Verfahrens ist es möglich, auf ansonsten übliche Komponenten, wie sie auch anhand von 1 beschrieben sind, zu verzichten und das Fahrzeug 1 entsprechend zu vereinfachen. So ist für das Fahrzeug 1 nunmehr kein Riemen-Starter-Generator 210 mehr erforderlich. Weiterhin kann auf einen Riemenantrieb für den Verbrennungsmotor 8 verzichtet werden. Entsprechend können eine Verkabelung, ein Steuergerät und eine Leistungselektronik für den sonst üblichen Riemen-Starter-Generator 210 entfallen. Ein ansonsten im Stand der Technik auch üblicher Ritzelstarter kann entsprechend entfallen. Weiterhin kann ein ansonsten eventuell notwendiger DC-DC-Wandler entfallen. Es ist weiterhin möglich, dass auf eine ansonsten erforderliche zusätzliche Spannungslage in einem Bordnetz des Fahrzeugs 1 verzichtet werden kann.
  • 3 zeigt in schematischer Darstellung das dritte Beispiel des Fahrzeugs 240, das aus dem Stand der Technik bekannt ist. Dieses Fahrzeug 240 umfasst eine vordere Achse 244, an der zwei vordere Räder 246a, 246b angeordnet sind, und eine hintere Achse 248, an der zwei hintere Räder 250a, 250b angeordnet sind. Außerdem weist das Fahrzeug 240 einen Verbrennungsmotor 252 bzw. eine Verbrennungskraftmaschine auf, dem bzw. der eine Katalysatorvorrichtung 253 (zweimal KAT-EKAT-KAT) zugeordnet ist. Außerdem weist das Fahrzeug 240 eine Elektromaschine 254 auf, deren Welle bzw. Achse parallel zu der hinteren Achse 248 und somit senkrecht zu einer vorgesehenen Fahrtrichtung des Fahrzeugs 240 orientiert ist. Dabei sind dieser Elektromaschine 254 ein Getriebe und ein Getriebesteuergerät 256 (TCU) zugeordnet. Die Elektromaschine 254 und das Getriebesteuergerät 256 bilden hier ein „H-HAG“ bzw. ein hybridisches Hinterachsgetriebe 258. Weiterhin weist das Fahrzeug 240 eine erste Batterie 255 auf, die hier als Hochspannungs- bzw. HV-Batterie ausgebildet ist. Weiterhin umfasst das Fahrzeug eine zweite Batterie 284 mit einer niedrigen Spannung von bspw. 12 Volt. Das Fahrzeug 240 weist weiterhin auch ein Getriebe 260, eine Kupplungsanordnung 262 und ein weiteres Getriebesteuergerät 263 auf, das weiterhin auch dazu ausgebildet ist, die Kupplungsanordnung 262 zu steuern. Die Kupplungsanordnung 262 und die Elektromaschine 254 sind hier über eine Welle 265 miteinander verbunden. Mit der Kupplungsanordnung 262 ist es möglich, die Elektromaschine 254 mit dem Getriebe 260 und somit auch mit dem Verbrennungsmotor 252 lösbar zu verbinden, wobei die Elektromaschine 254 und der Verbrennungsmotor 252 miteinander verbunden sind, wenn die Kupplungsanordnung 262 geschlossen ist. Somit ist es möglich, zwischen dem Verbrennungsmotor 252 und der Elektromaschine 254 über das Getriebe 260, die geschlossene Kupplungsanordnung 262 und die Welle 265 ein Antriebsmoment bzw. Kraft zu übertragen. Falls die Kupplungsanordnung 262 geöffnet ist, wird die Elektromaschine 254 von dem Getriebe 260 und dem Verbrennungsmotor 252 mechanisch getrennt. Weiterhin weist das Fahrzeug eine Geräuscherzeugungsvorrichtung 268 (AVAS) und ein iBRS bzw. ein integriertes Bremsregelsystem 270 auf. Für dieses Fahrzeug 240 ist hier weiterhin ein elektrisches Bordnetz 290 vorgesehen, das weitere Komponenten des Fahrzeugs 240 miteinander elektrisch verbindet. Bei diesen Komponenten handelt es sich um einen Klimakompressor 264 (EKK), der dem Verbrennungsmotor 252 zugeordnet ist, ein „EHCC“ als Steuergerät 266, das der Katalysatorvorrichtung 253 zugeordnet ist, einen „HV- bzw. Hochspannungs-PTC“ bzw. ein Hochspannungs-Thermoelement 272, einen DC-DC- bzw. Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 274, der dazu ausgebildet ist, eine elektrische Spannung von einem hohen Wert auf 12 Volt zu wandeln und umgekehrt, einen Pulswechselrichter 276 (PWR), der für eine Stromstärke von 560 Ampere ausgelegt ist, ein Ladegerät 280, eine BJB (Battery Junction Box) 282, die der ersten Batterie 255 zugeordnet ist, und eine Ladedose 278. Außerdem zeigt 3 einen Riemen-Starter-Generator 300, der zum Starten des Verbrennungsmotors 252 erforderlich ist, wobei dem Riemen-Starter-Generator 300 ein weiterer Pulswechselrichter 301 für Hochspannung (HV-RSG PWR) zugeordnet ist.
  • 4 zeigt in schematischer Darstellung das vierte Beispiel des Fahrzeugs 40, das die zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 42 aufweist. Dieses Fahrzeug 40 umfasst eine vordere Achse 44, an der zwei vordere Räder 46a, 46b angeordnet sind, und eine hintere Achse 48, an der zwei hintere Räder 50a, 50b angeordnet sind. Außerdem weist das Fahrzeug 40 einen Verbrennungsmotor 52 bzw. eine Verbrennungskraftmaschine auf, dem bzw. der eine Katalysatorvorrichtung 53 (zwei Mal KAT-EKAT-KAT) zugeordnet ist. Außerdem weist das Fahrzeug 40 eine Elektromaschine 54 auf, deren Welle bzw. Achse parallel zu der hinteren Achse 48 und somit senkrecht zu einer vorgesehenen Fahrtrichtung des Fahrzeugs orientiert ist. Dabei sind dieser Elektromaschine 54 ein Getriebe und ein Drehmomentverteiler 57 (Torque-Splitter) als primäre Kupplungsanordnung und ein Getriebesteuergerät 56 (TCU) zugeordnet. Die Elektromaschine 54, das Getriebesteuergerät 56 und der Drehmomentverteiler 57 bilden hier ein „H-HAG“ bzw. hybridisches Hinterachsgetriebe 58, das als Komponenten die Elektromaschine 54, das Getriebesteuergerät 56 zwei Kupplungen 32a und 32b aufweist. Zusätzlich kann das hybridische Hinterachsgetriebe 58 weitere Untersetzungsstufen, Kupplungselemente zwischen einem Differential und der Elektromaschine 54, sowie Pumpen, Kühler und/oder weitere Steuergeräte umfassen. Weiterhin weist das Fahrzeug 40 eine erste Batterie 55 auf, die hier als Hochspannungs- bzw. HV-Batterie ausgebildet ist. Weiterhin umfasst das Fahrzeug eine zweite Batterie 84 mit einer niedrigen Spannung von bspw. 12 Volt. Das Fahrzeug 40 weist weiterhin auch ein Getriebe 60, eine sekundäre Kupplungsanordnung 62 und ein weiteres Getriebesteuergerät 63 auf, das weiterhin auch dazu ausgebildet ist, die sekundäre Kupplungsanordnung 62 zu steuern. Die sekundäre Kupplungsanordnung 62 und die Elektromaschine 54 sind hier über eine Welle 65 miteinander verbunden. Mit der sekundären Kupplungsanordnung 62 ist es möglich, die Elektromaschine 54 mit dem Getriebe 60 und somit auch mit dem Verbrennungsmotor 52 lösbar zu verbinden, wobei die Elektromaschine 54 und der Verbrennungsmotor 52 miteinander verbunden sind, wenn die sekundäre Kupplungsanordnung 62 geschlossen ist. Somit ist es möglich, zwischen dem Verbrennungsmotor 52 und der Elektromaschine 54 über das Getriebe 60, die geschlossene sekundäre Kupplungsanordnung 62 und die Welle 65 ein Antriebsmoment bzw. Kraft zu übertragen. Falls die sekundäre Kupplungsanordnung 62 geöffnet ist, wird die Elektromaschine 54 von dem Getriebe 60 und dem Verbrennungsmotor 52 mechanisch getrennt.
  • Weiterhin weist das Fahrzeug eine Geräuscherzeugungsvorrichtung 68 (AVAS) und ein integriertes Bremsregelsystem 70 „iBRS“ auf, welches es ermöglicht, bei Bremspedalbetätigung selbständig bzw. automatisch zu entscheiden, ob eine Reibbremse des Fahrzeugs 40 zur Verzögerung des Fahrzeugs 40 betätigt werden soll, oder ob eine Verzögerung über die elektrische Rekuperation mit der Elektromaschine 54 durchgeführt werden kann. Für dieses Fahrzeug 40 ist hier weiterhin ein elektrisches Bordnetz 90 vorgesehen, das weitere Komponenten des Fahrzeugs 40 miteinander elektrisch verbindet. Bei diesen Komponenten handelt es sich um einen Klimakompressor 64 (EKK), der dem Verbrennungsmotor 52 zugeordnet ist, ein „EHCC“ als Steuergerät 66, das der Katalysatorvorrichtung 53 zugeordnet ist und steuert, wie viel elektrische Leistung für das Aufheizen der Katalysatorvorrichtung 53 benötigt wird, einen „HV- bzw. Hochspannungs-PTC“ bzw. ein Hochspannungs-Thermoelement 72, welches elektrische Energie verwendet, um den Innenraum zu heizen, einen DC-DC- bzw. Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 74, der dazu ausgebildet ist, eine elektrische Spannung von einem hohen Wert auf 12 Volt zu wandeln und umgekehrt, einen Pulswechselrichter 76 (PWR), der für eine Stromstärke von 560 Ampere ausgelegt ist, ein Ladegerät 80, eine BJB (Battery Junction Box) 82, die der ersten Batterie 55 zugeordnet ist, und eine Ladedose 78.
  • Durch dieses System 42 ist es im Vergleich zum Stand der Technik nicht mehr notwendig, zusätzlich zu der Elektromaschine 54, die dazu ausgebildet ist, das Fahrzeug 40 anzutreiben, eine ansonsten übliche weitere Elektromaschine vorzusehen, die dazu vorgesehen ist, den Verbrennungsmotor 52 zu starten oder im Stillstand des Fahrzeugs 40 die Batterie 55 zu laden. Eine derartige zusätzliche Elektromaschine, die im Stand der Technik benötigt wird, ist bspw. als Riemen-Starter-Generator 300 ausgebildet, der ggf. auch mit einem Ritzelstarter kombiniert sein kann. Eine derartige zusätzliche Elektromaschine wird aus einem 12-Volt-Bordnetz oder alternativ auch aus einem Hochspannungs-Bordnetz gespeist oder kann elektrische Energie in ein jeweiliges Bordnetz zurückspeisen. Dies erfordert jedoch, dass zusätzlich eine entsprechende Verkabelung und evtl. auch noch eine zweite oder sogar dritte Spannungslage im Fahrzeug gemäß dem Stand der Technik erforderlich sind. Bei einer Realisierung des vorgestellten Systems 42 kann hier auf eine Leistungselektronik zum Ansteuern und Regeln der zusätzlichen Elektromaschine, bspw. des Riemen-Starter-Generators 300, verzichtet werden.
  • Bei dem Verfahren zum Betreiben des Kraftfahrzeugs 40 ist vorgesehen, dass die Elektromaschine 54 in einem direkten Kraft-Wirkungsverhältnis zu der hinteren Achse 48 steht. Zum Starten des Verbrennungsmotors 52 wird die Elektromaschine 54 über die mindestens eine primäre Kupplungsanordnung mit dem Drehmomentverteiler 57 von den Rädern 50a, 50b der hinteren Achse 48 getrennt und über die sekundäre Kupplungsanordnung 62 mit dem Verbrennungsmotor 52 verbunden. In einem motorischen Betrieb der Elektromaschine 54 wird elektrische Energie aus der Batterie 55 in mechanische Energie umgewandelt und der Verbrennungsmotor 52 mechanisch angetrieben, wobei zum Laden der Batterie 55 die Elektromaschine 54 über die mindestens eine primäre Kupplungsanordnung, hier den Drehmomentverteiler 57, von den Rädern 50a, 50b der hinteren Achse 48 getrennt und über die sekundäre Kupplungsanordnung 62 mit dem Verbrennungsmotor 52 verbunden wird, wobei die Elektromaschine 54 von dem Verbrennungsmotor 52 mechanisch angetrieben wird, wobei von der Elektromaschine 54 in einem generatorischen Betrieb mechanische Energie des Verbrennungsmotors 52 in elektrische Energie umgewandelt und in der Batterie 55 gespeichert wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Fahrzeug
    2
    vordere Achse
    3
    System
    4a, 4b
    Räder
    6
    Achsdifferential
    8
    Verbrennungsmotor
    12a, 12b, 12c
    Wellenabschnitte
    16a, 16b
    Kupplung
    18
    Elektromaschine
    19
    Antriebswelle
    20
    Welle
    22
    hintere Achse
    24a, 24b
    Räder
    26
    Achsdifferential
    28
    Kupplung
    30
    Drehmomentverteiler
    32a, 32b
    Kupplung
    40
    Fahrzeug
    42
    System
    44
    vordere Achse
    46a, 46b
    Räder
    48
    hintere Achse
    50a, 50b
    Räder
    52
    Verbrennungsmotor
    53
    Katalysatorvorrichtung
    54
    Elektromaschine
    55
    Batterie
    56
    Getriebesteuergerät
    57
    Drehmomentverteiler
    58
    hybridisches Hinterachsgetriebe
    60
    Getriebe
    62
    Kupplungsanordnung
    63
    Getriebesteuergerät
    64
    Klimakompressor (EKK)
    65
    Welle
    66
    Steuergerät
    68
    Geräuscherzeugungsvorrichtung (AVAS)
    70
    integriertes Bremsregelsystem
    72
    Hochspannungs-Thermoelement
    74
    DC-DC-Wandler
    76
    Pulswechselrichter
    78
    Ladedose
    80
    Ladegerät
    82
    BJB
    84
    Batterie
    90
    Bordnetz
    200
    Fahrzeug
    202
    vordere Achse
    204a, 204b
    Räder
    206
    Achsdifferential
    208
    Verbrennungsmotor
    210
    Riemen-Starter-Generator
    212a, 212b,
    Wellenabschnitt
    212c 216a, 216b
    Kupplung
    218
    Elektromaschine
    219
    Antriebswelle
    220
    Wellenabschnitt
    222
    hintere Achse
    224a, 224b
    Räder
    226
    Achsdifferential
    240
    Fahrzeug
    244
    vordere Achse
    246a, 246b
    Räder
    248
    hintere Achse
    250a, 250b
    Räder
    252
    Verbrennungsmotor
    253
    Katalysatorvorrichtung
    254
    Elektromaschine
    255
    Batterie
    256
    Getriebesteuergerät
    258
    hybridisches Hinterachsgetriebe
    260
    Getriebe
    262
    Kupplungsanordnung
    263
    Getriebesteuergerät
    264
    Klimakompressor (EKK)
    265
    Welle
    266
    Steuergerät
    268
    Geräuscherzeugungsvorrichtung (AVAS)
    270
    integriertes Bremsregelsystem
    272
    Hochspannungs-Thermoelement
    274
    DC-DC-Wandler
    276
    Pulswechselrichter
    278
    Ladedose
    280
    Ladegerät
    282
    BJB
    284
    Batterie
    290
    Bordnetz
    300
    Riemen-Starter-Generator
    301
    Pulswechselrichter
  • 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 102008004366 A1 [0002]
    • DE 102017109462 A1 [0003]
    • CN 209888641 U [0004]

Claims (9)

  1. System zum Betreiben eines Fahrzeugs (1, 40), das einen Verbrennungsmotor (8, 52), eine Elektromaschine (18, 54), eine vordere Achse (2, 44) mit vorderen Rädern (4a, 4b, 46a, 46b), eine hintere Achse (22, 48) mit hinteren Rädern (24a, 24b, 50a, 50b) und eine Batterie (55) aufweist, wobei bei dem System (3, 42) vorgesehen ist, dass die Elektromaschine (18, 54) in einem direkten Kraft-Wirkungsverhältnis zu der hinteren Achse (22, 48) steht, wobei das System (3, 42) mindestens eine primäre Kupplungsanordnung aufweist, über die die Elektromaschine (18, 54) mit den Rädern (4a, 4b, 24a, 24b, 46a, 46b, 50a, 50b) mindestens einer Achse (2, 22, 44, 48) verbindbar ist, und eine sekundäre Kupplungsanordnung (62) aufweist, über die die Elektromaschine (18, 54) mit dem Verbrennungsmotor (8, 52) verbindbar ist, wobei zum Starten des Verbrennungsmotors (8, 52) die Elektromaschine (18, 54) über die mindestens eine primäre Kupplungsanordnung von den Rädern (4a, 4b, 24a, 24b, 46a, 46b, 50a, 50b) der mindestens einen Achse (2, 22, 44, 48) zu trennen und über die sekundäre Kupplungsanordnung (62) mit dem Verbrennungsmotor (8, 52) zu verbinden ist.
  2. System nach Anspruch 1, bei dem die Elektromaschine (18, 54) dazu ausgebildet ist, elektrische Energie aus der Batterie (55) in mechanische Energie umzuwandeln und den Verbrennungsmotor (8, 52) mechanisch anzutreiben, wobei zum Laden der Batterie (55) die Elektromaschine (18, 54) über die mindestens eine primäre Kupplungsanordnung von den Rädern (4a, 4b, 24a, 24b, 46a, 46b, 50a, 50b) der mindestens einen Achse (2, 22, 44, 48) zu trennen und über die sekundäre Kupplungsanordnung (62) mit dem Verbrennungsmotor (8, 52) zu verbinden ist, wobei der Verbrennungsmotor (8, 52) dazu ausgebildet ist, die Elektromaschine (18, 54) mechanisch anzutreiben, wobei die Elektromaschine (18, 54) dazu ausgebildet ist, mechanische Energie des Verbrennungsmotors (8, 52) in elektrische Energie umzuwandeln und in der Batterie (55) zu speichern.
  3. System nach Anspruch 1 oder 2, das eine erste primäre Kupplungsanordnung aufweist, über die die Elektromaschine (18, 54) mit den Rädern (24a, 24b, 50a, 50b) der hinteren Achse (22, 48) verbindbar ist.
  4. System nach einem der voranstehenden Ansprüche, das eine zweite primäre Kupplungsanordnung aufweist, über die die Elektromaschine (18, 54) mit den Rädern (4a, 4b, 46a, 46b) der vorderen Achse (2, 44) verbindbar ist.
  5. System nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die mindestens eine primäre Kupplungsanordnung zwei Kupplungen (32a, 32b), aufweist, wobei die Elektromaschine (18, 54) über jeweils eine Kupplung (32a, 32b) mit jeweils einem Rad (4a, 4b, 24a, 24b, 46a, 46b, 50a, 50b) einer jeweiligen Achse (2, 22, 44, 48) verbindbar ist.
  6. System nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die mindestens eine primäre Kupplungsanordnung einen Drehmomentverteiler (30, 57) aufweist, der zum Verteilen von Drehmoment zwischen den beiden Rädern (4a, 4b, 24a, 24b, 46a, 46b, 50a, 50b) der jeweiligen Achse (2, 22, 44, 48) ausgebildet ist.
  7. System nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die Elektromaschine (18, 54) auf der hinteren Achse (22, 48) angeordnet ist.
  8. System nach einem der voranstehenden Ansprüche, das für ein als P3-Hybrid-Fahrzeug ausgebildetes Fahrzeug (1, 40) ausgebildet ist.
  9. Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs (1, 40), wobei das Fahrzeug (1, 40) einen Verbrennungsmotor (8, 52), eine Elektromaschine (18, 54), eine vordere Achse (2, 44) mit vorderen Rädern (4a, 4b, 46a, 46b), eine hintere Achse (22, 48) mit hinteren Rädern (24a, 24b, 50a, 50b) und eine Batterie (55) aufweist, bei dem die Elektromaschine (18, 54) in einem direkten Kraft-Wirkungsverhältnis zu der hinteren Achse (22, 48) steht, wobei das Fahrzeug (1, 40) mindestens eine primäre Kupplungsanordnung aufweist, über die die Elektromaschine (18, 54) mit den Rädern (4a, 4b, 24a, 24b, 46a, 46b, 50a, 50b) mindestens einer Achse (2, 22, 44, 48) verbunden wird, und eine sekundäre Kupplungsanordnung (62) aufweist, über die die Elektromaschine (18, 54) mit dem Verbrennungsmotor (8, 52) verbunden wird, wobei zum Starten des Verbrennungsmotors (8, 52) die Elektromaschine (18, 54) über die mindestens eine primäre Kupplungsanordnung von den Rädern (4a, 4b, 24a, 24b, 46a, 46b, 50a, 50b) der mindestens einen Achse (2, 22, 44, 48) getrennt und über die sekundäre Kupplungsanordnung (62) mit dem Verbrennungsmotor (8, 52) verbunden wird.
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