DE10246839A1

DE10246839A1 - Hybridfahrzeugantriebsstrang

Info

Publication number: DE10246839A1
Application number: DE10246839A
Authority: DE
Inventors: Wolf Dr. Boll
Original assignee: DaimlerChrysler AG; LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2002-10-08
Filing date: 2002-10-08
Publication date: 2004-04-22

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hybridfahrzeugantriebsstrang, welcher sowohl als Parallelhybrid, als auch als Serienhybrid betreibbar ist. Dabei sind zwei elektrische Maschinen vorhanden, welche für den Betrieb als Parallelhybrid mittels einer Kupplung koppelbar sind. Um den Bauraum für die beiden elektrischen Maschinen und die Kupplung so klein zu bauen, dass diese in den Bauraum passen, welcher normalerweise von einem hydrodynamischen Drehmomentwandler beansprucht wird, wird gemäß Patentanspruch 2 eine bauraumsparende konstruktive Ausgestaltung vorgeschlagen. Gemäß Patentanspruch 1 wird eine konstruktive Ausgestaltung einer Durchgangswellenlagerung vorgeschlagen, welche die Kräfte - insbesondere die Kreiselmomente - der getriebenahen elektrischen Maschine besonders gut abstützt. Ferner wird gemäß Patentanspruch 11 ein Hybridfahrzeugantriebsstrang mit einem elektrischen und einem mechanischen Ölpumpenantrieb vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hybridfahrzeugantriebsstrang gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, dem Oberbegriff von Anspruch 2. Ferner betrifft die Erfindung einen Hybridfahrzeugantriebsstranggemäß dem einteiligen Anspruch 11.

Die nicht vorveröffentlichte DE 101 60 666.1-12 beinhaltet bereits einen Hybridfahrzeugantriebsstrang bei welchem zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe zwei Rotoren von elektrischen Maschinen axial benachbart und koaxial zueinander angeordnet sind, wobei die beiden Rotoren mittels einer Kupplung voneinander trennbar sind.

Aufgabe der Erfindung gemäß Patentanspruch 1 ist es, einen auch unter höchsten Belastungen ausfallsicheren Antriebsstrang zu schaffen.

Ein Vorteil von Patentanspruch 1 ist der, dass die Kreiselmomente der dem Getriebe näher stehenden elektrischen Maschine von Lagern einer Durchgangswelle abgestützt werden. Solche Kreiselmomente entstehen, wenn sich der sehr schwere und damit massenträge Rotor der elektrischen Maschine schnell dreht und das Kraftfahrzeug mit hoher Winkelgeschwindigkeit um die Hochachse dreht, wie dies bei glatter Fahrbahn passieren kann. Weiterhin können diese hohen Kreiselmomente bei Stampfbewegungen des Motor-Getriebeverbandes während des Überfahrens von Bodenwellen auftreten. Dabei entstehen die besagten Kreiselkräfte als hohe Reaktionskräfte, die erfindungsgemäß sicher abgestützt werden. Die Lager der Durchgangswelle sind zum einen in einer Ausnehmung der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und zum anderen an einem Gehäuseteil angeordnet, welches insbesondere als Lagerhals ausgestaltet sein kann. Dabei kann das innerhalb des Gehäuseteils angeordnete Lager besonders groß dimensioniert und radial innerhalb der dem Getriebe näher stehenden elektrischen Maschine angeordnet sein, so dass neben den hohen Kreiselmomenten das Eigengewicht und die technisch bedingte Unwucht des Rotors der elektrischen Maschine problemlos von diesem Lager aufgenommen werden können.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Lagerhals, in dessen Ausnehmung das vorgenannte Lager aufgenommen wird, auch einen Ausrückkolben eines Zentralausrückers aufnehmen. Mit diesem ist dann die Kupplung ein und ausrückbar. Wie weiter unten näher erläutert, kann der Gehäuseteil, welcher den Lagerhals bildet, auch eine mechanisch und/oder elektrisch angetriebene Ölpumpe aufnehmen.

Die konstruktive Ausgestaltung insbesondere gemäß Patentanspruch 10 ermöglicht es in vorteilhafter Weise den Hybridfahrzeugantriebsstrang als modulare Alternative zu einem hydrodynamischen Drehmomentwandler eines Automatikgetriebes herzustellen. Dadurch kann bei verschiedenen Fahrzeugtypen – d.h. solchen mit Wandlerautomatikgetriebe und solche mit Hybridantrieb – der gleiche Rohbau verwendet werden. Lediglich die Batterie für den Hybridfahrzeugantriebsstrang gilt es im besonderen Maße baulich zu beachten. Ansonsten können die üblichen Bauteile des Automatikgetriebes verwendet werden. Damit gehen Kostenvorteile einher.

Aufgabe von Patenanspruch 2 ist es, einen möglichst kompakten Hybridfahrzeugantriebsstrang zu schaffen.

Dabei erfolgt die Kupplungsbetätigung durch einen Steg hindurch, welcher den Rotor der dem Getriebe näher stehenden elektrischen Maschine trägt. Der Steg kann dabei in besonders vorteilhafter Weise als Stegscheibe ausgestaltet sein, wie dies im Patentanspruch 16 beansprucht ist.

Der Hybridfahrzeugantriebsstrang hat generell einen Kraftstoffverbrauchsvorteil.

Der Hybridfahrzeugantriebsstrang kann bei besonders langsamen Fahrgeschwindigkeiten als serieller Hybrid betrieben werden. Dabei ist die Kupplung offen und die erste – bzw. getriebenahe – elektrische Maschine wird als Generator betrieben, dessen Spannung die als Motor betriebene zweite – bzw. motornahe – elektrische Maschine antreibt. Als Puffer ist dabei die Batterie zwischengeschaltet. Da langsame Geschwindigkeiten bewerkstelligt werden, kann die Kupplung besonders vorteilhaft als Reibtrockenkupplung ausgeführt sein, was mit Kostenvorteilen und Wirkungsgradvorteilen einhergeht, da kein spezieller Schmiermittelkreislauf notwendig ist. Im Normalfall wird die Kupplung bei Drehzahlgleichheit der beiden Kupplungshälften eingerückt, so dass keine, ausgeprägte Schlupfphase mit entsprechender Reibarbeit auftritt. Im Idealfall wird überhaupt keine Reibarbeit verrichtet.

Aufgabe der Erfindung gemäß Patentanspruch 11 ist es, einen kostengünstigen und dennoch ausfallsicheren Hybridfahrzeugantriebsstrang zu schaffen.

Bei dem Hybridfahrzeugantriebsstrang können in besonders vorteilhafter Weise zwei Ölpumpen zur Öldruckversorgung des Automatikgetriebes und – bei Bedarf zusätzlich – des großen Lagers vorhanden sein. Dabei kann die eine Ölpumpe als mechanische Ölpumpe ausgestaltet sein, wohingegen die andere Ölpumpe elektrisch betrieben ist. Die mechanisch betriebene Ölpumpe kann vorzugsweise eine von der Getriebeeingangswelle angetriebene Mondsichelpumpe sein, welche ebenfalls in dem Gehäuseteil untergebracht ist, welches den Lagerhals zur Aufnahme großen Lager und des Ausrückkolbens bildet. Bei der Verwen dung einer mechanischen und einer elektrischen Ölpumpe können beide über ein Rückschlagventil an eine Druckleitung des Automatikgetriebes angeschlossen sein.

Alternativ zu einer mechanischen und einer getrennten elektrischen Ölpumpe kann auch eine einzige Ölpumpe vorgesehen sein, welche sowohl mechanisch als auch elektrisch antreibbar ist. Eine solche Ölpumpe könnte beispielsweise so aussehen, dass die Getriebeeingangswelle und der Elektromotor gemeinsam über ein Überlagerungsgetriebe bzw. Freiläufe die Ölpumpe antreiben, wobei der Elektromotor – falls stromlos geschaltet – gegen Rückwärtsdrehen durch einen Freilauf gesichert ist. Aber selbst bei Verwendung einer einzigen Ölpumpe ist für den Fall, dass diese nur elektrisch betrieben wird, der worst case – d.h. den maximal möglichen Belastungsfall – abzudecken. Dieser worst case tritt beispielsweise dann auf, wenn das Kraftfahrzeug quer zum Bordstein steht, die Kupplung zum seriellen Betrieb der beiden elektrischen Maschinen als Anfahrelement geöffnet ist und somit ein hohes Drehmoment von der einen getriebenahen elektrischen Maschine aufgebracht wird, obwohl das Fahrzeug steht. Dieses hohes Drehmoment wird in das Automatikgetriebe geleitet. Wenn dann das Öl im Getriebe infolge einer hohen Temperatur dünnflüssig ist und damit hohe Leckagen verursacht, kann der Getriebeölarbeitsdruck in Höhe von 25bar nur aufgebracht werden, wenn die elektrisch betriebene Ölpumpe einen Elektromotor mit einer hohen Leistung von über 1kW aufweist.

In einer besonders kostengünstigen, kleinen und leichten Ausgestaltung der Erfindung wird ein auf den anspruchsvollen Normalfall dimensionierter – d.h. relativ kleiner – Elektromotor verwendet, der zudem den Vorteil hat, dass die Elektromotorkühlung geringer dimensioniert werden kann. Wenn bei einem solch gering dimensionierten Elektromotor der vorgenannte worst Gase eintritt, fällt der Getriebeölarbeitsdruck auf unter 25bar wobei je nach Höhe des Getriebeölarbeitsdrucks die Lammellenkupplungen/-bremsen des Automatikgetriebes schlup fen. Demzufolge wird die Getriebeeingangswelle von der als Elektromotor betriebenen getriebenahen elektrischen Maschine in Rotation versetzt, so dass der zusätzliche mechanische Antrieb den zusätzlichen Ölförderstrom liefert, um den Getriebeölarbeitsdruck auf über 25bar zu erhöhen. Im Falle einer einzigen Ölpumpe, welche sowohl mechanisch als auch elektrisch antreibbar ist, wird der Gesamtförderstrom der Ölpumpe erhöht. Im Falle einer mechanischen und einer von dieser getrennten elektrischen Ölpumpe ergeben beide Volumenströme zusammen den ausreichenden Gesamtförderstrom, um die Lammellenkupplungen/-bremsen des Automatikgetriebes zu versorgen.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann der Öldruck an zumindest einer Lamellenkupplung im Getriebe gezielt abgesenkt werden, so dass es geringfügig zum Schlupf kommt, damit bei Fahrzeugstillstand der Elektromotor drehen kann, um eine Überlastung einzelner Wicklungen der zweiten Elektrischen Maschine zu verhindern.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Elektromotors für die Ölpumpe, welcher auf den anspruchsvollen Normalfall – d.h., relativ klein – dimensioniert ist, ist eine besondere Steuerungseinrichtung vorgesehen. Diese Steuerungseinrichtung steuert bzw. regelt u.a. den das Drehmoment der dem Getriebe nahe stehenden elektrischen Maschine. Dabei verhindert die Steuerungseinrichtung, dass beim vorgenannten Schlupfen die Lammellenkupplungen/-bremsen überlastet werden. Dabei werden für die Lammellenkupplungen/-bremsen Lammellen verwendet, welche zwar ein langzeitiges Schlupfen nicht vertragen, jedoch kurzzeitiges Schlupfen von beispielsweise 1 Sekunde beliebig oft vertragen. Die besagte Steuerungseinrichtung überwacht dabei die Schlupfdauer der Lammellenkupplungen/-bremsen des Automatikgetriebes, wobei ein kurzzeitiges Schlupfen zugelassen wird. Wird ein Grenzwert der Schlupfdauer überschritten, so reduziert die Steuerungsseinrichtung das Drehmoment der zweiten elektrischen Maschine, so dass diese ein geringeres Drehmoment in die Getriebeeingangs welle einleitet. Dabei wird das Drehmoment so weit reduziert, bis die Lammellenkupplung/-bremse nicht mehr schlupft oder alternativ bis die Drehzahldifferenz an der schlupfenden Lammellenkupplung/-bremse so gering ist, dass keine thermische Schädigung der Lamellen eintritt. Eine Möglichkeit zur Ermittlung der Drehzahldifferenz an der Lammellenkupplung/-bremse ist der Vergleich der Getriebeeingangswellendrehzahl mit der Getriebeausgangswellendrehzahl, wobei der derzeit eingelegte Getriebegang berücksichtigt wird. Anstelle der Getriebeausgangswellendrehzahl kann auch die Drehzahl an den Antriebsrädern gemessen werden, wobei das Übersetzungsverhältnis des üblicherweise vorhandenen Differentials berücksichtigt wird. Ferner wird in der Berechnung der Getriebeausgangswellendrehzahl anhand der Drehzahl an den Antriebsrädern berücksichtigt, dass die zwei bzw. beim Allradantrieb vier Antriebsräder unterschiedliche Drehzahlen aufweisen. Bei dem Differential handelt es sich im Falle eines Vorderachsantriebes um eine Frontdifferential und im Falle eines Hinterachsantriebes um ein Hinterachsdifferential. Um das Drehmoment der elektrischen Maschine zu verringern, kann die Steuerungsseinrichtung über eine Wechselrichtereinheit bzw. eine Leistungsrichtereinheit der dem Getriebe nahe stehenden elektrischen Maschine verbunden sein. Dabei beeinflußt die Wechselrichtereinheit bzw. die Leistungsrichtereinheit das Drehmoment der besagten elektrischen Maschine, indem die Amplitude/Phase/Frequenz der Strangströme beeinflußt wird. Spannungsquelle der Wechselrichtereinheit ist zum einen die dem Verbrennungsmotor nahe stehende elektrische Maschine, welche als Generator betrieben wird. Ferner ist als Spannungsquelle bzw. als Puffer eine Batterie oder alternativ ein Superkondensator vorgesehen.

Im zuvor geschilderten worst case am Bordstein liegt also ein so hohes Drehmoment an der dem Getriebe nahe stehenden elektrischen Maschine an, dass die Fahrzeugräder sich in jedem Fall drehen müssen. Kurz danach liegt eine so hohe Fahrgeschwindigkeit vor, dass die Summenförderleistung der Ölpumpen ausreicht, um ein hinreichendes Drehmoment durch die Lammellenkupplungen/-bremsen des Automatikgetriebes zu leiten.

Sollte bei der ausführlich geschilderten Verwendung einer relativ klein dimensionierten elektrischen Ölpumpe mit einem zusätzlichen mechanischen Antrieb oder einer zusätzlichen mechanischen Ölpumpe dennoch unter Last eine zu hohe Schlupfdauer im Getriebe auftreten, gibt es zwei Abregelmöglichkeiten. Zum einen kann die vorgenante Drehmomentreduktion der dem Getriebe nahe stehenden elektrischen Maschine durchgeführt werden. Zum anderen können im Automatikgetriebe durch dessen Getriebesteuerung Hochschaltungen verhindert werden. Infolgedessen bleibt die Getriebeeingangswelle auf einem relativ hohen Drehzahlniveau, so dass auch die Förderleistung der mechanischen Pumpe auf einem relativ hohen Niveau bleibt.

Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Hybridfahrzeugantriebsstrangs, welcher mittels zwei elektrischem Maschinen und eine Kupplung sowohl als serieller, als auch als paralleler Hybrid betreibbar ist und
2 ein Detail des Hybridfahrzeugantriebsstrangs welches im Bereich der beiden elektrischen Maschinen und der Kupplung aus 1 liegt.
Gemäß 1 verfügt ein Hybridfahrzeugantriebsstrang 10 über einen Verbrennungsmotor 11, welcher über eine Kurbelwelle 12 mit einem motorseitigen Kupplungsteil 40 einer, mit Hilfe einer in 2 näher dargestellten Kupplungsbetätigungseinrichtung betätigbaren, automatisierten Kupplung 13 verbunden ist. Koaxial zur Kurbelwelle 12 ist eine erste elektrische Maschine 41 angeordnet, welche sowohl als Motor als auch als Generator betrieben werden kann. Ein antreibbarer Rotor 42 der ersten elektrischen Maschine 41 ist drehfest mit der Kurbelwelle 12 verbunden, so daß die erste elektrische Maschine 41 ein Drehmoment in die Kurbelwelle 12 einleiten kann und von der Kurbelwelle 12 angetrieben werden kann.
Zwischen dem Rotor 42 der ersten elektrischen Maschine 41 dem motorseitigen Kupplungsteil 40 ist eine Torsionsdämpfer 46 angeordnet, welcher Drehzahlungleichförmigkeiten des Verbrennungsmotors kompensiert, so dass der im Kraftfluss nachfolgende Bereich des Hybridfahrzeugantriebsstrang 10 von diesen entlastet wird.
Die Kupplung 13 verfügt außerdem über ein getriebeseitiges Kupplungsteil 43, welches mit einer zweigeteilten Getriebeeingangswelle 14 eines Getriebes 15 drehfest verbunden ist. Das Getriebe 15 ist als ein Planetenautomatikgetriebe mit Schaltstufen von sechs Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang ausgeführt, bei welchem die Gangwechsel mittels nicht dargestellter Lamellenkupplungen/-bremsen durchführbar sind. Koaxial zur Getriebeeingangswelle 14 ist eine zweite elektrische Maschine 44 angeordnet, welche sowohl als Motor als auch als Generator betrieben werden kann. Ein Rotor 45 der elektrischen Maschine 44 ist drehfest mit der zweigeteilten Getriebeeingangswelle 14 verbunden, so daß die elektrische Maschine 44 ein Drehmoment in die Getriebeeingangswelle 14 einleiten kann und von der Getriebeeingangswelle 14 angetrieben werden kann. Die beiden elektrischen Maschinen 41, 44 sind dabei als Drehstrommaschinen ausgeführt.
Die Kurbelwelle 12 und die Getriebeeingangswelle 14 sind mittels des motorseitigen Kupplungsteils 40 und des getriebeseitigen Kupplungsteils 43 koppelbar und entkoppelbar. Die Kupplung 13 ist als eine Reibtrockenkupplung ausgeführt.
Das vom Getriebe 15 gewandelte Drehmoment und die Drehzahl werden über eine nicht dargestellte Ausgangswelle des Getriebes 15 mittels einer Antriebswelle 16 an ein Achsgetriebe 17 übertragen, welches in an sich bekannter Weise das Drehmoment in gleichen Anteilen über zwei Abtriebswellen 18, 19 an angetriebene Fahrzeugräder 20, 21 überträgt.
Im normalen Fahrbetrieb kann der Antrieb des Kraftfahrzeugs damit durch

- den Verbrennungsmotor 11 alleine,
– den Verbrennungsmotor 11 in Kombination mit der elektrischen Maschine 41,
– den Verbrennungsmotor 11 in Kombination mit den elektrischen Maschinen 41 und 44,
– durch die elektrische Maschine 44 alleine erfolgen.

Außerdem kann der Verbrennungsmotor 11 mittels der elektrischen Maschine 41 gestartet werden. Dies erfolgt in vorteilhafter Weise bei geöffneter Kupplung 13. Im Sonderfall kann auch die andere elektrische Maschine 44 beim Motorstart mithelfen.
Bei niedrigen Geschwindigkeiten erfolgt der Antrieb durch die elektrische Maschine 44. Dies ist vorteilhaft, da bei geschlossener Kupplung 13 sonst eine Drehzahl des Verbrennungsmotors 11 zu gering wäre, so daß die Kupplung 13 mit Schlupf betrieben werden müßte. Damit könnte eine Überhitzung der als Reibtrockenkupplung ausgeführten Kupplung 13 auftreten. Der Verbrennungsmotor 11 wird erst bei höheren Geschwindigkeiten mittels der Kupplung 13 zugeschaltet, nachdem er mit Hilfe der elektrischen Maschine 41 gestartet wurde. Dabei wird dann die Kupplung 13 vollständig geschlossen, so daß kein Schlupf auftritt.
Es ist eine Steuerungseinrichtung 200 vorgesehen. Diese erfaßt als Parameter u.a.

– die Drehzahl einer Getriebeeingangswelle 14 anhand eines ersten Drehzahlsensors 202,
– die Drehzahl der Getriebeausgangswelle 16 anhand eines zweiten Drehzahlsensors 201 und
– den aktuell im Getriebe 15 eingelegten Gang anhand des Getriebesteuergerätes 203.

Mittels der Steuerungseinrichtung 200 ist über einen Wechselrichter bzw. eine Leistungseinheit 204 u.a. das Drehmoment der zweiten elektrischen Maschine 44 einstellbar, wenn diese als Motor betrieben wird. Die Stromversorgung der zweiten elektrischen Maschine erfolgt über eine Batterie und die als Generator betriebene erste elektrische Maschine 41.
Es ist eine mechanische Ölpumpe 205 vorgesehen, welche von der Getriebeeingangswelle 14 angetrieben wird. Ferner ist eine elektrische Ölpumpe 206 vorgesehen, welche von einem Elektromotor 207 angetrieben wird. Der Volumenstrom der beiden Ölpumpen 205, 206 wird über Leitungen zusammengeführt, welche zur Druckversorgung der besagten Lamellenkupplungen und – bremsen in das Getriebe 15 geführt sind. Dabei ist jeder der beiden Ölpumpen 205, 206 ein Rückschlagventil 208, 209 zugeordnet, welches die direkte Druckbeaufschlagung der einen Ölpumpe durch die jeweils andere verhindert.
Es wird ein auf den anspruchsvollen Normalfall dimensionierter – d.h. relativ kleiner – Elektromotor 207 verwendet, der zudem den Vorteil hat, dass die Elektromotorkühlung geringer dimensioniert werden kann. Bei einem solch gering dimensionierten Elektromotor kann folgender Fall auftreten:
Das Kraftfahrzeug steht am Bordstein und der Fahrzeugführer versucht beim Rangieren, dieses den Bordstein hoch zu fahren. Die Kupplung 13 ist geöffnet, so dass zum Rangieren die erste elektrische Maschine 41 als Generator und die zweite elektri sche Maschine 44 als Motor betrieben wird. Somit muß zum Erklimmen des Bordsteins ein hohes Drehmoment von der ersten elektrischen Maschine 44 aufgebracht werden, obwohl das Fahrzeug steht. Wenn dann das Öl im Getriebe infolge einer hohen Temperatur dünnflüssig ist und damit hohe Leckagen verursacht, kann der Getriebeölarbeitsdruck in Höhe von 25bar nicht alleinig von der Ölpumpe 205 bzw. dem relativ schwachen Elektromotor 207 aufgebracht werden.
Demzufolge fällt der Getriebeölarbeitsdruck auf unter 25bar wobei je nach Höhe des Getriebeölarbeitsdrucks die Lammellenkupplungen/-bremsen des Getriebes 15 schlupfen. Demzufolge wird die Getriebeeingangswelle 14 von der als Motor betriebenen getriebenahen elektrischen Maschine 44 in Rotation versetzt, so dass der zusätzliche mechanische Antrieb der Ölpumpe 205 den zusätzlichen Ölförderstrom liefert, um den Getriebeölarbeitsdruck auf über 25bar zu erhöhen. Die Volumenströme der beiden Ölpumpen 205, 206 versorgen dann gemeinsam die Lammellenkupplungen/-bremsen des Getriebes 15 mit Öl.
Die Steuerungseinrichtung 200 steuert bzw. regelt u.a. das Drehmoment der dem Getriebe 15 nahe stehenden elektrischen Maschine 44. Dabei verhindert die Steuerungseinrichtung 200, dass beim vorgenannten Schlupfen die Lammellenkupplungen/-bremsen überlastet werden. Dabei werden für die Lammellenkupplungen/-bremsen Lammellen verwendet, welche zwar ein langzeitiges Schlupfen nicht vertragen, jedoch kurzzeitiges Schlupfen von beispielsweise 1 Sekunde beliebig oft vertragen. Die besagte Steuerungseinrichtung 200 überwacht dabei die Schlupfdauer der Lammellenkupplungen/-bremsen des Getriebes 15, wobei ein kurzzeitiges Schlupfen zugelassen wird. Wird ein Grenzwert der Schlupfdauer überschritten, so reduziert die Steuerungsseinrichtung 200 das Drehmoment der elektrischen Maschine 44, so dass diese ein geringeres Drehmoment in die Getriebeeingangswelle 14 einleitet. Dabei wird das Drehmoment so weit reduziert, bis die Lammellenkupplung/bremse nicht mehr schlupft oder alternativ bis die Drehzahl differenz an der schlupfenden Lammellenkupplung/-bremse so gering ist, dass keine thermische Schädigung der Lamellen eintritt. Das Drehmomentes wird hierbei nur so weit reduziert, dass das Fahrzeug noch immer anfahren kann. Der Schlupf bzw. die Drehzahldifferenz an den Lamellen der Lammellenkupplung/-bremse wird aus einem Vergleich der Drehzahl der Getriebeeingangswelle 14 mit der Drehzahl der Getriebeausgangswelle 16 ermittelt, wobei der derzeit im Getriebe 15 eingelegte Gang berücksichtigt wird. Um das Drehmoment der elektrischen Maschine 44 zu verringern, steuert die Steuerungsseinrichtung 200 diese über die Wechselrichtereinheit 204. Dabei beeinflußt die Wechselrichtereinheit 204 das Drehmoment der besagten elektrischen Maschine 44, indem die Amplitude/Phase/Frequenz der Strangströme beeinflußt wird. Spannungsquelle der Wechselrichtereinheit 204 ist neben der als Generator betriebenen ersten elektrischen Maschine 41 eine Batterie, welche gleichzeitig als Puffer fungiert.
Zum Erklimmen des Bordsteins liegt ein so hohes Drehmoment an der elektrischen Maschine 44 an, dass die Fahrzeugräder 20, 21 sich in jedem Fall drehen müssen. Kurz danach liegt eine so hohe Fahrgeschwindigkeit vor, dass die Summenförderleistung der beiden Ölpumpen 205, 206 ausreicht, um ein hinreichendes Drehmoment durch die Lammellenkupplungen/-bremsen des Getriebes 15 zu leiten.
Als Sicherheitsfunktion ist im Getriebe 15 vorgesehen, dass durch dessen Getriebesteuerung 203 Hochschaltungen verhindert werden. Infolgedessen bleibt die Getriebeeingangswelle 14 auf einem relativ hohen Drehzahlniveau, so dass auch die Förderleistung der mechanischen Ölpumpe 205 auf einem relativ hohen Niveau bleibt.
2 zeigt ein Detail des Hybridfahrzeugantriebsstrangs 10 aus 1. Zwischen dem Verbrennungsmotor 11 und dem Getriebe 15 sind koaxial zur zweigeteilten Getriebeeingangswelle 14 die beiden elektrischen Maschinen 41, 44 angeordnet. Radial innerhalb der ersten elektrischen Maschine 41 ist der Torsionsdämpfer 46 angeordnet. Radial innerhalb der zweiten elektrischen Maschine 44 sind

– die Kupplung 13,
– ein Ausrückgestänge 100 und
– ein ringkolbenförmiger Zentralausrücker 101

Es folgt eine detaillierte Beschreibung.
Am Ende der Kurbelwelle 12 weist diese einen Anschlussflansch 102 mit einer zentrischen Sacklochbohrung 103 auf. Innerhalb dieser Sacklochbohrung 103 ist ein zweireihiges Radialkugellager 104 aufgenommen, welches mit dessen Lagerinnenring ein Ende einer Durchgangswelle 14a aufnimmt, die einen ersten Wellenteil der Getriebeeingangswelle 14 bildet. Der Anschlussflansch 102 ist mittels einer Verschraubung 105 mit einem Topfboden 106 eines großen Blechtopfs 107 verschraubt, dessen Topfwandung 108 sich in Richtung auf das Getriebe 15 erstreckt. Radial außerhalb des Blechtopfes 107 ist der Rotor 42 der ersten elektrischen Maschine 41 bewegungsfest mit der Topfwandung 108 verstemmt. Radial außerhalb des Rotors 42 ist ein Stator 109 mit einer sich zwischen dem Verbrennungsmotor 11 und dem Getriebe 15 erstreckenden Kupplungsglocke 110 bewegungsfest verbunden.
Innerhalb des großen Blechtopfes 107 ist der zweireihige Torsionsdämpfer 46 angeordnet. Dieser Torsionsdämpfer 46 umfaßt einen kleinen Blechtopf 111, welcher an dessen Boden 112 mit der selben Verschraubung 105 mit dem großen Blechtopf 107 und dem Anschlussflansch 102 fest verschraubt ist. An einem radial nach innen gerichteten Steg 113 dieses kleinen Blechtopfes 111 stützen sich zwei axial benachbarte Bogenfederpakete 114a, 114b mit deren einen Bogenfederenden ab. Die anderen Bogenfederenden stützten sich an weiteren Blechstegen 115a, 115b ab, welche bewegungsfest mit einem Kupplungsscheibenträger 116 vernietet sind. Der Kupplungsscheibenträger 116 weist einen zylindrischen Hals mit einer Außenverzahnung auf, in welche Innenverzahnungen von zwei benachbarten, axialverschiebliche Kupplungsscheiben 117a, 117b eingreifen, so dass diese drehfest gegenüber dem Kupplungsscheibenträger 116 sind.
Die Kupplungsscheiben 117a, 117b der Reibtrockenkupplung sind zwischen einer axialverschieblichen Druckplatte 99, einer Zwischendruckplatte 98 und einem Widerlager 97 reibschlüssig verspannbar. Vom Widerlager 97 aus gesehen, folgen in die auf das Getriebe weisende axiale Richtung aufeinander

– die erste Kupplungsscheibe 117a,
– die Zwischendruckplatte 98,
– die Druckplatte 99 und
– das Betätigungsgestänge 100, mittels welchem eine axiale Kupplungseinrückkraft in die Kupplung 13 einleitbar ist.

Die Zwischendruckplatte 98 ist drehfest gegenüber dem Widerlager 97. Dazu weist das Widerlager radial außen einen sich in die auf das Getriebe 15 weisende Richtung erstreckenden zylindrischen Träger 91 auf, welcher im Bereich der Kupplung 13 eine Innenverzahnung aufweist, in welche eine Außenverzahnung der Zwischendruckplatte 98 eingreift. Der zylindrische Träger 91 ist an dessen äußerer Mantelfläche fest mit dem Rotor 45 der zweiten elektrischen Maschine 44 verbunden. Dazu weist der Träger 91 einen Absatz auf, zwischen dem und einem mit dem Träger 91 verschraubten Blech der Rotor 45 axial verspannt ist. Nahezu mittig erstreckt sich vom Träger 91 ein scheibenförmiger Steg 90 radial nach innen, so daß sich ein T-förmiges Profil ergibt. Der scheibenförmige Steg 90 ist radial unten einteilig mit einer Nabe ausgeformt, welche mittels einer Welle-Nabe-Verbindung drehfest mit dem ersten Getriebewellenteil – d.h. der Durchgangswelle 14a – verbunden ist. Diese Nabe ist zwischen einem motorseitig angeordneten Innengewindering und getriebeseitig angeordneten Lagerinnenringen eines zweireihigen Schrägkugellagers 92 verspannt. Die Lagerinnenringe des Schrägkugellagers 92 nehmen ein getriebe seitiges Ende der Durchgangswelle 14a lagernd auf. Das zweireihige Schrägkugellager 92 ist in eine Ausnehmung eines Lagerhalses 93 eingesetzt, welcher als separates Teil bewegungsfest mit der Kupplungsglocke 110 verschraubt ist und sich vom Getriebe 15 in die auf den Verbrennungsmotor 11 weisende Richtung erstreckt. Ein Radialwellendichtring 94 ist am motorseitigen Ende in die Ausnehmung des Lagerhalses 93 eingesetzt. Dabei dichtet der Radialwellendichtring 94 die – zu Zwecken der Lagerschmierung – vom Getriebe 15 mit Schmiermittel versorgte Ausnehmung gegen den Raum innerhalb der Kupplungsglocke 110 ab. Auf einem zweiten Wellenteil 14b kann innerhalb des Getriebes 15 noch ein weiteres Lager vorgesehen sein.
Das Gehäuseteil 82, welches u.a. der Lagerhals 93 bildet, ist an dessen getriebeseitigen Fußbereich mit der Kupplungsglocke 110 fest verschraubt. Dabei ist den Boden dieses Gehäuseteils 82 eine Ausnehmung eingefräst, welche die mechanische Ölpumpe 205 aufnimmt, die als Mondsichelpumpe ausgestaltet ist. Diese Ölpumpe 205 wird von der Durchgangswelle 14a angetrieben. Dazu läuft die Durchgangswelle 14a am getriebeseitigen Ende mit Mitnahmezungen 87 aus, in welche ein angetriebener Teil der Ölpumpe 205 drehfest eingreift. An diesem Ende weist die Durchgangswelle 14a eine relativ große zentrale Sacklochbohrung 84 auf. Diese Sacklochbohrung 84 ist mit einer axialen Innerverzahnung 85 versehen. In diese Innerverzahnung 85 greift eine axiale Außenverzahnung 86 am Ende des zweiten Wellenteils 14b der Getriebeeingangswelle 14. Dieser zweite Wellenteil 14b ist identisch mit einer Getriebeeingangswelle eines konventionellen Automatikgetriebes, an welches ein Hydrodynamischer Drehmomentwandler anstatt der zwei Elektromotoren 41, 44 angeschlossen wird. Der zweite Wellenteil 14b der Getriebeeinganswelle 14 ist lediglich in die Sacklochbohrung 84 gesteckt, wobei ein Zentrierungspassung/-führung 83 und eine Axialbeweglichkeit des zweiten Wellenteils 14b gegenüber der Durchgangswelle 14a vorgesehen sind. Somit ist die alternative Ausrüstung des Getriebes 15 mit einem Hydro dynamischen Drehmomentwandler oder den beiden Elektromotoren 41, 44 möglich.
In den Lagerhals 93 ist radial außerhalb des zweireihigen Schrägkugellagers 92 eine ringförmige Axialnut eingefräst. In diese Axialnut ist ein Ringkolben 95 des Zentralausrückers 101 axialverschieblich angeordnet. Auf der dem Ausrückgestänge 100 zugewandten Seite weist der Zentralausrücker 101 ein Ausrücklager auf, wohingegen auf der anderen Seite des Zentralausrückers 101 eine Dichtung 96 den Druckraum innerhalb der Axialnut abdichtet, so dass eine Druckbeaufschlagung des Druckraumes über den Ringkolben und das Ausrückgestänge 100 die Kupplung 13 ausrückt.
Das Ausrückgestänge 100 ist prinzipiell ähnlich einer gedrückten Kupplung ausgestaltet. Eine Tellerfeder 89 ist dabei mittels eines Schwenklagers an einem Widerlager abgestützt, welches mit dem Träger 91 verschraubt ist und sich von diesem radial nach innen erstreckt. Radial innen bezüglich des Schwenklagers ist die Tellerfeder 89 am Ausrücklager des Zentralausrückers 101 abgestützt. Radial außen bezüglich des Schwenklagers ist die Tellerfeder 89 an einem mit axialen Zungen 88 versehenen Druckzylinder abgestützt, dessen Zungen 88 durch umfangsmäßig gleichmäßig verteiltet Ausnehmungen des scheibenförmigen Steges 90 greifen und sich an der Druckplatte 99 der Kupplung 13 abstützen.
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann auf das Gestänge zwischen dem Ausrückkolben und der axialverschieblichen Druckplatte der Reibtrockenkupplung verzichtet werden. Dabei stützt sich der Ausrückkolben mittels Zungen selbst durch die Ausnehmungen des Steges hindurch an der axialverschieblichen Druckplatte ab. Das Ausrücklager, welches die Relativdrehbarkeit zwischen der Druckplatte und dem Ausrückkolben herstellt, kann dabei sowohl motorseitig als auch getriebeseitig vom Steg des zweiten Rotors angeordnet sein. In diesem Fall sorgt eine Druckfeder innerhalb des Druckraumes des Zentralausrückers für das ständig notwendige Anliegen des Ausrückkolbens an der Druckplatte. Die Trockenkupplung ist in diesem Fall aktiv schließend anstatt aktiv öffnend.
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann zwischen der Außenverzahnung des zylindrischen Halses und der Durchgangswelle ein Lager vorgesehen sein. Radialbewegungen des zylindrischen Halses, welche infolge von Winkelbewegungen der Kurbelwelle im Betrieb entstehen, werden durch dieses Lager von den Kupplungsscheiben der Reibtrockenkupplung fern gehalten.
Bei der beschriebenen Ausgestaltungsform handelt es sich nur um eine beispielhafte Ausgestaltung. Eine Kombination der beschriebenen Merkmale für unterschiedliche Ausführungsformen ist ebenfalls möglich. Weitere, insbesondere nicht beschriebene Merkmale der zur Erfindung gehörenden Vorrichtungsteile, sind den in den Zeichnungen dargestellten Geometrien der Vorrichtungsteile zu entnehmen.

Claims

Hybridfahrzeugantriebsstrang (10), bei welchem zwischen einem Verbrennungsmotor (11) und einem Getriebe (15) zwei Rotoren (42, 45) von elektrischen Maschinen (41, 44) axial benachbart und koaxial zueinander angeordnet sind, wobei die beiden Rotoren (42, 45) mittels einer Kupplung (13) voneinander trennbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Getriebe (15) näher stehende Rotor (45) drehfest mit einer Durchgangswelle (14a) verbunden ist, welche – einerseits in einer Ausnehmung (103) eines Kurbelwellenflansches (102) des Verbrennungsmotors (11) und – andererseits innerhalb eines bewegungsfest zu einem Gehäuse des Getriebes (15) angeordnetem Gehäuseteil (82) gelagert ist.
Hybridfahrzeugantriebsstrang (10), bei welchem zwischen einem Verbrennungsmotor (11) und einem Getriebe (15) zwei Rotoren (42, 45) von elektrischen Maschinen (41, 44) axial benachbart und koaxial zueinander angeordnet sind, wobei die beiden Rotoren (42, 45) mittels einer Kupplung (13) voneinander trennbar sind, welche mittels eines Ausrückmechanismus (Zentralausrücker 101) ausrückbar ist, welcher einen Ausrückkolben (Ringkolben 95) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Getriebe (15) näher stehende Rotor (45) mittels eines radial nach innen gerichteten Steges (90) drehfest mit einer Welle (Durchgangswelle 14) verbunden ist, wobei der Ausrückmechanismus (Zentralausrücker 101) durch Ausnehmungen des Steges greift.
Hybridfahrzeugantriebsstrang nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (13) als eine Reibtrockenkupplung ausgeführt ist, welche eine oder mehrere axial benachbarte Kupplungsscheiben (117a, 117b) aufweist.
Hybridfahrzeugantriebsstrang nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibtrockenkupplung zumindest teilweise radial innerhalb des zweiten Rotors (45) angeordnet ist.
Hybridfahrzeugantriebsstrang nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangswelle (14a) getriebeseitig mittels eines Wälzlagers (Schrägkugellager 92) in einer Ausnehmung eines Lagerhalses (93) gelagert ist, welche mit Schmiermittel versorgt wird und mittels einer Dichtung (Radialwellendichtring 94) gegenüber einem Raum abgedichtet ist, in welchem die Kupplung (13) und die beiden elektrischen Maschinen (41, 44) angeordnet sind.
Hybridfahrzeugantriebsstrang nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Torsionsdämpfer (46) zumindest teilweise radial innerhalb des ersten Rotors (42) angeordnet ist.
Hybridfahrzeugantriebsstrang nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerhals (93) einen Ausrückkolben (Ringkolben 95) eines Ausrückmechanismus (Zentralausrücker 101) aufnimmt, mit welchem die Kupplung (13) ausrückbar ist.
Hybridfahrzeugantriebsstrang nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausrückmechanismus (Zentralausrücker 101) eine Tellerfeder (89) umfaßt, welche mittels eines Schwenklagers gegenüber einem Träger (91) schwenkbar abgestützt ist und sich radial außen zumindest mittelbar an der Druckplatte (99) und radial innen an dem Ausrückkolben (Ringkolben 95) abstützt.
Hybridfahrzeugantriebsstrang nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangswelle (14a) drehfest mit einer Getriebeeingangswelle (Wellenteil 14b) koppelbar ist.
Hybridfahrzeugantriebsstrang nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangswelle (14a) eine zentrale Ausnehmung (Sacklochbohrung 84) mit einer Innenverzahnung (85) aufweist, in welche die außenverzahnte Getriebeeingangswelle (Wellenteil 14b) steckbar ist.
Hybridfahrzeugantriebsstrang (10), bei welchem zwischen einem Verbrennungsmotor (11) und einem Getriebe (15) zwei Rotoren (42, 45) von elektrischen Maschinen (41, 44) axial benachbart und koaxial zueinander angeordnet sind, wobei die beiden Rotoren (41, 44) mittels einer Kupplung (13) voneinander trennbar sind, und wobei der ständig mit dem Getriebe (15) verbundenen Rotor (45) zumindest mittelbar mit einer mechanischen Ölpumpe (205) zur Druckversorgung des Getriebes (15) verbunden ist, und wobei zusätzlich ein elektrischer Ölpumpenantrieb (Elektromotor 207) vorgesehen ist.
Hybridfahrzeugantriebsstrang nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Ölpumpe (206) mittels des elektrischen Ölpumpenantriebs (Elektromotor 207) antreibbar ist, deren Druckleitung zumindest mittelbar mit der Druckleitung der mechanischen Ölpumpe (205) zusammengeführt ist.
Hybridfahrzeugantriebsstrang nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Ölpumpe (205) von dem elektrischen Ölpumpenantrieb (Elektromotor 207) antreibbar ist.
Hybridfahrzeugantriebsstrang nach einem der Patentansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (200) vorgesehen ist, welche das Drehmoment des ständig mit dem Getriebe (15) verbundenen Rotors (45) reduziert, sobald eine Schlupfdauer an zumindest einer Lamellenkupplung oder einer Lamellenbremsen des Getriebes (15) ermittelt wird, welche einen Grenzwert überschreitet.
Hybridfahrzeugantriebsstrang nach einem der Patentansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (15) ein Automatikgetriebe ist und eine Hochschaltung verhindert wird, sobald eine Schlupfdauer an zumindest einer Lamellenkupplungen oder einer Lamellenbremsen des Getriebes (15) ermittelt wird, welche einen Grenzwert überschreitet.
Hybridfahrzeugantriebsstrang nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausrückmechanismus (Zentralausrücker 101) kraftübertragende axiale Zungen (88) aufweist, welche den Steg (90), welcher scheibenförmig ausgebildet ist, durchdringen und auf dessen anderer Seite die Kupplung (13) beaufschlagen.
Hybridfahrzeugantriebsstrang nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Außenverzahnung eines zylindrischen Halses, welcher die motorseitige Kupplungshälfte der Kupplung trägt, und der Durchgangswelle ein Lager vorgesehen ist, welches Winkelbewegungen der Kurbelwelle von der motorseitigen Kupplungshälfte fern hält.
Hybridfahrzeugantriebsstrang nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangswelle einstöckig mit einer Getriebeeingangswelle ausgeführt ist.