DE19639904B4

DE19639904B4 - Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug

Info

Publication number: DE19639904B4
Application number: DE19639904A
Authority: DE
Inventors: Takemasa Niiza Yamada; Fujio Sagamihara Matsui; Shiomi Mitaka Hiroishi; Kenzo Yamato Komatsu
Original assignee: Fuji Jukogyo KK; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1996-09-27
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2016-09-28
Also published as: DE19639904A1

Abstract

Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung (1) und einem damit über eine Kupplung (2) verbundenen Getriebe (3), umfassend:
ein Differential (11) zum Verteilen der von dem Getriebe (3) auf anzutreibende Räder (17, 18) zu übertragenden Antriebsleistung und
einen am Getriebe (3) angebrachten Transfermontageabschnitt (3a) zum Anbringen entweder einer Transfereinheit oder eines Elektromotors (71), wobei
entweder die Transfereinheit betriebsmäßig mit dem Differential zum Abzweigen eines Teils der vom Getriebe gelieferten Antriebsleistung zu weiteren angetriebenen Rädern verbunden ist, so daß Vierradantrieb realisiert ist, oder der Elektromotor (71) an dem Transfermontageabschnitt (3a) montierbar ist, so daß Zweiradantrieb mittels des Elektromotors und/oder der Brennkraftmaschine realisiert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung und einem damit über eine Kupplung verbundenen Getriebe, wobei ein Differential zum Verteilen der von dem Getriebe auf anzutreibende Räder zu übertragende Antriebsleistung vorgesehen ist.

Bei einer bekannten Antriebseinheit dieser Art ist die Brennkraftmaschine wahlweise mit der einen oder anderen der beiden Fahrzeugachsen kuppelbar, und ein Elektromotor ist an eine dieser beiden Kraftübertragungen ankuppelbar ( DE-PS 693 234 ).

In den letzten Jahren wurden verschiedene Hybridfahrzeuge vorgeschlagen, welche den Geräuschpegel und den Abgasausstoß herabsetzen können, indem sie eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung als Antriebsquelle bei hoher Last und einen Elektromotor als Antriebsquelle bei mittlerer oder kleiner Last einsetzen.

Beispielsweise offenbart die offengelegte japanische Patentanmeldung 5-50865 ein Hybridfahrzeug, bei welchem ein Elektromotor zum Antreiben des Fahrzeuges in einem Getriebe installiert ist.

Ferner offenbaren die japanische Patentschrift 49-29642 und das japanische Gebrauchsmuster 50-16340 ein Hybridfahrzeug, bei welchem ein Elektromotor in einem Zwischenabschnitt einer Antriebswelle eingeschaltet ist, die sich zwischen einem an die Brennkraftmaschine angeschlossenen Getriebe und einem Differential zum Verteilen der Antriebsleistung auf getriebene Räder erstreckt.

Das in dem japanischen Druckschrift 5-50865 offenbarte Hybridfahrzeug kann nicht direkt ein vorhandenes, für ein mit einer Brennkraftmaschine als ausschließliche Antriebsquelle konstruiertes, vorhandenes Getriebe einsetzen, weil der Elektromotor in das Getriebe eingebaut ist. Es ist daher erforderlich, die Konstruktion des Getriebes wesentlich zu verändern, so daß großer Kapitaleinsatz erforderlich ist. Ferner wird die allgemeine Verwendbarkeit des Elektromotors bei Einbau in das Getriebe durch die Beschränkungen gemindert, die sich aus der Größe und der Auslegung des Getriebes ergeben, so daß die Kosten des Elektromotors selbst erhöht werden. Darüberhinaus wird bei diesem Hybridfahrzeug der Elektromotor auch dann mitgedreht, wenn die Brennkraftmaschine als Antriebsquelle eingesetzt wird, so daß unnötige Energie durch die Drehung des Elektromotors verbraucht und somit der Brennstoffverbrauch angehoben wird.

Bei den Hybridfahrzeugen nach dem japanischen Patent 49-29642 und dem japanischen Gebrauchsmuster 50-16340 werden nur primäre Antriebsräder angetrieben, so daß diese Druckschriften nicht eine Antriebseinheit mit Vierradantrieb eines Hybridfahrzeuges offenbaren.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die genannten Nachteile zu vermeiden und eine Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug vorzusehen, welche wahlweise ausgehend von einem normalen Kraftfahrzeug mit einer üblichen Brennkraftmaschine und einem Getriebe als Vierradantrieb oder Zweiradantrieb ermöglicht, ohne daß die Hauptbauteile des Differentials oder des Getriebes abgewandelt oder ausgetauscht zu werden brauchen.

Diese Aufgabe ist durch Patentanspruch 1 gelöst.

Bei einer Antrtebseinheit gemäß der Erfindung ist trotz der an dem Getriebe montierten Transfereinheit zum Umwandeln von einem zweiradgetriebenen zu einem vierradgetriebenen Fahrzeug ein Elektromotor so am Getriebe anbringbar, daß er das Differential direkt antreibt. Somit ist es möglich, eine Antriebseinheit für ein zweirädrig getriebenes Hybridfahrzeug unter Verwendung eines Getriebes für ein vierradgetriebenes Fahrzeug bereitzustellen, wobei eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung als Hauptantriebsquelle einsetzbar ist.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfaßt eine Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung; ein mit der Brennkraftmaschine über eine Kupplung kuppelbares Getriebe; ein Differential zum Verteilen der vom Getriebe zu anzutreibenden Rädern zu übertragenden Antriebsleistung; eine mit dem Differential verbundene Transfereinheit zum Abzweigen eines Teils der von dem Getriebe zu dem Differential übertragenen Antriebsleistung und einen Elektromotor zum Antreiben des Differentials über die Transfereinheit.

Bei dieser Antriebseinheit wird das Differential vom Elektromotor direkt über die an dem Getriebe angeordnete Transfereinheit angetrieben, um das zweirädrig angetriebene Fahrzeug in ein vierrädrig angetriebenes Fahrzeug zu verwandeln oder umgekehrt. Somit ist es möglich, eine Antriebseinheit für ein zweirädrig getriebenes Hybridfahrzeug unter direkter Verwendung einer Transfereinheit und eines Getriebes für ein vierradgetriebenes Fahrzeug unter Einsatz einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung als exklusive Antriebsquelle herzustellen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfaßt eine Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung: ein mit der Brennkraftmaschine über eine Kupplung verbundenes Getriebe; ein primäres Differential zum Verteilen der von dem Getriebe übertragenen Antriebsleistung auf erste angetriebene Räder; eine mit dem primären Differential verbundene Transfereinheit zum Abzweigen eines Teils der vom Getriebe zum primären Differential übertragenen Antriebsleistung; ein Paar Antriebswellenteile die durch Unterteilen zweier axial ausgerichteter Wellenteile einer Antriebswelle gebildet sind, um den von der Transfereinheit abgezweigten Teil der Antriebsleistung zu einem sekundären Differential zu übertragen und diesen Teil der Antriebsleistung auf zweite angetriebene Räder zu verteilen; einen Elektromotor, der zwischen den beiden Antriebswellenteilen angeordnet ist; und ein Paar Kupplungen, von denen jede einen Elektromotor mit einem der beiden Antriebswellen kuppeln kann.

Bei dieser Antriebseinheit wird die von der Brennkraftmaschine erzeugte Antriebsleistung auf das Getriebe über die Kupplung zur Untersetzung übertragen. Dann wird die reduzierte Antriebsleistung auf die ersten Antriebsräder mittels des primären Differentials übertragen. Ferner ist die Transfereinheit mit dem primären Differential verbunden, um einen Teil der von dem Getriebe zu dem primären Differential gespeisten Antriebsleistung abzuzweigen. Der abgezweigte Teil der Antriebsleistung wird von der Transfereinheit zu dem sekundären Differential über die geteilte Antriebswelle übertragen und so auf die zweiten Antriebsräder verteilt. Die Antriebswelle ist in zwei Antriebswellenteile axial unterteilt, und der Elektromotor ist dazwischen angeordnet. Der Elektromotor ist mittels Kupplungen mit den Antriebswellenteilen kuppelbar.

Wenn die von dem Elektromotor erzeugte Antriebsleistung zu dem sekundären Differential über die geteilte Antriebswelle übertragen wird, werden die zweiten anzutreibenden Räder in Drehung versetzt, und wenn diese Antriebsleistung auf das erste Differential über die geteilte Antriebswelle und die Transfereinheit übertragen wird, werden die ersten angetriebenen Räder in Drehung versetzt.

Somit ist es möglich, einfach eine Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug herzustellen, welches leicht zwischen Zweiradantrieb und Vierradantrieb unter direkter Verwendung einer Transfereinheit und eines Getriebes für ein vierradgetriebenes Fahrzeug und bei Verwendung einer Brennkraftmas chine mit innerer Verbrennung als exklusive Antriebsquelle umschalten kann.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von schematischen Zeichnungen an Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert, wobei die Erfindung nicht eingeschränkt auf die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele zu verstehen ist. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführung eines Hybridfahrzeugs gemäß der Erfindung;
2 eine schematische Ansicht eines Getriebes und einer Transfereinheit des Hybridfahrzeuges nach 1;
3 ein Blockschaltbild eines Steuersystems des Hybridfahrzeugs nach 1;
4 eine Tabelle, welche die Funktionen der entsprechenden Baugruppen des Hybridfahrzeugs nach 1 bei den jeweiligen Betriebsarten auflistet;
5 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführung eines Hybridfahrzeugs gemäß der Erfindung;
6 eine Tabelle, welche die Funktionen der entsprechenden Baugruppen des Hybridfahrzeuges nach 5 bei den jeweiligen Betriebsarten auflistet;
7 eine schematische Ansicht eines Getriebes und einer Transfereinheit einer dritten Ausführung eines Hybridfahrzeugs gemäß der Erfindung;
8 eine schematische Ansicht eines Getriebes und einer Transfereinheit einer vierten Ausführung eines Hybridfahrzeuges gemäß der Erfindung;
9 eine schematische Ansicht der Anordnung von Batterien usw. bei einer fünften Ausführung eines Hybrid fahrzeugs gemäß der Erfindung; und
10 eine schematische Ansicht, welche die Anordnung von Batterien usw. bei einer sechsten Ausführung eines Hybridfahrzeugs gemäß der Erfindung darstellt.
Anhand der 1 bis 10 seien nun bevorzugte Ausführungen eines Hybridfahrzeugs gemäß der Erfindung erläutert.
Zunächst sei anhand der 1 bis 4 die erste bevorzugte Ausführung eines Hybridfahrzeugs gemäß der Erfindung beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, hat ein Hybridfahrzeug 100 eine Brennkraftmaschine 1 an seinem vorderen Ende. Die von der Maschine erzeugte Antriebsleistung wird über eine elektromagnetische Kupplung 2 zu einem stufenlosen Getriebe (CVT) 3 übertragen, über welches die Antriebsleistung gewandelt wird.
Gemäß 2 wird die Antriebsleistung zu einer Eingangswelle 5 über einen Vorwärts-/Rückwärts-Schaltmechanismus 4 des Getriebes 3 übertragen. Die zu der Eingangswelle 5 übertragene Antriebsleistung wird auf eine Eintriebs-Riemenscheibe 6 übertragen, welche mit der Eingangswelle 5 umläuft, sowie über einen endlosen Riemen 9 zu einer Abtriebsriemenscheibe 8, welche auf einer Abtriebswelle 7 sitzt. Das Untersetzungsverhältnis der Getriebe ist kontinuierlich stufenlos veränderlich, indem kontinuierlich die Nutenbreite der Eintriebsriemenscheibe 6 und der Abtriebsriemenscheibe 8 verändert wird, um so die wirksamen Radien durch Verändern des auf die beiden Riemenscheiben wirkenden Öldrucks zu verändern.
Die von der Abtriebswelle 7 übertragene Antriebsleistung wird über eine Zwischenwelle 10 zu einem Teller- oder Ringzahnrad eines Frontdifferentials (eines primären Differentials) 11 übertragen. Das Frontdifferential 11 hat ein Paar Abtriebswellen 13, 14, die mit einem Paar Radwellen, nämlich einer rechten und einer linken Radwelle 15, 16, verkeilt sind. Somit wird die von dem Getriebe 3 übertragene An triebsleistung auf die Radwellen 15, 16 zum Rotieren der Fronträder 17, 18 verteilt.
Ferner ist eine Transfereinheit 20 an dem Getriebe 3 an dessen rückwärtigem Abschnitt montiert. Die Transfereinheit 20 hat ein Eintriebszahnrad 21, das direkt mit dem Ringzahnrad 12 des Frontdifferentials 11 kämmt. Somit wird ein Teil der Antriebsleistung zum Drehen des Frontdifferentials 11 zu einer Eintriebswelle 22 der Transfereinheit 20 und von dort auf eine Abtriebswelle 24 über ein Kegelradgetriebe 23 und von dort über die Abtriebswelle 24 zu einer damit verkeilten Antriebswelle 25 übertragen.
Wie in 1 gezeigt, ist die Antriebswelle 25 in zwei Teile unterteilt, d.h. gesehen in Fahrtrichtung in einen vorderen Antriebswellenteil oder Abschnitt 26 und einen hinteren Antriebswellenteil oder Abschnitt 27. Zwischen diesen Abschnitten 26 und 27 der Antriebswelle 25 ist ein Untersetzungsgetriebe 28 angeordnet. Mit dem Untersetzungsgetriebe 28 ist der vordere Abschnitt 26 der Antriebswelle 25 über eine erste Kupplung 29 verbunden, während der hintere Abschnitt 27 mit dem Untersetzungsgetriebe über eine zweite Kupplung 30 verbunden ist. Linksseitig von dem hinteren Teilabschnitt 27 der Antriebswelle 25 ist ein Elektromotor 31 mit dem Untersetzungsgetriebe 28 über eine dritte Kupplung 32 verbunden.
Somit wird die von dem Elektromotor 31 erzeugte Antriebsleistung über die dritte Kupplung 32 zum Untersetzungsgetriebe 28 übertragen. Vom Untersetzungsgetriebe 28 wird die Antriebsleistung zum vorderen Teilabschnitt 26 der Antriebswelle 25 über die erste Kupplung 29 sowie zum hinteren Teilabschnitt 27 der Antriebswelle 25 über die zweite Kupplung 30 übertragen.
Das Untersetzungsgetriebe 28 vermindert nicht die Relativgeschwindigkeit zwischen den Abschnitten 26 und 27 der Antriebswelle 25, so daß diese Abschnitte 26, 27 direkt miteinander gekuppelt sind, wenn beide Kupplungen 29 und 30 in Eingriff sind.
Das rückwärtige Ende der Antriebswelle 25 ist mit einem hinteren Differential (einem sekundären Differential) 33 verbunden. Die über den hinteren Abschnitt 27 der Antriebswelle 25 zum hinteren Differential 33 übertragene Antriebsleistung wird auf ein Paar Hinterradwellen, d.h. rechte und linke Radwellen 34, 35 zum Antreiben der Hinterräder 36 und 37 verteilt.
Wie in 1 gezeigt, sind um den Elektromotor 31 herum platzsparend ein Kondensator 38 mit schneller Lade- und Entladekapazität, eine Batterie 39 mit Langzeit-Kapazität und ein Unterbrecher 41 zur elektrischen Verbindung des Kondensators 38 und der Batterie 39 mit einem Motorregler 40 angeordnet.
Da die schweren Baugruppen wie der Kondensator 38, die Batterie 39 und der Motorregler 40 im Zentralbereich des Hybridfahrzeuges 100 angeordnet sind, können nicht nur das Trägheitsmoment um die Gierachse vermindert sondern auch die Achslast gleichförmig auf die Vorderachse und die Hinterachse verteilt werden. Da ferner die Kabellänge der elektrischen Verkabelung zwischen dem Motorregler 40, dem Elektromotor 31 und den drei Kupplungen 29, 30, 32 auf diese Weise kurzgehalten ist, ist nicht nur die Verlegung der elektrischen Verkabelung einfach, sondern es sind auch die Kabelkosten niedrig. Ferner kann auch äußeres Rauschen vom Eindringen in die Verkabelung ferngehalten werden, so daß die Zuverlässigkeit des Motorreglers 40 erhöht ist.
Ferner ist ein Batterie-Lader 42 mit der Batterie 39 verbunden, so daß die Batterie 39 von einer über einen Stecker 43 anschließbaren externen Stromquelle geladen werden kann.
Wie 3 zeigt, wird das Hybridfahrzeug 100 vollständig von einem Zentralregler 44 kontrolliert. Der Zentralregler 44 kontrolliert einen Maschinenregler 45 zum Regeln der Brennkraftmaschine 1; ein CVT-Regler 46 regelt die Elektromagnetkupplung 2 und das CVT-Getriebe 3, und der Motorregler 40 regelt über die drei Kupplungen 29, 30 und 32 den Elektromotor 31, den Unterbrecher 41 und so weiter.
Der Zentralregler 44 regelt den Maschinenregler 45, den CVT-Regler 46 und den Motorregler 40 abhängig von der Betriebsart, welche vom Fahrer durch Betätigen des Betriebsart-Umschalters 47 gewählt wird, um die gewünschte Betriebsart zu realisieren.
Der Zentralregler 44 setzt ein sogenanntes "Antrieb per Kabel"-System ein, welches den Zustand des vom Fahrer betätigten Gaspedals oder Bremspedals über einen Beschleunigungssensor 48 oder einen Bremssensor 49 abtastet, um die Ausgangsleistung der Maschine basierend auf den Meßergebnissen zu regeln.
Gemäß der Tabelle nach 4 sei nun die Funktion des ersten vorteilhaften Ausführungsbeispieles des Hybridfahrzeuges 100 beschrieben.
Wenn hohe Leistung, z.B. bei Hochgeschwindigkeitsfahrt, erforderlich ist, wird die Betriebsart gewählt, bei welcher das Fahrzeug von der Brennkraftmaschine 1 angetrieben ist.
Wenn die Betriebsart "Vorderradantrieb/Maschine" gewählt ist, bei der die Vorderräder 17 und 18 von der Brennkraftma schine angetrieben werden, wird die Elektromagnetkupplung 2 eingeschaltet und die beiden Kupplungen 29, 30 werden abgeschaltet. Somit wird die von der Brennkraftmaschine 1 erzeugte Antriebsleistung zum vorderen Differential 11 mittels der Elektromagnetkupplung 2 und des CVT-Getriebes übertragen, um die Vorderräder 17 und 18 anzutreiben.
Bei dieser Betriebsart wird ein Teil der zum vorderen Differential 11 übertragenen Antriebsleistung mittels der Transfereinheit 20 abgezweigt, um den vorderen Abschnitt 26 der Antriebswelle 25 anzutreiben. Da jedoch die erste Kupplung 29 entkuppelt ist, wird das Untersetzungsgetriebe 28 durch die Antriebsleistung der Maschine 1 nicht beaufschlagt. Da ferner auch die zweite Kupplung 30 entkuppelt ist, wird das Untersetzungsgetriebe 28 nicht durch die Drehung des zweiten Abschnittes 27 der Antriebswelle 25 aufgrund der Drehung der Hinterräder 36 und 37 gedreht. Somit wird bei der Betriebsart "Vorderradantrieb/Maschine" das Untersetzungsgetriebe 28 nicht gedreht, so daß Energieverlusten vorgebeugt ist.
Wenn die Betriebsart "Vierradantrieb/Maschine", d.h. mit Antrieb der Vorderräder 17, 18 und der Hinterräder 36, 37 durch die Brennkraftmaschine gewählt wird, werden die Elektromagnetkupplungen 2, 29 und 30 eingeschaltet. Somit wird die von der Brennkraftmaschine 1 erzeugte Antriebsleistung zum vorderen Differential 11 über die Elektromagnetkupplung 2 und das Getriebe 3 zum Antreibender Vorderräder 17 und 18 übertragen. Ferner wird die zum vorderen Differential 11 übertragene Antriebsleistung zum hinteren Differential 33 mittels der Transfereinheit 20, des vorderen Abschnitts 26 der Antriebswelle 25, der ersten Kupplung 29, des Untersetzungsgetriebes 28, der zweiten Kupplung 30 und des hinteren Abschnitts 27 der Antriebswelle 25 teilweise übertragen, um die Hinterräder 36 und 37 anzutreiben.
Da die dritte Kupplung 32 entkuppelt ist, wird der Elektromotor 31 nicht mitgedreht, so daß kein Energieverlust aufgrund der Drehung des Elektromotors 31 eintritt.
Wenn mittlere oder kleine Leistung erforderlich ist, z.B. bei Fahrt des Fahrzeuges im Stadtgebiet, wird Antrieb mittels des Elektromotors 31 gewählt. In diesem Fall wird die Brennkraftaschine 1 gestoppt und die Elektromagnetkupplung 2 entkuppelt, um die Brennkraftmaschine vom Getriebe 3 abzukoppeln.
Wenn eine Betriebsart mit Vorderradantrieb der Fronträder 17 und 18 über den Elektromotor 31 gewählt wird, werden die dritte Kupplung 32 und die erste Kupplung 29 eingekuppelt und die zweite Kupplung 30 ausgekuppelt. Somit wird die vom Elektromotor 31 erzeugte Antriebsleistung zum vorderen Differential 11 über die dritte Kupplung 32, das Untersetzungsgetriebe 28, die erste Kupplung 29, den vorderen Abschnitt 26 der Antriebswelle 25 und die Transfereinheit 20 übertragen, um die Vorderräder 17 und 18 anzutreiben.
Wenn eine Betriebsart mit Hinterradantrieb über den Elektromotor 31 zum Antreiben der Hinterräder 36, 37 gewählt wird, werden die erste Kupplung 29 ausgekuppelt und die zweite und die dritte Kupplung 30, 32 eingekuppelt. Somit wird die von dem Elektromotor 31 erzeugte Antriebsleistung zum hinteren Differential 33 über die dritte Kupplung 32, das Untersetzungsgetriebe 28, die zweite Kupplung 30 und den hinteren Abschnitt 27 der Antriebswelle 25 übertragen, um die Hinterräder 36, 37 anzutreiben.
Wenn Vierradantrieb mittels des Elektromotors 32 zum Antreiben sämtlicher Räder, d.h. der Vorderräder 17, 18 und der Hinterräder 36, 37 gewählt wird, sind alle drei Kupplungen 29, 30, 32 eingerückt. Somit wird die von dem Elektromotor 31 erzeugte Antriebsleistung zum vorderen Differential 11 über die dritte Kupplung 32, das Untersetzungsgetriebe 28, die erste Kupplung 29, und den vorderen Abschnitt 26 der Antriebswelle 25 und die Transfereinheit 20 übertragen, während die Antriebsleistung zum hinteren Differential 33 über die zweite Kupplung 30 und den hinteren Abschnitt 27 der Antriebswelle 25 übertragen wird, um alle vier Räder 17, 18 und 36, 37 anzutreiben.
Wenn maximale Leistung einzusetzen ist, z.B. bei Bergfahrt oder zum schnellen Beschleunigen, werden die Brennkraftmaschine 1 und der Elektromotor 31 gleichzeitig als Antriebsquellen eingesetzt. In diesem Fall werden die Elektromagnetkupplung 2 die erste und die dritte Kupplung 29, 32 eingerückt, während die zweite Kupplung 30 ausgerückt ist.
Somit wird die von der Brennkraftmaschine 1 erzeugte Antriebsleistung zum vorderen Differential 11 über die Elektromagnetkupplung 2 und das Getriebe 3 übertragen, während die vom Elektromotor 31 erzeugte Antriebsleistung zum vorderen Differential 11 über die dritte Kupplung 32, das Untersetzungsgetriebe 28, die erste Kupplung 29 und dem vorderen Abschnitt 26 der Antriebswelle 25 sowie die Transfereinheit 20 übertragen wird. Da jedoch die zweite Kupplung 30 ausgerückt ist, wird die Antriebsleistung nicht zum hinteren Teilabschnitt 27 der Antriebswelle 25 übertragen, so daß die Hinterräder 36, 37 nicht angetrieben werden.
Wenn andererseits eine Betriebsart "Vierradantrieb/Maschine plus Elektromotor" gewählt wird, wird die zweite Kupplung 30 zusätzlich eingerückt, so daß die von der Brennkraftmaschine 1 erzeugte Antriebsleistung und diejenige des Elektromotors 31 zusätzlich zum hinteren Differential 33 über den hinteren Teilabschnitt 27 der Antriebswelle 25 übertragen werden, um die Hinterräder 36, 37 anzutreiben.
Bei jeder der oben beschriebenen Betriebsarten wird dann, wenn der Bremssensor 49 eine Betätigung des Bremspedals durch den Fahrer fühlt, die Betriebsart automatisch in eine Betriebsart mit regenerativem Bremsen mittels des Zentralreglers 44 umgeschaltet.
Wenn die Betriebsart in diejenige mit regenerativen Bremsen umgeschaltet wird, wird der Elektromotor 31 entweder mit den Vorderrädern 17, 18 oder den Hinterrädern 36, 37 über den vorderen oder hinteren Abschnitt 26 oder 27 der Antriebswelle 25 verbunden.
Wenn z.B. bei der Betriebsart "Vorderradantrieb/Maschine" gemäß der ersten Zeile der Tabelle in 4 gewählt ist, bei der die erste und die dritte Kupplung 29, 32 ausgerückt sind, werden beim Umschalten in die Betriebsart mit regenerativen Bremsen die erste und die dritte Kupplung 29, 32 eingerückt, so daß der Elektromotor 31 aufgrund der Drehung der Vorderräder 17, 18 angetrieben wird.
Ferner wird die bei Vierradantrieb über die Brennkraftmaschine ausgerückte Kupplung 32 eingerückt, wenn die Betriebsart in regeneratives Bremsen umgeschaltet wird, so daß der Elektromotor 31 über die Vorderräder 17, 18 und die Hinterräder 36, 37 mitgedreht wird.
Jedoch werden in sämtlichen Fällen eines Antriebes mit dem Elektromotor, allein bei Vorderradantrieb, Hinterradantrieb und Vierradantrieb sowie bei Vorderradantrieb und Vierradantrieb mittels Brennkraftmaschine plus Elektromotor die drei Kupplungen 29, 30, 32 nicht umgeschaltet, weil der Elektromotor 31 in diesen Fällen mit den Vorderrädern 17, 18 und/oder den Hinterrädern 36, 37 gekuppelt ist.
Bei Betriebsart mit regenerativen Bremsen dient der Elektro motor 31 als Generator, der durch die Vorderräder 17, 18 und/oder die Hinterräder 36, 37 angetrieben ist, und die so erzeugte elektrische Leistung wird im Kondensator 38 gespeichert.
Wenn die Betriebsart in diejenige mit regenerativen Bremsen umgeschaltet wird, können die erste und die zweite Kupplung 29, 3O eingekuppelt werden, um den Elektromotor 31 aufgrund der Drehung der Vorderräder 17, 18 und der Hinterräder 36, 37 anzutreiben.
Wenn die Batterie 39 bei Fahrt des Fahrzeuges geladen werden soll, wird die Betriebsart automatisch von dem Zentralregler 44 in Ladebetrieb umgeschaltet. In diesem Zustand wird der Elektromotor 31 als Generator von einem Teil der Antriebsleistung der Brennkraftmaschine 1 angetrieben. Die vom Elektromotor 31 erzeugte elektrische Leistung wird zum Laden der Batterie 39 genutzt.
Wie aus der Beschreibung der ersten bevorzugten Ausführung ersichtlich ist wegen des direkten Kämmens des Ringzahnrades 12 des vorderen Differentials 11 mit dem Eintriebszahnrad 21 der Transfereinheit 20 nicht nur eine Übertragung der von der Maschine erzeugten Antriebsleistung zur Antriebswelle 25 über die Transfereinheit 20 zum Antrieb der Hinterräder 36, 37 möglich sondern auch eine Übertragung der vom Elektromotor 31 erzeugten Antriebsleistung zum vorderen Differential 11 über den vorderen Abschnitt 26 der Antriebswelle 25 und die Transfereinheit 20, um die Vorderräder 17, 18 anzutreiben.
Da überdies das Getriebe 3, an welches die Transfereinheit 20 und das vordere Differential 11 angebaut sind, direkt bei einem vierradgetriebenen Fahrzeug mit der Brennkraftmaschine 1 als exklusiver Antriebsquelle eingesetzt werden kann, ist es möglich, das Hybridfahrzeug 100 zu sehr niedrigen Kosten aus einem vierradgetriebenen Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine 1 als alleinigem Antrieb aufzurüsten.
Während bei der ersten bevorzugten Ausführung die Transfereinheit 20 des Hybridfahrzeuges 100 als ein ausschließlich für einen sogenannten "Lock-up"-Vierradantrieb eingesetzt wird, bei welchem die Eintriebswelle 22 direkt mit der Abtriebswelle 23 gekuppelt ist, ist die Erfindung darauf nicht beschränkt, und es können jegliche Bauarten von Transfereinheiten verwendet werden, sofern diese nur die Antriebsleistung von der Antriebswelle 25 auf das vordere Differential 11 übertragen können. Beispielsweise kann eine Visko-Kupplung, eine hydraulische Lamellenkupplung oder dergleichen zwischen der Eintriebswelle 22 und der Antriebswelle 23 vorgesehen sein.
Anhand der 5 und 6 sei nun die zweite bevorzugte Ausführung eines Hybridfahrzeugs 200 gemäß der Erfindung beschrieben.
In dieser Ausführung stimmt das Hybridfahrzeug 200 bis auf die Anordnung der Komponenten um den Elektromotor mit derjenigen des Hybridfahrzeugs 100 überein.
Ein Elektromotor 50 ist koaxial mit der Antriebswelle 25 angeordnet. Der Elektromotor 50 ist mit dem vorderen Abschnitt 26 der Antriebswelle 25 über eine erste Kupplung 51 und mit dem hinteren Abschnitt 27 über eine zweite Kupplung 52 kuppelbar. Der Elektromotor 50 hat hier kein Untersetzungsgetriebe.
Gemäß der Tabelle nach 6 wird das Hybridfahrzeug 200 grundsätzlich in gleicher Weise wie das Hybridfahrzeug 100 betrieben. In diesem Fall wird der Elektromotor 50 der Be triebsart "Vierradantrieb/Maschine" mitgedreht, wodurch ein Energieverlust folgt. Da das Hybridfahrzeug 200 jedoch kein Untersetzungsgetriebe 28 und auch nicht die dritte Kupplung 32 hat, kann es im Vergleich zum Hybridfahrzeug 100 bei der ersten Ausführung leichter ausgeführt werden.
Anhand der 7 sei die dritte Ausführung eines Hybridfahrzeuges 300 beschrieben.
Das Hybridfahrzeug 300 stellt ein zweirädrig angetriebenes Fahrzeug dar, bei dem die von der Brennkraftmaschine 1 erzeugte Antriebsleistung zum Getriebe 3 über die Elektromagnetkupplung 2 übertragen wird. Die von dem Getriebe 3 gewandelte Antriebsleistung wird zum Differential 11 zur Verteilung auf Radwellen 15 und 16 zum Treiben von Antriebsrädern (nicht gezeigt) aufgeteilt.
Eine Transfereinheit 60 ist an dem Getriebe 3 angebaut. Die Transfereinheit 60 hat ein Eintriebszahnrad 61, das direkt mit dem Ringzahnrad 12 des Differentials 11 kämmt. Zwischen dem Eintriebszahnrad 61 und einer Eintriebswelle 62 ist eine Kupplung 63 angeordnet. Die Kupplung 63 dient zum Umschalten der Betriebsart von Zweiradantrieb auf Vierradantrieb und umgekehrt, wenn die Transfereinheit 60 an einem Getriebe für ein vierradgetriebenes Fahrzeug angebaut ist. Wenn die Kupplung 63 eingerückt ist, wird ein Teil der Antriebsleistung, die vom Getriebe 3 zum Differential 11 übertragen wird, in die Eintriebswelle 62 abgezweigt.
Die Eintriebswelle 62 ist mit einer Abtriebswelle 65 über ein Kegelradgetriebe 64 verbunden, und eine Abtriebswelle 67 eines Elektromotors 66 ist mit der Abtriebswelle 65 verkeilt.
Wenn das Fahrzeug nur unter Einsatz der Brennkraftmaschine 1 als Antriebsquelle fährt, ist die Kupplung 63 der Transfereinheit 60 ausgerückt, so daß das Differential 11 vom Elektromotor 66 abgekoppelt ist. Dann wird der Mitlauf des Elektromotors 66 gestoppt, so daß ein dadurch erzeugter Energieverlust bei Fahrt des Fahrzeuges mit Antrieb durch die Brennkraftmaschine vermieden ist.
Wenn das Fahrzeug mit dem Elektromotor 66 als Antriebsquelle läuft, ist die Kupplung 2 ausgerückt, um das Getriebe 3 von der Brennkraftmaschine abzukoppeln, und die Kupplung 63 der Transfereinheit 60 ist eingerückt. Somit wird die vom Elektromotor 66 erzeugte Antriebsleistung auf das Ringzahnrad 12 des Differentials 11 übertragen, um das Paar Radwellen 15, 16 anzutreiben.
Bei der Betriebsart mit regenerativem Bremsen ist die Kupplung 63 der Transfereinheit 60 eingerückt, so daß der Elektromotor 66 vom Differential 11 angetrieben wird. In diesem Fall dient der Elektromotor 66 als Generator; die erzeugte elektrische Energie wird zum Laden der Batterie (nicht gezeigt) genutzt.
Da das Hybridfahrzeug 300 bei der dritten Ausführung direkt die Transfereinheit 60 und das Getriebe 3 für ein exklusiv durch eine Brennkraftmaschine angetriebenes Vierradantrieb-Fahrzeug einsetzt, das zu einem zweirädrig angetriebenen Hybridfahrzeug unter Verwendung des Elektromotors und der Brennkraftmaschine als Antriebsquellen umgerüstet ist, kann das Hybridfahrzeug 300 zu niedrigen Kosten hergestellt werden.
Da ferner der Elektromotor 66 außerhalb des Getriebes montiert ist, ergeben sich keine Einschränkungen aufgrund des Getriebes 3. Es kann daher ein billiger Elektromotor mit großem Anwendungsbereich ausgewählt werden, so daß das Hy bridfahrzeug 300 zu niedrigen Kosten hergestellt werden kann.
Unter Bezugnahme auf 8 sei nun eine vierte bevorzugte Ausführungsform eines Hybridfahrzeuges 400 gemäß der Erfindung beschrieben.
Dieses Hybridfahrzeug 400 ist ein zweirädrig getriebenes Fahrzeug, wenn die von der Brennkraftmaschine 1 erzeugte Antriebsleistung zum Getriebe 3 über die Elektromagnetkupplung 2 übertragen wird und die vom Getriebe 3 gewandelte Antriebsleistung zum Differential 11 zum Antreiben des Paares Antriebsräder 15, 16 übertragen wird.
Zusätzlich hat das Getriebe 3 einen Transfermontageabschnitt 3a, an dem eine Transfereinheit zum Aufrüsten eines zweirädrig getriebenen Fahrzeuges in ein vierrädrig getriebenes Fahrzeug angebracht werden kann. An dem Transfermontageabschnitt 3a des Getriebes 3 ist ein Gehäuse 70 anstelle einer Transfereinheit montiert. In dem Gehäuse 70 sind ein Elektromotor 71 und eine Kupplung 73 zwischen dem Motorgehäuse und der Abtriebswelle 72 des Elektromotors 71 eingebaut. Ein Abtriebsritzel 74 auf der Abtriebswelle 72 kämmt direkt mit dem Ringzahnrad oder Tellerrad 12 des Differentials 11.
Somit wird die vom Elektromotor 71 erzeugte Antriebsleistung zum Differential 11 über das Abtriebsritzel 74 zum Antreiben des Paares Radwellen 15, 16 übertragen, um so die Antriebsräder zu drehen (nicht gezeigt).
Wenn das Fahrzeug nur mit Einsatz der Brennkraftmaschine 1 als Antriebsquelle fährt, ist die Kupplung 73 ausgerückt und somit das Differential 11 vom Elektromotor 71 abgekoppelt. Wenn das Fahrzeug allein durch die Brennkraftmaschine angetrieben fährt, läuft der Elektromotor 71 nicht mit, so daß auch kein Energieverlust hierdurch erzeugt wird.
In der Betriebsart mit regenerativen Bremsen ist die Kupplung 73 eingerückt, und der Elektromotor 71 wird über das Differential 11 angetrieben. Dann dient der Elektromotor 71 als Generator, und die erzeugte elektrische Leistung wird zum Laden einer Batterie (nicht gezeigt) genutzt.
Bei der vierten bevorzugten Ausführung ist die Konstruktion außerordentlich einfach, weil das Differential 11 direkt von dem Elektromotor 71 angetrieben wird. Da ferner der Elektromotor 71 am Transfermontageabschnitt des Getriebes 3 im Gehäuse 70 eingebaut angebracht ist, kann das vorhandene Getriebe 3 direkt verwendet werden, so daß das Hybridfahrzeug 400 zu geringen Kosten hergestellt werden kann.
Anhand der 9 sei nun eine fünfte bevorzugte Ausführung des Hybridfahrzeuges 500 gemäß der Erfindung beschrieben.
Bei diesem Hybridfahrzeug 500 sind die Anordnung von Kondensator 38 und Batterie 39 gegenüber der ersten Ausführung vertauscht.
Bei dem Hybridfahrzeug 500 sind ein Kondensator und eine Batterie zum Speisen elektrischen Stromes in einer Packung 80 integriert untergebracht derart, daß diese Baugruppen auf der rechten und auf der linken Seite des Elektromotors 31 liegen.
Da somit die schwere Batterie und der Kondensator auf den mittleren Bereich der Fahrzeugkarosserie konzentriert sind, läßt sich nicht nur das Trägheitsmoment in Gierrichtung des Hybridfahrzeuges 500 vermindern sondern auch eine zweckmäßige Verteilung der Achslast auf die Vorder- und die Hinterachse erreichen. Da auf diese Weise auch die Länge der elektrischen Verkabelung zwischen Batterie und Kondensator klein ist, kann die Verkabelung einfach ausgeführt werden, wobei der Kostenanteil für die Kabel niedrig liegt. Da der Kondensator und die Batterie nach Art einer Packung vorliegen, können sie einfach an der Fahrzeugkarosserie befestigt werden.
Unter Bezugnahme auf 10 sei nun eine sechste bevorzugte Ausführung eines Hybridfahrzeuges 600 gemäß der Erfindung beschrieben.
Das Hybridfahrzeug 600 stellt eine Verbesserung des Hybridfahrzeuges 500 im Sinne der vorher beschriebenen fünften Ausführung dar.
Bei diesem Hybridfahrzeug 600 sind die Batterie und der Kondensator zum Speisen elektrischen Stroms zum Elektromotor 31 sowie ein Motorregler zum Regeln des Elektromotors 31 usw. in einer Packung 90 integriert.
Da somit die schwere Batterie und der Kondensator im zentralen Bereich der Fahrzeugkarosserie konzentriert sind, wird nicht nur das Trägheitsmoment in Gierrichtung des Hybridfahrzeugs 600 vermindert sondern auch eine zweckmäßige Achslastverteilung auf die Vorderachse und die Hinterachse erzielt. Da die Kabellänge der elektrischen Verkabelung zwischen Batterie und Kondensator klein ist, kann die Verkabelung leicht durchgeführt werden, und die Kosten für Elektrokabel sind niedrig.
Da ferner der Motorregler zum Regeln der Funktionen des Elektromotors 31 usw. so dicht am Elektromotor, der Batterie, dem Kondensator usw. angeordnet ist, ist es möglich, die erforderliche Kabellänge zum elektrischen Verbinden dieser Baugruppen klein zu halten. Somit können Rauschsig nale an einem Eindringen von außen in die elektrische Verkabelung gehindert werden, so daß die Zuverlässigkeit der Regelfunktionen des Motorreglers gewährleistet ist.
Während bevorzugte Ausführungsbeispiele eines Hybridfahrzeugs gemäß der Erfindung beschrieben worden sind, ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt, und es sind zahlreiche Modifikationen denkbar.
Während z.B. bei den oben beschriebenen Ausführungen das Hybridfahrzeug als Frontantriebsfahrzeug mit der Brennkraftmaschine 1 im Frontbereich der Fahrzeugkarosserie beschrieben worden ist, kann die Erfindung auch auf ein Hybridfahrzeug basierend auf einem hinterradgetriebenen Fahrzeug angewendet werden, bei dem die Brennkraftmaschine im hinteren Abschnitt der Fahrzeugkarosserie angeordnet ist.
Wie oben beschrieben, ist mit der Erfindung ermöglicht, direkt ein Getriebe, eine Transfereinheit usw. eines Kraftfahrzeuges mit Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung als exklusive Antriebsquelle einzusetzen, um dann die Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug "aufzurüsten". Es ist daher nicht erforderlich, erneut Getriebe, Transfereinheiten usw. zu konzipieren, so daß der Zwang zu großem Kapitaleinsatz und Kostenerhöhung entfällt, was wiederum zu außerordentlich geringen Herstellkosten eines Hybridfahrzeuges gemäß der Erfindung führt.
Da ferner bei der Antriebseinheit des Hybridfahrzeuges gemäß der Erfindung der Elektromotor separat vom Getriebe montiert ist, ist die Auswahl des Elektromotors nicht durch Größe, Auslegung usw. des Getriebes beschränkt. Somit kann ein billiger Hochleistungs-Elektromotor mit großem Anwendungsbereich eingesetzt werden.
Wenn ferner bei einer Antriebseinheit des Hybridfahrzeuges nach der Erfindung entweder die Brennkraftmaschine oder der Elektromotor als Antriebsquelle gewählt werden, kann die Betriebsart zwischen Zweiradantrieb und Vierradantrieb leicht umgeschaltet werden. Somit kann die optimale Antriebsweise bezüglich der Fahrbedingungen frei ausgewählt werden, so daß die Fahrleistungen des Hybridfahrzeuges maximal ausgeschöpft werden können.
Da bei der Antriebseinheit des Hybridfahrzeuges nach der Erfindung schwere Baugruppen wie eine Batterie und ein Elektromotor auf den Zentralbereich der Fahrzeugkarosserie konzentriert werden können, kann nicht nur das Gier-Trägheitsmoment vermindert werden sondern auch eine günstige Achslastaufteilung auf die Vorderachse und auf die Hinterachse erreicht werden.
Da schließlich der Motorregler zum Regeln des Elektromotors nahe beim Elektromotor, der Batterie usw. angeordnet werden kann, kann die Länge der elektrischen Verkabelung zum Verbinden dieser Baugruppen kurz gehalten werden. Somit ist es möglich, externes Rauschen von einem Eindringen in die elektrische Verkabelung fernzuhalten, wodurch die Zuverlässigkeit des Reglers beim Regeln des Elektromotors erhöht wird.
Während spezielle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, erkennt der Fachmann auf diesem Gebiet, daß Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne den Bereich dieser Erfindung zu verlassen. Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung von Bedeutung sein.

Claims

Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung (1) und einem damit über eine Kupplung (2) verbundenen Getriebe (3), umfassend: ein Differential (11) zum Verteilen der von dem Getriebe (3) auf anzutreibende Räder (17, 18) zu übertragenden Antriebsleistung und einen am Getriebe (3) angebrachten Transfermontageabschnitt (3a) zum Anbringen entweder einer Transfereinheit oder eines Elektromotors (71), wobei entweder die Transfereinheit betriebsmäßig mit dem Differential zum Abzweigen eines Teils der vom Getriebe gelieferten Antriebsleistung zu weiteren angetriebenen Rädern verbunden ist, so daß Vierradantrieb realisiert ist, oder der Elektromotor (71) an dem Transfermontageabschnitt (3a) montierbar ist, so daß Zweiradantrieb mittels des Elektromotors und/oder der Brennkraftmaschine realisiert ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Elektromotor (71) ein Untersetzungsgetriebe (74) gehört und daß eine Kupplung (73) zum Kuppeln des Untersetzungsgetriebes mit einer Abtriebswelle (72) des Elektromotors (71) vorgesehen ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (2) eine Elektromagnetkupplung ist.
Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (3) ein stufenloses Getriebe (CVT) ist.
Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Transfereinheit eine Visko-Kupplung zwischen ihrer Antriebswelle und ihrer Abtriebswelle aufweist.
Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Transfereinheit und dem Differential (11) eine Kupplung angeordnet ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung eine hydraulische Mehrscheiben-Kupplung ist.
Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (71) einen Kondensator (38) und eine Batterie (39) zum Speisenelektrischen Stroms zum Elektromotor sowie eine Regeleinrichtung (40) aufweist, wobei diese Baugruppen kompakt in der Nähe eines Zentralbereiches des Fahrzeuges integriert angeordnet sind.