DE19919455A1 - Hybridantrieb für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Hybridantrieb für Kraftfahrzeuge

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Abstract

Hybridantrieb für Kraftfahrzeuge. Er enthält einen Hauptantriebsstrang (2) mit einem Fahrantriebs-Hauptmotor (6) und einen Zusatzantriebsstrang (4). Der Zusatzantriebsstrang enthält mindestens eine elektrische Maschine (16), welche als Elektromotor betreibbar ist und eine Kardanwelle (10) eines vom Hauptmotor (5) antreibbaren Hauptgetriebes (8) mit radialem Abstand umgibt. Der Stator (32) der elektrischen Maschine (16) ist mit dem Gehäuse des Hauptgetriebes (8) mechanisch zu einer Schwingungseinheit verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hybridantrieb für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Demgemäß betrifft die Erfindung einen Hybridantrieb für Kraftfahrzeuge, enthaltend einen Hauptantriebstrang mit einem Fahrantriebs-Hauptmotor, einem Hauptgetriebe und einer Hauptgetriebe-Abtriebswelle zum Antrieb von Fahrzeugrädern, und einen elektrischen Zusatzantriebstrang, welcher mindestens eine elektrische Maschine enthält, die als Elektromotor zum Antrieb von Fahrzeugrädern betreibbar ist.
Eine Kraftfahrzeug-Antriebseinrichtung dieser Art ist aus der DE 40 05 623 A1 bekannt. Sie betrifft einen Hybridantrieb, bei welchem die Räder einer Fahrzeugachse von einem Verbrennungsmotor über ein Gangwechselgetriebe oder/und von einem Elektromotor antreibbar sind. Für das Hinzuschalten des Elektromotors kann eine Zahnkupplung oder eine Reibkupplung verwendet werden.
Aus der DE 35 42 059 C1 ist ein Hybridantrieb mit einem Verbrennungsmotor zum Antrieb der Räder einer Hauptantriebsachse und mit einem Elektromotor bekannt, durch welchen die Räder einer anderen Antriebsachse des Kraftfahrzeuges jeweils dann automatisch angetrieben werden, wenn die Fahrzeugräder der Hauptantriebsachse relativ zur Fahrbahn einen erhöhten Schlupf haben, d. h. durchdrehen.
Aus der DE 40 04 330 C2 ist eine Kraftfahrzeug- Antriebseinrichtung mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor bekannt. Das Fahrzeug kann alternativ entweder mit dem Verbrennungsmotor oder mit dem Elektromotor angetrieben werden. Ferner ist es möglich, den Elektromotor als Anlasser für den Verbrennungsmotor zu verwenden.
Beim Stand der Technik und bei vorliegender Erfindung ist der Elektromotor vorzugsweise eine elektrische Maschine, welche alternativ als Elektromotor oder als Generator zur Erzeugung von Strom betrieben werden kann.
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, einen Hybridantrieb für Fahrzeuge bezüglich Kosten, Gewicht und Bauraum zu optimieren.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Wie bei dem eingangs beschriebenen Stand der Technik kann auch bei der Erfindung die elektrische Zusatzeinrichtung als permanenter Allradantrieb, als nur bedarfsweise zuschaltbarer Allradantrieb, wenn die von einem Hauptantriebstrang angetriebenen Fahrzeugräder auf glatter Fahrbahn durchdrehen, oder als bedarfsweise manuell oder automatisch bei erhöhtem Fahrantriebs-Leistungsbedarf zuschaltbare Vorrichtung verwendet werden.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist, daß der elektrische Antriebstrang auch bei konventionellen Fahrzeugen auf einfache Weise ohne Veränderungen der Rohbaukonstruktion des Fahrzeuges hinzugefügt werden kann (add-on).
Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen anhand einer bevorzugten Ausführungsform als Beispiel beschrieben. In den Zeichnungen zeigen
Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeuges nach der Erfindung,
Fig. 2 eine schematische Draufsicht, teilweise im Axialschnitt, auf eine weitere Ausführungsform eines Hybridantriebes nach der Erfindung.
Das in Fig. 1 schematisch in Draufsicht dargestellte Kraftfahrzeug enthält einen Hybridantrieb, welcher aus einem Hauptantriebstrang 2 und einem Zusatzantriebstrang 4 besteht.
Im Hauptantriebstrang 2 treibt ein Hauptmotor 6 über ein Hauptgetriebe 8 und eine Haupt-Kardanwelle 10 und ein von dieser angetriebenes Differentialgetriebe 12 hintere Fahrzeugräder 14 einer hinteren Radachse 15.
Das Hauptgetriebe 8 kann jede Art von Getriebe mit variabler Übersetzung sein, insbesondere ein manuelles, halbautomatisches oder automatisches Gangwechselgetriebe oder ein Automatikgetriebe mit einem Drehmomentwandler.
Im Zusatzantriebstrang 4 treibt eine als Elektromotor betreibbare elektrische Maschine 16 über ein Zusatzgetriebe 18, eine schaltbare Trennkupplung 20 und eine Zusatz-Kardanwelle 22 und ein von dieser angetriebenes Zusatz-Differentialgetriebe 24 vordere Fahrzeugräder 26 einer vorderen Radachse 27.
Das Zusatzgetriebe 18 ist axial zwischen dem Hauptgetriebe 8 und der elektrischen Maschine 16 angeordnet. Die elektrische Maschine 16 und das Zusatzgetriebe 18 sind hohl ausgebildet, indem beide je eine Durchgangsöffnung 28 bzw. 30 haben, durch welche sich die Haupt-Kardanwelle 10 mit radialem Abstand berührungslos hindurch erstreckt. Das Gehäuse des Zusatzgetriebes 18 ist einerseits mit dem Gehäuse des Hauptgetriebes 8 und andererseits mit dem Gehäuse oder dem Stator 32 der elektrischen Maschine 16 je mechanisch so verbunden, daß das Hauptgetriebe 8, der mit ihm verbundene Hauptmotor 6, das Zusatzgetriebe 18 und die elektrische Maschine 16 zusammen eine Schwingungseinheit bilden, die relativ zur Haupt-Kardanwelle 10 Querschwingungen ausführen kann.
Das Zusatzgetriebe 18 überträgt die Zusatzantriebskraft von der elektrischen Maschine 16 radial nach außen zu einer radial außerhalb des Hauptgetriebes 8 gelegenen Stelle, damit die Zusatz-Kardanwelle 22 entsprechend Fig. 1 neben dem Hauptgetriebe 8 und dem Hauptmotor 6 angeordnet werden kann. Der Rotor 34 der elektrischen Maschine 16 ist mit dem Getriebeteil des Zusatzgetriebes 18 antriebsmäßig verbunden. Wenn die elektrische Maschine 16 eine permanent elektrisch erregte Maschine ist, muß zur Vermeidung von Schleppmomenten die schaltbare Trennkupplung 20 vorgesehen werden. Wenn die elektrische Maschine 16 eine nicht-permanent erregte elektrische Maschine ist, entstehen im Zusatz-Antriebstrang weniger Schleppmomente, wenn die elektrische Maschine 16 elektrisch ausgeschaltet ist. In diesem Falle kann die schaltbare Trennkupplung 20 weggelassen werden und die Zusatz- Kardanwelle 22 mit dem Zusatzgetriebe 18 antriebsmäßig direkt verbunden werden.
Das Zusatzgetriebe 18 ist vorzugsweise ein Vorgelegegetriebe, kann jedoch auch jede andere Getriebeart sein, mit welcher der radiale Weg vom Rotor der elektrischen Maschine 16 bis zur Außenseite des Hauptgetriebes 8 überbrückt werden kann. Das Zusatzgetriebe 18 kann ein festes oder variables Übersetzungsverhältnis bzw. Untersetzungsverhältnis haben. Die elektrische Maschine 16 kann als Elektromotor arbeiten, um das Fahrzeug alternativ oder zusätzlich zum Hauptmotor 6 des Hauptantriebstranges 2 anzutreiben, was von der Art des Kraftfahrzeuges und der Art einer elektronischen Steuereinrichtung 40 abhängig ist, die zur Steuerung der elektrischen Maschine 16 und, je nach Ausführungsform, auch des Hauptgetriebes 8 vorgesehen ist. Vorzugsweise wird die elektrische Maschine 16 nicht kontinuierlich, sondern nur bei zusätzlichem Antriebsbedarf als Motor verwendet, beispielsweise bei einem kurzzeitigen zusätzlichen Bedarf an Fahrleistung, beispielsweise wenn das Kraftfahrzeug ein anderes Kraftfahrzeug überholt oder bei starken Fahrbahnsteigungen.
Vorzugsweise ist die elektrische Maschine 16 derart ausgebildet, daß sie unter der Steuerung der Steuereinrichtung 40 auch als Generator zur Stromerzeugung arbeiten kann, beispielsweise bei Bergabfahrten und bei anderen Fahrsituationen, bei welchen die Fahrzeuggeschwindigkeit reduziert werden soll.
Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Hauptantriebstrang 2 mit den hinteren Fahrzeugrädern 14 und der Zusatzantriebstrang 4 mit den vorderen Fahrzeugrädern 26 je antriebsmäßig verbunden oder verbindbar. Andere mögliche Ausführungsformen bestehen darin, daß der Hauptantriebstrang 2 mit den vorderen Fahrzeugrädern 26 und der Zusatzantriebstrang 4 mit den hinteren Fahrzeugrädern 14 antriebsmäßig verbunden oder verbindbar ist, oder der Hauptantriebstrang 2 und der Zusatzantriebstrang 4 mit den gleichen Fahrzeugrädern antriebsmäßig verbunden oder verbindbar sind.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist der Rotor 34 radial innerhalb des Stators 32 der elektrischen Maschine 16 angeordnet.
Die Ausführungsform von Fig. 2 ist identisch mit der von Fig. 1, mit der Ausnahme, daß der Rotor 34 radial außerhalb des Stators 32 angeordnet ist. Alle Teile von Fig. 2 haben deshalb die gleichen Bezugszahlen wie die entsprechenden Teile von Fig. 1 und auch die gleiche Funktion.
Der Hauptmotor 6 ist vorzugsweise ein Verbrennungsmotor, kann jedoch auch eine andere Motorart sein.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die Haupt- Kardanwelle 10 mit radialem Abstand berührungslos durch die axialen Durchgangsöffnungen 28 und 30 der elektrischen Maschine 16 und des Zusatzgetriebes 18. Dadurch kann die Haupt- Kardanwelle 10 Radialbewegungen relativ zu diesen beiden Bauteilen ausführen. Gemäß einer anderen Ausführungsform können, unter Beibehaltung der Möglichkeit von solchen relativen Radialbewegungen, zwischen der Haupt-Kardanwelle 10 einerseits und der elektrischen Maschine 16 und/oder dem Zusatzgetriebe 18 andererseits radial-elastische Lagerelemente zur gegenseitigen elastischen Abstützung (Dämpfung) angeordnet werden.
Anstelle von einer elektrischen Maschine 16 können zwei oder mehr elektrische Maschinen axial hintereinander oder radial ineinander angeordnet werden zum gleichzeitigen oder alternativen Betrieb als Elektromotor-Einheit oder Generator- Einheit.
Die elektrische Maschine 16 ist an einen elektrischen Stromspeicher 42 elektrisch angeschlossen, welcher bei Motorbetrieb der elektrischen Maschine 16 diese mit elektrischem Strom speist bzw. bei Generatorbetrieb von dieser mit elektrischem Strom geladen wird. Der elektrische Stromspeicher 42, normalerweise eine Batterie, ist vorzugsweise gemäß Fig. 1 auf der anderen Achsseite der Radachse 15 der hinteren Fahrzeugräder 14 angeordnet als der Hauptmotor 6 und das Hauptgetriebe 8. Dadurch ergibt sich über die Fahrzeuglänge ein Gewichtsausgleich nicht nur für den Hauptmotor 6 und das Hauptgetriebe 8, sondern auch für den Zusatzantriebstrang 4, dessen Gewicht hauptsächlich auf die vordere Radachse 27 der vorderen Fahrzeugräder 26 wirkt. Der Stromspeicher 42 kann beipielsweise in einer Reserverad-Mulde im hinteren Kofferraum des Fahrzeuges untergebracht werden.
Durch die Erfindung ist auf einfache Weise ein Allradantrieb herstellbar, unabhängig davon, ob der Hauptantriebstrang mit den vorderen oder den hinteren Fahrzeugrädern antriebsmäßig verbunden ist.
Das Zusatzgetriebe 18 und die elektrische Maschine 16 können getrennte Gehäuse haben oder in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein.
Weiterhin kann die mechanische Verbindung zwischen dem Stator 32 der elektrischen Maschine 16 und dem Gehäuse des Hauptgetriebes 8 lösbar oder unlösbar ausgeführt werden. So ist es möglich, die elektrische Maschine 16 an das Getriebe 8 anzuflanschen.

Claims (10)

1. Hybridantrieb für Kraftfahrzeuge, enthaltend einen Hauptantriebstrang (2) mit einem Fahrantriebs-Hauptmotor (6), einem Hauptgetriebe (8) und einer Haupt-Abtriebswelle (10) zum Antrieb von Fahrzeugrädern (14), einen elektrischen Zusatzantriebstrang (4), welcher mindestens eine elektrische Maschine (16) enthält, die als Elektromotor zum Antrieb von Fahrzeugrädern (26) betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine elektrische Maschine (16) hohl ausgebildet ist und ihr Hohlraum durch eine axiale Durchgangsöffnung (28) gebildet ist, daß die mindestens eine elektrische Maschine die Haupt-Abtriebswelle (10) mit radialem Abstand umgibt, daß der Stator (32) der elektrischen Maschine (16) und das Gehäuse des Hauptgetriebes (8) miteinander mechanisch verbunden sind, so daß sie zusammen eine Schwingungseinheit bilden.
2. Hybridantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine elektrische Maschine (16) die Haupt- Abtriebswelle (10) berührungslos umgibt.
3. Hybridantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Zusatzantriebstrang (4) angeordnetes Zusatzgetriebe (18) hohl ausgebildet ist und sein Hohlraum durch eine axiale Durchgangsöffnung (30) gebildet ist, daß die Haupt- Abtriebswelle (10) sich durch diese Getriebe-Durchgangsöffnung (30) mit radialem Abstand erstreckt, und daß ein Gehäuse des Zusatzgetriebes (18) mit dem Stator der mindestens einen mechanischen Maschine (16) mechanisch verbunden ist, so daß sie zusammen eine Schwingungseinheit bilden.
4. Hybridantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzgetriebe (16) die Haupt-Abtriebswelle (10) berührungslos umgibt.
5. Hybridantrieb nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzgetriebe (18) axial zwischen dem Hauptgetriebe (8) und der mindestens einen elektrischen Maschine (16) angeordnet ist.
6. Hybridantrieb nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzgetriebe (18) eine radial versetzt zur Haupt- Abtriebswelle (10) angeordnete Zusatz-Abtriebswelle (22) hat.
7. Hybridantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatz-Abtriebswelle (22) sich von dem Zusatzgetriebe (18) in einer Richtung weg erstreckt, die entgegengesetzt zu der Richtung ist, in welcher sich die Haupt-Abtriebswelle (10) von dem Hauptgetriebe (8) weg erstreckt, wobei die Zusatz- Abtriebswelle (22) sich an dem Hauptgetriebe (8) vorbei erstreckt zum Antrieb von anderen Fahrzeugrädern (26) als die von der Haupt-Abtriebswelle (10) antreibbaren Fahrzeugräder (14).
8. Hybridantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Zusatzantriebstrang (4) zwischen der mindestens einen elektrischen Maschine (16) und den von ihr anzutreibenden Fahrzeugrädern (26) eine schaltbare Trennkupplung (20) angeordnet ist.
9. Hybridantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzantriebstrang (4) eine permanente Verbindung ohne steuerbare Trennelemente zwischen der mindestens einen elektrischen Maschine (16) und den mit ihr antriebsmäßig verbundenen Fahrzeugrädern (26) hat.
10. Hybridantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrischer Stromspeicher (42), welcher mit der mindestens einen elektrischen Maschine (16) zur Stromversorgung elektrisch verbindbar ist, auf der anderen Achsseite einer Radachse (15) der vom Hauptantriebstrang (2) antreibbaren Fahrzeugräder (14) angeordnet ist als der Hauptmotor (6) und das Hauptgetriebe (8).
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