DE19919455C2 - Hybridantrieb für Kraftfahrzeuge - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Hybridantrieb für Kraftfahrzeuge
gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Aus der DE 35 42 059 C1 ist ein Hybridantrieb dieser Art 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 05 623 A1 ist ein Hybridantrieb bekannt, 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.
Die DE 198 42 452 A1 zeigt einen einzigen Fahrantriebsstrang
mit einem Planetengetriebe und zwei beidseitig davon
angeordneten elektrischen Maschinen. Die Kurbelwelle eines
Verbrennungsmotors erstreckt sich durch eine Hohlwelle der
einen elektrischen Maschine zum Planetengetriebe. Die DE 35 29 806 C2
zeigt ein rein mechanisches Getriebe für Vorderrad- und
Hinterradantrieb. Die DE 41 24 479 A1 zeigt zwei elektrische
Maschinen zwischen einem Planetengetriebe. Eine Hinterachs-
Kardanwelle erstreckt sich vom Planetengetriebe durch eine
Hohlwelle der einen der beiden elektrischen Maschinen.
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 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.
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.
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 (8)
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) einer Radachse (15), einen
elektrischen Zusatzantriebstrang (4), welcher mindestens eine
elektrische Maschine (16) enthält, die als Elektromotor zum
Antrieb von Fahrzeugrädern (26) einer anderen Radachse (27)
betreibbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die mindestens eine elektrische Maschine (16) und ein mit
ihr antriebsmäßig verbundenes Zusatzgetriebe (18) des
Zusatzantriebsstranges (4) mit dem Gehäuse des Hauptgetriebes
(8) mechanisch verbunden sind, daß die mindestens eine
elektrische Maschine (16) und das Zusatzgetriebe (18) je mit
einer axialen Druchgangsöffnung (28, 30) versehen sind und die
Haupt-Abtriebswelle (10), welche sich durch die
Durchgangsöffnungen (28, 30) erstreckt, je mit radialem Abstand
berührungslos umgeben, und daß die mindestens eine elektrische
Maschine (16) und das Zusatzgetriebe (18) zu einer
Schwingungseinheit miteinander verbunden sind, die relativ zur
Haupt-Abtriebswelle (10) Querschwingungen ausführen kann.
2. Hybridantrieb nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Zusatzgetriebe (18) axial zwischen dem Hauptgetriebe
(8) und der mindestens einen elektrischen Maschine (16)
angeordnet ist.
3. Hybridantrieb nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Zusatzgetriebe (18) eine radial versetzt zur Haupt-
Abtriebswelle (10) angeordnete Zusatz-Abtriebswelle (22) hat.
4. Hybridantrieb nach Anspruch 3,
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).
5. 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.
6. Hybridantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
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.
7. 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).
8. Hybridantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Haupt-Abtriebswelle (10) eine Haupt-Kardanwelle ist,
durch welche über ein Differentialgetriebe (12) die
Fahrzeugräder (14) einer hinteren Radachse (25) antreibbar
sind.
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- 1999-04-29 DE DE19919455A patent/DE19919455C2/de not_active Expired - Fee Related
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