DE3120217A1

DE3120217A1 - Hybrid-antriebsanordnung fuer mehrachsige fahrzeuge, insbesondere landfahrzeuge

Info

Publication number: DE3120217A1
Application number: DE19813120217
Authority: DE
Inventors: Paulus Dipl.-Ing. 3180 Wolfsburg Heidemeyer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1981-05-21
Filing date: 1981-05-21
Publication date: 1982-12-09

Description

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AKTlENGi SELLSCHAF-T 3180 Woi fsburg

Unsere Zeichen: K 3110
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Hybrid-Antriebsanordnung für mehrachsig^ Fahrzeuge, insbesondere Landfahrzeuge

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hybrid-Antriebsanordnung für mehrachsige Fahrzeuge, insbesondere Landfahrzeuge, gemäß dein Oberbegriff des Patentanspruchs 1 .

Hybrid-Antriebsanordnungen dieser Bauart, bei denen neben einer durch eine Brennkraftmaschine gebildeten ersten Antriebsmaschine noch eine zweite Schwungradspeicheranordnung vorgesehen ist, die in der Lage ist, beim Bremsbetrieb des Fahrzeugs Energie rückzuspeichern, sind an sich bereits bekannt. Dabei erfolgte bisher jedoch eine Kopplung der beiden Antriebsmaschine^ derart, daß sie über ein im allgemeinen gemeinsames Getriebe, vorzugsweise über ein stufenlos veränderbares Getriebe, auf eine einzige Achse des Fahrzeugs einwirkten. Zum einen ergeben sich bei einer derartigen Antriebsanordnung jedoch Schwierigkeiten für die Unterbringung beider Antriebsmaschinen in dem begrenzten Bauraum des Fahrzexigs, zus anderen ergibt die Kopplung der beiden Antriebsmaschinen zum Antrieb einer einzigen Achse eine gewisse gegenseitige Abhängigkeit, so daß die beiden Antriebsmaschinen nicht völlig frei und allein nach den Erfordernissen der jeweiligen Antriebsart konzipiert werden können.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine Hybrid-Antriebsanordnung der im Oberbegriff des Patentan-

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Spruchs angegebenen Art zu schaffen, die zum einen räumlich besser untergebracht werden kann und zum anderen mehr Freiheiten für eine optimale und unabhängige Konzeption der jeweiligen Antriebsart bietet.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem kennzeichnenden Merkmal des Patentanspruchs 1. Dadurch, daß die beiden Antriebsxaschinen jeweils getrennten Achsen zugeordnet sind, können die beiden Antriebsmaschinen allein nach ihren speziellen Bedürfnissen gestaltet werden. Insbesondere ist die Ausbildung und Anordnung der Schwungradspeicher-Anordnung durch ihre Trennung von den Brennkraftmaschinenantrieb optimaler gestaltbar. Außerdem ergibt sich durch die Möglichkeit des Antriebs beider Achsen eines beispielsweise zweiachsigen Kraftfahrzeugs ein Allradantrieb mit den bekannten günstigen Eigenschaften für den Betrieb auf befestigtem und unbefestigtem Untergrund.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Kennzeichen der Unteransprüche enthalten.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ir. schematischer Darstellung gezeigt, das im folgenden näher erläutert wird. Dabei zeigt

Figur 1 eine Draufsicht auf ein Fahrzeug mit der erfiniungs-

gemäßen Hybrid-Antriebsanordnung und

Figur 2 eine Ansicht der Schwungradspeicheranordnung von der Seite.

In der Zeichnung ist mit 1 das Fahrzeug, beispielsweise ein Fersonenkraftfahrzeug gezeigt, das zwei Achsen, nämlich eine Vorderachse 2 und eine Hinterachse 3, aufweist. Mit 4 ist eine herkömmliche Brennkraftmaschine bezeichnet, die über eine Trennkirpplur.g 5 und ein beispielsweise als Handschaltgetriebe ausgebildetes Geschwindigkeitswechselgetriebe 6 sowie über ein Ausgleichgetriebe die Vorderachse 2 antreibt.

Zum Antrieb der Hinterachse 3 ist eine Schwungradspeicheranordnung vorgesehen, die aus einem mit vertikaler Achse angeordneten Schwung-

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r.-.d 12 "besteht, das über eine ^rste schaltbare Kupplung 21, ein· η Z.Vnnraäwinkel trieb 16 und ein stufenlos veränderbares Zuggliede ·■-getriebe 13? sowie eine zweite Kupplung 14 und e-in Ausgleichgetriebe 15 mit der Hinterachse 3 verbunden ist. Das Zuggliedergetriebe 15 weist jeweils verstellbare Kegelscheibenpaare 13a und 1 ?b auf, die .durch entgegengesetzte Verstellung eine stufenlose Veränderung des Übersetzungsverhältnisses zwischen der Hinterachse 5 und der Achse des Schwungrades 12 herbeiführen. Mit 20 :'st noch ein dem Schwungrad 12 zugeordneter Elektromotor angedeutet. d<r-r bei Bedarf zum Antrieb des Schwungrades 12 zugeschaltet wer- ^n kann.

Di e SchwungradspeicheraRordnusi/ 11 kann nun durch entsprechende Auslegung des Schwungrades 12 und des zugeordnet.en ,stufenlos ve: ~ änderbaren Getriebes I5 sowie des zwischengescheiteten Winkelge"riebes 16 und des Ausgleichgetriebes 15 so ausgebildet werden, daf: eine günstige Rückspeicherung von Antriebsenergie in Bremsphaser, des Fahrzeugs möglich wird.

Insbesondere besteht auch die Möglichkeit, das Schwungrad 12 mit relativ hoher Drehzahl umlaufen zu lassen und zur Verringerung v:n Verlusten beispielsweise in einem evakuierten Gehäuse laufen zu lassen.

Mit 8 ist in der Fjgur 1 ein Steuergerät angedeutet, das die Zu- bzw, Abschaltung der beiden Antriebsmaschinen in Abhängigkeit ?r.i Betriebssustand des Fahrzeugs steuern soll und das mit vom Fahrzeugführer betätigbaren Pedalen, nämlich dem Fahrpedal 10 und de-·:: Bremspedal 9»zur Zuführung von Sollwerten verbunden ist. Dieses Steuergerät 8 ist dann weiter mit der Brennkraftmaschine 4 zur Leistungssteuerung derselben, mit der Trennkupplung 5 sowie mit den Kupplungen 21 und I4 und schließlich auch mit dem stufenlos veränderbaren Getriebe 13 verbunden. Weiterhin soll das Steuergerät Informationen über die Drehzahl der beiden Achsen 2 und 3 von dort vorgesehenen Drehzahlgebern 1? und 18 erhalten, um bei Drehzahldifferenzen zwischen den beiden Achsen eine entsprechende

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Steuerung der Antriebsmaschinen 4 und 11 bzw. der den Fahrzeugrädern 23 zugeordneten Bremsvorrichtungen 19 zu veranlassen.

Neben der dem Geschwindigkeitswechselgetriebe β vorgeschalteten Trennkupplung 5» äie gegebenenfalls auch über ein besonderes Kupplungspedal betätigt werden kann und das Anfahren des Fahrzeugs aus dem Stand bewirken soll, insbesondere wenn das Schwungrad 12 der Schwungradspeicheranordnung 11 stillsteht, kann die Brennkraftmaschine 4 noch eine weitere Kupplung zwischen dem der Kaschine zugeordneten Motorschwungrad und ihrer Kurbelwelle aufweisen. Bine solche Kupplung, die dann ebenfalls von dem Steuergerät über hier nicht weiter gezeigte Servoeinrichtungen betätigt werden müßte, könnte gemäß einem älteren Vorschlag dazu dienen, bei bestimmten Betriebszuständen, insbesondere bei Schubbetrieb und im Leerlauf, das Motorschwungrad freizukuppeln. In diesem Fall könnte die Brennkraftmaschine 4 immer dann, wenn ihre Energie nicht zue Antrieb des Fahrzeugs 1 benötigt wird, abgeschaltet und bei Bedarf durch Einrücken dieser zweiten Kupplung problemlos durch das weixerdrehende Motorschwungrad wieder angeworfen werden.

Der entscheidende Gedanke der in der Zeichnung gezeigten Hybrid-Antriebsanordnung besteht aber darin, die beiden Achsen des Fahrzeugs durch gesonderte Antriebe, nämlich die Vorderachse durch eine herkömmliche Brennkraftmaschine und die Hinterachse durch eine in Prinzip bekannte Schwungradspeicheranordnung, antre: hen zu lasser.. Neben der Möglichkeit, auf diese V/eise einen Allradantrieb zu verwirklichen, ergibt sich hier der besondere Vortei], die Schwungradspeicheranordnung zur optimalen Speicherung der kinetischen Energie des Fahrzeugs bei Bremsvorgängen auslegen zu können. Ein solcher Bremsbetriebszustand würde durch Niedertreten des Bremspedals 9 angezeigt werden, so daß das Steuergerät 8 durch Einrücken der Kupplungen I4 und 21 und entsprechende Ansteuerung des stufer.los veränderbaren Getriebes 13 für eine Einspeisung der kinetischen Energie des Fahrzeugs in das Schwungrad 12 sorgt. Erst wenn infolge begrenzten Übersetzungsverhältnisses des stufenlos veränderbaren Getriebes, das andererseits aber auch als Getriebe mit unbegrenzt stufenlos veränderbaren Übersetzungsverhältnis, also als ein Getriebe

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mit einem "bis zum gesteuerten Leerlauf reichenden Regelbereich, ausgebildet sein kann, bzw. wenn infolge eines begrenzten Trägheitsmomentes des Schwungrades 12 die durch Einspeisen der Energie in das Schwungrad erzeugte Bremswirkung nicht ausreicht, oder wenn eine maximale Drehzahl des Schwungrades droht überschritten zu werden, werden zusätzlich die den Fahrzeugrädern 23 zugeordneten Bremsvorrichtungen zur Abbremsung des Fahrzeugs herangezogen. Ein wesentlicher Teil der sonst beim Bremsen verlorengehenden Energie wird hierbei aber in dem Sclwungrad gespeichert und kann für nachfolgende Fahr- und Beschleunigung3vorgänge wieder eingesetzt v/erden. Dabei erfolgt die Verwendung dieser gespeicherten Schi-rar, gredenergie zum Antrieb des Fahrzeugs durch entsprechende Betä.tiru^fi' der Kupplungen 14 und 21 sowie durch entsprechende Ansteuerung cea stufenlos veränderbaren Getriebes 13"Von dem Steuergerät 8. Dabei kann die Schwungradenergie entweder allein oder gegebenenfalls auch zusätzlich zur Antriebsenergie der Brennkraftmaschine 4 z^b Antrieb des Fahrzeugs aufgebracht werden.

Die an den Achsen 2 und 3 vorgesehenen, zweckmäßigerweise von dem Antrieb aus gesehen vor den Ausgleichgetrieben angebrachten Drehzahlmeßgeber 1? und 18, die alternativ auch an jedem einzelnen Eaä ί vorgesehen sein könnten, können auch für ein optimiertes Anfahren bzw. Bremsen auf glatter Straße oder in schwerem G&lände eingesetzt werden, da von diesen durch Ermittlung einer Differenzdrehsahl eine Information über den Schlupfzustand der Räder abgegeben werden kann,

Der in der Figur 2 mit 20 angedeutete Elektromotor könnte für Sonderfälle, beispielsweise dann eingesetzt werden, wenn ein Allradantrieb wegen ungünstiger Straßenverhältnisse erwünscht ist, in der Schwungradspeicheranordnung jedoch noch keine zu Antrieb stekken verwendbar Energie gespeichert ist.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß in der Zeichnung lediglich d-'-s Prinzip der erfindungsgemäßen Hybrid-Antriebsanordnung dargestel"· '.: ist und daß selbstverständlich im Rahmen des Erfindungsgedankens eine Reihe von alternativen Ausführungsmöglichkeiten besteht«, So kann das in der Zeichnung durch ein Zuggliedergetriebe darge=·

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stellte stufenlos verstellbare Getriebe auch durch andere bekannte Getriebearten, die eine stufenlos veränderbare Übersetzung ermöglichen, ersetzt werden. Auch ist es möglich, die Kupplungen 14 oder 21 beiderseits des stufenlos veränderbaren Getriebes 13 durch umschaltbare Einv/egkupplungen zu ersetzen.

Claims

312021;

VOLKSWAGENWERK

AKTlENG C SEILSCHAFT

5160 Wolfsburg

Unsere Zeichen: K 3110
'702pt-we-sch

2O₀ Hai 1981

A IT SPRÜCHE

1. Hybrid-Antriebsanordnung für mehrachsige Fahrzeuge, insbeson-^Vy—"tiere Landfahrzeuge, mit einer ersten, durch eine Brennkraftmaschine gebildeten Antriebsmaschine und einer zweiten, durch eine bei Bremsbetrieb Energie speichernde Schwungradspeicheranordnung gebildeten Antriebsmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Antriebsmaschinen (4> 11 ) zum Antrieb jeweils getrennter Achsen (2, 5) des Fahrzeugs (1) \^rorgesehen sind.

Hybrid-Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine (4) zum Antrieb der "Vorderachse (2) und die Schwungradspeicheranordnung (11) zum Antrieb der Hinterachse (5) des Fahrzeugs (1) vorgesehen ist.

5. Hybrid-Antriebsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Antriebsmaschinen (4, 11) getrennte Geschvindigkeitswechselgetriebe (6, 15) zugeordnet sind.

4. Hybrid-Antriebsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Schwungradspeicheranordnung (11) ein stufenlos ve ränderbares Getriebe (1J5) zugeordnet ist.

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5. Hybrid-Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektromotor (2θ) zum hilfsweisen Antrieb des Schwungrades (12) der Schwungradspeicheranordnung (11) vorgesehen ist.

6. Hybrid-Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuergerät (δ) zum steuerbaren Zu- bzw. Abschalten der ersten und/oder zweiten Antriebsmaschine (4, 11) in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Fahrzeugs (1) vorgesehen ist.

7. Hybrid-Antriebsanordnung nach einen der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Drehzahlmeßgeber (17- 18) an der Vorder- und der Hinterachse (2, 3) des Fahrzeugs (i) vorgesehen sind, in Abhängigkeit von deren Meßwerten die Antriebsmaschinen (4> 11) bzw. den Fahrzeugrädern (23) zugeordnete Bremsvorrichtungen (I9) betätigbar sind.

8. Hybrid-Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwungradspeicheranordnung (11) beiderseits des stufenlos veränderbaren Getriebes (13) schaltbare Kupplungen (14, 21) aufweist.

9- Hybrid-Antriebsanordnung nach ein^m der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, daß der Brennkraftmaschinenantrieb (4) neben einer dem Geschwindigkeitswechselgetriebe (6) vorgeschalteten Kupplung (5) eine zwischen dem MTotorschwungrad und der Kurbelwelle angeordnete zweite Kupplung aufweist.

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