DE4005623A1 - Antriebsvorrichtung fuer ein hybridfahrzeug - Google Patents

Antriebsvorrichtung fuer ein hybridfahrzeug

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Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Bekannt sind Hybridfahrzeuge, bei denen die Vorderachse mittels eines Antriebsaggregates aus Brennkraftmaschine, Geschwindigkeits-Wechselge­ triebe und einem Differential angetrieben ist, während die zweite An­ triebsquelle, insbesondere ein Elektromotor, auf die Hinterachse wirkt. Der Vorteil einer solchen Antriebsvorrichtung ist darin zu sehen, daß das Antriebsaggregat für die Vorderachse unverändert von einem herkömm­ lichen Kraftfahrzeug übernommen werden kann, während auf eine gegebe­ nenfalls ebenfalls vorhandene, herkömmliche angetriebene Hinterachse der Elektromotor wirkt. Diese Antriebsvorrichtung bedingt jedoch zwei Differentiale und ist deshalb herstellungstechnisch aufwendig. Zudem muß bei jeder gewählten Antriebsart das Differential der anderen Achse mitgetrieben werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antriebsvorrichtung der gattungsge­ mäßen Art zu schaffen, die hinsichtlich des Teileaufwandes günstiger ist und geringere Antriebsverluste aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Besonders vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Patentansprüchen ent­ nehmbar.
Erfindungsgemäß wirkt die zweite Antriebsquelle, die ein Schwungrad­ speicher oder bevorzugt ein Elektromotor sein kann, auf das gleiche Differential wie die Brennkraftmaschine, wobei die das Differential an­ treibende Getriebe-Abtriebswelle über zumindest eine Kupplung entweder mit dem Wechselgetriebe oder mit der zweiten Antriebsquelle oder mit beiden kuppelbar ist. Somit wirken zwar beide Antriebsquellen, die Brennkraftmaschine und bevorzugt ein Elektromotor, auf das gleiche Dif­ ferential, wobei die an der Abtriebswelle vorgesehene Kupplung ein Ab­ kuppeln des jeweils nicht antreibenden Antriebsstranges ermöglicht. Es treibt somit entweder die Brennkraftmaschine über das Geschwindigkeits- Wechselgetriebe das Differential an, oder aber es werden Brennkraftma­ schine und Wechselgetriebe abgekoppelt und der Elektromotor treibt das Differential an. Selbstverständlich kann es über die Kupplung auch mög­ lich sein, beide Antriebsquellen an die Abtriebswelle anzukuppeln und somit das Differential antreiben zu lassen.
Die vorgeschlagene Antriebsanordnung setzt sich aus wenigeren Bauteilen zusammen und ermöglicht jeweils direkte Antriebszüge, bei denen unter Vermeidung entsprechender Antriebsverluste nicht treibende Teile im Antriebsstrang stillgesetzt sind.
Besonders vorteilhaft kann gemäß Patentanspruch 2 die Abtriebswelle des Wechselgetriebes eine Hohlwelle sein, durch die hindurch über eine wei­ tere Welle das Differential entweder über die Hohlwelle (bei Antrieb durch die Brennkraftmaschine) oder über den Elektromotor direkt an­ treibbär ist. Bei Antrieb über den Elektromotor befinden sich dabei die Brennkraftmaschine und das Geschwindigkeits-Wechselgetriebe mit sämtli­ chen Wellen und Zahnrädern im Stillstand. Ferner ist eine besonders kompakte Antriebsvorrichtung geschaffen, die zudem robust ist und bei jeder Antriebsart ein möglichst geringes Massenträgheitsmoment auf­ weist.
In besonders zweckmäßiger Weise kann die Kupplung mit zumindest der Ab­ triebswelle in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein, wobei bei einer Ausführung gemäß Patentanspruch 2 dieses Gehäuse zugleich das Ge­ häuse des Geschwindigkeits-Wechselgetriebes sein kann. Die Kupplung kann in bekannter Weise eine Zahnkupplung oder eine hydraulisch betä­ tigte Lamellenkupplung sein. Während eine Zahnkupplung nur im Still­ stand schaltbar ist, kann mittels der hydraulisch betätigten Lamellen­ kupplung ein Umschalten von der einen Antriebsquelle auf die andere oder kurzzeitig das Zuschalten beider Antriebsquellen im Fahrbetrieb erfolgen.
Die zweite Antriebsquelle, insbesondere ein Elektromotor, kann direkt an das Geschwindigkeits-Wechselgetriebe angeflanscht werden. Bevorzugt wird jedoch eine Verbindung zwischen der Kupplung und der Antriebs­ quelle mittels einer Kardanwelle vorgeschlagen, weil dadurch eine günstige Gewichtsverteilung des Hybridfahrzeuges und gegebenenfalls eine bauraumgünstige Anordnung erzielbar ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Antriebsvorrichtung in einem Hybridfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine als erste An­ triebsquelle und einem Elektromotor als zweite Antriebs­ quelle;
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Antriebsvorrichtung nach Fig. 1 mit schematischer Darstellung der Bauteile.
Das dargestellte Hybridfahrzeug 10 weist als erste Antriebsquelle eine Hubkolben-Brennkraftmaschine 12 auf, an die ein Geschwindigkeits-Wech­ selgetriebe 14 mit integriertem Differentialgetriebe 16 angeflanscht ist. Das Differentialgetriebe 16 treibt über Antriebswellen 18, 20 die Vorderräder 22 des Hybridfahrzeuges an. Ferner ist ein Elektromotor 24 vorgesehen, der über eine Karadanwelle 26 in noch zu beschreibender Weise mit dem Wechselgetriebe 14 trieblich verbunden ist. Die beschrie­ bene Antriebsvorrichtung ist über nicht dargestellte Triebwerkslager mit der Aufbaustruktur des Hybridfahrzeuges verbunden.
Das Wechselgetriebe 14 und das Differential 16 sind in einem Gehäuse 48 angeordnet (vgl. Fig. 2), in dem auch eine Zahnkupplung 28 zum Um­ schalten auf die eine oder andere Antriebsquelle angeordnet ist. Das Wechselgetriebe 14 weist eine Antriebswelle 30 und eine Hohlwelle 32 auf, die jeweils miteinander in Eingriff befindliche Zahnräder zur Schaltung verschiedener Geschwindigkeits-Übersetzungsstufen tragen. Durch die Hohlwelle 32 hindurch verläuft eine Welle 34, die einerseits das Antriebsritzel 36 für das Differential 16 und andererseits ein außenverzahntes Schaltzahnrad 38 aufweist. Auch die Hohlwelle 32 trägt an ihrem abtriebsseitigen Ende ein außenverzahntes Schaltzahnrad 40; ein weiteres Schaltzahnrad 42 befindet sich auf einer Welle 44, die aus dem Gehäuse 48 des Wechselgetriebes 14 herausgeführt ist und an die die Kardanwelle 26 angeschlossen ist. Das Wechselgetriebe 14 und das Dif­ ferential 16 sind - soweit nicht beschrieben - herkömmlicher Bauart und Funktion. Es versteht sich ferner, daß die beschriebenen Wellen in ge­ eigneter Weise in dem Gehäuse 48 entsprechend drehbar gelagert sind.
Auf den Schaltzahnrädern 38, 40, 42 ist verschiebbar eine innenverzahnte Kupplungsmuffe 46 angeordnet, die über eine nicht dargestellte Schalt­ gabel und eine entsprechende Kupplungsbetätigung auf den Schaltzahn­ rädern 38, 40, 42 verschiebbar ist, wobei über die Kupplungsmuffe 46 ent­ weder die Schaltzahnräder 38, 42 oder die Schaltzahnräder 38, 40 form­ schlüssig miteinander kuppelbar sind. Dabei erfolgt in ersterem Falle ein Antrieb über den Elektromotor 24, die Kardanwelle 26, die Welle 44, die Kupplungsmuffe 46 und die Antriebswelle 34 auf das Differential 16 oder aber ein Antrieb über die Brennkraftmaschine 12, die Antriebswelle 30 des Wechselgetriebes 14, über die entsprechende Übersetzungsstufe auf die Hohlwelle 32 und schließlich wiederum über die Abtriebswelle 34 auf das Differential 16. In beiden Fällen ist jeweils der nicht antrei­ bende Antriebszug vom antreibenden Antriebszug abgekuppelt.
Bei einer entsprechenden Ausbildung der Schaltmuffe 46 kann diese auch so geschaltet werden, daß sie in einer Kupplungsstellung alle drei Schaltzahnräder 38, 40, 42 drehmomentübertragend verbindet, wodurch beide Antriebsquellen 12, 24 antriebsmäßig zusammengeschaltet sind.
Anstelle der gezeigten Ausführungsform kann der Elektromotor 24 mit oder ohne Kardanwelle 26 über die Kupplung 28 auf eine Abtriebswelle 34 wirken, die parallel zum Wechselgetriebe 14 angeordnet ist und keine Schaltzahnräder für Geschwindigkeits-Übersetzungsstufen aufweist. Dies kann beispielsweise der Fall sein bei Verwendung eines automatischen Getriebes mit mehreren hintereinander geschalteten Planetenradsätzen. In diesem Falle sind bei Antrieb über den Elektromotor 24 die Planeten­ radsätze und bei Antrieb über das Wechselgetriebe der Elektromotor ent­ sprechend abzukuppeln. Dabei kann es gegebenenfalls angezeigt sein, zwei einfach wirkende Zahnkupplungen zu verwenden.
Ferner kann anstelle der rein mechanisch wirkenden Zahnkupplung 28 auch eine hydraulische doppelt wirkende Lamellenkupplung in für sich be­ kannter Bauart verwendet sein. Eine derartige Kupplung hat den Vorteil, daß sie ohne Unterbrechung der Zugkraft schaltbar ist, so daß gegebe­ nenfalls dynamisch von Brennkraftmaschinenantrieb auf Elektroantrieb und umgekehrt umschaltbar ist. Ferner kann während des Fahrbetriebs beispielsweise zur kurzzeitigen Erhöhung der Antriebsleistung der Elek­ tromotor 24 zusätzlich zugeschaltet werden.

Claims (7)

1. Antriebsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug, mit einer Brennkraftma­ schine, einem daran angeflanschten Wechselgetriebe mit integriertem Differential, welches von einer Abtriebswelle im Wechselgetriebe angetrieben ist und die Räder einer Achse des Hybridfahrzeuges an­ treibt, und mit einer zweiten Antriebsquelle, die ebenfalls über ein Differential eine Achse des Hybridfahrzeuges antreibt, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) die zweite Antriebsquelle (24) auf das gleiche Differential (16) wie die Brennkraftmaschine (12) wirkt und
  • b) die Abtriebswelle über zumindest eine Kupplung (28) entweder mit dem Wechselgetriebe (14) oder mit der zweiten Antriebs­ quelle (24) oder mit beiden kuppelbar ist.
2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle des Wechselgetriebes (14) eine Hohlwelle (32) ist, durch die hindurch über eine Welle (34) das Differential (16) getrieben ist.
3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (28) und die Welle (34) in einem gemeinsamen Ge­ häuse (48) angeordnet sind.
4. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kupplung (28) eine Zahnkupplung ist.
5. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kupplung eine hydraulisch betätigte Lamellen­ kupplung ist.
6. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweite Antriebsquelle (24) über eine Kardanwelle (26) mit der Kupplung (28) trieblich verbunden ist.
7. Antriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Antriebsquelle ein Elektromotor (24) ist.
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