WO2008142076A1 - Hybridantrieb eines kraftfahrzeugs - Google Patents

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WO2008142076A1
WO2008142076A1 PCT/EP2008/056183 EP2008056183W WO2008142076A1 WO 2008142076 A1 WO2008142076 A1 WO 2008142076A1 EP 2008056183 W EP2008056183 W EP 2008056183W WO 2008142076 A1 WO2008142076 A1 WO 2008142076A1
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electric machine
rotor
internal combustion
combustion engine
hybrid drive
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PCT/EP2008/056183
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Heinz Schäfer
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Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a hybrid drive of a four-wheel drive motor vehicle, with an internal combustion engine and with at least one electric machine. It further relates to a method for operating such a hybrid drive.
  • hybrid vehicles can be operated as a parallel or series hybrid.
  • Such hybrid vehicles contain in addition to an internal combustion engine or an internal combustion engine usually as further components an automatic transmission with a torque converter and one or two electric drives and intermediate clutches and an energy storage (vehicle battery).
  • a Verteilerget ⁇ ebe is also provided.
  • a four-wheel drive vehicle four-wheel drive vehicle
  • a power split takes place via the planetary gear, wherein one of the electric drives for the front axle works as a generator.
  • the invention has for its object to provide a hybrid drive for a four-wheel drive vehicle, in which a power split is possible without planetary gear. Furthermore, a particularly suitable method for operating such a hybrid drive should be specified.
  • a first electric machine for driving the front axle of a four-wheel drive vehicle has an associated with the below also referred to as an internal combustion engine engine first rotor and designed as a slip ring rotor second rotor, which is coupled to the front axle of the motor vehicle.
  • a second electric machine, which serves to drive the rear axle of the four-wheel drive vehicle, is coupled to the rear axle of the motor vehicle and electrically connected to the slip ring rotor, ie to the slip rings of the second rotor of the first electric machine via at least one control unit (ECU) ,
  • ECU control unit
  • the first rotor of the first electric machine is gearless, but expediently coupled via a pulse clutch with the internal combustion engine.
  • a pulse coupling between the internal combustion engine and the first electric machine is particularly advantageous if after a purely electrical starting phase on the rear axle of the engine to be started completely smoothly.
  • both the first electric machine look to the front axle and the second elekt ⁇ generic engine to the rear axle coupled with an equalizing or differential gear.
  • the first electric machine coupled to the front axle it is initially possible, in principle, to use it as an asynchronous machine or as a permanent-magnet synchronous machine, each in a grinding-type construction.
  • the first electric machine can be designed with an internal rotor winding or with an external rotor winding.
  • the first rotor coupled to the internal combustion engine can be designed as a short-circuit cage runner. The coupled to the front axle second rotor then has a rotor winding.
  • the internal rotor coupled to the internal combustion engine can be designed as a shortcircuit fan, while the external second rotor is then provided with a rotor winding and designed as a slip ring rotor.
  • the slip rotor coupled to the front axle can be designed as an inner or outer rotor with a rotor winding.
  • the coupled with the internal combustion engine first outer or inner rotor then carries the permanent magnets permanent or permanent.
  • two control devices are provided, which are connected on the one hand with the slip rings of the slip ring rotor of the first electric machine and on the other hand with the second electric machine and with the energy storage.
  • the power control unit controls the power split between the electric machines driving the front axle and the rear axle of the four-wheel drive vehicle.
  • each electrical machine is assigned a separate energy control unit.
  • the object is erflndungsgeclar ge ⁇ lost by the features of claims 10 and 11.
  • the electrically operated rear axle of four-wheel vehicle by means of the electrically driven drive driving this second electrical machine.
  • the first electric machine optionally with the pulse clutch open - idles up, and via the first rotor - possibly by spontaneous closing of the pulse clutch - the engine started.
  • the first rotor of the first electric machine (with the pulse clutch open) is accelerated to a predetermined speed and the internal combustion engine is started (by spontaneous closing of the pulse clutch). Subsequently, the vehicle is approached with a selectable distribution of torque on the front axle by means of the first electric machine and on the rear axle by means of the second electric machine.
  • an electromagnetic power split In particular, during the startup of the vehicle takes place in the first electric machine, an electromagnetic power split.
  • a first power component of the internal combustion engine is transmitted to the front axle, while the other power component is discharged as electrical power via the slip rings of the slip ring rotor of the first electric machine and the second electric machine driving the rear axle is supplied.
  • the advantages achieved by the invention are in particular that in a hybrid drive for a four-wheel drive motor vehicle only two electric machines are required by a power split virtually see one of the two electrical machines, especially one of the front axle of the motor vehicle associated electrical Machine takes place, which has a slip ring rotor, via which the input or output of electrical energy can be done. Therefore, a cost-intensive Get ⁇ ebe-generator-Emheit, in particular a planetary gear with zuge- ordered additional electrical machine, omitted, which is associated with a significant cost savings.
  • a pulse coupling is provided between the first electric machine assigned to the front axle and the internal combustion engine (internal combustion engine), a comfort start of the internal combustion engine is ensured.
  • the braking torque on the front axle when starting the internal combustion engine can be compensated by an additional driving torque on the rear axle, so that no jerking effect on the vehicle.
  • an additional impulse clutch can be omitted.
  • 1 shows in a Prmzipdar ein a hybrid drive with two electric machines for driving the front and rear axles of a four-wheel drive vehicle
  • 2 schematically the rated power flow at a power split in the front axle driving the first electric machine
  • FIG. 3 schematically shows a first embodiment variant of the first electrical machine as an asynchronous machine with a short-circuit cage rotor and an internal rotor winding of a slip-ring rotor
  • FIG 4 shows a second Laufers from ⁇ bowungschange the first electric machine in a representation according to FIG 3 as an asynchronous machine with short-Kafiglaufer and outboard of the rotor winding Schleif ⁇ ng-,
  • FIG. 5 shows a third embodiment variant of the first electric machine as a permanent magnet synchronous machine with internal rotor winding of Schleif ⁇ nglaufers, and
  • FIG. 6 shows a fourth embodiment variant of the first electric machine as a permanent-magnet synchronous machine with external rotor winding of the slip ring rotor.
  • a first electric machine 4 is on the one hand via a pulse coupling 5 with an internal combustion engine referred to as internal combustion engine 6 and on the other hand with the front axle 2 on a differential or differential gear 7 is coupled.
  • a second electric machine 8 is coupled via a reduction gear 9 and in turn a differential gear 10 with the rear axle 3 of the vehicle.
  • the first electric machine 4 has a first rotor 11 and a second rotor 12.
  • the first rotor 11 is coupled to the engine 6, while the second rotor 12 is coupled to the front axle 2.
  • the second rotor 12 of the first electric machine 4 is designed as a loop rotor whose slip rings 13 are electrically connected to a first control unit or ECU (engine control unit) 14.
  • a second control unit (ECU or energy control unit) 15 is the second electric machine 8 assigned.
  • the two control devices 14 and 15 are connected to an energy store 16.
  • the second electric machine 8 is designed as a high-speed electric machine, which is coupled via the Unterset ⁇ tion gearbox 9 with the rear axle.
  • the second electric machine 8 can be designed with a comparatively small structural size.
  • the vehicle can be operated with the pulse clutch 5 open via the electrically operated drive.
  • terachse 3 are driven by means of these driving the second electric machine 8 exclusively electrically.
  • the energy required for this purpose is taken from the energy store 16.
  • the first electric machine 4 is raised at idle.
  • the kinetic energy of the first rotor 11 of the first electric machine 4 can be spontaneously introduced into the internal combustion engine 6 via the pulse clutch 5 and this can be started.
  • the front axle 2 is completely decoupled in terms of torque in this process, since no torque is impressed into the first electric machine 4.
  • the internal combustion engine 6 After the internal combustion engine 6 has been started, it can be brought to a speed level n> 2000 rpm, for example, in order to be able to deliver the highest possible torque.
  • the torque is set by the regulation of the first electric machine 4 by means of the control device 14 associated therewith.
  • the first electrical machine 4 operates here ⁇ at in the generator mode, and serves as an electromagnetic LelstungsVerzweigung.
  • a slight reaction torque which optionally occurs on the second rotor 12 of the first electric machine 4 and can act on the front axle 2, can be compensated by a corresponding counter-torque with the second electric machine 8 on the rear axle 3. Practically, however, such a reaction moment will have no influence.
  • n 3000 rpm.
  • the rear axle 3 to be driven ⁇ means of the first electric machine 4 and the second electric machine 8, the vehicle to the front axle 2 and.
  • the second electric machine 8 can remove additional energy from the energy store 16 if necessary.
  • an electromagnetic power branching occurs in the first electric machine 4 in such a way that a power component P mi of the mechanical power P m of the internal combustion engine 6 is transmitted directly to the front axle 2, while the other power component exceeds electric power P el the slip rings 13 of the slip ring rotor 12 of the first electrical Machine 4 discharged and the second electric machine 8 is supplied.
  • an energy recovery is advantageously made possible. If a braking operation is initiated, in which the torque of the internal combustion engine 6 is set to zero without switching off, the rotational speed n of the internal combustion engine 6 will inevitably move towards idling speed.
  • the idler internal combustion engine 6 can be re-centered by means of the first electrical ⁇ rule engine 4 such that the first rotor 11 and the slip ring Laufer 12 run almost the same. This makes it possible to apply the engine 6 very quickly with a torque. The actual recuperation is then carried out essentially via the rear axle 3.
  • the braking operation may be initiated by simultaneously setting the torque of the engine 6 to zero and shutting off the engine 6.
  • the pulse clutch 5 is opened. Parallel to this, the second electric machine 8 is subjected to a braking torque (generator operation).
  • the torque of the first electric machine 4 is set to zero when a braking operation is initiated.
  • the internal combustion engine or the internal combustion engine 6 is then set to idle running speed brought or turned off.
  • a braking torque is applied to the rear axle 3 via the second electric machine 8 and the transmission 9 coupled thereto.
  • the first electric machine 4 is designed as an asynchronous machine or as a synchronous machine, it is possible to operate the second rotor 12 of the first electric machine 4 at a speed which is greater than the speed n of the internal combustion engine 6 (driving at overspeed). , As soon as the rotational speed of the drive shaft 3 is greater than the rotational speed n of the internal combustion engine 4, the direction of rotation of the three-phase current system fed in via the slip rings 13 is reversed. This means that while maintaining the existing torque, the first electric machine 4 passes from the generator mode to the engine mode. The required additional power is supplied by the energy storage 16.
  • FIGS. 3 to 6 show schematically different configurations of the first electric machine 4, by means of which constructive circumstances for the respective application or use case can be taken into account accordingly.
  • FIGS. 3 and 4 show a first electric machine 4 designed as an asynchronous machine
  • FIGS. 5 and 6 represent a permanent-magnet synchronous machine as the first electric machine 4.
  • the electric machine 4 is in this case again designed in Schleif ⁇ ngbauweise.
  • first rotor 11 is designed as a short-circuit Kafiglau- fer.
  • FIG 5 shows a specific embodiment ⁇ matically in turn with mnenrest rotor winding of the slip ring Laufers 12, which is coupled to the front axle. 2
  • the coupled to the internal combustion engine 6 first rotor 11 is then designed with permanent or permanent magnets.
  • the slip ring traveler 12 coupled to the front axle 2 is designed with an external rotor winding, while the first rotor 11 coupled to the internal combustion engine 6 carries the permanent magnets or permanent magnets.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hybridantrieb (1) eines allradgetriebenen Kraftfahrzeugs, mit einer Brennkraftmaschine (6) und mit zwei elektrischen Maschinen (4,8) sowie mit mindestens einem Steuergerät (14,15) und mit einem elektrischen Energiespeicher (16), wobei eine erste elektrische Maschine (4) einen mit der Brennkraftmaschine (6) gekoppelten ersten Rotor (11) und einen als Schleifringläufer ausgeführten und mit der Vorderachse (2) des Kraftfahrzeugs gekoppelten zweiten Rotor (12) aufweist. Eine zweite elektrische Maschine (8) ist, vorzugsweise über ein Untersetzungsgetriebe (9), mit der Hinterachse (3) des Kraftfahrzeugs gekoppelt und elektrisch mit dem Schleifringläufer (12) der ersten elektrischen Maschine (4) über das Steuergerät (14,15) verbunden.

Description

Beschreibung
Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs
Die Erfindung betrifft einen Hybridantrieb eines allradge- triebenen Kraftfahrzeugs, mit einer Brennkraftmaschine und mit mindestens einer elektrischen Maschine. Sie betrifft weiter ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Hybridantriebs .
Kraftfahrzeuge mit einem Hybridantrieb, so genannte Hybridfahrzeuge, sind als Parallel- oder Serienhybrid betreibbar. Solche Hybridfahrzeuge enthalten zusatzlich zu einer Brennkraftmaschine oder einem Verbrennungsmotor in der Regel als weitere Komponenten ein Automatikgetriebe mit einem Drehmomentwandler und ein oder zwei elektrische Antriebe sowie Zwischenkupplungen und einen Energiespeicher (Fahrzeugbatterie) .
Für ein allradgetriebenes Fahrzeug (Allradfahrzeug) ist zudem ein Verteilergetπebe vorgesehen. Bei einem Allradfahrzeug besteht auch die Möglichkeit, zusätzlich zum Energiespeicher einen elektrischen Antrieb mit einem Getriebe für die Hinterachse sowie zwei elektrische Antriebe in Verbindung mit einem Planetengetriebe für die Vorderachse vorzusehen. Hierbei er- folgt eine Leistungsverzweigung über das Planetengetriebe, wobei einer der elektrischen Antriebe für die Vorderachse als Generator arbeitet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hybridantrieb für ein allradgetriebenes Fahrzeug anzugeben, bei dem eine Leistungsverzweigung ohne Planetengetriebe ermöglicht ist. Des Weiteren soll ein besonders geeignetes Verfahren zum Betreiben eines derartigen Hybridantriebs angegeben werden.
Bezuglich des Hybridantriebs wird die genannte Aufgabe erfin- dungsgemaß gelost durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der auf diesen ruckbezogenen Unteranspruche . Dazu ist eine erste elektrische Maschine zum Antrieb der Vorderachse eines Allradfahrzeugs vorgesehen. Die erste elektrische Maschine weist einen mit der nachfolgend auch als Verbrennungsmotor bezeichneten Brennkraftmaschine gekoppelten ersten Rotor und einen als Schleifringlaufer ausgeführten zweiten Rotor auf, der mit der Vorderachse des Kraftfahrzeuges gekoppelt ist. Eine zweite elektrische Maschine, die zum Antrieb der Hinterachse des Allradfahrzeugs dient, ist mit der Hinterachse des Kraftfahrzeugs gekoppelt und elektrisch mit dem Schleifringlaufer, d.h. mit den Schleifringen des zweiten Rotors der ersten elektrischen Maschine über mindestens ein Steuergerat (Engine Control Unit, ECU) verbunden.
Der erste Rotor der ersten elektrischen Maschine ist getriebelos, jedoch zweckmaßigerweise über eine Impulskupplung mit der Brennkraftmaschine gekoppelt. Eine derartige Impulskupplung zwischen dem Verbrennungsmotor und der ersten elektrischen Maschine ist insbesondere dann von Vorteil, wenn nach einer ausschließlich elektrischen Anfahrphase über die Hinterachse der Verbrennungsmotor vollständig ruckfrei gestartet werden soll.
Auf eine derartige Impulskupplung kann insbesondere dann ver- ziehtet werden, wenn die die Hinterachse antreibende zweite Maschine über ein Untersetzungsgetriebe mit der Hinterachse gekoppelt ist. In diesem Fall erfolgt das Reaktionsmoment auf die Vorderachse beim Startvorgang des Verbrennungsmotors durch ein Kompensationsmoment mittels der Kombination aus der zweiten elektrischen Maschine und dem Untersetzungsgetriebe auf die Hinterachse, so dass auf das Fahrzeug keine Ruckwir¬ kung entsteht.
In zweckmäßiger Ausgestaltung sind sowohl die erste elektri- sehe Maschine mit der Vorderachse als auch die zweite elekt¬ rische Maschine mit der Hinterachse jeweils über ein Ausgleichs- oder Differentialgetriebe gekoppelt. Hinsichtlich der Konfiguration der mit der Vorderachse gekoppelten ersten elektrischen Maschine besteht zunächst grundsätzlich die Möglichkeit, diese als Asynchronmaschine oder als permanenterregte Synchronmaschine, jeweils in Schleif- πngbauweise, auszufuhren. In jedem Fall jedoch kann die erste elektrische Maschine mit innen liegender Rotorwicklung o- der auch mit außen liegender Rotorwicklung ausgeführt sein. Bei der Ausfuhrung mit innen liegender Rotorwicklung kann der mit der Brennkraftmaschine gekoppelte erste Rotor als Kurz- schluss-Kafiglaufer ausgeführt sein. Der mit der Vorderachse gekoppelte zweite Rotor weist dann eine Rotorwicklung auf.
Ebenso kann bei der Ausfuhrung der ersten elektrischen Maschine als Asynchronmaschine mit außen liegender Rotorwick- lung der mit der Brennkraftmaschine gekoppelte innen liegende Rotor als Kurzschluss-Kafiglaufer ausgeführt sein, wahrend dann der außen liegende zweite Rotor mit einer Rotorwicklung versehen und als Schleifringlaufer ausgeführt ist.
Bei der Ausfuhrungsform als Synchronmaschine kann wiederum der mit der Vorderachse gekoppelte Schleifπnglaufer als innen liegender oder außen liegender Rotor mit Rotorwicklung ausgeführt sein. Der mit der Brennkraftmaschine gekoppelte erste außen bzw. innen liegender Rotor tragt dann die Perma- nent- oder Dauermagnete.
In besonders geeigneter Ausgestaltung sind zwei Steuergerate (Energie-Steuergeräte) vorgesehen, das einerseits mit den Schleifringen des Schleifringlaufers der ersten elektrischen Maschine sowie andererseits mit der zweiten elektrischen Maschine und mit dem Energiespeicher verbunden sind. Das Ener- gie-Steuergerat steuert die Leistungsverzweigung zwischen den die Vorderachse und die Hinterachse des Allradfahrzeugs antreibenden elektrischen Maschinen. Zweckmaßigerweise ist je- der elektrischen Maschine ein separates Energie-Steuergerät zugeordnet . Bezuglich des Verfahrens wird die Aufgabe erflndungsgemaß ge¬ lost durch die Merkmale der Ansprüche 10 und 11. Hierzu wird die elektrisch betriebene Hinterachse des Allradfahrzeugs mittels der diese antreibenden zweiten elektrischen Maschine elektrisch angefahren. Zeitgleich wird die erste elektrische Maschine - gegebenenfalls bei geöffneter Impulskupplung - im Leerlauf hochgefahren, und über deren ersten Rotor - gegebenenfalls durch spontanes Schließen der Impulskupplung - der Verbrennungsmotor gestartet.
Alternativ wird der erste Rotor der ersten elektrischen Maschine (bei geöffneter Impulskupplung) auf eine vorgegebene Drehzahl beschleunigt und der Verbrennungsmotor (durch spontanes Schließen der Impulskupplung) gestartet. Anschließend wird mit einer wahlbaren Drehmomentverteilung auf die Vorderachse mittels der ersten elektrischen Maschine und auf die Hinterachse mittels der zweiten elektrischen Maschine das Fahrzeug angefahren.
Insbesondere wahrend des Anfahrens des Fahrzeugs erfolgt in der ersten elektrischen Maschine eine elektromagnetische Leistungsverzweigung. Dabei wird ein erster Leistungsanteil des Verbrennungsmotors auf die Vorderachse übertragen, wahrend der andere Leistungsanteil als elektrische Leistung über die Schleifringe des Schleifringlaufers der ersten elektrischen Maschine ausgeleitet und der die Hinterachse antreibenden zweiten elektrischen Maschine zugeführt wird.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbeson- dere darin, dass bei einem Hybridantrieb für ein allradge- triebenes Kraftfahrzeug lediglich zwei elektrische Maschinen erforderlich sind, indem eine Leistungsverzweigung praktisch über eine der beiden elektrischen Maschinen, insbesondere einer der Vorderachse des Kraftfahrzeugs zugeordneten elektri- sehen Maschine erfolgt, die einen Schleifringlaufer aufweist, über den die Ein- bzw. Auskopplung elektrischer Energie erfolgen kann. Daher können eine kostenintensives Getπebe-Ge- nerator-Emheit, insbesondere ein Planetengetriebe mit zuge- ordneter zusätzlicher elektrischer Maschine, entfallen, was mit einer erheblichen Kosteneinsparung verbunden ist.
Ist zwischen der der Vorderachse zugeordneten ersten elektπ- sehen Maschine und dem Verbrennungsmotor (Brennkraftmaschine) eine Impulskupplung vorgesehen, so ist ein Komfortstart des Verbrennungsmotors sichergestellt. Alternativ kann das bremsende Moment auf die Vorderachse beim Starten des Verbrennungsmotors durch ein zusatzliches treibendes Moment auf die Hinterachse ausgeglichen werden, so dass auf das Fahrzeug keine Ruckwirkung entsteht. In diesem Fall kann eine zusatzliche Impulskupplung entfallen.
Nachfolgend werden Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung naher erläutert. Darin zeigen:
FIG 1 in einer Prmzipdarstellung einen Hybridantrieb mit zwei elektrischen Maschinen zum Antrieb der Vorder- und Hinterachse eines Allradfahrzeugs, FIG 2 schematisch den Nennleistungsfluss bei einer Leistungsverzweigung in der die Vorderachse antreibenden ersten elektrischen Maschine,
FIg 3 schematisch eine erste Ausfuhrungsvariante der ersten elektrischen Maschine als Asynchronmaschine mit Kurzschluss-Kafiglaufer und innen liegender Rotorwicklung eines Schleifringlaufers,
FIG 4 in einer Darstellung gemäß FIG 3 eine zweite Aus¬ fuhrungsvariante der ersten elektrischen Maschine als Asynchronmaschine mit Kurzschluss-Kafiglaufer und außen liegender Rotorwicklung des Schleifπng- laufers,
FIG 5 eine dritte Ausfuhrungsvariante der ersten elektrischen Maschine als permanenterregte Synchronmaschine mit innen liegender Rotorwicklung des Schleifπnglaufers, und
FIG 6 eine vierte Ausfuhrungsvariante der ersten elektrischen Maschine als permanenterregte Synchronma- schine mit außen liegender Rotorwicklung des Schleifringlaufers .
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
FIG 1 zeigt schematisch einen Hybridantrieb 1 eines allradge- triebenen Kraftfahrzeugs mit einer Vorderachse 2 und mit einer Hinterachse 3. Eine erste elektrische Maschine 4 ist ei- nerseits über eine Impulskupplung 5 mit einer nachfolgend als Verbrennungsmotor bezeichneten Brennkraftmaschine 6 und andererseits mit der Vorderachse 2 über ein Differential- oder Ausgleichsgetriebe 7 gekoppelt. Eine zweite elektrische Maschine 8 ist über ein Untersetzungsgetriebe 9 sowie wiederum einem Differenzialgetriebe 10 mit der Hinterachse 3 des Fahrzeugs gekoppelt.
Die erste elektrische Maschine 4 weist einen ersten Rotor 11 sowie einen zweiten Rotor 12 auf. Der erste Rotor 11 ist mit dem Verbrennungsmotor 6 gekoppelt, wahrend der zweite Rotor 12 mit der Vorderachse 2 gekoppelt ist. Der zweite Rotor 12 der ersten elektrischen Maschine 4 ist als Schleifπnglaufer ausgeführt, dessen Schleifringe 13 elektrisch verbunden sind mit einem ersten Steuergerat oder ECU (Engine Control Unit) 14. Ein zweites Steuergerat (ECU oder Energie-Steuergerät) 15 ist der zweiten elektrischen Maschine 8 zugeordnet. Die beiden Steuergerate 14 und 15 sind mit einem Energiespeicher 16 verbunden .
Die zweite elektrische Maschine 8 ist als sehr schnell laufende elektrische Maschine ausgeführt, die über das Unterset¬ zungsgetriebe 9 mit der Hinterachse gekoppelt ist. Durch den Einsatz eines solchen Getriebes 9 mit einer Übersetzung von z.B. u=3 bis u=10 kann die zweite elektrische Maschine 8 mit vergleichsweise kleiner Baugroße ausgeführt sein.
Beim Betrieb des Hybridantriebs 1 kann das Fahrzeug bei geöffneter Impulskupplung 5 über die elektrisch betriebene Hin- terachse 3 mittels der diese antreibenden zweiten elektrischen Maschine 8 ausschließlich elektrisch angefahren werden. Die hierfür erforderliche Energie wird dem Energiespeicher 16 entnommen. Gleichzeitig wird die erste elektrische Maschine 4 im Leerlauf hochgefahren.
Ab einer bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit kann die kinetische Energie des ersten Rotors 11 der ersten elektrischen Maschine 4 über die Impulskupplung 5 spontan in den Verbren- nungsmotor 6 eingeleitet und dieser gestartet werden. Die Drehzahl der ersten elektrischen Maschine 4 betrat hierbei beispielsweise n = 2000 U/mm. Die Vorderachse 2 ist bei diesem Vorgang drehmomentmaßig vollständig entkoppelt, da kein Drehmoment in die erstes elektrische Maschine 4 eingeprägt wird.
Nachdem der Verbrennungsmotor 6 gestartet wurde, kann dieser z.B. auf ein Drehzahlniveau n > 2000U/min gebracht werden, um ein möglichst hohes Drehmoment abgeben zu können. Das Drehmo- ment wird hierbei durch die Regelung der ersten elektrischen Maschine 4 mittels des dieser zugeordneten Steuergerätes 14 eingestellt. Die erste elektrische Maschine 4 arbeitet hier¬ bei im Generatorbetrieb und dient als elektromagnetische LelstungsVerzweigung.
Wie in FIG 2 veranschaulicht, erfolgt beim Betrieb des Hybridantriebs 1 im Bereich der ersten elektrischen Maschine 4 eine Leistungsverzweigung. Dabei wird ein Leistungsanteil Pmi der mechanischen Leistung Pm des Verbrennungsmotors 6 direkt auf die Vorderachse 2 übertragen. Der andere Leistungsanteil wird als elektrische Leistung Pei über die Schleifringe 13 des Schleifringlaufers 12 der ersten elektrischen Maschine 4 ausgeleitet und dem mittels der zweiten elektrischen Maschine 8 betriebenen elektrischen Antrieb der Hinterachse 3 zuge- fuhrt.
So kann die vom Verbrennungsmotor 6 gelieferte Leistung von beispielsweise Pm = 100kW in der ersten elektrischen Maschine 4 in eine mechanische Leistung Pmi = 5OkW und eine elektrische Leistung Pel = 5OkW aufgeteilt werden. Hierbei wird - unter Annahme eines Wirkungsgrades von 100% - die mechanische Leistung Pml auf die Vorderachse 2 übertragen und die elekt- πsche Leistung Pei an die zweite elektrischen Maschine 8 weitergeleitet, die dann als mechanische Leistung Pm2 = 5OkW auf die Hinterachse 3 übertragen wird.
Auch kann für ein hybrides Anfahren im Allradmodus bei ste- hendem Fahrzeug und geöffneter Impulskupplung 5 der erste Ro¬ tor 12 der ersten elektrischen Maschine 4 auf eine bestimmte Drehzahl, beispielsweise wiederum n = 2000U/min beschleunigt und durch schlagartiges Schließen der Impulskupplung 5 der Verbrennungsmotor 6 gestartet werden. Ein geringfügiges Reak- tionsmoment, das gegebenenfalls am zweiten Rotor 12 der ersten elektrischen Maschine 4 auftreten und auf die Vorderachse 2 wirken kann, kann durch ein entsprechendes Gegenmoment mit der zweiten elektrischen Maschine 8 auf die Hinterachse 3 kompensiert werden. Praktisch wird jedoch ein solches Reakti- onsmoment keinen Einfluss haben.
Um ein möglichst großes Drehmoment zur Verfugung zu stellen, wird nun der Verbrennungsmotor 6 auf eine Drehzahl von beispielsweise n = 3000U/min gebracht. Anschließend kann mit ei- ner wahlbaren Drehmomentverteilung auf die Vorderachse 2 und die Hinterachse 3 mittels der ersten elektrischen Maschine 4 bzw. mit der zweiten elektrischen Maschine 8 das Fahrzeug an¬ gefahren werden. Gegebenenfalls kann die zweite elektrische Maschine 8 bei Bedarf zusatzliche Energie aus dem Energie- Speicher 16 entnehmen.
Wahrend des Anfahrens des Fahrzeugs tritt wiederum in der ersten elektrischen Maschine 4 eine elektromagnetische Leistungsverzweigung derart auf, dass ein Leistungsanteil Pmi der mechanischen Leistung Pm des Verbrennungsmotors 6 direkt auf die Vorderachse 2 übertragen wird, wahrend der andere Leistungsanteil als elektrische Leistung Pel über die Schleifringe 13 des Schleifringlaufers 12 der ersten elektrischen Maschine 4 ausgeleitet und der zweiten elektrischen Maschine 8 zugeführt wird.
Wahrend eines Bremsvorgangs des Fahrzeugs ist eine Energie- ruckgewmnung (Rekuperation) vorteilhafterweise ermöglicht. Wird ein Bremsvorgang eingeleitet, in dem das Drehmoment des Verbrennungsmotors 6 ohne Abschaltung auf null gesetzt wird, so wird sich die Drehzahl n des Verbrennungsmotors 6 zwangsläufig hin zur Leerlaufdrehzahl bewegen. Alternativ kann der leer laufende Verbrennungsmotor 6 mittels der ersten elektri¬ schen Maschine 4 derart nachgefuhrt werden, dass der erste Rotor 11 und der Schleifringlaufer 12 nahezu gleich laufen. Hierdurch ist es möglich, den Verbrennungsmotor 6 sehr schnell mit einem Drehmoment zu beaufschlagen. Die eigentli- che Rekuperation wird dann im Wesentlichen über die Hinterachse 3 vorgenommen.
Alternativ kann der Bremsvorgang eingeleitet werden, indem gleichzeitig das Drehmoment des Verbrennungsmotors 6 zu null gesetzt und der Verbrennungsmotor 6 abgeschaltet wird. Gegebenenfalls wird auch die Impulskupplung 5 geöffnet. Parallel hierzu wird die zweite elektrische Maschine 8 mit einem Bremsmoment (Generatorbetrieb) beaufschlagt.
Um einen schnellen Wiederanlauf des Verbrennungsmotors 6 über die Impulskupplung 5 zu gewahrleisten, kann der erste Rotor 11 der ersten elektrischen Maschine 4 auf eine gewünschte Drehzahl von z. B. n = 2000U/min unabhängig von der Drehzahl des zweiten Rotors 12 der ersten elektrischen Maschine 4 ge- bracht werden. Damit ist genügend kinetische Energie im ersten Rotor 11 vorhanden, um den Verbrennungsmotor 6 bei Bedarf neu zu starten.
Ist in der Ankopplung der ersten elektrischen Maschine 4 zur Brennkraftmaschine 6 keine Impulskupplung 5 vorgesehen, so wird bei Einleitung eines Bremsvorganges das Drehmoment der ersten elektrischen Maschine 4 auf null gesetzt. Der Verbrennungsmotor bzw. die Brennkraftmaschine 6 wird dann auf Leer- laufdrehzahl gebracht oder ausgeschaltet. Gleichzeitig wird über die zweite elektrische Maschine 8 und das mit dieser gekoppelte Getriebe 9 ein Bremsmoment auf die Hinterachse 3 eingebracht .
Wird die erste elektrische Maschine 4 als Asynchronmaschine oder als Synchronmaschine ausgeführt, so besteht die Möglichkeit, den zweiten Rotor 12 der ersten elektrischen Maschine 4 mit einer Drehzahl zu betreiben, die großer ist als die Dreh- zahl n des Verbrennungsmotors 6 (Fahren mit Uberdrehzahl) . Sobald die Drehzahl der Antriebswelle 3 großer ist als die Drehzahl n des Verbrennungsmotors 4, so kehrt sich die Drehrichtung des über die Schleifringe 13 eingespeisten Drehstromsystems um. Dies bedeutet, dass unter Beibehaltung des vorhandenen Drehmoments die erste elektrische Maschine 4 vom Generatorbetrieb in den Motorbetrieb übergeht. Die erforderliche zusätzliche Leistung wird vom Energiespeicher 16 geliefert.
Die FIG 3 bis 6 zeigen schematisch unterschiedliche Konfigurationen der ersten elektrischen Maschine 4, mittels derer konstruktive Gegebenheiten für den jeweiligen An- oder Verwendungsfall entsprechend berücksichtigt werden können. So zeigen die FIG 3 und 4 eine als Asynchronmaschine ausgeführte erste elektrische Maschine 4, wahrend die FIG 5 und 6 eine permanenterregte Synchronmaschine als erste elektrische Maschine 4 darstellen. Die elektrische Maschine 4 ist hierbei wiederum in Schleifπngbauweise ausgeführt.
In der Ausfuhrungsform nach FIG 3 mit innenliegender Rotorwicklung des ersten Rotors bzw. des mit der Vorderachse 2 ge¬ koppelten Schleifringlaufers 12 ist der mit der Brennkraftmaschine 6 gekoppelte erste Rotor 11 als Kurzschluss-Kafiglau- fer ausgeführt.
Bei der Ausfuhrungsform nach FIG 4 ist der mit der Vorderachse 2 gekoppelte Schleifπnglaufer 12 mit außenliegender Rotorwicklung ausgeführt. Der erste Rotor 11 dieser als Asyn- chronmaschine ausgeführten ersten elektrischen Maschine 4 ist dann als Kurzschluss-Kafiglaufer ausgeführt.
Analog verhalt es sich bei den Ausfuhrungen der ersten elekt- πschen Maschine 4 als Synchronmaschine. So zeigt FIG 5 sche¬ matisch eine Ausfuhrungsform wiederum mit mnenliegender Rotorwicklung des Schleifringlaufers 12, der mit der Vorderachse 2 gekoppelt ist. Der mit der Brennkraftmaschine 6 gekoppelte erste Rotor 11 ist dann mit Permanent- oder Dauer- magneten ausgeführt.
Bei der Ausfuhrungsform nach FIG 6 ist der mit der Vorderachse 2 gekoppelte Schleifringlaufer 12 mit außenliegender Rotorwicklung ausgeführt, wahrend der mit der Brennkraftma- schine 6 gekoppelte erste Rotor 11 die Permanent- bzw. Dauermagneten tragt.

Claims

Patentansprüche
1. Hybridantrieb (1) eines allradgetπebenen Kraftfahr- zeug, mit einer Brennkraftmaschine (6) und mit zwei e- lektπschen Maschinen (4,8) sowie mit mindestens einem Steuergerat (14,15) und mit einem elektrischen Energiespeicher (16),
- wobei eine erste elektrische Maschine (4) einen mit der Brennkraftmaschine (6) gekoppelten ersten Rotor
(11) und einen als Schleifringlaufer ausgeführten und mit der Vorderachse (2) des Kraftfahrzeugs gekoppelten zweiten Rotor (12) aufweist, und
- wobei eine zweite elektrische Maschine (8) mit der Hinterachse (3) des Kraftfahrzeugs gekoppelt und elektrisch mit dem Schleifringlaufer (12) der ersten elektrischen Maschine (4) über das Steuergerat (14,15) verbunden ist.
2. Hybridantrieb (1) nach Anspruch 1, wobei der erste Rotor (11) der ersten elektrischen Maschine (4) getriebelos mit der Brennkraftmaschine (6) gekoppelt ist.
3. Hybridantrieb (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Rotor (11) der ersten elektrischen Maschine (4) über eine Impulskupplung (5) mit der Brennkraftmaschine (6) gekoppelt ist.
4. Hybridantrieb (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wo- bei der als Schleifringlaufer ausgeführte zweite Rotor
(12) der ersten elektrischen Maschine (4) mit der Vorderachse (2) über ein Differentialgetriebe (7) gekoppelt ist.
5. Hybridantrieb (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wo¬ bei die zweite elektrische Maschine (8) über ein Untersetzungsgetriebe (9), insbesondere mit nachgeschaltetem Differentialgetriebe (10), mit der Hinterachse (3) des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist.
6. Hybridantrieb (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wo- bei die erste elektrische Maschine (4) als Asynchronma¬ schine mit Kurschluss-Kafiglaufer oder als permanenterregte Synchronmaschine in Schleifπngbauweise ausgeführt ist.
7. Hybridantrieb (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wo¬ bei die erste elektrische Maschine (4) mit außen oder innen liegendem Schleifringlaufer (12) ausgeführte ist.
8. Hybridantrieb (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wo- bei der ersten elektrischen Maschine (4) und der zweiten elektrischen Maschine (8) jeweils ein mit dem Energiespeicher (16) verbundenes Steuergerat (14,15) zugeordnet ist.
9. Hybridantrieb (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das mit den Schleifringen (13) des als Schleifπng- laufer ausgeführten zweiten Rotors (12) der ersten e- lektπschen Maschine (4) und mit dem Energiespeicher (16) verbundene Steuergerat (14, 15) die Leistungsver- zweigung zwischen den elektrischen Maschinen (4,8) und/oder der Brennkraftmaschine (6) steuert.
10. Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebs (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, - bei dem die elektrisch betriebene Hinterachse (3) mittels der diese antreibenden zweiten elektrischen Maschine (8) elektrisch angefahren wird, - bei dem die erste elektrische Maschine (4) im Leerlauf hochgefahren wird, und - bei dem über den ersten Rotor (11) der ersten e- lektrischen Maschine (4) die Brennkraftmaschine (6) gestartet wird.
11. Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebs (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
- bei dem der erste Rotor (11) der ersten elektrischen Maschine (4), gegebenenfalls bei geöffneter Impulskupplung (5), auf eine vorgegebene Drehzahl
(n) beschleunigt und der Verbrennungsmotor (6), gegebenenfalls durch spontanes Schleißen der Impulskupplung (5), gestartet wird, und
- bei dem mit einer wahlbaren Drehmomentverteilung auf die Vorderachse (2) mittels der ersten elektri¬ schen Maschine (4) und auf die Hinterachse (3) mittels der zweiten elektrischen Maschine (8) das Fahrzeug angefahren wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem in der ersten elektrischen Maschine (4) eine elektromagnetische Leistungsverzweigung erfolgt derart, dass ein erster Leistungsanteil (Pmi) des Verbrennungsmotors (6) auf die Vorderachse (2) übertragen und der andere Leis- tungsanteil als elektrische Leistung (Pei) über die
Schleifringe (13) des Schleifringlaufers (12) aus der ersten elektrischen Maschine (4) über das Steuergerat (14,15) ausgeleitet und der zweiten elektrischen Maschine (8) über das Steuergerat (15,14) zugeführt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem beim Bremsen des Fahrzeugs mittels der zweiten elektri¬ schen Maschine (8) im Generatorbetrieb mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt und dem Ener- giespeicher (16) zugeführt wird.
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