WO2019141459A1 - Fahrzeug mit verteilergetriebe und verfahren zum betrieb eines fahrzeugs mit einem verteilergetriebe - Google Patents

Fahrzeug mit verteilergetriebe und verfahren zum betrieb eines fahrzeugs mit einem verteilergetriebe Download PDF

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WO2019141459A1
WO2019141459A1 PCT/EP2018/085293 EP2018085293W WO2019141459A1 WO 2019141459 A1 WO2019141459 A1 WO 2019141459A1 EP 2018085293 W EP2018085293 W EP 2018085293W WO 2019141459 A1 WO2019141459 A1 WO 2019141459A1
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vehicle
transfer case
electric machine
drive
offset drive
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PCT/EP2018/085293
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Daniel Lindvai-Soos
Alexander Hehenberger
Daniel Prix
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Magna powertrain gmbh & co kg
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the invention relates to a vehicle with a longitudinal engine and permanent Schuachs- drive, which has an internal combustion engine and an electric machine, wherein a transfer case drive torque distributed as needed on two drive axles.
  • the invention relates to a method for operating a vehicle with egg nem transfer case.
  • central differentials are used. These have a fixed torque distribution between the front and rear axles.
  • An advantage of central differen- tials is that the torque can be distributed correctly even with kinematic slippage.
  • a transfer case with multi-plate clutch is for example from the
  • the at least partial electrification of the motor vehicle or the motor driving powertrain in the foreground is in particular the at least partial electrification of the motor vehicle or the motor driving powertrain in the foreground.
  • the at least partial hybridization of the motor vehicle or of the motor vehicle drive balances between reduced fuel consumption, sufficient range and good performance.
  • One way to reduce fuel consumption are mild hybrid driving witnesses, in which an electric machine is integrated into the drive train to relieve the internal combustion engine in the train operation by additional power and recuperate energy in overrun.
  • the object of the invention is to provide an optimal arrangement of an electric Ma chine in the existing four-wheel drive train. Description of the invention
  • the object is achieved with a vehicle with a longitudinal engine and with a Ver divider gearbox for four-wheel drive with at least one input shaft and two output shafts which are verbun verbun in each case with the axes of the vehicle or to connect, wherein an electric machine with at least one of the output shafts can be connected via a first offset drive, wherein the electric machine is mounted parallel to a clutch of the transfer case and engages on one of the output shafts via a second offset drive.
  • the electrical machine can be optimally integrated into the existing space, the components of a non-electrified transfer case are used.
  • the rotor of the electric machine drives the second offset drive via a reduction gear and / or an interrupter unit.
  • the elastic machine can also be placed close to the clutch. It is advantageous that the first offset drive on the clutch basket of the hitch be rotatably rests and the second offset drive on the output shaft to Hin terachse rotatably connected.
  • the electric machine is designed to both contribute torque to the powertrain and to recuperate energy in the de-energized state.
  • the arrangement drag losses in the second drive train are avoided for derachse ago.
  • Fig. 1 shows an embodiment of the invention.
  • Fig. 2 shows another possible embodiment of the invention.
  • the installation space of an existing transfer case 1 is used to integrate an electric machine.
  • the Verteilerge gear has an input shaft 3, a first output shaft 4a and a second output shaft 4b.
  • the input shaft 3 is connected to a drive unit of the motor vehicle, for example, an internal combustion engine 2, connected.
  • the first output shaft 4a is connected to a first axis 20 of the motor vehicle, for example the flinter axle, in particular via a first axle differential 21.
  • the second output shaft 22 is connected to a second axle of the motor vehicle, for example the front axle, in particular via a second axle differential 23.
  • the transfer case 1 further has a Drehmomentübertra transmission device 10, which has a clutch 5, to selectively distribute an input via the input shaft 3 drive torque to the first output shaft 4a and the second output shaft 4b.
  • a Drehmomentübertra transmission device 10 which has a clutch 5, to selectively distribute an input via the input shaft 3 drive torque to the first output shaft 4a and the second output shaft 4b.
  • the input shaft 3 and the second output shaft 4b are usually arranged at different heights, wherein between the torque transmitting device 10 and the second output shaft 4b, an offset drive 7 is provided.
  • This offset drive 7 may be formed as a chain drive, which has a lower sprocket 7a and an upper sprocket 7b, the verbun via a chain 7c are the.
  • the lower sprocket 7a is rotatably coupled to the second output shaft 4b.
  • the upper sprocket 7a is non-rotatably coupled to an output element of the torque transmission device 10.
  • the clutch 5 controls the torque for the four-wheel drive, which is passed through the offset drive 7 to the output shaft 4b.
  • the offset drive 11 is designed to be combined with the output of the clutch 5, wherein the clutch basket 5a is connected to the upper sprocket 7b or is made in one piece.
  • a control unit 6 controls the clutch 5 and is connected to the control of the Ver divider and / or a vehicle control.
  • An electric machine 8 is parallel to the first output shaft 4a and the
  • Coupling 5 is arranged.
  • the electric machine 8 has a rotor 8a, the egg nen rotor shaft 8b drives
  • the rotor shaft 8b of the electric machine 8 is connected to a sun 9a of the reduction gear 9.
  • About the Plan th 9b of the planet carrier 9c is driven, which is connected to the interrupter unit 10.
  • a second offset drive 12 connects the electric machine 8 to the output shaft 4a via, for example, a chain drive with a lower sprocket 12a and an upper sprocket 12b and a chain 12c.
  • the electric machine is connected via the second offset drive with the output shaft 4b to the rear axle 20 of the vehicle and can contribute to both drive performance or recuperate.
  • the drive line of the electric machine 8 is always distributed over the transfer case, while the Re kuper Schl takes place only for the rear axle.
  • the drive train between clutch 5 and front axle 22 can be shut down, which serves to reduce the drag torque and thus increase the recuperation potential.
  • the embodiment of Figure 2 differs in the coupling of the electric machine 8.
  • the rotor 8a of the electric machine 8 is formed as a hollow shaft 15 and the rotor shaft 8b drives the planet 9b of the reduction gear 9 at.
  • the carrier 9c of the reduction gear 9 is connected to an inner shaft 24 which runs in the hollow shaft 15 and adjoins the interruption unit 10.
  • the reduction gear 9 and the interrupter unit 10 are mounted on both sides of the ek lectical machine, which is possible by the solution with the hollow shaft and saves space.

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Abstract

Fahrzeug mit Längsmotor (2) und mit einem Verteilergetriebe (1) für Vierrad-Antrieb mit wenigstens einer Eingangswelle (3) und zwei Ausgangswellen (4a, 4b), die jeweils mit den Achsen (20, 22) des Fahrzeugs antriebswirksam verbunden oder zu verbinden sind, wobei eine elektrische Maschine (8) mit mindestens einer der Ausgangswellen (4a, 4b) über einen ersten Offseteintrieb (11) verbindbar ist, wobei die elektrische Maschine (8) parallel zu einer Kupplung (5) des Verteilergetriebes (1) angebracht ist und über einen zweiten Offseteintrieb (12) an einer der Ausgangswellen (4a) angreift.

Description

Fahrzeug mit Verteilerqetriebe und Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs mit ei nem Verteilerqetriebe
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit Längsmotor und permanenten Hinterachs- antrieb, das einen Verbrennungsmotor und eine elektrische Maschine aufweist, wobei ein Verteilergetriebe Antriebsmomente bedarfsgerecht auf zwei An triebsachsen verteilt.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs mit ei nem Verteilergetriebe.
Stand der Technik
Allrad-Kraftfahrzeuge sind unter anderem wegen des erhöhten Kraftstoffver brauchs und der steigenden Anforderungen in Bezug auf Abgasrichtlinien Objekt steter Weiterentwicklung. Auf Grund der strikteren Anforderungen der Abgasnor men für PKWs ist es erforderlich, vor allem bei allradgetriebenen Fahrzeugen, Effi zienz steigernde Maßnahmen umzusetzen.
Der zusätzliche Kraftstoffverbrauch, und die daraus entstehende Abgaserhöhung, von allradgetriebenen Fahrzeugen kann durch Abschalten der Allradfähigkeit ein geschränkt werden. Bei aktuellen Lösungen, z.B. reibkupplungsbasierende Trans fer Cases, wird dies durch komplettes Öffnen der Reiblamellenkupplung realisiert. Der Verzicht auf Allradantrieb stellt keine Alternative dar, da viele Fahrzeugher steller aus Gründen der Fahrdynamik auf Allradantrieb setzen.
Bisher bekannte Systeme, welche auf der Technologie von Reiblamellenkupplun gen basieren, können voll variabel gesteuert werden und eine Drehmomentvertei lung von 0% bis 100% an die Sekundärachse bereitstellen. Allradsysteme, welche auf Reiblamellenkupplungen basieren, haben den Nachteil, dass auftretende Drehzahldifferenzen an den Achsen Einfluss auf das absetzbare Drehmoment an der Sekundärachse haben. Durch ein Reiblamellenkupplung basierendes Allrad system kann also eine Drehmomentverteilung eingestellt werden.
Aber bei vollem Lenkeinschlag und gleichzeitig hohem Reibwert an der Kupplung ist die Drehmomentverteilung begrenzt, da der kinematische Reifenschlupf zwi- sehen den Achsen an der Reiblamellenkupplung ebenso durch Schlupf in der Reiblamellenkupplung erlaubt werden muss.
Alternativ werden auch Zentraldifferenziale eingesetzt. Diese haben eine fixe Drehmomentverteilung zwischen Vorder- und Hinterachse. Ein Vorteil bei Zentral- differenzialen ist dabei, dass das Drehmoment auch bei kinematischem Schlupf richtig verteilt werden kann.
Ein Verteilergetriebe mit Lamellenkupplung ist beispielsweise aus der
DE 10 2012 210 895 B4 bekannt.
Im Zusammenhang mit der Reduktion des Kraftstoffverbrauchs steht insbesondere die zumindest teilweise Elektrifizierung des Kraftfahrzeugs bzw. des Kraftfahr zeugantriebstrangs im Vordergrund. Die zumindest teilweise Hybridisierung des Kraftfahrzeugs bzw. des Kraftfahrzeugantriebs stellt den Spagat zwischen redu- ziertem Kraftstoffverbrauch, ausreichender Reichweite und guter Performance her. Eine Möglichkeit zur Reduktion von Kraftstoffverbrauch sind milde Hybridfahr zeuge, bei denen eine elektrische Maschine in den Antriebsstrang integriert wird, um im Zugbetrieb die Verbrennungskraftmaschine durch zusätzliche Leistung zu entlasten und im Schubbetrieb Energie zu rekuperieren.
Aufgabe der Erfindung ist es eine optimale Anordnung einer elektrischen Ma schine im bestehenden Allradantriebsstrang bereitzustellen. Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Fahrzeug mit Längsmotor und mit einem Ver teilergetriebe für Vierradantrieb mit wenigstens einer Eingangswelle und zwei Aus- gangswellen, die jeweils mit den Achsen des Fahrzeugs antriebswirksam verbun den oder zu verbinden sind, wobei eine elektrische Maschine mit mindestens einer der Ausgangswellen über einen ersten Offseteintrieb verbindbar ist, wobei die elektrische Maschine parallel zu einer Kupplung des Verteilergetriebes angebracht ist und über einen zweiten Offseteintrieb an einer der Ausgangswellen angreift. Durch diese bauliche Ausgestaltung lässt sich die elektrische Maschine optimal in den vorhandenen Bauraum integrieren, wobei die Komponenten eines nicht elektrifizierten Verteilergetriebes benutzt werden.
Es ist von Vorteil, dass der Rotor der elektrischen Maschine über ein Reduktions- getriebe und/oder eine Unterbrechereinheit den zweiten Offseteintrieb treibt.
Durch die parallele Anordnung der elektrischen Maschine zur Kupplung wird zwar zu der normalen Offseteintreib eine zweiter notwendig, aber dadurch kann die elastische Maschine auch dicht an der Kupplung platziert werden. Dabei ist es vorteilhaft, dass der erste Offseteintrieb am Kupplungskorb der Kupp lung drehfest anliegt und der zweite Offseteintrieb an der Ausgangswelle zur Hin terachse drehfest angebunden ist.
Die elektrische Maschine ist so ausgelegt, dass sie sowohl Drehmoment für den Antriebsstrang beiträgt, als auch Energie im antriebslosen Zustand rekuperiert. Durch die Anordnung werden Schleppverluste im zweiten Antriebsstrang zur Vor derachse vermieden.
ist. Baulich ist es optimal, wenn die elektrische Maschine im Verteilergetriebe ver baut ist. Ein solches Fahrzeug hat den Vorteil, dass die elektrische Maschine sowohl Dreh moment für den Antriebsstrang beiträgt, als auch Energie im antriebslosen Zu stand rekuperiert. Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einem Verfahren zum Betrieb eines Fahr zeugs mit einem Verteilergetriebe, wobei die elektrische Maschine Energie der Flinterachse des Fahrzeugs oder von beiden Achsen des Fahrzeugs rekuperiert.
Beschreibung der Figuren
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform der Erfindung.
Als Ausgangsbasis wird der Bauraum eines bestehenden Verteilergetriebes 1 ver- wendet, um eine elektrische Maschine zu integrieren.
Verteilergetriebe dienen in einem Kraftfahrzeug zur variablen Verteilung des An triebsmoments auf die beiden Fahrzeugachsen. Hierfür besitzt das Verteilerge triebe eine Eingangswelle 3, eine erste Ausgangswelle 4a und eine zweite Aus- gangswelle 4b. Die Eingangswelle 3 ist mit einer Antriebseinheit des Kraftfahr zeugs, beispielsweise einer Verbrennungskraftmaschine 2, verbunden. Die erste Ausgangswelle 4a ist mit einer ersten Achse 20 des Kraftfahrzeugs, beispiels weise der Flinterachse, verbunden, insbesondere über ein erstes Achsdifferential 21. Die zweite Ausgangswelle 22 ist mit einer zweiten Achse des Kraftfahrzeugs, beispielsweise der Vorderachse, verbunden, insbesondere über ein zweites Achs differential 23. Das Verteilergetriebe 1 besitzt ferner eine Drehmomentübertra gungseinrichtung 10, die eine Kupplung 5 aufweist, um ein über die Eingangs- welle3 eingeleitetes Antriebsmoment wahlweise auf die erste Ausgangswelle 4a und die zweite Ausgangswelle 4b zu verteilen. Beispielsweise kann die erste Aus- gangswelle 4a mit der Eingangswelle 3 einteilig ausgebildet oder drehtest verbun den sein, wobei eine Reibungskupplung die Eingangswelle 3 wahlweise auch mit der zweiten Ausgangswelle variabel koppelt.
Die Eingangswelle 3 und die zweite Ausgangswelle 4b sind üblicherweise in unter- schiedlichen Höhen angeordnet, wobei zwischen der Drehmomentübertragungs einrichtung 10 und der zweiten Ausgangswelle 4b ein Versatztrieb 7 vorgesehen ist. Dieser Versatztrieb 7 kann als ein Kettentrieb ausgebildet sein, der ein unteres Kettenrad 7a und ein oberes Kettenrad 7b aufweist, die über eine Kette 7c verbun den sind. Das untere Kettenrad 7a ist mit der zweiten Ausgangswelle 4b drehfest gekoppelt. Das obere Kettenrad 7a ist mit einem Ausgangselement der Drehmo mentübertragungseinrichtung 10 drehfest gekoppelt.
Die Kupplung 5 regelt hier das Drehmoment für den Allradbetrieb, das über den Versatztrieb 7 auf die Ausgangswelle 4b geleitet wird.
Der Offseteintrieb 11 ist mit dem Abtrieb der Kupplung 5 kombiniert ausgeführt, wobei der Kupplungskorb 5a mit dem oberen Kettenrad 7b verbunden ist oder ein teilig ausgeführt wird.
Eine Regeleinheit 6 steuert die Kupplung 5 an und ist mit der Steuerung des Ver teilergetriebes und/oder einer Fahrzeugsteuerung verbunden.
Eine elektrische Maschine 8 ist parallel zur ersten Ausgangswelle 4a und der
Kupplung 5 angeordnet. Die elektrische Maschine 8 besitzt einen Rotor 8a, der ei nen Rotorwelle 8b antreibt
An der elektrischen Maschine 8 sind ein Reduktionsgetriebe 9 und/oder eine Un- terbrechereinheit 10 angebracht.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist die Rotorwelle 8b der elektrischen Ma schine 8 mit einer Sonne 9a des Reduktionsgetriebes 9 verbunden. Über die Plan ten 9b wird der Planetenträger 9c angetrieben, der mit der Unterbrechereinheit 10 verbunden ist. Ein zweiter Offseteintrieb 12 verbindet die elektrische Maschine 8 mit der Aus gangswelle 4a über beispielsweise einen Kettentrieb mit einem unteren Kettenrad 12 a und einem oberen Kettenrad 12b und eine Kette 12c.
Damit ist die elektrische Maschine über den zweiten Offseteintrieb mit der Aus- gangswelle 4b zur Hinterachse 20 des Fahrzeugs verbunden und kann sowohl An triebsleistung beisteuerten oder rekuperieren. Die Antriebsleitung der elektrischen Maschine 8 wird dabei immer über das Verteilergetriebe verteilt, während das Re kuperieren nur für die Hinterachse erfolgt. Dadurch kann der Antriebsstrang zwischen Kupplung 5 und Vorderachse 22 still gelegt werden, was zur Senkung der Schleppmomente und somit Steigerung des Rekuperationspotentials dient.
Die Ausführungsform nach Figur 2 unterscheidet sich in der Ankopplung der elektrischen Maschine 8. Der Rotor 8a der elektrischen Maschine 8 ist als Hohl welle 15 ausgebildet und die Rotorwelle 8b treibt die Planeten 9b des Unterset zungsgetriebes 9 an. Der Träger 9c des Untersetzungsgetriebes 9 ist mit einer, in der Hohlwelle 15 verlaufenden, inneren Welle 24 verbunden, die an der Unterbre- chereinheit 10 ansetzt.
Das Reduktionsgetriebe 9 und die Unterbrechereinheit 10 sind beidseitig der ek lektischen Maschine angebracht, was durch die Lösung mit der Hohlwelle möglich wird und Bauraum einspart.
Bezugszeichenliste
1 Verteilergetriebe
2 Verbrennungskraftmaschine
3 Eingangswelle
4 Ausgangswelle
5 Kupplung
5a Kupplungskorb
6 Regeleinheit
7 Versatztrieb
7a unteres Kettenrad
7b oberes Kettenrad
7c Kette
8 Elektrische Maschine 8a Rotor
8b Rotorwelle
9 Reduktionsgetriebe
9a Sonne
9b Planeten
9c Träger
10 Unterbrechereinheit
11 Offseteintrieb
12 Zweiter Offseteintrieb 12a unteres Kettenrad 12b oberes Kettenrad
12c Kette
15 Hohlwelle
20 erste Achse, Hinterachse erstes Achsdifferential zweite Achse, Vorderachse zweites Achsdifferential innere Welle

Claims

Ansprüche
1. Fahrzeug mit Längsmotor (2) und mit einem Verteilergetriebe (1 ) für Vierrad-An- trieb mit wenigstens einer Eingangswelle (3) und zwei Ausgangswellen (4a, 4b), die jeweils mit den Achsen (20, 22) des Fahrzeugs antriebswirksam verbunden oder zu verbinden sind, wobei eine elektrische Maschine (8) mit mindestens einer der Ausgangswellen (4a, 4b) über einen ersten Offseteintrieb (11 ) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (8) parallel zu einer Kupp- lung (5) des Verteilergetriebes (1 ) angebracht ist und über einen zweiten Offset eintrieb (12) an einer der Ausgangswellen (4a) angreift.
2. Fahrzeug mit einem Verteilergetriebe (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekenn zeichnet, dass der Rotor (8a) der elektrischen Maschine (8) über ein Reduktions- getriebe (9) und/oder eine Unterbrechereinheit (10) den zweiten Offseteintrieb (12) treibt.
3. Fahrzeug mit einem Verteilergetriebe (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, dass der Rotor (8a) eine Rotorwelle (8b) treibt, die an dem Unter- Setzungsgetriebe (9) angreift.
4. Fahrzeug mit einem Verteilergetriebe (1 ) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, dass die Rotorwelle (8b) eine Flohlwelle (15) ist.
5. Fahrzeug mit einem Verteilergetriebe (1 ) nach Anspruch 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, dass das Reduktionsgetriebe (9) und/oder eine Unterbrechereinheit (10) den zweiten Offseteintrieb (12) treibt.
6. Fahrzeug mit einem Verteilergetriebe (1 ) nach Anspruch 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, dass der erste Offseteintrieb (11 ) am Kupplungskorb (5a) der Kupp lung (5) drehfest anliegt und der zweite Offseteintrieb (12) an der Ausgangswelle (4a) zur Hinterachse (20 drehfest angebunden ist.
7. Fahrzeug mit einem Verteilergetriebe (1 ) nach Anspruch 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, dass die elektrische Maschine sowohl Drehmoment für den An triebsstrang beiträgt, als auch Energie im antriebslosen Zustand rekuperiert.
8. Fahrzeug mit einem Verteilergetriebe (1 ) nach Anspruch 1 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, dass die elektrische Maschine (8) im Verteilergetriebe (1 ) verbaut ist.
9. Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs mit einem Verteilergetriebe (1 ) nach den vorhergehenden Ansprüchen, wobei die elektrische Maschine Energie der Hinterachse des Fahrzeugs rekuperiert.
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