WO2019149572A1 - Hybrid-antriebsaggregat für ein fahrzeug - Google Patents

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WO2019149572A1
WO2019149572A1 PCT/EP2019/051476 EP2019051476W WO2019149572A1 WO 2019149572 A1 WO2019149572 A1 WO 2019149572A1 EP 2019051476 W EP2019051476 W EP 2019051476W WO 2019149572 A1 WO2019149572 A1 WO 2019149572A1
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WO
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drive unit
electric machine
combustion engine
internal combustion
drive
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PCT/EP2019/051476
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Inventor
Benjamin SCHLAEPFER
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60K5/00—Arrangement or mounting of internal-combustion or jet-propulsion units
    • B60K5/04—Arrangement or mounting of internal-combustion or jet-propulsion units with the engine main axis, e.g. crankshaft axis, transversely to the longitudinal centre line of the vehicle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60K17/22—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles characterised by arrangement, location, or type of main drive shafting, e.g. cardan shaft
    • B60K17/24—Arrangements of mountings for shafting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60K5/12—Arrangement of engine supports
    • B60K5/1208—Resilient supports
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/92—Hybrid vehicles

Definitions

  • the invention relates to a hybrid drive unit for a vehicle
  • a vehicle typically has a relatively high dead weight power unit attached to the body and / or chassis of the vehicle. During operation of the vehicle can be excited by the roadway on the body or on the chassis and / or by a drive motor of the drive unit vibrations of the drive unit.
  • the drive unit of a vehicle with hybrid drive has both a combustion engine and at least one electric machine or an electric motor.
  • the electric machine can have a relatively high drive power and a relatively high weight.
  • Antri ebsmotoren a hybrid drive unit can lead to complex vibration modes and / or modes of the drive unit during operation of a vehicle.
  • the different vibration modes and / or modes can lead to problems in the acoustics (in particular in the range of 200 Hz and less) and / or the strength of a drive unit.
  • the present document addresses the technical problem of providing a hybrid power plant for a vehicle with high strength and low acoustic stress.
  • a power plant for a vehicle such as for a road vehicle (in particular a passenger car or a
  • the drive unit comprises an electric machine (also referred to in this document as an electric motor) and an internal combustion engine. Both the electric machine (also referred to in this document as an electric motor) and an internal combustion engine. Both the electric machine (also referred to in this document as an electric motor) and the internal combustion engine. Both the electric machine (also referred to in this document as an electric motor) and the internal combustion engine. Both the electric machine (also referred to in this document as an electric motor) and an internal combustion engine. Both the
  • Electric machine and the internal combustion engine are set up, via a respective drive shaft drive power to drive the vehicle
  • the first page may e.g. (With respect to an x-axis or a longitudinal axis of the vehicle) be a right or a left side.
  • the electric machine may be configured to provide a substantial portion (e.g., 50% or more) of the total drive power of the power plant.
  • the drive unit comprises a transmission which is adapted to couple the drive shafts of the electric machine and the internal combustion engine on the first side of the drive unit with an output shaft of the drive unit. It can be done via the transmission, a mechanical connection between the electric machine and the engine.
  • the drive power of the drive unit can via the output shaft to one or more
  • the electric machine and the internal combustion engine can each form a leg of a U-shape. Furthermore, the transmission can form the connection leg of the U-shape.
  • Combustion engine can thus, in particular due to the coupling of the drive shafts on the common first side of the drive unit, have a U-shape.
  • the output shafts of the drive unit and / or the drive shafts of the electric machine and the internal combustion engine can be parallel to a wheel axle be arranged of the vehicle.
  • the legs of the U-shaped composite ie, the electric machine and the engine
  • the drive unit further comprises a structural bracket which is set up to mechanically connect the electric machine and the internal combustion engine to one another on a second side of the drive unit facing away from the first side.
  • the second side may correspond to the left or the right side (with respect to the x- or longitudinal axis of the vehicle). It can the
  • Structure bracket form an arranged on the second side of the drive unit additional connecting link between the electric machine and the internal combustion engine, so that the electric machine, the transmission, the internal combustion engine and the structural bracket together form an O-shape or an egg-shaped composite.
  • the structural bracket can alternatively also as
  • V termiing bar or short as a bracket V termiing bar or short as a bracket.
  • the structural bracket can be designed to connect the drive unit directly via a bearing, in particular via an elastomer bearing, with a load-bearing component, in particular with the body or the chassis, of the vehicle.
  • the stirrup can be used directly as a carrier for the Serve drive unit with which the drive unit is attached directly via one or more bearings on a supporting component of the vehicle.
  • Component of a vehicle can be effected.
  • the structural bracket may comprise a recess for a support bearing for supporting the output shaft.
  • the structural bracket can thus allow efficient storage of the output shaft of the drive unit.
  • the prime mover may include a starter generator disposed outside a base plane, the base plane passing through the engine and the electric machine.
  • the structural bracket may extend within the base plane.
  • the structural bracket can then be designed to support the starter generator, in particular via a (metallic) support element of the structural bracket.
  • the structural bracket can thus be used to efficiently integrate one or more other components of the drive unit in the drive unit.
  • the drive unit can have one or more (metallic)
  • Support members which are arranged to include the starter generator of
  • Support internal combustion engine Alternatively or additionally, one or more (metallic) support elements can be provided, which are set up to support a flange of the transmission at a transition to the starter generator with respect to the electric machine and / or the internal combustion engine. Alternatively or additionally, one or more (metallic) support elements can be provided, which are arranged to effect a stiffening between the electric machine and / or the internal combustion engine. By providing one or more support elements, the acoustic load can be further reduced by a drive unit and / or the strength of the drive unit can be further increased.
  • the electric machine may comprise a carrier fixed to the
  • Electric machine is connected and which is mounted on the structural bracket via a bearing, in particular via an elastomeric bearing.
  • the internal combustion engine may comprise a carrier which is fixed to the
  • Internal combustion engine is connected and which is mounted on the structural bracket via a bearing, in particular via an elastomeric bearing. It can thus be a first storage via a first bearing between the electric machine and the
  • the mass of the structural bracket can be smaller by a factor of 10, 100 or more than the total mass of the composite of electric machine, transmission and
  • the drive unit can have a weight between 50kg and 300kg.
  • the stirrup can have a weight between 0.5kg and 2kg. It can thus be arranged between the first bearing and the second bearing, a relatively My intermediate mass (in the form of the structure bracket). So a particularly reliable
  • Decoupling of low-frequency and high-frequency vibrations of a hybrid drive unit can be effected.
  • a vehicle in particular a
  • the vehicle includes one in this
  • the drive unit is set, the vehicle (in particular one or more drive axles of Vehicle).
  • the drive unit comprises a load-bearing
  • Component on which the drive unit is mounted via one or more bearings is mounted via one or more bearings.
  • Figure 1 shows an exemplary storage of a drive unit on the body of a vehicle
  • Figures 2a and 2b an exemplary hybrid drive unit
  • FIGS 3a and 3b an exemplary hybrid drive unit with a
  • Figures 4a and 4b an exemplary hybrid drive unit with a plurality of support elements.
  • FIG. 1 shows, by way of example, the mechanical connection of a drive unit 102 to a load-bearing component 101, in particular the body or the chassis 101, of a vehicle 100.
  • Aggregate carrier 103 of the drive unit 102 may be connected to the supporting component 101 via mechanical (engine) bearings 104.
  • the one or more bearings 104 may each be referred to as
  • Elastomeric bearing be formed. Furthermore, the power plant 102 may be supported by one or more damping devices 110 at the supporting one
  • the one or more damping devices 110 may be configured to frequency selectively attenuate vertical vibrations of the power plant 102 (in the z direction of the vehicle 100).
  • FIGS 2a and 2b show schematically the construction of a compact hybrid drive unit 102, in particular a drive unit 102 for a plug-in hybrid.
  • the power plant 102 includes a combustion engine 204 configured to generate drive power to drive the output shaft 206 of the power plant 102 by combustion of a fuel (e.g., gasoline or diesel).
  • the drive unit 102 comprises at least one electric machine 203, which is set up to generate drive power for driving the output shaft 206 of the drive unit 102 on the basis of electrical energy (for example from an electrical energy store of the vehicle 100).
  • the electric machine 203 can be operated with an electric voltage of 300V or more.
  • the electric machine 203 may be configured to generate 50%, 100% or more of the drive power of the engine 204. In other words, the electric machine 203 may be configured to generate a substantial portion of the total drive power of the drive unit 102.
  • the prime mover 102 may include an (electric) starter generator 205 configured to start the internal combustion engine 204 and configured to generate electrical energy (e.g.
  • the starter generator 205 in the state of the vehicle 100 can be driven by the internal combustion engine 204 in order to generate electrical energy and thereby to charge an electrical energy store of the vehicle 100. Furthermore, the starter generator 205 be switched on when driving the vehicle 100 to provide additional Aiitriebs intricate (as an electrical boost) if necessary.
  • Starter generator 205 may be coupled to each other via a gear 202 and / or to the output shaft 206 of the drive unit 102.
  • the transmission 202 is enclosed by a housing 201.
  • the transmission 202 may be configured such that the drive powers of the electric machine 203 and of the internal combustion engine 204 are added to provide the sum of the drive powers as total drive power to the output shaft 206.
  • a drive unit 102 with a parallel hybrid drive can be provided.
  • Fig. 2a shows a section through the hybrid drive unit 102 in a plane formed by the z-axis and the x-axis.
  • 2b shows a section through the hybrid drive unit 102 in a plane formed by the y-axis and the x-axis.
  • Combustion engine 204, the electric machine 203 and / or the starter generator 205 may be arranged axially parallel (i.e., parallel to a wheel axle of the vehicle 100). Furthermore, it can be seen from FIG. 2b that, in particular in such an arrangement, the internal combustion engine 203 and the electric machine 203 as main components of the drive assembly 102 (in particular as
  • the drive unit 102 may thus have a total of a U-shape or a horseshoe shape.
  • the drive topology for a battery electric vehicle 100 shown in FIGS. 2a and 2b is therefore a compact parallel hybrid drive with an axially parallel arrangement of the electric motor 203, Internal combustion engine 204 and spur gear 202 with a (high-voltage) starter generator 205th
  • FIG. 1 shows schematically a Viepuöktlagerung. As shown in Fig. 2b, leads the compact, axially parallel structure of the
  • Electric machine 203 Electric machine 203, transmission 202 and combustion engine 204.
  • horseshoe-shaped construction causes the first one or more
  • Forming vibration of the drive unit 102 occur below 200 Hz. This can lead to stress in the acoustics and / or problems in the
  • Fatigue strength of the drive unit 102 drove. Furthermore, in such a structure, the loads of a vehicle 100 (in particular the
  • FIGS. 3 a and 3 b show a drive unit 102, which comprises an additional structural bracket 300, which is set up, the internal combustion engine 204 and the electric machine 203 on the side facing away from the gear 202 (second) side of the drive unit 102 to connect mechanically directly with each other.
  • the structural bracket 300 may be used to close the U-shape of the power plant 102 and convert it into an O-shape.
  • the structural bracket 300 may have a bearing 306 for supporting the output shaft 306.
  • the structural bracket 300 may be partially made of metal, for example.
  • the (second) side of the electric machine 203 facing away from the shaft of the electric machine 203 can be connected directly to the structural bracket 300 (for example via a screw connection or via an (elastomer) bearing). Furthermore, the (second) side of the internal combustion engine 204 remote from the shaft of the internal combustion engine 204 can be connected directly (for example via a screw connection or via an (elastomer) bearing) to the structural bracket 300.
  • the storage of the drive unit 102 on the supporting component 101 of the vehicle 100 may be carried out at least partially via the structural bracket 300.
  • a bearing and / or end of the structure hanger 300 s facing the internal combustion engine 204 may be provided at the end of the structure hanger 300 facing the electric machine 203.
  • Supported on the supporting component 300 (for example via an elastomeric bearing 104).
  • the power plant 102 may thus include a strain relief 300 that can overcome the above problems in acoustics and strength.
  • the structural bracket 300 acts as a connecting element between the electric machine 203 and the internal combustion engine 204.
  • antiphase bending oscillations eg at a frequency ⁇ 200 Hz
  • the bracket 300 may be used as an additional load path, so that the loads passing through the transmission housing 201 can be reduced.
  • the structural bracket 300 may optionally include one or more others
  • the structural bracket 300 (if appropriate in addition) can be used as a connection point to one or more aggregate layers 104. So can be dispensed with additional support bearing or support 103.
  • the structural bracket 300 (possibly in addition) can be used as a receptacle for the support bearing 306 of the driven shaft 206.
  • the structure bracket 300 (optionally in addition) have one or more traces of elastomer to increase the joint cushioning.
  • the electric machine 203 and / or the internal combustion engine 204 can each be connected to the structural bracket 300 via an elastomer bearing.
  • Vibrations of the drive unit 102 can be improved by the supporting component 101.
  • the structural bracket 300 may be used to support the starter generator 205.
  • Starter generator 205 a further V festungsungssebene with one or more support elements 401, 402, 403 are used (see Figures 4a and 4b).
  • This plane of reinforcement may support the starter generator side flange of the transmission 202 opposite the electric machine 203 and / or the engine 204.
  • the design the design, the
  • V also support between the combustion engine 204 and the electric motor 203.
  • the frequency of substantial ge enphasigen bending vibrations of the electric machine 203 and the engine 204 can be moved to a relatively high frequency range (well above 200Hz, for example by a factor 10 or more over 200Hz), so that the acoustic interference can be reduced by the drive unit 102.
  • a relatively high frequency range well above 200Hz, for example by a factor 10 or more over 200Hz
  • the structural bracket 300 may be directly used for efficient
  • the structural bracket 300 can be used for a direct connection to a support bearing 110. Furthermore, the structural bracket 300 may be replaced by one or more elastomeric tracks for additional
  • Compartment damping can be used.
  • the present invention is not limited to the embodiments shown.
  • the description and figures are intended to illustrate only the principle of the proposed methods, apparatus and systems.

Abstract

Es wird ein Antriebsaggregat (102) für ein Fahrzeug (100) beschrieben. Das Antriebsaggregat (102) umfasst eine Elektromaschine (203) und einen Verbrennungsmotor (204), die eingerichtet sind, über eine jeweilige Antriebswelle Antriebsleistung zum Antrieb des Fahrzeugs (100) bereitzustellen. Dabei sind die Antriebswellen einer ersten Seite des Antriebsaggregats (102) zugewandt. Außerdem umfasst das Antriebsaggregat (102) ein Getriebe (202), das eingerichtet ist, die Antriebswellen der Elektromaschine (203) und des Verbrennungsmotors (204) an der ersten Seite des Antriebsaggregats (102) mit einer Abtriebswelle (206) des Antriebsaggregats (102) zu koppeln. Außerdem umfasst das Antriebsaggregat (102) einen Strukturbügel (300), der eingerichtet ist, die Elektromaschine (203) und den Verbrennungsmotor (204) an einer von der ersten Seite abgewandten zweiten Seite des Antriebsaggregats (102) mechanisch miteinander zu verbinden.

Description

EM37568
Hybrid-Antriebsaggregat für ein Fahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Hybrid-Antriebsaggregat ftir ein Fahrzeug,
insbesondere für ein Straßenkraftfahrzeug.
Ein Fahrzeug weist typischerweise ein Antriebsaggregat mit einem relativ hohen Eigengewicht auf, das an der Karosserie und/oder dem Fahrwerk des Fahrzeugs befestigt ist. Im Betrieb des Fahrzeugs können durch die Fahrbahn über die Karosserie bzw. über das Fahr werk und/oder durch einen Antriebsmotor des Antriebsaggregats Schwingungen des Antriebsaggregats angeregt werden.
Das Antriebsaggregat eines Fahrzeugs mit Hybridantrieb weist sowohl einen V erbrennungsmotor als auch zumindest eine Elektromaschine bzw. einen Elektromotor auf. Dabei kann auch die Elektromaschine eine relativ hohe Antriebsleistung und ein relativ hohes Eigengewicht aufweisen. Die
unterschiedlichen Komponenten, insbesondere die unterschiedlichen
Antri ebsmotoren, eines Hybrid-Antriebsaggregats können im Betrieb eines Fahrzeugs zu komplexen Schwingformen und/oder Moden des Antriebsaggregats führen. Die unterschiedlichen Schwingformen und/oder Moden können zu Problemen bei der Akustik (insbesondere im Bereich von 200Hz und weniger) und/oder der Festigkeit eines Antriebsaggregats führen.
Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, ein Hybrid- Antriebsaggregat für ein Fahrzeug mit einer hohen Festigkeit und einer geringen akustischen Belastung bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch den unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a, in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Gemäß einem Aspekt wird ein Antriebsaggregat für ein Fahrzeug, etwa für ein Straßenkraftfahrzeug (insbesondere einen Personenkraftwagen oder einen
Lastkraftwagen oder einen Bus oder ein Motorrad), beschrieben.
Das Antriebsaggregat umfasst eine Elektromaschine (in diesem Dokument auch als Elektromotor bezeichnet) und einen Verbrennungsmotor. Sowohl die
Elektromaschine als auch der Verbrennungsmotor sind eingerichtet, über eine jeweilige Antriebswelle Antriebsleistung zum Antrieb des Fahrzeugs
bereitzustellen. Dabei sind die Antriebswellen einer gemeinsamen ersten Seite des Antriebsaggregats zugewandt. Die erste Seite kann z.B. (in Bezug auf eine x- Achse bzw. eine Längsachse des Fahrzeugs) eine rechte oder eine linke Seite sein. Die Elektromaschine kann ausgebildet sein, einen wesentlichen Anteil (z.B 50% oder mehr) der Gesamtantriebsleistung des Antriebsaggregats zu erbringen.
Außerdem umfasst das Antriebsaggregat ein Getriebe, das eingerichtet ist, die Antriebswellen der Elektromaschine und des V erbrennungsmotors an der ersten Seite des Antriebsaggregats mit einer Abtriebswelle des Antriebsaggregats zu koppeln. Dabei kann über das Getriebe eine mechanische Verbindung zwischen der Elektromaschine und dem Verbrennungsmotor erfolgen. Die Antriebsleistung des Antriebsaggregats kann über die Abtriebswelle an ein oder mehrere
Antriebsachsen bzw. Radachsen des Fahrzeugs übertragen werden.
Die Elektromaschine und der V erbrennungsmotor können jeweils einen Schenkel einer U-Form bilden. Des Weiteren kann das Getriebe den V erbindungsschenkel der U-Form bilden. Der Verbund aus Elektromaschine, Getriebe und
V erbrennungsmotor kann somit, insbesondere aufgrund der Kopplung der Antriebswellen über die gemeinsame erste Seite des Antriebsaggregats, eine U- Form aufweisen.
Die Abtriebswellen des Antriebsaggregats und/oder die Antriebswellen der Elektromaschine und des erbrennungsmotors können parallel zu einer Radachse des Fahrzeugs angeordnet sein. In diesem Fall können die Schenkel des U- förmigen Verbunds (d.h. die Elektromaschine und der Verbrennungsmotor) entlang der y-Achse des Fahrzeugs verlaufen, Des Weiteren kann der
V erbindungsschenkel des U-förmigen Verbunds (d.h. das Getriebe) entlang der x- Achse des Fahrzeugs verlaufen.
Das Antriebsaggregat umfasst ferner einen Strukturbügel, der eingerichtet ist, die Elektromaschine und den Verbrennungsmotor an einer von der ersten Seite abgewandten zweiten Seite des Antriebsaggregats mechanisch miteinander zu verbinden. Die zweite Seite kann (in Bezug auf die x- bzw. Längsachse des Fahrzeugs) der linken oder der rechten Seite entsprechen. Dabei kann der
Strukturbügel einen an der zweiten Seite des Antriebsaggregats angeordneten zusätzlichen V erbindungsschenkel zwischen der Elektromaschine und dem erbrennungsmotor bilden, so dass die Elektromaschine , das Getriebe, der V erbrennungsmotor und der Strukturbügel zusammen eine O-Form bzw. einen Ei förmigen Verbund bilden. Der Strukturbügel kann alternativ auch als
V ersteifungsbügel oder kurz als Bügel bezeichnet werden.
Durch die Verwendung eines Strukturbügels können gegenphasige, relativ niederfrequente Gegenschwingungen zwischen der Elektromaschine und dem erbrennungsmotor (insbesondere bei kleiner oder gleich 200Hz) zuverlässig vermieden werden. So können durch das Antriebsaggregat bewirkte akustische Belastungen reduziert werden. Des Weiteren kann durch die Verwendung eines Strukturbügels die Festigkeit des Antriebsaggregats erhöht werden. Ferner kann die Gleichmäßigkeit der Lastverteilung innerhalb des Antriebsaggregats erhöht werden.
Der Strukturbügel kann ausgebildet sein, das Antriebsaggregat direkt über ein Lager, insbesondere über ein Elastomerlager, mit einer tragenden Komponente, insbesondere mit der Karosserie oder dem Fahrwerk, des Fahrzeugs zu verbinden. Mit anderen Worten, der Strukturbügel kann direkt als Träger für das Antriebsaggregat dienen, mit dem das Antriebsaggregat direkt über ein oder mehrere Lager an einer tragenden Komponente des Fahrzeugs befestigt wird. So kann eine effiziente Anbindung eines Antriebsaggregats an eine tragende
Komponente eines Fahrzeugs bewirkt werden.
Der Strukturbügel kann eine Aussparung für ein Stützlager zur Lagerung der Abtriebswelle umfassen. Der Strukturbügel kann somit eine effiziente Lagerung der Abtriebswelle des Antriebsaggregats ermöglichen.
Das Antriebsaggregat kann einen Startergenerator umfassen, der außerhalb einer Basisebene angeordnet ist, wobei die Basisebene durch den Verbrennungsmotor und die Elektromaschine verläuft. Der Strukturbügel kann sich innerhalb der Basisebene erstrecken. Der Strukturbügel kann dann ausgebildet sein, den Startergenerator zu stützen, insbesondere über ein (metallisches) Stützelement des Strukturbügels. Der Strukturbügel kann somit dazu genutzt werden, ein oder mehrere weitere Komponenten des Antriebsaggregats in effizienter Weise in das Antriebsaggregat zu integrieren.
Des Weiteren kann das Antriebsaggregat ein oder mehrere (metallische)
Stützelemente umfassen, die eingerichtet sind, den Startergenerator des
Antriebsaggregats gegenüber der Elektromaschine und/oder dem
Verbrennungsmotor abzustützen. Alternativ oder ergänzend können ein oder mehrere (metallische) Stützelemente bereitgestellt werden, die eingerichtet sind, einen Flansch des Getriebes an einem Übergang zu dem Startergenerator gegenüber der Elektromaschine und/oder dem Verbrennungsmotor abzustützen. Alternativ oder ergänzend können ein oder mehrere (metallische) Stützdemente bereitgestellt werden, die eingerichtet sind, eine Versteifung zwischen der Elektromaschine und/oder dem Verbrennungsmotor zu bewirken. Durch die Bereitstellung von ein oder mehreren Stützelementen kann die akustische Belastung durch ein Antriebsaggregat weiter reduziert und/oder die Festigkeit des Antriebsaggregats weiter erhöht werden. Die Elektromaschine kann einen Träger umfassen, der fest mit der
Elektromaschine verbunden ist und der über ein Lager, insbesondere über ein Elastomerlager, an dem Strukturbügel gelagert ist. Alternativ oder ergänzend kann der Verbrennungsmotor einen Träger umfassen, der fest mit dem
Verbrennungsmotor verbunden ist und der über ein Lager, insbesondere über ein Elastomerlager, an dem Strukturbügel gelagert ist. Es kann somit eine erste Lagerung über ein erstes Lager zwischen der Elektromaschine und dem
Strukturbügel bzw. zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Strukturbügel erfolgen. Des Weiteren kann eine zweite Lagerung über ein zweites Lager zwischen dem Strukturbügel und der tragenden Komponente erfolgen. Durch eine derartige mehrstufige Lagerung können sowohl niederfrequente Schwingungen (die durch den V erbrennungsmotor bewirkt werden) als auch hochfrequente Schwingungen (die durch die Elektromaschine bewirkt werden), in zuverlässiger Weise von der tragenden Komponente und damit von einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs entkoppelt werden.
Die Masse des Strukturbügels kann um einen Faktor 10, 100 oder mehr kleiner als die Gesamtmasse des Verbunds aus Elektromaschine, Getriebes und
V erbrennungsmotor sein. Beispielsweise kann das Autriebsaggregat ein Gewicht zwischen 50kg und 300kg aufweisen. Andererseits kann der Strukturbügel ein Gewicht zwischen 0,5kg und 2kg aufweisen. Es kann somit zwischen dem ersten Lager und dem zweiten Lager eine relativ Meine Zwischenmasse (in Form des Strukturbügels) angeordnet sein. So kann eine besonders zuverlässige
Entkopplung von niederfrequenten und hochfrequenten Schwingungen eines Hybrid-Antriebsaggregats bewirkt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug, insbesondere ein
Straßenkraftfahrzeug, beschrieben. Das Fahrzeug umfasst ein in diesem
Dokument beschriebenes Antriebsaggregat, wobei das Antriebsaggregat eingerichtet ist, das Fahrzeug (insbesondere ein oder mehrere Antriebsachsen des Fahrzeugs) anzutreiben. Außerdem umfasst das Antriebsaggregat eine tragende
Komponente, an der das Antriebsaggregat über ein oder mehrere Lager gelagert ist.
Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
Figur 1 eine beispielhafte Lagerung eines Antriebsaggregats an der Karosserie eines Fahrzeugs;
Figuren 2a und 2b ein beispielhaftes Hybrid-Antriebsaggregat;
Figuren 3a und 3b ein beispielhaftes Hybrid-Antriebsaggregat mit einem
Strukturbügel; und
Figuren 4a und 4b ein beispielhaftes Hybrid-Antriebsaggregat mit mehreren Stützelementen.
Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der
Vermeidung und/oder Reduzierung von (typischerweise niederfrequenten) Schwingformen eines Hybrid-Antriebsaggregats, insbesondere um die
Dauerfestigkeit des Antriebsaggregats zu erhöhen und/oder um eine akustische Belastung durch das Antriebsaggregat zu reduzieren.
Fig. 1 zeigt beispielhaft die mechanische Anbindung eines Antriebsaggregats 102 an eine tragende Komponente 101, insbesondere die Karosserie bzw. das Fahrwerk 101, eines Fahrzeugs 100. Aggregatträger 103 des Antriebsaggregats 102 können über mechanische (Motor-) Lager 104 mit der tragenden Komponente 101 verbunden sein. Die ein oder mehreren Lager 104 können jeweils als
Elastomerlager ausgebildet sein. Des Weiteren kann das Antriebsaggregat 102 über ein oder mehrere Dämpfungsvorrichtungen 110 an der tragenden
Komponente 101 gelagert sein. Die ein oder mehreren Dämpfungsvorrichtungen 110 können eingerichtet sein, frequenzselektiv vertikale Schwingungen des Antriebsaggregats 102 (in z- Richtung des Fahrzeugs 100) zu dämpfen.
Die Figuren 2a und 2b zeigen schematisch den Aufbau eines kompakten Hybrid- Antriebsaggregats 102, insbesondere eines Antriebsaggregats 102 für einen Plug- In Hybrid. Das Antriebsaggregat 102 umfasst einen V erbrennungsmotor 204, der eingerichtet ist, durch Verbrennung eines Kraftstoffs (z.B. Benzin oder Diesel) Antriebsleistung zum Antrieb der Abtriebswelle 206 des Antriebsaggregats 102 zu generieren. Des Weiteren umfasst das Antriebsaggregat 102 zumindest eine Elektromaschine 203, die eingerichtet ist, auf Basis von elektrischer Energie (z.B. aus einem elektrischen Energiespeicher des Fahrzeugs 100) Antriebsleistung zum Antrieb der Abtriebswelle 206 des Antriebsaggregats 102 zu generieren. Die Elektromaschine 203 kann mit einer elektrischen Spannung von 300V oder mehr betrieben werden. Die Elektromaschine 203 kann ausgelegt sein, 50%, 100% oder mehr der Antriebsleistung des V erbrennungsmotors 204 zu generieren. Mit anderen Worten, die Elektromaschine 203 kann eingerichtet sein, einen wesentlichen Anteil der gesamten Antriebsleistung des Antriebsaggregats 102 zu generieren.
Außerdem kann das Antriebsaggregat 102 einen (elektrischen) Startergenerator 205 umfassen, der eingerichtet ist, den V erbrennungsmotor 204 zu starten und/der der eingerichtet ist, elektrische Energie zu erzeugen (z.B. bei einem
Bremsmanöver des Fahrzeugs 100). Insbesondere kann der Startergenerator 205 im Stand des Fahrzeugs 100 von dem V erbrennungsmotor 204 angetrieben werden, um elektrische Energie zu erzeugen, und um damit einen elektrischen Energiespeicher des Fahrzeugs 100 zu laden. Ferner kann der Startergenerator 205 bei einer Fahrt des Fahrzeugs 100 zugeschaltet werden, um bei Bedarf zusätzliche Aiitriebsleistung bereitzustellen (als elektrischer Boost).
Der Verbrennungsmotor 204, die Elektromaschine 203 und/oder der
Startergenerator 205 können über ein Getriebe 202 miteinander und/oder mit der Abtriebswelle 206 des Antriebsaggregats 102 gekoppelt sein. Das Getriebe 202 wird durch ein Gehäuse 201 eingeschlossen. Dabei kann das Getriebe 202 derart ausgebildet sein, dass die Antriebsleistungen der Elektromaschine 203 und des Verbrennungsmotors 204 addiert werden, um die Summe der Antriebsleistungen als Gesamtantriebsleistung an der Abtriebswelle 206 bereitzustellen. Es kann somit ein Antriebsaggregat 102 mit einem Parallel-Hybridan trieb bereitgestellt werden.
Fig. 2a zeigt einen Schnitt durch das Hybrid- Antriebsaggregat 102 in einer durch die z-Achse und die x-Achse gebildeten Ebene. Fig. 2b zeigt einen Schnitt durch das Hybrid-Antriebsaggregat 102 in einer durch die y-Achse und die x-Achse gebildeten Ebene. Insbesondere aus Fig. 2b ist ersichtlich, dass der
Verbrennungsmotor 204, die Elektromaschine 203 und/oder der Startergenerator 205 achsparallel (d.h. parallel zu einer Radachse des Fahrzeugs 100) angeordnet sein können. Des Weiteren ist aus Fig. 2b ersichtlich, dass insbesondere bei einer derartigen Anordnung der Verbrennungsmotor 203 und die Elektromaschine 203 als Hauptkomponenten des Antriebsaggregats 102 (insbesondere als
Hauptkomponenten in Bezug auf Gewicht und/oder Volumen) zwei
unterschiedliche Schenkel einer U-Form bzw. einer Hufeisen-Form bilden, die über das Getriebe 202 als V erbindungsschenkel miteinander verbunden sind. Das Antriebsaggregat 102 kann somit insgesamt eine U-Form bzw. eine Hufeisen- Form aufweisen.
Bei der in den Figuren 2a und 2b dargestellten Antriebstopologie für ein Baterie elektrisches Fahrzeug 100 handelt es sich somit um einen kompakten parallelen Hybridantrieb mit achsparalleler Anordnung von Elektromotor 203, Verbrennungsmotor 204 und Stirnradgetriebe 202 mit einem (Hochvolt-) Startergenerator 205.
Aufgrund der flachen und kompakten Bauweise des Antriebsaggregats 102, aufgrund des relativ hohen statischen Drehmoments sowie aufgrund des relativ hohen Gewichts des Antriebsaggregats 102 werden typischerweise vier oder mehr
Lagerstellen 104 verwendet, um das Antriebsaggregat 102 an der tragenden
Komponente 101 zu lagern. Fig. 1 zeigt schematisch eine V ierpuöktlagerung. Wie in Fig. 2b dargestellt, fuhrt der kompakte, achsparallele Aufbau des
Antriebsaggregats 102 zu einer hufeisenförmigen Anordnung von
Elektromaschine 203, Getriebe 202 und V erbrennungsmotor 204. Der
hufeisenförmige Aufbau führt dazu, dass die ersten ein oder mehreren
Schwingformen des Antriebsaggregats 102 unterhalb von 200 Hz auftreten. Dies kann zu Belastungen bei der Akustik und/oder zu Problemen bei der
Dauerfestigkeit des Antriebsaggregats 102 fuhren. Des Weiteren fließen bei einem derartigen Aufbau die Lasten eines Fahrzeugs 100 (insbesondere die
Missbrauchslasten und die Betriebslasten) komplett über das Getriebegehäuse 201, so dass sich das Antriebsaggregat 102 im Betrieb des Fahrzeugs 100 relativ stark verformen kann, was zu Problemen bei der Festigkeit des Antriebsaggregats 102 fuhren kann. Eine ähnliche Problematik kann für den Pfad Getriebe 202 und Startergenerator 205 vorliegen.
Der Betrieb der Elektromaschine 203 kann zu relativ hohen Anregungs frequenzen führen (z.B. bis 18000 Umdrehungen pro Minute). Dies erfordert typischerweise eine hohe Anbindungssteifigkeit des Antriebsaggregats 102 an die tragende Komponente 101 des Fahrzeugs 100^ was mit einem hufeisenförmigen Aufbau des Antriebsaggregats 102 typischerweise nicht sichergestellt werden kann. Die Figuren 3a und 3b zeigen ein Antriebsaggregat 102, das einen zusätzlichen Strukturbügel 300 umfasst, der eingerichtet ist, den V erbrennungsmotor 204 und die Elektromaschine 203 an der von dem Getriebe 202 abgewandten (zweiten) Seite des Antriebsaggregats 102 mechanisch direkt miteinander zu verbinden. Insbesondere kann der Strukturbügel 300 dazu verwendet werden, die U-Form des Antriebsaggregats 102 zu schließen und in eine O-Form zu überführen. Der Strukturbügel 300 kann dabei ein Lager 306 zur Lagerung der Abtriebswelle 306 aufweisen. Des Strukturbügel 300 kann z.B. teilweise aus Metall bestehen.
Die von der Welle der Elektromaschine 203 abgewandte (zweite) Seite der Elektromaschine 203 kann direkt (z.B. über eine Schraubverbindung oder über ein (Elastomer-) Lager) mit dem Strukturbügel 300 verbunden sein. Des Weiteren kann die von der Welle des Verbrennungsmotors 204 abgewandte (zweite) Seite des Verbrennungsmotors 204 direkt (z.B. über eine Schraubverbindung oder über ein (Elastomer-) Lager) mit dem Strukturbügel 300 verbunden sein.
Die Lagerung des Antriebsaggregats 102 an der tragenden Komponente 101 des Fahrzeugs 100 kann zumindest teilweise über den Strukturbügel 300 erfolgen. Insbesondere kann, wie in Fig. 3b dargestellt, an dem der Elektromaschine 203 zugewandten Ende des Strukturbügels 300 eine Lagerung und/oder an dem dem V erbrennungsmotor 204 zugewandten Ende des Strukturbügels 300s eine
Lagerung an der tragenden Komponente 300 erfolgen (z.B. jeweils über ein Elastomerlager 104).
Das Antriebsaggregat 102 kann somit einen Strakturbügel 300 umfassen, mit dem die o.g. Probleme in Bezug auf die Akustik und die Festigkeit behoben werden können. Der Strukturbügel 300 agiert dabei als V erbindungselement zwischen der Elektromaschine 203 und dem V erbrennungsmotor 204. Dadurch können gegenphasige Biegeschwingungen (z.B. bei einer Frequenz <200Hz) zwischen der Elektromaschine 203 und dem Verbrennungsmotor 204 eliminiert oder zumindest reduziert werden. Des Weiteren kann der Bügel 300 als zusätzlicher Lastpfad verwendet werden, so dass die Lasten, welche durch das Getriebegehäuse 201 verlaufen, reduziert werden können. Außerdem kann der Strukturbügel 300 optional ein oder mehrere weitere
Funktionen übernehmen. Insbesondere kann der Strukturbügel 300 (ggf zusätzlich) als Anbindungspunkt zu ein oder mehreren Aggregatlagem 104 verwendet werden. So kann auf zusätzliche Traglager bzw. Träger 103 verzichtet werden. Alternativ oder ergänzend kann der Strukturbügel 300 (ggf. zusätzlich) als Aufnahme für das Stützlager 306 der Abtriebs welle 206 verwendet werden. Alternativ oder ergänzend kann der Strukturbügel 300 (ggf. zusätzlich) ein oder mehrere Elastomerspuren zur Erhöhung der Fügestellendämpfung aufweisen. Insbesondere können die Elektromaschine 203 und/oder der Verbrennungsmotor 204 jeweils über ein Elastomerlager mit dem Strukturbügel 300 verbunden sein.
So kann die Entkopplung von niederfrequenten und hochfrequenten
Schwingungen des Antriebsaggregats 102 von der tragenden Komponente 101 verbessert werden. Des Weiteren kann der Strukturbügel 300 dazu verwendet werden, den Startergenerator 205 abzustützen.
Außerdem kann, um eine ausreichende Anbindungssteifigkeit des
Startergenerators 205 sicherzustellen, eine weitere V ersteifungsebene mit ein oder mehreren Stützelementen 401, 402, 403 verwendet werden (siehe Figuren 4a und 4b). Diese V ersteifungsebene kann den Startergenerator-seitigen Flansch des Getriebes 202 gegenüber der Elektromaschine 203 und/oder gegenüber dem V er br ennungsmotor 204 abstützen. Je nach Ausführung kann die
V ersteifungsebene ebenfalls zwischen dem V erbrennungsmotor 204 und der Elektromaschine 203 abstützen.
Durch die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen kann die Frequenz von substantiellen ge enphasigen Biegeschwingungen der Elektromaschine 203 und des Verbrennungsmotors 204 in einen relativ hohen Frequenzbereich verschoben werden (deutlich über 200Hz, z.B. um einen Faktor 10 oder mehr über 200Hz), so dass die akustische Beeinträchtigung durch das Antriebsaggregat 102 reduziert werden kann. Des Weiteren können durch den beschriebenen Strakturbügel 300 Betriebs- und Missbrauchslasten aufgenommen werden, so dass die Lasten, welche durch das Getriebegehäuse 201 verlaufen, reduziert werden. Außerdem kann der Strukturbügel 300 direkt für eine effiziente
Aggregatlageranbindung an die tragende Komponente 101 des Fahrzeugs 100 verwendet werden. Ferner kann der Strukturbügel 300 für eine direkte Anbindung an ein Stützlager 110 verwendet werden. Des Weiteren kann der Strukturbügel 300 durch ein oder mehrere Elastomerspuren für eine zusätzliche
Fügestellendämpfung verwendet werden. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.

Claims

Ansprüche
1) Antriebsaggregat (102) für ein Fahrzeug (100), wobei das Antriebsaggregat (102) umfasst,
- eine Elektromaschine (203) und einen Verbrennungsmotor (204), die eingerichtet sind, über eine jeweilige Antriebswelle Antriebsleistung zum Antrieb des Fahrzeugs (100) bereitzustellen; wobei die
Antriebswellen einer ersten Seite des Antriebsaggregats (102) zugewandt sind;
- ein Getriebe (202), das eingerichtet ist, die Antriebswellen der
Elektromaschine (203) und des Verbrennungsmotors (204) an der ersten Seite des Antriebsaggregats (102) mit einer Abtriebswelle (206) des Antriebsaggregats (102) zu koppeln; und
- einen Strukturbügel (300), der eingerichtet ist, die Elektromaschine (203) und den V erbrennungsmotor (204) an einer von der ersten Seite abgewandten zweiten Seite des Antriebsaggregats (102) mechanisch miteinander zu verbinden.
2) Antriebsaggregat (102) gemäß Anspruch 1, wobei
- die Elektromaschine (203) und der V erbrennungsmotor (204) jeweils einen Schenkel einer U-Form, und das Getriebe (202) einen Verbindungsschenkel der U-Form bilden; und/oder
- der Strukturbügel (300) einen an der zweiten Seite des
Antriebsaggregats (102) angeordneten zusätzlichen
V erbindungsschenkel (240) zwischen der Elektromaschine (203) und dem V erbrennungsmotor (204) bildet, so dass die Elektromaschine (203), das Getriebe (202), der V erbrennungsmotor (204) und der Strukturbügel (300) zusammen eine O-Form bilden.
3) Antriebsaggregat (102) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Strukturbügel (300) ausgebildet ist, das Antriebsaggregat (102) direkt über ein Lager (104), insbesondere über ein Elastomerlager, mit einer tragenden
Komponente (101), insbesondere mit einer Karosserie oder einem Fahrwerk, des Fahrzeugs (100) zu verbinden. 4) Antriebsaggregat (102) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Strukturbügel (300) eine Aussparung für ein Stützlager (306) zur Lagerung der Abtriebswelle (206) umfasst.
5) Antriebsaggregat (102) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- das Antriebsaggregat (102) einen Startergenerator (205) umfasst, der außerhalb einer Basisebene angeordnet ist, die durch den V erbrennungsmotor (204) und die Elektromaschine (205) verläuft;
- sich der Strukturbügel (300) innerhalb der Basisebene erstreckt; und
- der Strukturbügel (300) ausgebildet ist, den Startergenerator (205) zu stützen, insbesondere über ein Stützelement (402) des Strukturbügels (300).
6) Antriebsaggregat (102) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Antriebsaggregat (102) ein oder mehrere Stützelemente (401, 403) umfasst, die eingerichtet sind,
- einen Startergenerator (205) des Antriebsaggregats (102) gegenüber der Elektromaschine (203) und/oder dem V erbrennungsmotor (204) abzustützen;
- einen Flansch des Getriebes (202) an einem Übergang zu dem
Startergenerator (205) gegenüber der Elektromaschine (203) und/oder dem V erbrennungsmotor (204) abzustützen; und/oder
- eine Versteifung zwischen der Elektromaschine (203) und/oder dem V erbrennungsmotor (204) zu bewirken. 7) Antriebsaggregat (102) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Elektromaschine (203) einen Träger umfasst, der fest mit der Elektromaschine (203) verbunden ist und der über ein Lager, insbesondere über ein Elastomerlager, an dem Strukturbügel (300) gelagert ist; und/oder
- der V erbrennungsmotor (204) einen Träger umfasst, der fest mit dem V erbrennungsmotor (204) verbunden ist und der über ein Lager, insbesondere über ein Elastomerlager, an dem Strukturbügel (300) gelagert ist.
8) Antriebsaggregat (102) gemäß Anspruch 7, wobei eine Masse des
Strukturbügels (300) um einen Faktor 10, 100 oder mehr kleiner ist als eine Gesamtmasse der Elektromaschine (203), des Getriebes (202) und des
V erbrennungsmotors (204).
9) Antriebsaggregat (102) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abtriebswelle (206) des Antriebsaggregats (102) und/oder die
Antriebswellen der Elektromaschine (203) und des V erbrennungsmotors (204) parallel zu einer Radachse des Fahrzeugs (100) angeordnet sind.
10) Fahrzeug (100), das umfasst,
- ein Antriebsaggregat (102) gemäß einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei das Antriebsaggregat (102) eingerichtet ist, das Fahrzeug (100) anzutreiben; und
- eine tragende Komponente (101), an der das Antriebsaggregat (102) über ein oder mehrere Lager (104) gelagert ist.
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