DE102016212488A1

DE102016212488A1 - Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102016212488A1
Application number: DE102016212488.9A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Hoess; Robert Huber; John Darmstadt; Lorenz Niklas
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-07-08
Filing date: 2016-07-08
Publication date: 2018-01-11

Abstract

Der Hybridantrieb (4) weist einen Verbrennungsmotor (VM) sowie einen elektrischen Traktionsmotor (EM1) auf, welcher parallel zur Hinterachse (6) und hinter einem Differential (D1) angeordnet ist. Die Hinterachse (6) ist über einen Achsträger (38) über Lenker (36) mit einer Radaufhängung (34) verbunden. Der Traktionsmotor (EM1) ist oberhalb des Achsträgers (38) angeordnet und seine Motorachse (22) ist gegenüber der Hinterachse (6) und damit gegenüber dem Differential (D1) erhöht angeordnet, sodass ein Zwickelbereich (52) gebildet ist. In diesem ist insbesondere ein erster Querträger (42a) des Achsträgers (38) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie des Anspruchs 8.
Ein derartiger Hybridantrieb ist beispielsweise aus der DE 10 2010 017 966 A1 zu entnehmen.
Bei Fahrzeugen mit Hybridantrieb sind für die Traktion sowohl ein Verbrennungsmotor als auch ein elektrischer Traktionsmotor vorgesehen. Durch die Kombination von zwei unterschiedlichen Antriebskonzepten bestehen spezielle Anforderungen sowohl in konstruktiver Hinsicht als auch in wirtschaftlicher Hinsicht.
Aus der DE 10 2010 017 966 A1 sind unterschiedliche Konzepte sowohl für rein elektrische Antriebe als auch für Hybridantriebe dargestellt. Bei einigen Ausführungsvarianten ist ein Hybridantrieb als Kombination eines Verbrennungsmotors mit einem elektrischen Traktionsmotor vorgeschlagen, wobei das vom Verbrennungsmotor ausgeübte Drehmoment über eine Kardanwelle und ein Differential auf eine Fahrzeugachse übertragen wird. Ergänzend ist parallel zu dieser Fahrzeugachse der Traktionsmotor angeordnet und ebenfalls mit dem Differential verbunden.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug anzugeben, welcher sich möglichst einfach und damit möglichst wirtschaftlich in bestehende konventionelle Antriebskonzepte integrieren lässt.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dieser weist danach eine erste und zweite Fahrzeugachse auf, wobei es sich bei der einen Achse um eine in einem Hinterwagen angeordnete Hinterachse sowie bei der anderen Fahrzeugachse um eine in einem Vorderwagen angeordnete Vorderachse handelt. In der einen dieser beiden Fahrzeugachsen, nachfolgend als erste Fahrzeugachse bezeichnet, ist ein Differential angeordnet. Diese erste Fahrzeugachse ist – ohne Beschränkung der Allgemeinheit – vorzugsweise die Hinterachse. Weiterhin ist der ersten Fahrzeugachse ein Achsträger zugeordnet, wobei mit diesem Achsträger Lenker, insbesondere Querlenker, einer Radaufhängung verbunden sind. Weiterhin umfasst der Hybridantrieb einen Verbrennungsmotor, welcher vorzugsweise – jedoch nicht zwingend – im Vorderwagen angeordnet ist. Weiterhin weist der Hybridantrieb einen (ersten) elektrischen Traktionsmotor auf, der eine Motorachse sowie eine Abtriebswelle aufweist. Um die Motorachse rotiert im Betrieb ein Läufer des Motors und auch die Abtriebswelle. Der Traktionsmotor, also die Motorachse, ist dabei parallel zu der ersten Fahrzeugachse angeordnet.
Der Traktionsmotor ist dabei – bezogen auf eine Fahrzeug-Längsrichtung – nach der ersten Fahrzeugachse angeordnet. Hierunter wird verstanden, dass im Falle der Vorderachse als erste Fahrzeugachse der Traktionsmotor vor der Vorderachse angeordnet ist. Bei der bevorzugten Ausgestaltung der ersten Fahrzeugachse als Hinterachse, ist der Traktionsmotor hinter der Hinterachse angeordnet. Unter „hinter“ wird hierbei allgemein die Anordnung bezogen auf die Kraftfahrzeug-Längsrichtung verstanden, die sich vom Vorderwagen (Frontseite) zum Hinterwagen (Heckseite) erstreckt. Weiterhin ist die Abtriebswelle des Traktionsmotors mit dem Differential zur Übertragung des Drehmoments über eine Übertragungseinheit verbunden. Schließlich ist die Motorachse des Traktionsmotors gegenüber der ersten Fahrzeugachse und damit also gegenüber dem Differential, erhöht angeordnet. Damit ist der Traktionsmotor typischerweise auch oberhalb des Achsträgers angeordnet.
Unter „erhöhter Anordnung“ wird hier eine Anordnung in Bezug auf eine gedachte Fahrbahnebene verstanden. Durch die Anordnung des Traktionsmotors oberhalb des Differentials ist daher der Traktionsmotor in Relation zu der gedachten Fahrzeugebene weiter beabstandet angeordnet als das Differential.
Die hier gewählte spezielle Anordnung zeichnet sich durch die parallele Anordnung des elektrischen Traktionsmotors bezüglich der ersten Fahrzeugachse und speziell die parallele Anordnung hinter der Hinterachse in Kombination mit der erhöhten Anordnung in Relation zu dem Differential aus. Durch die erhöhte Anordnung wird der Traktionsmotor quasi in Relation zu dem Achsträger angehoben, sodass durch die zusätzliche Anordnung des Traktionsmotors (im Vergleich zu einer Konfiguration ohne zusätzlichen Traktionsmotor) der Achsträger nicht oder nur wenig abgeändert werden muss. Dies ist im Zusammenhang mit der Aufnahme der Kräfte, die Anordnung der Komponenten für die Radaufhängung bei gleichzeitiger Gewährleistung einer ausreichenden Bodenfreiheit und einem ausreichenden Bauraum für die weiteren erforderlichen Komponenten für das Fahrzeug von besonderem Vorteil. Durch die speziell gewählte Anordnung ist dabei insbesondere ein Zwickelbereich zwischen dem Differential und dem elektrischen Traktionsmotor geschaffen, welcher besonders vorteilhaft für die Kraftaufnahme durch den Achsträger verwendet werden kann.
Vorzugsweise ist in diesem Zwickelbereich ein erster Querträger des Achsträgers angeordnet. Durch den Verlauf in diesem Zwickelbereich besteht die Möglichkeit, diesen Querträger ausreichend steif auszugestalten, ohne dass die Bodenfreiheit verringert ist.
Der erste Querträger weist dabei zweckdienlicherweise zwei Teilbereiche auf, nämlich einen ersten Teilbereich, welcher unterhalb des Traktionsmotors verläuft, sowie einen zweiten Teilbereich, welcher im Zwickelbereich verläuft. Der zweite Teilbereich ist dabei gegenüber dem ersten Teilbereich verstärkt ausgeführt. Auch hierdurch wird eine optimale Bauraum-Ausnutzung bei möglichst großer Stabilität des Querträgers geschaffen.
Der erste Querträger weist dabei im ersten Teilbereich, welcher unterhalb des Traktionsmoduls angeordnet ist, zweckdienlicherweise eine schalenförmig gebogene Kontur auf, die an die Außenkontur des Traktionsmotors angepasst ist. Der Traktionsmotor liegt dabei unmittelbar oberhalb dieses ersten Teilbereichs nahezu auf dem Achsträger auf. Durch die angepasste schalenförmige Kontur ist eine weitere optimale Ausnutzung des Bauraums erreicht.
Der Achsträger selbst ist zweckdienlicherweise gebildet durch mehrere Querträger sowie Längsträger, die beispielsweise als Tragholme ausgebildet sind.
Zweckdienlicherweise ist das Differential dabei zwischen einem vorderen Querträger und dem ersten Querträger angeordnet. Zwischen den beiden Querträgern ist dabei insbesondere eine Aussparung oder ein Freiraum gebildet, in die das Differential hineinragt. Die erste Fahrzeugachse verläuft dabei typischerweise oberhalb des Achsträgers. Das Differential ragt also mit einem Teilbereich in die gebildete Aussparung hinein.
Durch die erhöhte Anordnung des Traktionsmotors gegenüber dem Differential und damit auch gegenüber der ersten Fahrzeugachse schließt eine Verbindungslinie zwischen der Motorachse und der ersten Fahrzeugachse einen Winkel zu einer Horizontalebene ein. Diese Horizontalebene verläuft parallel zu der bereits erwähnten gedachten Fahrbahnebene. Dieser Winkel liegt dabei vorzugsweise im Bereich zwischen 10° bis 40° und insbesondere im Bereich zwischen 15° bis 20°.
Der Traktionsmotor ist dabei allgemein unmittelbar neben dem Differential angeordnet.
In bevorzugter Weiterbildung ist dem Traktionsmotor eine Leistungselektronik-Baueinheit zugeordnet, über die der Traktionsmotor mit elektrischer Energie versorgt wird. Diese Leistungselektronik-Baueinheit ist nunmehr oberhalb des Differentials und damit – bezogen auf die Längsrichtung – versetzt zu der Motorachse angeordnet. Durch diese Maßnahme wird in Kombination mit der erhöhten Anordnung des Traktionsmotors der verfügbare Bauraum weiter optimal ausgenutzt.
Allgemein sind der Traktionsmotor sowie das Differential etwa mittig bezogen auf eine Querrichtung des Kraftfahrzeugs angeordnet, d.h. in Längsrichtung betrachtet überdecken sich der Traktionsmotor und das Differential zumindest in Abschnitten und vorzugsweise zumindest nahezu vollständig.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß weiterhin gelöst durch einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Danach ist vorgesehen, dass eine Abtriebswelle des Traktionsmotors mit dem Differential zur Übertragung des Drehmoments verbunden ist und sich beidseitig an das Differential jeweils Abtriebsachsen zum Antrieb eines jeweiligen Rades anschließen. Zur Übertragung des Drehmoments ist nunmehr die Abtriebswelle des Traktionsmotors mit einer Hohlwelle verbunden, innerhalb derer eine der Abtriebsachsen insbesondere konzentrisch angeordnet ist. Die Hohlwelle ist weiterhin mit dem Differential zur Übertragung des Drehmoments verbunden. Durch diese Ausgestaltung mit der Hohlwelle als eine übertragende Welle ist bei der gewählten Anordnung des Traktionsmotors parallel zum Differential eine besonders kompakte und integrierte Bauweise erreicht.
Dieser Aspekt der Drehmomentübertragung über die Hohlwelle ist grundsätzlich unabhängig von der speziellen erhöhten Anordnung des Traktionsmotors zu sehen und wird als eigenständige erfinderische Ausgestaltung angesehen. Diese kann mit beliebigen Einzelmerkmalen, wie sie vorliegend beschrieben wurden, kombiniert werden.
Zweckdienlicherweise ist dabei die Hohlwelle mit einem Umlaufträger des Differentials verbunden. Ein derartiger Umlaufträger wird auch als Korb oder Differentialkorb bezeichnet. Der Traktionsmotor treibt daher letztendlich den Umlaufträger an.
In bevorzugter Ausgestaltung ist weiterhin der Verbrennungsmotor über eine Kardanwelle ebenfalls mit dem Differential zur Übertragung des Drehmoments des Verbrennungsmotors verbunden. Das Differential ist daher insgesamt als Summier-Differential ausgebildet, welches also sowohl zur Übertragung des Drehmoments des Verbrennungsmotors als auch des elektrischen Traktionsmotors auf die erste Fahrzeugachse ausgebildet ist. Je nach Betriebssituation wird daher das Drehmoment des Verbrennungsmotors, das Drehmoment des elektrischen Traktionsmotors oder beide Drehmomente gleichzeitig auf die erste Fahrzeugachse übertragen. Hierdurch kann ohne weiteres je nach Fahrsituation und Anforderung eine geeignete Antriebsart gewählt werden.
Vorzugsweise ist dem elektrischen Traktionsmotor ergänzend noch eine Getriebeeinheit zugeordnet, welche insbesondere unmittelbar neben dem Differential angeordnet ist. Die Getriebeeinheit schließt sich in Richtung der ersten Fahrzeugachse unmittelbar an das Differential an und bildet mit diesem dabei zweckdienlicherweise eine gemeinsame Baueinheit. Vorzugsweise ist dabei die Getriebeeinheit auf der Seite der Hohlwelle angeordnet. Die Hohlwelle ist über die Getriebeeinheit mit dem Umlaufträger verbunden.
Die Anordnung derartiger Getriebeeinheiten an einen elektrischen Traktionsmotor, beispielsweise ein Ein-Gang- oder auch ein Zwei-Gang-Getriebe, ist grundsätzlich bekannt.
Insbesondere bei einem Zwei-Gang-Getriebe wird über den elektrischen Traktionsmotor in Verbindung mit der Getriebeeinheit der gesamte Geschwindigkeitsbereich des Fahrzeuges abgedeckt. Mit dem Traktionsmotor lässt sich also insbesondere die Höchstgeschwindigkeit von beispielsweise 200 bis 250 Stundenkilometer erreichen. Ohne Mehr-Gang-Getriebeeinheit dient der elektrische Traktionsmotor dagegen vorzugsweise lediglich für den Antrieb bis zu einer Maximalgeschwindigkeit unterhalb der Fahrzeug-Höchstgeschwindigkeit. Diese lässt sich dann ausschließlich mit dem Verbrennungsmotor erreichen.
In bevorzugter Weiterbildung ist ein zweiter elektrischer Traktionsmotor angeordnet, welcher ebenso wie der Verbrennungsmotor, über die Kardanwelle mit dem Differential verbunden ist. Insgesamt lässt sich dadurch die elektrische Systemleistung erhöhen. Eine Erhöhung der elektrischen Systemleistung durch die Wahl eines größeren (ersten) Traktionsmotors ist üblicherweise aus Bauraum-Gründen nicht möglich. Aufgrund der Bauraum-Anforderungen ist die Größe des ersten Traktionsmotors, welcher parallel zum Differential angeordnet ist, typischerweise begrenzt und zwar auf eine Leistung von etwa 150 kW bis 250 kW, und insbesondere auf etwa 200 kW. Der zweite Traktionsmotor ist vorzugsweise im Vergleich zu dem ersten Traktionsmotor kleiner uns beispielsweise für lediglich die halbe elektrische Leistung ausgelegt.
Der zweite elektrische Traktionsmotor ist dabei vorzugsweise Teil einer Getriebeeinheit für den Verbrennungsmotor. Insbesondere sitzt dabei der zweite Traktionsmotor zwischen dem Verbrennungsmotor und einem dem Verbrennungsmotor zugeordneten Getriebe. Der zweite Traktionsmotor treibt daher insbesondere die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors an, welche in das Getriebe einläuft.
In bevorzugter Weiterbildung ist zwischen dem (ersten) elektrischen Traktionsmotor und dem Differential ein Abkoppelelement, allgemein eine Kupplung angeordnet wie beispielsweise eine Magnetkupplung oder auch Klauenschaltelemente, um die Übertragung des Drehmoments vom Traktionsmotor zum Differential entkoppeln zu können. Dies wird insbesondere dann eingesetzt, wenn der elektrische Traktionsmotor nicht für die Fahrzeug-Höchstgeschwindigkeit ausgelegt ist. In diesem Fall kann dann der Traktionsmotor entkoppelt werden und der Antrieb erfolgt über das (Summier-)Differential ausschließlich über den Verbrennungsmotor.
Zweckdienlicherweise handelt es sich insgesamt bei der ersten Fahrzeugachse um die Hinterachse und der Verbrennungsmotor ist im Vorderwagen angeordnet. Das hier vorgeschlagene Konzept für einen Hybridantrieb ist daher insgesamt für ein hinterachsangetriebenes Fahrzeug vorgesehen. Der besondere Vorteil der hier beschriebenen speziellen Ausgestaltung ist darin zu sehen, dass für den Hybridantrieb weitgehend auf üblichen Komponenten zurückgegriffen werden kann, ohne dass größere Anpassungen erforderlich sind und ohne dass ein vollständig neues Fahrzeugkonzept entwickelt werden muss. Insbesondere wird bei diesem Konzept ein konventioneller Vorderwagen lediglich um den Traktionsmotor im Hinterwagen ergänzt, so dass nach Art des Baukastenprinzips auf viele gleiche Bauteile zurückgegriffen werden kann.
Dadurch sind insgesamt die Kosten möglichst gering gehalten. Durch diese spezielle bauraum-optimierte Anordnung sind dabei die Einbußen im Hinblick auf den verbleibenden Nutzraum sehr gering.
In bevorzugter Weiterbildung kann zusätzlich ein Generator am Verbrennungsmotor angeordnet sein, welcher insbesondere für eine sogenannte Standladefunktion herangezogen wird. Diese Ausführungsvariante wird insbesondere bei lediglich einem elektrischen Traktionsmotor eingesetzt. Hierdurch kann auch im Stehen bei laufendem Verbrennungsmotor über den Generator elektrische Energie erzeugt werden, die in einen Hochvoltspeicher eingespeist werden kann. Aus dem Hochvoltspeicher bezieht der erste Traktionsmotor seine Energie. Dieser Generator kann dabei durch einen Startergenerator zum Starten des Verbrennungsmotors ausgebildet sein.
Gemäß einer ersten Ausführungsvariante ist der Hybridantrieb lediglich zum Antrieb der ersten Fahrzeugachse, speziell Hinterachse, ausgebildet. Alternativ ist für eine Allrad-Ausführung zweckdienlicherweise ein Allrad-Verteiler-Getriebe vorgesehen, welches zur Übertragung des Drehmoments auch auf die zweite Fahrzeugachse, speziell Vorderachse, ausgebildet ist. Hierzu ist üblicherweise eine zusätzliche Welle angeordnet, welche mit der Kardanwelle kuppelbar ist und die mit der zweiten Fahrzeugachse über ein weiteres Differential verbunden ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Diese zeigen teilweise in vereinfachten Darstellungen:
1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit den wesentlichen Komponenten eines Hybridantriebs,
2 eine ausschnittsweise Aufsicht auf Komponenten des Hybridantriebs im Bereich des Hinterwagens und der Hinterachse,
3 eine Schnittdarstellung eines Längsschnittes durch Komponenten des Hybridantriebs im Bereich des Hinterwagens, insbesondere durch ein Differential sowie einen elektrischen Traktionsmotor,
4 eine Ansicht von unten auf einige Komponenten des Hybridantriebs im Bereich des Hinterwagens,
5 eine Schnittdarstellung eines Querschnitts durch das Differential.
In den Figuren sind gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Gemäß 1 ist ein (Personen-)Kraftfahrzeug 2 mit einem Hybridantrieb 4 versehen. Das Fahrzeug weist allgemein eine erste sowie eine zweite Fahrzeugachse auf. Die erste Fahrzeugachse ist im Ausführungsbeispiel dabei als eine Hinterachse 6 und die zweite Fahrzeugachse als eine Vorderachse 8 ausgebildet. Das Kraftfahrzeug 2 weist weiterhin allgemein einen sogenannten Vorderwagen, also der vordere Frontbereich, sowie einen Hinterwagen, also den hinteren Heckbereich, auf. Das Kraftfahrzeug 2 erstreckt sich allgemein in einer Längsrichtung 10 vom Vorderwagen zum Hinterwagen.
Der Hybridantrieb 4 selbst umfasst als wesentliche Komponenten einen Verbrennungsmotor VM, einen ersten elektrischen Traktionsmotor EM1, ein (erstes) Differential D1 sowie eine Kardanwelle 12, über die der Verbrennungsmotor VM mit dem Differential D verbunden ist. Der erste Traktionsmotor EM1 ist über eine Übertragungseinheit 14 ebenfalls mit dem ersten Differential D1 zur Übertragung des Drehmoments des ersten Traktionsmotors EM1 auf die Hinterachse 6 verbunden. Dem Verbrennungsmotor VM ist noch ein Getriebe G zugeordnet. Weiterhin umfasst der Hybridantrieb als elektrischen Energiespeicher einen Hochvoltspeicher HVS.
Über diesen Hybridantrieb 4 wird gemäß einer ersten Variante lediglich die Hinterachse 6 angetrieben, wobei das Differential D1 nach Art eines Summier-Differentials ausgebildet ist und sowohl das Drehmoment des Verbrennungsmotors VM als auch das Drehmoment des ersten Traktionsmotors EM1 auf die Hinterachse 6 überträgt.
Optional weist der Hybridantrieb in der in 1 dargestellten Ausführungsvariante weiterhin einen zweiten elektrischen Traktionsmotor EM2 auf, welcher im Vorderwagen angeordnet ist. Speziell ist er zwischen dem Verbrennungsmotor VM und dem Getriebe G angeordnet.
Weiterhin besteht optional die Möglichkeit, das Kraftfahrzeug als ein allradgetriebenes Fahrzeug auszubilden. Hierzu ist schematisiert durch die gestrichelte Linie eine weitere Welle 16 dargestellt, die die Kardanwelle 12 mit der Vorderachse 8 über ein weiteres Differential D2 verbindet. Die Verbindung mit der Kardanwelle 12 erfolgt dabei in an sich bekannter Weise über ein Kuppelelement, beispielsweise ein Allrad-Verteilergetriebe.
In 1 sind weiterhin eine Abgasleitung 18 sowie im Hinterwagen nachfolgend zu dem elektrischen Traktionsmotor EM1 weitere Komponenten der Abgasanlage, insbesondere ein Endschalldämpfer 20 zu erkennen.
In 1 ist weiterhin bereits die prinzipielle Anordnung des elektrischen Traktionsmotors EM1 zu erkennen. Und zwar weist dieser eine Motorachse 22 auf, welche parallel zur Hinterachse 6 verläuft, sodass also der Traktionsmotor EM1 parallel zur Hinterachse 6 angeordnet ist. Er ist weiterhin in Längsrichtung 10 hinter der Hinterachse 6 angeordnet, und zwar unmittelbar nachfolgend zu dem Differential D1. Das Differential D1 sowie der Traktionsmotor EM1 sind dabei zumindest weitgehend zentral bezüglich einer Mitten-Längsachse des Kraftfahrzeugs 2 angeordnet. Die Übertragungseinheit 14 schließt sich seitlich an den Traktionsmotor EM1 an und ist auch seitlich zum Differential D1 angeordnet.
Im Zusammenhang mit den 2 bis 4 wird nachfolgend die spezielle Anordnung des Traktionsmotors EM1 näher erläutert. Im Zusammenhang mit 5 wird dann weiterhin die spezielle Anbindung des Traktionsmotors EM1 an das Differential D1 beschrieben.
Aus der Darstellung gemäß 2 ist nochmals gut die parallele Anordnung des Traktionsmotors EM1 bezüglich des Differentials D1 zu entnehmen. An das Differential schließt sich seitlich noch eine Getriebeeinheit 24 an, die bei der Ausführungsvariante der 2 als ein Zwei-Gang-Getriebe ausgebildet ist. Durch diese zusätzliche Anordnung der Getriebeeinheit 24 ist das Differential D1 seitlich etwas versetzt zur Kardanwelle 12 angeordnet. Dieser Versatz wird über nebeneinander angeordnete Zahnräder 26 ausgeglichen. Wie weiterhin aus der nur vereinfachten Darstellung des Differentials D1 zu entnehmen ist, kämmt ein endseitig mit der Kardanwelle 12 verbundenes Kegelrad 28 mit einem sogenannten Umlaufträger 30 des Differentials D1. Dieser Umlaufträger 30 wird auch als Korb bezeichnet.
Beidseitig des Differentials D1 bzw. der Einheit aus Differential D1 und Getriebeeinheit 24, schließt sich jeweils eine Abtriebsachse 32 an, die den Abtrieb auf hier nicht näher dargestellte Antriebsräder der Hinterachse 6 übertragen. Die Abtriebsachsen 32 sind dabei jeweils mit einer Radaufhängung 34 verbunden. Die Radaufhängung 34 weist insbesondere auch sogenannte Lenker, speziell Querlenker 36 auf, welche mit einem Achsträger 38 verbunden sind. Die über die Räder eingeleiteten Kräfte werden über diese Querlenker 36 in den Achsträger 38 und von diesem in die Karosserie eingeleitet. Der Achsträger 38 ist dabei in geeigneter Weise an tragenden Karosseriebauteilen befestigt.
Der Achsträger 38 selbst weist wiederum mehrere seitlich angeordnete Längsträger 40 sowie mehrere Querträger 42a, b auf, nämlich insbesondere einen ersten Querträger 42a sowie einen vorderen Querträger 42b. Durch die beiden Querträger 42a, b und die seitlichen Längsträger 40 ist im Achsträger 38 eine zentrale Aussparung 44 geschaffen, in der das Differential D1 sowie die Getriebeeinheit 24 einliegt. Die beiden Abtriebsachsen 32 und damit die Hinterachse 6, sind dabei oberhalb des Achsträgers 38 angeordnet. Unter „oberhalb“ wird hierbei der Bezug zu einer gedachten Fahrbahnebene 46 (vgl. 3) verstanden, sodass also Bauteile, die oberhalb angeordnet sind, auf der der Fahrbahnebene 46 abgewandten Seite angeordnet sind.
Im Unterschied zu der Anordnung des Differentials D1 ist der Traktionsmotor EM1 oberhalb des Achsträgers 38, und zwar speziell über dem ersten Querträger 42a, angeordnet. Diese erhöhte Anordnung ist insbesondere anhand der 3 gut zu erkennen. Die Motorachse 22 sowie die Hinterachse 6, welche zugleich eine Mittenachse des Differentials D1 bildet, liegen dadurch auf einer Verbindungslinie 50, die bezüglich einer Horizontalebene 48 unter einem Winkel α schräg geneigt ist. Dieser Winkel α liegt dabei vorzugsweise im Bereich zwischen 15° bis 20°.
Durch diese quasi schräge Anordnung ist zwischen dem Differential D1 und dem Traktionsmotor EM1 und der Horizontalebene 48 ein Zwickelbereich 52 gebildet. Dieser wird in vorteilhafter Weise von dem ersten Querträger 42a ausgenutzt.
Der erste Querträger 42a weist zwei in Längsrichtung 10 betrachtet nebeneinander angeordnete Teilbereiche 54a, 54b auf. Der erste Teilbereich 54a ist direkt unterhalb des Traktionsmotors EM1 und der zweite, vordere Teilbereich 54b ist dabei im Zwickelbereich angeordnet. Aufgrund des zusätzlichen Bauraums im Zwickelbereich 52 ist der zweite Teilbereich 54b gegenüber dem hinteren, ersten Teilbereich 54a verstärkt ausgebildet, um die erforderlichen Kräfte aufnehmen zu können. Im Hinblick auf eine möglichst optimale Ausnutzung des Bauraums und eine möglichst hohen Steifigkeit des Achsträgers 38 ist weiterhin der erste Teilbereich 54a an seiner Oberseite mit einer gekrümmten Kontur versehen, wobei diese speziell einen an den Traktionsmotor EM1 angepassten Verlauf, insbesondere entlang einer Kreisbogenlinie aufweist.
Aus 3 ist weiterhin eine Leistungselektronik-Baueinheit 56 zu entnehmen, die zur elektrischen Versorgung des Traktionsmotors EM1 erforderlich ist. Diese Leistungselektronik-Baueinheit 56 ist nach vorne in Richtung zum Differential D1 versetzt bezüglich des Traktionsmotors EM1 angeordnet. Insbesondere ist die Leistungselektronik-Baueinheit 56 über dem Differential D1 angeordnet. Hierdurch wird in geeigneter Weise die Schräganordnung des Traktionsmotors EM1 bezüglich des Differentials D1 ausgenutzt, um eine möglichst bauraumoptimierte Anordnung der einzelnen Komponenten zu erreichen.
Schließlich ist in 3 noch zu erkennen, dass oberhalb dieser Komponenten des Hybridantriebs 4 ein Kraftfahrzeugtank 58 angeordnet ist. Weiterhin sind sowohl in 3 als auch in 4, die eine Ansicht von unten zeigt, Abgasleitungen 18 sowie der Endschalldämpfer 20 zu erkennen. In 3 ist weiterhin in Längsrichtung 10 nachfolgend zu dem Achsträger 38 eine Batterie 60 für das normale Bordnetz des Kraftfahrzeugs zu erkennen. In den 2 bis 4 sind weiterhin noch optionale Komponenten 62 einer aktiven Lenkung dargestellt. Diese beinhalten auch beispielsweise Komponenten zur Wagenstabilisierung etc.
Die spezielle Anbindung des Traktionsmotors EM1 an das Differential D1 zur Übertragung des Drehmoments wird nachfolgend anhand der 5 erläutert. Dargestellt ist hierbei eine Ausführungsvariante ohne Getriebeeinheit 24. Die spezielle Anbindung lässt sich jedoch auf Ausführungsvarianten mit einer Getriebeeinheit 24 übertragen.
Die Übertragungseinheit 14 weist zunächst ein Übertragungselement 64 auf, welches die Rotationsbewegung einer Abtriebswelle 66 des Traktionsmotors EM (vgl. zur Abtriebswelle 66 sowie zum Übertragungselement 64 insbes. auch 2) auf eine Hohlwelle 68 der überträgt und die Hohlwelle 68 antreibt. Die Hohlwelle 69 ist ein Teil der Übertragungseinheit 14. Das Übertragungselement 64 ist im Ausführungsbeispiel der 2 dabei als eine Zahnradkette ausgebildet. Andere Übertragungsvarianten, wie beispielsweise Riemen etc., sind ebenfalls möglich.
Die Hohlwelle 68 ist konzentrisch zu der Hinterachse 6 angeordnet und umgibt eine der beiden mit dem Differential D1 verbundene Abtriebsachsen 32. Die Hohlwelle 68 selbst wiederum ist mit dem Umlaufträger 30 drehfest verbunden, beispielsweise über eine geeignete Flanschverbindung oder auch durch eine stoffschlüssige Verbindung. Wie ergänzend aus der 5 weiterhin zu entnehmen ist, kämmt das endseitig an der Kardanwelle 12 angeordnete Kegelrad 28 mit einem Tellerrad des Umlaufträgers 30, sodass also sowohl über das Kegelrad 28 als auch über die Hohlwelle 68 einerseits das Drehmoment des Verbrennungsmotors VM und andererseits das Drehmoment des Traktionsmotors EM1 über das Differential auf die Abtriebsachsen 32 übertragen werden. Durch die Ausführungsvariante mit der Hohlwelle 68 und deren Verbindung mit dem Umlaufträger 30 ist eine konstruktiv besonders geeignete und im Hinblick auf den Bauraum optimierte Anbindung des parallel angeordneten Traktionsmotors EM1 erreicht.
Im Falle der Anordnung einer Getriebeeinheit 24 ist diese noch zwischen der Hohlwelle 68 und dem Umlaufträger 30 angeordnet, insofern ist bei einer derartigen Ausführungsvariante die Hohlwelle 68 lediglich mittelbar mit dem Umlaufträger 30 über die Getriebeeinheit 24 verbunden. Die Hohlwelle 68 treibt daher eine eingangsseitige Getriebewelle an und der Umlaufträger 30 wird über eine ausgangsseitige Getriebewelle angetrieben.
Ergänzend kann weiterhin ein hier nicht näher dargestelltes Abkoppelelement angeordnet sein, welches den Traktionsmotor EM1 von dem Differential D1 trennt. Hierzu ist beispielsweise innerhalb der Übertragungseinheit 14 noch ein Kuppelelement integriert.
Bezugszeichenliste

2: Kraftfahrzeug
4: Hybridantrieb
6: Hinterachse
8: Vorderachse
10: Längsrichtung
12: Kardanwelle
14: Übertragungseinheit
16: Welle
18: Abgasleitung
20: Komponente der Abgasleitung/Endschalldämpfer
22: Motorachse
24: Getriebeeinheit
26: Zahnräder
28: Kegelrad
30: Umlaufträger
32: Abtriebsachse
34: Radaufhängung
36: Querlenker
38: Achsträger
40: Längsträger
42a: erster Querträger
42b: vorderer Querträger
44: Aussparung
46: Fahrbahnebene
48: Horizontalebene
50: Verbindungslinie
52: Zwickelbereich
54a: erster Teilbereich
54b: zweiter Teilbereich
56: Leistungselektronik-Baueinheit
58: Kraftstofftank
60: Batterie
62: Komponenten einer aktiven Lenkung
64: Übertragungselement
66: Abtriebswelle
68: Hohlwelle
D1: Differential
D2: weiteres Differential
EM1: (erster) elektrischer Traktionsmotor
EM2: (zweiter) elektrischer Traktionsmotor
HVS: Hochvoltspeicher
VM: Verbrennungsmotor
G: Getriebe
α: Winkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010017966 A1 [0002, 0004]

Claims

Hybridantrieb (6) eines Kraftfahrzeuges (2), welches sich in einer Fahrzeug-Längsrichtung (10) erstreckt mit – einer ersten und zweiten Fahrzeugachse (68), nämlich eine in einem Hinterwagen angeordnete Hinterachse (6) sowie eine in einem Vorderwagen angeordnete Vorderachse (8) – einem in der ersten Fahrzeugachse (6), insbesondere in der Hinterachse angeordneten Differential (D1) – mit einem Achsträger (38) für die erste Fahrzeugachse (6), mit dem Lenker (36) einer Radaufhängung (34) verbunden sind – einem Verbrennungsmotor (VM) – einem elektrischen Traktionsmotor (EM1), der eine Motorachse (22) sowie eine Abtriebswelle (66) aufweist, wobei die Motorachse (22) parallel zu der ersten Fahrzeugachse (6) angeordnet ist und – wobei die Abtriebswelle (66) des Traktionsmotors (EM1) mit dem Differential (D1) zur Übertragung des Drehmoments über eine Übertragungseinheit (14) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Traktionsmotor (EM1) – bezogen auf die Längsrichtung (10) – nach der ersten Fahrzeugachse (6) sowie seine Motorachse (22) gegenüber der ersten Fahrzeugachse (6) erhöht angeordnet ist.
Hybridantrieb (4) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass durch die erhöhte Anordnung des Traktionsmotors (EM1) im Querschnitt betrachtet zwischen dem Differential (D1) und dem Traktionsmotor (EM1) ein Zwickelbereich (52) geschaffen ist, in dem ein erster Querträger (42a) des Achsträgers (38) verläuft.
Hybridantrieb (4) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Teilbereich (54a) des ersten Querträgers (42a) unterhalb des Traktionsmotors (EM1) verläuft und ein zweiter Teilbereich (54b) des ersten Querträgers (42a) im Zwickelbereich (52) verläuft, wobei der zweite Teilbereich (54b) gegenüber dem ersten Teilbereich (54a) verstärkt ausgeführt ist.
Hybridantrieb (4) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Querträger (42a) im ersten Teilbereich (54a) eine schalenförmig gebogene Kontur aufweist, die an die Außenkontur des Traktionsmotors (EM1) angepasst ist.
Hybridantrieb (4) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Differential (D1) zwischen einem vorderen Querträger (42b) und dem ersten Querträger (42a) innerhalb einer Aussparung (44) angeordnet ist.
Hybridantrieb (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindungslinie (50) zwischen der ersten Fahrzeugachse (6) und der Motorachse (22) einen Winkel (α) im Bereich von 10° bis 40°, insbesondere im Bereich von 15° bis 20° zu einer Horizontalebene (48) einschließt.
Hybridantrieb (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Traktionsmotor (EM1) eine Leistungselektronik-Baueinheit (56) zugeordnet ist, welche oberhalb des Differentials (D1) angeordnet ist.
Hybridantrieb (4) eines Kraftfahrzeuges (2), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit – zwei Fahrzeugachsen (68), nämlich eine in einem Vorderwagen angeordnete Vorderachse (8) und eine in einem Hinterwagen angeordnete Hinterachse (8), – einem in der ersten Fahrzeugachse (6) angeordneten Differential (D1) – einem elektrischen Traktionsmotor (EM1), der eine Motorachse (22) sowie eine Abtriebswelle (66) aufweist, wobei die Motorachse (22) parallel zu der ersten Fahrzeugachse (6) angeordnet ist und – wobei die Abtriebswelle (66) des Traktionsmotors (EM1) mit dem Differential (D1) zur Übertragung eines Drehmoments verbunden ist und sich beidseitig an das Differential (D1) jeweils Abtriebsachsen (32) anschließen dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (66) des Traktionsmotors (EM1) mit einer Hohlwelle (68) verbunden ist, innerhalb derer eine der Abtriebsachsen (32) angeordnet ist und welche Hohlwelle (68) mit dem Differential (D1) zur Übertragung des Drehmoments verbunden ist.
Hybridantrieb (4) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Differential (D1) einen Umlaufträger (30) aufweist und die Hohlwelle (68) mit dem Umlaufträger (30) verbunden ist.
Hybridantrieb (4) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (VM) über eine Kardanwelle (12) mit dem Differential (D1) zur Übertragung eines Drehmoments verbunden ist und das Differential (D1) als Summier-Differential ausgebildet ist, welches zur Übertragung der Drehmomente sowohl des Verbrennungsmotors (VM) als auch des elektrischen Traktionsmotors (EM1) auf die erste Fahrzeugachse (6) ausgebildet ist.
Hybridantrieb (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem Differential (D1) eine Getriebeeinheit (24) für den elektrischen Traktionsmotor (EM1) angeordnet ist.
Hybridantrieb (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter elektrischer Traktionsmotor (EM2) angeordnet ist, welcher über die Kardanwelle (12) mit dem Differential (D1) verbunden ist.
Hybridantrieb (4) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite elektrische Traktionsmotor (EM2) Teil eines Getriebes (G) für den Verbrennungsmotor (VM) ist.
Hybridantrieb (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem elektrischen Traktionsmotor (EM1) und dem Differential (D1) ein Abkoppelelement zur Trennung der Übertragung des Drehmoments vom Traktionsmotor (EM1) zum Differential (D1) vorgesehen ist.
Hybridantrieb (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fahrzeugachse die Hinterachse (6) ist, dass der Verbrennungsmotor (VM) im Vorderwagen angeordnet ist und über die Kardanwelle (12) zum Antrieb der Hinterachse (6) mit dem Differential (D1) verbunden ist.