DE102019214039A1 - Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Martin Seufert
Mark Schweiher
Ulrich Franzmann
Lothar Herdle
Andraes Hegerath
Armin Flaig
Günter Rühle
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Abstract

Antriebsanordnung (1) für ein Kraftfahrzeug umfassend eine Verbrennungskraftmaschine (2), eine elektrische Maschine (4) und ein Schaltgetriebe (5), wobei das Schaltgetriebe (5) eine Kupplungsvorrichtung (6) mit einem Kupplungseingang (7) aufweist, wobei der Kupplungseingang (7) antriebswirksam mit der Verbrennungskraftmaschine (2) und der elektrischen Maschine (4) verbunden ist, wobei die Verbrennungskraftmaschine (2) und das Schaltgetriebe (5) im Wesentlichen koaxial entlang einer zentralen Achse (8) angeordnet sind und die elektrische Maschine (4) im Wesentlichen parallel zu der zentralen Achse (8) auf einer von der Verbrennungskraftmaschine (2) abgewandten Seite der Kupplungsvorrichtung (6) angeordnet ist.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug umfassend eine Verbrennungskraftmaschine, eine elektrische Maschine und ein Schaltgetriebe, wobei das Schaltgetriebe eine Kupplungsvorrichtung mit einem Kupplungseingang aufweist, wobei der Kupplungseingang antriebswirksam mit der Verbrennungskraftmaschine und der elektrischen Maschine verbunden ist, wobei die Verbrennungskraftmaschine und das Schaltgetriebe im Wesentlichen koaxial entlang einer zentralen Achse angeordnet sind und die elektrische Maschine im Wesentlichen parallel zu der zentralen Achse auf einer von der Verbrennungskraftmaschine abgewandten Seite der Kupplungsvorrichtung angeordnet ist.
  • Stand der Technik
  • Derartige Antriebsanordnungen finden in der Kraftfahrzeugtechnik beispielsweise in Hybridantriebssträngen Anwendung. In der Regel versteht man in der Fahrzeugtechnik unter einem Hybridkraftfahrzeug ein Kraftfahrzeug, das eine Kombination eines verbrennungsmotorischen und eines elektrischen Antriebssystems aufweist. Die Kombination dieser beiden Antriebe kann auf unterschiedlichste Weise erfolgen. Je nachdem wie die Verbrennungskraftmaschine, die elektrische Maschine und das Getriebe des Kraftfahrzeugs angeordnet sind unterscheidet man grundsätzlich zwischen seriellen, parallelen und leistungsverzweigten Hybridantriebssträngen. Weiterhin kommen auch vielfach Mischformen dieser drei Grundstrukturen zum Einsatz, die die Vorteile der jeweiligen Strukturen kombinieren. Die gängigste Form in der Hybridfahrzeugtechnik stellt die parallele Hybridantriebsstranganordnung dar bei der der elektrische Pfad parallel zum verbrennungsmotorischen Pfad verläuft und die Leistung beider Systeme zum Antrieb des Fahrzeugs mechanisch überlagert wird. Hierbei kann die elektrische Maschine an unterschiedlichen Stellen im Antriebsstrang angeordnet sein, wodurch sich jeweils spezifische Vor- und Nachteile ergeben. Nach der Position der elektrischen Maschine im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs unterscheidet man im Allgemeinen zwischen einem P1, einem P2, einem P3 und einem P4 Parallelhybridantriebsstrang. Auch hier sind jedoch oftmals Mischformen erwünscht, die die Vorteile der jeweiligen Ausführungen kombinieren.
  • Bei einer P1-Anordnung ist die elektrische Maschine direkt an der Verbrennungskraftmaschine angebracht und fest mit der Kurbelwelle verbunden. Die Verbrennungskraftmaschine kann hierbei nicht von der elektrischen Maschine abgekoppelt werden und muss sowohl bei elektrischer Fahrt wie auch beim Rekuperieren mitgeschleppt werden, was einen äußerst ineffizienten Betrieb bedingt.
  • Bei einer P2-Anordnung ist die elektrische Maschine nicht direkt an der Verbrennungskraftmaschine verbaut, sondern befindet sich am Getriebeeingang mit einer dazwischen liegenden Kupplung, die es ermöglicht die Verbrennungskraftmaschine bei Bedarf über eine „Disconnect“-Kupplung vom restlichen Antriebsstrang abzukoppeln. Die elektrische Fahrt und die Rekuperation sind in einem wesentlich effizienteren Rahmen, nämlich ohne Einbußen des Schleppmoments der Verbrennungskraftmaschine, betreibbar.
  • Bei P1 und P2 Hybridlösungen können über die elektrische Maschine neben den Funktionen elektrisches Fahren, Boosten und Rekuperieren auch weitere Funktionen, wie beispielsweise elektrisches Starten und Standladen realisiert werden.
  • Ist das Getriebe als Doppelkupplungsgetriebe ausgebildet, so ist die elektrische Maschine bei P1 und P2-Hybridlösungen radial außerhalb der Doppelkupplung des Getriebes angeordnet. Die dafür verwendeten elektrischen Maschinen sind relativ groß bauend - sie weisen einen verhältnismäßig großen Durchmesser auf und bedingen derart neben einem hohen Gewicht, einen großen Materialeinsatz und somit hohe Kosten. Das Drehzahlniveau der elektrischen Maschine entspricht dem Drehzahlniveau der Verbrennungskraftmaschine. Ein Betrieb beider Maschinen gemeinsam im jeweiligen Wirkungsgradbestpunkt ist nicht möglich. Bei der P2-Anordnung wird zudem eine Kupplung zwischen der Verbrennungskraftmaschine und der elektrischen Maschine verbaut, die gekühlt werden muss und über einen zusätzlichen Aktuator gesteuert werden muss. Dies führt zu weiteren Kosten und einem erhöhten Bauraum- sowie Konstruktionsaufwand.
  • In der P1-Anordnung können diese Nachteile zumindest teilweise überwunden werden und insbesondere in „Mild-Hybrid-Systemen“ mit eingeschränkten Anforderungen betreffend „elektrisches Fahren“ können diese Systeme punkten, insbesondere, weil im Gegensatz zu P2-Anordnungen auf eine „Disconnect“-Kupplung verzichtet werden kann und so Kosten und Bauraum eingespart werden können.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Hybridkraftfahrzeug, anzugeben, die funktional einer P1-Anordnung entspricht und dabei eine optimierte Nutzung von vorhandenem Bauraum erlaubt und so eine kosten- wie auch bauraumoptimierte P1-Lösung darstellt.
  • Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß dem unabhängigen ersten Anspruch gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungsformender vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung umfasst eine Verbrennungskraftmaschine, eine elektrische Maschine und ein Schaltgetriebe. Entsprechend der vorliegenden Erfindung sind die Verbrennungskraftmaschine und das Schaltgetriebe im Wesentlichen koaxial entlang einer zentralen Achse angeordnet und die elektrische Maschine ist im Wesentlichen parallel zu der zentralen Achse und somit „offset“ zu der Verbrennungskraftmaschine und dem Schaltgetriebe angeordnet.
  • Das Schaltgetriebe weist erfindungsgemäß eine Kupplungsvorrichtung mit einem Kupplungseingang auf.
  • Die Verbrennungskraftmaschine ist erfindungsgemäß antriebswirksam mit dem Kupplungseingang der Kupplungsvorrichtung verbunden.
  • Weiterhin erfindungsgemäß ist die elektrische Maschine antriebswirksam mit dem Kupplungseingang der Kupplungsvorrichtung verbunden.
  • Entsprechend der vorliegenden Erfinung ist die elektrische Maschine zudem auf einer von der Verbrennungskraftmaschine abgewandten Seite der Kupplungsvorrichtung des Schaltgetriebes angeordnet.
  • Vorzugsweise ist die antriebswirksame Verbindung zwischen der elektrischen Maschine und dem Kupplungseingang auf der von der Verbrennungskraftmaschine abgewandten Seite der Kupplungsvorrichtung angeordnet. Die Kupplungsvorrichtung ist bevorzugt als Lamellenkupplung ausgebildet.
  • In einer bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist die elektrische Maschine über eine Stirnradstufe antriebswirksam mit dem Kupplungseingang der Kupplungsvorrichtung verbunden. Die antriebswirksame Verbindung kann jedoch auch über andersartige Zahnräder, Ketten, Riemen oder anderen mechanischen Antriebselementen realisiert werden.
  • Die antriebswirksame Verbindung kann auch über einen Umschlingungstrieb, nämlich beispielsweise eine Zahnkette, an einem Bauteil der Kupplungsvorrichtung - beispielsweise an dem Kupplungstopf - radial außenliegend erfolgen. Vorteil liegt darin, dass diese Ausführungsform keine Auswirkung auf die axiale Baulänge der Kupplungsvorrichtung hat und sich diese demnach nicht vergrößert.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist das Schaltgetriebe als Doppelkupplungsgetriebe mit einer Doppelkupplung als Kupplungsvorrichtung ausgebildet. Eine Ausführung des Schaltgetriebes als manuelles Schaltgetriebe (MT), automatisiertes Schaltgetriebe (AMT), Stufenautomatikgetriebe (AT), stufenlose Getriebe (CVT), etc. ist ebenso denkbar.
  • Die Kupplungsvorrichtung weist bevorzugt einen Kupplungstopf, einen Kupplungskorb und eine Kupplungsnabe auf, wobei der Kupplungstopf, der Kupplungskorb und die Kupplungsnabe drehfest miteinander verbunden sind und den Kupplungseingang der Kupplungsvorrichtung darstellen, wobei die elektrische Maschine über den Kupplungstopf, den Kupplungskorb oder die Kupplungsnabe der Kupplungsvorrichtung antriebswirksam mit dem Kupplungseingang verbunden ist.
  • Das Schaltgetriebe weist vorzugsweise ein Gehäuse auf, wobei die elektrische Maschine innerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Hierdurch kann eine gemeinsame Kühlung des Getriebes und der elektrischen Maschine realisiert werden.
  • Vermittels der erfindungsgemäßen Ausbildung der Antriebsanordnung, insbesondere der Anordnung der elektrischen Maschine, kann eine kosten- sowie bauraumoptimierte Antriebsanordnung entsprechend einer P1-Anordnung realisiert werden.
  • Figurenliste
  • Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
    • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebsanordnung.
    • 2 zeigt einen Ausschnitt einer schematischen Darstellung einer Antriebsanordnung mit einer antriebswirksamen Verbindung einer elektrischen Maschine an einer Kupplungsnabe.
    • 3 zeigt einen Ausschnitt einer schematischen Darstellung einer Antriebsanordnung mit einer antriebswirksamen Verbindung einer elektrischen Maschine an einem Kupplungskorb.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • In 1 ist eine Antriebsanordnung 1 entsprechend der vorliegenden Erfindung dargestellt.
  • Die Antriebsanordnung 1 weist zwei Antriebseinheiten, nämlich eine Verbrennungskraftmaschine 2 und eine elektrische Maschine 4, sowie ein Schaltgetriebe 5 auf.
  • Die Verbrennungskraftmaschine 2 und das Schaltgetriebe 5 sind im Wesentlichen koaxial in Bezug auf eine zentrale Achse 8 angeordnet. Die elektrische Maschine 4 ist parallel zu dieser koaxialen Anordnung von Verbrennungskraftmaschine 2 und Schaltgetriebe 5 angeordnet - d.h. die elektrische Maschine 4 ist „offset“ zu der Verbrennungskraftmaschine 2 und dem Schaltgetriebe 5 angeordnet.
  • Die Verbrennungskraftmaschine 2 ist abtriebsseitig antriebswirksam mit einer Kurbelwelle 3 verbunden.
  • Die in 1 schematisch dargestellte Schaltgetriebe 5 weist eine Kupplungsvorrichtung 6 mit einem Kupplungseingang 7 auf. Der Kupplungseingang 7 ist antriebswirksam mit der Kurbelwelle 3 verbunden, die wiederum antriebswirksam mit der Verbrennungskraftmaschine 2 verbunden ist. Die elektrische Maschine 4 ist über eine Stirnradstufe 9 antriebswirksam mit dem Kupplungseingang 7 verbunden.
  • Die elektrische Maschine 4 ist auf einer von der Verbrennungskraftmaschine 2 abgewandten Seite der Kupplungsvorrichtung 6 angeordnet. Zudem erfolgt die antriebswirksame Verbindung von elektrischer Maschine 4 und Kupplungseingang 7 der Kupplungsvorrichtung 6 über die Stirnradstufe 9 an der von der Verbrennungskraftmaschine 2 abgewandten Seite der Kupplungsvorrichtung 6. Die antriebswirksame Verbindung von elektrischer Maschine 4 und Kupplungseingang 7 kann jedoch beliebig erfolgen, d.h. auch an anderer geeigneter Stelle des Kupplungseingangs 7
  • In weiterer Folge wird zur beispielhaften Erläuterung der Erfindung davon ausgegangen, dass das Schaltgetriebe 5 als Doppelkupplungsgetriebe 5' mit einer Doppelkupplung 6' als Kupplungsvorrichtung 6 ausgeführt ist
  • Das in 1 bis 3 schematisch dargestellte Doppelkupplungsgetriebe 5' weist eine Doppelkupplung 6' mit einer ersten Reiblamellenkupplung 10 und einer zweiten Reiblamellenkupplung 11, eine erste Getriebeeingangswelle 12, eine zweite Getriebeeingangswelle 13, ein erstes Teilgetriebe 14, ein zweites Teilgetriebe 15 sowie eine Getriebeausgangswelle 16 auf. Die erste Getriebeeingangswelle 12 ist dem ersten Teilgetriebe 14 zugeordnet und über die erste Reiblamellenkupplung 10 der Doppelkupplung 6 mit der Kurbelwelle 3 antriebswirksam verbindbar. Die zweite Getriebeeingangswelle 13 ist dem zweiten Teilgetriebe 15 zugeordnet und über die zweite Reiblamellenkupplung 11 der Doppelkupplung 6 mit der Kurbelwelle 3 antriebswirksam verbindbar. Das erste Teilgetriebe 14 und das zweite Teilgetriebe 15 weisen jeweils mehrere Gangstufen auf, wobei dem ersten Teilgetriebe 14 die ungeraden Gangstufen und dem zweiten Teilgetriebe 15 die geraden Gangstufen sowie eine Rückwärtsgangstufe zugeordnet sind (nicht dargestellt).
  • Die Doppelkupplung 6' des Doppelkupplungsgetriebes 5' weist wie bereits zuvor beschrieben die erste Reiblamellenkupplung 10 und die zweite Reiblamellenkupplung 11 auf. Die erste Reiblamellenkupplung 10 und die zweite Reiblamellenkupplung 11 sind radial ineinander geschachtelt angeordnet. Die erste Reibkupplung 10 ist dabei radial außen und die zweite Reiblamellenkupplung 11 radial innen angeordnet.
  • Die Richtungsangabe „radial“ beschreibt eine Richtung normal zu der zentralen Achse 8.
  • Weiterhin weist die Doppelkupplung 6' des Doppelkupplungsgetriebes 5' einen Kupplungstopf 17, einen Kupplungskorb 18 und eine Kupplungsnabe 19 auf ( 2, 3). Der Kupplungstopf 17, der Kupplungskorb 18 und die Kupplungsnabe 19 sind drehfest miteinander verbunden. Der Kupplungstopf 17 ist über Verbindungsmittel mit der Kurbelwelle 3 und somit mit der Verbrennungskraftmaschine 2 verbunden. In dem in 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen sind diese drei Komponenten, nämlich der Kupplungstopf 17, der Kupplungskorb 18 und die Kupplungsnabe 19, drehfest miteinander verbunden und stellen gemeinsam den Kupplungseingang 7 dar.
  • In 2 ist eine Variante der Antriebsanordnung 1 dargestellt in der die antriebswirksame Verbindung zwischen der elektrischen Maschine 2 und dem Kupplungseingang 7 über die Kupplungsnabe 19 der Doppelkupplung 6' erfolgt. Der Kupplungstopf 17 ist antriebswirksam mit der Kurbelwelle 3 und somit der Verbrennungskraftmaschine 2 und drehfest mit der Kupplungsnabe 19 sowie dem Kupplungskorb 18 der Doppelkupplung 6' verbunden. Die elektrische Maschine 4 ist über eine Stirnradstufe 9 antriebswirksam mit der Kupplungsnabe 19 verbunden.
  • In 3 ist eine Variante der Antriebsanordnung 1 dargestellt in der die antriebswirksame Verbindung zwischen der elektrischen Maschine 2 und dem Kupplungseingang 7 über den Kupplungskorb 18 der Doppelkupplung 6' erfolgt. Der Kupplungskorb 18 der Doppelkupplung 6' bildet einen radial Lamellenträger sowohl für die erste Reiblamellenkupplung 10 wie auch für die zweite Reiblamellenkupplung 11 aus. Der Kupplungstopf 17 ist antriebswirksam mit der Kurbelwelle 3 und somit der Verbrennungskraftmaschine 2 und drehfest mit der Kupplungsnabe 19 sowie dem Kupplungskorb 18 der Doppelkupplung 6' verbunden. Die elektrische Maschine 4 ist über eine Stirnradstufe 9 antriebswirksam mit dem Kupplungskorb 18 verbunden. Über den Kupplungskorb 18 der Doppelkupplung 6' wird somit Drehmoment seitens der Verbrennungskraftmaschine 2 auf Lamellenpakete der ersten Reiblamellenkupplung 10 und der zweiten Reiblamellenkupplung 11 geleitet. Ein radial innerer Lamellenträger der ersten Reiblamellenkupplung 10 ist antriebswirksam mit der ersten Getriebeeingangswelle 12 verbunden und ein radial innerer Lamellenträger der zweiten Reiblamellenkupplung 11 ist antriebswirksam mit der zweiten Getriebeeingangswelle 13 verbunden.
  • In sämtlichen Ausführungsvarianten ist die elektrische Maschine 4 auf der von der Verbrennungskraftmaschine 2 abgewandten Seite der Doppelkupplung 6' im Wesentlichen parallel zu dem Doppelkupplungsgetriebe 5' angeordnet.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Antriebsanordnung
    2
    Verbrennungskraftmaschine
    3
    Kurbelwelle
    4
    Elektrische Maschine
    5
    Schaltgetriebe
    5'
    Doppelkupplungsgetriebe
    6
    Kupplungsvorrichtung
    6'
    Doppelkupplung
    7
    Kupplungseingang
    8
    Zentrale Achse
    9
    Stirnradstufe
    10
    Erste Reiblamellenkupplung
    11
    Zweite Reiblamellenkupplung
    12
    Erste Getriebeeingangswelle
    13
    Zweite Getriebeeingangswelle
    14
    Erstes Teilgetriebe
    15
    Zweites Teilgetriebe
    16
    Getriebeausgangswelle
    17
    Kupplungstopf
    18
    Kupplungskorb
    19
    Kupplungsnabe

Claims (6)

  1. Antriebsanordnung (1) für ein Kraftfahrzeug umfassend - eine Verbrennungskraftmaschine (2), - eine elektrische Maschine (4) und - ein Schaltgetriebe (5), wobei das Schaltgetriebe (5) eine Kupplungsvorrichtung (6) mit einem Kupplungseingang (7) aufweist, wobei der Kupplungseingang (7) antriebswirksam mit der Verbrennungskraftmaschine (2) und der elektrischen Maschine (4) verbunden ist, wobei die Verbrennungskraftmaschine (2) und das Schaltgetriebe (5) im Wesentlichen koaxial entlang einer zentralen Achse (8) angeordnet sind und die elektrische Maschine (4) im Wesentlichen parallel zu der zentralen Achse (8) auf einer von der Verbrennungskraftmaschine (2) abgewandten Seite der Kupplungsvorrichtung (6) angeordnet ist.
  2. Antriebsanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die antriebswirksame Verbindung zwischen der elektrischen Maschine (4) und dem Kupplungseingang (7) auf der von der Verbrennungskraftmaschine (2) abgewandten Seite der Kupplungsvorrichtung (6) erfolgt.
  3. Antriebsanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (4) über eine Stirnradstufe (9) antriebswirksam mit dem Kupplungseingang (7) der Kupplungsvorrichtung (6) verbunden ist.
  4. Antriebsanordnung (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgetriebe (5) als Doppelkupplungsgetriebe (5') mit einer Doppelkupplung (6') als Kupplungsvorrichtung (6) ausgebildet ist.
  5. Antriebsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsvorrichtung (6) einen Kupplungstopf (17), einen Kupplungskorb (18) und eine Kupplungsnabe (19) aufweist, wobei der Kupplungstopf (17), der Kupplungskorb (18) und die Kupplungsnabe (19) drehfest miteinander verbunden sind und den Kupplungseingang (7) der Kupplungsvorrichtung (6) darstellen, wobei die elektrische Maschine (4) über den Kupplungstopf (17), den Kupplungskorb (18) oder die Kupplungsnabe (19) der Kupplungsvorrichtung (6) antriebswirksam mit dem Kupplungseingang (7) verbunden ist.
  6. Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgetriebe ein Gehäuse aufweist, wobei die elektrische Maschine innerhalb des Gehäuses angeordnet ist.
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