DE102010036321B4

DE102010036321B4 - Antriebssystem für ein Hybridfahrzeug und Hybridfahrzeug mit einem derartigen Antriebssystem

Info

Publication number: DE102010036321B4
Application number: DE102010036321.9A
Authority: DE
Inventors: Martin Füchtner
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2024-09-12
Anticipated expiration: 2030-07-10
Also published as: FR2962378B1; US8991283B2; CN102328578A; DE102010036321A1; KR101288633B1; KR20120005970A; US20120006152A1; CN102328578B; FR2962378A1

Abstract

Antriebssystem (2) für ein Hybridfahrzeug (1), mit:einem Getriebe (11) zum Antreiben mindestens einer Antriebsachse (13, 14) des Kraftfahrzeuges (1);einer Brennkraftmaschine (3), welche mit dem Getriebe (11) wahlweise wirkverbunden oder von diesem abgekoppelt ist;einer ersten Elektromaschine (17), welche mit der mindestens einen Antriebsachse (13, 14) oder mit einer Abtriebswelle (39) des Getriebes (11) wahlweise wirkverbunden oder von dieser abgekoppelt ist; undeiner zweiten Elektromaschine (19), welche mit der Brennkraftmaschine (3) wirkverbunden ist,dadurch gekennzeichnet, dassdas Antriebssystem (2) eine dritte Elektromaschine (25) aufweist, welche als Starter (25) zum Starten der Brennkraftmaschine (3) ausgebildet ist und welche mit der Brennkraftmaschine (3) wahlweise wirkverbunden oder von dieser abgekoppelt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug und auf ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Antriebssystem.
Obwohl auf beliebige Kraftfahrzeuge anwendbar, wird die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problematik in Bezug auf ein Personenkraftfahrzeug näher erläutert.
Ein Hybridfahrzeug bezeichnet im allgemeinen ein Fahrzeug mit einem Antriebssystem, welches eine Mehrzahl von Antriebsaggregaten aufweist, beispielsweise eine Brennkraftmaschine und eine Elektromaschine. Zur Erzeugung eines möglichst hohen energetischen Wirkungsgrades werden bei Hybridfahrzeugen zumeist sogenannte Parallel-Hybridantriebe eingesetzt, die es ermöglichen, dass die Elektromaschine und die Brennkraftmaschine nicht nur alternativ, sondern auch kumulativ ein Drehmoment in ein Getriebe einleiten. Weiterhin soll die Elektromaschine auch als Generator einsetzbar sein, d.h. beim Abbremsen des Fahrzeugs soll die in Form von kinetischer Energie vorliegende Bremsenergie des Fahrzeuges rückgewinnbar sein, welche dann beispielsweise zum Aufladen von elektrischen Energiespeichern einsetzbar ist. Häufige Anfahr- und Beschleunigungsprozesse wie sie beispielsweise im Stadtverkehr üblicherweise auftreten, werden bei einem hybriden Kraftfahrzeug bevorzugt durch die Elektromaschine ausgeführt bzw. unterstützt da der Betrieb der Brennkraftmaschine unter häufigen Lastwechsel in einem erhöhten Kraftstoffverbrauch und Schadstoffausstoß resultiert.
Neben dem Bereitstellen eines Drehmomentes zum Antreiben des Hybridfahrzeuges und dem generatorischen Betrieb der Elektromaschine zum Aufladen der Energiespeicher des Hybridfahrzeugs fällt der Elektromaschine auch die Aufgabe zu, die Brennkraftmaschine zu starten. Hierbei ist sowohl ein zuverlässiges Warmstarten, beispielsweise ein Wiederstart nach kurzzeitigem Abschalten der Brennkraftmaschine, als auch ein zuverlässiger Kaltstart der Brennkraftmaschine zu gewährleisten.
Die Druckschrift DE 10 2007 031 605 A1 beschreibet ein Hybridfahrzeug mit heckseitigem Verbrennungsmotor, elektrischem Energiespeicher und mindestens einem Elektromotor. Letzterer dient als Generator beim Bremsen und unterstützt den Verbrennungsmotor. Der Verbrennungsmotor treibt die Hinterachse an, während der Elektromotor die Vorderachse antreibt.
Die WO 2008 / 135 838 A2 beschreibet beschreibt ein Hybridfahrzeug mit Allradantrieb, das aus zwei ersten Rädern auf einer Achse, zwei zweiten Rädern auf einer Achse, einem Verbrennungsmotor mit Kurbelwelle, einer ersten Getriebelinie für die Kraftübertragung auf die ersten Räder und einer zweiten Getriebelinie für die Kraftübertragung auf die zweiten Räder besteht. Die zweite Getriebelinie verfügt über ein Planetengetriebe, das mit einem reversiblen Elektromotor verbunden ist.
Die DE 699 28 703 T2 beschreibt ein Anlassregelverfahren eines Verbrennungsmotors.
Die Druckschrift DE 10 2008 041 985 A1 beschreibt ein Hybridantriebssystem.
Die DE 10 2005 049 992 A1 offenbart ebenfalls Antriebssysteme für ein Kraftfahrzeug.
Die JP 2003 - 328 907 A beschreibt dementsprechend ein Antriebssystem für ein Hybridfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, einem mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbundenen Riemen-Starter-Generator und einem mit einem Starterzahnkranz der Brennkraftmaschine verbindbaren Ritzelstarter. Der Riemen-Starter-Generator ermöglicht zuverlässig ein Starten der Brennkraftmaschine aus dem Warmzustand und der Riemenantrieb erlaubt einen generatorischen Betrieb des Riemen-Starter-Generators über einen weiten Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine. Ein Kaltstart der Brennkraftmaschine wird zuverlässig mittels des Ritzelstarters gewährleistet, welcher im Vergleich zum Riemen-Starter-Generator ein deutlich höheres Drehmoment aufbringen kann. An diesem Antriebssystem hat sich jedoch als nachteilig herausgestellt, dass ein Antreiben der Fahrzeugachsen allein mit dem Riemen-Starter-Generator aufgrund der direkten Verbindung des Riemen-Starter-Generators mit der Brennkraftmaschine nur möglich ist wenn die Brennkraftmaschine mitgeschleppt wird. Dies bedeutet erhöhte Reibungsverluste. Auch beim Umwandeln von Bewegungsenergie des Hybridfahrzeugs in elektrische Energie mittels des Riemen-Starter-Generators ist eine Abkopplung der Brennkraftmaschine nicht möglich, so dass diese auch bei der Umwandlung von Bremsenergie Schleppmomente und Reibungsverluste erzeugt.
Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Antriebssystem zu schaffen, welches die oben genannten Nachteile beseitigt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Antriebssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst.
Demgemäß ist ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, welches ein Getriebe zum Antreiben mindestens einer Antriebsachse des Kraftfahrzeuges; eine Brennkraftmaschine, welche mit dem Getriebe wahlweise wirkverbunden oder von diesem abgekoppelt ist; eine ersten Elektromaschine, welche mit der mindestens einen Antriebsachse oder mit einer Abtriebswelle des Getriebes wahlweise wirkverbunden oder von dieser abgekoppelt ist; und eine zweiten Elektromaschine aufweist, welche mit der Brennkraftmaschine wirkverbunden ist.
Ferner ist ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Antriebssystem vorgesehen.
Folglich wird eine erste Elektromaschine vorgesehen, welche mit der mindestens einen Antriebsachse oder mit der Antriebsachse des Getriebes wirkverbunden ist. Dadurch, dass diese erste Elektromaschine nicht direkt mit der Brennkraftmaschine wirkverbunden ist, ist es möglich ein Drehmoment in das Antriebssystem einzuspeisen oder die erste Elektromaschine generatorisch zu betreiben ohne dass die Brennkraftmaschine Schleppmomente und/oder Reibungsverluste erzeugt.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen des im Patentanspruch 1 angegebenen Antriebssystems.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist das Antriebssystem eine dritte Elektromaschine auf, welche als Starter zum Starten der Brennkraftmaschine ausgebildet ist und welche mit der Brennkraftmaschine wahlweise wirkverbunden oder von dieser abgekoppelt ist. Hierdurch wird ein Kaltstarten der Brennkraftmaschine zuverlässig gewährleistet, wodurch sich die Betriebssicherheit des Antriebssystems erhöht.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Starter mittels eines ausrückbaren Ritzels, welches zum Eingreifen in einen Starterzahnkranz der Brennkraftmaschine ausgebildet ist, mit der Brennkraftmaschine wahlweise wirkverbunden oder von dieser abgekoppelt ist. Durch diese formschlüssige Verbindung ist die Übertragung eines hohen Startdrehmoments bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine möglich.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die zweite Elektromaschine als Riemen-Starter-Generator ausgebildet, welcher mittels eines Riemenantriebs mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine wirkverbunden ist. Hierdurch ist eine schwingungsdämpfende Wirkverbindung zwischen der zweiten Elektromaschine und der Kurbelwelle möglich. Dies dient vorteilhaft der Geräuschreduktion. Weiterhin ist mit dem Riemenantrieb ein vorteilhaftes Übersetzungsverhältnis zwischen der Kurbelwelle und der zweiten Elektromaschine erreichbar und die zweite Elektromaschine auch bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine generatorisch einsetzbar.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Getriebe als Doppelkupplungsgetriebe ausgebildet, wobei die Brennkraftmaschine mittels einer Doppelkupplung mit dem Doppelkupplungsgetriebe wahlweise wirkverbunden oder von diesem abgekoppelt ist. Dies ermöglicht eine Übertragung des Drehmomentes der Brennkraftmaschine auf die mindestens eine Antriebsachse ohne eine Zugkraftunterbrechung, wodurch sich das Beschleunigungsvermögen eines Kraftfahrzeuges mit einem derartigen Antriebssystem vorteilhaft erhöht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist das Antriebssystem eine als Vorderachse ausgebildete erste Antriebsachse und eine als Hinterachse ausgebildete zweite Antriebsachse auf, wobei die erste Elektromaschine wahlweise mit der Vorderachse wirkverbunden oder von dieser abgekoppelt ist. Dies ermöglicht den zusätzlichen Antrieb der Vorderachse wenn die Brennkraftmaschine lediglich ein Antriebsmoment auf die Hinterachse überträgt.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die erste Elektromaschine als Achsmodul ausgebildet, welches mittels eines Achsgetriebes wahlweise mit der mindestens einen Antriebsachse wirkverbunden oder von dieser abgekoppelt ist. Hierdurch ist die erste Elektromaschine vorteilhaft in das Achsgetriebe integrierbar, wodurch sich ein reduzierter Platzbedarf für die erste Elektromaschine und somit für das Antriebssystem ergibt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die erste Elektromaschine eine erste Kupplungseinrichtung zum Abkoppeln der ersten Elektromaschine von der mindestens einen Antriebsachse oder von der Abtriebswelle des Getriebes auf. Hierdurch wird ein kontinuierliches Mitlaufen der ersten Elektromaschine und damit das Auftreten von Reibungsverlusten unterbunden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die erste und/oder die zweite Elektromaschine sowohl zum generatorischen als auch zum elektromotorischen Betrieb ausgebildet. Dies ermöglicht vorteilhaft sowohl das Einspeisen eines Drehmomentes in das Antriebssystem als auch das Erzeugen elektrischer Energie zum Laden eines Energiespeichers.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden schematischen Figuren der Zeichnung näher erläutert.
Von den Figuren zeigen:

1 eine Aufsicht eines Antriebssystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine Seitenansicht des Antriebssystems der bevorzugten Ausführungsform des Antriebssystems gemäß der 1; und
3 eine Aufsicht eines Antriebssystems gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

In den Figuren der Zeichnung bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der 1 bis 3 erläutert.
Die 1 und 2 illustrieren ein Kraftfahrzeug 1 mit einer bevorzugten Ausführungsform eines Antriebssystems 2. Das Antriebssystem 2 weist bevorzugt eine Brennkraftmaschine 3 auf. Die Brennkraftmaschine 3 weist beispielsweise vier Zylinder 4-7 auf. Die Anzahl der Zylinder 4-7 ist beliebig, beispielsweise kann die Brennkraftmaschine 3 auch drei oder sechs Zylinder aufweisen. Die Brennkraftmaschine 3 weist weiterhin eine Kurbelwelle 8 und einen Starterzahnkranz 9, der beispielsweise an einer Schwungscheibe 10 der Brennkraftmaschine 3 vorgesehen ist, auf. Die Schwungscheibe 10 ist bevorzugt fest auf der Kurbelwelle 8 montiert. Die Kurbelwelle 8 durchläuft ein im Wesentlichen quaderförmiges Gehäuse 21 der Brennkraftmaschine 3 beispielsweise auf dessen gesamter Länge. Die Schwungscheibe 10 ist beispielsweise an einer Schmalseite des Gehäuses 21 angeordnet.
Ein Getriebe 11 des Antriebssystems 2, welches bevorzugt als Doppelkupplungsgetriebe 11 ausgebildet ist, ist über eine Kupplungseinrichtung 12, insbesondere über eine Doppelkupplung 12, mit der Kurbelwelle 8 der Brennkraftmaschine 3 wirkverbindbar. Die Doppelkupplung 12 weist beispielsweise ein nicht näher dargestelltes mit der Kurbelwelle 8 drehfest verbundenes Kupplungsgehäuse und zwei jeweils mit einer Getriebeeingangswelle des Doppelkupplungsgetriebes 11 drehfest verbundene Kupplungsscheiben auf, welche wahlweise mit dem Kupplungsgehäuse kraftschlüssig wirkverbindbar sind. Das heißt, die Brennkraftmaschine 3 ist mittels der Doppelkupplung 12 wahlweise mit dem Getriebe 11 wirkverbunden oder von diesem abgekoppelt. Das Getriebe 11 dient zum Antreiben mindestens einer Antriebsachse 13, 14 des Kraftfahrzeugs 1. Das Antriebssystem 2 ist bevorzugt als mechanischer Allradantrieb ausgebildet, wobei bevorzugt eine Antriebsachse 14 als Hinterachse 14 des Kraftfahrzeugs 1 kontinuierlich angetrieben ist, und eine Antriebsachse 13 als Vorderachse 13 optional angetrieben ist. Hierzu weist das Getriebe 11 beispielsweise ein Verteilergetriebe auf, welches es ermöglicht nur die Hinterachse 14 bzw. die Vorderachse 13 und die Hinterachse 14 gemeinsam anzutreiben. Das Umschalten zwischen diesen beiden Betriebszuständen erfolgt beispielsweise manuell durch einen Fahrzeugführer und/oder automatisch über eine entsprechende Regel-/Steuereinrichtung, die den Fahrzustand des Kraftfahrzeuges 1 beurteilt und beispielsweise die Verteilung des Antriebsmomentes der Brennkraftmaschine 3 auf die Antriebsachsen 13, 14 steuert. Das Antriebssystem 2 weist weiterhin beispielsweise ein Vorderachsgetriebe 15 bzw. ein vorderes Differential 15 und ein Hinterachsgetriebe 16 bzw. ein hinteres Differential 16 auf, welche jeweils der Verteilung des an der jeweiligen Antriebsachse 13, 14 anliegenden Antriebsmomentes auf Reifen 27-30 des Kraftfahrzeuges 1 dienen. Das Vorderachsgetriebe 15 und das Hinterachsgetriebe 16 sind bevorzugt über Getriebeabtriebswellen 44, 45 mit dem Getriebe 11 wirkverbunden. Eine Getriebeabtriebswelle 44 ist bevorzugt als vordere Getriebeabtriebswelle 44 und die andere Getriebeabtriebswelle 45 ist bevorzugt als hintere Getriebeabtriebswelle 45 ausgebildet.
Eine erste Elektromaschine 17 ist mit einer der Antriebsachsen 13, 14, bevorzugt mit der Vorderachse 13 wahlweise wirkverbunden oder von dieser abgekoppelt. Alternativ ist die erste Elektromaschine 17 mit der Hinterachse 14 wirkverbindbar. Die erste Elektromaschine 17 ist bevorzugt sowohl generatorisch als auch elektromotorisch betreibbar. Die erste Elektromaschine 17 ist beispielsweise als sogenanntes Achsmodul 17 ausgebildet, welches mittels des Vorderachsgetriebes 15 mit der Vorderachse 13 wirkverbunden oder von dieser abgekoppelt ist. Bevorzugt ist die erste Elektromaschine 17 in das Vorderachsgetriebe 15 integriert. Eine erste Kupplungseinrichtung 18 ermöglicht ein Wirkverbinden der ersten Elektromaschine 17 mit der Vorderachse 13 oder ein Abkoppeln von dieser. Die erste Kupplungseinrichtung 18 ist beispielsweise als Reibkupplung oder als Klauenkupplung ausgebildet. Die erste Elektromaschine 17 ist bevorzugt als Hochvoltelektromaschine ausgebildet.
Eine zweite Elektromaschine 19 ist mit der Brennkraftmaschine 3, insbesondere mit der Kurbelwelle 8 der Brennkraftmaschine 3, wirkverbunden. Die zweite Elektromaschine 19 ist bevorzugt als Riemen-Starter-Generator 19 ausgebildet und mittels eines Riemenantriebs 20 mit der Kurbelwelle 8 der Brennkraftmaschine 3 wirkverbunden. Der Riemenantrieb 20 weist eine an einer Abtriebswelle 41 des Riemen-Starter-Generators 19 vorgesehene erste Riemenscheibe 22, eine auf der Kurbelwelle 8 vorgesehene zweite Riemenscheibe 23 sowie einen Antriebsriemen 24 auf. Die erste Riemenscheibe 22 ist bevorzugt drehfest mit der Abtriebswelle 41 wirkverbunden und die zweite Riemenscheibe 23 ist bevorzugt drehfest mit der Kurbelwelle 8 wirkverbunden. Der Antriebsriemen 24 ist beispielsweise als Keilriemen oder als Keilrippenriemen ausgebildet. Der Antriebsriemen 24 ermöglicht eine reibschlüssige Übertragung eines Drehmomentes von der ersten Riemenscheibe 22 auf die zweite Riemenscheibe 23 bzw. umgekehrt. Die Übersetzung des Riemenantriebs 20 ist dabei derart ausgebildet, dass der Riemen-Starter-Generator 19 über den gesamten Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine 3 generatorisch betreibbar ist und dass mit derselben Übersetzung des Riemenantriebs 20 ein Starten der Brennkraftmaschine 3 möglich ist. Der Riemenantrieb 20 stellt eine schwingungsdämpfende Wirkverbindung zwischen der Kurbelwelle 8 und der Abtriebswelle 41 dar. Die zweite Elektromaschine 19 ist ebenfalls bevorzugt als Hochvoltelektromaschine ausgebildet.
Das Antriebssystem 2 weist weiterhin optional eine dritte Elektromaschine 25 auf, welche bevorzugt als Starter 25 zum Starten der Brennkraftmaschine 3 ausgebildet ist. Der Starter 25 ist mit der Brennkraftmaschine 3 wahlweise wirkverbunden oder von dieser abgekoppelt. Hierzu weist der Starter 25 ein auf einer Abtriebswelle 42 des Starters 25 angeordnetes ausrückbares Starterritzel 26 auf, welches zum Eingreifen in den Starterzahnkranz 9 der Brennkraftmaschine 3 ausgebildet ist. Mittels einer Betätigungseinrichtung des Starters 25 ist das auf der Abtriebswelle 42 bevorzugt drehfest angeordnete Starterritzel 26 entlang der Abtriebswelle 42 verlagerbar und so zum Starten der Brennkraftmaschine 3 in den Starterzahnkranz 9 einspurbar und nach erfolgtem Start der Brennkraftmaschine 3 wieder aus diesem ausspurbar. Das Starterritzel 26 und der Starterzahnkranz 9 ermöglichen eine formschlüssige Übertragung eines Drehmomentes von der Abtriebswelle 42 auf die Kurbelwelle 8. Eine entsprechende Übersetzung, welche sich bevorzugt von der Übersetzung des Riemenantriebs 20 unterscheidet, zwischen dem Starterritzel 26 und dem Starterzahnkranz 9 ermöglicht eine Übertragung eines besonders hohen Startdrehmomentes. Der Starter 25 ist insbesondere zum Kaltstart der Brennkraftmaschine 3 geeignet. Der Starter 25 ist bevorzugt zum elektromotorischen Betrieb ausgebildet.
Das Antriebssystem 2 weist weiterhin eine Leistungselektronik 31 und einen Energiespeicher 32, bevorzugt in Form einer Batterie 32, auf. Die Leistungselektronik 31 ist über Kabelverbindungen 39, 40 mit der Batterie 32 verbunden. Die Leistungselektronik 31 ist über Kabelverbindungen 33-35 mit der ersten Elektromaschine 17 und über Kabelverbindungen 36-38 mit der zweiten Elektromaschine 19 verbunden. Die Leistungselektronik 31 kann weiterhin über entsprechende Kabelverbindungen mit dem Starter 25 verbunden sein. Die erste und die zweite Elektromaschine 17, 19 bilden mit den Kabelverbindungen 33-38 und der Leistungselektronik 31 bevorzugt einen Hochvoltstromkreis. Die Kabelverbindungen 33-40 dienen jeweils der Übertragung von elektrischer Energie und/oder von Daten und/oder von Steuersignalen. Ein elektrischer Verbraucher 43, beispielsweise ein Kompressor einer Klimaanlage oder eine Ölpumpe ist beispielsweise mit der Batterie 32 gekoppelt.
Die 3 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Antriebssystems 2. Diese Ausführungsform des Antriebssystems 2 gemäß der 2 unterscheidet sich von der bevorzugten Ausführungsform des Antriebssystems 2 gemäß der 1 und 2 nur in der Art der Ankopplung der ersten Elektromaschine 17. Die erste Elektromaschine 17 ist demnach nicht mit der Vorderachse 13 koppelbar sondern mit einer oder beiden der Getriebeabtriebswellen 44, 45 wirkverbunden oder von diesen abgekoppelt. Bevorzugt ist die erste Elektromaschine 17 in das Getriebe 11 integriert. Zur Wirkverbindung oder zur Abkopplung der ersten Elektromaschine 17 mit der Getriebeabtriebswelle 44, 45 des Doppelkupplungsgetriebes 11 dient die wiederum die erste Kupplungs-Einrichtung 18. Die erste Elektromaschine 17 ist beispielsweise mittels eines Zahnradgetriebes oder mittels eines Riemengetriebes mit der Getriebeabtriebswelle 44, 45 wirkverbindbar. Bevorzugt ist die erste Elektromaschine 17 derart mit der Getriebeabtriebswelle 44, 45 wirkverbindbar, dass ein von der ersten Elektromaschine 17 erzeugtes Drehmoment auf die Vorderachse 13 übertragen wird.
Die Funktionsweise des Antriebssystems 2 gemäß der 1 bis 3 wird im Folgenden erläutert. Zum Starten der Brennkraftmaschine 3 ist entweder der Riemen-Starter-Generator 19 oder der Starter 25 einsetzbar. Aufgrund der formschlüssigen Wirkverbindung des Starters 25 mit der Kurbelwelle 8 der Brennkraftmaschine 3 dient dieser bevorzugt zum Kaltstarten der Brennkraftmaschine 3, wohingegen der Riemen-Starter-Generator 19 bevorzugt zum Warmstarten der Brennkraftmaschine 3 eingesetzt wird. Vorteilhaft einsetzbar ist der Starter 25 insbesondere bei großvolumigen Brennkraftmaschinen. Ob der Starter 25 oder der Riemen-Starter-Generator 19 zum Starten der Brennkraftmaschine 3 eingesetzt wird kann beispielsweise mittels einer entsprechenden Steuereinrichtung ermittelt werden, welche beispielsweise den Temperaturzustand der Brennkraftmaschine 3 ermittelt und dann entsprechend den Starter 25 oder den Riemen-Starter-Generator 19 ansteuert. In einer alternativen Ausführungsform des Antriebssystem 2 wird die Brennkraftmaschine 3 ausschließlich mit dem Riemen-Starter-Generator 19 gestartet. Im Betrieb der Brennkraftmaschine 3 ist die dritte Elektromaschine 25 von der Brennkraftmaschine 3 abgekoppelt. Hierzu ist das Starterritzel 26 aus dem Starterzahnkranz 9 ausgespurt. Der Riemen-Starter-Generator 19 läuft über den Riemenantrieb 20 mit der Brennkraftmaschine 3 mit.
Durch entsprechendes Betätigen der Kupplungseinrichtung 12 ist die Brennkraftmaschine 3 wahlweise von dem Getriebe 11 abgekoppelt oder mit diesem wirkverbunden. Im abgekoppelten Zustand dient die Brennkraftmaschine 3 beispielsweise dem generatorischen Antrieb des Riemen-Starter-Generators 19, welcher somit beispielsweise zum Standladen des Energiespeichers 32 verwendbar ist. Hierzu wird die vom Riemen-Starter-Generator 19 erzeugte elektrische Energie mittels der Leistungselektronik 31 in die Batterie 32 eingespeist. Somit wird auch im Standbetrieb des Kraftfahrzeuges 1 zuverlässig verhindert, dass der Verbraucher 43 die Batterie 32 entleert.
Im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs 1 ist die Kurbelwelle 8 der Brennkraftmaschine 3 mittels der Kupplungseinrichtung 12 mit dem Getriebe 11 wirkverbunden. Über das Getriebe 11, die Getriebeabtriebswellen 44, 45 und die Achsgetriebe 15, 16 wird ein Antriebsmoment der Brennkraftmaschine 3 auf die Antriebsachsen 13, 14 übertragen. Beispielsweise kann das Getriebe 11 auch so geschaltet sein, dass die Brennkraftmaschine lediglich ein Antriebsmoment auf die Hinterachse 14 überträgt. Der Riemen-Starter-Generator 19 wird je nach Fahrzustand des Kraftfahrzeuges 1 von der Brennkraftmaschine 3 generatorisch zum Laden der Batterie 32 angetrieben oder arbeitet elektromotorisch und bringt somit ein zusätzliches Drehmoment auf die Kurbelwelle 8 der Brennkraftmaschine 3 auf. Ein zusätzliches Drehmoment ist weiterhin mittels der ersten Elektromaschine 17 in das Antriebssystem 2 einspeisbar. Hierzu ist die erste Kupplungseinrichtung 18 derart geschaltet, dass die erste Elektromaschine 17 mit der Vorderachse 13 oder mit der Abtriebswelle 44, 45 des Getriebes 11 wirkverbunden ist. Beispielsweise kann so die Vorderachse 13 elektromotorisch und die Hinterachse 14 verbrennungsmotorisch angetrieben werden.
Durch ein Öffnen der Kupplungseinrichtung 12 wird die Brennkraftmaschine 3 von dem Getriebe 11 getrennt und ein Antreiben des Antriebssystems 2 allein mittels der ersten Elektromaschine 17 ist möglich. Das Kraftfahrzeug 1 kann so ausschließlich mittels der ersten Elektromaschine 17 bewegt werden, wobei die Brennkraftmaschine 3 von dem Antriebssystem 2 abgekoppelt ist und somit weder Schleppmomente noch Reibungsverluste erzeugt. In diesem Betriebszustand kann die Brennkraftmaschine 3 entweder abgeschaltet sein oder zum Laden der Batterie 32 eingesetzt werden. Im Rekuperationsbetrieb des Antriebssystems 2, d.h. bei der Rückgewinnung von Bewegungsenergie des Kraftfahrzeugs 1, ist es ebenfalls möglich, dass die gesamte Bewegungsenergie ausschließlich von der ersten Elektromaschine 17 in elektrische Energie umgewandelt wird. Ist die Bremswirkung der ersten Elektromaschine 17 nicht ausreichend, wird durch entsprechendes Schalten der Kupplungseinrichtung 12 die Brennkraftmaschine 3 und die ebenfalls im generatorischen Betrieb arbeitende zweite Elektromaschine 19 zugeschaltet.
Mit dem Antriebssystem 2 gemäß der 1 bis 3 ist somit vorteilhaft sowohl ein zuverlässiger Warm- als auch Kaltstart der Brennkraftmaschine 3, ein Standladen der Batterie 32, ein rein elektromotorischer sowie ein kumulierter elektromotorischer/verbrennungsmotorischer Betrieb des Kraftfahrzeuges 1 und ein Rückgewinnen von Bewegungsenergie des Kraftfahrzeuges 1 möglich. Weiterhin ist mit dem beschriebenen Antriebssystem 2 bei einer hochdynamischen Fahrt des Kraftfahrzeuges 1, beispielsweise in einem Scheitelpunkt einer durchfahrenen Kurve, in dem an einem Reifen 27-30 eine maximale Querkraft aber keine Längskraft übertragbar ist und somit die Leistung der Brennkraftmaschine 3 in diesem Scheitelpunkt auch nicht zum Vortrieb des Kraftfahrzeuges 1 nutzbar ist, die Leistung der Brennkraftmaschine 3 an den Riemen-Starter-Generator 19 zum Laden der Batterie 32 übertragbar. Diese gespeicherte Energie ist wiederum nach einem Verlassen des Scheitelpunktes der Kurve zum Beschleunigen aus der Kurve heraus mittels der beiden Elektromaschinen 17, 19 einsetzbar. Dieses sogenannte Scheitelpunktladen ermöglicht somit eine Erhöhung des Zeitanteils der Nutzung der Brennkraftmaschine 3.

Claims

Antriebssystem (2) für ein Hybridfahrzeug (1), mit: einem Getriebe (11) zum Antreiben mindestens einer Antriebsachse (13, 14) des Kraftfahrzeuges (1); einer Brennkraftmaschine (3), welche mit dem Getriebe (11) wahlweise wirkverbunden oder von diesem abgekoppelt ist; einer ersten Elektromaschine (17), welche mit der mindestens einen Antriebsachse (13, 14) oder mit einer Abtriebswelle (39) des Getriebes (11) wahlweise wirkverbunden oder von dieser abgekoppelt ist; und einer zweiten Elektromaschine (19), welche mit der Brennkraftmaschine (3) wirkverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebssystem (2) eine dritte Elektromaschine (25) aufweist, welche als Starter (25) zum Starten der Brennkraftmaschine (3) ausgebildet ist und welche mit der Brennkraftmaschine (3) wahlweise wirkverbunden oder von dieser abgekoppelt ist.
Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Starter (25) mittels eines ausrückbaren Ritzels (26), welches zum Eingreifen in einen Starterzahnkranz (9) der Brennkraftmaschine (3) ausgebildet ist, mit der Brennkraftmaschine (3) wahlweise wirkverbunden oder von dieser abgekoppelt ist.
Antriebssystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektromaschine (19) als Riemen-Starter-Generator (19) ausgebildet ist, welcher mittels eines Riemenantriebs (20) mit einer Kurbelwelle (8) der Brennkraftmaschine (3) wirkverbunden ist.
Antriebssystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (11) als Doppelkupplungsgetriebe (11) ausgebildet ist, wobei die Brennkraftmaschine (3) mittels einer Doppelkupplung (12) mit dem Doppelkupplungsgetriebe (11) wahlweise wirkverbunden oder von diesem abgekoppelt ist.
Antriebssystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebssystem (2) eine als Vorderachse (13) ausgebildete erste Antriebsachse (13) und eine als Hinterachse (14) ausgebildete zweite Antriebsachse (14) aufweist, wobei die erste Elektromaschine (17) wahlweise mit der Vorderachse (13) wirkverbunden oder von dieser abgekoppelt ist.
Antriebssystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektromaschine (17) als Achsmodul (17) ausgebildet ist, welches mittels eines Achsgetriebes (15, 16) wahlweise mit der mindestens einen Antriebsachse (13, 14) wirkverbunden oder von dieser abgekoppelt ist.
Antriebssystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektromaschine (17) eine erste Kupplungseinrichtung (18) zum Abkoppeln der ersten Elektromaschine (17) von der mindestens einen Antriebsachse (13, 14) oder von der Abtriebswelle (39) des Getriebes (11) aufweist.
Antriebssystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Elektromaschine (17, 19) sowohl zum generatorischen als auch zum elektromotorischen Betrieb ausgebildet ist.
Hybridfahrzeug (1) mit einem Antriebssystem (2) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche.