DE102011084858A1 - Radselektiver elektrischer Antrieb mit Reichweitenverlängerung und Freilaufverkupplung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für ein Kraftfahrzeug mit zwei Elektromotoren (1, 4), die einen radselektiven Antrieb ermöglichen. Um ein kompaktes Antriebssystem für ein derartiges Fahrzeug mit erhöhter Reichweite und guten fahrdynamischen Eigenschaften bereitzustellen, wird ein Parallelhybridantrieb vorgeschlagen umfassend • einen ersten Elektromotor (1) mit einer ersten Antriebswelle (2) zum Antrieb eines linken Antriebsrades (3), • einen zweitem Elektromotor (4) mit einer zweiten Antriebswelle (5) zum Antrieb eines rechten Antriebsrades (6), • einen Verbrennungsmotor (7), • mindestens eine erste Freilaufeinheit (9) zur trieblichen Kopplung des Verbrennungsmotors (7) mit der ersten und zweiten Antriebswelle (2, 5) und • eine Regelungseinheit (8) zur individuellen, fahrsituationsabhängigen Regelung der von dem ersten und dem zweiten Elektromotor (2, 5) erzeugten Antriebsmomente unter Berücksichtigung des vom Verbrennungsmotor (7) erzeugten Drehmomentes.

Description

• Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung betrifft einen Antrieb für ein Kraftfahrzeug mit zwei Elektromotoren, die einen radselektiven Antrieb ermöglichen.
• Hintergrund der Erfindung
• Elektrische Antriebskonzepte, die einen radselektiven Antrieb ermöglichen, sind hinlänglich bekannt. Derartige Antriebskonzepte ermöglichen eine individuelle Drehmoment- / bzw. Drehzahlentwicklung am linken und rechten angetriebenen Rad eines Fahrzeugs, wodurch sich die Fahrstabilität in verschiedenen Fahrsituationen, insbesondere bei Kurvenfahrten, deutlich erhöhen lässt.
• Ein derartiger Antrieb ist beispielsweise aus EP 1 551 658 B1 bekannt. Hier wird ein Fahrzeug mit elektrischen Einzelradantrieben vorgeschlagen, bei dem einem linken und einem rechten Antriebsrad jeweils ein elektrischer Antriebsmotor zugeordnet ist. Jeder Antriebsmotor ist über ein Verbindungsgetriebe mit dem ihm zugeordneten Antriebsrad trieblich verbunden. Der hier offenbarte Antrieb umfasst ferner eine schaltbare Kupplung, mit der die Antriebsräder wahlweise trieblich miteinander gekoppelt werden können.
• Aus DE 10 2009 002 805 A1 ist ein Parallelhybridantrieb für Kraftfahrzeuge mit einer im Zugbetrieb einkuppelnden Freilaufkupplung und einer dazu parallelen Reibungskupplung bekannt. Die Freilaufkupplung ermöglicht eine hohe Drehmomentübertragung durch den von ihr herbeigeführten Kraftschluss.
• Aufgabe der Erfindung
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kompaktes Antriebssystem für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug mit erhöhter Reichweite und guten fahrdynamischen Eigenschaften bereitzustellen.
• Lösung der Aufgabe
• Diese Aufgabe wird durch einen Parallelhybridantrieb mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Ein derartiger Parallelantrieb umfasst
• • einen ersten Elektromotor mit einer ersten Antriebswelle zum Antrieb eines linken Antriebsrades,
• • einen zweitem Elektromotor mit einer zweiten Antriebswelle zum Antrieb eines rechten Antriebsrades,
• • einem Verbrennungsmotor,
• • mindestens eine erste Freilaufeinheit zur trieblichen Kopplung des Verbrennungsmotors mit der ersten und zweiten Antriebswelle und
• • eine Regelungseinheit zur individuellen, fahrsituationsabhängigen Regelung der von dem ersten und dem zweiten Elektromotor erzeugten Antriebsmomente unter Berücksichtigung des vom Verbrennungsmotor erzeugten Drehmomentes.
• Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
• Der Erfindung ermöglicht einen radselektiven und damit hochdynamischen Betrieb des Fahrzeugs trotz Verwendung nur eines mit beiden Antriebsrädern koppelbaren Verbrennungsmotors zur Reichweitenverlängerung. Der Parallelhybridantrieb zeichnet sich im Vergleich zu einem Serienhybrid durch eine besonders kompakte Bauform aus, da auf einen zusätzlichen Generator zur Stromerzeugung verzichtet werden kann. Dennoch bleibt die Möglichkeit des radselektiven Antriebs bei dem erfindungsgemäßen Parallelhybrid trotz dessen Kopplung mit beiden Antriebswellen erhalten. Der Verbrennungsmotor ist ferner in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung als Range Extender ausgebildet und kann daher vergleichsweise klein dimensioniert werden, da die beiden Elektromotoren allein eine ausreichende Antriebsleistung bei geladener Batterie zur Verfügung stellen können.
• Die mindestens eine Freilaufeinheit koppelt auf sehr einfache Weise den Verbrennungsmotor mit der ersten und zweiten Antriebswelle der beiden Elektromotoren. Im Vergleich zu schaltbaren Kupplungen entfallen Aktuatorik und Steuereinheit, wodurch Bauraum, Gewicht und Kosten in erheblichem Maße eingespart werden können. Die Aktivierung der Kraftübertragung geschieht vielmehr allein durch die Differenz der Drehmomente und Drehzahlen, die vom Verbrennungsmotor und den Elektromotoren bereitgestellt werden.
• Wenn die vom Verbrennungsmotor an der mindestens einen Freilaufeinheit bereitgestellte Drehzahl höher als die von dem oder den Elektromotoren bereitgestellte Drehzahl ist, wird der Verbrennungsmotor automatisch eingekuppelt und damit trieblich mit den Antriebsrädern gekoppelt. Dennoch ist auch in einem solchen Betriebsfall ein radselektiver Betrieb möglich. Dies geschieht erfindungsgemäß mittels der Regelungseinheit, die die Elektromotoren derart ansteuert, dass das am jeweiligen Antriebsrad erzeugte Drehmoment, welches sich aus einer Überlagerung des vom Verbrennungsmotor und vom jeweiligen Elektromotor erzeugten Drehmoment ergibt, einem der Fahrsituation gerecht werdenden Solldrehmoment entspricht.
• Die erfindungsgemäße Berücksichtung des vom Verbrennungsmotor erzeugten Drehmomentes kann hierbei auf verschiedene Arten durch die Regelungseinheit erfolgen. Beispielsweise ist es möglich, dass der Parallelhybridantrieb Mittel zur Messung des vom Verbrennungsmotor erzeugten Drehmomentes aufweist. Das gemessene Drehmoment kann der Regelungseinheit insbesondere als Eingangsgröße in Form einer Vorsteuergröße verfügbar sein, so dass eine hochdynamische Regelung erfolgen kann. Hierbei kann sogar eine Ausregelung des beim Einkuppeln des Verbrennungsmotors in den Antriebsstrang erzeugten Ruckmomentes erfolgen, so dass dieses durch entsprechende Gegensteuerung der Elektromotoren für den Fahrer nicht oder zumindest deutlich abgeschwächt spürbar ist.
• Es ist aber auch möglich und von der Erfindung umfasst, dass eine das linke und/oder rechte an den Antriebsrädern angreifende Antriebsdrehmoment repräsentierende Messgröße – also die systemrelevante Ausgangsgröße – erfasst wird, in die das vom Verbrennungsmotor erzeugte Antriebsdrehmoment mit einfliest, sofern dieser eingekuppelt ist.
• Sofern das Drehmoment des Verbrennungsmotors nur einseitig von einer Kurbellwelle des Verbrennungsmotors abgegriffen wird, ist zur trieblichen Kopplung des Verbrennungsmotors mit der ersten und zweiten Antriebswelle ein Verteilergetriebe notwendig. Dieses ist antriebsseitig mit der Kurbelwelle verbunden und abtriebsseitig mit der ersten und zweiten Antriebswelle, wobei das Getriebe derart gestaltet ist, dass das Moment des Verbrennungsmotors richtungsgleich auf die erste und die zweite Antriebswelle wirkt. Eine individuelle Regelung der an den Antriebsräder angreifenden Antriebsdrehmomente beispielsweise zur Gierwinkelbeschleunigung geschieht durch die Elektromotoren. Ungleiche Drehzahlen beispielsweise bei Kurvenfahrten können hierbei in vorteilhafter Weiterbildung des Parallelhybridantriebs dadurch ermöglicht werden, dass das Getriebe ein Differenzial umfasst.
• Alternativ oder auch zusätzlich werden ungleiche Drehzahlen an linker und rechter Antriebsseite in vorteilhafter Ausgestaltung des Parallelhybridantriebes dadurch ermöglicht, dass die erste Antriebswelle über die erste Freilaufeinheit mit dem Verbrennungsmotor trieblich gekoppelt ist und die zweite Antriebswelle über eine zweite Freilaufeinheit mit dem Verbrennungsmotor trieblich gekoppelt ist. Dadurch, dass hierbei jede Antriebswelle individuell mit dem Verbrennungsmotor über eine eigene Freilaufeinheit gekoppelt ist, wird ermöglicht, dass beispielsweise die erste Antriebswelle des ersten Elektromotors an der Freilaufeinheit eine höhere Drehzahl als der Verbrennungsmotor liefert, so dass hier der Verbrennungsmotor ausgekuppelt ist, und gleichzeitig das von der zweiten Antriebswelle am Freilauf bereitgestellte Drehmoment unter dem des Verbrennungsmotor liegt, so dass hier der Verbrennungsmotor eingekuppelt ist und entsprechend das rechte Antriebsrad antreibt. Mithin ergäbe sich in diesem Szenario eine höhere Drehzahl am linken Antriebsrad.
• Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, dass der Verbrennungsmotor eine an dessen Gehäuse beidseitig herausragende Kurbelwelle aufweist, an deren einem Ende die erste Freilaufeinheit montiert ist und an deren zweitem Ende die zweite Freilaufeinheit montiert ist. Hierdurch kann auf ein Verteilergetriebe verzichtet werden. Idealerweise sind hierbei Kurbellwelle und erste und zweite Antriebswelle parallel angeordnet, so dass auch auf zusätzliche Getriebeelemente zur Kraftübertragung zwischen Kurbelwelle und Antriebswellen weitgehend verzichtet werden kann.
• In bestimmten Fahrsituation kann auch der Fall eintreten, dass das auf einer Achsseite an dem entsprechenden Antriebsrad gewünschte Drehmoment geringer als das allein vom Verbrennungsmotor erzeugte Drehmoment ist. Zur Reduktion des Momentes des Verbrennungsmotors wird in einem solchen Betriebsfall die Regelungseinheit den der betroffenen Antriebsseite zugeordneten Elektromotor kurzfristig in den Generatorbetrieb schalten, so dass sich die Antriebsleistung des Verbrennungsmotors einseitig aufteilt in eine am betroffenen Antriebsrad abgegeben Leistung und eine den Elektromotor generatorisch antreibende Leistung.
• Im Gegensatz zu einer Serienhybridanordnung, bei der der Verbrennungsmotor zum Antrieb eines Generators dient, der selbst nicht zur Erzeugen eines Antriebsdrehmomentes vorgesehen ist, kann der hier vorgeschlagene Parallelhybridantrieb kompakter und kostengünstiger realisiert werden, da eben der besagte zusätzliche Generator entfällt.
• Oben beschriebene individuelle Regelung der Antriebsdrehmomente gelingt in vorteilhafter Ausgestaltung dadurch, dass der Parallelhybridantrieb
• • einen ersten Vierquadrantensteller, über den der erste Elektromotor aus einer Batterie mit Strom versorgt werden kann, und
• • einen zweiten Vierquadrantensteller, über den der zweite Elektromotor aus der Batterie mit Strom versorgt werden kann,
umfasst, wobei die Regelungseinheit zur Vorgabe individueller Maschinenströme in Abhängigkeit der gewünschten individuellen Antriebsdrehmomente ausgebildet ist.
• Vorteilhafterweise sind die Elektromotoren als Drehstrommotoren ausgebildet, beispielsweise als permanent- oder fremderregte Synchronmaschine oder als Asynchronmaschine. Bei diesen Maschinentypen ist eine Ausbildung des Vierquadrantenstellers in Gestalt einer dreifachen H-Brücke mit schaltenden Halbleiterbauelementen zweckmäßig. Eine derartige Schaltungskonfiguration ermöglicht den bidirektionalen Leistungstransport bei wechselnder Polarität, der einen Vierquadrantenbetrieb charakterisiert. Als schaltende Halbleiterbauelemente können beispielsweise IGBTs oder Leistungs-MOSFETs mit antiparalleler Freilaufdiode eingesetzt werden. Besonders kompakt gestaltet sich eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, bei der ein besagte Halbleiter, deren Treiber sowie Kühlkörper umfassender Vierquadrantensteller unmittelbar am jeweiligen Elektromotorengehäuse angebracht oder in diesem integriert ist.
• Der erfindungsgemäße Parallelhybridantrieb ist vorteilhafterweise als Plug-in Hybrid ausgestaltet, so dass ein Kraftfahrzeug, das mit besagtem Antrieb, den Antriebsrädern, einer Batterie sowie einer Ladevorrichtung zum Laden der Batterie aus einem elektrischen Versorgungsnetz ausgestattet ist, vollelektrisch betrieben werden kann und den Verbrennungsmotor lediglich bedarfsweise zur Reichweitenverlängerung benötigt.
• Der elektrische Antriebsteil des Parallelhybridantriebes kann auf Grund des über einen weiten Drehzahlbereich konstant verfügbaren hohen Drehmomentes elektrischer Maschinen getriebelos und damit als Direktantrieb ausgebildet werden. Eine alternative vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist hingegen gekennzeichnet durch
• • ein erstes Verbindungsgetriebe zur trieblichen Verbindung der ersten Antriebswelle mit dem linken Antriebsrad und
• • ein zweites Verbindungsgetriebe zur trieblichen Verbindung der zweiten Antriebswelle mit dem rechten Antriebsrad.
• Hierbei kann es sich um eine schaltbares oder auch nicht schaltbares Getriebe handeln. Durch eine einfache Stirnradkette kann beispielsweise eine Verlagerung der elektrischen Antriebsmotoren in Richtung der Fahrzeuglängsachse weg von der anzutreibenden Radachse erfolgen. Mithin wird die Flexibilität bei der Wahl des Einbauortes durch die Verwendung der Verbindungsgetriebe erhöht.
• Ferner können die Achshöhe der Elektromotoren und damit der benötigte Bauraum reduziert werden, wenn das Verbindungsgetriebe eine geeignete Übersetzung > 1 aufweist. Hoch drehende Elektromotoren erfordern bei gleicher Leistung einen geringeren Maschinendurchmesser als niedrig drehende Motoren. Das eingesparte Bauvolumen wird zwar zumindest teilweise durch die verwendeten Getriebe kompensiert. Jedoch erhält der Konstrukteur eine höheres Maß an Gestaltungsspielraum bei der Auslegung des Fahrzeugs.
• Eine besonders kompakte Bauweise des elektrischen Antriebssystems gestaltet sich in vorteilhafter Ausbildung dadurch, dass das erste und das zweite Verbindungsgetriebe in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind und der erste Elektromotor an der dem linken Antriebsrad zugewandten Seite an das Gehäuse angebracht ist und der zweite Elektromotor an der dem rechten Antriebsrad zugewandten Seite an das Gehäuse angebracht ist. Demnach ergibt sich in Fahrzeugquerrichtung betrachtet ein zentral angeordnetes elektrisches Antriebsmodul.
• Insbesondere besagtes zentral angeordnetes Antriebsmodul lässt sich konstruktiv einfach mit dem Verbrennungsmotor koppeln, wenn in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Parallelhybridantriebs Wellenenden der ersten und zweiten Antriebswelle an beiden Stirnseiten der Elektromotoren aus deren Gehäuse hinausragen und jeweils ein erstes Wellenende jeder Antriebswelle mit dem zugehörigen Verbindungsgetriebe gekoppelt ist und das andere, zweite Wellenende der ersten Antriebswelle mit der ersten Freilaufeinheit und das andere, zweite Wellenende der zweiten Antriebswelle mit der zweiten Freilaufeinheit gekoppelt ist. Die Kopplung des jeweiligen ersten Wellenendes mit dem zugehörigen Verbindungsgetriebe kann starr sein aber auch mittels Kupplung lösbar, um bedarfsabhängig die Antriebsräder mechanisch von der Rotorwelle der Elektromotoren lösen zu können. Dies kann beispielsweise bei permanenterregten Maschinen zweckmäßig sein, um bei einem Wicklungskurzschluss im Ständer ein von der Maschine erzeugtes Bremsmoment von den Rädern zu entkoppeln.
• Die Freilaufeinheit bzw. die Freilaufeinheiten zeichnen sich durch eine formschlüssige und damit sehr effektive Kraftübertragung aus. Ferner ist eine Freilaufkupplung im Vergleich zur Reibschlusskupplung deutlich verschleißärmer. Insbesondere um bei einer solchen Kupplung den Fahrkomfort zu steigern, ist in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung die Regelungseinheit dazu ausgebildet, durch die erste und, falls vorhanden, zweite Freilaufeinheit erzeugte Drehmomentspitzen durch eine entsprechende Drehmomentsollwertvorgabe für die Elektromotoren zu glätten.
• Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Im folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.
• Es zeigen:
• 1 eine elektrisch direkt angetriebene Ausführungsform des Parallelhybridantriebes mit zwei Freilaufeinheiten und beidseitiger Ausleitung des vom Verbrennungsmotor erzeugten Drehmomentes,
• 2 eine elektrisch direkt angetriebene Ausführungsform des Parallelhybridantriebes mit einseitiger Ausleitung des vom Verbrennungsmotor erzeugten Drehmomentes,
• 3 eine elektrisch direkt angetriebene Ausführungsform des Parallelhybridantriebes mit nur einer Freilaufeinheit und
• 4 eine Ausführungsform des Parallelhybridantriebes mit an den Elektromotoren angeflanschten Verbindungsgetrieben.
• Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
• 1 zeigt eine elektrisch direkt angetriebene erste Ausführungsform des Parallelhybridantriebes mit zwei Freilaufeinheiten 9, 10 und beidseitiger Ausleitung des vom Verbrennungsmotor 7 erzeugten Drehmomentes. Der Parallelhybridantrieb umfasst einen ersten Elektromotor 1 der über eine erste Antriebswelle 2 mit einem linken Antriebsrad 3 eines Kraftfahrzeugs antriebsfest gekoppelt ist. Ferner umfasst der Parallelhybrid einen zweiten Elektromotor 4, der über eine zweite Antriebswelle 5 mit einem rechten Antriebsrad 6 antriebsfest gekoppelt ist. Die beiden Elektromotoren 1, 4 übertragen das von ihnen erzeugte Drehmoment getriebelos auf die Antriebsräder 3, 6. Es handelt sich um eine sogenannte elektrische Achse, bei der die Elektromotoren 1, 4 koaxial mit einer Antriebsachse des Kraftfahrzeuges angeordnet sind. Die Elektromotoren 1, 4 sind als permanenterregte Synchronmaschinen ausgeführt, die über einen nicht dargestellten Wechselrichter aus einer ebenfalls nicht dargestellten Batterie gespeist werden.
• In 1 ist ferner eine Koppelbarkeit der Elektromotoren 1, 4 mit einem als Range Extender ausgebildeten Verbrennungsmotor 7 skizziert. Dieser Range Extender ist mit einer durchgehenden Kurbelwelle 11 ausgeführt. Demnach ragt die Kurbelwelle 11 an zwei stirnseitigen Enden des Verbrennungsmotors 7 aus dessen Gehäuse heraus, so dass an den beiden gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses jeweils das vom Range Extender erzeugte Drehmoment abgreifbar ist. Hierzu ist zunächst ein dem linken Antriebsrad 3 zugewandtes Ende der Kurbelwelle 11 mit einer ersten Freilaufeinheit 9 verbunden, die wiederum mit der ersten Antriebswelle 2 gekoppelt ist. Ferner ist ein dem rechten Antriebsrad 6 zugewandtes Ende der Kurbelwelle 12 mit einer zweiten Freilaufeinheit 10 trieblich verbunden, wobei die zweite Freilaufeinheit 10 wiederum mit der zweiten Antriebswelle 5 des zweiten Elektromotors 4 gekoppelt ist.
• Um die Reichweite des Kraftfahrzeugs zu erhöhen, kann nun der Range Extender bei der Erzeugung eines Drehmomentes an den Antriebsränder 3, 6 die Elektromotoren 1, 4 unterstützen. Solange die Kurbelwelle 11 des Verbrennungsmotors 7 am Freilauf stillsteht oder eine niedrigere Drehzahl als die erste und zweite Antriebswelle 2, 5 aufweist, ist der Verbrennungsmotor 7 von den Antriebsrädern 3, 6 entkoppelt und trägt somit nichts zur Kraftübertragung auf die Fahrbahn bei. Der Range Extender ist in solchen Betriebszuständen typischerweise abgeschaltet oder dreht im Leerlaufbetrieb.
• Um den Range Extender auf die Antriebsräder 3, 6 aufzuschalten, d.h. die Kurbelwelle 11 einzukuppeln, wird die Kurbellwellendrehzahl erhöht und erreicht schließlich die Drehzahl der ersten und/oder zweiten Antriebswelle 2, 5. Von da an kuppelt der Verbrennungsmotor 7 automatisch ein, so dass sich auf der oder den eingekuppelten Seiten des Antriebs das vom Range Extender aufgebrachte Drehmoment zu dem Moment addiert, dass von dem ersten bzw. zweiten Elektromotor 1, 4 erzeugt wird. Hierbei ist auch denkbar, dass das Drehmoment des Verbrennungsmotors 7 entgegengesetzt zu dem Drehmoment des ersten und/oder zweiten Elektromotors 1, 4 gerichtet ist. Hierbei würde der erste und/oder zweite Elektromotor 1, 4 durch den Verbrennungsmotor angetrieben, so dass besagter Elektromotor 1, 4 als Generator arbeiten würde und eine Batterie des Fahrzeugs laden könnte.
• Eine Besonderheit des in 1 dargestellten Hybridantriebes liegt nun darin, dass selbst bei eingekuppeltem Verbrennungsmotor 7 ein radselektiver Antrieb des Kraftfahrzeugs möglich ist und somit beispielsweise sogenanntes Torque Vectoring betrieben werden kann. Denn für jedes Antriebsrad 3, 6 ergibt sich das resultierende Drehmoment aus der Summe des vom Verbrennungsmotor 7 erzeugten Antriebsdrehmomentes und des vom zugehörigen Elektromotor 3, 6 erzeugten Antriebsdrehmomentes. Somit kann auf jeder Antriebsseite durch den Elektromotor 3, 6 das vom Verbrennungsmotor erzeugte Moment individuell verstärkt werden oder aber auch geschwächt werden, indem der zuständige Elektromotor 3, 6 als Generator betrieben wird.
• Eine individuelle und fahrsituationsabhängige Bestromung der Elektromotoren gelingt mit einer Regelungseinheit 8. Diese erhält als Eingangssignale von einer Reihe von Sensoren 14 ermittelte Messwerte, aus denen sich die aktuelle Fahrsituation ableiten lässt. Die Sensoren 14 sind hierbei dazu ausgebildet, neben physikalischen Zuständen wie der aktuellen Geschwindigkeit, Beschleunigung, Querkräften etc. auch vom Fahrer vorgegebene Kommandos wie Brems- oder Beschleunigungskommandos und Lenkbewegungen an die Regelungseinheit 17 zu melden. In Abhängigkeit der so ermittelten Betriebsparameter wird von der Regelungseinheit 17 eine individuelle Sollwertvorgabe für das von den Elektromotoren 1, 4 erzeugte Antriebsdrehmoment generiert.
• Die Verbindung der Antriebsräder 3, 6 mit den zugehörigen Elektromotoren 1, 4 kann mittels einer nicht dargestellten Kupplung trennbar ausgebildet sein.
• 2 zeigt eine elektrisch direkt angetriebene Ausführungsform des Parallelhybridantriebes mit einseitiger Ausleitung des vom Verbrennungsmotor erzeugten Drehmomentes. Elemente, die mit denen in 1 grundsätzlich funktionell gleich sind, sind hier so wie in den weiteren Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
• Im Unterschied zu 1 wird in der hier dargestellten Ausführungsform ein Range Extender mit einer Kurbelwelle 12 vorgesehen, die orthogonal statt parallel zu der ersten und zweiten Antriebswelle 2, 5 orientiert ist und nur einseitig aus dem Gehäuse des Verbrennungsmotors 7 herausragt. Diese Kurbellwelle 12 ist über ein Verteilergetriebe 13 mit zwei Abtriebswellen 25 antriebsfest verbunden. Diese beiden Abtriebswellen 25 ermöglichen eine Kupplung über die Freilaufeinheiten 9, 10 mit den Antriebswellen 2, 5 in analoger Weise, wie sie bereits unter 1 für die durchgehende Kurbelwelle 11 beschrieben wurde.
• Das Verteilergetriebe 13 ist lediglich schematisch dargestellt und kann beispielweise auch ein Differential aufweisen, um unterschiedliche Drehzahlen schon an den beiden Abtriebswellen 25 zu ermöglichen.
• 3 zeigt eine elektrisch direkt angetriebene Ausführungsform des Parallelhybridantriebes mit nur einer Freilaufeinheit 9. Die Anordnung entspricht im Wesentlichen der gemäß 2, wobei die beiden Abtriebswellen 25 des Verteilergetriebes 13 nun nicht mittels Freilaufkupplungen mit der ersten und zweiten Antriebswelle 2, 5 verbunden sind, sondern durch nicht dargestellte Übertragungselemente wie Riemen, Kette, Gelenkwellen oder ähnliches. Die in 3 gezeigte Ausführungsform benötigt nur eine Freilaufeinheit 9, über die Verbindung zwischen der Kurbelwelle 12 des Verbrennungsmotors 7 und dem Verteilergetriebe 13 hergestellt wird. Diese Anordnung spart eine Freilaufeinheit 9, 10 im Vergleich zu den in 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen und ermöglicht dennoch, dass der Verbrennungsmotor 7 erst dann drehmomentbildend in den Antriebsstrang eingekoppelt wird, wenn seine Drehzahl die der Elektromotoren 1, 4 übersteigt. Hierbei ist jedoch zwingend eine Differenzialfunktion im Verteilergetriebe vorzusehen, sofern linkes und rechtes Antriebsrad 3, 6 mit unterschiedlichen Drehzahlen betreibbar sein sollen.
• 4 zeigt eine Ausführungsform des Parallelhybridantriebes mit an den Elektromotoren 1, 4 angeflanschten Verbindungsgetrieben 15, 16.
• Im Unterschied zu den in 1, 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen umfasst der hier dargestellte Parallelhybridantrieb ein erstes Verbindungsgetriebe 15 und ein zweites Verbindungsgetriebe 16. Die beiden Verbindungsgetriebe 15, 16 sind als Stirnradkette ausgebildet und haben ein Übersetzungsverhältnis größer eins, so dass die Elektromotoren 1, 4 im Vergleich zu den in 1 gezeigten Direktantrieben mit reduzierter Achshöhe ausgeführt werden können.
• Wie in 4 schematisch dargestellt ist das erste Verbindungsgetriebe 10 mit einem ersten Wellenende 20 der Rotorwelle des ersten Elektromotors 1 verbunden. Entsprechend ist das zweite Verbindungsgetriebe 16 mit einem ersten Wellenende 21 der Rotorwelle des zweiten Elektromotors 4 verbunden.
• Die beiden Verbindungsgetriebe 15, 16 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 19 angeordnet, welches zentral zwischen den beiden Elektromotoren 1, 4 positioniert ist. Das jeweilige nicht mit einem Verbindungsgetriebe 15, 16 gekoppelte zweite Wellenende 22, 23 ist mit der ersten bzw. zweiten Freilaufeinheit 9, 10 verbunden. Die Kurbellewelle 11 des als Range Extender ausgebildeten Verbrennungsmotors 7 ragt wie bei der Ausführungsform nach 1 beidseitig aus dem Motorengehäuse heraus und ist an ihren beiden Enden jeweils mit einer Freilaufeinheit 9, 10 verbunden. Auch hier geschieht die Einkupplung des vom Range Extender erzeugten Drehmomentes in den Antriebsstrang automatisch in Abhängigkeit der Kurbelwellendrehzahl und der Drehzahlen der ersten und zweiten Antriebswelle 2, 5.
• Der Verbrennungsmotor 7 wird in einem für ihn optimalen Drehzahlbereich in den Antriebsstrang eingekuppelt. D.h., sobald die Elektromotoren 1, 4 die Antriebswellen 2, 5 auf eine dieser optimalen Drehzahl entsprechenden Wellendrehzahl beschleunigt haben, wird dies beispielsweise via CAN-Bus an eine in 4 nicht dargestellte Motorsteuereinheit des Range Extenders gemeldet, so dass dieser hochgefahren wird und bei Erreichen der Antriebswellendrehzahl über den oder die Freilaufeinheiten 9, 10 automatisch einkuppelt.
• Die Momenteneinbringung durch den Verbrennungsmotor 7 in den Antriebsstrang geschieht durch die Freilaufeinheiten schlagartig, was insbesondere im Vergleich zu reibschlüssigen Einkupplungen zu Drehmomentspitzen führen kann. Diese Drehmomentspitzen können jedoch dadurch ausgeregelt werden, dass mittels der Elektromotoren 1, 4 im Moment des Einkuppelns derart gegengesteuert wird, dass besagte Drehmomentspitzen geglättet werden und somit das Fahrverhalten nicht spürbar beeinflussen. Eine solche Ausregelung gelingt mit besonderer Dynamik und Stabilität, wenn ein durch den einkuppelnden Verbrennungsmotor 7 erzeugtes Drehmoment unmittelbar messtechnisch erfasst und in einem auf der Regelungseinheit 8 implementierten Regelkreis als Vorsteuersignal verwendet wird.
• 4 zeigt weiterhin eine Batterie 18. Diese ist elektrisch mit einem ersten und einem zweiten Vierquadrantensteller 17, 24 verbunden. Diese Stromrichterschaltungen sind direkt im Klemmkasten der zugehörigen Elektromotoren 1, 4 integriert. Somit ergibt sich eine besonders kompakte Bauform. Darüber hinaus können die Elektromotoren 1, 4 mit den zugehörigen Umrichtern über ein gemeinsames Kühlsystem, beispielsweise einen Flüssigkeitskühlkreislauf, gekühlt werden.
• Die Vierquadrantensteller 17, 24 ermöglichen einen Betrieb der Elektromotoren 1, 4 in allen vier Quadranten. Demnach können die Elektromotoren 1, 4 unabhängig von der Polarität der angelegten Spannung sowohl motorisch als auch generatorisch betrieben werden. Im generatorischen Betrieb wird die elektrische Leistung von den Elektromotoren 1, 4 in die Batterie 18 zurückgespeist, die dabei entsprechend geladen wird.
• In Abhängigkeit der aktuellen Fahrsituation und somit der von den Sensoren 14 gemeldeten Betriebsparameter ermittelt die Regelungseinheit 8 oder eine nicht dargestellte übergeordnete Verarbeitungseinheit für jede Antriebsseite ein individuelles Antriebsdrehmoment. Bei eingekuppeltem Verbrennungsmotor 7 resultiert dieses Antriebsdrehmoment aus der Summe des vom Verbrennungsmotor 7 erzeugten Antriebsdrehmomentes und dem Moment des jeweiligen Elektromotors 1, 4, wobei selbstverständlich getriebliche Übersetzungsstufen zu berücksichtigen sind. In einem kaskadierten Regelkreis wird aus dem jeweiligen Drehmomentsollwert, das die Elektromotoren 1, 4 erzeugen sollen, ein entsprechender Stromsollwertvektor ermittelt, der mittels der Vierquadrantensteller 17, 24 in das Wicklungssystem der Elektromotoren 1, 4 eingeprägt wird und von einer unterlagerten Regelschleife geregelt wird.
• Die von den Elektromotoren 1, 4 erzeugten Antriebsdrehmomente können hierbei wie im rein elektrischen Betrieb unterschiedlich voneinander sein und sogar verschiedene Vorzeichen aufweisen, so dass einer der Elektromotoren 1, 4 im Motorbetrieb arbeitet, während der andere Elektromotor 1, 4 als Generator betrieben wird.
• Auch die Verbindung der Antriebsräder 3, 6 mit den zugehörigen Elektromotoren 1, 4 kann mittels einer nicht dargestellten Kupplung trennbar ausgebildet sein. Eine derartige Kupplung kann sich für jede Antriebsseite zum Beispiel zwischen dem Ausgang des Verbindungsgetriebes 15, 16 und den Antriebsrädern 3, 6 oder auch im Bereich der ersten Wellenenden 20, 21 befinden.
• Bezugszeichenliste

1

erster Elektromotor

2

erste Antriebswelle

3

linkes Antriebsrad

4

zweiter Elektromotor

5

zweite Antriebswelle

6

rechtes Antriebsrad

7

Verbrennungsmotor

8

Regelungseinheit

9

erste Freilaufeinheit

10

zweite Feilaufeinheit

11

beidseitig herausragende Kurbellwelle

12

einseitig herausragende Kurbellwelle

13

Verteilergetriebe

14

Sensoren

15

erstes Verbindungsgetriebe

16

zweites Verbindungsgetriebe

17

erster Vierquadrantensteller

18

Batterie

19

Gehäuse

20, 21

erste Wellenenden

22, 23

zweite Wellenenden

24

zweiter Vierquadrantensteller

25

Abtriebswellen

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• EP 1551658 B1 [0003]
• DE 102009002805 A1 [0004]

Claims (10)

1. Parallelhybridantrieb mit • einem ersten Elektromotor (1) mit einer ersten Antriebswelle (2) zum Antrieb eines linken Antriebsrades (3), • einem zweitem Elektromotor (4) mit einer zweiten Antriebswelle (5) zum Antrieb eines rechten Antriebsrades (6), • einem Verbrennungsmotor (7), • mindestens einer ersten Freilaufeinheit (9) zur trieblichen Kopplung des Verbrennungsmotors (7) mit der ersten und zweiten Antriebswelle (2, 5) und • einer Regelungseinheit (8) zur individuellen, fahrsituationsabhängigen Regelung der von dem ersten und dem zweiten Elektromotor (2, 5) erzeugten Antriebsmomente unter Berücksichtigung des vom Verbrennungsmotor (7) erzeugten Drehmomentes.
2. Parallelhybridantrieb nach Anspruch 1, wobei der Verbrennungsmotor (7) als Range Extender ausgebildet ist.
3. Parallelhybridantrieb nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Antriebswelle (2) über die erste Freilaufeinheit (9) mit dem Verbrennungsmotor (7) trieblich gekoppelt ist und die zweite Antriebswelle (5) über eine zweite Freilaufeinheit (10) mit dem Verbrennungsmotor (7) trieblich gekoppelt ist.
4. Parallelhybridantrieb nach Anspruch 3, wobei der Verbrennungsmotor (7) eine an dessen Gehäuse beidseitig herausragende Kurbelwelle (11) aufweist, an deren einem Ende die erste Freilaufeinheit (9) montiert ist und an deren zweitem Ende die zweite Freilaufeinheit (10) montiert ist.
5. Parallelhybridantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit • einem ersten Verbindungsgetriebe (15) zur trieblichen Verbindung der ersten Antriebswelle (2) mit dem linken Antriebsrad (3) und • einem zweiten Verbindungsgetriebe (16) zur trieblichen Verbindung der zweiten Antriebswelle (4) mit dem rechten Antriebsrad (6).
6. Parallelhybridantrieb nach Anspruch 5, wobei das erste und das zweite Verbindungsgetriebe (15, 16) in einem gemeinsamen Gehäuse (19) angeordnet sind und der erste Elektromotor (1) an der dem linken Antriebsrad (3) zugewandten Seite an das Gehäuse (12) angebracht ist und der zweite Elektromotor (4) an der dem rechten Antriebsrad (6) zugewandten Seite an das Gehäuse (19) angebracht ist.
7. Parallelhybridantrieb nach Anspruch 5 oder 6 und einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei Wellenenden (20, 21, 22, 23) der ersten und zweiten Antriebswellen (2, 5) an beiden Stirnseiten der Elektromotoren (1, 4) aus deren Gehäuse hinausragen und wobei jeweils ein erstes Wellenende (20, 21) jeder Antriebswelle (2, 5) mit dem zugehörigen Verbindungsgetriebe (15, 16) gekoppelt ist und das andere, zweite Wellenende (22) der ersten Antriebswelle (2) mit der ersten Freilaufeinheit (9) und das andere, zweite Wellenende (23 der zweiten Antriebswelle (5) mit der zweiten Freilaufeinheit (10) gekoppelt ist.
8. Parallelhybridantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit • einem ersten Vierquadrantensteller (17), über den der erste Elektromotor (1) aus einer Batterie (18) mit Strom versorgt werden kann, und • einem zweiten Vierquadrantensteller (24), über den der zweite Elektromotor (4) aus der Batterie (18) mit Strom versorgt werden kann, wobei die Regelungseinheit (8) zur Vorgabe individueller Maschinenströme in Abhängigkeit der gewünschten individuellen Antriebsmomente ausgebildet ist.
9. Parallelhybridantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regelungseinheit (8) dazu ausgebildet ist, durch die erste und, falls vorhanden, zweite Freilaufeinheit (9, 10) erzeugte Drehmomentspitzen durch eine entsprechende Drehmomentsollwertvorgabe für die Elektromotoren (1, 4) zu glätten.
10. Kraftfahrzeug mit einem Hybridantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche und besagtem linken und rechten Antriebsrad (3, 6) sowie einer Batterie (19) zur Speisung der Elektromotoren (2, 5).

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