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WO2016124383A1 - Antriebssystem für ein hybridfahrzeug - Google Patents

Antriebssystem für ein hybridfahrzeug Download PDF

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Publication number
WO2016124383A1
WO2016124383A1 PCT/EP2016/050905 EP2016050905W WO2016124383A1 WO 2016124383 A1 WO2016124383 A1 WO 2016124383A1 EP 2016050905 W EP2016050905 W EP 2016050905W WO 2016124383 A1 WO2016124383 A1 WO 2016124383A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
drive system
coupling element
combustion engine
internal combustion
electric motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2016/050905
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dirk Aringsmann
Klaus Kalmbach
Daniel Mooz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Priority to CN201680003643.9A priority Critical patent/CN107000567B/zh
Publication of WO2016124383A1 publication Critical patent/WO2016124383A1/de
Priority to US15/668,433 priority patent/US10569637B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • F16D23/06—Arrangements for synchronisation, also for power-operated clutches with an additional friction clutch and a blocking mechanism preventing the engagement of the main clutch prior to synchronisation
    • F16D2023/0693—Clutches with hydraulic actuation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a drive system for a hybrid vehicle.
  • a hybrid vehicle is understood to mean a motor vehicle which has a
  • the hybrid vehicle can be phased by the electric motor or
  • friction clutches are used for this purpose. Due to the large torque to be transmitted, the friction clutches in these applications generally run in oil. This offers, inter alia, the advantage of good heat dissipation of the resulting frictional heat from the clutch in order to make it compact in the required power spectrum, in particular with regard to its outer diameter. Although systems running in oil allow good heat dissipation, they require interaction with systems for oil transport and oil intake. Furthermore, there is a potential systemic energy demand due to churning of moving parts in the oil and the energy consumption of an oil pump as well as friction losses to an oil turbine.
  • the locking synchronizer further comprises a locking member which is coupled to the shift sleeve via a detent and which is coupled to the synchronizer ring in the rotational direction via a Sperr inhabitportung, wherein the Sperr inhabitrectung between the locking member and a synchronous member
  • a drive system for a hybrid vehicle includes an internal combustion engine, an electric motor, and a vehicle
  • Positive locking element which is connected in parallel to the Reibkraft gleichelement on.
  • the coupling device is set up for coupling the internal combustion engine into the drive system and can be switched into at least the following states: open form-fitting element and closed frictional engagement element for starting and / or synchronizing the internal combustion engine; closed
  • the drive system thus includes an electric motor and an internal combustion engine configured to drive the hybrid vehicle.
  • the drive system can drive the hybrid vehicle but also exclusively by the electric motor or the internal combustion engine.
  • the hybrid vehicle can be driven with a low required drive power, with lower required ranges, in city operation or the like with the electric motor.
  • the internal combustion engine can be disconnected and switched off for this operating mode by means of the coupling device. In the decoupled state of
  • an output shaft of the internal combustion engine with respect to speed and torque substantially free of influence on the speed and torque of an output shaft for transmitting the
  • the internal combustion engine can be started and coupled.
  • the drive system can do without a separate electric starter motor for the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine can therefore be started by the electric motor.
  • To start the internal combustion engine, or to synchronize to the required speed during operation of the drive system is a
  • Reibkraft gleichelement provided which allows the speed flexible transmission of torque from the electric motor to the engine. If the internal combustion engine is started, its drive torque can be used to drive the hybrid vehicle. To keep the frictional engagement element compact, it is designed to start and synchronize the internal combustion engine rather than to permanently transmit the full potential driving torque of the internal combustion engine. Therefore, in the drive system is the
  • ReibkraftBankelement a positive-locking element provided in parallel, so that the drive power of the internal combustion engine also by the
  • the frictional engagement element and Accordingly, the interlocking element are gearbox technology, which is their
  • Torque transmission arranged in parallel.
  • the interlocking element for example a toothing or locking device or any other suitable means, can be closed, so that the torque of the internal combustion engine is then initially parallel to the interlocking element and the
  • Reibkraft gleichelement is transferable. Finally, the frictional engagement element can also be relieved or opened, so that then the torque of the internal combustion engine is transmitted only via the interlocking element. This saves energy for the Kupplungsaktuatorik because this is inactive in the state.
  • the invention is based on the principle of producing a synchronous operation between components with (initial) relative rotational speed by means of a frictional engagement. If the synchronous operation is achieved, the positive-locking element, in particular a toothing, can engage, and thus produce a positive connection, with which the full torque can be transmitted in a form-fitting manner.
  • the positive-locking element in particular a toothing
  • the positive connection is used to transfer the full torque of the engine.
  • the torque for the tow start should remain relatively small to the friction pairing
  • Torque potential of the internal combustion engine can be used via the positive-locking element.
  • Reibkraft gleichelement due to the torque transmission of the current internal combustion engine through the positive locking element allows a more compact design of the Reibkraft gleichiatas and the coupling device as a whole.
  • the "X-dimension chain" can thereby be reduced, also by the coupling device can be dimensioned so compact that it can be placed inside a rotor carrier of the electric motor. Furthermore, by dividing the coupling device with a separation into compact
  • ReibkraftBankelement and interlocking element of the energy input of the Coupling device can be reduced in the range of the electric motor, what more
  • Flexibility in terms of structural design allows. Due to the optimal utilization of the available space is also the implementation of additional system functions, such. a rotor cooling on the electric motor based on a water-cooled housing web, radially and axially possible.
  • the coupling runs dry, i. is ⁇ ltauchbadke, provided.
  • such a part of a rotor of the electric motor is indirectly water-cooled.
  • the positive locking element provided in the drive system for transmitting the torque of the internal combustion engine makes possible a compact design of the frictional engagement element, which only needs to be designed for transmitting the relatively low drag torque for starting the internal combustion engine.
  • the space thus released can be used to provide additional functions of the drive system.
  • indirect rotor cooling in particular based on a water-cooled housing web, may be provided. The water cooling allows a particularly compact design, since the
  • Heat transfer to the fluid is large. Spatially large cooling fins, which are provided in an air cooling widespread, can be omitted, which contributes to the further compactness of the system and a cost-effective structure.
  • the coupling device extends at least partially within a rotor of the electric motor or is even arranged therein. Under rotor here also a rotor carrier is included. Thereby for example, the extension of the drive system in the direction of the axis of the rotor can be reduced. The "X-Aß- chain" concerning the drive system can be reduced, which is advantageous in view of small dimensions of the drive system and its space requirement.
  • the Reibkraft gleichelement is formed with a first rotary coupling element and a second rotary coupling element, which are arranged coaxially to one another and mutually displaceable towards each other and provided, wherein the first
  • Coupling element has an outer cone and the second coupling element has an inner cone, which can be brought into contact with each other for torque transmission.
  • Rotary coupling element referred to as a first coupling element and the second rotary coupling element as a second coupling element.
  • first coupling element and the second coupling element are spaced apart from each other, the friction element is separated to transmit a torque.
  • a torque can be transmitted by frictional engagement between the two.
  • the cone-shaped design allows an increase in the friction surface between the two coupling elements at a certain diameter, which is advantageous for a space reduction and a low inertia in terms of dynamic system behavior.
  • the contact forces between the coupling elements can thereby be increased in accordance with the pitch angle of the outer cone and inner cone beyond the pressure force of the actuator.
  • Coupling elements with inner cone and outer cone as a friction pairing also allows a small coupling diameter compared to a structure with circular disc-shaped friction surfaces, which is advantageous in terms of a compact design of the drive system.
  • the first rotary Coupling element can be used to transmit the torque of the
  • Combustion engine and the electric motor to be coupled to a shaft.
  • Coupling element can be a toothing and the other
  • Coupling element rotatably associated with a pawl to be provided for locking in the toothing a positive connection between the first rotary coupling element and the second rotary coupling element can be formed.
  • the positive connection is preferably formed when both Kuppiungsieri are substantially synchronized in order to keep wear on the friction surfaces of the synchronization unit, in particular on the toothing or on the pawl, low and to prevent unwanted slippage.
  • the synchronization can be achieved by the torque transmission by means of the
  • Inner cone and outer cone made. Is the positive connection between the first rotary coupling element and the second rotary
  • Coupling element formed directly or a positive connection of the second rotary coupling element with a shaft for transmitting the
  • Torque of the electric motor and the internal combustion engine the positive and frictional connection of both coupling elements are connected in parallel.
  • the reibkraftschlüssige connection by separating the inner cone of the outer cone or a suitable
  • Clutch can be released and an assigned actuator can then be relieved. Shutting down the actuator allows energy savings. Another advantage of the drive system can be realized if the positive connection is designed for larger torques to be transmitted than the
  • connection are used for starting the internal combustion engine of the hybrid vehicle. If the internal combustion engine is started, the interlocking connection can be established and the higher torques occurring during operation of the internal combustion engine can then be released from the interlocking
  • Compound compact designed only for the small torque that occurs when starting the engine to interpret.
  • the space can be so reduced and the cost of the drive system of the hybrid vehicle can be reduced.
  • the pawl is arranged axially parallel to the rotary coupling elements movable.
  • an actuator is provided which is adapted to press the first coupling element and the second coupling element against each other.
  • Coupling elements is desired and not realized by a return spring alone.
  • the necessary actuator force can be reduced to a minimum.
  • the reduction of the necessary actuator force, as well as the reduction of the necessary installation space for the coupling device lead to a great deal of freedom in terms of actuator selection.
  • the actuator is configured to pull the first coupling element and the second coupling element away from each other. This serves to separate the coupling elements. It is also possible that the coupling elements are displaced by a spring or the like counteracting the actuator, when the actuator, the
  • To disperse the coupling elements may also be provided a second actuator, which counteracts the first actuator.
  • electromotive actuator or designed as a hydraulic actuator.
  • a hydraulic design allows particularly high steep forces.
  • electromechanical design can be a high dynamic in terms of realize fast positioning particularly well.
  • an electric motor with a suitable gear for implementing the rotational movement of the electric motor can be provided in a linear adjusting movement.
  • an embodiment of the actuator as a pneumatically operated actuator is possible, which can offer advantages in terms of a technically very simple structure.
  • the pawl is so
  • a latchable design of the pawl has the advantage that the actuating force of the actuator can be reduced or even set to zero, wherein the two coupling elements remain locked in Reibschiuss. Due to the lower resulting load on the actuator, this can thus be more compact, i. save space, run with lower power and cost-effective. Overall, the energy consumption is reduced by the actuator in this way. Furthermore, the reliability of the drive system is increased.
  • a spring element in particular a spring ring is provided, which is displaced on exceeding the specified axial force of a phase at the first rotary coupling element or second rotary coupling element so that the pawl can come into a Verrastungsposition.
  • the spring element has, for example, spring-mounted pins or a spring washer. In the case of the design as a spring ring of this elastic in a him
  • a method of driving a hybrid vehicle using a drive system includes the steps of driving the hybrid vehicle by means of the electric motor
  • ReibkraftBank institutes and the driving of the hybrid vehicle by means of the electric motor and internal combustion engine upon transmission of the torque of the internal combustion engine by positive engagement by means of the positive locking element.
  • an at least temporary torque increase of the electric motor takes place in method step (b).
  • the torque of the electric motor is increased at the output torque at the nominal point for a short duration of, for example, 0.5 to 3 seconds by an amount of, for example, 20 to 70 percent above the rated torque.
  • a relatively short duration combined with a relatively small torque increase leave the temperature of the electric motor remain in the uncritical range, so that it takes no damage.
  • Weathered possible implementations of the invention also include not explicitly mentioned combinations of features described above or below with regard to the exemplary embodiments.
  • the expert will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the drive system.
  • FIG. 1 shows a drive system for a hybrid vehicle according to a first
  • FIG. 2 shows a detail of the drive system for a hybrid vehicle according to the first exemplary embodiment in a schematic sectional representation
  • FIG 3 shows a section of the drive system for a hybrid vehicle according to the first exemplary embodiment in a schematic, three-dimensional sectional representation.
  • the Anthebssystem 1 shows a drive system 1 for a hybrid vehicle according to a first exemplary embodiment in a schematic illustration.
  • the Anthebssystem 1 has in this embodiment, an internal combustion engine 3 and an electric motor 5, which are both shown schematically as rectangles in the picture.
  • more than one internal combustion engine 3 and one electric motor 5 may be provided in the drive system 1.
  • the internal combustion engine 3 and the electric motor 5 are set up to provide their torques for driving the hybrid vehicle on an output shaft 7 shown as a line in the image on the right.
  • a coupling device 9 is provided interposed in the drive system 1 the internal combustion engine 3 and the electric motor 5, so that it allows a rotational and torque decoupling of the output shaft of the internal combustion engine 3 of the electric motor 5 and the output shaft 7.
  • an automatic countershaft transmission 1 1 is further provided downstream of the electric motor 5, which is a speed or
  • the coupling device 1 has a Reibkraft gleichelement 13 and a
  • Positive locking element 15 which is connected in parallel to the Reibkraft gleichelement 13, on. This will be illustrated in more detail with reference to the following figures.
  • the coupling device 1 with the Reibkraft gleichelement 13 and the positive locking element 15 makes it possible by means of frictional engagement on
  • Reibkraft gleichelement 13 the internal combustion engine 3, for example, from a standstill, to accelerate. Is the engine 3 to a accelerated suitable speed up, then the positive locking element 15 can be brought to the positive engagement of the internal combustion engine 3 in engagement. The positive-locking element 15 then allows the transmission of even large torques of the internal combustion engine 3, This can
  • ReibkraftBankelement 13 are designed for a lower torque to be transmitted and advantageously dimensioned with low space requirement. Furthermore, the resulting at Reibkraft gleichelement 13
  • FIG. 2 shows a detail of the drive system 1 for a hybrid vehicle according to the first exemplary embodiment in a schematic sectional illustration.
  • the line of symmetry 19 shows the axis of rotation for the drive
  • the rotor 17 is here to include the rotor carrier.
  • the coupling device 9 is shown in the image below the illustrated portion of the rotor 17 and here runs accordingly within the rotor 17 of the electric motor. 5
  • the coupling device 9 has a first rotary coupling element 21 and a second rotary coupling element 23, which are arranged coaxially with one another and are provided so as to be displaceable towards and away from one another.
  • the arrangement of the cones 25, 27 with respect to the coupling elements 21, 23 may preferably be the other way around.
  • the first coupling element 21 is obliquely right below the second
  • Coupling element 23 recognizable.
  • Outer cone 25 and inner cone 27 extend obliquely in the image to the top right. If outer cone 25 and inner cone 27 are pressed against each other, a torque can be transmitted by means of frictional engagement via the first coupling element 21 and the second coupling element 23, a torque by friction. It can, depending on the torque and depending on Contact force, a rotational slip between the two coupling elements 21, 23 may be possible.
  • Pawl 31 is provided for locking in the toothing 29 and for forming the positive connection between the second rotary coupling element 23 and the shaft 43.
  • a sleeve 35 is rotatably mounted on the shaft 43 and toothed with the pawl 31 at its inner diameter.
  • the actuator 33 For axial displacement of the first rotary coupling element 21 in the direction of the second rotary coupling element 23 to an actuator 33 is provided.
  • the actuator 33 operates hydraulically in this embodiment and is capable in particular of a high compressive force coaxial with the first
  • the force of the actuator 33 is rotationally coupled via an intended sleeve 35 by a rolling bearing 37 provided.
  • the pawl 31 is provided in this embodiment so that it latches at a predetermined force of the actuator 33.
  • a spring element 39 is provided on the pawl 31, which is rotatable with the first
  • Coupling element 21 is locked when the pawl 31 is displaced over a certain position in the direction of the first rotary coupling element 21.
  • the drive system 1 allows a flexible transmission of the torque of an internal combustion engine 3 and an electric motor 5 either by friction or by positive engagement on a shaft 43. It can be used for the large torques of the internal combustion engine 3, the positive locking, which allows a total of compact dimensions.
  • FIG. 3 shows a detail of the drive system 1 for a hybrid vehicle according to the first exemplary embodiment in a schematic spatial view
  • the first coupling element 21 can be seen obliquely right below the second coupling element 23.
  • the pawl 31 is designed sleeve-shaped and can be moved by the actuator 33 in the image to the left into engagement with the coupling element 23.
  • the carrier 40 couples in this embodiment, the Sperrkiinke 31 with the shaft 43.
  • the pawl 31 is toothed with the carrier 40 and the carrier 40 rotatably coupled via a splined profile with the shaft 43.
  • the first rotary coupling element 21 can likewise be coupled to the shaft 43 via the carrier 40, for example.
  • Coupling element 21 a positive connection can be realized.

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Abstract

Antriebssystem (1 ) für ein Hybridfahrzeug aufweisend einen Verbrennungsmotor (3), einen Elektromotor (5), und eine Kupplungsvorrichtung (9), welche ein Reibkraftschlusselement (13) und ein Formschlusselement (15), welches parallel zu dem Reibkraftschlusselement (13) geschaltet ist, aufweist, wobei die Kupplungsvorrichtung (9) zur Einkopplung des Verbrennungsmotors (3) in das Antriebssystem (1) eingerichtet ist und in wenigstens folgende Zustände schaltbar ist: geöffnetes Formschlusselement (15) und geschlossenes Reibkraftschlusselement (13) zum Starten und/oder Synchronisieren des Verbrennungsmotors (3), geschlossenes Formschlusselement (15) und geschlossenes Reibkraftschlusselement (13) bei laufendem, synchronisierten Verbrennungsmotor (3) zum Erzeugen eines verbrennungsmotorischen Abtriebs und geöffnetes Formschlusselement (15) und geöffnetes Reibkraftschlusselement (13) bei stehendem Verbrennungsmotor (3) zum rein elektromotorischen Antrieb des Fahrzeugs.

Description

ANTRIEBSSYSTEM FÜR EIN HYBRIDFAHRZEUG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Hybridfahrzeug. Unter Hybridfahrzeug wird im Folgenden ein Kraftfahrzeug verstanden, das ein
Antriebssystem mit mindestens einem Elektromotor und mindestens einem
Verbrennungsmotor zum Antrieb des Hybridfahrzeugs aufweist. Je nach Konzept kann dabei das Hybridfahrzeug phasenweise vom Elektromotor oder
Verbrennungsmotor alleine oder von beiden gemeinsam angetrieben werden, wobei eine Kupplungsvorrichtung zur Einkopplung des Verbrennungsmotors in das Antriebssystem vorhanden ist.
Verbreitet werden Kupplungen eingesetzt, um den Verbrennungsmotor
antriebstechnisch von dem Antriebssystem abzutrennen oder dessen Drehmoment für Antriebszwecke einzukoppeln. Beispielsweise werden dazu Reibkupplungen eingesetzt. Aufgrund des großen zu übertragenden Drehmomentes laufen die Reibkupplungen bei diesen Anwendungen im Allgemeinen in Öl. Dies bietet unter anderem den Vorteil einer guten Wärmeabfuhr der entstehenden Reibwärme von der Kupplung, um diese in dem erforderlichen Leistungsspektrum kompakt, insbesondere in Hinblick auf deren Außendurchmesser, gestalten zu können. In Öl laufende Systeme erlauben dabei zwar eine gute Wärmeabfuhr, erfordern jedoch die Interaktion mit Systemen für Öltransport und Ölaufnahme. Ferner besteht ein möglicher systembedingter Energiebedarf durch Planschveriuste bewegter Teile im Öl und den Energieverbrauch einer Ölpumpe sowie Reibungsverluste an eine Ölturbine.
Die DE 10 2007 010307 B3 offenbart eine Schaltkupplungsanordnung für vorgelegige Getriebe in Kraftfahrzeugen zur drehfesten Verbindung einer Welle mit einem daran gelagerten Drehglied, wobei die Schaltkupplungsanordnung
aufweisend eine Schaltmuffe, die mit der Welle drehfest verbunden, in Bezug auf die Welle axial verschieblich gelagert und mit einer ersten Verzahnung versehen ist, ein Kupplungskörper, der mit einem Drehgüed drehfest verbunden und mit einer zweiten Verzahnung versehen ist, die zur drehfesten Verbindung von Welle und Drehglied mit der ersten Verzahnung in Eingriff bringbar ist, und eine Sperr- Synchronisierungseinnchtung, die einen Synchronring mit einer Reibfläche aufweist, mittels dessen die Drehzahl der Welle und des Drehgliedes synchronisierbar sind, bevor die erste und die zweite Verzahnung in Eingriff gebracht werden, wobei die Sperr-Synchronisierungseinrichtung ferner ein Sperrglied aufweist, das mit der Schaltmuffe über eine Rastierung gekoppelt ist und das mit dem Synchronring in Drehrichtung über eine Sperrflächenpaarung gekoppelt ist, aufweist, wobei die Sperrflächenpaarung zwischen dem Sperrglied und einem Synchronglied
ausgebildet ist, das in axialer Richtung mit dem Sperrglied und in Drehrichtung mit dem Synchronring gekoppelt ist.
Zum Starten des Verbrennungsmotors kommen im Allgemeinen spezielle
elektrische Startermotoren zum Einsatz.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Antriebssystem für ein Hybridfahrzeug und ein Verfahren zum Antreiben eines Hybridfahrzeugs mit dem Antriebssystem zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 und dem auf ein Verfahren gerichteten unabhängigen Anspruch 13 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Antriebssystem für ein Hybridfahrzeug einen Verbrennungsmotor, einen Elektromotor, und eine
Kuppiungsvorrichtung, welche ein Reibkraftschlusselement und ein
Formschlusselement, welches parallel zu dem Reibkraftschlusselement geschaltet ist, auf. Die Kupplungsvorrichtung ist zur Einkopplung des Verbrennungsmotors in das Antriebssystem eingerichtet und in wenigstens folgende Zustände schaltbar: geöffnetes Formschlusselement und geschlossenes Reibkraftschlusselement zum Starten und/oder Synchronisieren des Verbrennungsmotors; geschlossenes
Formschlusselement und geschlossenes Reibkraftschlusselement oder
geschlossenes Formschlusselement und geöffnetes Reibkraftschlusselement bei laufendem, synchronisierten Verbrennungsmotor zum Erzeugen eines
verbrennungsmotorischen Abtriebs und geöffnetes Formschlusselement und geöffnetes Reibkraftschlusselement bei stehendem Verbrennungsmotor zum rein elektromotorischen Antrieb des Fahrzeugs.
Das Antriebssystem weist somit einen Elektromotor und einen Verbrennungsmotor auf, die eingerichtet sind, das Hybridfahrzeug anzutreiben. Das Antriebssystem kann das Hybridfahrzeug aber auch ausschließlich durch den Elektromotor oder den Verbrennungsmotor antreiben. Beispielsweise kann das Hybridfahrzeug bei einer geringen geforderten Antriebsleistung, bei geringeren geforderten Reichweiten, im Stadtbetrieb oder dergleichen mit dem Elektromotor angetrieben werden. Der Verbrennungsmotor kann für diese Betriebsart mittels der Kupplungsvorrichtung abgekoppelt und ausgeschaltet werden. Im abgekoppelten Zustand des
Verbrennungsmotors kann eine Abtriebswelle des Verbrennungsmotors sich im Hinblick auf Drehzahl und Drehmoment im Wesentlichen einflussfrei von der Drehzahl und dem Drehmoment einer Abtriebswelle zur Übertragung des
Drehmoments von dem Elektromotor und dem Verbrennungsmotor drehen. Wird die Antriebsleistung des Verbrennungsmotors benötigt, beispielsweise zum
Beschleunigen oder für das Fahren mit hohen Geschwindigkeiten, kann der Verbrennungsmotor zugestartet und eingekoppelt werden. Das Antriebssystem kann ohne einen gesonderten elektrischen Startermotor für den Verbrennungsmotor auskommen. Der Verbrennungsmotor kann daher durch den Elektromotor gestartet werden. Um den Verbrennungsmotor zu starten, bzw. bei laufendem Betrieb des Antriebssystems auf die erforderliche Drehzahl zu synchronisieren ist ein
Reibkraftschlusselement vorgesehen, das die drehzahlflexible Übertragung eines Drehmomentes von dem Elektromotor auf den Verbrennungsmotor ermöglicht. Ist der Verbrennungsmotor gestartet, kann dessen Antriebsmoment zum Antrieb des Hybridfahrzeugs genutzt werden. Um das Reibkraftschlusselement kompakt zu halten, ist es eher zum Starten und Synchronisieren des Verbrennungsmotors als zum permanenten Übertragen des vollen potentiellen Antriebsdrehmomentes des Verbrennungsmotors ausgelegt. Daher ist im Antriebssystem dem
Reibkraftschlusselement ein Formschlusselement parallel geschaltet vorgesehen, so dass die Antriebsleistung des Verbrennungsmotors auch durch das
Formschlusselement übertragen werden kann. Das Reibkraftschlusselement und das Formschlusselement sind demnach getriebetechnisch, was ihre
Drehmomentübertragung anbetrifft, parallel geschaltet angeordnet. Bei gestartetem und synchronisiertem Verbrennungsmotor kann das Formschlusselement, beispielsweise eine Verzahnung oder Verriegelung oder jedes anderes geeignete Mittel, geschlossen werden, so dass das Drehmoment des Verbrennungsmotors dann zunächst parallel von dem Formschlusselement und dem
Reibkraftschlusselement übertragbar ist. Das Reibkraftschlusselement kann schließlich auch entlastet oder geöffnet werden, so dass dann das Drehmoment des Verbrennungsmotors lediglich über das Formschlusselement übertragen wird. Das spart Energie für die Kupplungsaktuatorik da diese in dem Zustand inaktiv ist.
Die Erfindung beruht auf dem Prinzip, mittels eines Reibkraftschlusses einen Synchronlauf zwischen Bauteilen mit (Anfangs-) Relativdrehzahl herzustellen. Ist der Synchronlauf erreicht, kann das Formschlusselement, insbesondere eine Verzahnung, einspuren, und somit einen Formschluss herstellen, womit das volle Drehmoment form schlüssig übertragen werden kann. Das Prinzip der
Synchronisierung wird hier genutzt, um die Anforderungen an die
Schleppstartfähigkeit zu realisieren, der Formschluss wird dazu genutzt, das volle Drehmoment des Verbrennungsmotors zu übertragen. Hierbei soll das Drehmoment für den Schleppstart vergleichsweise klein bleiben, um die Reibpaarung
entsprechend nicht für das volle Drehmoment auszulegen zu müssen. Sobald Formschluss in der Kupplungsvorrichtung hergestellt ist, kann das volle
Drehmomentpotenzial des Verbrennungsmotors über das Formschlusselement genutzt werden.
Die geringere geforderte Drehmomentübertragung durch das
Reibkraftschlusselement auf Grund der Drehmomentübertragung des laufenden Verbrennungsmotors durch das Formschlusselement ermöglicht eine kompaktere Gestaltung des Reibkraftschlusselementes und der Kupplungsvorrichtung insgesamt. Die "X-Maß-Kette" kann dadurch verringert werden, auch, indem die Kupplungsvorrichtung so kompakt dimensioniert werden kann, dass sie innerhalb eines Rotorträgers des Elektromotors platziert werden kann. Ferner kann durch die Aufteilung der Kupplungsvorrichtung mit einer Trennung in kompaktes
Reibkraftschlusselement und Formschlusselement der Energieeintrag von der Kupplungsvorrichtung in den Bereich des Elektromotors reduziert werden, was mehr
Flexibilität hinsichtlich der konstruktiven Gestaltung ermöglicht. Durch die optimale Ausnutzung des vorhandenen Bauraumes ist auch die Umsetzung zusätzlicher Systemfunktionen, wie z.B. eine Rotorkühlung am Elektromotor basierend auf einem wassergekühlten Gehäusesteg, radial und axial möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung läuft die Kupplung trocken, d.h. ist öltauchbadfrei, vorgesehen. Mittels dieser konstruktiven Gestaltung können
Planschverluste, die beim Bewegen von Komponenten im Öl und der damit verbundenen Reibung entstehen würden, vermieden werden. Ferner kann die Antriebsenergie für eine zugeordnete Ölpumpe eingespart werden. Der
Wirkungsgrad des Antriebssystems kann auf diese Weise verbessert werden. Durch die Übertragung des Drehmoments des Verbrennungsmotors im Fahrbetrieb mitteis des Formschlusseiementes kann das Reibschlusselement auch ohne das Vorsehen eines Ölbades mit der dabei durch das Öl gegebenen Wärmeabführung vorteilhaft kompakt gestaltet werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist so ein Teil eines Rotors des Elektromotors indirekt wassergekühlt. Das im Antriebssystem vorgesehene Formschlusselement zur Übertragung des Drehmomentes des Verbrennungsmotors ermöglicht eine kompakte Ausführung des Reibkraftschlusselementes, welches lediglich zum Übertragen des verhältnismäßig geringen Anschleppmoments zum Starten des Verbrennungsmotors ausgelegt zu werden braucht. Der damit frei werdende Bauraum kann genutzt werden, um zusätzliche Funktionen des Antriebssystems vorzusehen. Es kann zum Beispiel eine indirekte Rotorkühlung, insbesondere basierend auf einem wassergekühlten Gehäusesteg, vorgesehen werden. Die Wasserkühlung ermöglicht eine besonders kompakte Gestaltung, da der
Wärmeübergang zum Fluid groß ist. Räumlich große Kühlrippen, die bei einer Luftkühlung verbreitet vorgesehen werden, können entfallen, was zur weiteren Kompaktheit des Systems und einem kostengünstigen Aufbau beiträgt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung verläuft die Kupplungsvorrichtung wenigstens teilweise innerhalb eines Rotors des Elektromotors oder ist sogar darin angeordnet. Unter Rotor wird hier auch ein Rotorträger eingeschlossen. Dadurch kann die Erstreckung des Antriebssystems in Richtung der Achse des Rotors verringert werden. Die "X- aß- Kette" betreffend das Antriebssystem kann reduziert werden, was vorteilhaft im Hinblick auf geringe Abmessungen des Antriebssystems und dessen Bauraumbedarf ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Reibkraftschlusselement mit einem ersten rotatorischen Kupplungselement und einem zweiten rotatorischen Kupplungselement gebildet, die koaxial zueinander angeordnet und aufeinander zu und voneinander weg verlagerbar vorgesehen sind, wobei das erste
Kupplungselement einen Außenkonus und das zweite Kupplungselement einen Innenkonus aufweist, die miteinander zur Drehmomentübertragung in Kontakt bringbar sind.
Im Folgenden wird zur Verbesserung des Textflusses teilweise das erste
rotatorische Kupplungselement als erstes Kupplungselement und das zweite rotatorische Kupplungselement als zweites Kupplungselement bezeichnet.
Sind das erste Kupplungselement und das zweite Kupplungselement voneinander beabstandet, ist der Reibsch!uss zur Übertragung eines Drehmomentes getrennt. Wenn sich das erste Kupplungsetement und das zweite Kupplungselement berühren, kann ein Drehmoment per Reibschluss zwischen beiden übertragen werden. Je stärker beide Kupplungselemente beispielsweise durch einen entsprechenden Aktor gegeneinander gepresst werden, desto höher wird das reibschlüssig übertragbare Drehmoment. Die konusförmige Ausführung ermöglicht dabei eine Erhöhung der Reibfläche zwischen beiden Kupplungselementen bei einem bestimmten Durchmesser, was für eine Bauraumreduzierung und eine geringe Massenträgheit im Hinblick auf das dynamische Systemverhalten vorteilhaft ist. Ferner können dadurch die Anpresskräfte zwischen den Kupplungselementen entsprechend dem Steigungswinkel von dem Außenkonus und Innenkonus über die Druckkraft des Aktors hinaus erhöht werden. Die Gestaltung der
Kupplungselemente mit Innenkonus und Außenkonus als Reibpaarung ermöglicht ferner einen kleinen Kupplungsdurchmesser im Vergleich zu einem Aufbau mit kreisscheibenartig gestalteten Reibflächen, was vorteilhaft im Hinblick auf eine kompakte Gestaltung des Antriebssystems ist. Das erste rotatorische Kupplungselement kann zur Übertragung des Drehmomentes von dem
Verbrennungsmotor und dem Elektromotor mit einer Welle gekoppelt sein.
Am ersten rotatorischen Kupplungselement oder am zweiten rotatorischen
Kupplungselement kann eine Verzahnung und dem jeweils anderen
Kupplungselement drehfest zugeordnet eine Sperrklinke zum Arretieren in der Verzahnung vorgesehen sein. Damit kann ein Formschluss zwischen dem ersten rotatorischen Kupplungselement und dem zweiten rotatorischen Kupplungselement gebildet werden. Der Formschluss wird bevorzugt dann gebildet, wenn beide Kuppiungselemente im Wesentlichen synchronisiert sind, um einen Verschleiß an den Reibflächen der Synchronisationseinheit, insbesondere an der Verzahnung bzw. an der Sperrklinke, gering zu halten sowie ungewollten Schlupf zu unterbinden. Das Synchronisieren kann durch die Drehmomentübertragung mittels des
Innenkonus und Außenkonus erfolgen. Ist die formschlüssige Verbindung zwischen dem ersten rotatorischen Kupplungselement und dem zweiten rotatorischen
Kupplungselement direkt gebildet oder eine formschlüssige Verbindung des zweiten rotatorischen Kupplungselementes mit einer Welle zur Übertragung des
Drehmomentes von dem Elektromotor und dem Verbrennungsmotor, sind die formschlüssige und die reibkraftschlüssige Verbindung beider Kupplungselemente parallel geschaltet. Nun kann beispielsweise die reibkraftschlüssige Verbindung durch Trennen des Innenkonus von dem Außenkonus oder eine geeignete
Kupplung gelöst werden und ein zugeordneter Aktor kann dann entlastet werden. Das Abschalten des Aktors ermöglicht Energieeinsparungen. Ein weiterer Vorteil des Antriebssystems kann realisiert werden, wenn die formschlüssige Verbindung für größere zu übertragende Drehmomente ausgelegt wird als die
reibkraftschlüssige Verbindung. Beispielsweise kann die reibkraftschlüssige
Verbindung für das Starten des Verbrennungsmotors des Hybridfahrzeugs zum Einsatz kommen. Ist der Verbrennungsmotor gestartet, kann die formschlüssige Verbindung hergestellt werden und die im Betrieb des Verbrennungsmotors auftretenden höheren Drehmomente können dann von der formschlüssigen
Verbindung übertragen werden. Dies ermöglicht es, die reibkraftschlüssige
Verbindung kompakt, abgestimmt lediglich für das kleine Drehmoment, das beim Starten des Verbrennungsmotors auftritt, auszulegen. Der Bauraum kann damit reduziert und die Kosten des Antriebssystems des Hybridfahrzeugs gesenkt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Sperrklinke achsparallel zu den rotatorischen Kupplungselementen verfahrbar angeordnet. Dadurch können Zentrifugalkrafteinwirkungen resultierend aus der Drehung der Kupplungselemente auf die Stellung der Sperrklinke minimiert werden, was deren Arretierung in einer Stellung und Verfahrbarkeit erleichtert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Aktor vorgesehen, der eingerichtet ist, das erste Kupplungselement und das zweite Kupplungselement gegeneinander zu pressen. Dadurch kann auf einen zweiten Aktor zum Lösen des ersten Kupplungselementes von dem zweiten Kupplungselement, der dem ersten Aktor entgegenwirkt, verzichtet werden, wenn ein aktives Trennen beider
Kupplungselemente gewünscht ist und nicht alleine durch eine Rückstellfeder realisiert ist. Durch die entsprechende Geometrie, z.B. des Winkels der Phase am ersten oder zweiten Kupplungselement, kann die notwendige Aktorkraft auf ein Minimum reduziert werden. Die Reduzierung der notwendigen Aktorkraft, wie auch die Reduzierung des notwendigen Bauraumes für die Kupplungsvorrichtung führen zu einer großen Freiheit hinsichtlich der Aktorauswahl.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Aktor eingerichtet, das erste Kupplungselement und das zweite Kupplungselement auch voneinander weg zu ziehen. Dies dient zum Trennen der Kupplungselemente. Ebenso ist es möglich, dass die Kupplungselemente durch eine Feder oder dergleichen dem Aktor entgegenwirkend auseinander verlagert werden, wenn der Aktor die
Kupplungselemente nicht oder mit einer Kraft unter einem bestimmten Kraftwert zusammendrückt. Zum auseinander Verlagern der Kupplungselemente kann ebenso ein zweiter Aktor vorgesehen sein, der dem ersten Aktor entgegenwirkt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Aktor als
elektromotorischer Aktor oder als hydraulischer Aktor ausgeführt. Eine hydraulische Ausführung ermöglicht besonders hohe Steilkräfte. Mittels einer
elektromechanischen Ausführung lässt sich eine hohe Dynamik im Hinblick auf ein schnelles Stellverhalten besonders gut realisieren. Bei der elektromechanischen Ausführung kann ein Elektromotor mit einem geeigneten Getriebe zur Umsetzung der Rotationsbewegung des Elektromotors in eine lineare Stellbewegung vorgesehen sein. Ferner ist eine Ausführung des Aktors als pneumatisch arbeitender Aktor möglich, was Vorteile im Hinblick auf einen technisch sehr einfachen Aufbau bieten kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Sperrklinke so
vorgesehen, dass sie bei einer festgelegten Kraft des Aktors oder festgelegten axialen Kraft des ersten rotatorischen Kupplungselements oder des zweiten rotatorischen Kupplungselementes verrastet. Eine verrastbare Ausführung der Sperrklinke bietet den Vorteil, dass die Stell kraft des Aktors reduziert oder sogar auf Null gesetzt werden kann, wobei die beiden Kupplungselemente bei Reibschiuss verrastet bleiben. Auf Grund der niedrigeren daraus resultierenden Belastung des Aktors kann dieser damit kompakter, d.h. platzsparender, mit einer geringeren Leistung und kostengünstiger ausgeführt werden. Insgesamt wird auf diese Weise der Energieverbrauch durch den Aktor reduziert. Ferner wird die Betriebssicherheit des Antriebssystems erhöht.
Beispielsweise ist ein Federelement, insbesondere ein Federring vorgesehen, das bei Überschreiten der festgelegten axialen Kraft von einer Phase an dem ersten rotatorischen Kupplungselement oder zweiten rotatorischen Kupplungselement so verlagert wird, dass die Sperrklinke in eine Verrastungsposition kommen kann. Das Federelement weist beispielsweise federgelagerte Stifte oder einen Federring auf. Im Falle der Ausführung als Federring kann dieser elastisch in eine ihn
aufnehmende Wellennut hineingedrückt werden. Die Sperrklinke schiebt sich dabei mit über das Federelement. Die im Vorhergehenden erläuterten Weiterbildungen und Vorteile in Bezug auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung sind auch auf ein erfindungsgemäßes Verfahren anzuwenden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist ein Verfahren zum Antreiben eines Hybridfahrzeugs unter Nutzung eines erfindungsgemäßen Antriebssystems die Schritte des Antreibens des Hybridfahrzeugs mittels des Elektromotors bei
Übertragung des Drehmomentes des Elektromotors; Antreiben des Hybridfahrzeugs mittels des Elektromotors und gleichzeitiges Zustatten des Verbrennungsmotors bei Übertragung des Drehmomentes durch Reibschluss mittels des
Reibkraftschlusselementes und des Antreibens des Hybridfahrzeugs mittels des Elektromotors und Verbrennungsmotors bei Übertragung des Drehmomentes des Verbrennungsmotors durch Formschluss mittels des Formschlusselementes auf.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt im Verfahrensschritt (b) eine wenigstens temporäre Drehmomentüberhöhung des Elektromotors. Dabei wird das Drehmoment des Elektromotors an dessen Abtriebsweile im Nennpunkt für eine kurze Dauer von beispielsweise 0,5 bis 3 Sekunden um einen Betrag von beispielsweise 20 bis 70 Prozent über das Nenndrehmoment erhöht. Eine relativ kurze Dauer kombiniert mit einer verhältnismäßig geringen Drehmomentüberhöhung lassen die Temperatur des Elektromotors im unkritischen Bereich verbleiben, so dass dieser keinen Schaden nimmt.
Wettere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform des Antriebssystems hinzufügen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert. In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 ein Antriebssystem für ein Hybridfahrzeug gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel in einer schematischen Darstellung; Fig. 2 einen Ausschnitt des Antriebssystems für ein Hybridfahrzeug gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einer schematischen Schnittdarstellung; und
Fig. 3 einen Ausschnitt des Antriebssystems für ein Hybridfahrzeug gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einer schematischen räumlichen Schnittdarstellung.
Fig. 1 zeigt ein Antriebssystem 1 für ein Hybridfahrzeug gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einer schematischen Darstellung. Das Anthebssystem 1 weist bei diesem Ausführungsbeispiel einen Verbrennungsmotor 3 und einen Elektromotor 5 auf, die im Bild beide schematisch als Rechtecke dargestellt sind. Es können im Sinne der vorliegenden Erfindung mehr als ein Verbrennungsmotor 3 und ein Elektromotor 5 im Antriebssystem 1 vorgesehen sein. Der Verbrennungsmotor 3 und der Elektromotor 5 sind eingerichtet, ihre Drehmomente zum Antrieb des Hybridfahrzeugs an einer im Bild rechts als Linie dargestellten Abtriebswelle 7 zur Verfügung zu stellen. Eine Kupplungsvorrichtung 9 ist im Antriebssystem 1 dem Verbrennungsmotor 3 und dem Elektromotor 5 zwischengeschaltet vorgesehen, so dass sie eine rotatorische und drehmomentmäßige Entkopplung der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors 3 von dem Elektromotor 5 und der Abtriebswelle 7 ermöglicht.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ferner ein automatisiertes Vorgelegegetriebe 1 1 dem Elektromotor 5 nachgeschaltet vorgesehen, das eine Drehzahl- bzw.
Drehmomentanpassung der von dem Verbrennungsmotor 3 und dem Elektromotor 5 an einer Welle 43 bereitgestellten Antriebsleistung zur Abtriebswelle 7 ermöglicht.
Die Kupplungsvorrichtung 1 weist ein Reibkraftschlusselement 13 und ein
Formschlusselement 15, welches parallel zu dem Reibkraftschlusselement 13 geschaltet ist, auf. Dies wird anhand der nachfolgenden Figuren mehr im Detail dargestellt. Die Kupplungsvorrichtung 1 mit dem Reibkraftschlusselement 13 und dem Formschlusselement 15 ermöglicht es, mittels Reibschluss am
Reibkraftschlusselement 13 den Verbrennungsmotor 3, beispielsweise aus dem Stillstand heraus, zu beschleunigen. Ist der Verbrennungsmotor 3 auf eine geeignete Drehzahl herauf beschleunigt, kann dann das Formschlusselement 15 zur formschlüssigen Einkupplung des Verbrennungsmotors 3 in Eingriff gebracht werden. Das Formschlusselement 15 ermöglicht dann die Übertragung auch von großen Drehmomenten des Verbrennungsmotors 3, Dadurch kann das
Reibkraftschlusselement 13 für ein geringeres zu übertragendes Drehmoment ausgelegt werden und vorteilhaft mit geringem Bauraumbedarf dimensioniert werden. Ferner wird die am Reibkraftschlusselement 13 entstehende
Reibungswärme gering gehalten und damit insbesondere auch der Bereich des Elektromotors 5 wenig durch das Reibkraftschlusselement 13 erwärmt.
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt des Antriebssystems 1 für ein Hybridfahrzeug gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einer schematischen Schnittdarstellung.
Dargestellt ist ein oberhalb einer Symmetrielinie 19 angeordneter Ausschnitt des Antriebssystems 1. Die Symmetrielinie 19 zeigt die Rotationsachse für das
Gesamtsystem eines Rotors 17 mit einem Rotorträger des Elektromotors 5 und der Kupplungsvorrichtung 9. Der Rotor 17 soll hier den Rotorträger mit einschließen. Die Kupplungsvorrichtung 9 ist im Bild unterhalb des dargestellten Abschnitts des Rotors 17 dargestellt und verläuft hier demnach innerhalb des Rotors 17 des Elektromotors 5.
Die Kupplungsvorrichtung 9 weist ein erstes rotatorisches Kupplungselement 21 und ein zweites rotatorisches Kupplungselement 23 auf, die koaxial zueinander angeordnet und aufeinander zu und voneinander weg verlagerbar vorgesehen sind. Am ersten Kupplungselement 21 ist ein Außenkonus 25 vorgesehen und am zweiten Kupplungselement 23 ist ein Innenkonus 27 vorgesehen. Die Anordnung der Konen 25, 27 in Bezug auf die Kupplungselemente 21 , 23 kann dabei vorzugsweise auch anders herum sein. In der Schnittdarstellung von Fig. 2 ist das erste Kupplungselement 21 schräg rechts unterhalb des zweiten
Kupplungselementes 23 erkennbar. Außenkonus 25 und Innenkonus 27 verlaufen dabei im Bild schräg nach rechts oben. Werden Außenkonus 25 und Innenkonus 27 gegeneinander gepresst, kann mittels Reibschluss ein Drehmoment über das erste Kupplungselement 21 und das zweite Kupplungselement 23 ein Drehmoment per Reibschluss übertragen werden. Dabei kann, je nach Drehmoment und je nach Anpresskraft, ein rotatorischer Schlupf zwischen den beiden Kupplungselementen 21 , 23 möglich sein.
Am zweiten rotatorischen Kupplungselement 23 ist eine Verzahnung 29
vorgesehen. Eine bei diesem Ausführungsbeispiel hüisenförmig gestaltete
Sperrklinke 31 ist zum Arretieren in der Verzahnung 29 und zum Ausbildung des Formschlusses zwischen dem zweiten rotatorischen Kupplungselement 23 und der Welle 43 vorgesehen. Dazu ist eine Hülse 35 drehfest an der Welle 43 angeordnet und mit der Sperrklinke 31 an deren Innendurchmesser verzahnt.
Zur axialen Verlagerung des ersten rotatorischen Kupplungselementes 21 in Richtung auf das zweite rotatorische Kupplungselement 23 zu ist ein Aktor 33 vorgesehen. Der Aktor 33 arbeitet bei diesem Ausführungsbeispiel hydraulisch und ist in der Lage insbesondere eine hohe Druckkraft koaxial zu dem ersten
rotatorischen Kupplungselement 21 auszuüben. Die Kraft des Aktors 33 wird über eine vorgesehene Hülse 35 drehentkoppelt durch eine vorgesehene Wälzlagerung 37 übertragen.
Die Sperrklinke 31 ist bei diesem Ausführungsbeispiel so vorgesehen, dass sie bei einer festgelegten Kraft des Aktors 33 verrastet. Dazu ist ein Federelement 39 an der Sperrklinke 31 vorgesehen, das mit dem ersten rotatorischen
Kupplungselement 21 verrastet, wenn die Sperrklinke 31 über eine bestimmte Position in Richtung auf das erste rotatorische Kupplungselement 21 verlagert wird.
Das Antriebssystem 1 ermöglicht eine flexible Übertragung des Drehmomentes eines Verbrennungsmotors 3 und eine Elektromotors 5 wahlweise per Reibschluss oder per Formschluss auf eine Welle 43. Dabei kann für die großen Drehmomente des Verbrennungsmotors 3 der Formschluss genutzt werden, was eine insgesamt kompakte Dimensionierung erlaubt.
Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt des Antriebssystems 1 für ein Hybridfahrzeug gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einer schematischen räumlichen
Schnittdarstellung. Durch die räumliche Darstellung lässt sich der schon anhand von Fig. 2 dargestellte Aufbau des Antriebssystems 1 , insbesondere der
Kupplungsvorrichtung 9 leichter im Detail erfassen.
Wie in Fig. 2 ist das erste Kupplungselement 21 schräg rechts unterhalb des zweiten Kupplungselementes 23 erkennbar. In dieser Darstellung kann man nun am im Bild rechten Rand des zweiten Kupplungselementes 23 die Verzahnung 29 erkennen. Die Sperrklinke 31 ist hülsenförmig gestaltet und kann von dem Aktor 33 im Bild nach links in einen Eingriff mit dem Kupplungselement 23 verschoben werden. Der Träger 40 koppelt bei diesem Ausführungsbeispiel die Sperrkiinke 31 mit der Welle 43. Dazu ist die Sperrklinke 31 mit dem Träger 40 verzahnt und der Träger 40 über ein Vielzahnprofil drehfest mit der Welle 43 gekoppelt. Dadurch, dass die Sperrklinke 31 mit dem Träger 40 verzahnt ist, kann die Sperrklinke 31 das Antriebsmoment, dass von dem zweiten rotatorischen Kupplungselement 23 auf sie übertragen wird, unabhängig von ihrer Verschiebungsstellung entlang des Trägers 40 und damit auch entlang der Welle 43 auf den Träger 40 übertragen. Das erste rotatorische Kupplungselement 21 kann ebenfalls beispielsweise über den Träger 40 mit der Welle 43 gekoppelt sein. Dazu kann beispielsweise ein Einschieben der Sperrklinke 31 , welche sich auf dem Träger 40 in einem sogenannten Vielzahnprofil verschieben lässt, in das erste rotatorische Kupplungselement 21 bei Ausbildung einer Klemmung zwischen der Sperrklinke 31 und dem ersten rotatorischen
Kupplungselement 21 eine kraftschlüssige Verbindung realisiert werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorliegend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
Bezugszeichenliste
Antriebssystem
Verbrennungsmotor
Elektromotor
Abtriebswelle
Kupplungsvorrichtung
Vorgelegegetriebe
Reibkraftschlusselement
Formschlusselement
Rotor
Symmetrielinie
Erstes rotatorisches Kupplungselement
Zweites rotatorisches Kupplungselement
Außenkonus
Innenkonus
Verzahnung
Sperrklinke
Aktor
Hülse
Wälzlagerung
Federelement
Träger
Fase
Gehäuse
Welle

Claims

ANSPRÜCHE
1. Antriebssystem (1) für ein Hybridfahrzeug aufweisend
einen Verbrennungsmotor (3),
einen Elektromotor (5), und
eine Kupplungsvorrichtung (9), welche ein Reibkraflschlusselement (13) und ein Formschlusselement (15), welches parallel, insbesondere koaxial, zu dem Reibkraftschlusselement (13) geschaltet ist, aufweist,
wobei die Kupplungsvorrichtung (9) eingerichtet ist, den Verbrennungsmotor (3) in das Antriebssystem (1 ) einzukuppeln und in wenigstens folgende Zustände geschaltet zu werden:
a) geöffnetes Formschlusselement (15) und geschlossenes
Reibkraftschlusselement (13) zum Starten und/oder Synchronisieren des Verbrennungsmotors (3),
b) geschlossenes Formschlusselement (15) und geschlossenes
Reibkraftschlusselement (13) oder geschlossenes Formschlusselement (15) und geöffnetes Reibkraftschlusselement (13) bei laufendem,
synchronisierten Verbrennungsmotor (3) zum Erzeugen eines
verbrennungsmotorischen Abtriebs und
c) geöffnetes Formschlusselement (15) und geöffnetes
Reibkraftschlusselement (13) bei stehendem Verbrennungsmotor (3) zum rein elektromotorischen Antrieb des Fahrzeugs.
2. Antriebssystem (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die Kupplungsvorrichtung (9) trocken läuft.
3. Antriebssystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Teil eines Rotors (17) des Elektromotors (5) , insbesondere indirekt, wassergekühlt ist.
4. Antriebssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kupplungsvorrichtung (9) wenigstens teilweise innerhalb des Rotors (17) verläuft, insbesondere darin angeordnet ist.
5. Antriebssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Reibkraftschlusselement (13) mit einem ersten rotatorischen Kupplungselement (21 ) und einem zweiten rotatorischen Kupplungselement (23) gebildet ist, die koaxial zueinander angeordnet und aufeinander zu und voneinander weg verlagerbar vorgesehen sind, wobei das erste rotatorische Kupplungselement (21 ) einen Außenkonus (25) und das zweite rotatorische Kupplungselement (23) einen Innenkonus (27) aufweist, die miteinander zur Drehmomentübertragung in Kontakt bringbar sind.
6. Antriebssystem (1) nach Anspruch 5 wobei am ersten rotatorischen
Kupplungselement (21 ) oder am zweiten rotatorischen Kupplungselement (23) eine Verzahnung (29) vorgesehen und dem jeweils anderen
Kupplungselement (21 , 23) drehfest zugeordnet eine Sperrklinke (31 ) zum Arretieren in der Verzahnung (29) und damit zur Ausbildung des
Formschlusses zwischen dem ersten rotatorischen Kupplungselement (21 ) und dem zweiten rotatorischen Kupplungselement (23) oder dem zweiten rotatorischen Kupplungselement (23) und einer Welle (43) zur Übertragung des Drehmomentes von dem Verbrennungsmotor (3) und dem Elektromotor (5) vorgesehen ist.
7. Antriebssystem (1) nach Anspruch 6, dass die Sperrklinke (31 ) achsparallel zu den rotatorischen Kupplungselementen (21 , 23) verfahrbar angeordnet ist.
8. Antriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei ein Aktor (33) vorgesehen ist, der eingerichtet ist, das erste Kupplungselement (21 ) und das zweite Kupplungselement (23) gegeneinander zu pressen.
9. Antriebssystem (1) nach Anspruch 8, wobei der Aktor (33) eingerichtet ist, das erste Kupplungselement (21 ) und das zweite Kupplungselement (23) auch voneinander weg zu ziehen.
10. Antriebssystem (1) nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Aktor (33) als
elektromotorischer Aktor oder als hydraulischer Aktor ausgeführt ist.
1 1 . Antriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei die
Sperrklinke (31 ) so vorgesehen ist, dass sie bei einer festgelegten Kraft des Aktors (33) oder festgelegten axialen Kraft des ersten rotatorischen
Kupplungselements (21 ) oder des zweiten rotatorischen
Kupplungselementes (23) verrastet.
12. Antriebssystem (1 ) nach Anspruch 11 , wobei ein Federelement (39)
vorgesehen ist, das bei Überschreiten der festgelegten axialen Kraft von einer Fase (41 ) an dem ersten rotatorischen Kupplungselement (21 ), an dem zweiten rotatorischen Kupplungselement (23) oder einer verschiebbar angeordneten Hülse (35) so verlagert wird, dass die Sperrklinke (31 ) in eine Verrastungsposition kommen kann.
13. Verfahren zum Antreiben eines Hybridfahrzeugs unter Nutzung eines
Antriebssystems (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit den Schritten:
(a) Antreiben des Hybridfahrzeugs mittels des Elektromotors (5) bei Übertragung des Drehmomentes des Elektromotors (5);
(b) Antreiben des Hybridfahrzeugs mittels des Elektromotors (5) und gleichzeitiges Zustarten des Verbrennungsmotors (3) bei Übertragung des Drehmomentes durch Reibschluss mittels des Reibkraftschlusselementes
(13);
(c) Antreiben des Hybridfahrzeugs mittels des Elektromotors (5) und
Verbrennungsmotors (3) bei Übertragung des Drehmomentes des
Verbrennungsmotors (5) durch Formschluss mittels des
Formschlusselementes (15).
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei im Verfahrensschritt (b) eine wenigstens temporäre Drehmomentüberhöhung des Elektromotors (5) erfolgt.
15. Hybridfahrzeug mit einem Antriebssystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
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