DE10002133A1

DE10002133A1 - Hybrid angetriebenes Fahrzeug

Info

Publication number: DE10002133A1
Application number: DE10002133A
Authority: DE
Inventors: Tadashi Takemura; Kaoru Sawase
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1999-01-29
Filing date: 2000-01-19
Publication date: 2000-08-17
Anticipated expiration: 2020-01-20
Also published as: DE10002133B4; KR20000053653A; US6302227B1; JP2000219055A; JP3456159B2; KR100419104B1

Abstract

Ein hybrid angetriebenes Fahrzeug ist in der Lage, vorwärts und rückwärts unter verschiedenen Bedingungen (z. B. durch einen Motor) zu fahren und ermöglicht die Zurückgewinnung von Energie während der Verminderung der Geschwindigkeit, ohne daß die Gesamtlänge, das Gewicht, die Kosten und dergleichen eines Getriebes erhöht werden. Das hybrid angetriebene Fahrzeug verfügt über eine Planetengetriebeeinheit, die folgende drei Elemente umfaßt: ein Hohlzahnrad, ein Sonnenzahnrad und einen Planetenradträger, der ein Planetenrad, das zwischen dem Hohlzahnrad und dem Sonnenrad angeordnet ist, drehbar lagert. Die Planetengetriebeeinheit befindet sich zwischen einer Maschine und einem Motor. Das hybrid angetriebene Fahrzeug hat zudem einen Vorwärts-/Rückwärts-Rotations-Umschaltmechanismus, der eine Bremse zum Bremsen eines ersten Elementes, das eines der drei oben beschriebenen Elemente ist, und eine Kupplung zum Verbinden und Trennen zweier Elemente der oben erwähnten drei Elemente enthält. Eine Abtriebswelle der Maschine ist mit einem der beiden Elemente mit Ausnahme des ersten Elementes verbunden, und eine Abtriebswelle des Elektromotors sowie eine Antriebswelle des Getriebes sind miteinander verbunden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf ein hybrid angetriebenes Fahr zeug, das über eine Brennkraftmaschine und einen Elektromotor verfügt.

Beschreibung des Standes der Technik

Es ist ein hybrid angetriebenes Fahrzeug bekannt, das sowohl eine Brennkraftma schine als auch einen Elektromotor besitzt und wahlweise mit der Maschine und/oder dem Elektromotor angetrieben wird. Hybrid angetriebene Fahrzeuge werden grob in seriell hybrid angetriebene Fahrzeuge und parallel hybrid angetrie bene Fahrzeuge unterteilt. Das seriell hybrid angetriebenen Fahrzeug verwendet die Antriebskraft der Maschine lediglich für die Erzeugung von Energie und wird ausschließlich durch die Antriebskraft des Elektromotors angetrieben. Andererseits kann das parallel hybrid angetriebene Fahrzeug durch die Antriebskraft der Maschine und/oder des Elektromotors in Abhängigkeit der Fahrbedingungen angetrieben werden. Somit erfordert das parallel hybrid angetriebene Fahrzeug ein Antriebssystem, das in der Lage ist, die Antriebskraft der Maschine und des Elek tromotors auf eine Achse zu übertragen.

Fig. 6 zeigt schematisch den Aufbau des Antriebssystems im herkömmlichen par allel hybrid angetriebenen Fahrzeug. Wie in Fig. 6 dargestellt, befindet sich ein Elektromotor 72 zwischen einer Brennkraftmaschine 70 und einem Getriebe 80, wobei ein Anker 73 des Elektromotors 72 axial fest mit einer Abtriebswelle 71 der Maschine 70 verbunden ist. Bezugszeichen 74 kennzeichnet einen Stator, der an einem Getriebegehäuse 81 befestigt ist. Infolge dessen wird die Antriebskraft der Maschine und des Elektromotors von der Abtriebswelle 71 der Maschine 70 auf eine Antriebswelle 82 übertragen. Anschließend durchläuft die Antriebskraft der Maschine und des Elektromotors einen Vorwärts-/Rückwärts-Rotations-Umschalt mechanismus 83 und wird durch einen stufenlos veränderbaren Getriebemecha nismus 84 umgekehrt. Schließlich wird die Antriebskraft auf eine Achse übertra gen.

Beim oben erwähnten herkömmlichen hybrid angetriebenen Fahrzeug drehen sich die Maschine 70 und der Elektromotor 72 immer gemeinsam, und somit ist es unmöglich, lediglich den Elektromotor 72 als Antriebsquelle für das Fahrzeug zu verwenden, wenn die Maschine 70 gestoppt ist. Zudem ist es unmöglich, Energie lediglich durch den Elektromotor 72 zurückzugewinnen, ohne eine Maschinen bremsung während der Geschwindigkeitsverminderung auszuführen.

Um dieses Problem zu lösen, ist es notwendig einen Kupplungsmechanismus zwi schen der Maschine 70 und dem Motor 72 vorzusehen, so daß die Übertragung der Antriebskraft zwischen der Maschine 70 und der Antriebswelle 82 gestoppt werden kann. Dadurch werden die Gesamtlänge, das Gewicht, Kosten und der gleichen des Getriebes 80 erhöht.

ÜBERSICHT ÜBER DIE ERFINDUNG

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein hybrid angetriebenes Fahrzeug anzugeben, das in der Lage ist, unter unterschiedlichen Bedingungen vorwärts und rückwärts zu fahren (d. h. das Fahrzeug wird entweder vom Elektromotor oder der Maschine oder von beiden angetrieben) und die Zurückgewinnung von Energie während der Geschwindigkeitsverringerung zu ermöglichen, ohne daß die Gesamtlänge, das Gewicht, Kosten und dergleichen eines Getriebes erhöht wer den.

Das oben genannte Ziel kann in Übereinstimmung mit einem Prinzip der vorliegen den Erfindung erreicht werden, die ein hybrid angetriebenes Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe angibt, wobei das hybrid angetriebene Fahrzeug enthält: einen Vorwärts-/Rückwärts-Rotations-Umschaltmechanismus, der sich zwischen der Maschine und dem Elektromotor befindet; wobei der Vor wärts-/Rückwärts-Rotations-Umschaltmechanismus enthält: eine Planetengetrie beeinheit, die aus den folgenden drei Elementen besteht: ein Hohlrad, ein Son nenzahnrad und ein Planetenradträger, auf dem ein Planetenritzel zwischen dem Hohlrad und dem Sonnenzahnrad drehbar gelagert ist; und eine Bremse zum Bremsen eines ersten Elementes der drei Elemente; eine Verbindungseinrichtung zum Verbinden und Trennen zweier der drei Elemente; wobei eine Abtriebswelle der Maschine mit einem zweiten Element verbunden ist, das Bestandteil von zwei Elementen mit Ausnahme des ersten Elementes ist, und eine Abtriebswelle des Elektromotors sowie eine Antriebswelle des Getriebes mit einem dritten Element verbunden sind, das das andere Element der zwei Elemente mit Ausnahme des ersten Elementes ist.

Somit ermöglicht das Lösen der Bremse und der Kupplung, daß das Fahrzeug lediglich von dem Elektromotor angetrieben wird und daß Energie während der Geschwindigkeitsverringerung zurückgewonnen werden kann. Das Fahrzeug wird vorwärts angetrieben, indem die Bremse gelöst und die Kupplung in Eingriff gebracht wird und sich der Elektromotor sowie die Maschine vorwärts drehen. Das Fahrzeug wird rückwärts angetrieben, indem die Bremse in Eingriff und die Kupp lung gelöst wird und sich der Elektromotor rückwärts und die Maschine vorwärts drehen.

Die Planetengetriebeeinheit ist vorzugsweise ein Doppelritzelgetriebe, das im we sentlichen ein Untersetzungsverhältnis während des Vorwärtsfahrens und des Rückwärtsfahrens ausgleicht.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Das Wesen der Erfindung wie auch weitere Ziele und Vorteile derselben werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert, in denen dieselben Bezugszeichen dieselben oder ähnliche Teile in den Zeichnungen kenn zeichnen. In den Zeichnungen ist:

Fig. 1 eine Ansicht, die schematisch den Aufbau eines hybrid angetriebenen Fahrzeuges gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 eine Tabelle, die die Beziehung zwischen den Fahrzeugantriebsrich tungen und den Drehrichtungen einer Maschine und eines Elektromotors und den ElN-/AUS-Zustand einer Kupplung und einer Bremse in jeder Antriebsbetriebsart eines hybrid angetriebenen Fahrzeuges gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 3 eine Ansicht, die schematisch einen Antriebskraft-Getriebemechanis mus in einem hybrid angetriebenen Fahrzeug gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt;

Fig. 4 eine Ansicht, die schematisch einen Antriebskraft-Getriebemechanis mus in einem hybrid angetriebenen Fahrzeug gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 5 eine Ansicht, die schematisch einen Antriebskraft-Getriebemechanis mus in einem hybrid angetriebenen Fahrzeug gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung darstellt; und

Fig. 6 eine Ansicht, die schematisch einen Antriebskraft-Getriebemechanis mus in einem herkömmlichen hybrid angetriebenen Fahrzeug darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Die Erfindung wird detaillierter beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 und 2 beziehen sich auf ein hybrid angetriebenes Fahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei Fig. 1 die Anordnung des hybrid angetriebenen Fahrzeugs mit parallel angeordneten Drehwellen 5, 24, 25, 27, 33, 34 zeigt.

Wie in Fig. 1 gezeigt, verfügt das hybrid angetriebene Fahrzeug über eine Brenn kraftmaschine 1, einen Elektromotor 2 und ein Getriebe 3. Ein Getriebegehäuse 9 für das Getriebe 3 ist integral mit der Maschine 1 verbunden. Der Elektromotor 2 ist koaxial zu einer Abtriebswelle 5 der Maschine 1 angeordnet. Die Abtriebswelle 5 verläuft durch eine Abtriebswelle 6 des Elektromotors 2, die integral koaxial mit einem Anker 7 verbunden ist. Ein Stator 8 des Elektromotors 2 ist am Getriebege häuse 9 befestigt.

Ein Vorwärts-/Rückwärts-Rotations-Umschaltmechanismus 4 befindet sich zwi schen der Maschine 1 und dem Elektromotor 2 und einem stufenlos verstellbaren Getriebemechanismus 20 des Getriebes 3. Die Rotationen der Maschine 1 und des Elektromotors 2 werden durch den Vorwärts-/Rückwärts-Rotations-Umschalt mechanismus 4 an den stufenlos verstellbaren Getriebemechanismus 20 weiter gegeben.

Eine Planetengetriebeeinheit wird als der Vorwärts-/Rückwärts-Rotations- Umschaltmechanismus 4 verwendet, wobei die Abtriebswelle 5 der Maschine 1 mit einem Sonnenzahnrad 10 (dem zweiten Element) der Planetengetriebeeinheit ver bunden ist. Ein Planetenradträger, nachfolgend kurz "Träger", (das dritte Element) zum Halten eines Ritzels (ein Planetenritzel) 11 ist mit der Abtriebswelle 6 verbun den, die koaxial am Anker 7 des Elektromotors 2 befestigt ist. Demzufolge erfolgt die Weitergabe der Rotation der Maschine 1 über das Sonnenzahnrad 10 und die Weitergabe der Drehung des Elektromotors 2 über den Träger 12. Das Ritzel 11 ist ein Doppelritzel, das aus einem inneren Ritzel (Innenzahnrad) 11a und einem äußeren Ritzel (Außenzahnrad) 11b besteht, die miteinander in Eingriff stehen. Das Innenzahnrad 11a greift in das Sonnenzahnrad 10 und das Außenzahnrad 11b in ein Hohlzahnrad (das erste Element) 13.

Die Rotation des Vorwärts-/Rückwärts-Rotations-Umschaltmechanismus 4 wird an den stufenlos verstellbaren Getriebemechanismus 20 durch den Träger 12 abge geben. Insbesondere ist eine Antriebswelle 24, die mit einer ersten Riemenscheibe 21 des stufenlos verstellbaren Getriebemechanismus 20 koaxial integral verbun den ist, mit dem stufenlos verstellbaren Getriebemechanismus 20 des Trägers 12 verbunden. Die Rotation der Maschine 1 und des Elektromotors 2 wird an das Sonnenzahnrad 10 bzw. den Träger weitergegeben und anschließend vom Träger 12 an die Antriebswelle 24 abgegeben.

Das Hohlzahnrad 13 hat eine Bremse 14, die am Getriebegehäuse 9 befestigt ist. Somit blockiert die Betätigung der Bremse 14 die Drehung des Hohlzahnrades 13. Wenn die Bremse 14 gelöst ist, kann sich das Hohlzahnrad 13 mit der Rotation und der Drehung des Ritzels 11 drehen.

Eine Kupplung 15 befindet sich in der Antriebswelle 24 des stufenlos verstellbaren Getriebemechanismus 20. Die Kupplung 15 verbindet und trennt eine Welle 16, die sich vom Sonnenzahnrad 10 erstreckt, mit dem stufenlos verstellbaren Getriebe mechanismus 20 und der Antriebswelle 24. Das Eingreifen der Kupplung 15 bewirkt, daß sich das Sonnenzahnrad 10, das mit der Welle 16 integral verbunden ist, und der Träger 12, der integral mit der Antriebswelle 24 verbunden ist, als Ein heit drehen.

Wie es oben beschrieben wurde, wird die Rotation der Maschine 1 und des Elek tromotors 2 vom Vorwärts-/Rückwärts-Rotations-Umschaltmechanismus 4 an den stufenlos verstellbaren Getriebemechanismus 20 abgegeben. Der stufenlos ver stellbare Getriebemechanismus 20 besteht aus der ersten Riemenscheibe 21, einer zweiten Riemenscheibe 22 und einem Riemen 23. Die Rotation des Vor wärts-/Rückwärts-Rotations-Umschaltmechanismus 4 wird von der ersten Riemen scheibe 21, die koaxial integral mit der Antriebswelle 24 verbunden ist, an die zweite Riemenscheibe 22 durch den Riemen weitergegeben.

Die erste Riemenscheibe 21 besteht aus zwei Keilscheiben 21a, 21b und die zweite Riemenscheibe 22 aus zwei Keilscheiben 22a, 22b. Die Keilscheiben 21a, 22a sind in Achsrichtung fixiert, und die Keilscheiben 21b, 22b sind in Achsrichtung mit Hilfe eines hydraulischen Stellgliedes (nicht gezeigt) beweglich. Die bewegli chen Keilscheiben 21b, 22b der ersten Riemenscheibe 21 und der zweiten Rie menscheibe 22 sind synchron in Achsrichtung beweglich. Um die Antriebsdrehzahl zu verringern, werden die beweglichen Keilscheiben 21b, 22b derart angetrieben, daß sie eine Rille der zweiten Riemenscheibe 22 verengen und eine Rille der ersten Riemenscheibe 21 erweitern. Um die Antriebsdrehzahl zu erhöhen, wird die Breite der Rille der ersten Riemenscheibe 21 verringert und die Rille der zweiten Riemenscheibe 22 erweitert.

Die vom stufenlos verstellbaren Getriebemechanismus 20 übertragene Rotation wird von einer zweiten Welle 25, die koaxial integral mit der zweiten Riemen scheibe 22 verbunden ist, abgegeben und von einem Antriebszahnrad 26, das koaxial integral mit der zweiten Welle 25 verbunden ist, an ein angetriebenes Zahnrad 28 weitergegeben, das durch eine dritte Welle 27 drehbar gelagert ist. Die dritte Welle 27 verfügt über eine Startkupplung 29 zum Verbinden und Trennen der dritten Welle 27 und des angetriebenen Zahnrades 28. Das Eingreifen der Start kupplung 29 verbindet das angetriebene Zahnrad 28 und die dritte Einheit 27 inte gral miteinander, wobei die Rotation, die an das angetriebene Zahnrad 28 weiter gegeben wird, auf die dritte Welle 27 übertragen und von einem Differential- Abtriebszahnrad 30, das axial integral mit der dritten Welle 27 verbunden ist, an ein Hohlzahnrad 32 eines vorderen Differentials 31 weitergegeben wird. Das vor dere Differential 31 verteilt den Antrieb auf die rechte und linke Achswelle 33, 34.

In Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform ist das hybrid angetriebene Fahrzeug, das in der oben beschriebenen Art und Weise aufgebaut ist, in der Lage, in jeder Antriebsart vorwärts und rückwärts zu fahren, indem die Drehrich tung der Maschine 1 und des Elektromotors 2 reguliert werden und die Kupplung 15, wie in Fig. 2 gezeigt ist, zum Eingriff kommt und gelöst wird.

Das Eingreifen der Kupplung 15 verbindet des Sonnenzahnrad 10 und den Träger 12, die sich gegenseitig blockieren, integral miteinander. Dadurch wird die Drehung des Ritzels 11, das vom Träger 12 gehalten ist, um das Sonnenzahnrad 10 und die Rotation des Innenzahnrades 11a blockiert, das in das Sonnenzahnrad 10 greift. Darüber hinaus wird die Rotation des Außenzahnrades 11b, das mit dem Innen zahnrad 11a in Eingriff steht, und die relative Drehung des Hohlzahnrades 13, das mit dem Außenzahnrad 11b in Eingriff steht, im Bezug auf das Ritzel 11 blockiert. Kurz gesagt sind das Sonnenzahnrad 10, den Träger 12 und das Hohlzahnrad 13 integral miteinander verbunden.

Demzufolge bewirkt ein Lösen der Bremse 14, um die Drehung des Hohlzahnrades 13 zu ermöglichen, daß sich das Sonnenzahnrad 10, der Träger 12 und das Hohlzahnrad 13 als Einheit drehen.

Wenn sich die Maschine 1 und der Elektromotor 2 vorwärts drehen, wird eine resultierende Kraft aus der Antriebskraft der Maschine 1 und der Antriebskraft des Elektromotors 2 an die Antriebswelle 24 weitergegeben und die Maschine 1 sowie der Elektromotor 2 als Antriebsquelle für das Fahrzeug verwendet. Es ist ebenfalls möglich, lediglich die Maschine 1 vorwärts zu drehen, während der Elektromotor 2 leerläuft, so daß die Maschine 1 als Antriebsquelle für das Fahrzeug verwendet werden kann. In diesem Fall dreht die Antriebskraft der Maschine 1 den Anker des Elektromotors 2, wodurch der Elektromotor 2 für die Erzeugung von Energie ver wendet werden kann.

Andererseits beendet das Lösen der Kupplung 15 die integrale Verbindung des Sonnenzahnrades 10 und des Trägers 12, wodurch demzufolge das Sonnenzahn rad 10 und der Träger 12 in die Lage versetzt werden, sich relativ zueinander zu drehen. Somit kann sich das Ritzel 11, das vom Träger 12 gehalten wird, um das Sonnenzahnrad 10 drehen. In der folgenden Beschreibung werden die Drehungen des Innenzahnrades 11a, des Außenzahnrades 11b, des Trägers 12 und des Hohlzahnrades 13 vom Sonnenzahnrad 10 aus betrachtet.

Das Innenzahnrad 11a, das mit dem Sonnenzahnrad 10 in Eingriff steht, rotiert ebenfalls in Verbindung mit der Drehung. Das Innenzahnrad 11a dreht sich in die selbe Richtung wie die Drehrichtung aus Sicht des Sonnenzahnrades 10. In Ver bindung mit der Rotation des Innenzahnrades 11a, dreht sich das Außenzahnrad 11b in eine entgegengesetzte Richtung zur Drehrichtung des Innenzahnrades 11a. Die Drehung des Außenzahnrades 11b bewirkt, daß sich das Hohlzahnrad 13, das mit dem Außenzahnrad 11b in Eingriff steht, im Bezug auf das Ritzel 11, mit ande ren Worten mit Bezug auf den Träger 12, in derselben Richtung dreht, wie die Drehrichtung des Außenzahnrades 11b. Insbesondere dreht sich das Hohlzahnrad 13 mit einer geringeren Drehzahl als der Träger 12 in einer Richtung, in der sich das Ritzel 11 (der Träger 12) mit Bezug auf das Sonnenzahnrad 10 dreht. Aus Sicht des Sonnenzahnrades 13 dreht sich das Ritzel 11 um das Sonnenzahnrad 10 in die entgegengesetzte Richtung zur Drehrichtung des Sonnenzahnrades 10.

Wenn die Bremse 14 angezogen ist, um die Drehung des Hohlzahnrades 13 im Bezug auf das Getriebegehäuse 9 zu begrenzen, führt somit die Vorwärtsdrehung des Sonnenzahnrades 10 zur Rückwärtsdrehung des Trägers 12, und die Rück wärtsdrehung des Sonnenzahnrades 10 resultiert in der Vorwärtsdrehung des Trä gers 12. Tatsächlich jedoch dreht sich das Sonnenzahnrad 10 vorwärts und der Träger 12 rückwärts, da sich die Maschine 1, die mit dem Sonnenzahnrad 10 ver bunden ist, nur vorwärts drehen kann.

Die Rückwärtsdrehung wird an den stufenlos verstellbaren Getriebemechanismus 20 weitergegeben, indem sich die Maschine 1 vorwärts und der Elektromotor 2 rückwärts dreht. Demzufolge wird das Fahrzeug durch die Maschine 1 und den Elektromotor 2 rückwärts angetrieben. Es ist ebenfalls möglich, daß sich lediglich die Maschine 1 vorwärts dreht, während der Elektromotor 2 leerläuft, wobei in die sem Fall das Fahrzeug durch die Maschine 1 rückwärts angetrieben wird. Die Antriebskraft der Maschine 1 dreht den Anker 7 des Elektromotors 2, wodurch der Elektromotor 2 als Stromgenerator fungieren kann.

Wie es oben beschrieben wurde, kann zwischen Vorwärtsfahren und Rückwärts fahren durch Anziehen und Lösen der Kupplung 15 und der Bremse 14 umge schaltet werden. Die Maschine 1 muß sich drehen, wenn das Fahrzeug vorwärts oder rückwärts fährt. Insbesondere erfordert der Leerlauf der Maschine 1 den Betrieb einer Maschinenbremse, wobei das Antreiben des Fahrzeuges lediglich mit dem Elektromotor 2 die Belastung erhöht und den Energierückgewinnungs-Wir kungsgrad während der Verminderung der Geschwindigkeit beeinträchtigt.

Um das Fahrzeug lediglich mit dem Elektromotor 2 anzutreiben und den Ener gierückgewinnungs-Wirkungsgrad während der Geschwindigkeitsverminderung zu verbessern, wird zunächst die Kupplung 15 gelöst. Damit wird die integrale Verbin dung des Sonnenzahnrades 10 mit dem Träger 12 beendet, so daß sich diese relativ zueinander drehen können. Wenn jedoch die Drehung des Hohlzahnrades 13 blockiert ist, kann sich der Träger 12 nicht frei drehen, da die Drehung des Trä gers 12 jener des Sonnenzahnrades 10 folgt. Um diesem Problem zu begegnen, werden die Bremse 14 und die Kupplung 15 derart gelöst, daß die freie Drehung des Hohlzahnrades 13 ermöglicht wird, wodurch sich das Sonnenzahnrad 10 und der Träger 12 unabhängig voneinander drehen können.

Demzufolge kann sich der Träger 12 frei drehen, auch wenn die Maschine 1 und das Sonnenzahnrad 10 gestoppt sind. Die Vorwärtsdrehung des Elektromotors 2 bewirkt eine Vorwärtsdrehung des Trägers 12, wobei die Vorwärtsdrehung an den stufenlos verstellbaren Getriebemechanismus 20 weitergegeben wird, um dadurch das Fahrzeug vorwärts anzutreiben. Die Rückwärtsdrehung des Elektromotors 2 bewirkt eine Rückwärtsdrehung des Trägers 12, wodurch das Fahrzeug rückwärts angetrieben wird. Beendet der Elektromotor 2 seine Funktion als Energiegenerator, wird die Fahrtgeschwindigkeit lediglich durch einen Energieerzeugungs-Widerstand des Elektromotors 2 verringert, unabhängig davon, ob die Maschine 1 in Betrieb oder angehalten ist. Somit kann die Energie wirkungsvoll zurückgewonnen werden.

Daher hat das hybrid angetriebene Fahrzeug der vorliegenden Erfindung die Vor teile, die im folgenden beschrieben werden. Die Übertragung der Drehung der Maschine 1 zum Getriebe 3 wird durch Lösen der Kupplung 15 und der Bremse 14 im Vorwärts-/Rückwärts-Rotations-Umschaltmechanismus 4 gestoppt. Somit kann das Fahrzeug lediglich mit dem Elektromotor 2 angetrieben und die Energie wäh rend der Geschwindigkeitsverminderung zurückgewonnen werden. Darüber hinaus kann das Fahrzeug lediglich mit der Maschine 1 oder sowohl mit der Maschine 1 als auch dem Elektromotor 2 angetrieben werden. Der Energieverbrauch kann durch Wählen einer Antriebsart entsprechend der Fahrbedingungen verbessert werden.

Da das Fahrzeug entweder mit der Maschine 1 oder dem Elektromotor 2 angetrie ben werden kann, ist das Fahrzeug in der Lage, ohne Unterbrechung zu fahren, selbst wenn bei der Maschine 1 oder dem Elektromotor 2 ein Problem auftritt oder die Batteriespannung abnimmt.

Beim hybrid angetriebenen Fahrzeug der vorliegenden Erfindung kommt eine Doppelritzel-Planetengetriebeeinheit als Vorwärts-/Rückwärts-Rotations- Umschaltmechanismus 4 zur Anwendung, wodurch ein Untersetzungsverhältnis während dem Vorwärtsfahren und dem Rückwärtsfahren wesentlich ausgeglichen wird. Dadurch wird eine Einstellung des Untersetzungsverhältnisses des stufenlos verstellbaren Getriebemechanismus 20 überflüssig.

Darüber hinaus ist das hybrid angetriebene Fahrzeug der vorliegenden Erfindung in der Lage, die Maschine 1 ohne Anlasser zu starten, wenn das Fahrzeug mit dem Elektromotor 2 angetrieben wird, während die Maschine 1 gestoppt ist. Insbeson dere wenn das Fahrzeug durch die Vorwärtsdrehung des Elektromotors 2 vorwärts angetrieben wird, steht die Kupplung 15 in Eingriff, um die Drehung des Elektro motors 2 an die Maschine 1 weiterzugeben und dadurch die Maschine 1 zu star ten. Wird das Fahrzeug durch die Rückwärtsdrehung des Elektromotors 2 rück wärts angetrieben, ist die Bremse 14 angezogen, um die Rückwärtsdrehung des Elektromotors 12 in eine Vorwärtsdrehung umzukehren, die an die Maschine 1 weitergegeben wird, um die Maschine 1 zu starten.

Der Aufbau des Vorwärts-/Rückwärts-Rotations-Umschaltmechanismus 4 aus Fig. 4 ist nur ein Beispiel von vielen. Der Vorwärts-/Rückwärts-Rotations-Umschaltme chanismus 4 kann beispielsweise ebenfalls so aufgebaut sein wie es unten in der zweiten bis vierten Ausführungsform beschrieben ist.

Nun folgt eine Beschreibung eines Vorwärts-/Rückwärts-Rotations-Umschaltme chanismus im hybrid angetriebenen Fahrzeug gemäß einer zweiten Ausführungs form der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 3 gezeigt, unterscheidet sich die zweite Ausführungsform von der ersten Ausführungsform lediglich durch die Posi tion der Kupplung. Insbesondere ist eine Kupplung 56 in der Abtriebswelle 6 des Elektromotors 2 derart angeordnet, daß sie die Abtriebswelle 6 des Elektromotors 2 und die Abtriebswelle 5 der Maschine 1 verbindet und trennt. Das Eingreifen der Kupplung 56 bewirkt, daß sich ein Sonnenzahnrad 51, das integral mit der Ab triebswelle 5 verbunden ist, und ein Träger 53, der mit der Abtriebswelle 6 integral verbunden ist, gegenseitig beschränken, um sich gemeinsam zu drehen. Bei die ser Ausführungsform ist ein Ritzel 52 ein Doppelritzel, das aus einem Innenzahn rad 52a und einem Außenzahnrad 52b besteht, wie im Fall der ersten Ausfüh rungsform.

Demzufolge bewirken das Eingreifen der Kupplung 56 und das Lösen der Bremse 55, daß sich das Sonnenrad 51 und der Träger 53 gegenseitig blockieren, um sich gemeinsam zu drehen. Die Drehung des Ritzels 52 wird ebenfalls blockiert, wobei dadurch die Drehung des Hohlzahnrades 54 blockiert wird. Somit drehen sich das Sonnenzahnrad 51, der Träger 53 und das Hohlzahnrad 54 gemeinsam.

Drehen sich die Maschine 1 und der Elektromotor 2 vorwärts, wird das Fahrzeug sowohl von der Maschine 1 als auch vom Elektromotor 2 angetrieben. Wenn sich die Maschine 1 vorwärts dreht, während der Elektromotor 2 leerläuft, wird das Fahrzeug lediglich durch die Maschine 1 angetrieben.

Dreht sich das Sonnenzahnrad 51 durch Lösen der Kupplung 56 und Anziehen der Bremse 55 vorwärts, dreht sich der Träger 53 rückwärts. Wenn sich die Maschine 1 vorwärts und der Elektromotor 2 rückwärts dreht, wird das Fahrzeug von der Maschine 1 und dem Elektromotor 2 angetrieben. Dreht sich die Maschine 1 vor wärts, während der Elektromotor 2 leerläuft, wird das Fahrzeug lediglich durch die Maschine 1 angetrieben.

Werden die Maschine 1 und das Sonnenzahnrad 52 durch Lösen der Kupplung 56 und Lösen der Bremse 55 gestoppt, kann sich der Träger 53 frei drehen. Bei einer Vorwärtsdrehung des Elektromotors 2 dreht sich der Träger 53 ebenfalls vorwärts, um einen Antrieb des Fahrzeuges lediglich durch den Elektromotor 2 zu ermögli chen. Dreht sich der Elektromotor 2 rückwärts, dreht sich der Träger 53 ebenfalls rückwärts, so daß das Fahrzeug rückwärts angetrieben werden kann.

Nun folgt eine Beschreibung eines Vorwärts-/Rückwärts-Rotations-Umschaltme chanismus im hybrid angetriebenen Fahrzeug gemäß einer dritten Ausführungs form der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 4 dargestellt, unterscheidet sich die dritte Ausführungsform von der ersten Ausführungsform nur durch die Position der Kupplung. Eine Kupplung 46 ist außerhalb der Antriebswelle 24 des stufenlos ver stellbaren Getriebemechanismus 20 derart angebracht, daß sie ein Hohlzahnrad 44 und die Antriebswelle 24 verbindet und trennt. Das Eingreifen der Kupplung 46 bewirkt, daß sich ein Hohlzahnrad (das erste Element) 44 und ein Träger (das dritte Element) 43, der integral mit der Antriebswelle 24 verbunden ist, gegenseitig blockieren, um sich gemeinsam zu drehen. Bei dieser Ausführungsform ist ein Rit zel 42 ein Doppelritzel, das aus einem Innenzahnrad 42a und einem Außenzahn rad 42b wie bei der ersten Ausführungsform besteht.

Demzufolge bewirkt das Eingreifen der Kupplung 46, daß sich das Hohlzahnrad 44 und der Träger 43 gegenseitig blockieren, um sich gemeinsam zu drehen. Dadurch wird die Drehung des Ritzels 42, das vom Träger 43 gehalten wird, im Bezug auf das Hohlzahnrad 44 und die Drehung des Außenzahnrades 42b, das in das Hohlzahnrad 44 greift, blockiert. Darüber hinaus wird die Drehung des Innenzahn rades 42a blockiert, da es mit dem Außenzahnrad 42b in Eingriff steht, und die Drehung des Sonnenzahnrades 42 blockiert, da es mit dem Innenzahnrad in Ein griff steht. Somit sind das Sonnenzahnrad 41, der Träger 43 und das Hohlzahnrad 44 integral miteinander verbunden.

Das Sonnenzahnrad 41, der Träger 43 und das Hohlzahnrad 44 werden gemein sam durch Lösen der Bremse 45 gedreht, um die Drehung des Hohlzahnrades zu ermöglichen. Somit kann das Fahrzeug sowohl mit der Maschine 1 als auch dem Elektromotor 2 angetrieben werden, indem sich die Maschine 1 und der Elektro motor 2 vorwärts drehen. Das Fahrzeug kann lediglich durch die Maschine ange trieben werden, indem sich die Maschine 1 dreht, während der Elektromotor 2 leerläuft.

Das Lösen der Kupplung 46 beendet die integrale Verbindung des Hohlzahnrades 44 mit dem Träger 43, damit sich der Träger 43 im Bezug auf das Hohlzahnrad 44 drehen kann. Da das Sonnenzahnrad 41 mit dem Hohlzahnrad 44 durch das Dop pelritzel 42 verbunden ist, dreht sich das Sonnenzahnrad 41 mit einer geringeren Drehzahl als der Träger 43 in derselben Richtung wie die Drehrichtung des Trägers 43 in Verbindung mit der Drehung des Trägers 43 mit Bezug auf das Hohlzahnrad 44.

Somit wird der Träger 43 durch Anziehen der Bremse 45 und Blockieren der Dre hung des Hohlzahnrades 44 in Bezug auf das Getriebegehäuse 9 gedreht. Dreht sich die Maschine 1 vorwärts und der Elektromotor 2 rückwärts, wird daher das Fahrzeug sowohl durch die Maschine 1 als auch den Elektromotor 2 rückwärts angetrieben. Dreht sich die Maschine 1 vorwärts, während der Elektromotor 2 leerläuft, wird das Fahrzeug lediglich durch die Maschine 1 rückwärts angetrieben.

Wenn die Kupplung 46 gelöst wird, um die integrale Verbindung des Hohlzahnra des 44 und des Trägers 43 zu beenden und deren Relativdrehung zu ermöglichen, und die Bremse 45 gelöst wird, um die freie Drehung des Hohlzahnrades 44 zu ermöglichen, kann sich der Träger 43 frei drehen, während die Maschine 1 und das Sonnenzahnrad 41 gestoppt sind. Dreht sich der Elektromotor 2 vorwärts, dreht sich daher der Träger 43 vorwärts, um das Fahrzeug vorwärts anzutreiben, und wenn sich der Elektromotor 2 rückwärts dreht, dreht sich der Träger 43 rück wärts, um das Fahrzeug rückwärts anzutreiben.

Nun folgt eine Beschreibung des Vorwärts-/Rückwärts-Rotations-Umschaltmecha nismus im hybrid angetriebenen Fahrzeug gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 5 gezeigt, unterscheidet sich die vierte Ausführungsform von der dritten Ausführungsform lediglich durch die Position der Kupplung. Bei der vierten Ausführungsform ist eine Kupplung 66 derart außerhalb der Abtriebswelle 6 des Elektromotors 2 angebracht, daß sie die Abtriebswelle 6 des Elektromotors 2 und ein Hohlzahnrad 64 trennt und verbindet. Das Eingreifen der Kupplung 66 bewirkt, daß sich das Hohlzahnrad 64 und ein Träger 63, der integral mit dem Hohlzahnrad 64 verbunden ist, einander blockieren, um sich gemeinsam zu drehen.

Demzufolge bewirkt das Eingreifen der Kupplung 66 und das Lösen der Bremse 65, daß sich das Hohlzahnrad 64 und der Träger 63 einander blockieren, um sich gemeinsam zu drehen. Die Drehung eines Ritzels 52 wird ebenfalls blockiert, wodurch die freie Drehung des Sonnenzahnrades 61 blockiert wird. Somit drehen sich das Sonnenzahnrad 61, der Träger 63 und das Hohlzahnrad 64 gemeinsam.

Wenn sich die Maschine 1 und der Elektromotor 2 vorwärts drehen, wird daher das Fahrzeug von der Maschine 1 und dem Elektromotor 2 angetrieben. Dreht sich die Maschine 1 vorwärts, während der Elektromotor 2 leerläuft, wird das Fahrzeug lediglich durch die Maschine 1 angetrieben.

Wenn sich das Sonnenzahnrad 61 durch Lösen der Kupplung 66 und Anziehen der Bremse 65 vorwärts dreht, dreht sich der Träger 63 rückwärts. Wenn sich in diesem Fall die Maschine 1 vorwärts und der Elektromotor 2 rückwärts dreht, wird das Fahrzeug durch die Maschine 1 und den Elektromotor 2 rückwärts angetrie ben. Dreht sich die Maschine 1 vorwärts, während der Elektromotor 2 leerläuft, wird das Fahrzeug lediglich durch die Maschine 1 angetrieben.

Der Träger 63 kann sich frei drehen, selbst wenn die Maschine 1 und das Sonnen zahnrad 61 durch Lösen der Kupplung 66 und der Bremse 65 gestoppt werden. Wenn sich der Elektromotor 2 vorwärts dreht, dreht sich der Träger 63 vorwärts, um das Fahrzeug lediglich durch den Elektromotor 2 anzutreiben, und wenn sich der Elektromotor 2 rückwärts dreht, dreht sich der Träger rückwärts, um das Fahr zeug rückwärts anzutreiben.

Wie bei der ersten Ausführungsform kann das hybrid angetriebene Fahrzeug gemäß der zweiten bis vierten Ausführungsform lediglich mit dem Elektromotor 2 angetrieben werden und Energie während der Geschwindigkeitsverminderung zurückgewinnen. Zudem ist eine Auswahl möglich, ob das Fahrzeug lediglich mit der Maschine 1 oder sowohl mit der Maschine 1 als auch dem Elektromotor 2 ange trieben wird. Der Energieverbrauch kann durch Auswahl der Antriebsart in Über einstimmung mit den Fahrtbedingungen verbessert werden. Die zweite bis vierte Ausführungsform verfügen über dieselben Vorteile wie die erste Ausführungsform.

Es versteht sich jedoch, daß keine Absicht besteht, die Erfindung auf die beschrie benen Ausführungen zu beschränken, sondern im Gegensatz dazu, die Erfindung sämtliche Abänderungen innerhalb des Geistes und des Geltungsbereiches der Erfindung einschließt.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen ist das zweite Element das Son nenzahnrad, das dritte Element der Planetenradträger und das erste Element das Hohlzahnrad. Die Kupplung verbindet und trennt das Sonnenzahnrad (das zweite Element) und den Planetenradträger (das dritte Element) oder den Planetenradträ ger (das dritte Element) und das Hohlzahnrad (das erste Element). Wenn jedoch der Motor 2 am stufenlos verstellbaren Getriebe 20 und nicht am Vorwärts-/Rück wärts-Rotations-Umschaltmechanismus angeordnet ist, kann die Kupplung derart angebracht sein, daß sie das Sonnenzahnrad (das zweite Element) und das Hohlzahnrad (das erste Element) verbindet und trennt.

Das Hohlzahnrad, das Sonnenzahnrad und der Träger müssen nicht unbedingt das erste, zweite bzw. dritte Element sein. Natürlich ist es möglich alternative Kombinationen auf der Basis einzurichten, daß die Abtriebswelle der Maschine mit einem Element (dem zweiten Element) von Hohlzahnrad, Sonnenzahnrad und Träger verbunden ist; die Abtriebswelle des Elektromotors und die Antriebswelle des Getriebes mit einem Element (dem dritten Element) der drei Elemente verbun den sind; und ein Element (das erste Element) der drei Elemente durch die Bremse gebremst wird.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen ist das Getriebe 3 mit dem stu fenlos verstellbaren Getriebemechanismus 20 ausgestattet, jedoch soll die vorlie gende Erfindung nicht darauf beschränkt sein. Das Getriebe 3 kann ebenfalls mit einem herkömmlichen Schaltgetriebemechanismus ausgestattet sein.

Wie es zuvor beschrieben wurde, kann die Übertragung der Drehung von der Maschine zum Getriebe durch Lösen der Kupplung und der Bremse des Vorwärts-/Rück wärts-Rotations-Umschaltmechanismus gestoppt werden. Somit kann das Fahrzeug lediglich durch den Elektromotor angetrieben und Energie während der Verminderung der Geschwindigkeit zurückgewonnen werden. Zudem ist eine Aus wahl möglich, ob das Fahrzeug nur durch die Maschine oder sowohl durch die Maschine und den Elektromotor angetrieben wird. Der Energieverbrauch kann durch Auswahl der Antriebsart gemäß der Fahrbedingungen verbessert werden.

Darüber hinaus kann das Fahrzeug entweder durch die Maschine oder den Elek tromotor vorwärts und rückwärts angetrieben werden. Somit kann das Fahrzeug in einem Notfall weiterfahren, wenn beispielsweise der Elektromotor eine Fehlfunktion hat oder die Batteriespannung abnimmt.

Es versteht sich jedoch, daß nicht beabsichtigt ist, die Erfindung auf die speziellen beschriebenen Ausführungen zu beschränken, sondern im Gegensatz dazu die Erfindung alle Abänderungen, alternative Konstruktionen und Äquivalente ein schließt, die den Geist und den Geltungsbereich der Erfindung erfüllen, wie er in den anhängenden Ansprüchen formuliert ist.

Claims

1. Hybrid angetriebenes Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe, wobei das hybrid angetriebene Fahrzeug enthält:
einen Vorwärts-/Rückwärts-Rotations-Umschaltmechanismus, der zwischen der Maschine und dem Elektromotor angeordnet ist;
wobei der Vorwärts-/Rückwärts-Rotations-Umschaltmechanismus enthält:
eine Planetengetriebeeinheit bestehend aus folgenden drei Elementen:
einem Hohlzahnrad, einem Sonnenzahnrad und einem Plenetenradträger, der eine Planetenradeinheit, die sich zwischen dem Hohlzahnrad und dem Sonnenzahnrad befindet, drehbar lagert;
eine Bremse zum Bremsen eines ersten Elementes, das eines der drei Ele mente ist;
eine Verbindungseinrichtung zum Verbinden und Trennen von zwei Ele menten der drei Elemente; und
bei dem eine Abtriebswelle der Maschine mit einem zweiten Element ver bunden ist, das eines der zwei Elemente mit Ausnahme des ersten Elementes ist, und eine Abtriebswelle des Elektromotors sowie eine Antriebswelle des Getriebes mit einem dritten Element verbunden sind, das das andere Element der beiden Elemente mit Ausnahme des ersten Elementes ist.

2. Hybrid angetriebenes Fahrzeug nach Anspruch 1, bei dem die Verbindungsein richtung ein Kupplung ist.

3. Hybrid angetriebenes Fahrzeug nach Anspruch 2, bei dem das erste Element das Hohlzahnrad ist.

4. Hybrid angetriebenes Fahrzeug nach Anspruch 3, bei dem das zweite Element das Sonnenzahnrad ist.

5. Hybrid angetriebenes Fahrzeug nach Anspruch 4, bei dem die Kupplung zwi schen der Antriebswelle des Getriebes und dem Sonnenzahnrad angeordnet ist.

6. Hybrid angetriebenes Fahrzeug nach Anspruch 4, bei dem sich die Kupplung zwischen der Abtriebswelle des Elektromotors und der Abtriebswelle der Maschine befindet.

7. Hybrid angetriebenes Fahrzeug nach Anspruch 4, bei dem die Kupplung zwi schen der Antriebswelle des Getriebes und dem Hohlzahnrad angeordnet ist.

8. Hybrid angetriebenes Fahrzeug nach Anspruch 4, bei dem sich die Kupplung zwischen der Abtriebswelle des Elektromotors und dem Hohlzahnrad befindet.

9. Hybrid angetriebenes Fahrzeug nach Anspruch 1, bei dem das Getriebe ein stufenlos verstellbares Getriebe ist.

10. Hybrid angetriebenes Fahrzeug nach Anspruch 1, bei dem die Planetenradein heit ein Doppelritzel ist.

11. Hybrid angetriebenes Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe, wobei das hybrid angetriebene Fahrzeug enthält:
einen Vorwärts-/Rückwärts-Rotations-Umschaltmechanismus, der zwischen der Maschine und dem Elektromotor angeordnet ist;
wobei der Vorwärts-/Rückwärts-Rotations-Umschaltmechanismus enthält:
eine Planetengetriebeeinheit bestehend aus folgenden drei Elementen:
einem Hohlzahnrad, einem Sonnenzahnrad und einem Planetenradträger, der eine Planetenradeinheit, die sich zwischen dem Hohlzahnrad und dem Sonnenzahnrad befindet, drehbar lagert;
eine Bremse zum Bremsen eines ersten Elementes, das eines der drei Ele mente ist;
eine Verbindungseinrichtung zum Verbinden und Trennen von zwei Ele menten der drei Elemente; und
bei dem eine Abtriebswelle der Maschine mit einem zweiten Element ver bunden ist, das eines der zwei Elemente mit Ausnahme des ersten Elementes ist, und eine Abtriebswelle des Elektromotors sowie eine Antriebswelle des Getriebes mit einem dritten Element verbunden sind, das das andere Element der beiden Elemente mit Ausnahme des ersten Elementes ist; und
bei dem der Vorwärts-/Rückwärts-Rotations-Umschaltmechanismus weiter hin eine Steuereinrichtung zum Steuern des Betriebs und des Anhaltens der Maschine, des Umschaltens zwischen Vorwärts- und Rückwärtsdrehungen sowie des Leerlaufes des Elektromotors, des Betriebs der Bremseinrichtung und des Verbindens und Trennens der Verbindungseinrichtung enthält.

12. Verfahren zum Steuern eines hybrid angetriebenen Fahrzeugs, das über eine aschine und ein Getriebe verfügt, wobei das hybrid angetriebene Fahrzeug ent hält:
einen Vorwärts-/Rückwärts-Rotations-Umschaltmechanismus, der zwischen der Maschine und dem Elektromotor angeordnet ist;
wobei der Vorwärts-/Rückwärts-Rotations-Umschaltmechanismus enthält:
eine Planetengetriebeeinheit bestehend aus folgenden drei Elementen:
einem Hohlzahnrad, einem Sonnenzahnrad und einem Planetenradträger, der eine Planetenradeinheit, die sich zwischen dem Hohlzahnrad und dem Sonnenzahnrad befindet, drehbar lagert;
eine Bremse zum Bremsen eines ersten Elementes, das eines der drei Ele mente ist;
eine Verbindungseinrichtung zum Verbinden und Trennen von zwei Ele menten der drei Elemente; und
bei dem eine Abtriebswelle der Maschine mit einem zweiten Element ver bunden ist, das eines der zwei Elemente mit Ausnahme des ersten Elementes ist, und eine Abtriebswelle des Elektromotors sowie eine Antriebswelle des Getriebes mit einem dritten Element verbunden sind, das das andere Element der beiden Elemente mit Ausnahme des ersten Elementes ist; und
bei dem das hybrid angetriebene Fahrzeug wahlweise entweder durch die Maschine oder den Elektromotor oder sowohl durch die Maschine als auch den Elektromotor angetrieben wird, indem der Betrieb und das Anhalten, das Umschalten zwischen Vorwärts- und Rückwärtsdrehungen sowie der Leerlauf des Elektromotors, der Betrieb der Bremseinrichtung und das Verbinden und Trennen der Verbindungseinrichtung gesteuert wird.