DE10002133B4

DE10002133B4 - Hybridantrieb für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE10002133B4
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: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2020-01-20
Also published as: JP3456159B2; KR20000053653A; JP2000219055A; DE10002133A1; KR100419104B1; US6302227B1

Abstract

Hybridantrieb für ein Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (1), mit einem Elektromotor (2), einem Umschaltgetriebe (4) zum Umschalten zwischen Vorwärts- und Rückwärtsfahrt des Fahrzeuges und mit einem Getriebe (20),
– wobei die Brennkraftmaschine (1) eine Abtriebswelle (5),
– der Elektromotor (2) eine Abtriebswelle (6) und
– das Getriebe (20) eine Eingangswelle (24) aufweist;
– wobei das Umschaltgetriebe (4) die folgenden Merkmale umfasst:
– ein Planetengetriebe mit drei Elementen, nämlich einem Hohlzahnrad (13; 32; 44; 54; 64), einem Sonnenzahnrad (10; 41; 51; 61) und einen Planetenradträger (12; 43; 53; 63), auf dem eine Planetenradeinheit (11; 42; 52; 62) drehbar gelagert ist, die aus einem Innenzahnrad (11a; 42a; 52a; 62a), im Eingriff mit dem Sonnzahnrad (10; 41; 51; 61), und einem Außenzahnrad (11b; 42b; 52b; 62b), im Eingriff mit dem Hohlzahnrad (13; 32; 44; 54), besteht, wobei das Innzahnrad (11a; 42a; 52a; 62a) mit dem Außenzahnrad (11b;...

Description

Die Erfindung betrifft einen Hybridantrieb für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Es ist ein Hybridantrieb für ein Fahrzeug bekannt, das sowohl eine Brennkraftmaschine als auch einen Elektromotor besitzt und wahlweise mit der Brennkraftmaschine und/oder dem Elektromotor angetrieben wird. Solche Antriebe werden grob in serielle Hybridantriebe und parallele Hybridantriebe für Fahrzeuge unterteilt. Der serielle Hybridantrieb verwendet die Antriebskraft der Brennkraftmaschine lediglich für die Erzeugung von Energie und wird ausschließlich durch die Antriebskraft des Elektromotors angetrieben. Andererseits kann der parallele Hybridantrieb durch die Antriebskraft der Brennkraftmaschine und/oder des Elektromotors in Abhängigkeit der Fahrbedingungen angetrieben werden. Somit erfordert der parallele Hybridantrieb ein Antriebssystem, das in der Lage ist, die Antriebskraft der Brennkraftmaschine und des Elektromotors auf eine Achse zu übertragen.
6 zeigt schematisch den Aufbau des herkömmlichen parallelen Hybridantriebes, wie er beispielsweise aus der EP 0 788 914 A2 bekannt ist. Wie in 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 Brennkraftmaschine 70 verbunden ist. Bezugszeichen 74 kennzeichnet einen Stator, der an einem Getriebegehäuse 81 befestigt ist. Infolge dessen wird die Antriebskraft der Brennkraftmaschine und des Elektromotors von der Abtriebswelle 71 der Brennkraftmaschine 70 auf eine Antriebswelle 82 übertragen. Anschließend durchläuft die Antriebskraft der Maschine und des Elektromotors ein Vorwärts-Rückwärtsfahrt-Umschaltgetriebe 83 und wird über ein stufenlos veränderbares Getriebe 84 weitergeleitet. Schließlich wird die Antriebskraft auf eine Achse übertragen.
Beim oben erwähnten herkömmlichen Hybridantrieb drehen sich die Brennkraftmaschine 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 Brennkraftmaschine 70 gestoppt ist. Zudem ist es unmöglich, Energie lediglich durch den Elektromotor 72 zurückzugewinnen, ohne eine Maschinenbremsung während der Geschwindigkeitsverminderung auszuführen.
Um dieses Problem zu lösen, ist es notwendig einen Kupplungsmechanismus zwischen der Brennkraftmaschine 70 und dem Elektromotor 72 vorzusehen, so dass die Übertragung der Antriebskraft zwischen der Brennkraftmaschine 70 und der Antriebswelle 82 gestoppt werden kann. Dadurch werden die Gesamtlänge, das Gewicht, Kosten und dergleichen des Getriebes 80 erhöht.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Hybridantrieb für ein Fahrzeug so zu verbessern, dass das Fahrzeug entweder vom Elektromotor oder der Brennkraftmaschine oder von beiden vorwärts oder rückwärts angetrieben werden kann und die Zurückgewinnung von Energie während einer Geschwindigkeitsverringerung zu ermöglichen, ohne dass die Gesamtlänge, das Gewicht, Kosten und dergleichen eines Getriebes erhöht werden.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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 Brennkraftmaschine vorwärts drehen. Das Fahrzeug wird rückwärts angetrieben, indem die Bremse in Eingriff und die Kupplung gelöst wird und sich der Elektromotor rückwärts und die Brennkraftmaschine vorwärts drehen.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen ist:
1 eine Ansicht, die schematisch den Aufbau eines Hybridantrieb für ein Fahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt;
2 eine Tabelle, die die Beziehung zwischen den Fahrzeugantriebsrichtungen und den Drehrichtungen einer Brennkraftmaschine und eines Elektromotors und den EIN-/AUS-Zustand einer Kupplung und einer Bremse in jeder Antriebsbetriebsart eines Hybridantrieb für ein Fahrzeug gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
3 eine Ansicht, die schematisch einen Hybridantrieb gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt;
4 eine Ansicht, die schematisch einen Hybridantrieb gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt;
5 eine Ansicht, die schematisch einen Hybridantrieb gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt; und
6 eine Ansicht, die schematisch den herkömmlichen Hybridantrieb darstellt.
1 und 2 beziehen sich auf einen Hybridantrieb gemäß einer ersten Ausführungsform, wobei 1 die Anordnung des Hybridantriebs mit parallel angeordneten Wellen 5, 24, 25, 27, 33, 34 zeigt.
Wie in 1 gezeigt, verfügt der Hybridantrieb über eine Brennkraftmaschine 1, einen Elektromotor 2 und eine Getriebeanordnung 3. Ein Getriebegehäuse 9 für die Getriebeanordnung 3 ist integral mit der Brennkraftmaschine 1 verbunden. Der Elektromotor 2 ist koaxial zu einer Abtriebswelle 5 der Brennkraftmaschine 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 Getriebegehäuse 9 befestigt.
Ein Umschaltgetriebe 4 für Vorwärts- und Rückwärtsfahrt befindet sich zwischen der Brennkraftmaschine 1 und dem Elektromotor 2 und einem stufenlos verstellbaren Getriebe 20 der Getriebeanordnung 3. Die Rotationen der Brennkraftmaschine 1 und des Elektromotors 2 werden durch das Umschaltgetriebe 4 an das stufenlos verstellbare Getriebe 20 weitergegeben.
Ein Planetengetriebe wird als Umschaltgetriebe 4 verwendet, wobei die Abtriebswelle 5 der Brennkraftmaschine 1 mit einem Sonnenzahnrad 10 des Planetengetriebes verbunden ist. Ein Planetenradträger 12 zum Halten einer Planetenradeinheit 11 ist mit der Abtriebswelle 6 verbunden, die koaxial am Anker 7 des Elektromotors 2 befestigt ist. Demzufolge erfolgt die Weitergabe der Drehbewegung der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine 1 über das Sonnenzahnrad 10 und die Weitergabe der Drehbewegung der Abtriebswelle des Elektromotors 2 über den Planetenradträger 12. Die Planetenradeinheit 11 ist ein Doppelritzel, das aus einem Innenzahnrad 11a und einem Außenzahnrad 11b besteht, die miteinander in Eingriff stehen. Das Innenzahnrad 11a greift in das Sonnenzahnrad 10 und das Außenzahnrad 11b in ein Hohlzahnrad 13.
Die Kraft des Umschaltgetriebes 4 wird an das stufenlos verstellbare Getriebe 20 durch den Planetenradträger 12 abgegeben. Insbesondere ist eine Eingangswelle 24, die mit einer ersten Riemenscheibe 21 des stufenlos verstellbaren Getriebes 20 koaxial integral verbunden ist, mit dem stufenlos verstellbaren Getriebe 20 und dem Planetenradträger 12 verbunden. Die Drehbewegung der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine 1 und des Elektromotors 2 wird an das Sonnenzahnrad 10 bzw. den Planetenradträger weitergegeben und anschließend vom Planetenradträger 12 an die Eingangswelle 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 der Planetenradeinheit 11 drehen.
Eine Kupplung 15 befindet sich in der Eingangswelle 24 des stufenlos verstellbaren Getriebes 20. Die Kupplung 15 verbindet und trennt eine Welle 16, die sich vom Sonnenzahnrad 10 erstreckt, mit dem stufenlos verstellbaren Getriebe 20 und der Eingangswelle 24. Das Eingreifen der Kupplung 15 bewirkt, dass sich das Sonnenzahnrad 10, das mit der Welle 16 integral verbunden ist, und der Planetenradträger 12, der integral mit der Eingangswelle 24 verbunden ist, als Einheit drehen.
Wie es oben beschrieben wurde, wird die Drehbewegung der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine 1 und des Elektromotors 2 vom Umschaltgetriebe 4 an das stufenlos verstellbare Getriebe 20 abgegeben. Das stufenlos verstellbare Getriebe 20 besteht aus der ersten Riemenscheibe 21, einer zweiten Riemenscheibe 22 und einem Riemen 23. Die Drehbewegung des Umschaltgetriebes 4 wird von der ersten Riemenscheibe 21, die koaxial integral mit der Eingangswelle 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 beweglichen Keilscheiben 21b, 22b der ersten Riemenscheibe 21 und der zweiten Riemenscheibe 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 Getriebe 20 übertragene Drehbewegung wird von einer zweiten Welle 25, die koaxial integral mit der zweiten Riemenscheibe 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 Startkupplung 29 verbindet das angetriebene Zahnrad 28 und die dritte Welle 27 integral miteinander, wobei die Rotation, die an das angetriebene Zahnrad 28 weitergegeben wird, auf die dritte Welle 27 übertragen und von einem Differential-Antriebszahnrad 30, das axial integral mit der dritten Welle 27 verbunden ist, an ein Hohlzahnrad 32 eines vorderen Differentials 31 weitergegeben wird. Das vordere Differential 31 verteilt den Antrieb auf die rechte und linke Achswelle 33, 34.
In Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform ist der Hybridantrieb, der in der oben beschriebenen Art und Weise aufgebaut ist, in der Lage, in jeder Antriebsart vorwärts und rückwärts zu fahren, indem die Drehrichtung der Brennkraftmaschine 1 und des Elektromotors 2 reguliert werden und die Kupplung 15, wie in 2 gezeigt ist, zum Eingriff kommt und gelöst wird.
Das Eingreifen der Kupplung 15 verbindet das Sonnenzahnrad 10 und den Planetenradträger 12, die sich gegenseitig blockieren, integral miteinander. Dadurch wird die Drehung der Planetenradeinheit 11, das vom Planetenradträger 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 Innenzahnrad 11a in Eingriff steht, und die relative Drehung des Hohlzahnrades 13, das mit dem Außenzahnrad 11b in Eingriff steht, im Bezug auf die Planetenradeinheit 11 blockiert. Kurz gesagt sind das Sonnenzahnrad 10, der Planetenradträger 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 Planetenradträger 12 und das Hohlzahnrad 13 als Einheit drehen.
Wenn sich die Brennkraftmaschine 1 und der Elektromotor 2 vorwärts drehen, wird eine resultierende Kraft aus der Antriebskraft der Brennkraftmaschine 1 und der Antriebskraft des Elektromotors 2 an die Eingangswelle 24 weitergegeben und die Brennkraftmaschine 1 sowie der Elektromotor 2 als Antriebsquelle für das Fahrzeug verwendet. Es ist ebenfalls möglich, lediglich die Brennkraftmaschine 1 vorwärts zu drehen, während der Elektromotor 2 leer läuft, so dass die Brennkraftmaschine 1 als Antriebsquelle für das Fahrzeug verwendet werden kann. In diesem Fall dreht die Antriebskraft der Brennkraftmaschine 1 den Anker des Elektromotors 2, wodurch der Elektromotor 2 für die Erzeugung von Energie verwendet werden kann.
Andererseits beendet das Lösen der Kupplung 15 die integrale Verbindung des Sonnenzahnrades 10 und des Planetenradträgers 12, wodurch demzufolge das Sonnenzahnrad 10 und der Planetenradträger 12 in die Lage versetzt werden, sich relativ zueinander zu drehen. Somit kann sich die Planetenradeinheit 11, die vom Planetenradträger 12 gehalten wird, um das Sonnenzahnrad 10 drehen. In der folgenden Beschreibung werden die Drehungen des Innenzahnrades 11a, des Außenzahnrades 11b, des Planetenradträgers 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 dieselbe Richtung wie die Drehrichtung aus Sicht des Sonnenzahnrades 10. In Verbindung 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 die Planetenradeinheit 11, mit anderen Worten mit Bezug auf den Planetenradträger 12, in derselben Richtung dreht wie die Drehrichtung des Außenzahnrades 11b. Insbesondere dreht sich das Hohlzahnrad 13 mit einer geringeren Drehzahl als der Planetenradträger 12 in eine Richtung, in der sich der Planetenradträger 12 mit Bezug auf das Sonnenzahnrad 10 dreht. Aus Sicht des Sonnenzahnrades 13 dreht sich die Planetenradeinheit 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 Planetenradträgers 12, und die Rückwärtsdrehung des Sonnenzahnrades 10 resultiert in der Vorwärtsdrehung des Planetenradträgers 12. Tatsächlich jedoch dreht sich das Sonnenzahnrad 10 vorwärts und der Planetenradträger 12 rückwärts, da sich die Brennkraftmaschine 1, die mit dem Sonnenzahnrad 10 verbunden ist, nur vorwärts drehen kann.
Die Rückwärtsdrehung wird an das stufenlos verstellbare Getriebe 20 weitergegeben, indem sich die Brennkraftmaschine 1 vorwärts und der Elektromotor 2 rückwärts dreht. Demzufolge wird das Fahrzeug durch die Brennkraftmaschine 1 und den Elektromotor 2 rückwärts angetrieben. Es ist ebenfalls möglich, dass sich lediglich die Brennkraftmaschine 1 vorwärts dreht, während der Elektromotor 2 leer läuft, wobei in diesem Fall das Fahrzeug durch die Brennkraftmaschine 1 rückwärts angetrieben wird. Die Antriebskraft der Brennkraftmaschine 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 Rückwärtsfahren durch Anziehen und Lösen der Kupplung 15 und der Bremse 14 umgeschaltet werden. Die Brennkraftmaschine 1 muss sich drehen, wenn das Fahrzeug vorwärts oder rückwärts fährt. Insbesondere erfordert der Leerlauf der Brennkraftmaschine 1 den Betrieb einer Maschinenbremse, wobei das Antreiben des Fahrzeuges lediglich mit dem Elektromotor 2 die Belastung erhöht und den Energierückgewinnungs-Wirkungsgrad während der Verminderung der Geschwindigkeit beeintrachtigt.
Um das Fahrzeug lediglich mit dem Elektromotor 2 anzutreiben und den Energierückgewinnungs-Wirkungsgrad während der Geschwindigkeitsverminderung zu verbessern, wird zunächst die Kupplung 15 gelöst. Damit wird die integrale Verbindung des Sonnenzahnrades 10 mit dem Planetenradträger 12 beendet, so dass sich diese relativ zueinander drehen können. Wenn jedoch die Drehung des Hohlzahnrades 13 blockiert ist, kann sich der Planetenradträger 12 nicht frei drehen, da die Drehung des Planetenradträgers 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 Planetenradträger 12 unabhängig voneinander drehen können.
Demzufolge kann sich der Planetenradträger 12 frei drehen, auch wenn die Brennkraftmaschine 1 und das Sonnenzahnrad 10 gestoppt sind. Die Vorwärtsdrehung des Elektromotors 2 bewirkt eine Vorwärtsdrehung des Planetenradträgers 12, wobei die Vorwärtsdrehung an das stufenlos verstellbare Getriebe 20 weitergegeben wird, um dadurch das Fahrzeug vorwärts anzutreiben. Die Rückwärtsdrehung des Elektromotors 2 bewirkt eine Rückwärtsdrehung des Planetenradträgers 12, wodurch das Fahrzeug rückwärts angetrieben wird. Beendet der Elektromotor 2 seine Funktion als Energiegenerator, wird die Fahrgeschwindigkeit lediglich durch einen Energieerzeugungs-Widerstand des Elektromotors 2 verringert, unabhängig davon, ob die Brennkraftmaschine 1 in Betrieb oder angehalten ist. Somit kann die Energie wirkungsvoll zurückgewonnen werden.
Daher hat der Hybridantrieb des Fahrzeugs die Vorteile, die im folgenden beschrieben werden. Die Übertragung der Drehung der Brennkraftmaschine 1 zur Getriebeanordnung 3 wird durch Lösen der Kupplung 15 und der Bremse 14 im Umschaltgetriebe 4 gestoppt. Somit kann das Fahrzeug lediglich mit dem Elektromotor 2 angetrieben und die Energie während der Geschwindigkeitsverminderung zurückgewonnen werden. Darüber hinaus kann das Fahrzeug lediglich mit der Brennkraftmaschine 1 oder sowohl mit der Brennkraftmaschine 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 Brennkraftmaschine 1 oder dem Elektromotor 2 angetrieben werden kann, ist das Fahrzeug in der Lage, ohne Unterbrechung zu fahren, selbst wenn bei der Brennkraftmaschine 1 oder dem Elektromotor 2 ein Problem auftritt oder die Batteriespannung abnimmt.
Bei diesem Hybridantrieb kommt eine Doppelritzel-Planetengetriebeeinheit als Umschaltgetriebe 4 zur Anwendung, wodurch ein Untersetzungsverhältnis während dem Vorwärtsfahren und dem Rückwärtsfahren wesentlich ausgeglichen wird. Dadurch wird eine Einstellung des Untersetzungsverhältnisses des stufenlos verstellbaren Getriebes 20 überflüssig.
Darüber hinaus ist der Hybridantrieb in der Lage, die Brennkraftmaschine 1 ohne Anlasser zu starten, wenn das Fahrzeug mit dem Elektromotor 2 angetrieben wird, während die Brennkraftmaschine 1 gestoppt ist. Insbesondere wenn das Fahrzeug durch die Vorwärtsdrehung des Elektromotors 2 vorwärts angetrieben wird, steht die Kupplung 15 in Eingriff, um die Drehung des Elektromotors 2 an die Brennkraftmaschine 1 weiterzugeben und dadurch die Brennkraftmaschine 1 zu starten. Wird das Fahrzeug durch die Rückwärtsdrehung des Elektromotors 2 rückwärts angetrieben, ist die Bremse 14 angezogen, um die Rückwärtsdrehung des Elektromotors 12 in eine Vorwärtsdrehung umzukehren, die an die Brennkraftmaschine 1 weitergegeben wird, um die Brennkraftmaschine 1 zu starten.
Der Aufbau des Umschaltgetriebes 4 aus 1 ist nur ein Beispiel von vielen. Das Umschaltgetriebe 4 kann beispielsweise ebenfalls so aufgebaut sein wie es unten in der zweiten bis vierten Ausführungsform beschrieben ist.
Nun folgt eine Beschreibung eines Umschaltgetriebes im hybrid angetriebenen Fahrzeug gemäß einer zweiten Ausführungsform. Wie in 3 gezeigt, unterscheidet sich die zweite Ausführungsform von der ersten Ausführungsform lediglich durch die Position 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 Brennkraftmaschine 1 verbindet und trennt. Das Eingreifen der Kupplung 56 bewirkt, dass sich ein Sonnenzahnrad 51, das integral mit der Abtriebswelle 5 verbunden ist, und ein Planetenradträger 53, der mit der Abtriebswelle 6 integral verbunden ist, gegenseitig beschränken, um sich gemeinsam zu drehen. Bei dieser Ausführungsform besteht eine Planetenradeinheit 52 aus einem Innenzahnrad 52a und einem Außenzahnrad 52b, wie im Fall der ersten Ausführungsform.
Demzufolge bewirken das Eingreifen der Kupplung 56 und das Lösen einer Bremse 55, dass sich das Sonnenrad 51 und der Planetenradträger 53 gegenseitig blockieren, um sich gemeinsam zu drehen. Die Drehung der Planetenradeinheit 52 wird ebenfalls blockiert, wobei dadurch die Drehung eines Hohlzahnrades 54 blockiert wird. Somit drehen sich das Sonnenzahnrad 51, der Planetenradträger 53 und das Hohlzahnrad 54 gemeinsam.
Drehen sich die Brennkraftmaschine 1 und der Elektromotor 2 vorwärts, wird das Fahrzeug sowohl von der Brennkraftmaschine 1 als auch vom Elektromotor 2 angetrieben. Wenn sich die Brennkraftmaschine 1 vorwärts dreht, während der Elektromotor 2 leer läuft, wird das Fahrzeug lediglich durch die Brennkraftmaschine 1 angetrieben.
Dreht sich das Sonnenzahnrad 51 durch Lösen der Kupplung 56 und Anziehen der Bremse 55 vorwärts, dreht sich der Planetenradträger 53 rückwärts. Wenn sich die Brennkraftmaschine 1 vorwärts und der Elektromotor 2 rückwärts dreht, wird das Fahrzeug von der Brennkraftmaschine 1 und dem Elektromotor 2 angetrieben. Dreht sich die Brennkraftmaschine 1 vorwärts, während der Elektromotor 2 leer lauft, wird das Fahrzeug lediglich durch die Brenn kraftmaschine 1 angetrieben.
Werden die Brennkraftmaschine 1 und das Sonnenzahnrad 51 durch Lösen der Kupplung 56 und Lösen der Bremse 55 gestoppt, kann sich der Planetenradträger 53 frei drehen. Bei einer Vorwärtsdrehung des Elektromotors 2 dreht sich der Planetenradträger 53 ebenfalls vorwärts, um einen Antrieb des Fahrzeuges lediglich durch den Elektromotor 2 zu ermöglichen. Dreht sich der Elektromotor 2 rückwärts, dreht sich der Planetenradträger 53 ebenfalls rückwärts, so dass das Fahrzeug rückwärts angetrieben werden kann.
Nun folgt eine Beschreibung eines Umschaltgetriebes im hybrid angetriebenen Fahrzeug gemäß einer dritten Ausführungsform. Wie in 4 dargestellt, unterscheidet sich die dritte Ausführungsform von der ersten Ausführungsform nur durch die Position der Kupplung. Eine Kupplung 46 ist außerhalb der Eingangswelle 24 des stufenlos verstellbaren Getriebes 20 derart angebracht, dass sie ein Hohlzahnrad 44 und die Eingangswelle 24 verbindet und trennt. Das Eingreifen der Kupplung 46 bewirkt, dass sich ein Hohlzahnrad 44 und ein Planetenradträger 43, der integral mit der Eingangswelle 24 verbunden ist, gegenseitig blockieren, um sich gemeinsam zu drehen. Bei dieser Ausführungsform besteht eine Planetenradeinheit 42 aus einem Innenzahnrad 42a und einem Außenzahnrad 42b wie bei der ersten Ausführungsform.
Demzufolge bewirkt das Eingreifen der Kupplung 46, dass sich das Hohlzahnrad 44 und der Planetenradträger 43 gegenseitig blockieren, um sich gemeinsam zu drehen. Dadurch wird die Drehung der Planetenradeinheit 42, die vom Planetenradträger 43 gehalten wird, in Bezug auf das Hohlzahnrad 44 und die Drehung des Außenzahnrades 42b, das in das Hohlzahnrad 44 greift, blockiert. Darüber hinaus wird die Drehung des Innenzahnrades 42a blockiert, da es mit dem Außenzahnrad 42b in Eingriff steht, und die Drehung eines Sonnenzahnrades 41 blockiert, da es mit dem Innenzahnrad in Eingriff steht. Somit sind das Sonnenzahnrad 41, der Planetenradträger 43 und das Hohlzahnrad 44 integral miteinander verbunden.
Das Sonnenzahnrad 41, der Planetenradträger 43 und das Hohlzahnrad 44 werden gemeinsam durch Lösen einer Bremse 45 gedreht, um die Drehung des Hohlzahnrades zu ermöglichen. Somit kann das Fahrzeug sowohl mit der Brennkraftmaschine 1 als auch dem Elektromotor 2 angetrieben werden, indem sich die Brennkraftmaschine 1 und der Elektromotor 2 vorwärts drehen. Das Fahrzeug kann lediglich durch die Brennkraftmaschine angetrieben werden, indem sich die Brennkraftmaschine 1 dreht, während der Elektromotor 2 leer läuft.
Das Lösen der Kupplung 46 beendet die integrale Verbindung des Hohlzahnrades 44 mit dem Planetenradträger 43, damit sich der Planetenradträger 43 im Bezug auf das Hohlzahnrad 44 drehen kann. Da das Sonnenzahnrad 41 mit dem Hohlzahnrad 44 durch die Planetenradeinheit 42 verbunden ist, dreht sich das Sonnenzahnrad 41 mit einer geringeren Drehzahl als der Planetenradträger 43 in derselben Richtung wie die Drehrichtung des Planetenradträgers 43 in Verbindung mit der Drehung des Planetenradträgers 43 mit Bezug auf das Hohlzahnrad 44.
Somit wird der Planetenradträger 43 durch Anziehen der Bremse 45 und Blockieren der Drehung des Hohlzahnrades 44 in Bezug auf das Getriebegehäuse 9 gedreht. Dreht sich die Brennkraftmaschine 1 vorwärts und der Elektromotor 2 rückwärts, wird daher das Fahrzeug sowohl durch die Brennkraftmaschine 1 als auch den Elektromotor 2 rückwärts angetrieben. Dreht sich die Brennkraftmaschine 1 vorwärts, während der Elektromotor 2 leer läuft, wird das Fahrzeug lediglich durch die Brennkraftmaschine 1 rückwärts angetrieben.
Wenn die Kupplung 46 gelöst wird, um die integrale Verbindung des Hohlzahnrades 44 und des Planetenradträgers 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 Planetenradträger 43 frei drehen, während die Brennkraftmaschine 1 und das Sonnenzahnrad 41 gestoppt sind. Dreht sich der Elektromotor 2 vorwärts, dreht sich daher der Planetenradträger 43 vorwärts, um das Fahrzeug vorwärts anzutreiben, und wenn sich der Elektromotor 2 rückwärts dreht, dreht sich der Planetenradträger 43 rückwärts, um das Fahrzeug rückwärts anzutreiben.
Nun folgt eine Beschreibung des Umschaltgetriebes im hybrid angetriebenen Fahrzeug gemäß einer vierten Ausführungsform. Wie in 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 Abtriebs welle 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 Planetenradträger 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 Lösender Bremse 65, dass sich das Hohlzahnrad 64 und der Planetenradträger 63 einander blockieren, um sich gemeinsam zu drehen. Die Drehung einer Planetenradeinheit 62 wird ebenfalls blockiert, wodurch die freie Drehung eines Sonnenzahnrades 61 blockiert wird. Somit drehen sich das Sonnenzahnrad 61, der Planetenradträger 63 und das Hohlzahnrad 64 gemeinsam.
Wenn sich die Brennkraftmaschine 1 und der Elektromotor 2 vorwärts drehen, wird daher das Fahrzeug von der Brennkraftmaschine 1 und dem Elektromotor 2 angetrieben. Dreht sich die Brennkraftmaschine 1 vorwärts, während der Elektromotor 2 leer läuft, wird das Fahrzeug lediglich durch die Brennkraftmaschine 1 angetrieben.
Wenn sich das Sonnenzahnrad 61 durch Lösen der Kupplung 66 und Anziehen der Bremse 65 vorwärts dreht, dreht sich der Planetenradträger 63 rückwärts. Wenn sich in diesem Fall die Brennkraftmaschine 1 vorwärts und der Elektromotor 2 rückwärts dreht, wird das Fahrzeug durch die Brennkraftmaschine 1 und den Elektromotor 2 rückwärts angetrieben. Dreht sich die Brennkraftmaschine 1 vorwärts, während der Elektromotor 2 leer läuft, wird das Fahrzeug lediglich durch die Brennkraftmaschine 1 angetrieben.
Der Planetenradträger 63 kann sich frei drehen, selbst wenn die Brennkraftmaschine 1 und das Sonnenzahnrad 61 durch Lösen der Kupplung 66 und der Bremse 65 gestoppt werden. Wenn sich der Elektromotor 2 vorwärts dreht, dreht sich der Planetenradträger 63 vorwärts, um das Fahrzeug lediglich durch den Elektromotor 2 anzutreiben, und wenn sich der Elektromotor 2 rückwärts dreht, dreht sich der Planetenradträger rückwärts, um das Fahrzeug rückwärts anzutreiben.
Wie bei der ersten Ausführungsform kann der Hybridantrieb für das 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 Brennkraftmaschine 1 oder sowohl mit der Brennkraftmaschine 1 als auch dem Elektromotor 2 angetrieben wird. Der Energieverbrauch kann durch Auswahl der Antriebsart in Übereinstimmung mit den Fahrtbedingungen verbessert werden. Die zweite bis vierte Ausführungsform verfügen über dieselben Vorteile wie die erste Ausführungsform.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen ist die Getriebeanordnung 3 mit dem stufenlos verstellbaren Getriebe 20 ausgestattet, jedoch kann die Getriebeanordnung 3 ebenfalls mit einem herkömmlichen Schaltgetriebemechanismus ausgestattet sein.
Wie es zuvor beschrieben wurde, kann die Übertragung der Drehung von der Brennkraftmaschine zum Getriebe durch Lösen der Kupplung und der Bremse des Umschaltgetriebes gestoppt werden. Somit kann das Fahrzeug lediglich durch den Elektromotor angetrieben und Energie während der Verminderung der Geschwindigkeit zurückgewonnen werden. Zudem ist eine Auswahl möglich, ob das Fahrzeug nur durch die Brennkraftmaschine oder sowohl durch die Brennkraftmaschine und den Elektromotor angetrieben wird. Der Energieverbrauch kann durch Auswahl der Antriebsart gemäß den Fahrbedingungen verbessert werden.
Darüber hinaus kann das Fahrzeug entweder durch die Brennkraftmaschine oder den Elektromotor vorwärts und rückwärts angetrieben werden. Somit kann das Fahrzeug in einem Notfall weiterfahren, wenn beispielsweise der Elektromotor eine Fehlfunktion hat oder die Batteriespannung abnimmt.

Claims

Hybridantrieb für ein Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (1), mit einem Elektromotor (2), einem Umschaltgetriebe (4) zum Umschalten zwischen Vorwärts- und Rückwärtsfahrt des Fahrzeuges und mit einem Getriebe (20), – wobei die Brennkraftmaschine (1) eine Abtriebswelle (5), – der Elektromotor (2) eine Abtriebswelle (6) und – das Getriebe (20) eine Eingangswelle (24) aufweist; – wobei das Umschaltgetriebe (4) die folgenden Merkmale umfasst: – ein Planetengetriebe mit drei Elementen, nämlich einem Hohlzahnrad (13; 32; 44; 54; 64), einem Sonnenzahnrad (10; 41; 51; 61) und einen Planetenradträger (12; 43; 53; 63), auf dem eine Planetenradeinheit (11; 42; 52; 62) drehbar gelagert ist, die aus einem Innenzahnrad (11a; 42a; 52a; 62a), im Eingriff mit dem Sonnzahnrad (10; 41; 51; 61), und einem Außenzahnrad (11b; 42b; 52b; 62b), im Eingriff mit dem Hohlzahnrad (13; 32; 44; 54), besteht, wobei das Innzahnrad (11a; 42a; 52a; 62a) mit dem Außenzahnrad (11b; 42b; 52b; 62b) im Eingriff steht; – eine Bremse (14; 45; 55; 65) zum Bremsen des Hohlzahnrades (13; 32; 44; 54; 64); – eine Verbindungseinrichtung zum Verbinden und Trennen des Planetenradträgers (12; 43; 53; 63) mit einem der übrigen beiden Elemente des Planetengetriebes; dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (5) der Brennkraftmaschine (1) mit dem Sonnenzahnrad (10; 41; 51; 61) des Planetengetriebes verbunden ist und die Abtriebswelle (6) des Elektromotors (2) und die Eingangswelle (24) des Getriebes (20) direkt mit dem Planetenradträger (12; 43; 53; 63) verbunden ist.
Hybridantrieb für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Verbindungseinrichtung der Planetenradträger (12; 53) mit dem Sonnenzahnrad (10; 51) verbindbar ist.
Hybridantrieb für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Verbindungseinrichtung der Planetenradträger (43; 63) mit dem Hohlzahnrad (44; 64) verbindbar ist.
Hybridantrieb für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinrichtung eine Kupplung (15; 46; 56; 66) ist.
Hybridantrieb für ein Fahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (15) zwischen der Eingangswelle (24) des Getriebes (20) und dem Sonnenzahnrad (10) angeordnet ist.
Hybridantrieb für ein Fahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kupplung (56) zwischen der Abtriebswelle (6) des Elektromotors (2) und der Abtriebswelle (5) der Brennkraftmaschine (1) befindet.
Hybridantrieb für ein Fahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (46) zwischen der Eingangswelle (24) des Getriebes (20) und dem Hohlzahnrad (44) angeordnet ist.
Hybridantrieb für ein Fahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kupplung (66) zwischen der Abtriebswelle (6) des Elektromotors (2) und dem Hohlzahnrad (64) befindet.
Hybridantrieb für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (20) ein stufenlos verstellbares Getriebe ist.
Hybridantrieb für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (20) ein herkömmliches Schaltgetriebe ist.
Hybridantrieb für ein Fahrzeug gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung vorgesehen ist zum Steuern des Betriebs und des Anhaltens der Brennkaftmaschine (1), des Umschaltens zwischen Vorwärts- und Rückwärtsfahrt sowie des Leerlaufes des Elektromotors (2), des Betriebs der Bremse (14; 45; 55; 65) und des Verbindens und Trennens der Verbindungseinrichtung.