DE10136725A1 - Leistungsübertragungsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug - Google Patents

Abstract

Eine Leistungsübertragungsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug weist auf ein Schaltgetriebe (2) mit einer Mehrzahl von Gängen, eine zwischen einer Brennkraftmaschine (1) und dem Schaltgetriebe angeordnete Kupplung (3) zur Übertragung einer Antriebskraft von der Brennkraftmaschine zu einer Eingangsseite des Schaltgetriebes und zur Trennung der Antriebskraft von der Eingangsseite, einen in einem Leistungsübertragungsweg zwischen einer Ausgangsseite der Kupplung und einer Ausgangsseite des Schaltgetriebes angeordneten Elektromotor (4) zur Übertragung einer Antriebskraft zur Ausgangsseite des Schaltgetriebes, und eine Steuereinrichtung zur selbsttätigen Steuerung der Gangwechselvorgänge des Schaltgetriebes, des Ein- und Ausrückens der Kupplung und des Drehbetriebs des Elektromotors, wobei ein Drehzahlverhältnis zwischen dem Elektromotor und der Ausgangsseite des Schaltgetriebes geändert wird in Abhängigkeit von einem aus der Mehrzahl von Gängen des Schaltgetriebes.

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Leistungsübertragungsvorrichtung, die zur Verwendung in einem Hybridfahrzeug bestimmt ist, das mit mehreren Antriebsquellen versehen ist, zu denen eine Brennkraftmaschine und ein Elektromotor gehören.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Leistungsübertragungsvorrichtung für ein derartiges Hybridfahrzeug, das wahlweise angetrieben wird von einer der mehreren Antriebsquellen oder gleichzeitig je nach dem Fahrzustand des Fahrzeugs angetrieben wird von den mehreren Antriebsquellen.

Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Leistungsübertragungsvorrichtung für ein solches Hybridfahrzeug, die den Kraftstoffverbrauch verringert und angenehme Fahrzustände mit den mehreren Antriebsquellen einschließlich der Brennkraftmaschine und des Elektromotors ermöglicht.

Fahrzeuge, bei denen ein Handschaltgetriebe benutzt wird, genießen ein hohes Ausmaß an öffentlicher Aufmerksamkeit wegen des hohen Getriebewirkungsgrades. Das Handschaltgetriebe für Fahrzeuge ist in jüngerer Zeit dadurch verbessert worden, dass die Kupplungsbetätigung und der Gangwechsel selbsttätig ausgeführt werden. Die Kupplungsbetätigung und der Gangwechsel werden selbsttätig entsprechend dem Ausmaß der Betätigung eines Gaspedals durch einen Fahrer und entsprechend dem Fahrzustand des Fahrzeugs ausgeführt. Da der Gangwechselvorgang ausgeführt wird, während die Kupplung die Brennkraftmaschine vom Getriebe getrennt hält, kann die Antriebskraft von der Brennkraftmaschine nicht zu einer Achswelle übertragen werden, während der Gangwechselvorgang ausgeführt wird. Daher kann der Fahrer bei Betätigen des Gaspedals kein ausreichendes Fahrgefühl haben und leidet die Annehmlichkeit des Fahrens.

Die japanische Veröffentlichung JP 11 (1999)-69509 A offenbart ein Hybridfahrzeug, das zusätzlich zur Brennkraftmaschine mit einer zweiten Antriebsquelle ausgerüstet ist, nämlich mit einem Elektromotor. Bei diesem bekannten Hybridfahrzeug kommt ein Verfahren zur Anwendung, bei dem Antriebskraft vom Elektromotor zur Achswelle übertragen wird, während die Kupplung die Brennkraftmaschine von der Achswelle trennt, d. h. während die Antriebskraft von der Brennkraftmaschine nicht zur Achswelle übertragen wird. Daher kann dieses bekannte Hybridfahrzeug das unzureichende Fahrgefühl (Freifahrgefühl) verringern oder vermeiden.

Genauer gesagt wird der Ausgang von der Brennkraftmaschine zur Achswelle übertragen über die Kupplung, ein zweiwelliges Getriebe und ein Differentialgetriebe. Der Elektromotor, der die zweite Antriebsquelle bildet, ist zwischen dem Getriebe und dem Differentialgetriebe angeordnet und steht über eine Zahnradeinheit in Eingriff mit dem Getriebe und dem Differentialgetriebe. Wenn ein Gangwechselvorgang ausgeführt wird und die Kupplung die Brennkraftmaschine vom Getriebe trennt, wird die Antriebskraft vom Elektromotor zur Achswelle über die Zahnradeinheit und das Differentialgetriebe übertragen. Dies bedeutet, dass die Antriebskraft zur Achswelle selbst während der Durchführung eines Gangwechsels übertragen wird, so dass das bekannte Hybridfahrzeug das unzureichende Fahrgefühl verringern kann.

Die japanische Veröffentlichung JP 11 (1999)-141665 A offenbart eine Leistungsübertragungsvorrichtung zur Verwendung in einem Hybridfahrzeug. Das Hybridfahrzeug weist einen Elektromotor auf, der betrieblich über ein im Getriebe vorgesehenes Zahnrad in Eingriff mit einem Getriebezahnrad für den vierten Gang steht. Antriebskraft vom Elektromotor wird über das Zahnrad zum Getriebezahnrad für den vierten Gang übertragen, um das unzureichende Fahrgefühl zu verringern, während ein Gangwechselvorgang durchgeführt wird.

Sowohl bei dem Hybridfahrzeug gemäß der Veröffentlichung JP 11 (1999)-69509 A als auch bei dem Hybridfahrzeug gemäß der Veröffentlichung JP 11 (1999)-141665 dient die Antriebskraft des Elektromotors zur Unterstützung der Beschleunigung beim Anfahren des Fahrzeugs und treibt die Antriebskraft des Elektromotors das Fahrzeug bei niedriger Geschwindigkeit ohne die Antriebskraft von der Brennkraftmaschine. Der Elektromotor wird betrieben mit einem festgelegten Drehzahlverhältnis bezüglich einer Ausgangswelle des Getriebes.

Das Drehzahlverhältnis zwischen der Drehzahl des Elektromotors und der Drehzahl der Achswelle oder des Differentialgetriebes ist durch das Zahnrad auf einen festgelegten Wert vorbestimmt. Im Zusammenhang mit der Beschleunigungsunterstützung durch den Elektromotor beim Anfahren des Fahrzeugs oder bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit und im Zusammenhang mit der Verminderung des unzureichenden Fahrgefühls bei schnell fahrendem Fahrzeug ist das bekannte Hybridfahrzeug im Hinblick auf die folgenden Nachteile verbesserungsbedürftig.

Fig. 8 zeigt schematisch die Ausgangskennlinie eines Elektromotors. Grundsätzlich fällt das Ausgangsdrehmoment des Elektromotors gemäß einer Hyperbelkurve mit zunehmender Drehzahl des Elektromotors ab. Bei niedriger Drehzahl des Motors kann jedoch in einem waagrechten Abschnitt der Kennlinie das gewünschte Ausgangsdrehmoment nicht erzeugt werden, da die magnetische Flussdichte gesättigt ist. Außerdem kann der Elektromotor bei hohen Drehzahlen eine gewünschte Antriebskraft nicht erzeugen.

Das unzureichende Fahrgefühl, das während eines Hochschaltvorganges auftritt, sollte vermieden werden, wenn die Brennkraftmaschine mit verhältnismäßig hoher Drehzahl arbeitet. Dies bedeutet, dass es wünschenswert ist, dass der Motor (und das zwischengeschaltete Zahnrad) ein Antriebsdrehmoment und eine Drehzahl liefert, die ungefähr der von der Brennkraftmaschine unmittelbar vor dem Hochschaltvorgang erzeugten Antriebskraft entsprechen. Dadurch kann erreicht werden, dass das unzureichende Fahrgefühl während der Durchführung eines Hochschaltvorganges verringert oder vermieden wird.

Das Fahrzeug muss beschleunigt werden, während die Brennkraftmaschine nicht läuft oder mit verhältnismäßig niedriger Drehzahl läuft, d. h. während das Fahrzeug mit niedriger Geschwindigkeit fährt. Daher ist es wünschenswert, dass der Elektromotor ein großes Antriebsdrehmoment bei niedriger Drehzahl erzeugen kann (unter Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses des Zahnrades, mit dem der Elektromotor in Eingriff steht).

Grundsätzlich kann der Elektromotor ein größeres Antriebsdrehmoment erzeugen durch die Kombination des Elektromotors mit einem niedrigen Gang, um das unzureichende Fahrgefühl zu verringern, wenn das Fahrzeug beschleunigt wird und wenn es mit niedriger Geschwindigkeit fährt. Bei Betrieb in einem höheren Gang ist jedoch die Drehzahl des Motors so eingestellt, dass sie größer als die Drehzahl des Motors ist, die durch das mit niedriger Geschwindigkeit fahrende Fahrzeug erzeugt wird. Bedeutsamer ist, dass das im niedrigen Gang erforderliche Antriebsdrehmoment die maximale Antriebskraft übersteigen kann, die vom Elektromotor im höheren Gang erzeugt wird. In diesem Fall wird das im niedrigen Gang gewünschte Antriebsdrehmoment nicht erzeugt. Das im höheren Gang erforderliche Antriebsdrehmoment wird in einem möglichen Bereich der Antriebskraft gehalten, die vom Elektromotor erzeugt wird. Ein zur Verringerung des unzureichenden Fahrgefühls ausreichendes Antriebsdrehmoment wird jedoch möglicherweise nicht erzeugt. Ferner wird ein ausreichendes Antriebsdrehmoment möglicherweise nicht erzeugt, wenn das Fahrzeug mit niedriger Geschwindigkeit fährt oder wenn das Fahrzeug aus dem Stillstand beschleunigt wird.

Wenn der Elektromotor ausreichend groß dimensioniert ist und ein hohes Antriebsdrehmoment in allen Bereichen von der niedrigen Drehzahl des Elektromotors bis zu hoher Drehzahl desselben erzeugen kann, würde ein mit einem solchen großen Elektromotor ausgerüstetes Hybridfahrzeug nicht die vorstehend erörterten Nachteile aufweisen. Ein normales Fahrzeug hat jedoch nur einen begrenzten Einbauraum zur Aufnahme eines solchen großen Elektromotors. Ferner wäre ein mit einem großen Elektromotor ausgerüstetes Hybridfahrzeug im Hinblick auf die Verringerung des Kraftstoffverbrauchs unterlegen, der an sich bei einem Hybridfahrzeug günstig ist. Wenn das herkömmliche Hybridfahrzeug mit mehreren Leistungsübertragungsvorrichtungen (Getriebe) ausgerüstet wird, wird die Drehzahl des Motors bezüglich der Fahrzeuggeschwindigkeit so geändert, dass durch die Kombination der mehreren Leistungsübertragungsvorrichtungen eine hohe Antriebskraft erzeugt werden kann. Ein Hybridfahrzeug, das mit mehreren Leistungsübertragungsvorrichtungen ausgerüstet ist, ist jedoch aus den bereits vorstehend erörterten Gründen nicht günstig.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, ist das bekannte Hybridfahrzeug, das mit einer Brennkraftmaschine und einem Elektromotor ausgerüstet ist, verbesserungsbedürftig unter dem Gesichtspunkt einer Verringerung von Fahrzeuggröße und -gewicht und einer Verringerung der Herstellungskosten und des Kraftstoffverbrauchs. Ferner wird gefordert, dass das Hybridfahrzeug dem Fahrer ein angenehmes Fahrgefühl vermittelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine im vorstehenden Sinn verbesserte Leistungsübertragungsvorrichtung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die Leistungsübertragungsvorrichtung gemäß den Patentansprüchen gelöst.

Die erfindungsgemäße Leistungsübertragungsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug umfasst ein Schaltgetriebe, eine Kupplung, einen Elektromotor und eine Steuereinrichtung. Das Schaltgetriebe weist eine Mehrzahl von Gängen auf. Die Kupplung ist zwischen einer Brennkraftmaschine und dem Schaltgetriebe angeordnet und dient zur Übertragung einer Antriebskraft von der Brennkraftmaschine zu einer Eingangsseite des Schaltgetriebes und zur Trennung der Antriebskraft von der Eingangsseite. Der Elektromotor ist in einem Leistungsübertragungsweg zwischen einer Ausgangsseite des Kupplung und einer Ausgangsseite des Schaltgetriebes angeordnet und dient zur Übertragung einer Antriebskraft zur Ausgangsseite des Schaltgetriebes. Die Steuereinrichtung steuert selbsttätig die Gangwechselvorgänge des Schaltgetriebes, das Ein- und Ausrücken der Kupplung und den Drehbetrieb des Elektromotors. Ein Drehzahlverhältnis zwischen dem Elektromotor und der Ausgangsseite des Schaltgetriebes wird geändert in Abhängigkeit von einem aus der Mehrzahl von Gängen des Schaltgetriebes.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden, ausführlichen Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 8. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Systems mit einer Leistungsübertragungsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines in Fig. 1 gezeigten Schaltgetriebes bei Betrieb im ersten Gang;

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Schaltgetriebes gemäß Fig. 1 bei Betrieb im zweiten Gang;

Fig. 4 eine schematische Darstellung des Schaltgetriebes gemäß Fig. 1 bei Betrieb im dritten Gang;

Fig. 5 eine schematische Darstellung des Schaltgetriebes gemäß Fig. 1 bei Betrieb im vierten Gang;

Fig. 6 eine schematische Darstellung des Schaltgetriebes gemäß Fig. 1 bei Betrieb im Rückwärtsgang;

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Leistungsübertragungsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

Fig. 8 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Drehzahl eines Elektromotors und einem vom Elektromotor erzeugten Antriebsdrehmoment zeigt.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Systems mit einer Leistungsübertragungsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das System umfasst eine Brennkraftmaschine 1, ein Schaltgetriebe 2, eine Kupplung 3, einen Elektromotor 4, einen elektronischen Drosselantrieb 11, einen Schaltantrieb 21, einen Kupplungsantrieb 30 und eine elektronische Steuerung 5. Das Schaltgetriebe 2 ist ein synchronisiertes Zahnradgetriebe und weist beim dargestellten Ausführungsbeispiel vier Arten von Gängen auf. Die Kupplung 3 ist zwischen der Brennkraftmaschine 1 und dem Schaltgetriebe 2 angeordnet und dient dazu, die Antriebskraft von der Brennkraftmaschine 1 zu einer Eingangsseite des Schaltgetriebes 2 zu übertragen oder diese Übertragung zu unterbrechen. Der Elektromotor 4 ist in einem Leistungsübertragungsweg zwischen einer Ausgangsseite der Kupplung 3 und einem Abtriebsmechanismus des Schaltgetriebes 2 betrieblich koaxial mit der Kupplung 3 verbunden. Wenn der Elektromotor 4 mit elektrischer Energie gespeist wird, überträgt er Antriebskraft zum Abtriebsmechanismus des Schaltgetriebes 2. Der elektronische Drosselantrieb 11 ist in der Brennkraftmaschine 1 angeordnet und steuert die von der Brennkraftmaschine an das Schaltgetriebe 2 abgegebene Antriebskraft. Gangwechselvorgänge im Schaltgetriebe 2 werden mittels des Schaltantriebes 21 ausgeführt. Mittels des Kupplungsantriebs 30 wird die Kupplung 3 eingerückt und ausgerückt. Der elektronische Drosselantrieb 11, der Schaltantrieb 21 und der Kupplungsantrieb 30 werden von der elektronischen Steuerung 5 selbsttätig gesteuert in Abhängigkeit von Ausgangssignalen verschiedener, nicht dargestellter Schalter und verschiedener Sensoren. Die elektronische Steuerung 5 steuert ferner den Elektromotor 4.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel bilden der Schaltantrieb 21, der Kupplungsantrieb 30 und die elektronische Steuerung 5 die Steuereinrichtung der Ansprüche.

Das Hybridfahrzeug umfasst ferner einen Drehzahlsensor 22 zur Erfassung der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1, einen Drehzahlsensor 23 zur Erfassung der Drehzahl des Schaltgetriebes 2, einen nicht dargestellten Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, einen Gaspedalsensor 54 zur Erfassung des Ausmaßes, in dem ein Fahrer ein Gaspedal betätigt, sowie einen Bremssensor 55 zur Erfassung der Bremspedalbetätigung durch den Fahrer. Die elektronische Steuerung 5 wird gespeist mit den Ausgangssignalen jedes der vorstehend genannten Sensoren, einem Signal, das das Übertragungsdrehmoment der Kupplung 3 wiedergibt, einem Signal, das den im Schaltgetriebe 2 geschalteten Gang wiedergibt, und einem Signal, das den Ladezustand einer elektrischen Batterie 9 wiedergibt. Die elektronische Steuerung 5 berechnet auf der Grundlage der vorstehend genannten Eingabeinformation die zur genauen Steuerung der Brennkraftmaschine 1, der Kupplung 3, des Schaltgetriebes 2 und des Elektromotors 4 erforderlichen Stellgrößen. Die elektronische Steuerung 5 umfasst eine Drosselsteuereinheit 51 zur Steuerung des elektronischen Drosselantriebs 11, eine Antriebssteuereinheit 52 zur Steuerung des Schaltantriebs 21 und des Kupplungsantriebs 30 sowie eine Elektromotor-Steuereinheit 53 zur Steuerung des Betriebes und der mittels des Elektromotors 4 erzeugten Antriebskraft.

Die Fig. 2 bis 5 sind jeweils schematische Darstellungen des in Fig. 1 gezeigten Schaltgetriebes 2. Eine Kurbelwelle 12 der Brennkraftmaschine 1 ist an einem Schwungrad 13 befestigt. Die Kupplung 3 ist funktional mit dem Schwungrad 13 gekoppelt und wird mittels des Kupplungsantriebes 30 eingerückt, ausgerückt und partiell eingerückt. Eine Eingangswelle 24 des Schaltgetriebes 2 bildet die Ausgangsseite der Kupplung 3, so dass die Antriebskraft von der Brennkraftmaschine 1 zum Schaltgetriebe 2 über die Eingangswelle 24, d. h. die Ausgangswelle der Kupplung 3 übertragen wird. Die Eingangswelle 24 ist innerhalb einer Rädereinheit angeordnet, die gebildet wird durch ein treibendes Zahnrads 25 für den zweiten Gang, ein treibendes Zahnrads 26 für den Rückwärtsgang und ein treibendes Zahnrads 27 für den vierten Gang. Eine Ausgangswelle 44 des Elektromotors ist koaxial bezüglich der Eingangswelle 24 angeordnet und relativ zur Eingangswelle 24 drehbar. Mit der Ausgangswelle 44 des Elektromotors 4 ist ein treibendes Zahnrad 24 für den ersten Gang und den dritten Gang verbunden. Der Elektromotor 4 ist auf der bezüglich des Zahnrads 29 zur Brennkraftmaschine 1 gegenüberliegenden Seite angeordnet. Ein Synchronisiermechanismus S1 ist zwischen dem treibenden Zahnrad 27 für den vierten Gang und dem treibenden Zahnrad 29 für den ersten und dritten Gang auf der bezüglich des treibenden Zahnrads 27 zur Brennkraftmaschine 1 gegenüberliegenden Seite angeordnet. Der Synchronisiermechanismus S1 dient dazu, durch Verschiebung in axialer Richtung den Elektromotor 4 mit der Eingangswelle 24 zu kuppeln.

An beiden Enden eines Differentialgetriebes 31 ist eine Achswelle 32 befestigt. Das Differentialgetriebe 31 und die Achswelle dienen als Abtriebsmechanismus des Schaltgetriebes 2 und übertragen die Antriebskraft zu nicht dargestellten, angetriebenen Rädern des Fahrzeugs. Parallel zur Eingangswelle 24 und zum Abtriebsmechanismus verläuft eine Welle 34. Am einen Ende der Welle 34 ist ein treibendes Ausgangszahnrad 33 befestigt, das in Eingriff steht mit einem getriebenen Zahnrad des Differentialgetriebes 31. Ein getriebenes Zahnrad 35 für den zweiten Gang, ein getriebenes Zahnrad 36 für den vierten Gang und ein getriebenes Zahnrad für den ersten Gang und den dritten Gang sind relativ zur Welle 34 drehbar auf dieser angeordnet, und zwar in genannter Reihenfolge vom treibenden Ausgangszahnrad 33 ausgehend. Zwischen dem getriebenen Zahnrad 35 für den zweiten Gang und dem getriebenen Zahnrad 36 für den vierten Gang ist ein Synchronisiermechanismus S3 angeordnet. Durch axiale Verschiebung des Synchronisiermechanismus S3 kann die Welle 34 sowohl mit dem getriebenen Zahnrad 35 als auch mit dem getriebenen Zahnrad 36 gekuppelt werden. Auf der bezüglich des getriebenen Zahnrads 37 für den ersten und dritten Gang zur Brennkraftmaschine 1 gegenüberliegenden Seite ist ein Synchronisiermechanismus S2 angeordnet. Durch axiale Verschiebung des Synchronisiermechanismus S2 kann die Welle 34 mit dem getriebenen Zahnrad 37 für den ersten und dritten Gang gekuppelt werden.

Bei diesem Ausführungsbeispiel bildet das treibende Zahnrad 29 für den ersten und dritten Gang das erste Schaltzahnrad der Ansprüche, bildet das getriebene Zahnrad 37 für den ersten und dritten Gang das zweite Schaltzahnrad der Ansprüche, bildet das getriebene Zahnrad 36 für den vierten Gang das dritte Schaltzahnrad der Ansprüche, bildet der Abtriebsmechanismus die Ausgangsseite des Schaltgetriebes der Ansprüche, und bildet der Synchronisiermechanismus S2 das Eingriffselement der Ansprüche.

Zwischen dem getriebenen Zahnrad 37 für den ersten und dritten Gang und dem getriebenen Zahnrad 36 für den vierten Gang ist eine Einwegkupplung 39 angeordnet. Diese dient als Eingriffselement der beiden getriebenen Zahnräder 36 und 37. Wenn das getriebene Zahnrad 37 in Fahrzeug-Vorwärtsrichtung gedreht wird, wird das getriebene Zahnrad 36 aufgrund der Funktion der Einwegkupplung 39 mitgedreht.

Das Schaltgetriebe 2 umfasst ferner eine Schieberad 41 für den Rückwärtsgang, das an einer Welle 40 ausgebildet ist, die parallel zur Eingangswelle 24 verläuft. Während das Fahrzeug rückwärts fährt, nimmt die Welle 40 eine Stellung ein, in der sie mittels des Schaltantriebes 21 in Axialrichtung verschoben ist, und steht das Schieberad 41 für den Rückwärtsgang mit dem treibenden Zahnrad 26 für den Rückwärtsgang in Eingriff. Während das Fahrzeug rückwärts fährt, steht das treibende Zahnrad 26 für den Rückwärtsgang in Eingriff mit einem getriebenen Zahnrad 43, das an einem wahlweise verschiebbaren Schiebeelement 42 des Synchronisiermechanismus S3 befestigt ist.

Als Nächstes werden die Gangschaltzustände bei laufender Brennkraftmaschine 1 erläutert. Wie in Fig. 2 erkennbar ist, wird der erste Gang geschaltet bzw. eingelegt, indem der Schaltantrieb 21 den Synchronisiermechanismus S1 in seine in Fig. 2 linke Stellung bringt und den Synchronisiermechanismus S3 in seine in Fig. 2 rechte Stellung bringt. Sobald die Kupplung 3 eingerückt wird, wird die Antriebskraft der Brennkraftmaschine zum Schaltgetriebe 2 übertragen. Die Antriebskraft wird von der Eingangswelle 24 zum getriebenen Zahnrad 35 des Abtriebsmechanismus übertragen über das treibende Zahnrad 29 für den ersten und dritten Gang, das getriebene Zahnrad 37 für den ersten und dritten Gang, die Einwegkupplung 39, das getriebene Zahnrad 36 für den vierten Gang, das treibende Zahnrad 27 für den vierten Gang, das treibende Zahnrad 25 für den zweiten Gang, das getriebene Zahnrad 35 für den zweiten Gang, den Synchronisiermechanismus S3 und das treibende Ausgangszahnrad 33. Auf diese Weise wird die Antriebskraft von der Brennkraftmaschine zum Differentialgetriebe 31 übertragen und wird dieses angetrieben. Im ersten Gang wird die Antriebskraft vom getriebenen Zahnrad 37 für den ersten und dritten Gang über die Einwegkupplung 39 zum getriebenen Zahnrad 36 für den vierten Gang übertragen, so dass das getriebene Zahnrad 36 für den vierten Gang aktiv gedreht wird. Dabei ist die Einwegkupplung 39 mit dem getriebenen Zahnrad 36 verriegelt, so dass sich die getriebenen Zahnräder 36 und 37 gemeinsam drehen.

Wenn der Elektromotor 4 eingeschaltet wird, während der erste Gang geschaltet ist, wird das Antriebsdrehmoment des Elektromotors 4 vom treibenden Zahnrad 29 für den ersten und dritten Gang zum Differentialgetriebe 31 auf dieselbe Weise übertragen, wie bei der vorstehend erläuterten Übertragung von der laufenden Brennkraftmaschine 1. Da die Achswelle 32 mit verhältnismäßig niedriger Drehzahl angetrieben wird, wird der Elektromotor 4 bei einer Drehzahl betrieben, die im unteren Drehzahlbereich des Elektromotors liegt. Daher kann der Elektromotor 4 ein für den Antrieb des Fahrzeugs ausreichend starkes Antriebsdrehmoment liefern.

Im Folgenden wird ein Hochschaltvorgang vom ersten Gang in den zweiten Gang erläutert.

Wenn die Kupplung 3 ausgerückt wird, wird der Elektromotor 4 in Betrieb gesetzt, um den Hochschaltvorgang vom ersten Gang mit Brennkraftmaschinenantrieb zum zweiten Gang auszuführen. Unmittelbar nach dem Ausrücken der Kupplung 3 wird dabei vom Antrieb des Fahrzeugs durch die Brennkraftmaschine 1 umgeschaltet auf Antrieb des Fahrzeugs durch den Elektromotor 4. Das Hochschalten vom ersten Gang zum zweiten Gang wird durchgeführt, während der Elektromotor 4 in Betrieb gehalten wird. Entsprechend dem allmählich Einrückvorgang der Kupplung 3 beginnt der Übergang zum Antrieb des Fahrzeugs im zweiten Gang durch die Antriebskraft von der Brennkraftmaschine 1. Daher wird die Antriebskraft des Elektromotors 4 allmählich in dem Maße verringert, wie das Fahrzeug im zweiten Gang angetrieben wird.

Wie sich aus der vorstehenden Erläuterung ergibt, wird das Schaltgetriebe 2 allmählich überführt vom Zustand, in dem die Brennkraftmaschine 1 im ersten Gang antreibt, über den Zustand, in dem der Elektromotor 4 im ersten Gang antreibt, zu dem Zustand, in dem die Brennkraftmaschine 1 im zweiten Gang antreibt. Während die Kupplung 3 ausgerückt ist, wird die auf die Achswelle 32 gegebene Antriebskraft kontinuierlich zu den nicht dargestellten, angetriebenen Fahrzeugrädern übertragen, so dass bei diesem ersten Ausführungsbeispiel des Hybridfahrzeugs gemäß der Erfindung der Zweck der Vermeidung des Freifahrgefühls effektiv erreicht wird.

Gemäß Fig. 3 wird der zweite Gang bei Antrieb mittels der Brennkraftmaschine 1 dadurch eingelegt, dass die Synchronisiermechanismen S1 und S2 relativ zu ihren Positionen, die sie im ersten Gang einnehmen, nach rechts verschoben werden. Die Antriebskraft der Brennkraftmaschine 1 wird von der Eingangswelle 24 zum treibenden Ausgangszahnrad 33 übertragen über den Synchronisiermechanismus S1, das treibende Zahnrad 25 für den zweiten Gang, das getriebene Zahnrad 35 für den zweiten Gang und den Synchronisiermechanismus S3. Obwohl der Synchronisiermechanismus S2 unmittelbar nach dem Hochschaltvorgang vom ersten Gang zum zweiten Gang seine linke, in Fig. 1 gezeigte Stellung einnimmt, wird die Ausgangswelle 44 des Elektromotors 4 weiterhin mit ungefähr gleicher Drehzahl beim Hochschaltvorgang gedreht. Andererseits steht das getriebene Zahnrad 34 für den vierten Gang in Eingriff mit dem treibenden Zahnrad 27 für den vierten Gang, und daher wird es aktiv angetrieben mit einer Drehzahl, die dem vierten Gang entspricht. Daher ist die Drehzahl des getriebenen Zahnrades 36 unmittelbar nach dem Hochschaltvorgang größer, als die Drehzahl des getriebenen Zahnrades 36 unmittelbar vor dem Hochschaltvorgang. Daher gibt die Einwegkupplung 39 selbsttätig das getriebene Zahnrad 36 frei. Bei diesem Zustand wird der Synchronisiermechanismus S2 nach rechts verschoben, um den Hochschaltvorgang in den zweiten Gang abzuschließen.

Wie Fig. 4 zeigt, wird der Hochschaltvorgang vom zweiten Gang zum dritten Gang durch Verschieben der Synchronisiermechanismen S1 und S3 nach links ausgeführt. Da der Synchronisiermechanismus S2 schon im zweiten Gang seine nach rechts verschobene Stellung einnimmt, ist die Einwegkupplung 39 inaktiv, d. h. gelöst. Die Antriebskraft von der Ausgangswelle 44 des Elektromotors 4 wird vom treibenden Zahnrad 29 für den ersten und dritten Gang über das getriebene Zahnrad 37 für den ersten und dritten Gang und den Synchronisiermechanismus S2 übertragen. Da die Welle 34 bereits mit einer dem dritten Gang entsprechenden Antriebskraft angetrieben wird, wird die Antriebskraft für die Achswelle 32 kontinuierlich zum Abtriebsmechanismus des Schaltgetriebes 2 übertragen, selbst wenn die Kupplung 3 während des Hochschaltvorgangs ausgerückt ist. Daher wird das Freifahrgefühl effektiv vermieden.

Wie Fig. 5 zeigt, erfolgt das Hochschalten vom dritten Gang in den vierten Gang durch Verschieben des Synchronisiermechanismus S1 nach rechts. Während der Hochschaltvorgang ausgeführt wird, wird der Elektromotor 4 mit einer Antriebskraft betrieben, die der Antriebskraft im dritten Gang entspricht. Dies bedeutet, dass die Welle 34 bereits mit einer dem dritten Gang entsprechenden Antriebskraft aktiv angetrieben wird. Die Antriebskraft wird kontinuierlich über die Welle 34 zum Abtriebsmechanismus des Schaltgetriebes 2 übertragen, selbst wenn während des Hochschaltvorgangs die Kupplung 3 ausgerückt ist. Dadurch wird das Freifahrgefühl effektiv vermieden.

Da der Synchronisiermechanismus S2 im zweiten, dritten und vierten Gang nach rechts verschoben ist, ist die Drehzahl des getriebenen Zahnrads 36 größer, als die des getriebenen Zahnrads 37, was bedeutet, dass die Einwegkupplung 39 vom getriebenen Zahnrad 36 gelöst ist.

Das Hybridfahrzeug gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet zwei Arten von Übertragungswegen zur Übertragung der Antriebskraft vom Elektromotor 4. Das Drehzahlverhältnis des Elektromotors 4 bezüglich der Achswelle 32 ist im ersten Gang so festgelegt, dass es größer ist als das im zweiten, dritten oder vierten Gang. Demzufolge kann im ersten Gang die mittels des Elektromotors 4 erzeugte zusätzliche Kraft um das Übersetzungsverhältnis des Schaltgetriebes 2 vergrößert werden. Der Gangschaltvorgang wird bei dem ersten Ausführungsbeispiel mit einer größeren Antriebskraft des Elektromotors 4 ausgeführt. Die Beschleunigung beim Anfahren des Fahrzeugs wird mit ausreichender Antriebskraft des Elektromotors durchgeführt, so dass das Freifahrgefühl wirksam vermieden wird. Ferner erfolgt das Hochschalten vom ersten Gang in den zweiten Gang mit ausreichender Antriebskraft des Elektromotors 4, so dass das Freifahrgefühl wirksam vermieden wird.

In diesem Zusammenhang bedeutet das Drehzahlverhältnis das Verhältnis der Drehzahl der Ausgangswelle 44 des Elektromotors 4 zur Drehzahl des Differentialgetriebes 31. Das Drehzahlverhältnis wird kleiner, je größer die Drehzahl des Differentialgetriebes 31 im Verhältnis zur Drehzahl der Ausgangswelle 44 des Elektromotors 4 wird.

Das Schalten mit Antriebskraft des Elektromotors 4 wird bei dem ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt mit einem bekannten, herkömmlichen Schaltgetriebe, um auf diese Weise das Schaltgetriebe hinsichtlich Größe, Gewicht und Herstellungskosten zu verbessern.

Wie in Fig. 6 gezeigt ist, ist der Rückwärtsgang geschaltet, wenn der Synchronisiermechanismus S1 in eine rechte Stellung gebracht ist, und der Synchronisiermechanismus S3 in eine Stellung zwischen den Zahnrädern 35 und 36 gebracht ist. Das Schieberad 41 für den Rückwärtsgang steht dann in Eingriff mit dem treibenden Zahnrad 26 für den Rückwärtsgang und dem getriebenen Zahnrad 43.

Wenn die Brennkraftmaschine 1 nicht läuft oder wenn die Kupplung 3 bei Betrieb im ersten Gang ausgerückt ist, erfolgt die Beschleunigung aus dem Stillstand durch Erhöhung der Drehzahl des Elektromotors 4. Dieser Beschleunigungsvorgang allein mittels des Elektromotors 4 erzeugt ausreichende Antriebskraft für Fahrt auf ebener Straße.

Ferner kann eine Beschleunigung aus dem Stillstand des Fahrzeugs durchgeführt werden mittels der Kombination aus der Brennkraftmaschine 1 und der zweiten Antriebsquelle, d. h. dem Elektromotor 4. Wenn das Fahrzeug auf einer steilen Straße fährt, ist die Kupplung 3 üblicherweise eingerückt, um die Antriebskraft von der Brennkraftmaschine 1 zu übertragen. Eine nicht dargestellte Feststellbremse wird mit der Kupplung 3 kombiniert, um zu verhindern, dass sich das Fahrzeug zeitweilig rückwärts bewegt, bis ein teilweiser Kupplungseingriff erreicht ist. Eine sichere Beschleunigung aus dem Stillstand wird jedoch dadurch bewirkt, dass der Elektromotor 4 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel so betrieben wird, dass die Rückwärtsbewegung des Fahrzeugs verringert ist.

Wenn der Elektromotor 4 elektrisch in Betrieb ist, während das Fahrzeug von der Bremskraftmaschine 1 angetrieben wird, wird der Fahrzeugantrieb unterstützt durch die Antriebskraft des Elektromotors 4, und er wird stärker, als wenn das Fahrzeug allein von der Brennkraftmaschine 1 angetrieben wird. Diese Art des Fahrzeugantriebs durch die Kombination der Brennkraftmaschine 1 und des Elektromotors 4 ist geeignet für das Fahren an einem Anstieg oder zum Beschleunigen, um ein vorausfahrendes Fahrzeug zu überholen. Wenn im ersten Gang gefahren wird, wird bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung die Antriebskraft des Elektromotors 4 hinzugefügt mit einem Drehzahlverhältnis, das dem Übersetzungsverhältnis im ersten Gang entspricht. Sowohl im zweiten Gang als auch im dritten Gang und im vierten Gang wird die Antriebskraft des Elektromotors 4 hinzugefügt mit einem Drehzahlverhältnis, das dem Übersetzungsverhältnis im dritten Gang entspricht.

Wenn der Fahrer eine Verzögerung wünscht, nachdem der Synchronisiermechanismus S2 nach rechts verschoben worden ist, arbeitet der Elektromotor 4 als elektrischer Generator, und er liefert eine Bremsunterstützung mit einem Drehzahlverhältnis, das dem Übersetzungsverhältnis im dritten Gang entspricht. Die vom Elektromotor 4 erzeugte Elektrizität wird in der Batterie 9 gespeichert (Gegenstrombremsung).

Wenn das Fahrzeug entweder im zweiten oder im dritten oder im vierten Gang fährt, wird angenehmes Fahren durch eine Motorbremskraft über die Kupplung 3 erreicht. Alternativ ist es möglich, die Motorbremskraft mit der Bremskraft einer nicht dargestellten, hydraulischen Bremsung zu kombinieren, um angenehmes Fahren zu erreichen.

Das Drehzahlverhältnis des Elektromotors 4 bezüglich der Achswelle 32 kann bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beliebig geändert werden. Die Antriebskraft der Brennkraftmaschine 1 und die Antriebskraft des Elektromotors 4 sind gegenseitig übertragbar. Dies bedeutet, dass unmittelbar dann, wenn die Synchronisiermechanismen S2 und S3 in ihre Neutralstellungen gebracht werden und der Synchronisiermechanismus S1 nach links verschoben wird, die Antriebskraft der Brennkraftmaschine 1 kombiniert wird mit der Antriebskraft des Elektromotors 4, während das Fahrzeug nicht angetrieben wird. Dies heißt, dass die Batterie 9 elektrisch geladen wird durch Umwandlung der Antriebskraft der Brennkraftmaschine 1 in Elektrizität, und zwar sowohl während das Fahrzeug nicht in Bewegung ist als auch während das Fahrzeug fährt. Wenn ein Anlasssystem der Brennkraftmaschine 1 nicht funktioniert, kann ferner die Brennkraftmaschine mittels des Elektromotors 4 angelassen werden, statt mittels des Anlasssystems.

Im Folgenden wird ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert. Fig. 7 ist eine schematische Ansicht eines Schaltgetriebes 62 für das Hybridfahrzeug gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das in Fig. 7 gezeigte Hybridfahrzeug ist mit einem Schaltgetriebe 62 versehen, bei dem eine Kupplung 63, ein Elektromotor 64 und die einzelnen Zahnräder für die verschiedenen Gänge in anderer Reihenfolge angeordnet sind als bei dem Hybridfahrzeug, das mit dem Schaltgetriebe 2 gemäß den Fig. 2 bis 6 versehen ist. Eine ausführlichere Beschreibung des Hybridfahrzeugs gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterbleibt, da die Reihenfolge der Anordnung der einzige Unterschied zum Hybridfahrzeug gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist. Zusätzlich zu den Wirkungen, die im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurden, erzeugt das Hybridfahrzeug gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel folgende Wirkungen. Da der Elektromotor 64 in Radialrichtung vergrößert ist und in Axialrichtung verkürzt ist, weist das Schaltgetriebe 62 minimale Abmessungen auf. Da ferner das Antriebsdrehmoment des Elektromotors 64 vergrößert ist, um das Antriebsdrehmoment der Kupplung 63 zu verringern, weist die Kupplung 63 minimale Abmessungen auf.

Nachdem die Erfindung ausführlich beschrieben worden ist, ist es für den Fachmann erkennbar, dass zahlreiche Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne dass der Grundgedanke und der Schutzbereich der Erfindung, wie sie hier geschildert sind, verlassen werden.

Eine Leistungsübertragungsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug weist auf ein Schaltgetriebe 2 mit einer Mehrzahl von Gängen, eine zwischen einer Brennkraftmaschine 1 und dem Schaltgetriebe angeordnete Kupplung 3 zur Übertragung einer Antriebskraft von der Brennkraftmaschine zu einer Eingangsseite des Schaltgetriebes und zur Trennung der Antriebskraft von der Eingangsseite, einen in einem Leistungsübertragungsweg zwischen einer Ausgangsseite der Kupplung und einer Ausgangsseite des Schaltgetriebes angeordneten Elektromotor 4 zur Übertragung einer Antriebskraft zur Ausgangsseite des Schaltgetriebes, und eine Steuereinrichtung zur selbsttätigen Steuerung der Gangwechselvorgänge des Schaltgetriebes, des Ein- und Ausrückens der Kupplung und des Drehbetriebs des Elektromotors, wobei ein Drehzahlverhältnis zwischen dem Elektromotor und der

Claims (7)

1. Leistungsübertragungsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug, die aufweist:
ein Schaltgetriebe (2, 62) mit einer Mehrzahl von Gängen,
eine zwischen einer Brennkraftmaschine (1) und dem Schaltgetriebe angeordnete Kupplung (3, 63) zur Übertragung einer Antriebskraft von der Brennkraftmaschine zu einer Eingangsseite des Schaltgetriebes und zur Trennung der Antriebskraft von der Eingangsseite,
einen in einem Leistungsübertragungsweg zwischen einer Ausgangsseite der Kupplung und einer Ausgangsseite des Schaltgetriebes angeordneten Elektromotor (4, 64) zur Übertragung einer Antriebskraft zur Ausgangsseite des Schaltgetriebes und
eine Steuereinrichtung (5, 21, 30) zur selbsttätigen Steuerung der Gangwechselvorgänge des Schaltgetriebes, des Ein- und Ausrückens der Kupplung und des Drehbetriebes des Elektromotors,
wobei ein Drehzahlverhältnis zwischen dem Elektromotor und der Ausgangsseite des Schaltgetriebes geändert wird in Abhängigkeit von einem aus der Mehrzahl von Gängen des Schaltgetriebes.

2. Leistungsübertragungsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehzahlverhältnis des Elektromotors (4, 64) zur Ausgangsseite des Schaltgetriebes (2, 62) so bestimmt wird, dass es bei einem höheren Gangwechselvorgang niedriger, als bei einem niedrigeren Gangwechselvorgang ist.

3. Leistungsübertragungsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine im Schaltgetriebe (2, 62) angeordnete Ausgangswelle (44) des Elektromotors (4, 64), wobei der Leistungsübertragungsweg von der Ausgangswelle des Elektromotors zur Ausgangsseite des Schaltgetriebes geändert wird, entsprechend den Gängen des Schaltgetriebes.

4. Leistungsübertragungsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangswelle (44) des Elektromotors (4) koaxial mit einer Ausgangswelle der Kupplung (4) angeordnet ist und relativ zur Ausgangswelle der Kupplung drehbar ist, dass die Ausgangsseite des Schaltgetriebes parallel zur Ausgangswelle des Elektromotors und zur Ausgangswelle der Kupplung angeordnet ist und dass das Schaltgetriebe aufweist ein erstes Schaltzahnrad (29), das betrieblich an der Ausgangswelle des Elektromotors befestigt ist, ein zweites Schaltzahnrad (37), das mit dem ersten Schaltzahnrad in Eingriff steht und koaxial mit der Ausgangsseite des Schaltgetriebes angeordnet ist und relativ zur Ausgangsseite des Schaltgetriebes drehbar ist, sowie ein Eingriffselement (S2) zum Kuppeln und Entkuppeln des zweiten Schaltzahnrads mit bzw. von der Ausgangsseite des Schaltgetriebes, wobei das Drehzahlverhältnis zwischen dem Elektromotor und der Ausgangsseite des Schaltgetriebes geändert wird entsprechend dem Kuppeln und Entkuppeln des zweiten Schaltzahnrades mit bzw. von der Ausgangsseite des Schaltgetriebes mittels des Eingriffselementes.

5. Leistungsübertragungsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgetriebe (2) aufweist ein drittes Schaltzahnrad (36), das relativ zur Ausgangsseite des Schaltgetriebes drehbar ist, und eine Einwegkupplung (39), die im Leistungsübertragungsweg zwischen dem zweiten Schaltzahnrad (37) und dem dritten Schaltzahnrad angeordnet ist, wobei das dritte Schaltzahnrad zusammen mit dem zweiten Schaltzahnrad drehbar ist, wenn der Elektromotor (4) in Fahrzeug-Vorwärtsrichtung dreht.

6. Leistungsübertragungsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebskraft von der Brennkraftmaschine (1) mit der Antriebskraft von dem Elektromotor (4) kombiniert wird, wenn zwischen der Ausgangsseite des Schaltgetriebes und der Brennkraftmaschine oder dem Elektromotor keine Leistungsübertragung erfolgt.

7. Leistungsübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (5, 21, 30) aufweist einen Schaltantrieb (21) zum Ändern des Ganges des Schaltgetriebes (2), einen Kupplungsantrieb (30) zum Betätigen der Kupplung (4) und eine elektrische Steuerung (5) zur Steuerung des Betriebs des Kupplungsantriebs und des Betriebs des Schaltantriebs.