DE102008013801A1

DE102008013801A1 - Schaltbare Einwegkupplung

Info

Publication number: DE102008013801A1
Application number: DE102008013801A
Authority: DE
Inventors: Paul D. Ann Arbor Stevenson; Paula J. Canton Armstrong; Scott H. Ypsilanti Wittkopp
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-03-13
Filing date: 2008-03-12
Publication date: 2008-10-02
Also published as: CN101265953A; US7766790B2; US20080223681A1; CN101265953B

Abstract

Es wird eine steuerbare, schaltbare Einwegkupplung zur Verwendung in einem Hybridgetriebe geschaffen. Die Kupplung umfasst einen äußeren und einen inneren Laufring sowie eine erste und eine zweite Schaltscheibe. Ein Getriebecontroller synchronisiert die Drehzahlen der Laufringe, um das Einrücken und Ausrücken der Kupplung zu erleichtern, wobei der Getriebecontroller ein Signal an die Kupplung zum Neupositionieren der Scheiben übermittelt, um die Kupplung einzurücken und auszurücken. Die Kupplung besitzt drei Betriebsarten, die den Freilauf und das Halten des Drehmoments in einer Richtung oder in beiden Richtungen umfasst. Außerdem wird ein Verfahren zum Einrücken einer schaltbaren Einwegkupplung in einem Fahrzeug, das ein Hybridgetriebe mit einem Motorcontroller und einem Getriebecontroller besitzt, geschaffen, dass das Synchronisieren der Kupplungsdrehzahl mittels des Motorcontrollers, das Erfassen der Richtung der Laufringdrehzahldifferenz, das Übermitteln der Laufringdrehzahldifferenz an den Getriebecontroller und das Wählen bzw. Schalten zwischen den Kupplungsbetriebsarten in Ansprechen auf die erfasste Drehzahldifferenz umfasst.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Steuerung einer Einwegkupplung und insbesondere auf eine schaltbare Einwegkupplung mit drei Betriebsarten zur Verwendung in einem Hybridgetriebe mit einem Motorcontroller und einem Getriebecontroller, wobei die Kupplungsdrehzahlsynchronisation durch den Motorcontroller gesteuert wird, während die Kupplungsbetätigung und -freigabe durch den Getriebecontroller gesteuert wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bei einem Fahrzeug mit einem Hybridgetriebe für Benzinbrennkraftmaschine und Elektromotor kann das Fahrzeug alternativ durch eine benzingespeiste Brennkraftmaschine oder einen Elektromotor angetrieben werden, um dadurch die Kraftstoffeinsparung zu optimieren und dabei die Fahrzeugemissionen zu reduzieren. Hybridfahrzeuge erreichen ihre relativ hohe Kraftstoffeinsparung zum großen Teil durch Abwechseln zwischen der benzingespeisten Maschine und dem Elektromotor, wenn bei einer spezifischen Fahrzeugbetriebsbedingung eine Leistungsquelle besser geeignet ist als die andere. Es ist beispielsweise bekannt, dass während Perioden konstanter oder relativ unveränderlicher Fahrzeuggeschwindigkeit wie etwa während des Fahrens mit beibehaltener Drehzahl eine benzingespeiste Maschine effizienter als ein Elektromotor ist, während dann, wenn die Fahrzeugleistungsanforderungen stark veränderlich sind, wie etwa beim Starten oder Stoppen des Fahrzeugs, ein Elektromotor im Allgemeinen besser als eine Benzinmaschine zur Verwendung geeignet ist.
Fahrzeuge, die entweder ein Getriebe für Brennkraftmaschine oder ein hybrides Getriebe für Benzinmaschine und Elektromotor besitzen, verwenden im Allgemeinen eine als Reibkupplung oder Kupplungspaket bekannte Drehmomentübertragungsvorrichtung, um zwei sich drehende Körper oder Wellen sanft in Eingriff zu bringen oder zu koppeln und dazwischen ein Drehmoment zu übertragen. In ähnlicher Weise wird dasselbe Kupplungspaket dazu verwendet, die gekoppelten Wellen außer Eingriff zu bringen, um die Leistungsübertragung zu unterbrechen und beispielsweise ein sanftes Schalten zwischen den verschiedenen Übersetzungen eines Planetenradsatzes und/oder das Auskuppeln eines oder mehrerer Motoren/Generatoren zu ermöglichen. Insbesondere schalten Hybridfahrzeuge im Allgemeinen in einer gegenüber herkömmlichen Gasmaschinen besser gesteuerten und synchronen Weise, teilweise aufgrund der einheitlichen Konfiguration und der integrierten Hybridmaschinen- und Getriebesteuerungen. Jedoch erfordern selbst bei den höher synchronen Schaltmechanismen eines Hybridgetriebes herkömmliche Kupplungspakete zumeist einen höheren Hydraulikpumpendruck zum schnellen und vollständigen Betätigen des herkömmlichen Kupplungseinrückmechanismus, was zu höheren Verlusten in dem Hydraulikkreis und/oder zu Drehverlusten an oder längs der Kupplungsscheibenberührungsfläche führen kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Demgemäß wird ein Hybridgetriebe für Benzinmotor und Elektromotor mit einem Motorcontroller und einem Getriebecontroller geschaffen, das eine steuerbare, schaltbare Dreibetriebsarten-Einwegkupplung mit einem äu ßeren Laufring, einem inneren Laufring, einem Paar von Stellgliedern und zwei Schaltscheiben, die in dem äußeren Laufring in Gleiteingriff gebracht werden können, umfasst, wobei der Getriebecontroller konfiguriert ist, um unter den drei Betriebsarten eine auszuwählen, und der Motorcontroller konfiguriert ist, um die Kupplungsdrehzahl zu synchronisieren, um die Betriebsartwahl zu erleichtern.
In einem Aspekt der Erfindung umfassen die drei Betriebsarten den Freilauf in zwei Kupplungsdrehrichtungen, das Drehmomenthalten in einer Drehrichtung und das Drehmomenthalten in zwei Drehrichtungen.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern einer schaltbaren Einwegkupplung in einem Hybridgetriebe mit einem Motorcontroller und einem Getriebecontroller geschaffen. Das Verfahren umfasst das Erfassen der Drehzahldifferenz an der schaltbaren Einwegkupplung mittels eines Drehzahlsensors, das Übermitteln der erfassten Drehzahldifferenz von dem Drehzahlsensor an den Getriebecontroller, das Synchronisieren der Kupplungsdrehzahl mittels des Motorcontrollers und das Auswählen einer der drei Kupplungsbetriebsarten in Ansprechen auf ein Drehzahldifferenzsignal von dem Getriebecontroller.
Die obigen Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden genauen Beschreibung der besten Arten zum Ausführen der Erfindung schnell deutlich, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen aufgenommen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A ist eine schematische Draufsicht einer steuerbaren, schaltbaren Dreibetriebsarten-Einwegkupplung gemäß der Erfindung;
1B ist eine schematische Draufsicht eines äußeren Laufrings und von Doppel-Schaltscheiben einer steuerbaren, schaltbare Einwegkupplung gemäß der Erfindung;
1C ist eine schematische Draufsicht eines inneren Laufrings einer steuerbaren, schaltbaren Einwegkupplung gemäß der Erfindung;
2A ist eine Tabelle, die drei Kupplungsbetriebsarten gemäß der Erfindung beschreibt;
2B ist eine schematische, fragmentarische Seitenansicht in einem Querschnitt eines äußeren und eines inneren Laufrings einer steuerbaren, schaltbaren Einwegkupplung mit zwei Schaltscheiben, die eine erste Betriebsart gemäß der Erfindung zeigt;
2C ist eine schematische, fragmentarische Seitenansicht in einem Querschnitt eines äußeren und eines inneren Laufrings einer steuerbaren, schaltbaren Einwegkupplung mit zwei Schaltscheiben, die eine zweite Betriebsart gemäß der Erfindung zeigt;
2D ist eine schematische, fragmentarische Seitenansicht in einem Querschnitt eines äußeren und eines inneren Laufrings einer steuerbaren, schaltbaren Einwegkupplung mit zwei Schaltscheiben, die eine dritte Betriebsart gemäß der Erfindung zeigt;
3A ist eine graphische Darstellung der differentiellen Kupplungsdrehzahl über drei Kupplungsbetriebsarten während des Einrückens einer schaltbaren Einwegkupplung gemäß der Erfindung;
3B ist eine graphische Darstellung der differentiellen Kupplungsdrehzahl über drei Kupplungsbetriebsarten während des Ausrückens einer steuerbaren, schaltbaren Einwegkupplung gemäß der Erfindung;
4A ist ein Hebeldiagramm eines repräsentativen Hybridgetriebes mit einer steuerbaren, schaltbaren Einwegkupplung in einer "ausgerückten" Betriebsart; und
4B ist ein Hebeldiagramm eines repräsentativen Hybridgetriebes mit einer steuerbaren, schaltbaren Einwegkupplung in einer "eingerückten" Betriebsart.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Um auf die Zeichnungen, in denen über die gesamten mehreren Figuren hinweg gleiche Bezugszeichen gleichen oder ähnlichen Komponenten entsprechen, Bezug zu nehmen, ist in 1A ein Abschnitt eines Hybridgetriebes 10 mit einer steuerbaren, wähl- oder schaltbaren Einwegkupplung 18, die im Folgenden als Kupplung 18 bezeichnet wird, gezeigt. Die Kupplung 18 ist vorzugsweise eine schaltbare Einwegkupplung des Typs "mechanische Diode", jedoch kann sie auch beispielsweise die Form einer Klemmkörper-Freilaufkupplung, einer Klemmrollen-Freilaufkupplung oder einer anderen schaltbaren Einwegkupplung annehmen. Die Kupplung 18 besitzt einen inneren Laufring 20 und einen äußeren Laufring 22, die auf einander abgestimmt und konzentrisch sind. Wie in 1C gezeigt ist, besitzt der innere Laufring 20 eine Außenwand 39, mehrere winklige Mulden bzw. Schächte 36, wie später beschrieben wird, und mehrere radial nach innen vorstehende Zähne oder Zahnwellenprofile 24, die ausgestaltet sind, um mit Schlitzen oder Nuten eines drehbaren Körpers wie etwa einer Antriebs- oder Kurbelwelle (nicht gezeigt) in Eingriff zu gelangen oder zusammenzupassen. Ähnlich, wie in 1A gezeigt ist, besitzt der Laufring 22 einen Außenwand 35 mit mehreren nach außen vorstehenden Zähnen oder Zahnwellenprofilen 26, die ausgestaltet sind, um mit Schlitzen oder Nuten einer vorzugsweise stationären oder an Masse gelegte Kupplungsnabe (nicht gezeigt) zusammenzupassen.
Das Hybridgetriebe 10 besitzt einen Drehzahlsensor 11, einen Motorcontroller 16 und einen Getriebecontroller 14. Der Drehzahlsensor 11 ist vorzugsweise ein Eingabe/Ausgabe-Drehzahlsensor des an sich bekannten Typs und konfiguriert, um ein Drehzahlsensorsignal an den Getriebecontroller 14 zu liefern. Der Motorcontroller 16 ist konfiguriert, um den Betrieb wenigstens eines und vorzugsweise zweier Motoren/Generatoren 82, 84, die mit M/G1 bzw. M/G2 bezeichnet sind, zu steuern sowie die Umdrehungsgeschwindigkeiten des inneren und des äußeren Laufrings 20, 22 zu synchronisieren, wie später beschrieben wird. Der Getriebecontroller 14 ist konfiguriert, um den Betrieb und/oder die Funktionalität der nicht zur Maschine gehörenden Komponenten des Hybridgetriebes 10 zu steuern, und konfiguriert, um ein Signal von dem Drehzahlsensor 11 zur Betätigung (zum Einrücken und Ausrücken) der Kupplung 18 zu empfangen. Ein erster und ein zweiter Vorsprung oder Arm 12A und 12B sind jeweils wirksam und entsprechend mit einer ersten und einer zweiten Schaltscheibe 50, 52 der Kupplung 18 verbunden, wobei beide Schaltscheiben 50, 52 in 1B näher gezeigt sind.
1B, die in einer Draufsicht die Kupplung 18 darstellt, wobei der innere Laufring 20 entfernt worden ist, um die inneren Einzelheiten der Kupplung 18 zu zeigen, zeigt den äußeren Laufring 22 mit einer vorzugsweise ununterbrochenen Nut 56, die ausgelegt und ausgestaltet ist, um die Schaltscheiben 50, 52 zu führen oder zu leiten, wovon jede wenigstens teilweise in der Nut 56 gleitend beweglich oder neu positionierbar ist. Die Schaltscheiben 50, 52 besitzen jeweils mehrere vorzugsweise gleiche und gleich beabstandete Öffnungen oder Fenster 51. Außerdem sind mehrere im Wesentlichen gleiche Abstützmulden oder Taschen 32A, 32B um die Außenwand 35 des äußeren Laufrings 22, vorzugsweise mit einem nahezu gleichen Abstand innerhalb jedes Satzes von Taschen, angeordnet. Die Taschen 32A und 32B sind im Wesentlichen gleich und unterscheiden sich vorzugsweise nur in der Orientierung, um die Betätigung der Kupplung 18 zu erleichtern. Genauer sind alle Taschen 32A vorzugsweise in einer Richtung orientiert, während alle Taschen 32B um etwa 180° zur Orientierung der Taschen 32A gedreht orientiert sind.
Außerdem ist jede der Taschen 32A, 32B ausgestaltet und ausgelegt, um eine darauf abgestimmte Abstützung bzw. Strebe 34A, 34B aufzunehmen, wobei jede Abstützung 34A, 34B ausgestaltet und/oder geformt ist, um mit einer winkligen Mulde 36 (siehe 10) oder einer ähnlichen Ausnehmung in dem inneren Laufring 20 in Eingriff und/oder außer Eingriff zu gelangen, wie es erforderlich ist, um eine Drehung des inneren Laufrings 20 in einer oder in beiden Richtungen zu ermöglichen beziehungsweise das Drehmoment in beiden Richtungen zu verriegeln oder zu halten. Der erste und der zweite Arm 12A, 12B sind an der ersten bzw. der zweiten Schaltscheibe 50, 52 wirksam befestigt und schaffen einen Vorsprung, auf den eine Kraft von außen auf den äußeren Laufring 22 ausgeübt oder gerichtet werden kann, um die Schaltscheiben 50, 52 so zu verschieben, dass die Fenster 51 mit den Abstützungen 34A, 34B in Eingriff gebracht werden, wobei die Abstützungen 34A, 34B wie erforderlich entweder niedergedrückt bzw. abgesenkt oder freigegeben bzw. gelöst werden. Die Schaltscheiben 50, 52 gleiten oder bewegen sich, wenn sie durch die Arme 12A bzw. 12B betätigt werden, längs der Umfangsnut 56 des äußeren Laufrings 22, wobei jeder der Arme 12A, 12B durch eine Öffnung oder einen Schlitz 55 in der Außenwand 35 vorsteht. Der erste Arm 12A wird durch ein erstes Stellglied 42 betätigt bzw. in Bewegung versetzt. Ähnlich wird die zweite Schaltscheibe durch ein zweites Stellglied 43 betätigt, wobei die die Bewegung der Arme 12A, 12B durch die Pfeile in 1B dargestellt ist. Die Stellglieder 42, 43 werden durch den Getriebecontroller 14 gesteuert und sind vorzugsweise Schieber oder Schiebeventile des an sich bekannten Typs. Jedoch werden Fachleute erkennen, dass irgendein Mechanismus, der zum Neupositionieren der ersten Schaltscheibe 50 bzw. der zweiten Schaltscheibe 52 längs oder in der Umfangsnut 56 geeignet ist, wie beispielsweise ein Kolben oder ein Motor verwendet werden kann.
In der Tabelle von 2A sind drei Betriebsarten für die Kupplung 18 gezeigt (siehe 1A–C), wobei jede Kupplungsbetriebsart die Richtung des Drehmomenthaltens in der Kupplung 18 definiert. In der Betriebsart 1 kann sich die Kupplung 18 "im Freilauf bewegen", d. h., dass das Drehmoment in beiden Drehrichtungen nicht gehalten wird, und wird zugelassen, dass sich beispielsweise der innere Laufring 20 unbehindert in einem unbeweglichen äußeren Laufring 22 dreht. In der Betriebsart 2 wird das Drehmoment einer Richtung verriegelt oder gehalten. Beispielweise könnte sich der innere Laufring 20 im Uhrzeigersinn im Freilauf bewegen oder unbehindert drehen, während er entgegen dem Uhrzeigersinn gegen das Drehen verriegelt oder davon abgehalten würde. Schließlich ist in der Betriebsart 3 die Kupplung 18 verriegelt, d. h., dass das Drehmoment in beiden Drehrichtungen gehalten wird. Jede der oben allgemein beschriebenen drei Betriebsarten ist in ihrer Anwendung auf die Kupplung 18 in den fragmentarischen Querschnitts-Seitenansichten der 2B, 2C bzw. 2D im Einzelnen gezeigt.
In jeder der 2B, 2C und 2D sind Mulden 32A, 32B mit einer im Wesentlichen vertikalen Verriegelungsfläche 40 und einer geneigten Fläche 41 gezeigt. Die vertikale Verriegelungsfläche 40 ist ausgestaltet und/oder geformt, um einer Abstützung 34A, 34B entgegenzuwirken und dadurch die Drehung in einer Richtung zu verhindern, wenn die Betriebsart 2 oder 3 gewählt ist (siehe 2A), während die geneigte Fläche 41 ausgestaltet und/oder geformt ist, um, wie es erforderlich ist, in eine zusammenpassende Tasche 31A, 31B abgesenkt zu werden und dadurch die relative Drehung der Laufringe 20, 22 in wenigstens einer Richtung, d. h. die Betriebsart 1 oder 2 (siehe 2A), zuzulassen. Wie in den 2B, 2C und 2D gezeigt ist, ist der äußere Laufring 22 an dem Getriebegehäuse 70 an Masse gelegt, während sich der innere Laufring 20 dreht, wobei der innere Laufring 20 mit dem Motor/Generator 84 verbunden ist, der mit dem Motorcontroller 16 in Verbindung steht. Der Motorcontroller 16 ist, wie oben beschrieben worden ist, konfiguriert, um die Umdrehungsgeschwindigkeiten des inneren und des äußeren Laufrings 20, 22 zu synchronisieren, um die Betätigung der Kupplung 18 zu erleichtern. Falls jedoch der äußere Laufring 22 nicht an Masse gelegt wäre und sich daher drehen würde, wäre der Motor/Generator 82 in ähnlicher Weise mit dem äußeren Laufring 22 verbunden und stünde mit dem Motorcontroller 16 in Verbindung, wie durch die gestrichelte Linienverbindung gezeigt ist.
In 2B, die die Betriebsart 1 oder den "Freilauf" darstellt, werden die erste und die zweite Schaltscheibe 50, 52 durch die Stellglieder 42 bzw. 43 in Ansprechen auf ein Steuersignal von dem Getriebecontroller 14 positioniert. Die erste und die zweite Schaltscheibe 50, 52 drücken, wenn sie wie gezeigt neu positioniert sind, jede Abstützung der erforderlichen Anzahl von Abstützungen 34A, 34B in eine entsprechende darauf abgestimmte Mulde 32A, 32B, wobei jede Abstützung 34A, 34B eine Vorspannfeder 37 zusammendrückt, um dadurch zu ermöglichen, dass sich der innere Laufring 20 in beiden Drehrichtungen frei dreht oder sich im Freilauf bewegt, wie durch die Pfeile 1 und 2 dargestellt ist. Ähnlich wird nach 2C, die die Betriebsart 2 oder das Drehmomenthalten in einer einzigen Richtung darstellt, die erste Schaltscheibe 50 in Ansprechen auf ein Signal von dem Getriebecontroller 14 positioniert. Die Vorspannfeder 37 stellt jede abgesenkte Abstützung 23A in ihre Ausgangsposition zurück und bringt diese so mit einer vertikalen Verriegelungsfläche 40 in Eingriff. Das Drehmoment wird dadurch, dass aufgrund des versperrenden Vorhandenseins der Abstützung 34A verhindert wird, dass sich der innere Laufring 20 in der Richtung des Pfeils 1 dreht, in einer Richtung gehalten. Die zweite Schaltscheibe 52 senkt weiterhin die Abstützung 34B ab, womit sich der innere Laufring 20 weiterhin in der Richtung des Pfeils 2 drehen kann. Schließlich werden nach 2D sowohl die erste als auch die zweite Schaltscheibe 50, 52 neu positioniert, so dass sich die Vorspannfedern 37 entspannen und die Abstützungen 34A, 34B in ihren anfänglichen nicht abgesenkten Zustand zurückstellen können, um dadurch den inneren Laufring 20 in beiden Drehrichtungen (Pfeile 1 und 2) zu verriegeln. Obwohl in den 2B, 2C und 2D der einfacheren Darstellung halber eine einzige Abstützung 34A, 34B gezeigt ist, werden zugunsten einer optimalen Steuerung und eines optimalen Verhaltens der Kupplung 18 mehrere Abstützungen 34A, 34B bevorzugt, wie in 1B gezeigt ist.
In 3A ist eine Kurve gezeigt, die differentielle Kupplungsdrehzahlen (Δs) über den drei Kupplungsbetriebsarten (siehe 2A) während des Einrückens der Kupplung 18 (siehe 1A, 1B und 1C) aufzeichnet. Die drei Betriebsarten sind nacheinander auf der X-Achse angeordnet, während die Y-Achse die Drehzahldifferenz Δs, wie sie an dem inneren und dem äußeren Laufring 20, 22 (siehe 1A, 1B und 1C), die sich ungleich drehen, gemessen wird, beschreibt. Gemäß der Erfindung wird jede der drei Betriebsarten, d. h. die Betriebsart 1, die Betriebsart 2 und die Betriebsart 3, entsprechend einer gemessenen oder anderweitig bestimmten Drehzahldifferenz Δs, die durch den Drehzahlsensor 11 (siehe 1A) ermittelt wird, ausgewählt, wobei Δs auch einen positiven oder negativen Drehrichtungswert besitzt, der durch die relative Drehrichtung des inneren und des äußeren Laufrings 20, 22 definiert ist.
Wie in 3A gezeigt ist, taktet oder synchronisiert der Motorcontroller 16 (siehe 2A, 2B und 2C) in der Betriebsart 1, d. h. "Freilauf", den inneren und den äußeren Laufring 20, 22 der Kupplung 18 so, dass sich Δs nahezu null Umdrehungen pro Minute annähert, wie durch den Punkt 61 dargestellt ist. Das an dem Punkt 61 übermittelte Signal führt einen Wechsel von der Betriebsart 1 zu der Betriebsart 2 herbei, wenn der Drehzahlsensor 11 erfasst, dass die Richtung von Δs eine nicht negative Größe erreicht, d. h. am Punkt 64, wobei an jenem Punkt der Getriebecontroller 14 der Kupplung 18 signalisiert, in die Betriebsart 2 zu wechseln und dadurch das Drehmoment in einer Drehrichtung zu halten. Wegen der Zeitverzögerung beim Ausführen des physischen Schaltens durch die Betätigung der erforderlichen Schaltscheiben 50, 52 (siehe 2C) tritt eine geringe Zeitverschiebung Δt ein, bevor die Betriebsart 2 an dem Punkt 65 vollständig verwirklicht ist. Während die Richtung von Δs positiv ist, bewegt sich die Kupplung 18 fortwährend im Freilauf. In der Betriebsart 2, wenn die Richtung von Δs negativ wird, d. h. an dem Punkt 68, verriegelt die Kupplung 18. Wenn der Drehzahlsensor 11 eine differentielle Kupplungsdrehzahl von null und eine Drehzahländerung von null erfasst, signalisiert der Getriebecontroller 14 der Kupplung 18, in die Betriebsart 3 zu wechseln, so dass in beiden Richtungen eine Drehbewegung verhindert wird, wie in 2D gezeigt ist, und dadurch die Motoren/Generatoren 82, 84 (siehe 1A) für das Ändern von Drehzahlen, falls erforderlich, freigegeben sind. Wegen der Zeitverzögerung beim Ausführen des physischen Schaltens durch Betätigung der erforderlichen Schaltscheiben 50, 52 (siehe 2D) tritt eine geringe Zeitverschiebung Δt ein, bevor die Betriebsart 3 an dem Punkt 69 vollständig verwirklicht ist.
In 3B ist eine ähnliche Drehzahlkurve gezeigt, die das Ausrücken der Kupplung 18 zeigt, wobei mit dem Halten des Drehmoments in zwei Richtungen oder der Betriebsart 3 begonnen wird. Um das Ausrücken der Kupplung 18 einzuleiten, befiehlt oder signalisiert der Getriebecontroller 14 (siehe 1A und 1B) einen Betriebsartwechsel von der Betriebsart 3 in die Betriebsart 2 an dem Punkt 71. Vor einem Betriebsartwechsel in die Betriebsart 2 befiehlt oder signalisiert der Motorcontroller 16 dem Motor, die Kupplung 18 in der Richtung, die zu jener der bevorstehenden Kupplungsausrückung entgegengesetzt ist, zu belasten, worauf in der Betriebsart 2 der Motorcontroller 16 die Kupplung 18 entlastet, so dass sie in der Gegenrichtung ohne weiteres ausgerückt werden kann (d. h. dass die Abstützungen 34B in 2C leichter außer Eingriff gebracht werden können). Wenn der Drehzahlsensor 11 (siehe 1A) erfasst, dass die Größe Δs positiv ist, ändert der Getriebecontroller 14 die Betriebsart in einen "Freilauf in beiden Richtungen", d. h. in die Betriebsart 1, was der Ausgangszustand nach 3A ist, der oben beschrieben worden ist. Der Betätigungszyklus wiederholt sich dann, wie oben für 3A beschrieben worden ist.
In 4A ist ein Hebeldiagramm für ein repräsentatives Hybridgetriebe 110 mit einer schaltbaren Einwegkupplung 180, wie sie oben für die Kupplung 18 beschrieben worden ist, gezeigt, wobei die Kupplung 180 in einem ausgerückten oder nicht eingerückten Zustand (d. h. in der Be triebsart 1) gezeigt ist. Das Hybridgetriebe 110 besitzt einen ersten und einen zweiten Motor/Generator 182 bzw. 184, eine Maschine 186 und einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz 190 bzw. 192. Der erste und der zweite Motor/Generator 182 und 184 werden durch einen Motorcontroller 16 (siehe 1A und 2A–D) gesteuert, wie bereits oben beschrieben worden ist. Der erste Planetenradsatz 190 umfasst einen Träger (Knoten C1), ein Hohlrad (Knoten R1) und ein Sonnenrad (Knoten S1). Ähnlich umfasst der zweite Planetenradsatz 192 einen Träger (Knoten C2), ein Hohlrad (Knoten R2) und ein Sonnenrad (Knoten S2). Eine zweite Kupplung 181, die verschiedene Zahnradverbindungen ermöglichen kann, ist in einem eingerückten Zustand gezeigt. Der erste Motor/Generator 182 ist mit dem Träger C1 des ersten Planetenradsatzes 190 wirksam verbunden, der seinerseits mit dem Sonnenrad S2 des zweiten Planetenradsatzes 192 verbunden ist. Der zweite Motor/Generator 184 ist mit dem Sonnenrad S1 verbunden, das seinerseits durch die eingerückte zweite Kupplung 181 mit dem Hohlrad R2 verbunden ist. Die Maschine 186 ist mit dem Hohlrad R1 verbunden, während der Träger C2 mit dem Kupplungsausgang 198 verbunden ist. Die Kupplung 180 der vorliegenden Erfindung ist in dem gelösten oder nicht eingerückten Zustand gezeigt.
Die gestrichelten Linien 200, 201 und 202 sowie 204, 205 und 206 repräsentieren verschiedene Übersetzungsverhältnisse in der nicht eingerückten Betriebsart, d. h. einen Bereich von Übersetzungsverhältnissen, der durch den Motor/Generator 182 bestimmt ist. Wenn die Kupplung 180 eingerückt ist, wie oben beschrieben worden ist, taktet oder synchronisiert der Motor/Generator 182 die Drehzahl an der Kupplung 180 auf nahezu null min^–1, um ein einzelnes festes Übersetzungsverhältnis bereitzustellen, das durch die gestrichelten Linien 207 und 208 gezeigt ist. Wie in 4B gezeigt ist, wird das Drehmoment in beiden Richtungen gehalten, d. h. ist die Kupplung 180 vollständig eingerückt. Obwohl das in den 4A und 4B gezeigte Hybridgetriebe 110 ein Beispiel ist, werden Fachleute erkennen, dass im Umfang der Erfindung weitere Hybridgetriebekonfigurationen und -entwürfe machbar wären.
Obwohl die besten Arten zum Ausführen der Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, erkennen jene, die mit dem Fachgebiet, auf das sich diese Erfindung bezieht, vertraut sind, verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen zum Praktizieren der Erfindung im Umfang der beigefügten Ansprüche.

Claims

Hybridgetriebe, das umfasst: eine steuerbare und schaltbare Einwegkupplung mit einem äußeren Laufring, einem inneren Laufring sowie einer ersten und einer zweiten Schaltscheibe, wobei die Schaltscheiben mit dem äußeren Laufring in Gleiteingriff gebracht werden können; einen Motor/Generator; einen Motorcontroller, der konfiguriert ist, um den Motor/Generator zu steuern und die Umdrehungsgeschwindigkeiten der Laufringe zu synchronisieren, um das Einrücken und Ausrücken der Kupplung zu erleichtern; und einen Getriebecontroller, der konfiguriert ist, um ein Steuersignal an die Kupplung zu liefern, um die Schaltscheiben für das Einrücken und Ausrücken der Kupplung neu zu positionieren.
Getriebe nach Anspruch 1, wobei die Kupplung drei Betriebsarten sowie ein erstes und ein zweites Stellglied besitzt, wobei zum Wählen bzw. Schalten zwischen den drei Betriebsarten das erste Stellglied konfiguriert ist, um die erste Schaltscheibe neu zu positionieren, und das zweite Stellglied konfiguriert ist, um die zweite Schaltscheibe neu zu positionieren.
Getriebe nach Anspruch 2, wobei die Kupplung zwei Drehrichtungen besitzt und wobei die drei Betriebsarten eine erste Betriebsart, die den Freilauf der Kupplung in beiden Drehrichtungen umfasst, die zweite Betriebsart das Halten des Drehmoments in ei ner der Drehrichtungen umfasst und die dritte Betriebsart das Halten des Drehmoments in beiden Drehrichtungen umfasst.
Getriebe nach Anspruch 1, wobei die Kupplung eine Kupplung nach Art der mechanischen Diode ist und die Stellglieder aus der Gruppe Schieber und Kolben ausgewählt sind.
Getriebe nach Anspruch 1, wobei der äußere Laufring eine Umfangsnut besitzt und wobei die Schaltscheiben mit dieser in Gleiteingriff gebracht werden können.
Steuerbare und schaltbare Einwegkupplung zur Verwendung in einem Hybridgetriebe mit einem Motorcontroller und einem Getriebecontroller, wobei die Kupplung in Ansprechen auf ein Signal von dem Motorcontroller synchronisierbar ist und in Ansprechen auf ein Signal von dem Getriebecontroller betätigbar ist.
Kupplung nach Anspruch 6, wobei die Kupplung drei Betriebsarten und ein Paar von Stellgliedern besitzt, die konfiguriert sind, um die erste und die zweite Schaltscheibe wahlweise neu zu positionieren, um dadurch zwischen den drei Betriebsarten zu wählen.
Kupplung nach Anspruch 7, wobei die Kupplung in zwei Richtungen betreibbar ist und wobei die drei Betriebsarten den Freilauf der Kupplung in beiden Richtungen, das Halten des Drehmoments in einer Richtung und das Halten des Drehmoments in beiden Richtungen umfassen.
Kupplung nach Anspruch 6, wobei die Kupplung eine Kupplung nach Art der mechanischen Diode ist und die Stellglieder aus der Gruppe Schieber und Kolben ausgewählt sind.
Kupplung nach Anspruch 6, wobei der äußere Laufring eine Umfangsnut besitzt und wobei die Schaltscheiben mit dieser in Gleiteingriff gebracht werden können.
Verfahren zum Einrücken einer Einwegkupplung, die zwei Laufringe besitzt, in einem Fahrzeug, das ein Hybridgetriebe mit einem Motorcontroller und einem Getriebecontroller besitzt, wobei das Verfahren umfasst: Synchronisieren der relativen Drehzahl der zwei Laufringe mittels des Motorcontrollers; Erfassen der Richtung der Drehzahldifferenz zwischen den zwei Laufringen mittels eines Drehzahlsensors; Übermitteln der erfassten Drehzahldifferenz von dem Drehzahlsensor an den Getriebecontroller; und Auswählen einer der drei Kupplungsbetriebsarten in Ansprechen auf die Drehzahldifferenz.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die drei Kupplungsbetriebsarten den Freilauf der Laufringe in beiden Drehrichtungen, das Halten des Drehmoments der Laufringe in einer Drehrichtung und das Halten des Drehmoments der Laufringe in beiden Drehrichtungen umfassen.
Verfahren nach Anspruch 10, das ein Paar von Stellgliedern und ein Paar von Schaltscheiben umfasst, wobei das Wählen bzw. Schalten zwischen den Betriebsarten das Übermitteln eines Steuersignals von dem Getriebecontroller an die Stellglieder zum Neupositionieren der Schaltscheiben umfasst.