DE102009020408A1

DE102009020408A1 - Elektrischer Drehmomentwandler für einen Antriebsstrang und Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102009020408A1
Application number: DE102009020408A
Authority: DE
Inventors: Donald Carmel Klemen; Alan G. Clarkston Holmes; Brendan M. Rochester Hills Conlon; James D. Belleville Hendrickson; Norman K. Troy Bucknor; Michael R. Schmidt
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-05-21
Filing date: 2009-05-08
Publication date: 2010-01-07
Anticipated expiration: 2029-05-09
Also published as: CN101585360A; US8182391B2; CN101585360B; US20090288895A1; DE102009020408B4

Abstract

Ein elektrischer Drehmomentwandler weist ein Drehmomentwandler-Antriebselement auf, das mit dem ersten Knoten eines Differentialzahnradsatzes verbunden ist, der durch ein Hebeldiagramm mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Knoten dargestellt werden kann. Mit dem zweiten Knoten ist ein Motor/Generator verbunden. Der dritte Knoten ist mit einem Antriebselement einer Übertragungsgetriebeanordnung verbunden. Eine Bremse kann wahlweise eingerückt werden, um den ersten Knoten zu einem feststehenden Element zu erden. Das Einrücken der Bremse stellt einen Rückgewinnungsbremsungsmodus und einen nur elektrischen Antriebsmodus bereit, wobei der Motor/Generator über den Differentialzahnradsatz mit der Übertragungsgetriebeanordnung verbunden ist. Es können verschiedene Kupplungen zum Verriegeln oder wahlweisen Verbinden der Maschine einschließlich Anordnungen, die das für den Maschinenstart während des nur elektrischen Antriebs notwendige Motor/Generator-Drehmoment verringern, vorgesehen sein. Ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs hält die Maschinendrehzahl in dem bei gegebenem Batterieladestand und bei gegebenen Betreiberbefehlen möglichen Umfang auf einem Optimalniveau.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung bezieht sich auf einen Antriebsstrang mit einem elektrischen Drehmomentwandler sowie auf ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Antriebsstränge mit einem Automatikgetriebe nutzen häufig einen hydraulischen Drehmomentwandler, der zwischen eine Brennkraftmaschine und eine Zahnradgetriebeanordnung mit auswählbaren festen Übersetzungsverhältnissen geschaltet ist. Der Drehmomentwandler ist eine Fluidkupplung, die die Drehzahl verringert und das Drehmoment vervielfacht und somit das Gesamtübersetzungsverhältnis des Getriebes erhöht. Der Drehmomentwandler ermöglicht, dass sich die Maschine etwas unabhängig von dem Getriebe dreht, und entkoppelt somit die Maschine teilweise von dem Getriebe und ermöglicht, dass sich die Maschine dreht, wenn das Fahrzeug im Leerlauf ist, ohne eine starke Bremskraft an dem Getriebe zu erfordern.
Elektrisch verstellbare Hybridantriebsstränge enthalten eine Maschine und ein Getriebe, das einen Leistungsfluss von der Maschine und von einem oder von mehreren Motoren/Generatoren empfangt. Elektrisch verstellbare Hybridgetriebe weisen einen Differentialzahnradsatz auf, wobei die Leistung von der Maschine und die Leistung von dem Motor/Genera tor über verschiedene Elemente des Differentialzahnradsatzes fließt. Elektrisch verstellbare Hybridgetriebe können Drehmomentübertragungsmechanismen enthalten, die in verschiedenen Einrückschemata steuerbar sind, um eine Kombination von Betriebsmodi bereitzustellen, die sowohl elektrisch verstellbare Bereiche als auch feste Übersetzungsverhältnisse enthalten. Die elektrisch verstellbaren Bereiche stellen üblicherweise einen gleichmäßigen Betrieb bereit, während die festen Übersetzungsverhältnisse unter bestimmten Bedingungen wie etwa ununterbrochener Autobahnfahrt maximale Drehmomentleistung und maximale Kraftstoffwirtschaftlichkeit bereitstellen. Der elektrisch verstellbare Bereich wird über einen elektromechanischen Leistungsweg festgesetzt, wobei ein Bruchteil der von der Maschine an den Ausgang übertragenen Leistung durch einen Motor/Generator in Elektrizität umgewandelt wird und daraufhin durch einen weiteren Motor/Generator zurück in mechanische Leistung umgewandelt wird. Feste Übersetzungsverhältnisse stellen üblicherweise durch direktes Koppeln der Motoren/Generatoren und der Maschinen miteinander ein ausgezeichnetes Getriebeabtriebsdrehmoment und eine ausgezeichnete Fahrzeugbeschleunigung bereit. In einem festen Übersetzungsverhältnis wird der Leistungsflussweg von dem Getriebeantriebselement zu dem Getriebeabtriebselement als vollständig über einen mechanischen Leistungsweg betrachtet, da die Drehzahl nicht durch den Motor/Generator geändert wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein elektrischer Drehmomentwandler, der für die Verbindung zwischen einer Maschine und einer Übertragungsgetriebeanordnung ausgelegt ist, kann als ein Ersatz für einen hydraulischen Drehmomentwandler betrachtet werden, der Hybridfahrzeugbetriebsmodi ermöglicht. Der elektrische Drehmomentwandler ist eher eine Anordnung elektrischer und me chanischer Komponenten als ein hydraulischer Drehmomentwandler. Genauer ist der elektrische Drehmomentwandler Teil eines Antriebsstrangs, der außerdem die Maschine und die Übertragungsgetriebeanordnung enthält. Der elektrische Drehmomentwandler weist ein Drehmomentwandler-Antriebselement zum Empfangen von Leistung von der oder zum Liefern von Leistung an die Maschine auf. Außerdem enthält der elektrische Drehmomentwandler einen Differentialzahnradsatz, der durch ein Hebeldiagramm mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Knoten darstellbar ist, wobei das Drehmomentwandler-Antriebselement mit dem ersten Knoten verbunden ist. Der elektrische Drehmomentwandler enthält einen Motor/Generator, der mit dem zweiten Knoten verbunden ist. Eine Batterie liefert Leistung an den oder empfangt Leistung von dem Motor/Generator. Der dritte Knoten ist mit einem Antriebselement der Übertragungsgetriebeanordnung verbunden. Eine Bremse kann wahlweise eingerückt werden, um den ersten Knoten zu einem feststehenden Element zu erden. Der Eingriff der Bremse stellt einen Rückgewinnungsbremsungsmodus und einen nur elektrischen Antriebsmodus bereit, wobei der Motor/Generator über den Differentialzahnradsatz mit der Übertragungsgetriebeanordnung verbunden ist.
Vorzugsweise ist eine erste Kupplung vorgesehen, um die Maschine mit einem der anderen Knoten zu verbinden. Falls das Antriebselement des elektrischen Drehmomentwandlers ununterbrochen mit dem ersten Knoten verbunden ist, verriegelt der Eingriff der ersten Kupplung den Differentialzahnradsatz in der Weise, dass sich alle Elemente in einem Hybridbetriebsmodus mit derselben Drehzahl drehen. Allerdings ist das Antriebselement des elektrischen Drehmomentwandlers in einigen Ausführungsformen nicht ununterbrochen mit dem ersten Knoten verbunden, wobei in diesem Fall eine zweite Kupplung vorgesehen ist, um das Drehmomentwandler-Antriebselement und den ersten Knoten wahlweise in Eingriff zu bringen. Ein Einrückplan für die Bremse und für die erste Kupplung (und für die zweite Kupplung, falls sie in der spezifischen Ausführungsform vorgesehen ist) ermöglicht den Kaltstart der Maschine unter Verwendung des Motors/Generators, einen ”Drehmomentwandler”-Modus, in dem das Drehmoment und die Drehzahl sowohl von dem Motor/Generator als auch von der Maschine über den Differentialzahnradsatz kombiniert werden, sowie Parallelhybridmodi, in denen das Drehmoment sowohl von dem Motor/Generator als auch von der Maschine in einem gemeinsamen Übersetzungsverhältnis kombiniert werden. Ein Antriebsstrang mit dem elektrischen Drehmomentwandler kann niedrigere Montage- und Komponentenkosten als elektrisch verstellbare Hybridantriebsstränge, die ähnliche Modusfähigkeiten bieten, aufweisen, da sie üblicherweise zwei Motoren/Generatoren erfordern. Andere Hybridantriebsstränge mit nur einem Motor/Generator sind üblicherweise auf den Direktparallelhybridbetrieb und auf nur elektrische Modi beschränkt.
Ein Fahrzeug mit dem oben beschriebenen elektrischen Drehmomentwandler kann gemäß einem Verfahren betrieben werden, das den Antrieb des Fahrzeugs unter Verwendung des durch die Batterie mit Leistung versorgten Motors/Generators, ohne die Maschine zu starten, enthält. Während das Fahrzeug auf diese Weise angetrieben wird, werden der Ladestand und die Entladestärke des Fahrzeugs wenigstens periodisch überwacht. Die Maschine wird entweder gestartet, wenn die Betreiberbefehle eine größere Leistungsmenge erfordern, als von der Batterie (gemäß dem überwachten Stand und/oder der überwachten Entladestärke) verfügbar ist, oder falls bestimmt wird, dass die Batterie einen vorgegebenen minimalen Ladestand erreicht hat, bei dem es erwünscht ist, die Batterie nachzuladen. Nachdem die Maschine gestartet worden ist, werden der Betrieb der Maschine und des Motors/Generators geändert, um vom Betreiber angewiesene Fahrzeugleistungsanforderungen zu erfüllen, wäh rend die Maschine auf einer vorgegebenen optimalen Drehzahl gehalten wird, wenn sie nicht mit einem anderen Drehzahlniveau betrieben werden muss, sodass die Maschine die Batterie bis auf einen Ladestand, der höher als der minimale Stand ist, nachladen kann, der hier als maximaler Nachladestand bezeichnet wird, der aber nicht der maximale Ladestand sein muss, den die Batterie halten kann. Falls die Betreiberbefehle daraufhin eine Leistungsmenge erfordern, die von der Batterie verfügbar ist, oder wenn die Batterie den vorgegebenen Nachladestand erreicht, wird die Maschine angehalten. Die obigen Schritte werden ununterbrochen wiederholt, bis das Fahrzeug angehalten wird (d. h. nicht nur vorübergehend an einer Verkehrsampel angehalten wird, sondern von dem Betreiber nicht mehr für den Transport verwendet wird). An diesem Punkt kann die Batterie mit einer äußeren Elektrizitätsquelle verbunden und nachgeladen werden.
Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen leicht aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Arten zur Ausführung der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervor.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Fahrzeugs, das einen Antriebsstrang mit einem elektrischen Drehmomentwandler aufweist, die einen Differentialzahnradsatz des elektrischen Drehmomentwandlers in Hebeldiagrammform zeigt und das optionale Nachladen unter Verwendung einer äußeren elektrischen Quelle zeigt;
2 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Fahrzeugs, das einen Antriebsstrang mit einem elektrischen Drehmomentwandler aufweist, die einen Differentialzahnradsatz des elektrischen Drehmomentwandlers in Hebeldiagrammform zeigt und das optionale Nachladen unter Verwendung einer äußeren elektrischen Quelle zeigt;
3 ist eine schematische Darstellung des Fahrzeugs, des Antriebsstrangs und der äußeren elektrischen Quelle von 2, wobei der Differentialzahnradsatz in Prinzipschaubildform gezeigt ist;
4 ist eine Tabelle, die den Einrückplan der in dem elektrischen Drehmomentwandler aus 2 und 3 enthaltenen Drehmomentübertragungsmechanismen zeigt; und
5 ist ein Ablaufplan, der ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs veranschaulicht.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Erste Ausführungsform
In den Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Komponenten beziehen, ist in 1 eine repräsentative Form eines Antriebsstrangs gezeigt, der einen elektrischen Drehmomentwandler nutzt. Ein (schematisch gezeigtes) Fahrzeug 10 nutzt einen Antriebsstrang 12 mit einer Maschine 14, einer Übertragungsgetriebeanordnung 16 und einem dazwischen geschalteten elektrischen Drehmomentwandler 18. Der elektrische Drehmomentwandler 18 kann ein Ersatz für einen hydraulischen Drehmomentwandler sein, da er sich an einer ähnlichen Stelle zwi schen der Maschine 14 und der Übertragungsgetriebeanordnung 16 befindet. Der elektrische Drehmomentwandler 18 enthält die Anordnung elektrischer und mechanischer Komponenten innerhalb der Strichlinien, auf die sich das Bezugszeichen 18 bezieht. Ein Maschinenabtriebselement 15 treibt direkt ein Antriebselement 20 des elektrischen Drehmomentwandlers an, das dem Wesen nach eine Welle sein kann. In der gezeigten Ausführungsform kann die Maschine 14 eine Dieselmaschine oder eine andere Brennkraftmaschine sein.
Außer dem Drehmomentwandler-Antriebselement 20 enthält der elektrische Drehmomentwandler 18 einen Differentialzahnradsatz 30, der in Hebeldiagrammform mit einem ersten Knoten A, einem zweiten Knoten B und einem dritten Knoten C dargestellt ist. Der Fachmann auf dem Gebiet erkennt, dass bestimmte Komponenten eines Differentialzahnradsatzes in einem Hebeldiagramm durch einen Knoten dargestellt werden können. Zum Beispiel sind in einem Planetenradsatz ein Trägerelement, ein Sonnenradelement und ein Hohlradelement alle als Knoten in einem Hebeldiagramm dargestellt, während Ritzelzahnräder, die durch das Trägerelement gehalten sind, nicht als Knoten dargestellt sind. Außerdem sind in einem kombinierten Planetenradsatz jene Zahnradelemente, die zur gemeinsamen Drehung um die zentrale Achse ununterbrochen miteinander verbunden sind, als ein einzelner Knoten dargestellt. Der Fachmann auf dem Gebiet versteht leicht die Darstellung von Differentialzahnradsätzen als Hebeldiagramme. Vorzugsweise ist der Differentialzahnradsatz 30 ein Planetenradsatz mit einem Sonnenradelement, das durch den Knoten B dargestellt ist, einem Planetenträgerelement, das durch den Knoten C dargestellt ist, und einem Hohlradelement, das durch den Knoten A dargestellt ist, wobei das Planetenträgerelement drehbar einen Satz Ritzelzahnräder (im Hebeldiagramm nicht gezeigt) hält, die sowohl mit dem Sonnenradelement des Knotens B als auch mit dem Hohlradelement des Knotens A ineinandergreifen. Alternativ könnte der Differentialzahnradsatz 30 ein einzelner Planetenradsatz mit einem Innen- und einem Außensatz von Ritzelzahnrädern, mit einem Planetenträgerelement A, mit einem Sonnenradelement B und mit einem Hohlradelement C sein.
Das Antriebselement 20 des elektrischen Drehmomentwandlers ist mit dem Knoten A verbunden. Außerdem enthält der elektrische Drehmomentwandler 18 einen Motor/Generator 40. Wie der Fachmann auf dem Gebiet versteht, enthält der Motor/Generator 40 einen Rotorabschnitt sowie einen Statorabschnitt, der zu einem feststehenden Element wie etwa einem Gehäuse des elektrischen Drehmomentwandlers 18 geerdet ist. Der Rotorabschnitt ist zur Drehung mit dem Knoten B verbunden. Der Statorabschnitt kann elektrische Leistung von einer Energiespeichervorrichtung 48 wie etwa einer Batterie empfangen oder elektrische Leistung an sie liefern.
Ein elektronischer Controller 50 steht in Signalverbindung mit der Batterie 48 und mit einem Leistungs-Wechselrichter/Gleichrichter 52, der im Folgenden nur noch als Leistungsgleichrichter bezeichnet wird, der auch in elektrischer Verbindung mit dem Motor/Generator 40 steht. Der Wechselrichter 52 setzt zwischen Gleichstrom, der an die Batterie 48 geliefert oder von ihr genutzt wird, und Wechselstrom, der von dem Motor/Generator 40 geliefert oder von ihm genutzt wird, um. Der Controller 50 spricht auf eine Vielzahl von Eingangssignalen einschließlich Fahrzeuggeschwindigkeit, Betreiberbefehlen, des Stands, auf den die Batterie 48 geladen ist, und der Entladestärke der Batterie 48 sowie auf die Leistung, die von der Maschine 14 geliefert wird, an, um den Fluss der Leistung zwischen dem Motor/Generator 40 und der Batterie 48 über den Wechselrichter 52 zu regulieren. Von einem Betreibereingabemechanismus 54 wie etwa von einem Fahrpedal oder von einem Bremspedal werden Betreiberbefehle an den Controller 50 gesendet. Durch den Controller 50 werden auf der Grundlage des von der Batterie 48 fließenden Stroms, wie er durch einen oder mehrere Sensoren 56 gemessen wird, der Ladestand und die Entladestärke der Batterie 48 bestimmt. Der Controller 50 überwacht die Informationen von dem Sensor (den Sensoren) 56 und von dem Betreibereingabemechanismus 54, um den Betrieb des Motors/Generators 40, der Maschine 14 sowie verschiedener Drehmomentübertragungsmechanismen wie im Folgenden diskutiert zu steuern.
Der Knoten C ist zur gemeinsamen Drehung mit einem Abtriebselement 60 des elektrischen Drehmomentwandlers verbunden, das wiederum zur gemeinsamen Drehung mit einem Antriebselement 62 der Übertragungsgetriebeanordnung 16 verbunden ist. Vorzugsweise ist die Übertragungsgetriebeanordnung 16 eine Zahnradgetriebeanordnung mit festem Übersetzungsverhältnis wie etwa einer oder mehrere Planetenradsätze oder ein Satz ineinandergreifender Zahnräder und Übertragungswellen, die Wellenleistung mit einem festen Übersetzungsverhältnis oder mit mehreren wählbaren festen Übersetzungsverhältnissen übertragen können, die/der in einem Getriebeabtriebselement 64 endet. Das Getriebeabtriebselement 64, das dem Wesen nach ebenfalls eine Welle sein kann, ist funktional mit Fahrzeugrädern (nicht gezeigt) verbunden, sodass der Antriebsstrang 12 die Räder antreiben kann.
Der elektrische Drehmomentwandler 18 enthält die folgenden Drehmomentübertragungsmechanismen: die Bremse B1 und die Kupplungen C1 und C2. Die Bremse B1 kann wahlweise zu einem feststehenden Element 44 wie etwa zu dem Getriebegehäuse eingerückt werden, um den Knoten A, das Antriebselement 20 des elektrischen Drehmomentwandlers und das Maschinenabtriebselement 15 zu erden. Somit wirkt die Bremse B1 als eine Maschinenbremse. Die Bremse B1 kann eine Einwegkupplung (d. h. freilaufend oder auflaufend) sein oder könnte eine steuerbare Einwegkupplung oder die Kombination einer Einwegkupplung parallel zu einer Scheibenbremse oder Bandbremse sein. Wenn die Bremse B1 eingerückt ist, hält sie das Antriebselement 20 des elektrischen Drehmomentwandlers fest, um zur Rückgewinnungsbremsung ein Gegendrehmoment für die Übergabe von Leistung über den Differentialzahnradsatz 30 von dem Motor/Generator 40 an das Getriebeantriebselement 62 und/oder von dem Getriebeantriebselement 62 an den Motor/Generator 40 zu übermitteln.
Die Kupplung C1 kann wahlweise eingerückt werden, um den Knoten A, das Antriebselement 20 des elektrischen Drehmomentwandlers und das Maschinenabtriebselement 15 mit dem Knoten B zu verbinden. Da die Kupplung C1 den Knoten A zur gemeinsamen Drehung mit dem Knoten B verbindet, veranlasst sie, dass sich alle Knoten A, B und C sowie der Motor/Generator 40, das Antriebselement 20 des elektrischen Drehmomentwandlers und das Maschinenabtriebselement 15 mit einer gemeinsamen Drehzahl drehen. Ein alternativer bevorzugter Ort für C1 ist zwischen den Knoten A und C (wenn diese Knoten ein Hohlradelement und ein Trägerelement darstellen), um die Drehmomentlast an den Ritzelzahnrädern zu verringern, wenn die Kupplung C1 eingerückt ist. Die Kupplung C1 könnte durch eine Feder geschlossen (d. h. angelegt oder eingerückt) werden und durch Hydraulikdruck geöffnet (ausgerückt) werden.
Die Kupplung C2 kann wahlweise eingerückt werden, um den Knoten C, das Abtriebselement 60 des elektrischen Drehmomentwandlers und das Übertragungsgetriebe-Antriebselement 62 mit dem feststehenden Element 44 zu verbinden. Alternativ könnte die Kupplung C2 außerhalb des elektrischen Drehmomentwandlers 18 angeordnet sein, um das Getriebeantriebselement 62 mit einem feststehenden Element wie etwa mit dem Ge triebegehäuse zu verbinden, wobei sie dieselbe Wirkung am Knoten C hätte. Die Kupplung C2 könnte eine elektrisch oder hydraulisch eingerückte Kupplung, ein Sperrklinkenmechanismus oder eine schaltbare Einwegkupplung sein.
Die Kupplungen C1 und C2 sowie die Bremse B1 stehen über Übertragungsleiter (der Einfachheit halber nicht gezeigt) in Signalverbindung mit dem Controller 50. Der Controller 50 steuert das Einrücken der Kupplungen C1 und C2 und der Bremse B1, um verschiedene Betriebsmodi für den Antriebsstrang 12 zu ermöglichen. Wie es hier verwendet wird, ist ein ”Modus” ein besonderer Betriebszustand, gleich, ob er einen ununterbrochenen Bereich von Übersetzungsverhältnissen oder nur ein festes Übersetzungsverhältnis, der/das durch den Eingriff eines oder mehrerer bestimmter Drehmomentübertragungsmechanismen erzielt wird, umfasst.
Der Betrieb und die Steuerung des elektrischen Drehmomentwandlers 18 können den Antrieb nur unter Verwendung des Motors/Generators 40, die Rückgewinnungsbremsung, den Maschinenstart, den Maschinenneustart, den Maschinenhalt, den einfachen Parallelbetrieb und den leistungsverzweigten Betrieb enthalten. Durch den Eingriff der Bremse B1 kann das Fahrzeug 10 elektrisch allein durch den Motor/Generator 40 bei feststehender Maschine 14 angetrieben werden. Die Kupplungen C1 und C2 wären ausgerückt. Von dem Motor/Generator 40 würde mechanische Leistung über den Knoten B (das Sonnenradelement) zum Knoten C (dem Trägerelement) und heraus zu der Übertragungsgetriebeanordnung 16 und zu dem Abtriebselement 64 fließen. Das Drehmoment von dem Motor/Generator 40 allein würde unter Verwendung des Rückwärtsgegendrehmoments von dem Knoten A (dem Hohlradelement) und der Bremse B1 vervielfacht. Der Motor/Generator 40 würde sich mit verhältnismäßig hoher Drehzahl vorwärts drehen. Falls die Bremse B1 so ausgelegt ist, dass sie ein Vorwärtsgegendrehmoment unterstützt, würde die Rückgewinnungsbremsung des Fahrzeugs 10 diesen Prozess umkehren.
Die Maschine 14 könnte durch Einrücken der Kupplung C1, während die Bremse B1 ausgerückt ist, durch den Motor/Generator 40 in einem Kaltstart gestartet werden (d. h. wenn das Fahrzeug 10 feststeht). Der Motor/Generator 40 und die Maschine 14 würden sich gemeinsam unter Verwendung der durch die Batterie 48 gelieferten Leistung drehen, bis die Maschine 14 startet.
Alternativ kann die Kupplung C2 eingerückt werden, um den Knoten C (das Trägerelement) während eines Kaltstarts der Maschine 14 zu verriegeln, wobei die Kupplung C1 und die Bremse B1 ausgerückt sind, wobei Leistung von dem Motor/Generator 40 über den durch den Hebel 30 dargestellten Differentialzahnradsatz fließt, um die Maschine 14 zu starten. Durch Nutzung der vom Knoten B zum Knoten A bereitgestellten Drehmomentvervielfachung des Hebels 30 würde die Motordrehmomentanforderung von 100% des Maschinenstartdrehmoments auf näherungsweise 40% des Maschinenstartdrehmoments verringert, was die erforderliche Batterieleistung der Batterie 48 wesentlich verringern würde und die Verwendung eines verhältnismäßig preiswerten, kompakten Motors/Generators 40 zuließe.
Während eines Neustarts, bei dem sich das Getriebeantriebselement 62 dreht (d. h. eines Starts der Maschine 14, wenn das Fahrzeug 10 nicht feststeht), würde zunächst die Kupplung C1 ausgerückt, daraufhin allmählich angelegt, wobei sie rutschen würde, um zu ermöglichen, dass sich die Drehzahl der Maschine 14 erhöht und die Drehzahl des Motors/Generators 40 verringert, wobei sie auf die Drehzahl des Getriebeantriebselements 62 konvergieren würden. Wenn die Kupplung C1 daraufhin verriegelt ist, könnten die Maschine 14 und der Motor/Generator 40 das Fahrzeug 10 zusammen in einem einfachen Parallelhybridbetrieb antreiben und könnte der Motor/Generator 40 wie im Folgenden beschrieben eine Rückgewinnungsbremsung bereitstellen.
Durch Ausrücken der Kupplung C1, während die Bremse B1 eingerückt ist und die Maschine 14 mit dem Knoten B verbunden ist, wird ein leistungsverzweigter Betriebsmodus bereitgestellt, was somit ermöglicht, dass der Motor/Generator 40 mit einer gewünschten Drehzahl gesteuert wird, um das Übersetzungsverhältnis zwischen der Maschine 14 und dem Getriebeantriebselement 62 einzustellen. Dies erfordert eine Leistungsverzweigung, wobei der Motor/Generator 40 (über die Batterie 48) Leistung liefert oder Leistung aufnimmt, um das Übersetzungsverhältnis einzustellen, während ebenfalls Leistung zu oder von der Maschine 14 übertragen wird. Abgesehen davon, dass Leistung wiedergewonnen wird und eher hinzugefügt als abgeleitet werden kann, ist dieser Leistungsverzweigungsbetrieb ähnlich dem Betrieb des hydraulischen Drehmomentwandlers. Der Leistungsverzweigungsbetrieb ermöglicht den gleichmäßigen Fahrzeugstart unter Verwendung der Maschine 14, um das Fahrzeug 10 anzutreiben. Die Kupplung C1 kann für ein starkes, aber verhältnismäßig hartes Anfahren des Fahrzeugs von der Geschwindigkeit null unter Verwendung des Maximums der Summe des Maschinendrehmoments und des Motor/Generator-Drehmoments rutschen gelassen werden.
Der einfache Parallelbetrieb und der Leistungsverzweigungsbetrieb des elektrischen Drehmomentwandlers 18 können kombiniert werden, um das Übersetzungsverhältnis von der Maschine 14 zu den Rädern (d. h. das Übersetzungsverhältnis von dem Antriebselement 20 des elektrischen Drehmomentwandlers zu dem Abtriebselement 64 der Übertragungsgetriebeanordnung) zu bestimmen. Durch allmähliches Einstellen des Über setzungsverhältnisses zwischen der Maschine 14 und dem Getriebeantriebselement 62 durch Einstellen der Drehzahl des Motors/Generators 40 können gleichmäßige Übergänge von dem Leistungsverzweigungsmodus zum einfachen Parallelbetrieb erzielt werden. An dem Punkt, an dem die Drehzahl des Motors/Generators 40 null ist, ist die Drehzahl der Maschine 14 (und des Maschinenabtriebselements 15) ein vorgegebenes Übersetzungsverhältnis der Drehzahl des Getriebeantriebselements 62. Durch Anlegen von Batterieleistung an den Motor/Generator 40 kann die Getriebeantriebsdrehzahl relativ zur Maschinendrehzahl über diesen vorgegebenen Wert hinaus erhöht werden, sodass seine Winkelgeschwindigkeit dieselbe Richtung wie die der Maschinendrehzahl hat. An dem Punkt, an dem sich der Motor/Generator 40 (d. h. sein Rotorabschnitt), die Maschinenabtriebswelle 15 und das Antriebselement 62 der Übertragungsgetriebeanordnung alle mit derselben Drehzahl drehen, kann die Kupplung C1 nahtlos verriegelt werden, wodurch ein ”kaltes Schalten” erzielt wird. Falls der Betreiber eine Beschleunigung mit einem Niveau anfordert, das ein Herunterschalten erfordert (wie durch den Controller 50 über ein Signal von dem Betreibereingabemechanismus 54 bestimmt wird), kann das Drehmoment an dem Motor/Generator 40 erhöht werden, was das durch die Kupplung C1 übermittelte Drehmoment auf null verringert. An diesem Punkt kann die Kupplung C1 nahtlos ausgerückt werden, was zulässt, dass die Maschine 14 über die Drehzahl des Motors/Generators 40 hinaus beschleunigt. Dies hat zwei Vorteile. Zunächst entkoppelt es die Trägheit des Motors/Generators 40 von der Trägheit der Maschine 14 (d. h. von der Trägheit eines Schwungradabschnitts der Maschine 14), was die Fahrzeugansprechempfindlichkeit, die Beschleunigungsleistung verbessert und die in der Übertragungsgetriebeanordnung 16 während Heraufschaltungen abgeleitete Energie verringert. Zweitens ermöglicht es, dass der Motor/Generator 40 eine Drehzahl in der Nähe seiner Leistungs spitze aufrechterhält, während der Motor/Generator 40 positive Leistung von der Batterie 48 zuführt, um das Fahrzeug 10 antreiben zu helfen.
Ein Rückgewinnungsbremsungsmodus wird entweder mit C1 eingerückt unter Verwendung der Übertragungsgetriebeanordnung 16 zum Herunterschalten über die festen Übersetzungsverhältnisse, die verfügbar sind, während das Fahrzeug verzögert, oder wenn die Maschine 14 durch Einrücken der Bremse B1 gebremst wird und die Übertragungsgetriebeanordnung 16 in einem verhältnismäßig hohen Übersetzungsverhältnis wie etwa in einem Übersetzungsverhältnis von 1:1 gehalten wird, festgesetzt. Die zweite Option hat die Vorteile, die Notwendigkeit von Getriebeherunterschaltungen bei niedrigen Fahrzeugdrehzahlen, wenn das Rückgewinnungsdrehmoment hoch ist, zu beseitigen, Maschinenverluste zu beseitigen, Getriebedrehungs- und -eingriffsverluste zu verringern und zwischen dem Motor/Generator 40 und dem Antriebselement 62 der Übertragungsgetriebeanordnung ein Übersetzungsverhältnis bereitzustellen, das den Motorwirkungsgrad verbessert.
Die Batterie 48 ist mit einer Steckdose 66 ausgestattet, die einen Stecker 68 aufnehmen kann, der über einen Draht mit einer äußeren Leistungsquelle 70 verbunden ist. Eine ”äußere Leistungsquelle” ist eine solche, die nicht Teil des Fahrzeugs 10 ist und die für die Plug-in-Nachladung der Batterie 48 verwendet wird.
Zweite Ausführungsform
In 2 ist eine weitere repräsentative Form eines Antriebsstrangs gezeigt, der einen elektrischen Drehmomentwandler nutzt. Ein Fahrzeug 110 (schematisch gezeigt) nutzt einen Antriebsstrang 112 mit einer Maschine 114, einer Übertragungsgetriebeanordnung 116 und einem dazwischen geschalteten elektrischen Drehmomentwandler 118 (einschließlich aller Komponenten innerhalb der Strichlinien 118). Ein Maschinenabtriebselement 115 treibt direkt ein Antriebselement 120 des elektrischen Drehmomentwandlers an, das dem Wesen nach eine Welle sein kann. In der gezeigten Ausführungsform kann die Maschine 114 eine Dieselmaschine oder eine andere Brennkraftmaschine sein.
Außer dem Drehmomentwandler-Antriebselement 120 enthält der elektrische Drehmomentwandler 118 einen Differentialzahnradsatz 130, der in Hebeldiagrammform mit einem ersten Knoten D, mit einem zweiten Knoten E und mit einem dritten Knoten F dargestellt ist. Vorzugsweise ist der Differentialzahnradsatz 130 ein Planetenradsatz mit einem Sonnenradelement, das durch den Knoten E dargestellt ist, mit einem Planetenträgerelement, das durch den Knoten F dargestellt ist, und mit einem Hohlradelement, das durch den Knoten D dargestellt ist, wobei das Planetenträgerelement drehbar einen Satz Ritzelzahnräder (im Hebeldiagramm nicht gezeigt) hält, die sowohl mit dem Sonnenradelement des Knotens E als auch mit dem Hohlradelement des Knotens D ineinandergreifen.
Das Antriebselement 120 des elektrischen Drehmomentwandlers kann durch den Eingriff einer im Folgenden diskutierten Kupplung C2 mit dem Knoten D verbunden werden. Außerdem enthält der elektrische Drehmomentwandler 118 einen Motor/Generator 140. Wie der Fachmann auf dem Gebiet versteht, enthält der Motor/Generator 140 einen Rotorabschnitt sowie einen Statorabschnitt, der zu einem feststehenden Element wie etwa einem Gehäuse des elektrischen Drehmomentwandlers 118 geerdet ist. Der Rotorabschnitt ist zur Drehung mit dem Knoten E verbunden. Der Statorabschnitt kann elektrische Leistung von einer Energiespeichervorrichtung 148 wie etwa einer Batterie empfangen oder an sie liefern.
Ein elektronischer Controller 150 steht in Signalverbindung mit der Batterie 148 und mit einem Leistungswechselrichter 152, der im Folgenden nur noch als Leistungswechselrichter bezeichnet wird, der auch in elektrischer Verbindung mit dem Motor/Generator 140 steht. Der Wechselrichter 152 setzt zwischen Gleichstrom, der an die Batterie 148 geliefert oder von ihr genutzt wird, und Wechselstrom, der von dem Motor/Generator 140 geliefert oder von ihm genutzt wird, um. Der Controller 150 spricht auf eine Vielzahl von Eingangssignalen einschließlich Fahrzeuggeschwindigkeit, Betreiberbefehle, den Stand, auf den die Batterie 148 geladen ist, und die Entladestärke der Batterie 148 sowie auf die Leistung, die von der Maschine 114 geliefert wird, an, um den Fluss der Leistung zwischen dem Motor/Generator 140 und der Batterie 148 über den Wechselrichter 152 zu regulieren. Von einem Betreibereingabemechanismus 154 wie etwa von einem Fahrpedal oder von einem Bremspedal werden Betreiberbefehle an den Controller 150 gesendet. Durch den Controller 150 werden auf der Grundlage des von der Batterie 148 fließenden Stroms, wie er durch einen oder mehrere Sensoren 156 gemessen wird, der Ladestand und die Entladestärke der Batterie 148 bestimmt. Der Controller 150 überwacht die Informationen von dem Sensor (den Sensoren) 156 und von dem Betreibereingabemechanismus 154, um den Betrieb des Motors/Generators 140, der Maschine 114 sowie verschiedener Drehmomentübertragungsmechanismen wie im Folgenden diskutiert zu steuern. Die Batterie 148 ist mit einer Steckdose 166 ausgestattet, die einen Stecker 168 aufnehmen kann, der über einen Draht mit einer äußeren Leistungsquelle 170 verbunden ist.
Der Knoten F ist zur gemeinsamen Drehung mit einem Abtriebselement 160 des elektrischen Drehmomentwandlers verbunden, das wiederum zur gemeinsamen Drehung mit einem Antriebselement 162 der Übertragungsgetriebeanordnung 116 verbunden ist. Vorzugsweise ist die Übertragungs getriebeanordnung 116 eine Zahnradgetriebeanordnung mit festem Übersetzungsverhältnis wie etwa einer oder mehrere Planetenradsätze oder ein Satz ineinandergreifender Zahnräder und Übertragungswellen, die Wellenleistung mit einem festen Übersetzungsverhältnis oder mit mehreren wählbaren festen Übersetzungsverhältnissen übertragen können, die/der in einem Getriebeabtriebselement 164 endet. Das Getriebeabtriebselement 164, das dem Wesen nach ebenfalls eine Welle sein kann, ist funktional mit Fahrzeugrädern (nicht gezeigt) verbunden, sodass der Antriebsstrang 112 die Räder antreiben kann.
Der elektrische Drehmomentwandler 118 enthält die folgenden Drehmomentübertragungsmechanismen: die Bremse B1 und die Kupplungen C1 und C2. Die Bremse B1 kann wahlweise eingerückt werden, um den Knoten D zu einem feststehenden Element 144 wie etwa dem Getriebegehäuse zu erden. Die Bremse B1 kann eine Einwegkupplung (d. h. freilaufend oder auflaufend) sein oder sie könnte eine steuerbare Einwegkupplung oder die Kombination einer Einwegkupplung parallel zu einer Scheibenbremse oder Bandbremse sein. Die Kupplung C1 kann wahlweise eingerückt werden, um den Knoten E mit dem Antriebselement 120 des elektrischen Drehmomentwandlers und mit dem Maschinenabtriebselement 115 zu verbinden. Die Kupplung C2 kann wahlweise eingerückt werden, um den Knoten D mit dem Antriebselement 120 des elektrischen Drehmomentwandlers und mit dem Maschinenabtriebselement 115 zu verbinden.
3 zeigt eine Ausführungsform von 2 eher im Prinzipschaubild als in Hebelform mit einer möglichen Darstellung des Hebeldiagramms 130 als ein einfacher Planetenradsatz 130A mit einem Hohlradelement 134 als Knoten D, einem Sonnenradelement 132 als Knoten E und einem Trägerelement 136 als Knoten F. Das Fahrzeug mit dieser Implementierung des Hebels 130 wird als Fahrzeug 110A bezeichnet, das einen Antriebsstrang 112A mit einem elektrischen Drehmomentwandler 118A aufweist. Das Trägerelement 136 hält drehbar mehrere Ritzelzahnräder 137, die sowohl mit dem Sonnenradelement 132 als auch mit dem Hohlradelement 134 ineinandergreifen. Die verbleibenden Komponenten sind in der gleichen Weise miteinander verbunden und wirken in der gleichen Weise wie jene, die mit den entsprechenden Bezugszeichen in dem Hebeldiagrammformat des Antriebsstrangs 112 von 2 bezeichnet sind, und sind ähnlich nummeriert, wobei ein ”A” hinzugefügt worden ist, um anzugeben, dass diese Komponenten mit der spezifischen Implementierung des Hebeldiagramms 130 durch den einfachen Planetenradsatz 130A verwendet werden. Zum Beispiel ist eine Abtriebswelle 115A der Maschine 114A mit dem Drehmomentwandler-Antriebselement 120A verbunden. Das Drehmomentwandler-Antriebselement 120A kann durch Einrücken der Kupplung C1 wahlweise mit dem Trägerelement 136 verbunden werden und kann durch Einrücken der Kupplung C2 wahlweise mit dem Hohlradelement 134 verbunden werden. Das Hohlradelement 134 kann durch Einrücken der Bremse B1 wahlweise zum feststehenden Element 144A geerdet werden.
Das Trägerelement 136 ist zur gemeinsamen Drehung mit einem Abtriebselement 160A des elektrischen Drehmomentwandlers verbunden, das wiederum zur gemeinsamen Drehung mit einem Antriebselement 162A einer Übertragungsgetriebeanordnung 116A verbunden ist. Vorzugsweise ist die Übertragungsgetriebeanordnung 116A eine Zahnradgetriebeanordnung mit festem Übersetzungsverhältnis wie etwa einer oder mehrere Planetenradsätze oder ein Satz ineinandergreifender Zahnräder und Übertragungswellen, die Wellenleistung mit einem festen Übersetzungsverhältnis oder mit mehreren wählbaren festen Übersetzungsverhältnissen übertragen können, die/der in einem Getriebeabtriebselement 164A endet.
Der Motor/Generator 140A enthält einen Statorabschnitt 142A, der zu dem feststehenden Element 144A geerdet ist. Die elektrischen Windungen 143A sind durch den Statorabschnitt 142A gehalten und erzeugen eine Magnetkraft, um den Rotorabschnitt 146A zu bewegen (oder durch die Bewegung des Rotorabschnitts 146A wird elektrischer Strom in den Windungen 143A erzeugt, wie der Fachmann auf dem Gebiet versteht). Ähnliche Windungen gibt es an dem Stator des Motors/Generators 40 aus 1 und an dem Stator des Motors/Generators 140 aus 2, die aus Klarheitsgründen in den schematischen Darstellungen aber nicht gezeigt sind. Der Rotorabschnitt 146A ist mit dem Sonnenradelement 132 verbunden.
Ein elektrischer Controller 150A steht in Signalverbindung mit einer Batterie 148A, mit einem Betreibereingabemechanismus 154A und mit einem Leistungswechselrichter 152A, der ebenfalls in elektrischer Verbindung mit dem Statorabschnitt 142A steht. Diese Komponenten wirken in derselben Weise wie die ähnlich nummerierten Komponenten aus 2. Der Ladestand und die Entladestärke der Batterie 148A werden durch den Controller 150A auf der Grundlage des von der Batterie 148A fließenden Stroms bestimmt, wie er durch einen oder mehrere Sensoren 156A gemessen wird. Der Controller 150A überwacht die Informationen von dem Sensor (von den Sensoren) 156A und von dem Betreibereingabemechanismus 154A, um den Betrieb des Motors/Generators 140A, der Maschine 114A sowie verschiedener Drehmomentübertragungsmechanismen wie im Folgenden diskutiert zu steuern. Die Batterie 148A ist mit einer Steckdose 166A ausgestattet, die einen Stecker 168A aufnehmen kann, der über einen Draht mit einer äußeren Leistungsquelle 170A verbunden ist.
Der Einrückplan, durch den die Bremse B1 und die Kupplungen C1 und C2 eingerückt werden, damit sich sechs verschiedene Betriebsmodi erge ben, ist in dem Einrückplan aus 4 gezeigt. Zunächst tritt durch das Einrücken der Kupplung C1 und der Bremse B1 ein Zündschlüssel-ein-”Kalt”-Start (d. h. ein Start der Maschine 114A aus einem kalten Zustand) auf. Während das feststehende Element 114A eine Reaktionskraft liefert, dreht der Motor/Generator 140A sowohl die Maschine 114A als auch die Übertragungsgetriebeanordnung 116A, wobei die Übertragungsgetriebeanordnung 116A in Neutral oder Parken eingestellt ist, sodass sich das Fahrzeug 110A nicht bewegt.
Durch Ausrücken von C1 und B1 und Einrücken von C2 kann die Maschine 114A nun das Hohlradelement 134 drehen. Der Motor/Generator 140A dreht das Sonnenradelement 132. Die Summe des Drehmoments an dem Sonnenradelement 132 und an dem Hohlradelement 134 wird durch das Trägerelement 136 zu der Übertragungsgetriebeanordnung 116A und nach außen über das Getriebeabtriebselement 164A zu den Fahrzeugrädern kombiniert.
Dadurch, dass beide Kupplungen C1 und C2 eingerückt werden, während die Bremse B1 ausgerückt ist, wird ein Parallelhybrid-Direktbetriebsmodus bereitgestellt. In diesem Modus wird das Drehmoment von der Maschine 114A und von dem Motor/Generator 140A (wie er durch die Batterie 148A mit Leistung versorgt wird) der Übertragungsgetriebeanordnung 116A zugeführt. Da das Einrücken beider Kupplungen C1 und C2 alle Komponenten des Planetenradsatzes 130A zur Drehung mit derselben Drehzahl verriegelt, drehen sich die Maschine 114A und der Motor/Generator 140A ebenfalls mit derselben Drehzahl.
Wenn die Kupplung C1 und die Bremse B1 eingerückt sind, während die Kupplung C2 ausgerückt ist, ist ein Parallelhybrid-Direktbetriebsmodus verfügbar, der das Drehmoment sowohl von der Maschine 114A als auch von dem Motor/Generator 140A weiter zum Drehen der Übertragungsgetriebeanordnung 116A verwendet, aber ermöglicht, dass der Motor/Generator 140A die Drehmomentvervielfachung verwendet, die von dem Planetenradsatz 130A verfügbar ist.
Falls während des Parallelhybridgetriebe-Betriebsmodus eine Bremsung auftritt, wird durch Ausrücken der Kupplung C1, während die Bremse B1 eingerückt bleibt, ein Rückgewinnungsbremsungsmodus hergestellt, sodass durch den Betrieb des Motors/Generators 140A als ein Generator zum Wiedererfassen von Drehenergie (d. h. Drehung des Sonnenradelements 132) als gespeicherte Energie in der Batterie 148A ein Verlangsamen der Räder ausgeführt wird. Alternativ ermöglicht derselbe Einrückplan (Bremse B1 eingerückt und Kupplungen C1 und C2 ausgerückt) den nur elektrischen Antrieb, wobei die Maschine 114A von den Rädern getrennt ist und der Motor/Generator 140A das Fahrzeug 110A unter Verwendung gespeicherter Energie von der Batterie 148A und der von dem Planetenradsatz 130A verfügbaren Drehmomentvervielfachung mit Leistung versorgt. Falls in dem nur elektrischen Antriebsmodus eine zusätzliche Beschleunigung erforderlich ist, kann die Maschine 114A durch Einrücken der Kupplung C1 zum Neustarten der Maschine 114A und um zu ermöglichen, dass sie ebenfalls das Fahrzeug 110A mit Leistung versorgt, neu gestartet werden.
Die Ausführungsformen der 2 und 3 weisen jeweils den Vorteil auf, dass das Starten der Maschine 114, 114A durch Rutscheingriff der Kupplung C1, während die Kupplung C2 ausgerückt ist, von dem Motor/Generator 140, 140A eher nur das zusätzliche Drehmoment, das zum Starten der Maschine notwendig ist, als die Summe des Maschinenstartdrehmoments und des Drehmoments, das durch die Bremse B1 zugeführt wird, erfordert. Wenn die Maschine gestartet worden ist, kann die Kupp lung C1 vollständig ausgerückt werden, kann die Kupplung C2 eingerückt werden und kann B1 ausgerückt werden. Diese Sequenz kann den Betrieb des elektrischen Drehmomentwandlers vom nur elektrischen Betrieb zum Drehmomentwandlerbetrieb mit fortschreitend niedrigerer Drehmomentanforderung von dem Motor/Generator 140, 140A in den elektrischen Drehmomentwandleranordnungen 118 und 118A ändern.
Anhand von 5 wird ein Ablaufplan, der die Schritte eines Verfahrens zum Betreiben eines Fahrzeugs 200 veranschaulicht, in Bezug auf das Fahrzeug 110A aus 3 beschrieben, obgleich das Verfahren auf alle hier beschriebenen Ausführungsformen mit den elektrischen Drehmomentwandlerkomponenten angewendet werden kann. Das Verfahren 200 wird gemäß einem in dem Controller 150A aus 3 gespeicherten Algorithmus ausgeführt und ist angesichts der Tatsache, dass eine Maschine Kraftstoff bei einer gegebenen Optimalgeschwindigkeit am effizientesten verbrennt und dass die zur Leistungsversorgung des Motors/Generators verfügbare Leistung durch die in der Batterie gespeicherte beschränkt ist, für die effizienteste Verwendung der Leistungsquellen in einem Fahrzeug (d. h. der Maschine und des Motors/Generators) ausgelegt.
Dementsprechend enthält das Verfahren 200 in 5 den Schritt 202, der das Fahrzeug 110A unter Verwendung des durch die Batterie 148A mit Leistung versorgten Motors/Generators 140A antreibt, wobei die Maschine 114A ausgeschaltet ist (d. h. der oben beschriebene und in dem Einrückplan aus 4 gezeigte nur elektrische Antriebsmodus).
Während des Schritts 202 findet der Schritt 204, Überwachen des Ladestands und der Entladestärke der Batterie 148A (d. h. unter Verwendung des Sensors (der Sensoren) 156A und des Controllers 150A wie oben beschrieben, statt. In dem Überwachungsschritt 204 wird die abgetastete Rückkopplung auf periodischer Grundlage an den Controller 150A geliefert. Vorzugsweise werden sowohl der Ladestand als auch die Entladestärke überwacht, wobei aber im Umfang der Erfindung ebenfalls nur eines von diesen überwacht werden kann.
Daraufhin kann der Schritt 206 stattfinden, der die Maschine 114A entweder auf Grund dessen, dass der Controller 150A aus dem im Überwachungsschritt 204 überwachten Ladestand bestimmt, dass die Batterie 148A einen vorgegebenen minimalen Ladestand erreicht hat, bei dem es erwünscht ist, die Batterie 148A nachzuladen, oder wenn der Controller 150A von dem Betreibereingabemechanismus 154A einen Betreibereingabebefehl empfängt, von dem der Controller 150A auf der Grundlage des überwachten Ladestands oder der überwachten Entladestärke, wie sie in Schritt 204 bestimmt werden, bestimmt, dass sie mehr Leistung erfordert, als von der Batterie 148A verfügbar ist, startet.
Nachdem die Maschine in Schritt 206 gestartet worden ist, werden der Betrieb des Motors/Generators 140A und der Maschine 114A in Schritt 208 durch den Controller 150A geändert, um vom Betreiber angewiesene Fahrzeugleistungsanforderungen, wie sie durch den Betreibereingabemechanismus 154A an den Controller 150A geliefert werden, zu erfüllen. Der Schritt 208 enthält zwei mögliche Teilschritte, Schritt 210 und Schritt 212. Falls der überwachte Ladestand der Batterie 148A höher als der vorgegebene Minimalstand ist, kann zunächst der Motor/Generator 140A verwendet werden, um ein Drehmoment zuzuführen, und kann die Maschinendrehzahl in Schritt 210 auf der optimalen Drehzahl gehalten werden. Falls der überwachte Batterieladestand alternativ nicht höher als der vorgegebene Minimalstand ist, wird in Schritt 212 die Maschinendrehzahl auf einen anderen Stand als den vorgegebenen Stand eingestellt, um vom Betreiber angewiesene Fahrzeugleistungsanforderungen zu erfüllen, wäh rend der Motor/Generator 140A so gesteuert wird, dass er als ein Generator wirkt, um die Batterie 148A nachzuladen.
Falls der Ladestand der Batterie 148A während des Änderungsschritts 208 ausreicht, um vom Betreiber angewiesene Betriebsanforderungen zu erfüllen, da entweder die spezifischen Betreiberbefehle nun eine kleinere Leistungsmenge erfordern oder da die Batterie 148A im Schritt 212 auf einen maximalen Nachladestand nachgeladen worden ist, wird die Maschine 114A in Schritt 214 angehalten und wird das Fahrzeug 110A nur durch den Motor/Generator 140A (unter Verwendung der in der Batterie 148A gespeicherten Leistung) mit Leistung versorgt. Die Schritte 202, 204, 206 und 208 werden ununterbrochen wiederholt, bis das Fahrzeug in Schritt 216 angehalten worden ist. Daraufhin kann die Batterie 148A auf Wunsch in Schritt 218 mit einer äußeren elektrischen Quelle verbunden werden und in Schritt 220 unter Verwendung der äußeren elektrischen Quelle nachgeladen werden. Wenn das Fahrzeug 110A erneut (für den Antrieb) verwendet werden soll, kehrt das Verfahren 200 zu Schritt 202 zurück und wird wie oben beschrieben wiederholt.

Obgleich die besten Ausführungsarten der Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, erkennt der Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich diese Erfindung bezieht, verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen, um die Erfindung im Umfang der beigefügten Ansprüche zu verwirklichen. BEZUGSZEICHENLISTE ZU FIG. 5:

202	ANTRIEB DES FAHRZEUGS UNTER VERWENDUNG VON MOTOR/GENERATOR, DER DURCH BATTERIE MIT LEISTUNG VERSORGT WIRD, BEI MASCHINE AUS
204	ÜBERWACHUNG DES LADESTANDS UND DER ENTLADESTÄRKE DER BATTERIE
206	START DER MASCHINE AUF DER GRUNDLAGE DER ÜBERWACHUNG ODER EINER VOM BETREIBER BEFOHLENEN LEISTUNG, DIE HÖHER IST ALS JENE, DIE VON DER BATTERIE VERFÜGBAR IST
208	ÄNDERN DES BETRIEBS DES MOTORS/GENERATORS UND DER MASCHINE, UM DIE LEISTUNGSANFORDERUNGEN ZU ERFÜLLEN
210	HALTEN DER MASCHINENDREHZAHL AUF DEM VORGEGEBENEN OPTIMALNIVEAU
212	EINSTELLEN DER MASCHINENDREHZAHL AUF EIN NIVEAU, DAS VON DEM VORGEGEBENEN OPTIMALNIVEAU VERSCHIEDEN IST
214	ANHALTEN DER MASCHINE AUF DER GRUNDLAGE DER ÜBERWACHUNG ODER BEIM EMPFANG EINES BETREIBERBEFEHLS, DER EINE LEISTUNG ERFORDERT, VON DER BESTIMMT WIRD, DASS SIE VON DER BATTERIE VERFÜGBAR IST
216	ANHALTEN DES FAHRZEUGS
218	VERBINDEN DER BATTERIE MIT EINER ÄUSSEREN ELEKTRISCHEN QUELLE
220	NACHLADEN DER BATTERIE UNTER VERWENDUNG EINER ÄUSSEREN QUELLE

Claims

Antriebsstrang, der umfasst: eine Maschine; eine Übertragungsgetriebeanordnung mit einem Antriebselement und mit einem Abtriebselement; ein feststehendes Element; einen elektrischen Drehmomentwandler mit: einem Drehmomentwandler-Antriebselement zum Empfangen von Leistung von der oder zum Liefern von Leistung an die Maschine; einem Differentialzahnradsatz, der durch ein Hebeldiagramm mit wenigstens drei Knoten einschließlich eines ersten Knotens, eines zweiten Knotens und eines dritten Knotens dargestellt werden kann; wobei das Drehmomentwandler-Antriebselement mit dem ersten Knoten verbunden werden kann; einem Motor/Generator, der mit dem zweiten Knoten verbunden ist; einer Batterie zum Liefern von Leistung an den oder zum Empfangen von Leistung von dem Motor/Generator; wobei der dritte Knoten mit einem Abtriebselement der Übertragungsgetriebeanordnung funktional verbunden ist; und eine Bremse, die wahlweise eingerückt werden kann, um den ersten Knoten an dem feststehenden Element zu erden; wobei das wahlweise Einrücken der Bremse einen Rückgewinnungsbremsungsmodus bereitstellt, wenn der Motor/Generator zum Arbeiten als ein Generator gesteuert wird, und einen nur elektrischen An triebsmodus bereitstellt, wenn der Motor/Generator zum Arbeiten als ein Motor gesteuert wird.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, bei dem der elektrische Drehmomentwandler eine Kupplung aufweist, die wahlweise eingerückt werden kann, um das Drehmomentwandler-Antriebselement zur gemeinsamen Drehung mit dem zweiten oder mit dem dritten Knoten zu verbinden.
Antriebsstrang nach Anspruch 2, bei dem das wahlweise Einrücken der Kupplung außerdem den ersten Knoten und den dritten Knoten zur gemeinsamen Drehung verbindet, wodurch veranlasst wird, dass sich der erste, der zweite und der dritte Knoten, das Drehmomentwandler-Antriebselement und das Antriebselement der Übertragungsgetriebeanordnung mit einer gemeinsamen Drehzahl drehen.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, bei dem das wahlweise Einrücken der Bremse ebenfalls die Maschine zu dem feststehenden Element erdet.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, bei dem der elektrische Drehmomentwandler aufweist: eine erste Kupplung, die wahlweise eingerückt werden kann, um das Drehmomentwandler-Antriebselement zur gemeinsamen Drehung mit dem dritten Knoten zu verbinden; eine zweite Kupplung, die wahlweise eingerückt werden kann, um das Drehmomentwandler-Antriebselement zur gemeinsamen Drehung mit dem ersten Knoten zu verbinden; und wobei das Einrücken der ersten Kupplung und der Bremse, während die zweite Kupplung ausgerückt ist, veranlasst, dass der Motor/Generator sowohl das Drehmomentwandler-Antriebselement als auch das Übertragungsgetriebe-Antriebselement dreht, wodurch die Maschine gestartet wird und veranlasst wird, dass der Antriebsstrang in einem Parallelhybridmodus mit Drehmomentvervielfachung über den Differentialzahnradsatz arbeitet, wenn die Maschine gestartet worden ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, bei dem der elektrische Drehmomentwandler aufweist: eine zweite Kupplung, die wahlweise eingerückt werden kann, um das Drehmomentwandler-Antriebselement zur gemeinsamen Drehung mit dem ersten Knoten zu verbinden; und wobei das Einrücken der zweiten Kupplung veranlasst, dass das Drehmoment von der Maschine und das Drehmoment von dem Motor/Generator bei dem Antriebselement des Übertragungsgetriebes kombiniert werden.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, bei dem der elektrische Drehmomentwandler aufweist: eine erste Kupplung, die wahlweise eingerückt werden kann, um das Drehmomentwandler-Antriebselement zur gemeinsamen Drehung mit dem dritten Knoten zu verbinden; eine zweite Kupplung, die wahlweise eingerückt werden kann, um das Drehmomentwandler-Antriebselement zur gemeinsamen Drehung mit dem ersten Knoten zu verbinden; und wobei das Einrücken sowohl der ersten als auch der zweiten Kupplung veranlasst, dass das Drehmoment von der Maschine und das Drehmoment von dem Motor/Generator bei dem Antriebsele ment des Übertragungsgetriebes kombiniert werden, wobei sich die Maschine, der Motor/Generator und das Antriebselement des Übertragungsgetriebes mit einer gemeinsamen Drehzahl in einem Parallelhybrid-Direktbetriebsmodus drehen.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, bei dem der elektrische Drehmomentwandler aufweist: eine erste Kupplung, die wahlweise eingerückt werden kann, um das Drehmomentwandler-Antriebselement zur gemeinsamen Drehung mit dem dritten Knoten zu verbinden; und wobei das wahlweise Einrücken der ersten Kupplung, wenn die Bremse während des nur elektrischen Antriebsmodus eingerückt ist, veranlasst, dass der Motor/Generator das Drehmomentwandler-Antriebselement dreht und dadurch die Maschine startet.
Anordnung elektrischer und mechanischer Komponenten, die zur Verbindung zwischen einer Maschine und einer Übertragungsgetriebeanordnung mit festem Übersetzungsverhältnis in einem Fahrzeugantriebsstrang ausgelegt sind, umfassend: ein Antriebselement, das für den Empfang von Leistung von der oder zum Liefern von Leistung an die Maschine ausgelegt ist; ein Abtriebselement, das zum Liefern von Leistung an die oder zum Empfangen von Leistung von der Übertragungsgetriebeanordnung ausgelegt ist; einen Differentialzahnradsatz, der durch ein Hebeldiagramm dargestellt werden kann, das wenigstens drei Knoten einschließlich eines ersten Knotens, eines zweiten Knotens und eines dritten Knotens enthält; wobei das Antriebselement mit dem ersten Knoten verbunden werden kann; einen Motor/Generator, der mit dem zweiten Knoten verbunden ist; eine Batterie zum Liefern von Leistung an den oder zum Empfangen von Leistung von dem Motor/Generator; wobei der dritte Knoten zur Verbindung mit der Übertragungsgetriebeanordnung ausgelegt ist; eine Bremse, die zum wahlweisen Erden des ersten Knotens zu einem feststehenden Element ausgelegt ist, um die Drehzahl zu verringern und das Drehmoment von dem zweiten zum dritten Knoten zu erhöhen; und wobei die Anordnung zum Bereitstellen eines leistungsverzweigten Betriebs, eines nur elektrischen Anfahrens und eines nur elektrischen Antriebs für die Übertragungsgetriebeanordnung mit festem Übersetzungsverhältnis konfiguriert ist, wenn sie zwischen die Maschine und die Übertragungsgetriebeanordnung mit festem Übersetzungsverhältnis geschaltet ist.
Anordnung nach Anspruch 9, die ferner umfasst: eine erste Kupplung, die wahlweise eingerückt werden kann, um das Antriebselement zur gemeinsamen Drehung mit dem Motor/Generator zu verbinden; eine zweite Kupplung, die wahlweise eingerückt werden kann, um das Antriebselement zur gemeinsamen Drehung mit dem ersten Knoten zu verbinden; wobei die erste Kupplung so konfiguriert ist, dass sie das Startdrehmoment von dem Motor/Generator an die Maschine übermittelt, wenn sie eingerückt ist; und wobei während des Maschinenstarts die Bremse eingerückt ist und die zweite Kupplung ausgerückt ist.
Anordnung nach Anspruch 10, bei der das wahlweise Einrücken der ersten Kupplung und der Bremse einen Maschinenstart liefert, während sich das Fahrzeug im nur elektrischen Antriebsbetrieb unter Verwendung der durch die Batterie gelieferten Leistung befindet.
Anordnung nach Anspruch 9, die ferner umfasst: eine erste Kupplung, die wahlweise eingerückt werden kann, um das Antriebselement und das Abtriebselement zu verbinden; eine zweite Kupplung, die wahlweise eingerückt werden kann, um das Antriebselement zur gemeinsamen Drehung mit dem ersten Knoten zu verbinden; wobei die erste Kupplung so konfiguriert ist, dass sie das Startdrehmoment von dem Abtriebsdrehmoment an die Maschine übermittelt, wenn sie eingerückt ist; und wobei während des Maschinenstarts die Bremse eingerückt ist und die zweite Kupplung ausgerückt ist.
Anordnung nach Anspruch 12, bei der das wahlweise Einrücken der ersten Kupplung und der Bremse einen Maschinenstart liefert, während sich das Fahrzeug in einem nur elektrischen Antriebsbetrieb befindet, der die durch die Batterie gelieferte Leistung verwendet.
Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs mit einer Maschine, einem Motor/Generator und einer Batterie in Leistungsflussanordnung mit dem Motor/Generator, umfassend: Antreiben des Fahrzeugs unter Verwendung des durch die Batterie mit Leistung versorgten Motors/Generators, ohne die Maschine zu starten; wenigstens periodisches Überwachen des Ladestands und/oder der Entladestärke der Batterie; Starten der Maschine in Ansprechen entweder auf den Empfang eines Betreiberbefehls, von dem bestimmt wird, dass er eine größere Leistungsmenge erfordert als die, von der auf der Grundlage der Überwachung bestimmt wird, dass sie von der Batterie verfügbar ist, oder einer Bestimmung, dass der wenigstens eine überwachte Ladestand einen vorgegebenen Minimalstand erreicht hat, wobei das Fahrzeug sowohl unter Verwendung des Motors/Generators als auch der Maschine angetrieben wird; nach dem Starten Ändern des Betriebs des Elektro-Motors/Generators und der Maschine zum Erfüllen vom Betreiber angewiesener Fahrzeugleistungsanforderungen; wobei das Ändern enthält: Aufrechterhalten der Maschinendrehzahl auf einem vorgegebenen Optimalniveau, wenn der wenigstens eine überwachte Ladestand höher als der vorgegebene Minimalstand ist; und Einstellen der Maschinendrehzahl auf ein Niveau, das von dem vorgegebenen Optimalniveau verschieden ist, sodass die Maschine die Batterie nachlädt, wenn der wenigstens eine überwachte Ladestand nicht höher als der vorgegebene Minimalstand ist; Anhalten der Maschine entweder beim Empfang eines Betreiberbefehls, von dem bestimmt wird, das er eine Leistungsmenge anfordert, von der auf der Grundlage der Überwachung bestimmt wird, dass sie von der Batterie verfügbar ist, oder wenn der überwachte Ladestand einen vorgegebenen maximalen Nachladestand erreicht; und Wiederholen des Antriebs-, Start-, Änderungs- und Anhalteschritts, während die wenigstens periodische Überwachung fortgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, das ferner umfasst: Anhalten des Fahrzeugs; funktionales Verbinden der Batterie mit einer äußeren Elektrizitätsquelle; und Laden der Batterie unter Verwendung der äußeren Quelle.