DE102009047702A1

DE102009047702A1 - Schwungradantriebsstrang und -steueranordnung

Info

Publication number: DE102009047702A1
Application number: DE102009047702A
Authority: DE
Inventors: Timothy Bowman; Donatus Kees
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2008-12-16
Filing date: 2009-12-09
Publication date: 2010-06-17
Also published as: CN101746261A; US8359145B2; GB0822861D0; US20100152982A1; GB2466429B8; GB2466429A8; GB2466429A; GB2466429B; CN101746261B

Abstract

In einem Energiespeicher- und -rückgewinnungssystem für ein Hybridfahrzeug 1 wird der Betriebsübersetzungsbereich eines stufenlosen Getriebes (CVT) 10, das Antriebskraft zwischen dem Antriebsstrang 8 des Fahrzeugs und einem Schwungrad 9 überträgt, durch die Verwendung eines mit der Schwungradwelle 12 verbundenen Starter-Generators 13 effektiv vergrößert. Wenn eine hohe Fehlanpassung der Drehgeschwindigkeit zwischen der Triebwelle 8 und der Schwungradwelle 12 vor der Verbindung der beiden Wellen durch eine Kupplung 11 besteht, dreht der Starter-Generator 13 das Schwungrad 9 entweder hoch oder verlangsamt es, bis seine Drehzahl in den optimalen Betriebsbereich des CVT 10 gebracht ist. Durch diese Maßnahme wird Verschleiß an der Kupplung 11 reduziert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schwungradantriebsstrang- und -steueranordnung, die zur Verwendung als Teil eines Energiespeicher- und -rückgewinnungssystems, wie es zum Beispiel in einem Hybridfahrzeug enthalten sein kann, geeignet ist.
Bei einem Energiespeicher- und -rückgewinnungssystem auf der Basis eines Hochdrehzahlschwungrades ist das Schwungrad über ein stufenloses Getriebe (CVT) mit dem Getriebe des Fahrzeugs verbunden. Durch die Beeinflussung der CVT-Übersetzung wird eine Steuerung von Energiespeicherung und -rückgewinnung erreicht, siehe zum Beispiel SAE Technical Paper 2008-01-0083, 14.–17. April 2008.
Wenn die Übersetzung zur Beschleunigung des Schwungrads eingestellt ist, wird Energie gespeichert, und wenn die Übersetzung zum Verlangsamen des Schwungrads eingestellt ist, wird Energie zurückgewonnen.
Der Hauptvorteil eines Hybridfahrzeugs mit Schwungrad ist die hohe Leistung, die zwischen Schwungrad und den Fahrzeugrädern übertragen werden kann. Ein Straßenfahrzeug kann beim Bremsen eine sehr große Bremsleistung aufbringen. Der Schlüssel zur Effektivität eines Hybridsystems liegt darin, so viel wie möglich dieser normalerweise verschwendeten Bremsleistung bzw. -energie wiederzugewinnen. Dies wird durch das sorgfältige Abstimmen der Drehzahl des Schwungrads auf die Geschwindigkeit des Fahrzeugs erreicht. Die Drehzahl eines Hochdrehzahlschwungrads variiert zwischen ca. null und 60.000 U/min, während die Geschwindigkeit des Fahrzeugs von null bis über 200 km/h variiert. Es gibt zwei Extreme unter realitätsnahen Betriebsbedingungen. Erstens, wenn das Schwungrad eine Drehzahl von null aufweist und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs maximal ist. Zweitens, wenn das Schwungrad seine maximale Drehzahl aufweist und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs null ist.
Um diese extremen Bedingungen aufeinander abzustimmen, ist idealerweise ein endlos verstellbares Getriebe erforderlich. Oder, als Alternative dazu, wird ein CVT-Getriebe in Verbindung mit mindestens einer Kupplung verwendet wird. Die zweite Option ist insofern praktikabler als CVTs ein bekanntes und massengefertigtes Getriebe sind. Leider weist ein heute übliches CVT eine endliche Spreizung des Übersetzungsbereichs von etwa sechs auf. Diese Spreizung reicht nicht aus, das gesamte Betriebsspektrum der Schwungrad- und Fahrzeuggeschwindigkeit abzudecken, selbst mit angemessen gewählten Zwischengangstufensätzen. Folglich werden die Zwischenzahnradsätze in der Regel für ein gegebenes Ziel, wie zum Beispiel die Maximierung von Kraftstoffverbraucheinsparungen bei einem definierten Antriebszyklus, optimiert. Dadurch werden jedoch Kraftstoffverbraucheinsparungen bei anderen Betriebsbedingungen, insbesondere jenen außerhalb der Grenzen des definierten Antriebszyklus, beeinträchtigt.
Wie in der gleichzeitig anhängigen eigenen Anmeldung GB 0816109.3 beschrieben, können in dem Getriebe zwischen dem Schwungrad und den Fahrzeugräder mehrere wählbare Zahnradsätze eingebaut werden. Die Aufnahme eines oder mehrerer zusätzlicher wählbarer Zahnradsätze verbreitert das Betriebsfenster des Energiespeicher- und -rückgewinnungssystems auf günstige Weise. Aber selbst bei diesen mehreren zusätzlichen Zahnradsätzen ist es nicht möglich, bei den extremen Betriebsbedingungen Energie verlustlos zwischen Schwungrad und den Fahrzeugrädern zu übertragen. Dadurch wird das Potential von Kraftstoffverbraucheinsparungen begrenzt. Da das CVT-Getriebesystem nicht immer die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Schwungraddrehzahl aufeinander abstimmen kann, wird im Allgemeinen eine zwischen dem CVT und dem Schwungrad angeordnete Kupplung eingesetzt, um die Drehzahldifferenz dynamisch zu überbrücken.
Unter Bedingungen, unter denen das Schwungrad auf maximaler Drehzahl ist und das Fahrzeug nahe einem stationären Zustand ist, muss eine große Energiemenge (~400 kJ) durch die Kupplung abgeführt werden. Unter der anderen Extrembedingung, wenn das Schwungrad eine Drehzahl von null aufweist und die Fahrzeuggeschwindigkeit nahe ihrem Maximalwert ist, muss eine wesentlich geringere Energiemenge (~100 kJ) durch die Kupplung abgeführt werden, um die Drehzahldifferenz zu überbrücken. Diese Bedingungen stellen eine Energieverschwendung dar und können zu einem vorzeitigen Verschleiß der Kupplung selbst führen.
Die vorliegende Erfindung zielt daraufhin ab, die oben genannten Probleme zu verringern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine Schwungradantriebsstrang- und -steueranordnung für ein Hybridfahrzeug Folgendes:
ein drehbares Schwungrad;
eine Energieumwandlungsvorrichtung, die mit dem Schwungrad wirkverbunden ist und das Schwungrad beschleunigen und verlangsamen kann,
ein stufenloses Getriebe mit einem Betriebsübersetzungsbereich, das mit einem Antriebsstrang des Hybridfahrzeugs verbunden werden kann,
eine Kupplung zur Verbindung und Trennung des stufenlosen Getriebes mit und von dem Schwungrad,
ein elektronisches Steuermodul zur Erzeugung eines Steuersignals für die Energieumwandlungsvorrichtung,
wobei als Reaktion auf das Steuersignal die Energieumwandlungsvorrichtung das Schwungrad entweder beschleunigt oder verlangsamt, um die Drehgeschwindigkeit des Schwungrads in den Betriebsbereich des stufenlosen Getriebes zu bringen.
Die Energieumwandlungsvorrichtung dient dazu, die Drehzahldifferenz zwischen den Antriebswellen des Fahrzeugs und des Schwungrads zu überbrücken, was ansonsten durch Kupplungsschlupf erfolgt wäre. Die Verwendung einer Energieumwandlungsvorrichtung zur Steuerung der Schwungraddrehzahl unter bestimmten Betriebsbedingungen des Fahrzeugs gestattet einen effizienteren Betrieb eines Energiespeicher- und -rückgewinnungssystems auf Schwungradbasis. Die Erfindung vergrößert das Betriebsfenster des Energiespeicher- und -rückgewinnungssystem auf Basis des Hochgeschwindigkeitsschwungrads.
Insbesondere kann an den extremen Bereichen des Betriebsspektrums, wie oben beschrieben, (wo eine große Differenz zwischen der Drehzahl des Antriebsstrangs des Fahrzeugs und der Drehzahl des Schwungrads besteht) die Drehzahl des Schwungrads verstellt werden, um sie näher auf die Drehgeschwindigkeit des Antriebsstrangs des Fahrzeugs abzustimmen. Dies kann vor dem Schließen der Kupplung erfolgen und folglich die Übertragung von Drehmoment zwischen dem Antriebsstrang des Fahrzeugs und dem Schwungrad über das CVT gestatten. Da die Drehgeschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Antriebsstrang und der Welle stark reduziert ist, kann die Kupplung unter minimalem Schlupf geschlossen werden, was zu weniger Verschleiß dieses Bauteils führt.
Weiterhin kann die Erfindung eine Energiespeichervorrichtung enthalten, die mit der Energieumwandlungsvorrichtung verbunden ist.
Die Kupplung kann eine elektro-hydraulische Kupplung sein und durch das elektronische Steuermodul gesteuert werden.
Die Energieumwandlungsvorrichtung kann eine elektrische Maschine sein, die elektrische Energie dazu verwenden kann, das Schwungrad zu drehen, und die des Weiteren die kinetische Drehenergie des Schwungrads dazu verwenden kann, elektrische Energie zu erzeugen. Solch eine elektrische Maschine wird gemeinhin als ein ”Starter-Generator” oder eine ”Anlasser-Lichtmaschine” bezeichnet. Zwei Arten von Starter-Generator sind gebräuchlich und beide Arten können bei dieser Erfindung verwendet werden. Bei einer Konfiguration sind der Starter-Generator und das Schwungrad mit der gleichen Antriebswelle verbunden, und bei der alternativen Konfiguration ist der Starter-Generator über eine Riemen- und Riemenscheibenanordnung mit der Antriebswelle des Schwungrads verbunden. Als Alternative dazu ist es möglich, einen Starter-Generator mit oder in einer Schwungradanordnung zu integrieren. Bei Betrieb im ”Starter”-Modus kann der Starter-Generator zweckmäßigerweise seine elektrische Energie aus der Fahrzeugbatterie ziehen. Er tut dies, wenn er (von dem elektronischen Steuermodul) angewiesen wird, das Schwungrad hochzudrehen. Wenn er angewiesen wird, das Schwungrad zu verlangsamen, wird der Starter-Generator im ”Generator”-Modus betrieben und kann zweckmäßigerweise den elektrischen Strom, den er erzeugt, an die Batterie zur Speicherung elektrischer Ladung zur anschließenden Verwendung beim Hochdrehen des Schwungrads und/oder Antrieb der elektrischen Zusatzausrüstung des Fahrzeugs abgeben. Anstatt Energie (als Reibungswärme) in der Kupplung abzuführen, um das Schwungrad zu verlangsamen, gestattet der Starter-Generator so das Speichern der Energie, die von dem rotierenden Schwungrad abgezogen worden ist.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist die Energieumwandlungsvorrichtung eine hydraulische Maschine mit einer zweifachen Pumpen- und Motorfunktionalität. Durch die Pumpwirkung der hydraulischen Maschine von einem sich verlangsamenden Schwungrad abgezogene Energie kann in einem Hydraulikspeicher gespeichert werden. Diese gespeicherte Energie kann zu einem späteren Zeitpunkt abgegeben werden, um die Motorfunktion der hydraulischen Maschine anzutreiben und dadurch das Schwungrad hochzudrehen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Energieumwandlungsvorrichtung selber als das Schwungrad ausgebildet ist. Dabei kann das Schwungrad z. B. der Poläufer eines Elektromotors oder Generators ausgebildet sein.
Vorteilhaft sind zwei Energieumwandlungsvorrichtungen vorhanden sind, eine für die Energieumwandlung bei niedrigen Drehzahlen und eine für die Umwandlung bei hohen Drehzahlen. Bei niedrigen Drehzahlen erfolgt bevorzugt ein Antrieb des Schwungrades durch die Energieumwandlungsvorrichtung. Bei hohen Drehzahlen des Schwungrades wird bevorzugt dem Schwungrad Energie durch die Energieumwandlungsvorrichtung entnommen. Mit diesem Merkmal können die beiden Energieumwandlungsvorrichtungen optimal an den niedertourigen Antrieb eines Schwungrades bzw. den hochtourigen Abtrieb eines Schwungrades angepasst werden. Dies ist insbesondere für elektrische Maschinen von Vorteil, wodurch ein niedrigtouriger Elektromotor und ein hochtouriger Generator separat ausgebildet werden können, die dann für ihre Drehzahlbereiche jeweils die optimalen elektrischen Wirkungsgrade aufweisen.
Besonders vorteilhaft ist diese Anordnung in Verbindung mit der Ausbildung als Schwungrad. Dann kann eine oder beide der Energieumwandlungsvorrichtungen gleichzeitig auch als Schwungrad dienen.
Besonders vorteilhaft bildet ein Läufer eines elektrischen Generators ein erstes Schwungrad und ein Elektromotor ein zweites Schwungrad und die beiden Schwungräder sind mechanisch gekoppelt sind, insbesondere durch eine Welle. Bevorzugt sind die beiden Schwungräder dabei hintereinander auf einer Welle angeordnet.
Im Folgenden werden einige Ausführungsformen der Erfindung rein beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, die ein schematisches Blockdiagramm eines Fahrzeugs mit einem Schwungradantriebsstrang gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist.
Auf die Zeichnung Bezug nehmend, ist ein Fahrzeug 1 mit einem Verbrennungsmotor 2 ausgestattet, der allein einem ersten Satz von Rädern 3 durch ein Getriebe und einen Achsantrieb 4 Antriebsenergie zuführt. Ein zweiter Satz Räder 5 ist über die Gelenkwellen 6 und eine Achsantriebs- und Differenzialeinheit 7 mit einer Triebwelle 8 verbunden. Die Triebwelle 8 kann ein Schwungrad 9 antreiben und/oder von ihm angetrieben werden. Zwischen der Triebwelle 8 und dem Schwungrad 9 ist eine stufenlose Getriebeeinheit (CVT) 10 mit einer stufenlos verstellbaren Gangübersetzung angeordnet. Eine elektro-hydraulische Kupplung 11 ist zur Kopplung und Entkopplung des CVT 10 (und folglich der Räder 5) an und von dem Schwungrad 9 unter bestimmten Betriebsbedingungen vorgesehen. Eine Druckölversorgung wird dem CVT 10 durch eine (nicht gezeigte) Ölpumpe zugeführt, die von der Triebwelle 8 angetrieben wird. Das Schwungrad 9 ist an einer Antriebswelle 12 angebracht, mit der auch ein Starter-Generator 13 verbunden ist.
Ein elektronisches Steuermodul 14 empfängt Eingangssignale von einem Fahrpedalstellungssensor 15, einem Bremspedalstellungssensor 16, einem Triebwellendrehzahlsensor 17 und einem dem Schwungrad zugeordneten Drehzahlsensor 18. Es sind Ausgangsverbindungen vom elektronischen Steuermodul 14 zum CVT 10, zur Kupplung 11 und zum Starter-Generator 13 hergestellt. Eine Batterie 19 ist mit dem Starter-Generator 13 elektrisch verbunden.
Das CVT 10 kann herkömmlicher Art sein, dessen Übersetzung durch Betätigung von (nicht gezeigten) Magnetventilen, die den Ölfluss steuern, auf bekannte Weise verstellt werden kann. Die Aktivierung der Ventile wird von dem Steuermodul 14 gesteuert. Zweckmäßigerweise kann das CVT 10 ein Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebe mit einer Spreizung des Übersetzungsbereiches von sechs sein.
Einige beispielhafte Betriebsmodi der dargestellten Ausführungsform werden im Folgenden beschrieben.
In einem ersten Modus läuft das Fahrzeug mit einer gleichmäßigen, vergleichsweise niedrigen Geschwindigkeit mit leichtem Druck auf das Fahrpedal und geöffnet gehaltener Kupplung 11, es wird keine Antriebskraft vom zweiten Satz Räder 5 auf die Antriebswelle 12 übertragen und somit bleibt das Schwungrad 9 stationär. Jedoch wird Öldruck durch die von der Triebwelle 8 angetriebene Pumpe dem CVT 10 zugeführt. In diesem Stadium wird der Batterie 19 kein elektrischer Strom durch den Starter-Generator 13 zugeführt oder abgezogen. Wenn der Fahrer das Fahrpedal losläßt oder das Bremspedal niederdrückt um das Fahrzeug 1 zu verlangsamen, wird dies durch die Sensoren 15, 16 erfasst und an das elektronische Steuermodul 14 weitergeleitet. In diesem ersten Modus liegt die Drehzahldifferenz zwischen der Triebwelle 8 und der Antriebswelle 12 des Schwungrads innerhalb des Übersetzungsbereichs des CVT 10. Dies ist dem Steuermodul 14 bekannt, da es die Ausgangssignale der Triebwellen- und Schwungraddrehzahlsensoren 17, 18 ständig überwacht. Das Steuermodul 14 berechnet die erforderliche CVT-Übersetzung, um das Schwungrad zu beschleunigen, und erzeugt ein entsprechendes Steuersignal, um das CVT 10 hydraulisch so zu steuern, dass die Übersetzung auf den berechneten Wert eingestellt wird. Des Weiteren gibt es ein zweites Steuersignal ab, das ein Schließen der Kupplung 11 bewirkt. Somit wird Energie von dem zweiten Satz Räder 5 auf das Schwungrad 9 übertragen.
Die Energieübertragung vom Fahrzeug (über die Räder 5) auf das Schwungrad verlangsamt das Fahrzeug, zumindest auf ebener Strecke. Wenn der Fahrer zum Beispiel nicht mehr langsamer werden möchte und seinen Fuß vom Bremspedal nimmt, erfasst das Steuermodul 14 dies und öffnet als Reaktion darauf die Kupplung 11, wodurch das Schwungrad 9 frei dreht. Die Energie im Schwungrad wird für eine zukünftige Verwendung gespeichert. Zum Beispiel kann das elektronische Steuermodul 14 ein Signal an den Starter-Generator 13 senden und bewirken, dass Letzterer als ein Generator wirkt und die Drehenergie des Schwungrads in einen elektrischen Strom umwandelt, um die Batterie 19 zur weiteren Energiespeicherung zu speisen. Wenn das elektronische Steuermodul 14 (über den Fahrpedalstellungssensor 15) eine Beschleunigungsanforderung erfasst und die Drehzahldifferenz zwischen der Triebwelle 8 und der Antriebswelle 12 innerhalb des Bereichs des CVT 10 liegt, stellt es die Übersetzung des CVT 10 auf einen neuen (berechneten) Wert ein und schließt die Kupplung 11, so dass Rotationsenergie des Schwungrads 9 nun zum Antrieb des zweiten Satzes Räder 5 verwendet wird und somit den Motor 2 beim Antrieb des Fahrzeugs unterstützt.
In einer zweiten Betriebsart bei einer ersten extremen Betriebsbedingung weist das Schwungrad eine Drehzahl von null auf und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist hoch, zum Beispiel 150 km/h. Die Kupplung 11 ist anfangs geöffnet. Es liegt folglich eine große Differenz zwischen der Drehzahl der Triebwelle 8 und der Drehzahl der Antriebswelle 12 des Schwungrades (null) vor. Dieser Modus liegt außerhalb des Betriebsübersetzungsbereichs des CVT 10. Das Steuermodul 14 weis von dieser großen Drehzahldifferenz aufgrund der Ausgangssignale der Drehzahlsensoren 17 und 18. Als Reaktion darauf berechnet das Steuermodul 14 eine Drehgeschwindigkeit, auf die das Schwungrad 9 beschleunigt werden muss, um die Drehzahldifferenz in den Betriebsbereich des CVT 10 zu bringen. Weiterhin berechnet es und stellt eine CVT-Übersetzung ein, die dazu geeignet ist, eine Energieübertragung von der Triebwelle 8 auf das Schwungrad 9 zu gestatten. Das Steuermodul 14 sendet anschließend ein Signal an den Starter-Generator 13, das Letzteren in den ”Starter”-Modus stellt, wodurch er Strom aus der Batterie 19 zieht, um die Antriebswelle 12 des Schwungrads zu starten. Wenn das Schwungrad 9 (und seine Antriebswelle 12) die (durch den Sensor 18 überwachte) berechnete Drehgeschwindigkeit erreicht haben, weist das Steuermodul 14 den Starter- Generator 13 dann an, keinen Strom mehr zu ziehen. Durch eine derartige Beschleunigung des Schwungrads 9 wird eine bestimmte Energiemenge verbraucht. Dieser Energieaufwand kann lohnt sich jedoch, da keine Verlustleistung durch z. B. eine rutschende Kupplung anfällt, um das gewünschte Drehzahlniveau zu erreichen um das Schwungrad innerhalb des Betriebsbereichs des CVT 10 zu betreiben. Wenn das Steuermodul 14 anschließend eine Verlangsamungsanforderung erfasst, schließt es die Kupplung 11, so dass Energie von der Triebwelle 8 auf das Schwungrad 9 übertragen werden kann.
In einem dritten Betriebsmodus bei einer zweiten extremen Betriebsbedingung befindet sich das Schwungrad auf maximaler Drehzahl und das Fahrzeug ist nahe dem Stillstand, zum Beispiel bei einer Geschwindigkeit von 10 km/h. Die Kupplung 11 ist anfangs geöffnet. Es liegt folglich eine große Drehzahldifferenz zwischen Triebwelle 8 und der Antriebswelle 12 des Schwungrads vor. Dieser Modus liegt auch außerhalb des Übersetzungsbereichs des CVT 10. Das da das Schwungrad nun innerhalb des Betriebsbereichs des CVT 10 betrieben wird und 14 weis von dieser großen Drehzahldifferenz aufgrund der Ausgangssignale der Drehzahlsensoren 17 und 18. Als Reaktion darauf berechnet das Steuermodul 14 eine Drehzahl, auf die das Schwungrad 9 verlangsamt werden muss, um die Drehzahldifferenz in den Betriebsbereich des CVT 10 zu bringen. Weiterhin berechnet es eine angemessene CVT-Übersetzung für die Energieübertragung vom Schwungrad 9 auf die Triebwelle 8. Das Steuermodul 14 sendet anschließend ein Signal an den Starter-Generator 13, das diesen in den Generator-Modus versetzt und die Batterie 19 lädt, indem die Rotationsenergie des Schwungrades in Strom umgewandelt wird. Infolgedessen wird Energie vom Schwungrad 9 abgeführt und es dreht sich langsamer. Wenn das Schwungrad 9 und seine Antriebswelle 12 die durch den Sensor 18 überwachte, berechnete Drehgeschwindigkeit erreicht haben, steuertt das Steuermodul 14 den Starter-Generator 13 an, um die Stromerzeugung zu beenden.
Durch diesen Vorgang gewinnt der Starter-Generator 13 eine wesentliche Energiemenge der im Schwungrad gespeicherten Rotationsenergie zurück und bringt gleichzeitig das Schwungrad 9 in den Betriebsbereich des CVT 10. Nun kann das S Steuermodul 14 die Kupplung 11 bei Erfassen einer Fahrzeugbeschleunigungsanforderung schließen. Anschließend wird Energie vom Schwungrad 9 auf die Triebwelle 8 zur Ergänzung der Motorleistung zum Antrieb des Fahrzeugs übertragen.
Bei einer alternativen Ausführungsform wird der Starter-Generator 13 durch eine hydraulische Maschine in Form einer integrierten hydraulischen Pumpen-Motor-Einheit ersetzt, und die Batterie 19 wird durch einen Hydraulikspeicher und ein zugehöriges Behältnis ersetzt. Die hydraulische Maschine ist mit der Antriebswelle 12 des Schwungrads verbunden. Solch eine hydraulische Maschine ist das hydraulische Äquivalent des elektrischen Starter-Generators und kann Energie vom Schwungrad abziehen und ihm Energie hinzufügen. Der Speicher wirkt zur Speicherung und Abgabe von Energie. Die hydraulische Maschine wird vom Steuermodul 14 gesteuert. Während Energie vom Schwungrad 9 genommen wird (um es zu verlangsamen), wird die von der Antriebswelle 12 angetriebene hydraulische Maschine vom Steuermodul 14 angewiesen, Hydraulikflüssigkeit aus dem Behältnis in den Speicher zu pumpen. Während dem Schwungrad 9 Energie hinzugefügt wird (um es hochzudrehen), wird die hydraulische Maschine vom Steuermodul 14 angewiesen, als ein Motor zu wirken, wobei die im Speicher gespeicherte hydraulische Energie dazu verwendet wird, die Antriebswelle 12 zu starten und so das Schwungrad zu beschleunigen. Falls gewünscht, kann die Pumpfunktion der hydraulischen Maschine dazu verwendet werden, einen hohen Öldruck zum Betrieb des CVT 10 zu erzeugen.
Bei einer modifizierten Ausführungsform ist das Fahrzeug 1 mit einem Fahrzeuggeschwindigkeitsregelungssystem 20 ausgestattet, das einen mit dem Steuermodul 14 verbundenen Ausgang aufweist. Dieser Ausgang dient dazu, das Steuermodul 14 zu benachrichtigen, dass der Fahrer eine Fahrzeugbeschleunigung oder -verlangsamung mittels Bord-Geschwindigkeitsregelungsschaltern (nicht gezeigt) anstatt durch Betätigung des Fahr- oder Bremspedals angefordert hat.
Bei einer anderen Ausführungsform kann der Übersetzungsbereich des CVT 10 noch weiter vergrößert werden, indem ein Zahnradsatz zwischen dem Differenzial 7 und dem CVT 10 angeordnet wird. Solch ein Zahnradsatz kann die Wahl einer oder mehrerer fester Übersetzungen gestatten, wobei die Wahl vom Steuermodul 14 gesteuert wird. Zum Beispiel wären für einen CVT-Übersetzungsbereich von 6 geeignete, wählbare Gangstufen 1:1, 90% von 6 und 90% von 36. Dies gestattet eine Überlappung von 10% zwischen jeder Gangwahl für eine optimierte Leistung.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann zur weiteren Unterstützung bei der Abstimmung von Schwungrad- und Triebwellendrehzahl ein epizyklisches Untersetzungsgetriebe zwischen dem CVT 10 und dem Schwungrad 9 angeordnet werden.
Bei einer anderen Ausführungsform ist eine zusätzliche elektro-hydraulische Kupplung zwischen dem Differenzial 7 und dem CVT 10 angeordnet. Diese zusätzliche Kupplung wird auch vom Steuermodul 14 gesteuert. Sie gestattet eine Entkopplung des CVT 10 von den Rädern 5 dann, wenn keine Energieübertragung zwischen dem Schwungrad 9 und den Rädern 5 erforderlich ist. Wenn die Triebwelle 8 das CVT 10 nicht antreibt, werden Reibverluste auf ein Minimum reduziert.
Obgleich die in der Zeichnung dargestellte spezielle Ausführungsform ein Fahrzeug mit einem Satz Räder, die von einem Verbrennungsmotor angetrieben werden, und einem anderen Satz Räder, die mit dem Schwungrad verbunden werden können, zeigt, können auch andere Konfigurationen von der Erfindung profitieren. Zum Beispiel kann die Erfindung in einem Fahrzeug eingebaut werden, in dem der Motor und das Schwungrad die gleiche Achse antreiben. Des Weiteren kann die Erfindung in einem Hybridfahrzeug eingebaut werden, in dem das Antriebsaggregat ein Elektromotor ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- GB 0816109 [0006]

Claims

Schwungradantriebsstrang- und -steueranordnung für ein Hybridfahrzeug, die Folgendes enthält: ein drehbares Schwungrad; eine Energieumwandlungsvorrichtung, die mit dem Schwungrad wirkverbunden ist und das Schwungrad beschleunigen und verlangsamen kann, ein stufenloses Getriebe mit einem Betriebsübersetzungsbereich, das mit einem Antriebsstrang des Hybridfahrzeugs verbunden werden kann, eine Kupplung zur Verbindung und Trennung des stufenlosen Getriebes mit und vom Schwungrad, ein elektronisches Steuermodul zur Erzeugung eines Steuersignals für die Energieumwandlungsvorrichtung, wobei als Reaktion auf das Steuersignal die Energieumwandlungsvorrichtung das Schwungrad entweder beschleunigt oder verlangsamt, um die Drehgeschwindigkeit des Schwungrads in den Betriebsbereich des stufenlosen Getriebes zu bringen.
Schwungradantriebsstrang- und -steueranordnung nach Anspruch 1, die weiterhin eine Energiespeichervorrichtung enthält, die mit der Energieumwandlungsvorrichtung verbunden ist.
Schwungradantriebsstrang- und -steueranordnung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Energieumwandlungsvorrichtung ein Elektromotor, insbesondere ein elektrischer Starter-Generator ist.
Schwungradantriebsstrang- und -steueranordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Energieumwandlungsvorrichtung ein hydraulischer Pumpen-Motor ist.
Schwungradantriebsstrang- und -steueranordnung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Kupplung eine elektro-hydraulische Kupplung ist.
Schwungradantriebsstrang- und -steueranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Energieumwandlungsvorrichtung selber als das Schwungrad ausgebildet ist.
Schwungradantriebsstrang- und -steueranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei Energieumwandlungsvorrichtungen vorhanden sind, eine für die Energieumwandlung bei langsamen Drehzahlen und eine für die Umwandlung bei hohen Drehzahlen.
Schwungradantriebsstrang- und -steueranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Läufer eines elektrischen Generators ein erstes Schwungrad bildet und ein Elektromotor ein zweites Schwungrad bildet und die beiden Schwungräder mechanisch gekoppelt sind, insbesondere durch eine Welle.