DE102010052999A1

DE102010052999A1 - Synchronisierer in elektromechanischem Getriebe

Info

Publication number: DE102010052999A1
Application number: DE102010052999A
Authority: DE
Inventors: Farzad Mich. Samie; Alexander Mich. Millerman; Chunhao J. Mich. Lee
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-12-08
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2011-07-07
Also published as: CN102086921B; US8221282B2; US20110136607A1; CN102086921A

Abstract

Ein elektromechanisches Getriebe umfasst mehrere Getriebekomponenten und wenigstens einen Synchronisierer, der konfiguriert ist, um wenigstens zwei der Getriebekomponenten wahlweise einzurücken und auszurücken, um einen Betrieb in einem Drehzahlbereich im Getriebe zu bewerkstelligen. Der Synchronisierer umfasst ferner mehrere Eingangskomponenten, die einer der Getriebekomponenten zugeordnet sind, und mehrere Ausgangskomponenten, die einen Kupplungsmechanismus umfassen, der konfiguriert ist, um mit wenigstens einer der Eingangskomponenten in Eingriff zu gelangen, wenn der Synchronisierer aktiviert ist, und um den Eingriff mit der Eingangskomponente zu lösen, wenn der Synchronisierer deaktiviert ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung bezieht sich auf Drehmomentübertragungsvorrichtungen, die in Hybridfahrzeuggetrieben verwendet werden.
HINTERGRUND
Hybridantrieb-Antriebsstränge verwenden Elektromotoren, um Energie von anderen Antriebsenergiequellen wie etwa von einer Brennkraftmaschine zu ersetzen, zu erhöhen und wiederzugewinnen. Ein Elektromotor kann verwendet werden, indem der Motor über eine Getriebevorrichtung wie etwa einen Getriebezahnradsatz an einem Endantrieb befestigt wird. Die Verwendung eines Elektromotors auf diese Weise ermöglicht den Steuersystemen eines Fahrzeugs, verschiedene Steuerschemata zu verwenden, die auf die Verbesserung der Kraftstoffeinsparung des Fahrzeugs zielen. Der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkennt jedoch, dass irgendein mechanisches System, das an einem Endantrieb über einen Satz von Zahnrädern befestigt ist, die Gesamtverluste aufgrund von Reibung erhöht und mehr Energie für die Beschleunigung aufgrund einer Erhöhung des Rotationsträgheitsmoments erfordert. Ein Elektromotor und Zahnräder, die einer Befestigung an einem Endantrieb zugeordnet sind, drehen sich mit einem drehenden Endantrieb unabhängig davon, ob der Elektromotor im Gebrauch ist oder nicht. Diese Ineffizienzen oder parasitären Verluste, die durch die Drehung des nicht verwendeten Elektromotors hervorgerufen werden, reduzieren die Gesamtkraftstoffeinsparung der Verwendung eines Hybridantrieb-Antriebsstrangs.
Ein Steuersystem überwacht verschiedene Eingänge und Eingaben vom Fahrzeug bzw. von der Bedienungsperson und stellt eine betriebstechnische Steuerung des Antriebsstrangs einschließlich der Steuerung des Getriebebetriebszustands und des Gangschaltens, der Steuerung von Drehmomenterzeugungsvorrichtungen und der Regulierung des Leistungsaustausches zwischen den Energiespeichervorrichtungen und den Drehmomentmaschinen bereit, um Ausgänge des Getriebes einschließlich des Drehmoments und der Drehzahl zu managen. Bekannte Mehrfachmodus-Hybridgetriebe können einen differentiellen Getriebeeingriff, Drehmomentübertragungskupplungen und die Drehmomentmaschinen verwenden, um Leistung an ein Ausgangselement zu übertragen, das mit einem Endantrieb verbunden sein kann, wenn der Antriebsstrang auf ein Fahrzeug angewendet wird. Drehmomentübertragungskupplungen enthalten im Allgemeinen Nasskupplungen, um Drehzahlverhältnisse im Getriebe zu ändern, andererseits werden Hydrauliksysteme verwendet, um die Nasskupplungen zu steuern. Hydrauliksysteme sind komplex, teuer und erfordern viele Komponenten einschließlich der besonders großvolumigen und schwer zu fertigenden Ventilkörper.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein elektromechanisches Getriebe umfasst ein Eingangselement, ein Ausgangselement und mehrere Planetenräder und Drehmomentübertragungsvorrichtungen sowie einen Synchronisierer, der Eingangs- und Ausgangskomponenten des Getriebes wahlweise einrückt und ausrückt. Der Synchronisierer umfasst einen Kolben, der nacheinander eine Synchronisationskraft und eine Kupplungskraft ausübt, wenn der Synchronisierer aktiviert ist, ein Blockierelement, einen Eingangskonus, der den Eingangskomponenten zugeordnet ist und sich in dem Blockierelement radial erstreckt, einen Ausgangskonus, der den Ausgangskomponenten zugeordnet ist und sich in dem Blockierelement radial erstreckt und einen von dem Eingangskonus verschiedenen Radius besitzt, ein Hülsenelement, das mit dem Kolbenelement gekoppelt ist und das Blockierelement komprimiert, um dadurch zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangskonus eine Reibungskraft zu erzeugen, um die Eingangs- und Ausgangskomponenten in Ansprechen auf die Synchronisationskraft zu synchronisieren und um in Ansprechen auf die Kupplungskraft nacheinander die Ausgangskomponenten mit den Eingangskomponenten einzurücken, und ein Vorbelastungselement, das eine Vorbelastungskraft gegen den Kolben und das Hülsenelement in einer Richtung, die zu den Synchronisations- und Kupplungskräften entgegengesetzt ist, bereitstellt, um dadurch die Ausgangskomponenten von den Eingangskomponenten auszurücken, wenn der Synchronisierer deaktiviert ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nun werden eine oder mehrere Ausführungsformen beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine schematische Darstellung eines beispielhaften elektromechanischen, kombiniert leistungsverzweigten Doppelmodusgetriebes gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
2 eine Tabelle für festes Verhältnis für das in 1 gezeigte Getriebe gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
3A und 3B schematische Darstellungen eines Synchronisierers gemäß der vorliegenden Offenbarung zum wahlweisen Einrücken und Ausrücken von wenigstens zwei Getriebekomponenten, um einen Drehzahlbereich in dem in 1 gezeigten Getriebe zu ändern, sind;
4 eine graphische Darstellung der Umdrehungen pro Minute (RPM) jedes Motor/Generators sowie der Maschine relativ zu der Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Meilen pro Stunde (MPH) des beispielhaften Getriebes von 1 gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
5A und 5B beispielhafte Algorithmen zum wahlweisen Einrücken und Ausrücken von wenigstens zwei Getriebekomponenten, die den Synchronisierer der 3A und 3B gemäß der vorliegenden Offenbarung verwenden, veranschaulichen; und
6 eine Explosionsansicht des Synchronisierers der 3A und 3B gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
GENAUE BESCHREIBUNG
In den Zeichnungen, deren Darstellungen lediglich dem Zweck der Veranschaulichung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und nicht zu ihrer Beschränkung dienen, veranschaulicht 1 schematisch ein Hybridgetriebe 10 mit einer Brennkraftmaschine 14, einem ersten Motor/Generator 56, einem zweiten Motor/Generator 72 und drei Planetenrad-Untergruppen 24, 26 und 28.
Der Ausdruck Steuermodul, wie er hier verwendet wird, bedeutet irgendeine oder mehrere verschiedene geeignete Kombinationen aus einer oder mehreren anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASIC), einer oder mehreren elektronischen Schaltungen, einer oder mehreren Zentraleinheiten (vorzugsweise Mikroprozessor(en)) und einem zugeordneten Speicher und einer zugeordneten Datenablage (Festwertspeicher, programmierbarer Festwertspeicher, Schreib-Lese-Speicher, Festplatte und dergleichen), die ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführen, einer oder mehreren kombinatorischen Logikschaltungen, einer oder mehreren Eingabe/Ausgabe-Schaltungen und Vorrichtungen, die für die Signalkonditionierung geeignet sind, und Pufferschaltungsanordnungen sowie anderen geeigneten Komponenten, um die beschriebene Funktionalität zu schaffen. Ein Steuermodul besitzt eine Gruppe von Steueralgorithmen einschließlich residenter Software-Programmbefehle und Kalibrierungen, die in einem Speicher gespeichert sind und ausgeführt werden, um die gewünschten Funktionen auszuführen. Die Algorithmen werden vorzugsweise während im Voraus festgelegter Schleifenzyklen ausgeführt. Algorithmen werden etwa durch eine Zentraleinheit ausgeführt und sind betreibbar, um Eingänge von Erfassungsvorrichtungen und anderen vernetzten Steuermodulen zu überwachen und Steuer- und Diagnoseroutinen auszuführen, um den Betrieb von Aktuatoren zu steuern. Schleifenzyklen können in regelmäßigen Intervallen, beispielsweise nach jeweils 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden während des fortgesetzten Maschinen- und Fahrzeugbetriebs ausgeführt werden. Alternativ können Algorithmen in Ansprechen auf das Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
Die Motor/Generatoren 56 und 72 sind mit einem Getriebesteuermodul (TCM) 76 elektrisch verbunden, wobei Letzteres seinerseits mit einer Energiespeicherquelle 74 kommuniziert, die im Allgemeinen mehrere Batterien enthält. Das TCM 76 verteilt Leistung von und zu den Motor/Generatoren 56 und 72 und den Batterien 74, außerdem tauscht es Steuersignale mit den Motor/Generatoren aus, die ausgegeben werden, um die Drehzahl und das Drehmoment der Motor/Generatoren 56 und 72 zu steuern.
Das Hybridgetriebe 10 verwendet drei Planetenrad-Untergruppen 24, 26 und 28. Die erste Planetenrad-Untergruppe 24 besitzt ein äußeres Zahnradelement 30, das im Allgemeinen als das Hohlrad bezeichnet werden kann, das ein inneres Zahnradelement 32 umschreibt, das im Allgemeinen als das Sonnenrad bezeichnet wird. Mehrere Planetenradelemente 34 sind auf einem Träger 36 drehbar montiert, so dass jedes Planetenradelement 34 sowohl mit dem äußeren Zahnradelement 30 als auch mit dem inneren Zahnradelement 32 in einem kämmenden Eingriff ist.
Die zweite Planetenrad-Untergruppe 26 besitzt ein äußeres Zahnradelement 38, das im Allgemeinen als das Hohlrad bezeichnet werden kann, das ein inneres Zahnradelement 40 umschreibt, das im Allgemeinen als das Sonnenrad bezeichnet wird. Mehrere Planetenradelemente 42 sind an einem Träger 44 drehbar angebracht, so dass jedes Planetenradelement 42 sowohl mit dem äußeren Zahnradelement 38 als auch mit dem inneren Zahnradelement 40 in einem kämmenden Eingriff ist.
Die dritte Planetenrad-Untergruppe 28 besitzt ein äußeres Zahnradelement 46, das im Allgemeinen als das Hohlrad bezeichnet werden kann, das ein inneres Zahnradelement 48 umschreibt, das im Allgemeinen als das Sonnenrad bezeichnet wird. Mehrere Planetenradelemente 50 sind an einem Träger 52 drehbar angebracht, so dass jedes Planetenradelement 50 sowohl mit dem äußeren Zahnradelement 46 als auch mit dem inneren Zahnradelement 48 in einem kämmenden Eingriff ist.
Obwohl alle drei Planetenradgruppen 24, 26 und 28 einfache Planetenradgruppen mit jeweils eigener Berechtigung sind, bilden die erste und die zweite Planetenradgruppe 24 bzw. 26 insofern einen Verbund, als das innere Zahnradelement 32 der Planetenradgruppe 24 etwa über ein Nabenplattenzahnrad 54 mit dem äußeren Zahnradelement 36 der zweiten Planetenradgruppe 26 verbunden ist. Das innere Zahnradelement 32 der ersten Planetenradgruppe 24 und das äußere Zahnradelement 38 der zweiten Planetenradgruppe 26, die miteinander verbunden sind, sind mit dem ersten Motor/Generator 56 ununterbrochen verbunden.
Die Planetenradgruppen 24 und 26 bilden ferner insofern einen Verbund, als der Träger 36 der ersten Planetenradgruppe 24 etwa über eine Welle 60 mit dem Träger 44 der zweiten Planetenradgruppe 26 verbunden ist. Als solche sind die Träger 36 und 44 der ersten bzw. der zweiten Planetenradgruppe 24 bzw. 26 miteinander verbunden. Die Welle 60 ist außerdem wahlweise mit dem Träger 52 der dritten Planetenradgruppe 28 etwa über eine Drehmomentübertragungsvorrichtung 62 verbunden, die als ein Synchronisierer 200 (siehe die 3A, 3B und 6) konfiguriert ist und, wie im Folgenden umfassender erläutert wird, verwendet wird, um die Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes 10 zu unterstützen. Die Betriebsmodi umfassen einen ersten Modus (Modus 1), einen zweiten Modus (Modus 2) und feste Gänge.
Der Träger 52 der dritten Planetenradgruppe 28 ist direkt mit dem Getriebeausgangselement 64 verbunden. Wenn das Hybridgetriebe 10 in einem Bodenfahrzeug verwendet wird, kann das Ausgangselement 64 mit den Fahrzeugachsen verbunden sein, die ihrerseits in den Antriebselementen enden können. Die Antriebselemente können entweder Vorderräder oder Hinterräder des Fahrzeugs sein, an denen sie verwendet werden, alternativ können sie das Antriebszahnrad eines Schienenfahrzeugs sein.
Das innere Zahnradelement 40 der zweiten Planetenradgruppe 26 ist mit dem inneren Zahnradelement 48 der dritten Planetenradgruppe 28 etwa über eine Hülsenwelle 66, die die Welle 60 umschreibt, verbunden. Das äußere Zahnradelement 46 der dritten Planetenradgruppe 28 ist wahlweise über eine Drehmomentübertragungsvorrichtung 70 mit Masse, die durch das Getriebegehäuse 68 repräsentiert ist, verbunden. Die Drehmomentübertragungsvorrichtung 70, die als der Synchronisierer 200 (in den 3A, 3B und 6 gezeigt) konfiguriert ist, wie im Folgenden erläutert wird, wird verwendet, um die Auswahl der Betriebsmodi (d. h. Modus 1, Modus 2 oder feste Gänge) des Hybridgetriebes 10 zu unterstützen. Die Hülsenwelle 66 ist außerdem ununterbrochen mit dem zweiten Motor/Generator 72 verbunden. Sämtliche Planetenradgruppen 24, 26 und 28 sowie die zwei Motor/Generatoren 56 und 72 sind koaxial etwa um die axial angeordnete Welle 60 orientiert. Es sei auch erwähnt, dass beide Motor/Generatoren 56 und 72 eine ringförmige Konfiguration haben, die ihnen ermöglicht, die drei Planetenradgruppen 24, 26 und 28 zu umschreiben, so dass die Planetenradgruppen 24, 26 und 28 radial innerhalb der Motor/Generatoren 56 und 72 angeordnet sind. Diese Konfiguration gewährleistet, dass die Gesamthülle – d. h. die Umfangsabmessung – des Getriebes 10 minimiert ist.
Eine Drehmomentübertragungsvorrichtung 73, die als der Synchronisierer 200 (in den 3A, 3B und 6 gezeigt) konfiguriert ist, verbindet wahlweise das Sonnenrad 40 mit Masse (d. h. mit dem Getriebegehäuse 68). Eine Drehmomentübertragungsvorrichtung 75, die als der Synchronisierer 200 (in den 3A, 3B und 6 gezeigt) konfiguriert ist, bringt daher die Planetenradgruppen 24, 26, die Motoren 56, 72 und den Eingang 12 in Eingriff, um sich als Gruppe zu drehen, indem das Sonnenrad 40 wahlweise mit dem Träger 44 verbunden wird. In der beispielhaften Ausführungsform sind sämtliche Drehmomentübertragungsvorrichtungen 62, 70, 73 und 75 als Synchronisierer 200 konfiguriert und enthalten jeweils einen Kupplungsmechanismus 250, um einen Eingriff zwischen Eingangs- und Ausgangsgetriebekomponenten zu schaffen, wie in den 3A, 3B und 6 veranschaulicht ist.
Die elektrische Speichervorrichtung 74 kommuniziert mit einem Getriebesteuermodul (ECU) 76 über Übertragungsleiter 78A und 78B. Das TCM 76 kommuniziert mit dem ersten Motor/Generator 56 durch Übertragungsleiter 78C und 78D, ähnlich kommuniziert das TCM 76 mit dem zweiten Motor/Generator 72 über Übertragungsleiter 78E und 78F.
Wie aus dem vorhergehenden Absatz hervorgeht, kann ein besonderes strukturgebendes Element, eine besondere strukturgebende Komponente oder Anordnung an mehr als einer Stelle verwendet werden. Wenn auf diesen Typ von strukturellem Element, struktureller Komponente oder Anordnung allgemein Bezug genommen wird, wird ein gemeinsames Bezugszeichen verwendet. Wenn jedoch eines der strukturgebenden Elemente, Komponenten oder Anordnungen, das bzw. die auf diese Weise identifiziert wird, einzeln identifiziert werden soll, wird darauf durch einen angehängten Buchstaben Bezug genommen, der in Kombination mit dem Bezugszeichen verwendet wird, das für die allgemeine Identifizierung des strukturgebenden Elements, der strukturgebenden Komponente oder Anordnung verwendet wird. Daher gibt es wenigstens sechs Übertragungsleiter, die allgemein mit dem Bezugszeichen 78 identifiziert werden, die spezifischen einzelnen Übertragungsleiter werden jedoch in dieser Beschreibung und in den Zeichnungen mit 78A, 78B, 78C, 78D, 78E und 78F identifiziert. In der gesamten Beschreibung wird die gleiche Suffix-Konvention verwendet.
An dem Eingangselement 12 kann ein Antriebszahnrad 80 abgehend vorhanden sein. Wie dargestellt, verbindet das Antriebszahnrad 80 das Eingangselement 12 mit dem äußeren Zahnradelement 30 der ersten Planetenradgruppe 24, weshalb das Antriebszahnrad 80 Leistung von der Maschine 14 und/oder den Motor/Generatoren 56 und/oder 72 aufnimmt. Das Antriebszahnrad 80 ist mit einem Freilaufzahnrad 82 in einem kämmenden Eingriff, das seinerseits mit einem Übertragungszahnrad 84 in einem kämmenden Eingriff ist, das an einem Ende einer Welle 86 befestigt ist. Das andere Ende der Welle 86 kann an einer Getriebefluidpumpe und/oder einer PTO-Einheit, die entweder einzeln oder gemeinsam mit 88 bezeichnet sind, befestigt sein.
Um eine vollständige Erläuterung des Betriebs eines Getriebes zu geben, das die Konzepte der vorliegenden Erfindung ausführt, wird eine Beschreibung der Betriebsmodi (d. h. Modus 1, Modus 2 oder feste Gänge), die verwendet werden, um die Ausgangsleistung und die Drehzahlen zu erzielen, die erforderlich sind, um die Anforderungen der Bedienungsperson unter verschiedenen Betriebsbedingungen zu erreichen, mit Bezug auf die bevorzugte Ausführungsform gegeben. Als solche beschreibt die folgende Beschreibung die vollständigen Leistungsbetriebszustände des bestimmten Getriebes, das mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist.
Das beispielhafte Getriebe 10 ist ein elektromechanisches, kombiniert leistungsverzweigtes Doppelmodus-Fahrzeuggetriebe. Mit anderen Worten, das Ausgangselement 64 empfängt Leistung über zwei verschiedene Getriebezüge in dem Getriebe 10. Ein Erster der Getriebezüge umfasst den Modus 1, der gewählt wird, wenn die Drehmomentübertragungsvorrichtung 70 (d. h. der in den 3A, 3B und 6 gezeigte Synchronisierer 200) aktiviert ist, um das äußere Zahnradelement 46 der dritten Planetenradgruppe 28 zu ”erden”. Ein Zweiter der Getriebezüge umfasst den Modus 2, der gewählt wird, wenn die Drehmomentübertragungsvorrichtung 70 (d. h. der in den 3A, 3B und 6 gezeigte Synchronisierer 200) ausgerückt ist und wenn die Drehmomentübertragungsvorrichtung 62 (d. h. der in den 3A, 3B und 6 gezeigte Synchronisierer 200) gleichzeitig aktiviert ist, um die Welle 60 mit dem Träger 52 der dritten Planetenradgruppe 28 zu verbinden.
Der Fachmann auf dem Gebiet erkennt, dass das TCM 76 dazu dient, einen Bereich von Ausgangsdrehzahlen von verhältnismäßig niedrig zu verhältnismäßig hoch innerhalb jedes Betriebsmodus bereitzustellen. Diese Kombination aus zwei Getriebezügen (d. h. Modus 1 und Modus 2) mit einem niedrigen bis hohen Ausgangsdrehzahlbereich in jedem Betriebsmodus ermöglicht dem Getriebe 10, ein Fahrzeug aus einem stationären Zustand zu Autobahngeschwindigkeiten voranzutreiben und dabei andere Ziele der Erfindung zu erfüllen. Weiterhin koordiniert das TCM 76 den Betrieb des Getriebes 10 so, um zwischen dem Modus 1 und dem Modus 2 synchronisierte Schaltzugänge zuzulassen. Wie erwähnt, wird der Betrieb der bevorzugten Ausführungsform mit Bezug auf den vollständigen Leistungsbetrieb beschrieben, insoweit, als diese Weise die allgemeinen betriebstechnischen Konzepte umfassend beschreibt.
Es wird außerdem darauf hingewiesen, dass sich in der folgenden Beschreibung der erste und der zweite Betriebsmodus (d. h. Modus 1 und Modus 2) auf Umstände beziehen, in denen die Getriebefunktionen durch eine Einzige der Drehmomentübertragungsvorrichtungen 62 oder 70, die beide als der Synchronisierer 200 (in den 3A, 3B und 6 gezeigt) konfiguriert sein können, und durch die gesteuerte Drehzahl und das gesteuerte Drehmoment der Motor/Generatoren 56 und 72 gesteuert werden. Außerdem werden im Folgenden bestimmte Betriebsbereiche beschrieben, in denen ein Betrieb mit festem Verhältnis durch Anwenden einer Zusätzlichen der Drehmomentübertragungsvorrichtungen 62, 73 oder 75 erzielt werden kann.
Wenn die Hauptkraftstoffeinspritzung in jede Verbrennungskammer wahlweise gesteuert wird, wird eine zusätzliche Drehmomentübertragungsvorrichtung 62, 73 oder 75 angewendet und wird ein festes Verhältnis der Eingangs- zur Ausgangsdrehzahl erzielt. Die Drehungen der Motor/Generatoren 56, 72 hängen dann von der internen Drehung des Mechanismus ab, die durch Einrücken einer der Drehmomentübertragungsvorrichtung 62, 73 oder 75 definiert ist und zu der Eingangsdrehzahl proportional ist. Die Motor/Generatoren 56 und 72 können noch immer als Motoren oder als Generatoren arbeiten; sie sind jedoch von der Maschine 14 bei der Ausgabe eines Leistungsflusses völlig unabhängig, so dass es möglich ist, dass beide als Motoren oder beide als Generatoren oder in einer Kombination hiervon arbeiten. Dies ermöglicht beispielsweise während der Beschleunigung im ersten festen Verhältnis, dass die Leistung der Maschine 14 und die beiden Einheiten, die als Motoren arbeiten und Leistung von der Energiespeichervorrichtung 74 annehmen, beim Vortrieb des Fahrzeugs über den Planetenradgruppe 28 zum Ausgang 64 additiv wirken.
Es wird auch erwähnt, dass die Funktion des Getriebes 10 jederzeit vom Betrieb in einem der festen Gänge in die Modi 1 oder 2 durch Abschalten der Drehmomentübertragungsvorrichtung 62, 73 oder 75 während einer Betriebsart umgeschaltet werden kann. Die Bestimmung des Betriebs im festen Gang, Modus 1 oder Modus 2 erfolgt durch Algorithmen im TCM 76, das das Getriebe 10 steuert.
2 beschreibt den Betrieb des Getriebes 10 in Tabellenform, der die Aktivierung spezifischer Drehmomentübertragungsvorrichtungen C1 70, C2 62, C3 73 und C4 75 umfasst. Dies umfasst den Modus 1, den Modus 2 und ein 1., 2., 3. und 4. festes Verhältnis. Es wird angemerkt, dass der Modus 1 und der Modus 2 mit dem Betriebsverhältnis überlappen können und dass die Auswahl erneut von der Eingabe der Bedienungsperson und von der Antwort des Fahrzeugs auf diese Eingabe abhängt. Der Bereich des 1. festen Verhältnisses fällt in den Betrieb im Modus 1, wenn C1 und C4 (Drehmomentübertragungsvorrichtung 70 und 75) eingerückt sind, während der Bereich des 2. festen Verhältnisses in den Modus 1 fällt, wenn C2 und C1 (Drehmomentübertragungsvorrichtungen 62 und 70) eingerückt sind. Der Bereich des dritten festen Verhältnisses ist während des Modus 2 verfügbar, wenn C2 und C4 (Drehmomentübertragungsvorrichtungen 62 und 75) eingerückt sind, während der Bereich des 4. festen Verhältnisses während des Modus 2 verfügbar ist, wenn C2 und C3 (Drehmomentübertragungsvorrichtungen 62 und 73) eingerückt sind. Wie oben diskutiert worden ist, kann irgendeine von C1, C2, C3 und C4 den Synchronisierer 200 enthalten, der in den 3A, 3B und 6 veranschaulicht ist.
Wenn im Modus 1 das TCM 76 bestimmt hat, dass die Bedienungsperson aus einem stationären Zustand heraus eine Vorwärtsbewegung wünscht und beschleunigen möchte, wird die Drehmomentübertragungsvorrichtung 20 betriebstechnisch eingerückt, um die Maschine 14 mit dem Hybridgetriebe 10 zu verbinden, während die Drehmomentübertragungsvorrichtung 20 angewendet bleibt, wenn sich das Fahrzeug über einen Geschwindigkeitsbereich vorwärts bewegt, wie später vollständiger beschrieben wird. Die Drehmomentübertragungsvorrichtung 62, die als der Synchronisierer 200 konfiguriert ist, wird nicht angewendet und bleibt ausgerückt. Die Drehmomentübertragungsvorrichtung 70, die als der Synchronisierer 200 konfiguriert ist, ist eingerückt. In dieser Situation bringt die Maschine 14 Antriebsleistung auf das äußere Zahnradelement 30 der ersten Planetenradgruppe 24, so dass sich das äußere Element 30 im Einklang mit dem Eingangselement 12 (und somit mit der Maschine 14) dreht. Der erste Motor/Generator 56 dreht gleichzeitig das innere Zahnradelement 32 der ersten Planetenradgruppe 24 und das äußere Zahnradelement 38 der zweiten Planetenradgruppe 26 in der gleichen Richtung, wodurch der Träger 36 in der gleichen Richtung angetrieben wird – was eine Drehung des inneren Zahnradelements 40 der zweiten Planetenradgruppe 24 bewirkt.
Der zweite Motor/Generator 72 arbeitet während des Modus 1 als ein Motor, wobei der Motor/Generator 72 als solcher die Hülsenwelle 66 in jener Richtung antreibt, wodurch das innere Zahnradelement 48 der dritten Planetenradgruppe 28 gedreht wird, um die Planetenräder 50 der dritten Planetenradgruppe 28 gegen das äußere Zahnradelement 46 der dritten Planetenradgruppe 28 zu drehen. Das äußere Zahnradelement 46 ist fest, indem es geerdet worden ist, so dass der Träger 52 das Ausgangselement 64 in jener Richtung antreibt, die erforderlich ist, um die Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs zu bewirken.
Diese Drehung der Hülsenwelle 66, die durch die Drehung des zweiten Motor/Generators 72 bewerkstelligt wird, der als ein Motor arbeitet, dreht auch das innere Zahnradelement 40 der zweiten Planetenradgruppe 26. Da die Drehmomentübertragungsvorrichtung 62, die als der Synchronisierer 200 konfiguriert ist, ausgerückt bleibt, sind die Träger 36 und 44 der ersten bzw. der zweiten Planetenradgruppe 24 bzw. 26 frei drehbar – jedoch nur im Gleichklang, sofern die beiden Träger 36 und 44 einen Verbund bilden. Im Ergebnis zwingen die Drehung des äußeren Zahnradelements 30 der ersten Planetenradgruppe 24, die durch die Maschine 14 bewirkt wird, und die Drehung des inneren Zahnradelements 40, die durch den zweiten Motor/Generator 72 bewirkt wird, das innere Zahnradelement 32 der ersten Planetenradgruppe 24 und das damit verbundene äußere Zahnradelement 38 der zweiten Planetenradgruppe 26 dazu, den ersten Motor/Generator 56 in dieser Richtung und mit dieser Drehzahl anzutreiben, wodurch der erste Motor/Generator 56 wenigstens anfangs dazu veranlasst wird, als Generator zu dienen.
Im Normalbetrieb wäre nur die Drehmomentübertragungsvorrichtung 70, die als der Synchronisierer 200 konfiguriert ist, bei niedrigen Drehzahlen eingerückt, wenn jedoch eine maximale Leistung gefordert ist, ist auch die Drehmomentübertragungsvorrichtung 75, die als der Synchronisierer 200 konfiguriert ist, eingerückt. Die Motoren 56, 72 können mit der als der Synchronisierer 200 konfigurierten Drehmomentübertragungsvorrichtung 75 eingeschaltet werden, um die maximal verfügbare Leistung zu erzielen, ferner kann die Leistung der Motor/Generatoren 56, 72 verringert werden, um die Betriebstemperaturen zu verringern. Diese Drehmomentübertragungsvorrichtung 75, die als der Synchronisierer 200 konfiguriert ist, schafft auch die Fähigkeit für die Maschine 14 und für beide Motor/Generatoren 56 und 72, das Fahrzeug für eine maximale Beschleunigung gleichzeitig voranzutreiben.
Wenn im Modus 1 zum zweiten festen Gangverhältnis geschaltet wird, wird die als der Synchronisierer 200 konfigurierte Drehmomentübertragungsvorrichtung 75 ausgerückt, während die Drehmomentübertragungsvorrichtungen 62 und 70, die beide als der Synchronisierer 200 konfiguriert sind, eingerückt werden. Alle drei Zahnradsätze 24, 26, 28 sind aktiv und das Verhältnis beträgt 1,7:1, wobei die Motor/Generatoren 56, 72 während des Einrückens der Drehmomentübertragungsvorrichtungen 62 und 70, die beide als der Synchronisierer 200 konfiguriert sind, für den vollen mechanischen Betrieb abgeschaltet werden können. Während des zweiten festen Gangverhältnisses können die Motoren 56, 72 frei laufen, wobei kein Drehmoment vorhanden ist. Der Modus 1 endet, wenn die Drehmomentübertragungsvorrichtung 70, die als der Synchronisierer 200 konfiguriert ist, ausgerückt wird und die Drehmomentübertragungsvorrichtung 62, die als der Synchronisierer 200 konfiguriert ist, für den Modus 2 mit hohem Wirkungsgrad eingerückt bleibt.
Das 3. und des 4. feste Verhältnis sind während des zweiten Modus verfügbar. Das 3. feste Verhältnis kann durch gleichzeitiges Einrücken der Drehmomentübertragungsvorrichtungen 62 und 75, die beide als der Synchronisierer 200 arbeiten, wodurch sämtliche Zahnradsätze in einem 1:1-Verhältnis stehen, so dass sich der Ausgang 64 mit der gleichen Drehzahl wie der Eingang 12 dreht, erzielt werden. Das 4. feste Verhältnis kann durch das Einrücken der Drehmomentübertragungsvorrichtungen 62 und 73, die beide als der Synchronisierer 200 arbeiten, erzielt werden, wobei der erste und der zweite Planetenradgruppe 24 und 26 aktiv sind und die Motor/Generatoren 56 und 72 frei laufen, wobei kein Drehmoment vorhanden ist. Daher schafft das Getriebe 10 der Erfindung drei mechanische Punkte für vier verfügbare feste Verhältnisse, wodurch die elektrischen Verluste in den Motor/Generatoren 56 und 72 minimiert werden, während im ersten Modus über den Eingriff der Drehmomentübertragungsvorrichtung 75, die als der Synchronisierer 200 konfiguriert ist, schnell eine maximale Leistung bereitgestellt wird.
Alternativ könnte die Drehmomentübertragungsvorrichtung 75, die als der Synchronisierer 200 arbeitet, irgendwo an den Planetenradgruppen 24 und 26 positioniert sein. Beispielsweise kann die Drehmomentübertragungsvorrichtung 75, die als der Synchronisierer 200 konfiguriert ist, das Sonnenrad 40 und das Hohlrad 48 der zweiten Planetenradgruppe 26 verbinden. In einer weiteren Alternative kann die Überbrückungskupplung den Träger 36 und das Hohlrad 30 der ersten Planetenradgruppe 24 verbinden.
4 ist eine graphische Darstellung der Umdrehungen pro Minute (RPM) jedes Motor/Generators 56 und 72 sowie der Maschine 14 relativ zu der Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Meilen pro Stunde (MPH), die kraft des Getriebes 10, das in 1 dargestellt ist, erhalten wird. Die Kurve 22 ist die graphische Darstellung der Drehzahl der Maschine 10 in Umdrehungen pro Minute (RPM) gegenüber der Geschwindigkeit in Meilen pro Stunde (MPH) des Fahrzeugs, in das die Maschine 14 und das Hybridgetriebe 10 eingebaut sind. Es wird erwähnt, dass die Kurve 22 einfachheitshalber nicht durch sichtbare Aufzeichnungspunkte unterbrochen ist. Die Kurve 90 ist die graphische Darstellung der Drehzahl (RPM) des ersten Motor/Generators 56 ebenfalls relativ zu der Geschwindigkeit (MPH) des Fahrzeugs. Diese Kurve kann einfach durch die Tatsache unterschieden werden, dass die Punkte der graphischen Darstellung als kleine Quadrate erscheinen. Die Kurve 92 ist die graphische Darstellung der Drehzahl (RPM) des zweiten Motor/Generators 72 relativ zu der Geschwindigkeit (MPH) des Fahrzeugs. Diese Kurve kann einfach durch die Tatsache unterschieden werden, dass die Punkte der Darstellung als kleine Kreise erscheinen.
Der Modus 1 des Getriebes 10 erstreckt sich von der Abszisse, die die Maschinendrehzahl (RPM) bezeichnet, zu der Linie 94, die zu der Abszisse parallel ist und die das Schalten vom Modus 1 zum Modus 2 des Getriebes 10 definiert. In der beschriebenen repräsentativen Ausführungsform erstreckt sich der Modus 1 vom Fahrzeug in Ruhe zu einer Vorwärtsgeschwindigkeit in der Größenordnung von etwa 21 MPH. Bei Geschwindigkeiten größer als etwa 21 MPH arbeitet das Getriebe im Modus 2.
Wie früher erwähnt, arbeitet der zweite Motor/Generator 72 als ein Motor im Modus 1 von null bis etwa 21 MPH. Der erste Motor/Generator 56 arbeitet jedoch als ein Generator bis etwa 16 MPH – durch den Aufzeichnungspunkt 96 auf der Kurve 90 repräsentiert – während er danach als ein Motor im Modus 1 arbeitet. Der oben genannte Übergang des Betriebs des ersten Motor/Generators 56 ist die Folge der Anzahl von Zähnen auf den verschiedenen Zahnrädern in den Planetenraduntergruppen, die bewirken, dass sich die Drehzahlen der zwei Motor/Generatoren 76 und 72 bei verschiedenen Betriebsgeschwindigkeiten des Fahrzeugs umkehren.
Der Übergang von dem ersten zum zweiten Betriebsmodus wird durch Ausrücken der Drehmomentübertragungsvorrichtung 70, die als der Synchronisierer 200 konfiguriert ist, und durch gleichzeitiges Anwenden der Drehmomentübertragungsvorrichtung 62, die als der Synchronisierer 200 konfiguriert ist, erzielt. Am Beginn des Modus 2 geht der erste Motor/Generator 56 vom Betrieb als ein Motor in einen Betrieb als ein Generator über. Sofern der Übergang vom Betrieb des Getriebes 10 im Modus 1 zum Modus 2 bei der Linie 94 auftritt, tritt der Übergang des ersten Motor/Generators 56 von einem Motor zu einem Generator am Punkt 100 auf der Kurve 90 auf – wodurch auch der Schnittpunkt der Kurve 92 mit der Linie 94 beschrieben wird. Der erste Motor/Generator 56 arbeitet während des Betriebs des Getriebes 10 im Modus 2 weiterhin als ein Generator, während das Fahrzeug von etwa 21 MPH bis etwa 25 MPH an Geschwindigkeit zunimmt. Bei etwa 25 MPH geht der erste Motor/Generator 56 vom Betrieb als ein Generator zurück zum Betrieb als ein Motor. Dieser Übergang ist als Punkt 102 auf der Kurve 90 repräsentiert. Der erste Motor/Generator 56 arbeitet danach fortgesetzt als ein Motor.
Am Beginn von Modus 2 setzt der zweite Motor/Generator 72 den Betrieb als ein Motor fort. Tatsächlich arbeitet der zweite Motor/Generator 72 als ein Motor, bis das Fahrzeug eine Geschwindigkeit von etwa 33,6 MPH erreicht, wie als Auftragungspunkt 102 auf der Kurve 92 repräsentiert ist, wobei er an diesem Punkt in den Betrieb als ein Generator übergeht und danach fortgesetzt als ein Generator arbeitet.
Bei der oben beschriebenen Konfiguration des Getriebes 10 und bei der oben erwähnten Anzahl von Zähnen auf den inneren und äußeren Zahnradelementen schafft das Getriebe 10 zwei mechanische Punkte, während es im zweiten Modus arbeitet. D. h., dass der erste Motor/Generator 56 bei etwa 27 MPH eine Drehzahl von null besitzt, wie durch den Punkt 106 auf der Kurve 90 angegeben ist. Weiterhin hat der zweite Motor/Generator 70 bei etwa 62 MPH eine Drehzahl von null, wie durch den Punkt 108 auf der Kurve 92 angegeben ist. Daher schafft das Getriebe 10 im Modus 2 zwei mechanische Punkte.
Selbstverständlich ist der exakte Ort der oben genannten mechanischen Punkte nicht nur durch die Anzahl der Zähne auf den inneren und äußeren Zahnradelementen der Planetenraduntergruppen, sondern auch durch die Drehzahl der Eingangswelle 12 festgelegt. Daher wird bei der offenbarten Anzahl von Zähnen für die inneren und äußeren Zahnradelemente in der Ersten der beispielhaften Ausführungsformen eine Zunahme der Drehzahl der Eingangswelle 12 die Orte der mechanischen Punkte zur höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten verschieben und wird umgekehrt eine Verringerung der Drehzahl des Eingangselements 12 die mechanischen Punkte zu niedrigeren Fahrzeuggeschwindigkeiten verschieben.
In der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung sind, wie oben erwähnt worden ist, beide Drehmomentübertragungsvorrichtungen 62 und 70 als der Synchronisierer 200 konfiguriert. Ausführungsformen, die in Betracht gezogen werden, können jedoch Drehmomentübertragungsvorrichtungen 70 enthalten, die als der Synchronisierer 200 konfiguriert sind, während die Drehmomentübertragungsvorrichtung 62 als eine selektive Einwegkupplungsvorrichtung (SOWC) konfiguriert ist, und die Drehmomentübertragungsvorrichtung 62 enthalten, die als der Synchronisierer 200 konfiguriert ist, während die Drehmomentübertragungsvorrichtung 70 als die SOWC konfiguriert ist. Ebenso kann ferner erkannt werden, dass alternative Ausführungsformen die Drehmomentübertragungsvorrichtung 62 enthalten, die als der Synchronisierer 200 konfiguriert ist, während die Drehmomentübertragungsvorrichtung 70 eine bekannte Nasskupplung ist, oder alternativ die Drehmomentübertragungsvorrichtung 70 enthalten, die als der Synchronisierer 200 konfiguriert ist (in den 3A, 3B und 6 gezeigt), während die Drehmomentübertragungsvorrichtung 62 als die bekannte Nasskupplung konfiguriert ist. Weiterhin können die Drehmomentübertragungsvorrichtungen 73 und 75 als der Synchronisierer 200, SOWCs, bekannte Nasskupplungen oder irgendeine Kombination hiervon konfiguriert sein.
Die SOWCs können in einigen Getrieben verwendet werden, um parasitäre Verluste zu verringern. Bekannte SOWCs können Drehmoment zwischen nebeneinander befindlichen koaxialen drehenden Vorrichtungen übertragen, wenn sie angewendet werden. Jede der nebeneinander liegenden rotierenden Vorrichtungen besitzt einen Laufring. Ein Laufring ist radial konzentrisch zu dem Laufring der anderen rotierenden Vorrichtung und diesem gegenüber orientiert, alternativ sind die beiden Laufringe einander axial gegenüber angeordnet. Mehrere steuerbare Drehmomentübertragungsvorrichtungen, z. B. Rollen, Klötze, Kipphebel oder Streben sind mit einem der Laufringe verbunden und so positioniert, dass sie dem anderen Laufring gegenüberliegen. Der gegenüberliegende Laufring enthält mehrere Oberflächenaufnahmemerkmale, die den steuerbaren Drehmomentübertragungsvorrichtungen entsprechen. Bekannte wählbare Einwegkupplungsvorrichtungen werden durch Steuern der steuerbaren Drehmomentübertragungsvorrichtungen angewendet, um mit den Oberflächenaufnahmemerkmalen in Wechselwirkung zu treten und mit diesen verbunden zu werden, um Drehungen der nebeneinander liegenden Drehvorrichtungen zu verriegeln, um dazwischen Drehmoment zu übertragen. Wenn sich eine der nebeneinander liegenden Drehvorrichtungen in der ersten Richtung dreht, wird Drehmoment an die andere benachbarte Drehvorrichtung übertragen. Wenn die benachbarte Drehvorrichtung sich in einer zweiten Richtung, die zu der ersten Richtung entgegengesetzt ist, dreht, wird kein Drehmoment übertragen, was ermöglicht, dass die Drehvorrichtung frei läuft.
Die Synchronisierer können verwendet werden, um parasitäre Verluste wesentlich zu reduzieren, um dadurch die Kraftstoffersparnis zu verbessern. Synchronisierer, die einem Kupplungsmechanismus zugeordnet sind, können verwendet werden, um zwei rotierende Getriebekomponenten in Eingriff zu bringen, so dass sie sich mit derselben Drehzahl drehen, während ein Getriebestoß oder eine merkliche Impulslast während eines Betriebsmoduswechsels (d. h. entweder in den Modus 1, in den Modus 2 oder in feste Gänge) vermieden wird. Synchronisierer können wahlweise aktiviert werden, um eine bestimmte Getriebekomponente einzurücken oder zu erden, und deaktiviert werden, um eine bestimmte Getriebekomponente auszurücken oder seine Erdung zu lösen, wenn das Getriebe die Betriebsmodi wechselt (d. h. in den Modus 1, in den Modus 2 oder in feste Gänge).
In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen die 3A und 3B den beispielhaften Synchronisierer 200. Wie oben diskutiert worden ist, kann der Synchronisierer 200 verwendet werden, um zwei rotierende Komponenten des Getriebes 10 gleichmäßig einzurücken, so dass sie sich mit derselben Drehzahl drehen, während ein Getriebestoß oder eine merkliche Impulslast während eines Betriebsmoduswechsels vermieden wird. Ebenso kann der Synchronisierer 200 eine rotierende Getriebekomponente an einer stationären Komponente im Getriebe 10 (d. h. an dem Getriebegehäuse) erden. In 3A kann der Synchronisierer 200 wahlweise in einen ausgerückten Zustand deaktiviert werden, während sich die jeweilige Getriebekomponente unabhängig dreht, wenn das Getriebe 10 Betriebsmodi wechselt (d. h. Modus 1, Modus 2 oder feste Gänge), deshalb es frei laufen kann. In 3B kann der Synchronisierer 200 wahlweise aktiviert werden, wobei die jeweilige Getriebekomponente mit einer weiteren Getriebekomponente eingerückt ist, so dass dazwischen Leistung übertragen wird. Es sollte erkannt werden, dass der beispielhafte Synchronisierer 200 einer Drehmomentübertragungsvorrichtung entspricht, die zwei rotierende Getriebekomponenten einrückt, ähnlich wie die Drehmomentübertragungsvorrichtung 62. Der beispielhafte Synchronisierer 200 kann jedoch ähnlich konfiguriert sein, um einer Drehmomentübertragungsvorrichtung zu entsprechen, um eine rotierende Getriebekomponente mit einer stationären Getriebekomponente zu erden, ähnlich wie die Drehmomentübertragungsvorrichtung 70 am Getriebegehäuse 68. Es wird erkannt werden, dass der beispielhafte Synchronisierer 200 einem Kupplungsmechanismus 250 zugeordnet ist, der konfiguriert ist, um ein Einrücken zwischen Eingangs- und Ausgangs-Getriebekomponenten zu schaffen.
Wie weiterhin in den 3A und 3B gezeigt ist, stellt der beispielhafte Synchronisierer 200 ein gleichmäßiges Einrücken sicher, indem er die Drehzahlen zwischen den jeweiligen Getriebekomponenten, d. h. den Eingangs- und Ausgangs-Getriebekomponenten im Wesentlichen zur Übereinstimmung bringt, wenn das Getriebe Betriebsmodi (d. h. Modus 1, Modus 2 oder feste Gänge) wechselt. Der Synchronisierer 200 enthält die Ausgangskomponenten, die vorzugsweise eine rotierende Gehäuseanordnung 202, ein Vorbelastungselement 203, ein Kolbenelement 204, ein Kolbenausgleichselement 206, ein Hülsenelement 208, ein Blockierelement 210 und einen Ausgangskonus 214 umfassen; die Eingangskomponenten umfassen vorzugsweise einen Eingangskonus 212, ein Eingangselement 216 und Eingangszähne 217. Ferner umfasst, wie hier genauer diskutiert wird, der Kupplungsmechanismus 250 ein Kolbenelement 204, das Kolbenausgleichselement 206, das Vorbelastungselement 203 und das Hülsenelement 208, die den Ausgangskomponenten zugeordnet sind, wobei der Kupplungsmechanismus 250 in der beispielhaften Ausführungsform eine Klauenkupplungsanordnung ist.
Wie wiederum in 3A gezeigt ist, wird dann, wenn der Synchronisierer 200 im ausgerückten Zustand ist, zwischen den Eingangs- und den Ausgangskomponenten des Synchronisierers 200 keine Leistung übertragen. Wenn der Synchronisierer 200 ausgerückt ist, drehen sich die Ausgangskomponenten einschließlich der rotierenden Gehäuseanordnung 202, des Vorbelastungselements 203, des Kolbenelements 204, des Kolbenausgleichers 206, des Hülsenelements 208 und des Ausgangskonus 214, sämtlich mit derselben Drehzahl. Die Eingangskomponenten einschließlich des Eingangselements 216, der Eingangszähne 217 und des Eingangskonus 212 drehen sich gemeinsam, jedoch unabhängig von den Ausgangskomponenten. In einer alternativen Ausführungsform sind sämtliche Ausgangskomponenten stationär, während sich die Eingangskomponenten gemeinsam mit derselben Drehzahl drehen. In einer weiteren alternativen Ausführungsform drehen sich sämtliche Ausgangskomponenten gemeinsam mit derselben Drehzahl, während die Eingangskomponenten stationär sind.
In 3B wird der Synchronisierer 200 wahlweise aktiviert und in den eingerückten Zustand versetzt, wobei Leistung zwischen den Eingangs- und Ausgangskomponenten des Synchronisierers 200 übertragen werden. In einem beispielhaften Beispiel entspricht der Synchronisierer 200 der Drehmomentübertragungsvorrichtung 62, wobei die Eingangskomponenten der Welle 60 zugeordnet sind und die Ausgangskomponenten des Synchronisierers 200 dem Träger 52 der dritten Planetenradgruppe 28 zugeordnet sind. Alternativ können die Eingangskomponenten dem Träger 52 zugeordnet sein und können die Ausgangskomponenten der Welle 60 zugeordnet sein. In einem weiteren beispielhaften Beispiel entspricht der Synchronisierer 200 der Drehmomentübertragungsvorrichtung 70, wobei die Eingangskomponenten dem äußeren Zahnradelement 46 der Planetenradgruppe 28 zugeordnet sind und die Ausgangskomponenten dem Getriebegehäuse 68 zugeordnet sind. Alternativ können die Eingangskomponenten so konfiguriert sein, dass sie dem Getriebegehäuse 68 zugeordnet sind und die Ausgangskomponenten dem Ausgangszahnradelement 46 zugeordnet sein können.
Die wahlweise Betätigung des Synchronisierers 200 kann durch das TCM 76 geschaffen werden, wobei Drehzahlen zwischen den Eingangs- und Ausgangskomponenten zunächst synchronisiert werden, woraufhin der dem Synchronisierer 200 zugeordnete Kupplungsmechanismus 250 einen Eingriff zwischen den Eingangs- und Ausgangskomponenten erreicht. Genauer befiehlt das TCM 76 dem Kolbenelement 204, auf das Hülsenelement 208 eine Synchronisationskraft 220 auszuüben, mit der Folge, dass das Hülsenelement 208 eine longitudinale Übertragung zu den Eingangskomponenten bewerkstelligt und eine Kompression gegen das Blockierelement 210 bewirkt. Die Kompression zwischen dem Hülsenelement 208 und dem Blockierelement 210 erzeugt zwischen den Eingangs- und Ausgangskonussen 212 bzw. 214 eine Reibung, um die Eingangs- und Ausgangsdrehzahlen der Eingangs- bzw. Ausgangskomponenten zu synchronisieren. Wenn die Eingangs- und Ausgangskomponenten synchronisiert sind (d. h. die Drehzahlen gleich sind), ist der Kupplungsschlupf zwischen den Eingangs- und Ausgangskomponenten effektiv null. Daher tritt in Perioden, in denen der gemessene Kupplungsschlupf zwischen den Eingangs- und Ausgangskomponenten im Wesentlichen null ist, ein gleichmäßiger Übergang auf, um die Eingangs- und Ausgangskomponenten effektiv einzurücken. Ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkennt, dass das Kupplungshaltedrehmoment null ist, wenn der Kupplungsschlupf null ist. Die Verwendung des Synchronisierers 200 ermöglicht, dass die Drehzahlen der Eingangs- und Ausgangskomponenten nur in derselben Umgebung voneinander sind, wobei der Synchronisierer 200 eine Synchronisation von Drehzahlen zwischen den Eingangs- und Ausgangskomponenten schafft, um einen Kupplungsschlupf von im Wesentlichen null herzustellen und zu halten, um ein optimales gleichmäßiges Eingreifen zwischen Getriebekomponenten (d. h. Eingangs- und Ausgangskomponenten) zu erreichen.
Nachdem das TCM 76 bestimmt hat, dass die Eingangs- und Ausgangsdrehzahlen der Eingangs- bzw. Ausgangskomponenten effektiv synchronisiert sind (d. h. dass der Kupplungsschlupf im Wesentlichen null ist), wird der dem Synchronisierer 200 zugeordnete Kupplungsmechanismus 250 aktiviert, wobei eine durch das Kolbenelement 204 gegen das Hülsenelement 208 ausgeübte Kupplungskraft 222 bereitgestellt wird. Die Kupplungskraft 222 verschiebt das Hülsenelement 208 longitudinal zu dem Eingangselement 216, wodurch die Eingangszähne 217, die dem Eingangselement 216 zugeordnet sind, mit dem Hülsenelement 208 in Eingriff gelangen. Die longitudinale Verschiebung des Hülsenelements 208 wird beendet, wenn der Eingriff zwischen dem Hülsenelement 208 und den Eingangszähnen 217 erreicht ist, wobei das Hülsenelement 208 mit einem inneren Einrastring 218 in Kontakt ist.
Ebenso ist der dem Synchronisierer 200 zugeordnete Kupplungsmechanismus 250, wenn er wahlweise deaktiviert ist, konfiguriert, um den Eingriff zwischen den Eingangskomponenten und den Ausgangskomponenten zu lösen und freizugeben. Das Vorbelastungselement 203 schafft eine Vorbelastungskraft 228, um das Kolbenelement 204 und das Hülsenelement 208 in den in 3A gezeigten ausgerückten Zustand zurückzustellen. Es sollte erkannt werden, dass das zwischen den Eingangs- und Ausgangskomponenten übertragene Drehmoment auf im Wesentlichen null reduziert werden muss, um den Synchronisierer 200 und den ihm zugeordneten Kupplungsmechanismus 250 zu deaktivieren und um dadurch die Eingangs- und Ausgangskomponenten auszurücken.
In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist eine Explosionsansicht des in den 3A und 3B beschriebenen Synchronisierers in 6 gezeigt. Der Synchronisierer 200 umfasst ein erstes rotierendes Gehäuseelement 202a, das Vorbelastungselement 203, das Kolbenelement 204, das Kolbenausgleichselement 206, einen äußeren Rückhaltering 207, das Hülsenelement 208, ein zweites rotierendes Gehäuseelement 202b, das Blockierelement 210, den Eingangskonus 212, den Ausgangskonus 214, das Eingangselement 216 und den inneren Einrastring 218. In den oben erwähnten Ausführungsformen wird anerkannt, dass die Drehmomentübertragungsvorrichtung 62, die wie der Synchronisierer 200 konfiguriert ist, die Überwachung der Drehzahlen von zwei rotierenden Getriebekomponenten, nämlich der Welle 60 und des Trägers 52 der dritten Planetenradgruppe 28, umfasst. Für einen optimalen gleichmäßigen Eingriff zwischen der Welle 60 und dem Träger 52 müssen die Drehzahlen im Wesentlichen gleich sein, weshalb ein Kupplungsschlupf von im Wesentlichen null zwischen den zwei Getriebekomponenten erwünscht ist. Wenn das TCM 76 bestimmt, dass die Drehzahlen der Welle 60 und des Trägers 52 in derselben Umgebung liegen, schafft der Synchronisierer 200 unter Verwendung des Kupplungsmechanismus 250 für die Ausübung der Synchronisationskraft 220 eine Synchronisation, um die Drehzahlen der Welle 60 und des Trägers 52 einander anzupassen. In einem nicht beschränkenden Beispiel liegen die Drehzahlen der rotierenden Getriebekomponenten in derselben Umgebung, wenn die Differenz zwischen Drehzahlen kleiner als 50 RPM ist. Wenn die Drehzahlen der Welle 60 und des Trägers 52 einander angepasst sind, kann für einen optimalen gleichmäßigen Eingriff zwischen der Welle 60 und dem Träger 52 ein Kupplungsschlupf von im Wesentlichen null hergestellt und aufrechterhalten werden, wobei der Eingriff durch den Kupplungsmechanismus 250 geschaffen wird, der die Kupplungskraft 222 ausübt. In einem nicht beschränkenden Beispiel ist der Kupplungsmechanismus 250 eine Klauenkupplungsanordnung.
Der Eingriff zwischen der Welle 60 und dem Träger 52 ist während des Betriebsmodus-Schaltens vom ersten festen Gang im Modus 1 zum zweiten festen Gang im Modus 1 erwünscht. Der Synchronisierer 200 hält den Eingriff zwischen der Welle 60 und dem Träger 52 während des Modus 2 und den dritten und vierten festen Gängen. Ebenso wird der dem Synchronisierer 200 zugeordnete Kupplungsmechanismus 250 deaktiviert, um den Träger 52 von der Welle 60 während Betriebsmodus-Schaltvorgängen von dem zweiten festen Gang zu dem ersten festen Gang im Modus 1 zu lösen. Es wird anerkannt werden, dass das Lösen des Trägers 52 von der Welle 60 erfordert, dass das zwischen dem Träger 52 und der Welle 60 übertragene Drehmoment auf im Wesentlichen null reduziert werden muss, bevor die Lösung des Eingriffs geschaffen werden kann.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird anerkannt werden, dass die Drehmomentübertragungsvorrichtung 70, die wie der Synchronisierer 200 konfiguriert ist, das Überwachen der Drehzahl einer rotierenden Getriebekomponente, nämlich des äußeren Zahnradelements 46 der dritten Planetenradgruppe 28, umfasst. Für einen gleichmäßigen Eingriff zwischen dem Ausgangszahnradelement 46 und dem stationären Getriebegehäuse 68 muss die Drehzahl des Ausgangszahnradelements 46 im Wesentlichen null sein, um einen gewünschten Kupplungsschlupf von im Wesentlichen null zwischen dem Ausgangszahnradelement 46 und dem Getriebegehäuse 68 zu schaffen. Wenn das TCM 76 bestimmt, dass die Drehzahl des Ausgangszahnradelements 46 in der Umgebung von null liegt, schafft der Synchronisierer 200 eine Synchronisation der Drehzahl des Ausgangszahnradelements 46, damit es mit jener des stationären Getriebegehäuses 68 übereinstimmt, wobei der Synchronisierer 200 den Kupplungsmechanismus 250 verwendet, um die Synchronisationskraft 220 auszuüben. In einem nicht beschränkenden Beispiel liegt die Drehzahl des Ausgangszahnradelements 46 bei Drehzahlen von weniger als 50 RPM in der Umgebung von null. Wenn die Drehzahl des Ausgangszahnradelements 46 mit jener des Getriebegehäuses 68 übereinstimmt (d. h. 0 RPM), kann ein Kupplungsschlupf von im Wesentlichen null für einen optimalen gleichmäßigen eingriff zwischen dem Ausgangszahnradelement 46 und dem Getriebegehäuse 68 hergestellt und aufrechterhalten werden, wobei der Eingriff durch Ausüben der Kupplungskraft 222, der durch den dem Synchronisierer 200 zugeordneten Kupplungsmechanismus 250 geschaffen wird, erzielt wird. In einem nicht beschränkenden Beispiel ist der Kupplungsmechanismus 250 eine Klauenkupplungsanordnung.
Der Eingriff zwischen dem Ausgangszahnradelement 46 und dem Getriebegehäuse 68 soll das Ausgangszahnradelement 46 daran erden. Das Erden des Ausgangszahnradelements 46 ist während des Fahrzeugstarts, des Rückwärtsmodus und dann, wenn das Fahrzeug in der Neutral- oder Parkstellung ist, erwünscht. Der Synchronisierer 200 hält die Erdung des Ausgangszahnradelements 46 während des ersten und des zweiten festen Gangs im Modus 1 aufrecht. Ebenso wird der dem Synchronisierer 200 zugeordnete Kupplungsmechanismus 250 deaktiviert, um das Ausgangszahnradelement 46 von dem Getriebegehäuse 68 zu lösen, wenn der Betriebsmodus vom zweiten festen Gang zum Modus 2 schaltet, um dadurch zu ermöglichen, dass das Ausgangszahnradelement 46 gelöst wird und frei läuft. Es wird anerkannt werden, dass das Ausrücken des Ausgangszahnradelements 46 von dem Getriebegehäuse 68 erfordert, dass das Drehmoment des Ausgangszahnradelements 60 im Wesentlichen auf null reduziert wird, bevor das Ausrücken geschaffen wird. Ferner ist während einer Bremsregeneration, wenn der Betriebsmodus vom Modus 2 zum zweiten festen Gang im Modus 1 schaltet, das Erden des Ausgangszahnradelements 46 an dem Getriebegehäuse 48 erwünscht.
Nun werden mit Bezug auf die 1, 3A–B, 5A–B und 6 Algorithmen 500 und 520 für die Schaffung des wahlweisen Einrückens und Ausrückens zwischen den Eingangs- und Ausgangskomponenten unter Verwendung des Synchronisierers 200 veranschaulicht. Die Eingangs- und Ausgangskomponenten umfassen das äußere Zahnradelement 46, das Gehäuse 68, den Träger 52 und die Welle 60 wie oben diskutiert, ohne jedoch darauf eingeschränkt zu sein. Es sollte anerkannt werden, dass der Algorithmus 500 durch das TCM 76 ausgeführt wird.
Mit Bezug auf 5A wird der beispielhafte Algorithmus 500 für die Schaffung des Eingriffs zwischen den Eingangs- und Ausgangskomponenten im Einzelnen beschrieben. Im Kasten 502 werden die Drehzahlen der Eingangs- und Ausgangskomponenten, die durch den Synchronisierer 200 eingerückt werden sollen, überwacht. Im Kasten 504 bestimmt der Algorithmus 500, ob die Drehzahlen in derselben Umgebung liegen. Falls die Drehzahlen nicht in derselben Umgebung liegen, setzt der Algorithmus 500 das Überwachen der Drehzahlen im Kasten 502 fort. Falls die Drehzahlen der Eingangs- und Ausgangskomponenten in derselben Umgebung liegen, übt der Algorithmus 500 die Synchronisationskraft 220 im Kasten 506 aus. Im Kasten 508 werden die Drehzahlen der Eingangs- und Ausgangskomponenten überwacht, bis die Drehzahlen gleich sind. Wenn der Algorithmus 500 bestimmt, dass die beiden Drehzahlen der Getriebekomponenten gleich sind, übt der Algorithmus 500 die Kupplungskraft 222 aus, um die zwei Getriebekomponenten gegenseitig einzurücken und dadurch Drehmoment dazwischen zu übertragen.
Mit Bezug auf 5B wird der beispielhafte Algorithmus 520 zum Ausrücken der beiden Getriebekomponenten im Einzelnen beschrieben. Wie oben erwähnt, muss der Betrag des Drehmoments, das zwischen den Eingangs- und Ausgangskomponenten übertragen wird, selbstverständlich auf im Wesentlichen null abfallen, bevor der Synchronisierer 200 deaktiviert werden kann und das Ausrücken geschaffen werden kann. Im Block 522 wird das zwischen den Eingangs- und Ausgangskomponenten übertragene Drehmoment überwacht. Im Block 524 bestimmt der Algorithmus 520, ob das überwachte übertragene Drehmoment auf im Wesentlichen null abgefallen ist. Falls das Drehmoment nicht im Wesentlichen null ist, kehrt der Algorithmus zum Block 522 zurück. Falls das überwachte Drehmoment zwischen den Eingangs- und Ausgangskomponenten im Wesentlichen null ist, wird der Synchronisierer 200 deaktiviert, wobei die Vorbelastungskraft 228 die Eingangs- und Ausgangskomponenten voneinander ausrückt.
Die Offenbarung hat bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und Abwandlungen daran beschrieben. Anderen können weitere Abwandlungen und Veränderungen deutlich werden, wenn sie die Beschreibung lesen und verstehen. Daher ist beabsichtigt, dass die Offenbarung nicht auf die besondere(n) Ausführungsform(en) eingeschränkt ist, die als die beste Art für die Ausführung dieser Offenbarung angesehen wird, sondern dass die Offenbarung alle Ausführungsformen umfasst, die in den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims

Elektromechanisches Getriebe, das ein Eingangselement, ein Ausgangselement und mehrere Planetenräder und Drehmomentübertragungsvorrichtungen umfasst, wobei das elektromechanische Getriebe ferner umfasst: einen Synchronisierer, der Eingangs- und Ausgangskomponenten des Getriebes wahlweise einrückt und ausrückt, wobei der Synchronisierer umfasst: einen Kolben, der nacheinander eine Synchronisationskraft und eine Kupplungskraft ausübt, wenn der Synchronisierer aktiviert ist, ein Blockierelement, einen Eingangskonus, der den Eingangskomponenten zugeordnet ist und sich in dem Blockierelement radial erstreckt, einen Ausgangskonus, der den Ausgangskomponenten zugeordnet ist und sich in dem Blockierelement radial erstreckt und einen von dem Eingangskonus verschiedenen Radius besitzt, ein Hülsenelement, das mit dem Kolbenelement gekoppelt ist und das Blockierelement komprimiert, um dadurch eine Reibungskraft zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangskonus zu erzeugen, um die Eingangs- und Ausgangskomponenten in Ansprechen auf die Synchronisationskraft zu synchronisieren und um nacheinander die Ausgangskomponenten mit den Eingangskomponenten in Ansprechen auf die Kupplungskraft einzurücken, und ein Vorbelastungselement, das eine Vorbelastungskraft gegen den Kolben und das Hülsenelement in einer Richtung aufbringt, die zu jener der Synchronisations- und Kupplungskräfte entgegengesetzt ist, wodurch die Ausgangskomponenten von den Eingangskomponenten ausgerückt werden, wenn der Synchronisierer deaktiviert ist.
Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 1, wobei das Kolbenelement, das Hülsenelement und das Vorbelastungselement den Ausgangskomponenten zugeordnet sind.
Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 1, wobei sich die Eingangskomponenten unabhängig von den Ausgangskomponenten drehen.
Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 3, wobei die Ausgangskomponenten einem stationären Getriebegehäuse entsprechen und die Eingangskomponenten Zahnradelementen entsprechen, die einem der Planetenräder zugeordnet sind.
Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 1, wobei die Ausgangskomponenten einer ersten Gruppe von Zahnradelementen entsprechen, die einem der mehreren Planetenräder zugeordnet sind, und die Eingangskomponenten einer zweiten Gruppe von Zahnradelementen entsprechen, die einer der mehreren Planetenradgruppen zugeordnet sind.
Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 1, das ferner ein Steuermodul umfasst, das die Drehzahlen der Eingangs- und Ausgangskomponenten überwacht und den Synchronisierer wahlweise aktiviert und deaktiviert, wenn die überwachten Drehzahlen synchronisiert sind.
Elektromechanisches, kombiniert leistungsverzweigtes Doppelmodus-Hybridgetriebe, das umfasst: mehrere Getriebekomponenten; einen Synchronisierer, der wenigstens zwei der Getriebekomponenten wahlweise einrückt und ausrückt, um einen Betrieb in einem Drehzahlbereich im Getriebe zu bewirken, wobei der Synchronisierer umfasst: mehrere Eingangskomponenten, die einer der Getriebekomponenten zugeordnet sind; und mehrere Ausgangskomponenten, die einen Kupplungsmechanismus umfassen, der mit einer der Eingangskomponenten in Eingriff steht, wenn der Synchronisierer aktiviert ist, und mit der Eingangskomponente nicht in Eingriff steht, wenn der Synchronisierer deaktiviert ist.
Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 7, wobei wenigstens eine der Getriebekomponenten eine Planetenradgruppe enthält, die ein erstes, ein zweites und ein drittes Zahnradelement verwendet.
Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 7, wobei die Eingangs- und Ausgangskomponenten Eingangs- und Ausgangs-Synchronisationskonusse für die Synchronisation von Drehzahlen der Eingangs- und Ausgangskomponenten, wenn der Synchronisierer aktiviert ist, umfassen.
Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 9, wobei die Eingangs- und Ausgangskomponenten erfordern, dass Drehzahlen in derselben Umgebung liegen, bevor eine Synchronisation und Aktivierung des Synchronisierers erfolgt.