DE102011079066A1

DE102011079066A1 - Hilfsantrieb und motorneuanlassystem

Info

Publication number: DE102011079066A1
Application number: DE102011079066A
Authority: DE
Inventors: Don Edward Hoffmann; David Allen Janson
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2010-07-21
Filing date: 2011-07-13
Publication date: 2012-04-26
Also published as: CN102345716B; CN102345716A; US20110165987A1; US8382631B2; US20130130850A1; US8647233B2

Abstract

Ein Antriebssystem umfasst eine Scheibe, einen Motor, einen Variator zum Variieren eines Verhältnisses einer Ausgangsdrehzahl und einer Eingangsdrehzahl, einen Rädersatz, der einen ersten und einen zweiten Bestandteil aufweist, die antreibbar jeweils mit dem Motor und der Scheibe verbunden sind, und einen dritten Bestandteil, der mit dem Ausgang verbunden ist, und einen zweiten Rädersatz zum Steigern einer Eingangsdrehzahl in Bezug zu der Scheibendrehzahl.

Description

STAND DER TECHNIK
1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen ein System zum Übertragen von Drehkraft zwischen einer Elektromaschine und einem Motor in einem Kraftfahrzeug und insbesondere ein System, das ein Getriebe aufweist, das einen stufenlosen Übersetzungsverhältnisbereich hat.
2. Beschreibung des allgemeinen Stands der Technik
Auf Fahrzeugen, die mit einem unterstützten Direktstart (ADS) ausgerüstet sind, wird der Motor gestoppt, wenn das Fahrzeug mit gedrücktem Bremspedal und ausgelassenem Gaspedal zum Stillstand kommt. Während der Motor derart stillsteht, soll die Elektromaschine das Fahrzeugzubehör antreiben und den Motor wieder anlassen, wenn der Fahrer durch Freigeben des Bremspedals und Drücken des Gaspedals anzeigt, dass das Fahrzeug wieder fahren soll. Die Elektromaschine ersetzt die Lichtmaschine, die gewöhnlich verwendet wird.
Ein Getriebe, das sich in einem Kraftweg zwischen der Elektromaschine und dem Motor befindet, erlaubt es dem Motor, bei null Drehzahl zu bleiben, während die Elektromaschine das Zubehör über das Getriebe antreibt und es der Elektromaschine erlaubt, den Motor bis zur Anlassgeschwindigkeit zu drehen, wenn das Motorneuanlassen erforderlich ist, und es dem Motor erlaubt, die Elektromaschine und das Zubehör unter normalen Antriebsbedingungen anzutreiben.
Es besteht in der Industrie ein Bedarf an Antriebsverbindung zwischen dem Motor und der Elektromaschine, insbesondere auf Fahrzeugen, die mit ADS ausgerüstet sind, die die gewünschten und erforderlichen Funktionen bereitstellt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Antriebssystem umfasst eine Scheibe, einen Motor, einen Variator zum Variieren eines Verhältnisses einer Ausgangsdrehzahl und einer Eingangsdrehzahl, einen Rädersatz, der einen ersten und einen zweiten Bestandteil aufweist, die antreibbar jeweils mit dem Motor und der Scheibe verbunden sind, und einen dritten Bestandteil, der mit dem Ausgang verbunden ist, und einen zweiten Rädersatz zum Steigern einer Eingangsdrehzahl in Bezug zu der Scheibendrehzahl.
Die Scheibe gehört zu einem Scheiben- und Riemensystem, das eine antreibbare Verbindung mit einer Elektromaschine und anderen Bestandteilen des Frontendehilfsantriebs bereitstellt.
Das Antriebssystem stellt einen Antrieb mit variabler Drehzahl zwischen dem Motor und der Scheibe bereit, wenn der Motor den Elektromotor und den Frontendehilfsantrieb (FEAD) antreibt.
Das System stellt ein variables Motor-/Scheibendrehzahlverhältnis von 0,0 bis etwa 1:1 bereit, so dass der Motor reibungslos von der Elektromaschine durch Variieren des IVT-Drehzahlverhältnisses neu angelassen werden kann, während die Elektromaschine weiterläuft.
Der Motor wird über eine substanzielle Drehmomentübersetzung angetrieben, wenn das IVT-Drehzahlverhältnis etwa 0,0 beträgt.
Da keine Kupplungen erforderlich sind, erfordert nur das Variatordrehzahlverhältnis eine Steuerung.
Der Geltungsbereich der bevorzugten Ausführungsform ergibt sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, den Ansprüchen und Zeichnungen. Es ist klar, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele zwar bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung angeben, jedoch nur beispielhaft gelten. Verschiedene Änderungen und Modifizierungen der beschriebenen Ausführungsformen und Beispiele werden dem Fachmann klar.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung gemeinsam mit den begleitenden Zeichnungen leichter verstanden, in welchen:
1 ein schematisches Diagramm eines Antriebssystems zum Neuanlassen eines Motors und Antreiben einer Elektromaschine mit einem veränderlichen Drehzahlverhältnis ist;
2 eine Grafik ist, die die Anzahl der Zähne auf dem Sonnenrad, Hohlrad und Planetenrädern der Radsätze zeigt;
3 eine Grafik ist, die die Variation der Drehzahlverhältnisse der Systembestandteile beim Ändern des Drehzahlverhältnisses des Variators zeigt und
4 ein schematisches Diagramm des Antriebssystems der 1 mit einer Einwegkupplung in dem System ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, veranschaulicht 1 ein Antriebssystem 10, das einen Milner-Kugelvariator 12 und zwei Planetenradsätze 14, 16 aufweist. Ein Motor 18 ist mit dem Radsatz 16 verbunden. Eine Scheibe 20 ist mit dem Radsatz 16 verbunden. Der Milner-Kugelvariator 12, zwei Planetenradsätze 14 und 16 sowie die Scheibe 20 sind zu der Mittenlinie der Motorkurbelwelle 33 konzentrisch. Eine Scheibe 22 ist antreibbar mit einer Elektromaschine 24 verbunden. Ein Antriebsriemen 23 verbindet antreibbar die Scheiben 20 und 22 und weiteres Fahrzeugzubehör des FEAD. Die Scheiben 20 und 22 und der Antriebsriemen 23 stellen ein gleich bleibendes Drehzahlverhältnis zwischen der Elektromaschine 24 und der Scheibe 20 bereit. Die Elektromaschine ist eine elektromagnetische Vorrichtung, die mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt, um die Batterie aufzuladen und das Stromsystem des Fahrzeugs bei laufendem Motor zu versorgen. In dieser Betriebsart ersetzt sie die Lichtmaschine, die gewöhnlich verwendet wird. Sie wandelt auch elektrische Energie in mechanische Energie um, um das Fahrzeugzubehör des FEAD anzutreiben, wenn der Motor angehalten ist, sowie auch, um den Motor bei Bedarf neu anzulassen.
Der Milner-Kugelvariator 12 umfasst sphärische Kugeln 26 und ein 4-Punkt-Kontakt-Kugellager mit variabler Geometrie. Der Innenring ist in zwei Teile 28, 29 unterteilt, und der Außenring ist in zwei Teile 30, 31 unterteilt. Durch Variieren des Axialabstands zwischen den Teilen des Außenrings 30, 31 ändert sich die Entfernung zwischen den Teilen des Innenrings 28, 29, und die Kugeln 26 werden radial zwischen dem Innenring und dem Außenring verlagert. Während sich die Position der Kugeln in Bezug zu den Ringen ändert, variiert die Lage des Kontakts zwischen den Kugeln 26 und den Ringen und ändert dadurch das Drehzahlverhältnis des Variators.
Wie in dieser Beschreibung verwendet, ist der Innenring 28, 29 der Eingang zu dem Variator 12, der Außenring 30, 31 ist in 32 gegen die Drehung vorzugweise auf einem Gehäuse oder Chassis stillgestellt, und der Kugelträger 34, der um die Achse 33 dreht, ist der Variatorausgang.
Die Ausgangsdrehzahl des Variators 12 ist immer niedriger als die Drehzahl seines Eingangs 28, 29.
Das Drehzahländerungs-Planetengetriebe 14 umfasst ein Sonnenrad 36, das an den Innenringen 28, 29 befestigt ist; ein stillgestelltes Hohlrad 38, einen Träger 40 und einen Satz Planetenräder 42, die zum Drehen auf dem Träger 40 getragen werden und in das Sonnenrad 36 und das Hohlrad 38 eingreifen.
Der Misch-Planetenradsatz 16 umfasst ein Sonnenrad 44, das an dem Kugelträger 34 befestigt ist; ein Hohlrad 46, das antreibbar mit der Welle 48 des Motors 18 verbunden ist; einen Träger 50 und einen Satz Planetenräder 52, die zum Drehen auf dem Träger 50 getragen werden und in das Sonnenrad 44 und das Hohlrad 46 eingreifen. Die Träger 40 und 50 sind gegenseitig befestigt und antreibbar mit der Scheibe 20 verbunden.
Der Variator 12 umfasst in Kombination mit zwei Planetenradsätzen 14, 16 eine Übertragung, die ein unendlich variables Drehzahlverhältnis erzeugt.
Beta, das Verhältnis des Flankendurchmessers des Hohlrads und Flankendurchmessers des Sonnenrads eines Planetenradsatzes wird für die Planetenradsätze 14 und 16 so ausgewählt, dass das Gesamtdrehzahlverhältnis des Motors 18 in Bezug zu der Scheibe 20 zwischen 0 und 1 oder etwas mehr als 1 variiert werden kann, wenn sie mit dem verfügbaren Drehzahlverhältnisbereich des Variators 12 verwendet werden. 2 zeigt die Beta der Radsätze 14, 16.
Der Motor 18 kann von der Elektromaschine 24 reibungslos neu angelassen werden, indem das Drehzahlverhältnis des Antriebssystems 10 von 0 zu etwa 1:1 geändert wird, was durch Ändern des Drehzahlverhältnisses des Variators 12 von 0,625 zu 0,24479 verwirklicht wird. Das Drehzahlverhältnis des Variators 12 wird als die Drehzahl des Kugelträgers 34 geteilt durch die Drehzahl des Innenrings 28, 29 des Variators und des Sonnenrads 36 definiert. Wenn der Motor 18 von der Elektromaschine 24 angetrieben wird, beträgt das Drehzahlverhältnis des Variators 12 vorzugsweise 0,24479. In diesem Zustand drehen der Innenring 28, 29 und das Sonnenrad 36 4,0851 Mal schneller als die Träger 40, 50 und die Scheibe 20.
Die Elektromaschine 24 kann das Fahrzeugzubehör antreiben, wie zum Beispiel den Klimaanlagenkompressor und die Lenkhelfpumpe über den FEAD, wenn der Motor 18 stillsteht. Wie 3 zeigt, ist die Motordrehzahl gleich null, wenn das Variatordrehzahlverhältnis 0,62500 beträgt und die Elektromaschine in Drehung von der Batterie des Fahrzeugs angetrieben wird. Wenn die Axialpositionen des Innenrings 28, 29 und des Außenrings 30, 31 des Variators so gesteuert werden, dass das Drehzahlverhältnis des Variators auf 0,43490 sinkt, sinkt die Motordrehzahl auf die Hälfte der Drehzahl der Scheibe 20. Wenn das Drehzahlverhältnis des Variators auf 0,24479 sinkt, ist die Motordrehzahl gleich wie die Drehzahl der Scheibe 20. Wenn das Drehzahlverhältnis des Variators auf 0,15625 sinkt, wird der Motor bei einer Drehzahl, die 1,2329 Mal die Drehzahl der Scheibe 20 beträgt, übersteuert.
Der Motor 18 kann die Scheibe 20 ferner mit einem variablen Drehzahlverhältnis von etwa 1:1 zu einer Overdrive-Drehzahl antreiben, bei der die Scheibe 20 schneller dreht als der Motor 18.
Wie 3 zeigt und wenn das Drehzahlverhältnis des Variators 0,35885 beträgt und der Motor antreibt, wird die Scheibe 20 in Bezug zu dem Motor mit einer Drehzahl übersteuert, die 1,4286 Mal größer ist als die Motordrehzahl, und die Drehzahl des Sonnenrads 36 und des Innenrings 28, 29 beträgt 5,8359 Mal die Drehzahl des Motors 18. Wenn das Drehzahlverhältnis des Variators auf 0,47292 steigt und der Motor antreibt, wird die Scheibe 20 in Bezug zu dem Motor mit einer Drehzahl übersteuert, die 2,500 Mal größer ist als die Motordrehzahl, und die Drehzahl des Sonnenrads 36 und des Innenrings 28, 29 beträgt 10,2128 Mal die Drehzahl des Motors 18.
4 zeigt das System 10 mit einer Einwegkupplung 60, die eine Einwegantriebsverbindung zwischen dem Träger 40 des Drehzahlwechselradsatzes 14, der antreibbar mit der Scheibe 20 verbunden ist, und der Motorwelle 48 erzeugt. In diesem Fall wird die Scheibe 20, wenn der Motor 18 läuft, direkt über die Einwegkupplung 60 mit einem Verhältnis von 1:1 angetrieben, wodurch der Variator und die Verluste an Verzahnungswirkungsgrad eliminiert werden, wenn die Elektromaschine von dem Motor nur mit Motordrehzahl angetrieben zu werden braucht. Die Scheibe 20 könnte in Bezug zu dem Motor nach Bedarf immer noch übersteuert werden.
Wenn die Einwegkupplung 60 verwendet wird, ist der alternative Antriebs-O/D-Betrieb, der in 3 gezeigt ist, bei dem der Motor 18 von der Scheibe 20 mit einer Drehzahl angetrieben wird, die größer ist als die des Elektromotors, nicht verfügbar, und das Drehzahlverhältnis des Variators kann für die bevorzugten Beta-Verhältnisse des Planetenradsatzes 14, 16 nicht niedriger sein als 0,24479.
Das Antriebssystem erlaubt es dem Motor 18, bei null Drehzahl zu bleiben, während die Elektromaschine 24 das Fahrzeugzubehör antreibt, erlaubt es der Elektromaschine, den Motor bis zu seiner Anlassdrehzahl anzutreiben, wenn ein Anlassen des Motors erforderlich ist, und erlaubt es dem Motor, sowohl die Elektromaschine als auch das Zubehör unter normalen Fahrbedingungen anzutreiben.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Steuern eines Antriebssystems, weist die folgenden Schritte auf:

(a) antreibbares Verbinden eines Motors mit einem Variator;
(b) Verwenden einer Scheibe zum Übertragen von Drehkraft von einer Elektromaschine auf den Eingang des Variators und
(c) Steuern eines Drehzahlverhältnisses des Variators derart, dass die Motordrehzahl gleich Null ist.

Dabei umfasst der Schritt (b) bevorzugt ferner das Verwenden der Scheibe zum Übertragen von Drehkraft von einer Elektromaschine auf einen Eingang des Variators über einen Drehzahlwechselradsatz.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren weist ferner bevorzugt auf:
Verringern des Drehzahlverhältnisses des Variators derart, dass die Drehkraft von einem Ausgang des Variators an den Motor übertragen wird.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren weist ferner bevorzugt auf:
Verringern des Drehzahlverhältnisses des Variators derart, dass der Motor von dem Variator mit einer Drehzahl eines Ausgangs des Variators angetrieben wird.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren weist weiter bevorzugt auf:
Verringern des Drehzahlverhältnisses des Variators derart, dass der Motor von dem Variator mit einer Drehzahl angetrieben wird, die größer ist als die Drehzahl eines Ausgangs des Variators.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren weist weiterhin bevorzugt auf:
Unterbrechen des Gebrauchs der Elektromaschine zum Übertragen von Drehkraft auf den Eingang des Variators;
Verwenden des Motors zum Übertragen von Drehkraft auf den Variator und Steuern eines Drehzahlverhältnisses des Variators derart, dass eine Drehzahl der Scheibe gleich der Motordrehzahl ist.
Dabei erfolgt bevorzugt das Steigern des Drehzahlverhältnisses des Variators derart, dass die Scheibe von dem Variator mit einer Drehzahl angetrieben wird, die größer ist als die Motordrehzahl.
Gemäß den Bestimmungen der Patentvorschriften wurde die bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch zu beachten, dass alternative Ausführungsformen anders als veranschaulicht und beschrieben ausgeführt werden können.

Claims

Antriebssystem, umfassend: einen Motor; einen Variator, der einen Eingang und einen Ausgang aufweist, zum Variieren eines Verhältnisses zwischen Ausgangsdrehzahl und Eingangsdrehzahl; einen Rädersatz, der ein Sonnenrad aufweist, das mit dem Ausgang verbunden ist, ein Hohlrad, das mit dem Motor verbunden ist, einen Träger, der mit einer Scheibe verbunden ist, und Planetenräder, die zum Drehen auf dem Träger getragen werden und in das Sonnenrad und das Hohlrad eingreifen.
System nach Anspruch 1, wobei der Variator Folgendes aufweist: einen ersten Kugellagerring, der gegen das Drehen gesichert ist; einen zweiten Kugellagerring, der den Eingang aufweist; eine Kugel, die in die Kugellagerringe eingreift und den Ausgang mit einer variablen Drehzahl antreibt, die von der Lage des Kontakts zwischen der Kugel und den Kugellagerringen abhängt, wobei der Ausgang von der Kugel angetrieben wird und an dem Sonnenrad befestigt ist.
Antriebssystem nach Anspruch 2, ferner aufweisend: einen zweiten Rädersatz, der ein zweites Sonnenrad aufweist, das mit dem Eingang verbunden ist, ein zweites Hohlrad, das gegen das Drehen stillgestellt ist, einen zweiten Träger, der mit der Scheibe verbunden ist, und zweite Planetenräder, die zum Drehen auf dem zweiten Träger getragen werden und in das zweite Sonnenrad und das zweite Hohlrad eingreifen.
Antriebssystem nach Anspruch 1, ferner aufweisend: einen zweiten Rädersatz, der ein zweites Sonnenrad aufweist, das mit dem Eingang verbunden ist, ein zweites Hohlrad, das gegen das Drehen gesperrt ist, einen zweiten Träger, der mit der Scheibe verbunden ist, und zweite Planetenräder, die zum Drehen auf dem zweiten Träger getragen werden und in das zweite Sonnenrad und das zweite Hohlrad eingreifen.
System nach Anspruch 1, das ferner eine Kupplung aufweist, die eine Einwegantriebsverbindung zwischen dem Motor und der Scheibe erzeugt.