DE102011119218A1

DE102011119218A1 - Betrieb einer wählbaren Einwegkupplung in einem Hybridantriebsstrang

Info

Publication number: DE102011119218A1
Application number: DE102011119218A
Authority: DE
Inventors: Farzad Samie; Larry D. Diemer; Chunhao J. Lee; Scott William Heitzenrater
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2011-11-23
Publication date: 2012-05-31
Anticipated expiration: 2031-11-24
Also published as: CN102529680B; US8655525B2; US20120136518A1; DE102011119218B4; CN102529680A

Abstract

Ein Hybridantriebsstrang umfasst mehrere Drehmoment erzeugende Einrichtungen, eine Getriebeeingangswelle und einen Planetenradsatz, der die Drehmoment erzeugenden Einrichtungen mit der Getriebeeingangtriebsstrangs umfasst, dass eine gewünschte Ausgestaltung des Antriebsstrangs überwacht wird und ein Zahnrad des Planetenradsatzes selektiv mit einer wählbaren Einwegkupplung auf der Basis der gewünschten Ausgestaltung des Antriebsstrangs festgelegt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft ein System und ein Verfahren zum Steuern eines Hybridantriebsstrangs.
HINTERGRUND
Die Aussagen in diesem Abschnitt liefern lediglich Hintergrundinformationen, die mit der vorliegenden Offenbarung in Beziehung stehen, und brauchen keinen Stand der Technik zu bilden.
Ein Antriebsstrang umfasst eine Drehmoment erzeugende Einrichtung, die Drehmoment bereitstellt, um eine Welle umlaufen zu lassen. Ein Hybridantriebsstrang benutzt zumindest zwei Drehmoment erzeugende Einrichtungen. Hybridantriebsstränge umfassen häufig eine Zahl von Verfahren, um Drehmoment erzeugende Einrichtungen zu benutzen, die zum Beispiel ein Verfahren umfassen, um eine Drehmoment erzeugende Einrichtung zum Antreiben einer Getriebeeingangswelle auszuwählen, um die Drehmoment erzeugende Einrichtung, die die Welle antreibt, zu wechseln, um mehrere Drehmoment erzeugende Einrichtungen zum gleichzeitigen Antreiben der Welle auszuwählen, um eine Drehmoment erzeugende Einrichtung zum Antreiben einer anderen Drehmoment erzeugenden Einrichtung zu benutzen, um eine Drehmoment erzeugende Einrichtung festzulegen, und um zuzulassen, dass die Welle frei umläuft oder freiläuft.
Planetenradsätze sind in der Technik bekannte Mechanismen, die drei Zahnräder oder Gruppen von Zahnrädern umfassen. Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung ist ein Sonnenrad in der Mitte des Planetenradsatzes gelegen, ein Hohlrad ist konzentrisch mit dem Sonnenrad gelegen und drei Planetenräder rotieren zwischen dem Sonnenrad und dem Hohlrad, wobei Zähne von jedem der Planetenräder in konstantem Kontakt mit Zähnen des Sonnenrads und des Hohlrads stehen. Drei Planetenräder sind eine beispielhafte Zahl von Planetenrädern. Die drei Planetenräder können durch einen Planetenradträger verbunden sein, der zulässt, dass alle Planetenräder einzeln umlaufen, aber da die Planetenräder um die Achse des Planetenradsatzes angetrieben werden, treiben sie den Planetenradträger an, wodurch einer Welle, die mit dem Planetenradträger verbunden ist, ein Drehmoment zugeführt wird. Das gleiche gilt im Rückwärtsbetrieb, dass ein Drehmoment auf den Planetenradträger aufgebracht werden kann, wodurch eines oder beide von den anderen Zahnrädern des Planetenradsatzes angetrieben werden. Drehmoment, das auf ein Zahnrad oder einen Satz Zahnräder aufgebracht wird, wird auf die übrigen Zahnräder übertragen. Drehmoment kann auf zwei Zahnräder oder einen Satz Zahnräder aufgebracht werden, um das dritte Zahnrad oder den dritten Satz Zahnräder anzutreiben.
Ein Planetenradsatz kann ausgestaltet sein, um Drehmoment durch die verschiedenen Zahnräder und Zahnradsätze selektiv aufzunehmen und zu übertragen. In der Technik bekannte Kupplungseinrichtungen können die verschiedenen Wellen innerhalb des Antriebsstrangs selektiv verbinden und trennen. Infolgedessen kann eine Brennkraftmaschine in einer Kupplungsausgestaltung Drehmoment an den Planetenradsatz durch ein Hohlrad liefern, und nach dem Kupplungsübergang kann die gleiche Maschine Drehmoment an den Planetenradsatz durch Planetenräder des Planetenradsatzes liefern.
Kupplungen können benutzt werden, um ein Hohlrad oder ein Sonnenrad in einem Planetenradsatz festzulegen. Zum Beispiel kann in einer beispielhaften Ausgestaltung ein Elektromotor ein Drehmoment an einen Planetenradsatz durch das Sonnenrad liefern, und eine Getriebeeingangswelle kann mit den Planetenrädern verbunden sein. Wenn zugelassen wird, dass das Hohlrad frei rotiert oder freiläuft, was erfordert, dass vernachlässigbares Drehmoment das Hohlrad rotiert, dann ist es wahrscheinlich, dass die Planetenräder auf der Stelle rotieren, ohne wesentlich Drehmoment an die Getriebeeingangswelle durch den Planetenradträger zu liefern. Wenn die gleiche Ausgestaltung stattdessen eine Kupplung umfasst, die das Hohlrad festlegt, wobei verhindert wird, dass das Hohlrad sich dreht, dann wird das Drehmoment, das durch das Sonnenrad geliefert wird, die Planetenräder um das Sonnenrad herum antreiben und Drehmoment an die Getriebeeingangswelle liefern.
Freilaufen kann auf der Basis der Richtung der Drehmomentübertragung durch den Planetenradsatz erwünscht sein. Wenn zum Beispiel die oben beschriebene Ausführungsform mit einem Elektromotor, der das Sonnenrad antreibt, gegeben ist, wobei die Ausführungsform in einem Fahrzeug arbeitet, kann der Motor Vortriebskraft an die Getriebeeingangswelle liefern, wenn das Fahrzeug die Straße entlang fährt. Wenn jedoch das Fahrzeug beginnt, ein Gefälle zu überwinden, können die Nettogleichgewichtskräfte an dem Fahrzeug, einschließlich die Schwerkraft, die das Fahrzeug den Berg hinunter zieht, die Richtung des Drehmoments, das auf den Planetenradsatz wirkt, umkehren, wobei die Getriebeeingangswelle bewirkt, dass der Elektromotor beschleunigt. Ein solches Drehmoment an dem Motor kann unerwünscht sein, und bei Detektion eines derartigen Drehmoments kann die Kupplung, die das Hohlrad festlegt, gelöst werden, so dass durch die Getriebeeingangswelle angelegte Drehmoment in dem freilaufenden Hohlrad dissipiert werden kann, anstatt an den Elektromotor angelegt zu werden.
Ein Antriebsstrang, der ein rotatorisches Eingangsdrehmoment durch eine Eingangswelle benutzt, um eine Getriebeeingangswelle anzutreiben, benutzt bekanntlich ein Getriebe, um Gangzustände zu wechseln, die die Beziehung von Antrieb zu Abtrieb beschreiben. Der Betrieb der obigen Einrichtungen innerhalb eines Antriebsstrangs erfordert ein Management zahlreicher Drehmoment lagernden Wellen oder Einrichtungen, die Verbindungen mit der Maschine, den Elektroarbeitsmaschinen und der Getriebeeingangswelle oder dem Endantrieb, die oben erwähnt wurden, darstellen. Es sind auch Planetenradsätze und Kupplungseinrichtungen bekannt, die in einem Getriebe zu benutzen sind, welche eine Zahl von Gangzuständen bieten, in denen das Getriebe auf der Basis der Ausgestaltung der eingerückten und ausgerückten Kupplungen und der Übertragung von Drehmoment durch die verschiedenen Zahnräder und Zahnradsätze innerhalb der Planetenradsätze betrieben werden kann. Ein beispielhaftes Getriebe umfasst vier Planetenradsätze, was zu acht Vorwärtsgangzuständen und einem Rückwärtsgangzustand führt, und benutzt fünf Kupplungen, um zwischen den verschiedenen Gangzuständen auszuwählen. Wie es oben in Verbindung mit dem Planetenradsatz beschrieben wurde, der zwischen den verschiedenen Hybridverfahren auswählt, können die Zahnräder unter den Getriebeplanetenradsätzen abhängig von dem gewünschten Betrieb des Getriebes oder dem gewünschten Gangzustand Zahnräder, die festgelegt sind, oder Zahnräder, die eingestellt sind, um freizulaufen, umfassen.
Kupplungen können gemäß einer Zahl von in der Technik bekannten Ausführungsformen betrieben werden. Gemäß einem bekannten Verfahren kann Hydraulikdruck benutzt werden, um eine Kupplung zu betätigen. In einer beispielhaften Kupplung, die Hydraulikdruck in Kombination mit Kolben verwendet, die selektiv eine Kraft auf der Basis des Hydraulikdrucks aufbringen, erfordert ein beispielhaftes Schalten zwischen Zuständen, das durch ein Paar Kupplungen gesteuert wird, dass eine Kupplung entlastet wird, wobei zugelassen wird, dass zwei Wellen, die zuvor gekoppelt waren, frei voneinander umlaufen, und dass anschließend eine andere Kupplung belastet wird, wobei zwei Wellen gekoppelt werden, die zuvor entkoppelt oder frei waren, relativ zueinander umzulaufen. Derartige hydraulisch betätigte Kupplungseinrichtungen umfassen häufig Kupplungsplatten, die in eine entkoppelte Ausgangsstellung federvorbelastet sind, und Hydraulikdruck, der auf einen zugehörigen Kolben aufgebracht wird, bringt Druck auf, der die Vorspannung der Feder überwindet, um die Platten in eine gekoppelte Stellung zu bringen.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Hybridantriebsstrang umfasst mehrere Drehmoment erzeugende Einrichtungen, eine Getriebeeingangswelle und einen Planetenradsatz, der die Drehmoment erzeugenden Einrichtungen mit der Getriebeeingangswelle verbindet. Ein Verfahren zum Steuern des Antriebsstrangs umfasst, dass eine gewünschte Ausgestaltung des Antriebsstrangs überwacht wird und selektiv ein Zahnrad des Planetenradsatzes mit einer wählbaren Einwegkupplung auf der Basis der gewünschten Ausgestaltung des Antriebsstrangs festgelegt wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nun werden eine oder mehrere Ausführungsformen beispielhaft anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 einen beispielhaften Hybridantriebsstrang gemäß der vorliegenden Offenbarung schematisch veranschaulicht, der einen Planetenradsatz und zugehörige selektiv betreibbare Kupplungen umfasst;
2 einen beispielhaften Hybridantriebsstrang gemäß der vorliegenden Offenbarung schematisch veranschaulicht, der einen Planetenradsatz und zugehörige selektiv betreibbare Kupplungen umfasst, die mehrere Drehmoment erzeugende Einrichtungen selektiv mit einer Getriebeeingangswelle verbindet, die eine SOWC einschließen; und
3 einen beispielhaften Hybridantriebsstrang gemäß der vorliegenden Offenbarung schematisch veranschaulicht, der einen Planetenradsatz und zugehörige Kupplungen umfasst, die eine wählbare Einwegkupplung einschließen, die angeordnet ist, um eine Übertragung von Traktionsdrehmoment in einer auswählbaren gesperrten Richtung und eine entkoppelte Rotation einer Getriebeeingangswelle in einer auswählbaren Freilaufrichtung zuzulassen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen die Darstellungen nur zu dem Zweck der Veranschaulichung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen dienen und nicht zu dem Zweck selbige zu beschränken, veranschaulicht 1 schematisch einen beispielhaften Hybridantriebsstrang gemäß der vorliegenden Offenbarung, der einen Planetenradsatz und zugehörige selektiv betreibbare Kupplungen umfasst, die mehrere Drehmoment erzeugende Einrichtungen selektiv mit einer Getriebeeingangswelle verbinden. Es ist ein Hybridantriebsstrang 100 gezeigt, der eine Eingangswelle 110, die ein Maschinendrehmoment T_E liefert; eine Motorwelle 120, die ein Motordrehmoment T_M liefert; eine Getriebeeingangswelle 130, die ein Getriebeeingangsdrehmoment T_I umfasst; und einen Planetenradsatz 150 umfasst. Drehmomentwandler 140 ist zusätzlich gezeigt. Drehmoment übertragende Wellen 180 und 185 sind zusätzlich gezeigt. Planetenradsatz 150 umfasst beispielhafte Zahnräder 154 und 156 und Planetenräder 155. Zahnräder 154 und 156 umfassen ein Sonnenrad und ein Hohlrad. In der nicht beschränkenden beispielhaften Darstellung von 1 ist Zahnrad 154 ein Hohlrad und Zahnrad 156 ist ein Sonnenrad. Es sind drei Kupplungen gezeigt, die Kupplung A 160, Kupplung B 165 und Kupplung C 175 umfassen. Wie es gezeigt ist, umfassen Kupplung A 160, Kupplung B 165 und Kupplung C 175 Kupplungen, die entweder in eine gekoppelte Stellung, die die zugehörigen Wellen sperrt, oder in eine entkoppelte Stellung, die gestattet, dass die zugehörigen Wellen frei voneinander umlaufen, betätigt werden. Beispielhafte Ausführungsformen der Kupplung A 160, der Kupplung B 165 und Kupplung C 175 umfassen hydraulisch betätigte Kupplungen, die oben beschrieben sind.
Steuerverfahren für hydraulische Kupplungen in einem Antriebsstrang sind in der Technik bekannt. Druck an der Kupplung wird gesteuert, um die Kupplung aus einer entsperrten in eine gesperrte Stellung zu betätigen. In manchen Ausführungsformen kann die mittlere oder Schlupfstellung in der Kupplung gesteuert werden. Eine Zahl von Verfahren, um den Druck an der hydraulischen Kupplung zu steuern, ist bekannt und wird hierin nicht ausführlich beschrieben.

Die Arbeitsweise von Kupplungen kann durch eine Schalttabelle ausgedrückt werden, die die Zustände der verschiedenen Kupplungen abhängig von dem gewünschten Betrieb des Antriebsstrangs beschreibt. Tabelle 1 beschreibt eine beispielhafte Arbeitsweise der Kupplungen A, B und C, wie sie in 1 gezeigt ist. Tabelle 1

Manöver	A	B	C
Leerlauf Maschine Aus	x
Anfahren elektrischer Modus (Getriebevorwärtsgang)	x
Anfahren elektrischer Modus (Getrieberückwärtsgang)	x
Fahren elektrischer Modus (Getriebevorwärtsgang)	x
Fahren elektrischer Modus (Getrieberückwärtsgang)	x
Elektrischer Modus – Motor im Rückwärtsgang (Getriebevorwärtsgang)	x
Elektrischer Modus – Motor in Regeneration (Getriebevorwärtsgang)	x
Elektrischer Modus, Übergang zu Maschine ein	x		Schlupfen
Parallelhybrid		x	x
Modus Maschine ein, Übergang zu elektrischem Modus	x		Schlupfen

Die Bezeichnung x beschreibt eine gesperrte Kupplung. Die Bezeichnung Schlupfen beschreibt eine Kupplung, die unter einer nicht vollständig bzw. nur teilweise gesperrten Bedingung betrieben wird, wobei Drehmoment über die Kupplung hinweg übertragen wird, jedoch mit einer Relativbewegung innerhalb der Kupplung. Auf diese Weise kann die Kupplung A, B und C gesteuert werden, um selektiv Drehmoment in einem Antriebsstrang zu übertragen.
Ein anderer beispielhafter Typ einer bekannten Kupplung umfasst eine wählbare Einwegkupplung (SOWC). Eine derartige SOWC gestattet eine Drehung in einer Freilaufrichtung und ist in einer gesperrten Richtung rotatorisch fest oder wird keine Drehung zulassen. Eine beispielhafte Einwegkupplung umfasst zwei konzentrische Ringe, die derart angeordnet sind, dass einer in den anderen passt. Auf der Oberfläche, bei der die zwei konzentrischen Ringe wechselwirken, wird ein Mechanismus benutzt, um eine Drehung der Ringe in einer Richtung zuzulassen und eine Drehung zwischen den Ringen in der anderen Richtung zu stoppen oder einen Einwegbetrieb der Kupplung zu ermöglichen. Es ist eine Zahl von Mechanismen bekannt, die die Einwegfunktion der SOWC ermöglichen. Ein beispielhafter Mechanismus umfasst federbelastete Ansätze, die um den Umfang von einem der Ringe angelenkt und orientiert sind, so dass, wenn er ausgefahren wird, einer der Ansätze sich in den Umfang des anderen Rings hinein erstreckt, und wenn er niedergedrückt ist, der Ansatz in den Umfang des Rings passt, an dem er angelenkt ist. Der andere Ring, an dem die Ansätze nicht angelenkt sind, umfasst vertiefte Merkmale, die derart geformt sind, dass sie entweder den passenden Ansatz aufnehmen und die Ringe in der gesperrten Richtung rotatorisch aneinander fixieren oder den passenden Ansatz in die niedergedrückte Stellung niederdrücken, wobei eine Drehung in der Freilaufrichtung gestattet wird. Es ist eine Zahl von SOWC-Konstruktionen bekannt, die Spangen-Typ, Streben-Typ, Wälzkörper-Typ, Dioden-Typ oder Klinken-Typ umfassen, und die Offenbarung soll nicht auf die hierin beschriebene, besondere, beispielhafte Ausführungsformen begrenzt sein.
Zusätzlich zu der beschriebenen Einwegfunktion der SOWC, umfassen derartige Kupplungen eine auswählbare Funktion, wobei die Funktion der Einwegeinrichtung modifiziert werden kann. Eine derartige auswählbare Funktion kann eine Zahl von Ausführungsformen umfassen. In einer beispielhaften auswählbaren Funktion einer SOWC, kann die SOWC zu einem Betrieb in zwei Zuständen ausgewählt sein, die einen ersten Zustand, der in einer Vorwärtsrichtung gesperrt ist und in einer Rückwärtsrichtung freiläuft, und einen zweiten Zustand umfassen, der in der Vorwärtsrichtung freiläuft und in der Rückwärtsrichtung gesperrt ist. Es kann eine Zahl von Mechanismen verwendet werden, um die auswählbare Funktion einer SOWC bereitzustellen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein Kreisring, der um die kreisförmigen Elemente der SOWC herum angeordnet ist, mehrere Ansätze umfassen, um mit den Sperrmechanismen der SOWC zu Wechselwirken, wobei eine mechanische Übersetzung des Kreisrings die auswählbare Funktion der SOWC bestimmt, indem die Ansätze den Betrieb der Sperrmechanismen beschränken. Die Betätigung der auswählbaren Funktion der SOWC kann zum Beispiel durch hydraulische Aktivierung, elektronische Aktivierung oder irgendein anderes in der Technik bekanntes Verfahren durch Anweisung von einem Steuermodul bewerkstelligt werden.
Die Benutzung einer SOWC in einem Antriebsstrang umfasst die Verwendung an einem Ort, an dem die Auswahl zwischen Kupplungseinstellungen stattfinden kann, wenn die Kupplung entlastet ist. Viele Sperrmechanismen können nicht aus einem gesperrten in einen entsperrten Zustand überführt werden, während die Kupplung belastet ist.
Freilaufen und Festlegen eines Planetenradsatzes ist häufig ein statischer Parameter für eine besondere Gangzustandseinstellung. Zum Beispiel wird mit einer besonderen ausgewählten Ausgestaltung eine Kupplung, die ein Zahnrad des Planetenradsatzes steuert, selektiv zu einer Festlegungseinstellung aktiviert, um Leistung von der Drehmoment erzeugenden Einrichtung auf den Endantrieb zu übertragen und selektiv deaktiviert, um zuzulassen, dass der Antriebsstrang rollen oder segeln kann. In einem derartigen Beispiel kann eine hydraulische Kupplung aktiviert werden, wenn ein überwachtes Drehmomentgleichgewicht durch den Planetenradsatz in einer positiven Richtung vorliegt, wobei eine solche positive Richtung beschreibt, dass die Maschine Drehmoment an den Endantrieb liefert, und die hydraulisch Kupplung kann zu einer Freilaufeinstellung deaktiviert werden, wenn das Drehmomentgleichgewicht in einer negativen Richtung vorliegt, wobei eine solche negative Richtung beschreibt, dass das Drehmoment, das von dem Endantrieb durch das Getriebe geliefert wird, größer als das Maschinendrehmoment ist. Der Betrieb einer hydraulischen Kupplung unter solchen Umständen erfordert das Überwachen oder Modellieren des Drehmomentgleichgewichts durch den Planetenradsatz hindurch und das Steuern der hydraulischen Kupplung auf der Basis der gewünschten Festlegungs- oder Freilaufeinstellung. Es ist festzustellen, dass in einem derartigen Betrieb eine Kupplung mit einer Einwegfunktion zweckmäßig sein kann. In einer solchen Ausgestaltung kann der Einwegbetrieb der Kupplung automatisch in einer Richtung freilaufen und in der anderen festliegen, wodurch der Bedarf beseitigt wird, eine hydraulische Kupplung für jeden Übergang in Drehmomentgleichgewichtsrichtung zu aktivieren. Zusätzlich umfasst eine offene hydraulische Kupplung einen beträchtlichen Schleppwiderstandswert, der Leistungsverlust aufgrund von Reibung innerhalb der offenen Kupplung beschreibt. In einer beispielhaften Ausgestaltung umfasst eine offene Kupplung einen Schleppwiderstand von 1,2 N-m. Ein derartiger Schleppwiderstandswert verringert den Wirkungsgrad des Antriebsstrangs. Eine freilaufende SOWC umfasst einen typischerweise niedrigeren Schleppwiderstandswert. In einer beispielhaften Ausgestaltung umfasst eine freilaufende SOWC einen Schleppwiderstand von 0,2 N-m. Obgleich die Arbeitsweise einer Einwegkupplung zu einer ausgewählten Ausgestaltung des Antriebsstrangs passen kann, können die Arbeitsweise des Antriebsstrangs und die entsprechenden Anforderungen der Kupplungseinstellung variieren. Wenn zum Beispiel ein Elektromotor mit dem Planetenradsatz verbunden ist und es erwünscht ist, diesen in einem regenerativen Modus zu betreiben, wobei Drehmoment von dem Endantrieb auf den Motor übertragen wird, der verwendet wird, um Elektrizität zur Speicherung und zum späteren Gebrauch zu erzeugen, wird der Planetenradsatz erfordern, dass die Kupplung festgelegt bleibt, obwohl das Endantriebsdrehmoment das Motordrehmoment überschreitet. Eine SOWC kann eine auswählbare Funktion umfassen, die entweder Freilauf oder Auswahl einer festgelegten Einstellung in dem Fall zulässt, dass das Endantriebsdrehmoment das Motordrehmoment überschreitet.
Es gibt andere Beispiele, bei denen der Zustand der Kupplung eine Auswahl erfordert, zum Beispiel können in der beispielhaften Ausgestaltung von 1 Kupplungen 165 und 175 selektiv aktiviert werden, wobei zum Beispiel bei niedrigeren Gängen, in denen nur Kupplung 175 aktiviert ist, in Kombination damit, dass Kupplung 160 in eine festgelegte Einstellung eingestellt ist, eine potenzielle Ganguntersetzung in Relation zu dem Umlauf des Elements 130 oder eine variierende Wechselwirkung zwischen dem Motor und dem Drehmoment, das durch den Planetenradsatz übertragen wird, liefert. Die gleiche Ausgestaltung liefert in höheren Gängen in Kombination damit, dass die Kupplung 160 in einen Freilaufzustand eingestellt ist und beide Kupplungen 165 und 175 aktiviert sind, eine feste Beziehung zwischen der Maschine und der Drehung des Elements 130. In diesen Beispielen und anderen beispielhaften Ausgestaltungen, die in der Technik bekannt sind, ist eine Auswahl einer festgelegten Einstellung oder einer Freilaufeinstellung einer Kupplung, die mit einem Planetenradsatz eines Antriebsstrangs verbunden ist, erforderlich, um den Antriebsstrang über einen vollständigen Bereich von Betriebseinstellungen hinweg zu betreiben und zu steuern.
Ein Verfahren zum Steuern eines Antriebsstrangs, der mehrere Drehmoment erzeugende Einrichtungen umfasst, umfasst die Benutzung einer SOWC, um selektiv ein Festlegen oder Freilaufen für einen Planetenradsatz vorzusehen, der zwischen einer Drehmomenterzeugungseinrichtung des Antriebsstrangs und einem Getriebe des Antriebsstrangs gelegen ist.
2 veranschaulicht schematisch einen beispielhaften Hybridantriebsstrang gemäß der vorliegenden Offenbarung, der einen Planetenradsatz und zugehörige selektiv betreibbare Kupplungen, die mehrere Drehmoment erzeugende Einrichtungen selektiv mit einer Getriebeeingangswelle verbindet, die eine SOWC einschließen, umfasst. Es ist ein Hybridantriebsstrang 300 gezeigt, der eine Eingangswelle 110, die ein Maschinendrehmoment T_E liefert; eine Motorwelle 120, die ein Motordrehmoment T_M liefert; eine Getriebeeingangswelle 130, die ein Getriebeeingangsdrehmoment T_I umfasst; und einen Planetenradsatz 150 umfasst. Drehmomentwandler 140 ist zusätzlich gezeigt. Drehmoment übertragende Wellen 180 und 185 sind zusätzlich gezeigt. Der Planetenradsatz 150 umfasst beispielhaftes Zahnrad 154 als ein Hohlrad, Planetenräder 155 und Zahnrad 156 als ein Sonnenrad. Es sind drei Kupplungen gezeigt, die SOWC 360, Kupplung B 165 und Kupplung C 175 umfassen. Wie es gezeigt ist, umfassen Kupplung B 165 und Kupplung C 175 Kupplungen, die entweder in eine gekoppelte Stellung, die die zugehörigen Wellen sperrt, oder in eine entkoppelte Stellung, die gestattet, das die zugehörigen Wellen frei voneinander umlaufen, betätigt werden. Beispielhafte Ausführungsformen der der Kupplung B 165 und Kupplung C 175 umfassen hydraulisch betätigte Kupplungen, die oben beschrieben sind. SOWC 360 umfasst Auswahlmechanismus 365 zum Auswählen zwischen der in einer Vorwärtsrichtung sperrenden Kupplung und der in einer Rückwärtsrichtung sperrenden Kupplung. Abhängig von der ausgewählten Einstellung der SOWC 360, ist Zahnrad 154 in einer Richtung gesperrt, wobei Planetenradsatz 150 festgelegt ist, und kann in der entgegengesetzten Richtung umlaufen, was zulässt, dass der Planetenradsatz 150 in dieser Richtung freiläuft.
Die Auswahl zwischen einem Sperren in der Vorwärtsrichtung und einem Sperren in der Rückwärtsrichtung ist eine gezeigte Auswahlfunktion für die SOWC 360. Es ist festzustellen, dass unterschiedliche besondere SOWCs unterschiedliche Auswahlfunktionen haben können, zum Beispiel die Auswahl zwischen gesperrt in einer Richtung und gesperrt in beiden Richtungen oder die Auswahl zwischen drei Einstellungen, wie etwa gesperrt in einer Richtung, gesperrt in der anderen Richtung und gesperrt in beiden Richtungen. Es wird eine Anzahl von SOWC-Ausgestaltungen in Betracht gezogen, und die Offenbarung soll nicht auf die besonderen hierin beschriebenen Ausführungsformen beschränkt sein.

Die gewünschte Arbeitsweise einer SOWC in einem Antriebsstrang kann von dem gewünschten Betrieb oder Manöver abhängen, das von dem Antriebsstrang durchgeführt wird. Tabelle 2 beschreibt eine Zahl von Antriebsstrangmanövern und entsprechende beispielhafte Kupplungszustände für den beispielhaften Antriebsstrang 300 von 2. Tabelle 2

Manöver	SOWC	B	C
Leerlauf Maschine Aus	F-R
Anfahren elektrischer Modus (Getriebevorwärtsgang)	F
Anfahren elektrischer Modus (Getrieberückwärtsgang)	F
Fahren elektrischer Modus (Getriebevorwärtsgang)	F
Fahren elektrischer Modus (Getrieberückwartsgang)	F
Elektrischer Modus – Motor im Rückwärtsgang (Getriebevorwärtsgang)	R
Elektrischer Modus – Motor in Regeneration (Getriebevorwärtsgang)	R
Elektrischer Modus, Übergang zu Maschine ein	F		Schlupfen
Parallelhybrid	F	x	x
Modus Maschine ein, Übergang zu elektrischem Modus	F		Schlupfen

Der Wert x beschreibt eine gesperrte hydraulisch betätigte Kupplung. Der Wert F beschreibt eine SOWC, die in Vorwärtsrichtung gesperrt ist und in einer Rückwärtsrichtung freiläuft. R beschreibt eine SOWC, die in einer Rückwärtsrichtung gesperrt ist, und F-R beschreibt eine SOWC, die in sowohl einer Rückwärtsrichtung als auch einer Vorwärtsrichtung gesperrt ist. Ein Leerraum beschreibt eine entsperrte Kupplung oder eine Kupplung, die in beiden Richtungen freiläuft. Eine beispielhafte SOWC-Kupplung, die zu vier Modi in der Lage ist, kann benutzt werden, um alle vier erwähnten Zustände zu erreichen: Freilauf in beiden Richtungen, gesperrt in einer Richtung oder gesperrt in beiden Richtungen. Jedoch schließt in manchen Ausführungsformen eine Anforderung, die SOWC in einer Richtung zu sperren, nicht aus, dass die SOWC in der anderen Richtung gesperrt gehalten wird. Eine beispielhafte SOWC mit zwei Modi wählt zwischen zwei Modi oder Zuständen aus. In einer beispielhaften Fahrzeuganwendung, unter Normalbetrieb, wobei in einer Vorwärtsrichtung gefahren wird, kann die SOWC in einer Vorwärtsrichtung gesperrt sein, wobei Antriebskraft für das Fahrzeug bereitgestellt wird. Wenn eine in einer Rückwärtsrichtung gesperrte SOWC erforderlich ist, um zum Beispiel Maschinenbremsen, regeneratives Bremsen oder Antriebskraft in einer Rückwärtsrichtung vorzusehen, wie es zum Beispiel durch einen Motor zur Verfügung gestellt wird, der rückwärts arbeitet, dann kann die SOWC in der Vorwärtsrichtung gesperrt bleiben, obwohl sie in der Rückwärtsrichtung gesperrt ist. Auf diese Weise kann die Komplexität der SOWC verringert werden, indem nur zwei auswählbare Modi anstelle von mehr als zwei erforderlich sind. Eine beispielhafte SOWC mit drei Modi kann benutzt werden, die zwischen drei Zuständen auswählt, die zum Beispiel einen vorwärts gesperrten Modus, einen rückwärts gesperrten Modus und einen Freilaufmodus umfassen. Abhängig von der besonderen Ausführungsform des Antriebsstrangs kann eine SOWC mit zwei Modi ausgestaltet sein, um irgendwelche zwei der möglichen Modi zu benutzen, und eine SOWC mit drei Wegen kann ausgestaltet sein, um irgendwelche drei der möglichen Modi zu benutzen.
Die beschriebenen Manöver umfassen einen Leerlaufbetrieb mit ausgeschalteter Maschine, wobei ein Elektromotor mit dem Planetenradsatz in Eingriff steht. Die beschriebenen Manöver umfassen auch einen elektrischen Modus im Vorwärtsgang während eines Anfahrbetriebes, wobei ein Elektromotor alleine verwendet wird, um eine Vorwärtsbewegung des Antriebsstrangs aus einem Stillstand einzuleiten. Die beschriebenen Manöver umfassen auch einen elektrischen Modus im Rückwärtsgang während eines Anfahrbetriebes, wobei ein Elektromotor alleine verwendet wird, um eine Rückwärtsbewegung des Antriebsstrangs aus einem Stillstand einzuleiten. Die beschriebenen Manöver umfassen auch einen elektrischen Modus im Vorwärtsgang während eines Fahrbetriebes, wobei ein Elektromotor alleine verwendet wird, um eine Vorwärtsbewegung des Antriebsstrangs aus einem Stillstand zu halten. Die beschriebenen Manöver umfassen auch einen elektrischen Modus im Rückwärtsgang während eines Fahrbetriebes, wobei ein Elektromotor alleine verwendet wird, um eine Rückwärtsbewegung des Antriebsstrangs aus einem Stillstand zu halten. Die beschriebenen Manöver umfassen auch einen Übergang von einem elektrischen Modus in einen Betrieb mit eingeschalteter Maschine und einen zusätzlichen Übergang von dem Modus mit eingeschalteter Maschine in einen elektrischen Betriebsmodus. Die beschriebenen Manöver umfassen auch eine Parallelhybrid-Ausgestaltung, wobei sowohl Drehmoment von der Maschine als auch Drehmoment von dem Elektromotor benutzt werden, um Drehmoment an dem Triebstrang durch den Planetenradsatz zur Verfügung zu stellen. Tabelle 2 beschreibt eine Zahl von Manövern oder gewünschten Antriebsstrang-Betriebszuständen, die die in einer Vorwärtsrichtung gesperrte SOWC benutzen, und einen gewünschten Antriebsstrang-Betriebszustand, der erfordert, dass die SOWC in der Vorwärtsrichtung freiläuft. Eine Zahl zusätzlicher oder alternativer Manöver oder gewünschter Antriebsstrang-Betriebszustände wird in Betracht gezogen, und die Offenbarung soll nicht auf die hierin beschriebenen, besonderen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt sein. In einem anderen beispielhaften Modus, einem Regenerationsmodus, kann die SOWC verwendet werden, um in einer Rückwärtsrichtung mit Rückwärtsstreben zu sperren, um Drehmoment von dem Endantrieb an den Elektromotor zu liefern.
Ein Planetenradsatz in Kombination mit einer SOWC kann benutzt werden, um mehrere Drehmoment erzeugende Einrichtungen selektiv mit einer Eingangswelle in ein Getriebe zu verbinden. Ähnlich kann eine SOWC innerhalb eines Getriebes benutzt werden. Die ebenfalls anhängige und an die Inhaberin übertragene U. S. Serien-Nr. 12/117,923 (die dem U.S.-Patent mit der Veröffentlichungsnummer 2008/0300093 A1 entspricht) beschreibt den Betrieb einer SOWC innerhalb eines Getriebes und ist hierin durch Bezugnahme mit aufgenommen.
3 veranschaulicht schematisch einen beispielhaften Hybridantriebsstrang gemäß der vorliegenden Offenbarung, der einen Planetenradsatz und zugehörige selektiv betreibbare Kupplungen, die mehrere Drehmoment erzeugende Einrichtungen selektiv mit einer Getriebeeingangswelle verbinden, die eine SOWC einschließen, und ein beispielhaftes Achtganggetriebe, das eine zweite SOWC benutzt, umfasst. Es ist ein Hybridantriebsstrang 400 gezeigt, der eine Eingangswelle 110, die ein Maschinendrehmoment T_E liefert; eine Motorwelle 120, die ein Motordrehmoment T_M liefert; eine Getriebeeingangswelle 130, die ein Getriebeeingangsdrehmoment T_I umfasst; und einen Planetenradsatz 150 umfasst. SOWC 360 ist dargestellt, die Auswahlmechanismus 365 umfasst. Zusätzlich ist Getriebe 405 dargestellt, das Planetenradsätze 410, 420, 430 und 440 umfasst.
Eine zweite SOWC 450 ist dargestellt, die Auswahlmechanismus 455 umfasst. Wie es oben beschrieben ist, muss eine SOWC dort platziert werden, wo Drehmoment über die SOWC hinweg bei null liegt oder auf null gebracht werden kann, um es zu ermöglichen, dass die SOWC von einem gesperrten in einen entsperrten Zustand übergehen kann. Getriebe 405 arbeitet durch selektive Aktivierung von hydraulisch aktivierten Kupplungen 460, 462, 464 und 466. Die zweite SOWC 450 fungiert, um das Hohlrad des Planetenradsatzes 440 festzulegen. Kupplung 460 fungiert, um die Sonnenräder der Planetenradsätze 410 und 440 festzulegen. Kupplung 462 fungiert, um das Planetenrad des Planetenradsatzes 410 mit dem Sonnenrad des Planetenradsatzes 430 zu verbinden. Kupplung 464 fungiert, um das Hohlrad des Planetenradsatzes 410 mit dem Sonnenrad des Planetenradsatzes 430 zu verbinden. Kupplung 466 fungiert, um das Hohlrad des Planetenradsatzes 420 mit dem Sonnenrad des Planetenradsatzes 430 zu verbinden. Die zweite SOWC 450 wird auf der Basis eines gewünschten Gangzustandes des Getriebes 405 selektiv gesteuert. Gemäß dem Betrieb der Kupplungen, der den Betrieb der SOWC 450 auf der Basis des gewünschten Gangzustandes einschließt, überträgt das Getriebe 405 Drehmoment zwischen Welle 130 und einer Endantriebswelle 470, mit einem Gang- oder Zahnradfaktor, der durch einen gewünschten oder gegenwärtigen Gangzustand definiert ist.

Tabelle 3 liefert eine beispielhafte Arbeitsweise des Hybridantriebsstrangs 400 gemäß der vorliegenden Offenbarung. Tabelle 3

Gangzustand	SOWC 450	Kupplung 460	Kupplung 462	Kupplung 464	Kupplung 466
Rückwärts	F-R	x			x
Neutral	O	O
1.	F-R	x	x
2.	F-R	x		x
3.	F-R		x	x
4.	F-R			x	x
5.	F-R		x		x
6.	F		x	x	x
7.	F	x	x		x
8.	F	x		x	x

Wie es oben beschrieben ist, legt die zweite SOWC 250 ein verbundenes Element eines Planetenradsatzes selektiv fest. In einer R- oder Rückwärtsrichtungseinstellung im Rückwärtsgang bietet die zweite SOWC 450 eine selektive Aufbringung von Drehmoment, so dass ein Drehmoment auf den Triebstrang in einer Rückwärtsrichtung aufgebracht werden kann, wenn Drehmoment auf den Getriebeeingang in der Vorwärtsrichtung aufgebracht wird. In einer anderen Ausführungsform könnte der Rückwärtsgang eine identische Gang- oder Zahnradeinstellung für das erste Zahnrad umfassen, wobei das Drehmoment auf den Getriebeeingang in einer Rückwärtsrichtung aufgebracht wird. In Neutral wird in der beispielhaften in Tabelle 3 beschriebenen Ausführungsform kein Drehmoment auf den Getriebeeingang aufgebracht, und O kennzeichnet, dass jede SOWC-Einstellung benutzt werden kann. In Vorwärtsgängen eins bis fünf wird ermöglicht, dass die Getriebeausgestaltung Drehmoment in entweder eine Vorwärts- oder eine Rückwärtsrichtung überträgt, wobei zum Beispiel der Eingriff eines Maschinenbremsens oder regenerativen Bremsens durch die Arbeit der ersten SOWC 360 selektiv hergestellt wird. Gemäß der F-R-Bezeichnung ist in den Gängen eins bis fünf die zweite SOWC 450 in beiden Richtungen gesperrt. In Gängen sechs bis acht sind nicht länger ein Maschinenbremsen und regeneratives Bremsen möglich und die SOWC bleibt nur in der Vorwärtsrichtung gesperrt, was die Übertragung von Drehmoment zum Antreiben des Triebstrang zulässt, jedoch auch einen Freilauf in der Rückwärtsrichtung zulässt, so dass ein Rollen oder Segeln ermöglicht wird.
Die obigen Verfahren können in einem Steuermodul betrieben werden. Ein Steuermodul kann innerhalb einer einheitlichen Einrichtung ausgeführt sein, wobei die hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt werden. In anderen Ausführungsformen ist das Steuermodul innerhalb eines größeren Steuermoduls, zum Beispiel, innerhalb eines Getriebesteuermoduls, oder als ein Teil eines solchen angeordnet. In anderen Ausführungsformen kann das Steuermodul Funktionen beschreiben, die innerhalb mehrerer physikalischer Einrichtungen durchgeführt werden und betrieben werden um das Verfahren wie beschrieben zu betreiben.
Steuermodul, Modul, Controller, Steuereinheit, Prozessor und ähnliche Ausdrücke bedeuten irgendein geeignetes von oder verschiedene Kombinationen von einem oder mehreren von einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis/anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreisen (ASIC), einem elektronischen Schaltkreis/elektronischen Schaltkreisen, einer zentralen Verarbeitungseinheit/zentralen Verarbeitungseinheiten, (bevorzugt ein Mikroprozessor/Mikroprozessoren) und zugehöriger Speicher und Ablageeinrichtung (Nurlese, programmierbar Nurlese, Direktzugriff, Festplatte usw.), der/die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt/ausführen, einen kombinatorischen logischen Schaltkreis/kombinatorische logische Schaltkreise, einen Eingabe-/Ausgabeschaltkreis und eine Eingabe-/Ausgabeeinrichtung/Eingabe-/Ausgabeschaltkreise und Eingabe-/Ausgabeeinrichtungen, eine geeignete Signalaufbereitungs- und Pufferschaltung und andere geeignete Komponenten, um die beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Das Steuermodul weist einen Satz von Steueralgorithmen auf, die residente Software-Programmanweisungen und -kalibrierungen umfassen, die in Speicher gespeichert sind und ausgeführt werden, um die gewünschten Funktionen bereitzustellen. Die Algorithmen werden vorzugsweise während vorab festgelegter Schleifenzyklen ausgeführt. Algorithmen werden ausgeführt, etwa von einer zentralen Verarbeitungseinheit, und sind betreibbar, um Eingänge von Erfassungseinrichtungen und anderen vernetzten Steuermodulen zu überwachen und Steuer- und Diagnoseroutinen auszuführen, um den Betrieb von Aktuatoren zu steuern. Schleifenzyklen können in regelmäßigen Intervallen, beispielsweise alle 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden, während des fortwährenden Maschinen- und Fahrzeugbetriebs ausgeführt werden. Alternativ können Algorithmen in Antwort auf das Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
Die Offenbarung hat bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und Abwandlungen daran beschrieben. Weitere Abwandlungen und Abänderungen können Dritten beim Lesen und Verstehen der Beschreibung in den Sinn kommen. Daher ist beabsichtigt, dass die Offenbarung nicht auf die besondere Ausführungsform(en), die als die beste Art und Weise, die zum Ausführen dieser Offenbarung in Betracht gezogen wird, offenbart ist/sind, begrenzt, sondern dass die Offenbarung alle Ausführungsformen umfassen wird, die in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 12/117923 [0030]
US 2008/0300093 A1 [0030]

Claims

Verfahren zum Steuern eines Antriebsstrangs, der mehrere Drehmoment erzeugende Einrichtungen, eine Getriebeeingangswelle und einen Planetenradsatz umfasst, der die Drehmoment erzeugenden Einrichtungen mit der Getriebeeingangswelle verbindet, wobei das Verfahren umfasst: Überwachen einer gewünschten Ausgestaltung des Antriebsstrangs; und selektives Festlegen eines Zahnrads des Planetenradsatzes mit einer wählbaren Einwegkupplung auf der Basis der gewünschten Ausgestaltung des Antriebsstrangs.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Überwachen der gewünschten Ausgestaltung des Antriebsstrangs das Überwachen eines gewünschten Gangzustands des Antriebsstrangs umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die gewünschte Ausgestaltung des Antriebsstrangs ferner eine Richtung des Betriebs eines Elektromotors umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die gewünschte Ausgestaltung des Antriebsstrangs ferner ein Maschinenbremsen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die gewünschte Ausgestaltung des Antriebsstrangs ferner ein regeneratives Bremsen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Überwachen der gewünschten Ausgestaltung des Antriebsstrangs das Überwachen des gewünschten Betriebs der mehreren Drehmoment erzeugenden Einrichtungen umfasst.
Verfahren nach den Ansprüchen 1–6, das ferner umfasst: Überwachen eines gewünschten Gangzustands; und selektives Festlegen eines Zahnrads eines zweiten Planetenradsatzes innerhalb einer Getriebeeinrichtung mit einer zweiten auswählbaren Einwegkupplung.
System zum Steuern eines Antriebsstrangs, der mehrere Drehmoment erzeugende Einrichtungen, einen Planetenradsatz und eine Getriebeeingangswelle umfasst, wobei das System umfasst: den Planetenradsatz, der Drehmoment zwischen den Drehmoment erzeugenden Einrichtungen und der Getriebeeingangswelle überträgt; eine wählbare Einwegkupplung, die ein Zahnrad des Planetenradsatzes selektiv festlegt; und ein Steuermodul, das: den gewünschten Betrieb des Antriebsstrangs überwacht; eine gewünschte Einstellung der wählbaren Einwegkupplung auf der Basis des gewünschten Betriebs des Antriebsstrangs ermittelt; und die auswählbare Einwegkupplung auf der Basis der gewünschten Einstellung der auswählbaren Einwegkupplung steuert.
System nach Anspruch 8, wobei das Ermitteln der gewünschten Einstellung der auswählbaren Einwegkupplung das Auswählen dazwischen umfasst, dass die auswählbare Einwegkupplung in einer Richtung gesperrt ist und in einer zweiten Richtung freiläuft und die auswählbare Einwegkupplung in sowohl der ersten Richtung als auch der zweiten Richtung gesperrt ist.
System nach Anspruch 8, das ferner ein Getriebe umfasst, das eine zweite auswählbare Einwegkupplung umfasst; und das Steuermodul ferner: einen gewünschten Gangzustand überwacht; eine gewünschte Einstellung für die zweite auswählbare Einwegkupplung ermittelt; und die zweite auswählbare Einwegkupplung auf der Basis der gewünschten Einstellung für die zweite auswählbare Einwegkupplung steuert.