DE102012102146B4

DE102012102146B4 - Kraftübertragungsvorrichtung für Hybridfahrzeuge

Info

Publication number: DE102012102146B4
Application number: DE102012102146.5A
Authority: DE
Inventors: Shogo Oki
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2011-03-17
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2023-10-26
Anticipated expiration: 2032-03-15
Also published as: CN102673378B; CN102673378A; DE102012102146A1; JP2012192855A; JP5818308B2; US20120234134A1; US9358971B2

Abstract

Kraftübertragungsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug, die eine Verbrennungsmotor-Ausgangsleistung und eine Elektromotor-Ausgangsleistung zu einem Antriebsrad überträgt, wobei die Kraftübertragungsvorrichtung folgendes aufweist:- ein stufenlos verstellbares Getriebe (10), das eine mit einer Verbrennungsmotor-Ausgangswelle (15) und einer Elektromotor-Ausgangswelle (41) gekoppelte Primärwelle (11) und eine Sekundärwelle (12) aufweist, zu der die Rotation der Primärwelle (11) übertragen wird, nachdem diese durch ein Kraftübertragungselement (33) stufenlos variiert worden ist;- eine Ausgangskupplung (63), die zwischen einer mit dem Antriebsrad gekoppelten Ausgangs-Transmissionswelle (57) und der Sekundärwelle (12) angeordnet ist, um die Sekundärwelle (12) und die Ausgangs-Transmissionswelle (57) in einen gekoppelten Zustand zu schalten, in dem eine Kopplung zwischen diesen gebildet ist, sowie in einen gelösten Zustand zu schalten, in dem die Kopplung gelöst ist; und- eine Antriebs-Umschaltkupplung (71), die zwischen der Primärwelle (11) und der Ausgangs-Transmissionswelle (57) angeordnet ist, um die Primärwelle (11) und die Ausgangs-Transmissionswelle (57) in einen gekoppelten Zustand, in dem eine Kopplung zwischen diesen gebildet ist, sowie in einen gelösten Zustand zu schalten, in dem die Kopplung gelöst ist,- wobei in einem direkten Kopplungsmodus, in dem die Ausgangskupplung (63) gelöst ist und die Antriebs-Umschaltkupplung (71) in einem gekoppelten Zustand ist, zumindest eine von der Verbrennungsmotor-Ausgangsleistung und der Elektromotor-Ausgangsleistung ohne Durchlaufen des stufenlos verstellbaren Getriebes (10) zu dem Antriebsrad übertragen wird, und- wobei die Primärwelle (11) mit einem Ende der Elektromotor-Ausgangswelle (41) gekoppelt ist und die Antriebs-Umschaltkupplung (71) mit einem anderen Ende der Elektromotor-Ausgangswelle (41) gekoppelt ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kraftübertragungsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug, die eine Verbrennungsmotor-Ausgangsleistung und eine Elektromotor-Ausgangsleistung zu einem Antriebsrad überträgt.
2. Beschreibung des einschlägigen Standes der Technik
Bei einem Hybridfahrzeug, das mit einem Verbrennungsmotor und mit einem Elektromotor ausgestattet ist, so dass eine Verbrennungsmotor-Ausgangsleistung und eine Elektromotor-Ausgangsleistung zu einem Antriebsrad übertragen werden können, wird die Verbrennungsmotor-Ausgangsleistung über einen Schaltmechanismus zu dem Antriebsrad übertragen.
Bei einem mit einem Schaltmechanismus ausgestatteten Hybridfahrzeug können der Verbrennungsmotor und der Elektromotor derart vorgesehen sein, dass der Verbrennungsmotor auf der Seite des einen Endbereichs einer Getriebeeingangswelle des Schaltmechanismus angeordnet ist und der Elektromotor auf der Seite des anderen Endbereichs angeordnet ist, so dass der Verbrennungsmotor und der Elektromotor beidseits von dem Schaltmechanismus vorgesehen sind, oder sie können derart vorgesehen sein, dass der Verbrennungsmotor und der Elektromotor einander benachbart auf der Seite von einem Endbereich der Getriebeeingangswelle angeordnet sind.
Bei einem Hybridfahrzeug mit einem Schaltmechanismus werden die Verbrennungsmotor-Ausgangsleistung und die Elektromotor-Ausgangsleistung über den Schaltmechanismus zu einem Antriebsrad übertragen. In dem Fall, in dem der Elektromotor als Generator betrieben wird, um regenerative Energie zurückzugewinnen, wird ein regeneratives Drehmoment von dem Antriebsrad über den Schaltmechanismus zu dem Elektromotor übertragen.
Die JP 4 226 610 B2 beschreibt ein Hybridfahrzeug mit einem stufenlos verstellbaren Getriebe (CVT) als Schaltmechanismus, bei dem ein Verbrennungsmotor und ein Elektromotor auf der einen Seite von einem Endbereich einer Primärwelle des stufenlos verstellbaren Schaltmechanismus angeordnet sind.
Bei diesem Hybridfahrzeug werden ein Kraftübertragungsweg zum Übertragen der Verbrennungsmotor-Ausgangsleistung und der Elektromotor-Ausgangsleistung über das stufenlos verstellbare Getriebe zu dem Antriebsrad und ein Kraftübertragungsweg zum Übertragen der Elektromotor-Ausgangsleistung zu dem Antriebsrad ohne Durchlaufen des stufenlos verstellbaren Getriebes mittels einer Kupplung geschaltet.
Die JP 3 633 473 B2 beschreibt ein Hybridfahrzeug mit einem Planetengetriebe zusätzlich zu einem stufenlos verstellbaren Getriebe, wobei ein Schaltmodus zum Schalten ausschließlich unter Verwendung des stufenlos verstellbaren Getriebes und ein Schaltmodus zum Schalten unter Verwendung sowohl des stufenlos verstellbaren Getriebes als auch des Planetengetriebes mittels einer Kupplung geschaltet werden.
Außerdem beschreibt die JP 3 743 158 B2 eine Kraftübertragungsvorrichtung, die ein stufenlos verstellbares Getriebe und unbegrenzt variables Getriebe beinhaltet und eine Verbrennungsmotor-Ausgangsleistung und eine Elektromotor-Ausgangsleistung zu einem Antriebsrad überträgt.
Die US 2010 / 0 258 367 A1 zeigt ein Antriebssystem für ein Hybridfahrzeug, wobei das Antriebssystem das Folgende aufweist: eine Wärmekraftmaschine, insbesondere einen Verbrennungsmotor, mit einer Welle; mindestens eine elektrische Maschine mit einem Rotor, die von Batterien gespeist wird; eine einrückbare Kupplung zwischen der Welle und dem Rotor; und eine angetriebene Welle, die Räder des Fahrzeugs antreibt. Dabei weist das System einen ersten Übertragungsweg zur Bewegungsübertragung zwischen der Welle von der Wärmekraftmaschine und der angetriebenen Welle auf, sowie einen zweiten Übertragungsweg zur Bewegungsübertragung zwischen dem Rotor der elektrischen Maschine und der angetriebenen Welle.
Die JP 2008 - 247 192 A zeigt ein Antriebssystem zum Antreiben eines angetriebenen Teils, wobei das Antriebssystem das Folgende aufweist: eine Antriebsmaschine mit einer Ausgangswelle; und ein Planetengetriebe mit einem Sonnenrad, einem Hohlrad und einem Trägerelement, das ein Planetenrad drehbar lagert, das mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad kämmt. Dabei sind das Sonnenrad und das Hohlrad mit dem angetriebenen Teil verbunden und das Trägerelement ist mit der Ausgangswelle der Antriebsmaschine verbunden. Das Antriebssystem weist ferner einen Rotationsmotor mit einem Ausgang auf, der mit einem von dem Sonnenrad und dem Hohlrad verbunden ist, sowie ein Getriebe, das zwischen dem anderen von dem Sonnenrad und dem Hohlrad und dem angetriebenen Teil gekoppelt ist, um die Leistung der Antriebsmaschine zu variieren und die Leistung auf das angetriebene Teil zu übertragen.
Bei vielen herkömmlichen Hybridfahrzeugen, wie z.B. den in den JP 4 226 610 B2 , JP 3 633 473 B2 und JP 3 743 158 B2 beschriebenen, werden die Verbrennungsmotor-Ausgangsleistung und die Elektromotor-Ausgangsleistung über einen Schaltmechanismus zu einem Antriebsrad übertragen, wobei in bestimmten Fällen die Elektromotor-Ausgangsleistung allein direkt zu dem Antriebsrad übertragen werden kann, ohne dass der Schaltmechanismus durchlaufen wird. Da jedoch die Verbrennungsmotor-Ausgangsleistung über den Schaltmechanismus zu dem Antriebsrad übertragen wird, ist ein Kraftübertragungsverlust in dem Schaltmechanismus unvermeidbar.
Beispiele für die stufenlos verstellbaren Getriebe, die als Schaltmechanismus dienen, beinhalten einen Mechanismus vom Typ mit Riemenantrieb sowie einen Mechanismus vom Typ mit Traktionsantrieb. Bei dem Riemenantriebssystem sind eine Primärwelle mit einer Primär-Riemenscheibe und eine Sekundärwelle mit einer Sekundär-Riemenscheibe vorgesehen, und Nutbreiten der Riemenscheiben sind variabel vorgegeben. Ein Kraftübertragungselement, wie z.B. ein Riemen, ist zwischen den beiden Riemenscheiben herumgeführt, so dass die Rotation der Primärwelle über das Kraftübertragungselement stufenlos variiert wird und zu der Sekundärwelle übertragen wird.
Bei dem Traktionsantriebssystem sind eine Primärwelle mit einer Eingangsscheibe sowie eine Primärwelle mit einer Ausgangsscheibe vorgesehen, wobei eine Toroidfläche an jeder der Scheiben ausgebildet ist und eine Kraftrolle zwischen den Toroidflächen als Kraftübertragungselement angeordnet ist.
Bei dem stufenlos verstellbaren Getriebe vom Riemenantriebs-Typ muss eine Straffungskraft, die in Richtung auf den Riemen als Kraftübertragungselement orientiert ist, während der Kraftübertragung unter Verwendung einer Hydraulikpumpe auf die Riemenscheiben ausgeübt werden. Somit entsteht bei einer Kraftübertragungsvorrichtung, die von dem stufenlos verstellbaren Getriebe Gebrauch macht, unweigerlich ein Kraftverlust bei der Aktivierung der Hydraulikpumpe zusätzlich zu dem Kraftübertragungsverlust, der bei dem stufenlos verstellbaren Getriebe auftritt.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Kraftübertragungseffizienz eines Hybridfahrzeugs zu verbessern.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Kraftübertragungsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 4. Darüber hinaus erfolgt die Lösung der Aufgabe durch eine Kraftübertragungsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 5.
Die Kraftübertragungsvorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung besitzen einen direkten Kopplungsmodus, in dem die Verbrennungsmotor-Ausgangsleistung und die Elektromotor-Ausgangsleistung ohne Durchlaufen des stufenlos verstellbaren Getriebes direkt zu dem Antriebsrad übertragen werden können. Somit kann in diesem Betriebsmodus ein in dem stufenlos verstellbaren Getriebe auftretender Kraftübertragungsverlust eliminiert werden, so dass eine Verbesserung der Kraftübertragungseffizienz und eine entsprechende Verbesserung bei der Kraftstoffnutzungseffizienz erzielt werden können.
Da ferner Kraft ohne Durchlaufen des stufenlos verstellbaren Getriebes übertragen werden kann, muss eine Hydraulikpumpe in dem direkten Kopplungsmodus zum Ausführen eines Schaltvorgangs nicht aktiviert werden, und somit kann ein Verlust bei der Pumpe verhindert werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen zeigen:

1 eine Übersichtsdarstellung zur Erläuterung einer Kraftübertragungsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2A eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Kraftübertragungsweges in einem direkten Kopplungsmodus, und
2B eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Kraftübertragungsweges in einem Schaltmodus;
3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Kraftübertragungsweges während eines regenerativen Bremsvorgangs in dem direkten Kopplungsmodus; und
4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Kraftübertragungsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung auf der Basis der Zeichnungen ausführlich beschrieben. Eine in 1 dargestellte Kraftübertragungsvorrichtung weist ein stufenlos verstellbares Getriebe 10 auf, das als Schaltmechanismus dient. Das stufenlos verstellbare Getriebe 10 besitzt eine Primärwelle 11, die als Getriebeeingangswelle dient, und eine Sekundärwelle 12, die als Getriebeausgangswelle dient.
Die Primärwelle 11 und die Sekundärwelle 12 sind zueinander parallel. Das stufenlos verstellbare Getriebe 10 ist in ein Getriebegehäuse 13a integriert, und das Getriebegehäuse 13a ist in einem nicht dargestellten Fahrzeugaufbau vertikal angebracht, so dass die Primärwelle 11 und die Sekundärwelle 12 jeweils parallel zu einer Fahrtrichtung sind.
Ein Drehmomentwandler 14 ist in ein Wandlergehäuse 13b integriert, das an einem äußeren Endbereich des Getriebegehäuses 13a angebracht ist. Der Drehmomentwandler 14 beinhaltet ein Pumpenlaufrad 16, das mit einer Kurbelwelle eines nicht dargestellten Verbrennungsmotors, oder mit anderen Worten mit einer Verbrennungsmotor-Ausgangswelle 15, gekoppelt ist, sowie einen Turbinenläufer 18, der dem Pumpenlaufrad 16 zugewandt ist und mit einer Turbinenwelle 17 gekoppelt ist.
Die Kraftübertragungsvorrichtung besitzt eine Ölpumpe 19, und die Ölpumpe 19 wird von einer Pumpenwelle angetrieben, die in dem Pumpenlaufrad 16 des Drehmomentwandlers 14 vorgesehen ist. Die Turbinenwelle 17 des Drehmomentwandlers 14 ist mit dem einen Endbereich der Primärwelle 11 über einen Vorwärts/ Rückwärts-Umschaltmechanismus 20 gekoppelt.
Der Vorwärts/Rückwärts-Umschaltmechanismus 20 weist eine auf der Turbinenwelle 17 festgelegte Kupplungstrommel 21 und eine auf der Primärwelle 11 festgelegte Kupplungsnabe 22 auf. Eine Vorwärts-Kupplung 23 ist durch eine Vielzahl von Reibungsplatten gebildet, die zwischen der Kupplungstrommel 21 und der Kupplungsnabe 22 angeordnet sind.
Wenn die Vorwärts-Kupplung 23 durch einen Hydraulikkolben 23a eingerückt ist, wird die Rotationsbewegung der Turbinenwelle 17 über die Kupplungsnabe 22 derart zu der Primärwelle 11 übertragen, dass sich die Primärwelle 11 in einer identischen normalen Rotationsrichtung mit der Turbinenwelle 17 dreht.
Ein Sonnenrad 24 ist auf der Primärwelle 11 festgelegt, und ein Hohlrad 25 ist in dem Getriebegehäuse 13a frei drehbar an einer in Radialrichtung äußeren Seite des Sonnenrads 24 vorgesehen. Zwei Planetenritzel 27 und 28, die miteinander kämmen und somit ein Paar bilden, sind an einem an der Kupplungstrommel 21 angebrachten Träger 26 frei drehbar angebracht.
Eines der Ritzel 27 kämmt mit dem Sonnenrad 24, während das andere Ritzel 28 mit dem Hohlrad 25 kämmt. Es ist darauf hinzuweisen, dass in 1 die beiden Ritzel 27 und 28 zur Vereinfachung der Zeichnung voneinander entfernt dargestellt sind. Eine Rückwärts-Bremse 29 ist durch eine Vielzahl von Reibungsplatten gebildet, die zwischen dem Hohlrad 25 und dem Getriebegehäuse 13a angeordnet sind.
Wenn die Vorwärts-Kupplung 23 ausgerückt bzw. gelöst ist und die Rückwärts-Bremse 29 durch einen Hydraulikkolben 29a angelegt ist, dreht sich die Primärwelle 11 in einer gegenläufigen Rotationsrichtung zu der Turbinenwelle 17. Wenn die Primärwelle 11 in der normalen Rotationsrichtung gedreht wird, wird die Rückwärts-Bremse 29 in einen gelösten Zustand verbracht.
Wie in 1 gezeigt, ist die Primärwelle 11 mit ihrem einen Endbereich über den Drehmomentwandler 14 und den Vorwärts/Rückwärts-Umschaltmechanismus 20 mit der Verbrennungsmotor-Ausgangswelle 15 gekoppelt, so dass eine Verbrennungsmotor-Ausgangsleistung in die Primärwelle 11 eingeleitet wird.
Eine Primär-Riemenscheibe 31 ist auf der Primärwelle 11 des stufenlos verstellbaren Getriebes 10 vorgesehen. Die Primär-Riemenscheibe 31 weist eine auf der Primärwelle 11 festgelegte feststehende Riemenscheibe 31a sowie eine bewegliche Riemenscheibe 31b auf, die der feststehenden Riemenscheibe 31a gegenüberliegt und auf der Primärwelle 11 über eine Kugelkeilwelle oder dergleichen in Axialrichtung frei verschiebbar ist. Somit ist ein Zwischenraum zwischen konischen Oberflächen der Riemenscheiben, oder mit anderen Worten eine Riemenscheiben-Nutbreite, variabel.
Eine Sekundär-Riemenscheibe 32 ist auf der Sekundärwelle 12 vorgesehen, die zu der Primärwelle 11 parallel ist. Die Sekundär-Riemenscheibe 32 beinhaltet eine auf der Sekundärwelle 12 festgelegte feststehende Riemenscheibe 32a und eine bewegliche Riemenscheibe 32b, die der feststehenden Riemenscheibe 32a gegenüberliegt und auf der Sekundärwelle 12 über eine verdrehfeste Wellenführung oder dergleichen in Axialrichtung frei verschiebbar ist, so dass die Riemenscheiben-Nutbreite variabel ist.
Ein Riemen 33 ist als Kraftübertragungselement zwischen der Primär-Riemenscheibe 31 und der Sekundär-Riemenscheibe 32 herumgeführt. Durch Verändern der Nutbreiten der beiden Riemenscheiben 31 und 32 wird das Wickeldurchmesserverhältnis des Riemens 33 relativ zu den jeweiligen Riemenscheiben 31 und 32 variiert.
Infolgedessen wird eine Rotationsgeschwindigkeit der Sekundär-Riemenscheibe 12 relativ zu der Primär-Riemenscheibe 11 kontinuierlich verändert. Zum Variieren der Nutbreite der Primär-Riemenscheibe 31 ist ein Zylinder 35, der zusammen mit der beweglichen Riemenscheibe 31b eine Primär-Ölkammer 34 bildet, an der Primärwelle 11 angebracht.
Zum Variieren der Nutbreite der Sekundär-Riemenscheibe 32 ist ein Zylinder 37, der zusammen mit der beweglichen Riemenscheibe 32b eine Sekundär-Ölkammer 36 bildet, an der Sekundärwelle 12 angebracht. Betriebsöl wird der Primär-Ölkammer 34 und der Sekundär-Ölkammer 36 von der Ölpumpe 19 zugeführt.
Ein Elektromotor 40 ist in einem Motorgehäuse 13c angebracht, das an einem hinteren Endbereich des Getriebegehäuses 13a befestigt ist. Der Elektromotor 40 weist einen auf einer Elektromotor-Ausgangswelle 41 angebrachten Rotor 42 auf, und die Elektromotor-Ausgangswelle 41 ist mit einem weiteren Endbereich der Primärwelle 11 gekoppelt.
Der Elektromotor 40 weist einen Stator 43 auf, in dessen Innenraum der Rotor 42 integriert ist, und der Stator 43 ist an dem Motorgehäuse 13c festgelegt. Somit ist die Primärwelle 11 an einem linken Endbereich in 1 über den Drehmomentwandler 14 und den Vorwärts/Rückwärts-Umschaltmechanismus 20 mit der Verbrennungsmotor-Ausgangswelle 15 gekoppelt und an einem rechten Endbereich mit der Elektromotor-Ausgangswelle 41 des Elektromotors 40 gekoppelt, so dass die Turbinenwelle 17, die Primärwelle 11 und die Elektromotor-Ausgangswelle 41 koaxial sind.
Bei dem Elektromotor 40 handelt es sich um einen Motor/Generator, der nicht nur als Elektromotor, sondern auch als Stromgenerator zum Zurückzugewinnen von regenerativer Energie während eines Bremsvorgangs sowie zum Aufladen einer Batterie damit dient.
Die in 1 dargestellte Kraftübertragungsvorrichtung ist in einem Fahrzeug mit Allradantrieb, oder mit anderen Worten, in einem Fahrzeug mit vier angetriebenen Rädern angebracht, bei dem sowohl die Vorderräder als auch die Hinterräder als Antriebsräder dienen, so dass Kraft zu diesen übertragen werden kann.
Ein Transfergehäuse 13d ist an einem hinteren Endbereich des Motorgehäuses 13c angebracht. Eine Transferkupplung 45 ist auf einer Transferwelle 44 angebracht, die in dem Motorgehäuse 13c derart angeordnet ist, dass sie in das Transfergehäuse 13d hineinragt, und die Transferwelle 44 ist über die Transferkupplung 45 mit einer Hinterrad-Ausgangswelle 46 gekoppelt.
Die Transferkupplung 45 weist eine auf der Transferwelle 44 angebrachte Kupplungsnabe 47 und eine an der Hinterrad-Ausgangswelle 46 angebrachte Kupplungstrommel 48 auf, und dazwischen ist eine Vielzahl von Reibungsplatten vorhanden. Wenn die Reibungsplatten durch einen Hydraulikkolben 49 in Eingriff gebracht sind, sind die Transferwelle 44 und die Hinterrad-Ausgangswelle 46 miteinander gekoppelt.
Die Hinterrad-Ausgangswelle 46 ist mit einem hinteren Differentialmechanismus 52 über eine Kardanwelle 51 verbunden, so dass Ausgangsleistung von der Transferwelle 44 über die Kardanwelle 51 zu den nicht dargestellten Hinterrädern übertragen wird, die als Antriebsräder dienen.
Eine Vorderrad-Ausgangswelle 53 ist in dem Getriebegehäuse 13a parallel zu der Primärwelle 11 und der Sekundärwelle 12 angebracht. Die Vorderrad-Ausgangswelle 53 ist mit der Transferwelle 44 durch ein Zahnradpaar gekoppelt, das durch ein auf der Transferwelle 44 angebrachtes Zahnrad 54 und ein Zahnrad 55 gebildet ist, das auf Vorderrad-Ausgangswelle 53 derart angebracht ist, dass es mit dem Zahnrad 54 kämmt.
Die Vorderrad-Ausgangswelle 53 ist mit einem vorderen Differentialmechanismus 56 derart gekoppelt, dass Ausgangsleistung von der Transferwelle 44 über die Vorderrad-Ausgangswelle 53 zu den nicht dargestellten Vorderrädern übertragen wird, die als Antriebsräder dienen.
Wenn die Transferkupplung 45 eingerückt ist, wird die Verbrennungsmotor-Ausgangsleistung usw. zu den Vorderrädern und den Hinterrädern übertragen. Wenn dagegen die Transferkupplung 45 gelöst ist, wird die Verbrennungsmotor-Ausgangsleistung usw. nur zu den Vorderrädern übertragen.
Die Transferwelle 44, die Hinterrad-Ausgangswelle 46 und die Vorderrad-Ausgangswelle 53 bilden zusammen eine Ausgangs-Transmissionswelle 57 zum Übertragen von Kraft zu den als Antriebsräder dienenden Vorderrädern und Hinterrädern. Zum Übertragen der Rotation der Sekundärwelle 12 zu der Ausgangs-Transmissionswelle 57, kämmt ein auf der Sekundärwelle 12 angebrachtes Zahnrad 61 mit einem Zahnrad 62, das auf der Vorderrad-Ausgangswelle 53 frei drehbar angebracht ist.
Eine Ausgangskupplung 63 zum Umschalten der Ausgangs-Transmissionswelle 57 und der Sekundärwelle 12 zwischen einem gekoppelten Zustand, in dem die beiden Wellen miteinander gekoppelt sind, und einem gelösten Zustand, in dem die Kopplung gelöst ist, ist zwischen dem Zahnrad 62 und der Vorderrad-Ausgangswelle 53 angeordnet.
Die Ausgangskupplung 63 beinhaltet eine an dem Zahnrad 62 angebrachte Kupplungsnabe 64 und eine an der Vorderrad-Ausgangswelle 53 angebrachte Kupplungstrommel 65 sowie eine dazwischen vorgesehene Kupplungsplatte. Wenn die Kupplungsplatte von einem Hydraulikkolben 66 eingerückt wird, gelangen die Sekundärwelle 12 und die Ausgangs-Transmissionswelle 57 in den gekoppelten Zustand.
Eine Antriebs-Umschaltkupplung 71 ist zwischen der Elektromotor-Ausgangswelle 41 und der Transferwelle 44 angeordnet. Die Antriebs-Umschaltkupplung 71 weist eine auf der Elektromotor-Ausgangswelle 41 angebrachte Kupplungsnabe 72 und eine auf der Transferwelle 44 angebrachte Kupplungstrommel 73 auf, wobei eine Vielzahl von Reibungsplatten dazwischen vorgesehen ist.
Wenn die Reibungsplatten durch einen Hydraulikkolben 74 eingerückt werden, werden die Primärwelle 11 und die Ausgangs-Transmissionswelle 57 durch die Antriebs-Umschaltkupplung 71 über die Elektromotor-Ausgangswelle 41 gekoppelt. Wenn dagegen die Reibungsplatten gelöst werden, wird die Kopplung aufgehoben, so dass die Wellen entkoppelt sind.
Somit ist die Antriebs-Umschaltkupplung 71 zwischen der Primärwelle 11, mit der die Elektromotor-Ausgangswelle 41 gekoppelt ist, und der Ausgangs-Transmissionswelle 57 angeordnet, und wenn die Antriebs-Umschaltkupplung 71 beispielsweise während einer Fahrt mit hoher Geschwindigkeit eingeschaltet bzw. eingerückt wird, dann wird die Verbrennungsmotor-Ausgangswelle 15 über die Elektromotor-Ausgangswelle 41 direkt mit der Ausgangs-Transmissionswelle 57 gekoppelt.
Betriebsöl von der Ölpumpe 19, die von dem Verbrennungsmotor angetrieben wird, wird der Primär-Ölkammer 34, der Sekundär-Ölkammer 36, den Hydraulikkolben 74, 66 und 49 usw. zugeführt. Anstelle oder zusätzlich zu der von dem Verbrennungsmotor angetriebenen Ölpumpe 19 kann jedoch eine elektrische Ölpumpe an der Kraftübertragungsvorrichtung vorgesehen werden.
2A zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Kraftübertragungsweges in einem Kopplungsmodus, in dem die Antriebs-Umschaltkupplung 71 eingerückt ist und die Ausgangskupplung 63 gelöst ist. Der Kraftübertragungsweg ist in der Zeichnung durch Pfeile veranschaulicht. Hierbei wird die Verbrennungsmotor-Ausgangsleistung von der Ausgangs-Transmissionswelle 57 direkt zu den vorderen und hinteren Antriebsrädern übertragen, ohne das stufenlos verstellbare Getriebe 10 zu durchlaufen.
Wenn der Verbrennungsmotor in Betrieb ist, wird die Verbrennungsmotor-Ausgangsleistung zu den Antriebsrädern übertragen, und wenn der Elektromotor 40 in Betrieb ist, wird die Elektromotor-Ausgangsleistung zu den Antriebsrädern übertragen. Somit kann zumindest eine von der Verbrennungsmotor-Ausgangsleistung und der Elektromotor-Ausgangsleistung zu den Antriebsrädern übertragen werden.
Die Verbrennungsmotor-Ausgangsleistung wird in einem direkt gekoppelten Zustand, d.h. ohne Durchlaufen des stufenlos verstellbaren Getriebes 10, zu der Ausgangs-Transmissionswelle 57 übertragen. Daher wird das Auftreten eines Kraftverlusts während eines Schaltvorgangs in dem stufenlos verstellbaren Getriebe 10 eliminiert, und es muss keine Kraft zum Andrücken der Primär-Riemenscheibe 31 und der Sekundär-Riemenscheibe 32 gegen den Riemen 33 an den Riemenscheiben erzeugt werden. Infolgedessen kann die Kraftübertragungseffizienz verbessert werden.
1 veranschaulicht eine Kraftübertragungsvorrichtung vom Typ mit Allradantrieb; bei einer Kraftübertragungsvorrichtung mit Frontmotor und Frontantrieb (FF), bei der nur die Vorderräder als Antriebsräder dienen, ist jedoch die Transferkupplung 45 nicht vorhanden.
Im Fall einer Kraftübertragungsvorrichtung mit Frontmotor und Heckantrieb (FR), bei der nur die Hinterräder als Antriebsräder dienen, sind dagegen die Transferkupplung 45 und die Vorderrad-Ausgangswelle 53 nicht vorhanden, während die Sekundärwelle 12 über ein Zahnrad und eine Kette mit der Hinterrad-Ausgangswelle 46 gekoppelt ist.
2B zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Kraftübertragungsweges in einem Schaltmodus, in dem die Antriebs-Umschaltkupplung 71 gelöst ist und die Ausgangskupplung 63 eingerückt ist. Zu diesem Zeitpunkt werden die Verbrennungsmotor-Ausgangsleistung und die Elektromotor-Ausgangsleistung über das stufenlos verstellbare Getriebe 10 zu der Ausgangs-Transmissionswelle 57 übertragen, und daher wird dieser Schaltmodus dann vorgegeben, wenn sich das Fahrzeug in Bewegung setzt, mit niedriger Geschwindigkeit fährt usw.
3 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Kraftübertragungswegs, wenn sich die Kraftübertragungsvorrichtung ähnlich der 2A im Kopplungsmodus befindet und von dem Elektromotor 40 während eines regenerativen Bremsvorgangs Kraft erzeugt wird.
Bei der Ausführung eines regenerativen Bremsvorgangs im direkten Kopplungsmodus, wird ein Krafterzeugungs-Drehmoment von der Ausgangs-Transmissionswelle 57 direkt, d.h. ohne Durchlaufen des stufenlos verstellbaren Getriebes 10, zu dem Elektromotor 40 übertragen, und auf diese Weise kann die Regenerationseffizienz verbessert werden.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer Kraftübertragungsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Bei dieser Kraftübertragungsvorrichtung ist der Elektromotor 40 auf der Seite des Verbrennungsmotors der Primär-Riemenscheibe 31 angeordnet. Die Elektromotor-Ausgangswelle 41 ist auf der Verbrennungsmotorseite der Primärwelle 11 angeordnet, und somit ist die Antriebs-Umschaltkupplung 71 zwischen der Primärwelle 11 und der Transferwelle 44 angeordnet.
Bei der in 4 dargestellten Kraftübertragungsvorrichtung ist somit der auf der einen Seite angeordnete Endbereich der Primärwelle 11 über die Elektromotor-Ausgangswelle 41 mit der Verbrennungsmotor-Ausgangswelle 15 gekoppelt, und die Antriebs-Umschaltkupplung 71 ist zwischen dem anderen Endbereich der Primärwelle 11 und der Ausgangs-Transmissionswelle 57 angeordnet.
Bei der in 1 gezeigten Kraftübertragungsvorrichtung dagegen ist die Primärwelle 11 mit dem einen Endbereich der Elektromotor-Ausgangswelle 41 gekoppelt, und die Antriebs-Umschaltkupplung 71 ist zwischen dem anderen Endbereich der Elektromotor-Ausgangswelle 41 und der Ausgangs-Transmissionswelle 57 angeordnet.
In 4 ist die Ausgangskupplung 63 zum Schalten der Ausgangs-Transmissionswelle 57 und der Sekundärwelle 12 zwischen dem gekoppelten Zustand, in dem die beiden Wellen gekoppelt sind, und dem gelösten Zustand, in dem die Kopplung aufgehoben ist, auf der Sekundärwelle 12 vorgesehen.
Solange die Ausgangskupplung 63 zwischen der Ausgangs-Transmissionswelle 57 und der Sekundärwelle 12 vorgesehen ist, kann ihre Position nach Wunsch vorgegeben werden, und bei der in 1 dargestellten Kraftübertragungsvorrichtung kann die Ausgangskupplung 63 gleichermaßen auf der Sekundärwelle 12 vorgesehen sein, wie dies in 4 gezeigt ist.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, und im Rahmen der Erfindung können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden. Beispielsweise handelt es sich bei dem in der Zeichnung dargestellten stufenlos verstellbaren Getriebe 10 um einen Mechanismus vom Typ mit Riemenantrieb, jedoch kann es sich auch um einen Mechanismus vom Typ mit Traktionsantrieb handeln.
Bezugszeichenliste

10: stufenlos verstellbares Getriebe
11: Primärwelle
12: Sekundärwelle
13a: Getriebegehäuse
13b: Wandlergehäuse
13c: Motorgehäuse
13d: Transfergehäuse
14: Drehmomentwandler
15: Verbrennungsmotor-Ausgangswelle
16: Pumpenlaufrad
17: Turbinenwelle
18: Turbinenläufer
19: Ölpumpe
20: Vorwärts/Rückwärts-Umschaltmechanismus
21: Kupplungstrommel
22: Kupplungsnabe
23: Vorwärts-Kupplung
23a: Hydraulikkolben
24: Sonnenrad
25: Hohlrad
26: Träger
27: Ritzel
28: Ritzel
29: Rückwärts-Bremse
29a: Hydraulikkolben
31: Primär-Riemenscheibe
31a: feststehende Riemenscheibe
31b: bewegliche Riemenscheibe
32: Sekundär-Riemenscheibe
32a: feststehende Riemenscheibe
32b: bewegliche Riemenscheibe
33: Riemen
34: Primär-Ölkammer
35: Zylinder
36: Sekundär-Ölkammer
40: Elektromotor
41: Elektromotor-Ausgangswelle
42: Rotor
43: Stator
44: Transferwelle
45: Transferkupplung
46: Hinterrad-Ausgangswelle
47: Kupplungsnabe
48: Kupplungstrommel
49: Hydraulikkolben
51: Kardanwelle
52: hinterer Differentialmechanismus
53: Vorderrad-Ausgangswelle
54: Zahnrad
55: Zahnrad
56: vorderer Differentialmechanismus
57: Ausgangs-Transmissionswelle
61: Zahnrad
62: Zahnrad
63: Ausgangskupplung
64: Kupplungsnabe
65: Kupplungstrommel
66: Hydraulikkolben
71: Antriebs-Umschaltkupplung
72: Kupplungsnabe
73: Kupplungstrommel
74: Hydraulikkolben

Claims

Kraftübertragungsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug, die eine Verbrennungsmotor-Ausgangsleistung und eine Elektromotor-Ausgangsleistung zu einem Antriebsrad überträgt, wobei die Kraftübertragungsvorrichtung folgendes aufweist: - ein stufenlos verstellbares Getriebe (10), das eine mit einer Verbrennungsmotor-Ausgangswelle (15) und einer Elektromotor-Ausgangswelle (41) gekoppelte Primärwelle (11) und eine Sekundärwelle (12) aufweist, zu der die Rotation der Primärwelle (11) übertragen wird, nachdem diese durch ein Kraftübertragungselement (33) stufenlos variiert worden ist; - eine Ausgangskupplung (63), die zwischen einer mit dem Antriebsrad gekoppelten Ausgangs-Transmissionswelle (57) und der Sekundärwelle (12) angeordnet ist, um die Sekundärwelle (12) und die Ausgangs-Transmissionswelle (57) in einen gekoppelten Zustand zu schalten, in dem eine Kopplung zwischen diesen gebildet ist, sowie in einen gelösten Zustand zu schalten, in dem die Kopplung gelöst ist; und - eine Antriebs-Umschaltkupplung (71), die zwischen der Primärwelle (11) und der Ausgangs-Transmissionswelle (57) angeordnet ist, um die Primärwelle (11) und die Ausgangs-Transmissionswelle (57) in einen gekoppelten Zustand, in dem eine Kopplung zwischen diesen gebildet ist, sowie in einen gelösten Zustand zu schalten, in dem die Kopplung gelöst ist, - wobei in einem direkten Kopplungsmodus, in dem die Ausgangskupplung (63) gelöst ist und die Antriebs-Umschaltkupplung (71) in einem gekoppelten Zustand ist, zumindest eine von der Verbrennungsmotor-Ausgangsleistung und der Elektromotor-Ausgangsleistung ohne Durchlaufen des stufenlos verstellbaren Getriebes (10) zu dem Antriebsrad übertragen wird, und - wobei die Primärwelle (11) mit einem Ende der Elektromotor-Ausgangswelle (41) gekoppelt ist und die Antriebs-Umschaltkupplung (71) mit einem anderen Ende der Elektromotor-Ausgangswelle (41) gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei in einem Schaltmodus, in dem die Ausgangskupplung (63) eingerückt ist und die Antriebs-Umschaltkupplung (71) gelöst ist, zumindest eine von der Verbrennungsmotor-Ausgangsleistung und der Elektromotor-Ausgangsleistung über das stufenlos verstellbare Getriebe (10) zu dem Antriebsrad übertragen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei es sich bei einem Elektromotor (40), der die Elektromotor-Ausgangswelle (41) beinhaltet, um einem Motor/Generator handelt, und wobei in dem direkten Kopplungsmodus, in dem die Ausgangskupplung (63) gelöst ist und die Antriebs-Umschaltkupplung (71) im gekoppelten Zustand ist, der Elektromotor (40) zum Zurückgewinnen von regenerativer Energie von dem Antriebsrad angetrieben wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Ausgangs-Transmissionswelle (57) folgendes aufweist: - eine Transferwelle (44), die koaxial mit der Elektromotor-Ausgangswelle (41) mit der Antriebs-Umschaltkupplung (71) gekoppelt ist; - eine Hinterrad-Ausgangswelle (46), die mit der Transferwelle (44) über eine Transferkupplung (45) gekoppelt ist und Kraft zu einem Hinterrad überträgt; und - eine Vorderrad-Ausgangswelle (53), die mit der Transferwelle (44) gekoppelt ist und Kraft zu einem Vorderrad überträgt.
Kraftübertragungsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug, die eine Verbrennungsmotor-Ausgangsleistung und eine Elektromotor-Ausgangsleistung zu einem Antriebsrad überträgt, wobei die Kraftübertragungsvorrichtung folgendes aufweist: - ein stufenlos verstellbares Getriebe (10), das eine mit einer Verbrennungsmotor-Ausgangswelle (15) und einer Elektromotor-Ausgangswelle (41) gekoppelte Primärwelle (11) und eine Sekundärwelle (12) aufweist, zu der die Rotation der Primärwelle (11) übertragen wird, nachdem diese durch ein Kraftübertragungselement (33) stufenlos variiert worden ist; - eine Ausgangskupplung (63), die zwischen einer mit dem Antriebsrad gekoppelten Ausgangs-Transmissionswelle (57) und der Sekundärwelle (12) angeordnet ist, um die Sekundärwelle (12) und die Ausgangs-Transmissionswelle (57) in einen gekoppelten Zustand zu schalten, in dem eine Kopplung zwischen diesen gebildet ist, sowie in einen gelösten Zustand zu schalten, in dem die Kopplung gelöst ist; und - eine Antriebs-Umschaltkupplung (71), die zwischen der Primärwelle (11) und der Ausgangs-Transmissionswelle (57) angeordnet ist, um die Primärwelle (11) und die Ausgangs-Transmissionswelle (57) in einen gekoppelten Zustand, in dem eine Kopplung zwischen diesen gebildet ist, sowie in einen gelösten Zustand zu schalten, in dem die Kopplung gelöst ist, - wobei in einem direkten Kopplungsmodus, in dem die Ausgangskupplung (63) gelöst ist und die Antriebs-Umschaltkupplung (71) in einem gekoppelten Zustand ist, zumindest eine von der Verbrennungsmotor-Ausgangsleistung und der Elektromotor-Ausgangsleistung ohne Durchlaufen des stufenlos verstellbaren Getriebes (10) zu dem Antriebsrad übertragen wird, und - wobei die Ausgangs-Transmissionswelle (57) Folgendes aufweist: - eine Transferwelle (44), die koaxial mit der Elektromotor-Ausgangswelle (41) mit der Antriebs-Umschaltkupplung (71) gekoppelt ist; - eine Hinterrad-Ausgangswelle (46), die mit der Transferwelle (44) über eine Transferkupplung (45) gekoppelt ist und Kraft zu einem Hinterrad überträgt; und - eine Vorderrad-Ausgangswelle (53), die mit der Transferwelle (44) gekoppelt ist und Kraft zu einem Vorderrad überträgt.