DE102012209470A1

DE102012209470A1 - Hybridantriebsstrang mit einem vom bediener auswählbaren elektroantriebsmodus

Info

Publication number: DE102012209470A1
Application number: DE102012209470A
Authority: DE
Inventors: Michael Andrew Miller; Alan G. Holmes; Brendan M. Conlon; Steven A. Tarnowsky
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2012-06-05
Publication date: 2012-12-13
Also published as: US20120312122A1; CN102815304B; US8771136B2; CN102815304A

Abstract

Ein Antriebsstrang für ein Fahrzeug umfasst eine Maschine und ein Getriebe, das ein Eingangselement, ein Ausgangselement und einen neutralen Zustand aufweist, in welchem kein Drehmoment von dem Eingangselement auf das Ausgangselement übertragen wird. Ein erster Motor/Generator ist mit der Maschine gekoppelt. Ein zweiter Motor/Generator ist durch das Getriebe direkt oder indirekt mit Fahrzeugrädern gekoppelt. Der erste Motor/Generator wirkt als Generator, wenn er durch die Maschine mit Leistung beaufschlagt wird, um elektrische Leistung an den zweiten Motor/Generator zu liefern. Der zweite Motor/Generator wirkt als Motor, wenn er elektrische Leistung von einer Batterie oder von dem ersten Motor/Generator aufnimmt. Eine Schaltauswahleinrichtung wird von dem Fahrzeugbediener bewegt, um einen Elektroantriebsmodus herzustellen, in welchem das Getriebe sich in dem neutralen Zustand befindet und der zweite Motor/Generator als Motor fungiert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft einen Hybridantriebsstrang mit einem rein elektrischen Drehmomentausgangsmodus.
HINTERGRUND
Hybridantriebsstränge, die Elektromotoren/Generatoren aufweisen, welche in der Lage sind, elektrischen Antrieb bereitzustellen, sind wegen ihrer Fähigkeit, den Kraftstoffverbrauch zu vermindern, vorteilhaft. Während des elektrischen Antriebs wird das gesamte Drehmoment, das an die Räder geliefert wird, von einem Motor zur Verfügung gestellt. Ein Generator kann Leistung von der Maschine aufnehmen, um die elektrische Leistung, die von der Batterie an den Motor geliefert wird, in einen Reihen-Elektroantriebsbetriebsmodus mit ergänzen. Während des elektrischen Antriebs ist die Maschine von den Fahrzeugrädern getrennt.
ZUSAMMENFASSUNG
Es wäre vorteilhaft, zuzulassen, dass der Fahrzeugbediener einen Elektroantriebsmodus in einem Handschaltgetriebe oder in einem Automatikgetriebe auswählen kann, um die Kraftstoffwirtschaftlichkeit größtmöglich zu erhöhen. Weil die Maschine in diesem Modus vollständig von den Fahrzeugrädern getrennt ist, ist es wichtig, dass der Wunsch des Bedieners, den Elektroantriebsmodus auszuwählen, von dem Antriebsstrang richtig ermittelt wird. Darüber hinaus muss der Bediener im Fall eines Handschaltgetriebes darüber bewusst gemacht werden, wann die Betriebsbedingungen den Elektroantriebsmodus nicht länger gewährleisten, und ein Schalten in einen anderen Gang des Getriebes erforderlich ist.
Dementsprechend umfasst ein Antriebsstrang für ein Fahrzeug eine Maschine und ein Getriebe mit einem Eingangselement und einem Ausgangselement. Das Getriebe ist betreibbar, um mehrere Übersetzungsverhältnisse zwischen dem Eingangselement und dem Ausgangselement zur Verfügung zu stellen, und ist entweder ein Handschaltgetriebe mit einer auswählbaren ausrückbaren Kupplung zwischen der Maschine und dem Eingangselement oder ein Automatikgetriebe mit einer Kupplungseinrückung, die durch einen Controller automatisch gesteuert wird. Das Getriebe weist einen neutralen Zustand auf, in welchem kein Drehmoment von dem Getriebeeingangselement auf das Getriebeausgangselement übertragen wird.
Der Antriebsstrang weist zwei Motoren/Generatoren auf, um die Antriebsfähigkeiten des herkömmlichen Handschaltgetriebes oder Automatikgetriebes zu ergänzen. Ein erster Motor/Generator weist einen Rotor auf, der mit der Maschine verbunden ist. Der erste Motor/Generator kann direkt oder indirekt mit der Maschine gekoppelt sein, wobei der Startermotor ersetzt wird, und kann dazu verwendet werden, die Maschine zu starten, Elektrizität zu erzeugen und beim Antrieb zu unterstützen. Ein zweiter Motor/Generator weist einen Rotor auf, der mit einigen der Fahrzeugräder, wie etwa den vorderen oder den hinteren Fahrzeugrädern, entweder direkt oder indirekt durch einen Zahnrädermechanismus, wie etwa das Getriebe, verbunden ist. Der erste Motor/Generator ist selektiv als Generator betreibbar, wenn er durch die Maschine mit Leistung beaufschlagt wird, um elektrische Leistung an den zweiten Motor/Generator zu liefern.
Der zweite Motor/Generator ist selektiv als Motor betreibbar, wenn er elektrische Leistung von einer Energiespeichereinrichtung oder von dem ersten Motor/Generator aufnimmt. Der zweite Motor/Generator kann auch während der Verzögerung ein Energierückgewinnungsbremsen bereitstellen. Ein Motor-Controller ist betreibbar, um zu bewirken, dass der erste und zweite Motor/Generator als Motoren oder als Generatoren fungieren.
Eine Bedienerschaltauswahleinrichtung ermöglicht es einem Fahrzeugbediener, das Getriebe in einen Elektroantriebsmodus zu versetzen, der auch als ein elektrischer Gang bezeichnet wird, in welchem das Getriebe sich in dem neutralen Zustand befindet und der zweite Motor/Generator als Motor fungiert, um Antriebsleistung an die Räder zu liefern. Der Elektroantriebsmodus stellt den neutralen Zustand des Getriebes her, wodurch verhindert wird, dass die Maschine das Fahrzeug antreibt, und ermöglicht auch einen Betrieb ähnlich einem Reihenhybrid, in welchem die Maschine den ersten Motor/Generator, der als Generator fungiert, mit Leistung beaufschlagt, um dem zweiten Motor/Generator elektrische Leistung hinzuzufügen. Optional ist eine Schaltanzeigeeinrichtung funktional mit dem Motor-Controller verbunden und liefert ein Ausgangssignal, das eine Richtung eines Schaltens des Getriebes in eines der Übersetzungsverhältnisse angibt. Auf diese Weise wird der Fahrzeugbediener in dem Fall eines Handschaltgetriebes alarmiert, in ein anderes Übersetzungsverhältnis zu schalten, oder wird in dem Fall eines Automatikgetriebes alarmiert, dass das Getriebe automatisch in ein anderes Übersetzungsverhältnis geschaltet hat. Im manchen Ausführungsformen gibt es keine physikalische Schaltanzeigeeinrichtung, die ein Ausgangssignal liefert; stattdessen wird ein Bediener durch einen Blick auf einen Tachometer oder durch Hören auf die Maschine realisieren, dass die Maschine eingeschaltet hat, und wird dann in eines der Übersetzungsverhältnisse schalten.
Der vom Bediener ausgewählte Elektroantriebsmodus ist mit Handschaltgetrieben sowie Automatikgetrieben vereinbar, was es zu einem kostengünstigen System für eine vom Benutzer auswählbare Elektroantriebsfähigkeit mit einer Maschinen/Generator-Reserve in dem Fall begrenzter Batterieenergie macht. Wenn er in einem Handschaltgetriebe implementiert ist, könnte der vom Bediener ausgewählte Elektroantriebsmodus die Notwendigkeit zum Anfahren des Fahrzeugs mit einer von Hand aktivierten Kupplung beseitigen, wodurch eine verbesserte Fahrbarkeit geschaffen wird.
Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Ausführungsarten der Erfindung, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen wird, leicht deutlich werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung in einer Seitenansicht eines Fahrzeugs mit einer ersten Ausführungsform eines Hybridantriebsstrangs und einer Elektroantriebs-Schaltauswahleinrichtung und einer Schaltanzeigeeinrichtung;
2 ist eine schematische Darstellung in einer Draufsicht einer Schaltauswahlplatte, die vordefinierte Schaltpositionen der Schalteinrichtung zeigt, die den Elektroantriebsmodus umfassen;
3 ist eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform einer Schaltauswahleinrichtung, etwa für ein Automatikgetriebe; und
4 ist eine schematische Darstellung in einer Seitenansicht eines Fahrzeugs mit einer zweiten Ausführungsform eines Hybridantriebsstrangs und einer Elektroantriebs-Schaltauswahleinrichtung und einer Schaltanzeigeeinrichtung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen auf gleiche Komponenten verweisen, zeigt 1 ein Fahrzeug 10. Das Fahrzeug 10 weist ein Paar Räder 12 und ein Paar Räder 14 auf, von denen jeweils nur eines in der Seitenansicht gezeigt ist. Die Räder 12 können die Vorder- oder Hinterräder sein, und die Räder 14 können die anderen von den Vorder- oder den Hinterrädern sein.
Das Fahrzeug 10 weist einen Hybridantriebsstrang 16 auf, der eingerichtet ist, um einen von einem Bediener ausgewählten Elektroantriebsmodus zuzulassen. So wie er hierin verwendet wird, ist ein ”Elektroantriebsmodus” ein Modus, in welchem Drehmoment nur über einen Elektromotor/Generator an die Fahrzeugräder geliefert wird. Die durch den Antriebsstrang 16 zur Verfügung gestellten Modi umfassen den vom Bediener ausgewählten Elektroantriebsmodus, wie es nachstehend ausführlicher beschrieben wird.
Genauer weist der Hybridantriebsstrang 16 eine Maschine 18 auf, die mit einem Getriebe 20 durch eine Kupplung 22 verbunden ist. Das Getriebe 20 kann ein Handschaltgetriebe oder ein Automatikgetriebe sein. In dem Fall eines Handschaltgetriebes ist die Kupplung 22 normalerweise eingerückt und wird von dem Fahrzeugbediener ausgerückt, wie etwa durch Niederdrücken eines Fußpedals, um die Maschine 18 während Schaltungen zwischen den Getriebeübersetzungsverhältnissen von dem Getriebe 20 zu trennen. In dem Fall eines Automatikgetriebes wird die Kupplung 22 in Ansprechen auf Controllersignale, die von einem Getriebe-Controller (nicht gezeigt) gesendet werden, was eine hydraulische, elektrische oder andere Betätigung der Kupplung bewirkt, eingerückt oder ausgerückt.
Das Getriebe 20 weist ein Eingangselement 24 und ein Ausgangselement 26 auf. In der gezeigten Ausführungsform ist das Getriebe 20 ein Handschaltgetriebe mit einer joystickähnlichen Schaltauswahleinrichtung 28. Eine Bewegung der Schaltauswahleinrichtung 28 in verschiedene vordefinierte Lagen in einer Schaltauswahlplatte 30 bewegt Schaltgabeln innerhalb des Getriebes 20, um verschiedene Übersetzungsverhältnisse durch das Getriebe 20 herzustellen, die jeweils der ausgewählten Stellung entsprechen, oder stellt einen neutralen Zustand des Getriebes 20 her. In dem neutralen Zustand wird von dem Getriebeeingangselement 24 kein Drehmoment auf das Getriebeausgangselement 26 übertragen. Das Getriebe 20 befindet sich auch in dem neutralen Zustand, wenn sich die Schaltauswahleinrichtung 28 zwischen irgendeiner der vordefinierten Stellungen in der Schaltauswahlplatte 30 von 2 befindet, wie etwa in der Position entlang von Schlitz 31. In dem Fall eines Automatikgetriebes gibt es keine Schaltauswahleinrichtung oder Schaltauswahlplatte zur Auswahl von Getriebeübersetzungsverhältnissen oder des neutralen Zustandes. Stattdessen werden die verschiedenen Übersetzungsverhältnisse des Getriebes 20 durch einen Getriebe-Controller in Ansprechen auf Fahrzeugbetriebsbedingungen automatisch ausgewählt. Jedoch wäre eine Bedienerschaltauswahleinrichtung 128, wie sie in 3 gezeigt ist, vorgesehen, um zuzulassen, dass der Bediener den Elektroantriebsmodus auswählen kann. Die Schaltauswahleinrichtung 128 könnte in der Form eines niederdrückbaren Knopfes vorliegen.
2 zeigt eine repräsentative Schaltauswahlplatte 30 mit Schaltstellungen 1, 2, 3, 4, 5 und 6, die Übersetzungsverhältnissen entsprechen, die sechs Vorwärtsdrehzahlverhältnisse bzw. -gänge (1., 2., 3., 4., 5. und 6.) durch das Getriebe 20 herstellen, einer Schaltstellung 25 für ein Rückwärtsdrehzahlverhältnis bzw. einen Rückwärtsgang und einer Schaltstellung 27 für einen Elektroantriebsmodus. Der Elektroantriebsmodus wird nur hergestellt, wenn sich die Schaltauswahleinrichtung 28 in der Stellung 27 befindet. Die Schaltauswahlplatte 30 kann auch als eine Schaltgassenplatte bzw. Schaltkulisse bezeichnet werden. In dem Elektroantriebsmodus befindet sich das Getriebe 20 in dem neutralen Zustand, ebenso wie wenn die Kupplung 22 ausgerückt ist und/oder wenn die Schaltauswahleinrichtung 28 sich in einer Position 31 innerhalb der Schaltauswahlplatte 30 und nicht an einer der vordefinierten Stellungen 25, 27, 1, 2, 3, 4, 5, 6 der Auswahleinrichtungsplatte 30 befindet.
Wieder unter Bezugnahme auf 1 umfasst der Antriebsstrang 16 auch einen ersten Motor/Generator 32 und einen zweiten Motor/Generator 34. Der erste Motor/Generator 32 weist einen Stator 36 und einen Rotor 38 auf. Der Rotor 38 ist zur Rotation mit einer Kurbelwelle 40 der Maschine 18 entweder direkt oder indirekt durch eine Zahnradanordnung oder auf andere Weise angebracht, so dass eine Rotation des Rotors 38 eine Rotation der Kurbelwelle 40 bewirkt und umgekehrt.
Der zweite Motor/Generator 34 weist einen Stator 42 und einen Rotor 44 auf. Der Rotor 44 ist über eine Nabe 46 zur Rotation mit Rädern 14 entweder direkt oder indirekt durch eine Zahnradanordnung verbunden, so dass eine Rotation des Rotors 44 eine Rotation der Räder 14 bewirkt.
Beide Statoren 36, 42 sind an dem gleichen oder an separaten feststehenden Elementen 45, wie etwa einem Getriebegehäuse, festgelegt und sind durch Übertragungsleiter 48, 50 mit einem Motor-Controller/Stromrichter 52 verbunden. Der Motor-Controller/Stromrichter 52 ist durch Übertragungsleiter 56 auch funktional mit einer elektrischen Energiespeichereinrichtung, wie etwa Batterie 54, verbunden. Der Motor-Controller/Stromrichter 52 empfängt Steuersignale von einem Maschinen-Controller, einem Getriebe-Controller oder beiden und ist ausgestaltet, um Gleichstrom, der von der Batterie 54 geliefert wird, in Wechselstrom, der an den Stator 36 oder an den Stator 42 geliefert wird, umzuwandeln, und um in Ansprechen auf die Controllersignale Wechselstrom, der von dem Stator 36 oder von dem Stator 42 geliefert wird, in Gleichstrom zur Speicherung in der Batterie 54 umzuwandeln, um verschiedene Betriebsmodi des Antriebsstrangs 16 herzustellen, wie es nachstehend beschrieben wird.
Der Antriebsstrang 16 kann in einem vom Bediener ausgewählten Elektroantriebsbetriebsmodus betrieben werden, wenn der Bediener die Schaltauswahleinrichtung 28 in die Position 27 von 2 entsprechend dem Elektroantriebsmodus platziert, und was bewirkt, dass das Getriebe 20 sich in einem neutralen Betriebszustand befindet. Nur wenn die Schaltauswahleinrichtung 28 in die Position 27 von 2 platziert ist, bewegt sich der Schalter 60 von 1 aus der gezeigten offenen Stellung in eine gestrichelt angedeutete geschlossene Stellung 62, um ein Signal entlang Übertragungsleiter 63 zu dem Motor-Controller/Stromrichter 52 zu liefern, das einen von einem Bediener befohlenen Elektroantriebsmodus angibt. Der Motor-Controller/Stromrichter 52 liefert elektrische Leistung von der Batterie 54 an den Stator 42, um den Motor/Generator 34 als Motor zu betreiben. Der Motor/Generator 32 ist ausgeschaltet, ebenso wie die Maschine 18. Die Maschine 18 ist von den Rädern 12 getrennt, wenn sich das Getriebe 20 in dem neutralen Zustand befindet. In diesem Modus werden die Räder 14 angetrieben und die Räder 12 laufen frei.
Wenn das Fahrzeug 10 verlangsamt wird, kann der Motor/Generator 34 gesteuert werden, um als Generator zu fungieren, wobei ein Energierückgewinnungsbremsen an den Rädern 14 vorgesehen ist, wobei das Getriebe 20 sich noch in einem neutralen Zustand gemäß den vom Bediener ausgewählten Elektroantriebsmodus befindet. Wenn das Getriebe 20 ein Automatikgetriebe ist, wäre anstelle einer Schaltauswahleinrichtung 28 mit einer vordefinierten Stellung zum Herstellen des neutralen Zustands des Getriebes 20, die für den Elektroantriebsmodus erforderlich ist, der niederdrückbare Knopf 128 von 3 vorgesehen. Wenn er niedergedrückt ist, schließt der Knopf 128 den Schalter 60 von 1, um die geschlossene Position 62 herzustellen, mit einem Signal, das entlang Übertragungsleiter 63 zu dem Motor-Controller/Stromrichter 52 von 1 geliefert wird, um dadurch anzuzeigen, dass der Elektroantriebsmodus erwünscht ist. Ein Getriebe-Controller (nicht gezeigt) würde dann das Getriebe 20 in einen neutralen Zustand versetzen.
Wenn der Ladezustand der Batterie 54 während des vom Bediener ausgewählten Elektroantriebsmodus unter ein vorbestimmtes Minimum fällt, kommuniziert der Motor-Controller/Stromrichter 52 mit dem Maschinen-Controller, um die Maschine 18 zu starten. Der Motor/Generator 32 kann als Motor betrieben werden, um die Maschine 18 zu starten. Sobald sie gestartet ist, wird die Maschine 18 mechanische Leistung an den Motor/Generator 32 liefern, der als Generator fungiert, um die Batterie 54 mit einer Leistungsbeaufschlagung des Motors/Generators 34 zu unterstützen, um als Motor zu fungieren. Dies stellt einen hybriden Reihen-Elektroantriebsbetriebsmodus her, wobei Drehmoment noch allein durch elektrische Leistung von dem Motor/Generator 34 gemäß dem vom Bediener ausgewählten Elektroantriebsmodus an die Räder 14 geliefert wird.
Betriebsbedingungen können anzeigen, dass mehr Drehmoment an den Rädern 14 erforderlich ist, als von dem Motor/Generator 34 in dem hybriden Reihen-Elektroantriebsbetriebsmodus verfügbar ist. In diesem Fall alarmiert eine optionale Schaltanzeigeeinrichtung 61 den Fahrzeugbediener, dass ein Schalten des Getriebes 20 von dem neutralen Zustand in eines der Übersetzungsverhältnisse (d. h. eines der Übersetzungsverhältnisse, das durch Schalteinrichtungsstellungen 1, 2, 3, 4, 5 und 6 hergestellt wird) notwendig ist, so dass die Maschine 18 ebenso Drehmoment an Räder 12 liefern kann. Alternativ kann keine Schaltanzeigeeinrichtung vorgesehen sein und der Fahrzeugbediener muss sich auf einen Blick auf den Tachometer verlassen oder einfach hören, dass die Maschine in Betrieb geht, als eine Anzeige, dass eine Bewegung der Schaltauswahleinrichtung 28 in eine der Schalteinrichtungsstellungen 1, 2, 3, 4, 5 und 6 notwendig ist. Die Schaltanzeigeeinrichtung 61 kann eine Lampe an einem Armaturenbrett 65 des Fahrzeugs 10, an der Schaltauswahlplatte 30 oder woanders sein oder kann ein hörbarer Ton oder ein anderes Hinweissignal für den Bediener sein. Wenn das Getriebe 20 ein Handschaltgetriebe ist, dann muss der Bediener das Getriebe 20 in einen geeigneten Gang schalten, indem er die Schaltauswahleinrichtung 28 in eine der vorbestimmten Stellungen von 2 platziert: Stellung 25 (wenn rückwärts gefahren wird) oder Stellung 1, 2, 3, 4, 5 oder 6. Wenn das Getriebe 20 ein Automatikgetriebe ist, wird das Schalten durch den Getriebe-Controller und die Kupplungen (die nicht gezeigt sind, aber Fachleuten verständlich sind) des Getriebes 20 automatisch ausgeführt.
Wenn das Getriebe 20 eines der Übersetzungsverhältnisse Rückwärts, 1., 2., 3., 4., 5. oder 6. herstellt, kann der Antriebsstrang 16 gesteuert werden, um vier unterschiedliche Betriebsmodi, die unterschiedlichen Fahrzeugbetriebsbedingungen entsprechen, herzustellen. Zum Beispiel wird ein paralleler Betriebsmodus hergestellt, wenn die Maschine 18 eingeschaltet ist, der Motor/Generator 32 gesteuert wird, um als Motor zu fungieren und der Kurbelwelle 40 Drehmoment hinzuzufügen, um die Räder 12 anzutreiben, und der Motor/Generator 34 nicht mit Leistung beaufschlagt ist, so dass der Rotor 44 aufgrund der Rotation der Räder 14 frei umläuft.
Wenn während des parallelen Betriebsmodus zusätzliches Zugkraftdrehmoment erforderlich ist, kann der Motor-Controller/Stromrichter 52 den Motor/Generator 34 steuern, um als Motor zu fungieren, so dass Räder 14 durch den Motor/Generator 34 angetrieben werden, während die Räder 12 durch die Maschine 18 und den Motor/Generator 32 angetrieben werden. Dies kann als ein vollständig eingeschalteter Betriebsmodus bezeichnet werden, da alle Zugkraft-Leistungsquellen Beitrag leisten.
Der Maschinen-Controller und der Motor-Controller/Stromrichter 52 können einen elektrischen Allradantriebsbetriebsmodus herstellen, wenn sich das Getriebe 20 in einem ausgewählten Gang (Rückwärts, 1., 2., 3., 4., 5. oder 6.) befindet, die Maschine 18 eingeschaltet ist, der Motor/Generator 34 gesteuert wird, um als Motor zu fungieren und der Motor/Generator 32 gesteuert wird, um als Generator zu fungieren. Wenn der Motor/Generator 32 als Generator fungiert, können die angetriebenen Räder 12 schlupfen. Wenn der Motor/Generator 32 als Generator fungiert und wenn die angetriebenen Räder 12 schlupfen, kann Leistung von der Maschine 18 über angetriebene Räder 14 auf die Straße abgegeben werden. Das Schlupfen der angetriebenen Räder 12 kann von dem Motor-Controller/Stromrichter 52 als ein alternatives Signal genommen werden (d. h. eine Alternative zu der Schaltanzeigeeinrichtung 61, das ein Antrieb von dem zweiten Motor/Generator 34 erwünscht ist). Somit liefert der zweite Motor/Generator 34 nur Antrieb, wenn es entweder durch die Schaltauswahleinrichtung 61 oder durch Radschlupf signalisiert wird.
Wenn in dem Getriebe 20 irgendeiner der ausgewählten Gänge eingelegt ist, die ein Übersetzungsverhältnis durch das Getriebe 20 herstellen (d. h. nicht in einem neutralen Zustand und nicht in dem vom Bediener ausgewählten Elektroantriebsbetriebsmodus), kann der Antriebsstrang 16 gesteuert werden, um während des Fahrzeugbremsens in einem Energierückgewinnungsbremsmodus zu arbeiten. In diesem Modus wird Kraftstoff zu der Maschine 18 unterbrochen, so dass die Maschine 18 leerläuft während der Motor/Generator 32 als Generator fungiert, um die Kurbelwelle 40 und dadurch die Räder 12 zu verlangsamen. Der Motor/Generator 34 wird auch gesteuert, um in diesem Betriebsmodus als Generator zu fungieren.
Der Antriebsstrang 16 kann auch gesteuert werden, um in einem Segel- oder Rollmodus zu arbeiten, wenn sich das Getriebe 20 in einem neutralen Zustand befindet. Kraftstoff zu der Maschine 18 wird unterbrochen, und der erste Motor/Generator 32 wird gesteuert, um als Motor zu arbeiten, wobei in diesem Fall die Maschine 18 leerläuft, oder der erste Motor/Generator 32 kann ausgeschaltet sein, wobei in diesem Fall die Maschine 18 ebenfalls ausgeschaltet ist (d. h. nicht umläuft). Der Motor/Generator 34 wird weder als Motor noch als Generator mit Leistung beaufschlagt und ist ebenfalls im Leerlauf, ebenso wie die Räder 14.
Unter Bezugnahme auf 4 ist eine andere Ausführungsform eines Fahrzeugs 110 mit einem Antriebsstrang 116 gezeigt, der ausgestaltet ist, um einen von einem Bediener ausgewählten Elektroantriebsmodus herzustellen. Komponenten, die im Wesentlichen identisch mit denen in 1 sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In dieser Ausführungsform ist der zweite Motor/Generator 34 funktional verbunden, um Drehmoment an die gleichen Räder 12 wie die Maschine 18 zu liefern. Der Motor/Generator 34 ist über eine Nabe 46 verbunden, die durch den Ausgang 26 des Getriebes 20 Drehmoment an die Räder 12 liefert, und arbeitet, um Drehmoment an das Ausgangselement 26 zu liefern, selbst wenn das Getriebe 20 in einem neutralen Zustand ist, in welchem kein Drehmoment von dem Eingangselement 24 an das Ausgangselement 26 geliefert wird.
Wenn ein Bediener den Elektroantriebsmodus auswählt, indem er die Schaltauswahleinrichtung 28 in die Position 27 von 2 bewegt (oder indem er den Knopf 128 von 3 niederdrückt, um den Schalter 60 zu schließen, in dem Fall eines Automatikgetriebes), befindet sich das Getriebe 20 in einem neutralen Zustand, wobei die Maschine 18 von den Rädern 12 getrennt ist, und der Motor-Controller/Stromrichter 52 steuert den Motor/Generator 34, um als Motor zu arbeiten, unter Verwendung der in der Batterie 54 gespeicherten Energie, um Drehmoment an die Räder 12 zu liefern. Die Maschine 18 ist ausgeschaltet, und der Motor/Generator 32 ist ausgeschaltet. Der Elektroantriebsmodus kann ausgewählt werden, um das Fahrzeug 110 anzufahren.
Wenn der Ladezustand der Batterie 54 während des vom Bediener ausgewählten Elektroantriebsmodus unter ein vorbestimmtes Minimum fällt, kommuniziert der Motor-Controller/Stromrichter 52 mit dem Maschinen-Controller, um die Maschine 18 zu starten. Der Motor/Generator 32 kann als Motor betrieben werden, um die Maschine 18 zu starten. Sobald sie gestartet ist, liefert die Maschine 18 mechanische Leistung an den Motor/Generator 32, der als Generator fungiert, um die Batterie 54 mit der Leistungsbeaufschlagung des Motors/Generators 34 zu unterstützen, um als Motor zu fungieren, wobei ein Hybridreihenbetriebsmodus hergestellt wird, wobei Drehmoment noch allein durch elektrische Leistung von dem Motor/Generator 34 gemäß den vom Bediener ausgewählten Elektroantriebsbetriebsmodus an die Räder 12 geliefert wird.
Wenn das Getriebe 20 geschaltet wird, um eines der Übersetzungsverhältnisse Rückwärts, 1., 2., 3., 4., 5. oder 6. herzustellen, entweder durch ein Schalten des Bedieners in Ansprechen auf eine Schaltanzeigeeinrichtung 61 oder auf andere Weise (wie etwa in Ansprechen auf Radschlupf), kann der Antriebsstrang 16 gesteuert werden, um vier unterschiedliche Betriebsmodi herzustellen, die Fahrzeugbetriebsbedingungen entsprechen. Zum Beispiel wird der hybride parallele Betriebsmodus hergestellt, wobei die Maschine 18 eingeschaltet ist, der Motor/Generator 32 gesteuert wird, um als Motor zu fungieren und somit der Kurbelwelle 40 Drehmoment hinzuzufügen, um die Räder 12 anzutreiben, und der Motor/Generator 34 nicht mit Leistung beaufschlagt wird.
Wenn während des parallelen Betriebsmodus zusätzliches Zugkraftdrehmoment erforderlich ist, kann der Motor-Controller/Stromrichter 52 den Motor/Generator 34 steuern, um als Motor zu fungieren, so dass die Räder 12 durch die Maschine 18, den Motor/Generator 32 und den Motor/Generator 34 angetrieben werden, was als ein vollständig eingeschalteter Betriebsmodus bezeichnet werden kann, da alle Zugkraftdrehmomentquellen Beitrag leisten.
Wenn in dem Getriebe 20 irgendeiner der ausgewählten Gänge eingelegt ist, die ein Übersetzungsverhältnis durch das Getriebe 20 herstellen (d. h. nicht in einem neutralen Zustand und nicht in dem vom Bediener ausgewählten Elektroantriebsbetriebsmodus), kann der Antriebsstrang 116 gesteuert werden, um während des Fahrzeugbremsens in einem Energierückgewinnungsbremsmodus zu arbeiten. In diesem Modus wird die Maschine 18 gesteuert, um leerzulaufen, indem Kraftstoff zu der Maschine unterbrochen wird, während der Motor/Generator 32 als Generator fungiert, um die Kurbelwelle 40 und dadurch die Räder 12 zu verlangsamen. Der Motor/Generator 34 wird auch gesteuert, um in diesem Betriebsmodus als Generator zu fungieren.
Der Antriebsstrang 116 kann auch gesteuert werden, um in einem Segel- oder Rollmodus zu arbeiten, wenn sich das Getriebe 20 in einem neutralen Zustand befindet, sich aber nicht in dem vom Bediener ausgewählten Elektroantriebsmodus befindet. Kraftstoff zu der Maschine 18 wird unterbrochen, und der erste Motor/Generator 32 wird gesteuert, um als Motor zu arbeiten, wobei in diesem Fall die Maschine 18 leerlaufen würde. Alternativ kann der erste Motor/Generator 32 ausgeschaltet sein, wobei in diesem Fall die Maschine 18 ebenfalls ausgeschaltet wäre (d. h. nicht umliefe). Der Motor/Generator 34 würde nicht mit Leistung beaufschlagt werden, weder als Motor noch als Generator und würde ebenfalls ebenso wie die Räder 12, 14 leerlaufen.
In den Antriebssträngen 16, 116 der 1 und 4 sind die Motoren/Generatoren 32, 34 so eingerichtet, dass ein herkömmlicher, nicht hybrider Antriebsstrang mit einem Handschaltgetriebe oder Automatikgetriebe 20 und einer Maschine 18 mit vergleichsweise wenig Umkonstruktion zu einem Hybridantriebsstrang umgewandelt werden könnte, indem die Motoren/Generatoren 32, 34 hinzugefügt werden würde.
Obgleich die besten Ausführungsarten der Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, werden Fachleute auf dem Gebiet, das diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur praktischen Ausführung der Erfindung innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche erkennen.

Claims

Antriebsstrang für ein Fahrzeug mit Rädern, umfassend: eine Maschine; ein Mehrganggetriebe, das ein Eingangselement, das funktional mit der Maschine verbunden ist, und ein Ausgangselement aufweist, das funktional mit den Rädern verbunden ist, und das mehrere Übersetzungsverhältnisse zwischen dem Eingangselement und dem Ausgangselement und einen neutralen Zustand aufweist, in welchem kein Drehmoment von dem Eingangselement auf das Ausgangselement übertragen wird; einen ersten Motor/Generator, der durch die Maschine mit Leistung beaufschlagt wird, um als Generator zu fungieren; eine elektrische Energiespeichereinrichtung, die betreibbar ist, um elektrische Leistung von dem ersten Motor/Generator aufzunehmen; einen zweiten Motor/Generator, der ausgestaltet ist, um Leistung von einer oder beiden von der elektrischen Energiespeichereinrichtung und dem ersten Motor/Generator aufzunehmen, um als Motor zu fungieren und somit Antriebsleistung an die Räder zu liefern; und eine Bedienerschaltauswahleinrichtung, die betreibbar ist, um selektiv einen Elektroantriebsmodus herzustellen, in welchem der zweite Motor/Generator als Motor fungiert, um Antriebsleistung an die Räder zu liefern, und in welchem sich das Getriebe in dem neutralen Zustand befindet.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Schaltanzeigeeinrichtung, die betreibbar ist, um einen Ausgang zu liefern, der Betriebsbedingungen angibt, die ein Schalten des Getriebes von dem neutralen Zustand in eines der Übersetzungsverhältnisse erfordern.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, der ferner einen Motor-Controller umfasst, der betreibbar ist, um den ersten und den zweiten Motor/Generator zu steuern; und wobei der Motor-Controller den zweiten Motor/Generator in Ansprechen auf ein Schlupfen der Räder steuert, um als Motor zu fungieren.
Antriebsstrang nach Anspruch 3, wobei der zweite Motor/Generator gesteuert wird, um nur in Ansprechen auf ein Schlupfen der Räder oder wenn es durch eines der von der Schaltauswahleinrichtung ausgewählten Übersetzungsverhältnis erforderlich ist, als Motor zu arbeiten.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, wobei das Getriebe ein Handschaltgetriebe ist; und wobei die Bedienerschaltauswahleinrichtung eine Gangschalteinrichtung ist, die jedes der Übersetzungsverhältnisse herstellt, wenn es in unterschiedliche vorbestimmte Positionen für jedes der Übersetzungsverhältnisse platziert wird, und den Elektroantriebsmodus herstellt, wenn es in eine vorbestimmte Position platziert wird, die sich von irgendeiner der vorbestimmten Positionen für jedes der Übersetzungsverhältnisse unterscheidet.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, wobei die Bedienerschaltauswahleinrichtung ein niederdrückbarer Knopf ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Schalter, der ausgestaltet ist, um geschlossen zu sein, wenn die Bedienerschaltauswahleinrichtung betätigt wird, um den Elektroantriebsmodus herzustellen.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, wobei der zweite Motor/Generator als Motor betreibbar ist, um das Fahrzeug anzufahren, wenn der Antriebsstrang in den Elektroantriebsmodus versetzt ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, wobei der Antriebsstrang in einem Reihenhybridmodus betreibbar ist, wenn der Antriebsstrang in dem Elektroantriebsmodus versetzt ist, wobei die Maschine eingeschaltet ist und den ersten Motor/Generator mit Leistung beaufschlagt, um als Generator zu arbeiten, und der ersten Motor/Generator elektrische Leistung an den zweiten Motor/Generator liefert.
Antriebsstrang für ein Fahrzeug mit Rädern, umfassend: eine Maschine; ein Getriebe, das ein Eingangselement und ein Ausgangselement aufweist und betreibbar ist, um mehrere Übersetzungsverhältnisse zwischen dem Eingangselement und dem Ausgangselement vorzusehen; wobei das Getriebe ein Automatikgetriebe oder ein Handschaltgetriebe mit einer selektiv ausrückbaren Kupplung zwischen der Maschine und dem Eingangselement ist; wobei das Getriebe einen neutralen Zustand aufweist, in welchem kein Drehmoment von dem Eingangselement auf das Ausgangselement übertragen wird; einen ersten Motor/Generator, der einen Rotor aufweist, der direkt oder indirekt mit der Maschine verbunden ist; einen zweiten Motor/Generator, der einen Rotor aufweist, der direkt oder indirekt mit manchen der Räder verbunden ist; wobei der erste Motor/Generator selektiv als Generator betreibbar ist, wenn er durch die Maschine mit Leistung beaufschlagt wird, um elektrische Leistung an den zweiten Motor/Generator zu liefern; eine elektrische Energiespeichereinrichtung; wobei der zweite Motor/Generator selektiv als Motor betreibbar ist, wenn er elektrische Leistung von der elektrischen Energiespeichereinrichtung oder von dem ersten Motor/Generator aufnimmt; einen Motor-Controller, der betreibbar ist, um zu bewirken, dass ein jeder von dem ersten und dem zweiten Motor/Generator entweder als Motor oder als Generator fungiert; eine Bedienerschaltauswahleinrichtung, die betreibbar ist, um den Antriebsstrang in einen Elektroantriebsmodus zu versetzen, in welchem der zweite Motor/Generator als Motor fungiert, um Antriebsleistung an die manchen der Räder zu liefern, und in welchem sich das Getriebe in dem neutralen Zustand befindet; und eine Schaltanzeigeeinrichtung, die funktional mit dem Motor-Controller verbunden und betreibbar ist, um ein Ausgangssignal zu liefern, das eine Richtung angibt, das Getriebe in eines der Übersetzungsverhältnisse zu schalten.