DE102013201197A1

DE102013201197A1 - Modulare Antriebsstrangkomponente für Hybridelektrofahrzeuge

Info

Publication number: DE102013201197A1
Application number: DE102013201197A
Authority: DE
Inventors: Stephen A. Frait; Keith A. Devereaux
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-01-31
Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2013-08-01
Also published as: CN103223856A; CN103223856B; JP2013154872A; JP6088831B2; US8770364B2; US20130192946A1

Abstract

Ein Antriebsstrangmodul enthält einen Eingang, eine den Eingang zur Drehung stützende erste Trennwand, eine Nabe, eine elektrische Maschine, die einen mit der ersten Trennwand verbundenen Stator und einen mit der Nabe verbundenen Rotor enthält, eine Kupplung zum abwechselnden Öffnen und Schließen einer Antriebsverbindung zwischen dem Eingang und dem Rotor, einen Kraftverstärker zur Betätigung der Kupplung, der sich auf den Eingang stützt, und eine zweite Trennwand, die den Eingang zur Drehung stützt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für Hybridelektrofahrzeuge, insbesondere ein Antriebsstrangmodul, das zwischen einem Kraftmaschinenausgang und einem Getriebeeingang installiert werden und daran befestigt werden kann.
Hybridelektrofahrzeuge (HEVs) weisen sowohl eine Kraftmaschine mit innerer Verbrennung als auch eine elektrische Maschine auf, die abwechselnd oder zusammen zum Antrieb des Fahrzeugs verwendet werden können. In Hybridfahrzeugen werden die verschiedensten Antriebsstränge verwendet, wie zum Beispiel eine Parallelkonfiguration, bei der die Kraftmaschine durch eine Ausrückkupplung mit dem Motor verbunden ist, wobei der Motor den Drehmomentwandlereingang eines automatischen Hydraulikgetriebes antreibt. Das Hydraulikgetriebe weist einen Ausgang auf, der mit einem Differenzial verbunden ist, das mit den beiden angetriebenen Rädern des Fahrzeugs gekoppelt ist.
Es besteht in der Industrie Bedarf an einem Hybridelektroantriebsstrang, der eine modulare Unteranordnung zur Verwendung mit den verschiedensten Kraftmaschinen und Getrieben enthält, so dass das Modul zwischen einem Ausgang einer von mehreren Kraftmaschinen und einem Eingang eines von mehreren Getrieben installiert und daran befestigt werden kann. Der zusammengefügte Antriebsstrang kann dann in den verschiedensten Fahrzeugen eingesetzt werden. Das Modul sollte eine hydraulisch betätigte Ausrückkupplung, die elektrische Maschine und geeignete Kraftwege zwischen der Kraftmaschine und der elektrischen Maschine zum Getriebeeingang enthalten. Vorzugsweise stellt das Modul eine hydraulische Verbindung von dem Hydrauliksystem des Getriebes zu der Kupplung, einem Ausgleichsdamm und der elektrischen Maschine bereit. Das Modul muss einen Ölsumpf, der zu dem Modul zu lieferndes Hydraulikfluid enthält, und einen Weg zur kontinuierlichen Rückführung des Fluids zu dem Ölsumpf des Getriebes, so dass die Getriebepumpe kontinuierlich und zuverlässig mit Fluid versorgt wird, bereitstellen.
Das Modul sollte geringe Herstellungs- und Montagekosten und keine Fahrzeugaufbaumodifikation erfordern und sollte zuverlässige Leistung bereitstellen.
Ein Antriebsstrangmodul enthält einen Eingang, eine erste Trennwand, die den Eingang zur Drehung stützt, eine Nabe, eine elektrische Maschine, die einen mit der ersten Trennwand verbundenen Stator und einen mit der Nabe verbundenen Rotor enthält, eine Kupplung zum abwechselnden Öffnen und Schließen einer Antriebsverbindung zwischen dem Eingang und dem Rotor, einen Kraftverstärker zur Betätigung der Kupplung, der sich auf den Eingang stützt, und eine zweite Trennwand, die die Nabe zur Drehung stützt.
Ein Drehmomentwandlergehäuse kann allein durch die Kraftmaschine angetrieben werden, vorausgesetzt, die elektrische Maschine ist ausgeschaltet und die Kupplung ist eingerückt; allein durch die elektrische Maschine, vorausgesetzt, die Kraftmaschine ist ausgeschaltet oder die Kraftmaschine ist in Betrieb und die Kupplung ist ausgerückt; und gleichzeitig sowohl durch die Kraftmaschine als auch die elektrische Maschine.
Der Anwendungsumfang der bevorzugten Ausführungsform geht aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen hervor. Es versteht sich, dass die Beschreibung und die speziellen Beispiele zwar bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen, aber nur der Veranschaulichung dienen. Für den Fachmann werden verschiedene Änderungen und Modifikationen an den beschriebenen Ausführungsformen und Beispielen offensichtlich.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen leichter verständlich; worin:
1A und 1B eine Seitenquerschnittsansicht eines Antriebsstrangmoduls umfassen, die eine vordere Verbindung mit einem Kraftmaschinenausgang und eine hintere Verbindung mit einem Getriebedrehmomentwandlereingang zeigt.
1A und 1B zeigen ein Modul 10 eines Antriebsstrangs für ein Hybridelektrofahrzeug, das eine Kraftmaschine mit einem Drehausgang 12; einen an dem Kraftmaschinenausgang 12 befestigten Torsionsdämpfer 14; eine durch eine Keilverzahnung 18 an einem Ausgang 20 des Dämpfers 14 befestigte Eingangswelle 16; eine auf einer Kupplungsnabe 24, die durch eine Keilverzahnung 26 an der Eingangswelle 16 befestigt ist, gestützte Ausrückkupplung 22; eine elektrische Maschine 28, die einen mit einer vorderen Trennwand 32 verschraubten Stator 30 und einen durch einen ersten Schenkel 36 und einen zweiten Schenkel 38 zur Drehung um eine Achse 39 gestützten Rotor 34 enthält; eine vorzugsweise durch eine Schweißung an dem zweiten Schenkel 38 befestigte Rotornabe 40; und eine an einem Ende durch eine Keilverbindung 44 an der Rotornabe 40 befestigte und am gegenüberliegenden Ende durch Schrauben 46 an einem Drehmomentwandlergehäuse 48, das einen hydrokinetischen Drehmomentwandler 49 einschließt, befestigte Flexplate 42 aufweist. Die elektrische Maschine 28 kann ein elektrischer Motor oder ein elektrischer Motor-Generator sein.
Drehmomentwandler, die zur Verwendung in dem Antriebsstrang geeignet sind, werden in den 4a, 4b, 12 und 15 der am 14. Dezember 2011 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 13/325,101, auf deren gesamte Offenbarung hiermit Bezug genommen wird, offenbart und unter Bezugnahme darauf beschrieben.
Der Drehmomentwandler 49 enthält ein beschaufeltes Pumpenrad, das in dem Gehäuse 48 positioniert und daran befestigt ist; eine beschaufelte Turbine, die durch das Pumpenrad hydrokinetisch angetrieben wird und durch eine Keilverzahnung 50 an der Eingangswelle 52 eines Automatikgetriebes 54 befestigt ist; und ein beschaufeltes Statorrad, das zwischen der Turbine und dem Stator positioniert und an einer Statorwelle 56 befestigt ist, welche an einem Getriebegehäuse 58 drehgesichert gehalten wird.
Eine hintere Trennwand 60, die durch Schrauben 62 am Getriebegehäuse 58 befestigt ist, ist an ihrer radialen Innenfläche mit einer hydraulischen Dichtung 64 versehen, die die radiale Außenfläche der Rotornabe 40 berührt.
Ein Schwungrad 66, das durch Schrauben 68 am Drehausgang 12 der Kraftmaschine befestigt ist, trägt einen Anlasserzahnkranz 70, der durch eine mit dem Anlasserzahnkranz und dem Schwungrad 66 verschweißte Scheibe 72 befestigt ist.
Ein Lager 74 stützt den ersten Schenkel 36 zur Drehung an der vorderen Trennwand 32. Ein Lager 76 stützt den zweiten Schenkel 38 zur Drehung an der Rotornabe 40.
Ein auf die Achse 39 ausgerichtetes Rohr 78, das die Wicklungen des Rotors 34 zur Drehung um die Achse stützt, ist an dem ersten Schenkel 36 und dem zweiten Schenkel 38 befestigt. Lippen 80, 82 am vorderen bzw. hinteren Ende des Rohrs 78 können radial nach außen gerollt sein, um den Rotor 34 am Rohr 78 zu befestigen und eine axiale Verschiebung des Rotors 34 bezüglich des Rohrs zu verhindern. Die Innenfläche des Rohrs 78 ist mit einer axialen Keilverzahnung 80 ausgebildet, die durch abwechselnde Platten 83 der Ausrückkupplung 22 in Eingriff genommen wird. Die Reibplatten 84 der Kupplung 22 sind durch eine auf der radialen Außenfläche der Kupplungsnabe 24 ausgebildete axiale Keilverzahnung befestigt.
Ein hydraulischer Kraftverstärker zur Betätigung der Kupplung 22 enthält einen Kolben 86, eine Reaktionswand 88 (manchmal als Ausgleichsdamm bezeichnet), eine Rückstellfeder 90 und Hydraulikleitungen zur Übertragung von Betätigungsdruck auf das Drucksteuervolumen 92 auf der rechten Seite des Kolbens 86 und auf das Druckausgleichsvolumen 94 auf der linken Seite des Kolbens. Der Kolben 86 bewegt sich in einem durch den zweiten Schenkel 38 und die Rotornabe 40 begrenzten Zylinder nach links, wenn dem Drucksteuervolumen 92 Betätigungsdruck und Hydraulikfluid zugeführt wird, wodurch bewirkt wird, dass die Kupplung 22 den Rotor 34 und den Kraftmaschinenausgang 12 durch den Dämpfer 14, die Eingangswelle 16, die Kupplungsnabe 24 und die Kupplung 22 in Eingriff nimmt und antriebsverbindet.
Da die Kupplungsnabe 24 durch die Keilverzahnung 26 an der Eingangswelle 16 befestigt ist und der Kolben 86, die Reaktionswand 88 und die Rückstellfeder 90 auf der Kupplungsnabe gestützt werden, befindet sich Rotationsträgheit des Kolbens 86, des Ausgleichsdamms 88, der Kupplungsnabe 24 und der Rückstellfeder 90 auf der Eingangsseite, das heißt der Kraftmaschinenseite, der Kupplung 22.
Der Rotor 34 ist durch den Drehmomentpfad, der den zweiten Schenkel 38, die Rotornabe 40, die Flexplate 42, das Drehmomentwandlergehäuse 48, die hydrodynamische Antriebsverbindung zwischen dem Drehmomentwandlerpumpenrad und der Turbine, die mit der Getriebeeingangswelle 52 verbunden ist, enthält, mit der Getriebeeingangswelle 52 kontinuierlich antriebsverbunden.
Ein Resolver 100, eine hochpräzise Art von elektrischem Drehwandler, der zur Messung von Umdrehungsgraden verwendet wird, ist durch Schrauben 102 an der vorderen Trennwand 32 befestigt, wird an der vorderen Trennwand 32 und dem ersten Schenkel 36 gestützt und ist axial zwischen der vorderen Trennwand 32 und der hinteren Trennwand 60 positioniert.
Die Zähne der Keilverzahnung 44, die eine Drehantriebsverbindung zwischen der Flexplate 42 und der Rotornabe 40 erzeugt, sind so aneinander angebracht, dass kein Spiel erzeugt wird, wenn Drehmoment zwischen der Flexplate und der Rotornabe übertragen wird. Die Flexplate 42 ist mit einem dickwandigen Teil 104 mit einem Gewindeloch 106 ausgebildet, die an einem Steg 108 abschließen. Die äußeren Keilzähne an der Flexplate 42 werden durch Schrauben 110, die in Gewindelöcher im rechten Ende der Rotornabe 40 eingreifen, axial in Eingriff mit den inneren Keilzähnen an der Rotornabe 40 gedrückt. Die in Eingriff stehenden Keilzähne an der Keilverbindung 44 werden bei Entfernen der Schrauben 110 und Eindrehen einer größeren Schraube in das Loch 106, so dass die Schraube den Steg berührt, wodurch die Flexplate axial nach rechts gedrückt wird, ausgerückt.
Die Eingangswelle 16 ist mit einem axial ausgerichteten Hydraulikkanal ausgebildet, der mit einem lateral ausgerichteten Kanal in Verbindung steht, die Hydraulikfluid und -druck von dem Hydrauliksystem des Getriebes 54 zum Modul 10 befördern. Der axiale Kanal 120 und der laterale Kanal 122 befördern Hydraulikfluid und -druck zu dem Druckausgleichsvolumen 94 zwischen der Nabe 24 und dem Kolben 86. Der axiale Kanal 124 und der radiale Kanal 126 befördern Hydraulikfluid und -druck zum Kupplungsdrucksteuervolumen 92. Die vordere Trennwand 32 ist mit einem Kanal 128 ausgebildet, der mit einem Solenoid mit variabler Kraft (VFS – variable force solenoid) 130 in Hydraulikverbindung steht. Andere Kanäle befördern Hydraulikfluid zu den Flächen des Rotors 34 und des Stators 30, wobei diese Flächen durch das Fluid gekühlt werden.
Die vordere Trennwand 32 stützt einen Modulsumpf 132, der dem Modul 10 von dem Hydrauliksystem des Getriebes 54 zugeführtes Fluid enthält. Das Getriebe 54 enthält einen Getriebesumpf 136, der Hydraulikfluid enthält, das dem Getriebehydrauliksystem durch eine Getriebepumpe 134 zugeführt wird, von dem dem Modul 10, dem Drehmomentwandler 49, den Getriebekupplungen und Bremsen, Lagern, Wellen, Zahnrädern usw. Fluid und Steuerdruck zugeführt werden.
Eine in der vorderen Trennwand 32 angebrachte Dichtung 140 und ein in der Rotornabe 40 angebrachtes Lager 142 stützen die Eingangswelle 16 bei ihrer Drehung um die Achse 39. Die vordere Trennwand 32 stützt weiterhin den Stator 30 in seiner ordnungsgemäßen axialen und radialen Position bezüglich des Rotors 34.
Das zwischen der hinteren Trennwand 60 und der Rotornabe 40 angebrachte Lager 76 und das Lager 142 stützten die Rotornabe 40 bei ihrer Drehung um die Achse 39. Die vordere und die hintere Trennwand 32, 60 stützen zusammen den Rotor 34 bei seiner Drehung um die Achse 39 durch das in der vorderen Trennwand 32 angebrachte Lager 74 und das in der hinteren Trennwand 60 angebrachte Lager 76.
Die in der hinteren Trennwand 60 angebrachte Dichtung 64 und die in der vorderen Trennwand 32 angebrachte Dichtung 140 verhindern das Passieren von Fluid von dem zwischen den vorderen und hinteren Trennwänden 32, 60 positionierten Modul 10. Eine andere dynamische Dichtung 144 verhindert das Passieren von Verunreinigungen zwischen dem Motorraum 146 und dem Modul 10.
Die Komponenten des Moduls 10 sind in dem Modul installiert und zusammengefügt. Das zusammengefügte Modul kann dann zwischen dem Kraftmaschinenausgang 12 und dem Drehmomentwandlergehäuse 48 installiert werden.
Im Betrieb, wenn der Kraftmaschinenausgang 12 durch eine Kraftmaschine angetrieben wird, wird Drehmoment von der Kraftmaschine durch die Rotornabe 40 und Flexplate 42 zum Drehmomentwandlergehäuse 48 übertragen, vorausgesetzt, die Kupplung 22 ist eingerückt. Der Rotor 34 der elektrischen Maschine 28 ist durch das Rohr 78, den zweiten Schenkel 38, die Rotornabe 40 und die Flexplate 42 kontinuierlich mit dem Drehmomentwandlergehäuse 48 antriebsverbunden. Deshalb kann das Drehmomentwandlergehäuse 48 allein durch die Kraftmaschine angetrieben werden, vorausgesetzt die elektrische Maschine 28 ist ausgeschaltet und die Kupplung 22 ist eingerückt; allein durch die elektrische Maschine, vorausgesetzt, die Kraftmaschine ist ausgeschaltet oder die Kraftmaschine ist in Betrieb und die Kupplung ist ausgerückt; und gleichzeitig sowohl durch die Kraftmaschine als auch die elektrische Maschine.
Die bevorzugte Ausführungsform ist gemäß den Vorschriften der Patentbestimmungen beschrieben worden. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die alternativen Ausführungsformen auch auf andere Weise durchgeführt werden können, als speziell dargestellt und beschrieben wurde.

Claims

Antriebsstrangmodul, das Folgendes umfasst: einen Eingang; eine erste Trennwand, die den Eingang stützt; eine Rotornabe; eine elektrische Maschine, die einen mit der ersten Trennwand verbundenen Stator und einen mit der Rotornabe verbundenen Rotor enthält; eine Kupplung zum abwechselnden Öffnen und Schließen einer Antriebsverbindung zwischen dem Eingang und der Rotornabe; einen Kraftverstärker, der auf dem Eingang zur Betätigung der Kupplung gestützt wird; eine zweite Trennwand, die die Rotornabe stützt.
Modul nach Anspruch 1, das weiterhin eine mit der Rotornabe antriebsverbundene und mit einem Drehmomentwandlergehäuse verbindbare Flexplate umfasst.
Modul nach Anspruch 2, das weiterhin Folgendes umfasst: an der Rotornabe ausgebildete erste Keilzähne; an der Flexplate ausgebildete zweite Keilzähne, die mit den ersten Keilzähnen in Eingriff gebracht werden können.
Modul nach Anspruch 1, das weiterhin einen Torsionsdämpfer umfasst, der mit dem Eingang verbunden ist und mit einem Kraftmaschinenausgang verbindbar ist, wobei der Dämpfer in einem Drehmomentzuführungspfad zwischen dem Kraftmaschinenausgang und dem Eingang positioniert ist.
Modul nach Anspruch 1, das weiterhin Folgendes umfasst: eine mit dem Eingang antriebsverbundene Kupplungsnabe; ein an dem Rotor befestigtes Rohr; einen an dem Rohr befestigen ersten Schenkel, der durch ein erstes Lager an der ersten Trennwand zur Drehung gestützt wird; einen an dem Rohr befestigten zweiten Schenkel, der durch ein zweites Lager an der zweiten Trennwand zur Drehung gestützt wird.
Modul nach Anspruch 5, das weiterhin einen Resolver umfasst, der an der ersten Trennwand und an dem ersten Schenkel befestigt ist und zwischen der ersten und der zweiten Trennwand positioniert ist.
Modul nach Anspruch 5, das weiterhin ein drittes Lager umfasst, das in der ersten Trennwand zur Abstützung des Eingangs bei Drehung angebracht ist.
Modul nach Anspruch 1, das weiterhin Folgendes umfasst: eine an dem Eingang befestigte Kupplungsnabe; ein an dem Rotor befestigtes Rohr; wobei die Kupplung weiterhin Folgendes enthält: an der Kupplungsnabe befestigte erste Kupplungsplatten; und an dem Rohr befestigte zweiten Kupplungsplatten; und der Kraftverstärker weiterhin Folgendes enthält: einen Kolben, der in einem Zylinder beweglich ist und die erste und die zweite Kupplungsplatte in gegenseitigen Reibeingriff drückt, wodurch die Kupplung eingerückt wird; und eine Rückstellfeder, die den Kolben von den Kupplungsplatten weg drückt, wodurch die Kupplungsplatten auseinander ausrücken können und so die Kupplung ausrücken.
Modul nach Anspruch 8, das weiterhin Folgendes umfasst: eine Kupplungsnabe, die mit dem Eingang antriebsverbunden ist und den Kraftstoffverstärker stützt; und Hydraulikleitungen, die in dem Eingang und der Kupplungsnabe ausgebildet sind und mit dem Kraftverstärker in Hydraulikverbindung stehen.
Modul nach Anspruch 1, wobei die erste Trennwand weiterhin Folgendes enthält: einen Sumpf zur Aufnahme von Hydraulikfluid; ein elektromagnetisch betätigtes Ventil; und eine Leitung, die mit dem elektromagnetisch betätigten Ventil in Hydraulikverbindung steht.