DE102013201200A1 - Modulare Antriebsstrangkomponente für Hybridelektrofahrzeuge - Google Patents

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Abstract

Ein Antriebsstrangmodul enthält einen Eingang, eine den Eingang stützende erste Trennwand, eine Rotorstütze, ein mit der Rotorstütze antriebsverbundenes Drehmomentwandlergehäuse, eine elektrische Maschine, die einen an der Trennwand gestützten Stator und einen mit der Rotorstütze verbundenen Rotor enthält, eine mit dem Eingang antriebsverbundene Kupplungsnabe und eine Kupplung zum abwechselnden Öffnen und Schließen einer Antriebsverbindung zwischen der Kupplungsnabe und der Rotorstütze.

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 Trennwand, die den Eingang stützt, eine Rotorstütze, ein mit der Rotorstütze antriebsverbundenes Drehmomentwandlergehäuse, eine elektrische Maschine, die einen sich auf die Trennwand stützenden Stator und einen mit der Rotorstütze verbundenen Rotor enthält, eine mit dem Eingang antriebsverbundene Kupplungsnabe und eine Kupplung zum abwechselnden Öffnen und Schließen einer Antriebsverbindung zwischen der Kupplungsnabe und der Rotorstütze.
  • 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.
  • 1 zeigt 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 ein Drehmomentwandlergehäuse 48 zur Drehung um eine Achse 39 gestützten Rotor 34 enthält; und eine direkt an dem Gehäuse 48 befestigte Rotorstütze 40 aufweist. Das Drehmomentwandlergehäuse 48 schließt einen hydrokinetischen Drehmomentwandler 49 ein. 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.
  • 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 verschweißte Scheibe 72 befestigt ist.
  • Ein Lager 74 stützt den ersten Schenkel 36 zur Drehung an der vorderen Trennwand 32. Ein Lager 76 stützt das Drehmomentwandlergehäuse 48 zur Drehung auf der Eingangswelle 16.
  • Die Rotorstütze 40 wird durch ein auf die Achse 39 ausgerichtetes Rohr 78 gebildet, das den Rotor 34 zur Drehung um die Achse stützt und ist an dem ersten Schenkel 36 und dem Gehäuse 48 befestigt. Lippen 99 am vorderen 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, einen Ausgleichsdamm 88, eine Rückstellfeder 90 und Hydraulikleitungen zur Übertragung von Betätigungsdruck auf das Druckausgleichsvolumen 92 auf der rechten Seite des Kolbens 86 und auf das Drucksteuervolumen 94 auf der linken Seite des Kolbens. Der Kolben 86 bewegt sich in einem durch die Reaktionswand 88 (manchmal als Ausgleichsdamm bezeichnet) und die Ausrücknabe 41 begrenzten Zylinder nach links, wenn dem Volumen 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 und an einer Ausrücknabe 41 befestigt ist, werden der Kolben 86, der Ausgleichsdamm 88 und die Rückstellfeder 90 auf der Kupplungsnabe 24 gestützt; die Rotationsträgheit des Kolbens 86, des Ausgleichsdamms 88, der Kupplungsnabe 24 und der Rückstellfeder 90 befindet sich auf der Eingangsseite, das heißt der Motorseite, der Kupplung 22.
  • Der Rotor 34 ist durch den Drehmomentpfad, der das Rohr 78 und das Drehmomentwandlergehäuse 48 und 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 gestützt und ist axial zwischen der ersten Trennwand und dem Drehmomentwandlergehäuse 48 positioniert.
  • 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 Reaktionswand 88 und dem Kolben 86. Der axiale Kanal 124 und der radiale Kanal 126 befördern Hydraulikfluid zum Ausgleichsvolumen 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 Sumpf 132, der dem Modul 10 von dem Hydrauliksystem des Getriebes 54 zugeführtes Fluid enthält. Das Getriebe 54 enthält einen Sumpf 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.
  • Ein in der vorderen Trennwand 32 angebrachtes Lager 140 und das Lager 76 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.
  • Die in der vorderen Trennwand 32 angebrachte Dichtung 142 verhindert das Passieren von Fluid von dem 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.
  • Das Lager 98 in der Pumpe 54 stützt das Drehmomentwandlergehäuse 48 zur Positionierung des Rotors 34 bezüglich der Achse 39.
  • Im Betrieb, wenn der Kraftmaschinenausgang 12 durch eine Kraftmaschine angetrieben wird, wird Drehmoment von der Kraftmaschine durch die Rotorstütze 40 zum Drehmomentwandlergehäuse 48 übertragen, vorausgesetzt, die Kupplung 22 ist eingerückt. Der Rotor 34 der elektrischen Maschine 28 ist durch das Rohr 78 der Rotorstütze 40 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 22 ist ausgerückt; und gleichzeitig sowohl durch die Kraftmaschine als auch die elektrische Maschine 28.
  • 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 (8)

  1. Antriebsstrangmodul, das Folgendes umfasst: einen Eingang; eine Trennwand, die den Eingang stützt; eine Rotorstütze; ein mit der Rotorstütze antriebsverbundenes Drehmomentwandlergehäuse; eine elektrische Maschine, die einen an der Trennwand gestützten Stator und einen mit der Rotorstütze verbundenen Rotor enthält; eine mit dem Eingang antriebsverbundene Kupplungsnabe; eine Kupplung zum abwechselnden Öffnen und Schließen einer Antriebsverbindung zwischen der Kupplungsnabe und der Rotorstütze.
  2. Modul nach Anspruch 1, das weiterhin einen auf der Kupplungsnabe gestützten Kraftverstärker umfasst, der die Kupplung betätigt.
  3. 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.
  4. Modul nach Anspruch 1, das weiterhin ein erstes Lager umfasst, das in der Trennwand zur Abstützung des Eingangs bei Drehung angebracht ist.
  5. Modul nach Anspruch 1, wobei die Rotorstütze weiterhin Folgendes umfasst: ein an dem Rotor und der Kupplung befestigtes Rohr; und einen an dem Rohr befestigten Schenkel, der durch ein zweites Lager an der Trennwand zur Drehung gestützt wird.
  6. Modul nach Anspruch 5, das weiterhin Folgendes umfasst: an der Kupplungsnabe befestigte erste Kupplungsplatten; an dem Rohr befestigte zweite Kupplungsplatten; einen durch die Kupplungsnabe gebildeten Zylinder; einen an dem Eingang gestützten Ausgleichsdamm, der neben dem Ausgleichsdamm positioniert ist; einen am Eingang gestützten Kolben, der in dem gebildeten Zylinder beweglich ist, um die erste und die zweite Kupplungsplatte in gegenseitigen Reibeingriff zu drücken, wodurch die Kupplung eingerückt wird; und eine Rückstellfeder, die am Eingang gestützt wird, um den Kolben von den Kupplungsplatten weg zu drücken, wodurch die Kupplungsplatten auseinander ausrücken können und so die Kupplung ausrücken.
  7. Modul nach Anspruch 5, das weiterhin einen Resolver umfasst, der an der Trennwand und an dem Schenkel befestigt ist.
  8. Modul nach Anspruch 1, wobei die Trennwand weiterhin Folgendes umfasst: einen Sumpf zur Aufnahme von Hydraulikfluid; ein elektromagnetisch betätigtes Ventil; und eine Leitung, die mit dem elektromagnetisch betätigten Ventil in Hydraulikverbindung steht.
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