DE102013220378A1

DE102013220378A1 - Leistungsübertragungsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug

Info

Publication number: DE102013220378A1
Application number: DE102013220378.0A
Authority: DE
Inventors: Jun Hoi Huh; Buhm Joo Suh; Seok Joon Kim
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2013-05-22
Filing date: 2013-10-09
Publication date: 2014-11-27
Also published as: KR20140137114A; US20140349798A1; KR101491251B1; US8882624B1; JP2014227167A; JP6434690B2

Abstract

Eine Leistungsübertragungsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug umfasst einen Seriell-Parallel-Typ Leistungsübertragungsweg, welcher in der Lage ist, eine Maschinenausgabe für jeden Fahrmodus zu variieren, und zwar unter Verwendung eines Ravigneaux-Getriebezuges und zwei oder mehreren Kupplungen, um die Kraftstoffausnutzung des Hybridfahrzeuges zu verbessern. Die Leistungsübertragungsvorrichtung umfasst zwei oder mehrere Arten einer Maschine mit festen Übersetzungen, welche in der Lage sind, die Abgabe der Maschine an ein Antriebsrad zu verteilen, welche unter Verwendung des Ravigneaux-Getriebezuges umgesetzt sind, bei welchem ein einzelnes Zahnrad-Planetengetriebe in integraler Weise mit einem doppelten Zahnrad-Planetengetriebe ausgebildet ist, einschließlich eines Mitnehmers, welcher durch Kombinieren von zwei Zahnradgetrieben mit den zwei oder mehreren Kupplungen halten wird.

Description

Hintergrund
(a) Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungs-(bzw. Energie-)Übertragungsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Leistungsübertragungsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug, welches einen Seriell-Parallel-Typ-Leistungsübertragungspfad verwendet, welcher in der Lage ist, eine Maschinen- bzw. (Motor-)Abgabe für jeden Fahrmodus zu variieren, vorzugsweise unter Verwendung eines Ravigneaux-Getriebezuges und zwei oder mehreren Kupplungen, wodurch die Kraftstoffausnutzung des Hybridfahrzeuges verbessert wird.
(b) Beschreibung des Standes der Technik
Im Allgemeinen kann eine Leistungsübertragungsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug in verschiedenen Kombinationen ausgebildet sein, und zwar unter Verwendung einer Maschine/Motor (im Allgemeinen ein Verbrennungskraftmotor, welcher hierin als „Maschine” bezeichnet wird, wobei ein „Motor” ein Elektromotor sein soll) und eines Motors, wo die Leistungsübertragungsvorrichtung typischerweise einen seriellen Leistungsantrieb umfasst, einen parallelen Leistungsantrieb, einen Seriell-Parallel-Leistungsantrieb, usw. Insbesondere gestattet der serielle Leistungsantrieb ein Fahren des Fahrzeuges mit dem Motor in einem Zustand, in welchem die Maschine lediglich als ein Leistungserzeuger dient, wobei der Parallelleistungsantrieb ein Fahren des Fahrzeuges in einer Kombination von Leistung der Maschine mit Leistung des Motors gestattet. Der seriell-parallele Leistungsantrieb gestattet ein Fahren des Fahrzeuges zusammen unter Verwendung der Maschine und des Motors. In diesem Fall wird die Leistung des Motors bzw. der Maschine in Abhängigkeit von Fahrzuständen bzw. Fahrsituationen verteilt.
8 ist ein Leistungsübertragungssystemdiagramm, welches ein Ausführungsbeispiel eines herkömmlichen Seriell-Parallel-Antriebes für ein Hybridfahrzeug zeigt. Der seriell-parallele Antrieb umfasst eine Maschine 1, einen ersten Motor (MG1) zur Erzeugung („Generator”), einen zweiten Motor (MG2) zum Fahren, eine erste mit dem zweiten Motor MG2 verbundene Getriebestufe 2-1, eine zweite mit der Maschine 1 über eine Kupplung 6 verbundene Getriebe- bzw. Gangstufe 2-2, eine dritte Getriebestufe 2-3, welche gleichzeitig mit der ersten Getriebestufe 2-1 und der zweiten Getriebestufe 2-2 in Eingriff steht und eine Abgabe-(bzw. „Ausgangs”-)Getriebestufe 3, welche Leistung an ein Antriebsrad 7 ausgibt, während die gleiche Achse in der dritten Getriebestufe 2-3 gehalten wird. Dementsprechend sind ein erster HEV-Fahrmodus und ein zweiter HEV-Fahrmodus als auch ein EV-Fahrmodus umgesetzt.
EV-Fahrmodus
Der EV-Fahrmodus ist ein Fahrmodus, in welchem die anfänglich geringe Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges lediglich durch Fahren mit Hilfe des zweiten Motors MG2 erzielt wird. In dem EV-Fahrmodus wird das Fahren des Fahrzeuges lediglich mit Hilfe des zweiten Motors MG2, basierend auf einer Leistung der Batterie 4, in einem Zustand durchgeführt, in welchem die Maschine 1 und der erste Motor MG1 gestoppt sind. Die Fahrleistung des zweiten Motors MG2 wird über die erste Gangstufe 2-1 und die dritte Gangstufe 2-3 an die Abgabe-Gangstufe 3 übertragen und dann an das Antriebsrad 7 übermittelt, wodurch das Fahrzeug zum Fahren gebracht wird.
Erster HEV-Fahrmodus
Entsprechend dem EV-Fahrmodus ist der erste HEV-Fahrmodus ein Fahrmodus, in welchem die anfänglich geringe Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges lediglich durch den Antrieb des zweiten Motors MG2 erzielt wird. Insbesondere umfasst der erste HEV-Fahrmodus ein Übertragen von Leistung der Maschine 1 an eine Fahr- bzw. Gangstufe 8 des ersten Motors MG1 über eine Eingangsgetriebestufe 5 zum gleichen Zeitpunkt, wenn die Maschine gestartet wird, was eine Leistung durch Antreiben des ersten Motors MG1 unter Verwendung der Leistung der Maschine 1 erzeugt, sowie ein Aufladen mit elektrischem Strom in der Batterie 4 durch Erzeugen des ersten Motors MG1.
Zweiter HEV-Fahrmodus
Der zweite HEV-Fahrmodus ist ein Fahrmodus, bei welchem das Fahren mit hoher Geschwindigkeit des Fahrzeuges unter Verwendung von Leistung der Maschine 1 als Zusatzleistung zusätzlich zur Leistung des zweiten Motors MG2 erzielt wird. Der zweite HEV-Fahrmodus umfasst ein Übertragen von Leistung der Maschine 1 an die zweite Gangstufe 2-2 mit Hilfe der Kupplung und ein gleichzeitiges Übertragen der Leistung an die dritte Gangstufe 2-3, welche mit der zweiten Gangstufe 2-2 in Eingriff steht („eingekuppelt ist”), und ein Übertragen der Leistung der Maschine 1 an das Antriebsrad 7 über das mit der dritten Gangstufe 2-3 verbundene Abgabegetriebe 3 auf der gleichen Achse und einer Reduktionsgangstufe.
Jedoch weist die herkömmliche seriell-parallele Leistungsübertragungseinrichtung, wie oben beschrieben, wenigstens den folgenden Nachteil auf.
Der Eingangs-/Ausgangs-Pfad, über welchen die Leistung der Maschine an eine finale Ausgangsgangstufe übertragen wird, ist auf einen Pfad im Eingriff eines festen Maschinen-Gangstufenzustands beschränkt, das heißt, die Kupplung. Daher gibt es nur eine geringe Verbesserung hinsichtlich der Kraftstoffausnutzung im Vergleich zu einem herkömmlichen Fahrzeug.
Mit anderen Worten, der Getriebezug, welcher entlang des Leistungsübertragungspfades angeordnet ist, durch welchen die Ausgangswelle der Maschine mit der finalen Ausgangsgangstufe verbunden ist, das heißt, der Eingangs-/Ausgangs-Pfad der Maschinenleistung, ist in eine Struktur integriert, in welcher die dritte Gangstufe und die Ausgangsgangstufe in einfacher Weise zusätzlich zu der zweiten Antriebs-Gangstufe verbunden sind, weshalb die Maschinenleistung in nicht ausreichender Weise entsprechend der Geschwindigkeit des Fahrzeuges auf das Antriebsrad verteilt wird. Dementsprechend ist es schwierig, Verbesserungen hinsichtlich einer Kraftstoffeinsparung zu erreichen.
Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung stellt eine Leistungsübertragungseinrichtung für ein Hybridfahrzeug bereit, in welchem zwei oder mehrere Arten von Maschinen bzw. Motor-Fest-Getriebebzw. Gang-Stufen unter Verwendung eines Ravigneaux-Getriebezuges umgesetzt sind, welche in der Lage ist, den Ausgang (bzw. die Ausgangsleistung) an ein Antriebsrad zu verteilen, wobei ein einfaches Zahnrad-Planetengetriebe in integraler Weise mit einem doppelten Zahnrad-Planetengetriebe ausgebildet ist, einschließlich eines Mitnehmers (Planetenrad), welcher durch Kombinieren von zwei Zahnradgetrieben erzielt wird, zwei oder mehreren Kupplungen usw., wodurch eine Kraftstoffausnutzung im Vergleich zu bestehenden seriell-parallelen Antrieben verbessert wird.
Unter einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Leistungsübertragungseinrichtung für ein Hybridfahrzeug bereit, einschließlich: einer Maschine/Motor; einen ersten Generatormotor, welcher mit einer ersten Eingangswelle vom Motor auf der gleichen Achse verbunden ist; einen ersten Planetengetriebesatz, welcher mit der ersten Eingangswelle verbunden ist, welche sich von dem Motor/Maschine mit Hilfe des ersten Motors erstreckt, so dass Leistung des Motors/Maschine von dem ersten Planetengetriebesatz auf die erste Eingangswelle übertragen wird; eine erste Kupplung, welche an einem Endabschnitt der ersten Eingangswelle befestigt ist, um so die Leistung des Motors an ein Element von einer Mehrzahl von Betriebselementen des ersten Planetengetriebesatzes über eine zweite Eingangswelle zu übertragen bzw. die Leistung zu trennen; eine zweite Kupplung, welche am Endabschnitt der ersten Eingangswelle befestigt ist, um so die Leistung des Motors an ein weiteres Element von der Mehrzahl von Betriebselementen des ersten Planetengetriebesatzes über eine dritte Eingangswelle zu übertragen bzw. zu trennen; einen zweiten Planetengetriebesatz, welcher in integraler Weise mit dem ersten Planetengetriebesatz kombiniert ist, um so die Leistung des Motors abzugeben, übertragen über den ersten Planetengetriebesatz, und zwar an ein Antriebsrad durch eine Ausgangswelle oder um in direkter Weise die Leistung eines zweiten Motor zum Fahren an das Antriebsrad über die Ausgangswelle abzugeben; wobei der zweite Motor, welcher mit einem beliebigen Element der Betriebselemente des zweiten Planetengetriebesatzes verbunden ist, die Motorleistung in direkter Weise an das Antriebsrad abgibt; und eine Batterie, welche mit elektrischem Strom versorgt wird, welcher durch ein Laden der ersten und zweiten Motoren, durch die Maschinenleistung angetrieben, erzeugt wird, bzw. ein Entladen in umgekehrter Reihenfolge.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann der erste Planetengetriebesatz als ein einfaches Zahnrad-Planetengetriebe verwendet werden, und der zweite Planetengetriebesatz kann als ein doppeltes Zahnrad-Planetengetriebe verwendet werden, wodurch ein Ravigneaux-Getriebezug umgesetzt wird, welcher durch Integrieren des einzelnen Zahnrad-Planetengetriebes und des doppelten Zahnrad-Getriebes erzielt wird.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform können ein erstes Ringgetriebe (Hohlrad) des ersten Planetengetriebesatzes und ein zweites Ringgetriebe des zweiten Planetengetriebesatzes in integraler Weise entlang des gleichen Pfades verbunden sein. Ein erster Mitnehmer des ersten Planetengetriebesatzes und ein (2-1)-ter Mitnehmer des zweiten Planetengetriebesatzes kann in integraler Weise entlang des gleichen Pfades verbunden sein. Ein erstes Längsgetriebe kann in unabhängiger Weise mit dem ersten Mitnehmer des ersten Planetengetriebesatzes verbunden sein, ein (2-2)-ter Mitnehmer kann in unabhängiger Weise mit dem (2-1)-ten Mitnehmer des zweiten Planetengetriebesatzes verbunden sein, und ein zweites Längsgetriebe kann in unabhängiger Weise mit dem (2-2)-ten Mitnehmer verbunden sein.
In noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann die zweite Eingangswelle, welche sich von der ersten Kupplung erstreckt, mit dem ersten Mitnehmer des ersten Planetengetriebesatzes verbunden sein. Die dritte Eingabewelle, welche sich von der zweiten Kupplung erstreckt, kann mit dem ersten Ringgetriebe des ersten Planetengetriebesatzes verbunden sein. Der zweite Motor kann mit dem zweiten Längsgetriebe des zweiten Planetengetriebesatzes verbunden sein.
In noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann das Drehmoment, welches durch ein unabhängiges Betreiben des zweiten Motors erzeugt wird, an das Antriebsrad abgegeben werden, während es durch das zweite Längsgetriebe, den (2-2)-ten Mitnehmer, den (2-1)-ten Mitnehmer und das zweite Ringgetriebe des zweiten Planetengetriebesatzes reduziert wird, und zwar in einem Zustand, in welchem die ersten und zweiten Kupplungen nicht in Eingriff miteinander sind (gekuppelt sind), wodurch ein EV-Fahrmodus erzielt wird.
In noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann der erste Motor als eine Starteinrichtung wirken, um den Motor zu starten, während der EV-Fahrmodus umgesetzt wird, und zwar in dem Zustand, in welchem die ersten und zweiten Kupplungen nicht in Eingriff sind (gekoppelt sind), wodurch ein erster HEV-Fahrmodus umgesetzt wird, in welchem der erste Motor durch die Leistung der Maschine/Motor angetrieben wird, um so elektrischen Strom zu erzeugen, und wobei gleichzeitig der erzeugte elektrische Strom in der Batterie gespeichert wird.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann die zweite Kupplung zum Fahren mit Hilfe des Motors aktiviert sein, wodurch ein zweiter HEV-Fahrmodus umgesetzt wird, in welchem die Leistung des Motors/Maschine über das erste Ringgetriebe des ersten Planetengetriebesatzes und des zweiten Ringgetriebes des zweiten Planetengetriebesatzes abgegeben wird, wobei gleichzeitig die Drehmomentsteuerung der ersten und zweiten Motoren durchgeführt wird.
In noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann die erste Kupplung zum Fahren mit Hilfe des Motors eingekuppelt sein, wodurch ein dritter HEV-Fahrmodus umgesetzt ist, in welchem die Leistung des Motors durch den ersten Mitnehmer des ersten Planetengetriebesatzes und den (2-1)-ten Mitnehmers des zweiten Planetengetriebesatzes erhöht wird, welche in integraler Weise miteinander verbunden sind, und dann über das zweite Ringgetriebe an das Antriebsrad abgegeben wird, wobei gleichzeitig die Drehmomentsteuerung der ersten und zweiten Motoren ausgeführt wird.
Andere Aspekte und beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden erläutert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Leistungsübertragungseinrichtung und das entsprechende System für das Hybridfahrzeug, welches eine seriell-parallele Leistungsübertragung ausführen kann, einschließlich der ersten bis dritten HEV-Fahrmodi, als auch den EV-Fahrmodus, unter Verwendung eines Ravigneaux-Getriebezuges umgesetzt werden, welches durch Integrieren eines einzelnen Zahnrad-Planetengetriebes und eines doppelten Zahnrad-Planetengetriebes sowie zwei oder mehreren Kupplungen erzielt wird. In diesem Fall sind ein erstes Ringgetriebe des einzelnen Zahnrad-Planetengetriebes und ein zweites Ringgetriebes des doppelten Zahnrad-Planetengetriebes in integraler Weise miteinander verbunden, wobei ein erster Mitnehmer des einzelnen Zahnrad-Planetengetriebes und ein (2-1)-ter Mitnehmer (einer von zwei Zahnrad-Getrieben) des doppelten Zahnrad-Planetengetriebes in integraler Weise miteinander verbunden sind.
Insbesondere können zwei oder mehrere Arten von festen Motorgetriebezuständen unter Verwendung von zwei Kupplungen ausgewählt werden, wodurch eine Kraftstoffausnutzung bei dem parallelen Fahrmodus, welcher Motorleistung erfordert, verbessert wird. Die obigen und weitere Merkmale der Erfindung werden im Folgenden erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die obigen und weiteren Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun detailliert mit Bezug auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen anhand der dargestellten begleitenden Zeichnungen beschrieben, welche hierin lediglich der Darstellung dienen, und somit die vorliegende Erfindung nicht beschränken, und wobei:
1 eine Leistungsübertragungssystem-Darstellung ist, welche eine Leistungsübertragungseinrichtung für ein Hybridfahrzeug entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine schematische Ansicht ist, welche eine Schalthebellinie der Leistungsübertragungseinrichtung aus 1 zeigt;
3 eine schematische Ansicht ist, welche lediglich einen an die Leistungsübertragungseinrichtung aus 1 angewendeten Ravigneaux-Getriebezug zeigt;
4 eine schematische Ansicht ist, welche den Leistungsfluss in einem EV-Fahrmodus der Leistungsübertragungseinrichtung aus 1 zeigt;
5 eine schematische Ansicht, welche den Leistungsfluss in einem ersten HEV-Fahrmodus der Leistungsübertragungseinrichtung aus 1 zeigt;
6 eine schematische Ansicht ist, welche den Leistungsfluss in einem zweiten HEV-Fahrmodus der Leistungsübertragungseinrichtung aus 1 zeigt;
7 eine schematische Ansicht ist, welche den Leistungsfluss in einem dritten HEV-Fahrmodus der Leistungsübertragungseinrichtung aus 1 zeigt; und
8 (Stand der Technik) eine Leistungsübertragungssystem-Abbildung ist, welche eine herkömmliche Leistungsübertragungseinrichtung für ein Hybridfahrzeug zeigt.
Es wird davon ausgegangen, dass die beigefügten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind, sondern eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener bevorzugter Merkmale zeigen, welche die grundsätzlichen Prinzipien der Erfindung darstellen. Die speziellen Designmerkmale der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin offenbart ist, einschließlich beispielsweise, spezieller Dimensionen, Ausrichtungen, Orte bzw. Stellen und Formen werden teilweise durch die entsprechend beabsichtigte Anwendung und den Verwendungszweck bestimmt.
In den Figuren beziehen sich Bezugszeichen auf die gleichen bzw. äquivalenten Teile der vorliegenden Erfindung in allen Zeichnungsfiguren.
Detaillierte Beschreibung
Im Folgenden wird nun detailliert auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, wobei Beispiele in den begleitenden Zeichnungen dargestellt und unten erläutert sind. Während die Erfindung in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird, wird davon ausgegangen, dass die vorliegende Offenbarung die Erfindung nicht auf diese beispielhaften Ausführungsformen beschränken soll. Im Gegensatz, die Erfindung soll nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abdecken, sondern ebenso verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und weitere Ausführungsformen, welche vom Grundgedanken abgedeckt und vom Umfang der Erfindung entsprechend der Definition der beigefügten Ansprüche mit umfasst sind.
Es wird davon ausgegangen, dass der Begriff „Fahrzeug” bzw. „zu einem Fahrzeug gehörig” bzw. andere ähnliche Begriffe, wie hierin verwendet, allgemein Motorfahrzeuge umfasst, wie zum Beispiel Passagierfahrzeuge, einschließlich Sports Utility Vehicles (SUVs), Busse, Lastwagen, verschiedene kommerzielle Fahrzeuge, Wasserkraftfahrzeuge einschließlich einer Vielzahl von Booten und Schiffen, Luftkraftfahrzeuge und dergleichen sowie Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge, mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge und mit anderen alternativen Kraftstoffen betriebene Fahrzeuge (zum Beispiel Kraftstoffe, welche nicht aus Erdöl gewonnen werden). Wie hierin verwendet, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, welches zwei oder mehrere Antriebs- bzw. Leistungsquellen aufweist, zum Beispiel sowohl mit Benzin betriebene als auch elektrisch betriebene Fahrzeuge.
Weiterhin umfassen, wie hierin bereitgestellt wird, umweltfreundliche Fahrzeuge mit Brennstoffzellen betriebene Fahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-in-Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge und dergleichen, wobei diese vorzugsweise mit einem oder mehreren Motoren und einer Maschine/Motor (Verbrennungskraftmotor) ausgestattet sind.
Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und soll die Erfindung nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein/eine”, und „der/die/das” auch die Pluralformen mit umfassen, es sei denn, es ergibt sich aus dem Kontext eindeutig etwas anderes. Weiterhin wird davon ausgegangen, dass die Begriffe „umfasst” und/oder „umfassend”, bei Verwendung in dieser Beschreibung, das Vorhandensein von genannten Merkmalen, ganzzahligen Vielfachen, Schritten, Ablaufvorgänge, Elementen und/oder Komponenten spezifizieren, aber schließen nicht das Vorhandensein oder Hinzufügen von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzzahligen Vielfachen, Schritten, Ablaufvorgängen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon aus. Wie hierin verwendet, umfasst der Begriff „und/oder” jegliche Kombinationen eines oder mehrerer der aufgelisteten zugeordneten Gegenstände.
Mit Bezug auf 1 bis 3 ist eine erste Eingangswelle 11 von einer Maschine/Motor 10 in direkter Weise mit einem ersten Motor 21 (Generator) auf der gleichen Achse verbunden, wobei ein Ravigneaux-Getriebezug, in welchem ein erster Planetengetriebesatz 30 und ein zweiter Planetengetriebesatz 40 mit Hilfe eines Paares von Kupplungen mit der ersten Eingangswelle 11 kombiniert sind, welche sich von dem Motor 10 über den ersten Motor 21 erstreckt, so dass Leistung des Motors 10 von dem Ravigneaux-Getriebezug auf die erste Eingangswelle 11 übertragen werden kann.
In dem Ravigneaux-Getriebezug der vorliegenden Erfindung wird ein erster Planetengetriebesatz 30 als ein einzelnes Zahnstangen-Planetengetriebe verwendet, wobei der zweite Planetengetriebesatz als ein doppeltes Zahnstangen-Planetengetriebe einschließlich eines mit zwei Zahnstangengetrieben ausgebildeten Mitnehmers verwendet wird. Somit weist der Ravigneaux-Getriebezug eine Struktur auf, in welcher der Planetengetriebesatz 30 und der zweite Planetengetriebesatz 40 in integraler Weise verbunden sind.
Insbesondere sind ein erstes Ringgetriebe R1 des ersten Planetengetriebesatzes 30 und ein zweites Ringgetriebe R2 des zweiten Planetengetriebesatzes 40 in integraler Weise entlang des gleichen Pfades miteinander verbunden, wobei ein erster Mitnehmer C1 des ersten Planetengetriebesatzes 30 und ein (2-1)-ter Mitnehmer C2-1 des zweiten Planetengetriebesatzes 40 in integraler Weise entlang des gleichen Pfades miteinander verbunden sind.
Die weiteren Betriebselemente des ersten Planetengetriebesatzes 30, ausgenommen des ersten Ringgetriebes R1 und des ersten Mitnehmers (bzw. „Trägers”) C1, und die weiteren Betriebselemente des zweiten Planetengetriebesatzes 40, ausgenommen des zweiten Ringgetriebes R2 und des (2-1)-ten Mitnehmers C2-1, sind in unabhängiger Weise bereitgestellt. Insbesondere ist eine Zahnstange des ersten Mitnehmers C1 des ersten Planetengetriebesatzes 30 in unabhängiger Weise mit einem ersten Reihengetriebe S1 in Eingriff, und eine Zahnstange eines (2-2)-ten Mitnehmers C2-2 ist in unabhängiger Weise mit einer Zahnstange des (2-1)-ten Mitnehmers C2-1 des zweiten Planetengetriebesatzes 40 in Eingriff. Zusätzlich ist ein zweites Reihengetriebe S2 des zweiten Planetengetriebesatzes 40 in unabhängiger Weise mit der Zahnstange des (2-2)-ten Mitnehmers C2-2 in Eingriff.
In diesem Fall sind die ersten und zweiten Kupplungen CL1 und CL2 parallel an einem Endabschnitt der ersten Eingangswelle 11 befestigt, welche sich vom Motor 10 über den ersten Motor 21 erstreckt. Die erste Kupplung CL1 überträgt Leistung des Motors 10 zu einem beliebigen Element der Betriebselemente des ersten Planetengetriebesatzes 30 über eine zweite Eingangswelle 12, welche sich von der ersten Kupplung CL1 erstreckt, bzw. trennt die Leistung. Vorzugsweise ist die zweite Eingangswelle 12, welche sich von der ersten Kupplung CL1 erstreckt, mit dem ersten Mitnehmer C1 der Betriebselemente des ersten Planetengetriebesatzes 30 verbunden, so dass Leistung vom Motor 10 von der zweiten Eingangswelle 12 auf den ersten Mitnehmer C1 übertragen werden kann.
Die zweite Kupplung CL2 überträgt die Leistung des Motors 10 auf ein weiteres Element der Betriebselemente des ersten Planetengetriebesatzes 30 über eine dritte Eingangswelle 13, welche sich von der zweiten Kupplung CL2 erstreckt, bzw. trennt die Leistung. Vorzugsweise ist die dritte Eingangswelle 13, welche sich von der zweiten Kupplung CL2 erstreckt, mit dem ersten Ringgetriebe R1 von den Betriebselementen des ersten Planetengetriebesatzes 30 verbunden, so dass Leistung vom Motor 10 von der Eingangswelle 13 auf das erste Ringgetriebe R1 übertragen werden kann.
Somit ist der zweite Motor 22 mit einem beliebigen Element der Betriebselemente des zweiten Planetengetriebesatzes 40 verbunden, um so in direkter Weise Leistung des Motors auf ein Antriebsrad 50 zu übertragen. Vorzugsweise ist der zweite Motor 22 mit dem zweiten Reihengetriebe S2 der Betriebselementen des zweiten Planetengetriebesatzes 40 verbunden, so dass Leistung vom Motor 10 vom zweiten Motor 22 auf das zweite Reihengetriebe S2 übertragen werden kann.
Im Folgenden soll der Leistungsübertragungsfluss der Leistungsübertragungseinrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung, wie sie oben beschrieben ausgebildet ist, für jeden Fahrmodus beschrieben werden.
EV-Fahrmodus (siehe Fig. 2 und Fig. 4)
Der EV-Fahrmodus ist ein Fahrmodus, welcher lediglich mit Leistung des zweiten Motors 22 ausgeführt wird. Somit wird der zweite Motor 22 in unabhängiger Weise lediglich während Versorgung mit elektrischem Strom von einer Batterie 14 angetrieben, und zwar in einem Zustand, in welchem die ersten und zweiten Kupplungen CL1 und CL2 sich nicht in Eingriff befinden (entkoppelt sind).
In dem EV-Fahrmodus ist eine feste Untersetzungsgetriebestufe (UG) umgesetzt, wobei somit die Drehgeschwindigkeit des zweiten Motors 22 für eine Übertragung an das Antriebsrad 50 reduziert ist. Insbesondere wird das von dem zweiten Motor 22 erzeugte Drehmoment durch sequentielles Übertragen über das zweite Reihengetriebe S2, den (2-2)-ten Mitnehmer C2-2, den (2-1)-ten Mitnehmer C2-1 und das zweite Ringgetriebe R2 des zweiten Planetengetriebesatzes 40 erzeugte Drehmoment reduziert, und schließlich an das Antriebsrad 50 übertragen, wodurch sich das Fahrzeug in Bewegung setzt.
Erster HEV-Fahrmodus (siehe Fig. 2 und Fig. 5)
Der erste HEV-Fahrmodus ist ein Fahrmodus, in welchem, wenn das Fahrzeug durch die Leistung des zweiten Motors 22 betrieben wird, der Motor 10 gestartet wird, so dass die Batterie 14 aufgeladen wird. Somit dient der erste Motor 21 als ein Starter (Lichtmaschine/Generator) für den Motor 10 (Verbrennungskraftmotor).
Falls der Motor 10 durch ein Betreiben der Lichtmaschine des ersten Motors 21 gestartet wird, während das Fahrzeug durch die Antriebskraft (Leistung) des zweiten Motors 22 in einem Zustand angetrieben wird, in welchem sich die ersten und zweiten Kupplungen CL1 und CL2 nicht in Eingriff befinden, treibt die Leistung des Motors 10 den ersten Motor 21 unter Beibehaltung der gleichen Achse über die erste Eingangswelle 11 an, wobei vom Betreiben des ersten Motors 21 erzeugter elektrischer Strom in der Batterie 14 gespeichert wird.
In diesem Fall wird der zweite Motor 22 kontinuierlich mit elektrischem Strom versorgt, welcher in der Batterie 14 gerade gespeichert worden ist oder in der Batterie bereits vorhanden war.
Zweiter HEV-Fahrmodus (siehe Fig. 2 und Fig. 6)
In dem zweiten HEV-Fahrmodus ist die erste Kupplung CL1 nicht aktiviert, wobei die zweite Kupplung CL2 zur Übertragung von Leistung an den Motor 10 aktiviert ist.
Falls die zweite Kupplung CL2 aktiviert ist, wird die erste Eingangswelle 11 vom Motor 10 mit der dritten Eingangswelle 13 synchronisiert, welche sich von der zweiten Kupplung CL2 zum ersten Ringgetriebe R1 des ersten Planetengetriebesatzes 30 erstreckt.
Somit wird die Leistung des Motors 10 über die ersten und dritten Eingangswellen 11 und 13 auf das erste Ringgetriebe R1 des ersten Planetengetriebesatzes 30 übertragen, wobei die Wellen mit der zweiten Kupplung CL2 synchronisiert sind, und dann an das Antriebsrad 50 über das zweite Ringgetriebe R2 des zweiten Planetengetriebesatzes 40 abgegeben, welches mit dem ersten Ringgetriebe R1 integriert ist.
Somit besteht ein fester 1:1-Motorgetriebeübersetzungszustand, in welchem die Abgabe des Motors 10 durch das Einkuppeln der zweiten Kupplung CL2 in dem zweiten HEV-Fahrmodus auf diese Weise übertragen wird.
In dem zweiten HEV-Fahrmodus wird die Drehmomentsteuerung der ersten und zweiten Motoren 21 und 22 durchgeführt, so dass es möglich ist, die Ausgabe bzw. Abgabe (von Leistung/Drehmoment) des Motors 10 zu steuern, welche vom Motor 10 an das Antriebsrad 50 übertragen wird.
Dritter HEV-Fahrmodus (siehe Fig. 2 und Fig. 7)
In dem dritten HEV-Fahrmodus befindet sich die zweite Kupplung CL2 nicht in Eingriff, wobei die erste Kupplung CL1 zur Übertragung von Leistung/Drehmoment vom Motor 10 eingekuppelt ist.
Falls sich die erste Kupplung CL1 in Eingriff befindet, wird die erste Eingangswelle 11 vom Motor 10 mit der zweiten Eingangswelle 12 synchronisiert, welche sich von der ersten Kupplung CL1 zum ersten Mitnehmer C1 des ersten Planetengetriebesatzes 30 erstreckt.
Somit wird die Leistung des Motors 10 über die ersten und zweiten Eingangswellen 11 und 12 auf den ersten Mitnehmer C1 des ersten Planetengetriebesatzes 30 übertragen, wobei die Wellen durch die erste Kupplung CL1 synchronisiert sind, und dann an das Antriebsrad 50 durch den (2-1)-ten Mitnehmer C2-1 des zweiten Planetengetriebesatzes 40 abgegeben, welcher mit dem ersten Mitnehmer C1 und dem zweiten Ringgetriebe R2 integriert ist. In diesem Fall wirken der erste Mitnehmer C1 und der (2-1)-te Mitnehmer C2-1 als eine Erhöhung des Drehmomentes des Motors 10.
Somit ist ein fester Getriebeübersetzungs-(OD)Zustand umgesetzt, in welchem die Abgabe des Motors 10 erhöht ist und durch den Eingriff der ersten Kupplung CL1 im dritten HEV-Fahrmodus an das Antriebsrad 50 übertragen wird.
In dem dritten HEV-Fahrmodus wird ebenso die Drehmomentsteuerung der ersten und zweiten Motoren 21 und 22 durchgeführt, so dass die Abgabe des Motors 10, welche vom Motor 10 an das Antriebsrad 50 übertragen wird, im optimalen Betriebspunkt umgesetzt werden kann.
Die Erfindung wurde detailliert mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen davon beschrieben. Jedoch wird der Fachmann bevorzugen, dass in diesen Ausführungsformen Änderungen vorgenommen werden können, ohne von den Prinzipien und dem Grundgedanken der Erfindung abzuweichen, bzw. dem Umfang, welcher durch die beigefügten Ansprüche und ihrer rechtlichen Äquivalente definiert ist.

Claims

Leistungsübertragungsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug, umfassend: Eine Maschine; einen ersten Erzeugermotor, welcher mit einer ersten Eingangswelle von der Maschine auf einer gleichen Achse verbunden ist; eine erste Planetengetriebeanordnung, welche mit der ersten Eingangswelle verbunden ist, welche sich von der Maschine mittels des ersten Motors erstreckt, so dass Leistung von der Maschine über die erste Planetengetriebeanordnung auf die erste Eingangswelle übertragbar ist; eine erste Kupplung, welche an einem Endabschnitt der ersten Eingangswelle befestigt ist, um so die Leistung von der Maschine auf ein beliebiges Element einer Mehrzahl von Betriebselementen der ersten Planetengetriebeanordnung über eine zweite Eingangswelle zu übertragen oder zu trennen; eine zweite Kupplung, welche an dem Endabschnitt der ersten Eingangswelle befestigt ist, um so die Leistung von der Maschine auf ein weiteres Element von der Mehrzahl von Betriebselementen der ersten Planetengetriebeanordnung über eine dritte Eingangswelle zu übertragen oder zu trennen; eine zweite Planetengetriebeanordnung, welche in integraler Weise mit der ersten Planetengetriebeanordnung kombiniert ist, um so die Leistung der Maschine abzugeben, welche von der ersten Planetengetriebeanordnung übertragen wurde, und zwar an ein Antriebsrad über eine Ausgangswelle oder um die Leistung eines zweiten Motors zum Antreiben des Antriebsrades über die Ausgangswelle direkt abzugeben; wobei der zweite Motor mit einem beliebigen Element der Betriebselemente der zweiten Planetengetriebeanordnung verbunden ist, um so die Leistung der Maschine direkt an das Antriebsrad abzugeben; und eine Batterie, zu welcher elektrische Leistung, welche durch ein Laden der ersten und zweiten Motoren erzeugt wurde, welche durch die Leistung der Maschine angetrieben wurden, übertragbar ist oder von welcher elektrische Leistung, welche durch ein Entladen der ersten und zweiten Motoren, welche durch die Leistung der Maschine angetrieben wurden, abgebbar ist.
Leistungsübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Planetengetriebeanordnung als ein einzelnes Zahnrad-Planetengetriebe verwendet wird, und die zweite Planetengetriebeanordnung als ein doppeltes Zahnrad-Planetengetriebe verwendet wird, wodurch ein Ravigneaux-Getriebezug umgesetzt wird, welcher durch Integrieren des einzelnen Zahnrad-Planetengetriebes und des doppelten Zahnrad-Planetengetriebes erzielbar ist.
Leistungsübertragungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei ein erstes Zahnradgetriebe der ersten Planetengetriebeanordnung und ein zweites Zahnradgetriebe der zweiten Planetengetriebeanordnung in integraler Weise auf der gleichen Verbindungslinie verbunden sind, wobei ein erster Mitnehmer der ersten Planetengetriebeanordnung und ein (2-1)-ter Mitnehmer der zweiten Planetengetriebeanordnung in integraler Weise auf der gleichen Verbindungslinie verbunden sind, und wobei ein erstes Längsgetriebe unabhängig mit dem ersten Mitnehmer der ersten Planetengetriebeanordnung verbunden ist, ein (2-2)-ter Mitnehmer unabhängig mit dem (2-1)-ten Mitnehmer der zweiten Planetengetriebeanordnung verbunden ist, und ein zweites Längsgetriebe unabhängig mit dem (2-1)-ten Mitnehmer verbindbar ist.
Leistungsübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein erstes Zahnradgetriebe der ersten Planetengetriebeanordnung und ein zweites Zahnradgetriebe der zweiten Planetengetriebeanordnung in integraler Weise auf der gleichen Verbindungslinie verbunden sind, wobei ein erster Mitnehmer der ersten Planetengetriebeanordnung und ein (2-1)-ter Mitnehmer der zweiten Planetengetriebeanordnung in integraler Weise auf der gleichen Verbindungslinie verbunden sind, und wobei ein erstes Längsgetriebe unabhängig mit dem ersten Mitnehmer der ersten Planetengetriebeanordnung verbunden ist, ein (2-2)-ter Mitnehmer unabhängig mit dem (2-1)-ter Mitnehmer der zweiten Planetengetriebeanordnung verbunden ist, und ein zweites Längsgetriebe unabhängig mit dem (2-2)-ter Mitnehmer verbunden ist.
Leistungsübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die sich von der ersten Kupplung erstreckende zweite Eingangswelle mit dem ersten Mitnehmer der ersten Planetengetriebeanordnung verbunden ist.
Leistungsübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die sich von der zweiten Kupplung erstreckende dritte Eingangswelle mit dem ersten Zahnradgetriebe der ersten Planetengetriebeanordnung verbunden ist.
Leistungsübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der zweite Motor mit dem zweiten Längsgetriebe der zweiten Planetengetriebeanordnung verbunden ist.
Leistungsübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Rotationsleistung, welche von dem unabhängigen Antreiben des zweiten Motors erzeugt wurde, an das Antriebsrad abgebbar ist, während es durch das zweite Längsgetriebe, den (2-2)-ten Mitnehmer, den (2-1)-ten Mitnehmer und das zweite Zahnradgetriebe der zweiten Planetengetriebeanordnung in einem Zustand reduzierbar ist, in welchem die ersten und zweiten Kupplungen nicht in Eingriff sind, wodurch ein EV-Fahrmodus umgesetzt ist.
Leistungsübertragungseinrichtung nach Anspruch 7, wobei der erste Motor als ein Starter zum Starten der Maschine wirkt, während der EV-Fahrmodus in den Zustand umsetzbar ist, in welchem die ersten und zweiten Kupplungen nicht in Eingriff sind, wodurch ein erster HEV-Fahrmodus umgesetzt ist, in welchem der erste Motor von der Leistung der Maschine antreibbar ist, um so elektrische Leistung zu erzeugen, wobei die erzeugte elektrische Leistung gleichzeitig in der Batterie speicherbar ist.
Leistungsübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Motor als ein Starter zum Starten der Maschine wirkt, während der EV-Fahrmodus in dem Zustand umgesetzt ist, in welchem die ersten und zweiten Kupplungen nicht in Eingriff sind, wodurch ein erster HEV-Fahrmodus umgesetzt ist, in welchem der erste Motor zur Erzeugung elektrischer Leistung von der Leistung der Maschine antreibbar ist, wobei die erzeugte elektrische Leistung gleichzeitig in der Batterie speicherbar ist.
Leistungsübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Kupplung für den Antrieb der Maschine aktiviert ist, wodurch ein zweiter HEV-Fahrmodus umgesetzt ist, in welchem die Leistung der Maschine über das erste Zahnkranzgetriebe der ersten Planetengetriebeanordnung und das zweite Zahnkranzgetriebe der zweiten Planetengetriebeanordnung auf das Antriebsrad übertragbar ist, wobei gleichzeitig die Drehmomentsteuerung der ersten und zweiten Motoren durchführbar ist.
Leistungsübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Kupplung für das Antreiben der Maschine aktiviert ist, wodurch ein dritter HEV-Fahrmodus umgesetzt ist, in welchem die Leistung der Maschine durch den ersten Mitnehmer der ersten Planetengetriebeanordnung und dem (2-1)-ten Mitnehmer der zweiten Planetengetriebeanordnung steigerbar ist, welche integral miteinander verbunden sind, und dann die Leistung über das zweite Zahnkranzgetriebe an das Antriebsrad abgeben, wobei die Drehmomentsteuerung der ersten und zweiten Motoren gleichzeitig ausführbar ist.
Hybridfahrzeug, umfassend: Eine Leistungsübertragungseinrichtung, umfassend: Eine Maschine; einen ersten Erzeugermotor, welcher mit einer ersten Eingangswelle von der Maschine auf einer gleichen Achse verbunden ist; eine erste Planetengetriebeanordnung, welche mit der ersten Eingangswelle verbunden ist, welche sich mittels des ersten Motors von der Maschine erstreckt, so dass Leistung von der Maschine von der ersten Planetengetriebeanordnung auf die erste Eingangswelle übertragbar ist; eine erste an einem Endabschnitt der ersten Eingangswelle befestigte Kupplung, um die Leistung der Maschine auf ein Element von einer Mehrzahl von Betriebselementen der ersten Planetengetriebeanordnung über eine zweite Eingangswelle übertragbar ist oder die Leistung der Maschine von einem Element einer Mehrzahl von Betriebselementen der ersten Planetengetriebeanordnung über eine zweite Eingangswelle trennbar ist; eine zweite am Endabschnitt der ersten Eingangswelle befestigte Kupplung, um die Leistung der Maschine auf ein weiteres Element von der Mehrzahl der Betriebselemente der ersten Planetengetriebeanordnung über eine dritte Eingangswelle zu übertragen oder die Leistung der Maschine von einem weiteren Element der Mehrzahl von Betriebselementen der ersten Planetengetriebeanordnung über eine dritte Eingangswelle zu trennen; und eine zweite integral mit der ersten Planetengetriebeanordnung kombinierte Planetengetriebeanordnung, um die Leistung der Maschine abzugeben, welche von der ersten Planetengetriebeanordnung übertragen wurde, und zwar an ein Antriebsrad über eine Ausgangswelle oder um die Leistung eines zweiten Motors zum Antreiben des Antriebsrades über die Ausgangswelle direkt abzugeben, wobei der zweite Motor mit einem beliebigen Element der Betriebselemente der zweiten Planetengetriebeanordnung verbunden ist, um so die Leistung der Maschine direkt an das Antriebsrad abzugeben.
Hybridfahrzeug nach Anspruch 13, wobei die erste Planetengetriebeanordnung als ein einzelnes Zahnrad-Planetengetriebe verwendet wird, und die zweite Planetengetriebeanordnung als ein doppeltes Zahnrad-Planetengetriebe verwendet wird, wodurch ein Ravigneaux-Getriebezug umgesetzt ist, welcher durch Integrieren des einzelnen Zahnrad-Planetengetriebes und des doppelten Zahnrad-Planetengetriebes erhaltbar ist.
Hybridfahrzeug nach Anspruch 14, wobei ein erstes Zahnkranzgetriebe der ersten Planetengetriebeanordnung und ein zweites Zahnkranzgetriebe der zweiten Planetengetriebeanordnung in integraler Weise auf der gleichen Verbindungslinie verbunden sind, wobei ein erster Mitnehmer der ersten Planetengetriebeanordnung und ein (2-1)-ter Mitnehmer der Planetengetriebeanordnung in integraler Weise auf der gleichen Verbindungslinie verbunden sind, und wobei ein erstes Längsgetriebe unabhängig mit dem ersten Mitnehmer der ersten Planetengetriebeanordnung verbunden ist, ein (2-2)-ter Mitnehmer unabhängig mit dem (2-1)-ten Mitnehmer der zweiten Planetengetriebeanordnung verbunden ist, und ein zweites Längsgetriebe unabhängig mit dem (2-2)-ten Mitnehmer verbunden ist.
Hybridfahrzeug nach Anspruch 13, wobei die sich von der ersten Kupplung erstreckende zweite Eingangswelle mit dem ersten Mitnehmer der ersten Planetengetriebeanordnung verbunden ist.
Hybridfahrzeug nach Anspruch 13, wobei die sich von der zweiten Kupplung erstreckende dritte Eingangswelle mit dem ersten Zahnkranzgetriebe der ersten Planetengetriebeanordnung verbunden ist.
Hybridfahrzeug nach Anspruch 13, wobei der zweite Motor mit dem zweiten Längsgetriebe der zweiten Planetengetriebeanordnung verbunden ist.