DE102015113318B4

DE102015113318B4 - Antriebsstrang mit getriebebasiertem motor/generator für kraftmaschinenstart- und regenerationsbremsmodi

Info

Publication number: DE102015113318B4
Application number: DE102015113318.0A
Authority: DE
Inventors: Roger A. Clark; Alan G. Holmes
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-08-20
Filing date: 2015-08-12
Publication date: 2022-12-15
Anticipated expiration: 2035-08-13
Also published as: CN105383278A; US20160052382A1; US9527375B2; DE102015113318A1; CN105383278B

Abstract

Antriebsstrang (12), umfassend:eine Kraftmaschine (14), die eine drehbare Kurbelwelle (16) aufweist;ein Getriebe (18), das ein Getriebeeingangselement (26) und ein Getriebeausgangselement (28) aufweist;einen Achsantrieb (36), der funktional mit dem Getriebeausgangselement (28) verbunden ist und eine Antriebsachse (48) umfasst;einen Motor/Generator (54);eine Kraftmaschinenkupplung (70), die einen eingerückten Zustand aufweist, der die Kraftmaschinenkurbelwelle (16) funktional mit dem Getriebeeingangselement (26) verbindet, und einen ausgerückten Zustand aufweist, der die Kraftmaschinenkurbelwelle (16) funktional von dem Getriebeeingangselement trennt (26);eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung (76), die einen selektiv eingerückten Zustand aufweist, in welchem die erste Drehmomentübertragungseinrichtung (76) Drehmoment zwischen dem Motor/Generator (54) und dem Getriebeausgangselement (28) unabhängig von der Kraftmaschine (14), der Kurbelwelle (16) und der Kraftmaschinenkupplung (70) überträgt;eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung (80), die einen selektiv eingerückten Zustand aufweist, in welchem die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung (80) Drehmoment zwischen dem Motor/Generator (54) und der Kurbelwelle (16) unabhängig von der ersten Drehmomentübertragungseinrichtung (76) und der Kraftmaschinenkupplung (70) überträgt;zumindest einen elektronischen Controller (68), der funktional mit dem Motor/Generator (54), der Kraftmaschinenkupplung (70) und der ersten und zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung (76, 80) verbunden ist, um den Motor/Generator (54) derart zu steuern, dass er als ein Motor oder als ein Generator fungiert, und um die Zustände der Kraftmaschinenkupplung (70) und der ersten und zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung zu steuern (76, 80);wobei der Antriebsstrang (12) einen Kraftmaschinenstartmodus herstellt, wenn die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung (80) eingerückt ist, die erste Drehmomentübertragungseinrichtung (76) ausgerückt ist und der Motor/Generator (54) derart gesteuert wird, dass er als ein Motor fungiert, um die Kraftmaschine (14) zu starten; dadurch gekennzeichnet , dassder Antriebsstrang (12) einen Regenerationsbremsmodus herstellt, wenn die erste Drehmomentübertragungseinrichtung (76) eingerückt ist, die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung (80) ausgerückt ist und der Motor/Generator (54) als ein Generator fungiert, um Regenerationsbremsenergie aufzufangen; undwobei der zumindest eine elektronische Controller (68) die Kraftmaschinenkupplung (70) steuert, um während des Regenerationsbremsmodus und während des Kraftmaschinenstartmodus den ausgerückten Zustand herzustellen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegenden Lehren umfassen im Allgemeinen einen Antriebsstrang gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, der einen Motor/Generator aufweist, der betreibbar ist, um eine Kraftmaschine zu starten und Fahrzeugbremsenergie wieder aufzufangen. Solch ein Antriebsstrang ist beispielsweise aus der DE 102 50 853 A1 bekannt.
Bezüglich des weitergehenden Standes der Technik wird auf die Druckschriften DE 102 09 514 A1 , DE 10 2010 024 165 A1 und JP 2012 - 240 624 A verwiesen.
HINTERGRUND
Manche Hybridfahrzeuge verwenden einen BAS (Riemen-Lichtmaschinen-Starter), der mit der Kraftmaschinenkurbelwelle für den Kraftmaschinenstart und regeneratives Bremsen verbunden ist. Eine BAS-Anordnung erfordert, dass die Kraftmaschinenkurbelwelle umlaufen muss, wenn der Lichtmaschinen-Starter entweder Elektrizität aus regenerativem Bremsen erzeugt oder elektrischen Vortrieb liefert. Das Umlaufen der Kraftmaschine während dieser Zeiten erzeugt mechanische Verluste aus Kraftmaschinenreibung und aus Kraftmaschinenpumpverlusten, wenn keine Ventildeaktivierung vorgesehen ist, wobei etwas von der Energie, die nützlich sein könnte, abgezweigt wird.
Es sind Strong-Hybridarchitekturen vorgeschlagen worden, um einen Motor/Generator entweder direkt oder indirekt mit dem Getriebeeingang, dem Getriebeausgang oder einer Zwischenwelle innerhalb des Getriebes, wie etwa einer Vorgelegewelle, zu koppeln. Jedoch wird diese gleiche Verbindung des Motors/Generators (d.h. die direkte oder indirekte Verbindung mit dem Getriebeeingang, dem Getriebeausgang oder der Zwischenwelle) auch zum Starten der Kraftmaschine verwendet, was das zu begünstigende Übersetzungsverhältnis zwischen dem Motor/Generator und der Kraftmaschine auf ein Niveau begrenzt, das deutlich unterhalb von dem liegt, das durch Starterring- und Ritzelräder bereitgestellt wird. Zum Beispiel weist eine Hybrid-Architektur, bei der der Motor-Generator direkt mit der Getriebeausgangswelle gekoppelt ist, nur den Kehrwert des niedrigsten Übersetzungsverhältnisses auf, das sich auf ein Verhältnis von annähernd 2:1 belaufen könnte, um das Drehmoment von dem Motor-Generator zum Starten der Kraftmaschine zu vervielfachen, während ein typischer Starterring und Ritzel ein Verhältnis von 10:1 oder mehr aufweisen könnten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Antriebsstrang gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiter zu entwickeln, dass auch kürzere Regenerationsgelegenheiten zur Energiezurückgewinnung genutzt werden können.
ZUSAMMENFASSUNG
Es ist ein Antriebsstrang vorgesehen, der zulässt, dass ein einziger Motor/Generator Regenerationsbremsenergie ohne Abzweig zu Kraftmaschinenverlusten sammelt, und etwas von dieser Energie für den elektrischen Vortrieb ohne Abzweig zu Kraftmaschinenverlusten verwendet. Der Antriebsstrang weist die Merkmale des Anspruchs 1 und insbesondere eine Kraftmaschine mit einer rotierbaren Kurbelwelle und ein Getriebe mit einem Getriebeeingangselement und einem Getriebeausgangselement auf. Das Getriebe kann ein Mehrgang-Automatikgetriebe, ein stufenloses Getriebe, ein Doppelkupplungsgetriebe oder ein anderes geeignetes Getriebe sein. Ein Achsantrieb ist funktional mit dem Getriebeausgangselement gekoppelt und umfasst eine Antriebsachse. Eine Kraftmaschinenkupplung weist einen eingerückten Zustand auf, der die Kraftmaschinenkurbelwelle funktional mit dem Getriebeeingangselement verbindet, und weist einen ausgerückten Zustand auf, der die Kraftmaschinenkurbelwelle funktional von dem Getriebeeingangselement trennt. Es ist ein Motor/Generator vorgesehen, und eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung weist einen selektiv eingerückten Zustand auf, in welchem die erste Drehmomentübertragungseinrichtung Drehmoment zwischen dem Motor/Generator und dem Getriebeausgangselement unabhängig von der Kraftmaschine, der Kurbelwelle und der Kraftmaschinenkupplung überträgt. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung weist einen selektiv eingerückten Zustand auf, in welchem die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung Drehmoment zwischen dem Motor/Generator und der Kurbelwelle unabhängig von der ersten Drehmomentübertragungseinrichtung und der Kraftmaschinenkupplung überträgt.
Die Fähigkeit, durch Einrückung der zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung eine wählbare Verbindung mit der Kraftmaschinenkurbelwelle herzustellen, lässt ein Kraftmaschinenstarten über den Motor/Generator zu, das einen Autostart umfasst, wenn die Kraftmaschinenkupplung ausgerückt ist. Eine separate wählbare Verbindung mit der Antriebsachse wird durch Einrückung der ersten Drehmomentübertragungseinrichtung hergestellt, wobei die Verbindung mit der Antriebachse aufgrund der Fähigkeit, die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung und die Kraftmaschinenkupplung auszurücken, unabhängig von dem Zustand der Kraftmaschine ist. Dementsprechend kann der Motor/Generator derart gesteuert werden, dass er als ein Generator fungiert, um Bremsenergie in einem Regenerationsbremsmodus ungeachtet davon aufzufangen, ob die Kraftmaschine umläuft. Ein Controller kann ein Mischen des Bremsens, das durch regeneratives Bremsen bereitgestellt wird, und des Bremsens, das durch mechanische Bremssysteme bereitgestellt wird, bewerkstelligen. Ein Drehmomentunterstützungsmodus, in welchem der Motor/Generator die Kraftmaschine beim Liefern von Drehmoment an die Antriebswelle unterstützt, wird bewerkstelligt, wenn die Kraftmaschinenkupplung und die erste Drehmomentübertragungseinrichtung eingerückt sind. Ein Drehmomentmodus, in welchem der Motor/Generator als ein Motor fungiert, um die Antriebswelle bei getrennter Kraftmaschine anzutreiben, ist vorgesehen, wenn die erste Drehmomentübertragungseinrichtung eingerückt ist und die Kraftmaschinenkupplung und die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung ausgerückt sind.
Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Arten zum Ausführen der vorliegenden Lehren, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen werden, leicht deutlich werden.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung in Draufsicht eines Teils eines ersten Fahrzeugs, das einen ersten Antriebsstrang aufweist.
2 ist eine schematische Darstellung in Draufsicht eines Teils eines zweiten Fahrzeugs, das einen zweiten Antriebsstrang gemäß einem alternativen Aspekt der vorliegenden Lehren aufweist.
3 ist eine schematische Darstellung in Draufsicht eines Teils eines dritten Fahrzeugs, das einen dritten Antriebsstrang gemäß einem anderen alternativen Aspekt der vorliegenden Lehren aufweist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen überall in den Ansichten auf gleiche Komponenten verweisen, zeigen die 1 bis 3 Fahrzeuge mit unterschiedlichen Ausführungsformen von Antriebssträngen, die einen Kraftmaschinenautostart und regeneratives Bremsen unter Verwendung nur eines einzigen Motors/Generators und ohne zu erfordern, dass die Kraftmaschine während des regenerativen Bremsens umläuft, bewerkstelligen können. Unter Bezugnahme auf 1 weist ein Fahrzeug 10 einen Antriebsstrang 12 auf, der eine Kraftmaschine (E) 14 umfasst, die eine drehbare Kurbelwelle 16 aufweist. Die Kraftmaschine 14 kann eine Brennkraftmaschine sein, die eine Fremdzündungsmaschine, eine Kompressionszündungsmaschine oder eine andere Art von Antriebsanlage sein kann.
Der Antriebsstrang 12 umfasst auch ein Getriebe 18, das funktional mit der Kraftmaschine 14 verbindbar ist, um Traktionsdrehmoment an erste und zweite Fahrzeugräder 20A, 20B zu liefern, auf die jeweilige Reifen 22A, 22B aufgezogen sind. Genauer ist das Getriebe 18 ein stufenloses Getriebe, obwohl andere Arten von Getrieben von benutzt werden können. Das Getriebe 18 weist ein Gehäuse 24, ein Getriebeeingangselement 26 und ein Getriebeausgangselement 28 auf, die zumindest teilweise in dem Gehäuse 24 untergebracht sind. Eine Eingangsriemenscheibe 30 weist Halbscheiben auf, die an dem Getriebeeingangselement 26 montiert sind, und eine Ausgangsriemenscheibe 32 weist Halbscheiben auf, die an dem Getriebeausgangselement 28 montiert sind. Ein Riemen 34 überträgt Drehmoment mit einem variablen Übersetzungsverhältnis von dem Eingangselement 26 auf das Ausgangselement 28 abhängig von den Relativpositionen der Scheibenhälften, wie es Fachleute verstehen werden.
Drehmoment wird von dem Getriebeausgangselement 28 auf die Räder 20A, 20B über einen Achsantrieb 36 übertragen. Der Achsantrieb 36 umfasst einen Drehmoment vervielfachenden, mehrstufigen Zahnradstrang, wobei ein erstes Zahnrad 38 an dem Ausgangselement 28 montiert ist, um mit diesem zu rotieren, ein zweites Zahnrad 40 mit dem ersten Zahnrad 38 kämmt und einen größeren Durchmesser als das erste Zahnrad 38 aufweist. Ein drittes Zahnrad 42 ist funktional mit dem zweiten Zahnrad 40 verbunden, um mit dem zweiten Zahnrad 40 mit der gleichen Drehzahl zu rotieren. Das zweite und dritte Zahnrad 40, 42 können ein einstückiges gestuftes Zahnrad sein. Das dritte Zahnrad 42 kämmt mit einem vierten Zahnrad 44, das ein Ringrad eines Differenzials 46 ist. Drehmoment wird von dem Differenzial 46 auf eine Antriebsachse 48 übertragen, die zwei Halbwellen 48A, 48B aufweist. Es sind verschiedene Gleichlaufgelenke 50 gezeigt. Ein erstes mechanisches Bremssystem 52A ist an dem ersten Rad 20A montiert, und ein zweites mechanisches Bremssystem 52B ist an dem zweiten Rad 20B montiert. Die mechanischen Bremssysteme 52A, 52B sind nur schematisch gezeigt und können jedes geeignete Bremssystem sein, wie etwa ein Reibscheiben-Bremssystem, wie es Fachleute verstehen werden. Die Bremssysteme 52A, 52B sind gesteuert, um die Räder 20A, 20B zu bremsen, wie es hierin weiter beschrieben wird.
Der Antriebsstrang 12 weist Hybridfunktionalität auf, da er einen einzigen Elektromotor/Generator (M) 54 aufweist, der steuerbar ist, um unter bestimmten Fahrzeugbetriebsbedingungen als ein Motor und unter anderen Fahrzeugbetriebsbedingungen als ein Generator zu fungieren. In einer Ausführungsform und anhand eines nicht einschränkenden Beispiels weist der Motor/Generator 54 einen ringförmigen Stator 56 und einen Rotor 58, der von dem Stator 56 umgeben ist, innerhalb eines nicht drehbaren Motorgehäuses 60 auf. Der Stator 56 und der Rotor 58 sind mit gestrichelten Linien innerhalb des Gehäuses 60 angedeutet. Der Stator 56 ist an dem Gehäuse 60 befestigt und kann elektrischen Strom von einem integrierten Motor-Controller-Leistungsstromrichtermodul (MPIM) 66 aufnehmen, welches Strom durch Übertragungsleiter 62 aus Energie, die in einer Energiespeichereinrichtung 64 (B) gespeichert ist, aufnimmt. Die Energiespeichereinrichtung kann ein Batterie oder ein Batteriepaket sein und kann hierin auch als eine Batterie bezeichnet sein.
Der Antriebsstrang 12 umfasst zumindest einen elektronischen Controller, der die Funktion der verschiedenen Komponenten wie hierin beschrieben steuert, um unterschiedliche Betriebsmodi herzustellen. In der Ausführungsform von 1 gibt es zwei elektronische Controller, die miteinander kommunizieren. Ein Controller ist in dem MPIM 66 enthalten, das an dem Motor/Generator 54 montiert und einstückig mit diesem ist. Das MPIM 66 steuert den Motor/Generator 54 derart, dass er als ein Motor oder als ein Generator fungiert, auf der Grundlage von einem Steuereingang, der von einem separaten elektronischen Controller (C) 68 empfangen wird, der Betriebseingangssignale, die Fahrzeugbetriebsbedingungen von verschiedenen anderen Komponenten angeben, empfängt, wie es hierin besprochen wird.
Das MPIP 66 wandelt Gleichstrom, der von der Energiespeichereinrichtung 64 geliefert wird, in Wechselstrom um, der benötigt wird, um den Stator 56 zu beaufschlagen, wenn der Motor/Generator 54 Wechselstrom benutzt, wie etwa wenn er Drei-Phasen-Wicklungen aufweist. Alternativ kann der Leistungsumrichter in den Controller 68 integriert sein, und der Controller 68 kann der einzige elektronische Controller sein.
Der Antriebsstrang 12 weist strategisch positionierte Drehmomentübertragungseinrichtungen und Kupplungen auf, die gewünschte Betriebsmodi auf eine energieeffiziente Weise ermöglichen. Zunächst ist eine Kraftmaschinenkupplung 70 innerhalb des Getriebegehäuses 24 angeordnet und selektiv in Ansprechen auf Steuersignale von dem Controller 68 einrückbar und ausrückbar, um die Kurbelwelle 16 zur gemeinsamen Rotation mit dem Getriebeeingangselement 26 zu verbinden bzw. die Kurbelwelle 16 von dem Getriebeeingangselement 26 zu trennen, so dass sie nicht gemeinsam rotieren. Die Kraftmaschinenkupplung 70 kann elektrisch oder hydraulisch betätigt sein und kann normal eingerückt oder normal ausgerückt sein. Wie es hierin verwendet wird, sind zwei Komponenten ausgestaltet, um „gemeinsam zu rotieren“ oder sind „zur gemeinsamen Rotation“ verbunden, wenn die zwei Komponenten miteinander durch eine Drehmomentübertragungseinrichtung, wie etwa eine Kupplung, verbunden sind, um mit der gleichen Drehzahl zu rotieren. In der gezeigten Ausführungsform ist die Verbindung der Kurbelwelle 16 mit dem Getriebeeingangselement 26 indirekt, wie etwa über einen Fluidkupplungs-Drehmomentwandler 72. Der Drehmomentwandler 72 erhöht die Drehmomentübertragung von der Kurbelwelle 16 zu einer Kraftmaschinenkupplungseingangswelle 74 allmählich durch eine Fluidkupplung, wie es Fachleute verstehen werden. Wenn der Drehmomentwandler 72 die Kurbelwelle 16 vollständig mit der Kupplungseingangswelle 74 koppelt, ermöglicht die Einrückung der Kraftmaschinenkupplung 70, dass das Getriebeeingangselement 26 mit der gleichen Drehzahl wie die Kurbelwelle 16 rotieren kann. Die Kraftmaschinenkupplung 70 weist somit einen eingerückten Zustand auf, der die Kraftmaschinenkurbelwelle 16 funktional mit dem Getriebeeingangselement 26 verbindet, und weist einen ausgerückten Zustand auf, der die Kurbelwelle 16 funktional von dem Getriebeeingangselement 26 trennt. Die Kompressionskraft 70 kann eine Reibplattenkupplung oder eine andere geeignete Art an Kupplung sein.
Zusätzlich umfasst der Antriebsstrang 12 eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung 76, die selektiv in Ansprechen auf Steuersignale von dem Controller 68 einrückbar und ausrückbar ist, um eine Motorwelle 78 zur gemeinsamen Rotation mit dem Getriebeausgangselement 28 zu verbinden bzw. die Motorwelle 78 von dem Getriebeausgangselement 28 zu trennen, so dass sie nicht gemeinsam rotieren. Die Motorwelle 78 erstreckt sich von dem Rotor 58 und rotiert gemeinsam mit diesem. Die erste Drehmomentübertragungseinrichtung 76 weist somit einen selektiv eingerückten Zustand auf, in welchem Drehmoment zwischen dem Motor/- Generator 54 und dem Getriebeausgangselement 28 übertragen wird. Die Verbindung zwischen dem Motor/Generator 54 und dem Getriebeausgangselement 28 ist unabhängig von der Kraftmaschine 14, der Kurbelwelle 16 und der Kraftmaschinenkupplung 70. Mit anderen Worten tritt eine Drehmomentübertragung von der Motorwelle 78 zu dem Getriebeausgangselement 28 auf, wenn die erste Drehmomentübertragung 76 eingerückt ist, ungeachtet dessen, ob die Kraftmaschine 14 bei rotierender Kurbelwelle 16 eingeschaltet ist oder nicht, und ungeachtet dessen, ob die Kraftmaschinenkupplung 70 in dem eingerückten Zustand oder dem ausgerückten Zustand ist.
Der Antriebsstrang 12 weist auch eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung 80 auf, die einen selektiv eingerückten Zustand aufweist, in welchem die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung 80 Drehmoment zwischen dem Motor/Generator 54 und der Kurbelwelle 16 überträgt. In der gezeigten Ausführungsform ist die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung 80 ein gleitendes Losrad 82, das auf einer Welle 84 montiert ist, die zur Rotation um eine Achse 85 durch Lager oder dergleichen (nicht gezeigt) abgestützt ist. Die Welle 84 und das Losrad 82 können in der Richtung von Pfeil 86 durch einen Aktor 87 aus einem gezeigten ausgerückten Zustand in eine gestrichelt gezeigte Position 88 bewegt werden, um einen eingerückten Zustand herzustellen. Der Aktor 87 kann ein elektrisches Solenoid sein, das durch das elektrische Steuersignal von dem Controller 68 mit Energie beaufschlagt wird, um das gleitende Losrad 82 zu bewegen. In dem eingerückten Zustand kämmt das Losrad 82 mit sowohl einem Ringrad 90 als auch dem Ritzelrad 92. Das Ringrad 90 ist an der Kurbelwelle 16 zur gemeinsamen Rotation mit der Kurbelwelle 16 montiert. Das Ritzelrad 92 ist an der Motorwelle 78 zur gemeinsamen Rotation mit der Motorwelle 78 montiert. Wenn das Losrad 82 in der eingerückten Position ist, wird dementsprechend eine Drehmomentübertragungsstrecke von dem Motor/Generator 54 zu der Kurbelwelle 16 hergestellt. Die Drehmomentübertragung kann unabhängig von dem Zustand der ersten Drehmomentübertragungseinrichtung 76 und unabhängig von dem Zustand der Kraftmaschinenkupplung 70 auftreten. Mit anderen Worten tritt die Drehmomentübertragung von der Motorwelle 78 zu der Kurbelwelle 16 auf, wenn die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung 80 eingerückt ist, ungeachtet dessen, ob die Kraftmaschine 14 zur Drehmomentübertragung mit dem Getriebe 18 durch die Kraftmaschinenkupplung 70 verbunden ist oder nicht, und ungeachtet dessen, ob der Motor/Generator 54 zur Drehmomentübertragung mit dem Getriebe 18 durch die zweite Drehmomentübertragungseintragung 80 verbunden ist.
Bei auf diese Weise eingerichtetem Antriebsstrang 12 kann der Controller 68 den Antriebsstrang 12 steuern, um einen Regenerationsbremsmodus, einen Kraftmaschinenautostartmodus und einen Drehmomentunterstützungsmodus abhängig von Fahrzeugbetriebsbedingungen und alle unter Verwendung des einzigen Elektromotors/Generators 54 bereitzustellen. Der Controller 68 weist einen Prozessor mit einem gespeicherten Algorithmus auf, der ein Regenerationsbremsmodul, ein Kraftmaschinenautostartmodul und ein Drehmomentunterstützungsmodul umfassen kann, von denen jedes einen jeweiligen Betriebsmodus auf der Basis von Fahrzeugbetriebsbedingungen herstellt, die als Daten in den Controller 68, wie etwa durch Sensorsignale von Sensoren, eingegeben werden, die Daten hinsichtlich des Betriebszustandes der Kupplung 70 und der Drehmomentübertragungseinrichtungen 76 und 80, Daten hinsichtlich des Zustandes der Kraftmaschine 14, wie etwa ob die Kraftmaschine 14 ein ist, (d.h. mit Kraftstoff beaufschlagt ist), ob die Kraftmaschine 16 rotiert, Daten hinsichtlich des Betriebszustandes der Energiespeichereinrichtung 64, des Betriebszustandes des Motors/Generators 54 und Fahrzeugbedieneranforderungen, wie etwa eine Bremsanforderung von einer Bremseingabeeinrichtung, wie etwa einem Bremspedal, und eine Drehmomentanforderung von einer Drehmomenteingabeeinrichtung, wie etwa einem Gaspedal, umfassen.
Wenn der Controller 68 Fahrzeugbetriebsbedingungen empfängt, die eine Fahrzeugverzögerung angeben, kann genauer der Controller 68 einen Regenerationsbremsmodus herstellen, in welchem Bremsenergie aus dem Verlangsamen der Räder 20A, 20B bereitgestellt wird, indem der Motor/Generator 54 derart gesteuert wird, dass er als ein Generator fungiert, wodurch die kinetische Energie der Räder 20A, 20B in elektrischer Energie umgewandelt wird, die in der Energiespeichereinrichtung 64 gespeichert wird. Der Controller 68 kann auch ein Signal von einem Batteriecontroller (nicht gezeigt) oder einem Sensor, der mit der Energiespeichereinrichtung 64 verbunden ist, empfangen, das den Ladezustand der Energiespeichereinrichtung 64 und/oder eine andere Betriebsbedingung der Energiespeichereinrichtung 64 angibt, um sicherzustellen, dass vorbestimmte Anforderungen zum Herstellen eines Regenerationsbremsmodus erfüllt sind. Zum Beispiel kann die Herstellung des Regenerationsbremsmodus auch abhängig vom Ladezustand der Energiespeichereinrichtung 64 sein, der kleiner als ein vorbestimmter Ladezustand ist. Zusätzlich kann der gespeicherte Algorithmus, der von dem Prozessor des Controllers 68 ausgeführt wird, ein Bremsmischmodul umfassen, in welchem Bremsenergie, die durch die mechanischen Bremssysteme 52A, 52B geliefert wird, mit Bremsenergie kombiniert wird, die durch regeneratives Bremsen geliefert wird, um dem vorbestimmten Bremsdrehmomentbedarf nachzukommen, der als eine Fahrzeugbetriebsbedingung empfangen wird, die in den Controller 68, wie etwa aus einem Niederdrücken eines Bremspedals und/oder von einem Fahrzeugverzögerungssignal, eingegeben wird.
Wenn der Controller 68 ermittelt, dass die Fahrzeugbetriebsbedingungen angeben, dass der Regenerationsbremsmodus hergestellt werden sollte, sendet der Controller 68 Steuersignale, die eine Einrückung der ersten Drehmomentübertragungseinrichtung 76, wenn sie nicht bereits eingerückt ist, und eine Ausrückung der zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung 80, wenn sie in einem eingerückten Zustand ist, bewirken, und die bewirken, dass der Motor/Generator 54 als ein Generator fungiert. Zusätzlich steuert der Controller 68 die Kraftmaschinenkupplung 70, um während des Regenerationsbremsmodus den ausgerückten Zustand herzustellen. Da die Kurbelwelle 16 in dem Regenerationsbremsmodus nicht funktional mit dem Motor/Generator 54 verbunden ist, tritt eine Drehmomentübertragung von der Motorwelle 78 auf das Getriebeausgangselement 28 ungeachtet dessen auf, ob die Kraftmaschine 14 bei rotierender Kurbelwelle 16 eingeschaltet ist oder nicht. Mechanische Verluste aus Kraftmaschinenreibung und Kraftmaschinenpumpverluste, die ansonsten auftreten würde, wenn die Drehmomentflussstrecke durch den Regenerationsbremsmodus durch die Kraftmaschine 14 hindurch vorläge, werden somit vermieden.
Der Antriebsstrang 12 kann auch den einzigen Motor/Generator 54 verwenden, um einen Kraftmaschinenstartmodus herzustellen, in welchem die Kraftmaschine 14 gestartet wird, entweder als ein Anfangskaltstart oder als ein Autostart. Der Controller 68 sendet Steuersignale, die den Kraftmaschinenstartmodus herstellen. Wenn der Controller 68 Fahrzeugbetriebsbedingungen empfängt, die eine Anforderung für einen Fahrzeugdrehmomentbedarf angeben, wie es etwa durch Loslassen eines Bremspedals oder ein Gaspedaleingangssignal angegeben werden kann. In dem Kraftmaschinenstartmodus wird der Motor/Generator 54 gesteuert, um als ein Motor zu fungieren und somit Drehmoment zum Starten der Kraftmaschine 14 an die Kurbelwelle 16 zu liefern. Wenn der Controller 68 ermittelt, dass die Fahrzeugbetriebsbedingungen angeben, dass der Kraftmaschinenstartmodus hergestellt werden sollte, sendet der Controller 68 Steuersignale, die bewirken, dass die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung 80 in dem eingerückten Zustand ist, die erste Drehmomentübertragungseinrichtung 76 in dem ausgerückten Zustand ist, und der Motor/Generator 54 als ein Motor fungiert, um die Kurbelwelle 16 zum Starten der Kraftmaschine 14 zu drehen. Zusätzlich steuert der Controller 68 die Kraftmaschinenkupplung 70, um während des Kraftmaschinenstartmodus den ausgerückten Zustand herzustellen. Optional kann der elektronische Controller 68 die Kraftmaschinenkupplung 70 steuern, um zu schlupfen und somit im Anschluss an das Starten der Kraftmaschine 14 die Drehzahl der Kraftmaschinenkurbelwelle 16 mit der Drehzahl des Getriebeeingangselements 26 mit dem Motor/Generator 54 zu synchronisieren. Ein gesteuerter Schlupf kann insbesondere in einer Ausführungsform zweckmäßig sein, in welcher der Drehmomentwandler 72 nicht vorgesehen ist.
Der Antriebsstrang 12 kann auch den einzigen Motor/Generator 54 derart verwenden, dass er in einem Vortriebsmodus als ein Motor fungiert, um die Kraftmaschine 14 beim Liefern von Drehmoment an die Antriebsachse 48 zum Vorantreiben des Fahrzeugs 10 zu unterstützen. Dieser Vortriebsmodus kann als ein Drehmomentunterstützungsmodus bezeichnet werden, in welchem der elektronische Controller 68 die Kraftmaschinenkupplung 70 derart steuert, dass sie in dem eingerückten Zustand ist, die erste Drehmomentübertragungseinrichtung 76 in dem eingerückten Zustand ist, und die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung 80 in dem ausgerückten Zustand ist. Bei ausgerückter zweiter Drehmomentübertragungseinrichtung 80 kann die Motorwelle 78 mit einer Drehzahl rotieren, die gleich der des Getriebeausgangselements 28 ist, während die Kraftmaschinenkurbelwelle 16 mit einer Drehzahl rotiert, die gleich der des Getriebeeingangselements 26 ist. Die Übersetzungsverhältnisse des Ritzelrads 92 zu dem gleitenden Losrad 82 oder des gleitenden Losrades 82 zu dem Ringrad 90 beeinflussen die Drehzahl der Motorwelle 78 oder die Drehzahl der Kurbelwelle 16 nicht. Der Drehmomentunterstützungsmodus kann auftreten, während das stufenlose Getriebe gesteuert wird, um das Übertragungsverhältnis zwischen der Eingangsriemenscheibe 30 und der Ausgangsriemenscheibe 32 zu variieren.
Der Controller 68 kann auch den Motor/Generator 54 derart steuern, dass er in einem Vortriebsmodus als ein Motor fungiert, um Drehmoment zum Vorantreiben des Fahrzeugs 10 zu liefern, wenn von dem Controller während eines Rollmodus, der als ein Segelmodus bezeichnet werden kann, ein Drehmomentbedarf empfangen wird. In dem Rollmodus ist die Kraftmaschine 14 aus (d.h. es wird kein Kraftstoff an die Kraftmaschine 14 geliefert) und die Kraftmaschinenkupplung 70 ist in dem ausgerückten Zustand. Wenn der Controller 68 einen Bedarf für Drehmoment empfängt, während der Rollmodus vorliegt, wie etwa durch ein relativ leichtes Niederdrücken des Gaspedals, kann das angeforderte Drehmoment auf einem Niveau sein, das von dem Motor/Generator 54 alleine erfüllt werden kann, und der Motor/Generator 54 wird derart gesteuert, dass er beim Vorantreiben der Antriebsachse 48 durch den Achsantrieb 36 als ein Motor fungiert. In diesem Modus ist die erste Drehmomentübertragungseinrichtung 76 in dem eingerückten Zustand, und die Kraftmaschinenkupplung 70 und die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung 80 sind in ausgerückten Zuständen.
Der Antriebsstrang 12 ermöglicht auch, dass der Motor/Generator 54 relativ klein sein kann, da in dem Kraftmaschinenstartmodus und in den Vortriebsmodi eine ausreichende Drehmomentvervielfachung bereitgestellt wird. In einer Ausführungsform kann der Motor/Generator 54 eine Nennleistung von nicht weniger als 4 Kilowatt und nicht mehr als 12 Kilowatt aufweisen, kann 20 bis 60 Newtonmeter Drehmoment liefern und kann eine Nennspannung von nicht weniger als 12 Volt und nicht mehr als 48 Volt aufweisen. Zum Beispiel stellen das Ritzelrad 92, das gleitende Losrad 82 und das Ringrad 90 einen Drehmoment vervielfachenden Zahnradstrang bereit, durch den Drehmoment von dem Motor/Generator 54 auf die Kraftmaschinenkurbelwelle 16 übertragen wird, wenn die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung 80 eingerückt ist. Der Zahnradstrang 92, 82, 90 reduziert die Drehzahl und vervielfacht Drehmoment von dem Rotor 58 zu der Kurbelwelle 16 mit einem Drehmomentvervielfachungsverhältnis größer als Eins, weil der Durchmesser und die Zähnezahl des Ringrads 90 größer als und bevorzugt drei- oder viermal größer als der des Durchmessers und die Zähnezahl des Ritzelrads 92 sind.
Ähnlich ist der Achsantrieb 36 ein zweistufiger Achsantrieb, der ein zweites Drehmomentvervielfachungsverhältnis größer als Eins von dem Motor/Generator 54 zu dem Achsantrieb 48 herstellt, wenn die erste Drehmomentübertragungseinrichtung 76 eingerückt ist und der Motor/Generator 54 als ein Motor derart gesteuert wird, dass er Drehmoment an die Antriebsachse 48 liefert, ob der Vortrieb nun durch den Motor/Generator 54 alleine oder durch sowohl die Kraftmaschine 14 als auch den Motor/Generator 54 in einem Drehmomentunterstützungsmodus erfolgt. Der Achsantrieb 36 ist ein Zahnradstrang mit einer ersten Stufe einer Drehmomentvervielfachung von dem ersten Zahnrad 38 zu dem zweiten Zahnrad 40, und einer zweiten Stufe einer Drehmomentvervielfachung von dem dritten Zahnrad 42 zu dem vierten Zahnrad 44. Das zweite Zahnrad 40 weist einen größeren Durchmesser und eine größere Zähnezahl als das erste Zahnrad 38 auf, und das vierte Zahnrad 44 weist einen größeren Durchmesser und eine größere Zähnezahl als das dritte Zahnrad 42 auf. Dementsprechend ist das zweite Drehmomentvervielfachungsverhältnis größer als Eins und ist bevorzugt mehrfach größer als Eins, wie etwa ein 6:1-Verhältnis.
Das erste Drehmomentvervielfachungsverhältnis von dem Motor/Generator 54 zu der Kurbelwelle 16 unterscheidet sich von dem zweiten Drehmomentvervielfachungsverhältnis von dem Motor/Generator 54 zu der Antriebsachse 48. Dies lässt zu, dass der Motor/Generator 54 mit einer Drehzahl laufen kann, bei der er effizient ist, wie etwa einer Drehzahl, die Schaltverluste minimiert, während die gewünschte Drehzahl der Kurbelwelle 16 während des Kraftmaschinenstartmodus geliefert wird, und um mit einem Bereich von Drehzahlen des Getriebeausgangselements 28 zu laufen, während ausreichend Drehmoment für den Vortrieb geliefert wird.
Weil der Antriebsstrang 12 ungeachtet von dem Betriebszustand der Kraftmaschine 14 in dem Regenerationsbremsmodus betreibbar ist, sind Regenerationsgelegenheiten ausreichend, um die Verwendung von einem oder mehreren elektrisch angetriebenen Fahrzeugnebenaggregaten (A) 94 zu ermöglichen. Zum Beispiel können die Fahrzeugnebenaggregate 94 ein Klimaanlagensystem, eine oder mehrere Kraftmaschinen- oder Getriebekühlmittelpumpen und andere Nebenaggregate umfassen. Die Beaufschlagung dieser Nebenaggregate mit wieder aufgefangener Bremsenergie, die in elektrische Leistung umgewandelt und in der Energiespeichereinrichtung (B) 64 gespeichert ist, statt kraftmaschinengetriebene Nebenaggregate zu haben, kann die Kraftstoffwirtschaftlichkeit durch Verringerung von Kraftmaschinenlasten verbessern.
2 zeigt eine Ausführungsform eines zweiten Fahrzeugs 110, das einen zweiten Antriebsstrang 112 innerhalb des Umfangs der vorliegenden Lehren aufweist. Viele der Komponenten des Fahrzeugs 110 und des Antriebsstrangs 112 sind identisch wie mit Bezug auf das Fahrzeug 10 und den Antriebsstrang 12 in 1 beschrieben und fungieren ebenso wie diese und sind daher mit identischen Bezugszeichen bezeichnet. Der Antriebsstrang 112 umfasst ein Doppelkupplungsgetriebe 118, das funktional mit der Kraftmaschine 14 verbindbar ist, um Traktionsdrehmoment an die ersten und zweiten Fahrzeugräder 20A, 20B zu liefern. Das Getriebe 118 weist ein Gehäuse 124, ein erstes Getriebeeingangselement 126A, ein zweites Getriebeeingangselement 126B und ein Getriebeausgangselement 128 auf, die zumindest teilweise in dem Gehäuse 124 untergebracht sind. Genauer weist das Getriebe 118 ein erstes Getriebeeingangselement 126A auf, das hierin auch als eine erste Eingangswelle 126A bezeichnet wird, und ein zweites Getriebeeingangselement 126B, das hierin auch als eine zweite Eingangswelle 126B bezeichnet wird. Die zweite Eingangswelle 126B ist konzentrisch zu der ersten Eingangswelle 126A. Die zweite Eingangswelle 126B ist eine Hohlwelle, die die erste Eingangswelle 126A konzentrisch umgibt.
Der Antriebsstrang 112 weist eine Kraftmaschinenkupplung 170 auf, die einen ersten eingerückten Zustand besitzt, der die Kraftmaschinenkurbelwelle 16 funktional zur gemeinsamen Rotation mit der ersten Eingangswelle 126A verbindet, einen zweiten eingerückten Zustand, der die Kurbelwelle 16 funktional zur gemeinsamen Rotation mit der zweiten Eingangswelle 126B verbindet, und einen ausgerückten Zustand, der die Kurbelwelle 16 funktional von beiden Eingangswellen 126A, 126B trennt. Genauer weist die Kraftmaschinenkupplung 170 ein Kupplungsgehäuse 171 auf, das sich von der Kurbelwelle 16 erstreckt und gemeinsam mit dieser rotiert (d.h. mit der gleichen Drehzahl wie diese). In dem ersten eingerückten Zustand steht ein erster Aktor (nicht gezeigt), wie etwa eine elektrisch oder hydraulisch betätigte Anlegeplatte, mit dem Kupplungsgehäuse 171 zur Rotation mit der ersten Eingangswelle 126A und nicht mit der zweiten Eingangswelle 126B in Eingriff. In dem zweiten eingerückten Zustand steht ein zweiter Aktor (nicht gezeigt), wie etwa eine elektrisch oder hydraulisch betätigte Anlegeplatte, mit dem Kupplungsgehäuse 171 zur Rotation mit der zweiten Eingangswelle 126B und nicht mit der ersten Eingangswelle 126A in Eingriff.
Das Getriebe 118 weist ein Getriebeausgangselement auf, das eine Ausgangswelle 128 ist, die parallel zu der ersten und zweiten Eingangswelle 126A, 126B liegt. Es kann zwischen der ersten Eingangswelle 126A und der Ausgangswelle 128 und der zweiten Eingangswelle 126B und der Ausgangswelle 128 eine Mehrzahl von unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen über unterschiedliche kämmende Zahnradpaare hergestellt werden, die jeweils ein Eingangszahnrad, das zur Rotation entweder auf der ersten Eingangswelle 126A oder auf der zweiten Eingangswelle 126B montiert ist, und ein Ausgangszahnrad, das zur Rotation auf der Ausgangswelle 128 montiert ist, umfassen. Wähleinrichtungen 137 werden durch einen zweiten elektronischen Controller (C2) 168B betätigt, um das richtige Eingangszahnrad zur gemeinsamen Rotation mit der Eingangswelle 126A oder 126B einzurücken und somit das richtige Übersetzungsverhältnis herzustellen, wie es Fachleute verstehen werden. Eingangszahnrad 131A ist zur Rotation auf der zweiten Eingangswelle 126B montiert und kämmt mit Ausgangszahnrad 135A, das zur Rotation auf Ausgangswelle 128 montiert ist, um ein erstes Übersetzungsverhältnis herzustellen, wenn eine Wähleinrichtung 137 das Eingangszahnrad 131A mit der zweiten Eingangswelle 126B in Eingriff bringt, um in Einklang zu rotieren. Eingangszahnrad 131 B ist zur Rotation auf der ersten Eingangswelle 126A montiert und kämmt mit Ausgangszahnrad 135B, das zur Rotation auf Ausgangswelle 128 montiert ist, um ein zweites Übersetzungsverhältnis herzustellen, wenn eine Wähleinrichtung 137 das Eingangszahnrad 131 B mit der ersten Eingangswelle 126A in Eingriff bringt, um in Einklang zu rotieren. Eingangszahnrad 131C ist zur Rotation auf der zweiten Eingangswelle 126B montiert und kämmt mit Ausgangszahnrad 135C, das zur Rotation auf Ausgangswelle 128 montiert ist, um ein drittes Übersetzungsverhältnis herzustellen, wenn eine Wähleinrichtung 137 das Eingangszahnrad 131C mit der zweiten Eingangswelle 126B in Eingriff bringt, um in Einklang zur rotieren. Eingangszahnrad 131 D ist zur Rotation auf der ersten Eingangswelle 126A montiert und kämmt mit Ausgangszahnrad 135D, das zur Rotation auf Ausgangswelle 128 montiert ist, um ein viertes Übersetzungsverhältnis herzustellen, wenn eine Wähleinrichtung 137 das Eingangszahnrad 131 D mit der ersten Eingangswelle 126A in Eingriff bringt, um in Einklang zur rotieren. Eingangszahnrad 131 E ist zur Rotation auf der zweiten Eingangswelle 126B montiert und kämmt mit Ausgangszahnrad 135E, das zur Rotation auf Ausgangswelle 128 montiert ist, um ein fünftes Übersetzungsverhältnis herzustellen, wenn eine Wähleinrichtung 137 das Eingangszahnrad 131 E mit der zweiten Eingangswelle 126B in Eingriff bringt, um in Einklang zu rotieren. Das Zahlenverhältnis von Drehmoment von der Ausgangswelle 128 zu der Eingangswelle 126A oder 126B nimmt von dem ersten Übersetzungsverhältnis bis zu dem fünften Übersetzungsverhältnis ab. Ein Achsantrieb 136 umfasst ein kämmendes Drehmomentvervielfachungs-Zahnradpaar, das ein Ausgangszahnrad 135E umfasst, das mit Ringrad 139 kämmt und dieses antreibt, das montiert ist, um mit einem Gehäuse des Differenzials 46 zu rotieren. Der Achsantrieb 136 überträgt Drehmoment von der Ausgangswelle 128 auf die Antriebsachse 48.
Das Getriebe 118 umfasst eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung 176, die einen selektiv eingerückten Zustand aufweist, in welchem die erste Drehmomentübertragungseinrichtung 176 Drehmoment zwischen dem Motor/Generator 54 und der Getriebeausgangswelle 128 unabhängig von dem Zustand der Kraftmaschine 14, der Kurbelwelle 16 und der Kraftmaschinenkupplung 170 überträgt.
Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung 180 ist ein gleitendes Ritzelrad 182, das montiert ist, um mit der Motorwelle 78 zu rotieren, wie etwa über Kerbverzahnungen, das aber auf der Motorwelle 78 gleitet, wenn es von einem Aktor 187, wie etwa einem Solenoid, betätigt wird, um sich in der Richtung des Pfeils 186 aus der gezeigten ausgerückten Position in eine gestrichelt gezeigte eingerückte Position zu bewegen. In der ausgerückten Position befindet sich die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung 180 in einem ausgerückten Zustand. In der eingerückten Position kämmt das gleitende Ritzelrad 182 mit einem Ringrad 190, das an dem Kupplungsgehäuse 171 montiert ist, um gemeinsam mit der zweiten Eingangswelle 126B zu rotieren, wobei ein eingerückter Zustand hergestellt wird. In dem eingerückten Zustand wird Drehmoment von dem Motor/Generator 54 auf die Kurbelwelle 16 mit einem Drehmomentvervielfachungsverhältnis übertragen, das durch die Zähnezahlen des Ritzelrades 182 und des Ringrads 190 bestimmt ist.
In der gezeigten Ausführungsform werden zusätzlich zu dem Controller in dem MPIM 66 zwei elektronische Controller (C1) 168A und (C2) 168B verwendet, um den Antriebsstrang 12 zu steuern. Ein erster elektronischer Controller (C1) 168A ist funktional mit der ersten Drehmomentübertragungseinrichtung 176, der zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung 180, dem MPIM 66 und den mechanischen Bremssystemen 52A, 52B verbunden (die Verbindung ist in den Zeichnungen der Klarheit wegen nicht gezeigt). Ein zweiter elektronischer Controller (C2) 168B ist funktional mit der Kraftmaschinenkupplung 170 und mit den Wähleinrichtungen 137 verbunden. Die Controller (C1) 168A und (C2) 168B empfangen Betriebseingangssignale, die Fahrzeugbetriebsbedingungen von diesen und verschiedenen anderen Komponenten angeben, wie es hierin besprochen wird.
Die Controller (C1) 168A, (C2) 168B steuern den Antriebsstrang 112, um einen Regenerationsbremsmodus, einen Kraftmaschinenstartmodus, der ein Autostart sein kann, einen Vortriebsmodus, der Drehmoment an die Antriebsachse 48 liefert, entweder von dem Motor/Generator 54 alleine oder von sowohl dem Motor/- Generator 54 als auch der Kraftmaschine 14 in einem Drehmomentunterstützungsmodus herzustellen. Die Betriebsmodi werden auf die gleiche Weise wie mit Bezug auf den Antriebsstrang 12 von 1 hergestellt, wobei die Kraftmaschinenkupplung 170 auf die gleiche Weise wie die Kraftmaschinenkupplung 70 gesteuert wird, die erste Drehmomentübertragungseinrichtung 176 auf die gleiche Weise wie die erste Drehmomentübertragungseinrichtung 176 gesteuert wird, und die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung 180 auf die gleiche Weise wie die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung 80 gesteuert wird, in die jeweiligen eingerückten oder ausgerückten Zustände, um die jeweiligen Modi abhängig von den Fahrzeugbetriebsbedingungen herzustellen. Genauer ist die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung 180 in dem eingerückten Zustand und die erste Drehmomentübertragungseinrichtung 176 und die Kraftmaschinenkupplung 170 sind in ausgerückten Zuständen, wobei der Motor/Generator 54 derart gesteuert wird, dass er in dem Kraftmaschinenstartmodus als ein Motor fungiert. Die erste Drehmomentübertragungseinrichtung 176 ist in dem eingerückten Zustand und die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung 180 und die Kraftmaschinenkupplung 170 sind in ausgerückten Zuständen, wobei der Motor/Generator 54 derart gesteuert wird, dass er in dem Regenerationsbremsmodus als ein Generator fungiert. Die erste Drehmomentübertragungseinrichtung 176 ist in dem eingerückten Zustand und die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung 180 ist in dem ausgerückten Zustand, wobei der Motor/Generator 54 derart gesteuert wird, dass er als in einem Vortriebsmodus entweder bei ausgerückter Kraftmaschinenkupplung 170 oder bei eingerückter Kraftmaschinenkupplung 170 in einem Drehmomentunterstützungsmodus ein Motor fungiert. Optional kann der zweite elektronische Controller (C2) 168B die Kraftmaschinenkupplung 170 derart steuern, dass sie schlupft und somit die Drehzahl der Kraftmaschinenkurbelwelle 16 mit der Drehzahl der Getriebeeingangswellen 126A oder 126B im Anschluss an das Starten der Kraftmaschine 14 mit dem Motor/Generator 54 synchronisiert. Zusätzlich, wie bei Antriebsstrang 12, kann der gespeicherte Algorithmus, der von den Prozessoren der Controller 168A, 168B ausgeführt wird, ein Bremsmischmodul umfassen, in welchem Bremsenergie, die durch die mechanischen Bremssysteme 52A, 52B geliefert wird, mit Bremsenergie, die durch regeneratives Bremsen geliefert wird, kombiniert wird, um einem vorbestimmten Bremsdrehmomentbedarf nachzukommen, der als eine Fahrzeugbetriebsbedingung empfangen wird, die in die Controller 168A, 168B, wie etwa aus einem Niederdrücken eines Bremspedals und/oder einem Fahrzeugverzögerungssignal eingegeben wird.
Wie bei Antriebsstrang 12 kann der Regenerationsbremsmodus in dem Antriebsstrang 112 unabhängig von dem Zustand der Kraftmaschine 14 hergestellt werden. Der Regenerationsbremsmodus kann von zusätzlichen Fahrzeugbetriebsbedingungen, wie etwa einem Ladezustand der Energiespeichereinrichtung (B) 64, abhängen. Weil der Antriebsstrang 112 in dem Regenerationsbremsmodus ungeachtet von dem Betriebszustand der Kraftmaschine 14 betreibbar ist, sind Regenerationsgelegenheiten ausreichend, um die Verwendung von einem oder mehreren elektrisch angetriebenen Fahrzeugnebenaggregaten (A) 94 zu ermöglichen. Zusätzlich ist der Motor/Generator 54 der einzige Elektromotor/Generator, der in dem Antriebsstrang verwendet wird, um Betriebsmodi herzustellen, um Drehmoment an die Antriebsachse 48 zu liefern und Regenerationsbremsenergie aufzufangen.
3 zeigt eine Ausführungsform eines dritten Fahrzeugs 210, das einen dritten Antriebsstrang 212 innerhalb des Umfangs der vorliegenden Lehren aufweist. Viele der Komponenten des Fahrzeugs 210 und des Antriebsstrangs 212 sind identisch wie mit Bezug auf das Fahrzeug 10 und den Antriebsstrang 12 in 1 beschrieben und funktionieren in gleicher Weise und sind daher mit identischen Bezugszeichen bezeichnet. Der Antriebsstrang 212 umfasst ein Mehrganggetriebe 218, das funktional mit der Kraftmaschine (E) 14 verbindbar ist, um Traktionsdrehmoment an die ersten und zweiten Fahrzeugräder 20A, 20B zu liefern. Das Getriebe 218 ist in einer längs eingebauten Hinterradantriebsanordnung eingerichtet, da das Getriebe 218 ein Getriebeeingangselement 226 und ein Getriebeausgangselement 228 aufweist, die koaxial zueinander sind. Das Getriebe 218 weist ein Getriebegehäuse 224 auf, das mehrere selektiv einrückbare Drehmomentübertragungseinrichtungen und kämmende Zahnräder, wie etwa Planetenradsätze, beherbergt, die steuerbar sind, um mehrere unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse zwischen dem Getriebeeingangselement 226 und dem Getriebeausgangselement 228 herzustellen, wie es Fachleute verstehen werden.
Der Antriebsstrang 212 weist eine Kraftmaschinenkupplung 270 auf, die einen ersten eingerückten Zustand besitzt, der die Kraftmaschinenkurbelwelle 216 funktional zur gemeinsamen Rotation mit dem Getriebeeingangselement 226 verbindet, und einen ausgerückten Zustand, der die Kurbelwelle 216 funktional von dem Eingangselement 226 trennt. Genauer weist die Kraftmaschinenkupplung 270 einen Aktor (nicht gezeigt) auf, wie etwa eine elektrisch oder hydraulisch betätigte Anlegeplatte, die durch ein Steuersignal von dem Controller (C) 68 aktiviert wird, um Sätze von Kupplungsplatten einzurücken und somit den eingerückten Zustand herzustellen, wie es Fachleute verstehen werden.
Ein Achsantrieb 236 umfasst ein Ritzelkegelrad 235, das mit dem Ausgangselement 228 rotiert und mit einem Ringkegelrad 239 kämmt, das montiert ist, um mit dem Gehäuse eines Differenzials 46 zu rotieren und somit Drehmoment von dem Getriebeausgangselement 228 auf die Antriebsachse 248, die Halbwellen 248A und 248B umfasst, zu übertragen. Die Antriebsachse 248 ist eine hintere Antriebsachse. Die Zähnezahlen der Kegelräder 235, 239 können mit einem Drehmomentvervielfachungsverhältnis ausgestaltet sein, um das Drehmoment von dem Getriebeausgangselement 228 zu der Antriebsachse 248 zu erhöhen.
Der Antriebsstrang 112 umfasst einen Motor/Generator 54A, der in allen Aspekten ähnlich wie der mit Bezug auf 1 beschriebene Motor/Generator 54 ist, mit der Ausnahme, dass der Motor/Generator 54A als ein Doppelwellen-Motor/Generator ausgestaltet ist, der eine erste Motorwelle 78A aufweist, die sich von dem Rotor 58 in einer ersten Richtung erstreckt, und eine zweite Motorwelle 78B, die sich von dem Rotor 58 in einer entgegengesetzten zweiten Richtung erstreckt. Wie aus 3 deutlich wird, ist die erste Richtung zu der Achse 248 hin, die zweite Richtung ist zu der Kraftmaschine 14 hin. Die Motorwellen 78A, 78B sind parallel oder im Wesentlichen parallel zu der Kurbelwelle 216, dem Getriebeeingangselement 226 und dem Getriebeausgangselement 228.
Der Antriebsstrang umfasst ein Zahnrad 238, das an dem Getriebeausgangselement 228 montiert ist, und ein zweites Zahnrad 237, das mit dem ersten Zahnrad 238 kämmt. Das zweite Zahnrad 237 ist durch ein stationäres Element, wie etwa einem Rahmen (nicht gezeigt) auf Lagern abgestützt. Eine erste Drehmoment-.Übertragungseinrichtung 276 umfasst ein Anlegeelement 277, das durch einen elektrisch aktivierten Aktor 279, wie etwa ein Solenoid, in Ansprechen auf ein Steuersignal von dem Controller 68 bewegbar ist, um mit einer Stirnfläche des zweiten Zahnrads 237 in Eingriff zu gelangen, so dass die erste Motorwelle 78A und das zweite Zahnrad 237 in Einklang rotieren und Drehmoment zwischen dem Motor/Generator 54A und dem Getriebeausgangselement 228 übertragen wird. Die Drehmomentübertragung durch die eingerückte erste Drehmomentübertragungseinrichtung 276 ist unabhängig von dem Zustand der Kraftmaschine 14, der Kurbelwelle 216 und der Kraftmaschinenkupplung 270. Anstatt die erste Drehmomentübertragungseinrichtung 276 derart zu positionieren, dass sie zwischen der Motorwelle 78A und dem zweiten Zahnrad 237 arbeitet, könnte alternativ die erste Drehmomentübertragungseinrichtung 276 derart positioniert sein, dass sie zwischen dem ersten Zahnrad 238 und dem Getriebeausgangselement 228 arbeitet.
Anstelle kämmender Zahnräder 237, 238 könnte alternativ ein Ketten- und Kettenradtriebstrang verwendet werden, um Drehmoment von der ersten Motorwelle 78A auf das Getriebeausgangselement 228 zu übertragen. Genauer könnte ein erstes Kettenrad montiert sein, um mit dem Getriebeausgangselement 228 zu rotieren, und könnte durch eine Kette mit einem zweiten Kettenrad verbunden sein. Das zweite Kettenrad würde durch die erste Motorwelle 78A angetrieben werden, wenn sie durch die erste Drehmomentübertragungseinrichtung 276 mit der ersten Motorwelle 78A in Eingriff steht. Weil die Kettenräder in die gleiche Richtung rotieren würden, würden in diesem Fall die erste und zweite Motorwelle 78A, 78B in die gleiche Richtung wie das Getriebeausgangselement 228 rotieren. Daher wäre ein Losrad zwischen dem Ritzelrad 282 und dem Ringrad 290 notwendig, um die gleiche Drehrichtung für den Motor/Generator 54A für jede der Betriebsarten (mit Ausnahme für den Rückwärtsgang) aufrecht zu erhalten.
Der Antriebsstrang 212 umfasst eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung 280, die ein gleitendes Ritzelrad 282 ist, das koaxial montiert ist, um mit der zweiten Motorwelle 78B zu rotieren, wie etwa durch Kerbverzahnungen, das aber auf der zweiten Motorwelle 78B gleitet, wenn es durch einen Aktor 287, wie etwa ein Solenoid, betätigt wird, um sich aus einer gezeigten ausgerückten Position in eine gestrichelt gezeigte eingerückte Position zu bewegen. In der ausgerückten Position ist die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung 280 in einem ausgerückten Zustand. In der eingerückten Position kämmt das gleitende Ritzelrad 282 mit einem Ringrad 290, das montiert ist, um gemeinsam mit der Kurbelwelle 216 zu rotieren. Im eingerückten Zustand wird Drehmoment von dem Motor/Generator 54A auf die Kurbelwelle 216 mit einem Drehmomentvervielfachungsverhältnis übertragen, das durch die Zähnezahlen des Ritzelrades 282 und des Ringrads 290 bestimmt ist.
In der gezeigten Ausführungsform wird der elektronische Controller 68 zusätzlich zu dem Controller in dem MPIM (M) 66 verwendet, um den Antriebsstrang 212 zu steuern. Der elektronische Controller (C) 68 ist funktional mit der ersten Drehmomentübertragungseinrichtung 276, der zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung 280, der Kraftmaschinenkupplung 270, dem MPIM 66 und den mechanischen Bremssystemen 52A, 52B verbunden. Die Verbindungen des Controllers (C) 68 mit der Kraftmaschinenkupplung 270 und mit den mechanischen Bremssystemen 52A, 52B sind der Klarheit in den Zeichnungen wegen nicht gezeigt. Der Controller (C) 68 empfängt Betriebseingangssignale, die Fahrzeugbetriebsbedingungen angeben, von diesen und verschiedenen anderen Komponenten, wie es hierin besprochen wird.
Der Controller (C) 68 steuert den Antriebsstrang 212, um einen Regenerationsbremsmodus, einen Kraftmaschinenstartmodus, der ein Autostart sein kann, einen Vortriebsmodus, der Drehmoment entweder von dem Motor/Generator 54A alleine oder von sowohl dem Motor/Generator 54A als auch der Kraftmaschine 14 in einem Drehmomentunterstützungsmodus an die Antriebsachse 248 liefert, herzustellen. Die Betriebsmodi werden auf die gleiche Weise wie mit Bezug auf den Antriebsstrang 12 von 1 beschrieben hergestellt, wobei die Kraftmaschinenkupplung 270 auf die gleiche Weise wie die Kraftmaschinenkupplung 70 gesteuert wird, die erste Drehmomentübertragungseinrichtung 276 auf die gleiche Weise wie die erste Drehmomentübertragungseinrichtung 76 gesteuert wird, und die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung 280 auf die gleiche Weise wie die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung 80 gesteuert wird, in die jeweiligen eingerückten und ausgerückten Zustände, um die jeweiligen Modi abhängig von den Fahrzeugbetriebsbedingungen herzustellen. Genauer ist die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung 280 in dem eingerückten Zustand und die erste Drehmomentübertragungseinrichtung 276 und die Kraftmaschinenkupplung 270 sind in ausgerückten Zuständen, wobei der Motor/Generator 54A derart gesteuert wird, dass er in dem Kraftmaschinenstartmodus als ein Motor fungiert. Die erste Drehmomentübertragungseinrichtung 276 ist in dem eingerückten Zustand, und die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung 280 und die Kraftmaschinenkupplung 270 sind in ausgerückten Zuständen, wobei der Motor/Generator 54A derart gesteuert wird, dass er in einem Regenerationsbremsmodus als ein Generator fungiert. Die erste Drehmomentübertragungseinrichtung 276 ist in dem eingerückten Zustand und die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung 280 ist in dem ausgerückten Zustand, wobei der Motor/Generator 54A derart gesteuert wird, dass er in einem Vortriebsmodus entweder bei ausgerückter Kraftmaschinenkupplung 270 oder bei eingerückter Kraftmaschinenkupplung 270 in einem Drehmomentunterstützungsmodus als ein Motor fungiert. Optional kann der elektronische Controller 68 die Kraftmaschinenkupplung 270 steuern, um zu schlupfen und somit die Drehzahl der Kraftmaschinenkurbelwelle 216 im Anschluss an das Starten der Kraftmaschine 14 mit dem Motor/Generator 54A mit der Drehzahl des Getriebeeingangselements 226 zu synchronisieren. Zusätzlich, wie bei dem Antriebsstrang 12 von 1, kann der gespeicherte Algorithmus, der von dem Prozessor des Controllers (C) 68 ausgeführt wird, ein Bremsmischmodul umfassen, in welchem Bremsenergie, die durch die mechanischen Bremssysteme 52A, 52B geliefert wird, mit Bremsenergie kombiniert wird, die durch regeneratives Bremsen geliefert wird, um einem vorbestimmten Bremsdrehmomentbedarf nachzukommen, der als eine Fahrzeugbetriebsbedingung empfangen wird, die in den Controller (C) 68, wie etwa aus einem Niederdrücken eines Bremspedals und/oder einem Fahrzeugverzögerungssignal, eingegeben wird.
Wie Antriebsstrang 12 kann der Regenerationsbremsmodus in dem Antriebsstrang 212 unabhängig von dem Zustand der Kraftmaschine 14 hergestellt werden. Der Regenerationsbremsmodus kann von zusätzlichen Fahrzeugbetriebsbedingungen, wie etwa dem Ladezustand der Energiespeichereinrichtung (B) 64, abhängen. Weil der Antriebsstrang 212 in dem Regenerationsbremsmodus ungeachtet von dem Betriebszustand der Kraftmaschine 14 betreibbar ist, sind Regenerationsgelegenheiten ausreichend, um die Verwendung von einem oder mehreren elektrisch angetriebenen Fahrzeugnebenaggregaten (A) 94 zu ermöglichen. Zusätzlich ist der Motor/Generator 54A der einzige Elektromotor/Generator, der in dem Antriebsstrang verwendet wird, um Betriebsmodi herzustellen und somit Drehmoment an die Antriebsachse 248 zu liefern und regenerative Bremsenergie aufzufangen.

Claims

Antriebsstrang (12), umfassend: eine Kraftmaschine (14), die eine drehbare Kurbelwelle (16) aufweist; ein Getriebe (18), das ein Getriebeeingangselement (26) und ein Getriebeausgangselement (28) aufweist; einen Achsantrieb (36), der funktional mit dem Getriebeausgangselement (28) verbunden ist und eine Antriebsachse (48) umfasst; einen Motor/Generator (54); eine Kraftmaschinenkupplung (70), die einen eingerückten Zustand aufweist, der die Kraftmaschinenkurbelwelle (16) funktional mit dem Getriebeeingangselement (26) verbindet, und einen ausgerückten Zustand aufweist, der die Kraftmaschinenkurbelwelle (16) funktional von dem Getriebeeingangselement trennt (26); eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung (76), die einen selektiv eingerückten Zustand aufweist, in welchem die erste Drehmomentübertragungseinrichtung (76) Drehmoment zwischen dem Motor/Generator (54) und dem Getriebeausgangselement (28) unabhängig von der Kraftmaschine (14), der Kurbelwelle (16) und der Kraftmaschinenkupplung (70) überträgt; eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung (80), die einen selektiv eingerückten Zustand aufweist, in welchem die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung (80) Drehmoment zwischen dem Motor/Generator (54) und der Kurbelwelle (16) unabhängig von der ersten Drehmomentübertragungseinrichtung (76) und der Kraftmaschinenkupplung (70) überträgt; zumindest einen elektronischen Controller (68), der funktional mit dem Motor/Generator (54), der Kraftmaschinenkupplung (70) und der ersten und zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung (76, 80) verbunden ist, um den Motor/Generator (54) derart zu steuern, dass er als ein Motor oder als ein Generator fungiert, und um die Zustände der Kraftmaschinenkupplung (70) und der ersten und zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung zu steuern (76, 80); wobei der Antriebsstrang (12) einen Kraftmaschinenstartmodus herstellt, wenn die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung (80) eingerückt ist, die erste Drehmomentübertragungseinrichtung (76) ausgerückt ist und der Motor/Generator (54) derart gesteuert wird, dass er als ein Motor fungiert, um die Kraftmaschine (14) zu starten; dadurch gekennzeichnet , dass der Antriebsstrang (12) einen Regenerationsbremsmodus herstellt, wenn die erste Drehmomentübertragungseinrichtung (76) eingerückt ist, die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung (80) ausgerückt ist und der Motor/Generator (54) als ein Generator fungiert, um Regenerationsbremsenergie aufzufangen; und wobei der zumindest eine elektronische Controller (68) die Kraftmaschinenkupplung (70) steuert, um während des Regenerationsbremsmodus und während des Kraftmaschinenstartmodus den ausgerückten Zustand herzustellen.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, wobei der zumindest eine elektronische Controller (68) die Kraftmaschinenkupplung (70) derart steuert, dass sie in dem eingerückten Zustand ist, die erste Drehmomentübertragungseinrichtung (76) derart steuert, dass sie in dem eingerückten Zustand ist, und die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung (80) derart steuert, dass sie in dem ausgerückten Zustand ist, und der Motor/Generator (54) als ein Motor fungiert, um die Kraftmaschine (14) beim Antreiben der Antriebswelle zu unterstützen.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, wobei der zumindest eine elektronische Controller (68) die Kraftmaschinenkupplung (70) steuert, so dass sie in dem ausgerückten Zustand ist, die erste Drehmomentübertragungseinrichtung (76), so dass sie in dem eingerückten Zustand ist, die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung (80), so dass sie in dem ausgerückten Zustand ist, und der Motor/Generator (54) als ein Motor fungiert, um die Antriebswelle anzutreiben.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Zahnradstrang von dem Motor/Generator (54) zu der Kraftmaschinenkurbelwelle (16), der ein erstes Drehmomentvervielfachungsverhältnis größer als Eins aufweist, das hergestellt ist, wenn die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung (80) eingerückt ist; wobei der Achsantrieb (36) ein zweites Drehmomentvervielfachungsverhältnis größer als Eins von dem Motor/Generator (54) zu dem Achsantrieb (36) herstellt, wenn die erste Drehmomentübertragungseinrichtung (76) eingerückt ist; und wobei sich das erste Drehmomentvervielfachungsverhältnis von dem zweiten Drehmomentvervielfachungsverhältnis unterscheidet.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, wobei der Motor/Generator (54) der einzige Motor/Generator ist, der betreibbar ist, um Drehmoment an die Antriebsachse (48) zu liefern und Regenerationsbremsenergie aufzufangen.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, wobei der Motor/Generator (54) ein Doppelwellen-Motor/Generator (54 A) ist, der einen Rotor (58), eine erste Motorwelle (78 A), die sich von dem Rotor (58) in einer ersten Richtung erstreckt, und eine zweite Motorwelle (78 B), die sich von dem Rotor (58) in einer entgegengesetzten zweiten Richtung erstreckt, aufweist, und ferner umfassend: ein Ringrad (290), das an der Kurbelwelle (216) montiert ist; einen Triebstrang, der ein erstes Zahnrad (238) aufweist, das an der Getriebeausgangswelle (228) montiert ist, und ein zweites Zahnrad (237), das mit dem ersten Zahnrad kämmt; wobei die erste Drehmomentübertragungseinrichtung (276) mit dem zweiten Zahnrad (237) in Eingriff steht, um Drehmoment von der ersten Motorwelle (78 A) auf die Getriebeausgangswelle (228) zu übertragen, wenn sie in dem eingerückten Zustand ist; und wobei die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung (280) ein gleitendes Ritzelrad (282) ist, das koaxial mit der zweiten Motorwelle (78 B) montiert ist und mit dem Ringrad (290) kämmt, wenn sie in dem eingerückten Zustand ist, um Drehmoment von der zweiten Motorwelle (78 B) auf die Kurbelwelle (216) zu übertragen.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, wobei das Getriebe (18) ein stufenloses Getriebe ist; wobei die Getriebeausgangswelle (28) eine Ausgangsriemenscheibenwelle ist; wobei der Motor/Generator (54) eine Motorwelle (78) aufweist, und ferner umfassend: ein Ringrad (90), das auf der Kurbelwelle (16) montiert ist; ein Ritzelrad (92), das auf der Motorwelle (78) montiert ist; wobei die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung (80) ein gleitendes Losrad (82) ist, das mit sowohl dem Ringrad (90) als auch dem Ritzelrad (92) kämmt, wenn es aus einer ausgerückten Position in eine eingerückte Position bewegt ist, um den eingerückten Zustand herzustellen und dadurch Drehmoment von dem Motor/Generator (54) auf die Kurbelwelle (16) zu übertragen.