DE102015113718A1

DE102015113718A1 - Elektrofahrzeug-Antriebsstrangkupplung

Info

Publication number: DE102015113718A1
Application number: DE102015113718.6A
Authority: DE
Inventors: Barney D. Nefcy; Walt Joseph Ortmann; Brian Richard Light; Brian Thomas Soo
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-08-25
Filing date: 2015-08-19
Publication date: 2016-02-25
Also published as: CN105383281A; US20160053822A1; CN105383281B; US9353801B2

Abstract

Eine beispielhafte Kupplungsvorrichtung eines Elektrofahrzeugs enthält ein erstes Element, das mehrere Ansätze um eine Achse aufweist, und ein zweites Element, das mehrere Öffnungen enthält. Die mehreren Ansätze sind axial in die entsprechenden Öffnungen selektiv beweglich, um die Drehung des ersten Elements und des zweiten Elements miteinander zu koppeln. Die Grenzflächen zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element, wenn sie sich unter einem positiven Drehmoment befinden, sind anders als die Grenzflächen zwischen dem ersten und dem zweiten Element, wenn sie sich unter einem negativen Drehmoment befinden, abgewinkelt.

Description

HINTERGRUND
Im Allgemeinen unterscheiden sich Elektrofahrzeuge von herkömmlichen Kraftfahrzeugen, weil Elektrofahrzeuge eine oder mehrere durch Batterien angetriebene elektrische Arbeitsmaschinen enthalten. Die elektrischen Arbeitsmaschinen können das Fahrzeug selektiv antreiben. Herkömmliche Kraftfahrzeuge werden im Gegensatz zu Elektrofahrzeugen ausschließlich durch eine Brennkraftmaschine angetrieben. Beispielhafte Elektrofahrzeuge umfassen Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEVs), Einsteck-Hybridelektrofahrzeuge (PHEVs) und Batterie-Elektrofahrzeuge (BEVs).
Die Antriebsstränge von Elektrofahrzeugen können Kupplungen enthalten. Das Einrücken und das Ausrücken der Kupplungen können Störungen verursachen, die unter anderem das Antriebsverhalten des Elektrofahrzeugs beeinflussen.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Kupplungsvorrichtung eines Elektrofahrzeugs gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält unter anderem ein erstes Element, das ringförmig um eine Achse verteilt ist, mehrere Ansätze, wobei jeder eine Antriebsfläche und eine angetriebene Fläche enthält, die in verschiedenen Winkeln bezüglich der Achse angeordnet sind. Die Antriebsfläche ist einem zweiten Element in Umfangsrichtung zugewandt und gelangt mit dem zweiten Element selektiv in Kontakt, um das zweite Element zu drehen. Die angetriebene Fläche ist dem zweiten Element in Umfangsrichtung zugewandt und gelangt mit dem zweiten Element selektiv in Kontakt, um das erste Element mit dem zweiten Element zu drehen.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform der vorhergehenden Kupplungsvorrichtung ist das erste Element von einer mit dem zweiten Element eingerückten Position entlang der Achse bezüglich des zweiten Elements zu einer mit dem zweiten Element ausgerückten Position beweglich.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorhergehenden Kupplungsvorrichtungen sind die mehreren Ansätze in Öffnungen des zweiten Elements aufgenommen, wenn sich das erste Element an der eingerückten Position befindet, und sind die mehreren Ansätze aus den Öffnungen zurückgezogen, wenn sich das erste Element an der ausgerückten Position befindet.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorhergehenden Kupplungsvorrichtungen ist ein Winkel zwischen der Antriebsfläche und der Achse größer als ein Winkel zwischen der angetriebenen Fläche und der Achse.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorhergehenden Kupplungsvorrichtungen sind die Antriebsfläche und die angetriebene Fläche planar.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorhergehenden Kupplungsvorrichtungen enthält ein Innendurchmesser des ersten Elements mehrere Zähne, die zu der Achse nach innen vorstehen.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorhergehenden Kupplungsvorrichtungen sind die Antriebsfläche und die angetriebene Fläche konisch zulaufend.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorhergehenden Kupplungsvorrichtungen ist das erste Element ein Abschnitt einer Klauenkupplung.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorhergehenden Kupplungsvorrichtungen enthält ein Elektrofahrzeug die Kupplungsvorrichtung, wobei sich die Antriebsfläche mit dem zweiten Element in Kontakt befindet, um die Brennkraftmaschine drehbar mit einer Antriebswelle zu koppeln.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorhergehenden Kupplungsvorrichtungen enthält ein Elektrofahrzeug die Kupplungsvorrichtung, wobei eine Antriebswelle zu einem elektrischen Antriebssystem parallel angeordnet ist. Die Brennkraftmaschine ist konfiguriert, das elektrische Antriebssystem anzutreiben, wenn die Kupplungsvorrichtung ausgerückt ist.
Eine Kupplungsvorrichtung eines Elektrofahrzeugs gemäß einem weiteren beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält unter anderem ein erstes Element, das mehrere Ansätze um eine Achse aufweist, und ein zweites Element, das mehrere Öffnungen enthält. Die mehreren Ansätze sind selektiv in entsprechende Öffnungen axial beweglich, um die Drehung des ersten Elements und des zweiten Elements miteinander zu koppeln. Die Grenzflächen zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element, wenn sie sich unter einem positiven Drehmoment befinden, sind anders als die Grenzflächen zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element, wenn sie sich unter einem negativen Drehmoment befinden, abgewinkelt.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform der vorhergehenden Kupplungsvorrichtung erstrecken sich die mehreren Ansätze von einer axial orientierten Oberfläche des ersten Elements, wobei jeder der mehreren Ansätze eine erste Seite und eine zweite Seite aufweist. Die erste Seite ist in eine erste Umfangsrichtung orientiert und ist in einem ersten Winkel bezüglich der axial orientierten Oberfläche angeordnet. Die zweite Seite ist in eine entgegengesetzte, zweite Umfangsrichtung orientiert und ist in einem zweiten Winkel bezüglich der axial orientierten Oberfläche angeordnet. Der erste Winkel ist anders als der zweite Winkel.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorhergehenden Kupplungsvorrichtungen weisen die Grenzflächen zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element unter einem positiven Drehmoment einen ersten Winkel bezüglich der Achse auf und weisen die Grenzflächen zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element unter einem negativen Drehmoment einen zweiten Winkel bezüglich der Achse auf, der kleiner als der erste Winkel ist.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorhergehenden Kupplungsvorrichtungen enthält ein Elektrofahrzeug die Kupplungsvorrichtung, wobei die Kopplung des ersten Elements drehfest mit dem zweiten Element eine Brennkraftmaschine drehbar mit einer Antriebswelle des Elektrofahrzeugs koppelt.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorhergehenden Kupplungsvorrichtungen enthält ein Elektrofahrzeug die Kupplungsvorrichtung, wobei die Entkopplung des ersten Elements von der Drehung mit dem zweiten Element die Brennkraftmaschine drehbar mit einer elektrischen Arbeitsmaschine koppelt.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorhergehenden Kupplungsvorrichtungen enthält ein Elektrofahrzeug die Kupplungsvorrichtung, wobei das erste Element und das zweite Element Abschnitte einer Schongang-Kupplung bilden.
Ein Verfahren zum Antreiben einer Kupplung eines Elektrofahrzeugs gemäß einem noch weiteren beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält unter anderem das Drehen mehrerer Antriebsflächen eines ersten Elements um eine Achse, um ein zweites Element zu drehen, und das Drehen des zweiten Elements gegen mehrere angetriebene Flächen des ersten Elements, um die angetriebene Fläche zu drehen. Die mehreren Antriebsflächen und die mehreren angetriebenen Flächen sind bezüglich der Achse unterschiedlich abgewinkelt.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorhergehenden Verfahrens enthält das Verfahren das Bewegen des ersten Elements und des zweiten Elements von einer gekoppelten Position, an der das erste Element und das zweite Element drehfest miteinander gekoppelt sind, zu einer entkoppelten Position, an der das erste Element und das zweite Element nicht drehfest miteinander gekoppelt sind, axial relativ zueinander.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorhergehenden Verfahren enthält das Verfahren das Anordnen des ersten Elements und des zweiten Elements an der gekoppelten Position, um eine Brennkraftmaschine drehbar an eine Antriebswelle eines Elektrofahrzeugs zu koppeln.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorhergehenden Verfahren enthält das Verfahren das Anordnen des ersten Elements und des zweiten Elements an der entkoppelten Position, um die Brennkraftmaschine drehbar an den elektrischen Triebstrang zu koppeln.
Die Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen der vorhergehenden Abschnitte, der Ansprüche oder der folgenden Beschreibung und der Zeichnungen einschließlich jedes ihrer verschiedenen Aspekte oder ihrer jeweiligen einzelnen Merkmale können unabhängig oder in irgendeiner Kombination betrachtet werden. Die im Zusammenhang mit einer Ausführungsform beschriebenen Merkmale sind auf alle Ausführungsformen anwendbar, es sei denn, dass derartige Merkmale inkompatibel sind.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die verschiedenen Merkmale und Vorteile der offenbarten Beispiele werden für die Fachleute auf dem Gebiet aus der ausführlichen Beschreibung offensichtlich. Die Figuren, die die ausführliche Beschreibung begleiten, können wie folgt kurz beschrieben werden:
1 zeigt eine schematische Ansicht eines beispielhaften Antriebsstrangs eines Elektrofahrzeugs.
2 zeigt eine schematische Endansicht einer beispielhaften Kupplungsvorrichtung des Antriebsstrangs nach 1, wenn sich die Kupplungsvorrichtung unter einem positiven Drehmoment befindet.
3 zeigt eine schematische Endansicht der Kupplungsvorrichtung des Antriebsstrangs nach 2, wenn sich die Kupplungsvorrichtung unter einem negativen Drehmoment befindet.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts der Kupplungsvorrichtung nach 2.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren Abschnitts der Kupplungsvorrichtung nach 2.
6 zeigt eine perspektivische Nahansicht eines Ansatzes von dem Abschnitt nach 4.
7 zeigt eine Ansicht des Ansatzes nach 6 aus einer Position, die zu einer Achse der Kupplungsvorrichtung radial nach innen gewandt ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Diese Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Kupplung in einem Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs. Die Kupplung weist Grenzflächen auf, die abgewinkelt sind, um das gleichmäßige Ausrücken der Kupplung zu fördern.
In 1 enthält ein beispielhafter Antriebsstrang 10 für ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) eine Batterie 14, einen Motor 18, einen Generator 20 und eine Brennkraftmaschine 22. Der Motor 18 und der Generator 20 sind separate elektrische Arbeitsmaschinen. In anderen Beispielen weisen der Motor 18 und der Generator 20 die Form eines kombinierten Motors/Generators auf. Die beispielhafte Kraftmaschine 22 ist eine Brennkraftmaschine.
Der Antriebsstrang 10 ist ein leistungsverzweigter Antriebsstrang, der ein erstes Antriebssystem und ein zweites Antriebssystem des Fahrzeugs bereitstellt. Sowohl das erste als auch das zweite Antriebssystem können Drehmoment erzeugen. Das erste Antriebssystem enthält wenigstens die Kraftmaschine 22. Das zweite Antriebssystem ist ein elektrisches Antriebssystem und enthält wenigstens den Motor 18, den Generator 20 und eine Batterie 14. Der Antriebsstrang 10 verwendet wahlweise das erste Antriebssystem oder das zweite Antriebssystem, um eine Antriebswelle anzutreiben, um ein oder mehrere Räder 24 zu drehen und das Fahrzeug zu bewegen. Die Kraftmaschine 22 kann gestoppt sein, wenn das zweite Antriebssystem verwendet wird, um die Räder zu drehen.
Wenn das erste Antriebssystem verwendet wird, um die Räder 24 anzutreiben, ist die Kraftmaschine 22 selektiv an den Generator 20 gekoppelt. Die selektive Kopplung steuert, ob die Kraftmaschine 22 die Räder 24 durch den Generator 20 antreibt oder den Generator 20 umgeht, wenn sie die Räder 24 antreibt.
Wenn sich das Fahrzeug z. B. im Schongang befindet, kann die Kraftmaschine 22 drehbar von dem Generator 20 entkoppelt sein und kann die Räder 24 parallel zu dem Generator 20 antreiben. Die Kraftmaschine 22 kann parallel zu dem Generator 20 an eine Welle 26 gekoppelt sein, um die Räder 24 parallel zu dem Generator 20 anzutreiben.
Wenn sich das Fahrzeug im Schongang befindet, kann im Gegensatz die Kraftmaschine 22 an den Generator 20 gekoppelt sein und kann die Räder 24 durch den Generator 20 antreiben.
Eine Kupplungsvorrichtung 28 wird zwischen einer eingerückten Position und einer ausgerückten Position hin und her betätigt, um die Kopplung des Generators 20 und der Welle 26 zu steuern. Die beispielhafte Kupplungsvorrichtung 28 wird als eine Schongang-Kupplung betrachtet, weil die Kupplungsvorrichtung 28 in Reaktion auf einen Schongang-Modus eingerückt und ausgerückt wird. Die Kupplungsvorrichtung 28 könnte anstelle des oder zusätzlich zu dem Schongang-Modus in Reaktion auf andere Faktoren betätigt werden.
Wenn die Kupplungsvorrichtung 28 ausgerückt ist, ist die Kraftmaschine 22 durch eine Leistungsübertragungseinheit 30 drehbar an den Generator 20 gekoppelt. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist die Leistungsübertragungseinheit 30 ein Planetengetriebe, das ein Hohlrad 32, ein Sonnenrad 34 und eine Trägeranordnung 36 enthält. Selbstverständlich können andere Typen von Leistungsübertragungseinheiten, einschließlich anderer Zahnradsätze und Getriebe, verwendet werden, um die Kraftmaschine 22 und den Generator 20 drehbar zu verbinden.
Wenn die Kupplungsvorrichtung 28 ausgerückt ist, kann der Generator 20 durch die Leistungsübertragungseinheit 30 durch die Kraftmaschine 22 angetrieben sein, um kinetische Energie in elektrische Energie umzusetzen. Der Generator 20 kann alternativ als ein Motor arbeiten, um elektrische Energie in kinetische Energie umzusetzen und dadurch Drehmoment an eine Welle 38 auszugeben, die mit der Leistungsübertragungseinheit 30 verbunden ist. Die Kraftmaschine 22 kann gestoppt sein, wenn der Generator 20 als ein Motor arbeitet.
Das Hohlrad 32 der Leistungsübertragungseinheit 30 kann mit einer Welle 40 verbunden sein, die durch eine zweite Leistungsübertragungseinheit 44, die einen Zahnradsatz enthält, der mehrere Zahnräder 46 aufweist, mit den Rädern 24 verbunden ist. Andere Leistungsübertragungseinheiten können außerdem geeignet sein. Die Zahnräder 46 übertragen Drehmoment von der Kraftmaschine 22 zu einem Differential 48, um schließlich den Rädern 24 Traktion bereitzustellen. Das Differential 48 kann mehrere Zahnräder enthalten, die die Übertragung von Drehmoment zu den Fahrzeugrädern 24 ermöglichen.
Wenn die Kupplungsvorrichtung 28 ausgerückt ist, kann der Motor 18 verwendet werden, um durch das Ausgeben von Drehmoment zu einer Welle 68, die außerdem mit der zweiten Leistungsübertragungseinheit 44 verbunden ist, die Fahrzeugräder 24 anzutreiben. In einer Ausführungsform arbeiten der Motor 18 und der Generator 20 als Teil eines Rückgewinnungsbremssystems zusammen, in dem sowohl der Motor 18 als auch der Generator 20 als Motoren verwendet werden können, um Drehmoment auszugeben. Sowohl der Motor 18 als auch der Generator 20 können elektrische Leistung zu der Batterie 14 ausgeben.
Die Batterie 14 ist ein beispielhafter Typ einer Elektrofahrzeug-Batterieanordnung. Die Batterie 14 kann eine Batterie mit relativ hoher Spannung sein, die elektrische Leistung ausgeben kann, um den Motor 18 und den Generator 20 zu betreiben. Es können außerdem andere Typen von Energiespeichervorrichtungen, Ausgabevorrichtungen oder beidem mit dem Antriebsstrang 10 verwendet werden.
Wenn die Kupplungsvorrichtung 28 eingerückt ist, treibt die Kraftmaschine 22 die Räder 24 durch eine Leistungsübertragungseinheit 60 an, die mehrere Zahnräder 62 aufweist, die mit der Welle 26 verbunden sind. Wenn die Kupplungsvorrichtung 28 eingerückt ist, treibt die Kraftmaschine 22 die Räder 24 durch die Welle 26 an, die parallel zu der Leistungsübertragungseinheit 30 arbeitet. Folglich wird, wenn die Kupplungsvorrichtung 28 eingerückt ist, die Leistung von der Kraftmaschine 22 nicht länger in der Leistungsübertragungseinheit 30 des Antriebsstrangs 10 aufgeteilt.
Ein Aktuator 66 kann eine Kraft auf die Abschnitte der Kupplungsvorrichtung 28 ausüben, um die Kupplungsvorrichtung 28 einzurücken und auszurücken. Die beispielhafte Kupplungsvorrichtung 28 ist eine Klauenkupplung, wobei der Aktuator 66 Abschnitte der Kupplungsvorrichtung 28 relativ zueinander axial bewegen kann, um die Kupplungsvorrichtung 28 einzurücken und auszurücken. Der Aktuator 66 könnte ein hydraulischer, pneumatischer, elektrischer oder irgendein anderer Typ sein. Ein Fachmann auf dem Gebiet mit dem Vorteil dieser Offenbarung kann erkennen, wie ein Aktuator zu entwerfen ist, der zum Bewegen von Abschnitten einer Kupplung geeignet ist.
Wenn die Kupplungsvorrichtung 28 ausgerückt ist und die Kraftmaschine 22 drehbar an den Generator 20 gekoppelt ist, stellt der Generator 20 eine Abtastfähigkeit zum Überwachen von Drehmoment- und Drehzahlunterschieden über der Kupplungsvorrichtung 28 bereit. Das Abtasten des Drehmoments über der Kupplungsvorrichtung 28, wenn die Kupplungsvorrichtung 28 eingerückt ist, wird über die Leistungsübertragungseinheit 30 und spezifisch den Generator 20 erreicht. Die Drehzahlen können durch den Generator 20 und den Motor 18 überwacht werden, die drehzahlangepasst sind, um die Unterbrechungen zu minimieren, wenn die Kupplungsvorrichtung 28 durch den Aktuator 66 von der ausgerückten Positionen zu der eingerückten Position bewegt wird.
Insbesondere überträgt die Kupplungsvorrichtung 28, wenn sie eingerückt ist, das Straßenlastdrehmoment von den Rädern 24. Die Informationen über das Drehmoment über der Kupplungsvorrichtung 28 während der Ausrückung können die Ausrückung fördern. Der Generator 20 ist von der Kupplungsvorrichtung entkoppelt und kann diese Informationen nicht überwachen. Es kann sein, dass anstelle des Generators 20 eine andere Drehmoment-Schätzeinrichtung verwendet werden muss, um die Informationen über das Drehmoment über der Kupplungsvorrichtung 28 zu überwachen. Der Generator 20 stellt oft genauere Informationen über das Drehmoment als viele andere Drehmoment-Schätzeinrichtungen bereit. Falls außerdem der Generator 20 von der Kupplung 28 entkoppelt ist, werden außerdem die Drehzahlunterschiedsinformationen verloren, weil es einen effektiven Drehzahlunterschied von null gibt, wenn die Kupplungsvorrichtung 28 eingerückt ist.
Wenn die Kupplungsvorrichtung 28 eingerückt ist und die Kraftmaschine 22 die Räder 24 parallel zu der Leistungsübertragungseinheit 30 antreibt, befindet sich die Kupplungsvorrichtung 28 unter einem positiven Drehmoment. Wenn die Kupplungsvorrichtung 28 eingerückt ist und die Leistung von der Kraftmaschine 22 verringert ist, treibt die Straßenlast anstelle der Kraftmaschine 22 die Drehung der Kupplungsvorrichtung 28 an. Die Kupplungsvorrichtung 28 befindet sich dann unter einem negativen Drehmoment. Die Kupplungsvorrichtung 28 wird durch den Aktuator 66 von der eingerückten Position zu der ausgerückten Position bewegt, wenn sich die Kupplungsvorrichtung 28 unter einem negativen Drehmoment befindet.
In einigen Situationen wird die Kupplungsvorrichtung 28 durch den Aktuator 66 von der eingerückten Position zu der ausgerückten Position bewegt, wenn sich die Kupplungsvorrichtung 28 unter einem positiven Drehmoment befindet. Derartige Situationen können enthalten, wenn eine schnellere Reaktion wichtiger als eine relativ gleichmäßige Ausrückung ist. Andere Situationen können Störungsmoduswirkungs-Managementvorgänge enthalten.
Wie sich die Drehmomentübertragungen durch die Kupplungsvorrichtung 28 zwischen dem ersten Element 70 und dem zweiten Element 74 ändern, basiert darauf, ob das Drehmoment positiv oder negativ ist. In diesem Beispiel gibt es keinen Sensor, um das negative Drehmoment über der Kupplungsvorrichtung 28 zu überwachen. Der Aktuator 66 ist folglich dafür ausgelegt, eine Kraft auszuüben, die ausreichend ist, um die Kupplungsvorrichtung 28 auszurücken, falls das Drehmoment über der Kupplungsvorrichtung 28 niedrig genug ist. Die Kraft kann in Abhängigkeit von der Bauform der Kupplungsvorrichtung 28 variieren. Die beispielhafte Kupplungsvorrichtung 28 enthält Merkmale, um die Kraft zu verringern, die erforderlich ist, um die Kupplungsvorrichtung 28 auszurücken, was Unterbrechungen verringern kann.
In diesem Beispiel sind die Grenzflächen der Kupplungsvorrichtung 28, die ein positives Drehmoment übertragen, anders als die Grenzflächen der Kupplungsvorrichtung, die ein negatives Drehmoment übertragen. Spezifischer weisen die Grenzflächen der Kupplungsvorrichtung 28, die ein negatives Drehmoment übertragen, bezüglich der Grenzflächen, die ein positives Drehmoment übertragen, einen verringerten Winkel auf. Der verringerte Winkel der Grenzflächen, die ein negatives Drehmoment übertragen, verringert den Betrag der Ausrückkraft, der erforderlich ist, um die Kupplungsvorrichtung 28 auszurücken, was die Unterbrechungen verringert, wenn die Kupplungsvorrichtung 28 durch den Aktuator 66 von der eingerückten Position zu der ausgerückten Position bewegt wird.
Nun enthält die beispielhafte Kupplungsvorrichtung 28 in den 2 bis 7 und weiterhin in 1 ein erstes Element 70 und ein zweites Element 74. Das erste Element 70 enthält einen Ringabschnitt 78 und mehrere Ansätze 82, die sich von dem Ringabschnitt 78 erstrecken. Von dem Ringabschnitt stehen mehrere Zähne radial nach innen vor. Das zweite Element 74 enthält einen Ringabschnitt 86 und mehrere Öffnungen 90.
Die Ansätze 82 und die Öffnungen 90 sind ringförmig um eine Achse A verteilt. Die Ansätze 82 erstrecken sich von einer axial orientierten Oberfläche 92 des Ringabschnitts 78 axial und enden an einer Oberfläche 94. Jeder der Ansätze 82 enthält eine Antriebsfläche 96 und eine angetriebene Fläche 98, die seitlich voneinander beabstandet sind. Die Antriebsfläche 96 und die angetriebene Fläche 98 für jeden der Ansätze 82 sind in Umfangsrichtung voneinander abgewandt. Die Antriebsflächen 96 und die angetriebenen Flächen 98 erstrecken sich von der axial orientierten Oberfläche 92 zu der Oberfläche 94.
Die Öffnungen 90 weisen ein klauenförmiges Profil auf und erstrecken sich axial durch das zweite Element 74. In einem weiteren Beispiel erstrecken sich die Öffnungen 90 nicht axial durch das zweite Element 74. Die Öffnungen 90 sind um ihre Umfänge in Umfangsrichtung kontinuierlich. In einem weiteren Beispiel können die Öffnungen 90 Schlitze innerhalb des zweiten Elements sein.
Wenn sich die Kupplungsvorrichtung 28 an einer eingerückten Position befindet, sind die Ansätze 82 axial innerhalb der Öffnungen 90 aufgenommen, was verursacht, dass sich das erste Element 70 und das zweite Element 74 zusammen drehen. Wenn sich die Kupplungsvorrichtung 28 in einer ausgerückten Position befindet, sind die Ansätze 82 von den Öffnungen 90 zurückgezogen.
In anderen Beispielen kann das erste Element 70 Öffnungen enthalten und kann das zweite Element 74 Ansätze enthalten. In noch weiteren Beispielen können sowohl das erste Element 70 als auch das zweite Element 74 einige Ansätze und einige Öffnungen enthalten.
Der Aktuator 66 bewegt das erste Element 70 axial bezüglich des zweiten Elements 74, um die Ansätze 82 in die Öffnungen 90 einzusetzen und um die Ansätze 82 aus den Öffnungen 90 zurückzuziehen. Ein Fachmann auf dem Gebiet mit dem Vorteil dieser Offenbarung würde erkennen, wie das erste Element 70 und das zweite Element 74 axial relativ zueinander zu bewegen sind, um die Ansätze 82 zwischen einer in die Öffnungen 90 eingesetzten Position und einer aus den Öffnungen 90 zurückgezogenen Position zu bewegen.
Wenn in diesem Beispiel die Kupplungsvorrichtung 28 eingerückt ist und sich unter einem positiven Drehmoment befindet (2), treibt die Kraftmaschine 22 die Drehung des ersten Elements in einer Richtung R an. Der Kontakt zwischen den Antriebsflächen 96 der Ansätze 82 und dem zweiten Element 74 verursacht, dass sich das zweite Element 74 mit dem ersten Element 70 dreht. Der Kontakt zwischen den Antriebsflächen 96 und dem zweiten Element 74 stellt eine erste Grenzfläche I₁ bereit. Die beispielhafte Kupplungsvorrichtung 28 enthält fünf erste Grenzflächen I₁, wenn die Kupplungsvorrichtung 28 eingerückt ist und sich unter einem positiven Drehmoment befindet.
Wenn die Kupplungsvorrichtung 28 eingerückt ist und sich unter einem negativen Drehmoment befindet, treibt die Straßenlast die Drehung des zweiten Elements 74 an. Wenn sich die Kupplungsvorrichtung 28 unter einem negativen Drehmoment befindet, werden das erste Element 70 und das zweite Element 74 relativ zueinander in Umfangsrichtung etwas gedreht, so dass die angetriebenen Flächen 98 der Ansätze 82 mit dem zweiten Element 74 in Kontakt gelangen. Der Kontakt zwischen den angetriebenen Flächen 98 und dem zweiten Element 74 verursacht, dass sich das erste Element 70 in Reaktion auf die Drehung des zweiten Elements 74 in der Richtung R dreht. Der Kontakt zwischen den angetriebenen Flächen 98 und dem zweiten Element 74 stellt eine zweite Grenzfläche I₂ bereit. Die beispielhafte Kupplungsvorrichtung 28 enthält fünf zweite Grenzflächen I₂, wenn die Kupplungsvorrichtung 28 eingerückt ist und sich unter einem negativen Drehmoment befindet.
In diesem Beispiel ist der Winkel der ersten Grenzflächen I₁ anders als der Winkel der zweiten Grenzflächen I₂ bezüglich der Achse A. Der Unterschied der Winkel fördert das Zurückziehen der Ansätze 82 von den Öffnungen 90, wenn sich die Kupplungsvorrichtung 28 unter einem negativen Drehmoment befindet.
In diesem Beispiel sind die Antriebsflächen 96 und die angetriebenen Flächen 98 verschieden abgewinkelt, um einen Unterschied der Winkel der Grenzflächen I₁ und I₂ zu verursachen. Die Antriebsflächen 96 sind im Allgemeinen durch sich radial erstreckende Ebenen definiert, die in einem Winkel A_ANTREIBEND bezüglich der Achse A angeordnet sind (7). Die angetriebenen Flächen 98 sind im Allgemeinen durch sich radial erstreckende Ebenen definiert, die in einem Winkel A_ANGETRIEBEN bezüglich der Achse A angeordnet sind.
Sowohl die beispielhaften Antriebsflächen 96 als auch die beispielhaften angetriebenen Flächen 98 sind von der Oberfläche 94 konisch zulaufend. Der Winkel A_ANGETRIEBEN ist jedoch kleiner als der Winkel A_ANTREIBEND. Die angetriebenen Flächen 98 können folglich so betrachtet werden, dass sie einen "flacheren" Winkel als die Antriebsflächen 96 aufweisen. Der flachere Winkel fördert das Ausrücken der Kupplungsvorrichtung 28, weil es weniger Widerstand zwischen dem ersten Element 70 und dem zweiten Element 74 gibt, wenn die angetriebenen Flächen 98 bezüglich des zweiten Elements 74 während der Ausrückung axial gleiten.
In einem spezifischen Beispiel beträgt der Winkel A_ANTREIBEND von zwei bis fünf Grad und beträgt der Winkel A_ANGETRIEBEN von null bis zwei Grad.
Obwohl die Ansätze 82 die Antriebsflächen 96 und die angetriebenen Flächen 98 in verschiedenen Winkeln enthalten, würden die Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass entgegengesetzte Umfangsseiten der Öffnungen 90 anders abgewinkelt sein könnten, um ein ähnliches Ergebnis zu erreichen. Die entgegengesetzten Umfangsseiten der Öffnungen 90 können anstelle der oder zusätzlich zu den in Umfangsrichtung orientierten Antriebsflächen 96 und angetriebenen Flächen 98 der Ansätze 82 abgewinkelt sein.
Die Unterschiede zwischen den Winkeln der Antriebsflächen 96 und der angetriebenen Flächen 98 können außerdem bezüglich der axial orientierten Oberfläche 92 erkannt werden. Ein Winkel C_ANTREIBEND zwischen der Antriebsfläche 96 und der axial orientierten Oberfläche 92 ist kleiner als ein Winkel C_ANGETRIEBEN zwischen den angetriebenen Flächen 98 und der axial orientierten Oberfläche 92.
Der beispielhafte Antriebsstrang 10 ist im Zusammenhang mit einem HEV beschrieben worden. Die hier beschriebenen Konzepte sind jedoch nicht auf HEV-Antriebsstränge eingeschränkt, wobei sie sich jedoch auf die Antriebsstränge anderer Elektrofahrzeuge, einschließlich Einsteck-Hybrid-Elektrofahrzeugen (PHEVs) und Batterie-Elektrofahrzeugen (BEVs), aber nicht eingeschränkt darauf, erstrecken könnten.
Die Merkmale vieler der offenbarten Beispiele enthalten eine positive Seite einer Klauenkupplung (die Seite, die während eines positiven Drehmoments über der Kupplung eingerückt ist), die abgeschnitten ist, um Drehmoment zu übertragen, während ermöglicht ist, dass die Betätigungskraft verringert ist (oder null ist). Dieser Winkel vergrößert die Kraft, die erforderlich ist, um die Ausrückung der Kupplung bei einem Drehmomentpegel in der Nähe von null über der Kupplung zu garantieren. In der Nähe von null bedeutet in diesem Beispiel "innerhalb der Toleranz des Drehmoments während der Ausrückung". Bei der hohen Grenze dieses Drehmoments während der Ausrückung ist das System typischerweise dafür ausgelegt, mit relativ kleinen Störungen ausgerückt zu werden.
Das Ändern des Winkels auf der Seite des negativen Drehmoments der Klauenkupplung (der Seite, die während eines negativen Drehmoments über der Kupplung eingerückt ist) ermöglicht eine größere Toleranz gegen ein negatives Drehmoment, während immer noch die Ausrückung mit der gleichen Deaktivierungskraft sichergestellt ist.
Die vorhergehende Beschreibung ist in der Art beispielhaft anstatt einschränkend. Den Fachleuten auf dem Gebiet können Variationen und Modifikationen der offenbarten Beispiele offenbar werden, die nicht notwendigerweise vom Wesen dieser Offenbarung abweichen. Folglich kann der Schutzumfang des rechtlichen Schutzes, der dieser Offenbarung gegeben ist, nur durch das Studieren der folgenden Ansprüche bestimmt werden.

Claims

Kupplungsvorrichtung eines Elektrofahrzeugs, die Folgendes umfasst: ein erstes Element, das ringförmig um eine Achse verteilt ist; und mehrere Ansätze, wobei jeder eine Antriebsfläche und eine angetriebene Fläche enthält, die in verschiedenen Winkeln bezüglich der Achse angeordnet sind, wobei die Antriebsfläche einem zweiten Element in Umfangsrichtung zugewandt ist und mit dem zweiten Element selektiv in Kontakt gelangt, um das zweite Element zu drehen, und die angetriebene Fläche dem zweiten Element in Umfangsrichtung zugewandt ist und mit dem zweiten Element selektiv in Kontakt gelangt, um das erste Element zu drehen.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Element von einer mit dem zweiten Element eingerückten Position entlang der Achse bezüglich des zweiten Elements zu einer mit dem zweiten Element ausgerückten Position beweglich ist.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die mehreren Ansätze in Öffnungen des zweiten Elements aufgenommen sind, wenn sich das erste Element an der eingerückten Position befindet, und die mehreren Ansätze aus den Öffnungen zurückgezogen sind, wenn sich das erste Element an der ausgerückten Position befindet.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Winkel zwischen der Antriebsfläche und der Achse größer als ein Winkel zwischen der angetriebenen Fläche und der Achse ist.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Antriebsfläche und die angetriebene Fläche planar sind.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Innendurchmesser des ersten Elements mehrere Zähne enthält, die zu der Achse nach innen vorstehen.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Antriebsfläche und die angetriebene Fläche konisch zulaufend sind.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Element ein Abschnitt einer Klauenkupplung ist.
Elektrofahrzeug, das die Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1 enthält, wobei sich die Antriebsfläche mit dem zweiten Element in Kontakt befindet, um eine Brennkraftmaschine drehbar mit einer Antriebswelle zu koppeln.
Elektrofahrzeug nach Anspruch 9, wobei die Antriebswelle zu einem elektrischen Antriebssystem parallel angeordnet ist und die Brennkraftmaschine konfiguriert ist, das elektrische Antriebssystem anzutreiben, wenn die Kupplungsvorrichtung ausgerückt ist.
Kupplungsvorrichtung eines Elektrofahrzeugs, die Folgendes umfasst: ein erstes Element, das mehrere Ansätze um eine Achse aufweist; und ein zweites Element, das mehrere Öffnungen enthält; wobei die mehreren Ansätze selektiv in die entsprechenden Öffnungen axial beweglich sind, um die Drehung des ersten Elements und des zweiten Elements aneinander zu koppeln, wobei die Grenzflächen zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element, wenn sie sich unter einem positiven Drehmoment befinden, anders als die Grenzflächen zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element, wenn sie sich unter einem negativen Drehmoment befinden, abgewinkelt sind.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei sich die mehreren Ansätze von einer axial orientierten Oberfläche des ersten Elements erstrecken, jeder der mehreren Ansätze eine erste Seite und eine zweite Seite aufweist, die erste Seite in eine erste Umfangsrichtung orientiert ist und in einem ersten Winkel bezüglich der axial orientierten Oberfläche angeordnet ist, die zweite Seite in eine entgegengesetzte, zweite Umfangsrichtung orientiert ist und in einem zweiten Winkel bezüglich der axial orientierten Oberfläche angeordnet ist, wobei der erste Winkel anders als der zweite Winkel ist.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Grenzflächen zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element unter einem positiven Drehmoment einen ersten Winkel bezüglich der Achse aufweisen und die Grenzflächen zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element unter einem negativen Drehmoment einen zweiten Winkel bezüglich der Achse aufweisen, der kleiner als der erste Winkel ist.
Elektrofahrzeug, das die Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 11 aufweist, wobei die Kopplung des ersten Elements drehfest mit dem zweiten Element eine Brennkraftmaschine drehbar mit einer Antriebswelle eines Elektrofahrzeugs koppelt.
Elektrofahrzeug nach Anspruch 14, wobei die Entkopplung des ersten Elements von der Drehung mit dem zweiten Element die Brennkraftmaschine drehbar mit einer elektrischen Arbeitsmaschine koppelt.
Elektrofahrzeug nach Anspruch 14, wobei das erste Element und das zweite Element Abschnitte einer Schongang-Kupplung bilden.
Verfahren zum Antreiben einer Kupplung eines Elektrofahrzeugs, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Drehen mehrerer Antriebsflächen eines ersten Elements um eine Achse, um ein zweites Element zu drehen; und Drehen des zweiten Elements gegen mehrere angetriebene Flächen des ersten Elements, um die angetriebene Fläche zu drehen, wobei die mehreren Antriebsflächen und die mehreren angetriebenen Flächen bezüglich der Achse unterschiedlich abgewinkelt sind.
Verfahren nach Anspruch 17, das ferner das Bewegen des ersten Elements und des zweiten Elements von einer gekoppelten Position, an der das erste Element und das zweite Element drehfest miteinander gekoppelt sind, zu einer entkoppelten Position, an der das erste Element und das zweite Element nicht drehfest miteinander gekoppelt sind, axial relativ zueinander und das Bewegen während des Drehens des zweiten Elements gegen die mehreren angetriebenen Flächen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, das ferner das Anordnen des ersten Elements und des zweiten Elements an der gekoppelten Position umfasst, um eine Brennkraftmaschine drehbar an eine Antriebswelle eines Elektrofahrzeugs zu koppeln.
Verfahren nach Anspruch 19, das ferner das Anordnen des ersten Elements und des zweiten Elements an der entkoppelten Position, um die Brennkraftmaschine drehbar an den elektrischen Triebstrang zu koppeln, umfasst.