DE102018103185A1

DE102018103185A1 - Hybridachsgetriebe

Info

Publication number: DE102018103185A1
Application number: DE102018103185.8A
Authority: DE
Inventors: Norman Jerry Bird
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-02-15
Filing date: 2018-02-13
Publication date: 2018-08-16
Also published as: CN108422850B; US10507718B2; CN108422850A; US20180229596A1

Abstract

Ein Hybridgetriebe mit Leistungsverzweigung schließt einen Richtungsumkehrmechanismus zwischen dem Getriebeeingang und einem Planetenradsatz mit Leistungsverzweigung ein. Der Getriebeeingang wird von einem Verbrennungsmotor angetrieben. Durch das Eingreifen des Richtungsumkehrmechanismus, um den Träger in einer Richtung anzutreiben, die der Motordrehung entgegengesetzt ist, erlaubt das Achsgetriebe bei einer Umkehrung das Erreichen eines höheren Ausgangsdrehmoments, wenn vorwiegend Verbrennungsmotorleistung verwendet wird. Der Richtungsumkehrmechanismus kann außerdem verwendet werden, um den Träger festzuhalten, wobei eine Drehmomentreaktion bereitgestellt wird, um das Fahrzeug mit einem Generator anzutreiben, wodurch das Ausgangsdrehmoment in beiden Richtungen erhöht wird, wenn lediglich ein Betrieb unter Batterieleistung stattfindet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft das Gebiet von Fahrzeuggetrieben. Insbesondere betrifft die Offenbarung eine Anordnung von Komponenten in einem Hybridachsgetriebe.
HINTERGRUND
Hybridantriebsstränge beinhalten Energiespeichervorrichtungen, wie beispielsweise Batterien, die verwendet werden, um den Kraftstoffverbrauch zu senken, indem Bremsenergie aufgefangen und eine effizientere Verwendung eines Verbrennungsmotors zugelassen wird. Der Verbrennungsmotor kann abgestellt werden, während das Fahrzeug stillsteht. Der Verbrennungsmotor kann ebenfalls mit einer höheren Leistungseinstellung betrieben werden, bei der er in der Regel effizienter ist, und dann für einen Teil der Zeit, während der sich das Fahrzeug bewegt, abgestellt werden.
Eine Art von Hybridantriebssträngen ist ein elektrischer leistungsverzweigter Hybrid. Bei einer geringen Geschwindigkeit teilt ein Planetenradsatz die mechanische Leistung, die durch den Verbrennungsmotor erzeugt wird, in zwei Leistungsflusspfade. Ein Teil der Leistung wird durch Zahnräder, Ketten oder andere mechanische Leistungsübertragungskomponenten zu den Antriebsrädern befördert. Die verbleibende Leistung wird zu einer elektrischen Maschine geleitet und in elektrische Leistung umgewandelt. Diese elektrische Maschine wird in der Regel als Generator bezeichnet, obwohl sie ebenfalls in der Lage sein kann, elektrische Leistung in mechanische Leistung umzuwandeln. Eine zweite elektrische Maschine treibt die Antriebsräder an. Diese zweite Maschine wird in der Regel als Fahrmotor bezeichnet, obwohl sie in der Lage sein kann, mechanische Leistung in elektrische Leistung umzuwandeln. In einigen Betriebsmodi fließt die gesamte elektrische Leistung vom Generator zum Fahrmotor. In anderen Betriebsmodi kann etwas elektrische Leistung zu einer Batterie umgeleitet werden. In noch anderen Betriebsmodi kann die Batterie die elektrische Leistung ergänzen.
Verbrennungsmotoren sind üblicherweise lediglich dazu in der Lage sich in eine Richtung zu drehen und müssen sich mit einer minimalen Drehzahl drehen, um eine wesentliche Antriebsleistung zu erzeugen. Andererseits können sich elektrische Maschinen üblicherweise in beide Richtungen drehen und sie können sogar bei sehr niedrigen Drehgeschwindigkeiten in beiden Richtungen ein Drehmoment entwickeln. Bei einem herkömmlichen leistungsverzweigten Hybrid ist der mechanische Leistungsflusspfad nicht dazu in der Lage, das Fahrzeug in umgekehrter Richtung anzutreiben. In umgekehrter Richtung stellen die elektrischen Maschinen den Großteil des Antriebs bereit. Folglich ist die Drehmomentkapazität in umgekehrter Richtung geringer als in der Vorwärtsrichtung. Diese Leistungsminderung ist besonders schwerwiegend, wenn der Batterieladestatus niedrig ist und Verbrennungsmotorleistung verwendet werden muss.
KURZDARSTELLUNG DER OFFENBARUNG
Ein Hybridgetriebe schließt einen Planetenradsatz und einen Richtungsumkehrmechanismus ein. Der Planetenradsatz weist eine Sonne, einen Träger und einen Ring auf. Eine erste dieser drei Komponenten ist fest antreibbar mit einer ersten elektrischen Maschine verbunden. Eine zweite dieser drei Komponenten ist fest antreibbar mit einer zweiten elektrischen Maschine und einem Ausgang verbunden. Die Richtungsumkehrzahnradanordnung verbindet abwechselnd selektiv antreibbar eine dritte der drei Komponenten mit einer Eingangswelle mit zwei Drehzahlverhältnissen. Eines der Drehzahlverhältnisse ist negativ und das andere der zwei Drehzahlverhältnisse ist positiv. Der Richtungsumkehrmechanismus kann ein erstes Schaltelement, wie etwa eine auswählbare Einwegkupplung, einschließen, das selektiv die Eingangswelle an die dritte Komponente koppelt, um das positive Drehzahlverhältnis herzustellen. Der Richtungsumkehrmechanismus kann ferner erste bis vierte Vorgelegezahnräder einschließen. Das erste Vorgelegezahnrad ist an die Eingangswelle gekoppelt. Das zweite Vorgelegezahnrad ist fest antreibbar mit dem ersten Vorgelegezahnrad verbunden. Das dritte Vorgelegezahnrad ist an das zweite Vorgelegezahnrad gekoppelt. Das vierte Vorgelegezahnrad ist an die dritte Komponente gekoppelt und fest antreibbar mit dem dritten Vorgelegezahnrad verbunden. Eine der gekoppelten Verbindungen, wie etwa die zwischen dem zweiten und dritten Zahnrad, ist eine selektive Kopplung über ein zweites Schaltelement. Die restlichen gekoppelten Verbindungen können fest sein. Eine der antreibbaren Verbindungen erfolgt über direkt ineinandergreifende Zahnräder und die andere erfolgt über ein Losrad.
In einer anderen Ausführungsform schließt ein Hybridgetriebe einen Planetenradsatz und eine Zahnradanordnung ein. Der Planetenradsatz schließt eine Sonne, die fest antreibbar mit einer ersten elektrischen Maschine verbunden ist, einen Ring, der fest antreibbar mit einer zweiten elektrischen Maschine und einem Ausgang verbunden ist, und einen Träger ein. Die Zahnradanordnung verbindet abwechselnd antreibbar den Träger mit einer Eingangswelle mit zwei Drehzahlverhältnissen. Ein erstes der Drehzahlverhältnisse ist negativ und ein zweites der Drehzahlverhältnisse ist positiv. Die Zahnradanordnung kann ein erstes Schaltelement, wie etwa eine auswählbare Einwegkupplung, einschließen, das selektiv die Eingangswelle an den Träger koppelt, um das positive Drehzahlverhältnis herzustellen. Die Zahnradanordnung kann ferner erste bis vierte Vorgelegezahnräder einschließen. Das erste Vorgelegezahnrad ist an die Eingangswelle gekoppelt. Das zweite Vorgelegezahnrad ist fest antreibbar mit dem ersten Vorgelegezahnrad verbunden. Das dritte Vorgelegezahnrad ist an das zweite Vorgelegezahnrad gekoppelt. Das vierte Vorgelegezahnrad ist an den Träger gekoppelt und fest antreibbar mit dem dritten Vorgelegezahnrad verbunden. Eine der gekoppelten Verbindungen, wie etwa die zwischen dem zweiten und dritten Zahnrad, ist eine selektive Kopplung über ein zweites Schaltelement. Die restlichen gekoppelten Verbindungen können fest sein. Eine der antreibbaren Verbindungen erfolgt über direkt ineinandergreifende Zahnräder und die andere erfolgt über ein Losrad.
Ein Fahrzeug schließt einen Planetenradsatz und ein erstes Schaltelement ein. Der Planetenradsatz schließt eine Sonne, die fest antreibbar mit einer ersten elektrischen Maschine verbunden ist, einen Ring, der fest antreibbar mit einer zweiten elektrischen Maschine und Fahrzeugrädern verbunden ist, und einen Träger ein. Das erste Schaltelement stellt selektiv einen ersten Leistungsflusspfad, der ein negatives Drehzahlverhältnis aufweist, zwischen einer Verbrennungsmotorkurbelwelle und dem Träger her. Ein zweites Schaltelement kann selektiv einen zweiten Leistungsflusspfad, der ein positives Drehzahlverhältnis aufweist, zwischen der Verbrennungsmotorkurbelwelle und dem Träger herstellen. Eine Steuerung kann gleichzeitig in das erste und zweite Schaltelement eingreifen, um den Träger in Bezug auf eine Drehung zu halten, wobei eine Drehmomentreaktion bereitgestellt wird, um das Fahrzeug unter Verwendung der ersten elektrischen Maschine anzutreiben.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines Hybridelektrofahrzeugs.
2 ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Hybridachsgetriebes, das für die Verwendung in dem Hybridelektrofahrzeug aus 1 geeignet ist.
3 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Hybridachsgetriebes, das für die Verwendung in dem Hybridelektrofahrzeug aus 1 geeignet ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hier beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaften Charakters sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht zwingend maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind hierin offenbarte konkrete strukturelle und funktionelle Einzelheiten nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die vielseitige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren. Für einen Durchschnittsfachmann versteht es sich, dass verschiedene Merkmale, die in Bezug auf jegliche der Figuren veranschaulicht und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert sein können, welche in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, welche nicht explizit veranschaulicht oder beschrieben sind. Die Kombinationen aus veranschaulichten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für übliche Anwendungen bereit. Unterschiedliche Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
Eine Gruppe drehbarer Elemente ist fest aneinander gekoppelt, wenn diese gezwungen sind, unter allen Betriebsbedingungen die gleiche Drehgeschwindigkeit um die gleiche Achse aufzuweisen. Drehbahre Elemente können zum Beispiel durch Keilverbindungen, Schweißen, Aufpressen oder Bearbeiten eines gängigen Feststoffs fest gekoppelt sein. Es kann zu leichten Variationen in der Drehverschiebung zwischen fest gekoppelten Elementen, wie etwa zur Verschiebung aufgrund von Spiel oder Wellenelastizität, kommen. Im Gegensatz dazu sind zwei oder mehrere drehbare Elemente durch ein Schaltelement selektiv gekoppelt, wenn das Schaltelement sie zwingt, jedes Mal, wenn das Schaltelement vollständig in Eingriff steht, die gleiche Drehgeschwindigkeit um die gleiche Achse aufzuweisen, und die drehbaren Elemente bei zumindest einer anderen Betriebsbedingung getrennte Drehzahlen aufweisen können. Zwei drehbare Elemente sind antreibbar verbunden, wenn sie durch einen Leistungsflusspfad verbunden sind, der ihre Drehgeschwindigkeiten dahingehend einschränkt, dass sie zu einem vorbestimmten Drehzahlverhältnis proportional sind. Wenn der Leistungsflusspfad in allen Betriebszuständen eingerichtet ist, dann sind die Komponenten fest antreibbar verbunden. Wenn der Leistungsflusspfad nur dann eingerichtet ist, wenn ein oder mehrere Schaltelemente in Eingriff stehen, dann sind die Komponenten selektiv antreibbar verbunden.
1 veranschaulicht einen Vorderradantrieb-Fahrzeugantriebsstrang. Mechanische Leistung wird durch den Verbrennungsmotor 10 zugeführt. Elektrische Energie wird von der Batterie 12 zugeführt und zu einigen Zeitpunkten von ihr entnommen. Das Hybridachsgetriebe 14 kombiniert Leistung von diesen Leistungsquellen auf Grundlage von Befehlen von der Steuerung 15, und gibt die Leistung an die Vorderräder 16 und 18 ab. Während des Nutzbremsens entnimmt das Hybridachsgetriebe 14 mechanische Leistung von den Rädern 16 und 18, wandelt sie in elektrische Leistung um und speichert sie in der Batterie 12. Die Hinterräder 20 und 22 werden nicht angetrieben, es sei denn, es wird zusätzliche Hardware bereitgestellt.
Das Hybridachsgetriebe 14 schließt verschiedene Teilsysteme ein. Der Umkehrmechanismus 24 entnimmt mechanische Leistung von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 10 und gibt sie an einen Eingang des Leistungsverzweigungsmechanismus ab. In einem Vorwärtsbetriebsmodus drehen sich die Kurbelwelle und der Eingang des Leistungsverzweigungsmechanismus in die gleiche Richtung. In einem Rückwärtsbetriebsmodus dreht sich der Eingang des Leistungsverzweigungsmechanismus in der entgegengesetzten Richtung der Verbrennungsmotorkurbelwelle. Der Leistungsverzweigungsmechanismus 26 steuert den Fluss von Leistung zwischen dem Eingang, einem Ausgang und der Batterie 12. Der Ausgang des Leistungsverzweigungsmechanismus 26 treibt das Differential 28 an, welches die Leistung zwischen den Vorderrädern aufteilt, während leichte Drehzahldifferenzen ermöglicht werden, wie etwa wenn das Fahrzeug um eine Kurve fährt.
2 veranschaulicht eine kinematische Anordnung für ein Hybridachsgetriebe 14 mit Leistungsverzweigung. Leistung von dem Verbrennungsmotor 10 wird an der Eingangswelle 30 bereitgestellt, welche für eine Befestigung an der Verbrennungsmotorkurbelwelle angepasst ist. Die Richtungsumkehrzahnradanordnung 24 ist konfiguriert, um abwechselnd selektiv antreibbar die Zwischenwelle 32 mit der Eingangswelle 30 mit zwei Drehzahlverhältnissen, einschließend ein positives Drehzahlverhältnis und ein negatives Drehzahlverhältnis, zu verbinden. Die auswählbare Einwegkupplung (Selectable One-Way Clutch - SOWC) 34 ist eine steuerbare Vorrichtung mit mindestens zwei Zuständen. Siehe zum Beispiel die in U.S.-Patentanmeldung 15/405,664 , eingereicht am 13. Januar 2017, beschriebene Vorrichtung. In einem ausgekuppelten Zustand überträgt die SOWC 34 kein Drehmoment und beschränkt nicht die jeweiligen Drehzahlen der Eingangswelle 30 und der Zwischenwelle 34. In einem eingekuppelten Zustand beschränkt die SOWC 34 die Eingangswelle 30, damit sie sich nicht schneller dreht als die Zwischenwelle 32. In dem eingekuppelten Zustand kann die SOWC 34 ein Drehmoment von der Eingangswelle 30 auf die Zwischenwelle 32 übertragen, wenn die zwei Wellen die gleiche Drehzahl aufweisen. Ein Versuch, Drehmoment in der anderen Richtung zu übertragen, während sie sich in dem eingekuppelten Zustand befindet, führt zu einem Überlaufen der SOWC. Die SOWC 34 weist außerdem einen gesperrten Zustand auf, bei dem die Drehzahlen so beschränkt sind, dass sie gleich sind und ein Drehmoment in beiden Richtungen übertragen werden kann. In einem Vorwärtshybridfahrmodus befiehlt eine Getriebesteuerung der SOWC 34, dass sie sich entweder in dem eingekuppelten Zustand oder dem gesperrten Zustand befinden soll, wobei die Eingangswelle 30 selektiv antreibbar mit der Zwischenwelle 32 verbunden wird. In einem umgekehrten Hybridfahrmodus befiehlt die Getriebesteuerung der SOWC 34, dass sie sich in dem ausgekuppelten Zustand befinden soll.
Das Zahnrad 36 ist fest an die Eingangswelle 30 gekoppelt und nimmt das Zahnrad 38 in Eingriff. Das Zahnrad 40 ist fest an die Zwischenwelle 32 gekoppelt und nimmt das Losrad 42 in Eingriff. Das Losrad 42 nimmt das Zahnrad 44 in Eingriff. In dem umgekehrten Hybridfahrmodus befiehlt die Steuerung der SOWC 46, dass sie sich in einem eingekuppelten Zustand oder einem gesperrten Zustand befinden soll, um selektiv das Zahnrad 38 an das Zahnrad 44 zu koppeln. Unter dieser Bedingung ist die Eingangswelle 30 antreibbar mit der Zwischenwelle 32 mit einem negativen Drehzahlverhältnis verbunden. Die Anzahl der Zähne für diese Zahnräder kann so ausgewählt sein, dass die Drehzahl der Zwischenwelle 32 hinsichtlich des Absolutwerts niedriger ist als die Drehzahl der Eingangswelle 30. In dem Vorwärtshybridfahrmodus wird der SOWC befohlen, dass sie sich in dem ausgekuppelten Zustand befinden soll. In alternativen Ausführungsformen kann das Zahnrad 38 fest an das Zahnrad 44 gekoppelt sein und die SOWC 46 kann selektiv Komponenten koppeln, die in der Ausführungsform aus 2 fest gekoppelt sind. In alternativen Ausführungsformen können eine oder beide der SOWC 34 und 46 durch Reibungskupplungen, Klauenkupplungen oder andere Arten von steuerbaren Kopplungsvorrichtungen ersetzt werden.
Bei relativ niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten wird die Verbrennungsmotorleistung, die durch die Zwischenwelle 32 übertragen wird, durch den Planetenradsatz 50 in zwei Leistungsflusspfade aufgeteilt. Einer der Leistungsflusspfade ist vollkommen mechanisch. In dem anderen Leistungsflusspfad wird mechanische Leistung durch den Generator 52 in elektrische Leistung umgewandelt und wird dann durch den Traktionsmotor 54 zurück in mechanische Leistung umgewandelt. Bei einigen Betriebsbedingungen kann ein Teil der Leistung in diesem elektrischen Leistungsflusspfad für eine spätere Verwendung zu der Batterie 12 umgeleitet werden. Bei anderen Betriebsbedingungen kann Leistung von der Batterie 12 zu dem elektrischen Leistungsflusspfad hinzugefügt werden. Die Leistung der zwei Leistungsflusspfade wird an der Vorgelegewelle 56 kombiniert, bevor sie über das Differential 28 an die Fahrzeugräder abgegeben wird. Der Generator 52 und der Traktionsmotor 54 sind jeweils umkehrbare elektrische Maschinen, die dazu in der Lage sind, mechanische Leistung in elektrische Leistung umzuwandeln und umgekehrt. Sie können zum Beispiel synchrone Wechselstrommotoren sein, die über zugehörige Wechselrichter mit einem Gleichstrombus verbunden sind. Bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten kann die Leistung in dem elektrischen Leistungsflusspfad in der entgegengesetzten Richtung fließen, wodurch eine Bedingung von zurückgeführter Leistung hergestellt wird.
Der Träger 58 des Planetenradsatzes 50 ist fest an die Zwischenwelle 32 gekoppelt. Das Sonnenrad 60 ist fest an den Rotor des Generators 52 gekoppelt. Das Hohlrad 62 ist fest an das Zahnrad 64 gekoppelt. In alternativen Ausführungsformen können einige dieser Verbindungen umgekehrt werden, wie etwa bei einer Verbindung des Zahnrads 64 mit dem Träger, während die Zwischenwelle mit dem Ring verbunden wird. Ein Satz von Planetenrädern 66 wird für eine Drehung in Bezug auf den Träger 58 abgestützt und greift sowohl in das Sonnenrad 60 als auch in das Hohlrad 62.
Die Vorgelegewelle 56 wird für eine Drehung um eine Vorgelegewellenachse parallel zu und versetzt von der Eingangsachse abgestützt. Das Zahnrad 68 ist fest an die Vorgelegewelle 56 gekoppelt und nimmt das Zahnrad 64 in Eingriff. Die Zahnräder 64 und 68 stellen den mechanischen Leistungsflusspfad dar. Der Rotor des Traktionsmotors 54 wird für eine Drehung um eine dritte Achse parallel zu und versetzt von der Eingangs- und der Vorgelegewellenachse abgestützt. Das Zahnrad 70 ist fest an eine Rotorwelle 72 des Traktionsmotors 54 gekoppelt. Das Zahnrad 74 ist fest an die Vorgelegewelle 56 gekoppelt und greift in das Zahnrad 70, um mechanische Leistung von dem Traktionsmotor auf die Vorgelegewelle zu übertragen.
Das Zahnrad 76 ist fest an die Vorgelegewelle 56 gekoppelt und nimmt das Differentialhohlrad 78 in Eingriff. Das Differentialhohlrad 78 ist fest an einen Träger 80 des Differentials 28 gekoppelt. Eine Anzahl von abgeschrägten Planetenrädern 82 wird für eine Drehung in Bezug auf den Differentialträger 80 abgestützt. Die abgeschrägten Planetenräder greifen jeweils sowohl in das linke als auch das rechte Seitenkegelrad 84 und 86. Das linke und das rechte Seitenkegelrad 84 und 86 sind jeweils fest an die linke und rechte Halbwelle 88 und 90 gekoppelt, um Leistung auf die linken und rechten Räder zu übertragen. Das Differentialhohlrad 78, der Differentialträger 80 und das linke und rechte Seitenkegelrad 84 und 86 werden jeweils für eine Drehung um eine Differentialachse abgestützt. Die linke und die rechte Halbwelle 88 und 90 können Kreuzgelenke einschließen, um leichte Unterschiede zwischen der Differentialachse und den Drehachsen der linken und rechten Räder unterzubringen.
Das Fahrzeug kann in einem elektrischen Fahrmodus entweder vorwärts oder rückwärts betrieben werden. In dem elektrischen Fahrmodus wird den SOWCs 34 und 46 jeweils befohlen, dass sie sich in dem gesperrten Zustand befinden sollen. Dadurch werden sowohl die Eingangswelle 30 als auch die Zwischenwelle 32 dazu gedrängt, stillzustehen. Um das Fahrzeug anzutreiben, wird befohlen, dass entweder der Traktionsmotor 54, der Generator 52 oder eine Kombination der beiden ein Drehmoment erzeugt. Ein Drehmoment, das durch den Traktionsmotor 54 erzeugt wird, wird über die Zahnräder 70 und 74 auf die Vorgelegewelle 56 übertragen. Die Zwischenwelle 32 hält den Träger 58 fest, sodass der Planetenradsatz 50 das Drehmoment des Generators 52 vervielfacht und an das Hohlrad 62 abgibt, von dem es durch die Zahnräder 64 und 68 auf die Vorgelegewelle 56 übertragen wird. Die maximale Drehmomentkapazität in dem elektrischen Fahrmodus ist höher als bei einem leistungsverzweigten Hybrid ohne Richtungsumkehrmechanismus 24, da beide elektrischen Maschinen zu dem Ausgangsdrehmoment beitragen. Herkömmliche leistungsverzweigte Hybride weisen keine Fähigkeit auf, ein Gegendrehmoment für den Generator 52 bereitzustellen, sofern nicht zusätzliche Hardware zu diesem Zweck bereitgestellt wird.
Es kann erforderlich sein, den Verbrennungsmotor aufgrund eines hohen Fahrerdrehmomentbedarfs, eines niedrigen Batterieladestatus oder aus anderen Gründen zu starten. Ein Übergang von dem elektrischen Fahrmodus in den Vorwärtshybridfahrmodus wird in verschiedenen Schritten erreicht. Zunächst wird dem Traktionsmotor 54 befohlen, ausreichend Drehmoment bereitzustellen, um den Fahrerbedarf zu decken und dem Generator 52 wird befohlen, ein vernachlässigbares Drehmoment bereitzustellen. Wenn der Generator 54 ein vernachlässigbares Drehmoment bereitstellt, wird die SOWC 46 auf effiziente Weise entlastet und ihr kann befohlen werden, dass sie sich in dem ausgekuppelten Zustand befinden soll. Sobald die SOWC 46 ausgekuppelt ist und die SOWC 34 gesperrt ist, wird dem Generator 52 befohlen, dass er ein Drehmoment erzeugen soll, um den Verbrennungsmotor durchdrehen zu lassen. Das Gegendrehmoment wird von dem Zahnrad 64 bereitgestellt, woraus sich ein negatives Raddrehmoment ergibt. Dem Traktionsmotor 54 kann befohlen werden, während des Durchdrehens ein zusätzliches Drehmoment zu erzeugen, um zu kompensieren. Sobald der Verbrennungsmotor gestartet ist, kann ihm befohlen werden, ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Der Generator 52 reagiert auf das Verbrennungsmotordrehmoment.
Ein Übergang von dem elektrischen Fahrmodus zu dem umgekehrten Hybridfahrmodus wird auf ähnliche Weise erreicht, mit der Ausnahme, dass die SOWC 34 anstatt eines Auskuppelns der SOWC 34 ausgekuppelt ist. In dem umgekehrten Hybridfahrmodus wird das Verbrennungsmotordrehmoment hinsichtlich der Richtung umgekehrt und kann durch einen Richtungsumkehrmechanismus 24 vervielfacht werden. Dieses negative Drehmoment wird durch den Zahnradsatz 50 mit dem Generator 52 erneut vervielfacht, wodurch ein Gegendrehmoment bereitgestellt wird. Anders als ein herkömmlicher leistungsverzweigter Hybrid liefert der Verbrennungsmotor einen positiven Beitrag zu dem Raddrehmoment. Folglich wird die Drehmomentkapazität in dem umgekehrten Hybridmodus im Wesentlichen erhöht.
Für einen Übergang von einem der Hybridfahrmodi zu dem elektrischen Fahrmodus, wird der gesperrten SOWC befohlen, dass sie sich in dem ausgekuppelten Zustand befinden soll und dem Verbrennungsmotor wird befohlen, dass er sich abschalten soll. Dann wird dem Generator 52 eine Drehzahl befohlen, die dazu führt, dass die Zwischenwelle 32 stillsteht. Sobald die Zwischenwelle 32 stillsteht, wird beiden SOWCs befohlen, dass sie sich in dem gesperrten Zustand befinden sollen.
Das Getriebe kann außerdem direkt von dem umgekehrten Hybridfahrmodus in den Vorwärtshybridfahrmodus übergehen. Während dieses Übergangs ist es nicht notwendig, den Verbrennungsmotor zu starten, da er bereits läuft. Zunächst wird dem Generator 52 ein vernachlässigbares Drehmoment befohlen und die SOWC 46 wird ausgekuppelt. Dann wird der Generator 52 zu einer Drehzahl gesteuert, die dazu führt, dass sich die SOWC 34 in einem überlaufenden Zustand befindet. Während sie sich in dem überlaufenden Zustand befindet, wird der SOWC 34 befohlen, dass sie sich in dem eingekuppelten Zustand befinden soll. Dann wird dem Generator 52 befohlen, dass er die Drehzahl ändern soll, um die SOWC 34 in einen lasttragenden Zustand zu versetzen. In dem lasttragenden Zustand kann der SOWC 34, falls gewünscht, befohlen werden, dass sie sich in dem gesperrten Zustand befinden soll. Ein direkter Übergang von dem Vorwärtshybridfahrmodus zu dem umgekehrten Hybridfahrmodus ist analog.
Jeder der zuvor beschriebenen Übergänge kann erreicht werden, wenn das Fahrzeug stillsteht, sich vorwärts bewegt oder sich rückwärts bewegt. Während der Übergänge kann ein Antrieb von dem Traktionsmotor 54 bereitgestellt werden, um den Fahrerbedarf zu decken.
3 veranschaulicht eine alternative kinematische Anordnung für ein Hybridachsgetriebe 14 mit Leistungsverzweigung. Komponenten, die aus der Ausführungsform von 2 unverändert sind, weisen das gleiche Bezugszeichen auf. Komponenten, die sich strukturell unterscheiden, jedoch die gleiche Funktion erfüllen wie eine entsprechende Komponente in 2, sind durch einen Hochstrich (') gekennzeichnet. Bei dem Richtungsumkehrmechanismus 24' wird der Planetenradsatz 100 anstelle des Vorgelegezahnrads aus 2 verwendet. Das Sonnenrad 102 ist fest an die Eingangswelle 30 gekoppelt. Das Hohlrad 104 ist fest an die Zwischenwelle 32 gekoppelt. Die Planetenräder 106 werden für eine Drehung in Bezug auf den Träger 108 abgestützt und greifen sowohl in das Sonnenrad 102 als auch in das Hohlrad 104. Die SOWC 34' koppelt selektiv die Eingangswelle an den Träger 108. Wenn die SOWC 34' gesperrt oder eingekuppelt ist und nicht überläuft, dreht sich die Zwischenwelle 32 in die gleiche Richtung und mit der gleichen Drehzahl wie die Eingangswelle 30. Die SOWC 46' koppelt selektiv den Träger 108 an das Getriebegehäuse. Wenn die SOWC 46' gesperrt oder eingekuppelt ist und nicht überläuft, dreht sich die Zwischenwelle 32 in die entgegengesetzte Richtung der Eingangswelle 30 und mit einer langsameren Absolutdrehzahl. Wenn beide SOWCs 34' und 46' gesperrt sind, werden die Eingangswelle 30 und die Zwischenwelle 32 jeweils festgehalten.
Zwar werden oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben, doch wird damit nicht die Absicht verfolgt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen beschreiben, welche von den Ansprüchen umfasst werden. Bei den in der Beschreibung verwendeten Ausdrücken handelt es sich um beschreibende, nicht um einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass unterschiedliche Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen auszubilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder dargestellt werden. Obwohl verschiedene Ausführungsformen eventuell so beschrieben wurden, dass sie gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik in Bezug auf eine oder mehrere erwünschte Eigenschaften Vorteile bereitstellen oder bevorzugt werden, wird der Durchschnittsfachmann doch erkennen, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften in Frage gestellt werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erreichen, die sich nach der spezifischen Anwendung und Umsetzung richten. Demnach liegen Ausführungsformen, die hinsichtlich einer oder mehrerer Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik beschrieben sind, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 15405664 [0012]

Claims

Hybridgetriebe, umfassend: einen Planetenradsatz, der eine Sonne, einen Träger und einen Ring aufweist, wobei ein erstes der Sonne, des Trägers und des Rings fest antreibbar mit einer ersten elektrischen Maschine verbunden ist und ein zweites der Sonne, des Trägers und des Rings fest antreibbar mit einer zweiten elektrischen Maschine und einem Ausgang verbunden ist; und eine Richtungsumkehrzahnradanordnung, die konfiguriert ist, um abwechselnd selektiv antreibbar ein drittes der Sonne, des Trägers und des Rings mit einer Eingangswelle mit zwei Drehzahlverhältnissen zu verbinden, wobei ein erstes der Drehzahlverhältnisse negativ ist und ein zweites der Drehzahlverhältnisse positiv ist.
Hybridgetriebe nach Anspruch 1, wobei die Richtungsumkehrzahnradanordnung Folgendes umfasst: ein erstes Schaltelement, das konfiguriert ist, um die Eingangswelle selektiv an das dritte der Sonne, des Trägers und des Rings zu koppeln, um das positive Drehzahlverhältnis herzustellen.
Hybridgetriebe nach Anspruch 2, wobei das erste Schaltelement eine auswählbare Einwegkupplung ist.
Hybridgetriebe nach Anspruch 2, wobei die Richtungsumkehrzahnradanordnung ferner Folgendes umfasst: ein erstes Vorgelegezahnrad, das an die Eingangswelle gekoppelt ist; ein zweites Vorgelegezahnrad, das fest antreibbar mit dem ersten Vorgelegezahnrad verbunden ist; ein drittes Vorgelegezahnrad, das an das zweite Vorgelegezahnrad gekoppelt ist; und ein viertes Vorgelegezahnrad, das an das dritte der Sonne, des Trägers und des Rings gekoppelt und fest antreibbar mit dem dritten Vorgelegezahnrad verbunden ist.
Hybridgetriebe nach Anspruch 4, wobei die Richtungsumkehrzahnradanordnung ferner Folgendes umfasst: ein zweites Schaltelement, das konfiguriert ist, um selektiv das dritte Vorgelegezahnrad an das zweite Vorgelegezahnrad zu koppeln, um das negative Drehzahlverhältnis herzustellen, wobei das erste Vorgelegezahnrad fest an die Eingangswelle gekoppelt ist und das vierte Vorgelegezahnrad fest an das dritte der Sonne, des Trägers und des Rings gekoppelt ist.
Hybridgetriebe nach Anspruch 5, wobei das zweite Schaltelement eine auswählbare Einwegkupplung ist.
Hybridgetriebe nach Anspruch 4, wobei: das erste Vorgelegezahnrad in das zweite Vorgelegezahnrad greift; und das dritte und das vierte Vorgelegezahnrad jeweils in ein Losrad eingreifen.
Hybridgetriebe, umfassend: einen Planetenradsatz, der eine Sonne, die fest antreibbar mit einer ersten elektrischen Maschine verbunden ist, einen Träger und einen Ring aufweist, der fest antreibbar mit einer zweiten elektrischen Maschine und einem Ausgang verbunden ist; und eine Zahnradanordnung, die konfiguriert ist, um abwechselnd selektiv antreibbar den Träger mit einer Eingangswelle mit zwei Drehzahlverhältnissen zu verbinden, wobei ein erstes der Drehzahlverhältnisse negativ ist und ein zweites der Drehzahlverhältnisse positiv ist.
Hybridgetriebe nach Anspruch 8, wobei die Zahnradanordnung Folgendes umfasst: ein erstes Schaltelement, das konfiguriert ist, um die Eingangswelle selektiv an den Träger zu koppeln, um das positive Drehzahlverhältnis herzustellen.
Hybridgetriebe nach Anspruch 9, wobei das erste Schaltelement eine auswählbare Einwegkupplung ist.
Hybridgetriebe nach Anspruch 9, wobei die Zahnradanordnung ferner Folgendes umfasst: ein erstes Vorgelegezahnrad, das fest an die Eingangswelle gekoppelt ist; ein zweites Vorgelegezahnrad, das fest antreibbar mit dem ersten Vorgelegezahnrad verbunden ist und in das erste Vorgelegezahnrad greift; ein drittes Vorgelegezahnrad, das an das zweite Vorgelegezahnrad gekoppelt ist; ein viertes Vorgelegezahnrad, das fest an den Träger gekoppelt und fest antreibbar mit dem dritten Vorgelegezahnrad verbunden ist; ein Losrad, das sowohl in das dritte als auch das vierte Vorgelegezahnrad greift; und ein zweites Schaltelement, das konfiguriert ist, um das dritte Vorgelegezahnrad selektiv an das zweite Vorgelegezahnrad zu koppeln, um das negative Drehzahlverhältnis herzustellen
Hybridgetriebe nach Anspruch 11, wobei das zweite Schaltelement eine auswählbare Einwegkupplung ist.
Fahrzeug, umfassend: einen Planetenradsatz, der eine Sonne, die fest antreibbar mit einer ersten elektrischen Maschine verbunden ist, einen Träger und einen Ring aufweist, der fest antreibbar mit einer zweiten elektrischen Maschine und Fahrzeugrädern verbunden ist; und ein erstes Schaltelement, das konfiguriert ist, um selektiv einen ersten Leistungsflusspfad, der ein negatives Drehzahlverhältnis aufweist, zwischen einer Verbrennungsmotorkurbelwelle und dem Träger herzustellen.
Fahrzeug nach Anspruch 13, ferner umfassend: ein zweites Schaltelement, das konfiguriert ist, um selektiv einen zweiten Leistungsflusspfad, der ein positives Drehzahlverhältnis aufweist, zwischen der Verbrennungsmotorkurbelwelle und dem Träger herzustellen.
Fahrzeug nach Anspruch 14, ferner umfassend: eine Steuerung, die dazu programmiert ist, um gleichzeitig in das erste und zweite Schaltelement einzugreifen, um den Träger in Bezug auf eine Drehung zu halten, wobei eine Drehmomentreaktion bereitgestellt wird, um das Fahrzeug unter Verwendung der ersten elektrischen Maschine anzutreiben.