DE102018131415A1

DE102018131415A1 - Hybridfahrzeug

Info

Publication number: DE102018131415A1
Application number: DE102018131415.9A
Authority: DE
Inventors: James Trent
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-12-08
Filing date: 2018-12-07
Publication date: 2019-06-13
Also published as: US10457275B2; CN109895614A; US20190176806A1

Abstract

Ein Fahrzeug beinhaltet einen Planetenradsatz, ein Schaltgetriebe, eine elektrische Maschine und einen Verbrennungsmotor. Der Planetenradsatz weist ein Sonnenrad, einen Träger und ein Hohlrad auf. Das Schaltgetriebe ist dazu konfiguriert, Leistung vom Hohlrad auf die Fahrzeugräder zu übertragen. Die elektrische Maschine ist fest an das Sonnenrad gekoppelt. Der Verbrennungsmotor ist über eine erste auswählbare Einwegkupplung selektiv an das Hohlrad gekoppelt und über eine zweite auswählbare Einwegkupplung selektiv an den Träger gekoppelt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Hybridfahrzeuge und Antriebsstrangkonfigurationen für Hybridfahrzeuge.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Hybridfahrzeuge können mehrere Leistungsquellen nutzen, um innerhalb eines Antriebsstrangs des Hybridfahrzeugs Leistung zu erzeugen.
KURZDARSTELLUNG
Ein Fahrzeug beinhaltet einen Planetenradsatz, ein Schaltgetriebe, eine elektrische Maschine und einen Verbrennungsmotor. Der Planetenradsatz weist ein Sonnenrad, einen Träger und ein Hohlrad auf. Das Schaltgetriebe ist dazu konfiguriert, Leistung vom Hohlrad auf die Fahrzeugräder zu übertragen. Die elektrische Maschine ist fest an das Sonnenrad gekoppelt. Der Verbrennungsmotor ist über eine erste auswählbare Einwegkupplung selektiv an das Hohlrad gekoppelt und über eine zweite auswählbare Einwegkupplung selektiv an den Träger gekoppelt.
Ein Fahrzeug beinhaltet einen Planetenradsatz, eine elektrische Maschine, einen Verbrennungsmotor und mindestens ein Antriebsrad. Der Planetenradsatz weist ein Sonnenrad, einen Träger und ein Hohlrad auf. Die elektrische Maschine weist einen Rotor auf, der fest an das Sonnenrad gekoppelt ist. Der Verbrennungsmotor ist über eine erste auswählbare Einwegkupplung selektiv an das Hohlrad gekoppelt und über eine zweite auswählbare Einwegkupplung selektiv an den Träger gekoppelt. Das mindestens eine Antriebsrad ist an das Hohlrad gekoppelt.
Ein Fahrzeug beinhaltet einen Planetenradsatz, ein Getriebe mit mehrstufigem Übersetzungsverhältnis, eine elektrische Maschine und einen Verbrennungsmotor. Der Planetenradsatz weist ein Sonnenrad, einen Träger und ein Hohlrad auf. Ein Eingang des Getriebes mit mehrstufigem Übersetzungsverhältnis ist fest an das Hohlrad gekoppelt. Die elektrische Maschine ist fest an das Sonnenrad gekoppelt. Der Verbrennungsmotor ist über eine erste Kupplung selektiv an das Hohlrad gekoppelt und über eine zweite Kupplung selektiv an den Träger gekoppelt.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Antriebsstrangs eines Hybri del ektrofahrzeugs;
2 ist eine Querschnittsansicht eines Moduls, das eine elektrische Maschine und einen Planetenradsatz beinhaltet;
3 ist eine schematische Ansicht einer beispielhaften elektromagnetischen Einwegkupplung; und
4 ist eine Detailansicht der beispielhaften elektromagnetischen Einwegkupplung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hier beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Dementsprechend sind hier offenbarte konkrete strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die vielfältige Verwendung der Ausführungsformen zu lehren. Der Durchschnittsfachmann wird verstehen, dass verschiedene Merkmale, die in Bezug auf eine beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit veranschaulicht oder beschrieben sind. Die veranschaulichten Kombinationen von Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
Unter Bezugnahme auf 1 ist eine schematische Darstellung eines Hybridelektrofahrzeugs (hybrid electric vehicle - HEV) 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. 1 veranschaulicht repräsentative Beziehungen unter den Komponenten. Die physische Anordnung und Ausrichtung der Komponenten innerhalb des Fahrzeugs kann variieren. Das HEV 10 beinhaltet einen Antriebsstrang 12. Der Antriebsstrang 12 beinhaltet einen Verbrennungsmotor 14, der ein Getriebe 16 antreibt. Wie nachstehend näher beschrieben, beinhaltet das Getriebe 16 eine elektrische Maschine, wie etwa einen Elektromotor/Generator (M/G) 18, ein Schaltgetriebe 24 und einen Planetenradsatz 26.
Eine Zahnradanordnung, wie etwa das Schaltgetriebe 24 und/oder der Planetenradsatz 26, ist eine Ansammlung von sich drehenden Elementen und/oder Kupplungen, die dazu konfiguriert ist, für bestimmte Drehzahlbeziehungen unter Elementen zu sorgen. Für einige Drehzahlbeziehungen, die als feste Drehzahlbeziehungen bezeichnet werden, wird unabhängig vom Zustand etwaiger Kupplungen gesorgt. Eine Zahnradanordnung, die lediglich für feste Beziehungen sorgt, wird als feste Zahnradanordnung bezeichnet. Für andere Drehzahlbeziehungen wird lediglich dann gesorgt, wenn bestimmte Kupplungen vollständig eingekuppelt sind. Eine Zahnradanordnung, die selektiv für Drehzahlbeziehungen sorgt, wird als schaltbare Zahnradanordnung bezeichnet. Ein Getriebe mit getrennter Übersetzung weist eine schaltbare Zahnradanordnung auf, die selektiv für eine Vielfalt von Drehzahlverhältnissen zwischen einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle sorgt.
Eine Gruppe von Elementen ist fest aneinandergekoppelt, wenn sie so eingeschränkt sind, dass sie sich unter allen Betriebsbedingungen als eine Einheit drehen. Elemente können durch Keilverbindungen, Schweißen, Einpressen, Fertigung aus einem gemeinsamen Feststoff oder andere Mittel 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 Elemente durch eine Kupplung selektiv gekoppelt, wenn die Kupplung sie so einschränkt, dass sie sich stets als eine Einheit drehen, wenn die Kupplung vollständig eingekuppelt ist, und sie sich zumindest unter einigen anderen Betriebsbedingungen mit unterschiedlichen Drehzahlen drehen können. Kupplungen beinhalten aktiv gesteuerte Vorrichtungen, wie etwa hydraulisch oder elektrisch betätigte Kupplungen, und passive Vorrichtungen, wie etwa Einwegkupplungen. Eine Kupplung, die ein Element durch selektives Verbinden des Elements mit einer festen Komponente, wie etwa einem Getriebegehäuse, gegen Drehen sichert, kann als Bremse bezeichnet werden.
Der Planetenradsatz 26 kann ein Sonnenrad 25, einen Träger 27 und ein Hohlrad 29 beinhalten. Der Träger 27 kann durch ein oder mehrere Planetenräder (nicht gezeigt) fest an sowohl das Sonnenrad 25 als auch das Hohlrad 29 gekoppelt sein. Der Verbrennungsmotor 14 (oder genauer gesagt eine Kurbelwelle 28 des Verbrennungsmotors 14) kann durch eine erste auswählbare Einwegkupplung 31 selektiv an das Hohlrad 29 gekoppelt sein. Der Verbrennungsmotor 14 und das Hohlrad 29 können voneinander getrennt sein, wenn die erste auswählbare Einwegkupplung 31 ausgekuppelt ist. Der Verbrennungsmotor 14 und das Hohlrad 29 können miteinander verbunden sein, wenn die erste auswählbare Einwegkupplung 31 eingekuppelt ist. Wenn die erste auswählbare Einwegkupplung 31 eingekuppelt ist, kann der Verbrennungsmotor 14 den Planetenradsatz 26 (oder genauer gesagt das Hohlrad 29) in der Betriebsdrehrichtung des Verbrennungsmotors 14 (sei es im oder gegen den Uhrzeigersinn) antreiben und diesem Leistung zuführen.
Der Verbrennungsmotor 14 (oder genauer gesagt die Kurbelwelle 28) kann zudem durch eine zweite auswählbare Einwegkupplung 33 selektiv an den Träger 27 gekoppelt sein. Der Verbrennungsmotor 14 und der Träger 27 können voneinander getrennt sein, wenn die zweite auswählbare Einwegkupplung 33 ausgekuppelt ist. Der Verbrennungsmotor 14 und der Träger 27 können miteinander verbunden sein, wenn die zweite auswählbare Einwegkupplung 33 eingekuppelt ist. Wenn die zweite auswählbare Einwegkupplung 33 eingekuppelt ist, kann der Verbrennungsmotor 14 den Planetenradsatz 26 (oder genauer gesagt den Träger 27) in der Betriebsdrehrichtung des Verbrennungsmotors 14 antreiben und diesem Leistung zuführen.
Eine dritte Einwegkupplung 35, bei der es sich um eine nicht-auswählbare Einwegkupplung handeln kann, verhindert ein Drehen des Trägers in einer Richtung, die der Betriebsdrehrichtung des Verbrennungsmotors 14 entgegengesetzt oder deren Umkehrung ist. Eine vierte Einwegkupplung 37, bei der es sich um eine auswählbare Einwegkupplung handeln kann, kann den Verbrennungsmotor 14 (oder genauer gesagt die Kurbelwelle 28) und den Träger 27 in einer Richtung, die der Betriebsdrehrichtung des Verbrennungsmotor 14 entgegengesetzt ist, selektiv koppeln. Bei der zweiten auswählbaren Einwegkupplung 33 und der vierten auswählbaren Einwegkupplung 37 kann es sich um eine einzelne Kupplung handeln, die zwei Kipphebelsätze beinhaltet, die in entgegengesetzten Richtungen eingreifen. Ein Beispiel für eine auswählbare Einwegkupplung, die Kipphebel aufweist, die in einer einzelnen Richtung eingreifen, ist nachstehend in den 3 und 4 veranschaulicht. Eine modifizierte Kupplung, die einen ersten Satz von Kipphebeln, der Kerben in einer Richtung im Uhrzeigersinn in Eingriff nimmt, (in der Kupplung in den 3 und 4 gezeigt) und einen Satz von Kipphebeln, der Kerben in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn in Eingriff nimmt, (in der Kupplung in den 3 und 4 nicht gezeigt), könnte als die einzelne Kupplung genutzt werden, welche die zweite auswählbare Einwegkupplung 33 und die vierte auswählbare Einwegkupplung 37 integriert. Es versteht sich, dass eine Einkupplung der vierten Einwegkupplung 37 nicht dazu führt, dass sich der Träger 27 oder der Verbrennungsmotor 14 in der Richtung drehen, die der Betriebsdrehrichtung des Verbrennungsmotors 14 entgegengesetzt ist, sondern lediglich ermöglicht, dass Drehmoment oder Leistung vom Träger 27 zum Verbrennungsmotor 14 strömt, was unter bestimmten Bedingungen auftreten kann. Beispielsweise kann Drehmoment oder Leistung vom Träger 27 zum Verbrennungsmotor 14 strömen, wenn das HEV 10 während eines Loslassens des Gaspedals verlangsamt oder wenn Bremsen betätigt werden, um das HEV 10 zu verlangsamen.
Der Verbrennungsmotor 14 und der M/G 18 sind beide Antriebsquellen für das HEV 10. Der Verbrennungsmotor 14 stellt im Allgemeinen eine Leistungsquelle dar, die einen Verbrennungsmotor, wie etwa einen mit Benzin, Diesel oder Erdgas betriebenen Motor, oder eine Brennstoffzelle beinhalten kann. Der Verbrennungsmotor 14 erzeugt eine Verbrennungsmotorleistung und ein entsprechendes Verbrennungsmotordrehmoment, das an den Planetenradsatz 26 (oder genauer gesagt je nach Zustand der Einwegkupplungen 31, 33 entweder an das Hohlrad 29 oder an den Träger 27) abgegeben wird. Der M/G 18 kann durch eine beliebige einer Vielzahl von Arten elektrischer Maschinen umgesetzt sein. Beispielsweise kann es sich bei dem M/G 18 um einen Dauermagnet-Synchronmotor handeln. Eine Leistungselektronik konditioniert durch eine Traktionsbatterie 20 bereitgestellten Gleichstrom (direct current - DC) auf die Anforderungen des M/G 18, wie nachstehend beschrieben wird. Beispielsweise kann die Leistungselektronik dem M/G 18 einen Dreiphasenwechselstrom (alternating current - AC) bereitstellen. Der M/G 18 ist fest an das Sonnenrad 25 des Planetenradsatzes 26 gekoppelt. Insbesondere ist ein Rotor des M/G 18 fest an das Sonnenrad 25 gekoppelt.
Der M/G 18 kann als Elektromotor arbeiten und Leistung und ein entsprechendes Drehmoment erzeugen, das an den Planetenradsatz 26 (oder genauer gesagt an das Sonnenrad 25) abgegeben wird. Alternativ kann dem M/G 18 Leistung und ein entsprechendes Drehmoment von dem Planetenradsatz 26 zugeführt werden, sodass der M/G 18 als Generator zum Wiederaufladen der Batterie 20 arbeiten kann. Insbesondere kann Leistung vom Verbrennungsmotor 14 oder durch Nutzbremsung über den Planetenradsatz 26 auf den M/G 18 übertragen werden, sodass der M/G 18 als Generator zum Wiederaufladen der Batterie 20 arbeiten kann. Der M/G 18 (oder der Rotor des M/G 18) und das Sonnenrad 25 drehen sich in der Richtung, die der Betriebsdrehrichtung des Verbrennungsmotors 14 entgegengesetzt oder deren Umkehrung ist, wenn der M/G 18 dem Planetenradsatz 26 Leistung zuführt. Der M/G 18 und das Sonnenrad 25 drehen sich in der Betriebsrichtung des Verbrennungsmotors 14, wenn dem M/G 18 Leistung von dem Planetenradsatz 26 zugeführt wird.
Der M/G 18 kann zudem die Drehzahl des Hohlrads 29 in ähnlicher Weise wie ein stufenlos variables Getriebe regulieren, während der Verbrennungsmotor 14 dem Planetenradsatz 26 entweder durch den Träger 27 oder das Hohlrad 29 Leistung zuführt. Das Nutzen des M/G 18 zum Regulieren der Drehzahl des Hohlrads, während der Verbrennungsmotor 14 dem Planetenradsatz 26 Leistung zuführt, kann als Modus eines elektronisch gesteuerten stufenlos variablen Getriebes (electronically controlled continuously variable transmission - ECVT) bezeichnet werden.
Das Schaltgetriebe 24 kann lediglich fest aneinandergekoppelte Drehelemente (z. B. Wellen oder Zahnräder) beinhalten, die dazu konfiguriert sind, ein einzelnes Übersetzungsverhältnis zwischen einer Eingangswelle 32 und einer Ausgangswelle 36 des Schaltgetriebes 24 bereitzustellen. Alternativ kann es sich bei dem Schaltgetriebe 24 um ein Automatikgetriebe mit mehrstufigem Übersetzungsverhältnis handeln, das fest gekoppelte Drehelemente (z. B. Wellen oder Zahnräder) und selektiv gekoppelte Drehelemente (z. B. Kupplungen) beinhaltet, die dazu konfiguriert sind, mehrere Übersetzungsverhältnisse zwischen der Eingangswelle 32 und der Ausgangswelle 36 des Schaltgetriebes 24 bereitzustellen. Insbesondere kann das Schaltgetriebe 24 Zahnradsätze (nicht gezeigt) beinhalten, die durch selektives Einkuppeln von Reibungselementen, wie etwa Kupplungen und Bremsen (nicht gezeigt), selektiv in unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen platziert werden, um die gewünschten mehreren getrennten oder stufenartigen Antriebsverhältnisse herzustellen. Die Reibungselemente können über einen Schaltzeitplan gesteuert werden, der bestimmte Elemente der Zahnradsätze verbindet und trennt, um das Übersetzungsverhältnis zwischen der Getriebeausgangswelle 36 und der Getriebeeingangswelle 32 zu steuern. Das Schaltgetriebe 24 wird auf Grundlage verschiedener Fahrzeug- und Umgebungsbetriebsbedingungen durch eine zugehörige Steuerung, wie etwa eine Antriebsstrangsteuereinheit (powertrain control unit - PCU), automatisch aus einem Übersetzungsverhältnis in ein anderes geschaltet. Leistung und Drehmoment von sowohl dem Verbrennungsmotor 14 als auch dem M/G 18 können dem Schaltgetriebe 24 über den Planetenradsatz 26 (oder genauer gesagt das Hohlrad 29, das fest an die Eingangswelle 32 des Schaltgetriebes 24 gekoppelt ist) zugeführt und durch dieses aufgenommen werden. Das Schaltgetriebe 24 stellt dann der Ausgangswelle 36 und letztendlich den Antriebsrädern 42 des HEV 10 eine Antriebsstrangausgangsleistung und ein Antriebsstrangausgangsdrehmoment bereit.
Es versteht sich, dass das hydraulisch gesteuerte Schaltgetriebe 24 lediglich ein Beispiel für eine Schaltgetriebe- oder Getriebeanordnung ist; jedes beliebige Schaltgetriebe mit einem einzelnen oder mehreren Übersetzungsverhältnissen, das (ein) Eingangsdrehmoment(e) von einem Verbrennungsmotor und/oder einem Elektromotor annimmt und dann einer Ausgangswelle Drehmoment bereitstellt, ist für eine Verwendung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung annehmbar. Beispielsweise kann das Schaltgetriebe 24 durch ein automatisiertes mechanisches (oder manuelles) Getriebe (automated mechanical transmission - AMT) umgesetzt sein, das einen oder mehrere Servomotoren beinhaltet, um Schaltgabeln entlang einer Schaltstange zu verschieben/drehen, um ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis auszuwählen. Nach der allgemeinen Auffassung des Durchschnittsfachmanns kann ein AMT beispielsweise bei Anwendungen mit einem höheren Drehmomentbedarf verwendet werden.
Wie in der repräsentativen Ausführungsform aus 1 gezeigt, ist die Ausgangswelle 36 mit einem Differential 40 verbunden. Das Differential 40 ist seinerseits über entsprechende mit dem Differential 40 verbundene Achsen 44 mit den Antriebsrädern 42 verbunden. Das Differential überträgt ungefähr das gleiche Drehmoment auf jedes Rad 42, während es leichte Drehzahlunterschiede zulässt, wie etwa, wenn das Fahrzeug um eine Kurve fährt. Unterschiedliche Arten von Differentialen oder ähnlichen Vorrichtungen können verwendet werden, um das Drehmoment von dem Antriebsstrang auf ein oder mehrere Räder zu verteilen. Bei einigen Anwendungen kann die Drehmomentverteilung variieren, beispielsweise je nach konkretem Betriebsmodus oder konkreter Betriebsbedingung.
Das Schaltgetriebe 24 (oder genauer gesagt die Ausgangswelle 36) kann über das Differential 40 und die Achsen 44 fest an die Antriebsräder 42 gekoppelt sein. Alternativ kann das Schaltgetriebe 24 für den Fall, dass es eine irgendwo zwischen dem Schaltgetriebe 24 und den Antriebsrädern 42 angeordnete Kupplung gibt, über das Differential 40 und die Achsen 44 selektiv an die Antriebsräder 42 gekoppelt sein. Beispielsweise kann es sich bei dem Differential um ein schlupfbehaftetes Differential handeln, das eine oder mehrere Kupplungen beinhaltet. Das Hohlrad 29 kann über die Eingangswelle 32, das Schaltgetriebe 24, die Ausgangswelle 36, das Differential 40 und die Achsen 44 fest an die Antriebsräder 42 gekoppelt sein für den Fall, dass das Schaltgetriebe nur ein Übersetzungsverhältnis beinhaltet und es keine zwischen dem Hohlrad 29 und den Antriebsrädern 42 angeordnete Kupplungen gibt. Alternativ kann das Hohlrad 29 für den Fall, dass es eine irgendwo zwischen dem Hohlrad 29 und den Antriebsrädern 42 angeordnete Kupplung gibt, über die Eingangswelle 32, das Schaltgetriebe 24, die Ausgangswelle 36, das Differential 40 und die Achsen 44 selektiv an die Antriebsräder 42 gekoppelt sein. Beispielsweise kann es sich bei dem Schaltgetriebe 24 um ein Automatikgetriebe mit mehrstufigem Übersetzungsverhältnis handeln, das eine oder mehrere Kupplungen beinhaltet.
Der Antriebsstrang 12 beinhaltet außerdem eine zugehörige Steuerung 50, wie etwa eine Antriebsstrangsteuereinheit (PCU). Wenngleich sie als eine Steuerung veranschaulicht ist, kann die Steuerung 50 Teil eines größeren Steuersystems sein und durch verschiedene andere Steuerungen im gesamten Fahrzeug 10, wie etwa eine Fahrzeugsystemsteuerung (vehicle system controller - VSC), gesteuert werden. Daher versteht es sich, dass die Antriebsstrangsteuereinheit 50 und eine oder mehrere andere Steuerungen gemeinsam als eine „Steuerung“ bezeichnet werden können, die verschiedene Aktoren als Reaktion auf Signale von verschiedenen Sensoren steuert, um Funktionen wie etwa Anlassen/Abschalten des Verbrennungsmotors 14, Betreiben des M/G 18 zum Bereitstellen von Raddrehmoment oder zum Laden der Batterie 20, Auswählen oder Planen von Gangwechseln usw. zu steuern. Die Steuerung 50 kann einen Mikroprozessor oder einen Hauptprozessor (central processing unit - CPU) beinhalten, der mit verschiedenen Arten von computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien in Kommunikation steht. Computerlesbare Speichervorrichtungen oder -medien können flüchtigen und nichtflüchtigen Speicher, beispielsweise in Festwertspeicher (read-only memory - ROM), Direktzugriffsspeicher (random-access memory - RAM) und Keep-Alive-Speicher (keep-alive memory - KAM), beinhalten. Bei einem KAM handelt es sich um einen Dauer- oder nichtflüchtigen Speicher, der zum Speichern verschiedener Betriebsvariablen, während der CPU heruntergefahren ist, verwendet werden kann. Computerlesbare Speichervorrichtungen oder -medien können unter Verwendung einer beliebigen einer Reihe bekannter Speichervorrichtungen umgesetzt sein, wie etwa PROMs (programmierbarer Festwertspeicher), EPROMs (elektrischer PROMs), EEPROMs (elektrisch löschbarer PROMs), Flash-Speicher oder beliebiger anderer elektrischer, magnetischer, optischer oder kombinierter Speichervorrichtungen, die zum Speichern von Daten in der Lage sind, von denen einige ausführbare Anweisungen darstellen, die durch die Steuerung zum Steuern des Verbrennungsmotors oder des Fahrzeugs verwendet werden.
Die Steuerung kommuniziert mit verschiedenen Verbrennungsmotor-/Fahrzeugsensoren und - aktoren über eine Eingabe-/Ausgabe-(E/A-)Schnittstelle (einschließlich eines Eingangs- und eines Ausgangskanals), die als eine einzelne integrierte Schnittstelle umgesetzt sein kann, die verschiedene Rohdaten oder Signalkonditionierung, -verarbeitung und/oder -umwandlung, Kurzschlussschutz und dergleichen bereitstellt. Alternativ können ein oder mehrere dedizierte Hardware- oder Firmware-Chips verwendet werden, um bestimmte Signale zu konditionieren und zu verarbeiten, bevor diese dem CPU zugeführt werden. Wie allgemein in der repräsentativen Ausführungsform aus 1 veranschaulicht, kann die Steuerung 50 Signale an den und/oder von dem Verbrennungsmotor 14, an den und/oder von dem M/G 18, an die und/oder von der Batterie 20, an das und/oder von dem Schaltgetriebe 24, an die und/oder von der ersten auswählbaren Einwegkupplung 31, an die und/oder von der zweiten auswählbaren Einwegkupplung 33, an die und/oder von der vierten Einwegkupplung 37 und an die und/oder von der Leistungselektronik 56 kommunizieren. Wenngleich nicht ausdrücklich veranschaulicht, erkennt der Durchschnittsfachmann verschiedene Funktionen oder Komponenten, die jeweils innerhalb der vorstehend genannten Teilsysteme durch die Steuerung 50 gesteuert werden können. Repräsentative Beispiele für Parameter, Systeme und/oder Komponenten, die unter Verwendung von Steuerlogik und/oder Algorithmen, die durch die Steuerung ausgeführt werden, direkt oder indirekt betätigt werden können, beinhalten Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, -rate und -dauer, Drosselventilposition, Zündzeitpunkt der Zündkerze (bei fremdgezündeten Verbrennungsmotoren), Ansteuerung und Dauer für Einlass- und Auslassventil, Komponenten des Front-End-Nebenaggregatantriebs (front-end accessory drive - FEAD), wie etwa eine Lichtmaschine, Klimakompressor, Laden oder Entladen der Batterie (einschließlich Bestimmen der Ober- und Untergrenzen für Lade- und Entladeleistung), Nutzbremsung, M/G-Betrieb, Kupplungsdrücke für das Schaltgetriebe 24 und dergleichen. Sensoren, die Eingaben über die E/A-Schnittstelle kommunizieren, können verwendet werden, um beispielsweise Ladedruck eines Turboladers, Kurbelwellenposition (PIP), Verbrennungsmotordrehzahl (RPM), Raddrehzahlen (WS1, WS2), Fahrzeuggeschwindigkeit (VSS), Kühlmitteltemperatur (ECT), Ansaugkrümmerdruck (MAP), Gaspedalposition (PPS), Zündschalterposition (IGN), Drosselventilposition (TP), Lufttemperatur (TMP), Sauerstoffgehalt des Abgases (EGO) oder Konzentration oder Vorhandensein einer anderen Abgaskomponente, Ansaugluftstrom (MAF), Gang, Übersetzungsverhältnis oder Modus des Getriebes, Getriebeöltemperatur (TOT), Verlangsamungs- oder Gangwechselmodus (MDE), Batterietemperatur, -spannung, -strom oder -ladezustand (SOC) anzugeben.
Die Steuerlogik oder Funktionen, die durch die Steuerung 50 ausgeführt werden, können in einer oder mehreren Figuren durch Ablaufdiagramme oder ähnliche Diagramme dargestellt sein. Diese Figuren stellen repräsentative Steuerstrategien und/oder eine repräsentative Steuerlogik bereit, die unter Verwendung einer oder mehrerer Verarbeitungsstrategien, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multi-Tasking, Multi-Threading und dergleichen, umgesetzt werden können/kann. Demnach können verschiedene veranschaulichte Schritte oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Wenngleich dies nicht immer ausdrücklich veranschaulicht ist, wird der Durchschnittsfachmann erkennen, dass eine/r oder mehrere der veranschaulichten Schritte oder Funktionen je nach der konkreten verwendeten Verarbeitungsstrategie wiederholt durchgeführt werden können. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwingend erforderlich, um die hier beschriebenen Merkmale und Vorteile zu erzielen, sondern soll vielmehr die Veranschaulichung und Beschreibung erleichtern. Die Steuerlogik kann hauptsächlich in Software umgesetzt sein, die durch eine mikroprozessorbasierte Fahrzeug-, Verbrennungsmotor- und/oder Antriebsstrangsteuerung, wie etwa die Steuerung 50, ausgeführt wird. Selbstverständlich kann die Steuerlogik je nach der konkreten Anwendung als Software, Hardware oder eine Kombination aus Software und Hardware in einer oder mehreren Steuerungen umgesetzt sein. Bei einer Umsetzung in Software kann die Steuerlogik in einer/einem oder mehreren computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien bereitgestellt sein, auf denen Daten gespeichert sind, die Code oder Anweisungen wiedergeben, der/die durch einen Computer zum Steuern des Fahrzeugs oder seiner Teilsysteme ausgeführt wird/werden. Die computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien können eine oder mehrere einer Reihe bekannter physischer Vorrichtungen beinhalten, die elektrischen, magnetischen und/oder optischen Speicher nutzen, um ausführbare Anweisungen und zugehörige Kalibrierungsinformationen, Betriebsvariablen und dergleichen zu speichern.
Ein Gaspedal 52 wird durch den Fahrer des Fahrzeugs verwendet, um ein gefordertes Drehmoment, eine geforderte Leistung oder einen geforderten Antriebsbefehl zum Antreiben des Fahrzeugs bereitzustellen. Im Allgemeinen erzeugt das Durchdrücken und Freigeben des Gaspedals 52 ein Gaspedalpositionssignal, das durch die Steuerung 50 als Anforderung einer höheren Leistung bzw. niedrigeren Leistung ausgelegt werden kann. Ein Bremspedal 58 wird zudem durch den Fahrer des Fahrzeugs verwendet, um ein gefordertes Bremsmoment zum Verlangsamen des Fahrzeugs bereitzustellen. Im Allgemeinen erzeugt das Durchdrücken und Freigeben des Bremspedals 58 ein Bremspedalpositionssignal, das durch die Steuerung 50 als Anforderung des Verringerns der Fahrzeuggeschwindigkeit ausgelegt werden kann. Auf Grundlage von Eingaben von dem Gaspedal 52 und dem Bremspedal 58 weist die Steuerung 50 das Drehmoment zum Verbrennungsmotor 14, zum M/G 18 und zu Reibungsbremsen 60 an. Die Steuerung 50 steuert zudem den Zeitpunkt von Gangschaltungen innerhalb des Schaltgetriebes 24, wenn es sich bei dem Schaltgetriebe 24 um ein Automatikgetriebe mit mehrstufigem Übersetzungsverhältnis handelt.
Um das Fahrzeug mithilfe des Verbrennungsmotors 14 anzutreiben, ist entweder die erste auswählbare Einwegkupplung 31 oder die zweite auswählbare Einwegkupplung 33 eingekuppelt, um Leistung und Drehmoment vom Verbrennungsmotor 14 und über den Planetenradsatz 26 auf das Schaltgetriebe 24 zu übertragen. Der M/G 18 kann den Verbrennungsmotor 14 dadurch unterstützen, dass er dem Schaltgetriebe 24 über den Planetenradsatz 26 zusätzliche Leistung bereitstellt. Dieser Betriebsmodus kann als „Hybridmodus“ oder „elektrisch unterstützter Modus“ bezeichnet werden.
Um das Fahrzeug mithilfe des M/G 18 als einziger Leistungsquelle anzutreiben, sind die erste auswählbare Einwegkupplung 31 und die zweite auswählbare Einwegkupplung 33 ausgekuppelt, um den Verbrennungsmotor 14 von dem Planetenradsatz 26 und dem Rest des Antriebsstrangs 12 zu isolieren, während die dritte Einwegkupplung 35 den Träger 27 stationär sichert. Während dieses Zeitraums kann die Verbrennung in dem Verbrennungsmotor 14 deaktiviert oder anderweitig abgeschaltet sein, um Kraftstoff zu sparen. Die Traktionsbatterie 20 überträgt gespeicherte elektrische Energie über Kabel 54 an die Leistungselektronik 56, die beispielsweise einen Wechselrichter beinhalten kann. Die Leistungselektronik 56 wandelt Gleichspannung von der Batterie 20 in Wechselspannung zur Verwendung durch den M/G 18 um. Die Steuerung 50 weist die Leistungselektronik 56 an, die Spannung von der Batterie 20 in eine Wechselspannung umzuwandeln, die dem M/G 18 bereitgestellt wird, um dem Sonnenrad 25 des Planetenradsatzes 26 ein positives oder negatives Drehmoment bereitzustellen. Dieser Betriebsmodus kann als „rein elektrischer“ oder „EV“-Betriebsmodus bezeichnet werden.
In jedem beliebigen Betriebsmodus kann der M/G 18 als Elektromotor fungieren und eine Antriebskraft für den Antriebsstrang 12 bereitstellen. Alternativ kann der M/G 18 als Generator fungieren und kinetische Energie vom Antriebsstrang 12 in elektrische Energie zum Speichern in der Batterie 20 umwandeln. Der M/G 18 kann beispielsweise als Generator fungieren, während der Verbrennungsmotor 14 Antriebsleistung für das Fahrzeug 10 bereitstellt. Der M/G 18 kann zusätzlich während Nutzbremsungszeiträumen als Generator fungieren, bei denen Drehmoment und Dreh- (oder Bewegungs-)energie oder -leistung von sich drehenden Rädern 42 zurück durch das Schaltgetriebe 24, den Planetenradsatz 26 übertragen wird und in elektrische Energie zum Speichern in der Batterie 20 umgewandelt wird.
Als Reaktion auf eine Bedingung oder einen Befehl an das HEV 10, in einem bestimmten Betriebsmodus zu arbeiten, kann die Steuerung 50 dazu programmiert sein, den Verbrennungsmotor 14 und/oder den M/G 18 auf Grundlage des konkreten Betriebsmodus zu betreiben. Zudem kann die Steuerung 50 als Reaktion auf eine Bedingung oder einen Befehl an das HEV 10, in einem bestimmten Betriebsmodus zu arbeiten, dazu programmiert sein, die erste auswählbare Einwegkupplung 31, die zweite auswählbare Einwegkupplung 33 und/oder die vierte Einwegkupplung 37 ein- oder auszukuppeln.
In einem rein elektrischen Antriebsmodus, bei dem der M/G 18 angewiesen wird, so zu arbeiten, dass er nur dem Planetenradsatz 26 Leistung und/oder Drehmoment zuführt, ist die Steuerung 50 dazu programmiert, die erste auswählbare Einwegkupplung 31 auszukuppeln, die zweite auswählbare Einwegkupplung 33 auszukuppeln und den Träger 27 gegen Drehen zu sichern (was mithilfe der dritten Einwegkupplung 35 erreicht werden kann). Insbesondere wird im rein elektrischen Antriebsmodus die Leistung und/oder das Drehmoment des M/G 18 auf das Hohlrad 29 des Planetenradsatzes 26 übertragen, indem der M/G 18 das Sonnenrad 25 dreht. Das Hohlrad 29 überträgt dann die Leistung und/oder das Drehmoment des M/G 18 auf den Rest des Antriebsstrangs 12.
In einem Modus, bei dem der Verbrennungsmotor 14 angewiesen wird, den M/G 18 mit Leistung zu versorgen (d. h. dem M/G 18 Leistung zuzuführen, sodass der M/G 18 als Generator arbeitet), um die Batterie 20 zu laden, während das HEV 10 angehalten ist, ist die Steuerung 50 dazu programmiert, die erste auswählbare Einwegkupplung 31 auszukuppeln, die zweite auswählbare Einwegkupplung 33 einzukuppeln und das Hohlrad 29 abzubremsen, um eine Drehung des Hohlrads 29 zu verhindern. Insbesondere kann bei einem Übergang in den Lademodus, während das HEV 10 angehalten ist, die Betriebsabfolge ein Anschalten des Verbrennungsmotors 14, ein Erhöhen der Drehzahl des M/G 18 bis zu einer Drehzahl, welche die Drehzahl der Kurbelwelle 28 übersteigt, ein Ausfahren der zweiten auswählbaren Einwegkupplung 33 und ein Verlangsamen der Drehzahl des M/G 18, sodass die zweite auswählbare Einwegkupplung 33 eingekuppelt wird, beinhalten. Eine auswählbare Einwegkupplung kann ohne Einkupplung ausgefahren werden unter Bedingungen wie etwa, wenn sich die Kupplung in einem Schubzustand befindet. Beispielsweise kann eine Einwegkupplung Kipphebel beinhalten, die an einer ersten Seite der Kupplung angeordnet sind und Kerben an einer gegenüberliegenden Seite der Kupplung in Eingriff nehmen, wenn die Kipphebel ausgefahren werden (siehe nachstehende 3 und 4). Für den Fall, dass sich die gegenüberliegende Seite der Kupplung schneller als die erste Seite der Kupplung dreht, können die Kipphebel ausgefahren werden, werden aber nicht in Eingriff gebracht. Sobald die zweite auswählbare Einwegkupplung 33 eingekuppelt wird, werden die Drehzahl der Kurbelwelle 28 und ein Rotor des M/G 18 synchronisiert und der Verbrennungsmotor 14 kann dann betrieben werden, um den Rotor des M/G 18 zu drehen, um Elektrizität zum Laden der Batterie 20 zu erzeugen. Das Hohlrad 29 und der Rest des Antriebsstrangs 12 von den Antriebsrädern 42 bis zum Hohlrad 29 können während des Lademodus durch einen Bremsmechanismus, wie etwa die an den Antriebsrädern 42 positionierten Reibungsbremsen 60, stationär gesichert werden. Ein alternativer Modus, bei dem der Verbrennungsmotor 14 angewiesen wird, den M/G 18 mit Leistung zu versorgen, kann ein Programmieren der Steuerung 50 zum Einkuppeln der ersten auswählbaren Einwegkupplung 31 und zum Auskuppeln der zweiten auswählbaren Einwegkupplung 33 beinhalten.
In einem ersten Hybridmodus, bei dem sowohl der Verbrennungsmotor 14 als auch der M/G 18 angewiesen werden, dem Planetenradsatz 26 Leistung zuzuführen, ist die Steuerung 50 dazu programmiert, die erste auswählbare Einwegkupplung 31 einzukuppeln, die zweite auswählbare Einwegkupplung 33 auszukuppeln und den Träger 27 abzubremsen, um den Träger 27 gegen Drehen zu sichern (was mithilfe der dritten Einwegkupplung 35 erreicht werden kann). Bei dem ersten Hybridmodus kann es sich auch um einen ECVT-Modus handeln, bei dem der M/G 18 die Drehzahl des Hohlrads reguliert, während der Verbrennungsmotor 14 dem Planetenradsatz 26 ebenfalls Leistung zuführt. Insbesondere kann beim Übergang in den ersten Hybridmodus die Betriebsabfolge ein Anschalten des Verbrennungsmotors 14 und ein Ausfahren der ersten auswählbaren Einwegkupplung 31 beinhalten. Sobald die Drehzahl des Verbrennungsmotors 14 die Drehzahl des Hohlrads 29 erreicht, wird die erste auswählbare Einwegkupplung 31 eingekuppelt und der Verbrennungsmotor 14 stellt dann dem Hohlrad 29 direkt Leistung und Drehmoment bereit. Die Leistung und das Drehmoment des M/G 18 wird im ersten Hybridmodus auf das Hohlrad 29 des Planetenradsatzes 26 übertragen, indem der M/G 18 das Sonnenrad 25 dreht. Das Hohlrad 29 überträgt dann die Leistung und/oder das Drehmoment des Verbrennungsmotors 14 und des M/G 18 auf den Rest des Antriebsstrangs 12. Der erste Hybridantriebsmodus kann während eines Motorstarts, währen das Fahrzeug in Bewegung ist, während eines Zustands einer weit offenen Drossel (wide open throttle - WOT), bei dem maximales Drehmoment zum Hohlrad 29 angewiesen wird, oder während einer beliebigen anderen geeigneten Bedingung genutzt werden.
In einem zweiten Hybridmodus, bei dem sowohl der Verbrennungsmotor 14 als auch der M/G 18 angewiesen werden, dem Planetenradsatz 26 Leistung zuzuführen, ist die Steuerung 50 dazu programmiert, die erste auswählbare Einwegkupplung 31 auszukuppeln und die zweite auswählbare Einwegkupplung 33 einzukuppeln. Bei dem zweiten Hybridmodus kann es sich auch um einen ECVT-Modus handeln, bei dem der M/G 18 die Drehzahl des Hohlrads reguliert, während der Verbrennungsmotor 14 dem Planetenradsatz 26 ebenfalls Leistung zuführt. Insbesondere kann beim Übergang in den zweiten Hybridmodus die Betriebsabfolge ein Anschalten des Verbrennungsmotors 14 und ein Ausfahren der zweiten auswählbaren Einwegkupplung 33 beinhalten. Sobald die Drehzahl des Verbrennungsmotors 14 die Drehzahl des Trägers 27 erreicht, wird die zweite auswählbare Einwegkupplung 33 eingekuppelt und der Verbrennungsmotor 14 stellt dann dem Träger 27 direkt Leistung und Drehmoment bereit. Alternativ kann das HEV 10 aus einem Lademodus (bei dem der Verbrennungsmotor 14 bereits in Betrieb ist und die zweite auswählbare Einwegkupplung 33 bereits eingekuppelt ist) in den zweiten Hybridmodus übergehen, indem der M/G 18 aus dem Betrieb als Generator (bei dem sich der Rotor des M/G 18 und das Sonnenrad 25 in der gleichen Richtung wie der Betriebsrichtung des Verbrennungsmotors 14 drehen) zu einem Betrieb als Elektromotor übergeht (bei dem sich der Rotor des M/G 18 und das Sonnenrad 25 in einer Richtung drehen, die der Betriebsdrehrichtung des Verbrennungsmotors 14 entgegengesetzt ist).
In einem reinen Verbrennungsmotorantriebsmodus (oder direktem Antriebsmodus), bei dem der Verbrennungsmotor 14 angewiesen wird, so zu arbeiten, dass er nur dem Planetenradsatz 26 Leistung und Drehmoment zuführt, ist die Steuerung 50 dazu programmiert, die erste auswählbare Einwegkupplung 31 einzukuppeln und die zweite auswählbare Einwegkupplung 33 auszukuppeln. Insbesondere kann beim Übergang in den reinen Verbrennungsmotorantriebsmodus die Betriebsabfolge ein Anschalten des Verbrennungsmotors 14 und ein Ausfahren der ersten auswählbaren Einwegkupplung 31 beinhalten. Sobald die Drehzahl des Verbrennungsmotors 14 die Drehzahl des Hohlrads 29 erreicht, wird die erste auswählbare Einwegkupplung 31 eingekuppelt und der Verbrennungsmotor 14 stellt dann dem Hohlrad 29 direkt Leistung und Drehmoment bereit. Der M/G 18 kann während des reinen Verbrennungsmotorantriebsmodus angewiesen werden, sich abzuschalten (d. h. er arbeitet weder als Generator noch als Elektromotor).
Die Steuerung 50 kann dazu programmiert sein, eine Reihe von Schritten umzusetzen, wenn das HEV 10 aus dem reinen Verbrennungsmotorantriebsmodus in den zweiten Hybridmodus übergeht. Zunächst wird der M/G 18 angewiesen, das Sonnenrad 25 in der gleichen Richtung wie der Drehung des Hohlrads 29 zu drehen (welche zudem der Betriebsrichtung des Verbrennungsmotors 14 entspricht), bis die Drehzahl des Trägers 27 (der sich ebenfalls in der Betriebsrichtung des Verbrennungsmotors 14 dreht) die Drehzahl des Verbrennungsmotors 14 (d. h. die Drehzahl der Kurbelwelle 28) übersteigt. Sobald die Drehzahl des Trägers 27 die Drehzahl des Verbrennungsmotors 14 übersteigt, wird die zweite auswählbare Einwegkupplung 33 ausgefahren. Sobald die zweite auswählbare Einwegkupplung 33 ausgefahren ist, wird die Drehzahl des M/G 18 reduziert, um die Drehzahl des Trägers 27 so zu verringern, dass die zweite auswählbare Einwegkupplung 33 eingekuppelt wird, und um Verbrennungsmotordrehmoment vom Hohlrad 29 auf den Träger 27 zu übertragen. Sobald das Verbrennungsmotordrehmoment vom Hohlrad 29 auf den Träger 27 übertragen ist, kann die erste auswählbare Einwegkupplung 31 zurückgezogen werden. Die erste auswählbare Einwegkupplung 31 kann in einen Schubzustand wechseln, bevor sie zurückgezogen wird.
Die Steuerung 50 kann dazu programmiert sein, eine andere Reihe von Schritten umzusetzen, wenn das HEV 10 aus dem zweiten Hybridmodus in den reinen Verbrennungsmotorantriebsmodus übergeht. Zunächst wird der M/G 18 angewiesen, das Sonnenrad 25 in der der Drehung des Hohlrads 29 entgegengesetzten Richtung zu drehen (welche der Betriebsdrehrichtung des Verbrennungsmotors 14 entgegengesetzt ist), bis die Drehzahl des Trägers 27 (die der Betriebsrichtung des Verbrennungsmotors 14 entspricht) unter die Drehzahl des Verbrennungsmotors 14 (d. h. die Drehzahl der Kurbelwelle 28) abfällt und bis die Drehzahl des Hohlrads 29 (die ebenfalls der Betriebsrichtung des Verbrennungsmotors 14 entspricht) die Drehzahl des Verbrennungsmotors 14 übersteigt. Sobald die Drehzahl des Hohlrads 29 die Drehzahl des Verbrennungsmotors 14 übersteigt, wird die erste auswählbare Einwegkupplung 31 ausgefahren. Sobald die erste auswählbare Einwegkupplung 31 ausgefahren ist, wird die Drehzahl des M/G 18 reduziert, um die Drehzahl des Hohlrads 29 so zu verringern, dass die erste auswählbare Einwegkupplung 31 eingekuppelt wird und das Verbrennungsmotordrehmoment vom Träger 27 auf das Hohlrad 29 übertragen wird. Sobald das Verbrennungsmotordrehmoment vom Träger 27 auf das Hohlrad 29 übertragen ist, kann die zweite auswählbare Einwegkupplung 33 zurückgezogen werden. Die zweite auswählbare Einwegkupplung 33 kann in einen Schubzustand wechseln, bevor sie zurückgezogen wird.
Es versteht sich, dass das in 1 veranschaulichte Schema lediglich beispielhaft ist und nicht der Einschränkung dienen soll. Andere Konfigurationen werden in Betracht gezogen, die selektives Einkuppeln sowohl eines Verbrennungsmotors als auch eines Elektromotors für die Übertragung durch das Getriebe nutzen. Beispielsweise kann ein zusätzlicher Elektromotor zum Anlassen des Verbrennungsmotors 14 bereitgestellt sein. Andere Konfigurationen werden in Betracht gezogen, ohne dabei vom Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Unter Bezugnahme auf 2 ist eine Querschnittsansicht eines Moduls 62, das den M/G 18 und den Planetenradsatz 26, einschließlich des Sonnenrads 25, des Trägers 27 und des Hohlrads 29, beinhaltet, veranschaulicht. Planetenräder 64 sind drehbar am Träger 27 befestigt. Die Planetenräder 64 koppeln den Träger 27 fest an das Sonnenrad 25 und das Hohlrad 29. Das Modul 62 kann eine modulare Komponente sein, die zwischen dem Verbrennungsmotor 14 und dem Schaltgetriebe 24 angeordnet ist, das ein Außengehäuse 66 beinhaltet. Alternativ kann das Gehäuse 66 ein Abschnitt des Gehäuses sein, das die verschiedenen Komponenten (d. h. Zahnräder, Wellen, Kupplungen usw.) innerhalb des Schaltgetriebes 24 enthält. Beispielsweise kann das Gehäuse 66 der Abschnitt des Schaltgetriebegehäuses sein, der üblicherweise einen Drehmomentwandler enthält (d. h. das Glockengehäuse). Der M/G 18 beinhaltet einen Stator 68, der am Gehäuse 66 fixiert ist, und einen Rotor 70, der am Sonnenrad 25 fixiert ist. Komponenten der ersten auswählbaren Einwegkupplung 31 sind in die Kurbelwelle 28 (oder eine zwischenliegende Komponente, die an der Kurbelwelle 28 fixiert ist) und das Hohlrad 29 (oder eine zwischenliegende Komponente, die am Hohlrad 29 fixiert ist) integriert. Komponenten der zweiten auswählbaren Einwegkupplung 33 und der vierten Einwegkupplung 37 sind in die Kurbelwelle 28 (oder eine zwischenliegende Komponente, die an der Kurbelwelle 28 fixiert ist) und den Träger 27 (oder eine zwischenliegende Komponente, die am Träger 27 fixiert ist) integriert. Komponenten der dritten Einwegkupplung 35 sind so in den Träger 27 und das Gehäuse 66 integriert, dass der Träger 27 in der Lage ist, sich in der Betriebsdrehrichtung des Verbrennungsmotors 14 zu drehen, und gegen Drehen in der Richtung, die der Betriebsdrehrichtung des Verbrennungsmotors 14 entgegengesetzt ist, gesichert ist.
Nun unter Bezugnahme auf die 3 und 4 ist eine Kipphebel-Einwegkupplung 72 (bei der es sich um eine elektromagnetische Kupplung handeln kann), wie sie in Verbindung mit der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann, schematisch veranschaulicht. Insbesondere kann eine Kupplung ähnlich der Kipphebel-Einwegkupplung 72 als die erste auswählbare Einwegkupplung 31, die zweite auswählbare Einwegkupplung 33 und/oder die vierte Einwegkupplung 37 verwendet werden. Die Einwegkupplung 72 beinhaltet eine Kipphebelscheibe 74, die Taschen 76 aufweist, wobei jede Tasche 76 einen entsprechenden Kipphebel 78 enthält, der schwenkbar innerhalb der jeweiligen Tasche 76 angebracht ist. Die Kupplung 72 beinhaltet zudem eine Nockenscheibe 80, die eine Vielzahl von Kerben 82 aufweist, die Zähne definiert. Wenn die Kipphebel 78 relativ zu den Taschen 76 geschwenkt werden, können die Zähne sich nach innen erstreckende Abschnitte der Kipphebel 78 einfangen. Die Kipphebel 78 sind durch eine Feder 84 so vorgespannt, dass sie in den Taschen bleiben, ohne daraus hervorzuragen. In dieser Konfiguration besteht kein Eingriff zwischen den Kipphebeln 78 und den Kerben 82 und es wird daher kein Drehmoment zwischen der Kipphebelscheibe 74 und der Nockenscheibe 80 übertragen. 3 veranschaulicht die Kupplung 72 in dieser ausgekuppelten Position.
Die Nockenscheibe 80 enthält eine Spule (nicht veranschaulicht), die selektiv elektrifiziert werden kann, um eine Magnetkraft zu erzeugen und die Kupplung 72 einzukuppeln. Als Reaktion auf die Magnetkraft schwenken die Kipphebel 78 gegen die Vorspannkraft der Feder 84 aus den Taschen 76 nach außen (d. h. sie werden ausgefahren), sodass ein Abschnitt der Kipphebel 78 über eine radial innere Fläche der Kipphebelscheibe 74 herausragt. Der hervorragende Abschnitt der Kipphebel 78 kann die Kerben 82 in Eingriff nehmen und Drehmoment in einer Drehrichtung zwischen der Kipphebelscheibe 74 und der Nockenscheibe 80 übertragen. 4 veranschaulicht die Kupplung 72 in dieser eingekuppelten Position. Wenngleich die Kipphebelscheibe 74 als der äußere Laufring der Kupplung 72 veranschaulicht ist und die Nockenscheibe 80 als der innere Laufring der Kupplung 72 veranschaulicht ist, versteht es sich, dass die Kupplung 72 andere Konfigurationen beinhalten kann, wie etwa eine Konfiguration, bei der die Nockenscheibe 80 der äußere Laufring ist und die Kipphebelscheibe 74 der innere Laufring ist.
Bei den in der Beschreibung verwendeten Ausdrücken handelt es sich um beschreibende und nicht um einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie vorstehend beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen zu bilden, die möglicherweise nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften als vorteilhaft oder bevorzugt beschrieben sein können, erkennt ein Durchschnittsfachmann, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften weggelassen werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erzielen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängen. Demnach liegen Ausführungsformen, die in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik beschrieben sind, nicht außerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das Folgendes aufweist: einen Planetenradsatz, der ein Sonnenrad, einen Träger und ein Hohlrad aufweist; ein Schaltgetriebe, das dazu konfiguriert ist, Leistung vom Hohlrad auf die Fahrzeugräder zu übertragen; eine elektrische Maschine, die fest an das Sonnenrad gekoppelt ist; und einen Verbrennungsmotor, der über eine erste auswählbare Einwegkupplung selektiv an das Hohlrad gekoppelt ist und über eine zweite auswählbare Einwegkupplung selektiv an den Träger gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung außerdem durch eine Steuerung gekennzeichnet, die dazu programmiert ist, als Reaktion auf einen Befehl zum Betreiben der elektrischen Maschine derart, dass sie nur dem Hohlrad Leistung zuführt, die erste auswählbare Einwegkupplung auszukuppeln, die zweite auswählbare Einwegkupplung auszukuppeln und den Träger gegen Drehen zu sichern.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung außerdem durch eine Traktionsbatterie und eine Steuerung gekennzeichnet, wobei die Steuerung dazu programmiert ist, als Reaktion auf einen Befehl zum Betreiben des Verbrennungsmotors derart, dass er die elektrische Maschine mit Leistung versorgt, um die Traktionsbatterie zu laden, während das Fahrzeug angehalten ist, die erste auswählbare Einwegkupplung auszukuppeln, die zweite auswählbare Einwegkupplung einzukuppeln und das Hohlrad abzubremsen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung außerdem durch eine Steuerung gekennzeichnet, die dazu programmiert ist, als Reaktion auf einen Befehl zum Betreiben des Verbrennungsmotors und der elektrischen Maschine in einem ersten Hybridmodus die erste auswählbare Einwegkupplung einzukuppeln, die zweite auswählbare Einwegkupplung auszukuppeln und den Träger gegen Drehen zu sichern.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung außerdem dazu programmiert, als Reaktion auf einen Befehl zum Betreiben des Verbrennungsmotors und der elektrischen Maschine in einem zweiten Hybridmodus, die erste auswählbare Einwegkupplung auszukuppeln und die zweite auswählbare Einwegkupplung einzukuppeln.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung außerdem durch eine Steuerung gekennzeichnet, die dazu programmiert ist, als Reaktion auf einen Befehl zum Betreiben nur des Verbrennungsmotors derart, dass er dem Hohlrad Leistung zuführt, die erste auswählbare Einwegkupplung einzukuppeln.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung außerdem durch eine Traktionsbatterie und eine Steuerung gekennzeichnet, wobei die Steuerung dazu programmiert ist, als Reaktion auf einen Befehl zum Betreiben des Verbrennungsmotors derart, dass er dem Hohlrad Leistung zuführt und die elektrische Maschine mit Leistung versorgt, um die Traktionsbatterie zu laden, eine der ersten und der zweiten auswählbaren Einwegkupplung einzukuppeln und die andere der ersten und der zweiten auswählbaren Einwegkupplung auszukuppeln.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das Folgendes aufweist: einen Planetenradsatz, der ein Sonnenrad, einen Träger und ein Hohlrad aufweist; eine elektrische Maschine, die einen Rotor aufweist, der fest an das Sonnenrad gekoppelt ist; einen Verbrennungsmotor, der über eine erste auswählbare Einwegkupplung selektiv an das Hohlrad gekoppelt ist und über eine zweite auswählbare Einwegkupplung selektiv an den Träger gekoppelt ist; und mindestens ein Antriebsrad, das an das Hohlrad gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist das mindestens eine Antriebsrad über ein Getriebe mit mehrstufigem Übersetzungsverhältnis an das Hohlrad gekoppelt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung außerdem durch eine dritte Einwegkupplung gekennzeichnet, die dazu konfiguriert ist, den Träger gegen Drehen in einer Umkehrrichtung zu sichern.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung außerdem durch eine Traktionsbatterie und eine Steuerung gekennzeichnet, wobei die Steuerung dazu programmiert ist, als Reaktion auf einen Befehl zum Betreiben des Verbrennungsmotors derart, dass er die elektrische Maschine mit Leistung versorgt, um die Traktionsbatterie zu laden, während das Fahrzeug angehalten ist, die erste auswählbare Einwegkupplung auszukuppeln, die zweite auswählbare Einwegkupplung einzukuppeln und das Hohlrad abzubremsen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung außerdem durch eine Steuerung gekennzeichnet, die dazu programmiert ist, als Reaktion auf einen Befehl zum Betreiben der elektrischen Maschine derart, dass sie nur dem Hohlrad Leistung zuführt, die erste auswählbare Einwegkupplung auszukuppeln, die zweite auswählbare Einwegkupplung auszukuppeln und den Träger gegen Drehen zu sichern.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung außerdem durch eine Steuerung gekennzeichnet, die dazu programmiert ist, als Reaktion auf einen Befehl zum Betreiben des Verbrennungsmotors und der elektrischen Maschine in einem ersten Hybridmodus die erste auswählbare Einwegkupplung auszukuppeln und die zweite auswählbare Einwegkupplung einzukuppeln.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung außerdem dazu programmiert, als Reaktion auf einen Befehl zum Betreiben des Verbrennungsmotors und der elektrischen Maschine in einem zweiten Hybridmodus die erste auswählbare Einwegkupplung einzukuppeln, die zweite auswählbare Einwegkupplung auszukuppeln und den Träger gegen Drehen zu sichern.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung außerdem durch eine Steuerung gekennzeichnet, die dazu programmiert ist, als Reaktion auf einen Befehl zum Betreiben nur des Verbrennungsmotor derart, dass er dem Hohlrad Leistung zuführt, die erste auswählbare Einwegkupplung einzukuppeln.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung außerdem durch eine Traktionsbatterie und eine Steuerung gekennzeichnet, wobei die Steuerung dazu programmiert ist, als Reaktion auf einen Befehl zum Betreiben des Verbrennungsmotors derart, dass er dem Hohlrad Leistung zuführt und die elektrische Maschine mit Leistung versorgt, um die Traktionsbatterie zu laden, eine der ersten und der zweiten auswählbaren Einwegkupplung einzukuppeln und die andere der ersten und der zweiten auswählbaren Einwegkupplung auszukuppeln.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das Folgendes aufweist: einen Planetenradsatz, der ein Sonnenrad, einen Träger und ein Hohlrad aufweist; einen Eingang eines Getriebes mit mehrstufigem Übersetzungsverhältnis, der fest an das Hohlrad gekoppelt ist; eine elektrische Maschine, die fest an das Sonnenrad gekoppelt ist; und einen Verbrennungsmotor, der über eine erste Kupplung selektiv an das Hohlrad gekoppelt ist und über eine zweite Kupplung selektiv an den Träger gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei der ersten und der zweiten Kupplung um auswählbare Einwegkupplungen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung außerdem durch mindestens ein Antriebsrad gekennzeichnet, wobei ein Ausgang des Getriebes mit mehrstufigem Übersetzungsverhältnis an das mindestens eine Antriebsrad gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung außerdem durch eine dritte Einwegkupplung gekennzeichnet, die dazu konfiguriert ist, den Träger gegen Drehen in einer Umkehrrichtung zu sichern.

Claims

Fahrzeug, umfassend: einen Planetenradsatz, der ein Sonnenrad, einen Träger und ein Hohlrad aufweist; ein Schaltgetriebe, das dazu konfiguriert ist, Leistung vom Hohlrad auf die Fahrzeugräder zu übertragen; eine elektrische Maschine, die fest an das Sonnenrad gekoppelt ist; und einen Verbrennungsmotor, der über eine erste auswählbare Einwegkupplung selektiv an das Hohlrad gekoppelt ist und über eine zweite auswählbare Einwegkupplung selektiv an den Träger gekoppelt ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Steuerung, die dazu programmiert ist, als Reaktion auf einen Befehl zum Betreiben der elektrischen Maschine derart, dass sie nur dem Hohlrad Leistung zuführt, die erste auswählbare Einwegkupplung auszukuppeln, die zweite auswählbare Einwegkupplung auszukuppeln und den Träger gegen Drehen zu sichern.
Fahrzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Traktionsbatterie und eine Steuerung, wobei die Steuerung dazu programmiert ist, als Reaktion auf einen Befehl zum Betreiben des Verbrennungsmotors derart, dass er die elektrische Maschine mit Leistung versorgt, um die Traktionsbatterie zu laden, während das Fahrzeug angehalten ist, die erste auswählbare Einwegkupplung auszukuppeln, die zweite auswählbare Einwegkupplung einzukuppeln und das Hohlrad abzubremsen.
Fahrzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Steuerung, die dazu programmiert ist, als Reaktion auf einen Befehl zum Betreiben des Verbrennungsmotors und der elektrischen Maschine in einem ersten Hybridmodus die erste auswählbare Einwegkupplung einzukuppeln, die zweite auswählbare Einwegkupplung auszukuppeln und den Träger gegen Drehen zu sichern.
Fahrzeug nach Anspruch 4, wobei die Steuerung außerdem dazu programmiert ist, als Reaktion auf einen Befehl zum Betreiben des Verbrennungsmotors und der elektrischen Maschine in einem zweiten Hybridmodus die erste auswählbare Einwegkupplung auszukuppeln und die zweite auswählbare Einwegkupplung einzukuppeln.
Fahrzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Steuerung, die dazu programmiert ist, als Reaktion auf einen Befehl zum Betreiben nur des Verbrennungsmotor, um dem Hohlrad Leistung zuzuführen, die erste auswählbare Einwegkupplung einzukuppeln.
Fahrzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Traktionsbatterie und eine Steuerung, wobei die Steuerung dazu programmiert ist, als Reaktion auf einen Befehl zum Betreiben des Verbrennungsmotors derart, dass er dem Hohlrad Leistung zuführt und die elektrische Maschine mit Leistung versorgt, um die Traktionsbatterie zu laden, eine der ersten und der zweiten auswählbaren Einwegkupplung einzukuppeln und die andere der ersten und der zweiten auswählbaren Einwegkupplung auszukuppeln.
Fahrzeug, umfassend: einen Planetenradsatz, der ein Sonnenrad, einen Träger und ein Hohlrad aufweist; eine elektrische Maschine, die einen Rotor aufweist, der fest an das Sonnenrad gekoppelt ist; einen Verbrennungsmotor, der über eine erste auswählbare Einwegkupplung selektiv an das Hohlrad gekoppelt ist und über eine zweite auswählbare Einwegkupplung selektiv an den Träger gekoppelt ist; und mindestens ein Antriebsrad, das an das Hohlrad gekoppelt ist.
Fahrzeug nach Anspruch 8, ferner umfassend eine dritte Einwegkupplung, die dazu konfiguriert ist, den Träger gegen Drehen in einer Umkehrrichtung zu sichern.
Fahrzeug nach Anspruch 8, ferner umfassend eine Traktionsbatterie und eine Steuerung, wobei die Steuerung dazu programmiert ist, als Reaktion auf einen Befehl zum Betreiben des Verbrennungsmotors derart, dass er die elektrische Maschine mit Leistung versorgt, um die Traktionsbatterie zu laden, während das Fahrzeug angehalten ist, die erste auswählbare Einwegkupplung auszukuppeln, die zweite auswählbare Einwegkupplung einzukuppeln und das Hohlrad abzubremsen.
Fahrzeug nach Anspruch 8, ferner umfassend eine Steuerung, die dazu programmiert ist, als Reaktion auf einen Befehl zum Betreiben der elektrischen Maschine derart, dass sie nur dem Hohlrad Leistung zuführt, die erste auswählbare Einwegkupplung auszukuppeln, die zweite auswählbare Einwegkupplung auszukuppeln und den Träger gegen Drehen zu sichern.
Fahrzeug nach Anspruch 8, ferner umfassend eine Steuerung, die dazu programmiert ist, als Reaktion auf einen Befehl zum Betreiben des Verbrennungsmotors und der elektrischen Maschine in einem ersten Hybridmodus die erste auswählbare Einwegkupplung auszukuppeln und die zweite auswählbare Einwegkupplung einzukuppeln.
Fahrzeug nach Anspruch 12, wobei die Steuerung außerdem dazu programmiert ist, als Reaktion auf einen Befehl zum Betreiben des Verbrennungsmotors und der elektrischen Maschine in einem zweiten Hybridmodus die erste auswählbare Einwegkupplung einzukuppeln, die zweite auswählbare Einwegkupplung auszukuppeln und den Träger gegen Drehen zu sichern.
Fahrzeug, umfassend: einen Planetenradsatz, der ein Sonnenrad, einen Träger und ein Hohlrad aufweist; einen Eingang eines Getriebes mit mehrstufigem Übersetzungsverhältnis, der fest an das Hohlrad gekoppelt ist; eine elektrische Maschine, die fest an das Sonnenrad gekoppelt ist; und einen Verbrennungsmotor, der über eine erste Kupplung selektiv an das Hohlrad gekoppelt ist und über eine zweite Kupplung selektiv an den Träger gekoppelt ist.
Fahrzeug nach Anspruch 14, wobei die erste und die zweite Kupplung auswählbare Einwegkupplungen sind.