DE102020111726A1

DE102020111726A1 - Getriebesystem zur Verwendung in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102020111726A1
Application number: DE102020111726.4A
Authority: DE
Inventors: Joel Maguire; Keith Martin; Christopher Spangler; Keith Van Maanen; Thomas J. Foster; Mark Buchanan
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2019-04-30
Filing date: 2020-04-29
Publication date: 2020-11-05
Also published as: US20200346631A1; US11541861B2; CN111845315A

Abstract

Ein Getriebesystem umfasst ein Getriebegehäuse und eine Vorgelegewelle mit nicht weniger als zwei Zahnrädern, wobei die Zahnräder mehrere Übersetzungsverhältnisse definieren. Das Getriebesystem umfasst darüber hinaus ein Modulgehäuse, eine erste Abtriebswelle, die drehbar mit der Vorgelegewelle gekoppelt ist, und eine zweite Abtriebswelle, die drehbar mit der Vorgelegewelle gekoppelt ist. Das Getriebesystem umfasst ferner eine erste Kupplung, die dafür konfiguriert ist, die erste Abtriebswelle selektiv drehbar mit der Vorgelegewelle zu koppeln. Das Getriebesystem umfasst darüber hinaus eine zweite Kupplung, die dafür konfiguriert ist, die zweite Abtriebswelle selektiv drehbar mit der Vorgelegewelle zu koppeln. Das Getriebesystem umfasst ferner einen Elektromotor, der dafür konfiguriert ist, eine Drehkraft an die erste und/oder zweite Ausgangswelle anzulegen, um eine Drehkraft an die Vorgelegewelle anzulegen. Die Vorgelegewelle ist für alle Übersetzungsverhältnisse drehbar mit der ersten und der zweiten Abtriebswelle gekoppelt.

Description

Hintergrund
Gebiet der Offenbarung
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein ein Getriebesystem zur Verwendung in einem Fahrzeug und ein Verfahren zum Steuern des Getriebesystems.
Beschreibung der verwandten Technologie
Herkömmliche Fahrzeuge umfassen einen Verbrennungsmotor und ein Getriebesystem zur Abgabe von Drehkraft an Räder des Fahrzeugs. In den letzten Jahren bestand der Wunsch, die Kraftstoffeffizienz von Fahrzeugen zu verbessern.
Um dies zu erreichen, umfassen einige Fahrzeuge in den letzten Jahren einen Elektromotor, der auch Drehkraft an die Räder des Fahrzeugs anlegen kann. Ein solches Fahrzeug wird allgemein als Hybridfahrzeug bezeichnet. Obwohl Hybridfahrzeuge im Vergleich zu herkömmlichen Fahrzeugen typischerweise eine verbesserte Kraftstoffeffizienz aufweisen, kosten Hybridfahrzeuge und insbesondere Getriebesysteme von Hybridfahrzeugen häufig mehr Geld, erfordern höhere Konstruktionskosten und erhöhen das Gewicht des Hybridfahrzeugs.
Daher besteht weiterhin die Notwendigkeit, ein verbessertes Getriebesystem zur Verwendung in einem Fahrzeug bereitzustellen.
Zusammenfassung der Erfindung und der Vorteile
Ein Getriebesystem zur Verwendung in einem Fahrzeug umfasst ein Getriebegehäuse und eine Vorgelegewelle mit nicht weniger als zwei Zahnrädern, wobei die Zahnräder mehrere Übersetzungsverhältnisse definieren. Das Getriebesystem umfasst darüber hinaus ein Modulgehäuse, das mit dem Getriebegehäuse gekoppelt ist, wobei das Modulgehäuse einen Modulgehäuseinnenraum definiert. Das Getriebesystem umfasst zusätzlich eine erste Abtriebswelle, die drehbar mit der Vorgelegewelle gekoppelt ist, und eine zweite Abtriebswelle, die drehbar mit der Vorgelegewelle gekoppelt ist. Das Getriebesystem umfasst ferner eine erste Kupplung, die im Modulgehäuseinnenraum angeordnet ist, wobei die erste Kupplung so konfiguriert ist, dass sie die erste Ausgangswelle selektiv drehbar mit der Vorgelegewelle koppelt, um der Vorgelegewelle Drehkraft zuzuführen. Das Getriebesystem umfasst darüber hinaus eine zweite Kupplung, die im Modulgehäuseinnenraum angeordnet ist, wobei die zweite Kupplung so konfiguriert ist, dass sie die zweite Ausgangswelle selektiv drehbar mit der Vorgelegewelle koppelt, um der Vorgelegewelle Drehkraft zuzuführen. Das Getriebesystem umfasst ferner einen Elektromotor, wobei der Elektromotor einen Rotor und einen Stator umfasst, und wobei der Elektromotor so konfiguriert ist, dass er die erste und/oder die zweite Abtriebswelle mit Drehkraft versorgt, um die Vorgelegewelle mit Drehkraft zu versorgen. Die Vorgelegewelle ist für alle Übersetzungsverhältnisse drehbar mit der ersten und der zweiten Abtriebswelle gekoppelt. Ein Verfahren zum Steuern des Getriebesystems des Fahrzeugs ist hierin ebenfalls offenbart.
Als solches ist das Getriebesystem billiger herzustellen als herkömmliche Getriebesysteme, da weniger Komponenten im Getriebesystem enthalten sein müssen. Zweitens ist das Getriebesystem leichter als herkömmliche Getriebesysteme, da weniger Komponenten benötigt werden, was letztendlich die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs erhöht. Drittens nimmt das Getriebesystem weniger Platz in einem Motorraum ein, was zu einem kleineren Wenderadius des Fahrzeugs führt, was besonders in städtischen Parksituationen wichtig ist. Viertens hat das Getriebesystem eine hohe Eigenfrequenz. Fünftens können die Konstruktionskosten für das Getriebesystem gesenkt werden.
Figurenliste
Andere Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden leicht erkannt, da diese unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung besser verstanden wird, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird.

1 ist eine schematische Darstellung eines Getriebesystems eines Fahrzeugs, wobei das Getriebesystem eine Ausführungsform eines Elektromotors umfasst und das Fahrzeug einen Verbrennungsmotor und Räder umfasst.
2 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Getriebesystems, wobei der Elektromotor ferner als erster Elektromotor definiert ist und das Getriebesystem ferner einen zweiten Elektromotor umfasst.
3 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Getriebesystems, das den ersten und zweiten Elektromotor umfasst.
4 ist eine weitere schematische Darstellung des Getriebesystems von 3.
5 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Getriebesystems, das den ersten und zweiten Elektromotor umfasst.
6 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Getriebesystems, das den ersten und zweiten Elektromotor umfasst.
7 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform des Getriebesystems.
8A ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform des Getriebesystems, das den ersten und zweiten Elektromotor umfasst.
8B ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform des Getriebesystems, das den ersten und zweiten Elektromotor umfasst.
9 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform des Getriebesystems, das den ersten und zweiten Elektromotor umfasst.
10 ist eine Querschnittsansicht eines Modulgehäuses, des Elektromotors, einer Trennkupplung, einer ersten Kupplung und einer zweiten Kupplung des Getriebesystems.
11 ist eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors und eines herkömmlichen Getriebesystems, das nur ein einzelnes Zahnrad und einen ersten und einen zweiten Elektromotor umfasst.
12 ist eine Tabelle, die verschiedene Betriebsarten des Fahrzeugs und des Getriebesystems von 11 darstellt.
13 ist eine schematische Darstellung des Verbrennungsmotors und einer Ausführungsform des Getriebesystems, das zwei Übersetzungsverhältnisse und den ersten und zweiten Elektromotor umfasst.
14 ist eine Tabelle, die verschiedene Betriebsarten des Fahrzeugs und des Getriebesystems von 13 darstellt.
15 ist ein Diagramm, das die CO₂-Emissionen des Getriebesystems als Funktion der Anzahl der Übersetzungsverhältnisse darstellt.
16 ist eine Tabelle, die verschiedene Betriebsarten des Fahrzeugs basierend auf verschiedenen Fahrbedingungen darstellt.
17 ist eine Tabelle, die verschiedene Betriebsarten des Fahrzeugs basierend auf verschiedenen Fahrbedingungen darstellt.
18 ist eine Tabelle, die verschiedene Betriebsarten des Fahrzeugs basierend auf verschiedenen Fahrbedingungen darstellt.
19 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform des Getriebesystems, wobei das Getriebesystem keine zweite Vorgelegewelle, keinen Synchronisierer, keine Gabel, keinen Gabelaktuator, keinen Gabelerfassungsmechanismus und/oder keine Drehzahlrolle umfasst; wobei die zweite Vorgelegewelle, der Synchronisierer, die Gabel, der Gabelaktuator, der Gabelerfassungsmechanismus und die Drehzahlrolle als schattierte Komponenten dargestellt sind.
20 ist eine Seitenansicht eines herkömmlichen Doppelkupplungsgetriebes mit einer ersten und zweiten Vorgelegewelle, ersten und zweiten Kupplungen, einer Rückwärtswelle und Mechatronik.
21 ist eine Tabelle, die verschiedene Betriebsarten eines herkömmlichen Hybridfahrzeugs darstellt.
22 ist eine Tabelle, die verschiedene Betriebsarten des Fahrzeugs einschließlich des Getriebesystems im Vergleich zu verschiedenen Betriebsarten des herkömmlichen Fahrzeugs von 22 darstellt.
23 ist eine Tabelle, die verschiedene Betriebsarten eines herkömmlichen Hybridfahrzeugs darstellt.
24 ist eine schematische Darstellung eines Getriebesystems zur Verwendung in einem batteriebetriebenen Elektrofahrzeug (Battery Electric Vehicle, BEF).
25 ist eine Tabelle, die verschiedene Betriebsarten des Fahrzeugs darstellt.
26 ist eine Tabelle, die verschiedene Batterie- und Generatorgrößen für das Fahrzeug darstellt.
27 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern des Getriebesystems des Fahrzeugs.

Detaillierte Beschreibung
Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen gleiche Ziffern gleiche Teile in den verschiedenen Ansichten angeben, ist ein Getriebesystem 40 eines Fahrzeugs 42 in 1 schematisch dargestellt. Typischerweise umfasst das Fahrzeug 42 einen Verbrennungsmotor 44 mit einer Kurbelwelle 46, wie in 1 gezeigt. In solchen Ausführungsformen kann das Fahrzeug 42 als Hybrid-Elektrofahrzeug (Hybrid Electric Vehicle, HEV), Plug-in-Hybridfahrzeug (Plug-in Hybrid Vehicle, PHEV) und dergleichen bezeichnet werden. Solche HEV-Fahrzeuge, PHEV-Fahrzeuge und dergleichen können als dediziertes Hybridfahrzeug bezeichnet werden. In solchen Ausführungsformen wird das Fahrzeug 42 von dem Verbrennungsmotor 44 und/oder elektrischer Energie angetrieben, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird. In Ausführungsformen, in denen das Fahrzeug 42 keinen Verbrennungsmotor umfasst, kann das Fahrzeug 42 als batteriebetriebenes Elektrofahrzeug (BEV) bezeichnet werden, wie in 20 schematisch dargestellt. In solchen Ausführungsformen wird das Fahrzeug 42 ausschließlich mit elektrischer Energie angetrieben.
Das Getriebesystem 40 umfasst ein Getriebegehäuse 48. Das Getriebegehäuse 40 definiert typischerweise einen Getriebegehäuseinnenraum 50. Das Getriebesystem 40 umfasst auch eine Vorgelegewelle 52 mit nicht weniger als zwei Zahnrädern 54. Die Zahnräder 54 definieren mehrere Übersetzungsverhältnisse. Dementsprechend hat in einer Ausführungsform die Vorgelegewelle 52 zwei Zahnräder 54 und daher zwei Übersetzungsverhältnisse. Mit anderen Worten hat die Vorgelegewelle 52 in solchen Ausführungsformen nur zwei Zahnräder 54, was nicht weniger als zwei Zahnräder 54 und nicht mehr als zwei Zahnräder bedeutet. In einer anderen Ausführungsform hat die Vorgelegewelle 52 drei Zahnräder 54 und daher drei Übersetzungsverhältnisse. Mit anderen Worten hat die Vorgelegewelle 52 in solchen Ausführungsformen nur drei Zahnräder 54, was nicht mehr als drei Zahnräder 54 bedeutet. In einer weiteren Ausführungsform hat die Vorgelegewelle 52 vier Zahnräder 54 und daher vier Übersetzungsverhältnisse. Mit anderen Worten hat die Vorgelegewelle 52 in solchen Ausführungsformen nur vier Zahnräder 54, was nicht mehr als vier Zahnräder 54 bedeutet. Es versteht sich, dass die Vorgelegewelle 52 mehr als vier Zahnräder 54 und daher mehr als vier Übersetzungsverhältnisse aufweisen kann, wie beispielsweise fünf, sechs, sieben oder acht oder mehr Übersetzungsverhältnisse.
Das Getriebesystem 40 umfasst ferner ein Modulgehäuse 56, das mit dem Getriebegehäuse 48 gekoppelt ist, wobei das Modulgehäuse 56 einen Modulgehäuseinnenraum 58 definiert. Das Getriebesystem 40 umfasst auch eine erste Ausgangswelle 60, die drehbar mit der Vorgelegewelle 52 gekoppelt ist, und eine zweite Ausgangswelle 62, die drehbar mit der Vorgelegewelle 52 gekoppelt ist. Die erste und die zweite Abtriebswelle 60, 62 sind so konfiguriert, dass sie der Vorgelegewelle 52 Drehkraft zuführen, um letztendlich das Fahrzeug 42 anzutreiben. Die zweite Ausgangswelle 62 kann eine massive Konfiguration aufweisen, und die erste Ausgangswelle 60 kann eine hohle Konfiguration aufweisen, wobei die zweite Ausgangswelle 62 in der ersten Ausgangswelle 60 angeordnet ist. In solchen Ausführungsformen erstrecken sich die erste und die zweite Ausgangswelle 60, 62 entlang einer gemeinsamen Ausgangsachse CA, wie mindestens in 7 - 9 gezeigt. Es versteht sich jedoch, dass sich die erste und die zweite Ausgangswelle 60, 62 entlang einer separaten Achse erstrecken können. Wenn sich die erste und die zweite Ausgangswelle 60, 62 entlang der getrennten Achse erstrecken, sind die erste und die zweite Ausgangswelle 60, 62 typischerweise parallel zueinander angeordnet.
Das Getriebesystem 40 umfasst zusätzlich eine erste Kupplung 64 und eine zweite Kupplung 66, die in dem Modulgehäuseinnenraum 58 angeordnet sind. Typischerweise sind die erste und die zweite Kupplung 64, 66 Mehrscheibenkupplungen. Ein Beispiel für das Getriebesystem 40 unter Verwendung der ersten und zweiten Kupplung 64, 66 ist ein Doppelkupplungsgetriebe. Es kann jedoch jede geeignete Kupplung verwendet werden. Die erste Kupplung 64 ist dafür konfiguriert, die erste Ausgangswelle 60 selektiv drehbar mit der Vorgelegewelle 52 zu koppeln, um der Vorgelegewelle 52 Drehkraft zuzuführen. Die zweite Kupplung 66 ist dafür konfiguriert, die Kurbelwelle 46 selektiv drehbar mit der Vorgelegewelle 52 zu koppeln, um der Vorgelegewelle 52 Drehkraft zuzuführen. Mit anderen Worten, wenn die erste Kupplung 64 geschlossen ist, legt die erste Ausgangswelle 60 eine Drehkraft an die Vorgelegewelle 52 an. Wenn die zweite Kupplung 66 geschlossen ist, legt die zweite Ausgangswelle 62 eine Drehkraft an die Vorgelegewelle 52 an. Wenn die erste oder zweite Abtriebswelle 60, 62 Drehkraft an die Vorgelegewelle 52 anlegen, legt die Vorgelegewelle 52 die Drehkraft an die Getriebeausgangswelle 68 des Getriebesystems 40 an, um letztendlich die Räder 70 des Fahrzeugs 42 zu drehen. Es versteht sich, dass die erste und die zweite Ausgangswelle 60, 62 auf eine ungerade Ausgangswelle bzw. eine gerade Ausgangswelle bezogen werden können, wenn das Getriebesystem 40 mehr als zwei Zahnräder 54 aufweist. Zum Beispiel kann die erste Abtriebswelle 60 verwendet werden, um der Vorgelegewelle 52 für ungerade Übersetzungsverhältnisse, wie dem ersten und dritten Zahnrad, eine Drehkraft zuzuführen. Die zweite Ausgangswelle 62 kann verwendet werden, um der Vorgelegewelle 52 für ein gerades Übersetzungsverhältnis, wie beispielsweise einem zweiten Zahnrad, eine Drehkraft zuzuführen. Es versteht sich jedoch, dass in Ausführungsformen, in denen die Vorgelegewelle 52 nur zwei Zahnräder 54 aufweist (d. h. nicht weniger als zwei Zahnräder 54 und nicht mehr als zwei Zahnräder 54), die erste Abtriebswelle 60 verwendet wird, um Drehkraft an die Vorgelegewelle 52 für das erste Zahnrad abzugeben, und die zweite Ausgangswelle 52 verwendet wird, um Drehkraft an die Vorgelegewelle 52 für das zweiten Zahnrad abzugeben.
Das Getriebesystem 40 umfasst auch einen Elektromotor 72 mit einem Rotor 74 und einem Stator 76. Der Elektromotor 72 ist dafür konfiguriert, eine Drehkraft an die erste und/oder zweite Ausgangswelle 60, 62 anzulegen, um Drehkraft an die Vorgelegewelle 52 anzulegen. Mit anderen Worten ist der Elektromotor 72 als Elektromotor zum Anlegen einer Drehkraft an die erste und/oder zweite Ausgangswelle 60, 62 konfiguriert. In solchen Ausführungsformen umfasst das Fahrzeug 42 typischerweise eine Batterie 78 (oft als Traktionsbatterie bezeichnet) zum Speichern und Anlegen von elektrischer Energie an den Elektromotor 72. Das Fahrzeug 42 umfasst typischerweise auch eine Steuerung 79 zum Steuern der elektrischen Leistung zur und von dem Elektromotor 72. Der Elektromotor 72 kann auch als Generator zum Umwandeln einer mechanischen Bewegung konfiguriert sein, um elektrischen Strom zum Aufladen der Batterie 78 des Fahrzeugs 42 zu erzeugen. Die Vorgelegewelle 52 ist für alle Übersetzungsverhältnisse drehbar mit der ersten oder zweiten Ausgangswelle 60, 62 gekoppelt. Typischerweise bilden, wie in 1 dargestellt, der Elektromotor 72 und das Modulgehäuse 56 ein „P2-Hybrid“-Modul (das zwischen dem Getriebegehäuse 48 und dem Verbrennungsmotor 44 angeordnet ist, wobei der Elektromotor 72 selektiv drehbar vom Verbrennungsmotor 44 gekoppelt und entkoppelt wird).
Das Getriebesystem 40 mit der Vorgelegewelle 52, die drehbar mit der ersten oder zweiten Ausgangswelle 60, 62 für alle Übersetzungsverhältnisse gekoppelt ist, bietet mehrere Vorteile. Erstens ist das Getriebesystem 40 billiger herzustellen, da weniger Komponenten in dem Getriebesystem 40 enthalten sein müssen. Zweitens ist das Getriebesystem 40 leichter als herkömmliche Getriebesysteme, da weniger Komponenten benötigt werden, was letztendlich die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs 42 erhöht. Drittens nimmt das Getriebesystem 40 weniger Platz in einem Motorraum ein, was zu einem kleineren Wenderadius des Fahrzeugs 42 führt, was besonders in städtischen Parksituationen wichtig ist. Viertens hat das Getriebesystem 40 eine hohe Eigenfrequenz. Fünftens können die Konstruktionskosten für das Getriebesystem 40 gesenkt werden.
Typischerweise umfasst das Getriebesystem 40 keine zweite Vorgelegewelle. Mit anderen Worten, die Vorgelegewelle 52 ist die einzige Vorgelegewelle, die im Getriebesystem 40 enthalten ist. Unter besonderer Bezugnahme auf 1, 7 bis 9 und 19, wenn das Getriebesystem 40 keine zweite Vorgelegewelle umfasst, können die Vorgelegewelle 52 und die erste und zweite Ausgangswelle 60, 62 ihre kombinierte Länge L entlang der gemeinsamen Ausgangsachse CA verringern. Insbesondere kann die kombinierte Länge L entlang der gemeinsamen Achse CA weiter verringert werden, wenn die Vorgelegewelle 52 eine geringere Anzahl von Zahnrädern 54 aufweist, wie beispielsweise nur zwei Zahnräder. Wenn die Länge L der Vorgelegewelle 52 und/oder der ersten und zweiten Ausgangswelle 60, 62 verringert wird, verringert sich die Gesamtlänge des Getriebegehäuses 48 und des Modulgehäuses 56, wenn sie miteinander gekoppelt sind, wie in 8A, 8B, 9 und 19 gezeigt. Auf diese Weise kann der Wenderadius des Fahrzeugs 42 aufgrund des verringerten Platzes, den das Getriebesystem 40 im Motorraum einnimmt, verringert werden. Zusätzlich ermöglicht das Verringern der Länge L der Vorgelegewelle 52 und/oder der ersten und zweiten Ausgangswelle 60, 62 mehr Platz im Motorraum, wodurch das Fahrzeug 42 zusätzliche Crash-Schienen oder stärkere Crash-Schienen in den Motorraum aufnehmen kann, um eine Crash-Bewertung des Fahrzeugs 42 zu verbessern. Ferner verbessert das Verringern der Länge L der Vorgelegewelle 52 und/oder der ersten und zweiten Ausgangswelle 60, 62 eine Biegefrequenz des Getriebesystems 40 und insbesondere des Getriebegehäuses 48.
Zusätzlich kann, wie in 19 gezeigt, das Getriebesystem 40 keinen Synchronisierer, keine Gabel, keinen Gabelaktuator, keinen Gabelerfassungsmechanismus und/oder keine Drehzahlrolle umfassen, die als schattierte Komponenten in dem Getriebesystem 40 von 19 gezeigt sind. In solchen Ausführungsformen kann die Länge L der ersten und zweiten Ausgangswelle 60, 62 und/oder der Vorgelegewelle 52 verringert werden, wie in 8A, 8B, 9 und 19 gezeigt. Getriebesysteme mit Synchronisierer müssen einen Einschalt-Schaltvorgang durchführen. Jedoch ermöglicht das Getriebesystem 40 ohne Synchronisierer dem Getriebesystem 40, einen „Ausschalt“-Schaltvorgang durchzuführen. Wenn das Getriebesystem 40 keinen Synchronisierer, keine Gabel, keinen Gabelaktuator, keinen Gabelerfassungsmechanismus und/oder keine Drehzahlrolle aufweist, kann das Getriebesystem 40 in einen vorhandenen Antriebsstrang eines Fahrzeugs eingebaut werden, wodurch die Kosten gesenkt werden, wenn Komponenten des Antriebsstrangs wiederverwendet werden können und das Getriebesystem 40 in den vorhandenen Antriebsstrang nachgerüstet werden kann. Zum Beispiel verwendet das Getriebesystem 40, wie in 7 gezeigt, eine ähnliche Architektur hinsichtlich der Länge des Getriebegehäuses 48 und der ersten und zweiten Ausgangswelle 60, 62, wie in dem in 20 gezeigten herkömmlichen Getriebesystem gezeigt. Es versteht sich, dass die Vorgelegewelle 52 eine Übertragung von einem herkömmlichen Getriebe sein kann, wobei die erste und die zweite Ausgangswelle 60, 62 so konfiguriert sind, dass sie mit der Vorgelegewelle 52 gekoppelt sind, so dass die erste und die zweite Abtriebswelle 60, 62 für alle Übersetzungsverhältnisse eine Drehkraft der ersten oder zweiten Abtriebswelle 60, 62 anlegen. In einigen Ausführungsformen kann das Gehäuse, das die ersten und zweiten Zahnräder GR1 und GR2 umgibt, eine Übertragung von einem herkömmlichen Getriebe sein, während das Gehäuse, das mindestens den Elektromotor 72 und andere entsprechende Komponenten umgibt, so konfiguriert sein kann, dass es mit den Getriebekomponenten gekoppelt ist.
Das Getriebesystem 40 ist dafür konfiguriert, mittels einer Vielzahl verschiedener Modi eine Drehkraft an die Räder 70 des Fahrzeugs 42 anzulegen. Insbesondere ist das Getriebesystem 40 dafür konfiguriert, eine Drehkraft an die Räder 70 des Fahrzeugs 42 mittels eines Serienmodus und eines Parallelmodus anzulegen. Der Serienmodus des Fahrzeugs 42 bezieht sich auf eine Situation, in der der Verbrennungsmotor 44 allein der Vorgelegewelle 52 Drehkraft zuführt, um letztendlich die Räder 70 anzutreiben, oder auf eine Situation, in der der erste und/oder zweite Elektromotor 72, 82 allein der Vorgelegewelle 52 Drehkraft zuführen, um letztendlich die Räder 70 anzutreiben. Andererseits bezieht sich der Parallelmodus des Fahrzeugs 70 auf eine Situation, in der sowohl der Verbrennungsmotor 44 als auch der erste und/oder zweite Elektromotor 72, 82 gleichzeitig eine Drehkraft an die Vorgelegewelle 52 anlegen, um letztendlich die Räder 70 anzutreiben. Es versteht sich, dass in Ausführungsformen, in denen der zweite Elektromotor 82 nicht vorhanden ist, der Elektromotor 72 und der Verbrennungsmotor 44 allein im Parallelmodus an die Vorgelegewelle 52 eine Drehkraft anlegen können, und dass der Elektromotor 72 allein eine Drehkraft an die Vorgelegewelle 52 anlegen kann oder der Verbrennungsmotor 44 allein eine Drehkraft an die Vorgelegewelle 52 anlegen kann.
Wenn das Fahrzeug 42 ein BEV ist, verfügt das Fahrzeug 42 in solchen Ausführungsformen typischerweise nur über einen Serienmodus. Insbesondere bezieht sich der Serienmodus, wenn das Fahrzeug 42 ein BEV-Fahrzeug ist, auf die Situation, in der der Elektromotor 72 allein eine Drehkraft an die Vorgelegewelle 52 anlegt, um letztendlich die Räder 70 anzutreiben.
Mit Bezug auf Ausführungsformen, bei denen das Fahrzeug den Verbrennungsmotor 44 umfasst, ist in 25 ein Beispiel für verschiedene Serien- und Parallelantriebsmodi des Fahrzeugs 42 gezeigt. Wenn zum Beispiel die Vorgelegewelle 52 nur zwei Zahnräder umfasst, kann das Fahrzeug 42 die folgenden Modi aufweisen. Wie in der Spalte Trio-Antrieb gezeigt, befindet sich das Fahrzeug 42 beim Start möglicherweise im Serienmodus. Bei niedriger Stadtgeschwindigkeit (20 - 50 km/h) kann sich das Fahrzeug 42 im Serien- oder Parallelmodus befinden. Insbesondere kann im ersten Modus der erste Elektromotor 72 Drehkraft an die Vorgelegewelle 52 anlegen, der zweite Elektromotor 82 kann Drehkraft an die Vorgelegewelle 52 anlegen oder der Verbrennungsmotor 44 kann Drehkraft an die Vorgelegewelle 52 anlegen. Im Parallelmodus können der erste und der zweite Elektromotor 72, 82 eine Drehkraft an die Vorgelegewelle 52 anlegen, der erste oder der zweite Elektromotor 72, 82 und der Verbrennungsmotor 44 können eine Drehkraft an die Vorgelegewelle 52 anlegen, oder der erste und der zweite Elektromotor 82 und der Verbrennungsmotor 44 können eine Drehkraft an die Vorgelegewelle 52 anlegen. Wie in 25 gezeigt, kann das erste oder zweite Zahnrad der Vorgelegewelle 52 für den Serien- und Parallelmodus verwendet werden. In ähnlicher Weise kann bei Autobahngeschwindigkeiten der Serien- oder Parallelmodus mit dem zweiten Zahnrad der Vorgelegewelle 52 verwendet werden. In Ausführungsformen, in denen das Fahrzeug 42 ein BEV ist, sind zwei Übersetzungsverhältnisse vom ersten und zweiten Zahnrad 54 der Vorgelegewelle 52 verfügbar. 26 bezieht sich auf die verschiedenen in 25 gezeigten Antriebsmodi. Insbesondere sind die für die verschiedenen Antriebsmodi verfügbare Generatorgröße und Batterieleistung in 26 als Beispiel dargestellt. Das Getriebesystem 42, wie in 25 gezeigt und wie hierin beschrieben, ermöglicht zwei Parallelbetriebsarten und zwei Serienbetriebsarten. Es versteht sich, dass jede geeignete Getriebeanordnung für das Getriebesystem 40 für das BEV verwendet werden kann. Wenn beispielsweise das Fahrzeug 42 ein BEV ist, kann die Getriebeanordnung eine IX-(intern - extern) Getriebeanordnung sein.
Wenn das Fahrzeug 42 ein BEV ist, wie in 24 gezeigt, kann die erste Kupplung 64 ferner als niedrige Kupplung definiert sein, und die zweite Kupplung kann als hohe Kupplung neu definiert werden. Mit anderen Worten ist die erste Kupplung 64 dafür konfiguriert, eine hohe Drehkraft, aber eine niedrigere Drehzahl an die Räder 70 des Fahrzeugs anzulegen, und ie zweite Kupplung 66 ist dafür konfiguriert, eine geringere Drehkraft als die erste Kupplung, aber eine höhere Drehzahl an die Räder 70 des Fahrzeugs 42 anzulegen. Es versteht sich, dass die erste Kupplung 64 eine Einwegkupplung sein kann. In solchen Ausführungsformen ist die zweite Kupplung 66 typischerweise eine Mehrscheibenkupplung. Wenn das Fahrzeug 42 ein BEV ist, kann das Getriebesystem 40 einige Komponenten eines vorhandenen Antriebsstrangs eines Fahrzeugs verwenden, wie beispielsweise das Getriebegehäuse und das Getriebe. Es versteht sich jedoch, dass, wenn das Fahrzeug 42 ein BEV ist, das Getriebesystem 40 frei von einem Getriebegehäuse sein kann, so dass die erste und die zweite Kupplung 64, 66, die erste und die zweite Abtriebswelle 60, 62 und die Vorgelegewelle 52 zusammen eine eigenständige Einheit zum Antreiben des Fahrzeugs 42 bilden. Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 24 sind, wenn das Fahrzeug 42 ein BEV ist, die erste und die zweite Kupplung 64, 66 so konfiguriert, dass sie die erste und die zweite Abtriebswelle 60 bzw. 62 drehbar mit der Vorgelegewelle 52 koppeln, um eine Drehkraft an die Vorgelegewelle 52 anzulegen. Auf diese Weise kann das Getriebesystem 40 in solchen Ausführungsformen nicht weniger als zwei Übersetzungsverhältnisse basierend auf der Vorgelegewelle 52 anlegen, die nicht weniger als zwei Zahnräder 54 aufweist. Wenn das Fahrzeug 42 ein BEV ist, hat die Vorgelegewelle 52 typischerweise nur zwei Übersetzungsverhältnisse. Es versteht sich jedoch, dass, wenn das Fahrzeug ein BEV ist, die Vorgelegewelle 52 mehr als zwei Übersetzungsverhältnisse aufweisen kann, wie beispielsweise drei, vier oder fünf oder mehr Übersetzungsverhältnisse. Wenn das Fahrzeug 42 ein BEV ist, ist das Getriebesystem 40 typischerweise für einen Einschalt-Schaltvorgang konfiguriert. Es versteht sich jedoch, dass, wenn das Fahrzeug 42 ein BEV ist, das Getriebesystem 40 dafür konfiguriert ist, einen Ausschalt-Schaltvorgang durchzuführen.
Das Getriebesystem 40 kann eine Trennkupplung 80 umfassen, die in dem Modulgehäuseinnenraum 58 angeordnet ist. Wenn vorhanden, ist die Trennkupplung 80 so konfiguriert, dass sie die Kurbelwelle 46 des Verbrennungsmotors 44 selektiv mit der ersten und/oder zweiten Ausgangswelle 60, 62 drehbar koppelt. Anders gesagt ist die Trennkupplung 80 dafür konfiguriert, eine Kraftquelle, beispielsweise die Kurbelwelle 46 des Verbrennungsmotors 44, selektiv mit der ersten und zweiten Ausgangswelle 60, 62 drehbar zu verbinden. In anderen Ausführungsformen kann, wie nachstehend ausführlicher beschrieben, die Energiequelle ein zweiter Elektromotor zum Anlegen einer Drehkraft an die erste und/oder zweite Ausgangswelle 60, 62 sein.
Mit Bezug auf 10 ist eine schematische Nahansicht des Modulgehäuses 56, der Trennkupplung 80, der ersten Kupplung 64 und der zweiten Kupplung 66 gezeigt. Die Trennkupplung 80, die erste Kupplung 64 und die zweite Kupplung 66 sind im Modulgehäuseinnenraum 58 verschachtelt dargestellt. Die beispielhafte Anordnung der Trennkupplung 80, der ersten Kupplung 64 und der zweiten Kupplung 66 ermöglicht eine kompakte Bauweise des Getriebesystems 40. Es versteht sich, dass das Modulgehäuse 56, die erste und die zweite Ausgangswelle 60, 62, die erste und die zweite Kupplung 64, 66 und der Elektromotor 72 gemeinsam eine Modulanordnung definieren können. In Ausführungsformen, in denen die Trennkupplung 80 vorhanden ist, kann die Modulanordnung auch die Trennkupplung 80 umfassen.
In einer Ausführungsform ist, wie in 7 bis 9 gezeigt, der Elektromotor 72 in dem Modulgehäuseinnenraum 58 angeordnet. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich der Elektromotor 72 entlang einer Motorachse MA. Die Motorachse MA und die gemeinsame Ausgangsachse CA können parallel zueinander angeordnet sein, so dass der Elektromotor 72 und die erste und zweite Ausgangswelle 60, 62 axial zueinander ausgerichtet sind. In anderen Ausführungsformen kann der Elektromotor 72 außerhalb des Modulgehäuseinnenraums 58 angeordnet sein. Wenn der Elektromotor 72 außerhalb des Modulgehäuseinnenraums 58 angeordnet ist, kann die Motorachse MA axial mit der gemeinsamen Ausgangsachse CA ausgerichtet sein oder kann axial von der gemeinsamen Ausgangsachse CA versetzt sein.
In einigen Ausführungsformen kann der Elektromotor 72 ferner als erster Elektromotor 72 definiert sein und das Getriebesystem 40 kann einen zweiten Elektromotor 82 umfassen. Der zweite Elektromotor 82 umfasst einen Rotor und einen Stator. In solchen Ausführungsformen kann sich der zweite Elektromotor 82 entlang der Motorachse MA erstrecken. Wenn sich der zweite Elektromotor 82 entlang der Motorachse MA erstreckt, sind der erste und der zweite Elektromotor 72, 82 axial zueinander ausgerichtet. Zum Beispiel ist, wie in 2 und 5 gezeigt, der zweite Elektromotor 82 so dargestellt, dass er sich entlang der Motorachse MA erstreckt. In solchen Ausführungsformen kann der zweite Elektromotor 82 ein „P1-Hybrid“-Modul sein (der zweite Elektromotor 82 ist drehbar mit der Kurbelwelle 46 des Verbrennungsmotors 44 gekoppelt), wie in 2 gezeigt, oder der zweite Elektromotor 82 kann ein „P0-Hybrid“-Modul sein (der zweite Elektromotor 82 ist mit der Kurbelwelle 46 über einen vorderen Zusatzantrieb des Verbrennungsmotors 44 drehbar gekoppelt), wie in 5 gezeigt. Der zweite Elektromotor 82 kann ein Riemengeneratorstarter (Belt Alternator Starter, BAS) sein. Der zweite Elektromotor 82 kann auch außerhalb der Achse von der Motorachse MA angeordnet sein, wie in 3, 4 und 6 gezeigt. In 3 und 4 ist der zweite Elektromotor 82 als „P1-Hybrid“-Modul dargestellt. In 6 ist der zweite Elektromotor 82 als „P0-Hybrid“-Modul dargestellt. Wenn der zweite Elektromotor 82 von der Motorachse MA außerhalb der Achse liegt, kann ferner das Längenmodulgehäuse 56 und damit das gesamte Getriebesystem 40 im Vergleich zu dem Fall verkürzt werden, dass der zweite Elektromotor 82 axial mit der Motorachse MA ausgerichtet ist.
In anderen Ausführungsformen kann sich der zweite Elektromotor 82 entlang einer zweiten Motorachse SA erstrecken, die axial von der Motorachse MA versetzt ist. In solchen Ausführungsformen kann der erste Elektromotor 72 im Modulgehäuseinnenraum 58 angeordnet sein, und der zweite Elektromotor 82 kann außerhalb des Modulgehäuseinnenraums 58 angeordnet sein. Zum Beispiel legen, wie in 2-4, 8A und 8B gezeigt, der erste Elektromotor 72 und der zweite Elektromotor 82 selektiv eine Drehkraft an die erste Ausgangswelle 60 und/oder die zweite Ausgangswelle 62 über die getrennte Kupplung 80 an. In solchen Beispielen kann der erste Elektromotor 72 als „P2-Hybrid“-Modul bezeichnet werden (das zwischen dem Getriebegehäuse 48 und dem Verbrennungsmotor 44 angeordnet ist, wobei der erste Elektromotor 72 selektiv drehbar vom Verbrennungsmotor 44 gekoppelt und entkoppelt wird), während der zweite Elektromotor 82 als „P1-Hybrid“-Modul bezeichnet werden kann (das direkt mit der Kurbelwelle 46 des Verbrennungsmotors 44 gekoppelt ist). Mit anderen Worten ist der zweite Elektromotor 82 selektiv mit der ersten Ausgangswelle 60 und/oder der zweiten Ausgangswelle 62 drehbar gekoppelt und mit der Kurbelwelle 46 des Verbrennungsmotors 44 drehbar gekoppelt. Der zweite Elektromotor 82 kann ein ketten- oder zahnradgetriebenes „P1- oder P2-Hybrid“-Modul sein, wie in 4, 6, 8A und 8B gezeigt. Wie oben beschrieben, kann das Getriebesystem 40 frei von einer zweiten Vorgelegewelle sein. In Ausführungsformen, in denen das Getriebesystem 40 frei von einer zweiten Vorgelegewelle ist, kann sich der zweite Elektromotor 82 neben der ersten und zweiten Ausgangswelle 60, 62 befinden und kann den Raum einnehmen, den normalerweise eine zweite Vorgelegewelle einnimmt, wie in 8A dargestellt. Auf diese Weise wird eine kompaktere Konstruktion des Getriebesystems 40 einschließlich des ersten und zweiten Elektromotors 72, 82 erreicht, was zu einem leichteren Getriebesystem 40 und einem verbesserten Wenderadius des Fahrzeugs 42 führt und darüber hinaus die Möglichkeit bietet, aufgrund des zusätzlichen Platzes im Motorraum einen Verbrennungsmotor mit größerem Hubraum einzubauen.
Während bestimmter Betriebsarten des Fahrzeugs 42 können sowohl der zweite Elektromotor 82 als auch der Verbrennungsmotor 44 eine Drehkraft an die erste Ausgangswelle 60 und/oder die zweite Ausgangswelle 62 anlegen, wenn die Trennkupplung 80 geschlossen ist. Darüber hinaus kann der erste Elektromotor 72 gleichzeitig in Verbindung mit dem zweiten Elektromotor 82 und/oder dem Verbrennungsmotor 44 eine Drehkraft an die erste Abtriebswelle 60 und/oder die zweite Abtriebswelle 62 anlegen.
Das Getriebesystem 40 kann dafür konfiguriert sein, sowohl einen Einschalt- als auch einen Ausschalt-Schaltvorgang durchzuführen. Zusätzlich kann das Getriebesystem 40 einen Fail-Soft-Modus aufweisen, in dem der Verbrennungsmotor 44 das Fahrzeug 42 antreiben kann, wenn der erste und/oder zweite Elektromotor 72, 82 oder ein Umrichter ausfallen. Wenn beispielsweise der erste und/oder der zweite Elektromotor 72, 82 oder der Umrichter ausfallen, kann das Fahrzeug 42 durch Schließen der Trennkupplung 80 und durch Modulieren entweder der ersten Kupplung 64 oder der zweiten Kupplung 66 gestartet werden. Als anderes Beispiel kann, wenn der erste und/oder zweite Elektromotor 72, 82 oder der Umrichter ausfallen, das Fahrzeug 62 durch Schließen entweder der ersten Kupplung 64 oder der zweiten Kupplung 66 und durch Modulieren der Trennkupplung 80 gestartet werden.
11 ist eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Getriebesystems, das einen ersten und einen zweiten Elektromotor umfasst und lediglich nicht mehr als ein einzelnes Übersetzungsverhältnis (GR1) umfasst, das in der fünften Zeile der Tabelle in 12 dargestellt ist. In 12 zeigt eine Tabelle verschiedene Fahrmodi eines herkömmlichen Fahrzeugs einschließlich eines Getriebesystems mit nur einem Übersetzungsverhältnis. Die Zeilen beziehen sich auf den Fahrzeugmodus (seriell oder parallel), die Größe des Generators/Motors (~ 30 kW oder ~ 100 kW) und darauf, ob die Trennkupplung (K0) geöffnet oder geschlossen ist. Die letzte Zeile zeigt die Effizienz des Getriebesystems des herkömmlichen Fahrzeugs. Der Wirkungsgrad bezieht sich auf den Gesamtsystemwirkungsgrad, d. h. die Umwandlung von Batterieenergie in Traktionsenergie an den Rädern des herkömmlichen Fahrzeugs. Bei den Spalten geben die zweite Spalte, die dritte Spalte, die dritte Spalte und die vierte Spalte die Geschwindigkeit des Fahrzeugs in km/h an.
13 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Getriebesystems 40. Insbesondere ist das Getriebesystem 40 mit zwei Zahnrädern 54 (GR1 und GR2) und daher zwei Übersetzungsverhältnissen dargestellt. In 14 zeigt eine Tabelle verschiedene Fahrmodi des Fahrzeugs 42. Die Zeilen geben den Fahrmodus des Fahrzeugs (seriell oder parallel), die Größe des Generators/Motors (~ 30 kW oder ~ 100 kW) an, unabhängig davon, ob die Trennkupplung (K0) geöffnet oder geschlossen ist, und ob das erste Übersetzungsverhältnis GR1 oder das zweite Übersetzungsverhältnis GR2 verwendet wird. Schließlich repräsentiert die letzte Zeile die Effizienz des Getriebesystems 40 des Fahrzeugs 42. Der Wirkungsgrad bezieht sich auf den Gesamtsystemwirkungsgrad des Getriebesystems 40, bei dem es sich um die Umwandlung von Batterieenergie in Traktionsenergie an den Rädern 70 des Fahrzeugs 42 handelt. Wie bei den Spalten repräsentiert die zweite Spalte, dritte Spalte, dritte Spalte und vierte Spalte die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 42. Wie in 14 gezeigt, ist der Wirkungsgrad des Getriebesystems 40 größer als der des herkömmlichen Getriebesystems von 11, das nicht mehr als ein einzelnes Übersetzungsverhältnis GR1 umfasst. Insbesondere kann das Getriebesystem von 11 nur Serienleistung mit einem einzigen Übersetzungsverhältnis anlegen, was den Betriebsbereich des Getriebesystems und den Wirkungsgrad des Fahrzeugs begrenzt, wohingegen das Getriebesystem 40 sowohl einen Serien- als auch einen Parallelbetriebsmodus bereitstellen kann und zwei Übersetzungsverhältnisse bereitstellen kann.
15 ist ein Diagramm, das die CO₂-Emissionen als abhängige Variable auf der y-Achse und die Anzahl der Übersetzungsverhältnisse des Getriebesystems 40 als unabhängige Variable auf der x-Achse darstellt. Wie in 16 gezeigt, führt das Getriebesystem 40 einschließlich der Vorgelegewelle 52, die nicht weniger als zwei Zahnräder aufweist, und das für alle Übersetzungsverhältnisse mit der ersten und/oder zweiten Ausgangswelle 60, 62 drehbar gekoppelt ist, im Vergleich zu anderen Getriebesystemen zu geringeren CO₂-Emissionen. Insbesondere wenn die Vorgelegewelle 52 nur zwei Zahnräder umfasst (d. h. nicht mehr als zwei Zahnräder und nicht weniger als zwei Zahnräder), führt dies typischerweise zu den niedrigsten CO₂-Emissionen.
16 ist ein Diagramm, das das Raddrehmoment als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit zeigt. Zusätzlich sind verschiedene Fahrmodi des Fahrzeugs 42 als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit gezeigt. Zum Beispiel umfassen verschiedene Fahrmodi des in 16 gezeigten Fahrzeugs 42 nur den Modus des Verbrennungsmotors 44 für das erste und zweite Zahnrad (Serienmodi) und den kombinierten Modus des Verbrennungsmotors 44 und des Elektromotors 72 (Parallelmodus). Die Betriebsart des Fahrzeugs 42 wird typischerweise basierend auf der effizientesten Betriebsart ausgewählt, die die Fahranforderungen des Fahrzeugs 42 erfüllt. Das „Twin-Antriebsmaximum“ bezieht sich auf Fahrzeugmodi eines herkömmlichen Getriebesystems. In Ausführungsformen, die den zweiten Elektromotor 82 umfassen, kann zusätzliche Drehkraft von dem zweiten Elektromotor 82 hinzugefügt werden, wenn das Fahrzeug 42 eine niedrige Geschwindigkeit aufweist. Das „S“ in 16 steht stellvertretend für einen Beispielbereich, in dem der Serienbetriebsmodus am effizientesten ist, und der Bereich „Parallel kontinuierlich“ steht stellvertretend für einen Beispielbereich, in dem der Parallelbetriebsmodus am effizientesten ist.
17 ist ein Diagramm, das das Raddrehmoment als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit zeigt. Zusätzlich werden verschiedene Fahrbedingungen basierend auf dem Raddrehmoment als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit angezeigt. Zusätzlich wird unterhalb der x-Achse ein Prozentsatz des im Zyklus verbrauchten Kraftstoffs basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit verwendet.
18 ist die Tabelle von 17, wobei weitere Informationen unterhalb der x-Achse die verbrauchte Leistung (in kW) pro Zyklus darstellen, die entlang der x-Achse in vier Gruppen unterteilt ist.
20 ist eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen Doppelkupplungsgetriebes. Insbesondere umfasst das herkömmliche Doppelkupplungsgetriebe eine erste und zweite Vorgelegewelle 100, 102 (auch als Ausgangswelle bezeichnet), eine erste und zweite Eingangswelle 104, 106 (auch als Ausgangswelle bezeichnet, die Drehkraft an die Vorgelegewelle ausgibt), eine erste und eine zweite Kupplung 108, 110, eine Rückwärtswelle 112 und eine Mechatronik 114. Wie oben in bestimmten Ausführungsformen beschrieben, ist das Getriebesystem 40 frei von in 21 gezeigten Komponenten, wie beispielsweise der zweiten Vorgelegewelle, was zu einem kürzeren und kompakteren Getriebesystem führt.
21 ist eine beispielhafte Tabelle verschiedener Fahrmodi eines herkömmlichen Fahrzeugs, das einen Elektromotor umfasst. Insbesondere zeigt 21 verschiedene Fahrbedingungen eines Fahrzeugs, in denen der Verbrennungsmotor und/oder der Elektromotor zum Antreiben des Fahrzeugs verwendet werden.
22 ist eine beispielhafte Tabelle verschiedener Fahrmodi des Fahrzeugs 42, das das Getriebesystem 40 umfasst, wie oben beschrieben. Es versteht sich, dass der EV (Elektrofahrzeugmodus) Ausführungsformen umfassen kann, in denen das Fahrzeug 42 den Elektromotor 72 oder sowohl den ersten als auch den zweiten Elektromotor 72, 82 umfasst. Wie in 22 gezeigt, wechselt das Fahrzeug 42 zwischen Serien- und Parallelmodus. Insbesondere wird in der Zeile „Batterie-SOC“ gezeigt, dass im EV2 (sowohl mit dem ersten als auch mit dem zweiten Elektromotor 72, 82) und der Serie G2 (zweites Zahnrad) weniger Energie benötigt wird, um das Fahrzeug 42 anzutreiben. Weiterhin, wie in der Erzeugungsspalte der Serienmodi 1 oder 2 (d. h. erstes oder zweites Zahnrad der Serienbetriebsart) und der Parallelmodi 1 oder 2 (d. h. erstes oder zweites Zahnrad der Parallelbetriebsart) gezeigt, wird ebenfalls weniger Energie benötigt.
23 ist eine beispielhafte Tabelle verschiedener Fahrmodi eines herkömmlichen Fahrzeugs, das einen Elektromotor umfasst.
Ein Verfahren 200 zum Steuern des Getriebesystems 40 des Fahrzeugs 42 umfasst den Schritt des Betätigens der ersten Kupplung 64, um die erste Ausgangswelle 60 drehbar mit der Vorgelegewelle 52 mit nicht weniger als zwei Zahnrädern 54 zu koppeln, um der Vorgelegewelle 52 über ein erstes Zahnrad der Vorgelegewelle 52 eine Drehkraft zuzuführen, wie in Kasten 202 in 27 angegeben. Das Verfahren umfasst darüber hinaus den Schritt des Betätigens der zweiten Kupplung 66, um die zweite Ausgangswelle 62 drehbar mit der Vorgelegewelle 52 zu koppeln, um der Vorgelegewelle 52 über ein zweites Zahnrad der Vorgelegewelle 52 eine Drehkraft zuzuführen, wie in Kasten 204 angegeben. Das Verfahren umfasst ferner den Schritt des Bereitstellens einer Drehkraft an die erste Ausgangswelle 60 von dem Elektromotor 72 mit dem Rotor 74 und dem Stator 76, um der Vorgelegewelle 52 über das erste Zahnrad, wenn die erste Kupplung 64 geschlossen ist, oder das zweite Zahnrad, wenn die zweite Kupplung 66 geschlossen ist, eine Drehkraft bereitzustellen, wobei die Vorgelegewelle 52 für alle Übersetzungsverhältnisse drehbar mit der ersten oder zweiten Ausgangswelle 60, 62 gekoppelt ist, wie in Kasten 206 in 27 angegeben. Das Getriebesystem 40 kann keine zweite Vorgelegewelle aufweisen. Normalerweise hat die Vorgelegewelle 52 nicht mehr als zwei Zahnräder.
Das Verfahren kann ferner den Schritt des Bereitstellens einer Drehkraft an die Vorgelegewelle 52 mit dem Elektromotor 72 und dem Verbrennungsmotor 44 des Fahrzeugs 42 umfassen. Das Getriebesystem 40 kann eine Trennkupplung 80 umfassen. In solchen Ausführungsformen kann das Verfahren den Schritt des Betätigens der Trennkupplung 80 umfassen, um den Verbrennungsmotor 44 selektiv mit der ersten oder zweiten Ausgangswelle 60, 62 zu koppeln.
In einer Ausführungsform ist der Elektromotor 72 ferner als erster Elektromotor 72 definiert und das Getriebesystem 40 umfasst einen zweiten Elektromotor 82, wobei das Verfahren ferner den Schritt des Bereitstellens von Drehkraft an die Vorgelegewelle 52 mit dem ersten und zweiten Elektromotor 72, 82 umfasst. Wie oben beschrieben, befindet sich das Fahrzeug 42 in einem Serienbetriebsmodus, wenn der Vorgelegewelle 52 von dem ersten und/oder zweiten Elektromotor 72, 82 Drehkraft zugeführt wird.
In einer Ausführungsform ist der Schritt des Bereitstellens einer Drehkraft an die Vorgelegewelle 52 mit dem ersten und zweiten Elektromotor 72, 82 ferner definiert als Bereitstellen einer Drehkraft an die Vorgelegewelle 52 mit dem ersten und zweiten Elektromotor 72, 82 und dem Verbrennungsmotor 44. Wie oben beschrieben, befindet sich das Fahrzeug 42 in einem Parallelbetriebsmodus, wenn der Vorgelegewelle 52 von dem ersten und/oder zweiten Elektromotor 72, 82 Drehkraft zugeführt wird.

Claims

Getriebesystem zur Verwendung in einem Fahrzeug, wobei das Getriebesystem Folgendes umfasst: ein Getriebegehäuse; eine Vorgelegewelle mit nicht weniger als zwei Zahnrädern, wobei die Zahnräder mehrere Übersetzungsverhältnisse definieren; ein Modulgehäuse, das mit dem Getriebegehäuse gekoppelt ist, wobei das Modulgehäuse einen Modulgehäuseinnenraum definiert; eine erste Abtriebswelle, die drehbar mit der Vorgelegewelle gekoppelt ist; eine zweite Abtriebswelle, die drehbar mit der Vorgelegewelle gekoppelt ist; eine erste Kupplung, die im Modulgehäuseinnenraum angeordnet ist, wobei die erste Kupplung so konfiguriert ist, dass sie die erste Ausgangswelle selektiv drehbar mit der Vorgelegewelle koppelt, um der Vorgelegewelle Drehkraft zuzuführen; eine zweite Kupplung, die im Modulgehäuseinnenraum angeordnet ist, wobei die zweite Kupplung so konfiguriert ist, dass sie die zweite Ausgangswelle selektiv drehbar mit der Vorgelegewelle koppelt, um der Vorgelegewelle Drehkraft zuzuführen; und einen Elektromotor, der einen Rotor und einen Stator umfasst, wobei der Elektromotor dafür konfiguriert ist, eine Drehkraft an die erste und/oder zweite Ausgangswelle anzulegen, um eine Drehkraft an die Vorgelegewelle anzulegen; wobei die Vorgelegewelle für alle Übersetzungsverhältnisse drehbar mit der ersten oder zweiten Ausgangswelle gekoppelt ist.
Getriebesystem nach Anspruch 1, das keine zweite Vorgelegewelle umfasst.
Getriebesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorgelegewelle nicht mehr als zwei Zahnräder aufweist.
Getriebesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das keinen Synchronisierer, keine Gabel, keinen Gabelaktuator, keinen Gabelerfassungsmechanismus und keine Drehzahlrolle umfasst.
Getriebesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner eine Trennkupplung umfasst, die in dem Modulgehäuseinnenraum angeordnet ist, wobei die Trennkupplung so konfiguriert ist, dass sie eine Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors oder einen zweiten Elektromotor selektiv drehbar mit der ersten und/oder zweiten Ausgangswelle koppelt.
Getriebesystem nach Anspruch 5, das Folgendes umfasst: einen Serienmodus, in dem der Elektromotor oder ein Verbrennungsmotor dafür konfiguriert sind, eine Drehkraft an die Vorgelegewelle anzulegen, und einen Parallelmodus, in dem der Elektromotor und der Verbrennungsmotor dafür konfiguriert sind, eine Drehkraft an die Vorgelegewelle anzulegen.
Getriebesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Elektromotor im Modulgehäuseinnenraum angeordnet ist.
Getriebesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Abtriebswelle eine massive Konfiguration aufweist, und wobei die zweite Abtriebswelle eine hohle Konfiguration aufweist, wobei die erste Abtriebswelle in der zweiten Abtriebswelle angeordnet ist.
Getriebesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die erste und die zweite Ausgangswelle entlang einer Wellenachse erstrecken, wobei sich der Elektromotor entlang einer Motorachse erstreckt und wobei die Wellenachse und die Motorachse axial ausgerichtet sind.
Getriebesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei sich die erste und die zweite Ausgangswelle entlang einer Wellenachse erstrecken, wobei sich der Elektromotor entlang einer Motorachse erstreckt und wobei die Wellenachse und die Motorachse axial zueinander versetzt sind, so dass die Wellenachse und die Motorachse nicht axial ausgerichtet sind.
Getriebesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Elektromotor ferner als erster Elektromotor definiert ist und ferner einen zweiten Elektromotor umfasst, und wobei der erste und der zweite Elektromotor dafür konfiguriert sind, selektiv gleichzeitig eine Drehkraft an die Vorgelegewelle anzulegen.
Verfahren zum Steuern des Getriebesystems nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Betätigen der ersten Kupplung, um die erste Ausgangswelle drehbar mit der Vorgelegewelle mit nicht weniger als zwei Zahnrädern zu koppeln, um der Vorgelegewelle über ein erstes Zahnrad der Vorgelegewelle eine Drehkraft zuzuführen, Betätigen der zweiten Kupplung, um die zweite Ausgangswelle drehbar mit der Vorgelegewelle zu koppeln, um der Vorgelegewelle über ein zweites Zahnrad der Vorgelegewelle eine Drehkraft zuzuführen; und Bereitstellen einer Drehkraft für die erste Abtriebswelle von dem Elektromotor, um eine Drehkraft für die Vorgelegewelle durch das erste Zahnrad, wenn die erste Kupplung geschlossen ist, oder das zweite Zahnrad, wenn die zweite Kupplung geschlossen ist, bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner den Schritt des Bereitstellens einer Drehkraft an die Vorgelegewelle mit dem Elektromotor und einem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner den Schritt des Betätigens der Trennkupplung umfasst, um den Verbrennungsmotor selektiv mit der ersten oder zweiten Ausgangswelle zu koppeln.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, das ferner den Schritt des Bereitstellens einer Drehkraft an die Vorgelegewelle mit dem ersten und zweiten Elektromotor umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Schritt des Bereitstellens einer Drehkraft an die Vorgelegewelle mit dem ersten und zweiten Elektromotor ferner als Bereitstellen von Drehkraft an die Vorgelegewelle mit dem ersten und zweiten Elektromotor und dem Verbrennungsmotor definiert ist.