DE102022100669A1 - Hydraulisch betätigtes kupplungssystem und steuerlogik für drehmomentwandler-einheiten - Google Patents

Hydraulisch betätigtes kupplungssystem und steuerlogik für drehmomentwandler-einheiten Download PDF

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Abstract

Vorgestellt werden Kupplungssteuerungssysteme für Drehmomentwandler (TC), Verfahren zur Herstellung/Betrieb solcher TC-Baugruppen und mit solchen TC-Baugruppen ausgestattete Fahrzeuge. Eine TC-Baugruppe umfasst ein Gehäuse, das antriebsmäßig mit einem Elektromotor verbunden ist, und ein Ausgangselement, das antriebsmäßig mit einem Mehrganggetriebe verbunden ist. Innerhalb des TC-Gehäuses sind eine Turbine, die am TC-Ausgangselement befestigt ist, und ein Laufrad, das neben der Turbine angeordnet ist, drehbar. Eine Überbrückungskupplung dient zum Verriegeln des Gehäuses mit dem Abtriebselement. Eine Systemsteuerung ist so programmiert, dass sie ein Schaltsignal empfängt, um den Antriebsstrang von einem Neutral- oder Parkmodus in einen Vorwärtsfahrmodus zu schalten; als Reaktion auf den Empfang dieses Schaltsignals wird die Überbrückungskupplung geöffnet. Die Systemsteuerung empfängt dann ein TCC-Verriegelungssignal, um die Überbrückungskupplung zu sperren; als Reaktion auf den Empfang des TCC-Verriegelungssignals wird die Überbrückungskupplung geschlossen.

Description

  • EINFÜHRUNG
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Antriebsstrangsysteme zur Übertragung von Drehmoment. Genauer gesagt beziehen sich Aspekte dieser Offenbarung auf Kupplungssteuerungssysteme mit zugehöriger Logik für hydrodynamische Drehmomentwandler elektrifizierter Fahrzeugantriebsstränge.
  • Heutige Serienfahrzeuge, wie z. B. das moderne Automobil, sind ursprünglich mit einem Antriebsstrang ausgestattet, der das Fahrzeug antreibt und die Bordelektronik des Fahrzeugs versorgt. Bei Kraftfahrzeugen beispielsweise besteht der Antriebsstrang in der Regel aus einer Antriebsmaschine, die das Antriebsdrehmoment über ein automatisches oder manuell geschaltetes Getriebe an das Antriebssystem des Fahrzeugs (z. B. Differential, Achswellen, Kurvenmodule, Räder usw.) überträgt. In der Vergangenheit wurden Kraftfahrzeuge mit Hubkolben-Verbrennungsmotoren (ICE) angetrieben, da diese leicht verfügbar und relativ kostengünstig waren, ein geringes Gewicht aufwiesen und eine hohe Effizienz aufwiesen. Zu diesen Motoren gehören Dieselmotoren mit Selbstzündung (CI), Ottomotoren mit Fremdzündung (SI), Zwei-, Vier- und Sechstaktmotoren sowie Rotationsmotoren, um nur einige Beispiele zu nennen. Hybridelektrische und vollelektrische Fahrzeuge (zusammenfassend als „Fahrzeuge mit Elektroantrieb“ bezeichnet) hingegen nutzen alternative Energiequellen für den Antrieb des Fahrzeugs und minimieren oder eliminieren so die Abhängigkeit von einem auf fossilen Brennstoffen basierenden Motor für die Zugkraft.
  • Ein vollelektrisches Fahrzeug (FEV) - umgangssprachlich auch als „Elektroauto“ bezeichnet - ist eine Fahrzeugkonfiguration mit Elektroantrieb, bei der der Verbrennungsmotor und die zugehörigen peripheren Komponenten des Antriebssystems vollständig entfallen und stattdessen ein wiederaufladbares Energiespeichersystem (RESS) und ein Fahrmotor für den Fahrzeugantrieb verwendet werden. Die Kraftstoffversorgungssystem und das Abgassystem eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor werden in einem batteriegestützten FEV durch einen oder mehrere Traktionsmotoren, ein Traktionsbatteriepaket und eine Batteriekühlungs- und -ladesystem ersetzt. Hybrid-Elektrofahrzeug-Antriebsstränge (HEV) hingegen nutzen mehrere Zugkraftquellen, um das Fahrzeug anzutreiben, wobei in der Regel ein Verbrennungsmotor in Verbindung mit einem batterie- oder brennstoffzellenbetriebenen Fahrmotor betrieben wird. Da Fahrzeuge mit Elektroantrieb in der Lage sind, ihre Leistung aus anderen Quellen als dem Motor zu beziehen, können HEV-Motoren ganz oder teilweise abgeschaltet werden, während das Fahrzeug durch den/die Elektromotor(en) angetrieben wird.
  • Bei Fahrzeugantrieben mit Automatikgetriebe wird üblicherweise ein hydrodynamischer Drehmomentwandler (TC) zwischen den Motor und das mehrgängige Getriebe geschaltet, um die Übertragung der Drehkraft zwischen beiden zu steuern. Herkömmliche Drehmomentwandler sind so konzipiert, dass sie die Leistung des Motors selektiv auf das Antriebssystem übertragen, um das Fahrzeug anzutreiben, und dass sich die Kurbelwelle drehen kann, ohne dass der Motor abgewürgt wird, wenn die Räder des Fahrzeugs und die Getriebegänge zum Stillstand kommen. Ein Standard-Drehmomentwandler, der die mechanische Kupplung eines Schaltgetriebes ersetzt, fungiert als Flüssigkeitskupplung mit einem Laufrad, das mit der Kurbelwelle des Motors verbunden ist, und einer Turbine, die mit der Eingangswelle des Getriebes verbunden ist. Zwischen dem Laufrad und der Turbine befindet sich einen rotierenden Stator, der den Flüssigkeitsstrom zwischen den jeweiligen Flüssigkeitsvolumina reguliert. Eine Hydraulikpumpe moduliert den Flüssigkeitsdruck im Gehäuse des Drehmomentwandlers, um die vom Laufrad auf die Turbine übertragene Rotationsenergie zu regulieren. Ein großer Geschwindigkeitsunterschied zwischen dem Laufrad und der Turbine führt zu einer Vervielfachung des vom Laufrad aufgenommenen Drehmoments, z. B. wenn das Fahrzeug aus dem Leerlauf oder aus dem Stillstand startet.
  • Die meisten modernen Drehmomentwandler sind mit einem internen „Überbrückungs“-Kupplungsmechanismus ausgestattet, der selektiv eingerückt wird, um die Kurbelwelle des Motors starr mit der Eingangswelle des Getriebes zu verbinden, wenn ihre Drehzahlen nahezu gleich sind, z. B. um unerwünschten Schlupf und daraus resultierende Effizienzverluste zu vermeiden. „Systemschlupf“ entsteht, weil die Drehzahl des Laufrads und die Drehzahl der Turbine im entriegelten Zustand von Natur aus unterschiedlich sind. Die Drehmomentwandlerkupplung (TCC) sorgt dafür, dass das Laufrad am Ausgang des Motors und die Turbine am Eingang des Getriebes mechanisch gekoppelt werden, so dass sich der Motorausgang und der Getriebeeingang mit der gleichen Drehzahl drehen. Der Einsatz der TCC kann von einem Antriebsstrang-Steuermodul (PCM) gesteuert werden, um die Kupplungskräfte unter bestimmten Betriebsbedingungen zu modifizieren, z. B. beim Schalten von Kupplung zu Kupplung, um unerwünschte Drehmomentschwankungen und Motordrehzahländerungen in Übergangszeiten zu vermeiden, wenn eine Unterbrechung des Drehmomentflusses erwünscht ist. Ein Torsionsdämpfer kann eingesetzt werden, um drehmomentbedingte Schwingungen zu dämpfen, die während der TCC-Überbrückung zwischen dem Motor und dem Getriebe übertragen werden. Während Drehmomentwandler üblicherweise in Verbrennungsmotoren und Hybridantrieben eingesetzt werden, um das Motordrehmoment zu regeln, werden sie jetzt auch in FEV-Antriebssträngen eingesetzt, damit der/die Fahrmotor(en) die Vorteile der Drehmomentvervielfachung und der Isolierung der Antriebsstrangerregung durch den TC nutzen können.
  • BESCHREIBUNG
  • Vorgestellt werden Kupplungssteuerungssysteme mit zugehöriger Logik für Drehmomentwandleranordnungen, drehmomentübertragende Antriebsstränge, die mit solchen TC-Baugruppen ausgestattet sind, Verfahren zur Herstellung und zum Betrieb solcher TC-Baugruppen und Fahrzeuge, die mit solchen TC-Baugruppen ausgestattet sind. Als Beispiel werden FEV-Antriebsstränge mit einer elektrischen Antriebseinheit (EDU) vorgestellt, die eine Motor-/Generatoreinheit (MGU) enthält, die antriebsmäßig mit einer speziellen hydrodynamischen TC-Baugruppe gekoppelt ist. Die modulare TC-Baugruppe kann eine Überbrückungskupplung vom Typ TCC und eine Pumpentrennkupplung (PDC) enthalten, die beide im Fluidvolumen der TC untergebracht sind. Die PDC-Vorrichtung ist axial von der Überbrückungskupplung beabstandet und zwischen einem Laufradmantel (Pumpe) und einer getriebeseitigen hinteren (Pumpen-)Abdeckung des TC-Gehäuses eingesetzt. Bei der PDC-Vorrichtung kann es sich um eine Reibungskupplung handeln, die hydraulisch betätigt werden kann, um das Laufradgehäuse und die Laufradschaufeln reibschlüssig mit dem hinteren Pumpendeckel und somit mit dem MGU zu verbinden. In gleicher Weise kann die TCC-Überbrückungskupplung auf eine TC-Ausgangswelle aufgeschoben und mit ihr verzahnt werden, die zwischen einem Turbinengehäuse und einem motorseitigen vorderen (Turbinen-)Deckel angeordnet ist. Bei der TCC-Überbrückungskupplung kann es sich um eine einzelne Reibungskupplung handeln, die separat hydraulisch betätigt werden kann, um die vordere Turbinenabdeckung reibschlüssig mit der Abtriebswelle/dem Abtriebselement des TC und somit mit dem mehrgängigen Getriebe zu verbinden. Eine aktive oder passive Einwegkupplung (OWC) kann antriebsmäßig zwischen dem Turbinengehäuse und der TC-Abtriebswelle angeordnet sein, um das positive Motordrehmoment während des reinen Motorbetriebs an das Getriebe zu übertragen.
  • Bei einer Kraftfahrzeuganwendung kann ein stationäres oder ferngesteuertes elektronisches Systemsteuergerät, wie z. B. ein Motorsteuergerät oder ein Antriebsstrang-Steuermodul (PCM), einen Einschaltbefehl zum Starten des Fahrzeugantriebsstrangs erhalten. Die Systemsteuerung reagiert, indem sie den Befehl gibt oder bestätigt, dass sich der Antriebsstrang in Parkstellung (P) oder Neutralstellung (N) befindet und die TCC geschlossen/verriegelt ist. Dann wird ein Schaltbefehl für den Antriebsstrang empfangen, um in den Rückwärtsgang (R), den Fahrgang (D) oder den niedrigen Gang (L) zu schalten; bei einem Schaltbefehl für den Antriebsstrang in R wird die TCC angewiesen, geschlossen zu bleiben, während bei einem Schaltbefehl für den Antriebsstrang in D/L die TCC angewiesen wird, zu öffnen. In der Betriebsart D/L kann der TCC anschließend geschlossen werden, z. B. wenn die Ausgangsdrehzahl des Motors die Eingangsdrehzahl des Getriebes erreicht. Wenn ein TCC-Sperrbefehl und die entsprechenden Bedingungen nicht erreicht werden, wird der TCC angewiesen, offen zu bleiben. Nach der TCC-Verriegelung für R, D oder L kann die Systemsteuerung eine Aufforderung erhalten, den Antriebsstrang in P oder N zu schalten; das TCC-Kupplungssteuerungsprotokoll kann daraufhin eine Schleife zum Anfang bilden und von vorne beginnen.
  • Zu den Vorteilen, die zumindest einige der vorgestellten Konzepte mit sich bringen, gehören Systeme zur Steuerung der Drehmomentwandlerkupplung und Schaltschemata, die die Verwendung eines Drehmomentwandlers in einer vollelektrischen Antriebsstrangarchitektur ermöglichen. Zu den weiteren Vorteilen gehören eine neuartige Startsteuerung, die nur den Motor nutzt, und Strategien zur Steuerung des Einkuppelns mit hohem Drehmoment, die eine Drehmomentvervielfachung des TC und/oder eine direkte Drehmomentübertragung vom Motor auf den Antriebsstrang unter bestimmten Bedingungen nutzen, um ein effizienteres Drehmoment zu erzeugen und das Fahrzeug schneller zu beschleunigen. Weitere Konzepte können die Verwendung des TC als Wärmequelle für eine verbesserte thermische Kontrolle des Systems beinhalten (z. B. Vorkonditionierung der EDU und Erwärmung des Fahrgastraums bei Kaltstart). Die vorgestellten Merkmale können auch dazu beitragen, die Reaktionszeiten für die Wandlerüberbrückung und -abschaltung zu verbessern und den Motor selektiv von unerwünschten Antriebsstranganregungen zu isolieren.
  • Aspekte dieser Offenbarung beziehen sich auf hydrodynamische Drehmomentwandleranordnungen mit Kupplungssteuerungssystemen zur Verbesserung des Ansprechverhaltens des Motors und des EV-Wirkungsgrads. In einem Beispiel wird eine Drehmomentwandleranordnung vorgestellt, die ein TC-Gehäuse umfasst, das antriebsmäßig (z. B. über Nasen und Nasenplatte) mit einem Abtriebselement (z. B. Rotorwelle und Nabe) eines Elektromotors verbunden ist, um das vom Motor erzeugte Drehmoment aufzunehmen. Ein TC-Ausgangselement (z. B. eine zentrale Turbinenwelle und/oder Getriebewelle) ragt aus dem TC-Gehäuse heraus und ist antriebsmäßig mit einem Eingangselement (z. B. einem Eingangszahnrad oder einer Eingangswelle) eines Getriebes verbunden, um das vom Motor erzeugte Drehmoment darauf zu übertragen. In einer inneren Fluidkammer des TC-Gehäuses sind eine beschaufelte Turbine und ein beschaufeltes Laufrad drehbar gelagert, die durch einen beschaufelten Stator getrennt sind. Die Turbine ist neben dem Laufrad angeordnet und auf dem TC-Abtriebselement zur gemeinsamen Drehung mit diesem montiert.
  • Um die Diskussion des obigen Beispiels fortzusetzen, umfasst die Drehmomentwandleranordnung auch eine Überbrückungskupplung, die innerhalb der internen Fluidkammer angeordnet ist, z. B. zwischen dem Turbinengehäuse und der vorderen Abdeckung des TC-Gehäuses. Die Überbrückungskupplung kann selektiv betätigt werden, um das TC-Gehäuse mit dem TC-Ausgangselement und somit mit dem Getriebeeingangselement zu verriegeln, damit es sich gemeinsam mit diesem dreht. Ein elektronisches Systemsteuergerät, bei dem es sich um ein einzelnes Gerät oder ein Netz von Geräten handeln kann, ist so programmiert, dass es ein (erstes) Schaltsignal mit einem Befehl zum Schalten des Antriebsstrangs von einem Leerlauf- oder Parkmodus in einen Vorwärtsfahrmodus (D, L, H, S usw.) empfängt und verarbeitet; als Reaktion auf das empfangene Schaltsignal gibt die Systemsteuerung der Überbrückungskupplung den Befehl zum Öffnen/Entriegeln. Dann empfängt das Steuergerät ein TCC-Verriegelungssignal mit der Aufforderung, die Überbrückungskupplung zu sperren; daraufhin befiehlt die Systemsteuerung der Überbrückungskupplung, zu schließen/zu sperren.
  • Weitere Aspekte dieser Offenbarung beziehen sich auf Kraftfahrzeuge, die mit TC-Baugruppen ausgestattet sind, die über Kupplungssteuerungsfunktionen für verbesserte EV-Start- und Kippfahrmanöver verfügen. Wie hierin verwendet, können die Begriffe „Fahrzeug“ und „Kraftfahrzeug“ austauschbar und synonym verwendet werden, um jede relevante Fahrzeugplattform einzuschließen, wie z. B. Personenkraftwagen (ICE, HEV, FEV, Brennstoffzelle, voll- und teilautonome Fahrzeuge usw.), Nutzfahrzeuge, Industriefahrzeuge, Raupenfahrzeuge, Gelände- und All-Terrain-Fahrzeuge (ATV), Motorräder, landwirtschaftliche Geräte, Wasserfahrzeuge, Flugzeuge usw. In einem Beispiel umfasst ein Kraftfahrzeug eine Fahrzeugkarosserie mit mehreren Rädern, einen Fahrgastraum und andere serienmäßige Ausrüstungen. An der Fahrzeugkarosserie ist ein elektrischer Fahrmotor angebracht, der allein (z. B. bei FEV-Antriebssträngen) oder in Verbindung mit einem Verbrennungsmotor (z. B. bei HEV-Antriebssträngen) ein oder mehrere Räder antreibt, um das Fahrzeug anzutreiben. Ein Mehrganggetriebe ist ebenfalls an der Fahrzeugkarosserie angebracht und verbindet die Antriebsmaschine(n) mit dem (den) angetriebenen Straßenrad (Straßenrädern).
  • Um die Diskussion des obigen Beispiels fortzusetzen, umfasst das Fahrzeug auch eine Drehmomentwandleranordnung, die den/die Antriebsmotor(en) mit der Kraftübertragung operativ verbindet. Diese TC-Baugruppe umfasst ein TC-Gehäuse, das antriebsmäßig mit dem Rotor des Fahrmotors verbunden ist, um so das vom Motor erzeugte Drehmoment aufzunehmen. Ein TC-Ausgangselement ist an dem TC-Gehäuse befestigt und antriebsmäßig mit dem Getriebe verbunden, um das Motordrehmoment auf das Getriebe zu übertragen. Eine Turbine mit an einem Turbinengehäuse montierten Turbinenschaufeln ist an dem TC-Ausgangselement befestigt und in der internen Fluidkammer des TC-Gehäuses drehbar. Ebenso ist ein Laufrad mit Laufradschaufeln neben der Turbine angeordnet und in der Flüssigkeitskammer drehbar. Eine Überbrückungskupplung ist innerhalb der Fluidkammer angeordnet, z. B. zwischen dem Turbinengehäuse und dem TC-Gehäuse. Diese Überbrückungskupplung kann das TC-Gehäuse mit dem TC-Ausgangselement verriegeln, z. B. um sich gemeinsam mit diesem zu drehen.
  • Bei der oben erwähnten TC-Baugruppe ist ein stationäres oder ferngesteuertes elektronisches Steuergerät oder ein Steuergerätenetz so programmiert, dass es ein oder mehrere Schaltsignale empfängt, die einen Befehl zum Schalten des Antriebsstrangs aus dem Leerlauf oder Parken in einen Vorwärtsfahrmodus anzeigen; daraufhin wird die Überbrückungskupplung zum Öffnen/Entriegeln angewiesen. Das Steuergerät empfängt auch ein oder mehrere TCC-Verriegelungssignale, die eine Aufforderung zum Verriegeln der Überbrückungskupplung anzeigen; als Reaktion darauf wird der Überbrückungskupplung befohlen, zu schließen/zu verriegeln.
  • Außerdem werden hier eine Systemsteuerungslogik, Regelungsverfahren mit geschlossenem Regelkreis und computerlesbare Medien (CRM) für die Herstellung und/oder den Betrieb beliebiger offenbarter Drehmomentwandleranordnungen, Antriebsstränge und/oder Kraftfahrzeuge vorgestellt. In einem Beispiel wird ein Verfahren zur Steuerung einer Drehmomentwandleranordnung zur antriebsmäßigen Verbindung eines Antriebsmotors mit einem Getriebe vorgestellt. Dieses repräsentative Verfahren umfasst, in beliebiger Reihenfolge und in beliebiger Kombination mit einer der oben und unten offenbarten Optionen und Merkmale, Folgendes Empfangen eines ersten Schaltsignals über eine elektronische Systemsteuerung, das einen Befehl zum Schalten des Antriebsstrangs von einem Neutral- oder Parkbetriebsmodus in einen Vorwärtsfahrbetriebsmodus anzeigt, wobei die TC-Anordnung ein TC-Gehäuse umfasst, das antriebsmäßig mit dem Ausgangselement verbunden ist, um dadurch ein vom Elektromotor erzeugtes Drehmoment aufzunehmen, ein TC-Ausgangselement, das antriebsmäßig mit dem Eingangselement verbunden ist, um dadurch ein Drehmoment auf das Getriebe zu übertragen, eine Turbine, die an dem TC-Ausgangselement angebracht ist und Turbinenschaufeln enthält, die innerhalb der Fluidkammer drehbar sind, ein Laufrad, das Laufradschaufeln enthält, die neben den Turbinenschaufeln angeordnet und innerhalb der inneren Fluidkammer drehbar sind, und eine Überbrückungskupplung, die betätigbar ist, um das TC-Gehäuse mit dem TC-Ausgangselement zu verriegeln; Übertragen eines Befehlssignals zum Öffnen der Überbrückungskupplung über die Systemsteuerung in Reaktion auf den Empfang des ersten Schaltsignals; Empfangen eines TCC-Verriegelungssignals, das eine Anforderung zum Verriegeln der Überbrückungskupplung anzeigt; und Übertragen eines Befehlssignals zum Schließen der Überbrückungskupplung über die Systemsteuerung in Reaktion auf den Empfang des TCC-Verriegelungssignals.
  • Für jedes der offenbarten Fahrzeuge, TC-Baugruppen und Verfahren kann die Systemsteuerung so programmiert werden, dass sie ein weiteres (zweites) Schaltsignal mit einem Befehl zum Schalten des Antriebsstrangs aus dem Vorwärtsfahrmodus zurück in den N/P-Betriebsmodus empfängt; daraufhin befiehlt die Steuerung der Überbrückungskupplung, während des Übergangs zu N/P geschlossen zu bleiben. Als weitere Option kann das Steuergerät ein weiteres (drittes) Schaltsignal mit dem Befehl empfangen, den Antriebsstrang von der Betriebsart N/P in die Betriebsart Rückwärtsfahren zu schalten; daraufhin befiehlt das Steuergerät, die Überbrückungskupplung zu schließen. In diesem Fall kann das Steuergerät ein anderes (viertes) Schaltsignal mit dem Befehl empfangen, den Antriebsstrang von R in N/P zu schalten; daraufhin befiehlt das Steuergerät der Überbrückungskupplung, während des Übergangs in den Leerlauf oder zum Parken geschlossen zu bleiben.
  • Für jedes der offenbarten Fahrzeuge, TC-Baugruppen und Verfahren kann die Systemsteuerung so programmiert werden, dass sie ein Einschaltsignal mit einem Befehl zur Initialisierung des Antriebssystems empfängt. Nach der elektronischen Zündung des Antriebsstrangs empfängt das Steuergerät ein Betriebsmodussignal, das anzeigt, dass sich das Kraftfahrzeug im Leerlauf oder im Parkmodus befindet. Der Antriebsstrang kann beispielsweise ein Fahrzeugantriebsstrang sein; in diesem Fall kann das Einschaltsignal von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs über ein manuell betätigtes Zündsystem (z. B. Schlüsselanhänger oder Anlassertaste) empfangen werden, und das Betriebsmodussignal kann von einer manuell betätigten elektronischen Schaltvorrichtung (z. B. Schaltknauf oder Wählscheibe) empfangen werden.
  • Für jedes der offenbarten Fahrzeuge, TC-Baugruppen und Verfahren kann das Steuergerät so programmiert sein, dass es feststellt, ob sich der Antriebsstrang in Park- oder Leerlaufstellung befindet, und, falls dies der Fall ist, feststellt, ob eine Echtzeit- oder echtzeitnahe Motortemperatur des Elektromotors geringer ist als eine für den Motor kalibrierte minimal zulässige Motorbetriebstemperatur (z. B. für den Antrieb). Als Reaktion darauf, dass die Motortemperatur unter der minimal zulässigen Motortemperatur liegt, kann das Steuergerät der TC-Baugruppe befehlen, einen Systemvorbereitungsvorgang auszuführen (Fahrzeug angehalten), der beinhalten kann, dass der Antriebsstrang in P/N verbleibt, dass die Überbrückungskupplung geschlossen wird und dass der Elektromotor bei oder über einer vordefinierten Mindestmotordrehzahl arbeitet. Als weitere Option kann das Steuergerät so programmiert werden, dass es feststellt, ob sich der Antriebsstrang in einem Vorwärtsfahrmodus befindet, und, falls dies der Fall ist, als Reaktion darauf feststellt, ob die aktuelle Betriebstemperatur des Motors unter der minimal zulässigen Motorbetriebstemperatur liegt. Als Reaktion darauf, dass die Motortemperatur unter der minimal zulässigen Betriebstemperatur liegt, kann das Steuergerät der TC-Baugruppe befehlen, einen Systemvorbereitungsvorgang auszuführen (Fahren des Fahrzeugs), der beinhalten kann, dass die Überbrückungskupplung teilweise geschlossen wird und durchrutscht, und dem Motor befehlen, ein Motordrehmoment an das TC-Gehäuse abzugeben.
  • Bei allen offenbarten Fahrzeugen, TK-Baugruppen und Verfahren kann das TK-Gehäuse eine zweiteilige Konstruktion sein, die aus einem Pumpendeckel, der das Laufrad umschließt, und einem Turbinendeckel, der die Turbine umschließt und fest mit dem Pumpendeckel verbunden ist, besteht. Eine mechanische Pumpe kann antriebsmäßig mit dem Pumpendeckel und/oder dem Turbinendeckel verbunden sein, um durch den Motor angetrieben zu werden. Eine Trennkupplung kann einen Trennkupplungsflansch (DC-Flansch) umfassen, der z. B. radial nach außen aus einem Laufradgehäuse des Laufrads herausragt. Der DC-Flansch enthält eine DC-Reibfläche, die mit dem TC-Gehäuse reibschlüssig verbunden ist. In einem spezielleren Beispiel ragt ein Gleichstrom-Kupplungsscheibenpaket (gestapelte Druckscheiben) aus einer Innenfläche des Pumpendeckels heraus; die Gleichstrom-Reibfläche umfasst ein Gleichstrom-Kupplungsscheibenpaket (gestapelte Reibscheiben), das mit dem Gleichstrom-Kupplungsscheibenpaket verschachtelt ist und selektiv mit diesem verriegelt. Als weitere Option umfasst die Überbrückungskupplung eine TCC-Nabe, die verschiebbar auf dem TC-Ausgangselement montiert ist und sich gemeinsam mit diesem dreht. Die TCC-Nabe umfasst eine TCC-Reibfläche, die reibschlüssig mit dem TC-Gehäuse verbunden ist. In einem spezielleren Beispiel ragt ein TCC-Kupplungsscheibenpaket (gestapelte Druckscheiben) axial von einer Innenfläche des Turbinendeckels vor; die TCC-Reibfläche umfasst ein TCC-Kupplungsscheibenpaket (gestapelte Reibscheiben), das mit dem TCC-Kupplungsscheibenpaket verschachtelt ist und mit diesem verriegelt.
  • Die obige Zusammenfassung soll nicht jede Ausführungsform oder jeden Aspekt der vorliegenden Offenbarung darstellen. Vielmehr stellt die vorstehende Zusammenfassung lediglich eine beispielhafte Darstellung einiger der hier dargelegten neuen Konzepte und Merkmale dar. Die obigen Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und damit verbundene Vorteile dieser Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der abgebildeten Beispiele und repräsentativen Modi zur Ausführung der vorliegenden Offenbarung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen leicht ersichtlich. Darüber hinaus umfasst diese Offenbarung ausdrücklich alle Kombinationen und Unterkombinationen der oben und unten dargestellten Elemente und Merkmale.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Darstellung eines repräsentativen elektrisch angetriebenen Fahrzeugs mit einem vollelektrischen Antriebsstrang, der eine Motor-/Generatoreinheit aufweist, die über einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit einem Mehrganggetriebe gemäß den Aspekten der vorliegenden Offenbarung verbunden ist.
    • 2 ist eine teilweise schematische Darstellung ausgewählter Teile einer repräsentativen hydrodynamischen Drehmomentwandleranordnung mit einem hydraulischen Steuersystem für die kombinierte Kupplungssteuerung, Wandlerzuführung und Schmierung gemäß den Aspekten der vorliegenden Offenbarung in Seitenansicht.
    • 3 ist ein Flussdiagramm, das ein repräsentatives Kupplungssteuerungsprotokoll zum Betreiben einer Drehmomentwandleranordnung veranschaulicht, das gespeicherten Anweisungen entsprechen kann, die von einem residenten oder entfernten Steuergerät, einer Steuerlogikschaltung, einer programmierbaren Steuereinheit oder einer anderen integrierten Schaltung (IC) oder einem Netzwerk von Geräten in Übereinstimmung mit Aspekten der offenbarten Konzepte ausführbar sind.
    • 4A und 4B sind schematische Darstellungen der repräsentativen hydrodynamischen Drehmomentwandleranordnung von 2, die als wärmeerzeugende Vorrichtung für das Wärmemanagement der EDU in Übereinstimmung mit den Aspekten der vorliegenden Offenbarung verwendet wird.
  • Die vorliegende Offenbarung ist für verschiedene Modifikationen und alternative Formen zugänglich, und einige repräsentative Ausführungsformen sind beispielhaft in den Zeichnungen dargestellt und werden hier im Detail beschrieben. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die neuen Aspekte dieser Offenbarung nicht auf die besonderen Formen beschränkt sind, die in den oben aufgezählten Zeichnungen dargestellt sind. Vielmehr soll die Offenbarung alle Modifikationen, Äquivalente, Kombinationen, Unterkombinationen, Permutationen, Gruppierungen und Alternativen abdecken, die in den Anwendungsbereich dieser Offenbarung fallen, wie sie zum Beispiel von den beigefügten Ansprüchen umfasst werden.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Diese Offenbarung kann in vielen verschiedenen Formen verwirklicht werden. Repräsentative Ausführungsformen der Offenbarung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden hier im Detail beschrieben, wobei davon ausgegangen wird, dass diese Ausführungsformen als Beispiel für die offenbarten Prinzipien dienen und keine Einschränkungen der allgemeinen Aspekte der Offenbarung darstellen. Insofern sollten Elemente und Beschränkungen, die z. B. in den Abschnitten „Beschreibung“, „Einleitung“, „Zusammenfassung“ und „Detaillierte Beschreibung“ beschrieben, aber nicht ausdrücklich in den Ansprüchen dargelegt sind, nicht in die Ansprüche aufgenommen werden, weder einzeln noch insgesamt, weder durch Implikation noch durch Schlussfolgerung noch auf andere Weise.
  • Für die Zwecke der vorliegenden detaillierten Beschreibung gilt, sofern nicht ausdrücklich ausgeschlossen: Der Singular schließt den Plural ein und umgekehrt; die Wörter „und“ und „oder“ gelten sowohl im Konjunktiv als auch im Disjunktiv; die Wörter „jeder“ und „alle“ bedeuten „jeder und alle“; und die Wörter „einschließlich“, „enthaltend“, „umfassend“, „mit“ und dergleichen bedeuten jeweils „einschließlich ohne Einschränkung“. Darüber hinaus können Wörter der Annäherung, wie „ungefähr“, „fast“, „im Wesentlichen“, „im Allgemeinen“, „ungefähr“ und dergleichen hier im Sinne von „bei, nahe oder fast bei“ oder „innerhalb von 0-5 % von“ oder „innerhalb akzeptabler Herstellungstoleranzen“ oder einer beliebigen logischen Kombination davon verwendet werden. Schließlich können sich richtungsbezogene Adjektive und Adverbien wie „vorn“, „hinten“, „innen“, „außen“, „steuerbord“, „backbord“, „vertikal“, „horizontal“, „nach oben“, „nach unten“, „vorne“, „hinten“, „links“, „rechts“ usw. auf ein Kraftfahrzeug beziehen, z. B. auf die Vorwärtsfahrt eines Kraftfahrzeugs, wenn das Fahrzeug auf einer horizontalen Fahrfläche betrieben wird.
  • Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen sich gleiche Referenznummern auf gleiche Merkmale in den verschiedenen Ansichten beziehen, ist in 1 eine schematische Darstellung eines repräsentativen Kraftfahrzeugs gezeigt, das allgemein mit 10 bezeichnet und hier zu Diskussionszwecken als Personenkraftwagen mit einem quer eingebauten, EDU-angetriebenen FEV-Antriebsstrang dargestellt ist. Das dargestellte Kraftfahrzeug 10 - hier auch kurz als „Kraftfahrzeug“ oder „Fahrzeug“ bezeichnet - ist lediglich eine beispielhafte Anwendung, mit der Aspekte der vorliegenden Offenbarung praktiziert werden können. In gleicher Weise sollte die Verwendung der vorliegenden Konzepte für einen vollelektrischen Fahrzeug-Antriebsstrang als eine nicht-begrenzende Implementierung der offenbarten Merkmale verstanden werden. Es versteht sich von selbst, dass Aspekte und Merkmale dieser Offenbarung auch auf andere Antriebsstrang-Architekturen angewendet werden können, für jeden logisch relevanten Fahrzeugtyp implementiert werden können und sowohl für automobile als auch für nicht-automobile Anwendungen genutzt werden können. Darüber hinaus werden hier nur ausgewählte Komponenten der Kraftfahrzeuge, elektrifizierten Antriebsstränge und Drehmomentwandleranordnungen gezeigt und im Detail beschrieben. Nichtsdestotrotz können die Fahrzeuge, Antriebsstränge und TC-Baugruppen, die im Folgenden erörtert werden, zahlreiche zusätzliche und alternative Merkmale und andere verfügbare periphere Komponenten enthalten, um die verschiedenen Methoden und Funktionen dieser Offenbarung auszuführen.
  • Der FEV-Antriebsstrang von 1 verwendet eine Elektromotor-/Generatoreinheit 12, die über einen hydrodynamischen Drehmomentwandler 14 mit einem mehrgängigen Leistungsgetriebe 16 verbunden ist, das als eigenständige, modulare elektrische Antriebseinheit 18, z. B. mit integriertem Elektronikpaket und Wärmemanagementsystem, verpackt sein kann. Gemäß dem gezeigten Beispiel besteht das Getriebe 16 im Allgemeinen aus einer ersten und einer zweiten parallelen Welle 11 bzw. 13, einer Schalt-Synchronisiereinrichtung 20 auf der ersten Welle 11, einem ersten und einem zweiten koplanaren Zahnradsatz 22 bzw. 24, die die erste und die zweite Welle 11, 13 antriebsmäßig verbinden, und einem drehmomentübertragenden Übertragungselement 26 auf dem ersten Zahnradsatz 22. Es sei darauf hingewiesen, dass das Getriebe 16 in 1 rein repräsentativ ist und optional andere geeignete Konfigurationen annehmen kann, einschließlich mehrgängiger Automatikgetriebe, stufenloser Getriebearchitekturen (CVT), automatisierter Schaltgetriebe, Planetengetriebeanordnungen usw.
  • Für den Fahrzeugantrieb kann die Motor-/Generatoreinheit 12 als elektrischer Fahrmotor ausgeführt sein, der über einen Rotor 28 (hier auch als „Motorabtriebselement“ bezeichnet) ein Zugmoment abgibt, indem er gespeicherte elektrische Energie in mechanische Rotationskraft umwandelt. Die MGU 12 kann direkt an ein TC-Eingangselement gekoppelt oder antriebsmäßig an einem Gehäuseteil des Drehmomentwandlers 14 angebracht und über den TC antriebsmäßig mit einer Eingangswelle oder einem Element des Getriebes 16 verbunden sein. Obwohl das Fahrzeug 10 als vollelektrische Architektur mit einem einzigen Motor in serieller Leistungsflusskommunikation mit einer einzigen Fahrzeugachse dargestellt ist, können auch andere Antriebsstrangkonfigurationen verwendet werden, einschließlich P1- und P2-Hybridantriebsstränge sowie andere FEV- und Standardantriebsstrangarchitekturen. In dieser Hinsicht kann die MGU 12 durch andere Arten von Antriebsmaschinen für den Antriebsstrang des Fahrzeugs 10 ersetzt werden, ohne dass dies von der vorliegenden Offenbarung abweicht. Beispielsweise kann eine Verbrennungsmotorbaugruppe zusätzlich zu oder als Ersatz für eine oder mehrere MGUs verwendet werden, um das Drehmoment für den Achsantrieb 15 des Fahrzeugs bereitzustellen.
  • Die Elektromotor/Generator-Einheit 12 kann ein Induktions-Kurzschlussläufermotor oder ein Asynchronmotor mit Permanentmagneten (PM) sein, der aus einem ringförmigen Stator (nicht dargestellt) besteht, der den Rotor 28 umgibt und konzentrisch zu diesem ist. Die Stromversorgung des Stators kann über elektrische Leiter oder Kabel erfolgen, die in geeigneten Dichtungs- und Isolierdurchführungen (nicht abgebildet) durch das Motorgehäuse geführt werden. Umgekehrt kann elektrische Energie von der MGU 12 zu einem fahrzeuginternen Traktionsbatteriepaket oder einer ähnlich geeigneten Elektrofahrzeugbatterie (EVB) 46 geleitet werden, z. B. durch regeneratives Bremsen. Der Betrieb der dargestellten Komponenten des Antriebsstrangs kann durch ein fahrzeuginternes oder -externes Steuergerät, z. B. eine programmierbare elektronische Steuereinheit (ECU) 25, geregelt werden.
  • Die hydrokinetische Drehmomentwandleranordnung 14 dient als Flüssigkeitskupplung zum Verbinden und Trennen des Motors 12 mit bzw. von der Innenverzahnung der Kraftübertragung 16. In einer inneren Fluidkammer der TC-Baugruppe 14 befinden sich eine beschaufelte Turbine 30, ein beschaufeltes Laufrad 34, das neben der Turbine 30 angeordnet ist, und ein beschaufelter Stator 32, der zwischen und koaxial zu der Turbine 30 und dem Laufrad 34 angeordnet ist. Wie dargestellt, ist die Turbine 30 drehfest mit der ersten Welle 11 des Getriebes 16 verbunden, während das Laufrad 34 drehfest mit dem Rotor 28 der MGU 12 verbunden ist. Der Stator 32 verändert die Strömung des Fluids zwischen der Turbine 30 und dem Laufrad 34 so, dass das zurückfließende Fluid die Drehung des Laufrads 34 unterstützt, anstatt sie zu behindern. Auf diese Weise bietet der Stator 32 einen Mechanismus zur Vervielfachung des von der Turbine 30 auf das Laufrad 34 übertragenen Drehmoments.
  • Unter weiterer Bezugnahme auf 1 umfasst jeder der beiden koplanaren Zahnradsätze 22, 24 ein Paar zusammengefügter Zahnräder. Insbesondere ist ein erstes Zahnrad 36 des ersten koplanaren Zahnradsatzes 22 drehbar auf der ersten Welle 11 gelagert und konzentrisch zu dieser. Ein zweites Zahnrad 38 des ersten koplanaren Zahnradsatzes 22 ist auf der zweiten Welle 13 gelagert und dreht sich mit dieser gemeinsam. Das Übertragungselement 26 verbindet das erste Zahnrad 36 antriebsmäßig mit dem zweiten Zahnrad 38 des ersten koplanaren Zahnradsatzes 22. Bei dem Übertragungselement 26 kann es sich um eine Kette, ein Zahnrad, einen Riemen oder ein anderes Element handeln, das dazu dient, die Übertragung des Drehmoments zwischen dem ersten Zahnrad 36 und dem zweiten Zahnrad 38 des ersten koplanaren Zahnradsatzes 22 aufrechtzuerhalten, während die gleiche Drehrichtung für beide Zahnräder 36, 38 beibehalten wird.
  • Ein erstes Zahnrad 40 des zweiten koplanaren Zahnradsatzes 24 ist ebenfalls drehbar auf der ersten Welle 11 gelagert und dreht sich konzentrisch mit dieser, während ein zweites Zahnrad 42 des zweiten koplanaren Zahnradsatzes 24 auf der zweiten Welle 13 gelagert ist und sich im Gleichschritt mit dieser dreht. Die ersten und zweiten Zahnräder 40, 42 des zweiten koplanaren Zahnradsatzes 24 greifen ineinander, um ein Drehmoment zwischen ihnen zu übertragen. Auf diese Weise erfolgt die Übertragung des Drehmoments vom ersten Zahnrad 40 auf das zweite Zahnrad 42 des zweiten koplanaren Zahnradsatzes 24 mit einer Änderung der Drehrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Zahnrad 40, 42. Auf der zweiten Welle 13 ist ein Abtriebszahnrad 44 gelagert, das axial vom ersten und zweiten Radsatz 22, 24 beabstandet ist und sich im Gleichlauf mit dieser Welle dreht. Dieses Abtriebsrad 44 kämmt mit einem komplementären Zahnkranz 60 eines vorderen oder hinteren Differentials 62 des Achsantriebs des Fahrzeugs 15. Das Differential 62 stellt einen Drehmomentpfad zu einer oder mehreren Achsen und einem oder mehreren Antriebsrädern 64 des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 10 bereit. Obwohl in 1 nicht explizit dargestellt, sollte man sich bewusst sein, dass das Achsantriebssystem 15 jede verfügbare Konfiguration annehmen kann, einschließlich Layouts mit Vorderradantrieb (FWD), Hinterradantrieb (RWD), Allradantrieb (4WD), Allradantrieb (AWD), Six-by-Four (6X4), usw.
  • Die Synchronisiereinrichtung 20 kann eine Innenverzahnung aufweisen, die mit einer komplementären Verzahnung auf der ersten Welle 11 zusammenpasst und eine gemeinsame Drehung zwischen der Synchronisiereinrichtung 20 und der ersten Welle 11 ermöglicht, während die relative axiale Bewegung der Synchronisiereinrichtung 20 auf der ersten Welle 11 beibehalten wird. Auf diese Weise kann die Synchronisiereinrichtung 20 durch Verschieben der Synchronisiereinrichtung 20 auf der ersten Welle 11 selektiv zwischen mindestens drei verschiedenen axialen Positionen verschoben werden. Wenn sich die Synchronisiereinrichtung 20 beispielsweise in einer ersten „neutralen“ Position befindet, kann sich die erste Welle 11 relativ zu den ersten Zahnrädern 36, 40 des ersten und zweiten koplanaren Zahnradsatzes 22, 24 frei drehen. Die Synchronisiereinrichtung 20 kann entlang der ersten Welle 11 in eine zweite „Vorwärts“-Position geschoben werden, um mit dem ersten Zahnrad 40 des zweiten koplanaren Zahnradsatzes 24 für eine gemeinsame Drehung in Eingriff zu kommen. Auf diese Weise dreht sich das erste Zahnrad 40 im Gleichklang mit der Synchronisiereinrichtung 20 und der ersten Welle 11.
  • In Fortsetzung der obigen Erörterung der 16 verschiedenen Betriebsarten des Getriebes kann die Synchronisiereinrichtung 20 entlang der ersten Welle 11 in eine dritte „Rückwärts“-Position geschoben werden, um dadurch für eine gemeinsame Drehung mit dem ersten Zahnrad 36 des ersten koplanaren Zahnradsatzes 22 in Eingriff zu kommen. Ähnlich wie bei der zweiten Position sorgt die dritte Position für eine gemeinsame Drehung zwischen dem ersten Zahnrad 36 des ersten koplanaren Zahnradsatzes 22 und der ersten Welle 11. Da jedoch das erste Zahnrad 36 mit dem zweiten Zahnrad 38 über das Übertragungselement 26 und nicht über kämmende Zahnräder gekoppelt ist, drehen sich das zweite Zahnrad 38 und damit die zweite Welle 13, das Abtriebsrad 44 und das Differential 62 rückwärts. Auf diese Weise wird eine Rückwärtsübersetzung erreicht, die die gleiche Drehrichtung des MGU 12 beibehält. Die sich daraus ergebende Architektur des Getriebes 16 ermöglicht es der EDU 18, die Drehmomentvervielfachung des Drehmomentwandlers 14 zu nutzen und gleichzeitig eine Rückwärtsrichtung an den Antriebsrädern 64 bereitzustellen.
  • 2 ist eine Seitenansicht einer oberen Hälfte einer repräsentativen Drehmomentwandleranordnung 114, die sowohl für Kraftfahrzeuganwendungen (z. B. für das TC 14 des Fahrzeugs 10 in 1) als auch für Nicht-Kraftfahrzeuganwendungen (z. B. für den Antrieb von Wasserfahrzeugen, Flugzeugen und Zügen, für industrielle Energiesysteme, Bohrinseln usw.) geeignet ist. Die TC-Baugruppe 114 in 2 ist im Querschnitt entlang einer vertikalen Ebene dargestellt, die durch die zentrale Drehachse A-A der Baugruppe verläuft (zur besseren Übersichtlichkeit wurde auf eine Kreuzschraffur verzichtet). Eine Querschnittsdarstellung der unteren Hälfte der Drehmomentwandleranordnung 114 in der Seitenansicht kann ein nahezu identisches, spiegelverkehrtes Bild zu dem in 2 gezeigten sein. Der Drehmomentwandler 114 ist mit einem motorgetriebenen Laufrad 134, einer laufradgetriebenen Turbine 130, einem die Fluidströmung verändernden Stator 132, einer Pumpentrennkupplung (DC) 150, einer Motor-Getriebe-Überbrückungskupplung 152 und einer Einwegkupplung (OWC) 154 ausgestattet.
  • Um die internen Arbeitskomponenten des Drehmomentwandlers 114 zu schützen, ist die Baugruppe mit einem flüssigkeitsdichten, ringförmigen Gehäuse konstruiert, das hauptsächlich durch einen getriebeseitigen hinteren Pumpendeckel 156 definiert ist, der fest, z. B. durch Elektronenstrahlschweißen, Mig- oder MAG-Schweißen, Laserschweißen und dergleichen, an einem motorseitigen vorderen Turbinendeckel 158 befestigt ist, so dass dazwischen eine hydraulische Arbeitsflüssigkeitskammer 159 gebildet wird. Die vordere Abdeckung 158 des TK-Gehäuses kann antriebsmäßig mit einem Abtriebselement eines Elektromotors (z. B. dem Rotor 28 des Motors 12 in 1) verbunden sein, z. B. über eine Reihe von in Umfangsrichtung beabstandeten Nasen 160 oder über einen keilförmigen Eingriff mit einer zylindrischen Gehäusenabe 162, die axial aus der Mitte der vorderen Abdeckung 158 herausragt. Die mechanische Kopplung der vorderen Abdeckung 158 mit dem Abtriebselement des Motors ermöglicht die Übertragung der Rotationskraft zwischen dem Motor und der TC-Baugruppe 114 hin und her.
  • Das Laufrad 134 - im Fachjargon auch als „Pumpe“ bezeichnet - befindet sich in serieller Strömungsverbindung mit der Turbine 130. Zwischen dem Laufrad 134 und der Turbine 130 befindet sich ein mit Schaufeln versehener Stator 132, der den von der Turbine 130 zum Laufrad 134 zurückfließenden Fluidstrom selektiv so verändert, dass dieses Fluid die Drehung des Laufrads 134 unterstützt, anstatt sie zu behindern. Die TC-Baugruppe 114 kann beispielsweise dazu verwendet werden, das Motordrehmoment vom Rotor 28 der MGU 12 auf die Eingangswelle 11 des Getriebes 16 zu übertragen, indem die Hydraulikflüssigkeit in der Flüssigkeitskammer 159 manipuliert wird. Genauer gesagt bewirkt die Drehung der Laufradschaufeln 133, die an einem nachgiebigen Laufradgehäuse 135 befestigt sind, das sich zwischen dem Pumpendeckel 156 und einer inneren Abdeckung 164 befindet, dass die Hydraulikflüssigkeit vorwärts und toroidal nach außen zur Turbine 130 fließt. Wenn dies mit ausreichender Kraft geschieht, um den Trägheitswiderstand der Rotation zu überwinden, beginnen die Turbinenschaufeln 137, die den Laufradschaufeln 133 gegenüberliegen, sich mit dem Laufrad 134 zu drehen. Diese Turbinenschaufeln 137 sind koaxial mit den Laufradschaufeln 133 ausgerichtet und auf einem nachgiebigen Turbinengehäuse 139 montiert, das sich zwischen der vorderen Abdeckung 158 und dem inneren Deckband 164 befindet. Der aus der Turbine 130 austretende Fluidstrom wird über den Stator 132 zurück in das Laufrad 134 geleitet. Der Stator 132 - drehbar montiert zwischen dem Strömungsaustrittsabschnitt der Turbine 130 und dem Strömungseintrittsabschnitt des Laufrads 134 - leitet den Fluidstrom von den Turbinenschaufeln 137 zu den Laufradschaufeln 133 in dieselbe Richtung wie die Laufradrotation um, wodurch das Pumpendrehmoment verringert und eine Drehmomentvervielfachung bewirkt wird.
  • Innerhalb des schützenden Außengehäuses 156, 158 der Drehmomentwandleranordnung 114 ist außerdem ein Axiallager 166 angeordnet, das den Stator 132 drehbar lagert. Der Stator 132 ist mit einer hohlen Statorwelle 168 über eine Rollenkupplung 170 verbunden, die die Drehung des Stators 132 unter kalibrierten Betriebsbedingungen verhindern kann. Bei höheren Drehzahlen des Drehmomentwandlers ändert sich beispielsweise die Richtung der aus der Turbine 130 austretenden Hydraulikflüssigkeit, wodurch der Stator 132 die Rollenkupplung 170 überrollt und sich frei auf der Statorwelle 168 dreht. Die Statorwelle 168 und eine hohle Turbinenwelle 172 ragen axial nach hinten aus dem TC-Gehäuse heraus (in nach rechts) und sind drehbar in einer äußeren Pumpennabe 174 eingeschlossen, die gegenüber einem Getriebegehäuse oder einer Kammer abgedichtet sein kann.
  • Das Laufradgehäuse 135 kann biegsam oder verschiebbar, z. B. über einen Keilnuteneingriff oder einen Befestigungskragen 161, zur gemeinsamen Drehung an der Statorwelle 168 befestigt werden. In gleicher Weise kann das Turbinengehäuse 139 biegsam oder gleitend befestigt sein, z. B. über eine Keilverzahnung oder einen Befestigungskragen 163, um sich gemeinsam auf der Turbinenwelle 172 zu drehen (hier auch als „TC-Ausgangselement“ bezeichnet). Wie dargestellt, umgibt die Pumpennabe 174 die Statorwelle 168, um dazwischen gemeinsam einen ersten Fluidpfad 171 zu definieren, durch den Hydraulikfluid zur kontrollierten Aktivierung der TC-Baugruppe 114 fließt. In gleicher Weise umschreibt die Statorwelle 168 die Turbinenwelle 172, um dazwischen einen zweiten Fluidpfad 173 zu bilden, durch den Hydraulikflüssigkeit fließt. Ein in Längsrichtung länglicher zentraler Hohlraum der Turbinenwelle 172 definiert einen dritten Fluidweg 175. Alle drei Hydraulikflüssigkeitspfade 171, 173, 175 sind mit einem Vorrat an Hydraulikflüssigkeit verbunden, z. B. mit einer Getriebeölwanne oder einem EDU-Sumpfvolumen (nicht dargestellt), und werden unabhängig voneinander moduliert, um den Betrieb der TC-Baugruppe 114 zu steuern.
  • Innerhalb der Kammer 159 für die hydraulische Arbeitsflüssigkeit, die zwischen der Turbine 130 und dem Turbinendeckel 158 angeordnet ist, befindet sich eine Überbrückungskupplung vom Typ TCC, die eine direkte Antriebsverbindung zwischen einer Antriebsmaschine und einem drehmomentverändernden Getriebe herstellt (z. B. Motor 12 und Getriebe 16 von 1). Insbesondere wird durch das Schließen und reibschlüssige Verriegeln der Überbrückungskupplung 152 die vordere Abdeckung 158 des Gehäuses, die mit dem Motorabtriebselement gekoppelt ist, mechanisch mit der Turbinenwelle 172 verriegelt, die mit dem Getriebeeingangselement gekoppelt ist. Gemäß dem dargestellten Beispiel umfasst die Überbrückungskupplung 152 eine scheibenförmige TCC-Nabe 176, die auf der Turbinenwelle 172 montiert ist, z. B. über ineinander greifende Innen- und Außenverzahnungen 177 bzw. 179, um sich gemeinsam mit dieser zu drehen. Von einem axialen Flansch 181 am Außenumfang der TCC-Nabe 176 ragt ein TCC-Kupplungsscheibenpaket 178 radial nach außen, das aus zueinander parallelen, axial beabstandeten und radial ausgerichteten Reibscheiben besteht. Von einer Innenfläche des Turbinendeckels 158 ragt axial ein TCC-Kupplungsscheibenpaket 180 vor, das aus zueinander parallelen, axial beabstandeten und radial länglichen Druckscheiben besteht, die mit den Reibscheiben des TCC-Kupplungsscheibenpakets 178 verschachtelt sind. Alternativ können die Reibscheiben starr am Turbinendeckel 158 und die Druckscheiben an der Überbrückungskupplung 152 befestigt sein.
  • Die Aktivierung und Deaktivierung der Überbrückungskupplung 152 und des zugehörigen Reibmaterials auf den Lamellen des Kupplungspakets 178 erfolgt durch eine axiale Gleit- und/oder Vorwärts-Biegebewegung der TCC-Nabe 176 auf der Turbinenwelle 172 als Reaktion auf einen modulierten Hydraulikfluidstrom in die Fluidkammer 159. Insbesondere wird die Überbrückungskupplung 152 durch erhöhten hydraulischen Druck auf eine rückwärtige Fläche der TCC-Nabe 176 (nach rechts weisende Hauptfläche in 2) aktiviert, der über den Einlassfluidstrom entlang des ersten Fluidpfads 171 zwischen der Pumpennabe 174 und der Statorwelle 168 bereitgestellt werden kann. Andererseits wird die Deaktivierung der Überbrückungskupplung 152 durch einen erhöhten hydraulischen Druck auf einer vorderen Fläche der TCC-Nabe 176 (nach links weisende Hauptfläche in 2) erreicht, der über den Einlassfluidstrom entlang des dritten Fluidpfads 175 bereitgestellt werden kann.
  • Wenn die Überbrückungskupplung 152 geschlossen und verriegelt ist, d. h. ohne Schlupf zwischen den Druckscheiben im TCC-Kupplungsscheibenpaket 180 und den Reibscheiben im TCC-Kupplungsscheibenpaket 178, umgeht der Motor 12 die TC-Turbine 130 und das Laufrad 134 und überträgt die Leistung direkt auf das Getriebe 16. Ein optionales Vorspannelement, wie z. B. eine Blattfeder (nicht dargestellt), kann zwischen der Innenfläche der vorderen Abdeckung 158 und der Vorderseite der TCC-Nabe 176 zusammengedrückt werden und drückt die Überbrückungskupplung 152 nach hinten in eine nicht drehmomenttragende, deaktivierte Position (z. B. nach rechts in 2). Es sei darauf hingewiesen, dass die Trennkupplung 150 und die Überbrückungskupplung 152 im Rahmen dieser Offenbarung auch andere hydraulische Kupplungskonfigurationen annehmen können, wie z. B. Klauenkupplungen oder Kupplungen mit einer Reibfläche.
  • In die TC-Baugruppe 114 von 2 ist eine motorisolierende Trennkupplungsvorrichtung 150 integriert, um den Elektromotor antriebsmäßig mit dem Mehrganggetriebe zu verbinden und, falls gewünscht, von diesem zu trennen. Ähnlich wie die oben erwähnte Überbrückungskupplung 152 ist die Trennkupplungsvorrichtung 150 von 2 als hydraulisch aktivierte Reibungskupplungsvorrichtung ausgeführt, die in der Fluidkammer 159 des TC-Gehäuses 156, 158 untergebracht ist. Wie dargestellt, ist die Trennkupplungsvorrichtung 150 zwischen dem Laufradgehäuse 135 und dem Pumpendeckel 156 angeordnet und bildet eine direkte mechanische Schnittstelle zwischen dem Laufrad 134 und dem HZ-Gehäuse 156, 158. Die Trennkupplung 152 umfasst einen ringförmigen Gleichstromflansch 182, der einstückig mit einem Außenumfang des Laufradgehäuses 135 ausgebildet oder auf andere Weise daran befestigt ist. Der Gleichstromflansch 182 kann ein ringförmiger Rand sein, der von der äußersten Kante des Laufradgehäuses 135 radial nach außen ragt und sich um diese herum erstreckt. Damit das Fluid aus dem ersten Fluidweg 171 um das Laufrad 134 und durch die Trennkupplung 150 fließen kann, kann der Gleichstromflansch 182 unterbrochen oder geschlitzt sein. Ein Gleichstromkupplungslamellenpaket 184, das aus zueinander parallelen, axial beabstandeten und radial ausgerichteten Reiblamellen besteht, ragt von einem Axialflansch 183 am Außenumfang des Gleichstromflansches 182 radial nach außen. Von einer Innenfläche des Pumpendeckels 156 ragt ein Gleichstromkupplungsscheibenpaket 186 radial nach innen, das aus zueinander parallelen, axial beabstandeten und radial ausgerichteten Druckscheiben besteht, die mit den Reibscheiben des Gleichstromkupplungsscheibenpakets 184 verschachtelt sind.
  • Die Aktivierung und Deaktivierung der Trennkupplung 150 erfolgt durch eine axiale Gleit- und/oder Biegebewegung des Laufradgehäuses 135 auf der Statorwelle 168 als Reaktion auf einen modulierten Hydraulikflüssigkeitsstrom in die Flüssigkeitskammer 159. Ähnlich wie die Überbrückungskupplung 152 wird die Trennkupplung 150 durch einen erhöhten hydraulischen Druck auf eine rückwärtige Fläche des Laufradgehäuses 135 aktiviert, der über denselben Einlassflüssigkeitsstrom durch den ersten Flüssigkeitsweg 171 bereitgestellt wird. Andererseits wird die Deaktivierung der Trennkupplung 150 durch einen erhöhten hydraulischen Druck auf einer vorderen Fläche des Laufradgehäuses 135 erreicht, der über den Einlassfluidstrom entlang des zweiten Fluidpfads 173 bereitgestellt wird. Wenn die Trennkupplung 150 geschlossen und verriegelt ist, d. h. kein Schlupf zwischen den Druckscheiben im Gleichstrom-Kupplungsscheibenpaket 186 und den Reibscheiben im Gleichstrom-Kupplungsscheibenpaket 184 besteht, ist der Motor 12 antriebsmäßig mit dem Laufrad 134 verbunden, so dass er sich im Gleichschritt mit diesem dreht. Ein optionales Vorspannelement, wie z. B. eine Blattfeder 188, die zwischen der Innenfläche der hinteren Abdeckung 156 und der Rückseite des Laufradgehäuses 135 zusammengedrückt wird, drückt die Trennkupplung 150 in eine drehmomenttragende, aktivierte Position (z. B. nach links in 2).
  • In Fortsetzung der Diskussion über die Drehmomentwandleranordnung 114 von 2 ist eine Einwegkupplungsvorrichtung 154 mechanisch zwischen dem Turbinengehäuse 139 und dem TC-Ausgangselement 172 angeordnet. Bei dieser OWC 154 kann es sich um eine unidirektionale Freilaufkupplung passiver Art handeln, die dazu dient, das Turbinengehäuse 139 und damit die Turbine 130 automatisch mit der Turbinenwelle 172 zu verbinden (oder zu „verriegeln“). Auf diese Weise verbindet der OWC 154 die Turbine 130 antriebsmäßig mit dem Getriebe, z. B. wenn der Motor ein positives Drehmoment erzeugt. Im dargestellten Beispiel umfasst der OWC 154 einen ringförmigen Außenring 151, der konzentrisch innerhalb eines ringförmigen Innenrings 153 ausgerichtet ist. Der äußere Laufring 151 ist mit einer radial inneren Kante des Turbinengehäuses 139 verschraubt, vernietet, verschweißt und/oder einstückig mit diesem geformt (zusammenfassend als „starr befestigt“ bezeichnet), so dass er sich im Einklang mit diesem dreht. Im Vergleich dazu ist der innere Laufring 153 starr an einem Außenumfang einer Turbinennabe 157 befestigt, um sich gemeinsam mit ihr zu drehen. Es ist vorgesehen, dass auch andere OWC-Konstruktionen realisiert werden können, einschließlich solcher mit axial beabstandeten, einander zugewandten Laufringen anstelle konzentrischer Innen- und Außenlaufringe, sowie aktive Einweg- und Zweiweg-Kupplungsvorrichtungen.
  • Zwischen dem äußeren und dem inneren Laufring 151, 153 des OWC 154 befindet sich eine Reihe von in Umfangsrichtung beabstandeten Drehmomentübertragungselementen 155, die selektiv drehbar miteinander verbunden sind. Diese Drehmomentübertragungselemente 155 können identisch geformte und bemessene federbelastete zylindrische Rollen umfassen; alternative Konfigurationen können eine beliebige Anzahl, Art und Kombination von Drehmomentübertragungselementen enthalten, einschließlich konischer Rollen, Nadelrollen, Klemmstücke, Sperrklinken, Streben usw. Im ausgerückten Zustand befinden sich die Drehmomentübertragungselemente 155 in einem „nicht eingekuppelten“ Zustand, um eine überholende Drehbewegung des Außenrings 151 relativ zum Innenring 153 in einer ersten (negativen) Richtung zu ermöglichen. Im Eingriffszustand befinden sich die Drehmomentübertragungselemente 155 in einem „verkeilten“ Zustand, um eine einheitliche Drehbewegung des Außenrings 151 mit dem Innenring 153 in einer zweiten (positiven) Richtung zu ermöglichen. Optionale Vorspannelemente (nicht dargestellt) können die Drehmomentübertragungselemente 155 in die verkeilte Position drücken oder anderweitig „vorspannen“.
  • Um die kombinierte Versorgung des Wandlers, die Steuerung der Kupplung und die Schmierung zu ermöglichen, ist eine mechanische Flüssigkeitspumpe 190 strömungstechnisch mit dem TC-Gehäuse und antriebsmäßig mit dem Elektromotor verbunden. Gemäß dem gezeigten Beispiel ist eine einzelne Flüssigkeitspumpe 190 innerhalb des EDU 18 montiert, z. B. angrenzend an eine Außenfläche des Pumpendeckels 156. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die Flüssigkeitspumpe 190 an anderen diskreten Stellen sowohl innerhalb als auch außerhalb des Außengehäuses des EDU 18 von 1 untergebracht werden kann. Fluidleitungen 192, die in Form von Fluidrohren, Fittings, Ventilen, Kanälen usw. ausgeführt sein können, verbinden die Fluidpumpe 190 mit den Fluidwegen 171, 173, 175 innerhalb des TC-Gehäuses 156, 158. Obwohl als Verdrängerpumpe vom Typ Gerotor dargestellt, kann die Flüssigkeitspumpe 190 auch andere Konstruktionen annehmen, einschließlich Schraubenpumpen, Kolbenpumpen und Drehkolbenpumpen.
  • Die mechanische Pumpe 190 kann in einer „on axis“-Konfiguration verpackt werden, wobei ihre Rotorwelle koaxial auf derselben Drehachse A-A wie die TC-Baugruppe 14 montiert ist. In diesem Fall kann die Pumpe 190 direkt mit der Pumpennabe 174 und/oder dem Rotor 28 verbunden sein, um beispielsweise durch den Elektromotor 12 von 1 gedreht zu werden. Bei diesem Aufbau kann sich die Pumpe 190 mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Motor 12 drehen. Im Vergleich dazu kann die mechanische Pumpe 190 für eine „achsfremde“ Konfiguration so verpackt werden, dass ihre Rotorwelle auf einer Drehachse montiert ist, die von der Achse A-A der TC-Baugruppe 14 verschieden ist. Ein optionales Pumpenantriebssystem 194, wie z. B. ein Zahnradgetriebe, ein Kettenantrieb oder ein Riemenantrieb (dargestellt), verbindet die Pumpe 190 direkt oder indirekt mit der Nabe 174 und/oder dem Rotor 28 der MGU 12, die vom Motor 12 angetrieben wird. Bei diesem Aufbau kann sich die Pumpe 190 mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Motor 12 oder in einem konstanten Verhältnis zu diesem drehen. Wenn sie von einem Motor 12 angetrieben wird, fördert die Flüssigkeitspumpe 190 Hydraulikflüssigkeit aus einem Flüssigkeitssumpf (3) durch die Pumpennabe 174 und in die Arbeitshydraulikflüssigkeitskammer 159 des TC-Gehäuses 156, 158. Dadurch wird der Druck in der Flüssigkeitskammer 159 erhöht, um: (1) die Flüssigkeitskupplung zwischen der Turbine 130 und dem Laufrad 134 zu aktivieren; (2) die Trenn- und Überbrückungskupplungen 150, 152, wie oben beschrieben, zu aktivieren; (3) thermische Energie aus der TC-Baugruppe 114 zu ziehen; und (4) Schmierung für die internen Arbeitskomponenten der TC-Baugruppe 114 bereitzustellen.
  • Unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm in 3 wird ein verbessertes Verfahren oder eine verbesserte Steuerstrategie für eine systemautomatisierte Kupplungssteuerung für eine Drehmomentwandleranordnung, wie z.B. die TC-Baugruppe 114 der 2 und 3, zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, wie z.B. des Kraftfahrzeugs 10 von 1, im Allgemeinen bei 200 in Übereinstimmung mit Aspekten der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Einige oder alle der in 3 dargestellten und nachstehend näher beschriebenen Vorgänge können einen Algorithmus darstellen, der prozessorausführbaren Anweisungen entspricht, die beispielsweise in einem Haupt- oder Zusatz- oder Fernspeicher (z. B. Speichervorrichtung 27 von 1) gespeichert sind und beispielsweise von einem elektronischen Steuergerät, einer Verarbeitungseinheit, einer Logikschaltung oder einem anderen Modul oder einer Vorrichtung oder einem Netzwerk von Modulen/Geräten (z. B. ECU 25 von 1) ausgeführt werden, um eine oder alle der oben und unten beschriebenen Funktionen auszuführen, die mit den offenbarten Konzepten verbunden sind. Es sollte anerkannt werden, dass die Reihenfolge der Ausführung der dargestellten Operationsblöcke geändert werden kann, zusätzliche Operationsblöcke hinzugefügt werden können und einige der beschriebenen Operationen modifiziert, kombiniert oder eliminiert werden können.
  • Das Verfahren 200 von 3 beginnt am Startklemmenblock 201 mit speicherbaren, prozessorausführbaren Anweisungen für ein programmierbares Steuergerät oder Steuermodul oder einen ähnlich geeigneten Prozessor zum Aufruf einer Initialisierungsprozedur für die Anfahr-/Einkupplungsdrucksteuerung. Die Systemauswertung zur Bereitstellung dieser Routine kann in Echtzeit, nahezu in Echtzeit, kontinuierlich, systematisch, sporadisch und/oder in regelmäßigen Abständen, z. B. alle 10 oder 100 Millisekunden, während des normalen und laufenden Betriebs des Kraftfahrzeugs 10 ausgeführt werden. Als eine weitere Option kann der Anschlussblock 201 als Reaktion auf eine Benutzerbefehlseingabe, eine Eingabeaufforderung durch ein residentes Fahrzeugsteuergerät oder ein Broadcast-Eingabesignal initialisiert werden, das von einem zentralisierten Fahrzeugdienstsystem „außerhalb des Fahrzeugs“ (z. B. einem Host-Cloud-Computing-Dienst) empfangen wird. Als nicht einschränkendes Beispiel kann ein Bediener des Kraftfahrzeugs 10 - sei es ein menschlicher oder ein computergestützter Fahrer - einen Zündbefehl oder einen Pedalkippbefehl aus dem Leerlauf oder bei Nullgeschwindigkeit eingeben, z. B. durch Niederdrücken eines Gaspedals, wenn das Pedal vollständig losgelassen wurde. Nach Abschluss der in 3 dargestellten Steuervorgänge kann das Verfahren 200 zur Endklemme 221 weitergehen und vorübergehend beendet werden oder optional zur Klemme 201 zurückkehren und in einer Dauerschleife laufen.
  • Nach der Initialisierung des Kupplungssteuerungsprotokolls geht das Verfahren 200 zum Eingabe-/Ausgabeblock 203 weiter, um eine Anforderung zum Starten des Antriebs und eine PRNDL-Einstellung (Park-Rear-Neutral-Drive-Low) von Park (P) oder Neutral (N) zu verarbeiten. Beispielsweise kann die ECU 25 von 1 ein oder mehrere Einschaltbefehlssignale von einem manuell aktivierten elektronischen Zündsystem (z. B. einem tragbaren Schlüsselanhänger oder einer fahrzeuginternen Starttaste) des Fahrzeugs 10 mit einer Aufforderung eines Fahrers oder Fahrzeuginsassen zur Initialisierung der EDU 18 und anderer erforderlicher Antriebsstranghardware empfangen. Gleichzeitig kann die ECU 25 ein oder mehrere Betriebsmodussignale von einer manuell betätigten elektronischen Schalteinrichtung (z. B. einem fahrzeuginternen Schaltknauf oder Drehknopf) des Fahrzeugs 10 empfangen, die anzeigen, dass sich das Fahrzeug 10 in einem Neutral- oder Parkmodus befindet. Es ist vorgesehen, dass jeder der hier erwähnten Schaltbefehle, Drehmomentbefehle usw. von einem autonomen Fahrzeugsteuerungsmodul (AVC) oder einem fortschrittlichen Fahrerassistenzsystemmodul (ADAS) erzeugt werden kann. Zu diesem Zeitpunkt kann die ECU 25 der TCC-artigen Überbrückungskupplung 152 befehlen, zu schließen/zu verriegeln, während das Fahrzeug 10 in P/N bleibt.
  • Danach führt das Verfahren 200 den Entscheidungsblock 205 aus, um festzustellen, ob ein PRNDL-Schaltbefehl empfangen wird, um in einen Vorwärtsfahrmodus oder einen Rückwärtsfahrmodus zu wechseln. Wiederum unter Bezugnahme auf die repräsentativen Anwendungen der 1 und 2 kann die ECU 25 ein (erstes) Schaltbefehlssignal von einem fahrzeuginternen Schaltknauf/Wählhebel mit der Aufforderung empfangen, die EDU 18 von P/N in einen Vorwärtsfahrmodus zu schalten, wie z. B. Drive (D), Low (L), High (H) oder Sport (S). Alternativ dazu kann die ECU 25 ein anderes (drittes) Schaltbefehlssignal mit der Aufforderung empfangen, die EDU 18 von P/N in den Rückwärtsgang (R) zu schalten. Es sollte verstanden werden, dass ein Schalten von P nach D oder R Teil eines Fahrzeugstartvorgangs sein kann, während ein Schalten von N nach D oder R Teil eines Kippvorgangs während der Bewegung des Fahrzeugs 10 sein kann.
  • Wenn ein PRNDL-Schaltbefehl von P/N nach D/L/H/S empfangen wird (Block 205=D/L), geht das Verfahren 200 zum Entscheidungsblock 207 über, um festzustellen, ob eine Echtzeit- oder echtzeitnahe aktuelle Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs größer als eine vordefinierte minimale (niedrige) Fahrzeuggeschwindigkeit ist. Wenn dies nicht der Fall ist (Block 207=NO), befiehlt das Verfahren 200 der Drehmomentwandleranordnung im Signalausgangsblock 209 zu entriegeln. Beispielsweise kann die ECU 25 die Leistung der Flüssigkeitspumpe 190 in die Arbeitshydraulikkammer 159 modulieren, um die Überbrückungskupplung 152 zu öffnen und zu entriegeln. Wenn jedoch festgestellt wird, dass die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit größer ist als die vordefinierte minimale Fahrzeuggeschwindigkeit (Block 207=YES), geht das Verfahren 200 zum Entscheidungsblock 211 über, der weiter unten erläutert wird. Wird dagegen ein PRNDL-Schaltbefehl von P/N nach R empfangen (Block 205=R), geht das Verfahren 200 zum Signalausgangsblock 213 über und befiehlt daraufhin der Drehmomentwandleranordnung, für eine direkte Antriebsverbindung zwischen Motor und Getriebe zu sperren. Die ECU 25 von 1 kann zum Beispiel die Leistung der Flüssigkeitspumpe 190 in die Hydraulikflüssigkeitskammer 159 modulieren, um die Überbrückungskupplung 152 zu schließen und zu verriegeln.
  • Danach führt das Verfahren 200 den Entscheidungsblock 211 aus, um festzustellen, ob ein TCC-Sperrbefehl empfangen wird und eine oder mehrere vordefinierte Systembetriebsbedingungen vorliegen. Beispielhaft und ohne Einschränkung kann die ECU 25 die Echtzeit-Motorausgangsdrehzahl des Motors 12, z. B. am Rotor 28, und die Echtzeit-Getriebeeingangsdrehzahl des Getriebes 16, z. B. an der ersten Welle 11, während eines Vorwärtsfahrbetriebsmodus des Fahrzeugs 10 überwachen, um festzustellen, ob/wann die beiden Drehzahlen im Wesentlichen gleich sind und das Gaspedal des Fahrzeugs 10 zumindest teilweise durchgedrückt ist. Zu diesem Zeitpunkt kann das Antriebsstrang-Steuermodul (PCM) die TC-Baugruppe 14/114 sperren wollen. Wenn kein TCC-Sperrbefehl empfangen wird und/oder mindestens eine vordefinierte Betriebsbedingung nicht gleichzeitig vorliegt (Block 211=NO), führt das Verfahren 200 den Signalausgangsblock 209 aus und hält die Überbrückungskupplung 152 offen.
  • Als Reaktion auf den Empfang des TCC-Verriegelungsbefehls (Block 211=YES) führt das Verfahren 200 den Entscheidungsblock 215 aus, um zu bestimmen, ob das TCC vollständig geschlossen (Verriegelung) oder teilweise geschlossen (Schlupf) werden soll. Wenn festgestellt wird, dass die TCC vollständig geschlossen sein soll (Block 215=L), führt das Verfahren 200 den Signalausgabeblock 213 aus und verriegelt die TCC. Die ECU 25 kann der Überbrückungskupplung 152 befehlen, sich zu schließen und das TC-Gehäuse 156, 158 direkt mit dem Getriebe 16 zu verbinden, wie im Signalausgangsblock 213 angegeben. Andererseits kann das Verfahren 200 automatisch auf die Feststellung reagieren, dass die TCC teilweise geschlossen sein sollte (Block 215=S), indem es den Prozessblock 217 ausführt und ein TCC-Schlupfregelprotokoll einleitet.
  • Nach der Entriegelung der TCC in Block 209 oder der Verriegelung der TCC in Block 213 oder dem Durchrutschen der TCC in Block 217 geht das Verfahren 200 zum Entscheidungsblock 219 über, um festzustellen, ob eine nachfolgende PRNDL-Schaltanforderung mit der Aufforderung empfangen wird, den Antriebsstrang des Fahrzeugs vom Vorwärts- oder Rückwärtsgang in den Park- oder Leerlauf zu schalten. Die ECU 25 von 1 kann beispielsweise ein (zweites) Schaltbefehlssignal von einem fahrzeuginternen Schaltknauf/Wahlschalter mit der Aufforderung empfangen, die EDU 18 von D/L/H/S nach P/N zu schalten. Alternativ dazu kann die ECU 25 ein anderes (viertes) Schaltbefehlssignal mit der Aufforderung empfangen, die EDU 18 von R nach P/N zu schalten. Wenn eine Schaltanforderung empfangen wird (Block 219=YES), kann das Verfahren 200 in einer Schleife zurück zum Eingabe-/Ausgabeblock 203 führen. Wird dagegen keine Umschaltanforderung empfangen (Block 219=NEIN), kann das Verfahren 200 von 3 in einer Schleife zum Entscheidungsblock 205 zurückkehren oder zum Anschlussblock 221 weitergehen und vorübergehend beendet werden.
  • 4A und 4B sind schematische Darstellungen der repräsentativen hydrodynamischen Drehmomentwandleranordnung 114 von 2, die gemeinsam mit einem elektrischen Fahrmotor 112 betrieben wird, um gemeinsam Wärme für das Wärmemanagement des Antriebsstrangsystems abzugeben. Beim Fahren des Fahrzeugs 10 von 1 unter kalten Bedingungen kann die TC-Baugruppe 114 beispielsweise mit verriegelter PDC 150 und durchrutschender TCC 152 betrieben werden, um Wärme zur Erwärmung der EDU 18, des Fahrgastraums und/oder anderer ausgewählter Segmente des Fahrzeugs 10 zu erzeugen. Nach dem Sperren der Trennkupplung 150 und dem Durchrutschen der Überbrückungskupplung 152 wird der Motor 112 mit einem „ineffizienten“ Drehmoment betrieben und der TCC-Betriebsmodus selektiv modifiziert, um den Fahranforderungen gerecht zu werden und gleichzeitig die gewünschte Wärmeerzeugung zu ermöglichen. Wenn sich der Antriebsstrang beispielsweise in einem Vorwärtsfahrmodus befindet, kann die ECU 25 eine Echtzeit-Betriebstemperatur des Elektromotors 112 überwachen. Wenn die aktuelle Betriebstemperatur des Motors unter einer minimal zulässigen Motortemperatur für den Fahrzeugantrieb liegt (z.B. -20 °C Basis-Umgebungstemperatur), kann die ECU 25 der TC-Baugruppe 114 als Reaktion darauf befehlen, einen Systemvorbereitungsvorgang auszuführen - Fahren des Fahrzeugs, der Folgendes beinhalten kann: (1) Anweisung an die Trennkupplung 150, zu verriegeln; (2) Anweisung an die Überbrückungskupplung 152, teilweise zu schließen und durchzurutschen; und (3) Anweisung an den Elektromotor 112, das Motordrehmoment über das Ausgangselement an das TC-Gehäuse abzugeben.
  • Wenn das Fahrzeug 10 unter kalten Bedingungen (z. B. -40° C bis 0° C Umgebungstemperatur) geparkt ist, kann die TC-Baugruppe 114 mit verriegelter PDC 150 und entriegelter TCC 152 betrieben werden, um Wärme zur Erwärmung der EDU 18, des Fahrgastraums und/oder anderer ausgewählter Segmente des Fahrzeugs 10 zu erzeugen. Bei eingelegtem Parkmodus/Bremse und nach dem Verriegeln der Trennkupplung 150 und dem Öffnen der Überbrückungskupplung 152 wird der Motor 112 mit einer „ineffizienten“ Drehzahl betrieben, um die gewünschte Wärme zu erzeugen. Beispielsweise wird das Fahrzeug 10 mit dem Antriebsstrang im Leerlauf oder im Parkmodus gestartet; die ECU 25 überprüft eine Echtzeit-Betriebstemperatur des Elektromotors 112. Wenn die aktuelle Betriebstemperatur des Motors unter der minimal zulässigen Motortemperatur liegt, kann die ECU 25 als Reaktion darauf der TC-Baugruppe 114 befehlen, einen Systemvorbereitungsvorgang - Fahrzeug geparkt - durchzuführen, der Folgendes umfassen kann: (1) Anweisung an den Antriebsstrang, in Parkstellung zu bleiben; (2) Anweisung an die Überbrückungskupplung 152, zu schließen; (3) Anweisung an die Trennkupplung 150, zu öffnen; und (3) Anweisung an den Motor 112, bei oder über einer vordefinierten Mindestmotordrehzahl zu arbeiten.
  • Die vorgestellten TC-Architekturen und die dazugehörige TC-Kupplungssteuerungslogik ermöglichen den Einsatz von hydrodynamischen Drehmomentwandlern in Fahrzeugen mit Elektroantrieb und einer direkten Antriebskupplung zwischen TC und Fahrmotor(en). Bei dieser Konfiguration kann der Drehmomentwandler eingesetzt werden, um das Drehmoment des Motors beim Anfahren und bei Fahrmanövern mit hohem Drehmomentbedarf zu erhöhen, z. B. mit einer TC-Drehmomentvervielfachung und einer kontrollierten TCC-Aktivierung, um eine direkte Drehmomentübertragung von Motor zu Getriebe zu ermöglichen und gleichzeitig einen hohen EV-Wirkungsgrad beizubehalten. Zumindest bei einigen Implementierungen kann es wünschenswert sein, den Betrieb der TC-Baugruppe mit den folgenden Standardbedingungen zu steuern: Neutral/Park Standard TCC gesperrt; Rückwärts Standard TCC gesperrt; und Vorwärts Standard TCC entriegelt. Für eine angemessene TC-Hydrodynamik kann die Flüssigkeitspumpe beim Start aktiviert werden, um den Ladedruck aufrechtzuerhalten.
  • Bei Betrieb des Systems bei niedrigen Temperaturen, z. B. bei oder unter dem Gefrierpunkt, kann ein Reibungsbremssystem aktiviert und der Fahrmotor mit einer Standarddrehzahl betrieben werden, um Wärme zu erzeugen (z. B. 900-1200 U/min oder höher, je nach k-Faktor), um die EDU und die Fahrzeugkabine vorzukonditionieren. Bei unerwünschten Störungen des Antriebsstrangs kann die Überbrückungskupplung selektiv geöffnet werden, um Erregungen des Antriebsstrangs, wie z. B. Motordrehmomentschwankungen, Straßenunebenheiten usw., zu dämpfen oder zu isolieren, so dass keine speziellen Dämpfungsvorrichtungen erforderlich sind. Ist das Fahrzeug mit einem mehrgängigen Getriebe ausgestattet, kann die Überbrückungskupplung während des Schaltvorgangs schlupffrei betätigt werden, um Drehmomentübergänge zu dämpfen. Weitere Optionen sind Power-Down-Schaltungen, um die Überbrückungskupplung für den TC-Drehmomentschub zu öffnen. Wenn die Überbrückungskupplung schließt/verriegelt, kann außerdem (1) kann ein Tip-in-Befehl das Öffnen des Drehmomentwandlers oder einen TCC-Betrieb mit hohem Schlupf bewirken, um eine zusätzliche Drehmomentverstärkung zu erreichen; und (2) kann ein Tip-out-Befehl das Öffnen der TCC und des DC bewirken, um einen schnellen Drehmomentabfall zu dämpfen. Zur Unterscheidung zwischen Pumpendrehzahl und Turbinendrehzahl kann ein spezieller Drehzahlsensor eingesetzt werden. Wenn das TC mit einer einzigen mechanischen Pumpe für die Flüssigkeitskupplung und die Kupplungssteuerung ausgestattet ist, kann der Fahrmotor beim Anfahren aus dem Stand schnell beschleunigt werden, um die Leistung der Flüssigkeitspumpe zu erhöhen, damit das TC seine Kapazität erreicht und der TC-Druck auf dem gewünschten Niveau gehalten wird.
  • Aspekte dieser Offenbarung können in einigen Ausführungsformen durch ein computerausführbares Programm von Anweisungen, wie z. B. Programmmodulen, implementiert werden, die allgemein als Softwareanwendungen oder Anwendungsprogramme bezeichnet werden und von einem beliebigen Steuergerät oder den hier beschriebenen Steuerungsvarianten ausgeführt werden. Software kann, in nicht einschränkenden Beispielen, Routinen, Programme, Objekte, Komponenten und Datenstrukturen umfassen, die bestimmte Aufgaben ausführen oder bestimmte Datentypen implementieren. Die Software kann eine Schnittstelle bilden, die es dem Computer ermöglicht, entsprechend einer Eingabequelle zu reagieren. Die Software kann auch mit anderen Codesegmenten zusammenarbeiten, um eine Vielzahl von Aufgaben als Reaktion auf empfangene Daten in Verbindung mit der Quelle der empfangenen Daten auszulösen. Die Software kann auf einer Vielzahl von Speichermedien wie CD-ROM, Magnetplatte und Halbleiterspeicher (z. B. verschiedene Arten von RAM oder ROM) gespeichert werden.
  • Darüber hinaus können Aspekte der vorliegenden Offenbarung mit einer Vielzahl von Computersystem- und Computernetzkonfigurationen praktiziert werden, einschließlich Multiprozessorsystemen, mikroprozessorbasierter oder programmierbarer Unterhaltungselektronik, Minicomputern, Großrechnern und dergleichen. Darüber hinaus können Aspekte der vorliegenden Offenbarung in verteilten Computerumgebungen angewandt werden, in denen Aufgaben von stationären und entfernten Verarbeitungsgeräten ausgeführt werden, die über ein Kommunikationsnetz verbunden sind. In einer Umgebung mit verteilter Datenverarbeitung können sich Programmmodule sowohl in lokalen als auch in entfernten Computerspeichermedien, einschließlich Speichergeräten, befinden. Aspekte der vorliegenden Offenbarung können daher in Verbindung mit verschiedener Hardware, Software oder einer Kombination davon in einem Computersystem oder einem anderen Verarbeitungssystem implementiert werden.
  • Jedes der hier beschriebenen Verfahren kann maschinenlesbare Anweisungen zur Ausführung durch (a) einen Prozessor, (b) eine Steuerung und/oder (c) eine andere geeignete Verarbeitungsvorrichtung enthalten: (a) einem Prozessor, (b) einem Steuergerät und/oder (c) jeder anderen geeigneten Verarbeitungsvorrichtung. Jeder hier offenbarte Algorithmus, jede Software, Steuerlogik, jedes Protokoll oder Verfahren kann als Software verkörpert sein, die auf einem greifbaren Medium gespeichert ist, wie z. B. einem Flash-Speicher, einem Solid-State-Drive-Speicher (SSD), einem Festplattenspeicher (HDD), einer CD-ROM, einer Digital Versatile Disk (DVD) oder anderen Speichergeräten. Der gesamte Algorithmus, die Steuerlogik, das Protokoll oder das Verfahren und/oder Teile davon können alternativ auch von einem anderen Gerät als einem Controller ausgeführt werden und/oder in Firmware oder dedizierter Hardware in einer verfügbaren Art und Weise verkörpert sein (z. B. implementiert durch eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine programmierbare Logikeinheit (PLD), eine feldprogrammierbare Logikeinheit (FPLD), diskrete Logik usw.). Obwohl spezifische Algorithmen unter Bezugnahme auf die hier dargestellten Flussdiagramme und/oder Arbeitsablaufdiagramme beschrieben werden können, können alternativ auch viele andere Methoden zur Implementierung der maschinenlesbaren Beispielanweisungen verwendet werden.
  • Aspekte der vorliegenden Offenbarung wurden ausführlich unter Bezugnahme auf die abgebildeten Ausführungsformen beschrieben; der Fachmann wird jedoch erkennen, dass viele Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die genaue Konstruktion und die hierin offenbarten Zusammensetzungen beschränkt; alle Modifikationen, Änderungen und Variationen, die aus den vorstehenden Beschreibungen ersichtlich sind, liegen im Rahmen der Offenbarung, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist. Darüber hinaus schließen die vorliegenden Konzepte ausdrücklich alle Kombinationen und Unterkombinationen der vorangehenden Elemente und Merkmale ein.

Claims (10)

  1. Drehmomentwandleranordnung zum antriebsmäßigen Verbinden eines Elektromotors mit einem Getriebe eines Antriebsstrangs, wobei der Elektromotor ein Ausgangselement und das Getriebe ein Eingangselement aufweist, wobei die Drehmomentwandleranordnung umfasst: ein Drehmomentwandler, TC,-Gehäuse, das eine innere Fluidkammer definiert und so konfiguriert ist, dass es antriebsmäßig mit dem Abtriebselement verbunden ist, um dadurch ein vom Elektromotor erzeugtes Drehmoment aufzunehmen; ein TC-Ausgangselement, das an dem TC-Gehäuse befestigt und so konfiguriert ist, dass es antriebsmäßig mit dem Eingangselement verbunden ist, um dadurch ein Drehmoment auf das Getriebe zu übertragen; eine Turbine, die an dem TC-Ausgangselement befestigt ist und Turbinenschaufeln enthält, die in der inneren Fluidkammer drehbar sind; ein Laufrad mit Laufradschaufeln, die neben den Turbinenschaufeln angeordnet und in der inneren Fluidkammer drehbar sind; eine Verriegelungskupplung, die in der Fluidkammer angeordnet ist und das TC-Gehäuse mit dem TC-Ausgangselement verriegeln kann; und eine elektronische Systemsteuerung, die so programmiert ist: ein erstes Schaltsignal empfangen, das einen Befehl zum Schalten des Antriebsstrangs von einem Neutral- oder Parkmodus in einen Vorwärtsfahrmodus anzeigt; als Reaktion auf den Empfang des ersten Schaltsignals das Öffnen der Überbrückungskupplung zu befehlen; ein TCC-Verriegelungssignal empfangen, das eine Anforderung zum Verriegeln der Überbrückungskupplung anzeigt; und als Reaktion auf den Empfang des TCC-Verriegelungssignals das Schließen der Überbrückungskupplung zu befehlen.
  2. Drehmomentwandleranordnung nach Anspruch 1, wobei die Systemsteuerung ferner programmiert ist, um: ein zweites Schaltsignal empfangen, das einen Befehl zum Schalten des Antriebsstrangs aus dem Vorwärtsfahrmodus in den Neutral- oder Parkmodus anzeigt; und als Reaktion auf den Empfang des zweiten Schaltsignals zu befehlen, dass die Überbrückungskupplung während eines Übergangs von der Betriebsart Vorwärtsfahrt in die Betriebsart Neutral oder Parken geschlossen bleibt.
  3. Drehmomentwandleranordnung nach Anspruch 1, wobei die Systemsteuerung ferner programmiert ist, um: ein drittes Schaltsignal empfangen, das einen Befehl zum Schalten des Antriebsstrangs aus dem Neutral- oder Parkmodus in einen Rückwärtsfahrmodus anzeigt; und als Reaktion auf den Empfang des dritten Schaltsignals das Schließen der Überbrückungskupplung zu befehlen.
  4. Drehmomentwandleranordnung nach Anspruch 3, wobei die Systemsteuerung ferner programmiert ist, um: ein viertes Schaltsignal empfangen, das einen Befehl zum Schalten des Antriebsstrangs von der Betriebsart Rückwärtsfahren in die Betriebsart Neutral oder Parken anzeigt; und als Reaktion auf den Empfang des vierten Schaltsignals der Überbrückungskupplung befehlen, während eines Übergangs in den Neutral- oder Parkmodus geschlossen zu bleiben.
  5. Drehmomentwandleranordnung nach Anspruch 1, wobei die Systemsteuerung ferner programmiert ist, um: ein Einschaltsignal empfangen, das einen Befehl zur Initialisierung des Antriebsstrangs anzeigt; und ein Betriebsmodussignal empfangen, das anzeigt, dass sich der Antriebsstrang im Neutral- oder Parkmodus befindet.
  6. Drehmomentwandleranordnung nach Anspruch 5, wobei der Antriebsstrang Teil eines Kraftfahrzeugs mit einer manuell aktivierten elektronischen Zündanlage und einer manuell betätigten elektronischen Betriebsartumschalteinrichtung ist, und wobei das Einschaltsignal von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs über die Zündanlage empfangen wird und das Betriebsartsignal von der Betriebsartumschalteinrichtung empfangen wird.
  7. Drehmomentwandleranordnung nach Anspruch 1, wobei die Systemsteuerung ferner programmiert ist, um: Festzustellen, ob sich der Antriebsstrang im Leerlauf oder im Parkmodus befindet; als Reaktion darauf, dass sich der Antriebsstrang in der Leerlauf- oder ParkBetriebsart befindet, zu bestimmen, ob eine Motortemperatur des Elektromotors geringer ist als eine minimal zulässige Motorbetriebstemperatur; und als Reaktion darauf, dass die Motortemperatur unter der minimal zulässigen Motorbetriebstemperatur liegt, der Drehmomentwandleranordnung befehlen, einen Systemvorbereitungsvorgang auszuführen, einschließlich des Befehls an den Antriebsstrang, in der Parkbetriebsart zu bleiben, des Befehls an die Überbrückungskupplung, zu schließen, und des Befehls an den Elektromotor, bei oder über einer vordefinierten minimalen Motordrehzahl zu arbeiten, um dadurch überschüssige Wärme zu erzeugen.
  8. Drehmomentwandleranordnung nach Anspruch 1, wobei die Systemsteuerung ferner programmiert ist, um: Festzustellen, ob sich der Antriebsstrang in der Betriebsart Vorwärtsfahrt befindet; als Reaktion darauf, dass sich der Antriebsstrang in der Fahrbetriebsart befindet, Bestimmen, ob eine Motortemperatur des Elektromotors geringer ist als eine minimal zulässige Motorbetriebstemperatur; und als Reaktion auf die Motortemperatur, die unter der minimal zulässigen Motorbetriebstemperatur liegt, Befehlen der TC-Baugruppe, einen Systemvorbereitungsvorgang auszuführen, einschließlich des Befehls an die Überbrückungskupplung, sich teilweise zu schließen und durchzurutschen, und Befehlen des Elektromotors, das Motordrehmoment über das Ausgangselement an das TC-Gehäuse abzugeben, um dadurch überschüssige Wärme zu erzeugen.
  9. Drehmomentwandleranordnung nach Anspruch 1, wobei die Turbinenschaufeln an einem Turbinengehäuse angebracht sind, das beweglich auf dem TC-Abtriebselement angebracht ist, und die Laufradschaufeln an einem Laufradgehäuse angebracht sind, das beweglich im TC-Gehäuse angebracht ist.
  10. Die Drehmomentwandleranordnung nach Anspruch 9, ferner umfassend eine Trennkupplung, die innerhalb der Fluidkammer zwischen dem Laufradmantel und dem TC-Gehäuse angeordnet ist und das TC-Gehäuse mit dem Laufrad verriegelt.
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