DE10329109B4 - Vorrichtung zur Übertragung von Leistung für ein Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zum Übertragen von Leistung für ein Fahrzeug, enthaltend:
ein synchronisiertes Mehrstufengetriebe (3), enthaltend eine Eingangswelle (14), eine Ausgangswelle (15), einen ersten Getriebezug, der ein erstes antreibendes Rad (16, 18), das integral auf der Eingangswelle (14) vorgesehen ist, und ein erstes getriebenes Rad (24, 25), das auf der Ausgangswelle (15) im Leerlauf montiert ist, enthält, einen zweiten Getriebezug, der ein zweites antreibendes Rad (19, 21), das auf der Eingangswelle (14) im Leerlauf montiert ist, und ein zweites getriebenes Rad (26, 28), das integral auf der Ausgangswelle (15) vorgesehen ist, enthält, und einen Synchronisationsmechanismus, der eine Hülse (34, 35, 36) enthält, wobei der Synchronisationsmechanismus eine vorbestimmte Schaltstufe aus mehreren Schaltstufen auswählen kann,
wobei die Vorrichtung zum Übertragen von Leistung für das Fahrzeug ferner enthält:
einen Motorgenerator (4, 50) mit einer Antriebswelle (42, 51), die ein drittes Rad (43a), das mit dem ersten antreibenden Rad (18) kämmt, und ein...

Description

  • Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Übertragen von Leistung für ein Fahrzeug, das u.a. mit einem Verbrennungsmotor und einem Motorgenerator versehen ist, die jeweils als Antriebsquelle wirken, mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Jüngere Entwicklungen haben zu einem Hybridfahrzeug geführt, das mit einem Verbrennungsmotor und einem Motorgenerator versehen ist, die jeweils als Antriebsquelle wirken, so dass eine drastische Verbesserung der Kraftstoffeffizienz und eine Verringerung der Abgasemissionen erreicht wird. Der Motorgenerator fungiert für den Antrieb des Fahrzeugs und zur Energierückgewinnung. Daraus resultiert ein Fahrzeug, das mit drei unterschiedlichen Motoren versehen ist, nämlich dem erwähnten Motorgenerator, einem herkömmlichen Anlasser zum Starten einer Aktivierung des Verbrennungsmotors und einem Wechselstromgenerator zum Wiederaufladen einer Batterie. In diesem Fall kann es möglicherweise nicht einfach sein, diese drei großen Motoren in dem Fahrzeug zu befestigen. Ferner können in dem Fahrzeug, das mit den drei unterschiedlichen Motoren versehen ist, die Herstellungskosten im Vergleich zu einem Fahrzeug erhöht sein, das mit einer geringeren Anzahl von Motoren versehen ist.
  • Angesichts dessen wurde eine Vorrichtung zum Übertragen einer Leistung für ein Fahrzeug in einer mit der Nr. 2002-040 818 A1 veröffentlichten US-Patentanmeldung, die der Japanischen offengelegten Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr: 2002-114 048 entspricht, offenbart. Bei dieser offenbarten Vorrichtung zum Übertragen einer Antriebsleistung wird ein Elektromotor eines Motors zum Beginnen der Aktivierung eines Verbrennungsmotors und als Motorgenerator verwendet, so dass die Gesamtzahl der erforderlichen Motoren verringert werden kann.
  • Die offenbarte Vorrichtung zum Übertragen einer Leistung für das Fahrzeug ist mit einem synchronisiertem Mehrstufengetriebe mit einer hohen Übertragungseffizienz versehen, das gewöhnlich als manuelles Getriebe, als Mechanismus zum Automatisieren eines Eingriffs/eines Auskuppelns einer Kupplung, die zwischen dem Verbrennungsmotor und dem synchronisiertem Mehrstufengetriebe angebracht ist, und als Mechanismus zum Automatisieren eines Schaltvorgangs in dem Getriebe verwendet wird. Der Elektromotor kann als Motoranlassermotor und als Motorgenerator fungieren, basierend auf einem kombinierten Betrieb des Getriebes und des Motorgenerators (des Elektromotors).
  • Der Motorgenerator ist mit dem synchronisierten Mehrstufengetriebe über einen Getriebemechanismus, der einem bekannten Schaltmechanismus ähnlich ist, in Eingriff. Der Getriebemechanismus weist in sich einen passenden Weg zum Weitergeben der Antriebsleistung abhängig von der in den Motorgenerator eingehenden Antriebsleistung bzw. der aus dem Motorgenerator ausgegebenen Antriebsleistung auf. Eine Eingangswelle des synchronisierten Mehrstufengetriebes kann mit einer Antriebswelle des Motorgenerators über den Getriebemechanismus verbunden sein. In diesem Fall kann das Drehmoment des angetriebenen Motorgenerators von der Eingangswelle des Getriebes an den Verbrennungsmotor über die Kupplung derart übertragen werden, dass der Verbrennungsmotor aktiviert wird. Alternativ kann das Drehmoment des Verbrennungsmotors an die Antriebswelle des Motorgenerators über die Eingangswelle des Getriebes derart übertragen werden, dass Elektrizität erzeugt wird. Ferner ist die Antriebswelle des Motorgenerators mit einer Ausgangswelle des Getriebes über den Getriebemechanismus derart verbunden, dass das Fahrzeug angetrieben wird oder Elektrizität erzeugt wird. Die Ausgangswelle des Getriebes ist mit den Antriebsrädern des Fahrzeugs verbunden.
  • Bei der Vorrichtung zum Übertragen von Leistung ist die Antriebswelle des Motorgenerators mit der Eingangswelle (oder der Ausgangswelle) des Getriebes unter einem gleichmäßigen Drehgeschwindigkeitsverhältnis abhängig von einem vorgegebenen Unter- bzw. Übersetzungsverhältnis unabhängig von dem Betrieb des Motorgenerators verbunden, wie z.B. dem Fahrzeugantrieb und der Rückgewinnung von Energie. Daher ist es möglich, dass der Motorgenerator zum Anlassen des Verbrennungsmotors oder zum Erzeugen von Elektrizität ineffizient in einem Zustand arbeitet, in dem die Eingangswelle des Getriebes mit der Antriebswelle des Motorgenerators verbunden ist.
  • Der Motorgenerator betreibt das Fahrzeug oder erzeugt Elektrizität mit hoher Effizienz im Bereich um eine Nenndrehzahl seiner Antriebswelle. Wenn der Verbrennungsmotor angelassen wird, dreht sich eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors im allgemeinen innerhalb eines verhältnismäßig engen Geschwindigkeitsbereichs um 250 rpm (Umdrehungen pro Minute). Die Kurbelwelle dreht sich dann innerhalb eines verhältnismäßig hohen Geschwindigkeitsbereichs um etwa 2000 rpm oder 2500 rpm während der normalen Fahrt des Fahrzeugs. Daher arbeitet der Motorgenerator bei der oben beschriebenen Vorrichtung zum Übertragen von Antriebsleistung unabhängig von dem Betrieb des Motorgenerators möglicherweise ineffizient, da der Motorgenerator mit der Eingangswelle (oder der Ausgangswelle) des Getriebes über einen einzigen Weg zum Übertragen von Antriebsleistung des Getriebemechanismus verbunden ist.
  • Angesichts des Vorhergehenden kann der oben beschriebene Motorgenerator durch eine andere Art von Motorgenerator ersetzt werden, der eine höhere Effizienz zum Antreiben des Fahrzeugs und zum Erzeugen von Elektrizität innerhalb einer großen Vielfalt von Rotationsgeschwindigkeitsbereichen der Kurbelwelle vorsieht. Dies kann jedoch die Kosten zum Herstellen des Motorgenerators erhöhen.
  • Die DE 197 45 995 A1 offenbart eine Antriebseinheit, die mit einer Zwischenwelle versehen ist, die parallel zu einer Getriebeeingangswelle ist. Eine elektrische Maschine ist auf der Zwischenwelle angebracht. Die elektrische Maschine erzeugt Antriebsleistung bzw. Elektrizität. Das durch die elektrische Maschine erzeugte Drehmoment wird über einen Zahnradeingriff auf die Getriebeeingangswelle übertragen. Eine Übersetzung zwischen der Zwischenwelle und der Getriebeeingangswelle wird lediglich durch das Übersetzungsverhältnis der auf der Zwischenwelle bzw. der Eingangswelle gelagerten Zahnräder, die miteinander kämmen, bestimmt.
  • Aus der DE 199 23 316 A1 ist weiterhin ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug bekannt, das einen elektrischen Motor als Starter- und Generatoreinheit aufweist. In einem Ausführungsbeispiel wird hierbei gezeigt, dass im Starterbetrieb über ein Planetengetriebe in Verbindung mit zwei Freilaufkupplungen eine höhere Übersetzung realisiert werden kann. Sei diesem Antriebssystem sind allerdings sowohl das Planetengetriebe als auch der elektrische Motor koaxial zur Hauptantriebswelle angeordnet und es ist auch keine Drehzahlübersetzung im Generatorbetrieb vorgesehen.
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  • Es besteht somit eine Notwendigkeit für das Vorsehen einer Vorrichtung zum Übertragen von Leistung für ein Fahrzeug, die einen Anstieg der Herstellungskosten verhindern kann und die die Anlassleistung eines Verbrennungsmotors und die Energierückgewinnungsleistung durch einen Motorgenerator verbessern kann.
  • Angesichts des Vorhergehenden enthält gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Übertragen von Leistung für ein Fahrzeug die Merkmale des Anspruchs 1.
  • Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • So wird das Drehmoment des Verbrennungsmotors bevorzugt über das synchronisierte Mehrstufengetriebe an den Motorgenerator über die zweite Freilaufkupplung und eine Trägerwelle und ein Sonnenrad übertragen, und die Trägerwelle und das Sonnenrad sind in dem Übersetzungsmittel enthalten.
  • Es ist weiter bevorzugt, dass das Übersetzungsmittel ein Planetengetriebe ist. In diesem Fall kann das Getriebe effektiv in der Größe verkleinert werden, woraus somit eine Verbesserung bei der Montage des Getriebes im Fahrzeug resultiert.
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  • Die vorhergehenden und zusätzlichen Merkmale und Charakteristika der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung deutlicher, die unter Verweis auf die beigefügten Zeichnungen zu betrachten ist, in denen:
  • 1 ein Blockdiagramm ist, das schematisch eine Vorrichtung zum Übertragen von Antriebsleistung für ein Hybridfahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und
  • 2 ein Blockdiagramm ist, das schematisch eine Vorrichtung zum Übertragen von Antriebsleistung für ein Hybridfahrzeug gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden untenstehend im einzelnen unter Verweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • Bezugnehmend auf 1 umfasst eine Vorrichtung zum Übertragen von Antriebsleistung für ein Hybridfahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Verbrennungsmotor 1 (untenstehend als Motor 1 bezeichnet), ein synchronisiertes Mehrstufengetriebe 3 (untenstehend als ein Getriebe 3 bezeichnet), eine Kupplung 2, die zwischen dem Motor 1 und dem Getriebe 3 angebracht ist, einen Motorgenerator 4, einen Wechselrichter 5 und eine Batterie 6. Der Motor 1 beinhaltet ein elektronisches Drosselstellglied, das die Antriebskraft, die von dem Motor 1 abgegeben wird, justieren kann.
  • Die Kupplung 2 enthält ein Schwungrad 12, das fest mit einer Kurbelwelle 11 des Motors 1 verbunden ist, und eine Kupplungsscheibe 13. Die Kupplung 2 wirkt im allgemeinen derart, dass sie eine antreibende Verbindung zwischen dem Motor 1 und dem Getriebe 3 nach Bedarf über Reibung verändert. Gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Antriebsverbindung über die Reibung automatisch durch die Kupplung 2 hergestellt oder unterbrochen, wobei die Kupplung auf eine Aktivierung eines Stellglieds (nicht gezeigt) durch eine Regelung (nicht gezeigt) anspricht, die auf verschiedenen erfassten Zuständen, wie dem Antriebszustand des Motors 1, einem Fahrzustand des Fahrzeugs, und einem Ladezustand der Batterie basiert.
  • Das synchronisierte Mehrstufengetriebe 3 kann selektiv eine vorbestimmte Schaltstufe aus mehreren Schaltstufen einstellen und ist mit einer Eingangswelle 14 und einer Ausgangswelle 15 versehen, die im wesentlichen parallel zur Eingangswelle 14 angeordnet ist. Die Eingangswelle 14 ist mit der Kupplungsscheibe 13 über eine Keilwellenverbindung derart in Eingriff, dass die Kupplungsscheibe 13 in einer Axialrichtung verschiebbar beweglich ist und in einer Umfangsrichtung relativ zu der Eingangswelle 14 nicht drehbar ist. Die Eingangswelle 14 ist einstückig mit einem antreibenden Rad 16 für eine erste Schaltstufe, einem antreibenden Rad 17 für eine Rückwärtsschaltstufe und einem antreibenden Rad 18 für eine zweite Schaltstufe in diese Reihenfolge von einer Seite der Eingangswelle 14 ausgehend von der Umgebung der Kupplung 2 versehen. Die Eingangswelle 14 ist ferner mit einem antreibenden Rad 19 für eine dritte Schaltstufe, einem antreibenden Rad 20 für eine vierte Schaltstufe und einem antreibenden Rad 21 für eine fünfte Schaltstufe in dieser Reihenfolge ausgehend von einer Seite des antreibenden Rads 18 für die zweite Schaltstufe versehen. Diese antreibenden Räder 19, 20 und 21 sind auf der Eingangswelle 14 zur Umdrehung im Leerlauf angebracht.
  • Die Ausgangswelle 15 des Getriebes 3 ist einstückig mit einem antreibenden Rad 23 versehen, das mit einem getriebenen Rad 22a kämmt, das in einer Differentialgetriebeeinheit 22 auf einer Seite der Ausgangswelle 15 (links in 1) untergebracht ist. Ein Rotationsdrehmoment wird als Antwort auf die Rotation der Ausgangswelle 15 an die Differentialgetriebeeinheit 22 (das angetriebene Rad 22a) über das antreibende Rad 23 derart übertragen, dass Achsschenkel 22b und 22e, die mit den Antriebsrädern des Fahrzeugs verbunden sind, gedreht werden. Auf der Ausgangswelle 15 sind ein getriebenes Rad 24 für eine erste Schaltstufe und ein getriebenes Rad 25 für eine zweite Schaltstufe im Leerlauf angebracht. Die getriebenen Räder 24 und 25 kämmen mit den entsprechenden antreibenden Rädern 16 und 18 für eine diesen untergeordnete Rotation. Die Ausgangswelle 15 ist einstückig mit einem getriebenen Rad 26 für eine dritte Schaltstufe, einem getriebenen Rad 27 für eine vierte Schaltstufe und einem getriebenen Rad 28 für ein fünfte Schaltstufe versehen. Die getriebenen Räder 26, 27 und 28 kämmen mit den entsprechenden antreibenden Rädern 19, 20 und 21 für eine jeweils diesen untergeordnete Rotation. Ein erster Getriebezug umfasst die antreibenden Räder 16, 17, 18 und die getriebenen Räder 24, 37, 25. Ein zweiter Getriebezug umfasst die antreibenden Räder 19, 20, 21 und die getriebenen Räder 26, 27, 28.
  • Ferner ist die Ausgangswelle 15 integral mit einem Nabenelement 31, das Paßfedern an seinem äußeren Umfangsrand aufweist, zwischen den getriebenen Rädern 24 und 25 der ersten bzw. zweiten Schaltstufe versehen. Das Nabenelement 31 dreht sich als Einzeleinheit mit der Ausgangswelle 15. Das erste und das zweite getriebene Zahnrad 24 bzw. 25 sind jeweils mit einem vorspringenden Bereich 24a und 25a, der jeweils Paßfedern aufweist, die den Paßfedern des Nabenelements 31 entspricht, versehen.
  • Die Eingangswelle 14 ist integral mit einem Nabenelement 32, das Paßfedern an seinem äußeren Umfangsrand aufweist, zwischen dem antreibenden Zahnrad 19 und 20 der dritten bzw. vierten Schaltstufe versehen. Das Nabenelement 32 dreht sich als Einzeleinheit mit der Eingangswelle 14. Das antreibende Rad 19 und 20 der dritten bzw. vierten Schaltstufe sind jeweils mit einem vorspringenden Bereich 19a und 20a versehen, die jeweils Paßfedern aufweisen, die den Paßfedern des Nabenelements 32 entsprechen.
  • Ferner ist die Eingangswelle 14 integral mit einem Nabenelement 33, das Paßfedern an seinem äußeren Umfangsrand aufweist, auf der rechten Seite bezüglich des antreibenden Rads 21 der fünften Schaltstufe auf der anderen Seite der Eingangswelle 14 versehen. Das Nabenelement 33 dreht sich als Einzeleinheit mit der Eingangswelle 14. Das antreibende Rad 21 der fünften Schaltstufe ist mit einem vorspringenden Bereich 21a, der Paßfedern aufweist, versehen, wobei die Paßfedern die gleichen sind, wie die Paßfedern des Nabenelements 33.
  • Das Getriebe 3 ist ferner mit Hülsen 34, 35 und 36 versehen, die jeweils um die Nabenelemente 31, 32 und 33 angebracht sind. Jede Hülse 34, 35 und 36 legt Paßfedern an ihrem inneren Umfang derart fest, dass diese Umfänge mit den Paßfedern von jedem Nabenelement 31, 32 und 33 in Eingriff zu bringen sind. Jede Hülse 34 und 35 wird durch ein entsprechendes (nicht dargestelltes) Gabelelement in der Axialrichtung derart bewegt, dass sie selektiv eine Keilwellenverbindung mit einem der getriebenen Räder 24, 25 bzw. einem der antreibenden Räder 19, 20 eingehen. Die Hülse 36 ist ebenfalls in der Axialrichtung durch ein entsprechendes (nicht dargestelltes) Gabelelement derart angebracht, dass sie selektiv eine Keilwellenverbindung mit dem antreibenden Rad 21 eingeht. Wie oben beschrieben, kann das synchronisierte Mehrstufengetriebe 3 eine vorbestimmte Schaltstufe aus den mehreren Schaltstufen selektiv herstellen, indem die Hülsen 34, 35 und 36 in der Axialrichtung bewegt werden. Jede Hülse 34, 35 und 36 kann in eine neutrale Position durch die entsprechende Gabelwelle derart zurückgebracht werden, dass die Verbindung jeder Hülse und des gewählten Rads getrennt wird.
  • Das Getriebe 3 ist weiter mit einem getriebenen Rad 37 für eine Rückwärtsschaltstufe um einen Außenumfang der Hülse 34 versehen. Das getriebene Rad 37 für die Rückwärtsschaltstufe kämmt mit dem antreibenden Rad 17 für die Rückwärtsschaltstufe über das Leerlaufrad 39 zu seiner untergeordneten Rotation. Das Getriebe 3 ist ferner mit einer Welle 38 versehen, die parallel zu der Eingangswelle 14 und der Ausgangswelle 15 vorgesehen ist. Ein Leerlaufrad 39 ist auf der Welle 38 derart vorgesehen, dass es in der Axialrichtung bewegbar ist. Wenn das Leerlaufrad 39 in einer vorbestimmten Position derart positioniert ist, dass es mit dem antreibenden Rad 17 für die Rückwärtsschaltstufe und dem getriebenen Rad 37 für die Rückwärtsschaltstufe kämmt, kann das Getriebe 3 eine Rückwärtsschaltstufe vorsehen. Wenn statt der Rückwärtsschaltstufe eine der anderen Schaltstufen in dem Getriebe 3 gewählt worden ist, wird das Leerlaufrad 39 in eine neutrale Position für seine Leerlaufrotation bewegt, so dass die Verbindung mit dem antreibenden Rad 17 für die Rückwärtsschaltstufe getrennt wird.
  • Gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Hülsen 34 und 35 und 36 in der axialen Richtung über die entsprechenden Gabelwellen als Antwort auf die Aktivierung durch ein (nicht dargestelltes) Stellglied durch die Regelung (nicht dargestellt) bewegt, so dass eine auf Grund verschiedener erfasster Zustände, wie z.B. dem Betriebszustand des Motors 1, dem Fahrzeugzustand des Fahrzeugs und dem Ladezustand der Batterie, zu wählende Schaltstufe automatisch eingestellt wird.
  • Das Getriebe 3 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ferner mit einer ersten Freilaufkupplung 41 und einer zweiten Freilaufkupplung 43 versehen, die beide in die Eingangswelle 14 gepresst sind. Die erste Freilaufkupplung 41 ist auf der anderen Seite der Eingangswelle 14 vorgesehen, d.h. der rechten Seite in 1, und besitzt ein Rad 41a um ihren äußeren Umfangsbereich. Das Rad 41a kämmt mit dem Motorgenerator 4. Der Motorgenerator 4 ist ein bekannter Wechselstromgenerator, der eine Antriebswelle 42 besitzt, wobei die Antriebswelle 42 mit einer externen Kraft derart gedreht wird, dass Elektrizität wiedergewonnen wird, oder wobei sie gedreht wird, indem sie mit elektrischem Strom versorgt wird. Der Motorgenerator 4 ist entlang des Getriebes 3 vorgesehen. Die zweite Freilaufkupplung 43 ist auf der einen Seite der Antriebswelle 42 vorgesehen, d.h. auf der linken Seite des Motorgenerators 4 in 1. Ein Rad 43a ist an einem äußeren Umfangsbereich der zweiten Freilaufkupplung 43 vorgesehen und kämmt mit dem antreibenden Rad 18 für die zweite Schaltstufe der Eingangswelle 14. Daher kann das Rotationsdrehmoment der Eingangswelle 14 an die Antriebswelle 42 über das Rad 43a nur dann übertragen werden, wenn sich die Eingangswelle 14 in einer Rotationsrichtung dreht, d.h. in einer Rotationsrichtung A in 1. In die sem Fall dreht sich die Antriebswelle 42 bei einer Rotationsgeschwindigkeit, die einem Übersetzungsverhältnis des Rads 43a relativ zu dem Rad 18 der Eingangswelle 14 entspricht (d.h. einem zweiten Rotationsgeschwindigkeitsverhältnis) in der anderen Rotationsrichtung, d.h. in einer Rotationsrichtung B, die entgegengesetzt zur Rotationsrichtung A ist.
  • Ein Sonnenrad 44a eines Planetengetriebes 44 (d.h. eines Übersetzungsmittels) ist auf der Antriebswelle 42 auf der anderen Seite der Antriebswelle 42 vorgesehen, d.h. auf der rechten Seite in 1. Das Sonnenrad 44a ist koaxial zur Antriebswelle 42 angeordnet. Daher entspricht die Rotationsgeschwindigkeit der Antriebswelle 42 einer Rotationsgeschwindigkeit des Sonnenrads 44a. Ein Ringrad 44b des Planetengetriebes 44 ist an einem stationären Bereich befestigt. Eine Trägerwelle 44c, die einen Doppelritzelmechanismus besitzt, ist integral mit einem Rad 45 versehen, das mit dem Rad 41a der ersten Freilaufkupplung 41 kämmt. Daher kann das Rotationsdrehmoment der Trägerwelle 44c an die Eingangswelle 14 über das Rad 41a nur dann übertragen werden, wenn die Trägerwelle 44c (das Rad 45) sich in der Rotationsrichtung B dreht. Die Trägerwelle 44c dreht sich mit einer Rotationsgeschwindigkeit, die einem Geschwindigkeitsübersetzungsverhältnis (d.h. einem ersten Rotationsgeschwindigkeitsverhältnis) des Planetenrads 44 relativ zu der Antriebswelle 42 entspricht. Die Eingangswelle 14 dreht sich daher in der Rotationsrichtung A mit einer Rotationsgeschwindigkeit, die dem Übersetzungsverhältnis der Räder 45 und 41a entspricht, relativ zu der Trägerwelle 44c.
  • Die ersten Freilaufkupplung 41 dreht sich im Leerlauf, wenn sich die Eingangswelle 14 in der Rotationsrichtung A in 1 dreht. Daher ermöglicht die erste Freilaufkupplung 41 nicht, dass das Rotationsdrehmoment der Eingangswelle 14, die in der Richtung A gedreht wird, an das Rad 41a übertragen wird. Die zweite Freilaufkupplung 43 dreht sich im Leerlauf, wenn sich die Antriebswelle 42 in der Rotationsrichtung B in 1 dreht. Daher erlaubt die zweite Freilaufkupplung 43 nicht, dass das Rotationsdrehmoment der Ausgangswelle 42, die in der Richtung B gedreht wird, an die Eingangswelle 14 übertragen wird.
  • Der Wechselrichter 5 wird durch die (nicht dargestellte) Regelung aktiviert. Der Wechselrichter 5 wandelt einen Gleichstrom von der Batterie 6 in einen Wechselstrom um, der dem Motorgenerator 4 zuzuführen ist, oder lädt die Batterie 6 durch Wandeln des durch den Motorgenerator 4 erzeugten Wechselstroms in einen Gleichstrom.
  • Als nächstes wird die folgende Erklärung zum Beschreiben des durch den Motorgenerator 4 angelassenen Motors 1 geben. Wenn der Motor 1 durch den Motorgenerator 4 gestartet werden soll, wird die Kupplung 2 durch die Regelung gesteuert, dass sie eine Antriebsverbindung mittels Reibung zwischen dem Motor 1 und dem Getriebe 3 herstellt. Ferner werden die Hülsen 34, 35, 36 und das Leerlaufrad 39 in die jeweiligen Neutralpositionen derart bewegt, dass ein Neutralzustand in dem Getriebe 3 hergestellt wird.
  • Der Motorgenerator 4 wird mit dem Wechselstrom durch den Wechselstromgenerator 5 zum Drehen der Antriebswelle 42 in der Rotationsrichtung B versorgt. Das Rotationsdrehmoment der Antriebswelle 42 wird unter Berücksichtigung der Verzögerung durch das Planetengetriebe 44 erhöht und an die Trägerwelle 44c übertragen. Wenn der Motor 1 nicht aktiv ist, wird die Eingangswelle 14 auf eine getriebene Seite gesetzt und die erste Freilaufkupplung 41 in einen arretierten Zustand gebracht. Daher wird das Rotationsdrehmoment der Trägerwelle 44c weiter unter Berücksichtigung der Verzögerung durch die Räder 45 und 41a erhöht und dann an die Eingangswelle 14 übertragen. Das Übersetzungsverhältnis des Rads 41a relativ zu dem Rad 45 ist verhältnismäßig groß festgelegt, so dass ein Rotationsdrehmoment erhalten wird, das ausreichend hoch ist, um den Motor 1 zu starten. Das Rotationsdrehmoment der Eingangswelle 14 wird an den Motor 1 über die Kupplung 2 derart übertragen, dass die Rotation der Kurbelwelle 11 beginnt. Wenn die Rotationsgeschwindigkeit der Kurbelwelle 11 auf ein bestimmtes Niveau erhöht ist, wie z.B. 200 rpm oder ähnliches, kann der Motor 1 angelassen werden.
  • Wenn die Rotationsgeschwindigkeit der Kurbelwelle 11 ein höheres Geschwindigkeitsniveau, wie z.B. 600 rpm oder ähnliches nach dem Anlassen des Motors 1 erreicht, dreht sich die Eingangswelle 14 dann bei einer höheren Rotationsgeschwindigkeit als das Rad 41a. In diesem Fall wird die erste Freilaufkupplung 41 aus dem arretierten Zustand gelöst. Gleichzeitig dreht sich das Rad 43a, das mit dem antreibenden Rad 18 für die zweite Schaltstufe kämmt, bei einer höheren Rotationsgeschwindigkeit als die Antriebswelle 42. In diesem Fall wird die zweite Freilaufkupplung 43 arretiert und das Rotationsdrehmoment des antreibenden Rads 18 für die zweite Schaltstufe wird an die Antriebswelle 42 übertragen. Das Übersetzungsverhältnis der Räder 18 und 43a wird auf ein verhältnismäßig kleinen Wert festgelegt, so dass der Motorgenerator 4 innerhalb des gesamten Rotationsgeschwindigkeitsbereichs des Motors 1 nicht überdrehen kann.
  • Wenn sich wie oben beschrieben, die Kurbelwelle 11 des Motors 1 bei einer verhältnismäßig hohen Rotationsgeschwindigkeit dreht, arbeitet der Motorgenerator 4 derart, dass er Elektrizität erzeugt, wobei er durch den Motor 1 derart unterstützt wird, dass die Batterie 6 über den Wechselrichter 5 geladen werden kann. Das bedeutet, dass der Motorgenerator 4 in diesem Fall als sogenannte Wechselstromgenerator arbeitet.
  • Als nächstes wird die folgende Erklärung zur Beschreibung der Elektrizitätserzeugung durch den Motorgenerator 4 gegeben.
  • Der Motorgenerator 4 wird in einem elektrisch nicht angeregten Zustand gehalten. Das Rotationsdrehmoment der Eingangswelle 14, die in der Richtung A gedreht wird, wird an die antreibenden Räder 18 und 43a für die zweite Schaltstufe unabhängig von dem Zustand der Kupplung 2, nämlich in Eingriff bzw. getrennt, übertragen. In diesem Fall wird die zweite Freilaufkupplung 43 arretiert und die Antriebswelle 42 dreht sich in der Rotationsrichtung B in 1. Daher wirkt der Motorgenerator als Wechselstromgenerator zum Erzeugen von Elektrizität.
  • Insbesondere wenn das Fahrzeug in einen stationären Zustand aus einem antreibenden Zustand bei einer gegenwärtigen Schaltstufe in dem Getriebe 3 schaltet, wird die gegenwärtige Schaltstufe in eine neutrale Schaltstufe im Getriebe 3 verändert. An diesem Punkt wird die Leerlaufrotation des Motors 1 an die Antriebswelle 42 übertragen, indem die Kupplung 2 in dem Eingriffszustand gehalten wird, wobei die Elektrizität durch den Motorgenerator 4 erzeugt werden kann.
  • Wenn ferner die Batterie 6 ausreichend geladen worden ist und der Motor 1 bei einer verhältnismäßig geringen Geschwindigkeit gedreht worden ist, wirkt der Motorgenerator 4 als Elektromotor zum Kompensieren der Antriebsleistung, die von dem Motor 1 ausgegeben wird, wodurch es möglich wird, eine Fahrzeugbeschleunigung zu unterstützen. Daher kann, wenn der Motorgenerator 4 während des Antriebs des Fahrzeugs durch die Antriebsleistung des Motors 1 aktiv wird, eine Hilfskraft, die von dem Motorgenerator 4 abgegeben wird, effektiv den Fahrzustand des Fahrzeugs verstärken, insbesondere wenn das Fahrzeug auf einer ansteigenden Neigung fährt oder wenn das Fahrzeug beschleunigt wird, um ein vorausfahrendes Fahrzeug zu überholen.
  • Wenn ferner die Batterie 6 in einem normalen Zustand geladen worden ist, wird die Rotationsgeschwindigkeit des Motors 1 erhöht, damit der Motorgenerator 4 Elektrizität erzeugen kann. Daher kann der Motor 1 bei einer verhältnismäßig hohen Verbrennungseffizienz aktiviert werden, wodurch es möglich wird, die Kraftstoffverbrauchsrate zu verbessern.
  • Wenn das Fahrzeug abbremst, wird ferner die Kupplung 2 derart kontrolliert, dass die Antriebsverbindung über die Reibung zwischen dem Motor 1 und dem Getriebe 3 während irgendeiner der Schaltstufen außer der neutralen Schaltstufe, die in dem Getriebe 3 eingerichtet werden, getrennt wird. Der Motorgenerator 4 wirkt als Wechselstrommaschine zum Regeln der Menge der erzeugten Elektrizität. Daher kann der Motorgenerator 4 Elektrizität zurückgewinnen, und die Fahrzeugräder werden mit einer Bremskraft beaufschlagt. Das bedeutet, dass die kinetische Energie der Fahrzeugräder durch den Motorgenerator 4 zurückgewonnen werden kann. Dabei ist die Kupplung 2 derart geregelt, dass sie die Antriebsverbindung über die Reibung zwischen dem Motor 1 und dem Getriebe 3 unterbricht. Daher kann man vermeiden, dass die kinetische Energie der Fahrzeugräder als mechanischer Verlust in dem Motor 1 verloren geht.
  • Untenstehend sind einige der Wirkungen beschrieben, die gemäß der ersten oben beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erreicht werden können.
    • (1) Das Rotationsdrehmoment des Motorgenerators 4 wird an dem Motor 1 mit einer Rotationsgeschwindigkeit übertragen, die durch das Planetengetriebe 44 verzögert ist, d.h. mit einer Rotationsgeschwindigkeit der Trägerwelle 44c. Daher kann der Motor 1 bei einem größeren Rotationsdrehmoment selbst in dem Bereich verhältnismäßig geringer Rotationsgeschwindigkeit des Motors 1 angelassen werden. Dabei wird das Rotations drehmoment des Motors 1 an den Motorgenerator 4 mit einer Rotationsgeschwindigkeit, die dem Übersetzungsverhältnis des Rads 43a relativ zu dem Rad 18 entspricht, d.h. bei der Rotationsgeschwindigkeit des Sonnenrads 44a, übertragen. Daher kann eine Elektrizitätserzeugung durch den Motorgenerator 4, der sich in einem Bereich verhältnismäßig hoher Rotationsgeschwindigkeit dreht, durchgeführt werden, wenn sich der Motor 1 innerhalb des Bereichs verhältnismäßig hoher Rotationsgeschwindigkeit dreht. Wie oben beschrieben, können die Anlassleistung des Motors 1 und die Leistung bei der Elektrizitätserzeugung durch den Motorgenerator 4 effektiv verbessert werden, ohne dass die Herstellungskosten erhöht werden.
    • (2) Das Ringrad 44b des Planetengetriebes 44 ist fest an dem stationären Bereich montiert. Daher kann die Struktur des Getriebes 3 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu einem Getriebe, das eine Bremse für das Ringrad aufnimmt, um den Betrieb des Planetengetriebes zu kontrollieren, vereinfacht werden.
    • (3) Die zweite Freilaufkupplung 43 kämmt mit dem Getriebe 3. In diesem Fall wird das antreibende Rad 18 für die zweite Schaltstufe der Eingangswelle 14 zum Verbinden der zweiten Freilaufkupplung 43 und des Getriebes 3 eingesetzt. Daher kann die Struktur des Getriebes 3 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu einem Getriebe, das ein exklusives Rad für den Eingriff der zweiten Freilaufkupplung 2 mit dem Getriebe 3 enthält, vereinfacht werden.
    • (4) Der Motorgenerator 4 kann den Motor 1 als Ersatz für einen herkömmlichen Motoranlasser anlassen und auch die Batterie 6 als Ersatz für eine herkömmliche Wechselstrommaschine laden. Daher kann die Vorrichtung zur Übertragung einer Antriebsleistung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem Motorgenerator 4 versehen sein, ohne dass sie mit einem Motoranlasser und einer Wechselstrommaschine versehen ist, wodurch die Anzahl der erforderlichen Komponenten verringert werden kann und die Herstellungskosten verringert werden können.
    • (5) Die kinetische Energie der Fahrzeugräder kann in elektrische Energie durch den Motorgenerator 4 zurückgewonnen werden. Daher muss der Motor 1 nicht zum Unterstützen des Motorgenerators 4 für die Rückgewinnung so häufig wie bei einem herkömmlichen Hybridfahrzeug aktiviert werden. Daher kann die Kraftstoffverbrauchsrate effektiv verbessert werden.
    • (6) Gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Anlassleistung des Motors 1 und die Rückgewinnungsleistung des Motorgenerators 4 effektiv verbessert werden, indem lediglich die erste und die zweite Freilaufkupplung 41 und 43 und das Planetengetriebe 44 zusätzlich vorgesehen werden.
    • (7) Die Vorrichtung zum Übertragen von Antriebsleistung ist mit dem bekannten Getriebe 3, der ersten und der zweiten Freilaufkupplung 41 und 43, und dem Planetengetriebe 44 versehen. Daher braucht die Vorrichtung nicht einen anderen Mechanismus für das elektrische Schalten des Wegs zum Übertragen der Antriebsleistung, wodurch es möglich ist, eine Zunahme der Herstellungskosten zu begrenzen.
  • Als nächstes wird nachfolgend eine Beschreibung zum Erklären der Vorrichtung zum Übertragen von Antriebsleistung in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben. Identische Komponenten und Strukturen, die bei der ersten Ausführungsform verwendet worden sind, sind mit den selben Referenzziffern bezeichnet und deren Beschreibung wird zur Vereinfachung der Beschreibung weggelassen.
  • Wie es in 2 gezeigt ist, besitzt eine Antriebswelle 51 eines Motorgenerators 50 eine näherungsweise zylindrische Struktur. Auf einer Seite der Antriebswelle 51 ist ein Sonnenrad 52a eines Planetengetriebes 52 (d.h. des Übersetzungsmittels) auf der rechten Seite in 2 vorgesehen. Ein Ringrad 52b des Planetengetriebes 52 ist fest an dem stationären Bereich montiert. Eine Trägerwelle 52c, die einen Ritzelmechanismus vom Einfachtyp bildet, ist in den zylindrischen Bereich der Antriebswelle 51 eingesetzt. Auf einer Seite der Trägerwelle 52c ist integral das Rad 45 vorgesehen, das mit dem Rad 41a der ersten Freilaufkupplung 41 auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform kämmt. Die zweite Freilaufkupplung 43 ist auf der anderen Seite der Trägerwelle 52c, d.h. auf der linken Seite in 2 auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform vorgesehen.
  • Als nächstes wird die Arbeitsweise der Vorrichtung zum Übertragen von Antriebsleistung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unten beschrieben. Das Anlassen des Motors 1 kann durch den Motorgenerator 50 auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform durchgeführt werden, so dass dessen Beschreibung weggelassen werden kann.
  • Wenn sich der Motor 1 dreht, wird die erste Freilaufkupplung 41 aus dem arretierten Zustand freigegeben und die zweite Freilaufkupplung 43 arretiert. Die Rotation des antreibenden Rads 18 für die zweite Schaltstufe wird an die Trägerwelle 52c über das Rad 43a übertragen. Die Rotationsgeschwindigkeit der Trägerwelle 52c wird weiter durch das Sonnenrad 52a erhöht und an die Antriebswelle 51 übertragen. Wie oben beschrieben, wird die Antriebswelle 51 des Motorgenerators 50 durch die Antriebsleistung des Motors 1 gedreht. Daher kann der Motorgenerator 50 Elektrizität mit der Antriebsleistung des Motors 1 erzeugen, so dass die Batterie 6 über den Wechselrichter 5 geladen wird.
  • Unten sind einige der Wirkungen beschrieben, die gemäß der zweiten Ausführungsform zusätzlich zu den gemäß der ersten Ausführungsform erreichten Wirkungen erzeugt werden können.
    • (1) Wenn der Motor 1 aktiviert worden ist, kann die Rotation des Motors 1 an die Trägerwelle 52c über das antreibende Rad 18 für die zweite Schaltstufe der Eingangswelle 14 und die zweite Freilaufkupplung 43 übertragen werden. Die Rotation der Trägerwelle 52c wird an dem Motorgenerator 50 über das Sonnenrad 52a übertragen. Wenn der Motor 1 aktiviert worden ist, wird daher die Rotationsgeschwindigkeit der Trägerwelle 52c relativ zu der Rotationsgeschwindigkeit des Motors 1 durch das antreibende Rad 18 für die zweite Schaltstufe verzögert und durch das Planetenradgetriebe 52, d.h. das Sonnenrad 52a, beschleunigt. Die erhöhte Rotationsgeschwindigkeit der Trägerwelle 52c wird an den Motorgenerator 50 übertragen, d.h. die Antriebswelle 51 des Motorgenerators 50. Daher kann gemäß der zweiten Ausführungsform der Motorgenerator 50 effektiv bei einer höheren Geschwindigkeit als der Motorgenerator 4 gemäß der ersten Ausführungsform gedreht werden. In diesem Fall kann der Motorgenerator 50 als Wechselstrommaschine in einem verhältnismäßig hohen Rotationsgeschwindigkeitsbereich davon wirken, in dem die Rückgewinnungsleistung allgemein auf einem hohen Niveau liegt. Daher kann die Batterie 6 ausreichend geladen werden. Wenn darüber hinaus vom Motorgenerator gefordert wird, dass er als Elektromotor zum Kompensieren der aus dem Motor 1 ausgegebenen Antriebskraft dient, wenn der Motor 1 bei einer verhältnismäßig geringen Geschwindigkeit gedreht wird, muss die Rotationsgeschwindigkeit des Motorgenerators 50 nicht erhöht werden, wenn der Betrieb des Motorgenerators 50 von der Wechselstrommaschine auf den Elektromotor umgeschaltet wird.
    • (2) Gemäss der zweiten Ausführungsform kann das Übersetzungsverhältnis durch die Verwendung des antreibenden Rads 18 für die zweite Schaltstufe und des Planetengetriebes 52 sichergestellt werden. Daher können der Motorgenerator 50 kleiner bemessen werden und die Herstellungskosten verringert werden. Ferner kann der Motorgenerator 50 in einem Fahrzeug mit einer verbesserten Montagefähigkeit montiert werden.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebenen zwei bevorzugten Ausführungsformen begrenzt und untenstehendes ist darauf anwendbar.
  • Gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform kämmt der Motorgenerator 4 und 50 mit dem Getriebe 3 über das antreibende Rad 18 für die zweite Schaltstufe und das Rad 43a. Alternativ kann der Motorgenerator 4 und 50 mit dem Getriebe 3 über eines der anderen Räder, die integral mit der Eingangswelle 14 drehbar sind, kämmen, d.h. über eines der antreibenden Räder 16 für die erste Schaltstufe, der angetriebenen Räder 24 und 25 für die erste bzw. zweite Schaltstufe. Beispielsweise kämmt das Rad 43a direkt mit dem antreibender Rad 18 für die zweite Schaltstufe gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform. Alternativ kann das Rad 43a mit dem Getriebe 3 über das getriebene Rad 25 für die zweite Schaltstufe kämmen. Daher kann ein größerer Freiraum zum Zusammenfügen der Vorrichtung zum Übertragen von Antriebsleistung sichergestellt werden und deren Montagefähigkeit kann verbessert werden.
  • Gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Planetengetriebe 44 und 52 als Übersetzungsmittel eingesetzt. Alternativ kann ein CVT oder eine Riemenscheibe als Übersetzungsmittel verwendet werden.

Claims (5)

  1. Vorrichtung zum Übertragen von Leistung für ein Fahrzeug, enthaltend: ein synchronisiertes Mehrstufengetriebe (3), enthaltend eine Eingangswelle (14), eine Ausgangswelle (15), einen ersten Getriebezug, der ein erstes antreibendes Rad (16, 18), das integral auf der Eingangswelle (14) vorgesehen ist, und ein erstes getriebenes Rad (24, 25), das auf der Ausgangswelle (15) im Leerlauf montiert ist, enthält, einen zweiten Getriebezug, der ein zweites antreibendes Rad (19, 21), das auf der Eingangswelle (14) im Leerlauf montiert ist, und ein zweites getriebenes Rad (26, 28), das integral auf der Ausgangswelle (15) vorgesehen ist, enthält, und einen Synchronisationsmechanismus, der eine Hülse (34, 35, 36) enthält, wobei der Synchronisationsmechanismus eine vorbestimmte Schaltstufe aus mehreren Schaltstufen auswählen kann, wobei die Vorrichtung zum Übertragen von Leistung für das Fahrzeug ferner enthält: einen Motorgenerator (4, 50) mit einer Antriebswelle (42, 51), die ein drittes Rad (43a), das mit dem ersten antreibenden Rad (18) kämmt, und ein viertes Rad (45) aufweist, das mit einem fünften Rad (41a) kämmt, das auf der Eingangswelle (14) vorgesehen ist, wobei die Antriebswelle (42, 51) mit einem Übersetzungsmittel (44, 52) versehen ist, das zwischen dem Motorgenerator (4, 50) und dem vierten Rad (45) angeordnet ist; eine erste Freilaufkupplung (41), die zwischen dem fünften Rad (41a) und der Eingangswelle (14) angebracht ist, wobei die erste Freilaufkupplung (41) ein Drehmoment unter Berücksichtigung eines ersten Übersetzungsverhältnisses durch das Übersetzungsmittel (44, 52) und eines Übersetzungsverhältnisses zwischen dem vierten Rad (45) und dem fünften Rad (41a) an einen Verbrennungsmotor (1) über das synchronisierte Mehrstufengetriebe (3) übertragen kann, und kein Drehmoment des Verbrennungsmotors (1) an den Motorgenerator (4, 50) über das synchronisierte Mehrstufengetriebe (3) übertragen kann; und eine zweite Freilaufkupplung (43), die zwischen dem dritten Rad (43a) und der Antriebswelle (42, 51) angebracht ist, wobei die zweite Freilaufkupplung (43) das Drehmoment des Verbrennungsmotors (1) über das synchronisierte Mehrstufengetriebe (3) an den Motorgenerator (4, 50) unter Berücksichtigung eines zweiten Übersetzungsverhältnisses und eines Über setzungsverhältnises zwischen dem dritten Rad (43a) und dem ersten antreibenden Rad (18) übertragen kann und das Drehmoment des Motorgenerators (4, 50) an das synchronisierte Mehrstufengetriebe (3) nicht übertragen kann.
  2. Vorrichtung zum Übertragen von Leistung für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei das Drehmoment des Verbrennungsmotors (1) durch das synchronisierte Mehrstufengetriebe (3) an den Motorgenerator (50) über die zweite Freilaufkupplung (43) und eine Trägerwelle (52c) und ein Sonnenrad (52a) übertragen wird, und die Trägerwelle (52c) und das Sonnenrad (52a) in dem Übersetzungsmittel (52) enthalten sind.
  3. Vorrichtung zum Übertragen einer Leistung für ein Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Übersetzungsverhältnis des Übersetzungsmittels (44, 52) auf ein Niveau festgelegt ist, bei dem der Motorgenerator (4, 50) nicht überdreht.
  4. Vorrichtung zum Übertragen von Leistung für ein Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Übertragen von Leistung ferner enthält: einen Wechselrichter (5) zum Wandeln eines Gleichstroms von einer Batterie (7) in einen Wechselstrom, der dem Motorgenerator (4 oder 50) zuzuführen ist, und zum Wandeln eines Wechselstroms, der durch den Motorgenerator (4 oder 50) erzeugt wird, in Gleichstrom, wobei der Motorgenerator (4 oder 50) als Wechselstrommaschine zum Erzeugen von Elektrizität zum Laden der Batterie (7) oder als Elektromotor zum Kompensieren der Antriebsleistung von dem Verbrennungsmotor (1) in Abhängigkeit von einem Fahrzeugzustand, wie z.B. dem Aktivierungszustand des Verbrennungsmotors, einem Fahrzustand des Fahrzeugs und einem Batterieladezustand, wirkt.
  5. Vorrichtung zum Übertragen von Leistung für ein Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsmittel (44 oder 52) ein Planetengetriebe ist.
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