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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Hybridantriebssystem mit abgewandeltem Ravigneaux-Planetengetriebe.
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Ein HV hat zwei Leistungsquellen: eine Kraftmaschine und einen Motor. Je nach dem Anschlussverfahren können HV Antriebssysteme in drei Formen klassifiziert werden: seriell, parallel und seriell-parallel.
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Ein serielles Antriebssystem bezieht sich darauf, dass die Kraftmaschine direkt den Dynamo antreibt, um elektrische Energie an die Energiespeichereinrichtung und Motoren zu liefern, und die Motoren treiben das Fahrzeug zum Fahren an. Ein paralleles Antriebssystem bezieht sich darauf, dass die Kraftmaschine und die Motoren das Fahrzeug separat und gemeinsam antreiben können.
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Die Antriebsweisen von seriellen Antriebssystemen und parallelen Antriebssystemen sind verhältnismäßig ähnlich und haben nicht die Vorteile eines Hybridantriebssystems, und so werden seriellparallele Antriebssysteme gegenwärtig normalerweise verwendet. Ein seriell-paralleles Antriebssystem bezieht sich darauf, dass die Kraftmaschine und die Motoren über eine Drehzahl-Wechseleinrichtung miteinander gekoppelt sind, wodurch das Verhältnis zwischen der Drehzahl der Kraftmaschine und der der Motoren nach den Laufbedingungen geregelt werden kann. Im Vergleich zu einem seriellen Antriebssystem und einem parallelen Antriebssystem kann ein seriell-paralleles Antriebssystem die Leistungsabgabe der Kraftmaschine und den Betrieb der Motoren nach den Betriebsbedingungen flexibler regeln.
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In einem herkömmlichen seriell-parallelen Antriebssystem wird im Allgemeinen die Leistungskopplung zwischen der Kraftmaschine und den Motoren im Allgemeinen über einen Drehzahlumsetzer realisiert. Der Drehzahlumsetzer, der typischerweise in einem herkömmlichen seriell-parallelen Antriebssystem verwendet wird, hat jedoch ein großes Volumen und ist nicht für die Anordnung der Komponenten eines HV geeignet, Ferner ist bei einem herkömmlichen, seriell-parallelen Antriebssystem nicht die volle Aufmerksamkeit auf die Leistungsverteilung zwischen der Kraftmaschine und den Motoren gerichtet, und es ist nicht in der Lage, sicherzustellen, dass die Kraftmaschine und die Motoren bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen in einem gewünschten Zustand sind, um eine höhere Ausgangsleistung zu erhalten.
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Die
DE 10 2006 050 598 A1 zeigt ein Fahrzeuggetriebe, das umfasst: ein stationäres Element; einen differentiellen Zahnradsatz, der erste, zweite, dritte, vierte und fünfte koaxiale Zahnradelemente aufweist, die untereinander wirksam verbunden sind; eine Antriebswelle; eine Abtriebswelle; erste, zweite, dritte, vierte, fünfte und sechste Drehmomentübertragungsmechanismen, die selektiv in Eingriff bringbar sind, um eines der Zahnradelemente wirksam mit dem stationären Element oder mit der Abtriebswelle zu verbinden; wobei die ersten und zweiten Drehmomentübertragungsmechanismen in der Lage sind, Energie wirksam untereinander auszutauschen; wobei der Betrieb der Drehmomentübertragungsmechanismen zu einer Input-Split Betriebsart, einer ersten Compound-Split Betriebsart, einer zweiten Compound-Split Betriebsart und einer dritten Compound-Split Betriebsart des Getriebes führt; und wobei der Zahnradsatz so gestaltet ist, dass die Drehzahlen von zwei der Zahnradelemente unabhängig voneinander festgelegt werden können und die Drehzahlen der anderen drei Zahnradelemente bestimmen.
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Im Stand der Technik gibt es das technische Problem, wie eine kompakte Struktur und eine erwünschte Leistungsverteilung zwischen der Kraftmaschine und den Motoren für ein herkömmliches HV realisiert werden kann.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Hybridantriebssystem bereitzustellen, das eine kompakte Struktur hat und die gewünschte Leistungsverteilung zwischen der Kraftmaschine und den Motoren sicherstellt.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1. Weiterbildungen der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche
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Dazu ist ein Hybridantriebssystem, welches eine Kraftmaschine, einen ersten Motor, einen zweiten Motor, eine Leistungskopplungseinrichtung und eine Antriebswelle aufweist, wobei die Leistungskopplungseinrichtung umfasst: eine erste Antriebswelle, die mit der Kraftmaschine über eine erste Kupplung angeschlossen ist; eine zweite Antriebswelle, die mit dem Rotor des ersten Motors verbunden ist; eine dritte Antriebswelle, die mit dem Rotor des zweiten Motors verbunden ist; wobei die erste Antriebswelle, die zweite Antriebswelle und die dritte Antriebswelle durch ein Planetengetriebe, das einen inneren Zahnkranz hat, in Antriebseingriff miteinander kommen, wobei der innere Verzahnungsring und die dritte Antriebswelle individuell selektiv in Antriebseingriff mit der Antriebswelle stehen, wobei die zweite Antriebswelle hohl ist und dass die erste Antriebswelle durch den Innenraum der zweiten Antriebswelle verläuft und dann mit dem Planetenträger verbunden ist, so dass ein Teil des Planetenträgers zwischen einem kleinen Sonnenzahnrad und einem großen Sonnenzahnrad des Planetengetriebes liegt, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Planetenträger verbundene Welle in axialer Richtung zwischen den beiden Sonnenrädern herausgeführt ist.
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Vorzugsweise ist das Planetengetriebe dadurch gekennzeichnet, dass das kleine Sonnenzahnrad, das große Sonnenzahnrad und eine kurzes Planetenzahnrad und ein langes Planetenzahnrad, die wechselseitig miteinander in Eingriff stehen und von demselben Planetenträger drehbar gelagert sind, wobei das kleine Sonnenzahnrad in Eingriff mit dem kurzen Planetenzahnrad steht und das lange Planetenzahnrad in Eingriff mit dem großen Sonnenzahnrad und dem inneren Verzahnungsring steht; wobei die erste Antriebswelle, die zweite Antriebswelle und die dritte Antriebswelle koaxial sind, die erste Antriebswelle mit einem von dem Planetenträger und dem kleinen Sonnenzahnrad verbunden ist, die zweite Antriebswelle mit dem anderen von dem Planetenträger und dem kleinen Sonnenzahnrad verbunden ist und die dritte Antriebswelle mit dem großen Sonnenzahnrad verbunden ist.
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Vorzugsweise umfasst die Leistungskopplungseinrichtung ferner ein erstes Antriebsrad und ein zweites Antriebsrad, die axial mit der Antriebswelle sind, wobei das erste Antriebsrad in Antriebseingriff mit dem inneren Verzahnungsring steht und mit der Antriebswelle über die zweite Kupplung verbunden ist, und wobei das zweite Antriebsrad in Antriebseingriff mit der zweiten Antriebswelle steht und mit der Antriebswelle über die dritte Kupplung verbunden ist.
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Vorzugsweise ist das erste Antriebsrad ein Zahnrad, und worin ein erstes Ausgangszahnrad, das in Eingriff mit dem ersten Antriebsrad steht, auf der äußeren Umfangsfläche des inneren Verzahnungsrings angeordnet ist.
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Vorzugsweise ist das erste Antriebsrad ein Zahnrad, worin der innere Verzahnungsring mit dem zweiten äußeren Zahnrad, das mit dem ersten Antriebsrad in Eingriff steht, verbunden ist, und wobei der Basisradius des zweiten äußeren Zahnrads kleiner ist als der des inneren Verzahnungsrings.
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Vorzugsweise ist das zweite Antriebsrad ein Zahnrad, ein drittes äußeres Zahnrad, das mit dem zweiten Antriebsrad in Eingriff steht, ist auf der dritten Antriebswelle angeordnet; oder worin das zweite Antriebsrad ein Kettenrad ist und ein anderes Kettenrad auf der dritten Antriebswelle angeordnet ist, und wobei eine Antriebskette zwischen den beiden Kettenrädern verbunden ist.
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Vorzugsweise umfasst das Hybridantriebssystem eine Energiespeichereinrichtung, eine Bremse und einen Kontroller, wobei die Energiespeichereinrichtung elektrisch mit dem ersten Motor und dem zweiten Motor verbunden ist, die Bremse in der Lage ist, die Drehung von wenigstens einem von dem kleinen Sonnenzahnrad, dem großen Sonnenzahnrad, dem Planetenträger und dem inneren Verzahnungsring zu steuern, und wobei der Kontroller verwendet wird, um den Betrieb des ersten Motors, des zweiten Motors, der ersten Kupplung, der zweiten Kupplung, der dritten Kupplung und der Bremse zu steuern.
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Vorzugsweise hat das Hybridantriebssystem wenigstens eine der folgenden Betriebsweisen:
EV-Modus: die Kraftmaschine stoppt den Betrieb, wenigstens einer von dem ersten Motor und dem zweiten Motor läuft, die erste Kupplung ist ausgerückt und wenigstens eine von der zweiten Kupplung und der dritten Kupplung ist eingerückt;
Kraftmaschinen-Modus: die Kraftmaschine läuft, die erste Kupplung ist eingerückt, sowohl der erste Motor als auch der zweite Motor hören auf zu laufen, und die zweite Kupplung und/oder die dritte Kupplung sind eingerückt;
Hybridantriebs-Modus: die Kraftmaschine läuft, die erste Kupplung, die zweite Kupplung und die dritte Kupplung sind alle eingerückt, und wenigstens einer von dem ersten Motor und dem zweiten Motor setzt elektrische Energie in mechanische Energie um;
Stromerzeugungsmodus: die Kraftmaschine läuft, die erste Kupplung ist eingerückt und wenigstens einer von dem ersten Motor und dem zweiten Motor setzt mechanische Energie in elektrische Energie um; und
Energierückgewinnungs-Modus: die erste Kupplung ist ausgerückt, wenigstens eine von der zweiten Kupplung und der dritten Kupplung ist eingerückt, und die Antriebswelle treibt die erste Antriebswelle und/oder die zweite Antriebswelle zur Drehung an, wodurch der erste Motor und/oder der zweite Motor in die Lage versetzt werden, mechanische Energie in elektrische Energie umzusetzen.
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Nach der technischen Lösung der vorliegenden Erfindung wird die Leistung von der Kraftmaschine, dem ersten Motor und dem zweiten Motor zusammen über die Leistungskopplungseinrichtung gekoppelt, die drei Antriebswellen hat, und die Leistung von den drei Antriebswellen wird durch ein Planetengetriebe eingekoppelt. Ferner können der innere Verzahnungsring und die dritte Antriebswelle, die mit dem zweiten Motor verbunden ist, individuell als Leistungsabgabekomponenten entsprechend unterschiedlichen Betriebsbedingungen verwendet werden. Daher hat das Hybridantriebssystem eine kompaktere Struktur und ermöglicht eine erwünschte Leistungsverteilung zwischen der Kraftmaschine und den Motoren, wodurch erwünschte Arbeitszustände der Kraftmaschine und/oder der Motoren in unterschiedlichen Betriebsbedingungen sichergestellt wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine schematische Darstellung eines Hybridantriebssystems nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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2 ist eine schematische Darstellung eines Hybridantriebssystems nach einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- erste Kupplung
- 12
- zweite Kupplung
- 13
- dritte Kupplung
- 100
- Kraftmaschine
- 101
- erster Motor
- 102
- zweiter Motor
- 105
- erstes Antriebsrad
- 106
- zweites Antriebsrad
- 200
- Leistungskopplungseinrichtung
- 201
- erste Antriebswelle
- 202
- zweite Antriebswelle
- 203
- dritte Antriebswelle
- 204
- innerer Verzahnungsring
- 205
- erstes äußere Zahnrad
- 206
- zweites äußere Zahnrad
- 207
- drittes äußere Zahnrad
- 300
- Antriebswelle
- 401
- kleines Sonnenzahnrad
- 402
- großes Sonnenzahnrad
- 403
- Planetenträger
- 404
- kurzes Planetenzahnrad
- 405
- langes Planetenzahnrad
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Die speziellen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Wie in 1 und 2 gezeigt ist, umfasst das Hybridantriebssystem, das durch die vorliegende Erfindung bereitgestellt wird, eine Kraftmaschine 100, einen ersten Motor 101, einen zweiten Motor 102, eine Leistungskopplungseinrichtung 200 und eine Antriebswelle 300. Die Leistungskopplungseinrichtung 200 umfasst: eine erste Antriebswelle 201, die mit der Kraftmaschine 100 über eine erste Kupplung 11 verbunden ist, eine zweite Antriebswelle 202, die mit dem Rotor des ersten Motors 101 verbunden ist; eine dritte Antriebswelle 203, die mit dem Rotor des zweiten Motors 102 verbunden ist, wobei die erste Antriebswelle 201, die zweite Antriebswelle 202 und die dritte Antriebswelle 203 durch ein Planetengetriebe in Antriebseingriff miteinander kommen, das einen inneren Verzahnungsring 204 hat, und wobei der innere Verzahnungsring 204 und die dritte Antriebswelle 203 einzeln selektiv in Antriebseingriff mit der Antriebswelle 300 stehen.
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Die Kraftmaschine 100 kann eine herkömmliche Kraftmaschine für Motorfahrzeuge sein. Der erste Motor 101 und der zweite Motor 102 sind mit der Kraftmaschine 100 über die Leistungskopplungseinrichtung 200 gekoppelt, und der erste Motor 101 und/oder der zweite Motor 102 können individuell entweder als Motoren, die elektrische Energie in mechanische Energie umsetzen, oder als Dynamos, die mechanische Energie in elektrische Energie umsetzen, oder als Startermotoren für die Kraftmaschine 100 verwendet werden. Die Betriebszustände des ersten Motors 101 und/oder des zweiten Motors 102 können nach den tatsächlichen Betriebsbedingungen ausgewählt werden. Dies wird im Detail unten beschrieben.
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Um die Leistung einzukoppeln, die von der Kraftmaschine 100, dem ersten Motor 101 und dem zweiten Motor 102 übertragen wird, hat die Leistungskopplungseinrichtung 200 drei Antriebswellen, wobei die erste Antriebswelle 201 mit der Kraftmaschine 100 über die erste Kupplung 11 verbunden ist, und das Einrücken und Ausrücken der ersten Kupplung 11 die Leistungsübertragung zwischen der ersten Antriebswelle 201 und der Kraftmaschine 100 steuern kann. Die zweite Antriebswelle 202 ist mit dem Rotor des ersten Motors 101 verbunden. Die dritte Antriebswelle 203 ist mit dem Rotor des zweiten Motors 102 verbunden. Daher sind in dem Hybridantriebssystem, das von der vorliegenden Erfindung geliefert wird, die Kraftmaschine 100, der erste Motor 101 und der zweite Motor 102 respektive mit unterschiedlichen Antriebswellen verbunden, wodurch der erwünschte Arbeitszustand der Kraftmaschine 100, des ersten Motors 101 und des zweiten Motors 102 in unterschiedlichen Betriebsbedingungen sichergestellt wird.
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Insbesondere kommen die erste Antriebswelle 201, die zweite Antriebswelle 202 und die dritte Antriebswelle 203 in Antriebseingriff miteinander durch das Planetengetriebe, das den inneren Verzahnungsring 204 hat, wodurch die Leistungskopplung der Kraftmaschine 100, des ersten Motors 101 und des zweiten Motors 102 realisiert wird. Das Planetengetriebe kann eine kompakte Struktur realisieren, wodurch die Auslegung der Komponenten in dem HV vereinfacht wird. Das Planetengetriebe wird im Detail unten beschrieben.
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Ferner ist die Antriebswelle 300 eine Komponente, die die Laufräder des HV antreibt. Die Antriebswelle 300 kann eine Komponente sein, die die Laufräder direkt oder indirekt antreibt. Die Antriebswelle 300 erhält die Leistung von der Kraftmaschine 100, dem ersten Motor 101 und/oder dem zweiten Motor 102 und überträgt sie an die Laufräder des Fahrzeugs, wodurch das Fahrzeug zum Laufen angetrieben wird. Insbesondere, wie in 1 und 2 gezeigt ist, sind der innere Verzahnungsring 204 und die dritte Antriebswelle 203 individuell selektiv in Antriebseingriff mit der Antriebswelle 300. Daher können der innere Verzahnungsring 204 des Planetengetriebes und die dritte Antriebswelle 203 (großes Sonnenzahnrad 402, das mit der dritten Antriebswelle 203 verbunden ist) als Leistungsausgangskomponenten des Planetengetriebes dienen.
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Ferner kann die Leistungsübertragung zwischen dem inneren Verzahnungsring 204 und der Antriebswelle 300 und die Leistungsübertragung zwischen der dritten Antriebswelle 203 (und auch des großen Sonnenzahnrads 402) und die Antriebswelle 300 durch Kupplungen gesteuert werden. Beispielsweise können, wie in 1 und 2 gezeigt ist, die zweite Kupplung 12 und die dritte Kupplung 13 verwendet werden. Die vorstehende erste Kupplung 11, die zweite Kupplung 12 und die dritte Kupplung 13 können alle herkömmlichen Kupplungen sein, beispielsweise geeignete Trockenkupplungen oder Nasskupplungen.
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Aufgrund dieser Struktur kann die zweite Kupplung 12 selektiv eingerückt werden, um den inneren Verzahnungsring 204 als Leistungsabgabekomponente zu verwenden; oder die dritte Kupplung 13 wird eingerückt, um die dritte Antriebswelle 203 als Leistungsabgabekomponente zu verwenden; oder die zweite Kupplung 12 und die dritte Kupplung 13 werden gleichzeitig eingerückt, um die Leistung von dem hinteren Verzahnungsring 204 und der zweiten Antriebswelle 203 auf die Antriebswelle 300 gleichzeitig zu übertragen.
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Da das Hybridantriebssystem, das durch die vorliegende Erfindung bereitgestellt wird, verschiedene Optionen der Leistungsausgabe realisieren kann, wird die Auswahl von verschiedenen Arbeitsweisen in unterschiedlichen Betriebsbedingungen erleichtert, wodurch die gewünschten Arbeitszustände der Kraftmaschine, des ersten Motors 101 und des zweiten Motors 102 sichergestellt werden.
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Wie oben beschrieben wurde, kommen die erste Antriebswelle 201, die zweite Antriebswelle 202 und die dritte Antriebswelle 203 in Antriebseingriff miteinander durch das Planetengetriebe, das den inneren Verzahnungsring 204 hat. In einem bevorzugten Zustand, wie in 1 und 2 gezeigt ist, kann zusätzlich zu dem inneren Verzahnungsring 204 das Planetengetriebe umfassen: ein kleines Sonnenzahnrad 401, ein großes Sonnenzahnrad 402 und wechselweise in Eingriff stehende kurze Planetenzahnräder 404 und lange Planetenzahnräder 405, die drehbar durch den gleichen Planetenträger 403 gelagert sind, das kleine Sonnenzahnrad 401 ist in Eingriff mit dem kurzen Planetenzahnrad 404, und das lange Planetenzahnrad 405 ist in Eingriff mit dem großen Sonnenzahnrad 402 und dem inneren Verzahnungsring 204.
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Die erste Antriebswelle 201 ist mit einem von dem Planetenträger 403 und dem kleinen Sonnenzahnrad 401 verbunden, die zweite Antriebswelle 202 und die dritte Antriebswelle 203 sind koaxial, und die zweite Antriebswelle 202 ist mit dem anderen aus dem Planetenträger 403 und dem kleinen Sonnenzahnrad 401 verbunden, und die dritte Antriebswelle 203 ist mit dem großen Sonnenzahnrad 402 verbunden.
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Mehr speziell kann das Planetengetriebe ein Ravigneaux-Planetengetriebe oder ein Planetengetriebe sein, das ausgehend von dem Ravigneaux-Planetengetriebe geringfügig modifiziert ist. Ein Ravigneaux-Planetengetriebe wird angewendet, weil einerseits die Struktur dieses Planetengetriebes kompakt ist, so dass es einen kleinen Raum einnimmt und das räumliche Layout des Fahrzeugs erleichtert; und andererseits kann es die Leistung von der Kraftmaschine 100, dem ersten Motor 101 und dem zweiten Motor 102 zusammen einkoppeln und eine individuelle Verbindung der Kraftmaschine 100, des ersten Motors 101 und des zweiten Motors 102 mit unterschiedlichen Antriebswellen gestatten, wodurch die gewünschten Arbeitszustände der Kraftmaschine 100, des ersten Motors 101 und des zweiten Motors 102 in unterschiedlichen Betriebsbedingungen sichergestellt wird.
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Wenn ein Ravigneaux-Planetengetriebe eingesetzt wird, können die Kraftmaschine 100, der erste Motor 101 und der zweite Motor 102 individuell selektiv mit drei unterschiedlichen, rotierenden Elementen des Ravigneaux-Planetengetriebes verbunden werden. Mit anderen Worten können die Kraftmaschine 100, der erste Motor 101 und der zweite Motor 102 individuell selektiv mit jedem der drei Elemente, dem kleinen Sonnenzahnrad 401, dem großen Sonnenzahnrad 402, dem inneren Verzahnungsring 204 und dem Planetenträger 403 des Ravigneaux-Planetengetriebes verbunden werden, wodurch unterschiedliche Leistungskopplungsverhältnisse erhalten werden.
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Beispielsweise kann die erste Antriebswelle 201, die mit der Kraftmaschine 100 verbunden ist, mit dem kleinen Sonnenzahnrad 401 verbunden werden, die zweite Antriebswelle 202, die mit dem ersten Motor 101 verbunden ist, kann mit dem Planetenträger 403 verbunden werden, und die dritte Antriebswelle 203, die mit dem zweiten Motor 102 verbunden ist, kann mit dem großen Sonnenzahnrad 402 verbunden werden; oder die erste Antriebswelle 201, die mit der Kraftmaschine 100 verbunden ist, kann mit dem Planetenträger 403 verbunden werden, die zweite Antriebswelle 202, die mit dem ersten Motor 101 verbunden ist, kann mit dem Planetenträger 403 verbunden werden, und die dritte Antriebswelle 203, die mit dem zweiten Motor 102 verbunden ist, kann mit dem großen Sonnenzahnrad 402 verbunden werden. Es gibt auch noch andere Formen. Sie werden hier nicht aufgezählt.
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Berücksichtigt man jedoch die Einfachheit bei dem Layout von jeder Komponente, wie in 1 und 2 gezeigt ist, ist bevorzugt, dass die erste Antriebswelle 201, die mit der Kraftmaschine 100 verbunden ist, mit dem Planetenträger 403 verbunden wird, dass die zweite Antriebswelle 202, die mit dem ersten Motor 101 verbunden ist, mit dem kleinen Sonnenzahnrad verbunden wird, und dass die dritte Antriebswelle 203, die mit dem zweiten Motor 102 verbunden ist, mit dem großen Sonnenzahnrad 402 verbunden wird, wodurch die Leistungsankopplung der Kraftmaschine 100, des ersten Motors 101 und des zweiten Motors 102 realisiert wird.
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Nach dieser Anordnung ist der erste Motor 101 mit dem kleinen Sonnenzahnrad 401 verbunden, und der zweite Motor 102 ist mit dem großen Sonnenzahnrad 402 verbunden. Dadurch benötigen der erste Motor 101 und der zweite Motor 102 keine große radiale Ausdehnung, und eine kompakte Struktur in radialer Richtung kann erhalten werden, insbesondere an dem ersten Motor 101 und dem zweiten Motor 102.
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Was den Planetenträger 403 betrifft, so kann er unterschiedliche Einsatzformen haben. Bei einem herkömmlichen Ravigneaux-Planetengetriebe trägt typischerweise der Planetenträger 403 das kurze Planetenzahnrad 404 und das lange Planetenzahnrad 405 drehbar außerhalb des kleinen Sonnenzahnrads 401 (um den Planetenträger 403 anzuschließen, kann dabei die erste Antriebswelle 201 hohl sein). Die technische Lösung dieser Anmeldung kann auch diese Form annehmen.
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In einem bevorzugten Zustand, wie in 1 und 2 gezeigt ist, verläuft die erste Antriebswelle 201 durch die zweite Antriebswelle 202 und ist mit dem Planetenträger 403 verbunden. Mit anderen Worten ist die zweite Antriebswelle 202 hohl, und die erste Antriebswelle 201 verläuft durch den Innenraum der zweiten Antriebswelle 202 und ist dann mit dem Planetenträger 403 verbunden, so dass ein Teil des Planetenträgers 403 zwischen dem kleinen Sonnenzahnrad 401 und dem großen Sonnenzahnrad 402 liegt, um eine kompaktere Struktur zu erhalten. Dieses charakteristische Merkmal ist eine Abwandlung eines herkömmlichen Ravigneaux-Planetengetriebes.
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Das vorstehend erwähnte Planetengetriebe ist ferner nicht auf ein Ravigneaux-Planetengetriebe beschränkt. Stattdessen können auch andere Typen von Planetengetrieben angewendet werden, vorausgesetzt, dass es die individuelle Verbindung der Kraftmaschine 100, des ersten Motors 101 und des zweiten Motors 102 mit unterschiedlichen Antriebswellen gestattet. Beispielsweise kann ein zusammengesetzter Getriebezug eingesetzt werden, der einen gewöhnlichen Getriebezug und einen epizyklischen Getriebezug umfasst, zu dem im Detail Bezug genommen werden kann auf Kapitel 9 von „Prinzipien der Mechanik” geschrieben von dem Lehr- und Forschungsbüro für Prinzipielle Mechanik und mechanische Teile der Northwestern Polytechnical University (Hauptherausgeber: Sun Heng und Chen Zuomo, 5. Mai 1996, dritte Ausgabe Dezember 1997).
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Das Planetengetriebe, das von der Leistungskopplungseinrichtung 200 eingesetzt wird, ist oben im Detail beschrieben. Wie oben gezeigt ist, können die Kraftmaschine 100, der erste Motor 101 und der zweite Motor 102 individuell als Leistungsquellen verwendet werden, während der innere Verzahnungsring 204 und die dritte Antriebswelle 203, die mit dem großen Sonnenzahnrad 402 verbunden ist, individuell als Leistungsabgabekomponenten verwendet werden können. Die Verbindung zwischen der Leistungskopplungseinrichtung 200 und der Antriebswelle 300 wird unten im Detail beschrieben.
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Um zu ermöglichen, dass die Leistung von dem inneren Verzahnungsring 204 und die von der dritten Antriebswelle 203 an die Antriebswelle 300 selektiv und individuell oder gemeinsam übertragen werden kann, können verschiedene Formen angenommen werden.
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Beispielsweise kann der innere Verzahnungsring 204 die Leistung an die Antriebswelle 300 über ein Getriebe übertragen, das durch eine Kupplung, einen Synchronisier-Einrichtung oder eine andere Leistungsübertragungs-Steuerkomponente gesteuert wird, um die Verbindung oder Trennung der Leistungsübertragung zu realisieren.
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Wie in 1 und 2 gezeigt ist, umfasst die Leistungskopplungseinrichtung 200 auch vorzugsweise ein erstes Antriebsrad 105 und ein zweites Antriebsrad 106, die koaxial mit der Antriebswelle 200 angeordnet sind. Das erste Antriebsrad 105 ist in Antriebsverbindung mit dem inneren Verzahnungsring 204 und ist mit der Antriebswelle 300 über die zweite Kupplung 12 verbunden. Das zweite Antriebsrad 106 ist in Antriebseingriff mit der dritten Antriebswelle 203 und ist mit der Antriebswelle 300 über die dritte Kupplung 13 verbunden. Durch die Verwendung der zweiten Kupplung 12 und der dritten Kupplung 13 kann der Leistungsübertragungseingriff des inneren Verzahnungsrings 204 und der zweiten Antriebswelle 203 mit der Antriebswelle 300 gesteuert werden.
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Das erste Antriebsrad 105 greift direkt oder indirekt an dem inneren Verzahnungsring 204 über eine geeignete Antriebseinrichtung ein, wodurch es die Antriebskraft von dem inneren Verzahnungsring 104 empfängt. Da eine zweite Kupplung 12 zwischen dem inneren Verzahnungsring 204 und dem ersten Antriebsrad 105 angeordnet ist, kann die Leistung von dem inneren Verzahnungsring 204 selektiv an die Antriebswelle 300 übertragen werden, indem der Eingriff oder das Ausrücken der zweiten Kupplung 12 gesteuert wird. Das zweite Antriebsrad 106 kann die Leistung von der dritten Antriebswelle 203 durch ein ähnliches Verfahren erhalten und die Leistung an die Antriebswelle selektiv über die dritte Kupplung 13 übertragen. Selbstverständlich kann die Leistung von dem inneren Verzahnungsring 204 und die von der dritten Antriebswelle 203 an die Antriebswelle 300 gleichzeitig übertragen werden.
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Das erste Antriebsrad 105 kann in geeigneter Weise angeordnet werden, um eine Leistungsübertragungsverbindung mit der Antriebswelle 300 zu realisieren. Wie in 1 und 2 gezeigt ist, sind das erste Antriebsrad 105 und die Antriebswelle 300 koaxial an einem Ende der Antriebswelle 300 angeordnet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann das erste Antriebsrad 105 auf der Antriebswelle 300 drehbar angeordnet sein, und es wird durch die Betätigung eines Synchronisierers gesteuert, so dass es sich frei auf der Antriebswelle 300 dreht oder so dass es sich zusammen mit der Antriebswelle 300 dreht. Was das zweite Antriebsrad 106 betrifft, so kann es ähnlich oder unterschiedlich im Vergleich zu dem ersten Antriebsrad 105 angeordnet werden, so lange es eine selektive Übertragung der Leistung der dritten Antriebswelle 203 auf die Antriebswelle 300 realisieren kann.
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Die Leistungsübertragung zwischen dem inneren Verzahnungsring 204 und dem ersten Antriebsrad 105 und die Leistungsübertragung zwischen der dritten Antriebswelle 203 und dem zweiten Antriebsrad 106 wird im Detail unten beschrieben.
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In Bezug auf den inneren Verzahnungsring 204 und das erste Antriebsrad 105 kann die Leistungsübertragung in verschiedener Weise realisiert werden.
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Beispielsweise kann das erste Antriebsrad 105 eine Reibradübertragung, eine Kettenradübertragung und dergleichen aufweisen, unter einer bevorzugten Bedingung, wie in 1 gezeigt ist, ist das erste Antriebsrad 105 jedoch ein Zahnrad, und ein erstes äußeres Zahnrad 205, das (direkt oder indirekt) in Eingriff mit dem ersten Antriebsrad 105 steht, ist auf der Umfangsfläche des inneren Verzahnungsrings 204 angeordnet. Vorzugsweise ist das erste äußere Zahnrad 205, das auf der Umfangsfläche des inneren Verzahnungsrings 204 angeordnet ist, in direktem Eingriff mit dem ersten Antriebsrad 105, wodurch Leistungsverluste vermieden werden.
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In einem anderen Beispiel, wie in 2 gezeigt ist, ist das erste Antriebsrad 105 ein Zahnrad, der innere Verzahnungsring 204 ist mit einem zweiten äußeren Zahnrad 206 verbunden, das in Eingriff mit dem ersten Antriebsrad 105 steht, und der Basisradius des zweiten äußeren Zahnrads 206 ist kleiner als der Basisradius der inneren Verzahnungsrings 204.
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Wenn sich der innere Verzahnungsring 204 dreht, dreht sich das zweite äußere Zahnrad 206 zusammen mit dem inneren Verzahnungsring 204. Allerdings, da der Basisradius des zweiten äußeren Zahnrads 206 kleiner ist als der Basisradius des inneren Verzahnungsrings 204, befindet sich typischerweise das zweite äußere Zahnrad 206 auf einer Seite des inneren Verzahnungsrings 204. Im Vergleich mit dem Fall, dass das erste äußere Zahnrad 205 auf der Umfangsfläche des inneren Verzahnungsrings 204 angeordnet ist, kann dadurch der Platzbedarf in radialer Richtung reduziert werden, so dass eine kompaktere Anordnung in radialer Richtung erhalten wird. In dem Fall, dass das erste äußere Zahnrad 205 auf der Umfangsfläche des inneren Verzahnungsrings 204 angeordnet ist, ist der in axialer Richtung angenommene Raum klein, so dass er bei einem Arbeitszustand anwendbar ist, bei dem ein kompakter Raum in axialer Richtung erforderlich ist.
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Daher können bei unterschiedlichen Arbeitsbedingungen unterschiedliche Arten angewandt werden, um die Leistungsübertragung zwischen der dritten Antriebswelle 203 und dem zweiten Antriebsrad 106 zu realisieren.
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In Bezug auf die dritte Antriebswelle 203 und das zweite Antriebsrad 106 kann die dritte Antriebswelle 203 auf unterschiedliche Weise in Antriebseingriff mit der dem zweiten Antriebsrad 106 stehen.
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Beispielsweise kann, wie in 1 gezeigt ist, das zweite Antriebsrad 106 ein Zahnrad sein, und ein drittes äußeres Zahnrad 207, das (direkt oder indirekt) in Eingriff mit dem zweiten Antriebsrad 106 steht, ist auf der dritten Antriebswelle 203 angeordnet. Mit anderen Worten, wird die Leistungsübertragung zwischen der dritten Antriebswelle 203 und dem zweiten Antriebsrad 106 durch eine Zahnradübertragung realisiert. Diese Verbindungsform ist besonders geeignet für einen Anwendungsfall, bei dem der Raum zwischen der dritten Antriebswelle 203 und dem zweiten Antriebsrad 106 klein ist.
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Alternativ ist, wie in 2 gezeigt, das zweite Antriebsrad 106 ein Kettenrad, ein weiteres Kettenrad 208 ist auf der dritten Antriebswelle 203 angeordnet, und eine Antriebskette ist zwischen den zwei Kettenrädern eingesetzt. Mit anderen Worten, wird die Leistungsübertragung zwischen der dritten Antriebswelle 203 und dem zweiten Antriebsrad 106 durch einen Kettenantrieb realisiert. Diese Verbindungsform ist besonders geeignet für die Anwendung, bei der der Raum zwischen der dritten Antriebswelle 203 und dem zweiten Antriebsrad 106 groß ist.
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Selbstverständlich ist bei der vorliegenden Erfindung die Leistungsübertragung zwischen der dritten Antriebswelle 203 und dem zweiten Antriebsrad 106 nicht auf das vorstehende Ausführungsbeispiel beschränkt, wie oben beschrieben wurde. Beispielsweise können ein Riemenantrieb oder ein Reibradantrieb oder andere Antriebsarten eingesetzt werden. Dies ist auch anwendbar auf die Leistungsübertragung zwischen dem inneren Verzahnungsring 204 und dem ersten Antriebsrad 105.
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Die hauptsächlichen Komponenten des Hybridantriebssystems, das von der vorliegenden Erfindung geliefert wird, und auch ihre Verbindungsanordnungen sind im Detail oben beschrieben. Zusätzlich zu den hauptsächlichen Komponenten umfasst das Hybridantriebssystem vorzugsweise eine Energiespeichereinrichtung, eine Bremse und einen Kontroller. Die Energiespeichereinrichtung ist elektrisch mit dem ersten Motor 101 und dem zweiten Motor 102 verbunden, die Bremse kann die Drehzahl von wenigstens einem Element aus dem kleinen Sonnenzahnrad 401, dem großen 402, dem Planetenträger 403 und dem inneren Verzahnungsring 204 steuern, und der Kontroller wird verwendet, um den Betrieb des ersten Motors 101, des zweiten Motors 102, der ersten Kupplung 11, der zweiten Kupplung 12, der dritten Kupplung 13 und der Bremse zu steuern.
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Mit anderen Worten kann während des Betriebs die Energiespeichereinrichtung elektrische Energie für den ersten Motor 101 und den zweiten Motor 102 liefern, so dass der erste Motor 101 und der zweite Motor 102 elektrische Energie in mechanische Energie umsetzen können. Ferner kann die Energiespeichereinrichtung auch elektrische Energie speichern, die aus mechanischer Energie durch den ersten Motor 101 und dem zweiten Motor 102 umgesetzt wurde.
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Die Energiespeichereinrichtung kann herkömmliche, wieder aufladbare Batterien, Ni-MH Batterien und Lithiumionen-Batterien beispielsweise umfassen.
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Ferner ist eine Bremse vorgesehen, die den Bewegungszustand von jeder Komponente des Planetengetriebes steuern kann, um jede Komponente zu drehen oder abzubremsen, wodurch ein Planetengetriebe mit unterschiedlichen Antriebscharakteristiken (beispielsweise Fahrroute und Geschwindigkeitsverhältnis) bereitgestellt wird und die Erfordernisse des Fahrzeugs bei verschiedenen Betriebsbedingungen erfüllt werden.
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Beispielsweise kann, wie in 1 und 2 gezeigt ist, die Bremse die Drehung von wenigstens einem Element aus dem kleinen Sonnenzahnrad 401, dem großen Sonnenzahnrad 402, dem Planetenträger 403 und dem inneren Verzahnungsring 204 steuern. Typischerweise kann die Bremse in radialer Richtung einer rotierenden Komponente angeordnet sein und kann die Drehung der rotierenden Komponente verhindern, wenn die Bremse mit der rotierenden Komponente eingerückt wird, und sie kann eine Drehung der rotierenden Komponente gestatten, wenn die Bremse in Bezug auf die rotierende Komponente ausgerückt wird.
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Der Kontroller (beispielsweise eine ECU = elektronische Computereinheit) kann die Betriebsweisen des Hybridantriebssystems eines Fahrzeugs entsprechend den Betriebsbedingungen des Fahrzeuges selektiv steuern. Mit anderen Worten ist das Hybridantriebssystem in einer vorgegebenen Betriebsweise zur Anpassung an unterschiedliche Betriebsbedingungen, in dem jeder Motor, Kupplung und Bremse gesteuert wird. Der hier erwähnte Kontroller kann eine einzige Steuereinrichtung oder eine Kombination aus einer Vielzahl von Steuereinrichtungen sein.
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Die Betriebsweisen des Hybridantriebssystems werden unten beschrieben. Insbesondere kann das Hybridantriebssystem wenigstens eine der folgenden Betriebsweisen zur Anpassung an verschiedene Betriebsbedingungen haben:
- A) EV (elektrisches Vehikel) Modus: die Kraftmaschine 100 muss nicht arbeiten (d. h. die Kraftmaschine 100 stellt den Betrieb ein), und die Leistung der Antriebswelle 300 wird von dem ersten Motor 101 und/oder dem zweiten Motor 102 geliefert.
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Insbesondere läuft wenigstens einer von dem ersten Motor 101 und dem zweiten Motor 102. Die erste Kupplung 11 ist ausgerückt, so dass die Kraftübertragung zwischen der Kraftmaschine 100 und dem Planetengetriebe unterbrochen wird, wodurch die Übertragungseffizienz in dem EV-Modus angehoben wird.
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Um die Leistung von dem wenigstens einen von dem ersten Motor 101 und dem zweiten Motor 102 an die Antriebswelle zu übertragen, wird ferner wenigstens eine der zweiten Kupplung 12 und der dritten Kupplung 13 eingerückt. Wie oben beschrieben wurde, kann sowohl der innere Verzahnungsring 204 als auch die dritten Antriebswelle 203 als Leistungsabgabekomponente dienen. Somit kann das Einrücken von unterschiedlichen Kupplungen auf der Grundlage von unterschiedlichen Leistungsabgabekomponenten ausgewählt werden. Wenn beispielsweise nur der innere Verzahnungsring 204 Leistung abgibt, kann die zweite Kupplung 12 eingerückt werden, während die dritte Kupplung 13 ausgerückt wird.
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Unter normalen Bedingungen, wenn die Menge elektrische Energie in der Energiespeichereinrichtung ausreichend ist, kann der EV-Modus eingesetzt werden. In diesem Fall wird die Leistung für das Fahrzeug nur von dem ersten Motor 101 und/oder dem zweiten Motor 102 geliefert. In diesem Modus kann das Fahrzeug direkt gestartet werden. Ferner kann durch die Steuerung der Drehrichtung des laufenden Motors eine Rückwärtsbewegung des Fahrzeugs leicht realisiert werden.
- B) Kraftmaschinen-Modus: Die Kraftmaschine 100 läuft, die erste Kupplung 11 ist eingerückt, sowohl der erste Motor 101 als auch der zweite Motor 102 hören zu laufen auf, und die zweite Kupplung 12 und/oder die dritte Kupplung 13 sind eingerückt.
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Bei dem Kraftmaschinen-Modus liefert nur die Kraftmaschine 100 Leistung für die Antriebswelle 300, während der erste Motor 101 und der zweite Motor 102 zu laufen aufhören. Das kleine Sonnenzahnrad 401 kann in einem Bremszustand oder einem frei drehenden Zustand sein, während das große Sonnenzahnrad 402 ebenfalls in einem Bremszustand oder einem Zustand freier Drehung sein kann, wodurch ermöglicht wird, dass das Planetengetriebe unterschiedliche Antriebscharakteristiken hat. Alternativ können unterschiedliche Leistungsabgabekomponenten ausgewählt werden zur Anpassung an unterschiedliche Betriebsbedingungen. Beispielsweise können das kleine Sonnenzahnrad 401 und das große Sonnenzahnrad 402 beide im Bremszustand sein, die Leistung der Kraftmaschine 100 wird an die erste Antriebswelle 201 über die erste Kupplung 11 und an die Antriebswelle 300 über die zweite Kupplung 12 übertragen, nachdem sie mit der Leistungskopplungseinrichtung 200 gekoppelt wurde. Da die dritte Antriebswelle 203 und das große Sonnenzahnrad 402 abgebremst werden, kann die dritte Kupplung 13 entweder eingerückt oder ausgerückt sein, wobei jedoch der ausgerückte Zustand bevorzugt wird.
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Der Kraftmaschinen-Modus ist bei einer Situation anwendbar, wenn die Menge an elektrischer Energie der Energiespeichereinrichtung unzureichend ist, oder wenn die Energiespeichereinrichtung versagt. Durch Steuerung des Planetengetriebes kann ferner ein unterschiedliches Übertragungsverhältnis realisiert werden, wobei die Funktion eines Drehzahlumsetzers realisiert wird.
- C) Hybridantriebs-Modus: Die Kraftmaschine 100 läuft, die erste Kupplung 11, die zweite Kupplung 12 und die dritte Kupplung 13 sind alle eingerückt, und wenigstens ein Element aus dem ersten Motor 101 und dem zweiten Motor 102 setzt elektrische Energie in mechanische Energie um.
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Unter einem bevorzugten Zustand läuft sowohl der erste Motor 101 als auch der zweite Motor 102, um eine maximale Leistung auf die Antriebswelle 300 aufzubringen.
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Der Hybridantriebs-Modus ist anwendbar für eine schnelle Beschleunigung, eine Bergauffahrt oder ein Hochgeschwindigkeits-Überholmanöver. Da die Kraftmaschine 100 und die Motoren alle gemeinsam laufen, wird dadurch der gewünschte Arbeitszustand der Kraftmaschine 100 und der Motoren erreicht.
- D) Leistungs-Generatormodus: Die Kraftmaschine 100 läuft, die erste Kupplung 11 ist eingerückt und wenigstens einer von dem ersten Motor 101 und dem zweiten Motor 102 setzt mechanische Energie in elektrische Energie um. Dieser Modus ist verfügbar, wenn das Fahrzeug läuft und auch wenn das Fahrzeug angehalten ist. Mit anderen Worten können unabhängig davon, ob das Fahrzeug läuft oder steht, der erste Motor 101 und/oder der zweite Motor 102 einen Teil der Energie der Kraftmaschine 100 in elektrische Energie umsetzen und diese in der Energiespeichereinrichtung speichern, wodurch der Effekt der Leistungserzeugung realisiert wird. Daher kann die Menge an elektrischer Energie in der Energiespeichereinrichtung immer auf einem angemessenen Niveau gehalten werden.
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Der Leistungs-Generatormodus ist anwendbar in einer Situation, wo die Menge an elektrischer Energie in der Energiespeichereinrichtung niedrig ist und angehoben werden sollte. Ferner, wenn das Fahrzeug steht, kann die Energiespeichereinrichtung durch eine externe Stromquelle erneut aufgeladen werden.
- E) Energie-Rückgewinnungsmodus: Die erste Kupplung 11 ist ausgerückt, wenigstens eine von der zweiten Kupplung 12 und der dritten Kupplung 13 ist eingerückt, und die Antriebswelle 300 treibt die erste Antriebswelle 201 und/oder die dritte Antriebswelle 203 zur Drehung an, wodurch ermöglicht wird, dass der erste Motor 101 und/oder der zweite Motor 102 mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln.
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In dem Energie-Rückgewinnungsmodus wird die Leistung von der Antriebswelle 300 an den ersten Motor 101 und/oder den zweiten Motor 102 übertragen, wodurch der erste Motor 101 und/oder der zweite Motor 102 in die Lage versetzt werden, als Generatoren zu dienen und mechanische Energie von der Antriebswelle 300 in elektrische Energie umzusetzen und diese in der Energiespeichereinrichtung zu speichern.
