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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Getriebe für Elektrofahrzeuge und insbesondere Steuersysteme für hydraulisch betätigte Mehrganggetriebe für Elektrofahrzeuge.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Herkömmliche, im Stand der Technik bekannte Antriebsstränge für elektrische Fahrzeuge umfassen in der Regel einen batteriebetriebenen Elektromotor, der Drehmoment ausgibt. Im Vergleich zu herkömmlichen Verbrennungsmotoren arbeiten moderne Elektromotoren tendenziell in einem weiteren Bereich von Drehzahlen. Insbesondere arbeiten Elektromotoren, und erzeugen Drehmoment, bei relativ hohen Drehzahlen, jedoch ohne übermäßige Geräuschbildung oder Abnützung, wie diese bei hochdrehenden Verbrennungsmotoren auftreten. Somit kann in Abhängigkeit von der Konfiguration des Fahrzeugs der Elektromotor verwendet werden, um Drehmoment direkt an ein oder mehrere Räder des Fahrzeugs zu übertragen, um das Fahrzeug während des Betriebs anzutreiben. In bestimmten Anwendungen wird ein Getriebe verwendet, um die Drehzahl und das Drehmoment, die von dem Elektromotor erzeugt werden, so einzustellen, dass das Fahrzeug zum Beispiel mit höheren Geschwindigkeiten fahren kann, mit höherem Eigengewicht ausgestaltet werden kann und/oder eine größere Nutzlast tragen kann. Das Getriebe umfasst in der Regel einen Zahnradsatz, etwa einen Planetenradsatz, die Drehzahl und Drehmoment um ein vorbestimmtes Antriebsverhältnis vervielfachen.
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Um die Effizienz des Elektromotors weiter zu optimieren, kann das Getriebe als ein ”Mehrgang”-Getriebe ausgestaltet sein, das zwischen einem oder mehreren Zahnradsätzen umgeschaltet werden kann, um in verschiedenen ”Gängen” oder ”Übersetzungen” zu arbeiten, die jeweils einem unterschiedlichen Antriebsverhältnis entsprechen. Aufgrund der hohen Drehzahlen und Effizienz, mit der Elektromotoren arbeiten, können Getriebe für elektrische Fahrzeuge eine relativ kleinere Anzahl von Zahnradsätzen (zum Beispiel 2–3) umfassen, während im Vergleich dazu bei Getrieben, die in herkömmlichen Verbrennungsmotoren verwendet werden, der Trend im Stand der Technik zu einer höheren Anzahl von Zahnradsätzen geht (zum Beispiel 6–10). Es sollte jedoch klar sein, dass Getriebe mit einer kleineren Anzahl von Zahnradsätzen je nach Anwendung größere Unterschiede in den Antriebsverhältnissen benachbarter Zahnradsätze benötigen können. Bei größeren Unterschieden in den Antriebsverhältnissen wird es für das Getriebe aufgrund der entsprechend großen Veränderung der Drehzahl, die an dem Elektromotor während des Einrückens des Zahnradsatzes auftritt, schwierig, reibungslos zwischen den Zahnradsätzen zu wechseln. Um eine glatte Modulation zwischen den Zahnradsätzen sicherzustellen, kann das Getriebe eine oder mehrere Kupplungsanordnungen umfassen, die durch ein Steuersystem moduliert werden kann, um das Ein- und Ausrücken des Elektromotors zu bewirken. Zu diesem Zweck kann das Steuersystem ein Steuergerät, eine Pumpenanordnung, Sensoren und/oder Elektromagnetventile umfassen. Die Kupplungsanordnungen werden in der Regel mittels Hydraulikfluid, das durch die Pumpenanordnung mit Druck beaufschlagt und durch ein oder mehrere Elektromagnetventile geregelt wird, geschmiert und betätigt. Das Steuergerät wirkt mit den Sensoren zusammen, um verschiedene Betriebsparameter des Getriebes zu überwachen, und wird verwendet, um die Elektromagnetventile zur Modulierung der Kupplungsanordnungen zu betätigen.
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Alle Komponenten des Steuersystems des oben beschriebenen Typs müssen zusammenwirken, um die Übertragung von Drehmoment zwischen dem Elektromotor, dem Getriebe und den Rädern effektiv zu modulieren. Darüber hinaus müssen alle Komponenten so konstruiert sein, dass sie nicht nur eine verbesserte Leistung und Effizienz erleichtern, sondern auch die Kosten und Komplexität der Herstellung von elektrischen Fahrzeugen verringern. Während im Stand der Technik bekannte Steuersysteme im Allgemeinen für ihren vorgesehenen Zweck gut funktionieren, bleibt doch ein Bedarf nach einem Steuersystem, das überlegene betriebliche Merkmale, einen verringerten Gesamtbauraum, verringerte parasitäre Verluste und gesteigerte Effizienz aufweist, gleichzeitig aber die Kosten und Komplexität der Herstellung von elektrischen Fahrzeugen verringert.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung überwindet die Nachteile im Stand der Technik in einem hydraulischen Steuersystem zur Verwendung mit einem Mehrganggetriebe eines elektrischen Fahrzeugs. Das hydraulische Steuersystem umfasst eine Pumpenanordnung, einen Akkumulator, zumindest ein Steuerventil, zumindest einen Sensor, ein Rückschlagventil und ein Sequenzventil. Die Pumpenanordnung wird verwendet, um Hydraulikfluid unter Druck zu setzen, und weist einen Pumpenausgang auf. Der Akkumulator wird verwendet, um druckbeaufschlagtes Hydraulikfluid zu speichern. Das Steuerventil steht in Fluidverbindung mit dem Pumpenausgang und wird verwendet, um den Hydraulikdruck an das Getriebe zu modulieren. Der Sensor ist zwischen dem Steuerventil und dem Getriebe angeordnet und erzeugt ein Signal, das zumindest eines von Druck, Temperatur, Viskosität und/oder Strömungsrate des Hydraulikfluids darstellt. Das Rückschlagventil umfasst einen Einlass in Fluidverbindung mit dem Akkumulator, und einen Auslass in Fluidverbindung mit dem Pumpenausgang. Das Sequenzventil umfasst einen Ventileingang in Fluidverbindung mit dem Pumpenausgang, und einen Ventilausgang in Fluidverbindung mit dem Akkumulator. Das Sequenzventil weist eine geschlossene Stellung auf, in der druckbeaufschlagtes Fluid von der Pumpenanordnung daran gehindert wird, zu dem Akkumulator zu strömen, sowie eine offene Stellung, in der druckbeaufschlagtes Fluid von der Pumpenanordnung in dem Akkumulator gespeichert werden kann. Das Sequenzventil ist in Ansprechen auf vorbestimmte Veränderungen in dem von dem Sensor erzeugten Signal zwischen der geschlossenen Stellung und der offenen Stellung beweglich.
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Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein System zur Verwendung in der Steuerung der Übertragung von Drehmoment, das durch einen Elektromotor erzeugt wird, durch einen Planetenradsatz eines Fahrzeuggetriebes, das durch zumindest zwei hydraulisch betätigte Kupplungsanordnungen moduliert wird. Das System umfasst ein elektrisches Steuermodul, eine Pumpenanordnung, einen Akkumulator, eine Vielzahl von Steuerventilen, zumindest zwei Sensoren, ein Rückschlagventil und ein Sequenzventil. Die Pumpenanordnung steht in elektrischer Verbindung mit dem elektronischen Steuermodul, wird verwendet, um Hydraulikfluid mit Druck zu beaufschlagen und weist einen Pumpenausgang auf. Der Akkumulator wird verwendet, um druckbeaufschlagtes Hydraulikfluid zu speichern. Die Steuerventile sind für jede der jeweiligen Kupplungsanordnungen vorgesehen und werden verwendet, um den Hydraulikdruck an dieselben zu modulieren. Jedes der Steuerventile steht in Fluidverbindung mit dem Pumpenausgang und in elektrischer Verbindung mit dem elektronischen Steuermodul. Die Sensoren stehen in elektrischer Verbindung mit dem elektronischen Steuermodul, sind zwischen jedem der Steuerventile und den jeweiligen Kupplungsanordnungen angeordnet und werden verwendet, um ein Signal zu erzeugen, das zumindest eines von Druck, Temperatur, Viskosität und/oder Strömungsrate des Hydraulikfluids darstellt. Das Rückschlagventil umfasst einen Einlass in Fluidverbindung mit dem Akkumulator, und einen Auslass in Fluidverbindung mit dem Pumpenausgang. Das Sequenzventil steht in elektrischer Verbindung mit dem elektronischen Steuermodul und umfasst einen Ventileingang in Fluidverbindung mit dem Pumpenausgang und einen Ventilausgang in Fluidverbindung mit dem Akkumulator. Das Sequenzventil weist eine geschlossene Stellung auf, in der druckbeaufschlagtes Fluid von der Pumpenanordnung daran gehindert wird, zu dem Akkumulator zu strömen, sowie eine offene Stellung, in der druckbeaufschlagtes Fluid von der Pumpenanordnung in dem Akkumulator gespeichert werden kann. Das Sequenzventil ist durch das elektronische Steuermodul in Ansprechen auf vorbestimmte Veränderungen in dem von dem Sensor erzeugten Signal zwischen der geschlossenen Stellung und der offenen Stellung beweglich.
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Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeuggetriebes, das einen Planetenradsatz aufweist, der durch zumindest zwei hydraulisch betätigte Kupplungsanordnungen moduliert wird, um die Übertragung von Drehmoment zu steuern, das durch einen Elektromotor erzeugt wird. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Bereitstellen eines elektronischen Steuermoduls; einer Pumpenanordnung in elektrischer Verbindung mit dem elektronischen Steuermodul zur Druckbeaufschlagung von Hydraulikfluid, wobei die Anordnung einen Pumpenausgang aufweist; und eines Akkumulators zur Speicherung von druckbeaufschlagtem Hydraulikfluid. Das Verfahren umfasst auch den Schritt der Bereitstellung eines Steuerventils für jede der jeweiligen Kupplungsanordnungen, um den Hydraulikdruck an dieselben zu modulieren, wobei jedes der Steuerventile in Fluidverbindung mit dem Pumpenausgang und in elektrischer Verbindung mit dem elektronischen Steuermodul steht; sowie der Bereitstellung von zumindest zwei Sensoren in elektrischer Verbindung mit dem elektronischen Steuermodul, die zwischen jedem der Steuerventile und den jeweiligen Kupplungsanordnungen angeordnet sind, um ein Signal zu erzeugen, das zumindest eines von Druck, Temperatur, Viskosität und/oder Strömungsrate des Hydraulikfluids darstellt. Das Verfahren umfasst des Weiteren den Schritt der Bereitstellung eines Rückschlagventils mit einem Einlass in Fluidverbindung mit dem Akkumulator und einem Auslass in Fluidverbindung mit dem Pumpenausgang; und eines Sequenzventils in elektrischer Verbindung mit dem elektronischen Steuermodul. Das Sequenzventil umfasst einen Ventileingang in Fluidverbindung mit dem Pumpenausgang und einen Ventilausgang in Fluidverbindung mit dem Akkumulator, und weist eine geschlossene Stellung auf, in der druckbeaufschlagtes Fluid von der Pumpenanordnung daran gehindert wird, zu dem Akkumulator zu strömen, sowie eine offene Stellung, in der druckbeaufschlagtes Fluid von der Pumpenanordnung in dem Akkumulator gespeichert werden kann. Das Verfahren umfasst auch die folgenden Schritte: Bewegen des Sequenzventils in die geschlossene Stellung durch das elektronische Steuermodul; Ansteuern der Pumpenanordnung mit dem elektronischen Steuermodul, um druckbeaufschlagtes Hydraulikfluid an jedes der Steuerventile zu übertragen; Betätigen eines jeden der Steuerventile mit dem elektronischen Steuermodul, um die Kupplungen des Getriebes zu modulieren; und Bewegen des Sequenzventils in die geöffnete Stellung mit dem elektronischen Steuermodul, in Ansprechen auf vorbestimmte Signale, die durch zumindest einen der Sensoren erzeugt und von dem elektronischen Steuermodul empfangen werden.
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Auf diese Weise verbessern die Steuersysteme und -verfahren der vorliegenden Erfindung die Modulation der Kupplungsanordnungen des Getriebes beträchtlich, indem sie die Zufuhr von druckbeaufschlagtem Hydraulikfluid an dieselben während aller Betriebsbedingungen des elektrischen Fahrzeugs sicherstellen. Darüber hinaus verringert die vorliegende Erfindung die Kosten und Komplexität der Herstellung von elektrischen Fahrzeugen mit überlegenen Betriebseigenschaften, etwa hoher Effizienz und verbesserter Komponentenpackung, Komponentenlebensdauer und Fahrverhalten.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden deutlich werden, wenn dieselbe unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlich gemacht wird. In diesen zeigt:
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1 ist eine schematische Draufsicht eines Antriebsstrangs eines elektrischen Fahrzeugs mit einem hydraulisch betätigten Mehrganggetriebe, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 ist ein Hydraulikschema eines Steuersystems zur Verwendung mit dem Mehrganggetriebe von 1, in einer ersten Konfiguration.
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3 ist ein Hydraulikschema eines Steuersystems zur Verwendung mit dem Mehrganggetriebe von 1, in einer zweiten Konfiguration.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen gleiche Bezugszahlen verwendet werden, um die gleiche Struktur zu bezeichnen, wird in 1 bei 10 ein Abschnitt eines Antriebsstrangs eines elektrischen Fahrzeugs veranschaulicht. Der Antriebsstrang 10 umfasst eine Batterie 12, einen Elektromotor 14, ein Mehrganggetriebe 16 und ein Steuersystem 18. Der Elektromotor 14 wird durch die Batterie 12 versorgt, erzeugt Drehmoment und steht in drehender Verbindung mit dem Getriebe 16. Das Getriebe 16 stellt die Drehzahl und das Drehmoment von dem Elektromotor 14 ein und ist dazu ausgestaltet, das eingestellte Drehmoment auszugeben, wie im Folgenden noch detaillierter erörtert wird.
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Der Elektromotor 14 und die Batterie 12 stehen über einen Kabelbaum 17 in elektrischer Verbindung, der so ausgestaltet ist, dass Strom zwischen der Batterie 12 und dem Elektromotor 14 übertragen werden kann. In Abhängigkeit von dem Betriebsmodus des Antriebsstrangs 10 könnte Strom entweder zur Batterie 12 fließen (etwa beim regenerativen Bremsen über den Elektromotor 14), oder von der Batterie 12 weg (wenn etwa der Elektromotor 14 verwendet wird, um das Fahrzeug anzutreiben). Die Batterie 12 ist in der Regel von dem Elektromotor 14 beabstandet angeordnet, um eine Gewichtsverteilung des Antriebsstrangs 10 zu erzielen, könnte jedoch auch an einer beliebigen anderen Stelle angeordnet werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Während die Batterie 12 als eine einzelne einteilige Einheit gezeigt ist, sollte klar sein, dass die Batterie 12 auf beliebige geeignete Weise ausgestaltet sein könnte, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Als nicht einschränkendes Beispiel könnte eine Vielzahl von Batterien 12 verwendet werden, die voneinander beabstandet oder miteinander gruppiert sind.
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Wie in 1 gezeigt, sind der Elektromotor 14 und das Getriebe 16 wirkmäßig aneinander angebracht und auf eine Weise orientiert, die in der Technik als "querliegende" Konfiguration bezeichnet wird. Es sollte jedoch klar sein, dass der Elektromotor 14 und das Getriebe 16 auf beliebige geeignete Weise orientiert sein können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus könnte das Getriebe 16, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, von dem Elektromotor 14 beabstandet sein, um die Gewichtsverteilung des Antriebsstrangs 10 zu verbessern.
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Das Getriebe 16 umfasst zumindest einen Ausgang 20, der in drehender Verbindung mit einem oder mehreren Rad-/Reifen-Anordnungen 22 steht (im Folgenden als ein ”Rad” bezeichnet). Zu diesem Zweck kann ein stufenlos variables Gelenk 24 wirkmäßig mit dem Ausgang 20 und dem Rad 22 verbunden sein, so dass das Drehmoment von dem Getriebe 16 an das Rad 22 übertragen werden kann, um das Fahrzeug während des Betriebs anzutreiben. In der hier veranschaulichten repräsentativen Ausführungsform ist der Antriebsstrang 10 ein ”Vorderradantrieb”, bei dem das Getriebe 16 ein Paar von Ausgängen 20 aufweist, an dem jeweils stufenlos variable Gelenke 24 wirkmäßig angebracht sind. Die stufenlos variablen Gelenke 24 übertragen jeweils Drehmoment an Montagenaben 26, die verwendet werden, um die Räder 22 an der Vorderseite des Fahrzeugantriebsstrangs 10 zu tragen. Der gewöhnliche Fachmann wird jedoch erkennen, dass es eine Reihe von unterschiedlichen Arten gibt, wie der Antriebsstrang 10 ausgestaltet werden könnte, und somit könnte eine beliebige Anzahl von Rädern 22 auf beliebige geeignete Weise unter Verwendung einer beliebigen geeigneten Anzahl von Elektromotoren 14, Batterien 12 oder Getrieben 16 angetrieben werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Als nicht einschränkendes Beispiel könnte der Antriebsstrang 10 so ausgestaltet sein, dass das Getriebe 16 einen einzelnen Ausgang 20 aufweist, der mit einer Antriebswelle (nicht dargestellt, aber im Stand der Technik allgemein bekannt) verbunden ist, die ihrerseits mit einem Differential (nicht dargestellt, aber im Stand der Technik allgemein bekannt) verbunden ist, das in der Folge ein Paar von Rädern 20 antreibt. Darüber hinaus sollte klar sein, dass in Abhängigkeit von der Anwendung des Antriebsstrangs 10 des elektrischen Fahrzeugs das Getriebe 16 ein Differential umfassen oder auf andere Weise damit zusammenwirken kann.
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Das Getriebe 16 ist als ein ”Mehrgang”-Getriebe ausgestaltet und kann in verschiedenen ”Gängen” oder ”Übersetzungen” betrieben werden, die jeweils einem unterschiedlichen Antriebsverhältnis zwischen dem Elektromotor 14 und dem Ausgang 20 entsprechen. Zu diesem Zweck kann das Getriebe 16 einen oder mehrere Zahnradsätze 28 umfassen, etwa einen Planetenradsatz, um die Drehzahl und das Drehmoment, die von dem Elektromotor 14 erzeugt werden, wie oben erläutert einzustellen. Das Getriebe 16 kann auch eine oder mehrere hydraulisch betätigt Kupplungsanordnungen 30 umfassen, um den Eingriff zwischen dem Elektromotor 12, den Ausgängen 20 und den Zahnradsätzen 28 selektiv zu modulieren. In der hierin veranschaulichten repräsentativen Ausführungsform umfasst das Getriebe 16 ein Paar von Kupplungsanordnungen 30A, 30B, die durch das Steuersystem 18 moduliert werden, wobei letzteres ein elektronisches Steuermodul 32, eine Pumpenanordnung 34, einen Akkumulator 36 sowie ein oder mehrere Steuerventile 38, Sensoren 40, Rückschlagventile 42 und Sequenzventile 44 umfasst. Jede dieser Komponenten wird im Folgenden in größerem Detail beschrieben.
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Nun bezugnehmend auf 2 und 3 wird das Getriebe 16 mit Hydraulikfluid geschmiert und betätigt. Zu diesem Zweck weist das Getriebe 16 ein Reservoir 46 zur Speicherung von nicht druckbeaufschlagtem Hydraulikfluid auf. Das Reservoir 46 kann auch in Fluidverbindung mit den Ventilen 38, 44 stehen, um während der Betätigung der Ventile 38, 44 Restfluid aufzunehmen. Die Pumpenanordnung 34 weist einen Pumpeneingang 48 in Fluidverbindung mit dem Reservoir 46 sowie einen Pumpenausgang 50 in selektiver Fluidverbindung mit den Kupplungsanordnungen 30A, 30B auf. In einer Ausführungsform wird die Pumpenanordnung 34 durch einen herkömmlichen elektrischen Pumpenmotor 35 versorgt, der in elektrischer Verbindung mit dem elektronischen Steuermodul 32 und/oder der Batterie 12 steht. Der gewöhnliche Fachmann wird jedoch erkennen, dass die Pumpenanordnung 34 einen beliebigen geeigneten Typ aufweisen könnte, der auf beliebige geeignete Weise, mit oder ohne die Verwendung eines elektrischen Pumpenmotors 35, betrieben wird, ohne dabei vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die Pumpenanordnung 34 wird verwendet, um Hydraulikfluid von dem Reservoir 46 mit Druck zu beaufschlagen, und überträgt das Hydraulikfluid über den Pumpenausgang 50 an das Getriebe 16, wie im Folgenden noch detaillierter beschrieben wird.
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Wie oben angemerkt, umfasst das Steuersystem 18 einen Akkumulator 36, der verwendet wird, um druckbeaufschlagtes Hydraulikfluid zu speichern. Insbesondere wirkt der Akkumulator 36 mit dem Rückschlagventil 42 und dem Sequenzventil 44 zusammen, um selektiv Hydraulikfluid, das durch die Pumpenanordnung 34 druckbeaufschlagt wurde, zu speichern, wie im Folgenden noch detaillierter beschrieben wird. Der Akkumulator 36 ist ein herkömmlicher gasgeladener Hydraulikakkumulator; der Fachmann wird jedoch erkennen, dass der Akkumulator 36 von einem beliebigen geeigneten Typ sein könnte, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Das Rückschlagventil 42 weist einen Einlass in Fluidverbindung mit dem Akkumulator 36 und einen Auslass 54 in Fluidverbindung mit dem Pumpenausgang 50 der Pumpenanordnung 34 auf. In einer Ausführungsform weist das Rückschlagventil 42 eine Sperrstellung auf, die durch den T-Pfeil 42A im Strömungspfad (siehe 2) markiert ist, sowie eine offene Stellung, die durch den Pfeil 42B im Strömungspfad (siehe 3) markiert ist. In der Sperrstellung 42A wird druckbeaufschlagtes Hydraulikfluid daran gehindert: von dem Akkumulator 36 zu dem Steuerventil 38; und von der Pumpenanordnung 34 zu dem Akkumulator 36 zu strömen. In der offenen Stellung 42B strömt druckbeaufschlagtes Fluid von dem Akkumulator 36 zu dem Steuerventil 38. Das Rückschlagventil 42 ist in Ansprechen auf das Auftreten einer vorbestimmten Druckdifferenz über das Rückschlagventil 42 zwischen der gesperrten 42A und der offenen 42B Stellung beweglich. In einer Ausführungsform ist die Druckdifferenz in der Größenordnung geringer als 1 bar. Somit verhindert das Rückschlagventil 42 effektiv ein Überladen des Akkumulators 36 und ermöglicht dem Akkumulator 36 gleichzeitig, Hydraulikfluid an das Steuerventil 38 zu übertragen, um den Fluiddruck des Akkumulators 36 und den Fluiddruck des Pumpenausgangs 50 der Pumpenanordnung 34 auszugleichen.
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Das Steuerventil 38 steht in Fluidverbindung mit dem Pumpenausgang 50 der Pumpenanordnung 34 und wird verwendet, um den Hydraulikdruck an das Getriebe 16 zu modulieren. Insbesondere kann das Steuersystem 18, wie in 2 und 3 veranschaulicht, zwei Steuerventile 38A, 38B umfassen, die jeweils einer der jeweiligen Kupplungsanordnungen 30A, 30B des Getriebes 16 zugeordnet sind, um den Hydraulikdruck an dieselben zu modulieren. Die Steuerventile 38A, 38B stehen jeweils in Fluidverbindung mit dem Pumpenausgang 50 der Pumpenanordnung 34, und stehen in elektrischer Verbindung mit dem elektronischen Steuermodul 32. Die Steuerventile 38A, 38B sind als Elektromagnetventile ausgestaltet, die durch das elektronische Steuermodul 32 betätigt werden, um die Kupplungsanordnungen 30A, 30B zu modulieren. Es sollte klar sein, dass in der Technik viele verschiedene Typen von Elektromagnetventilen bekannt sind, und somit die Steuerventile 38A, 38B einen beliebigen geeigneten Typ aufweisen und auf beliebige geeignete Weise betätigt werden könnten, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Als nicht einschränkendes Beispiel können die Steuerventile 38A, 38B getaktet werden, etwa durch Pulsbreitenmodulation (PWM), oder können eine variable Positionssteuerung umfassen, die etwa durch einen Schrittmotor betätigt wird.
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Wie oben erläutert umfasst das Steuersystem 18 der vorliegenden Erfindung auch einen Sensor 40. Der Sensor 40 ist zwischen dem Steuerventil 38 und der jeweiligen Kupplungsanordnung 30 angeordnet und wird verwendet, um ein Signal zu erzeugen, das zumindest eines von Druck, Temperatur, Viskosität und/oder Strömungsrate des Hydraulikfluids darstellt. Es sollte klar sein, dass das Steuersystem 18 mehr als einen Sensor 40 umfassen kann, und dass je nach konkreter Anwendung einzelne Sensoren 40A, 40B jeder der Kupplungsanordnungen 30A, 30B des Getriebes 16 zugeordnet sein können. Die Sensoren 40A, 40B stehen in elektrischer Verbindung mit dem elektronischen Steuermodul 32, das dazu ausgestaltet sein kann, die Sensoren 40A, 40B zu überwachen und in Ansprechen auf vorbestimmte Veränderungen in von den Sensoren 40A, 40B erzeugten Signalen die Modulation der jeweiligen Kupplungsanordnungen 30A, 30B über die Steuerventile 38A, 38B einzustellen. In einer Ausführungsform ist zumindest einer der Sensoren 40A, 40B ein Druckmessfühler zur Erzeugung eines Signals, das den Hydraulikfluiddruck zwischen dem jeweiligen Steuerventil 38 und der entsprechenden Kupplungsanordnung 30 des Getriebes 16 darstellt.
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Wie oben angemerkt umfasst das Steuersystem 18 der vorliegenden Erfindung auch ein Sequenzventil 44, das mit dem Rückschlagventil 42 und dem Akkumulator 36 zusammenwirkt. Das Sequenzventil 44 weist einen Ventileingang 56 in Fluidverbindung mit dem Pumpenausgang 50 der Pumpenanordnung 34 und einen Ventilausgang 58 in Fluidverbindung mit dem Akkumulator 36 auf. Das Sequenzventil 44 ist ein Elektromagnetventil, das in elektrischer Verbindung mit dem elektronischen Steuermodul 32 steht und durch dieses betätigt wird. Es sollte klar sein, dass in der Technik viele verschiedene Typen von Elektromagnetventilen bekannt sind, und somit das Sequenzventil 44 einen beliebigen geeigneten Typ aufweisen und auf beliebige geeignete Weise betätigt werden könnte, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Als nicht einschränkendes Beispiel kann das Sequenzventil 44 getaktet werden, etwa durch Pulsbreitenmodulation (PWM), oder kann eine variable Positionssteuerung umfassen, die etwa durch einen Schrittmotor betätigt wird.
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Das Sequenzventil 44 weist eine geschlossene Stellung 44A (siehe 2) und eine offene Stellung 44B (siehe 3) auf. In der geschlossenen Stellung 44A wird druckbeaufschlagtes Fluid von der Pumpenanordnung 34 daran gehindert, zu dem Akkumulator 36 zu strömen. In der offenen Stellung 44B kann druckbeaufschlagtes Fluid von der Pumpenanordnung 34 in dem Akkumulator 36 gespeichert werden.
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Das Sequenzventil 44 ist in Ansprechen auf vorbestimmte Veränderungen in dem von dem Sensor 40 erzeugten Signal zwischen der geschlossenen Stellung 44A und der offenen Stellung 44B beweglich. Insbesondere bewegt das elektronische Steuermodul 32 das Sequenzventil 44 in Ansprechen auf Veränderungen in dem Hydraulikdruck zwischen dem Steuerventil 38 und Kupplungsanordnung 30 des Getriebes 16 zwischen den Stellungen. Der gewöhnliche Fachmann wird erkennen, dass das Hydraulikfluid in dem Getriebe 16 sich während des Betriebs erhitzt und vorbestimmte Veränderungen in der Temperatur des Hydraulikfluids zu einer entsprechenden Veränderung der Viskosität des Hydraulikfluids führen. Wo ein spezieller Hydraulikdruck nötig ist, um das Steuerventil 38 so zu betätigen, dass die Kupplungsanordnung 30 moduliert wird, um das Getriebe 16 richtig zu betreiben, variiert somit das Hydraulikfluidvolumen, das erforderlich ist, um den notwendigen Hydraulikdruck zu erzielen, mit der Betriebstemperatur. Somit ermöglicht das Sequenzventil 44, dass unter bestimmten Betriebsbedingungen des Getriebes 16 ein vorbestimmtes Hydraulikfluidvolumen in dem Akkumulator 36 gespeichert wird, etwa für die Verwendung beim "Kaltstart".
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In einer Ausführungsform kann das Steuersystem 18 zusätzliche Sensoren umfassen, etwa einen Liniensensor 60, der zwischen dem Pumpenausgang 50 der Pumpenanordnung 34 und dem Ventileingang 56 des Sequenzventils 44 angeordnet ist, um ein Liniensignal zu erzeugen, das zumindest eines von Druck, Temperatur, Viskosität und/oder Strömungsrate des Hydraulikfluids darstellt. Das elektronische Steuermodul 32 kann in elektrischer Verbindung mit dem Liniensensor 60 stehen, und kann das von dem Liniensensor 60 erzeugte Signal verwenden, um selektiv die Modulation des Sequenzventils 44 zu steuern. Der gewöhnliche Fachmann wird jedoch erkennen, dass das Steuersystem 18 anders ausgestaltet sein könnte, mit oder ohne die Verwendung eines Liniensensors 60, ohne dabei vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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In einer Ausführungsform ist ein Ansaugfilter 62 zwischen dem Pumpeneingang 48 der Pumpenanordnung 34 und dem Reservoir 46 angeordnet. Der Ansaugfilter 62 schützt die Pumpenanordnung 34 vor Partikeln und anderen Verunreinigungen, die sich in dem Hydraulikfluid ansammeln können. Ein Druckfilter 64, der wirkmäßig vor den Ventilen 38, 44 an dem Pumpenausgang 50 angebracht ist, stellt einen zusätzlichen Filterschutz für das Sequenzventil 44 und die Steuerventile 38A, 38B gegen Verunreinigungen bereit, etwa Partikel, die in dem Hydraulikfluid von der Pumpenanordnung 34 anfallen. Des Weiteren kann ein System-Rückschlagventil 66 wirkmäßig an dem Druckfilter 64 angebracht sein, um die Strömung von druckbeaufschlagtem Hydraulikfluid von dem Akkumulator 36 zu der Pumpenanordnung 34 zu verhindern. In ähnlicher Weise kann ein Filterrückschlagventil 68 parallel zu dem Druckfilter 64 angeordnet sein, um den Druckfilter 64 unter bestimmten Betriebsbedingungen effektiv zu umgehen, etwa wenn der Druckfilter 64 verstopft ist und andernfalls die Strömung von Hydraulikfluid zu den Ventilen 44, 38 beschränken würde.
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In einer Ausführungsform ist ein Schmierventil 70 in elektrischer Verbindung mit dem elektronischen Steuermodul 32 zwischen dem Pumpenausgang 50 der Pumpenanordnung 34 und dem Reservoir 46 angeordnet und wird verwendet, um selektiv Hydraulikfluid zur Schmierung an das Getriebe 16 zu leiten. Während das Schmierventil 70 hier Hydraulikfluid von der Pumpenanordnung 34 zu dem Reservoir 46 leitet, wird der gewöhnliche Fachmann erkennen, dass das Schmierventil 70 Hydraulikfluid an eine beliebige geeignete Stelle in dem (oder an eine Komponente des) Getriebe 16 leiten könnte, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. In einer Ausführungsform ist ein Druckentlastungsventil 72 zwischen dem System-Rückschlagventil 66 und dem Reservoir 46 angeordnet und wird verwendet, um selektiv Druck abzublasen und damit den Druck an die Ventile 38, 44 zu regeln.
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Wie oben angemerkt, betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben des Mehrganggetriebes 16. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Bereitstellen des elektronischen Steuermoduls 32, der Pumpenanordnung 34, des Akkumulators 36, der Steuerventile 38A, 38B für jede der jeweiligen Kupplungsanordnungen 30A, 30B, zumindest zweier Sensoren 40, des Rückschlagventils 42 und des Sequenzventils 44; Bewegen des Sequenzventils 44 in die geschlossene Stellung 44A durch das elektronische Steuermodul 32; Ansteuern der Pumpenanordnung 34 mit dem elektronischen Steuermodul 32, um druckbeaufschlagtes Hydraulikfluid an jedes der Steuerventile 38 zu übertragen; Betätigen eines jeden der Steuerventile 38A, 38B mit dem elektronischen Steuermodul 32, um die Kupplungsanordnungen 30A, 30B des Getriebes 16 zu modulieren; und Bewegen des Sequenzventils 44 in die geöffnete Stellung 44B mit dem elektronischen Steuermodul 32, in Ansprechen auf vorbestimmte Signale, die durch zumindest einen der Sensoren 40A, 40B erzeugt und von dem elektronischen Steuermodul 32 empfangen werden.
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In einer Ausführungsform gehen dem Schritt des Bewegens des Sequenzventils 44 in die geöffnete Stellung 44B die folgenden Schritte voraus: Betreiben des Elektromotors 14, um ein Drehmoment zu erzeugen; und Bestimmen, dass eine vorbestimmte Betriebsbedingung des Getriebes 16 erreicht wurde, mit dem elektronischen Steuermodul 32. Als nicht einschränkendes Beispiel kann die vorbestimmte Betriebsbedingung des Getriebes 16 das Erreichen einer spezifischen Betriebstemperatur oder eines spezifischen Betriebsdrucks sein.
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Auf diese Weise verbessert das Steuersystem 18 der vorliegenden Erfindung das Ansprechverhalten und den Betrieb der Kupplungsanordnungen 30A, 30B des Getriebes 16 des Antriebsstrangs 10 eines elektrischen Fahrzeugs beträchtlich. Insbesondere sollte klar sein, dass das Steuersystem 18 es ermöglicht, dass die Kupplungsanordnungen 30A, 30B durch die Steuerventile 38A, 38B mit ausreichendem Druck moduliert werden, der während eines Kaltstarts direkt durch die Pumpenanordnung 34 erzeugt wird, wobei das Sequenzventil 44 das Fluidvolumen, das durch die Pumpenanordnung 34 übertragen wird, während das Getriebe 16 sich erwärmt, steuert oder auf andere Weise begrenzt, während es gleichzeitig verwendet werden kann, um selektiv Hydraulikfluid unter Druck zu speichern und dasselbe nach Bedarf an die Steuerventile 38A, 38B zu liefern. Darüber hinaus verringert das Steuersystem 18 der vorliegenden Erfindung die Kosten und die Komplexität der Herstellung von elektrischen Fahrzeugen mit überlegenen Betriebseigenschaften, etwa hoher Effizienz und verbesserter Komponentenpackung, Komponentenlebensdauer und Fahrverhalten des Fahrzeugs.
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Die Erfindung wurde hierin rein zur Veranschaulichung beschrieben. Es sollte jedoch klar sein, dass die verwendete Terminologie rein deskriptiv und keinesfalls einschränkend gemeint ist. Im Licht der oben angeführten Lehren sind verschiedene Abwandlungen und Variationen der vorliegenden Erfindung möglich. Daher kann die Erfindung innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche auf andere Weise praktisch umgesetzt werden, als dies in der Beschreibung beschrieben wurde.
