DE112019007028T5 - Leistungsverzweigtes Hybridantriebssystem und Hybridfahrzeug - Google Patents

Leistungsverzweigtes Hybridantriebssystem und Hybridfahrzeug Download PDF

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DE112019007028T5
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Germany
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gear
sun gear
drive system
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Zhenye Lu
Mingxi Guan
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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    • B60K6/48—Parallel type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/50—Architecture of the driveline characterised by arrangement or kind of transmission units
    • B60K6/54—Transmission for changing ratio
    • B60K6/547—Transmission for changing ratio the transmission being a stepped gearing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
    • B60W20/10—Controlling the power contribution of each of the prime movers to meet required power demand
    • B60W20/11—Controlling the power contribution of each of the prime movers to meet required power demand using model predictive control [MPC] strategies, i.e. control methods based on models predicting performance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
    • B60W20/20—Control strategies involving selection of hybrid configuration, e.g. selection between series or parallel configuration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/62—Gearings having three or more central gears
    • F16H3/66—Gearings having three or more central gears composed of a number of gear trains without drive passing from one train to another
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H37/00—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00
    • F16H37/02—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings
    • F16H37/06—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts
    • F16H37/08—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing
    • F16H37/0806—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing with a plurality of driving or driven shafts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/22—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
    • B60K6/38—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the driveline clutches
    • B60K2006/381—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the driveline clutches characterized by driveline brakes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/50—Architecture of the driveline characterised by arrangement or kind of transmission units
    • B60K6/54—Transmission for changing ratio
    • B60K2006/542—Transmission for changing ratio with overdrive ratio
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2520/00—Input parameters relating to overall vehicle dynamics
    • B60W2520/10—Longitudinal speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/92—Hybrid vehicles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein leistungsverzweigtes Hybridantriebssystem und ein Hybridfahrzeug bereit. Das Hybridantriebssystem umfasst zwei Planetengetriebemechanismen, die sich Planetenträger und Hohlräder teilen, zwei Elektromotoren und einen Verbrennungsmotor. Eine Abtriebswelle des Verbrennungsmotors steht in Getriebeverbindung mit einer ersten Sonnenradwelle eines ersten Sonnenrads, eine Antriebs-/Abtriebswelle eines ersten Elektromotors steht in Getriebeverbindung mit einer zweiten Sonnenradwelle eines zweiten Sonnenrads, und eine Antriebs-/Abtriebswelle eines zweiten Elektromotors steht in Getriebeverbindung mit den Hohlrädern. Die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors, die Antriebs-/Abtriebswelle des ersten Elektromotors und die Antriebs-/Abtriebswelle des zweiten Elektromotors können über einen Bremsmechanismus relativ zu einem Gehäuse eines Getriebes fixiert sein. Daher kann das leistungsverzweigte Hybridantriebssystem garantieren, dass ein Fahrzeug eine hohe Geschwindigkeit in einem reinen Elektromotorfahrmodus erreicht, um den Neuen Europäischen Fahrzyklus und den World Light Vehicle Test Cycle zu erfüllen; außerdem kann der Verbrennungsmotor auch bei einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit abgeschaltet werden und die dynamische Eigenschaft wird in einem Zustand niedriger Geschwindigkeit verbessert.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Fahrzeuge, insbesondere auf ein leistungsverzweigtes Hybridantriebssystem und ein Hybridfahrzeug.
  • Hintergrund
  • Im Stand der Technik gibt es verschiedene Hybridantriebssysteme, die in Fahrzeugen verwendet werden und eine Leistungsverzweigungsfunktion aufweisen, und diese Hybridantriebssysteme können die Geschwindigkeit und das Drehmoment der Fahrzeuge von der Drehzahl und dem Drehmoment von Verbrennungsmotoren entkoppeln. Das typische Beispiel für diese Art von Hybridantriebssystem ist ein leistungsverzweigtes Hybridantriebssystem vom Single-Mode-Antriebstyp der ersten Generation des Toyota Prius, das einen Planetengetriebemechanismus, einen Verbrennungsmotor und zwei Elektromotoren nutzt. Obwohl das Hybridantriebssystem die Leistungsverzweigungsfunktion realisieren kann, hat es dennoch die folgenden Mängel:
    1. 1. Die Fahrzeuggeschwindigkeit ist im reinen Elektromotorfahrbetrieb aufgrund von Strukturgrenzen sehr niedrig (unter 50 km/h), sodass der Neue Europäische Fahrzyklus (NEFZ)/World Light Vehicle Test Cycle (WLTC) nicht im reinen Elektromotorantriebsmodus erfüllt werden können;
    2. 2. der Verbrennungsmotor muss gestartet werden, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit einen bestimmten Wert überschreitet (z. B. 50 km/h), weshalb der Verbrennungsmotor bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit einen Teil der kinetischen Energie während der Bremsenergierückgewinnung verbraucht, d. h. der Verbrennungsmotor arbeitet während des Bremsens des Fahrzeugs, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit einen bestimmten Wert überschreitet, noch immer mit einer Drehzahl von etwa 1000 U/min bis 2000 U/min, das Schleppmoment des Verbrennungsmotors selbst verbraucht einen Teil der kinetischen Energie und daher kann dieser Teil der kinetischen Energie nicht wiederhergestellt werden; und
    3. 3. in einem leistungsverzweigten Modus zeigt das Hybridantriebssystem ein schlechtes dynamisches Verhalten (Drehmomentabgabe).
  • Kurzdarstellung
  • Die vorliegende Erfindung wird vorgeschlagen, um die oben aufgeführten Mängel des Standes der Technik zu überwinden. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die oben aufgeführten Mängel des Standes der Technik zu überwinden oder zumindest abzuschwächen und ein neues leistungsverzweigtes Hybridantriebssystem und ein Hybridfahrzeug bereitzustellen, welches das Hybridantriebssystem umfasst.
  • Um das vorstehend genannte Ziel zu erreichen, werden die folgenden technischen Lösungen angewendet.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein leistungsverzweigtes Hybridantriebssystem bereit, umfassend: ein Getriebe, das einen ersten Planetengetriebemechanismus und einen zweiten Planetengetriebemechanismus umfasst, wobei der erste Planetengetriebemechanismus ein erstes Sonnenrad, eine Vielzahl von ersten Planetenrädern, einen ersten Planetenträger und ein erstes Hohlrad umfasst, wobei der zweite Planetengetriebemechanismus ein zweites Sonnenrad, eine Vielzahl von zweiten Planetenrädern, einen zweiten Planetenträger und ein zweites Hohlrad umfasst, wobei der erste Planetenträger und der zweite Planetenträger aneinander fixiert sind, und wobei das erste Hohlrad und das zweite Hohlrad aneinander fixiert sind; einen Verbrennungsmotor, dessen Abtriebswelle mit einer ersten Sonnenradwelle des ersten Sonnenrads in Getriebeverbindung steht; einen ersten Elektromotor, dessen Antriebs-/Abtriebswelle mit einer zweiten Sonnenradwelle des zweiten Sonnenrads in Getriebeverbindung steht; einen zweiten Elektromotor, dessen Antriebs-/Abtriebswelle mit dem ersten Hohlrad in Getriebeverbindung steht; und einen Bremsmechanismus, über den die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors, die Antriebs-/Abtriebswelle des ersten Elektromotors und die Antriebs-/Abtriebswelle des zweiten Elektromotors selektiv relativ zu einem Gehäuse des Getriebes fixiert sein können.
  • Vorzugsweise umfasst der Bremsmechanismus eine erste Bremse, eine zweite Bremse und eine dritte Bremse, wobei die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors über die erste Bremse relativ zum Gehäuse des Getriebes fixiert sein kann, die Antriebs-/Abtriebswelle des zweiten Elektromotors über die zweite Bremse relativ zum Gehäuse des Getriebes fixiert sein kann und die Antriebs-/Abtriebswelle des ersten Elektromotors über die dritte Bremse relativ zum Gehäuse des Getriebes fixiert sein kann.
  • Bevorzugter sind die erste Bremse, die zweite Bremse und die dritte Bremse Synchronisationen oder Kupplungen.
  • Vorzugsweise ist die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors koaxial und direkt mit der ersten Sonnenradwelle verbunden, die Antriebs-/Abtriebswelle des ersten Elektromotors ist koaxial und direkt mit der zweiten Sonnenradwelle verbunden und die Antriebs-/Abtriebswelle des zweiten Elektromotor steht über einen Zahnradgetriebemechanismus in Übertragungsverbindung mit dem ersten Hohlrad.
  • Noch bevorzugter umfasst das leistungsverzweigte Hybridantriebssystem ferner einen Differenzialmechanismus, wobei der Differenzialmechanismus mit dem zweiten Planetenträger in Getriebeverbindung steht.
  • Noch bevorzugter umfasst das leistungsverzweigte Hybridantriebssystem ferner ein Steuermodul und kann durch das Steuermodul gesteuert werden, um einen reinen Elektromotorfahrmodus zu implementieren, wobei die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors über den Bremsmechanismus relativ zum Gehäuse des Getriebes fixiert ist, der erste Elektromotor und der zweite Elektromotor in einem Betriebszustand sind und der erste Elektromotor und der zweite Elektromotor zum Fahren gemeinsam Drehmoment auf das Getriebe übertragen.
  • Wenn sich das leistungsverzweigte Hybridantriebssystem im reinen Elektromotorantriebsmodus befindet, werden das Drehmoment Tout und eine Drehzahl Nout des zweiten Planetenträgers des leistungsverzweigten Hybridantriebssystems bevorzugter durch die folgenden Ausdrücke berechnet: T o u t = i 2 − i 1 i 1 T M G 1 + 1 + i 1 i 1 T M G 2 ,
    Figure DE112019007028T5_0001
     N o u t = i 1 i 1 + 1 N M G 2 ,
    Figure DE112019007028T5_0002
    wobei i1 ein Übersetzungsverhältnis des ersten Sonnenrads zum ersten Hohlrad ist, wenn der erste Planetenträger stillsteht, i2 ein Übersetzungsverhältnis des zweiten Sonnenrads zum zweiten Hohlrad ist, wenn der zweite Planetenträger stillsteht, TMG1 das Drehmoment des zweiten Sonnenrads ist, TMG2 das Drehmoment des ersten Hohlrads ist und NMG2 eine Drehzahl des ersten Hohlrads ist.
  • Noch bevorzugter umfasst das leistungsverzweigte Hybridantriebssystem ferner ein Steuermodul und kann durch das Steuermodul gesteuert werden, um einen ersten Parallelfahrmodus zu implementieren, wobei die Antriebs-/Abtriebswelle des zweiten Elektromotors über den Bremsmechanismus relativ zum Gehäuse des Getriebes fixiert ist, sich der Verbrennungsmotor und der erste Elektromotor in einem Betriebszustand befinden und der Verbrennungsmotor und der erste Elektromotor zum Antrieb gemeinsam Drehmoment auf das Getriebe übertragen.
  • Wenn sich das leistungsverzweigte Hybridantriebssystem im ersten Parallelfahrmodus befindet, werden das Drehmoment Tout und eine Drehzahl Nout des zweiten Planetenträgers des leistungsverzweigten Hybridantriebssystems bevorzugter durch die folgenden Ausdrücke berechnet: T o u t = ( i 1 + 1 ) T I C E + ( i 2 + 1 ) T M G 1 ,
    Figure DE112019007028T5_0003
     N o u t = 1 i 1 + 1 N I C E = 1 i 2 + 1 N M G 1 ,
    Figure DE112019007028T5_0004
    wobei i1 ein Übersetzungsverhältnis des ersten Sonnenrads zum ersten Hohlrad ist, wenn der erste Planetenträger stillsteht, i2 ein Übersetzungsverhältnis des zweiten Sonnenrads zum zweiten Hohlrad ist, wenn der zweite Planetenträger stillsteht, TICE das Drehmoment des ersten Sonnenrads ist, TMG1 das Drehmoment des zweiten Sonnenrads ist, NICE eine Drehzahl des ersten Sonnenrads ist und NMG1 eine Drehzahl des zweiten Sonnenrads ist.
  • Noch bevorzugter umfasst das leistungsverzweigte Hybridantriebssystem ferner ein Steuermodul und kann durch das Steuermodul gesteuert werden, um einen zweiten Parallelfahrmodus zu implementieren, wobei die Antriebs-/Abtriebswelle des ersten Elektromotors über den Bremsmechanismus relativ zum Gehäuse des Getriebes fixiert ist, sich der Verbrennungsmotor und der zweite Elektromotor in einem Betriebszustand befinden und der Verbrennungsmotor und der zweite Elektromotor zum Antrieb gemeinsam Drehmoment auf das Getriebe übertragen.
  • Wenn sich das leistungsverzweigte Hybridantriebssystem im zweiten Parallelfahrmodus befindet, werden das Drehmoment Tout und eine Drehzahl Nout des zweiten Planetenträgers des leistungsverzweigten Hybridantriebssystems bevorzugter durch die folgenden Ausdrücke berechnet: T o u t = i 2 − i 1 i 2 T I C E + i 2 + 1 i 2 T M G 2 ,
    Figure DE112019007028T5_0005
     N o u t = i 2 i 2 − i 1 N I C E = i 2 i 2 + 1 N M G 2 ,
    Figure DE112019007028T5_0006
    wobei i1 ein Übersetzungsverhältnis des ersten Sonnenrads zum ersten Hohlrad ist, wenn der erste Planetenträger stillsteht, i2 ein Übersetzungsverhältnis des zweiten Sonnenrads zum zweiten Hohlrad ist, wenn der zweite Planetenträger stillsteht, TICE das Drehmoment des ersten Sonnenrads ist, TMG2 das Drehmoment des ersten Hohlrads ist, NICE eine Drehzahl des ersten Sonnenrads ist und NMG2 eine Drehzahl des ersten Hohlrads ist.
  • Noch bevorzugter umfasst das leistungsverzweigte Hybridantriebssystem ferner ein Steuermodul und kann durch das Steuermodul gesteuert werden, um einen leistungsverzweigten Modus zu implementieren, wobei der Verbrennungsmotor und der zweite Elektromotor beide in einem Betriebszustand sind, der Verbrennungsmotor und der zweite Elektromotor für den Antrieb gemeinsam Drehmoment auf das Getriebe übertragen, sich der erste Elektromotor in einem Betriebszustand oder einem Stoppzustand befindet, und wenn der erste Elektromotor im Betriebszustand ist, der erste Elektromotor für die Stromerzeugung ein Drehmoment vom Getriebe empfängt, oder der erste Elektromotor zum Antrieb Drehmoment an das Getriebe übermittelt.
  • Noch bevorzugter werden, wenn sich das leistungsverzweigte Hybridantriebssystem im leistungsverzweigten Modus befindet, das Drehmoment Tout und eine Drehzahl Nout des zweiten Planetenträgers des leistungsverzweigten Hybridantriebssystems durch die folgenden Ausdrücke berechnet: T o u t = T I C E + T M G 1 + T M G 2 ,
    Figure DE112019007028T5_0007
     N M G 1 = i 2 i 1 N I C E − i 2 − i 1 i 1 N o u t ,
    Figure DE112019007028T5_0008
     N M G 2 = − 1 i 1 N I C E + i 1 + 1 i 1 N o u t ,
    Figure DE112019007028T5_0009
    wobei i1 ein Übersetzungsverhältnis des ersten Sonnenrads zum ersten Hohlrad ist, wenn der erste Planetenträger stillsteht, i2 ein Übersetzungsverhältnis des zweiten Sonnenrads zum zweiten Hohlrad ist, wenn der zweite Planetenträger stillsteht, TICE das Drehmoment des ersten Sonnenrads ist, TMG1 das Drehmoment des zweiten Sonnenrads ist, TMG2 das Drehmoment des ersten Hohlrads ist, NICE eine Drehzahl des ersten Sonnenrads ist, NMG1 eine Drehzahl des zweiten Sonnenrads ist und NMG2 eine Drehzahl des ersten Hohlrads ist.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Hybridfahrzeug bereit, das das leistungsverzweigte Hybridantriebssystem in einer der oben aufgeführten technischen Lösungen umfasst.
  • Durch Anwenden der obigen technischen Lösung stellt die vorliegende Erfindung ein neues leistungsverzweigtes Hybridantriebssystem und ein Hybridfahrzeug mit dem Hybridantriebssystem bereit, wobei das Hybridantriebssystem zwei Planetengetriebemechanismen, die sich Planetenträger und Hohlräder teilen, zwei Elektromotoren und einen Verbrennungsmotor umfasst. Eine Abtriebswelle des Verbrennungsmotors steht in Getriebeverbindung mit einer ersten Sonnenradwelle eines ersten Sonnenrads, eine Antriebs-/Abtriebswelle eines ersten Elektromotors steht in Getriebeverbindung mit einer zweiten Sonnenradwelle eines zweiten Sonnenrads und eine Antriebs-/Abtriebswelle eines zweiten Elektromotors steht in Getriebeverbindung mit den Hohlrädern. Darüber hinaus können die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors, die Antriebs-/Abtriebswelle des ersten Elektromotors und die Antriebs-/Abtriebswelle des zweiten Elektromotors über einen Bremsmechanismus relativ an einem Gehäuse eines Getriebes fixiert sein.
  • Auf diese Weise kann das neuartige leistungsverzweigte Hybridantriebssystem garantieren, dass ein Fahrzeug im reinen Elektromotorfahrmodus eine hohe Geschwindigkeit (z. B. 130 km/h) erreicht, um den Neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ)/World Light Vehicle Test Cycle (WLTC) zu erfüllen; und das neuartige leistungsverzweigte Hybridantriebssystem kann realisieren, dass der Verbrennungsmotor auch bei einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit abgeschaltet werden kann und die dynamische Leistung in einem Zustand niedriger Geschwindigkeit verbessert wird.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Darstellung einer Verbindungsstruktur eines leistungsverzweigten Hybridantriebssystems gemäß einer Implementierung der vorliegenden Erfindung.
  • Ausführliche Beschreibung von Ausführungsformen
  • Beispielhafte Implementierungen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es versteht sich, dass die konkrete Beschreibung Fachleute nur lehren sollen, wie die vorliegende Erfindung zu realisieren ist, und weder alle möglichen Variationen der vorliegenden Erfindung erschöpfend darlegt noch den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung einschränken soll. In der vorliegenden Erfindung bedeutet die „Übertragungsverbindung“, dass Antriebskraft/Drehmoment zwischen zwei Komponenten übertragen werden kann, und gibt an, dass die Antriebskraft/das Drehmoment unter Verwendung einer direkten Verbindung oder über ein herkömmliches Getriebepaar usw. übertragen wird, sofern nicht anders angegeben.
  • (Struktur eines leistungsverzweigten Hybridantriebssystems gemäß einer Implementierung der vorliegenden Erfindung)
  • Wie in 1 dargestellt, umfasst ein leistungsverzweigtes Hybridantriebssystem gemäß einer Implementierung der vorliegenden Erfindung einen Verbrennungsmotor ICE, zwei Elektromotoren (d. h. einen ersten Elektromotor MG1 und einen zweiten Elektromotor MG2), drei Bremsen (d. h. eine erste Bremse B1, eine zweite Bremse B2 und eine dritte Bremse B3), ein Getriebe und einen Differenzialmechanismus DM.
  • Insbesondere umfasst bei dieser Implementierung das Getriebe zwei Planetengetriebemechanismen, die koaxial nebeneinander angeordnet sind.
  • Ein erster Planetengetriebemechanismus umfasst ein erstes Sonnenrad S1, eine Vielzahl erster Planetenräder PG1 und ein erstes Hohlrad R1, die ineinander eingreifen, und einen ersten Planetenträger P1, der so konfiguriert ist, dass er die Vielzahl der ersten Planetenräder PG1 hält. Eine erste Sonnenradwelle des ersten Sonnenrads S1 erstreckt sich in 1 zur rechten Seite und ist koaxial und direkt mit einer Abtriebswelle des Verbrennungsmotors ICE verbunden. Das oben genannte „koaxial und direkt verbunden“ bedeutet, dass die erste Sonnenradwelle und die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors ICE die gleiche Welle sein können oder die erste Sonnenradwelle und die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors koaxial und starr miteinander verbunden sind, und der gleiche Ausdruck in der vorliegenden Anmeldung hat die gleiche Bedeutung.
  • Ein zweiter Planetengetriebemechanismus umfasst ein zweites Sonnenrad S2, eine Vielzahl zweiter Planetenräder PG2 und ein zweites Hohlrad R2, die ineinander eingreifen, und einen zweiten Planetenträger P2, der konfiguriert ist, dass er die Vielzahl der zweiten Planetenräder PG2 hält. Eine zweite Sonnenradwelle des zweiten Sonnenrads S2 erstreckt sich in 1 zur linken Seite und ist koaxial und direkt mit einer Antriebs-/Abtriebswelle des ersten Elektromotors MG1 verbunden. Ferner ist bei dieser Implementierung das zweite Hohlrad R2 über die zweite Bremse B2 mit einem Gehäuse des Getriebes verbunden. Der zweite Planetenträger P2 und der erste Planetenträger P1 sind aneinander fixiert, und das zweite Hohlrad R2 und das erste Hohlrad R1 sind aneinander fixiert. Das heißt, bei dieser Implementierung teilen sich der zweite Planetengetriebemechanismus und der erste Planetengetriebemechanismus einen Planetenträger und ein Hohlrad. Um eine Fixierung zwischen dem zweiten Planetenträger P2 und dem ersten Planetenträger P1 mit unterschiedlichen radialen Abmessungen zu realisieren, kann nach Bedarf zudem ein festes Verbindungsteil zwischen dem zweiten Planetenträger P2 und dem ersten Planetenträger P1 angeordnet sein.
  • Ferner umfasst das Getriebe auch ein Hohlrad G1, das am ersten Hohlrad R1 fixiert ist, und einen Planetenträger G2, der am Planetenträger P2 fixiert ist. Das Hohlrad G1 ist so konfiguriert, dass es die ganze Zeit in einem Eingriffszustand mit einem zweiten Elektromotorantriebs-/-abtriebszahnrad G3 ist, das an einer Antriebs-/Abtriebswelle des zweiten Elektromotors MG2 fixiert ist, wobei der Planetenträger G2 so konfiguriert ist, dass er ständig im Eingriff mit einem Abtriebszahnrad G4 steht, und das Abtriebszahnrad G4 Drehmoment vom Getriebe an Differenzialmechanismus DM übertragen kann.
  • Bei dieser Implementierung ist der Verbrennungsmotor ICE beispielsweise ein Vierzylindermotor und ist auf einer Seite (in 1 der rechten Seite) des Getriebes angeordnet. Einerseits ist die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors ICE koaxial und direkt mit der ersten Sonnenradwelle des ersten Sonnenrads S1 verbunden; und andererseits ist die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors ICE mit dem Gehäuse des Getriebes über die erste Bremse B1 verbunden, sodass die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors ICE relativ zum Gehäuse des Getriebes fixiert ist, nachdem die erste Bremse B1 eine Bremswirkung erzeugt.
  • Bei dieser Implementierung ist der erste Elektromotor MG1 in Bezug auf das Getriebe auf einer Seite (in 1 der linken Seite) gegenüber der Seite angeordnet, auf der sich der Verbrennungsmotor ICE befindet. Einerseits ist die Antriebs-/Abtriebswelle des ersten Elektromotors MG1 koaxial und direkt mit der zweiten Sonnenradwelle des zweiten Sonnenrads S2 verbunden, um eine bidirektionale Übertragung von Antriebskraft/Drehmoment zwischen dem ersten Elektromotor MG1 und der zweiten Sonnenradwelle zu realisieren; und andererseits ist die Antriebs-/Abtriebswelle des ersten Elektromotors MG1 mit dem Gehäuse des Getriebes über die dritte Bremse B3 verbunden, sodass die Antriebs-/Abtriebswelle des ersten Elektromotors MG1 relativ zum Gehäuse des Getriebe fixiert ist, nachdem die dritte Bremse B3 eine Bremswirkung erzeugt.
  • Wenn dem ersten Elektromotor MG1 durch die Batterie (nicht dargestellt) elektrische Energie zugeführt wird, kann der erste Elektromotor MG1 als Elektromotor fungieren, um Antriebskraft/Drehmoment auf die zweite Sonnengetriebewelle zu übertragen, und wenn der erste Elektromotor MG1 die Antriebskraft/das Antriebsmoment von der zweiten Sonnengetriebewelle erhält, kann der erste Elektromotor MG1 als Stromerzeuger zum Laden der Batterie fungieren.
  • Bei dieser Implementierung ist der zweite Elektromotor MG2 in Relation zum Getriebe auf einer Seite (in 1 auf der rechten Seite) angeordnet, die der Seite entspricht, auf der sich der Verbrennungsmotor ICE befindet. Wie oben beschrieben, steht die Antriebs-/Abtriebswelle des zweiten Elektromotors MG2 mit dem ersten Hohlrad R1 über das zweite Elektromotorantriebs-/-abtriebszahnrad G3 und das Hohlrad G1 in Übertragungsverbindung, um eine bidirektionale Übertragung der Antriebskraft/des Drehmoments zwischen dem zweiten Elektromotor MG2 und dem ersten Hohlrad R1 zu realisieren. Da zudem das zweite Hohlrad R2 über die zweite Bremse B2 mit dem Gehäuse des Getriebes verbunden ist, sind das zweite Hohlrad R2, das erste Hohlrad R1 und die Antriebs-/Abtriebswelle des zweiten Elektromotors MG2 alle relativ zum Gehäuse des Getriebes fixiert, nachdem die zweite Bremse B2 eine Bremswirkung erzeugt.
  • Wenn dem zweiten Elektromotor MG2 durch die Batterie (nicht dargestellt) elektrische Energie zugeführt wird, kann der zweite Elektromotor MG2 als Elektromotor fungieren, um Antriebskraft/Drehmoment auf das erste Hohlrad R1 zu übertragen, und wenn der zweite Elektromotor MG2 Antriebskraft/Antriebsmoment vom ersten Hohlrad R1 erhält, kann der zweite Elektromotor MG2 als Stromerzeuger zum Laden der Batterie fungieren.
  • Bei dieser Implementierung ist die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors ICE über die erste Bremse B1 mit dem Gehäuse des Getriebes verbunden, sodass die erste Bremse B1 so konfiguriert ist, dass sie die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors ICE relativ zum Gehäuse des Getriebes fixiert; das zweite Hohlrad R2 ist über die zweite Bremse B2 mit dem Gehäuse des Getriebes verbunden, sodass die zweite Bremse B2 so konfiguriert ist, dass sie das zweite Hohlrad R2, das erste Hohlrad R1 und die Antriebs-/Abtriebswelle des zweiten Elektromotors MG2 relativ zum Gehäuse des Getriebes fixiert; und die Antriebs-/Abtriebswelle des ersten Elektromotors MG1 ist über die dritte Bremse B3 mit dem Gehäuse des Getriebes verbunden, sodass die dritte Bremse B3 so konfiguriert ist, dass sie die Antriebs-/Abtriebswelle des ersten Elektromotors MG1 relativ zum Gehäuse des Getriebes fixiert. Auf diese Weise kann das Hybridantriebssystem durch die drei Bremsen B1, B2 und B3 flexibel dahingehend gesteuert werden, dass es sich in verschiedene Betriebsmodi befindet. Diese drei Bremsen B1, B2 und B3 können Synchronisationen oder Kupplungen sein.
  • Bei dieser Implementierung steht der Differenzialmechanismus DM in Getriebeverbindung mit Rädern als eine Komponente des gesamten Hybridantriebssystems, um die Antriebskraft/das Drehmoment an die Räder abzugeben, und der Differenzialmechanismus DM kann ein Differenzialmechanismus nach dem Stand der Technik sein, dessen konkreter Aufbau hier nicht im Detail beschrieben wird.
  • Die konkrete Struktur des leistungsverzweigten Hybridantriebssystems gemäß einer Implementierung der vorliegenden Erfindung ist vorstehend ausführlich beschrieben, und die Betriebsmodi und die Drehmomentübertragungswege des leistungsverzweigten Hybridantriebssystems werden nachstehend beschrieben.
  • (Betriebsmodi des leistungsverzweigten Hybridantriebssystems gemäß einer Implementierung der vorliegenden Erfindung)
  • Das Hybridantriebssystem gemäß einer Implementierung der vorliegenden Erfindung, das in 1 gezeigt ist, umfasst ferner ein Steuermodul (nicht gezeigt) und kann durch das Steuermodul in den folgenden vier Betriebsmodi gesteuert werden, jeweils ein reiner Elektromotorfahrmodus, ein erster Parallelfahrmodus (Parallelverzögerungsfahrmodus), ein zweiter Parallelfahrmodus Fahrmodus (paralleler Übergeschwindigkeitsfahrmodus) und ein leistungsverzweigter Modus.
  • Die nachfolgende Tabelle 1 zeigt Betriebszustände der drei Bremsen B1, B2 und B3 sowie Geschwindigkeitsbereiche und die Leistung eines Fahrzeugs in den vier Betriebsmodi an.
    Betriebs modus Bremse B1 Bremse B2 Bremse B3 Geschwin digkeitsbe reich Leistung
    Reiner Elektrom otorantrie bsmodus Arbeitet Arbeitet nicht Arbeitet nicht Niedrige Geschwin digkeit/mit tlere Geschwin digkeit Mittel
    Erster Parallelfa hrmodus Arbeitet nicht Arbeitet Arbeitet nicht Niedrige Geschwin digkeit Sehr hoch
    Zweiter Parallelfa hrmodus Arbeitet nicht Arbeitet nicht Arbeitet Mittlere Geschwin digkeit Hoch
    Leistungs verzweigt er Modus Arbeitet nicht Arbeitet nicht Arbeitet nicht Niedrige Geschwin digkeit/m it tlere Geschwin digkeit/ho he Geschwin digkeit Mittel
  • Die folgende Erläuterung betrifft den Inhalt der vorstehenden Tabelle 1:
    1. 1. „Arbeitet“ bedeutet, dass die Bremsen eine Bremswirkung generieren, um entsprechende Komponenten in Relation zueinander zu fixieren, beispielsweise ist die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors ICE relativ zum Gehäuse des Getriebes fixiert, wenn die erste Bremse B1 arbeitet; und „Arbeitet nicht“ bedeutet, dass die Bremswirkungen der Bremsen ausgesetzt werden, so kann sich beispielsweise die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors ICE relativ zum Gehäuse des Getriebes drehen, wenn die erste Bremse B1 nicht arbeitet.
    2. 2. „Geschwindigkeitsbereich“ bezieht sich auf einen Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich, auf den jeder Betriebsmodus anwendbar ist; und „Leistung“ ist eine umfassende Bewertung der dynamischen Leistung o. Ä. eines Fahrzeugs im Betriebsmodus, siehe insbesondere die nachfolgende Beschreibung.
  • In Verbindung mit der vorstehend genannten Tabelle 1 werden die Betriebsmodi des Hybridantriebssystems in 1 ausführlicher beschrieben.
  • Wenn sich das leistungsverzweigte Hybridantriebssystem im reinen Elektromotorantriebsmodus befindet, arbeitet die erste Bremse B1, während die zweite Bremse B2 und die dritte Bremse B3 nicht arbeiten, die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors ICE ist über die erste Bremse B1 relativ zum Gehäuse des Getriebes fixiert, der erste Elektromotor MG1 und der zweite Elektromotor MG2 befinden sich in einem Betriebszustand, und der erste Elektromotor MG1 und der zweite Elektromotor MG2 übertragen zum Antrieb gemeinsam Drehmoment auf das Getriebe. Auf diese Weise können in einem solchen Betriebsmodus das Drehmoment Tout und eine Drehzahl Nout des zweiten Planetenträgers P2 des leistungsverzweigten Hybridantriebssystems durch die folgenden Ausdrücke berechnet werden: T o u t = i 2 − i 1 i 1 T M G 1 + 1 + i 1 i 1 T M G 2 ,
    Figure DE112019007028T5_0010
     N o u t = i 1 i 1 − 1 N M G 2 .
    Figure DE112019007028T5_0011
    wobei i1 ein Übersetzungsverhältnis (Winkelgeschwindigkeitsverhältnis) des ersten Sonnenrads S1 zum ersten Hohlrad R1 ist, wenn der erste Planetenträger P1 stillsteht, i2 ein Übersetzungsverhältnis des zweiten Sonnenrads S2 zum zweiten Hohlrad R2 ist, wenn der zweite Planetenträger P2 stillsteht, TMG1 das Drehmoment des zweiten Sonnenrads S2 ist, TMG2 das Drehmoment des ersten Hohlrads R1 ist, und NMG2 eine Drehzahl des ersten Hohlrads R1 ist.
  • Auf diese Weise gilt, wenn zum Beispiel i1=2 und i2=3,2 ist, T o u t = 3 5 T M G 1 + 3 2 T M G 2 ,
    Figure DE112019007028T5_0012
     N o u t = 2 3 T M G 2 .
    Figure DE112019007028T5_0013
  • Wenn sich das leistungsverzweigte Hybridantriebssystem im ersten Parallelfahrmodus befindet, arbeitet die zweite Bremse B2, während die erste Bremse B1 und die dritte Bremse B3 nicht arbeiten, das zweite Hohlrad R2, das erste Hohlrad R1 und die Antriebs-/Abtriebswelle des zweiten Elektromotors MG2 sind über die zweite Bremse B2 relativ zum Gehäuse des Getriebes fixiert, der Verbrennungsmotor ICE und der erste Elektromotor MG1 befinden sich in einem Betriebszustand und der Verbrennungsmotor ICE und der erste Elektromotor MG1 übertragen zum Antrieb gemeinsam Drehmoment an das Getriebe. Auf diese Weise können im Betriebsmodus das Drehmoment Tout und eine Drehzahl Nout des zweiten Planetenträgers P2 des leistungsverzweigten Hybridantriebssystems durch die folgenden Ausdrücke berechnet werden: T o u t = ( i 1 + 1 ) T I C E + ( i 2 + 1 ) T M G 1 ,
    Figure DE112019007028T5_0014
     N o u t = 1 i 1 + 1 N I C E 1 i 2 + 1 N M G 1 .
    Figure DE112019007028T5_0015
  • Wobei i1 ein Übersetzungsverhältnis des ersten Sonnenrads S1 zum ersten Hohlrad R1 ist, wenn der erste Planetenträger P1 stillsteht, i2 ein Übersetzungsverhältnis des zweiten Sonnenrads S2 zum zweiten Hohlrad R2 ist, wenn der zweite Planetenträger P2 stillsteht, TICE das Drehmoment des ersten Sonnenrads S1 ist, TMG1 das Drehmoment des zweiten Sonnenrads S2 ist, NICE eine Drehzahl des ersten Sonnenrads S1 ist und NMG1 eine Drehzahl des zweiten Sonnenrads S2 ist.
  • Auf diese Weise gilt, wenn zum Beispiel i1=2 und i2=3,2 ist, T o u t = 3 T I C E + 4.2 T M G 1 ,
    Figure DE112019007028T5_0016
     N o u t = 1 3 N I C E = 5 21 N M G 1 .
    Figure DE112019007028T5_0017
  • Es kann somit erkannt werden, dass das leistungsverzweigte Hybridantriebssystem im ersten Parallelfahrmodus ein extrem hohes Drehmoment innerhalb eines niedrigen Geschwindigkeitsbereichs zum Fahren erzielen kann.
  • Wenn sich das leistungsverzweigte Hybridantriebssystem im zweiten Parallelfahrmodus befindet, funktioniert die dritte Bremse B3, während die erste Bremse B1 und die zweite Bremse B2 nicht arbeiten, die Antriebs-/Abtriebswelle des ersten Elektromotors MG1 ist über die dritte Bremse B3 relativ zum Gehäuse des Getriebes fixiert, der Verbrennungsmotor ICE und der zweite Elektromotor MG2 befinden sich in einem Betriebszustand, und der Verbrennungsmotor ICE und der zweite Elektromotor MG2 übertragen zum Antrieb gemeinsam Drehmoment auf das Getriebe. Auf diese Weise können im Betriebsmodus das Drehmoment Tout und eine Drehzahl Nout des zweiten Planetenträgers P2 des leistungsverzweigten Hybridantriebssystems durch die folgenden Ausdrücke berechnet werden: T o u t = i 2 − i 1 i 2 T I C E + i 2 + 1 i 2 T M G 2 ,
    Figure DE112019007028T5_0018
     N o u t = i 2 i 2 − i 1 N I C E i 2 i 2 + 1 N M G 2 .
    Figure DE112019007028T5_0019
  • Wobei i1 ein Übersetzungsverhältnis des ersten Sonnenrads S1 zum ersten Hohlrad R1 ist, wenn der erste Planetenträger P1 stillsteht, i2 ein Übersetzungsverhältnis des zweiten Sonnenrads S2 zum zweiten Hohlrad R2 ist, wenn der zweite Planetenträger P2 stillsteht, TICE das Drehmoment des ersten Sonnenrads S1 ist, TMG2 das Drehmoment des ersten Hohlrads R1 ist, NICE eine Drehzahl des ersten Sonnenrads S1 ist und NMG2 eine Drehzahl des ersten Hohlrads R1 ist.
  • Auf diese Weise gilt, wenn zum Beispiel i1=2 und i2=3,2 ist, T o u t = 3 8 T I C E + 21 16 T M G 2 ,
    Figure DE112019007028T5_0020
     N o u t = 8 3 N I C E = 16 21 N M G 2 .
    Figure DE112019007028T5_0021
  • Es kann somit bekannt sein, dass das leistungsverzweigte Hybridantriebssystem im zweiten Parallelfahrmodus gemäß der vorliegenden Erfindung eine hohe Fahreffizienz und Kraftstoffeinsparung innerhalb eines hohen Geschwindigkeitsbereichs erzielen kann.
  • Wenn sich das leistungsverzweigte Hybridantriebssystem im leistungsverzweigten Modus befindet, arbeitet keine der drei Bremsen B1, B2 und B3, der Verbrennungsmotor ICE und der zweite Elektromotor MG2 sind beide in einem Betriebszustand, der Verbrennungsmotor ICE und der zweite Elektromotor MG2 übertragen zum Antrieb gemeinsam Drehmoment auf das Getriebe, der erste Elektromotor MG1 befindet sich in einem Betriebszustand oder in einem Stoppzustand, und wenn sich der erste Elektromotor MG1 im Betriebszustand befindet, empfängt der erste Elektromotor MG1 zur Leistungserzeugung Drehmoment vom Getriebe oder der erste Elektromotor MG1 überträgt zum Antrieb Drehmoment an das Getriebe. Auf diese Weise können im Betriebsmodus das Drehmoment Tout und eine Drehzahl Nout des zweiten Planetenträgers P2 des leistungsverzweigten Hybridantriebssystems durch die folgenden Ausdrücke berechnet werden: T o u t = T I C E + T M G 1 + T M G 2 ,
    Figure DE112019007028T5_0022
     N M G 1 = i 2 i 1 N I C E − i 2 − i 1 i 1 N o u t ,
    Figure DE112019007028T5_0023
     N M G 2 = − 1 i 1 N I C E + i 1 + 1 i 1 N o u t .
    Figure DE112019007028T5_0024
  • Wobei i1 ein Übersetzungsverhältnis des ersten Sonnenrads S1 zum ersten Hohlrad R1 ist, wenn der erste Planetenträger P1 stillsteht, i2 ein Übersetzungsverhältnis des zweiten Sonnenrads S2 zum zweiten Hohlrad R2 ist, wenn der zweite Planetenträger P2 stillsteht, TICE das Drehmoment des ersten Sonnenrads S1 ist, TMG1 das Drehmoment des zweiten Sonnenrads S2 ist, TMG2 das Drehmoment des ersten Hohlrads R1 ist, NICE eine Drehzahl des ersten Sonnenrads S1 ist, NMG1 eine Drehzahl des zweiten Sonnenrads S2 ist, und NMG2 eine Drehzahl des ersten Hohlrads R1 ist.
  • Auf diese Weise gilt, wenn zum Beispiel i1=2 und i2=3,2 ist, N M G 1 = 1.6 N I C E − 0.6 N o u t
    Figure DE112019007028T5_0025
     N M G 2 = − 0.5 N I C E + 1.5 N o u t .
    Figure DE112019007028T5_0026
  • Es kann somit erkannt werden, dass, wenn sich das leistungsverzweigte Hybridantriebssystem gemäß der vorliegenden Erfindung im leistungsverzweigten Modus befindet, der Verbrennungsmotor an jedem Betriebspunkt arbeiten und sich in einem stufenlosen Getriebezustand befinden kann, wodurch die Kraftstoffwirtschaftlichkeit stark verbessert wird.
  • Darüber hinaus kann ein Betriebsmuster des leistungsverzweigten Hybridantriebssystems gemäß der vorliegenden Erfindung basierend auf den vier obigen Betriebsmodi wie folgt eingestellt werden:
    • Wenn das Arbeitsmuster des reinen Elektromotorantriebs ausgewählt wird, kann das leistungsverzweigte Hybridantriebssystem gemäß der vorliegenden Erfindung immer im Zustand des reinen Elektromotorantriebsmodus gehalten werden, bis die Batteriekapazität null ist;
    • wenn ein Hybrid-Auto-Betriebsmuster ausgewählt wird, wird das leistungsverzweigte Hybridantriebssystem gemäß der vorliegenden Erfindung aus dem reinen Elektromotorfahrmodus gestartet, und nachdem die Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht wurde, wechselt das System zu einem geeigneten Zeitpunkt durch Berechnung der Systemeffizienz in den leistungsverzweigten Modus oder den zweiten Parallelfahrmodus; und
    • wenn ein Hybrid-Sportmodus ausgewählt wird, startet das leistungsverzweigte Hybridantriebssystem gemäß der vorliegenden Erfindung den Verbrennungsmotor direkt aus dem leistungsverzweigten Modus und geht sofort nach dem Start in den ersten Parallelfahrmodus, um eine optimale dynamische Leistung zu erhalten, und wird dann zum leistungsverzweigten Modus umgeschaltet, nachdem die Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht wurde.
  • Ferner stellt die vorliegende Erfindung auch ein Hybridfahrzeug bereit, das das leistungsverzweigte Hybridantriebssystem mit dem oben aufgeführten Aufbau und den oben aufgeführten Betriebsmodi umfasst.
  • Konkrete Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind vorstehend ausführlich dargelegt, es sollte jedoch auch beachtet werden, dass:
    1. I. Das leistungsverzweigte Hybridantriebssystem gemäß der vorliegenden Erfindung die vier Betriebsmodi über die drei obigen Bremsen implementieren kann, sodass das Hybridantriebssystem ein effizientes Fahren unter verschiedenen Arbeitsbedingungen implementieren kann.
    2. II. Der Verbrennungsmotor durch die Bremswirkung gesteuert wird, was es dem Verbrennungsmotor ermöglicht, in einem Zustand niedriger Geschwindigkeit oder einem Zustand hoher Geschwindigkeit parallel zum Hybridantriebssystem zu sein, sodass die dynamische Leistung im Zustand niedriger Geschwindigkeit hoch ist oder die Systemeffizienz im Zustand hoher Geschwindigkeit hoch ist.
    3. III. Mit dem leistungsverzweigten Hybridantriebssystem gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Anwendungsbereich im reinen Elektromotorfahrmodus erweitert und nicht nur die Gesamtsystemeffizienz verbessert, sondern das leistungsverzweigte Hybridantriebssystem kann auch auf Plug-in-Hybridfahrzeuge angewendet werden.
    4. IV. Das leistungsverzweigte Hybridantriebssystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann auf Hybridantriebssysteme in unterschiedlichen Anordnungen angewendet werden, die entlang einer Längsrichtung und einer Querrichtung eines Fahrzeugs angeordnet sind.
    5. V. In den Formeln der vorliegenden Anmeldung bezieht sich TMG1 auf das Drehmoment des zweiten Sonnenrads S2, das mit dem ersten Elektromotor MG1 verbunden ist, anstelle des Drehmoments des ersten Elektromotors MG1, und NMG1 bezieht sich auf die Drehzahl des zweiten Sonnenrad S2, das mit dem ersten Elektromotor MG1 verbunden ist, anstelle der Drehzahl des ersten Elektromotors MG1, dies liegt daran, dass sich das Drehmoment und die Drehzahl des ersten Elektromotors MG1 vom Drehmoment und der Drehzahl des zweiten Sonnenrads S2 unterscheiden, und dieser Unterschied resultiert aus Strukturen, wie beispielsweise einem Koaxialverbinder, die ein Übersetzungsverhältnis erzeugen, das in einer Verbindungsstruktur der Antriebs-/Abtriebswelle des ersten Elektromotors MG1 und der zweiten Sonnenradwelle des zweiten Sonnenrads S2 existieren kann. Ähnliche Situationen treten auch bei anderen Parametern auf.
  • Bezugszeichenliste
    • ICE
    Verbrennungsmotor;
    MG1
    erster Elektromotor;
    MG2
    zweiter Elektromotor;
    S1
    erstes Sonnenrad;
    P1
    erster Planetenträger;
    PG1
    erstes Planetengetriebe;
    R1
    erstes Hohlrad;
    S2
    zweites Sonnenrad;
    P2
    zweiter Planetenträger;
    PG2
    zweites Planetengetriebe;
    R2
    zweites Hohlrad;
    B1
    erste Bremse;
    B2
    zweite Bremse;
    B3
    dritte Bremse;
    G1
    Hohlrad;
    G2
    Planetenträger;
    G3
    zweites Elektromotoran-/-abtriebsgetriebe;
    G4
    Abtriebszahnrad;
    DM
    Differenzialmechanismus.

Claims (14)

  1. Leistungsverzweigtes Hybridantriebssystem, umfassend: ein Getriebe, das einen ersten Planetengetriebemechanismus und einen zweiten Planetengetriebemechanismus umfasst, wobei der erste Planetengetriebemechanismus ein erstes Sonnenrad, eine Vielzahl von ersten Planetenrädern, einen ersten Planetenträger und ein erstes Hohlrad umfasst, wobei der zweite Planetenradmechanismus ein zweites Sonnenrad, eine Vielzahl von zweiten Planetenrädern, einen zweiten Planetenträger und ein zweites Hohlrad umfasst, wobei der erste Planetenträger und der zweite Planetenträger aneinander fixiert sind und das erste Hohlrad und das zweite Hohlrad aneinander fixiert sind; einen Verbrennungsmotor, dessen Abtriebswelle mit einer ersten Sonnenradwelle des ersten Sonnenrads in Getriebeverbindung steht; einen ersten Elektromotor, dessen Antriebs-/Abtriebswelle mit einer zweiten Sonnenradwelle des zweiten Sonnenrads in Getriebeverbindung steht; einen zweiten Elektromotor, dessen Antriebs-/Abtriebswelle mit dem ersten Hohlrad in Getriebeverbindung steht; und einen Bremsmechanismus, über den die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors, die Antriebs-/Abtriebswelle des ersten Elektromotors und die Antriebs-/Abtriebswelle des zweiten Elektromotors selektiv relativ an einem Gehäuse des Getriebes befestigt sein können.
  2. Leistungsverzweigtes Hybridantriebssystem nach Anspruch 1, wobei der Bremsmechanismus eine erste Bremse, eine zweite Bremse und eine dritte Bremse umfasst, wobei die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors über die erste Bremse relativ zum Gehäuse des Getriebes fixiert sein kann, die Antriebs-/Abtriebswelle des zweiten Elektromotors über die zweite Bremse relativ zum Gehäuse des Getriebes fixiert sein kann, und die Antriebs-/Abtriebswelle des ersten Elektromotors über die dritte Bremse relativ zum Gehäuse des Getriebes fixiert sein kann.
  3. Leistungsverzweigtes Hybridantriebssystem nach Anspruch 2, wobei die erste Bremse, die zweite Bremse und die dritte Bremse Synchronisationen oder Kupplungen sind.
  4. Leistungsverzweigtes Hybridantriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors koaxial und direkt mit der ersten Sonnenradwelle verbunden ist, die Antriebs-/Abtriebswelle des ersten Elektromotors koaxial und direkt mit der zweiten Sonnenradwelle verbunden ist, und die Antriebs-/Abtriebswelle des zweiten Elektromotors über einen Zahnradgetriebemechanismus in Übertragungsverbindung mit dem ersten Hohlrad steht.
  5. Leistungsverzweigtes Hybridantriebssystem nach Anspruch 4, wobei das leistungsverzweigte Hybridantriebssystem ferner einen Differenzialmechanismus umfasst und der Differenzialmechanismus in Getriebeverbindung mit dem zweiten Planetenträger steht.
  6. Leistungsverzweigtes Hybridantriebssystem nach Anspruch 5, ferner umfassend ein Steuermodul, wobei das leistungsverzweigte Hybridantriebssystem durch das Steuermodul gesteuert werden kann, um einen reinen Elektromotorantriebsmodus zu implementieren, wobei die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors über den Bremsmechanismus relativ zum Gehäuse des Getriebes fixiert ist, sich der erste Elektromotor und der zweite Elektromotor in einem Betriebszustand befinden, und der erste Elektromotor und der zweite Elektromotor zum Antrieb gemeinsam Drehmoment auf das Getriebe übertragen.
  7. Leistungsverzweigtes Hybridantriebssystem nach Anspruch 6, wobei, wenn sich das leistungsverzweigte Hybridantriebssystem im reinen Elektromotorantriebsmodus befindet, das Drehmoment Tout und eine Drehzahl Nout des zweiten Planetenträgers des leistungsverzweigten Hybridantriebssystems durch folgende Ausdrücke berechnet werden: T o u t = − i 2 − i 1 i 1 T M G 1 + 1 + i 1 i 1 T M G 2 ,
    Figure DE112019007028T5_0027
     N o u t = i 1 i 1 + 1 N M G 2 ,
    Figure DE112019007028T5_0028
    Wobei i1 ein Übersetzungsverhältnis des ersten Sonnenrads zum ersten Hohlrad ist, wenn der erste Planetenträger stillsteht, i2 ein Übersetzungsverhältnis des zweiten Sonnenrads zum zweiten Hohlrad ist, wenn der zweite Planetenträger stillsteht, TMG1 das Drehmoment des zweiten Sonnenrads ist, TMG2 das Drehmoment des ersten Hohlrads ist und NMG2 eine Drehzahl des ersten Hohlrads ist.
  8. Leistungsverzweigtes Hybridantriebssystem nach irgendeinem der Ansprüche 5 bis 7, ferner umfassend ein Steuermodul, wobei das leistungsverzweigte Hybridantriebssystem durch das Steuermodul gesteuert werden kann, um einen ersten Parallelfahrmodus zu implementieren, wobei die Antriebs-/Abtriebswelle des zweiten Elektromotors über den Bremsmechanismus relativ zum Gehäuse des Getriebes fixiert ist, wobei sich der Verbrennungsmotor und der erste Elektromotor in einem Betriebszustand befinden und der Verbrennungsmotor und der erste Elektromotor zum Antrieb gemeinsam Drehmoment auf das Getriebe übertragen.
  9. Leistungsverzweigtes Hybridantriebssystem nach Anspruch 8, wobei, wenn sich das leistungsverzweigte Hybridantriebssystem im ersten Parallelfahrmodus befindet, das Drehmoment Tout und eine Drehzahl Nout des zweiten Planetenträgers des leistungsverzweigten Hybridantriebssystems durch folgende Ausdrücke berechnet werden: T o u t = ( i 1 + 1 ) T I C E + ( i 2 + 1 ) T M G 1 ,
    Figure DE112019007028T5_0029
     N o u t = 1 i 1 + 1 N I C E 1 i 2 + 1 N M G 1 ,
    Figure DE112019007028T5_0030
    wobei i1 ein Übersetzungsverhältnis des ersten Sonnenrads zum ersten Hohlrad ist, wenn der erste Planetenträger stillsteht, i2 ein Übersetzungsverhältnis des zweiten Sonnenrads zum zweiten Hohlrad ist, wenn der zweite Planetenträger stillsteht, TICE das Drehmoment des ersten Sonnenrads ist, TMG1 das Drehmoment des zweiten Sonnenrads ist, NICE eine Drehzahl des ersten Sonnenrads ist und NMG1 eine Drehzahl des zweiten Sonnenrads ist.
  10. Leistungsverzweigtes Hybridantriebssystem nach irgendeinem der Ansprüche 5 bis 9, ferner umfassend ein Steuermodul, wobei das leistungsverzweigte Hybridantriebssystem durch das Steuermodul gesteuert werden kann, um einen zweiten Parallelfahrmodus zu implementieren, wobei die Antriebs-/Abtriebswelle des ersten Elektromotors über den Bremsmechanismus relativ zum Gehäuse des Getriebes fixiert ist, sich der Verbrennungsmotor und der zweite Elektromotor in einem Betriebszustand befinden und der Verbrennungsmotor und der zweite Elektromotor zum Antrieb gemeinsam Drehmoment auf das Getriebe übertragen.
  11. Leistungsverzweigtes Hybridantriebssystem nach Anspruch 10, wobei, wenn sich das leistungsverzweigte Hybridantriebssystem im zweiten Parallelfahrmodus befindet, das Drehmoment Tout und eine Drehzahl Nout des zweiten Planetenträgers des leistungsverzweigten Hybridantriebssystems durch folgende Ausdrücke berechnet werden: T o u t = i 2 − i 1 i 2 T I C E + i 2 + 1 i 2 T M G 2 ,
    Figure DE112019007028T5_0031
     N o u t = i 2 i 2 − i 1 N I C E i 2 i 2 + 1 N M G 2 ,
    Figure DE112019007028T5_0032
    wobei i1 ein Übersetzungsverhältnis des ersten Sonnenrads zum ersten Hohlrad ist, wenn der erste Planetenträger stillsteht, i2 ein Übersetzungsverhältnis des zweiten Sonnenrads zum zweiten Hohlrad ist, wenn der zweite Planetenträger stillsteht, TICE das Drehmoment des ersten Sonnenrads ist, TMG2 das Drehmoment des ersten Hohlrads ist, NICE eine Drehzahl des ersten Sonnenrads ist und NMG2 eine Drehzahl des ersten Hohlrads ist.
  12. Leistungsverzweigtes Hybridantriebssystem nach irgendeinem der Ansprüche 5 bis 11, ferner umfassend ein Steuermodul, wobei das leistungsverzweigte Hybridantriebssystem durch das Steuermodul gesteuert werden kann, um einen leistungsverzweigten Modus zu implementieren, wobei der Verbrennungsmotor und der zweite Elektromotor beide in einem Betriebszustand sind, der Verbrennungsmotor und der zweite Elektromotor für den Antrieb gemeinsam Drehmoment auf das Getriebe übertragen, sich der erste Elektromotor in einem Betriebszustand oder einem Stoppzustand befindet, und wenn der erste Elektromotor im Betriebszustand ist, der erste Elektromotor für die Stromerzeugung ein Drehmoment vom Getriebe empfängt, oder der erste Elektromotor zum Antrieb Drehmoment an das Getriebe übermittelt.
  13. Leistungsverzweigtes Hybridantriebssystem nach Anspruch 12, wobei, wenn sich das leistungsverzweigte Hybridantriebssystem im leistungsverzweigten Modus befindet, das Drehmoment Tout und eine Drehzahl Nout des zweiten Planetenträgers des leistungsverzweigten Hybridantriebssystems durch folgende Ausdrücke berechnet werden: T o u t = T I C E + T M G 1 + T M G 2 ,
    Figure DE112019007028T5_0033
     N M G 1 = i 2 i 1 N I C E − i 2 − i 1 i 1 N o u t ,
    Figure DE112019007028T5_0034
     N M G 2 = − 1 i 1 N I C E + i 1 + 1 i 1 N o u t ,
    Figure DE112019007028T5_0035
    wobei i1 ein Übersetzungsverhältnis des ersten Sonnenrads zum ersten Hohlrad ist, wenn der erste Planetenträger stillsteht, i2 ein Übersetzungsverhältnis des zweiten Sonnenrads zum zweiten Hohlrad ist, wenn der zweite Planetenträger stillsteht, TICE das Drehmoment des ersten Sonnenrads ist, TMG1 das Drehmoment des zweiten Sonnenrads ist, TMG2 das Drehmoment des ersten Hohlrads ist, NICE eine Drehzahl des ersten Sonnenrads ist, NMG1 eine Drehzahl des zweiten Sonnenrads ist und NMG2 eine Drehzahl des ersten Hohlrads ist.
  14. Hybridfahrzeug, umfassend das leistungsverzweigte Hybridantriebssystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 13.
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