DE60004276T2

DE60004276T2 - Hybridantriebsanordnung und Steuerungsverfahren mit Schnellgangs- und/oder Kriechgangsfunktion

Info

Publication number: DE60004276T2
Application number: DE60004276T
Authority: DE
Inventors: Yasutomo Toyota-shi Kawabata; Toyota-shi Matsuhashi Shigeru; Nobuyoshi Toyota-shi Takagi; Akihiko Toyota-shi Kanamori; Eiji Toyota-shi Yamada
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-02-04
Filing date: 2000-02-03
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2020-02-04
Also published as: JP2000227035A; JP3412544B2; US6340847B1; EP1026023A2; EP1026023A3; DE60004276D1; EP1026023B1

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich sowohl auf eine Antriebsanordnung, die sowohl eine Brennkraftmaschine als auch einen Motor aufweist, als Antriebsquelle als auch auf ein Verfahren zur Steuerung einer solchen Antriebsanordnung. Genauer betrifft die Erfindung eine Antriebsanordnung mit einem Koppelmechanismus der bewirkt, dass der Motor entweder mit einer Abtriebswelle der Brennkraftmaschine oder einer Antriebswelle gekoppelt wird.
In Betracht gezogener Stand der Technik
Eines der kürzlich vorgeschlagenen Verfahren betrifft ein Hybridfahrzeug mit einer darauf angeordneten Antriebsanordnung, die sowohl eine Brennkraftmaschine als auch einen Motor als Leistungsquelle umfasst (z. B. die Japanische Offenlegungsschrift Nr. 9-47094 ). Ein Parallelhybridfahrzeug ist eines der Hybridfahrzeuge. Beim Parallelhybridfahrzeug bewirkt die darauf angeordnete Antriebsanordnung, dass ein Teil der Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine über eine Leistungsregeleinheit zu einer Antriebswelle übertragen wird und der übrige Teil als elektrische Leistung wiedergewonnen wird. Die wiedergewonnene elektrische Leistung kann in einem Akkumulator gespeichert werden oder zum Antrieb des Motors verwendet werden, der neben der Brennkraftmaschine als Leistungsquelle verwendet wird. Die Antriebsanordnung steuert die Leistungsregeleinheit und den Motor während der Leistungsübertragung und ermöglicht dabei, dass die Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine in eine beliebige Kombination aus Drehzahl und Drehmoment umgewandelt und zu der Antriebswelle abgegeben wird. Beim Hybridfahrzeug kann die Brennkraftmaschine folglich bei einem bestimmten Arbeitspunkt mit hohem Wirkungsgrad ungeachtet des an der Antriebswelle benötigten Abtriebs betrieben werden. Im Vergleich mit einem herkömmlichen Fahrzeug mit nur einer Brennkraftmaschine als Antriebsquelle spart das Hybridfahrzeug erwünschter Weise Betriebsmittel und weist erwünschter Weise reduzierte Abgase auf.
Der Motor in der Antriebsanordnung kann entweder mit der Antriebswelle oder mit der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine gekoppelt werden. In der Anordnung zur Kopplung des Motors mit der Antriebswelle ist der Wirkungsgrad im Kriechgangszustand verbessert, wobei die Drehzahl der Antriebswelle kleiner als die Drehzahl der Brennkraftmaschine ist. In der Anordnung zur Kopplung des Motors mit der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine ist andererseits der Wirkungsgrad im Schnellgangszustand verbessert, wobei die Drehzahl der Antriebswelle größer als die Drehzahl der Brennkraftmaschine ist. Diese Eigenschaften sind, wie nachfolgend beschrieben ist, auf die Zirkulation der Leistung zurückzuführen.
Der Prozess der Leistungsübertragung ist, für den Fall, dass der Motor mit der Antriebswelle gekoppelt ist, mit dem Bezug auf 13 und 14 beschrieben. In diesem Beispiel ist eine Abtriebswelle bzw. eine Kurbelwelle CS einer Brennkraftmaschine EG mit einer Antriebswelle DS über einen Paarläufermotor CM, der als Leistungsregeleinheit wirkt, gekoppelt, und ein Hilfsmotor AM ist mit der Antriebswelle DS verbunden. 13 stellt den Leistungsfluss im Kriechgangszustand dar, bei dem die Abgabeleistung der Brennkraftmaschine EG in einer Kombination aus kleinerer Drehzahl und größerem Drehmoment umgewandelt wird und bewirkt, dass die umgewandelte Leistung zu der Antriebswelle DS abgegeben wird. Eine Leistung PU1, die von der Brennkraftmaschine EG abgegeben wird, wird als eine Leistung PU2 übertragen, die aufgrund des Paarläufermotors CM eine kleinere Drehzahl aufweist. Es besteht eine relative Verschiebung zwischen zwei Läuferwellen im Paarläufermotor CM, und es wird eine elektrische Leistung gemäß der Drehzahldifferenz der beiden Läuferwellen erzeugt. Ein Teil der Leistung PU1, die von der Brennkraftmaschine EG abgegeben wird, wird dementsprechend als eine elektrische Leistung EU1 wiedergewonnen. Der Hilfsmotor AM führt die Leistungsregelung mit der wiedergewonnenen elektrischen Leistung EU1 durch, um einen Mangel an Drehmoment auszugleichen. Eine resultierende Leistung PU3, die zu der Antriebswelle DS abgegeben wird, weist entsprechend die benötigte Drehzahl und das benötigte Drehmoment auf.
14 stellt den Leistungsfluss im Schnellgangszustand dar, der die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine EG in eine größere Drehzahl und in ein kleineres Drehmoment umwandelt und bewirkt, dass die umgewandelte Leistung zu der Antriebswelle DS abgegeben wird. Die Leistung PU1, die von der Brennkraftmaschine EG abgegeben wird, wird als Leistung PU4 mit größerer Drehzahl aufgrund des Paarläufermotors CM, der die Leistungsregelung durchführt, übertragen. Der Hilfsmotor AM legt eine Last an, um einen Drehmomentüberschuss zu kompensieren. Eine resultierende Leistung PU5, die zu der Antriebswelle DS abgegeben wird, weist entsprechend die benötigte Drehzahl und das benötigte Drehmoment auf. Der Hilfsmotor AM gewinnt einen Teil der Leistung PU4 als elektrische Leistung EU2 wieder, damit die Last angelegt werden kann. Die wiedergewonnene elektrische Leistung EU2 wird dem Paarläufermotor CM zugeführt.
Im Kriechgangszustand wird die vom vorgeschalteten Paarläufermotor CM wiedergewonnene elektrische Leistung dem nachgeschalteten Hilfsmotor AM zugeführt, während die abgegebene Leistung der Brennkraftmaschine EG zu der Antriebswelle DS übertragen wird. Im Schnellgangszustand wird andererseits die vom nachgeschalteten Hilfsmotor AM wiedergewonnene elektrische Leistung dem vorgeschalteten Paarläufermotor CM zugeführt. Die dem Paarläufermotor CM zugeführte elektrische Leistung wird dem nachgeschalteten Hilfsmotor AM wiederum als mechanische Leistung zugeführt. Es besteht eine entsprechende Leistungszirkulation γ1 im Schnellgangszustand, wie in 14 dargestellt ist. Die Leistungszirkulation γ1 reduziert den Prozentanteil gegenüber dem von der Brennkraftmaschine EG zu der Antriebswelle DS effektiv übertragenen Leistung, wobei der Wirkungsgrad des Hybridfahrzeugs verringert wird.
Der Vorgang der Leistungsübertragung ist, für den Fall, dass der Motor mit der Antriebswelle der Brennkraftmaschine gekoppelt ist, mit dem Bezug auf 15 und 16 beschrieben. 15 stellt den Leistungsfluss im Kriechgangszustand dar, und 16 stellt den Leistungsfluss im Schnellgangszustand dar. Die Vorgänge, die während der Kopplung des Motors mit der Antriebswelle beobachtet werden, sind gegensätzlich zu den Vorgängen, die während der Kopplung des Motors mit der Antriebswelle beobachtet werden. Im Kriechgangszustand wird eine elektrische Leistung EO1, die vom nachgeschalteten Paarläufermotor CM wiedergewonnen wird, dem vorgeschalteten Hilfsmotor AM zugeführt. Im Schnellgangszustand wird andererseits eine elektrische Leistung EO2, die vom vorgeschalteten Hilfsmotor AM wiedergewonnen wird, dem nachgeschalteten Paarläufermotor CM zugeführt. Entsprechend ist eine Leistungszirkulation γ2 im Kriechgangszustand vorhanden, wie in 15 dargestellt ist, für den Fall, dass der Motor mit der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine gekoppelt ist. Dieses verringert den Wirkungsgrad des Hybridfahrzeugs.
Bei der Inbetrachtnahme der genannten Vorgänge sieht ein vorgeschlagenes Hybridfahrzeug eine darauf angeordnete Antriebsanordnung vor, bei der das Kopplungsziel des Motors zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine geschaltet werden kann (z. B. das in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 10-75501 veröffentlichte Hybridfahrzeug). Die Antriebsanordnung sieht eine erste Kupplung vor, die das Ein- und Auskuppeln zwischen dem Motor und der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine erlaubt, und sieht eine zweite Kupplung vor, die das Ein- und Auskuppeln zwischen dem Motor und der Antriebswelle erlaubt. Wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine größer als die Drehzahl der Antriebswelle ist, kuppelt die erste Kupplung aus, während die zweite Kupplung einkuppelt. Dies bewirkt, dass der Motor mit der Antriebswelle gekoppelt wird. Wenn gegenteilig die Drehzahl der Brennkraftmaschine kleiner als die Drehzahl der Antriebswelle ist, kuppelt die erste Kupplung ein, während die zweite Kupplung auskuppelt. Dies bewirkt, dass der Motor mit der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine gekoppelt wird. Dieser Mechanismus sichert einen hohen Wirkungsgrad sowohl im Kriechgangszustand als auch im Schnellgangszustand.
In der vorgeschlagenen Antriebsanordnung, die den Zustand der Motorkopplung zur weiteren Verbesserung des Wirkungsgrads ändert, wird der Arbeitspunkt auf einer bestimmten Leistungskennlinie festgelegt, bei der der höchste Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine erreicht wird, genauer gesagt, auf einer Leistungskennlinie, die den optimalen Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine sowohl im Kriechgangszustand als auch im Schnellgangszustand erreicht.
Im Kriechgangszustand ist es entsprechend notwendig die maximale Belastbarkeit des Motors zu erhöhen und den maximalen elektrischen Strom einer Wechselrichterschaltung zum Antrieb des Motors zu erhöhen, um einen ausreichenden Pegel des von der Antriebswelle abgegebenen maximalen Drehmoments sicherzustellen.
Die Druckschrift US 5 844 342 A offenbart eine Antriebsanordnung und ein Verfahren zur Steuerung des Geräts gemäß dem jeweiligen Oberbegriff der Ansprüche 1 und 11.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsanordnung anzugeben, die sowohl die maximale Belastbarkeit eines Motors reduziert und den maximalen elektrischen Strom einer Wechselrichterschaltung zum Antrieb des Motors reduziert als auch ein Verfahren zur Steuerung einer solchen Antriebsanordnung bereitzustellen.
Zumindest ein Teil des Vorstehenden und andere betreffende Gegenstände sind verwirklicht durch eine Antriebsanordnung mit einer Brennkraftmaschine mit einer Abtriebswelle, einer Antriebswelle, zu der die Leistung abgegeben wird, einer Leistungsregeleinheit, die sowohl mit der Abtriebswelle als auch mit der Antriebswelle verbunden ist, die die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine mit der Zuführung und Abgabe elektrischer Leistung regelt und die die geregelte Leistung zu der Antriebswelle überträgt, einem Motor mit einer Läuferwelle und ein Koppelmechanismus, der selektiv die Läuferwelle des Motors entweder mit der Abtriebswelle oder der Antriebswelle koppelt. Ein Leistungsbereich, der vom Zusammenhang zwischen Drehmoment und Drehzahl bestimmt wird, wird von einer ersten Leistungskennlinie und einer gegenüber der ersten Leistungskennlinie über ein größeres Drehmoment in einem vorgegebenen Drehzahlbereich verfügenden zweiten Leistungskennlinie in einen hauptsächlich an die erste Leistungskennlinie angrenzenden ersten Bereich, in einen zwischen der ersten Leistungskennlinie und der zweiten Leistungskennlinie liegenden zweiten Bereich, und in einen hauptsächlich an die zweite Leistungskennlinie angrenzenden dritten Bereich geteilt. Die Antriebsanordnung der Erfindung umfasst ferner eine Leistungskennlinienauswahleinheit, die entweder die erste Leistungskennlinie oder die zweite Leistungskennlinie als Brennkraftmaschinenleistungskennlinie auswählt, die zur Bestimmung eines Arbeitspunkts der Brennkraftmaschine im Leistungsbereich verwendet wird, und umfasst eine Steuereinheit, die bewirkt, dass die Leistungskennlinienauswahleinheit die erste Leistungskennlinie als Brennkraftmaschinenleistungskennlinie auswählt, für den Fall, dass ein Arbeitspunkt der Antriebswelle im ersten Bereich liegt, und bewirkt, dass die die Leistungskennlinienauswahleinheit die zweite Leistungskennlinie als Brennkraftmaschinenleistungskennlinie auswählt, für den Fall, dass ein Arbeitspunkt der Antriebswelle im dritten Bereich liegt.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Steuerung einer Antriebsanordnung, mit einer Brennkraftmaschine mit einer Abtriebswelle, einer Antriebswelle, zu der Leistung abgegeben wird, einer Leistungsregeleinheit, die sowohl mit der Abtriebswelle als auch mit der Antriebswelle in Wirkverbindung steht, die die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine durch die Zuführung und Abgabe elektrischer Leistung regelt und die geregelte Leistung auf die Antriebswelle überträgt und mit einem Motor mit einer Läuferwelle und einem Koppelmechanismus, der selektiv die Läuferwelle des Motors entweder mit der Abtriebswelle oder der Antriebswelle koppelt. Ein Leistungsbereich, der von einem Zusammenhang zwischen Drehmoment und Drehzahl bestimmt wird, wird von einer ersten Leistungskennlinie und von einer gegenüber der ersten Leistungskennlinie über ein größeres Drehmoment in einem vorgegebenen Drehzahlbereich verfügenden zweiten Leistungskennlinie, in einen hauptsächlich an die erste Leistungskennlinie angrenzenden ersten Bereich, in einen zwischen der ersten Leistungskennlinie und der zweiten Leistungskennlinie liegenden zweiten Bereich, und in einen hauptsächlich an die zweite Leistungskennlinie angrenzenden dritten Bereich geteilt. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte: (a) Auswahl entweder der ersten Leistungskennlinie oder der zweiten Leistungskennlinie als Brennkraftmaschinenleistungskennlinie, die zur Bestimmung eines Arbeitspunkts der Brennkraftmaschine im Leistungsbereich verwendet wird, und (b) Auswahl der ersten Leistungskennlinie als Brennkraftmaschinenleistungskennlinie, für den Fall, dass ein Arbeitspunkt der Antriebswelle im ersten Bereich liegt, und Auswahl der zweiten Leistungskennlinie als Brennkraftmaschinenleistungskennlinie, für den Fall, dass ein Arbeitspunkt der Antriebswelle im dritten Bereich liegt.
Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung und das Verfahren zur Steuerung der Antriebsanordnung wählen entweder die erste Leistungskennlinie oder die zweite Leistungskennlinie als Brennkraftmaschinenleistungskennlinie aus, die zur Bestimmung eines Arbeitspunkts der Brennkraftmaschine in dem vom Zusammenhang zwischen Drehmoment und Drehzahl bestimmten Leistungsbereich verwendet wird. In diesem Fall weist die zweite Leistungskennlinie in einem vorgegebenen Drehzahlbereich ein größeres Drehmoment als das der ersten Leistungskennlinie auf. Der Leistungsbereich wird von der ersten Leistungskennlinie und der zweiten Leistungskennlinie in den ersten bis dritten Bereich geteilt. Für den Fall, dass der Arbeitspunkt der Antriebswelle im ersten Bereich liegt, wird die erste Leistungskennlinie als Brennkraftmaschinenleistungskennlinie ausgewählt. Für den Fall, dass der Arbeitspunkt im dritten Bereich liegt, wird die zweite Leistungskennlinie als Brennkraftmaschinenleistungskennlinie ausgewählt. Der erste Bereich liegt in einem Bereich des Schnellgangsbetriebs, wobei der dritte Bereich in einem Bereich des Kriechgangsbetriebs liegt. Wenn der Arbeitspunkt der Antriebswelle im dritten Bereich liegt, wird die Antriebsanordnung in den Kriechgangszustand eingestellt. Im Kriechgangszustand wird der Arbeitspunkt der Brennkraftmaschine gemäß der zweiten Leistungskennlinie, die als Brennkraftmaschinenleistungskennlinie ausgewählt wurde, ermittelt. Das zu der Antriebswelle abgegebene Drehmoment ist im Kriechgangszustand gleich mit der Summe des vom Motor abgegebenen Drehmoments und des von der Brennkraftmaschine abgegebenen Drehmoments. Die Verwendung der zweiten Leistungskennlinie, die in einem vorgegebenen Drehzahlbereich ein größeres Drehmoment als das der ersten Leistungskennlinie aufweist, als Brennkraftmaschinenleistungskennlinie erhöht die Drehmomentabgabe der Brennkraftmaschine. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht folglich, dass das von der Antriebswelle abgegebene Drehmoment (insbesondere das maximale Drehmoment) auf dem gleichen Pegel des im üblichen Verfahren ermittelten Werts gehalten wird, sogar wenn kleineres Drehmoment vom Motor abgegeben wird.
Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung und das Verfahren zur Steuerung der Antriebsanordnung reduzieren in erwünschter Weise die maximale Belastbarkeit des Motors und reduzieren den maximalen elektrischen Strom einer Wechselrichterschaltung zum Antrieb des Motors, während ein ausreichender Pegel des von der Antriebswelle abgegebenen maximalen Drehmoments beim Kriechgangsbetrieb sichergestellt wird. Diese vorteilhaften Eigenschaften reduzieren die Größe die Motors und reduzieren die Herstellungskosten der Wechselrichterschaltung.
Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung verfügt die Antriebsanordnung ferner über eine Bereichsbestimmungseinheit, die einen auf einer extern geforderten Abgabeleistung basierenden Bereich bestimmt, in dem ein Sollarbeitspunkt der Antriebswelle liegt. Für den Fall, dass die erste Leistungskennlinie als Brennkraftmaschinenleistungskennlinie ausgewählt ist, bewirkt die Steuereinheit, dass die Leistungskennlinienauswahleinheit die ausgewählte Brennkraftmaschinenleistungskennlinie von der ersten Leistungskennlinie zur zweiten Leistungskennlinie ändert, wenn die Bereichsbestimmungseinheit bestimmt, dass der Sollarbeitspunkt der Antriebswelle im dritten Bereich liegt. Für den Fall, dass die zweite Leistungskennlinie als Brennkraftmaschinenleistungskennlinie ausgewählt ist, bewirkt die Steuereinheit, dass die Leistungskennlinienauswahleinheit die ausgewählte Brennkraftmaschinenleistungskennlinie von der zweiten Leistungskennlinie zur ersten Leistungskennlinie ändert, wenn die Bereichsbestimmungseinheit bestimmt, dass der Sollarbeitspunkt der Antriebswelle im ersten Bereich liegt.
Gleichermaßen umfasst das Verfahren des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung ferner folgende Schritte:

(c) Bestimmung eines auf einer extern geforderten Ausgangsleistung basierenden Bereichs, in dem der Sollarbeitspunkt der Antriebswelle liegt, und
(d) Für den Fall, dass die erste Leistungskennlinie als Brennkraftmaschinenleistungskennlinie ausgewählt ist, wird die ausgewählte Brennkraftmaschinenleistungskennlinie von der ersten Leistungskennlinie zur zweiten Leistungskennlinie geändert, wenn im Schritt (c) bestimmt wird, dass der Sollarbeitspunkt der Antriebswelle im dritten Bereich liegt, und für den Fall, dass die zweite Leistungskennlinie als Brennkraftmaschinenleistungskennlinie ausgewählt ist, wird die ausgewählte Brennkraftmaschinenleistungskennlinie von der zweiten Leistungskennlinie zur ersten Leistungskennlinie geändert, wenn im Schritt (c) bestimmt wird, dass der Sollarbeitspunkt der Antriebswelle im ersten Bereich liegt.

In der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung oder dem Verfahren mit der vorstehenden Anwendung wird, für den Fall, dass die erste Leistungskennlinie als Brennkraftmaschinenleistungskennlinie verwendet wird, die ausgewählte Brennkraftmaschinenleistungskennlinie von der ersten Leistungskennlinie zur zweiten Leistungskennlinie geändert, wenn der Arbeitspunkt der Antriebswelle im dritten Bereich liegt. Diese Anordnung gewährleistet eine sanfte Änderung der Brennkraftmaschinenleistungskennlinie, wenn sich der Zustand der Antriebsanordnung vom Schnellgangsbetrieb zum Kriechgangsbetrieb ändert. Für den Fall, dass die zweite Leistungskennlinie als Brennkraftmaschinenleistungskennlinie ausgewählt ist, wird die ausgewählte Brennkraftmaschinenleistungskennlinie von der zweiten Leistungskennlinie zur ersten Leistungskennlinie geändert, wenn der Sollarbeitspunkt der Antriebswelle im ersten Bereich liegt. Diese Anordnung gewährleistet eine sanfte Änderung der Brennkraftmaschinenleistungskennlinie, wenn sich der Zustand der Antriebsanordnung vom Kriechgangsbetrieb zum Schnellgangsbetrieb ändert.
Gemäß eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels der Antriebsanordnung bewirkt die Leistungskennlinienauswahleinheit, für den Fall, dass die erste Leistungskennlinie als Brennkraftmaschinenleistungskennlinie ausgewählt ist, die Beibehaltung der ersten Leistungskennlinie als Brennkraftmaschinenleistungskennlinie, selbst wenn der Arbeitspunkt der Antriebswelle im zweiten Bereich liegt, bis die Bereichsbestimmungseinheit bestimmt, dass der Sollarbeitspunkt der Antriebswelle im dritten Bereich liegt. Für den Fall, dass die zweite Leistungskennlinie als Brennkraftmaschinenleistungskennlinie ausgewählt ist, bewirkt die Leistungskennlinienauswahleinheit die Beibehaltung der zweiten Leistungskennlinie als Brennkraftmaschinenleistungskennlinie, selbst wenn der Arbeitspunkt der Antriebswelle im zweiten Bereich liegt, bis die Bereichsbestimmungseinheit bestimmt, dass der Sollarbeitspunkt der Antriebswelle im ersten Bereich liegt.
Für den Fall, dass der Arbeitspunkt der Antriebswelle im zweiten Bereich liegt, der von der ersten Leistungskennlinie und der zweiten Leistungskennlinie abgegrenzt wird, wird die momentan ausgewählte Leistungskennlinie fortwährend als Brennkraftmaschinenleistungskennlinie verwendet. Diese Anordnung verhindert in vorteilhafter Weise die häufige Änderung der Brennkraftmaschinenleistungskennlinie.
Gemäß eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels der Antriebsanordnung, bewirkt die Steuereinheit, dass der Koppelmechanismus die Läuferwelle des Motors mit der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine koppelt, für den Fall, dass der Arbeitspunkt der Antriebswelle im ersten Bereich liegt. Die Steuereinheit bewirkt, dass der Koppelmechanismus die Läuferwelle des Motors mit der Antriebswelle koppelt, für den Fall, dass der Arbeitspunkt der Antriebswelle im dritten Bereich liegt.
In dieser Anwendung umfasst das erfindungsgemäße Verfahren ferner folgende Schritte:

(c) Bewirken, dass der Koppelmechanismus die Läuferwelle des Motors mit der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine koppelt, für den Fall, dass der Arbeitspunkt der Antriebswelle im ersten Bereich liegt, und Bewirken, dass der Koppelmechanismus die Läuferwelle des Motors mit der Antriebswelle koppelt, für den Fall, dass der Arbeitspunkt der Antriebswelle im dritten Bereich liegt.

In der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung und dem Verfahren mit der vorstehenden Anwendung wird, wenn der Arbeitspunkt der Antriebswelle im ersten Bereich liegt, die Antriebsanordnung in den Zustand des Schnellgangsbetriebs eingestellt. Die Kopplung der Läuferwelle des Motors mit der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine verbessert folglich den Wirkungsgrad. Wenn der Arbeitspunkt der Antriebswelle im dritten Bereich liegt, wird andererseits die Antriebsanordnung in den Zustand des Kriechgangsbetriebs eingestellt. Die Kopplung der Läuferwelle des Motors mit der Antriebswelle verbessert folglich den Wirkungsgrad.
In der Antriebsanordnung der vorstehenden Anwendung bewirkt die Steuereinheit, für den Fall, dass die Läuferwelle des Motors mit der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine gekoppelt wurde, dass der Kopplungsmechanismus die Kopplung der Läuferwelle des Motors mit der Abtriebswelle beibehalten wird, sogar wenn der Arbeitspunkt der Antriebswelle im zweiten Bereich liegt. Für den Fall, dass die Läuferwelle des Motors mit der Antriebswelle gekoppelt ist, bewirkt die Steuereinheit, dass der Kopplungsmechanismus die Kopplung der Läuferwelle des Motors mit der Antriebswelle beibehalten wird, sogar wenn der Arbeitspunkt der Antriebswelle im zweiten Bereich liegt.
Das Verfahren in dieser Anwendung umfasst vorzugsweise folgende Schritte:

(d) Für den Fall, dass die Läuferwelle des Motors mit der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine gekoppelt ist, wird bewirkt, dass der Koppelmechanismus die Kopplung der Läuferwelle des Motors mit der Abtriebswelle beibehält, auch wenn der Arbeitspunkt der Antriebswelle im zweiten Bereich liegt, und für den Fall, dass die Läuferwelle des Motors mit der Antriebswelle gekoppelt ist, wird bewirkt, dass der Koppelmechanismus die Kopplung der Läuferwelle des Motors mit der Antriebswelle beibehält, auch wenn der Arbeitspunkt der Antriebswelle im zweiten Bereich liegt.

In der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung und dem Verfahren mit der vorstehenden Anwendung wird, sogar wenn der Arbeitspunkt der Antriebswelle in den zweiten Bereich eintritt, der von der ersten Leistungskennlinie und der zweiten Leistungskennlinie abgegrenzt wird, das Kopplungsziel der Läuferwelle des Motors nicht verändert. Diese Anordnung verhindert in vorteilhafter Weise die häufige Änderung des Kopplungszustands der Läuferwelle des Motors.
In der Antriebsanordnung der vorstehenden Anwendung bewirkt, für den Fall, dass die Läuferwelle des Motors mit der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine gekoppelt ist, die Steuereinheit, dass der Kopplungsmechanismus das Kopplungsziel der Läuferwelle des Motors von der Abtriebswelle zur Antriebswelle ändert, wenn der Arbeitspunkt der Antriebswelle die zweite Leistungskennlinie überschreitet. Für den Fall, dass die Läuferwelle des Motors mit der Antriebswelle gekoppelt ist, bewirkt die Steuereinheit, dass der Kopplungsmechanismus das Kopplungsziel der Läuferwelle des Motors von der Antriebswelle zur Abtriebswelle ändert, wenn der Arbeitspunkt der Antriebswelle die erste Leistungskennlinie überschreitet.
Das Verfahren der vorstehenden Anwendung umfasst vorzugsweise folgenden Schritt:

(e) Für den Fall, dass die Läuferwelle des Motors mit der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine gekoppelt ist, wird bewirkt, dass der Koppelmechanismus die Zielkopplung der Läuferwelle des Motors von der Abtriebswelle zur Antriebswelle ändert, wenn der Arbeitspunkt der Antriebswelle die zweite Leistungskennlinie überschreitet, und für den Fall, dass die Läuferwelle des Motors mit der Antriebswelle gekoppelt ist, wird bewirkt, dass der Koppelmechanismus die Zielkopplung der Läuferwelle des Motors von der Antriebswelle zur Abtriebswelle ändert, wenn der Arbeitspunkt der Antriebswelle die erste Leistungskennlinie überschreitet.

In der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung und dem Verfahren mit der vorstehenden Anwendung wird, für den Fall, dass die Läuferwelle des Motors mit der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine gekoppelt ist, die Zielkopplung der Läuferwelle des Motors zu einem Zeitpunkt sanft geändert, bei dem der Zustand der Antriebsanordnung vom Schnellgangszustand in den Kriechgangszustand geändert wird. Für den Fall, dass die Läuferwelle des Motors andererseits mit der Antriebswelle gekoppelt ist, wird die Zielkopplung der Läuferwelle des Motors zu einem Zeitpunkt sanft geändert, bei dem der Zustand der Antriebsanordnung vom Kriechgangszustand in den Schnellgangszustand geändert wird.
Gemäß einem der erfindungsgemäßen bevorzugten Ausführungsbeispiele mit der vorstehenden Anwendung, umfasst die Antriebsanordnung ferner eine Bereichsbestimmungseinheit, die einen auf einer extern geforderten Ausgangsleistung basierenden Bereich bestimmt, in dem ein Sollarbeitspunkt der Antriebswelle liegt. Für den Fall, dass die Läuferwelle des Motors mit der Abtriebswelle gekoppelt ist, bewirkt die Steuereinheit, dass die Leistungskennlinienauswahleinheit die ausgewählte Brennkraftmaschinenleistungskennlinie von der ersten Leistungskennlinie zur zweiten Leistungskennlinie ändert, wenn die Bereichsbestimmungseinheit bestimmt, dass der Sollarbeitspunkt der Antriebswelle im dritten Bereich liegt. Für den Fall, dass die Läuferwelle des Motors mit der Antriebswelle gekoppelt ist, bewirkt die Steuereinheit, dass die Leistungskennlinienauswahleinheit die ausgewählte Brennkraftmaschinenleistungskennlinie von der zweiten Leistungskennlinie zur ersten Leistungskennlinie ändert, wenn die Bereichsbestimmungseinheit bestimmt, dass der Sollarbeitspunkt der Antriebswelle im ersten Bereich liegt.
In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel, umfasst das erfindungsgemäße Verfahren ferner folgende weitere Schritte:

(f) Bestimmung eines auf einer extern geforderten Ausgangsleistung basierenden Bereichs, in dem der Arbeitsbereich der Antriebswelle liegt, und
(g) Für den Fall, dass die Läuferwelle des Motors mit der Abtriebswelle gekoppelt ist, wird die ausgewählte Brennkraftmaschinenleistungskennlinie von der ersten Leistungskennlinie zur zweiten Leistungskennlinie geändert, wenn im Schritt (f) bestimmt ist, dass der Sollarbeitspunkt der Antriebswelle im dritten Bereich liegt, und für den Fall, dass die Läuferwelle des Motors mit der Antriebswelle gekoppelt ist, wird die ausgewählte Brennkraftmaschinenleistungskennlinie von der zweiten Leistungskennlinie zur ersten Leistungskennlinie geändert, wenn im Schritt (f) bestimmt ist, dass der Sollarbeitspunkt der Antriebswelle im ersten Bereich liegt.

In der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung mit der vorstehenden Anwendung wird, für den Fall, dass die Läuferwelle des Motors mit der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine gekoppelt ist, die ausgewählte Brennkraftmaschinenleistungskennlinie von der ersten Leistungskennlinie zur zweiten Leistungskennlinie geändert, wenn der Sollarbeitspunkt der Antriebswelle im dritten Bereich liegt. Die Zielkopplung der Läuferwelle des Motors wird von der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine zur Antriebswelle geändert, wenn der Arbeitspunkt der Antriebswelle die zweite Leistungskennlinie überschreitet. Diese Anordnung minimiert die Differenz zwischen der Drehzahl der Antriebswelle und der Drehzahl der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine, wobei die sanfte Änderung der Zielkopplung der Läuferwelle des Motors ermöglicht wird. Für den Fall, dass die Läuferwelle des Motors andererseits mit der Antriebswelle gekoppelt ist, wird die ausgewählte Brennkraftmaschinenleistungskennlinie von der zweiten Leistungskennlinie zur ersten Leistungskennlinie geändert, wenn der Sollarbeitspunkt der Antriebswelle im ersten Bereich liegt. Die Zielkopplung der Läuferwelle des Motors wird von der Antriebswelle zur Abtriebswelle der Brennkraftmaschine geändert, wenn der Arbeitspunkt der Antriebswelle die erste Leistungskennlinie überschreitet. Diese Anordnung minimiert ebenfalls die Differenz zwischen der Drehzahl der Antriebswelle und der Drehzahl der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine, wobei die sanfte Änderung der Zielkopplung der Läuferwelle des Motors ermöglicht wird.
In der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung ist es vorgezogen, dass die erste Leistungskennlinie den höchsten Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine erreicht und die zweite Leistungskennlinie das maximale Drehmoment bei jeder Drehzahl der Brennkraftmaschine erreicht.
Unter Verwendung der ersten Leistungskennlinie, die den höchsten Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine erreicht, wird der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine im Zustand des Schnellgangsbetriebs verbessert, wobei der Wirkungsgrad der gesamten Antriebsanordnung verbessert wird. Unter Verwendung der zweiten Leistungskennlinie, die das maximale Drehmoment bei jeder Drehzahl der Brennkraftmaschine erreicht, wird das Drehmoment der Brennkraftmaschine im Zustand des Kriechgangsbetriebs maximiert. Dies ermöglicht, dass ein kleineres Drehmoment vom Motor abgegeben wird. Diese Anordnung reduziert ferner die Belastbarkeit der Motors und reduziert den maximalen elektrischen Strom der Wechselrichterschaltung zum Antrieb des Motors.
In der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung, kann die Leistungsregeleinheit einen Paarläufermotor umfassen, der einen mit der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine verbundenen ersten Läufer und einen mit der Antriebswelle in Wirkverbindung stehenden zweiten Läufer umfasst, oder kann alternativ einen Generator mit einer Läuferwelle und einem Planetengetriebe mit drei umlaufenden Wellen umfassen, die jeweils mit der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine, der Antriebswelle und der Läuferwelle in Wirkverbindung stehen.
Die Leistungsregeleinheit kann in Form einer elektrischen Verteilung mit dem Paarläufermotor ausgebildet sein oder in Form einer mechanischen Verteilung mit einem Planetengetriebe ausgebildet sein.
Obwohl das Verfahren gemäß der Erfindung direkt auf die Antriebsanordnung und das Verfahren zur Steuerung der Antriebsanordnung angewandt ist, umfasst der Umfang der Erfindung eine Vielzahl an Ausrüstungsgegenständen und Geräten mit der daran angeordneten Antriebsanordnung, z. B. ein Hybridfahrzeug mit der Antriebsanordnung.
Diese und andere Gegenstände, Eigenschaften, Aspekte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung mit begleitenden Zeichnungen des bevorzugten Ausführungsbeispiels deutlicher.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 stellt ein Hybridfahrzeug mit einer darauf angeordneten Antriebsanordnung 10 als ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel schematisch dar;
2 stellt eine Stromversorgung für eine Antriebsanordnung 10 des Ausführungsbeispiels im Zustand der Kriechgangskopplung (nachfolgend als UD-Kopplung bezeichnet) schematisch dar;
3 stellt eine Stromversorgung für eine Antriebsanordnung 10 des Ausführungsbeispiels im Zustand der Schnellgangskopplung (nachfolgend als OD-Kopplung bezeichnet) schematisch dar;
4 ist ein Graph, der den Prozess der Konvertierung der Leistungsabgabe einer Brennkraftmaschine 50 der Antriebsanordnung 10 in eine Kombination aus einer kleineren Drehzahl und einem größeren Drehmoment im Zustand der UD-Kopplung darstellt;
5 ist ein Graph, der den Prozess der Konvertierung der Leistungsabgabe einer Brennkraftmaschine 50 der Antriebsanordnung 10 in eine Kombination aus einer größeren Drehzahl und einem kleineren Drehmoment im Zustand der UD-Kopplung darstellt;
6 ist ein Graph, der den Prozess der Konvertierung der Leistungsabgabe einer Brennkraftmaschine 50 der Antriebsanordnung 10 in einer Kombination aus einer kleineren Drehzahl und einem größeren Drehmoment im Zustand der OD-Kopplung darstellt;
7 ist ein Graph, der den Konvertierungsprozess der Leistungsabgabe einer Brennkraftmaschine 50 der Antriebsanordnung 10 in eine Kombination aus einer größeren Drehzahl und einem kleineren Drehmoment im Zustand der OD-Kopplung darstellt;
8 stellt einen Zusammenhang zwischen dem Arbeitspunkt einer als Antriebswelle wirkenden Läuferwelle 35 und der Leistungskennlinie der Brennkraftmaschine 50 in der Antriebsanordnung 10 des Ausführungsbeispiels dar;
9 ist ein Flussdiagramm, das eine Verarbeitungsroutine der Steuervorgänge der Brennkraftmaschine 50, eines Hilfsmotors 40 und eines Kupplungsmotors 30 in der Antriebsanordnung des Ausführungsbeispiels darstellt;
10 ist ein Flussdiagramm, das die Änderung des Kopplungszustands der Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 in der Antriebsanordnung des Ausführungsbeispiels darstellt;
11A bis 11C sind Graphen, die den Vergleich zwischen den Charakteristiken der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung und des Hilfsmotors und denen des Standes der Technik darstellen;
12 stellt eine Variante der Antriebsanordnung 10 des Ausführungsbeispiels dar;
13 stellt die Leistungsübertragung im Zustand des Kriechgangsbetriebs dar, wenn ein Hilfsmotor mit einer Antriebswelle in einer dem Stand der Technik entsprechenden Antriebsanordnung gekoppelt ist;
14 stellt die Leistungsübertragung im Zustand des Schnellgangsbetriebs dar, wenn der Hilfsmotor mit der Antriebswelle in der dem Stand der Technik entsprechenden Antriebsanordnung gekoppelt ist;
15 stellt die Leistungsübertragung im Zustand des Kriechgangsbetriebs dar, wenn der Hilfsmotor mit der Abtriebswelle in der dem Stand der Technik entsprechenden Antriebsanordnung gekoppelt ist, und
16 stellt die Leistungsübertragung im Zustand des Schnellgangsbetriebs dar, wenn der Hilfsmotor mit der Abtriebswelle in der dem Stand der Technik entsprechenden Antriebsanordnung gekoppelt ist.
Beschreibung des speziellen Ausführungsbeispiels
(1) Struktur der Antriebsanordnung
1 stellt ein Hybridfahrzeug mit einer darauf angeordneten Antriebsanordnung 10 als ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel schematisch dar. Die Antriebsanordnung 10 des Ausführungsbeispiels weist eine Brennkraftmaschine 50 und eine als Stromversorgung wirkende Hybrideinheit 20 sowie eine elektronische Kraftstoffeinspritzsteuereinheit (nachfolgend als EFIECU bezeichnet) und eine als Steuerung wirkende Steuereinheit 90 auf.
Die in der Leistungseinheit angeordnete Brennkraftmaschine 50 ist ein Benzinmotor nach dem Stand der Technik, der eine Kurbelwelle 56 dreht, die als Abtriebswelle der Brennkraftmaschine 50 wirkt.
Der Betrieb der Brennkraftmaschine 50 wird von der EFIECU 70 gesteuert, die in der Steuerung angeordnet ist. Die EFIECU 70 ist ein Ein-Chip-Mikrocomputer mit einer CPU, einem ROM und einem RAM. Die CPU regelt die Kraftstoffeinspritzmenge der Brennkraftmaschine 50 und eine Vorverstellung eines Ein- und Auslassventils (nicht dargestellt) und führt andere Steuerprozesse gemäß den im ROM gespeicherten Programmen aus.
Um die Steuerprozesse zu ermöglichen, ist die EFIECU 70 mit einem Kraftstoffeinlassventil 51, einem Drosselklappenmotor 54, der die Verstellung der Drosselklappe 53 steuert, und einem VVT 57 verbunden, der die Öffnungs- und Schließzeiten des Ein- und Auslassventils steuert. Ferner ist die EFIECU 70 mit einer Vielzahl von Sensoren verbunden, die für die Steuerprozesse benötigt werden und die Betriebszustände der Brennkraftmaschine 50 repräsentieren. Einer dieser Sensoren ist ein Drehzahlmesser 52, der die Drehzahl der Kurbelwelle 54 misst.
Die Hybrideinheit 20 ist zwischen der Kurbelwelle 56 der Brennkraftmaschine 50 und der Transmissionswelle 22, die die Leistung an die Räder 26 überträgt, angeordnet. Die Hybrideinheit 20 umfasst einen Kupplungsmotor 30, der als Paarläufermotor ausgelegt ist, einen Hilfsmotor 40, der ein elektrischer Motor ist, und eine Kopplungseinheit 80, die selektiv die Zielkopplung einer Läuferwelle des Hilfsmotors 40 ändert.
Der Kupplungsmotor 30 ist grundlegend ausgelegt als Synchronmotor mit Permanentmagneten. Der Unterschied vom Kupplungsmotor 30 zum Motor nach dem Stand der Technik ist, dass ein mit Drei-Phasen-Spulen zur Erzeugung eines Magnetfelds aufgewickeltes Teil nicht ein an das Motorgehäuse befestigter Stator, sondern ein drehbarer Läufer ist. Im Kupplungsmotor 30 ist nicht nur ein Innenläufer 32, der einem im Stand der Technik entsprechenden Motor angeordneten Läufer entspricht, sondern auch ein Außenläufer 34 angeordnet, der über Drei-Phasen-Spulen zur Erzeugung eines Magnetfelds verfügt und frei drehbar ist. Der Motor wird mit diesem Aufbau als Paarläufermotor bezeichnet. Im Paarläufermotor wird, da sich der mit Drei-Phasen-Spulen 36 versehene Außenläufer 34 dreht, ein Mechanismus benötigt, um die elektrische Leistung den Drei-Phasen-Spulen 36 zuzuführen. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein Schleifring 38 für diesen Mechanismus zur Zuführung der elektrischen Leistung an die Drei-Phasen-Spulen 36 bereitgestellt. Ein Brückenübertrager oder ein anderes Element kann jedoch anstatt des Schleifrings 38 verwendet werden. Im Kupplungsmotor 30 drehen der Innenläufer 32 und der Außenläufer 34 relativ zueinander aufgrund der Interaktion des Magnetfelds, das von den am Innenläufer 32 angeordneten Permanentmagneten erzeugt wird, und aufgrund des Magnetfelds, das von den am Außenläufer 34 aufgewickelten Drei-Phasen-Spulen erzeugt wird. Diese Funktion ist umkehrbar, so dass der Kupplungsmotor 30 als Generator wirken kann und die elektrische Leistung entsprechend der Drehzahldifferenz zwischen dem Innenläufer 32 und dem Außenläufer 34 wiedergewinnen kann.
Im Kupplungsmotor 30 ist eine Innenläuferwelle 33 mit dem Innenläufer 35 gekoppelt, während eine Außenläuferwelle 35, die als Antriebswelle wirkt, mit dem Außenläufer 34 gekoppelt ist. Die Innenläuferwelle 35 steht mit der Kurbelwelle 56 über einen Dämpfer (nicht dargestellt) in Wirkverbindung. Die Außenläuferwelle 35 steht mit der Transmissionswelle 22 über ein Abtriebgetriebe 21 und einer Kette 23 in Wirkverbindung. Ferner ist die Transmissionswelle 22 mit einer Achse 26 mit den Fahrzeugrädern 26R und 26L über eine Reduktionsgetriebeeinheit 24 und einem Differenzialgetriebe 25 gekoppelt.
Da sowohl der Innenläufer 32 als auch der Außenläufer 34 des Kupplungsmotors 30 drehbar sind, wird die zu der Innenläuferwelle 32 bzw. Außenläuferwelle 35 zugeführte Leistung an die jeweils gegenüberstehende Außenläuferwelle 35 bzw. Innenläuferwelle 32 übertragen. Der Kupplungsmotor 30 kann aufgrund des Prinzips "Aktion und Reaktion" das Drehmoment selbst nicht verändern. Wenn der Kupplungsmotor 30 als Motor wirkt und eine Leistungsregelung ausführt, dreht die andere Welle mit einer größeren Drehzahl, das in einer Leistungssteigerung (= Drehzahl × Drehmoment) resultiert, die von der anderen Welle abgegeben wird. Wenn der Kupplungsmotor 30 als Generator wirkt und eine Wiedergewinnung ausführt, dreht andererseits die andere Welle mit einer kleineren Drehzahl, das bewirkt, dass die elektrische Leistung (= Drehzahldifferenz × Drehmoment) entsprechend der Drehzahldifferenz zwischen der Innenläuferwelle 33 und der Außenläuferwelle 35 abgegriffen wird. Die Anordnung unter Verwendung des Kupplungsmotors 30 ermöglicht, dass ein Teil der Leistung in Form von elektrischer Leistung abgegriffen werden kann, während bewirkt wird, dass die verbleibende Leistung übertragen wird. Der Kupplungsmotor 30 überträgt keine Leistung in einem Zustand, in dem weder die Leistungsregelung noch die Wiedergewinnung ausgeführt wird. Dieser Zustand entspricht dem ausgekuppelten Zustand der mechanischen Kupplung. Aus diesem Grund wird der Paarläufermotor als Kupplungsmotor bezeichnet.
Wie beim Kupplungsmotor 30 ist der Hilfsmotor 40 in der Hybrideinheit 20 angeordnet und als Synchronmotor mit Permanentmagneten ausgelegt. In diesem Ausführungsbeispiel weist der Hilfsmotor 40 einen mit Permanentmagneten versehenen Läufer 42 und einen mit Drei-Phasen-Spulen aufgewickelten Stator 44 auf. Im Hilfsmotor 40 ist der Stator 44 am Gehäuse befestigt, während der Läufer 42 mit der hohlen Läuferwelle 43 gekoppelt ist. Die mit der Kurbelwelle gekoppelte Innenläuferwelle 33 wird durch die Mitte der hohlen Läuferwelle 43 geführt.
Eine erste Antriebsschaltung 91, die mit dem Akkumulator 94 verbunden ist, ist zum Antrieb des Kupplungsmotors 30 bereitgestellt, und eine zweite Antriebsschaltung 92, die mit dem Akkumulator 94 verbunden ist, ist zum Antrieb des Hilfsmotors 40 bereitgestellt. Die erste Antriebsschaltung 91 ist als Transistor-Wechselrichter mit einer Vielzahl von Transistoren, die als Schaltelemente wirken, ausgeführt und ist mit der Steuereinheit 90 verbunden, um unter der Steuerung der Steuereinheit 90 zu wirken. Wenn die Steuereinheit 90 die Ein-Aus-Zeiten der Transistoren, die in der ersten Antriebssteuerung 91 angeordnet sind, durch Pulsbreitenmodulationssteuerung (nachfolgend als PWM-Steuerung bezeichnet) steuert, fließen Drei-Phasen-Wechselströme zwischen dem Akkumulator 94 und den Drei-Phasen-Spulen 36, die auf den Außenläufer 34 des Kupplungsmotors gewickelt sind, über die erste Antriebsschaltung 91 und den Schleifring 38, die zwischengeschaltet sind. Der Fluss der Drei-Phasen-Wechselströme bewirkt, dass ein rotierendes Magnetfeld am Außenläufer 34 erzeugt wird, um die Drehung des Kupplungsmotors 30 zu steuern. Dies Ermöglicht den Leistungsregelbetrieb des Kupplungsmotors 30 anhand der elektrischen Leistung des Akkumulators 94 und der Wiedergewinnungsbetrieb des Kupplungsmotors 30, um die elektrische Leistung wiederzugewinnen, wodurch der Akkumulator 94 geladen wird.
Der Hilfsmotor 40 ist mit dem Akkumulator 94 über die zweite Antriebsschaltung 92 verbunden. Die zweite Antriebsschaltung 92 ist ebenfalls als Transistor-Wechselrichter ausgeführt und ist elektrisch mit der Steuereinheit 90 verbunden, um unter der Steuerung der Steuereinheit 90 zu wirken. Wenn ein von der Steuereinheit 90 ausgegebenes Steuersignal die Transistoren der zweiten Antriebsschaltung 92 ein- und ausschaltet, fließen Drei-Phasen-Wechselströme durch die Drei-Phasen-Spulen 36, die um den Stator 44 gewickelt sind, um zu bewirken, dass ein rotierendes Magnetfeld erzeugt und der Hilfsmotor 40 gedreht wird. Der Hilfsmotor 40 kann einen Wiedergewinnungsvorgang in der gleichen Weise wie der Kupplungsmotor 30 durchführen.
Die Kopplungseinheit 80, die in der Hybrideinheit 20 angeordnet ist, ändert selektiv die Zielkopplung der Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 zwischen der Außenläuferwelle 35 des Kupplungsmotors 30, Innenläuferwelle 33 und einer Leerlaufkopplung.
Die Kopplungseinheit 80 verfügt über ein erstes Zahnrad 81, das mit der Außenläuferwelle 35 des Kupplungsmotors 30 gekoppelt ist, ein zweites Zahnrad, das mit der Innenläuferwelle 33 des Kupplungsmotors 30 gekoppelt ist, ein drittes Zahnrad 83 mit Leerlaufkopplung und ein verstellbares Element 87. Ein verstellbares Zahnrad 84, das mit dem ersten Zahnrad 81 bis zum dritten Zahnrad 83 ineinander greifen kann, ist an einem Ende des verstellbaren Elements 87 angeordnet. Das andere Ende des verstellbaren Elements 87 ist über eine Längsnut 85 verschiebbar mit der Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 verbunden. Das verstellbare Zahnrad 84 ist entlang der Achse der Läuferwelle 43 verstellbar, während es die Läuferwelle 43 antreibt. Die Kopplungseinheit 80 ist mit einem Stellglied 86 ausgestattet, das das verstellbare Element 87 antreibt, um die Stellung des verstellbaren Zahnrads 84 zu ändern. Das Stellglied 86 wird von einem Motor oder einer Magnetspule und einer Steuerung durch die Steuereinheit 90 angetrieben.
Für den Fall, dass das verstellbare Zahnrad 84 in Stellung "a" ist, wie in 1 dargestellt ist, greift das verstellbare Zahnrad 84 mit dem ersten Zahnrad 81 ein, so dass die Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 mit der Außenläuferwelle 35 des Kupplungsmotors 30 in Wirkverbindung steht. Im Leistungsabgabesystem, bei dem die abgegebene Leistung durch den Kupplungsmotor 30 geführt und zu der Antriebswelle oder der Außenläuferwelle 35 übertragen wird, kann der Hilfsmotor 40 die Leistung folglich von und zu der Außenläuferwelle 35 übertragen. Diese Anordnung ist schematisch in 2 dargestellt. Die Anordnung in 2 entspricht dem Zustand, bei dem die Kopplungseinheit 80 das verstellbare Zahnrad 84 in Stellung "a" stellt. Dieser Kopplungszustand ist nachfolgend als der Zustand der UD-Kopplung bezeichnet.
Für den Fall, dass die Kopplungseinheit 80 das verstellbare Zahnrad 84 in Stellung "c" stellt, wie in 1 dargestellt ist, greift das verstellbare Zahnrad 84 andererseits mit dem zweiten Zahnrad 82 ein. Die Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 steht mit der Innenläuferwelle 33 des Kupplungsmotors 30 und ferner mit der Kurbelwelle 56 der Brennkraftmaschine 50 in Wirkverbindung. Im Leistungsabgabesystem, bei dem die von der Brennkraftmaschine 50 abgegebene Leistung durch den Kupplungsmotor 30 geführt wird und zu der Antriebswelle oder der Außenläuferwelle 35 abgegeben wird, kann der Hilfsmotor 40 Leistung folglich sowohl zu und von der Innenläuferwelle 33 als auch zu und von der Kurbelwelle 56 übertragen. Diese Anordnung ist schematisch in 3 dargestellt. Die Anordnung in 3 entspricht dem Zustand, bei dem die Kopplungseinheit 80 das verstellbare Zahnrad 84 in Stellung "Q" stellt. Dieser Kopplungszustand ist nachfolgend als der Zustand der OD-Kopplung bezeichnet.
Die Kopplungseinheit 80 kann das verstellbare Zahnrad 84 ebenfalls in Stellung "b" stellen, wie in 1 dargestellt ist, wobei das verstellbare Zahnrad 84 mit dem dritten Zahnrad 83 greift. In dieser Leerlaufstellung greift das verstellbare Zahnrad 84 weder mit dem ersten Zahnrad 81 noch mit dem zweiten Zahnrad 82. Die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine 50 ist durch den Kupplungsmotor 30 geführt und wird direkt zu der Antriebswelle oder der Außenläuferwelle 35 abgegeben.
Die Steuereinheit 90 steuert die Kopplungseinheit 80 gemäß des Betriebszustands des Hybridfahrzeugs, wie nachfolgend beschrieben ist, um die Zielkopplung der Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 zu ändern.
Die in diesem Ausführungsbeispiel verwendete Kopplungseinheit 80 kann eine Vielzahl an Kupplungen, anstatt der Kombination aus dem ersten Zahnrad 81 bis zum dritten Zahnrad 83 und dem verstellbaren Zahnrad 84, umfassen. Die Kombination der Kupplungen umfasst eine erste Kupplung, die die Ein- und Auskupplung zwischen der Außenläuferwelle 35 und der Läuferwelle 43 ermöglicht, und eine zweite Kupplung, die die Ein- und Auskupplung zwischen der Innenläuferwelle 33 und der Läuferwelle 43 ermöglicht. In diesem Fall entfällt die Längsnut 85.
In diesem Ausführungsbeispiel wird der Betriebszustand des Hybridfahrzeugs von der Steuereinheit 90 gesteuert. Ähnlich zur EFIECU 70 ist die Steuereinheit 90 ein Ein-Chip-Mikrocomputer mit einer CPU, einem ROM und einem RAM. Die CPU wirkt gemäß den im ROM gespeicherten Programmen als eine Leistungskennlinienauswahleinheit 90a, als eine Bereichsbestimmungseinheit 90b und als eine Steuerung 90c, die jeweils der Leistungskennlinienauswahleinheit, der Bereichsbestimmungseinheit und der Steuereinheit, die in den Ansprüchen veröffentlicht wurden, entsprechen. Die CPU verarbeitet eine Vielzahl von Steuervorgängen, die nachfolgend beschrieben sind. Um die Steuervorgänge zu ermöglichen, ist die Steuereinheit 90 elektrisch mit einer Vielzahl von Sensoren und Schaltern verbunden. Beispiele der mit der Steuereinheit 90 verbundenen Sensoren und Schalter, sind ein Gaspedalstellungssensor 65a, der den Betätigungswert des Gaspedals 65 misst, und ein Gangstellungssensor 66a, der die Stellung des Gangschalthebels 66 erfasst.
Die Steuereinheit 90 ist ferner mit der EFIECU 70 über eine Kommunikationsleitung verbunden und überträgt über diese Kommunikation unterschiedliche Informationsfragmente zu und von der EFIECU 70. Die Steuereinheit 90 übermittelt benötigte Informationsfragmente zur Steuerung der Brennkraftmaschine 50 an, die EFIECU 70 und steuert dadurch indirekt die Brennkraftmaschine 50. Die Steuereinheit 90 empfängt andererseits benötigte Informationsfragmente, wie z. B. die Drehzahl der Brennkraftmaschine 50, von der EFIECU 70.
In der Antriebsanordnung 10, die in 1 dargestellt ist, ist der Kupplungsmotor 30 als Leistungsregeleinheit, die die von der Brennkraftmaschine 50 abgegebene Leistung durch die Zuführung und Aufnahme elektrischer Leistung steuert und die geregelte Leistung überträgt. Die Leistungsverteilung ist durch die Gleitelemente zwischen dem Innenläufer 32 und dem Außenläufer 34 im Kupplungsmotor 30 realisiert. Ein Teil der von der Brennkraftmaschine 50 abgegebenen Leistung wird direkt in mechanischer Form zu der Außenläuferwelle 35 über den Kupplungsmotor 30 abgegeben. Ein anderer Teil der Leistung wird in Form von elektrischer Leistung vom Kupplungsmotor 30 durch die gleitenden Drehungen der im Kupplungsmotor 30 angeordneten beiden Läufer 32 und 34 abgegriffen. Die in elektrischer Form abgegriffene Energie kann im Akkumulator 94 gespeichert oder alternativ an den anderen Motor, d. h. den Hilfsmotor 40, abgegeben werden, um das Drehmoment der als Antriebswelle wirkenden Außenläuferwelle 35 zu vergrößern. Die Antriebsanordnung 10 steuert frei die Leistungsabgabe an die Außenläuferwelle 35 durch die Verwendung der Brennkraftmaschine 50, die Leistung abgibt, des Kupplungsmotors 30, der Leistung über gleitende Drehungen überträgt, und des Hilfsmotors 40, der sowohl die Leistungsvorgänge als auch die Wiedergewinnungsvorgänge ausführt.
(2) Allgemeiner Betrieb
Das Folgende beschreibt den allgemeinen Betrieb der Antriebsanordnung 10 des Ausführungsbeispiels, d. h. den Vorgang des Konvertierens der von der Brennkraftmaschine 50 abgegebenen Leistung in eine benötigte Kombination aus Drehzahl und Drehmoment und der Abgabe der konvertierten Leistung zu der Antriebswelle oder der Außenläuferwelle 35. In der Antriebsanordnung 10 des Ausführungsbeispiels hängt der Konvertierungsverlauf vom Verhältnis zwischen der Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 50 und der Drehzahl Nd der Außenläuferwelle 35 und ferner vom Kopplungszustand der Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 ab.
Im Zustand der UD-Kopplung, wie in 2 dargestellt ist, ist in einem Fall die Drehzahl Nd der Außenläuferwelle 35 kleiner als die Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 50. Der Vorgang der Drehmomentwandlung ist für diesem Fall in 4 dargestellt. Die Daten in 4 sind mit dem Drehmoment T als y-Achse und der Drehzahl N als x-Achse dargestellt, wobei Pe und Pd jeweils einen Arbeitspunkt der Brennkraftmaschine 50 und einen Arbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 bezeichnen. Eine in 4 dargestellte Kurve P repräsentiert eine äquivalente Leistungskurve, bei der das Produkt aus Drehzahl und Drehmoment konstant ist. In diesem Beispiel wird die von der Brennkraftmaschine 50 abgegebene und von der Drehzahl Ne und dem Drehmoment Te bestimmte Leistung Pe in die Leistung Pd, die von der Drehzahl Nd, die kleiner als die Drehzahl Ne ist, und dem Drehmoment Td, das größer als das Drehmoment Te ist, bestimmt ist, umgewandelt und zu der Außenläuferwelle 35 abgegeben.
Im Fall der Drehmomentwandlung, die in 4 dargestellt ist, ist die Drehzahl Nd der Außenläuferwelle 35 kleiner als die Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 50. Im Kupplungsmotor 30 dreht der Außenläufer 34 bei einer Drehzahl Nd, wobei der Innenläufer 32 mit einer größeren Drehzahl Ne dreht. Der Kupplungsmotor 30 weist folglich Rückwärtsdrehungen und negative Drehzahlen auf. Ein Drehmoment Tc des Kupplungsmotors 30 besitzt auf Grund des Prinzips "Aktion ist gleich Reaktion" einen positiven Wert, der mit dem von der Brennkraftmaschine 50 abgegebenen Drehmoment Te gleich ist. Der Kupplungsmotor 30 wird entsprechend betrieben, um einen Teil der Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine 50 zur Außenläuferwelle 35, die als Antriebswelle wirkt, zu übertragen, während bewirkt wird, dass der verbleibende Teil der Leistung als elektrische Leistung wiedergewonnen wird. Die wiedergewonnene elektrische Leistung ist identisch mit dem Produkt der Drehzahl Nc und dem Drehmoment Tc des Kupplungsmotors 30, das gleich mit einem in 4 schraffierten Bereich GU1 des Graphens ist.
Das Drehmoment Td der Außenläuferwelle 35 ist größer als das Drehmoment Te der Brennkraftmaschine 50. Der Hilfsmotor 40 wird entsprechend mit einem positiven Drehmoment Ta und einer positiven Drehzahl Na betrieben. Der Hilfsmotor 40 wird mit elektrischer Leistung versorgt und führt die Leistungsregelung durch. Die Versorgung der elektrischen Leistung ist gleich dem Produkt aus Drehzahl Na und Drehmoment Ta des Hilfsmotors 40, das gleich mit einem in 4 schraffierten Bereich AU1 des Graphens ist. Angenommen, dass der Kupplungsmotor 30 und der Hilfsmotor 40 einen Wirkungsgrad von 100 aufweisen, dann ist die vom Kupplungsmotor 30 erzeugte elektrische Leistung gleich mit der dem Hilfsmotor 40 zugeführten elektrischen Leistung. Der Kupplungsmotor 30 greift die dem Bereich GU1 entsprechende Leistung in Form von elektrischer Leistung ab und stellt die elektrische Leistung als die dem Bereich AU1 entsprechende Leistung bereit. Dies ermöglicht, dass die Leistung, die durch den Arbeitspunkt Pe der Brennkraftmaschine 50 bestimmt wurde, in den Zustand des Arbeitspunkts Pd umgewandelt wird. Der Wirkungsgrad des Kupplungsmotors 30 und des Hilfsmotors 40 ist in der Realität nicht gleich 100. Die Umwandlung wird entsprechend durch die Zuführung eines Mangels an elektrischer Leistung des Akkumulators 94 oder durch das Bewirken, dass die Brennkraftmaschine 50 einen dem möglichen Verlust entsprechenden Leistungsüberschuss abgibt, ausgeführt. Wie vorstehend anhand der 13 beschrieben wurde, ermöglicht die Umwandlung, dass die vom Kupplungsmotor 30 in vorgeschalteter Position wiedergewonnene elektrische Leistung dem Hilfsmotor 40 in nachgeschalteter Position zugeführt wird.
Im Zustand der UD-Kopplung, wie in 2 dargestellt ist, ist in einem anderen Fall die Drehzahl Nd der Außenläuferwelle 35 größer als die Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 50. Der Prozess der Drehmomentwandlung ist für diesen Fall in 5 dargestellt. Im Fall der Drehmomentwandlung, wie in 5 dargestellt ist, ist die Drehzahl Nd der Außenläuferwelle 35 größer als die Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 50. Der Kupplungsmotor 30 wird entsprechend mit einer positiven Drehzahl Nc und einem positiven Drehmoment Tc betrieben. Dem Kupplungsmotor 30 wird elektrische Leistung zugeführt und dieser führt die Leistungsregelung durch. Die Versorgung der elektrischen Leistung ist gleich mit dem Produkt der Drehzahl Nc und dem Drehmoment Tc des Kupplungsmotors 30, das gleich mit der Summe der in 5 schraffierten Bereiche GU2 und GU3 des Graphens ist. Das Drehmoment Td der Außenläuferwelle 35 ist kleiner als das Drehmoment Te der Brennkraftmaschine 50. Der Hilfsmotor 40 wird dementsprechend mit einem negativen Drehmoment Ta und einer positiven Drehzahl Na betrieben. Der Hilfsmotor 40 führt den Wiedergewinnungsvorgang aus. Die wiedergewonnene elektrische Leistung ist gleich mit der Drehzahl Na und dem Drehmoment Ta des Hilfsmotors 40, das gleich mit der Summe der in 5 schraffierten Bereiche AU2 und AU3 des Graphens ist. Angenommen, dass der Kupplungsmotor 30 und der Hilfsmotor 40 einen Wirkungsgrad von 100 aufweisen, dann ist die vom Hilfsmotor 40 erzeugte elektrische Leistung gleich mit der dem Kupplungsmotor 30 zugeführten elektrischen Leistung. Wie vorstehend anhand der 14 beschrieben wurde, ermöglicht die Umwandlung, dass die vom Hilfsmotor 40 in nachgeschalteter Position wiedergewonnene elektrische Leistung dem Kupplungsmotor 30 in vorgeschalteter Position zugeführt wird.
Im Zustand der UD-Kopplung sind die Arbeitspunkte des Hilfsmotors 40 und des Kopplungsmotors 30 zur Realisierung der vorstehenden Umwandlungen vorgegeben:

Drehzahl Nc des Kupplungsmotors 30 = Nd – Ne
Drehmoment Tc des Kupplungsmotors 30 = Te
Drehzahl Na des Hilfsmotors 40 = Nd
Drehmoment Ta des Hilfsmotors 40 = Td – Te (1)
Im Zustand der OD-Kopplung, wie in 3 dargestellt ist, ist in einem Fall die Drehzahl Nd der Außenläuferwelle 35 kleiner als die Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 50. Der Prozess der Drehmomentwandlung ist für diesen Fall in 6 dargestellt. Im Fall der Drehmomentwandlung, wie in 6 dargestellt ist, ist die Drehzahl Nd der Außenläuferwelle 35 größer als die Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 50. Der Kupplungsmotor 30 wird entsprechend mit einer negativen Drehzahl Nc und einem positiven Drehmoment Tc betrieben. Der Kupplungsmotor 30 führt den Wiedergewinnungsvorgang aus. Die wiedergewonnene elektrische Leistung ist gleich mit dem Produkt der Drehzahl Nc und dem Drehmoment Tc des Kupplungsmotors 30, das gleich mit der Summe der in 6 schraffierten Bereiche GO1 und GO2 des Graphens ist. Das Drehmoment Td der Außenläuferwelle 35 ist größer als das Drehmoment Te der Brennkraftmaschine 50. Der Hilfsmotor 40 wird entsprechend mit einem positiven Drehmoment Ta und einer positiven Drehzahl Na betrieben. Dem Hilfsmotor 40 wird elektrische Leistung zugeführt und dieser führt die Leistungsregelung durch. Die zugeführte elektrische Leistung ist gleich mit der Drehzahl Na und dem Drehmoment Ta des Hilfsmotors 40, das gleich mit der Summe der in 6 schraffierten Bereiche AO2 und GO2 des Graphens ist. Angenommen, dass der Kupplungsmotor 30 und der Hilfsmotor 40 einen Wirkungsgrad von 100 aufweisen, dann ist die vom Kupplungsmotor 30 erzeugte elektrische Leistung gleich mit der dem Hilfsmotor 40 zugeführten elektrischen Leistung. Wie vorstehend anhand der 15 beschrieben wurde, ermöglicht die Umwandlung, dass die vom Kupplungsmotor 30 in nachgeschalteter Position wiedergewonnene elektrische Leistung dem Hilfsmotor 40 in vorgeschalteter Position zugeführt wird.
Im Zustand der OD-Kopplung, wie in 3 dargestellt ist, ist in einem anderen Fall die Drehzahl Nd der Außenläuferwelle 35 größer als die Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 50. Der Prozess der Drehmomentwandlung ist für diesen Fall in 7 dargestellt. Im Fall der Drehmomentwandlung, wie in 7 dargestellt ist, ist die Drehzahl Nd der Außenläuferwelle 35 größer als die Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 50. Der Kupplungsmotor 30 wird entsprechend mit einer positiven Drehzahl Nc und einem positiven Drehmoment Tc betrieben. Dem Kupplungsmotor 30 wird elektrische Leistung zugeführt und dieser führt die Leistungsregelung durch. Die Versorgung der elektrischen Leistung ist gleich mit dem Produkt der Drehzahl Nc und dem Drehmoment Tc des Kupplungsmotors 30, das gleich mit dem in 7 schraffierten Bereich GO3 des Graphens ist. Das Drehmoment Td der Außenläuferwelle 35 ist kleiner als das Drehmoment Te der Brennkraftmaschine 50. Der Hilfsmotor 40 wird entsprechend mit einem negativen Drehmoment Ta und einer positiven Drehzahl Na betrieben. Der Hilfsmotor 40 führt den Wiedergewinnungsvorgang aus. Die wiedergewonnene elektrische Leistung ist gleich mit der Drehzahl Na und dem Drehmoment Ta des Hilfsmotors 40, das gleich mit dem in 7 schraffierten Bereich AO2 des Graphens ist. Angenommen, dass der Kupplungsmotor 30 und der Hilfsmotor 40 einen Wirkungsgrad von 100% aufweisen, dann ist die vom Hilfsmotor 40 erzeugte elektrische Leistung gleich mit der dem Kupplungsmotor 30 zugeführten elektrischen Leistung. Wie vorstehend anhand der 16 beschrieben wurde, ermöglicht die Umwandlung, dass die vom Hilfsmotor 40 in vorgeschalteter Position wiedergewonnene elektrische Leistung dem Kupplungsmotor 30 in nachgeschalteter Position zugeführt wird.
Im Zustand der OD-Kopplung sind die Arbeitspunkte des Hilfsmotors 40 und des Kopplungsmotors 30 zur Realisierung der vorstehenden Umwandlungen vorgegeben:

Drehzahl Nc des Kupplungsmotors 30 = Nd – Ne
Drehmoment Tc des Kupplungsmotors 30 = Td
Drehzahl Na des Hilfsmotors 40 = Ne
Drehmoment Ta des Hilfsmotors 40 = Td – Te (2)
Wie vorstehend beschrieben ist, wandelt die Antriebsanordnung 10 des Ausführungsbeispiels die von der Brennkraftmaschine 50 abgegebene Leistung in eine benötigte Kombination aus Drehzahl und Drehmoment und gibt die gewandelte Leistung an die als Antriebswelle wirkende Außenläuferwelle 35 gemäß dem Zusammenhang zwischen Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 50 und Drehzahl Nd der Außenläuferwelle 35 und gemäß dem Zustand der Kopplung der Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 ab.
Im Zustand der UD-Kopplung unter der Schnellgangsbedingung, dass die Drehzahl Nd der Außenläuferwelle 35 größer als die Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 50 ist, wirkt eine Leistungszirkulation, um den Wirkungsgrad des Fahrzeugs zu verringern. Im Zustand der OD-Kopplung unter der Kriechgangsbedingung, dass die Drehzahl Nd der Außenläuferwelle 35 kleiner als die Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 50 ist, wirkt ebenfalls eine Leistungszirkulation, um den Wirkungsgrad des Fahrzeugs zu verringern. Um den Wirkungsgrad zu verbessern, sollte der Kopplungszustand der Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 in den Zustand der OD-Kopplung unter der Schnellgangsbedingung, dass die Drehzahl Nd der Außenläuferwelle 35 größer als die Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 50 ist, eingestellt werden. Ähnlich sollte der Kopplungszustand der Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 in den Zustand der UD-Kopplung unter der Kriechgangsbedingung, dass die Drehzahl Nd der Außenläuferwelle 35 kleiner als die Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 50 ist, eingestellt werden. Die Grenze, an der die Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 50 gleich mit der Drehzahl Nd der Außenläuferwelle 35 ist, stellt die Leistungskennlinie der Brennkraftmaschine 50 dar, die verwendet wird, um den Arbeitspunkt der Brennkraftmaschine 50 zu bestimmen.
(3) Wahl der Leistungskennlinie und Änderung des Kopplungszustands
8 stellt den Zusammenhang zwischen dem Arbeitspunkt der als Antriebswelle wirkenden Außenläuferwelle 35 und der Leistungskennlinie der Brennkraftmaschine 50 dar. Die Daten im Graphen der 8 sind mit dem Drehmoment in der y-Achse und der Drehzahl in der x-Achse dargestellt. Der Graph der 8 stellt die Arbeitskennlinien der Antriebsanordnung 10 des Ausführungsbeispiels dar.
Im Graphen der 8 stellen die Kurven L1 und L2 die Leistungskennlinien dar, die zur Bestimmung des Arbeitspunkts der Brennkraftmaschine 50 verwendet werden. Der Arbeitspunkt der Brennkraftmaschine 50 wird als Kombination aus dem Drehmoment und der Drehzahl der Brennkraftmaschine 50 ausgedrückt. Die Steuereinheit 90 bestimmt den Arbeitspunkt der Brennkraftmaschine 50 entlang einer der Leistungskennlinien L1 und L2, gemäß dem Kopplungszustand der Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 und der Position des Arbeitspunkts der Außenläuferwelle 35, wie nachfolgend detailliert beschrieben ist. Die Leistungskennlinie L1 erreicht den höchsten Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine 50. Die Bestimmung des Arbeitspunkts der Brennkraftmaschine 50 entlang der Leistungskennlinie L1 sichert den optimalen Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine 50. Die Leistungskennlinie L1 wird folglich nachfolgend als BWKV-Kennlinie (Bestwert-Kraftstoffverbrauchskennlinie) bezeichnet. Die andere Leistungskennlinie L2 erreicht die maximale Drehmomentabgabe der Brennkraftmaschine 50 und entspricht der Leistungskennlinie, die ermittelt wird, wenn die Drosselklappe 53 der Brennkraftmaschine 50 in eine voll geöffnete Position eingestellt wird. Die Leistungskennlinie L2 wird folglich nachfolgend als Kennlinie bei voll geöffneter Drosselklappe bzw. als WOT-Kennlinie bezeichnet. Diese beiden Leistungskennlinien L1 und L2 sind experimentell ermittelt und vorab in der Form von Karten im ROM, der in der Steuereinheit 90 angeordnet ist, gespeichert.
Im Graph der 8 stellt eine Kurve LIM eine Maximalabgabe-Kennlinie der Antriebsanordnung 10 des Ausführungsbeispiels dar. Ein Bereich, der von der Drehmomentachse (y-Achse), der Drehzahlachse (x-Achse) und der Kurve LIM bestimmt wird, ist ein Arbeitsbereich in dem der Arbeitspunkt der als Antriebswelle wirkenden Außenläuferwelle 35 liegt, d. h. es ist ein Arbeitsbereich der Antriebsanordnung 10. Eine Kurve DD stellt eine Linie mit 0% Laufwiderstand dar.
In diesem Ausführungsbeispiel werden beide Leistungskennlinien, d. h. die BWKV-Kennlinie L1 und die WOT-Kennlinie L2 als Leistungskennlinie der Brennkraftmaschine 50 verwendet, wie vorstehend beschrieben ist. Grundsätzlich wird der Kopplungszustand der Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 in einen Bereich mit einem kleineren Drehmoment als das der BWKV-Kennlinie L1 in den Zustand der OD-Kopplung eingestellt. Der Kopplungszustand der Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 wird andererseits in einen Bereich mit einem größerem Drehmoment als das der WOT-Kennlinie L2 in den Zustand der UD-Kopplung eingestellt. In einem Bereich größeren Drehmoments als das der BWKV-Kennlinie L1 und eines kleineren Drehmoments als das der WOT-Kennlinie L2 (d. h. ein Bereich, der von der BWKV-Kennlinie L1 und der WOT-Kennlinie L2 bestimmt wird und im Graph der 8 schraffiert dargestellt ist) wird der Kopplungszustand der Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 in den Zustand der OD-Kopplung eingestellt und anderenfalls in den Zustand der UD-Kopplung eingestellt, wie nachfolgend detailliert beschrieben ist.
Im Graph der 8 stellen die Kurven DU und DO die Positionen der Arbeitspunkte der als Antriebswelle wirkenden Außenläuferwelle 35 dar. Der Arbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 wird als die Kombination aus Drehmoment und Drehzahl der Außenläuferwelle 35 ausgedrückt. Dies ist gleich mit dem Abgabearbeitspunkt der Antriebsanordnung 10. Die Kurve DU stellt die Positionen der Arbeitspunkte der Außenläuferwelle 35 für den Fall dar, dass das von der Außenläuferwelle 35 oder Antriebswelle abgegebene Drehmoment die 0%-Laufwiderstandskurve DD überschreitet, um das Fahrzeug zu beschleunigen. Beim Beschleunigen des Fahrzeugs verringert sich das Drehmoment, um das Fahrzeug in einem gleichbleibenden Zustand bei einer bestimmten Drehzahl zu betreiben, das bewirkt, dass das von der Außenläuferwelle 35 abgegebene Drehmoment sich mit der 0%-Laufwiderstandskurve DD einpendelt. Die Kurve DO stellt die Positionen der Arbeitspunkte der Außenläuferwelle 35 für den Fall dar, dass der Fahrer das Gaspedal 65 im stehenden Fahrzustand betätigt, um das von der Außenläuferwelle abgegebene Drehmoment 35 zu erhöhen und das Fahrzeug zu beschleunigen.
Der Betrieb der Antriebsanordnung 10 des Ausführungsbeispiels 10 ist im Detail in einem Beispiel beschrieben, bei dem der Arbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 sich entlang der Kurve DO bewegt, und in einem anderen Beispiel, bei dem sich der Arbeitspunkt entlang der Kurve DU bewegt.
9 ist ein Flussdiagramm, dass eine Verarbeitungsroutine zur Steuerung von Vorgängen der Brennkraftmaschine 50, des Hilfsmotors 40 und des Kupplungsmotors in diesem Ausführungsbeispiel darstellt. 10 ist ein Flussdiagramm, das eine Verarbeitungsroutine zur Änderung des Kopplungszustands der Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 dieses Ausführungsbeispiels darstellt. Diese Verarbeitungsroutinen werden unabhängig und wiederholt zu vorbestimmten Zeitintervallen von der CPU der Steuereinheit 90, die gemäß den im ROM gespeicherten Verarbeitungsprogrammen aktiviert wird, ausgeführt.
Im ersten Beispiel bewegt sich der Arbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 entlang der Kurve DO. Dabei wird angenommen, dass der Arbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 momentan im Punkt b1 der Kurve DO im Graphen der 8 liegt. Dies bedeutet, dass der Arbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 im Bereich des Drehmoments ist, das unterhalb BWKV-Kennlinie L1 liegt. Der momentane Kupplungszustand der Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 wird entsprechend in den Zustand der OD-Kopplung eingestellt.
Wenn das Programm in die in 9 dargestellte Verarbeitungsroutine eintritt, bestimmt die Steuereinheit 90 in Schritt S102 zuerst, ob der momentane Kopplungszustand der Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 entweder in den Zustand der OD-Kopplung oder in den Zustand der Kriechgangskopplung UD-Kopplung eingestellt wird. Wie bereits beschrieben ist, steuert die Steuereinheit 90 das Stellglied 86 an und ändert die Zielkopplung der Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40. Die Steuereinheit 90 legt folglich immer den momentanen Kopplungszustand der Läuferwelle des Hilfsmotors 40 fest. Die Steuereinheit 90 führt die Bestimmung gemäß dem in Schritt S102 bestimmten momentanen Zustand aus.
Wie vorstehend beschrieben ist, wird die Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 in den Zustand der OD-Kopplung eingestellt, wenn der Arbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 im Punkt b1 liegt. Die Steuereinheit 90 bestimmt entsprechend, dass der momentane Kopplungszustand der Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 im Schritt S102 in den Zustand der OD-Kopplung eingestellt wird und stellt im Schritt S104 die WOT-Kennlinie L2 als Grenze zwischen einem Schnellgangsbereich (nachfolgend als OD-Bereich bezeichnet) und einem Kriechgangsbereich (nachfolgend als UD-Bereich bezeichnet) ein.
Der OD-Bereich stellt hier einen Bereich dar, in dem die Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 in den Zustand der OD-Kopplung im Arbeitsbereich der Antriebsanordnung 10 eingestellt werden sollte, wie in 8 dargestellt ist. Ähnlich dazu stellt der UD-Bereich einen Bereich dar, indem die Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 in den Zustand der UD-Kopplung eingestellt werden sollte. Wie vorstehend beschrieben ist, wird der Zustand der OD-Kopplung in einen Bereich kleineren Drehmoments als das der BWKV-Kennlinie L1 eingestellt. Dieser Bereich liegt im OD-Bereich. Der Zustand der UD-Kopplung wird in einen Bereich größeren Drehmoments als das der WOT-Kennlinie L2 eingestellt. Dieser Bereich liegt im UD-Bereich. Der Bereich größeren Drehmoments als das der BWKV-Kennlinie L1 und kleineren Drehmoments als das der WOT-Kennlinie L2 ist ein unbestimmter Bereich, in dem weder der Zustand der OD-Kopplung noch der Zustand der UD-Kopplung gemäß den entsprechenden Umständen eingestellt wird. Es ist folglich notwendig, dass bestimmt wird, ob dieser unbestimmte Bereich im OD-Bereich oder im UD-Bereich liegt. Die Verarbeitung des Schritts S104 oder des Schritts S120 (nachfolgend beschrieben) stellt die Grenze zwischen den OD-Bereich und den UD-Bereich ein, um zu bestimmen, ob der unbestimmte Bereich im OD-Bereich oder im UD-Bereich liegt.
Die Ausführung des Schritts S104 stellt die WOT-Kennlinie L2 als die Grenze zwischen den OD-Bereich und den UD-Bereich ein, um zu bestimmen, ob der unbestimmte Bereich im OD-Bereich liegt.
Die Steuereinheit 90 erhält nachfolgend eine vom Fahrer verlangte Abgabe, basierend auf den Betätigungswert des Gaspedals 65, der vom Gaspedalstellungssensor 65a gemessen wird, und bestimmt einen Sollarbeitspunkt der als Antriebswelle wirkenden Außenläuferwelle 35 gemäß der im Schritt S106 verlangten Abgabe. Die verlangte Abgabe entspricht einer Leistung, die von der Außenläuferwelle 35 abgegeben wird, und wird als Produkt aus einer Solldrehzahl und eines Solldrehmoments der Außenläuferwelle 35 ausgedrückt. Der Sollarbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 wird folglich als eine Kombination aus der Solldrehzahl und dem Solldrehmoment der Außenläuferwelle 35 bestimmt.
Die Steuereinheit 90, genauer gesagt, die in der Steuereinheit 90 angeordnete Bereichsbestimmungseinheit 90b, bestimmt im Schritt S108, ob der Sollarbeitspunkt der als Antriebswelle wirkenden Außenläuferwelle 35 im UD-Bereich liegt.
Der Arbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 liegt momentan im Punkt b1, wie nachfolgend beschrieben ist. Wenn der Sollarbeitspunkt der Außenläuferwelle 35z. B. in einem Punkt b2 oder in einem Punkt b3 (siehe 8) liegt, der im OD-Bereich liegt, setzt das Programm fort mit dem Schritt S110. Die Steuereinheit 90, genauer gesagt, die in der Steuereinheit 90 angeordneten Leistungskennlinienauswahleinheit 90a und Steuerung 90c, wählen im Schritt S110 die BWKV-Kennlinie L1 aus zwei Leistungskennlinien L1 und L2 als die Leistungskennlinie der Brennkraftmaschine 50 aus. In diesem Fall, bei dem der momentane Kopplungszustand der Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 in den Zustand der OD-Kopplung eingestellt wird und der Sollarbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 im OD-Bereich liegt, ist die ausgewählte Leistungskennlinie der Brennkraftmaschine 50 die BWKV-Kennlinie L1, bei der der höchste Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine 50 erzielt werden kann.
Nach der Auswahl der Leistungskennlinie der Brennkraftmaschine 50 bestimmt die Steuereinheit 90 einen Sollarbeitspunkt der Brennkraftmaschine 50 entlang der ausgewählten Leistungskennlinie der Brennkraftmaschine 50 und bestimmt nachfolgend im Schritt S112 Sollarbeitspunkte des Hilfsmotors 50 und des Kupplungsmotors 30, basierend auf den Sollarbeitspunkt der Brennkraftmaschine 50. Die konkrete Prozedur der Bestimmung im Schritt 122 ist nachfolgend beschrieben.
Die Steuereinheit 90 berechnet zuerst eine elektrische Leistung zum Laden/Entladen und eine elektrische Leistung zum Hilfsmaschinenantrieb, addiert die Ergebnisse der Berechnung zur verlangten Abgabe des Fahrers, die im Schritt 5106 ermittelt wurde, und bestimmt die Summe als eine von der Brennkraftmaschine 50 benötigte Leistung. Die elektrische Leistung zum Laden/Entladen repräsentiert eine Leistung, die zum Laden bzw. Entladen des Akkumulators 94 benötigt wird. Die elektrische Leistung zum Laden/Entladen besitzt einen positiven Wert für den Fall, dass der Akkumulator 94 aufgeladen werden muss, und besitzt einen negativen Wert, für den Fall, dass der Akkumulator 94 entladen werden muss. Die elektrische Leistung zum Hilfsmaschinenantrieb repräsentiert eine Energie, die benötigt wird, um Hilfsmaschinen anzutreiben, wie z. B. eine Klimaanlage. Der in dieser Beschreibung verwendete Begriff "Energie" entspricht der Energie je Zeiteinheit. In diesem Sinne ist die mechanische Energie synonym zur Leistung und die elektrische Energie ist synonym zur elektrischen Leistung.
Die Steuereinheit 90 findet dann einen spezifischen Punkt, der der bestimmten benötigten Leistung der Brennkraftmaschine 50 entspricht, auf der ausgewählten Leistungskennlinie der Brennkraftmaschine 50 und bestimmt den Sollarbeitspunkt der Brennkraftmaschine 50. Die benötigte Leistung der Brennkraftmaschine 50 wird ausgedrückt als das Produkt aus der Solldrehzahl und dem Solldrehmoment der Brennkraftmaschine 50. Der spezifische Punkt auf der Leistungskennlinie der Brennkraftmaschine 50, bei dem das Produkt der Drehzahl und des Drehmoments gleich mit dem Wert der benötigten Leistung ist, kennzeichnet entsprechend den Sollarbeitspunkt der Brennkraftmaschine 50. Eine konkrete Prozedur liest einen Arbeitspunkt entsprechend der von der Brennkraftmaschine 50 benötigten Leistung aus der Karte der ausgewählten Leistungskennlinie (in diesem Beispiel die BWKV-Kennlinie L1) aus beiden im ROM gespeicherten Karten, die in der Steuereinheit 90 angeordnet sind, um den Sollarbeitspunkt der Brennkraftmaschine 50 zu bestimmen.
Die Steuereinheit 90 bestimmt nachfolgend die Sollarbeitspunkte des Hilfsmotors und des Kupplungsmotors 30, d. h. die Solldrehzahlen und die Solldrehmomente des Hilfsmotors 40 und des Kupplungsmotors 30 sind entweder gemäß den vorstehend genannten Gleichungen (1) oder den Gleichungen (2) basierend auf die Sollarbeitspunkte der Brennkraftmaschine 50 in der vorstehend genannten Weise bestimmt. Die Verwendung der Gleichungen (1) oder der Gleichungen (2) hängt vom momentanen Kopplungszustand der Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 ab. Die Gleichungen (1) werden im Fall des Zustands der UD-Kopplung verwendet, und die Gleichungen (2) werden im Fall des Zustands der OD-Kopplung verwendet. Da die Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 momentan im Zustand der OD-Kopplung ist, werden zur Bestimmung die Gleichungen (2) verwendet.
Im nachfolgenden Schritt S114 steuert die Steuereinheit 90 den Betrieb der Brennkraftmaschine 50, des Hilfsmotors 40 und des Kupplungsmotors 30, basierend auf die jeweiligen Sollarbeitspunkte der Brennkraftmaschine 50, des Hilfsmotors 40 und des Kupplungsmotors 30 der entsprechenden Bestimmung. Jeder bekannte Prozess zur Steuerung synchroner Motoren wird zur Steuerung der Vorgänge des Kupplungsmotors 30 und des Hilfsmotors 40 angewandt. In diesem Ausführungsbeispiel wird die proportionale Integralsteuerungsprozedur zur Steuerung angewandt. Diese Steuerung misst das momentane Drehmoment jedes Motors und stellt Spannungsbefehlswerte ein, die an den entsprechenden Phasen angelegt werden, basierend auf eine Differenz zwischen dem erfassten Drehmoment und dem Solldrehmoment und der Solldrehzahl. Der Wert jeder anzulegenden Spannung wird definiert durch den proportionalen Ausdruck, den integralen Ausdruck und den summierenden Ausdruck der Differenz. Entsprechende Werte werden experimentell oder in einer anderen Art als proportionale Koeffizienten für die jeweiligen Ausdrücke festgelegt. Die Spannungen, die in der vorstehend genannten Weise festgelegt wurden, werden konvertiert, um Aufgaben der Transistor- Wechselrichter zu schalten, die den Zustand der ersten und zweiten Antriebssteuerung ändern, und werden dann durch die PWM-Steuerung den jeweiligen Motoren 30 und 40 zugeführt.
Die Steuereinheit 90 steuert die Schaltvorgänge der ersten und zweiten Antriebssteuerung 91 und 92, wobei es die Vorgänge des Kupplungsmotors 30 und des Hilfsmotors 40 direkt steuert. Die EFIECU 70 ist andererseits eigentlich verantwortlich für den Prozess zur Steuerung des Betriebs der Brennkraftmaschine 50. Die Steuereinheit 90 gibt Information, die den Arbeitspunkt der Brennkraftmaschine 50 betrifft an die EFIECU 70 entsprechend aus, um den Betrieb der Brennkraftmaschine 50 indirekt zu steuern.
In einem anderen Fall liegt der Arbeitspunkt der Außenläuferwelle in einem Punkt b1 und der Sollarbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 liegt in einem Punkt b5 (siehe 8), der im UD-Bereich liegt. In diesem Fall bestimmt die Steuereinheit 90 im Schritt S108, dass der Sollarbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 im UD-Bereich liegt und wählt im Schritt S116 die WOT-Kennlinie L2 aus den beiden Leistungskennlinien L1 und L2 als Leistungskennlinie der Brennkraftmaschine 50 aus. Für den Fall, dass der momentane Kupplungsstatus der Läuferwelle 43 in den Zustand der OD-Kopplung eingestellt ist und die Sollarbeitpunkte der Außenläuferwelle 35 im UD-Bereich liegen, ist die ausgewählte Leistungskennlinie der Brennkraftmaschine 50 die WOT-Kennlinie L2, bei der die maximale Abgabe der Brennkraftmaschine 50 erreicht wird.
Die Steuereinheit 90 setzt nachfolgend im Schritt S118 eine Schaltanweisungsmarke, um den Kopplungszustand der Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 vom Zustand der OD-Kopplung in den Zustand der UD-Kopplung zu ändern. Die Schaltanweisungsmarke wird im Vorgang zur Änderung des Kopplungszustands der Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 verwendet, wie nachfolgend beschrieben ist.
Im Schritt S112 bestimmt die Steuereinheit 90 den Sollarbeitspunkt der Brennkraftmaschine 50 durch die Verwendung der als Leistungskennlinie der Brennkraftmaschine ausgewählten WOT-Kennlinie L2 und bestimmt nachfolgend die Sollarbeitspunkte des Hilfsmotors 40 und des Kupplungsmotors 30, basierend auf den so bestimmten Sollarbeitspunkt der Brennkraftmaschine 50. Die Steuereinheit 90 steuert im Schritt S114 den Betrieb der Brennkraftmaschine 50, des Hilfsmotors 40 und des Kupplungsmotors, basierend auf die jeweiligen Sollarbeitspunkte der Brennkraftmaschine 50, des Hilfsmotors 40 und des Kupplungsmotors. Die Details der Verarbeitung, die in den Schritten S112 und S114 durchgeführt werden, sind vorstehend beschrieben.
Die Verarbeitungsroutine der 10 startet parallel zur Verarbeitungsroutine der 9. Wenn das Programm in die Verarbeitungsroutine der 10 eintritt, bestimmt die Steuereinheit 90, ob die Schaltanweisungsmarke im Schritt S202 gesetzt wurde oder nicht. Wenn das Ergebnis der Bestimmung zeigt, dass die Schaltanweisungsmarke noch nicht gesetzt wurde, verlässt das Programm die in der 10 dargestellten Verarbeitungsroutine sofort. Sonst, d. h. wenn bestimmt wurde, dass die Schaltanweisungsmarke gesetzt wurde, führt das Programm die Verarbeitung des Schritts S204 und nachfolgende Schritte aus.
In diesem Beispiel, da die Schaltanweisungsmarke im Schritt S118 in der Verarbeitungsroutine der 9 gesetzt wurde, berechnet die Steuereinheit 90 im Schritt S204 eine Differenz "d" aus der Drehzahl der Innenläuferwelle 33 und der Drehzahl der Außenläuferwelle 35 im Kupplungsmotor 30. Die Steuereinheit 90 bestimmt dann im Schritt S206, ob die berechnete Differenz "d" der Drehzahl in einem vorbestimmten Bereich liegt, d. h. –Nlim < d < Nlim, oder außerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt.
Wenn die Differenz "d" aus der Drehzahl der Innenläuferwelle 33 und der Drehzahl der Außenläuferwelle 35 im Kupplungsmotor 30 nach Null strebt, kann der Koppelmechanismus 80 sanfter den Kopplungszustand der Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 vom Zustand der OD-Kopplung (d. h. im Zustand bei dem die Läuferwelle 43 mit der Innenläuferwelle 33 des Kupplungsmotors 33 gekoppelt wird) zum Zustand der UD-Kopplung (d. h. im Zustand bei dem die Läuferwelle 43 mit der Außenläuferwelle 35 des Kupplungsmotors 33 gekoppelt wird) ändern. Die Vorgehensweise in diesem Ausführungsbeispiel legt den vorbestimmten Wert Nlim vorab fest, um den vorbestimmten Bereich (–Nlim < d < Nlim) mit dem Bereich der sanften Änderung in substanzielle Übereinstimmung zu bringen.
Wenn die Differenz "d" aus den Drehzahlen der Innenläuferwelle 33 und der Außenläuferwelle 35 des Kupplungsmotors 30 außerhalb des vorbestimmten Bereichs ist (–Nlim ≥ d oder d ≥ Nlim), kehrt die Steuereinheit 90 zurück zu Schritt S204 und wartet, bis die Differenz "d" innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt.
Da die WOT-Kennlinie L2 als Leistungskennlinie der Brennkraftmaschine 50 im Schritt S116 des Flussdiagramms der 9 ausgewählt wurde, bewegt sich der Arbeitspunkt der Brennkraftmaschine 50 allmählich auf der WOT-Kennlinie L2. Der Arbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 bewegt sich andererseits allmählich auf der Kurve DO vom Punkt b1 nach Punkt b5 (Sollarbeitspunkt), wie in 8 dargestellt ist. Wenn der Arbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 einen Schnittpunkt b4 zwischen der WOT-Kennlinie L2, die als Leistungskennlinie der Brennkraftmaschine 50 ausgewählt ist, und der Kurve DO, die die Position des Arbeitspunkts der Außenläuferwelle darstellt, erreicht, dann erreicht der Arbeitspunkt der Brennkraftmaschine 50 auch den Schnittpunkt b4. Der Arbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 wird gleich mit dem Arbeitspunkt der Brennkraftmaschine 50. In diesem Moment wird die Drehzahl der Brennkraftmaschine 50 gleich mit der Drehzahl der Außenläuferwelle 35, und die Drehzahl der Innenläuferwelle 33 wird gleich mit der Drehzahl der Außenläuferwelle im Kupplungsmotor 30. Die Differenz "d" der Drehzahlen im Kupplungsmotor 30 ist folglich gleich Null.
Während der Arbeitspunkt der Brennkraftmaschine 50 sich entlang der WOT-Kennlinie L2 bewegt, um sich dem Schnittpunkt b4 zu nähern, nähert sich die Differenz "d" zwischen den Drehzahlen der Innenläuferwelle 33 und der Außenläuferwelle 35 im Kupplungsmotor 30 dem vorbestimmten Bereich (–Nlim < d < Nlim). Wenn im Schritt S208 die Differenz "d" der Drehzahl innerhalb des vorbestimmten Bereichs ist (–Nlim < d < Nlim), betätigt die Steuereinheit 90 das Stellglied 86 und ändert den Kopplungszustand der Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 vom Zustand der OD-Kopplung in den Zustand der UD-Kopplung. Die Steuereinheit 90 setzt dann im Schritt S210 die Schaltanweisungsmarke zurück und verlässt die Verarbeitungsroutine der 10.
In dieser Weise, wenn der Arbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 sich entlang der Kurve DO von Punkt b1 zur Schnittstelle b4 bewegt, wird der Kopplungszustand der Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 vom Zustand der OD-Kopplung in den Zustand der UD-Kopplung geändert.
Hier wird angenommen, dass das Programm wieder in die im Flussdiagramm der 9 dargestellte Verarbeitungsroutine eintritt, während der Arbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 sich von der Schnittstelle b4 zum Punkt b15 bewegt. Die Steuereinheit 90 bestimmt zuerst im Schritt S102, ob der momentane Kopplungszustand der Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 in den Zustand der OD-Kopplung oder in den Zustand der UD-Kopplung eingestellt wird, wie vorstehend beschrieben ist. Da der Kopplungszustand der Läuferwelle 43 vom Zustand der OD-Kopplung in den Zustand der UD-Kopplung geändert wurde, bestimmt die Steuereinheit 90 in diesem Moment, dass die Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 im Schritt S102 in den Zustand der UD-Kopplung eingestellt wird, und legt im Schritt S120 die BWKV-Kennlinie L1 als Grenze zwischen dem OD-Bereich und dem UD-Bereich fest.
Ähnlich zur Verarbeitung im Schritt S106, erhält die Steuereinheit 90 die verlangte Abgabe, die vom Fahrer benötigt wird, und bestimmt den Sollarbeitspunkt der als Antriebswelle wirkenden Außenläuferwelle 35, basierend auf die im Schritt S122 benötigte Abgabe. Die Steuereinheit 90, genauer gesagt, die in der Steuereinheit 90 angeordnete Bereichsbestimmungseinheit 90b, bestimmt im Schritt S124, ob der so bestimmte Sollarbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 im OD-Bereich liegt. Wenn der Arbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 im Punkt b5 liegt und der Sollarbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 liegt z. B. im Punkt 6 (siehe 6), der im UD-Bereich liegt, fährt das Programm mit dem Schritt 5126 fort. Die Steuereinheit, genauer gesagt, die in der Steuereinheit 90 angeordnete Leistungskennlinienauswahleinheit 90a und die Steuerung 90c, wählt im Schritt S126 die WOT-Kennlinie L2 als die Leistungskennlinie der Brennkraftmaschine 50 aus. Für den Fall, dass der momentane Kopplungszustand der Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 in den Zustand der UD-Kopplung eingestellt wird und der Sollarbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 im UD-Bereich liegt, wird die WOT-Kennlinie L2 als die Leistungskennlinie der Brennkraftmaschine 50 ausgewählt.
Nach der Auswahl der WOT-Kennlinie L2 als Leistungskennlinie der Brennkraftmaschine 50, bestimmt die Steuereinheit 90 im Schritt S112 den Sollarbeitspunkt der Brennkraftmaschine 50 unter Verwendung der WOT-Kennlinie L2 und bestimmt weiterhin die Sollarbeitspunkte des Hilfsmotors 40 und des Kupplungsmotors 30, basierend auf den Arbeitspunkt der Brennkraftmaschine 50. Im nachfolgenden Schritt S114, steuert die Steuereinheit 90 den Betrieb der Brennkraftmaschine 50, des Hilfsmotors 40 und des Kupplungsmotors 30, basierend auf die jeweiligen Sollarbeitspunkte der Brennkraftmaschine 50, des Hilfsmotors 40 und des Kupplungsmotors 30, die in der vorstehend beschriebenen Weise bestimmt wurden.
Im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel bewegt sich der Arbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 entlang der Kurve DO. In einem anderen Ausführungsbeispiel bewegt sich der Arbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 entlang einer anderen Kurve DU. Hier wird angenommen, dass der Arbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 momentan in einem Punkt a1 der Kurve DU des Graphen der 8 liegt. Da der Arbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 in einem Bereich liegt, der ein größeres Drehmoment als das der WOT-Kennlinie L2 aufweist, wird der momentane Kopplungszustand der Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 in den Zustand der UD-Kopplung eingestellt.
Wenn das Programm in die Verarbeitungsroutine der 9 unter diesen Umständen eintritt, bestimmt die Steuereinheit 90 zuerst im Schritt S102, ob der momentane Kopplungszustand der Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 in den Zustand der OD-Kopplung oder in den Zustand der UD-Kopplung eingestellt wird, wie vorstehend beschrieben ist. Da die Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 momentan in den Zustand der UD-Kopplung eingestellt ist, ist im Schritt S120 die BWKV-Kennlinie L1 als Grenze zwischen dem OD-Bereich und dem UD-Bereich festgelegt. In diesem Fall liegt der unbestimmte Bereich, d. h. der Bereich mit einem Drehmoment größer als das der BWKV-Kennlinie L1 und kleiner als das der WOT-Kennlinie L2, im UD-Bereich.
Wie vorstehend beschrieben ist, erhält die Steuereinheit 90 die verlangte Abgabe, die vom Fahrer benötigt wird, und bestimmt den Sollarbeitspunkt der als Antriebswelle wirkenden Außenläuferwelle 35, basierend auf die benötigte Abgabe im Schritt S122. Die Steuereinheit 90 bestimmt dann im Schritt S124, ob der so bestimmte Sollarbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 im OD-Bereich liegt.
Wenn der Arbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 momentan im Punkt a1 liegt und der in der vorstehenden Weise bestimmte Sollarbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 z. B. im Punkt a2 oder im Punkt a3 liegt (siehe 8), der im UD-Bereich liegt, setzt das Programm mit dem Schritt S126 fort. Die in diesem Fall ausgeführte Verarbeitung ist identisch mit der Verarbeitung, die durchgeführt wird, wenn der Arbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 im Punkt b5 liegt und der Arbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 im Punkt p6 liegt, wie vorstehend beschrieben ist. Die Details der Verarbeitung sind hier ausgelassen.
In einem anderen Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass der Arbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 im Punkt a1 liegt und der im Schritt S122 bestimmte Sollarbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 im Punkt a5 liegt (siehe 8), der im OD-Bereich liegt. Die Steuereinheit 90 bestimmt entsprechend im Schritt S124, dass der Sollarbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 im OD-Bereich liegt, und wählt im Schritt S128 die BWKV-Kennlinie L1 als die Leistungskennlinie der Brennkraftmaschine 50 aus. Für den Fall, dass der momentane Kopplungszustand der Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 in den Zustand der UD-Kopplung eingestellt wird und der Sollarbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 im OD-Bereich liegt, wird die BWKV-Kennlinie L1 als die Leistungskennlinie der Brennkraftmaschine 50 ausgewählt.
Die Steuereinheit 90 setzt im Schritt S130 dann die Schaltanweisungsmarke, um den Kopplungszustand der Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 vom Zustand der UD-Kopplung in den Zustand der OD-Kopplung zu ändern.
Die Steuereinheit 90 bestimmt den Sollarbeitspunkt der Brennkraftmaschine 50 unter Verwendung der BWKV-Kennlinie L1 als die Leistungskennlinie der Brennkraftmaschine 50 und bestimmt ferner im Schritt S112 die Sollarbeitspunkte des Hilfsmotors 40 und des Kupplungsmotors 30, basierend auf den Sollarbeitspunkt der Brennkraftmaschine 50. Im nachfolgenden Schritt S114 steuert die Steuereinheit 90 den Betrieb der Brennkraftmaschine 50, des Hilfsmotors 40 und des Kupplungsmotors 30, basierend auf die jeweiligen Sollarbeitspunkte der Brennkraftmaschine 50, des Hilfsmotors 40 und des Kupplungsmotors, die in der vorstehend genannten Weise bestimmt wurden.
Wenn die Verarbeitungsroutine der 10 parallel zur Verarbeitungsroutine der 9 startet, bestimmt die Steuereinheit 90 zuerst, ob die Schaltanweisungsmarke im Schritt S202 gesetzt wurde oder nicht, wie vorstehend beschrieben ist. In diesem Ausführungsbeispiel, da die Schaltanweisungsmarke im Schritt S130 des Flussdiagramms der 9 gesetzt wurde, setzt das Programm mit dem Schritt S204 fort, um die Differenz "d" zwischen der Drehzahl der Innenläuferwelle 33 und der Drehzahl der Außenläuferwelle 35 des Kupplungsmotors 30 zu berechnen, wie vorstehend beschrieben ist. Die Steuereinheit 90 bestimmt dann im Schritt S206, ob die Differenz "d" der Drehzahlen im vorbestimmten Bereich (–Nlim < d < Nlim) oder im unbestimmten Bereich liegt.
Da die BWKV-Kennlinie L1 als die Leistungskennlinie der Brennkraftmaschine 50 im Schritt S128 des Flussdiagramms der 9 ausgewählt wurde, bewegt sich der Arbeitspunkt der Brennkraftmaschine allmählich auf der BWKV-Kennlinie L1. Der Arbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 bewegt sich andererseits allmählich auf der Kurve DU vom Punkt a1 zum Punkt a5 (Sollarbeitspunkt), wie in 8 dargestellt ist.
Wenn der Arbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 eine Schnittstelle a4 der BWKV-Kennlinie L1 mit der Kurve DU erreicht, erreicht der Arbeitspunkt der Brennkraftmaschine 50 ebenfalls die Schnittstelle a4. Der Arbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 ist in diesem Moment identisch mit dem Arbeitspunkt der Brennkraftmaschine 50. Die Drehzahl der Brennkraftmaschine 50 ist entsprechend gleich mit der Drehzahl der Außenläuferwelle 35 und die Drehzahl der Innenläuferwelle 33 ist gleich mit der Drehzahl der Außenläuferwelle 35 im Kupplungsmotor 30. Die Differenz "d" der Drehzahlen ist folglich gleich Null.
Für den Fall dass, der Arbeitspunkt der Brennkraftmaschine 50 sich entlang der BWKV-Kennlinie L1 bewegt, um sich der Schnittstelle a4 zu nähern, und der Arbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 sich entlang der Kurve DU bewegt, um sich der Schnittstelle a4 zu nähern, erreicht die Differenz "d" zwischen den Drehzahlen der Innenläuferwelle 33 und der Außenläuferwelle 35 im Kupplungsmotor 30 den vorbestimmten Bereich (–Nlim < d < Nlim). Die Steuereinheit 90 treibt dann im Schritt S208 das Stellglied 86 an und ändert den Kopplungszustand der Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 vom Zustand der UD-Kopplung in den Zustand der OD-Kopplung. Die Steuereinheit 90 setzt nachfolgend im Schritt S210 die Schaltanweisungsmarke zurück und verlässt die Verarbeitungsroutine der 10.
In dieser Weise, wenn der Arbeitspunkt der Außenläuferwelle sich entlang der Kurve DU vom Punkt a1 zum Schnittpunkt a4 bewegt, wird der Kopplungszustand der Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 vom Zustand der UD-Kopplung in den Zustand der OD-Kopplung geändert.
Hier wird angenommen, dass das Programm wiederholt in die Verarbeitungsroutine eintritt, wie im Flussdiagramm der 9 dargestellt ist, während sich der Arbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 von der Schnittstelle a4 zum Punkt a5 bewegt. Die Steuereinheit 90 bestimmt im Schritt S102 zuerst, ob der momentane Kopplungszustand der Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 in den Zustand der OD-Kopplung oder in den Zustand der UD-Kopplung eingestellt ist, wie vorstehend beschrieben ist. Da der Kopplungszustand der Läuferwelle 43 vom Zustand der UD-Kopplung in den Zustand der OD-Kopplung geändert wurde, bestimmt die Steuereinheit 90 in diesem Moment, dass die Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 im Schritt S102 in den Zustand der OD-Kopplung eingestellt wird und legt im Schritt S104 die WOT-Kennlinie L2 als Grenze zwischen dem OD-Bereich und dem UD-Bereich fest.
Die Steuereinheit 90 erhält die verlangte Abgabe, die vom Fahrer benötigt wird, und bestimmt den Sollarbeitspunkt der als Antriebswelle wirkenden Außenläuferwelle 35, basierend auf die im Schritt S106 verlangte Abgabe. Die Steuereinheit 90 bestimmt im Schritt S108, ob der Sollarbeitspunkt der so bestimmten Außenläuferwelle 35 im UD-Bereich liegt oder nicht. Wenn der Arbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 im Punkt a5 liegt und der Sollarbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 z. B. im Punkt a6 (siehe 8) liegt, der im OD-Bereich liegt, setzt das Programm mit Schritt S110 fort. Die Steuereinheit 90 wählt im Schritt S110 die BWKV-Kennlinie L1 als die Leistungskennlinie der Brennkraftmaschine 50 aus. Für den Fall, dass der momentane Kopplungszustand der Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 in den Zustand der OD-Kopplung eingestellt wird und der Arbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 im OD-Bereich liegt, wird die BWKV-Kennlinie L1 als die Leistungskennlinie der Brennkraftmaschine 50 ausgewählt.
Nach der Auswahl der BWKV-Kennlinie L1 als die Leistungskennlinie der Brennkraftmaschine 50, bestimmt die Steuereinheit 90 den Sollarbeitspunkt der Brennkraftmaschine unter Verwendung der BWKV-Kennlinie L1 und bestimmt ferner die Sollarbeitspunkte des Hilfsmotors 40 und des Kupplungsmotors 30, basierend auf die Sollarbeitspunkte der Brennkraftmaschine 50 im Schritt S112. Im nachfolgenden Schritt S114, steuert die Steuereinheit 90 die Vorgänge der Brennkraftmaschine 50, des Hilfsmotors 40 und des Kupplungsmotors, basierend auf die jeweiligen Sollarbeitspunkte der Brennkraftmaschine 50, des Hilfsmotors 40 und des Kupplungsmotors 30, die in der vorstehenden Weise bestimmt wurden.
(4) Auswirkungen der Ausführung
Wie vorstehend beschrieben ist, falls der Arbeitspunkt der als Antriebswelle wirkenden Außenläuferwelle 35 im UD-Bereich liegt, verwendet das Verfahren der Erfindung hauptsächlich die WOT-Kennlinie L2, bei der das maximale Drehmoment der Brennkraftmaschine 50 erreicht wird, als die Leistungskennlinie der Brennkraftmaschine 50, die verwendet wird, um den Arbeitspunkt der Brennkraftmaschine 50 zu bestimmen. Dieses Verfahren ermöglicht, dass größeres Drehmoment von der Brennkraftmaschine 50 abgegeben wird, im Vergleich zum Verfahren gemäß dem Stand der Technik, wenn der Arbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 im UD-Bereich liegt.
Für den Fall, dass der Arbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 im UD-Bereich liegt, wird das Drehmoment Ta des Hilfsmotors 40 durch die Gleichung ta = Td – Te ausgedrückt, wie in den vorstehenden Gleichungen (1) dargestellt ist, wobei Td und Te jeweils das Drehmoment der Außenläuferwelle 35 und das Drehmoment der Brennkraftmaschine 50 bezeichnen. Diese Gleichung ist nach Td = Ta + Te umgestellt. Das von der Außenläuferwelle 35 abgegebene Drehmoment Td ist gleich mit der Summe des Drehmoments Ta, das vom Hilfsmotor 40 abgegeben wird, und des Drehmoments Te, das von der Brennkraftmaschine 50 abgegeben wird. Wie offensichtlich aus den Gleichungen (1) hervor geht, ist das Drehmoment Te der Brennkraftmaschine 50 gleich mit dem Drehmoment Tc des Kupplungsmotors 30.
Für den Fall, dass der Arbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 im UD-Bereich liegt, da das von der Brennkraftmaschine 50 abgegebene Drehmoment Te größer als das Drehmoment ist, das zu der Anordnung gemäß dem Stand der Technik abgegeben wird, ermöglicht es das Verfahren des Ausführungsbeispiels, dass das von der Außenläuferwelle 35 abgegebene Drehmoment Td (insbesondere das maximale Drehmoment) in einem zu dem vom Verfahren gemäß dem Stand der Technik erreichten Wert äquivalenten Pegel gehalten wird, sogar wenn ein kleineres Drehmoment Ta vom Hilfsmotor 40 abgegeben wird.
Wenn der Arbeitspunkt der als Antriebswelle wirkenden Außenläuferwelle 35 im UD-Bereich liegt, reduziert die Anordnung des Ausführungsbeispiels die maximale Belastbarkeit des Hilfsmotors 40 und den maximalen elektrischen Strom einer Wechselrichterschaltung (d. h. die zweite Antriebsschaltung) zum Antrieb des Hilfsmotors 40, wobei ein ausreichender Pegel des von der Außenläuferwelle 35 abgegebenen maximalen Drehmoments sichergestellt wird. Diese Eigenschaften reduzieren vorteilhaft die Größe des Hilfsmotors 40 und verringern die Herstellungskosten der Wechselrichterschaltung.
11A bis 11C sind Graphen, die den Vergleich zwischen den Charakteristiken der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung und des Hilfsmotors und denen des Standes der Technik darstellen. 11A stellt die Betriebscharakteristiken der Antriebsanordnung dar, die dem Graphen der 8 entsprechen. 11B stellt die Abgabecharakteristiken des Hilfsmotors dar, und 11C stellt die Charakteristiken des momentanen Drehmoments des Hilfsmotors dar. In den Graphen der 11A und 11B ist das Drehmoment in der y-Achse und die Drehzahl in der x-Achse dargestellt. Im Graphen der 11C ist das Drehmoment in der y-Achse und der elektrische Strom in der x-Achse dargestellt. In den Graphen der 11A bis 11C stellt "Inv" die Erfindung und "Pri" den Stand der Technik dar.
Mit dem Bezug auf 11A gilt für den Fall, dass der Arbeitspunkt der Antriebswelle im UD-Bereich liegt und das maximale Drehmoment von der Antriebswelle abgegeben wird, dass das Verfahren nach dem Stand der Technik die BWKV-Kennlinie L1 als die Leistungskennlinie der Brennkraftmaschine verwendet, wobei das Verfahren der Erfindung die WOT-Kennlinie L2 als die Leistungskennlinie der Brennkraftmaschine verwendet. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht folglich, dass ein größeres Drehmoment Te von der Brennkraftmaschine abgegeben wird. Da das größere Drehmoment Te von der Brennkraftmaschine abgegeben wird (d. h. das größere Drehmoment Tc wird vom Kupplungsmotor abgegeben), kann das vom Hilfsmotor abgegebene Drehmoment Ta verringert werden, verglichen mit dem Aufbau nach dem Stand der Technik.
Wie deutlich aus den Abgabecharakteristiken des in 11B dargestellten Hilfsmotors hervorgeht, verringert das erfindungsgemäße Verfahren ein maximales Drehmoment Tamax des Hilfsmotors, im Vergleich mit dem Verfahren nach dem Stand der Technik. Dies reduziert in erwünschter Weise die maximale Belastbarkeit des Hilfsmotors. Wie deutlich aus den in 11C dargestellten Eigenschaften des momentanen Drehmoments des Hilfsmotors hervorgeht, verringert die erfindungsgemäße Technik den dem Hilfsmotor zugeführten maximalen elektrischen Strom Iamax mit der Verringerung des maximalen Drehmoments Tamax des Hilfsmotors, im Vergleich zum Verfahren nach dem Stand der Technik. Dies verringert vorteilhaft den maximalen elektrischen Strom der Wechselrichterschaltung zum Antrieb des Hilfsmotors.
Das Verfahren des Ausführungsbeispiels benötigt nicht die Inbetrachtnahme der maximalen Belastbarkeit des Hilfsmotors 40 und des elektrischen Stroms der Wechselrichterschaltung, wenn der Arbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 oder der Antriebswelle im OD-Bereich liegt. In diesem Fall wird folglich hauptsächlich die BWKV-Kennlinie L1, die den höchsten Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine 50 erreicht, als Leistungskennlinie zur Bestimmung des Arbeitspunkts der Brennkraftmaschine 50 verwendet. Diese Anordnung ermöglicht den Betrieb der Brennkraftmaschine 50 beim höchsten Wirkungsgrad, wenn der Arbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 im OD-Bereich liegt. Dies verbessert den Wirkungsgrad der gesamten Antriebsanordnung 10.
Im vorstehenden Ausführungsbeispiel wird die Grenze zwischen dem OD-Bereich und dem UD-Bereich als Kriterium für den Wechsel der Leistungskennlinie der Brennkraftmaschine 50 und Änderung der Kopplung der Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 verwendet. Die Grenze wird als die WOT-Kennlinie L2 festgelegt, wenn die Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 in den Zustand der OD-Kopplung eingestellt wird. Die Grenze wird andererseits als BWKV-Kennlinie L1 festgelegt, wenn die Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 in den Zustand der UD- Kopplung eingestellt wird. Die Grenze, die im Fall einer Änderung vom Zustand der OD-Kopplung in den Zustand der UD-Kopplung eingestellt wird, ist folglich unterschiedlich zur Grenze, die im Fall einer Änderung vom Zustand der UD-Kopplung in den Zustand der OD-Kopplung eingestellt wird. Dies sichert eine Hysterese im Änderungsvorgang der Leistungskennlinie der Brennkraftmaschine 50 und dann im Änderungsvorgang der Kopplung der Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40. Wenn die gleiche Grenze als das Kriterium für die Änderung der Leistungskennlinie der Brennkraftmaschine 50 und der Änderung der Kopplung der Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 eingestellt wird, kann, für den Fall einer Änderung vom Zustand der OD-Kopplung in den Zustand der UD-Kopplung und für den Fall einer Änderung vom Zustand der UD-Kopplung in den Zustand der OD-Kopplung, sowohl die Häufigkeit der Änderung der Leistungskennlinie als auch die der Kopplung unvorteilhaft zunehmen, für den Fall, dass der Arbeitspunkt der Außenläuferwelle 35 in der Nähe der Grenze gehalten wird. Um die häufigen Änderungsvorgänge zu verhindern, stellt die Anordnung des Ausführungsbeispiels unterschiedliche Grenzen, für den Fall einer Änderung vom Zustand der OD-Kopplung in den Zustand der UD-Kopplung und für den Fall einer Änderung vom Zustand der UD-Kopplung in den Zustand der OD-Kopplung, ein und sichert eine Hysterese in den Änderungsvorgängen.
In der Antriebsanordnung 10 des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels wird der Kupplungsmotor 30 als Leistungsregeleinheit verwendet, die die von der Brennkraftmaschine 50 abgegebene Leistung anhand der Aufnahme und Abgabe elektrischer Leistung regelt und die geregelte Leistung überträgt. Das Prinzip der Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anordnung beschränkt. Wie in 12 dargestellt ist, kann eine Kombination aus einem Planetengetriebe 200 und einem Motorgenerator 210 als Leistungsregeleinheit anstatt des Kupplungsmotors 30 verwendet werden.
12 stellt eine Variante der Antriebsanordnung 10 des Ausführungsbeispiels dar. Der geänderte Aufbau der 12 ist grundsätzlich ähnlich zum Aufbau der in 1 dargestellten Antriebsanordnung 10, ausgenommen, dass das Planetengetriebe 200 und der Motorgenerator 210 als Leistungsregeeinheit verwendet werden. Eine im Beispiel der 12 verwendete Kopplungseinheit 180 weist den gleichen grundlegenden Aufbau auf, wie die Kopplungsschalteinheit 80 des Ausführungsbeispiels. Das Bild der 12 stellt einen Dämpfer 58 dar, der im Bild der 1 ausgelassen wurde.
Das Planetengetriebe 200 umfasst ein sich um das Zentrum drehendes Sonnenrad 201, ein Planetenträger 203 mit einem Planetenritzel, das sich sowohl um das Sonnenrad 201 als auch um die eigene Achse dreht, und ein Hohlrad 202, das sich ferner um das Planetenritzel dreht. Das Sonnenrad 201, der Planetenträger 203 und das Hohlrad 202 haben unterschiedliche Drehachsen. Eine Sonnenradwelle 204, die die Drehachse der des Sonnenrads 201 ist, ist hohl und ist mit einem Läufer 212 des Motorgenerators 210 gekoppelt. Eine Planetenträgerwelle 206, die die Drehachse des Planetenträgers 203 ist, ist mit der Kurbelwelle 56 der Brennkraftmaschine 50 über einen Dämpfer 58 gekoppelt. Eine Hohlradwelle 205, die die Drehachse des Hohlrads 202 ist, wirkt als Antriebswelle und steht mit der Transmissionswelle 22 über das Abtriebgetriebe 21 und der Kette 28 in Wirkverbindung. Die Transmissionswelle 22 steht ferner mit der Achse 26 mit den Rädern 26R und 26L über die Reduktionsgetriebeeinheit 24 und dem Differenzialgetriebe 25 in Wirkverbindung.
Im Planetengetriebe 200 bestehen folgende Zusammenhänge zwischen den Drehzahlen und Drehmomenten der drei Wellen, Sonnenradwelle 204, Planetenträgerwelle 206 und Hohlradwelle 205, wie im Bereich der Mechanik allgemein bekannt ist. Wenn der Leistungszustand von zwei Wellen aus drei Wellen bestimmt ist, wird der Leistungszustand der verbleibenden Welle gemäß der folgenden Gleichung (3) automatisch bestimmt: Ns = (1 + ρ)/ρ × Nc – Nr/ρ Nc = ρ/(1 + ρ) × Ns + Nr/(1 + ρ) Nr = (1 + ρ)Nc – ρNs Ts = Tc × ρ/(1 + ρ) = ρTr Tr = Tc/(1 + ρ) (3)wobei ρ die Zähnezahl des Sonnenrads 201 zur Zähnezahl des Hohlrads 202 bezeichnet, Ns stellt die Drehzahl der Sonnenradwelle 204 dar, Ts stellt das Drehmoment der Sonnenradwelle 204 dar, Nc (= Ne) stellt die Drehzahl der Planetenträgerwelle 206 dar, Tc (= Te) stellt das Drehmoment der Planetenträgerwelle 206 dar, Nr (= Nd) stellt die Drehzahl der Hohlradwelle 205 dar und Tr (= Td) stellt das Drehmoment der Hohlradwelle dar.
Der Motorgenerator 210 weist den gleichen Aufbau, wie das des Hilfsmotors 40, auf. Der Motorgenerator 210 ist als Drei-Phasen-Synchronmotor mit einem Stator 214 mit darauf aufgewickelten Spulen und einem Läufer 212 mit darauf angeordneten Permanentmagneten ausgeführt. Der Stator 214 ist am Gehäuse befestigt. Der Fluss der Drei-Phasen-Wechselströme durch die auf den Stator 214 aufgewickelte Spulen erzeugt ein rotierendes Magnetfeld. Der Läufer 212 wird dann durch die Interaktion zwischen dem drehenden Magnetfeld der Spulen und den Permanentmagneten, die am Läufer 212 angeordnet sind, gedreht. Wenn der Läufer 212 von einer externen Kraft gedreht wird, wirkt der Motorgenerator 210 als Generator und bereitet die Leistung in elektrische Leistung auf. Die auf den Stator 214 aufgewickelten Spulen im Motorgenerator 210 sind elektrisch mit der ersten Antriebsschaltung 91 in der gleichen Weise wie der Kupplungsmotor 30 der 1 verbunden. Die Steuereinheit 90 schaltet die in der ersten Antriebsschaltung angeordneten Transistoren ein und aus und steuert dabei den Betrieb des Motorgenerators 210.
In der geänderten Anordnung der 12 weist die Kombination des Planetengetriebes 200 mit dem Motorgenerator 210 die äquivalente Funktion zu der des in 1 dargestellten Kupplungsmotors 30 auf. Die Planetenträgerwelle 206 entspricht der Innenläuferwelle 33 des Kupplungsmotors 30. Die Hohlradwelle 205 entspricht der als Antriebswelle wirkenden Außenläuferwelle 35. Die Kombination des Planetengetriebes 200 mit dem Motorgenerator 210 erzielt die Funktion der Leistungsregeleinheit, wie nachfolgend beschrieben ist.
Wenn die Leistung von der Brennkraftmaschine 50 zu der Planetenträgerwelle 206 abgegeben wird, drehen das Hohlrad und das Sonnenrad 201 gemäß den vorstehend genannten Gleichungen (3). Es ist möglich die Drehung entweder des Hohlrades 202 oder des Sonnenrades 201 zu stoppen. Die Drehung des Hohlrades 202 ermöglicht, dass ein Teil der von der Brennkraftmaschine 50 abgegebenen Leistung in mechanischer Form zu der als Antriebswelle wirkenden Hohlradwelle 205 übertragen wird. Die Drehung des Sonnenrades 201 ermöglicht andererseits, dass ein anderer Teil der von der Brennkraftmaschine 50 abgegebenen Leistung als elektrische Leistung durch den Motorgenerator 210 wiedergewonnen wird. Wenn der Motorgenerator 210 die Leistungsregelung ausführt, wird das vom Motorgenerator 210 abgegebene Drehmoment mechanisch zu der Hohlradwelle 205 bzw. zu der Antriebswelle über das Sonnenrad 201, zu dem Planetenträger 203 und zu dem Hohlrad 202 übertragen. Die Leistungsregelung des Motorgenerators 210 ermöglicht folglich, dass das von der Brennkraftmaschine 50 abgegebene Drehmoment erhöht und zu der Hohlradwelle 205 bzw. zu der Antriebswelle abgegeben wird. In dieser geänderten Anordnung weist die Kombination des Planetengetriebes 200 mit dem Motorgenerator 210 die ähnliche Funktion zu der des in 1 dargestellten Kupplungsmotors 30 auf.
Die Kopplungseinheit dieser geänderten Anordnung umfasst ein erstes Zahnrad 111, ein zweites Zahnrad 112 und ein drittes Zahnrad 113 und ändert das Kopplungsziel der Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 zwischen der Hohlradwelle 205 und der Planetenträgerwelle 206 im Planetengetriebe 200. Ähnlich zu der in 1 dargestellten Kopplungseinheit 80, umfasst die Kopplungseinheit 180 ein Stellglied für den Wechselvorgang, der mit der Steuereinheit 90 verbunden ist, obwohl es in der Darstellung nicht dargestellt ist.
Das Einkuppeln und Auskuppeln zwischen diesen Zahnrädern erreicht unterschiedliche Kopplungszustände. Z. B., wenn das erste Zahnrad 111 in das dritte Zahnrad einkuppelt 113, wird die Läuferwelle des Hilfsmotors 40 mit der Hohlradwelle 205 des Planetengetriebes 200 gekoppelt. Die von der Brennkraftmaschine 50 abgegebene Leistung wird folglich zu der Hohlradwelle 205 oder zu der Antriebswelle über das Planetengetriebe 200 und dem Hilfsmotor 40 übertragen. Dies repräsentiert dem Kopplungszustand, der dem Zustand der UD-Kopplung (in 2 dargestellt) der Anordnung der 1 entspricht.
In einem anderen Beispiel, wenn die Kopplungseinheit 180 angesteuert wird, um das zweite Zahnrad 112 mit dem dritten Zahnrad 113 einzukoppeln, wird dann die Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40 mit der Planetenträgerwelle 206 des Planetengetriebes 200 gekoppelt. Die von der Brennkraftmaschine 50 abgegebene Leistung wird nachfolgend zu der Hohlradwelle 205 bzw. die Antriebswelle über den Hilfsmotor 40 und dem Planetengetriebe 200 übertragen. Dies repräsentiert den Kopplungszustand, der dem Zustand der OD-Kopplung (in 3 dargestellt) der Anordnung der 1 entspricht.
Diese geänderte Anordnung kann die Funktionen ausüben, die ähnlich zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind, durch die Ausführung der im Flussdiagramm der 9 dargestellten Verarbeitungsroutine zur Steuerung des Betriebs und der im Flussdiagramm der in 10 dargestellten Verarbeitungsroutine zur Änderung des Kopplungszustands der Läuferwelle 43 des Hilfsmotors 40. Im geänderten Ausführungsbeispiel ist jedoch der im Flussdiagramm der 9 dargestellte Kupplungsmotor 30 durch den Motorgenerator 210 ersetzt.
Das Prinzip der Erfindung ist anwendbar auf ein allradgetriebenes Fahrzeug. Das Leistungssystem in der Anordnung des Ausführungsbeispiels (siehe 1) oder in der geänderten Anordnung (siehe 12) wird an den Vorderrädern des Fahrzeugs angewandt, während ein eigener Motor zum Antrieb der Hinterräder an der Achse der Hinterräder angeordnet ist. Diese Anordnung ermöglicht die Konstruktion eines allradgetriebenen Hybridfahrzeugs. Das allradgetriebene Hybridfahrzeug erreicht einen hohen Wirkungsgrad durch die Änderung des Kopplungszustands der Antriebswelle gemäß dem Verhältnis zwischen der Drehzahl der Antriebswelle und der Drehzahl der Brennkraftmaschine. Die Anwendung der erfindungsgemäßen Technik zur Steuerung der Änderung des Kopplungszustands in einem allradgetriebenen Hybridfahrzeug sichert die Vielfalt der Funktionen, die im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel dargestellt sind.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehende Ausführungsbeispiel bzw. nicht auf dessen Varianten beschränkt, aber es können viele andere Varianten, Änderungen und Abänderungen sein, ohne vom Umfang oder Grundgedanken der Hauptmerkmale der Erfindung abzuweichen. Z. B. obwohl ein mit Benzin betriebener Benzinmotor für die Brennkraftmaschine 50 im vorstehenden Ausführungsbeispiel verwendet wird, ist das Prinzip der Erfindung ebenfalls auf eine Vielzahl von anderen Brennkraftmaschinen mit interner und externer Verbrennung, wie z. B. Dieselmotoren, andere Hubkolbenmotoren, Turbomotoren, Strahltriebwerke und Kreiskolbenmotoren anwendbar.
Im vorstehenden Ausführungsbeispiel werden Synchronmotoren vom Typ mit Permanentmagneten (PM) für den Kupplungsmotor 30 und den Hilfsmotor 40 verwendet. Beispiele anderer anwendbarer Motoren umfassen Synchronmotoren vom Typ mit variabler Reluktanz, Feinstellmotoren, Gleichspannungsmotoren, Induktionsmotoren und supraleitende Motoren, die sowohl den Wiedergewinnungsvorgang als auch den Leistungsregelvorgang ausführen. Dynamotoren und Schrittmotoren, die lediglich die Leistungsregelvorgänge ausführen, sind ebenfalls anwendbar.
Der Zusammenhang zwischen dem Innenläufer und dem Außenläufer des Kupplungsmotors 30 und der externen Wellen kann zum vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel gegenteilig sein. Ein Paar sich gegenüberstehender Scheibenläufer können anstatt dem Außenläufer und dem Innenläufer verwendet werden.
Die Transistor-Wechselrichter werden für die erste und zweite Antriebsschaltung 91 und 92 des vorstehenden Ausführungsbeispiels verwendet. Andere Beispiele für die Antriebsschaltungen umfassen IGBT-Wechselrichter, Thyristor-Wechselrichter, Spannungspulsbreitenmodulationswechselrichter und Rechteckwechselrichter (Spannungswechselrichter und Stromwechselrichter) und Schwingkreisumrichter.
Der im Ausführungsbeispiel als Sekundärakkumulator verwendete Akkumulator 94 kann ein Pb-Akkumulator, ein NiMH-Akkumulator oder ein Li-Akkumulator sein. Ein Kondensator kann den Akkumulator 94 ersetzen. Im vorstehenden Ausführungsbeispiel führt die CPU die Software-Programme aus, um die Vielzahl der Steuervorgänge umzusetzen. Die Steuervorgänge können jedoch durch eine Hardware-Konfiguration umgesetzt werden.
Im vorstehenden Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäße Antriebsanordnung auf dem Hybridfahrzeug angeordnet. Die Antriebsanordnung der Erfindung kann jedoch auf einem anderen Transportmittel angeordnet sein, wie z. B. einem Wasserfahrzeug, einem Flugzeug und einer Vielzahl an Industrieausrüstungen, wie z. B. Werkzeugmaschinen, solange diese zwei Abtriebswellen umfassen.
Der Umfang der Erfindung wird lediglich durch die Bedingungen der Ansprüche begrenzt.
In einer Antriebsanordnung der Erfindung, stellt eine Steuereinheit eine WOT-Kennlinie L2 (voll geöffnete Drosselklappe), bei der das maximale Drehmoment einer Brennkraftmaschine erreicht wird, als Grenze zwischen einem OD-Bereich und einem UD-Bereich ein, für den Fall, dass eine Läuferwelle eines Hilfsmotors in den Zustand der OD-Kopplung eingestellt wird. Die Steuereinheit bestimmt einen Arbeitspunkt einer als Antriebswelle wirkenden Außenläuferwelle eines Kupplungsmotors basierend auf einer extern geforderten Leistung und wählt die WOT-Kennlinie L2 als eine Leistungskennlinie der Brennkraftmaschine aus, für den Fall, dass der Sollarbeitspunkt der Außenläuferwelle im UD-Bereich liegt. Die Steuereinheit setzt dann eine Schaltanweisungsmarke, um den Kopplungszustand der Läuferwelle des Hilfsmotors vom Zustand der OD-Kopplung in den Zustand der UD-Kopplung zu ändern. Diese Anordnung der Erfindung reduziert die maximale Belastbarkeit des Hilfsmotors und verringert den maximalen elektrischen Strom einer Wechselrichterschaltung zum Antrieb des Hilfsmotors.

Claims

Antriebsanordnung (10) mit einer Brennkraftmaschine (50) mit einer Abtriebswelle (56), einer Antriebswelle (35), an die die Ausgangsleistung abgegeben wird, einer Leistungsregeleinheit (30), die sowohl mit der Abtriebswelle (56) als auch mit der Antriebswelle (35) verbunden ist, die die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine (50) mit der Zuführung und Abgabe elektrischer Leistung regelt und die die geregelte Leistung zu der Antriebswelle (35) überträgt, einem Motor (40) mit einer Läuferwelle (43) und einem Koppelmechanismus (80), der selektiv die Läuferwelle des Motors entweder mit der Abtriebswelle oder der Antriebswelle koppelt, wobei ein Leistungsbereich, der von einem Zusammenhang zwischen Drehmoment und Drehzahl bestimmt wird, von einer ersten Leistungskennlinie (L1) und einer gegenüber der ersten Leistungskennlinie (L1) über ein höheres Drehmoment in einem vorgegebenen Drehzahlbereich verfügenden zweiten Leistungskennlinie (L2), in einen hauptsächlich an die erste Leistungskennlinie (L1) angrenzenden ersten Bereich, einen zwischen der ersten Leistungskennlinie (L1) und der zweiten Leistungskennlinie (L2) liegenden zweiten Bereich, und einen hauptsächlich an die zweite Leistungskennlinie (L2) angrenzenden dritten Bereich, geteilt wird, gekennzeichnet durch eine Leistungskennlinienauswahleinheit (90a), die entweder die erste Leistungskennlinie (L1) oder die zweite Leistungskennlinie (L2) als Brennkraftmaschinenleistungskennlinie auswählt, die zur Bestimmung eines Arbeitspunkts der Brennkraftmaschine (50) im Leistungsbereich verwendet wird, und eine Steuereinheit (90), die bewirkt, dass die Leistungskennlinienauswahleinheit (90a) die erste Leistungskennlinie (L1) als die Brennkraftmaschinenleistungskennlinie auswählt, für den Fall, dass ein Arbeitspunkt der Antriebswelle (35) im ersten Bereich liegt, und die zweite Leistungskennlinie (L2) als die Brennkraftmaschinenleistungskennlinie auswählt, für den Fall, dass ein Arbeitspunkt der Antriebswelle (35) im dritten Bereich liegt.
Antriebsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Bereichsbestimmungseinheit, die einen auf einer extern geforderten Ausgangsleistung basierenden Bereich bestimmt, in dem ein Sollarbeitspunkt der Antriebswelle liegt, wobei, für den Fall, dass die erste Leistungskennlinie als Brennkraftmaschinenleistungskennlinie ausgewählt wurde, die Steuereinheit bewirkt, dass die Leistungskennlinienauswahleinheit die ausgewählte Brennkraftmaschinenleistungskennlinie von der ersten Leistungskennlinie zur zweiten Leistungskennlinie ändert, wenn die Bereichsbestimmungseinheit bestimmt, dass der Sollarbeitspunkt der Antriebswelle im dritten Bereich liegt, und für den Fall, dass die zweite Leistungskennlinie als Brennkraftmaschinenleistungskennlinie ausgewählt wurde, die Steuereinheit bewirkt, dass die Leistungskennlinienauswahleinheit die ausgewählte Brennkraftmaschinenleistungskennlinie von der zweiten Leistungskennlinie zur ersten Leistungskennlinie ändert, wenn die Bereichsbestimmungseinheit bestimmt, dass der Sollarbeitspunkt der Antriebswelle im ersten Bereich liegt.
Antriebsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass, für den Fall, dass die erste Leistungskennlinie als Brennkraftmaschinenkennlinie ausgewählt wurde, die Steuereinheit bewirkt, dass die Leistungskennlinienauswahleinheit die Auswahl der ersten Leistungskennlinie als Brennkraftmaschinenkennlinie beibehält, auch wenn der Arbeitspunkt der Antriebswelle im zweiten Bereich liegt, bis die Bereichsbestimmungseinheit bestimmt, dass der Arbeitspunkt der Antriebswelle im dritten Bereich liegt, und für den Fall, dass die zweite Leistungskennlinie als Brennkraftmaschinenkennlinie ausgewählt wurde, die Steuereinheit bewirkt, dass die Leistungskennlinienauswahleinheit die Auswahl der zweiten Leistungskennlinie als Brennkraftmaschinenkennlinie beibehält, auch wenn der Arbeitspunkt der Antriebswelle im zweiten Bereich liegt, bis die Bereichsbestimmungseinheit bestimmt, dass der Arbeitspunkt der Antriebswelle im ersten Bereich liegt.
Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit bewirkt, dass der Koppelmechanismus die Läuferwelle des Motors mit der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine koppelt, für den Fall, dass der Arbeitspunkt der Antriebswelle im ersten Bereich liegt, und die Steuereinheit bewirkt, dass der Koppelmechanismus die Läuferwelle des Motors mit der Antriebswelle der Brennkraftmaschine koppelt, für den Fall, dass der Arbeitspunkt der Antriebswelle im dritten Bereich liegt.
Antriebsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass, für den Fall, dass die Läuferwelle des Motors mit der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine gekoppelt wurde, die Steuereinheit bewirkt, dass der Koppelmechanismus die Koppelung der Läuferwelle des Motors mit der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine beibehält, auch wenn der Arbeitspunkt der Antriebswelle im zweiten Bereich liegt, und für den Fall, dass die Läuferwelle des Motors mit der Antriebswelle gekoppelt wurde, die Steuereinheit bewirkt, dass der Koppelmechanismus die Koppelung der Läuferwelle des Motors mit der Antriebswelle beibehält, auch wenn der Arbeitspunkt der Antriebswelle im zweiten Bereich liegt.
Antriebsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass, für den Fall, dass die Läuferwelle des Motors mit der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine gekoppelt wurde, die Steuereinheit bewirkt, dass der Koppelmechanismus die Zielkoppelung der Läuferwelle des Motors von der Abtriebswelle zur Antriebswelle wechselt, wenn der Arbeitspunkt der Antriebswelle die zweite Leistungskennlinie überschreitet, und für den Fall, dass die Läuferwelle des Motors mit der Antriebswelle gekoppelt wurde, die Steuereinheit bewirkt, dass der Koppelmechanismus die Zielkoppelung der Läuferwelle des Motors von der Antriebswelle zur Abtriebswelle wechselt, wenn der Arbeitspunkt der Antriebswelle die erste Leistungskennlinie überschreitet.
Antriebsanordnung nach zumindest einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch eine Bereichsbestimmungseinheit, die einen auf eine extern geforderte Ausgangsleistung basierenden Bereich bestimmt, in dem ein Sollarbeitspunkt der Antriebswelle liegt, wobei, für den Fall, dass die Läuferwelle des Motors mit der Abtriebswelle gekoppelt wurde, die Steuereinheit bewirkt, dass die Leistungskennlinienauswahleinheit die ausgewählte Brennkraftmaschinenleistungskennlinie von der ersten Leistungskennlinie zur zweiten Leistungskennlinie ändert, wenn die Bereichsbestimmungseinheit bestimmt, dass der Sollarbeitspunkt der Antriebswelle im dritten Bereich liegt, und für den Fall, dass die Läuferwelle des Motors mit der Antriebswelle gekoppelt wurde, die Steuereinheit bewirkt, dass die Leistungskennlinienauswahleinheit die ausgewählte Brennkraftmaschinenleistungskennlinie von der zweiten Leistungskennlinie zur ersten Leistungskennlinie ändert, wenn die Bereichsbestimmungseinheit bestimmt, dass der Sollarbeitspunkt der Antriebswelle im ersten Bereich liegt.
Antriebsanordnung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leistungskennlinie den höchsten Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine erzielt und die zweite Leistungskennlinie das maximale Drehmoment der Brennkraftmaschine bei jeder Drehzahl erzielt.
Antriebsanordnung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Leistungsregeleinheit mit einem Paarläufermotor mit einem ersten Läufer, der mit der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine verbunden ist, und einem zweiten Läufer, der mit der Antriebswelle in Wirkverbindung steht.
Antriebsanordnung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsregeleinheit einen Generator mit einer Läuferwelle und ein Planetengetriebe mit drei umlaufenden Wellen, die entsprechend mit der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine, der Antriebswelle und der Läuferwelle in Wirkverbindung stehen, aufweist.
Verfahren zur Steuerung einer Antriebsanordnung (10), mit einer Brennkraftmaschine (50) mit einer Abtriebswelle (56), einer Antriebswelle (35), an die Leistung abgegeben wird, einer Leistungsregeleinheit (30), die sowohl mit der Abtriebswelle (56) als auch mit der Antriebswelle (35) in Wirkverbindung steht, die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine (50) durch der Zuführung und Abgabe elektrischer Leistung regelt und die geregelte Leistung auf die Antriebswelle überträgt, einem Motor (40) mit einer Läuferwelle (43) und einem Koppelmechanismus (56), der selektiv die Läuferwelle des Motors (40) entweder mit der Abtriebswelle (56) oder der Antriebswelle (35) koppelt, wobei ein Leistungsbereich, der von einem Zusammenhang zwischen Drehmoment und Drehzahl bestimmt wird, von einer ersten Leistungskennlinie (L1) und einer gegenüber der ersten Leistungskennlinie (L1) über ein höheres Drehmoment in einem vorgegebenen Drehzahlbereich verfügenden zweiten Leistungskennlinie (L2), in einen hauptsächlich an die erste Leistungskennlinie (L1) angrenzenden ersten Bereich, einen zwischen der ersten Leistungskennlinie (L1) und der zweiten Leistungskennlinie (L2) liegenden zweiten Bereich, und einen hauptsächlich an die zweite Leistungskennlinie (L2) angrenzenden dritten Bereich, geteilt wird, gekennzeichnet durch die Schritte: (a) Auswahl entweder der ersten Leistungskennlinie (L1) oder der zweiten Leistungskennlinie (L2) als Brennkraftmaschinenleistungskennlinie, die zur Bestimmung eines Arbeitspunkts der Brennkraftmaschine (50) im Leistungsbereich verwendet wird, und (b) Auswahl der ersten Leistungskennlinie (L1) als Brennkraftmaschinenleistungskennlinie, für den Fall, dass ein Arbeitspunkt der Antriebswelle (35) im ersten Bereich liegt, und Auswahl der zweiten Leistungskennlinie (L2) als Brennkraftmaschinenleistungskennlinie, für den Fall, dass ein Arbeitspunkt der Antriebswelle (35) im dritten Bereich liegt.
Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte: (c) Bestimmung eines auf einer extern geforderten Ausgangsleistung basierenden Bereichs, in dem der Sollarbeitspunkt der Antriebswelle liegt, und (d) für den Fall, dass die erste Leistungskennlinie als Brennkraftmaschinenleistungskennlinie ausgewählt wurde, Änderung der ausgewählten Brennkraftmaschinenleistungskennlinie von der ersten Leistungskennlinie zur zweiten Leistungskennlinie, wenn im Schritt (c) bestimmt wurde, dass der Sollarbeitspunkt der Antriebswelle im dritten Bereich liegt, und für den Fall, dass die zweite Leistungskennlinie als Brennkraftmaschinenleistungskennlinie ausgewählt wurde, Änderung der ausgewählten Brennkraftmaschinenleistungskennlinie von der zweiten Leistungskennlinie zur ersten Leistungskennlinie, wenn im Schritt (c) bestimmt wurde, dass der Sollarbeitspunkt der Antriebswelle im ersten Bereich liegt.
Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch den Schritt: (c) Bewirken, dass der Koppelmechanismus die Läuferwelle des Motors mit der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine koppelt, für den Fall, dass der Arbeitspunkt der Antriebswelle im ersten Bereich liegt, und Bewirken, dass der Koppelmechanismus die Läuferwelle des Motors mit der Antriebswelle koppelt, für den Fall, dass der Arbeitspunkt der Antriebswelle im dritten Bereich liegt.
Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch den Schritt: (d) für den Fall, dass die Läuferwelle des Motors mit der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine gekoppelt ist: Bewirken, dass der Koppelmechanismus die Koppelung der Läuferwelle des Motors mit der Antriebswelle beibehält, auch wenn der Arbeitspunkt der Antriebswelle im zweiten Bereich liegt, und für den Fall, dass die Läuferwelle des Motors mit der Antriebswelle gekoppelt ist: Bewirken, dass der Koppelmechanismus die Koppelung der Läuferwelle des Motors mit der Antriebswelle beibehält, auch wenn der Arbeitspunkt der Antriebswelle im zweiten Bereich liegt.
Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt: (e) für den Fall, dass die Läuferwelle des Motors mit der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine gekoppelt ist: Bewirken, dass der Koppelmechanismus die Zielkoppelung der Läuferwelle des Motors von der Abtriebswelle zur Antriebswelle wechselt, wenn der Arbeitspunkt der Antriebswelle die zweite Leistungskennlinie überschreitet, und für den Fall, dass die Läuferwelle des Motors mit der Antriebswelle gekoppelt ist: Bewirken, dass der Koppelmechanismus die Zielkoppelung der Läuferwelle des Motors von der Antriebswelle zur Antriebswelle wechselt, wenn der Arbeitspunkt der Antriebswelle die erste Leistungskennlinie überschreitet.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 15, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte: (f) Bestimmung eines auf einer extern geforderten Ausgangsleistung basierenden Bereichs, in dem der Arbeitsbereich der Antriebswelle liegt, und (g) für den Fall, dass die Läuferwelle des Motors mit der Abtriebswelle gekoppelt ist: Änderung der ausgewählten Brennkraftmaschinenleistungskennlinie von der ersten Leistungskennlinie zur zweiten Leistungskennlinie, wenn im Schritt (f) bestimmt ist, dass der Sollarbeitspunkt der Antriebswelle im dritten Bereich liegt, und für den Fall, dass die Läuferwelle des Motors mit der Antriebswelle gekoppelt ist: Änderung der ausgewählten Brennkraftmaschinenleistungskennlinie von der zweiten Leistungskennlinie zur ersten Leistungskennlinie, wenn im Schritt (f) bestimmt ist, dass der Sollarbeitspunkt der Antriebswelle im ersten Bereich liegt.