DE60026645T2

DE60026645T2 - Hybridfahrzeug und Verfahren zu seiner Steuerung

Info

Publication number: DE60026645T2
Application number: DE60026645T
Authority: DE
Inventors: Yoshinori Toyota-shi Yamada; Shigetaka Toyota-shi Nagamatsu
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-10-12
Filing date: 2000-10-11
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2020-10-12
Also published as: EP1092581A3; DE60026645D1; US6656082B1; EP1092581A2; EP1092581B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Hybridfahrzeug sowohl mit einer Kraftmaschine als auch einem Motor als Leistungsquellen, und insbesondere auf ein Hybridfahrzeug mit einem Wechselmechanismus, der eine Verbindung des Motors zwischen einer Antriebswelle, die mit den Rädern verbunden ist, und einer Abgabewelle der Kraftmaschine ändert.
Beschreibung des zugehörigen Stands der Technik
Ein paralleles Hybridfahrzeug ist eine Bauart der Hybridfahrzeuge, die sowohl eine Kraftmaschine als auch einen Motor als Leistungsquellen haben. Das parallele Hybridfahrzeug hat eine Leistungsreguliereinheit, die mit der Kraftmaschine verbunden ist. Ein Teil der von der Kraftmaschine abgegebenen Leistung wird zu einer Antriebswelle übertragen, die mit den Rädern verbunden ist, und zwar über die Leistungsreguliereinheit, während die restliche Leistung als elektrische Leistung regeneriert wird. Die regenerative elektrische Leistung wird in einer Batterie akkumuliert, oder sie wird zum Antreiben des Motors verwendet, der als die Leistungsquelle verwendet wird. Das parallele Hybridfahrzeug steuert die Leistungsreguliereinheit und den Motor, um so die Drehzahl und das von der Kraftmaschine abgegebene Moment in solche beliebig umzuwandeln, die für die Antriebswelle geeignet sind. Das Hybridfahrzeug wählt einen gewünschten Antriebspunkt der Kraftmaschine mit einem hohen Antriebswirkungsgrad aus und treibt die Kraftmaschine bei diesem Punkt ungeachtet der Drehzahl und des Momentes von der Antriebswelle an, wodurch eine ausgezeichnete Energiesparwirkung und geringere Emissionen gewährleistet werden.
Bei dem parallelen Hybridfahrzeug kann der Motor entweder mit der Antriebswelle oder mit der Abgabewelle der Kraftmaschine verbunden werden. Wenn der Motor mit der Antriebswelle verbunden ist, dann sind die Kraftmaschine, die Leistungsreguliereinheit und der Motor in dieser Reihenfolge verbunden. 30 stellt schematisch den Aufbau eines Hybridfahrzeuges mit einem Motor dar, der mit einer Antriebswelle verbunden ist. Bei dem Beispiel der 30 wird ein Rotorpaar-Motor CM mit einem inneren Rotor IR und einem äußeren Rotor OR, die relativ zueinander zueinander drehbar sind, als die Leistungsreguliereinheit verwendet. Wie dies in der 30 dargestellt ist, ist der Rotorpaar-Motor CM mit einer Abgabewelle CS einer Kraftmaschine EG verbunden, wohingegen ein Hilfsmotor AM mit einer Antriebswelle DS verbunden ist. Dieser Aufbau gewährleistet den hohen Antriebswirkungsgrad in dem Zustand einer Untersteuerung, wenn die Drehzahl der Antriebswelle DS kleiner als die Drehzahl der Kraftmaschine EG ist. Dieser Aufbau wird in dieser Beschreibung als eine „Untersteuerungs-Verbindung" bezeichnet.
31 zeigt die Leistungsübertragung bei der Untersteuerungs-Verbindung, wenn die Drehzahl der Kraftmaschine EG größer als die Drehzahl der Antriebswelle DS ist. Die von der Kraftmaschine EG abgegebene Leistung wird hinsichtlich der Drehzahl untersetzt und hinsichtlich des Momentes verstärkt, das von der Antriebswelle DS abzugeben ist. Der Rotorpaar-Motor CM überträgt eine Leistung PU1, die von der Kraftmaschine EG abgegeben wird, als eine Leistung PU2 mit der untersetzten Drehzahl. Ein Schlupftritt zwischen den beiden Rotoren bei dem Rotorpaar-Motor CM auf, so dass eine elektrische Leistung auf der Grundlage des Schlupfes erzeugt wird. Ein Teil der Leistung PU1 wird dementsprechend als eine elektrische Leistung EU1 regeneriert. Der Hilfsmotor AM wird mit dieser regenerativen elektrischen Leistung angetrieben, um das Moment der Antriebswelle DS zu verstärken. Dies erzeugt eine Leistung PU3 entsprechend der geforderten Drehzahl und des geforderten Momentes der Antriebswelle DS.
32 zeigt eine Leistungsübertragung bei der Untersteuerungs-Verbindung, wenn die Drehzahl der Kraftmaschine EG kleiner ist als die Drehzahl der Antriebswelle DS. Der Rotorpaar-Motor CM führt den Leistungsantrieb durch, um die Leistung PU1, die von der Kraftmaschine EG abgegeben wird, als eine Leistung PU4 mit erhöhter Drehzahl zu übertragen. Der Hilfsmotor AM dient als eine Last zum Reduzieren seines überschüssigen Momentes, wodurch die Leistung PU3 entsprechend der geforderten Drehzahl und des geforderten Momentes der Antriebswelle DS abgegeben wird. Der Hilfsmotor AM erzeugt einen Teil der mechanischen Leistung PU4 als eine elektrische Leistung EU2, um so die Last aufzubringen. Diese regenerative elektrische Leistung wird für den Leistungsantrieb des Rotorpaar-Motors CM verwendet.
Falls die Drehzahl der Kraftmaschine EG größer ist als die Drehzahl der Antriebswelle DS (wie im Falle der 31), dann wird die elektrische Leistung, die durch den Rotorpaar-Motor CM regeneriert wird, der sich an der stromaufwärtigen Seite befindet, zu dem Hilfsmotor AM zugeführt, der sich an der stromabwärtigen Seite befindet, und zwar in einem Pfad, entlang dem die von der Kraftmaschine EG abgegebene Leistung zu der Antriebswelle DS übertragen wird. Falls die Drehzahl der Kraftmaschine EG kleiner ist als die Drehzahl der Antriebswelle DS (im Falle der 32), dann wird andererseits die elektrische Leistung, die durch den Hilfsmotor AM regeneriert wird, der sich an der stromabwärtigen Seite befindet, zu dem Rotorpaar-Motor CM zugeführt, der sich an der stromaufwärtigen Seite befindet. Die zu dem Rotorpaar-Motor CM zugeführte elektrische Leistung wird nachfolgend zu dem Hilfsmotor AM zugeführt, der sich an der stromabwärtigen Seite befindet, und zwar als eine mechanische Leistung. Dies führt zu einer Zirkulierung einer Leistung γ1, wie dies in der 32 gezeigt ist. Die Lesitungszirkulierung γ1 reduziert die wirksame Leistung, die zu der Antriebswelle DS aus jener Leistung übertragen wird, die von der Kraftmaschine EG abgegeben wird, wodurch der Antriebswirkungsgrad des Hybridfahrzeugs erniedrigt wird.
Wenn der Motor mit der Abgabewelle der Kraftmaschine verbunden ist, dann sind andererseits die Kraftmaschine, der Motor und die Leistungsreguliereinheit in dieser Reihenfolge verbunden. 33 stellt schematisch den Aufbau des Hybridfahrzeugs mit dem Motor dar, der mit der Abgabewelle der Kraftmaschine verbunden ist. Bei dem Beispiel gemäß der 33 ist der Hilfsmotor AM mit der Abgabewelle CS der Kraftmaschine EG verbunden, wohingegen der Rotorpaar-Motor CM, der als die Leistungsreguliereinheit dient, mit der Antriebswelle DS verbunden ist. Dieser Aufbau gewährleistet den hohen Antriebswirkungsgrad in dem Zustand einer Übersteuerung, wenn die Drehzahl der Antriebswelle DS größer ist als die Drehzahl der Kraftmaschine EG. Dieser Aufbau wird in dieser Beschreibung als „Übersteuerungs-Verbindung" bezeichnet.
34 zeigt eine Leistungsübertragung bei der Übersteuerungs-Verbindung, wenn die Drehzahl der Kraftmaschine EG größer ist als die Drehzahl der Antriebswelle DS. 35 zeigt eine Leistungsübertragung bei der Übersteuerungs-Verbindung, wenn die Drehzahl der Kraftmaschine EG kleiner ist als die Drehzahl der Antriebswelle DS. Nur der Rotorpaar-Motor CM kann die Drehzahl der übertragenen Leistung regulieren. Das Phänomen, das bei der Übersteuerungs-Verbindung auftritt, ist genau gegensätzlich zu dem Phänomen, das bei der Untersteuerungs-Verbindung auftritt. Falls die Drehzahl der Kraftmaschine EG größer ist als die Drehzahl der Antriebswelle DS (im Falle der 34), dann wird eine elektrische Leistung EO1, die durch den Rotorpaar-Motor CM regeneriert wird, der sich an der stromabwärtigen Seite befindet, zu dem Hilfsmotor AM zugeführt, der sich an der stromaufwärtigen Seite befindet. Falls die Drehzahl der Kraftmaschine EG kleiner ist als die Drehzahl der Antriebswelle DS (im Falle der 35), dann wird andererseits eine elektrische Leistung EO2, die durch den Hilfsmotor AM regeneriert wird, der sich an der stromaufwärtigen Seite befindet, zu dem Rotorpaar-Motor CM zugeführt, der sich an der stromabwärtigen Seite befindet. Bei dem Aufbau, bei dem der Motor mit der Abgabewelle der Kraftmaschine verbunden ist, tritt eine Leistungszirkulierung γ2 im Falle der 34 auf. Diese erniedrigt den Antriebswirkungsgrad des Hybridfahrzeuges.
Bei dem Hybridfahrzeug hängt ein Bereich eines hohen Antriebswirkungsgrades, der durch die Fahrzeuggeschwindigkeit und das abgegebene Moment definiert ist, von der Verbindung des Hilfsmotors AM ab. Eine vorgeschlagene Technik ändert die Verbindung des Hilfsmotors AM zwischen der Kraftmaschine und der Antriebswelle, um den Antriebswirkungsgrad des Hybridfahrzeuges über einen breiten Bereich zu verbessern.
Die Vielfältigkeit der Probleme tritt jedoch bei dem Prozess zum Ändern der Verbindung des Hilfsmotors AM auf. Ein konkretes Beispiel des Wechselmechanismus wird hierbei beschrieben. 36 stellt den Aufbau eines Hybridfahrzeuges dar, das die Merkmale des Oberbegriffes von Anspruch 1 aufweist, bei dem die Verbindung des Hilfsmotors AM änderbar ist. Die Verbindung des Hilfsmotors AM wird mittels einer synchronisierten Getriebeeinheit geändert, die drei Zahnräder SG1, SG2 und SG3 aufweist. Ein Rotor des Hilfsmotors AM ist mit dem Zahnrad SG3 verbunden, das in der Richtung des Pfeils verschiebbar ist. Die Zahnräder SG1 und SG2 sind jeweils mit den Drehwellen des Kupplungsmotors CM beziehungsweise der Kraftmaschine EG verbunden. Das Verschieben des Zahnrads SG3, wie es durch den Pfeil gezeigt ist, ermöglicht das Ändern der Verbindung des Hilfsmotors AM.
Die synchronisierte Getriebeeinheit erfordert einen gewissen Raum, in dem das Zahnrad SG3 in der axialen Richtung bewegbar ist. Dies führt in nicht gewünschter Weise zu einem sperrigen ganzen Wechselsystem. Die Größenausdehnung des Wechselsystems ist ein bedeutendes Problem insbesondere bei einem Fahrzeug, da der zulässige Raum zum Anbringen des Leistungssystems in dem Fahrzeug begrenzt ist. Bei der synchronisierten Getriebeeinheit bewegt sich das Zahnrad SG3 über einen relativ langen Hub zwischen den Zahnrädern SG2 und SG1 während des Wechsels. Das Wechseln erfordert dementsprechend eine relativ lange Zeit. Das Wechseln wird über einen neutralen Zustand implementiert, in dem das Zahnrad SG3 weder mit dem Zahnrad SG2 noch mit dem Zahnrad SG1 gekoppelt ist. Dies bewirkt einen Momentenabfall, so dass die Leistung der Antriebswelle plötzlich geringer wird.
Die vorstehende Beschreibung betrachtet den Aufbau, der die synchronisierte Getriebeeinheit verwendet. Das gleiche Problem eines in unerwünschter Weise sperrigen ganzen Wechselsystems wird auch bei einem anderen Aufbau vorgefunden, der zwei Kupplungen verwendet, die in der axialen Richtung angeordnet sind, um den Hilfsmotor mit und von der Kraftmaschine oder dem Kupplungsmotor zu verbinden oder zu entkoppeln. Ein anderer Nachteil von diesem Aufbau ist, dass das aufeinander folgende Wechseln der beiden Kupplungen eine relativ lange Zeitperiode erfordert.
WO 99/22955 A beschreibt ein Hybridfahrzeug mit einer Kraftmaschine, die eine Abgabewelle, eine Antriebswelle, von der eine Leistung zu Rädern abgegeben wird, einen Motor mit einer Drehwelle und einen Wechselmechanismus aufweist, der eine Verbindung der Drehwelle des Motors zwischen der Abgabewelle und der Antriebswelle ändert. Der Wechselmechanismus ist eine Doppelkupplung, die eine erste Kupplung und eine zweite Kupplung aufweist, die im Inneren beziehungsweise an der Außenseite der Drehwelle des Motors angeordnet sind, wobei die erste Kupplung die Drehwelle mit und von der Abgabewelle verbindet und entkoppelt, die zweite Kupplung die Drehwelle mit und von der Antriebswelle verbindet und entkoppelt. Der Motor ist so konfiguriert, dass er die übertragene mechanische Leistung zu der Antriebswelle durch eine mechanische/elektrische Leistungswandlung verändert.
US-A-5 730 676 beschreibt ein Verfahren zum Steuern eines Hybridgetriebes, das einen Schritt zum Steuern einer Kupplung zum Ändern der Verbindung des Motors aufweist, wenn bestimmt wird, dass das Wechseln der Verbindung des Motors erforderlich ist. Bei einem ersten Betriebsmodus sind eine Kupplung und eine Bremse von diesem Hybridgetriebe im Eingriff. Somit arbeitet ein erster Motor/Generator als ein Motor, und ein zweiter Motor/Generator arbeitet als ein Generator, und die Antriebswelle wird durch den zweiten Motor/Generator und die Kraftmaschine angetrieben. Das Fahrzeug wird beschleunigt, und in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs wird das Hybridfahrzeug so gesteuert, dass zu einem zweiten Modus geschaltet wird. Um zu dem zweiten Modus zu schalten, wird die Bremse entkoppelt, während die Kupplung im Eingriff ist. Bei dieser Stufe wird der erste Motor/Generator zu einem Motor, und der zweite Motor/Generator wird zu einem Generator. Dieser Betrieb wird fortgesetzt, bis ein dritter Betriebsmodus erreicht wird. Wenn eine gewisse und vorbestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit erreicht wird, dann werden die Kupplungen geschaltet.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Hybridfahrzeug vorzusehen, bei dem das Wechseln einer Verbindung eines Motors mit einem kleinen Wechselmechanismus innerhalb einer kurzen Zeitperiode bewirkt wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Hybridfahrzeug gelöst, das folgendes aufweist: eine Kraftmaschine mit einer Abgabewelle; eine Antriebswelle, von der eine Antriebsleistung abgegeben wird; eine Leistungsreguliereinheit, die sowohl mit der Abgabewelle als auch mit der Antriebswelle verbunden ist, um eine von der Kraftmaschine abgegebene Leistung durch eine Eingabe und eine Abgabe einer elektrischen Leistung zu verändern und um die veränderte Leistung zu der Antriebswelle zu übertragen; einen Motor mit einer Drehwelle; und einen Wechselmechanismus, der eine Verbindung der Drehwelle des Motors zwischen der Abgabewelle und der Antriebswelle ändert. Der Wechselmechanismus ist eine Doppelkupplung, die eine erste Kupplung und eine zweite Kupplung aufweist, die innerhalb beziehungsweise außerhalb der Drehwelle des Motors angeordnet sind, wobei die erste Kupplung die Drehwelle mit und von der Abgabewelle verbindet und entkoppelt, die zweite Kupplung die Drehwelle mit und von der Antriebswelle verbindet und entkoppelt.
Die Doppelkupplung gewährleistet eine raumsparende Anordnung der Drehwelle, der Abgabewelle und der Antriebswelle, und sie reduziert dadurch die Größe des ganzen Wechselsystems. Die Doppelkupplung hat zwei Kupplungen, die in der radialen Richtung ausgerichtet sind, und sie hat ein größeres Maß in der radialen Richtung als eine einzige Kupplung. Das Leistungssystem des Hybridfahrzeugs hat jedoch relativ große Bestandteile, nämlich den Motor, die Leistungsreguliereinheit und die Kraftmaschine, die in der radialen Richtung angeordnet sind. Die Größenausdehnung des Wechselmechanismus in der radialen Richtung führt dementsprechend nicht zu einer bedeutenden Ausdehnung der Größe des ganzen Wechselsystems. Eine Anwendung der Doppelkupplung verkürzt andererseits das Maß in der axialen Richtung, was bedeutend zu der Größenreduzierung des ganzen Wechselsystems beiträgt.
Die Doppelkupplung ermöglicht außerdem die Verbindung des Motors, die schnell geändert werden soll. Dies ist dadurch begründet, dass das Wechseln keinen Schaltvorgang von irgendeinem Zahnrad bei dem Aufbau der vorliegenden Erfindung mit sich bringt, und zwar anders als bei dem Aufbau gemäß der 36, der die synchronisierte Getriebeeinheit verwendet. Die vorliegende Erfindung implementiert das Wechseln nicht über den neutralen Zustand, wodurch in wirksamer Weise ein Momentenabfall verhindert wird.
Die Vielfalt der Anordnungen kann auf die Doppelkupplung anwendbar sein. Insbesondere ist eine Doppelkupplung vorzuziehen, die durch eine elektromagnetische Kraft betätigt wird. Die Regulierung der elektromagnetischen Kraft ermöglicht das relativ einfache Steuern der Betriebe der Doppelkupplung mit einer hohen Genauigkeit und einem hohen Ansprechverhalten.
Die Doppelkupplung kann eine elektromagnetische Walzenkupplung sein, die Walzen als Kopplungselemente verwendet. Die Walzenkupplung, die eine relativ kleine Größe hat, aber eine relativ große Leistung übertragen kann, wird in erwünschter Weise für den Wechselmechanismus der vorliegenden Erfindung verwendet. Die Doppelkupplung ist jedoch auf die Walzenkupplung beschränkt, sondern sie kann einen Aufbau haben, bei dem zwei Kupplungsplatten zueinander angezogen und voneinander getrennt werden, und zwar durch die Wirkung einer elektromagnetischen Kraft.
Die Verbindung des Motors kann manuell geändert werden.
Es ist jedoch vorzuziehen, dass das Hybridfahrzeug der vorliegenden Erfindung des Weiteren folgendes aufweist: eine Entscheidungseinheit, die bestimmt, ob das Wechseln einer Verbindung des Motors erforderlich ist oder nicht, und zwar auf der Grundlage von Antriebszuständen des Hybridfahrzeugs und eines gegenwärtigen Verbindungszustands des Motors; und eine Wechselsteuervorrichtung, die den Wechselmechanismus so steuert, dass die Verbindung des Motors geändert wird, wenn das Wechseln erforderlich ist.
Diese Anordnung ermöglicht das angemessene Ändern der Verbindung des Motors gemäß den Antriebszuständen des Hybridfahrzeugs. Zum Beispiel ändert diese Anordnung die Verbindung des Motors, um die Leistungszirkulierung zu verhindern, die bereits mit den 30 bis 35 beschrieben wurde. Dies verbessert vorzugsweise den Antriebswirkungsgrad des Hybridfahrzeugs.
Die Anforderungen des Wechselns werden in vielfältiger Art und Weise bestimmt.
Zum Beispiel bestimmt die Entscheidungseinheit, dass das Wechseln der Verbindung des Motors erforderlich ist, wenn ein Inkrement eines geforderten Moments, das von der Antriebswelle ab zu geben ist, nicht kleiner als ein vorbestimmtes Niveau ist, während der Motor mit der Abgabewelle der Kraftmaschine verbunden ist.
Dies entspricht einem Wechsel von dem Aufbau gemäß der 33 zu dem Aufbau gemäß der 30 als Reaktion auf einen plötzlichen Anstieg des geforderten Moments. Wie dies bereits beschrieben wurde, gewährleistet der Aufbau gemäß der 33 den hohen Antriebswirkungsgrad, wenn die Drehzahl der Kraftmaschine kleiner ist als die Drehzahl der Antriebswelle. Der Aufbau gemäß der 30 gewährleistet andererseits den hohen Antriebswirkungsgrad bei dem entgegen gesetzten Zustand. Im Falle eines plötzlichen Anstiegs des geforderten Momentes wünscht der Fahrer im Allgemeinen eine plötzliche Beschleunigung. Dies erhöht die Drehzahl der Antriebswelle, und es wird erwartet, dass der Aufbau gemäß der 30 den höheren Antriebswirkungsgrad liefert. Das Hybridfahrzeug der vorstehend beschriebenen Anwendung führt somit das Wechseln der Verbindung des Motors zu dem Aufbau gemäß der 30 als Reaktion auf den plötzlichen Anstieg des geforderten Momentes durch.
Die Entscheidung hinsichtlich der Erfordernis des Wechsels gewährleistet in vorteilhafter Weise die schnelle Beschleunigung zusätzlich zu der Verbesserung des Antriebswirkungsgrades. Es ist wünschenswert, dass der Motor ein Moment zusätzlich zu der Abgabe von der Kraftmaschine während der Beschleunigung abgibt. Falls der Motor mit der Abgabewelle der Kraftmaschine verbunden ist, dann wird das gesamte Moment über die Leistungsreguliereinheit abgegeben, die sich an der stromabwärtigen Seite befindet. Es gibt dementsprechend eine gewisse Wahrscheinlichkeit, dass die obere Grenze des von der Antriebswelle abgegebenen Momentes durch die Momentenübertragungskapazität der Leistungsreguliereinheit begrenzt ist. Falls der Motor mit der Antriebswelle verbunden ist, dann kann andererseits ein großes Moment von der Antriebswelle ohne derartige Begrenzungen abgegeben werden. Dieser Aufbau gewährleistet somit eine ausreichende Beschleunigung.
Vorzugsweise weist die Wechselsteuervorrichtung folgendes auf: eine erste Steuervorrichtung, die eine Kopplung einer gelösten Kupplung zwischen der ersten Kupplung und der zweiten Kupplung in einem zulässigen Bereich gemäß einer Differenz zwischen Drehzuständen von zwei Wellen bewirkt, die mit der gelösten Kupplung verbunden sind, wodurch die Differenz zwischen den Drehzuständen der beiden Wellen reduziert wird; und eine zweite Steuervorrichtung, die einen durchzuführenden Wechsel zwischen der ersten Kupplung und der zweiten Kupplung bewirkt, wenn bestimmt wird, dass die Drehzustände der beiden Wellen eine vorbestimmte Kopplungsbedingung hinsichtlich der gelösten Kupplung bei der Ausführung der ersten Steuervorrichtung erfüllen.
Um die gelöste Kupplung zu koppeln, ist es erforderlich, die Drehzahlen der beiden mit der gelösten Kupplung verbundenen Drehwellen so zu gestalten, dass sie im Wesentlichen miteinander übereinstimmen. Ein mögliches Verfahren steuert die Leistungsreguliereinheit und die anderen Bestandteile, die mit den beiden Wellen verbunden sind, um die Drehzahlen der beiden Wellen auszugleichen. Die bei der vorstehend beschriebenen Anordnung übernommene Steuertechnik bewirkt eine Kopplung der gelösten Kupplung in einem zulässigen bereich der Kupplung, auch wenn die beiden Wellen unterschiedliche Drehzustände haben, und sie synchronisiert allmählich die Drehzustände der beiden Wellen, nämlich zumindest ihre Drehzahlen oder ihre Momente. Diese Anordnung gewährleistet die schnelle Synchronisierung der Drehungen der beiden Wellen, und sie verkürzt in wünschenswerter Weise jene Zeit, die zum Abschließen des Wechselns erforderlich ist. Diese Steuertechnik kann allein oder in Kombination mit der Steuerung der Leistungsreguliereinheit und der anderen Bestandteile übernommen werden, die mit der gelösten Kupplung verbunden sind.
Die gelöste Kupplung kann in dem zulässigen Bereich der Kupplung in vielfältigen Arten und Weisen gekoppelt werden. Bei einem Ausführungsbeispiel wird die gelöste Kupplung mit einer höheren Kopplungskraft in Abhängigkeit einer Verringerung der Drehzahldifferenz zwischen den beiden Wellen gekoppelt. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird die Kopplungskraft der gelösten Kupplung stufenweise geändert. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die gelöste Kupplung gekoppelt werden, während die Kopplungskraft der gelösten Kupplung in einer schwankenden Art und Weise verändert wird.
Das erste und das zweite Ausführungsbeispiel stellen den halb gekoppelten Zustand dar. Wenn die beiden Wellen einen bedeutenden Unterschied der Drehzahl aufweisen, dann wird die Kupplung mit einer kleinen Kopplungskraft gekoppelt, um einen Schlupf zu verursachen. Die Funktion einer Reibungskraft, die zwischen den beiden Wellen wirkt, veranlasst, dass die Drehzahlen der beiden Wellen im Wesentlichen miteinander übereinstimmen. Eine allmähliche Erhöhung der Kopplungskraft bei einer Verringerung der Drehzahldifferenz ermöglicht eine schnelle Synchronisierung der Drehzahlen. Bei der zweiten Anwendung kann die Kopplungskraft durch verschiedene Schritte geändert werden, bis die Drehzahlen der beiden Wellen die Kopplungsbedingung erfüllen. Die Kopplungskraft, die den Schlupf verursachen soll, kann alternativ gehalten werden, bis die Drehzustände der beiden Wellen die Kopplungsbedingung erfüllen. Die zweite Anwendung zum Schrittweisen ändern der Kopplungskraft erleichtert in vorteilhafter Weise die Regulierung der Kupplung. Dies vereinfacht die Schaltungsstruktur der Kupplung, die durch die Wirkung einer elektromagnetischen Kraft arbeitet.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel kann die Kopplungskraft gemäß dem Stoßmoment geändert werden, das an der Kupplung bei dem Kopplungsprozess erzeugt wird. Das Koppeln der Kupplung unter jener Bedingung, dass die beiden Wellen sehr unterschiedliche Drehzustände haben, bewirkt ein großes Stoßmoment, das aufgrund der Trägheit wirkt. Eine Verringerung der Kopplungskraft reduziert das Moment, das auf die Kupplung aufgebracht wird, und sie verhindert in wirksamer Weise eine bedeutende Verkürzung der Lebensdauer der Kupplung. Das Stoßmoment, das vorher wirkt, reduziert die Differenz der Drehzustände zwischen den beiden Wellen. Die Anordnung zum Ändern der Kopplungskraft der Kupplung in einer schwankenden Art und Weise verkürzt ebenfalls die Zeit, die zum Abschließen des Wechsels erforderlich ist.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Steuerprozedur zum Verkürzen jener Zeit, die zum Abschließen des Wechselns erforderlich ist, hat der Wechselmechanismus eine Walzenkupplung, die durch die Wirkung einer elektromagnetischen Kraft betätigt wird und zumindest drei unterschiedliche Kopplungszustände erreicht, nämlich einen gelösten Zustand, einen vollständig gekoppelten Zustand zum Zulassen einer Momentenübertragung über Walzen und einen teilweise gekoppelten Zustand zum Zulassen einer Momentenübertragung nicht über die Walzen in einem Bereich, der kleiner ist als das übertragbare Moment bei dem vollständig gekoppelten Zustand. Bei dieser Anordnung bewirkt die erste Steuervorrichtung, dass die gelöste Kupplung das Koppeln in dem teilweise gekoppelten Zustand verstärkt. Der teilweise gekoppelte Zustand entspricht einem Übergangszustand, über den die Kupplung von dem gelösten Zustand zu dem gekoppelten Zustand umschaltet.
Außerdem ist vorzuziehen, dass die erste Steuervorrichtung die Kopplung der Walzenkupplung in einer intermittierenden Art und Weise bewirkt. Diese Anordnung erfordert eine einfache binäre Regulierung, nämlich eine Ein/Aus-Regulierung der elektromagnetischen Kraft, die die Kupplung antreibt, wodurch die Steuerprozedur vereinfacht wird.
Ungeachtet der Ausführung oder der Nicht-Ausführung der Steuerprozedur zum Verkürzen jener Zeit, die zum Abschließen des Wechselns erforderlich ist, ist es wünschenswert, dass der Wechsel über einen Zustand implementiert wird, in dem sowohl die erste Kupplung als auch die zweite Kupplung in einem gekoppelten Zustand sind. Diese Anordnung verhindert in wirksamer Weise einen Momentenabfall während des Wechselns, und sie gewährleistet einen sanften Antrieb des Hybridfahrzeugs.
Bei dem Hybridfahrzeug der vorliegenden Erfindung ist eine Vielzahl Aufbauten für die Leistungsreguliereinheit anwendbar.
Zum Beispiel hat die Leistungsreguliereinheit einen Rotorpaar-Motor mit einem ersten Rotor, der mit der Abgabewelle verbunden ist, und einem zweiten Rotor, der mit der Antriebswelle verbunden ist.
Der Rotorpaar-Motor ermöglicht eine Übertragung der Leistung von einem Rotor zu dem anderen Rotor durch eine elektromagnetische Kopplung der beiden Rotoren. Der Rotorpaar-Motor ermöglicht außerdem eine Regenerierung eines Teiles der Leistung in der Form von elektrischer Leistung mittels eines relativen Schlupfes zwischen den beiden Rotoren. Der Rotorpaar-Motormit diesen beiden Funktionen wird in wünschenswerter Weise als die Leistungsreguliereinheit verwendet.
Gemäß einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Leistungsreguliereinheit folgendes auf: einen Generator mit einer Rotorwelle; und eine Planetengetriebeeinheit mit drei Drehwellen, die mit der Abgabewelle, der Antriebswelle beziehungsweise der Rotorwelle verbunden sind.
Diese Anordnung ermöglicht die Erzeugung einer Leistung durch Drehungen der Abgabewelle, die zu der Antriebswelle und der Rotorwelle auf der Grundlage der allgemeinen Wirkungen der Planetengetriebeeinheit zu verteilen und zu übertragen sind. Ein Teil der in die Abgabewelle eingegebenen Leistung wird dementsprechend zu der Antriebswelle übertragen, und die zu der Rotorwelle verteilte Leistung wird als eine elektrische Leistung durch den Generator regeneriert. Diese beiden Faktoren gewährleisten die Funktionen der Leistungsreguliereinheit.
Diese sowie weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 stellt schematisch den Aufbau eines Hybridfahrzeuges bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar;
2 stellt schematisch den Aufbau einer Doppelkupplung dar, die an dem Hybridfahrzeug gemäß der 1 angebracht ist;
3 stellt den Aufbau einer inneren Dreheinheit dar, die bei der Doppelkupplung enthalten ist;
4 zeigt eine Schnittansicht der inneren Dreheinheit entlang einer Linie A-A in der 3;
5 zeigt eine Schnittansicht der inneren Dreheinheit entlang einer Linie B-B in der 3;
6 zeigt eine Querschnittsform eines anderen Nockens bei einem abgewandelten Beispiel;
7 zeigt eine Schnittansicht eines Nockens und von Walzen bei einem anderen abgewandelten Beispiel;
8 stellt den Aufbau einer äußeren Dreheinheit dar, die bei der Doppelkupplung enthalten ist;
9 stellt den Aufbau einer mittleren Dreheinheit dar, die bei der Doppelkupplung enthalten ist;
10 zeigt den Zustand des Leistungssystems bei den jeweiligen Ein/Aus-Zuständen der Doppelkupplung bei dem Hybridfahrzeug des Ausführungsbeispiels;
11 zeigt eine grafische Darstellung eines Prozesses einer Momentenumwandlung bei dem Zustand einer unter Steuerungs-Verbindung, falls die Drehzahl Nd der Achse kleiner ist als die Drehzahl Ne der Kraftmaschine;
12 zeigt eine grafische Darstellung eines Prozesses zur Momentenumwandlung in dem Zustand einer Untersteuerungs- Verbindung, falls die Drehzahl Nd der Achse größer ist als die Drehzahl Ne der Kraftmaschine;
13 zeigt eine grafische Darstellung eines Prozesses einer Momentenumwandlung in dem Zustand einer Übersteuerungs-Verbindung, falls die Drehzahl Nd der Achse kleiner ist als die Drehzahl Ne der Kraftmaschine;
14 zeigt eine grafische Darstellung eines Prozesses einer Momentenumwandlung in dem Zustand einer Übersteuerungs-Verbindung, falls die Drehzahl Nd der Achse größer ist als die Drehzahl Ne der Kraftmaschine;
15 zeigt die Auswahl von verschiedenen Antriebsmodi bei dem Hybridfahrzeug von diesem Ausführungsbeispiel;
16 zeigt ein Flussdiagramm einer Momentensteuerroutine bei dem Standardantriebsmodus;
17 zeigt eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen dem Antriebspunkt der Kraftmaschine und dem Antriebswirkungsgrad;
18 zeigt ein Flussdiagramm einer Verbindungszustandswechselsteuerroutine;
19 zeigt das Erfordernis des Wechsels aus der Untersteuerungs-Verbindung zu der Übersteuerungs-Verbindung;
20 zeigt das Erfordernis des Wechsels aus der Übersteuerungs-Verbindung zu der Untersteuerungs-Verbindung;
21 zeigt Änderungen des Kopplungszustandes der Doppelkupplung und der Drehzahl der mittleren Welle während eines Wechselbetriebes;
22 zeigt eine grafische Darstellung eines Prozesses zum Regulieren einer elektrischen Spannung bei einer ersten Anwendung;
23 zeigt eine grafische Darstellung eines Prozesses zum Regulieren einer elektrischen Spannung bei einer zweiten Anwendung;
24 zeigte eine grafische Darstellung eines Prozesses zum Regulieren einer elektrischen Spannung bei einer dritten Anwendung;
25 zeigt eine grafische Darstellung einer Änderung der Drehzahl bei dem Wechselprozess;
26 stellt schematisch den Aufbau eines Hybridfahrzeuges bei einem abgewandelten Beispiel dar;
27 zeigt den Zustand des Leistungssystems bei den verschiedenen Ein/Aus-Zuständen der Doppelkupplung bei dem Hybridfahrzeug des abgewandelten Beispiels;
28 stellt den Aufbau einer Doppelkupplung bei einem ersten abgewandelten Beispiel dar;
29 stellt den Aufbau einer anderen Doppelkupplung bei einem zweiten abgewandelten Beispiel dar;
30 stellt schematisch den Aufbau eines Hybridfahrzeugs mit einem Motor dar, der mit einer Antriebswelle verbunden ist;
31 zeigt eine Leistungsübertragung im Falle einer Untersteuerungs-Verbindung, wenn die Drehzahl der Kraftmaschine größer ist als die Drehzahl der Antriebswelle bei dem Aufbau gemäß der 30;
32 zeigt eine Leistungsübertragung im Falle einer Untersteuerungs-Verbindung, wenn die Drehzahl der Kraftmaschine kleiner ist als die Drehzahl der Antriebswelle bei dem Aufbau gemäß der 30;
33 stellt schematisch den Aufbau des Hybridfahrzeugs mit dem Motor dar, der mit der Abgabewelle der Kraftmaschine verbunden ist;
34 zeigt eine Leistungsübertragung im Falle einer Übersteuerungs-Verbindung, wenn die Drehzahl der Kraftmaschine größer ist als die Drehzahl der Antriebswelle bei dem Aufbau gemäß der 33;
35 zeigt eine Leistungsübertragung im Falle einer Übersteuerungs-Verbindung, wenn die Drehzahl der Kraftmaschine kleiner ist als die Drehzahl der Antriebswelle bei dem Aufbau gemäß der 33; und
36 stellt den Aufbau eines Hybridfahrzeugs dar, bei dem die Verbindung des Hilfsmotors änderbar ist.
BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend in der folgenden Reihenfolge beschrieben:

A. Systemaufbau
B. Aufbau der Doppelkupplung
C. Verbindung des Leistungssystems
D. Allgemeine Betriebe
E. Antriebssteuerprozess
F. Verbindungszustandswechselsteuerung
G. Kopplung der gelösten Kupplung
H. Wirkungen
I. Abwandlung

A. Systemaufbau
Die 1 stellt schematisch den Aufbau eines Hybridfahrzeugs bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Das Hybridfahrzeug hat ein Leistungssystem einschließlich einer Kraftmaschine 150, eines Kupplungsmotors 130 und eines Hilfsmotors 140. Wie dies später beschrieben wird, wird eine Verbindung des Hilfsmotors 140 zwischen der Kraftmaschine 150 und dem Kupplungsmotor 130 geändert.
Die Kraftmaschine 150 ist eine herkömmliche Benzinkraftmaschine. Betriebe der Kraftmaschine 150 werden durch eine EFIECU (elektronische Kraftstoffeinspritzungs- und Kraftmaschinensteuereinheit) 170 gesteuert. Die EFIECU 170 ist ein Ein-Chip-Microcomputer einschließlich einer CPU, eines ROM und eines RAM. Die CPU steuert zum Beispiel eine Kraftstoffeinspritzung der Kraftmaschine 150 gemäß einem Programm, das in dem ROM gespeichert ist. Um derartige Steuerprozesse auszuführen, ist eine Vielzahl Sensoren, die Antriebszustände der Kraftmaschine 150 angeben, mit der EFIECU 170 verbunden. Einer von derartigen Sensoren ist ein Drehzahlsensor 152, der eine Drehzahl einer Kurbelwelle 156 misst. Andere Sensoren und Schalter sind aus der Darstellung weggelassen. Die EFIECU 170 ist elektrisch mit einer Hauptsteuereinheit 190 verbunden und überträgt verschiedene Informationen zu und von der Hauptsteuereinheit 190. Die EFIECU 170 steuert die Kraftmaschine 150 als Reaktion auf eine Vielzahl Befehlswerte hinsichtlich der Antriebszustände der Kraftmaschine 150, die von der Hauptsteuereinheit 190 abgegeben werden.
Die Kurbelwelle 156 der Kraftmaschine 150 ist mit einem inneren Rotor 132 des Kupplungsmotors 130 über einen Dämpfer 157 verbunden. Der Kupplungsmotor 130 ist ein Rotorpaar-Motor, der den inneren Rotor 132 aufweist, welcher mit einer inneren Rotorwelle 133 verbunden ist, und einen äußeren Rotor 134, der mit einer Antriebswelle 135 verbunden ist, wobei der innere Rotor 132 und der äußere Rotor 134 relativ zueinander drehbar sind. Der äußere Rotor 134 ist mit einer Achse 116 mit Antriebsrädern 116R und 116L über die Antriebswelle 135 und ein Differentialgetriebe 114 verbunden. Der Kupplungsmotor 130 arbeitet als ein Motor bei einer elektrischen Leistungszufuhr. Der Kupplungsmotor 130 dient außerdem als ein Generator, wenn eine externe Kraft zum Drehen des inneren Rotors 132 und des äußeren Rotors 134 aufgebracht wird. Der Kupplungsmotor 130 kann auch ein Motor sein, der durch eine Sinuswelle magnetisiert wird, bei der die magnetische Flussdichte zwischen dem inneren Rotor 132 und dem äußeren Rotor 134 eine Sinusartige Verteilung in einer Umfangsrichtung aufweist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird jedoch als der Kupplungsmotor 130 ein Motor verwendet, der nicht durch eine Sinuswelle magnetisiert wird, der relativ große Momente abgeben kann.
Da sowohl der innere Rotor 132 als auch der äußere Rotor 134 drehbar sind, ermöglicht der Kupplungsmotor 130 eine Übertragung der von einem Rotor eingegebenen Leistung zu dem anderen Rotor. Der Kupplungsmotor 130 führt die Leistungsfahrt durch um die verstärkte Leistung zu dem anderen zu übertragen, und er führt den Regenerativbetrieb durch, um einen Teil der mechanischen Leistung in der Form von elektrischer Leistung herauszuführen, während die restliche mechanische Leistung übertragen wird. Es wird keine Leistung übertragen, wenn der Kupplungsmotor 130 weder die Leistungsfahrt noch den Regenerativbetrieb durchführt. Dieser Zustand wird durch das Lösen einer mechanischen Kupplung erreicht.
Der äußere Rotor 134 ist elektrisch mit einer Batterie 194 über einen Schlupfring 138 und eine Antriebsschaltung 191 verbunden. Die Antriebsschaltung 191 ist als ein Transistorwandler mit einer Vielzahl Transistoren als Schaltelemente aufgebaut, und sie ist mit der Hauptsteuereinheit 190 elektrisch verbunden. Die Hauptsteuereinheit 190 führt eine PWM-Steuerung (Pulsweitenmodulationssteuerung) der Ein- und Auszeit der Transistoren bei der Antriebsschaltung 191 durch. Der Drei-Phasen-Wechelstrom, wobei die Batterie 194 die Leistungsquelle ist, strömt dann durch den äußeren Rotor 134 über den Schlupfring 138, so dass sich der Kupplungsmotor 130 dreht.
Der Hilfsmotor 140 ist als ein synchroner Motor/Generator wie der Kupplungsmotor 130 aufgebaut, und er hat einen Rotor 142 mit einer Vielzahl Dauermagnete, die an einer Außenumfangsseite davon angebracht sind, und einem Stator 144 mit Drei-Phasen-Spulen, die daran gewickelt sind, so dass ein umlaufendes Magnetfeld erzeugt wird. Der Hilfsmotor 140 ist mit der Batterie 194 über eine Antriebsschaltung 192 verbunden. Die Antriebsschaltung 192 ist ebenfalls als ein Transistorinverter aufgebaut. Die Hautsteuereinheit 190 schaltet die Transistoren bei der Antriebsschaltung 192 ein und aus, um ein umlaufendes Magnetfeld des Stators 144 zu erzeugen und um den Hilfsmotor 140 zu drehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Motor, der nicht durch eine Sinuswelle magnetisiert wird, als der Hilfsmotor 140 verwendet.
Der Hilfsmotor 140, der Kupplungsmotor 130 und die Kraftmaschine 150 sind jeweils mit einer Doppelkupplung 200 verbunden. Bei dem Leistungssystem von diesem Ausführungsbeispiel wird die Position der Kraftmaschine 150 als eine stromaufwärtige Seite bezeichnet, und die Position der Achse 116 wird als eine stromabwärtige Seite bezeichnet. Wie dies bereits beschrieben ist, ändert die Doppelkupplung 200 die Verbindung des Hilfsmotors 140 zwischen der stromaufwärtigen Seite des Kupplungsmotors 130 und der stromabwärtigen Seite des Kupplungsmotors 130.
B. Aufbau der Doppelkupplung
Die 2 stellt schematisch eine obere Hälfte der Doppelkupplung 200 einschließlich einer Drehachse dar. Die Doppelkupplung 200 hat drei Dreheinheiten und eine ortsfeste Einheit 600. die Dreheinheiten sind eine innere Dreheinheit 300, eine mittlere Dreheinheit 400 und eine äußere Dreheinheit 500, die in dieser Folge radial von der Drehachse aus angeordnet sind. Diese Dreheinheiten 300 bis 500 sind mit Lager 701 bis 705 montiert, so dass sie relativ zueinander drehbar sind. Die Lager 701 bis 704 sind Nadellager, und das Lager 705 ist ein Kugellager. Bei dem Aufbau von dem Ausführungsbeispiel sind die innere Dreheinheit 300, die mittlere Dreheinheit 400 und die äußere Dreheinheit 500 mit der Kraftmaschine 150, dem Hilfsmotor 140 beziehungsweise dem äußeren Rotor 134 des Kupplungsmotors 130 verbunden. Die Konfigurationen der Ortsfesten Einheit 600 und der jeweiligen Dreheinheiten 300 bis 500 werden in weiteren Einzelheiten beschrieben.
Die ortsfeste Einheit 600 besteht aus einem magnetischen Material, und sie hat Kerne 602 und 604, die Elektromagnetspulen 601 beziehungsweise 603 in sich aufnehmen. Die ortsfeste Einheit 600 ist an einem Gehäuse der Doppelkupplung 200 mit Schrauben befestigt. Eine elektrische Leistung wird von der Batterie 194 zu den Spulen 601 und 603 zugeführt, wie dies in der 1 gezeigt ist, und sie wird durch Ein/Aus-Betriebe von Schaltern 611 beziehungsweise 613 reguliert.
Die 3 zeigt den Aufbau der inneren Dreheinheit 300. Der Teil, der durch die durchgezogenen Linien definiert ist, stellt die innere Dreheinheit 300 dar. Die innere Dreheinheit 300 hat eine innere Welle 301, die als eine Leistungsübertragungswelle arbeitet. Ein Nocken 302 ist an dem Außenumfang der inneren Welle 301 befestigt. Die 4 zeigt eine Schnittansicht der inneren Dreheinheit 300 entlang der Linie A-A in der 3. Der Nocken 302 hat einen Querschnitt eines regelmäßigen Zehn-Eckes. Die mittlere Dreheinheit 400 hat eine mittlere Welle 401, die als eine Leistungsübertragungswelle arbeitet und eine Innenumfangsfläche mit einem runden Querschnitt aufweist. Das Intervall zwischen der inneren Umfangsseite der mittleren Welle 401 und der äußeren Umfangsseite des Nockens 302 wird in der Nähe des entsprechenden Eckpunktes des gleichmäßigen Zehn-Eckes enger, und es wird in der Nähe der Mitte der jeweiligen Seite des gleichmäßigen Zehn-Eckes breiter, so dass ein keilartiger Raum erzeugt wird. Der Nocken 302 kann einstückig mit der inneren Welle 301 ausgebildet sein.
Ein Stützelement 305 und Walzen 304 sind an dem Außenumfang des Nockens 302 so angebracht, dass sie in der Umfangsrichtung drehbar sind. Unter Bezugnahme auf die 4 hat das Stützelement 305 zehn Taschen, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind, um entsprechend zehn Walzen 304 aufzunehmen. Der Durchmesser von jeder Walze 304 ist kleiner als das maximale Intervall zwischen der mittleren Welle 401 und dem Nocken 302, aber er ist größer als das minimale Intervall. Wenn die Walze 304 in der Nähe der Mitte des jeweiligen keilartigen Raumes angeordnet ist, dann ist ein Zwischenraum zwischen dem Nocken 302, der Walze 304 und der mittleren Welle 401 vorhanden. Dementsprechend wird keine Leistung zwischen der inneren Welle 301 und der mittleren Welle 401 übertragen.
Wenn sich eine Walze r1 (304) in der Umfangsrichtung bewegt, wie dies durch den Pfeil in der 4 gezeigt ist, um sich entweder einem Ende WR beziehungsweise WL des keilartigen Raumes anzunähern, dann werden der Nocken 302, die Walze 304 und die mittlere Welle 401 einstückig miteinander gekoppelt, um eine Leistungsübertragung zwischen der inneren Welle 301 und der mittleren Welle 401 zu ermöglichen. Falls sich die innere Welle 301 im Uhrzeigersinn dreht, dann verstärkt die Walze 304 die Kopplung an dem Ende WL, um eine Leistungsübertragung zu der mittleren Welle 401 zu ermöglichen. Falls sich die innere Welle 301 im Gegenuhrzeigersinn dreht, dann verstärkt die Walze 304 andererseits die Kopplung an dem Ende WR, um eine Leistungsübertragung zu der mittleren Welle 401 zu ermöglichen.
Auf diese Art und Weise verbindet und entkoppelt die Doppelkupplung 200 von diesem Ausführungsbeispiel die innere Welle 301 mit und von der mittleren Welle 401 gemäß der Position der Walzen 304. Im Folgenden wird ein Mechanismus zum Regulieren der Position der Walzen 304 beschrieben. Unter erneuter Bezugnahme auf die 3 halten das Stützelement 305 und der Nocken 302 eine Schaltfeder 303 an einem ihrer Enden. Die 5 zeigt eine Schnittansicht der inneren Dreheinheit 300 entlang der Linie B-B in der 3. Sowohl der Nocken 302 als auch das Stützelement 305 haben Kerben, in denen die Schaltfeder 303 angeordnet wird. Die Schaltfeder 303 erzeugt eine elastische Kraft, die in jenen Richtungen wirkt, die durch die Pfeile in der 5 gezeigt sind. Während keine externe Kraft aufgebracht wird, hält die Schaltfeder 303 das Stützelement 305 an der dargestellten Position, das heißt bei einem neutralen Zustand.
Wie dies in der 3 gezeigt ist, hat das Stützelement 305 außerdem einen Säulenartigen Vorsprung 306, der an verschiedenen Positionen an dem anderen Ende entgegengesetzt zu der Schaltfeder 303 befestigt ist. Der Säulenartige Vorsprung 306 hat einen scheibenförmigen Anker 307, der daran angeordnet ist. Der Vorsprung 306 bewirkt eine einstückige Drehung des Ankers 307 mit dem Stützelement 305. Der Anker 307 ist jedoch nicht an dem Vorsprung 306 befestigt, aber er ist einfach an dem Vorsprung 306 über einen kleinen Zwischenraum angeordnet, so dass er in der Richtung der Drehachse bewegbar ist.
Wenn ein elektrischer Strom in die Spule 603 eingespeist wird, dann wird der Anker 307 zu der sich radial erstreckenden Seitenfläche 410 der mittleren Welle 401 angezogen, so dass er sich einstückig mit der sich radial erstreckenden Seitenfläche 410 dreht. Da der Anker 307 zu der sich radial erstreckenden Seitenfläche 410 mit einer ausreichend starken Kraft angezogen wird, bewegt sich das Stützelement 305 in der Umfangsrichtung entgegen der elastischen Kraft der Schaltfeder 303. Die Walzen 304 bewegen sich dementsprechend in der Umfangsrichtung, so dass die innere Welle 301 mit der mittleren Welle 401 gekoppelt wird, wie dies im Voraus unter Bezugnahme auf die 4 beschrieben ist. Bei der Doppelkupplung 200 bilden der Nocken 302, die Walzen 304, das Stützelement 305, der Vorsprung 306, der Anker 307, die Schaltfeder 303, die Spule 603 und die sich radial erstreckende Seitenfläche 410 eine innere elektromagnetische Kupplungseinheit. Der Anker 307 und die sich radial erstreckende Seitenfläche 410 entsprechen einem Reibkopplungselement der inneren elektromagnetischen Kupplungseinheit.
Der Nocken 302 kann vielfältige Querschnittsformen außer der zehneckigen Form aufweisen, die in der 4 gezeigt ist. Die 6 zeigt eine Querschnittsform eines anderen Nockens 302 bei einem abgewandelten Beispiel. Bei dem Ausführungsbeispiel der 4 hat der Nocken 302 planare Außenumfangsseiten, so dass keilartige Räume erzeugt werden. Bei dem abgewandelten Beispiel der 6 hat der Nocken 302a andererseits nach innen gerichtete konvexe, bogenförmige Seiten 302b. Jede bogenförmige Seite 302b hat einen Krümmungsradius c1, der im Wesentlichen equivalent zu dem Außenradius des Nockens 302a ist. Diese Querschnittsform bewirkt, dass das Intervall zwischen dem Außenumfang des Nockens 302a und dem Innenumfang der mittleren Welle 401 in der Umfangsrichtung plötzlich enger wird, wenn dies mit dem Intervall bei dem Ausführungsbeispiel der 4 verglichen wird. Dies erleichtert in vorteilhafter Weise das Koppeln der Walzen 304. Jede Walze 304, die sich in der neutralen Position befindet, bewegt sich geringfügig in der Umfangsrichtung, um das Koppeln in einem Bereich WR' oder in einem Bereich WL' zu verstärken. Die Querschnittsform des abgewandelten Beispiels reduziert dementsprechend ein mögliches Zahnspiel im Falle einer Änderung der Drehrichtung. Der Nocken ist nicht auf die Formen des Ausführungsbeispiels und dieses abgewandelten Beispiels beschränkt, sondern er kann vielfältige andere Querschnittsformen aufweisen, die eine Erzeugung von keilartigen Räumen zwischen der Innenumfangsseite der mittleren Welle 401 und der Außenumfangsseite des Nockens gewährleisten.
Die Kupplungseinheit kann die Walzen in einer anderen Konfiguration halten. Die 7 zeigt eine Schnittansicht eines Nockens 302c und von Walzen 304a und 304b bei einem abgewandelten Beispiel. Ausschließlich ein Teil des Nockens 302c ist in der 7 gezeigt. Bei dem Ausführungsbeispiel der 4 befindet sich eine Walze 304 in dem entsprechenden keilartigen Raum und verstärkt das Koppeln sowohl durch die Drehung im Uhrzeigersinn als auch durch die Drehung im Gegenuhrzeigersinn. Bei dem abgewandelten Beispiel der 7 werden andererseits zwei Walzen 304a und 304b gemäß der Drehrichtung wahlweise verwendet. Bei dem abgewandelten Beispiel der 7 werden die Walzen 304a und 304b in dem neutralen Zustand an spezifischen Positionen gehalten, die von den Mitten entsprechenden Seiten des Nockens 302c so abweichen, dass sie näher an einander sind. Falls sich die mittlere Welle 401 in der Richtung eines Pfeils rd1 dreht, dann bewegt sich die Walze 304a zu jener Position, die durch die gestrichelte Linie definiert ist, um das Koppeln zu verstärken. Falls sich die mittlere Welle 401 in der Richtung eines Pfeils rd2 dreht, dann bewegt sich im Gegensatz dazu die andere Walze 304b zu jener Position, die durch die gestrichelte Linie definiert ist, um das Koppeln zu verstärken. Es bewegt sich nämlich eine der Walzen von dem Walzenpaar wahlweise, um das Koppeln gemäß der Drehrichtung zu verstärken. Diese Anordnung gewährleistet das schnelle Koppeln, und sie reduziert das mögliche Zahnspiel. Der Aufbau des Nockens und der Walzen ist nicht auf das Ausführungsbeispiel und dieses abgewandelte Beispiel beschränkt, sondern er kann eine Vielzahl anderer Konfigurationen aufweisen, solange die Konfiguration des Nockens und der Walzen sowohl den gekoppelten Zustand als auch den gelösten Zustand erreichen. Zum Beispiel kann sich eine Vielzahl Walzen in den entsprechenden Keilartigen Räumen befinden.
Der Aufbau der äußeren Dreheinheit 500 wird unter Bezugnahme auf die 8 beschrieben. Jener Teil, der durch die durchgezogenen Linien definiert ist, stellt die äußere Dreheinheit 500 dar. Die äußere Dreheinheit 500 hat eine äußere Welle 501, die als eine Leistungsübertragungswelle arbeitet. Ein ringförmiger Rotor 502 ist an der äußeren Welle 501 so angeordnet, dass er der Spule 601 zugewandt ist. Der Rotor 502 besteht aus einem magnetischen Material, und er ist so befestigt, dass er sich einstückig mit der äußeren Welle 501 dreht. Zwischen dem Rotor 502 und der Spule 601 ist ein kleiner Zwischenraum vorgesehen, damit die Drehungen des Rotors 502 nicht gestört werden. Der Rotor 502 arbeitet als ein Reitkopplungselement einer äußeren elektromagnetischen Kupplungseinheit. Die äußere Welle 501 kann eine Zahnscheibe 503 aufweisen, damit ein Steuerriemen 504 die Leistung von der äußeren Welle 501 abnehmen kann.
Der Aufbau der mittleren Dreheinheit 400 wird unter Bezugnahme auf die 9 beschrieben. Jener Teil, der durch die durchgezogenen Linien definiert ist, stellt die mittlere Dreheinheit 400 dar. Die mittlere Dreheinheit 400 hat die mittlere 401, die als die Leistungsübertragungswelle arbeitet, wie dies bereits beschrieben ist. Die mittlere Welle 401 besteht aus Stahl, und sie hat einen großen diametralen Abschnitt und einen kleinen diametralen Abschnitt quer zu der sich radial erstreckenden scheibenförmigen Seitenfläche 410. Die äußere elektromagnetische Kupplungseinheit ist zwischen dem Außenumfang des großen diametralen Abschnittes und der äußeren Welle 501 angeordnet. Die äußere elektromagnetische Kupplungseinheit hat im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie die innere elektromagnetische Kupplungseinheit. Ein Nocken 402 ist an dem Außenumfang des großen diametralen Abschnittes der mittleren Welle 401 befestigt. Ein Stützelement 405 mit Walzen 404 und eine Schaltfeder 403 sind an dem Außenumfang des Nockens 402 angebracht. Das Stützelement 405 hat einen Vorsprung 406, an dem ein Anker 407 angeordnet ist. Diese Bestandteile, der Rotor 502 und die Spule 601 bilden die äußere elektromagnetische Kupplungseinheit. Die Betriebe der äußeren elektromagnetischen Kupplungseinheit sind im Wesentlichen gleich der inneren elektromagnetischen Kupplungseinheit, und sie werden somit hierbei nicht besonders beschrieben. Wie dies bereits beschrieben ist, sind der Nocken 402 und die anderen dazugehörigen Bauelemente, die an der Außenumfangsfläche der mittleren Welle 401 angebracht sind, bei der äußeren elektromagnetischen Kupplungseinheit enthalten, wohingegen die Innenumfangsfläche und die sich radial erstreckende Seitenfläche 410 der mittleren Welle 401 bei der inneren elektromagnetischen Kupplungseinheit enthalten sind.
Ein Steuermechanismus zum Umschalten der Doppelkupplung 200 wird hierbei beschrieben. Wie dies in der 1 gezeigt ist, sind die Spulen 601 und 603 der Doppelkupplung 200 mit der Batterie 194 über die Schalter 611 beziehungsweise 613 verbunden. Die Schalter 611 und 613, die in der 1 schematisch dargestellt sind, sind Transistoren, die als Schaltelemente arbeiten. Die Hauptsteuereinheit 190 steuert den Ein/Aus-Zustand der Schalter 611 und 613. Das Regulieren der Pulsdauer hinsichtlich der aktivierten Schaltelemente führt zu einer Steuerung der elektrischen Spannungen der Spulen 601 und 603. Die beiden Wellen können dadurch miteinander gekoppelt werden, dass die Stärken der Anziehungen der Anker 307 und 407 über die Zeit allmählich verändert werden. Eine Vielzahl Schaltelemente wie zum Beispiel Thyristoren oder Relays können für die Schalter 611 und 613 angewendet werden.
C. Verbindung bei dem Leistungssystem
Im Folgenden werden die Betriebe der Doppelkupplung 200 des Ausführungsbeispiels und die Verbindung bei dem Leistungszustand beschrieben, der durch derartige Betriebe erreicht wird. Die 10 zeigt den Zustand des Leistungssystems bei den jeweiligen Ein-/Aus-Zuständen der Doppelkupplung 200 bei dem Hybridfahrzeug des Ausführungsbeispiels. Das Umschalten der Doppelkupplung 200 ändert die Verbindung des Hybridfahrzeugs zwischen vier unterschiedlichen Verbindungszuständen A–D.
Bei dem Verbindungszustand A sind sowohl die innere Kupplung als auch die äußere Kupplung in der Ein-Position; Das heißt es wird ein elektrischer Strom in beide Spulen 601 und 603 eingespeist. In diesem Fall der Stärken sowohl die innere Kupplung als auch die äußere Kupplung das Koppeln, damit sich die innere Welle 301, die mittlere Welle 401 und die äußere Welle 501 einstückig drehen. Der Verbindungszustand A ist nämlich equivalent zu jener Konfiguration, bei der der Kupplungsmotor 130 nicht arbeitet, und bei der die Kraftmaschine 150 und der Hilfsmotor 140 direkt mit der Antriebswelle verbunden sind.
Bei dem Verbindungszustand B ist die innere Kupplung in der Aus-Position, und die äußere Kupplung ist in der Ein-Position; Das heißt es wird ein elektrischer Strom nur in die Spule 601 eingespeist. Da nur die äußere Kupplung das Koppeln verstärkt, ist der Verbindungszustand B äquivalent zu jener Konfiguration, bei der der Hilfsmotor 140 mit dem äußeren Rotor 134 des Kupplungsmotors 130 verbunden ist. Dies ist identisch mit dem Aufbau der 30, der bereits beschrieben ist. Dieser Verbindungszustand wird nachfolgend als die Untersteuerungs-Verbindung bezeichnet.
Bei dem Verbindungszustand C ist die innere Kupplung in der Ein-Position, und die äußere Kupplung ist in der Aus-Position; Das heißt es wird ein elektrischer Strom nur in die Spule 603 eingespeist. Da nur die innere Kupplung das Koppeln verstärkt, ist der Verbindungszustand C äquivalent zu jener Konfiguration, bei der Hilfsmotor 140 mit der Kraftmaschine 150 verbunden ist. Dies ist identisch mit dem Aufbau der 33, der bereits beschrieben ist. Dieser Verbindungszustand wird nachfolgend als die Übersteuerungs-Verbindung bezeichnet.
Bei dem Verbindungszustand D sind sowohl die innere Kupplung als auch die äußere Kupplung in der Aus-Position; Das heißt es wird ein elektrischer Strom in keine der Spulen 601 und 603 eingespeist. Da sowohl die innere Kupplung als auch die äußere Kupplung gelöst sind, ist der Hilfsmotor 140 sowohl von der Kraftmaschine 150 als auch von also auch von dem Kupplungsmotor 130 entkoppelt. In diesem Fall ist die Kraftmaschine 150 mit der Antriebswelle nur über den Kupplungsmotor 130 verbunden.
Das Hybridfahrzeug des Ausführungsbeispiels erreicht die 4 unterschiedlichen Verbindungszustände auf der Grundlage des Ein/Aus-Zustands der Doppelkupplung 200. Nur der Verbindungszustand B (die Untersteuerungs-Verbindung) und der Verbindungszustand C (die Übersteuerungs-Verbindung) sind jedoch für den Antrieb des Hybridfahrzeugs in der Praxis wirksam, wie dies vorstehend beschrieben ist. Die Technik des Ausführungsbeispiels verwendet somit wahlweise die Verbindungszustände B und C gemäß den Antriebszuständen des Fahrzeugs aus den vier möglichen Verbindungszuständen A bis D.
Die Antriebszustände des Hybridfahrzeugs von diesem Ausführungsbeispiel, die die wahlweise Verwendung der Verbindungszustände beinhalten, wie dies vorstehend beschrieben ist, werden durch die Hauptsteuereinheit 190 gesteuert. Ähnlich wie die EFIECU 170 ist die Hauptsteuereinheit 190 ein Ein-Chip-Microcomputer einschließlich einer CPU, eines ROM und eines RAM. Die CPU führt eine Vielzahl Steuerprozesse durch, die später beschrieben werden, und zwar gemäß Programmen, die in dem ROM aufgezeichnet sind. Um derartige Steuerprozesse zu erreichen, sind vielfältige Sensoren und Schalter elektrisch mit der Hauptsteuereinheit 190 verbunden. Einige Beispiele der Sensoren und Schalter, die mit der Hauptsteuereinheit 190 verbunden sind, beinhalten einen Beschleunigungspedalpositionssensor 165, der den Niederdrückungsbetrag eines Beschleunigungspedals misst, ein Drehzahlsensor 117, der die Drehzahl der Achse 116 misst, und ein Drehzahlsensor 145, der die Drehzahl des Hilfsmotors 140 misst. (Siehe 1). Die Hauptsteuereinheit 190 ist mit der EFIECU 170 elektrisch verbunden und überträgt verschiedene Informationsteile zu und von der EFIECU 170 mittels einer Kommunikation. Die Hauptsteuereinheit 190 gibt die geforderten Informationsteile zu der EFIECU 170 ab, um die Kraftmaschine 150 indirekt zu steuern. Andererseits werden geforderte Informationsteile wie zum Beispiel die Drehzahl der Kraftmaschine 150 von der EFIECU 170 in die Hauptsteuereinheit 190 eingegeben.
D. Allgemeiner Betrieb
Als ein allgemeiner Betrieb des Hybridfahrzeugs von diesem Ausführungsbeispiel werden im Folgenden die Betriebe zum Umwandeln der von der Kraftmaschine 150 abgegebenen Leistung zu einer geforderten Kombination der Drehzahl und des Momentes beschrieben, und zum Abgeben der geforderten Kombination zu der Achse 116. Zur Klarstellung wird hierbei angenommen, dass das Differentialgetriebe 114 ein Übersetzungsverhältnis von 1 aufweist. Es wird nämlich angenommen, dass die Drehzahl und das Moment der Achse 116 identisch mit der Drehzahl und dem Moment der Antriebswelle 135 sind.
Bei dem Hybridfahrzeug von diesem Ausführungsbeispiel verfolgt die Umwandlung unterschiedliche Prozesse gemäß der Beziehung zwischen einer Drehzahl Ne der Kraftmaschine 150 und einer Drehzahl Nd der Achse 116 und dem Verbindungszustand des Hilfsmotors 140. Diese Prozesse werden im Einzelnen beschrieben.
Die Umwandlung wird durch den folgenden Prozess in dem Zustand der Untersteuerungs-Verbindung durchgeführt (das heißt bei dem Verbindungszustand B, der in der 10 gezeigt ist). Die 11 zeigt eine grafische Darstellung eines Prozesses zur Momentenumwandlung in dem Zustand der Untersteuerungs-Verbindung, falls die Drehzahl Nd der Achse 116 kleiner ist als die Drehzahl Ne der Kraftmaschine 150. Die Drehzahl N wird als Abscisse aufgezeichnet, und das Moment T wird als Ordinate aufgezeichnet. Die Kraftmaschine 150 wird bei einem Antriebspunkt Pe angetrieben, während sich die Achse 116 bei einem Drehpunkt Pd dreht. Eine in der grafischen Darstellung der 11 gezeigte Kurve P ist eine Kurve mit konstanter Leistung, bei der das Produkt der Drehzahl und des Momentes fixiert ist. Die von der Kraftmaschine 150 abgegebene Leistung Pe, die durch eine Drehzahl Ne und durch ein Moment Te definiert ist, wird zu der Leistung Pd umgewandelt, die durch eine Drehzahl Nd, die kleiner ist als die Drehzahl Ne, und durch ein Moment Td definiert ist, das größer ist als das Moment Te, und die zu der Achse 116 abgegeben wird.
Im Falle der Umwandlung, die in der 11 gezeigt ist, dreht sich der Kupplungsmotor 130 relativ in einer Rückwärtsrichtung und wird so angetrieben, dass er einen Teil von der Kraftmaschine 150 abgegebenen Leistung zu der Achse 116 überträgt, da die Drehzahl Nd der Achse 116 kleiner ist als die Drehzahl Ne der Kraftmaschine 150, während die restlichen abgegebene Leistung in der Form von elektrischer Leistung wiederhergestellt wird. Die regenerierte elektrische Leistung ist gleich der Leistung von dem Kupplungsmotor 130, das heißt gleich einem Bereich GU1. Das Moment Td der Achse 116 ist größer als das Moment Te der Kraftmaschine 150. Der Hilfsmotor 140 wird dementsprechend mit einem positiven Moment und einer positiven Drehzahl angetrieben, und er führt die Leistungsfahrt bei einer Zufuhr der elektrischen Leistung durch. Die Zufuhr der elektrischen Leistung ist gleich der Leistung, die von dem Hilfsmotor 140 abgegeben wird, das heißt gleich einem Bereich AU1.
Wenn angenommen wird, dass sowohl der Kupplungsmotor 130 als auch der Hilfsmotor 140 einen Antriebswirkungsgrad von 100 aufweist, dann ist die durch den Kupplungsmotor 130 regenerierte elektrische Leistung identisch mit der elektrischen Leistung, die dem Hilfsmotor 140 zugeführt wird. Der Kupplungsmotor 130 nimmt die Energie entsprechend dem Bereich EU1 in der Form von elektrischer Leistung ab, und er führt die elektrische Leistung als die Energie entsprechend dem Bereich AU1 zu. Dadurch wird die Leistung, die durch den Antriebspunkt Pe der Kraftmaschine 150 definiert ist, zu dem Zustand des Punktes Pd umgewandelt. Bei dem tatsächlichen Zustand haben jedoch die Motoren 130 und 140 keinen Antriebswirkungsgrad von 100. Die vorstehend beschriebene Umwandlung wird dementsprechend durch Verwendung der elektrischen Leistung implementiert, wie in der Batterie 194 akkumuliert ist, oder durch Bewirken einer Abgabe einer zusätzlichen Leistung von der Kraftmaschine 150 entsprechend dem Verlust. Zur Klarstellung werden die Betriebe des Ausführungsbeispiels unter der Annahme beschrieben, dass beide Motoren 130 und 140 den Antriebswirkungsgrad von 100 aufweisen.
Die 12 zeigt eine grafische Darstellung eines Prozesses zur Momentenumwandlung in dem Zustand der Untersteuerungs-Verbindung in dem Zustand der Untersteuerungsverbindung, falls die Drehzahl Nd der Achse 116 größer ist als die Drehzahl Ne der Kraftmaschine 150. Im Falle der Umwandlung, die in der 12 gezeigt ist, führt der Kupplungsmotor 130 die Leistungsfahrt bei einer Zufuhr der elektrischen Leistung durch. Die Zufuhr der elektrischen Leistung ist gleich der Summe der Bereiche GU2 und GU3. Das Moment Td der Achse 116 ist kleiner als das Moment Te der Kraftmaschine 150. Der Hilfsmotor 140 führt dementsprechend den Regenerativbetrieb durch. Die regenerierte elektrische Leistung ist gleich der Summe der Bereiche AU2 und GU3. Wenn angenommen wird, dass beide Motoren 130 und 140 den Antriebswirkungsgrad von 100 aufweisen, dann ist die durch den Hilfsmotor 140 regenerierten elektrischen Leistung gleich der elektrischen Leistung, die dem Kupplungsmotor 130 zugeführt wird. Die Umwandlung in diesem Zustand bewirkt eine Zufuhr der elektrischen Leistung von dem Hilfsmotor 140, der sich an der stromabwärtigen Seite befindet, zu dem Kupplungsmotor 130, der sich an der stromaufwärtigen Seite befindet, wodurch eine Zirkulierung der Leistung erzeugt wird. Der in der 12 gezeigte Bereich GU3 entspricht der zirkulierten Leistung.
In dem Zustand der Untersteuerungs-Verbindung werden die Antriebspunkte des Hilfsmotors 140 und des Kupplungsmotors 130 zum implementieren der vorstehend beschriebenen Umwandlungen durch die nachfolgend angegebenen Gleichungen (1) definiert: Drehzahl des Kupplungsmotors 130 Nc = Nd – Ne; Moment des Kupplungsmotors 130 Tc = Te; Drehzahl des Hilfsmotors 140 Na = Nd; Moment des Hilfsmotors 140 Ta = Td – Te; (1)
Die 13 zeigt eine grafische Darstellung eines Prozesses zur Momentenumwandlung in dem Zustand der Übersteuerungs-Verbindung, falls die Drehzahl Ne der Achse 116 kleiner ist als die Drehzahl Ne der Kraftmaschine 150. Im Falle der Umwandlung, die in der 13 gezeigt ist, ist das Moment Td der Achse 116 größer als das Moment Te der Kraftmaschine 150. Der Hilfsmotor 140 führt dementsprechend die Leistungsfahrt mit einer Zufuhr einer elektrischen Leistung durch, die gleich der Summe der Bereiche AO1 und AO2 ist. Die Drehzahl Nd der Achse 116 ist kleiner als die Drehzahl Ne der Kraftmaschine 150. der Kupplungsmotor 130 führt dementsprechend den Regenerativbetrieb durch. Die regenerierte elektrische Leistung ist gleich der Summe der Bereiche AO2 und GO1. Die durch den Kupplungsmotor 130 regenerierte elektrische Leistung wird dem Hilfsmotor 140 für die Leistungsfahrt zugeführt. Die regenerierte elektrische Leistung ist gleich der zugeführten elektrischen Leistung. Die Umwandlung in diesem Zustand bewirkt eine Zufuhr der elektrischen Leistung von dem Kupplungsmotor 130, der sich an der stromabwärtigen Seite befindet, zu dem Hilfsmotor 140, der sich an der stromaufwärtigen Seite befindet, wodurch eine Zirkulierung der Leistung erzeugt wird. Der in der 13 gezeigte Bereich AO2 entspricht der zirkulierten Leistung.
Die 14 zeigt eine grafische Darstellung eines Prozesses zur Momentenumwandlung in dem Zustand der Übersteuerungs-Verbindung, falls die Drehzahl Nd der Achse 116 größer ist als die Drehzahl Ne der Kraftmaschine 150. Im Falle der Umwandlung, die in der 14 gezeigt ist, ist das Moment Td der Achse 116 kleiner als das Moment Te der Kraftmaschine 150. Der Hilfsmotor 140 führt dementsprechend den Regenerativbetrieb durch, um eine elektrische Leistung wieder her zu stellen, die gleich einem Bereich AO3 ist. Die Drehzahl Nd der Achse 116 ist größer als die Drehzahl Ne der Kraftmaschine 150. der Kupplungsmotor 130 führt dementsprechend die Leistungsfahrt bei einer Zufuhr der elektrischen Leistung durch, die gleich einem Bereich GO2 ist. Die regenerierte elektrische Leistung ist gleich der zugeführten elektrischen Leistung. Die Umwandlung in diesem Zustand bewirkt die Zufuhr der elektrischen Leistung von dem Hilfsmotor 140, der sich an der stromaufwärtigen Seite befindet, zu dem Kupplungsmotor 130, der sich an der stromabwärtigen Seite befindet, wodurch keine Zirkulierung der Leistung erzeugt wird.
In dem Zustand der Übersteuerung-Verbindung sind die Antriebspunkte des Hilfsmotors 140 und des Kupplungsmotors 130 zum implementieren der vorstehend beschriebenen Umwandlungen durch die nachfolgend angegebenen Gleichungen (2) definiert: Drehzahl des Kupplungsmotors 130 Nc = Nd – Ne; Moment des Kupplungsmotors 130 Tc = Td; Drehzahl des Hilfsmotors 140 Na = Ne; Moment des Hilfsmotors 140 Ta = Td – Te; (2)
Wie dies vorstehend beschrieben ist, wandelt das Hybridfahrzeug von diesem Ausführungsbeispiel die von der Kraftmaschine 150 abgegebene Leistung zu der geforderten Leistung um, die durch die geforderte Drehzahl und das geforderte Moment definiert wird, und zwar gemäß dem Verbindungszustand des Hilfsmotors 140 und der Beziehung zwischen der Drehzahl Nd der Achse 116 und der Drehzahl Ne der Kraftmaschine 150, wodurch die Abgabe der geforderten Leistung von der Achse 116 bewirkt wird. Dieser Antriebsmodus wird nachfolgend als der Standardantriebsmodus bezeichnet. Das Hybridfahrzeug wird außerdem mit dem Hilfsmotor 140 als die Leistungsquelle angetrieben, während die Kraftmaschine 150 gestoppt wird. Dieser Antriebsmodus wird nachfolgend als der EV-Antriebsmodus bezeichnet. Der EV-Antrieb wird in dem Zustand der Untersteuerungs-Verbindung durchgeführt. Während das Hybridfahrzeug stoppt, kann der Hilfsmotor 140 den Regenerativbetrieb mit der Leistung der Kraftmaschine 150 durchführen, um die elektrische Leistung zu erzeugen. Eine derartige Leistungserzeugung wird in dem Zustand der Übersteuerungs-Verbindung durchgeführt.
Wie dies vorstehend unter Bezugnahme auf die 11 bis 14 beschrieben ist, ist es wünschenswert, dass das Hybridfahrzeug die Übersteuerungs-Verbindung übernimmt, wenn die Drehzahl Nd der Achse 116 größer ist als die Drehzahl Ne der Kraftmaschine 150 und das es die Untersteuerungs-Verbindung übernimmt, wenn die Drehzahl Nd kleiner ist als die Drehzahl Ne. Diese Anordnung verhindert in wirksamer Weise die Zirkulation der Leistung, und sie verbessert somit den Antriebswirkungsgrad. Um den verbesserten Antriebswirkungsgrad zu erreichen, steuert das Hybridfahrzeug von dem Ausführungsbeispiel den Verbindungszustand des Hilfsmotors 140 gemäß der Beziehung zwischen der Drehzahl Nd und Ne.
Die 15 zeigt die Auswahl von verschiedenen Antriebsmodi bei dem Hybridfahrzeug von diesem Ausführungsbeispiel. Eine Kurve LIM stellt einen Antriebsbereich des Hybridfahrzeugs dar. In einem Bereich mit relativ niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten und relativ kleinen Momenten wird der EV-Antrieb durchgeführt. In einem Bereich mit Fahrzeuggeschwindigkeiten und Momenten, die nicht kleiner als vor eingestellte Niveaus sind, wird der Standardantrieb durchgeführt. Eine Kurve A stellt eine Grenze dar, an der die Drehzahl Ne der Kraftmaschine 150 gleich der Drehzahl Nd der Achse 116 ist. In dem Bereich mit kleineren Momenten als die Kurve A wird das Hybridfahrzeug prinzipiell in dem Zustand der Übersteuerungs-Verbindung (OD) angetrieben. In dem Bereich mit größeren Momenten als die Kurve A wird das Hybridfahrzeug im Gegensatz dazu entweder in dem Zustand der Untersteuerungs-Verbindung (DU) oder in dem neutralen Zustand angetrieben. Wenn zum Beispiel die Antriebsbedingungen des Fahrzeugs entlang einer Kurve DD geändert werden, die in der 15 gezeigt ist, dann führt das Hybridfahrzeug zunächst den EV-Antrieb durch und wechselt dann in den Standardantrieb in dem Zustand der Übersteuerungs-Verbindung.
Wie dies in dem Kennfeld der 15 klar gezeigt ist, wird die Untersteuerungs-Verbindung in dem Bereich verwendet, bei dem relativ große Momente gefordert werden. Das Hybridfahrzeug von dem Ausführungsbeispiel ändert somit den Verbindungszustand zu der Untersteuerungs-Verbindung während einer Beschleunigung, zum Beispiel als Reaktion auf ein plötzliches Niederdrücken des Beschleunigungspedals gleichzeitig mit der Steuerprozedur auf der Grundlage des Antriebswirkungsgrades, was vorstehend beschrieben ist. Diese Anordnung gewährleistet das gute Ansprechverhalten und die sanfte Beschleunigung. Die Steuerprozedur zum Ändern des Verbindungszustands des Hilfsmotors 140 wird später im Einzelnen beschrieben.
E. Antriebssteuerprozess
Wie dies vorstehend beschrieben ist, wird das Hybridfahrzeug von dem Ausführungsbeispiel in vielfältigen Antriebsmodi einschließlich des EV-Antriebsmodus und des Standardantriebsmodus angetrieben. Die in der Hauptsteuereinheit 190 eingebaute CPU (nachfolgend zur Vereinfachung als die CPU bezeichnet) spezifiziert den Antriebsmodus gemäß den Antriebszuständen des Fahrzeugs, und sie steuert die Kraftmaschine 150, den Kupplungsmotor 130 und den Hilfsmotor 140 in den spezifizierten Antriebsmodus. Diese Steuerungen werden dadurch bewirkt, dass eine Vielzahl Steuerprozessroutinen periodisch ausgeführt wird. Im folgenden werden die Einzelheiten eines Momentensteuerprozesses in dem Standardantriebsmodus beschrieben.
Die 16 zeigt ein Flussdiagramm einer Momentensteuerroutine in dem Standardantriebsmodus. Wenn das Programm in diese Routine eintritt, dann legt die CPU bei einem Schritt S10 zunächst die Energie Pd fest, die von der Antriebswelle 135 abzugeben ist. Die Energie oder die Leistung Pd wird auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Niederdrückungsbetrages des Beschleunigungspedals festgelegt, der durch den Beschleunigungspedalpositionssensor 165 gemessen wird. Die von der Antriebswelle 135 abzugebende Energie Pd ist durch das Produkt einer Soll-Drehzahl Nd* und eines Sollmoments Td* der Achse 116 definiert. Das Sollmoment Td* wird aus einer Tabelle gelesen, die die Kennfelder des Beschleunigungsvorrichtungshubs und der Fahrzeuggeschwindigkeit hinsichtlich des Moments darstellt.
Die CPU berechnet nachfolgend bei Schritten S15 und S20 eine elektrische Lade/Entladeleistung Pb und eine Hilfsmotor-Antriebsenergie Ph. Die elektrische Lade/Entladeleistung Pb stellt jene Energie dar, die zum Laden oder Entladen der Batterie 194 erforderlich ist. Die elektrische Lade/Entladeleistung Pb nimmt einen positiven Wert an, wenn es erforderlich ist, die Batterie 194 zu laden, und sie nimmt einen negativen Wert an, wenn es erforderlich ist, die Batterie 194 zu entladen. Die Zusatzanlagen-Antriebsenergie Ph stellt die elektrische Leistung dar, die zum Antreiben einer Zusatzanlage einschließlich einer Klimaanlage erforderlich ist. Die Summe der berechneten elektrischen Leistungen oder Energien Pd, Pb und Ph wird als eine geforderte Leistung Pe bei einem Schritt S25 festgelegt.
Die Momentensteuerroutine führt die Steuerung der Kraftmaschine 150 und der Anderen dazugehörigen Bestandteile durch, wobei das energetische Gleichgewicht pro Zeiteinheit berücksichtigt wird. Der Begriff „Energie" in dieser Beschreibung stellt somit die Energie pro Zeiteinheit dar. Aus diesem Standpunkt ist die mechanische Energie ein Synonym für die Leistung, und die elektrische Energie ist ein Synonym für die elektrische Leistung in dieser Beschreibung.
Die CPU legt dann einen Antriebspunkt der Kraftmaschine 150 bei einem Schritt S30 auf der Grundlage der voreingestellten geforderten Leistung Pe fest. Der Antriebspunkt ist durch eine Kombination einer Soll-Drehzahl Ne* und eines Sollmomentes Te* der Kraftmaschine 150 definiert. Der Antriebspunkt der Kraftmaschine 150 wird gemäß einem vorbestimmten Kennfeld festgelegt, in dem Hauptsächlich dem Antriebswirkungsgrad der Kraftmaschine 150 der Vorzug gegeben wird.
Die 17 zeigt eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen dem Antriebspunkt der Kraftmaschine 150 und dem Antriebswirkungsgrad. In der grafischen Darstellung der 17 sind die Antriebszustände der Kraftmaschine 150 durch die Drehzahl Ne, die an der Abszisse aufgetragen ist, und dem Moment Te definiert, das an der Ordinate aufgetragen ist. Eine Kurve B stellt eine Grenze des Arbeitsbereichs der Kraftmaschine 150 dar. Kurven α1 bis α6 stellen Kurven mit konstantem Antriebswirkungsgrad dar, an denen der Antriebswirkungsgrad der Kraftmaschine 150 fixiert ist. Der Antriebswirkungsgrad verringert sich von der Kurve α1 zu der Kurve α6. Kurven C1 bis C3 stellen Kurven mit konstanter Leistung dar, an denen die Leistung (Drehzahl × Moment) fixiert ist, die von der Kraftmaschine 150 abgegeben wird.
Wie dies aus der grafischen Darstellung der 17 klar ersichtlich ist, ändert sich der Antriebswirkungsgrad der Kraftmaschine 150 stark gemäß der Drehzahl und dem Moment. Wenn die Kraftmaschine 150 die Leistung entlang der Kurve C1 abgibt, dann hat ein Antriebspunkt A1 (der durch die Kombination der Drehzahl und des Momentes definiert ist) den maximalen Antriebswirkungsgrad. In ähnlicher Art und Weise haben die Antriebspunkte A2 und A3 den maximalen Antriebswirkungsgrad, wenn die Kraftmaschine 150 die Leistung entlang den Kurven C2 und C3 abgibt. Die Auswahl des Antriebspunktes mit dem maximalen Antriebswirkungsgrad entsprechend der abzugebenden Leistung liefert eine Kurve A. Die Kurve A wird als eine Arbeitskurve bezeichnet. Die Arbeitskurve A ist mit der Kurve A identisch, die in der 15 gezeigt ist.
Die konkrete Prozedur bei dem Schritt S30 in dem Flussdiagramm der 16 liest den Antriebspunkt entsprechend der geforderten Leistung Pe aus einem Kennfeld, das die Arbeitskurve A darstellt, die experimentell im Voraus ermittelt und in dem ROM gespeichert wird, der in der Hauptsteuereinheit 190 eingebaut ist, und sie legt die Solldrehzahl Ne* und das Sollmoment Te* der Kraftmaschine 150 fest. Diese Technik ermöglicht das Festlegen eines gewünschten Antriebspunkts der Kraftmaschine 150 mit einem hohen Antriebswirkungsgrad.
Bei einem nachfolgenden Schritt S100 führt die CPU eine Verbindungszustandswechselsteuerung gemäß dem Antriebspunkt der Kraftmaschine 150 durch, der in der vorstehend beschriebenen Art und Weise festgelegt wird. Die Verbindungszustandwechselsteuerung ändert den Verbindungszustand zwischen der Untersteuerungs-Verbindung (der Verbindungszustand B, der in der 10 gezeigt ist) und der Übersteuerungs-Verbindung (der Verbindungszustand C, der in der 10 gezeigt ist) gemäß den Antriebszuständen des Hybridfahrzeugs. Die Einzelheiten von diesem Steuerprozess werden später im Einzelnen beschrieben. Eine Ausführung von diesem Steuerprozess bewirkt, dass der Hilfsmotor 140 entweder in die Untersteuerungs-Verbindung oder in die Übersteuerungsverbindung gelangt.
Die CPU legt dann bei einem Schritt S200 Momentenbefehlswerte und Drehzahlbefehlswerte des Kupplungsmotors 130 und des Hilfsmotors 140 fest. In dem Zustand der Untersteuerungs-Verbindung ersetzt die Prozedur die Solldrehzahl Nd* und das Sollmoment Td* durch die Drehzahl Nd und das Moment Td der Achse 116, und sie ersetzt die Solldrehzahl Ne* und das Sollmoment Te*, die bei dem Schritt S30 festgelegt werden, durch die Drehzahl Ne und das Moment Te der Kraftmaschine 150 in den vorstehend angegebenen Gleichungen (1), um derartige Festlegungen zu implementieren. In dem Zustand der Übersteuerungs-Verbindung führt die Prozedur eine ähnliche Ersetzung in den Gleichungen (2) durch, die vorstehend angegeben sind, um die Festlegungen zu implementieren.
Bei einem nachfolgenden Schritt S205 steuert die CPU die Betriebe des Kupplungsmotors 130, des Hilfsmotors 140 und der Kraftmaschine 150 auf der Grundlage der Momentenbefehlswerte und der Drehzahlbefehlswerte, die in der vorstehend beschriebenen Art und Weise festgelegt werden. Eine bekannte Steuertechnik für Synchronmotoren ist zum Steuern der Betriebe von diesen Motoren anwendbar. Die Technik des Ausführungsbeispiels führt eine Proportional-Integral-Regelung durch, die das gegenwärtige Moment des entsprechenden Motors misst und die elektrischen Spannungsbefehlswerte, die auf die jeweiligen Phasen aufzubringen sind, auf der Grundlage einer Abweichung des beobachteten Moments von dem Sollmoment und der Solldrehzahl festlegt. Die elektrischen Spannungsbefehlswerte, die auf die jeweiligen Phasen aufzubringen sind, werden durch den Proportionaltherm, den Integraltherm und den Summentherm der Abweichung spezifiziert. Geeignete Werte, die zum Beispiel experimentell bestimmt werden, werden für die proportionalen Coeffizienten der jeweiligen Therme festgelegt. Die in dieser Art und Weise festgelegten elektrischen Spannungen werden zu den Schaltpults dauern der Transistorinverter der Antriebsschaltungen 191 und 192 umgewandelt und in die jeweiligen Motoren durch die PWM-Steuerung eingespeist.
Die CPU reguliert die Schaltbetriebe der Antriebsschaltungen 191 und 192, um die Betriebe des Kupplungsmotors 130 und des Hilfsmotors 140 direkt zu steuern, wie dies vorstehend beschrieben ist. Die Betriebe der Kraftmaschine 150 werden andererseits tatsächlich durch die EFIECU 170 gesteuert. Die CPU der Hauptsteuereinheit 190 gibt die Informationen hinsichtlich des Antriebspunktes der Kraftmaschine 150 zu der EFIECU 170 ab, wodurch die Betriebe der Kraftmaschine 150 indirekt gesteuert werden. Die vorstehend beschriebene Verarbeitungsfolge wird periodisch durchgeführt, so dass das Hybridfahrzeug des Ausführungsbeispiels die von der Kraftmaschine 150 abgegebene Leistung zu einer gewünschten Kombination der Drehzahl und des Momentes umwandelt und eine gewünschte Kombination erzeugt, die von der Antriebswelle 135 für einen Antrieb abzugeben ist.
F. Verbindungszustandswechselsteuerung
Die 18 zeigt ein Flussdiagramm einer Verbindungszustandswechselsteuerroutine. Wenn das Programm in diese Routine eintritt, dann gibt die CPU bei einem Schritt S102 zunächst Parameter ein, die die Antriebszustände des Hybridfahrzeugs darstellen. Die hierbei eingegebenen Parameter beinhalten die Solldrehzahl Nd* und das Sollmoment Td* der Achse 116 und des Beschleunigungsvorrichtungshubes. Die CPU bestimmt dann bei einem Schritt S104, ob das Wechseln des Verbindungszustands erforderlich ist oder nicht, und zwar auf der Grundlage der eingegebenen Parameter. Das Erfordernis des Wechselns des Verbindungszustands beruht auf zwei Bedingungen. Die erste Bedingung ist, ob das Wechseln der Verbindung den Antriebswirkungsgrad erhöht oder nicht. Die zweite Bedingung ist, ob das Wechseln der Verbindung eine sofortige Abgabe des durch den Fahrer geforderten Momentes ermöglicht und die sanfte Beschleunigung gewährleistet oder nicht.
Die erste Bedingung, das heißt die Bestimmung auf der Grundlage des Antriebswirkungsgrads wird anhand eines konkreten Beispiels beschrieben. Die 19 zeigt das Erfordernis des Wechselns von der Untersteuerungs-Verbindung zu der Übersteuerungs-Verbindung. Eine in der 19 gezeigte Kurve A entspricht der in der 15 gezeigten Kurve A, und sie stellt eine Grenze zwischen einem Antriebsbereich UD, der für die Untersteuerungs-Verbindung geeignet ist, und einem Antriebsbereich OD dar, der für die Übersteuerungs-Verbindung geeignet ist. Eine Kurve DU stellt eine Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit und eines Momentes während einer Fahrt des Hybridfahrzeugs dar. Wie dies durch die Pfeile in der 19 gezeigt ist, wird das Hybridfahrzeug bei einem abgegebenen Moment beschleunigt, das größer ist als ein Antriebswiderstand DD. Das abgegebene Moment verringert sich allmählich bei der Beschleunigung, und das Hybridfahrzeug fährt bei einer normalen Geschwindigkeit, bei der das abgegebene Moment mit dem Antriebswiderstand DD im Gleichgewicht ist. Das Wechseln von der Untersteuerungs-Verbindung zu der Übersteuerungs-Verbindung wird zum Beispiel während einer derartigen Beschleunigung durchgeführt. Wenn der Drehzustand der Achse 116 bei einer Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit geändert wird, wie dies durch die Pfeile gezeigt ist, so dass ereinen Punkt PD1 erreicht, bei dem die Kurve DU die Kurve A schneidet, dann bestimmt die CPU, dass das Wechseln von der Untersteuerungs-Verbindung zu der Übersteuerungs-Verbindung erforderlich ist.
Die 20 zeigt das Erfordernis des Wechselns von der Übersteuerungs-Verbindung zu der Untersteuerungs-Verbindung. Eine Kurve DD stellt den Antriebswiderstand dar, wenn das Hybridfahrzeug bei einer normalen Fahrtgeschwindigkeit auf einer Fahrbahn ohne irgendein Gefälle fährt. Ein Punkt PO0 stellt einen Zustand einer stationären Fahrt bei einer bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit dar. Wenn der Fahrer das Beschleunigungspedal während einer Fahrt in diesem Zustand niederdrückt, dann erhöht sich das abgegebene Moment des Fahrzeugs entlang einer Kurve DO, um das Fahrzeug zu beschleunigen. Das Wechseln von der Übersteuerungs-Verbindung zu der Untersteuerungs-Verbindung wird zum Beispiel während einer derartigen Beschleunigung durchgeführt. Wenn der Drehzustand der Achse 116 bei einer Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit geändert wird, wie dies durch den Pfeil gezeigt ist, um einen Punkt PO1 zu erreichen, bei dem die Kurve DO die Kurve A schneidet, dann bestimmt die CPU, dass das Wechseln von der Übersteuerungs-Verbindung zu der Untersteuerungs-Verbindung erforderlich ist.
Die CPU bestimmt das Erfordernis des Wechselns des Verbindungszustands auf der Grundlage der Kombination der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Moments des entlang der Arbeitskurve. Bei der Technik des Ausführungsbeispiels wird eine gewisse Hysterese für die Bestimmung des Erfordernisses des Wechselns festgelegt, um häufige Wechsel des Verbindungszustands zu verhindern. Das Erfordernis des Wechselns von der Untersteuerungs-Verbindung zu der Übersteuerungs-Verbindung wird dann bestimmt, wenn der Drehzustand der Achse 116 entlang der Kurve A verläuft und eine vorbestimmte Grenzkurve UL erreicht, die in dem Bereich OD festgelegt ist, wie dies in der 19 gezeigt ist. In einer ähnlichen Art und Weise wird das Erfordernis des Wechselns von der Übersteuerungs-Verbindung zu der Untersteuerungs-Verbindung dann bestimmt, wenn der Drehzustand der Achse 116 entlang der Kurve A verläuft und eine vorbestimmte Grenzkurve HL erreicht, die in dem Bereich UD festgelegt ist, wie dies in der 20 gezeigt ist. Die Breite der Hysterese, das heißt die Positionen der Grenzkurven HL und HL, wird unter Berücksichtigung des Antriebswirkungsgrades des Fahrzeugs und der möglichen Verschlechterung der Fahrt aufgrund von häufigen Wechseln beliebig festgelegt.
Die zweite Bedingung, das heißt die Bedingung auf der Grundlage der sanften Beschleunigung wird anhand eines konkreten Beispieles beschrieben. In dem Zustand der Übersteuerungs-Verbindung, wie er in der 20 gezeigt ist, fordert der Fahrer eine plötzliche Beschleunigung, zum Beispiel durch plötzliches Niederdrücken des Beschleunigungspedals. In diesem Fall fordert der Fahrer ein hohes Moment. Es besteht dementsprechend eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass das Wechseln von der Übersteuerungs-Verbindung zu der Untersteuerungs-Verbindung während der Beschleunigung gefordert wird, wie dies in dem Kennfeld der 20 gezeigt ist. Das Wechseln zu der Untersteuerungs-Verbindung beim Beginn der Beschleunigung, das heißt bei dem Punkt PO0, der in der 20 gezeigt ist, verhindert in wirksamer Weise die Wechselsteuerung während der Beschleunigung, wodurch die sanfte Beschleunigung gewährleistet wird.
Bei dem Hybridfahrzeug des Ausführungsbeispieles hat die Untersteuerungs-Verbindung ein größeres maximales Abgabemoment, und Sie ist somit für die plötzliche Beschleunigung geeignet. In dem Zustand der Übersteuerungs-Verbindung sind die Kraftmaschine 150, der Hilfsmotor 140 und die Kupplung 130 in dieser Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite angeordnet. Das maximale Abgabemoment bei diesem Aufbau wird auf das maximale Moment begrenzt, das durch den Kupplungsmotor 130 übertragbar ist. In dem Zustand der Untersteuerungs-Verbindung sind die Kraftmaschine 150, der Kupplungsmotor 130 und der Hilfsmotor 140 andererseits in dieser Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite angeordnet. Dieser Aufbau ermöglicht, dass der Hilfsmotor 140 zusätzlich zu dem maximalen Moment, das durch den Kupplungsmotor 130 übertragbar ist, ein zusätzliches Moment aufbringt. Aus diesen Gründen ist die Untersteuerungs-Verbindung für die plötzliche Beschleunigung geeignet. Wenn der Fahrer plötzlich das Beschleunigungspedal niederdrückt, wenn nämlich die Änderung des Beschleunigungsvorrichtungshubes gleich oder größer als ein voreingestelltes Niveau wird, dann gibt die Technik des Ausführungsbeispiels eine Absicht der plötzlichen Beschleunigung an, und sie bestimmt, dass das Wechseln zu der Untersteuerungs-Verbindung erforderlich ist.
Wenn bei dem Schritt S104 bestimmt wird, dass das Wechseln des Verbindungszustands erforderlich ist, dann führt die Prozedur eine Reihe von Verarbeitungen durch, um den Kopplungszustand der Doppelkupplung 200 zu ändern. Wenn bei dem Schritt S104 bestimmt wird, dass das Wechseln des Verbindungszustands nicht erforderlich ist, dann überspringt die Prozedur andererseits die Verarbeitungsfolgen, und sie verlässt diese Verbindungszustandswechselsteuerroutine.
Im Folgenden werden die Verarbeitungsfolgen zum Ändern des Kopplungszustandes der Doppelkupplung 200 beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung wird die Kupplung, die von der Aus-Position zu der Ein-Position durch die Verarbeitungsfolge ändert, als die gelöste Kupplung bezeichnet, und die Kupplung, die von der Ein-Position zu der Aus-Position geändert wird, wird als die gekoppelte Kupplung bezeichnet. Das Wechseln von der Untersteuerungs-Verbindung zu der Übersteuerungs-Verbindung schaltet die innere Kupplung ein, und es schaltet die äußere Kupplung bei der Doppelkupplung 200 aus. Die innere Kupplung ist nämlich die gelöste Kupplung, und die äußere Kupplung ist die gekoppelte Kupplung. Das Wechseln von der Übersteuerungs- Verbindung zu der Untersteuerungs-Verbindung schaltet andererseits die äußere Kupplung ein, und es schaltet die innere Kupplung bei der Doppelkupplung aus. Die äußere Kupplung ist nämlich die gelöste Kupplung, und die innere Kupplung ist die gekoppelte Kupplung.
Die Wechselprozedur stellt die Drehzahlen der Wellen der Doppelkupplung 200 so ein, dass sie im Wesentlichen miteinander übereinstimmen, sie schaltet die gelöste Kupplung ein, um sowohl die innere Kupplung als auch die äußere Kupplung in den gekoppelten Zustand zu halten, und sie schaltet die gekoppelte Kupplung aus. Bei einem Schritt S108 subtrahiert die CPU die Drehzahl Ne der Kraftmaschine 150 von der Drehzahl Nd der Antriebswelle 135, um eine Drehzahldifferenz ΔN als ein Kriterium zum Bestimmen dessen zu berechnen, ob das Wechseln zulässig ist oder nicht. Die Drehzahldifferenz ΔN entspricht einer Differenz zwischen der Drehzahl der beiden Drehwellen bei der gekoppelten Kupplung und der Drehzahl der verbleibenden einen Drehwelle bei der gelösten Kupplung.
Die CPU reguliert das Moment des Hilfsmotors 140, um die Drehzahldifferenz ΔN bei einem Schritt S110 zu reduzieren. Die Technik des Ausführungsbeispiels übernimmt die Proportional-Integral-Regelung auf der Grundlage der Drehzahldifferenz ΔN. In dem Zustand der Übersteuerungs-Verbindung ist die Drehzahl Ne der Kraftmaschine 150 kleiner als die Drehzahl Nd der Antriebswelle 135, so dass die Drehzahldifferenz ΔN größer als 0 ist. Wenn der Verbindungszustand von der Übersteuerungs-Verbindung zu der Untersteuerungs-Verbindung geändert wird, dann ist es erforderlich, die Drehzahl Ne der Kraftmaschine 150 auf die Drehzahl Nd der Antriebswelle 135 zu erhöhen. Der Hilfsmotor 140 ist mit der Kraftmaschine 150 verbunden, und er gibt dadurch ein positives Moment bezüglich der Drehzahldifferenz ΔN ab, um die Drehzahl Ne der Kraftmaschine 150 zu erhöhen. Während des Wechselns von der Untersteuerungs-Verbindung zu der Übersteuerungs-Verbindung ist der Hilfsmotor 140 andererseits mit der Antriebswelle 135 verbunden, und er gibt daher ein positives Moment bezüglich der Drehzahldifferenz ΔN ab, um die Drehzahl Nd der Antriebswelle 135 zu erhöhen. Das positive Moment wird dadurch festgelegt, dass der Proportionaltherm und der Integraltherm der Drehzahldifferenz ΔN mit vor eingestellten Verstärkungen multipliziert wird. Das Moment des Hilfsmotors 140 kann durch eine Vielzahl anderer Verfahren festgelegt werden.
Die Regulierung des Hilfsmotors 140 stellt die Drehzahlen der drei Wellen, die mit der Doppelkupplung 200 verbunden sind, so ein, dass sie im Wesentlichen mit einander übereinstimmen. Die Technik des Ausführungsbeispiels führt außerdem eine elektrische Spannungsregulierung der gelösten Kupplung bei einem Schritt S112 durch, um die Drehzahlen schnell anzugleichen. Die elektrische Spannungsregulierung bewirkt die Kopplung der gelösten Kupplung, wenn die vorhandene Drehzahldifferenz innerhalb eines zulässigen Bereichs der Doppelkupplung 200 ist. Diese Prozedur wird anhand eines Beispiels des Wechselns von der Übersteuerungs-Verbindung zu der Untersteuerungs-Verbindung beschrieben. In dem Zustand der Übersteuerungs-Verbindung ist die Drehzahl Nd der Antriebswelle 135 größer als die Drehzahl Ne der Kraftmaschine 150. Wenn die gelöste Kupplung oder die äußere Kupplung in diesem Zustand gekoppelt ist, dann wird die Leistung der Antriebswelle 135 zu der Kraftmaschine 150 übertragen, um so die Drehzahl Ne der Kraftmaschine 150 zu erhöhen. Die Verarbeitung bei dem Schritt S112 koppelt die gelöste Kupplung, um derartige Wirkungen zu erzielen, die später im Einzelnen beschrieben werden.
Nach der Ausführung der Regulierung des Hilfsmotors 140 und der Regulierung der gelösten Kupplung bestimmt die CPU, ob ein Wechselbetrieb der Kupplungen bei dem Schritt S114 zulässig ist oder nicht. Die konkrete Prozedur des Schrittes S114 vergleicht die Drehzahldifferenz ΔN mit einem vorbestimmten Wert NT. Der vorbestimmte Wert NT definiert einen zulässigen Bereich der Drehzahldifferenz ΔN, in dem das Koppeln der Kupplung zulässig ist, und er wird für die Doppelkupplung 200 individuell festgelegt. Falls die Drehzahldifferenz ΔN kleiner ist als der vorbestimmte Wert Nt, dann bestimmt die CPU bei einem Schritt S116, dass die Drehzahldifferenz ΔN innerhalb des zulässigen Bereiches ist, und sie führt das Wechseln der Kupplungen durch. Die konkrete Prozedur bei dem Schritt S116 schaltet die gelöste Kupplung ein, und sie schaltet die gekoppelte Kupplung aus. Das Einschalten der gelösten Kupplung und das Ausschalten der gekoppelten Kupplung kann gleichzeitig implementiert werden. Die Technik von dem Ausführungsbeispiel hält jedoch zunächst beide Kupplungen in dem gekoppelten Zustand, und nachfolgend spaltet sie die gekoppelte Kupplung aus. Falls die Drehzahldifferenz ΔN nicht kleiner als der vorbestimmte Wert NT ist, dann bestimmt die CPU andererseits, dass das Wechseln nicht zulässig ist, und sie führt die Verarbeitung der Schritte S108–S112 wiederholt aus, um die Drehzahldifferenz ΔN weiter zu reduzieren. Die vorstehend beschriebene Verarbeitungsfolge bewirkt eine Fahrt des Fahrzeuges des Ausführungsbeispieles, während der Verbindungszustand des Hilfsmotors 140 gemäß den Antriebszuständen geändert wird.
Bei dem Steuerprozess der 18 stellt die CPU die Drehzahlen von allen Drehwellen der Doppelkupplung 200 so ein, dass sie im Wesentlichen miteinander übereinstimmen, während die gekoppelte Kupplung in dem gekoppelten Zustand gehalten wird, und nachfolgend schaltet sie die gelöste Kupplung ein, und sie schaltet die gekoppelte Kupplung aus (Schritt S116). Der Wechselprozess des Verbindungszustandes ist jedoch nicht auf diese Prozedur beschränkt, sondern das Wechseln kann über einen Zustand implementiert werden, bei dem sowohl die innere Kupplung als auch die äußere Kupplung in der Aus-Position versetzt sind. Diese abgewandelte Prozedur schaltet zunächst die gekoppelte Kupplung aus, stellt die Drehzahlen der beiden Drehwellen bei der gelösten Kupplung so ein, dass sie im Wesentlichen miteinander übereinstimmen, und schaltet dann die gelöste Kupplung ein. Eine andere mögliche Abwandlung führt keine Momentenregulierung des Hilfsmotors 140 durch (Schritt S110), sondern führt nur die elektrische Spannungsregulierung der gelösten Kupplung durch (Schritt S112).
G. Koppeln der gelösten Kupplung
Im Folgenden wird die konkrete Prozedur der Regulierung beschrieben, die bei dem Schritt S112 in dem Flussdiagramm der 18 durchgeführt wird. Die 21 zeigt Änderungen des Kopplungszustandes der Doppelkupplung 200 und der Drehzahl der mittleren Welle 401 während eines Wechselbetriebs. Bei diesem Beispiel ändert sich der Verbindungszustand von der Untersteuerungs-Verbindung zu der Übersteuerungs-Verbindung. Die Prozedur ändert nämlich den Verbindungszustand von dem anfänglichen Zustand, bei dem die äußere Kupplung eingeschaltet ist, die innere Kupplung ausgeschaltet ist und die mittlere Welle 401 mit der äußeren Welle 501 gekoppelt ist, die mit der Antriebswelle 135 verbunden ist, zu jenem Zustand, bei dem die mittlere Welle 401 mit der inneren Welle 301 gekoppelt ist, die mit der Kraftmaschine 150 verbunden ist. Die hierbei übernommene Prozedur löst die gekoppelte Kupplung oder die äußere Kupplung, stellt die Drehzahlen der mittleren welle 401 und der inneren Welle 301 so ein, dass sie im Wesentlichen miteinander übereinstimmen, und schaltet die gelöste Kupplung oder die innere Kupplung ein. Gemäß einer möglichen Abwandlung kann die Prozedur dem Steuerprozess folgen, der in dem Flussdiagramm der 18 gezeigt ist, und sie kann die Einstellung der Drehzahlen durchführen, während die äußere Kupplung in dem gekoppelten Zustand gehalten wird.
Bei einem Zeitpunkt t1 gibt die CPU ein Steuersignal zum Ausschalten der äußeren Kupplung ab, und sie startet den Wechselbetrieb. Bei einem Zeitpunkt t2 nach Verstreichen einer vorbestimmten Verzögerungszeit wird die äußere Kupplung tatsächlich gelöst. Bei diesem Zeitpunkt ist die Drehzahl der mittleren Welle 401 gleich einer Drehzahl Nout der Antriebswelle 135.
Ein Niedrigsignal wird zu der inneren Kupplung zum Zeitpunkt t3 nach einer bestimmten Zeitverzögerung abgegeben, und die innere Kupplung fällt in einen halbgekoppelten Zustand nach einem Zeitpunkt t4. In dem halb gekoppelten Zustand ermöglicht die Kupplung eine Übertragung des Momentes ausschließlich mittels der Reibungskraft des Ankers 307 gegen die sich radial erstreckende Seitenfläche 410 der mittleren Welle 401. Wie dies vorstehend beschrieben ist, werden die an die innere Welle 301 angebrachten Walzen 304 mit der mittleren Welle 401 gekoppelt, so dass die Doppelkupplung 200 des Ausführungsbeispieles das Moment überträgt. Die Walzen 304 werden im Allgemeinen in der neutralen Position mittels der Schaltfeder 303 gehalten und zu der Kopplungsposition versetzt, wenn der Anker 307 mit der sich radial erstreckenden Seitenfläche 410 in Kontakt gelangt, um eine ausreichende Reibungskraft gegen die Druckkraft der Schaltfeder 303 zu erzeugen. Auch wenn die Walzen 304 nicht zu der Kopplungsposition versetzt werden, erzeugt der Kontakt des Ankers 307 mit der sich radial erstreckenden Seitenfläche 410 eine Reibungskraft, um eine Übertragung des Momentes in einem bestimmten Bereich zwischen der mittleren Welle 401 und der inneren Welle 301 zu ermöglichen. Der halb gekoppelte Zustand stellt einen Zustand dar, der eine Übertragung des Momentes mittels der Reibungskraft ermöglicht, und er wird dadurch erreicht, dass eine niedrige elektrische Spannung in die Spule 603 der inneren Kupplung eingespeist wird, um den Anker 307 mit einer kleinen Kraft anzuziehen. Die Größe des bei dem halb gekoppelten Zustand übertragenen Momentes ist naturgemäß kleiner als jenes Moment, das in dem folgständig gekoppelten Zustand der Walzen 304 übertragen wird.
Während die innere Kupplung in dem halb gekoppelten Zustand ist, ist die innere Welle 301 mit der mittleren Welle 401 über einen Schlupf gekoppelt, so dass die Drehzahl der mittleren Welle 401 auf eine Drehzahl Nin der inneren Welle 301 erhöht wird, Bei einem Zeitpunkt t5, wenn die Drehzahl der mittleren Welle 401 im Wesentlichen mit der Drehzahl der inneren Welle 301 übereinstimmt, wird ein Hochsignal zu der inneren Kupplung abgegeben, um eine hohe elektrische Spannung in die Spule 603 einzuspeisen und den Anker 307 mit einer großen Kraft anzuziehen. Die Walzen 304 werden dann zu der Kopplungsposition bei einem Zeitpunkt t6 versetzt. Dadurch ist der Wechselprozess beendet.
In dem Zeitdiagramm der 21 stellt eine Kurve der gestrichelten Linie eine Änderung der Drehzahl der mittleren Welle 401 bei dem Aufbau dar, der es nicht ermöglicht, dass die gelöste Kupplung in den halb gekoppelten Zustand fällt. In diesem Fall ist es erforderlich, die Drehzahl der mittleren Welle 401 ausschließlich durch die Regulierung des Hilfsmotors 140 zu erhöhen. Eine derartige Regulierung bewirkt häufig ein Überschwingen oder ein Unterschwingen während einer Übergangsreaktion, und es ist eine längere Zeit dazu erforderlich, dass die Drehzahl der mittleren welle 401 mit der Drehzahl Nin der inneren Welle 301 im Wesentlichen übereinstimmt. Bei dem Aufbau, der es ermöglicht, dass die gelöste Kupplung in den halb gekoppelten Zustand fällt, wird die Drehzahl der mittleren Welle 401 andererseits durch Drehungen der inneren Welle 301 erhöht, so dass sie mit der Drehzahl Nin ohne irgendein Überschwingen übereinstimmt. Dies gewährleistet das schnelle Wechseln. Das vorstehend beschriebene Beispiel betrachtet jenen Fall, bei dem die innere Kupplung die gelöste Kupplung ist. Eine ähnliche Prozedur wird übernommen, wenn die äußere Kupplung die gelöste Kupplung ist.
Während des Steuerns der gelösten Kupplung gemäß der Prozedur der 21 wird die Kopplungskraft in dem halb gekoppelten Zustand gemäß einer Soll-Zeit festgelegt, die zum Beenden des Wechselns erforderlich ist. Die Prozedur legt zunächst die Soll-Zeit fest, die zur Beendigung des Wechselns erforderlich ist (zum Beispiel die Zeitperiode zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t6 in dem Zeitdiagramm der 21), und zwar auf der Grundlage einer Anforderung hinsichtlich des Fahrgefühls. Die Prozedur legt dann eine Sollzeit fest, die zum Angleichen der Drehzahlen der gelösten Kupplung erforderlich ist, in dem die gelöste Kupplung in den halb gekoppelten Zustand versetzt wird (zum Beispiel die Zeitperiode zwischen dem Zeitpunkt t4 und dem Zeitpunkt t5 in dem Zeitdiagramm der 21). Die zum Angleichen der Drehzahlen der gelösten Kupplung erforderliche Soll-Zeit wird durch ΔT (S) ausgedrückt. Während des Wechselbetriebes der Kupplungen ändert sich die Differenz zwischen der Drehzahl der gekoppelten Kupplung und der Drehzahl der gelösten Kupplung (das heißt die Differenz zwischen den Drehzahlen Nin und Nout in der 21) bei dem anfänglichen Zustand bei einer Änderung der Antriebszustände. Die Soll-Zeit ΔT wird für eine übliche anfängliche Drehzahldifferenz ΔN (Rad/S) festgelegt.
Das Moment T (Nm), das auf die mittlere Welle 401 in dem halb gekoppelten Zustand aufzubringen ist, damit die Drehzahldifferenz ΔN in der Sollzeit ΔT auf 0 konvergiert, wird im Allgemeinen durch die folgende Gleichung angegeben: T = I × ΔN&Δt;Wobei I das Trägheitsmoment (kg m²) der mittleren Welle 401 und des mit ihr verbundenen Hilfsmotors 140 angibt. Das Moment T, das auf die mittlere Welle 401 aufgebracht wird, ist proportional zu dem polaren Flächenträgheitsmoment, dem Reibungskoeffizienten und der Anziehung des Ankers der gelösten Kupplung. Eine Teilung des berechneten Moments T nach der vorstehend genannten Gleichung durch das polare Flächenträgheitsmoment und den Reibungskoeffizienten des Ankers der gelösten Kupplung legt die Soll-Anziehung und die elektrische Soll-Spannung fest, die in die Spule der inneren Kupplung einzuspeisen ist.
Wenn das berechnete Moment T das Moment der Schaltfeder bei der gelösten Kupplung überschreitet und ausreichend groß ist, so dass das Koppeln der Walzen ermöglicht wird, dann fällt die Kupplung in den vollständig gekoppelten Zustand. Um das vollständige Koppeln zu vermeiden, ist die Schaltfeder bei der gelösten Kupplung so gestaltet, dass sie ein größeres Moment als das berechnete Moment T aufbringt. In dem Zustand, bei dem ein hohes Signal zu der Spule der gelösten Kupplung abgegeben wird, soll ein Moment auf das Reibkopplungselement wirken, das größer ist als das Moment der Schaltfeder. Die elektrische Sollspannung, die in die Spule der gelösten Kupplung einzuspeisen ist, wird so festgelegt, dass die Aufbringung eines derartigen Moments ermöglicht wird.
Die Sollzeit ΔT, die zum Beenden des Wechselns erforderlich ist, und die übliche Drehzahldifferenz ΔN werden für das Wechseln von der Übersteuerungs-Verbindung zu der Untersteuerungs-Verbindung und für das umgekehrte Wechseln individuell festgelegt. Die individuellen Festlegungen ermöglichen angemessene Werte, die für den Wechselprozess geeignet sind, so dass sie für die Momente der Schaltfedern bei der äußeren Kupplung und der inneren Kupplung und die elektrische Spannung bei dem halb gekoppelten Zustand anwendbar sind.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, ermöglicht das Einrichten der Kopplung der gelösten Kupplung durch den halb gekoppelten Zustand, das die Drehzahlen der Drehwellen der gelösten Kupplung schnell miteinander übereinstimmen, und dadurch wird die Zeitperiode verkürzt, die zum Beenden des Wechselns erforderlich ist.
Die gelöste Kupplung kann in einer Vielzahl anderer Anwendungen gekoppelt werden. Die 22 zeigt eine grafische Darstellung eines elektrischen Spannungsregulierprozesses bei einer ersten Anwendung. Die erste Anwendung erhöht allmählich die elektrische Spannung der Spule bei der gelösten Kupplung gemäß der Drehzahldifferenz, so dass die Kopplungskraft allmählich verstärkt wird. Wie dies unter Bezugnahme auf die 21 beschrieben ist, werden bei der gelösten Kupplung die Momente aufgebracht, damit die Drehzahlen der beiden Drehwellen im Wesentlichen miteinander übereinstimmen, während ein Schlupf bei dem Reibkopplungselement vorhanden ist. Die Drehzahldifferenz zwischen den beiden Drehwellen verringert sich im Laufe der Zeit, um so die Kopplungskraft zu verstärken und die Drehzahlen der beiden Drehwellen noch schneller anzugleichen. Bei der Anwendung gemäß der 22 wird die Kopplungskraft bei einer Verringerung der Drehzahldifferenz ΔN in jenem Bereich verstärkt, der nicht größer als eine obere Grenze NL der Drehzahldifferenz ΔN ist, die das Koppeln in dem halb gekoppelten Zustand ermöglicht. Wenn die Drehzahldifferenz ΔN kleiner ist als der vorbestimmte Wert NT, dann wird die Kupplung vollständig gekoppelt. Bei der Anwendung gemäß der 22 wird die Kopplungskraft linear geändert. Die Kopplungskraft kann jedoch nicht linear oder stufenweise geändert werden.
Die 23 zeigt eine grafische Darstellung eines elektrischen Spannungsregulierprozesses bei einer zweiten Anwendung. Die in die Spule eingespeiste elektrische Spannung kann schwankend geändert werden. Eine elektrische Spannung wird in die Spule eingespeist, um die Kupplung in jenem Zustand zu koppeln, bei der eine Drehzahldifferenz vorhanden ist. In diesem Fall wird ein Stoßmoment aufgrund der Drehzahldifferenz der beiden Drehwellen aufgebracht, um die Drehzahldifferenz zu reduzieren. Wenn die Kupplung in dem gekoppelten Zustand bei derartigen Zuständen gehalten wird, dann kann das Stoßmoment die Lebensdauer der Kupplung beträchtlich verkürzen. Die zweite Anwendung schwächt somit die in die Spule eingespeiste elektrische Spannung unmittelbar nach dem Koppeln der Kupplung ab, um so die Kopplungskraft zu verkleinern. Die Einrichtung des Koppelns der Kupplung, während die Kopplungskraft schwankend verändert wird, ermöglicht das intermittierende Aufbringen des Stoßmomentes und eine schnelle Reduzierung der Drehzahldifferenz zwischen den beiden Drehwellen. Die Zeitperiode und die Intensität der Schwankung der Kopplungskraft können gemäß dem zulässigen Bereich der Kupplung und der Drehzahldifferenz beliebig festgelegt werden. Es ist wünschenswert, die Zeitperiode und die Intensität der Schwankung der Kopplungskraft dadurch festzulegen, dass die Wirkungen eines möglichen Momentenstoßes berücksichtigt werden, der während des Koppelns bei der Fahrt auftritt. Bei dem Beispiel gemäß der 23 wird die Spitze der Kopplungskraft bei einer Verringerung der Drehzahldifferenz ΔN vergrößert. Eine mögliche Abwandlung verlängert die Zeitperiode des Koppelns bei einer Verringerung der Drehzahldifferenz ΔN. Die Kopplungskraft kann bei einer Änderung der beobachteten Drehzahldifferenz ΔN schwanken, oder sie Kann im Laufe der Zeit gemäß einem vorbestimmten Muster schwanken. Die Kopplungskraft kann andernfalls mit einer festen Zeitperiode ungeachtet der Drehzahldifferenz ΔN und der verstrichenen Zeit schwanken.
Die 24 zeigt eine grafische Darstellung eines elektrischen Spannungsregulierprozesses bei einer dritten Anwendung. Die dritte Anwendung koppelt die Kupplung intermittierend. Bei dem Beispiel gemäß der 24 werden die Walzen intermittierend in den vollständig gekoppelten Zustand gekoppelt. Das vollständige Koppeln der Walzen bewirkt ein äußerst hohes Stoßmoment, wodurch es möglich ist, dass die Drehzahlen der beiden Drehwellen bei der gelösten Kupplung schnell miteinander übereinstimmen. Das intermittierende Koppeln gewährleistet das schnelle Wechseln, während eine unerwünschte Verkürzung der Lebensdauer der gelösten Kupplung verhindert wird. Bei dem Beispiel gemäß der 24 wird die Kupplungskopplungszeit verkürzt, und das Intervall zwischen dem gegenwärtigen Koppeln und dem nachfolgenden Koppeln wird bei einer Verringerung der Drehzahldifferenz ΔN verlängert. Bei dieser Anwendung kann die Kopplungskraft gemäß der Drehzahldifferenz ΔN weiter verändert werden.
Die Verarbeitung bei dem Schritt S112 bei dem vorstehend beschriebenen Wechselsteuerprozess reguliert die elektrische Spannung der gelösten Kupplung gemäß der vor eingestellten Anwendung, die aus der Vielzahl der möglichen Anwendungen ausgewählt wird, die vorstehend beschrieben sind. Bei diesem Aufbau des Ausführungsbeispiels wird die Zufuhr des elektrischen Stroms in die Spulen 601 und 603 der Doppelkupplung 200 durch die Ein/Aus-Betriebe der Transistoren gesteuert, die als die Schaltelemente arbeiten. Die Technik des Ausführungsbeispiels führt somit eine PWM-Steuerung der Schalter 611 oder 613 durch, um so die elektrische Spannung bei der vor eingestellten Anwendung in die Spule der gelösten Kupplung einzuspeisen.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Regulierung der gelösten Kupplung (siehe Schritt S112 in dem Flussdiagramm der 18) immer bei dem Wechselsteuerprozess durchgeführt. Die Regulierung der gelösten Kupplung wird dadurch ausgeführt, dass jene Zeit verkürzt wird, die zum Beenden des Wechselns der Kupplungen erforderlich ist. Das Regulieren der gelösten Kupplung kann somit nur dann durchgeführt werden, wenn das verkürzen der Zeit des Wechselns erforderlich ist. Eine anwendbare Prozedur führt die Regulierung der gelösten Kupplung dann durch, wenn der Fahrer plötzlich das Beschleunigungspedal niederdrückt, und andernfalls überspringt sie die Regulierung.
H. Wirkungen
Bei dem vorstehend beschriebenen Hybridfahrzeug des Ausführungsbeispiels wird die Verbindung des Hilfsmotors 140 gemäß der Beziehung zwischen den Drehzahlen der Achse 116 und der Kraftmaschine 150 geändert. Diese Anordnung verhindert in wirksamer Weise eine Zirkulierung der Leistung, und sie ermöglicht eine Fahrt des Hybridfahrzeugs bei einem hohen Antriebswirkungsgrad. Eine Anwendung der Untersteuerungs-Verbindung während einer Beschleunigung erzielt eine sanfte Beschleunigung mit einem hohen Ansprechverhalten.
Bei dem Hybridfahrzeug des Ausführungsbeispiels wird die Doppelkupplung 200 als der Wechselmechanismus der Verbindung verwendet. Der Aufbau der Doppelkupplung hat ein kleines Maß entlang der Drehachse, und dadurch wird in wünschenswerter Weise die Größe des Ganzen Leistungssystems einschließlich des Wechselmechanismus reduziert. Die Verwendung der Doppelkupplung ermöglicht die Änderung der Verbindung des Hilfsmotors 140, ohne dass eine Entkopplung des Hilfsmotors 140 sowohl von der Kraftmaschine 150 als auch von dem Kupplungsmotor 130 verursacht wird. Diese Anordnung verbessert in vorteilhafter Weise das Ansprechverhalten des Fahrzeugs, wie dies nachfolgend beschrieben wird.
Das Hybridfahrzeug des Ausführungsbeispiels legt die Drehzahlen der drei Drehwellen, die mit der Doppelkupplung 200 verbunden sind, so fest, dass sie im Wesentlichen zueinander identisch sind, und es führt nachfolgend das Wechseln der Kupplungen über jenen Zustand durch, bei dem sowohl die innere Kupplung als auch die äußere Kupplung in den gekoppelten Zustand versetzt sind. Diese Anordnung verhindert in wirksamer Weise die Entkopplung des Hilfsmotors 140 sowohl von der Kraftmaschine 150 als auch von dem Kupplungsmotor 130 während des Wechselns der Kupplungen, und sie gewährleistet somit ein ausreichendes abgegebenes Moment auch während des Wechselprozesses. Der Wechselsteuerprozess, der vorstehend beschrieben ist, führt das Wechseln der Kupplungen durch, nachdem die Drehzahlen der drei Drehwellen im Wesentlichen nahe aneinander sind. Diese Prozedur verkürzt die Zeitperiode beträchtlich, in der der Hilfsmotor 140 sowohl von der Kraftmaschine 150 als auch von dem Kupplungsmotor 130 entkoppelt ist. Auch wenn das Ausführungsbeispiel das Wechseln der Kupplungen über jenen Zustand durchführt, bei dem beide Kupplungen in den gekoppelten Zustand versetzt sind, kann das Wechseln der Kupplungen somit über jenem Zustand durchgeführt werden, bei dem der Hilfsmotor 140 sowohl von der Kraftmaschine 150 als auch von dem Kupplungsmotor 130 gelöst ist. Diese abgewandelte Anwendung gewährleistet ebenfalls ein ausreichendes abgegebenes Moment.
Die Technik von dem Ausführungsbeispiel führt die elektrische Spannungsregulierung der gelösten Kupplung (Siehe Schritt S112) in dem Flussdiagramm der 18) bei dem Wechselsteuerprozess durch, wodurch die Zeit verkürzt wird, die zum Beenden des Wechselns erforderlich ist. Die 25 zeigt eine grafische Darstellung einer Änderung der Drehzahl bei dem Wechselprozess. Die durchgezogenen Linien stellen zeitliche Änderungen der Drehzahl der Antriebswelle dar, wohingegen die gestrichelten Linien zeitliche Änderungen der Drehzahl der Kraftmaschine darstellen. Die dickeren Linien stellen die Änderungen in jenem Fall dar, wenn die elektrische Spannungsregulierung der gelösten Kupplung durchgeführt wird. Die dünneren Linien stellen die Änderungen ohne elektrische Spannungsregulierung dar.
Bei einem Zeitpunkt tt1 wird das Beschleunigungspedal in dem Zustand der Übersteuerungs-Verbindung (OD) plötzlich niedergedrückt, um den Wechselsteuerprozess zu starten. Das Fahrzeug wird beim Niederdrücken des Beschleunigungspedals so beschleunigt, dass die Drehzahl der Antriebswelle allmählich ansteigt. Die Drehzahl der Kraftmaschine steigt ebenfalls durch die Regulierung des Hilfsmotors 140 und durch die Regulierung der gelösten Kupplung an. In einem Fall ohne Regulierung der gelösten Kupplung erhöht sich die Drehzahl der Kraftmaschine allmählich, so dass sie im Wesentlichen mit der Drehzahl der Antriebswelle übereinstimmt, und zwar bei einem Zeitpunkt tt3, wie es durch die dünneren Linien gezeigt ist. Bei diesem Zeitpunkt tt3 ändert sich der Verbindungszustand von der Übersteuerungs-Verbindung zu der Untersteuerungs-Verbindung, so dass es möglich ist, dass der Hilfsmotor 140 ein zusätzliches Moment zum Beschleunigen abgibt. Die Beschleunigung schreitet dann entlang den dünneren Linien fort.
In dem Fall der Regulierung der gelösten Kupplung wird andererseits die Leistung der Drehungen der Antriebswelle übertragen, so dass die Drehzahl der Kraftmaschine erhöht wird.
Die Drehzahl der Kraftmaschine wird somit schnell erhöht, so dass sie mit der Drehzahl der Antriebswelle bei einem Zeitpunkt tt2 übereinstimmt, wie dies durch die dickeren Linien gezeigt ist. Der Zeitpunkt tt2 liegt vor dem Zeitpunkt tt3. Bei diesem Zeitpunkt tt2 wird der Verbindungszustand von der Übersteuerungs-Verbindung zu der Untersteuerungs-Verbindung geändert. Die Beschleunigung schreitet dann entlang den dickeren Linien fort. Wie dies aus einem Vergleich zwischen den dickeren Linien und den dünneren Linien klar ersichtlich ist, gewährleistet die Regulierung der gelösten Kupplung ein schnelleres Wechseln der Kupplungen und eine schnellere nachfolgende Beschleunigung. Das Hybridfahrzeug von dem Ausführungsbeispiel erzielt somit eine sanfte Beschleunigung mit einem hohen Ansprechverhalten.
I. Abwandlungen
Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel wendet den Kupplungsmotor für die Leistungsreguliereinheit an. Die Leistungsreguliereinheit ändert die Größe der von der Kraftmaschine 140 abgegebenen Leistung durch das Eingeben und das Abgeben von elektrischer Leistung. Der Kupplungsmotor 130 erhöht die Drehzahl bei einer Zufuhr von elektrischer Leistung, und er senkt die Drehzahl durch eine Regenerierung von elektrischer Leistung ab, um so die von der Kraftmaschine 150 abgegebene Leistung zu ändern und die geänderte Leistung zu der Achse 116 zu übertragen. Die Leistungsreguliereinheit ist nicht auf den Kupplungsmotor 130 beschränkt, sondern sie kann irgendein anderes Gerät sein, das die vorstehend beschriebenen Wirkungen ausübt. Im Folgenden wird ein abgewandeltes Beispiel unter Verwendung einer Leistungsreguliereinheit mit einer anderen Konfiguration beschrieben.
Die 26 stellt schematisch den Aufbau eines Hybridfahrzeugs bei einem abgewandelten Beispiel dar. Es sind hierbei nur die Bestandteile gezeigt, die sich auf die Leistungsübertragung beziehen, wohingegen das elektrische System einschließlich der Steuereinheit und den Antriebsschaltungen aus der Darstellung weggelassen ist. Bei diesem abgewandelten Beispiel wurde der Kupplungsmotor 130 durch eine Planetengetriebeeinheit 230 und einen Motor/Generator 240 ausgetauscht. Die restliche Konfiguration ist identisch mit jener des Hybridfahrzeugs des Ausführungsbeispiels, das in der 1 gezeigt ist.
Die Planetengetriebeeinheit 230 hat ein Sonnenrad 231, das sich um die Mitte dreht, ein Planetenritzel 232, das sich um seiner Achse dreht, einen Planetenträger 233, der das Planetenritzel 232 so stützt, dass es um das Sonnenrad 231 drehbar ist, und ein Hohlrad 234, das den Planetenträger 233 umläuft. Das Sonnenrad 231 der Planetengetriebeeinheit 230 ist mit einem Rotor 242 des Motor/Generators 240 verbunden. Der Planetenträger 233 ist mit der Kurbelwelle 156 der Kraftmaschine 150 und mit der inneren Welle der Doppelkupplung 200 verbunden. Das Hohlrad 234 ist mit der äußeren Welle der Doppelkupplung 200 verbunden, und es ist mit der Achse 116 über einen Steuerriemen und ein Differentialgetriebe verbunden.
Ähnlich wie der Hilfsmotor 140 ist der Motor/Generator 240 ein Drei-Phasen-Synchronmotor, und er hat einen Startor 244, der an dem Gehäuse befestigt ist. Der Motor/Generator 240 dient entweder als ein Motor oder als ein Generator. Die Betriebe des Motor/Generators 240 werden durch die Ein/Aus-Betriebe der Transistoren gesteuert, die in einer Antriebsschaltung in der gleichen Art und Weise wie bei dem Kupplungsmotor 130 des Ausführungsbeispieles enthalten sind.
Bei der Planetengetriebeeinheit 230 wird durch das Bestimmen der Drehzustände von zwei Elementen von dem Sonnenrad 231, dem Planetenträger 233 und dem Hohlrad 234 eindeutig der Drehzustand des verbleibenden Elementes bestimmt, wie dies aus der Mechanik bekannt ist. Auf der Grundlage von derartigen Charakteristika gewährleistet bei dem Hybridfahrzeug des abgewandelten Beispiels die Kombination der Planetengetriebeeinheit 230 mit dem Motor/Generator 240 jene Funktionen, die ähnlich zu den Funktionen des Kupplungsmotors 130 des Ausführungsbeispiels sind, das in der 1 gezeigt ist, und zwar werden die Funktionen der Leistungsreguliereinheit erreicht. Der Planetenträger 233 entspricht dem inneren Rotor des Kupplungsmotors 130, und das Hohlrad 234 entspricht der Antriebswelle.
Das Eingeben der Leistung von der Kraftmaschine 150 in den Planetenträger 233 dreht das Hohlrad 234 und das Sonnenrad 231. Eine der Drehungen von dem Hohlrad 234 und dem Sonnenrad 231 kann gestoppt werden. Die Drehung des Hohlrades 234 bewirkt die Abgabe eines Teiles der Leistung aus der Kraftmaschine 150, so dass sie in einer mechanischen Form zu der Achse 116 übertragen wird. Die Drehung des Sonnenrades 231 bewirkt einen Antrieb des Motor/Generators 240 durch einen Teil der von der Kraftmaschine 150 abgegebene Leistung und eine Regenerierung von elektrischer Leistung. Der Motor/Generator 240 führt die Leistungsfahrt durch, um das von dem Motor/Generator 240 abgegebene Moment zu der Achse 116 über das Sonnenrad 231, den Planetenträger 233 und das Hohlrad 234 zu übertragen. Die Leistungsfahrt des Motor/Generators 240 verstärkt dementsprechend das von der Kraftmaschine 150 abgegebene Moment, und sie gibt das verstärkte Moment zu der Achse 116 ab.
Wie dies bei dem Hybridfahrzeug des abgewandelten Beispiels vorstehend beschrieben ist, ändert die Kombination der Planetengetriebeeinheit 230 mit dem Motor/Generator 240 die in den Planetenträger 233 eingegebene Leistung durch das Eingeben und das Abgeben von elektrischer Leistung, und sie gibt die geänderte Leistung zu dem Hohlrad 234 ab. Die Drehzahlen des Sonnenrades 231 und des Hohlrades 234 werden bei den einschränkenden Bedingungen entsprechend dem Übersetzungsverhältnis derart beliebig geändert, dass die von der Kraftmaschine 150 abgegebene Leistung bei vielfältigen Drehzahlen umgewandelt wird und zu dem Hohlrad 234 abgegeben wird.
Ähnlich wie das Hybridfahrzeug bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel erreicht das Hybridfahrzeug des abgewandelten Beispiels vier unterschiedliche Verbindungszustände A bis D durch Ändern des Kopplungszustandes der Doppelkupplung 200. Die 27 zeigt den Zustand des Leistungssystems bei den jeweiligen Ein/Aus-Zuständen der Doppelkupplung 200 bei dem Hybridfahrzeug des abgewandelten Beispieles. Bei dem Verbindungszustand A sind sowohl die innere Kupplung als auch die äußere Kupplung in der Ein-Position. Der Planetenträger 233 und das Hohlrad 234 der Planetengetriebeeinheit 230 drehen sich einstückig, so dass alle Zahnräder der Planetengetriebeeinheit 230 einstückig gedreht werden. Der Verbindungszustand A ist somit equivalent zu der Konfiguration, bei der der Motor/Generator 240 keine Wirkung hat und die Kraftmaschine 150 sowie der Hilfsmotor 140 mit der Antriebswelle direkt verbunden sind. Der Verbindungszustand A bei dem abgewandelten Aufbau entspricht dem Verbindungszustand A bei dem Aufbau des Ausführungsbeispieles (Siehe 10).
Bei dem Verbindungszustand B ist die innere Kupplung in der Aus-Position, und die äußere Kupplung ist in der Ein-Position. Da nur die äußere Kupplung das Koppeln verstärkt, ist der Verbindungszustand B equivalent zu der Konfiguration, bei der der Hilfsmotor 140 mit dem Hohlrad 234 verbunden ist. Das Hohlrad 234 entspricht dem äußeren Rotor des Kupplungsmotors 130 bei dem Ausführungsbeispiel, so dass der Verbindungszustand B bei dem abgewandelten Aufbau dem Verbindungszustand B bei dem Aufbau des Ausführungsbeispieles entspricht. Das Hybridfahrzeug des abgewandelten Beispieles erreicht die Untersteuerungs-Verbindung dadurch, dass die innere Kupplung ausgeschaltet wird und das die äußere Kupplung eingeschaltet wird.
Bei dem Verbindungszustand C ist die innere Kupplung in der Ein-Position, und die äußere Kupplung ist in der Aus-Position. Da nur die innere Kupplung das Koppeln verstärkt, ist der Verbindungszustand C equivalent zu dem Aufbau, bei dem der Hilfsmotor 140 mit der Kraftmaschine 150 verbunden ist. Der Verbindungszustand C bei dem abgewandelten Aufbau entspricht dem Verbindungszustand C bei dem Aufbau des Ausführungsbeispieles. Das Hybridfahrzeug des abgewandelten Beispieles erreicht die Übersteuerungs-Verbindung dadurch, dass die innere Kupplung eingeschaltet wird und dass die äußere Kupplung eingeschaltet wird und dass die äußere Kupplung ausgeschaltet wird.
Bei dem Verbindungszustand D sind sowohl die innere Kupplung als auch die äußere Kupplung in der Aus-Position. In diesem Fall ist der Hilfsmotor 140 vollständig von den äußeren Bestandteilen getrennt, und nur die Kraftmaschine 150, die Planetengetriebeeinheit 230 und der Motor/Generator 240 sind miteinander verbunden. Der Verbindungszustand D bei dem abgewandelten Aufbau entspricht dem Verbindungszustand D bei dem Aufbau des Ausführungsbeispieles.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, erreicht das Hybridfahrzeug bei dem abgewandelten Beispiel ähnlich wie das Hybridfahrzeug bei dem Ausführungsbeispiel die Untersteuerungs-Verbindung und die Übersteuerungs-Verbindung dadurch, dass der Kopplungszustand der Doppelkupplung 200 geändert wird. Die Steuerprozeduren, die bei dem Hybridfahrzeug das Ausführungsbeispiels durchgeführt werden, sind bei dem Hybridfahrzeug des abgewandelten Beispiels anwendbar.
Die bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel übernommene Doppelkupplung 200 hat die innere elektromagnetische Kupplungseinheit, die die mittlere Welle mit und von der inneren Welle verbindet und entkoppelt, und die äußere elektromagnetische Kupplungseinheit, die die mittlere Welle mit und von der äußeren Welle verbindet und entkoppelt. Die innere elektromagnetische Kupplungseinheit und die äußere elektromagnetische Kupplungseinheit erfüllen jeweils die nachfolgenden Anforderungen. Die erste Anforderung ist, dass die beiden interessierenden Wellen, die zu verbinden und zu entkoppeln sind, Querschnittsformen aufweisen, die es ermöglichen, dass das Intervall zwischen den zugewandten Seiten in der radialen Richtung gemäß der Position in der Umfangsrichtung geändert wird. Die zweite Anforderung ist jene, dass die Walzen, die einen Durchmesser zwischen dem maximalen Wert und dem minimalen Wert des Intervalls aufweisen, zwischen den beiden interessierenden Wellen vorgesehen sind. Die dritte Anforderung ist, dass ein Stützelement mit einer der beiden interessierenden Wellen verbunden ist, um relative Drehungen von Ihnen zu ermöglichen, um die Walzen zu stützen. Die vierte Anforderung ist, dass ein erstes Reibkopplungselement und ein zweites Reibkopplungselement vorgesehen sind, wobei das erste Reibkopplungselement an der anderen von den beiden interessierenden Wellen befestigt ist und das zweite Reibkopplungselement mit dem Stützelement verbunden ist, um relative Drehungen davon zu unterbinden, damit sie in Kontakt sind und von der Reibfläche durch die Wirkung der elektromagnetischen Kraft getrennt werden. Die fünfte Anforderung ist, dass die Elektromagneten vorgesehen sind, um die elektromagnetische Kraft auf das zweite Reibkopplungselement aufzubringen.
Die mittlere Welle hat einen großen diametralen Abschnitt und einen kleinen diametralen Abschnitt, der quer zu der sich radial erstreckenden Seitenfläche angeordnet ist, die senkrecht zu der Drehachse ist. Die sich radial erstreckende Seitenfläche dient als das erste Reibkopplungselement entweder der inneren elektromagnetischen Kupplungseinheit oder der äußeren elektromagnetischen Kupplungseinheit. Diese Anordnung reduziert in wünschenswerter Weise die Größe des Wechselmechanismus. Der Wechselmechanismus der vorliegenden Erfindung ist nicht auf diese Konfiguration beschränkt, sondern eine Anwendung von derartigen Walzenkupplungen ermöglicht in vorteilhafter Weise ein relativ großes Moment, das durch einen relativ kleinen Mechanismus zu übertragen ist. Eine Vielfalt von Konfigurationen außer der Konfiguration des Ausführungsbeispiels ist auf die Doppelkupplung mit den vorstehend beschriebenen Charakteristika anwendbar. Eine Vielzahl Konfigurationen ist auf die Verbindung der Doppelkupplung, des Hilfsmotors, der Kraftmaschine und der Antriebswelle unter jenen Einschränkungen anwendbar, dass die Drehwelle des Hilfsmotors mit der mittleren Welle verbunden ist und dass die Abgabewelle und die Antriebswelle mit der inneren Welle und der äußeren Welle in einer Eins-Zu-Eins-Beziehung verbunden sind. Einige von den anwendbaren Konfigurationen werden nachfolgend als abgewandelte Beispiele beschrieben.
Die 28 stellt den Aufbau einer Doppelkupplung bei einem ersten abgewandelten Beispiel dar. Es ist hierbei nur der schematische Aufbau gezeigt, und die Einzelheiten sind aus der Darstellung weggelassen. Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel hat den Nocken und die anderen dazugehörigen Bestandteile, die in dem großen diametralen Abschnitt der mittleren Welle 401 eingebaut sind. Das erste abgewandelte Beispiel hat einen Nocken und dazugehörige Bestandteile, die in einem kleinen diametralen Abschnitt einer mittleren Welle 401A eingebaut sind.
Ähnlich wie die mittlere Welle 401 des Ausführungsbeispieles hat die mittlere Welle 401A des ersten abgewandelten Beispieles einen kleinen diametralen Abschnitt und einen großen diametralen Abschnitt, der quer zu einer sich radial erstreckenden Seitenfläche 410A angeordnet ist.
Anders als bei dem Aufbau des Ausführungsbeispieles sind Walzen 304C und ein Stützelement 305A, die bei der inneren Kupplungseinheit enthalten sind, in dem kleinen diametralen Abschnitt der mittleren Welle 401A eingebaut. Zwei Spulen 601A und 603A, die in der inneren Kupplungseinheit beziehungsweise in einer äußeren Kupplungseinheit enthalten sind, sind zwischen dem großen diametralen Abschnitt der mittleren Welle 401A und einer inneren Welle 301A befestigt. Bei der Doppelkupplung des ersten abgewandelten Beispieles sind Walzen 404A und ein Stützelement 405A, die bei der äußeren Kupplungseinheit enthalten sind, an der Innenumfangsfläche einer äußeren Welle 501A angebracht. Anders als bei dem Aufbau des Ausführungsbeispieles dient die sich radial erstreckende Seitenfläche 410A der mittleren Welle 401A als ein Reibkopplungselement der äußeren Kupplungseinheit. Ein Ring 410B, der an der Inneren Welle 301A befestigt ist, dient als ein Reibkopplungselement der inneren Kupplungseinheit. Bei der Doppelkupplung von diesem abgewandelten Aufbau bewirkt eine Zufuhr eines elektrischen Stromes in die Spulen 601A und 603A, dass die mittlere Welle 401A mit der inneren Welle 301A und der äußeren Welle 501A verbunden und von diesen entkoppelt wird. Die Verwendung der mittleren Welle 401A mit der sich radial erstreckenden Seitenfläche 410A reduziert in wünschenswerter Weise die Größe des Ganzen Wechselsystems.
Die 29 stellt den Aufbau einer anderen Doppelkupplung bei einem zweiten abgewandelten Beispiel dar. Der Unterschied von dem Ausführungsbeispiel und dem ersten Abgewandelten Beispiel ist jener, dass das zweite abgewandelte Beispiel Reibkopplungselemente sowohl von einer inneren Kupplungseinheit als auch von einer äußeren Kupplungseinheit aufweist, die an einer mittleren Welle 401B befestigt ist.
Ähnlich wie bei der mittleren Welle 401A des ersten abgewandelten Beispieles hat die mittlere Welle 401B des zweiten abgewandelten Beispieles einen kleinen diametralen Abschnitt und einen großen diametralen Abschnitt, der quer zu der sich radial erstreckenden Seitenfläche 410C angeordnet ist. Walzen 304D und ein Stützelement 305B, die bei der inneren Kupplungseinheit enthalten sind, sind an einer inneren Welle 301B angebracht. Walzen 404B und ein Stützelement 405B, die bei der äußeren Kupplungseinheit enthalten sind, sind an einer äußeren Welle 501B angebracht. Zwei Spulen 601B und 603B, die bei der inneren Kupplungseinheit beziehungsweise der äußeren Kupplungseinheit enthalten sind, sind zwischen dem großen diametralen Abschnitt der mittleren Welle 401B und der inneren Welle 301B befestigt. Die sich radial erstreckende Seitenfläche 410C der mittleren Welle 401B dient als ein Reibkopplungselement der äußeren Kupplungseinheit. Die mittlere Welle 401B ist mit einem Begrenzungsmechanismus einer magnetischen Schaltung ähnlich wie bei dem Aufbau des Ausführungsbeispieles versehen, um so zu ermöglichen, dass die magnetische Kraft der Spule 601B in angemessener Weise auf die äußere Kupplungseinheit aufgebracht wird. Ein Ring 410D ist an der mittleren Welle 401B an der mittleren Seite der Drehwelle der sich radial erstreckenden Seitenfläche 410C befestigt. Der Ring 410D dient als ein Reibkopplungselement der inneren Kupplungseinheit. Die Technik der vorliegenden Erfindung kann mit dieser Konfiguration erzielt werden. Der Ring 410D kann einstückig mit der mittleren Welle 401B ausgebildet sein.
Elektromagnetische Walzenkupplungen wurden vorstehend als die abgewandelten Beispiele der Doppelkupplung 200 beschrieben. Die Doppelkupplung 200 ist jedoch nicht auf diese Aufbauten beschränkt. Eine Vielzahl Konfigurationen ist für die Doppelkupplung 200 anwendbar, solange die innere Welle, die mittlere Welle und die äußere Welle konzentrisch angeordnet sind und Kupplungsmechanismen innerhalb beziehungsweise außerhalb der mittleren Welle angeordnet sind. Die innere Kupplung und die äußere Kupplung können elektromagnetische Kupplungen sein, bei denen Kupplungsplatten durch die Wirkung einer elektromagnetischen Kraft angezogen und getrennt werden. Die Kupplungen können anstelle der elektromagnetischen Kraft durch einen Hydraulischen Druck angetrieben werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel oder ihre Abwandlungen beschränkt, sondern es können viele andere Abwandlungen, Änderungen und Abweichungen geschaffen werden, ohne dass der Umfang der vorliegenden Erfindung verlassen wird. Zum Beispiel kann die bei dem Hybridfahrzeug des Ausführungsbeispieles verwendete Benzinkraftmaschine 150 durch eine andere Leistungsquelle wie zum Beispiel eine Dieselkraftmaschine ausgetauscht werden. Das Ausführungsbeispiel wendet die Drei-Phasen-Synchronmotoren für alle Motoren an, die an dem Hybridfahrzeug angebracht sind. Andere Motoren einschließlich Induktionsmotoren, andere Wechselstrommotoren und andere Gleichstrommotoren sind gleichsam für die Motoren anwendbar. Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel führt die CPU die Softwareprogramme aus, um die verschiedenen Steuerprozeduren durchzuführen. Die Steuerungen können jedoch durch eine Hartwarekonfiguration erzielt werden. Bei dem Ausführungsbeispiel ist die Hauptsteuereinheit 190 für das Wechseln des Verbindungszustandes verantwortlich. Eine mögliche Abwandlung ändert den Verbindungszustand manuell. Eine andere mögliche Abwandlung führt wahlweise ein manuelles Wechseln und ein automatisches Wechseln des Verbindungszustandes durch.
Der Umfang der vorliegenden Erfindung ist ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche beschränkt.

Claims

Hybridfahrzeug mit: einer Kraftmaschine (150) mit einer Abgabewelle (156); einer Antriebswelle (135), von der eine Leistung zu Rädern (116R, 116L) abgegeben wird; einer Leistungsreguliereinheit (130), die sowohl mit der Abgabewelle (156) als auch mit der Antriebswelle (135) verbunden ist, die so konfiguriert ist, dass sie eine von der Kraftmaschine (150) abgegebene mechanische Leistung zu der Antriebswelle (135) überträgt, während die zu der Antriebswelle (135) übertragene mechanische Leistung durch eine mechanische/elektrische Leistungswandlung geändert wird; einem Motor (140) mit einer Drehwelle (143); und einen Wechselmechanismus (200), der eine Verbindung der Drehwelle (143) des Motors (140) zwischen der Abgabewelle (156) und der Antriebswelle (135) ändert, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselmechanismus (200) eine Doppelkupplung ist, die eine erste Kupplung und eine zweite Kupplung aufweist, die innerhalb beziehungsweise außerhalb der Drehwelle (143) des Motors (140) angeordnet sind, wobei die erste Kupplung die Drehwelle (143) mit der Abgabewelle (156) verbindet und von dieser entkoppelt, und wobei die zweite Kupplung die Drehwelle (143) mit der Antriebswelle (135) verbindet und von dieser entkoppelt.
Hybridfahrzeug gemäß Anspruch 1, wobei der Wechselmechanismus (200) eine Doppelkupplung ist, die durch eine elektromagnetische Kraft betätigt wird.
Hybridfahrzeug gemäß Anspruch 2, wobei die erste Kupplung und die zweite Kupplung Walzenkupplungen sind.
Hybridfahrzeug gemäß Anspruch 2, mit: einer Wechselsteuervorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie den Wechselmechanismus (200) als Reaktion auf Antriebszustände des Hybridfahrzeuges und eines Verbindungszustandes des Motors (140) steuert.
Hybridfahrzeug gemäß Anspruch 4, wobei die Wechselsteuervorrichtung den Wechselmechanismus (200) zum Durchführen des Wechselns steuert, wenn ein Inkrement eines geforderten Momentes für die Antriebswelle (135) nicht kleiner ist als ein vorbestimmtes Niveau, während der Motor (140) mit der Abgabewelle (156) verbunden ist.
Hybridfahrzeug gemäß Anspruch 4, wobei die Wechselsteuervorrichtung folgendes aufweist: eine erste Steuervorrichtung, die so konfiguriert ist, dass ein Eingriff einer gelösten Kupplung von der ersten und der zweiten Kupplung bewirkt wird, wenn eine Differenz zwischen Drehzuständen von zwei Wellen, die mit der gelösten Kupplung verbunden sind, in einem zulässigen Bereich ist, wodurch die Differenz zwischen den Drehzuständen der beiden Wellen reduziert wird; und eine zweite Steuervorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie einen Eingriffszustand der gelösten Kupplung ändert, wenn bestimmt wird, dass die Drehzustände der beiden Wellen eine vorbestimmte Kopplungsbedingung hinsichtlich der gelösten Kupplung erfüllen.
Hybridfahrzeug gemäß Anspruch 6, wobei die erste Steuervorrichtung eine Eingriffskraft erhöht, mit der die gelöste Kupplung eingreifen soll, wenn sich eine Drehzahldifferenz zwischen den beiden Wellen verringert.
Hybridfahrzeug gemäß Anspruch 6, wobei die erste Steuervorrichtung eine Eingriffskraft der gelösten Kupplung stufenweise ändert.
Hybridfahrzeug gemäß Anspruch 8, wobei der Wechselmechanismus (200) eine Walzenkupplung aufweist, die durch eine elektromagnetische Kraft betätigt wird, um zumindest drei unterschiedliche Kopplungszustände zu erreichen, einschließlich eines gelösten Zustandes, eines vollständigen Eingriffzustandes zum Ermöglichen einer Übertragung eines Momentes über eine Walze und eines teilweisen Eingriffszustandes, um mittels einer Reibungskraft eine Übertragung eines Momentes zu ermöglichen, das kleiner ist als jenes Moment, das bei dem vollständigen Eingriffszustand übertragbar ist, wobei die erste Steuervorrichtung das Eingreifen der gelösten Kupplung in den teilweisen Eingriffszustand bewirkt.
Hybridfahrzeug gemäß Anspruch 6, wobei die erste Steuervorrichtung das Eingreifen der gelösten Kupplung bewirkt, während eine Eingriffskraft der gelösten Kupplung in einer schwankenden Art und Weise geändert wird.
Hybridfahrzeug gemäß Anspruch 10, wobei der Wechselmechanismus (200) eine Walzenkupplung aufweist, die zwischen einem gelösten Zustand und einem Eingriffszustand durch eine elektromagnetische Kraft änderbar ist, und die erste Steuervorrichtung das Eingreifen der Walzenkupplung in einer intermittierenden Art und Weise bewirkt.
Hybridfahrzeug gemäß Anspruch 4, wobei die Wechselsteuervorrichtung den Wechselmechanismus (200) zum Durchführen des Wechselns über einen Zustand veranlasst, bei dem sowohl die erste Kupplung als auch die zweite Kupplung in einem Eingriffszustand sind.
Hybridfahrzeug gemäß Anspruch 1, wobei die Leistungsreguliereinheit (130) einen Rotorpaar-Motor mit einem ersten Rotor, der mit der Abgabewelle (156) verbunden ist, und einem zweiten Rotor aufweist, der mit der Antriebswelle (135) verbunden ist.
Hybridfahrzeug gemäß Anspruch 1, wobei die Leistungsreguliereinheit (130) folgendes aufweist: einen Generator mit einer Drehwelle; und ein Planetengetriebe mit drei Drehwellen (143), die mit der Abgabewelle (156), der Antriebswelle (135) beziehungsweise der Rotorwelle verbunden sind.