DE69401678T2

DE69401678T2 - Antriebsstrang und Getriebe dafür

Info

Publication number: DE69401678T2
Application number: DE69401678T
Authority: DE
Inventors: James Francis Sherman
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1993-04-27
Filing date: 1994-03-29
Publication date: 1997-05-28
Anticipated expiration: 2014-03-30
Also published as: EP0622262A2; JPH0712185A; EP0622262B1; EP0622262A3; DE69401678D1; US5285111A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leistungsgetriebe für einen Leistungszug für ein Fahrzeug. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug-Leistungsgetriebe, das in der Lage ist, Eingangsdrehmoment von sowohl einem Elektromotor als auch einem Verbrennungsmotor zu empfangen. Genauer gesagt, betrifft die vorliegende Erfindung ein integriertes Hybrid-Leistungsgetriebe, das wirksam mit einem integralen Elektromotor/Generator verbunden ist, der nicht nur den Verbrennungsmotor startet, sondern auch eine Reibungsstartkupplung mit elektrisch erzeugtem Drehmoment und/oder Elektromotorträgheitsdrehmoment verstärkt, um eine Bewegung des Fahrzeugs in Gang zu setzen.
Die vorliegende Erfindung betrifft Leistungsgetriebe zum Koordinieren des Drehmomentausgangs eines Elektromotors/Generators und eines Verbrennungsmotors zu einem Antriebsverhältnisauswahlgetriebe, und insbesondere zu Planetenzahnradsätzen und den zugeordneten Drehmomentübertragungseinrichtungen, die benutzt werden, um für die gewünschte Wechselwirkung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor/Generator zu sorgen und somit die wirtschaftlichen und Emissionsanforderungen an Verbrennungsmotoren zum Antreiben von Fahrzeugen zu erfüllen. Die DE-A-38 42 631 beschreibt ein Leistungsgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die FR-A 22 00 800 beschreibt einen Leistungszug mit einem Leistungsgetriebe, das zwischen einen Motor und ein Antriebsverhältnisauswahlgetriebe gesetzt ist, sowie einen Motor/Generator.
Motoren/Generatoren sind bisher dazu eingesetzt worden, Fahrzeuge in Gang zu setzen. Jedoch ist im Stand der Technik nicht erkannt worden, und es ist daher nicht offenbart worden, wie ein integrierter Motor/Generator in den Gesamtbetrieb eines Fahrzeugs für maximalen Nutzen eingegliedert werden kann.
Es daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Leistungsgetriebe zu schaffen, in dem der Leistungszug für eine größere elektrische Erzeugungskapazität von einem Motor/Generator sorgt, als gegenwartig mit riemengetriebenen Generatoren erhältlich ist.
Zu diesem Zweck ist ein Leistungsgetriebe gemäß der vorliegenden Erfindung über die DE-A-38 42 631 hinaus durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 spezifizierten Merkmale gekennzeichnet.
Die vorliegende Erfindung schafft vorzugsweise ein integriertes Hybrid-Leistungsgetriebe, wie oben, welches die Trägheit benutzt, die vom Elektromotor/Generator erhältlich ist, um den Fahrzeugvorschub zu unterstützen. Die vorliegende Erfindung kann auch ein integriertes Hybrid-Leistungsgetriebe schaffen, wie oben, welches die Rate reduziert, mit der die Geschwindigkeit eines Verbrennungsmotors während des Fahrzeugvorschubs geändert wird, und zwar anders als bei herkömmlichen Systemen im Stand der Technik, in denen Energie vergeudet wurde, um den Verbrennungsmotor und alle von diesem angetriebenen Komponenten zu beschleunigen und somit einen Leistungsbereich zu erreichen, der dazu geeignet ist, das Fahrzeug in Gang zu setzen, bevor das In-Gang-setzen effektiv erzielt werden konnte. Die vorliegende Erfindung kann des weiteren ein integriertes Hybrid-Leistungsgetriebe schaffen, wie oben, welches es dem Fahrzeug gestattet, durch entweder den Elektromotor/Generator oder den Verbrennungsmotor oder durch beide angetrieben zu werden. Überdies kann die vorliegende Erfindung ein integriertes Hybrid-Leistungsgetriebe schaffen, wie oben, welches einen leisen Motorstart und keine Motorlast im Leerlaufzustand gestattet. Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung ein integriertes Hybrid-Leistungsgetriebe schaffen, wie oben, welches es dem Motor/Generator gestattet, zum regenerativen Bremsen verwendet zu werden. Außerdem kann die vorliegende Erfindung ein integriertes Hybrid-Leistungsgetriebe schaffen, wie oben, welches in Verbindung mit entweder automatischen oder manuellen Antriebsverhältnisauswahlgetrieben eingesetzt werden kann, um den Motorstarter, den elektrischen Generator (oder Wechselstromgenerator), den Drehmomentkonverter oder die standardmäßige Startkupplung zu ersetzen. Überdies kann die vorliegende Erfindung ein integriertes Hybrid-Leistungsgetriebe schaffen, wie oben, welches eingesetzt werden kann, um zwei Drehmomentverhältnisse für den Elektromotor/Generator, drei Drehmomentverhältnisse für den Verbrennungsmotor sowie variable Geschwindigkeitsverhältnisse für beide zu schaffen.
Im allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung einen Leistungszug für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, um eine Drehmomentquelle zu schaffen, und einem Antriebsverhältnisauswahlgetriebe. Der Leistungszug umfaßt ein Leistungsgetriebe, welches zwischen den Verbrennungsmotor und das Antriebsverhältnisauswahlgetriebe gesetzt ist. Ein Motor/Generator ist wirksam mit dem Leistungsgetriebe verbunden, und vom Leistungsgetriebe wird selektiv Drehmoment, das vom Motor/Generator geliefert wird, zu dem Drehmoment, das vom Verbrennungsmotor geliefert wird, hinzugefügt und von diesem abgezogen.
Die Verbindung, die vom Leistungszug zwischen sowohl dem Verbrennungsmotor als auch dem Motor/Generator und dem Antriebsverhältnisauswahlgetriebe geschaffen wird, wird durch ein Leistungsgetriebe erreicht.
Das Leistungsgetriebe verwendet erste und zweite Verbund- Planetenzahnradsätze. Die ersten und zweiten Planetenzahnradsätze weisen jeweils ein Sonnenzahnrad, ein Ringzahnrad und eine Mehrzahl von Planetenzahnrädem auf. Die Flanetenzahnräder sind an jeweiligen ersten und zweiten Trägern angebracht, die wirksam sind, um die Sonnen- und Ringzahnräder der jeweiligen Planetenzahnradsätze zu verbinden.
Obwohl ein herkömmlicher Verbund der Planetenzahnradsätze eingesetzt werden kann, sollte auch erkannt werden, daß ein gemeinsames Zahnradglied nicht nur als das Ringzahnrad für den ersten Planetenzahnradsatz, sondern auch als das Sonnenzahnrad für den zweiten Planetenzahnradsatz dienen kann. Der Verbrennungsmotor ist ausgebildet, selektiv Drehmoment zum Ring und Träger des zweiten Planetenzahnradsatzes zu liefern.
Mittel sind auch vorgesehen, um selektiv Drehmoment zwischen dem Motor/Generator und dem Sonnenzahnrad des ersten Planetenzahnradsatzes und dem zweiten Träger zu übertragen. Weitere Mittel übertragen selektiv Drehmoment zwischen dem Antriebsverhältnisauswahlgetriebe und dem Verbrennungsmotor, dem Ringzahnrad des zweiten Planetenzahnradsatzes und dem Motor/Generator durch den zweiten Träger.
Der erste Träger ist selektiv mit Grund verbunden, und Mittel verbinden selektiv das Antriebsverhältnisauswahlgetriebe mit Grund.
Das verbesserte integrierte Hybrid-Leistungsgetriebe, das durch die vorliegende Erfindung geschaffen wird, ist wirksam, um Drehmoment vom Motor/Generator zu Drehmoment vom Verbrennungsmotor hinzuzufügen oder von diesem abzuziehen und somit die günstigste Steuerung von Kraftstoffwirtschaftlichkeit und/oder Emissionen zu schaffen.
Die vorliegende Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Leistungsgetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung ist, das wirksam mit einem Elektromotor/Generator und einem Verbrennungsmotor verbunden ist, um Drehmoment durch ein Antriebsverhältnisauswahlgetriebe an den Endantrieb oder Hinterradantrieb eines Fahrzeugs zu liefern.
Figur 2 eine vergrößerte schematische Draufsicht des Verbund-Planetenzahnradsatzes ist, der besonders zur Verwendung in Verbindung mit dem Leistungsgetriebe von Figur 1 ausgebildet ist, genommen auf der Linie 2--2 von Figur 1,
Figur 3 eine diagrammatische Darstellung -- gewöhnlich als eine "hebel-Analyse" bezeichnet -- des Verbund- Planetenzahnradsatzes von Figur 2 ist, die den Verbund-Planetenzahnradsatz für einen Motorstart-Modus zeigt,
Figur 4 eine diagrammatische Darstellung ähnlich Figur 3 ist, die den Verbund-Planetenzahnradsatz für einen Fahrzeugvorschub-Modus zeigt,
Figur 5 eine diagrammatische Darstellung ähnlich den Figuren 3 und 4 ist, die den Verbund-Planetenzahnradsatz für einen Motor/Generator-Kopplung-Modus zeigt,
Figur 6 eine diagrammatische Darstellung ähnlich den Figuren 3-5 ist, die den Verbund-Planetenzahnradsatz für einen Verbrennungsmotor-Kopplung-Modus zeigt,
Figur 7 eine diagrammatische Darstellung ähnlich den Figuren 3-6 ist, die den Verbund-Planetenzahnradsatz für einen regenerativen Modus zeigt,
Figur 8 eine diagrammatische Darstellung ähnlich den Figuren 3-7 ist, die den Verbund-Planetenzahnradsatz für einen Nur-elektrisch-Modus zeigt, und
Figur 9 eine diagrammatische Darstellung ähnlich den Figuren 3-8 ist, die den Verbund-Planetenzahnradsatz für einen Rückwärts-Modus zeigt.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere Figur 1, empfängt ein (integriertes Hybrid-) Leistungsgetriebe, allgemein bei 10 identifiziert&sub1; Eingangsdrehmoment von sowohl einem Verbrennungsmotor, schematisch bei 11 identifiziert, in einem Fahrzeug (nicht gezeigt) als auch von einem Rotor 12, der relativ zum Stator 13 eines Elektromotors/Generators, allgemein bei 14 identifiziert, drehbar ist. Das Leistungsgetriebe 10 verwendet einen Verbund-Planetenzahnradsatz, der allgemein durch die Ziffer 15 in den Figuren 1 und 2 identifiziert ist. Eine Ölpumpe 17 wird üblicherweise durch den Verbrennungsmotor 11 des Fahrzeugs betrieben, um Hydraulikfluid unter Druck für die Schmierung und auch für die Betätigung der zahlreichen hydraulischen Einrichtungen zu sorgen, die üblicherweise innerhalb von Fahrzeuggetrieben eingesetzt werden.
In der vorliegenden Anordnung jedoch kann die Ölpumpe 17 durch den Elektromotor 14 oder eine andere Antriebsquelle wie beispielsweise einen separaten Elektromotor betrieben werden, um Hydraulikleistung selbst dann zu liefern, wenn der Verbrennungsmotor 11 nicht in Betrieb ist. Sowohl die hydraulischen Einrichtungen als auch die Schmiersysteme sind den Fachleuten bekannt und werden daher hierin nicht weiter beschrieben.
Der Verbund-Planetenzahnradsatz 15 benutzt ein gemeinsames Verbindungszahnrad 16. Die radial innere Fläche des Verbindungszahnrades 16 ist mit einer Mehrzahl von Zähnen 18 versehen, die es dem Verbindungszahnrad 16 erlauben, als ein Ringzahnrad in einem ersten Planetenzahnradsatz 19 im Verbund- Planetenzahnradsatz 15 zu dienen. Das Verbindungszahnrad 16 ist auch mit einer Mehrzahl von Zähnen 20 versehen, die es dem Verbindungszahnrad 16 erlauben, als ein Sonnenzahnrad in einem zweiten Planetenzahnradsatz 21 des Verbund-Planetenzahnradsatzes 15 zu dienen. Als solches dient das gemeinsame Verbindungszahnrad 16 gleichzeitig als ein Ringzahnrad und als ein Sonnenzahnrad.
Unter Bezugnahme auf den ersten Planetenzahnradsatz 19, stehen die Zähne 18, die es dem gemeinsamen Verbindungszahnrad 16 erlauben, als ein Ringzahnrad zu dienen, kämmend in Eingriff mit einer Mehrzahl von Ritzel- oder Planetenzahnrädem 22, die durch einen Träger 23 verbunden sind. Die Planetenzahnräder 22 stehen auch kämmend in Eingriff mit einem Sonnenzahnrad 24. Somit bilden das Sonnenzahnrad 24, die Planetenzahnräder 22, die an dem Träger 23 angebracht sind, und die Zähne 18, die als der Ringzahnradabschnitt des gemeinsamen Verbindungszahnrades 16 dienen, den ersten Planetenzahnradsatz 19.
Unter Bezugnahme auf den zweiten Planetenzahnradsatz 21, stehen die Zähne 20, die es dem gemeinsamen Verbindungszahnrad 16 erlauben, als ein Sonnenzahnrad im zweiten Planetenzahnradsatz 21 zu dienen, kämmend in Eingriff mit einer Mehrzahl von Ritzel- oder Planetenzahnrädem 25, die durch einen Träger 26 verbunden sind. Die Planetenzahnräder 25 stehen auch kämmend in Eingriff mit einem Ringzahnrad 28. Somit bilden die Zähne 20, die es dem gemeinsamen Verbindungszahnrad 16 erlauben, als ein Sonnenzahnrad zu dienen, die Planetenzahnräder 25, die an dem Träger 26 angebracht sind, und das Ringzahnrad 28 den zweiten Planetenzahnradsatz 21.
Es sollte auch festgestellt werden, daß das Ringzahnrad 28 an dem zweiten Planetenzahnradsatz 21 permanent mit dem Verbrennungsmotor 11 verbunden ist, wie durch die Linie 27 in Figur 1 dargestellt. Ein Dämpfer, nicht gezeigt, kann zwischen dem Ringzahnrad 28 und dem Motor 11 hinzugefügt werden, um Motordrehmomentpulsationen zu reduzieren.
Das Sonnenzahnrad 24 im ersten Planetenzahnradsatz 19 ist permanent mit dem Rotor 12 des Elektromotors/Generators 14 verbunden, so daß diese zwei strukturellen Elemente des Leistungsgetriebes 10 sich nur im Einklang drehen. Diese Verbindung ist durch die Linie 29 in Figur 1 reprasentiert.
Der Träger 23 des ersten Planetenzahnradsatzes 19 ist selektiv mit Grund 30 durch eine Drehmomentübertragungseinrichtung nach Art einer Bremse 31 verbunden. Eine Ein-Weg-Kupplung 32 ist zwischen den Träger 23 und Grund 30 gesetzt, um zu gewährleisten, daß sich der Träger 23 nur in einer Richtung drehen kann.
Das gemeinsame Verbinderzahnrad 16 befindet sich einzig durch die Planetenzahnräder 22 und 25 der ersten und zweiten Planetenzahnradsätze 19 bzw. 21 in Eingriff.
Der Träger 26 im zweiten Planetenzahnradsatz 21 ist selektiv mit dem Rotor 12 verbindbar, wie durch eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung nach Art einer Kupplung 33. Der Träger 26 ist auch selektiv mit dem Ringzahnrad 28 des zweiten Planetenzahnradsatzes 21 durch eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung nach Art einer Kupplung 34 verbindbar. Der Träger 26 ist zusätzlich permanent an einer Ausgangshülsen- oder -hohlwelle befestigt, die durch die Linie 37 in den Zeichnungen reprasentiert ist. Die Hülsenwelle 37 ist mit einer Scheibe 35 verbunden, die das Ausgangsglied bildet, durch welches Drehmoment übertragen wird -- wie z.B. durch einen Kettenantrieb 36 --, und zwar vom integrierten Hybrid- Leistungsgetriebe 10 zu einer Eingangsscheibe 38. Die Eingangsscheibe 38 wird von einem standardmäßigen Antriebsverhältnisauswahlgetriebe 39 dargeboten, welches auch einen oder mehrere Planetenzahnradsätze enthalten kann, wie es den Fachleuten bekannt ist. Auf ebenfalls herkömmliche Art und Weise kann das Antriebsverhältnisauswahlgetriebe 39, wie z.B. durch ein Differential 40, mit den Endantriebswellen oder -achsen 41A und 41B des Fahrzeugs, nicht gezeigt, verbunden sein, in welchem das Leistungsgetriebe 10 benutzt wird.
Schließlich ist die Scheibe 35 -- an der der Träger 26 des zweiten Planetenzahnradsatzes 21 im Leistungsgetriebe 10 permanent befestigt ist -- selbst selektiv mit Grund 30 durch eine Drehmomentübertragungseinrichtung nach Art einer Bremse 42 verbunden.
Aufgrund der Komplexität von Planetenzahnradsystemen -- und ihrer zugeordneten Komponenten --, wenn in Fahrzeuggetrieben enthalten, haben Getriebeingenieure und -konstrukteure eine schematische Konvention, genannt "Stab-Diagramme", entwikkelt, die sie einsetzen, um eine "Hebel-Analyse" darzustellen, und um dadurch die Darstellung und ein Verständnis zu erleichtern, wie besondere Getriebe, selbst jene, die komplexe Planetenzahnradsätze verwenden, arbeiten. Die diagrammatische Hebel-Analyse, die durch diese Stab-Diagramme geschaffen wird, ist leicht in Freikörperdiagramme, das wesentliche Werkzeug mechanischer Analyse, zu entwickeln. Als solcher wird der Betrieb des vorliegenden Leistungsgetriebes 10 nun unter Zuhilfenahme der in den Figuren 3 bis 9 dargelegten Stab-Diagramme präsentiert.
In der in den Figuren 3 bis 9 gezeigten Hebelanalyse sind die Verbund-Planetenzahnradsätze 19 und 21 durch Hebel repräsentiert, die die gleiche numerische Identifizierung tragen, und das gemeinsame Verbindungszahnrad 16 zu diesen zwei Planetenzahnradsätzen ist durch die starre verbindende Verbindung 16 repräsentiert, die sich zwischen dem Punkt 18 auf dem Hebel 19 und dem Punkt 20 auf dem Hebel 21 erstreckt. Diese Darstellung repräsentiert daher das gemeinsame Verbindungszahnrad 16, welches sowohl die Ringzahnradzähne 18 für den ersten Planetenzahnradsatz 19 als auch die Sonnenzahnradzähne 20 für den zweiten Planetenzahnradsatz 21 präsentiert.
Der Rotor 12 des Elektromotors/Generators 14 ist als mit dem Punkt 24 des Hebels 19 (das heißt, dem ersten Planetenzahnradsatz), der das Sonnenzahnrad reprasentiert, permanent verbunden, wie durch die Verbindung 29, dargestellt. Der Träger ist durch einen Punkt 23 auf dem Hebel 19 repräsentiert, der mit Grund 30 nicht nur durch die Ein-Weg-Kupplung 32, sondern auch durch die (selektiv betreibbare Drehmomentübertragungs-) Brernse 31 verbunden ist.
Während der zweite Hebel 21 den zweiten Planetenzahnradsatz repräsentiert, repräsentiert der Punkt 28 das Ringzahnrad, das mit dem Verbrennungsmotor 11 durch die starre Verbindung 27 verbunden ist. Der Träger des zweiten Planetenzahnradsatzes 21 ist durch einen Punkt 26 auf dem Hebel 21 repräsentiert. Der Träger 26 ist auch als sowohl mit Grund 30 durch die (Drehmomentübertragungs-) Bremse 42 als auch mit dem Antriebsverhältnisauswahlgetriebe verbunden dargestellt, wie durch die Ausgangsscheibe 35 repräsentiert.
Es versteht sich auch, daß der Elektromotor/Generator 14 durch die Verwendung eines Systems gesteuert werden kann, wie es beispielsweise in dem US-Patent Nr. 4,883,973 beschrieben ist.

Motorstart-Modus

Unter Bezugnahme auf Figur 3, ist eine Hebelanalogie für das Leistungsgetriebe 10 dargestellt, um das Starten des Verbrennungsmotors 11 durch das vorn Elektromotor/Generator 14 aufgebrachte Drehmoment zu zeigen. Beide Träger 23 und 26 sind durch die jeweiligen Drehmomentübertragungseinrichtungen 31 und 42 mit Grund verbunden. Dies kann erreicht werden, indem gleichzeitig die Bremsen 31 und 42 mittels eines Park-Hebels betätigt werden, wie durch die gestrichelten Linien 45 repräsentiert. Indem auf diese Weise die Träger 23 und 26 mit Grund verbunden werden, kann ein reagierendes Geschwindigkeitsverhältnis zwischen dem Elektromotor/Generator 14 und der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 11 errichtet werden.
Die Kurbelwelle kann schematisch durch die Verbindungslinie 27 repräsentiert werden, die sich zwischen dem Verbrennungsmotor 11 und dem Ringzahnrad 28 erstreckt. Durch geeignete Auswahl der relativen Zahlen von Zähnen auf den Sonnen- und Ringzahnrädem in jedem Planetenzahnradsatz 19 und 21 kann ein reagierendes Geschwindigkeitsverhältnis in der Größenordnung von näherungsweise 4:1 errichtet werden. Dieses Verhältnis schreibt das Elektromotor/Generator-Drehmornent vor. Ein leiser Start kann mit dieser Anordnung erreicht werden.
Offensichtlich kann der Verbrennungsmotor 11 nur auf diese Weise gestartet werden, wenn der Park- oder Neutral-Modus des Leistungsgetriebes 10 verwendet wird. Hoher Generatorausgang steht auch im Park- oder Neutralmodus zur Verfügung. Eine Verhinderung von Zahnradrattern oder -klappern und eine Reduzierung der Kurbelwellenpulsationen kann auch durch das Vorsehen eines gewissen reagierenden Drehmoments durch den Elektromotor/Generator 14 erhalten werden. Wenn eine Ölpumpe eingesetzt wird, die nicht vom Verbrennungsmotor 11 angetrieben wird, können die Bremse 48, wie in Figur 4 gezeigt, sowie Automatikgetriebe-Bremsen und -Kupplungen (Drehmomentübertragungseinrichtungen, die den Getriebeeingang mit Grund verbinden) im Park- oder Neutral-Modus für einen Motorstart betätigt werden. Ein Automatikgetriebebetrieb mit dem Leistungsgetriebe 10 wird bewirkt, indem vom Park- oder Neutral-Modus zu einem Fahr-Modus geschaltet wird.
Es sollte auch bemerkt werden, daß das Generatorfeld für das Schaltgefühl reduziert wird, wenn die Träger 23 und 26 durch Betätigung des Park-Hebels 45 von Grund befreit werden.

Fahrzeugvorschub-Modus

Wenn der Motor läuft und er sich im Vorschub-Modus befindet, reagieren die Schwungradträgheit des Ringzahnrades 28 und die angebrachten Komponenten in sowohl positiven als auch negativen Richtungen mit der Kurbelwelle. Die Schwungradträgheit des Rotors 12 des Elektromotors/Generators 14 und die angebrachten Komponenten reagieren nur in der positiven oder Vorwärtsrichtung durch die Ein-Weg-Kupplung 32, wodurch weniger Energie erforderlich ist, um die Motorgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten, während Leerlaufrütteln oder -schwanken reduziert ist.
Unter spezifischer Bezugnahme auf Figur 4, ist eine Hebelanalogie für das Leistungsgetriebe 10 dargestellt, um das In- Gang-setzen des Fahrzeugs zu zeigen. Zwei Verfahren zum In-Gang-setzen können verwendet werden. Das erste -- bezeichnet als das trägheitsunterstützte Verfahren mit starker Drossel -- verwendet die (Drehmomentübertragungseinrichtung) Kupplung 33 als eine Startkupplung. Wenn beispielsweise der Verbrennungsmotor 11 mit 600 U/min läuft und der Rotor 12 des Elektromotors/Generators 14 sich mit 2.300 U/min dreht --, ein 3,86-Verhältnis --, ist der Beschleuniger niedergedrückt. Reaktion findet durch die Ein-Weg-Kupplung 32 zu Grund 30 statt.
Der Verbrennungsmotor 11 wird in einer Weise betrieben, die eine Beschleunigung des Fahrzeugs bewirken würde. Der Elektromotor/Generator 14 würde auch beschleunigt werden. Jedoch wird die Kupplung 33 angewendet, um den Elektromotor/Generator 14 bei einer gesteuerten Rate zu verzögern. Der Verbrennungsmotor 11 behält seine Geschwindigkeit bei, und das sich aus der Trägheit des Rotors 12 ergebende Drehmoment wird zu dem Drehmoment, das durch den Verbrennungsmotor 11 während der Einleitung des In-Gang-setzens aufgebracht wird, hinzugefügt. Während die Differentialgeschwindigkeit über die Kupplung 33 abnimmt, wird das Drehmoment des Elektromotors/Generators 14 vergrößert, um eine gesteuerte Aufbringungsrate bis zum Einrasten einer synchronen Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten.
Das zweite oder alternative Verfahren zum In-Gang-setzen eines Fahrzeugs mit dem Leistungsgetriebe 10 wird als das In- Gang-setzen durch Generatorreaktion bei geringer bis mittlerer Drossel bezeichnet. Das In-Gang-setzen durch Generatorreaktion bei geringer bis mittlerer Drossel wird erreicht, indem die In-Gang-setzen-Reaktion durch die Ein-Weg-Kupplung 32 zu Grund 30 geleitet und die Geschwindigkeit vom Elektromotor/Generator 14 durch eine elektrische Bremsenreaktion zu Grund 30 gesteuert wird. Wenn der Verbrennungsmotor 11 mit 600 U/min läuft und der Rotor 12 des Elektromotors/Generators 14 sich mit 2.300 U/min dreht, ist der Beschleuniger niedergedrückt. Die Reaktion findet durch die Ein-Weg-Kupplung 32 zu Grund 30 statt, und der Verbrennungsmotor 11 wird in einer Weise betrieben, die eine Beschleunigung des Fahrzeugs bewirken würde. Dies würde normalerweise die Rotation des Elektromotors/Generators 14 beschleunigen. Jedoch wird fur eine Verzögerung gesorgt, indem das Feld des Stators 13 umgekehrt wird, wodurch der Elektromotor/Generator 14 veranlaßt wird, als eine elektrische Bremse zu wirken.
Diese Motor/Generator-Reaktion dient dazu, die Batterie aufzuladen, und steuert auch die Rate, mit der das Fahrzeug beschleunigt wird. Auf diese Weise ist es möglich, die gewünschte Beschleunigung mit verringerter Drosselanwendung zu bewirken, um während der Vorschubphase für eine maximale Wirtschaftlichkeit des Betriebs zu sorgen und die gewünschte Emissionsreduzierung zu erzielen. Die Kupplung 33 kann bei oder nahe der synchronen Geschwindigkeit und dem Motor/Generator-Drehmoment aufgebracht werden, das für die am meisten gewünschte Wechselwirkung eingestellt ist.
Es sollte auch bemerkt werden, daß eine überbrückende Drehmomentübertragungseinrichtung nach Art einer Bremse 48 parallel zur Ein-Weg-Kupplung 32 hinzugefügt werden kann, um ein alternatives Mittel zu schaffen, um durch dieses eine Drehmomentumkehr zu bewirken -- das heißt, um eine Umkehr des elektrischen Feldes zu simulieren und ein regeneratives Bremsen zu bewirken --, wenn die Kupplung 33 nicht aufgebracht ist. Das heißt, der Rotor 12 des Elektromotors/Generators 14 dreht sich in die gleiche Richtung wie der Verbrennungsmotor 11 und mit einer Geschwindigkeit, die drei- bis viermal größer als die Geschwindigkeit des Verbrennungsmotors 11 ist, wenn das Fahrzeug gestoppt wird. Dieses relative Geschwindigkeitsdifferential sorgt für eine Reaktion für den Vorschub des Fahrzeugs und für eine Trägheit, um das unerwünschte Rucken virtuell zu eliminieren, welches andernfalls fühlbar sein könnte, wenn die Kupplung 33 betätigt wird.

Motor/Generator-Kopplung-Modus

Unter Bezugnahme auf Figur 5, ist eine Hebelanalogie für das Leistungsgetriebe 10 dargestellt, um die Motor/Generator- Kopplung-Phase zu zeigen, nachdem die Kupplung 33 in Eingriff gebracht und das Ausgangsdrehmomentsverhältnis vergrößert worden ist, wie beispielsweise von 1,5 : 1 zu 1,7586 : 1 mal dem vom Verbrennungsmotor 11 gelieferten Drehmoment. In diesem Zustand kann das Drehmoment des Elektromotors/Generators 14 zu dem multiplizierten Drehmoment des Verbrennungsmotors 11 hinzugefügt oder von diesem subtrahiert werden. Das resultierende axiale Drehmoment, das durch den Elektromotor/Generator 14 gesteuert wird, gewährleistet die gewünschte beste Leistung, indem selektiv der Betrieb der Verbrennungsmotor- Drosselöffnung für beste Kraftstoffwirtschaftlichkeit und wünschenswerte Emissionen optimiert wird.

Verbrennungsmotor-Kopplung-Modus

Unter Bezugnahme auf Figur 6, ist die Hebelanalogie für das Leistungsgetriebe 10 dargestellt, um den Zustand des Verbund- Planetenzahnradsatzes 15 bei der Aufbringung der Motordrehmomentübertragungseinrichtung (Kupplung) 34 zu zeigen. Das Drehmomentverhältnis ändert sich von 1,786 : 1 zu 1 : 1 mal dem Motordrehmoment. Während dieser Verhältnisänderung und aller nachfolgenden Getriebeverhältnisänderungen kann der Elektromotor/Generator 14 dazu verwendet werden, das axiale Drehmoment vor, während und nach dem Schalten oder der Aufbringung der Kupplung 34 vorzuspannen, was eine geringere Störung zur Folge hat.

Regenerationsmodus

Unter Bezugnahme auf Figur 7, ist die Hebelanalogie für das Leistungsgetriebe 10 dargestellt, um den Regnerationsmodus zu zeigen - das heißt, den Modus, wodurch Energie zurückgewonnen werden kann, wenn sich im Betrieb die Kupplung 34 während der Verzögerung außer Eingriff befindet und die Kupplung 33 in Eingriff steht, so daß der Elektromotor/Generator 14 an die Ausgangshülsenwelle 37 gekoppelt bleibt -- die an die Endantriebswellen oder -achsen 41 gekoppelt bleibt --, und zwar zur maximalen Energierückgewinnung. Die Geschwindigkeit des Verbrennungsmotors 11 kann reduziert werden. Jedoch muß die Geschwindigkeit des Verbrennungsmotors 11 möglicherweise erhöht werden, um den Elektromotor/Generator 14 zu unterstützen, falls der Fahrer danach streben sollte, das Fahrzeug zu beschleunigen.
Das vorliegende Leistungsgetriebe 10 stellt zwei Drehmomentverhältnisse zur Verfügung, wenn der Betrieb im Regenerationsmodus erfolgt. Wenn beispielsweise die Geschwindigkeit des Verbrennungsmotors 11 erhöht wird, reagiert die Ein-Weg-Kupplung 32 zu Grund 30, und -- mit der gleichen relativen Zahl von Zähnen auf den Sonnen- und Ringzahnrädem in den Planetenzahnradsätzen 19 und 21 wie bisher angenommen -- ein Leistungsverhältnis von 1,7586 : 1 wird automatisch geschaffen. Wenn dagegen die Kupplung 34 erneut aufgebracht wird, ergibt sich ein Verhältnis von 1 : 1.
Während der Verzögerung wird der Systembetrieb sowohl durch die Fahrer-Eingabe als auch den Zustand der Batterieladung bestimmt. Wenn eine maximale Ladung erforderlich ist, treibt das Leistungsgetriebe 10 den Elektromotor/Generator 14 für den maximalen Ausgang an. Falls eine minimale Ladung erforderlich ist, treibt das Leistungsgetriebe 10 den Elektromotor/Generator 14 beim optimalen Drehmomentbereich an, bevor das System die Betriebsbremsen mit einbezieht. Für den Fall, daß die Betriebsbremsenzeit oder -temperatur übermäßig wird, würde die Kupplung 34 in Eingriff treten, um für eine Motorbremsung zu sorgen.

Nur-Motor/Generator-Modus

Lediglich eine begrenzte Leistung steht zur Verfügung, wenn das Fahrzeug durch das Leistungsgetriebe 10 einzig vom Elektromotor/Generator 14 angetrieben wird, wie durch die in Figur 7 dargestellte Hebelanalogie repräsentiert. Jedoch kann eine elektrische Ölpumpe (nicht gezeigt) hinzugefügt werden, um die Kupplung 33 zu betätigen.
Alternativ, wie in Figur 8 gezeigt, kann eine zweite Ein-Weg- Kupplung 49 hinzugefügt werden. Wenn die zweite Ein-Weg- Kupplung 49 hinzugefügt ist und die Kupplung 34 aufgebracht wird, wird das Motor/Generator-Drehmoment um 1,933 erhöht, und eine bessere Leistung ist die Folge. Jedoch geht das Motorbremsen und -starten in dieser Konfiguration verloren, es sei denn, eine Drehmomentübertragungseinrichtung nach Art einer überbrückenden Kupplung 50 wird hinzugefügt, um die Ein- Weg-Kupplung 49 zu überspannen. In diesem Modus wird der Elektromotor/Generator 14 in einer umgekehrten Richtung betrieben, und ein Rückwärtsgang muß im Antriebsverhältnisauswahlgetriebe 39 vorgesehen sein, um die Fahrzeugrichtung umzukehren.

Manuelle Getriebeoptionen

Das vorstehend beschriebene Leistungsgetriebe 10 kann auch mit manuellen Verhältnissteuerungssystemen verwendet werden.
Das Starten des Verbrennungsmotors 11 mit einem manuellen Antriebsverhältnissystem ist das gleiche wie mit einem automatischen Antriebsverhältnissystem. Das heißt, beide Träger 23 und 26 müssen für eine Reaktion mit Grund verbunden sein.
Während des Motor/Generator-Kopplung-Modus und des Verbrennungsmotor-Kopplung-Modus ist der Betrieb mit einem manuellen Antriebsverhältnisauswahlgetriebe der gleiche wie mit einem automatischen Antriebsverhältnisauswahlgetriebe. Sobald sowohl die Kupplung 34 als auch die Kupplung 33 aufgebracht sind, stehen zwei Verfahren zum manuellen Schalten zur Verfügung. Mit dem ersten Verfahren werden sowohl die Kupplung 34 als auch die Kupplung 33 zur manuellen Kupplungspedalsteuerung umgeschaltet, und eine Zahnradsynchronisation kann mit synchronisierern erzielt werden, die den Fachleuten bekannt sind.
Alternativ kann die Kupplung 34 zu einer Pedalsteuerung umgeschaltet werden. Wenn die Kupplung 34 pedalbetätigt ist und die Kupplung 33 sich in Eingriff befindet, sorgt der Elektromotor/Generator 14 für eine prazise Kontrolle über die Geschwindigkeit der Ausgangshülsenwelle 37 des Leistungsgetriebes 10. Wenn jedoch der Schalthebel des manuellen Antriebsverhältnisauswahlgetriebes in das nächste Antriebsauswahltor bewegt wird, wird der Elektromotor/Generator 14 reguliert, um für die synchrone Geschwindigkeit zu sorgen, die für das ausgewählte Antriebsverhältnis notwendig ist. Durch Beseitigen der Getriebesynchronisierer kann der Preis bzw. der Nachteil des Eingangsdifferentials ausgeglichen werden.
Ein weiteres alternatives manuelles Getriebeverfahren während des Vorschubs umfaßt das Vorsehen einer sequentiellen manuellen Steuerung zuerst der Kupplung 33 und sequentiell danach der Kupplung 34.
Eine Verwendung des Leistungsgetriebes 10 im Regnerationsmodus kann mit einem manuellen Antriebsverhältnisauswahlgetriebe auf die gleiche Weise wie zuvor hierin für das automatische Antriebsverhältnisauswahlgetriebe beschrieben erreicht werden. Ein Betrieb im Nur-Motor/Generator-Modus mit dem manuellen Antriebsverhältnisauswahlgetriebe kann während des Vorschubs von einem gestoppten Zustand aus mit dem Elektromotor/Generator 14 geschaffen werden, jedoch mit aufgebrachter Kupplung 33. Alternativ kann der Elektromotor/Generator 14 bei manuell aufgebrachter Kupplung 33 gedreht werden, um das Drehmoment zu benutzen, das durch die Trägheit des Rotors 12 des Elektromotors/Generators 14 und irgendeines zugeordneten Schwungrades geliefert wird. Das Lösen der Kupplung 33 kann zum Wechseln der Zahnräder bzw. Gänge notwendig sein, wenn eine totale Synchronisation nicht möglich ist. Auch wäre ein Rückwärtsgetriebezahnrad erforderlich, um das Fahrzeug umzukehren.
Es versteht sich, daß im normalen Reisebetrieb der Verbrennungsmotor 11 die erste Leistungsquelle ist und der Elektromotor/Generator 14 für zusätzliche Leistung für Fahrzeuganforderungen sorgt, wie beispielsweise Überholen ohne Gangwechsel oder Bergauffahren. Der Elektromotor/Generator 14 wird auch gesteuert, um für die gewünschte Batterieladung zu sorgen, indem Leistung zurückgewonnen wird, wenn das Fahrzeug bergab fährt und/oder verzögert. Steuerungen können auch benutzt werden, um die Verbrennungsmotor-Drossel für die beste Kraftstoffwirtschaftlichkeit und verbesserte Motoremissionen zu betätigen.

Elektrischer Umkehrbetrieb

Unter Bezugnahme auf Figur 9 ist festzustellen, daß eine überbrückende Drehmomentübertragungseinrichtung nach Art einer Kupplung 51 ein Mittel bereitstellt, das eine vollständige Trennung des Verbrennungsmotors 11 vom Leistungsgetriebe 10 bewirkt. Ein Rückwärtsfahrbetrieb wird geschaffen, indem sowohl die Kupplung 34 als auch die Bremse 48 in Eingriff gebracht und ein Vorwärtsverhältnis, vorzugsweise der erste Gang, im Antriebsverhältnisauswahlgetriebe 39 ausgewählt wird. Falls der Verbrennungsmotor 11 unbetreibbar wird, kann somit das Fahrzeug durch Benutzen des Elektromotors/Generators 14 bewegt werden.

Schlußfolgerung

Aus der vorstehenden Beschreibung sollte es für den Fachmann leicht ersichtlich sein, daß ein Leistungszug für Kraftfahrzeuge geschaffen wird, der einen Elektromotor/Generator, Planetenzahnradsätze und Kupplungen benutzt, die für optimale Start-, Vorschub-, Beschleunigungs - und Verzögerungsbedingungen mit automatischen und manuellen Antriebsverhältnisauswahlgetrieben gesteuert werden können.

Claims

1. Ein Leistungsgetriebe (10) für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (11), einem Motor/Generator (14) und einem Antriebsverhältnisauswahlgetriebe (39), wobei das Leistungsgetriebe erste und zweite Verbund-Planetenzahnradsätze (19, 21) umfaßt, von denen jedes ein Sonnenzahnrad (24, 20) und eine Mehrzahl von Planetenzahnrädem (22, 25) aufweist, dadurch gekennzeichnet

daß die ersten und zweiten Planetenzahnradsätze (19, 21) jeweils des weiteren ein Ringzahnrad (18, 28) aufweisen, daß die Mehrzahl von Planetenzahnrädem (22, 25) an Trägern (23, 26) angebracht ist, die wirksam sind, um die Sonnen- und Ringzahnräder der jeweiligen ersten und zweiten Planetenzahnradsätze zu verbinden, daß ein gemeinsames Zahnradglied (16) vorgesehen ist, das nicht nur als das Ringzahnrad für den ersten Planetenzahnradsatz, sondern auch als das Sonnenzahnrad für den zweiten Planetenzahnradsatz dient, daß Mittel (34) vorgesehen sind, die in der Lage sind, selektiv Drehmoment vom Verbrennungsmotor zum Träger und Ringzahnrad des zweiten Planetenzahnradsatzes zu übertragen, daß Mittel (33) vorgesehen sind, die in der Lage sind, selektiv Drehmoment zwischen dem Motor/Generator und dem Sonnenzahnrad des ersten Planetenzahnradsatzes und dem Träger des zweiten Planetenzahnradsatzes zu übertragen, daß Mittel (33, 34) vorgesehen sind, die in der Lage sind, selektiv Drehmoment zu und von dem Antriebsverhältnisauswahlgetriebe und dem Verbrennungsmotor, dem Ringzahnrad des zweiten Planetenzahnradsatzes und dem Motor/Generator durch den Träger des zweiten Planetenzahnradsatzes zu übertragen, daß Mittel (31) vorgesehen sind, die in der Lage sind, selektiv den Träger des ersten Planetenzahnradsatzes mit Grund (30) zu verbinden, und daß Mittel (42) vorgesehen sind, die in der Lage sind, selektiv das Antriebsverhältnisauswahlgetriebe mit Grund zu verbinden.

2. Ein Leistungsgetriebe wie in Anspruch 1 beansprucht, worin das Mittel zum selektiven Übertragen von Drehmoment zwischen dem Träger (26) des zweiten Planetenzahnradsatzes (21) und dem Motor/Generator (14) eine Kupplung (33) umfaßt.

3. Ein Leistungsgetriebe wie in Anspruch 1 oder Anspruch 2 beansprucht,

worin das Mittel zum selektiven Übertragen von Drehmoment vom Verbrennungsmotor (11) zum Träger (26) und Ringzahnrad (28) des zweiten Planetenzahnradsatzes (21) eine Kupplung (34) umfaßt, die eine selektive Verbindung zwischen dem Träger des zweiten Planetenzahnradsatzes und dem Ringzahnrad des zweiten Planetenzahnradsatzes bewirkt.

4. Ein Leistungsgetriebe wie in einem der Ansprüche 1 bis 3 beansprucht,

worin das Mittel, das selektiv den Träger des ersten Planetenzahnradsatzes mit Grund (30) verbindet, eine Bremse (31) umfaßt, und worin das Mittel, das selektiv das Antriebsverhältnisauswahlgetriebe (39) mit Grund verbindet, eine Bremse (42) umfaßt, die selektiv den Träger (26) des zweiten Planetenzahnradsatzes (21) mit Grund verbindet.

5. Ein Leistungsgetriebe wie in Anspruch 4 beansprucht, weiter mit Mitteln (45), um eine gleichzeitige Betätigung der Bremsen (31, 42) zu bewirken.

6. Ein Leistungsgetriebe wie in Anspruch 4 oder Anspruch 5 beansprucht,

weiter mit einer auswählbaren Ein-Weg-Kupplung (32), die zwischen den Träger (23) des ersten Planetenzahnradsatzes (19) und Grund (30) gesetzt ist, um eine Nutzung einer positiven Schwungradträgheit zu bewirken.

7. Ein Leistungsgetriebe wie in Anspruch 6 beansprucht, weiter mit einer Drehmomentübertragungsbremseneinrichtung (48), welche die Ein-Weg-Kupplung (32) überspannt, um selektiv den Träger (23) des ersten Planetenzahnradsatzes (19) mit Grund (30) zu verbinden.

8. Ein Leistungsgetriebe wie in Anspruch 6 oder Anspruch 7 beansprucht,

weiter mit einer zweiten Ein-Weg-Kupplung (49), die zwischen das Ringzahnrad (28) des zweiten Planetenzahnradsatzes (21) und den Verbrennungsmotor (11) gesetzt ist.

9. Ein Leistungsgetriebe wie in Anspruch 8 beansprucht, weiter mit einer Drehmomentübertragungskupplungseinrichtung (50), welche die zweite Ein-Weg-Kupplung (49) überspannt, um selektiv das Ringzahnrad (28) des zweiten Planetenzahnradsatzes (21) mit dem Verbrennungsmotor (11) zu verbinden.