DE69619058T2

DE69619058T2 - Antriebssystem für Hybridfahrzeug mit Kupplung zwischen Brennkraftmaschine zum Schalten eines dem Motor/Generator vorgeschalteten Planetengetriebes

Info

Publication number: DE69619058T2
Application number: DE69619058T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Hata; Ryuji Ibaraki; Seitoku Kubo; Hideaki Matsui; Tsuyoshi Mikami; Yutaka Taga
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1995-11-13
Filing date: 1996-11-12
Publication date: 2002-09-19
Anticipated expiration: 2016-11-13
Also published as: US5856709A; JP3454036B2; JPH09193676A; DE69619058D1; EP0773127A2; EP0773127B1; EP0773127A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Hybridantriebssystem zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, das einen Verbrennungsmotor und einen Motorgenerator als Antriebskraftquellen aufweist, und noch genauer auf ein Hybridantriebssystem, das so gesteuert wird, dass es abhängig von einer bestimmten Fahrbedingung des Fahrzeugs in einem geeigneten Betriebszustand betrieben wird.

Beschreibung des Stands der Technik

Als ein Antriebssystem zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs mit verringertem Abgasausstoß wurde beispielsweise ein Hybridantriebssystem für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, das (a) eine durch Verbrennung eines Kraftstoffs betriebene Maschine, (b) eine Elektroenergiespeichervorrichtung zum Speichern einer elektrischen Energie, (c) einen mit der Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie verbundenen Motorgenerator, (d) einen Einkoppel- und Verteilmechanismus, der ein erstes mit der Maschine verbundenes drehendes Element, ein zweites mit dem Motorgenerator verbundenes drehendes Element und ein drittes mit einem Abgabeglied verbundenes drehendes Element aufweist, und der dazu angepasst ist, mechanisch eine Kraft zwischen den ersten, zweiten und dritten drehenden Elementen einzukoppeln und zu verteilen, und (e) eine Kupplung aufweist, die zwei Elemente aus den ersten, zweiten und dritten drehenden Elementen zum Drehen der zwei Elemente als einer Einheit verbindet. Ein Beispiel eines solchen Hybridantriebssystems ist im US-Patent Nr. 5,258,651 offenbart, wobei eine Planetengetriebevorrichtung als ein Einkoppel- und Verteilmechanismus verwendet wird.
In einem solchen bekannten Hybridantriebssystem sind die Brennkraftmaschine und der Motorgenerator beide vollständig mit drehenden Elementen der Planetengetriebevorrichtung verbunden, so dass die Brennkraftmaschine und der Motorgenerator immer gedreht werden, solange das Fahrzeug fährt. Wenn das Fahrzeug nur mit dem Motorgenerator als Antriebskraftquelle gefahren wird, oder wenn die Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie durch Rückgewinnungsbremsen aufgeladen wird, ist die Energieeffizienz des Hybridantriebssystems aufgrund eines Schleppwiderstands der Brennkraftmaschine vergleichsweise gering. Daher kann das Fahrzeug nicht unbedingt in einem geeigneten Zustand oder einer geeigneten Art betrieben werden.
Die japanische Patentanmeldung Nr. JP-A-06-169504 offenbart ein Fahrzeughybridantriebssystem, welches das oben erwähnte Problem löst. Insbesondere weist dieses bekannte Fahrzeughybridantriebssystem eine Brennkraftmaschine, einen Motorgenerator und einen Planetengetriebemechanismus als einen Einkoppel- und Verteilmechanismus bzw. Vereinigungs-Verteilungsmechanismus auf, der ein Hohlrad, ein Sonnenrad und Planetenräder aufweist, wobei die Abtriebswelle der Brennkraftmaschine mit dem Hohlrad des Planetengetriebemechanismus durch eine Kupplung verbunden ist, und der Motorgenerator direkt mit dem Hohlrad des Planetengetriebemechanismus verbunden ist.
Ein Fahrzeughybridantriebssystem in Übereinstimmung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der europäischen Patentanmeldung Nr. EP-A-0645271 bekannt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Fahrzeughybridantriebssystem mit einem kompakten Aufbau zu schaffen, das so gesteuert werden kann, dass es abhängig von einer bestimmten Fahrbedingung des Fahrzeugs in einer geeigneten Betriebsart betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird durch das Hybridantriebssystem in Übereinstimmung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich nach den Ansprüchen 2 bis 27.
Im wie oben beschrieben aufgebauten Hybridantriebssystem der vorliegenden Erfindung ist die Brennkraftmaschine mit dem ersten drehenden Element des Einkoppel- und Verteilmechanismus durch die erste Kupplung verbunden. Durch geeignetes Ein- und Auskuppeln der ersten und zweiten Kupplungen führt der Motorgenerator, wie nachstehend mit Bezug auf eine erste bevorzugte Form der Erfindung beschrieben, verschiedene Funktionen durch, und das Hybridantriebssystem ist selektiv in verschiedenen Betriebsarten unter der Steuerung der jeweiligen Betriebsartensteuereinrichtungen betreibbar, wie nachstehend mit Bezug auf die zweite bis zehnte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben, abhängig von verschiedenen Fahrbedingungen oder Fahrzeugzuständen, wie unten mit Bezug auf vorteilhafte Anordnungen der zweiten bis dreizehnten bevorzugten Formen der Erfindung beschrieben.
Der Motorgenerator kann so angepasst sein, dass er als Elektromotor und als elektrischer Generator oder Dynamo arbeitet, muss aber nicht sowohl als Elektromotor als auch als elektrischer Generator benutzt werden. Der Einkoppel- und Verteilmechanismus kann eine Planetengetriebevorrichtung, eine Differenzialgetriebevorrichtung nach Art eines Kegelradgetriebes oder irgendeine andere Getriebevorrichtung sein, die drei wirksam miteinander verbundene drehende Elemente aufweist, und dazu angepasst ist, eine Kraft einzukoppeln und zu verteilen. Beispielsweise ist der Einkoppel- und Verteilmechanismus so angeordnet, dass er eine Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine und eine Leistungsabgabe des Motorgenerators einkoppelt und eine Summe dieser Leistungsabgabe an das Leistungsabgabeteil überträgt, und die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine an den Motorgenerator und das Leistungsabgabeteil verteilt, um das Kraftfahrzeug anzutreiben, während die Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie geladen wird. Der Einkoppel- und Verteilmechanismus muss jedoch nicht so angepasst sein, dass er sowohl als ein Einkoppelmechanismus als auch als ein Verteilmechanismus wirkt.
Die ersten und zweiten Kupplungen werden bevorzugt als Reibkupplungen ausgeführt, die durch hydraulische Stellglieder betätigt werden. Die ersten und zweiten Kupplungen können jedoch andere Kupplungstypen wie Eingriffs- oder Klauenkupplungen sein, die dazu angepasst sind, wahlweise die geeigneten Teile zu verbinden und zu trennen. Eine Kupplung kann außerdem zwischen dem zweiten drehenden Teil und dem Motorgenerator und/oder zwischen dem dritten drehenden Teil und dem Leistungsabgabeteil angeordnet sein.
In einer ersten bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung arbeitet der Motorgenerator als eine Antriebskraftquelle zum Antrieb des Kraftfahrzeugs, als ein elektrischer Generator, der durch die Brennkraftmaschine betrieben wird, um die Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie zu laden, als ein elektrischer Generator, der mit einer kinetischen Energie des Kraftfahrzeugs betrieben wird, um die Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie zu laden und ein Rückgewinnungsbremsen auf das Motorfahrzeug auszuüben, und als eine Hilfsantriebskraftquelle, welche die Brennkraftmaschine während des Fahrens des Fahrzeugs mit der Brennkraftmaschine unterstützt. Somit erfüllt der einzelne Motorgenerator die verschiedenen Funktionen, wodurch das Hybridantriebssystem im Aufbau einfacher und weniger teuer als ein Hybridantriebssystem ist, das einen Elektromotor zum Antrieb des Fahrzeugs und einen separaten elektrischen Generator zum Laden der Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie und zum Anwenden des Rückgewinnungsbremsens auf das Fahrzeug nutzt.
In einer zweiten bevorzugten Form der Erfindung weist das Hybridantriebssystem weiterhin eine erste Betriebszustandssteuerungseinrichtung zum Lösen der ersten Kupplung, zum Einkuppeln der zweiten Kupplung und zum Betrieb des Motorgenerators als einer Antriebskraftquelle zum Antrieb des Kraftfahrzeugs auf. Insbesondere ist die erste Vorrichtung zur Steuerung des Betriebszustandes dazu angepasst, einen ersten Betriebszustand einzurichten, in dem das Kraftfahrzeug nur mit dem Motorgenerator als Antriebskraftquelle angetrieben wird. In diesem ersten Betriebszustand, in dem die erste Kupplung ausgekuppelt ist, leidet das Hybridantriebssystem nicht an einem Leistungsverlust aufgrund eines Schleppwiderstands der Brennkraftmaschine.
In einer vorteilhaften Anordnung der vorstehenden zweiten bevorzugten Form der Erfindung wird die erste Betriebszustandssteuerungsvorrichtung betrieben, wenn eine derzeit benötigte Leistungsabgabe des Hybridantriebssystems nicht höher als ein vorherbestimmter Schwellenwert ist, während eine Menge von in der Vorrichtung zur Speicherung von elektrischer Energie gespeicherte elektrische Energie nicht kleiner als ein vorherbestimmter Schwellenwert ist. Im Allgemeinen weist der Motorgenerator eine höhere Energieeffizienz als die Brennkraftmaschine auf, wenn die benötigte Leistungsabgabe des Hybridantriebssystems vergleichsweise gering ist. Unter der vorstehenden Bedingung sichert daher der erste Betriebszustand, in dem das Fahrzeug vom Motorgenerator angetrieben wird, einen geringeren Kraftstoffverbrauch und eine geringere Abgasemission als ein Betriebszustand, in dem das Fahrzeug von der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Die vorliegende Anordnung verhindert dabei wirksam eine Verschlechterung der Lade- und Entladeeffizienzen der Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie aufgrund übermäßiger Entladung der elektrischen Energiemenge, die in der Speichervorrichtung gespeichert ist. Man bemerke, dass die Energieeffizienz, wenn der Motorgenerator als die Antriebskraftquelle betrieben wird, als eine Gesamtenergieeffizienz interpretiert wird, welche die einschließt, wenn der Motorgenerator von der Brennkraftmaschine angetrieben wird, um die Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie zu laden.
In einer dritten bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung weist das Hybridantriebssystem weiterhin eine zweite Betriebszustandssteuerungseinrichtung auf, um sowohl die erste als auch die zweite Kupplung einzukuppeln, den Motorgenerator in einen Nicht-Ladezustand zu versetzen, und die Brennkraftmaschine als eine Antriebskraftquelle zum Antrieb des Kraftfahrzeugs zu verwenden. Insbesondere ist die zweite Betriebszustandssteuerungseinrichtung dazu angepasst, einen zweiten Betriebszustand einzurichten, in dem das Kraftfahrzeug nur mit der Brennkraftmaschine als der Antriebskraftquelle angetrieben wird.
In einer vorteilhaften Anordnung der vorstehenden zweiten bevorzugten Form der Erfindung wird die zweite Betriebszustandssteuerungseinrichtung betrieben, wenn eine derzeit benötigte Leistungsabgabe des Hybridantriebssystems innerhalb eines vorherbestimmten Bereichs liegt, während eine Menge an elektrischer Energie, die in der Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie gespeichert ist, nicht kleiner als ein vorherbestimmter Schwellenwert ist, oder betrieben, wenn die derzeit benötigte Leistungsabgabe größer als eine obere Grenze des vorherbestimmten Bereichs ist, während die Menge der in der Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie gespeicherten elektrischen Energie kleiner als der vorherbestimmte Schwellenwert ist. Im Allgemeinen weist die Brennkraftmaschine eine höhere Energieeffizienz als der Motorgenerator auf, wenn die benötigte Leistungsabgabe des Hybridantriebssystems mittelgroß, d. h., in dem oben angegebenen Bereich ist. In vorstehendem Zustand sichert daher der zweite Betriebszustand, in dem das Fahrzeug von der Brennkraftmaschine angetrieben wird, geringere Mengen von Kraftstoffverbrauch und Abgasemissionen als der Betriebszustand, in dem das Fahrzeug durch den Motorgenerator angetrieben wird. Wenn die benötigte Leistungsabgabe des Hybridantriebssystems vergleichsweise groß ist, ist es wünschenswert, das Fahrzeug, wie unten mit Bezug auf eine fünfte bevorzugte Form der Erfindung beschrieben, sowohl mit der Brennkraftmaschine als auch dem Motorgenerator zu betreiben. Wenn die Menge an elektrischer Energie, die in der Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie gespeichert ist, kleiner als der Schwellenwert ist, ist jedoch der vorstehende zweite Betriebszustand, das Fahrzeug nur mit der Brennkraftmaschine zu betreiben, wirksam, um eine Verschlechterung der Lade- und Entladeeffizienzen der Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie aufgrund der übermäßigen Verringerung der Menge an gespeicherter elektrischer Energie zu verhindern.
In einer vierten bevorzugten Form dieser Erfindung weist das Hybridantriebssystem weiterhin eine dritte Betriebszustandssteuerungseinrichtung auf, um sowohl die erste als auch die zweite Kupplung einzukuppeln, und die Brennkraftmaschine als eine Antriebskraftquelle zu nutzen, um das Kraftfahrzeug anzutreiben, während der Motorgenerator von der Brennkraftmaschine angetrieben wird, um die Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie zu laden. Insbesondere ist die dritte Betriebszustandssteuerungseinrichtung dazu angepasst, einen dritten Betriebszustand einzurichten, in dem das Fahrzeug nur von der Brennkraftmaschine als der Antriebskraftquelle angetrieben wird, während der Motorgenerator von der Brennkraftmaschine angetrieben wird, um die Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie aufzuladen.
In einer vorteilhaften Anordnung der vorstehenden vierten bevorzugten Form der Erfindung wird die dritte Betriebszustandssteuerungseinrichtung betrieben, wenn eine derzeit benötigte Leistungsabgabe des Hybridantriebssystems nicht größer als ein vorherbestimmter Schwellenwert ist, während eine in der Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie gespeicherte Menge von elektrischer Energie kleiner als ein vorherbestimmter Schwellenwert ist. Der vorliegende dritte Betriebszustand, in dem die Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie während des Betriebs des Fahrzeugs mittels der Brennkraftmaschine durch den Motorgenerator geladen wird, ist wirksam, wenn die derzeit benötigte Leistungsabgabe des Hybridantriebssystems vergleichsweise klein oder mittel ist. Wenn die derzeit benötigte Leistungsabgabe vergleichsweise hoch ist, ist es andererseits wünschenswert, den oben beschriebenen zweiten Betriebszustand einzurichten, in dem das Fahrzeug durch die Brennkraftmaschine angetrieben wird, ohne die Speichervorrichtung zu laden.
In einer fünften bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung weist das Hybridantriebssystem weiterhin eine vierte Einrichtung zur Steuerung des Betriebszustands auf, um sowohl die erste als auch die zweite Kupplung einzukuppeln, und sowohl die Brennkraftmaschine als auch den Motorgenerator als Antriebskraftquellen zu nutzen, um das Kraftfahrzeug anzutreiben. Insbesondere ist die vierte Einrichtung zur Steuerung des Betriebszustands dazu angepasst, einen vierten Betriebszustand einzurichten, in dem das Kraftfahrzeug sowohl von der Brennkraftmaschine als auch dem Motorgenerator mit höherer Leistung als in dem Betriebszustand, in dem nur die Brennkraftmaschine oder der Motorgenerator als die Antriebskraftquelle genutzt wird, angetrieben wird.
In einer vorteilhaften Anordnung der vorstehenden fünften bevorzugten Form der Erfindung wird die vierte Einrichtung zur Steuerung des Betriebszustands betrieben, wenn eine derzeit benötigte Leistungsabgabe des Hybridantriebssystems größer als ein vorherbestimmter Schwellenwert ist, während eine Menge an elektrischer Energie, die in der Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie gespeichert wird, nicht kleiner als ein vorherbestimmter Schwellenwert ist. Da die Brennkraftmaschine und der Motorgenerator beide als die Antriebskraftquellen benutzt werden, wird die Energieeffizienz selbst im vorstehenden Zustand nicht in einem solchen Ausmaß wie in dem Betriebszustand verschlechtert, in dem nur die Brennkraftmaschine oder der Motorgenerator als die Antriebskraftquelle genutzt wird. Demgemäß sichert der vierte Betriebszustand, der unter der vorstehenden Bedingung eingerichtet wird, einen vergleichsweise verringerten Kraftstoffverbrauch und Abgasemission und ist wirksam, um eine Verschlechterung der Lade- und Entladeeffizienzen der Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie aufgrund der übermäßigen Verringerung der gespeicherten elektrischen Energie zu verhindern.
In einer sechsten bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung weist das Hybridantriebssystem weiterhin eine fünfte Betriebszustandssteuerungseinrichtung zum Einkuppeln der ersten Kupplung, Auskuppeln der zweiten Kupplung und zum Erhöhen einer Reaktionskraft des Motorgenerators von Null auf, um das Kraftfahrzeug zu starten. Insbesondere ist die fünfte Betriebszustandssteuerungseinrichtung dazu angepasst, einen fünften Betriebszustand einzurichten, in dem das Fahrzeug mit der Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine angetrieben wird, die an das Leistungsabgabeteil übertragen wird, wobei die Reaktionskraft des Motorgenerators durch Steuern des Wiedergewinnungsbremsmoments oder des Moments in der Vorwärtsrichtung allmählich von Null erhöht wird, während der Motorgenerator von der Brennkraftmaschine in einen Nicht-Ladezustand in der Rückwärtsrichtung gedreht wird. Somit dient die fünfte Betriebszustandssteuerungseinrichtung als Einrichtung zum Starten des Kraftfahrzeugs mit der Brennkraftmaschine.
In einer vorteilhaften Anordnung der vorstehenden sechsten bevorzugten Form der Erfindung wird die fünfte Betriebszustandssteuerungseinrichtung betrieben, um das Kraftfahrzeug mit dem Brennkraftmotor als einer Antriebskraftquelle zu starten. In einer zweiten vorteilhaften Anordnung dieser Form der Erfindung steuert die fünfte Betriebszustandssteuerungseinrichtung ein Rückgewinnungsbremsmoment des Motorgenerators, um die Reaktionskraft zu erhöhen, und wird betrieben, wenn eine Menge an elektrischer Energie, die in der Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie gespeichert ist, nicht größer als ein vorherbestimmter Schwellenwert ist. Dieser fünfte Betriebszustand ist wirksam, um eine übermäßige Verringerung der Menge an elektrischer Energie, die in der Vorrichtung zur Speicherung von elektrischer Energie gespeichert ist, zu verhindern, da der fünfte Betriebszustand nicht notwendigerweise eine elektrische Energie benötigt und da er eingerichtet ist, um das Rückgewinnungsdrehmoment des Motorgenerators zu steuern, um die Reaktionskraft zu erhöhen, wenn die Menge an elektrischer Energie, die in der Speichervorrichtung gespeichert ist, nicht größer als der vorherbestimmte Schwellenwert ist. Entsprechend ist der fünfte Betriebszustand wirksam, um eine Verschlechterung der Lade- und Entladeeffizienzen der Speichervorrichtung aufgrund eines übermäßigen Betrags der Nutzung der elektrischen Energie zu verhindern.
In der vorstehend gezeigten zweiten vorteilhaften Anordnung der sechsten bevorzugten Form der Erfindung wird der fünfte Betriebszustand eingerichtet, wenn die Menge an gespeicherter elektrischer Energie nicht größer als der vorherbestimmte Schwellenwert ist. Wenn die Menge an gespeicherter elektrischer Energie größer als der Schwellenwert ist, ist es wünschenswert, den vorstehend beschriebenen ersten Betriebszustand einzurichten, um das Fahrzeug mit dem Motorgenerator zu starten. Der erste Betriebszustand kann jedoch durch einen elften Betriebszustand ersetzt werden, in dem das Fahrzeug sowohl mit der Brennkraftmaschine als auch mit dem Motorgenerator so gestartet wird, dass die zweite Kupplung eingekuppelt gehalten und die erste Kupplung in einen Schleifzustand versetzt ist, während die Drehzahl der Brennkraftmaschine über einen vorherbestimmten Wert erhöht und der Motorgenerator in der Fahrzeugfahrrichtung gedreht wird. Im elften Betriebszustand kann das Fahrzeug mit einem vergleichsweise hohen Drehmoment gestartet werden. Es ist wünschenswert, das Fahrzeug im elften Betriebszustand zu starten, wenn die derzeit benötigte Leistungsabgabe des Hybridantriebssystems größer als ein gegebener Schwellenwert ist, und im ersten Betriebszustand, wenn die derzeit benötigte Leistungsabgabe nicht größer als der Schwellenwert ist.
In einer dritten vorteilhaften Anordnung der sechsten bevorzugten Form der Erfindung erhöht die fünfte Betriebszustandssteuerungseinrichtung eine Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine mit einer Erhöhung der Reaktionskraft des Motorgenerators. Diese Anordnung macht es möglich, das Abwürgen der Brennkraftmaschine aufgrund der Verringerung ihrer Drehzahl beim Erhöhen der Reaktionskraft des Motorgenerators zu verhindern.
In einer vierten vorteilhaften Anordnung der sechsten bevorzugten Form der Erfindung weist der Einkoppel- und Verteilmechanismus eine Planetengetriebevorrichtung auf, die ein Hohlrad als das erste drehende Element, ein Sonnenrad als das zweite drehende Element und einen Planetenradträger bzw. Steg als das dritte drehende Element aufweist, und der Motorgenerator weist eine Drehmomentkapazität auf, die ungefähr ρ-mal einem maximalen Drehmoment der Brennkraftmaschine entspricht, wobei ρ ein Verhältnis der Anzahl der Zähne des Sonnenrads zum Verhältnis der Anzahl der Zähne des Hohlrads ist. Diese Anordnung erlaubt, dass der Motorgenerator von geringer Größe ist, während er ein ausreichendes Drehmoment bereitstellt, was zu einer verringerten Baugröße und verringerten Kosten des Hybridantriebssystems führt. Zudem erlaubt die vorliegende Anordnung das Starten des Fahrzeugs durch die Brennkraftmaschine mit einem größeren Drehmoment als durch den Motorgenerator. Insbesondere sind im fünften Betriebszustand die Verhältnisse des Drehmoments der Brennkraftmaschine, des Drehmoments des Stegs der Planetengetriebevorrichtung, der mit dem Leistungsabgabeteil verbunden ist, und des Drehmoments des Motorgenerators 1 : (1 + ρ) : ρ, wobei ρ wie vorstehend beschrieben das Verhältnis der Anzahl von Zähnen des Sonnenrads zur Anzahl von Zähnen des Hohlrads der Planetengetriebevorrichtung wiedergibt. Das Drehmoment des Motorgenerators ist ungefähr ρ-mal dem Drehmoment der Brennkraftmaschine, und das Abgabedrehmoment des Stegs ist ungefähr (1 + ρ)-mal dem Moment der Brennkraftmaschine. Das Getriebeverhältnis ρ beträgt im Allgemeinen ungefähr 0,5. In diesem Fall kann die Drehmomentkapazität des Motorgenerators ungefähr so klein wie eine Hälfte des maximalen Drehmoments der Brennkraftmaschine ausgelegt werden.
In einer siebten bevorzugten Form dieser Erfindung weist das Hybridantriebssystem weiterhin eine sechste Betriebszustandssteuerungseinrichtung auf, um die erste Kupplung auszukuppeln, die zweite Kupplung einzukuppeln, und den Antrieb des Motorgenerator durch eine kinetische Energie des Kraftfahrzeugs zu veranlassen, um die Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie zu laden, während Rückgewinnungsbremsen auf das Kraftfahrzeug angewandt wird. Insbesondere ist die sechste Betriebszustandssteuerungseinrichtung dazu angepasst, einen sechsten Betriebszustand einzurichten, in dem der Motorgenerator durch die kinetische Energie des Fahrzeugs angetrieben wird, um die Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie aufzuladen, während ein Rückgewinnungsbremsen ähnlich dem Brennkraftmotorbremsen auf das Fahrzeug angewendet wird. Da die erste Kupplung entkuppelt ist, um die Brennkraftmaschine von der Planetengetriebevorrichtung abzukuppeln, wird ein Energieverlust durch einen Schleppwiderstand der Brennkraftmaschine verhindert.
In einer vorteilhaften Anordnung der vorstehenden siebten bevorzugten Form der Erfindung wird die sechste Betriebszustandssteuerungseinrichtung betrieben, wenn das Kraftfahrzeug gebremst werden muss, während eine Menge von elektrischer Energie, die in der Vorrichtung zur Speicherung von elektrischer Energie gespeichert ist, kleiner als ein vorherbestimmter Schwellenwert ist. In diesem Fall wird der benötigte Betrag der Bedienung des Bremspedals durch den Fahrzeugführer verringert, was zu einer einfachen Steuerung des Fahrzeugs führt. Zudem wird die Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie nur dann durch den Motorgenerator geladen, wenn die Menge der gespeicherten elektrischen Energie kleiner als der Schwellenwert ist, so dass die vorliegende Anordnung wirksam ist, um eine Verschlechterung der Lade- und Entladeeffizienzen der Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie aufgrund einer übermäßigen Ladung der Speichervorrichtung zu verhindern.
In einer achten bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung weist das Hybridantriebssystem weiterhin eine siebte Betriebszustandssteuerungseinrichtung auf, um die erste Kupplung einzukuppeln, die zweite Kupplung auszukuppeln, die Brennkraftmaschine zu betreiben und den Motorgenerator in einen nicht-ladenden Zustand zu versetzen, um so seine elektrische Neutralität einzurichten. Insbesondere ist die siebte Betriebszustandssteuerungseinrichtung dazu angepasst, einen siebten Betriebszustand einzurichten, in dem der Motorgenerator in einen Nicht-Ladezustand versetzt wird, während die Brennkraftmaschine betrieben wird, wodurch der Motorgenerator in einem elektrisch neutralen Zustand gehalten wird, und keine Leistung vom Ausgabeteil des Einkoppel- und Verteilmechanismus abgegeben wird.
In einer vorteilhaften Anordnung dieser achten bevorzugten Form der Erfindung wird die siebte Einrichtung zur Steuerung des Betriebszustands betrieben, wenn das Kraftfahrzeug gestoppt ist, während es mit dem Brennkraftmotor betrieben wird. Diese Anordnung verlangt es nicht, dass die Brennkraftmaschine beim Stoppen des Fahrzeugs abgeschaltet wird, und erlaubt es, das Fahrzeug mit der Brennkraftmaschine wie im fünften Betriebszustand zu starten.
In einer neunten bevorzugten Form dieser Erfindung weist das Hybridantriebssystem weiterhin eine achte Betriebszustandssteuerungseinrichtung auf, um sowohl die erste als auch die zweite Kupplung einzukuppeln, den Motorgenerator in einen Nicht-Ladezustand zu versetzen, und die Brennkraftmaschine abzuschalten, um so eine Brennkraftmaschinenbremsung bzw. Motorbremsung auf das Kraftfahrzeug anzuwenden. Insbesondere ist die achte Betriebszustandssteuerungseinrichtung dazu angepasst, einen achten Betriebszustand einzurichten, in dem der Motorgenerator in den Nicht-Ladezustand versetzt wird, während die Brennkraftmaschine ausgeschaltet ist, wodurch eine Brennkraftmaschinenbremsung auf das Fahrzeug angewendet wird.
In einer vorteilhaften Anordnung der neunten bevorzugten Form der Erfindung wird die achte Betriebszustandssteuerungseinrichtung betrieben, wenn das Kraftfahrzeug gebremst werden muss, während eine Menge von elektrischer Energie, die in der Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie gespeichert ist, nicht kleiner als ein vorherbestimmter Schwellenwert ist. In diesem Fall ist der benötigte Betrag der Bedienung des Bremspedals durch den Fahrzeugführer verringert, was zu einer einfachen Steuerung des Fahrzeugs führt. Da zudem die Vorrichtung zur Speicherung der elektrischen Energie nicht geladen wird, verhindert der vorliegende achte Betriebszustand die Verschlechterung der Lade- und Entladeeffizienzen der Speichervorrichtung aufgrund einer übermäßigen Ladung der Speichervorrichtung.
In einer zehnten bevorzugten Form dieser Erfindung weist das Hybridantriebssystem weiterhin eine neunte Betriebszustandssteuerungseinrichtung zum Einkuppeln der ersten Kupplung und zum Betrieb des Motorgenerators, um die Brennkraftmaschine durch den Einkoppel- und Verteilmechanismus zu starten, auf. Insbesondere ist die neunte Betriebszustandssteuerungseinrichtung dazu angepasst, einen neunten Betriebszustand einzurichten, in dem die Brennkraftmaschine durch den Motorgenerator über den Einkoppel- und Verteilmechanismus angetrieben wird, um den Motor zu starten. Diese Form der Erfindung verlangt keinen ausschließlichen Starter (z. B. Startermotor), um die Brennkraftmaschine zu starten, was zu einer verringerten Anzahl der benötigten Komponenten und demgemäß zu verringerten Kosten der Herstellung des Hybridantriebssystems führt.
In einer elften bevorzugten Form dieser Erfindung weist der Einkoppel- und Verteilmechanismus eine Planetengetriebevorrichtung auf, die ein Hohlrad als das erste drehende Element, ein Sonnenrad als das zweite drehende Element und einen Planetenträger als das dritte drehende Element aufweist, und das Hybridantriebssystem weist weiterhin eine Bremse auf, um eine Drehung des Hohlrads zu verhindern. In der Form des Hybridantriebssystems ist die Bremse dazu vorgesehen, die Drehung des Hohlrades der Planetengetriebevorrichtung zu verhindern, das als das erste drehende Element wirkt, das über die erste Kupplung mit der Brennkraftmaschine verbunden ist. Das vorliegende Hybridantriebssystem erlaubt die vorstehend beschriebenen ersten bis neunten Betriebszustände, und ebenso einen zehnten Betriebszustand, der durch eine zehnte Betriebszustandssteuerungsvorrichtung eingerichtet wird, die in Übereinstimmung mit einer vorteilhaften Anordnung dieser elften bevorzugten Form der Erfindung vorgesehen ist. Daher kann das Hybridantriebssystem in einem geeigneten der verschiedenen Betriebszustände abhängig von der besonderen Fahrbedingung des Kraftfahrzeugs betrieben werden.
In der vorstehend gezeigten vorteilhaften Anordnung der elften bevorzugten Form der Erfindung weist das Hybridantriebssystem weiterhin eine zehnte Betriebszustandssteuerungseinrichtung auf, um sowohl die erste als auch die zweite Kupplung auszukuppeln, die Bremse einzukuppeln, und ein Drehmoment des Motorgenerators durch die Planetengetriebevorrichtung so zu verstärken, dass das verstärkte Drehmoment an das Leistungsabgabeteil der Planetengetriebevorrichtung übertragen wird. Diese Anordnung erlaubt es, dass das Fahrzeug durch den Motorgenerator mit einem vergleichsweise großen Drehmoment gestartet und angetrieben werden kann. Wenn das Übersetzungsverhältnis der Planetengetriebevorrichtung durch ρ wiedergegeben wird, ist das Drehmoment des Leistungsabgabeteils (1 + ρ)/ρ mal dem Drehmoment des Motorgenerators. Wenn das Übersetzungsverhältnis ρ ungefähr 0,5 beträgt, wird das Drehmoment des Motorgenerators ungefähr dreifach verstärkt. Bevorzugt wird die zehnte Einrichtung zur Steuerung des Betriebszustands betrieben, um das Kraftfahrzeug mit dem Motorgenerator als einer Antriebskraftquelle zu starten, insbesondere wenn es gewünscht ist, das Fahrzeug auf einer bergaufführenden Straße mit dem Motorgenerator mit einem vergleichsweise großen Drehmoment zu starten, oder das Fahrzeug rückwärts nur mit dem Motorgenerator zu starten und anzutreiben.
In einer zwölften bevorzugten Form dieser Erfindung weist der Einkoppel- und Verteilmechanismus eine Planetengetriebevorrichtung auf, die ein Hohlrad als das erste drehende Element, ein Sonnenrad als das zweite drehende Element und einen Planetenträger als das dritte drehende Element aufweist, und das Hybridantriebssystem weist weiterhin eine Freilaufkupplung auf, um eine Drehung des Hohlrads in der gleichen Richtung mit der Brennkraftmaschine zu erlauben, und eine Drehung des Hohlrads in einer Richtung entgegen einer Richtung der Drehung der Brennkraftmaschine zu verhindern. In diesem Hybridantriebssystem ist die Freilaufkupplung vorgesehen, um die Drehung des Hohlrads (d. h. des ersten drehenden Elements, das mit der Brennkraftmaschine über die erste Kupplung verbunden ist) in der Richtung entgegen jener der Brennkraftmaschine zu verhindern. Durch Lösen mindestens der zweiten Kupplung kann daher das Fahrzeug vom Motorgenerator mit einem vergleichsweise großen Drehmoment gestartet oder angetrieben werden, wie in dem oben beschriebenen zehnten Betriebszustand. Während es wünschenswert ist, auch die erste Kupplung zu lösen, kann die erste Kupplung eingekuppelt bleiben, wenn die Brennkraftmaschine ausgeschaltet ist. Im Gegensatz zur Bremse, die in Übereinstimmung mit der elften bevorzugten Form der Erfindung vorgesehen ist, benötigt die in dieser zwölften bevorzugten Form vorgesehene Freilaufkupplung keine Steuerung ihrer Ein- und Auskuppelaktionen, und würde nicht durch einen Fehler des hydraulischen und elektrischen Systems beeinflußt, was eine erhöhte Zuverlässigkeit im Betrieb sichert.
In einer dreizehnten bevorzugten Form dieser Erfindung sind die Brennkraftmaschine, der Einkoppel- und Verteilmechanismus und der Motorgenerator in der Reihenfolge der Beschreibung koaxial mit einer ersten Achse angeordnet. In dieser Anordnung kann, zusammen mit der Anordnung gemäß Anspruch 1, die Achse, mit der die Brennkraftmaschine und der Motorgenerator ausgerichtet sind, und die Achse der Differentialgetriebevorrichtung relativ nahe beieinander angeordnet sein, und die axiale Ausdehnung des Hybridantriebssystems kann vergleichsweise klein gemacht werden, wodurch das Hybridantriebssystem kompakt hergestellt werden kann.
In den elften und zwölften bevorzugten Formen des Hybridantriebssystems, in dem eine Planetengetriebevorrichtung als der Einkoppel- und Verteilmechanismus genutzt wird, werden das Hohlrad, das Sonnenrad und der Träger der Planetengetriebevorrichtung jeweils als die ersten, zweiten und dritten drehenden Elemente vorgesehen. Das Sonnenrad und das Hohlrad werden jedoch jeweils als die ersten und zweiten drehenden Elemente genutzt. Die zweite Kupplung ist dafür vorgesehen, zwei Elemente aus diesen drei drehenden Elementen zu verbinden, und ist im Hinblick auf das Lastmoment beim Einkoppeln der beiden drehenden Elemente bevorzugt zwischen dem Sonnenrad und dem Planetenträger angeordnet. Die zweite Kupplung kann jedoch zwischen dem Sonnenrad und dem Hohlrad oder zwischen dem Planetenträger und dem Hohlrad angeordnet sein.
In den vorstehend beschriebenen ersten, sechsten und zehnten Betriebszuständen ist es im Allgemeinen wünschenswert, die Brennkraftmaschine zum Zweck der Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und der Abgasemission abgeschaltet zu lassen. Da die erste Kupplung gelöst ist, kann die Brennkraftmaschine jedoch bei Bedarf betrieben werden. Im neunten Betriebszustand, in dem die Brennkraftmaschine vom Motorgenerator angetrieben wird, kann die zweite Kupplung eingekuppelt sein, während der Leistungsübertragungspfad beispielsweise durch ein in den Leerlauf versetztes Getriebe getrennt ist. Alternativ wird die zweite Kupplung gelöst, während die Drehung des Leistungsabgabeteils des Einkoppel- und Verteilmechanismus durch eine geeignete Einrichtung wie eine Feststellbremse verhindert wird. Im ersten Betriebszustand, in dem das Fahrzeug mit dem Motorgenerator als der Antriebskraftquelle betrieben wird, wobei jeweils die ersten und zweiten Kupplungen ein- und ausgekuppelt sind, kann die erste Kupplung eingekuppelt werden, um die Brennkraftmaschine mit dem Motorgenerator zu starten. In diesem Fall wird der Motorgenerator vorteilhaft so betrieben, dass er eine Leistungsabgabe bereitstellt, die größer als die derzeit benötigte Leistungsabgabe ist, so dass die Brennkraftmaschine durch eine überschüssige Leistungsabgabe des Motorgenerators angetrieben wird.
Andere Betriebszustände als die vorstehend beschriebenen ersten bis zehnten Betriebszustände können vorgesehen sein. Z. B. kann das Hybridantriebssystem in einem Zustand betrieben werden, in dem die erste Kupplung eingekuppelt und die zweite Kupplung ausgekuppelt ist, während die Drehung des Leistungsabgabeteils durch eine geeignete Einrichtung wie eine Feststellbremse verhindert wird. In diesem Zustand wird der Motorgenerator von der Brennkraftmaschine angetrieben, um die Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie aufzuladen, während das Fahrzeug steht. Alternativ kann der Motorgenerator von der Brennkraftmaschine angetrieben werden, indem der Leistungsübertragungspfad beispielsweise durch ein Automatikgetriebe getrennt ist, das in die Leerlaufposition versetzt ist, während die ersten und zweiten Kupplungen beide eingekuppelt sind.
Das Hybridantriebssystem nach der vorliegenden Erfindung kann ein geeignetes Getriebe wie ein Zahnradgetriebe mit zwei oder mehr Übersetzungsverhältnissen oder ein Getriebe, dessen Übersetzungsverhältnis kontinuierlich veränderbar ist, aufweisen. Das Zahnradgetriebe kann ein Getriebe vom Typ mit zwei parallelen Achsen oder ein Getriebe vom Typ eines Planetengetriebes sein. Das kontinuierlich variable Getriebe kann vom Typ mit Riemen und Riemenscheibe oder vom toroidalen bzw. ringförmigen Typ sein. In der vorstehend beschriebenen dreizehnten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Brennkraftmaschine, der Einkoppel- und Verteilmechanismus, und der Motorgenerator in dieser Reihenfolge in koaxialer Beziehung zueinander angeordnet. In diesem Fall kann die zweite Kupplung auf einer Seite des Motorgenerators entfernt vom Leistungsabgabeteil angeordnet sein, und eine Verbindungswelle wird so angeordnet, dass sie sich durch eine Bohrung einer hohlen Rotorwelle des Motorgenerators erstreckt, um die zweite Kupplung und das zweite Drehteil des Einkoppel- und Verteilmechanismus zu verbinden. In dieser Anordnung kann ein Getriebe vom Typ mit zwei parallelen Achsen parallel zur Achse des Montageblocks, der die Brennkraftmaschine, den Einkoppel- und Verteilmechanismus und den Motorgenerator umfaßt, so angeordnet sein, dass ein Schalthebelabschnitt des Getriebes, der einen vergleichsweise geringen Durchmesser aufweist, im Wesentlichen an der gleichen axialen Position wie der Motorgenerator angeordnet ist, und so, dass hydraulisch betriebene Schaltkupplungen zum Schalten des Getriebes an der vorstehend genannten Seite des Motorgenerators angeordnet sind. Gemäß dieser Anordnung wird der Motorgenerator, der einen vergleichsweise großen Durchmesser aufweist, axial gegenüber den Schaltkupplungen, die ebenfalls vergleichsweise große Durchmesser aufweisen, versetzt, so dass die Achse des vorstehend genannten Montageblocks und die Achse des Getriebes nahe beieinander sein können. Die vorstehend mit Bezug auf die dreizehnte bevorzugte Form der Erfindung beschriebene Differenzialgetriebevorrichtung ist auf einer Seite des Leistungsabgabeteils angeordnet, die von dem Motorgenerator oder Schaltgetriebeteil des Getriebes entfernt ist, so dass die Differenzialgetriebeanordnung und das Getriebe in radialer Richtung nahe beieinander angeordnet sein können. Demgemäß werden sowohl die axialen als auch die radialen Abmessungen des Hybridantriebssystems verringert, was zu einem kompakten Aufbau des Systems führt. Die Differenzialgetriebevorrichtung ist bevorzugt vom Kegelradgetriebetyp, kann aber auch vom Planetengetriebetyp sein.
Wo das Getriebe vom Typ mit zwei parallelen Achsen genutzt wird, können das Leistungsabgabeteil des Einkoppel- und Verteilmechanismus und die Eingangswelle des Getriebes durch eine Kette verbunden sein. In diesem Fall kann das Hybridantriebssystem in das Kraftfahrzeug so eingebaut sein, dass die Achse der Eingangswelle des Getriebes und die Achse des Montageblocks, der die Brennkraftmaschine, den Einkoppel- und Verteilmechanismus und den Motorgenerator aufweist, sich in die Querrichtung des Fahrzeugs erstrecken, und so, dass die Achse der Eingangswelle des Getriebes in Fahrtrichtung des Fahrzeugs gesehen über und hinter der Achse des vorstehend genannten Montageblocks angeordnet ist. Weiterhin ist die Achse der Abtriebswelle des Getriebes unter und hinter der Achse der Eingangswelle angeordnet, während die Achse der Differenzialgetriebevorrichtung hinter der Achse der Abtriebswelle des Getriebes angeordnet ist. In der vorliegenden Anordnung wird über der Achse des vorstehend genannten Montageblocks ein Raum frei gelassen, und eine Steuerung für den Motorgenerator, die Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie und andere Vorrichtungen können in diesen Raum eingebaut sein. Da das Getriebe hinter der Brennkraftmaschine und dem Motorgenerator angeordnet ist, kann ein ausreichender Raum vor der Brennkraftmaschine und dem Motorgenerator vorgesehen sein, so dass dieser ausreichende Raum dazu benutzt werden kann, beim Auftreten einer Kraft auf die Brennkraftmaschine und dem Motorgenerator entgegen der Fahrtrichtung des Fahrzeugs einen Stoß zu absorbieren.
Der vorstehend genannte Montageblock, der die Brennkraftmaschine, den Einkoppel- und Verteilmechanismus und den Motorgenerator umfaßt, kann weiterhin ein Schwungrad und einen Dämpfer aufweisen, die zwischen der Brennkraftmaschine und der ersten Kupplung angeordnet sind. Das Schwungrad und der Dämpfer können auf einer Seite einer ersten Trennwand entfernt von der ersten Kupplung und dem Leistungsabgabeteil (z. B. einem Kettenrad) des Einkoppel- und Verteilmechanismus angeordnet sein. In diesem Fall kann ein Öldurchlaß für ein Arbeitsfluid zum Betreiben der ersten Kupplung in der ersten Trennwand ausgebildet sein. Der Motorgenerator kann auf einer Seite einer zweiten Abtrennung entfernt vom Leistungsabgabeteil angeordnet und zwischen dieser zweiten Trennwand und einer dritten Trennwand platziert sein. Insbesondere ist der Motorgenerator in einem Raum angeordnet, der zwischen der zweiten und dritten Trennwand definiert und durch Öldichtungen fluiddicht versiegelt ist. Ein Drehmelder zum Erfassen der Winkelposition des Motorgenerators kann an der dritten Trennwand angeordnet sein. Die Rotorwelle des Motorgenerators kann über geeignete Lager drehbar in den zweiten und dritten Trennwänden gelagert sein. Die vorstehend beschriebene Verbindungswelle erstreckt sich durch die Bohrung der hohlen Rotorwelle, so dass die Verbindungswelle relativ zur Rotorwelle drehbar ist. Die zweite Kupplung kann zwischen der dritten Trennwand und einer vierten Trennwand angeordnet sein. Ein Öldurchlaß für das Arbeitsfluid zum Betreiben der zweiten Kupplung kann in der vierten Trennwand ausgebildet sein.
Das erfindungsgemäße Hybridantriebssystem wird geeignet für ein vorderradgetriebenes Kraftfahrzeug mit Frontmotor (F-F-Kraftfahrzeug) verwendet. In diesem Fall wird das Hybridantriebssystem so eingebaut, dass die Achse des Montageblocks, der die Brennkraftmaschine, den Einkoppel- und Verteilmechanismus und den Motorgenerator umfaßt, parallel zur Querrichtung oder Richtung der Breite des Fahrzeugs ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht, die eine allgemeine Anordnung eines Hybridantriebssystems gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
Fig. 2 und 3 Querschnittsansichten, die den Aufbau des Hybridantriebssystems nach Fig. 1 genau zeigen;
Fig. 4 eine Ansicht, die eine Anordnung verschiedener Achsen zueinander im Hybridantriebssystem nach Fig. 1 in Querrichtung des Fahrzeugs zeigt;
Fig. 5 ein Blockdiagramm, das ein Steuersystem darstellt, das in einem Hybridantriebssystem nach Fig. 1 vorgesehen ist;
Fig. 6 einen Ablaufplan, der einen Betrieb des Steuersystems des Hybridantriebssystems nach Fig. 1 zeigt;
Fig. 7 eine schematische Ansicht, die eine allgemeine Anordnung eines Hybridantriebssystems gemäß einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
Fig. 8 einen Ablaufplan, der einen Betrieb eines Steuersystems des Hybridantriebssystems nach Fig. 7 darstellt;
Fig. 9 eine schematische Ansicht, die eine allgemeine Anordnung eines Hybridantriebssystems nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung darstellt;
Fig. 10 eine schematische Ansicht, die ein automatisches Getriebe im Hybridantriebssystem darstellt;
Fig. 11 eine Ansicht, die ein Steuersystem darstellt, das im Hybridantriebssystem nach Fig. 10 vorgesehen ist;
Fig. 12 ein Schaubild, das Betriebszustände verschiedener Kupplungselemente zum Einrichten verschiedener Betriebspositionen eines Automatikgetriebes im Hybridantriebssystem nach Fig. 10 zeigt;
Fig. 13 eine Ansicht, die einen Teil eines Hydrauliksystems des Automatikgetriebes in der Ausführungsform nach Fig. 10 zeigt;
Fig. 14 ein Blockdiagramm, das die Verbindung zwischen einer Hybridantriebssteuerung und einem elektrisch gesteuerten Drehmomentwandler wie in Fig. 11 gezeigt zeigt;
Fig. 15 einen Ablaufplan, der einen Betrieb des Steuersystems in der Ausführungsform nach Fig. 10 beim Starten des Fahrzeugs darstellt;
Fig. 16 eine schematische Ansicht, die ein Hybridantriebssystem darstellt, in dem sich das Automatikgetriebe von dem des Hybridantriebssystems nach Fig. 10 unterscheidet; und
Fig. 17 ein Schaubild, das Betriebszustände verschiedener Kupplungselemente zum Einrichten unterschiedlicher Positionen des Automatikgetriebes in der Ausführungsform nach Fig. 16 zeigt.

GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Mit Bezug auf die schematische Darstellung der Fig. 1 und die Querschnittsansichten der Fig. 2 und 3 wird zunächst ein Hybridantriebssystem 8 gezeigt, das dazu angepasst ist, in einem vorderradgetriebenen Kraftfahrzeug mit Frontmotor (F-F-Kraftfahrzeug) genutzt zu werden. Das Hybridantriebssystem 8 ist im Fahrzeug so eingebaut, dass die verschiedenen Achsen des Hybridantriebssystems 8 im Wesentlichen parallel zur Querrichtung (Richtung der Breite) des Kraftfahrzeugs sind. Das Hybridantriebssystem 8 weist eine Brennkraftmaschine 10 wie einen Verbrennungsmotor, die durch Verbrennung eines Treibstoffs betrieben wird, einen Motorgenerator 12, und eine Planetengetriebevorrichtung 14 mit einem einzelnen Ritzel auf. Die Planetengetriebevorrichtung 14 wirkt als ein Einkoppel- und Verteilmechanismus für das mechanische Einkoppeln und Verteilen einer Kraft. Die Planetengetriebevorrichtung 14 weist ein erstes drehendes Element in der Form eines Hohlrads 14r auf, das mit der Brennkraftmaschine 10 durch eine erste Kupplung 16 verbunden ist, ein zweites drehendes Element in der Form eines Sonnenrades 14s, das mit einer Rotorwelle 56 des Motorgenerators 12 verbunden ist, und ein drittes drehendes Element in der Form eines Planetenträgers 14c, das ein integriert darauf gebildetes Kettenrad aufweist, das als Leistungsabgabeteil wirkt. Das Sonnenrad 14s und der Planetenträger 14c sind miteinander durch eine zweite Kupplung 20 verbunden. Eine Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine 10 wird durch ein Schwungrad 22 und einen Dämpfer 24 an die erste Kupplung 16 übertragen. Das Schwungrad 22 dient dazu, Drehzahl- und Drehmomentvariationen der Brennkraftmaschine 10 zu verringern. Der Dämpfer 24 weist ein geeignetes elastisches Teil wie eine Feder oder ein Gummiteil auf. Die ersten und zweiten Kupplungen 16, 20 sind Mehrscheibenreibkupplungen, die jeweils durch ein hydraulisches Stellglied zwischen ihren ein- und ausgekuppelten Zuständen betrieben werden.
Das Kettenrad 18 ist über eine Kette 30 mit einem angetriebenen Kettenrad 28 verbunden, das als ein Eingangsteil eines Automatikgetriebes 26 wirkt. Das Automatikgetriebe 26 ist ein Getriebe mit zwei parallelen Achsen, das eine erste oder Eingangswelle 32, auf der das angetriebene Kettenrad 28 vorgesehen ist, und eine zweite oder Abtriebswelle 34 aufweist, die parallel zur ersten Welle 32 ist. Das Automatikgetriebe 26 weist vier Paare zueinander passender Zahnräder für das Vorwärtsfahren des Kraftfahrzeugs auf, und ein Paar von Zahnrädern, die über ein freilaufendes Zahnrad verbunden sind, um das Fahrzeug rückwärts zu fahren. Das Automatikgetriebe 26 weist zwei reibgekuppelte Kupplungen 36, 38 auf, die jeweils durch hydraulische Stellglieder bedient werden, und zwei positive oder Klauenkupplungen 40, 42, die jeweils durch hydraulische Stellglieder bedient werden. Wenn diese Kupplungen 36, 38, 40, 42 ausgewählt in ihre ein- und ausgekuppelten Positionen gebracht sind, wird das Automatikgetriebe 26 selektiv in eine aus einer Leerlauf- und vier Vorwärtsfahrpositionen gebracht. Das Automatikgetriebe 26 weist weiterhin eine reibgekuppelte Kupplung 44 auf, die durch ein hydraulisches Stellglied betrieben wird, um eine Rückwärtsfahrposition einzurichten. Die zweite oder Abtriebswelle 34 weist ein darauf montiertes Abgangszahnrad 46 auf, das mit einem Hohlrad 50 einer Differenzialgetriebevorrichtung 48 vom Kegelradtyp im Eingriff ist. Das Hohlrad 50 wirkt als ein Eingangsteil der Differenzialgetriebevorrichtung 48. An das Hohlrad 50 übertragene Leistung wird durch ein Paar von Abtriebswellen 52, 54 der Differenzialgetriebevorrichtung 48 an die rechten und linken Antriebsräder (Vorderräder) verteilt. In Fig. 1 wird ein Abschnitt, der der unteren Hälfte der zweiten Welle 34 entspricht, abgesehen vom Abgangszahnrad 46 nicht gezeigt, weil der Aufbau, der die zweite Welle 34 aufweist, mit Bezug auf die Achse der zweiten Welle 34 symmetrisch ist.
Wie aus den Fig. 1 bis 3 deutlich ist, sind die Brennkraftmaschine 10, das Schwungrad 22, die Planetengetriebevorrichtung 14, das Kettenrad 18, der Motorgenerator 12 und die zweite Kupplung 20 in der Reihenfolge der Beschreibung koaxial mit einer ersten Achse O1 angeordnet. Die erste Kupplung 16 ist so angeordnet, dass das Reibkupplungsteil radial außerhalb der Planetengetriebevorrichtung 14 angeordnet ist. Das hydraulische Stellglied für die erste Kupplung 16 ist (in der Ansicht der Fig. 2) auf der rechten Seite der Planetengetriebevorrichtung 14 angeordnet, d. h. zwischen der Planetengetriebevorrichtung 14 und dem Schwungrad 22. Die zweite Kupplung 20 ist (in der Ansicht der Fig. 2) auf der linken Seite des Motorgenerators 12 angeordnet, und ist mit dem Planetenträger 14c der Planetengetriebevorrichtung 14 durch eine Verbindungswelle 58 verbunden, die sich durch eine Bohrung der hohlen Rotorwelle 56 des Motorgenerators 12 erstreckt. Die Verbindungswelle 58 ist relativ zur hohlen Rotorwelle 56 drehbar. Die Rotorwelle 56 ist mit dem Sonnenrad 14s kerbverzahnt, um sich mit dem Sonnenrad 14s zu drehen.
Das Automatikgetriebe 26 ist so angeordnet, dass die ersten und zweiten Wellen 32, 34 ausgerichtet oder koaxial mit jeweiligen zweiten und dritten Achsen O2 und O3 sind, die parallel zur vorstehend genannten ersten Achse O1 sind. Das angetriebene Kettenrad 28 und das Abgangszahnrad 46 des Automatikgetriebes 26 sind im Wesentlichen an der gleichen axialen Position wie das Kettenrad 18 der Planetengetriebevorrichtung 14. Wie in Fig. 2 gezeigt, wird ein Schaltgetriebeabschnitt 60, der einen vergleichsweise kleinen Durchmesser aufweist und der die vier Paare von Zahnrädern für das Vorwärtsfahren des Fahrzeugs aufweist, im Wesentlichen an der gleichen axialen Position wie der Motorgenerator 12, der einen vergleichsweise großen Durchmesser aufweist, angeordnet. Die reibgekoppelten Kupplungen 36, 38, die einen vergleichsweise großen Durchmesser aufweisen, sind im Wesentlichen an derselben axialen Position wie die zweite Kupplung 20 angeordnet, die auf der linken Seite des Motorgenerators 12 angeordnet ist. Weiterhin ist ein Rückwärtsganggetriebezug 61, der das freilaufende Zahnrad aufweist, an im Wesentlichen derselben axialen Position wie die Planetengetriebevorrichtung 14 angeordnet, und die reibgekuppelte Kupplung 44 ist an im Wesentlichen derselben axialen Position wie die erste Kupplung 16 angeordnet. Während die reibgekuppelten Kupplungen 36, 38 in Fig. 2 ebenfalls schematisch gezeigt werden, ist der reibgekuppelte Abschnitt mit den Reibscheiben der Kupplung 38 radial innerhalb dessen der Kupplung 36 angeordnet, wobei beide im Wesentlichen in axialer Richtung aneinander ausgerichtet sind. Die hydraulischen Stellglieder zum Betrieb dieser reibgekuppelten Kupplungen 36, 38 sind im Aufbau den hydraulischen Stellgliedern für die ersten und zweiten Kupplungen 16, 20 ähnlich.
Die Differenzialgetriebevorrichtung 48 ist so angeordnet, dass zwei Abtriebswellen 52, 54 ausgerichtet oder koaxial mit einer vierten Achse O4 verbunden sind, die parallel zur ersten Achse O1 ist, und so, dass das Hohlrad 50, das einen vergleichsweise großen Durchmesser aufweist, im Wesentlichen an der gleichen axialen Position wie das Kettenrad 18 angeordnet ist. Die Differenzialgetriebevorrichtung 48 weist ein Differenzialgehäuse 62 auf, das Differenzialzahnräder umfaßt. Das Differenzialgehäuse 62 ist im Wesentlichen an der gleichen axialen Position wie die Planetengetriebevorrichtung 14 und die erste Kupplung 16 angeordnet, d. h. (in der Ansicht der Fig. 3), auf der rechten Seite des Kettenrads 18 entfernt vom Motorgenerator 12 und dem Schaltgetriebeabschnitt 60 des Automatikgetriebes 26 angeordnet. Das Differenzialgehäuse 62 ist drehbar an seinen einander gegenüberliegenden Endabschnitten mit kleinstem Durchmesser in Lagern gelagert, zu denen ein Lager 64 gehört, das im Wesentlichen an der gleichen axialen Position wie das Schwungrad 22 mit einem vergleichsweise großen Durchmesser angeordnet ist.
Das Hybridantriebssystem ist in einem Gehäuseaufbau untergebracht, der eine erste Trennwand in Form eines Abdeckteils 66 und eine zweite Trennwand in der Form eines Gehäuseteils 68 aufweist. Das Schwungrad 22 und der Dämpfer 24 sind auf einer Seite des Abdeckteils 66 näher bei der Brennkraftmaschine 10 angeordnet. Die Abdeck- und Gehäuseteile legen gemeinsam einen ersten Raum 69 fest, in dem die erste Kupplung 16, die Reibkupplung 44 für den Rückwärtsgang und die verschiedenen Getriebevorrichtungen, zu denen die Planetengetriebevorrichtung 14, das Kettenrad 18, der Schaltgetriebeabschnitt 60 des Automatikgetriebes, der Getriebezug 61 für den Rückwärtsgang und die Differenzialgetriebevorrichtung 48 gehören. Das Kettenrad 18 ist über ein Nadellager 67 drehbar im Gehäuseteil 68 gelagert. Am Gehäuseteil 68 ist eine dritte Trennwand in der Form einer Motorabdeckung 70 befestigt. Das Gehäuseteil 68 und die Motorabdeckung 70 legen zusammen einen zweiten Raum 71 fest, in dem der Motorgenerator 12 untergebracht ist. Der Motorgenerator 12 weist einen Stator auf, der integriert am Gehäuseteil 68 und der Motorabdeckung 70 befestigt ist. Der Stator weist eine Statorspule 72 auf, die gemeinsam mit dem Motorgehäuse 70 einen Raum festlegt, in dem ein Drehmelder 74 als Einrichtung zum Erfassen der Drehzahl der Rotorwelle 56 angeordnet ist. Am Gehäuseteil 68 ist auch eine vierte Trennwand in der Form eines Abdeckteils 76 befestigt, die gemeinsam mit der Motorabdeckung 70 und dem Gehäuseteil 68 einen dritten Raum 78 festlegt, in dem die zweite Kupplung 20 und die reibgekoppelten Kupplungen 36, 38 untergebracht sind.
Eine Übertragungswelle 80 ist vorgesehen, um die Leistung vom Dämpfer 24 auf die erste Kupplung 16 zu übertragen. Die Übertragungswelle 80 ist über ein Kugellager 82 drehbar im Abdeckteil 66 gelagert. Eine Öldichtung 84 ist zwischen der Übertragungswelle 80 und dem Abdeckteil 66 vorgesehen, um dazwischen eine Fluiddichtheit zu sichern, d. h., um ein Austreten eines Schmiermittels aus dem ersten Raum 69 zu verhindern. Die Rotorwelle 56 des Motorgenerators 12 ist drehbar im Gehäuseteil 68 und der Motorabdeckung 70 über ein Paar von Kugellagern 86, 88 gelagert. Eine Öldichtung 90 ist vorgesehen, um die Fluiddichtheit zwischen der Rotorwelle 56 und dem Gehäuseteil 68 zu sichern, während eine Öldichtung 92 vorgesehen ist, um die Fluiddichtheit zwischen der Rotorwelle 56 und der Motorabdeckung 70 zu sichern. Diese Öldichtungen 90, 92 verhindern den Fluß des Schmiermittels von den ersten und dritten Räumen 69, 78 in den zweiten Raum 71. Zwischen dem Gehäuseteil 68 und der Motorabdeckung 70 ist ebenfalls ein Abdichtteil 94 wie ein O-Ring vorgesehen. Die Kugellager 86, 88 und die Öldichtungen 90, 92 sind in dem oben gezeigten Raum angeordnet, der durch das Motorgehäuse 70 und die Statorspule 72 festgelegt ist. Eine Öldichtung 96 ist vorgesehen, um die Fluiddichtheit zwischen der Abtriebswelle 52 und dem Gehäuseteil 68 zu sichern, während eine Öldichtung 98 vorgesehen ist, um die Fluiddichtheit zwischen der Abtriebswelle 54 und dem Abdeckteil 66 zu sichern.
Geeignete Mengen an Schmiermittel sind in den ersten und dritten Räumen 69, 78 untergebracht, so dass die verschiedenen Lager und Zahnräder, und die Reibteile der verschiedenen Kupplungen in der Weise wie in einem Ölbad geschmiert sind. Die ersten und zweiten Wellen 32, 34 des Automatikgetriebes 26 weisen jeweils Schmierungsdurchlässe 100, 102 auf, die entlang ihrer Mittellinien gebildet sind. Ein von einer elektrisch angetriebenen Pumpe bereitgestelltes Schmiermittel wird an Nadellager geliefert, welche die verschiedenen Schaltzahnräder drehbar lagern. Die Rotorwelle 56 und die Verbinderwelle 58 legen einen ringförmigen Raum fest, der als Schmierstoffdurchlaß genutzt werden kann. Das Abdeckteil 66 weist einen Öldurchlaß 104 auf, um das hydraulische Stellglied für die erste Kupplung 16 mit einem Arbeitsöl zu versorgen. Das Abdeckteil 76 weist einen Öldurchlaß 106 auf, um das hydraulische Stellglied für die zweite Kupplung 20 mit dem Arbeitsöl zu versorgen. Die Abdeckteile 66, 76 weisen weiterhin Öldurchlässe auf, um die hydraulischen Stellglieder für die reibgekuppelten Kupplungen 36, 38 44 mit dem Arbeitsöl zu versorgen.
Mit Bezug auf Fig. 4 wird die positionelle Beziehung der ersten bis vierten Achse O1, O2, O3 und O4 in der Ansicht von der Querrichtung des Fahrzeugs gezeigt. In Fig. 4 entspricht die linke Seite der Ansicht der Vorderseite des Fahrzeugs. Wie man aus Fig. 4 erkennen kann, ist die zweite Achse O2, die die Achse der ersten Welle 32 des Automatikgetriebes 26 ist, oberhalb und hinter der ersten Achse O1 angeordnet, während die dritte Achse O3, die die Achse der zweiten Welle 34 des Automatikgetriebes 26 ist, unter und hinter der zweiten Achse O2 angeordnet ist. Zudem ist die vierte Achse O4, die die Achse der Differenzialgetriebevorrichtung 48 ist, unter der dritten Achse O3 angeordnet und weist die tiefste Position von all den vier Achsen O1 bis O4 auf.
Das Hybridantriebssystem 8 ist mit einem Steuersystem wie in Fig. 5 gezeigt versehen, das eine Steuervorrichtung 110 aufweist. Der Verbrennungsmotor 10 wird durch die Steuervorrichtung 110 gesteuert. Genauer beschrieben steuert die Steuervorrichtung 110 den Öffnungswinkel eines Drosselventils, die Menge der Kraftstoffeinspritzung, den Zündzeitpunkt und die anderen Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors 10. Der Motorgenerator 12 ist durch eine Motorgeneratorsteuerung (Inverter) 112 mit einer Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie 114 wie einer Batterie verbunden. Die Steuervorrichtung 110 setzt den Motorgenerator 12 selektiv entweder in einen FAHR-Zustand, einen LADE- Zustand oder einen NICHT-LADE bzw. FREIEN Zustand. Im FAHR-Zustand wird der Motorgenerator 12 als ein elektrischer Motor betrieben, um ein vorherbestimmtes Drehmoment bereitzustellen, wobei ihm von der Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie 114 eine elektrische Energie zugeführt wird. Im LADE-Zustand wird der Motorgenerator 12 als ein elektrischer Generator oder Dynamo mittels Rückgewinnungsbremsen (d. h. ein elektrisches Bremsmoment des Motorgenerators per se) betrieben, um so die Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie 114 mit der elektrischen Energie aufzuladen. In dem NICHT-LADE oder FREIEN Zustand wird der Motorgenerator 12 in einen nicht-ladenden Zustand versetzt, der eine freie Drehung der Rotorwelle 56 erlaubt. Die hydraulischen Stellglieder für die ersten und zweiten Kupplungen 16, 20 werden durch die Steuervorrichtung 110 durch entsprechende magnetbetriebene Ventile gesteuert, so dass diese Kupplungen 16, 20 selektiv in ihre ein- und ausgekuppelten Zustände versetzt werden, um selektiv eine Verbindung zwischen der Brennkraftmaschine 10 und dem Hohlrad 14r, und zwischen dem Sonnenrad 14s und dem Planetenträger 14c zu schaffen und zu lösen. In ähnlicher Weise werden die hydraulischen Stellglieder für die reibgekoppelten Kupplungen 36, 38, 44 und die Eingriffskupplungen 40, 42 durch die Steuervorrichtung 110 über jeweilige Magnetventile gesteuert, so dass diese Kupplungen 36, 38, 44, 40, 42 selektiv in ihre ein- und ausgekoppelten Positionen versetzt werden, um eine der Betriebspositionen (vier Vorwärtsfahrpositionen, Rückposition und Leerlaufposition) des Automatikgetriebes 26 einzurichten.
Die Steuervorrichtung 110 weist einen Mikrocomputer auf, der eine Zentralrecheneinheit (CPU), einen Nur-Lesespeicher (ROM) und einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) umfaßt, und ist dazu angepasst, das Hybridantriebssystem 8 in Übereinstimmung mit einem vorherbestimmten Steuerprogramm zu steuern, genauer gesagt, einen der neun Betriebszustände (die in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigt sind) in Übereinstimmung mit einem Unterprogramm zur Bestimmung des Betriebszustands, das im Ablaufplan der Fig. 6 beispielhaft gezeigt ist, auszuwählen, und das Hybridantriebssystem 8 im ausgewählten Betriebszustand zu betreiben. Die Steuervorrichtung 110 erhält verschiedene Signale von verschiedenen Detektoren, wie Signale, die anzeigen: Das Drehmoment TE und die Drehzahl NE der Brennkraftmaschine 10, die Drehzahl NM des Motors 12; die Abtriebsdrehzahl No des Automatikgetriebes 26 (die dazu genutzt werden kann, eine Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs zu erhalten); eine Betriebsgröße θAC eines Gaspedals (als ein Beispiel eines Parameters, der eine derzeit benötigte Leistungsabgabe des Hybridantriebssystems 8 anzeigt); die Menge an in der Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie 114 gespeicherten elektrischen Energie SOC; einen Betriebszustand eines Bremssystems (z. B. Betriebszustand eines Bremspedals); und die derzeit gewählte Position LSH eines Schalthebels. Das Brennkraftmaschinendrehmoment TE kann aus dem Öffnungswinkel des Drosselventils oder der Menge des eingespritzten Kraftstoffs erhalten werden, während das Motordrehmoment TN aus dem elektrischen Strom des Motorgenerators 12 erhalten werden kann. Die Menge an gespeicherter elektrischer Energie SOC kann man aus einer Änderung der Spannung, der Stromspannungscharakteristik (I-U) der Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie 114, oder aus einer Differenz zwischen einer Summe von Mengen an elektrischer Energie, die im LADE-Zustand gespeichert und einer Summe von Mengen an elektrischer Energie, die vom elektrischen Motor entladen oder verbraucht wurden, oder alternativ aus einem elektrischen Strom des Motors 12 oder der Ladeeffizienz des Generators 12 erhalten, wenn der Motorgenerator 12 als der Generator betrieben wird. TABELLE 1
In Tabelle 1 bedeutet "KEEV" in der Spalte der Speichereinrichtung 114, dass keine in der Speichervorrichtung 114 gespeicherte elektrische Energie verbraucht wird.
Das Unterprogramm zur Bestimmung des Betriebszustands nach Fig. 6 wird mit dem Schritt S1 gestartet, um zu bestimmen, ob es einen Befehl gibt, der verlangt, dass die Brennkraftmaschine 10 gestartet wird, um das Kraftfahrzeug mit der Brennkraftmaschine 10 als der Antriebskraftquelle anzutreiben, oder um den Motorgenerator 12 zu betreiben, um die Vorrichtung 114 zum Speichern elektrischer Energie aufzuladen. Gibt es in Schritt S1 eine zustimmende Entscheidung (JA), geht der Steuerablauf zum Schritt S2, um einen Betriebszustand 9 auszuwählen. In diesem Betriebszustand 9 befinden sich die ersten und zweiten Kupplungen 16 und 20 beide in Eingriff (sind EINgeschaltet), wie in Tabelle 1 gezeigt, und der Motorgenerator 12 wird betrieben, um die Brennkraftmaschine 10 durch die Planetengetriebevorrichtung 14 zu starten, wobei die Kraftstoffeinspritzmenge und andere Parameter der Brennkraftmaschine 10 geeignet gesteuert werden. Wenn dieser Betriebszustand 9 gewählt wird, so lange das Fahrzeug steht, wird das Starten der Brennkraftmaschine durchgeführt, während das Automatikgetriebe 26 in der Leerlaufposition ist. Wenn der Betriebszustand 9 gewählt wird, solange das Fahrzeug nur mit dem Motorgenerator 12 als der Antriebskraftquelle wie im Betriebszustand 1 gefahren wird, in dem die erste Kupplung 16 im entkuppelten Zustand ist, wird die erste Kupplung 16 eingekuppelt, und der Motorgenerator 12 wird so betrieben, dass er eine Leistungsabgabe bereitstellt, die um eine gegebene Überschußmenge größer ist als die zum Fahren des Fahrzeugs benötigte Leistungsabgabe, so dass die Brennkraftmaschine 10 durch die überschüssige Leistungsabgabe des Motorgenerators 12 gestartet wird. Dadurch kann die Brennkraftmaschine 10 im Betriebszustand 9 gestartet werden, auch wenn das Fahrzeug fährt, indem das Automatikgetriebe 26 vorübergehend in die Leerlaufposition gebracht wird. Der Betriebszustand 9 eliminiert einen reinen Starter wie einen Elektromotor, der für den einzigen Zweck des Startens der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, und wirkt daher dahingehend, die benötigte Anzahl von Komponenten des Hybridantriebssystems 8 zu verringern, was zu entsprechend verringerten Herstellkosten führt.
Es ist verständlich, dass ein Abschnitt der Steuervorrichtung 110, der dazu vorgesehen ist, den Schritt S2 zu implementieren, eine neunte Betriebszustandssteuerungsvorrichtung darstellt, um das Hybridantriebssystem 8 in einem neunten Betriebszustand zu steuern, der der vorstehend beschriebene Betriebszustand 9 ist.
Erhält man eine ablehnende Entscheidung (NEIN) im Schritt S1, d. h., wenn kein Befehl vorliegt, der das Starten der Brennkraftmaschine 10 verlangt, geht der Steuerablauf zum Schritt S3, um zu bestimmen, ob eine Bremsanwendung auf das Fahrzeug verlangt wird. Diese Bestimmung kann durchgeführt werden, indem bestimmt wird, ob ein Bremssystem des Fahrzeugs aktiviert (ein Bremspedal gedrückt) ist oder nicht, oder ob ein Motorbremsen verlangt ist oder nicht, oder ob der Betriebswert θAC des Gaspedals während des Fahrens des Fahrzeugs Null ist. Die Bestimmung, ob das Maschinenbremsen verlangt wird, kann durchgeführt werden, indem bestimmt wird, ob die derzeit gewählte Position LSH des Wählhebels eine Position für niedrige Geschwindigkeit wie "L" oder "2" ist, in der im Allgemeinen Motorbremsen oder Rückgewinnungsbremsen angewendet wird, während zur gleichen Zeit der Betriebswert θAC des Gaspedals Null ist. Erhält man eine zustimmende Entscheidung (JA) im Schritt S3, geht der Steuerablauf zum Schritt S4, um zu bestimmen, ob die Menge an elektrischer Energie SOC, die in der Vorrichtung 114 zur Speicherung elektrischer Energie gespeichert ist, gleich oder größer als ein vorherbestimmter oberer Grenzwert B ist. Erhält man eine zustimmende Entscheidung (JA) im Schritt S4, geht der Steuerablauf zum Schritt S5, um einen Betriebszustand 8 auszuwählen. Erhält man im Schritt S4 eine ablehnende Entscheidung (NEIN), geht der Steuerablauf zum Schritt S6, um einen Betriebszustand 6 auszuwählen. Der obere Grenzwert B ist ein oberer Grenzwert der Menge an gespeicherter elektrischer Energie SOC, unterhalb dessen es erlaubt ist, die Vorrichtung 114 zur Speicherung elektrischer Energie zu laden. Der obere Grenzwert B wird abhängig von den Lade- und Entladeeffizienzen der Vorrichtung 114 zur Speicherung elektrischer Energie bestimmt. Z. B. ist der obere Grenzwert B ungefähr 80% der vollen Kapazität der Vorrichtung 114 zur Speicherung elektrischer Energie.
Im Betriebszustand 8, der in Schritt S5 gewählt ist, befinden sich, wie in Tabelle 1 gezeigt, die ersten und zweiten Kupplungen 16, 20 beide im Eingriff (sind EINgeschaltet), und der Motorgenerator 12 ist in den NICHT-LADE-Zustand versetzt. Zudem ist die Brennkraftmaschine 10 AUSgeschaltet, d. h. das Drosselventil ist geschlossen und die Kraftstoffeinspritzmenge auf Null gesetzt. Als ein Ergebnis wirkt eine Motorbremse aufgrund des Reibwiderstands der Brennkraftmaschine 10 auf das Fahrzeug, wodurch die benötigte Größe der Bedienung des Bremspedals durch den Fahrzeugführer verringert wird, was die Steuerung des fahrenden Fahrzeugs vereinfacht. Da der Motorgenerator 12 im Betriebszustand 8 in den NICHT-LADE- Zustand versetzt ist und frei drehen kann, ist die Vorrichtung 114 zur Speicherung elektrischer Energie vor Überladung und sich daraus ergebender Verschlechterung ihrer Lade- und Enladeeffizienzen geschützt.
Es ist verständlich, dass ein Abschnitt der Steuervorrichtung 110, der dazu dient, den Schritt S5 zu implementieren, eine achte Betriebszustandssteuerungsvorrichtung darstellt, um das Hybridantriebssystem 8 in einem achten Betriebszustand zu steuern, der der vorstehend beschriebene Betriebszustand 8 ist.
Im in Schritt 6 gewählten Betriebszustand 6 ist die erste Kupplung 16 gelöst (AUSgeschaltet) und die zweite Kupplung 20 in Eingriff (EINgeschaltet), während die Brennkraftmaschine 10 AUSgeschaltet ist, und der Motorgenerator 12 in den LADE- Zustand versetzt ist, wie in Tabelle 1 gezeigt, wodurch der Motorgenerator 12 durch eine kinetische Energie des Kraftfahrzeugs angetrieben wird, um so die Vorrichtung 114 zum Speichern elektrischer Energie zu laden, während er ein Rückgewinnungsbremsen auf das Fahrzeug anwendet. Wie das Brennkraftmaschinenbremsen verringert das Rückgewinnungsbremsen den benötigten Betrag der Bedienung des Bremspedals und erleichtert die Steuerung des fahrenden Fahrzeugs. Da die Brennkraftmaschine 10 von der Planetengetriebevorrichtung 14 mit der in den ausgekuppelten Zustand versetzten ersten Kupplung 16 getrennt ist, wird der Energieverlust des Fahrzeugs aufgrund des Schleppwiderstands der Brennkraftmaschine 10 im Betriebszustand 6 verhindert. Zudem wird der Betriebszustand 6 ausgewählt, wenn die gespeicherte Menge an elektrischer Energie SOC kleiner als die obere Grenze B ist, wodurch die Vorrichtung 114 zur Speicherung elektrischer Energie vor einem Überladen und daraus resultierender Verschlechterung ihrer Lade- und Entladeeffizienzen geschützt ist.
Es ist verständlich, dass ein Abschnitt der Steuervorrichtung 110, der dazu vorgesehen ist, Schritt S6 zu implementieren, eine sechste Betriebszustandssteuerungsvorrichtung zur Steuerung des Hybridantriebssystems 8 in einem sechsten Betriebszustand darstellt, der der vorstehend beschriebene Betriebszustand 6 ist.
Erhält man in Schritt S3 eine ablehnende Entscheidung (NEIN), d. h. wenn kein Befehl vorliegt, der eine Bremsanwendung auf das Fahrzeug verlangt, geht der Steuerablauf zu Schritt S7, um zu bestimmen, ob ein Starten des Fahrzeugs durch Betrieb der Brennkraftmaschine 10 verlangt wird. Diese Bestimmung kann durchgeführt werden, indem bestimmt wird, ob das Fahrzeug während des Fahrens des Fahrzeugs mit der Brennkraftmaschine 10 als der Antriebskraftquelle wie in einem Betriebszustand 3 (der noch beschrieben wird) in einem vorübergehenden Stillstand ist. Z. B. kann das vorübergehende Halten des Fahrzeugs erfaßt werden, indem geprüft wird, ob die Abgabedrehzahl No des Automatikgetriebes 26 Null ist. Die Abgabedrehzahl No ist nämlich Null, wenn das Fahrzeug steht. Erhält man im Schritt S7 eine zustimmende Entscheidung (JA), geht der Steuerablauf zum Schritt S8, um zu bestimmen, ob das Gaspedal in einem niedergedrückten Zustand ist, genauer gesagt, ob Betriebswert θAC des Gaspedals größer als ein vorherbestimmter unterer Grenzwert ist, der nahe bei Null liegt, aber größer als Null ist. Erhält man im Schritt 58 eine zustimmende Entscheidung (JA), d. h., wenn das Gaspedal in einem niedergedrückten Zustand ist, geht der Steuerablauf zum Schritt S9, um einen Betriebszustand 5 auszuwählen. Erhält man im Schritt S8 eine ablehnende Entscheidung (NEIN), geht der Steuerablauf zum Schritt S10, um einen Betriebszustand 7 auszuwählen.
Im in Schritt S9 gewählten Betriebszustand 5 ist, wie in Tabelle 1 gezeigt, die erste Kupplung 16 eingekuppelt (EINgeschaltet) und die zweite Kupplung 20 ausgekuppelt (AUSgeschaltet), und die Brennkraftmaschine wird betrieben, wie in TABELLE 1 gezeigt, wodurch das Fahrzeug von der Brennkraftmaschine 10 mit einer geeigneten Steuerung des Rückgewinnungsbremsmoments des Motorgenerators 12 gestartet wird. Genauer beschrieben, verhalten sich das Drehmoment der Brennkraftmaschine TE, das Abgabedrehmoment der Planetengetriebevorrichtung 14 und das Motordrehmoment TM wie 1 : (1 + ρ) : ρ, wobei ρ ein Übersetzungsverhältnis der Planetengetriebevorrichtung 14 wiedergibt (ρ = Anzahl der Zähne des Sonnenrades 14s/Anzahl der Zähne des Hohlrads 14r). Wenn das Übersetzungsverhältnis ρ beispielsweise ungefähr 0,5 ist (wie in einer herkömmlichen Planetengetriebevorrichtung), wird das Drehmoment des Motorgenerators 12 so gesteuert, dass es gleich einer Hälfte des Drehmoments TE der Brennkraftmaschine ist, so dass das Drehmoment von ungefähr dem 1,5-fachen des Brennkraftmaschinendrehmoments TE von dem Planetenträger 14c der Planetengetriebevorrichtung 14 abgegeben wird. In anderen Worten, das Fahrzeug wird mit einem Drehmoment gestartet, das (1 + ρ)/ρ-mal so groß wie das Drehmoment des Motorgenerators 12 ist. Wenn der Motorgenerator 12 in dem NICHT-LADE-Zustand gehalten wird, in dem kein Strom auf den Motor wirkt, ist die Leistungsabgabe des Planetenträgers 14c Null, wobei die Rotorwelle 56 lediglich in der Rückwärtsrichtung rotiert, wodurch das Fahrzeug stehend gehalten wird. In diesem Fall wirkt die Planetengetriebevorrichtung 14 als eine Fahrzeugstartvorrichtung und ein Drehmomentverstärker. Wenn das Motordrehmoment TM (Rückgewinnungsbremsmoment) allmählich von Null erhöht wird, um eine Reaktionskraft des Motorgenerators 12 zu erhöhen, kann das Fahrzeug sanft mit dem Abgabedrehmoment gestartet werden, welches das (1 + ρ)-fache des Brennkraftmaschinendrehmoments TE beträgt.
Es ist verständlich, dass ein Abschnitt der Steuervorrichtung 110, der dazu dient, Schritt S9 zu implementieren, eine fünfte Betriebssystemsteuerungsvorrichtung darstellt, um das Hybridantriebssystem 8 in einem fünften Betriebszustand zu steuern, welcher der vorstehend beschriebene Betriebszustand 5 ist.
Der Motorgenerator 12, der in dem Hybridantriebssystem 8 der vorliegenden Ausführungsform genutzt wird, weist eine Drehmomentkapazität auf, die ungefähr das ρ-fache des maximalen Drehmoments der Brennkraftmaschine 10 beträgt. Insbesondere ist die Drehmomentkapazität und Größe des Motorgenerators 12 minimiert, um die Größe und die Herstellkosten des Hybridantriebssystems 8 zu minimieren, während das benötigte Drehmoment gesichert ist. Das vorliegende Hybridantriebssystem 8 ist weiter so angepasst, dass der Öffnungswinkel des Drosselventils und die Kraftstoffeinspritzmenge bei einer Vergrößerung des Motordrehmoments TM vergrößert werden, um ein Abwürgen der Brennkraftmaschine 10 aufgrund eines Abfallens der Brennkraftmaschinendrehzahl NE aufgrund einer Vergrößerung der Reaktionskraft des Motorgenerators 12 zu verhindern.
In dem in Schritt S10 gewählten Betriebszustand 7 ist die erste Kupplung 16 eingekuppelt (EIN geschaltet) und die zweite Kupplung 20 ist ausgekuppelt (AUS geschaltet), und die Brennkraftmaschine 10 wird betrieben, während der Motorgenerator 12 in den NICHT-LADE-Zustand versetzt ist, so dass das Hybridantriebssystem 8 in einem elektrisch neutralen Zustand versetzt ist, wie in Tabelle 1 gezeigt. In diesem Betriebszustand 7 wird die Leistungsabgabe des Planetenträgers 14c zu Null, wobei die Rotorwelle 56 des Motorgenerators 12 frei in der Rückwärtsrichtung rotiert. Wenn dieser Betriebszustand 7 während des Fahrens des Fahrzeugs mit der Brennkraftmaschine als der Antriebskraftquelle wie in dem Betriebszustand 3 festgelegt ist, ist es beim Halten des Fahrzeugs nicht notwendig, die Brennkraftmaschine 10 AUS zu schalten, und das Fahrzeug kann durch die Brennkraftmaschine 10 wie im Betriebszustand 5 gestartet werden.
Es ist verständlich, dass ein Abschnitt der Steuervorrichtung 110, der dazu dient, den Schritt S10 zu implementieren, eine siebte Betriebszustandssteuerungsvorrichtung darstellt, um das Hybridantriebssystem 8 in einem siebten Betriebszustand zu steuern, der der vorstehend beschriebene Betriebszustand 7 ist.
Erhält man in Schritt S7 eine ablehnende Entscheidung (NEIN), d. h., wenn das Starten des Fahrzeugs durch die Brennkraftmaschine 10 nicht verlangt ist, geht der Steuerablauf zum Schritt S11, um zu bestimmen, ob eine derzeit verlangte Leistungsabgabe Pd des Hybridantriebssystems 8 gleich oder kleiner als ein vorbestimmer erster Schwellenwert P1 ist. Die derzeit benötigte Leistungsabgabe Pd ist eine Leistungsabgabe des Hybridantriebssystems 8, die benötigt wird, um das Fahrzeug gegen einen Fahrwiderstand anzutreiben. Diese derzeit benötigte Leistungsabgabe Pd wird in Übereinstimmung mit einer vorherbestimmten Datenabbildung oder Gleichung auf der Grundlage des Betriebswertes θAC des Gaspedals, einer Veränderungsrate dieses Werts θAC, oder des derzeit eingerichteten Betriebszustands des Automatikgetriebes 26 berechnet. Der Gaspedalbedienwert θAC an sich kann als die derzeit benötigte Leistungsabgabe Pd genutzt werden. Der vorherbestimmte erste Schwellenwert P1 ist ein Grenzwert der Leistungsabgabe, oberhalb dessen das Fahrzeug nur mit der Brennkraftmaschine 10 als der Antriebskraftquelle angetrieben wird, und unterhalb dessen das Fahrzeug nur mit dem Motorgenerator 12 als der Antriebskraftquelle angetrieben wird. In anderen Worten wird das Fahrzeug als in einen Mittellast- oder Hochlastfahrzustand versetzt angesehen, wenn die derzeit benötigte Leistungsabgabe Pd größer als der erste Schwellenwert P1 ist, und in einen Niederlastfahrzustand, wenn die derzeit benötigte Leistungsabgabe Pd gleicher oder kleiner als der erste Schwellenwert P1 ist. Beispielsweise wird der erste Schwellenwert P1 durch Experimente bestimmt, um die Abgasemissionen und den Kraftstoffverbrauch abhängig von der Energieeffizienz während des Fahrens des Fahrzeugs (wobei die Vorrichtung 114 zur Speicherung elektrischer Energie durch Betrieb der Brennkraftmaschine 10 geladen werden kann) zu verringern. Wenn die derzeit benötigte Leistungsabgabe Pd gleich oder kleiner als der erste Schwellenwert P1 ist, geht der Steuerablauf zum Schritt S12, um zu bestimmen, ob die Menge an gespeicherter elektrischer Energie SOC gleich oder größer als ein vorherbestimmter unterer Grenzwert A ist. Erhält man im Schritt S12 eine zustimmende Entscheidung (JA), geht der Steuerablauf zum Schritt S13, um einen Betriebszustand 1 auszuwählen. Erhält man im Schritt S12 eine ablehnende Entscheidung (NEIN), geht der Steuerablauf zum Schritt S14, um einen Betriebszustand 3 auszuwählen. Der untere Grenzwert A ist ein unterer Grenzwert der Menge an gespeicherter elektrischer Energie SOC, oberhalb dessen die elektrische Energie, die in der Speichervorrichtung 114 gespeichert ist, genutzt werden kann, um den Motorgenerator 12 als die Antriebskraftquelle zu betreiben. Der untere Grenzwert A wird abhängig von der Lade- und Entladeeffizienz der Speichervorrichtung 114 bestimmt. Beispielsweise ist der untere Grenzwert A ungefähr 70% der vollen Kapazität der Speichervorrichtung 114.
Im Betriebszustand 1, der im Schritt S13 gewählt ist, wird die erste Kupplung 16 ausgekuppelt (AUSgeschaltet) und die zweite Kupplung eingekuppelt (EINgeschaltet), und die Brennkraftmaschine 10 wird AUSgeschaltet, während der Motorgenerator 12 so betrieben wird, dass er die derzeit benötigte Leistungsabgabe Pd bereitstellt, wie in Tabelle 1 gezeigt, so dass das Fahrzeug nur mit dem Motorgenerator 12 als der Antriebskraftquelle angetrieben wird. In diesem Betriebszustand 1 ist auch die Brennkraftmaschine 10 von der Planetengetriebevorrichtung 14 getrennt, so dass der Energieverlust aufgrund des Schleppwiderstands der Brennkraftmaschine 10 wie in Betriebszustand 6 verhindert wird, und der Motor kann geeignet mit hoher Effizienz betrieben werden, indem das Automatikgetriebe 26 geeignet geschaltet wird.
Es ist verständlich, dass ein Abschnitt der Steuervorrichtung 110, der dazu dient, den Schritt S13 zu implementieren, eine Steuervorrichtung für den ersten Betriebszustand darstellt, um das Hybridantriebssystem 8 in einem ersten Betriebszustand zu steuern, der der vorstehend beschriebene Betriebszustand 1 ist.
Zudem ist zu bemerken, dass der Betriebszustand 1 gewählt wird, d. h. der Motorgenerator 12 als die Antriebskraftquelle genutzt wird, wenn die derzeit benötigte Leistungsabgabe Pd gleich oder kleiner als der erste Schwellenwert P1 ist, während die Menge an elektrischer Energie SOC in der Speichereinrichtung 114 gleich oder größer als der untere Grenzwert A ist. In diesem Zustand ist die Energieeffizienz höher und der Kraftstoffverbrauch und die Menge von Abgasemissionen kann verringert werden, wenn das Fahrzeug durch den Motorgenerator 12 (im Betriebszustand 1) angetrieben wird, als wenn das Fahrzeug durch die Brennkraftmaschine 10 (wie im Betriebszustand 2) angetrieben wird. Zudem wird die Vorrichtung 114 zur Speicherung elektrischer Energie vor einer Tiefentladung geschützt, bei der die Menge an gespeicherter elektrischer Energie SOC unter den unteren Grenzwert A fällt, was zu einer Verschlechterung der Lade- und Enladeeffizienzen der Speichervorrichtung 114 führen würde.
Im in Schritt S14 gewählten Betriebszustand 3 sind die ersten und zweiten Kupplungen 16, 20 beide eingekuppelt (EINgeschaltet), und die Brennkraftmaschine 10 ist EINgeschaltet, während der Motorgenerator 12 in den LADE-Zustand versetzt ist, um die Vorrichtung 114 zum Speichern elektrischer Energie über Rückgewinnungsbremsen, wie in Tabelle 1 gezeigt, zu laden, wodurch das Fahrzeug durch die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine 10 angetrieben wird, während die Vorrichtung 114 zur Speicherung elektrischer Energie mit der elektrischen Energie geladen wird, die vom Motorgenerator 12 erzeugt wird. In diesem Betriebszustand 3 wird die Brennkraftmaschine 10 so betrieben, dass sie eine größere Leistung als die derzeit benötigte Abgabeleistung Pd bereitstellt, und der elektrische Strom des Motorgenerators 12 wird so gesteuert, dass eine überschüssige Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine 10 vom Motorgenerator 12 verbraucht wird, um die Speichervorrichtung 114 aufzuladen.
Es ist verständlich, dass ein Abschnitt der Steuervorrichtung 110, der dazu dient, den Schritt S14 zu implementieren, eine dritte Betriebssystemsteuerungsvorrichtung zur Steuerung des Hybridantriebssystems 8 in einem dritten Betriebszustand darstellt, der der vorstehend beschriebene Betriebszustand 3 ist.
Erhält man in Schritt S11 eine ablehnende Entscheidung (NEIN), d. h., wenn die derzeit benötigte Leistungsabgabe Pd größer als der erste Schwellenwert P1 ist, geht der Steuerablauf zum Schritt S15, um zu bestimmen, ob die derzeit benötigte Leistungsabgabe Pd kleiner als ein vorherbestimmter zweiter Schwellenwert P2 ist, der größer als der erste Schwellenwert P1 ist, d. h., ob die derzeit benötigte Leistungsabgabe Pd größer als der erste Schwellenwert 1 und kleiner als der zweite Schwellenwert P2 ist, genauer gesagt, innerhalb eines vorherbestimmten Bereichs zwischen P1 und P2 liegt. Dieser zweite Schwellenwert P2 ist ein Grenzwert der Leistungsabgabe, unterhalb dessen das Fahrzeug nur mit der Brennkraftmaschine 10 als der Antriebskraftquelle betrieben wird, und oberhalb dessen das Fahrzeug sowohl mit der Brennkraftmaschine 10 als auch mit dem Motorgenerator 12 als den Antriebskraftquellen betrieben wird. In anderen Worten wird das Fahrzeug als im Mittellastfahrzustand betrieben angesehen, wenn die derzeit benötigte Leistungsabgabe Pd kleiner ist als der zweite Schwellenwert P2, und im Hochlastfahrzustand, wenn die derzeit benötigte Leistungsabgabe Pd gleich oder größer als der zweite Schwellenwert P2 ist. Beispielsweise wird der zweite Schwellenwert P2 durch Experimente bestimmt, um so die Abgasemissionen und den Kraftstoffverbrauch abhängig von der Energieeffizienz während des Fahrens des Fahrzeugs (wobei die Vorrichtung 114 zum Speichern von elektrischer Energie durch Betrieb der Brennkraftmaschine 10 geladen werden kann) zu minimieren. Wenn die derzeit benötigte Leistungsabgabe Pd größer als der erste Schwellenwert P1 und kleiner als der zweite Schwellenwert P2 ist, d. h., wenn man eine zustimmende Entscheidung (JA) im Schritt S15 erhält, geht der Steuerablauf zum Schritt S16, um zu bestimmen, ob die Menge an gespeicherter elektrischer Energie SOC gleich oder größer als der vorstehend gezeigte vorherbestimmte untere Grenzwert A ist. Erhält man im Schritt S16 eine zustimmende Entscheidung (JA), geht der Steuerablauf zum Schritt S17, um einen Betriebszustand 2 auszuwählen. Erhält man im Schritt S16 eine ablehnende Entscheidung (NEIN), geht der Steuerablauf zum Schritt S14, um den oben beschriebenen Betriebszustand 3 auszuwählen. Wenn die derzeit benötigte Leistungsabgabe Pd gleich oder größer als der zweite Schwellenwert P2 ist, d. h., wenn man in Schritt S15 eine ablehnende Entscheidung (NEIN) erhält, geht der Steuerablauf zum Schritt S18, um zu bestimmen, ob die Menge an gespeicherter elektrischer Energie SOC gleich oder größer als der untere Grenzwert A ist. Erhält man im Schritt S18 eine zustimmende Entscheidung (JA), geht der Steuerablauf zum Schritt S19, um einen Betriebszustand 4 auszuwählen. Erhält man im Schritt S18 eine ablehnende Entscheidung (NEIN), geht der Steuerablauf zum Schritt S17, um den Betriebszustand 2 auszuwählen.
Im in Schritt S17 gewählten Betriebszustand 2 sind die ersten und zweiten Kupplungen 16, 20 beide eingekuppelt (EINgeschaltet), und die Brennkraftmaschine 10 wird betrieben, um die derzeit benötigte Leistungsabgabe Pd bereitzustellen, während der Motorgenerator 12 in den NICHT-LADE-Zustand versetzt ist, wie in Tabelle 1 gezeigt, wodurch das Fahrzeug nur mit der Brennkraftmaschine 10 als der Antriebskraftquelle angetrieben wird.
Es ist verständlich, dass ein Abschnitt der Steuervorrichtung 110, der dazu dient, den Schritt S17 zu implementieren, eine zweite Betriebszustandssteuerungsvorrichtung zur Steuerung des Hybridantriebssystems 8 in einem zweiten Betriebszustand darstellt, der der vorstehend beschriebene Betriebszustand 2 ist.
In dem im Schritt S19 ausgewählten Betriebszustand 4 sind die ersten und zweiten Kupplungen 16, 20 beide eingekuppelt (EINgeschaltet), und die Brennkraftmaschine 10 und der Motorgenerator 12 werden betrieben, wie in Tabelle 1 gezeigt, wodurch das Fahrzeug angetrieben wird, indem sowohl die Brennkraftmaschine 10 als auch der Motorgenerator 12 als die Antriebskraftquellen genutzt werden.
Es ist verständlich, dass ein Abschnitt der Steuervorrichtung 110, der dazu dient, den Schritt S19 zu implementieren, eine vierte Betriebszustandssteuerungsvorrichtung zum Steuern des Hybridantriebssystems 8 in einem dritten Betriebszustand darstellt, welcher der vorstehend beschriebene Betriebszustand 4 ist. In diesem Betriebszustand 4, der ausgewählt wird, wenn die derzeit benötigte Leistungsabgabe Pd gleich dem zweiten Schwellenwert P2 oder größer ist, werden sowohl die Brennkraftmaschine 10 als auch der Motorgenerator 12 als die Antriebskraftquellen betrieben, um das Fahrzeug anzutreiben, so dass es unwahrscheinlicher ist, dass die Energieeffizienz verringert wird, als im Betriebszustand 1 oder 2, in denen entweder die Brennkraftmaschine 10 oder der Motorgenerator 12 als die Antriebskraftquelle genutzt werden. In dieser Beziehung können der Brennstoffverbrauch und die Abgasemission in diesem Betriebszustand 4 kleiner als in den Betriebszuständen 1 oder 2 gehalten werden, wenn die derzeit benötigte Leistungsabgabe Pd gleich P2 oder größer ist. Da der Betriebszustand 4 nur gewählt wird, wenn die Menge an gespeicherter elektrischer Energie SOC gleich oder größer als der untere Grenzwert A ist, ist die Vorrichtung 114 zur Speicherung elektrischer Energie weiterhin vor einer Tiefentladung geschützt, bei der die Menge an gespeicherter elektrischer Energie SOC unter den unteren Grenzwert A fällt, was zu einer Verschlechterung der Lade- und Entladeeffizienzen der Speichervorrichtung 114 führen würde.
Wie vorstehend beschrieben, werden die Betriebszustände 1-4 in den folgenden Fahrzuständen des Fahrzeugs ausgewählt. Wenn die Menge an elektrischer Energie SOC, die in der Speichervorrichtung 114 für elektrische Energie gespeichert ist, nicht kleiner als der untere Grenzwert A ist, wird der Betriebszustand 1 in Schritt S13 ausgewählt, um das Fahrzeug nur mit dem Motorgenerator 12 als der Antriebskraftquelle zu betreiben, wenn das Fahrzeug im Niederlastfahrzustand ist, wobei die derzeit benötigte Leistungsabgabe Pd gleich oder kleiner als der erste Schwellenwert P1 ist. Zudem wird der Betriebszustand 2 im Schritt S17 ausgewählt, um das Fahrzeug nur mit der Brennkraftmaschine 10 als der Antriebskraftquelle zu betreiben, wenn das Fahrzeug im Mittellastfahrzustand ist, wobei die derzeit benötigte Leistungsabgabe Pd größer als der erste Schwellenwert P1 und kleiner als der zweite Schwellenwert P2 ist, und der Betriebszustand 4 wird im Schritt S19 ausgewählt, um das Fahrzeug sowohl mit der Brennkraftmaschine 10 als auch dem Motorgenerator 12 als den Antriebskraftquellen zu betreiben, wenn das Fahrzeug im Hochlastfahrzustand ist, in dem die derzeit benötigte Leistungsabgabe Pd gleich oder größer als der zweite Schwellenwert P2 ist. Wenn die Menge an gespeicherter elektrischer Energie SOC kleiner als der untere Grenzwert A ist, wird der Betriebszustand 3 im Schritt S14 gewählt, um das Fahrzeug nur mit der Brennkraftmaschine 10 als der Antriebskraftquelle zu betreiben, während gleichzeitig die Speichervorrichtung für elektrische Energie aufgeladen wird, wenn das Fahrzeug im Mittellastfahrzustand ist, in dem die derzeit benötigte Leistungsabgabe Pd kleiner als der zweite Schwellenwert P2 ist, und der Betriebszustand 2 wird im Schritt S17 ausgewählt, um das Fahrzeug nur mit der Brennkraftmaschine 10 anzutreiben, ohne die Speichervorrichtung 114 aufzuladen, wenn das Fahrzeug im Hochlastfahrbetrieb ist, in dem die derzeit benötigte Leistungsabgabe Pd gleich oder größer als der zweite Schwellenwert P2 ist.
Der Betriebszustand 2 wird im Schritt S17 in den folgenden zwei Fällen ausgewählt: 1) wenn das Fahrzeug im Mittellastfahrzustand ist, wobei die derzeit benötigte Leistungsabgabe Pd größer als der erste Schwellenwert P1 und kleiner als der zweite Schwellenwert P2 ist, während die Menge an gespeicherter elektrischer Energie SOC nicht kleiner als der untere Grenzwert A ist; und 2) wenn das Fahrzeug im Hochlastfahrzustand ist, in dem die derzeit benötigte Leistungsabgabe Pd gleich oder größer als der zweite Schwellenwert P2 ist, während die Menge an gespeicherter elektrischer Energie SOC kleiner als der untere Grenzwert A ist. Im Mittellastfahrzustand des Fahrzeugs ist die Energieeffizienz im Allgemeinen höher, wenn das Fahrzeug durch die Brennkraftmaschine 10 angetrieben wird, als wenn das Fahrzeug vom Motorgenerator 12 angetrieben wird. Demgemäß können der Kraftstoffverbrauch und die Abgasemission im Betriebszustand 2 kleiner als in dem Betriebszustand 1 gemacht werden. Im Hochlastfahrzustand ist es im Allgemeinen wünschenswert, den Betriebszustand auszuwählen, in dem das Fahrzeug sowohl von der Brennkraftmaschine 10 als auch dem Motorgenerator 12 angetrieben wird. Wenn die Menge an elektrischer Energie SOC, die in der Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie 114 gespeichert ist, kleiner als der untere Grenzwert A ist, ist es jedoch wünschenswert, den Betriebszustand 2 auszuwählen, d. h., das Fahrzeug nur mit der Brennkraftmaschine 10 als Antriebskraftquelle zu betreiben, um eine Verschlechterung der Lade- und Entladeeffizienzen der Speichervorrichtung 114 aufgrund der Verringerung der Menge an gespeicherter elektrischer Energie SOC unter den unteren Grenzwert A zu verhindern.
Im Hybridantriebssystem 8 gemäß der vorstehend beschriebenen vorliegenden Ausführungsform ist die Brennkraftmaschine 10 mit dem Hohlrad 14r der Planetengetriebevorrichtung 14 durch die erste Kupplung 16 verbunden, und die zweite Kupplung 20 ist zwischen dem Sonnenrad 14s und einer Reihenschaltung der ersten Kupplung 16 und des Planetenträgers 14c angeordnet. In dieser Anordnung nimmt der Motorgenerator 12 abhängig von den Betriebszuständen der ersten und zweiten Kupplungen 16, 20 verschiedene Funktionen wahr, d. h., abhängig davon, ob diese Kupplungen 16, 20 im Eingriff oder gelöst sind. Entsprechend kann das Hybridantriebssystem 8 in den neun verschiedenen in TABELLE 1 aufgeführten Betriebszuständen 1-9 abhängig von den bestimmten Fahrzuständen des Fahrzeugs betrieben werden. Beispielsweise wird die erste Kupplung 16 im Betriebszustand 1 (MOTORANTRIEBS-Zustand) oder im Betriebszustand 6 (RÜCKGEWINNUNGSBREMSEN-Zustand) in den ausgekuppelten Zustand (AUSgeschalteten Zustand) versetzt, so dass die Brennkraftmaschine 10 von der Planetengetriebevorrichtung 14 getrennt ist, und der Energieverlust durch einen Schleppwiderstand der Brennkraftmaschine 10 wird verhindert, was eine verbesserte Energieeffizienz des Hybridantriebssystems 8 sichert.
Im vorliegenden Hybridantriebssystem 8 dient der eine Motorgenerator 12 als alleinige Antriebskraftquelle im Betriebszustand 1 (MOTORANTRIEBS-Zustand), als Hilfsantriebskraftquelle zusätzlich zur Brennkraftmaschine 10 im Betriebszustand 4 (BRENNKRAFTMASCHINEN + MOTOR-ANTRIEBS-Zustand), als ein elektrischer Generator zum Aufladen der Vorrichtung 114 zum Speichern elektrischer Energie im Betriebszustand 3 (BRENNKRAFTMASCHINENANTRIEBS- + LADE- Zustand), und als ein elektrischer Generator, um eine Rückgewinnungsbremskraft auf das Fahrzeug im Betriebszustand 6 (RÜCKGEWINNUNGSBREMS-Zustand) anzuwenden. Daher benötigt das vorliegende Hybridantriebssystem 8 keinen separaten elektrischen Generator zum Aufladen der Speichervorrichtung 114 und zum Anwenden einer Rückgewinnungsbremse zusätzlich zu einem elektrischen Motor zum Antrieb des Fahrzeugs, und ist demgemäß im Aufbau vereinfacht und zu verringerten Kosten erhältlich.
Das vorliegende Hybridantriebssystem 8 ist außerdem mit Bezug auf seine radialen und axialen Abmessungen vorteilhaft. D. h., der Durchmesser des Kettenrads 18 ist vergleichsweise klein ausgeführt, während der Durchmesser des Hohlrades 50 der Differenzialgetriebevorrichtung 48 vergleichsweise groß ist, um eine effektive Drehmomentverstärkung zu erreichen. Im Hybridantriebssystem 8 sind das Kettenrad 18 und das Hohlrad 50 im Wesentlichen an der gleichen axialen Position angeordnet, während die Planetengetriebevorrichtung 14 und das Differenzialgehäuse 62, die vergleichsweise mittlere Durchmesser aufweisen, im Wesentlichen an der gleichen axialen Position angeordnet sind. Zudem sind das Schwungrad 22, das einen vergleichsweise großen Durchmesser aufweist, und das Lager 64, das einen vergleichsweise kleinen Durchmesser aufweist, an im Wesentlichen der gleichen axialen Position angeordnet. In dieser Anordnung sind die erste Achse O1, an der die Brennkraftmaschine 10 und der Motorgenerator 12 ausgerichtet sind, und die vierte Achse O4, an der die Differenzialgetriebevorrichtung 48 ausgerichtet ist, in radialer Richtung vergleichsweise nahe beieinander angeordnet, wie in Fig. 4 gezeigt, und die axiale Ausdehnung des Hybridantriebssystems 8 ist ebenfalls beträchtlich verkürzt. Somit ist das Hybridantriebssystem 8 klein gebaut und kompakt.
Die zweite Kupplung 20 ist (in der Ansicht der Fig. 2) auf der linken Seite des Motorgenerators 12 angeordnet, und der Motorgenerator 12, der einen vergleichsweise großen Durchmesser aufweist, und der Schaltgetriebeabschnitt 60, der einen vergleichsweise kleinen Durchmesser aufweist, sind an im Wesentlichen der gleichen axialen Position angeordnet. Zudem sind die zweite Kupplung 20 und die vorwärtsfahr-reibgekuppelten Kupplungen 36, 38 an im Wesentlichen der gleichen axialen Position angeordnet, während die erste Kupplung 16 und die Planetengetriebevorrichtung 14 im Wesentlichen an der gleichen Position wie die rückwärtsfahr-reibgekuppelte Kupplung 44 angeordnet sind. Folglich sind die erste Achse O1, die zweite Achse O2 (die Achse des Automatikgetriebes 26) und die dritte Achse O3 in der radialen Richtung vergleichsweise nahe beieinander angeordnet, und die axiale Ausdehnung des Hybridantriebssystems 8 ist ebenfalls verkürzt, was zu dem kompakten Aufbau des Hybridantriebssystems führt. Da die Reibkupplungsabschnitte der beiden Kupplungen 36, 38 an im Wesentlichen den gleichen axialen Positionen angeordnet sind, sind die axialen Ausdehnungen dieser Kupplungen 36, 38 beträchtlich verringert. Das benötigte Eingriffsdrehmoment der zweiten Kupplung 20 ist vergleichsweise klein, da das Sonnenrad 14s und der Planetenträger 14c, die durch die zweite Kupplung 20 verbunden sind, vergleichsweise kleine Durchmesser aufweisen. Demgemäß kann der Durchmesser der zweiten Kupplung 20 vergleichsweise klein ausgeführt sein. Daher stößt die zweite Kupplung 20 nicht mit dem Reibkupplungsabschnitt der Kupplung 36 zusammen, der einen vergleichsweise großen Durchmesser größer als jener der Kupplung 38 aufweist, die radial außerhalb der Kupplung 36 angeordnet ist.
Die Differenzialgetriebevorrichtung 48 ist auf der rechten Seite des Kettenrads 18 angeordnet, d. h. auf einer Seite des Kettenrads 18, die vom Motorgenerator 12 und dem Schaltgetriebeabschnitt 60 des Automatikgetriebes 26 entfernt ist. Dementsprechend kann die vierte Achse O4 nahe bei der dritten Achse O3 angeordnet sein. In der vorliegenden Ausführungsform, in der die Kette 30 genutzt wird, um das Kettenrad 18 und das angetriebene Kettenrad 28 zu verbinden, ist das Kettenrad 18 keinen Schubkräften unterworfen, und kann daher durch ein einfaches Lager, d. h. durch das Nadellager 67 gelagert sein. Diese Anordnung ist effektiv, um die axiale Ausdehnung des Montageaufbaus auf der ersten Achse O1 weiter zu verringern.
Wie vorstehend beschrieben, sind die vier Achsen O1-O4 des vorliegenden Hybridantriebssystems 8 in radialer Richtung nahe beieinander angeordnet, und die axialen Abmessungen der Aufbauten dieser vier Achsen O1-O4 sind ebenfalls beträchtlich verringert. Dadurch sind die Gesamtabmessungen des Hybridantriebssystems 8 in der Längs- und Querrichtung des Kraftfahrzeugs vergleichsweise klein, wodurch das vorliegende Hybridantriebssystem 8 kompakt ausgeführt und mit einem hohen Freiheitsgrad im Fahrzeug eingebaut werden kann.
Zusätzlich ist der zweite Raum 71, in dem der Motorgenerator 12 untergebracht ist, durch die Öldichtungen 90, 92 fluiddicht abgedichtet, so dass der Stator und Rotor des Motorgenerators 12 vor dem Kontakt mit Schmiermittel, das Eisenpartikel und andere Fremdstoffe enthalten kann, geschützt sind und demgemäß einen hohen Grad der Betriebszuverlässigkeit aufweisen.
Im vorliegenden Hybridantriebssystem 8 sind die ersten und zweiten Kupplungen 16, 20 voneinander durch einen vergleichsweise großen Abstand getrennt. Diesbezüglich ist zu bemerken, dass der Öldurchlaß 104 zum Versorgen der ersten Kupplung 16 mit dem Arbeitsfluid im Abdeckteil 66 vorgesehen ist, während der Öldurchlaß 106, um die zweite Kupplung 20 mit dem Arbeitsfluid zu versorgen, im Abdeckteil 76 vorgesehen ist. Diese Anordnung erleichtert die Ausbildung der Öldurchlässe 104, 106.
Die zweite Achse O2, die die Achse der ersten Welle 32 des Automatikgetriebes 26 ist, ist (in der Längsrichtung des Fahrzeugs gesehen) oberhalb und weiter hinten als die erste Achse O1 angeordnet, und die dritte Achse O3, die die Achse der zweiten Welle 34 ist, ist unterhalb und hinter der zweiten Achse O2 angeordnet. Zudem ist die vierte Achse O4, die die Achse der Differenzialgetriebevorrichtung 48 ist, unterhalb der dritten Achse O3 angeordnet. D. h., die vierte Achse O4 ist die tiefste Achse der vier Achsen O1-O4. In der vorliegenden Anordnung ist oberhalb der ersten Achse O1, d. h. oberhalb der Brennkraftmaschine 10 und des Motorgenerators 12, ein Raum gelassen, und die Motorgeneratorsteuerung 112 und die Vorrichtung 114 zur Speicherung elektrischer Energie kann in diesem Raum angeordnet sein. Da das Automatikgetriebe 26 hinter der Brennkraftmaschine 10 und dem Motorgenerator 12 angeordnet ist, kann vor der Brennkraftmaschine 10 und dem Motorgenerator 12 ein ausreichender Raum vorgesehen sein, so dass dieser ausreichende Raum genutzt werden kann, um einen Stoß durch Aufbringen einer Kraft auf die Brennkraftmaschine und den Motorgenerator in der Rückwärtsrichtung des Fahrzeugs aufzunehmen.
Andere Ausführungsformen dieser Erfindung werden beschrieben. Die gleichen Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform werden genutzt, um die funktional entsprechenden Elemente zu bezeichnen, und eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird im Interesse der Kürze und Vereinfachung der Beschreibung nicht vorgesehen.
Mit Bezug auf Fig. 7, die Fig. 1 entspricht, wird ein Hybridantriebssystem 120 gezeigt, das gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung aufgebaut ist. Dieses Hybridantriebssystem 120 ist mit einer hydraulisch betriebenen Bremse 122 ausgestattet, um das Hohlrad 14r der Planetengetriebevorrichtung 15 an dem Abdeckteil 66 zu befestigen, um dadurch ein Drehen des Hohlrads 14r zu verhindern. Das Hybridantriebssystem 120 nutzt ein Automatikgetriebe 124, das mit der Ausnahme des Wegfalls des Rückwärtsganggetriebezugs 61 mit dem Automatikgetriebe 26 identisch ist. D. h., das Hybridantriebssystem 120 ist mit dem Hybridantriebssystem 8 mit der Ausnahme des Vorsehens der Bremse 122 und des Wegfalls des Rückwärtsganggetriebezugs 61 in der vorliegenden Ausführungsform identisch. Die Bremse 122 wird durch ein hydraulisches Stellglied unter der Steuerung der Steuervorrichtung 110, die in Fig. 5 gezeigt ist, in Eingriff gebracht und gelöst.
In vorliegendem Hybridantriebssystem 120 werden die vorstehend beschriebenen Betriebszustände 1-9 eingerichtet, wenn die Bremse 122 im gelösten (AUS) Zustand ist, während ein zusätzlicher Betriebszustand 10 eingerichtet ist, wenn die Bremse 122 in den eingerückten (EIN) Zustand versetzt ist, wie in Tabelle 2 gezeigt. Im Betriebszustand 10 sind die ersten und zweiten Kupplungen 16, 20 beide ausgekuppelt (AUSgeschaltet), und die Bremse 122 ist eingerückt (EINgeschaltet), wobei die Brennkraftmaschine 10 AUSgeschaltet ist, während der Motorgenerator 12 in Rückwärtsrichtung betrieben wird, um das Fahrzeug in Rückwärtsrichtung zu fahren. Der Betriebszustand 10 wird im Schritt S21 eines im Ablaufplan der Fig. 8 gezeigten Betriebszustandsbestimmungsunterprogramms ausgewählt, wenn man im Schritt S20 eine zustimmende Entscheidung (JA) erhält, d. h., wenn ein Befehl vorliegt, der verlangt, dass das Fahrzeug nach hinten oder in die Rückwärtsrichtung fährt. Die Bestimmung im Schritt S20 kann durchgeführt werden, indem bestimmt wird, ob der Wählhebel in eine Rückwärtsposition "R" geschoben ist. Im Betriebszustand 10, in dem die Brennkraftmaschine 10 ausgeschaltet ist, kann die erste Kupplung in der eingekuppelten oder EIN-Position sein. TABELLE 2
In TABELLE 2 bedeutet "KEEV" in der Spalte der Speichervorrichtung 114, dass keine elektrische Energie, die in der Speichervorrichtung 114 gespeichert ist, verbraucht wird.
In der vorliegenden zweiten Ausführungsform, in der kein Rückwärtsganggetriebezug im Automatikgetriebe 124 vorgesehen ist, wird das Rückwärtsfahren des Fahrzeugs stets durch den Rückwärtsbetrieb des Motorgenerators 12 durchgeführt. Das Abgabedrehmoment des Planetenträgers 14c ist das (1 + ρ)/ρ- fache des Drehmoments des Motorgenerators 12. Wenn das Getriebeverhältnis ρ der Planetengetriebevorrichtung 14 ungefähr 0,5 ist, wird die Drehmomentabgabe des Planetenträgers 14c auf ungefähr das dreifache des Drehmoments des Motorgenerators 12 verstärkt. Daher kann der Motorgenerator 12 genutzt werden, um ein Starten oder ein Rückwärtsfahren des Fahrzeugs auch auf einer bergauf führenden Straße zu bewirken.
Es ist verständlich, dass ein Abschnitt der Steuervorrichtung 110, der dazu dient, Schritt S21 zu implementieren, eine zehnte Betriebszustandssteuerungsvorrichtung zur Steuerung des Hybridantriebssystems 8 in einem zehnten Betriebszustand darstellt, welcher der vorstehend beschriebene Betriebszustand 10 ist.
Das Hybridantriebssystem 120 kann so modifiziert werden, dass der Motorgenerator 12 im Betriebszustand 10 in Vorwärtsrichtung anstatt in Rückwärtsrichtung betrieben wird. In anderen Worten kann das Hybridantriebssystem 120 einen Betriebszustand 11 aufweisen, der identisch mit dem Betriebszustand 10 ist, mit der Ausnahme, dass der Motorgenerator 12 in der Vorwärtsrichtung betrieben wird. In diesem Fall kann das Fahrzeug in der Vorwärtsrichtung mit nur dem Motorgenerator 12 als der Antriebskraftquelle bei einem vergleichsweise hohen Drehmomentverstärkungsverhältnis wie vorstehend beschrieben genutzt werden.
Mit Bezug auf Fig. 9 wird ein Hybridantriebssystem 130 veranschaulicht, das in Übereinstimmung mit einer dritten Ausführungsform dieser Erfindung aufgebaut ist. In diesem Hybridantriebssystem 130 ist zwischen dem Hohlrad 14r der Planetengetriebevorrichtung 14 und dem Abdeckteil 66 eine Freilaufkupplung 132 vorgesehen. Die Freilaufkupplung 132 erlaubt ein Drehen des Hohlrads 14r in der gleichen Richtung wie die Brennkraftmaschine 10, verhindert jedoch das Drehen des Hohlrads 14r in der Gegenrichtung. Mit der "Feststell"-Funktion der Freilaufkupplung 132 weist das vorliegende Hybridantriebssystem 130 einen zusätzlichen Betriebszustand 10' ähnlich dem Betriebszustand 10, ebenso wie die Betriebszustände 1 bis 9 auf, wie in TABELLE 3 gezeigt. Der Betriebszustand 10' wird ausgewählt, um das Fahrzeug mit dem Motorgenerator 12 in der Vorwärtsrichtung bei einem vergleichsweise hohen Drehmomentverstärkungsverhältnis zu starten oder zu fahren. Der Motorgenerator 12 kann jedoch nicht genutzt werden, um das Fahrzeug in der Rückwärtsrichtung zu starten oder zu fahren, und das Automatikgetriebe 26 ist mit dem Rückwärtsgetriebezug 61 versehen. TABELLE 3
In TABELLE 3 bedeutet "KEEV" in der Spalte der Speichervorrichtung 114, dass keine elektrische Energie, die in der Speichervorrichtung 114 gespeichert ist, verbraucht wird.
Das Hybridantriebssystem 130 benötigt im Gegensatz zum Hybridantriebssystem 120 der Fig. 7, das eine Steuerung der Eingriffs- und Lösevorgänge der Bremse 130 verlangt, keine Steuerung der Freilaufkupplung 132. In dieser Beziehung ist es weniger wahrscheinlich, dass das vorliegende Hybridantriebssystem 130 unter einem hydraulischen oder elektrischen Versagen leidet, und das Hybridantriebssystem 130 weist eine höhere Betriebssicherheit auf.
Wenn aufgrund eines Hydraulikversagens die beiden Kupplungen 16, 20 beide eingekuppelt (EIN) sind, sind die Betriebszustände 2, 3, 4, 8 und 9 verfügbar, und das Fahrzeug wird daran gehindert, auf einer bergauf führenden Straße wegzurollen, da der Freilauf 132 im SPERR-Zustand ist. Wenn die erste Kupplung eingekuppelt (EIN) ist, während die zweite Kupplung 20 aufgrund eines hydraulischen Versagens ausgekuppelt (AUS) ist, ist der Betriebszustand 5 nutzbar, wobei der Freilauf 132 in den FREIEN Zustand versetzt ist, und der Betriebszustand 10' ist nutzbar, wobei der Freilauf 132 im SPERR-Zustand ist. Wenn aufgrund eines Hydraulikversagens die erste Kupplung ausgekuppelt (AUS) ist, während die zweite Kupplung 20 eingekuppelt (EIN) ist, sind die Betriebszustände 1 und 6 mit dem Freilauf 132 im FREIEN Zustand nutzbar, und das Fahrzeug ist durch die Freilaufkupplung im GESPERRTEN Zustand daran gehindert, auf einer bergaufführenden Straße wegzurollen.
Mit Bezug auf Fig. 10 wird nun ein Hybridantriebssystem 210 gezeigt. Das Hybridantriebssystem 210 weist auf: Eine Brennkraftmaschine 212 wie einen Verbrennungsmotor, der durch Verbrennung eines Treibstoffs betrieben wird; einen Motorgenerator 214, der als ein mit elektrischer Energie betriebener elektrischer Motor und als elektrischer Generator wirkt; eine Planetengetriebevorrichtung 216 vom Typ mit einem Einzelritzel; und ein Automatikgetriebe 218. Diese Brennkraftmaschine 212, Motorgenerator 214, Planetengetriebevorrichtung 216 und Automatikgetriebe 218 sind in der Längsrichtung des Kraftfahrzeugs angeordnet. Die Planetengetriebevorrichtung 216 wirkt als ein Einkoppel- und Verteilmechanismus zum mechanischen Einkoppeln und Verteilen einer Kraft, und arbeitet mit dem Motorgenerator 214 zusammen, um einen elektrisch gesteuerten Drehmomentwandler 224 zu bilden, wie durch die strichpunktierte Linie in Fig. 10 gezeigt. Die Planetengetriebevorrichtung 216 weist ein erstes drehendes Element in der Form eines Hohlrads 216r, das mit der Brennkraftmaschine 212 durch eine erste Kupplung CE1 verbunden ist, ein zweites drehendes Element in der Form eines Sonnenrads 216s, das mit einer Rotorwelle 214r des Motorgenerators 214 verbunden ist, und ein drittes drehendes Element in der Form eines Planetenträgers 216c auf, das mit einer Eingangswelle 226 des Automatikgetriebes 218 verbunden ist. Die Eingangswelle 226 wirkt als eine Abtriebswelle der Planetengetriebevorrichtung 216. Das Sonnenrad 216s und der Planetenträger 216c sind miteinander durch eine zweite Kupplung CE2 verbunden. Die erste Kupplung CE1 wirkt als eine Kupplung zum Verbinden und Lösen der Brennkraftmaschine 212 mit und von der Planetengetriebevorrichtung 216. Die Brennkraftmaschine 212 ist mit der ersten Kupplung CE1 durch ein Schwungrad 228 und einen Dämpfer 230 verbunden. Das Schwungrad 228 und der Dämpfer 230 wirken, um Geschwindigkeits- und Drehzahländerungen der Brennkraftmaschine 212 zu absorbieren. Der Dämpfer 230 weist ein elastisches Teil wie eine Feder oder ein Gummiteil auf. Die ersten und zweiten Kupplungen CE1, CE2 sind Mehrscheibenkupplungen vom Reibungstyp, die durch jeweilige hydraulische Stellglieder ein- und ausgekuppelt werden.
Das Automatikgetriebe 218 ist eine Kombination eines vorderen Hilfsgetriebes 220 und eines hinteren Hauptgetriebes 222. Das Hilfsgetriebe 220 besteht aus einem lang übersetzten Planetengetriebesatz 232 vom Einzelritzeltyp, während das Hauptgetriebe 222 aus drei Planetengetriebesätzen 234, 236, 238 besteht, die miteinander verbunden sind. Das Hauptgetriebe 222 weist vier Vorwärtsfahrpositionen und eine Rückwärtsfahrposition auf. Das Hilfsgetriebe 220 weist die reibgekuppelte Kupplung C0 und die Bremse B0, die jeweils durch hydraulische Stellglieder bedient werden, und einen Freilauf F0 auf. Das Hauptgetriebe 222 weist die reibgekuppelten Kupplungen C1, C2 und die Bremsen B1, B2, B3, B4, die durch jeweilige hydraulische Stellglieder betrieben werden, und die Freilaufkupplungen F1, F2 auf. Das Automatikgetriebe 218 weist einen Hydraulikschaltkreis 244 auf, der, wie in Fig. 11 gezeigt, magnetbetriebene Ventile SL1-SL4 aufweist. Diese magnetbetriebenen Ventile SL1-SL4 werden selektiv ein- und ausgeschaltet, um selektiv die Kupplungen C0, C1, C2, sowie die Bremsen B0, B1, B2, B3, B4 in Eingriff zu bringen und zu lösen, um selektiv, wie in Fig. 12 gezeigt, eine der Betriebspositionen des Automatikgetriebes 218 einzurichten. Die Betriebspositionen bestehen aus einer neutralen Position "N", einer Rückwärtsfahrposition "Rev", und fünf Vorwärtsfahrpositionen, d. h. der ersten Gangposition "1.", der zweiten Gangposition "2.", der dritten Gangposition "3.", der vierten Gangposition "4.", und der fünften Gangposition "5.". Der Hydraulikkreis 244 wird außerdem durch ein sogenanntes manuelles Schaltventil gesteuert, das mechanisch mit dem Wählhebel, der eine Leerlaufposition "N", eine Rückwärtsfahrposition "R", und Fahrpositionen "D" aufweist, verbunden ist und dadurch betrieben wird, wie ebenfalls in Fig. 12 gezeigt. Beispielsweise umfassen die Fahrpositionen "D" eine Dritte-Gangbereichs-Position "3", eine Zweite-Gangbereichs-Position "2" und eine Langsam-Fahrbereichsposition "L". In Fig. 10 sind die unteren Hälften des Automatikgetriebes 218 und des elektrisch gesteuerten Drehmomentwandlers 224 nicht gezeigt, da diese Vorrichtungen 218, 224 mit Bezug auf ihre Mittellinie symmetrisch sind.
In der Tabelle der Fig. 12 zeigen weiße Kreise die in Eingriff stehenden Zustände der Kupplungen C, der Bremsen B und der Freiläufe F an, während schwarze Kreise die in Eingriff stehenden Zustände der Kupplungen C0 und der Bremsen B1, B4 anzeigen, wenn der Wählhebel in eine der Positionen "3", "2" und "L" geschoben ist, in denen eine Brennkraftmaschinenbremsung auf das Fahrzeug wirken kann. Das Fehlen der weißen oder schwarzen Kreise zeigt die gelösten Zustände der Kupplungen C, der Bremsen B und Freiläufe F an. Die Leerlauf- und Rückwärtspositionen "N" und "Rev" des Automatikgetriebes 218 sind eingerichtet, wenn das manuelle Schaltventil in die jeweiligen Positionen geschoben wird, die den Leerlauf- und Rückwärtspositionen "N" und "R" des Wählhebels entsprechen. Wenn der manuelle Wählhebel in eine der Positionen versetzt wird, die zu den Fahrpositionen "D" (welche die Brennkraftmaschinenbremspositionen "3", "2" und "L" umfassen) gehören, wird das Automatikgetriebe 218 automatisch in eine geeignete der fünf Vorwärtsfahrpositionen "1." bis "5." versetzt, wobei die magnetbetriebenen Ventile SL1-SL4 selektiv abhängig von dem Fahrzustand des Fahrzeugs gesteuert werden. Die Übersetzungsverhältnisse der fünf Vorwärtsfahrpositionen fallen in Schritten von dem Übersetzungsverhältnis der ersten Gangposition "1" bis zum Übersetzungsverhältnis der fünften Gangposition "5", wie in Fig. 12 nur beispielhaft gezeigt.
Der Hydraulikkreis 244 weist eine Schaltung wie in Fig. 13 gezeigt auf, wobei die Bezugszeichen 270, 271 und 272 jeweils ein 1-2-Schaltventil, ein 2-3-Schaltventil und ein 3-4-Schaltventil bezeichnen. Arbeitsfluidverbindungen von Anschlüssen dieser Schaltventile 270, 271, 272 in den fünf Vorwärtsfahrabschnitten des Automatikgetriebes 218 sind in der Fig. 13, in der die fünf Vorwärtsfahrpositionen "1.", "2.", "3.", "4." und "5." jeweils als "1", "2", "3", "4" und "5" wiedergegeben sind, unterhalb der Schaltventile angezeigt.
Das 2-3-Schaltventil 271 weist einen Eingangsanschluß 273 und einen Bremsanschluß 274 auf, die miteinander in Verbindung stehen, wenn das Automatikgetriebe 218 in die Position des ersten Gangs "1." oder die Position des zweiten Gangs "2." versetzt ist. Die vorstehend gezeigte dritte Bremse B3 ist mit dem Bremsanschluß 274 durch einen Öldurchlaß 275 verbunden. Der Öldurchlaß 275 weist eine Drossel 276 auf, und ein Dämpfungsventil 277 ist zwischen der Drossel 276 und der dritten Bremse B3 eingefügt. Das Dämpfungsventil 277 wirkt, um eine kleine Menge des Arbeitsöls zu absorbieren, um dadurch bei einem abrupten Anstieg des auf die dritte Bremse B3 wirkenden Leitungsdrucks PL eine Dämpfung zu erreichen.
Das Bezugszeichen 278 in Fig. 13 bezeichnet ein B-3-Steuerventil, das vorgesehen ist, um direkt den Anpressdruck der dritten Bremse B3 zu regulieren. Das B-3-Steuerventil 278 weist einen Steuerkolben 279, einen Kolben 280, und eine Feder 281 auf, die zwischen dem Steuerkolben 279 und dem Kolben 280 angeordnet ist. Das B-3-Steuerventil 278 weist einen Eingangsanschluß 282 auf, der vom Steuerkolben 279 geöffnet und geschlossen wird, und mit dem der Öldurchlaß 275 verbunden ist, und einen Ausgangsanschluß 283, der selektiv mit dem Eingangsanschluß 282 verbunden werden kann, und mit dem die dritte Bremse B3 verbunden ist. Der Ausgangsanschluß 283 ist mit einem Rückkoppelanschluß 284 verbunden, der teilweise durch ein Ende des Steuerkolbens 279 festgelegt ist. Das B-3-Steuerventil 278 weist weiterhin einen Anschluß 285 auf, der mit einem Raum in Verbindung steht, in dem die Feder 279 angeordnet ist. Das 2-3-Schaltventil 271 weist einen Anschluß 286 auf, der eine Hydraulikdruckabgabe (Leitungsdruck PL) bereitstellt, wenn das Automatikgetriebe 218 in eine der Vorwärtsfahrpositionen "3.", "4." und "5." versetzt wird. Der Anschluß 286 ist mit dem Anschluß 285 des B-3-Steuerventils 278 durch einen Öldurchlaß 287 verbunden. Das B-3-Steuerventil 278 weist weiterhin einen Steueranschluß 288 auf, der benachbart zu einem Ende des Kolbens 280 ist, und ein Linearmagnetventil SLU (Fig. 11) ist mit dem Steueranschluß 288 verbunden, so dass ein Pilotdruck PSLU, der durch das Linearmagnetventil SLU erzeugt wird, am Steueranschluß 288 anliegt. In dieser Anordnung wird der Hydraulikdruck durch das B-3-Steuerventil 278 auf der Grundlage der elastischen Kraft der Feder 281 und des auf den Anschluß 285 wirkenden hydraulischen Drucks reguliert. Die elastische Kraft der Feder 281 erhöht sich mit einer Erhöhung des Pilotdrucks PSLU, der auf den Steueranschluß 288 wirkt.
Das Bezugszeichen 289 in Fig. 13 bezeichnet ein 2-3-Steuerventil, das einen Steuerkolben 290, einen ersten Kolben 291, eine zwischen dem Steuerkolben 290 und dem ersten Kolben 291 angeordnete Feder 292, und einen zweiten Kolben 293 aufweist, der auf der Seite des Steuerkolbens 290 angeordnet ist, die vom ersten Kolben 291 entfernt ist. Der Steuerkolben 290 weist einen Steg mit kleinem Durchmesser und zwei Stege mit großem Durchmesser auf, die einen größeren Durchmesser als der Steg mit kleinem Durchmesser aufweisen. Das 2-3-Steuerventil 289 weist einen Anschluß 294 auf, der an einer mittleren Position gebildet wird. Ein Öldurchlaß 295 ist mit dem Anschluß 294 und mit einem Anschluß 296 des 2-3- Schaltventils 271 verbunden, wobei der Anschluß 296 mit dem Bremsanschluß 274 verbunden ist, wenn das Automatikgetriebe 218 in eine der Vorwärtsfahrpositionen "3.", "4." und "5." versetzt ist. Der Öldurchlaß 295 weist eine Abzweigung auf, die durch eine Drossel mit einem Anschluß 297 des 2-3-Steuerventils 289 verbunden ist, wobei der Anschluß 297 zwischen dem oben gezeigten Steg mit kleinem Durchmesser und einem der beiden Stege mit großem Durchmesser des Steuerkolbens 290 offen ist. Das 2-3-Steuerventil 289 weist weiterhin einen Anschluß 298 auf, der selektiv mit dem vorstehend genannten Anschluß 294 verbindbar ist und durch einen Öldurchlaß 299 mit einem Magnetrelaisventil 300 verbunden ist. Das 2-3-Steuerventil 289 weist weiterhin einen Anschluß auf, der zu einem Ende des ersten Kolbens 291 benachbart ist und der mit dem Linearmagnetventil SLU verbunden ist und einen anderen Anschluß, der zu einem Ende des zweiten Kolbens 293 benachbart ist, und der durch eine Drossel mit der zweiten Bremse B2 verbunden ist.
Der oben gezeigte Öldurchlaß 287 ist dazu vorgesehen, das Arbeitsöl an die zweite Bremse B2 zu liefern, und das Öl von dieser zweiten Bremse B2 abzulassen. Der Öldurchlaß 287 ist mit einer Drossel 301, die einen kleinen Durchmesser aufweist, und einer Drossel 302 mit einer Rückschlagkugel versehen. Der Öldurchlaß 287 weist eine Abzweigung 303 auf, die mit einer Drossel 304 mit einem großen Durchmesser versehen ist. Die Drossel 304 ist mit einer Rückschlagkugel versehen, die in eine geöffnete Position bewegt wird, wenn das Öl von der zweiten Bremse B2 abgelassen wird. Die Abzweigung 303 ist mit einem nachstehend beschriebenen Drosselsteuerventil 305 verbunden.
Das Drosselsteuerventil 305 ist dazu vorgesehen, die Rate des Ablassstroms des Öls aus der zweiten Bremse B2 zu steuern. Dieses Drosselsteuerventil 305 weist einen Steuerkolben 306 und einen Anschluß 307 an einer mittleren Position auf. Der Anschluß 307 wird von dem Steuerkolben 306 geöffnet und geschlossen und mit der zweiten Bremse B2 verbunden. Das Drosselsteuerventil 305 weist weiterhin den Anschluß 308 auf, der in Fig. 13 an einer Position unterhalb des Anschlusses 307 gebildet wird. Die oben beschriebene Abzweigung 303 des Öldurchlasses 287 ist mit dem Anschluß 308 verbunden. Das Drosselsteuerventil 305 weist weiterhin einen Anschluß 308 auf, der in Fig. 13 an einer Position oberhalb des Anschlusses 307 gebildet wird. Dieser Anschluß 308 ist selektiv mit einem Ablassanschluß verbindbar und ist durch einen Öldurchlass 310 mit einem Anschluß 311 des B-3-Steuerventils 278 verbunden. Der Anschluß 311 ist selektiv mit dem Ausgangsanschluss 283 verbindbar, mit dem die dritte Bremse B3 verbunden ist.
Das Drosselsteuerventil 305 weist weiterhin einen Steueranschluß 312 auf, der in der Nähe des einen Endes des Steuerkolbens 306 gebildet wird, das von der Feder entfernt liegt, die auf den Steuerkolben 306 wirkt. Dieser Steueranschluß 312 ist durch einen Öldurchlaß 313 mit einem Anschluß 314 des 3-4-Schaltventils 272 verbunden. Dieser Anschluß 314 erzeugt einen Ausgangsdruck des dritten magnetbetriebenen Ventils SL3, wenn das Automatikgetriebe 318 in eine der Vorwärtsfahrpositionen "3.", "2." und "1." versetzt ist, und stellt einen Ausgangsdruck des vierten magnetbetriebenen Ventils SL4 bereit, wenn das Automatikgetriebe 218 in die vierte Gangposition "4." oder fünfte Gangposition "5." gebracht wird. Der Öldurchlaß 295 weist eine Abzweigung 315 auf, die mit dem Drosselsteuerventil 305 verbunden ist. Die Abzweigung 315 ist selektiv mit dem Ablassanschluß des Drosselsteuerventils 305 verbindbar.
Das 2-3-Schaltventil 271 weist einen Anschluß 316 auf, der die Hydraulikdruckabgabe (Leitungsdruck PL) bereitstellt, wenn das Automatikgetriebe 218 in der Position des ersten Gangs "1." oder Position des zweiten Gangs "2." versetzt ist. Dieser Anschluß 316 ist durch einen Öldurchlaß 318 mit einem Anschluß 317 des 2-3-Steuerventils 289 verbunden, der sich zu einem Raum öffnet, in dem die Feder 292 angeordnet ist. Das 3-4-Schaltventil 272 weist einen Anschluß 319 auf, der mit dem oben gezeigten Öldurchlaß 287 verbunden ist, wenn das Automatikgetriebe 218 in eine der Positionen "3.", "2." und "1." versetzt ist. Der Anschluß 319 ist durch einen Öldurchlaß 320 mit einem Magnetrelaisventil 300 verbunden.
Bezugszeichen 321 in Fig. 13 bezeichnet einen Speicher für die zweite Bremse B2. Der Speicher 321 weist eine Gegendruckkammer auf, auf die ein Speichersteuerdruck Pac angewendet wird, der auf der Grundlage eines Abgabedrucks eines Linearmagnetventils SLN (Fig. 11) reguliert wird. Wenn das 2-3-Schaltventil 271 aktiviert ist, um das Automatikgetriebe 218 von der zweiten Gangposition "2." in die dritte Gangposition "3." zu schalten, wirkt die Hydraulikdruckabgabe (Leitungsdruck PL) des 2-3-Schaltventils 271 durch den Öldurchlaß 287 auf die zweite Bremse B2. Wenn der Leitungsdruck PL auf die zweite Bremse B2 wirkt, beginnt ein Kolben 321p des Speichers 321, sich aufwärts zu bewegen. Wenn sich dieser Kolben 321b aufwärts bewegt, verstärkt sich ein Arbeitsdruck PB2, der der Bremse B2 zugeführt wird, auf eine Höhe, bei der eine Kraft auf der Grundlage des Drucks PB2 im Wesentlichen gleich einer Summe der abwärts wirkenden Federkraft der Feder 321s und einer Kraft auf der Grundlage des oben gezeigten Speichersteuerdrucks Pac ist, die den Kolben 321p nach unten drückt. Genauer beschrieben steigt der Arbeitsdruck PB2 allmählich, wenn die Feder 321p zusammengedrückt und verformt wird, und erreicht den Leitungsdruck PL, wenn der Kolben 321p seinen oberen Anschlag erreicht. Insbesondere wird der Arbeitsdruck PB2 während der Aufwärtsbewegung des Kolbens 321p durch den Speichersteuerdruck Pac bestimmt.
Wie vorstehend beschrieben, wird der Speichersteuerdruck Pac auf den Speicher 321 für die zweite Bremse B2 angewendet, die dann wirkt, wenn das Automatikgetriebe 218 in die Dritte-Gang-Position "3." geschaltet wird. Dieser Speichersteuerdruck Pac wirkt außerdem auf die folgenden (nicht gezeigten) Speicher: Speicher für die Kupplung C1, die eingekuppelt wird, wenn das Automatikgetriebe 218 in der ersten Gangposition "1." ist; Speicher für die Kupplung C2, die im Eingriff steht, wenn das Automatikgetriebe 218 in die Position des vierten Gangs "4." versetzt ist; und Speicher für die Bremse B0, die eingesetzt wird, wenn das Automatikgetriebe 218 in die Position des fünften Ganges "5." versetzt ist.
Das Bezugszeichen 322 in Fig. 13 bezeichnet ein C-0-Ablassventil, und das Bezugszeichen 322 bezeichnet einen Speicher für die Kupplung C0. Das C-0- Ablassventil 322 wird betrieben, um die Kupplung C0 in den eingekuppelten Zustand zu versetzen, um ein Verbrennungsmotorbremsen auf das Fahrzeug auszuüben, wenn das Automatikgetriebe 218 in die Position des zweiten Ganges "2." geschaltet wird, während der Schalthebel in die Position "2" versetzt ist.
Im wie vorstehend beschrieben aufgebauten Hydraulikkreis 244 werden der Hydraulikdruck in der dritten Bremse B3 während ihres Lösevorgangs und der Hydraulikdruck in der zweiten Bremse B2 während ihres Eingriffsvorgangs auf der Grundlage des Drehmoments der Eingangswelle 226 gesteuert, wenn das Automatikgetriebe 218 von der zweiten Gangposition "2." in die dritte Gangposition "3." geschaltet wird, d. h., wenn die dritte Bremse B3 gelöst wird, während die zweite Bremse B2 in Eingriff ist. Daher wird der Schaltruck in der vorliegenden Anordnung geeignet verringert. Während anderer Schaltvorgänge des Automatikgetriebes 218 werden die Hydraulikdrücke in den Kupplungen C1, C2 und in der Bremse B0 während ihrer Eingriffs- oder Lösevorgänge durch Regulierung des Speichersteuerdrucks Pac gesteuert, indem der Lastzyklus des Linearmagnetventils SLN gesteuert wird.
Das vorliegende Hybridantriebssystem 210 weist eine Hybridantriebssteuerung 250 und eine Automatikgetriebesteuerung 252 auf. Jede dieser Steuerungen 250, 252 besteht prinzipiell aus einem Mikrocomputer, der eine Zentralrecheneinheit (CPU), einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), und einen Nur-Lesespeicher (ROM) aufweist. Die Steuerungen 250, 252 empfangen Abgabesignale von verschiedenen Detektoren oder Sensoren, die einschließen: einen Drosselsensor 261 zum Erkennen des Öffnungswinkels eines Drosselventils, der das Drehmoment TE der Brennkraftmaschine 212 anzeigt; einen Beschleunigungssensor 262 zum Erfassen der Betätigungsgröße θAC des Gaspedals; einen Eingangswellendrehzahlsensor 263, um die Eingangswellendrehzahl NI des Automatikgetriebes 218 zu erfassen; einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 264, um die Abtriebswellendrehzahl No des Automatikgetriebes 218 zu erfassen, welche die Fahrzeugfahrgeschwindigkeit V angibt; einen Brennkraftmaschinendrehzahlsensor 265, um die Drehzahl NE der Brennkraftmaschine 212 zu erfassen; einen Motordrehzahlsensor 266 zum Erfassen der Drehzahl NM des Motorgenerators 214; einen Motorstrommesser 266 zum Erfassen eines elektrischen Stroms des Motorgenerators 214, der das Drehmoment TM des Motors 214 anzeigt; einen Bremsschalter 268 zum Erfassen einer Betätigung eines Bremspedals; und einen Schaltpositionssensor 269 zum Erfassen der derzeit gewählten Stellung LSH des Wählhebels. Die Steuerungen 250 und 252 steuern die Brennkraftmaschine 212, den elektrisch gesteuerten Drehzahlwandler 224 (den Motorgenerator 214 und die Planetengetriebevorrichtung 216) und das Automatikgetriebe 218 auf der Grundlage der Eingangssignale und in Übereinstimmung mit Steuerprogrammen, die in dem Nur-Lesespeicher gespeichert sind.
Der Öffnungswinkel des Drosselventils, die Menge an Kraftstoffeinspritzung und der Zündzeitpunkt der Brennkraftmaschine 212 werden von der Hybridantriebssteuerung 250 so gesteuert, dass die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine 212 abhängig von den bestimmten Fahrbedingungen des Fahrzeugs gesteuert wird.
Der Motorgenerator 214 ist mit der Vorrichtung 258 zur Speicherung elektrischer Energie wie in Fig. 14 gezeigt durch eine Motorgeneratorsteuerung (Inverter) 256 verbunden. Die Hybridantriebssteuerung 250 steuert die Motorgeneratorsteuerung 256, um den Motorgenerator 214 selektiv in einen der Zustände FAHREN, LADEN und NICHT-LADEN oder FREI zu versetzen. Im FAHR-Zustand wird der Motorgenerator 214 als ein Elektromotor betrieben, um ein vorherbestimmtes Drehmoment bereitzustellen, wobei eine elektrische Energie von der Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie 258 bereitgestellt wird. Im LADE-Zustand wird der Motorgenerator 214 durch Rückgewinnungsbremsen (d. h. ein elektrisches Bremsmoment des Motorgenerators an sich) als ein elektrischer Generator oder Dynamo betrieben, um so die Vorrichtung 258 zur Speicherung elektrischer Energie mit der elektrischen Energie aufzuladen. In dem NICHT-Lade oder FREIEN Zustand wird der Motorgenerator 214 in einen Nicht-Lade-Zustand versetzt, der die freie Drehung der Rotorwelle 214r zuläßt.
Die ersten und zweiten Kupplungen CE1, CE2 werden von der Hybridantriebssteuerung 250 durch die magnetbetriebenen Ventile und den Hydraulikkreis 244 gesteuert. Der Hydraulikdruck in der ersten Kupplung CE1 während deren Einkuppelvorgangs wird durch geeignete Druckregulierungsvorrichtungen wie ein Linearmagnetventil reguliert, so dass die erste Kupplung CE1 in einen SCHLUPF-Zustand versetzt ist, in dem die Größe des Schlupfs der ersten Kupplung CE1 auf einem vorherbestimmten Wert gehalten wird.
Das Automatikgetriebe 218 wird von der Automatikgetriebesteuerung 252 durch die oben gezeigten magnetbetriebenen Ventile SL1-SL4 und die Linearmagnetventile SLU, SLT, SLN der Hydraulikschaltung 244 gesteuert, so dass das Automatikgetriebe 218 abhängig von den Fahrbedingungen des Fahrzeugs in die optimale Position geschaltet wird.
Im vorliegenden Hybridantriebssystem 210 sind wie in der ersten Ausführungsform die Betriebszustände 1-9, wie in TABELLE 4 gezeigt, verfügbar und werden selektiv eingerichtet, wie im Ablaufplan der Fig. 6 gezeigt. Diese vierte Ausführungsform weist weiterhin einen Betriebszustand 11 auf, in dem das Fahrzeug durch Betrieb der Kraftmaschine 212 und des Motorgenerators 214 gestartet wird. Der Betriebszustand 11 wird im Schritt SA7 eines Fahrzeugstartsteuerunterprogramms festgelegt, das im Ablaufplan der Fig. 15 veranschaulicht ist. TABELLE 4
In Tabelle 4 bedeutet "KEEV" in der Spalte der Speichereinrichtung 258, dass keine in der Speichervorrichtung 258 gespeicherte elektrische Energie verbraucht wird.
Das Fahrzeugstartsteuerunterprogramm der Fig. 15 wird mit dem Schritt SA1 begonnen, um zu bestimmen, ob es nötig ist, das Fahrzeug zu starten. Diese Bestimmung kann durchgeführt werden, indem bestimmt wird, ob das Gaspedal in einem niedergedrückten Zustand ist, während die Fahrzeuggeschwindigkeit V niedriger als ein vorherbestimmter oberer Grenzwert V2 ist. Die Bestimmung, ob das Gaspedal in einem niedergedrückten Zustand ist, kann durchgeführt werden, indem bestimmt wird, ob die Betätigungsgröße θAC des Gaspedals größer als ein vorherbestimmter Schwellenwert ist, der nahe bei Null liegt, aber größer als Null ist. Erhält man im Schritt SA1 eine zustimmende Entscheidung (JA), geht der Steuerablauf zum Schritt SA2. Erhält man im Schritt SA1 eine ablehnende Entscheidung (NEIN), wird ein Zyklus der Ausführung des Unterprogramms der Fig. 15 beendet. Der Schritt SA2 ist dazu vorgesehen, zu bestimmen, ob die Menge an elektrischer Energie SOC, die in der Vorrichtung 258 zum Speichern elektrischer Energie gespeichert ist, gleich oder größer einem vorherbestimmten unteren Grenzwert A' ist. Wie der untere Grenzwert A, der in der ersten Ausführungsform genutzt wird, ist der untere Grenzwert A' ein unterer Grenzwert der Menge an gespeicherter elektrischer Energie SOC, oberhalb dessen die elektrische Energie, die in der Speichervorrichtung 258 gespeichert ist, genutzt werden kann, um den Motorgenerator 12 als die Antriebskraftquelle zu betreiben. Der untere Grenzwert A' wird abhängig von den Lade- und Entladeeffizienzen der Speichervorrichtung 258 bestimmt. Der untere Grenzwert A' kann etwas höher als der untere Grenzwert A sein.
Erhält man im Schritt SA2 eine ablehnende Entscheidung (NEIN), bedeutet das, dass der Motorgenerator 214 nicht als die Antriebskraftquelle genutzt werden kann. In diesem Fall geht der Steuerablauf zum Schritt SA3, um den Betriebszustand 5 auszuwählen, um das Fahrzeug durch Betrieb der Brennkraftmaschine 212 zu starten. In diesem Betriebszustand 5 wird die erste Kupplung CE1 eingekuppelt (EINgeschaltet) und die zweite Kupplung CE2 wird gelöst (AUSgeschaltet), während die Brennkraftmaschine 212 betrieben wird, wobei das Rückgewinnungsbremsmoment des Motorgenerators 214 im LADE-Zustand gesteuert wird.
Es ist verständlich, dass ein Abschnitt der Hybridantriebssteuerung 250, der dazu vorgesehen ist, den Schritt SA3 zu implementieren, eine fünfte Betriebszustandssteuerungsvorrichtung zur Steuerung des Hybridantriebssystems 210 in einem fünften Betriebszustand darstellt, der der vorstehend beschriebene Betriebszustand 5 ist.
Wenn man in Schritt SA2 eine zustimmende Entscheidung (JA) erhält, bedeutet dies, dass der Motorgenerator 214 als die Antriebskraftquelle genutzt werden kann. In diesem Fall geht der Steuerablauf zum Schritt SA4, um zu bestimmen, ob die derzeit benötigte Leistungsabgabe Pd des Hybridantriebssystems 210 gleich oder größer als ein vorherbestimmter Schwellenwert α ist. Dieser Schwellenwert α ist ein oberer Grenzwert der verlangten Leistungsabgabe, unterhalb dessen das Fahrzeug geeignet mit nur dem Motorgenerator 214 gestartet werden kann. Erhält man im Schritt SA4 eine ablehnende Entscheidung (NEIN), bedeutet dies, dass das Fahrzeug mit nur dem Motorgenerator 214 gestartet werden kann. In diesem Fall geht der Steuerablauf zum Schritt SA5, um den Betriebszustand 1 auszuwählen, in dem das Fahrzeug durch den Motorgenerator 214 gestartet wird.
Es ist verständlich, dass ein Abschnitt der Hybridantriebssteuerung 250, der dazu vorgesehen ist, den Schritt SA5 zu implementieren, eine erste Betriebszustandssteuerungsvorrichtung zur Steuerung des Hybridantriebssystems 210 in einem ersten Betriebszustand darstellt, der der vorstehend beschriebene Betriebszustand 1 ist.
Erhält man im Schritt SA4 eine zustimmende Entscheidung (JA), bedeutet dies, dass die vom Motorgenerator 214 bereitgestellte Antriebskraft nicht ausreicht, um das Fahrzeug geeignet zu starten. In diesem Fall geht der Steuerablauf zum Schritt SA6, um zu bestimmen, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit V gleich oder kleiner als ein vorherbestimmter Schwellenwert V1 ist. Erhält man im Schritt SA6 eine zustimmende Entscheidung (JA), geht der Steuerablauf zum Schritt SA7, um den Betriebszustand 11 auszuwählen. Der Schwellenwert V1 ist ein unterer Grenzwert der Fahrzeuggeschwindigkeit V, oberhalb dessen die Brennkraftmaschine 212 rund laufend betrieben werden kann, während die erste Kupplung CE1 in den vollständig eingekuppelten Zustand versetzt ist. Der vorstehend genannte obere Grenzwert V2 ist höher als dieser Schwellenwert V1. Im Betriebszustand 11 wird die erste Kupplung CE1 in den SCHLUPF-Zustand versetzt und die zweite Kupplung CE2 wird eingekuppelt (EIN), während die Brennkraftmaschine 212 und der Motorgenerator 214 beide als die Antriebskraftquellen betrieben werden, um das Fahrzeug mit einem vergleichsweise hohen Drehmoment zu starten, wie in Tabelle 4 gezeigt. Im Schlupfzustand der ersten Kupplung CE1 wird die Größe des Schlupfs oder des Einkuppelns der ersten Kupplung CE1 auf einem vorherbestimmten Wert gehalten.
Es ist verständlich, dass ein Abschnitt der Hybridantriebssteuerung 250, der dazu vorgesehen ist, den Schritt SA7 zu implementieren, eine elfte Betriebszustandssteuerungsvorrichtung zur Steuerung des Hybridantriebssystems 210 in einem elften Betriebszustand darstellt, der der vorstehend beschriebene Betriebszustand 11 ist.
Im vorliegenden Hybridantriebssystem 210 wird der Betriebszustand 5 im Schritt SA3 ausgewählt, wenn die Menge an elektrischer Energie SOC, die in der Vorrichtung 258 zur Speicherung elektrischer Energie gespeichert ist, kleiner als der untere Grenzwert A' ist (wenn in Schritt SA2 die verneinende Entscheidung erhalten wird). In diesem Fall wird das Fahrzeug durch die Brennkraftmaschine 212 gestartet, während der Motorgenerator 214 in den LADE-Zustand versetzt ist. Die vorliegende Anordnung ist wirksam, um eine übermäßige Verringerung der Menge an gespeicherter elektrischer Energie SOC und eine daraus folgende Verschlechterung der Lade- und Entladeeffizienzen zu vermeiden, und ist ebenfalls wirksam, um ein Versagen beim Start des Kraftfahrzeugs durch den Motorgenerator 214 zu verhindern.
Während das Automatikgetriebe 218, das im Hybridantriebssystem 210 nach Fig. 10 vorgesehen ist, eine Rückwärtsfahrposition und fünf Vorwärtsfahrpositionen aufweist, kann das Automatikgetriebe 218 durch ein Automatikgetriebe 260 wie in Fig. 17 gezeigt ersetzt werden, welches das Hilfsgetriebe 220 nicht aufweist und nur das Hauptgetriebe 222 nutzt. Das Automatikgetriebe 260 weist eine Rückwärtsfahrposition und vier Vorwärtsfahrpositionen auf.

Claims

1. Hybridantriebssystem (8, 120, 130, 210) für ein Kraftfahrzeug, mit:

einer Brennkraftmaschine (10, 212), welche durch Verbrennung eines Kraftstoffs betrieben wird;

einer Speichervorrichtung (114, 258) für elektrische Energie zum Speichern von elektrischer Energie;

einem Motor/Generator (12, 214), welcher mit der Speichervorrichtung für elektrische Energie verbunden ist;

einer ersten Kupplung (16);

einem Vereinigungs-/Verteilungsmechanismus (14, 216), welcher ein erstes Drehelement (14r, 216r), das durch die erste Kupplung mit der Brennkraftmaschine verbunden ist, ein zweites Drehelement (14s, 216s), das mit dem Motor/Generator verbunden ist, ein drittes Drehelement (14c, 216c) und ein Abtriebselement (18, 226), das mit dem dritten Drehelement verbunden ist, aufweist; und

einer zweiten Kupplung (20), um zwei Elemente von den ersten, zweiten und dritten Drehelementen des Vereinigungs-/Verteilungsmechanismus derart zu verbinden, dass die zwei Elemente als Einheit gedreht werden; und

einer Differentialgetriebevorrichtung (48), um Leistung, welche von dem Abtriebselement empfangen wurde, auf ein rechtes und ein linkes Rad des Kraftfahrzeugs zu verteilen, wobei die Differentialgetriebevorrichtung (48) ein Paar Abtriebswellen (52, 54), welche zu einer ersten Achse (O1) parallel sind, ein Antriebselement (50) und einen Differentialgetriebemechanismus aufweist;

dadurch gekennzeichnet, dass

das erste Drehelement (14r, 216r) des Vereinigungs- /Verteilungsmechanismus (14, 216) durch die erste Kupplung (16) mit der Brennkraftmaschine verbunden ist, und

die Brennkraftmaschine (10, 212), der Vereinigungs- /Verteilungsmechanismus (14, 216) und der Motor/Generator (12, 214) mit der ersten Achse (O1) koaxial angeordnet sind,

worin das Antriebselement (50) an der im wesentlichen gleichen Position wie das Abtriebselement (18) und der Differentialgetriebemechanismus an der im wesentlichen gleichen Position wie der Vereinigungs- /Verteilungsmechanismus in der axialen Richtung der ersten Achse (O1) angeordnet sind.

2. Hybridantriebssystem nach Anspruch 1, bei welchem der Motor/Generator (12, 214) als eine Antriebsleistungsquelle arbeitet, um das Kraftfahrzeug, einen elektrischen Generator, welcher durch die Brennkraftmaschine betrieben wird, um die Speichervorrichtung für elektrische Energie zu laden, einen elektrischen Generator, welcher mit kinetischer Energie des Kraftfahrzeugs betrieben wird, um die Speichervorrichtung für elektrische Energie zu laden und um auf das Kraftfahrzeug ein regeneratives Bremsen aufzubringen, und eine Hilfsantriebsleistungsquelle, welche die Brennkraftmaschine unterstützt, während das Fahrzeug mit der Brennkraftmaschine gefahren wird, anzutreiben.

3. Hybridantriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, welches außerdem eine Einrichtung (110, S13, 250, SA5) zum Steuern eines ersten Betriebsmodus aufweist, um die erste Kupplung zu lösen, um die zweite Kupplung in Eingriff zu bringen und um den Motor/Generator als eine Antriebsleistungsquelle zum Antreiben des Kraftfahrzeugs zu betreiben.

4. Hybridantriebssystem nach einem der Ansprüche 1-3, welches außerdem eine Einrichtung (110, 250, S17) zum Steuern eines zweiten Betriebsmodus aufweist, um die erste und die zweite Kupplung in Eingriff zu bringen, um den Motor/Generator in einen lastfreien Zustand zu bringen und um die Brennkraftmaschine als eine Antriebsleistungsquelle zum Antreiben des Kraftfahrzeugs zu betreiben.

5. Hybridantriebssystem nach einem der Ansprüche 1-4, welches außerdem eine Einrichtung (110, 250, S14) zum Steuern eines dritten Betriebsmodus aufweist, um die erste und die zweite Kupplung in Eingriff zu bringen und um die Brennkraftmaschine als eine Antriebsleistungsquelle zum Antreiben des Kraftfahrzeugs zu betreiben, während der Motor/Generator durch die Brennkraftmaschine angetrieben werden, um die Speichervorrichtung für elektrische Energie zu laden.

6. Hybridantriebssystem nach einem der Ansprüche 1-5, welches außerdem eine Einrichtung (110, 250, S19) zum Steuern eines vierten Betriebsmodus aufweist, um die erste und die zweite Kupplung in Eingriff zu bringen und um die Brennkraftmaschine und den Motor/Generator als Antriebsleistungsquellen zum Antreiben des Kraftfahrzeugs zu betreiben.

7. Hybridantriebssystem nach einem der Ansprüche 1-6, welches außerdem eine Einrichtung (110, 59, 250, SA3) zum Steuern eines fünften Betriebsmodus aufweist, um die erste Kupplung in Eingriff zu bringen, um die zweite Kupplung zu lösen und um eine Reaktionskraft des Motor/Generators zum Starten des Kraftfahrzeugs von Null zu erhöhen.

8. Hybridantriebssystem nach Anspruch 7, bei welchem die Einrichtung zum Steuern eines fünften Betriebsmodus eine Leistung der Brennkraftmaschine mit einer Erhöhung der Reaktionskraft des Motor/Generators erhöht.

9. Hybridantriebssystem nach Anspruch 7 oder 8, bei welchem der Vereinigungs-/Verteilungsmechanismus eine Planetengetriebevorrichtung (14, 216) aufweist, welche als das erste Drehelement ein Hohlrad (14r, 216r), als das zweite Drehelement ein Sonnenrad (14s, 216s) und als das dritte Drehelement einen Planetenradträger (14, 216c) aufweist, und bei welchem eine Drehmomentkapazität des Motor/Generators ungefähr ?- mal ein maximales Drehmoment der Brennkraftmaschine beträgt, wo ? ein Verhältnis der Zähnezahl des Sonnenrades zur Zähnezahl des Hohlrades ist.

10. Hybridantriebssystem nach einem der Ansprüche 1-9, welches außerdem eine Einrichtung (110, 250, S6) zum Steuern eines sechsten Betriebsmodus aufweist, um die erste Kupplung zu lösen, um die zweite Kupplung in Eingriff zu bringen und um zu bewirken, dass der Motor/Generator durch eine kinetische Energie des Kraftfahrzeugs angetrieben werden, um die Speichervorrichtung für elektrische Energie zu laden, während auf das Kraftfahrzeug ein regeneratives Bremsen ausgeübt wird.

11. Hybridantriebssystem nach einem der Ansprüche 1-10, welches außerdem eine Einrichtung (110, 250, S10) zum Steuern eines siebten Betriebsmodus aufweist, um die erste Kupplung in Eingriff zu bringen, um die zweite Kupplung zu lösen, um die Brennkraftmaschine zu betreiben und um den Motor/Generator in einen lastfreien Zustand zu bringen, so dass dessen elektrische Neutralität erzielt wird.

12. Hybridantriebssystem nach einem der Ansprüche 1-11, welches außerdem eine Einrichtung (110, 250, S5) zum Steuern eines achten Betriebsmodus aufweist, um die erste und die zweite Kupplung in Eingriff zu bringen, um den Motor/Generator in einen lastfreien Zustand zu bringen und um die Brennkraftmaschine auszuschalten, so dass auf das Kraftfahrzeug eine Motorbremsung ausgeübt wird.

13. Hybridantriebssystem nach einem der Ansprüche 1-12, welches außerdem eine Einrichtung (110, 250, S2) zum Steuern eines neunten Betriebsmodus aufweist, um die erste Kupplung in Eingriff zu bringen und um den Motor/Generator derart zu betreiben, dass die Brennkraftmaschine durch den Vereinigungs- /Verteilungsmechanismus gestartet wird.

14. Hybridantriebssystem nach Anspruch 3, bei welchem die Einrichtung zum Steuern eines ersten Betriebsmodus betrieben wird, wenn eine gegenwärtig geforderte Ausgabe (Pd) des Hybridantriebssystems nicht höher als ein vorbestimmter Grenzwert (P1, a) ist, während eine Menge (SOC) an elektrischer Energie, welche in der Speichervorrichtung für elektrische Energie gespeichert ist, nicht geringer als ein vorbestimmter Grenzwert (A) ist.

15. Hybridantriebssystem nach Anspruch 4, bei welchem die Einrichtung zum Steuern eines zweiten Betriebsmodus betrieben wird, wenn eine gegenwärtig geforderte Ausgabe (Pd) des Hybridantriebssystems in einem vorbestimmten Bereich (P1-P2) liegt, während eine Menge (SOC) an elektrischer Energie, welche in der Speichervorrichtung für elektrische Energie gespeichert ist, nicht geringer als ein vorbestimmter Grenzwert (A) ist, oder bei welchem sie betrieben wird, wenn eine gegenwärtig geforderte Ausgabe größer als eine obere Grenze (P2) des vorbestimmten Bereichs ist, während eine Menge an elektrischer Energie, welche in der Speichervorrichtung für elektrische Energie gespeichert ist, geringer als der vorbestimmte Grenzwert ist.

16. Hybridantriebssystem nach Anspruch 5, bei welchem die Einrichtung zum Steuern eines dritten Betriebsmodus betrieben wird, wenn eine gegenwärtig geforderte Ausgabe (Pd) des Hybridantriebssystems nicht höher als ein vorbestimmter Grenzwert (P2) ist, während eine Menge (SOC) an elektrischer Energie, welche in der Speichervorrichtung für elektrische Energie gespeichert ist, geringer als ein vorbestimmter Grenzwert (A) ist.

17. Hybridantriebssystem nach Anspruch 6, bei welchem die Einrichtung zum Steuern eines vierten Betriebsmodus betrieben wird, wenn eine gegenwärtig geforderte Ausgabe (Pd) des Hybridantriebssystems höher als ein vorbestimmter Grenzwert (P2) ist, während eine Menge (SOC) an elektrischer Energie, welche in der Speichervorrichtung für elektrische Energie gespeichert ist, nicht geringer als ein vorbestimmter Grenzwert (A) ist.

18. Hybridantriebssystem nach einem der Ansprüche 7-9, bei welchem die Einrichtung zum Steuern eines fünften Betriebsmodus betrieben wird, um das Kraftfahrzeug mit der Brennkraftmaschine als Antriebsleistungsquelle zu starten.

19. Hybridantriebssystem nach einem der Ansprüche 7-9 und 18, bei welchem die Einrichtung (250, SA3) zum Steuern eines fünften Betriebsmodus ein regeneratives Bremsdrehmoment des Motor/Generators steuert, um die Reaktionskraft zu erhöhen, und bei welchem sie betrieben wird, wenn eine Menge (SOC) an elektrischer Energie, welche in der Speichervorrichtung für elektrische Energie gespeichert ist, nicht höher als ein vorbestimmter Grenzwert (A) ist.

20. Hybridantriebssystem nach Anspruch 10, bei welchem die Einrichtung zum Steuern eines sechsten Betriebsmodus betrieben wird, wenn das Kraftfahrzeug gebremst werden soll, während eine Menge (SOC) an elektrischer Energie, welche in der Speichervorrichtung für elektrische Energie gespeichert ist, geringer als ein vorbestimmter Grenzwert (B) ist.

21. Hybridantriebssystem nach Anspruch 11, bei welchem die Einrichtung zum Steuern eines siebten Betriebsmodus betrieben wird, wenn das Kraftfahrzeug, während es mit der Brennkraftmaschine läuft, gestoppt wird.

22. Hybridantriebssystem nach Anspruch 12, bei welchem die Einrichtung zum Steuern eines achten Betriebsmodus betrieben wird, wenn das Kraftfahrzeug gebremst werden soll, während eine Menge (SOC) an elektrischer Energie, welche in der Speichervorrichtung für elektrische Energie gespeichert ist, nicht geringer als ein vorbestimmter Grenzwert (B) ist.

23. Hybridantriebssystem nach einem der Ansprüche, 1-22, bei welchem der Vereinigungs-/Verteilungsmechanismus eine Planetengetriebevorrichtung (14) aufweist, welche als das erste Drehelement ein Hohlrad (14r), als das zweite Drehelement ein Sonnenrad (14s) und als das dritte Drehelement einen Planetenradträger (14c) aufweist, wobei das Hybridantriebssystem (120) außerdem eine Bremse (122) zum Unterbinden einer Drehung des Hohlrades aufweist.

24. Hybridantriebssystem nach Anspruch 23, welches außerdem eine Einrichtung (110, S21) zum Steuern eines zehnten Betriebsmodus aufweist, um die erste (16) und die zweite Kupplung (20) zu lösen, um die Bremse (122) in Eingriff zu bringen und um ein Drehmoment des Motor/Generators (12) durch die Planetengetriebevorrichtung (14) zu verstärken, so dass das verstärkte Drehmoment zu dem Abtriebselement (18) übertragen wird.

25. Hybridantriebssystem nach Anspruch 24, bei welchem die Einrichtung zum Steuern eines zehnten Betriebsmodus betrieben wird, um das Kraftfahrzeug mit dem Motor/Generator als eine Antriebsleistungsquelle zu starten.

26. Hybridantriebssystem nach einem der Ansprüche 1-22, bei welche der Vereinigungs-/Verteilungsmechanismus eine Planetengetriebevorrichtung (14) aufweist, welche als das erste Drehelement ein Hohlrad (14r), als das zweite Drehelement ein Sonnenrad (14s) und als das dritte Drehelement eine Planetenradträger (14c) aufweist, wobei das Hybridantriebssystem (130) außerdem eine Freilaufkupplung (132)aufweist, damit sich das Hohlrad in die gleiche Richtung wie die Brennkraftmaschine drehen kann und damit eine Drehung des Hohlrades in eine zu der Drehrichtung der Brenzkraftmaschine entgegengesetzte Richtung unterbunden wird.

27. Hybridantriebssystem nach einem der Ansprüche 1-26, bei welchem die Brennkraftmaschine (10), der Vereinigungs-/Verteilungsmechanismus (14) und der Motor/Generator (12) in der Reihenfolge der Beschreibung, koaxial mit der ersten Achse (O1) angeordnet sind.