DE69930498T2

DE69930498T2 - Hybridantriebseinheit mit zwei planetenradsätzen

Info

Publication number: DE69930498T2
Application number: DE69930498T
Authority: DE
Inventors: Claude Lehongre
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 1998-01-26
Filing date: 1999-01-22
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2019-01-23
Also published as: KR20010040422A; JP3935673B2; FR2774040B1; EP1051308A1; WO1999037496A1; ES2257026T3; US6468175B1; TW431977B; JP2002500978A; KR100524504B1; FR2774040A1; DE69930498D1; EP1051308B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsgruppe für ein Fahrzeug mit Hybrid-Motorisierung, welche ein doppeltes Umlaufgetriebe bzw. einen doppelten Umlaufgetriebezug aufweist.
Die Erfindung betrifft noch genauer eine Antriebsgruppe für ein Fahrzeug mit Hybrid-Motorisierung, welche gemäß mehrerer Modi betrieben wird, von der Art, welche ein erstes Umlaufgetriebe aufweist, das Elemente, wie z.B. einen ersten Kranz, ein erstes Zentralrad, einen ersten Planetenradträger und mindestens ein erstes Planetenrad, aufweist, welche in Drehung mit Bauteilen der Antriebsgruppe, wie z.B. einer Abtriebswelle eines elektrischen Motors, einer Abtriebswelle eines Verbrennungsmotors, einer Welle des Rotors eines Generators und einem Leistungsausgang, zum Übertragen der Antriebsleistung auf die Räder des Fahrzeugs verbunden sind, und von der Art, bei welcher ein elektronisches Steuerungsmodul für die Aufladung einer Speicherbatterie den Betrieb des elektrischen Motors und des Generators, welcher fähig ist, das Wiederaufladen der Speicherbatterie zu übernehmen, insbesondere hinsichtlich des Moments und der Geschwindigkeit steuert.
Man kennt vielzählige Beispiele von Antriebsgruppen für Fahrzeuge mit hybrider Motorisierung. Diese fallen im Wesentlichen in zwei Gruppen, die hybriden Gruppen in Serie und die hybriden parallelen Gruppen.
Die serien-hybriden sind Antriebsgruppen, bei welchen ein Verbrennungsmotor mit Kolben oder eine Turbine einen Generator antreibt, welcher die Elektrizität erzeugt, um einen oder mehrere elektrische Motoren zu versorgen, welche mit den Rädern des Fahrzeugs verbunden sind. Eine Speicherbatterie erlaubt es, die elektrische Energie zu speichern, um den elektrischen Motor zu betreiben.
Die Dokumente FR-A-2 734 318, FR-A1-2 742 703 und EP-A1-0 729 858 beschreiben eine derartige Antriebsgruppe.
Der Wirkungsgrad einer derartigen Kette zur Übertragung der Leistung ist gut, jedoch weist eine derartige Vorrichtung den Nachteil auf, elektrische, raumeinnehmende und im Hinblick auf das an Bord sich befindende Gewicht störende Bauteile zu erfordern. Die verwendeten Bauteile müssen tatsächlich den Antrieb des Fahrzeugs bei allen Geschwindigkeiten gewährleisten, was den Einsatz von Bauteilen von beträchtlichen Abmessungen erfordert. Des Weiteren ist das Fahrzeug im Falle eines Ausfalls eines der elektrischen Bauteile stillgelegt.
Die parallelen hybriden sind Antriebsgruppen, bei welchen ein Verbrennungsmotor, ein elektrischer Motor, der durch eine Speicherbatterie versorgt wird, und ein Getriebe mechanisch über eine Vorrichtung gekoppelt sind, welche es erlaubt, sie in Drehung untereinander zu verbinden. Es handelt sich im Allgemeinen um Vorrichtungen, welche ein Umlaufgetriebe oder ein Getriebe mit Elementen aufweisen, welche mit dem elektrischen Motor, dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe verbunden sind.
Die Antriebsgruppen von der parallelen hybriden Art weisen den Vorteil auf, die beiden Arten eines thermischen und eines elektrischen Antriebs unabhängig oder gleichzeitig verwenden zu können. Da die beiden Motoren miteinander gekoppelt sind, kann das Fahrzeug z.B. gemäß einem rein elektrischen Modus betrieben werden oder gemäß einem hybriden Modus oder auch gemäß einem rein thermischen Modus, in Abhängigkeit der Verwendungsbedingungen, d.h. in Abhängigkeit entweder von der gewünschten Beschleunigung oder von dem Ort der Verwendung des Fahrzeugs oder von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Der Übergang von einem Betriebsmodus zu einem anderen wird durch ein elektronisches Modul gesteuert.
Diese Vorkehrung erlaubt es, direkt die Antriebsleistung des Verbrennungsmotors für den Antrieb des Fahrzeugs zu verwenden, wobei der elektrische Motor nur eine zusätzliche Rolle spielt, was es erlaubt, lediglich elektrische Bauteile von reduzierten Abmessungen und einem reduzierten Gewicht zu verwenden.
Eine der dem Verbrennungsmotor übertragenen Rollen ist es, die Speicherbatterie über den elektrischen Motor wiederaufzuladen, welcher somit als Generator verwendet wird. Eine derartige Antriebsgruppe erfordert somit weder einen raumeinnehmenden elektrischen Motor noch eine raumeinnehmende Speicherbatterie. Des Weiteren erlaubt es die Möglichkeit, einen der Motoren bevorzugt zu verwenden, zu vermeiden, dass das Fahrzeug im Falle eines Ausfalls des anderen Motors stillgelegt wird. Schließlich erlaubt es die mechanische Kopplung der Bauteile, den Verbrennungsmotor unter einem Antreiben seiner Abtriebswelle durch den elektrischen Motor zu starten, anstatt dies auf konventionelle Art und Weise mit einem Anlasser durchzuführen, was es erlaubt, einen spürbaren Gewichtsgewinn zu realisieren und die Herstellungskosten zu reduzieren.
Andere hybride Konzeptionen sind ebenso bekannt. Insbesondere diejenigen, bei welchen der elektrische Motor und das Getriebe mit Elementen des Umlaufgetriebes gekoppelt sind und bei welchen eine Lichtmaschine ebenso mechanisch mit dem Umlaufgetriebe zu Zwecken einer Wiederaufladung der Speicherbatterie gekoppelt ist. Bei dieser Art einer Montage verfügt die Antriebsgruppe in gewissen Fällen über zwei Quellen zur Wiederaufladung der Speicherbatterie, welches die Lichtmaschine und der elektrische Motor sind, der gelegentlich als Stromgenerator verwendet wird.
Nichtsdestotrotz stellt sich ein Problem, was die Steuerung des Moments und der Drehgeschwindigkeit der verschiedenen Elemente betrifft.
Es ist bekannt, dass ein Verbrennungsmotor nur bei seiner Drehzahl des maximalen Moments in seinem besten Wirkungsgrad arbeitet. Bei einem Fahrzeug mit einem konventionellen thermischen Antrieb ist der Verbrennungsmotor die einzige Leistungsquelle, und er wird bei verschiedenen Drehzahlbereichen verwendet, um verschiedene Geschwindigkeiten des Fahrzeugs zu erhalten. Indem man dies tut, arbeitet er nur selten bei seiner Drehzahl eines maximalen Moments, da er insbesondere bei jedem Gangwechsel das Fahrzeug wieder in Schwung bringen muss.
In dem Fall eines hybriden Fahrzeugs, für welches einerseits die Suche nach einem geringen Verbrauch im Vordergrund steht und für welches man andererseits einen elektrischen Motor verwenden kann, stellt sich das Problem anders. In diesem Fall wird es zugelassen, den Verbrennungsmotor als Leistungsquelle bei konstantem Moment und konstanter Drehzahl zu verwenden, wobei der elektrische Motor es erlaubt, die zusätzliche Leistung zu liefern, welche zum Erhalten von gewünschten Beschleunigungen notwendig ist.
Es ist somit wichtig, dass das elektronische Modul eine Regelungsaktion des Moments des Verbrennungsmotors realisieren kann, um ihn in seiner Drehzahl eines maximalen Moments arbeiten zu lassen. Um dies zu bewerkstelligen, besteht eine einfache Lösung darin, eine Steuerung der Momente und der Drehzahlen der anderen Elemente der hybriden Antriebskette, d.h. des elektrischen Motors und der Lichtmaschine, mit Hilfe des elektronischen Moduls sicherzustellen.
Das durch die bestehenden Vorrichtungen nicht gelöste Problem ergibt sich aus dem Aufbau mit einem Umlaufgetriebe für die Kopplung der Elemente der Antriebsgruppe. Da die Elemente tatsächlich mechanisch miteinander über das Umlaufgetriebe verbunden sind, sind ihre Momente und Drehgeschwindigkeiten miteinander über das Gesetz der Zusammensetzung der Geschwindigkeiten in dem Umlaufgetriebe verbunden. Dies ist im Hinblick auf die Übertragung der Leistung vorteilhaft, stellt jedoch ein Problem dar, wenn ein Element Steuerungsfunktionen sicherstellt. Bei dem oben beschriebenen Aufbau zum Beispiel ist die Lichtmaschine in der Lage, ein Moment zu liefern, welches sich dem einen der Elemente des Umlaufgetriebes entgegensetzt, damit die Übertragung des Motormoments über das Eingreifen der beiden anderen Elemente des Umlaufgetriebes erfolgt, insbesondere wenn das elektronische Modul das Starten des Verbrennungsmotors durch Antreiben seiner Abtriebswelle steuert. Das Widerstandsmoment, welches durch die Lichtmaschine geliefert wird, wird somit zu Zwecken der Steuerung verwendet, jedoch wird es nicht direkt für den Antrieb des Fahrzeugs verwendet.
Gleichermaßen kann, wenn das Fahrzeug gleichzeitig durch den elektrischen Motor und den Verbrennungsmotor angetrieben wird, der Ladungszustand der Speicherbatterie ausreichend sein, um keinen Betrieb der Lichtmaschine zu erfordern. In diesem Fall ist es somit nicht notwendig, sie anzutreiben, da ihre Drehung unvermeidlich mechanische Verluste hervorruft.
Schließlich bringt die begrenzte Anzahl von drei Leistungseingängen oder drei Leistungsausgängen eines Umlaufgetriebes unvermeidlich die mechanische Kopplung von zwei Bauteilen der Antriebsgruppe mit einem einzigen Element des Umlaufgetriebes mit sich, was im Allgemeinen durch eine Verbindung des elektrischen Motors am Mittelsteg bzw. Brücke (frz. pont) über eines der Elemente des Umlaufgetriebes realisiert wird. Bei einer derartigen Ausgestaltung kann ein Wiederauflademodus der Speicherbatterie des Fahrzeugs beim Stopp nur mit Hilfe der Lichtmaschine erfolgen, was die Aufladezeiten beträchtlich beeinträchtigt. Wenn man es wünscht, den elektrischen Motor als Stromgenerator verwenden zu können, ist es wichtig, ihn von dem Mittelsteg entfernen zu können.
Um diese Erfordernisse einer Entkopplung der Bauteile zu erfüllen, schlägt die Erfindung eine Antriebsgruppe von der zuvor genannten Art vor, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsgruppe ein zweites Umlaufgetriebe aufweist, welches Elemente aufweist, wie z.B. einen zweiten Kranz, ein zweites Zentralrad, einen zweiten Planetenradträger und mindestens ein zweites Planetenrad, von denen das eine in Drehung mit der Abtriebswelle des elektrischen Motors verbunden ist und von denen die anderen mit dem Leistungsausgang des ersten Umlaufge triebes und mit der Brücke verbunden sind, um die Antriebsleistung auf die Räder des Fahrzeugs zu übertragen, und dass das elektronische Modul den Betrieb des Verbrennungsmotors und von Mitteln zur Blockierung der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors steuert.
Gemäß anderen Merkmalen der Erfindung:

– weisen die Mittel zur Blockierung der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors eine Bremse auf, welche gemäß einem aktiven Blockiermodus und einem inaktiven Modus auf ein Motor-Schwungrad wirkt, welches in Drehung mit der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors verbunden ist;
– ist das erste Umlaufgetriebe koaxial zu dem zweiten Umlaufgetriebe, ist der erste Planetenradträger in Drehung mit dem zweiten Planetenrad verbunden und ist der erste Kranz in Drehung mit dem zweiten Kranz verbunden;
– bilden der ersten Kranz und der zweite Kranz einen gemeinsamen Kranz und dass der erste Planetenradträger und das zweite Planetenrad eine gemeinsame Nabe bilden;
– ist der den beiden Umlaufgetrieben gemeinsame Kranz in Drehung mit der Abtriebswelle des elektrischen Motors verbunden, ist das erste Planetenrad in Drehung mit der Welle des Rotors der Lichtmaschine (bzw. des Generators) verbunden, ist die gemeinsame Nabe mit der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors verbunden und ist der zweite Planetenradträger in Drehung mit den Rädern des Fahrzeugs verbunden;
– ist das elektronische Modul fähig, einen reinen elektrischen Betriebsmodus zu steuern, in welchem die Bremse des Motor-Schwungrads aktiv ist und die Lichtmaschine nicht belastet ist;
– ist das elektronische Modul fähig, einen Betriebsmodus zum Anlassen des Verbrennungsmotors durch den elektrischen Motor zu steuern, in welchem die Bremse des Motor-Schwungrads inaktiv ist und die Lichtmaschine belastet ist;
– ist das elektronische Modul fähig, einen hybriden, freien Betriebsmdus zu steuern, in welchem die zwei Motoren laufen, die Bremse des Motor-Schwungrads inaktiv ist und die Lichtmaschine belastet ist;
– ist das elektronische Modul, wenn das Fahrzeug gestoppt ist, fähig, einen Betriebsmodus zum Wiederaufladen der Speicherbatterie zu steuern, in welchem der Verbrennungsmotor läuft und die Bremse des Motor-Schwungrads inaktiv ist, die Lichtmaschine belastet ist und der elektrische Motor als Stromgenerator verwendet wird;
– weist die Antriebsgruppe eine Bremse zum Blockieren der Welle des Rotors der Lichtmaschine auf, die fähig ist, gemäß einem aktiven Blockiermodus und gemäß einem inaktiven Modus durch das elektronische Modul gesteuert zu werden;
– ist das elektronische Modul fähig, einen hybriden, blockierten Betriebsmodus zu steuern, in welchem die beiden Motoren laufen, die Bremse des Motor-Schwungrads inaktiv ist, die Bremse der Rotorwelle der Lichtmaschine aktiv ist und die Lichtmaschine belastet ist;
– sind die Drehverbindung der Abtriebswelle des elektrischen Motors mit dem Kranz und die Drehverbindung des zweiten Planetenradträgers mit der Brücke mittels Übertragungsbauteilen, wie z.B. Zahnriemen oder Ketten, realisiert;
– weist die Antriebsgruppe ein gemeinsames Gehäuse auf, welches die zwei Umlaufgetriebe, die Übertragungsbauteile und eine Brücke aufnimmt und an welchem der elektrische Motor, die Lichtmaschine und der Verbrennungsmotor befestigt sind.

Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der detaillierten nachfolgenden Beschreibung offenbar werden, für deren Verständnis man sich auf die beigefügten Zeichnungen beziehen wird, in welchen:
1 eine schematische Darstellung des Prinzips einer Antriebsgruppe gemäß der Erfindung ist, welche eine Speicherbatterie, ein elektronisches Modul, zwei Motoren, einen elektrischen und einen thermischen, eine Lichtmaschine, eine Bremse zur Blockierung, welche zu der Lichtmaschine gehört, und eine Bremse zur Blockierung, welche zum Verbrennungsmotor gehört, aufweist;
2 eine axiale Schnittansicht des doppelten Umlaufgetriebes der Antriebsgruppe ist, welche gemäß der Erfindung realisiert ist;
3 eine schematische Darstellung der Funktionsweise von Bauteilen ist, welche in der Übertragungskette der Leistung einer Antriebsgruppe gemäß der Erfindung eingesetzt sind, dargestellt im rein elektrischen Betriebsmodus, in welcher die schraffierten durchgehenden Pfeile die Momente angeben, welche durch die verschiedenen Bauteile der Antriebsgruppe geliefert, empfangen und übertragen werden;
4 eine analoge Darstellung zu derjenigen der 3 ist, welche eine Antriebsgruppe gemäß der Erfindung darstellt, dargestellt im Betriebsmodus des Anlassens des Verbrennungsmotors;
5 eine analoge Darstellung zu derjenigen der 2 ist, welche eine Antriebsgruppe gemäß der Erfindung darstellt, dargestellt im hybriden, freien Betriebsmodus, wobei die Lichtmaschine dreht, um die Speicherbatterie wiederaufzuladen;
6 eine analoge Darstellung zu derjenigen der 2 ist, welche eine Antriebsgruppe gemäß der Erfindung darstellt, dargestellt im hybriden, blockierten Betriebsmodus, wobei die Lichtmaschine blockiert ist, wobei der Verbrennungsmotor sein Moment auf die Brücke überträgt und wobei der elektrische Motor fähig ist, ein zusätzliches Moment zu liefern, welches durch einen schraffierten nicht-durchgezogenen Pfeil dargestellt ist; und
7 eine analoge Darstellung zu derjenigen der 2 ist, welche eine Antriebsgruppe gemäß der Erfindung darstellt, dargestellt im Betriebsmodus des Stopps des Fahrzeugs, welcher das Wiederaufladen der Speicherbatterie erlaubt.
In der 1 sieht man die Gesamtheit einer Antriebsgruppe 10 für ein Fahrzeug mit hybrider Motorisierung, welche gemäß der Erfindung realisiert ist. Die Antriebsgruppe 10 weist verschiedene Bauteile auf, wie z.B. einen Verbrennungsmotor 14, einen elektrischen Motor 16, eine Lichtmaschine 18, zwei Umlaufgetriebe T1, T2 und eine Brücke 20, welche es erlaubt, das Moment auf die Räder des Fahrzeugs zu übertragen. Diese verschiedenen Bauteile sind im Inneren und um ein Gehäuse 12 herum angeordnet, welches die Umlaufgetriebe T1 und T2 schützt.
Die Umlaufgetriebe T1 und T2 weisen jeweils Elemente auf, wie z.B. einen ersten Kranz C1, ein erstes Zentralrad P1, einen ersten Planetenradträger PS1 und erste Planetenräder S1 einerseits und einen zweiten Kranz C2, ein zweites Zentralrad P2, einen zweiten Planetenradträger PS2 und zweite Planetenräder S2 andererseits.
Diese Elemente sind in Drehung mit dem Verbrennungsmotor 14, mit dem elektrischen Motor 16, mit der Lichtmaschine 18 und mit der Brücke 20 verbunden.
Die Umlaufgetriebe T1, T2 sind in Drehung mit dem Verbrennungsmotor 14 über eine Abtriebswelle 22 des Verbrennungsmotors verbunden, mit dem elektrischen Motor 16 über einen Übertragungsriemen 28, welcher mit einem Ritzel 26 in Eingriff ist, das durch eine Abtriebswelle 24 des elektrischen Motors 16 getragen wird, mit der Lichtmaschine über eine Abtriebswelle 28 des Rotors (nicht dargestellt) der Lichtmaschine 18 und mit der Brücke 20 über einen Übertragungsriemen 30, welcher mit einem Antriebsritzel 32 der Brücke 20 in Eingriff ist.
Die Antriebsgruppe 10 weist ein elektronisches Modul zur Steuerung und Verwaltung 34 auf, welches mit einer Speicherbatterie 36 verbunden ist und welches den Betrieb des Verbrennungsmotors 14, des elektrischen Motors 16 und der Lichtmaschine 18 steuert, insbesondere indem es ihr(e) Moment(e) und ihr(e) Drehgeschwindigkeit(en) steuert.
In Übereinstimmung mit der Erfindung weist die Abtriebswelle 22 des Verbrennungsmotors 14 ein Schwungrad 38 auf, welches fähig ist, durch eine Blockierbremse 40 blockiert zu werden, die durch das elektronische Modul 34 gesteuert wird. Auf analoge Art und Weise ist die Abtriebswelle 28 des Rotors (nicht dargestellt) der Lichtmaschine 18 fähig, durch eine Blockierbremse 42 blockiert zu werden, welche ebenso durch das elektronische Modul 34 gesteuert wird. Diese Bremsen zur Blockierung 40 und 42 erlauben es, indirekt bestimmte Elemente der Umlaufgetriebe T1, T2 zu blockieren.
Diese Konfiguration ist besonders vorteilhaft, da die Antriebsgruppe im Gegensatz zu anderen Konstruktionen nur einen elektrischen Motor aufweist. Die Herstellungskosten einschließlich der Kosten der Lichtmaschine und der zugehörigen Elektronik sind gleichermaßen verringert.
In der 2 sieht man das Detail der koaxialen Anordnung der Umlaufgetriebe T1 und T2. Entsprechend der Erfindung bilden die jeweiligen Kränze C1 und C2 der Umlaufgetriebe T1 und T2 einen gemeinsamen Kranz C, welcher über einen Satz äußerer Verzahnungen 44 mit dem gezahnten Übertragungsriemen 29 in Eingriff ist, welcher durch den elektrischen Motor 16 angetrieben wird.
Der Kranz C weist zwei Sätze von inneren Verzahnungen 46 und 48 auf, welche jeweils mit den Planetenrädern S1 des Umlaufgetriebes T1 und den Planetenrädern S2 des Umlaufgetriebes T2 in Eingriff sind. Die Planetenräder S1 stehen mit dem Zentralrad P1 in Eingriff, welches in Drehung mit der Abtriebswelle 28 der Lichtmaschine 18 verbunden ist, und sie werden durch einen Planetenradträger PS1 getragen, welcher zu einer Nabe M gehört, von der ein axial angrenzender Teil 50 das Zentralrad PS2 des Umlaufgetriebes T2 bildet und von der ein angrenzender Teil 52 in Drehung mit der Abtriebswelle 22 des Verbrennungsmotors 14 verbunden ist.
Außerdem weist der Planetenradträger PS2 des Umlaufgetriebes T2 auf einem Teil 54 einen Satz von Verzahnungen 56 auf, welche mit dem Übertragungsriemen 30 in Eingriff stehen, welcher die Brücke 20 antreibt, um die Bewegung auf die Räder des Fahrzeugs zu übertragen.
Der Planetenradträger PS2 weist in einer Bohrung 55 seines Teils 54 ein Lager auf, welches die Führung in Drehung der Nabe M erlaubt, welche den Planetenradträger PS1 des Umlaufgetriebes T1 und das Zentralrad P2 des Umlaufgetriebes T2 bildet. Da der Kranz C von einer großen Länge ist, sind die Planetenräder S1 und S2 auf den Wellen der Planetenradträger PS1 und PS2 mit Hilfe von Kugellagern 58 und 60 montiert, welche leichte winkelbezogene Verstellungen der Planetenräder S1, S2 erlauben und es ermöglichen, jedes Risiko einer Blockierung zu vermeiden.
Die Nabe M durchquert außerdem das Gehäuse 12, wobei ihre Abtriebswelle 52 durch ein Lager 62 getragen wird, welches selbst ebenfalls ein Kugellager aufweist, das leichte winkelbezogene Verstellungen der Nabe M erlaubt.
Vorteilhafterweise sind die beiden Umlaufgetriebe untereinander einerseits über den Kranz C gekoppelt, welcher es der Gesamtheit der beiden Umlaufgetriebe T1, T2 erlaubt, einen radial reduzierten Raumbedarf aufzuweisen, und andererseits über die Nabe M, welche Planetenradträger PS1 und das Zentralrad P2 bildet, was es erlaubt, einen in Längsrichtung reduzierten Raumbedarf zu erhalten.
Diese Vorrichtung ist auch besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine Wartung, da die beiden Umlaufgetriebe T1 und T2 in dem Kranz C angeordnet sind, was im Falle eines Ausfalls eine einfache und schnelle Demontage der Gesamtheit der Umlaufgetriebe T1 und T2 erlaubt, und dies umso leichter, als ihre Verbindungsmittel zum elektrischen Motor 16 und zur Brücke 20 die Riemen 28 und 30 sind.
Ebenso kann die Nabe M leicht von der Abtriebswelle 22 des Verbrennungsmotors 14 durch eine Befestigung auf Höhe des Schwungrads 38 abgekoppelt werden.
In der Beschreibung der beigefügten Zeichnungen 3 bis 7, welche nachfolgen, wird man sich auf die Nummerierungen der 1 und 2 für die schon beschriebenen Detailelemente der Erfindung beziehen.
Um das Verständnis der Figuren und der verschiedenen Betriebsmodi zu erleichtern, hat man eine schematische Darstellung der Verbindung des Moduls 34 mit den verschiedenen Bauteilen über Verbindungen verwendet, welche Schalter aufweisen, die, je nachdem, ob sie in offener oder geschlossener Stellung sind, es dem Leser ermöglichen festzustellen, welches die Bauteile sind, welche gesteuert, versorgt und/oder belastet werden.
Entsprechend der Erfindung stellt die 3 den Betrieb der Antriebsgruppe 10 in einem reinen elektrischen Modus dar. Bei dieser Konfiguration wird der elektrische Motor 16 durch das elektronische Modul 34 gesteuert und liefert über sein Abtriebsritzel 26, welches auf seiner Abtriebswelle 24 montiert ist, und den Übertragungsriemen 28 ein Moment an den Kranz C der beiden Umlaufgetriebe T1, T2. Um zu verhindern, dass der Verbrennungsmotor 14 nicht vollständig mit Verlust angetrieben wird, ist die Bremse 40 des Schwungrads 38 aktiv und blockiert die Abtriebswelle 22 des Verbrennungsmotors. Folglich ist die Nabe M festgesetzt, und die Planetenräder S1 drehen frei um ihre Achsen, da die Lichtmaschine 18 nicht belastet wird und die Abtriebswelle 28 der Lichtmaschine nicht gebremst wird, da die Bremse 42 inaktiv ist.
Das Moment wird somit von der Abtriebswelle 24 des elektrischen Motors 16 auf das Abtriebsritzel 26, auf den Übertragungsriemen 28, auf den Kranz C übertragen, dann auf das Planetenrad S2 über seinen Satz von inneren Verzahnungen 48, auf den Planetenradträger PS2, dessen Verzahnung 56 es erlaubt, das Moment auf den Übertragungsriemen 30 zu übertragen, welcher die Brücke 20 über das Ritzel 32 antreibt.
Diese Konfiguration ist besonders interessant, da sie es erlaubt, den Verbrennungsmotor 14 vollständig zu blockieren und somit zu vermeiden, dass sich mechanische Verluste unter einem leeren Antreiben des Verbrennungsmotors 14 einstellen.
Außerdemn bildet, da die Welle 22 des Verbrennungsmotors 14 blockiert ist, das erste Umlaufgetriebe ein Untersetzungsgetriebe der Geschwindigkeit zwischen dem elektrischen Motor und den Rädern des Fahrzeugs.
Da schließlich die Lichtmaschine 18 nicht belastet ist und frei drehen kann, wird lediglich ein vernachlässigbarer Teil des Moments auf sie übertragen.
In der 4 sieht man eine Darstellung der Antriebsgruppe 10 im Modus eines Anlassens des Verbrennungsmotors 14.
Dieser Betriebsmodus stellt sich nach einem reinen elektrischen Betriebsmodus ein, von dem er die hauptsächlichen Aspekte übernimmt, und er erlaubt es, wenn das Fahrzeug einmal in Schwung gebracht worden ist, den Verbrennungsmotor 14 mit Hilfe des elektrischen Motors 16 und der Trägheit des Fahrzeugs, welche die Brücke 20 antreibt, zu starten.
Bei dieser Konfiguration steuert das elektronische Modul 34 die Belastung der Lichtmaschine 18, was als Wirkung hat, dem Zentralrad P1 ein Widerstandsmoment entgegenzusetzen. Außerdem ist die Bremse zur Blockierung 40 des Schwungrads 38 des Verbrennungsmotors 14 inaktiv, und das elektronische Modul 34 verwaltet alle die für den Betrieb des Verbrennungsmotors 14 notwendigen Parameter, wie das Unterspannungsetzen der Zündung, die Kraftstoffversorgung, die Versorgung der Einspritzvorrichtung usw.
Bei dieser Konfiguration wird das Moment, wie zuvor unter Bezugnahme auf die 3 dargestellt, von dem elektrischen Motor 16 auf den Kranz C der Gesamtheit der Umlaufgetriebe T1 und T2 übertragen, und da die Nabe M frei ist, sich gleichzeitig mit dem Zentralrad P1 zu drehen, und auf die Planetenräder S1 ein Widerstandsmoment entgegensetzt, wird ein Teil des vom elektrischen Motor 16 herkommenden Moments auf die Nabe M durch Reaktion der Planetenräder S1 auf das Zentralrad P1 übertragen. Die Drehung der Nabe M treibt die Abtriebswelle 22 des Verbrennungsmotors 14 an, welcher somit angelassen werden kann. Nach und nach, wie der Verbrennungsmotor 14 Geschwindigkeit aufnimmt, steigt die Drehgeschwindigkeit der Nabe M an, und das durch die Lichtmaschine 18 entgegengesetzte Widerstandsmoment nimmt ab.
Diese Vorkehrung erlaubt es vorteilhafterweise, den thermischen Motor 14 anzulassen unter einem Verzicht auf die Verwendung eines konventionellen Anlassers. Die Lichtmaschine 18 wird hier als ein Verlangsamer verwendet, dessen Funktion im Wesentlichen eine Steuerungsfunktion ist. Das In-Belastungsetzen der Lichtmaschine hat tatsächlich, obwohl es trotzdem eine Stromherstellung erlaubt, im Wesentlichen als Ziel, die Drehung des Zentralrads P1 zu verlangsamen, um den Antrieb der Nabe M und somit der Abtriebswelle 22 des Verbrennungsmotors zu erlauben.
Diese Konfiguration erlaubt es außerdem, nicht die Bremse der Lichtmaschine 42 zu verwenden, welche, wenn sie aktiv wäre, als Wirkung hätte, ebenfalls zu erlauben, die Nabe M anzutreiben, jedoch die Gefahr bergen würde, eine Beschädigung der Verzahnungen hervorzurufen, wenn der Verbrennungsmotor 14 startet, wenn die Nabe M eine im Wesentlichen gleiche Drehgeschwindigkeit zu derjenigen des Kranzes C erreicht hätte.
Die Verbindung der Brücke 20 mit dem Planetenradträger PS2 erlaubt es schließlich, die Trägheit des Fahrzeugs als eine Momentenquelle zu verwenden, welche auf den Kranz C übertragen werden kann, um über Planetenräder S1 und die Nabe M die Abtriebswelle 22 des Verbrennungsmotors 14 für sein Starten anzutreiben. Diese Besonderheit einer Verwendung erlaubt es, die durch den elektrischen Motor 16 verbrauchte elektrische Leistung zu begrenzen und somit die Autonomie der Speicherbatterie 36 zu erhöhen.
Die 5 stellt eine Konfiguration der Antriebsgruppe 10 im hybriden, freien Betriebsmodus dar. Bei dieser Konfiguration weist die Antriebsgruppe 10 eine ähnliche Funktionsweise zu derjenigen auf, welche unter Bezugnahme auf die 4 beschrieben ist, mit genau diesem Unterschied, dass der Verbrennungsmotor 14 läuft und an seiner Abtriebswelle 22 und folglich an die Nabe M ein Moment liefert.
Dieses Moment wird durch die Planetenräder S1 einerseits zwischen dem Kranz C, welcher den Umlaufgetrieben T1 und T2 gemeinsam ist, und andererseits dem Zentralrad P1, welches in Drehung mit der Welle des Rotors 28 der Lichtmaschine 18 verbunden ist, aufgeteilt.
Das Widerstandsmoment der Lichtmaschine 18 wird somit überstiegen, um Strom zu erzeugen, welcher es dank der Verwaltung durch das elektronische Modul 34 erlaubt, die Speicherbatterie 36 wiederaufzuladen. Außerdem setzt sich das durch den elektrischen Motor 14 an die Nabe M gelieferte Moment auf Höhe des Kranzes C, welcher den Umlaufgetrieben T1 und T2 gemeinsam ist, mit dem durch den elektrischen Motor 16 gelieferten Moment zusammen, um auf das Planetenrad S2, den Planetenradträger PS2 und folglich auf die Brücke 20 übertragen zu werden.
Diese Vorkehrung ist besonders vorteilhaft, da sie es erlaubt, den Antrieb des Fahrzeugs durch eine Momentenquelle, welche von thermischem Ursprung ist, und eine Momentenquelle, welche von elektrischem Ursprung ist, sicherzustellen, wobei das elektronische Modul 34 die Optimierung der Leistungen der Antriebs gruppe 10 sicherstellt. Das elektronische Modul 34 steuert tatsächlich die Versorgung des elektrischen Motors 16, welchen es im Moment und in der Geschwindigkeit einerseits regeln kann, und stellt so die Momentenregelung und folglich die Geschwindigkeitsregelung der Lichtmaschine 18 sicher, was es erlaubt, das durch den Verbrennungsmotor 14 gelieferte Moment auf passende Art und Weise unter einem Einstellen dieser Möglichkeiten einer Aufteilung des Umlaufgetriebes T1 aufzuteilen. Der Verbrennungsmotor 14 kann somit bei seiner Drehzahl eines maximalen Moments und des besten Wirkungsgrades gehalten werden. Der Wirkungsgrad der Traktionskette ist umso mehr optimiert. Man verfügt bei diesem Verwendungsmodus über die gleichen Möglichkeiten einer Steuerung des Verbrennungsmotors wie ein Hybrid in Reihe, was hinsichtlich einer Optimierung des Verbrauchs und der Verschmutzung im Ballungsraum vorteilhaft ist, ohne jedoch die Nachteile aufzuweisen, da ein Teil der Leistung des Verbrennungsmotors auf die Räder übertragen wird. Die direkte Übertragung eines Teils dieser Leistung erlaubt es, elektrische Maschinen von reduzierter Größe einzusetzen.
Außerdem erlaubt es dieser Betriebsmodus, gleichzeitig den Antrieb des Fahrzeugs und die Wiederaufladung der Speicherbatterie 36 sicherzustellen, wobei die Lichtmaschine 18 belastet wird.
Man kann schließlich zulassen, den Verbrennungsmotor 14 nicht bei seiner Drehzahl eines maximalen Moments und des besten Wirkungsgrads zu verwenden, wenn der Ladungszustand der Speicherbatterie es auferlegt, die Drehzahl entsprechend dem besten Wirkungsgrad der Lichtmaschine zu begünstigen.
Die 6 stellt eine Konfiguration dar, in welcher die Antriebsgruppe 10 gemäß einem hybriden, blockierten Modus funktioniert. Diese Konfiguration unterscheidet sich von der vorhergehenden durch die Tatsache, dass die Bremse 42 der Welle des Rotors 28 der Lichtmaschine 18 blockiert ist. In diesem Fall wird das Moment, welches von dem Verbrennungsmotor 14 her kommt, das auf die Nabe M übertragen wird, vollständig auf den Kranz C über die Planetenräder S1 übertra gen, welche auf dem Zentralrad P1 der Abtriebswelle 28 der Lichtmaschine rollen, welche blockiert ist. Gegebenenfalls kann sich das durch den elektrischen Motor 16 gelieferte Moment hinzufügen, wenn die Bedürfnisse des Benutzers seinen Betrieb erfordern, und es wird auf die Planetenradträger PS2 des zweiten Umlaufgetriebes T2 über Planetenräder S2 übertragen, sodann wird es auf die Brücke 20 übertragen.
Diese Konfiguration ist besonders interessant, da sie es erlaubt, die Gesamtheit des durch den Verbrennungsmotor 14 gelieferten Moments auf die Brücke 20 zu übertragen, insbesondere in bestimmten Verwendungsbedingungen wie einer Straßenwegstrecke oder einer Autobahn-Wegstrecke. Die Funktionsweise des Fahrzeugs, welches mit einer derartigen Antriebsgruppe ausgestattet ist, ist diejenige eines parallelen Hybriden mit einem exzellenten Verbrauchsverhältnis auf der Straße oder auf der Autobahn, da das Moment des Verbrennungsmotors trotz der Blockierung der Welle des Rotors der Lichtmaschine durch den elektrischen Motor gesteuert werden kann. Die Möglichkeit, den elektrischen Motor 16 als zusätzliche Quelle eines Moments zu verwenden, ermöglicht es der Antriebsgruppe 10, das Fahrzeug in starke Beschleunigungen zu versetzen. Der elektrische Motor kann dagegen auch, wenn er unter Last gesetzt ist, zum Wiederaufladen der Batterie verwendet werden und als Bremse dienen.
Die 7 stellt eine Konfiguration dar, in welcher die Antriebsgruppe 10 gemäß einem Wiederauflademodus der Speicherbatterie 36 betrieben wird. Bei dieser Konfiguration ist das Fahrzeug angehalten, und folglich sind die Brücke 20 und der Planetenradträger PS2 des Umlaufgetriebes T2 in Drehung unbeweglich gemacht. Der Verbrennungsmotor 14 überträgt sein Moment auf die Nabe M, welches Moment teilweise auf die Lichtmaschine 18 über das Eingreifen der Planetenräder S1 mit dem Zentralrad P1 und zum anderen Teil auf den elektrischen Motor 16 über das Eingreifen des Kranzes C mit dem Übertragungsriemen 28 übertragen wird, welcher in Drehung die Abtriebswelle 24 des elektrischen Motors 16 antreibt.
Das elektronische Modul 34 steuert somit die Verwendung des elektrischen Motors 16 als Generator, und die Wiederaufladung der Speicherbatterie 36 ist umso mehr verbessert, als der elektrische Motor 16 eine Rolle eines Generators analog zu derjenigen der Lichtmaschine 18 spielt.
Das elektronische Modul 34 legt in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit der einbezogenen Elemente fest, für welchen Teil der elektrische Motor 16 und die Lichtmaschine 18 bei der Wiederaufladung eingreifen müssen, über ein Regeln des Moments, welches ihnen geliefert wird. Für den elektrischen Motor 16 ebenso wie für die Lichtmaschine 18 ist das Widerstandsmoment, welches sich der Drehbewegung entgegensetzt, tatsächlich abhängig von der Spannung, welche das elektrische Modul zu ihren Statoren liefert.
Diese Konfiguration ist besonders vorteilhaft, da sie es erlaubt, die Speicherbatterie 36 schnell bei einem höheren Rhythmus wiederaufzuladen als in irgendeinem der vorherigen Modi, und zwar dies, um eine schnelle Wiederaufladung durchzuführen, wenn die Autonomie der Batterie verbraucht ist, und dass die Verwendungsbedingungen, insbesondere im Ballungsraum die Verwendung der Antriebsgruppe 10 in einem rein elektrischen Betrieb erfordern.
Noch allgemeiner ist dieser Aufbau der hybriden Antriebsgruppe besonders vorteilhaft, da er es erlaubt, von einem Betriebsmodus zu dem anderen überzugehen, ohne Manipulation bzw. Bedienung der mechanischen, schweren Gesamtheiten, was die Gefahr birgt, Unannehmlichkeiten der Verwendung hervorzurufen. Somit wird z.B. der Übergang vom rein elektrischen Modus zu dem Modus eines Anlassens des Verbrennungsmotors 14 durch die einfache Schaltung der Lichtmaschine 18 in Ladeposition bzw. Belastungsposition durchgeführt, die Position des freien hybriden Modus wird erhalten, sobald der Verbrennungsmotor 14 gestartet ist, und eine einfache Blockierung der Bremse 42 der Lichtmaschine 18 erlaubt es der Antriebsgruppe 10, sich auf einen hybriden, blockierten Betriebsmodus anzupas sen. Der Modus einer Wiederaufladung der Speicherbatterie 36 selbst kann sehr einfach ausgehend von einer Stopp-Position erhalten werden, wobei das Fahrzeug anfänglich im rein elektrischen Antriebsmodus ist.
Diese Antriebsgruppe ist auch besonders vorteilhaft, da der Einsatz eines Aufbaus mit zwei Umlaufgetrieben es erlaubt, zwei verschiedene Untersetzungsgänge zwischen dem Verbrennungsmotor oder dem elektrischen Motor und den Rädern zu liefern, was es ermöglicht, Motoren von passenden und auf das strikte Minimum reduzierten Größen einzusetzen, mit der Folge eines spürbaren Gewichtsgewinns. Des Weiteren erlaubt es die Auswahl eines Untersetzungsgangs durch Blockierung der Elemente der Umlaufgetriebe, dem Fahrzeug einen großen Geschwindigkeitsbereich zu bieten, von der Geschwindigkeit null bis zu der maximalen im hybriden, blockierten Betriebsmodus erreichten Geschwindigkeit.

Claims

Antriebsgruppe (10) für ein Fahrzeug mit Hybrid-Motorisierung, welches gemäß mehrerer Modi funktioniert, von der Art, welche ein erstes Umlaufgetriebe (T1) aufweist, das Elemente, wie z.B. einen ersten Kranz (C1), ein erstes Zentralrad (P1), einen ersten Planetenradträger (PS1) und mindestens ein erstes Planetenrad (S1), aufweist, welche in Drehung mit Bauteilen der Antriebsgruppe (10), wie z.B. einer Abtriebswelle (24) eines elektrischen Motors (16), einer Abtriebswelle (22) eines Verbrennungsmotors (14), einer Welle (28) des Rotors eines Generators (18) und einem Leistungsausgang (PS1), zum Übertragen der Antriebsleistung auf die Räder des Fahrzeugs über eine Brücke (20) verbunden sind, und von der Art, bei welcher ein elektronisches Steuerungsmodul (34) für die Aufladung einer Speicherbatterie (36) den Betrieb des elektrischen Motors (16) und des Generators (18), welcher fähig ist, das Wiederaufladen der Speicherbatterie (36) zu übernehmen, insbesondere hinsichtlich des Moments und der Geschwindigkeit steuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsgruppe (10) ein zweites Umlaufgetriebe (T2) aufweist, welches Elemente aufweist, wie z.B. einen zweiten Kranz (C2), ein zweites Zentralrad (P2), einen zweiten Planetenradträger (PS2) und mindestens ein zweites Planetenrad (S2), von denen das eine (C2) in Drehung mit einer Abtriebswelle (24) des elektrischen Motors (16) verbunden ist und von denen die anderen mit dem Leistungsausgang (PS1) des ersten Umlaufgetriebes (T1) und mit der Brücke (20) verbunden sind, und dadurch, dass das elektronische Modul (34) den Betrieb des Verbrennungsmotors (14) und von Mitteln zur Blockierung der Abtriebswelle (22) des Verbrennungsmotors steuert.
Antriebsgruppe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Blockierung der Abtriebswelle (22) des Verbrennungsmotors (14) eine Bremse (40) aufweisen, welche gemäß einem aktiven Blockiermodus und einem inaktiven Modus auf ein Motor-Schwungrad (38) wirkt, welches in Drehung mit der Abtriebswelle (22) des Verbrennungsmotors (14) verbunden ist.
Antriebsgruppe (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Umlaufgetriebe (T1) koaxial zu dem zweiten Umlaufgetriebe (T2) ist, dass der erste Planetenradträger (PS1) in Drehung mit dem zweiten Planetenrad (P2) verbunden ist und dass der erste Kranz (C1) in Drehung mit dem zweiten Kranz (C2) verbunden ist.
Antriebsgruppe (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kranz (C1) und der zweite Kranz (C2) einen gemeinsamen Kranz (C) bilden und dass der erste Planetenradträger (PS1) und das zweite Planetenrad (P2) eine gemeinsame Nabe (M) bilden.
Antriebsgruppe (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der den zwei Umlaufgetrieben (T1, T2) gemeinsame Kranz (C) in Drehung mit der Abtriebswelle (24) des elektrischen Motors (16) verbunden ist, das erste Planetenrad (P1) in Drehung mit der Welle (28) des Rotors des Generators (18) verbunden ist, die gemeinsame Nabe (M) mit der Abtriebswelle (22) des Verbrennungsmotors (14) verbunden ist und der zweite Planetenradträger (PS2) in Drehung mit Rädern des Fahrzeugs verbunden ist.
Antriebsgruppe (10) nach Anspruch 5 in Kombination mit Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Modul (34) fähig ist, einen reinen elektrischen Betriebsmodus zu steuern, in welchem die Bremse (40) des Motor-Schwungrads (38) aktiv ist und der Generator (18) nicht belastet ist.
Antriebsgruppe (10) nach Anspruch 5 in Kombination mit Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Modul (34) fähig ist, einen Betriebsmodus zum Anlassen des Verbrennungsmotors (14) durch den elektrischen Motor (16) zu steuern, in welchem die Bremse (40) des Motor-Schwungrads (38) inaktiv ist und der Generator (18) belastet ist.
Antriebsgruppe (10) nach Anspruch 5 in Kombination mit Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Modul (34) fähig ist, einen hybriden, freien Betriebsmodus zu steuern, in welchem die zwei Motoren (14, 16) laufen, die Bremse (40) des Motor-Schwungrads (38) inaktiv ist und der Generator (18) belastet ist.
Antriebsgruppe (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Modul (34), wenn das Fahrzeug gestoppt ist, fähig ist, einen Betriebsmodus zum Wiederaufladen der Speicherbatterie (36) zu steuern, in welchem der Verbrennungsmotor (14) läuft und die Bremse (40) des Motor-Schwungrads (38) inaktiv ist, der Generator (18) belastet ist und der elektrische Motor (16) als Stromgenerator verwendet wird.
Antriebsgruppe (10) nach irgendeinem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Bremse (42) zum Blockieren der Welle (28) des Rotors des Generators (18) aufweist, die fähig ist, gemäß einem aktiven Blockiermodus und gemäß einem inaktiven Modus durch das elektronische Modul (34) gesteuert zu werden.
Antriebsgruppe (10) nach Anspruch 9 in Kombination mit den Ansprüchen 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Modul (34) fähig ist, einen hybriden blockierten Betriebsmodus zu steuern, in welchem die zwei Motoren (14, 16) laufen, die Bremse (40) des Motor-Schwungrads (38) inaktiv ist, die Bremse (42) der Rotorwelle (28) des Generators (18) aktiv ist und der Generator (18) belastet ist.
Antriebsgruppe (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehverbindung der Abtriebswelle des elektrischen Motors (16) mit dem Kranz (C) und die Drehverbindung des zweiten Planetenradträgers (PS2) mit der Brücke mittels Übertragungsbauteilen, wie z.B. Zahnriemen oder Ketten (28, 30), realisiert sind.
Antriebsgruppe (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein gemeinsames Gehäuse (12) aufweist, welches die zwei Umlaufgetriebe (T1, T2), die Übertragungsbauteile (28, 30) und eine Brücke (20) aufnimmt und an welchem der elektrische Motor (16), der Generator (18) und der Verbrennungsmotor (14) befestigt sind.