MX2011012881A - Caja de transferencia electrica, hibrida, de modos multiples, para vehiculo de cuatro ruedas. - Google Patents

Caja de transferencia electrica, hibrida, de modos multiples, para vehiculo de cuatro ruedas.

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Publication number
MX2011012881A
MX2011012881A MX2011012881A MX2011012881A MX2011012881A MX 2011012881 A MX2011012881 A MX 2011012881A MX 2011012881 A MX2011012881 A MX 2011012881A MX 2011012881 A MX2011012881 A MX 2011012881A MX 2011012881 A MX2011012881 A MX 2011012881A
Authority
MX
Mexico
Prior art keywords
output shaft
mode
input shaft
electric motor
transfer case
Prior art date
Application number
MX2011012881A
Other languages
English (en)
Inventor
Joseph G Mueller
Carl F Stephens
Original Assignee
Magna Powertrain Usa Inc
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Filing date
Publication date
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Abstract

Una caja de transferencia híbrida puede incluir primero y segundo ejes de salida adaptados para la conexión con los sistemas de tracción trasero y frontal respectivos, un primer eje de entrada adaptado para la conexión con una transmisión y para la conexión selectiva con el primer eje de salida, y un segundo eje de salida que puede ser soportado de forma giratoria sobre el primer eje de entrada y conectado de forma selectiva con el primer eje de salida. La caja de transferencia puede incluir además un conjunto de engranajes planetarios, un sistema de transferencia y un motor/generador eléctrico. El conjunto de engranajes planetarios puede incluir un primer miembro fijado para la rotación con el primer eje de entrada, un segundo miembro fijado para la rotación con el segundo eje de entrada, y un tercer miembro. El sistema de transferencia puede acoplar el segundo eje de entrada con el segundo eje de salida, y el motor eléctrico puede impulsar selectivamente el tercer miembro.

Description

CAJA DE TRANSFERENCIA ELÉCTRICA, HÍBRIDA, DE MODOS MÚLTIPLES, PARA VEHÍCULO DE CUATRO RUEDAS CAMPO DE LA INVENCIÓN.
La presente invención se refiere de forma general a sistemas de impulsión híbridos para vehículos motorizados, y más particularmente a una caja para ser usada en vehículos híbridos de impulsión a cuatro ruedas.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Esta sección proporciona la información de antecedentes relacionada con la presente descripción la cual no es necesariamente la técnica previa.
Los fabricantes de automóviles están trabajando activamente para desarrollar sistemas de tren motriz alternativos en un esfuerzo para reducir el nivel de contaminantes expulsados al aire por los trenes motrices convencionales equipados con motores de combustión interna. El desarrollo significativo se ha dirigido a vehículos eléctricos y vehículos de celdas de combustible. Desafortunadamente, estos sistemas de tren motriz alternativos pueden sufrir de varias desventajas y, para todo propósito práctico, aún están en desarrollo. Sin embargo recientemente se han ofrecido a la venta varios diferentes vehículos híbridos. Algunos de los vehículos híbridos están equipados con un motor de combustión interna y un motor eléctrico que pueden ser operados de forma independiente o en combinación para impulsar el vehículo.
En general hay dos tipos de vehículos híbridos, es decir, híbridos en serie e híbridos en paralelo. En un vehículo híbrido en serie, la potencia se suministra a las ruedas por el motor eléctrico el cual extrae energía eléctrica de la batería. El motor se usa en los vehículos híbridos en serie para impulsar un generador, el cual suministra energía directamente al motor eléctrico o carga la batería cuando el estado de la carga cae por debajo de un valor predeterminado. En los vehículos híbridos en paralelo, el motor eléctrico y el motor de combustión pueden ser operados de forma independiente o en combinación en virtud de las condiciones del vehículo. Típicamente, la estrategia de control para tales vehículos híbridos en paralelo utiliza un modo de carga baja donde solo el motor eléctrico se usa para impulsar el vehículo, el modo de carga alta donde solo el motor de combustión se usa para impulsar el vehículo, y un modo de ayuda intermedio donde el motor de combustión y el motor eléctrico se usan ambos para impulsar el vehículo. Independientemente del tipo del sistema de impulsión híbrido usado, los vehículos híbridos son versiones muy modificadas de los vehículos convencionales que pueden ser costosas debido a los componentes, los sistemas de control requeridos, y los requerimientos de empacado especializados .
Los vehículos híbridos también han sido adaptados para vehículos de impulsión a cuatro ruedas y típicamente utilizan el tren motriz híbrido, paralelo, indicado anteriormente, para "impulsar las ruedas primarias y un segundo motor eléctrico para impulsar las ruedas secundarias. Tales sistemas de impulsión a cuatro ruedas pueden ser extremadamente costosos y difíciles de empaquetar. Por lo tanto, existe una necesidad para desarrollar trenes motrices para ser usados en vehículos de impulsión a cuatro ruedas que utilicen muchos de los componentes convencionales de los trenes motrices, para minimizar el empaquetado especializado y reducir los costos.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Esta sección proporciona una breve descripción general de las descripciones y no es una descripción extensiva de su ámbito completo o de todas sus características.
En una forma, se proporciona una caja de transferencia para un vehículo que tiene un motor, una transmisión, y sistemas de tracción frontal y trasero. La caja de transferencia puede incluir un primer eje de salida adaptado para la conexión al sistema de tracción trasero, un segundo eje de salida adaptado para la conexión al sistema de tracción frontal, y primero y segundo ejes de entrada..El primer eje de entrada puede ser adaptado para la conexión a un primer extremo de la transmisión y para la conexión selectiva en un segundo extremo al primer eje de salida. El segundo eje de entrada puede estar soportado de forma giratoria sobre el primer eje de entrada para la rotación con relación al mismo y puede ser adaptado para la conexión selectiva al primer eje de salida. La caja de transferencia puede incluir además un conjunto de engranajes planetarios, un sistema de transferencia y un motor eléctrico. El conjunto de engranajes planetarios puede incluir un primer miembro fijado para la rotación con el primer eje de entrada, un segundo miembro fijado para la rotación con el segundo eje de entrada y un tercer miembro. El sistema de transferencia puede acoplar de forma giratoria el segundo eje de entrada con el segundo eje de salida, y el motor eléctrico puede impulsar selectivamente el tercer miembro.
En otra forma, se proporciona un vehículo híbrido. El vehículo híbrido puede incluir un tren motriz, primero y segundo sistemas de tracción y una caja de transferencia. El tren motriz puede incluir un motor de combustión interna y un motor eléctrico como las fuentes de energía motriz. El primer sistema de tracción puede transferir potencia a una primera rueda y puede incluir un primer disyuntor, arreglado para conectar y desconectar de forma dirigida ; las fuentes de energía motriz y la primera rueda. El segundo sistema de tracción puede transferir la potencia a una segunda rueda y puede incluir un segundo disyuntor arreglado para conectar y desconectar de forma dirigida las fuentes de :energía motriz y la segunda rueda. La caja de transferencia puede incluir primero y segundo ejes de salida y primero y segundo ejes de entrada. El primer eje de salida puede ser adaptado para la conexión con el primer sistema de tracción y el segundo eje de salida puede ser adaptado para la conexión con el segundo sistema de tracción. El primer eje de entrada puede ser adaptado para la conexión en un primer extremo con el motor de combustión interna, y para la conexión selectiva en un segundo extremo con el primer eje de salida. El segundo eje de salida puede ser adaptado para la conexión selectiva con el primer eje de entrada. La caja de transferencia puede incluir además un conjunto de engranajes planetarios y un sistema de transferencia. El conjunto de engranajes planetarios puede incluir un primer miembro fijado para la rotación con el primer eje de entrada. Un segundo miembro fijado para la rotación con el segundo eje, y un tercer miembro. El sistema de transferencia puede acoplar de forma giratoria el segundo eje de entrada con el segundo eje de salida, y el motor eléctrico puede impulsar selectivamente el tercer miembro.
Otras áreas de aplicabilidad se volverán aparentes a partir de la descripción proporcionada aqui. ha descripción y los ejemplos específicos en esta breve descripción de la invención están previstos con propósitos : de ilustración solamente y no se pretenden que limiten el ámbito de la presente descripción.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Los dibujos descritos aquí son para propósitos ilustrativos solamente y no tienen la intención de limitar el ámbito de la presente descripción.
La FIG. 1 es un esquema de un sistema de impulsión híbrido para un vehículo de impulsión a cuatro ruedas de acuerdo con las enseñanzas de la presente descripción; la FIG. 2 es una vista esquemática de una caja de transferencia asociado con el sistema de impulsión híbrido de la FIG. 1 y mostrado en un primer modo de operación, de acuerdo con las enseñanzas de la presente descripción; la FIG. 3 es una vista esquemática de la caja de transferencia asociado con el sistema de impulsión híbrido de la FIG. 1 y mostrado en un segundo modo de operación de acuerdo con las enseñanzas de la presente descripción; la FIG. 4 es una vista esquemática de la caja de transferencia asociado con el sistema de impulsión híbrido de la FIG. 1 y mostrado en un tercer modo de operación de acuerdo con las enseñanzas de la presente descripción; la FIG. 5 es una vista esquemática de la caja de transferencia asociado con el sistema de impulsión híbrido de la FIG. 1 y mostrado en un cuarto modo de operación de acuerdo con las enseñanzas de la presente descripción; y la FIG. 6 es un diagrama que muestra un sistema de control asociado con el sistema de impulsión híbrido de acuerdo con las enseñanzas de la presente descripción.
Los números de referencia correspondientes indican componentes correspondientes en todas las varias vistas de los dibuj os .
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La siguiente descripción es solamente de naturaleza ejemplar y no tiene la intención de limitar la presente descripción, su aplicación o sus usos.
Haciendo referencia a la FIG. 1 de los dibujos, se muestra un sistema 5 de tren motriz híbrido de impulsión a cuatro ruedas para un vehículo de motor híbrido y puede incluir una primera fuente 10 de potencia, una transmisión 14, un sistema 16 de tracción trasero, un sistema 18 de tracción frontal, y una segunda fuente 20 de potencia. La primera fuente de potencia puede incluir un motor 12 de combustión interna y la segunda fuente de potencia puede incluir un segundo motor/generador 22 eléctrico. La transmisión 14 puede ser de cualquier tipo conocido incluyendo, pero no limitado a, transmisión automática, manual, manual automatizada o variable continuamente. El vehículo puede incluir además un sistema 24 de control del tren motriz mostrado de forma general para incluir una batería 26, un grupo de detectores 28 del vehículo, y un controlador 30. El sistema 16 de tracción trasero puede incluir un primer par de ruedas 32 conectadas a un montaje 34 de eje trasero que tiene una unidad 36 diferencial y un par de disyuntores 38 del eje o las ruedas traseras. La unidad 36 de diferencial puede estar conectada a un extremo de un eje 40 de propulsión trasero, el extremo opuesto del cual puede ser conectado a un primer eje 42 o eje trasero de salida de una caja 44 de transferencia. De forma similar, el sistema 18 de tracción frontal puede incluir un segundo par de ruedas 46 conectadas a un montaje 48 de eje frontal que tiene una unidad 50 de diferencial y un par de disyuntores 52 del eje o las ruedas frontales. La unidad 50 de diferencial puede ser conectada a un extremo de un eje 54 de propulsión frontal, el extremo opuesto del cual puede ser conectado a un segundo eje 56 o eje frontal de la caja 44 de transferencia .
Haciendo referencia ahora principalmente a las FIGS. 2-5, la caja 44 de transferencia se muestra esquemáticamente y puede incluir un montaje 58 de alojamiento del tipo adaptado normalmente para el montaje atornillado a una caja de transmisión 14, un primer eje 60 de entra, un segundo eje 62 de entrada, y un conjunto 64 de engranajes' planetarios. El conjunto 64 de engranajes planetarios puede incluir una corona 66 dentada en acoplamiento de engranaje constante con una pluralidad de engranajes 68 planetarios, los cuales pueden estar en acoplamiento de engranaje constante con un engranaje 70 central. La corona 66 dentada puede ser fijada para la rotación con un primer eje 60 de entrada en un extremo adyacente a la transmisión 14. Los engranajes 68 planetarios pueden estar soportados de forma giratoria por medio de pasadores 72 los cuales pueden ser fijados a un portador 74. El portador 72 puede ser fijado para la rotación con un segundo eje 62 de entrada. Aunque no se presente que sea limitante, se contempla que una proporción de reducción de 3 a 1 sea establecida por el conjunto 64 de engranajes planetarios .
El primer eje 60 de entrada puede estar soportado de forma giratoria en el alojamiento 58 por montajes de cojinetes y adaptado para la conexión directa en un extremo con un eje de salida de la transmisión 14. El primer eje 60 de entrada también puede incluir un buje 76 en un segundo extremo, fijado para la rotación con el primer eje 60 de entrada y para facilitar el acoplamiento selectivo con el eje 42 de salida trasero como se describirá en detalle aqui. Una pluralidad de dientes 77 se forma sobre el buje 76. El segundo eje 62 de entrada puede estar soportado concéntricamente sobre el primer eje 60 de entrada para la rotación relativa con el mismo y puede incluir un buje 78 dentado para facilitar el acoplamiento selectivo con el eje 42 de salida trasero, como se también se describirá con detalle aqui.
Un sistema 80 de transferencia puede ser proporcionado en la caja de transferencia para transferir el momento de torsión del segundo eje 62 de entrada al éje 56 de salida frontal. El sistema 80 de transferencia puede incluir una primera rueda 82 dentada fijada para la rotación con el segundo eje 62 de entrada y una segunda rueda dentada fijada 84 para la rotación con el eje 56 de salida frontal. Un miembro flexible, como por ejemplo, una cadena 86 de transmisión, puede acoplar la primera y la segunda ruedas dentadas 82, 84, para transferir el momento de torsión de impulsión de la primera rueda 82 dentada a la segunda rueda 84 dentada y por lo tanto del segundo eje 62 de entrada al segundo eje 56 de entrada.
La caja 44 de transferencia puede incluir además un primer montaje 90 de embrague de modo, y un segundo montaje 92 de embrague de modo, cada uno controlado por el controlador 30. El primer embrague 90 de modo, mostrado con un embrague de uñas ejemplar, puede incluir un mandril o manguito 94 de modo para acoplar selectivamente uno del primer eje 60 de entrada y el segundo eje 62 de entrada con el eje 42 de salida trasero. El mandril o manguito 92 de modo se fija para la rotación con un movible axialmente con relación al eje 42 de salida trasero por medio de un buje 96 ranurado. Para acoplar selectivamente el primer eje 60 de entrada, el mandril 94 de modo puede ser controlado para acoplar el buje 76 con el buje 96 del eje 42 de salida trasero. De forma similar,- para acoplar selectivamente el segundo eje 62 de entrada, el mandril 94 de modo puede ser trasladado para acoplar los bujes 78 y 96. El segundo embrague 92 de modo, también mostrado como un embrague de uñas ejemplar, puede incluir un mandril 98 de modo operable para acoplar selectivamente el eje 56 de salida frontal a una base para restringir la rotación del eje 56 de salida frontal.
Un montaje 102 de embrague del motor/generador y el primero y el segundo mandriles, 104, 106, también pueden ser proporcionados en la caja 44 de transferencia para acoplar selectivamente el motor/generador 22 con el engranaje 70 central. El primero y el segundo mandriles o manguitos 104, 106, pueden estar soportados concéntricamente sobre el segundo eje 62 de entrada para la relación relativa con el mismo. El primer mandril 104, puede estar conectado en un extremo con el engranaje 70 central y dispuesto para el acoplamiento selectivo por el embrague 102 del motor/generador en un extremo opuesto. El segundo mandril o manguito 106 puede estar conectado a un rotor 108 del motor/generador 22 en un extremo y arreglado para el acoplamiento selectivo por el embrague 102 del motor/generador en un extremo opuesto. El i embrague 102 del motor/generador, mostrado como un embrague de uñas ejemplar, puede ser controlado por el controlador \ 30 para fijar selectivamente el rotor 108 para la rotación .con el engranaje 70 central por medio de un mandril o manguito 110 de modo. Se debe apreciar que aunque el primero y el segundo embragues 90, 92 de modo y el embrague 102 del motor/generador se muestran como arreglos de embragues de uñas ejemplares, otros arreglos de embrague adecuados, como por ejemplo, embragues de placas de fricción o sincronizadores, pueden ser usados en lugar de los embragues de uñas.
El sistema 5 de tren motriz de impulsión a cuatro ruedas, híbrido de la presente descripción puede incluir dos fuentes de potencia principales, es decir, el motor 12 de combustión interna y el motor/generador 22 eléctrico. La potencia del motor 12 puede ser transmitida a la transmisión 14, la cual a su vez, puede ser suministrada a la caja 44 de transferencia por medio del primer eje 60 de entrada. El primer eje 60 de entrada puede impulsar el eje 42 de salida trasero si el primer embrague 90 de modo se controla para acoplar selectivamente los ejes respectivos. En una vía de transmisión de potencia paralela, la corona 66 dentada de impulsión impulsada puede impulsar de portador 73, a través de los engranajes 68 planetarios los cuales a su vez pueden impulsar el segundo eje 62 de entrada. El segundo eje 62 de entrada puede impulsar entonces el eje 56 de salida frontal por medio del sistema 80 de trasferencia y/o puede ser acoplado selectivamente para impulsar el eje 42 de salida trasero por medio del primer embrague 90 de modo. Los engranajes 68 planetarios también impulsan el engranaje 70 central, el cual a su vez, puede transmitir selectivamente el momento de torsión al motor/generador 22 para la generación por medio del embrague 102 de motor/generador. Por el contrario, el motor/generador 22 puede ser energizado para transmitir el momento de torsión vía el rotor 108 y el embrague 102 del motor/generador para impulsar el engranaje 70 central para impulsar el segundo eje 62 de entrada.
El motor/generador 22 puede ser conectado a la batería 26 y puede ser colocado selectivamente en uno de un estado de impulsión, un estado de carga, y un estado sin carga o estado apagado, por medio del controlador 30. En el estado de impulsión, el motor/generador 22 puede funcionar como un motor eléctrico impulsado por la energía suministrada por la batería 26. En el estado de carga, el motor/generador 22 puede funcionar como un generador eléctrico con el frenado regenerativo (momento de torsión de frenado generado eléctricamente por el motor/generador 22) para proporcionar y almacenar energía en la batería 26. En el estado sin carga o apagado, se puede permitir que el motor/generador gire libremente o puede ser desconectado selectivamente del sistema 5 de tren motriz de impulsión a cuatro ruedas híbrido, por medio del embrague 102 del motor/generador. ; Como se indica, el sistema 24 de control puede ser proporcionado para controlar la operación del sistema 5 de tren motriz de impulsión a cuatro ruedas híbrido mostrado en la FIG. 1. Con referencia a la FIG. 6, el controlador 30 se muestra para recibir las señales, desde varios detectores y dispositivos de entrada identificados previamente de forma acumulativa en la FIG. 1 como los detectores 28 del vehículo. El controlador 30 puede estar compuesto principalmente de un microprocesador que tiene una unidad central de procesamiento, memoria de acceso aleatorio, memoria de solo lectura, y una interfaz de actuador de enterada-salida. El controlador 30 puede llevar a cabo las operaciones de procesamiento de datos para ejecutar varias rutinas de control de acuerdo con los programas de control y/o los mapas almacenados en la memoria de solo lectura.
El controlador 30 puede recibir los datos de un interruptor 120 de ignición, un detector 122 de posición de aceleración, un detector 124 del estado del freno, un detector 126 de temperatura de la batería, un detector 128 del estado o de la carga de la batería, y un detector 130 de la posición el acelerador. Además, otras entradas pueden incluir un detector 132 de la velocidad del motor, un detector 134 de la velocidad del motor, un detector 126 de la velocidad del eje de salida trasero, y un detector 138 de la velocidad del eje de salida frontal. El interruptor 120 de ignición puede ser cerrado cuando se da vuelta a la llave de encendido. El detector 122 de la posición del acelerador puede detectar un ángulo de depresión de un pedal de acelerador. El detector 124 del estado del freno puede ser encendido cuando se presiona el pedal del freno. El detector 126 de la temperatura de la batería puede detectar la temperatura de la batería 26. El detector 128 del estado de carga puede detectar el nivel de carga de la batería 26. El detector 130 de posición del acelerador puede detectar el grado de apertura de la válvula de admisión del motor. El detector 132 de velocidad del motor puede detectar un parámetro indicativo de la velocidad de rotación de un eje de impulsión del motor 12. El detector 134 de velocidad del motor puede detectar un parámetro indicativo de la velocidad de rotación del rotor 108 del motor/generador 22. El detector 136 de velocidad trasero puede detectar una velocidad de rotación ya sea del eje 42 de salida trasero o del eje 40 de propulsión trasero y puede ser usado además como una indicación de la velocidad del vehículo. El detector 138 de velocidad frontal puede detectar una velocidad giratoria ya sea del eje 56 de salida frontal o del eje 54 de propulsión frontal .
Con base en la información de operación introducida al controlador 30, se puede seleccionar un modo de operación de la caja 44 de transferencia híbrida y el controlador 30 puede enviar señales de control electrónicas a los varios dispositivos controlados operados por energía.
Específicamente, el controlador 30 puede monitorear y controlar continuamente la activación del motor/generador 22, el acoplamiento de los disyuntores 52, 38 frontal y trasero de las ruedas, la operación del primero y el segundo embragues 90, 92, de modo, la operación del embrague 102 del motor/generador eléctrico, y las varias opciones de operaciones del vehículo seleccionadas por el operador, como por ejemplo, una opción de enganche 112 del remolque y de control 114 de la tracción. Adicionalmente, el controlador 30 puede monitorear y controlar varios sistemas de manejo del motor para controlar la velocidad y el momento de torsión generados por el motor 12. Los sistemas pueden incluir un sistema 140 de suministro de combustible, un sistema 142 de temporización de la ignición, y un sistema 144 de temporización de las válvulas. Una batería 146 auxiliar de bajo voltaje puede servir como el suministro de energía para el controlador 30.
El sistema 5 de tren motriz de impulsión a cuatro ruedas híbrido de la presente descripción, puede incluir cuatro modos de operación primarios, es decir, un modo de impulsión de las ruedas frontales (modo FWD) un modo de impulsión de las ruedas traseras (modo RWD) y un modo de impulsión de todas las ruedas o modo de aumento de potencia (modo AWD) , y un modo de impulsión de las cuatro ruedas a tiempo parcial (modo 4WD) . Con referencia particular a la FIG. 2, el modo de operación FWD se discutirá ahora con mayor detalle. En. el modo FWD, la potencia motriz puede ser suministrada solamente por el motor/generador 22 eléctrico al eje 56 de salida frontal para impulsar el eje 48 frontal y las ruedas 46 frontales. Más específicamente, el motor 12 puede estar apagado y la transmisión 14 puede estar en un estado bloqueado evitando por ello la rotación del primer eje 60 de entrada y la corona 66 dentada. El embrague 102 del motor/generador puede estar en el estado acoplado para transmitir la potencia de giratoria de accionamiento del rotor 108 del motor/generador 22 para impulsar el engranaje 70 central. El engranaje 70 central impulsado puede impulsar entonces el portador 74 a través de los engranajes 68 planetarios contra la corona 66 dentada fija. El portador 72 de impulsión puede impulsar el segundo eje 62 de entrada el cual a su vez puede impulsar el sistema 80 de transferencia y el eje 56 de salida frontal. En esta configuración, el segundo embrague 92 de modo puede ser desacoplado de la base 100 para permitir que gire el eje 56 de salida frontal, y el primer embrague 90 de modo puede ser desacoplado del primero y el segundo ejes 60, 62 de entrada. Los disyuntores 52 del eje frontal pueden estar en un estado conectado para transmitir la potencia motriz a las ruedas 46 frontales y los disyuntores 38 del eje trasero pueden estar ya sea en un estado conectado o desconectado. Aunque es opcional en esta modalidad, la apertura o el desacoplamiento a los disyuntores 38 del eje trasero puede permitir que las ruedas 32 traseras giren sin requerir que el eje 34 trasero gire, reduciéndose por ello la fricción lo que sirve para mejorar la economía de combustible.
Se contempla que el modo F D pueda ' ser usado para impulsar el vehículo así como para la conducción a baja velocidad y para un ciclo de conducción en la ciudad lo que involucraría típicamente las conducciones de arranque y detención. El motor/generador 22 también puede ser usado en el modo FWD para la regeneración cuando no se impulsa el vehículo, como por ejemplo durante el frenado con motor o el deslizamiento cuesta abajo. Además, al usar el motor/generador 22 para el ciclo de conducción en la ciudad, las emisiones generadas típicamente por un motor de combustión interna durante los eventos de aceleración normalmente asociados con la conducción en la ciudad, pueden ser reducidas sustancialmente, sino es que eliminadas completamente.
Volviendo ahora a la Figura 3, el modo AWD se discutirá ahora con mayor detalle. En el modo AWD, la potencia motriz puede ser suministrada tanto por el motor 12 y el motor/generador 22 para impulsar las ruedas 32 traseras y las ruedas 46 delanteras. En esta configuración, el motor 12 las través de la transmisión 14 puede impulsar el. primer eje 60 de entrada. El embrague 90 de modo puede ser operado para acoplar selectivamente el mandril 94 de modo con el buje 76, y el buje 96, para transmitir la potencia de accionamiento al eje 42 de salida trasero. El motor 22 generador puede impulsar el engranaje 70 principal en una manera similar al modo FWD discutido anteriormente, excepto que el motor/generador 22 puede ser controlado por el controlador 30 para impulsar el engranaje 70 principal con relación a la corona 66 dentada impulsada, para impulsar el segundo eje 62 de entrada y las ruedas 46 frontales. La salida de momento de torsión del motor/generador 22 puede ser controlada como una función del momento de torsión de entrada del motor 12 para controlar la división del momento de torsión entre los ejes 48, 34 frontal y trasero. Para una división ejemplar del momento de torsión de aproximadamente cincuenta por ciento para el eje 48 frontal y cincuenta por ciento para el eje 34 trasero, el momento de torsión délo motor generado eléctrico puede ser de aproximadamente veinte por ciento del momento de torsión de entrada del motor 12. Esta proporción del momento de torsión se obtiene por la proporción del engranaje proporcionado por el conjunto 64 de engranajes planetarios que operan en la manera descrita. Otras proporciones del momento de torsión pueden ser proporcionadas alternativamente. Además, los disyuntores 52, 38 de las ruedas frontales y traseras pueden estar en una configuración bloqueada o acoplada para transmitir la potencia motriz de los ejes 48, 34 frontal y trasero a las ruedas 46, 32, frontales y trasera.
El modo de operación AWD puede ser seleccionado manualmente por el operador del vehículo, como por ejemplo al seleccionar el modo AWD usando el conmutador 116 selector de modo, o seleccionado las operaciones de operación de arrastre 112 del remolque o de control 112 de tracción cuando se puede desear tracción adicional y/o aumento de la potencia. Por el contrario, el modo de operación AWD también puede ser seleccionado automáticamente por el controlador 30 con base en los criterios o eventos predeterminados, como por ejemplo, deslizamiento de las ruedas detectado, subida de cuestas detectada, y/o para cambiar entre los modos de operación FWD y RWD de la caja 44 de transferencia híbrida como se describirá con mayor detalle. Si se selecciona el modo AWD por el controlador 30 al contrario de ser seleccionado manualmente por el operador del vehículo, el motor/generador 22 puede ser controlado para operar en una configuración por demanda, donde el motor 12 proporciona el momento de torsión de impulsión primario para impulsar las ruedas, 46, 32, frontales y traseras, y el motor generador 22 eléctrico se acopla selectivamente por medio del embrague 102 del motor/generador eléctrico por medio del controlador 30, para la entrada de momento de torsión adicional. El controlador 20 también puede acoplar/desacoplar selectivamente el motor/generador 22 en la configuración por AWD por demanda, para cargar la batería 25 si se requiere. Cuando el motor/generador 22 eléctrico en un estado de accionamiento.
Volviendo ahora a la FIG. 4, se discutirá ahora RWD con mayor detalle. En el modo RWD, la¦ potencia puede ser suministrada solamente por el motor : 12 para impulsar las ruedas 32 traseras. Además, el modo RWD ÷ puede ser usado también como un modo de generación para cargar la batería 26. En esta configuración, la potencia motriz puede ser suministrada a las ruedas 32 traseras en la manera discutida anteriormente con respecto al modo A D. Además, el segundo embrague 92 de modo puede ser controlado para acoplar selectivamente el eje 56 de salida frontal con la base 100 por medio del mandril 98 de modo, para proporcionar una reacción para el portador 74 planetario, como se explicará con detalle. Los disyuntores 52 del eje frontal pueden estar en el modo abierto o desacoplado para permitir que las ruedas 46 delanteras giren mientras que se evita que el eje de salida frontal gire. Bloquear el eje 56 de salida frontal por medio del embrague 92 de modo, restringe selectivamente el segundo eje 92 de entrada y por lo tanto la rotación del portador 74. Con el portador 74 fijado, cuando la corona 66 dentada es accionada por el motor 12, el engranaje 70 principal puede ser impulsado de forma correspondiente, el cual a su vez, puede impulsar el motor/generador 22 eléctrico : por medio del embrague 102 de modo del motor/generador acoplado. El motor/generador 22 puede cargar entonces la batería 26 mientras que está siendo monitoreado por el controlador. Cuando el controlador 30 determina que la batería 26 está completamente cargada, por medio del detector 128 del estado de carga de la batería, el embrague 102 del motor/generador puede ser controlado para desacoplar selectivamente el motor/generador 22 del engranaje 70 central, y por ello coloca el motor/generador 22 en el estado son carga o apagado.
El modo de operación RWD puede ser usado como el modo de operación primario para proporcionar potencia motriz a velocidades de autopista. Al tener el modo FWD y usar el motor/generador 22 para impulsar el vehículo en el modo FWD como se discute anteriormente, el motor 12 puede ser optimizado para el rendimiento de la economía, por ejemplo, usando un motor de desplazamiento bajo. Además, el motor/generador eléctrico puede ser usado selectivamente para cargar la batería 26 durante el modo de operación RWD. Finalmente, si es necesario algún aumento de la potencia durante el modo de operación RWD, el usuario puede seleccionar manualmente o el controlador 30 puede llamar automáticamente el aumento de la potencia (a través de uno de los detectores o interruptores discutidos previamente) cambiando por ello la caja 44 de transferencia híbrida al modo AWD con aumento de la potencia por el motor/generador 22.
Con referencia a la FIG. 5, se discutirá con mayor detalle el modo 4WD. En este modo, la potencia motriz puede ser suministrada a las ruedas 46 frontales y. a las ruedas 32 traseras tanto por el motor 12 y el moto /generador 22. En el modo 4WD, con cualquier configuración de las fuentes de potencia, el primer embrague 90 de modo puede ser controlado para acoplar el segundo eje 62 de entrada con el eje 42 de salida trasero, y el segundo embrague 92 de modo puede ser desacoplado de la base 100. Además, los disyuntores 52, 38 de los ejes frontal y trasero pueden estar en el estado bloqueado o acoplado en el modo 4WD. En una configuración 4WD donde el momento de torsión de entrada puede ser suministrado tanto por el motor 12 y el motor/generador 22, el motor 12 puede impulsar el portador 72 a través de la corona 66 dentada y el motor/generador puede impulsar el portador 74 a través del engranaje 70 central, con el embrague 102 del motor/generador controlado para acoplar el motor/generador 22 con el engranaje 70 central por medio del mandril 110 de modo. El portador 74 puede impulsar entonces el segundo eje 62 de entrada, el cual a su vez, puede impulsar el eje 56 de salida frontal a través del sistema 80 de transferencia y el eje 42 de salida trasero, a través del embrague 90 de modo.
En una configuración del modo 4WD, donde el momento de torsión puede ser suministrado solo por el motor 12, el embrague 102 del motor/generador puede ser controlado para fijar selectivamente el engranaje 70 central al durante toda la noche el mandril 110 de modo a una posición 110', por lo cual se acopla el mandril 104 a una base 118. El motor 12 puede impulsar entonces el portador 74 a través de la corona 66 dentada, la cual a su vez, puede impulsar el segundo eje 62 de entrada y los ejes de salida frontal y trasero 56, 42 como se describe anteriormente. En una configuración del modo 4WD, donde la entrada de momento de torsión solo puede ser suministrada por el motor/generador 22, la transmisión 14 puede estar en un estado bloqueado para evitar la rotación de la corona 66 dentada. El embrague 102 del motor generador también puede ser controlado para acoplar el motor/generador 22 con el engranaje 70 central y el motor/generador 22 puede impulsar entonces el portador 74 a través del engranaje 70 central, contra la corona 66 dentada fijada. El portador 74 puede impulsar entonces el segundo eje 62 de entrada para impulsar los ejes 56, 42 de salida frontal y trasero como se detalla anteriormente. En esta configuración, el motor/generador 22 puede estar en un estado de impulsión cuando se impulsa el engranaje 70 central y en un estado de regeneración cuando el vehículo va cuesta abajo o está frenando .
El vehículo híbrido de la presente invención puede usar ventajosamente los modos de operación de la caja 44 de transferencia híbrida bajo las condiciones de conducción normales o típicas para impulsar el vehículo con el modo FWD, cambiando al modo A D, y operar a velocidades de estado permanente más altas con el modo RWD. Más específicamente, el sistema 5 de tren motor de impulsión a cuatro ruedas híbrido puede ser configurado para el impulso en el ; modo FWD usando solo el motor/generador 22 para la potencia : motriz, como se discute anteriormente. El vehículo puede continuar entonces en el modo FWD a una velocidad de aproximadamente 30 millas por hora, donde la caja 44 de transferencia híbrida puede hacer la transición entonces al modo AWD. Durante esta transición, la cual puede tener lugar entre aproximadamente 30-40 millas por hora, el motor 12 puede ser arrancado y llevado a una velocidad rotacional apropiada por el controlador 30 y después el primer embrague 90 de modo puede ser controlado para acoplar el primer buje 76 del eje de entrada por medio del mandril 94 de modo. Si los disyuntores 38 de las ruedas traseras se desconectaron opcionalmente durante la operación en el modo FWD, estos peen ser reconectados o bloqueados por el controlador 30 antes de acoplar el eje 42 de salida trasero con el primer eje 60 de entrada, como se discute anteriormente .
Si el vehículo sigue acelerando por arriba de 40 millas por hora, entonces la caja 44 de transferencia híbrida puede hacer la transición al modo RWD para velocidades superiores a aproximadamente 40 millas por hora. Para hacer la transición al modo RWD, el motor/generador 22 puede ser' detenido por el controlador 30, en tanto que la potencia motriz se suministra a las ruedas 32 traseras por el motor 12. Un comando del controlador 30 puede ser emitido entonces para liberar los disyuntores 52 del eje frontal ante de hacer que el segundo embrague 92 de modo acople el eje 56 de salida frontal por medio del mandril 98 de modo, para bloquear el eje 56 de salida frontal con la base 100 para la configuración del modo RWD. Durante el modo RWD, el motor/generador eléctrico puede ser acoplado y desacoplado selectivamente por el controlador 30 para recargar la batería 26 como se discute anteriormente.
Se debe apreciar que el modo AWD también puede ser seleccionado a cualquier velocidad en el modo FWD o RWD como puede ser deseado para el control de la tracción adicional y/o el aumento de la potencia. Por ejemplo, si el modo AWD se selecciona manualmente por un operador del vehículo o se selecciona automáticamente por el controlador 30 en respuesta a una condición límite predeterminada, . como por ejemplo el deslizamiento detectado de las ruedas, el controlador 30 controla el motor/generador 22 para la sincronización para un segundo eje 62 de entrada por medio del embrague 102 de modo del motor/generador. El controlador 30 también instruye al segundo embrague 92 de modo para desacoplar el eje 56 de salida frontal de la base 100 de instruye a los disyuntores 52 del eje frontal para reconectar o bloquear las ruedas 46 frontales con el eje 48. Se debe apreciar también que si el modo AWD o el modo 4WD se seleccionan manualmente por el operador del vehículo, el vehículo puede ser: impulsado en el modo seleccionado manualmente (es decir, AWD o 4WD) en lugar del modo FWD.
La descripción anterior es solamente de naturaleza ejemplar y no pretende limitar la presente, descripción, su aplicación o usos. Aunque los ejemplos específicos se han descrito en la especificación y se ilustran ' en los dibujos, aquellas personas con experiencia ordinaria en la técnica entenderán que se pueden hacer varios cambios y que los equivalentes pueden ser sustituidos por los elementos de los mismos sin apartarse del ámbito de la presente descripción como se define en las reivindicaciones. Además, el mezclado y la correspondencia de las características, los elementos y/o las funciones entre los varios ejemplos, se contemplan expresamente aquí, aun si no se muestran o se describen específicamente, de modo tal que las personas con experiencia ordinaria en la técnica apreciarían de esta descripción que las características, elementos y/o funciones de un ejemplo, pueden ser incorporados en otro ejemplo, si es apropiado, a menos que se describa de otra manera anteriormente. Además, se pueden hacer muchas modificaciones para adaptar una situación o material particular a las enseñanzas de la presente descripción, sin apartarse del ámbito esencial de la misma. Por lo tanto, se tiene la intención de que la presente descripción no esté limitada a los ejemplos particulares ilustrados por los dibujos y descritos en la especificación como el mejor modo contemplado actualmente para llevar a la práctica las enseñanzas de la presente descripción, sino que el ámbito de la presente descripción incluirá todas las modalidades que estén dentro de la descripción anterior y las reivindicaciones anexas.
Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.
Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones .

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Una caja de transferencia para un vehículo que tiene un motor, una transmisión y sistemas de tracción frontal y trasera, caracterizada porque comprende: un primer eje de salida adaptado para la conexión con el sistema de tracción trasero; un segundo eje de salida adaptado para la conexión con el sistema de tracción frontal; un primer eje de entrada adaptado para la conexión en un primer extremo con la transmisión, y para la conexión selectiva en un segundo extremo con el primer eje de salida; un segundo eje de entrada soportado de forma giratoria sobre el primer eje de entrada para la rotación relativa con el mismo, el segundo eje de entrada adaptado para la conexión selectiva con el primer eje de salida; un conjunto de engranajes planetarios que tiene un primer miembro fijado para la rotación con el primer eje de entrada, un segundo miembro fijado para la 'rotación con el segundo eje de entrada, y un tercer miembro; : un sistema de transferencia que acopla de forma giratoria el segundo eje de entrada con el segundo eje de salida; y un motor eléctrico para impulsar selectivamente el tercer miembro.
2. La caja de transferencia de la reivindicación 1, caracterizada porque comprende además: un primer embrague de modo para acoplar de forma independiente cada uno del primero y el segundo ejes de entrada con el primer eje de salida; un segundo embrague de modo para acoplar de forma selectiva el segundo eje de salida a la base; y un tercer embrague de modo para acoplar de forma selectiva el motor eléctrico con el tercer miembro.
3. La caja de transferencia de la reivindicación 2, caracterizada porque el primer embrague de modo se puede operar en un estado liberado para liberar el primero y el segundo ejes de entrada del acoplamiento accionado con el primer eje de salida y se puede operar además en un primer estado aplicado para acoplar el primer eje de entrada con el primer eje de salida y en un segundo estado aplicado para acoplar el segundo eje de entrada con el primer eje de salida, en donde el segundo embrague de modo se puede operar en un estado aplicado para acoplar el segundo eje de salida con la base y se puede operar además en un estado liberado para liberar el segundo eje de salida de la base, y en donde el tercer embrague de modo se puede operar en un estado liberado para liberar el motor eléctrico del acoplamiento con el tercer miembro y se puede operar además en un estado aplicado para acoplar el motor eléctrico para el acoplamiento accionado con el tercer miembro y el segundo eje de entrada.
4. La caja de transferencia de la reivindicación 3, caracterizada porque comprende además un sistema de control que se puede operar para controlar el accionamiento del motor eléctrico y el primero, el segundo y el tercer embragues de modo, el sistema de control que incluye un controlador y detectores para detectar las características de operación del vehículo y enviar las entradas del detector y los selectores o conmutadores al controlador.
5. La caja de transferencia de la reivindicación 4, caracterizada porque el sistema de control permite la selección de un modo de operación de impulsión de las ruedas frontales, un modo de operación de impulsión de las ruedas traseras, y un modo de operación de impulsión de todas las ruedas, y un modo de operación de impulsión de las cuatro ruedas a tiempo parcial.
6. La caja de transferencia de la reivindicación 3, caracterizada porque un modo se impulsión de las ruedas frontales se establece cuando el primero y el segundo embragues de modo se operan en sus estados liberados, el tercer embrague de modo se opera en su estado aplicado y el motor de combustión está apagado, de modo tal que el motor eléctrico impulsa el tercer miembro para transmitir la potencia motriz al segundo eje de salida.
7. La caja de transferencia de la reivindicación 3, caracterizada porque un modo de impulsión de todas las ruedas se establece cuando el primer embrague de modo está operando en su primer estado aplicado que acopla el primer eje de entrada con el primer eje de salida, el segundo embrague de modo se opera en su estado liberado, y el tercer embrague de modo se opera en su estado aplicado, de modo tal que la potencia motriz se transmite al primero y el segundo ejes de salida por el motor de combustión y el motor eléctrico.
8. La caja de transferencia de la reivindicación 7, caracterizada porque, el tercer embrague de modo se controla para operar electivamente en su estado aplicado, de modo tal que la potencia motriz se transmite al primero y el segundo ejes de salida por el motor y selectivamente por el motor eléctrico para definir un modo de impulsión de todas las ruedas según se requiera.
9. La caja de transferencia de la reivindicación 3, caracterizada porque, un modo de impulsión de las ruedas traseras se establece cuando el primer embrague de modo está operando en su primer estado aplicado y el segundo embrague de modo está operando en su estado aplicado, de, modo tal que la potencia motriz se transmite al primer eje de salida por el motor de combustión, y en donde el tercer embrague de modo se controla para operar selectivamente en su estado aplicado, de modo tal que el motor eléctrico puede operar selectivamente en un modo de generación.
10. La caja de transferencia de la reivindicación 3, caracterizada porque, un modo de impulsión de las cuatro ruedas a tiempo parcial se establece cuando el primer embrague de modo está operando en si segundo estado aplicado que acopla el segundo eje de entrada con el eje de salida trasero y que bloquea por ello el primer eje de salida con el segundo eje de salida, y el segundo embrague de modo está operando en su estado liberado de modo tal que la potencia motriz se transmite al primero y el segundo ejes de salida, y en donde el tercer embrague de modo se controla para operar selectivamente en su estado aplicado de modo tal que la potencia motriz transmitida al primero y el segundo ejes de salida se suministra por uno del motor eléctrico y el motor de combustión y el motor eléctrico.
11. La caja de transferencia de la reivindicación 10, caracterizada porque, el tercer embrague de modo puede operar en un estado aplicado adicional para acoplar él tercer miembro a la base.
12. La caja de trasferencia de la reivindicación 1, caracterizada porque, el sistema de transferencia incluye una primera rueda dentada unida de forma fija al segundo eje de entrada, una segunda rueda dentada unida de forma fija al segundo eje de salida, y una cadena de potencia que acopla de forma giratoria la primera y la segunda ruedas dentadas.
13. La caja de transferencia de la reivindicación 1, caracterizada porque, el primer miembro incluye una corona dentada, el segundo miembro incluye un portador y el tercer miembro incluye un engranaje central.
14. Un vehículo híbrido, caracterizado porque comprende: un tren motriz que tiene un motor de combustión interna y un motor eléctrico como las fuentes de potencia motriz; un primer sistema de tracción para transferir la potencia a una primera rueda, el primer sistema de tracción que incluye un primer disyuntor arreglado para conectar y desconectar de forma dirigida las fuentes de potencia motriz y la primera rueda; un segundo sistema de tracción para transferir la potencia a una segunda rueda, el segundo sistema de tracción que incluye un segundo disyuntor, arreglado para conectar y desconectar de forma dirigida las fuentes de potencia motriz y la segunda rueda; y una caja de transferencia que incluye un primer eje de salida adaptado para la conexión al .primer sistema de tracción, un segundo eje de salida adaptado para la conexión al segundo sistema de tracción, un primer1 eje de entrada adaptado para la conexión en un primer extremo, al motor de combustión interna y para la conexión selectiva en un segundo extremo, al primer eje de salida, un segundo eje de entrada adaptado para la conexión selectiva al primer eje de salida, un conjunto de engranajes planetarios que tiene un primer miembro fijado para la rotación con el primer eje de entrada, un segundo miembro fijado para la rotación con el segundo eje de entrada y un tercer miembro, un sistema de transferencia que acopla de forma giratoria el segundo eje de entrada al segundo eje de salida, en donde el motor eléctrico impulsa de forma selectiva el tercer miembro.
15. El vehículo híbrido de la reivindicación 14, caracterizado porque, incluye además, un primer embrague de modo, para acoplar de forma independiente cada uno del primero y el segundo ejes con el primer eje de salida; un segundo embrague de modo para acoplar de forma selectiva el segundo eje de salida con la base o con tierra; un tercer embrague de modo para acoplar de forma selectiva el motor eléctrico con el tercer miembro; y un sistema de control para controlar la activación del primero y el segundo disyuntores, el primero y el segundo embragues de modo, el motor de combustión interna y el motor eléctrico. :
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