DE10036966A1 - Hybridfahrzeug - Google Patents
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Classifications
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Abstract
Ein Hybridfahrzeug weist auf: eine erste Antriebsquelle (1); ein Getriebe zur Übertragung des Drehmomentes der ersten Antriebsquelle (1) auf Räder (33); eine zweite Antriebsquelle (15) und einen Drehmomentübertragungszug zwischen der Antriebskraftquelle und den Rädern zur Eingabe des Drehmomentes von der zweiten Antriebskraftquelle. Das Hybridfahrzeug weist weiterhin einen Drehmomenthinzufüg-Zug zum Synthetisieren oder Zusammensetzen des von dem Getriebe ausgegebenen Drehmomentes und des von der zweiten Antriebskraftquelle ausgegebenen Drehmomentes auf, um das zusammengesetzte Drehmoment an ein Ausgangsteil auszugeben.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug, wel
ches so aufgebaut ist, daß ein Drehmoment einer Antriebs
kraftquelle über einen Antriebsstrang bzw. ein Getriebe
auf Räder übertragen wird. Insbesondere betrifft die vor
liegende Erfindung ein Hybridfahrzeug, bei welchem ein
Drehmoment einer anderen Antriebskraftquelle einem
Drehmomentübertragungszug zwischen der einen Antriebs
kraftquelle und den Rädern eingegeben werden kann.
Wie allgemein bekannt ist, gibt eine Brennkraftma
schine eine kinetische Energie durch Mischen und Verbren
nen von Luft und Brennstoff ab. Im Ergebnis stößt die
Brennkraftmaschine unvermeidlich Abgase aus. Die Zusam
mensetzungen und Mengen der Abgase hängen von einem Be
triebszustand der Brennkraftmaschine ab. In Übereinstim
mung mit einer allgemeinen Tendenz neigen nicht nur die
Reinigung der Abgase, sondern auch der Kraftstoffver
brauch dazu, sich während Laufzeiten unter hoher Last zu
verschlechtern, wenn die Drosselklappenöffnung groß ist.
Demgegenüber wurde in den letzten Jahren die Forderung
nach einer Reinigung der Abgase von Fahrzeugen mit einge
bauten Brennkraftmaschinen stärker und stärker. Um diese
Anforderung zu erfüllen, wurde ein Hybridfahrzeug ent
wickelt, welches einen Motor, einen Elektromotor und ei
nen Antriebsstrang bzw. ein Getriebe aufweist. Bei diesem
Hybridfahrzeug wird der Fahr- oder Betriebszustand auf
der Grundlage der Gaspedalbetätigung und der Fahrzeugge
schwindigkeit beurteilt, um den Motor und den Elektromo
tor anzutreiben/anzuhalten und um ein Übersetzungsver
hältnis im Getriebe des Antriebsstrangs abhängig von dem
Beurteilungsergebnis zu steuern.
Ein Beispiel eines Hybridfahrzeuges, welches den Mo
tor, den Elektromotor und den Antriebsstrang bzw. das
hierin enthaltene Getriebe eingebaut hat, ist in dem of
fengelegten Japanischen Patent Nr. 9-37411 offenbart. Ge
mäß der dortigen Offenbarung ist das Fahrzeug so aufge
baut, daß das Drehmoment von dem Motor über einen Plane
tengetriebemechanismus einem stufenlos schaltbaren Ge
triebe eingegeben wird. Weiterhin ist die Ausgangsseite
des stufenlos schaltbaren Getriebes dafür vorgesehen, das
Drehmoment auf die Räder zu übertragen. Das stufenlos
schaltbare Getriebe ist mit einem Eingangsdrehteil, einem
Ausgangsdrehteil und einer Scheibe versehen. Das Ein
gangsdrehteil und das Ausgangsdrehteil sind so ausgebil
det, daß sie bogenförmig geschwungene oder gekrümmte Flä
chen haben. Weiterhin ist die Scheibe in Kontakt mit der
bogenförmigen Fläche des Eingangsdrehteils und der bogen
förmige Fläche des Ausgangsdrehteils. Dieses stufenlos
schaltbare Getriebe ist das sogenannte "stufenlos schalt
bare Getriebe des Toroidal-Typs". Weiterhin sind das Aus
gangsdrehteil und die Räder so mit einander verbunden,
daß das Drehmoment übertragen wird.
Der Planetengetriebemechanismus umfaßt ein Sonnenrad,
einen Zahnring oder ein Hohlrad und einen Träger, der ein
Ritzel- oder Planetenrad trägt, welches in Eingriff mit
dem Sonnenrad und dem Hohlrad ist. Weiterhin sind der Mo
tor und das Hohlrad in einer Drehmoment-übertragungsfähi
gen Weise verbunden und der Träger und das Eingangsdreh
teil sind ebenfalls in einer Drehmoment-übertragungsfähi
gen Weise verbunden. Weiterhin sind das Sonnenrad und der
Elektromotor auf Drehmoment-übertragungsfähige Weise ver
bunden. Von den sich drehenden Elementen des Planetenge
triebemechanismus wirkt weiterhin das Hohlrad, welchem
das Drehmoment des Motors eingegeben wird, als Eingangs
element. Wenn dieses Hohlrad dreht, wirkt das Sonnenrad,
welchem das Drehmoment vom Elektromotor eingegeben wird,
als Reaktionselement, so daß das Drehmoment vom Träger
ausgegeben wird. Das so vom Träger ausgegebene Drehmoment
wird dem stufenlos schaltbaren Getriebe eingegeben. In
diesem stufenlos schaltbaren Getriebe wird das Überset
zungsverhältnis auf der Grundlage eines Verhältnisses
zwischen einem Radius eines Kontaktpunktes zwischen der
Scheibe und dem Eingangsdrehteil und einem Radius eines
Kontaktpunktes zwischen der Scheibe und dem Ausgangsdreh
teil festgesetzt. Von daher wird das dem stufenlos
schaltbaren Getriebe eingegebene Drehmoment abhängig vom
Übersetzungsverhältnis verzögert oder beschleunigt
(verkleinert oder vergrößert) und auf die Räder übertra
gen.
Bei dem Hybridfahrzeug gemäß obiger Beschreibung wird
jedoch das hohe Drehmoment, wie es von dem Planetenge
triebemechanismus heruntergestuft oder synthetisiert wor
den ist, dem stufenlos schaltbaren Getriebe eingegeben.
Im Ergebnis kann zwischen den Drehmomentübertragungstei
len zur Übertragung des Drehmomentes zwischen der Ein
gangsseite und der Ausgangsseite des stufenlos schaltba
ren Getriebes Rutsch auftreten, d. h., zwischen dem Ein
gangsdrehteil und dem Ausgangsdrehteil und der Scheibe,
was die Übertragungsleistung von Bewegungsenergie ver
schlechtert. Um diesen Rutsch zu verhindern, müssen somit
die Eingangs-/Ausgangsteile und die Scheibe durch eine
stärkere Kraft in Kontakt miteinander gebracht werden.
Dieser Anstieg im Kontaktdruck kann jedoch ebenfalls die
Übertragungsleistung für die Bewegungsenergie verschlech
tern.
Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfin
dung, die Übertragungsleistung von Bewegungsenergie in
einem Getriebe oder Antriebsstrang zu verbessern und das
gesamte System in seiner Bauweise kompakt zu machen.
Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfin
dung, die Übertragungsleistung oder den Wirkungsgrad des
Antriebsstrangs für die Bewegungs- oder Antriebskraft in
einem Hybridfahrzeug mit wenigstens zwei Antriebskraft
quellen und einem stufenlos schaltbaren Getriebe zu ver
bessern.
Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, den Gesamt
aufbau eines Systems mit einem Mechanismus zum Schalten
eines Betriebszustandes in Rückwärtsfahrt kompakt zu ma
chen.
Gemäß der Erfindung, wie sie im Anspruch 1 angegeben
ist, wird zur Lösung dieser Aufgabe ein Hybridfahrzeug
geschaffen, mit: einer ersten Antriebskraftquelle; einem
Getriebe zur Übertragung eines Drehmomentes von der er
sten Antriebskraftquelle auf Räder; einer zweiten An
triebskraftquelle; und einem Drehmomentübertragungszug
zwischen der ersten Antriebskraftquelle und den Rädern
zur Eingabe des Drehmomentes der zweiten Antriebskraft
quelle, wobei das Hybridfahrzeug gekennzeichnet ist
durch: einen Drehmomenthinzufüg-Zug zur Synthetisierung
des von dem Getriebe ausgegebenen Drehmomentes und des
von der zweiten Antriebskraftquelle ausgegebenen Drehmo
mentes, um das synthetisierte Drehmoment an ein Ausgangs
teil auszugeben.
Die erste Antriebskraftwelle kann aus einer Brenn
kraftmaschine aufgebaut sein und die zweite Antriebs
kraftquelle kann aus einem Elektromotor oder einem Mo
tor/Generator aufgebaut sein. Weiterhin kann das Getriebe
aus einem stufenlos schaltbaren Getriebe aufgebaut sein.
Das Drehmoment der zweiten Antriebskraftquelle wird
an der Ausgangsseite des Getriebes dem Ausgangsdrehmoment
des Getriebes hinzuaddiert oder hinzugefügt, d. h. es er
folgt eine Drehmomentzusammensetzung oder -synthetisie
rung im Sinne der Erfindung. Somit ist das auf das Ge
triebe anzulegende Drehmoment dasjenige, welches von der
ersten Antriebskraftquelle übertragen wird, d. h., ein re
lativ niedriges Drehmoment, so daß die Übertragungslei
stung oder der Wirkungsgrad des Antriebsstrangs für die
Antriebskraft in dem Antriebsstrang oder Getriebe verbes
sert wird.
Insbesondere wenn das Getriebe ein stufenlos schalt
bares Getriebe des Riementyps ist, wird Rutschen des Rie
mens aufgrund des geringen übertragenen Drehmomentes un
terdrückt und die Übertragungsleistung oder der Wirkungs
grad für die Antriebskraft wird verbessert, da die auf
den Riemen aufzubringende Spannung verringert wird.
Der Hinzufüg-Zug oder Hinzufüg-Weg für das Drehmoment
in dem erfindungsgemäßen Hybridfahrzeug kann aus einem
Planetengetriebemechanismus des Ravigneaux-Typs, einem
Satz von Planetengetriebemechanismen des Einzelplaneten
rad- oder -ritzeltyps oder aus einer Mehrzahl von Sätzen
von Planetengetriebemechanismen aufgebaut sein.
Wenn der Hinzufüg-Zug für das Drehmoment aus einem
Planetengetriebemechanismus aufgebaut ist, können wenig
stens zwei hohe und niedrige Übersetzungsverhältnisse
durch den Planetengetriebemechanismus festgelegt werden.
Bei diesem Aufbau ist es möglich, das Drehmoment, welches
von der zweiten Antriebskraftquelle ausgegeben wird,
hoch- oder herunterzustufen. Weiterhin ist es möglich,
die UpM-Zahl (d. h. die Umdrehungen pro Minute) des Gehäu
ses zu ändern, in welchem die zweite Antriebskraftquelle
zwangsbetrieben wird.
Wenn der Hinzufüg-Zug für das Drehmoment aus einem
Planetengetriebemechanismus aufgebaut ist, ist es weiter
hin möglich, eine Vorwärts-/Rückwärts-Schaltfunktion zur
Umkehr und Ausgabe des eingegebenen Drehmomentes zu er
halten. Bei diesem Aufbau kann das System insgesamt kom
pakt gemacht werden.
Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vor
liegenden Erfindung ergeben sich besser aus der nachfol
genden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf
die beigefügte Zeichnung. Es versteht sich jedoch, daß
die Zeichnung alleine zum Zwecke der Darstellung dient
und nicht als einschränkend zu verstehen ist.
In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer Ausführungs
form eines erfindungsgemäßen Hybridfahrzeugs;
Fig. 2 ein Blockdiagramm eines Steuersystems entspre
chend dem Hybridfahrzeug von Fig. 1;
Fig. 3 eine tabellarische Aufstellung zur Veranschau
lichung entsprechender Beziehungen zwischen Reibschluß
elementen von Fig. 1 und einzelnen Antriebsarten oder
-mustern;
Fig. 4 ein nomographisches Diagramm, in welchem die
Zustände von sich drehenden Elementen des Planetengetrie
bemechanismus in der Ausführungsform von Fig. 1 gezeigt
sind;
Fig. 5 eine graphische Darstellung, in der Beziehun
gen zwischen einer Fahrzeuggeschwindigkeit und einer An
triebskraft in einem Steuerbeispiel gemäß der Erfindung
gezeigt sind;
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Hybrid
fahrzeugs gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfin
dung;
Fig. 7 ein nomographisches Diagramm, in welchem die
Zustände von sich drehenden Elementen eines Planetenge
triebemechanismus in der Ausführungsform von Fig. 6 ge
zeigt sind;
Fig. 8 eine schematische Darstellung, in welcher ein
Hybridfahrzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform der
Erfindung gezeigt ist; und
Fig. 9 eine tabellarische Aufstellung zur Veranschau
lichung entsprechender Beziehungen zwischen Reibschluß
elementen von Fig. 8 und individueller Antriebsarten oder
-steuerungen.
Unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung wird
die Erfindung nun anhand von illustrativ und nicht ein
schränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen erläu
tert.
Ein Hybridfahrzeug gemäß der Erfindung weist einen
eingebauten Motor 1 auf, wie in Fig. 1 gezeigt, der bei
spielsweise eine Brennkraftmaschine, z. B. ein Benzinmo
tor, ein Dieselmotor oder ein Flüssiggasmotor sein kann.
In der nachfolgenden Beschreibung sei aus Gründen der
Einfachheit angenommen, daß es sich bei dem Motor 1 um
einen Benzinmotor handelt. Dieser Motor 1 ist von allge
mein bekannter Bauart mit Ansaug- und Abgasvorrichtungen,
einer Schmiereinheit, einer Kühleinheit, einer Benzinein
spritzeinheit, einer Zündeinheit, einem Anlasser etc.
An der Ausgangs- oder Abtriebsseite des Motors 1 ist
ein stufenlos schaltbares oder stufenlos arbeitendes Ge
triebe (CVT = continuously variable transmission) 2 ange
ordnet. Dieses stufenlos schaltbare Getriebe 2 ist in ei
nem hohlen Gehäuse K1 aufgenommen. Das stufenlos schalt
bare Getriebe 2 weist eine Eingangswelle 3 und eine Zwi
schenwelle 4 auf, welche parallel zueinander angeordnet
sind. Weiterhin ist der Motor 1 mit einer Kurbelwelle 5
ausgestattet, welche koaxial zu der Eingangswelle 3 ange
ordnet ist. In einem Drehmomentübertragungszug oder -weg
zwischen der Kurbelwelle 5 und der Eingangswelle 3 ist
weiterhin eine Anfahrkupplung C1 angeordnet. Diese An
fahrkupplung C1 ist eine nasse Mehrscheibenkupplung des
Hydrauliktyps mit einer Mehrzahl von (nicht gezeigten)
Kupplungsplatten, einer Mehrzahl von (nicht gezeigten)
Kupplungsscheiben, einer (nicht gezeigten) Rückstellfeder
und einem (nicht gezeigten) hydraulischen Servomechanis
mus.
Das stufenlos schaltbare Getriebe 2 ist weiterhin mit
einer antriebsseitigen Riemenscheibe (oder Primärriemen
scheibe) 6 und einer Riemenscheibe auf der angetriebenen
Seite (oder Sekundärriemenscheibe) 7 versehen. Die an
triebsseitige Riemenscheibe 6 liegt auf Seiten der Ein
gangswelle 3 und die Riemenscheibe 7 auf der angetriebe
nen Seite liegt auf Seiten der Zwischenwelle 4. Die an
triebsseitige Riemenscheibe 6 weist eine ortsfeste Schei
benhälfte 8 und eine bewegliche Scheibenhälfte 9 auf. Die
ortsfeste Scheibenhälfte 8 ist auf der Eingangswelle 3
befestigt und die bewegliche Scheibenhälfte 9 ist in
axialer Richtung auf der Eingangswelle 3 beweglich. Wei
terhin ist ein hydraulisches Stellglied 10 zur Bewegung
der beweglichen Scheibenhälfte 9 in axialer Richtung der
Eingangswelle 3 vorhanden. Das hydraulische Stellglied 10
weist in bekannter Weise einen (nicht gezeigten) Kolben
zur Bewegung in Axialrichtung der Eingangswelle 3 und ei
ne (nicht gezeigte) Rückstellfeder auf.
Die Riemenscheibe 7 auf der angetriebenen Seite weist
ebenfalls eine ortsfeste Scheibenhälfte 11 und eine be
wegliche Scheibenhälfte 12 auf. Die ortsfeste Scheiben
hälfte 11 ist auf der Zwischenwelle 4 festgelegt und die
bewegliche Scheibenhälfte 12 ist in axialer Richtung der
Zwischenwelle 4 beweglich. Weiterhin ist ein hydrauli
sches Stellglied 13 zur Bewegung der beweglichen Schei
benhälfte 12 in axialer Richtung der Zwischenwelle 4 vor
handen. Das hydraulische Stellglied 13 weist in bekannter
Weise einen (nicht gezeigten) Kolben zur Bewegung in
Axialrichtung der Zwischenwelle 4 und eine (nicht gezeig
te) Rückstellfeder auf. Weiterhin läuft um die antriebs
seitige Riemenscheibe 6 und die Riemenscheibe 7 auf der
angetriebenen Seite oder Abtriebsseite ein Riemen 14. Mit
anderen Worten, über den Riemen 14 wird zwischen den Rie
menscheiben 6 und 7 ein Drehmoment übertragen.
Innerhalb des Gehäuses K1 sind ein Motor/Generator 15
und ein Hinzufüg-Zug oder eine Hinzufüg-Strecke 16 für
ein Drehmoment angeordnet. Der Motor/Generator 15 hat die
Funktion, eine kinetische Energie und eine elektrische
Energie jeweils ineinander umzuwandeln. Genauer gesagt,
der Motor/Generator 15 hat sowohl die Funktion (oder Lei
stungsfunktion) als Elektromotor, um abhängig von einer
elektrischen Leistung ein Drehmoment auszugeben und eine
Funktion (Rückgewinnungsfunktion oder regenerative Funk
tion) als Energieerzeuger zur Erzeugung von elektrischer
Energie anhand einer von außen her eingegebenen Bewe
gungsenergie.
Der Hinzufüg-Zug oder -weg 16 für das Drehmoment
überträgt das Drehmoment vom Motor/Generator 15 auf die
Ausgangsseite des stufenlos schaltbaren Getriebes 2 und
weist einen Planetengetriebemechanismus 17 auf. Dieser
Planetengetriebemechanismus 17 ist ein sogenannter
"Ravigneaux-Planetengetriebemechanismus", der durch eine
Kombination zweier Planetengetriebeeinheiten aufgebaut
ist. Der Planetengetriebemechanismus 17 weist ein erstes
Sonnenrad 18 und eine erste Hohlwelle 19 auf. Das erste
Sonnenrad 18 ist an der Zwischenwelle 4 befestigt. Die
erste Hohlwelle 19 ist so koaxial zu und um die Zwischen
welle 4 herum angeordnet, daß sie relativ zu der Zwi
schenwelle 4 drehen kann. Ein zweites Sonnenrad 20 ist
auf der ersten Hohlwelle 19 angeordnet. Eine Kupplung C2
ist dafür vorgesehen, einen Drehmomentübertragungszustand
zwischen der Zwischenwelle 4 und der ersten Hohlwelle 19
zu steuern. An der Innenfläche des Gehäuses K1 ist wei
terhin eine erste Bremse B1 zur Steuerung von Dre
hung/Anhalten der ersten Hohlwelle 19 angeordnet.
Um das erste Sonnenrad 18 herum ist ein erstes Hohl
rad 21 angeordnet, welches über ein zweites Planetenrad
22 mit dem zweiten Sonnenrad 20 in Eingriff steht. Dieses
zweite Planetenrad 22 und das erste Sonnenrad 18 wiederum
stehen über ein erstes Planetenrad 23 in Eingriff. Ko
axial zu und um die Zwischenwelle 4 herum ist eine zweite
Hohlwelle 24 angeordnet welche relativ zur Zwischenwelle
4 drehen kann. Das zweite Planetenrad 22 und das erste
Planetenrad 23 sind von einem Träger 25 gehalten, der so
mit der zweiten Hohlwelle 24 verbunden ist, daß er ein
Drehmoment übertragen kann. Weiterhin ist an der Innen
fläche des Gehäuses K1 eine Umsteuerbremse BR angeordnet,
um eine Drehung/Anhaltung des Hohlrades 21 zu steuern.
Weiterhin ist an der Hohlwelle 24 ein Zahnrad 26 angeord
net.
Weiterhin ist ein Zahnrad 27 am Außenumfang der er
sten Hohlwelle 19 ausgebildet und ein Zahnrad 28 ist an
einer Ausgangswelle 15A des Motors/Generators 15 ausge
bildet. Parallel zur Zwischenwelle 4 ist eine Welle 29A
angeordnet, welche ein Zahnrad 29 aufweist. Das Zahnrad
27 und das Zahnrad 28 stehen jeweils mit dem Zahnrad 29
in Eingriff.
Parallel zur Zwischenwelle 4 ist eine Ausgangs- oder
Abtriebswelle 30 angeordnet. Die Ausgangswelle 30 ist
ebenfalls innerhalb des Gehäuses K1 angeordnet. Die Aus
gangswelle 30 weist ein Zahnrad 31 und ein Zahnrad 32
auf. Weiterhin stehen das Zahnrad 31 und das Zahnrad 26
miteinander in Eingriff und das Zahnrad 32 und die Räder
33 sind über ein (nicht gezeigtes) Differential in Ver
bindung, um das Drehmoment zu übertragen.
Ein Steuersystem für das Fahrzeug mit dem Systemauf
bau gemäß Fig. 1 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf
das Blockdiagramm von Fig. 2 beschrieben.
Zunächst ist eine elektronische Steuereinheit (ECU)
34 vorgesehen. Diese ECU 34 ist dafür vorgesehen, den Mo
tor 1, das stufenlos schaltbare Getriebe 2 und die Reib
schlußelemente (d. h. die oben erwähnten verschiedenen
Bremsen und Kupplungen) zu steuern.
Die elektronische Steuereinheit 34 ist so aufgebaut,
daß sie einen Mikrocomputer aufweist, der im wesentlichen
eine Verarbeitungseinheit (z. B. CPU oder MPU), Speicher
einheiten (z. B. RAM und ROM) und eine Eingangs/Ausgangs-
Schnittstelle beinhaltet. Der ECU 34 werden die folgenden
Signale eingegeben: ein Signal von einem Motordrehzahl
sensor 35, ein Signal von einem Gaspedalniederdrückungs
sensor 36, ein Signal von einem Drosselklappenöffnungs
sensor 37, ein Signal von einem Bremsenschalter 38, ein
Signal von einem Schaltpositionssensor 39 zur Erkennung
eines Betriebszustandes eines (nicht gezeigten) Schalthe
bels, ein Signal von einem Eingangs-UpM-Sensors 40 zur
Erkennung der Umdrehungen pro Minute der antriebsseitigen
Riemenscheibe, ein Signal von einem Ausgangs-UpM-Sensor
41 zur Erkennung der Umdrehungen pro Minute der Riemen
scheibe 7 an der angetriebenen Seite, und ein Signal von
einem Ausgangswellen-UpM-Sensor 42 zur Erkennung der Um
drehung pro Minute der Ausgangs- oder Abtriebswelle 30.
Die Fahrzeuggeschwindigkeit wird auf der Grundlage des
Signales des Ausgangswellen-UpM-Sensors 42 berechnet.
Mit der elektronischen Steuereinheit 34 stehen wei
terhin in einer datenübertragungsfähigen Weise eine
Kraftstoffeinspritzeinheit 43, eine Zündzeitpunkt-Steuer
einheit 44 und eine Hydrauliksteuereinheit 45 in Verbin
dung. Diese Hydrauliksteuereinheit 45 ist mit einer An
zahl von Magnetventilen 46 und einem bestimmten Magnet
ventil 47 ausgestattet. Die verschiedenen Magnetventile
46 sind dafür vorgesehen die Öldrücke zu steuern, welche
auf die Anfahrkupplung C1, die Kupplung C2, die Bremse B1
und die Umsteuerbremse BR einwirken, in dem auf den Be
triebszustand des Schalthebels und andere Betriebsbedin
gungen zurückgegriffen wird. Das Magnetventil 47 steuert
darüber hinaus die Öldrücke, welche auf die hydraulischen
Stellglieder 10 und 13 wirken.
Mit der elektronischen Steuereinheit 34 ist weiterhin
in einer datenübertragungsfähigen Weise eine elektroni
sche Steuereinheit 48 für den erwähnten Motor/Generator
15 verbunden. Weiterhin ist mit dem Motor/Generator 15
eine Batterie 50 über einen Inverter oder Wandler 49 ver
bunden. Weiterhin ist die elektronische Steuereinheit 48
für den Motor/Generator 15 in einer datenübertragungsfä
higen Weise mit dem Motor/Generator 15, dem Inverter 49
und der Batterie 50 verbunden. Weiterhin weist die elek
tronische Steuereinheit 48 für den Motor/Generator eine
Doppelfunktion auf, nämlich die Erkennung und Steuerung
eines Stromwertes, der dem Motor/Generator 15 von der
Batterie 50 zuzuführen ist und die Erkennung eines Strom
wertes elektrischer Energie, welche vom Motor/Generator
15 erzeugt wird. Die elektronische Steuereinheit 48 für
den Motor/Generator ist weiterhin mit einer doppelten
Funktion versehen, nämlich die Steuerung der Umdrehungen
pro Minute des Motors/Generators 15 und die Erkennung und
Steuerung des Ladezustandes (SOC = state of charge) der
Batterie 50.
Nachfolgend werden die entsprechenden Beziehungen
bzw. Terminologie-Zuweisungen zwischen dem Aufbau der
oben erwähnten Ausführungsform und dem Aufbau der Erfin
dung beschrieben. Der Motor 1 entspricht der ersten An
triebskraftquelle der Erfindung und die Kurbelwelle 5,
die Eingangswelle 3, die Zwischenwelle 4 und die Aus
gangswelle 30 bilden einen Zug entsprechend dem Drehmo
mentübertragungszug der Erfindung. Weiterhin entspricht
der Motor/Generator 15 einer zweiten Antriebskraftquelle
der Erfindung und die Zahnräder 27, 28 und 29 und die er
ste Hohlwelle 19 bilden einen Zug entsprechend dem Hinzu
füg-Zug für das Drehmoment gemäß der Erfindung.
Die Arbeitsweisen und Steuervorgänge in dem Hybrid
fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung mit dem bisher
beschriebenen Aufbau werden nun erläutert. Durch Betäti
gung des Schalthebels werden ausgewählt entweder: eine
Antriebsposition zum Festsetzen eines Zustandes, in wel
chem das Drehmoment (oder die Bewegungskraft) von wenig
stens entweder dem Motor 1 oder dem Motor/Generator 15
den Rädern 33 übertragen wird, oder eine Nichtantriebspo
sition zum Festsetzen eines Zustandes, in welchem weder
das Drehmoment vom Motor 1 noch vom Motor/Generator 15
den Rädern 33 übertragen wird. Die Antriebsposition ist
durch eine Antriebsposition oder eine Rückwärtsposition
ausgedrückt und die Nichtantriebspostion ist durch eine
Neutralposition oder Parkposition ausgedrückt. Die An
triebsposition ist eine Position zum Betreiben des Fahr
zeuges vorwärts und die Rückwärtsposition ist eine Posi
tion zum Rückwärtsfahren des Fahrzeuges.
Wenn weiterhin die Antriebsposition angewählt ist,
wird eine von verschiedenen Antriebsweisen auf der Grund
lage des Fahrzeugzustandes ausgewählt, beispielsweise
aufgrund der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Niederdrückung
des Gaspedals, des Drosselklappenöffnungsbetrages oder
der Schalt(hebel)position, um die Steuerung der Antriebs
weise angepaßt oder entsprechend durchzuführen. Die An
triebsweisen beinhalten die verschiedenen Antriebs- oder
Fahrweisen, beispielsweise Schleich- oder Langsamfahrt,
normaler Start (normales Anfahren), normale Fahrweise,
regeneratives oder energierückgewinnendes Bremsen und
Fahrt nach rückwärts, wie in Fig. 3 tabellarisch gezeigt.
Wenn die Antriebsweise durch den Schalthebel angewählt
wird, ist es weiterhin möglich, eine aus verschiedenen
Arten von Langsamfahrt, normalem Anfahren, normaler Fahrt
und regenerativem Bremsen anzuwählen. Wenn die Rückwärts
position angewählt wird, wird andererseits die Rückwärts
fahrt angewählt.
Die Steuerungen entsprechend den jeweiligen Antriebs
weisen werden unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4
beschrieben. Hierbei zeigt Fig. 3 in tabellarischer Form
die entsprechenden Beziehungen zwischen den einzelnen An
triebsweisen und den Zuständen der Reibschlußelemente
einschließlich der Kupplungen und der Bremsen. Fig. 3
zeigt auch tabellarisch die Antriebsvorrichtung (die An
triebskraftquellen des Fahrzeuges) in den einzelnen An
triebsweisen. In Fig. 3 bedeutet ein Kreis, daß die Reib
schlußelemente anliegen, ein leeres Feld bedeutet, das
die Reibschlußelemente freigegeben sind und ein Dreieck
bedeutet, daß das Reibschlußelement in Anlage ist, wenn
das Fahrzeug rasch anfährt wird (z. B., wenn das Gaspedal
stark niedergedrückt wird). Weiterhin ist Fig. 4 eine no
mographische Darstellung, in der die Zustände des ersten
Sonnenrades 18, des zweiten Sonnenrades 20, des Trägers
25 und des Hohlrades 21 in den einzelnen Antriebsweisen
dargestellt sind. In Fig. 4 bezeichnen die Pfeile die
Drehrichtungen.
Zunächst wird die Langsamfahrweise ausgewählt, wobei
das sogenannte "ECO-run system" aktiv ist, was die Bedeu
tung von "ECOnomical-ECOlogical run" hat (d. h. ökonomi
sche-ökologische Fahrweise) zur Steuerung des
Laufs/Anhaltens des Motors 1 auf der Grundlage eines be
stimmten Zustandes, der nicht die Betätigung eines nicht
gezeigten Zündschlüssels ist. Genauer gesagt, diese Lang
samfahrweise wird ausgewählt, wenn eine Bedingung zum Zu
rückbringen des Motors 1 in den Laufzustand erfüllt ist,
während der Motor 1 automatisch unter der Motorstoppbe
dingung angehalten ist. Noch genauer gesagt, die Langsam
fahrweise wird im Hinblick darauf ausgewählt, die Kraft
zum Antreiben der Räder 33 für eine Zeitdauer zurückzu
halten, welche von der Erfüllung der Zurückbringbedingung
des während des Motorstopps bis zum Start des Motors 1
vergangen ist. Hierbei ist die Bedingung für Motorstopp
beispielsweise erfüllt, wenn das Gaspedal vorher losge
lassen ist, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit bei Null
ist, und wenn der Bremsenschalter 38 eingeschaltet ist.
Andererseits ist die Zurückbringbedingung erfüllt, wenn
wenigstens eine der Motorstoppbedingungen nicht erfüllt
ist.
In dieser Langsamfahrtsteuerung liegt die Kupplung C2
an, das heißt, ist eingerückt, jedoch die anderen Kupp
lungen und Bremsen sind frei. Kurz gesagt, das zweite
Sonnenrad 20 und das erste Sonnenrad 18 sind in direkter
Verbindung. Im Ergebnis wird das Drehmoment, wie es vom
Motor/Generator 15 ausgegeben wird, über die Zahnräder
28, 29 und 27 auf das erste Sonnenrad 18 und das zweite
Sonnenrad 20 übertragen und das erste Sonnenrad 18, das
zweite Sonnenrad 20 und der Träger 25 drehen alle mitein
ander, wie in Fig. 4 gezeigt. Das Drehmoment vom Träger
25 wird über die zweite Hohlwelle 24 und das Getriebe 26
zur Ausgangswelle 30 übertragen. Das Drehmoment von der
Ausgangswelle 30 wird dann auf die Räder 33 übertragen,
um die Antriebskraft der Räder 33 zu erzeugen. Wenn die
Langsamfahrweise so ausgewählt worden ist, fährt das
Fahrzeug unter Verwendung des Motors/Generators 15 als
Antriebsvorrichtung.
Nachfolgend wird die normale Start- oder Anfahrweise
beschrieben. Diese normale Anfahrweise wird gewählt, wenn
das Fahrzeug anhält und wenn eine Anforderung für
(wieder) Anfahren gemacht wird, während der Motor 1 aktiv
ist. Ob die Anforderung für den Start (für das Anfahren)
gemacht wird oder nicht, wird auf der Grundlage des Si
gnals vom Gaspedalniederdrückungssensor 36, des Signals
vom Bremsenschalter 38 etc. entschieden. Wenn diese nor
male Start- oder Anfahrweise ausgewählt wird, rückt die
Anfahrkupplung C1 ein, jedoch die anderen Kupplungen und
Bremsen sind freigegeben. Sodann wird das Drehmoment, wie
es von der Kurbelwelle 5 des Motors 1 ausgegeben wird,
der Eingangswelle 3 des stufenlos schaltbaren Getriebes 2
übertragen. Das Drehmoment der Eingangswelle 3 wird über
die antriebsseitige Riemenscheibe 6, den Riemen 14 und
die Riemenscheibe 7 auf der angetriebenen Seite der Zwi
schenwelle 4 übertragen. Das so auf die Zwischenwelle 4
übertragene Drehmoment wird weiter über das erste Sonnen
rad 18 und das erste Planetenrad 23 dem Träger 25 über
tragen.
Das Drehmoment vom Motor/Generator 15 wird über die
Zahnräder 28, 29 und 27 dem zweiten Sonnenrad 20 übertra
gen. Im Ergebnis wirkt das zweite Sonnenrad 20 als ein
Reaktionselement, so daß der Träger 25 in seiner Drehung
gegenüber dem ersten Sonnenrad 18 verzögert wird. Das
Drehmoment vom Träger 25 wird über die zweite Hohlwelle
24 und das Zahnrad 26 der Ausgangswelle 30 übertragen.
Genauer gesagt, der Träger 25 oder das Zahnrad 26, welche
als Ausgangselement dienen, werden in ihren Drehungen be
züglich der Zwischenwelle 4 durch den Planetengetriebeme
chanismus 17 weiter verzögert. Dieses Drehmoment vom Trä
ger 25 oder dem Zahnrad 26 ist ein aufsummiertes hohes
Drehmoment des vom Motor 1 über das erste Sonnenrad 18
übertragenen Drehmoments und des vom Motor/Generator 15
über das zweite Sonnenrad 20 übertragenen Drehmoments.
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung, in der die
Beziehungen zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und der
Antriebskraft des Fahrzeuges dargestellt sind. In diesem
Diagramm sind dargestellt: ein Fahrwiderstand des Fahr
zeuges; eine (fundamentale) Antriebskraft entsprechend
einem Produkt, welches durch multiplizieren des Motor
drehmomentes mit dem Übersetzungsverhältnis berechnet
wird; und eine (gestrichelte) Zone, in der die fundamen
tale oder grundlegende Antriebskraft vom Motor/Generator
15 unterstützt wird. Wie aus dem Antriebskraftdiagramm
von Fig. 5 zu sehen ist, zeichnet sich die grundlegende
Antriebskraft dadurch aus, daß sie mit einem Anstieg der
Fahrzeuggeschwindigkeit anwächst und zu dem Zeitpunkt, zu
dem eine bestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit überschritten
wird, abnimmt.
Durch Auswahl der normalen Anfahrweise kann somit die
Antriebskraft des Fahrzeuges bei einer geringeren Ge
schwindigkeit als einer bestimmten Geschwindigkeit inner
halb eines Bereiches der Assistenzzone erhöht werden. Die
so erhöhte Antriebskraft ist im wesentlichen gleich der
jenigen des Hybridfahrzeuges, bei der ein sogenannter
Drehmomentwandler in dem Drehmomentübertragungszug zwi
schen dem Motor und dem stufenlos schaltbaren Getriebe
angeordnet ist. Mit anderen Worten, eine Drehmomentver
stärkungsfunktion ähnlich derjenigen wie durch den
Drehmomentwandler kann durch den Motor/Generator 15 und
den Planetengetriebemechanismus 17 erhalten werden.
Wenn die normale Anfahrweise ausgewählt wird, wird
genauer gesagt das Ausgangsdrehmoment des Motors 1 von
dem stufenlos schaltbaren Getriebe 2 und dem Planetenge
triebemechanismus 17 verstärkt und das vom Mo
tor/Generator 15 ausgegebene Drehmoment wird dem Aus
gangsdrehmoment des Motors 1 hinzugefügt oder hinzuad
diert, so daß diese aufsummierten Drehmomente übertragen
werden, um die Antriebskraft der Räder 33 zu erzeugen.
Mit anderen Worten, wenn die normale Anfahrweise ange
wählt wird, dienen der Motor 1 und der Motor/Generator 15
als Antriebsvorrichtung für das Fahrzeug.
Wenn der gemachte Start- oder Anfahrbefehl ein Befehl
für einen raschen Start oder ein schnelles Anfahren ist,
werden nicht nur die Anfahrkupplung C1, sondern auch die
Bremse B1 angelegt oder eingerückt. Ob dieser Befehl oder
diese Anforderung für rasches Anfahren gemacht wird, wird
auf der Grundlage entschieden, ob die Änderungsrate (oder
das Änderungsverhältnis) der Gaspedalniederdrückung pro
Zeiteinheit einen bestimmten Wert überschreitet. Wenn so
die Bremse B1 angelegt wird, wird das zweite Sonnenrad 20
festgelegt, wie in Fig. 4 gezeigt. Im Ergebnis, kann,
selbst wenn das auf die Zwischenwelle 4 übertragende
Drehmoment abrupt ansteigt, die rückwärtsgerichtete Dre
hung des zweiten Sonnenrades 20 oder des Reaktionselemen
tes zuverlässig daran gehindert werden, die Antriebskraft
der Räder 33 zurückzuhalten. Andererseits kann die Bremse
B1 so gesteuert werden, daß sie nicht nur in dem freige
gebenen/Eingriffszustand ist, sondern auch in einem
Rutschzustand. Durch Empfang der Reaktion der Bremse B1
in diesem Rutschzustand kann die Geschwindigkeitsänderung
im stufenlos schaltbaren Getriebe 2 dem Motor/Generator
15 zugeordnet gemacht werden.
Wenn das Fahrzeug so anfährt, daß eine bestimmte
Fahrzeuggeschwindigkeit überschritten wird, wird weiter
hin die normale Fahrweise gewählt. Hierbei werden die An
fahrkupplung C1 und die Kupplung C2 eingerückt, jedoch
sind die anderen Kupplungen und Bremsen ausgerückt. Wenn
das Motordrehmoment wie weiter oben der Zwischenwelle 4
übertragen wird, drehen das erste Sonnenrad 18, das
zweite Sonnenrad 20 und der Träger 25 zusammen, wie in
Fig. 4 gezeigt. Weiterhin wird das Drehmoment des Trägers
25 wie oben erläutert auf die Räder 33 übertragen. Wenn
diese normale Fahrweise daher ausgewählt wird, kann die
Umdrehungszahl pro Minute der Ausgangswelle 30 innerhalb
eines Bereiches A1 von Fig. 4 gehalten oder gesteuert
werden, indem das Übersetzungsverhältnis des stufenlos
schaltbaren Getriebes 2 gesteuert wird.
Nachfolgend wird die Steuerung des Übersetzungsver
hältnisses des stufenlos schaltbaren Getriebes 2 be
schrieben. Im stufenlos schaltbaren Getriebe 2 wird der
Abstand zwischen der stationären Scheibenhälfte 8 und der
beweglichen Scheibenhälfte 9, d. h. die Breite der Nut
dazwischen durch Steuerung des Öldrucks eingestellt, der
auf das hydraulische Stellglied 10 wirkt. Weiterhin wird
der Öldruck zur Bestimmung der Breite der Nut auf der
Seite der Riemenscheibe 7 so gesteuert, daß dem Riemen 14
eine Spannung abhängig von der Größe des zu übertragenen
Drehmomentes verliehen wird, so daß sich die Nutbreite
der Riemenscheibe 7 auf der angetriebenen Seite mit der
Änderung der Nutbreite der antriebsseitigen Riemenscheibe
6 ändert. Im Ergebnis ändern sich die Wicklungsradien des
Riemens 14 an den einzelnen Riemenscheiben 6 und 7, um
das Übersetzungsverhältnis (d. h. den Wert, der durch Di
vision der Umdrehungszahl pro Minute der Eingangswelle 3
durch die Umdrehungszahl pro Minute der Zwischenwelle 4
berechnet wird) des stufenlos schaltbaren Getriebes 2
stufenlos (oder kontinuierlich) zu steuern. Auf der
Grundlage der Signale der verschiedenen Sensoren und an
deren Daten steuert darüber hinaus die elektronische
Steuereinheit 34 den Motor 1, das stufenlos schaltbare
Getriebe 2 und die verschiedenen Reibschlußelemente. Für
diese Steuervorgänge sind in der elektronischen Steuer
einheit 34 vorab verschieden Daten, beispielsweise
Schalt-Datenfelder und optimale Brennstoffverbrauchskur
ven für den Motor gespeichert. Die Schalt-Datenfelder für
das stufenlos schaltbare Getriebe sind so vorbereitet,
daß das Übersetzungsverhältnis des stufenlos schaltbaren
Getriebes 2 gesteuert wird und sind so festgelegt, daß
ein Übersetzungsverhältnis für das stufenlos schaltbare
Getriebe 2 mit dem Fahrzeugzustand übereinstimmt oder
hieran angepaßt ist, beispielsweise an den Gaspedalnie
derdrückungsgrad (oder den Drosselklappenöffnungsgrad)
und die Fahrzeuggeschwindigkeit.
Optimale Brennstoffverbrauchskurven für den Motor
werden darüber hinaus so vorbereitet, daß die Eigenschaf
ten oder Kenndaten des Kraftstoffverbrauches unter Ver
wendung der Betriebsbedingungen des Motors, also zum Bei
spiel Drehmoment, Motordrehzahl etc. entschieden werden.
Auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Gaspe
dalniederdrückung etc. wird weiterhin eine Beschleuni
gungsanforderung entschieden, so daß ein Ziel-Motoraus
gang auf der Basis des Entscheidungsergebnisses bestimmt
wird. Auf der Grundlage dieser Betriebsergebnisse und der
optimalen Kraftstoffverbrauchskurven wird die Ziel-Motor
drehzahl (UpM) bestimmt, um das Übersetzungsverhältnis
des stufenlos schaltbaren Getriebes 2 so zu steuern, daß
sich die momentane oder tatsächliche Motordrehzahl der
Zieldrehzahl annähern kann. Die Schaltsteuerung des stu
fenlos schaltbaren Getriebes 2 und die Steuerung der Mo
tordrehzahl werden bei der normalen Anfahrweise und der
normalen Fahrweise angewendet.
Wenn die oben erwähnte Rückwärtsfahrweise gewählt
wird, werden die Anfahrkupplung C1 und die Umsteuerbremse
BR zur Anwendung gebracht oder eingerückt, jedoch die an
deren Bremsen und Kupplungen sind freigegeben oder ausge
rückt. Dies bedeutet kurz gesagt, daß das Hohlrad 21
festgelegt wird. Wenn das Drehmoment von der Zwischen
welle 4 auf das erste Planetenrad 23 übertragen wird,
wirkt somit das Hohlrad 21 als Reaktionselement und der
Träger 25 dreht sich in die entgegengesetzte Richtung be
züglich den Drehrichtungen in den anderen Fahrweisen ge
sehen. Hierbei wird kein Drehmoment vom Motor/Generator
übertragen. Somit wirkt der Motor 1 als Antriebsvorrich
tung für das Fahrzeug, wenn die Rückwärtsfahrweise ausge
wählt wird.
Nachfolgend wird die Ansteuerung für die regenerative
Bremsweise beschrieben. Diese regenerative oder
(energie)rückgewinnende Bremsweise wird ausgewählt, wenn
das Fahrzeug verzögert wird, d. h., wenn das Fahrzeug mit
Schubabschaltung fährt. Wenn die regenerative Bremsweise
ausgewählt wird, wird die Kupplung C2 eingerückt, jedoch
die verbleibenden Kupplungen und Bremsen freigegeben. Bei
dieser Fahrweise im Schubabschaltungsbetrieb wird weiter
hin die Bewegungsenergie (d. h. die kinetische Energie)
der Räder 33 über das Zahnrad 32, die Ausgangswelle 30
und Zahnrad 31 auf das Zahnrad 26 übertragen. Weiterhin
wird die Bewegungsenergie dieses Zahnrades 26 über den
Träger 25 auf des erste Sonnenrad 18 und das zweite Son
nenrad 20 übertragen.
Wenn die Kupplung C2 eingerückt ist, sind das erste
Sonnenrad 18 und das zweite Sonnenrad 20 direkt miteinan
der verbunden, so daß die Bewegungsenergien des ersten
Sonnenrades 18 und des zweiten Sonnenrades 20 zusammen
über die Zahnräder 27, 29 und 28 dem Motor/Generator 15
übertragen werden. Dieser Motor/Generator 15 wirkt als
Energieerzeuger, so daß die erzeugte elektrische Energie
über den Umsetzer oder Inverter 49 in der Batterie 50 ge
speichert wird.
In der unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 5 be
schriebenen Ausführungsform kann das Drehmoment, wie es
vom stufenlos schaltbaren Getriebe 2 ausgegeben wird, den
Rädern 33 übertragen werden, nachdem es durch den Mo
tor/Generator 15 und den Planetengetriebemechanismus 17
verstärkt worden ist. Mit anderen Worten, der Steuerbe
reich des Übersetzungsverhältnisses des stufenlos schalt
baren Getriebes 2 wird wesentlich erweitert. Was das auf
die Räder 33 in Antwort auf einen Beschleunigungsbefehl
übertragene Drehmoment betrifft, kann somit das vom Motor
1 in das stufenlos schaltbare Getriebe 2 einzugebende
Drehmoment so niedrig wie möglich gemacht werden. Im stu
fenlos schaltbaren Getriebe 2 wird daher ein Rutsch der
Kontaktabschnitte zwischen der antriebsseitigen Riemen
scheibe 6 und der Riemenscheibe 7 auf der angetriebenen
Seite und dem Riemen 14 unterdrückt, so daß die Übertra
gungsleistung oder der Wirkungsgrad im Antriebsstrang für
die Bewegungsenergie in dem stufenlos schaltbaren Getrie
be 2 und die Haltbarkeit des stufenlos schaltbaren Ge
triebes 2 verbessert werden. Ein anderer Aspekt ist, daß
das von dem stufenlos schaltbaren Getriebe 2 zu übertra
gende Drehmoment verringert werden kann, so daß die an
triebsseitige Riemenscheibe 6, die Riemenscheibe 7 auf
der angetriebenen Seite und der Riemen 14 kompakt gemacht
werden können.
Weiterhin kann die Antriebskraft zum Zeitpunkt des
Anfahrens des Fahrzeuges durch die Funktion des Mo
tors/Generators 15 und des Planetengetriebemechanismus 17
erhöht (oder unterstützt) werden, so daß die Anfahrlei
stung des Fahrzeuges verbessert wird. Diese Unterstüt
zungs- oder Assistenzzone seitens des Motors/Generators
15 wird durch die Beschleunigungsanforderung bestimmt,
beispielsweise durch den Niederdrückungsgrad des Gaspe
dals und die Fahrzeuggeschwindigkeit. Wenn die regenera
tive Bremsweise ausgewählt wird, wird weiterhin der Mo
tor/Generator 15 dazu veranlaßt, als Leistungsgenerator
durch die bewegte Masse zu arbeiten, welche von den Rä
dern 33 übertragen wird, so daß die erzeugte elektrische
Energie zurückgewonnen werden kann.
Was die Räder 33 betrifft, so sind der Mo
tor/Generator 15 und das stufenlos schaltbare Getriebe 2
parallel angeordnet und die Anfahrkupplung C1 wird zum
Zeitpunkt der Steuerzeit für die regenerative Bremsung
gelöst. Im Ergebnis wird die Bewegungsenergie der Räder
33 nicht auf den Motor 1 übertragen, so daß die von den
Rädern 33 übertragenen Bewegungsenergie nicht durch den
Motor 1 aufgezehrt wird. Im Ergebnis ist es möglich, den
Energieerzeugungs-Leistungsgrad durch den Motor/Generator
15 zu verbessern, d. h. den Leistungsgrad für die Rückge
winnung elektrischer Energie. Wenn die Kupplung C2 einge
rückt ist, drehen das erste Sonnenrad 18 und das zweite
Sonnenrad 20 zusammen, so daß der Motor/Generator 15 ge
dreht werden kann, um als Energiegenerator mit einer Um
drehungszahl pro Minute abhängig von derjenigen der ver
zögerten Ausgangswelle 30 zu wirken.
Damit der Motor/Generator 15 das Drehmoment auf das
zweite Sonnenrad 20 des Planetengetriebemechanismus 17
übertragen kann, sind darüber hinaus die Zahnräder 27, 28
und 29 separat vom Planetengetriebemechanismus 17 ange
ordnet. Dies macht es möglich, das System von Fig. 1 ein
fach dadurch aufzubauen, daß der Motor/Generator 15 und
die Zahnräder 27, 28 und 29 zusätzlich zu einem bereits
vorhandenen System hinzugefügt werden, welches das stu
fenlos schaltbare Getriebe 2 und den Planetengetriebeme
chanismus 17 hat. Mit anderen Worten, die genannten Kom
ponenten können sich zu dem bereits existierenden System
hinzufügen, so daß das Hybridfahrzeug gemäß der Erfindung
einfach dadurch geschaffen werden kann, daß das bereits
existierende System teilweise geändert wird. Weiterhin
ist der Aufbau so gemacht, daß der Motor/Generator 15 se
parat an der Außenseite des stufenlos schaltbaren Getrie
bes 2 und des Planetengetriebemechanismus 17 angebracht
ist. Dies macht es möglich, einen Motor/Generator mit
hervorragender Massenherstellbarkeit zu verwenden. Aus
diesen Gründen ist es möglich, die Kosten zur Herstellung
des erfindungsgemäßen Hybridfahrzeuges niedrig zu halten.
Bei einer normalen Anfahrweise oder der normalen
Fahrweise kann andererseits das Übersetzungsverhältnis
des Planetengetriebemechanismus 17 in zwei Stufen durch
Einrücken der Bremse B1 oder der Kupplung C2 gesteuert
werden.
Fig. 6 ist eine schematische Darstellung einer weite
ren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Von den
Komponenten oder Bauteilen aus Fig. 6 wird eine Beschrei
bung von Komponenten oder Bauteilen, welche zu dem Aufbau
von Fig. 1 gleich sind, weggelassen und diese Komponenten
oder Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in
Fig. 1 versehen.
An der Ausgangsseite des stufenlos schaltbaren Ge
triebes 2 ist eine Hohlwelle 51 angeordnet, in der eine
Welle 52 so angeordnet ist, daß sie relativ zur Hohlwelle
51 drehen kann. Parallel zur Welle 52 ist eine weitere
Welle 53 angeordnet.
Die stationäre Scheibenhälfte 11 des Scheibenrades 7
auf der angetriebenen Seite ist auf der Hohlwelle 51 be
festigt und die bewegliche Scheibenhälfte 12 ist so ange
ordnet, daß sie in axialer Richtung der Hohlwelle 51 be
weglich ist. Weiterhin ist das hydraulische Stellglied 13
zur Bewegung der beweglichen Scheibenhälfte 12 in axialer
Richtung der Hohlwelle 51 vorgesehen.
Ein Planetengetriebemechanismus 54 ist dafür vorgese
hen, den Zustand der Drehmomentübertragung zwischen der
Hohlwelle 51 und der Welle 53 zu steuern. Das stufenlos
schaltbare Getriebe 2 und der Planetengetriebemechanismus
54 sind in einem Gehäuse K2 angeordnet. Der Planetenge
triebemechanismus 54 weist eine erste Planetengetriebe
einheit 55 und eine zweite Planetengetriebeeinheit 56
auf, welche auf der gemeinsamen Achse angeordnet sind.
Die erste Planetengetriebeeinheit 55 ist näher an dem
stufenlos schaltbaren Getriebe 2 als die zweite Planeten
getriebeeinheit 56 angeordnet. Die erste Planetengetrie
beeinheit 55 ist aufgebaut aus: einem ersten Sonnenrad
57, einem ersten Hohlrad 58, welches konzentrisch zu dem
ersten Sonnenrad 57 angeordnet ist, und einem ersten Trä
ger 60 zum Halten eines ersten Planetenrades 59, welches
mit dem ersten Sonnenrad 57 und dem ersten Hohlrad 58 in
Eingriff steht. Kurz gesagt, die erste Planetengetriebe
einheit 55 ist eine Planetengetriebeeinheit des Einzel
planetenradtyps.
Die zweite Planetengetriebeeinheit 56 ist eine Plane
tengetriebeeinheit des Einzelplanetenradtyps und ist auf
gebaut aus: einem zweiten Sonnenrad 61, einem zweiten
Hohlrad 62, das konzentrisch zum zweiten Sonnenrad 61 an
geordnet ist, und einem zweiten Träger 64 zum Halten ei
nes zweiten Planetenrades 63, das mit dem zweiten Sonnen
rad 61 und dem zweiten Hohlrad 62 in Eingriff ist. Außer
halb des ersten Hohlrades 58 und des zweiten Hohlrades 62
ist eine Verbindungstrommel 65 angeordnet, welche ein
stückig mit dem ersten Hohlrad 58 und dem zweiten Träger
64 verbunden ist. Weiterhin ist die Welle 52 mit ihrem
einen Ende innerhalb der Verbindungstrommel 65 angeord
net. Der Endabschnitt der Welle 52 an der Innenseite der
Verbindungstrommel 65 steht einstückig mit dem zweiten
Hohlrad 62 in Verbindung. Weiterhin vorgesehen ist die
Kupplung C2 zur Steuerung des Drehmomentübertragungszu
standes zwischen dem ersten Träger 60 und der Hohlwelle
51. Auf Seiten des Gehäuses K2 ist weiterhin die Umsteu
erbremse BR zum Steuern von Drehung/Anhalten des ersten
Trägers 60 angeordnet.
Am äußeren Endabschnitt der Verbindungstrommel 65 ist
eine Welle 66 angebracht, welche koaxial zur Welle 52 an
geordnet ist. An der Welle 66 ist ein Zahnrad 67 befe
stigt. An der oben erwähnten Welle 53 sind weiterhin
Zahnräder 68 und 69 angeordnet, wobei das Zahnrad 68 mit
dem Zahnrad 67 in Eingriff steht. Weiterhin ist das Zahn
rad 69 so über ein (nicht gezeigtes) Differential mit den
Rädern 33 verbunden, daß es ein Drehmoment übertragen
kann.
Am anderen Ende des Gehäuses K2, d. h. an der Seite
gegenüber der Anordnung der antriebsseitigen Riemen
scheibe 6 ist darüber hinaus der Motor/Generator 15 ange
ordnet, dessen Ausgangs- oder Abtriebswelle parallel zu
der Welle 53 angeordnet ist. An der Ausgangswelle 70 ist
ein Zahnrad 71 angeordnet. Auf der Seite des Gehäuses K2
ist die Bremse B1 zur Steuerung der Drehung/Anhaltung der
Ausgangswelle 70 angeordnet. Auf der Welle 52 ist ein
weiteres Zahnrad 72 ausgebildet und eine Welle 73 ist
parallel zur Welle 52 und der Ausgangswelle 70 angeord
net. Auf der Welle 73 sitzt ein weiteres Zahnrad 74, wel
ches mit den Zahnrädern 72 und 71 in Eingriff steht. Das
Steuersystem von Fig. 2 kann auch bei der Ausführungsform
gemäß Fig. 6 angewendet werden.
Die entsprechenden Beziehungen in der Nomenklatur
zwischen der Ausführungsform gemäß Fig. 6 und der Erfin
dung werden nun beschrieben. Die Eingangswelle 3, die
Hohlwelle 51, die Welle 66, die Ausgangswelle 53 und die
Zahnräder 67, 68 und 69 bilden einen Zug entsprechend dem
Drehmomentübertragungszug der Erfindung. Die Ausgangs
welle 70, die Zahnräder 71, 74 und 72 und die Wellen 52
und 73 bilden einen Zug entsprechend dem Drehmomenthinzu
füg-Zug oder -weg der Erfindung.
Die Antriebsweisen, welche durch das System von Fig.
6 auswählbar sind, sind individuell identisch zu denjeni
gen von Fig. 3. Von daher wird der Steuerinhalt des Sy
stems von Fig. 6 nun unter Bezugnahme auf Fig. 7 be
schrieben. Fig. 7 ist eine nomographische Darstellung, in
der die Zustände der einzelnen Antriebsweisen des ersten
Sonnenrades 57, des zweiten Sonnenrades 61, des ersten
Trägers 60, des ersten Hohlrades 58, des zweiten Trägers
64 und des zweiten Hohlrades 62 dargestellt sind.
Wenn zunächst die Schleich- oder Langsamfahrweise ge
wählt wird, wird die Kupplung C2 eingerückt, jedoch die
anderen Bremsen und Kupplungen sind freigegeben oder aus
gerückt, so daß das Drehmoment vom Motor/Generator 15
über die Zahnräder 71, 74 und 72 auf die Welle 52 über
tragen wird. Sodann drehen gemäß Fig. 7 das zweite Son
nenrad 61, der zweite Träger 64 und das zweite Hohlrad 62
zusammen, so daß ihr Drehmoment über die Verbindungstrom
mel 65 auf die Welle 66 übertragen wird. Das Drehmoment
dieser Welle 66 wird über die Zahnräder 67 und 68 zur
Ausgangswelle 53 übertragen und das Drehmoment dieser
Ausgangswelle 53 wird übertragen, um die Antriebskraft
für die Räder 33 zu erzeugen. Hierbei wird in der Lang
samfahrweise das Drehmoment vom Motor 1 nicht auf die
Eingangswelle 3 übertragen. In der Ausführungsform vom
Fig. 6 wirkt daher der Motor/Generator 15 alleine als An
triebsvorrichtung für das Fahrzeug, wenn die Langsamfahr
weise ausgewählt ist.
Wenn danach die normale Anfahrweise gewählt wird,
wird die Anfahrkupplung C1 eingerückt, jedoch die anderen
Kupplungen und Bremsen bleiben freigegeben. Sodann wird
das von der Kurbelwelle 5 des Motors 1 abgegebene Drehmo
ment über das stufenlos schaltbare Getriebe 2 auf die
Hohlwelle 51 und das zweite Sonnenrad 61 übertragen. Das
Drehmoment vom Motor/Generator 15 wird über die Welle 52
dem Hohlrad 62 übertragen. Gemäß Fig. 7 wird das zweite
Hohlrad 62 festgelegt, um als Reaktionselement zu dienen.
Im Ergebnis ist zu dem Moment, zu dem das Fahrzeug an
fährt, das zweite Hohlrad 62 festgelegt, um als Reakti
onselement zu dienen und der zweite Träger 64 dreht mit
einer geringeren Geschwindigkeit als das zweite Sonnenrad
61, so daß das Drehmoment vom zweiten Träger 64 ausgege
ben wird.
Somit kann durch das Drehmoment vom Motor/Generator
15 die Umdrehungszahl pro Minute in der Ausgangswelle 53
(oder die Ausgangs-UpM-Leistung) innerhalb eines Bereichs
D1 gesteuert werden. Wenn das über das stufenlos schalt
bare Getriebe 2 an die Hohlwelle 51 zu übertragende Dreh
moment abrupt bei einem schnellen Anfahren ansteigt, kann
das zweite Hohlrad 62 durch Einrücken der Bremse B1 zu
verlässig festgelegt werden.
Wenn die normale Fahrweise ausgewählt wird, werden
die Anfahrkupplung C1 und die Kupplung C2 eingerückt, je
doch die anderen Kupplungen und die Bremsen bleiben frei.
Wenn das Motordrehmoment wie oben auf die Hohlwelle 51
übertragen wird, drehen daher das erste Sonnenrad 57, der
erste Träger 60 und das erste Hohlrad 58 zusammen, wie in
Fig. 7 gezeigt. Im Ergebnis kann, wenn die normale Fahr
weise gewählt wird die Ausgangs-Umdrehungszahl pro Minute
innerhalb eines Bereiches E1 durch Steuern des Überset
zungsverhältnisses des stufenlos schaltbaren Getriebes 2
gesteuert werden.
Wenn die normale Fahrweise ausgewählt wird, kann das
Drehmoment vom Motor/Generator 15 zum Ausgangsdrehmoment
des stufenlos schaltbaren Getriebes 2 abhängig vom Betrag
eines Beschleunigungsbefehles hinzugefügt oder hinzuad
diert werden, indem das Drehmoment des Motors/Generators
15 über das zweite Hohlrad 62 dem zweiten Träger 64 zuge
führt wird. Wenn die normale Fahrweise so ausgewählt
wird, wird zumindest der Motor 1 als Antriebsvorrichtung
für das Fahrzeug verwendet.
Wenn weiterhin die Rückwärtsfahrweise angewählt wird,
werden die Anfahrkupplung C1 und die Umsteuerbremse BR
eingerückt, jedoch die anderen Bremsen und Kupplungen
freigegeben. Hierdurch wird der erste Träger 60 festge
legt. Wenn das Ausgangsdrehmoment vom stufenlos schaltba
ren Getriebe 2 dem ersten Sonnenrad 57 zugeführt wird,
dreht sich somit das erste Hohlrad 58 in entgegengesetz
ter Richtung zu und mit niedrigerer Geschwindigkeit wie
das erste Sonnenrad 57, wie in Fig. 7 gezeigt. Im Ergeb
nis wird die Drehrichtung der Ausgangswelle 53 gegenüber
den anderen Fahrweisen umgekehrt, so daß das Fahrzeug
rückwärts fährt. Wenn diese Rückwärtsfahrweise gewählt
wird, wird vom Motor/Generator 15 kein Drehmoment ausge
geben. Wenn somit die Rückwärtsfahrweise gewählt wird,
ist die Antriebsvorrichtung für das Fahrzeug der Motor 1.
Wenn das Fahrzeug in einen Fahrzustand mit Schubab
schaltung gelangt, so daß die regenerative Bremsweise ge
wählt wird, wird die Kupplung C2 eingerückt, doch die an
deren Kupplungen und Bremsen freigegeben. Die über die
Räder 33 eingegebene sich bewegende Masse oder Massen
trägheit wird über das Zahnrad 69, die Ausgangswelle 53
und die Zahnräder 68 und 67 der Welle 66 übertragen. Wenn
das Drehmoment der Welle 66 weiter auf die Verbindungs
trommel 65 übertragen wird, drehen der zweite Träger 64,
das zweite Hohlrad 62 und das zweite Sonnenrad 61 zusam
men. Weiterhin wird das Drehmoment der Welle 51 über die
Zahnräder 72, 74 und 71 dem Motor/Generator 15 zugeführt.
Somit arbeitet der Motor/Generator 15 als Energieerzeu
ger. Die erzeugte elektrische Energie wird über den Um
setzer oder Inverter 49 in der Batterie 50 gespeichert.
Bei der unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschriebenen
Ausführungsform kann somit das vom stufenlos schaltbaren
Getriebe 2 ausgegebene Drehmoment durch die Funktionen
des Motors/Generators 15 und des Planetengetriebemecha
nismus 54 verstärkt und auf die Räder 33 übertragen wer
den. Somit lassen sich Effekte ähnlich wie in der Ausfüh
rungsform gemäß den Fig. 1 bis 5 mit der Ausführungs
form gemäß Fig. 6 erhalten. Die Ausführungsformen der
Fig. 1 bis 7 können bei einem FF-Fahrzeug (FF = front-
engine front-drive vehicle = Fahrzeug mit Frontmotor und
Vorderradantrieb) und einem FR-Fahrzeug (FR = front-en
gine rear-drive vehicle = Fahrzeug mit Frontmotor und
Hinterradantrieb) angewendet werden.
Es wurde im Stand der Technik ein Hybridfahrzeug vor
geschlagen, welches den Ausgang vom Motor mit der Funkti
on des Elektromotors unterstützen kann, wenn das Fahrzeug
fährt. Bei diesem Hybridfahrzeug ist der Elektromotor an
der Ausgangsseite des Motors angeordnet und das Getriebe
ist im Drehmomentübertragungszug zwischen dem Elektromo
tor und den Rädern angeordnet. Bei diesem Hybridfahrzeug
wird der Elektromotor veranlaßt, als Energieerzeuger zu
arbeiten, wenn das Fahrzeug verzögert wird, indem die von
den Rädern eingegebene Bewegungsenergie dem Elektromotor
übertragen wird, so daß die erzeugte elektrische Energie
rückgewonnen werden kann.
Bei diesem Hybridfahrzeug muß das Untersetzungsver
hältnis des Getriebes so groß wie möglich gemacht werden,
so daß ein hohes unterstützendes Drehmoment erhalten wer
den kann, wenn die Größe des Elektromotors so klein wie
möglich gemacht wird. Wenn das Untersetzungsverhältnis
des Getriebes hoch gemacht wird, ergibt sich jedoch ein
Problem, daß, wenn das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit
bei hohem Übersetzungsverhältnis des Getriebes fährt,
sich der Elektromotor überhitzt, wenn die Umdrehungszahl
pro Minute den erlaubten Wert übersteigt.
Weiterhin ist das Getriebe mit den Reibschlußelemen
ten versehen, welche über eine Hydrauliksteuerung betä
tigt werden, beispielsweise die Mehrfachscheibenkupplung
des Naßtyps oder eine Bandbremse. Wenn das Übersetzungs
verhältnis des Getriebes groß gemacht wird, ergibt sich
somit das Problem, daß der Aufbau des Systems mit den
Reibschlußelementen komplex und schwer wird. Die Schalt
zeitpunkte oder die hydraulische Steuerung zum Ein
rücken/Ausrücken der Reibschlußelemente werden schwierig
zu handhaben. Im Ergebnis ist ein Steuerschaltkreis für
die elektronische Steuereinheit notwendig, welche zur
Steuerung von Einrücken/Ausrücken und Öldruck der Reib
schlußelemente vorgesehen ist. Aus diesen Gründen können
die Kosten bei der Herstellung des Hybridfahrzeuges an
steigen. Von daher wird eine Ausführungsform eines erfin
dungsgemäßen Hybridfahrzeuges unter Bezugnahme auf Fig. 8
beschrieben, welches in der Lage ist, die soeben geschil
derten Probleme zu beseitigen.
Das in Fig. 8 schematisch dargestellte Hybridfahrzeug
gehört zu einem FF-Fahrzeug (Fahrzeug mit Frontmotor und
Vorderradantrieb). Die Kurbelwelle 5 des Motors 1 ist mit
einem Schwungrad 75 ausgestattet. In Fig. 8 ist weiterhin
der sogenannte "Quermotortyp" veranschaulicht, bei wel
chem die Kurbelwelle 5 in Querrichtung des Fahrzeuges
verläuft. Koaxial zur Kurbelwelle 5 ist eine Eingangs
welle 76 angeordnet. An dem Drehmomentübertragungszug
zwischen der Eingangswelle 76 und dem Schwungrad 75 ist
ein Dämpfer 77 angeordnet.
Ein erster Planetengetriebemechanismus 78 ist vorhan
den, welcher der Eingangswelle 76 zugeordnet ist. Der er
ste Planetengetriebemechanismus 78 ist in einem Gehäuse
K3 aufgenommen. Der erste Planetengetriebemechanismus 78
besteht im wesentlichen aus: einem Sonnenrad 79 an der
Eingangswelle 76, einem Hohlrad 80 außerhalb des Sonnen
rades 79, einem ersten Planetenrad 81, welches mit dem
Sonnenrad 79 in Eingriff steht, einem zweiten Planetenrad
82, welches mit dem ersten Planetenrad 81 und dem Hohlrad
80 in Eingriff steht und einem Träger 83, der das erste
Planetenrad 81 und das zweite Planetenrad 82 hält. Der
erste Planetengetriebemechanismus 78 kann als sogenannter
"Planetengetriebemechanismus des Doppelplanetenradtyps"
bezeichnet werden.
Für diesen ersten Planetengetriebemechanismus 78 sind
eine Kupplung C0 und eine Bremse B0 auf seiten des Gehäu
ses K3 vorhanden. Die Kupplung C0 steuert den Zustand der
Drehmomentübertragung zwischen dem Träger 83 und der Ein
gangswelle 76 und die Bremse B0 steuert die Drehung/das
Anhalten des Hohlrades 80.
Mit dem Träger 83 ist weiterhin eine Hohlwelle 84
verbunden, welche so koaxial um die Eingangswelle 76
herum angeordnet ist, daß die Hohlwelle 84 und die Ein
gangswelle 76 relativ zueinander drehen können. Weiterhin
ist eine Zwischenwelle 85 parallel zu der Eingangswelle
76 vorgesehen. Innerhalb des Gehäuses K3 ist das stufen
los schaltbare Getriebe 2 zur wechselseitigen Drehmoment
übertragung zwischen der Eingangswelle 76 und der Zwi
schenwelle 85 angeordnet. Was die Konstruktion des stu
fenlos schaltbaren Getriebes 2 von Fig. 8 betrifft, so
sei auf Fig. 1 verwiesen, wobei gleiche Teile wie in Fig.
1 in Fig. 8 mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und
eine nochmalige Beschreibung nicht erfolgt.
Die ortsfeste Scheibenhälfte 8 der antriebsseitigen
Riemenscheibe 6 ist auf der Hohlwelle 84 befestigt. Die
bewegliche Scheibenhälfte 9 der antriebsseitigen Riemen
scheibe 6 ist in axialer Richtung der Hohlwelle 84 beweg
lich. Die ortsfeste Scheibenhälfte 11 der Riemenscheiben
7 auf der angetriebenen Seite ist auf der Zwischenwelle
85 befestigt und die bewegliche Scheibenhälfte 12 der
Riemenscheibe 7 auf der angetriebenen Seite ist in axia
ler Richtung der Zwischenwelle 85 beweglich.
Innerhalb des Gehäuses K3 ist weiterhin der Mo
tor/Generator 15 koaxial zur Zwischenwelle 85 angeordnet.
In dem Drehmomentübertragungszug zwischen der Zwischen
welle 85 und dem Motor/Generator 15 ist ein zweiter Pla
netengetriebemechanismus 86 angeordnet. Dieser zweite
Planetengetriebemechanismus 86 besteht im wesentlichen
aus: einem Sonnenrad 88, welches auf der Ausgangswelle 87
des Motors/Generators 15 angeordnet ist; einem Hohlrad
89, welches konzentrisch bezüglich des Sonnenrades 88 an
geordnet ist; und einem Träger 91, der ein Planetenrad 90
hält, welches mit dem Sonnenrad 88 und dem Hohlrad 89 in
Eingriff steht. Der Träger 91 ist mit einem axialen Ende
der Zwischenwelle 85 verbunden. Kurz gesagt, der zweite
Planetengetriebemechanismus 86 ist ein Planetengetriebe
mechanismus des Einzelplanetenradtyps.
Das Hohlrad 89 ist am inneren Umfang einer Verbin
dungstrommel 92 ausgebildet. Eine erste Einwegkupplung F1
ist mit ihrem Innenring an der Zwischenwelle 85 und mit
ihrem Außenring an der Verbindungstrommel 92 angeordnet.
Weiterhin ist eine zweite Einwegkupplung F2 mit ihrem In
nenring an der Verbindungstrommel 92 angeordnet. An der
Seite des Gehäuses K3 ist die Bremse B1 zur Steuerung von
Drehung/Anhalten des Außenringes der zweiten Einwegkupp
lung F2 angeordnet.
Am Endabschnitt der Zwischenwelle 85 auf seiten des
Motors 1 ist ein Zahnrad 93 angeordnet. Innerhalb des Ge
häuses K3 ist weiterhin eine Ausgangswelle 84 angeordnet,
welche parallel zur Zwischenwelle 85 liegt. Auf dieser
Ausgangswelle 94 sind Zahnräder 95 und 96 ausgebildet.
Weiterhin stehen das Zahnrad 93 und das Zahnrad 95 in
Eingriff miteinander.
Innerhalb des Gehäuses K3 ist ein Differentialgetrie
be 97 angeordnet, dessen Zahnkranz 98 mit dem Zahnrad 96
in Eingriff steht. Das Differentialgetriebe 97 ist von
allgemein bekannter Bauart mit dem Differentialgehäuse,
dem Planetenrad, dem Seitenrad etc. Mit der Ausgangsseite
des Differentialgetriebes 97 sind rechte und linke vor
dere Antriebswellen 99 in Verbindung. Jede dieser An
triebswellen 99 steht zur Außenseite des Gehäuses K3 vor.
Die rechten und linken Räder (vordere Räder) sind jeweils
mit diesen vorderen Antriebswellen 99 verbunden. Beim Sy
stem gemäß Fig. 8 kann auch das Steuersystem gemäß Fig. 2
angewendet werden. In diesem Fall werden die Öldrücke,
welche die Kupplung C0 und die Bremsen B0 und B1 betäti
gen, von der in Fig. 2 gezeigten Hydrauliksteuereinheit
45 gesteuert.
Die entsprechenden Beziehungen zwischen dem Aufbau
von Fig. 8 und der Erfindung werden nachfolgend beschrie
ben. Der zweite Planetengetriebemechanismus 86 entspricht
dem Planetengetriebemechanismus der Erfindung. Die Ein
gangswelle 76, die Zwischenwelle 85, die Welle 94, das
Differentialgetriebe 97 und die vordere Antriebswelle 99
bilden einen Zug entsprechend dem Drehmomentübertragungs
zug der Erfindung. Weiterhin bilden die Ausgangswelle 87,
die Verbindungstrommel 92 und die Zwischenwelle 85 einen
Zug entsprechend dem Drehmomenthinzufüg-Zug der Erfin
dung.
Die Steuerung des Systems von Fig. 8 wird unter Be
zugnahme auf das Diagramm von Fig. 9 beschrieben. Fig. 9
ist ein Diagramm, in welchem die entsprechenden Beziehun
gen zwischen den verschiedenen Antriebsweisen, den Zu
ständen der Reibschlußelemente und den Antriebsvorrich
tungen bzw. angetriebenen Vorrichtungen gezeigt sind. In
der Ausführungsform von Fig. 8 ist es ebenfalls möglich,
Steuerungen entsprechend den einzelnen Antriebsweisen,
beispielsweise Langsamfahrt, normales Anfahren, normale
Fahrt, regeneratives Bremsen und Rückwärtsfahrt auf der
Grundlage des Fahrzustandes des Fahrzeuges zu machen. Die
Beziehungen zwischen diesen einzelnen Fahrweisen oder An
triebsweisen und dem Fahrzustand des Fahrzeuges sind ähn
lich wie im Diagramm von Fig. 3 dargestellt. In Fig. 9
bezeichnet ein Kreis, daß die Reibschlußelemente einge
rückt sind, ein Dreieck bedeutet, daß das entsprechende
Reibschlußelement eingerückt ist, wenn das Fahrzeug
schnell anfährt und leere Felder bedeuten, daß die Reib
schlußelemente ausgerückt sind.
Wenn die Schleich- oder Langsamfahrweise gewählt
wird, werden die Bremse B1 und die zweite Einwegkupplung
F2 eingerückt, jedoch die anderen Kupplungen und Bremsen
freigegeben. Hierdurch wird das Hohlrad 89 festgelegt.
Die Kupplung C0 und die Bremse B0 werden freigegeben, um
den Drehmomentübertragungszug zwischen dem Motor 1 und
dem stufenlos schaltbaren Getriebe 2 zu unterbrechen.
Wenn in diesem Zustand das Drehmoment vom Motor/Generator
15 auf das Sonnenrad 88 übertragen wird, wirkt das Hohl
rad 89 als Reaktionselement, so daß die Umdrehungszahl
pro Minute des Sonnenrades 88 gegenüber dem Träger 91
verringert wird und das Drehmoment vom Träger 91 auf die
Zwischenwelle 85 übertragen wird. Der zweite Planetenge
triebemechanismus 86 hat somit die Funktion eines
"Getriebes", um die Zwischenwelle 85 bezüglich des Mo
tors/Generators 15 zu verzögern.
Das Drehmoment der Zwischenwelle 85 wird über die
Zahnräder 93 und 95, die Ausgangswelle 94 und das Zahnrad
96 auf das Differential 97 übertragen. Das auf das Diffe
rential 97 übertragene Drehmoment wird von den vorderen
Antriebswellen 99 übertragen, um die Antriebskraft für
die rechten und linken Räder 33 zu erzeugen. Zum Zeit
punkt der Langsamfahrt wirkt somit der Motor/Generator 15
als Antriebsvorrichtung für das Fahrzeug.
Wenn die normale Anfahrweise gewählt wird, werden die
Bremse B1, die zweite Einwegkupplung F2 und die Kupplung
C0 eingerückt, jedoch die anderen Kupplungen und Bremsen
freigegeben. Wenn in diesem Zustand das Drehmoment vom
Motor 1 auf die Eingangswelle 76 übertragen wird, drehen
das Sonnenrad 79 und der Träger 83 zusammen, so daß ihr
Drehmoment über die Hohlwelle 84 auf das stufenlos
schaltbare Getriebe 2 übertragen wird. Das so in das stu
fenlos schaltbare Getriebe 2 eingegebene Drehmoment wird
über die antriebsseitige Riemenscheibe 6, den Riemen 14
und die Riemenscheibe 7 auf der angetriebenen Seite der
Zwischenwelle 85 übertragen. Hierbei sind die Steuerin
halte des stufenlos schaltbaren Getriebes 2 ähnlich wie
bei demjenigen in der Ausführungsform von Fig. 1.
Die zweite Einwegkupplung F2 und die Bremse B1 werden
eingerückt und das Drehmoment des Motors/Generators 15
wird verstärkt und auf die Zwischenwelle 85 übertragen,
wenn die Langsamfahrweise gewählt wird. Im Ergebnis wird
das Drehmoment vom Motor/Generator 15 zum Ausgangsdrehmo
ment des stufenlos schaltbaren Getriebes 2 hinzuaddiert,
so daß das aufsummierte Drehmoment auf die Ausgangswelle
94 übertragen wird. Somit werden zum normalen Anfahrzeit
punkt der Motor 1 und der Motor/Generator 15 die An
triebsvorrichtung für das Fahrzeug.
Wenn die normale Fahrweise gewählt wird, werden die
Bremse B1 und die Kupplung C0 eingerückt, jedoch die an
deren Kupplungen und Bremsen freigegeben. Sodann wird das
Drehmoment vom Motor 1 wie bei der normalen Anfahrweise
auf das stufenlos schaltbare Getriebe 2 übertragen und
das Drehmoment wird von dem stufenlos schaltbaren Getrie
be 2 ausgegeben und der Ausgangswelle 94 übertragen. In
diesem Fall wird kein Drehmoment vom Motor/Generator 15
ausgegeben und nur der Motor 1 ist die Antriebsvorrich
tung für das Fahrzeug. Wenn die Anforderung für die Be
schleunigung einen bestimmten Wert übersteigt, wird je
doch demgegenüber der Motor/Generator 15 angetrieben, so
daß sein Drehmoment auf das Hohlrad 89 übertragen wird
und auf die zweite Einwegkupplung F2 wirkt. Im Ergebnis
wirkt das Hohlrad 89 als Reaktionselement, so daß das
Drehmoment vom Motor/Generator 15 verstärkt und auf die
Zwischenwelle 85 übertragen wird. Wenn somit die normale
Fahrweise gewählt wird, wirken der Motor 1 und der Mo
tor/Generator 15 ebenfalls als Antriebsvorrichtung für
das Fahrzeug wie in dem Fall, in welchem die normale An
fahrweise gewählt worden ist.
Wenn weiterhin die Rückwärtsfahrweise gewählt wird,
wird die Bremse B0 eingerückt, jedoch die anderen Bremsen
und Kupplungen freigegeben. Wenn das Drehmoment vom Motor
1 auf die Eingangswelle 76 übertragen wird, wirkt daher
das Hohlrad 82 als Reaktionselement, so daß der Träger 83
in entgegengesetzte Richtung zur Drehrichtung bei der
Vorwärtsfahrt dreht. Der Übertragungszug für das vom Trä
ger 83 ausgegebene Drehmoment ist ähnlich zu demjenigen
beim Zeitpunkt des normalen Anfahrens und das Drehmoment
wird auf die Räder 33 übertragen, um eine Antriebskraft
zu erzeugen, welche das Fahrzeug rückwärts bewegt. Zum
Zeitpunkt der Rückwärtsfahrt wird das Drehmoment der Zwi
schenwelle 85 ebenfalls über den zweiten Planetengetrie
bemechanismus 86 auf den Motor/Generator 15 übertragen.
Die Bremse B1 ist jedoch gelöst, so daß der Mo
tor/Generator 15 gestoppt werden kann. Wenn die Antriebs
kraft vom Motor/Generator 15 jedoch notwendig ist, wird
die erste Einwegkupplung F1 des zweiten Planetengetriebe
mechanismus 86 durch Drehen des Motors/Generators 15 ent
gegengesetzt zur oben erwähnten Richtung eingerückt, um
den Motor/Generator 15 und die Zwischenwelle 85 direkt
miteinander zu verbinden. Wenn weiterhin die regenerative
Bremsweise gewählt wird, wird die Bremse B1 durch die Hy
drauliksteuereinheit 45 kontinuierlich angezogen oder
eingerückt, die anderen Bremsen und Kupplungen werden je
doch freigegeben, so daß der Motor/Generator 15 als Ener
gieerzeuger arbeitet. Die von den Rädern 33 eingebrachte
Trägheit der sich bewegenden oder fahrenden Masse wird
über das Differential 97 auf die Zwischenwelle 85 über
tragen.
Die erste Einwegkupplung F1 wird eingerückt, so daß
das Hohlrad 89, der Träger 91 und das Sonnenrad 88 zusam
men aufgrund des Drehmomentes von der Zwischenwelle 85
drehen, so daß die Zwischenwelle 85 und die Ausgangswelle
87 direkt verbunden sind. Die Bewegungsenergie wird somit
von der Zwischenwelle 85 auf den Motor/Generator 15 über
tragen, so daß die Batterie 50 mit der vom Mo
tor/Generator 15 erzeugten elektrischen Energie geladen
wird. Wenn somit die regenerative Bremsweise gewählt
wird, ist der Motor/Generator 15 eine angetriebene Vor
richtung. Gemäß obiger Beschreibung führen die Einweg
kupplungen F1 und F2 die folgenden Betriebsabläufe durch
oder spielen die folgenden Rollen: die Rolle, eingerückt
zu sein, nur dann, wenn ein Drehelement sich in einer be
stimmte Richtung dreht, um das Drehmoment auf das andere
Drehelement zu übertragen; und die Rolle, zu bewirken,
wenn sich ein Drehelement dreht, daß dann das andere
Drehelement als Reaktionselement wirkt.
Gemäß der unter Bezugnahme auf die Fig. 8 und 9
beschriebenen Ausführungsform wird das Drehmoment des Mo
tors/Generators 15 durch den zweiten Planetengetriebeme
chanismus 86 verstärkt und auf die Ausgangsseite des stu
fenlos schaltbaren Getriebes 2 übertragen. Im Ergebnis
werden das Drehmoment von dem stufenlos schaltbaren Ge
triebes 2 und das Drehmoment vom Motor/Generator 15 auf
summiert oder addiert und auf die Räder 33 übertragen. Im
Ergebnis wird das vom Motor 1 auf das stufenlos schalt
bare Getriebe 2 übertragene Drehmoment kleiner als das an
die Räder 33 zu übertragende Drehmoment. In der Ausfüh
rungsform der Fig. 8 und 9 kann somit der Wirkungsgrad
der Leistungsübertragung und die Haltbarkeit des stufen
los schaltbaren Getriebes 2 aus gleichen Gründen wie in
der Ausführungsform der Fig. 1 bis 3 verbessert wer
den.
Das Drehmoment vom Motor/Generator 15 wird dem Dreh
moment hinzugefügt, welches vom stufenlos schaltbaren Ge
triebe 2 ausgegeben wird. Selbst wenn das Untersetzungs
verhältnis des stufenlos schaltbaren Getriebes 2 so hoch
gesetzt wird, daß der Motor/Generator 15 kompakt gemacht
werden kann, steigt daher die Umdrehungszahl pro Minute
des Motors/Generators 15 bei einer Hochgeschwindigkeits
fahrt nicht so hoch an, daß der erlaubbare Wert überstie
gen wird. Somit kann der Motor/Generator 15 davor ge
schützt werden, sich zu überhitzen, so daß seine Haltbar
keit verbessert wird.
Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 8 und 9
wird weiterhin die erste Einwegkupplung F1 durch Schalten
des gesteuerten Zustandes des Motors/Generators 15 zwi
schen dem Elektromotor (zur Energieversorgung während der
Fahrt) und Energieerzeuger (zur Energierückgewinnung)
eingerückt/freigegeben. Während der Zeit der Energiever
sorgung während der Fahrt und während der Zeit der Ener
gierückgewinnung ist es möglich, die Übersetzungsverhält
nisse auf der Eingangsseite und der Ausgangsseite des
zweiten Planetengetriebemechanismus 86 unterschiedlich zu
machen (d. h., eine Mehrzahl von Getriebestufen festzuset
zen). Im Ergebnis kann der zweite Planetengetriebemecha
nismus 86, der in der drehmomentübertragungsfähigen Weise
mit der Ausgangswelle 30 verbunden ist, um das Drehmoment
vom Motor/Generator 15 zu verringern, zwischen dem verzö
gerten Zustand und dem direkt verbundenen Zustand umge
schaltet werden, ohne daß irgendeine Steuerung durch ein
spezielles Steuersystem notwendig ist und weder die
Schaltzeitpunkte noch der Öldruck müssen gesteuert wer
den. Dies vereinfacht das System und macht die Herstel
lungskosten niedriger.
Obgleich die Erfindung in Verbindung mit ihren spezi
ellen Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie nicht
hierauf beschränkt. Von daher kann das Getriebe, wie es
in der Erfindung zur Anwendung gelangt, auch ein kontinu
ierlich schaltbares Getriebe des Toroidal- (oder Trakti
ons-) Typs, ein stufenlos schaltbares Getriebe des Hy
drauliktyps, in welchem Öldruck durch ein eingangsseiti
ges Teil aufgebracht wird, um ein ausgangsseitiges Teil
zu drehen oder ein Getriebe des Zahnradtyps sein.
Die Anfahrkupplung, welche in den obigen bevorzugten
Ausführungsformen verwendet worden ist, kann darüber hin
aus durch einen Drehmomentwandler ersetzt werden.
Nachfolgend sollen die mit der erfindungsgemäßen Vor
richtung bzw. dem erfindungsgemäßen Hybridfahrzeug er
zielbaren Vorteile nochmals zumindest teilweise zusammen
gefaßt und beschrieben werden.
- - Wenn ein Drehmoment, welches eine Anforderung für die Antriebskraft des Fahrzeuges erfüllt, auf die Räder übertragen werden soll, kann gemäß der Erfindung das von der Ausgangsseite des Getriebes auf die Räder zu übertra gende Drehmoment durch die Funktionen der zweiten An triebskraftquelle und des Planetengetriebemechanismus er höht oder verstärkt werden. Dies macht es möglich, das von der ersten Antriebskraftquelle auf das Getriebe ein zugebende Drehmoment zu verringern. Im Ergebnis kann Rutsch zwischen den Bauteilen zur Übertragung des Drehmo mentes zwischen Eingangsseite und Ausgangsseite des Ge triebes unterdrückt werden, um die Leistungsübertragungs fähigkeit oder den Wirkungsgrad und die Haltbarkeit des Getriebes zu erhöhen.
- - Erfindungsgemäß kann das von der Ausgangsseite des Getriebes auf die Räder zu übertragende Drehmoment durch die Funktionen der zweiten Antriebskraftquelle und die Mehrzahl von Planetengetriebeeinheiten erhöht oder ver stärkt werden. Im Ergebnis werden die Energieübertra gungsleistung bzw. der Wirkungsgrad und die Haltbarkeit des Getriebes verbessert, wie bereits beschrieben.
- - Das von dem Getriebe ausgegebene Drehmoment wird erfindungsgemäß darüber hinaus über das erste Sonnenrad auf den Träger übertragen. Wenn das Drehmoment vom Elek tromotor auf das zweite Sonnenrad übertragen wird, wirkt dieses zweite Sonnenrad als das Reaktionselement, so daß die Umdrehungszahl pro Minute des ersten Sonnenrades ver zögert und auf den Träger übertragen wird. In Antwort auf Änderungen hinsichtlich des Bedarfs an Antriebskraft für das Fahrzeug kann somit das von der ersten Antriebskraft quelle in das Getriebe eingegebene Drehmoment verringert werden, um die Energieübertragungsleistung oder den Wir kungsgrad und die Haltbarkeit des Getriebes zu verbes sern, wie oben beschrieben.
- - Weiterhin wird erfindungsgemäß das vom Getriebe ausgegebene Drehmoment auf das zweite Sonnenrad übertra gen. Wenn das Drehmoment der zweiten Antriebskraftquelle auf das zweite Hohlrad übertragen wird, wirkt dieses zweite Hohlrad dann als Reaktionselement, so daß das Drehmoment des zweiten Sonnenrades verzögert und auf den zweiten Träger übertragen wird. In Antwort auf Änderungen hinsichtlich des Bedarfs für eine Antriebskraft des Fahr zeuges kann somit das von der ersten Antriebskraftquelle in das Getriebe eingegebene Drehmoment verringert werden, um die Energieübertragungsleistung und die Haltbarkeit des Getriebes zu verbessern, wie oben beschrieben.
- - Erfindungsgemäß wird weiterhin das Drehmoment der zweiten Antriebskraftquelle nach der Verstärkung der Aus gangsseite des Getriebes zugeführt, so daß das Ausgangs drehmoment vom Getriebe und das Drehmoment der zweiten Antriebskraftquelle summiert oder addiert werden und auf die Räder übertragen werden. In Antwort auf Änderungen bezüglich der Anforderung für eine Antriebskraft des Fahrzeuges kann somit das von der ersten Antriebskraft quelle auf das Getriebe einzugebende Drehmoment verrin gert werden, um die Energieübertragungsleistung oder den Wirkungsgrad und die Haltbarkeit des Getriebes zu verbes sern, wie oben beschrieben.
Beschrieben wurde insoweit zusammenfassend ein Hy
bridfahrzeug, welches im wesentlichen aufweist: eine er
ste Antriebsquelle; ein Getriebe zur Übertragung des
Drehmomentes der ersten Antriebsquelle auf Räder; eine
zweite Antriebsquelle; und einen Drehmomentübertragungs
zug zwischen der Antriebskraftquelle und den Rädern zur
Eingabe des Drehmomentes von der zweiten Antriebskraft
quelle. Das Hybridfahrzeug weist weiterhin einen Drehmo
menthinzufüg-Zug zum Synthetisieren oder Zusammensetzen
des von dem Getriebe ausgegebenen Drehmomentes und des
von der zweiten Antriebskraftquelle ausgegebenen Drehmo
mentes auf, um das zusammengesetzte Drehmoment an ein
Ausgangsteil auszugeben.
Claims (7)
1. Ein Hybridfahrzeug mit:
einer ersten Antriebskraftquelle (1);
einem Getriebe (2) zur Übertragung eines Drehmomen tes von der ersten Antriebskraftquelle auf Räder (33);
einer zweiten Antriebskraftquelle (15); und
einem Drehmomentübertragungszug (3, 4, 5, 30) zwi schen der ersten Antriebskraftquelle und den Rädern (33) zur Eingabe des Drehmomentes der zweiten Antriebskraft quelle, gekennzeichnet durch:
einen Drehmomenthinzufüg-Zug (16) zur Synthetisie rung des von dem Getriebe ausgegebenen Drehmomentes und des von der zweiten Antriebskraftquelle ausgegebenen Drehmomentes, um das synthetisierte Drehmoment an ein Ausgangsteil (30, 53, 94) auszugeben.
einer ersten Antriebskraftquelle (1);
einem Getriebe (2) zur Übertragung eines Drehmomen tes von der ersten Antriebskraftquelle auf Räder (33);
einer zweiten Antriebskraftquelle (15); und
einem Drehmomentübertragungszug (3, 4, 5, 30) zwi schen der ersten Antriebskraftquelle und den Rädern (33) zur Eingabe des Drehmomentes der zweiten Antriebskraft quelle, gekennzeichnet durch:
einen Drehmomenthinzufüg-Zug (16) zur Synthetisie rung des von dem Getriebe ausgegebenen Drehmomentes und des von der zweiten Antriebskraftquelle ausgegebenen Drehmomentes, um das synthetisierte Drehmoment an ein Ausgangsteil (30, 53, 94) auszugeben.
2. Hybridfahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Drehmo
menthinzufüg-Zug (16) aufweist: ein erstes Eingangsteil
(18), welchem das Drehmoment von dem Getriebe übertragen
wird; und ein zweites Eingangsteil (19), welchem das
Drehmoment von der zweiten Antriebskraftquelle übertragen
wird, und wobei die von den ersten und zweiten Eingangs
teilen eingegebenen Drehmomente synthetisiert und vom
Ausgangsteil ausgegeben werden.
3. Hybridfahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Drehmo
menthinzufüg-Zug (16) wenigstens einen Satz Planetenge
triebemechanismen (17) enthält.
4. Hybridfahrzeug nach Anspruch 1, weiterhin gekenn
zeichnet durch: eine erste Kupplungsvorrichtung (C1),
welche die erste Antriebskraftquelle selektiv mit dem
Drehmomenthinzufüg-Zug (16) verbindet und von diesem
trennt; und eine zweite Kupplungsvorrichtung (C2) zum
Drehen des Drehmomenthinzufüg-Zuges (16) einstückig als
Ganzes.
5. Hybridfahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Drehmo
menthinzufüg-Zug (16) einen Rückwärtsfahrmechanismus (BR,
17, 55, B0, 78) zum Umkehren und Ausgeben des vom Getrie
be übertragenen Drehmomentes beinhaltet.
6. Hybridfahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Drehmo
menthinzufüg-Zug (16) einen Geschwindigkeitsänderungsme
chanismus (17, 54, 86) zum Schalten des von der zweiten
Antriebskraftquelle übertragenen Drehmomentes in wenigs
tens zwei hohe und niedrige Stufen und zum Ausgeben des
umgeschalteten Drehmomentes aufweist.
7. Hybridfahrzeug nach Anspruch 1, wobei das Getrie
be ein stufenlos schaltbares Getriebe (2) beinhaltet.
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