DE102010043925A1 - Fahrzeugleistungsübertragungsvorrichtung und Steuersystem zur Leistungübertracung - Google Patents

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DE102010043925A1
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Koji Aichi-pref. Kawasaki
Takenori Aichi-pref. Matsue
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Soken Inc
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Denso Corp
Nippon Soken Inc
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Abstract

Eine Leistungsübertragungsvorrichtung für ein Fahrzeug weist einen ersten, einen zweiten und einen dritten Rotor auf, die Leistung zwischen einem Motor-Generator, einer Brennkraftmaschine und einem angetriebenen Rad des Fahrzeugs aufteilen. Die Vorrichtung weist ebenso einen Drehmomentübertragungssteuermechanismus auf, der selektiv ein Drehmoment zwischen dem ersten Rotor und der Kraftmaschine überträgt. Wenn der Drehmomentübertragungssteuermechanismus die Übertragung des Drehmoments zwischen dem ersten Rotor und der Kraftmaschine bildet, haben Leistungen, die durch den zweiten und den dritten Rotor erzeugt werden, ein zueinander entgegengesetztes Vorzeichen. Das ermöglicht, dass die Drehzahl des ersten Motors auf Null (0) oder eine sehr niedrige Drehzahl eingerichtet wird. Wenn daher ein Ausgangsdrehmoment auf die Kraftmaschine durch den ersten Rotor zum Starten der Kraftmaschine aufgebracht wird, wird die mechanische Schwingung, die sich üblicherweise aus der Aufbringung des Anfangsdrehmoments ergibt und die auf die Leistungsübertragungsvorrichtung aufgebracht wird, minimiert.

Description

  • BEZUGNAHME AUF ZUGEHÖRIGES DOKUMENT
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2009-261385 , die am 16. November 2009 eingereicht wurde, deren Offenbarung durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Technischer Bereich der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Fahrzeugleistungsübertragungsvorrichtung, die mit einer Vielzahl von Leistungsaufteilrotoren ausgestattet ist, die zum Aufteilen von Ausgangsleistung oder Ausgangsdrehmoment zwischen einer elektrischen Rotationsmaschine (beispielsweise einer elektrischen Dynamomaschine), einer Brennkraftmaschine und angetriebenen Rädern eines Fahrzeugs wirkt, und ausgelegt sind, um sich in Verbindung miteinander zu drehen, und bezieht sich auf ein Leistungsübertragungssteuersystem für eine solche Leistungsübertragungsvorrichtung.
  • 2. Stand der Technik
  • In den vergangenen Jahren wurden hinsichtlich einer Verringerung der Energiemenge, die durch Automobile verbraucht wird, sogenannte Hybridfahrzeuge in die Praxis umgesetzt, die mit einer elektrischen Rotationsmaschine, wie z. B. einer Fahrzeugleistungsquelle, die sowohl als Elektromotor als auch als Generator funktioniert, zusätzlich zu einer Brennkraftmaschine ausgestattet sind. Die Hybridfahrzeuge werden typischer Weise gesteuert, um die Brennkraftmaschine in einem Fahrbereich mit niedriger Geschwindigkeit anzuhalten, nämlich im Hinblick auf die Tatsache, dass die Brennkraftmaschine bei niedrigen Geschwindigkeiten gewöhnlich bezüglich der Energieverwendung ineffizient ist. Jedoch sind die Hybridfahrzeuge Schwierigkeiten beim Starten der Brennkraftmaschine während des Fahrens der Fahrzeuge ausgesetzt. Beispielsweise ist es schwierig, einen Rotor, der mit angetriebenen Rädern des Fahrzeugs gekoppelt ist und sich bei einer relativ hohen Drehzahl dreht, in mechanische Verbindung mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zu bringen, die angehalten ist.
  • Zum Vermeiden des vorstehend genannten Problems wurden Hybridfahrzeuge praktisch umgesetzt, die mit einem Elektromotor ausgestattet sind, dessen Ausgangswelle direkt mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist, um das Drehmoment, das von dem Elektromotor abgegeben wird, an die Kurbelwelle abzugeben, um die Kraftmaschine zu starten. Nach dem Start der Kraftmaschine wird das Drehmoment, das durch die Kraftmaschine erzeugt wird, auf die angetriebenen Räder des Fahrzeugs übertragen.
  • Zusätzlich wurden Hybridfahrzeuge praktisch umgesetzt, die mit einer typischen Planetengetriebedrehzahlverringerungseinrichtung (ebenso Planeten-Reduktionsgetriebestrang genannt) ausgestattet sind, die aus drei Leistungsaufteilrotoren besteht: nämlich einem Sonnenrad, einem Träger (ebenso Planetenträger genannt), und einem Hohlrad, die zum Aufteilen von Leistung oder einem Drehmoment zwischen der elektrischen Rotationsmaschine, der Brennkraftmaschine und den angetriebenen Rädern des Fahrzeugs wirken. Die angetriebenen Räder und die elektrische Rotationsmaschine sind mechanisch mit dem Hohlrad gekoppelt. Der Generator ist mechanisch mit dem Sonnenrad gekoppelt. Die Brennkraftmaschine ist mechanisch mit dem Träger gekoppelt. Wenn im Betrieb das Drehmoment auf das Sonnenrad oder das Hohlrad aufgebracht wird, wird der Träger gedreht, wodurch sich die Drehwelle (insbesondere die Kurbelwelle) der Brennkraftmaschine dreht. Die Brennkraftmaschine wird durch das Ausgangsdrehmoment des Trägers gestartet. Nach dem Start der Brennkraftmaschine wird das Kraftmaschinendrehmoment auf die angetriebenen Räder des Fahrzeugs durch den Träger übertragen.
  • Beispielsweise enthält die veröffentlichte japanische Übersetzung der internationalen Patentanmeldung Nr. 2004-514103 die Lehre der vorstehend genannten Bauart der Leistungsaufteilrotoren, die Leistung zwischen einer Hauptkraftmaschine, die in dem Fahrzeug montiert ist, und angetriebenen Rädern des Fahrzeugs aufteilen.
  • Die direkte Kopplung der Drehwelle des Elektromotors mit derjenigen der Brennkraftmaschine, wie vorstehend beschrieben ist, wird verursachen, dass die Drehmomentlast durch die Brennkraftmaschine an dem Elektromotor ausgeübt wird, wenn die Brennkraftmaschine nicht betrieben ist, aber frei läuft, oder wenn die Brennkraftmaschine durch den Elektromotor angelassen wird, was somit eine Erhöhung des Energieverbrauchs bei dem Fahrzeug zur Folge hat. Ein Problem wird ebenso bewirkt, dass die Pulsation des Drehmoments, die an der Drehwelle der Brennkraftmaschine auftritt, wenn diese gestartet wird, eine Verringerung der Fahrleistung des Fahrzeugs zur Folge haben kann.
  • Ferner führt die Verwendung der Planetengetriebedrehzahlverringerungseinrichtung zu dem Problem dahingehend, dass das Starten der Brennkraftmaschine, wenn die Drehzahl der Trägers gering ist, verursachen wird, dass die Brennkraftmaschine auf einem Betrieb mit niedriger Drehzahl für eine Weile gehalten wird. Das ist im Widerspruch zu dem beabsichtigten Zweck der Hybridfahrzeuge, der darin liegt, dass die Brennkraftmaschine in einem Drehzahlbereich betrieben wird, in welchem die Kraftmaschineneffizienz hoch ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist daher eine grundlegende Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik zu vermeiden.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Leistungsübertragungsvorrichtung für ein Fahrzeug zu schaffen, die mit Leistungsaufteilrotoren ausgestattet ist, um Leistung oder Drehmoment zwischen einer elektrischen Rotationsmaschine, einer Brennkraftmaschine und angetriebenen Rädern des Fahrzeugs aufzuteilen, und ausgelegt ist, um die Startfähigkeit der Brennkraftmaschine sicherzustellen.
  • Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung ist eine Leistungsübertragungsvorrichtung für ein Fahrzeug vorgesehen, das mit einer elektrischen Rotationsmaschine, einer Brennkraftmaschine und zumindest einem angetriebenen Rad fest ausgestattet ist. Die Leistungsübertragungsvorrichtung weist Folgendes auf: (a) eine Leistungsaufteilvorrichtung, die einen ersten, einen zweiten und einen dritten Rotor aufweist, die sich in Verbindung miteinander drehen, um Leistung zwischen einer elektrischen Rotationsmaschine, einer Brennkraftmaschine und einem angetriebenen Rad des Fahrzeugs aufzuteilen, wobei der erste, der zweite und der dritte Rotor so verknüpft sind, dass ihre Drehzahlen aufgereiht auf einer geraden Linie in einem nomographischen Diagramm sind; (b) einen Drehmomentübertragungssteuermechanismus, der selektiv eine Übertragung eines Drehmoments zwischen dem ersten Rotor und der Brennkraftmaschine bildet und blockiert; (c) einen Verbindungsmechanismus, der eine mechanische Verbindung zwischen dem zweiten Rotor und dem dritten Rotor bildet; und (d) einen Drehzahlvariator, der ein variables Drehzahlverhältnis vom Eingang zum Ausgang hat. Wenn der Drehmomentübertragungssteuermechanismus die Übertragung des Drehmoments zwischen dem ersten Rotor und der Brennkraftmaschine bildet, haben Leistungen des zweiten und dritten Rotors ein entgegengesetztes Vorzeichen bezogen aufeinander.
  • Anders gesagt ist die Leistungsaufteilvorrichtung so ausgelegt, dass die Leistungen des zweiten und des dritten Rotors ein entgegengesetztes Vorzeichen bezogen aufeinander haben, wenn das Drehmoment von dem ersten Rotor auf die Brennkraftmaschine durch den Drehmomentübertragungssteuermechanismus übertragen wird. Die Leistung wird daher zwischen dem zweiten und dem dritten Rotor zirkuliert, was somit ermöglicht, dass die Drehzahl des ersten Rotors auf Null (0) oder eine sehr niedrige Drehzahl eingerichtet wird, oder die Leistung des ersten Rotors einfach auf ein sehr niedriges Niveau verringert wird. Daher kann beispielsweise, wenn die Kraftmaschine sich in Ruhe befindet und es erforderlich ist, ein Anfangsdrehmoment auf die Brennkraftmaschine durch den ersten Rotor aufzubringen, um die Brennkraftmaschine zu starten, eine Rate, mit der das Drehmoment, das auf die Brennkraftmaschine aufzubringen ist, vergrößert wird, langsam verändert werden, wodurch die mechanischen Schwingungen minimiert werden, die auftreten, wenn die Kraftmaschine gerade angelassen wird, und die auf die Leistungsübertragungsvorrichtung, die angetriebenen Räder und den Betreiber des Fahrzeugs übertragen werden. Nach dem Abschluss der Aufbringung des Anfangsdrehmoments auf die Brennkraftmaschine durch den ersten Rotor kann das Drehmoment, das durch die Brennkraftmaschine erzeugt wird, auf die Leistungsaufteilvorrichtung (insbesondere den ersten Rotor oder andere Rotoren) abgegeben werden.
  • Die Leistung wird zwischen dem zweiten und dem dritten Rotor zu einem Zeitpunkt zirkuliert, wenn diese mechanisch durch den Verbindungsmechanismus verbunden sind. Die vorstehend genannte Einrichtung der Vorzeichen wird daher einfach ohne Vorsehen von zwei elektrischen Rotationsmaschinen erzielt: eine, die einen Eingang hat, in den Leistung von einem des zweiten und des dritten Rotors eingeleitet wird, und wobei die zweite Rotationsenergie an den anderen des zweiten und des dritten Rotors abgibt.
  • Die Neigung der Geraden in dem nomographischen Diagramm kann durch Ändern des Drehzahlverhältnisses vom Eingang zum Ausgang des Drehzahlvariators reguliert werden. Anders gesagt kann die Drehzahl des ersten Rotors durch Ändern des Drehzahlverhältnisses vom Eingang zum Ausgang des Drehzahlvariators ungeachtet der Drehzahl des angetriebenen Rads gesteuert werden. Es ist daher möglich, die Drehzahl des ersten Rotors zu steuern, wenn es erforderlich ist, das Drehmoment von dem ersten Rotor auf die Brennkraftmaschine durch den Drehmomentübertragungssteuermechanismus zu übertragen.
  • In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die elektrische Rotationsmaschine und das angetriebene Rad mechanisch mit dem zweiten und dem dritten Rotor gekoppelt, die miteinander durch den Verbindungsmechanismus zu verbinden sind.
  • Drehmomente, die durch den ersten Rotor, den zweiten Rotor und den dritten Rotor erzeugt werden, sind proportional zueinander. Anders gesagt ist die Leistungsaufteilvorrichtung so ausgelegt, dass sie eine solche Drehmomentbeziehung herbeiführt.
  • Die elektrische Rotationsmaschine ist mechanisch mit dem zweiten Rotor ohne Durchlaufen des Drehzahlvariators verbunden. Das angetriebene Rad ist mechanisch mit dem dritten Rotor ohne Durchlaufen des Drehzahlvariators verbunden. Wenn es erforderlich ist, eine Abgabe der elektrischen Rotationsmaschine an das angetriebene Rad ohne die Leistungsaufteilvorrichtung zu übertragen, kann die Drehzahl der Abgabe der elektrischen Rotationsmaschine durch den Drehzahlvariator geändert werden.
  • Die Leistungsübertragungsvorrichtung kann ferner einen Drehmomentaufbringmechanismus aufweisen, der eine mechanische Verbindung zwischen dem zweiten Rotor und der Brennkraftmaschine bildet, um ein Drehmoment, das durch die Brennkraftmaschine erzeugt wird, auf den zweiten Rotor aufzubringen. Insbesondere dient der erste Rotor als ein Kraftmaschinenstartrotor, der mit der Brennkraftmaschine gekoppelt werden soll, wenn die Kraftmaschine gestartet wird. Der zweite Rotor dient als Leistungsübertragungsrotor, der mit der Brennkraftmaschine gekoppelt werden soll und auf den ein Drehmoment von der Brennkraftmaschine übertragen wird. Der Kraftmaschinenstartrotor unterscheidet sich von dem Leistungsübertragungsrotor, was somit ermöglicht, dass die Drehzahl der Brennkraftmaschine rasch auf einen effektiven Drehzahlbereich gebracht wird.
  • Der Drehmomentaufbringmechanismus ist angepasst, um die Brennkraftmaschine mit dem zweiten Rotor ohne Durchlaufen des Drehzahlvariators zu verbinden.
  • Der Drehmomentaufbringmechanismus dient als Freilaufdrehmomentübertragungsmechanismus, der einen Eingang hat, der zu der Brennkraftmaschine führt, und einen Ausgang hat, der zu dem zweiten Rotor führt und wirkt, um das Drehmoment von dem Eingang zu dem Ausgang zu übertragen, wenn die Drehzahl des Eingangs höher als diejenige des Ausgangs ist.
  • Eine sanfte mechanische Verbindung der Brennkraftmaschine mit dem zweiten Rotor zum Übertragen des Drehmoments auf den zweiten Rotor, nachdem die Brennkraftmaschine gestartet ist, kann dadurch erzielt werden, dass die Drehzahlen der Brennkraftmaschine und des zweiten Rotors in Übereinstimmung miteinander gebracht werden und diese dann miteinander verbunden werden. Das erfordert jedoch eine feine Drehzahlsteuerung. Dagegen beginnt der Freilaufdrehmomentübertragungsmechanismus, das Drehmoment von der Brennkraftmaschine auf den zweiten Rotor zu übertragen, wenn die Drehzahl des Eingangs des Freilaufdrehmomentübertragungsmechanismus diejenige des Ausgangs erreicht. Anders gesagt wird die Pulsation des Drehmoments, die auftritt, wenn die Kraftmaschine gerade gestartet wird, nicht auf die Leistungsvorrichtung übertragen, bis die Drehzahl der Kraftmaschine diejenige des zweiten Rotors erreicht, was somit die Übertragung der mechanischen Schwingung von der Kraftmaschine auf die Leistungsübertragungsvorrichtung, das angetriebene Rad oder den Betreiber des Fahrzeugs vermeidet.
  • Die Leistungsübertragungsvorrichtung kann ferner einen zweiten Verbindungsmechanismus, der eine mechanische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Rotor durch einen zweiten Leistungsübertragungspfad bildet, und einen zweiten Variator mit einem variablen Drehzahlverhältnis vom Eingang zum Ausgang aufweisen, der in dem zweiten Leistungsübertragungspfad angeordnet ist. Ein erster Verbindungsmechanismus, der der Verbindungsmechanismus zum Verbinden des zweiten und des dritten Rotors mechanisch durch einen ersten Leistungsübertragungspfad ist, in welchem ein erster Drehzahlvariator, der der Drehzahlvariator ist, angeordnet ist, und der zweite Verbindungsmechanismus werden im Betrieb zum Umschalten zwischen einem ersten Betriebsmodus und einem zweiten Betriebsmodus gesteuert. Der erste Betriebsmodus ist zum Bilden der mechanischen Verbindung zwischen dem zweiten und dem dritten Rotor durch den ersten Verbindungsmodus und zum Blockieren der mechanischen Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Rotor durch den zweiten Verbindungsmechanismus vorgesehen. Der zweite Betriebsmodus ist zum Blockieren der mechanischen Verbindung zwischen dem zweiten und dem dritten Rotor durch den ersten Verbindungsmechanismus und zum Bilden der mechanischen Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Rotor durch den zweiten Verbindungsmechanismus vorgesehen.
  • Wenn ein Vorzeichen einer Drehzahl der elektrischen Rotationsmaschine auf Plus oder Minus eingerichtet wird, sind die Vorzeichen der Leistungen, die durch den ersten und den zweiten Rotor erzeugt werden, entgegengesetzt zueinander in dem ersten Betriebsmodus, und sind die Vorzeichen von Leistungen, die durch den zweiten und den dritten Rotor erzeugt werden, identisch zueinander in dem zweiten Betriebsmodus. In dem ersten Betriebsmodus wird die Leistung zwischen dem ersten und dem zweiten Rotor zirkuliert, da die Vorzeichen der Leistungen des ersten und des zweiten Rotors entgegengesetzt zueinander sind. Die Zirkulation der Leistung kann der neutrale Getriebezustand herbeiführen, der die Drehzahl des dritten Rotors auf Null (0) versetzt, auch wenn die absoluten Werte der Drehzahlen des ersten und des zweiten Rotors größer als Null (0) sind, aber ergibt sich der Nachteil, der Effizienz bei der Verwendung der Energie. Daher ist es nicht wünschenswert, die Leistungsübertragungsvorrichtung in den ersten Betriebsmodus zu versetzen, wenn der Nachteil groß wird. In dem zweiten Betriebsmodus wird die Leistung nicht zwischen dem zweiten und dem dritten Rotor zirkuliert. Die Leistungsübertragungsvorrichtung schaltet von dem ersten Betriebsmodus, in welchem die Leistung zirkuliert wird, zu dem zweiten Betriebsmodus um, in welchem die Leistung nicht zirkuliert wird, nämlich unter der Bedingung, dass die Vorzeichen der Drehzahlen des ersten und des zweiten Rotors feststehend sind. Anders gesagt kann die Leistungsübertragungsvorrichtung seinen Betrieb von dem Zustand, in welchem die Leistung zirkuliert wird, zu dem Zustand, in welchem die Leistung nicht zirkuliert wird, ohne Umkehren der Drehzahl der elektrischen Rotationsmaschine umschalten.
  • Das Vorzeichen der Leistung, das hier genannt ist, bezeichnet, ob die Leistung in den entsprechenden des ersten bis dritten Rotors eingeleitet oder von diesem abgegeben wird.
  • Der erste und zweite Drehzahlvariator können durch einen einzigen Drehzahlvariator, wie z. B. ein CVT gebildet werden.
  • Ein Leistungsübertragungspfad ist zwischen einem Element der Brennkraftmaschine und der elektrischen Rotationsmaschine und dem angetriebenen Rad vorgesehen. Ein Ableitungswert erster Ordnung einer Funktion, in der das Drehzahlverhältnis vom Eingang zum Ausgang des Drehzahlvariators durch eine unabhängige Variable ausgedrückt wird und ein gesamtes Drehzahlverhältnis vom Eingang zum Ausgang des Leistungsübertragungspfads durch eine abhängige Variable ausgedrückt wird, mit Bezug auf die unabhängige Variable in dem ersten Betriebsmodus, hat ein entgegengesetztes Vorzeichen zu demjenigen in dem zweiten Betriebsmodus. Das ermöglicht, dass das gesamte Drehzahlverhältnis vom Eingang zum Ausgang so geändert wird, dass es Werte hat, die zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus unterschiedlich sind, indem eine Richtung, in der das Drehzahlverhältnis vom Eingang zum Ausgang des Drehzahlvariators in dem zweiten Betriebsmodus geändert wird, entgegengesetzt zu einer Richtung geändert wird, in der das Drehzahlverhältnis vom Eingang zum Ausgang des Drehzahlvariators in dem ersten Betriebsmodus geändert wird, wenn der erste Betriebsmodus zu dem zweiten Betriebsmodus umgeschaltet wird. Das ergibt einen vergrößerten Bereich, in welchem das gesamte Drehzahlverhältnis vom Eingang zum Ausgang geändert werden kann, was somit gestattet, dass die Leistungsübertragungsvorrichtung mit einer verringerten Abmessung ausgeführt wird.
  • Die Leistungsübertragungsvorrichtung kann ebenso einen Drehzahlvariator zum Umschalten vom ersten zum zweiten Modus aufweisen, der zum Ändern der Drehzahl von zumindest einem des zweiten und des dritten Rotors wirkt, um eine Differenz der Drehzahl zwischen dem zweiten und dem dritten Rotor auszugleichen, wenn der erste Betriebsmodus zu dem zweiten Betriebsmodus umgeschaltet wird, um die mechanische Verbindung zwischen dem zweiten und dem dritten Rotor zu bilden. Insbesondere kann eine Eingangsdrehzahl des zweiten Verbindungsmechanismus identisch mit einer Ausgangsdrehzahl des zweiten Verbindungsmechanismus sein. Das beseitigt die Auslassung bzw. das Fehlen der Übertragung des Drehmoments durch den zweiten Verbindungsmechanismus.
  • Der Drehzahlvariator zum Umschalten vom ersten zum zweiten Modus kann ein feststehendes Drehzahlverhältnis vom Eingang zum Ausgang haben.
  • Die Leistungsübertragungsvorrichtung kann ferner einen Drehzahlvariator zum Umschalten vom zweiten zum ersten Modus aufweisen, der zum Ändern der Drehzahl von zumindest einem des ersten und des zweiten Rotors wirkt, um eine Differenz der Drehzahl zwischen dem ersten und dem zweiten Rotor auszugleichen, wenn der zweite Betriebsmodus zu dem ersten Betriebsmodus umgeschaltet wird, um die mechanische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Rotor zu bilden. Insbesondere kann eine Eingangsdrehzahl des ersten Verbindungsmechanismus identisch mit einer Ausgangsdrehzahl des ersten Verbindungsmechanismus sein. Das beseitigt das Fehlen der Übertragung des Drehmoments durch den ersten Verbindungsmechanismus.
  • Der Drehzahlvariator zum Umschalten des zweiten zum ersten Modus kann ein feststehendes Drehzahlverhältnis vom Eingang zum Ausgang haben.
  • Der Drehmomentübertragungssteuermechanismus kann einen elektronisch gesteuerten Unterbrecher haben, der die Übertragung des Drehmoments zwischen dem ersten Rotor und der Brennkraftmaschine blockiert. Das kann die Übertragung des Drehmoments von dem ersten Rotor auf die Brennkraftmaschine vermeiden, bevor die Brennkraftmaschine gestartet ist.
  • Der Drehmomentübertragungssteuermechanismus kann ebenso einen Freilaufleistungsübertragungsmechanismus aufweisen, der die Übertragung des Drehmoments zwischen dem ersten Rotor und der Brennkraftmaschine unter der Bedingung bildet, dass die Drehzahl eines Eingangs des Freilaufleistungsübertragungsmechanismus, der zu dem ersten Rotor führt, höher als diejenige eines Ausgangs des Freilaufleistungsübertragungsmechanismus ist, der zu der Brennkraftmaschine führt, um dadurch die Übertragung des Drehmoments von der Brennkraftmaschine auf den ersten Rotor zu vermeiden, wenn das Drehmoment beim Start einer Verbrennung von Kraftstoff in einer Brennkammer der Brennkraftmaschine erzeugt wird. Wenn das Drehmoment durch die Verbrennung des Kraftstoffs in der Brennkraftmaschine erzeugt wird, steigt gewöhnlich die Drehzahl der Drehwelle (insbesondere eine Ausgangswelle) der Brennkraftmaschine rasch an. Der rasche Anstieg der Drehzahl der Drehwelle wird in einer kurzen Zeit auftreten. Daher ist es sehr schwierig oder unmöglich, zwischen der Brennkraftmaschine und dem ersten Rotor zu trennen, nachdem der Start der Verbrennung des Kraftstoffs erfasst ist. Wenn der rasche Anstieg der Drehzahl auf den ersten Rotor übertragen wird, wird das eine Pulsation des Drehmoments in der Leistungsübertragungsvorrichtung zur Folge haben. Um dieses Problem zu vermeiden, wirkt der Freilaufleistungsübertragungsmechanismus, um das Drehmoment von der Brennkraftmaschine nicht auf den ersten Rotor zu übertragen, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine ansteigt, so dass die Drehzahl des Ausgangs des Freilaufleistungsübertragungsmechanismus höher als diejenige des Eingangs des Freilaufleistungsübertragungsmechanismus ist, um dadurch die Übertragung der Drehmomentpulsation auf einen Betreiber des Fahrzeugs zu beseitigen.
  • Die Leistungsaufteilvorrichtung kann durch einen einzelnen Planetengetriebesatz ausgeführt werden. Insbesondere können jedes des ersten, zweiten und dritten Rotors ein Sonnenrad, ein Träger und ein Hohlrad sein.
  • Gemäß dem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Leistungsübertragungssteuersystem für ein Fahrzeug vorgesehen, das eine Leistungsübertragungsvorrichtung und eine Steuerung aufweist. Die Leistungsübertragungsvorrichtung weist auf (a) eine Leistungsaufteilvorrichtung, die einen ersten, einen zweiten und einen dritten Rotor aufweist, die sich in Verbindung miteinander drehen, um Leistung zwischen einer elektrischen Rotationsmaschine, einer Brennkraftmaschine und einem angetriebenen Rad eines Fahrzeugs aufzuteilen, wobei der erste, der zweite und der dritte Rotor so verknüpft sind, dass ihre Drehzahlen auf einer Geraden in einem nomographischen Diagramm aufgereiht sind, (b) einen Drehmomentübertragungssteuermechanismus, der selektiv eine Übertragung des Drehmoments zwischen dem ersten Rotor und der Brennkraftmaschine bildet und blockiert, (c) einen Verbindungsmechanismus, der eine mechanische Verbindung zwischen dem zweiten Rotor und dem dritten Rotor bildet, und (d) einen Drehzahlvariator, der ein variables Drehzahlverhältnis vom Eingang zum Ausgang hat. Wenn der Drehmomentübertragungssteuermechanismus die Übertragung des Drehmoments zwischen dem ersten Rotor und der Brennkraftmaschine bildet, haben Leistungen des zweiten und des dritten Rotors ein entgegengesetztes Vorzeichen bezogen aufeinander. Die Steuerung betätigt den Drehmomentübertragungssteuermechanismus, um ein Drehmoment, das durch den ersten Rotor erzeugt wird, auf die Brennkraftmaschine zu übertragen, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine niedriger als ein vorgegebener Wert ist. Der vorgegebene Wert kann eine typische Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine sein, die eine minimale Drehzahl ist, die zum Sicherstellen der Stabilität des Betriebs der Brennkraftmaschine erforderlich ist.
  • Gemäß dem dritten Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Leistungsübertragungssteuersystem für ein Fahrzeug vorgesehen, das eine Leistungsübertragungsvorrichtung und eine Steuerung aufweist. Die Leistungsübertragungsvorrichtung weist auf (a) eine Leistungsaufteilvorrichtung, die einen ersten, einen zweiten und einen dritten Rotor aufweist, die sich in Verbindung miteinander drehen, um Leistung zwischen einer elektrischen Rotationsmaschine, einer Brennkraftmaschine, und einem angetriebenen Rad eines Fahrzeugs aufzuteilen, wobei der erste, der zweite und der dritte Rotor so miteinander verknüpft sind, dass ihre Drehzahlen auf einer Geraden in einem nomographischen Diagramm aufgereiht sind, (b) einen Drehmomentübertragungssteuermechanismus, der selektiv eine Übertragung eines Drehmoments zwischen dem ersten Rotor und der Brennkraftmaschine bildet und blockiert, (c) einen ersten Verbindungsmechanismus, der eine mechanische Verbindung zwischen dem zweiten Rotor und dem dritten Rotor bildet, (d) einen zweiten Verbindungsmechanismus, der eine mechanische Verbindung zwischen dem ersten Rotor und dem zweiten Rotor bildet, und (d) einen Drehzahlvariator, der ein variables Drehzahlverhältnis vom Eingang zum Ausgang hat. Wenn der Drehmomentübertragungssteuermechanismus die Übertragung des Drehmoments zwischen dem ersten Rotor und der Brennkraftmaschine bildet, haben Leistungen des zweiten und dritten Rotors ein entgegengesetztes Vorzeichen bezogen aufeinander. Die Steuerung steuert die Betriebe des ersten und des zweiten Verbindungsmechanismus, um zwischen einem ersten und einem zweiten Betriebmodus umzuschalten. Der erste Betriebsmodus ist zum Bilden der mechanischen Verbindung zwischen dem zweiten und dem dritten Rotor durch den ersten Verbindungsmechanismus und zum Blockieren der mechanischen Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Rotor durch den zweiten Verbindungsmechanismus vorgesehen. Der zweite Betriebsmodus ist zum Blockieren der mechanischen Verbindung zwischen dem zweiten und dem dritten Rotor durch den ersten Verbindungsmechanismus und zum Bilden der mechanischen Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Rotor durch den zweiten Verbindungsmechanismus vorgesehen. Die Steuerung wirkt ebenso, um zu unterbinden, dass sowohl der erste als auch der zweite Verbindungsmechanismus jeweils die mechanischen Verbindungen bildet, wenn ein Fahrterlaubnisschalter für das Fahrzeug sich in einem Ausschaltzustand befindet.
  • Gemäß dem vierten Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Leistungsübertragungssteuersystem für ein Fahrzeug vorgesehen, dass eine Leistungsübertragungsvorrichtung und eine Steuerung aufweist. Die Leistungsübertragungsvorrichtung weist auf (a) eine Leistungsaufteilvorrichtung, die einen ersten, einen zweiten und einen dritten Rotor aufweist, die sich in Verbindung miteinander drehen, um Leistung zwischen einer elektrischen Rotationsmaschine, einer Brennkraftmaschine und einem angetriebenen Rad eines Fahrzeugs aufzuteilen, wobei der erste, der zweite und der dritte Rotor so miteinander verknüpft sind, dass ihre Drehzahlen auf einer Geraden in einem nomographischen Diagramm aufgereiht sind, (b) einen Drehmomentübertragungssteuermechanismus, der selektiv die Übertragung eines Drehmoments zwischen dem ersten Rotor und der Brennkraftmaschine bildet und blockiert, (c) einen ersten Verbindungsmechanismus, der eine mechanische Verbindung zwischen dem zweiten Rotor und dem dritten Rotor bildet, (d) einen zweiten Verbindungsmechanismus, der eine mechanische Verbindung zwischen dem ersten Rotor und dem zweiten Rotor bildet, und (d) einen Drehzahlvariator, der ein variables Drehzahlverhältnis vom Eingang zum Ausgang hat. Wenn der Drehmomentübertragungssteuermechanismus die Übertragung des Drehmoments zwischen dem ersten Rotor und der Brennkraftmaschine bildet, haben Leistungen des zweiten und des dritten Rotors ein entgegengesetztes Vorzeichen mit Bezug aufeinander. Die Steuerung steuert die Betriebe des ersten und des zweiten Betriebsmechanismus, um zwischen einem ersten und einem zweiten Betriebsmodus umzuschalten. Der erste Betriebsmodus ist zum Bilden der mechanischen Verbindung zwischen dem zweiten und dem dritten Rotor durch den ersten Verbindungsmechanismus und zum Blockieren der mechanischen Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Rotor durch den zweiten Verbindungsmechanismus vorgesehen. Der zweite Betriebsmodus ist zum Blockieren der mechanischen Verbindung zwischen dem zweiten und dem dritten Rotor durch den ersten Verbindungsmechanismus und zum Bilden der mechanischen Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Rotor durch den zweiten Verbindungsmechanismus vorgesehen. Die Steuerung wirkt ebenso zum Steuern des Drehzahlverhältnisses vom Eingang zum Ausgang des Drehzahlvariators, so dass ein gesamtes Drehzahlverhältnis vom Eingang zum Ausgang eines Leistungsübertragungspfads, der sich von einem der Brennkraftmaschine und der elektrischen Rotationsmaschine zu dem angetriebenen Rad erstreckt, unterschiedliche Werte zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus hat. Die Steuerung bildet die mechanischen Verbindungen durch den ersten und den zweiten Verbindungsmechanismus, wenn ein Fahrerlaubnisschalter für das Fahrzeug ausgeschaltet ist.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung wird aus der nachstehend angegebenen detaillierten Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung ersichtlich, die jedoch nicht zur Beschränkung der Erfindung auf die spezifischen Ausführungsbeispiele herangezogen werden sollte, sondern die ausschließlichen den Zweck der Erklärung und des Verständnisses hat.
  • In den Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:
  • 1(a) ist ein Blockdiagramm, das eine Leistungsübertragungsvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung darstellt, die in einem Hybridsystem für ein Fahrzeug installiert ist;
  • 1(b) ist eine Ansicht von Leistungsübertragungspfaden der Leistungsübertragungsvorrichtung von 1(a);
  • 2(a) ist ein schematisches Blockdiagramm, das einen Leistungsübertragungspfad zeigt, wenn ein Fahrzeug durch einen Motor-Generator in einem ersten Betriebsmodus gestartet wird;
  • 2(b) ist ein nomographisches Diagramm, das einen Betrieb einer Leistungsaufteilvorrichtung der Leistungsübertragungsvorrichtung von 1(a) gemeinsam mit der Drehzahl einer Brennkraftmaschine darstellt;
  • 2(c) ist eine Tabelle, die eine Beziehung eines Vorzeichens einer Drehrichtung eines Drehmoments und einer Leistung zwischen einem Sonnenrad, einem Träger und einem Hohlrad der Leistungsaufteilvorrichtung der 2(a) und 2(b) auflistet;
  • 3(a) ist ein schematisches Blockdiagramm, das einen Leistungsübertragungspfad zeigt, wenn ein Fahrzeug durch einen Motor-Generator in einem zweiten Betriebsmodus gefahren wird;
  • 3(b) ist ein nomographisches Diagramm, das einen Betrieb einer Leistungsaufteilvorrichtung gemeinsam mit der Drehzahl einer Brennkraftmaschine darstellt;
  • 3(c) ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Abwandlung des Leistungsübertragungspfads von 3(a) zeigt, bei der ein Fahrzeugdrehmoment auf ein angetriebenes Rad ohne ein CVT in einem zweiten Betriebsmodus übertragen wird;
  • 4(a) ist ein schematisches Blockdiagramm, das einen Leistungsübertragungspfad zeigt, wenn eine Brennkraftmaschine durch einen Motor-Generator in einem zweiten Betriebsmodus gestartet wird;
  • 4(b) ist ein nomogaraphisches Diagramm, das einen Betrieb einer Leistungsaufteilvorrichtung gemeinsam mit der Drehzahl einer Brennkraftmaschine darstellt;
  • 4(c) ist eine Tabelle, die eine Beziehung eines Vorzeichens einer Drehrichtung, eines Drehmoments und einer Leistung zwischen einem Sonnenrad, einem Träger und einem Hohlrad der Leistungsaufteilvorrichtung der 4(a) und 4(b) auflistet;
  • 5(a) ist ein schematisches Blockdiagramm, das einen Leistungsübertragungspfad zeigt, wenn ein Fahrzeug durch eine Brennkraftmaschine in einem zweiten Betriebsmodus angetrieben wird;
  • 5(b) ist ein nomographisches Diagramm, das einen Betrieb einer Leistungsaufteilvorrichtung gemeinsam mit der Drehzahl einer Brennkraftmaschine darstellt;
  • 6(a) ist eine Grafik, die eine Beziehung zwischen einem gesamten Übersetzungsverhältnis einer Leistungsübertragungsvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels und einem Übersetzungsverhältnis eines CVT zeigt;
  • 6(b) ist eine Grafik, die eine Beziehung zwischen einem gesamten Übersetzungsverhältnis einer Leistungsübertragungsvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels und einer Leistungsübertragungseffizienz zeigt;
  • 7 ist ein Blockdiagramm, das eine Leistungsübertragungsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt;
  • 8 ist ein Blockdiagramm, das eine Abwandlung einer Leistungsübertragungsvorrichtung darstellt, die in einem Aufbau von jeweils dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel verwendet werden kann;
  • 9 ist ein Blockdiagramm, das eine zweite Abwandlung einer Leistungsübertragungsvorrichtung darstellt, die in einem Aufbau von jeweils dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel verwendet werden kann;
  • 10 ist eine Ansicht, die eine Abwandlung einer Leistungsübertragungsvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels darstellt;
  • 11 ist eine Ansicht, die eine zweite Abwandlung einer Leistungsübertragungsvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels darstellt;
  • 12 ist ein Blockdiagramm, das eine dritte Abwandlung einer Leistungsübertragungsvorrichtung darstellt, die in einem Aufbau von jeweils dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel verwendet werden kann;
  • 13(a) ist ein Blockdiagramm, das eine vierte Abwandlung einer Leistungsübertragungsvorrichtung darstellt, die in einem Aufbau von jeweils dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel verwendet werden kann;
  • 13(b) ist eine Ansicht von Leistungsübertragungspfaden der Leistungsübertragungsvorrichtung von 13(a);
  • 14(a) ist eine Blockansicht, die eine fünfte Abwandlung einer Leistungsübertragungsvorrichtung darstellt, die in einem Aufbau von jeweils dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel verwendet werden kann;
  • 14(b) ist eine Ansicht von Leistungsübertragungspfaden der Leistungsübertragungsvorrichtung von 14(a);
  • 15(a) ist ein schematisches Blockdiagramm, das einen Leistungsübertragungspfad einer Leistungsübertragungsvorrichtung zeigt, wenn eine Brennkraftmaschine durch einen Motor-Generator in einem ersten Betriebsmodus gestartet wird;
  • 15(b) ist ein nomographisches Diagramm, das einen Betrieb einer Leistungsaufteilvorrichtung von 15(a) gemeinsam mit der Drehzahl einer Brennkraftmaschine darstellt;
  • 16 ist eine Ansicht, die einen äquivalenten Aufbau einer Leistungsübertragungsvorrichtung von 1(a) zum Erläutern der Bestimmung eines gesamten Übersetzungsverhältnisses zeigt;
  • 17 ist eine Ablaufdiagramm eines Programms, das durch eine Leistungsübertragungsvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels ausgeführt werden kann, wenn ein Fahrzeug angehalten wird; und
  • 18 ist ein Ablaufdiagramm eines abgewandelten Programms, das durch eine Leistungsübertragungsvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels ausgeführt werden kann, wenn ein Fahrzeug angehalten wird.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen ähnliche Bezugszeichen sich auf ähnliche Teile in mehreren Ansichten beziehen, insbesondere unter Bezugnahme auf die 1(a) und 1(b) ist ein Hybridsystem gezeigt, das mit einem Leistungsübertragungsteuersystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgestattet ist. Das Leistungsübertragungssteuersystem ist mit einer Leistungsübertragungsvorrichtung und einer Steuerung ausgestattet, die zum Steuern eines Betriebs der Leistungsübertragungsvorrichtung arbeitet.
  • 1(a) stellt den Aufbau des Hybridsystems dar. 1(b) ist eine Prinzipansicht der Leistungsübertragungspfade.
  • Das Hybridsystem weist einen Motor-Generator 10 und eine Leistungsaufteilvorrichtung 20 auf. Der Motor-Generator 10 besteht aus einem Dreiphasen-AC-Motor-Generator und wirkt als Leistungserzeugungsvorrichtung im Fahrzeug gemeinsam mit einer Brennkraftmaschine 12, um ein Automobil zu fahren. Die Leistungsaufteilvorrichtung 20 wirkt zum Aufteilen von Leistung oder Drehmoment zwischen dem Motor-Generator 10, der Brennkraftmaschine (beispielsweise einem Benzinmotor) 12 und angetriebenen Rädern 14 des Fahrzeugs.
  • Die Leistungsaufteilvorrichtung 20 ist mit einem einzelnen Planetengetriebesatz 70 ausgestattet, der aus drei Leistungsaufteilrotoren besteht: einem Sonnenrad S, einem Träger C und einem Hohlrad R. Mit dem Sonnenrad S ist eine Ausgangsachse (insbesondere eine Drehwelle) 10a des Motor-Generators 10 mechanisch gekoppelt. Das Hohlrad R ist ebenso mechanisch mit dem Sonnenrad S durch ein stufenlos variables Getriebe (CVT) 22, eine Kupplung C2 und ein Getriebe G5 mechanisch verbunden. Der Motor-Generator 10 ist daher mechanisch mit dem Hohlrad R durch das CVT 22, die Kupplung C2 und das Getriebe G5 verbunden. Anders gesagt sind der Motor-Generator 10 und das Hohlrad R so durch einen mechanischen Verbindungspfad verbunden, dass sie sich in Verbindung miteinander nicht durch die anderen Leistungsaufteilrotoren der Leistungsaufteilvorrichtung 20 drehen. Das CVT 36, das in diesem Ausführungsbeispiel verwendet wird, ist eine mechanische Bauart, die einen Metall- oder Gummiriemen verwendet. Das Getriebe G5 wird durch ein Vorgelegegetriebe ausgeführt, das zum Andern eines Verhältnisses einer Drehzahl eines Eingangs zu einem Ausgang desselben mit einem feststehenden Faktor ändert und die Richtung einer Drehung des Eingangs umkehrt, anders gesagt das Vorzeichen der Richtung der Drehung des Ausgangs zu derjenigen des Eingangs umkehrt. Die Kupplung C2 wirkt als elektronisch gesteuerte hydraulische Leistungsunterbrechungseinrichtung zum Blockieren der Übertragung der Leistung oder des Drehmoments zwischen einem Eingang und einem Ausgang davon. Der Eingang und der Ausgang, die hier angegeben sind, sind ein Eingang, in den Energie eingeleitet wird, und ein Ausgang, von dem Energie abgeht, aber diese Beziehung kann verändert werden.
  • Der Motor-Generator 10 kann alternativ mechanisch mit einer Verbindung der Kupplungen C1 und C2 durch einen Leistungsübertragungspfad 10b gekoppelt werden, wie durch eine gestrichelte Linie in 1(a) angedeutet ist. Diese Auslegung des Motor-Generators 10 ist in 1(b) durch „MG” bezeichnet, der durch eine gestrichelte Linie umkreist ist. Wenn in diesem Fall es erforderlich ist, dass die angetriebenen Räder 14 mittels des Motor-Generators 10 anzutreiben, wird die Leistung, die durch den Motor-Generator 10 erzeugt wird, die später im Einzelnen beschrieben wird, auf die angetriebenen Räder 14 nur durch die Kupplung C2 und das Getriebe G6 übertragen. Diese Betriebsart ist geeignet für ein Fahren mit hoher Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Der Designer kann bestimmen, ob der Motor-Generator 10 mit der Kupplung C2 über oder ohne das CVT 22 unter Bezugnahme auf die gewünschte Fahrfunktion des Fahrzeugs verbunden ist.
  • Mit dem Hohlrad R der Leistungsaufteilvorrichtung 20 sind die angetriebenen Räder 14 mechanisch gekoppelt. Insbesondere sind die angetriebenen Räder 14 mit dem Hohlrad R durch Getriebe G5 und G6 und ein Differenzialgetriebe 24 verbunden. Das Getriebe G6 ist als Vorwärtsgetriebesatz ausgeführt (ebenso als Getriebesatz mit normaler Drehung bezeichnet), der zum Ändern eines Verhältnisses einer Drehzahl eines Eingangs zu dessen Ausgang mit einem feststehenden Faktor wirkt, aber die Richtung der Drehung des Eingangs nicht umkehrt.
  • Mit dem Träger C der Leistungsaufteilvorrichtung 20 ist das Sonnenrad S mechanisch durch Getriebe G2a und G2b, eine Kupplung C1 und das CVT 22 gekoppelt. Die Getriebe G2a und G2b werden jeweils durch ein Vorgelegerad ausgeführt, das zum Ändern eines Verhältnisses einer Drehzahl eines Eingangs zu einem Ausgang desselben mit einem feststehenden Faktor und zum Umkehren der Richtung der Drehung des Eingangs wirkt. Die Getriebe G2a und G2b können eine einzige Getriebebaugruppe oder ein Getriebekasten sein.
  • Die Kupplung C1 wirkt als elektronisch gesteuerte hydraulische Leistungsunterbrechungseinrichtung zum Blockieren der Übertragung der Leistung oder des Drehmoments zwischen einem Eingang und dessen Ausgang. Die Kupplungen C1 und C2 sind, wie aus 1(b) entnommen werden kann, jeweils an einem des Eingangs oder des Ausgangs davon an einer gemeinsamen Drehwelle verbunden.
  • Die Kurbelwelle (insbesondere die Drehwelle 12a) der Kraftmaschine 12 ist ebenso mechanisch mit dem Träger C durch ein Freilauflager 26 und eine Kupplung C3 gekoppelt. Das Freilauflager 26 wirkt als Freilaufübertragungsmechanismus zum Gestatten der Übertragung der Leistung (des Drehmoments) von dem Träger C auf die Kraftmaschine 12 unter der Bedingung, dass die Drehzahl des Trägers C nicht geringer als diejenige der Drehwelle 12a der Kraftmaschine 12 ist. Anders gesagt wirkt das Freilauflager 26, so dass das Sonnenrad S einer Einleitung des Freilauflagers 26 folgt, außer die Drehzahl eines Ausgangs des Freilauflagers 26 ist größer als diejenige des Eingangs des Freilauflagers 26. Die Kupplung C3 wirkt als normalerweise offene Bauart einer elektronisch gesteuerten mechanischen Unterbrechungseinrichtung zum Blockieren der Übertragung der Leistung (des Drehmoments) zwischen einem Eingang und dessen Ausgang.
  • Das Sonnenrad S ist ebenso mechanisch mit der Drehwelle 12a der Kraftmaschine 12 durch ein Freilauflager 28 gekoppelt. Wie das Freilauflager 26 wirkt das Freilauflager 28 als Freilaufübertragungsmechanismus zum Gestatten der Übertragung der Leistung (des Drehmoments) von der Kraftmaschine 12 auf das Sonnenrad S unter der Bedingung, dass die Drehzahl der Drehwelle 12a der Kraftmaschine 12 nicht geringer als die Drehzahl des Sonnenrads S ist. Anders gesagt wirkt das Freilauflager 28, dass das Sonnenrad S der Drehung der Drehwelle 12a der Kraftmaschine 12 folgt, außer die Drehzahl eines Ausgangs des Freilauflagers 28 ist größer als diejenige eines Eingangs des Freilauflagers 28. Daher wird gestattet, dass die Kraftmaschine 12 mechanisch mit dem Hohlrad R durch das Freilauflager 28, das CVT 22, die Kupplung C2 und das Getriebe G5 verbunden ist.
  • Jedes der Getriebe G2a, G2b, G5 und G6 kann durch einen Getriebesatz ausgeführt werden, der aus einer Vielzahl von Zahnrädern mit einem feststehenden Übersetzungsverhältnis besteht (beispielsweise einem Drehzahlverhältnis vom Eingang zum Ausgang).
  • Das Hybridsystem weist ebenso eine Steuerung 40 zum Steuern eines Betriebs der Leistungsübertragungsvorrichtung auf. Die Steuerung 40 wirkt zum Betätigen der Kupplungen C1, C2 und C3 und des CVT 22, um die Betriebsart der Leistungsübertragung zu steuern und eine gesteuerte Variable der Kraftmaschine 12 zu bestimmen. Die Steuerung 40 wirkt ebenso zum Steuern eines Betriebs eines Wandlers (insbesondere eines Leistungswandlers) 42 zum Bestimmen einer gesteuerten Variable des Motor-Generators 10.
  • Die Leistungsübertragungsvorrichtung ist so ausgelegt, dass diese entweder in einem ersten Betriebsmodus oder einem zweiten Betriebsmodus selektiv arbeitet. In dem ersten Betriebsmodus befindet sich die Kupplung C1 in einem eingerückten Zustand, während die Kupplung C2 sich in einem ausgerückten Zustand befindet. In dem zweiten Betriebsmodus befindet sich die Kupplung C1 in einem ausgerückten Zustand, während die Kupplung C2 sich in dem eingerückten Zustand befindet. Die Betriebsweisen der Leistungsübertragungsvorrichtung in dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus und eine Abfolge von Fahrzuständen des Fahrzeugs, wenn der erste Betriebsmodus zu dem zweiten Betriebsmodus umgeschaltet wird, werden entsprechend nachstehend beschrieben. Es ist anzumerken, dass die Kupplungen C1 und C2 und das CVT 22 in 1(a) getrennt voneinander dargestellt sind, aber eine oder beide der Kupplungen C1 und C2 und das CVT 22 in einer Einheit zusammengebaut sein können, die als ein Verbindungsmechanismus funktioniert.
  • ERSTER BETRIEBSMODUS
  • Der erste Betriebsmodus ist ein Startmodus, in welchem ein Startbetrieb durch den Motor-Generator 10 vorgenommen wird.
  • Der erste Betriebsmodus wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 2(a) bis 2(c) beschrieben. 2(a) stellt einen Leistungsübertragungspfad dar, wenn das Fahrzeug gestartet wird. 2(b) ist ein nomographisches Diagramm, das den Betrieb der Leistungsaufteilvorrichtung 20 gemeinsam mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine 12 darstellt. In 2(b) ist eine negative Richtung einer Drehung des Hohlrads R als „Vorwärts” definiert, da das Getriebe G5 aus einem Vorgelegerad besteht. Pfeile in dem nomographischen Diagramm deuten die Richtungen des Drehmoments an. In dem Beispiel der 2(a) und 2(b) befindet sich die Kupplung C3 in dem ausgerückten Zustand und ist die Brennkraftmaschine 12 angehalten. Die Drehzahlen der Rotoren des Planetengetriebesatzes 70, die die Leistungsaufteilvorrichtung 20 bilden, hängt von der Drehzahl des Motor-Generators 10 und dem Übersetzungsverhältnis (ebenso Drehzahlverhältnis vom Ausgang zum Eingang, ein variables Drehzahlverhältnis, ein Riemenschaltverhältnis oder ein CVT-Verhältnis genannt) des CVT 22 ab. Insbesondere liegen in dem nomographischen Diagramm von 2(b) die Drehzahlen der Sonnenräder S, des Trägers C und des Hohlrads S auf einer diagonalen Geraden. Anders gesagt sind das Sonnenrad S, der Träger C und das Hohlrad R so verknüpft, um Ausgangsrotationsenergien von diesen zur Verfügung zu stellen, die in dem nomographischen Diagramm geradlinig aufgereiht sind. Die Drehzahl des Hohlrads R, der einer der Rotoren der Leistungsaufteilvorrichtung 20 außer dem Sonnenrad S und dem Träger C ist, wird daher durch Bestimmen der Drehzahl des Sonnenrads S und des Trägers C eingerichtet.
  • Das Hybridsystem dieses Ausführungsbeispiels kann das Übersetzungsverhältnis (insbesondere ein Drehzahlverhältnis) des CVT 22 auswählen, um einen sog. neutralen Getriebezustand zu erzielen, der die Drehzahl der angetriebenen Räder 14 auf Null (0) in dem ersten Betriebsmodus während des Laufs des Motor-Generator 10 versetzt. Insbesondere ist die Leistungsaufteilvorrichtung 20 so ausgelegt, dass Beträge der Ausgangsrotationsenergie (insbesondere der Leistung) des Sonnenrads S und des Trägers C, die die Leistungsaufteilrotoren des Planetengetriebesatzes 70 außer dem Hohlrad R sind, wie in 2(c) dargestellt ist, ein entgegengesetztes Vorzeichen zu einander haben, so dass die Leistung zwischen dem Sonnenrad S und dem Träger C durch einen durchgeschleiften mechanischen Pfad zirkuliert wird. wenn daher der neutrale Getriebezustand gebildet wird, um die Drehzahl der angetriebenen Räder 14 auf Null (0) zu versetzten, wird das verursachen, dass die Leistung, die in das Sonnenrad S eingeleitet wird, von dem Träger C abgegeben wird und dann erneut in das Sonnenrad S eingeleitet wird. Anders gesagt wird dann, wenn die Leistungsaufteilvorrichtung 20 in den neutralen Getriebezustand versetzt ist, der Betrag der Rotationsenergie (insbesondere der Leistung), die an die angetriebenen Räder 14 abgegeben wird, Null (0) sein. Wenn die Leistung nicht durch den durchgeschleiften mechanischen Pfad zirkuliert wird, der sich durch das Sonnenrad S und den Träger C erstreckt, wird das verursachen, dass die abgegebene Energie des Motor-Generators 10 vollständig als thermische Energie in der Leistungsaufteilvorrichtung 20 gemäß dem Energieerhaltungsgesetz verbraucht wird. Das wird einen unpraktischen Aufbau der Leistungsaufteilvorrichtung 20 zur Folge haben, der nicht zum Aufteilen der Leistung wirkt, anders gesagt bei dem die Rotoren nicht als Leistungsaufteilrotoren der Leistungsaufteilvorrichtung 20 funktionieren. Wenn der neutrale Getriebezustand in dem Hybridsystem dieses Ausführungsbeispiels gebildet wird, wird das verursachen, dass die Leistung unvermeidlich in der Leistungsaufteilvorrichtung 20 rezirkuliert wird. Der durchgeschleifte Pfad, der sich von dem Träger C zu dem Sonnenrad S erstreckt, muss sich nicht vollständig mechanisch erstreckt. Beispielsweise kann der durchgeschleifte Pfad ein Pfad sein, der einen unterbrochenen Abschnitt hat, der selektiv durch eine Kupplung geschlossen wird, um zu ermöglichen, dass die Rotationsenergie rezirkuliert wird. Es ist anzumerken, dass in 2(c) das Zeichen Plus (+) und das Zeichen Minus (–) der Drehrichtung von jedem des Sonnenrads S, des Trägers C und des Hohlrads R den entgegengesetzten Richtungen entsprechen: eine normale Richtung und eine Rückwärtsrichtung von diesen, wobei das Pluszeichen (+) der Drehenergie (insbesondere der Leistung) angibt, wenn die Drehenergie von der Leistungsaufteilvorrichtung 20 abgegeben wird, und das Pluszeichen (+) und Minuszeichen (–) das Drehmoment so definiert sind, dass sie die Bedingung erfüllen, dass das Produkt der Vorzeichen der Drehrichtung des Drehmoments das Zeichen der Rotationsenergie (insbesondere der Leistung) sein wird.
  • Der Aufbau der Leistungsübertragungsvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels ist ausgelegt, um zu ermöglichen, dass der Motor-Generator 10 einen höheren Grad eines Drehmoments erzeugt, wenn das Fahrzeug startet, um den Bedarf zum Vergrößern der Abmessung des Motor-Generators 10. Das ist in Folgendem begründet:
    Wenn ein Verhältnis der Anzahl Zs von Zähnen des Sonnenrads S zu der Anzahl Zr von Zähnen des Hohlrads R (insbesondere Zs/Zr) der Leistungsaufteilvorrichtung 20 als ρ definiert ist, wird ein Verhältnis der Drehzahl Nc des Trägers C zu der Drehzahl des Motor-Generators 10 (insbesondere der Drehzahl Ns des Sonnenrads S) (insbesondere Ns/Nc) als β definiert, und werden die Drehmomente des Hohlrads R des Sonnenrads S, des Trägers C und des Motor-Generators 10 als Tr, Ts, Tc bzw. Tm definiert, wobei die nachstehend aufgelisteten Gleichungen erfüllt werden. Tr = –Tc/(1 + ρ) (c1) Ts = –ρTc/(1 + ρ) (c2) β(Tm + Ts) = Tc (c3)
  • Durch Beseitigen der Drehmomente Ts und Tc von der Gleichung (c3) unter Verwendung der Gleichungen (c1) und (c2) wird Folgendes erhalten: Tr = (β/ρ)Tm/{(1/ρ) – 1 – β} (c4)
  • Die Gleichung (c4) zeigt, dass ein großer Anstieg des Drehmoments Tr des Hohlrads R (insbesondere der Ausgangsachse der Leistungsaufteilvorrichtung 20), anders gesagt, des Drehmoments das auf die angetriebenen Räder 14 übertragen wird, durch Annähern des Verhältnisses β an (1/ρ) – 1 erzielt wird. Das stellt das Drehmoment sicher, das zum Starten des Fahrzeugs erforderlich ist, ohne dass Bedarf nach der Vergrößerung der Abmessung des Motor-Generators 10 besteht.
  • ZWEITER BETRIEBSMODUS
  • 3(a) stellt einen Leistungsübertragungspfad der Leistungsübertragungsvorrichtung in dem zweiten Betriebsmodus dar, der ein EV-Fahrmodus ist, in welchem das Fahrzeug nur durch den Motor-Generator 10 gefahren wird. 3(b) ist ein nomographisches Diagramm im zweiten Betriebsmodus. Die Kupplung C3 befindet sich in dem ausgerückten Zustand.
  • Die Leistung wird von dem Motor-Generator 10 auf die angetriebenen Räder 14 durch das CVT 22, die Kupplung C2 und das Getriebe G6 ohne die Leistungsaufteilvorrichtung 20 übertragen. Das liegt daran, dass das Drehmoment nicht auf den Träger C der Leistungsaufteilvorrichtung 20 übertragen wird, so dass ein Drehmoment, wie aus den Gleichungen (c1) und (c2) ersichtlich ist, nicht auf das Sonnenrad S und das Hohlrad R eingeleitet wird.
  • 3(c) stellt eine Abwandlung des Übertragungspfads von 1(a) dar. In dem dargestellten Aufbau ist der Motor-Generator 10 direkt mit der Kupplung C2 anstelle der Kopplung durch das CVT 22 direkt verbunden, wie 1(a) dargestellt ist. Das Drehmoment, das durch den Motor-Generator 10 erzeugt wird, wird auf die angetriebenen Räder 14 durch die Kupplung C2 und das Getriebe G6 übertragen.
  • 4(a) stellt einen Leistungsübertragungspfad der Leistungsübertragungsvorrichtung dar, wenn die Kraftmaschine 12 in dem zweiten Betriebsmodus gestartet wird. 4(b) stellt ein nomographisches Diagramm in einem solchen Kraftmaschinenstartmodus dar.
  • Die Kupplung C3 ist eingerückt, wie in 4(a) gezeigt ist, um zu ermöglichen, dass das Drehmoment auf die Kraftmaschine 12 durch die Leistungsaufteilvorrichtung 20 übertragen wird. Insbesondere wird die Rotationsenergie eines Startrotors (insbesondere des Trägers C) der Leistungsaufteilvorrichtung 20 auf die Drehwelle 12a der Kraftmaschine 12 durch das Freilauflager 26 übertragen. 4(c) stellt Beziehungen zwischen der Drehrichtung, dem Drehmoment und der Leistung des Sonnenrads S, der Trägers C und des Hohlrads R in dem Kraftmaschinenstartmodus dar. Das Sonnenrad S und das Hohlrad R haben ein entgegengesetztes Vorzeichen der Leistung bezogen auf einander, so dass die Leistung zwischen dem Sonnenrad S und dem Hohlrad R zirkuliert wird. Daher kann der Träger C bei einer sehr niedrigen Drehzahl oder einer Drehzahl von Null (0) gedreht werden, oder der absolute Wert der Leistung des Trägers C kann auf einen kleinen Wert verringert werden, auch wenn der absolute Wert des Ausgangsdrehmoments des Motor-Generators 10 oder der angetriebenen Räder 14 nicht Null (0) ist. Das ermöglicht, dass die Drehzahl der Einleitung des Freilauflagers 26 relativ zu derjenigen seines Ausgangs extrem verringert wird, wenn die Kupplung C3 eingerückt ist, während die Drehwelle 12a der Kraftmaschine 12 angehalten ist, wodurch mechanische Schwingungen der Leistungsaufteilvorrichtung 20 minimiert werden, die sich aus dem Umschalten der Kupplung C3 in den eingerückten Zustand ergeben.
  • Es ist vorzuziehen, dass die Kupplung C3 eingerückt wird, wenn die Drehzahl der Kraftmaschine 12 niedriger als oder gleich wie ein minimaler Wert ist, der zum sicherstellen der Stabilität des Laufs der Kraftmaschine 12 erforderlich ist. Wenn die Drehzahl der Kraftmaschine 12 oberhalb des minimalen Werts liegt, beginnt die Steuerung 40, Kraftstoff in der Brennkraftmaschine 12 zu verbrennen, die sich im Lauf befindet und die Verbrennung des Kraftstoffs in einem Verbrennungssteuermodus steuert.
  • 5(a) stellt einen Leistungsübertragungspfad der Leistungsübertragungsvorrichtung zum Fahren des Fahrzeugs durch die Kraftmaschine 12 in dem zweiten Betriebsmodus dar. 5(b) stellt ein nomographisches Diagramm in einem solchen kraftmaschinenbetriebenen Fahrmodus dar.
  • Wenn die Drehzahl der Kraftmaschine 12 erhöht wird, und die Drehzahl des Eingangs des Freilauflagers 28 diejenige seines Ausgangs erreicht, wird das verursachen, dass das Drehmoment der Kraftmaschine 12 von dem Freilauflager 28 abgegeben wird. Die Übertragung des Drehmoments zwischen dem Motor-Generator 10 und den angetriebenen Rädern 14 oder zwischen der Kraftmaschine 12 und den angetriebenen Rädern 14 ohne die Leistungsaufteilvorrichtung 20 wird durch ausrücken der Kupplung C3 erzielt. Die Abgabe der Kraftmaschine 12 oder des Motor-Generators 10 wird in Drehzahl durch das CVT 22 umgewandelt und dann auf die angetriebenen Räder 14 übertragen.
  • Wenn das Fahrzeug durch die Kraftmaschine 12 angetrieben wird, muss der Motor-Generator 10 nicht notwendigerweise als Elektromotor betrieben werden, sondern kann als Generator verwendet werden.
  • UMSCHALTEN VON DEM ERSTEN BETRIEBSMODUS ZU DEM ZWEITEN BETRIEBSMODUS
  • 6(a) stellt eine Beziehung zwischen einem gesamten Übersetzungsverhältnis (insbesondere einem gesamten Drehzahlverhältnis vom Ausgang zum Eingang) des Leistungsübertragungspfads, der sich von dem Motor-Generator 10 oder der Kraftmaschine 12 zu den angetriebenen Rädern 14 erstreckt, und dem Übersetzungsverhältnis des CVT 22 dar, wenn die angetriebenen Räder 14 durch den Motor-Generator 10 oder die Kraftmaschine 12 angetrieben werden. Das Übersetzungsverhältnis, das hier genannt ist, kann ebenso durch entweder ein Drehzahlverhältnis vom Ausgang zum Eingang oder ein Drehzahlverhältnis vom Eingang zum Ausgang in Abhängigkeit davon ausgedrückt werden, welche von der Eingangsdrehzahl und der Ausgangsdrehzahl als Basis betrachtet wird. Wenn in den ersten Betriebsmodus eingetreten wird, kann die Steuerung 40 das Übersetzungsverhältnis des CVT 22 stufenlos ändern, um die Richtung, in die das Fahrzeug fährt, von der Rückwärtsrichtung zu der Vorwärtsrichtung zu ändern. Wenn ein vorgegebenes Übersetzungsverhältnisses des CVT 22 erreicht ist, wird der Betriebsmodus der Leistungsübertragungsvorrichtung zu dem zweiten Betriebsmodus umgeschaltet, um dadurch einen Bereich zu vergrößern, in welchem das gesamte Übersetzungsverhältnis geändert werden kann.
  • Insbesondere kann die Leistungsübertragungsvorrichtung das Übersetzungsverhältnis des CVT 22 in dem ersten Betriebsmodus ändern, wie in 6(a) dargestellt ist, um die Drehrichtung der angetriebenen Räder 14 von der Rückwärtsrichtung zu der Vorwärtsrichtung stufenlos von dem Augenblick zu ändern, in welchem die Drehzahl der angetriebenen Rädern 14 Null ist, und nachfolgend das Übersetzungsverhältnis des CVT 22 weitergehend ändern, um das gesamte Übersetzungsverhältnis in einem Leistungsübertragungspfad von dem Motor-Generator 10 zu den angetriebenen Rädern 14 zu erhöhen. Wenn der Zeitpunkt, in der die Auslassung der Übertragung des Drehmoments nicht auftreten wird, erreicht ist, wenn anders gesagt ein Modusumschaltpunkt P erreicht ist, ist die Leistungsübertragungsvorrichtung zum Umschalten des ersten Betriebsmodus zu dem zweiten Betriebsmodus und dann zum Umkehren des CVT 22 in der entgegengesetzten Richtung (was nachstehend ebenso als CVT-Umkehrbetrieb bezeichnet wird) zum weitergehenden Erhöhen des gesamten Übersetzungsverhältnisses betreibbar.
  • Der vorstehend genannte Betrieb wird durch Auswählen der Richtung erzielt, in welcher das gesamte Übersetzungsverhältnis sich mit einer Änderung eines Übersetzungsverhältnisses des CVT 22 in dem zweiten Betriebsmodus ändert, so dass diese entgegengesetzt zu derjenigen in dem ersten Betriebsmodus ist. Das wird unter der Bedingung erzielt, dass ein Ableitungswert einer Funktion, in der das Übersetzungsverhältnis des CVT 22 durch eine unabhängige Variable ausgedrückt wird, und das gesamte Übersetzungsverhältnis durch eine abhängige Variable mit Bezug auf das Übersetzungsverhältnis des CVT 22 in dem zweiten Ausführungsmodus ausgedrückt wird, ein entgegengesetztes Vorzeichen zu demjenigen in dem ersten Betriebsmodus hat. Diese Bedingung wird durch die Getriebe G2a, G2b und G5 verwirklicht. Insbesondere hängt die Möglichkeit des CVT-Umkehrbetriebs von dem Vorzeichen eines Produkts von Übersetzungsverhältnissen der Getriebe G2a, G2b und G5 ab. Bedingungen, unter denen der CVT-Umkehrbertieb ausführbar ist, werden durch einen Abschnitt „GESAMTES ÜBERSETZUNGSVERHÄLTNIS” angegeben, die in dem letzten Abschnitt dieser Anmeldung diskutiert wird.
  • Die Steuerung 40 führt die Umschaltung vom ersten zum zweiten Betriebsmodus unter der Bedingung aus, dass das gesamte Übersetzungsverhältnis, nämlich ein Verhältnis einer Ausgangsdrehzahl, die die Drehzahl der angetriebenen Räder 14 ist, zu einer Eingangsdrehzahl, die die Drehzahl des Motor-Generators 10 oder der Kraftmaschine 12 ist, nicht verändert wird. Diese Bedingung wird erfüllt, wenn Drehzahlen eines Eingangs und eines Ausgangs der Kupplung C1 identisch zu einander sind, und Drehzahlen eines Eingangs und eines Ausgangs der Kupplung C2 identisch zueinander sind. Das Umschalten vom ersten zum zweiten Betriebsmodus kann daher zu dem Zeitpunkt durchgeführt werden, in welchem die beiden Kupplungen C1 und C2 gleichzeitig eingerückt sind, wobei somit die Auslassung der Übertragung des Drehmoments auf die angetriebenen Räder 14 vermieden wird.
  • Die Auslassung der Übertragung des Drehmoments auf die angetriebenen Räder 14 wird durch die Getriebe G2a, G2b und G5 vermieden. Der Planetengetriebesatz 70 (insbesondere die Leistungsübertragungsvorrichtung 20) ist, wie vorstehend beschrieben ist, so aufgebaut, dass die Drehzahlen des Sonnenrads S, des Trägers C und des Hohlrads R der Leistungsaufteilvorrichtung 20 entweder alle identisch oder alle unterschiedlich zueinander sind. Insbesondere ist die Leistungsaufteilvorrichtung 20, wie 2(a) entnehmbar ist, so ausgelegt, dass die Drehzahlen (oder die Drehrichtungen) des Sonnenrads S und des Hohlrads R in dem nomographischen Diagramm zueinander ein entgegengesetztes Vorzeichen haben. Das Sonnenrad S, der Träger C und das Hohlrad R haben somit eine unterschiedliche Drehzahl zueinander, außer wenn diese alle Null (0) betragen. Es ist daher unmöglich, dass nur das CVT 30 den Zustand verwirklicht, dass die Drehzahlen des Eingangs und des Ausgangs der Kupplung C1 alle identisch zueinander sind, und die Drehzahlen des Eingangs und des Ausgangs der Kupplung C2 alle identisch zueinander sind. Demgemäß hat die Leistungsübertragungsvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels das Getriebe G5, G2a und G2b, um die Stabilität des Eingriffs der Kupplungen C1 und C2 ohne die Auslassung der Übertragung des Drehmoments auf die angetriebenen Räder 14 sicherzustellen. Insbesondere dient das Getriebe G5, das zwischen dem Hohlrad R der Leistungsaufteilvorrichtung 20 und der Kupplung C2 angeordnet ist, als Drehzahlvariator zum Umschalten vom ersten zum zweiten Betriebsmodus, um eine Differenz der Drehzahl zwischen dem Sonnerad S und dem Hohlrad R auszugleichen, wenn der erste Betriebsmodus zu dem zweiten Betriebsmodus umgeschaltet wird. Das Getriebe G5 kann alternativ zwischen dem Sonnenrad S und der Kupplung C2 angeordnet werden. In ähnlicher Weise dient eins oder beide der Getriebe G2a und G2b, die zwischen dem Träger C und der Leistungsaufteilvorrichtung 20 und der Kupplung C1 angeordnet sind, als Drehzahlvariator zum Umschalten von dem zweiten zum ersten Betriebsmodus, um eine Differenz der Drehzahl zwischen dem Sonnenrad S und dem Träger C auszugleichen, wenn der zweite Betriebsmodus zu dem ersten Betriebsmodus umgeschaltet wird. Die Übersetzungsverhältnisse (insbesondere die Drehzahlverhältnisse vom Eingang zum Ausgang) der Getriebe G2a, G2b und G5 und des CVT 22, die erforderlich sind, um die Auslassung der Übertragung des Drehmoments auf die angetriebenen Räder 14 zu vermeiden, wird später in dem Abschnitt „gesamtes Übersetzungsverhältnis” diskutiert.
  • Wie sich aus der vorstehend angegebenen Diskussion ergibt, ergibt die Umschaltung von dem ersten Betriebsmodus zu dem zweiten Betriebsmodus einen vergrößerten Bereich, in welchem das gesamte Übersetzungsverhältnis verändert werden kann. Das gestattet, dass das CVT 22 mit einer verringerten Abmessung ausgeführt wird. In dem zweiten Betriebsmodus wird die Leistung nicht zirkuliert, was somit ermöglicht, dass die Leistungsübertragungseffizienz, die das Verhältnis der eingeleiteten Energie zu der abgegebenen Energie in der Leistungsübertragungsvorrichtung ist, im Vergleich mit dem ersten Betriebsmodus vergrößert wird. 6(b) ist eine Grafik, die eine Beziehung zwischen der Leistungsübertragungseffizienz und dem gesamten Übertragungsverhältnis darstellt. Die Grafik zeigt, dass ein sehr langsamer Bereich der Leistungsübertragungseffizienz in dem ersten Betriebsmodus vorliegt, aber nicht in dem zweiten Betriebsmodus. In der Grafik von 6(b) ist die Leistungsübertragungseffizienz in dem ersten Betriebsmodus unmittelbar vor dem Umschalten zu dem zweiten Betriebsmodus höher als diejenige in dem zweiten Betriebsmodus dargestellt, aber bedeutet das nicht, dass die Leistungsübertragungseffizienz, wenn die Leistungsübertragungsvorrichtung ausgelegt ist, um nur in dem ersten Betriebsmodus zu arbeiten höher ist, als wenn die Leistungsübertragungsvorrichtung ausgelegt ist, um zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus umgeschaltet zu werden.
  • Die Steuerung 40 betätigt die Leistungsübertragungsvorrichtung in dem ersten Betriebsmodus, um zu gestatten, dass die angetriebenen Räder 14 in der Vorwärtsrichtung und der Rückwärtsrichtung gedreht werden und angehalten werden, wie es benötigt wird, ohne dass eine Änderung des Vorzeichens der Drehzahl (insbesondere der Richtung der Drehung) des Motor-Generators 10 vorliegt, auch wenn die Leistungsübertragungseffizienz niedrig ist. Die Steuerung 40 schaltet von dem ersten Betriebsmodus zu dem zweiten Betriebsmodus in einen Bereich um, in welchem die Drehzahl der angetriebenen Räder 14 höher als ein vorgegebener Wert ist, um dadurch die Leistungsübertragungseffizienz zu verbessern und den Bereich zu vergrößern, in welchem das gesamte Übersetzungsverhältnis geändert werden kann. Wenn die Leistungsübertragungsvorrichtung zu dem zweiten Betriebsmodus umgeschaltet wird, ergibt sich daraus kein Bedarf, dass die Leistungsübertragungsvorrichtung 20 die Leistung auf die angetriebenen Räder 14 überträgt, aber kann der Träger C der Leistungsaufteilvorrichtung 20 zum Aufbringen eines Ausgangsdrehmoments (insbesondere eines Startdrehmoments) auf die Kraftmaschine 12 verwendet werden. Wenn anders gesagt, das Erfordernis vorliegt, die Kraftmaschine 12 in dem zweiten Betriebsmodus zu starten, kann einer der Rotoren des Planetengetriebesatzes 70, der nicht bei der Übertragung der Leistung auf die angetriebenen Räder 14 verwendet werden muss, zum Starten der Kraftmaschine 12 eingesetzt werden.
  • Die Struktur des Hybridsystems (insbesondere der Leistungsübertragungsvorrichtung) dieses Ausführungsbeispiels bietet die folgenden Vorteile.
    • 1) Die Leistungsübertragungsvorrichtung ist so ausgelegt, dass dann, wenn es erforderlich ist, ein Drehmoment von dem Kraftmaschinenstartrotor (insbesondere dem Träger C) der Leistungsaufteilvorrichtung 20 zum Starten der Kraftmaschine 12 abzugeben, die Leistung zwischen den anderen Leistungsaufteilrotoren (insbesondere dem Sonnenrad S und dem Hohlrad R) zirkuliert wird, um dadurch die Verringerung der Drehzahl des Kraftmaschinenstartrotors (insbesondere des Trägers C) auf eine sehr niedrige Drehzahl oder Null (0) zu vereinfachen, was die mechanischen Schwingungen minimiert, die an der Leistungsaufteilvorrichtung 20 ausgeübt werden, wenn das Anfangsdrehmoment auf die Kraftmaschine 10 aufgebracht wird.
    • 2) In dem zweiten Betriebsmodus sind die Leistungsaufteilrotoren der Leistungsaufteilvorrichtung 20 außer dem Kraftmaschinenstartrotor (insbesondere dem Träger C) mechanisch miteinander durch das CVT 22 gekoppelt. Das gestattet die Neigung der Geraden, an der die Leistungsaufteilrotoren hinsichtlich der Drehzahl in dem nomographischen Diagramm aufgereiht sind, wie schon beschrieben, durch Steuern des Übersetzungsverhältnisses, des CVT 22 geändert wird, anders gesagt, dass die Drehzahl des Kraftmaschinenstartrotors (insbesondere des Trägers C) variabel durch Auswählen des Übersetzungsverhältnisses des CVT 22 ungeachtet der Drehzahl der angetriebenen Räder 14 gesteuert wird.
    • 3) In dem zweiten Betriebsmodus befindet sich die Kupplung C3 in dem ausgerückten Zustand, außer wenn die Kraftmaschine 12 gestartet wird, um dadurch zu gestatten, dass die Leistung von dem Motor-Generator 10 oder der Kraftmaschine 12 auf die angetriebenen Räder 14 ohne die Leistungsaufteilvorrichtung 20 übertragen wird.
    • 4) Wenn es erforderlich ist, die Abgabe des Motor-Generators 10 auf die angetriebenen Räder 14 in dem zweiten Betriebsmodus zu übertragen, ist das CVT 22 in einer Verbindung zwischen dem Motor-Generator 10 und den angetriebenen Rädern 14 angeordnet, um so zu gestatten, dass die Drehzahl des Motor-Generators 10 durch das CVT 22 geändert wird.
    • 5) Die Kraftmaschine 12 ist in der Leistungsübertragungsverbindung zu dem Sonnenrad S und dem CVT 22 angeordnet, um Leistung der Kraftmaschine 12 auf das Sonnenrad S und das CVT 22 nach dem Start der Kraftmaschine 12 zu Übertragen. Anders gesagt ist der Kraftmaschinenstartrotor (insbesondere der Träger C), der in die Leistungsübertragungsverbindung mit der Drehwelle 12a zu versetzen ist, wenn es erforderlich ist, die Kraftmaschine 12 zu starten, verschieden von einem Leistungsübertragungsrotor (insbesondere dem Sonnenrad S), das in die Leistungsübertragungsverbindung mit der Kraftmaschine 12 zu versetzen ist und auf den Leistung von der Kraftmaschine 12 zu übertragen ist, wenn es erforderlich ist, die angetriebenen Räder 14 zu drehen, um somit zu ermöglichen, dass die Drehzahl der Kraftmaschine 12 rasch in einen effektiven Drehzahlbereich gebracht wird. Die Leistung, die auf das Sonnenrad S übertragen wird, wird von dem Hohlrad R kaum abgegeben. Der größte Teil der Leistung wird auf die angetriebenen Räder 14 durch das CVT 22 übertragen.
    • 6) Wenn es erforderlich ist, die Abgabe der Kraftmaschine 12 auf die angetriebenen Räder 12 in dem zweiten Betriebsmodus zu übertragen, ist das CVT 22 in Verbindung mit der Kraftmaschine 12 und den angetriebenen Rädern 14 angeordnet, um somit zu gestatten, dass die Drehzahl der Kraftmaschine 12 durch das CVT 22 geändert wird.
    • 7) Das Freilauflager 28 ist zwischen der Kraftmaschine 12 und dem Sonnerad S angeordnet, um die Übertragung des Drehmoments von der Kraftmaschine 12 auf das Sonnenrad S unter der Bedingung zu bilden, dass die Drehzahl des Eingangs des Freilauflagers 28 (insbesondere die Drehzahl der Drehwelle 12a der Kraftmaschine 12) nicht geringer als diejenige des Ausgangs des Freilauflagers 28 (insbesondere die Drehzahl der Sonnenrads S) ist, was somit verursacht, dass das Drehmoment von der Kraftmaschine 12 auf das Sonnerad S übertragen wird, wenn die Drehzahl des Eingangs des Freilauflagers 28 diejenige seines Ausgangs erreicht. Das erleichtert den Start zum Zuführen des Drehmoments der Kraftmaschine 12 zu dem Sonnenrad S.
    • 8) Die Umschaltung zwischen dem ersten Betriebsmodus und dem zweiten Betriebsmodus macht mechanische Verbindungen zwischen dem Motor-Generator 10, der Kraftmaschine 12 und den angetriebenen Rädern 14 geeignet für optionale Zustände.
    • 9) Die Leistungsübertragungsvorrichtung ist so ausgelegt, dass dann, wenn das Vorzeichen der Drehzahl des Motor-Generators 10 (oder der Kraftmaschine 12) entweder auf Plus oder Minus festgelegt ist, die Vorzeichen der Leistung des Trägers C und des Sonnenrads S entgegengesetzt zueinander in dem ersten Betriebsmodus sein werden, während die Leistungen des Sonnenrads S und des Hohlrads R Null (0) in dem zweiten Betriebsmodus sind. Das verursacht, dass Leistung zwischen den Rotoren der Leistungsaufteilvorrichtung 20 außer denen, die mechanisch mit den angetriebenen Rädern 14 in dem ersten Betriebsmodus fixiert sind, zirkuliert wird, was somit gestattet, dass wünschenswert der neutrale Getriebezustand gebildet wird. Die Leistung wird nicht in dem zweiten Betriebsmodus zirkuliert, was somit eine Erhöhung der Leistungsübertragungseffizienz zur Folge hat. Kein Bedarf ergibt sich, den Motor-Generator 12 (oder die Kraftmaschine 10) beim Umschalten zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus umzukehren.
    • 10) Das CVT 22 ist sowohl in dem ersten als auch dem zweiten Betriebsmodus betreibbar, was somit eine Verringerung der Teile der Leistungsübertragungsvorrichtung.
    • 11) Der Ableitungswert erster Ordnung einer Funktion, in welcher das Übersetzungsverhältnis des CVT 22 durch eine unabhängige Variable ausgedrückt ist, und das gesamte Übersetzungsverhältnis in dem Leistungsübertragungspfad zwischen der Leistungsquelle (insbesondere dem Motor-Generator 10 oder der Kraftmaschine 12) und den angetriebenen Rädern 14 durch eine abhängige Variable ausgedrückt wird, mit Bezug auf das Übersetzungsverhältnis des CVT 22 (insbesondere die unabhängige Variable) in dem zweiten Betriebsmodus ist mit einem entgegengesetzten Vorzeichen zu demjenigen in dem ersten Betriebsmodus eingerichtet. Das ermöglicht den CVT-Umkehrbetrieb, um den Bereich zu vergrößern, in welchem das gesamte Übersetzungsverhältnis geändert werden kann.
    • 12) Die Leistungsübertragungsvorrichtung ist mit einer mechanischen Maßnahme (insbesondere den Getrieben G2a, G2b und G5) ausgestattet, die eine Differenz der Drehzahl zwischen dem Träger C und dem Hohlrad R ausgleicht, um dadurch die momentane Auslassung einer Übertragung des Drehmoments auf die angetriebenen Räder 14 beim Umschalten zwischen dem ersten Betriebsmodus und dem zweiten Betriebsmodus zu beseitigen.
    • 13) Die Leistungsübertragungsvorrichtung ist mit der elektronisch gesteuerten Kupplung C3 ausgestattet, um die Übertragung des Drehmoments zwischen dem Kraftmaschinenstartrotor (insbesondere dem Träger C) und der Leistungsaufteilvorrichtung 20 und der Drehwelle 12a der Kraftmaschine 12 zu bilden oder zu blockieren, um dadurch einen Fehler der Übertragung des Drehmoments von dem Kraftmaschinenstartrotor auf die Kraftmaschine 12 zu vermeiden, bevor die Kraftmaschine 12 gestartet ist, was den Verbrauch von Energie oder Leistung in der Leistungsübertragungsvorrichtung minimiert.
    • 14) Die Leistungsübertragungsvorrichtung ist ebenso mit dem Freilauflager 26 ausgestattet, das die Übertragung des Drehmoments von der Leistungsaufteilvorrichtung 20 auf die Drehwelle 12a der Kraftmaschine 12 unter der Bedingung bildet, dass die Drehzahl des Eingangs des Freilauflagers 26 (insbesondere die Drehzahl des Kraftmaschinenstartrotors) nicht geringer als diejenige des Ausgangs des Freilauflagers 26 (insbesondere die Drehzahl der Drehwelle 12a der Kraftmaschine 12) ist, um somit die Übertragung des Drehmoments von der Kraftmaschine 12 auf den Kraftmaschinenstartrotor zu vermeiden, wenn das Drehmoment beim Start der Verbrennung des Kraftstoffs in einer Brennkammer der Kraftmaschine 12 erzeugt wird, so dass die Drehzahl der Drehwelle 12a der Kraftmaschine 12 rasch ansteigt. Das liegt daran, dass dann, wenn die Drehzahl des Ausgangsfreilauflagers 26 (insbesondere die Drehzahl der Drehwelle 12a) über diejenige des Eingangs des Freilauflagers 26 angehoben wird, das Freilauflager 26 die Übertragung des Drehmoments von dem Ausgangs zu dem Eingang des Freilauflagers 26 blockiert. Das vermeidet die Übertragung der Drehmomentplusation auf den Betreiber des Fahrzeugs.
    • 15) Die Kupplungen C1 und C2 sind, wie in 1(b) dargestellt ist, direkt mit der gemeinsamen Welle der Leistungsübertragungsvorrichtung gekoppelt, was somit die Anordnung der Kupplungen C1 und C2 nah aneinander vereinfacht, was gestattet, dass die Abmessung der Leistungsübertragungsvorrichtung verringert wird.
  • 7 stellt ein Hybridsystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Dieselben Bezugszeichen wie diejenigen, die in 1 eingesetzt sind, beziehen sich auf dieselben oder ähnliche Teile, und eine genaue Erklärung von diesen wird an dieser Stelle weggelassen.
  • Eine Klimaanlage A/C (insbesondere eine Fahrzeugausstattung) ist in dem Hybridfahrzeug installiert und durch die Leistungsaufteilvorrichtung 20 angetrieben. Die Klimaanlage A/C ist mit einem Verdichter 44 ausgestattet, der eine angetriebene Welle hat, die mechanisch mit dem Sonnenrad S der Leistungsaufteilvorrichtung 20 verbunden ist, so dass das Drehmoment von dem Sonnenrad S zu der angetriebenen Welle des Verdichters 44 zugeführt wird. Die Leistungsübertragungsvorrichtung ist, wie vorstehend beschrieben ist, in der Lage, das Sonnenrad S bei Drehzahlen außerhalb von Null (0) zu drehen, wenn die angetriebenen Räder 14 sich in Ruhe befinden, und somit die Klimaanlage A/C zu betreiben, wenn das Fahrzeug geparkt ist.
  • Das Hybridsystem dieses Ausführungsbeispiels kann die Effizienz des Betriebs des Motor-Generators 10 hoch halten, wenn der Verdichter 44 betätigt wird, während das Fahrzeug angehalten ist. Das wird durch den Aufbau erzielt, der das Drehmoment sicherstellt, das zum Starten des Fahrzeugs erforderlich ist, ohne dass die Abmessung des Motor-Generators 10 vergrößert werden muss. Anders gesagt beseitigt die Struktur der Leistungsübertragungsvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels den Bedarf nach der Vergrößerung der Abmessung des Motor-Generators 10, um die Klimaanlage A/C zu betätigen. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt ein maximaler Betrag der Leistung, die als Abgabe von dem Motor-Generator 10 zu dem Verdichter 44 erforderlich ist, 25% bis 50% eines maximalen Betrags einer Leistung, die von dem Motor-Generator 10 abzugeben ist. Die Effizienz des Motor-Generators 10 verringert sich üblicherweise, wenn sich die Ausgangsleistung von diesem in einem Bereich bis zu einer gewissen Ausgangsleistung verringert, die geringer als eine maximale Ausgangsleistung des Generator-Motors 10 ist. Daher kann die Effizienz des Motor-Generators 10 hochgehalten werden, wenn der Motor-Generators 10 nur zum Antreiben des Verdichters 44 betrieben wird. Eine maximale Abgabe des Motor-Generators, wie solchen, die in herkömmlichen Hybridfahrzeugen montiert sind, beträgt üblicherweise 50 kW oder mehr, was das zehnfache oder mehr als dutzendfache einer maximalen erforderlichen Abgabe des Verdichters 44 ist (beispielsweise mehrere kW). Das verursacht, dass der Motor-Generators 10 zum Antreiben des Verdichters 44 mit einer niedrigen Effizienz betrieben wird, wenn das Fahrzeug angehalten ist.
  • Wenn die erforderliche Abgabe des Motor-Generators 10 mit einer Erhöhung der erforderlichen Fahrleistung des Fahrzeugs erhöht wird, kann die Abgabe des Motor-Generators 10 hauptsächlich zum Fahren des Fahrzeugs verwendet werden, indem der Betrag der Energie zum Antreiben des Verdichters 44 beschränkt wird. Eine solche Vergrößerung der Abgabe des Motor-Generators 10 ist gewöhnlich erforderlich, um die Fahrbarkeit des Fahrzeugs zu verbessern, wenn dieses beschleunigt wird. Die Vergrößerung der Abmessung des Motor-Generators 10, um eine solche Anforderung zu erfüllen, führt zu großen Schwierigkeiten hinsichtlich der Erhöhung seiner Produktionskosten. Dagegen kann der Aufbau der Leistungsübertragungsvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels wirken, um die Energie oder Leistung, die zum Antreiben des Verdichters 44 erforderlich ist, beschränken, um die Fähigkeit zum Beschleunigen des Fahrzeugs sicherzustellen, ohne die Abmessung des Motor-Generators 10 zu vergrößern, was eine Verbesserung der Fahrbarkeit des Fahrzeugs zur Folge hat.
  • Die Verbindung des Verdichters 44 mit dem Sonnenrad S beeinträchtigt sie Zirkulation der Leistung, die in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, keineswegs. Der Aufbau der Leistungsübertragungsvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels hat daher dieselben Vorteile wie diejenigen in dem ersten und zweiten Betriebsmodus in dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • Dieses Ausführungsbeispiel bietet ebenso einen zusätzlichen vorteilhaften Effekt, wie nachstehend angegeben ist.
    • 16) Die Verwendung der Leistungsaufteilvorrichtung 20 als Leistungsquelle für den Verdichter 44 beseitigt den Bedarf nach einem zusätzlichen Elektromotor zum Antreiben des Verdichters 44.
  • ANDERE AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Die Leistungsübertragungsvorrichtungen der vorstehend genannten Ausführungsbeispiele können abgewandelt werden, wie nachstehend diskutiert ist.
  • BAUART DES DREHZAHLVARIATORS
  • Das CVT 22 muss keine Riemenbauart sein. Beispielsweise kann eine Traktionsantriebsbauart oder ein stufenlos variables hydraulisches Getriebe verwendet werden. Alternativ kann ein Zahnradgetriebe anstelle des CVT 22 verwendet werden.
  • VERBINDUNG ZWISCHEN DEM MOTOR-GENERATOR UND DER LEISTUNGSAUFTEILVORRICHTUNG
  • Mechanische Verbindungen zwischen dem Motor-Generators 10, der Kraftmaschine 12, den angetriebenen Rädern 14 und den Leistungsaufteilrotoren (insbesondere dem Sonnenrad S, dem Träger C und dem Hohlrad R) können abgewandelt werden, wie in 8 dargestellt ist.
  • 8 stellt die mechanischen Verbindungen zwischen den Teilen der Leistungsübertragungsvorrichtung in dem Fall dar, dass die Leistungsaufteilvorrichtung 20 nur aus einem einzigen Planetengetriebesatz besteht. Die Kupplung C3 ist mit dem Eingang des Freilauflagers 26 gekoppelt, aber kann alternativ mit dem Ausgang des Freilauflagers 26 verbunden werden. Alle möglichen Kombinationen der Leistungsaufteilrotoren x, y und z der Leistungsaufteilvorrichtung 20 (insbesondere des Sonnenrads S, des Trägers C und des Hohlrads R) sind (x, y, z) = (S, C, R), (S, R, C), (C, S, R), (C, R, S), (R, S, C) und (R, C, S).
  • Unter Verwendung von einigen der Getrieben G2 bis G13 in der Leistungsübertragungsvorrichtung wird die Zirkulation der Leistung zwischen den Leistungsaufteilrotoren x und y in dem ersten Betriebsmodus oder zwischen den Leistungsaufteilrotoren y und z in dem zweiten Betriebsmodus erzielt, wenn die Kupplung C3 eingerückt wird. Zusätzlich wird die Auslassung der Übertragung des Drehmoments auf die angetriebenen Räder 14 oder der CVT-Umkehrbetrieb ebenso unter Verwendung von einigen der Getrieben G2 bis G13 in der Leistungsübertragungsvorrichtung erzielt.
  • Jedes der Getriebe G2 bis G13 kann durch einen Drehzahlerhöhungsgetriebesatz, einen Drehzahlverringerungsgetriebesatz oder ein Vorgelege ausgeführt werden, deren Übersetzungsverhältnis festgelegt ist. Jedes der Getriebe G2 bis G13 kann alternativ durch einen Mechanismus unter Verwendung einer Kette oder eines Riemens ausgeführt werden.
  • Der Motor-Generators 10 kann alternativ, wie in 9 gezeigt ist, mechanisch mit einer Verbindung zwischen dem Freilauflager 28 und dem CVT 22, einer Verbindung zwischen den Kupplungen C1 und C2 oder einer Verbindung zwischen der Kupplung 22 und den angetriebenen Rädern 14 gekoppelt werden. In dem Fall, dass die Leistungsaufteilrotoren x, y und z der Leistungsaufteilvorrichtung 20, wie in 8, der Träger C, das Sonnenrad S beziehungsweise das Hohlrad R sind, entsprechen die Anordnungen des Motor-Generators 10 der durch „MG” auf der linken Seite und der Mitte der Zeichnungen dargestellt ist, denjenigen von 1(a) beziehungsweise 1(c). Alle möglichen Kombinationen der Leistungsaufteilrotoren x, y und z der Leistungsaufteilvorrichtung 20 sind (x, y, z) = (S, C, R), (S, R, C), (C, S, R), (C, R, S), (R, S, C) und (R, C, S).
  • Der Motor-Generator 10 kann, wie klar in 9 gezeigt ist, mechanisch mit einem des Eingangs des CVT 22, der Verbindung zwischen den Kupplungen C1 und C2 und des Ausgangs der Kupplung C2 verbunden werden. 9 lässt die Getriebe zu Vereinfachung weg. 10 und 11 sind Prinzipansichten, die Abwandlungen der mechanischen Verbindungen des Motors-Generators 10 mit Teilen der Leistungsübertragungsvorrichtungen darstellen. In 11 ist der Motor-Generator 10 zwischen den Kupplungen C1 und C2 eingebaut.
  • 12 stellt eine Abwandlung der mechanischen Verbindungen des Motor-Generators 10, der Kraftmaschine 12 und der angetriebenen Räder 14 mit den Leistungsaufteilrotoren x, y und z der Leistungsaufteilvorrichtung 20 dar. Die Kupplungen C1 und C2 sind an jedem der zwei Leistungsübertragungspfade, die sich zwischen der Leistungsaufteilvorrichtung 20 und den angetriebenen Rädern 14 erstrecken, angeordnet. Wie in den vorstehend angegebenen Abwandlungen sind alle möglichen Kombinationen der Leistungsaufteilrotoren x, y und z der Leistungsaufteilvorrichtung 20 (x, y, z) = (S, C, R), (S, R, C), (C, S, R), (C, R, S), (R, S, C) und (R, C, S).
  • AUSLEGUNG DES DREHZAHLVARIATORS (CVT 22)
  • Der Drehzahlvariator, insbesondere das CVT 22, muss nicht notwendigerweise an einer Lage angeordnet werden, die sowohl in dem ersten als auch dem zweiten Betriebsmodus nützlich ist, sondern kann in einem des ersten und zweiten Betriebsmodus eingesetzt werden. Anstelle des CVT 22 kann die Leistungsübertragungsvorrichtung mit einer Vielzahl von Drehzahlvariatoren ausgestattet werden, von denen einer oder mehrere in dem ersten Betriebsmodus verwendet werden und ein oder mehrere verbleibende in dem zweiten Betriebsmodus verwendet werden. Beispielsweise kann in dem Aufbau von 8 ein erster Variator zwischen den Leistungsaufteilrotoren x und y angeordnet werden, während ein zweiter Variator zwischen den Leistungsaufteilrotoren y und z angeordnet werden kann.
  • LEISTUNGSAUFTEILROTOREN
  • Die Leistungsaufteilvorrichtung 20, die in den vorstehend genannten Ausführungsbeispielen verwendet wird, ist so ausgelegt, dass dann, wenn die Vorzeichen der Drehzahlen (insbesondere die Richtung der Drehung) des Sonnenrads S und des Hohlrads R im Gegensatz zueinander sind, die Drehzahl des Trägers C Null (0) ist, aber kann alternativ so ausgelegt werden, dass dann, wenn die Vorzeichen der Drehzahlen des Sonnenrads S und des Hohlrads R identisch zueinander sind, die Drehzahl des Trägers C Null (0) beträgt. Das wird beispielsweise durch einen Doppelritzelplanetengetriebesatz ermöglicht, der beispielsweise in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2001-108073 offenbart ist.
  • Die 13(a) bis 14(b) stellen Beispiele dar, in welche die Leistungsaufteilvorrichtung 20 mit dem Doppelritzelplanetengetriebesatz ausgestattet ist. Dieselben Bezugszeichen, die in den vorstehend genannten Ausführungsbeispielen eingesetzt sind, beziehen sich auf dieselben oder ähnliche Teile. Das Getriebe G2 ist ein Vorgelege. Die Getriebe G4 und G5 sind ein Vorwärtsgetriebe (ein sogenanntes Normaldrehungsgetriebe).
  • Die Leistungsaufteilvorrichtung 20 kann nur durch ein Differentialgetriebe ausgeführt werden oder dieses zusätzlich aufweisen.
  • DREHMOMENTÜBERTRAGUNGSSTEUERMECHANISMUS
  • Der Drehmomentübertragungssteuermechanismus, der die Übertragung des Drehmoments von dem Kraftmaschinenstartrotor (insbesondere dem Träger C) der Leistungsaufteilvorrichtung 20 zu der Drehwelle 12a zum Starten der Kraftmaschine 12 bildet oder blockiert, besteht aus der Kupplung C3 und dem Freilauflager 26, kann aber alternativ nur mit der Kupplung C3 ausgestattet werden. In diesem Fall kann eine ungewollte Übertragung eines Drehmoments, das gewöhnlich plötzlich beim Start der Verbrennung des Kraftstoffs in der Kraftmaschine 12 vergrößert wird, auf die Leistungsaufteilvorrichtung 20 durch Ausrücken der Kupplung C3 vor dem Start der Verbrennung des Kraftstoffs vermieden werden, nachdem eine anfängliche Drehung auf die Drehwelle 12a der Kraftmaschine 12 aufgeprägt ist. Der Drehmomentübertragungssteuermechanismus kann ebenso nur aus dem Freilauflager 26 bestehen. In dem Fall, dass die Kraftmaschine 12 sich nur in einer Richtung drehen kann, wird die Leistungsübertragungsvorrichtung 20 nur in einem Bereich betätigt, in welchem das Vorzeichen der Drehzahl (insbesondere die Drehrichtung) des Kraftmaschinenstartrotors (insbesondere des Trägers C), der mechanisch mit dem Eingang des Freilauflagers 26 verbunden ist, nicht umgekehrt ist.
  • Die Kupplung C3 kann alternativ mit dem Ausgang des Freilauflagers 26 verbunden werden.
  • Anstelle des Freilauflagers 26, das ein Drehmoment auf die Kraftmaschine 12 überträgt, wenn die Drehzahl des Kraftmaschinenstartrotors (insbesondere des Trägers C) der Leistungsaufteilvorrichtung 20 größer als diejenige der Drehwelle 12a der Kraftmaschine ist, kann eine Freilaufkupplung oder ein Mechanismus ähnlicher Bauart verwendet werden, der wirkt, so dass die Drehwelle 12a der Drehung des Kraftmaschinenstartrotors der Leistungsaufteilvorrichtung 20 mit oder ohne Schlupf folgt.
  • Die Kupplung C3, die die Übertragung des Drehmoments von der Leistungsaufteilvorrichtung 20 auf die Drehwelle 12a zum Starten der Kraftmaschine 12 selektiv blockiert, ist eine normalerweise offene Bauart, aber kann eine normalerweise geschlossene Bauart sein.
  • DREHMOMENTAUFBRINGMECHANISMUS
  • Anstelle des Freilauflagers 28, das als Drehmomentaufbringmechanismus wirkt, um den Leistungsübertragungsrotor (insbesondere das Sonnenrad S der Leistungsaufteilvorrichtung 20) mit der Drehwelle 12a der Kraftmaschine 12 zu verbinden, um ein Drehmoment, das durch die Kraftmaschine 12 erzeugt wird, auf die angetriebenen Räder 14 aufzubringen, kann eine Freilaufkupplung verwendet werden. Ein Freilaufleistungsübertragungsmechanismus, der ein Ausgangselement hat, das einer Drehung eines Eingangselements von diesem folgt, das zu der Drehwelle 12a der Kraftmaschine 12 führt, nämlich mit oder ohne Schlupf, kann zum Übertragen des Drehmoments von der Kraftmaschine 12 auf die angetriebenen Räder 14 verwendet werden, wenn die Drehzahl des Eingangselements, dass mit der Kraftmaschine 12 gekoppelt ist, höher als diejenige des Ausgangselements ist, das mit der Leistungsaufteilvorrichtung 20 gekoppelt ist.
  • Anstelle des Freilaufleistungsübertragungsmechanismus kann eine Kupplung eingesetzt werden. Es ist empfehlenswert, dass die Kupplung eingerückt wird, wenn die Drehzahlen des Eingangs- und Ausgangselements in Übereinstimmung miteinander gebracht wurden, indem Drehzahlen der Kraftmaschine 12 und des Leistungsübertragungsrotors der Leistungsübertragungsvorrichtung 20 gesteuert werden, um mechanische Schwingungen der Leistungsaufteilvorrichtung beim Einrücken der Kupplung zu minimieren.
  • DURCH DAS DREHMOMENT DES LEISTUNGSAUFTEILROTORS ANGETRIEBENE AUSSTATTUNG
  • Zusätzlich zu dem Verdichter 44 der Klimaanlage kann die Leistungsaufteilvorrichtung 20 zum Zuführen von Leistung zu einer Bremspumpe, die einen Hydraulikdruck zum Aufbringen einer Bremskraft auf die angetriebenen Räder 14 erzeugt, einer Wasserpumpe für ein Kühlmittel der Kraftmaschine 12 oder einen Kühllüfter für die Kraftmaschine 12 verbunden werden.
  • MIT DER AUSSTATTUNG GEKOPPELTER LEISTUNGSAUFTEILROTOR
  • Einer der Leistungsaufteilrotoren außer dem Sonnenrad S, wie in 7 dargestellt ist, kann mechanisch mit einer Ausstattung (einer sogenannten Hilfsvorrichtung), wie z. B. dem Verdichter 44 gekoppelt werden, der in dem Fahrzeug installiert ist. Die Ausstattung kann mechanisch zwischen der Kupplung C3 und dem Freilauflager 26 in 7 verbunden werden. Diese Verbindung wird eine Zirkulation der Leistung in dem zweiten Betriebsmodus auch zu einem Zeitpunkt außer demjenigen zur Folge haben, wenn die Kraftmaschine 12 gestartet ist, was somit zu einer Verringerung der Leistungsübertragungseffizienz führt, aber die Vorteile bietet, dass die Drehzahl des Trägers C auf Null (0) oder einen anderen Wert eingestellt werden kann, während das Fahrzeug fährt, und dass die Leistung zu der Ausstattung sowohl in dem ersten als auch dem zweiten Betriebsmodus zugeführt werden kann, auch wenn das Fahrzeug angehalten ist.
  • KRAFTMASCHINENSTARTBETRIEB
  • Die Kraftmaschine 12 kann alternativ in dem ersten Betriebsmodus gestartet werden. Insbesondere kann die Steuerung 40 die Kraftmaschine 12 starten, wenn das Fahrzeug angehalten ist, und dann die Leistung zum Bewegen des Fahrzeugs nutzen. 15(a) stellt einen Leistungsübertragungspfad der Leistungsübertragungsvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels dar, wenn die Kraftmaschine 12 in dem ersten Betriebsmodus startet. 15(b) stellt ein nomographisches Diagramm dar, wenn die Kraftmaschine 12 gestartet wird, während das Fahrzeug angehalten ist. Wenn es erforderlich ist, die Kraftmaschine 12 zu starten, rückt die Steuerung 40 die Kupplung C2 ein, um die Leistung von dem Träger C auf die Drehwelle 12a der Kraftmaschine 12 zu übertragen. Nachdem die Kraftmaschine 12 angelassen ist, wird das Drehmoment, dass durch die Kraftmaschine 12 erzeugt wird, auf die angetriebenen Räder 14 durch das Freilauflager 28 und die Leistungsaufteilvorrichtung 20 übertragen, um das Fahrzeug zu starten. Die Leistungsübertragungsvorrichtung dieses Aufbaus kann den neutralen Getriebezustand in dem ersten Betriebsmodus bilden, der die Drehzahl der angetriebenen Räder 14 auf Null (0) auch dann hält, wenn das Drehmoment von der Kraftmaschine 12 durch das Freilauflager 28 übertragen wird. Das beseitigt den Bedarf nach einem Drehmomentwandler. Die Kraftmaschine 12 kann alternativ in dem zweiten Betriebsmodus gestartet werden.
  • Die Kraftmaschine 12 kann ebenso ungeachtet der Tatsache gestartet werden, ob die Leistungsübertragungsvorrichtung sich in dem ersten oder dem zweiten Betriebsmodus befindet. Beispielsweise kann die Steuerung 40 die Kraftmaschine 12 starten, wenn die Kupplungen C1 und C2 beide eingerückt sind. Insbesondere sperrt die Steuerung 40 die angetriebenen Räder 14 durch eine Bremse, wenn das Fahrzeug angehalten ist, rückt die Kupplung C3 ein und betätigt den Motor-Generator 10, um Leistung von dem Motor-Generator 10 zu der Drehwelle 12a der Kraftmaschine 12 durch die Leistungsaufteilvorrichtung 20, das Freilauflager 26 und die Kupplung C3 zuzuführen.
  • Die Leistung des Trägers C muss nicht notwendigerweise von der Leistungsaufteilvorrichtung 20 zum Starten der Kraftmaschine 12 abgegeben werden, nachdem eine Differenz der Drehzahl zwischen dem Träger C und der Drehwelle 12a unter einem vorgegebenen Wert angeordnet ist. Wenn eine solche Drehzahldifferenz größer als ein vorgegebener Wert ist, kann die Steuerung 40 den Grad des Eingriffs der Kupplung C3 graduell vergrößern, kann anders gesagt die Kupplung C3 in einem teilweise eingerückten Zustand halten und dann die Leistung zu der Drehwelle 12a zuführen.
  • BEDINGUNG ZUM EINRÜCKEN DER KUPPLUNG C3
  • Wenn die Drehzahl der Kraftmaschine 12 unterhalb eines minimalen Werts ist, der benötigt wird, um die Stabilität des Betriebs der Kraftmaschine 12 sicherzustellen, und eine Anforderung zum Starten der Kraftmaschine abgegeben wird, rückt die Steuerung 40 die Kupplung C3 in den vorstehend genannten Ausführungsbeispielen ein, kann jedoch alternativ einen solchen Eingriff vornehmen, wenn es erforderlich ist, das Fahrzeug zu bremsen. Das wird in dem Aufbau des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels ermöglicht, der ausgelegt ist, um das Kraftmaschinenstartdrehmoment auch dann sicherzustellen, wenn der Motor-Generator 10 mit einer reduzierten Abmessung ausgeführt ist. Die Reduktion der Abmessung des Motor-Generators 10 auf einen Grad, der bis zu einem Mehrfachen von 10 kW erzeugt, kann eine Schwierigkeit dahingehend zur Folge haben, die Bremskraft, die durch einen regenerativen Betrieb des Motor-Generators 10 erzeugt wird, auf ein erforderliches Niveau zu vergrößern. Jedoch kann die Leistungsübertragungsvorrichtung des ersten oder zweiten Ausführungsbeispiels die Kupplung C3 einrücken und eine Widerstandslast von der Kraftmaschine 12 auf die Leistungsaufteilvorrichtung 20 ausüben, um eine Kraftmaschinenbremsung zu erzeugen.
  • WENN DAS FAHRZEUG ANGEHALTEN IST ODER ABGESCHLEPPT WIRD
  • Wenn das Fahrzeug angehalten ist oder abgeschleppt wird, rückt die Steuerung 40 vorzugsweise die Kupplungen C1 und C2 aus. Das vermeidet, dass die Drehung f des CVT 22 dem Abschleppen des Fahrzeugs folgt, um dadurch die Verschlechterung des CVT 22 zu minimieren, auch wenn dieses mit einem Metallriemen ausgestattet ist. Wenn beispielsweise in dem Aufbau von 1 die Steuerung 40 sowohl die Kupplung C1 als auch die Kupplung C2 ausrückt, verursacht das, dass der Motor-Generator 10 das CVT 22 vor einer Drehung bewahrt, und gestattet, dass die Kupplungen C1 und C2 leer laufen. Grundsätzlich wird ein solcher Betrieb sowohl in dem ersten als auch dem zweiten Betriebsmodus durch den Aufbau der Leistungsübertragungsvorrichtung erzielt, bei der das CVT 22 in einem durchgeschleiften Pfad angeordnet ist, der sich zwischen den zwei Leistungsaufteilrotoren der Leistungsaufteilvorrichtung 20 erstreckt, und der Motor-Generator 10 mechanisch mit einem der Enden des CVT 22 verbunden ist. 17 zeigt eine Abfolge von logischen Schritten, die durch die Steuerung 40 des ersten Ausführungsbeispiels bei einem gleichmäßigen Intervall ausgeführt werden können, wenn das Fahrzeug angehalten ist.
  • Nach dem Eintritt in das Programm schreitet die Routine zu Schritt 10 voran, bei dem bestimmt wird, ob ein Fahrerlaubnisschalter 95 ausgeschaltet ist oder nicht. Der Fahrerlaubnisschalter 95 ist ein Schalter, der durch einen Fahrzeugbetreiber ein- oder ausgeschaltet wird, um zu gestatten, dass das Fahrzeug fährt. Der Fahrerlaubnisschalter 95 kann so ausgelegt werden, dass er drahtlos ein- oder ausgeschaltet werden kann, wenn eine tragbare drahtlose Vorrichtung, die durch den Fahrzeugbetreiber getragen wird, sich in der Nähe eines Fahrzeugsteuersystems befindet, das mit der Steuerung 40 ausgestattet ist. Wenn beispielsweise der Fahrerlaubnisschalter 95 eingeschaltet wird, wird der Wandler 42 elektrisch mit einer Speicherbatterie verbunden, die in dem Fahrzeug installiert ist. Wenn eine Antwort von JA erhalten wird, was bedeutet, dass der Fahrerlaubnisschalter 95 sich in dem Ausschaltzustand befindet, schreitet dann die Routine zu Schritt 12 weiter, bei dem die Steuerung 40 die Kupplung C1 und C2 ausrückt. Wenn eine Antwort von NEIN in Schritt 10 oder nach Schritt 12 erhalten wird, endet die Routine.
  • Die Steuerung 40 kann die Kupplung C1 und C2 einrücken und dann das gesamte Übersetzungsverhältnis der Leistungsübertragungsvorrichtung auf ein vorgegebenes Übersetzungsverhältnis hoher Geschwindigkeit einrichten oder alternativ das Übersetzungsverhältnis des CVT 22 so ändern, dass es Werte hat, die zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus verschieden sind, und dann die Kupplungen C1 und C2 einrücken, um dadurch die angetriebenen Räder 14 zu blockieren. 18 zeigt eine Abwandlung einer Abfolge der logischen Schritte, die durch die Steuerung 40 des ersten Ausführungsbeispiels bei gleichmäßigen Intervallen ausgeführt werden können, wenn das Fahrzeug angehalten ist. Dieselben Schrittnummern, die in 17 eingesetzt sind, beziehen sich auf dieselben Betriebsweisen und die detaillierte Erklärung von diesen wird an dieser Stelle weggelassen.
  • Wenn eine Antwort von JA in Schritt 10 erhalten wird, was bedeutet, dass der Fahrerlaubnisschalter 95 ausgeschaltet ist, schreitet dann die Routine zu Schritt 14 voran, bei dem die Steuerung 40 das Übersetzungsverhältnis des CVT 22 reguliert, um das gesamte Übersetzungsverhältnis auf ein vorgegebenes Übersetzungsverhältnis einer hohen Geschwindigkeit einzurichten oder ändert alternativ das Übersetzungsverhältnis des CVT 22, so dass dieses Werte hat, die zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus verschieden sind. Die Routine schreitet dann zu Schritt 16 voran, bei dem die Steuerung 40 die Kupplungen C1 und C2 einrückt. Wenn eine Antwort von NEIN in Schritt 10 oder darauf bei Schritt 16 erhalten wird, endet die Routine.
  • ANDERE ABWANDLUNGEN
  • Die Leistungsübertragungsvorrichtung in jedem des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels ist, wie vorstehend beschrieben ist, mit dem Kraftmaschinenstartrotor ausgestattet, der in die Leistungsübertragungsverbindung mit der Drehwelle 13a zum Starten der Kraftmaschine 12 anzuordnen ist, und mit dem Leistungsübertragungsrotor, der in der Leistungsübertragungsverbindung mit der Drehwelle 12a angeordnet ist, um zu gestatten, dass Leistung von der Kraftmaschine 12 übertragen wird, die voneinander verschieden sind, aber alternativ so ausgelegt sein kann, dass eine Abwandlung des Aufbaus von 1 vorliegt, die einen Freilaufleistungsübertragungsmechanismus aufweist, der gestattet, dass Leistung zwischen der Kraftmaschine 12 und dem Träger C übertragen wird, wenn die Drehzahl der Kraftmaschine 12 höher als diejenige des Trägers C ist, und eine Kupplung, die selektiv die Übertragung der Leistung zwischen der Kraftmaschine 12 und dem Träger C blockiert. In diesem Fall dient der Träger C sowohl als Kraftmaschinenstartrotor als auch als Leistungsübertragungsrotor.
  • Die Leistungsübertragungsvorrichtung kann so ausgelegt werden, dass die Auslassung der Übertragung des Drehmoments auf die angetriebenen Räder 14 beim Umschalten zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus gestattet ist. Das bietet ebenso denselben Vorteil 1), der in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist. Insbesondere erhöht die Steuerung 40 den Grad des Eingriffs von einer der Kupplungen C1 und C2 graduell, die von dem ausgerückten Zustand zu dem eingerückten Zustand umzuschalten ist, um den Teileingriff von einer der Kupplungen C1 und C2 zu bilden. Wenn jedoch in einen Fehlerschutzmodus eingetreten wird, in dem es erforderlich ist, zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus rasch ungeachtet eines mechanischen Stoßes umzuschalten, der sich daraus ergeben kann, kann die Steuerung 40 zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus erzwungen bei einem Übersetzungsverhältnis des CVT 44 umschalten, das Werte eines gesamten Übersetzungsverhältnisses entwickelt, die zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus verschieden sind, ohne den Teileingriff von einer der Kupplungen C1 und C2 zu bilden.
  • Der CVT-Umkehrbetrieb muss nicht notwendigerweise beim Umschalten zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Leistungsübertragungsvorrichtung so ausgelegt werden, dass die Zirkulation der Leistung in dem ersten Betriebsmodus gebildet wird, aber nicht in dem zweiten Betriebsmodus. Die Umschaltung von dem ersten Betriebsmodus zu dem zweiten Betriebsmodus verbessert die Leistungsübertragungseffizienz.
  • Die Leistungsübertragungsvorrichtung in jedem des ersten und des zweiten Ausführungsbeispiels verbindet. den Motor-Generator 10 mit dem Sonnenrad S mechanisch nicht durch das CVT 22, aber kann auch so ausgelegt werden, dass es eine Abwandlung der Struktur von 8 aufweist, bei der der Motor-Generator 10 zwischen dem CVT 22 und den Kupplungen C1 und C2 angeordnet ist.
  • Die Kupplungen C1 und C2 müssen nicht notwendigerweise eine hydraulisch gesteuerte Bauart sein. Beispielsweise können die Kupplungen C1 und C2 durch eine elektromagnetische Kupplung, eine Zahnkupplung oder eine Klauenkupplung verwirklicht werden. In diesem Fall wird die Vereinfachung der Auslegung der Kupplungen C1 und C2 ebenso durch Verbinden der Kupplungen C1 und C2 miteinander durch eine einzige gemeinsame Welle erzielt.
  • Die Kupplungen C1 und C2 müssen nicht notwendigerweise mit der einzigen gemeinsamen Welle verbunden sein, sondern sie können unabhängig voneinander verbunden werden. Das bietet ebenso denselben Vorteil 1), der vorstehend beschrieben ist.
  • Die Leistungsübertragungsvorrichtung kann alternativ mit einer Vielzahl von elektrischen Rotationsmaschinen zur Verwendung beim Fahren des Fahrzeugs ausgestattet sein. Die elektrischen Rotationsmaschinen können alle oder zum Teil durch Motor-Generatoren verwirklicht sein. Beispielsweise können einige der elektronischen Rotationsmaschinen aus Elektromotoren bestehen, während die anderen elektrischen Rotationsmaschinen aus elektrischen Generatoren bestehen können, die ebenso zum Laden einer Hochspannungsbatterie wirken, die in dem Fahrzeug installiert ist, um elektrische Leistung zu den Elektromotoren zuzuführen. Beispielsweise in dem Fall der Verwendung einer zusätzlichen elektrischen Rotationsmaschine in dem Aufbau von 1 kann diese zwischen dem Hohlrad R der Leistungsaufteilvorrichtung 20 und dem Getriebe G5 angeordnet werden.
  • Die elektrische Rotationsmaschine kann alternativ durch einen DC-Bürstenmotor oder einen Induktionsmotor verwirklicht werden.
  • Die Leistungsübertragungsvorrichtung kann von dem zweiten Betriebsmodus zu dem ersten Betriebsmodus umschalten, wenn das gesamte Übersetzungsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus während der Verzögerung des Fahrzeugs unverändert bleibt. Das Fahrzeug kann dem Stoppsteuerbetrieb, wie vorstehend beschrieben ist, in dem zweiten Betriebsmodus unterzogen werden.
  • GESAMTES ÜBERSETZUNGSVERHÄLTNIS
  • Das gesamte Übersetzungsverhältnis in der Leistungsübertragungsvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels kann unter Verwendung einer äquivalenten Struktur bestimmt werden, die in 16 dargestellt ist. Die dargestellte Struktur hat Getriebe G1, G2 und G4. Das Getriebe G1 entspricht dem CVT 22. Das Getriebe G2 dient als Kombination der Getriebe G2a und G2b des ersten Ausführungsbeispiels zwischen der Kupplung C1 und dem Träger C. In der folgenden Diskussion wird ein gesamtes Übersetzungsverhältnis der Getriebe G2a und G2b durch das Übersetzungsverhältnis r2 des Getriebes G2 vorgegeben. Ein Übersetzungsverhältnis r4 des Getriebes G4 beträgt Eins (1).
  • Das Übersetzungsverhältnis rn des Getriebes Gn (n = 1, 4 bis 6) ist als Verhältnis der Drehzahl b zu der Drehzahl a definiert. Es ist anzumerken, dass „a” und „b” in dem jeweiligen Block von 16 einen Eingang bzw. einen Ausgang jedes Getriebes andeutet. Die Anzahl der Zähne des Sonnenrads S/die Anzahl der Zähne des Hohlrads R ist als Übersetzungsverhältnis ρ definiert. Die Drehzahlen des Sonnenrads S, des Hohlrads R und des Trägers C sind als wS, wR bzw. wC definiert. Die Gleichung (c5) wird erfüllt. ρwS – (1 + ρ)wC + wR = 0 (c5)
  • 1: GESAMTES ÜBERSETZUNGSVERHÄLTNIS IN DEM ERSTEN BETRIEBSMODUS
  • In dem ersten Betriebsmodus haben die Drehzahl wS des Sonnenrads S und die Drehzahl wC des Trägers C die folgende Beziehung. wC = r1·r2 wS (c6)
  • Die Drehzahl wG6b eines Ausgangs des Getriebes G6 ist durch Gleichung (7) nachstehend angegeben. wG6b = r6·r5·wR (c7)
  • Durch Ersetzen der Gleichungen (c6) und (c7) in Gleichung (c5) wird Folgendes erhalten: wG6b = r6·r5·{r1·r2(1 + ρ) – ρ}wS (c8)
  • Daher wird das gesamte Übersetzungsverhältnis durch Gleichung (C9) nachstehend angegeben.
  • Gesamtes Übersetzungsverhältnis = r6·r5·{r1·r2(1 + ρ) – ρ} (c9)
  • 2: GESAMTES ÜBERSTETZUNGSVERHÄLTNIS IN DEM ZWEITEN BETRIEBSMODUS
  • Das gesamte Übersetzungsverhältnis in dem zweiten Betriebsmodus ist durch die Gleichung c10 nachstehend in einem Leistungsübertragungspfad angegeben, der sich durch die Getriebe G1, G4 und G6 erstreckt. Gesamtes Übersetzungsverhältnis = r1·r4·r6 (c10)
  • 3: MODUSUMSCHALTBEDINGUNG OHNE AUSLASSUNG DER ÜBERTRAGUNG DES DREHMOMENTS
  • Keine Auslassung der Übertragung des Drehmoments wird unter der Bedingung erzielt, dass die Drehzahl wG1b des Getriebes G1 gleich sowohl der Drehzahl wG2a des Getriebes G2 als auch der Drehzahl wG4a des Getriebes G4 ist. Diese Bedingung wird folgendermaßen ausgedrückt: wC/r2 = wS·r1 = wR·r5/r4 (c11)
  • Durch Ausdrücken der Drehzahlen wS und wR des Sonnenrads S und des Hohlrads R durch die Drehzahl wC des Trägers C in Gleichung (c11) und Ersetzen desselben in Gleichung (c5) wird Folgendes erhalten: r1 = ρr5/{r2r5·(1 + ρ) – r4} (c12)
  • Die Umschaltung zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus ohne Auslassung der Übertragung des Drehmoments auf die angetriebenen Räder 14 wird daher durch Auswählen des Übersetzungsverhältnisses r1 des CVT 22 (insbesondere des Getriebes G1 in 16) derart, dass es den Wert auf der rechten Seite von Gleichung (c12) hat, erzielt.
  • CVT-UMKEHRBETRIEB
  • Der CVT-Umkehrbetrieb wird unter der Bedingung erzielt, dass das Produkt der Werte, die durch Differenzieren einer Funktion abgeleitet werden, in der das gesamte Übersetzungsverhältnis durch eine abhängige Variable ausgedrückt ist und das Übersetzungsverhältnis r1 durch eine unabhängige Variable mit Bezug auf das Übersetzungsverhältnis r1 in dem ersten Betriebsmodus und in dem zweiten Betriebsmodus ausgedrückt wird, negativ ist.
  • Unter Verwendung der Gleichungen (c9) und (c10) ist die vorstehend angegebene Bedingung folgendermaßen gegeben: {r6·r5·r2·(1 + ρ)}·{r4·r6} < 0
  • Durch Umschreiben der vorstehend angegebenen Relation wird Folgendes erhalten: r5·r4·r2 < 0 (c13)
  • Da in dem Aufbau des ersten Ausführungsbeispiels das Getriebe G5, G2a und G2b Vorgelege sind, und das Getriebe G4 weggelassen ist, ist r2 > 0, r5 < 0 und r4 = 1.
  • Das gesamte Übersetzungsverhältnis bei dem Aufbau von 8 kann ebenso auf dieselbe Weise bestimmt werden, wie vorstehend beschrieben ist.
  • Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele zur Vereinfachung des besseren Verständnisses derselben offenbart wurde, ist ersichtlich, dass die Erfindung auf verschiedenen Wegen ohne Abweichen von dem Grundgedanken der Erfindung ausgeführt werden kann. Daher sollte die Erfindung so verstanden werden, dass diese alle möglichen Ausführungsbeispiele und Abwandlungen zusätzlich zu den gezeigten Ausführungsbeispielen aufweist, die ohne Abweichen von dem Grundgedanken der Erfindung ausgeführt werden können, die in den beigefügten Ansprüchen angegeben ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2009-261385 [0001]
    • JP 2004-514103 [0006]
    • JP 2001-108073 [0121]

Claims (21)

  1. Leistungsübertragungsvorrichtung für ein Fahrzeug mit: einer Leistungsaufteilvorrichtung, die einen ersten, einen zweiten und einen dritten Rotor aufweist, die in Verbindung miteinander drehbar sind, um Leistung zwischen einer elektrischen Rotationsmaschine, einer Brennkraftmaschine und einem angetriebenen Rad eines Fahrzeugs aufzuteilen, wobei der erste, der zweite und der dritte Rotor so verknüpft sind, dass ihre Drehzahlen auf einer Geraden in einem nomographischen Diagramm aufgereiht sind; einem Drehmomentübertragungssteuermechanismus, der selektiv eine Übertragung eines Drehmoments zwischen dem ersten Rotor und der Brennkraftmaschine bildet und blockiert; einem Verbindungsmechanismus, der eine mechanische Verbindung zwischen dem zweiten Rotor und dem dritten Rotor bildet; und einem Drehzahlvariator, der ein variables Drehzahlverhältnis vom Eingang zum Ausgang hat, wobei dann, wenn der Drehmomentübertragungssteuermechanismus die Übertragung des Drehmoments zwischen dem ersten Rotor und der Brennkraftmaschine bildet, Leistungen des zweiten und des dritten Rotors ein zueinander entgegengesetztes Vorzeichen haben.
  2. Leistungsübertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die elektrische Rotationsmaschine und das angetriebene Rad mechanisch mit dem zweiten und dem dritten Rotor gekoppelt sind, die miteinander durch den Verbindungsmechanismus verbunden sind.
  3. Leistungsübertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei Drehmomente, die durch den ersten Rotor, den zweiten Rotor und den dritten Rotor erzeugt werden, proportional zueinander sind.
  4. Leistungsübertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die elektrische Rotationsmaschine mechanisch mit dem zweiten Rotor ohne Durchlaufen des Drehzahlvariators verbunden ist, und wobei das angetriebene Rad mechanisch mit dem dritten Rotor ohne Durchlaufen des Drehzahlvariators gekoppelt ist.
  5. Leistungsübertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner mit einem Drehmomentaufbringmechanismus, der eine mechanische Verbindung zwischen dem zweiten Rotor und der Brennkraftmaschine bildet, um ein Drehmoment, das durch die Brennkraftmaschine erzeugt wird, auf den zweiten Rotor aufzubringen.
  6. Leistungsübertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei der Drehmomentaufbringmechanismus angepasst ist, um die Brennkraftmaschine mit dem zweiten Rotor ohne Durchlaufen des Drehzahlvariators zu verbinden.
  7. Leistungsübertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei der Drehmomentaufbringmechanismus als Freilaufdrehmomentübertragungsmechanismus dient, der einen Eingang, der zu der Brennkraftmaschine führt, und einen Ausgang hat, der zu dem zweiten Rotor führt, und wirkt, um das Drehmoment von dem Eingang zu dem Ausgang zu übertragen, wenn die Drehzahl des Eingangs höher als diejenige des Ausgangs ist.
  8. Leistungsübertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner mit einem zweiten Verbindungsmechanismus, der eine mechanische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Rotor durch einen zweiten Leistungsübertragungspfad bildet, und einem zweiten Variator mit einem variablen Drehzahlverhältnis vom Eingang zum Ausgang, der in dem zweiten Leistungsübertragungspfad angeordnet ist, und wobei ein erster Verbindungsmechanismus, der der Verbindungsmechanismus zum mechanischen Verbinden des zweiten und dritten Rotors durch einen ersten Leistungsübertragungspfad ist, in dem der erste Drehzahlvariator, der der Drehzahlvariator ist, angeordnet ist, und der zweite Verbindungsmechanismus im Betrieb gesteuert werden, um zwischen einem ersten Betriebsmodus und einem zweiten Betriebmodus umzuschalten, wobei der erste Betriebsmodus zum Bilden der mechanischen Verbindung zwischen dem zweiten und dem dritten Rotor durch den ersten Verbindungsmechanismus und zum Blockieren der mechanischen Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Rotor durch den zweiten Verbindungsmechanismus ist, wobei der zweite Betriebsmodus zum Blockieren der mechanischen Verbindung zwischen dem zweiten und dem dritten Rotor durch den ersten Verbindungsmechanismus und zum Bilden der mechanischen Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Rotor durch den zweiten Verbindungsmechanismus ist.
  9. Leistungsübertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei dann, wenn ein Vorzeichen einer Drehzahl der elektrischen Rotationsmaschine auf Plus oder Minus eingerichtet wird, die Vorzeichen der Leistungen, die durch den ersten und den zweiten Rotor erzeugt werden, in dem ersten Betriebsmodus entgegengesetzt zueinander sind, und wobei die Vorzeichen der Leistungen, die durch den zweiten und den dritten Rotor erzeugt werden, identisch zueinander in dem zweiten Betriebsmodus sind.
  10. Leistungsübertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei der erste und der zweiten Drehzahlvariator durch einen einzigen Drehzahlvariator ausgeführt sind.
  11. Leistungsübertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei ein Leistungsübertragungspfad zwischen einem der Brennkraftmaschine und der elektrischen Rotationsmaschine und dem Antriebsrad vorgesehen ist, und wobei ein Ableitungswert erster Ordnung einer Funktion, in der das Drehzahlverhältnis vom Eingang zum Ausgang des Drehzahlvariators durch eine unabhängige Variable ausgedrückt wird und ein gesamtes Drehzahlverhältnis vom Eingang zum Ausgang des Leistungsübertragungspfads durch eine abhängige Variable ausgedrückt wird, mit Bezug auf die unabhängige Variable in dem ersten Betriebsmodus, ein entgegengesetztes Vorzeichen zu demjenigen in dem zweiten Betriebsmodus hat.
  12. Leistungsübertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, ferner mit einem Drehzahlvariator zur Umschaltung vom ersten zum zweiten Modus, der zum Ändern der Drehzahl von zumindest einem des zweiten und des dritten Rotors wirkt, um eine Differenz der Drehzahl zwischen dem zweiten und dem dritten Rotor auszugleichen, wenn der erste Betriebsmodus zu dem zweiten Betriebsmodus umgeschaltet wird, um die mechanische Verbindung zwischen dem zweiten und dem dritten Rotor zu bilden.
  13. Leistungsübertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei der Drehzahlvariator zum Umschalten des ersten zum zweiten Modus ein feststehendes Drehzahlverhältnis vom Eingang zum Ausgang hat.
  14. Leistungsübertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, ferner mit einem Drehzahlvariator zum Umschalten vom zweiten zum ersten Modus, der wirkt, um eine Drehzahl von zumindest einem des ersten und des zweiten Rotors zu ändern, um eine Differenz der Drehzahl zwischen dem ersten und dem zweiten Rotor auszugleichen, wenn der zweite Betriebsmodus zu dem ersten Betriebsmodus umgeschaltet wird, um die mechanische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Rotor zu bilden.
  15. Leistungsübertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 14, wobei der Drehzahlvariator zum Umschalten vom zweiten zum ersten Modus ein feststehendes Drehzahlverhältnis vom Eingang zum Ausgang hat.
  16. Leistungsübertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Drehmomentübertragungssteuermechanismus eine elektronisch gesteuerte Unterbrechungseinrichtung aufweist, die die Übertragung des Drehmoments zwischen dem ersten Rotor und der Brennkraftmaschine blockiert.
  17. Leistungsübertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 16, wobei der Drehmomentübertragungssteuermechanismus ebenso einen Freilaufleistungsübertragungsmechanismus aufweist, der die Übertragung des Drehmoments zwischen dem ersten Rotor und der Brennkraftmaschine unter der Bedingung bildet, dass die Drehzahl eines Eingangs des Freilaufleistungsübertragungsmechanismus, der zu dem ersten Rotor führt, höher als diejenige eines Ausgangs des Freilaufleistungsübertragungsmechanismus ist, der zu der Brennkraftmaschine führt.
  18. Leistungsübertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei jeder des ersten, zweiten und dritten Rotors der Leistungsaufteilvorrichtung ein Element von einem Sonnenrad, einem Träger und einem Hohlrad eines einzigen Plantetengetriebesatzes sind.
  19. Leistungsübertragungssteuersystem für ein Fahrzeug mit: einer Leistungsübertragungsvorrichtung mit (a) einer Leistungsaufteilvorrichtung, die einen ersten, einen zweiten und einen dritten Rotor aufweist, die sich in Verbindung miteinander drehen, um Leistung zwischen einer elektrischen Rotationsmaschine, einer Brennkraftmaschine und einem angetriebenen Rad eines Fahrzeugs aufzuteilen, wobei der erste, der zweite und der dritte Rotor so verknüpft sind, dass ihre Drehzahlen auf einer Geraden in einem nomographischen Diagramm aufgereiht sind, (b) einem Drehmomentübertragungssteuermechanismus, der selektiv eine Übertragung des Drehmoments zwischen dem ersten Rotor und der Brennkraftmaschine bildet und blockiert, (c) einem Verbindungsmechanismus, der die mechanische Verbindung zwischen dem zweiten Rotor und dem dritten Rotor bildet, und (d) einem Drehzahlvariator, der ein variables Drehzahlverhältnis vom Eingang zum Ausgang hat, wobei dann, wenn der Drehmomentübertragungssteuermechanismus die Übertragung des Drehmoments zwischen dem ersten Rotor und der Brennkraftmaschine bildet, Leistungen des zweiten und des dritten Rotors ein zueinander entgegengesetztes Vorzeichen haben; und einer Steuerung, die den Drehmomentübertragungssteuermechanismus betätigt, um ein Drehmoment, das durch den ersten Rotor erzeugt wird, auf die Brennkraftmaschine zu übertragen, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine niedriger als ein vorgegebener Wert ist.
  20. Leistungsübertragungssteuersystem für ein Fahrzeug mit: einer Leistungsübertragungsvorrichtung mit (a) einer Leistungsaufteilvorrichtung, die einen ersten, einen zweiten und einen dritten Rotor aufweist, die in Verbindung miteinander drehbar sind, um Leistung zwischen einer elektrischen Rotationsmaschine, einer Brennkraftmaschine und einem angetriebenen Rad eines Fahrzeugs aufzuteilen, wobei der erste, der zweite und der dritte Rotor so verknüpft sind, dass ihre Drehzahlen auf einer Geraden in einem nomographischen Diagramm aufgereiht sind, (b) einem Drehmomentübertragungssteuermechanismus, der selektiv die Übertragung des Drehmoments zwischen dem ersten Rotor und der Brennkraftmaschine bildet und blockiert, (c) einem ersten Verbindungsmechanismus, der eine mechanische Verbindung zwischen dem zweiten Rotor und dem dritten Rotor bildet, (d) einem zweiten Verbindungsmechanismus, der eine mechanische Verbindung zwischen dem ersten Rotor und dem zweiten Rotor bildet, und (d) einem Drehzahlvariator, der ein variables Drehzahlverhältnis vom Eingang zum Ausgang hat, wobei dann, wenn der Drehmomentübertragungssteuermechanismus die Übertragung des Drehmoments zwischen dem ersten Rotor und der Brennkraftmaschine bildet, Leistungen des zweiten und des dritten Rotors ein zueinander entgegengesetztes Vorzeichen haben; und einer Steuerung, die Betriebsweisen des ersten und des zweiten Verbindungsmechanismus steuert, um zwischen einem ersten und einem zweiten Betriebsmodus umzuschalten, wobei der erste Betriebsmodus zum Bilden der mechanischen Verbindung zwischen dem zweiten und dem dritten Rotor durch den ersten Verbindungsmechanismus und zum Blockieren der mechanischen Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Rotor durch den zweiten Verbindungsmechanismus ist, wobei der zweite Betriebsmodus zum Blockieren der mechanischen Verbindung zwischen dem zweiten und dem dritten Rotor durch den ersten Verbindungsmechanismus und zum Bilden der mechanischen Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Rotor durch den zweiten Verbindungsmechanismus ist, wobei die Steuerung ebenso zum Unterbinden wirkt, dass sowohl der erste als auch der zweite Verbindungsmechanismus die entsprechenden mechanischen Verbindungen bilden, wenn ein Fahrterlaubnisschalter für das Fahrzeug sich in einem Ausschaltzustand befindet.
  21. Leistungsübertragungssteuersystem für ein Fahrzeug mit: einer Leistungsübertragungsvorrichtung mit (a) einer Leistungsaufteilvorrichtung, die einen ersten, einen zweiten und einen dritten Rotor aufweist, die in Verbindung miteinander drehbar sind, um Leistung zwischen einer elektrischen Rotationsmaschine, einer Brennkraftmaschine und einem angetriebenen Rad eines Fahrzeugs aufzuteilen, wobei der erste, der zweite und der dritte Rotor so verknüpft sind, dass ihre Drehzahlen an einer Geraden in einem nomographischen Diagramm aufgereiht sind, (b) einem Drehmomentübertragungssteuermechanismus, der selektiv die Übertragung eines Drehmoments zwischen dem ersten Rotor und der Brennkraftmaschine bildet und blockiert, (c) einem ersten Verbindungsmechanismus, der eine mechanische Verbindung zwischen dem zweiten Rotor und dem dritten Rotor bildet, (d) einem zweiten Verbindungsmechanismus, der eine mechanische Verbindung zwischen dem ersten Rotor und dem zweiten Rotor bildet, und (d) einem Drehzahlvariator, der ein variables Drehzahlverhältnis vom Eingang zum Ausgang hat, wobei dann, wenn der Drehmomentübertragungssteuermechanismus die Übertragung des Drehmoments zwischen dem ersten Rotor und der Brennkraftmaschine bildet, Leistungen des zweiten und des dritten Rotors ein zueinander entgegengesetztes Vorzeichen haben; und einer Steuerung, die die Betriebsweisen des ersten und des zweiten Verbindungsmechanismus steuert, um zwischen einem ersten und einem zweiten Betriebsmodus umzuschalten, wobei der erste Betriebsmodus zum Bilden der mechanischen Verbindung zwischen dem zweiten und dem dritten Rotor durch den ersten Verbindungsmechanismus und zum Blockieren der mechanischen Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Rotor durch den zweiten Verbindungsmechanismus ist, wobei der zweite Betriebsmodus zum Blockieren der mechanischen Verbindung zwischen dem zweiten und dem dritten Rotor durch den ersten Verbindungsmechanismus und zum Bilden der mechanischen Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Rotor durch den zweiten Verbindungsmechanismus ist, wobei die Steuerung ebenso wirkt, um das Drehzahlverhältnis vom Eingang zum Ausgang des Drehzahlvariators zu steuern, so dass ein gesamtes Drehzahlverhältnis vom Eingang zu Ausgang eines Leistungsübertragungspfads, der sich von einem der Brennkraftmaschine und von der elektrischen Rotationsmaschine zu den angetriebenen Rädern erstreckt, Werte hat, die zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus verschieden sind, wobei die Steuerung die mechanischen Verbindungen durch den ersten und den zweiten Verbindungsmechanismus bildet, wenn ein Fahrterlaubnisschalter für das Fahrzeug ausgeschaltet ist.
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