DE69608200T2 - Hybridfahrzeug-Antriebssystem mit zwei Motor/Generator Einheiten und mit Verbrennungsmotor-Startmitteln - Google Patents

Hybridfahrzeug-Antriebssystem mit zwei Motor/Generator Einheiten und mit Verbrennungsmotor-Startmitteln

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internal combustion
combustion engine
engine
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Takeharu Koide
Hideaki Matsui
Mitsuhiro Nada
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Toyota Motor Corp
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    • F16H37/06—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts
    • F16H37/08—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing
    • F16H37/0833—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts, i.e. with two or more internal power paths
    • F16H37/084—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts, i.e. with two or more internal power paths at least one power path being a continuously variable transmission, i.e. CVT
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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG Technisches Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im wesentlichen ein Hybridantriebssystem zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine und einem Motor/Generator als Antriebskraftquellen, und insbesondere Verfahrensweisen zum Starten der Brennkraftmaschine.
    • Erläuterung des Standes der Technik
  • Es ist ein Hybridantriebssystem für ein Motorfahrzeug bekannt, welches umfaßt: (a) eine durch Verbrennung eines Brennstoffs betriebene Brennkraftmaschine, (b) einen ersten Motor/Generator, (c) einen Verteilmechanismus zum mechanischen Verteilen einer Ausgangskraft der Brennkraftmaschine auf den ersten Motor/Generator und ein Ausgangselement, (d) einen zweiten Motor/Generator, dessen Drehkraft auf einen Leistungsübertragungspfad zwischen dem Ausgangselement und einem Antriebsrad des Motorfahrzeugs übertragen wird. Ein Beispiel für ein solches Hybridantriebssystem ist in der JP-A-50-30223 beschrieben, in welcher der Verteilmechanismus aus einer Planetengetriebevorrichtung besteht und die Drehkraft des zweiten Motors/Generators auf das Ausgangselement übertragen wird. Bei diesem Hybridantriebssystem wird der erste Motor/Generator ausschließlich als Stromgenerator zum Aufladen einer elektrischen Energiespeichervorrichtung wie einer Batterie mit einer elektrischen Energie verwendet, während der zweite Motor/Generator, entweder für sich oder im Zusammenwirken mit der Brennkraftmaschine, ausschließlich als Elektromotor zum Antreiben des Fahrzeugs verwendet wird. Im wesentlichen kann ein Stromgenerator als Elektromotor verwendet werden, während ein Elektromotor als Stromgenerator eingesetzt werden kann. In diesem Sinne ist der Begriff "Motor/Generator" hier verwendet.
  • Die erwähnte Veröffentlichung JP-A-50-30223 bezieht sich nicht auf eine Vorgehensweise zum Anlassen der Brennkraftmaschine.
  • Die US-A-4 335 429 beschreibt ein Hybridantriebssystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
    • ABRISS DER ERFINDUNG
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Hybridfahrzeugantriebssystem vom Typ mit mechanischer Verteilung zur Verfügung zu stellen, das eine Brennkraftmaschine, einen ersten Motor/Generator, einen Verteilmechanismus und einen zweiten Motor/Generator sowie eine Brennkraftmaschinenstarteinrichtung zum Starten der Brennkraftmaschine auf geeignete Weise aufweist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Hybridantriebssystem für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, umfassend: (a) eine durch Verbrennung eines Brennstoffs betriebene Brennkraftmaschine; (b) einen ersten Motor/Generator; (c) einen Verteilmechanismus zum mechanischen Verteilen der Ausgangskraft der Brennkraftmaschine auf den ersten Motor/Generator und ein betrieblich mit einem Antriebsrad des Kraftfahrzeugs verbundenes Ausgangselement; (d) einen zweiten Motor/Generator, dessen Drehkraft auf das Ausgangselement übertragen wird, so daß das Antriebsrad durch das Ausgangselement angetrieben wird; und (e) eine Brennkraftmaschinenstarteinrichtung zum Antreiben des ersten Motors/Generators, um die Brenn kraftmaschine über den Verteilmechanismus anzukurbeln und dadurch zu starten.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Hybridantriebssystem wird die Brennkraftmaschine vom ersten Motor/Generator über den Verteilmechanismus angekurbelt, wodurch die Brennkraftmaschine von dem ersten Motor/Generator gestartet wird. Das vorliegende Hybridantriebssystem erfordert keinen eigens dafür vorgesehenen Brennkraftmaschinenstarter und ist folglich aufgrund der verringerten Anzahl von erforderlichen Bauteilen kostengünstiger verfügbar.
  • Bei dem vorliegenden Hybridantriebssystem kann eine elektrische Energiespeichervorrichtung durch den ersten Motor/Generator aufgeladen werden, der durch eine über den Verteilmechanismus auf ihn übertragene Ausgangskraft der Brennkraftmaschine als Stromgenerator betrieben wird. Zum Starten oder Zünden der Brennkraftmaschine wird der erste Motor/Generator durch den Verteilmechanismus zum Ankurbeln der Brennkraftmaschine als Elektromotor betrieben. Der erste Motor/Generator kann jedoch als Antriebskraftquelle zum Antreiben des Fahrzeugs eingesetzt werden. Andererseits wird der zweite Motor/Generator, entweder für sich oder im Zusammenwirken mit der Brennkraftmaschine, primär als Elektromotor oder eine Antriebskraftquelle zum Antreiben des Fahrzeugs verwendet. Der zweite Motor/Generator kann als Stromgenerator zum Aufladen der elektrischen Energiespeichervorrichtung durch regeneratives Bremsen eingesetzt werden, während auf das Fahrzeug eine Bremse wie eine Motorbremse angewendet wird.
  • Der Verteilmechanismus ist ein Mechanismus vom Zahnradtyp mit drei drehenden Elementen wie ein Planetengetriebe oder Ritzeldifferentialgetriebe, und kann je nach Bedarf Kupplungen beinhalten, beispielsweise eine Kupplung zum selektiven Verbinden und Unterbrechen zwischen der Brennkraftmaschine und dem ersten Motor/Generator, und eine Kupplung zum selektiven Verbinden und Unterbrechen zwischen zweien der drei drehenden Elemente. Wird ein Planetengetriebe mit einem Sonnenrad, einem Steg und einem Hohlrad als der Verteilmechanismus verwendet, sind das Sonnenrad, der Steg und das Hohlrad mit dem jeweils geeigneten von Brennkraftmaschine, erstem Motor/Generator und Ausgangselement verbunden. Beispielsweise ist der Steg mit der Brennkraftmaschine verbunden, während Sonnen- und Hohlrad mit dem ersten Motor/Generator bzw. dem Ausgangselement verbunden sind. Ein Dämpfer mit einem elastischen Element wie einem Feder- oder Gummielement kann zum Absorbieren einer Variation in der Drehbewegung der Brennkraftmaschine zwischen der Brennkraftmaschine und dem Verteilmechanismus angeordnet sein. Ein geeigneter Kraftübertragungsmechanismus wie eine Getriebevorrichtung kann zwischen dem Verteilmechanismus und der Brennkraftmaschine und/oder zwischen dem Verteilmechanismus und dem ersten Motor/Generator angeordnet sein.
  • Der zweite Motor/Generator ist zum Übertragen seiner Drehbewegung bzw. -kraft auf das betrieblich mit dem Fahrzeugantriebsrad verbundene Ausgangselement ausgelegt. Als Alternative können zwei oder mehr zweite Motor-/Generatoreinheiten für eine jeweilige Mehrzahl von Fahrzeugantriebsrädern vorgesehen sein. In diesem letzteren Fall sind zwei oder mehr Anordnungen, die jeweils den Verteilmechanismus, ersten Motor/Generator und zweiten Motor/Generator aufweisen, für jeweilige Fahrzeugantriebsräder vorgesehen, während eine einzige Brennkraftmaschine für diese Anordnungen vorgesehen ist. Eine Kupplung kann zwischen dem zweiten Motor/Generator und dem Ausgangselement oder jeglichem betrieblich mit dem Fahrzeugantriebsrad verbundenen Element vorgesehen sein.
  • Gemäß der Erfindung weist das Hybridantriebssystem des weiteren eine Antriebskraftänderungseinschränkeinrichtung zum Unterbinden bzw. Einschränken einer Änderung der Fahrzeugantriebskraft infolge einer beim Starten der Brennkraftmaschine durch die Brennkraftmaschinenstarteinrichtung auf das Ausgangselement wirkenden Reaktionskraft bzw. Gegenkraft auf.
  • Wenn die Brennkraftmaschine durch den ersten Motor/Generator über den Verteilmechanismus angekurbelt wird, kann eine Reaktionskraft aufgrund eines Widerstands (z. B. Reibungswiderstand) gegen die Drehung der Brennkraftmaschine auf das Ausgangselement einwirken, oder eine Ausgangskraft der Brennkraftmaschine oder des (als Motor wirkenden) ersten Motors/Generators kann unmittelbar nach dem Starten oder Zünden der Brennkraftmaschine auf das Ausgangselement einwirken, wodurch eine Variation der das Fahrzeug antreibenden Antriebskraft entstehen kann, die für den Fahrzeugbediener und die Passagiere unerwartet sein kann. Angesichts dieses Phänomens ist die Antriebskraftänderungseinschränkeinrichtung gemäß der obenstehenden bevorzugten Form des Hybridantriebssystems zu dem Zweck vorgesehen, eine solche mögliche Variation der Fahrzeugantriebskraft beim Starten des Fahrzeugs, die dem Fahrzeugbediener und den Passagieren ansonsten Unbehagen bereiten würde, zumindest einzuschränken bzw. zu unterbinden.
  • Bei einer ersten vorteilhaften Anordnung des vorliegenden Hybridantriebssystems weist die Antriebskraftänderungseinschränkeinrichtung eine Feststellbremseinrichtung zum mechanischen Feststellen des Antriebsrads durch Betätigung eines von einem Bediener gesteuerten Betätigungselements auf.
  • Die Feststellbremseinrichtung kann eine Feststellbremse zum mechanischen Feststellen des Antriebsrads des Fahrzeugs aufweisen, die mittels eines vom Bediener gesteuerten Betätigungselements bedient wird. Falls das Hybridantriebssystem eine Schaltstellungswähleinrichtung wie einen Schalthebel mit einer Vorwährtsfahrstellung (D), einer Rückwärtsfahrstellung (R) und einer Parkstellung (P) aufweist, kann die Feststellbremseinrichtung einen mechanischen Feststellbremsmechanismus aufweisen, der dazu ausgelegt ist, das Fahrzeug mechanisch zu verriegeln (das Fahrzeug stationär zu halten), wenn die Schaltstellungswähleinrichtung in die Parkstellung gestellt ist. Die Antriebskraftänderungseinschränkeinrichtung weist vorzugsweise eine Einrichtung auf zum Überprüfen, ob die Feststellbremseinrichtung vor einer Betätigung der Brennkraftmaschinenstarteinrichtung in der betätigten Stellung zum mechanischen Feststellen des Fahrzeugs ist, und eine Einrichtung, die den Fahrzeugbediener auffordert, die Feststellbremseinrichtung zu betätigen, wenn das Fahrzeug nicht mechanisch durch die Feststellbremseinrichtung verriegelt ist.
  • Bei einer zweiten vorteilhaften Anordnung weist die Antriebskraftänderungseinschränkeinrichtung eine Brennkraftmaschinenstartmotoransteuereinrichtung zum Ansteuern des zweiten Motors/Generators in der Weise auf, daß die Fahrzeugantriebskraftänderung beim Starten der Brennkraftmaschine durch die Brennkraftmaschinenstarteinrichtung kompensiert wird.
  • Die Brennkraftmaschinenstartmotoransteuereinrichtung ist dazu ausgelegt, das Drehmoment (einschließlich des Regenerativbremsmoments) des zweiten Motors/Generators so zu steuern, daß eine Fahrzeugantriebskraftänderung selbst dann absorbiert oder verhindert wird, wenn das Ausgangselement infolge eines Widerstands (z. B. Reibungswider stands) gegen eine Drehung der Brennkraftmaschine oder infolge eines Einflusses einer Ausgangskraft der Brennkraftmaschine oder des ersten Motors/Generators unmittelbar nach dem Starten oder Zünden der Brennkraftmaschine einer Reaktionskraft unterliegt. Die Brennkraftmaschinenstartmotoransteuereinrichtung ist in der Lage, die Änderung der Fahrzeugantriebskraft selbst dann zu unterbinden, wenn die Brennkraftmaschine bei fahrendem Fahrzeug gestartet wird. Beispielsweise kann der erste Motor/Generator durch die Brennkraftmaschinenstartmotoransteuereinrichtung bei fahrendem Fahrzeug durch den zweiten Motor/Generator als einzige Antriebskraftquelle gesteuert werden. In diesem Fall wird der erste Motor/Generator, der in einen nichtbelasteten oder freien Zustand versetzt ist, in der Rückwärtsrichtung gedreht, so daß sein Regenerativbremsmoment durch die Brennkraftmaschinenstartmotoransteuereinrichtung, oder ein in der Vorwärtsrichtung an den ersten Motor/Generator gelegtes Moment wird durch die Brennkraftmaschinenstartmotoransteuereinrichtung gesteuert, wodurch die Brennkraftmaschine durch den Verteilmechanismus angekurbelt und gestartet werden kann. In diesem Fall wird ein Teil der Ausgangskraft des zweiten Motors/Generators durch Drehung der Brennkraftmaschine aufgebraucht. Daher wird der zweite Motor/Generator betrieben, um einen Gesamtausgang zur Verfügung zu stellen, der größer als die zum Antreiben des Fahrzeugs erforderliche Leistung ist, und die Brennkraftmaschine wird durch Überschußleistung angetrieben, die gleich dem Gesamtausgang des zweiten Motors/Generators minus die zum Antreiben des Fahrzeugs erforderliche Leistung ist. Somit kann die Brennkraftmaschinenstartmotoransteuereinrichtung eine mögliche Änderung der Fahrzeugantriebskraft beim Starten der Brennkraftmaschine bei fahrendem Fahrzeug unterbinden. Die Brennkraftmaschinenstartmotoransteuereinrichtung kann auf wünschenswerte Weise dazu ausgelegt sein, den Ausgang des zweiten Motors/Generators zu reduzieren, wenn der Ausgang der Brennkraftmaschine unmittelbar nach dem Starten bzw. Zünden der Brennkraftmaschine zeitweise auf das Ausgangselement übertragen wird.
  • Somit ist die Brennkraftmaschinenstartmotoransteuereinrichtung gemäß der zweiten vorteilhaften Anordnung dafür ausgelegt, den zweiten Motor/Generator zum Kompensieren bzw. Absorbieren der Antriebskraftänderung beim Starten der Brennkraftmaschine zu betreiben, und ist nicht nur bei stehendem Fahrzeug wirksam, wie in der obenstehenden ersten vorteilhaften Anordnung (sowie in einer nachfolgend beschriebenen dritten vorteilhaften Anordnung), sondern auch bei fahrendem Fahrzeug. Die Brennkraftmaschinenstartmotoransteuereinrichtung gemäß dieser zweiten vorteilhaften Anordnung steuert auf einfache Weise den zweiten Motor/Generator zum Einschränken der Antriebskraftänderung und erfordert keine Betätigung von bedienergesteuerten Betätigungselementen seitens des Fahrzeugbedieners, wie bei der ersten vorteilhaften Anordnung erforderlich ist, welche die Feststellbremseinrichtung anwendet. Demzufolge verringert die Brennkraftmaschinenstartmotoransteuereinrichtung die Belastung des Bedieners beim Starten der Brennkraftmaschine, und das Hybridantriebssystem ist einfacher aufgebaut und wirtschaftlicher herzustellen als das Hybridantriebssystem gemäß der dritten vorteilhaften Anordnung unter Verwendung der Brennkraftmaschinenstartbremseinrichtung.
  • Bei einer dritten vorteilhaften Anordnung weist die Antriebskraftänderungseinschränkeinrichtung eine Brennkraftmaschinenstartbremseinrichtung zum automatischen mechanischen Bremsen des Antriebsrads vor dem Starten der Brennkraftmaschine durch die Brennkraftmaschinenstarteinrichtung auf.
  • Die Brennkraftmaschinenstartbremseinrichtung gemäß der obenstehend erwähnten dritten vorteilhaften Anordnung ist dazu ausgelegt, das Antriebsrad des Fahrzeugs beim Starten der Brennkraftmaschine automatisch zu bremsen. Somit ist die Belastung des Fahrzeugbedieners bei der vorliegenden dritten vorteilhaften Anordnung geringer als in der ersten vorteilhaften Anordnung, welche erfordert, daß der Fahrzeugbediener das Betätigungselement zum Betätigen der Feststellbremseinrichtung bedient. Des weiteren ist die Brennkraftmaschinenstartbremseinrichtung einfacher in der Steuerung und ermöglicht eine stabilere Blockierung des Antriebsrads des Fahrzeugs als die zum Ansteuern des zweiten Motors/Generators ausgelegte Brennkraftmaschinenstart-Motorsteuereinrichtung. Diese Brennkraftmaschinenstartbremseinrichtung kann selbst dann betrieben werden, wenn die in einer elektrischen Energiespeichervorrichtung gespeicherte elektrische Energie nicht ausreichend ist (selbst wenn diese unzureichend aufgeladene Speichervorrichtung durch den Motor/Generator mittels Betreiben der Brennkraftmaschine aufgeladen wird), oder selbst wenn das Hybridantriebssystem in die Leerlauf- oder Parkstellung gestellt ist, in der der zweite Motor/Generator nicht zum Einschränken der Änderung der Antriebskraft des Fahrzeugs verwendet werden kann. Wenn der zweite Motor/Generator und das Antriebsrad unmittelbar mechanisch miteinander verbunden sind, ist das Hybridantriebssystem allgemein dazu ausgelegt, für die Sicherheit den Betrieb des zweiten Motors/Generators zu hemmen (bzw. den zweiten Motor/Generator im nichtbelasteten oder freien Zustand zu halten), wenn das Antriebssystem in die Leerlauf- oder Parkstellung gestellt ist.
  • Die Brennkraftmaschinenstartbremseinrichtung kann eine hydraulisch betriebene oder anderweitige Radbremse aufweisen, die für ein Antriebsrad oder ein angetriebenes Rad eines Fahrzeugs vorgesehen ist, oder eine hydraulisch betriebene oder anderweitige Reibungsbremse, die in einem leistungsübertragenden Pfad vorgesehen ist, der am Antriebsrad des Fahrzeugs endet. In diesem Fall weist die Brennkraftmaschinenstartbremseinrichtung einen Hydraulikkreis mit einem solenoidbetätigten Schaltventil oder eine elektrisch betriebene Pumpe auf und ist dazu ausgelegt, das Schaltventil zu steuern oder die Pumpe zum Fördern eines unter Druck stehenden Fluids zum Betätigen der Radbremse bzw. Reibungsbremse vor dem Starten der Brennkraftmaschine zu betätigen, um eine Bremse an das Antriebsrad und/oder angetriebene Rad des Fahrzeugs zu legen, um dadurch das Fahrzeug stationär zu halten. Die Brennkraftmaschinenstartbremseinrichtung kann jeglichen weiteren Bremsentyp anwenden, der zum Erzeugen einer Bremskraft geeignet ist. Wenn das Fahrzeug mit einem Feststellmechanism versehen ist, der betätigt wird, um das Fahrzeug zu verriegeln, wenn das Hybridantriebssystem in die Parkstellung gestellt wird, ist es wünschenswert, die Brennkraftmaschinenstartbremseinrichtung zu betätigen, um das Fahrzeug stationär zu halten, wenn die Brennkraftmaschine gestartet wird, während das Antriebssystem in die Fahrposition (Vorwärtsfahr- oder Rückwärtsfahrstellung D, R) oder die Leerlaufstellung (NO) gestellt ist.
  • Gemäß einer vierten vorteilhaften Anordnung der obenstehenden bevorzugten Form der Erfindung, welche die Antriebskraftänderungseinschränkeinrichtung aufweist, ist eine Einrichtung zum Hemmen des Betriebs der Antriebskraftänderungseinschränkeinrichtung vorgesehen, wenn die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs über einer bestimmten Schwelle liegt. Obgleich eine gewisse Variation in der Antriebskraft des Kraftfahrzeugs infolge einer Reaktionskraft beim Starten der Brennkraftmaschine während einer Fahrt des Fahrzeugs mit einer relativ hohen Geschwindigkeit auftreten kann, ist ein Einfluß dieser Antriebskraftänderung geringer, als wenn das Fahrzeug steht oder mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit fährt. Die Schwelle der Fahrzeuggeschwindigkeit ist so bestimmt, daß eine Änderung der Antriebskraft aufgrund einer Reaktionskraft beim Starten der Brennkraftmaschine bei fahrendem Fahrzeug beim Fahrzeugbediener kein Unbehagen beim Starten der Brennkraftmaschine mittels der Brennkraftmaschinenstarteinrichtung hervorruft.
  • Gemäß einer fünften vorteilhaften Anordnung ist eine Kupplung zwischen dem Ausgangselement und dem Antriebsrad angeordnet, die eine Kupplungsstellung zum Verbinden des Ausgangselements mit dem Antriebsrad und eine Lösestellung zum Unterbrechen der Verbindung zwischen dem Antriebsrad und dem Ausgangselement hat; und eine Brennkraftmaschinenstarteinrichtung, ist vorgesehen, die den wenigstens ersten Motor/Generator oder zweiten Motor/Generator antreibt, um die Brennkraftmaschine anzukurbeln, während die Kupplung in die Lösestellung gestellt ist, um dadurch die Brennkraftmaschine zu starten.
  • Bei dem Hybridantriebssystem mit einem Aufbau gemäß der fünften vorteilhaften Anordnung der Erfindung wird die Brennkraftmaschine gestartet, indem zuerst die zwischen dem Ausgangselement und dem Antriebsrad angeordnete Kupplung gelöst wird, um die Verbindung zwischen dem Ausgangselement und dem Antriebsrad zu unterbrechen, und daraufhin mindestens eines von erstem Motor/Generator und zweitem Motor/Generator betrieben wird. Daher vermittelt dieses Hybridantriebssystem dem Fahrzeugbediener und den Passagieren kein Unwohlsein aufgrund einer Änderung der Fahrzeugantriebskraft beim Starten der Brennkraftmaschine, wenn die Brennkraftmaschine bei stehendem Fahrzeug gestartet wird. Bei fahrendem Fahrzeug wird die Brenn kraftmaschine im allgemeinen gestartet, während die Kupplung in der Kupplungsstellung ist, kann aber durch vorübergehendes Lösen der Kupplung gestartet werden.
  • Das Hybridantriebssystem kann des weiteren einen Brennkraftmaschinenstartmotor zum Starten der Brennkraftmaschine und eine Motorunterstützungseinrichtung zum Antreiben des Brennkraftmaschinenstartmotors aufweisen, um den wenigstens ersten Motor/Generator oder zweiten Motor/Generator beim Starten der Brennkraftmaschine zu unterstützen, wenn die Brennkraftmaschine mittels des ersten Motors/Generators oder zweiten Motors/Generators nicht gestartet werden kann.
    • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Das Verständnis dieser und gegebenenfalls weiterer Aufgaben, Merkmale, Vorteile und der gewerblichen und technischen Bedeutung der vorliegenden Erfindung wird durch die Lektüre der folgenden ausführlichen Beschreibung gegenwärtig bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung erleichtert.
  • Es zeigt:
  • Fig. 1 einen Aufriß eines Hybridantriebssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt;
  • Fig. 2 eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung des Hybridantriebssystems von Fig. 1;
  • Fig. 3 ein Blockdiagramm, das eine Steueranordnung des Hybridantriebssystems von Fig. 1 angibt;
  • Fig. 4 ein Ablaufdiagramm, das einen Betrieb des Hybridantriebssystems von Fig. 1 zum Starten einer Brennkraftmaschine veranschaulicht;
  • Fig. 5 eine schematische Ansicht, die derjenigen von Fig. 2 entspricht, zur Veranschaulichung eines Hybridantriebssystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
  • Fig. 6 ein Ablaufdiagramm, das einen Betrieb des Hybridantriebssystems von Fig. 5 zum Starten einer Brennkraftmaschine veranschaulicht;
  • Fig. 7 ein Ablaufdiagramm, das einen Betrieb eines Hybridantriebssystems zum Starten einer Brennkraftmaschine gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
  • Fig. 8 eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 9 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung des Startbetriebs bei der Ausführungsform von Fig. 8;
  • Fig. 10 eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
  • Fig. 11 eine Ansicht zur Erläuterung eines Zusammenhangs zwischen der Stellung eines Schalthebels und den Betriebszuständen von Motoren/Generatoren und eines Brennkraftmaschinenstarters beim Starten einer Brennkraftmaschine in der Ausführungsform von Fig. 10;
  • Fig. 12 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Brennkraftmaschinenstartbetriebs bei der Ausführungsform von Fig. 10;
  • Fig. 13 eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung einer sechsten Ausführungsform der Erfindung;
  • Fig. 14 eine Ansicht zur Erläuterung eines Zusammenhangs zwischen der Schalthebelstellung und den Betriebszuständen von Motor/Generatoren und eines Brennkraftmaschinenstarters beim Starten einer Brennkraftmaschine in der Ausführungsform von Fig. 13;
  • Fig. 15 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Brennkraftmaschinenstartbetriebs bei der Ausführungsform von Fig. 13;
  • Fig. 16 eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung einer siebten Ausführungsform der Erfindung; und
  • Fig. 17 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Brennkraftmaschinenstartbetriebs bei der Ausführungsform von Fig. 16.
    • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Zunächst wird unter Bezugnahme auf die Querschnittansicht von Fig. 1 und die Schemaansicht von Fig. 2 ein Hybridantriebssystem 10 für ein Kraftfahrzeug gezeigt, das gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Das Hybridantriebssystem 10 weist auf: eine Kraftmaschine 12 wie eine Brennkraftmaschine, die durch Verbrennung eines Brennstoffs betrieben wird; einen Dämpfer 14 vom Federtyp, der dazu ausgelegt ist, eine Schwankung der Drehbewegung der Kraftmaschine 12 aufzunehmen; einen ersten Motor/Generator 16; ein Ausgangselement 18; einen Verteilmechanismus 20 vom Planetengetriebetyp, der einen Ausgang der Brennkraftmaschine 12 über den Dämpfer 14 empfängt und den empfangenen Ausgang mechanisch auf den ersten Motor/Generator 16 und das Ausgangselement 18 verteilt; und einen zweiten Motor/Generator 22, dessen Drehbewegung bzw. Kraft auf das Ausgangselement 18 übertragen wird. Die Brennkraftmaschine 12, der Dämpfer 14, der Verteilmechanismus 20 und der erste Motor/Generator 16 sind koaxial zueinander und in der Axialrichtung angeordnet, während der zweite Motor/Generator 22 koaxial mit und außerhalb von dem Dämpfer 14 und dem Verteilmechanismus 20 angeordnet ist.
  • Der Verteilmechanismus 20 ist eine Planetengetriebevorrichtung vom Einritzeltyp, die als drei Drehelemente ein mit einer Motorwelle 24 des ersten Motors/Generators 16 verbundenes Sonnenrad 20 s, einen mit dem Dämpfer 14 verbundenen Steg 20c, sowie ein mit einem Rotor 22r des zweiten Motors/Generators verbundenes Hohlrad 20r beinhaltet. Das Ausgangselement 18 ist für Drehung mit dem Rotor 22r mit dem Rotor 22r des zweiten Motors/Generators verschraubt und über den Rotor 22r mit dem Hohlrad 20r des Verteilmechanismus 20 verbunden. Das Ausgangselement 18 weist ein Abtriebsritzel 26 auf. Das Abtriebsritzel 26 ist betrieblich mit einem rechten und einem linken Antriebsrad des Kraftfahrzeugs verbunden über ein großes Zahnrad 30 und ein kleines Zahnrad 34 gelagert auf einer Zwischenwelle 28, und ein Differentialgetriebe 34 vom Kegelradtyp, so daß eine Drehbewegung der Abtriebswelle 18 mit einem vorgegebenen Untersetzungsverhältnis auf die Antriebsräder übertragen wird.
  • Der erste Motor/Generator 16 und der zweite Motor/Generator 22 sind mit einer elektrischen Energiespeichervorrichtung 40 vom Hochspannungstyp (z. B. 288 V) über eine Einheit zur Steuerung des ersten Motors/Generators (erste M/G-Steuereinheit) 36 bzw. eine Einheit zur Steuerung des zweiten Motors/Generators (zweite M/G-Steuereinheit) 38 elektrisch verbunden. Der erste und zweite Motor/Generator 16, 22 weist jeweils einen ANTRIEB-Zustand, einen LADEN-Zustand und einen UNBELASTET oder FREI-Zustand auf, die selektiv hergestellt oder ausgewählt werden. Im ANTRIEB-Zustand wird der Motor/Generator 16, 22 als Elektromotor zum Liefern einer vorgegebenen Drehkraft betrieben, wobei eine elektrische Energie von der Speichervorrichtung 40 an ihn geliefert wird. Im LADEN-Zustand wird der Motor/Generator 16, 22 durch regeneratives Bremsen (eigentliches elektrisches Bremsmoment des Motors/Generators) zum Aufladen der Speichervorrichtung 40 mit der elektrischen Energie als Stromerzeuger oder Dynamo betrieben. Im UNBELASTET- oder FREI-Zustand wird der Motor/Generator 16, 22 in einen lastfreien Zustand versetzt, der eine freie Drehung der Motorwelle 24 und des Rotors 22r gestattet. Diese Motoren/Generatoren 16, 22 werden jeweils durch die erste bzw. zweite M/G-Steuereinheit gesteuert, die wiederum von einem Kontroller 42 gesteuert sind, wie im Blockdiagramm von Fig. 3 angegeben ist. Der Kontroller 42 steuert des weiteren die Brennkraftmaschine 12, genauer gesagt die Brennstoffeinspritzmenge, Drosselventilöffnung und Zündzeit der Brennkraftmaschine 12, wodurch er den Betriebszustand der Brennkraftmaschine 12 wie Betriebsgeschwindigkeit und Drehmoment steuert.
  • Der Kontroller 42 beinhaltet einen Mikrocomputer, in den eine Zentralprozessoreinheit (CPU), ein Direktzugriffspeicher (RAM) und ein Nurlesespeicher (ROM) inkorporiert sind. Der Kontroller 42 ist dafür ausgelegt, Datenverarbeitungsvorgänge gemäß im ROM geespeicherten Steuerprogrammen durchzuführen, so daß er das vorliegende Hybridantriebssystem 10 in einen gewählten von Betriebsmodi versetzt, die umfassen: einen MOTORANTRIEB-Modus, in dem nur der zweite Motor/Generator 22 als Antriebsleistungsquelle zum Antreiben des Fahrzeugs betrieben wird, während der erste Motor/Generator 16 in den UNBE- LASTET-Zustand versetzt ist; einen LADEN- /BRENNKRAFTMASCHINENANTRIEB-Modus, in dem nur die Brennkraftmaschine 12 als Antriebsleistungsquelle zum Antreiben des Fahrzeugs betrieben wird, während der erste Motor/Generator 16 durch die Brennkraftmaschine 12 als Stromerzeuger zum Aufladen der Speichervorrichtung 40 mit der elektrischen Energie betrieben wird, wobei der zweite Motor/Generator 22 in seinen UNBELASTET-Zustand versetzt ist; einen BRENNKRAFTMASCHINEN-/MOTORANTRIEB-Modus, in dem die Brennkraftmaschine 12 und der zweite Motor/Generator 22 als Antriebsleistungsquellen zum Antreiben des Fahrzeugs betrieben werden, während der erste Motor/Generator 16 durch die Brennkraftmaschine 12 und den zweiten Motor/Generator 22 als Stromerzeuger zum Aufladen der Speichervorrichtung 40 betrieben wird; einen REGENERATIVBREMS-Modus, der hergestellt wird, während das Fahrzeug im MOTORANTRIEB-Modus fährt, und in dem der zweite Generator 22 durch einen Stromgenerator betrieben wird, so daß er eine Regenerativbremse an das Fahrzeug anlegt; und einen LADE-Modus, der bei stehendem Fahrzeug hergestellt wird und in dem der erste Motor/Generator 16 durch die Brennkraftmaschine 12 als Stromerzeuger zum Aufladen der Speichervorrichtung 40 betrieben wird. Der LADE-Modus wird gewählt, wenn das Fahrzeug geparkt ist oder anderweitig steht. Der Kontroller 42 ist so ausgelegt, daß er je nach Bedarf eine Brennkraftmaschinen- Startregelroutine gemäß der Veranschaulichung im Ablaufdiagramm von Fig. 4 durchführt, in der beispielsweise die Brennkraftmaschine 12 durch den ersten Motor/Generator 16 gestartet wird, um das Hybridantriebssystem in den LADE- Modus zu versetzen.
  • Die im Ablaufdiagramm von Fig. 4 veranschaulichte Brennkraftmaschinen-Startregelroutine wird mit Schritt S1 eingeleitet, um zu bestimmen, ob ein Befehl BRENNKRAFTMASCHINENSTART vorliegt. Dieser Befehl BRENNKRAFTMASCHINENSTART wird beispielsweise erzeugt, wenn der Fahrzeugbediener den LADE-Modus zum Aufladen der elektrischen Energiespeichervorrichtung 40 herstellen möchte, während das Fahrzeug stationär gehalten ist. Wird in Schritt S1 eine bejahende Entscheidung (JA) erhalten, so geht der Steuerablauf weiter zu Schritt S2, um zu bestimmen, ob ein FESTSTELLBREMSE-Schalter 44 (Fig. 3) auf EIN ist. Der FESTSTELLBREMSE-Schalter 44 ist auf EIN gestellt, wenn ein Feststellbremsen-Bedienelement 54 sich in einer betätigten Stellung befindet. Wie in Fig. 3 angegeben ist, wird das Feststellbremsen-Bedienelement 54 betätigt, um eine Feststellbremse 52 zu betätigen, die für die Fahr zeugräder zum Anlegen der Feststellbremse an die Räder vorgesehen ist, wenn der Schalter 44 so angeordnet wird, daß er auf EIN steht, wenn die Feststellbremse 52 betätigt wird. Die Feststellbremse 52 wirkt als Antriebskraftänderungseinschränkeinrichtung zum Einschränken einer Änderung der Fahrzeugantriebskraft infolge einer Reaktionskraft, die beim Starten der Brennkraftmaschine 12 auf das Ausgangselement 18 wirkt, genauer gesagt eine Feststellbremseinrichtung zum mechanischen Verriegeln der Fahrzeugräder mittels Manipulation des Feststellbremsenbetätigungselements 54.
  • Wenn der FESTSTELLBREMSE-Schalter 44 auf AUS steht, d. h. wenn in Schritt S2 eine verneinende Entscheidung (NEIN) erhalten wird, geht der Steuerablauf weiter zu Schritt S4, um eine Anzeige zur Verfügung zu stellen, die den Fahrzeugbediener veranlaßt, das Feststellbremsenbetätigungselement 54 zu betätigen, um die Feststellbremse 52 zu betätigen. Die Schritte S2 und S4 werden wiederholt durchgeführt, bis eine bejahende Entscheidung (JA) in Schritt S2 erhalten wird, d. h. bis der FESTSTELLBREMSE-Schalter 44 auf EIN gestellt ist (d. h. bis die Feststellbremse 52 betätigt wird). Wenn die bejahende Entscheidung (JA) in Schritt S2 erhalten wird, geht der Steuerablauf weiter zu Schritt S3 zum Betätigen des ersten Motors/Generators 16 zum Übertragen einer Drehbewegung auf die im Ruhezustand befindliche Brennkraftmaschine 12, um dadurch die Brennkraftmaschine 12 zu starten bzw. zu zünden. Wenn der FESTSTELLBREMSE-Schalter 44 auf EIN gestellt ist, d. h. wenn die Feststellbremse 52 im betätigten Zustand ist, ist das Hohlrad 20r an einer Drehung gehindert. In diesem Zustand bewirkt eine Betätigung des ersten Motors/Generators 16 in der Vorwärtsrichtung, daß die Brennkraftmaschine 12 in der Vorwärtsrichtung betätigt wird, genauer gesagt eine Drehung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 12 in der Vorwärtsrich tung mit einer Drehzahl, die durch das Übersetzungsverhältnis des Verteilmechanismus 20 bestimmt ist, wodurch die Brennkraftmaschine 12 gezündet bzw. gestartet wird, wenn die Brennstoffeinspritzung und der Zündzeitpunkt der Brennkraftmaschine 12 auf geeignete Weise gesteuert sind, während die Brennkraftmaschine 12 durch den ersten Motor/Generator 16 angekurbelt wird. Ein Optimalwert des Drehmoments bzw. des elektrischen Stroms des ersten Motors/Generators 16 bei seiner Betätigung zum Starten der Brennkraftmaschine 12 wird auf experimentellem Wege empirisch bestimmt, so daß ein stabiles Starten bzw. Zünden der Brennkraftmaschine 12 ermöglicht wird, und in einer Speichervorrichtung 46 (Fig. 3) gespeichert, so daß der erste Motor/Generator 16 in Schritt S3 zum Starten der Brennkraftmaschine 12 auf geeignete Weise betätigt wird. Es ist anzumerken, daß ein Abschnitt des Kontrollers 42, der der Durchführung von Schritt S3 der Routine von Fig. 4 zugeordnet ist, eine Brennkraftmaschinen-Starteinrichtung zum Starten der Brennkraftmaschine 12 mittels Betätigung des ersten Motors/Generators 16 zum Ankurbeln der Brennkraftmaschine 12 über den Verteilmechanismus 20 darstellt.
  • Gemäß der obenstehenden Beschreibung ist das Hybridantriebssystem 10 der vorliegenden ersten Ausführungsform der Erfindung zum Starten der Brennkraftmaschine 12 mittels Betätigung des ersten Motors/Generators 16 ausgelegt, weshalb ein ausschließlich zum Starten der Brennkraftmaschine 12 verwendeter Starter nicht nötig ist. Demzufolge ist die Anzahl von nötigen Komponenten des Hybridantriebssystems 10 verringert, und die Herstellungskosten sind dementsprechend verringert.
  • Wenn die Brennkraftmaschine 12 mittels Betätigung des ersten Motors/Generators 16 über den Verteilmechanismus 20 angekurbelt wird, kann aufgrund eines Widerstandes (z. B. Reibungswiderstandes) gegen die Drehbewegung der Brennkraftmaschine 12 eine Reaktionskraft auf das Ausgangselement 18 einwirken, oder der Ausgang der gestarteten Brennkraftmaschine 12 bzw. der Ausgang des ersten Motors/Generators 16 kann auf das Ausgangselement 18 einwirken, wodurch eine Antriebskraft entstehen kann, welche das Fahrzeug vom Fahrer und den Fahrgästen unerwartet bewegt. Bei der vorliegenden Hybridantriebsvorrichtung 10 hingegen wird der erste Motor/Generator 16 in Schritt S3 nur dann betätigt, wenn die Feststellbremse 52 sich im betätigten Zustand befindet. D. h., die Brennkraftmaschine 12 wird von dem ersten Motor/Generator nur dann gestartet, wenn die Feststellbremse auf das Fahrzeug angewendet ist, um eine unerwartete Bewegung des Fahrzeugs beim Starten der Brennkraftmaschine 12 zu verhindern, die dem Fahrzeugbediener und den Fahrgästen Unbehagen bereiten würde.
  • Bei der veranschaulichten ersten Ausführungsform wird die Betätigung der Feststellbremse 52 durch den FESTSTELLBREMSE-Schalter 44 erfaßt, der dazu ausgelegt ist, die betätigte Stellung des Feststellbremsenbetätigungselements 54 wie eines Feststellbremshebels zu erfassen. Schritt S2 der Routine von Fig. 4 kann jedoch auf geeignete Weise modifiziert werden, vorausgesetzt, der Schritt ist so formuliert, daß bestimmt wird, ob die Feststellbremse an das Fahrzeug angelegt ist und das Fahrzeug stationär hält. Falls das Kraftfahrzeug einen Wählhebel oder eine sonstige Wähleinrichtung aufweist, um das Hybridantriebssystem 10 in eine ausgewählte einer Mehrzahl von Stellungen einschließlich einer Parkposition (P) und einer Fahrposition (D) zu versetzen, kann das Kraftfahrzeug mit einem mechanischen Feststellmechanismus versehen sein, der dazu ausgelegt ist, das Leistungsübertragungssystem zu verriegeln, genauer gesagt, ein im Leistungsübertragungspfad vorgesehenes Feststellrad zu verriegeln, wenn die Schaltstellungswähleinrichtung in die Parkstellung betätigt ist. In diesem Fall kann der FESTSTELLBREMSE-Schalter 44 durch einen Detektor ersetzt sein, der dazu ausgelegt ist, die Aktivierung des mechanischen Feststellmechanismus, insbesondere die Betätigung der Schaltstellungswähleinrichtung in die Parkstellung, zu erfassen.
  • Das Fahrzeug bleibt stationär gehalten, solange das Hohlrad 20r des Verteilmechanismus 20 verriegelt oder stationär gehalten ist. Beispielsweise kann, gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das Hohlrad 20r unter Verwendung einer hydraulisch betätigten Reibungsbremse 48 vom Mehrscheiben-Typ gemäß der Darstellung in Fig. 5 verriegelt werden. Die Reibungsbremse 48 ist dazu ausgelegt, das Ausgangselement 18 an einem ortsfesten Gehäuse 50 des Hybridantriebssystems 10 festzulegen. Bei dieser zweiten Ausführungsform wird eine Brennkraftmaschinenstart-Steuerroutine durchgeführt, wie sie in dem Ablaufdiagramm von Fig. 6 veranschaulicht ist. Diese Routine beinhaltet keinen Schritt zur Bestimmung, ob das Fahrzeug bei Feststellbremse 52 in der betätigten Stellung geparkt ist, sondern beinhaltet Schritt Q2, in dem die Reibungsbremse 48 betätigt wird, um das Ausgangselement 18 zu verriegeln, wodurch das Hohlrad 20r verriegelt wird. Auf Schritt Q2 folgt Q3, der ähnlich zu Schritt S3 ist, zum Betreiben des ersten Motors/Generators 16 zum Starten der Brennkraftmaschine. Diese zweite Ausführungsform der Fig. 5 und 6 beseitigt die Notwendigkeit, daß der Fahrzeugbediener die Feststellbremse 52 mittels Betätigung des Feststellbremsenbetätigungselements 54 betätigen muß, was die Belastung des Fahrzeugbedieners verringert. Diese Ausführungsform erfordert keine Steuerung des zweiten Motors/Generators 22, um das Fahrzeug beim Starten der Brennkraftmaschine 12 stationär zu halten, wie in einer nachfolgend beschriebenen dritten Ausführungsform von Fig. 7. Demzufolge ist die Brennkraftmaschinen-startsteuerung gemäß der zweiten Ausführungsform von Fig. 5 und 6 vereinfacht und selbst dann verfügbar, wenn der zweite Motor/Generator 22 nicht betätigt werden kann, weil die in der Speichervorrichtung 40 (die durch das Starten der Brennkraftmaschine 12 aufgeladen wird) gespeicherte elektrische Energie knapp ist, oder weil die Schaltpositionswähleinrichtung in die Leerlaufstellung gestellt ist. Bei dem Hybridantriebssystem der vorliegenden zweiten Ausführungsform, bei dem der zweite Motor/Generator 33 mit den Antriebsrädern mechanisch verbunden ist, wie in Fig. 5 angedeutet ist, kann der zweite Motor/Generator 22 nicht betätigt werden oder wird in den UNBELASTET-Zustand versetzt, wenn das Antriebssystem in die Leerlauf- or Parkstellung gestellt ist.
  • Es ist anzumerken, daß ein Abschnitt des Kontrollers 42, welcher der Durchführung von Schritt Q3 zugeordnet ist, eine Brennkraftmaschinenstarteinrichtung zum Starten der Brennkraftmaschine 12 mittels Betätigung des ersten Motors/Generators 16 zum Ankurbeln der Brennkraftmaschine 12 über den Verteilmechanismus 20 darstellt, während ein Abschnitt des Kontrollers 42, der für die Durchführung von Schritt Q2 zugeordnet ist, und die Reibungsbremse 48 zusammenwirken, um eine Antriebskraftänderungseinschränkeinrichtung zum Einschränken einer Änderung der Antriebskraft des Fahrzeugs beim Starten der Brennkraftmaschine 12 zu bilden, genauer gesagt eine Brennkraftmaschinenbremseinrichtung zum mechanischen Bremsen der Fahrzeugräder vor dem Starten der Brennkraftmaschine 12.
  • Die oben angegebene dritte Ausführungsform der Fig. 7 setzt die Reibungsbremse 48 nicht ein, und die Routine zum Starten der Brennkraftmaschine beinhaltet keinen Schritt zum Bestimmen, ob das Fahrzeug geparkt ist, son dern beinhaltet den Schritt R2, in dem die Drehmomentwerte des ersten Motors/Generators 16 und des zweiten Motors/Generators gesteuert werden, um eine Bewegung des Fahrzeugs beim Starten der Brennkraftmaschine 12 zu verhindern. Bei Beschreibung im Detail wird die Brennkraftmaschine 12 durch die Betätigung des ersten Motors/Generators 16 angekurbelt und gestartet, während der zweite Motor/Generator 22 so gesteuert wird, daß er eine Antriebskraft aufgrund einer durch die Betätigung des ersten Motors/Generators 16 erzeugten Reaktionskraft auszugleichen, um somit das Fahrzeug beim Starten der Brennkraftmaschine 12 stationär zu halten. Die Drehmomentwerte bzw. elektrischen Stromwerte der Motoren 16, 22 und ihr Betriebstakt werden auf experimentellem Wege empirisch bestimmt, um ein stabiles Starten bzw. Zünden der Brennkraftmaschine 12 zu gestatten, und sind in der Speichervorrichtung 46 gespeichert. Diese dritte Ausführungsform von Fig. 7, die zum Starten der Brennkraftmaschine 12 ausgelegt ist, während sie das Fahrzeug durch. Steuern des ersten und zweiten Motors 16, 22 stationär hält, erfordert keine Betätigung des Feststellbremsenbetätigungselements 54 durch den Fahrzeugbediener und verringert somit eine Belastung des Fahrzeugbedieners, wodurch das Hybridantriebssystem infolge der Beseitigung der Reibungsbremse 48 vereinfacht und zu verringerten Kosten erhältlich ist.
  • Es ist anzumerken, daß ein Abschnitt des Kontrollers 42, der einer Durchführung eines Teils von Schritt R2 zugeordnet ist, der der Steuerung des ersten Motors/Generators 16 zugeordnet ist, die Brennkraftmaschinenstarteinrichtung darstellt, während ein Abschnitt des Kontrollers 42, der einer Durchführung eines Teils von Schritt R2 zugeordnet ist, der der Steuerung des zweiten Motors/Generators 22 zugeordnet ist, die Antriebskraftänderungseinschränkeinrichtung darstellt, genauer gesagt eine Brennkraftmaschinenstartmotoransteuereinrichtung zum Steuern des zweiten Motors/Generators 22 derart, daß er eine Antriebskraft aufgrund einer Reaktionskraft ausgleicht, die durch die Betätigung des ersten Motors/Generators 16 beim Starten der Brennkraftmaschine 12 durch die Brennkraftmaschinenstarteinrichtung erzeugt wird.
  • Die dritte Ausführungsform von Fig. 7 ist in der Lage, die Brennkraftmaschine 12 nur dann zu starten, wenn das Fahrzeug stationär gehalten ist, jedoch auch bei fahrendem Fahrzeug, beispielsweise im MOTORANTRIEB-Modus, in dem nur der zweite Motor/Generator 22 als die Antriebsleistungsquelle zum Antreiben des Fahrzeugs betätigt ist. Im MOTORANTRIEB-Modus kann die Brennkraftmaschine 12 durch den Verteilmechanismus 20 mittels eines regenerativen Bremsmoments gestartet werden, das von dem ersten Motor/Generator während seiner freien Drehung in der Rückwärtsrichtung erzeugt wird, durch Betätigung des ersten Motors/Generators 16 in der Vorwärtsrichtung. In diesem Fall, in dem ein Teil des Ausgangs des zweiten Motors/Generators 22 von der Brennkraftmaschine 12 aufgebraucht wird, wird der zweite Motor/Generator 22 so betrieben, daß er einen Ausgang erzeugt, der höher als die zum Antreiben des Fahrzeugs erforderliche Leistung ist, so daß die Brennkraftmaschine 12 zum Starten mittels einer Überschußleistung angekurbelt wird, die der Ausgang des zweiten Motors/Generators weniger die erforderliche Leistung ist. Infolge einer solchen Steuerung des zweiten Motors/Generators 22 ist es möglich, eine Änderung der Antriebskraft des Fahrzeugs infolge des Startens der Brennkraftmaschine 12 aufzunehmen oder zu verhindern.
  • Unter Bezugnahme auf Fig. 8 und 9 wird eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Form eines Hybridantriebssystems 58 beschrieben, bei dem die Brenn kraftmaschine 12, der erste Motor/Generator 16, der Verteilmechanismus 20 und der zweite Motor/Generator 22 betrieblich miteinander verbunden sind, wie in der ersten Ausführungsform von Fig. 2. Die Anordnung dieser Komponenten im Hybridantriebssystem 58 ist jedoch verschieden von derjenigen im Hybridantriebssystem 10 der ersten Ausführungsform. Ausführlicher beschrieben sind der erste Motor/Generator 16 und der zweite Motor/Generator 22 auf den axial entgegengesetzten Seiten des Verteilmechanismus 20 angeordnet, und der Dämpfer 14 und die Brennkraftmaschine 12 sind auf einer Seite des ersten Motors/Generators 16 angeordnet, der vom Verteilmechanismus 20 entfernt ist. Zwischen dem Verteilmechanismus 20 und dem ersten Motor/Generator 16 ist ein Kettenrad 60 angeordnet, das einstückig mit dem Hohlrad 20r verbunden ist. Das Kettenrad 60 ist über eine Kette 62 mit einem Drehzahlminderer 64 verbunden. Bei dieser vierten Ausführungsform dient das Kettenrad 60 als Ausgangselement, das betrieblich mit den Fahrzeugantriebsrädern verbunden ist.
  • Der Drehzahlminderer 64 ist vom Typ mit zwei parallelen Achsen mit einer Drehwelle 66, die mit einem Feststellrad 70 eines mechanischen Feststellmechanismus 68 versehen ist. Wenn eine Schaltstellungswähleinrichtung in Form eines Schalthebels 72 in eine Parkstellung (P) betätigt wird, wird eine Feststellklinke 74 des Feststellmechanismus 68 in Eingriff mit dem Feststellrad 70 gebracht, wodurch die Drehwelle 66 verriegelt wird, und infolgedessen die mit der Drehwelle 66 verbundene Differentialgetriebevorrichtung 34 über Zahnräder verriegelt, wodurch die Fahrzeugantriebsräder 76 verriegelt werden. Die Feststellklinke 74 ist mechanisch mit dem Schalthebel 72 durch einen Seilzug und einen Verbindungsmechanismus verbunden, so daß eine Verschwenkbewegung des Schalthebels 72 eine Schwenkbewegung der Feststellklinke 74 für Eingriff mit dem Feststellrad 70 bewirkt, das mit der Drehwelle 66 des Drehzahlminderers 64 verbunden ist.
  • Der Kontroller 42 empfängt Ausgangssignale der Fahrzeuggeschwindigkeits-Erfassungseinrichtung 78, der Gaspedalbetätigungs-Erfassungseinrichtung 82 und der SOC- Erfassungseinrichtung 84. Die Ausgangssignale der Erfassungseinrichtungen 78, 80, 82, 84 stehen für eine Fahrzeugfahrgeschwindigkeit V, eine gegenwärtige gewählte Stellung des Schalthebels 72 (des Hybridantriebssystems 58), einen Betätigungsbetrag eines Gaspedals 86, bzw. eines elektrischen Energiebetrags SOC, der in der elektrischen Energiespeichervorrichtung 40 gespeichert ist. Die Fahrzeuggeschwindigkeits-Erfassungseinrichtung 78 kann dazu ausgelegt sein, die Drehgeschwindigkeit eines gewählten Drehmoments wie des zweiten Motors/Generators 22 zu erfassen, die dazu verwendet werden kann, die Fahrzeugfahrgeschwindigkeit V zu berechnen. Der Schalthebel 72 weist eine Mehrzahl von Betätigungsstellungen einschließlich der oben angegebenen Parkstellung (P), einer Vorwärtsfahrstellung (D), einer Rückwärtsfahrstellung (R), und einer Leerlaufstellung (N), in welcher das Hybridantriebssystem 58 im Prinzip keine Antriebskraft zur Verfügung stellt. Die Gaspedalbetätigungs-Erfassungseinrichtung 82 erzeugt ein Leerlaufsignal ebenso wie das Signal, das repräsentativ für den Betätigungsbetrag des Gaspedals 86 ist (das repräsentativ für den Ausgang des gegenwärtig vom Fahrzeugbediener benötigten Hybridantriebssystems 58 ist). Das Leerlaufsignal wird erzeugt, wenn der Betätigungsbetrag des Gaspedals 86 Null ist, insbesondere wenn das Hybridantriebssystem 58 sich in einem Leerlaufzustand befindet.
  • Wie bei den vorausgegangenen Ausführungsformen steuert der Kontroller 42 den Motor/Generator 16 und Motor/Generator 22 über die jeweiligen Motor/Generator- Steuereinheiten 36, 38, so daß die Brennkraftmaschine 12 gestartet wird. Der Kontroller 5 = 42 steuert des weiteren eine elektrisch gesteuerte Hydraulikvorrichtung 88 einschließlich einer elektrisch betätigten Pumpe zum Steuern der hydraulisch betätigten Reibungsbremse 48, so daß der Rotor 22r und das Kettenrad 60 verriegelt sind, um das Fahrzeug bei angelegter Reibungsbremse 48 stationär zu halten. Die Reibungsbremse 48 kann auf einem geeigneten Drehelement vorgesehen sein, das mit den Antriebsrädern 76 oder den angetriebenen Rädern dreht. Zum Beispiel kann die Reibungsbremse 48 auf dem Drehzahlminderer 64 vorgesehen sein. Die Reibungsbremse 48 kann durch Radbremsen 90 ersetzt sein, die im wesentlichen zum Bremsen der Antriebsräder 76 oder der angetriebenen Räder vorgesehen sind.
  • Unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm von Fig. 9 wird eine Brennkraftmaschinen-Startsteuerroutine zum Starten der Brennkraftmaschine 12 unter der Steuerung des Kontrollers 42 erläutert. Diese Routine wird mit Schritt SA1 eingeleitet, um zu bestimmen, ob der Befehl BRENNKRAFTMASCHINENSTART vorliegt. Wird in Schritt SA1 eine bejahende Entscheidung (JA) erhalten, geht der Steuerablauf weiter zu Schritt SA2, um zu bestimmen, ob der Schalthebel 72 in die Parkstellung (P) gestellt ist. Diese Bestimmung wird auf der Grundlage des Ausgangssignals der Schaltstellungs-Erfassungseinrichtung 80 durchgeführt. Wird in Schritt SA2 eine bejahende Entscheidung (JA) erhalten, geht der Steuerablauf weiter zu Schritt SA3, der ähnlich Schritt S3 ist, zum Betätigen des ersten Motors/Generators 16 zum Ankurbeln und Starten (Zünden) der Brennkraftmaschine 12. In diesem Zustand, in dem der mechanische Feststellmechanismus 68 betätigt ist, um das Fahrzeug mit in der Parkstellung (P) gestelltem Schalthebel 72 zu verriegeln, wird das Fahrzeug von einer beim Starten der Brennkraftmaschine 12 erzeugten.
  • Antriebskraft nicht bewegt. Es ist anzumerken, daß ein Abschnitt des Kontrollers 42, der einer Durchführung von Schritt SA3 zugeordnet ist, die Brennkraftmaschinenstarteinrichtung darstellt, während der mechanische Feststellmechanismus 68 als die Antriebskraftänderungseinschränkeinrichtung dient, und insbesondere die Feststelleinrichtung zum mechanischen Verriegeln der Fahrzeugräder.
  • Wird in Schritt SA2 eine negative Entscheidung (NEIN) erhalten, geht der Steuerablauf weiter zu SA4, um zu bestimmen, ob der Schalthebel 72 in die Leerlaufstellung (N) gestellt ist. Wird in Schritt SA4 eine bejahende Entscheidung (JA) erhalten, wird Schritt SA5 durchgeführt, um zu bestimmen, ob die Fahrzeugfahrgeschwindigkeit V gleich oder geringer als eine vorgegebene erste Schwelle V1 ist. Diese Bestimmung wird auf der Grundlage des Ausgangssignals der Fahrzeuggeschwindigkeit-Erfassungseinrichtung 78 durchgeführt. Falls in Schritt SA5 eine bejahende Entscheidung (JA) erhalten wird, geht der Steuerablauf weiter zu Schritt SA6, um die Hydraulikvorrichtung 88 zu betätigen, damit sie ein unter Druck gesetztes Arbeitsfluid an die Reibungsbremse 48 zu deren Betätigung liefert. Daraufhin wird Schritt SA3 durchgeführt, um die Brennkraftmaschine 12 zu starten. Wird in Schritt SA5 eine negative Entscheidung (NEIN) erhalten, geht der Steuerablauf direkt weiter zu Schritt SA3, indem Schritt SA6 übersprungen wird. Die Reibungsbremse 48 kann in Schritt SA6 relativ schnell in Eingriff gebracht werden, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V im wesentlichen oder nahe bei Null ist. Jedoch ist der Schritt SA6 vorzugsweise so formuliert, daß der Druck des an die Reibungsbremse 48 zu liefernden Arbeitsfluids langsam angehoben wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V relativ hoch ist (falls das Fahrzeug mit einer relativ hohen Geschwindigkeit läuft, wobei der Schalthebel 74 in die Leerlaufstellung gestellt ist), so daß die Reibungsbremse 48 relativ langsam in Eingriff gebracht wird, um eine Erschütterung infolge eines abrupten Bremsens durch Eingriff der Reibungsbremse 48 zu vermeiden.
  • Wird der Schalthebel 72 in die Leerlaufstellung (N) gestellt, kann der zweite Motor/Generator nicht betätigt werden, um eine Antriebskraft aufgrund der Betätigung des ersten Motors/Generators 16 zum Starten der Brennkraftmaschine 12 auszugleichen. Wenn jedoch die Fahrzeuggeschwindigkeit V nicht höher als die vorgegebene erste Schwelle V1 ist, d. h., wenn das Fahrzeug stationär ist oder mit einer ausreichend niedrigen Geschwindigkeit fährt, wird die Reibungsbremse 48 in Schritt SA6 in Eingriff gebracht, um das Fahrzeug anzuhalten, bevor die Brennkraftmaschine 12 in Schritt SA3 gestartet wird, so daß verhindert wird, daß das Fahrzeug durch eine beim Starten der Brennkraftmaschine 12 erzeugte Antriebskraft für den Fahrzeugbediener unerwartet bewegt wird. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V höher als die erste Schwelle V1 ist, d. h., wenn das Fahrzeug mit einer relativ hohen Geschwindigkeit läuft, wird die Brennkraftmaschine 12 bei fahrendem Fahrzeug gestartet. In diesem Fall kann die Fahrzeugantriebskraft beim Starten der Brennkraftmaschine 12 variieren, jedoch verursacht die Antriebskraftänderung bei fahrendem Fahrzeug dem Fahrzeugbediener einen geringeren Grad an Unbehagen, als wenn das Fahrzeug stationär ist oder die Fahrzeuggeschwindigkeit V beträchtlich niedrig ist (d. h. nicht höher als die erste Schwelle V1). Anders ausgedrückt, die erste Schwelle V1 wird so bestimmt, daß eine Fahrzeugantriebskraftänderung infolge eines Startens der Brennkraftmaschine 12 bei fahrendem Fahrzeug verhindert oder absorbiert wird, die dem Fahrzeugbediener ein beträchtliches Maß an Unbehagen verursachen würde. Es ist anzumerken, daß ein Abschnitt des Kontrollers 42, der einer Durchführung von Schritt SA6 zugeordnet ist, die Antriebskraftänderungseinschränk einrichtung darstellt, und genauer gesagt die Brennkraftmaschinenstartbremseinrichtung, und daß ein Abschnitt des Kontrollers 42, der einer Durchführung von Schritt SA5 zugeordnet ist, eine Einschränkeinrichtung zum Einschränken eines Betriebs der Antriebskraftänderungseinschränkeinrichtung darstellt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit über einer vorgegebenen Schwelle liegt.
  • Wird in Schritt SA4 eine negative Entscheidung (NEIN) erhalten, d. h. der Schalthebel ist in die Vorwärtsfahrstellung (D) oder in die Rückwärtsfahrstellung (R) gestellt, geht der Steuerablauf weiter zu Schritt SA7 zur Bestimmung, ob die von dem Ausgangssignal der Fahrzeuggeschwindigkeits-Erfassungseinrichtung 78 erhaltene Fahrzeuggeschwindigkeit V gleich oder geringer als eine vorgegebene zweite Schwelle V2 ist. Wird in Schritt SA7 eine bejahende Entscheidung (JA) erhalten, wird Schritt SA8 durchgeführt, um zu bestimmen, ob das Hybridantriebssystem 58 in den Leerlaufzustand gestellt ist, d. h., ob der Betrag der Betätigung des Gaspedals 86, der durch das Ausgangssignal der Gaspedalbetätigungs-Erfassungseinrichtung 82 repräsentiert wird, im wesentlichen Null ist. Falls die Fahrzeuggeschwindigkeit V nicht über der zweiten Schwelle V2 liegt, und der Betrag der Betätigung des Gaspedals 86 im wesentlichen Null ist, wird die Reibungsbremse 48 in Schritt SA6 in Eingriff gebracht, bevor die Brennkraftmaschine 12 in Schritt SA3 gestartet wird. Falls die Fahrzeuggeschwindigkeit V über der zweiten Schwelle V2 liegt oder das Gaspedal 86 niedergedrückt ist, geht der Steuerablauf zu Schritt SA9 über zum Betätigen des zweiten Motors/Generators 22, um eine Änderung der Fahrzeugantriebskraft infolge des Startens der Brennkraftmaschine 12 in Schritt SA3 zu absorbieren oder verhindern. Es ist anzumerken, daß ein Abschnitt des Kontrollers 42, welcher der Durchführung von Schritt SA9 zugeordnet ist, die Antriebskraftänderungseinschränk einrichtung darstellt, genauer gesagt, eine Brennkraftmaschinenstartmotoransteuereinrichtung zum Ansteuern des zweiten Motors/Generators 22 in der Weise, daß eine beim Starten der Brennkraftmaschine 12 durch die Betätigung des ersten Motors/Generators 16 erzeugte Reaktionskraft kompensiert wird. Schritt SA9 wird gleichzeitig mit Schritt SA3 durchgeführt, so daß der erste Motor/Generator 16 und der zweite Motor/Generator 22 gleichzeitig angesteuert werden, um die Brennkraftmaschine 12 ohne beträchtliche Fahrzeugantriebskraftänderung zu starten.
  • Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V nicht höher als die vorgegebene zweite Schwelle V2 ist, d. h., wenn das Fahrzeug steht oder mit einer niedrigen Geschwindigkeit fährt, und wenn das Gaspedal 86 nicht betätigt wird, wird das Fahrzeug mittels Betätigung der Reibungsbremse 48 in Schritt SA6 gestoppt, bevor die Brennkraftmaschine 12 gestartet wird, um eine Bewegung des Fahrzeugs aufgrund einer Antriebskraft zu vermeiden, die beim Starten der Brennkraftmaschine 12, unerwartet für den Fahrer, erzeugt wird. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V höher als die vorgegebene zweite Schwelle V2 ist, bzw. wenn das Gaspedal 86 betätigt wird, wird die Brennkraftmaschine 12 ohne Betätigung der Reibungsbremse 48 gestartet, jedoch der zweite Motor/Generator 22 wird betätigt, um eine Änderung der Fahrzeugantriebskraft infolge des Startens der Brennkraftmaschine 12 mittels Betätigung des ersten Motors/Generators 16 aufzunehmen oder zu verhindern. Demzufolge kann die Brennkraftmaschine 12 gestartet werden, ohne daß der Fahrzeugbediener Unbehagen erfährt. Die zweite Schwelle V2 kann niedriger als die erste Schwelle V1 sein.
  • In Fig. 10 ist ein gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebautes Hybridantriebssystem 100 gezeigt, das mit einem mit einer Kurbelwelle der Brennktaftmaschine 12 verbundenen Brennkraftmaschinenstartmotor 102 versehen ist, so daß die Brennkraftmaschine 12 mittels des Brennkraftmaschinenstartmotors 102 gestartet werden kann, ohne daß eine Drehbewegung durch den Verteilmechanismus 20 auf die Brennkraftmaschine 12 übertragen wird. Der Brennkraftmaschinenstartmotor 102 wird durch eine elektrische Energiespeichervorrichtung 104 vom Niederspannungstyp (z. B. 12 V) mit Leistung versorgt, die im allgemeinen auf einem üblichen, von einem Verbrennungsmotor angetriebenen Fahrzeug als Leistungsquelle zum Starten der Brennkraftmaschine vorgesehen ist. Die Speichervorrichtung 104 weist außenliegende Anschlüsse auf, vorgesehen für eine einfache Verbindung über ein Starthilfekabel mit einer in einem üblichen, von einem Verbrennungsmotor angetriebenen Fahrzeug vorhandenen elektrischen Energiespeichervorrichtung (Batterie), wenn die in der Speichervorrichtung 104 gespeicherte elektrische Energie nicht zum Betätigen des Brennkraftmaschinenstartmotors 102 zum Starten der Brennkraftmaschine 12 ausreicht. Da die Brennkraftmaschine 12 somit durch den Brennkraftmaschinenstartmotor 102 gestartet werden kann, kann die Energiespeichervorrichtung 40 vom Hochspannungstyp durch Betreiben des ersten Motors/Generators durch die Brennkraftmaschine 12 aufgeladen werden, selbst wenn die Speichervorrichtung 104 anfänglich nicht ausreichend aufgeladen ist. Falls die Energiespeichervorrichtung 40 vom Hochspannungstyp nicht genügend aufgeladen ist, um den ersten Motor/Generator 16 zum Starten der Brennkraftmaschine 12 zu betreiben, kann die Speichervorrichtung 400 nicht durch Betreiben des ersten Motors/Generators 16 durch die Brennkraftmaschine 12 aufgeladen werden, da die Brennkraftmaschine 12 nicht gestartet werden kann. In diesem Fall sollte die Hochspannungsspeichervorrichtung 40 durch eine spezielle Vorrichtung für eine Hochspannungsanwendung aufgeladen wer den. Die Niederspannungsspeichervorrichtung 104 ist mit dem ersten Motor/Generator 16 und der Hochspannungsspeichervorrichtung 40 durch eine geeignete Spannungswandlervorrichtung verbunden, so daß die elektrische Energie zwischen den Speichervorrichtungen 40, 104 zugeführt werden kann. Die Speichervorrichtung 104 kann für eine gegebenenfalls vorgesehene Vorrichtung wie eine Klimaanlage verwendet werden.
  • Bei dem Hybridantriebssystem 100 wird die Brennkraftmaschine 12 mittels des Brennkraftmaschinenstartmotors 102 gestartet, während der erste Motor/Generator 16 in den UNBELASTET- oder FREI-Zustand versetzt ist. Somit kann die Brennkraftmaschine 12 jederzeit ohne eine Änderung der Fahrzeugantriebskraft gestartet werden, außer wenn sich der erste Motor/Generator 16 in einem Motorbetriebszustand befindet, in dem der erste Motor/Generator 16 betrieben wird, um eine übermäßige Drehung des Ritzels des Verteilmechanismus 20 zu vermeiden, während das Fahrzeug in der Vorwärtsfahrposition (D) fährt. Die Tabelle in Fig. 11 gibt Betriebszustände des ersten Motors/Generators 16, des zweiten Motors/Generators 22 und des Brennkraftmaschinenstartmotors 102 an, wenn die Brennkraftmaschine 12 in unterschiedlichen Fahrzuständen des Fahrzeugs gestartet wird, wobei der Schalthebel in die Park-, Neutral- bzw. Vorwärtsfahr-Position gestellt ist. Wenn sich der erste Motor/Generator 16 im Motorbetriebszustand befindet, wird die Brennkraftmaschine 12 vom Motor 16 gedreht, so daß die Brennkraftmaschine 12 durch Einspritzen eines Brennstoffs in die Brennkraftmaschine gezündet werden kann. In der Tabelle von Fig. 11 bedeutet eine Angabe "KEINE BESONDERE STEUERUNG" des zweiten Motors/Generators 22, daß keine besondere Steuerung des zweiten Motors/Generators 22 zum Starten der Brennkraftmaschine 12 erforderlich ist.
  • Unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm von Fig. 12 wird nun eine Routine zum Steuern des Startens einer Brennkraftmaschine in der fünften Ausführungsform von Fig. 10 beschrieben. Die Routine wird mit Schritt SB1, ähnlich Schritt S1, eingeleitet, um zu bestimmen, ob der Befehl BRENNKRAFTMASCHINENSTART vorliegt. Wird in Schritt SB1 eine bejahende Entscheidung (JA) erhalten, geht der Steuerablauf weiter zu Schritt SB2, um zu bestimmen, ob der erste Motor/Generator 16 sich im Motorbetriebszustand befindet. Wird in Schritt SB2 eine bejahende Entscheidung (JA) erhalten, bedeutet dies, daß die Brennkraftmaschine 12 ohne Verbrennung eines Brennstoffs läuft. In diesem Fall wird die Routine beendet. Wird in Schritt SB2 eine negative Entscheidung (NEIN) erhalten, d. h., befindet sich der erste Motor/Generator 16 im UNBELASTET- oder FREI-Zustand, geht der Steuerablauf weiter zu Schritt SB3, um den Brennkraftmaschinenstartmotor 102 zum Ankurbeln und Starten der Brennkraftmaschine 12 zu betätigen.
  • Bei dem Hybridantriebssystem 100 wird die Brennkraftmaschine 12 mittels des Brennkraftmaschinenstartmotors 102 gestartet, während der erste Motor/Generator 16 sich im UNBELASTET- oder FREI-Zustand befindet, so daß der erste Motor/Generator 16 mit einer Drehbewegung der Brennkraftmaschine 12 gedreht wird, wodurch eine Antriebskraft nicht auf das Ausgangselement 18 und die Fahrzeugantriebsräder überrtrieben wird. Somit kann die Brennkraftmaschine 12 mittels des Brennkraftmaschinenstartmotors 102 gestartet werden, ohne eine vom Fahrzeugbediener unerwartete Änderung der Fahrzeugantriebskraft, wenn das Fahrzeug fährt oder auch angehalten oder geparkt ist.
  • Es ist anzumerken, daß ein der Durchführung von Schritt SB3 zugewiesene Abschnitt des Kontrollers 42 die Brennkraftmaschinenstarteinrichtung darstellt.
  • Es wird angemerkt, daß die Brennkraftmaschine 12 unter Verwendung sowohl des Brennkraftmaschinenstartmotors 102 als auch des ersten Motors/Generators 16 gestartet werden kann. In diesem Fall ist es jedoch wünschenswert, eine Änderung der Fahrzeugantriebskraft zu vermeiden, indem das Fahrzeug mittels Betätigung der Feststellbremse 52, des mechanischen Feststellmechanismus 68, oder der Reibungsbremse 48 stationär gehalten wird, oder durch Betreiben des zweiten Motors/Generators 22, um die Änderung der Fahrzeugantriebskraft zu verhindern oder absorbieren. Das Hybridantriebssystem 100 kann dazu ausgelegt sein, normalerweise einen vorgegebenen von Brennkraftmaschinenstartmotor 102 und dem ersten Motor/Generator 16 zu verwenden und den anderen für sich zu verwenden oder sowohl den Brennkraftmaschinenstartmotor 102 als auch den ersten Motor/Generator 16 zu verwenden, wenn die Brennkraftmaschine 12 nicht durch den einen vorgegebenen von Brennkraftmaschinenstartmotor 102 und erstem Motor/Generator 16 gestartet werden kann. Wird der Brennkraftmaschinenstartmotor 102 nur dann benutzt, wenn die Hochspannungsspeichervorrichtung 40 nicht ausreichend aufgeladen ist, kann die Kapazität und Größe des Brennkraftmaschinenstartmotors 102 reduziert sein, um die Kosten und den erforderlichen Installationsraum zu verringern, vorausgesetzt daß der Brennkraftmaschinenstartmotor 102 in der Lage ist, die Brennkraftmaschine 12 zu starten, die dann zum Betreiben des ersten Motors/Generators 16 zum Aufladen der Speichervorrichtung 40 verwendet wird. Der Brennkraftmaschinenstartmotor 102 kann durch eine von einem weiteren Fahrzeug zur Verfügung gestellte elektrische Energie betrieben werden.
  • Daraufhin wird unter Bezugnahme auf Fig. 13-15 ein Hybridantriebssystem 110 gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das Hybridantriebssystem 110 ist identisch mit dem Hybridantriebssystem der zweiten Ausführungsform der Fig. 5 und 6 mit Ausnahme einer zwischen die Zwischenwelle 28 und das kleine Zahnrad 32 geschalteten Kupplung 112 zum selektiven Verbinden und Unterbrechen. Die Tabelle von Fig. 14 gibt die Betriebszustände des ersten Motors/Generators 16, des zweiten Motors/Generators 22 und der Kupplung 112 an, wenn die Brennkraftmaschine 12 in den verschiedenen Stellungen (P, N, D) des Schalthebels gestartet wird. Die Brennkraftmaschine 12 wird gemäß einer im Ablaufdiagramm der Fig. 15 dargestellten Routine zum Starten der Brennkraftmaschine gestartet. Bei der vorliegenden sechsten Ausführungsform, bei der die Kupplung im Energieübertragungspfad zwischen dem zweiten Motor/Generator 22 und den Antriebsrädern vorgesehen ist, wird der zweite Motor/Generator 22 selbst dann in einem aktiven Zustand gehalten, wenn der Schalthebel in die Park- oder Leerlaufstellung gestellt ist (P, N). Daher kann das Drehmoment des zweiten Motors/Generators 22 selbst in der Park- oder neutralen Position wie in der Vorwärtsfahrposition (D) durch Regulieren des elektrischen Stroms gesteuert werden.
  • Die Brennkraftmaschinenstartsteuerroutine von Fig. 15 wird mit Schritt SC1 ähnlich dem Schritt S1 eingeleitet, um zu bestimmen, ob der Befehl BRENNKRAFTMASCHINENSTART vorliegt. Wird in Schritt SC1 eine bejahende Entscheidung (JA) erhalten, geht der Steuerablauf weiter zu Schritt SC2, um zu bestimmen, ob der Schalthebel in die Park- oder neutrale Stellung (P, N) gestellt ist. Wird in Schritt SC2 eine bejahende Entscheidung (JA) erhalten, wird Schritt SC3 zum Lösen der Kupplung 112 durchgeführt, um den Energieübertragungspfad zu unterbrechen, woraufhin Schritt SC4 durchgeführt wird, um die Ausgänge des ersten Motors/Generators 16 und des zweiten Motors/Generators 22 zum Starten der Brennkraftmaschine 12 zu steuern. In diesem Fall werden der erste Motor/Generator 16 und der zweite Motor/Generator 22 beide in Vorwärtsrichtung betrieben. Im zweiten Modus wird der erste Motor/Generator 16 in der Vorwärtsrichtung betrieben, während der zweite Motor/Generator 22 so gesteuert wird (z. B. durch regeneratives Bremsen), daß er verriegelt ist. Im dritten Modus wird der zweite Motor/Generator 22 in der Vorwärtsrichtung betrieben, während der erste Motor/Generator 16 so gesteuert wird (z. B. durch regeneratives Bremsen), daß er verriegelt ist.
  • Das Fahrzeug ist im wesentlichen stationär, wobei der Schalthebel in die Park- oder neutrale Stellung gestellt ist. In diesem Fall wird die Brennkraftmaschine 12 gestartet, indem zuerst die Kuplung 112 ausgekuppelt wird, um den Energieübertragungspfad zu unterbrechen, und daraufhin der erste Motor/Generator 16 und der zweite Motor/Generator 22 so gesteuert werden, daß die Brennkraftmaschine 12 ohne eine für den Fahrzeugbediener unerwartete Änderung der Fahrzeugantriebskraft gestartet werden kann.
  • Es ist anzumerken, daß ein Abschnitt des Kontrollers 42, der einer Durchführung der Schritte SC3 und SC4 zugeordnet ist, die Brennkraftmaschinenstarteinrichtung darstellt.
  • Wird in Schritt SC2 eine negative Entscheidung (NEIN) erhalten, geht der Steuerablauf weiter zu SC4, um zu bestimmen, ob der Schalthebel in die Vorwärtsfahrstellung gestellt ist. Wird in Schritt SC5 eine bejahende Entscheidung (JA) erhalten, wird Schritt SC6 durchgeführt, um die Kupplung 112 zum Verbinden des Energieübertra gungspfads einzukuppeln, woraufhin Schritt SC7 durchgeführt wird, um den ersten Motor/Generator zum Starten der Brennkraftmaschine 12 in Vorwärtsrichtung zu betreiben. In dieser Hinsicht wird angemerkt, daß die Vorwärtsdrehung des ersten Motors/Generators 16 so zu interpretieren ist, daß sie die Anwendung eines vorwärtsgerichteten Drehmoments oder eines regenerativen Bremsmoments auf den ersten Motor/Generator 16 während seiner Rückwärtsdrehung mit umfaßt. Schritt SC7 kann so modifiziert sein, daß das Drehmoment des zweiten Motors/Generators 22 so gesteuert wird, daß eine Änderung der Fahrzeugantriebskraft beim Starten der Brennkraftmaschine 12 wie in Schritt SA9 in der vierten Ausführungsform der Fig. 8 und 9 absorbiert wird. Der Inhalt von Schritt SC7 kann in Abhängigkeit davon geändert werden, ob das Fahrzeug stationär ist oder fährt. Des weiteren kann die Brennkraftmaschine 12 mit in die gelöste Stellung gestellter Kupplung 112 gestartet werden, selbst wenn der Schalthebel in der Vorwärtsfahrstellung steht, wie in der neutralen oder Park-Stellung.
  • Die Kupplung 112 ist vorzugsweise eine hydraulisch betätigte Reibungskupplung. Die Kupplung 112 kann jedoch ein axial gleitverschiebliches Element zum Verbinden und Unterbrechen zweier Zahnräder aufweisen. Die Kupplung 112 kann in einer jeglichen geeigneten Position im Energieübertragungspfad zwischen dem Ausgangselement 18 und den Fahrzeugantriebsrädern angeordnet sein, beispielsweise zwischen der Zwischenwelle 28 und dem großen Zahnrad 30, oder zwischen dem Ausgangselement 18 und dem Abtriebsrad 26.
  • Ein Hybridantriebssystem 120 gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 16 und 17 beschrieben. Das Hybridantriebssystem 120 umfaßt den Brennkraftmaschinenstartmotor 102, wie er im Hybridantriebssystem 102 von Fig. 10 vorgesehen ist, und die Kupplung 112, wie sie im Hybridantriebssystem 110 von Fig. 13 vorgesehen ist. Falls der Brennkraftmaschinenstartmotor 102 als Hilfsmotor verwendet wird, wird eine Motorunterstützungsroutine im Ablaufdiagramm von Fig. 17 vor einer Routine zum Starten der Brennkraftmaschine ausgeführt, die identisch mit der Routine von Fig. 15 ist, abgesehen davon, daß Schritt SC1 fehlt. Diese Motorunterstützungsroutine wird mit Schritt SD1 eingeleitet, um zu bestimmen, ob der Befehl BRENNKRAFTMASCHINENSTART vorliegt. Wird in Schritt SD1 eine bejahende Entscheidung (JA) erhalten, geht der Steuerablauf weiter zu Schritt SD2, um zu bestimmen, ob der erste Motor/Generator 16 aufgrund einer in der Speichervorrichtung 40 gespeicherten, unzureichenden Energie betätigt werden kann, oder ob das Drehmoment des Motors/Generators 16 nicht ausreichend ist. Wird in Schritt SD2 eine negative Entscheidung (NEIN) erhalten, geht der Steuerablauf direkt weiter zu Schritt SC2 der Brennkraftmaschinenstart-Steuerroutine. Wird in Schritt SD2 eine bejahende Entscheidung (JA) erhalten, geht der Steuerablauf weiter zu Schritt SD3, um einen Befehl zum Betätigen des Brennkraftmaschinenstartmotors 102 zu erzeugen, um den ersten Motor/Generator 16 in Schritt SC4 oder SC7 zu unterstützen.
  • Es ist anzumerken, daß ein Abschnitt des Kontrollers 42, welcher der Durchführung der Schritte SD2 und SD3 zugeordnet ist, Motorunterstützungseinrichtungen zum Betätigen des Brennkraftmaschinenstartmotors 102 zum Unterstützen des Motors/Generators 16 und des Motors/Generators 22 zum Starten der Brennkraftmaschine 12 darstellt, wenn das Fahrzeug sich in einem vorgegebenen Zustand befindet, nämlich wenn die Brennkraftmaschine 12 nicht von dem ersten Motor/Generator 16 gestartet werden kann.
  • Die vorliegende siebte Ausführungsform kann dazu ausgelegt sein, die Kupplung 112 zu lösen, wenn der Schalthebel in die neutrale oder Parkstellung (N, P) gestellt ist, und die Kupplung einzurücken, wenn der Schalthebel in die Vorwärtsfahrposition (D) gestellt ist, wie in der sechsten Ausführungsform der Fig. 13-15, und die Brennkraftmaschine 12 durch Betätigen des Brennkraftmaschinenstartmotors 102 zu starten, außer wenn sich der erste Motor/Generator 16 im Motorbetriebszustand befindet, wie in der fünften Ausführungsform der Fig. 10 bis 12. Bei der vorliegenden siebten Ausführungsform können der erste Motor/Generator 16 und der zweite Motor/Generator 22 auch wie in Fig. 11 oder 14 angezeigt gesteuert werden.
  • Während die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen rein zu Veranschaulichungszwecken beschrieben wurden, sollte verstanden sein, daß die Erfindung nicht auf die Details der dargestellten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern anderweitig ausgeführt sein kann.
  • Während die Hybridantriebssysteme der veranschaulichten Ausführungsformen die Zwischenwelle 28 und den Drehzahlminderer 64 oder nur den Drehzahlminderer 64 zum Herabsetzen der Drehzahl des Ausgangselements 18 oder des Kettenrads 50 verwenden, kann das erfindungsgemäße Hybridantriebssystem jeglichen anderen Energieübertragungsmechanismus bzw. -mechanismen aufweisen, beispielsweise ein Getriebe mit einer Mehrzahl von Übersetzungsverhältnissen wie ein Getriebe vom Typ mit zwei parallelen Achsen oder vom Planetengetriebetyp, oder ein stufenloses Getriebe wie ein stufenloses Riemen-und- Riemenscheibengetriebe und/oder einen Vorwärts-Rückwärts- Schaltmechanismus mit Vorwärtsantrieb- und Rückwärtsantriebstellungen.
  • Die Anordnung von Brennkraftmaschine 12, erstem Motor/Generator, Verteilmechanismus 20 und zweitem Motor/Generator kann nach Bedarf modifiziert werden.
  • Es ist anzumerken, daß die vorliegende Erfindung mit verschiedenen weiteren Änderungen, Modifikationen und Verbesserungen ausgeführt werden kann, die für den Fachmann im Hinblick auf die obenstehende Lehre ersichtlich sein können.

Claims (8)

1. Hybridantriebssystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend:
eine durch Verbrennung eines Brennstoffs betriebene Brennkraftmaschine (12),
einen ersten Motor/Generator (16),
einen Verteilmechanismus (20) zum mechanischen Verteilen der Ausgangskraft der Brennkraftmaschine (12) auf den ersten Motor/Generator (16) und ein Ausgangselement (18, 60),
einen zweiten Motor/Generator (22), dessen Drehkraft auf das Ausgangselement (18, 60) übertragen wird,
eine Brennkraftmaschinenstarteinrichtung (42, 53, Q3, R2, SA3, SC4) zum Antreiben wenigstens des ersten Motors/Generators (16) oder des zweiten Motors/Generators (22), um die Brennkraftmaschine (12) über den Verteilmechanismus (20) anzukurbeln und dadurch zu starten, und
eine Antriebskraftänderungseinschränkeinrichtung (42, 48, 52, 68, 112, Q2, R2, SA6, SA9, SC3) zum Unterbinden bzw. Einschränken einer Änderung der Fahrzeugantriebskraft infolge einer beim Starten der Brennkraftmaschine (12) durch die Brennkraftmaschinenstarteinrichtung (42, Q3, R2, SA3, SC4) auf das Ausgangselement (18, 60) wirkenden Reaktionskraft, dadurch gekennzeichnet, daß
das Ausgangselement funktionell in der Weise mit einem Antriebsrad (76) des Kraftfahrzeugs in Verbindung steht, daß das Antriebsrad durch das Ausgangselement (18, 60) angetrieben wird, und
der Verteilmechanismus (20) ein Zahnradmechanismus mit drei Drehelementen ist, wobei ein erstes Drehelement (20s) mit dem ersten Motor/Generator (16), ein zweites Drehelement (20c) mit der Brennkraftmaschine (12) und ein drittes Drehelement (20r) mit dem zweiten Motor/Generator (22) in Verbindung steht.
2. Hybridantriebssystem nach Anspruch 1, wobei die An triebskraftänderungseinschränkeinrichtung eine Feststellbremseinrichtung (52, 68) zum mechanischen Feststellen des Antriebsrads (76) durch Betätigung eines von einem Bediener gesteuerten Betätigungselements (54, 72) umfaßt.
3. Hybridantriebssystem nach Anspruch 1, wobei die Antriebskraftänderungseinschränkeinrichtung eine Brennkraftmaschinenstartmotoransteuereinrichtung (42, R2, SA9) zum Ansteuern des zweiten Motors/Generators (22) in der Weise, daß eine Fahrzeugantriebskraftänderung beim Starten der Brennkraftmaschine (12) durch die Brennkraftmaschinenstarteinrichtung (42, R2, SA3) kompensiert wird, umfaßt.
4. Hybridantriebssystem nach Anspruch 1, wobei die Antriebskraftänderungseinschränkeinrichtung eine Brennkraftmaschinenstartbremseinrichtung (42, 48, Q2, SA6) zum automatischen mechanischen Bremsen des Antriebsrads (76) vor dem Starten der Brennkraftmaschine (12) durch die Brennkraftmaschinenstarteinrichtung (42, Q2, SA3) umfaßt.
5. Hybridantriebssystem nach einem der Ansprüche 2 to 4, wobei eine Einrichtung (42, SA5) zum Hemmen des Betriebs der Antriebskraftänderungseinschränkeinrichtung (42, 48, 52, 68, Q2, R2, SA6, SA9), wenn die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs über einer bestimmten Schwelle liegt, vorgesehen ist.
6. Hybridantriebssystem nach Anspruch 1, wobei die Antriebskraftänderungseinschränkeinrichtung umfaßt:
eine zwischen dem Ausgangselement (18) und dem Antriebsrad angeordnete Kupplung (112), die eine Kupplungsstellung zum Verbinden des Ausgangselements mit dem Antriebsrad und eine Lösestellung zum Unterbrechen der Verbindung zwischen dem Antriebsrad und dem Ausgangselement hat; und
eine Kupplungslöseeinrichtung (42, SC3) zum automatischen Versetzen der Kupplung in die Lösestellung, bevor die Brennkraftmaschinenstarteinrichtung (42, SC4) den wenigstens ersten Motor/Generator (16) oder zweiten Motor/Generator (22) antreibt, um die Brennkraftmaschine (12) anzukurbeln.
7. Hybridantriebssystem nach Anspruch 6, ferner umfassend einen Brennkraftmaschinenstartmotor (102) zum Starten der Brennkraftmaschine (12) und eine Motorunterstützungseinrichtung (42, SD2, SD3) zum Antreiben des Brennkraftmaschinenstartmotors, um den wenigstens ersten Motor/Generator (16) oder zweiten Motor/Generator (22) beim Starten der Brennkraftmaschine (12) zu unterstützen, wenn der wenigstens erste Motor/Generator (16) oder zweite Motor/Generator (22) sich in einem bestimmten Zustand befindet.
8. Hybridantriebssystem nach Anspruch 7, wobei die Motorunterstützungseinrichtung den Brennkraftmaschinenstartermotor (102) antreibt, wenn ein Start der Brennkraftmaschine (12) durch den wenigstens ersten Motor/Generator (16) oder zweiten Motor/Generator (22) nicht möglich ist.
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