DE69922731T2 - Vorrichtung zur Kraftübertragung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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generator
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Ryoso Hitachi-shi Masaki
Toshiyuki Tsuchiura-shi Innami
Yuzo Ishioka-shi Kadomukai
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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Konstruktion eines Kraftübertragungssystems, das einen Verbrennungsmotor (im Folgenden als ein Verbrennungsmotor bezeichnet), eine elektrische Energievorrichtung (im Folgenden als ein Motor bezeichnet) und eine Kraftübertragungsvorrichtung aufweist, und insbesondere eine Kraftübertragungsvorrichtung, die ausgebildet ist, die Übertragungseffizienz des Kraftübertragungssystems zu steigern.
  • Das offengelegte japanische Patent Nr. Hei 8-98322 offenbart ein bekanntes Beispiel, das eine Kraftübertragungsvorrichtung verwendet, die ausgebildet ist, die Übertragungseffizienz des Kraftübertragungssystems zu steigern.
  • In obiger Veröffentlichung wird eine Kraftübertragungskonstruktion beschrieben, in der ein Motor und ein Generator über ein Drehzahlerhöhungs-Getriebe miteinander verbunden sind und ein Drehmoment von einer Abtriebswelle des Generators über eine Kupplung an einen Motor übertragen wird. In der oben beschriebenen Kraftübertragungskonstruktion kann, da der Generator und der Motor eine Einstellung der Anzahl von Umdrehungen der Abtriebswelle mit hoher Genauigkeit ermöglichen, eine Drehmomentänderung zum Zeitpunkt des Umschaltens zwischen einem Serienmodus und einem Paralellmodus (Serienmodus: nur der Motor läuft unter Verwendung von durch den Verbrennungsmotor erzeugter Energie; Parallelmodus: der Verbrennungsmotor und der Motor laufen), die vom Einkuppeln und Auskuppeln der Kupplung verursacht wird, unterdrückt werden.
  • Für das oben beschriebene System ist es notwendig, den Verbrennungsmotor, den Motor und den Generator synthetisch zu steuern, so dass eine Bedienungsperson (ein Fahrer) den Verbrennungsmotor und den Motor in einem Bereich hoher Effizienz betreiben kann, während eine von einer Bedienungsperson geforderte Beschleunigung und Verzögerung zufrieden gestellt wird. Deswegen wird eine Struktur vorgesehen, in welcher der Verbrennungsmotor mit dem Generator verbunden ist und ein Drehmoment von der Abtriebswelle des Generators über die Kupplung an den Motor übertragen wird.
  • Mit dieser Struktur tritt in dem Fall, wenn das Fahrzeug in dem Zustand beschleunigt werden soll, in dem die Kupplung eingekuppelt ist (der Parallelmodus), ein Trägheits-Drehmoment eines rotierenden Teils des Generators auf, und es ist erforderlich, ein Drehmoment entsprechend dem Trägheits-Drehmoment durch den Verbrennungsmotor oder den Motor zu korrigieren. Somit ist es nicht möglich, eine Zunahme beim Kraftstoffverbrauch aufgrund des Trägheits-Drehmoments zu vermeiden.
  • DE 44 44 545 A1 beschreibt ein Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem elektrischen Motor, wobei beide für eine Fortbewegung verwendet werden, zusammen mit einer Traktionsbatterie, um den elektrischen Motor zu versorgen. Ein getrennter Generator lädt eine Batterie und wird angetrieben von dem AC-Verbrennungsmotor oder von einem darin befindlichen Modul, das in einem einzelnen Betriebspunkt arbeitet. Eine Entkopplungsvorrichtung ist vorgesehen, um den Verbrennungsmotor oder das Verbrennungsmotor-Modul während des Ladens der Batterie von dem Fahrzeugantrieb zu trennen, und eine Kupplung befindet sich zwischen dem Generator und dem Verbrennungsmotor. Schwungräder sind in dem Generator und dem elektrischen Motor integriert und arbeiten in Verbindung mit dem AC-Verbrennungsmotor oder seinen separaten Modulen.
  • JP-50030223 A offenbart eine Getriebeübertragungsvorrichtung eines elektrischen Fahrzeugs mit Hybridantrieb, das ein Planetengetriebe aufweist, das aus einem Sonnenrad, einem Zwischenrad und einem Tellerrad besteht, das mit der Abtriebswelle eines Verbrennungsmotors über eine erste Schaltkupplung verbunden ist, wobei eine zweite Welle des Planetengetriebes mit der Abtriebswelle eines Generators verbunden ist und eine dritte Welle des Planetengetriebes mit einer Antriebswelle eines Fahrzeugs verbunden ist, so dass ein M-Modus, in dem das Fahrzeug nur von einem Motor angetrieben wird, durch Verbinden der Abtriebswelle des Motors und der dritten Welle über eine Getriebeübertragung realisiert wird. Ein M-E-Modus, in dem das Fahrzeug von dem Verbrennungsmotor und dem Motor zusammen angetrieben wird, wird realisiert, indem eine Batterie und eine Steuereinrichtung zwischen dem Generator und dem Motor vorgesehen werden und diese elektronisch miteinander verbunden werden. Ein E-Modus, in dem das Fahrzeug von dem Verbrennungsmotor angetrieben wird, wird realisiert, indem eine zweite Schaltkupplung auf der zweiten Welle oder zwischen der ersten und der zweiten Welle vorgesehen wird.
  • JP-08098322 A offenbart ein Verfahren zum Umschalten des Fahrmodus von dem Serienhybridfahrmodus zu dem Parallelhybridfahrmodus ohne eine Beeinträchtigung durch das Schalten, indem ein Drehmoment eines Generators derart gesteuert wird, dass die Umdrehungen eines Generators und die Umdrehungen eines Motors im Wesentlichen miteinander übereinstimmen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Hinsichtlich des oben Erwähnten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in dem Fall, in dem der oben erwähnte Betrieb im Parallelmodus eingesetzt wird und ein Aufladen der Batterie nicht erforderlich ist, die Wirtschaftlichkeit hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs des Fahrzeugs zu verbessern.
  • Um die oben erwähnte Aufgabe zu erfüllen, ist eine Kraftübertragungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 1 vorgesehen.
  • Gemäß der Erfindung kann die Erzeugung eines Trägheits-Drehmoments des Generators unterdrückt werden, wodurch die Wirtschaftlichkeit hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs des Fahrzeugs verbessert wird.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt eine Ansicht der Struktur eines Hybridfahrzeugsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 2 zeigt ein Blockdiagramm der Steuerung von 1;
  • 3 zeigt die Soll-Drehmoment-Charakteristiken einer Antriebswelle von 1;
  • 4 zeigt Charakteristiken von Schaltbefehlen von 1;
  • 5 zeigt eine Ansicht der Systemstruktur von 1 in einem Serienmodus;
  • 6 zeigt eine Ansicht der Systemstruktur von 1 in einem Parallelmodus bei geringer Geschwindigkeit;
  • 7 zeigt eine Ansicht der Systemstruktur von 1 in einem Parallelmodus bei hoher Geschwindigkeit;
  • 8 zeigt ein Zeitdiagramm zu dem Zeitpunkt des Betriebs in einem Serienmodus von 1;
  • 9 zeigt ein Zeitdiagramm zu dem Zeitpunkt des Betriebs in einem Parallelmodus von 1;
  • 10 zeigt ein Zeitdiagramm zu dem Zeitpunkt des Schaltens eines Schaltmechanismus von 1;
  • 11 zeigt ein Zeitdiagramm zu dem Zeitpunkt einer Störung eines Stellglieds von 1; und
  • 12 zeigt ein Beispiel eines als ein lineares Stellglied von 1 verwendeten Taumelmotors.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Die Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.
  • 1 zeigt die Konstruktion eines Hybridfahrzeugsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In dem in 1 gezeigten System hat eine Abtriebswelle 2 eines Verbrennungsmotors 1 ein verbrennungsmotorseitiges Zahnrad 4 für geringe Drehzahl mit einem eingreifenden Zahnrad 3, ein verbrennungsmotorseitiges Zahnrad 6 für hohe Drehzahl mit einem eingreifenden Zahnrad 5, eine Nabe 7 und eine Muffe 8 zum direkten Verbinden des verbrennungsmotorseitigen Zahnrads 4 für geringe Drehzahl oder des verbrennungsmotorseitigen Zahnrads 6 für hohe Drehzahl mit der Abtriebswelle 2. Ein Stopper (nicht gezeigt) ist vorgesehen, so dass sich das verbrennungsmotorseitige Zahnrad 4 für geringe Drehzahl und das verbrennungsmotorseitige Zahnrad 6 für hohe Drehzahl nicht in die Achsenrichtung der Abtriebswelle 2 bewegen können. Die Nabe 7 ist innen mit Aussparungen (nicht gezeigt) versehen, die mit einer Vielzahl von Aussparungen 9 der Abtriebswelle 2 in Eingriff stehen. Die Nabe 7 ist in eine Achsenrichtung der Abtriebswelle 2 bewegbar, aber die Bewegung der Nabe 7 in einer Rotationsrichtung der Abtriebswelle 2 ist begrenzt. Dadurch wird das von dem Verbrennungsmotor 1 ausgegebene Drehmoment an die Nabe und an die Muffe übertragen. Um das Drehmoment von dem Verbrennungsmotor 1 an das verbrennungsmotorseitige Zahnrad 4 für geringe Drehzahl oder das verbrennungsmotorseitige Zahnrad 6 für hohe Drehzahl zu übertragen, ist es notwendig, die Muffe 8 in einer Achsenrichtung der Abtriebswelle 2 zu bewegen, um das eingreifende Zahnrad 3 oder 5 direkt mit der Nabe 7 zu verbinden. Die eingreifenden Zahnräder 3 und 5 und die Nabe 7 sind mit denselben Aussparungen versehen, und die Muffe 8 ist innen mit einer Aussparung (nicht gezeigt) versehen, die in Eingriff mit der Nabe 7 steht. Zur Bewegung der Muffe 8 ist ein lineares Stellglied vorgesehen, das aufweist ein Gestell (rack) 11, ein mit dem Gestell 11 in Eingriff stehendes Ritzel 12 und einen Schrittmotor (1) 13. Der äußere periphere Teil der Muffe 8 ist in der Rotationsrichtung der Abtriebswelle 2 frei und ein Hebel 14 ist vorgesehen, der in Bezug auf die Rotation der Muffe 8 nicht rotiert wird. Der Kupplungsmechanismus, der die Nabe 7, die Muffe 8, das eingreifende Zahnrad 3 und das eingreifende Zahnrad 5 aufweist, wird als eine Klauenkupplung bezeichnet. Dieser Mechanismus ermöglicht die Übertragung von Energie von einer Energiequelle, wie dem Verbrennungsmotor 1, an ein Rad 10 mit hoher Effizienz, um die Wirtschaftlichkeit hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs zu verbessern. Da der Schrittmotor (1) 13 durch die Anzahl der voreingestellten Schritte den Rotationswinkel erkennen kann, kann eine Bewegungsposition des Gestells 11 beurteilt werden. Es ist deswegen möglich, zu beurteilen, ob im Moment das verbrennungsmotorseitige Zahnrad 4 für geringe Drehzahl oder das verbrennungsmotorseitige Zahnrad 6 für hohe Drehzahl verwendet wird, oder ob sich die Position in einer neutralen Position befindet. Die oben beschriebene Beurteilung kann durch eine Kombination eines Sensors zum Erfassen einer Position des Gestells und eines DC-Motors anstelle des Schrittmotors gemacht werden.
  • Der oben beschriebene Kupplungsmechanismus und das lineare Stellglied werden auch auf die direkte Verbindung zwischen der Abtriebswelle 2 des Verbrennungsmotors 1 und einer Abtriebswelle 16 eines Generators 15 angewendet. Die Abtriebswelle 2 ist versehen mit einem Zahnrad 18 zum Erfassen der Motordrehzahl Ne des Verbrennungsmotors 1 mit einem eingreifenden Zahnrad 17, das zusammen mit der Abtriebswelle 2 rotiert wird. Ferner ist die Abtriebswelle 16 versehen mit einem Zahnrad 22 zum Erfassen der Drehzahl Ng des Generators 15 mit einem eingreifenden Zahnrad 21 und einer Nabe 20, die entlang einer Aussparung 19 in der Achsenrichtung der Abtriebswelle 16 bewegbar ist. Eine Muffe 23 ist an der Außenfläche der Nabe 20 vorgesehen. Ferner ist ein Axiallager 24 zwischen der Abtriebswelle 2 und der Abtriebswelle 16 vorgesehen, um den Reibungswiderstand zu verringern, der durch den Kontakt zwischen den beiden Abtriebswellen verursacht wird, und um eine Abweichung der Welle zu verhindern. Das lineare Stellglied besteht aus einem Hebel 25, einem Gestell 26, einem Ritzel 27 und einem Schrittmotor (2) 28.
  • Eine Abtriebswelle 30 eines Motors 29 zum Antrieb eines Fahrzeugs (nicht gezeigt) ist versehen mit einem motorseitigen Zahnrad 31 für geringe Drehzahl, das mit dem verbrennungsmotorseitigen Zahnrad 4 für geringe Drehzahl in Eingriff steht, und einem motorseitigen Zahnrad 32 für hohe Drehzahl, das mit dem verbrennungsmotorseitigen Zahnrad 6 für hohe Drehzahl in Eingriff steht. Das motorseitige Zahnrad 31 für geringe Drehzahl wird auch zum Erfassen der Drehzahl Nm des Motors 29 verwendet. Ferner ist die Abtriebswelle 30 mit einem End-Differential-Getriebe 33 versehen, um das Fahren des Fahrzeugs nur durch den Motor 29 zu ermöglichen.
  • In dem Verbrennungsmotor 1 wird der Fluss der Ansaugluft durch eine elektronisch gesteuerte Drosselklappe 35 (die ein Drosselventil 36, einen Antriebsmotor 37 und einen Drosselklappen-Sensor 38 aufweist) gesteuert, die an einem Ansaugrohr 34 vorgesehen ist, so dass der dem Ansaugluftfluss entsprechende Kraftstofffluss von den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 39 ausgestoßen wird. Der Zündzeitpunkt wird bestimmt von Signalen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, der Motordrehzahl, usw., bestimmt aus dem Ansaugluftfluss und dem Kraftstofffluss, und die Zündung wird durchgeführt von einer Zündvorrichtung 40. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 39 umfassen ein Einlasskanal-Einspritzsystem, in dem Kraftstoff in einen Einlasskanal eingespritzt wird, oder ein direktes Einspritzsystem, in dem Kraftstoff direkt in einen Zylinder gespritzt wird. Vorzugsweise werden von dem Verbrennungsmotor erforderliche Betriebsbereiche (von dem Motordrehmoment und der Motordrehzahl bestimmte Bereiche) verglichen, um einen Verbrennungsmotor des Systems zu wählen, der die Wirtschaftlichkeit hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs verbessern kann und ein exzellentes Abgasverhalten hat.
  • Im Folgenden wird die Steuervorrichtung für den Verbrennungsmotor 1, den Generator 15 und den Motor 29 unter Bezugnahme auf 2, ein Blockdiagramm für die Steuerung, 3, eine Soll-Drehmoment-Charakteristik einer Antriebswelle, und 4, eine Charakteristik von Schaltbefehlen, erläutert. Zuerst werden in eine Kraftübertragungs-Steuereinheit 41 von 1 ein Winkel α des Gaspedals, eine Bremspedalkraft β, eine Position Ii eines Schalthebels, eine Batteriekapazität Vb, die von einer Motordrehzahl-Erfassungsvorrichtung 42 erfasste Drehzahl Nm des Motors 29, die von einer Verbrennungsmotordrehzahl-Erfassungsvorrichtung 43 erfasste Verbrennungsmotordrehzahl Ne und die von einer Generatordrehzahl-Erfassungsvorrichtung 44 erfasste Generatordrehzahl Ng eingegeben. In der Kraftübertragungs-Steuereinheit 41 wird das Drehmoment des Verbrennungsmotors 1 berechnet und über ein LAN als Kommunikationsmittel an eine Verbrennungsmotor-Steuereinheit 45 übertragen. In der Verbrennungsmotor-Steuereinheit 45 werden ein Öffnungsgrad einer Drosselklappe zum Erreichen des Motordrehmoments, die Kraftstoffflussrate und der Zündzeitpunkt berechnet und ihre entsprechenden Stellglieder werden gesteuert. Ferner werden in der Kraftübertragungs-Steuereinheit 41 die Drehmomente des Motors 29 und des Generators 15 und die Anzahl der Schritte des Schrittmotors (1) 13 und des Schrittmotors (2) 28 berechnet und über das LAN an die Motor-Steuereinheit 46 übertragen, so dass die Stellglieder demgemäß gesteuert werden. Die Motor-Steuereinheit 46 ermöglicht, dass eine von dem Generator 15 erhaltene elektrische Energie eine Batterie 47 lädt und Energie von der Batterie 47 geliefert wird, um den Motor 29 und ähnliches anzutreiben. Unter Bezugnahme auf 2 wird in der Kraftübertragungs-Steuereinheit 41 zuerst in dem Vorgang 48 durch die Funktion f die Fahrzeuggeschwindigkeit Vsp aus der Motordrehzahl Nm berechnet. Dann wird in dem Vorgang 49 das von einem Fahrer angestrebte Soll-Drehmoment Ttar der Antriebswelle aus der Fahrzeuggeschwindigkeit Vsp, dem Winkel α des Gaspedals, der Bremspedalkraft β und der Position Ii des Schalthebels berechnet. In dem Vorgang 50 wird ein Schaltbefehl Ss aus dem Soll-Drehmoment Ttar der Antriebswelle und der Fahrzeuggeschwindigkeit Vsp berechnet, um das Zahnrad 3 für geringe Drehzahl oder das Zahnrad 6 für hohe Drehzahl auszuwählen. Schließlich werden in dem Vorgang 51 Drehmomente der Stellglieder (ein Verbrennungsmotordrehmoment Te, ein Motordrehmoment Tm und ein Generatordrehmoment Tg), eine Schrittanzahl Sn1 des Schrittmotors (1) und eine Schrittanzahl Sn2 des Schrittmotors (2) aus dem Soll-Drehmoment Ttar der Antriebswelle, der Fahrzeuggeschwindigkeit Vsp, der Batteriekapazität Vb, der Verbrennungsmotordrehzahl Ne und der Generatordrehzahl Ng berechnet und ausgegeben.
  • In 3 zeigt die Achse der Abszisse die Fahrzeuggeschwindigkeit Vsp und die Achse der Ordinate den Soll-Drehmoment Ttar der Antriebswelle an. Ein Teil oberhalb eines Schnittpunktes der zwei Achsen stellt dar, dass das Antriebs-Drehmoment positiv ist, während ein Teil darunter anzeigt, dass das Antriebs-Drehmoment negativ ist. Ein Teil rechts von dem Schnittpunkt stellt ein Vorwärtsfahren dar, während ein Teil links davon ein Rückwärtsfahren darstellt. Die durchgehende Linie zeigt den Winkel α des Gaspedals (%) an und die diagonale Linie zeigt die Bremspedalkraft β an. Je mehr % der Winkel α des Gaspedals hat, desto größer ist das Soll-Drehmoment Ttar der Antriebswelle, da ein Fahrer ein Gefühl einer schnellen Beschleunigung erfordert. Im Fall des Rückwärtsfahrens ist das Soll-Drehmoment der Antriebswelle gering, da die Fahrzeuggeschwindigkeit nicht erhöht werden muss. Die Bremspedalkraft β zeigt einen hohen Wert in dem unteren Teil von 3, was anzeigt, dass ein Fahrer eine große Verlangsamung erfordert. Bei der geringen Fahrzeuggeschwindigkeit, bei welcher der Winkel α des Gaspedals 0% beträgt, ist das Soll-Antriebs-Drehmoment positiv, um das Drehmoment des Motors 29 derart zu erzeugen, um die Erzeugung des maximalen Drehmoments bei Stehenbleiben-Geschwindigkeit unter Verwendung eines Drehmomentwandlers zu simulieren.
  • Als nächstes werden die Anwendungsbetriebsbereiche des Verbrennungsmotors 1 und des Motors 29 erläutert. Der flächig dargestellte Bereich ist ein Antriebsbereich des Motors und der diagonal dargestellte Bereich ist ein Antriebsbereich des Verbrennungsmotors. Normalerweise ist es in einem Bereich, in dem das Soll-Drehmoment Ttar der Antriebswelle zum Zeitpunkt des Vorwärtsfahrens und des Rückwärtsfahrens gering ist, hinsichtlich des kompakten und geringen Gewichts des Verbrennungsmotors 1 und des Motors 2 und der Verbesserung der Wirtschaftlichkeit hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs, was aus dem Betrieb mit hoher Effizienz resultiert, notwendig, nur den Motor 1 zu betreiben. Ferner wird in dem Fall, in dem das Soll-Drehmoment Ttar der Antriebswelle negativ ist, der Regenerierungsbetrieb des Motors 1 durchgeführt, um die von einem Fahrer angeforderte Verlangsamung und die Verbesserung der Wirtschaftlichkeit hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs durch Wiedergewinnung einer kompatiblen Energie zu erreichen.
  • 4 zeigt die Charakteristiken eines Schaltbefehls Ss eines Schaltmechanismus unter Verwendung der Klauenkupplung, um den Betriebsbereich des Verbrennungsmotors 1 und des Motors 2 hoch effizient zu machen. In 4 wird der Schaltbefehl Ss aus der Fahrzeuggeschwindigkeit Vsp und dem Soll-Drehmoment Ttar der Antriebswelle bestimmt. In dem Schaltbefehl Ss wird der Wert, an dem der Verbrennungsmotor 1 und der Motor 2 die maximale Effizienz in dem gesamten Betriebsbereich haben, durch Versuch oder Simulation im Vorhinein erhalten und in Speichermitteln (nicht gezeigt) in der Kraftübertragungs-Steuereinheit 41 gespeichert.
  • Das Betriebsprinzip der in 1 gezeigten Systemstruktur wird unter Bezugnahme auf die 5 bis 10 erläutert. 5 zeigt die Systemstruktur in einem Serienmodus, 6 zeigt die Systemstruktur in einem Parallelmodus bei geringer Geschwindigkeit, 7 zeigt die Systemstruktur in einem Parallelmodus bei hoher Geschwindigkeit, 8 ist ein Zeitdiagramm zu dem Zeitpunkt des Betriebs in einem Serienmodus, 9 ist ein Zeitdiagramm zu dem Zeitpunkt des Betriebs in einem Parallelmodus, und 10 ist ein Zeitdiagramm zu dem Zeitpunkt des Schaltens eines Schaltmechanismus.
  • In 5 ist der hier genannte Serienmodus ein Betriebsvorgang, in dem der Generator 15 von dem Verbrennungsmotor 1 angetrieben wird, und der Motor 29 von in der Batterie 47 geladener Energie angetrieben wird, um das Fahrzeug anzutreiben. In diesem Fall wird der Schrittmotor (1) 13 nach rechts rotiert, das Gestell 11 wird nach links bewegt und die Muffe 8 wird auf eine neutrale Position gesetzt. Ferner wird der Schrittmotor (2) 28 nach rechts rotiert, das Gestell 26 wird nach links bewegt und die Muffe 23 wird auf das eingreifende Zahnrad 17 gesetzt, das auf der Abtriebswelle 2 des Verbrennungsmotors 1 vorgesehen ist. Dadurch treibt der Verbrennungsmotor 1 nur den Generator 15 an, um ein Laden der Batterie 47 zu ermöglichen. Ferner kann der Generator 15 auch als ein Motor betrieben werden und der Verbrennungsmotor 1 wird durch den Generator 15 gestartet. Als nächstes wird ein Beispiel des Betreibens des in 5 gezeigten Systems unter Bezugnahme auf 8 erläutert. In 8 zeigt die Achse der Abszisse die Zeit an und die Achse der Ordinate zeigt die Position Ii des Schalthebels, den Winkel α des Gaspedals, die Bremspedalkraft β, das Motordrehmoment Tm, die Fahrzeuggeschwindigkeit Vsp, die Batteriekapazität Vb, die Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors, die Schrittanzahl Sn1 des Schrittmotors (1), die Schrittanzahl Sn2 des Schrittmotors (2) und die Generatordrehzahl Ng. Die Fahrbedingungen sind der Fall, wenn das Fahrzeug aus seinem Stop-Zustand startet und der Winkel α des Gaspedals während des Fahrens verändert wird. Ein Fahrer betätigt eine Bremse in dem Zustand, in dem die Position des Schalthebels N (neutral) ist und deswegen hält das Fahrzeug an. Die Batteriekapazität befindet sich ebenfalls in einem Zustand, in dem sie kein Laden benötigt. Wenn die Batteriekapazität 75% übersteigt, verringert sich die Effizienz, und wenn sie nicht mehr als 50% beträgt, ist der Spannungsabfall hoch, um eine Entladeleistung zu verringern. Es ist deswegen wünschenswert, dass in dem in 8 flächig grau dargestellten Teil ein Laden der Batterie 47 ausgeführt wird. Nachdem die Position des Schalthebels von N (neutral) nach D (Fahren: vorwärts) bewegt wurde (a), wird das Motordrehmoment Tm gemäß dem Winkel α des Gaspedals bestimmt. Unmittelbar nach dem Schalten (a) von N nach D ist, da der Winkel α des Gaspedals 0% ist und das Fahrzeug eine geringe Geschwindigkeit hat, das Motordrehmoment Tm um das maximale Drehmoment bei der Stehenbleiben-Rotation positiv, so dass das Fahrzeug zu fahren beginnt. Danach wird die Kapazität Vb der Batterie durch den Betrieb des Motors 29 verringert. Zu dem Zeitpunkt (b), wenn die Kapazität Vb der Batterie geringer als 50% ist, wird der Generator 15 als ein Motor verwendet, um den Verbrennungsmotor 1 zu starten. Danach wird der Generator 15 als ein Generator verwendet und ein Laden wird von dem Drehmoment des Verbrennungsmotors 1 bewirkt. In dem Fall, in dem ein Fahrer den Winkel α des Gaspedals auf 0% setzt (c) und eine Bremse betätigt (d), wird die Regenerierung durch den Motor 29 ausgeführt, um die Batterie zu laden.
  • In 6 ist der bezeichnete Parallelmodus eine Betriebsform, in welcher der Generator 15 von dem Verbrennungsmotor 1 angetrieben wird, der Motor 29 von in der Batterie 47 geladener Energie angetrieben wird, um das Fahrzeug zu fahren, und gleichzeitig das Drehmoment des Verbrennungsmotors 1 angewendet wird, um das Fahrzeug zu fahren. In diesem Fall wird der Schrittmotor (1) 13 nach rechts rotiert, das Gestell 11 wird nach links bewegt und die Muffe 8 wird auf das eingreifende Zahnrad 3 gesetzt, das auf dem verbrennungsmotorseitigen Zahnrad 4 für geringe Drehzahl vorgesehen ist. Ferner wird der Schrittmotor (2) 28 nach links rotiert, das Gestell 26 wird nach rechts bewegt und die Muffe 23 wird auf das eingreifende Zahnrad 21 gesetzt, das auf der Abtriebswelle 16 des Generators 15 befestigt ist. Dadurch wird das Drehmoment des Verbrennungsmotors 1 über das verbrennungsmotorseitige Zahnrad 4 für geringe Drehzahl und das motorseitige Zahnrad 31 für geringe Drehzahl an das Rad 10 übertragen. Ein Beispiel des Betriebs des in 6 gezeigten Systems wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 9 erläutert. In 9 zeigt die Achse der Abszisse die Zeit an und die Achse der Ordinate zeigt die Position Ii des Schalthebels, den Winkel α des Gaspedals, die Bremspedalkraft β, das Motordrehmoment Tm, das Drehmoment Te des Verbrennungsmotors, das Drehmoment To der Antriebswelle, die Fahrzeuggeschwindigkeit Vsp, die Motordrehzahl Ne, die Schrittanzahl Sn1 des Schrittmotors (1), die Schrittanzahl Sn2 des Schrittmotors (2) und die Generatordrehzahl Ng. Die Fahrbedingungen sind der Fall, wenn der Winkel α des Gaspedals während des Fahrens mit gleich bleibender Fahrzeuggeschwindigkeit verändert wird. Wenn der Winkel α des Gaspedals vergrößert wird (e), nimmt das Soll-Drehmoment Ttar der Antriebswelle zu. Deswegen ist es notwendig, das Motordrehmoment Tm zu erhöhen und das Drehmoment Te des Verbrennungsmotors auszugeben. Da zu diesem Zeitpunkt der Verbrennungsmotor 1 und der Generator 15 integriert sind, wird die Abtriebswelle 2 des Verbrennungsmotors 1 auf die Drehzahl (Drehzahl des Motors 29) des verbrennungsmotorseitigen Zahnrads 4 für geringe Drehzahl durch den Generator 15 angepasst, der Schrittmotor (2) wird bei (f) auf die positive Seite rotiert (Rotation nach rechts: Bewegung des Gestells 11 nach links) und die Muffe 8 wird mit dem eingreifenden Zahnrad 3 des verbrennungsmotorseitigen Zahnrads 4 für geringe Drehzahl in Eingriff gebracht. Dadurch wird der Parallelmodus ermöglicht durch weiches Hinzufügen des Drehmoments Te des Verbrennungsmotors. Wenn der Winkel α des Gaspedals verringert wird (g), wird nur das Drehmoment Te des Verbrennungsmotors auf Null gesetzt und das Fahren wird nur von dem Motordrehmoment Tm bewirkt. Zu diesem Zeitpunkt wird die durch die Bewegung der Muffe 8 verursachte Schaltung hinsichtlich einer Schockverringerung zum Zeitpunkt der Verlangsamung nicht ausgeführt.
  • 7 zeigt einen Parallelmodus zum Zeitpunkt einer hohen Geschwindigkeit. Hier wird der Schrittmotor (1) 13 nach links rotiert, das Gestell 11 wird nach rechts bewegt und die Muffe 8 wird auf das eingreifende Zahnrad 5 gesetzt, das auf dem verbrennungsmotorseitigen Zahnrad 6 für hohe Drehzahl vorgesehen ist. Der Schrittmotor (2) 28 wird nach links rotiert, das Gestell 26 wird nach rechts bewegt und die Muffe 8 wird außer Eingriff von der Abtriebswelle 2 des Verbrennungsmotors 1 gebracht. Dadurch wird das Drehmoment des Verbrennungsmotors 1 über das verbrennungsmotorseitige Zahnrad 6 für hohe Drehzahl und das motorseitige Zahnrad 32 für hohe Drehzahl an das Rad 10 übertragen. Bei der Beschleunigung wird der Generator 15 außer Eingriff von der Abtriebswelle 2 gebracht und ein Drehmoment, das einem Trägheitsdrehmoment des Generators entspricht, kann reduziert werden. Deswegen ist es nicht notwendig, das Drehmoment des Verbrennungsmotors 1 zu erhöhen, um bei der Beschleunigung die Wirtschaftlichkeit hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs zu verbessern. Ein Beispiel des Betriebs des in 7 gezeigten Systems wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 10 erläutert. In 10 zeigt die Achse der Abszisse die Zeit an und die Achse der Ordinate zeigt den Schaltbefehl Ss, den Winkel α des Gaspedals, die Bremspedalkraft β, das Motordrehmoment Tm, das Drehmoment Te des Verbrennungsmotors, das Drehmoment Tg des Generators, das Drehmoment To der Antriebswelle, die Fahrzeuggeschwindigkeit Vsp, die Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors, die Schrittanzahl Sn1 des Schrittmotors (1) und die Schrittanzahl Sn2 des Schrittmotors (2) an. Die Fahrbedingungen sind der Fall, wenn der Schaltbefehl Ss während des Fahrens mit einem gleich bleibenden Winkel α des Gaspedals verändert wird. Nachdem der Schaltbe fehl Ss verändert wurde (h), wird die Schaltung durch die Bewegung der Muffe 8 gemacht. Deswegen werden das Drehmoment Te des Verbrennungsmotors und das Drehmoment Tg des Generators temporär erhöht und die Schrittanzahl Sn1 des Schrittmotors (1) wird auf negativ gesetzt und die Schaltung des verbrennungsmotorseitigen Zahnrads 6 für hohe Drehzahl wird ausgeführt. Dies geschieht aufgrund der Tatsache, dass, wenn ein Drehmoment an der Muffe 8 auftritt, die Bewegung der Muffe 8 schwierig ist. Da zum Zeitpunkt des Schaltens das Drehmoment von dem Verbrennungsmotor 1 geringer wird, wird das Drehmoment Tm des Motors 29 unter Nichtbeachtung der Kraftstoffkosten erhöht, um zu verhindern, dass das Drehmoment geringer wird. Die Häufigkeit der Zunahme des Motordrehmoments Tm erfolgt lediglich während des Schaltens, was nicht zu einer Zunahme der Kraftstoffkosten führt.
  • 11 ist ein Zeitdiagramm für den Fall, dass ein Stellglied Schwierigkeiten hat. In 11 zeigt die Achse der Abszisse die Zeit an und die Achse der Ordinate zeigt ein ausfallsicheres Flag Ff, den Schaltbefehl Ss, den Winkel α des Gaspedals, die Bremspedalkraft β, das Motordrehmoment Tm, das Drehmoment Te des Verbrennungsmotors, das Drehmoment Tg des Generators, das Drehmoment To der Antriebswelle, die Fahrzeuggeschwindigkeit Vsp, die Schrittanzahl Sn1 des Schrittmotors (1) und die Schrittanzahl Sn2 des Schrittmotors (2) an. Die Ausfallbedingungen sind der Fall, wenn der Schrittmotor (1) nicht in Gang gesetzt wird und das verbrennungsmotorseitige Zahnrad 4 für geringe Drehzahl fest ist. In dem Fall, in dem der Ausfall von der Kraftübertragungs-Steuereinheit 41 bewertet wird (j), sollte ein Fahren von dem Motor 29 und dem Generator 15 ausgeführt werden, um eine Gefahr zu vermeiden, und eine Eingabe von dem Verbrennungsmotor 1 wird abgesperrt. Dadurch wird das Drehmoment Te des Verbrennungsmotors zwischen j und k allmählich auf Null gesetzt, um den Schock zu reduzieren, und die Schritt anzahl Sn2 des Schrittmotors (2) wird auf Null zurückgesetzt und der Generator 15 wird derart gesetzt, um als Motor verwendet zu werden. In dem Fall, in dem als der Ausfallzustand der Schrittmotor (2) an der Abtriebswelle 16 des Generators 15 fest ist, wie von der diagonalen Linie gezeigt wird, wird das Drehmoment Te des Verbrennungsmotors zwischen j und k genauso allmählich eingestellt, um den Schock zu reduzieren, und die Schrittanzahl Sn2 des Schrittmotors (1) wird auf Null zurückgesetzt, um die Schaltposition auf einen neutralen Punkt zu setzen. Dadurch resultiert das Fahren nur durch den Motor 29 und es ist möglich, den Schock zu unterdrücken, um einem Fahrer ein unangenehmes Gefühl zu ersparen, und um eine Gefahr zu vermeiden.
  • 12 zeigt ein Beispiel, in dem ein Taumelmotor (wobble motor) als ein lineares Stellglied verwendet wird. In dem Fall des wie oben beschriebenen Systems kann, da die Schalthäufigkeit gering ist, wenn eine Energie der Klauenkupplung in dem Betrieb außer beim Schalten nicht vorgesehen ist, der Energieverbrauch reduziert werden und die Wirtschaftlichkeit hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs kann verbessert werden. Somit wurde ein in 12 gezeigtes lineares Stellglied angewendet. Die Muffe 8 ist mit einem Hebel 52 zur Bewegung der Muffe 8 versehen. Ein Element 54 zur Aufnahme einer Kugel 53 ist an dem Hebel 52 befestigt, wobei die Kugel derart eingesetzt ist, dass sie keine Rotation einer Schraube 56 an den Hebel 52 überträgt. Die Schraube 56 wird rotiert durch eine an einen Stator 55 gelieferte Energie, um eine lineare Bewegung zu bewirken. Aufgrund der linearen Bewegung der Schraube 56, bewegen sich der Hebel 52 und die Muffe 8 derart, dass das Schalten oder Ähnliches ausgeführt wird. Das lineare Stellglied wird nicht bewegt, da die Schraube 56 mit dem Gewindeteil des Stators 55 hinsichtlich der Reaktion von der Muffe 8 in Eingriff steht, und wenn die Muffe 8 fest ist, ist keine E nergie (Leistung) erforderlich. Ein Motor, der die Schraube 56 und den Stator 55 aufweist, wird als Taumelmotor bezeichnet.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Kraftübertragungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, die einen von einer Ausgabe des Verbrennungsmotors angetriebenen Generator, eine von der Generatorausgabe des Generators geladene Batterie, und einen von einer Entladungsausgabe der Batterie angetriebenen Motor aufweist, wobei ein Kupplungsmechanismus zwischen der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors und einer Abtriebswelle des Generators vorgesehen ist, wodurch ein Auftreten eines Trägheitsdrehmoments des Generators unterdrückt werden kann. Deswegen ist es nicht notwendig, das von dem Verbrennungsmotor oder dem Motor erzeugte Trägheitsdrehmoment zu korrigieren, wodurch eine beträchtliche Reduzierung der Kraftstoffkosten zum Zeitpunkt einer Beschleunigung des Fahrzeugs ermöglicht wird.

Claims (9)

  1. Kraftübertragungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Mechanismus, in dem eine Rotationskraft eines Verbrennungsmotors (1) und eine Rotationskraft eines elektrischen Motors (29) synthetisiert werden oder selektiv geschaltet sind, um ein Antriebsrad (10) anzutreiben, wobei die Rotationskraft des Verbrennungsmotors (1) oder des Antriebsrads (10) von einem Generator (15) in elektrische Energie umgewandelt wird und die umgewandelte elektrische Energie an den elektrischen Motor (29) geliefert wird, wobei die Kraftübertragungsvorrichtung aufweist: einen Mechanismus zum Trennen des Generators (15) von einem aus dem Verbrennungsmotor (1) und dem Antriebsrad (10) bestehenden Rotationskraftübertragungssystem; wobei das aus dem Verbrennungsmotor (1) und dem Antriebsrad (10) bestehende Rotationskraftübertragungssystem aufweist einen Mechanismus (7, 8, 11, 13, 14) zum Umschalten eines ersten Übertragungssystems (6, 32) mit einem ersten Drehzahlverhältnis zwischen dem Verbrennungsmotor (1) und dem Rad (10) in ein zweites Übertragungssystem (4, 31) oder aus einem zweiten Übertragungssystem (4, 31) mit einem zweiten Drehzahlverhältnis; dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiter eine Kraftübertragungs-Steuereinheit (41) und eine Motor-Steuereinheit (46) aufweist, die derart eingerichtet sind, dass in dem Fall, in dem eine Rotation von dem ersten Übertragungssystem (6, 32) übertragen wird, das aus dem Verbrennungsmotor (1) und dem Antriebsrad (10) bestehende Rotationskraftübertragungssystem von dem Generator (15) getrennt ist; und in dem Fall, in dem eine Rotation von dem zweiten Übertragungssystem (4, 31) übertragen wird, das aus dem Verbrennungsmotor (1) und dem Antriebsrad (10) bestehende Rotationskraftübertragungssystem mit dem Generator (15) verbunden ist.
  2. Kraftübertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Übertragungssystem (4, 31) ferner einen neutralen Zustand zum Trennen des Verbrennungsmotors (1) und des Antriebsrads (10) des Rotationskraftübertragungssystem voneinander aufweist, wobei nicht nur in dem Fall, wenn eine Rotation von dem zweiten Übertragungssystem (4, 31) übertragen wird, sondern auch, wenn sich die Rotation in dem neutralen Zustand befindet, das aus dem Verbrennungsmotor (1) und dem Antriebsrad (10) bestehende Rotationskraftübertragungssystem mit dem Generator (15) verbunden ist.
  3. Kraftübertragungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen ersten Kupplungsmechanismus (23), der zwischen einer Abtriebswelle (2) des Verbrennungsmotors (1) und einer Abtriebswelle (16) des Generators (15) vorgesehen ist.
  4. Kraftübertragungsvorrichtung gemäß zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass der Mechanismus zum Umschalten zwischen dem ersten Übertragungssystem (6, 32) und dem zweiten Übertragungssystem (4, 31) einen zweiten Kupplungsmechanismus (8) zum Drehzahl-Umschalten aufweist, der zwischen einer Abtriebswelle (2) des Verbrennungsmotors (1) und einer Abtriebswelle (30) des elektrischen Motors (29) vorgesehen ist.
  5. Kraftübertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kupplungsmechanismus (8) eine Vorrichtung ist, die, wenn eingekuppelt oder ausgekuppelt, keine Energie zum Einkuppeln oder Auskuppeln erfordert.
  6. Kraftübertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsmechanismus (8) eine Klauenkupplung ist.
  7. Kraftübertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch ein lineares Stellglied zum Betätigen der Klauenkupplung.
  8. Kraftübertragungsvorrichtung gemäß zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Haltemittel zum Halten von dem Mechanismus zum Umschalten zwischen dem ersten Übertragungssystem (6, 32) und/oder dem zweiten Übertragungssystem (4, 31) und der ersten Kupplung (23) in einem unbeweglichen Zustand nur mit einer mechanischen Gegenkraft.
  9. Kraftübertragungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Halten des Mechanismus in einem unbeweglichen Zustand ein Taumelmotor (55, 56) ist.
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