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DE69510897T2 - Hybridantriebs-Getriebe - Google Patents

Hybridantriebs-Getriebe

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Publication number
DE69510897T2
DE69510897T2 DE69510897T DE69510897T DE69510897T2 DE 69510897 T2 DE69510897 T2 DE 69510897T2 DE 69510897 T DE69510897 T DE 69510897T DE 69510897 T DE69510897 T DE 69510897T DE 69510897 T2 DE69510897 T2 DE 69510897T2
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DE
Germany
Prior art keywords
planetary gear
energy source
transmission
drive
electrical energy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE69510897T
Other languages
English (en)
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DE69510897D1 (de
Inventor
James Francis Sherman
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Motors Liquidation Co
Original Assignee
General Motors Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Motors Corp filed Critical General Motors Corp
Application granted granted Critical
Publication of DE69510897D1 publication Critical patent/DE69510897D1/de
Publication of DE69510897T2 publication Critical patent/DE69510897T2/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Lastschaltgetriebe und insbesondere Hybrid-Lastschaltgetriebe mit einem elektrischen Antriebs-/Gegenwirkungselement in einem Brennkraftantriebselement.
    • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Hybrid-Getriebe koordinieren das Abtriebsdrehmoment eines Elektromotors/Generators und eines Verbrennungsmotors (IC-Motors), um für ein Mehrgeschwindigkeits-Lastschaltgetriebe im Kraftübertragungsweg eines Fahrzeugs ein Antriebsdrehmoment bereitzustellen. Das Hybrid-Getriebe kann als eine Antriebseinrichtung betrachtet werden, die einem Drehmomentwandler oder einer Anlaßkupplung ähnlich ist. Das Hybrid-Getriebe hat jedoch gegenüber anderen Anlaßeinrichtungen darin einen Vorteil, daß der Motor/ Generator für die Steuerpumpe ohne den IC-Motor einen Antrieb bereitstellen kann und eine Anlaßeinrichtung für den IC-Motor bereitstellen kann, während es ebenfalls eine Antriebsenergie für das Mehrgeschwindigkeitsgetriebe bereitstellt. Die US-A-5 285 111 offenbart eine Anordnung, wie sie im Oberbegriff von Anspruch 1 beschrieben ist.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Das hierin offenbarte Hybrid-Getriebe wird eine Anlaßeinrichtung für einen IC-Motor bereitstellen, und zwar sowohl wenn das Fahrzeug steht als auch wenn es in Bewegung ist. Wenn das Fahrzeug in Bewegung ist, wird das Anlassen des Motors durch den Eingriff einer Kupplungsanordnung, der einen Lastteilungszustand erzwingt, durch eine Kombinationsplanetengetriebeanordnung bewerkstelligt, um ein Antriebsdrehmoment des Motors/Generators zwischen dem IC-Motor und dem Eingang des Mehrgeschwindigkeitsgetriebes aufzuteilen.
  • Es ist ein Ziel dieser Erfindung, ein verbessertes integriertes Hybrid- Lastschaltgetriebe für einen Kraftübertragungsweg eines Fahrzeugs bereitzustellen, bei dem eine wahlweise in Eingriff bringbare Reibkupplung vorgesehen ist, um ein Anlassen des IC-Motors zu gestatten, während das Fahrzeug in Bewegung ist.
  • Bei einem Aspekt dieser Erfindung kann eine Freilaufbremse betätigt werden, um eine Drehung einer Abtriebswelle des Motors und eines Planetengetriebeelements, das mit dieser verbunden ist, zu verhindern, so daß ein Reduktionsantrieb zwischen dem elektrischen Energieeingang und dem Getriebeausgang bereitgestellt oder herbeigeführt ist.
  • Bei einem anderen Aspekt dieser Erfindung wird ein verbessertes integriertes Hybrid-Lastschaltgetriebe mit einer elektrischen Antriebsenergie und einer Antriebsenergie eines Verbrennungsmotors bereitgestellt, wobei der Betrieb des Motors gestartet oder angehalten werden kann, während das Fahrzeug in Bewegung oder in Ruhe ist.
  • Bei einem weiteren Aspekt dieser Erfindung weist ein Hybrid-Getriebe eine Planetengetriebeanordnung auf, die zum Betrieb mit einem Kupplungselement eingerichtet ist, um einen Drehmomentteilungsweg zwischen einem Motor/Generator, dem Motor und einem Eingang in ein Mehrgeschwindigkeits-Lastschaltgetriebe herbeizuführen.
    • BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
  • Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kraftübertragungsweges eines Fahrzeugs ist, der ein Hybrid-Getriebe umfaßt, das einen Verbrennungsmotoreingang und einen Motor-/Generatoreingang aufweist, und
  • Fig. 2 ein Hebeldiagramm ist, das einen Teil des in Fig. 1 gezeigten Kraftübertragungsweges darstellt.
    • BESCHREIBUNG EINER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Der in Fig. 1 gezeigte Kraftübertragungsweg umfaßt ein Hybrid-Getriebe, das allgemein mit 10 bezeichnet ist, ein Mehrgeschwindigkeitsplanetengetriebe, das allgemein mit 12 bezeichnet ist, und einen Kettenantrieb 14, der zwischen diese geschaltet ist. Das Hybrid-Getriebe 10 weist einen Verbrennungsmotor (IC-Motor) 16 auf, dessen Abtriebswelle 18 durch einen Dämpfer 20 treibend mit einer Kombinationsplanetengetriebeanordnung 22 verbunden ist.
  • Das Hybrid-Getriebe 10 umfaßt auch einen Motor/ Generator 24, der einen Statorteil 26, der mit einer elektrischen Quelle, wie einer Batterie, 28 verbunden ist, und einen Rotorteil 30 aufweist. Der Rotor 30 ist durch eine Nabe oder ein ähnliches Element 32 treibend mit einer herkömmlichen Verdrängerölpumpe 34 verbunden, die über einen Durchgang 36 einer herkömmlichen hydraulischen Getriebesteuerung 38 Fluid zuführt. Der Rotor 30 ist ebenfalls mit der Kombinationsplanetengetriebeanordnung 22 verbunden.
  • Die Kombinationsplanetengetriebeanordnung 22 umfaßt zwei Planetenzahnradsätze 40 und 42. Der Planetenzahnradsatz 40 weist ein Sonnenrad 44, ein Hohlrad 46 und ein Trägerelement 48 auf, das mehrere Planetenräder 50 drehbar trägt, die mit dem Sonnenrad 44 und dem Hohlrad 46 kämmen. Der Planetenzahnradsatz 42 weist ein Sonnenrad 52, ein Hohlrad 54 und ein Trägerelement 56 auf, das mehrere Planetenräder 58 drehbar trägt, die mit dem Sonnenrad. 52 und dem Hohlrad 54 kämmen.
  • Das Sonnenrad 44 und das Hohlrad 54 sind durch eine Nabe 60 miteinander verbunden, der Träger 56 ist durch eine Welle 62 mit einer Freilaufbremse 64 und einer herkömmlichen fluidbetätigten Scheibenbremse 66 verbunden. Der Träger 48 ist durch eine Nabe 68 mit einem Kettenrad 70 verbunden, das ein Bauteil in dem Kettenantrieb 14 ist. Das Kettenrad 70 ist über eine Kette 72 mit einem Kettenrad 74 verbunden, das mit einer Antriebswelle 76 des Mehrgeschwindigkeitsplanetengetriebes 12 verbunden ist.
  • Das Hohlrad 46 des Planetenzahnradsatzes 40 ist mit einer Nabe 78, einer Welle 80, einer Freilaufbremse 82 und dem Dämpfer 20 verbunden. Wie es zuvor erwähnt wurde, ist der Dämpfer 20 mit der Abtriebswelle 18 des IC- Motors 16 verbunden. Die Nabe 68 und deshalb der Träger 48 und die Nabe 60 und deshalb das Hohlrad 54 sind über herkömmliche, wahlweise in Eingriff bringbare, fluidbetätigte Kupplungen 83 bzw. 84 mit dem Rotor 30 verbunden. Wenn eine der Kupplungen 83 oder 84 in Eingriff steht, wird dann der Rotor 30 treibend mit den jeweiligen Nabenelementen 68 bzw. 60 und deshalb den mit diesen verbundenen Zahnrädern verbunden sein. Die Kupplung 84 kann, wenn es gewünscht ist, durch die Steuerung 38 auf allgemein bekannte Weise gleitend in Eingriff gebracht werden.
  • Das Mehrgeschwindigkeitsplanetengetriebe 12 umfaßt zwei Planetenzahnradsätze 86 und 88, die jeweils Sonnenräder 90 und 92, Hohlräder 94 und 96 und Trägeranordnungen 98 und 100 aufweisen. Die Trägeranordnung 98 umfaßt Planetenräder 102, die mit dem Sonnenrad 90 und dem Hohlrad 94 kämmen, und die Trägeranordnung 100 umfaßt drehbar angebrachte Ritzel 104, die mit dem Sonnenrad 92 und dem Hohlrad 96 kämmen.
  • Das Mehrgeschwindigkeitsplanetengetriebe 12 umfaßt vier herkömmliche, wahlweise in Eingriff bringbare Kupplungen 106, 108, 110 und 112, eine Scheibenbremse 114, zwei herkömmliche, fluidbetätigte Bandbremsen 116 und 118 und drei Freiläufe 120, 122 und 124.
  • Das Sonnenrad 90 ist wahlweise mit der Antriebswelle 76 durch den Freilauf 120 und/oder die wahlweise in Eingriff bringbare Kupplung 106 verbindbar. Das Sonnenrad 92 ist wahlweise mit der Antriebswelle 76 durch die Kupplung 110 treibend verbindbar. Das Sonnenrad 92 ist wahlweise mit dem Grundkörper durch die Freilaufbremse 122 und die Scheibenbremse 114 verbindbar. Das Sonnenrad 92 ist ebenfalls wahlweise in Eingriff bringbar, so daß es durch die Bandbremse 116 feststehend gehalten wird.
  • Die Trägeranordnung 100 ist wahlweise mit der Antriebswelle 76 durch die Kupplung 108 und mit dem Hohlrad 94 durch die Kupplung 112 trei bend verbunden und kann durch die Bandbremse 118 und/oder den Freilauf 124 feststehend gehalten sein. Das Hohlrad 96 und die Trägeranordnung 98 sind treibend mit einer Abtriebswelle 126 verbunden, die treibend mit einem Sonnenrad 128 verbunden ist, das ein Element eines abschließenden Antriebsplanetengetriebes 130 ist. Das Planetengetriebe 130 umfaßt ebenfalls ein Hohlrad 134, das mit einem feststehenden Gehäuse 136 verbunden ist, und eine Trägeranordnung 138, die treibend mit einer herkömmlichen Differentialanordnung 140 verbunden ist. Die Trägeranordnung 138 weist mehrere Planetenräder 142 auf, die mit dem Sonnenrad 128 und dem Hohlrad 134 kämmen, so daß ein Reduktionsantrieb zwischen der Getriebesabtriebswelle 126 und dem Differential 140 bereitgestellt wird.
  • Ein wahlweiser Betrieb der verschiedenen Kupplungen und Bremsen in dem Planetengetriebe 12 wird vier Vorwärtsgeschwindigkeitsverhältnisse und ein Rückwärtsverhältnis zwischen der Antriebswelle 76 und der Abtriebsgangswelle 126 bereitstellen. Während der drei niedrigsten Vorwärtsgeschwindigkeitsverhältnisse stehen die Kupplungen 106 und 112 in Eingriff. Für das erste und niedrigste Geschwindigkeitsverhältnis wird der Freilauf 124 aktiv sein und der Freilauf 120 wird an Stelle von Kupplung 106 aktiv sein. Bei dem zweiten Geschwindigkeitsverhältnis werden die Scheibenbremse 114 und deshalb die Freilaufbremse 122 aktiv werden. Im dritten Gang ist die Kupplung 108 aktiv, so daß ein Antriebsverhältnis von 1 : 1 durch das Planetengetriebe 12 bereitgestellt wird. Für das vierte Vorwärtsgeschwindigkeitsverhältnis sind die Kupplung 108 und die Bandbremse 116 aktiv. Um ein Rückwärtsantriebsverhältnis bereitzustellen, sind die Kupplung 110 und die Bandbremse 118 aktiv.
  • Diese fluidbetätigten Kupplungen und Bremsen sind herkömmliche Steuereinrichtungen, die bei Lastschaltgetrieben verwendet werden, und sind bei der vorliegenden Erfindung vorzugsweise mit Hydraulikfluid betätigt, das von der Ölpumpe 34 und der hydraulischen Steuerung 38 zugeführt wird.
  • Das Hybrid-Lastschaltgetriebe 10 ist durch die Kupplungen 83 und 84, die Freilaufbremse 64 und die Scheibenbremse 66 und die Freilaufbremse 82 steuerbar, um einen elektrischen Energieeingang in das Getriebe 12, einen elektrischen und IC-Motorenergieeingang in das Getriebe 12 oder einen IC-Energieeingang in das Getriebe 12 bereitzustellen.
  • Indem diese Energieeingänge in das Getriebe 12 bereitgestellt werden, ist das Hybrid-Getriebe 10 demjenigen ähnlich, das in dem U.S.-Patent Nr. 5 285 111 von Sherman offenbart ist, das am 8. Februar 1994 herausgegeben wurde und dem Inhaber der vorliegenden Erfindung gehört. Ein ähnliches Hybrid-Lastschaltgetriebe ist ebenfalls in der Europäischen Veröffentlichung Nr. 0 645 271 offenbart, die am 29. August 1994 eingereicht wurde und dem Inhaber der vorliegenden Erfindung gehört.
  • Während eines elektrischen Energieeingangs von dem Motor/ Generator 24 steht der Motor 16 und die Kupplung 84 steht in Eingriff. Wenn der Motor 16 steht, wird die Freilaufbremse 82 eine Gegenwirkung an dem Grundkörper für das Hohlrad 46 bereitstellen, so daß ein Reduktionsantrieb zwischen dem Sonnenrad 44 und der Trägeranordnung 48 für den Kettenantrieb 14 bereitgestellt sein wird. Daher empfängt das Mehrgeschwindigkeitsgetriebe 12 einen elektrischen Antriebseingang.
  • Es ist mit der vorliegenden Erfindung möglich, einen Anlaßantrieb für den Motor 16 von dem Motor/ Generator 24 bereitzustellen, ob das Fahrzeug, das von dem Planetengetriebe 12 angetrieben wird, steht oder in Bewegung ist. Wenn das Fahrzeug, nicht gezeigt, von der Differentialanordnung 140 des Getriebes 12 angetrieben wird, wird der Motor/Generator 24 in einer Vorwärtsrichtung angetrieben, und die Ölpumpe 34 dient dazu, einen Druck zur Energiebeaufschlagung an die Kupplungen 83 und 84 zu liefern. Wenn die Kupplungen 83 und 84 mit Energie beaufschlagt sind, befindet sich der Planetenzahnradsatz 40, der durch den Hebel 40A in Fig. 2 dargestellt ist, in einem Antriebszustand von 1 : 1, so daß der Motor 16 in der Vorwärtsrichtung angetrieben wird, wodurch die Freilaufbremse 82 überholt werden kann. Dies wird ein Anlassen des Motors gestatten, wenn das Fahrzeug steht.
  • Sollte es erwünscht sein, das Fahrzeug nur mit dem elektrischen Antrieb anzutreiben, wird der Motor/ Generator betätigt und die Ölpumpe 34 und die hydraulische Steuerung 38 werden gesteuert, so daß ein Eingriff der Kupplung 84 herbeigeführt wird. Wenn die Kupplung 84 mit Energie beaufschlagt ist, wird der Hebel 40A bei Knoten 44A, der das Sonnenrad 44 darstellt, einen Antrieb aufweisen, während der Knoten 46A, der das Hohlrad 46 darstellt, durch die Freilaufbremse 82 mit dem Grundkörper verbunden sein wird. Unter dieser Bedingung wird der Knoten 48A, der den Träger 48 darstellt, mit einem reduzierten Verhältnis vorwärts angetrieben, wodurch ein reduzierter Eingangsantrieb für das Getriebe 12 bereitgestellt wird.
  • Bei einer Form der Erfindung wird in Betracht gezogen, daß das Sonnenrad 44 dreißig Zähne aufweisen wird und das Hohlrad 46 achtundfünfzig Zähne aufweisen wird, wodurch ein Reduktionsantrieb von näherungsweise 2,92 zu 1 zwischen dem elektrischen Rotor 30 und der Nabe 78 bereitgestellt wird.
  • Wenn das Fahrzeug somit von dem Motor/Generator 24 angetrieben ist und es erwünscht ist, den Motor 16 anzulassen, während das Fahrzeug in Bewegung ist, wird die Kupplung 83 in Eingriff gebracht, wodurch ein Antriebsverhältnis von 1 : 1 in dem Planetenzahnradsatz, der durch den Hebel 40A dargestellt ist, erzwungen wird. Unter dieser Bedingung wird die Geschwindigkeit des Rotors 30 reduziert, so daß sie zur Geschwindigkeit des Eingangs in das Getriebe 12 paßt, während der Motor aus dem Stillstand auf eine Geschwindigkeit beschleunigt, die ebenfalls gleich der Motorgeschwindigkeit ist. Während des Eingriffs der Kupplung 84, der wahlweise gesteuert ist, wird durch die Planetengetriebeanordnung 40 eine Drehmomentaufteilung von 60% auf das Getriebe 12 und 40% auf den Verbrennungsmotor 16 auftreten. Wenn ein ausreichendes Drehmomentniveau erreicht ist, um die Freilaufbremse 82 außer Eingriff zu bringen oder zu entlasten, wird der Verbrennungsmotor 16 beginnen, sich zu drehen. Dies schließt die Drehmomentphase des Schaltvorgangs ab, die während des Eingriffs der Kupplung 84 auftritt.
  • Während der Trägheitsphase dieses Schaltvorgangs wird die Trägheit aus der Geschwindigkeitsänderung des Motors/Generators 24 durch die Rutschkupplung 84 von der 2,9fachen Antriebsgeschwindigkeit zur einfachen Antriebsgeschwindigkeit übertragen, wobei 60% des Drehmoments das Fahrzeug antreiben und 40% den Verbrennungsmotor 16 antreiben. Wenn der Motor 16 eine Geschwindigkeit erreicht, die gleich derjenigen ist, die zum Anlassen erwünscht ist, wird dem Motor 16 Kraftstoff zuge führt und dessen Zündung ermöglicht, und die Kupplung 84 wird vollständig in Eingriff gebracht. Dies setzt den Fahrzeugeingangsantrieb in den Hybrid-Modus.
  • Während sich das Fahrzeug bewegt, werden, falls es erwünscht ist, den Motor 16 außer Eingriff zu bringen, der Kraftstoff und die Zündung für den Motor 16 beendet, und die Kupplung 84 wird gelöst. Wenn dies eintritt, wird die Geschwindigkeit des Motors/Generators 24 auf näherungsweise das 2,9fache der Geschwindigkeit zunehmen, die vor dem Außereingriffbringen der Kupplung 84 vorhanden war, die Drehung des Verbrennungsmotors wird geringer werden und möglicherweise anhalten, wodurch ein Eingriff der Freilaufbremse 82 zugelassen wird, so daß sich das Hybrid-Getriebe in dem elektrischen Antriebsmodus befinden wird, wobei der Verbrennungsmotor steht und außer Betrieb ist.
  • Das beschriebene System ermöglicht ein Anlassen des Verbrennungsmotors 16 durch den Motor/Generator 24, ob das Fahrzeug steht oder in Bewegung ist, und gestattet gleichermaßen ein Außereingriffbringen des Motors 16, ob das Fahrzeug steht oder in Bewegung ist.

Claims (2)

1. Lastschaltgetriebe und Energiequelle, umfassend:
eine elektrische Energiequelle (24-28),
eine Brennkraftenergiequelle (16), die eine Welle mit einer ersten Betriebsrichtung umfaßt,
eine Mehrbereichs-Planetengetriebeanordnung (12),
eine Kombinationsplanetengetriebeanordnung (22), die in Wirkverbindung zwischen die elektrische Energiequelle, die Brennkraftenergiequelle und die Mehrbereichs-Planetengetriebeanordnung gebracht werden kann, und
ein erstes Reibkupplungsmittel (83) zum wahlweisen Verbinden der elektrischen Energiequelle mit einem zweiten Element des Kombinationsplanetengetriebes und mit einem Antriebselement der Mehrbereichs-Planetengetriebeanordnung,
gekennzeichnet durch
ein erstes Freilaufdrehmomentübertragungsmittel (82), um ein erstes Element des Kombinationsplanetengetriebes und die Brennkraftenergiequelle wahlweise mit dem Grundkörper zu verbinden, und somit einen Betrieb der Welle entgegengesetzt zu der ersten Betriebsrichtung zu verhindern,
ein zweites Reibkupplungsmittel (84) zum wahlweisen Verbinden der elektrische Energiequelle mit einem dritten Element des Kombinationsplanetengetriebes und zum Zusammenwirken mit dem ersten Reibkupplungsmittel und der elektrischen Energiequelle, um einen Betrieb der Brennkraftenergiequelle einzuleiten, und zum Zusammenwirken mit dem ersten Freilaufdrehmomentübertragungsmittel, um einen Antriebsweg in dem Kombinationsplanetengetriebe zwischen der elektrischen Energiequelle und dem Mehrbereichs-Planetengetriebe festzulegen, wenn die Brennkraftenergiequelle außer Betrieb ist.
2. Lastschaltgetriebe und Energiequelle nach Anspruch 1, wobei die Kombinationsplanetengetriebeanordnung zwei Planetenzahnradsätze (40, 42) umfaßt, die jeweils ein Sonnenrad (44, 52), ein Hohlrad (46, 54) und eine Trägeranordnung (48, 56) aufweisen, wobei das erste Element das Hohlrad (46) von einem (40) der Planetenzahnradsätze ist, wobei das zweite Element die Trägeranordnung (48) des einen Planetenzahnradsatzes ist, und wobei das dritte Element das Hohlrad (54) des anderen Planetenzahnradsatzes (42) und das Sonnenrad (44) des einen Planetenzahnradsatzes ist.
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