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DE112018003137T5 - Hybridantriebssystem mit CVT - Google Patents

Hybridantriebssystem mit CVT Download PDF

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DE112018003137T5
DE112018003137T5 DE112018003137.3T DE112018003137T DE112018003137T5 DE 112018003137 T5 DE112018003137 T5 DE 112018003137T5 DE 112018003137 T DE112018003137 T DE 112018003137T DE 112018003137 T5 DE112018003137 T5 DE 112018003137T5
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DE
Germany
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electric motor
hybrid drive
internal combustion
combustion engine
drive system
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE112018003137.3T
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English (en)
Inventor
Hongxi Zhang
Yingjie Chen
Chenfei Dong
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.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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    • B60W10/10—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of change-speed gearings
    • B60W10/11—Stepped gearings
    • B60W10/113—Stepped gearings with two input flow paths, e.g. double clutch transmission selection of one of the torque flow paths by the corresponding input clutch
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H9/00—Gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio, or for reversing rotary motion, by endless flexible members
    • F16H9/02—Gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio, or for reversing rotary motion, by endless flexible members without members having orbital motion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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Abstract

Diese Erfindung offenbart ein Hybridantriebssystem mit CVT, wobei das Hybridantriebssystem außerdem eine Brennkraftmaschine, einen Elektromotor und eine zwischen der Brennkraftmaschine und dem CVT angeordnete Kupplung aufweist. Gemäß der technischen Lösung dieser Erfindung weist das Hybridantriebssystem außerdem eine zwischen der Brennkraftmaschine und dem Elektromotor angeordnete Synchronisiereinrichtung auf und kann mithilfe der Synchronisiereinrichtung und der Kupplung das Hybridantriebssystem zwischen den folgenden Zuständen umgeschaltet werden: ein Zustand, in dem eine Ausgangswelle der Brennkraftmaschine über das CVT mit einer Elektromotorwelle verbunden ist, und ein Zustand, in dem eine Ausgangswelle der Brennkraftmaschine ohne Verwendung des CVT mit einer Elektromotorwelle verbunden ist.

Description

  • Gebiet der Technik
  • Diese Erfindung betrifft ein Hybridantriebssystem mit CVT, wobei das Hybridantriebssystem außerdem eine Brennkraftmaschine, einen Elektromotor und eine zwischen der Brennkraftmaschine und dem CVT angeordnete Kupplung aufweist.
  • Stand der Technik
  • Energieeinsparung und Umweltschutz sind die beiden Hauptthemen der aktuellen Entwicklung der Fahrzeugtechnik, weshalb kraftstoffsparendere und umweltfreundlichere stufenlose Getriebe (CVT) und Hybridantriebssysteme eine breite Anwendung finden und die Überführung in die Produktion immer schneller vorankommt.
  • Hybridantriebssysteme umfassen in der Regel die zwei Antriebsvorrichtungen Brennkraftmaschine (ICE) und Elektromotor (E-Motor), wobei zwischen diesen beiden Antriebsvorrichtungen ein sanftes Umschalten realisiert werden kann. Nach dem Stand der Technik wird die Modus-Umschaltung in der Regel durch eine Elektromagnetkupplung realisiert, wobei jedoch diese Vorrichtung eine komplizierte Struktur und hohe Herstellungskosten aufweist. In der Patentschrift CN 106143105 A wird ein Verfahren beschrieben, bei dem mithilfe eines Synchronisators das Umschalten der Antriebsmodi von Hybridantriebssystemen realisiert wird, wodurch erreicht wird, dass sowohl die Brennkraftmaschine als auch der Elektromotor in Bereichen mit hohem Wirkungsgrad arbeiten können.
  • Ein CVT-Getriebe kann nach dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine in sinnvoller Weise die geeignetste Übersetzung wählen, damit das Fahrzeug bei jeder Geschwindigkeit die beste Kraftstoffeffizienz erreichen kann. Überdies bewirkt das CVT, da es nicht die komplizierte Struktur eines Planetengetriebes in einem Automatikgetriebe hat, dass die gesamte Ausführung einfach und das Volumen geringer sind. Der mechanische Wirkungsgrad des CVT ist jedoch relativ gering, und aufgrund des Verwendens von Antrieben mit Ketten (oder Riemen u.a.) ist das maximale Drehmoment, das aufgenommen werden kann, relativ klein. Deshalb kann nach dem Stand der Technik zum Lösen dieses Problems eine „Adaptervorrichtung“ verwendet werden, und wenn die Brennkraftmaschine ein relativ großes Drehmoment abgibt (zum Beispiel wenn die Drehzahl relativ hoch ist), bewirkt diese „Adaptervorrichtung“, dass die Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine ohne Verwendung eines CVT direkt an das Hybridantriebssystem abgegeben wird. Der Aufbau von derzeit verwendeten „Adaptervorrichtungen“ ist durchgehend sehr kompliziert und auch nicht für die Verwendung in Hybridantriebssystemen geeignet.
  • Gegenstand der Erfindung
  • Deshalb besteht das von dieser Erfindung gelöste technische Problem darin, ein Hybridantriebssystem mit CVT bereitzustellen, wobei dieses System alle Funktionen eines Fahrzeugs mit Hybridantrieb realisieren und zwischen den einzelnen Betriebsmodi auf einfache Weise umschalten kann, gleichzeitig in der Lage ist, auf einfache und sanfte Weise das CVT-System zu deaktivieren, wodurch der Systemwirkungsgrad erhöht wird.
  • Das technische Problem wird durch ein Hybridantriebssystem mit CVT gelöst, wobei das Hybridantriebssystem eine zwischen der Brennkraftmaschine und dem Elektromotor angeordnete Synchronisiereinrichtung aufweist und mithilfe der Synchronisiereinrichtung und der zwischen der Brennkraftmaschine und dem CVT angeordneten Kupplung das Hybridantriebssystem zwischen den folgenden Zuständen umgeschaltet werden kann: Zustand, in dem die Ausgangswelle der Brennkraftmaschine über das CVT mit der Elektromotorwelle verbunden ist, und Zustand, in dem die Ausgangswelle der Brennkraftmaschine ohne Verwendung des CVT mit der Elektromotorwelle verbunden ist.
  • Gemäß dieser Erfindung kann bei Bedarf auf einfache Weise lediglich durch die Kupplung und die Synchronisiereinrichtung das CVT deaktiviert werden, und gleichzeitig ist es nur erforderlich, den Schalter der Synchronisiereinrichtung und der Kupplung zu Hilfe zu nehmen, um zwischen dem Modus des reinen Antriebs durch die Brennkraftmaschine, dem Modus des reinen Antriebs durch den Elektromotor, dem Modus des Hybridantriebs, dem Start-Stop-Modus der Brennkraftmaschine, dem Lademodus und dem Modus der Energierückgewinnung umschalten zu können. Der Aufbau dieses Hybridantriebssystems ist einfach, die Herstellungskosten werden stark gesenkt, der Systemwirkungsgrad wird erhöht.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung umfasst die Synchronisiereinrichtung einen zwischen der Brennkraftmaschine und dem CVT angeordneten ersten Synchronisator und einen zwischen dem CVT und dem Elektromotor angeordneten zweiten Synchronisator.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung kann der erste Synchronisator zwischen dem geschlossenen Zustand der Verbindung der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine mit der Elektromotorwelle und dem getrennten Zustand der Trennung von Ausgangswelle der Brennkraftmaschine und Elektromotorwelle umschalten, kann der zweite Synchronisator zwischen dem geschlossenen Zustand der Verbindung der Ausgangswelle des CVT mit der Elektromotorwelle und dem getrennten Zustand der Trennung von Ausgangswelle der Brennkraftmaschine und Elektromotorwelle umschalten.
  • Deshalb kann durch das Zusammenwirken beim Umschalten des ersten Synchronisators, des zweiten Synchronisators und der Kupplung bewirkt werden, dass das Hybridantriebssystem in unterschiedlichen Antriebsmodi in Betrieb ist. Bei Bedarf kann das CVT deaktiviert und die Ausgangswelle der Brennkraftmaschine mit der Elektromotorwelle verbunden werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel dieser Erfindung umfasst die Synchronisiereinrichtung außerdem: eine zwischen dem ersten Synchronisator und der Elektromotorwelle eingebundene erste Verbindungsvorrichtung, die beim Verbinden der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine und der Elektromotorwelle hilft, und/ oder eine zwischen dem zweiten Synchronisator und der Elektromotorwelle eingebundene zweite Verbindungsvorrichtung, die beim Verbinden der Ausgangswelle des CVT und der Elektromotorwelle hilft. Die Verbindungsvorrichtung ist insbesondere eine Getriebeverbindungsvorrichtung.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung sind, wenn die Kupplung sich im geschlossenen Zustand oder im Schlupfzustand befindet sowie der erste Synchronisator sich im getrennten Zustand befindet und der zweite Synchronisator sich im geschlossenen Zustand befindet, die Ausgangswelle der Brennkraftmaschine und die Eingangswelle des CVT verbunden sowie die Ausgangswelle des CVT und die Elektromotorwelle verbunden, wodurch bewirkt wird, dass sich das Hybridantriebssystem im Zustand befindet, in dem die Ausgangswelle der Brennkraftmaschine über das CVT mit der Elektromotorwelle verbunden ist, das heißt, das CVT im System angeschlossen ist.
  • Wenn der Elektromotor nicht gestartet wurde, treibt im Fall einer solchen Verbindung das System nur gestützt auf die Brennkraftmaschine über das CVT das Fahrzeug an, wodurch das Fahrzeug im Modus des reinen Antriebs durch die Brennkraftmaschine in Betrieb ist. Dieser Modus ist relativ gut geeignet, wenn das Fahrzeug gerade durch die Brennkraftmaschine gestartet wurde oder sich im Zustand des Betriebs mit niedriger Geschwindigkeit befindet. Wenn das Hybridantriebssystem beim Antrieb durch die Brennkraftmaschine den Elektromotor startet, gibt im Fall einer solchen Verbindung das Hybridantriebssystem anschließend mithilfe der Brennkraftmaschine und des Elektromotors über das CVT eine Antriebskraft ab, wodurch der Betrieb im Modus des Hybridantriebs erfolgt. In diesem Modus des Hybridantriebs kann der Elektromotor über das CVT den Betriebspunkt der Brennkraftmaschine einstellen, wodurch bewirkt wird, dass die Brennkraftmaschine in einem Bereich mit höherem Wirkungsgrad arbeitet. Wenn der Elektromotor startet und eine Antriebskraft abgibt, kann im Fall einer solchen Verbindung mittels dieses Verbindungmodus bewirkt werden, dass der Elektromotor die Brennkraftmaschine startet, wodurch das Hybridantriebssystem im Start-Stop-Modus arbeitet. In diesem Modus kann sich die Kupplung im geschlossen oder im Schlupfzustand befinden. Anschließend kann das Fahrzeug in den Modus des Hybridantriebs oder den Modus des reinen Antriebs durch die Brennkraftmaschine eintreten (Abschalten des Elektromotors).
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel dieser Erfindung wird, wenn die Kupplung sich im getrennten Zustand befindet sowie der erste Synchronisator sich im geschlossenen Zustand befindet und der zweite Synchronisator sich im getrennten Zustand befindet, das CVT deaktiviert, und das Hybridantriebssystem befindet sich im Zustand, in dem die Ausgangswelle der Brennkraftmaschine, ohne dass das CVT verwendet wird, mit der Elektromotorwelle verbunden ist.
  • Wenn der Elektromotor nicht gestartet wurde, gibt im Fall einer solchen Verbindung das Hybridantriebssystem mithilfe der Brennkraftmaschine ohne Verwendung des CVT direkt eine Antriebskraft ab, wodurch der Betrieb im Modus des reinen Antriebs durch die Brennkraftmaschine erfolgt. Dieser Modus ist relativ gut geeignet für Situationen, wenn sich das Fahrzeug im Betrieb mit hoher Geschwindigkeit befindet und die Drehzahl im Bereich mit hohem Wirkungsgrad liegt. Da der mechanische Wirkungsgrad des CVT relativ niedrig ist und es keine zu hohen Drehmomente aufnehmen kann, treibt die Brennkraftmaschine mithilfe der Synchronisiereinrichtung und der Kupplung ohne Verwendung des CVT das Fahrzeug an, wodurch der Wirkungsgrad des Systems erhöht wird. Im Fall einer solchen Verbindung wird beim Betrieb der Brennkraftmaschine der Elektromotor gestartet, was bewirkt, dass das Fahrzeug im Modus des Hybridantriebs in Betrieb ist, dadurch kann der Elektromotor auch den Betriebspunkt der Brennkraftmaschine einstellen. Wenn das Hybridantriebssystem stillsteht, kann im Fall einer solchen Verbindung, wenn zum Beispiel das Fahrzeug anhält oder geparkt wird, bewirkt werden, dass das Hybridantriebssystem im Start-Stop-Modus oder im Lademodus arbeitet. Im Start-Stop-Modus dreht die Elektromotorwelle direkt oder mittels der Verbindungsvorrichtung die Brennraftmaschinenwelle und startet dadurch die Brennkraftmaschine. Im Lademodus dreht die Ausgangswelle der Brennkraftmaschine direkt oder mittels der Verbindungsvorrichtung die Elektromotorwelle, wodurch für den Elektromotor das Laden vorgenommen wird.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel dieser Erfindung werden, wenn die Kupplung, der erste Synchronisator und der zweite Synchronisator sich im getrennten Zustand befinden, die Brennkraftmaschine und das CVT deaktiviert, das heißt, sie werden nicht im Hybridantriebssystem angeschlossen.
  • Im Fall einer solchen Verbindung verwendet die Elektromotorwelle eine Zahnradgetriebevorrichtung, insbesondere die Verbindung von zwei Zahnradpaaren und einem Differentialgetriebe, wodurch das Hybridantriebssystem im Modus des reinen Antriebs durch einen Elektromotor und im Modus der Energierückgewinnung arbeitet. Wenn eine Antriebskraft erforderlich ist, treibt der Elektromotor mittels der Elektromotorwelle das Fahrzeug zum Betrieb an. Wenn eine Geschwindigkeitsverringerung oder ein Bremsen erforderlich sind, treiben die Fahrzeugräder mittels des Differentialgetriebes und der Zahnradgetriebevorrichtung die Elektromotorwelle zum Drehen an, wodurch eine Stromerzeugung erfolgt, die bewirkt, dass der Elektromotor die überflüssige Bewegungsenergie zurückgewinnt.
  • Figurenliste
  • Anhand der Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß den nachfolgenden Zeichnungen können die sonstigen Merkmale und Vorteile dieser Erfindung erfasst werden.
  • Bei den Zeichnungen handelt es sich um folgende:
    • 1: Strukturdiagramm eines erfindungsgemäßen Hybridantriebssystems;
    • 2: Energieflussdiagramm eines Hybridantriebssystems beim Betrieb im Modus des reinen Antriebs durch eine Brennkraftmaschine durch das CVT;
    • 3: Energieflussdiagramm eines Hybridantriebssystems beim Betrieb im Modus des reinen Antriebs durch eine Brennkraftmaschine ohne Verwendung des CVT;
    • 4: Energieflussdiagramm eines Hybridantriebssystems beim Betrieb im Modus des reinen Antriebs durch einen Elektromotor;
    • 5: Energieflussdiagramm eines Hybridantriebssystems beim Betrieb im Modus des Hybridantriebs;
    • 6: Energieflussdiagramm eines Hybridantriebssystems beim Betrieb im Start-Stop-Modus bei Stillstand;
    • 7: Energieflussdiagramm eines Hybridantriebssystems beim Betrieb im Start-Stop-Modus bei Betrieb;
    • 8: Energieflussdiagramm eines Hybridantriebssystems im Betrieb des Lademodus;
    • 9: Energieflussdiagramm eines Hybridantriebssystems beim Betrieb im Modus der Energierückgewinnung;
    • 10: Schematische Darstellung des Umschaltens zwischen den einzelnen Zuständen eines erfindungsgemäßen Hybridantriebssystems.
  • Für identische oder funktionsidentische Teile dieser Erfindung werden identische Bezugszahlen verwendet. Außerdem werden aufgrund einer notwendigen klaren Darstellung in einzelnen Figuren nur die Bezugszahlen angegeben, die der Beschreibung der entsprechenden Figur dienen.
  • Konkrete Ausführungsform
  • Wie 1 zeigt, umfasst das erfindungsgemäße Hybridantriebssystem hauptsächlich ein CVT 1, eine Kupplung 2, eine Brennkraftmaschine 4, einen Elektromotor 6, ein Differentialgetriebe 7 und die Synchronisiereinrichtungen 3 und 5, wobei die Kupplung 2 zwischen der Brennkraftmaschine und dem CVT angeordnet ist und die Synchronisiereinrichtungen 3 und 5 zwischen der Brennkraftmaschine und dem Elektromotor angeordnet sind.
  • In diesem Ausführungsbeispiel umfassen die Synchronisiereinrichtungen 3 und 5 zwei Synchronisatoren A und B sowie eine Getriebeverbindungsvorrichtung 8. Der Synchronisator A ist zwischen der Kupplung 2 und der Brennkraftmaschine angebracht, und der Synchronisator A kann zwischen dem Verbinden und Trennen der Getriebeverbindungsvorrichtung 8 und der Elektromotorwelle das Umschalten vornehmen. Der weitere Synchronisator B ist zwischen dem CVT und dem Elektromotor 6 angebracht, und der weitere Synchronisator B kann zwischen dem Verbinden und Trennen der Ausgangswelle des CVT und der Elektromotorwelle das Umschalten vornehmen.
  • In diesem Ausführungsbeispiel muss das Hybridantriebssystem nur den Schalter von Synchronisiereinrichtung und Kupplung zu Hilfe nehmen, um auf einfache und sanfte Weise zwischen dem Modus des reinen Antriebs durch die Brennkraftmaschine, dem Modus des reinen Antriebs durch den Elektromotor, dem Modus des Hybridantriebs, dem Start-Stop-Modus der Brennkraftmaschine, dem Lademodus und dem Modus der Energierückgewinnung umschalten zu können.
  • In 2 wird ein Energieflussdiagramm eines Fahrzeugs beim Betrieb im Modus des reinen Antriebs durch eine Brennkraftmaschine durch das CVT dargestellt. Zu dieser Zeit wurde das Fahrzeug gerade gestartet oder ist bei niedriger Geschwindigkeit in Betrieb. In diesem Fall wird die Kupplung 2 geschlossen und der Synchronisator A ist getrennt, so dass die Ausgangswelle der Brennkraftmaschine und die Eingangswelle des CVT verbunden sind; und ist der Synchronisator B getrennt und sind die Ausgangswelle des CVT und die Elektromotorwelle verbunden. Zu dieser Zeit wurde der Elektromotor 6 nicht gestartet, das System treibt nur gestützt auf die Brennkraftmaschine über das CVT 1 das Fahrzeug an.
  • In 3 wird ein Energieflussdiagramm eines Fahrzeugs beim Betrieb im Modus des reinen Antriebs durch eine Brennkraftmaschine ohne Verwendung des CVT dargestellt. Zu dieser Zeit ist das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit in Betrieb, die Drehzahl der Brennkraftmaschine befindet sich im Bereich mit hohem Wirkungsgrad. In diesem Fall wird die Kupplung 2 getrennt und der Synchronisator A ist geschlossen, so dass die Ausgangswelle der Brennkraftmaschine und die Getriebeverbindungsvorrichtung 8 verbunden sind; und ist der Synchronisator B getrennt und ist die Ausgangswelle des CVT und die Elektromotorwelle getrennt verbunden, während die Getriebeverbindungsvorrichtung 8 mit der Elektromotorwelle verbunden ist. Zu dieser Zeit wurde der Elektromotor 6 nicht gestartet, das System treibt nur gestützt auf die Brennkraftmaschine ohne Verwendung des CVT direkt das Fahrzeug an.
  • In 4 wird ein Energieflussdiagramm eines Fahrzeugs beim Betrieb im Modus des reinen Antriebs durch einen Elektromotor dargestellt. Zu dieser Zeit werden die Kupplung 2, der Synchronisator A und der Synchronisator B getrennt, und das Fahrzeug wird nur gestützt auf den Elektromotor 6 angetrieben.
  • In 5 wird ein Energieflussdiagramm eines Fahrzeugs beim Betrieb im Modus des Hybridantriebs dargestellt. In den beiden in 5 gezeigten Diagrammen (linkes Diagramm und rechtes Diagramm) ist die Verbindungsart der Kupplung und der Synchronisatoren A und B jeweils mit der in 2 und 3 dargestellten Situation identisch. Die Unterschiede sind folgende: In der in 5 gezeigten Situation wurde der Elektromotor gestartet. Deshalb benötigt das System stets den gemeinsamen Betrieb der Brennkraftmaschine und des Elektromotors zum Antreiben des Fahrzeugs, unabhängig davon, ob das CVT verwendet wird oder nicht. Da die Ausgangswelle der Brennkraftmaschine sowohl mit als auch ohne CVT stets mit der Elektromotorwelle verbunden ist, kann der Elektromotor das Ausgangsdrehmoment der Brennkraftmaschine einstellen, das heißt, er kann den Betriebspunkt der Brennkraftmaschine einstellen, was bewirkt, dass sich die Brennkraftmaschine in einem Bereich mit besserem Wirkungsgrad befindet.
  • In 6 wird ein Energieflussdiagramm eines Fahrzeugs beim Betrieb im Start-Stop-Modus bei Stillstand gezeigt. In diesem Fall befindet sich das Fahrzeug im Zustand des Stillstands, die Brennkraftmaschine 4 wurde nicht gestartet, die Kupplung 2 wird getrennt, der Synchronisator A ist geschlossen, und der weitere Synchronisator B ist getrennt, das heißt, die Elektromotorwelle ist mittels der Getriebeverbindungsvorrichtung 8 mit der Brennkraftmaschinenwelle verbunden. Der Elektromotor startet und verbindet anschließend die Brennkraftmaschinenwelle und treibt diese an, um die Brennkraftmaschine zu starten. Deshalb kann in diesem Modus mittels des Elektromotors die Brennkraftmaschine gestartet werden.
  • In 7 wird ein Energieflussdiagramm eines Fahrzeugs in einer weiteren Situation beim Betrieb im Start-Stop-Modus gezeigt. In diesem Fall, zum Beispiel im Fall eines Maschinenfahrzeugs, das vom Elektromotor gestartet und in der Anfangsphase angetrieben wird, befindet sich das Fahrzeug im Betriebszustand, die Brennkraftmaschine 4 war nicht im Betrieb, zu dieser Zeit befindet sich die Kupplung im Schlupfzustand oder im geschlossenen Zustand, der Synchronisator A ist getrennt, und der weitere Synchronisator B ist geschlossen, das heißt, die Elektromotorwelle ist über das CVT mit der Kupplung und der Brennkraftmaschinenwelle verbunden, und die Elektromotorwelle ist zu dieser Zeit außerdem mittels der Zahnradpaare mit dem Differentialgetriebe verbunden. Deshalb startet der Elektromotor die Brennkraftmaschine, und anschließend kann das Fahrzeug in den Modus des Hybridantriebs oder den Modus des reinen Antriebs durch die Brennkraftmaschine eintreten (Ein- und Ausschalten des Elektromotors).
  • In 8 wird ein Energieflussdiagramm eines Fahrzeugs beim Betrieb im Lademodus dargestellt. In diesem Fall befindet sich das Fahrzeug im Zustand des Stillstands, die Kupplung wird getrennt, der Synchronisator A ist geschlossen, und der weitere Synchronisator B ist getrennt, das heißt, die Ausgangswelle der Brennkraftmaschine ist mittels der Getriebeverbindungsvorrichtung mit der Elektromotorwelle verbunden. Deshalb dreht die Brennkraftmaschinenwelle die Elektromotorwelle, wodurch bewirkt wird, dass der Elektromotor geladen wird.
  • In 9 wird ein Energieflussdiagramm eines Fahrzeugs beim Betrieb im Modus der Energierückgewinnung dargestellt. In diesem Fall befindet sich das Fahrzeug im Zustand der Geschwindigkeitsverringerung oder des Bremsens, die Kupplung 2, der Synchronisator A und der weitere Synchronisator B werden getrennt, was bewirkt, dass das Differentialgetriebe mittels der Zahnradpaare mit der Elektromotorwelle verbunden ist. Die Fahrzeugräder treiben mittels des Differentialgetriebes die Elektromotorwelle an, wodurch die überschüssige Bewegungsenergie des Fahrzeugs in elektrischen Strom umgewandelt und in der elektrischen Maschine gespeichert wird.
  • In 10 wird eine schematische Darstellung des Umschaltens zwischen den einzelnen Zuständen eines erfindungsgemäßen Hybridantriebssystems gezeigt. Wenn die Brennkraftmaschine (ICE) ausgeschaltet ist, kann das Fahrzeug vom Zustand des Stillstands durch den Elektromotor gestartet werden und wird bei niedriger Geschwindigkeit nur vom Elektromotor angetrieben (zu dieser Zeit sind die Kupplung und die Synchronisatoren getrennt). Anschließend wird die Kupplung geschlossen oder es wird bewirkt, dass sich die Kupplung im Schlupfzustand befindet, der Synchronisator A wird getrennt, und der Synchronisator B wird geschlossen, der Elektromotor kann durch das CVT die Brennkraftmaschine starten. Deshalb tritt das Fahrzeug in den Modus des Hybridantriebs ein. In diesem Modus kann der Elektromotor durch das CVT den Betriebspunkt der Brennkraftmaschine einstellen, was bewirkt, dass sich die Brennkraftmaschine im Bereich mit höherem Wirkungsgrad befindet. Wenn das Fahrzeug in einen Zustand mit hoher Geschwindigkeit oder die Drehzahl in einen Bereich mit hohem Wirkungsgrad eintritt, wird durch Trennen der Kupplung, Schließen des Synchronisators A und Trennen des Synchronisators B bewirkt, dass das CVT deaktiviert wird, wodurch die Brennkraftmaschine durch die Verbindungsvorrichtung mit dem Elektromotor verbunden wird und das Fahrzeug mithilfe der Brennkraftmaschine und des Elektromotors ohne Verwendung des CVT betrieben wird. In diesem Modus kann der Elektromotor durch die Verbindungsvorrichtung weiterhin den Betriebspunkt der Brennkraftmaschine einstellen. Wenn zu dieser Zeit der Elektromotor ausgeschaltet wird, wird das Fahrzeug im Modus des reinen Antriebs durch die Brennkraftmaschine betrieben. Wenn das Fahrzeug die Geschwindigkeit verringern oder gebremst werden muss, werden die Kupplung und die Synchronisatoren getrennt. Die Fahrzeugräder können mittels des Differentialgetriebes und der Zahnradpaare die Elektromotorwelle drehen, wodurch bewirkt wird, dass der Elektromotor Strom erzeugt, die überflüssige Bewegungsenergie in elektrischen Strom umgewandelt wird und der Modus der Energierückgewinnung realisiert wird.
  • Zwar werden in der vorstehenden Beschreibung mögliche Ausführungsbeispiele exemplarisch beschrieben, es sollte jedoch verstanden werden, dass weiterhin durch bekannte und darüber hinaus von Fachleuten einfach denkbare Kombinationen von technischen Merkmalen und Ausführungsformen zahlreiche Varianten von Ausführungsbeispielen bestehen. Des Weiteren sollte außerdem verstanden werden, dass die exemplarische Ausführungsform lediglich als ein Beispiel dient und dass dieses Ausführungsbeispiel in keiner Weise den Schutzumfang, die Anwendung und den Aufbau dieser Erfindung einschränkt. Vielmehr geht es darum, durch die vorstehende Beschreibung den Fachleuten eine technische Anleitung für die Umwandlung zumindest einer exemplarischen Ausführungsform bereitzustellen, wobei alle Arten von Modifizierungen vorgenommen werden können, insbesondere Modifizierungen hinsichtlich des Gebiets der Funktionen und der Struktur der Teile, solange der Schutzumfang der Patentansprüche nicht verlassen wird. Zum Beispiel besteht im vorstehenden Ausführungsbeispiel die Synchronisiereinrichtung aus zwei Synchronisatoren und einer mit dem Synchronisator A verbundenen Verbindungsvorrichtung, was jedoch nur ein Beispiel ist. Für Fachleute dieses Gebiets ist es nachvollziehbar, dass Synchronisiereinrichtungen in Betracht kommen können, solange sie die Funktionen zum Schließen und Deaktivieren des CVT realisieren, zum Beispiel dass der Synchronisator B mittels der Verbindungsvorrichtung die Ausgangswelle des CVT und die Elektromotorwelle verbindet, oder dass der Synchronisator A mittels der ersten Verbindungsvorrichtung die Ausgangswelle der Brennkraftmaschine und die Elektromotorwelle verbindet und der Synchronisator B mittels der zweiten Verbindungsvorrichtung die Ausgangswelle des CVT und die Elektromotorwelle verbindet, was ebenfalls in den Schutzumfang dieser Erfindung fällt.
  • In der Beschreibung dieser Erfindung muss verstanden werden, dass es sich bei den Richtungs- oder Positionsbeziehungen, die von den Termini „oben“, „unten“, „vor“, „hinter“, „links“, „rechts“, „Niveau“, „innen“, „außen“ usw. angezeigt werden, um Richtungs- oder Positionsbeziehungen handelt, die auf den Darstellungen in den Zeichnungen basieren, und sie lediglich dazu dienen, die Beschreibung dieser Erfindung zu erleichtern und zu vereinfachen, jedoch keine spezifischen Richtungen oder Strukturen und Handhabungen mit spezifischen Richtungen anzeigen oder implizieren, über welche die bezeichneten Vorrichtungen oder Elemente verfügen müssen, und deshalb nicht als Einschränkung dieser Erfindung verstanden werden können. Außerdem dienen die Termini „erste/e“ und „zweite/r“ lediglich dem Zweck der Beschreibung und können nicht als Anzeige oder Implikation einer relativen Signifikanz oder eines impliziten Hinweises auf die Quantität der bezeichneten technischer Merkmale verstanden werden. In der Beschreibung dieser Erfindung bedeutet „Vielzahl“ zwei und mehr, es sei denn, es besteht eine anderweitige klare und konkrete Einschränkung.
  • Bezugszeichenliste
    • 1 -
    CVT (stufenloses Getriebe)
    2 -
    Kupplung
    3 -
    Synchronisiereinrichtung
    4 -
    Brennkraftmaschine
    5 -
    Synchronisiereinrichtung
    6 -
    Elektromotor
    7 -
    Differentialgetriebe
    8 -
    Getriebeverbindungsvorrichtung
    A -
    Synchronisator
    B -
    Synchronisator
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • CN 106143105 A [0003]

Claims (16)

  1. Hybridantriebssystem mit CVT, wobei das Hybridantriebssystem außerdem eine Brennkraftmaschine, einen Elektromotor und eine zwischen der Brennkraftmaschine und dem CVT angeordnete Kupplung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridantriebssystem außerdem eine zwischen der Brennkraftmaschine und dem Elektromotor angeordnete Synchronisiereinrichtung aufweist und mithilfe der Synchronisiereinrichtung und der Kupplung das Hybridantriebssystem zumindest in die folgenden Zustände umgeschaltet werden kann: ein Zustand, in dem eine Ausgangswelle der Brennkraftmaschine über das CVT mit einer Elektromotorwelle verbunden ist, und ein Zustand, in dem eine Ausgangswelle der Brennkraftmaschine ohne Verwendung des CVT mit einer Elektromotorwelle verbunden ist.
  2. Hybridantriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisiereinrichtung einen zwischen der Brennkraftmaschine und dem CVT angeordneten ersten Synchronisator und einen zwischen dem CVT und dem Elektromotor angeordneten zweiten Synchronisator umfasst.
  3. Hybridantriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Synchronisator zwischen dem geschlossenen Zustand, in dem die Ausgangswelle der Brennkraftmaschine und die Elektromotorwelle verbunden sind, und dem getrennten Zustand, in dem die Ausgangswelle der Brennkraftmaschine und die Elektromotorwelle getrennt sind, umschalten kann.
  4. Hybridantriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Synchronisator zwischen dem geschlossenen Zustand, in dem die Ausgangswelle des CVT und die Elektromotorwelle verbunden sind, und dem getrennten Zustand, in dem die Ausgangswelle des CVT und die Elektromotorwelle getrennt sind, umschalten kann.
  5. Hybridantriebssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die Kupplung geschlossen ist oder sich im Schlupfzustand befindet sowie der erste Synchronisator sich im getrennten Zustand befindet und der zweite Synchronisator sich im geschlossenen Zustand befindet, die Ausgangswelle der Brennkraftmaschine und die Eingangswelle des CVT verbunden sind sowie die Ausgangswelle des CVT und die Elektromotorwelle verbunden sind, wodurch bewirkt wird, dass sich das Hybridantriebssystem im Zustand befindet, in dem die Ausgangswelle der Brennkraftmaschine über das CVT mit der Elektromotorwelle verbunden ist.
  6. Hybridantriebssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der Elektromotor nicht gestartet wurde, das Hybridantriebssystem mithilfe der Brennkraftmaschine über das CVT eine Antriebskraft abgibt, wodurch der Betrieb im Modus des reinen Antriebs durch die Brennkraftmaschine erfolgt.
  7. Hybridantriebssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn während des Betriebs der Brennkraftmaschine der Elektromotor gestartet wird, das Hybridantriebssystem mithilfe der Brennkraftmaschine und des Elektromotors über das CVT eine Antriebskraft abgibt, wodurch der Betrieb im Modus des Hybridantriebs erfolgt.
  8. Hybridantriebssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der Elektromotor gestartet wurde und eine Antriebskraft abgibt, bewirkt werden kann, dass der Elektromotor die Brennkraftmaschine startet, wodurch der Betrieb im Start-Stop-Modus erfolgt.
  9. Hybridantriebssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die Kupplung getrennt ist sowie der erste Synchronisator sich im geschlossenen Zustand befindet und der zweite Synchronisator sich im getrennten Zustand befindet, das Hybridantriebssystem sich im Zustand befindet, in dem die Ausgangswelle der Brennkraftmaschine ohne Verwendung des CVT mit der Elektromotorwelle verbunden ist.
  10. Hybridantriebssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der Elektromotor nicht gestartet wurde, das Hybridantriebssystem mithilfe der Brennkraftmaschine ohne Verwendung des CVT direkt eine Antriebskraft abgibt, wodurch der Betrieb im Modus des reinen Antriebs durch die Brennkraftmaschine erfolgt.
  11. Hybridantriebssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn während des Betriebs der Brennkraftmaschine der Elektromotor gestartet wird, das Hybridantriebssystem mithilfe der Brennkraftmaschine und des Elektromotors über das CVT eine Antriebskraft abgibt, wodurch der Betrieb im Modus des Hybridantriebs erfolgt.
  12. Hybridantriebssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim Stillstehen des Hybridantriebssystems, wenn die Elektromotorwelle die Ausgangswelle der Brennkraftmaschine dreht, das Hybridantriebssystem im Start-Stop-Modus arbeitet, oder wenn die Ausgangswelle der Brennkraftmaschine die Elektromotorwelle dreht, das Hybridantriebssystem im Lademodus betrieben wird.
  13. Hybridantriebssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor im Modus des Hybridantriebs den Betriebspunkt der Brennkraftmaschine einstellen kann.
  14. Hybridantriebssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn sich die Kupplung im getrennten Zustand befindet, der erste Synchronisator sich im getrennten Zustand befindet und der zweite Synchronisator sich im getrennten Zustand befindet, die Brennkraftmaschine und das CVT deaktiviert werden, wodurch das Hybridantriebssystem im Modus des reinen Antriebs durch den Elektromotor oder im Modus der Energierückgewinnung arbeiten kann.
  15. Hybridantriebssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es außerdem umfasst: eine zwischen dem ersten Synchronisator und der Elektromotorwelle eingebundene erste Verbindungsvorrichtung, die beim Verbinden der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine und der Elektromotorwelle hilft, und/ oder eine zwischen dem zweiten Synchronisator und der Elektromotorwelle eingebundene zweite Verbindungsvorrichtung, die beim Verbinden der Ausgangswelle des CVT und der Elektromotorwelle hilft.
  16. Hybridantriebssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridantriebssystem außerdem ein Differentialgetriebe aufweist, wobei die Elektromotorwelle mithilfe zweier Zahnradsätze mit dem Differentialgetriebe verbunden ist.
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