DE102005034929B4

DE102005034929B4 - Elektrisch verstellbare Getriebeanordnung

Info

Publication number: DE102005034929B4
Application number: DE102005034929.3A
Authority: DE
Inventors: Henryk Sowul; Alan G. Holmes; Michael R. Schmidt; Donald Klemen; James D. Hendrickson
Original assignee: General Motors Corp
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2004-07-29
Filing date: 2005-07-26
Publication date: 2018-04-12
Anticipated expiration: 2025-07-27
Also published as: DE102005034929A1; US20060025264A1; US7238132B2

Abstract

Elektrisch verstellbares Getriebe (10; 110, 210, 310, 410), umfassend: ein Getriebegehäuse (54), ein Antriebselement (18), um Leistung von einem Verbrennungsmotor (12) aufzunehmen, ein Abtriebselement (70), das mit einem Übertragungselement (74; 374) verbunden ist, einen ersten und einen zweiten Motor/Generator (46, 48), wobei das Übertragungselement (74; 374) zwischen dem ersten und dem zweiten Motor/Generator (46, 48) angeordnet ist, einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz (20, 32), die jeweils ein Sonnenrad (24, 36), ein Hohlrad (22, 32) und mehrere Planetenräder (27, 28, 39) aufweisen, die drehbar an einem Träger (26, 40) montiert sind, wobei der zweite Planetenradsatz (32) ein einfacher Planetenradsatz ist, wobei das Antriebselement (18) wirksam mit einem Element (22) des ersten Planetenradsatzes (20) verbunden ist, das Abtriebselement (70) wirksam mit dem Träger (40) des zweiten Planetenradsatzes (32) verbunden ist, der Motor/Generator (46) wirksam mit dem Sonnenrad (24) in dem ersten Planetenradsatz (20) verbunden ist und der andere Motor/Generator (48) in kontinuierlicher Wirkverbindung mit dem Sonnenrad (36) des zweiten Planetenradsatzes (32) steht und in kontinuierlicher oder selektiver Wirkverbindung mit einem Element (26) des ersten Planetenradsatzes (20) steht, eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung (62), die selektiv das Hohlrad (34) des zweiten Planetenradsatzes (32) sperrt und zwischen dem ersten und dem zweiten Planetenradsatz (20, 32) oder radial von dem zweiten Planetenradsatz (32) angeordnet ist, eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung (64), die selektiv das Hohlrad (34) des zweiten Planetenradsatzes (32) mit dem ersten Motor/Generator (46) verbindet und zwischen dem ersten und dem zweiten Planetenradsatz (20, 32) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planetenradsatz (20) ein zusammengesetzter Planetenradsatz ist, das Übertragungselement (74; 374) auf einem Übertragungslager (90) drehbar gelagert ist, das starr auf einer an dem Getriebegehäuse (54) vorgesehenen Nabe (91; 19) abgestützt ist, und das Übertragungselement (74; 374) und das Übertragungslager (90) zwischen dem ersten und dem zweiten Motor/Generator (46, 48) angeordnet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisch verstellbares Getriebe mit einem einfachen und einem zusammengesetzten Planetenradsatz, zwei Motoren/Generatoren, einem Übertragungszahnrad zwischen den Motoren/Generatoren und drei, vier oder fünf Kupplungen, die Input-Split- und Compound-Split-Bereiche bereitstellen.
Verbrennungsmotoren, insbesondere jene von der Art mit hin- und hergehenden Kolben, treiben gegenwärtig die meisten Fahrzeuge an. Verbrennungsmotoren sind relativ effiziente, kompakte, leichte und preiswerte Mechanismen, um fossilen Kraftstoff in mechanische Nutzleistung umzuwandeln, so dass sie für den Fahrzeugantrieb sehr geeignet sind. Ein neuartiges Getriebesystem, das die Emissionen und den Kraftstoffverbrauch bei Verwendung mit Verbrennungsmotoren vermindern kann, kann für die Allgemeinheit von großem Nutzen sein.
Die Flexibilität, mit der Verbrennungsmotoren mit hin- und hergehenden Kolben arbeiten, stellt eine Herausforderung dar. Typischerweise wird ein Fahrzeug von einem solchen Verbrennungsmotor angetrieben, der von einem kalten Zustand durch einen kleinen Elektromotor und relativ kleine elektrische Speicherbatterien gestartet wird, und dann schnell mit der Last, einen Vortrieb zu bewirken und Zusatzeinrichtungen oder Nebenaggregate zu betreiben, belastet. Ein derartiger Verbrennungsmotor wird auch über einem weiten Bereich von Drehzahlen mit einem weiten Bereich von Lasten und typischerweise mit einem Fünftel seiner Maximalleistung betrieben. Diese weiten Bereiche des Verbrennungsmotorbetriebes erfordern es, dass eine saubere, effiziente Verbrennung über die Extrema in den Betriebsbedingungen aufrechterhalten wird, was eine anspruchsvolle Aufgabe ist.
Ein Fahrzeuggetriebe kann mechanische Leistung von einem Verbrennungsmotor an den Rest eines Antriebssystems, typischerweise feste Zahnradanordnungen, Achsen und Räder, abgeben. Ein Getriebe erlaubt eine gewisse Freiheit im Verbrennungsmotorbetrieb, üblicherweise über die alternative Auswahl von fünf oder sechs unterschiedlichen Fahrverhältnissen, eine Neutralauswahl, die erlaubt, dass der Verbrennungsmotor Zusatzeinrichtungen betreiben kann, wobei das Fahrzeug steht, und Kupplungen oder Drehmomentwandler, die glatte Übergänge zwischen den Fahrverhältnissen zulassen, um das Fahrzeug aus der Ruhe zu starten und auf die gewünschte Reisegeschwindigkeit mit drehendem Verbrennungsmotor zu beschleunigen. Eine Getriebegangauswahl erlaubt typischerweise, dass Leistung von dem Verbrennungsmotor an den Rest des Antriebssystems mit einem Verhältnis einer Drehmomentvervielfachung und Drehzahlreduktion, wobei ein Verhältnis einer Drehmomentreduktion und Drehzahlvervielfachung als Overdrive bekannt ist, oder mit einem Rückwärtsverhältnis abgegeben wird.
Ein elektrischer Generator kann mechanische Leistung von dem Verbrennungsmotor in elektrische Leistung umwandeln, und ein Elektromotor kann diese elektrische Leistung zurück in mechanische Leistung mit unterschiedlichen Drehmomenten und Drehzahlen für den Rest des Fahrzeugantriebssystems umwandeln. Diese Anordnung erlaubt eine kontinuierliche Veränderung des Drehmoment- und Drehzahlverhältnisses zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Rest des Antriebssystems innerhalb der Grenzen der elektrischen Maschinerie. Eine elektrische Speicherbatterie, die als Leistungsquelle für den Vortrieb verwendet wird, kann dieser Anordnung hinzugefügt werden, wodurch ein elektrisches Reihen-Hybridantriebssystem gebildet wird.
Das Reihen-Hybridsystem erlaubt es, dass der Verbrennungsmotor relativ unabhängig von dem Drehmoment, der Drehzahl und der Leistung arbeiten kann, um das Fahrzeug anzutreiben, so dass es für verbesserte Emissionen und einen verbesserten Wirkungsgrad gesteuert werden kann. Dieses System erlaubt auch, dass die elektrische Maschine, die an dem Verbrennungsmotor angebracht ist, als Motor funktioniert, um den Verbrennungsmotor zu starten, und erlaubt, dass die elektrische Maschine, die an dem Rest des Antriebsstrangs angebracht ist, als Generator wirkt, wodurch Energie durch regeneratives Bremsen in der Batterie zurückgewonnen wird. Ein elektrischer Reihenantrieb leidet an dem Gewicht der elektrischen Maschinerie, die notwendig ist, um die gesamte Leistung des Verbrennungsmotors von mechanischer in elektrische und von elektrischer in mechanische Leistung umzuwandeln, und an dem Nutzleistungsverlust bei dieser doppelten Umwandlung.
Ein Power-Split-Getriebe oder Getriebe mit Leistungsaufteilung kann eine so genannte ”Differentialzahnradanordnung” verwenden, um ein stufenlos verstellbares Drehmoment- und Drehzahlverhältnis zwischen dem Antrieb und dem Abtrieb zu erzielen, ohne die gesamte Leistung durch die verstellbaren Elemente zu schicken. Ein elektrisch verstellbares Getriebe kann eine Differentialzahnradanordnung verwenden, um einen Bruchteil seiner übertragenen Leistung durch ein Paar elektrische Motoren/Generatoren und den Rest seiner Leistung durch einen anderen, parallelen Weg zu schicken, der sowohl mechanisch als auch direkt mit einem festen Verhältnis oder alternativ wählbar ist. Eine Form einer Differentialzahnradanordnung, wie sie Fachleuten bekannt ist, kann einen Planetenradsatz bilden. Tatsächlich ist ein Planetengetriebe gewöhnlich die bevorzugte Ausführungsform, die in mit differentiellen Zahnradsätzen versehenen Erfindungen angewandt wird, mit dem Vorteil einer Kompaktheit und unterschiedlicher Drehmoment- und Drehzahlverhältnisse zwischen allen Elementen des Planetenzahnradsatzes. Es ist jedoch möglich, diese Erfindung ohne Planetenräder aufzubauen, etwa indem Differentialkegelräder oder andere Differentialzahnräder verwendet werden.
Beispielsweise besteht ein Satz von Differentialkegelrädern, der in einer typischen Kraftfahrzeugachse zu finden ist, aus drei oder vier Kegelrädern auf einem Träger und einem kämmenden Kegelrad für jede Achse. Um den ersten Satz eines Planetengetriebes in der ersten Ausführungsform der Erfindung zu ersetzen, würde der Träger des ersten Satzes von Differentialkegelrädern mit dem Antrieb verbunden werden, ein Kegelrad, das normalerweise mit einer Achse verbunden wäre, würde statt dessen mit dem ersten Motor verbunden werden, und das andere derartige Kegelrad würde mit der zentralen Welle verbunden werden. Differentialkegelräder könnten gleichermaßen den zweiten Satz von Planetenrädern ersetzen, und so könnte die Erfindung ohne irgendwelche Planetenräder ausgeführt werden.
Ein elektrisch verstellbares Hybrid-Getriebesystem für ein Fahrzeug umfasst auch eine elektrische Speicherbatterie, die erlaubt, dass die mechanische Ausgangsleistung von der mechanischen Eingangsleistung abweichen kann, und die ein Starten des Verbrennungsmotors mit dem Getriebesystem und ein regeneratives Bremsen des Fahrzeugs erlaubt.
Ein elektrisch verstellbares Getriebe in einem Fahrzeug kann einfach mechanische Leistung übertragen. Dazu gleicht die elektrische Leistung, die von einem Motor/Generator erzeugt wird, die elektrischen Verluste und die elektrische Leistung, die von dem anderen Motor/Generator verbraucht wird, aus. Ein elektrisch verstellbares Hybridgetriebesystem in einem Fahrzeug umfasst eine elektrische Speicherbatterie, so dass die elektrische Leistung, die von einem Motor/Generator erzeugt wird, größer oder kleiner sein kann als die elektrische Leistung, die von dem anderen verbraucht wird. Elektrische Leistung von der Batterie kann manchmal zulassen, dass beide Motoren/Generatoren als Motoren wirken, insbesondere um den Verbrennungsmotor bei der Fahrzeugbeschleunigung zu unterstützen. Beide Motoren können manchmal als Generatoren wirken, um die Batterie wieder aufzuladen, insbesondere bei einem regenerativen Bremsen des Fahrzeugs.
Eine der erfolgreichsten Ersatzvorrichtungen für das Reihen-Hybridgetriebe ist das variable, parallele, elektrische Input-Split-Hybridgetriebe mit zwei Betriebsarten. Ein derartiges Getriebe benutzt ein Antriebsmittel, um Leistung von dem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs aufzunehmen, und ein Leistungsabgabemittel, um Leistung zum Antreiben des Fahrzeugs abzugeben. Ein erster und ein zweiter Motor/Generator sind mit Energiespeichereinrichtungen, wie etwa Batterien, verbunden, so dass die Energiespeichereinrichtungen Leistung von dem ersten und dem zweiten Motor/Generator aufnehmen und diesen Leistung zuführen können. Eine Steuereinheit regelt den Leistungsfluss zwischen den Energiespeichereinrichtungen und den Motoren/Generatoren sowie zwischen dem ersten und dem zweiten Motor/Generator.
Ein Betrieb in einer ersten oder zweiten Betriebsart kann selektiv erzielt werden, indem Kupplungen in der Natur von Drehmomentübertragungseinrichtungen verwendet werden. In einer Betriebsart ist die Abtriebsdrehzahl des Getriebes proportional zu der Drehzahl eines Motors/Generators, und in der zweiten Betriebsart ist die Abtriebsdrehzahl des Getriebes im Allgemeinen proportional zur Drehzahl des anderen Motors/Generators.
Bei manchen Ausführungsformen des variablen, parallelen, elektrischen Input-Split-Hybridgetriebes mit zwei Betriebsarten wird ein zweiter Planetenradsatz angewandt. Zusätzlich können manche Ausführungsformen drei Drehmomentübertragungseinrichtungen verwenden – zwei, um die für das Getriebe gewünschte Betriebsart auszuwählen, und die dritte, um das Getriebe von dem Verbrennungsmotor zu trennen. In anderen Ausführungsformen können alle drei Drehmomentübertragungseinrichtungen benutzt werden, um die gewünschte Betriebsart des Getriebes auszuwählen.
Wie es Fachleute feststellen werden, wird ein Getriebesystem, das eine Anordnung mit Leistungsaufteilung verwendet, Leistung von zwei Quellen erhalten. Das Benutzen von einem oder mehreren Planetenradsätzen erlaubt zwei oder mehr Zahnradstränge oder Betriebsarten, durch die Leistung von dem Antriebselement des Getriebes an dessen Abtriebselement abgegeben wird.
Dementsprechend gibt es in der Technik einen Bedarf für ein Hochleistungsgetriebesystem, das eine maximale Leistung mit wenig zusätzlicher Leistung, die durch die elektrische Speichereinrichtung bereitgestellt wird, liefert. Es ist auch erwünscht, den Gesamtwirkungsgrad bei hohen Abtriebsdrehzahlen zu verbessern. Diese Ziele können durch ein elektromechanisches Compound-Split-Getriebe mit zwei Betriebsarten erreicht werden, das den gewünschten hohen Wirkungsgrad liefert, der für einen kontinuierlichen Betrieb bei konstanter Geschwindigkeit sowie für Anwendungen mit hoher Durchschnittsleistung angestrebt wird.
US 6 527 658 B2 , das am 4. März 2003 für Holmes et al. erteilt wurde und an die Inhaberin der vorliegenden Anmeldung übertragen wurde, offenbart ein elektrisch verstellbares Getriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, das zwei Planetenradsätze, zwei Motoren/Generatoren und zwei Kupplungen benutzt, um Input-Split-, Compound-Split-, Neutral- und Rückwärts-Betriebsarten bereitzustellen. Beide Planetenradsätze können einfach sein oder können individuell zusammengesetzt werden. Ein elektrisches Steuerelement regelt den Leistungsfluss zwischen einer Energiespeichereinrichtung und den beiden Motoren/Generatoren. Dieses Getriebe liefert zwei Bereiche oder Betriebsarten eines elektrisch verstellbaren Getriebes (EVT von electrically variable transmission), wobei es Betriebsarten mit Eingangsleistungsaufteilung (Input-Power-Split) und Leistungsaufteilungszusammensetzung (Compound-Power-Split) bereitstellt, und es ist ein festes Verhältnis verfügbar. Ein ”festes Verhältnis” ist ein Betriebszustand, in dem keine Leistung durch die Motoren/Generatoren fließt, um Verluste zu minimieren.
US 2006/0 019 785 A1 für Holmes et al., die am 22. Juli 2004 eingereicht wurde, mit dem Titel ”Electrically Variable Transmission with Selective Fixed Ratio Operation”, die der Inhaberin der vorliegenden Anmeldung gehört und deren Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme vollständig mit eingeschlossen ist, offenbart ein elektrisch verstellbares Getriebe mit zwei Planetenradsätzen, zwei Motoren/Generatoren und drei, vier oder fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen, um Input-Split-, Compound-Split-, Output-Split-, Neutral- und elektrische Rückwärts-Betriebsarten bereitzustellen.
US 5 931 757 A offenbart ein elektrisch verstellbares Two-Mode-Getriebe mit kombinierter Leistungsverzweigung, bei dem der Abtrieb an der Eingangswelle des Getriebes erfolgt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine besonders günstige Anordnung der Bestandteile eines elektrisch verstellbaren Getriebes der eingangs genannten Art im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Anforderungen zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die vorliegende Erfindung stellt Prinzipschaubild-Konfigurationen bereit, die den Leistungsflüssen entsprechen, die in dem oben genannten U.S. Patent Nr. US 6 527 658 B2 und der oben genannten U.S. Schrift Nr. US 2006/0 019 785 A1 für Holmes et al., die am 22. Juli 2004 eingereicht wurde und den Titel ”Electrically Variable Transmission with Selective Fixed Ratio Operation” hat, beschrieben sind.
Die Prinzipschaubilder (stick diagrams) sind nicht nur Leistungsflüsse sondern liefern vielmehr Packungs- und Lageinformation für die Planetenradsätze, Kupplungen, Motoren, Wellen, Lager usw. Ein Prinzipschaubild (stick diagram) ist ein Vorläufer für einen tatsächlichen Querschnitt, indem es kennzeichnet, wo jedes Bauteil angeordnet sein wird und auf welche Weise Bauteile gelagert und miteinander verbunden sein werden. Die Prinzipschaubilder zeigen auch, wie die verschiedenen Kupplungen zwischen oder benachbart zu Planetenradsätzen innerhalb der Naben oder Kolbengehäuse angeordnet und gelagert sind.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben, in diesen zeigt:
1 ein Prinzipschaubild eines elektrisch verstellbaren Getriebes gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ein Prinzipschaubild eines elektrisch verstellbaren Getriebes einer ersten alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2a ein Kupplungsdiagramm, das der Ausführungsform von 2 entspricht;
3 ein Prinzipschaubild eines elektrisch verstellbaren Getriebes gemäß einer zweiten alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3a ein Kupplungsdiagramm, das der Ausführungsform der 3 entspricht;
4 ein Prinzipschaubild eines elektrisch verstellbaren Getriebes gemäß einer dritten alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
5 ein Prinzipschaubild eines elektrisch verstellbaren Getriebes gemäß einer vierten alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform des verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes allgemein mit Bezugsziffer 10 gekennzeichnet. Das Getriebe 10 ist dafür entworfen, zumindest einen Teil seiner Antriebsleistung von einem Verbrennungsmotor 12 aufzunehmen. Der Verbrennungsmotor 12 weist wie gezeigt eine Abtriebswelle 14 auf, die auch als das Vorwärts-Antriebselement eines Dämpfers 16 für transientes Drehmoment dient. Der Dämpfer 16 für transientes Drehmoment umfasst eine Dämpfersperre 16a. Dämpfer für transientes Drehmoment sind in der Technik allgemein bekannt, aber ungeachtet des besonderen angewandten Dämpfers 16 für transientes Drehmoment dient sein Abtriebselement als das Antriebselement 18 des Getriebes 10.
In der dargestellten Ausführungsform kann der Verbrennungsmotor 12 ein Verbrennungsmotor für fossilen Brennstoff sein, wie etwa ein Dieselmotor, der leicht angepasst werden kann, um seine verfügbare Ausgangsleistung typischerweise mit einer konstanten Anzahl von Umdrehungen pro Minute (U/min oder RPM) abzugeben.
Ungeachtet des Mittels, durch das der Verbrennungsmotor 12 mit dem Getriebeantriebselement 18 verbunden ist, ist das Getriebeantriebselement 18 wirksam mit einem Planetenradsatz 20 in dem Getriebe 10 verbunden. Der erste Planetenradsatz 20 ist ein zusammengesetzter Planetenradsatz, der ein äußeres Hohlrad 22 anwendet, das ein inneres Sonnenrad 24 umgibt. Ein Träger 26 lagert drehbar mehrere Planetenräder 27, 28, so dass jedes Planetenrad 27 kämmend mit dem äußeren Hohlrad 22 in Eingriff steht, und jedes Planetenrad 28 kämmend mit dem inneren Sonnenrad 24 in Eingriff steht. Die Planetenräder 27, 28 kämmen auch miteinander. Das Antriebselement 18 ist an dem Hohlrad 22 des ersten Planetenradsatzes 20 befestigt.
Der zweite Planetenradsatz 32 ist ein einfacher Planetenradsatz mit einem äußeren Hohlrad 34, das ein inneres Sonnenrad 36 umgibt. Mehrere Planetenräder 39 sind drehbar an einem Träger 40 gelagert, so dass jedes Planetenrad 39 mit sowohl dem äußeren Hohlrad 34 als auch dem inneren Sonnenrad 36 gleichzeitig in Eingriff steht.
Die Planetenradsätze 20 und 32 sind weiter darin zusammengesetzt, dass das Sonnenrad 36 des Planetenradsatzes 32 kontinuierlich mit dem Träger 26 des Planetenradsatzes 20 verbunden ist.
Diese Ausführungsform umfasst auch einen ersten und einen zweiten Motor/Generator 46 bzw. 48. Der Stator 50 des ersten Motors/Generators 46 ist an dem Getriebegehäuse 54 befestigt. Der Rotor 56 des ersten Motors/Generators 46 ist an dem Sonnenrad 24 des ersten Planetenradsatzes über ein Rotorabstützelement 56A befestigt. Der Stator 66 des zweiten Motors/Generators 48 ist auch an dem Getriebegehäuse 54 befestigt. Der Rotor 68 des zweiten Motors/Generators 48 ist an dem Sonnenrad 36 befestigt und an einem freitragenden Abstützelement 99 und Lager 96 gelagert.
Das Hohlrad 34 des zweiten Planetenradsatzes 32 wird selektiv durch ein erstes Kupplungsmittel in der Natur einer Drehmomentübertragungseinrichtung 62 an dem Gehäuse 54 gesperrt. Das heißt, das gesperrte Hohlrad 34 wird selektiv an einer Drehung durch eine Wirkverbindung mit dem nicht drehbaren Gehäuse 54 gesichert. Das Hohlrad 34 des zweiten Planetenradsatzes 32 ist auch selektiv mit dem Rotor 56 des ersten Motors/Generators 46 durch ein zweites Kupplungsmittel in der Natur einer Drehmomentübertragungseinrichtung 64 verbunden. Die erste und die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung 62 und 64 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsarten des Getriebes 10, das ein Hqybridgetriebe ist, zu unterstützen.
Die Entkopplungs- oder Trennkupplung 66 verbindet selektiv das Hohlrad 22 mit dem Träger 26. Die beiden Planetenradsätze 20 und 32 sind koaxial um die erste Achse 41 orientiert.
Das Ausgangsantriebselement 70 des Getriebes 10 ist an dem Träger 40 des zweiten Planetenradsatzes 32 befestigt. Wie es in 1 gezeigt ist, ist das Ausgangsantriebselement 70 mit einem Übertragungszahnrad 74 verbunden, das Leistung an das sekundäre Zahnrad 76 überträgt. Das Übertragungszahnrad 74 ist auf einem Übertragungslager 90 gelagert. Von dem Übertragungszahnrad 74 wird dann Leistung um die zweite Achse 78 von dem Zahnrad 80 auf das Differential 82 und schließlich auf die linken und rechten Räder 84, 86 übertragen.
Wie gezeigt ist, ist bei dieser Ausgestaltung das Übertragungszahnrad 74 zwischen der Drehmomentübertragungseinrichtung 62 und dem Motorstützelement 56A angeordnet. Das Übertragungszahnrad 74 ist auf dem Übertragungslager 90 drehbar gelagert, das starr auf einer Nabe 91 abgestützt ist, die an den Lagern 71 und 94 anschlägt. Die Rotoren 56, 68 der Motoren/ Generatoren 46, 48 sind jeweils auf Lager 94, 96 gelagert.
Die Arbeitsweise des Getriebes 10 ist in dem oben erwähnten U.S. Patent Nr. 6,527,658 beschrieben.
Wie es in 1 der vorliegenden Anmeldung dargestellt ist, sind die Kupplungen 62, 64, das Übertragungszahnrad 74, die Lager 71, 90 und 94, das Abstützelement 91 und die Motorabstützung 56A zwischen die beiden Planetenradsätzen 20, 32 gepackt.
Das Übertragungszahnrad 74 ist in jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zwischen den Motoren/Generatoren 46, 48 angeordnet.
Wie es in den beigefügten Ansprüchen bezeichnet ist, ist der ”erste” Planetenradsatz der Zahnradsatz 20, und der ”zweite” Planetenradsatz ist der Zahnradsatz 32. Der ”erste” Motor/Generator ist der Motor/Generator 46, und der ”zweite” Motor/Generator ist der Motor/Generator 48. Die beanspruchten ersten, zweiten und dritten Elemente des ersten Planetenradsatzes 20 sind das Hohlrad 22, das Sonnenrad 24 bzw. der Träger 26. Die ersten, zweiten und dritten Elemente des zweiten Planetenradsatzes 32 sind der Träger 40, das Hohlrad 34 bzw. das Sonnenrad 36.
Die Hauptwelle 51 ist durch die Lager 96 und 73 geführt. Das Übertragungslager 90 ist auf der Nabe 91 abgestützt, die durch die Lager 71 und 94 über der Sonnenradwelle 93 ausgeglichen oder ausgewuchtet ist. Die Trommel 95, die das Hohlrad 22 mit der Antriebswelle 18 verbindet, ist durch die Lager 73 und 75 gelagert.
Nach 2 ist das Getriebe 110 nahezu identisch wie das in 1 gezeigte Getriebe 10, mit der Ausnahme, dass die Kupplung 165 hinzugefügt worden ist, um den zweiten Motor/Generator 48 selektiv zu entkoppeln, das Lager 73 ist an die Stelle des Lagers 173 bewegt worden, und das zusätzliche Lager 197 und die zusätzliche Abstützung 198 sind hinzugefügt worden, um die Kupplungen 62 und 64 zu lagern. Ebenso ist das Lager 94 an die Stelle des Lagers 194 verlegt worden, mit der Umgestaltung der Nabe 191 und der Hinzufügung des Lagers 173. Der Rotor 68 ist auf einem freitragenden Abstützelement 99 abgestützt, das auf dem Lager 96 gelagert ist. Ebenso bleibt, wie es in 2 gezeigt ist, das Übertragungszahnrad 74 von dem Übertragungslager 90 gelagert. In 2 werden gleiche Bezugszeichen dazu verwendet, Bezug auf gleiche oder ähnliche Bauteile von 1 zu nehmen.
2a zeigt ein Kupplungsdiagramm, das die Ein/Aus-Zustände der Kupplungen 62, 64, 66 und 165 des Getriebes 110 von 2 sowie die Ein/Aus-Zustände der Dämpfersperre 16a sowie die treibenden/angetriebenen Zustände der Motoren/Generatoren 46 und 48 für verschiedene Betriebsarten des Getriebes 110 darstellt.
Nach 3 ist das dort gezeigte Getriebe 210 identisch wie das in 2 gezeigte Getriebe 110, mit der Ausnahme, dass die Klauenkupplung 268 hinzugefügt worden ist, um selektiv das Sonnenrad 36 mit dem Träger 26 zu verbinden. 3a ist ein Kupplungsdiagramm, das 3 entspricht und die Ein/Aus-Zustände für die Kupplungen 62, 64, 66, 165, 268 und der Dämpfersperre 16a sowie die antreibenden/angetriebenen Zustände der Motoren/Generatoren 46 und 48 in den verschiedenen Betriebsarten des Getriebes 210 von 3 angibt.
In 4 ist ein Getriebe 310 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung gezeigt, wobei gleiche Bezugszeichen sich auf gleiche oder ähnliche Bauelemente von 1 beziehen. Wie es in 4 gezeigt ist, ist das Übertragungszahnrad 374 links von dem Planetenradsatz 32 angeordnet und auf dem Übertragungslager 390 gelagert. Das Übertragungszahnrad 374 befindet sich zwischen dem Planetenradsatz 32 und dem Motorabstützelement 391. Der Rotor 68 des Motors/Generators 48 ist auf dem Lager 396 gelagert. Die Kupplungen 62, 64 und 66 sind in geringfügig abgeänderten Lagen vorgesehen, aber mit der gleichen Funktionalität wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen. Die Einwegekupplung oder Freilaufkupplung 365 sperrt den Träger 26 selektiv. Die Klauenkupplung 368 verbindet das Sonnenrad 36 selektiv mit dem Träger 26.
In 5 ist ein Getriebe 410 gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung gezeigt, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche Bauelemente in den vorhergehenden Figuren beziehen. Diese Ausführungsform ist identisch wie die von 4, mit der Ausnahme, dass die Klauenkupplung 368 und die Einwegekupplung oder Freilaufkupplung 365 von 4 weggenommen worden sind, und die Kupplung 465 hinzugefügt worden ist, um das Sonnenrad 36 zu bremsen.
Zusammengefasst stellt die Erfindung ein elektrisch verstellbares Getriebe bereit, umfassend ein Antriebselement, um Leistung von einem Verbrennungsmotor über eine primäre Achse aufzunehmen, ein Abtriebselement, das mit dem Übertragungselement verbunden ist, um Leistung auf eine sekundäre Achse zu übertragen, einen ersten und einen zweiten Motor/-Generator, eine erste und eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, und einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz, die jeweils ein erstes, zweites und drittes Element aufweisen. Das Antriebselement ist kontinuierlich mit dem ersten Element des ersten Zahnradsatzes verbunden, und das Abtriebselement ist kontinuierlich mit dem ersten Element des zweiten Zahnradsatzes verbunden. Der erste Motor/Generator ist kontinuierlich mit dem zweiten Element des ersten Zahnradsatzes verbunden. Der zweite Motor/Generator ist kontinuierlich mit dem dritten Element des ersten oder zweiten Zahnradsatzes verbunden. Das Übertragungselement ist zwischen dem ersten und dem zweiten Motor/Generator angeordnet.

Claims

Elektrisch verstellbares Getriebe (10; 110, 210, 310, 410), umfassend: ein Getriebegehäuse (54), ein Antriebselement (18), um Leistung von einem Verbrennungsmotor (12) aufzunehmen, ein Abtriebselement (70), das mit einem Übertragungselement (74; 374) verbunden ist, einen ersten und einen zweiten Motor/Generator (46, 48), wobei das Übertragungselement (74; 374) zwischen dem ersten und dem zweiten Motor/Generator (46, 48) angeordnet ist, einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz (20, 32), die jeweils ein Sonnenrad (24, 36), ein Hohlrad (22, 32) und mehrere Planetenräder (27, 28, 39) aufweisen, die drehbar an einem Träger (26, 40) montiert sind, wobei der zweite Planetenradsatz (32) ein einfacher Planetenradsatz ist, wobei das Antriebselement (18) wirksam mit einem Element (22) des ersten Planetenradsatzes (20) verbunden ist, das Abtriebselement (70) wirksam mit dem Träger (40) des zweiten Planetenradsatzes (32) verbunden ist, der Motor/Generator (46) wirksam mit dem Sonnenrad (24) in dem ersten Planetenradsatz (20) verbunden ist und der andere Motor/Generator (48) in kontinuierlicher Wirkverbindung mit dem Sonnenrad (36) des zweiten Planetenradsatzes (32) steht und in kontinuierlicher oder selektiver Wirkverbindung mit einem Element (26) des ersten Planetenradsatzes (20) steht, eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung (62), die selektiv das Hohlrad (34) des zweiten Planetenradsatzes (32) sperrt und zwischen dem ersten und dem zweiten Planetenradsatz (20, 32) oder radial von dem zweiten Planetenradsatz (32) angeordnet ist, eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung (64), die selektiv das Hohlrad (34) des zweiten Planetenradsatzes (32) mit dem ersten Motor/Generator (46) verbindet und zwischen dem ersten und dem zweiten Planetenradsatz (20, 32) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planetenradsatz (20) ein zusammengesetzter Planetenradsatz ist, das Übertragungselement (74; 374) auf einem Übertragungslager (90) drehbar gelagert ist, das starr auf einer an dem Getriebegehäuse (54) vorgesehenen Nabe (91; 19) abgestützt ist, und das Übertragungselement (74; 374) und das Übertragungslager (90) zwischen dem ersten und dem zweiten Motor/Generator (46, 48) angeordnet sind.
Elektrisch verstellbares Getriebe (10; 110, 210) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (74) ein Übertragungszahnrad auf einem Übertragungslager (90) umfasst, das zwischen dem ersten und dem zweiten Planetenradsatz (20, 32) angeordnet ist.
Elektrisch verstellbares Getriebe (310, 410) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (374) und das Übertragungslager (390; 90) nicht zwischen dem ersten und dem zweiten Planetenradsatz (20, 32) angeordnet sind.
Elektrisch verstellbares Getriebe (10; 110, 210, 310, 410) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung (66), die selektiv das Hohlrad (22) und den Träger (26) des ersten Planetenradsatzes (20) verbindet.
Elektrisch verstellbares Getriebe (110, 210, 410) nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung (165, 465), die selektiv das Sonnenrad (36) des zweiten Planetenradsatzes (32) sperrt.
Elektrisch verstellbares Getriebe (210, 310) nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung (268; 368), die selektiv den Träger (26) des ersten Planetenradsatzes (20) mit dem Sonnenrad (36) des zweiten Planetenradsatzes (32) verbindet.
Elektrisch verstellbares Getriebe (210, 310) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung (268; 368) als Klauenkupplung ausgeführt ist.
Elektrisch verstellbares Getriebe (10; 110, 210, 310, 410) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Motor/Generator (46) auf einem sich radial erstreckenden Abstützelement (56A) abgestützt ist, das zwischen dem ersten und dem zweiten Planetenradsatz (20, 32) anrenrdnet ist.
Elektrisch verstellbares Getriebe (10; 110, 210, 310, 410) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Motor/Generator (48) auf einem freitragenden Abstützelement (99; 391) abgestützt ist.