DE102006045122A1

DE102006045122A1 - Elektrisch verstellbares Getriebe mit zwei Betriebsarten einschließlich einer Rückwärtsbetriebsart mit Eingangsverzweigung

Info

Publication number: DE102006045122A1
Application number: DE102006045122A
Authority: DE
Inventors: Brendan M. Rochester Hills Conlon
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-09-25
Filing date: 2006-09-25
Publication date: 2008-04-10

Abstract

Ein Getriebe ist mit einer Rückwärtsbetriebsart mit Eingangsverzweigung und vorzugsweise mit einem niedrigen festen Rückwärtsdrehzahlverhältnis versehen, das ein ausreichendes Rückwärtssteigleistungsvermögen bietet, während es zulässt, dass die Motorgröße und die Planetenrad- und Getriebeübersetzungsverhältnisse auf Kraftstoffwirtschaftlichkeit oder andere Konstruktionskriterien optimiert werden können. Es wird das Rückwärtsleistungsvermögen bei eingeschalteter Maschine verbessert, wobei die Abhängigkeit von der Batterie und den Elektromotoren vermindert wird, um die Anforderungen des Rückwärtssteigleistungsvermögens zu erfüllen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft elektrisch verstellbare Getriebe mit einem selektiven Betrieb sowohl in variablen Drehzahlverhältnisbereichen mit Leistungsverzweigung als auch in festen Drehzahlverhältnissen, das drei Planetenradsätze, zwei Motoren/Generatoren und mehrere Drehmomentübertragungsmechanismen aufweist, um ein erweitertes Rückwärtsleistungsvermögen und eine effiziente elektrische Vorwärtsfahrbetriebsart zu erreichen, die die regenerative Bremsfähigkeit verbessert.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Brennkraftmaschinen, insbesondere jene von der Art mit Hubkolben, treiben gegenwärtig die meisten Fahrzeuge an. Derartige Maschinen sind relativ effiziente, kompakte, leichte und kostengünstige Mechanismen, durch die hochkonzentrierte Energie in der Form von Kraftstoff in nutzbare mechanische Leistung umgewandelt wird. Ein neuartiges Getriebesystem, das mit Brennkraftmaschinen verwendet werden und den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen vermindern kann, kann für die Bevölkerung von großem Nutzen sein.
Die breite Schwankung der Anforderungen, die Fahrzeuge typischerweise an Brennkraftmaschinen stellen, erhöht den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen über den Idealfall für derartige Maschinen hinaus. Typischer weise wird ein Fahrzeug von einer derartigen Maschine angetrieben, die aus einem kalten Zustand durch einen kleinen Elektromotor und relativ kleine elektrische Speicherbatterien gestartet und dann schnell unter die Lasten von der Antriebs- und Nebenaggregatanlage gesetzt wird. Eine derartige Maschine wird auch durch einen weiten Bereich von Drehzahlen und einen weiten Bereich von Lasten und typischerweise mit einem Durchschnitt von etwa einem Fünftel ihrer maximalen Ausgangsleistung betrieben.
Ein Fahrzeuggetriebe gibt typischerweise mechanische Leistung von einer Maschine an den Rest eines Antriebssystems, wie an ein festes Achsantriebsgetriebe, Achsen und Räder, ab. Ein typisches mechanisches Getriebe erlaubt eine gewisse Freiheit bei dem Betrieb der Maschine, und zwar gewöhnlich durch alternative Auswahl von fünf oder sechs unterschiedlichen Antriebsübersetzungsverhältnissen, eine Neutralauswahl, die zulässt, dass die Maschine bei stehendem Fahrzeug Nebenaggregate betreiben kann, und Kupplungen oder einem Drehmomentwandler für glatte Übergänge zwischen Antriebsübersetzungsverhältnissen und um das Fahrzeug aus dem Stillstand bei drehender Maschine zu starten. Die Getriebegangauswahl lässt typischerweise zu, dass Leistung von der Maschine an den Rest des Antriebssystems mit einem Verhältnis von Drehmomentvervielfachung und Drehzahlreduktion, mit einem Verhältnis von Drehmomentreduktion und Drehzahlvervielfachung, das als Overdrive bekannt ist, oder mit einem Rückwärtsübersetzungsverhältnis abgegeben wird.
Ein elektrischer Generator kann mechanische Leistung von der Maschine in elektrische Leistung umwandeln, und ein Elektromotor kann diese elektrische Leistung zurück in mechanische Leistung mit unterschiedlichen Drehmomenten und Drehzahlen für den Rest des Fahrzeugantriebs systems umwandeln. Diese Anordnung erlaubt eine stufenlose Verstellung in dem Verhältnis von Drehmoment und Drehzahl zwischen der Maschine und dem Rest des Antriebssystems innerhalb der Grenzen der elektrischen Maschinerie. Eine elektrische Speicherbatterie, die als Leistungsquelle für den Antrieb verwendet wird, kann dieser Anordnung hinzugefügt werden, wodurch ein Reihenhybrid-Elektroantriebssystem gebildet wird.
Das Reihenhybridsystem lässt zu, dass die Maschine mit einer gewissen Unabhängigkeit von dem Drehmoment, der Drehzahl und der Leistung, die erforderlich sind, um ein Fahrzeug anzutreiben, arbeiten kann, so dass die Maschine auf verbesserte Emissionen und einen verbesserten Wirkungsgrad gesteuert werden kann. Dieses System lässt zu, dass der Elektromotor, der an der Brennkraftmaschine angebracht ist, als Motor zum Anlassen der Brennkraftmaschine wirken kann. Dieses System lässt auch zu, dass der Elektromotor, der an dem Rest des Antriebsstrangs angebracht ist, als Generator wirkt, wobei Energie aus dem Verlangsamen des Fahrzeugs in der Batterie durch regeneratives Bremsen zurückgewonnen wird. Ein Reihenelektroantrieb hat Probleme hinsichtlich des Gewichts und der Kosten einer ausreichenden Elektromaschinerie, um die gesamte Leistung der Brennkraftmaschine von mechanisch in elektrisch in dem Generator und von elektrisch in mechanisch in dem Antriebsmotor umzuwandeln, und hinsichtlich des Nutzenergieverlustes bei diesen Umwandlungen.
Ein Getriebe mit Leistungsverzweigung kann ein sogenanntes "Differenzialgetriebe" verwenden, um ein stufenlos verstellbares Drehmoment- und Drehzahlverhältnis zwischen Antrieb und Abtrieb zu erreichen. Ein elektrisch verstellbares Getriebe kann einen Differentialzahnradsatz verwenden, um einen Bruchteil seiner übertragenen Leistung durch ein Paar Elektromotoren/Generatoren zu übertragen. Der Rest seiner Leistung fließt durch einen anderen parallelen Weg, der vollständig mechanisch und direkt mit einem festen Übersetzungsverhältnis oder alternativ wählbar ist.
Ein Planetenradsatz kann, wie Fachleuten bekannt ist, eine Form eines Differenzialgetriebes bilden. Eine Planetenradanordnung ist gewöhnlich die bevorzugte Ausführungsform, die bei Erfindungen mit Differenzialgetriebe angewandt wird, mit den Vorteilen einer Kompaktheit und unterschiedlicher Drehmoment- und Drehzahlverhältnisse zwischen allen Elementen des Planetenradsatzes. Es ist jedoch möglich, diese Erfindung ohne Planetenräder aufzubauen, wie etwa durch die Verwendung von Kegelrädern oder anderen Zahnrädern in einer Anordnung, bei der die Drehgeschwindigkeit von mindestens einem Element eines Zahnradsatzes immer ein gewichteter Mittelwert von Drehzahlen der beiden anderen Elemente ist.
Ein Getriebesystem eines Hybridelektrofahrzeugs umfasst auch eine oder mehrere elektrische Energiespeichereinrichtungen. Die typische Einrichtung ist eine chemische elektrische Speicherbatterie, es können aber auch kapazitive oder mechanische Einrichtungen, wie etwa ein elektrisch angetriebenes Schwungrad, enthalten sein. Ein elektrischer Energiespeicher lässt zu, dass die mechanische Ausgangsleistung von dem Getriebesystem zu dem Fahrzeug von der mechanischen Eingangsleistung von der Maschine zu dem Getriebesystem abweichen kann. Die Batterie oder andere Einrichtung erlaubt zudem ein Starten der Brennkraftmaschine mit dem Getriebesystem sowie ein regeneratives Bremsen des Fahrzeugs.
Ein elektrisch verstellbares Getriebe in einem Fahrzeug kann einfach mechanische Leistung von einem Brennkraftmaschineneingang zu einem Achsantriebsausgang 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. Durch die Verwendung der oben genannten elektrischen Speicherbatterie kann die elektrische Leistung, die von einem Motor/Generator erzeugt wird, größer oder kleiner sein 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 die Brennkraftmaschine bei der Beschleunigung des Fahrzeugs zu unterstützen. Beide Motoren können manchmal als Generatoren wirken, um die Batterie wieder aufzuladen, insbesondere beim regenerativen Bremsen des Fahrzeugs.
Ein erfolgreicher Ersatz für das Reihenhybridgetriebe ist das elektrisch verstellbare Getriebe mit zwei Bereichen, Eingangsverzweigung und Verbundverzweigung (two-range, input-split and compound-split electrically variable transmission), das nun für Linienbusse hergestellt wird, wie es in U.S. Patent Nummer 5,931,757 , erteilt am 3. August 1999 für Michael Roland Schmidt, offenbart ist, das gemeinsam mit der vorliegenden Anmeldung übertragen wurde und dessen Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme vollständig mit eingeschlossen ist. Ein derartiges Getriebe benutzt ein Antriebsmittel, um Leistung von der Fahrzeugmaschine aufzunehmen, und ein Leistungsausgabemittel, um Leistung zum Antreiben des Fahrzeugs abzugeben. Ein erster und zweiter Motor/Generator sind mit einer Energiespeichereinrichtung, wie einer Batterie, verbunden, so dass die Energiespeichereinrichtung Leistung von dem ersten und zweiten Motor/Generator aufnehmen und diesen Leistung zuführen kann. Eine Steuereinheit regelt den Leistungsfluss unter der Energiespeichereinrichtung und den Motoren/Generatoren sowie zwischen dem ersten und zweiten Motor/Generator.
Ein Betrieb in der ersten oder zweiten Betriebsart mit variablem Drehzahlverhältnis kann selektiv unter Verwendung von Kupplungen in der Natur einer ersten und zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung erzielt werden. In der ersten Betriebsart wird ein Drehzahlverhältnisbereich mit Eingangsleistungsverzweigung durch Einrücken der ersten Kupplung gebildet, und die Abtriebsdrehzahl des Getriebes ist proportional zur Drehzahl von einem Motor/Generator. In der zweiten Betriebsart wird ein Drehzahlverhältnisbereich mit Verbundleistungsverzweigung durch das Einrücken der zweiten Kupplung gebildet und die Abtriebsdrehzahl des Getriebes ist nicht proportional zu den Drehzahlen von einem der Motoren/Generatoren sondern ist eine algebraische lineare Kombination der Drehzahlen der beiden Motoren/Generatoren. Ein Betrieb mit einem festen Getriebedrehzahlverhältnis kann selektiv durch das Einrücken beider Kupplungen erzielt werden. Ein Betrieb des Getriebes in einer neutralen Betriebsart kann selektiv erzielt werden, indem beide Kupplungen gelöst werden, wobei die Maschine und beide Elektromotoren/Generatoren von dem Getriebeabtrieb entkoppelt werden. Das Getriebe umfasst mindestens einen mechanischen Punkt in seiner ersten Betriebsart und mindestens zwei mechanische Punkte in seiner zweiten Betriebsart.
U.S. Patent Nr. 6,527,658 , das am 4. März 2003 für Holmes et al. erteilt wurde, gemeinsam mit der vorliegenden Anmeldung übertragen wurde und dessen Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme vollständig mit eingeschlossen ist, offenbart ein elektrisch verstellbares Getriebe, das zwei Planetenradsätze, zwei Motoren/Generatoren und zwei Kupplungen benutzt, um Betriebsarten mit Eingangsverzweigung (input-split), Verbundverzweigung (compund-split) sowie Neutral- und Rückwärtsbetriebsarten bereitzustellen. Beide Planetenradsätze können einfach sein oder einer kann einzeln zusammengesetzt sein. Ein elektrisches Steuerelement regu liert den Leistungsfluss zwischen einer Energiespeichereinrichtung und den beiden Motoren/Generatoren. Dieses Getriebe bietet zwei Bereiche oder Betriebsarten eines elektrisch verstellbaren Getriebebetriebes (EVT), indem es selektiv einen Drehzahlverhältnisbereich mit Eingangsleistungsverzweigung und einen Drehzahlverhältnisbereich mit Verbundleistungsverzweigung bereitstellt. Es kann auch ein festes Drehzahlverhältnis selektiv erzielt werden.
Hybridsysteme können die Kraftstoffwirtschaftlichkeit eines Fahrzeugs auf eine Vielfalt von Wegen verbessern. Beispielsweise kann die Maschine im Leerlauf, während Zeiträumen mit Verzögerung und Bremsen und während Zeiträumen mit einem Betrieb bei niedriger Drehzahl oder leichter Belastung ausgeschaltet werden, um Wirkungsgradverluste aufgrund des Zugs an der Maschine zu beseitigen. Aufgefangene Bremsenergie (über regeneratives Bremsen) oder Energie, die durch einen der Motoren gespeichert wird, der während Zeiträumen, in denen die Maschine arbeitet, als Generator wirkt, wird während dieser Zeiträume mit ausgeschalteter Maschine benutzt. Eine vorübergehender Bedarf für Maschinendrehmoment oder Maschinenleistung wird durch die Motoren/Generatoren während des Betriebes in den elektrisch verstellbaren Betriebsarten mit eingeschalteter Maschine ergänzt, was eine geringere Dimensionierung der Maschine zulässt, ohne das hervortretende Leistungsvermögen des Fahrzeugs zu vermindern. Zusätzlich kann die Maschine bei oder in der Nähe des Punktes mit optimalem Wirkungsgrad für einen gegebenen Leistungsbedarf betrieben werden. Der Motor/Generator ist in der Lage, kinetische Energie des Fahrzeugs während des Bremsens aufzufangen, die dazu verwendet wird, die Maschine länger ausgeschaltet zu halten, Maschinendrehmoment oder Maschinenleistung zu ergänzen und/oder bei einer niedrigeren Maschinendrehzahl zu arbeiten, oder die Nebenaggregatleistungsversorgung zu unterstützen. Zusätzlich sind die Motoren/Generatoren bei der Leistungserzeugung für die Nebenaggregate sehr effizient, und elektrische Leistung von der Batterie dient als verfügbare Drehmomentreserve, was einen Betrieb bei einem zahlenmäßig niedrigen Drehzahlverhältnis des Getriebes erlaubt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Getriebe ist mit einer Rückwärtsbetriebsart mit Eingangsverzweigung und vorzugsweise mit einem niedrigen festen Rückwärtsdrehzahlverhältnis versehen, das ein ausreichendes Rückwärtssteigleistungsvermögen bietet, während es zulässt, dass die Motorgröße und die Planetenrad- und Getriebeübersetzungsverhältnisse auf Kraftstoffwirtschaftlichkeit oder andere Konstruktionskriterien hin optimiert werden können. Ein Schlüsselvorteil dieser Konstruktion gegenüber anderen EVT-Konstruktionen für Rückwärts ist, dass er elektrische Leistungsfluss in beiden Vorwärts- und Rückwärtsbetriebsarten vorwärts (nicht zirkulierend) erfolgt. Zirkulierende elektrische Leistung in einem EVT bezieht sich auf eine Bedingung, bei der der mechanische Weg mehr als 100% der Abtriebsleistung transportiert. Unter Bedingungen eines normalen elektrischen Leistungsflusses vorwärts, wird die Maschinenleistung verzweigt, wobei ein gewisser Anteil elektrisch und der Rest mechanisch übertragen wird. Wenn ein typisches EVT rückwärts arbeitet, ist die Richtung des elektrischen Leistungsflusses umgekehrt, so dass der mechanische Weg die volle Abtriebsleistung plus die elektrische Leistung transportieren muss. Unter dieser Bedingung sagt man, dass die elektrische Leistung in dem System zirkuliert. Deshalb müssen das Drehmoment und die Leistung des elektrischen Weges für mehr als 100% des Abtriebsdrehmoments und der Abtriebsleistung. bemessen sein, um die zirkulierende Leistung aufzunehmen. Das maximale Abtriebsdrehmoment eines typischen EVT wird unter Verwendung von Batterieleistung erhalten, wenn die Maschine kein Drehmoment erzeugt.
Das maximale Abtriebsdrehmoment des elektrisch verstellbaren Getriebes der vorliegenden Erfindung wird bei eingeschalteter Maschine erhalten, was ein robusteres Leistungsvermögen ergibt. Aufgrund des verbesserten Rückwärtsleistungsvermögens, sind die typischerweise empfohlene Zunahme der Motorgröße und/oder die höheren Getriebe- oder Planetenradübersetzungsverhältnisse nicht erforderlich, um ein ausreichendes Rückwärtssteigleistungsvermögen zu erreichen.
Dementsprechend umfasst ein elektrisch verstellbares Getriebe ein Antriebselement, um Leistung von einer Maschine zu empfangen, ein Abtriebselement, sowie einen ersten und zweiten Motor/Generator. Ein erster, zweiter und dritter Planetenradsatz weisen jeweils ein erstes, zweites und drittes Element auf, wobei das Antriebselement und das Abtriebselement jeweils ständig mit einem unterschiedlichen Element der Elemente verbunden sind. Ein erstes Verbindungselement verbindet ein Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit einem Element von entweder dem zweiten oder dem dritten Planetenradsatz, das ständig mit dem zweiten Motor/Generator verbunden ist. Ein zweites und ein drittes Verbindungselement verbinden jeweils ein unterschiedliches Element der Elemente des zweiten Planetenradsatzes ständig mit jeweils einem unterschiedlichen Element der Elemente des dritten Planetenradsatzes.
Bei dem Verweis auf den ersten, zweiten und dritten Zahnradsatz in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen können diese Sätze in den Zeichnungen in beliebiger Reihenfolge mit "erster" bis "dritter" gezählt sein (d.h. von links nach rechts, von rechts nach links usw.). Zusätzlich können das erste, zweite oder dritte Element von jedem Zahnradsatz in den Zeichnungen für jeden Zahnradsatz in beliebiger Reihenfolge mit "erstes" bis "drittes" gezählt sein (d.h. von oben nach unten, von unten nach oben usw.).
Es sind zumindest drei Drehmomentübertragungsmechanismen vorgesehen, die einen ersten Drehmomentübertragungsmechanismus umfassen, der dazu dient, ein Element des ersten Planetenradsatzes, das ständig mit dem Antriebselement verbunden ist, selektiv mit einem Element des zweiten Planetenradsatzes, das selektiv mit einem feststehenden Element über einen zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus verbindbar ist, zu verbinden. Ein dritter Drehmomentübertragungsmechanismus dient dazu, ein Element des zweiten oder dritten Planetenradsatzes, das nicht mit irgendeinem der anderen Planetenradsätze verbunden ist, selektiv mit dem feststehenden Element zu verbinden. Der erste Motor/Generator ist ständig mit dem Element des ersten Planetenradsatzes, das nicht mit dem Antriebselement oder mit den anderen Planetenradsätzen verbunden ist, verbunden. Der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus ist selektiv einrückbar, um eine erste elektrisch verstellbare Vorwärtsbetriebsart mit Eingangsverzweigung bereitzustellen, und der erste Drehmomentübertragungsmechanismus ist selektiv einrückbar, um eine zweite elektrisch verstellbare Vorwärtsbetriebsart mit Verbundverzweigung bereitzustellen.
Das Abtriebselement ist bevorzugt ständig mit einem Element des zweiten oder dritten Planetenradsatzes, das nicht ständig mit dem Element des ersten Planetenradsatzes verbunden ist und nicht selektiv mit dem feststehenden Element verbindbar ist, verbunden.
Die Drehmomentübertragungsmechanismen sind einrückbar, um eine elektrisch verstellbare Rückwärtsbetriebsart mit Eingangsverzweigung und eine elektrische Vorwärtsfahrbetriebsart bereitzustellen. Die elektrische Vorwärtsfahrbetriebsart, d.h. bei der die Maschine aus ist, lässt zu, dass die Motoren bei höheren Drehzahlen und niedrigeren Drehmomenten arbeiten, um das gleiche Abtriebsdrehmoments zu erreichen, was zu ei nem verbesserten Wirkungsgrad führt. Das regenerative Bremsen wird während der elektrischen Vorwärtsfahrbetriebsart effizienter als während einer elektrisch verstellbaren Betriebsart durchgeführt, bei der beide Motoren Drehmoment zuführen müssen und die Drehzahlen der Motoren niedrig sind. Zusätzlich wird Zug an der Maschine (der den Wirkungsgrad weiter vermindert) in der elektrischen Vorwärtsfahrbetriebsart beseitigt.
Das elektrisch verstellbare Getriebe kann anhand eines Hebeldiagramms beschrieben werden. Beispielsweise können das erste, zweite und dritte Element des ersten Planetenradsatzes durch einen ersten Hebel eines Hebeldiagramms dargestellt werden, das einen ersten, zweiten und dritten Knoten aufweist, die jeweils dem ersten, zweiten und dritten Element entsprechen. Zusätzlich sind zwei der Elemente des zweiten Planetenradsatzes ständig mit zweien der Elemente des dritten Planetenradsatzes (zum Beispiel über die oben beschriebenen zweiten und dritten Verbindungselemente) verbunden. Deshalb können der zweite und dritte Planetenradsatz durch einen zweiten zusammengesetzten Hebel in dem Hebeldiagramm dargestellt werden. Der zweite Hebel weist einen vierten, fünften, sechsten und siebten Knoten auf, die dem zweiten und dritten Planetenradsatz entsprechen. Der erste Knoten ist ständig mit dem vierten Knoten verbunden. Das Antriebselement ist ständig mit dem zweiten Knoten verbunden. Der erste Motor/Generator ist ständig mit dem dritten Knoten verbunden, und der zweite Motor/Generator ist ständig mit dem vierten Knoten verbunden. Der erste Drehmomentübertragungsmechanismus dient dazu, den ersten Knoten selektiv mit dem fünften Knoten zu verbinden, und der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus dient dazu, den fünften Knoten selektiv mit dem feststehenden Element zu verbinden. Das Abtriebselement ist ständig mit dem sechsten Knoten verbunden, und der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus dient dazu, den siebten Knoten selektiv mit dem feststehenden Element zu verbinden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus selektiv einrückbar, um die elektrisch verstellbare Rückwärtsbetriebsart mit Eingangsverzweigung bereitzustellen, und der erste und zweite Drehmomentübertragungsmechanismus sind selektiv einrückbar, um die elektrische Vorwärtsfahrbetriebsart bereitzustellen. Drehmoment des ersten Motors/Generators wird Drehmoment des zweiten Motors/Generators in der elektrischen Vorwärtsfahrbetriebsart hinzugefügt. Darüber hinaus sind der erste und dritte Drehmomentübertragungsmechanismus selektiv einrückbar, um ein festes Vorwärtsdrehzahlverhältnis bereitzustellen.
Optional kann dem Getriebe ein vierter Drehmomentübertragungsmechanismus hinzugefügt werden. Der vierte Drehmomentübertragungsmechanismus dient dazu, irgendwelche zwei Elemente des ersten Planetenradsatzes selektiv zu verbinden, was bewirkt, dass alle Elemente des ersten Planetenradsatzes mit der gleichen Drehzahl umlaufen (wodurch bewirkt wird, dass der erste Planetenradsatz "gesperrt" und inaktiv ist, indem die Zähneverhältnisse des ersten Planetenradsatzes das gesamte Übersetzungsverhältnis des Getriebes nicht beeinflussen). Der zweite und vierte Drehmomentübertragungsmechanismus sind einrückbar, um ein festes Rückwärtsdrehzahlverhältnis bereitzustellen. Das feste Rückwärtsdrehzahlverhältnis lässt den Wirkungsgrad eines rein mechanischen Leistungsflussweges in der Rückwärtsrichtung zu. Der erste Drehmomentübertragungsmechanismus und der vierte Drehmomentübertragungsmechanismus sind einrückbar, um ein festes Vorwärtsdrehzahlverhältnis bereitzustellen, und der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus und der vierte Drehmomentübertragungsmechanismus sind selektiv einrückbar, um ein anderes festes Vorwärtsdrehzahlverhältnis bereitzustellen. Somit werden mit dem ersten, zweiten, dritten und vierten Drehmo mentübertragungsmechanismus drei feste Vorwärtsdrehzahlverhältnisse bereitgestellt.
Hinsichtlich des oben beschriebenen Hebeldiagramms dient der vierte Drehmomentübertragungsmechanismus dazu, beliebige zwei von dem ersten, zweiten und dritten Knoten selektiv zu verbinden.
Es können zusätzliche Drehmomentübertragungsmechanismen angewandt werden, um zusätzliche feste Vorwärtsdrehzahlverhältnisse zu erreichen. Beispielsweise kann ein fünfter Drehmomentübertragungsmechanismus, der dazu dient, den zweiten Motor/Generator selektiv mit dem feststehenden Element zu verbinden, angewandt werden. Der erste Drehmomentübertragungsmechanismus und der fünfte Drehmomentübertragungsmechanismus sind selektiv einrückbar, um ein festes Vorwärtsdrehzahlverhältnis bereitzustellen, wodurch mit dem ersten, zweiten, dritten und vierten Drehmomentübertragungsmechanismus eine Summe von vier festen Vorwärtsdrehzahlverhältnissen erzeugt wird. Zusätzlich kann ein sechster Drehmomentübertragungsmechanismus, der dazu dient, den ersten Motor/Generator selektiv mit dem feststehenden Element zu verbinden, angewandt werden. Der erste und sechste Drehmomentübertragungsmechanismus sind selektiv einrückbar, um ein festes Vorwärtsdrehzahlverhältnis bereitzustellen, und der dritte und sechste Drehmomentübertragungsmechanismus sind selektiv einrückbar, um ein anderes festes Vorwärtsdrehzahlverhältnis bereitzustellen. Dementsprechend können mit allen sechs Drehmomentübertragungsmechanismen sechs feste Vorwärtsdrehzahlverhältnisse erreicht werden. Zusätzlich sind der zweite und sechste Drehmomentübertragungsmechanismus selektiv einrückbar, um ein festes Rückwärtsdrehzahlverhältnis bereitzustellen.
Spezifische Ausführungsformen des Getriebes können mit Bezug auf das erste, zweite und dritte Element jedes Zahnradsatzes beschrieben werden, die ein Hohlrad, ein Planetenträger und ein Sonnenrad sind. In manchen Ausführungsformen ist beispielsweise der erste Motor/Generator ständig mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes verbunden, und das zweite Verbindungselement verbindet das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes ständig mit dem Träger des dritten Planetenradsatzes. In manchen Ausführungsformen verbindet das dritte Verbindungselement den Träger des zweiten Planetenradsatzes ständig mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes.
In manchen Ausführungsformen verbindet das erste Verbindungselement das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes.
In manchen Ausführungsformen kann ein Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit einem Element des zweiten oder dritten Planetenradsatzes über das erste Verbindungselement verbunden sein, wo das erste Verbindungselement mit dem zweiten Motor/Generator verbunden ist. Das Element des zweiten oder dritten Planetenradsatzes ist auch ständig mit dem zweiten Motor/Generator verbunden; deshalb verbindet das erste Verbindungselement das Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem Element des zweiten oder dritten Planetenradsatzes über den zweiten Motor/Generator.
Das Getriebe bietet auch den Wirkungsgrad eines regenerativen Bremsens. Es ist eine Energiespeichereinrichtung vorgesehen, die dazu dient, dem ersten und zweiten Motor/Generator Leistung zuzuführen oder Leistung von diesen zu empfangen. Ferner ist ein Controller vorgesehen, der dazu dient, die Leistungsübertragung zwischen der Energiespeicherein richtung und dem ersten und zweiten Motor/Generator zu steuern. Der Controller bewirkt, dass während des Bremsens mindestens einer von dem ersten und zweiten Motor/Generator als Generator fungiert, um die Rotationsenergie des Abtriebselements in Leistung umzuwandeln, die in der Energiespeichereinrichtung gespeichert wird. Das regenerative Bremsen tritt bevorzugt während der elektrischen Vorwärtsfahrbetriebsart auf. Dies kann effizienter sein, als ein regeneratives Bremsen während der zweiten elektrisch verstellbaren Vorwärtsbetriebsart, da der Zug an der Maschine beseitigt wird, wenn die Maschine ausgeschaltet ist, und beide Motoren müssen nicht notwendigerweise Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen zuführen, wie sie es während der zweiten elektrisch verstellbaren Vorwärtsbetriebsart müssen.
Die Anordnung der Drehmomentübertragungsmechanismen in dem Getriebe und deren Einrückplan erlaubt ein zahlenmäßig relativ niedriges oberes festes Übersetzungsverhältnis in Relation zu typischen Hybridgetriebekonstruktionen, das die Kraftstoffwirtschaftlichkeit auf der Autobahn verbessern kann.
Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Ausführungsarten der Erfindung in Verbindung genommen mit den begleitenden Zeichnungen leicht deutlich werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Hebeldiagrammdarstellung eines elektrisch verstellbaren Getriebes der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine schematische Hebeldiagrammdarstellung einer Ausführungsform eines Getriebes im Umfang des Hebeldiagramms von 1;
3 ist eine schematische Hebeldiagrammdarstellung einer zweiten Ausführungsform eines Getriebes im Umfang des Hebeldiagramms von 1;
4 ist eine schematische Hebeldiagrammdarstellung einer dritten Ausführungsform eines Getriebes im Umfang des Hebeldiagramms von 1;
5 ist eine schematische Diagrammdarstellung einer vierten Ausführungsform eines Getriebes gemäß dem Hebeldiagramm von 2;
6 ist eine schematische Diagrammdarstellung einer fünften Ausführungsform eines Getriebes gemäß dem Hebeldiagramm von 2;
7 ist eine schematische Diagrammdarstellung einer sechsten Ausführungsform eines Getriebes gemäß dem Hebeldiagramm von 4; und
8 ist eine schematische Diagrammdarstellung einer siebten Ausführungsform eines Getriebes gemäß dem Hebeldiagramm von 4.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In den Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf ähnliche Komponenten beziehen, zeigt 1 einen Antriebsstrang 10, der eine Maschine 12 umfasst, die mit einer Ausführungsform eines elektrisch verstellbaren Getriebes (EVT) verbunden ist, das allgemein mit dem Bezugszeichen 14 bezeichnet ist. Das Getriebe 14 ist konstruiert, um mindestens einen Teil seiner Antriebsleistung von der Maschine 12 zu empfangen. Die Maschine 12 weist eine Abtriebswelle auf, die als Antriebselement 17 des Getriebes 14 dient. Eine Achsantriebseinheit 16 ist über ein Abtriebselement 19 mit dem Getriebe 14 verbunden. Das Getriebe 14 umfasst drei Planetenradsätze, die in 1 in einer Hebeldiagrammform dargestellt sind, wie es Fachleute leicht verstehen werden. Ein Hebel oder erster Planetenradsatz 20 umfasst einen ersten, zweiten und dritten Knoten A, B bzw. C. Die Knoten A, B und C stellen eine erstes, zweites und drittes Element des ersten Planetenradsatzes 20, bevorzugt ein Hohlrad, einen Träger und ein Sonnenrad dar, aber nicht notwendigerweise in dieser Reihenfolge.
Das Getriebe 14 umfasst auch einen zweiten Hebel 30, 40, der aus zwei zusammengesetzten Planetenradsätzen, nämlich einem zweiten Planetenradsatz 30 und einem dritten Planetenradsatz 40 besteht. Die Planetenradsätze 30 und 40 weisen auch drei Elemente auf, die ein Hohlrad, ein Sonnenrad und ein Planetenträger sein können. Die Planetenradsätze 30 und 40 sind darin zusammengesetzt, dass zwei Elemente des zweiten Planetenradsatzes 30 ständig mit zwei Elementen des Planetenradsatzes 40 verbunden sind. In manchen Ausführungsformen kann ein miteinander verbundenes Paar von Elementen durch ein einziges Element ersetzt sein, das sowohl in Planetenradsatz 30 als auch in Planetenradsatz 40 arbeitet. In allen Fällen können die zusammengesetzten Planetenradsätze 30, 40 durch den zweiten Vierknotenhebel dargestellt werden, der einen vierten Knoten D, einen fünften Knoten E, einen sechsten Knoten F und einen siebten Knoten G aufweist. Wie es nachstehend anhand der 2 bis 4 veranschaulicht und beschrieben ist, können die zusammengesetzten Planetenradsätze 30, 40 durch zwei separate Hebeldiagramme für die Zahnradsätze 30 und 40 dargestellt werden; jedoch sind in jedem Fall zwei Elemente des Planetenradsatzes 30 ständig mit zwei Elementen des Planetenradsatzes 40 verbunden, und Fachleute werden erkennen, dass ein derartiger zusammengesetzter Planetenradsatz schematisch als ein einziger Hebel oder als zwei separate Hebel gezeigt sein kann. Die zwei verbundenen Paare von Elementen der Planetenradsätze 30 und 40 sind durch den fünften und sechsten Knoten E, F dargestellt. In dem Hebeldiagramm der 2 bis 4, in denen die zusammengesetzten Planetenradsätze 30, 40 mit zwei separaten Hebeln dargestellt sind, wird die verbundene Natur der Knoten E und F deutlich.
Ein erstes Verbindungselement 70 verbindet den ersten Knoten A ständig mit dem vierten Knoten D. Das Antriebselement 17 ist ständig mit dem zweiten Knoten B verbunden. Der zweite Knoten B kann auch selektiv mit dem fünften Knoten E über einen ersten Drehmomentübertragungsmechanismus 50 verbunden werden. Ein zweiter Drehmomentübertragungsmechanismus 52 verbindet den fünften Knoten E selektiv mit einem feststehenden Element 60, wie dem Getriebegehäuse. Der dritte Knoten C ist ständig mit einem ersten Motor/Generator 80 verbunden. Ein zweiter Motor/Generator 82 ist ständig mit dem vierten Knoten D der zusammengesetzten Planetenradsätze 30, 40 verbunden. Der erste und zweite Motor/Generator 80, 82 können hierin auch als Einheit A bzw. Einheit B bezeichnet sein. Der sechste Knoten F des zweiten Hebels 30, 40 ist ständig mit dem Abtriebselement 19 verbunden. Schließlich kann der siebte Knoten G selektiv mit dem Getriebegehäuse 60 über einen dritten Drehmomentübertragungsmechanismus 54 verbunden werden.
Drei optionale Drehmomentübertragungsmechanismen können auch angewandt werden, um verschiedene Betriebszustände zu erreichen, wie es nachstehend beschrieben wird. Beispielsweise verbindet ein vierter Drehmomentübertragungsmechanismus 56 (der gestrichelt gezeigt ist) den zweiten Knoten B, d.h. den Knoten, der ständig mit dem Antriebselement 17 verbunden ist, über das erste Verbindungselement 70 selektiv mit dem ersten und vierten Knoten A, D. Im Schutzumfang der Erfindung kann der vierte Drehmomentübertragungsmechanismus 56 alternative Lagen haben, er verbindet aber immer selektiv irgendwelche zwei Elemente des ersten Planetenradsatzes, um zu bewirken, dass alle drei Elemente des ersten Planetenradsatzes mit der gleichen Drehzahl rotieren (d.h. der vierte Drehmomentübertragungsmechanismus 56 wirkt als Sperrkupplung). Zusätzlich verbindet ein fünfter Drehmomentübertragungsmechanismus 58 den zweiten Motor/Generator 82 selektiv mit dem Getriebegehäuse 60. Schließlich verbindet ein sechster Drehmomentübertragungsmechanismus 59 den ersten Motor/Generator 80 selektiv mit dem Getriebegehäuse 60. Wie es nachstehend beschrieben wird, sind die Drehmomentübertragungsmechanismen selektiv einrückbar, um eine Vielfalt von festen Vorwärtsdrehzahlverhältnissen, eine erste und zweite elektrisch verstellbare Vorwärtsbetriebsart mit Eingangsverzweigung und Verbundverzweigung, eine Rückwärtsbetriebsart mit Eingangsverzweigung und eine mechanische Rückwärtsbetriebsart sowie eine elektrische Vorwärtsfahrbetriebsart bereitzustellen. Wie es Fachleute verstehen werden, weisen der erste und zweite Motor/Generator 80, 82 jeweils einen Stator und einen Rotor (nicht gezeigt) auf, wobei der Rotor drehbar ist und der Stator ständig durch das Getriebegehäuse 60 festgelegt ist.
Jede Ausführungsform des Getriebes im Schutzumfang der Erfindung weist eine elektrische Leistungsquelle auf, die mit den Motoren/Generatoren derart verbunden ist, dass die Motoren/Generatoren Leistung zu der Leistungsquelle übertragen oder Leistung von dieser empfangen können. Ein Controller oder eine ECU ist mit der elektrischen Leistungsquelle verbunden, um die Verteilung von Leistung von der oder auf die Leistungsquelle zu steuern. Eine elektrische Leistungsquelle kann eine oder mehrere Batterien sein. Andere elektrische Leistungsquellen, wie Brennstoffzellen, haben die Fähigkeit elektrische Leistung bereitzustellen oder zu speichern und abzugeben, und können anstelle von Batterien verwendet werden, ohne die Konzepte der vorliegenden Erfindung zu verändern. Eine elektrische Leistungsquelle und ein Controller werden anhand der Ausführungsformen der 5 bis 8 gezeigt und beschrieben. Die Ausführungsformen der 1 bis 4, die jeweils durch Hebeldiagramme dargestellt sind, umfassen auch eine elektrische Leistungsquelle und einen Controller, obwohl dieser nicht gezeigt ist, die mit den Motoren/Generatoren auf ähnliche Weise verbunden sind, wie es in den 5 bis 8 gezeigt ist.
Beschreibung der Arbeitsweise
Elektrisch verstellbare Rückwärtsbetriebsart
Das Getriebe 14 stellt eine elektrisch verstellbare Rückwärtsbetriebsart (die sich durch einen Bereich von Rückwärtsdrehzahlverhältnissen auszeichnet) bereit, die in der Lage ist, ein Fahrzeug (nicht gezeigt) bei ausgeschalteter Maschine 12 oder bei laufender Maschine 12 zur Beaufschlagung des Fahrzeugs mit Leistung rückwärts anzufahren. Der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus 52 wird eingerückt, um die elektrisch verstellbare Rückwärtsbetriebsart herzustellen. Wenn die Maschine 12 aus ist, legt der Drehmomentübertragungsmechanismus 52, der ein feststehender Drehmomentübertragungsmechanismus, wie eine Bremse, ist, den Knoten E an dem Getriebegehäuse 60 fest, was ein Reaktionsdrehmoment bereitstellt. Der zweite Motor/Generator 82 wird dazu verwendet, das Fahrzeug durch ein Rückwärtsreduktionsübersetzungsverhältnis anzufahren, das durch die zusammengesetzten zweiten und dritten Planetenradsätze bereitgestellt wird, wie es durch den zweiten Hebel 30, 40 dargestellt ist. Für einen elektrischen Rückwärtsbetrieb bei ausgeschalteter Maschine bleibt die Maschine 12 bei einer Drehzahl von null, der zweite Motor/Generator 82 hat eine positive Drehzahl und der erste Motor/Generator 80 hat eine negative Drehzahl. Um die Maschine zu starten, verzögert der erste Motor/Generator 80 auf eine Drehzahl von null, während der zweite Motor/Generator 82 ein Reaktionsdrehmoment sowie ein Drehmoment zum Antreiben des Fahrzeugs bereitstellt. Dies ermöglicht eine Beschleunigung der Maschine 12 auf eine Drehzahl, bei der sie mit Kraftstoff beaufschlagt werden kann. Sobald die Maschine 12 läuft, wird die Leistung der Maschine durch den ersten Planetenradsatz, der durch den ersten Hebel 20 dargestellt ist, und den ersten Motor/Generator 80, der Leistung erzeugt, während der zweite Motor/Generator 82 als Motor wirkt, aufgespalten. Somit wird Leistung sowohl durch einen mechanischen Weg als auch durch einen elektrischen Weg auf das Abtriebselement 19 übertragen. Der elektrische Leistungsfluss ist in der Vorwärtsrichtung, solange der erste Motor/Generator 80 eine positive Drehzahl hat. Wenn der erste Motor/Generator 80 bis zu einer negativen Drehzahl verzögert, wirkt ein zweiter Motor/Generator 82 als Generator, um dem ersten Motor/Generator 80 Leistung zuzuführen und somit ein Maschinenreaktionsdrehmoment bereitzustellen.
Festes Rückwärtsdrehzahlverhältnis
Wenn der optionale vierte Drehmomentübertragungsmechanismus 56 vorgesehen ist, kann er synchron eingerückt werden, wenn die Maschine 12 und die Motoren/Generatoren 80, 82 bei Drehzahlen arbeiten, die ein Getriebedrehzahlverhältnis (d.h. (Drehzahl des Antriebselements 17)/(Drehzahl des Abtriebselements 19)) erzeugen, das gleich einem mechanischen Getriebeübersetzungsverhältnis ist, das durch Einrückung des Drehmomentübertragungsmechanismus 56 bereitgestellt wird. So wie sie hierin verwendet werden, haben die Ausdrücke Übersetzungsverhältnis und festes Drehzahlverhältnis die gleiche Bedeutung. Wenn alternativ der optionale sechste Drehmomentübertragungsmechanismus 59 vorgesehen ist, kann er synchron eingerückt werden, wenn die Maschine 12 und die Motoren/Generatoren 80, 82 bei Drehzahlen arbeiten, die ein Getriebeübersetzungsverhältnis erzeugen, das gleich einem mechanischen Getriebeübersetzungsverhältnis ist, das durch Einrückung des Drehmomentübertragungsmechanismus 59 bereitgestellt wird. In dem festen Rückwärtsdrehzahlverhältnis, werden die Motoren/Generatoren 80, 82 nicht benötigt, um Drehmoment zu übertragen, sie können aber für eine Beschleunigungsverstärkung, um die Maschine 12 zu unterstützen, oder als Generatoren verwendet werden.
Die elektrisch verstellbare Rückwärtsbetriebsart und das feste Rückwärtsdrehzahlverhältnis lassen ein Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis der Planetenradsätze zu, das durch den ersten und zweiten Hebel 20 bzw. 30, 40 dargestellt ist, sowie dass die Größe des ersten bzw. zweiten Motors/Generators 80, 82 in Hinblick auf eine effiziente Kraftstoffwirtschaftlichkeit oder anderen Konstruktionskriterien optimiert wird. Da die Maschine 12 während der elektrisch verstellbaren Rückwärtsbetriebsart mit Eingangsverzweigung nicht aus ist, können Rückwärtssteiganforderungen erfüllt werden, ohne die Größe des zweiten Motors/Generators 82 zu erhöhen und/oder höhere Planetenradübersetzungsverhältnisse zu verwenden, die sonst für eine optimale Kraftstoffwirtschaftlichkeit erforderlich wären.
Erste Vorwärtsbetriebsart
Das Getriebe ist in der Lage, eine elektrisch verstellbare erste Vorwärtsbetriebsart bereitzustellen, die sich durch einen Bereich von Vorwärtsdrehzahlverhältnissen auszeichnet. Ein Fahrzeug kann durch das Getriebe 14 bei ausgeschalteter Maschine 12 oder bei in der elektrisch verstellbaren ersten Vorwärtsbetriebsart laufender Maschine 12 angefahren werden. Um die elektrisch verstellbare erste Vorwärtsbetriebsart herzustellen, wird der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus 54 eingerückt, um den Knoten G des zweiten Hebels 30, 40 an dem Getriebegehäuse 60 festzulegen. Wenn die Maschine 12 aus ist, wobei der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus 54 eingerückt ist, wird der zweite Motor/Generator 82 dazu verwendet, das Fahrzeug durch das Reduktionsübersetzungsverhältnis anzufahren, das durch die zusammengesetzten zweiten und dritten Planetenradsätze, die durch den zweiten Hebel 30, 40 dargestellt sind, bereitgestellt wird. Zu Beginn bleibt die Maschine 12 auf einer Drehzahl von null und der erste Motor/Generator 80 läuft in einer Rückwärtsrichtung um. Um die Maschine 12 zu starten, verzögert der erste Motor/Generator 80 auf eine Drehzahl von null, während der zweite Motor/Generator 82 ein Reaktionsdrehmoment sowie ein Drehmoment zum Antreiben des Fahrzeugs bereitstellt. Dies ermöglicht eine Beschleunigung der Maschine 12 auf eine Drehzahl, bei der sie mit Kraftstoff beaufschlagt werden kann. Sobald die Maschine 12 läuft, wird Maschinenleistung, die durch das Antriebselement 17 geliefert wird, durch den ersten Planetenradsatz, der durch den ersten Hebel 20 dargestellt ist, und den ersten Motor/Gene rator 80, der Leistung erzeugt, während der zweite Motor/Generator 82 als Motor wirkt, aufgespalten. Leistung wird sowohl durch einen mechanischen Weg (d.h. durch den ersten Planetenradsatz 20 und das Verbindungselement 70) als auch durch einen elektrischen Weg (d.h. durch den ersten Motor/Generator 80 zu dem zweiten Motor/Generator 82) auf das Abtriebselement 19 übertragen. Leistung fließt in der Vorwärtsrichtung, solange der erste Motor/Generator 80 eine positive Drehzahl hat. Wenn die Drehzahl des ersten Motors/Generators 80 negativ wird, wirkt der zweite Motor/Generator 82 als Generator um dem ersten Motor/Generator 80 Leistung zuzuführen. Ein regeneratives Bremsen wird unter Verwendung des zweiten Motors/Generators 82 bewerkstelligt und zeichnet sich durch ein direktes Drehzahlverhältnis für das Abtriebselement 19 aus.
Elektrisch verstellbare zweite Vorwärtsbetriebsart
Für einen Betrieb in einer zweiten elektrisch verstellbaren Vorwärtsbetriebsart, die sich durch einen zahlenmäßig niedrigeren Bereich von Drehzahlverhältnissen auszeichnet, bietet das Getriebe 14 eine Betriebsart mit Verbundverzweigung, in der der erste Drehmomentübertragungsmechanismus 50 eingerückt ist und der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus 54 gelöst ist. In diesem niedrigeren Bereich von Vorwärtsdrehzahlverhältnissen fließt Leistung in der Vorwärtsrichtung, solange der erste und der zweite Motor/Generator 80, 82 jeweils eine positive Drehzahl haben. In diesem niedrigeren Bereich wirkt der zweite Motor/Generator 82 als Generator und der erste Motor/Generator 80 wirkt als Motor. Wenn die Drehzahl des zweiten Motors/Generators 82 negativ ist, wirkt der erste Motor/Generator 80 als Generator, um dem zweiten Motor/Generator 82 Leistung zuzuführen. Wenn die Drehzahl des ersten Motors/Generators 80 negativ wird, wird der zweite Motor/Generator 82 ein Generator, um dem ersten Motor/Generator 80 Leistung zuzuführen.
Ein regeneratives Bremsen kann in der elektrisch verstellbaren zweiten Vorwärtsbetriebsart bewerkstelligt werden, indem das Drehmoment der Maschine 12 und des ersten und zweiten Motors/Generators 80 bzw. 82 ins Gleichgewicht gebracht wird, um die gewünschte Verzögerungsrate des Abtriebselements 19 bereitzustellen.
Feste Vorwärtsdrehzahlverhältnisse
In sowohl der ersten als auch der zweiten elektrisch verstellbaren Vorwärtsbetriebsart können die Drehmomentübertragungsmechanismen des Getriebes 14 dazu benutzt werden, mehrere feste Vorwärtsdrehzahlverhältnisse vorzusehen. Wenn das Getriebeübersetzungsverhältnis ein Übersetzungsverhältnis erreicht, das gleich dem ist, das mechanisch durch Einrückung von zwei der Drehmomentübertragungsmechanismen bereitgestellt werden kann, werden die geeigneten Drehmomentübertragungsmechanismen eingerückt, um das feste Übersetzungsverhältnis bereitzustellen. Wenn das Getriebe 14 in einem festen Vorwärtsdrehzahlverhältnis arbeitet, werden die Motoren/Generatoren 80, 82 nicht benutzt, um Drehmoment von der Maschine 12 zu übertragen, sondern können für eine Beschleunigungsverstärkung oder für ein regeneratives Bremsen verwendet werden. Wenn die optionalen vierten, fünften und sechsten Drehmomentübertragungsmechanismen 56, 58 und 59 vorgesehen sind, können durch das Getriebe 14 bis zu sechs Vorwärtsdrehzahlverhältnisse bereitgestellt werden. Es sind drei feste Vorwärtsdrehzahlverhältnisse während der elektrisch verstellbaren ersten Vorwärtsbetriebsart verfügbar, wenn der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus 54 eingerückt ist. Durch Einrücken des vierten Drehmomentübertragungsmechanismus 56 wird ein erstes festes Drehzahlverhältnis vorgesehen. Bei einem niedrigeren Drehzahlverhältnis kann der sechste Drehmomentübertragungsmechanismus 59 eingerückt werden, um ein zweites festes Vorwärtsdreh zahlverhältnis herzustellen. Der sechste Drehmomentübertragungsmechanismus 59 wird dann ausgerückt, um eine Zunahme des Getriebeübersetzungsverhältnisses in der elektrisch verstellbaren ersten Vorwärtsbetriebsart zuzulassen. Bei einem noch niedrigeren Drehzahlverhältnis wird der erste Drehmomentübertragungsmechanismus 50 eingerückt, während der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus 54 eingerückt bleibt, um ein drittes festes Vorwärtsdrehzahlverhältnis bereitzustellen. Der erste Drehmomentübertragungsmechanismus 50 wird dann ausgerückt, um zuzulassen, dass die elektrisch verstellbare erste Vorwärtsbetriebsart wieder aufgenommen wird und niedrigere Drehzahlverhältnisse bereitgestellt werden. Um Getriebeübersetzungsverhältnisse bei der elektrisch verstellbaren zweiten Vorwärtsbetriebsart zu erreichen, wird der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus 54 ausgerückt, während der erste Drehmomentübertragungsmechanismus 50 eingerückt wird. Während der elektrisch verstellbaren zweiten Vorwärtsbetriebsart können drei zusätzliche feste Vorwärtsdrehzahlverhältnisse erreicht werden. Zuerst kann der sechste Drehmomentübertragungsmechanismus 59 eingerückt werden, um ein viertes festes Vorwärtsdrehzahlverhältnis bereitzustellen. Bei einem niedrigeren Drehzahlverhältnis kann der vierte Drehmomentübertragungsmechanismus 56 eingerückt werden, um ein fünftes Vorwärtsdrehzahlverhältnis herzustellen. Bei einem noch niedrigeren Drehzahlverhältnis kann der fünfte Drehmomentübertragungsmechanismus 58 eingerückt werden, um ein sechstes Vorwärtsdrehzahlverhältnis herzustellen. Das sechste feste Vorwärtsdrehzahlverhältnis, das durch Einrückung des ersten Drehmomentübertragungsmechanismus 50 und des fünften Drehmomentübertragungsmechanismus 58 bereitgestellt wird, gestattet ein oberes Übersetzungsverhältnis von nur 0,66 (Zähneverhältnisse des Beispielplanetenradsatzes nach Absatz [0078] erreichen ein sechstes festes Übersetzungsverhältnis von 0,661), das wesentlich niedriger ist als das im Overdrive durch typische hybride elektrisch verstellbare Getriebe erreichte, und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit auf der Autobahn eines Automatikgetriebes mit einem zahlenmäßig niedrigeren Übersetzungsverhältnis enger nachbildet. Die Verfügbarkeit mehrerer fester Vorwärtsdrehzahlverhältnisse lässt zu, dass das Getriebe 14 in einer mechanischen Betriebsart bei einer Vielfalt von Drehzahlverhältnissen betrieben werden kann, wie es Fachleute leicht erkennen werden, und erhöht den Wirkungsgrad des Systems.
Elektrische Vorwärtsfahrbetriebsart (regeneratives Bremsen) Während der elektrisch verstellbaren zweiten Vorwärtsbetriebsart stellt das Getriebe 14 eine elektrisch Vorwärtsfahrbetriebsart bereit. Die elektrische Vorwärtsfahrbetriebsart wird hergestellt, indem der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus 52 eingerückt wird, während der erste Drehmomentübertragungsmechanismus 50 eingerückt bleibt, und der Kraftstoff für die Maschine unterbrochen wird, so dass die Maschine gestoppt wird. Bei dieser Anordnung treiben die Motoren/Generatoren 80, 82 das Abtriebselement 19 mit hohen Verhältnissen von Motordrehzahlen zu Abtriebsdrehzahl an. Zusätzlich ist das Drehmoment von dem ersten und zweiten Motor/Generator 80, 82 additiv. In dieser Betriebsart laufen beide Motoren/Generatoren 80, 82 mit einer hohen Drehzahl relativ zu dem Abtriebselement 19 um und beide verzögern, um die Maschine 12 zu starten. Dementsprechend wird die Energie einer Batterie, die mit den Motoren/Generatoren 80, 82 verbunden ist (die Batterie ist nicht gezeigt, ist aber mit dem Motor/Generator 80, 82 auf ähnliche Weise verbunden, wie sie in Bezug auf die Batterien und den Motor/Generator der 5 bis 8 gezeigt und beschrieben wurde), während des Starts der Maschine 12 mit gespeicherter kinetischer Energie der Motoren/Generatoren 80, 82 erhöht. Die kinetische Energie beider Motoren/Generatoren 80, 82 ist in der elektrischen Fahrbetriebsart höher als in der elektrisch verstellbaren zweiten Vorwärtsbetriebsart. Deshalb ist während des Überganges einiges von dieser kinetischen Energie gemäß dem Ermessen der Steuerstrategie verfügbar, um entweder zu helfen, das Fahrzeug anzutreiben oder die Drehzahl der Maschine 12 zu erhöhen. Der Nettoeffekt ist, dass weniger Batterieleistung erforderlich ist, als ansonsten benötigt werden würde, wenn die Drehzahl beider Motoren/Generatoren 80, 82 nicht abnähme.
Das Getriebe 14 verbessert den Wirkungsgrad des regenerativen Bremsens in einem mittleren Drehzahlverhältnisbereich. Bei zahlenmäßig relativ hohen Getriebedrehzahlverhältnissen bietet das Getriebe 14 ein effizientes regeneratives Bremsen, da der zweite Motor/Generator 82 direkt mit dem Abtriebselement 19 gekoppelt ist. Ebenso kann das Getriebe 14 bei zahlenmäßig niedrigen Getriebedrehzahlverhältnissen in dem oben beschriebenen sechsten festen Vorwärtsdrehzahlverhältnis arbeiten, wodurch ein effizientes regeneratives Bremsen vorgesehen wird, da der erste Motor/Generator 80 direkt mit dem Abtriebselement 19 gekoppelt ist. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit jedoch unter einen Punkt abfällt, bei dem das sechste feste Vorwärtsdrehzahlverhältnis benutzt werden kann, arbeitet das Getriebe 14 in der elektrisch verstellbaren zweiten Vorwärtsbetriebsart, die nicht so effizient zum regenerativen Bremsen ist, wie das sechste feste Vorwärtsdrehzahlverhältnis, da beide Motoren/Generatoren 80, 82 Drehmoment zuführen müssen und die Drehzahlen der Motoren/Generatoren relativ niedrig sind. Wenn die Maschine 12 aus ist, muss das Drehmoment des zweiten Motors/Generators 82 negativ sein, um das Drehmoment des regenerativen Bremsens, das auf das Abtriebselement 19 aufgebracht wird, und das negative Drehmoment des ersten Motors/Generators 80 auszugleichen. Der zweite Motor/Generator 82 wird jedoch auch eine negative Drehzahl haben, was zu einem positiven Leistungsfluss führt; wobei es dadurch zirkulierende elektrische Leistung gibt, dass die Generierleistung des ersten Motors/Generators 80 den Leistungsfluss zu der Batterie übersteigen wird. Idealerweise sollte jeder der Motoren/Generatoren 80, 82 einen Bruchteil der regenerativen Bremsleistung zwischen null und eins transportieren, wobei die Summe der Bruchteile eins ist. Selbst wenn die Maschine 12 nicht aus ist und der zweite Motor/Generator 82 eine positive Drehzahl hat, sind die Drehzahlen der Motoren/Generatoren 80, 82 relativ niedrig, und es gibt einen relativ geringen mechanischen Nutzen, da sich das Drehmoment der Motoren/Generatoren 80, 82 (unter Vernachlässigung des Zugs an der Maschine) zum Getriebeabtriebsdrehmoment addieren muss. Wenn der erste Motor/Generator 80 einen großen mechanischen Nutzen hat, wird daher der zweite Motor/Generator 82 einen kleinen mechanischen Nutzen haben oder umgekehrt. Durch Einbau eines zusätzlichen Drehmomentreaktionspunktes, um den Hebel an Knoten E festzulegen, wird der mechanische Nutzen beider Motoren/Generatoren 80, 82 erhöht. Wenn zusätzlich die Maschine 12 während der elektrisch verstellbaren zweiten Vorwärtsbetriebsart läuft, wird der Wirkungsgrad durch Zug an der Maschine und niedrigere Motordrehzahlen weiter vermindert. Durch Vorsehen der elektrischen Fahrbetriebsart bei ausgeschalteter Maschine 12 arbeiten die Motoren/Generatoren 80, 82 bei höheren Drehzahlen und niedrigeren Drehmomenten, um das gleiche Drehmoment an dem Abtriebselement 19 zu erreichen, was zu einem verbesserten Wirkungsgrad führt.
Erste bevorzugte Ausführungsform
In 2 ist eine erste vollständige bevorzugte Ausführungsform eines Antriebsstrangs 110 mit einem Getriebe 114 im Schutzumfang der Erfindung in Hebeldiagrammform veranschaulicht. Das Getriebe 114 benutzt drei Differenzialzahnradsätze, vorzugsweise in der Natur von Planetenradsätzen 120, 130 und 140. Der Planetenradsatz 120, der in Hebeldiagrammform dargestellt ist, wendet ein Hohlrad 124, einen Planetenträger 129 und ein Sonnenrad 122 an. Das Hohlrad 124 umgibt das Sonnenrad 122. Der Planetenträger 129 lagert drehbar mehrere Planetenräder, die kämmend mit sowohl dem Hohlrad 124 als auch dem Sonnenrad 122 in Eingriff stehen. Das Antriebselement 17 ist an dem Träger 129 befestigt. Ein erster Motor/Generator 180 ist ständig mit dem Sonnenrad 122 verbunden. Der Planetenradsatz 120 kann durch den Hebel 20 von 1 dargestellt werden.
Der zweite Planetenradsatz 130, der in Hebeldiagrammform dargestellt ist, wendet ein Hohlrad 134 an, das ein Sonnenrad 132 umgibt. Ein Planetenträger 139 lagert drehbar mehrere Planetenräder, die kämmend mit sowohl dem Hohlrad 134 als auch dem Sonnenrad 132 in Eingriff stehen.
Der Planetenradsatz 140 wendet ein Hohlrad 144 an, das ein Sonnenrad 142 umgibt. Ein Planetenträger 149 lagert drehbar mehrere Planetenräder, die kämmend mit sowohl dem Hohlrad 144 als auch dem Sonnenrad 142 in Eingriff stehen. Das Abtriebselement 19 ist ständig mit dem Träger 149 verbunden.
Das Hohlrad 124 ist ständig mit dem Sonnenrad 132 durch ein Verbindungselement 170 verbunden. Das Sonnenrad 132 ist ständig mit dem Sonnenrad 142 und einem zweiten Motor/Generator 182 über eine Verbindungselement 172 verbunden, das wie dargestellt eine oder mehrere Komponenten sein kann. Das Hohlrad 134 ist ständig mit dem Träger 149 über ein Verbindungselement 174 verbunden.
Das Hohlrad 124 entspricht dem ersten Knoten A von 1. Der Träger 129 entspricht dem zweiten Knoten B von 1. Das Sonnenrad 122 entspricht dem dritten Knoten C von 1. Da der zweite und dritte Planetenradsatz 130, 140 zwei Paare von Elementen aufweisen, die über zwei separate Verbindungselemente 172 und 174 zusammengesetzt sind, sind die Planetenradsätze 130 und 140 zusammengesetzt und werden durch den zweiten Hebel 30, 40 von 1 dargestellt. Die verbundenen Sonnenrad 132 und Sonnenrad 142 sind gemeinsam durch einen entsprechenden vierten Knoten D von 1 dargestellt. Der Träger 139 entspricht dem fünften Knoten E von 1. Das Hohlrad 134 und der Träger 139 entsprechen dem sechsten Knoten F von 1. Das Hohlrad 144 entspricht dem siebten Knoten G von 1.
Der erste Drehmomentübertragungsmechanismus 150 ist selektiv einrückbar, um den Träger 129 mit dem Träger 139 zu verbinden. Der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus 152 ist selektiv einrückbar, um den Träger 139 an dem Getriebegehäuse 160 festzulegen. Der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus 154 ist selektiv einrückbar, um das Hohlrad 144 an dem Getriebegehäuse 160 festzulegen. Die Drehmomentübertragungsmechanismen 150, 152 und 154 sind auf ähnliche Weise einrückbar wie entsprechende Drehmomentübertragungsmechanismen 50, 52 bzw. 54 von 1, um eine erste und zweite elektrisch verstellbare Vorwärtsbetriebsart, ein festes Vorwärtsdrehzahlverhältnis (das dem dritten festen Vorwärtsdrehzahlverhältnis entspricht, das in Bezug auf 1 beschrieben wurde), eine elektrische Fahrbetriebsart und eine elektrisch verstellbare Rückwärtsbetriebsart mit Eingangsverzweigung herzustellen.
Zweite alternative bevorzugte Ausführungsform
In 3 ist eine zweite spezifische bevorzugte Ausführungsform eines Antriebsstrangs 210 mit einem Getriebe 214 im Schutzumfang der Erfindung veranschaulicht. Das Getriebe 214 benutzt drei Differenzialzahnradsätze, vorzugsweise in der Natur von Planetenradsätzen 220, 230 und 240, die in Hebeldiagrammform dargestellt sind. Der Planetenradsatz 220 wendet ein Hohlrad 224 an, das das Sonnenrad 222 umgibt. Ein Träger 229 lagert drehbar mehrere Planetenräder, die kämmend mit sowohl dem Hohlrad 224 als auch dem Sonnenrad 222 in Eingriff stehen. Das Antriebselement 17 ist an dem Träger 229 befestigt. Ein erster Motor/Generator 280 ist ständig mit dem Sonnenrad 222 verbunden.
Der Planetenradsatz 230 weist ein Hohlrad 234 auf, das das Sonnenrad 232 umgibt. Ein Träger 239 umfasst mehrere Planetenräder, die kämmend mit sowohl dem Sonnenrad 232 als auch dem Hohlrad 234 in Eingriff stehen. Ein zweiter Motor/Generator 282 ist ständig mit dem Sonnenrad 232 verbunden.
Der Planetenradsatz 240 umfasst ein Hohlrad 244, das ein Sonnenrad 242 umgibt. Ein Träger 249 umfasst mehrere Planetenräder, die kämmend mit dem Sonnenrad 244 in Eingriff stehen.
Ein Verbindungselement 270 verbindet das Hohlrad 224 ständig mit dem Sonnenrad 232. Ein Verbindungselement 272 verbindet den Träger 239 ständig mit dem Hohlrad 244. Ein Verbindungselement 274 verbindet das Hohlrad 234 ständig mit dem Träger 249.
Das Hohlrad 224 entspricht dem ersten Knoten A von 1. Der Träger 229 entspricht dem zweiten Knoten B. Das Sonnenrad 222 entspricht dem dritten Knoten C. Das Sonnenrad 232 entspricht dem vierten Knoten D. Die miteinander verbundenen Träger 239 und Hohlrad 244 entsprechen dem fünften Knoten E. Die miteinander verbundenen Hohlrad 234 und Träger 249 entsprechen dem sechsten Knoten F. Das Sonnenrad 242 entspricht dem siebten Knoten G. Da die Planetenradsätze 230 und 240 zwei Verbindungen miteinander über Verbindungselemente 272 und 274 aufweisen, können sie durch den einzigen zweiten Hebel 30, 40 in 1 dar gestellt werden. Der Planetenradsatz 220 kann durch den Hebel 20 von 1 dargestellt werden.
Ein erster Drehmomentübertragungsmechanismus 250 verbindet den Träger 229 selektiv mit dem Träger 239. Ein zweiter Drehmomentübertragungsmechanismus 252 verbindet das Hohlrad 244 selektiv mit dem Getriebegehäuse 260. Ein dritter Drehmomentübertragungsmechanismus 254 verbindet das Sonnenrad 242 selektiv mit dem Getriebegehäuse 260. Die Drehmomentübertragungsmechanismen 250, 252 und 254 sind auf ähnliche Weise einrückbar wie entsprechende Drehmomentübertragungsmechanismen 50, 52 bzw. 54, wie es oben anhand von 1 beschrieben wurde, um eine erste und zweite elektrisch verstellbare Vorwärtsbetriebsart, eine elektrische Vorwärtsfahrbetriebsart, ein festes Vorwärtsdrehzahlverhältnis und eine elektrisch verstellbare Rückwärtsbetriebsart mit Eingangsverzweigung herzustellen.
Dritte bevorzugte alternative Ausführungsform
In 4 ist eine dritte spezifische bevorzugte Ausführungsform eines Antriebsstrangs 310 mit einem Getriebe 314 im Schutzumfang der Erfindung veranschaulicht. Das Getriebe 314 benutzt drei Differenzialzahnradsätze, vorzugsweise in der Natur von Planetenradsätzen 320, 330 und 340, die in Hebeldiagrammform dargestellt sind. Der Planetenradsatz 320 wendet ein Hohlrad 324 an, das das Sonnenrad 322 umgibt. Der Träger 329 lagert drehbar mehrere Planetenräder, die kämmend mit sowohl dem Hohlrad 324 als auch dem Sonnenrad 322 in Eingriff stehen. Das Antriebselement 17 ist ständig mit dem Träger 329 verbunden. Ein erster Motor/Generator 380 ist ständig mit dem Sonnenrad 322 verbunden.
Der Planetenradsatz 330 weist ein Hohlrad 334 auf, das das Sonnenrad 332 umgibt. Ein Träger 339 umfasst mehrere Planetenräder, die kämmend mit sowohl dem Hohlrad 334 als auch dem Sonnenrad 332 in Eingriff stehen. Ein zweiter Motor/Generator 382 ist ständig mit dem Sonnenrad 332 verbunden.
Der Planetenradsatz 340 weist ein Hohlrad 344 auf, das das Sonnenrad 342 umgibt. Ein Träger 349 lagert drehbar mehrere Planetenräder, die kämmend mit sowohl dem Hohlrad 344 als auch dem Sonnenrad 342 in Eingriff stehen. Das Abtriebselement 19 ist ständig mit dem Träger 349 verbunden.
Ein Verbindungselement 370 verbindet das Hohlrad 324 ständig mit dem Sonnenrad 332. Ein Verbindungselement 372 verbindet den Träger 339 ständig mit dem Hohlrad 344. Ein Verbindungselement 374 verbindet das Hohlrad 334 ständig mit dem Träger 349.
Da die Planetenradsätze 330 und 340 zwei Paare von über die Verbindungselemente 372 und 374 miteinander verbundenen Elementen aufweisen, können sie durch den einzigen Hebel 30, 40 von 1 dargestellt werden. Der Planetenradsatz 320 kann durch den Hebel 20 von 1 dargestellt werden. Das Hohlrad 324 entspricht dem ersten Knoten A von 1. Der Träger 329 entspricht dem zweiten Knoten B. Das Sonnenrad 322 entspricht dem dritten Knoten C. Das Sonnenrad 332 entspricht dem vierten Knoten D. Die miteinander verbundenen Träger 339 und Hohlrad 344 entsprechen dem fünften Knoten E. Die miteinander verbundenen Hohlrad 334 und Träger 349 entsprechen dem sechsten Knoten F. Das Sonnenrad 342 entspricht dem siebten Knoten G.
Ein erster Drehmomentübertragungsmechanismus 350 ist selektiv einrückbar, um den Träger 329 mit dem Träger 339 zu verbinden. Ein zweiter Drehmomentübertragungsmechanismus 352 ist selektiv einrückbar, um das Hohlrad 344 an dem Getriebegehäuse 360 festzulegen. Ein dritter Drehmomentübertragungsmechanismus 354 ist selektiv einrückbar, um das Sonnenrad 342 an dem Getriebegehäuse 360 festzulegen. Ein vierter Drehmomentübertragungsmechanismus 356 ist selektiv einrückbar, um den Träger 329 mit den miteinander verbundenen Hohlrad 324 und Sonnenrad 332 zu verbinden. Ein fünfter Drehmomentübertragungsmechanismus 358 ist selektiv einrückbar, um das Sonnenrad 332 und den zweiten Motor/Generator 382 an dem Getriebegehäuse 360 festzulegen.
Die Drehmomentübertragungsmechanismen 350, 352 und 354 sind auf ähnliche Weise einrückbar wie entsprechende Drehmomentübertragungsmechanismen 50, 52 bzw. 54 von 1, um eine erste und zweite elektrisch verstellbare Vorwärtsbetriebsart, ein festes Vorwärtsdrehzahlverhältnis, eine elektrische Vorwärtsfahrbetriebsart und eine elektrisch verstellbare Rückwärtsgangbetriebsart mit Eingangsverzweigung herzustellen. Die zusätzlichen Drehmomentübertragungsmechanismen 356 und 358 sind, wie es oben beschrieben wurde, selektiv auf eine ähnliche Weise einrückbar wie entsprechende Drehmomentübertragungsmechanismen 56 und 58, um drei zusätzliche feste Vorwärtsdrehzahlverhältnisse und ein festes Rückwärtsdrehzahlverhältnis herzustellen. Obwohl es in den spezifischen Ausführungsformen der 2 bis 8 nicht dargestellt ist, kann ein sechster Drehmomentübertragungsmechanismus hinzugefügt werden, um den ersten Motor/Generator 80 (Einheit A) an dem Getriebegehäuse festzulegen und somit zwei zusätzliche feste Vorwärtsdrehzahlverhältnisse für eine Summe von sechs festen Vorwärtsdrehzahlverhältnissen herzustellen, wie es anhand des Drehmomentübertragungsmechanismus 59 von 1 beschrieben wurde.
Vierte alternative bevorzugte Ausführungsform
In 5 ist eine vierte spezifische bevorzugte Ausführungsform eines Antriebsstrangs 410 mit einem Getriebe 414 im Schutzumfang der Erfindung veranschaulicht. Das Getriebe 414 benutzt drei Differenzialzahnradsätze, vorzugsweise in der Natur von Planetenradsätzen 420, 430 und 440. Das Getriebe 414 ist in einem schematischen Diagramm anstelle einer Hebeldiagrammform gezeigt. Der Planetenradsatz 420 wendet ein Hohlrad 424 an, das ein Sonnenrad 422 umgibt. Ein Träger 429 lagert drehbar mehrere Planetenräder, die kämmend mit sowohl dem Hohlrad 424 als auch dem Sonnenrad 422 in Eingriff stehen. Das Antriebselement 17 ist ständig mit dem Träger 429 verbunden. Ein erster Motor/Generator 480 ist ständig mit dem Sonnenrad 422 verbunden.
Der Planetenradsatz 430 umfasst ein Hohlrad 434, das ein Sonnenrad 432 umgibt. Ein Träger 439 umfasst mehrere Planetenräder, die kämmend mit sowohl dem Hohlrad 434 als auch dem Sonnenrad 432 in Eingriff stehen. Das Abtriebselement 19 ist ständig mit dem Hohlrad 434 verbunden. Wie es Fachleute einsehen werden, ist das Getriebe 414 für eine Anwendung mit Vorderradantrieb passend, da das Abtriebselement 19 sich an einer Stelle befindet, die für einen Gebrauch in Querlage gut geeignet ist.
Der Planetenradsatz 440 umfasst ein Hohlrad 444, das ein Sonnenrad 442 umgibt. Der Träger 449 umfasst mehrere Planetenräder, die kämmend mit sowohl dem Hohlrad 444 als auch dem Sonnenrad 442 in Eingriff stehen. Der zweite Motor/Generator 482 ist ständig mit dem Sonnenrad 422 verbunden.
Ein Verbindungselement 470 verbindet das Hohlrad 424 ständig mit dem Sonnenrad 442. Der zweite Motor/Generator 482 ist dadurch auch ständig mit dem Hohlrad 424 verbunden. Das Verbindungselement 470 kann eine Komponente oder separate Komponenten sein. Ein Verbindungselement 472 verbindet das Hohlrad 434 ständig mit dem Träger 449. Ein Verbindungselement 474 verbindet das Sonnenrad 432 ständig mit dem Sonnenrad 442. Somit sind zwei Elemente des Planetenradsatzes 430 ständig mit den zwei Elementen des Planetenradsatzes 440 über zwei Verbindungselemente 472 und 474 verbunden. Dementsprechend können die Planetenradsätze 430 und 440 in dem durch den Verbundhebel 30, 40 von 1 gebildeten Hebeldiagramm dargestellt werden. Der Planetenradsatz 420 kann durch den Hebel 20 von 1 dargestellt werden.
Das Hohlrad 424 entspricht dem ersten Knoten A von 1. Der Träger 429 entspricht dem zweiten Knoten B von 1. Das Sonnenrad 422 entspricht dem dritten Knoten C von 1. Die ständig verbundenen Sonnenräder 432 und 442 entsprechen dem vierten Knoten D von 1. Der Träger 439 entspricht dem fünften Knoten E von 1. Die ständig verbundenen Hohlrad 434 und Träger 449 entsprechen dem sechsten Knoten F von 1. Das Hohlrad 444 entspricht dem siebten Knoten G von 1.
Der erste Drehmomentübertragungsmechanismus 450 ist selektiv einrückbar, um den Träger 429 mit dem Träger 439 zu verbinden und auch das Antriebselement 17 mit dem Träger 439 zu verbinden. Der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus 452 ist selektiv einrückbar, um den Träger 439 an dem Getriebegehäuse 460 festzulegen. Der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus 454 ist selektiv einrückbar, um das Hohlrad 444 an dem Getriebegehäuse 460 festzulegen. Die Drehmomentübertragungsmechanismen 450, 452 und 454 sind auf ähnliche Wei se einrückbar wie entsprechende Drehmomentübertragungsmechanismen 50, 52 bzw. 54 von 1, um eine erste und zweite elektrisch verstellbare Vorwärtsbetriebsart, eine elektrische Vorwärtsfahrbetriebsart, ein festes Vorwärtsdrehzahlverhältnis und eine elektrisch verstellbare Rückwärtsbetriebsart mit Eingangsverzweigung herzustellen.
[0078] Jeder der Planetenradsätze 420, 430 und 440 weist vorzugsweise ein Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis (NR/SR) von 1,954 auf, obwohl im Schutzumfang der Erfindung auch andere Zähneverhältnisse angewandt werden können. Wenn die optionalen vierten, fünften und sechsten Drehmomentübertragungsmechanismen angewandt werden, wie es in 1 angegeben ist (d.h. ein vierter Drehmomentübertragungsmechanismus, wie Drehmomentübertragungsmechanismus 56 von 1, verbindet das Hohlrad 424 selektiv mit dem Träger 429; ein fünfter Drehmomentübertragungsmechanismus, wie Drehmomentübertragungsmechanismus 58 von 1, legt den zweiten Motor/Generator 482 selektiv an dem Getriebegehäuse 460 fest; und ein sechster Drehmomentübertragungsmechanismus, wie Drehmomentübertragungsmechanismus 59 von 1, legt den ersten Motor/Generator 480 selektiv an dem Getriebegehäuse 460 fest), werden sechs feste Vorwärtsübersetzungsverhältnisse und ein festes Rückwärtsübersetzungsverhältnis wie folgt erreicht. Ein erstes festes Vorwärtsübersetzungsverhältnis von 2,954 wird durch Einrückung des dritten und vierten Drehmomentübertragungsmechanismus 454, 56 erreicht. Ein zweites festes Vorwärtsübersetzungsverhältnis von 1,954 wird durch Einrückung des dritten und sechsten Drehmomentübertragungsmechanismus 454, 59 erreicht. Ein drittes festes Vorwärtsübersetzungsverhältnis von 1,661 wird durch Einrückung des dritten und ersten Drehmomentübertragungsmechanismus 454, 50 erreicht. Ein viertes festes Vorwärtsübersetzungsverhältnis von 1,355 wird durch Einrückung des ersten und sechsten Drehmomentübertragungsmechanismus 450, 59 erreicht.
Ein fünftes festes Vorwärtsübersetzungsverhältnis von 1,0 wird durch Einrückung des ersten und vierten Drehmomentübertragungsmechanismus 450, 56 erreicht. Ein sechstes festes Vorwärtsübersetzungsverhältnis von 0,661 wird durch Einrückung des ersten und fünften Drehmomentübertragungsmechanismus 450, 58 erreicht. Schließlich wird ein festes Rückwärtsübersetzungsverhältnis von –1,954 durch Einrückung des zweiten und vierten Drehmomentübertragungsmechanismus 452, 56 erreicht.
Aus 5 der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, dass das Getriebe 414 selektiv Leistung von der Maschine 12 empfängt. Das Hybridgetriebe 414 empfängt auch Leistung von einer elektrischen Leistungsquelle 486, die mit einem Controller oder einer ECU 488 verbunden ist, oder überträgt Leistung an diese. Die elektrische Leistungsquelle 486 ist mit dem Motor/Generator 480, 482 über den Controller 488 verbunden. Die elektrische Leistungsquelle 486 kann eine oder mehrere Batterien sein. Andere elektrische Leistungsquellen, wie Brennstoffzellen, haben die Fähigkeit, elektrische Leistung bereitzustellen oder zu speichern und abzugeben, und können anstelle von Batterien verwendet werden, ohne die Konzepte der vorliegenden Erfindung zu verändern.
Fünfte alternative bevorzugte Ausführungsform
In 6 ist eine fünfte spezifische bevorzugte Ausführungsform eines Antriebsstrangs 510 eines Getriebes 514 im Schutzumfang der Erfindung veranschaulicht. Das Getriebe 514 benutzt drei Differenzialzahnradsätze, vorzugsweise in der Natur von Planetenradsätzen 520, 530 und 540. Das Getriebe 514 ist statt in Hebeldiagrammform in schematischer Form veranschaulicht. Der Planetenradsatz 520 wendet ein Hohlrad 524 an, das das Sonnenrad 522 umgibt. Ein Träger 529 lagert drehbar einen ersten Satz von Planetenrädern 527 und einen zweiten Satz von Planetenrädern 528. Der erste Satz von Planetenrädern 527 steht kämmend mit dem Sonnenrad 522 und dem zweiten Satz von Planetenrädern 528 in Eingriff. Der zweite Satz von Planetenrädern 528 steht kämmend mit dem ersten Satz von Planetenrädern 527 und mit dem Hohlrad 524 in Eingriff. Das Antriebselement 17 ist ständig mit dem Hohlrad 524 verbunden. Ein erster Motor/Generator 580 ist ständig mit dem Sonnenrad 522 verbunden.
Der zweite Planetenradsatz 530 weist ein Hohlrad 534 auf, das das Sonnenrad 532 umgibt. Ein Träger 539 lagert drehbar mehrere Planetenräder, die kämmend mit sowohl dem Sonnenrad 532 als auch dem Hohlrad 534 in Eingriff stehen. Das Abtriebselement 19 ist ständig an dem Hohlrad 534 befestigt. Wie es Fachleute einsehen werden, ist das Getriebe 514 für eine Anwendung mit Vorderradantrieb passend, da sich das Abtriebselement 19 an einer Stelle befindet, die für einen Gebrauch in Querlage gut geeignet ist.
Der Planetenradsatz 540 umfasst ein Hohlrad 544, das ein Sonnenrad 542 umgibt. Ein Träger 549 umfasst mehrere Planetenräder, die kämmend mit sowohl dem Sonnenrad 542 als auch dem Hohlrad 544 in Eingriff stehen. Der zweite Motor/Generator 582 ist ständig mit dem Sonnenrad 542 verbunden.
Ein erstes Verbindungselement 570 verbindet den Träger 529 ständig mit dem Sonnenrad 542. Das Verbindungselement 570 kann eine Komponente oder separate Komponenten sein und verbindet auch den zweiten Motor/Generator 582 ständig mit dem Träger 529. Ein zweites Verbindungselement 572 verbindet das Hohlrad 534 ständig mit dem Träger 549. Ein Verbindungselement 574 verbindet das Sonnenrad 532 ständig mit dem Sonnenrad 542.
Der Träger 529 entspricht dem ersten Knoten A von 1. Das Hohlrad 524 entspricht dem zweiten Knoten B. Das Sonnenrad 522 entspricht dem dritten Knoten C. Die miteinander verbundenen Sonnenräder 532 und 542 entsprechen dem vierten Knoten D. Der Träger 539 entspricht dem fünften Knoten E. Die miteinander verbundenen Hohlrad 534 und Träger 549 entsprechen dem sechsten Knoten F. Das Hohlrad 544 entspricht dem siebten Knoten G. Da die Planetenradsätze 530 und 540 zwei Paare von über die Verbindungselemente 572 und 574 miteinander verbundenen Elementen aufweisen, können sie durch den zweiten Hebel 30, 40 von 1 dargestellt werden. Der Planetenradsatz 520 wird durch den ersten Hebel 20 von 1 dargestellt.
Der Drehmomentübertragungsmechanismus 550 ist selektiv einrückbar, um das Hohlrad 524 mit dem Träger 539 zu verbinden. Der Träger 539 is dadurch auch ständig mit dem Antriebselement 17 verbunden. Der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus 552 ist selektiv einrückbar, um den Träger 539 an dem Getriebegehäuse 560 festzulegen. Der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus 554 ist selektiv einrückbar, um das Hohlrad 544 an dem Getriebegehäuse 560 festzulegen. Die Drehmomentübertragungsmechanismen 550, 552 und 554 sind auf ähnliche Weise einrückbar, wie entsprechende Drehmomentübertragungsmechanismen 50, 52 bzw. 54 von 1, um eine erste und zweite elektrisch verstellbare Vorwärtsbetriebsart, ein festes Vorwärtsdrehzahlverhältnis, eine elektrische Vorwärtsfahrbetriebsart und eine elektrisch verstellbare Rückwärtsbetriebsart mit Eingangsverzweigung herzustellen.
Aus 6A und der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, dass das Getriebe 514 selektiv Leistung von der Maschine 12 empfängt. Das Hybridgetriebe 514 empfängt auch Leistung von einer elektrischen Leistungsquelle 586, die mit einem Controller oder einer ECE 588 verbunden ist.
Die elektrische Leistungsquelle 586 kann eine oder mehrere Batterien sein. Es können auch andere elektrische Leistungsquellen, wie Brennstoffzellen, verwendet werden. Die Batterie 586 und der Controller 588 sind mit dem ersten und zweiten Motor/Generator 580, 582 verbunden, um den Motoren/Generatoren 580, 582 Leistung zuzuführen oder von diesen Leistung zu empfangen.
Sechste alternative bevorzugte Ausführungsform
In 7 ist eine sechste spezifische bevorzugte Ausführungsform eines Antriebsstrangs 610 mit einem Getriebe 614 im Schutzumfang der Erfindung veranschaulicht. Das Getriebe 614 benutzt drei Differenzialzahnradsätze, vorzugsweise in der Natur von Planetenradsätzen 620, 630 und 640. Der Planetenradsatz 620 wendet ein Hohlrad 624 an, das ein Sonnenrad 622 umgibt. Ein Träger 629 umfasst mehrere Planetenräder, die kämmend mit sowohl dem Hohlrad 624 als auch dem Sonnenrad 622 in Eingriff stehen. Das Antriebselement 17 ist ständig mit dem Träger 629 verbunden, und ein erster Motor/Generator 680 ist ständig mit dem Sonnenrad 622 verbunden.
Der Planetenradsatz 630 weist ein Hohlrad 634 auf, das das Sonnenrad 632 umgibt. Ein Träger 639 umfasst mehrere Planetenräder, die kämmend mit sowohl dem Hohlrad 634 als auch dem Sonnenrad 632 in Eingriff stehen. Ein zweiter Motor/Generator 682 ist ständig mit dem Sonnenrad 632 verbunden.
Der Planetenradsatz 640 weist auch ein Hohlrad 644 auf, das ein Sonnenrad 642 umgibt. Ein Träger 649 umfasst mehrere Planetenräder, die kämmend mit sowohl dem Hohlrad 644 als auch dem Sonnenrad 642 in Eingriff stehen. Das Abtriebselement 19 ist ständig mit dem Träger 649 verbunden.
Ein Verbindungselement 670 verbindet das Hohlrad 624 ständig mit dem zweiten Motor/Generator 682, wodurch das Hohlrad 624 ständig mit dem Sonnenrad 632 verbunden ist, da das Sonnenrad 632 auch ständig mit dem zweiten Motor/Generator 682 verbunden ist. Ein zweites Verbindungselement 672 verbindet das Hohlrad 634 ständig mit dem Träger 649. Ein drittes Verbindungselement 674 verbindet den Träger 639 ständig mit dem Hohlrad 644.
Obwohl das Getriebe 614 in 7 in schematischer Form dargestellt ist, werden Fachleute erkennen, dass der Planetenradsatz 620 durch den Hebel 20 von 1 dargestellt werden kann. Das Hohlrad 624 entspricht dem ersten Knoten A von 1. Der Träger 629 entspricht dem zweiten Knoten B, und das Sonnenrad 622 entspricht dem dritten Knoten C. Da die Planetenradsätze 630 und 640 zwei Paare von über die Verbindungselemente 672 und 674 miteinander verbundenen Elementen aufweisen, können sie durch den zusammengesetzten Hebel 30, 40 von 1 dargestellt werden. Das Sonnenrad 632 entspricht dem vierten Knoten D. Die miteinander verbundenen Träger 639 und Hohlrad 644 entsprechen dem fünften Knoten E. Die miteinander verbundenen Hohlrad 634 und Träger 649 entsprechen dem sechsten Knoten F. Das Sonnenrad 642 entspricht dem siebten Knoten G.
Der erste Drehmomentübertragungsmechanismus 650 verbindet den Träger 629 selektiv mit dem Träger 639. Der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus 652 legt den Träger 639 und das verbundene Hohlrad 644 selektiv an dem Getriebegehäuse 660 fest. Der Drehmomentübertragungsmechanismus 654 legt das Sonnenrad 642 selektiv an dem Getrie begehäuse 660 fest. Der vierte Drehmomentübertragungsmechanismus 656 verbindet den Träger 629 selektiv mit dem ersten Motor/Generator 680 und dadurch mit dem Sonnenrad 622, das ständig mit dem ersten Motor/Generator 680 verbunden ist. Der fünfte Drehmomentübertragungsmechanismus 658 legt das Sonnenrad 632 selektiv an dem Getriebegehäuse 660 fest, wodurch auch der zweite Motor/Generator 682 und das Hohlrad 624 festgelegt werden.
Die Drehmomentübertragungsmechanismen 650, 652, 654, 656 und 658 sind auf ähnliche Weise einrückbar wie entsprechende Drehmomentübertragungsmechanismen 50, 52, 54, 56 bzw. 58 von 1, um eine erste und zweite elektrisch verstellbare Vorwärtsbetriebsart, vier feste Vorwärtsdrehzahlverhältnisse, eine elektrische Vorwärtsfahrbetriebsart, eine elektrisch verstellbare Rückwärtsbetriebsart mit Eingangsverzweigung und ein festes Rückwärtsdrehzahlverhältnis herzustellen.
Jeder der Planetenradsätze 620 und 640 weist vorzugsweise ein Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis (NR/SR) von 1,954 auf, und der Planetenradsatz 630 weist vorzugsweise ein Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis (NR/SR) von 2,333 auf, obwohl im Schutzumfang der Erfindung auch andere Zähneverhältnisse angewandt werden können. Wenn die optionalen vierten, fünften und sechsten Drehmomentübertragungsmechanismen angewandt werden, wie es in 1 angegeben ist (d.h. ein vierter Drehmomentübertragungsmechanismus, wie Drehmomentübertragungsmechanismus 56 von 1, verbindet das Hohlrad 624 selektiv mit dem Träger 629; ein fünfter Drehmomentübertragungsmechanismus, wie Drehmomentübertragungsmechanismus 58 von 1, verbindet den zweiten Motor/Generator 682 selektiv mit dem Getriebegehäuse 660; und ein sechster Drehmomentübertragungsmechanismus, wie Drehmomentübertragungsmechanismus 59 von 1, verbindet den ersten Motor/Ge nerator 680 selektiv mit dem Getriebegehäuse 660), werden sechs feste Vorwärtsübersetzungsverhältnisse und ein festes Rückwärtsübersetzungsverhältnis wie folgt erreicht. Ein erstes festes Vorwärtsübersetzungsverhältnis von 2,71 wird durch Einrückung des dritten und vierten Drehmomentübertragungsmechanismus 654, 56 erreicht. Ein zweites festes Vorwärtsübersetzungsverhältnis von 1,79 wird durch Einrückung des dritten und sechsten Drehmomentübertragungsmechanismus 654, 59 erreicht. Ein drittes festes Vorwärtsübersetzungsverhältnis von 1,51 wird durch Einrückung des dritten und ersten Drehmomentübertragungsmechanismus 654, 50 erreicht. Ein viertes festes Vorwärtsübersetzungsverhältnis von 1,28 wird durch Einrückung des ersten und sechsten Drehmomentübertragungsmechanismus 650, 59 erreicht. Ein fünftes festes Vorwärtsübersetzungsverhältnis von 1,0 wird durch Einrückung des ersten und vierten Drehmomentübertragungsmechanismus 650, 56 erreicht. Ein sechstes festes Vorwärtsübersetzungsverhältnis von 0,70 wird durch Einrückung des ersten und fünften Drehmomentübertragungsmechanismus 650, 58 erreicht. Schließlich wird ein festes Rückwärtsübersetzungsverhältnis von –2,33 durch Einrückung des zweiten und vierten Drehmomentübertragungsmechanismus 652, 56 erreicht.
Aus 7 und der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, dass das Getriebe 614 selektiv Leistung von der Maschine 12 empfängt. Das Hybridgetriebe 614 empfängt auch Leistung von einer elektrischen Leistungsquelle 686, die mit einem Controller oder einer ECU 688 verbunden ist 688. Die elektrische Leistungsquelle 686 kann eine oder mehrere Batterien sein oder kann Brennstoffzellen oder andere elektrische Leistungsquellen sein, die die Fähigkeit haben, elektrische Leistung bereitzustellen oder zu speichern und abzugeben, ohne die Konzepte der vorliegenden Erfindung zu verändern. Die Batterie 686 und der Controller 688 sind mit dem ersten und zweiten Motor/Generator 680 und 682 verbunden, um Leistung auf die Motoren/Generatoren 680, 682 zu übertragen oder von diesen Leistung zu empfangen. Die Anordnung des Getriebes 614 von 7 ist für eine Hinterradantriebsanwendung und Längseinbau geeignet.
Siebte bevorzugte alternative Ausführungsform
In 8 ist eine siebte spezifische bevorzugte Ausführungsform eines Antriebsstrangs 710 mit einem Getriebe 714 im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Das Getriebe 714 benutzt drei Differenzialzahnradsätze, vorzugsweise in der Natur von Planetenradsätzen 720, 730 und 740. Der Planetenradsatz 720 wendet ein Hohlrad 724 an, das das Sonnenrad 722 umgibt. Ein Träger 729 umfasst einen ersten und einen zweiten Satz von Planetenrädern 727 bzw. 728. Der erste Satz von Planetenrädern 727 steht kämmend mit dem Sonnenrad 722 und mit dem zweiten Satz von Planetenrädern 728 in Eingriff. Der zweite Satz von Planetenrädern 728 steht kämmend mit dem ersten Satz von Planetenrädern 727 und dem Hohlrad 724 in Eingriff. Das Antriebselement 17 ist ständig mit dem Hohlrad 724 verbunden. Der erste Motor/Generator 780 ist ständig mit dem Sonnenrad 722 verbunden.
Der Planetenradsatz 730 weist ein Hohlrad 734 auf, das das Sonnenrad 732 umgibt. Ein Träger 739 umfasst mehrere Planetenräder, die kämmend mit sowohl dem Hohlrad 734 als auch dem Sonnenrad 732 in Eingriff stehen. Der zweite Motor/Generator 782 ist ständig mit dem Sonnenrad 732 verbunden.
Der Planetenradsatz 740 weist ein Hohlrad 744 auf, das das Sonnenrad 742 umgibt. Ein Träger 749 umfasst mehrere Planetenräder, die kämmend mit sowohl dem Hohlrad 744 als auch dem Sonnenrad 742 in Ein griff stehen. Das Abtriebselement 19 ist ständig mit dem Träger 749 verbunden.
Ein Verbindungselement 770 verbindet den Träger 729 ständig mit dem zweiten Motor/Generator 782 und deshalb mit dem Sonnenrad 732, das auch ständig mit dem zweiten Motor/Generator 782 verbunden ist. Ein Träger 772 verbindet das Hohlrad 734 ständig mit dem Träger 749 und dadurch mit dem Abtriebselement 19. Ein Verbindungselement 774 verbindet den Träger 739 ständig mit dem Hohlrad 744.
Obwohl das Getriebe 714 von 8 in schematischer Form dargestellt ist, werden Fachleute leicht erkennen, dass der Planetenradsatz 720 durch den ersten Hebel 20 von 1 dargestellt wird und die zusammengesetzten Planetenradsätze 730 und 740 durch das zweite Hebeldiagramm 30, 40 von 1 dargestellt sind. Der Träger 729 entspricht dem ersten Knoten A von 1. Das Hohlrad 724 entspricht dem zweiten Knoten B. Das Sonnenrad 722 entspricht dem dritten Knoten C. Das Sonnenrad 732 entspricht dem vierten Knoten D. Die miteinander verbundenen Träger 739 und Hohlrad 744 entsprechen dem fünften Knoten E. Die miteinander verbundenen Hohlrad 734 und Träger 749 entsprechen dem sechsten Knoten F. Das Sonnenrad 742 entspricht dem siebten Knoten G.
Ein erster Drehmomentübertragungsmechanismus 750 verbindet das Hohlrad 724 selektiv mit dem Träger 739. Ein zweiter Drehmomentübertragungsmechanismus 752 legt den Träger 739 und das Hohlrad 744 selektiv an dem Getriebegehäuse 760 fest. Ein dritter Drehmomentübertragungsmechanismus 754 legt das Sonnenrad 742 selektiv an dem Getriebegehäuse 760 fest. Ein vierter Drehmomentübertragungsmechanismus 756 verbindet das Hohlrad 724 selektiv mit dem Träger 729 und mit dem zweiten Motor/Generator 782 und dadurch mit dem Sonnenrad 732, das ständig mit dem zweiten Motor/Generator 782 verbunden ist. Ein fünfter Drehmomentübertragungsmechanismus 758 verbindet das Sonnenrad 732 selektiv mit dem Getriebegehäuse 760, wodurch auch der zweite Motor/Generator 782 und der Träger 729 festgelegt sind. Die Drehmomentübertragungsmechanismen 750, 752, 754, 756 und 758 sind auf ähnliche Weise einrückbar wie entsprechende Drehmomentübertragungsmechanismen 50, 52, 54, 56 bzw. 58 von 1, um eine erste und zweite elektrisch verstellbare Vorwärtsbetriebsart, vier feste Vorwärtsdrehzahlverhältnisse, eine elektrische Vorwärtsfahrbetriebsart, eine elektrisch verstellbare Rückwärtsbetriebsart mit Eingangsverzweigung und ein festes Rückwärtsdrehzahlverhältnis herzustellen. Wenn dem Getriebe 714 von 8 ein sechster Drehmomentübertragungsmechanismus hinzugefügt werden würde, um den ersten Motor/Generator 780 an dem Getriebegehäuse 760 festzulegen, würden zwei zusätzliche feste Vorwärtsdrehzahlverhältnisse für eine Summe von sechs festen Vorwärtsdrehzahlverhältnissen erreicht.
Aus 8 und der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, dass das Getriebe 714 selektiv Leistung von der Maschine 12 empfängt. Das Hybridgetriebe 714 empfängt auch Leistung von einer elektrischen Leistungsquelle 786, die mit einem Controller oder einer ECU 788 verbunden ist. Die elektrische Leistungsquelle 786 kann eine oder mehrere Batterien sein oder kann Brennstoffzellen oder andere elektrische Leistungsquellen sein, die die Fähigkeit haben, elektrische Leistung bereitzustellen oder zu speichern und abzugeben, ohne die Konzepte der vorliegenden Erfindung zu verändern. Die Batterie 786 und der Controller 788 sind mit dem ersten und zweiten Motor/Generator 780 und 782 verbunden, um Leistung an die Motoren/Generatoren 780, 782 zu übertragen oder von diesen Leistung zu empfangen. Die Anordnung des Getriebes 714 von 8 ist für eine Hinterradantriebsanwendung und Längseinbau geeignet.
Obgleich die besten Arten zur Ausführung der Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, werden Fachleute, die diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur praktischen Ausführung der Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche erkennen.

Claims

Elektrisch verstellbares Getriebe, umfassend: ein Antriebselement zum Empfang von Leistung von einer Maschine; ein Abtriebselement; einen ersten und zweiten Motor/Generator; einen ersten, zweiten und dritten Planetenradsatz, die jeweils ein erstes, zweites und drittes Element aufweisen, wobei das Antriebs- und Abtriebselement jeweils ständig mit einem unterschiedlichen Element der Elemente verbunden sind; ein erstes Verbindungselement, das ein Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit einem Element des zweiten oder dritten Planetenradsatzes, das ständig mit dem zweiten Motor/Generator verbunden ist, verbindet; ein zweites und ein drittes Verbindungselement, die jeweils ein unterschiedliches Element der Elemente des zweiten Planetenradsatzes mit einem unterschiedlichen Element der Elemente des dritten Planetenradsatzes verbinden; einen ersten Drehmomentübertragungsmechanismus, der dazu dient, ein Element des ersten Planetenradsatzes, der ständig mit dem Antriebselement verbunden ist, selektiv mit einem Element des zweiten Planetenradsatzes, das selektiv mit einem feststehenden Element über einen zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus verbindbar ist, zu verbinden; einen dritten Drehmomentübertragungsmechanismus, der dazu dient, ein Element des zweiten oder dritten Planetenradsatzes, das nicht mit irgendeinem der anderen Planetenradsätze verbunden ist, selektiv mit dem feststehenden Element zu verbinden; wobei der erste Motor/Generator ständig mit einem Element des ersten Planetenradsatzes, das nicht mit dem Antriebselement oder mit den anderen Planetenradsätzen verbunden ist, verbunden ist; und wobei die Drehmomentübertragungsmechanismen einrückbar sind, um eine elektrisch verstellbare Rückwärtsbetriebsart mit Eingangsverzweigung und eine elektrische Vorwärtsfahrbetriebsart bereitzustellen.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 1, wobei der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus selektiv einrückbar ist, um die elektrisch verstellbare Rückwärtsbetriebsart mit Eingangsverzweigung bereitzustellen; wobei der erste und zweite Drehmomentübertragungsmechanismen selektiv einrückbar sind, um die elektrische Vorwärtsfahrbetriebsart bereitzustellen; und wobei der erste und dritte Drehmomentübertragungsmechanismen selektiv einrückbar sind, um ein erstes festes Vorwärtsdrehzahlverhältnis bereitzustellen.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 2, wobei Drehmoment des ersten Motors/Generators zu Drehmoment des zweiten Motors/Generators in der elektrischen Vorwärtsfahrbetriebsart hinzugefügt wird.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen vierten Drehmomentübertragungsmechanismus, der dazu dient, irgendeines der Elemente des ersten Planetenradsatzes selektiv mit irgendeinem anderen Element der Elemente des ersten Planetenradsatzes zu verbinden; wobei der zweite und vierte Drehmomentübertragungsmechanismen einrückbar sind, um ein festes Rückwärtsdrehzahlverhältnis bereitzustellen; wobei der erste Drehmomentübertragungsmechanismus und der vierte Drehmomentübertragungsmechanismus einrückbar sind, um ein zweites festes Vorwärtsdrehzahlverhältnis bereitzustellen; und wobei der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus und der vierte Drehmomentübertragungsmechanismus selektiv einrückbar sind, um ein drittes festes Vorwärtsdrehzahlverhältnis bereitzustellen.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen fünften Drehmomentübertragungsmechanismus, der dazu dient, den zweiten Motor/Generator selektiv mit dem feststehenden Element zu verbinden; wobei der erste Drehmomentübertragungsmechanismus und der fünfte Drehmomentübertragungsmechanismus selektiv einrückbar sind, um ein anderes festes Vorwärtsdrehzahlverhältnis bereitzustellen.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen sechsten Drehmomentübertragungsmechanismus, der dazu dient, den ersten Motor/Generator selektiv mit dem feststehenden Element zu verbinden; wobei der erste Drehmomentübertragungs mechanismus und der sechste Drehmomentübertragungsmechanismus selektiv einrückbar sind, um ein unterschiedliches festes Vorwärtsdrehzahlverhältnis bereitzustellen; wobei der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus und der sechste Drehmomentübertragungsmechanismus selektiv einrückbar sind, um ein anderes unterschiedliches festes Vorwärtsdrehzahlverhältnis bereitzustellen; und wobei der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus und der sechste Drehmomentübertragungsmechanismus selektiv einrückbar sind, um ein festes Rückwärtsdrehzahlverhältnis bereitzustellen.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 1, wobei der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus selektiv einrückbar ist, um eine erste elektrisch verstellbare Vorwärtsbetriebsart mit Eingangsverzweigung bereitzustellen, und wobei der erste Drehmomentübertragungsmechanismus selektiv einrückbar ist, um eine zweite elektrisch verstellbare Vorwärtsbetriebsart mit Verbundverzweigung bereitzustellen.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 7, ferner umfassend: eine Energiespeichereinrichtung, die dazu dient, dem ersten und zweiten Motor/Generator Leistung zuzuführen oder von diesen Leistung zu empfangen; einen Controller, der dazu dient, die Leistungsübertragung zwischen der Energiespeichereinrichtung und dem ersten und zweiten Motor/Generator zu steuern; und wobei der Controller bewirkt, dass mindestens einer von dem ersten und zweiten Motor/Generator als Generator arbeitet, um während des Bremsens Rotationsenergie des Abtriebselements in Leistung umzuwandeln, die in der Energiespeichereinrichtung gespeichert wird.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 1, wobei das Abtriebselement ständig mit einem Element des zweiten oder dritten Planetenradsatzes, das nicht ständig mit einem Element des ersten Planetenradsatzes verbunden ist und nicht selektiv mit dem feststehenden Element verbindbar ist, verbunden ist.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 1, wobei der erste, zweite und dritte Planetenradsatz ein Hohlrad, einen Planetenträger und ein Sonnenrad umfassen; wobei der erste Motor/Generator ständig mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes verbunden ist; und wobei das zweite Verbindungselement das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes ständig mit dem Träger des dritten Planetenradsatzes verbindet.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 10, wobei das dritte Verbindungselement den Träger des zweiten Planetenradsatzes ständig mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes verbindet.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 10, wobei das erste Verbindungselement das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbindet.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 1, wobei das erste Verbindungselement das Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem zweiten Motor/Generator verbindet; wobei das erste Verbindungselement dadurch das Element des ersten Planetenradsatzes mit dem Element des zweiten oder dritten Planetenradsatzes verbindet.
Elektrisch verstellbares Getriebe, umfassend: ein Antriebselement zum Empfang von Leistung von einer Maschine; ein Abtriebselement; einen ersten und zweiten Motor/Generator; einen ersten, zweiten und dritten Planetenradsatz, die jeweils ein Hohlrad, einen Träger und ein Sonnenrad aufweisen, wobei das Antriebs- und Abtriebselement jeweils ständig mit einem unterschiedlichen Element der Elemente verbunden sind; ein erstes Verbindungselement, das das Hohlrad oder den Träger des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbindet, wobei das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes auch ständig mit dem zweiten Motor/Generator verbunden ist; ein zweites und ein drittes Verbindungselement, die jeweils ein unterschiedliches Element der Elemente des zweiten Planetenradsatzes ständig mit einem unterschiedlichen Element der Elemente des dritten Planetenradsatzes verbinden, wobei eines von dem zweiten und dritten Verbindungselement das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes ständig mit dem Träger des dritten Planetenradsatzes verbindet; einen ersten Drehmomentübertragungsmechanismus, der dazu dient, das Element des ersten Planetenradsatzes, das ständig mit dem Antriebselement verbunden ist, selektiv mit einem Element des zweiten Planetenradsatzes, das selektiv mit einem feststehenden Element über einen zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus verbindbar ist, zu verbinden; und einen dritten Drehmomentübertragungsmechanismus, der dazu dient, ein Element des zweiten oder dritten Planetenradsatzes, das nicht ständig mit irgendeinem der anderen Planetenradsätze ständig verbunden ist, selektiv mit dem feststehenden Element zu verbinden; wobei der erste Motor/Generator ständig mit einem Element des ersten Planetenradsatzes, das nicht mit dem Antriebselement oder mit den anderen Planetenradsätzen verbunden ist, verbunden ist; und wobei die Drehmomentübertragungsmechanismen alleine oder paarweise einrückbar sind, um eine elektrisch verstellbare Rückwärtsbetriebsart mit Eingangsverzweigung, ein festes Vorwärtsdrehzahlverhältnis, eine elektrische Vorwärtsfahrbetriebsart, eine elektrisch verstellbare erste Vorwärtsbetriebsart mit Eingangsverzweigung und eine elektrisch verstellbare zweite Vorwärtsbetriebsart mit Verbundverzweigung bereitzustellen.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 14, ferner umfassend: einen vierten Drehmomentübertragungsmechanismus, der dazu dient, irgendeines der Elemente des ersten Planetenradsatzes selektiv mit irgendeinem anderen Element der Elemente des ersten Planetenradsatzes zu verbinden; wobei der zweite und vierte Drehmomentübertragungsmechanismen einrückbar sind, um ein festes Rückwärtsdrehzahlverhältnis bereitzustellen; wobei der erste Drehmomentübertragungsmechanismus und der vierte Drehmomentübertragungsmechanismus einrückbar sind, um ein zweites festes Vorwärtsdrehzahlverhältnis bereitzustellen; und wobei der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus und der vierte Drehmomentübertragungsmechanismus selektiv einrückbar sind, um ein drittes festes Vorwärtsdrehzahlverhältnis bereitzustellen.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 14, ferner umfassend: zumindest einen fünften Drehmomentübertragungsmechanismus und einen sechsten Drehmomentübertragungsmechanismus; wobei der fünfte Drehmomentübertragungsmechanismus dazu dient, den zweiten Motor/Generator selektiv mit dem feststehenden Element zu verbinden, und mit dem ersten Drehmomentübertragungsmechanismus einrückbar ist, um eine anderes festes Vorwärtsdrehzahlverhältnis bereitzustellen; wobei der sechste Drehmomentübertragungsmechanismus dazu dient, den ersten Motor/Generator selektiv mit dem feststehenden Element zu verbinden, und mit dem ersten Drehmomentübertragungsmechanismus einrückbar ist, um ein unterschiedliches festes Vorwärtsdrehzahlverhältnis bereitzustellen; wobei der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus und der sechste Drehmomentübertragungsmechanismus selektiv einrückbar sind, um ein anderes unterschiedliches festes Vorwärtsdrehzahlverhältnis bereitzustellen; und wobei der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus und der sechste Drehmomentübertragungsmechanis mus selektiv einrückbar sind, um ein festes Rückwärtsdrehzahlverhältnis bereitzustellen.
Elektrisch verstellbares Getriebe, umfassend: einen ersten Planetenradsatz, der ein erstes, zweites und drittes Element aufweist und durch einen ersten Hebel eines Hebeldiagramms darstellbar ist, der einen ersten, zweiten und dritten Knoten aufweist, die dem ersten, zweiten und dritten Element entsprechen; einen zweiten und einen dritten Planetenradsatz, die jeweils ein erstes, ein zweites und ein drittes Element aufweisen, wobei zwei der Elemente des zweiten Planetenradsatzes ständig mit zwei Elementen des dritten Planetenradsatzes verbunden sind, wobei die miteinander verbundenen zweiten und dritten Planetenradsätze durch einen zweiten Hebel des Hebeldiagramms darstellbar sind, der einen vierten, fünften, sechsten und siebten Knoten aufweist, die den Elementen des zweiten und dritten Planetenradsatzes entsprechen, wobei der erste Knoten ständig mit dem vierten Knoten verbunden ist; ein Antriebselement, das ständig mit dem zweiten Knoten verbunden ist; einen ersten Motor/Generator, der ständig mit dem dritten Knoten verbunden ist, und einen zweiten Motor/Generator, der ständig mit dem vierten Knoten verbunden ist; einen ersten Drehmomentübertragungsmechanismus, der dazu dient, den ersten Knoten selektiv mit dem fünften Knoten zu verbinden; einen zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus, der dazu dient, den fünften Knoten selektiv mit dem feststehenden Element zu verbinden; ein Abtriebselement, das ständig mit dem sechsten Knoten verbunden ist; und einen dritten Drehmomentübertragungsmechanismus, der dazu dient, den siebten Knoten selektiv mit dem feststehenden Element zu verbinden; wobei die Drehmomentübertragungsmechanismen alleine oder paarweise einrückbar sind, um eine elektrisch verstellbare Rückwärtsbetriebsart mit Eingangsverzweigung und eine elektrische Vorwärtsfahrbetriebsart bereitzustellen.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 17, ferner umfassend: einen vierten Drehmomentübertragungsmechanismus, der dazu dient, irgendeinen von dem ersten, zweiten und dritten Knoten selektiv mit irgendeinem anderen von dem ersten, zweiten und dritten Knoten zu verbinden; wobei der zweite und vierte Drehmomentübertragungsmechanismen selektiv einrückbar sind, um ein festes Rückwärtsdrehzahlverhältnis bereitzustellen; wobei der erste Drehmomentübertragungsmechanismus und der vierte Drehmomentübertragungsmechanismus selektiv einrückbar sind, um ein festes Vorwärtsdrehzahlverhältnis bereitzustellen; und wobei der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus und der vierte Drehmomentübertragungsmechanismus selektiv einrückbar sind, um ein anderes festes Vorwärtsdrehzahlverhältnis bereitzustellen.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 17, ferner umfassend: einen fünften Drehmomentübertragungsmechanismus, der dazu dient, den zweiten Motor/Generator selektiv mit dem feststehenden Element zu verbinden; wobei der erste Drehmomentübertragungsmechanismus und der fünfte Drehmomentübertragungsmechanismus selektiv einrückbar sind, um ein festes Vorwärtsdrehzahlverhältnis bereitzustellen.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 17, ferner umfassend: einen sechsten Drehmomentübertragungsmechanismus, der dazu dient, den ersten Motor/Generator selektiv mit dem feststehenden Element zu verbinden; wobei der erste Drehmomentübertragungsmechanismus und der sechste Drehmomentübertragungsmechanismus selektiv einrückbar sind, um ein festes Vorwärtsdrehzahlverhältnis bereitzustellen; wobei der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus und der sechste Drehmomentübertragungsmechanismus selektiv einrückbar sind, um ein anderes festes Vorwärtsdrehzahlverhältnis bereitzustellen; und wobei der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus und der sechste Drehmomentübertragungsmechanismus selektiv einrückbar sind, um ein festes Rückwärtsdrehzahlverhältnis bereitzustellen.