DE112005003331T5

DE112005003331T5 - Elektrisch verstellbares Getriebe mit drei miteinander verbundenen Planetenradsätzen

Info

Publication number: DE112005003331T5
Application number: DE112005003331T
Authority: DE
Inventors: Norman K. Troy Bucknor; James D. Belleville Hendrickson; Madhusudan West Bloomfield Raghavan
Original assignee: General Motors Corp
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2005-01-04
Filing date: 2005-12-12
Publication date: 2008-05-15
Also published as: US7179186B2; KR100926058B1; WO2006073706A8; KR20070086962A; CN101371061A; US20060148606A1; CN101371061B; WO2006073706A3; WO2006073706A2

Abstract

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 Differenzialzahnradsatz, die jeweils ein erstes, zweites und drittes Element aufweisen;
wobei das Antriebselement ständig mit mindestens einem Element der Zahnradsätze verbunden ist und das Abtriebselement ständig mit einem anderen Element der Zahnradsätze verbunden ist;
ein erstes Verbindungselement, das das erste Element des ersten Zahnradsatzes ständig mit dem ersten Element des zweiten Zahnradsatzes verbindet;
ein zweites Verbindungselement, das das zweite Element des ersten Zahnradsatzes ständig mit dem zweiten Element des zweiten Zahnradsatzes und mit dem zweiten Element des dritten Zahnradsatzes verbindet;
wobei der erste Motor/Generator ständig mit dem ersten Verbindungselement verbunden ist;
wobei der zweite Motor/Generator ständig mit einem Element des zweiten oder dritten Zahnradsatzes verbunden ist;
eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, die ein Element des ersten oder...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische verstellbare Getriebe mit einem selektiven Betrieb in Leistungsverzweigungsbereichen mit variablem Drehzahlverhältnis und in festen Drehzahlverhältnissen, das drei Planetenradsätze, zwei Motoren/Generatoren und vier oder fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen aufweist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Brennkraftmaschinen, insbesondere jene von der Art mit hin- und hergehendem Kolben, 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 mechanische Nutzleistung umgewandelt wird. Ein neuartiges Getriebesystem, das mit Brennkraftmaschinen verwendet werden kann und das den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen von Verunreinigungen vermindern kann, kann für die Allgemeinheit von großem Nutzen sein.
Die breite Vielfalt in den Anforderungen, die Fahrzeuge typischerweise an Brennkraftmaschinen stellen, erhöht den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen über den Idealfall für derartige Maschinen hinaus. Typischerweise wird ein Fahrzeug von solch einer Maschine angetrieben, die durch einen kleinen Elektromotor und relativ kleine elektrische Speicherbatterien aus einem kalten Zustand gestartet und dann schnell durch An triebs- und Zusatzausrüstung unter Lasten gesetzt wird. Eine derartige Maschine wird auch durch einen breiten Bereich von Drehzahlen und einen breiten Bereich von Lasten und typischerweise mit einem Durchschnitt von etwa einem Fünftel ihrer maximalen Ausgangsleistung betrieben.
Ein Fahrzeuggetriebe liefert typischerweise mechanische Leistung von einer Maschine an den Rest eines Antriebssystems, wie ein festes Achsantriebsgetriebe, Achsen und Räder. Ein typisches mechanisches Getriebe erlaubt eine gewisse Freiheit im Maschinenbetrieb, und zwar gewöhnlich durch alternative Auswahl von fünf oder sechs unterschiedlichen Antriebsübersetzungsverhältnissen, eine Neutralauswahl, die zulässt, dass die Maschine Nebenaggregate bei stehendem Fahrzeug betreiben kann, und Kupplungen oder einen Drehmomentwandler für glatte Übergänge zwischen Antriebsübersetzungsverhältnissen und um das Fahrzeug aus der Ruhe 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 werden kann.
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 Fahrzeugantriebssystems umwandeln. Diese Anordnung erlaubt eine kontinuierliche Veränderung im Verhältnis von Drehmoment und Drehzahl zwischen der Maschine und dem Rest des Antriebssystems innerhalb der Grenzen der elektrischen Maschinerie. Eine elektrische Speicherbatterie, die als Leis tungsquelle 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 hin gesteuert werden kann. Dieses System lässt zu, dass die Elektromaschine, die an der Brennkraftmaschine angebracht ist, als Motor zum Anlassen der Maschine wirken kann. Dieses System lässt auch zu, dass die Elektromaschine, die 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 elektrischen Maschinerie, um die gesamte Leistung der Maschine von mechanisch in elektrisch in dem Generator und von elektrisch in mechanisch in dem Antriebsmotor umzuwandeln, und an dem Nutzenergieverlust bei diesen Umwandlungen.
Ein Getriebe mit Leistungsverzweigung kann eine sogenannte "Differenzialzahnradanordnung" verwenden, um ein stufenlos verstellbares Drehmoment- und Drehzahlverhältnis zwischen Antrieb und Abtrieb zu erreichen. Ein elektrisch verstellbares Getriebe kann eine Differenzialzahnradanordnung 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 einer Differenzialzahnradanordnung bilden. Eine Planetenradanordnung ist gewöhnlich die bevorzugte Ausführungsform, die in mit differenziellen Zahnradanordnungen ausgestatteten Erfindungen 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 Drehzahl von mindestens einem Element eines Zahnradsatzes immer ein gewichteter Mittelwert von Drehzahlen der beiden anderen Elemente ist.
Ein Getriebesystem für ein Hybridelektrofahrzeug umfasst auch eine oder mehrere elektrische Energiespeichereinrichtungen. Eie typische Einrichtung ist eine chemisch-elektrische Speicherbatterie, es können aber auch kapazitive oder mechanische Einrichtungen, wie etwa ein elektrisch angetriebenes Schwungrad, enthalten sein. Ein Speicher für elektrische Energie 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 auch das Starten der Maschine mit dem Getriebesystem und ein regeneratives Bremsen des Fahrzeugs.
Ein elektrisch verstellbares Getriebe in einem Fahrzeug kann einfach mechanische Leistung von einem Maschinenantrieb 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/Gene rator 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 Maschine bei der Fahrzeugbeschleunigung 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 zu empfangen, und ein Leistungsabgabemittel, 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 zwischen der Energiespeichereinrichtung und den Motoren/Generatoren sowie zwischen dem ersten und zweiten Motor/Generator.
Ein Betrieb in dem ersten oder zweiten Betriebsmodus mit variablem Drehzahlverhältnis kann selektiv unter Verwendung von Kupplungen in der Natur einer ersten und zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung erreicht werden. In dem ersten Modus wird ein Drehzahlverhältnisbereich mit Eingangsleistungsverzweigung durch Einrücken der ersten Kupplung gebildet, und die Abtriebsdrehzahl des Getriebes ist proportional zu der Drehzahl von einem Motor/Generator. In dem zweiten Modus 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 erreicht werden. Ein Betrieb des Getriebes in einem neutralen Modus kann selektiv erreicht 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 seinem ersten Betriebsmodus und mindestens zwei mechanische Punkte in seinem zweiten Betriebsmodus.
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 Betriebsmodi mit Eingangsverzweigung (input-split), Verbundverzweigung (compound-split) sowie Neutral- und Rückwärtsbetriebsmodi bereitzustellen. Beide Planetenradsätze können einfach sein oder einer kann einzeln zusammengesetzt sein. Ein elektrisches Steuerelement reguliert den Leistungsfluss zwischen einer Energiespeichereinrichtung und den beiden Motoren/Generatoren. Dieses Getriebe bietet zwei Bereiche oder Modi eines elektrisch verstellbaren Getriebebetriebes (EVT), indem es selektiv einen Drehzahlverhältnisbereich mit Eingangsleistungs verzweigung und einen Drehzahlverhältnisbereich mit Verbundleistungsverzweigung bereitstellt. Es kann auch selektiv ein festes Drehzahlverhältnis erreicht werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt eine Familie von elektrisch verstellbaren Getrieben bereit, die mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Automatikgetrieben zur Verwendung in Hybridfahrzeugen bietet, die ein verbessertes Leistungsvermögen der Fahrzeugbeschleunigung, eine verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit über ein regeneratives Bremsen und einen nur elektrischen Leerlauf und ein nur elektrisches Anfahren und ein attraktives Vermarktungsmerkmal umfassen. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, den bestmöglichen Energiewirkungsgrad und die bestmöglichen Emissionen für eine gegebene Maschine bereitzustellen. Zusätzlich werden ein optimales Leistungsvermögen, eine optimale Kapazität, eine optimale Packungsgröße und eine optimale Übersetzungsverhältnisabdeckung für das Getriebe angestrebt.
Die elektrisch verstellbare Getriebefamilie der vorliegenden Erfindung stellt kostengünstige elektrisch verstellbare Getriebemechanismen mit geringem Inhalt bereit, die einen ersten, zweiten und dritten Differenzialzahnradsatz, eine Batterie, zwei Elektromaschinen, die austauschbar als Motoren oder Generatoren dienen, und vier oder fünf auswählbare Drehmomentübertragungseinrichtungen (zwei Kupplungen und zwei oder drei Bremsen) umfassen. Die Differenzialzahnradsätze sind vorzugsweise Planetenradsätze, es können aber andere Zahnradanordnungen eingesetzt werden, wie etwa Kegelräder oder eine Differenzialzahnradanordnung an einer versetzten Achse.
In dieser Beschreibung können der erste, zweite oder dritte Planetenradsatz in beliebiger Reihenfolge mit "erster" bis "dritter" gezählt werden (d.h. von links nach rechts, von rechts nach links usw.).
Jeder der drei Planetenradsätze weist drei Elemente auf. Das erste, zweite oder dritte Element jedes Planetenradsatzes kann irgendeines von einem Sonnenrad, einem Hohlrad oder einem Träger sein.
Jeder Träger kann entweder ein Einzelplanetenträger (einfach) oder ein Doppelplanetenträger (zusammengesetzt) sein.
Die Antriebswelle ist ständig mit mindestens einem Element der Planetenradsätze verbunden. Die Abtriebswelle ist ständig mit einem anderen Element der Planetenradsätze verbunden.
Ein erstes Verbindungselement verbindet ein erstes Element des ersten Planetenradsatzes und ein erstes Element des zweiten Planetenradsatzes ständig.
Ein zweites Verbindungselement verbindet ein zweites Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit einem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes und mit einem zweiten Element des dritten Planetenradsatzes.
Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung verbindet ein Element des ersten oder zweiten Planetenradsatzes selektiv mit einem anderen Element des ersten oder dritten Planetenradsatzes.
Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung verbindet ein Element des dritten Planetenradsatzes selektiv mit einem anderen Element des ersten, zweiten oder dritten Planetenradsatzes, wobei dieses Paar Elemente verschieden ist von dem, das durch die erste Drehmomentübertragungseinrichtung verbunden ist.
Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung verbindet ein Element des zweiten oder dritten Planetenradsatzes selektiv mit einem feststehenden Element (Getriebegehäuse).
Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung ist parallel zu einem der Motoren/Generatoren angeordnet, um eine Rotation des Motors/Generators selektiv zu verhindern.
Eine optionale fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung kann parallel zu dem anderen Motor/Generator angeordnet sein, um dessen Rotation selektiv zu verhindern.
Der erste Motor/Generator ist an dem Getriebegehäuse (oder Masse) montiert und ständig mit dem ersten Verbindungselement verbunden.
Der zweite Motor/Generator ist an dem Getriebegehäuse montiert und ständig mit einem Element des zweiten oder dritten Planetenradsatzes verbunden.
Die vier oder fünf auswählbaren Drehmomentübertragungseinrichtungen (zwei Kupplungen und zwei oder drei Bremsen) werden einzeln oder in Kombinationen von zweien eingerückt, um ein EVT mit einem stufenlos verstellbaren Bereich von Drehzahlen (einschließlich rückwärts) und vier mechanisch festen Vorwärtsdrehzahlverhältnissen zu ergeben. Ein "festes Drehzahlverhältnis" ist eine Betriebsbedingung, unter der die mechanische Antriebsleistung in das Getriebe mechanisch auf den Abtrieb über tragen wird und kein Leistungsfluss in den Motoren/Generatoren vorhanden ist (d.h. beinahe null beträgt). Ein elektrisch verstellbares Getriebe, das selektiv mehrere feste Drehzahlverhältnisse für einen Betrieb in der Nähe voller Maschinenleistung erzielen kann, kann für eine gegebene maximale Kapazität kleiner und leichter sein. Ein Betrieb mit festem Verhältnis kann auch zu einem niedrigeren Kraftstoffverbrauch führen, wenn unter Bedingungen gearbeitet wird, unter denen die Maschinendrehzahl sich ihrem Optimum nähern kann, ohne die Motoren/Generatoren zu verwenden. Eine Vielfalt von festen Drehzahlverhältnissen und variablen Verhältnisspreizungen kann durch geeignetes Wählen der Zähneverhältnisse der Planetenradsätze realisiert werden.
Jede Ausführungsform der offenbarten elektrisch verstellbaren Getriebefamilie weist eine Architektur auf, in der weder der Getriebeantrieb noch der Getriebeabtrieb direkt mit einem Motor/Generator verbunden ist. Dies erlaubt eine Verringerung der Größe und Kosten der Elektromotoren/Generatoren, die erforderlich sind, um das gewünschte Fahrzeugleistungsvermögen zu erzielen.
Die erste, zweite, dritte und vierte (und vielleicht fünfte) Drehmomentübertragungseinrichtung, die Motorbremse(n), und der erste und zweite Motor/Generator sind betreibbar, um fünf Betriebsmodi in dem elektrisch verstellbaren Getriebe bereitzustellen, die einen Batterie-Rückwärtsmodus, einen EVT Rückwärtsmodus, Rückwärts- und Vorwärtsanfahrmodi, einen Modus mit stufenlos verstellbarem Getriebebereich, und einen Modus mit festem Verhältnis umfassen.
Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Be schreibung der besten Ausführungsarten der Erfindung in Verbindung genommen mit den begleitenden Zeichnungen leicht deutlich werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1a ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs, der ein elektrisch verstellbares Getriebe umfasst, der ein Familienmitglied der vorliegenden Erfindung enthält;
1b ist eine Tabelle für Betriebsmodi und eine Tabelle für Modi mit festem Verhältnis, die einige der Betriebseigenschaften des in 1a gezeigten Antriebsstrangs darstellen;
2a ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs mit einem elektrisch verstellbaren Getriebe, der ein anderes Familienmitglied der vorliegenden Erfindung enthält;
2b ist eine Tabelle für Betriebsmodi und eine Tabelle für Modi mit festem Verhältnis, die einige der Betriebseigenschaften des in 2a gezeigten Antriebsstrangs darstellen;
3a ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs mit einem elektrisch verstellbaren Getriebe, der ein anderes Familienmitglied der vorliegenden Erfindung enthält;
3b ist eine Tabelle für Betriebsmodi und eine Tabelle für Modi mit festem Verhältnis, die einige der Betriebseigenschaften des in 3a gezeigten Antriebsstrangs darstellen;
4a ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs mit einem elektrisch verstellbaren Getriebe, der ein anderes Familienmitglied der vorliegenden Erfindung enthält;
4b ist eine Tabelle für Betriebsmodi und eine Tabelle für Modi mit festem Verhältnis, die einige der Betriebseigenschaften des in 4a gezeigten Antriebsstrangs darstellen;
5a ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs mit einem elektrisch verstellbaren Getriebe, der ein anderes Familienmitglied der vorliegenden Erfindung enthält;
5b ist eine Tabelle für Betriebsmodi und eine Tabelle für Modi mit festem Verhältnis, die einige der Betriebseigenschaften des in 5a gezeigten Antriebsstrangs darstellen;
6a ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs mit einem elektrisch verstellbaren Getriebe, der ein anderes Familienmitglied der vorliegenden Erfindung enthält;
6b ist eine Tabelle für Betriebsmodi und eine Tabelle für Modi mit festem Verhältnis, die einige der Betriebseigenschaften des in 6a gezeigten Antriebsstrangs darstellen;
7a ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs mit einem elektrisch verstellbaren Getriebe, der ein anderes Familienmitglied der vorliegenden Erfindung enthält; und
7b ist eine Tabelle für Betriebsmodi und eine Tabelle für Modi mit festem Verhältnis, die einige der Betriebseigenschaften des in 7a gezeigten Antriebsstrangs darstellen.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In 1a ist ein Antriebsstrang 10 gezeigt, der eine Maschine 12 umfasst, die mit einer bevorzugten Ausführungsform des verbesserten 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. Wie es gezeigt ist, weist die Maschine 12 eine Abtriebswelle auf, die als das Antriebselement 17 des Getriebes 14 dient. Ein Dämpfer für transientes Drehmoment (der nicht gezeigt ist) kann ebenfalls zwischen der Maschine 12 und dem Antriebselement 17 des Getriebes eingesetzt werden.
In der gezeigten Ausführungsform kann die Maschine 12 eine Maschine für fossilen Brennstoff sein, wie etwa ein Dieselmotor, der leicht angepasst werden kann, um seine verfügbare Ausgangsleistung typischerweise mit einer konstanten Anzahl von Umdrehungen pro Minute (U/min) abzugeben.
Ungeachtet des Mittels, durch das die Maschine 12 mit dem Getriebeantriebselement 17 verbunden ist, ist das Getriebeantriebselement 17 funktional mit einem Planetenradsatz 20 in dem Getriebe 14 verbunden.
Ein Abtriebselement 19 des Getriebes 14 ist mit einem Achsantrieb 16 verbunden.
Das Getriebe 14 benutzt drei Differenzialzahnradsätze, vorzugsweise in der Natur von Planetenradsätzen 20, 30 und 40. Der Planetenradsatz 20 wendet ein äußeres Zahnradelement 24 an, das typischerweise als das Hohlrad bezeichnet wird. Das Hohlrad 24 umgibt ein inneres Zahnradelement 22, das typischerweise als das Sonnenrad bezeichnet wird. Ein Träger 26 lagert drehbar mehrere Planetenräder 27, so dass jedes Planetenrad 27 kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 24 als auch dem inneren Sonnenrad 22 des ersten Planetenradsatzes 20 in Eingriff steht. Das Antriebselement 17 ist an dem Hohlrad 24 des Planetenradsatzes 20 befestigt.
Der Planetenradsatz 30 weist auch ein äußeres Zahnradelement 34 auf, das häufig auch als das Hohlrad bezeichnet wird, welches ein inneres Zahnradelement 32 umgibt, das auch häufig als das Sonnenrad bezeichnet wird. Mehrere Planetenräder 37 sind auch drehbar in einem Träger 36 montiert, so dass jedes Planetenrad 37 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 34 als auch dem inneren Sonnenrad 32 des Planetenradsatzes 30 in Eingriff steht.
Der Planetenradsatz 40 weist auch ein äußeres Zahnradelement 44 auf, das häufig auch als das Hohlrad bezeichnet wird, welches ein inneres Zahnradelement 42 umgibt, das auch häufig als das Sonnenrad bezeichnet wird. Mehrere Planetenräder 47 sind auch drehbar in einem Träger 46 montiert, so dass jedes Planetenrad 47 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 44 als auch dem inneren Sonnenrad 42 des Planetenradsatzes 40 in Eingriff steht.
Ein erstes Verbindungselement 70 verbindet den Träger 26 des Planetenradsatzes 20 ständig mit dem Träger 36 des Planetenradsatzes 30. Ein zweites Verbindungselement 72 verbindet das Sonnenrad 22 des Plane tenradsatzes 20 ständig mit dem Hohlrad 34 des Planetenradsatzes 30 und mit dem Sonnenrad 42 des Planetenradsatzes 40. Das zweite Verbindungselement 72 kann eine einstückige oder eine zweistückige Komponente sein.
Die erste bevorzugte Ausführungsform 10 umfasst auch einen ersten und zweiten Motor/Generator 80 bzw. 82. Der Stator des ersten Motors/Generators 80 ist an dem Getriebegehäuse 60 befestigt. Der Rotor des ersten Motors/Generators 80 ist an dem ersten Verbindungselement 70 befestigt.
Der Stator des zweiten Motors/Generators 82 ist auch an dem Getriebegehäuse 60 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators 82 ist an dem Sonnenrad 32 befestigt.
Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung 50, verbindet das Hohlrad 24 des Planetenradsatzes 20 selektiv mit dem Sonnenrad 22 des Planetenradsatzes 20. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung 52, verbindet das Sonnenrad 32 des Planetenradsatzes 30 selektiv mit dem Hohlrad 44 des Planetenradsatzes 40. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Bremse 54, verbindet das Hohlrad 44 des Planetenradsatzes 40 selektiv mit dem Getriebegehäuse 60. D.h. das Hohlrad 44 wird durch eine Wirkverbindung mit dem nicht drehbaren Gehäuse 60 selektiv an einer Drehung gehindert. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung 55 ist parallel zu dem Motor/Generator 80 angeordnet, um die Rotation des Motors/Generators 80 selektiv zu bremsen. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung 57 ist parallel zu dem Motor/Generator 82 angeordnet, um die Rotation des Motors/Generators 82 selektiv zu bremsen. Die Einrückung der Bremsen 55, 57 ist in der Spalte des jeweiligen Motors/Generators in dem Schaubild von 1b durch ein "X" angegeben.
Die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung 50, 52, 54, 55 und 57 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes 14 zu helfen, wie es nachstehend ausführlicher erläutert wird.
Das Ausgangsabtriebselement 19 des Getriebes 14 ist an dem Träger 46 des Planetenradsatzes 40 befestigt.
Kehren wir nun zu der Beschreibung der Leistungsquellen zurück, ist aus der vorstehenden Beschreibung und mit besonderem Bezug auf 1a ersichtlich, dass das Getriebe 14 selektiv Leistung von der Maschine 12 empfängt. Das Hybridgetriebe empfängt auch Leistung von einer elektrischen Leistungsquelle 86, die funktional mit einem Controller 88 verbunden ist. Die elektrische Leistungsquelle 86 kann eine oder mehrere Batterien sein. Andere elektrische Leistungsquellen, wie Brennstoffzellen, die die Fähigkeit haben, elektrische Leistung bereitzustellen oder zu speichern und abzugeben, können anstelle von Batterien verwendet werden, ohne die Konzepte der vorliegenden Erfindung zu verändern.
Allgemeine Betriebserwägungen
Eine der primären Steuereinrichtungen ist eine allgemein bekannte Fahrbereichswähleinrichtung (die nicht gezeigt ist), die eine elektronische Steuereinheit (die ECU 88) anweist, das Getriebe für die Bereiche Parken, Rückwärts, Neutral oder Vorwärtsfahrt zu konfigurieren. Die zweite und dritte primäre Steuereinrichtung bilden ein Gaspedal (das nicht gezeigt ist) und ein Bremspedal (das ebenfalls nicht gezeigt ist). Die Information, die von der ECU von diesen drei primären Steuerquellen erhalten wird, wird als der "Bedienerbefehl" bezeichnet. Die ECU erhält auch Informationen von mehreren Sensoren (Antrieb sowie Abtrieb) hinsichtlich des Zustands von den Drehmomentübertragungseinrichtungen (entweder eingerückt oder ausgerückt); dem Maschinenabtriebsdrehmoment; dem vereinigten Kapazitätsniveau der Batterie oder Batterien; und den Temperaturen von ausgewählten Fahrzeugkomponenten. Die ECU stellt fest, was erforderlich ist, und betätigt dann die selektiv betriebenen Komponenten des Getriebes, oder die diesem zugeordneten Komponenten geeignet, um auf die Bedieneranforderung zu antworten.
Die Erfindung kann einfache oder zusammengesetzte Planetenradsätze verwenden. In einem einfachen Planetenradsatz ist ein einzelner Satz von Planetenrädern normal zur Drehung an einem Träger gelagert, der selbst drehbar ist.
Wenn in einem einfachen Planetenradsatz das Sonnenrad feststehend gehalten wird und Leistung auf das Hohlrad eines einfachen Planetenradsatzes aufgebracht wird, rotieren die Planetenräder in Ansprechen auf die auf das Hohlrad aufgebrachte Leistung und "laufen" somit in Umfangsrichtung um das festgelegte Sonnenrad um, um eine Drehung des Trägers in der gleichen Richtung wie die Richtung, in der das Hohlrad rotiert wird, zu bewirken.
Wenn irgendwelche zwei Elemente eines einfachen Planetenradsatzes in der gleichen Richtung und mit der gleichen Drehzahl rotieren, wird das dritte Element gezwungen, mit der gleichen Drehzahl und in der gleichen Richtung zu rotieren. Wenn beispielsweise das Sonnenrad und das Hohlrad in der gleichen Richtung und mit der gleichen Drehzahl rotieren, rotieren die Planetenräder nicht um ihre eigenen Achsen sondern wirken vielmehr als Keile, um die gesamte Einheit miteinander zu sperren und somit einen sogenannten direkten Antrieb zu bewirken. D.h. der Träger rotiert mit den Sonnen- und Hohlrädern.
Wenn jedoch die beiden Zahnradelemente in der gleichen Richtung aber mit unterschiedlichen Drehzahlen rotieren, kann die Richtung, in der das dritte Zahnradelement rotiert, häufig einfach durch Sichtanalyse bestimmt werden, aber in vielen Situationen wird die Richtung nicht offensichtlich sein und kann nur durch die Kenntnis der Anzahl von Zähnen, die an allen Zahnradelementen des Planetenradsatzes vorhanden ist, genau bestimmt werden.
Jedes Mal dann, wenn der Träger daran gehindert wird, frei umzulaufen, und Leistung auf entweder das Sonnenrad oder das Hohlrad aufgebracht wird, wirken die Planetenradelemente als Zwischenräder. Auf diese Weise wird das angetriebene Element in der dem treibenden Element entgegengesetzten Richtung rotiert. In vielen Getriebeanordnungen wird somit, wenn der Rückwärtsfahrbereich ausgewählt ist, eine Drehmomentübertragungseinrichtung, die als Bremse dient, über Reibung betätigt, um mit dem Träger in Eingriff zu gelangen und diesen dadurch an einer Drehung zu hindern, so dass Leistung, die auf das Sonnenrad aufgebracht wird, das Hohlrad in der entgegengesetzten Richtung drehen wird. Wenn somit das Hohlrad funktional mit den Antriebsrädern eines Fahrzeuges verbunden ist, ist eine solche Anordnung in der Lage, die Drehrichtung der Antriebsräder und dadurch die Richtung des Fahrzeugs selbst umzukehren.
In einem einfachen Satz von Planetenrädern kann, wenn irgendwelche zwei Drehzahlen des Sonnenrades, des Planetenträgers und des Hohlrades bekannt sind, dann die Drehzahl des dritten Elementes unter Verwendung einer einfachen Regel festgestellt werden. Die Drehzahl des Trägers ist immer proportional zu den Drehzahlen der Sonne und des Ringes, gewichtet mit deren jeweiligen Zähnezahlen. Beispielsweise kann ein Hohlrad doppelt so viele Zähne wie das Sonnenrad in dem gleichen Satz aufweisen.
Die Drehzahl des Trägers ist dann die Summe von zwei Dritteln der Drehzahl des Hohlrades und einem Drittel der Drehzahl des Sonnenrades. Wenn eines dieser drei Elemente in einer entgegengesetzten Richtung rotiert, ist das arithmetische Vorzeichen für die Drehzahl, die dieses Element besitzt, bei den mathematischen Berechnungen negativ.
Das Drehmoment an dem Sonnenrad, dem Träger und dem Hohlrad kann auch einfach miteinander in Beziehung gebracht werden, wenn dies ohne Berücksichtigung der Massen der Zahnräder, der Beschleunigung der Zahnräder oder der Reibung innerhalb des Zahnradsatzes vorgenommen wird, die alle einen relativ geringfügigen Einfluss in einem gut konstruierten Getriebe haben. Das Drehmoment, das auf das Sonnenrad eines einfachen Planetenradsatzes aufgebracht wird, muss das Drehmoment, das auf das Hohlrad aufgebracht wird, proportional zu der Zähnezahl an diesen Zahnrädern ausgleichen. Beispielsweise muss das Drehmoment, das auf ein Hohlrad mit doppelt so viel Zähnen wie an dem Sonnenrad in diesem Satz aufgebracht wird, das Doppelte von dem auf das Sonnenrad aufgebrachten betragen, und muss in der gleichen Richtung aufgebracht werden. Das auf den Träger aufgebrachte Drehmoment muss die gleiche Größe und die entgegengesetzte Richtung zu der Summe aus dem Drehmoment an dem Sonnenrad und dem Drehmoment an dem Hohlrad haben.
In einem zusammengesetzten Planetenradsatz bewirkt die Benutzung von inneren und äußeren Sätzen von Planetenrädern einen Austausch der Rollen des Hohlrades und des Planetenträgers im Vergleich mit einem einfachen Planetenradsatz. Wenn beispielsweise das Sonnenrad feststehend gehalten wird, wird der Planetenträger in der gleichen Richtung wie das Hohlrad rotieren, aber der Planetenträger wird sich mit inneren und äußeren Sätzen von Planetenrädern schneller als das Hohlrad statt langsamer bewegen.
In einem zusammengesetzten Planetenradsatz, der kämmende innere und äußere Sätze von Planetenrädern aufweist, ist die Drehzahl des Hohlrades proportional zu den Drehzahlen des Sonnenrades und des Planetenträgers, gewichtet mit der Zähnezahl an dem Sonnenrad bzw. der Zähnezahl, die durch die Planetenräder gefüllt wird. Beispielsweise könnte die Differenz zwischen dem Ring und der Sonne, die durch die Planetenräder gefüllt wird, genauso viel Zähne sein, wie sich an dem Sonnenrad in dem gleichen Satz befinden. In dieser Situation wäre die Drehzahl des Hohlrades die Summe aus zwei Dritteln der Drehzahl des Trägers und einem Drittel der Drehzahl der Sonne. Wenn das Sonnenrad oder der Planetenträger in einer entgegengesetzten Richtung rotiert, ist das arithmetische Vorzeichen für diese Drehzahl bei den mathematischen Berechnungen negativ.
Wenn das Sonnenrad feststehend gehalten wird, dann wird ein Träger mit inneren und äußeren Sätzen von Planetenrädern in der gleichen Richtung wie das rotierende Hohlrad dieses Satzes rotieren. Wenn andererseits das Sonnenrad feststehend gehalten wird und der Träger angetrieben werden würde, dann rollen Planetenräder in dem inneren Satz, die mit dem Sonnenrad in Eingriff stehen, entlang des Sonnenrades oder "laufen" um dieses um, wobei sie in der gleichen Richtung rotieren, in die der Träger rotiert. Planetenräder in dem äußeren Satz, die mit Planetenrädern in dem inneren Satz kämmen, werden in der entgegengesetzten Richtung rotieren, wodurch ein kämmendes Hohlrad in die entgegengesetzte Richtung gezwungen wird, aber nur in Bezug auf die Planetenräder, mit denen das Hohlrad kämmend in Eingriff steht. Die Planetenräder in dem äußeren Satz werden in der Richtung des Trägers entlang transportiert. Die Wir kung der Drehung der Planetenräder in dem äußeren Satz auf ihren eigenen Achsen und die größere Wirkung der Orbitalbewegung der Planetenräder in dem äußeren Satz aufgrund der Bewegung des Trägers sind kombiniert, so dass das Hohlrad in der gleichen Richtung wie der Träger aber nicht so schnell wie der Träger rotiert.
Wenn der Träger in einem derartigen zusammengesetzten Planetenradsatz feststehend gehalten wird und das Sonnenrad gedreht wird, dann wird das Hohlrad mit weniger Drehzahl und in der gleichen Richtung wie das Sonnenrad rotieren. Wenn das Hohlrad eines einfachen Planetenradsatzes feststehend gehalten wird und das Sonnenrad gedreht wird, dann wird der Träger, der einen einzigen Satz von Planetenrädern trägt, mit weniger Drehzahl und in der gleichen Richtung wie das Sonnenrad rotieren. Somit kann man leicht den Austausch der Rollen zwischen dem Träger und dem Hohlrad beobachten, der durch die Verwendung von inneren und äußeren Sätzen von Planetenrädern, die miteinander kämmen, im Vergleich mit der Verwendung eines einzigen Satzes von Planetenrädern in einem einfachen Planetenradsatz hervorgerufen wird.
Die normale Wirkung eines elektrisch verstellbaren Getriebes ist, mechanische Leistung von dem Antrieb auf den Abtrieb zu übertragen. Als Teil dieser Übertragungswirkung wirkt einer von seinen beiden Motoren/Generatoren als Generator für elektrische Leistung. Der andere Motor/Generator wirkt als Motor und verwendet diese elektrische Leistung. Da die Drehzahl des Abtriebs von null bis auf eine hohe Drehzahl zunimmt, tauschen die beiden Motoren/Generatoren 80, 82 allmählich die Rollen von Generator und Motor, und können dies mehr als einmal vornehmen. Diese Austausche finden um mechanische Punkte herum statt, an denen im Wesentlichen die gesamte Leistung von dem Antrieb auf den Abtrieb mechanisch übertragen wird und keine wesentliche Leistung elektrisch übertragen wird.
In einem hybriden elektrisch verstellbaren Getriebesystem kann die Batterie 86 dem Getriebe auch Leistung zuführen, oder das Getriebe kann der Batterie Leistung zuführen. Wenn die Batterie dem Getriebe wesentlich elektrische Leistung zuführt, wie etwa zur Fahrzeugbeschleunigung, wirken dann beide Motoren/Generatoren als Motoren. Wenn das Getriebe der Batterie elektrische Leistung zuführt, wie etwa für ein regeneratives Bremsen, können beide Motoren/Generatoren als Generatoren wirken. Sehr nahe bei den mechanischen Betriebspunkten können beide Motoren/Generatoren auch als Generatoren mit kleinen elektrischen Ausgangsleistungen wegen der elektrischen Verluste in dem System wirken.
Im Gegensatz zu der normalen Wirkung des Getriebes kann das Getriebe tatsächlich verwendet werden, um mechanische Leistung von dem Abtrieb auf den Antrieb zu übertragen. Dies kann in einem Fahrzeug vorgenommen werden, um die Fahrzeugbremsen zu unterstützen und das regenerative Bremsen des Fahrzeugs zu verbessern oder zu unterstützen, insbesondere auf langen Gefällen. Wenn der Leistungsfluss durch das Getriebe auf diese Weise umgekehrt wird, dann werden die Rollen der Motoren/Generatoren von jenen bei normaler Wirkung umgekehrt.
Spezifische Betriebserwägungen
Jede der hierin beschriebenen Ausführungsformen weist sechzehn Funktionsanforderungen auf (die den 16 Zeilen jeder in den Figuren gezeigten Tabelle für Betriebsmodi entsprechen), die zu fünf Betriebsmodi gruppiert werden können. Diese fünf Betriebsmodi sind nachstehend beschrieben und können am besten durch Bezugnahme auf die jeweilige Tabelle für Betriebsmodi verstanden werden, die jedes Getriebeschema begleitet, wie die Tabellen für Betriebsmodi der 1b, 2b, 3b und so weiter.
Der erste Betriebsmodus ist der "Batterie-Rückwärtsmodus", der der ersten Zeile (BATT RW) jeder Tabelle für Betriebsmodi, wie etwa jener von 1b, entspricht. In diesem Modus ist die Maschine aus und das Getriebeelement, das mit der Maschine verbunden ist, wird nicht von dem Maschinendrehmoment gesteuert, obwohl es ein gewisses Restdrehmoment aufgrund von Rotationsträgheit der Maschine geben kann. Das EVT wird von einem der Motoren/Generatoren unter Verwendung von Energie von der Batterie angetrieben, was bewirkt, dass sich das Fahrzeug rückwärts bewegt. Abhängig von der kinematischen Konfiguration kann der andere Motor/Generator in diesem Modus rotieren oder nicht rotieren und kann Drehmoment übertragen oder nicht übertragen. Wenn er rotiert, wird er dazu verwendet, Energie zu erzeugen, die in der Batterie gespeichert wird. In der Ausführungsform von 1b sind in dem Batterie-Rückwärtsmodus die Bremsen 54 und 55 eingerückt, und der Motor 82 weist ein Drehmoment von 0,29 Einheiten auf. Es wird beispielsweise ein Drehmomentverhältnis von –7,50 erreicht. In jeder Tabelle für Betriebsmodi gibt ein (M) neben einem Drehmomentwert in den Motor/Generator-Spalten 80 und 82 an, dass der Motor/Generator als Motor wirkt, und das Fehlen eines (M) gibt an, dass der Motor/Generator als Generator wirkt; ebenso gibt ein "X" an, dass die jeweilige Bremse 55, 57 eingerückt ist.
Der zweite Betriebsmodus ist der "EVT Rückwärtsmodus" (oder Hybrid-Rückwärtsmodus), der der zweiten Zeile (EVT RW) jeder Tabelle für Betriebsmodi, wie etwa jener in 1b, entspricht. In diesem Modus wird das EVT von der Maschine und von einem der Motoren/Generatoren angetrieben. Der andere Motor/Generator arbeitet im Generator-Modus und überträgt 100% der erzeugten Energie zurück zu dem Antriebsmotor.
Der Nettoeffekt ist, dass das Fahrzeug rückwärts angetrieben wird. Nach 1b ist beispielsweise in dem EVT Rückwärtsmodus die Bremse 54 eingerückt, der Generator 80 weist ein Drehmoment von –4,59 Einheiten auf, der Motor 82 weist ein Drehmoment von 0,74 Einheiten auf, und es wird ein Abtriebsdrehmoment von –8,34 erreicht, das einem Maschinendrehmoment von 1 Einheit entspricht.
Der dritte Betriebsmodus umfasst die "Rückwärts- und Vorwärtsanfahrmodi" (auch bezeichnet als "Drehmomentwandler-Rückwärts- und -Vorwärtsmodi"), die den dritten und vierten Zeilen (DW RW und DW VW) jeder Tabelle für Betriebsmodi, wie etwa jener von 1b, entsprechen. In diesem Modus wird das EVT von der Maschine und von einem der Motoren/Generatoren angetrieben. Ein auswählbarer Bruchteil der Energie, die in der Generatoreinheit erzeugt wird, wird in der Batterie gespeichert, wobei die verbleibende Energie auf den Motor übertragen wird. In 1 beträgt dieser Bruchteil etwa 99%. Das Verhältnis von Getriebeabtriebsdrehzahl zu Maschinendrehzahl (Getriebedrehzahlverhältnis) beträgt etwa +/– 0,001 (das positive Vorzeichen gibt an, dass das Fahrzeug vorwärts kriecht, und ein negatives Vorzeichen gibt an, dass das Fahrzeug rückwärts kriecht). Nach 1b ist in dem Rückwärtsanfahrmodus die Bremse 54 eingerückt und der Motor/Generator 80 wirkt als Generator mit –3,97 Einheiten Drehmoment, der Motor/Generator 82 wirkt als Motor mit 0,59 Einheiten Drehmoment, und es wird ein Drehmomentverhältnis von –7,00 erreicht. In dem Vorwärtsanfahrmodus ist die Bremse 54 eingerückt und der Motor/Generator 80 wirkt als Motor mit 1,37 Einheiten Drehmoment, der Motor/Generator 82 wirkt als Generator mit –0,77 Einheiten Drehmoment, und es wird ein Drehmomentverhältnis von 4,69 erreicht.
Der vierte Betriebsmodus ist ein "Modus mit stufenlos verstellbarem Getriebebereich", der die Arbeitpunkte des Bereichs 1.1, des Bereichs 1.2, des Bereichs 1.3, des Bereichs 1.4, des Bereichs 2.1, des Bereichs 2.2, des Bereichs 2.3 und des Bereichs 2.4 umfasst, die den Zeilen 5–12 jeder Arbeitspunkttabelle, wie etwa jener von 1b, entsprechen. In diesem Modus wird das EVT von der Maschine sowie von einem der Motoren/Generatoren, der als Motor arbeitet, angetrieben. Der andere Motor/Generator arbeitet als Generator und überträgt 100% der erzeugten Energie zurück zu dem Motor. Die Arbeitspunkte, die durch den Bereich 1.1, 1.2, ... usw. dargestellt sind, sind diskrete Punkte in dem Kontinuum von Vorwärtsdrehzahlverhältnissen, die von dem EVT bereitgestellt werden. Beispielsweise wird in 1b ein Bereich von Drehmomentverhältnissen von 4,69 bis 1,86 bei eingerückter Bremse 54 erreicht, und ein Bereich von Verhältnissen von 1,36 bis 0,54 wird bei eingerückter Kupplung 52 erreicht.
Der fünfte Betriebsmodus umfasst die Modi mit "festem Verhältnis" (F1, F2, F3 und F4), die Zeilen 13–16 jeder Tabelle für Betriebsmodi (d.h. Betriebsmodustabelle), wie jener von 1b entsprechen. In diesem Modus arbeitet das Getriebe wie ein herkömmliches Automatikgetriebe, wobei zwei Drehmomentübertragungseinrichtungen eingerückt sind, um ein diskretes Getriebeübersetzungsverhältnis zu schaffen, oder eine Drehmomentübertragungseinrichtung eingerückt sein kann, während ein Motor/Generator gebremst wird. Alternativ könnten alle drei Drehmomentübertragungseinrichtungen ausgerückt sein, während beide Motoren/Generatoren gebremst werden. Die Kuppeltabelle, die jede Figur begleitet, zeigt nur 4 Vorwärtsgänge mit festem Verhältnis, aber es können zusätzliche feste Verhältnisse erreicht werden. Nach 1b sind in dem festen Verhältnis F1 die Kupplung 50 und die Bremse 54 eingerückt, um eine festes Drehmomentverhältnis von 2,93 zu erreichen. In dem festen Verhältnis F2 sind die Bremsen 54, 57 eingerückt, um ein festes Verhältnis von 1,69 zu erreichen. Dementsprechend gibt jedes "X" in der Spalte von Motor/Generator 82 in 1b an, dass die Bremse 57 eingerückt ist und der Motor/Generator 82 nicht rotiert. In dem festen Verhältnis F3 sind die Kupplungen 50 und 52 eingerückt, um ein festes Verhältnis von 1,00 zu erreichen. In dem festen Verhältnis F4 ist die Kupplung 52 eingerückt, und der Motor/Generator 80 wird durch die Bremse 55 gebremst, um ein festes Verhältnis von 0,42 zu erreichen.
Das Getriebe 14 ist in der Lage, in sogenannten Einzel- oder Doppelmodi zu arbeiten. In einem Einzelmodus bleibt die eingerückte Drehmomentübertragungseinrichtung für das vollständige Kontinuum von Vorwärtsdrehzahlverhältnissen (die durch die diskreten Punkte: Bereiche 1.1, 1.2, 1.3 und 1.4 dargestellt sind) die gleiche. Im Doppelmodus wird die eingerückte Drehmomentübertragungseinrichtung bei irgendeinem Zwischendrehzahlverhältnis umgeschaltet (z.B. Bereich 2.1 in 1). Abhängig von der mechanischen Konfiguration hat diese Änderung in der Einrückung der Drehmomentübertragungseinrichtung Vorteile bei der Verringerung der Elementdrehzahlen in dem Getriebe.
Bei manchen Konstruktionen ist es möglich, die Schlupfdrehzahlen der Kupplungselemente derart zu synchronisieren, dass Schaltvorgänge mit minimaler Drehmomentstörung (sogenannte "kalte" Schaltvorgänge) erzielbar sind. Beispielsweise weist das Getriebe der 1a einen kalten Schaltvorgang zwischen den Bereichen 1.4 und 2.1 auf. Dies ermöglicht auch eine bessere Steuerung bei Schaltvorgängen mit doppelten Übergängen (zwei herankommende und zwei weggehende Kupplungen).
Wie es oben ausgeführt wurde, ist der Einrückplan für die Drehmomentübertragungseinrichtungen in der Tabelle für Betriebsmodi und der Tabelle für Modi mit festem Verhältnis der 1b gezeigt. 1b liefert auch ein Beispiel von Drehmomentverhältnissen, die unter Verwendung der beispielhaft in 1b angegebenen Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse verfügbar sind. Der N_R1/N_S1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 20; Der N_R2/N_S2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 30; und der N_R3/N_S3-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 40. Das Schaubild von 1b beschreibt auch die Verhältnisstufen, die unter Verwendung des angegebenen Beispiels von Zähneverhältnissen erzielt werden. Beispielsweise beträgt das Stufenverhältnis zwischen dem ersten und zweiten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis 1,73, das Stufenverhältnis zwischen dem zweiten und dritten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis beträgt 1,69, das Stufenverhältnis zwischen dem zweiten und dritten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis beträgt 2,38 und die Verhältnisspreizung beträgt 4,73.
BESCHREIBUNG EINER ZWEITEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
In 2a ist ein Antriebsstrang 110 gezeigt, der eine Maschine 12 umfasst, die mit einer bevorzugten Ausführungsform des verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes verbunden ist, das allgemein mit dem Bezugszeichen 114 bezeichnet ist. Das Getriebe 114 ist konstruiert, um mindestens einen Teil seiner Antriebsleistung von der Maschine 12 zu empfangen.
In der gezeigten Ausführungsform kann die Maschine 12 auch eine Maschine für fossilen Brennstoff sein, wie etwa ein Dieselmotor, der leicht angepasst werden kann, um seine verfügbare Ausgangsleistung typischerweise mit einer konstanten Anzahl von Umdrehungen pro Minute (U/min) abzugeben. Wie es gezeigt ist, weist die Maschine 12 eine Abtriebswelle auf, die als das Antriebselement 17 des Getriebes 14 dient. Ein Dämpfer für transientes Drehmoment (der nicht gezeigt ist) kann ebenfalls zwischen der Maschine 12 und dem Antriebselement 17 des Getriebes eingesetzt werden.
Ungeachtet des Mittels, durch das die Maschine 12 mit dem Getriebeantriebselement 17 verbunden ist, ist das Getriebeantriebselement 17 funktional mit einem Planetenradsatz in dem Getriebe 114 verbunden. Ein Abtriebselement 19 des Getriebes 114 ist mit einem Achsantrieb 16 verbunden.
Das Getriebe 114 benutzt drei Differenzialzahnradsätze, vorzugsweise in der Natur von Planetenradsätzen 120, 130 und 140. Der Planetenradsatz 120 wendet ein äußeres Zahnradelement 124 an, das typischerweise als das Hohlrad bezeichnet wird. Das Hohlrad 124 umgibt ein inneres Zahnradelement 122, das typischerweise als das Sonnenrad bezeichnet wird. Ein Träger 126 lagert drehbar mehrere Planetenräder 127, so dass jedes Planetenrad 127 kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 124 als auch dem inneren Sonnenrad 122 des ersten Planetenradsatzes 120 in Eingriff steht.
Der Planetenradsatz 130 weist auch ein äußeres Zahnradelement 134 auf, das häufig auch als das Hohlrad bezeichnet wird, welches ein inneres Zahnradelement 132 umgibt, das auch häufig als das Sonnenrad bezeichnet wird. Mehrere Planetenräder 137 sind auch drehbar in einem Träger 136 montiert, so dass jedes Planetenrad 137 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 134 als auch dem inneren Sonnenrad 132 des Planetenradsatzes 130 in Eingriff steht.
Der Planetenradsatz 140 weist auch ein äußeres Zahnradelement 144 auf, das häufig auch als das Hohlrad bezeichnet wird, welches ein inneres Zahnradelement 142 umgibt, das auch häufig als das Sonnenrad bezeich net wird. Mehrere Planetenräder 147 sind auch drehbar in einem Träger 146 montiert, so dass jedes Planetenrad 147 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 144 als auch dem inneren Sonnenrad 142 des Planetenradsatzes 140 in Eingriff steht.
Das Getriebeantriebselement 17 ist mit dem Träger 126 des Planetenradsatzes 120 verbunden, und das Getriebeabtriebselement 19 ist mit dem Träger 146 des Planetenradsatzes 140 verbunden. Ein erstes Verbindungselement 170 verbindet das Sonnenrad 122 des Planetenradsatzes 120 ständig mit dem Sonnenrad 132 des Planetenradsatzes 130. Ein zweites Verbindungselement 172 verbindet das Hohlrad 124 des Planetenradsatzes 120 ständig mit dem Träger 136 des Planetenradsatzes 130 und mit dem Hohlrad 144 des Planetenradsatzes 140.
Das Getriebe 114 umfasst auch einen ersten und zweiten Motor/Generator 180 bzw. 182. Der Stator des ersten Motors/Generators 180 ist an dem Getriebegehäuse 160 befestigt. Der Rotor des ersten Motors/Generators 180 ist an dem Sonnenrad 122 des Planetenradsatzes 120 befestigt.
Der Stator des zweiten Motors/Generators 182 ist auch an dem Getriebegehäuse 160 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators 182 ist an dem Sonnenrad 142 befestigt.
Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung 150, verbindet den Träger 126 des Planetenradsatzes 120 selektiv mit dem Sonnenrad 122 des Planetenradsatzes 120. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung 152, verbindet das Hohlrad 134 des Planetenradsatzes 130 selektiv mit dem Träger 146 des Planetenradsatzes 140. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Bremse 154, verbindet das Hohlrad 134 des Planetenradsatzes 130 selek tiv mit dem Getriebegehäuse 160. D.h. das Hohlrad 134 wird durch eine Wirkverbindung mit dem nicht drehbaren Gehäuse 160 selektiv an einer Drehung gehindert. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse 155, ist parallel zu dem Motor/Generator 180 angeordnet, um die Rotation des Motors/Generators 180 selektiv zu bremsen. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse 157, ist parallel zu dem Motor/Generator 182 angeordnet, um die Rotation des Motors/Generators 182 selektiv zu bremsen. Die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung 150, 152, 154, 155 und 157 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes 14 zu helfen.
Kehren wir nun zu der Beschreibung der Leistungsquellen zurück, ist aus der vorstehenden Beschreibung und mit besonderem Bezug auf 2a ersichtlich, dass das Getriebe 114 selektiv Leistung von der Maschine 12 empfängt. Das Hybridgetriebe tauscht auch Leistung mit einer elektrischen Leistungsquelle 186 aus, die funktional mit einem Controller 188 verbunden ist. Die elektrische Leistungsquelle 186 kann eine oder mehrere Batterien sein. Andere elektrische Leistungsquellen, wie Brennstoffzellen, die die Fähigkeit haben, elektrische Leistung bereitzustellen oder zu speichern und abzugeben, können anstelle von Batterien verwendet werden, ohne die Konzepte der vorliegenden Erfindung zu verändern.
Wie es zuvor beschrieben wurde, weist jede Ausführungsform sechzehn Funktionsanforderungen auf (die den 16 Zeilen jeder in den Figuren gezeigten Tabelle für Betriebsmodi entsprechen), die zu fünf Betriebsmodi gruppiert werden können. Der erste Betriebsmodus ist der "Batterie-Rückwärtsmodus", der der ersten Zeile (BATT RW) der Tabelle für Betriebsmodi von 2b entspricht. In diesem Modus, ist die Maschine aus und das Getriebeelement, das mit der Maschine verbunden ist, kann effektiv freilaufen, wobei es dem Trägheitsmoment der Maschine ausgesetzt ist. Das EVT wird von einem der Motoren/Generatoren unter Verwendung von Energie von der Batterie angetrieben, was bewirkt, dass sich das Fahrzeug rückwärts bewegt. Der andere Motor/Generator kann in diesem Modus rotieren oder nicht rotieren. Wie es in 2b gezeigt ist, sind in diesem Modus die Bremsen 152 und 157 eingerückt, der Motor/Generator 180 weist ein Drehmoment von –0,29 Einheiten auf, der Motor/Generator 182 wird gebremst, und es wird ein Abtriebsdrehmoment von –3,67 erreicht, was einem Antriebsdrehmoment von 1 Einheit entspricht.
Der zweite Betriebsmodus ist der "EVT Rückwärtsmodus" (oder Hybrid-Rückwärtsmodus), der der zweiten Zeile (EVT RW) der Tabelle für Betriebsmodi von 2b entspricht. In diesem Modus wird das EVT von der Maschine und von einem der Motoren/Generatoren angetrieben. Der andere Motor/Generator arbeitet im Generator-Modus und überträgt 100% der erzeugten Energie zurück zu dem Antriebsmotor. Der Nettoeffekt ist, dass das Fahrzeug rückwärts angetrieben wird. In diesem Modus ist die Kupplung 152 eingerückt, der Generator 180 weist ein Drehmoment von –0,83 Einheiten auf, der Motor 182 weist ein Drehmoment von –1,85 Einheiten auf und es wird ein Abtriebsdrehmoment von –8,34 Einheiten erreicht, das einem Antriebsdrehmoment von 1 Einheit entspricht.
Der dritte Betriebsmodus umfasst die "Rückwärts- und Vorwärtsanfahrmodi", die den dritten und vierten Zeilen (DW RW und DW VW) jeder Tabelle für Betriebsmodi, wie etwa jener von 2b, entsprechen. In diesem Modus wird das EVT von der Maschine und von einem der Motoren/Generatoren angetrieben. Ein auswählbarer Bruchteil der Energie, die in der Generatoreinheit erzeugt wird, wird in der Batterie gespeichert, wobei die verbleibende Energie auf den Motor übertragen wird. In dem DW Rückwärtsmodus ist die Kupplung 152 eingerückt und der Motor/Generator 180 wirkt als Generator mit –0,72 Einheiten Drehmoment, der Motor/Generator 182 wirkt als Motor mit –1,57 Einheiten Drehmoment, und es wird ein Drehmomentverhältnis von –7,00 erreicht. In dem DW Vorwärtsmodus ist die Kupplung 152 eingerückt und der Motor/Generator 180 wirkt als Motor mit 0,51 Einheiten Drehmoment, der Motor/Generator 182 wirkt als Generator mit 2,33 Einheiten Drehmoment, und es wird ein Drehmomentverhältnis von 4,69 erreicht. Für diese Drehmomentverhältnisse werden etwa 99% der Generatorenergie in der Batterie gespeichert.
Der vierte Betriebsmodus umfasst die Modi "Bereich 1.1, Bereich 1.2, Bereich 1.3, Bereich 1.4, Bereich 1.5, Bereich 1.6, Bereich 1.7 und Bereich 1.8", die den Zeilen 5–12 der Tabelle für Betriebsmodi von 2b entsprechen. In diesem Modus wird das EVT von der Maschine sowie von einem der Motoren/Generatoren, der als Motor arbeitet, angetrieben. Der andere Motor/Generator arbeitet als Generator und überträgt 100% der erzeugten Energie zurück zu dem Motor. Die Arbeitspunkte, die durch den Bereich 1.1, 1.2, ... usw. dargestellt sind, sind diskrete Punkte in dem Kontinuum von Vorwärtsdrehzahlverhältnissen, die von dem EVT bereitgestellt werden. Beispielsweise wird in 2b ein Bereich von Verhältnissen von 4,69 bis 0,54 bei eingerückter Kupplung 152 erreicht.
Der fünfte Betriebsmodus umfasst die Modi mit festem "Verhältnis" (F1, F2, F3 und F4), die Zeilen 13–16 der Tabelle für Betriebsmodi von 2b entsprechen. In diesem Modus arbeitet das Getriebe wie ein herkömmliches Automatikgetriebe, wobei zwei Drehmomentübertragungseinrichtungen eingerückt sind, um ein diskretes Getriebeübersetzungsverhältnis zu schaffen. In dem festen Verhältnis F1 sind die Bremsen 154, 157 eingerückt, um ein festes Verhältnis von 3,16 zu erreichen. In dem festen Verhältnis F2 sind die Kupplung 150 und die Bremse 157 eingerückt, um ein festes Verhältnis von 1,67 zu erreichen. In dem festen Verhältnis F3 sind die Bremsen 155 und 157 eingerückt, um ein festes Verhältnis von 1,00 zu erreichen. In dem festen Verhältnis F4 sind die Kupplung 152 und die Bremse 155 eingerückt, um ein festes Verhältnis von 0,53 zu erreichen.
Wie es oben ausgeführt wurde, ist der Einrückplan für die Drehmomentübertragungseinrichtungen in der Tabelle für Betriebsmodi und der Tabelle für Modi mit festem Verhältnis der 2b gezeigt. 2b liefert auch ein Beispiel von Drehmomentverhältnissen, die unter Verwendung der beispielhaft in 2b angegebenen Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse verfügbar sind. Der N_R1/N_S1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 120; Der N_R2/N_S2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 130; und der N_R3/N_S3-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 140. Das Schaubild von 2b beschreibt auch die Verhältnisstufen, die unter Verwendung des angegebenen Beispiels von Zähneverhältnissen erzielt werden. Beispielsweise beträgt das Stufenverhältnis zwischen dem ersten und zweiten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis 1,89, das Stufenverhältnis zwischen dem zweiten und dritten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis beträgt 1,43, und das Stufenverhältnis zwischen dem dritten und vierten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis beträgt 2,21.
BESCHREIBUNG EINER DRITTEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
In 3a ist ein Antriebsstrang 210 gezeigt, der eine Maschine 12 umfasst, die mit einer bevorzugten Ausführungsform des verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes verbunden ist, das allgemein mit dem Be zugszeichen 214 bezeichnet ist. Das Getriebe 214 ist konstruiert, um mindestens einen Teil seiner Antriebsleistung von der Maschine 12 zu empfangen. Wie es gezeigt ist, weist die Maschine 12 eine Abtriebswelle auf, die als das Antriebselement 17 des Getriebes 214 dient. Ein Dämpfer für transientes Drehmoment (der nicht gezeigt ist) kann ebenfalls zwischen der Maschine 12 und dem Antriebselement 17 des Getriebes 214 eingesetzt werden.
Ungeachtet des Mittels, durch das die Maschine 12 mit dem Getriebeantriebselement 17 verbunden ist, ist das Getriebeantriebselement funktional mit einem Planetenradsatz in dem Getriebe 214 verbunden. Ein Abtriebselement 19 des Getriebes 214 ist mit einem Achsantrieb 16 verbunden.
Das Getriebe 214 benutzt drei Differenzialzahnradsätze, vorzugsweise in der Natur von Planetenradsätzen 220, 230 und 240. Der Planetenradsatz 220 wendet ein äußeres Zahnradelement 224 an, das typischerweise als das Hohlrad bezeichnet wird. Das Hohlrad 224 umgibt ein inneres Zahnradelement 222, das typischerweise als das Sonnenrad bezeichnet wird. Ein Träger 226 lagert drehbar mehrere Planetenräder 227, so dass jedes Planetenrad 227 kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 224 als auch dem inneren Sonnenrad 222 des ersten Planetenradsatzes 220 in Eingriff steht.
Der Planetenradsatz 230 weist auch ein äußeres Hohlrad 234 auf, das ein inneres Sonnenrad 232 umgibt. Mehrere Planetenräder 237 sind auch drehbar in einem Träger 236 montiert, so dass jedes Planetenrad 237 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 234 als auch dem inneren Sonnenrad 232 des Planetenradsatzes 230 in Eingriff steht.
Der Planetenradsatz 240 weist auch ein äußeres Hohlrad 244 auf, das ein inneres Sonnenrad 242 umgibt. Mehrere Planetenräder 247 sind drehbar in einem Träger 246 montiert, so dass jedes Planetenrad 247 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 244 als auch dem inneren Sonnenrad 242 des Planetenradsatzes 240 in Eingriff steht.
Das Getriebeantriebselement 17 ist mit dem Träger 226 verbunden, und das Getriebeabtriebselement 19 ist mit dem Träger 246 verbunden. Ein erstes Verbindungselement 270 verbindet das Sonnenrad 222 des Planetenradsatzes 220 ständig mit dem Sonnenrad 232 des Planetenradsatzes 230. Ein zweites Verbindungselement 272 verbindet das Hohlrad 224 des Planetenradsatzes 220 ständig mit dem Träger 236 des Planetenradsatzes 230 und mit dem Hohlrad 244 des Planetenradsatzes 240.
Das Getriebe 214 umfasst auch einen ersten und zweiten Motor/Generator 280 bzw. 282. Der Stator des ersten Motors/Generators 280 ist an dem Getriebegehäuse 260 befestigt. Der Rotor des ersten Motors/Generators 280 ist an dem Sonnenrad 222 des Planetenradsatzes 220 befestigt.
Der Stator des zweiten Motors/Generators 282 ist auch an dem Getriebegehäuse 260 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators 282 ist an dem Hohlrad 234 befestigt.
Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung 250, verbindet den Träger 226 des Planetenradsatzes 220 selektiv mit dem Sonnenrad 222 des Planetenradsatzes 220. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung 252, verbindet das Hohlrad 234 des Planetenradsatzes 230 selektiv mit dem Sonnenrad 242 des Planetenradsatzes 240. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Bremse 254, verbindet das Sonnenrad 242 des Planetenradsatzes 240 selektiv mit dem Getriebegehäuse 260. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse 255, ist parallel zu dem Motor/Generator 280 angeordnet, um die Rotation des Motors/Generators 280 selektiv zu bremsen. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse 257, ist parallel zu dem Motor/Generator 282 angeordnet, um die Rotation des Motors/Generators 282 selektiv zu bremsen. Die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung 250, 252, 254, 255 und 257 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes 214 zu helfen.
Das Hybridgetriebe 214 empfängt Leistung von der Maschine 12 und auch von einer elektrischen Leistungsquelle 286, die funktional mit einem Controller 288 verbunden ist.
Die Tabelle für Betriebsmodi von 3b veranschaulicht die Kupplungseinrückungen, die Motor/Generator-Bedingungen und die Abtrieb/Antrieb-Verhältnisse für die fünf Betriebsmodi des Getriebes 214. Diese Modi umfassen den "Batterie-Rückwärtsmodus" (BATT RW), den "EVT Rückwärtsmodus" (EVT RW), "Rückwärts- und Vorwärtsanfahrmodi" (DW RW und DW VW), Modi Bereiche 1.1, 1.2, 1.3, ..." und "Modi mit festem Verhältnis" (F1, F2, F3, F4), wie es zuvor beschrieben wurde.
Wie es oben ausgeführt wurde, ist der Einrückplan für die Drehmomentübertragungseinrichtungen in der Tabelle für Betriebsmodi und der Tabelle für Betriebsmodi mit festem Verhältnis von 3b gezeigt. 3b liefert auch ein Beispiel von Drehmomentverhältnissen, die unter Verwendung der beispielhaft in 3b angegebenen Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse verfügbar sind. Der N_R1/N_S1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 220; Der N_R2/N_S2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 230; und der N_R3/N_S3-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 240. Das Schaubild von 3b beschreibt auch die Verhältnisstufen, die unter Verwendung des angegebenen Beispiels von Zähneverhältnissen erzielt werden. Beispielsweise beträgt das Stufenverhältnis zwischen dem ersten und zweiten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis 1,89, das Stufenverhältnis zwischen dem zweiten und dritten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis beträgt 1,43, und das Stufenverhältnis zwischen dem dritten und vierten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis beträgt 1,89.
BESCHREIBUNG EINER VIERTEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
In 4a ist ein Antriebsstrang 310 gezeigt, der eine Maschine 12 umfasst, die mit einer bevorzugten Ausführungsform des verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes verbunden ist, das allgemein mit dem Bezugszeichen 314 bezeichnet ist. Das Getriebe 314 ist konstruiert, um mindestens einen Teil seiner Antriebsleistung von der Maschine 12 zu empfangen.
Wie es gezeigt ist, weist die Maschine 12 eine Abtriebswelle auf, die als das Antriebselement 17 des Getriebes 314 dient. Ein Dämpfer für transientes Drehmoment (der nicht gezeigt ist) kann ebenfalls zwischen der Maschine 12 und dem Antriebselement 17 des Getriebes eingesetzt werden.
Ungeachtet des Mittels, durch das die Maschine 12 mit dem Getriebeantriebselement 17 verbunden ist, ist das Getriebeantriebselement 17 funktional mit einem Planetenradsatz in dem Getriebe 314 verbunden. Ein Abtriebselement 19 des Getriebes 314 ist mit einem Achsantrieb 16 verbunden.
Das Getriebe 314 benutzt drei Planetenradsätze 320, 330 und 340. Der Planetenradsatz 320 wendet ein äußeres Hohlrad 324 an, das ein inneres Sonnenrad 322 umgibt. Ein Träger 326 lagert drehbar mehrere Planetenräder 327, so dass jedes Planetenrad 327 kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 324 als auch dem inneren Sonnenrad 322 des ersten Planetenradsatzes 320 in Eingriff steht.
Der Planetenradsatz 330 weist auch ein äußeres Hohlrad 334 auf, das ein inneres Sonnenrad 332 umgibt. Mehrere Planetenräder 337 sind auch drehbar in einem Träger 336 montiert, so dass jedes Planetenrad 337 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 334 als auch dem inneren Sonnenrad 332 des Planetenradsatzes 330 in Eingriff steht.
Der Planetenradsatz 340 weist auch ein äußeres Hohlrad 344 auf, das ein inneres Sonnenrad 342 umgibt. Mehrere Planetenräder 347 sind auch drehbar in einem Träger 346 montiert, so dass jedes Planetenrad 347 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 344 als auch dem inneren Sonnenrad 342 des Planetenradsatzes 340 in Eingriff steht.
Das Getriebeantriebselement 17 ist mit dem Träger 326 des Planetenradsatzes 320 verbunden, und das Getriebeabtriebselement 19 ist mit dem Träger 346 des Planetenradsatzes 340 verbunden. Ein erstes Verbindungselement 370 verbindet das Sonnenrad 322 des Planetenradsatzes 320 ständig mit dem Sonnenrad 332 des Planetenradsatzes 330. Ein zweites Verbindungselement 372 verbindet das Hohlrad 324 des Planetenradsatzes 320 ständig mit dem Träger 336 des Planetenradsatzes 330 und mit dem Hohlrad 344 des Planetenradsatzes 340.
Das Getriebe 314 umfasst auch einen ersten und zweiten Motor/Generator 380 bzw. 382. Der Stator des ersten Motors/Generators 380 ist an dem Getriebegehäuse 360 befestigt. Der Rotor des ersten Motors/Generators 380 ist an dem Sonnenrad 322 des Planetenradsatzes 320 befestigt. Der Stator des zweiten Motors/Generators 382 ist auch an dem Getriebegehäuse 360 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators 382 ist an dem Sonnenrad 342 des Planetenradsatzes 340 befestigt.
Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung 350, verbindet das Sonnenrad 322 selektiv mit dem Träger 326. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Kupplung 352, verbindet das Hohlrad 334 selektiv mit dem Sonnenrad 342. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Bremse 354, verbindet das Hohlrad 334 selektiv mit dem Getriebegehäuse 360. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse 355, ist parallel zu dem Motor/Generator 380 angeordnet, um die Rotation des Motors/Generators 380 selektiv zu bremsen. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse 357, ist parallel zu dem Motor/Generator 382 angeordnet, um die Rotation des Motors/Generators 382 selektiv zu bremsen. Die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung 350, 352, 354, 355 und 357 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Getriebes 314 zu helfen.
Das Hybridgetriebe 314 empfangt Leistung von der Maschine 12 und tauscht auch Leistung mit einer elektrischen Leistungsquelle 386 aus, die funktional mit einem Controller 388 verbunden ist.
Die Tabelle für Betriebsmodi von 4b veranschaulicht die Kupplungseinrückungen, die Motor/Generator-Bedingungen und die Abtrieb/Antrieb-Verhältnisse für die fünf Betriebsmodi des Getriebes 314. Diese Modi umfassen den "Batterie-Rückwärtsmodus" (BATT RW), den "EVT Rückwärtsmodus" (EVT RW), "Rückwärts- und Vorwärtsanfahrmodi" (DW RW und DW VW), "Modi mit stufenlos verstellbarem Getriebebereich" (Bereich 1.1, 1.2, 1.3, ...) und "Modi mit festem Verhältnis" (F1, F2, F3, F4), wie es zuvor beschrieben wurde.
Wie es oben ausgeführt wurde, ist der Einrückplan für die Drehmomentübertragungseinrichtungen in der Tabelle für Betriebsmodi und der Tabelle für Modi mit festem Verhältnis der 4b gezeigt. 4b liefert auch ein Beispiel von Drehmomentverhältnissen, die unter Verwendung der beispielhaft in 4b angegebenen Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse verfügbar sind. Der N_R1/N_S1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 320; der N_R2/N_S2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 330; und der N_R3/N_S3-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 340. Das Schaubild von 4b beschreibt auch die Verhältnisstufen, die unter Verwendung des angegebenen Beispiels von Zähneverhältnissen erzielt werden. Beispielsweise beträgt das Stufenverhältnis zwischen dem ersten und zweiten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis 1,89, das Stufenverhältnis zwischen dem zweiten und dritten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis beträgt 1,43, und das Stufenverhältnis zwischen dem dritten und vierten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis beträgt 1,89. Jeder der Vorwärtsschaltvorgänge mit einer einzigen Stufe zwischen festen Verhältnissen ist ein Schaltvorgang mit einem einzigen Übergang.
BESCHREIBUNG EINER FÜNFTEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
In 5a ist ein Antriebsstrang 410 gezeigt, der eine Maschine 12 umfasst, die mit einer bevorzugten Ausführungsform des verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes verbunden ist, das allgemein mit dem Bezugszeichen 414 bezeichnet ist. Das Getriebe 414 ist konstruiert, um mindestens einen Teil seiner Antriebsleistung von der Maschine 12 zu empfangen.
Wie es gezeigt ist, weist die Maschine 12 eine Abtriebswelle auf, die als das Antriebselement 17 des Getriebes 414 dient. Ein Dämpfer für transientes Drehmoment (der nicht gezeigt ist) kann ebenfalls zwischen der Maschine 12 und dem Antriebselement 17 des Getriebes eingesetzt werden.
Ungeachtet des Mittels, durch das die Maschine 12 mit dem Getriebeantriebselement 17 verbunden ist, ist das Getriebeantriebselement 17 funktional mit einem Planetenradsatz in dem Getriebe 414 verbunden. Ein Abtriebselement 19 des Getriebes 414 ist mit einem Achsantrieb 16 verbunden.
Das Getriebe 414 benutzt drei Planetenradsätze 420, 430 und 440. Der Planetenradsatz 420 wendet ein äußeres Hohlrad 424 an, das ein inneres Sonnenrad 422 umgibt. Ein Träger 426 lagert drehbar mehrere Planetenräder 427, so dass jedes Planetenrad 427 kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 424 als auch dem inneren Sonnenrad 422 des ersten Planetenradsatzes 420 in Eingriff steht.
Der Planetenradsatz 430 weist auch ein äußeres Hohlrad 434 auf, das ein inneres Sonnenrad 432 umgibt. Mehrere Planetenräder 437 sind auch drehbar in einem Träger 436 montiert, so dass jedes Planetenrad 437 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 434 als auch dem inneren Sonnenrad 432 des Planetenradsatzes 430 in Eingriff steht.
Der Planetenradsatz 440 weist auch ein äußeres Hohlrad 444 auf, das ein inneres Sonnenrad 442 umgibt. Mehrere Planetenräder 447 sind auch drehbar in einem Träger 446 montiert, so dass jedes Planetenrad 447 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 444 als auch dem inneren Sonnenrad 442 des Planetenradsatzes 440 in Eingriff steht.
Das Getriebeantriebselement 17 ist ständig mit dem Träger 426 verbunden, und das Getriebeabtriebselement 19 ist ständig mit dem Träger 446 verbunden. Ein erstes Verbindungselement 470 verbindet das Sonnenrad 422 ständig mit dem Sonnenrad 432. Ein zweites Verbindungselement 472 verbindet das Hohlrad 424 ständig mit dem Träger 436 und mit dem Hohlrad 444.
Das Getriebe 414 umfasst auch einen ersten und zweiten Motor/Generator 480 bzw. 482. Der Stator des ersten Motors/Generators 480 ist an dem Getriebegehäuse 460 befestigt. Der Rotor des ersten Motors/Generators 480 ist an dem Sonnenrad 422 befestigt.
Der Stator des zweiten Motors/Generators 482 ist auch an dem Getriebegehäuse 460 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators 482 ist an dem Sonnenrad 442 befestigt.
Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung 450, verbindet das Sonnenrad 422 selektiv mit dem Träger 426. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung 452, verbindet das Hohlrad 434 selektiv mit dem Träger 446. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Bremse 454, verbindet das Hohlrad 434 selektiv mit dem Getriebegehäuse 460. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse 455, ist parallel zu dem Motor/Generator 480 angeordnet, um die Rotation des Motors/Generators 480 selektiv zu bremsen. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse 457, ist parallel zu dem Motor/Generator 482 angeordnet, um die Rotation des Motors/Generators 482 selektiv zu bremsen. Die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung 450, 452, 454, 455 und 457 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Getriebes 414 zu helfen. Das Hybridgetriebe 414 empfängt Leistung von der Maschine 12 und auch von einer elektrischen Leistungsquelle 486, die funktional mit einem Controller 488 verbunden ist.
Die Tabelle für Betriebsmodi von 5b veranschaulicht die Kupplungseinrückungen, die Motor/Generator-Bedingungen und die Abtrieb/Antrieb-Verhältnisse für die fünf Betriebsmodi des Getriebes 414. Diese Modi umfassen den "Batterie-Rückwärtsmodus" (BATT RW), den "EVT Rückwärtsmodus" (EVT RW), "Rückwärts- und Vorwärtsanfahrmodi" (DW RW und DW VW), "Modi mit stufenlos verstellbarem Getriebebereich" (Bereich 1.1, 1.2, 1.3, ...) und "Modi mit festem Verhältnis" (F1, F2, F3, F4), wie es zuvor beschrieben wurde.
Das Getriebe 414 ist ein Doppelmodusgetriebe, das Verhältnisse zwischen 4,69 und 0,54 liefert.
Wie es oben ausgeführt wurde, ist der Einrückplan für die Drehmomentübertragungseinrichtungen in der Tabelle für Betriebsmodi und der Tabelle für Modi mit festem Verhältnis der 5b gezeigt. 5b liefert auch ein Beispiel von Drehmomentverhältnissen, die unter Verwendung der beispielhaft in 5b angegebenen Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse verfügbar sind. Der N_R1/N_S1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 420; Der N_R2/N_S2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 430; und der N_R3/N_S3-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 440. Das Schaubild von 5b beschreibt auch die Verhältnisstufen, die unter Verwendung des angegebenen Beispiels von Zähneverhältnissen erzielt werden. Beispielsweise beträgt das Stufenverhältnis zwischen dem ersten und zweiten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis 1,89, das Stufenverhältnis zwischen dem zweiten und dritten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis beträgt 1,43, und das Stufenverhältnis zwischen dem dritten und vierten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis beträgt 2,21. Jeder der Vorwärtsschaltvorgänge mit einer einzigen Stufe zwischen festen Verhältnissen ist ein Schaltvorgang mit einem einzigen Übergang.
BESCHREIBUNG EINER SECHSTEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
In 6a ist ein Antriebsstrang 510 gezeigt, der eine Maschine 12 umfasst, die mit einer bevorzugten Ausführungsform des verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes verbunden ist, das allgemein mit dem Bezugszeichen 514 bezeichnet ist. Das Getriebe 514 ist konstruiert, um mindestens einen Teil seiner Antriebsleistung von der Maschine 12 zu empfangen.
Wie es gezeigt ist, weist die Maschine 12 eine Abtriebswelle auf, die als das Antriebselement 17 des Getriebes 514 dient. Ein Dämpfer für transientes Drehmoment (der nicht gezeigt ist) kann ebenfalls zwischen der Maschine 12 und dem Antriebselement 17 des Getriebes eingesetzt werden.
Ungeachtet des Mittels, durch das die Maschine 12 mit dem Getriebeantriebselement 17 verbunden ist, ist das Getriebeantriebselement 17 funktional mit einem Planetenradsatz in dem Getriebe 514 verbunden. Ein Abtriebselement 19 des Getriebes 514 ist mit einem Achsantrieb 16 verbunden.
Das Getriebe 514 benutzt drei Planetenradsätze 520, 530 und 540. Der Planetenradsatz 520 wendet ein äußeres Hohlrad 524 an, das ein inneres Sonnenrad 522 umgibt. Ein Träger 526 lagert drehbar mehrere Planetenräder 527, so dass jedes Planetenrad 527 kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 524 als auch dem inneren Sonnenrad 522 des ersten Planetenradsatzes 520 in Eingriff steht.
Der Planetenradsatz 530 weist auch ein äußeres Hohlrad 534 auf, das ein inneres Sonnenrad 532 umgibt. Mehrere Planetenräder 537 sind auch drehbar in einem Träger 536 montiert, so dass jedes Planetenrad 537 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 534 als auch dem inneren Sonnenrad 532 des Planetenradsatzes 530 in Eingriff steht.
Der Planetenradsatz 540 weist auch ein äußeres Hohlrad 544 auf, das ein inneres Sonnenrad 542 umgibt. Mehrere Planetenräder 547 sind auch drehbar in einem Träger 546 montiert, so dass jedes Planetenrad 547 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 544 als auch dem inneren Sonnenrad 542 des Planetenradsatzes 540 in Eingriff steht.
Das Getriebeantriebselement 17 ist ständig mit dem Träger 526 verbunden, und das Getriebeabtriebselement 19 ist ständig mit dem Träger 546 verbunden. Das erste Verbindungselement 570 verbindet das Sonnenrad 522 ständig mit dem Sonnenrad 532. Ein zweites Verbindungselement 572 verbindet das Hohlrad 524 ständig mit dem Träger 536 und mit dem Sonnenrad 542.
Das Getriebe 514 umfasst auch einen ersten und zweiten Motor/Generator 580 bzw. 582. Der Stator des ersten Motors/Generators 580 ist an dem Getriebegehäuse 560 befestigt. Der Rotor des ersten Motors/Generators 580 ist an dem Sonnenrad 522 befestigt.
Der Stator des zweiten Motors/Generators 582 ist auch an dem Getriebegehäuse 560 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators 582 ist an dem Hohlrad 534 befestigt.
Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung 550, verbindet das Hohlrad 534 selektiv mit dem Hohlrad 544. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung 552, verbindet den Träger 536 selektiv mit dem Hohlrad 544. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Bremse 554, verbindet das Hohlrad 544 selektiv mit dem Getriebegehäuse 560. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse 555, ist parallel zu dem Motor/Generator 580 angeordnet, um die Rotation des Motors/Generators 580 selektiv zu bremsen. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse 557, ist parallel zu dem Motor/Generator 582 angeordnet, um die Rotation des Motors/Generators 582 selektiv zu bremsen. Die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung 550, 552, 554, 555 und 557 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes 514 zu helfen.
Das Hybridgetriebe 514 empfängt Leistung von der Maschine 12 und tauscht auch Leistung mit einer elektrischen Leistungsquelle 586 aus, die funktional mit einem Controller 588 verbunden ist.
Die Tabelle für Betriebsmodi von 6b veranschaulicht die Kupplungseinrückungen, die Motor/Generator-Bedingungen und die Abtrieb/Antrieb-Verhältnisse für die fünf Betriebsmodi des Getriebes 514. Diese Modi umfassen den "Batterie-Rückwärtsmodus" (BATT RW), den "EVT Rückwärtsmodus" (EVT RW), "Rückwärts- und Vorwärtsanfahrmodi" (DW RW und DW VW), "Modi mit stufenlos verstellbarem Getriebebereich" (Bereich 1.1, 1.2, 1.3, ...) und "Modi mit festem Verhältnis" (F1, F2, F3, F4), wie es zuvor beschrieben wurde.
Wie es oben ausgeführt wurde, ist der Einrückplan für die Drehmomentübertragungseinrichtungen in der Tabelle für Betriebsmodi und der Tabelle für Modi mit festem Verhältnis der 6b gezeigt. 6b liefert auch ein Beispiel von Drehmomentverhältnissen, die unter Verwendung der beispielhaft in 6b angegebenen Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse verfügbar sind. Der N_R1/N_S1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 520; Der N_R2/N_S2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 530; und der N_R3/N_S3-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 540. Das Schaubild von 4b beschreibt auch die Verhältnisstufen, die unter Verwendung des angegebenen Beispiels von Zähneverhältnissen erzielt werden. Beispielsweise beträgt das Stufenverhältnis zwischen dem ersten und zweiten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis 1,73, das Stufenverhältnis zwischen dem zweiten und dritten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis beträgt 1,69, und das Stufenverhältnis zwischen dem dritten und vierten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis beträgt 2,38. Jeder der Vorwärtsschaltvorgänge mit einer einzigen Stufe zwischen festen Verhältnissen ist ein Schaltvorgang mit einem einzigen Übergang.
BESCHREIBUNG EINER SIEBTEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
In 7a ist ein Antriebsstrang 610 gezeigt, der eine Maschine 12 umfasst, die mit einer bevorzugten Ausführungsform des verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes verbunden ist, das allgemein mit dem Bezugszeichen 614 bezeichnet ist. Das Getriebe 614 ist konstruiert, um mindestens einen Teil seiner Antriebsleistung von der Maschine 12 zu empfangen.
Wie es gezeigt ist, weist die Maschine 12 eine Abtriebswelle auf, die als das Antriebselement 17 des Getriebes 614 dient. Ein Dämpfer für transientes Drehmoment (der nicht gezeigt ist) kann ebenfalls zwischen der Maschine 12 und dem Antriebselement 17 des Getriebes eingesetzt werden.
Ungeachtet des Mittels, durch das die Maschine 12 mit dem Getriebeantriebselement 17 verbunden ist, ist das Getriebeantriebselement 17 funktional mit einem Planetenradsatz in dem Getriebe 614 verbunden. Ein Abtriebselement 19 des Getriebes 614 ist mit einem Achsantrieb 16 verbunden.
Das Getriebe 614 benutzt drei Planetenradsätze 620, 630 und 640. Der Planetenradsatz 620 wendet ein äußeres Hohlrad 624 an, das ein inneres Sonnenrad 622 umgibt. Ein Träger 626 lagert drehbar mehrere Planetenräder 627, so dass jedes Planetenrad 627 kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 624 als auch dem inneren Sonnenrad 622 des ersten Planetenradsatzes 620 in Eingriff steht.
Der Planetenradsatz 630 weist auch ein äußeres Hohlrad 634 auf, das ein inneres Sonnenrad 632 umgibt. Mehrere Planetenräder 637 sind auch drehbar in einem Träger 636 montiert, so dass jedes Planetenrad 637 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 634 als auch dem inneren Sonnenrad 632 des Planetenradsatzes 630 in Eingriff steht.
Der Planetenradsatz 640 weist auch ein äußeres Hohlrad 644 auf, das ein inneres Sonnenrad 642 umgibt. Mehrere Planetenräder 647 sind auch drehbar in einem Träger 646 montiert, so dass jedes Planetenrad 647 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 644 als auch dem inneren Sonnenrad 642 des Planetenradsatzes 640 in Eingriff steht.
Das Getriebeantriebselement 17 ist ständig mit dem Hohlrad 624 verbunden, und das Getriebeabtriebselement 19 ist ständig mit dem Träger 646 verbunden. Ein erstes Verbindungselement 670 verbindet den Träger 626 ständig mit dem Träger 636. Ein zweites Verbindungselement 672 verbindet das Sonnenrad 622 ständig mit dem Hohlrad 634 und mit dem Sonnenrad 642.
Das Getriebe 614 umfasst auch einen ersten und zweiten Motor/Generator 680 bzw. 682. Der Stator des ersten Motors/Generators 680 ist an dem Getriebegehäuse 660 befestigt. Der Rotor des ersten Motors/Generators 680 ist an dem Träger 626 befestigt.
Der Stator des zweiten Motors/Generators 682 ist auch an dem Getriebegehäuse 660 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators 682 ist an dem Sonnenrad 632 befestigt.
Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung 650, verbindet das Hohlrad 624 selektiv mit dem Träger 626. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung 652, verbindet den Träger 646 selektiv mit dem Hohlrad 644. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Bremse 654, verbindet das Hohlrad 644 selektiv mit dem Getriebegehäuse 660. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse 655, ist parallel zu dem Motor/Generator 682 angeordnet, um die Rotation des Motors/Generators 682 selektiv zu bremsen. Die erste, zweite, dritte und vierte Drehmomentübertragungseinrichtung 650, 652, 654 und 655 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes 614 zu helfen.
Das Hybridgetriebe 614 empfängt Leistung von der Maschine 12 und tauscht auch Leistung mit einer elektrischen Leistungsquelle 686 aus, die funktional mit einem Controller 688 verbunden ist.
Die Tabelle für Betriebsmodi von 7b veranschaulicht die Kupplungseinrückungen, die Motor/Generator-Bedingungen und die Abtrieb/Antrieb-Verhältnisse für die fünf Betriebsmodi des Getriebes 614. Diese Modi umfassen den "Batterie-Rückwärtsmodus" (BATT RW), den "EVT Rückwärtsmodus" (EVT RW), "Rückwärts- und Vorwärtsanfahrmodi" (DW RW und DW VW), "Modi mit stufenlos verstellbarem Getriebebereich" (Bereich 1.1, 1.2, 1.3, ...) und "Modi mit festem Verhältnis" (F1, F2, F3, F4), wie es zuvor beschrieben wurde.
Wie es oben ausgeführt wurde, ist der Einrückplan für die Drehmomentübertragungseinrichtungen in der Tabelle für Betriebsmodi und der Tabelle für Modi mit festem Verhältnis der 7b gezeigt. 7b liefert auch ein Beispiel von Drehmomentverhältnissen, die unter Verwendung der beispielhaft in 7b angegebenen Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse verfügbar sind. Der N_R1/N_S1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 620; der N_R2/N_S2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 630; und der N_R3/N_S3-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 640. Das Schaubild von 7b beschreibt auch die Verhältnisstufen, die unter Verwendung des angegebenen Beispiels von Zähneverhältnissen erzielt werden. Beispielsweise beträgt das Stufenverhältnis zwischen dem ersten und zweiten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis 1,73, das Stufenverhältnis zwischen dem zweiten und dritten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis beträgt 1,69, und das Stufenverhältnis zwischen dem dritten und vierten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis beträgt 1,61.
BESCHREIBUNG EINER ACHTEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
In 8a ist ein Antriebsstrang 710 gezeigt, der eine Maschine 12 umfasst, die mit einer bevorzugten Ausführungsform des verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes verbunden ist, das allgemein mit dem Bezugszeichen 714 bezeichnet ist. Das Getriebe 714 ist konstruiert, um mindestens einen Teil seiner Antriebsleistung von der Maschine 12 zu empfangen.
Wie es gezeigt ist, weist die Maschine 12 eine Abtriebswelle auf, die als das Antriebselement 17 des Getriebes 714 dient. Ein Dämpfer für transientes Drehmoment (der nicht gezeigt ist) kann ebenfalls zwischen der Maschine 12 und dem Antriebselement 17 des Getriebes eingesetzt werden.
Ungeachtet des Mittels, durch das die Maschine 12 mit dem Getriebeantriebselement 17 verbunden ist, ist das Getriebeantriebselement 17 funktional mit einem Planetenradsatz in dem Getriebe 714 verbunden. Ein Abtriebselement 19 des Getriebes 714 ist mit einem Achsantrieb 16 verbunden.
Das Getriebe 714 benutzt drei Planetenradsätze 720, 730 und 740. Der Planetenradsatz 720 wendet ein äußeres Hohlrad 724 an, das ein inneres Sonnenrad 722 umgibt. Ein Träger 726 lagert drehbar mehrere Planetenräder 727, so dass jedes Planetenrad 727 kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 724 als auch dem inneren Sonnenrad 722 des ersten Planetenradsatzes 720 in Eingriff steht.
Der Planetenradsatz 730 weist auch ein äußeres Hohlrad 734 auf, das ein inneres Sonnenrad 732 umgibt. Mehrere Planetenräder 737 sind auch drehbar in einem Träger 736 montiert, so dass jedes Planetenrad 737 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 734 als auch dem inneren Sonnenrad 732 des Planetenradsatzes 730 in Eingriff steht.
Der Planetenradsatz 740 weist auch ein äußeres Hohlrad 744 auf, das ein inneres Sonnenrad 742 umgibt. Mehrere Planetenräder 747, 748 sind auch drehbar in einem Träger 746 montiert, so dass jedes Planetenrad 748 kämmend mit dem äußeren Hohlrad 744 in Eingriff steht und die Planetenräder 747 kämmend mit dem inneren Sonnenrad 742 des Planetenradsatzes 740 in Eingriff stehen.
Das Getriebeantriebselement 17 ist ständig mit dem Hohlrad 724 verbunden, und das Getriebeabtriebselement 19 ist ständig mit dem Hohlrad 744 verbunden. Ein erstes Verbindungselement 770 verbindet den Träger 726 ständig mit dem Träger 736. Ein zweites Verbindungselement 772 verbindet das Sonnenrad 722 ständig mit dem Hohlrad 734 und mit dem Sonnenrad 742.
Das Getriebe 714 umfasst auch einen ersten und zweiten Motor/Generator 780 bzw. 782. Der Stator des ersten Motors/Generators 780 ist an dem Getriebegehäuse 760 befestigt. Der Rotor des ersten Motors/Generators 780 ist an dem Träger 726 befestigt.
Der Stator des zweiten Motors/Generators 782 ist auch an dem Getriebegehäuse 760 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators 782 ist an dem Sonnenrad 732 befestigt.
Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung 750, verbindet das Hohlrad 724 selektiv mit dem Träger 726. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung 752, verbindet den Träger 746 selektiv mit dem Sonnenrad 732. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse 754, verbindet den Träger 746 selektiv mit dem Getriebegehäuse 760. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse 755, ist parallel zu dem Motor/Generator 780 angeordnet, um die Rotation des Motors/Generators 780 selektiv zu bremsen. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse 757, ist parallel zu dem Motor/Generator 782 angeordnet, um die Rotation des Motors/Generators 782 selektiv zu bremsen. Die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung 750, 752, 754, 755 und 757 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes 714 zu helfen.
Das Hybridgetriebe 714 empfängt Leistung von der Maschine 12 und tauscht auch Leistung mit einer elektrischen Leistungsquelle 786 aus, die funktional mit einem Controller 788 verbunden ist.
Die Tabelle für Betriebsmodi von 8b veranschaulicht die Kupplungseinrückungen, die Motor/Generator-Bedingungen und die Abtrieb/Antrieb-Verhältnisse für die fünf Betriebsmodi des Getriebes 714. Diese Modi umfassen den "Batterie-Rückwärtsmodus" (BATT RW), den "EVT Rückwärtsmodus" (EVT RW), "Rückwärts- und Vorwärtsanfahrmodi" (DW RW und DW VW), "Modi mit stufenlos verstellbarem Getriebebereich" (Bereich 1.1, 1.2, 1.3, ...) und "Modi mit festem Verhältnis" (F1, F2, F3, F4), wie es zuvor beschrieben wurde.
Wie es oben ausgeführt wurde, ist der Einrückplan für die Drehmomentübertragungseinrichtungen in der Tabelle für Betriebsmodi und der Tabel le für Modi mit festem Verhältnis der 8b gezeigt. 8b liefert auch ein Beispiel von Drehmomentverhältnissen, die unter Verwendung der beispielhaft in 8b angegebenen Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse verfügbar sind. Der N_R1/N_S1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 720 und der N_R2/N_S2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 730. Das Schaubild von 8b beschreibt auch die Verhältnisstufen, die unter Verwendung des angegebenen Beispiels von Zähneverhältnissen erzielt werden. Beispielsweise beträgt das Stufenverhältnis zwischen dem ersten und zweiten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis 1,73, das Stufenverhältnis zwischen dem zweiten und dritten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis beträgt 1,69, und das Stufenverhältnis zwischen dem dritten und vierten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis beträgt 2,38.
In den Ansprüchen bezieht sich der Wortlaut "ständig verbunden" oder "verbindet ständig" auf eine direkte Verbindung oder eine proportional übersetzte Verbindung, wie etwa eine Zahnradanordnung an einer versetzten Achse.
Obgleich verschiedene bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart sind, ist zu verstehen, dass die Konzepte der vorliegenden Erfindung Gegenstand zahlreicher, dem Fachmann deutlicher Veränderungen sind. Daher soll der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht auf die gezeigten und beschriebenen Details beschränkt sein, sondern soll alle Veränderungen und Abwandlungen umfassen, die in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen.
Zusammenfassung
Die elektrisch verstellbare Getriebefamilie der vorliegenden Erfindung stellt kostengünstige elektrisch verstellbare Getriebemechanismen mit geringem Inhalt bereit, die einen ersten, zweiten und dritten Differenzialzahnradsatz, eine Batterie, zwei Elektromaschinen, die austauschbar als Motoren oder Generatoren dienen, und vier oder fünf wählbare Drehmomentübertragungseinrichtungen (zwei Kupplungen und zwei oder drei Bremsen) umfassen. Die vier oder fünf auswählbaren Drehmomentübertragungseinrichtungen werden einzeln oder in Kombinationen von zweien eingerückt, um ein EVT mit einem stufenlos verstellbaren Bereich von Drehzahlen (einschließlich rückwärts) und vier mechanisch festen Vorwärtsdrehzahlverhältnissen zu ergeben. Die Drehmomentübertragungseinrichtungen und der erste und zweite Motor/Generator sind betreibbar, um fünf Betriebsmodi in dem elektrisch verstellbaren Getriebe bereitzustellen, die einen Batterie-Rückwärtsmodus, einen EVT Rückwärtsmodus, Rückwärts- und Vorwärtsanfahrmodi, einen Modus mit stufenlos verstellbarem Getriebebereich und einen Modus mit festem Verhältnis umfassen.

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 Differenzialzahnradsatz, die jeweils ein erstes, zweites und drittes Element aufweisen; wobei das Antriebselement ständig mit mindestens einem Element der Zahnradsätze verbunden ist und das Abtriebselement ständig mit einem anderen Element der Zahnradsätze verbunden ist; ein erstes Verbindungselement, das das erste Element des ersten Zahnradsatzes ständig mit dem ersten Element des zweiten Zahnradsatzes verbindet; ein zweites Verbindungselement, das das zweite Element des ersten Zahnradsatzes ständig mit dem zweiten Element des zweiten Zahnradsatzes und mit dem zweiten Element des dritten Zahnradsatzes verbindet; wobei der erste Motor/Generator ständig mit dem ersten Verbindungselement verbunden ist; wobei der zweite Motor/Generator ständig mit einem Element des zweiten oder dritten Zahnradsatzes verbunden ist; eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, die ein Element des ersten oder zweiten Zahnradsatzes selektiv mit einem anderen Element des ersten oder dritten Zahnradsatzes verbindet; eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, die ein Element des dritten Zahnradsatzes selektiv mit einem anderen Element des ersten, zweiten oder dritten Zahnradsatzes verbindet, wobei das Paar Elemente, das durch die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung verbunden ist, verschieden ist von dem Paar Elementen, das durch die erste Drehmomentübertragungseinrichtung verbunden ist; und eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, die ein Element des zweiten oder dritten Zahnradsatzes selektiv festlegt; eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, die parallel zu einem von dem ersten und zweiten Motor/Generator angeordnet ist, um dessen Rotation selektiv zu bremsen; wobei die erste, zweite, dritte und vierte Drehmomentübertragungseinrichtung alleine oder paarweise einrückbar sind, um ein elektrisch verstellbares Getriebe mit einem stufenlos verstellbaren Bereich von Drehzahlverhältnissen und vier festen Vorwärtsdrehzahlverhältnissen bereitzustellen.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 1, wobei der erste, zweite und dritte Differenzialzahnradsatz Planetenradsätze sind.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 2, wobei Träger von jedem der Planetenradsätze Einzelplanetenträger sind.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 2, wobei mindestens ein Träger der Planetenradsätze ein Doppelplanetenträger ist.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 1, das ferner eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Motorbremse, umfasst, die parallel zu dem anderen von dem ersten und zweiten Motor/Generator angeordnet ist, um dessen Rotation selektiv zu bremsen.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 1, das ferner eine vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Motorbremsen, umfasst, die zur Verwendung beim Herstellen der festen Verhältnisse parallel zu dem ersten bzw. zweiten Motor/Generator angeordnet sind, um eine Rotation des ersten und zweiten Motors/Generators selektiv zu verhindern.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 1, wobei die erste, zweite, dritte und vierte Drehmomentübertragungseinrichtung und der erste und zweite Motor/Generator betreibbar sind, um in dem elektrisch verstellbaren Getriebe fünf Betriebsmodi bereitzustellen, die einen Batterie-Rückwärtsmodus, einen EVT Rückwärtsmodus, Rückwärts- und Vorwärtsanfahrmodi, einen Modus mit stufenlos verstellbarem Getriebebereich und einen Modus mit festem Verhältnis umfassen.
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 Differenzialzahnradsatz, die jeweils ein erstes, zweites und drittes Element aufweisen; wobei das Antriebselement ständig mit mindestens einem Element der Zahnradsätze verbunden ist und das Abtriebselement ständig mit einem anderen Element der Zahnradsätze verbunden ist; ein erstes Verbindungselement, das das erste Element des ersten Zahnradsatzes ständig mit dem ersten Element des zweiten Zahnradsatzes verbindet; ein zweites Verbindungselement, das das zweite Element des ersten Zahnradsatzes ständig mit dem zweiten Element des zweiten Zahnradsatzes und mit dem zweiten Element des dritten Zahnradsatzes verbindet; wobei der erste Motor/Generator ständig mit dem ersten Verbindungselement verbunden ist; wobei der zweite Motor/Generator ständig mit einem Element des zweiten oder dritten Zahnradsatzes verbunden ist; und eine erste, zweite, dritte und vierte Drehmomentübertragungseinrichtung zum selektiven Verbinden der Elemente des ersten, zweiten oder dritten Zahnradsatzes mit Masse oder mit anderen Elementen der Planetenradsätze, wobei die erste, zweite, dritte und vierte Drehmomentübertragungseinrichtung alleine oder paarweise einrückbar sind, um ein elektrisch verstellbares Getriebe mit einem stufenlos verstellbaren Bereich von Drehzahlverhältnissen und vier festen Vorwärtsdrehzahlverhältnissen zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement bereitzustellen.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 8, wobei der erste, zweite und dritte Differenzialzahnradsatz Planetenradsätze sind, und die erste Drehmomentübertragungseinrichtung ein Element des ersten oder zweiten Planetenradsatzes selektiv mit einem anderen Element des ersten oder dritten Planetenradsatzes verbindet.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 9, wobei die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung ein Element des dritten Planetenradsatzes selektiv mit einem anderen Element des ersten, zweiten oder dritten Planetenradsatzes verbindet, wobei das Paar Elemente, das durch die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung verbunden ist, verschieden ist von dem Paar Elementen, das durch die erste Drehmomentübertragungseinrichtung verbunden ist.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 10, wobei die dritte Drehmomentübertragungseinrichtung ein Element des zweiten oder dritten Planetenradsatzes selektiv mit dem feststehenden Element (Masse) verbindet.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 11, wobei die vierte Drehmomentübertragungseinrichtung parallel zu einem von dem ersten und zweiten Motor/Generator angeordnet ist, um dessen Rotation selektiv zu bremsen.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 12, wobei Träger von jedem der Planetenradsätze Einzelplanetenträger sind.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 12, wobei mindestens ein Träger der Planetenradsätze ein Doppelplanetenträger ist.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 12, das ferner eine fünfte Drehmomentübertragungseinrchtung, wie eine Motorbremse, umfasst, die parallel zu dem anderen von dem ersten und zweiten Motor/Generator angeordnet ist, um dessen Rotation selektiv zu bremsen.
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 Differenzialzahnradsatz, die jeweils ein erstes, zweites und drittes Element aufweisen; wobei das Antriebselement ständig mit mindestens einem Element der Zahnradsätze verbunden ist und das Abtriebselement ständig mit einem anderen Element der Zahnradsätze verbunden ist; ein erstes Verbindungselement, das das erste Element des ersten Zahnradsatzes ständig mit dem ersten Element des zweiten Zahnradsatzes verbindet; ein zweites Verbindungselement, das das zweite Element des ersten Zahnradsatzes ständig mit dem zweiten Element des zweiten Zahnradsatzes und mit dem zweiten Element des dritten Zahnradsatzes verbindet; wobei der erste Motor/Generator ständig mit dem ersten Verbindungselement verbunden ist; wobei der zweite Motor/Generator ständig mit einem Element des zweiten oder dritten Zahnradsatzes verbunden ist; und eine erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung zum selektiven Verbinden der Elemente des ersten, zweiten oder dritten Planetenradsatzes mit einem feststehenden Element oder mit anderen Elementen der Planetenradsätze; wobei die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung und die Motorbremsen alleine oder in Kombinationen von zweien einrückbar sind, um ein elektrisch verstellbares Getriebe mit einem stufenlos verstellbaren Bereich von Drehzahlverhältnissen und vier festen Vorwärtsdrehzahlverhältnissen zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement bereitzustellen.