DE102004052449A1

DE102004052449A1 - Elektrisch variables Lastschaltgetriebe mit zwei Betriebsbereichen

Info

Publication number: DE102004052449A1
Application number: DE102004052449A
Authority: DE
Inventors: Alan G. Fishers Holmes
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2003-10-29
Filing date: 2004-10-28
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2024-10-29
Also published as: DE102004052449B4; US20050096170A1; US6945894B2

Abstract

Ein Antriebsstrang eines Fahrzeugs weist ein elektrisch variables Lastschaltgetriebe auf, das zwei elektrische Leistungsübertragungsmechanismen, einen Planetenradsatz, eine Antriebskupplung und eine Abtriebskupplung aufweist. Eine Leistungsquelle führt der Antriebskupplung kontinuierlich Leistung zu, und die Abtriebskupplung ist mit einem Abtriebsmechanismus des Getriebes kontinuierlich verbindbar. Eines der Planetenradelemente steht mit einem der elektrischen Leistungsübertragungsmechanismen in kontinuierlicher Verbindung, und ein zweites Planetenradelement steht mit dem Leistungsübertragungsmechanismus in kontinuierlicher Verbindung. Die Kupplungen sind betreibbar, um die Antriebswelle in zwei Betriebsbereichen mit beiden Elementen des Planetenradsatzes in Verbindung zu bringen, und die Abtriebskupplung ist betreibbar, um zwei Elemente des Planetenradsatzes in zwei Betriebsbereichen mit der Abtriebswelle in Verbindung zu bringen.

Description

Diese Erfindung betrifft Lastschaltgetriebe und im Besonderen Lastschaltgetriebe, die einen Verbrennungsmotor, elektrische Leistungsübertragungseinrichtungen und ein Planetengetriebe umfassen.
Lastschaltgetriebe werden in Antriebssträngen von Fahrzeugen angewandt, um mehrere Übersetzungsverhältnisse zwischen der Leistungsquelle, wie etwa einem Verbrennungsmotor, und dem Achsantriebsmechanismus, wie etwa einem Differential, bereitzustellen. Diese Getriebe haben viele Formen angenommen, die mechanisch geschaltete, Handschalt-Stufengetriebe, Planeten-Stufengetriebe und stufenlose Lastschaltgetriebe umfassen.
Die stufenlosen Lastschaltgetriebe umfassen im Allgemeinen einen verstellbaren Riemenantrieb, verstellbare Antriebsrollen, hydrostatische Motorpumpenantriebe oder elektrische Leistungsantriebe. Das Getriebe mit Leistungsteilung umfasst auch einen oder mehrere Planetenradsätze.
Bei jüngeren Entwicklungen ist vorgeschlagen worden, Lastschaltgetriebe mit geteiltem Antrieb (input-split), Lastschaltgetriebe mit geteiltem Abtrieb (output-split) oder Compound-Split-Lastschaltgetriebe zu verwenden. Jedes dieser Getriebe von der Art mit Leistungsteilung umfasst Planetenradsätze.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes elektrisch variables Getriebe für einen Betrieb mit geteiltem Antrieb sowie mit geteiltem Abtrieb bereitzustellen.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Getriebe in einem Antriebsstrang mit einem Verbrennungsmotor, zwei elektrischen Leistungsübertragungsmechanismen, einem einzigen Planetenradsatz und einem Achsantriebsmechanismus angewandt.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann jeder der elektrischen Leistungsübertragungsmechanismen entweder als Motor oder als Generator betrieben werden.

Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in jedem Planetenradsatz ein Paar Kupplungsmechanismen eingebaut.

Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine der Kupplungen eine Antriebskupplung und die andere eine Abtriebskupplung.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Getriebe einen einzigen Planetenradsatz mit einem Sonnenrad, einem Hohlrad und einer Planetenträgeranordnung.

Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Antriebskupplung betreibbar, um die mechanische Leistungsquelle mit entweder der Planetenträgeranordnung oder dem Hohlrad in Verbindung zu bringen.

Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Abtriebskupplung betreibbar, um entweder das Hohlrad oder die Planetenträgeranordnung mit dem Abtriebselement des Getriebes in Verbindung zu bringen.

Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung steht einer der elektrischen Leistungsübertragungsmechanismen mit dem Sonnenrad in kontinuierlicher Verbindung.

Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung steht der andere der elektrischen Leistungsübertragungsmechanismen mit der Planetenträgeranordnung in kontinuierlicher Verbindung.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs, der ein Lastschaltgetriebe umfasst, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält;

2 ist eine Kurve oder eine Schaubild, das die Drehzahlen von einigen der Getriebebauteile relativ zur Abtriebsdrehzahl des Getriebes darstellt, wobei der Antrieb für einen Verbrennungsmotor repräsentativ ist, der mit einer Teillastdrehzahl arbeitet;

3 ist eine Kurve oder ein Schaubild ähnlich wie das von 2, wobei der Antriebsstrang mit Volllast betrieben wird;

4 ist ein Schaubild ähnlich wie das von 2, wobei das Übersetzungsverhältnis des Planetenradsatzes verändert worden ist und der Antriebsstrang mit einer Teillastdrehzahl arbeitet;

5 ist ein Schaubild ähnlich wie das von 3, wobei das Übersetzungsverhältnis des Planetenradsatzes ähnlich oder gleich ist wie in 4;

6 ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs, der ein Lastschaltgetriebe umfasst, das eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält;

7 ist ein Schaubild ähnlich wie das von 2, wobei der Antrieb repräsentativ für den Betrieb mit einer Teillastdrehzahl ist; und

8 ist eine Kurve oder ein Schaubild ähnlich wie das von 3, wobei der Antriebsstrang mit Volllast betrieben wird.

In 1 ist ein Antriebsstrang 10 mit einem Verbrennungsmotor oder einer Antriebsmaschine 12, einem Lastschaltgetriebe 14 und einem herkömmlichen Achsantriebsmechanismus 16 zu sehen. Das Lastschaltgetriebe 14 umfasst ein Paar elektrische Leistungsübertragungsmechanismen 18 und 20, einen Planetenradsatz 22, eine Antriebskupplung 24 und eine Abtriebskupplung 26.
Der Leistungsübertragungsmechanismus 18 ist ein herkömmlicher elektrischer Leistungsübertragungsmechanismus, wie etwa ein Motor/Generator (M/G). Der elektrische Leistungsübertragungsmechanismus 20 ist ebenfalls eine herkömmliche M/G-Einheit. Die Motoren/Generatoren 18 und 20 sind mit einer herkömmlichen elektronischen Steuereinheit (ECU) 28 verbunden, die auch mit einer Batterieanordnung 30 in elektrischer Verbindung steht. Im Laufe des Betriebes kann die Batterieanordnung 30 den Motor/Generator-Einheiten 18, 20 über die elektroni sche Steuereinheit 28 Leistung zuführen bzw. Leistung von diesen abziehen. Bekanntlich können elektronische Steuereinheiten, wie etwa 28, einen herkömmlichen vorprogrammierbaren digitalen Computer umfassen, der betreibbar ist, um sowohl die Drehzahl als auch die Leistungsabgabe und -aufnahme der Motor/Generator-Einheiten 18 und 20 zu steuern.
Der Planetenradsatz 22 umfasst ein Sonnenrad 32, ein Hohlrad 34 und eine Planetenträgeranordnung 36. Die Planetenträgeranordnung 36 umfasst mehrere Planetenräder 38, die an einem Planetenträger 40 drehbar montiert sind. Der Planetenträger 40 weist ein Kupplungsbauteil 42, ein Nabenelement 44 und ein zweites Kupplungsbauteil 46 auf. Das Hohlrad 34 weist ein Nabenbauteil 48 und ein Kupplungsbauteil 50 auf.
Das Sonnenrad 32 steht über eine Welle 54 mit der M/G-Einheit 18 in kontinuierlicher Antriebsverbindung. Der Planetenträger 40 steht mit der M/G-Einheit 20 in kontinuierlicher Antriebsverbindung. Der Verbrennungsmotor 12 weist eine Welle 56 auf, die dem Getriebe 14 Antriebsleistung liefert. Die Welle 56 steht mit einem Kupplungsbauteil 58 in Antriebsverbindung.
Der Achsantriebsmechanismus 16 umfasst eine Getriebeabtriebswelle 60, die mit einem Kupplungsbauteil 62 in kontinuierlicher Antriebsverbindung steht.
Die Kupplung 24 umfasst die Kupplungsbauteile 42 und 58, einen Abschnitt des Kupplungsbauteils 50 und einen Kupplungssteuermechanismus 64. Der Kupplungssteuermechanismus 64 ist betreibbar, um das Kupplungsbauteil 58 mit dem Kupplungsbauteil 42 zu verbinden oder das Kupplungsbauteil 58 mit dem Kupplungsbauteil 50 zu verbin den. Die Kupplung 26 umfasst das Kupplungsbauteil 46, das Kupplungsbauteil 62, einen Abschnitt des Kupplungsbauteils 50 und einen Kupplungssteuermechanismus 66. Der Kupplungssteuermechanismus 66 ist betreibbar, um das Kupplungsbauteil 50 mit dem Kupplungsbauteil 62 zu verbinden oder das Kupplungsbauteil 46 mit dem Kupplungsbauteil 62 zu verbinden. Die Kupplungen 24 und 26 sind herkömmliche Kupplungsmechanismen, die entweder mechanisch, hydraulisch oder elektrisch sein können.
Wenn die Kupplung 24 sich in der Stellung 24A befindet und die Kupplung 26 sich in der Stellung 26A befindet, ist das Lastschaltgetriebe 14 für ein Übersetzungsverhältnis mit geteiltem Antrieb vorbereitet. Während dieses Betriebes treibt der Verbrennungsmotor 12 über die Welle 56 das Hohlrad 34 über die Kupplung 24 an, und der Planetenträger 40 treibt die Abtriebswelle 60 über die Kupplung 26 an. Dies ist eine Kombination mit geteiltem Antrieb innerhalb des Antriebsstrangs 10.
Wenn die Kupplung 24 sich in der Stellung 24B befindet und die Kupplung 26 sich in der Stellung 26B befindet, steht der Verbrennungsmotor 12 mit dem Planetenträger 40 in Antriebsverbindung und das Hohlrad 34 steht mit der Abtriebswelle 60 über die Kupplung 26 in Antriebsverbindung. In diesem Zustand ist der Antriebsstrang 10 für einen Betrieb mit geteiltem Abtrieb vorbereitet.
Das Lastschaltgetriebe 14 weist zwei Betriebsbereiche auf. Ein Betriebsbereich mit geteiltem Antrieb ist vorgesehen, wenn die Kupplung 24 sich in der Stellung 24A befindet und die Kupplung 26 sich in der Stellung 26A befindet, so dass der Verbrennungsmotor 12 das Hohlrad 34 antreibt, der Motor/Generator 20 den Planetenträger 40 antreibt und der Motor/Generator 18 die Welle 54 antreibt. Ein zweiter Betriebsbereich oder Betriebsbereich mit geteiltem Abtrieb ist vorgesehen, wenn die Kupplung 24 sich in der Stellung 24B befindet und die Kupplung 26 sich in der Stellung 26B befindet. In diesem Betriebsbereich arbeiten der Verbrennungsmotor 56 und die Motor/Generator-Einheit 20 übereinstimmend, um den Planetenträger 40 anzutreiben. Die Motor/Generator-Einheit 18 treibt das Sonnenrad 32 an, und das Hohlrad 34 steht mit der Abtriebswelle 60 in Verbindung.
Der Antriebsstrang 10 arbeitet über einen weiten Bereich von Fahrzeugdrehzahlen. Der Antriebsstrang 10 kann in einem Teillastzustand betrieben werden, der eine maximale Wirtschaftlichkeit liefern würde, oder in einem Zustand mit einer Beschleunigung oder vollen Drehzahl des Verbrennungsmotors, der eine maximale Fahrzeugbeschleunigung liefern würde.
Das in 2 dargestellte Schaubild beschreibt die Drehzahl der Bauteile, wenn das Verhältnis von Hohlradzähnen zu Sonnenradzähnen in dem Planetenradsatz 22 gleich 1,5 ist und wenn der Antriebsstrang in einem Teillastzustand betrieben wird. Wie es in 2 zu sehen ist, arbeiten der Verbrennungsmotor 12 und die Welle 56 entlang der Linie 70, die M/G-Einheit 20 arbeitet entlang der Linie 72, und die M/G-Einheit 18 arbeitet entlang der Linie 74. Diese drei Linien laufen an einem Punkt 76 zusammen.
Wenn dieser Punkt erreicht ist, arbeitet der Planetenradsatz 22 als eine Einheit. Das heißt, die Drehzahlen des Sonnenrades 32, des Planetenträgers 40 und des Hohlrades 44 sind alle gleich. In diesem Zustand können die Kupplungen 24 und 26 synchron gewechselt werden, da ihre Antriebs- und Abtriebsdrehzahlen identisch sind. Der Betrieb links von Punkt 76 stellt einen Zustand mit geteiltem Antrieb bereit, wobei die Kupplungen 24 und 26 jeweils Stellungen 24A bzw. 26A aufweisen. Der Betrieb rechts von Punkt 76 stellt einen Zustand mit geteiltem Abtrieb dar, wobei die Kupplungen jeweils in Stellungen 24B und 26B verschoben sind.
Im Anschluss an diesen Wechsel werden der Verbrennungsmotor 12, die Antriebswelle 56, der Planetenträger 40 und die M/G-Einheit 18 übereinstimmend entlang Linie 78 arbeiten. Die M/G-Einheit 20 wird weiterhin entlang Linie 74 arbeiten.
Wenn das Getriebe 14 im Zustand mit geteiltem Antrieb arbeitet und die M/G-Einheit 18 in einer negativen Richtung oder mit einer negativen Drehzahl arbeitet, arbeitet die M/G-Einheit 18 im Allgemeinen als Generator, der zusätzlich zur Batterieleistung Leistung zum Betreiben des Motors/Generators 20 liefert. Wenn die gesamte erzeugte Leistung der M/G-Einheit 18 nicht erforderlich ist, um die M/G-Einheit 20 anzutreiben, kann die überschüssige Leistung dazu verwendet werden, sicher zu stellen, dass die Batterieanordnung 30 vollständig geladen ist. Die ECU 28 ist natürlich betreibbar, um die Betriebszustände von sowohl der M/G-Einheit 18 als auch der M/G-Einheit 20 zu steuern.
Wenn der Antriebsstrang 10 rechts von Punkt 76 arbeitet, ist ein Getriebe mit geteiltem Abtrieb innerhalb des Lastschaltgetriebes 14 bereitgestellt. Wie es oben beschrieben ist, arbeiten während dieses Zustandes der Verbrennungsmotor 12 und die M/G-Einheit 20 übereinstimmend, wohingegen die M/G-Einheit 18 entlang der Linie 74 arbeitet. Auch arbeitet die M/G-Einheit 18 während des Betriebes mit geteiltem Abtrieb im Allgemeinen als Motor, wenn ihre Drehzahl negativ ist oder unter der Nulllinie liegt.
Das Schaubild von 3 beschreibt die charakteristischen Betriebsdrehzahlen des Verbrennungsmotors 12 und der Welle 56, wie sie bei Linie 80 gezeigt sind, die Betriebsdrehzahlen der M/G-Einheit 20, wie sie bei Linie 82 gezeigt sind, und die Betriebsdrehzahlen der M/G-Einheit 18, wie sie bei Linie 84 gezeigt sind. Der in 3 gezeigte Betriebszustand ist ein Zustand, bei dem durch den Antriebsstrang 10 eine maximale Fahrzeugbeschleunigung erzielt wird.
Wie es in 3 zu sehen ist, beschleunigt der Verbrennungsmotor von Leerlauf auf einen Zustand maximaler Drehzahl bis zu Punkt 86, die M/G-Einheit 20 beschleunigt entlang der Linie 82 bis zu dem Punkt 88, und die M/G-Einheit 18 wird in einem Zustand mit negativer Drehzahl sowie einem Zustand mit positiver Drehzahl bis zu dem Punkt 88 betrieben. An dem Punkt 88 arbeitet der Planetenradsatz 22 übereinstimmend, so dass ein Wechsel von dem Betrieb mit geteiltem Antrieb zu dem Betrieb mit geteiltem Abtrieb vorgenommen werden kann. Wie bei dem Betrieb in 2 arbeiten während eines Betriebes mit geteiltem Abtrieb die M/G-Einheit 20 und der Verbrennungsmotor 12 übereinstimmend entlang Linie 90, während die M/G-Einheit 18 entlang Linie 84 fortfährt.
Es gibt Zustände, in denen die M/G-Einheit 18 als Generator arbeiten wird, wenn sie in einer positiven Richtung und auch wenn sie in einer negativen Richtung angetrieben wird. Es gibt auch Zustände, in denen die M/G-Einheit 20 als Generator und die M/G-Einheit 18 als Motor arbeiten wird. Wenn die M/G-Einheit 18 als Motor arbeitet, wird die M/G-Einheit 20 in den meisten Zuständen als Generator arbeiten. Diese Einheiten sind derart bemessen, dass die generierte Leistung von einer Einheit ausreicht, um die Antriebsleistung der anderen Einheit zuzuführen.
Es gibt jedoch Zeiten mit Zuständen maximalen Leistungsbedarfes, die in 3 gezeigt sind, wenn beide Einheiten als Motoren arbeiten werden. Während dieser seltenen Zustände wird die Batterieanordnung 30 zusammen mit dem Verbrennungsmotor 12 Leistung zuführen, um den Betrieb des Fahrzeuges zu ermöglichen. Wenn die Batterieanordnung 30 Leistung während dieser Zustände, zuführt, wird die M/G-Einheit 20 dennoch als Motor wirken, selbst wenn die M/G-Einheit 18 als Motor wirkt, und die M/G-Einheit 18 wird auch als Motor wirken, wenn die M/G-Einheit 20 als Motor wirkt. Diese Zustände erfordern die Antriebsleistung von der Batterieanordnung 30.
Die Antriebszustände, in denen die M/G-Einheiten 18 und 20 während Volllast als Motoren arbeiten, werden zum Teil durch die Einheit bestimmt, wie die Energie, die von der Batterie erhältlich ist. Dies wird durch die ECU 28 derart bestimmt, dass das Fahrzeug entlang einer gewünschten Leistungskurve fortfahren wird, obwohl diese Leistungskurve gegenüber der maximalen erhältlichen Leistungskurve etwas reduziert sein kann.
Das in 4 zu findende Schaubild zeigt die Betriebsdrehzahlzustände von einigen der Getriebebauteile, wenn das Übersetzungsverhältnis des Planetenradsatzes 3,0 ist, im Gegensatz zu dem Übersetzungsverhältnis von 1,5, das in den 2 und 3 zu finden ist. Das Planeten-Übersetzungsverhältnis bezieht sich auf das Verhältnis der Zähnezahl an dem Hohlrad dividiert durch die Zähnezahl an dem Sonnenrad. Dies ist ein üblicher Zahlenwert, der bei der Konstruktion von Planetenradsätzen in Lastschaltgetrieben angewandt wird.
Wie es in 4 zu sehen ist, arbeiten die Einheiten bei Punkt 92 mit einer einzigen Drehzahl, und in 5 arbeiten die Einheiten bei Punkt 94 mit einer einzigen Drehzahl. Das Schaubild in 4 zeigt die Teillastzustands-Beziehung zwischen dem Verbrennungsmotor 12, dem Motor/Generator 18 und dem Motor/Generator 20. Der Verbrennungsmotor 12 arbeitet entlang der Drehzahlkurve 96, die M/G-Einheit 20 arbeitet entlang der Drehzahlkurve 98 und die M/G-Einheit 18 arbeitet entlang der Drehzahlkurve 100. Wie es rechts von Punkt 92 anzumerken ist, arbeiten die M/G-Einheit 20 und der Verbrennungsmotor 12 übereinstimmend.
5 ist ein Schaubild des Antriebsstrangs, der in Zuständen maximaler Beschleunigung betrieben wird, wieder mit einem Planeten-Übersetzungsverhältnis von 3,0. Der Verbrennungsmotor 12 wird entlang der Linie 102 betrieben, die M/G-Einheit 20 wird entlang der Linie 104 betrieben und die M/G-Einheit 18 wird entlang der Linie 106 betrieben. Links von dem Punkt 94 arbeitet der Antriebsstrang 10 als Mechanismus mit geteiltem Antrieb, und rechts von Punkt 94 arbeitet der Antriebsstrang 10 als Mechanismus mit geteiltem Abtrieb.
6 zeigt einen Antriebsstrang 110 mit einem Verbrennungsmotor oder einer Antriebsmaschine 112, einem Lastschaltgetriebe 114 und einem herkömmlichen Achsantriebsmechanismus 116. Das Lastschaltgetriebe 114 umfasst ein Paar elektrische Leistungsübertragungsmechanismen 118 und 120, einen Planetenradsatz 122, eine Antriebskupplung 124 und eine Abtriebskupplung 126.
Der Leistungsübertragungsmechanismus 118 ist ein herkömmlicher elektrischer Leistungsübertragungsmechanismus, wie ein Motor/Generator (M/G). Der elektrische Leistungsübertragungsmechanismus 120 ist ebenfalls eine herkömmliche M/G-Einheit. Die Motoren/Generatoren 118 und 120 sind mit einer herkömmlichen elektronischen Steuereinheit (ECU) 128 verbunden, die auch elektrisch mit einer Batterieanordnung 130 in Verbindung steht. Im Laufe des Betriebes kann die Batterieanordnung 130 den Motor/Generator-Einheiten 118, 120 durch die elektronische Steuereinheit 128 Leistung zuführen bzw. Leistung von diesen abziehen. Bekanntlich können elektronische Steuereinheiten, wie etwa 128, einen herkömmlichen vorprogrammierbaren digitalen Computer umfassen, der betreibbar ist, um sowohl die Drehzahl als auch die Leistungsabgabe und -aufnahme der Motor/Generator-Einheiten 118 und 120 zu steuern.
Der Planetenradsatz 122 umfasst ein Sonnenrad 132, ein Hohlrad 134 und eine Planetenträgeranordnung 136. Die Planetenträgeranordnung 136 umfasst mehrere Planetenräder 138, die drehbar an einem Planetenträger 140 montiert sind. Der Planetenträger 140 weist ein Kupplungsbauteil 142, ein Nabenelement 144 und ein zweites Kupplungsbauteil 146 auf. Das Sonnenrad 132 weist Nabenbauteile 148E, 148F und Kupplungsbauteile 150E, 150F auf. Das Nabenbauteil 148E ist mit dem Verbrennungsmotor 112 über das Kupplungsbauteil 150E verbindbar, und das Nabenbauteil 148F ist mit dem Achsantrieb 16 über das Kupplungsbauteil 150F verbindbar.
Das Hohlrad 134 steht mit der M/G-Einheit 118 in kontinuierlicher Antriebsverbindung. Der Planetenträger 140 steht mit der M/G-Einheit 120 in kontinuierlicher Antriebsverbindung. Der Verbrennungsmotor 112 weist eine Welle 156 auf, die dem Getriebe 114 Antriebsleistung liefert. Die Welle 156 steht mit einem Kupplungsbauteil 158 in Antriebsverbindung.
Der Achsantriebsmechanismus 116 umfasst eine Getriebeabtriebswelle 160, die mit einem Kupplungsbauteil 162 in kontinuierlicher Antriebsverbindung steht.
Die Kupplung 124 umfasst die Kupplungsbauteile 142 und 158, einen Abschnitt eines Kupplungsbauteils 150E und einen Kupplungssteuermechanismus 164. Der Kupplungssteuermechanismus 164 ist betreibbar, um das Kupplungsbauteil 158 mit dem Kupplungsbauteil 142 zu verbinden oder das Kupplungsbauteil 158 mit dem Kupplungsbauteil 150E zu verbinden. Die Kupplung 126 umfasst das Kupplungsbauteil 146, das Kupplungsbauteil 162, einen Abschnitt des Kupplungsbauteils 150F und einen Kupplungssteuermechanismus 166. Der Kupplungssteuermechanismus 166 ist betreibbar, um das Kupplungsbauteil 150F mit dem Kupplungsbauteil 162 zu verbinden oder das Kupplungsbauteil 146 mit dem Kupplungsbauteil 162 zu verbinden. Die Kupplungen 124 und 126 sind herkömmliche Kupplungsmechanismen, die entweder mechanisch, hydraulisch oder elektrisch sein können.
Wenn die Kupplung 124 sich in der Stellung 124A befindet und die Kupplung 126 sich in der Stellung 126A befindet, ist das Lastschaltgetriebe 114 für ein Übersetzungsverhältnis mit geteiltem Antrieb vorbereitet. Während dieses Betriebes treibt der Verbrennungsmotor 112 über Welle 156 das Sonnenrad 132 über die Kupplung 124 an, und der Planetenträger 140 treibt die Abtriebswelle 160 über die Kupplung 126 an. Dies ist eine Kombination mit geteiltem Antrieb innerhalb des Antriebsstrangs 110.
Wenn die Kupplung 124 sich in der Stellung 124B befindet, und die Kupplung 126 sich in der Stellung 126B befindet, steht der Verbrennungsmotor 112 mit dem Planetenträger 140 in Antriebsverbin dung, und das Sonnenrad 132 steht mit der Abtriebswelle 160 über die Kupplung 126 in Antriebsverbindung. In diesem Zustand ist der Antriebsstrang 110 für einen Betrieb mit geteiltem Abtrieb vorbereitet.
Das Lastschaltgetriebe 114 weist zwei Betriebsbereiche auf. Ein Betriebsbereich mit geteiltem Antrieb ist vorgesehen, wenn die Kupplung 124 sich in der Stellung 124A befindet und die Kupplung 126 sich in der Stellung 126A befindet, so dass der Verbrennungsmotor 112 das Sonnenrad 132 antreibt, der Motor/Generator 120 den Planetenträger 140 antreibt und der Motor/Generator 118 das Hohlrad 134 antreibt. Ein zweiter Betriebsbereich oder Betriebsbereich mit geteiltem Abtrieb ist vorgesehen, wenn die Kupplung 124 sich in der Stellung 124B befindet und die Kupplung 126 sich in der Stellung 126B befindet. In diesem Betriebsbereich arbeiten die Welle 156 und die Motor/Generator-Einheit 20 übereinstimmend, um den Planetenträger 140 anzutreiben. Die Motor/Generator-Einheit 118 treibt das Hohlrad 134 an, und das Sonnenrad 132 ist mit der Abtriebswelle 160 verbunden.
Der Antriebsstrang 110 arbeitet über einen weiten Bereich von Fahrzeugdrehzahlen. Der Antriebsstrang 110 kann in einem Teillastzustand, 7, der eine maximale Wirtschaftlichkeit liefern wird, oder in einem Beschleunigungszustand oder Zustand mit voller Verbrennungsmotordrehzahl, 8, der eine maximale Fahrzeugbeschleunigung liefern wird, betrieben werden. Der Betrieb des Antriebsstrangs im Teillastzustand, 7, ist ähnlich wie der, der oben anhand von 2 beschrieben wurde, und der Zustand voller Drehzahl, 8, ist ähnlich wie der, der oben in 3 beschrieben wurde. Das Planeten-Übersetzungsverhältnis des Sonnenrades 132 zum Hohlrad 134 ist für dieses Beispiel als 1,50 gewählt worden.
Zusammengefasst weist ein Antriebsstrang eines Fahrzeugs ein elektrisch variables Lastschaltgetriebe auf, das zwei elektrische Leistungsübertragungsmechanismen, einen Planetenradsatz, eine Antriebskupplung und eine Abtriebskupplung aufweist. Eine Leistungsquelle führt der Antriebskupplung kontinuierlich Leistung zu, und die Abtriebskupplung ist mit einem Abtriebsmechanismus des Getriebes kontinuierlich verbindbar. Eines der Planetenradelemente steht mit einem der elektrischen Leistungsübertragungsmechanismen in kontinuierlicher Verbindung, und ein zweites Planetenradelement steht mit dem zweiten Leistungsübertragungsmechanismus in kontinuierlicher Verbindung. Die Kupplungen sind betreibbar, um die Antriebswelle in zwei Betriebsbereichen mit beiden Elementen des Planetenradsatzes in Verbindung zu bringen, und die Abtriebskupplung ist betreibbar, um zwei Elemente des Planetenradsatzes in zwei Betriebsbereichen mit der Abtriebswelle in Verbindung zu bringen.

Claims

Elektrisch variables Lastschaltgetriebe, umfassend: eine Antriebswelle (56, 156), einen ersten elektrischen Leistungsübertragungsmechanismus (18, 118), einen zweiten elektrischen Leistungsübertragungsmechanismus (20, 120), eine Antriebskupplung (24, 124), eine Abtriebskupplung (26, 126) und einen Planetenradsatz (22, 122) mit einem ersten Element (32, 134), einem zweiten Element (40, 140) und einem dritten Element (34, 132), eine Getriebeabtriebswelle (60, 160), wobei das erste Element (32, 134) mit dem ersten elektrischen Leistungsübertragungsmechanismus (18, 118) in kontinuierlicher Verbindung steht, und das zweite Element (40, 140) mit dem zweiten elektrischen Leistungsübertragungsmechanismus (20, 120) in kontinuierlicher Verbindung steht, wobei die Antriebskupplung (24, 124) selektiv betreibbar ist, um die Antriebswelle (56, 156) in einem ersten Betriebsbereich mit dem dritten Element (34, 132) und in einem zweiten Betriebsbereich mit dem zweiten Element (40, 140) in Verbindung zu bringen, und wobei die Abtriebskupplung (26, 126) selektiv betreibbar ist, um das zweite Element (40, 140) in dem ersten Betriebsbereich mit der Abtriebswelle (60, 160) in Verbindung zu bringen und das dritte Element (34, 132) in dem zweiten Betriebsbereich mit der Abtriebswelle (60, 160) in Verbindung zu bringen.
Elektrisch variables Lastschaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element des Planetenradsatzes (22) ein Sonnenrad (32) ist, das zweite Element ein Planetenträger (40) ist und das dritte Element ein Hohlrad (34) ist.
Lastschaltgetriebe für ein Kraftfahrzeug, umfassend: eine Antriebswelle (56, 156), einen ersten elektrischen Leistungsübertragungsmechanismus (18, 118), einen zweiten elektrischen Leistungsübertragungsmechanismus (20, 120), eine Antriebskupplung (24, 124), eine Abtriebskupplung (26, 126) und einen Planetenradsatz (22, 122) mit einem ersten Element (32, 134), einem zweiten Element (40, 140) und einem dritten Element (34, 132), eine Getriebeabtriebswelle (60, 160), wobei das erste Element (32, 134) mit dem ersten elektrischen Leistungsübertragungsmechanismus (18, 118) in kontinuierlicher Verbindung steht und das zweite Element (40, 140) mit dem zweiten elektrischen Leistungsübertragungsmechanismus (20, 120) in kontinuierlicher Verbindung steht, wobei die Antriebskupplung (24, 124) selektiv betreibbar ist, um die Antriebswelle (56, 156) in einem ersten Betriebsbereich mit dem dritten Element (34, 132) und in einem zweiten Betriebsbereich mit dem zweiten Element (40, 140) in Verbindung zu bringen, wobei die Abtriebskupplung (26, 126) selektiv betreibbar ist, um das zweite Element (40, 140) in dem ersten Betriebsbereich mit der Abtriebswelle (60, 160) in Verbindung zu bringen und das dritte Element (34, 132) in dem zweiten Betriebsbereich mit der Abtriebswelle (60, 160) in Verbindung zu bringen, einen Verbrennungsmotor (12, 112), der mit dem Antrieb (56, 156) des Getriebes (14, 114) in Verbindung steht, eine elektronische Steuereinheit (28, 128), die mit dem ersten und dem zweiten elektrischen Leistungsübertragungsmechanismus (18, 118, 20, 120) des Getriebes (14, 114) in Verbindung steht, und eine elektrische Speicherbatterie (30, 130, die mit der elektronischen Steuereinheit (28, 128) verbunden und in der Lage ist, elektrische Energie von den elektrischen Leistungsübertragungsmechanismen (18, 118, 20, 120) zu speichern, und in der Lage ist, Leistung für die elektrischen Leistungsübertragungsmechanismen (18, 118, 20, 120) zuzuführen.
Elektrisch variables Lastschaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element des Planetenradsatzes (122) ein Hohlrad (134) ist, das zweite Element ein Planetenträger (140) ist und das dritte Element ein Sonnenrad (132) ist.