DE102006044885A1

DE102006044885A1 - Kraftübertragungsstrang mit seriellem elektrischem Anfahrvermögen und mit durch elektrische Energie unterstütztem Leistungsvermögen

Info

Publication number: DE102006044885A1
Application number: DE102006044885A
Authority: DE
Inventors: Donald Carmel Klemen; Michael R. Carmel Schmidt
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2005-09-23
Filing date: 2006-09-22
Publication date: 2007-04-26
Anticipated expiration: 2026-09-23
Also published as: DE102006044885B4; US20070072723A1; US7833119B2

Abstract

Ein Kraftübertragungsstrang umfasst eine Maschine mit einem Maschinenabtriebselement wie etwa einer Kurbelwelle und einen ersten Motor/Generator mit einem ersten Läufer, der mit der Kurbelwelle für eine Drehung damit verbunden ist. Ein Getriebe umfasst ein Getriebeantriebselement, ein Getriebeabtriebselement und eine Differentialgetriebeanordnung, die das Getriebeantriebselement und das Getriebeabtriebselement selektiv miteinander verbindet. Mehrere Drehmomentübertragungsvorrichtungen können selektiv eingerückt werden, um mehrere feste Übersetzungsverhältnisse zwischen dem Getriebeantriebselement und dem Getriebeabtriebselement bereitzustellen. Ein zweiter Motor/Generator umfasst einen zweiten Läufer, der mit der Zahnradantriebanordnung verbunden ist, um an das Getriebeabtriebselement Drehmoment zu liefern. Das Getriebeantriebselement kann selektiv mit dem Maschinenabtriebselement und mit dem ersten Läufer verbunden werden, um zwischen einer Reihenhybridantriebsbetriebsart und einer Betriebsart mit festem Übersetzungsverhältnis des Kraftübertragungsstrangbetriebs zu wechseln. Ein entsprechendes Verfahren wird ebenfalls geschaffen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung bezieht sich auf Hybridkraftübertragungsstränge mit einer Maschine, einem Getriebe und zwei Motoren/Generatoren und ist durch eine Reihenhybridbetriebsart und durch eine Betriebsart mit festem Übersetzungsverhältnis charakterisiert.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Elektrisch variable Fahrzeuggetriebe (EVTs) wie etwa die im US-Patent Nr. 5,931,757 beschriebenen, nutzen zwei Elektromotoren/-generatoren. Die Elektromotoren/-generatoren sind mit einer Antriebswelle, die mit einer Maschine verbunden sein kann, mit einer Abtriebswelle und mit mehreren Planetenradsätzen, die jeweils ein erstes, ein zweites und ein drittes Element besitzen, koaxial orientiert. Jeder Motor/Generator ist mit einem jeweiligen Element eines der Planetenradsätze verbunden, um einen Bereich oder eine Betriebsart des Getriebebetriebs bereitzustellen, der/die durch ein stufenlos verstellbares Übersetzungsverhältnis zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle charakterisiert ist. Das stufenlos verstellbare Übersetzungsverhältnis ist proportional zur Drehzahl eines der Motoren/Generatoren.

In leichten Fahrzeugen, die Benzin- oder Wasserstoffmaschinen verwenden, können die elektrischen Reibungsverluste in den EVT-Motorwicklungen, im Eisen und in den Controllern bedeutender als in Schwerlastfahr zeugen werden. Wegen der Emissionen dürfen diese Maschinen nicht so drehzahlempfindlich sein, so dass es sein kann, dass einige der Vorteile eines elektrisch variablen Getriebes in sehr leichten Fahrzeugen im Vergleich zu Schwerlastfahrzeugen nicht so bedeutend sind.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es wird ein Fahrzeugkraftübertragungsstrang geschaffen, der eine Maschine mit einem Maschinenabtriebselement wie einer Kurbelwelle umfasst. Ein erster Motor/Generator besitzt einen ersten Läufer, der mit dem Maschinenabtriebselement für eine Drehung als eine Einheit verbunden ist. Ein Getriebe umfasst ein Getriebeantriebselement, ein Getriebeabtriebselement und einen Getriebezug mit mehreren Radelementen. Mit den Radelementen sind mehrere Drehmomentübertragungsvorrichtungen verbunden, die selektiv eingerückt werden können, um mehrere feste Übersetzungsverhältnisse zwischen dem Getriebeantriebselement und dem Getriebeabtriebselement bereitzustellen. Ein zweiter Motor/Generator umfasst einen zweiten Läufer, der mit einem der mehreren Radelemente für eine Drehung als eine Einheit verbunden ist.

Die Verbindung des ersten Läufers mit dem Getriebeabtriebselement ermöglicht eine Reihenhybridbetriebsart des Kraftübertragungsstrangbetriebs, bei der es wie etwa während eines Anfahrens des Fahrzeugs keine mechanische Verbindung zwischen dem Maschinenabtriebselement und dem Getriebeabtriebselement gibt. In der Reihenhybridbetriebsart wird dem zweiten Motor/Generator von einer Energiespeichervorrichtung und/oder von dem ersten Motor/Generator, während er durch das Maschinenabtriebselement angetrieben wird, elektrische Energie zugeführt. Das Maschinenabtriebselement und der erste Läufer sind selektiv mit dem Getriebeantriebselement verbindbar, um eine Betriebsart mit festem Über setzungsverhältnis des Kraftübertragungsstrangs mit einer mechanischen Verbindung zwischen dem Maschinenabtriebselement und dem Getriebeabtriebselement bereitzustellen.

Die Betriebsart mit festem Übersetzungsverhältnis ermöglicht die Leistungsübertragung von der Maschine auf das Getriebeabtriebselement ohne Eingriff der Motoren/Generatoren und beseitigt oder minimiert dadurch elektrische Verluste. Darüber hinaus kann der erste Motor/Generator erheblich kleiner sein als die Motoren/Generatoren, die in anderen elektrisch variablen Getrieben üblicherweise verwendet werden. Die Direktverbindung des ersten Motors/Generators mit dem Maschinenabtriebselement ermöglicht, dass der erste Motor/Generator die Maschine anlässt.

Der erste Motor/Generator kann für die Maschinen-Trägheitsenergieabsorption verwendet werden, wodurch der erste Motor/Generator während Schaltvorgängen zwischen festen Übersetzungsverhältnissen Leistung von der Maschine aufnimmt. Der erste Motor/Generator wandelt mechanische Energie von der Maschine in elektrische Energie um, die daraufhin in einer Energiespeichervorrichtung gespeichert und später für die Leistungsversorgung der Elektromotoren/-generatoren verwendet wird. Die Maschinen-Trägheitsenergieabsorption ermöglicht eine Verringerung der Kupplungsgröße und des Kupplungsverschleißes. Eine verringerte Kupplungsgröße führt zu verringerten Rotationsverlusten in dem Getriebe.

Die obigen Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen leicht aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Ausführungsarten der Erfindung hervor, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen genommen wird.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine schematische Darstellung eines Kraftübertragungsstrangs, der die Konzepte der vorliegenden Erfindung verkörpert;

2 ist eine Wahrheitstabelle fester Übersetzungsverhältnisse für das Getriebe des in 1 gezeigten Kraftübertragungsstrangs;

3 ist eine schematische Darstellung einer alternativen Kraftübertragungsstrangkonfiguration, die die Konzepte der vorliegenden Erfindung verkörpert;

4 ist eine Wahrheitstabelle fester Übersetzungsverhältnisse für das Getriebe des in 3 gezeigten Kraftübertragungsstrangs;

5 ist eine schematische Darstellung einer weiteren alternativen Kraftübertragungsstrangkonfiguration, die die Konzepte der vorliegenden Erfindung verkörpert; und

6 ist eine Wahrheitstabelle fester Übersetzungsverhältnisse für das Getriebe des in 5 gezeigten Kraftübertragungsstrangs.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In 1 ist schematisch ein Fahrzeugkraftübertragungsstrang 10 gezeigt. Der Kraftübertragungsstrang 10 umfasst eine Maschine 11 und ein Getriebe 12. Das Getriebe 12 umfasst einen ersten, einen zweiten und einen dritten Planetenradsatz 14, 16, 18, die jeweils ein erstes, ein zweites und ein drittes Element besitzen. Genauer umfasst der erste Planetenradsatz 14 ein Sonnenradelement 20, ein Hohlradelement 22 und eine Planeten trägeranordnung 24. Der erste Planetenradsatz 14 ist ein Verbund, so dass die Planetenträgeranordnung 24 drehbar einen ersten Satz von Planetenrädern 26A lagert, die mit dem Sonnenradelement 20 in Eingriff sind. Außerdem lagert die Planetenträgeranordnung 24 drehbar einen zweiten Satz von Planetenrädern 26B, die mit dem ersten Satz von Planetenrädern 26A und mit dem Hohlradelement 22 in Eingriff sind.
Der zweite Planetenradsatz 16 umfasst ein Sonnenradelement 28, ein Hohlradelement 22 und eine Planetenträgeranordnung 30. Es wird angemerkt, dass das Hohlradelement 22 sowohl für den ersten als auch für den zweiten Planetenradsatz 14, 16 gemeinsam ist. Dementsprechend sind das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes 14 und das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes 16 für eine Drehung als eine Einheit verbunden. Die Planetenträgeranordnung 30 lagert drehbar Planetenräder 32, die mit dem Hohlradelement 22 und mit dem Sonnenradelement 28 in Eingriff sind. Die Planetenträgeranordnung 24 ist mit der Planetenträgeranordnung 30 für eine Drehung als eine Einheit damit verbunden. Alternativ und im Umfang der beanspruchten Erfindung können die Planetenradsätze 14, 16 eine gemeinsame Trägeranordnung, die drehbar die Planetenräder 26A, 26B und 32 lagert, gemeinsam nutzen.
Der dritte Planetenradsatz 18 umfasst ein Sonnenradelement 34, ein Hohlradelement 36 und eine Planetenträgeranordnung 38. Die Planetenträgeranordnung 38 lagert drehbar Planetenräder 40, die mit dem Hohlradelement 36 und mit dem Sonnenradelement 34 in Eingriff sind. Es wird angemerkt, dass sich das erste, das zweite und das dritte Element der Planetenradsätze dort, wo sie in den Ansprüchen verwendet werden, nicht notwendig auf ein Element eines besonderen Typs beziehen; somit kann z. B. ein erstes Element irgendeines eines Hohlradelements, eines Sonnenradelements oder einer Planetenträgeranordnung sein. Ähnlich können das jeweilige erste, zweite oder dritte Element von zwei oder mehr Radsätzen, wie sie in den Ansprüchen verwendet werden, zwei oder mehr Radsätze des gleichen Elementtyps sein oder nicht sein.
Außerdem umfasst der Kraftübertragungsstrang 10 einen ersten Elektromotor/-generator 42 und einen zweiten Elektromotor/-generator 46. Um den Motoren/Generatoren 42, 46 Strom zuzuführen, wenn sie in einer Motorbetriebsart arbeiten, und um von den Motoren/Generatoren 42, 46 Ladestrom zu empfangen, wenn sie in einer Erzeugungsbetriebsart arbeiten, ist eine Elektrospeichervorrichtung wie etwa eine Batterie 48 vorgesehen. Eine elektronische Steuereinheit (ECU) 50, die einen mikroprozessorgestützten Controller und eine geeignete Wechselrichter-Schaltungsanordnung umfasst, koppelt die Batterie 48 mit den Motoren/Generatoren 42, 46 und steuert diese in Reaktion auf verschiedene Eingangssignale einschließlich des Fahrer-Drehimpulsanforderungssignals (nicht gezeigt) und des Abtriebswellen-Drehzahlsignals (nicht gezeigt). In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Motoren/Generatoren 42, 46 als Induktionsmaschinen konfiguriert, obgleich weitere Konfigurationen ebenfalls möglich sind. Der erste Elektromotor/-generator 42 umfasst einen Ständer 52, der starr an einem feststehenden Element wie etwa einem Getriebegehäuse 54 befestigt ist. Außerdem umfasst der erste Elektromotor/-generator 42 einen Läufer 56. Der Läufer 56 ist ununterbrochen im Wesentlichen mit der Kurbelwelle 58 der Maschine 11 für eine Drehung als eine Einheit damit verbunden.
Der zweite Elektromotor/-generator 46 umfasst einen Ständer 60, der an dem Gehäuse 54 befestigt ist, und einen Läufer 62. Der Läufer 62 ist über ein Verbindungselement wie etwa eine Verbindungsmuffe 64 mit dem Sonnenradelement 34 und mit dem Sonnenradelement 20 für eine Drehung als eine Einheit damit verbunden.
Die Planetenträgeranordnung 24 ist mit der Hauptwelle 66 für eine Drehung damit verbunden. Die Planetenträgeranordnung 38 ist mit einem Abtriebselement wie etwa einer Abtriebswelle 68 für eine Drehung damit verbunden. Ein Antriebselement wie etwa eine Antriebswelle 70 ist mit dem Hohlradelement 22 für eine Drehung damit verbunden. Die Antriebswelle 70, die Abtriebswelle 68, die Verbindungsmuffe 64 und die Welle 66 sind um eine gemeinsame Achse drehbar. Die Motoren/Generatoren 42, 46 und die Planetenradsätze 14, 16, 18 sind koaxial um die gemeinsame Achse ausgerichtet.
Ferner umfasst das Getriebe 12 mehrere selektiv einrückbare Drehmomentübertragungsvorrichtungen oder Kupplungen C1-C6. Insbesondere ist die Kupplung C1 eine Bremse, die so konfiguriert ist, dass sie selektiv das Hohlradelement 36 mit dem Gehäuse 54 koppelt. Die Kupplung C2 koppelt selektiv die Welle 66 und die Planetenträgeranordnungen 24, 30 des ersten und des zweiten Planetenradsatzes 14, 16 mit der Planetenträgeranordnung 38 des dritten Planetenradsatzes 18 und dementsprechend mit der Abtriebswelle 68 für eine Drehung als eine Einheit. Die Kupplung C3 ist eine Bremse, die so konfiguriert ist, dass sie selektiv die Verbindungsmuffe 64 und somit den Läufer 62 des zweiten Elektromotors/-generators 46, das Sonnenradelement 20 des ersten Planetenradsatzes 14 und das Sonnenradelement 34 des dritten Planetenradsatzes 18 mit dem Gehäuse 54 koppelt. Die Kupplung C4 ist so konfiguriert, dass sie das Hohlradelement 22 und das Sonnenradelement 28 selektiv für eine Drehung als eine Einheit koppelt. Die Kupplung C5 kann selektiv eingerückt werden, um den Läufer 56 und die Kurbelwelle 58 mit dem Antriebselement 70 des Getriebes 12 im Wesentlichen für eine Drehung als eine Einheit damit zu verbinden. Das Antriebselement 70 kann durch die Kurbelwelle 58 und durch den Läufer 56 direkt angetrieben werden oder zwi schen dem Läufer 56 und dem Antriebselement 70 kann ein Übergangsdrehmomentdämpfer (nicht gezeigt) enthalten sein. Ein Beispiel eines Übergangsdrehmomentdämpfers des für die vorliegende Nutzung empfohlenen Typs ist ausführlich im US-Pat. Nr. 5,009,221, erteilt am 23. April 1991 an Spitler, offenbart, dessen Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme vollständig mit eingeschlossen ist. Die Kupplung C6 ist eine Bremse, die so konfiguriert ist, dass sie selektiv das Sonnenradelement 28 mit dem Gehäuse 54 koppelt.
Die ECU 50 ist so konfiguriert, dass sie den Eingriff der Drehmomentübertragungsvorrichtungen C1-C6 über hydraulische Betätigung auf eine vom Fachmann auf dem Gebiet verstandene Weise steuert. Nach den
1 und 2 ist die ECU 50 so programmiert, dass sie während des Anfahrens des Fahrzeugs, d. h., wenn das Fahrzeug, in dem der Kraftübertragungsstrang 10 eingebaut ist, in Ruhe ist, eine Reihenbetriebsart bereitstellt. In der Reihenbetriebsart ist die Kupplung C1 eingerückt, sind die Kupplungen C2-C6 ausgerückt und führt der Motor/Generator 46 der Abtriebswelle 68 über den dritten Planetenradsatz 18 ein Drehmoment zu. Die elektrische Leistung für den Antrieb des Motors/Generators 46 kann von der Batterie 48, vom Motor/Generator 42 (der durch die Maschine 11 angetrieben wird) oder von einer Kombination sowohl der Batterie als auch des Motors/Generators 42 geliefert werden. Die Reihenbetriebsart ist durch die Abwesenheit einer mechanischen Verbindung zwischen der Maschine 11 und der Abtriebswelle 68 charakterisiert. Es wird angemerkt, dass sich die einer Reihenbetriebsart in den Figuren zugeordneten Übersetzungsverhältnisse auf das Übersetzungsverhältnis zwischen dem zweiten Motor/Generator 46 und dem Abtriebselement 68 beziehen.
Nach der Reihenbetriebsart ist die ECU 50 so programmiert, dass sie zu einem Zeitpunkt, der durch Eingaben wie etwa den Drehmomentbedarf und die Abtriebswellendrehzahl bestimmt ist, das Einrücken der Kupplung C5 veranlasst, um die Antriebswelle 70 und dementsprechend das Hohlradelement 22 mit dem Läufer 56 und mit der Kurbelwelle 58 zu verbinden. Daraufhin steuert die ECU 50 die Drehzahl der Maschine 11 so, dass die Drehzahl der Kupplung C4 synchronisiert; daraufhin wird die Kupplung C4 angewendet, um die Maschine 11 über ein erstes festes Übersetzungsverhältnis mechanisch mit der Abtriebswelle 68 zu verbinden. Der erste Motor/Generator 42, der zweite Motor/Generator 46 oder beide können ein Drehmoment bereitstellen, um die Gesamtleistungsabgabe an die Räder des Fahrzeugs zu erhöhen.
Das Getriebe 12 ist durch sechs feste Übersetzungsverhältnisse charakterisiert. Wenn die Kupplungen C1, C6 und C5 eingerückt sind und die Kupplungen C2-C4 ausgerückt sind, wird ein zweites festes Übersetzungsverhältnis erzielt. Wenn die Kupplungen C1, C2 und C5 eingerückt sind und die Kupplungen C3, C4 und C6 ausgerückt sind, wird ein drittes festes Übersetzungsverhältnis erzielt. Wenn die Kupplungen C2, C6 und C5 eingerückt sind und die Kupplungen C1, C3 und C4 ausgerückt sind, wird ein viertes festes Übersetzungsverhältnis erzielt. Wenn die Kupplungen C2, C4 und C5 eingerückt sind und die Kupplungen C1, C3 und C6 ausgerückt sind, wird ein fünftes festes Übersetzungsverhältnis erzielt. Wenn die Kupplungen C2, C3 und C5 eingerückt sind und die Kupplungen C1, C4 und C6 ausgerückt sind, wird ein sechstes festes Übersetzungsverhältnis erzielt. Das Schalten von dem ersten festen Übersetzungsverhältnis bis zum sechsten festen Übersetzungsverhältnis ist asynchron.
Die ECU 50 kann veranlassen, dass der erste Motor/Generator 42 während Schaltvorgängen als ein Generator arbeitet, um die Schaltträgheitsenergie in elektrische Energie umzuwandeln, die in der Batterie 48 gespei chert wird. Daraufhin kann die Energie nach dem Schalten von der Batterie freigesetzt werden. Genauer kann der Motor/Generator 42 während der Zeit, in der eine ausrückende Kupplung ihren Eingriff verloren hat und bevor eine einrückende Kupplung ihren Eingriff erreicht hat, Leistung von der Maschine 11 in elektrische Energie umwandeln, anstatt zuzulassen, dass die Leistung in den Kupplungen als Wärme abgeleitet wird.
Ferner stellt der Motor/Generator 42 ein direktes Mittel zum Anlassen der Maschine 11 über die Kurbelwelle 58 bereit, um Schwingungsprobleme zu verringern.
Nach 3, in der sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Komponenten wie in 1 beziehen, umfasst der Kraftübertragungsstrang 110 die Konfiguration eines alternativen Getriebes 112. Das Getriebe 112 umfasst einen ersten, einen zweiten und einen dritten Planetenradsatz 114, 116, 118, die jeweils ein erstes, ein zweites und ein drittes Element besitzen. Genauer umfasst der erste Planetenradsatz 114 ein Sonnenradelement 120, ein Hohlradelement 122 und eine Planetenträgeranordnung 124. Die Planetenträgeranordnung 124 lagert drehbar einen Satz von Planetenrädern 126, die mit dem Sonnenradelement 120 und mit dem Hohlradelement 122 in Eingriff sind.
Der zweite Planetenradsatz 116 umfasst ein Sonnenradelement 128, ein Hohlradelement 129 und eine Planetenträgeranordnung 130. Die Planetenträgeranordnung 130 lagert drehbar Planetenräder 132, die mit dem Hohlradelement 129 und mit dem Sonnenradelement 128 in Eingriff sind.
Der dritte Planetenradsatz 118 umfasst ein Sonnenradelement 134, ein Hohlradelement 136 und eine Planetenträgeranordnung 138. Die Plane tenträgeranordnung lagert drehbar Planetenräder 140, die mit dem Hohlradelement 136 und mit dem Sonnenradelement 134 in Eingriff sind.
Außerdem umfasst das Getriebe 112 einen ersten Elektromotor/-generator 42 und einen zweiten Elektromotor/-generator 46. Es ist eine elektrische Speichervorrichtung wie etwa die in 1 bei 48 gezeigte Batterie vorgesehen, um den Motoren/Generatoren 42, 46 Strom zuzuführen, wenn sie in einer Motorbetriebsart arbeiten, und um Ladestrom von den Motoren/Generatoren 42, 46 zu empfangen, wenn sie in einer Generatorbetriebsart arbeiten. Eine elektronische Steuereinheit (in 3 nicht gezeigt) koppelt die Batterie mit den Motoren/Generatoren 42, 46 und steuert diese in Reaktion auf verschiedene Eingangssignale einschließlich des Fahrer-Drehmomentanforderungssignals (nicht gezeigt) und des Abtriebswellen-Drehzahlsignals (nicht gezeigt). Der erste Elektromotor/-generator 42 umfasst einen Ständer 52, der starr an einem feststehenden Element wie etwa dem Getriebegehäuse 54 befestigt ist. Außerdem umfasst der erste Elektromotor/-generator 42 einen Läufer 56. Der Läufer 56 ist mit der Kurbelwelle 58 der Maschine 11 für eine Drehung damit verbunden.
Der zweite Elektromotor/-generator 46 umfasst einen Ständer 60, der an dem Gehäuse 54 befestigt ist, und einen Läufer 62. Der Läufer 62 ist über ein Verbindungselement wie etwa eine Verbindungsmuffe 164 mit dem Sonnenradelement 134 und mit dem Sonnenradelement 128 für eine Drehung als eine Einheit damit verbunden.
Die Planetenträgeranordnung 124 und die Planetenträgeranordnung 130 sind mit der Hauptwelle 166 für eine Drehung damit verbunden. Die Sonnenradelemente 128, 134 und der Läufer 62 sind mit der Verbindungsmuffe 164 für eine Drehung damit verbunden. Das Sonnenradelement 120 ist mit dem Hohlradelement 129 für eine Drehung damit verbunden. Die Planetenträgeranordnung 138 ist mit einem Antriebselement wie etwa der Abtriebswelle 68 für eine Drehung damit verbunden. Ein Antriebselement wie etwa die Antriebswelle 70 ist mit dem Hohlradelement 122 für eine Drehung damit verbunden.
Ferner umfasst das Getriebe 112 mehrere selektiv einrückbare Drehmomentübertragungsvorrichtungen oder Kupplungen C1-C6. Insbesondere ist die Kupplung C1 eine Bremse, die so konfiguriert ist, dass sie selektiv das Hohlradelement 136 mit dem Gehäuse 54 koppelt. Die Kupplung C2 koppelt selektiv die Welle 166, die Planetenträgeranordnung 124 des ersten Planetenradsatzes 114 und den Planetenträger 130 des zweiten Planetenradsatzes 116 für eine Drehung als eine Einheit mit der Planetenträgeranordnung 138 des dritten Planetenradsatzes und dementsprechend mit der Abtriebswelle 68. Die Kupplung C3 ist eine Bremse, die so konfiguriert ist, dass sie selektiv die Verbindungsmuffe 164 und somit den Läufer 62 des zweiten Elektromotors/-generators 46, das Sonnenradelement 128 des zweiten Planetenradsatzes 114 und das Sonnenradelement 134 des dritten Planetenradsatzes 118 mit dem Gehäuse 54 koppelt. Die Kupplung C4 ist so konfiguriert, dass sie selektiv das Hohlradelement 129 und das Sonnenradelement 120 mit der Verbindungsmuffe 164 für eine Drehung als eine Einheit koppelt. Die Kupplung C5 kann selektiv eingerückt werden, um den Läufer 56 und die Kurbelwelle 58 mit dem Antriebselement 70 des Getriebes 112 im Wesentlichen für eine Drehung als eine Einheit damit zu verbinden. Die Kupplung C6 ist eine Bremse, die so konfiguriert ist, das sie selektiv das Sonnenradelement 120 und das Hohlradelement 129 mit dem Gehäuse 54 koppelt.
Nach den 3 und 4 ist die ECU so programmiert, dass sie eine Reihenbetriebsart bereitstellt, in der die Kupplung C1 eingerückt ist, die Kupplungen C2-C6 ausgerückt sind und der Motor/Generator 46 der Ab triebswelle 68 über den dritten Planetenradsatz 118 ein Drehmoment zuführt. Die elektrische Leistung für den Antrieb des Motors/Generators 46 kann von der Batterie, vom Motor/Generator 42 (angetrieben durch die Maschine 11) oder von einer Kombination sowohl der Batterie als auch des Motors/Generators 42 geliefert werden.
Die ECU ist so programmiert, dass sie zu einem vorgegebenen Zeitpunkt basierend auf Eingaben wie etwa dem Drehmomentbedarf und der Abtriebswellendrehzahl die Antriebswelle 70 und dementsprechend das Hohlradelement 122 mit dem Läufer 56 und mit der Kurbelwelle verbindet, um das Einrücken der Kupplung C5 zu veranlassen. Daraufhin steuert die ECU die Drehzahl der Maschine 11 so, dass die Drehzahl der Kupplung C4 synchronisiert; daraufhin wird die Kupplung C4 angewendet, um die Maschine 11 über ein erstes festes Übersetzungsverhältnis mechanisch mit der Abtriebswelle 68 zu verbinden. Der erste Motor/Generator 42, der zweite Motor/Generator 46 oder beide können ein Drehmoment bereitstellen, um die Gesamtleistungsabgabe an die Räder des Fahrzeugs zu erhöhen.
Das Getriebe 112 ist durch sechs feste Übersetzungsverhältnisse charakterisiert. Wenn die Kupplungen C1, C6 und C5 eingerückt sind und die Kupplungen C2-C4 ausgerückt sind, wird ein zweites festes Übersetzungsverhältnis erzielt. Wenn die Kupplungen C1, C2 und C5 eingerückt sind und die Kupplungen C3, C4 und C6 ausgerückt sind, wird ein drittes festes Übersetzungsverhältnis erzielt. Wenn die Kupplungen C2, C6 und C5 eingerückt sind und die Kupplungen C1, C3 und C4 ausgerückt sind, wird ein viertes festes Übersetzungsverhältnis erzielt. Wenn die Kupplungen C2, C4 und C5 eingerückt sind und die Kupplungen C1, C3 und C6 ausgerückt sind, wird ein fünftes festes Übersetzungsverhältnis erzielt. Wenn die Kupplungen C2, C3 und C5 eingerückt sind und die Kupplun gen C1, C4 und C6 ausgerückt sind, wird ein sechstes festes Übersetzungsverhältnis erzielt. Das Schalten von dem ersten festen Übersetzungsverhältnis bis zum sechsten festen Übersetzungsverhältnis ist asynchron.
Nach 5 ist der Kraftübertragungsstrang 210 abgesehen davon, dass die Kupplung C4 andere Radelemente miteinander verbindet, ähnlich dem Kraftübertragungsstrang aus 1. Genauer umfasst der erste Planetenradsatz 214 ein Sonnenradelement 220, ein Hohlradelement 222 und eine Planetenträgeranordnung 224. Der erste Planetenradsatz 214 ist ein Verbund, so dass die Planetenträgeranordnung 224 drehbar einen ersten Satz von Planetenrädern 226A lagert, die mit dem Sonnenradelement 220 in Eingriff sind. Außerdem lagert die Planetenträgeranordnung 224 drehbar einen zweiten Satz von Planetenrädern 226B, die mit dem ersten Satz von Planetenrädern 226A und mit dem Hohlradelement 222 in Eingriff sind.
Der zweite Planetenradsatz 216 umfasst ein Sonnenradelement 228, ein Hohlradelement 222 und eine Planetenträgeranordnung 230. Die Planetenträgeranordnung 230 lagert drehbar Planetenräder 232, die mit dem Hohlradelement 222 und mit dem Sonnenradelement 228 in Eingriff sind. Die Planetenträgeranordnung 224 ist mit der Planetenträgeranordnung 230 im Wesentlichen für eine Drehung als eine Einheit damit verbunden.
Der dritte Planetenradsatz 218 umfasst ein Sonnenradelement 234, ein Hohlradelement 236 und eine Planetenträgeranordnung 238. Die Planetenträgeranordnung 238 lagert drehbar Planetenräder 240, die mit dem Hohlradelement 236 und mit dem Sonnenradelement 234 in Eingriff sind.
Außerdem umfasst der Kraftübertragungsstrang 210 einen ersten Elektromotor/-generator 42 und einen zweiten Elektromotor/-generator 46. Um den Motoren/Generatoren 42, 46 Strom zuzuführen, wenn sie in einer Motorbetriebsart arbeiten, und um von den Motoren/Generatoren 42, 46 Ladestrom zu empfangen, wenn sie in einer Erzeugungsbetriebsart arbeiten, ist eine Elektrospeichervorrichtung wie etwa eine Batterie 48 vorgesehen. Eine ECU 50 koppelt die Batterie 48 mit den Motoren/Generatoren 42, 46 und steuert diese in Reaktion auf verschiedene Eingangssignale einschließlich des Fahrer-Drehimpulsanforderungssignals (nicht gezeigt) und des Abtriebswellen-Drehzahlsignals (nicht gezeigt).
Der erste Elektromotor/-generator 42 umfasst einen Ständer 52, der starr an einem feststehenden Element wie etwa einem Getriebegehäuse 54 befestigt ist. Außerdem umfasst der erste Elektromotor/-generator 42 einen Läufer 56. Der Läufer 56 ist mit der Kurbelwelle 58 der Maschine 11 für eine Drehung damit verbunden. Der zweite Elektromotor/-generator 46 umfasst einen Ständer 60, der an dem Gehäuse 54 befestigt ist, und einen Läufer 62. Der Läufer 62 ist über ein Verbindungselement wie etwa eine Verbindungsmuffe 264 mit dem Sonnenradelement 234 und mit dem Sonnenradelement 220 für eine Drehung als eine Einheit damit verbunden.
Die Planetenträgeranordnung 224 ist mit der Hauptwelle 266 für eine Drehung damit verbunden. Die Planetenträgeranordnung 238 ist mit einem Abtriebselement wie etwa einer Abtriebswelle 68 für eine Drehung damit verbunden. Ein Antriebselement 270 ist mit dem Hohlradelement 222 für eine Drehung damit verbunden. Die Antriebswelle 270, die Abtriebswelle 68, die Verbindungsmuffe 264 und die Welle 266 sind um eine gemeinsame Achse drehbar. Die Motoren/Generatoren 42, 46 und die Planetenradsätze 214, 216, 218 sind koaxial um die gemeinsame Achse ausgerichtet.
Ferner umfasst das Getriebe 212 mehrere selektiv einrückbare Drehmomentübertragungsvorrichtungen oder Kupplungen C1-C6. Insbesondere ist die Kupplung C1 eine Bremse, die so konfiguriert ist, dass sie selektiv das Hohlradelement 236 mit dem Gehäuse 54 koppelt. Die Kupplung C2 koppelt selektiv die Welle 266 und die Planetenträgeranordnung 224 mit der Planetenträgeranordnung 238 des dritten Planetenradsatzes und dementsprechend mit der Abtriebswelle 68 für eine Drehung als eine Einheit. Die Kupplung C3 ist eine Bremse, die so konfiguriert ist, dass sie selektiv die Verbindungsmuffe 264 und somit den Läufer 62 des zweiten Elektromotors/-generators 46, das Sonnenradelement 220 des ersten Planetenradsatzes 214 und das Sonnenradelement 234 des dritten Planetenradsatzes 218 mit dem Gehäuse 54 koppelt. Die Kupplung C4 ist so konfiguriert, dass sie selektiv das Sonnenradelement 228 mit der Verbindungsmuffe 264 und dementsprechend mit dem Läufer 62, mit dem Sonnenradelement 220 und mit dem Sonnenradelement 234 für eine Drehung als eine Einheit koppelt. Die Kupplung C5 kann selektiv eingerückt werden, um den Läufer 56 und die Kurbelwelle 58 mit dem Antriebselement 270 des Getriebes 212 im Wesentlichen für eine Drehung als eine Einheit damit zu verbinden. Die Kupplung C6 ist eine Bremse, die so konfiguriert ist, dass sie selektiv das Sonnenradelement 228 mit dem Gehäuse 54 koppelt.
Die ECU 50 ist so konfiguriert, dass sie den Eingriff der Drehmomentübertragungsvorrichtungen C1-C6 über hydraulische Betätigung auf eine vom Fachmann auf dem Gebiet verstandene Weise steuert. Nach den
5 und 6 ist die ECU 50 so programmiert, dass sie während des Anfahrens des Fahrzeugs eine Reihenbetriebsart und nach der Reihenbetriebsart eine Betriebsart mit festem Übersetzungsverhältnis bereitstellt. Das Kupplungseinrücken für die Reihenbetriebsart und für die Betriebsart mit festem Übersetzungsverhältnis sind für den Kraftübertragungsstrang 210 aus 5 und für den Kraftübertragungsstrang 10 aus 1 gleich.
Obgleich ausführlich die besten Ausführungsarten der Erfindung beschrieben worden sind, erkennt der Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich diese Erfindung bezieht, verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen, um die Erfindung im Umfang der beigefügten Ansprüche zu verwirklichen.

Claims

Fahrzeugkraftübertragungsstrang, der umfasst: eine Maschine, die ein Maschinenabtriebselement umfasst; einen ersten Motor/Generator, der einen ersten Läufer umfasst, der mit dem Maschinenabtriebselement für eine Drehung damit verbunden ist; und ein Getriebe, das umfasst: ein Getriebeantriebselement, das selektiv mit dem Maschinenabtriebselement und mit dem ersten Läufer für eine Drehung damit verbunden werden kann, ein Getriebeabtriebselement, einen Getriebezug mit mehreren Radelementen, der so konfiguriert ist, dass er das Getriebeantriebselement und das Getriebeabtriebselement selektiv miteinander verbindet, mehrere Drehmomentübertragungsvorrichtungen, die selektiv eingerückt werden können, um zwischen dem Getriebeantriebselement und dem Getriebeabtriebselement mehrere feste Übersetzungsverhältnisse bereitzustellen, und einen zweiten Motor/Generator, der einen zweiten Läufer umfasst, der mit einem der mehreren Radelemente für eine Drehung damit verbunden ist.
Kraftübertragungsstrang nach Anspruch 1, der ferner eine Steuereinheit umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie selektiv eine Reihenbetriebsart veranlasst, gekennzeichnet durch die Abwesenheit einer mechanischen Verbindung zwischen dem Maschinenabtriebselement und dem Getriebeabtriebselement, wobei der zweite Motor/Generator Drehmoment an das eine der mehreren Radelemente liefert.
Kraftübertragungsstrang nach Anspruch 2, bei dem die Steuereinheit so konfiguriert ist, dass sie veranlasst, dass das Maschinenabtriebselement Drehmoment an den ersten Läufer liefert, wodurch der erste Motor/Generator während der Reihenbetriebsart elektrische Energie erzeugt.
Kraftübertragungsstrang nach Anspruch 3, bei dem die durch den ersten Motor/Generator erzeugte elektrische Energie dem zweiten Motor/Generator zugeführt wird.
Kraftübertragungsstrang nach Anspruch 3, der ferner eine Energiespeichervorrichtung umfasst, die mit dem ersten und mit dem zweiten Motor/Generator verbunden ist; und bei dem die Steuereinheit so konfiguriert ist, dass sie selektiv den Fluss von elektrischer Energie zwischen dem ersten Motor/Generator, dem zweiten Motor/Generator und der Energiespeichervorrichtung steuert.
Kraftübertragungsstrang nach Anspruch 1, bei dem der Getriebezug einen ersten, einen zweiten und einen dritten Planetenradsatz umfasst, die jeweils ein jeweiliges erstes, zweites und drittes Element besitzen; wobei das erste Element des ersten Planetenradsatzes mit dem Getriebeantriebselement für eine Drehung damit verbunden ist; das erste Element des zweiten Planetenradsatzes mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes für eine Drehung damit verbunden ist; das zweite Element des ersten Planetenradsatzes mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes für eine Drehung damit verbunden ist; das erste Element des dritten Planetenradsatzes mit dem Getriebeabtriebselement für eine Drehung damit verbunden ist; und das zweite Element des dritten Planetenradsatzes mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes und mit dem zweiten Läufer für eine Drehung damit verbunden ist.
Kraftübertragungsstrang nach Anspruch 6, der ferner ein feststehendes Element umfasst; und wobei die mehreren Drehmomentübertragungsvorrichtungen umfassen: eine erste Drehmomentübertragungsvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie selektiv das dritte Element des dritten Planetenradsatzes mit dem feststehenden Element verbindet; eine zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie selektiv das zweite Element des ersten Planetenradsatzes und das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes mit dem ersten Element des dritten Planetenradsatzes und mit der Getriebeabtriebswelle für eine Drehung als eine Einheit verbindet; eine dritte Drehmomentübertragungsvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie selektiv das dritte Element des ersten Planetenradsatzes, das zweite Element des dritten Planetenradsatzes und den zweiten Läufer mit dem feststehenden Element verbindet; eine vierte Drehmomentübertragungsvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie selektiv das erste Element des ersten Planetenradsatzes und das erste Element des zweiten Planetenradsatzes mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes für eine Drehung als eine Einheit verbindet; eine fünfte Drehmomentübertragungsvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie selektiv das Maschinenabtriebselement und den ersten Läufer mit dem Getriebeantriebselement für eine Drehung als eine Einheit verbindet; und eine sechste Drehmomentübertragungsvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie selektiv das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes mit dem feststehenden Element verbindet.
Kraftübertragungsstrang nach Anspruch 7, bei dem das erste Element des ersten Planetenradsatzes ein Hohlradelement ist; bei dem das zweite Element des ersten Planetenradsatzes eine Planetenträgeranordnung ist; bei dem das dritte Element des ersten Planetenradsatzes ein Sonnenradelement ist; bei dem das erste Element des zweiten Planetenradsatzes ein Hohlradelement ist; bei dem das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes eine Planetenträgeranordnung ist; bei dem das erste Element des dritten Planetenradsatzes eine Planetenträgeranordnung ist; bei dem das zweite Element des dritten Planetenradsatzes ein Sonnenradelement ist; und bei dem das dritte Element des dritten Planetenradsatzes ein Hohlradelement ist.
Kraftübertragungsstrang nach Anspruch 2, bei dem die Steuereinheit so konfiguriert ist, dass sie selektiv die Verbindung des ersten Läufers und des Maschinenabtriebselements mit dem Getriebeantriebselement veranlasst, um eine Betriebsart mit festem Übersetzungsverhältnis zu ermöglichen.
Kraftübertragungsstrang nach Anspruch 9, bei dem die Steuereinheit so konfiguriert ist, dass sie während der Betriebsart mit festem Übersetzungsverhältnis selektiv das Einrücken und das Ausrücken ausgewählter der mehreren Drehmomentübertragungsvorrichtungen veranlasst, um dadurch zwischen den mehreren festen Übersetzungsverhältnissen zu schalten.
Kraftübertragungsstrang nach Anspruch 10, bei dem die Steuereinheit so konfiguriert ist, dass sie veranlasst, dass der erste Motor/Generator während des Einrückens und Ausrückens ausgewählter der mehreren Drehmomentübertragungsvorrichtungen als ein Generator arbeitet, um Schaltträgheitsenergie aufzunehmen.
Verfahren zum Steuern eines Kraftübertragungsstrangs, wobei das Verfahren umfasst: Veranlassen, dass ein Maschinenabtriebselement Drehmoment an den Läufer eines ersten Motors/Generators liefert, so dass der erste Motor/Generator elektrische Energie erzeugt, während das Maschinenabtriebselement und der Läufer nicht mechanisch mit einem Getriebeantriebselement verbunden sind; und Zuführen der elektrischen Energie zu einem zweiten Motor/Generator, so dass der zweite Motor/Generator über einen Getriebezug mit mehreren Planetenradsätzen, die das Getriebeantriebselement und ein Getriebeabtriebselement selektiv miteinander verbinden, Drehmoment an das Getriebeabtriebselement liefert.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner das Verbinden des Maschinenabtriebselements und des Läufers mit dem Getriebeantriebselement nach dem Zuführen der elektrischen Energie zu einem zweiten Motor/Generator umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner umfasst: Schalten aus einem ersten festen Übersetzungsverhältnis zwischen dem Getriebeantriebselement und dem Getriebeabtriebselement in ein zweites festes Übersetzungsverhältnis zwischen dem Getriebeantriebselement und dem Getriebeabtriebselement durch Ausrücken einer ers ten Drehmomentübertragungsvorrichtung und Einrücken einer zweiten Drehmomentübertragungsvorrichtung; und Veranlassen, dass der erste Motor/Generator während des Schaltens aus einem ersten festen Übersetzungsverhältnis zwischen dem Getriebeantriebselement und dem Getriebeabtriebselement in ein zweites festes Übersetzungsverhältnis zwischen dem Getriebeantriebselement und dem Getriebeabtriebselement als ein Generator arbeitet.
Fahrzeugkraftübertragungsstrang, der umfasst: eine Maschine, die ein Maschinenabtriebselement umfasst; einen Generator mit einem ersten Läufer, der mit dem Maschinenabtriebselement im Wesentlichen für eine Drehung als eine Einheit damit verbunden ist; ein Getriebe, das ein Antriebselement, mehrere Planetenradsätze, die jeweils mehrere Elemente haben, und ein Getriebeabtriebselement umfasst; mehrere selektiv einrückbare Drehmomentübertragungsvorrichtungen, die dazu dienen, selektiv Elemente der Planetenradsätze mit dem Antriebselement, mit dem feststehenden Element oder mit anderen Elementen der Planetenradsätze zu koppeln, um zwischen dem Antriebselement und dem Getriebeabtriebselement mehrere Vorwärtsübersetzungsverhältnisse bereitzustellen; wobei eine der mehreren selektiv einrückbaren Drehmomentübertragungsvorrichtungen so konfiguriert ist, dass sie das Maschinenabtriebselement und den ersten Läufer mit dem Antriebselement koppelt; und einen Motor mit einem zweiten Läufer, der mit einem der Elemente der mehreren Planetenradsätze für eine Drehung damit gekoppelt ist.
Fahrzeugkraftübertragungsstrang nach Anspruch 15, der ferner eine Steuereinheit umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie selektiv eine Reihenbetriebsart veranlasst, gekennzeichnet durch die Abwesenheit einer mechanischen Verbindung zwischen dem Maschinenabtriebselement und dem Getriebeabtriebselement, wobei der Motor über wenigstens einen der Planetenradsätze Drehmoment an das Getriebeabtriebselement liefert.