DE102008008644A1

DE102008008644A1 - Elektrisch verstellbares Getriebe mit zwei Differenzialzahnradsätzen

Info

Publication number: DE102008008644A1
Application number: DE102008008644A
Authority: DE
Inventors: Alan G. Clarkston Holmes
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-02-15
Filing date: 2008-02-12
Publication date: 2008-09-11
Anticipated expiration: 2028-02-13
Also published as: US20080200296A1; DE102008008644B4; CN101245829B; US7645205B2; CN101245829A

Abstract

Ein elektrisch verstellbares Getriebe mit zwei Differenzialzahnradsätzen und zwei Motoren/Generatoren benutzt vier Drehmomentübertragungsmechanismen und selektive sowie ständige Verbindungselemente und liefert bevorzugt einem Betriebsmodus mit Eingangsleistungsverzweigung und einen Betriebsmodus mit Ausgangsleistungsverzweigung.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft ein elektrisch verstellbares Getriebe, das nur zwei Differenzialzahnradsätze aufweist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Elektrisch verstellbare Getriebe weisen typischerweise ein Antriebselement auf, das mit einer Maschine verbunden ist, und einen oder zwei Motoren/Generatoren, die mit unterschiedlichen Elementen von Planetenradsätzen verbunden sind, um einen oder mehrere elektrisch verstellbare Betriebsmodi, zwei Modi mit festem Verhältnis und einen rein elektrischen (batteriebeaufschlagten) Modus bei Anschluss an eine Batterie zuzulassen. Elektrisch verstellbare Getriebe können die Kraftstoffwirtschaftlichkeit eines Fahrzeugs auf eine Vielfalt von Wegen verbessern. Beispielsweise kann die Maschine im Leerlauf, während Zeiträumen mit Verzögerung und Bremsen und während Zeiträumen mit einem Betrieb bei niedriger Drehzahl oder leichter Last ausgeschaltet werden, um Wirkungsgradverluste aufgrund des Zugs bzw. Widerstands an der Maschine zu beseitigen. Das Auffangen von Bremsenergie (über regeneratives Bremsen) oder Energie, die durch einen der Motoren gespeichert wird, der während Zeiträumen, wenn die Maschine arbeit, als Generator wirkt, wird während Zeiträumen, während denen diese Maschine aus ist, dazu benutzt, die Maschine länger aus zu halten, Maschinendrehmoment oder -leistung zu ergänzen und/oder bei einer niedrigeren Maschinendrehzahl zu arbeiten, oder Nebenaggregatleistungsversorgungen zu ergänzen. Ein vorübergehender Bedarf nach Maschinendrehmoment oder Maschinenleistung wird durch die Motoren/Generatoren während des Betriebes in den elektrisch verstellbaren Betriebsmodi mit eingeschalteter Maschine ergänzt, was eine geringere Dimensionierung der Maschine zulässt, ohne das hervortretende Leistungsvermögen des Fahrzeugs zu vermindern. Die Maschine kann zusätzlich für eine gegebene Leistungsanforderung bei oder in der Nähe des Punktes mit optimalem Wirkungsgrad betrieben werden, da das Drehzahlverhältnis zwischen der Maschine und dem Abtriebselement des Getriebes durch die Wirkung eines Zahnradsatzes und eines Motors/Generators stufenlos verstellbar sein kann. Zusätzlich sind die Motoren/Generatoren bei der Leistungserzeugung für die Nebenaggregate sehr effizient, und elektrische Leistung von der Batterie dient als verfügbare Drehmomentreserve, was einen Betrieb bei einem zahlenmäßig niedrigen Drehzahlverhältnis des Getriebes erlaubt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein elektrisch verstellbares Getriebe vorgesehen, das nur zwei Differenzialzahnradsätze, zwei Motoren/Generatoren und vier Drehmomentübertragungsmechanismen verwendet, die bevorzugt sowohl einen elektrisch verstellbaren Betriebsmodus mit Eingangsleistungsverzweigung als auch einen elektrisch verstellbaren Betriebsmodus mit Ausgangsleistungsverzweigung erlangen können. Die Differenzialzahnradsätze sind bevorzugt Planetenradsätze, und jeder weist ein erstes, ein zweites und ein drittes Element auf, die ein Hohlrad, einen Träger und ein Sonnenrad umfassen können.
Das elektrisch verstellbare Getriebe besitzt ein Antriebselement, das funktional mit einer Maschine verbindbar ist, und ein Abtriebselement, das funktional mit einem Achsantriebsmechanismus verbindbar ist, um einem Fahrzeug Traktion zu verleihen. Das Antriebselement, das Abtriebselement, der erste Motor/Generator und der zweite Motor/Generator sind alle Bewegungselemente für das Getriebe. Zwei dieser Bewegungselemente sind jeweils ständig funktional mit einem jeweiligen Element des ersten Differenzialzahnradsatzes und einem jeweiligen Element des zweiten Differenzialzahnradsatzes verbunden. Mit "jeweiliges Element" ist gemeint, dass jedes dieser zwei Bewegungselemente mit einem anderen Element jedes Zahnradsatzes verbunden ist als das andere. Die anderen zwei Bewegungselemente sind jeweils selektiv funktional mit jeweils irgendeinem Element der Elemente des ersten Differenzialzahnradsatzes und mit jeweils irgendeinem Element der Elemente des zweiten Differenzialzahnradsatzes über vier Drehmomentübertragungsmechanismen verbindbar.
Die oben beschriebenen ständigen und selektiven funktionalen Verbindungen sind derart gewählt, dass mit jedem Element jedes Differenzialzahnradsatzes zumindest eines der Bewegungselemente entweder ständig oder selektiv funktional verbunden ist, das Antriebselement und einer der Motoren/Generatoren beide ständig mit dem gleichen Element von einem der Differenzialzahnradsätze verbunden oder damit selektiv funktional verbindbar sind, und das Abtriebselement und einer der Motoren/Generatoren beide ständig mit dem gleichen Element des anderen Differenzialzahnradsatzes verbunden oder damit selektiv funktional verbindbar sind. Die Drehmomentübertragungsmechanismen können selektiv in Zweierkombinationen einrückbar sein, um einen elektrisch verstellbaren Betriebsmodus mit Eingangsleistungsverzweigung und einen elektrisch verstellbaren Betriebsmodus mit Ausgangsleistungsverzweigung herzustel len. Bevorzugt stellt die Einrückung aller vier Drehmomentübertragungsmechanismen einen Betriebsmodus mit festem Verhältnis her.
Der Motor/Generator, der ständig funktional mit dem gleichen Element von einem der Differenzialzahnradsätze wie das Antriebselement verbunden ist oder selektiv funktional damit verbindbar ist, kann gleich oder verschieden sein von dem Motor/Generator, der ständig funktional mit dem gleichen Element des anderen Differenzialzahnradsatzes wie das Abtriebselement verbunden ist oder selektiv funktional damit verbindbar ist.
In einer Ausführungsform ist weder das Antriebselement noch das Abtriebselement ständig funktional mit irgendeinem der Elemente von irgendeinem der Differenzialzahnradsätze verbunden. In einer anderen Ausführungsform ist keiner der Motoren/Generatoren ständig funktional mit irgendeinem der Elemente von einem der Differenzialzahnradsätze verbunden.
In einer Ausführungsform gibt es zwei Zwischenverbindungselemente, von denen jedes das jeweilige Element des ersten Differenzialzahnradsatzes zur gemeinsamen Rotation ständig mit dem jeweiligen Element des zweiten Differenzialzahnradsatzes verbindet, mit welchen zwei der Bewegungselemente jeweils ständig funktional verbunden sind. In diesem Fall können beide Differenzialzahnradsätze Planetenradsätze sein, wobei das Antriebselement ständig funktional mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes verbunden ist, das Abtriebselement ständig funktional mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist, eines der Zwischenverbindungselemente das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes zur gemeinsamen Rotation mit dem Träger des zweiten Planetenradsatzes verbindet, und das andere Zwischenverbindungselement den Träger des ersten Planetenradsatzes zur gemeinsamen Rotation mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes verbindet. Wenn in einer Ausführungsform beide Differenzialzahnradsätze Planetenradsätze sind, dann verbindet der erste Drehmomentübertragungsmechanismus den ersten Motor/Generator selektiv funktional mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes, verbindet der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus den zweiten Motor/Generator selektiv funktional mit dem Träger des ersten Planetenradsatzes, verbindet der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus den ersten Motor/Generator selektiv funktional mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes, und verbindet der vierte Drehmomentübertragungsmechanismus den zweiten Motor/Generator selektiv funktional mit dem Träger des zweiten Planetenradsatzes.
Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Ausführungsarten der Erfindung, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen wird, leicht deutlich werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines elektrisch verstellbaren Getriebes mit Eingangsleistungsverzweigung in Hebeldiagrammform;
2 ist eine schematische Darstellung eines elektrisch verstellbaren Getriebes mit Ausgangsleistungsverzweigung in Hebeldiagrammform;
3 ist eine schematische Darstellung in Hebeldiagrammform eines elektrisch verstellbaren Getriebes mit zwei Differenzialzahnradsätzen und den notwendigen Verbindungen, um einen Betriebsmodus mit Eingangsleistungsverzweigung und einen Betriebsmodus mit Ausgangsleistungsverzweigung zu ermöglichen;
4 ist eine schematische Darstellung in Hebeldiagrammform einer Ausführungsform eines elektrisch verstellbaren Getriebes im Schutzumfang der Erfindung;
5 ist eine schematische Darstellung in Hebeldiagrammform einer anderen Ausführungsform eines elektrisch verstellbaren Getriebes im Schutzumfang der Erfindung; und
6 ist eine schematische Darstellung in Stick-Diagrammform einer Ausführungsform des in Hebeldiagrammform in 4 dargestellten Getriebes.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In den Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Bauteile beziehen, veranschaulicht 1 einen Antriebsstrang 10A mit einem Getriebe 14A, das einen elektrisch verstellbaren Betriebsmodus mit Eingangsleistungsverzweigung bereitstellt. Das Getriebe 14A umfasst einen Hebel 20 mit drei Knoten, der einen ersten Planetenradsatz mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Element darstellt, die jeweils durch Knoten A, B bzw. C dargestellt sind. Die Elemente können ein Sonnenrad, ein Träger und ein Hohlrad sein, obwohl nicht notwendigerweise in dieser Reihenfolge. Ein Getriebeantriebselement 16 ist zur Rotation mit Knoten C verbunden, und ein Abtriebselement ist zur Rotation mit Knoten B verbunden.
So wie er hierin verwendet wird, ist ein "Knoten" ein Bauteil eines Getriebes, wie etwa ein Hohlrad, ein Träger oder ein Sonnenrad, das sich durch eine Drehzahl auszeichnet und das als eine Übergangsstelle von Drehmomenten wirken kann, die auf dieses Bauteil von anderen Bauteilen und durch dieses Bauteil auf andere Bauteile aufgebracht werden können. Die anderen Bauteile, die mit einem gegebenen Knoten in Wechselwirkung stehen können, umfassen andere koaxiale Elemente des gleichen Satzes Planetenräder, die als andere Knoten an dem gleichen Hebel erscheinen. Die anderen Bauteile, die mit einem gegebenen Knoten in Wechselwirkung stehen können, umfassen auch Verbindungen mit Elementen von anderen Planetenradsätzen, die als Knoten an einem anderen Hebel erscheinen, ein feststehendes Element, wie etwa der Getriebekasten, und andere Getriebeelemente.
Der Antriebsstrang 10A umfasst eine Maschine 12, die mit dem Antriebselement 16 verbunden ist. Die Maschine 12 und das Antriebselement 16 sind mit Knoten C verbunden. Ein erster Motor/Generator 18 und ein zweiter Motor/Generator 19 sind jeweils mit den Knoten A bzw. B des elektrisch verstellbaren Getriebes 14A verbunden. Ein Abtriebselement 117 ist mit Knoten B verbunden. Das Antriebselement 116, das Abtriebselement 177, der Motor/Generator 118 und der Motor/Generator 119 sind vier separate Bewegungselemente des Getriebes 14A, da jedes Bewegungsleistung an das Getriebe 14A liefert und/oder Bewegungsleistung von diesem empfängt.
Jede Ausführungsform eines Antriebsstrangs und Getriebes, die hierin besprochen wird, weist eine elektrische Leistungsquelle auf, die funktional mit den Motoren/Generatoren verbunden ist, so dass die Motoren/Generatoren Leistung auf die Leistungsquelle übertragen können oder Leistung von dieser empfangen können. Ein Controller ist funktional mit der elektrischen Leistungsquelle verbunden, um die Verteilung von Leistung von oder auf die Leistungsquelle zu steuern. Eine elektrische Leistungsquelle kann eine oder mehrere Batterien sein. Andere elektrische Leistungsquellen, wie Brennstoffzellen oder Kondensatoren, haben die Fähigkeit, elektrische Leistung bereitzustellen oder zu speichern und abzugeben, und können in Kombination mit oder anstelle von Batterien verwendet werden. Eine elektrische Leistungsquelle und ein Controller sind in Bezug auf die Ausführungsform von 6 gezeigt und beschrieben, die in einer Stick-Diagrammform gezeigt ist. Die Ausführungsformen der 1–5, die in Hebeldiagrammform gezeigt sind, umfassen ebenfalls eine elektrische Leistungsquelle und einen Controller, obwohl dies nicht gezeigt ist, welche funktional mit den Motoren/Generatoren auf gleiche Weise wie es in 6 gezeigt ist, verbunden sind.
Im Allgemeinen verwendet ein Modus mit "Eingangsleistungsverzweigung" eine Zahnradanordnung, um den Leistungsfluss durch ein Getriebe von einem Antriebselement zu einem Abtriebselement bezüglich der Drehzahl in enger Zuordnung mit dem Antriebselement aufzuteilen. Das heißt in einem Modus mit Eingangsleistungsverzweigung ist die Drehzahl des Antriebselements nicht direkt proportional zu den Drehzahlen von einem der Motoren/Generatoren, sondern die Drehzahl des Abtriebselements ist direkt proportional zu der Drehzahl eines Motors/Generators. In dem Antriebsstrang 10A ist die Drehzahl des Antriebselements 16 direkt proportional zu der Drehzahl der Maschine 12, aber nicht direkt proportional zu der Drehzahl von einem der Motoren/Generatoren 18 und 19. Die Drehzahl des Abtriebselements 17 ist direkt proportional zu der Drehzahl des zweiten Motors/Generators 19. Das Getriebe 14A ist darin elektrisch verstellbar, dass das Drehzahlverhältnis zwischen dem Antriebselement 16 und dem Abtriebselement 17 durch die Drehzahl des Motors/Generators 18 bestimmt wird.
In 2 ist ein anderer Antriebsstrang 10B veranschaulicht, der ein Getriebe 14B aufweist, das konfiguriert ist, um einen elektrisch verstellbaren Betriebsmodus mit Ausgangsleistungsverzweigung bereitzustellen. Im Allgemeinen verwendet ein Modus mit "Ausgangsleistungsverzweigung" eine Zahnradanordnung, um den Leistungsfluss durch ein Getriebe von einem Antriebselement zu einem Abtriebselement bezüglich der Drehzahl in enger Zuordnung zu sowohl dem Antriebselement als auch einem der Motoren/Generatoren aufzuteilen. Mit anderen Worten verwendet ein Modus mit Ausgangsleistungsverzweigung eine Zahnradanordnung, um den Leistungsfluss durch das Getriebe von einem Antriebselement zu einem Abtriebselement bezogen auf die Drehzahl in enger Zuordnung zu dem Antriebselement zu kombinieren. Das heißt in einem Modus mit Ausgangsleistungsverzweigung ist die Drehzahl des Antriebselements direkt proportional zu der Drehzahl von einem der Motoren/Generatoren, aber die Drehzahl des Abtriebselements ist nicht direkt proportional zu der Drehzahl eines Motors/Generators.
In dem Antriebsstrang 10B umfasst das Getriebe 14B einen Hebel 30 mit drei Knoten, der einen Planetenradsatz mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Element darstellt, die jeweils durch Knoten D, E bzw. F dargestellt sind. Die Elemente können ein Sonnenrad, ein Träger und ein Hohlrad sein, obwohl nicht notwendigerweise in dieser Reihenfolge. Die Maschine 12 und das Antriebselement 16, sowie der Motor/Generator 19 sind funktional mit dem Knoten E verbunden, so dass die Drehzahl des Antriebselements 16 direkt proportional zu der Drehzahl des Motors/Generators 19 ist. Der Motor/Generator 18 ist mit dem Knoten D verbunden.
Das Abtriebselement 17 ist mit dem Knoten F verbunden, so dass die Drehzahl des Abtriebselements 17 nicht direkt proportional zu der Drehzahl von einem Motor/Generator 18 oder 19 ist. Das Getriebe 14B ist darin elektrisch verstellbar, dass das Drehzahlverhältnis zwischen dem Antriebselement 16 und dem Abtriebselement 17 durch die Drehzahl des Motors/Generators 18 bestimmt ist.
In 3 ist ein Antriebsstrang 10C veranschaulicht, der ein elektrisch verstellbares Getriebe 14C aufweist, das konfiguriert ist, um sowohl einen elektrisch verstellbaren Betriebsmodus mit Eingangsleistungsverzweigung als auch einen elektrisch verstellbaren Betriebsmodus mit Ausgangsleistungsverzweigung bereitzustellen. Das Getriebe 14C kombiniert die Funktionalität des Getriebes 14A von 1 und des Getriebes 14B von 2, indem es zwei Planetenradsätze, die durch Hebel 20A und 30A dargestellt sind, und geeignete Verbindungselemente, wie es nachstehend besprochen wird, enthält. Der Planetenradsatz, der durch Hebel 20A dargestellt ist, weist ein erstes, ein zweites und ein drittes Element auf, die jeweils durch Knoten A1, B1 bzw. C1 dargestellt sind. Die Elemente können ein Sonnenrad, ein Träger und ein Hohlrad sein, obwohl nicht notwendigerweise in dieser Reihenfolge. Der Planetenradsatz, der durch Hebel 30A dargestellt ist, weist auch ein erstes, ein zweites und ein drittes Element auf, die jeweils durch Knoten D1, E1 bzw. F1 dargestellt sind. Die Elemente können ein Sonnenrad, ein Träger und ein Hohlrad sein, obwohl nicht notwendigerweise in dieser Reihenfolge.
Das Getriebe 14C umfasst ein Antriebselement 16 und ein Abtriebselement 17, sowie Verbindungselemente 40, 41, 42 (oder alternativ 42A), 43, 44 und 46. Die Verbindungselemente sind als gestrichelte Linien gezeigt, um anzudeuten, dass sie feste Verbindungen oder gekuppelte Verbindungen abhängig von den spezifischen gewünschten Übersetzungsverhältnis bereichen darstellen können. Ein Verbindungselement, das eine ständige Verbindung ist, kann hierin als ein Zwischenverbindungselement bezeichnet sein. Es ist anzumerken, dass das Verbindungselement eine direkte Verbindung sein kann, wie etwa eine Welle oder Nabe, die selbst kein Übersetzungsverhältnis herstellt, so dass die Bauteile, die funktional durch das Verbindungselement verbunden sind (d. h. zwei Knoten, ein Motor/Generator und ein Knoten usw.) mit der gleichen Drehzahl rotieren, oder das Verbindungselement kann eine indirekte Verbindung durch zwei oder mehr kämmende Zahnräder sein, so dass die Bauteile, die durch das Verbindungselement funktional verbunden sind, mit unterschiedlichen aber proportionalen Drehzahlen rotieren. Das Verbindungselement 42A ist mit kürzeren Strichen gezeigt, um anzudeuten, dass es eine Alternative zu dem Verbindungselement 42 ist. Die Verbindungselemente verbinden einen Knoten an dem Hebel 20A selektiv oder ständig funktional mit einem Knoten an dem Hebel 30A, oder verbinden einen Motor/Generator 18 oder 19 mit einem Knoten.
Um zu ermöglichen, dass das Getriebe 14C einen Modus mit Eingangsleistungsverzweigung und einen Modus mit Ausgangsleistungsverzweigung bereitstellt, müssen zwei der Verbindungselemente, die jeweils zwei Knoten verbinden (d. h. Zwischenverbindungselemente 40, 42 (oder 42A) 44 und 46) selektive (gekuppelte) Verbindungen sein, während die anderen zwei ständige Verbindungen sein können. Jeder Knoten muss mit einem Verbindungselement 40, 42 (oder 42A) 44 oder 46 verbunden sein. Zusätzlich müssen die vier Bewegungselement (d. h. das Antriebselement 16, das Abtriebselement 17, der Motor/Generator 18 und der Motor/Generator 19) derart verbunden sein, dass zwei der vier Bewegungselemente jeweils ein Verbindungselement aufweisen, das mit einem der Knoten des Hebels 20A verbunden ist, und ein Verbindungselement, das mit einem der Knoten des Hebels 30A verbunden ist. Die anderen zwei Bewegungs elemente müssen jeweils ein gekuppeltes Verbindungselement aufweisen, das mit einem der Knoten des Hebels 20A verbunden ist, und ein gekuppeltes Verbindungselement, das mit einem der Knoten des Hebels 30A verbunden ist. Um einen elektrisch verstellbaren Modus mit Eingangsleistungsverzweigung bereitzustellen, müssen an einem der Hebel 20A, 30A das Abtriebselement 17 und einer der Motoren/Generatoren mit dem gleichen Knoten verbunden sein. Dies ist in dem Getriebe 14C erfüllt, indem der Motor/Generator 19 und das Abtriebselement 17 mit dem Knoten B1 verbunden sind (das Abtriebselement 17 ist über das Zwischenverbindungselement 46 verbunden). Um einen elektrisch verstellbaren Modus mit Ausgangsleistungsverzweigung bereitzustellen, müssen an dem anderen Planetenradsatz (der durch 30A in 3 dargestellt ist) das Antriebselement 16 und einer der Motoren/Generatoren mit einem einzigen Knoten verbunden sein. Dies ist erfüllt, indem der Motor/Generator 19 und das Antriebselement 16 mit dem Knoten E1 über die Verbindungselemente 44 bzw. 42 verbunden sind. Wenn das Verbindungselement 42A anstelle des Verbindungselements 42 vorgesehen ist, wird ein Modus mit Ausgangsleistungsverzweigung ermöglicht, da der Motor/Generator 18 und das Antriebselement 16 beide mit dem Knoten E1 über die Verbindungselemente 42A bzw. 44 verbunden sind. Andere Platzierungen der Verbindungselemente, die in 3 nicht gezeigt sind, aber die in diesem Absatz aufgeführten Anforderungen erfüllen, können ebenfalls benutzt werden, wie etwa jene, die in Antriebsstrang 210 von 5, der nachstehend besprochen wird, veranschaulicht sind.
In 4 ist in Hebeldiagrammform eine Ausführungsform des Antriebsstrangs 110 veranschaulicht, der eine Maschine 112 und Motoren/Generatoren 118 und 119 aufweist, die mit einem Getriebe 114 verbunden sind. Das Getriebe 114 benutzt zwei Planetenradsätze (die durch Hebel 120 und 130 dargestellt sind) und Verbindungselemente, die ähnlich wie jene in 3 angeordnet sind, wobei sie die oben aufgeführten Anforderungen erfüllen, um einen elektrisch verstellbaren Betriebsmodus mit Eingangsleistungsverzweigung und einen elektrisch verstellbaren Betriebsmodus mit Ausgangsleistungsverzweigung bereitzustellen. Der durch Hebel 120 dargestellte Planetenradsatz weist ein erstes, ein zweites und ein drittes Element auf, die jeweils durch Knoten A2, B2 bzw. C2 dargestellt sind. Die Elemente können ein Sonnenrad, ein Träger und ein Hohlrad sein, obwohl nicht notwendigerweise in dieser Reihenfolge. Der durch Hebel 130 dargestellte Planetenradsatz weist ebenfalls ein erstes, ein zweites und ein drittes Element auf, die jeweils durch Knoten D2, E2 und F2 dargestellt sind. Die Elemente können ein Sonnenrad, ein Träger und ein Hohlrad sein, obwohl nicht notwendigerweise in dieser Reihenfolge.
Das Getriebe 114 umfasst ein Antriebselement 116, ein Abtriebselement 117 sowie Verbindungselemente 140, 141, 142, 143, 144 und 146. Das Antriebselement 116, das Abtriebselement 117, der Motor/Generator 118 und der Motor/Generator 119 sind vier separate Bewegungselemente des Getriebes 114. Das Antriebselement 116 verbindet ständig funktional die Maschine 112 mit dem Knoten C2. Das Abtriebselement 117 ist ständig funktional mit dem Knoten F2 verbunden. Die Einrückung eines Drehmomentübertragungsmechanismus 154, der eine rotierende Kupplung ist, ermöglicht es, dass das Verbindungselement 140 eine gekuppelte Verbindung zwischen dem Motor/Generator 118 und dem Knoten D2 bereitstellt. Die Einrückung eines Drehmomentübertragungsmechanismus 150, der eine rotierende Kupplung ist, ermöglicht es, dass das Verbindungselement 141 eine gekuppelte Verbindung zwischen dem Motor/Generator 118 und dem Knoten A2 bereitstellt. Die Einrückung eines Drehmomentübertragungsmechanismus 156, der eine rotierende Kupplung ist, ermöglicht es, dass das Verbindungselement 142 eine gekuppelte Verbindung zwischen dem Motor/Generator 119 und dem Knoten E2 bereitstellt. Die Einrü ckung eines Drehmomentübertragungsmechanismus 152, der eine rotierende Kupplung ist, ermöglicht es, dass das Verbindungselement 143 eine gekuppelte Verbindung zwischen dem Motor/Generator 119 und dem Knoten B2 bereitstellt. Das Verbindungselement 144 stellt eine kontinuierliche (nicht gekuppelte) Verbindung zwischen dem Knoten C2 und E2 bereit, und kann als ein Zwischenverbindungselement bezeichnet werden. Ähnlich stellt das Verbindungselement 146 eine ständige (nicht gekuppelte) Verbindung zwischen dem Knoten B2 und F2 bereit und kann ebenfalls als ein Zwischenverbindungselement bezeichnet werden.
Elektrisch verstellbarer Modus mit Eingangsleistungsverzweigung
Das Getriebe 114 ist betreibbar, um einen elektrisch verstellbaren Betriebsmodus mit Eingangsleistungsverzweigung bereitzustellen, indem die Drehmomentübertragungsmechanismen 150 und 152 eingerückt werden. Die Einrückung der Drehmomentübertragungsmechanismen 150 und 152 verbindet die Motoren/Generatoren 118 und 119 jeweils funktional mit den Knoten A2 bzw. B2. Die Drehmomentübertragungsmechanismen 154 und 156 bleiben offen (d. h. sie sind nicht eingerückt und übertragen kein Drehmoment). Da das Zwischenverbindungselement 146 den Knoten F2 und das Abtriebselement 117 ständig funktional mit dem Knoten B2 verbindet, sind der Motor/Generator 118, der Motor/Generator 119, die Maschine 112, das Antriebselement 116 und das Abtriebselement 117 funktional mit dem Knoten A2, B2 und C2 in der gleichen Konfiguration verbunden, wie sie in Bezug auf die entsprechenden Bauteile in 1 veranschaulicht ist, und es wird ein elektrisch verstellbarer Betriebsmodus mit Eingangsleistungsverzweigung hergestellt.
Elektrisch verstellbarer Modus mit Ausgangsleistungsverzweigung
Das Getriebe 114 ist betreibbar, um einen elektrisch verstellbaren Betriebsmodus mit Ausgangsleistungsverzweigung bereitzustellen, indem die Drehmomentübertragungsmechanismen 154 und 156 eingerückt werden. Die Einrückung der Drehmomentübertragungsmechanismen 154 und 156 verbindet die Motoren/Generatoren 118, 119 jeweils funktional mit dem Knoten D2 bzw. E2. Die Drehmomentübertragungsmechanismen 150 und 152 bleiben offen (d. h. sie sind nicht eingerückt und übertragen kein Drehmoment). Da das Zwischenverbindungselement 144 den Knoten C2 und das Antriebselement 116 ständig funktional mit dem Knoten E2 verbindet, sind der Motor/Generator 118, der Motor/Generator 119, die Maschine 112, das Antriebselement 116 und das Abtriebselement 117 funktional mit dem Knoten D2, E2 und F2 in der gleichen Konfiguration verbunden, wie sie in Bezug auf die entsprechenden Bauteile in 2 veranschaulicht ist, und es wird ein elektrisch verstellbarer Betriebsmodus mit Ausgangsleistungsverzweigung hergestellt. Wenn anstelle des Verbindungselements 142 ein gekuppeltes Verbindungselement zwischen dem Motor/Generator 118 und dem Knoten E2 vorgesehen wäre, welches eine funktionale Verbindung durch Einrückung eines Drehmomentübertragungsmechanismus bereitstellte, der anstelle des Drehmomentübertragungsmechanismus 156 vorgesehen wäre, dann würde durch Einrückung des Drehmomentübertragungsmechanismus 154 und des alternativen Drehmomentübertragungsmechanismus ein Modus mit Ausgangsleistungsverzweigung bereitgestellt. In diesem Fall wären der Motor/Generator 118 und das Antriebselement 116 beide funktional mit dem Knoten E2 verbunden, um einen Modus mit Ausgangsleistungsverzweigung herzustellen, während die gemeinsame Verbindung des Motors/Generators 119 und des Abtriebselements 117 mit dem Knoten F2 dennoch den Modus mit Eingangsleistungsverzweigung herstellen würde, wie es oben beschrieben wurde.
Betriebsmodus mit festem Verhältnis
Das Getriebe 114 stellt einen Betriebsmodus mit festem Verhältnis her, wenn alle vier Drehmomentübertragungsmechanismen 150, 152, 154 und 156 eingerückt sind. In diesem Fall wären die Knoten E2 und F2 beide funktional mit dem Motor/Generator 119 verbunden. Wenn irgendwelche zwei Knoten eines Hebels mit drei Knoten (und daher irgendwelche zwei Elemente des Planetenradsatzes, den der Hebel darstellt) mit der gleichen Drehzahl rotieren, dann rotiert bekanntlich der gesamte Planetenradsatz mit der gleichen Drehzahl. Wenn somit alle Verbindungselemente direkte Verbindungen sind, die kein Übersetzungsverhältnis zwischen den verbundenen Elementen der Planetenradsätze, die durch die Hebel 20A und 30A dargestellt sind, herstellen, dann werden, wenn alle Knoten des Hebels 130 mit der gleichen Drehzahl rotieren und alle Drehmomentübertragungsmechanismen 150, 152, 154 und 156 eingerückt sind, alle Knoten des Hebels 120 ebenfalls mit der gleichen Drehzahl rotieren und es wird ein direkter Antrieb (festes Verhältnis von 1,0) hergestellt. Wenn eines oder mehrere der Verbindungselemente ein Übersetzungsverhältnis zwischen den verbundenen Elementen der Planetenradsätze, die durch die Hebel 20A und 30A dargestellt sind, herstellt/herstellen, dann kann das resultierende feste Verhältnis zwischen dem Antriebselement 116 und dem Abtriebselement 117 irgendeinen anderen Zahlenwert als 1,0 aufweisen. Das Getriebe kann zwischen dem Modus mit Eingangsleistungsverzweigung und dem Modus mit kombinierter Leistungsverzweigung bei diesem festen Verhältnis mit Relativdrehzahlen von im Wesentlichen Null über alle Drehmomentübertragungsmechanismen 150, 152, 154 und 156 hinweg umschalten, so dass sie nicht schlupfen und Energie absorbieren müssen, während gleichzeitig eine Leistungsabgabe zwischen dem Antriebselement 16 und dem Abtriebselement 17 aufrechterhalten wird.
In 5 ist eine alternative Ausführungsform eines Antriebsstrangs 210, der ein elektrisch verstellbares Getriebe 214 und zwei Planetenradsätze aufweist, die durch Hebel 220 und 230 dargestellt sind, der den anhand von 3 beschriebenen Anforderungen entspricht, um einen elektrisch verstellbaren Betriebsmodus mit Eingangsleistungsverzweigung sowie einen elektrisch verstellbaren Betriebsmodus mit Ausgangsleistungsverzweigung bereitzustellen. Der Antriebsstrang 210 weist eine Maschine 212 und Motoren/Generatoren 218 und 219 auf, die mit dem Getriebe 214 verbunden sind. Das Getriebe 214 ist in Hebeldiagrammform veranschaulicht und weist zwei Planetenradsätze (die durch Hebel 220 und 230 dargestellt sind) und Verbindungselemente auf, die ähnlich eingerichtet sind wie jene in 3, wobei sie die oben angeführten Anforderungen erfüllen, um sowohl einen elektrisch verstellbaren Betriebsmodus mit Eingangsleistungsverzweigung als auch einen elektrisch verstellbaren Betriebsmodus mit Ausgangsleistungsverzweigung bereitzustellen. Der durch Hebel 220 dargestellte Planetenradsatz weist ein erstes, ein zweites und ein drittes Element auf, die jeweils durch Knoten A3, B3 bzw. C3 dargestellt sind. Die Elemente können ein Sonnenrad, ein Träger und ein Hohlrad sein, obwohl nicht notwendigerweise in dieser Reihenfolge. Der durch Hebel 230 dargestellte Planetenradsatz weist auch ein erstes, ein zweites und ein drittes Element auf, die jeweils durch Knoten D3, E3 bzw. F3 dargestellt sind. Die Elemente können ein Sonnenrad, ein Träger und ein Hohlrad sein, obwohl nicht notwendigerweise in dieser Reihenfolge.
Das Getriebe 214 umfasst ein Antriebselement 216, ein Abtriebselement 217 sowie Verbindungselemente 240, 241, 242, 243, 244 und 246. Das Antriebselement 216, das Abtriebselement 217, der Motor/Generator 218 und der Motor/Generator 219 sind vier separate Bewegungselemente des Getriebes 214. Das Verbindungselement 240 verbindet den Knoten A3 ständig funktional mit dem Knoten D3 und kann daher als ein Zwischenverbindungselement bezeichnet werden. Das Verbindungselement 242 verbindet den Knoten B3 ständig funktional mit dem Knoten E3 und kann daher ebenfalls als ein Zwischenverbindungselement bezeichnet werden. Die Motoren/Generatoren 218 und 219 sind ständig funktional mit dem Knoten A3 bzw. B3 verbunden. Weder das Antriebselement 216 noch das Abtriebselement 217 ist ständig funktional mit irgendeinem der Knoten verbunden; sondern stattdessen sind gekuppelte Verbindungen vorgesehen. Die Einrückung des Drehmomentübertragungsmechanismus 215, der eine rotierende Kupplung ist, ermöglicht es, dass das Antriebselement 216 eine gekuppelte Verbindung zwischen der Maschine 212 und dem Knoten C3 herstellt. Die Einrückung des Drehmomentübertragungsmechanismus 254, der eine rotierende Kupplung ist, ermöglicht es, dass das Verbindungselement 244 eine gekuppelte Verbindung zwischen dem Antriebselement und dem Knoten E3 bereitstellt. Die Einrückung eines Drehmomentübertragungsmechanismus 252, der eine rotierende Kupplung ist, ermöglicht es, dass das Verbindungselement 246 eine gekuppelte Verbindung zwischen dem Abtriebselement 217 und dem Knoten B3 bereitstellt. Die Einrückung eines Drehmomentübertragungsmechanismus 256, der eine rotierende Kupplung ist, stellt eine gekuppelte Verbindung zwischen dem Abtriebselement 217 und dem Knoten F3 bereit. Somit sind das Antriebselement 216 und das Abtriebselement 217 jeweils selektiv funktional mit einem jeweiligen Knoten jedes Hebels 220, 230 verbindbar, während die Motoren/Generatoren 218 und 219 jeweils ständig funktional mit einem jeweiligen Knoten jedes Hebels 220, 230 verbunden sind.
Elektrisch verstellbarer Modus mit Eingangsleistungsverzweigung
Das Getriebe 214 ist betreibbar, um einen elektrisch verstellbaren Betriebsmodus mit Eingangsleistungsverzweigung bereitzustellen, indem die Drehmomentübertragungsmechanismen 250 und 252 eingerückt werden. Die Einrückung der Drehmomentübertragungsmechanismen 250 und 252 verbindet das Antriebselement 216 und das Abtriebselement 217 funktional mit dem Knoten C3 bzw. B3. Die Drehmomentübertragungsmechanismen 254 und 256 bleiben offen (d. h. sie sind nicht eingerückt und übertragen kein Drehmoment). Da die Motoren/Generatoren 218 und 219 ständig funktional mit den Knoten A3 bzw. B3 verbunden sind, sind der Motor/Generator 218, der Motor/Generator 219, die Maschine 212, das Antriebselement 216 und das Abtriebselement 217 funktional mit den Knoten A3, B3 und C3 in der gleichen Konfiguration verbunden, wie sie in Bezug auf die entsprechenden Bauteile in 1 veranschaulicht ist, und es wird ein elektrisch verstellbarer Betriebsmodus mit Eingangsleistungsverzweigung hergestellt.
Elektrisch verstellbarer Modus mit Ausgangsleistungsverzweigung
Das Getriebe 214 ist betreibbar, um einen elektrisch verstellbaren Betriebsmodus mit Ausgangsleistungsverzweigung bereitzustellen, indem die Drehmomentübertragungsmechanismen 254 und 256 eingerückt werden. Die Einrückung der Drehmomentübertragungsmechanismen 254 und 256 verbindet das Antriebselement 216 und das Abtriebselement 217 funktional mit dem Knoten E3 bzw. F3. Die Drehmomentübertragungsmechanismen 250 und 252 bleiben offen (d. h. sie sind nicht eingerückt und übertragen kein Drehmoment). Da das Zwischenverbindungselement 242 ständig funktional Knoten B3 und den Motor/Generator 219 mit dem Knoten E3 verbindet, sind der Motor/Generator 218, der Motor/Generator 219, die Maschine 212, das Antriebselement 216 und das Abtriebselement 217 funktional mit den Knoten D3, E3 und F3 in der gleichen Konfiguration verbunden, wie sie in Bezug auf die entsprechenden Bauteile in 2 veranschaulicht ist, und es wird ein elektrisch verstellbarer Betriebsmodus mit Ausgangsleistungsverzweigung hergestellt.
Betriebsmodus mit festem Verhältnis
Das Getriebe 214 stellt einen Betriebsmodus mit festem Verhältnis her, wenn alle vier Drehmomentübertragungsmechanismen 250, 252, 254 und 256 eingerückt sind. In diesem Fall werden die Knoten F3, E3 und B3 funktional zur gemeinsamen Rotation mit dem Abtriebselement 217 verbunden, und die Knoten C3, B3 und E3 wären funktional zur gemeinsamen Rotation mit dem Antriebselement 217 verbunden. Wenn irgendwelche zwei Knoten eines Hebels mit drei Knoten (und daher irgendwelche zwei Elemente des Planetenradsatzes, den der Hebel darstellt) mit der gleichen Drehzahl rotieren, dann rotiert der gesamte Planetenradsatz mit der gleichen Drehzahl, wie es bekannt ist. Wenn somit alle Verbindungselemente direkte Verbindungen sind, die kein Übersetzungsverhältnis zwischen den verbundenen Elementen der Planetenradsätze herstellen, die durch Hebel 220, 230 dargestellt sind, dann werden, wenn alle Knoten des Hebels 230 mit der gleichen Drehzahl rotieren und alle Drehmomentübertragungsmechanismen 250, 252, 254 und 256 eingerückt sind, alle Knoten des Hebels 220 ebenfalls mit der gleichen Drehzahl rotieren, und es wird ein direkter Antrieb (festes Verhältnis von 1,0) hergestellt. Wenn eines oder mehrere der Verbindungselemente ein Übersetzungsverhältnis zwischen den verbundenen Elementen der Planetenradsätze, die durch die Hebel 220, 230 dargestellt sind, herstellt/herstellen, dann kann das resultierende feste Verhältnis zwischen dem Antriebselement 216 und dem Abtriebselement 217 einen anderen Zahlenwert als 1,0 aufweisen.
In 6 ist eine alternative Ausführungsform eines Antriebsstrangs 310 mit einem elektrisch verstellbaren Getriebe 314 und zwei Planetenradsätzen 320 und 330 gezeigt, der den anhand von 3 beschriebenen Anforderungen entspricht, um einen elektrisch verstellbaren Betriebsmodus mit Eingangsleistungsverzweigung sowie einen elektrisch verstellbaren Betriebsmodus mit Ausgangsleistungsverzweigung bereitzustellen. Der Antriebsstrang 310 weist die gleichen ständigen und selektiven funktionalen Verbindungen wie der Antriebsstrang 110 von 4 auf. Der Antriebsstrang 310 besitzt eine Maschine 312, ein Antriebselement 316, ein Abtriebselement 317 und Motoren/Generatoren 318 und 319, die mit dem Getriebe 314 verbunden sind. Das Antriebselement 316, das Abtriebselement 317 und die Motoren/Generatoren 318 und 319 sind vier separate Bewegungselemente des Getriebes 314. Das Getriebe 314 weist zwei P1anetenradsätze 320 und 330 und Verbindungselemente auf, die ähnlich angeordnet sind wie jene in 3, wobei sie die oben aufgeführten Anforderungen erfüllen, um sowohl einen elektrisch verstellbaren Betriebsmodus mit Eingangsleistungsverzweigung als auch einen elektrisch verstellbaren Betriebsmodus mit Ausgangsleistungsverzweigung bereitzustellen.
Der Planetenradsatz 320 weist ein Hohlrad 324, ein Sonnenrad 322 und einen Träger 326 auf, der mehrere Planetenräder 327 drehbar lagert, die mit sowohl dem Sonnenrad 322 als auch dem Hohlrad 324 kämmen.
Der Planetenradsatz 330 weist ein Hohlrad 334, ein Sonnenrad 332 und einen Träger 336 auf, der mehrere Planetenräder 337 drehbar lagert, die mit sowohl dem Sonnenrad 332 als auch dem Hohlrad 334 kämmen.
Die Maschine 312 ist ständig funktional mit dem Antriebselement 316 und mit dem Träger 336 verbunden. Da ein Zwischenverbindungselement 344 das Hohlrad 324 ständig mit dem Träger 336 verbindet, ist zusätzlich das Antriebselement 316 auch ständig funktional mit dem Hohlrad 324 verbunden. Das Abtriebselement 317 ist ständig funktional mit dem Hohlrad 334 verbunden. Da ein Zwischenverbindungselement 346 das Hohlrad 334 ständig mit dem Träger 326 verbindet, ist zusätzlich das Abtriebselement 317 auch ständig funktional mit dem Träger 326 verbunden. Das Abtriebselement 317 ist ein Zahnrad, das mit einem Achsantriebsmechanismus 321 kämmt, um auf diesen Drehmoment zu übertragen.
Die Motoren/Generatoren 318 und 319 können elektrische Leistung von einer Energiespeichereinrichtung 382, wie einer Batterie, aufnehmen oder elektrische Leistung an diese liefern. Ein elektronischer Controller 384 steht in Signalverbindung mit der Batterie 382 und mit einem Stromumrichter 386, der auch in elektrischer Verbindung mit Statorabschnitten der Motoren/Generatoren 318, 319 steht, die an einem feststehenden Element 380, wie einem Kasten des Getriebes 314, auf Masse gelegt gezeigt sind. Der Controller 384 spricht auf eine Vielfalt von Eingangssignalen an, die die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Bedieneranforderung, das Niveau, mit welchem die Batterie 382 aufgeladen ist, und die Leistung, die von der Maschine 312 bereitgestellt wird, um den Leistungsfluss zwischen den Motoren/Generatoren 318, r und der Batterie 382 über dem Umrichter 386 zu regeln, der eine Umwandlung zwischen Gleichstrom, die von der Batterie 382 bereitgestellt oder benutzt wird, und Wechselstrom, die von den Statorabschnitten der Motorn/Generatoren 318, 319 bereitgestellt oder benutzt wird, vornimmt.
Der Motor/Generator 318 ist selektiv funktional mit dem Sonnenrad 322 durch Einrückung eines Drehmomentübertragungsmechanismus 350 verbunden. Der Motor/Generator 318 umfasst einen Rotorabschnitt, der mit einer Welle 360 rotiert. Ein Verbindungselement 341, das ein Zahnrad ist, rotiert um die Welle 360 und ist zur Rotation damit durch Einrückung eines Drehmomentübertragungsmechanismus 350 verbunden. Das Verbindungselement 341 kämmt ständig mit einem Zahnrad 361, das gemeinsam mit dem Sonnenrad 322 rotiert.
Der Motor/Generator 319 ist durch Einrückung eines Drehmomentübertragungsmechanismus 352 selektiv funktional mit dem Träger 326 verbunden. Der Motor/Generator 319 umfasst einen Rotorabschnitt, der mit einer Welle 362 rotiert. Ein Verbindungselement 343, das ein Zahnrad ist, rotiert um die Welle 362 und ist durch Einrückung des Drehmomentübertragungsmechanismus 352 zur gemeinsamen Rotation damit verbunden. Das Verbindungselement 343 kämmt ständig mit dem Abtriebselement 317 und ist dadurch zur gemeinsamen Rotation mit dem Träger 326 und dem Hohlrad 334 verbunden, wenn de Drehmomentübertragungsmechanismus 352 eingerückt ist.
Der Motor/Generator 318 ist durch Einrückung eines Drehmomentübertragungsmechanismus 354 selektiv funktional mit dem Sonnenrad 332 verbunden. Ein Verbindungselement 340, das ein Zahnrad ist, rotiert um eine Welle 360 und ist durch Einrückung des Drehmomentübertragungsmechanismus 354 zur gemeinsamen Rotation damit verbunden. Das Verbindungselement 340 kämmt ständig mit einem Zahnrad 363, das gemeinsam mit dem Sonnenrad 332 rotiert.
Der Motor/Generator 319 ist selektiv funktional mit dem Träger 336 sowie dem Hohlrad 324 und dem Antriebselement 316 durch Einrückung eines Drehmomentübertragungsmechanismus 356 verbunden. Ein Verbindungselement 342, das ein Zahnrad ist, rotiert um die Welle 362 und ist zur gemeinsamen Rotation damit durch Einrückung des Drehmomentübertragungsmechanismus 356 verbunden. Das Verbindungselement 342 kämmt ständig mit einem Zahnrad 365, das gemeinsam mit dem Antriebselement 316, dem Hohlrad 324 und dem Träger 336 rotiert.
Im Vergleich mit dem Getriebe 114 in 4 entspricht das Hohlrad 324 dem Knoten C2; der Träger 326 entspricht dem Knoten B2; das Sonnenrad 322 entspricht dem Knoten A2; das Hohlrad 334 entspricht dem Knoten F2; der Träger 336 entspricht dem Knoten E2; und das Sonnenrad 332 entspricht dem Knoten D2.
Elektrisch verstellbarer Modus mit Eingangsleistungsverzweigung
Das Getriebe 314 ist betreibbar, um einen elektrisch verstellbaren Betriebsmodus mit Eingangsleistungsverzweigung bereitzustellen, indem die Drehmomentübertragungsmechanismen 350 und 352 eingerückt werden. Die Einrückung der Drehmomentübertragungsmechanismen 350 und 352 verbindet die Motoren/Generatoren 318 und 319 funktional mit dem Sonnenrad 322 bzw. dem Träger 326. Die Drehmomentübertragungsmechanismen 354 und 356 bleiben offen (d. h. sie sind nicht eingerückt und übertragen kein Drehmoment). Da das Zwischenverbindungselement 346 das Hohlrad 334 und das Abtriebselement 317 ständig funktional mit dem Träger 326 verbindet, sind der Motor/Generator 318, der Motor/Generator 319, die Maschine 312, das Antriebselement 316 und das Abtriebselement 317 funktional mit dem Hohlrad 324, dem Sonnenrad 322 und dem Träger 326 verbunden, was den Knoten C2, B2 und A2 von 4 bzw. den Knoten C, B und A von 1 in der gleichen Konfiguration, wie sie in Bezug auf die entsprechenden Bauteile in den 1 und 4 veranschaulicht ist, entspricht, und es wird ein elektrisch verstellbarer Betriebsmodus mit Eingangsleistungsverzweigung hergestellt.
Elektrisch verstellbarer Modus mit Ausgangsleistungsverzweigung
Das Getriebe 314 ist betreibbar, um einen elektrisch verstellbaren Betriebsmodus mit Ausgangsleistungsverzweigung bereitzustellen, indem die Drehmomentübertragungsmechanismen 354 und 356 eingerückt werden. Die Einrückung der Drehmomentübertragungsmechanismen 354 und 356 verbindet die Motoren/Generatoren 318 und 319 funktional mit dem Sonnenrad 332 und dem Träger 336, die jeweils den Knoten D2 bzw. E2 in 4 entsprechen. Die Drehmomentübertragungsmechanismen 350 und 352 bleiben offen (d. h. sie nicht eingerückt und übertragen kein Drehmoment). Da das Zwischenverbindungselement 344 das Hohlrad 324 und den Träger 336 ständig funktional mit dem Antriebselement 316 verbindet, sind der Motor/Generator 318, der Motor/Generator 319, die Maschine 312, das Antriebselement 316 und das Abtriebselement 317 funktional mit dem Sonnenrad 332, dem Träger 336 und dem Hohlrad 334 in der gleichen Konfiguration verbunden, wie sie anhand entsprechender Knoten D, E und F in 2 bzw. entsprechender Knoten D2, E2 und F2 in 4 veranschaulicht ist, und es wird ein elektrisch verstellbarer Betriebsmodus mit Ausgangsleistungsverzweigung hergestellt.
Betriebsmodus mit festem Verhältnis
Das Getriebe 314 stellt einen Betriebsmodus mit festem Verhältnis her, wenn alle vier Drehmomentübertragungsmechanismen 350, 352, 354 und 356 eingerückt sind. In diesem Fall wären das Hohlrad 334 und der Träger 336 beide funktional mit dem Motor/Generator 319 verbunden. Wenn irgendwelche zwei Elemente eines Planetenradsatzes mit gegebenen Drehzahlen rotieren, dann sind die Drehzahlen für die Elemente des gesamten Planetenradsatzes gegeben, wie es in der Technik bekannt ist. Wenn somit das Antriebselement 316 mit einer gegebenen Drehzahl rotiert und alle Drehmomentübertragungsmechanismen 350, 352, 354 und 356 eingerückt sind, werden die Drehzahlen aller Elemente der Planetenradsätze 320 und 320 gegeben sein und es wird ein festes Verhältnis zwischen dem Antriebselement 316 und dem Abtriebselement 317 hergestellt.
Obgleich die besten Ausführungsarten der Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, werden Fachleute auf dem Gebiet, das diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur praktischen Ausführung der Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche erkennen.

Claims

Elektrisch verstellbares Getriebe, umfassend: vier Bewegungselemente, die ein Antriebselement, ein Abtriebselement, einen ersten und einen zweiten Motor/Generator aufweisen; einen ersten und einen zweiten Differenzialzahnradsatz, die jeweils ein erstes, ein zweites und ein drittes Element aufweisen; vier selektiv einrückbare Drehmomentübertragungsmechanismen; wobei zwei der Bewegungselemente jeweils ständig funktional mit einem jeweiligen Element der Elemente des ersten Differenzialzahnradsatzes und einem jeweiligen Element der Elemente des zweiten Differenzialzahnradsatzes verbunden sind; und wobei die anderen zwei der Bewegungselemente jeweils selektiv funktional mit jeweils irgendeinem Element der Elemente des ersten Differenzialzahnradsatzes und mit jeweils irgendeinem Element der Elemente des zweiten Differenzialzahnradsatzes über Einrückung eines jeweiligen der vier Drehmomentübertragungsmechanismen verbindbar sind, so dass mit allen Elementen jedes Differenzialzahnradsatzes zumindest eines der Bewegungselemente entweder ständig funktional verbunden oder selektiv funktional verbindbar ist, das Antriebselement und einer der Motoren/Generatoren beide ständig funktional mit dem gleichen Element von einem der Differenzialzahnradsätze verbunden sind oder damit selektiv funktional verbindbar sind, und das Abtriebselement und einer der Motoren/Generatoren beide ständig funktional mit dem gleichen Element von dem anderen der Differenzialzahnradsätze verbunden sind oder damit selektiv funktional verbindbar sind; und wobei die Drehmomentübertragungsmechanismen selektiv in Zweierkombinationen einrückbar sind, um einen elektrisch verstellbaren Betriebsmodus mit Eingangsleistungsverzweigung und einen elektrisch verstellbaren Betriebsmodus mit Ausgangsleistungsverzweigung herzustellen.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 1, wobei der Motor/Generator, der ständig funktional mit dem gleichen Element von einem der Differenzialzahnradsätze wie das Antriebselement verbunden ist oder selektiv funktional damit verbindbar ist, der Gleiche ist wie der Motor/Generator, der ständig funktional mit dem gleichen Element des anderen der Differenzialzahnradsätze wie das Abtriebselement verbunden ist oder selektiv funktional damit verbindbar ist.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 1, wobei der Motor/Generator, der ständig funktional mit dem gleichen Element von einem der Differenzialzahnradsätze wie das Antriebselement verbunden ist oder selektiv funktional damit verbindbar ist, verschieden ist von dem Motor/Generator, der ständig funktional mit dem gleichen Element des anderen der Differenzialzahnradsätze wie das Abtriebselement verbunden ist oder selektiv funktional damit verbindbar ist.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 1, wobei die Einrückung aller vier Drehmomentübertragungsmechanismen einen Betriebsmodus mit festem Verhältnis herstellt.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 1, wobei weder das Antriebselement noch das Abtriebselement ständig funktional mit irgendeinem der Elemente von irgendeinem der Differenzialzahnradsätze verbunden ist.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 1, wobei keiner der Motoren/Generatoren ständig funktional mit irgendeinem der Elemente von irgendeinem der Differenzialzahnradsätze verbunden ist.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 1, das ferner zwei Verbindungselemente umfasst, von denen jedes das jeweilige Element des ersten Differenzialzahnradsatzes ständig mit dem jeweiligen Element des zweiten Differenzialzahnradsatzes verbindet, mit welchen zwei der Bewegungselemente jeweils ständig funktional verbunden sind.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 7, wobei die Differenzialzahnradsätze Planetenradsätze sind, wobei die ersten, zweiten und dritten Elemente von jedem der Planetenradsätze ein Hohlrad, ein Sonnenrad und einen Träger umfassen; wobei das Antriebselement ständig funktional mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes verbunden ist; wobei das Abtriebselement ständig funktional mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist; wobei eines der Verbindungselemente das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes zur gemeinsamen Rotation mit dem Träger des zweiten Planetenradsatzes verbindet, und das andere Verbindungselement den Träger des ersten Planetenradsatzes zur gemeinsamen Rotation mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes verbindet.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 1, wobei die Differenzialzahnradsätze Planetenradsätze sind, wobei der erste Drehmomentübertragungsmechanismus den ersten Motor/Generator selektiv funktional mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes verbindet, der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus den zweiten Motor/Generator selektiv funktional mit dem Träger des ersten Planetenradsatzes verbindet, der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus den ersten Motor/Generator selektiv funktional mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbindet, und der vierte Drehmomentübertragungsmechanismus den zweiten Motor/Generator selektiv funktional mit dem Träger des zweiten Planetenradsatzes verbindet.
Elektrisch verstellbares Getriebe, umfassend: vier Bewegungselemente, die ein Antriebselement, ein Abtriebselement, einen ersten und einen zweiten Motor/Generator umfassen; einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz, die jeweils ein erstes, ein zweites und ein drittes Element aufweisen; einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten selektiv einrückbaren Drehmomentübertragungsmechanismus; zwei Verbindungselemente, die jeweils ein jeweiliges Element des ersten Planetenradsatzes zur gemeinsamen Rotation mit einem jeweiligen Element des zweiten Planetenradsatzes verbinden; wobei irgendwelche zwei der Bewegungselemente jeweils ständig funktional mit einem jeweiligen Element der Elemente verbunden sind, mit dem eines der Verbindungselemente ständig verbunden ist; und wobei die anderen zwei der Bewegungselemente jeweils selektiv funktional mit einem jeweiligen Element des ersten Planetenradsatzes über einen jeweiligen Drehmomentübertragungsmechanismus der Drehmomentübertragungsmechanismen und mit einem jeweiligen Element des zweiten Flanetenradsatzes über einen anderen jeweiligen Drehmomentübertragungsmechanismus der Drehmomentübertragungsmechanismen verbunden sind, so dass das Antriebselement und einer der Motoren/Generatoren entweder ständig oder selektiv funktional mit dem gleichen Element von einem der Planetenradsätze verbunden ist, und das Abtriebselement und einer der Motoren/Generatoren ständig oder selektiv funktional mit dem gleichen Element des anderen der Planetenradsätze verbunden ist.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 10, wobei die Drehmomentübertragungsmechanismen selektiv in Zweierkombinationen einrückbar sind, um einen elektrisch verstellbaren Betriebsmodus mit Eingangsleistungsverzweigung und einen elektrisch verstellbaren Betriebsmodus mit Ausgangsleistungsverzweigung herzustellen; und wobei die selektive Einrückung aller vier Drehmomentübertragungsmechanismen einen Betriebsmodus mit festem Verhältnis herstellt.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 10, wobei weder das Antriebselement noch das Abtriebselement ständig funktional mit irgendeinem der Elemente von irgendeinem der Planetenradsätze verbunden ist.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 10, wobei keiner der Motoren/Generatoren ständig funktional mit irgendeinem der Elemente von irgendeinem der Planetenradsätze verbunden ist.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 10, wobei die Differenzialzahnradsätze Planetenradsätze sind, wobei die ersten, zweiten und dritten Elemente von jedem der Planetenradsätze ein Hohlrad, ein Sonnenrad und einen Träger umfassen; wobei das Antriebselement ständig funktional mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes verbunden ist; wobei das Abtriebselement ständig funktional mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist; wobei eines der Verbindungselemente das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes mit dem Träger des zweiten Planetenradsatzes verbindet; und wobei das andere Verbindungselement den Träger des ersten Planetenradsatzes mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes verbindet.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 10, wobei der erste Drehmomentübertragungsmechanismus den ersten Motor/Generator selektiv funktional mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes verbindet, der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus den zweiten Motor/Generator selektiv funktional mit dem Träger des ersten Planetenradsatzes verbindet, der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus den ersten Motor/Generator selektiv funktional mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbindet, und wobei der vierte Drehmomentübertragungsmechanismus den zweiten Motor/Generator selektiv funktional mit dem Träger des zweiten Planetenradsatzes verbindet.
Elektrisch verstellbares Getriebe, umfassend: ein Antriebselement und ein Abtriebselement; einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz, die jeweils ein erstes, ein zweites und ein drittes Element aufweisen; einen ersten und einen zweiten Motor/Generator; zwei Verbindungselemente, die jeweils ein jeweiliges Element des ersten Planetenradsatzes ständig zur gemeinsamen Rotation mit einem jeweiligen Element des zweiten Planetenradsatzes verbinden; wobei der erste Motor/Generator, der zweite Motor/Generator oder das Antriebselement ständig funktional mit dem Element des ersten Planetenradsatzes verbunden ist, mit dem auch eines der zwei Verbindungselemente ständig verbunden ist, und wobei der erste Motor/Generator, der zweite Motor/Generator oder das Antriebselement ständig funktional mit dem Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist, mit dem auch das andere der zwei Verbindungselemente ständig verbunden ist; vier selektiv einrückbare Drehmomentübertragungsmechanismen, von denen zwei selektiv funktional den ersten Motor/Generator, den zweiten Motor/Generator, das Antriebselement und das Abtriebselement, der bzw. das nicht ständig mit einem der Verbindungselemente verbunden ist, mit einem Element des ersten Planetenradsatzes bzw. einem Element des zweiten Planetenradsatzes verbinden, und von denen die anderen zwei selektiv funktional einen anderen/ein anderes von dem ersten Motor/Generator, dem zweiten Motor/Generator, dem Antriebselement und dem Abtriebselement, der/das nicht ständig mit einem der Verbindungselemente verbunden ist, mit einem anderen Element des ersten Planetenradsatzes bzw. einem anderen Element des zweiten Planetenradsatzes verbinden; wobei die Drehmomentübertragungsmechanismen selektiv paarweise einrückbar sind, um einen ersten und einen zweiten elektrisch verstellbaren Betriebsmodus herzustellen; und wobei der erste elektrisch verstellbare Betriebmodus ein Betriebsmodus mit Eingangsleistungsverzweigung ist und der zweite elektrisch verstellbare Betriebsmodus ein Betriebsmodus mit kombinierter Leistungsverzweigung ist.