DE102010010121A1

DE102010010121A1 - 8-Gang-Hybridgetriebe

Info

Publication number: DE102010010121A1
Application number: DE102010010121A
Authority: DE
Inventors: Scott H. Ypsilanti Wittkopp; James M. Belleville Hart; James B. Clarkston Borgerson
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-03-25
Filing date: 2010-03-04
Publication date: 2010-10-07
Also published as: US20100248883A1; CN101881323B; US8100801B2; CN101881323A

Abstract

Das Hybridgetriebe weist mehrere Elemente auf, die in Antriebssträngen benutzt werden können, um acht Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang bereitzustellen. Das Hybridgetriebe umfasst einen Motor/Generator, drei Planetenradsätze, fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen, eine feste Verbindung, drei Außenradsätze und einen Achsantriebsradsatz. Der Antriebsstrang umfasst eine Maschine und Drehmomentwandler, der ständig mit einem der Planetenradelemente verbunden ist, und ein Ausgangselement, das ständig mit einem der Außenradsätze verbunden ist. Die fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen stellen Verbindungen zwischen verschiedenen Planeten- und Außenradelementen, der Eingangswelle und dem Getriebegehäuse bereit und werden in Kombinationen von dreien betrieben, um acht Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang herzustellen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lastschaltgetriebe in einer Vorderradantriebs-Hybridkonfiguration, das drei Planetenradsätze, drei Außenradsätze, einen Achsantriebsradsatz und einen Motor aufweist, die durch fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen gesteuert werden, um acht Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang bereitzustellen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Personenkraftwagen umfassen einen Antriebsstrang, der aus einer Maschine, einem Mehrganggetriebe und einem Differenzial- oder Achsantrieb besteht. Das Mehrganggetriebe erhöht den Gesamtbetriebsbereich des Fahrzeugs, indem es zulässt, dass die Maschine ihren Drehmomentbereich mehrmals durchlaufen kann. Die Anzahl von Vorwärtsgängen, die in dem Getriebe verfügbar ist, bestimmt die Häufigkeit, mit der der Drehmomentbereich der Maschine wiederholt durchlaufen werden kann. Frühe Automatikgetriebe wiesen zwei Drehzahlbereiche auf. Dies begrenzte den Gesamtdrehzahlbereich des Fahrzeugs stark und erforderte daher eine relativ große Maschine, die einen breiten Drehzahl- und Drehmomentbereich erzeugen konnte. Dies führte dazu, dass die Maschine während der Fahrt bei einem spezifischen Kraftstoffverbrauchspunkt arbeitete, der nicht der Punkt mit der höchsten Wirtschaftlichkeit war. Daher waren von Hand geschaltete Getriebe (Vorgelegewellengetriebe) am beliebtesten.
Mit dem Aufkommen von Drei- und Viergang-Automatikgetrieben nahm die Beliebtheit des automatisch schaltenden (Planetenrad-)Getriebes bei den Autofahrern zu. Diese Getriebe verbesserten das Betriebsverhalten und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Fahrzeugs. Die erhöhte Anzahl von Gängen verringert die Stufengröße zwischen Übersetzungsverhältnissen und verbessert daher die Schaltqualität des Getriebes, indem es die Gangwechsel für den Bediener bei normaler Fahrzeugbeschleunigung im Wesentlichen nicht wahrnehmbar macht.
Sechsganggetriebe bieten mehrere Vorteile gegenüber Vier- und Fünfganggetrieben, die eine verbesserte Fahrzeugbeschleunigung und eine verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit einschließen. Während viele Lkw Lastschaltgetriebe mit sechs oder mehr Vorwärtsgängen anwenden, werden Pkw aufgrund der Größe und Komplexität dieser Getriebe noch mit Drei- und Viergang-Automatikgetrieben und relativ wenigen Fünf- oder Sechsgangeinrichtungen hergestellt.
Sieben-, Acht- und Neunganggetriebe bieten weitere Verbesserungen bei der Beschleunigung und Kraftstoffwirtschaftlichkeit gegenüber Sechsganggetrieben. Wie bei den oben diskutierten Sechsganggetrieben ist jedoch die Entwicklung von Sieben-, Acht- und Neunganggetrieben aufgrund der Komplexität, Größe und Kosten verhindert worden.
Hybridsysteme können die Kraftstoffwirtschaftlichkeit eines Fahrzeugs auf eine Vielfalt von Wegen verbessern. Beispielsweise kann die Maschine im Leerlauf, während Zeiträumen eines Verzögerns und Bremsens und während Zeiträumen eines Betriebes mit niedriger Drehzahl oder leichter Last ausgeschaltet sein, um Wirkungsgradverluste aufgrund von Widerstand der Maschine zu beseitigen. Aufgefangene Bremsenergie (über regeneratives Bremsen) oder Energie, die von einem Motor, der als Generator wirkt, in Zeiträumen, wenn die Maschine arbeitet, gespeichert wird, wird während dieser Zeiträume mit ausgeschalteter Maschine benutzt. Eine vorübergehende Anforderung nach Maschinendrehmoment oder -leistung wird von dem Motor während des Betriebes in elektrischen Modi mit eingeschalteter Maschine ergänzt, was eine kleinere Dimensionierung der Maschine zulässt, ohne das hervortretende Leistungsvermögen des Fahrzeugs zu verringern. Zusätzlich kann die Maschine für eine gegebene Leistungsanforderung bei oder in der Nähe des Punktes mit optimalem Wirkungsgrad betrieben werden. Der Motor/Generator ist in der Lage, kinetische Energie des Fahrzeugs während des Bremsens aufzufangen, die dazu verwendet wird, die Maschine länger ausgeschaltet zu halten, Drehmoment oder Leistung der Maschine zu ergänzen und/oder bei einer niedrigeren Maschinendrehzahl zu arbeiten, oder Nebenaggregatleistungsversorgungen zu ergänzen. Zusätzlich ist der Motor/Generator bei der Nebenaggregatleistungserzeugung sehr effizient, und elektrische Leistung von der Batterie dient als eine verfügbare Drehmomentreserve, was einen Betrieb bei einem zahlenmäßig relativ niedrigen Getriebedrehzahlverhältnis zulässt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein verbessertes Hybridgetriebe in einer Vorderradantriebskonfiguration umfasst drei Planetenradsätze, drei Außenradsätze und einen Achsantriebsradsatz, die gesteuert werden, um acht Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang bereitzustellen.
Die Getriebefamilie der vorliegenden Erfindung weist drei Planetenradsätze auf, die entlang einer ersten und zweiten Achse angeordnet sind, wobei jeder Planetenradsatz ein erstes, zweites und drittes Element umfasst, wobei die Elemente in beliebiger Reihenfolge ein Sonnenrad, ein Hohlrad oder eine Planetenträgeranordnung umfassen können.
Um in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen auf die ersten, zweiten und dritten Zahnradsätze Bezug zu nehmen, können diese Sätze in beliebiger Reihenfolge in den Zeichnungen (d. h. von links nach rechts, von rechts nach links, usw.) mit ”erster” bis ”dritter” gezählt sein. Zusätzlich können das erste, zweite oder dritte Element jedes Zahnradsatzes in den Zeichnungen für jeden Zahnradsatz in beliebiger Reihenfolge mit ”erstes” bis ”drittes” gezählt sein (d. h. von oben nach unten, von unten nach oben usw.).
Jeder Träger kann entweder ein Einzelplanetenträger (einfach) oder ein Doppelplanetenträger (zusammengesetzt) sein. Es sind auch Ausführungsformen mit langen Planeten möglich.
Ein erstes Verbindungselement verbindet das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes ständig mit dem ersten Element des dritten Planetengetriebes.
Drei Außenradsätze sind zum Übertragen von Drehmoment zwischen der ersten und zweiten Achse angeordnet und umfassen jeweils ein erste und zweite kämmende Außenräder. Ein Achsantriebs-Außenradsatz ist mit einem Ausgangselement verbunden und umfasst ein erstes Antriebsaußenrad und ein zweites angetriebenes Außenrad.
Das erste Element des ersten Planetenradsatzes ist ständig mit dem ersten Außenrad des ersten Außenradsatzes verbunden. Das dritte Element des ersten Planetenradsatzes ist ständig mit dem ersten Außenrad des zweiten Außenradsatzes verbunden. Das erste Element des zweiten Plane tenradsatzes ist ständig mit dem zweiten Außenrad des zweiten Außenradsatzes verbunden. Das erste Element des dritten Planetenradsatzes ist ständig mit dem zweiten Außenrad des dritten Außenradsatzes verbunden. Das zweite Element des dritten Planetenradsatzes ist ständig mit dem Antriebsaußenrad des Achsantriebs-Außenradsatzes verbunden.
Das Eingangselement ist ständig mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden. Das Ausgangselement ist ständig mit dem zweiten Außenrad (angetriebenen Zahnrad) des Achsantriebs-Außenradsatzes verbunden.
Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Bremse, verbindet das erste Element des ersten Planetenradsatzes selektiv mit einem feststehenden Element (Getriebegehäuse/-kasten).
Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung, verbindet das zweite Außenrad des ersten Außenradsatzes selektiv mit dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes.
Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung, verbindet das erste Außenrad des dritten Außenradsatzes selektiv mit dem Eingangselement.
Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung, verbindet das erste Außenrad des zweiten Außenradsatzes selektiv mit dem ersten Außenrad des dritten Außenradsatzes.
Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung, verbindet das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes selektiv mit dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes.
Ein Motor/Generator ist funktional mit dem ersten Element des ersten Außenrades des zweiten Außenradsatzes verbunden.
Die fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen sind selektiv in Kombinationen von dreien einrückbar, um acht Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang zu erzielen.
Eine Vielfalt von Drehzahlverhältnissen und Verhältnisspreizungen kann durch geeignetes Wählen der Zähneverhältnisse der Planeten- und Außenradsätze realisiert werden.
Die obigen Merkmale und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der besten Ausführungsarten der Erfindung, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen wird, leicht deutlich werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1a ist eine schematische Darstellung eines Hybridantriebsstrangs, der ein Planetengetriebe gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst;
1b ist eine Wahrheitstabelle und ein Schaubild, die einige der Betriebseigenschaften des in 1a gezeigten Antriebsstrangs veranschaulichen; und
1c ist eine schematische Darstellung des Antriebsstrangs von 1a, der in einer Hebeldiagrammform dargestellt ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ist in 1a ein Hybridantriebsstrang 10 gezeigt, der eine herkömmliche Maschine und Drehmomentwandler 12, ein Planetengetriebe 14, einen Motor/Generator 15, der sich innerhalb des Getriebes 14 befindet, und einen herkömmlichen Achsantriebsmechanismus 16 aufweist. Die Maschine 12 kann unter Verwendung verschiedener Arten von Kraftstoff beaufschlagt werden, um den Wirkungsgrad und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit einer besonderen Anwendung zu verbessern. Derartige Kraftstoffe können beispielsweise Benzin; Diesel; Ethanol; Dimethylether usw. umfassen.
Das Vorderradantriebs-Planetengetriebe 14 umfasst ein Eingangselement 17, das ständig mit der Maschine 12 verbunden ist, eine Planetenradanordnung 18 und ein Ausgangselement 19, das ständig mit dem Achsantriebsmechanismus 16 verbunden ist. Die Planetenradanordnung 18 umfasst drei Planetenradsätze 20, 30, 40, drei Außenradsätze 50, 54, 58 und einen Achsantriebsradsatz 62. Die Planeten- und Außenradsätze 20, 30, 40, 50, 54 und 58 sind wie gezeigt entlang einer ersten und zweiten Achse 91, 93 angeordnet.
Der Planetenradsatz 20 umfasst ein Sonnenrad 22, ein Hohlrad 24 und eine Planetenträgeranordnung 26. Die Planetenträgeranordnung 26 umfasst mehrere Planetenräder 27, die drehbar an einem Träger 29 montiert und in kämmender Beziehung mit sowohl dem Hohlrad 24 als auch dem Sonnenrad 22 angeordnet sind.
Der Planetenradsatz 30 umfasst ein Sonnenrad 32, ein Hohlrad 34 und eine Planetenträgeranordnung 36. Die Planetenträgeranordnung 36 umfasst mehrere Planetenräder 37, die drehbar an einem Träger 39 montiert und in kämmender Beziehung mit sowohl dem Hohlrad 34 als auch dem Sonnenrad 32 angeordnet sind.
Der Planetenradsatz 40 umfasst ein Sonnenrad 42, ein Hohlrad 44 und eine Planetenträgeranordnung 46. Die Planetenträgeranordnung 46 umfasst mehrere Planetenräder 47, die drehbar an einem Träger 49 montiert und in kämmender Beziehung mit sowohl dem Hohlrad 44 als auch dem Sonnenrad 42 angeordnet sind.
Der erste Außenradsatz 50 umfasst erste und zweite kämmende Außenräder 51 und 52. Der zweite Außenradsatz 54 umfasst erste und zweite kämmende Außenräder 55 und 56. Der dritte Außenradsatz 58 umfasst erste und zweite kämmende Außenräder 59 und 60. Die Außenradsätze 50, 54, 58 sind angeordnet, um Drehmoment zwischen der ersten und zweiten Achse 91, 93 zu übertragen.
Der Achsantriebs-Außenradsatz 62 umfasst das erste Antriebsaußenrad 63 und das zweite angetriebene Außenrad 64.
Die Planetenradanordnung umfasst auch fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen 80, 82, 84, 85 und 86. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 80 ist eine Drehmomentübertragungseinrichtung vom feststehenden Typ, die üblicherweise Bremse oder Reaktionskupplung genannt wird. Die Drehmomentübertragungseinrichtungen 82, 84, 85 und 86 sind Drehmomentübertragungseinrichtungen vom rotierenden Typ, die üblicherweise Kupplungen genannt werden.
Das Eingangselement 17 ist ständig mit der Planetenträgeranordnung 26 des Planetenradsatzes 20 verbunden. Das Ausgangselement 19 ist ständig mit dem zweiten angetriebenen Außenrad 64 des Achsantriebs-Außenradsatzes 62 verbunden.
Ein Verbindungselement 70 verbindet das Hohlrad 34 des Planetenradsatzes 30 ständig mit dem Sonnenrad 42 des Planetenradsatzes 40.
Das Sonnenrad 22 des Planetenradsatzes 20 ist ständig mit dem ersten Außenrad 51 des ersten Außenradsatzes 50 verbunden. Das Hohlrad 24 des Planetenradsatzes 20 ist ständig mit dem ersten Außenrad 55 des zweiten Außenradsatzes 54 verbunden. Das Sonnenrad 32 des Planetenradsatzes 30 ist ständig mit dem zweiten Außenrad 56 des zweiten Außenradsatzes 54 verbunden. Das Sonnenrad 42 des Planetenradsatzes 40 ist ständig mit dem zweiten Außenrad 60 des dritten Außenradsatzes 58 verbunden. Die Planetenträgeranordnung 46 des Planetenradsatzes 40 ist ständig mit dem ersten Antriebsaußenrad 63 des Achsantriebs-Außenradsatzes 62 verbunden.
Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse 80, verbindet das Sonnenrad 22 des Planetenradsatzes 20 selektiv mit dem Getriebegehäuse 90. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 82, verbindet das zweite Außenrad 52 des ersten Außenradsatzes 50 selektiv mit dem Hohlrad 44 des Planetenradsatzes 40. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 84, verbindet das erste Außenrad 59 des dritten Außenradsatzes 58 selektiv mit dem Eingangselement 17. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 85, verbindet das erste Außenrad 55 des zweiten Außenradsatzes 54 selektiv mit dem ersten Außenrad 59 des dritten Außenradsatzes 58. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 86, verbindet die Planetenträgeranordnung 36 des Planetenradsatzes 30 selektiv mit dem Hohlrad 44 des Planetenradsatzes 40.
Der Motor/Generator 15 ist funktional mit dem ersten Außenrad 55 des zweiten Außenradsatzes 54 über die Außenräder 94 und 96 verbunden.
Jede Ausführungsform des Getriebes im Schutzumfang der Erfindung weist eine elektrische Leistungsquelle auf, die mit dem Motor/Generator derart funktional verbunden ist, dass der Motor/Generator Leistung zu der Leistungsquelle übertragen oder Leistung von dieser aufnehmen kann. Ein Controller oder eine ECU ist mit der elektrischen Leistungsquelle verbunden, um die Verteilung von Leistung von der oder auf die Leistungsquelle zu steuern. Eine elektrische Leistungsquelle kann eine oder mehrere Batterien sein. Andere elektrische Leistungsquellen, wie Brennstoffzellen, die die Fähigkeit haben, elektrische Leistung bereitzustellen oder zu speichern und abzugeben, können anstelle von Batterien verwendet werden, ohne die Konzepte der vorliegenden Erfindung zu verändern.
Kehren wir nun zu der Beschreibung der Leistungsquellen zurück, sollte aus der vorstehenden Beschreibung und mit besonderer Bezugnahme auf 1a ersichtlich sein, dass das Getriebe 14 selektiv Leistung von der Maschine 12 aufnimmt. Das Hybridgetriebe nimmt auch Leistung von einer elektrischen Leistungsquelle 95 auf, die funktional mit einem Controller 97 verbunden ist. Die elektrische Leistungsquelle 95 kann eine oder mehrere Batterien sein. Andere elektrische Leistungsquellen, wie Kondensatoren oder Brennstoffzellen, die die Fähigkeit haben, elektrische Leistung bereitzustellen oder zu speichern und abzugeben, können anstelle von oder in Kombination mit Batterien verwendet werden, ohne die Konzepte der vorliegenden Erfindung zu verändern.
Wie es in 1b und insbesondere in der darin offenbarten Wahrheitstabelle gezeigt ist, werden die Drehmomentübertragungseinrichtungen selektiv in Kombinationen von dreien eingerückt, um acht Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang bereitzustellen, und zwar alle mit aufeinander folgenden Schaltvorgängen mit einem einzigen Übergang und einem zweifachen Overdrive-Übersetzungsverhältnis.
Wie es oben ausgeführt wurde, ist der Einrückplan für die Drehmomentübertragungseinrichtungen in der Wahrheitstabelle von 1b gezeigt. Das Schaubild von 1b beschreibt die Verhältnisstufen, die in dem oben beschriebenen Getriebe erzielt werden. Beispielsweise beträgt das Stufenverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Vorwärtsgang 1,53, während das Stufenverhältnis zwischen dem Rückwärtsgang und dem ersten Vorwärtsgang –1,16 beträgt.
Unter Bezugnahme auf 1c ist die in 1a gezeigte Ausführungsform von Antriebsstrang 10 in einem Hebeldiagrammformat veranschaulicht. Ein Hebeldiagramm ist eine schematische Darstellung der Bauteile einer mechanischen Einrichtung, wie eines Automatikgetriebes. Jeder einzelne Hebel stellt einen Planetenradsatz oder einen Außenradsatz dar. In den Planetenradsatzhebeln sind die drei grundlegenden mechanischen Bauteile des Planetengetriebes jeweils durch einen Knoten dargestellt. Daher enthält ein Hebel eines einzelnen Planetenradsatzes drei Knoten: einen für das Sonnenrad, einen für den Planetenradträger und einen für das Hohlrad. Die relative Länge zwischen den Knoten jedes Planetenradsatzhebels kann dazu verwendet werden, das Hohlrad/Sonnenrad-Verhältnis eines jeden entsprechenden Zahnradsatzes darzustellen. Diese Hebelverhältnisse werden wiederum dazu verwendet, die Übersetzungsverhältnisse des Getriebes zu verändern, um geeignete Verhältnisse und eine geeignete Verhältnisprogression zu erreichen. Mechanische Kopplungen oder Verbindungen zwischen den Knoten der verschiedenen Planetenradsätze sind durch dünne, horizontale Linien veranschaulicht, und Drehmomentüber tragungseinrichtungen, wie Kupplungen und Bremsen, sind als ineinander greifende Finger dargestellt. Wenn die Einrichtung eine Bremse ist, ist ein Satz der Finger auf Masse festgelegt. Vertikale gestrichelte Linien mit einem auf Masse festgelegten Drehpunkt stellen Außenradsätze dar. Eine weitere Erläuterung des Formats, Zwecks und der Verwendung von Hebeldiagrammen ist in SAE Paper 810102 "The Lever Analogy: A New Tool in Transmission Analysis", 1981, verfasst von Benford, Howard, und Leising, Maurice, zu finden, deren Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
Wie es in 1c gezeigt ist, umfasst der Antriebsstrang 10 ein Eingangselement 17, das ständig mit der Maschine 12 verbunden ist, ein Ausgangselement 19, das ständig mit dem Achsantriebsmechanismus 16 verbunden ist, einen ersten Planetenradsatz 20A mit drei Knoten: einem ersten Knoten 22A, einem zweiten Knoten 26A und einem dritten Knoten 24A; einen zweiten Planetenradsatz 30A mit drei Knoten: einem ersten Knoten 32A, einem zweiten Knoten 36A und einem dritten Knoten 34A; und einen dritten Planetenradsatz 40A mit drei Knoten: einem ersten Knoten 42A, einem zweiten Knoten 46A und einem dritten Knoten 44A. Der Antriebsstrang 10 umfasst auch einen ersten Außenradsatz 50A mit zwei Außenrädern: einem ersten Außenrad 51A und einem zweiten Außenrad 52A; einen zweiten Außenradsatz 54A mit zwei Außenrädern: einem ersten Außenrad 55A und einem zweiten Außenrad 56A; einen dritten Außenradsatz 58A mit zwei Außenrädern: einem ersten Außenrad 59A und einem zweiten Außenrad 60A; und einen Achsantriebsradsatz 62A mit zwei Außenrädern: einem Antriebsaußenrad 63A und einem angetriebenen Außenrad 64A.
Das Eingangselement 17 ist ständig mit dem Knoten 26A verbunden. Das Ausgangselement 19 ist ständig mit dem Außenrad 64A verbunden. Der Motor 15 ist ständig mit den Außenrädern 94A und 96A verbunden.
Der Knoten 34A ist ständig mit dem Knoten 42A über Verbindungselement 70 verbunden. Der Knoten 22A ist ständig mit dem Außenrad 51A verbunden. Der Knoten 24A ist ständig mit dem Außenrad 55A verbunden. Der Knoten 32A ist ständig mit dem Außenrad 56A verbunden. Der Knoten 42A ist ständig mit dem Außenrad 60A und mit Knoten 34A über Verbindungselement 70 verbunden. Der Knoten 46A ist ständig mit Antriebsaußenrad 63A verbunden.
Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse 80, verbindet den Knoten 22A selektiv mit dem Getriebegehäuse 90. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 82, verbindet das Außenrad 52A selektiv mit dem Knoten 44A. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 84, verbindet das Außenrad 59A selektiv mit dem Eingangselement 17 und mit Knoten 26A. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 85, verbindet das Außenrad 55A selektiv mit dem Außenrad 59A. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 86, verbindet den Knoten 36A selektiv mit dem Knoten 44A.
Um Übersetzungsverhältnisse herzustellen, werden für jeden Gangzustand drei Drehmomentübertragungseinrichtungen eingerückt. Die eingerückten Drehmomentübertragungseinrichtungen sind in jeder entsprechenden Zeile von 1b durch ein ”X” dargestellt. Um beispielsweise den Rückwärtsgang herzustellen, werden die Bremse 80 und die Kupplungen 82, 86 eingerückt. Die Bremse 80 bringt den Knoten 22A mit dem Getriebegehäuse 90 in Eingriff. Die Kupplung 82 bringt das Außenrad 52A mit dem Knoten 44A in Eingriff. Die Kupplung 86 bringt den Knoten 36A mit dem Knoten 44A in Eingriff. Gleichermaßen werden die acht Vorwärtsgänge durch unterschiedliche Kombinationen einer Kupplungseinrückung wie nach 1b erreicht.
Der Antriebsstrang 10 kann sich Bauteile mit einem Hybridfahrzeug teilen, und eine derartige Kombination kann in einem ”Ladungsentleerungsmodus” betrieben werden. Zu Zwecken der vorliegenden Erfindung ist ein ”Ladungsentleerungsmodus” ein Modus, bei dem das Fahrzeug vorwiegend durch einen Elektromotor/Generator mit Leistung beaufschlagt wird, so dass eine Batterie entleert oder nahezu entleert ist, wenn das Fahrzeug sein Ziel erreicht. Mit anderen Worten wird die Maschine 12 während des Ladungsentleerungsmodus nur bis zu dem Ausmaß betrieben, das notwendig ist, um sicherzustellen, dass die Batterie nicht vor Erreichen des Ziels entleert ist. Ein herkömmliches Hybridfahrzeug arbeitet in einem ”Ladungshaltemodus”, bei dem, wenn das Batterieladeniveau unter ein vorbestimmtes Niveau (z. B. 25%) abfällt, die Maschine automatisch laufen gelassen wird, um die Batterie wieder aufzuladen. Indem das Hybridfahrzeug in einem Ladungsentleerungsmodus betrieben wird, kann es daher etwas oder den gesamten Kraftstoff einsparen, der ansonsten verbraucht werden würde, um in einem herkömmlichen Hybridfahrzeug das Batterieladeniveau von 25% aufrechtzuerhalten. Es ist festzustellen, dass ein Hybridfahrzeug-Antriebsstrang bevorzugt nur dann in dem Ladungsentleerungsmodus betrieben wird, wenn die Batterie nach Erreichen des Ziels wieder aufgeladen werden kann, indem sie in eine Energiequelle eingesteckt wird.
Obgleich die besten Ausführungsarten der Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, werden Fachleute auf dem Gebiet, das diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausfüh rungsformen zur praktischen Ausführung der Erfindung im Schutzumfang der beigefügten Ansprüche erkennen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

- SAE Paper 810102 ”The Lever Analogy: A New Tool in Transmission Analysis”, 1981, verfasst von Benford, Howard, und Leising, Maurice [0044]

Claims

Mehrgang-Hybridgetriebe, umfassend: ein Eingangselement; ein Ausgangselement; einen ersten, zweiten und dritten Planetenradsatz, die jeweils ein erstes, zweites und drittes Element aufweisen, wobei die Radsätze entlang einer ersten und zweiten Achse angeordnet sind; ein Verbindungselement, das das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes ständig mit dem ersten Element des dritten Planetenradsatzes verbindet; einen ersten, zweiten und dritten Außenradsatz, die zum Übertragen von Drehmoment zwischen der ersten und zweiten Achse eingerichtet sind, wobei der erste, zweite und dritte Außenradsatz jeweils erste und zweite kämmende Außenräder aufweisen; einen Motor/Generator, der funktional mit dem ersten Außenrad des zweiten Außenradsatzes verbunden ist; und fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen zum selektiven Verbinden der Elemente der Planetenradsätze oder des ersten und zweiten Außenrades der drei Außenradsätze miteinander, mit einem feststehenden Element oder mit dem Eingangselement, wobei die fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen in Kombinationen von dreien eingerückt sind, um zumindest acht Vorwärtsgänge und zumindest einen Rückwärtsgang zwischen dem Eingangselement und dem Ausgangselement herzustellen.
Hybridgetriebe nach Anspruch 1, wobei eine erste der fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen betreibbar ist, um das erste Element des ersten Planetenradsatzes selektiv mit dem feststehenden Element zu verbinden, wobei insbesondere eine zweite der fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen betreibbar ist, um das zweite Außenrad des ersten Außenradsatzes selektiv mit dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes zu verbinden, wobei insbesondere eine dritte der fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen betreibbar ist, um das erste Außenrad des dritten Außenradsatzes selektiv mit dem Eingangselement zu verbinden, wobei insbesondere eine vierte der fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen betreibbar ist, um das erste Außenrad des zweiten Außenradsatzes selektiv mit dem ersten Außenrad des dritten Außenradsatzes zu verbinden, wobei insbesondere eine fünfte der fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen betreibbar ist, um das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes selektiv mit dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes zu verbinden.
Hybridgetriebe nach Anspruch 1, wobei das erste Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem ersten Außenrad des ersten Außenradsatzes verbunden ist; das dritte Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem ersten Außenrad des zweiten Außenradsatzes verbunden ist; das erste Element des zweiten Planetenradsatzes ständig mit dem zwei ten Außenrad des zweiten Außenradsatzes verbunden ist; das erste Element des dritten Planetenradsatzes ständig mit dem zweiten Außenrad des dritten Außenradsatzes verbunden ist; und das zweite Element des dritten Planetenradsatzes ständig mit einem Antriebsaußenrad eines Achsantriebs-Außenradsatzes verbunden ist.
Hybridgetriebe nach Anspruch 1, wobei das Ausgangselement mit einem Achsantriebs-Außenradsatz verbunden ist, und der Achsantriebs-Außenradsatz mit dem zweiten Element des dritten Planetenradsatzes verbunden ist, und/oder wobei die ersten, zweiten und dritten Elemente des ersten, zweiten und dritten Planetenradsatzes jeweils ein Sonnenrad, eine Planetenträgeranordnung bzw. ein Hohlrad umfassen.
Hybridgetriebe nach Anspruch 1, wobei das Eingangselement ständig mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden ist, und das Ausgangselement ständig mit einem angetriebenen Außenrad eines Achsantriebs-Außenradsatzes verbunden ist.
Hybridgetriebe nach Anspruch 1, wobei der erste Planetenradsatz auf der ersten Achse angeordnet ist und der zweite und dritte Planetenradsatz auf der zweiten Achse angeordnet sind.
Mehrgang-Hybridgetriebe, umfassend: ein Eingangselement; ein Ausgangselement; einen ersten, zweiten und dritten Planetenradsatz, die jeweils ein erstes, zweites und drittes Element aufweisen, wobei die Planetenradsätze entlang einer ersten und zweiten Achse angeordnet sind; ein Verbindungselement, das das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes ständig mit dem ersten Element des dritten Planetenradsatzes verbindet; einen ersten, zweiten und dritten Außenradsatz, die zum Übertragen von Drehmoment zwischen der ersten und zweiten Achse angeordnet sind, wobei die drei Außenradsätze jeweils erste und zweite kämmende Außenräder aufweisen; einen Motor/Generator, der funktional mit dem ersten Außenrad des zweiten Außenradsatzes verbunden ist; eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, die das erste Element des ersten Planetenradsatzes selektiv mit einem feststehenden Element verbindet; eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, die das zweite Außenrad des ersten Außenradsatzes selektiv mit dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes verbindet; eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, die das erste Außenrad des dritten Außenradsatzes selektiv mit dem Eingangselement verbindet; eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, die das erste Außenrad des zweiten Außenradsatzes selektiv mit dem ersten Außenrad des dritten Außenradsatzes verbindet; eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, die das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes selektiv mit dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes verbindet; und wobei die fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen in Kombinationen von dreien eingerückt sind, um zumindest acht Vorwärtsgänge und zumindest einen Rückwärtsgang zwischen dem Eingangselement und dem Ausgangselement herzustellen.
Hybridgetriebe nach Anspruch 7, wobei die ersten, zweiten und dritten Elemente des ersten, zweiten und dritten Planetenradsatzes jeweils ein Sonnenrad, eine Planetenträgeranordnung bzw. ein Hohlrad umfassen, und/oder wobei das erste Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem ersten Außenrad des ersten Außenradsatzes verbunden ist; das dritte Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem ersten Außenrad des zweiten Außenradsatzes verbunden ist; das erste Element des zweiten Planetenradsatzes ständig mit dem zweiten Außenrad des zweiten Außenradsatzes verbunden ist; das erste Element des dritten Planetenradsatzes ständig mit dem zweiten Außenrad des dritten Außenradsatzes verbunden ist; und das zweite Element des dritten Planetenradsatzes ständig mit einem Antriebsaußenrad eines Achsantriebs-Außenradsatzes verbunden ist, und/oder wobei das Eingangselement ständig mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden ist und das Ausgangselement ständig mit einem zweiten Außenrad eines Achsantriebs-Außenradsatzes verbunden ist.
Mehrganggetriebe, umfassend: ein Eingangselement; ein Ausgangselement; einen ersten, zweiten und dritten Planetenradsatz, die jeweils ein Sonnenrad, eine Planetenträgeranordnung und ein Hohlrad aufweisen, wobei die Planetenradsätze entlang einer ersten und zweiten Achse angeordnet sind; ein Verbindungselement, das das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes ständig mit dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes verbindet; einen ersten, zweiten und dritten Außenradsatz, die zum Übertragen von Drehmoment zwischen der ersten und zweiten Achse angeordnet sind, wobei der erste, zweite und dritte Außenradsatz jeweils erste und zweite kämmende Außenräder aufweisen; einen Motor/Generator, der funktional mit dem ersten Außenrad des zweiten Außenradsatzes verbunden ist; eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, die das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes selektiv mit einem feststehenden Element verbindet; eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, die das zweite Außenrad des ersten Außenradsatzes selektiv mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes verbindet; eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, die das erste Außenrad des dritten Außenradsatzes selektiv mit dem Eingangselement verbindet; eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, die das erste Außenrad des zweiten Außenradsatzes selektiv mit dem ersten Außenrad des dritten Außenradsatzes verbindet; eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, die die Planetenträgeranordnung des zweiten Planetenradsatzes selektiv mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes verbindet; und wobei die fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen in Kombinationen von dreien eingerückt sind, um zumindest acht Vorwärtsgänge und zumindest einen Rückwärtsgang zwischen dem Eingangselement und dem Ausgangselement herzustellen.
Getriebe nach Anspruch 9, wobei das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem ersten Außenrad des ersten Außenradsatzes verbunden ist; das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem ersten Außenrad des zweiten Außenradsatzes verbunden ist; das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes ständig mit dem zweiten Außenrad des zweiten Außenradsatzes verbunden ist; das Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes ständig mit dem zweiten Außenrad des dritten Außenradsatzes verbunden ist; und die Planetenträgeranordnung des dritten Planetenradsatzes ständig mit einem Antriebsaußenrad eines Achsantriebs-Außenradsatzes verbunden ist, und/oder wobei das Eingangselement ständig mit der Planetenträgeranordnung des ersten Planetenradsatzes verbunden ist und das Ausgangselement ständig mit einem zweiten Außenrad eines Achsantriebs-Außenradsatzes verbunden ist.