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Die Offenbarung betrifft eine Weit-Knoten-Antriebseinheit für ein Fahrzeug.
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Um ein effizienteres Fahrzeug herzustellen, kombinieren Hybridfahrzeug-Antriebsstränge einen Elektromotor und eine herkömmliche Brennkraftmaschine. Drehmoment von der Kraftmaschine und dem Elektromotor wird in der Regel zu den angetriebenen Rädern des Fahrzeugs über ein Getriebe kanalisiert. Der Wirkungsgrad eines Hybridfahrzeug-Antriebsstrangs steht im Allgemeinen mit dem Prozentsatz der Zeit, die die Maschine zusätzlich zu oder anstelle des Elektromotors laufen gelassen werden muss, um das Fahrzeug mit Leistung zu beaufschlagen, in Beziehung.
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Einige Hybridantriebsstränge wenden einen einzigen Elektromotor in Kombination mit der Kraftmaschine an. In derartigen Antriebssträngen stehen der Getriebeausgang sowie die Fahrzeuggeschwindigkeit direkt mit den Drehzahlen und Drehmomenten der Kraftmaschine und des Elektromotors in Beziehung. Andere Hybridantriebsstränge wenden zwei Elektromotoren in Kombination mit der Kraftmaschine an, um das Fahrzeug mit Leistung zu beaufschlagen. Zusätzlich kann ein Fahrzeug einen rein elektrischen Antrieb anwenden. In einem solchen Fall wird der Antriebsstrang des Fahrzeugs einen oder mehrere Motoren-Generatoren und keine Brennkraftmaschine aufweisen.
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In einem hybriden oder rein elektrischen Antriebsstrang sind die Elektromotoren funktional mit einem Getriebe verbunden, das eine Planetenzahnradanordnung umfasst, so dass das Drehmoment und die Drehzahl der Elektromotoren unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit und der gewünschten Beschleunigung gewählt werden können. In einem Hybridantriebsstrang wird die Steuerung der Kraftmaschine in der Regel erreicht, indem der einzelne Drehmomentbeitrag von dem Elektromotor / den Elektromotoren variiert wird. Somit können derartige hybride und rein elektrische Antriebsstränge jeweils einen wählbaren Drehmomentbeitrag von ihren Elektromotoren liefern, und in dem Fall des Hybridantriebsstrangs kann er ähnlich einen wählbaren Drehmomentbeitrag von der Kraftmaschine zum Antreiben des betreffenden Fahrzeugs liefern.
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Aus der
CN 101 791 944 A ist eine elektromechanische Antriebseinheit bekannt, die mit mehreren Leistungsquellen zum Anfahren und Antreiben eines Fahrzeugs verbindbar ist, umfassend ein Ausgangselement, ein feststehendes Element, eine Drehmomentübertragungseinrichtung und eine zusammengesetzte Planetenradanordnung, die eine erste Verknüpfungsstelle, eine zweite Verknüpfungsstelle, eine dritte Verknüpfungsstelle und eine vierte Verknüpfungsstelle aufweist. Die Leistungsquellen umfassen einen ersten Motor/Generator und einen zweiten Motor/Generator, wobei der zweite Motor/Generator funktional mit der zusammengesetzten Planetenradanordnung an der ersten Verknüpfungsstelle verbunden ist, das Ausgangselement funktional mit der zusammengesetzten Planetenradanordnung an der zweiten Verknüpfungsstelle verbunden ist und der erste Motor/Generator funktional mit der zusammengesetzten Planetenradanordnung an der vierten Verknüpfungsstelle verbunden ist. Die Drehmomentübertragungseinrichtung ist einrückbar, um eine Brennkraftmaschine mit dem Ausgangselement zu verbinden.
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Die
US 6 491 599 B1 offenbart eine elektromechanische Antriebseinheit, die mit mehreren Leistungsquellen zum Anfahren und Antreiben eines Fahrzeugs verbindbar ist, umfassend: ein Ausgangselement, ein feststehendes Element, vier Drehmomentübertragungseinrichtungen und eine zusammengesetzte Planetenradanordnung mit zwei Planetenradsätzen, die eine erste Verknüpfungsstelle, eine zweite Verknüpfungsstelle, eine dritte Verknüpfungsstelle und eine vierte Verknüpfungsstelle aufweist. Die Leistungsquellen umfassen einen ersten Motor/Generator, einen zweiten Motor/Generator und eine Brennkraftmaschine, wobei der zweite Motor/Generator funktional mit der zusammengesetzten Planetenradanordnung an der ersten Verknüpfungsstelle verbunden ist, das Ausgangselement funktional mit der zusammengesetzten Planetenradanordnung an der zweiten Verknüpfungsstelle verbunden ist; der erste Motor/Generator funktional mit der zusammengesetzten Planetenradanordnung an der vierten Verknüpfungsstelle verbunden ist. Eine Drehmomentübertragungseinrichtung ist einrückbar, um ein Verbindungselement zwischen zwei Planetenradsätzen der zusammengesetzten Planetenradanordnung zu verbinden. Die drei weiteren Drehmomentübertragungseinrichtungen sind einrückbar, um die Motoren/Generatoren und die Brennkraftmaschine selektiv an dem feststehenden Element festzulegen.
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Die
KR 10 2011 0 006 907 A offenbart eine elektromechanische Antriebseinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine elektromechanische Antriebseinheit zur Verfügung zu stellen, die eine große Übersetzungsverhältnisspreizung bietet.
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Diese Aufgabe wird durch eine elektromechanische Antriebseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die erste, zweite, dritte und vierte Verknüpfungsstelle können zumindest eine Übersetzungsverhältnisspreizung von 3 zu 1 zwischen der Drehmomentübertragungseinrichtung und dem Ausgangselement liefern. Das höchste numerische Übersetzungsverhältnis in der Antriebseinheit kann annähernd 4 zu 1 sein, und das niedrigste numerische Übersetzungsverhältnis kann annähernd 0,7 zu 1 sein.
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Eine solche Antriebseinheit in Verbindung mit der Kraftmaschine, dem ersten Motor/Generator und dem zweiten Motor/Generator kann Teil eines Single-Mode-Hybridantriebsstrangs mit weitem Übersetzungsverhältnis sein, der ausgelegt ist, um das Fahrzeug anzufahren und anzutreiben.
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben:
- 1 ist eine schematische Prinzipdiagrammdarstellung eines elektrisch verstellbaren Weit-Knoten-Getriebes (EVT) mit kombinierter Leistungsverzweigung, das als Teil eines Hybridantriebsstrangs für ein Fahrzeug angewandt wird.
- 2 ist eine schematische Hebeldiagrammdarstellung des Weit-Knoten-EVT, das in 1 in Prinzipdiagrammform dargestellt ist.
- 3 ist eine andere Ausführungsform der schematischen Hebeldiagrammdarstellung des Weit-Knoten-EVT, das in 1 in Prinzipdiagrammform dargestellt ist.
- 4 ist eine schematische Prinzipdiagrammdarstellung einer anderen Ausführungsform eines Weit-Knoten-EVT, das als Teil eines Hybridantriebsstrangs für ein Fahrzeug angewandt wird.
- 5 ist eine schematische Hebeldiagrammdarstellung des Weit-Knoten-EVT, das in 4 in Prinzipdiagrammform dargestellt ist.
- 6 ist eine graphische Darstellung eines Vergleichs von je Kraftmaschinenumdrehung zurückgelegter Fahrzeugdistanz für die in 1-5 gezeigten Weit-Knoten-EVTs.
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, wobei gleiche Bezugszeichen sich auf gleiche Komponenten beziehen, veranschaulicht 1 einen Hybridantriebsstrang 10, der ausgelegt ist, um ein Fahrzeug anzufahren und anzutreiben, d.h. um das Fahrzeug in allen Geschwindigkeitsbereichen zwischen niedrigen und hohen Straßengeschwindigkeiten zu betreiben. Der Hybridantriebsstrang 10 umfasst mehrere Leistungsquellen, die eine Brennkraftmaschine 12, einen ersten Elektromotor/Generator 14 und einen zweiten Elektromotor/Generator 16 umfassen, die alle mit einer elektromechanischen Antriebseinheit verbunden sind, die als „elektrisch verstellbares Getriebe“ (EVT) 18 gezeigt ist.
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Der Antriebsstrang 10 weist zusätzlich ein Energiespeichersystem auf, das eine oder mehrere Batterien umfasst, die nicht genauer gezeigt sind, jedoch Fachleuten bekannt sind. Das Energiespeichersystem ist funktional mit dem ersten und zweiten Motor/Generator 14, 16 verbunden, so dass die Motoren/Generatoren Drehmoment auf die Kraftmaschine 12 übertragen oder Drehmoment von dieser aufnehmen können. Obwohl es nicht gezeigt ist, umfasst der Antriebsstrang 10 auch einen Controller oder eine elektronische Steuereinheit (ECU). Der Controller ist funktional mit den Leistungsquellen und dem Energiespeichersystem verbunden, um die Verteilung von Drehmoment von den Leistungsquellen auf das EVT 18 zu steuern.
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Wie es Fachleute kennen, bildet ein „elektrisch verstellbares Getriebe“ einen Getriebeplanetenradzug, der funktional mit einem jeden von der Kraftmaschine 12, dem ersten Motor/Generator 14 und dem zweiten Motor/Generator 16 verbunden ist. Das Kanalisieren jeweiliger Drehmomente der Kraftmaschine 12 und der beiden Motoren/Generatoren 14 und 16 zu unterschiedlichen Elementen des Planetenradzuges gestattet es, dass eine der Leistungsquellen den Betrieb von irgendwelchen der beiden anderen unterstützt oder ausbalanciert. Somit lässt die Kombination aus einer Kraftmaschine 12 und zwei Motoren/Generatoren 14 und 16, die funktional mit dem EVT 18 verbunden sind, zu, dass die Drehzahlen und Drehmomente der Kraftmaschine und der Motoren/Generatoren unabhängig gesteuert und gewählt werden können, um ein betreffendes Fahrzeug effizienter anzutreiben.
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Obwohl der Hybridantriebsstrang 10 so gezeigt ist, dass er die Kraftmaschine 12 umfasst, kann das EVT 18 auch allein mit dem ersten und zweiten Elektromotor/Generator 14, 16 verbindbar sein. In einem solchen Fall wäre der Antriebsstrang 10 nicht länger ein Hybrid-Typ, sondern würde rein elektrisch werden, und das EVT 18 kann dann weitgehend als eine elektromechanische Antriebseinheit beschrieben werden. Der Einfachheit und Klarheit wegen wird sich der Rest der Beschreibung auf die elektromechanische Antriebseinheit beziehen, da das EVT 18 sowohl mit der Kraftmaschine 12 als auch mit den Motoren/Generatoren 14, 16 verbunden ist. Zusätzlich können die Verbindungen des Hybridantriebsstrangs 10, die nachstehend ausführlicher beschrieben werden, eine Gesamtverringerung der Drehmomentanforderung von der Kombination des ersten und zweiten Motors/Generators 14 und 16 gestatten, während ein annehmbares Fahrzeugleistungsvermögen im Vergleich mit anderen Systemen gewährt wird.
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Das EVT 18 umfasst drei Planetenradsätze, die in 2 in Hebeldiagrammform dargestellt sind. Ein Hebeldiagramm ist eine schematische Darstellung der Komponenten einer mechanischen Einrichtung, wie eines Automatikgetriebes. Jeder einzelne Hebel kann einen einzelnen Planetenradsatz, eine zusammengesetzte Planetenradanordnung mit zwei oder mehr miteinander verbundenen Planetenradsätzen oder einen Außenradsatz darstellen. In dem Planetenradsatzhebel sind die drei grundlegenden mechanischen Komponenten des betreffenden Zahnradsatzes, d.h. die Sonnenrad-, Planetenradträger- und Hohlradelemente, jeweils durch eine Verknüpfungsstelle an dem besonderen Hebel dargestellt. Daher enthält ein typischer einzelner Planetenradsatzhebel drei Verknüpfungsstellen: eine für das Sonnenradelement, eine für das Planetenradträgerelement und eine für das Hohlradelement. Die relative Länge zwischen den Verknüpfungsstellen jedes Planetenradsatzhebels kann dazu verwendet werden, das Hohlrad/Sonnenrad-Verhältnis jedes entsprechenden Zahnradsatzes darzustellen. Diese Hebelverhältnisse werden wiederum dazu verwendet, die Übersetzungsverhältnisse des Getriebes zu variieren, um geeignete Verhältnisse und eine geeignete Verhältnisprogression zu erreichen. Mechanische Kopplungseinrichtungen oder Verbindungen zwischen den Verknüpfungsstellen der verschiedenen Planetenradsätze sind durch dünne, horizontale Linien veranschaulicht, und Drehmomentübertragungseinrichtungen, wie Kupplungen und Bremsen, sind als ineinander greifende Finger dargestellt. Wenn die Einrichtung eine Bremse ist, ist ein Satz der Finger festgelegt. Eine weitergehende Erläuterung des Formats, Zwecks und der Verwendung von Hebeldiagrammen ist in der Druckschrift SAE Paper 810102, verfasst von Benford, Howard, und Leising, Maurice, „The Lever Analogy: A New Tool in Transmission Analysis“, 1981, zu finden.
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Wie es in den 1 und 2 zu sehen ist, umfasst das EVT 18 eine Planetenradanordnung 20 mit kombinierter Leistungsverzweigung. Wie es Fachleuten allgemein bekannt ist, wird ein Hebel mit vier Verknüpfungsstellen, wie er in 2 gezeigt ist, hergestellt, indem zwei separate feste Verbindungen, d.h. Paarungen, zwischen einem Element von einem Planetenradsatz und einem Element von einem anderen Planetenradsatz vorgesehen werden. Derartige feste Verbindungen können zum Beispiel zwischen einem Planetenträger von einem Zahnradsatz und einem Hohlrad von einem anderen Zahnradsatz oder zwischen einem Planetenträger von einem Zahnradsatz und einem Sonnenrad von einem anderen vorgesehen sein. Wenn eine einzige derartige feste Verbindung angewandt wird, dient die betreffende Verbindung dazu, die maximale Zahl von getrennt rotierenden Trägheiten (um eine gemeinsame zentrale Achse) von sechs auf vier und die Gesamtfreiheitgrade von vier auf zwei zu verringern. Derart eingeschränkt liefert die Planetenradanordnung 20 mit kombinierter Leistungsverzweigung nach Drehzahl geordnet eine erste, zweite, dritte und vierte Verknüpfungsstelle. Wie es jedoch Fachleute verstehen, können verschiedene zusammengesetzte Planetenradanordnungen aufgebaut werden, um einen Hebel mit vier Verknüpfungsstellen bereitzustellen, der ein solches Ergebnis bewerkstelligen wird und diese in den Umfang des Hebeldiagramms von 2 setzen wird.
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Wie es in 1 gezeigt ist, umfasst die Planetenradanordnung 20 mit kombinierter Leistungsverzweigung einen ersten Planetenradsatz 22, der mit einem zweiten Planetenradsatz 24 verbunden ist, und einen dritten Planetenradsatz 26, der mit dem zweiten Planetenradsatz 24 verbunden ist. Zusätzlich umfasst die Planetenradanordnung 20 mit kombinierter Leistungsverzweigung zwei Elemente des ersten Planetenradsatzes 22, die funktional mit zwei Elementen des zweiten Planetenradsatzes 24 verbunden sind, ein Element des zweiten Planetenradsatzes, das funktional mit einem Element des dritten Planetenradsatzes 26 verbunden ist, und ein Element des dritten Planetenradsatzes, das an einem feststehenden Element 28 befestigt ist. Das feststehende Element 28 kann ein Kasten oder Gehäuse des EVT 18 sein, wohingegen das daran befestigte Element das zweite Element des dritten Zahnradsatzes 26 sein kann. Ein Hebel 30, der die Planetenradanordnung 20 mit kombinierter Leistungsverzweigung darstellt, umfasst eine erste, zweite, dritte und vierte Verknüpfungsstelle 30-1, 30-2, 30-3 bzw. 30-4 und ist in jeder der 2 und 3 gezeigt. Die erste Verknüpfungsstelle 30-1 stellt das erste Element des zweiten Planetenradsatzes 24 dar oder ist durch dieses definiert, die zweite Verknüpfungsstelle 30-2 ist durch das erste Element des ersten Planetenradsatzes 22 , das mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes 24 verbunden ist, definiert, die dritte Verknüpfungsstelle 30-3 ist durch das zweite Element des ersten Planetenradsatzes, das mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist, definiert, und die vierte Verknüpfungsstelle 30-4 ist durch das dritte Element des ersten Planetenradsatzes definiert.
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Wieder unter Bezugnahme auf 1 umfasst der erste Zahnradsatz 22 ein Hohlradelement 31, ein Trägerradelement 32 und ein Sonnenelement 33. Zusätzlich umfasst der zweite Zahnradsatz 24 ein Hohlradelement 34, ein Trägerradelement 36 und ein Sonnenelement 38. Darüber hinaus umfasst der dritte Zahnradsatz 26 ein Hohlradelement 40, ein Trägerradelement 42 und ein Sonnenelement 44. In Übereinstimmung mit der obigen Struktur des ersten, zweiten und dritten Zahnradsatzes 22, 24, 26 kann die erste Verknüpfungsstelle 30-1 das Hohlradelement 34 des zweiten Zahnradsatzes 24 darstellen. Zusätzlich kann die zweite Verknüpfungsstelle 30-2 das Hohlradelement 31 des ersten Zahnradsatzes 22, das mit dem Trägerelement 36 des zweiten Zahnradsatzes 24 verbunden ist, darstellen. Die dritte Verknüpfungsstelle 30-3 kann das Trägerelement 32 des ersten Zahnradsatzes 22, das mit dem Sonnenradelement 38 des zweiten Zahnradsatzes 24 verbunden ist, darstellen. Schließlich kann die vierte Verknüpfungsstelle 30-4 das Sonnenradelement 33 des ersten Zahnradsatzes 22 darstellen. Dementsprechend sind der erste Planetenradsatz 22, der zweite Planetenradsatz 24 und der dritte Planetenradsatz 26 derart verbunden, dass die resultierende Struktur einen Hebel mit vier Verknüpfungsstellen erzeugt, der die Verknüpfungsstellen 30-1, 30-2, 30-3 und 30-4 umfasst, obwohl die einzelnen Zahnradsatzelemente nicht notwendigerweise in der oben dargestellten Reihenfolge verbunden sein müssen.
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Wie es in 3 gezeigt ist, kann der Hebel 30 auch durch zwei einzelne Hebel 35-1 und 37-1 dargestellt sein, die jeweils dem ersten Planetenradsatz 22 bzw. dem zweiten Planetenradsatz 24 entsprechen können. Dementsprechend sind in 3 die Verknüpfungsstellen 30-2 und 30-3 durch feste Verbindungen dargestellt, so dass die resultierende Struktur effektiv einen Hebel mit vier Verknüpfungsstellen ähnlich dem in 2 gezeigten erzeugt. Von daher ist der in 1 gezeigte Antriebsstrang 10 eine spezifische Ausführungsform eines Antriebsstrangs 10, der durch das in 2 gezeigte Hebeldiagramm dargestellt ist. Dementsprechend ist das in 1 gezeigte EVT 18 durch ein schematisches Prinzipdiagramm dargestellt und zeigt eine spezifische Planetenradanordnung 20 mit kombinierter Leistungsverzweigung, die dem Hebeldiagramm von 2 entspricht und durch dieses wiedergespiegelt wird. Obwohl in 1 ein spezifischer Antriebsstrang 10 dargestellt ist, ist zu verstehen, dass die besondere Ausführungsform einfach beispielhafter Natur ist und andere Antriebsstranganordnungen im Umfang des Hebeldiagramms von 2 ebenso in Betracht gezogen werden.
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Wie es in 1 zu sehen ist, sind die Kraftmaschine 12 und der erste Motor/Generator 14 und der zweite Motor/Generator 16 auf einer gemeinsamen Drehachse 45 angeordnet. Die Kraftmaschine 12, der erste Motor/Generator 14 und der zweite Motor/Generator 16 sind funktional mit dem EVT 18 über eine Eingangselementanordnung verbunden, die Drehmoment von den Leistungsquellen zu der Planetenradanordnung 20 mit kombinierter Leistungsverzweigung überträgt. Die Eingangselementanordnung umfasst eine Ausgangswelle der Kraftmaschine 12, die als ein Eingangselement 46 dient, einen Rotor des ersten Motors/Generators 14, der als ein Eingangselement 48 dient, und einen Rotor des zweiten Motors/Generators 16, der als ein Eingangselement 50 dient. Das Eingangselement 46 ist ausgestaltet, um Kraftmaschinendrehmoment an das EVT 18 zu liefern. Das Eingangselement 48 und das Eingangselement 50 sind jeweils ausgestaltet, um Drehmoment von dem ersten Motor/Generator 14 bzw. dem zweiten Motor/Generator 16 jeweils an das EVT 18 zu liefern. Wie es in 2 zu sehen ist, ist das Eingangselement 46 ständig mit der dritten Verknüpfungsstelle 30-3 verbunden, das Eingangselement 48 ist ständig mit der vierten Verknüpfungsstelle 30-4 verbunden und das Eingangselement 50 ist ständig mit der Verknüpfungsstelle 30-1 verbunden.
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Das EVT 18 umfasst auch ein Ausgangselement 52. Das Ausgangselement 52 ist ständig mit der zweiten Verknüpfungsstelle 30-2 verbunden und ist ausgelegt, um Ausgangsdrehmoment von der Planetenradanordnung 20 mit kombinierter Leistungsverzweigung zum Anfahren und Antreiben des Fahrzeugs zu liefern. Zusätzlich, wie es in 1 gezeigt ist, kann sich das Ausgangselement 52 durch den Rotor des zweiten Motors/Generators 16 erstrecken und durch den zweiten Motor/Generator über ein oder mehrere Lager drehbar gelagert sein. Wie es ebenfalls in 2 gezeigt ist, kann sich das Eingangselement 46 ähnlich durch den Rotor des ersten Motors/Generators 14 erstrecken und dementsprechend durch den ersten Motor/Generator über ein oder mehrere Lager drehbar gelagert sein. Wie es in 1 gezeigt ist, kann das Ausgangselement 52 das Trägerelement 36 mit einer Differenzialeinheit 53 verbinden.
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Wie es in den 2 und 3 zu sehen ist, ist die dritte Verknüpfungsstelle 30-3 selektiv mit dem feststehenden Element 28 über eine einrückbare Drehmomentübertragungseinrichtung 56 verbindbar, um dadurch die Verknüpfungsstelle 30-3 festzulegen. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 56 kann über eine elektrisch betätigte Vorrichtung, wie etwa ein Magnetventil bzw. Solenoid, selektiv eingerückt und ausgerückt werden. Zusätzlich kann die Drehmomentübertragungseinrichtung 56 als ein Band, eine Wälzkörper-Rampen-Einwegkupplung, eine Klauenkupplung oder ein Freilauftyp einer Bremse ausgestaltet sein. Dementsprechend kann die Drehmomentübertragungseinrichtung 56 verwendet werden, um die dritte Verknüpfungsstelle 30-3 relativ zu dem feststehenden Element 28 zu bremsen. Die elektrisch betätigte Drehmomentübertragungseinrichtung 56 gestattet verringerte Wirkungsgradverluste in dem Hybridantriebsstrang 10 sowie in einer rein elektrischen Antriebsstranganwendung, d.h. ohne die Kraftmaschine 12. Zusätzlich ermöglicht die elektrisch betätigte Drehmomentübertragungseinrichtung 56 eine vergrößerte Antriebsdrehmomentfähigkeit für die rein elektrische Antriebsstranganwendung.
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Ein Hybridantriebsstrang 110 ist in 4 gezeigt. Der Hybridantriebsstrang 110 ist ähnlich wie der in 1 gezeigte Hybridantriebsstrang 10, indem der Hybridantriebsstrang 110 ebenfalls durch den in 2 gezeigten Hebel 30 dargestellt werden kann, und ist daher eine weitere Ausführungsform des betreffenden Weit-Knoten-EVT. Der Hybridantriebsstrang 110 umfasst ein EVT 118 mit einer Planetenradanordnung 120 mit kombinierter Leistungsverzweigung. Wie es in 4 gezeigt ist, umfasst die Planetenradanordnung 120 mit kombinierter Leistungsverzweigung einen ersten Planetenradsatz 122, der mit einem zweiten Planetenradsatz 124 verbunden ist, und umfasst zwei Elemente des ersten Planetenradsatzes, die funktional mit zwei Elementen des zweiten Planetenradsatzes verbunden sind. Wie es in 5 zu sehen ist, kann ein Hebel 130 auch die Planetenradanordnung 120 mit kombinierter Leistungsverzweigung darstellen. Der Hebel 130 umfasst eine erste, zweite, dritte und vierte Verknüpfungsstelle 130-1, 130-2, 130-3 bzw. 130-4. Die erste Verknüpfungsstelle 130-1 stellt das erste Element des ersten Planetenradsatzes 122, das mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes 124 verbunden ist, dar oder ist durch dieses definiert, die zweite Verknüpfungsstelle 130-2 ist durch das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes definiert, die dritte Verknüpfungsstelle 130-3 ist durch das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes, das mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden ist, definiert, und die vierte Verknüpfungsstelle 130-4 ist durch das dritte Element des ersten Planetenradsatzes definiert.
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Wie es zusätzlich in 4 gezeigt ist, umfasst der erste Zahnradsatz 122 ein Hohlradelement 131, ein Trägerradelement 132 und ein Sonnenelement 133. Zusätzlich umfasst der zweite Zahnradsatz 124 ein Hohlradelement 134, ein Trägerelement 136 und ein Sonnenradelement 138. Darüber hinaus umfasst der dritte Zahnradsatz 126 ein Hohlradelement 140, ein Trägerelement 142 und ein Sonnenradelement 144. In Übereinstimmung mit der obigen Struktur des ersten, zweiten und dritten Zahnradsatzes 122, 124, 126 kann die erste Verknüpfungsstelle 130-1 das Hohlradelement 131 des ersten Zahnradsatzes 122 darstellen. Zusätzlich kann die zweite Verknüpfungsstelle 130-2 das Trägerelement 136 des zweiten Zahnradsatzes 124 darstellen. Die dritte Verknüpfungsstelle 130-3 kann das Trägerelement 132 des ersten Zahnradsatzes 122, das mit dem Sonnenradelement 138 des zweiten Zahnradsatzes 124 verbunden ist, darstellen. Schließlich kann die vierte Verknüpfungsstelle 130-4 das Sonnenradelement 133 des ersten Zahnradsatzes 122 darstellen. Dementsprechend sind der erste Planetenradsatz 122, der zweite Planetenradsatz 124 und der dritte Planetenradsatz 126 derart verbunden, dass die resultierende Struktur einen Hebel mit vier Verknüpfungsstellen erzeugt, der die Verknüpfungsstellen 130-1, 130-2, 130-3 und 130-4 umfasst, obwohl die einzelnen Zahnradsatzelemente nicht notwendigerweise in der oben dargestellten Reihenfolge verbunden sein müssen. Wie es in 5 gezeigt ist, kann der Hebel 130 durch zwei einzelne Hebel 135-1 und 137-1 dargestellt sein, die jeweils dem ersten Planetenradsatz 122 bzw. dem zweiten Planetenradsatz 124 entsprechen können. Darüber hinaus kann der Hebel 130 auch durch den in 2 gezeigten Hebel 30 dargestellt werden.
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Ein besonderer Vorteil der beschriebenen Anordnung von der ersten, zweiten, dritten und vierten Verknüpfungsstelle 26-1, 26-2, 26-3, 26-4 des EVT 18 und den Verknüpfungsstellen 130-1, 130-2, 130-3, 130-4 des EVT 118 ist, dass die betreffenden EVTs in der Lage sind, eine Weit-Knoten-Übersetzungsverhältnisspreizung bereitzustellen, wie es in der in 6 gezeigten graphischen Darstellung gezeigt ist und nachstehend ausführlicher beschrieben wird. Wie es hierin angewandt wird, stellt das Konzept einer „Knotenbreite“ die Distanz dar, die von dem Fahrzeug pro Umdrehung der Kraftmaschine 12 zurückgelegt wird, und der Begriff „Weit-Knoten“ gibt die Distanz an, die von einem Fahrzeug, das das EVT 18 oder EVT 118 anwendet, im Vergleich mit einem Fahrzeug, das ein typisches Single-Mode-EVT anwendet, zurückgelegt wird.
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6 zeigt eine graphische Darstellung 64 des Betrages eines elektrischen Leistungsweges als einen Bruchteil von Kraftmaschinen-Drehmoment, das verwendet wird, um das Fahrzeug anzutreiben, über die Fahrzeugdistanz, die pro Kraftmaschinenumdrehung zurückgelegt wird, in Metern als Kurve 70 eingezeichnet. Der Betrag des elektrischen Leistungsweges ist auf der Y-Achse der graphischen Darstellung 64 gezeigt und mit Bezugszeichen 65 dargestellt, während die Fahrzeugdistanz, die pro Kraftmaschinenumdrehung zurückgelegt wird, auf der X-Achse der graphischen Darstellung gezeigt und mit Bezugszeichen 67 dargestellt ist. Zusätzlich vergleicht die graphische Darstellung 64 Knotenbreiten von beispielhaften Ausführungsformen des EVT 18 und des EVT 118, die durch eine Distanz 66 zwischen mechanischen Punkten oder Knoten, die mit den Buchstaben A und B identifiziert sind, und eine Distanz 68 zwischen Punkten, die mit den Buchstaben D und E identifiziert sind, dargestellt sind, die auf der Kurve 70 aufgetragen sind. In einem besonderen Beispiel übersteigt die Distanz 66, die von dem Fahrzeug pro jeder Umdrehung der Kraftmaschine 12 mit dem EVT 18 und dem EVT 118 zurückgelegt wird, wenn der elektrische Leistungsweg (von dem ersten und zweiten Motor/Generator 14, 16) Null ist, annähernd 0,8 Meter. Wie es gezeigt ist, für die gleiche Konfiguration ist die Distanz 68, die von dem Fahrzeug pro jeder Umdrehung der Kraftmaschine 12 zurückgelegt wird, wenn die elektrische Leistung von dem ersten und zweiten Motor/Generator 14, 16 annähernd gleich einem Bruchteil der Kraftmaschinenleistung ist, die mit Buchstabe C identifiziert ist, und übersteigt 1,2 Meter. Zum Vergleich beträgt in einem typischen Single-Mode-EVT mit kombinierter Leistungsverzweigung die Distanz 66 im Allgemeinen etwa 0,5 Meter, während es auch eine Distanz 68 von unter 1,2 Meter aufweist. Dementsprechend identifiziert die größere Distanz 66 für das EVT 18 und das EVT 118 als für ein typisches repräsentatives Single-Mode-EVT mit kombinierter Leistungsverzweigung das EVT 18 und das EVT 118 als eine Übersetzungsverhältnisspreizung mit weiterem Knoten besitzend.
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Infolgedessen sind das EVT 18 und das EVT 118 in der Lage, zumindest eine Übersetzungsverhältnisspreizung von 3 zu 1 zwischen der Drehmomentübertragungseinrichtung 56 (d.h. dem Eingangselement 46) und dem Ausgangselement 52 bereitzustellen. Darüber hinaus kann das höchste numerische Übersetzungsverhältnis des EVT 18 und des EVT 118, die eine solche Anordnung von der ersten, zweiten, dritten und vierten Verknüpfungsstelle 30-1, 30-2, 30-3, 30-4 aufweisen, annähernd 4 zu 1 als ihr höchstes numerisches Übersetzungsverhältnis und annähernd 0,7 zu 1 als ihr niedrigstes numerisches Übersetzungsverhältnis aufweisen. Infolgedessen kann der erste Motor/Generator 14 anders bemessen sein, d.h. physisch kleiner sein, als der zweite Motor/Generator 16. Dementsprechend kann der erste Motor/Generator 14 ausgelegt sein, um weniger Drehmoment als der zweite Motor/Generator 16 zu erzeugen. Zusätzlich kann ein jeder von dem ersten und zweiten Motor/Generator 14, 16 mit massiven Kernen ausgelegt sein und Nicht-Seltenerden-Magnete anwenden, die beträchtlich universeller und weniger teuer als ein Seltenerden-Typ sind.
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Wieder unter Bezugnahme auf 1 und 4 umfasst ein jedes von dem EVT 18 und dem EVT 118 auch eine erste Hydraulikpumpe 58 und eine zweite Hydraulikpumpe 60. Die erste und die zweite Hydraulikpumpe 58, 60 sind ausgelegt, um Druckfluid zum Schmieren der Planetenradanordnung 20 mit kombinierter Leistungsverzweigung sowie der Kraftmaschine 12 und des ersten und zweiten Motors/Generators 14, 16 zuzuführen. Wie es gezeigt ist, ist die erste Pumpe 58 funktional mit der dritten Verknüpfungsstelle 30-3 verbunden, und die zweite Pumpe 60 ist funktional mit dem Ausgangselement 52 verbunden, jedoch sind die Lagen der beiden Pumpen austauschbar. Jede der Pumpen 58, 60 kann entweder mechanisch oder elektrisch betätigt sein und variablen Öldurchfluss und/oder -druck liefern. Solche Pumpen 58, 60 mit variablem Durchfluss und/oder Druck können zweckmäßig sein, um eine ausreichende Zufuhr von Öl für das EVT 18 und das EVT 118 bei Anwendungen mit hoher Beanspruchung / Last, wie etwa in dem Ereignis, das das betreffende Fahrzeug einen Anhänger zieht, zu ermöglichen. Ein jedes von dem EVT 18 und dem EVT 118 umfasst auch einen Dämpfer 62. Der Dämpfer 62 ist funktional mit der Kraftmaschine 12 verbunden und ist ausgelegt, um Torsionsschwingungen, die durch die Kraftmaschine erzeugt werden, zu absorbieren, bevor derartige Schwingungen auf die Planetenradanordnung 20 mit kombinierter Leistungsverzweigung über das Eingangselement 46 übertragen werden können.
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Die vorhergehenden Ausgestaltungen des EVT 18 und des EVT 118 sind eine kostengünstige elektromechanische Single-Mode-Antriebseinheit mit kombinierter Leistungsverzweigung, die Vorteile eines Two-Mode-System verkörpert, das einen ersten Modus zum Anfahren eines Fahrzeugs aus dem Stillstand und einen separaten zweiten Modus zum Antreiben des betreffenden Fahrzeugs mit höheren Geschwindigkeiten bietet, jedoch die Komplexität der Mechanik und Steuereinrichtungen des Two-Mode-Systems meidet. Dementsprechend ist ein jedes von dem EVT 18 und dem EVT 118 eine elektromechanische Single-Mode-Antriebseinheit mit kombinierter Leistungsverzweigung, die es ermöglicht, dass ausreichend Drehmoment zum Anfahren und Antreiben des Fahrzeugs erzeugt und kanalisiert werden kann, sowie eine Stopp-Start-Funktion der Kraftmaschine unterstützt. Zusätzlich sind das EVT 18 und das EVT 118 in der Lage, verringerte Verluste im Betriebswirkungsgrad des Antriebsstrangs 10 während des Antreibens als auch während der elektrischen Energierückgewinnung der Energiespeichersystem-Betriebsmodi des Fahrzeugs zu liefern. Weil darüber hinaus das EVT 18 und das EVT 118 jeweils eine einachsige Auslegung haben, d.h. alle drei Leistungsquellen (Kraftmaschine 12, der Motor/Generator 14 und der Motor/Generator 16) auf einer gemeinsamen Drehachse 45 angeordnet sind, sind die EVTs 18 und 118 besonders für Hinterradantriebs-Fahrzeuganwendungen geeignet, bei denen der Antriebsstrang 10 im Wesentlichen mit Bezug auf die Längsachse des betreffenden Fahrzeugs ausgerichtet ist.
