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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft einen Hybridantriebsstrang mit einem so genannten kombiniert-leistungsverzweigten Betriebsmodus.
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HINTERGRUND
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Hybrid-Elektrofahrzeuge bieten verringerten Kraftstoffverbrauch und verringerte Emissionen durch Nutzen einer oder mehrere Elektromotor/Generatoren, einer Brennkraftmaschine und eines fahrzeugeigenen Steuergeräts, das programmiert ist, um die Verwendung sowohl der Maschine als auch von Motor/Generator(en) während unterschiedlicher Fahrbedingungen zu variieren, um einen Spitzenwirkungsgrad zu erreichen.
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Antriebsstränge mit einem elektrisch verstellbaren Getriebe weisen typischerweise ein Antriebselement, ein Abtriebselement und zwei Elektromotor/Generatoren auf, die mit verschiedenen Elementen von Planetenradsätzen verbunden sind. Ein Einrücken von Drehmomentübertragungsmechanismen kann einen oder mehrere elektrisch verstellbare Betriebsmodi, Modi mit festen Übersetzungsverhältnissen und einen rein elektrischen (batteriebetriebenen) Modus ermöglichen. Elektrisch verstellbare Getriebe können die Kraftstoffwirtschaftlichkeit eines Fahrzeugs auf unterschiedliche Weise verbessern, vorrangig durch Verwenden eines oder beider der Motor/Generatoren für Fahrzeugbremsen und Verwenden der rückgewonnenen Energie, um das Fahrzeug bei abgeschalteter Maschine elektrisch anzutreiben. Die Maschine kann bei Leerlauf, während Zeiträumen der Geschwindigkeitsabnahme und des Bremsens und während Zeiträumen eines Betriebs bei niedriger Drehzahl oder hoher Last abgeschaltet werden, um einen ineffizienten Maschinenbetrieb und Reibungsverluste der Maschine zu beseitigen. Mittels regenerativen Bremsens aufgenommene Bremsenergie (oder elektrischen Energie, die während Zeiträumen erzeugt wird, in denen die Maschine arbeitet) wird während dieser Maschinenabschaltzeiträume genutzt. Eine vorübergehende Forderung nach Maschinendrehmoment oder -leistung wird durch die Motor/Generatoren während eines Betriebs in Einschaltmodi der Maschine ergänzt, was eine kleinere Maschine ohne Verringern von Fahrzeugleistung ermöglicht. Ferner können die elektrisch verstellbaren Modi für eine vorgegebene Leistungsforderung ein Betreiben der Maschine bei oder nahe dem optimalen Wirkungsgradpunkt ermöglichen. Zum Beispiel kann ein EVT (engl. für Electrically Variable Transmission, ein elektrisch verstellbares Getriebe) in einem so genanntes eingangsleistungsverzweigten Modus ausgelegt sein, in dem ein Motor-Generator durch Verzahnung nur mit dem Abtrieb verbunden ist und bei niedriger Drehzahl als Motor fungiert; ein zweiter Motor/Generator ist durch Verzahnung mit sowohl dem Antrieb als auch dem Abtrieb verbunden und fungiert bei niedrigen Drehzahlen als Generator. Ein EVT kann in einem kombiniert-leistungsverzweigten Modus ausgelegt sein, in dem sowohl der erste als auch der zweite Motor-Generator durch Verzahnung sowohl mit dem Antrieb als auch dem Abtrieb verbunden sind.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es wird ein Hybridantriebsstrang für ein Fahrzeug vorgesehen, der eine erste Achse und eine zweite Achse aufweist. Eine der Achsen ist eine Vorderachse und die andere der Achsen ist eine Hinterachse. Der Hybridantriebsstrang umfasst eine Maschine, ein feststehendes Element, ein elektrisch verstellbares Getriebe und ein Elektro-Antriebsaggregat.
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Das elektrisch verstellbare Getriebe weist einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz, die miteinander verbunden sind, sowie einen ersten und einen zweiten Motor/Generator auf. Die Maschine, der erste Motor/Generator, der zweite Motor/Generator und die erste Achse sind jeweils zur Drehung mit einem anderen Element des ersten oder des zweiten Planetenradsatzes funktionell verbindbar.
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Das Elektro-Antriebsaggregat weist ein Untersetzungsgetriebe und einen dritten Motor/Generator auf. Das Untersetzungsgetriebe reduziert die Drehzahl und multipliziert das Drehmoment von einem Elektromotor zu einer Achse, so dass die Drehzahl des Elektromotors und die durchschnittliche Drehzahl der Räder, die mit dieser Achse gekoppelt sind, proportional zueinander sind. Ein Untersetzungsgetriebe kann ein oder mehrere Paare von kämmenden Zahnrädern, ein oder mehrere Sätze von Planetenrädern oder eine Kombination derselben umfassen. Der dritte Motor/Generator und die zweite Achse sind jeweils funktionell mit einem anderen Element des Untersetzungsgetriebes in dem Elektro-Antriebsaggregat verbunden. Das Untersetzungsgetriebe kann ein dritter Planetenradsatz sein, in welchem Fall ein Element des dritten Planetenradsatzes mit dem feststehenden Element verbindbar ist.
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Der Antriebsstrang ist in einem kombiniert-leistungsverzweigten Betriebsmodus betreibbar, in dem die Maschine eingeschaltet ist und einer von erstem Motor/Generator und zweitem Motor/Generator als Generator fungiert, um den anderen von erstem Motor/Generator und zweitem Motor/Generator, der als Motor fungiert, anzutreiben, so dass die erste Achse eine Antriebsachse ist.
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Der Antriebsstrang ist in einem eingangsleistungsverzweigten Betriebsmodus betreibbar, in dem die Maschine eingeschaltet ist und einer von erstem Motor/Generator und zweitem Motor/Generator als Generator fungiert, um den dritten Motor/Generator anzutreiben, der als Motor fungiert, so dass die zweite Achse eine Antriebsachse ist. Der Wechsel zwischen dem eingangsleistungsverzweigten Betriebsmodus und dem kombiniert-leistungsverzweigten Betriebsmodus tritt ohne aktive Kupplungen oder Schalten ein. Wenn die Maschine eingeschaltet ist und einer von erstem Motor/Generator und zweitem Motor/Generator als Generator fungiert, um sowohl den anderen von erstem Motor/Generator und zweitem Motor/Generator als auch den dritten Motor/Generator anzutreiben, um als Motoren zu fungieren, so dass die sowohl erste Achse als auch die zweite Achse Antriebsachsen sind, kann ein Allradantriebsmodus herstellt werden.
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Optional kann eine Ausrückkupplung verwendet werden, um dem Elektro-Antriebsaggregat an der zweiten Achse während des kombiniert-leistungsverzweigten Betriebsmodus Freilauf zu ermöglichen, um Schleppverluste zu reduzieren. Es kann auch eine Eingangsbremse, wie etwa eine Einweg-Bremskupplung oder eine selektiv einrückbare Bremskupplung, verwendet werden, um die Maschinenkurbelwelle und das Antriebselement des elektrisch verstellbaren Getriebes feststehend zu halten, um einen rein elektrischen Betriebsmodus, der durch beide als Motoren fungierende Motor/Generatoren des elektrisch verstellbaren Getriebes mit Leistung versorgt wird, zu ermöglichen und einen regenerativen Bremsmodus zu ermöglichen, bei dem beide Motor/Generatoren des elektrisch verstellbaren Getriebes als Generatoren fungieren.
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Die obigen Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Ausführungsarten der Erfindung, wenn diese in Verbindung mit den Begleitzeichnungen genommen wird, leicht deutlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Antriebsstrang, der funktionell mit einer ersten Achse und einer zweiten Achse verbunden ist;
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2 ist eine schematische Darstellung des Antriebsstrangs von 1, die eine Maschine und ein elektrisch verstellbares Getriebe, das in Hebeldiagrammform gezeigt mit der ersten Achse verbunden ist, und ein Elektro-Antriebsaggregat, das in Hebeldiagrammform mit der zweiten Achse verbunden gezeigt ist, zeigt;
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3 ist eine schematische Darstellung des Leistungsflusses während eines eingangsleistungsverzweigten Betriebsmodus in dem Antriebsstrang von 1 und 2, der in Hebeldiagrammform gezeigt ist;
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4 ist eine schematische Darstellung des Leistungsflusses während eines kombiniert-leistungsverzweigten Betriebsmodus und eines optionalen Allradantriebsmodus in dem Antriebsstrang von 1 und 2, der in Hebeldiagrammform gezeigt ist;
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5 ist eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform eines Antriebsstrangs, der ein elektrisch verstellbares Getriebe, das in Hebeldiagrammform mit der ersten Achse verbunden gezeigt ist, und ein Elektro-Antriebsaggregat, das in Hebeldiagrammform mit der zweiten Achse verbunden gezeigt ist, aufweist, mit einer Ausrückkupplung an dem Elektro-Antriebsaggregat und einer Einweg-Bremskupplung an der Maschine; und
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6 ist eine schematische Darstellung einer anderen alternativen Ausführungsform eines Antriebsstrangs, der ein elektrisch verstellbares Getriebe, das in Hebeldiagrammform mit der ersten Achse verbunden gezeigt ist, und ein Elektro-Antriebsaggregat, das in Hebeldiagrammform mit der zweiten Achse verbunden gezeigt ist, aufweist, mit einer Ausrückkupplung an dem Elektro-Antriebsaggregat und einer Maschinenbremse.
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EINGEHENDE BESCHREIBUNG
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, bei denen ähnliche Bezugszeichen in den gesamten mehreren Ansichten ähnliche Komponenten bezeichnen, zeigt 1 ein Fahrzeug 10, das eine erste Achse 12 und eine zweite Achse 14 aufweist. In der gezeigten Ausführungsform ist die erste Achse 12 eine Vorderachse zum Antreiben von Vorderrädern 13 und die zweite Achse 14 ist eine Hinterachse zum Antreiben von Hinterrädern 15.
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Das Fahrzeug 10 weist einen Antriebsstrang 16 auf, der unterschiedliche Komponenten aufweist, um die erste Achse 12 und die zweite Achse 14 separat anzutreiben, um effiziente Betriebsmodi für verschiedene Betriebsbedingungen mit niedrigen inhaltlichen Anforderungen vorzusehen. Zum Beispiel werden ein eingangsleistungsverzweigter Betriebsmodus und ein kombiniert-leistungsverzweigter Betriebsmodus vorgesehen, wobei kein Schalten bzw. keine aktiven Kupplungen zum Wechseln zwischen den zwei Modi erforderlich sind. Es stehen auch ein Allradantrieb-Betriebsmodus, ein rein elektrischer Betriebsmodus mit zwei Motoren, ein regenerativer Bremsmodus mit zwei Motoren und andere Betriebsmodi zur Verfügung.
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2 zeigt eine erste Ausführungsform des Antriebsstrangs 16, der eine Maschine 18 und ein elektrisch verstellbares Getriebe (EVT) 22, das funktionell mit der ersten Achse 12 von 1 verbunden ist, und ein Elektro-Antriebsaggregat 24, das funktionell mit der zweiten Achse 14 von 1 verbunden ist, umfasst, wie nachstehend beschrieben wird. Die Maschine 18 weist eine Kurbelwelle 26 auf, die funktionell angeschlossen ist, um mit einem Antriebselement 28 des EVT 22 zu drehen. Eine optionale Einweg-Bremskupplung 29, die als Eingangsbremse oder Maschinenbremse bezeichnet wird, ist funktionell mit dem Antriebselement 28 verbunden und weist Überholfreilauf auf, wenn die Maschinenkurbelwelle 26 und das Antriebselement 28 in einer Vorwärtsrichtung drehen, bremst aber, um das Antriebselement 28 und die Kurbelwelle 26 an einem feststehenden Element 64 festzulegen, wenn ein Drehmoment in der entgegengesetzten Richtung (Gegenrichtung) der Drehung an dem Antriebselement 28 angelegt wird, wie etwa bei Erzwingen eines Drehens des ersten Elements 32 des ersten Planetenradsatzes 30 in einer Richtung entgegengesetzt zu der der Maschinenkurbelwelle 26. Das feststehende Element 64 kann ein Getriebegehäuse sein.
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Das EVT 22 umfasst einen ersten Planetenradsatz 30, der ein erstes Element 32, ein zweites Element 34 und ein drittes Element 36 aufweist. Das erste, zweite und dritte Element 32, 34, 36 sind in beliebiger Reihenfolge ein Sonnenradelement, ein Hohlradelement und ein Trägerelement, das Ritzelräder lagert, die sowohl mit dem Sonnenradelement als auch dem Hohlradelement des ersten Planetenradsatzes 30 kämmen.
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Das EVT 22 umfasst auch einen zweiten Planetenradsatz 40, der ein erstes Element 42, ein zweites Element 44 und ein drittes Element 46 aufweist. Das erste, zweite und dritte Element 42, 44, 46 sind in beliebiger Reihenfolge ein Sonnenradelement, ein Hohlradelement und ein Trägerelement, das Ritzelräder lagert, die sowohl mit dem Sonnenradelement als auch dem Hohlradelement des zweiten Planetenradsatzes 40 kämmen.
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Ein erstes Verbindungselement 50 verbindet das erste Element 32 des ersten Planetenradsatzes 30 zur gemeinsamen Drehung mit dem ersten Element 42 des zweiten Planetenradsatzes 40. Ein zweites Verbindungselement 52 verbindet das zweite Element 34 des ersten Planetenradsatzes 30 zur Drehung bei der gleichen Drehzahl wie das zweite Element 44 des zweiten Planetenradsatzes 40. Ein Abtriebselement 54 des EVT 22 ist ebenfalls zur gemeinsamen Drehung mit dem Verbindungselement 52 verbunden und ist durch ein Differential 56, wie in 1 gezeigt, funktionell mit der ersten Achse 12 verbunden und treibt diese an. Wie hierin verwendet, drehen Komponenten, die zur ”gemeinsamen Drehung” verbunden sind, bei der gleichen Drehzahl, da sie starr miteinander verbunden sind.
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Das EVT 22 umfasst einen ersten Motor/Generator 60, der einen an dem feststehenden Element 64 befestigten Stator 62 aufweist. Der erste Motor/Generator 60 weist einen Rotor 66 auf, der an einer Rotornabe 68 gelagert ist, die mit dem dritten Element 36 des ersten Planetenradsatzes 30 verbunden ist und bei der gleichen Drehzahl wie dieses dreht.
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Das EVT 22 umfasst einen zweiten Motor/Generator 70, der einen an dem feststehenden Element 64 befestigten Stator 72 und einen Rotor 76 aufweist, der an einer Rotornabe 78 gelagert ist, die mit dem dritten Element 46 des zweiten Planetenradsatzes 40 verbunden ist und mit der gleichen Drehzahl wie dieses dreht.
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Die Motor/Generatoren 60, 70 können elektrische Motor/Generatoren sein, die von einer Energiespeichervorrichtung 81, wie etwa einer Batterie, unter der Steuerung eines Steuergeräts 83 angetrieben werden. Das Steuergerät 83 liefert durch einen Leistungswandler 85 Energie von der Batterie 81 zu einem oder beiden Statoren 62, 72, wenn der Motor/Generator 60 oder 70 so gesteuert wird, dass er als Motor fungiert, oder erhält durch den Leistungswandler 85 Energie von einem oder beiden Motor/Generatoren 60, 70, wenn der Motor/Generator 60 oder 70 so gesteuert wird, dass er als Generator fungiert.
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Das Elektro-Antriebsaggregat 24 umfasst ein Untersetzungsgetriebe, das in dieser Ausführungsform ein dritter Planetenradsatz 80 ist, der ein erstes Element 82, ein zweites Element 84 und ein drittes Element 86 aufweist. Das erste, zweite und dritte Element 82, 84, 86 sind in beliebiger Reihenfolge ein Sonnenradelement, ein Hohlradelement und ein Trägerelement, das Ritzelräder lagert, die sowohl mit dem Sonnenradelement als auch dem Hohlradelement des dritten Planetenradsatzes 80 kämmen. Das dritte Element 86 ist in dieser Ausführungsform permanent an dem feststehenden Element 64 festlegt und dreht daher nicht. Ein Abtriebselement 88 des Elektro-Antriebsaggregats 24 ist zur gemeinsamen Drehung mit dem zweiten Element 84 verbunden und ist durch ein Differential 89, wie in 1 gezeigt, funktionell mit der zweiten Achse 14 verbunden und treibt diese an.
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Das Elektro-Antriebsaggregat 24 umfasst einen dritten Motor/Generator 90, der einen an dem feststehenden Element 64 befestigten Stator 92 aufweist. Der dritte Motor/Generator 90 weist einen Rotor 96 auf, der an einer Rotornabe 98 gelagert ist, die mit dem ersten Element 82 des dritten Planetenradsatzes 80 verbunden ist und bei der gleichen Drehzahl wie dieses dreht. Der dritte Motor/Generator 90 kann ein Elektromotor/Generator sein, der durch die Energiespeicherungsvorrichtung 81 unter der Steuerung des Steuergeräts 83 angetrieben wird, der die Energie von der Batterie 81 durch den Leistungswandler 85 zu dem Stator 92 liefert, wenn der Motor/Generator 90 gesteuert wird, um als Motor zu fungieren, oder Energie von dem Motor/Generator 90 durch den Leistungswandler 85 erhält, wenn der Motor/Generator 90 gesteuert wird, um als Generator zu fungieren.
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Durch Vorsehen sowohl des EVT 22, das zum Antreiben der ersten Achse 12 angeschlossen ist, und des Elektro-Antriebsaggregats 24, das zum Antreiben der zweiten Achse 14 vorgesehen ist, stehen effiziente Betriebsmodi für verschiedenste Betriebsbedingungen zur Verfügung.
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Der Antriebsstrang 16 kann so gesteuert werden, dass er einen eingangsleistungsverzweigten Betriebsmodus zum Anfahren des Fahrzeugs 10 und für einen Betrieb des Fahrzeugs 10 bei niedriger Drehzahl herstellt. Der eingangsleistungsverzweigte Betriebsmodus wird hergestellt, wenn die Maschine 18 eingeschaltet ist und der erste Motor/Generator 60 gesteuert wird, um als Generator zum Liefern von Leistung zu dem dritten Motor/-Generator 90 zu fungieren, der gesteuert wird, um als Motor zu fungieren.
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Der zweite Motor/Generator 70 wird nicht angetrieben. Alternativ kann der zweite Motor/Generator 70 als Generator fungieren, um dem dritten Motor/Generator Leistung zu liefern, und der erste Motor/Generator 60 könnte nicht angetrieben werden.
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Der eingangsleistungsverzweigte Betriebsmodus ist in 3 schematisch dargestellt, wobei die Planetenradsätze 30, 40 in Hebeldiagrammform zusammengelegt sind, wie für den Fachmann verständlich ist. Ein Pfeil 97 stellt den Leistungsfluss von dem ersten Motor/Generator 60 zu dem dritten Motor/Generator 90 mittels des Steuergeräts 83 und des Leistungswandlers 85 (in 3 nicht gezeigt) dar. Der erste Planetenradsatz 30 übermittelt mittels des ersten Elements 32 ein Drehmoment von der Maschine 18 zu sowohl dem zweiten Element 34, das dem Abtriebselement 54 ein Drehmoment liefert, um die Vorderachse 12 von 2 anzutreiben, als auch zu dem dritten Element 36, das dem ersten Motor-Generator 60 ein Drehmoment und mechanische Leistung liefert. Da der zweite Motor/-Generator 70 nicht angetrieben wird, ist er im Freilauf und der zweite Planetenradsatz 40 ist inaktiv. Der dritte Planetenradsatz 80 ist aktiv, da das dritte Element 86 festgelegt ist, das erste Element 82 wird von dem Motor/Generator 90 angetrieben und an dem Abtriebselement 88 wird ein Drehmoment vorgesehen, um die zweite Achse 14 von 1 anzutreiben. Bei Ausführungsformen, in denen die zweite Achse 14 eine Hinterachse ist, ist es vorteilhaft, an der Hinterachse Antriebsleistung zu haben, da das Gewicht des Fahrzeugs 10 bei Beschleunigen bei relativ niedrigen Drehzahlen auf die Hinterräder 15 übertragen wird.
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Ein kombiniert-leistungsverzweigter Betriebsmodus, bei dem an der ersten Achse 12 Antriebsleistung vorgesehen wird, wird hergestellt, wenn die Maschine 18 eingeschaltet ist, der erste Motor/Generator 60 gesteuert wird, um als Generator zu fungieren, der zweite Motor/Generator 70 gesteuert wird, um als Motor zu fungieren, und der dritte Motor/Generator 90 nicht angetrieben wird. Alternativ könnte der zweite Motor/Generator 70 so gesteuert werden, dass er als Generator fungiert, und der erste Motor/Generator 60 könnte so gesteuert werden, dass er als Motor fungiert. Der kombiniert-leistungsverzweigte Betriebsmodus ist in 4 schematisch in Hebeldiagrammform dargestellt, wobei die Planetenradsätze 30, 40 in Hebeldiagrammform zusammengelegt sind, wie für den Fachmann verständlich ist. Ein solches Hebeldiagramm mit vier getrennten Elementen kann gezeichnet werden, um zwei auf verschiedene Weise miteinander verbundene Planetenradsätze darzustellen, einschließlich zwei unvollständige Planetenradsätze mit kämmenden Planetenrädern und einem gemeinsamen Träger, wie für den Fachmann verständlich ist. Bei dem kombiniert-leistungsverzweigten Betriebsmodus können das Antriebselement 28, das Abtriebselement 54, der Rotor 36 des ersten Motor/Generators 60 und der Rotor 46 des zweiten Motor/Generators 70 jeweils bei unterschiedlichen Drehzahlen drehen. Alle diese Elemente sind in dem in 4 gezeigten Beispiel bei der gleichen Drehzahl drehend dargestellt, was eine Bedingung für einen maximalen Leistungsfluss von dem ersten Motor/Generator 60 zu dem zweiten Motor/Generator 70 ist. Ein Pfeil 99 stellt den Leistungsfluss von dem ersten Motor/Generator 60 zu dem dritten Motor/Generator 70 mittels des Steuergeräts 83 und des Leistungswandlers 85 (in 4 nicht gezeigt) dar. Da der dritte Motor/Generator 90 nicht betrieben wird, befindet er sich im Freilauf und der dritten Planetenradsatz 80 ist inaktiv, wobei dem Abtriebselement 88 bzw. der zweiten Achse 14 von 1 kein Drehmoment geliefert wird. Der erste und zweite Planetenradsatz 30, 40 sind aktiv, da jedes der Elemente zur Drehung entweder mit dem Antriebselement 28, dem Motor/Generator 60 oder 70 oder dem Abtriebselement 54 verbunden ist. Demgemäß wird an dem Abtriebselement 54 ein Drehmoment bereitgestellt, um die erste Achse 12 von 1 anzutreiben.
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Der eingangsleistungsverzweigte Betriebsmodus sieht ein effizientes Anfahren und einen effizienten Betrieb des Fahrzeugs bei niedriger Drehzahl mit einer inhärenten Verteilung eines Drehmoments zu beiden Achsen 12, 14 vor. Der kombiniert-leistungsverzweigte Betriebsmodus sieht einen effizienten Betrieb bei höheren Drehzahlen des Fahrzeugs vor. Der Wechsel zwischen dem eingangsleistungsverzweigten Betriebsmodus und dem kombiniert-leistungsverzweigten Betriebsmodus tritt ohne die Notwendigkeit aktiver Kupplungen oder eines Schaltens ein. Der eingangsleistungsverzweigte Betriebsmodus nutzt nur zwei Motor/Generatoren 60, 90, und der kombiniert-leistungsverzweigte Betriebsmodus nutzt nur zwei Motor/-Generatoren 60, 70.
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Die Motor/Generatoren 60, 70, 90 können gesteuert werden, um zwischen dem eingangsleistungsverzweigten Betriebsmodus und dem kombiniertleistungsverzweigten Betriebsmodus zu arbeiten, um eine maximale Effizienz des Antriebsstrangs 16 unter Fahrzeugfahrbedingungen zu erreichen oder um eine Drehmomentverzweigung zwischen der ersten Achse 12 und der zweiten Achse 14 zu steuern. Optional kann der Antriebsstrang 10 gesteuert werden, um einen Allradantriebsbetriebsmodus vorzusehen, wenn es während eines Betriebs in dem eingangsleistungsverzweigten Modus oder dem kombiniert-leistungsverzweigten Betriebsmodus oder dazwischen an den Antriebsrädern 13 oder 15 zu Schlupf kommt oder wenn die Fahrzeugbetriebsbedingungen oder eine Fahrereingabe anderweitig anzeigen, dass ein Allradantriebbetrieb erwünscht ist.
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Der gestrichelte Pfeil 95 in 4 zeigt einen Leistungsfluss von dem als Generator arbeitenden Motor/Generator 60 zu dem als Motor arbeitenden Motor/Generator 90 mittels des Steuergeräts 83 und des Leistungswandlers 85 (in 4 nicht gezeigt) an, während die Komponenten des EVT 22 wie bezüglich des kombiniert-leistungsverzweigten Betriebsmodus beschrieben weiter arbeiten, wobei sie Antriebsleistung zu der Achse 12 von 1 schicken. Der Allradantriebsmodus wird bei eingeschalteter Maschine 18 und Leistungsfluss von dem als Generator fungierenden Motor/Generator 60 hergestellt, um zu sowohl dem Motor/Generator 70 als auch dem Motor/Generator 90, die als Motoren fungieren, Leistung zu liefern.
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Wenn das Fahrzeug 10 angefahren wird, während es sich in dem eingangsleistungsverzweigten Betriebsmodus befindet und die Räder 13 zu schlupfen beginnen, kann der erste Motor/Generator 60 weiter als Generator arbeiten, kann aber etwas Leistung zu dem zweiten Motor/Generator 70 liefern, damit der zweite Motor/Generator 70 als Motor arbeiten kann, um zu verhindern, dass das dritte Element 46 null Drehzahl erreicht, so dass ein Drehmoment von der Maschine 18 kein Durchdrehen der Räder 13 bewirkt. Der dritte Motor/Generator 90 erhält die verbleibende erzeugte Leistung von dem ersten Motor/Generator 60, um als Motor zu arbeiten, wobei er der zweiten Achse 14 ein Drehmoment liefert, um das Fahrzeug 10 anzufahren. Der zweite Motor/Generator 70 reduziert somit ein Drehmoment an der Vorderachse 12 und erhöht ein Drehmoment an der zweiten Achse 14.
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Weiterhin ermöglicht die Eingangsbremse 29 einen Betrieb in einem rein elektrischen Betriebsmodus, wobei die Maschine 18 abgeschaltet ist und beide Motor/Generatoren 60, 70 so gesteuert werden, dass sie als Motoren fungieren, um an dem Abtriebselement 54 und der ersten Achse 12 ein Vorwärtsantriebsmoment vorzusehen. Der Motor/Generator 70 liefert dem dritten Element 46 ein Drehmoment in der Vorwärtsrichtung und nutzt die Bremse 29, um dem zweiten Element 32 ein Vorwärtsreaktionsdrehmoment zu liefern. Der Motor/Generator 60 liefert dem dritten Element 36 ein Drehmoment in der Gegenrichtung und nutzt die Bremse 29, um dem zweiten Element 32 ein Vorwärtsreaktionsdrehmoment zu liefern. Der Motor/Generator 90 ist während des rein elektrischen Betriebsmodus mit zwei Motoren abgeschaltet. Ein anderer rein elektrischer Betriebsmodus wird hergestellt, wenn der Motor/Generator 90 gesteuert wird, um als Motor zu fungieren, wobei er gespeicherte Energie in der elektrischen Speichervorrichtung 81 nutzt, während beide Motor/Generatoren 60, 70 abgeschaltet sind. Der Antriebsstrang 16 kann für Allradantrieb während des rein elektrischen Betriebs in einer Kombination dieser beiden Modi arbeiten.
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Da das Elektro-Antriebsaggregat 24 während des kombiniert-leistungsverzweigten Betriebsmodus, während des regenerativen Bremsmodus mit zwei Motoren oder während des rein elektrischen Betriebsmodus mit zwei Motoren nicht verwendet wird, können optionale Auslegungsmerkmale vorgesehen werden, um Verluste zu minimieren, die andernfalls aufgrund eines Schleppens des Elektro-Antriebsaggregats 24 während dieser Betriebsmodi auftreten würden. Zum Beispiel kann der dritte Motor/Generator 90 ein Induktionsmotor oder ein Motor mit Feldwicklung statt ein Dauermagnetmotor sein. Wenn die elektrische Leistung zu dem Stator eines Induktionsmotors oder eines Motors mit Feldwicklung unterbrochen wird, kommt es nur zu einem Drehmomentwiderstand aufgrund der sich drehenden Masse des Rotors. Einem Dauermagnetmotor dagegen muss ständig elektrische Leistung zugeführt werden, um das durch die sich drehenden Magnete erzeugte Reaktionsdrehmoment zu überwinden, oder er weist ein durch die Magneten verursachtes erhebliches Schleppen auf, was an den Hinterrädern 15 als unerwünschtes Schleppmoment erscheint. Durch Verwenden eines Induktionsmotors oder eines Motors mit Feldwicklung für den dritten Motor/Generator 90 wird dieser konstante Leistungsverbrauch eines Dauermagnetmotors eliminiert.
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Schleppverluste des Elektro-Antriebsaggregats 24 von 2 können ebenfalls durch Vorsehen einer Ausrückkupplung 100 an dem dritten Element 86 reduziert werden, wie in der alternativen Ausführungsform eines Elektro-Antriebsaggregats 124 in dem Antriebsstrang 116 von 5 gezeigt ist. Der Antriebsstrang 116 weist das gleiche EVT 22 wie vorstehend beschrieben auf, und das Elektro-Antriebsaggregat 124 ist ansonsten das gleiche wie das Elektro-Antriebsaggregat 24. Der Antriebsstrang 116 arbeitet in ähnlicher Weise wie der Antriebsstrang 16, um die gleichen Betriebsmodi vorzusehen. Die Ausrückkupplung 100 kann während des kombiniert-leistungsverzweigten Betriebsmodus, des regenerativen Bremsmodus und des rein elektrischen Betriebsmodus mit zwei Motoren ausgerückt werden, um einen Freilauf der Komponenten des Elektro-Antriebsaggregats 124 zu ermöglichen, was Schleppverluste reduziert. Die Ausrückkupplung 100 kann eine Reibscheibenkupplung sein, die selektiv einrückbar ist, wie etwa durch ein elektrohydraulisches Steuersystem. Der Antriebsstrang 116 umfasst die Energiespeichervorrichtung 81, das Steuergerät 83 und einen Leistungswandler 85 von 2, wenngleich diese in 5 der Einfachheit halber in den Zeichnungen nicht gezeigt sind.
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6 zeigt eine andere Ausführungsform eines Antriebsstrangs 216, der in jeder Hinsicht gleich dem Antriebsstrang 116 von 5 ist, aber eine selektiv einrückbare Eingangsbremse 229 statt der passiven Einweg-Bremskupplung 29 von 2 und 5 aufweist. Da die in 6 gezeigte Eingangsbremse 229 vorgesehen ist, kann der Antriebsstrang 16 so gesteuert werden, dass er einen regenerativen Bremsmodus herstellt, wobei bei einer Drehzahl von null der Maschine 18 zwei Motor/Generatoren als Generatoren fungieren. Wenn es zu einem Fahrzeugbremsen kommt, kann im Einzelnen die Maschine 18 abgeschaltet werden und die Motor/Generatoren 60, 70 können so gesteuert werden, dass sie als Generatoren fungieren, was an dem Abtriebselement 54 ein Drehmoment erzeugt, das das Abtriebselement 54 verlangsamt und dadurch die erste Achse 12 verlangsamt.
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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.
