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Die vorliegende Offenbarung betrifft Getriebe, einschließlich Getriebe zum Betrieb von Arbeitsfahrzeugen in verschiedenen angetriebenen Modi.
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Es kann bei den verschiedensten Einstellungen nützlich sein, sowohl eine herkömmliche Kraftmaschine (zum Beispiel eine Brennkraftmaschine) als auch eine stufenlos verstellbare Antriebsquelle (zum Beispiel einen Elektro- oder hydrostatischen Motor) zur Bereitstellung von Nutzleistung zu verwenden. Bei einem Fahrzeug oder einer anderen angetriebenen Plattform mit sowohl einer Kraftmaschine als auch einer stufenlos verstellbaren Antriebsquelle kann ein Teil der Kraftmaschinenleistung umgeleitet werden, um eine Energieumwandlungsvorrichtung (zum Beispiel eine hydraulische Pumpe oder eine elektrische Maschine, die als Generator wirkt) anzutreiben, welche wiederum die stufenlos verstellbare Antriebsquelle (zum Beispiel einen Hydraulikmotor oder eine andere elektrische Maschine, die als Motor wirkt) antreiben kann. Die Ausgabe der stufenlos verstellbaren Antriebsquelle kann dann zum Ausführen von nützlichen Vorgängen (zum Beispiel zum Antrieb eines Fahrzeugs oder zur Bedienung von mit dem Fahrzeug verbundenen Maschinen) verwendet werden.
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In bestimmten Anwendungen kann ein Fahrzeug oder eine andere Plattform zum Betrieb in mehreren verschiedenen angetriebenen Modi konfiguriert sein. Zum Beispiel kann ein Fahrzeug zum Betrieb in einem Direktantriebsmodus, in dem nur Energie von der Kraftmaschine verwendet wird, sowie in anderen Modi, in denen eine stufenlos verstellbare Antriebsquelle (zum Beispiel ein Elektro- oder Hydraulikmotor, der indirekt durch die Kraftmaschine angetrieben werden kann) zu verschiedenen Graden verwendet wird, konfiguriert sein.
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Es werden ein Mehrfachmodus-Antriebsstrang und Mehrfachmodus-Fahrzeug offenbart. Gemäß einem Aspekt der Offenbarung kann eine Energieumwandlungsvorrichtung über eine direkte mechanische Energieübertragungsverbindung, die sich von der Kraftmaschine zu der Energieumwandlungsvorrichtung erstreckt, in Verbindung stehen. Eine stufenlos verstellbare Antriebsquelle ("CVP" – continuously variable power source) kann über eine Zwischenenergieübertragungsverbindung mit der Energieumwandlungsvorrichtung in Verbindung stehen. Eine Überbrückungsvorrichtung mit einem ersten und einem zweiten Eingriffszustand kann zwischen der Kraftmaschine und der Energieumwandlungsvorrichtung oder der CVP vorgesehen sein. Mit der Überbrückungsvorrichtung im ersten Eingriffszustand kann mechanische Energie von der Kraftmaschine durch die Energieumwandlungsvorrichtung zur Verwendung durch die CVP umgewandelt werden, wobei die CVP dadurch mechanische Energie zu einer Energieabgabeverbindung führt. Mit der Überbrückungsvorrichtung im zweiten Eingriffszustand kann die Kraftmaschine mechanische Energie durch die Überbrückungsvorrichtung zu der Energieabgabevorrichtung übertragen.
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Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Energieumwandlungsvorrichtung eine hydraulische Pumpe oder einen elektrischen Generator umfassen, und die CVP kann einen Hydraulikmotor bzw. einen Elektromotor umfassen.
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Bei bestimmten Ausführungsformen können die Kraftmaschine, die Energieumwandlungsvorrichtung, die Überbrückungsvorrichtung und die CVP bezüglich des Energieübertragungswegs in Reihe angeordnet sein.
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Die Überbrückungsvorrichtung kann eine Kupplungsvorrichtung zwischen der Energieumwandlungsvorrichtung und der CVP umfassen, wobei die Kupplungsvorrichtung mit einem Rotor der CVP integriert ist.
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Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Überbrückungsvorrichtung eine Kupplungsanordnung und ein Zahnrad umfassen. Mit der Überbrückungsvorrichtung im ersten Eingriffszustand oder im zweiten Eingriffszustand kann die CVP bzw. die Kraftmaschine Energie über die Kupplungsanordnung und das Zahnrad zur Energieabgabeverbindung übertragen.
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Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Überbrückungsvorrichtung eine erste Kupplungsvorrichtung und ein erstes Zahnrad umfassen, wobei eine zweite Kupplungsvorrichtung und ein zweites Zahnrad zwischen der CVP und der Energieabgabeverbindung enthalten sind. Bei der Überbrückungsvorrichtung im ersten Eingriffszustand und Ineingriffnahme des zweiten Zahnrads durch die zweite Kupplung kann die CVP mechanische Energie über die zweite Kupplung und das zweite Zahnrad zur Energieabgabeverbindung übertragen. Mit der Überbrückungsvorrichtung im zweiten Eingriffszustand kann die Kraftmaschine mechanische Energie über die erste Kupplungsvorrichtung und das erste Zahnrad zur Energieabgabeverbindung übertragen.
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Bei bestimmten Ausführungsformen kann eine Energiespeichervorrichtung mit der CVP und der Energieumwandlungsvorrichtung in Verbindung stehen. In einem ersten Modus kann die Energiespeichervorrichtung Energie zur Speicherung von der Energieumwandlungsvorrichtung und/oder der CVP erhalten. In einem zweiten Modus kann die Energiespeichervorrichtung der CVP gespeicherte Energie von der Energiespeichervorrichtung zuführen.
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Die Einzelheiten einer oder mehrerer Implementierungen werden in den beigefügten Zeichnungen und in der nachfolgenden Beschreibung angeführt. Andere Merkmale und Vorteile gehen aus der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen hervor.
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1 ist eine Seiteneinsicht eines beispielhaften Fahrzeugs mit einem Mehrfachmodus-Antriebsstrang;
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2 ist eine schematische Ansicht bestimmter Komponenten, die in einem beispielhaften Mehrfachmodus-Antriebsstrang des Fahrzeugs von 1 enthalten sind;
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3 ist eine schematische Ansicht bestimmter Komponenten, die in einem anderen beispielhaften Mehrfachmodus-Antriebsstrang des Fahrzeugs von 1 enthalten sind;
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4 ist eine schematische Ansicht bestimmter Komponenten, die in noch einem anderen beispielhaften Mehrfachmodus-Antriebsstrang des Fahrzeugs von 1 enthalten sind;
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5 ist eine schematische Ansicht bestimmter Komponenten, die in noch einem anderen beispielhaften Mehrfachmodus-Antriebsstrang des Fahrzeugs von 1 enthalten sind; und
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6 ist eine graphische Darstellung einer beispielhaften Fahrzeugzugkraft und von beispielhaften Fahrzeugradgeschwindigkeiten für verschiedene Betriebsmodi des Mehrfachmodus-Antriebsstrangs von 5.
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Gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen zeigen gleiche Elemente. Nachfolgend werden eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen der offenbarten Mehrfachmodus-Antriebsstränge, wie in den oben kurz beschriebenen beigefügten Figuren der Zeichnungen gezeigt, beschrieben. Für den Fachmann kommen verschiedene Modifikationen der beispielhaften Ausführungsformen in Betracht.
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Wie oben erwähnt, kann in Arbeitsfahrzeugen oder anderen Plattformen ein Teil mechanischer Energie von einer Kraftmaschine (einschließlich potenziell sämtliche Kraftmaschinenenergie) manchmal in eine andere Form umgewandelt werden, um eine stufenlos verstellbare Antriebsquelle ("CVP") anzutreiben. Zum Beispiel kann eine Kraftmaschine zum Antrieb eines elektrischen Generators oder einer hydraulischen Pumpe verwendet werden, wobei die sich ergebende elektrische oder hydraulische Energie zum Antrieb eines damit verbundenen Elektro- bzw. Hydraulikmotors verwendet wird.
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Angesichts dessen versteht sich, dass ein Fahrzeug (oder eine andere Plattform) manchmal zum Betrieb in verschiedensten angetriebenen Modi in der Lage ist. Zum Beispiel kann in einem Direktantriebs- oder einem rein mechanischen Modus mechanische Energie von der Kraftmaschine direkt zu einer Energieabgabeverbindung (zum Beispiel einer Getriebeausgangswelle, einer Differenzialantriebswelle einer Zapfwelle usw.) übertragen werden. Im Gegensatz dazu kann in einem anderen Modus (oder anderen Modi) die gleiche (oder eine andere) Energieabgabeverbindung als Alternative (oder zusätzlich) dazu mechanische Energie von der CVP erhalten. In einem rein elektrischen (oder hydraulischen) Modus kann zum Beispiel sämtliche mechanische Energie von der Kraftmaschine zur Umwandlung in elektrische (oder hydraulische) Energie geleitet werden, um einen Elektro-(oder Hydraulik-)Motor anzutreiben. Der Motor kann dann als einzige Antriebsquelle zum Betrieb des Fahrzeugs (oder verschiedener Fahrzeugkomponenten) wirken. Trotz der inhärenten Wirkungsgradverluste bei der Umwandlung von Kraftmaschinenenergie für die CVP in solch einen letzteren Modus (oder in solch letztere Modi) können die Eigenschaften von Elektro- oder Hydraulikmotoren (oder anderen CVPs) eine verbesserte Leistung für ein Fahrzeug (oder eine andere Plattform) bei bestimmten Vorgängen bereitstellen. Demgemäß kann es in bestimmten Szenarien nützlich sein, ein System bereitzustellen, das einen effizienten Übergang zwischen Direktantriebs- und anderen Modi (zum Beispiel rein elektrischen oder rein hydraulischen Modi) gestattet.
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Bei bestimmten Ausführungsformen kann zum Beispiel eine Kraftmaschine (zum Beispiel eine Brennkraftmaschine) einem Antriebsstrang mechanische Energie zuführen. Der Antriebsstrang kann auch eine Energieumwandlungsvorrichtung, wie zum Beispiel einen elektrischen Generator oder eine hydraulische Pumpe, und eine zugehörige CVP, wie zum Beispiel einen Elektro- oder Hydraulikmotor, enthalten. Die Kraftmaschine kann der Energieumwandlungsvorrichtung mechanische Energie zuführen, welche die empfangene Energie in eine Form umwandeln kann, die von der CVP genutzt werden kann (zum Beispiel Elektrizität für einen Elektromotor oder Hydraulikdruck für einen Hydraulikmotor). Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Kraftmaschine der Energieumwandlungsvorrichtung über eine direkte mechanische Energieübertragungsverbindung, die sich von der Antriebsquelle zu der Energieumwandlungsvorrichtung erstreckt, mechanische Energie zuführen. Zum Beispiel kann die Kraftmaschine der Energieumwandlungsvorrichtung über verschiedene mechanische Wellen und Zahnräder ohne die Verwendung eines Drehmomentwandlers oder einer anderen Strömungskupplung mechanische Energie zuführen. (Wie hierin verwendet, kann eine "direkte mechanische" Energieübertragung Übertragung von mechanischer Energie durch eine direkte physische Verbindung, durch verschiedene integral ausgebildete Teile oder über verschiedene mechanische Zwischenelemente, wie zum Beispiel einen Zahnradsatz zur Modifizierung von Drehzahlen, umfassen. Zum Beispiel kann Energieübertragung durch Verwendung eines Drehmomentwandlers oder einer anderen Strömungskupplung hingegen nicht als eine "direkte mechanische" Übertragung betrachtet werden.)
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Weiterhin kann eine Überbrückungsvorrichtung als Teil des Antriebsstrangs vorgesehen sein, um den Übergang zwischen Direktantriebs- und anderen angetriebenen Modi (zum Beispiel rein elektrischen oder hydraulischen Modi) vorgesehen sein. Eine Überbrückungsvorrichtung kann auf verschiedene Weise konfiguriert sein und kann an verschiedenen Stellen im Antriebsstrang positioniert sein. Bei bestimmten Ausführungsformen kann eine Überbrückungsvorrichtung eine Kupplungsvorrichtung (oder einen ähnlichen Mechanismus) umfassen, die (der) zwischen der Kraftmaschine und entweder der Energieumwandlungsvorrichtung oder der CVP positioniert ist. (Wie hierin verwendet, kann sich "zwischen" auf eine Stelle bezüglich eines Kraftflusses anstatt auf eine tatsächliche physische Stelle beziehen. Somit kann eine Kupplungsvorrichtung zum Beispiel als "zwischen" einer Kraftmaschine und einer Energieumwandlungsvorrichtung betrachtet werden, wenn Energie zumindest teilweise von der Kraftmaschine durch die Kupplungsvorrichtung geleitet wird, um die Energieumwandlungsvorrichtung zu erreichen.)
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Bei bestimmten Ausführungsformen kann, wenn sich eine Kupplungsvorrichtung (oder eine andere Überbrückungsvorrichtung) in einem ersten Eingriffszustand befindet, sie eine Direktantriebs- (das heißt direkte mechanische) Verbindung zwischen der Kraftmaschine und verschiedenen stromabwärtigen Komponenten des Antriebsstrangs bereitstellen. Auf diese Weise kann die Kupplungsvorrichtung zum Beispiel eine direkte mechanische Übertragung von Energie von der Kraftmaschine zu einer stromabwärtigen Energieabgabeverbindung (zum Beispiel einer Ausgangswelle eines Lastschaltgetriebes, einer Differenzialantriebsquelle, einer Zapfwelle usw.) und dementsprechend zum Direktantriebsbetrieb des Fahrzeugs gestatten.
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Weiterhin kann, wenn sich die Kupplungsvorrichtung (oder eine andere Überbrückungsvorrichtung) in einem zweiten Eingriffszustand befindet, die direkte mechanische Verbindung zwischen der Kraftmaschine und der Energieabgabeverbindung getrennt und ein alternativer Weg zur Energieübertragung zwischen der CVP und der Energieabgabeverbindung bereitgestellt werden. Auf diese Weise kann durch den Übergang zwischen der Kupplungsvorrichtung (oder anderen Überbrückungsvorrichtung) zwischen verschiedenen Eingriffszuständen ein Antriebsstrang zwischen einem Direktantriebsmodus (das heißt einem Modus, in dem Energie einer Abgabeverbindung allein von der Kraftmaschine zugeführt wird) und einem CVP-Modus (das heißt einem Modus, in dem Energie der Abgabeverbindung allein von der CVP zugeführt wird) gewechselt werden. (Es versteht sich, dass die Kraftmaschine selbst im CVP-Modus der Abgabeverbindung immer noch indirekt Energie zuführt, da die Kraftmaschine weiterhin über die Energieumwandlungsvorrichtung zum Beispiel zum Antrieb der CVP Energie zuführt.)
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Unter anderen Vorteilen kann solch ein Mehrfachmodus-Antriebsstrang zweckmäßigerweise eine Kombination aus Steuerung und Effizienz gestatten, ohne dass ein Drehmomentwandler oder eine andere Strömungskupplung zwischen der Kraftmaschine und verschiedenen anderen Komponenten des Antriebsstrangs erforderlich ist. Es versteht sich zum Beispiel, dass ein Drehmomentwandler (oder andere ähnliche Mechanismen) eine relativ effektive Drehmomentsteuerung (zum Beispiel über Betätigung eines Fahrpedals) bereitstellen kann (können). Es versteht sich jedoch auch, dass ein Drehmomentwandler zu einem relativ geringen Systemwirkungsgrad führen kann, insbesondere bei Anwendungen mit hoher Last/geringer Drehzahl. Zum Beispiel können bei einem eine große Deichselkraft bei niedriger Radgeschwindigkeit oder eine Geschwindigkeit von null aufbringenden Fahrzeug (zum Beispiel wenn ein schwer beladenes Fahrzeug aus einem Stillstand startet oder auf andere Weise versucht, eine schwere, stationäre Last zu bewegen) große Energiemengen durch Wärmeableitung oder fluidische Ableitung in einem Drehmomentwandler verschwendet werden. Eine CVP (zum Beispiel ein Elektromotor) kann bei geringen Radgeschwindigkeiten hingegen ein relativ hohes und relativ verlustfreies Drehmoment bereitstellen. Eine CVP kann jedoch Ineffizienzen einführen, da mechanische Energie von einer Kraftmaschine in eine mit der CVP kompatible Form (zum Beispiel elektrische Energie) umgewandelt werden muss, so dass der Gesamtsystemwirkungsgrad durch Schalten vom CVP-Modus in den Direktantriebsmodus für bestimmte Vorgänge erhöht werden kann. Angesichts dessen können durch Bereitstellung eines Systems, das leicht zwischen einem CVP-Modus (zum Beispiel für Vorgänge bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten) und einem mechanischen Direktantriebsmodus (zum Beispiel für Vorgänge bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten) schalten kann, ein hoher Systemwirkungsgrad und eine zweckmäßige Drehmomentsteuerung erreicht werden, ohne das Erfordernis eines Drehmomentwandlers (und der damit verbundenen Verluste). Darüber hinaus kann solch ein System die Optimierung einer enthaltenen CVP (und der Energieumwandlungsvorrichtung) auf einen relativ schmalen Drehzahlbereich (zum Beispiel durch Wahl einer CVP für hohes Drehmoment/niedrige Drehzahl) gestatten, wodurch potenziell signifikante Kosteneinsparungen gestattet werden.
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Wie aus der hier angeführten Besprechung ersichtlich wird, können die offenbarten Antriebsstrangkonfigurationen auf vorteilhafte Weise in den verschiedensten Szenarien und mit den verschiedensten Maschinen verwendet werden. Auf 1 Bezug nehmend, kann das offenbarte System zum Beispiel in einem Antriebsstrang 12 eines Arbeitsfahrzeugs 10 enthalten sein. In 1 wird das Arbeitsfahrzeug 10 als ein Traktor dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass andere Konfigurationen möglich sein können, darunter die Konfiguration eines Arbeitsfahrzeugs 10 als eine andere Art von Traktor, ein Gelenkmuldenkipper, ein Frontlader oder Baggerlader, ein Rückeschlepper oder andere Forstmaschinen, eine Planiermaschine oder eines verschiedener anderer Arbeitsfahrzeuge. Weiterhin versteht sich, dass die offenbarten Antriebsstrangkonfigurationen in verschiedenen Nichtarbeitsfahrzeugen und Nichtfahrzeuganwendungen (zum Beispiel einer angetriebenen Maschine mit festem Standort) verwendet werden können.
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Nunmehr auf 2 Bezug nehmend, wird eine beispielhafte Konfiguration eines Mehrfachmodus-Antriebsstrangs 12 bereitgestellt. Wie in 2 gezeigt, sind verschiedene Komponenten eines beispielhaften Antriebsstrangs 12 in Reihe angeordnet. Es versteht sich jedoch, dass andere Konfigurationen möglich sein können und dass bestimmte in 2 gezeigte (oder nicht gezeigte) Komponenten in anderen Ausführungsformen enthalten (oder nicht enthalten) sein können. (Wie oben bei Betrachtung der Verwendung von "zwischen" besprochen, kann "Reihe" hierin in Bezug auf einen Kraftfluss anstatt einer tatsächlichen physischen Stelle verwendet werden. Somit können zum Beispiel verschiedene Vorrichtungen als "in Reihe "ausgerichtet betrachtet werden, wenn Energie nacheinander von einer zur anderen geleitet wird, anstatt gleichzeitig zu mehreren der Vorrichtungen geleitet zu werden.) Die Kraftmaschine 14 kann durch eine mechanische Energieübertragungsverbindung 16 (zum Beispiel eine rotierende Welle, verschiedene Zahnräder usw.), aber nicht durch einen Drehmomentwandler oder eine andere Strömungskupplung, mit der Energieumwandlungsvorrichtung 18 und in bestimmten Ausführungsformen auch mit der Vorrichtung 20 (zum Beispiel einer hydraulischen Ladepumpe) verbunden sein. Die Energieumwandlungsvorrichtung 18 kann die empfangene mechanische Energie in eine alternative Form (zum Beispiel elektrische oder hydraulische Energie) umwandeln und kann die umgewandelte Energie über die Verbindung 36 zu der CVP 26 oder Energiespeichervorrichtung 34 (zum Beispiel einer Batterieanordnung oder einem hydraulischen Speicher) übertragen. Bei bestimmten Ausführungsformen kann auch eine mechanische Energieübertragungsverbindung 22 zwischen der Energieumwandlungsvorrichtung 18 und der CVP 26 vorgesehen sein, wobei die Energieübertragungsverbindung 28 Energie von der CVP 26 (zum Beispiel über das Getriebe 30) zu der Energieabgabeverbindung 32 überträgt.
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Zur Steuerung des Übergangs zwischen verschiedenen angetriebenen Modi des Antriebsstrangs 12 kann auch eine Überbrückungsvorrichtung 24 vorgesehen werden. Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Vorrichtung 24, wie in 2 dargestellt, zwischen der Energieumwandlungsvorrichtung 18 und der CVP 26 positioniert sein. Wie bei verschiedenen anderen Komponenten, die in 2 dargestellt werden, können jedoch verschiedene andere Konfigurationen möglich sein. Zum Beispiel kann eine Überbrückungsvorrichtung (zum Beispiel die Vorrichtung 24) als Alternative (oder zusätzlich) dazu zwischen der Kraftmaschine 14 und der Energieumwandlungsvorrichtung 18 angeordnet sein.
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Auch unter Bezugnahme auf 3 wird eine beispielhafte Konfiguration eines elektrischen Reihen-Mehrfachmodus-Antriebsstrangs 12a bereitgestellt. Wie gezeigt, kann sich zum Beispiel eine Welle 16a von der Kraftmaschine 14a zu dem Generator 18a erstrecken, so dass die Kraftmaschine 14a die Erzeugung von Elektrizität durch den Generator 18a antreiben kann. Es kann eine elektrische Leitung 36a vorgesehen sein, die Elektrizität vom Generator 18a zu der Batterieanordnung 34a und dem Elektromotor 26a befördern kann. (Wie bei verschiedenen anderen Konfigurationen können verschiedene bekannte Steuereinrichtungen zur Steuerung solch einer Energieübertragung enthalten sein. Zum Beispiel können (kann) verschiedene Steuerungen und andere Leistungselektronik (nicht gezeigt) enthalten sein, um die Erzeugung von Elektrizität durch den Generator 18a, die Speicherung und die Abgabe von elektrischer Energie durch die Batterieanordnung 34a, den Antrieb des Motors 26a über die Leitung 36a usw. zu steuern. Ebenso können verschiedene Aktuatoren, Steuerungen usw. (nicht gezeigt) zur Steuerung verschiedener Komponenten einer Überbrückungsvorrichtung vorgesehen sein.)
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Bei bestimmten Ausführungsformen kann zwischen der Kraftmaschine 14a und dem Generator 18a eine direkte mechanische Verbindung 22a (zum Beispiel eine rotierende Welle oder verschiedene Wellen und mechanische Zahnradsätze) für die Übertragung von mechanischer Energie von der Kraftmaschine 14a zu dem Generator 18a vorgesehen sein. Ferner kann bei bestimmten Ausführungsformen zwischen dem Generator 18a und dem Motor 26a eine Reibungskupplung 24a (oder eine andere Überbrückungsvorrichtung) vorgesehen sein. Wie gezeigt, kann die Kupplung 24a zum Beispiel mit der Verbindung 22a und einem Rotor des Motors 26a integriert sein. Auf diese Weise kann, wenn die Kupplung 24a eingerückt ist, eine direkte mechanische Verbindung zwischen der Kraftmaschine 14a und der Verbindung 28a (zum Beispiel eine andere rotierende Welle) hergestellt werden, so dass Energie direkt von der Kraftmaschine 14a dem Rest des Antriebsstrangs zugeführt werden kann. Wenn die Kupplung 24a freigegeben wird, kann ferner diese direkte mechanische Verbindung getrennt werden, wodurch stromabwärtige Teile des Antriebsstrangs allein durch den Motor 26a angetrieben werden können (zum Beispiel wie durch Elektrizität von dem Generator 18a oder der Batterieanordnung 34a ermöglicht). Auf diese Weise kann der Antriebsstrang 12a durch Betätigung der Kupplung 24a (zum Beispiel wie durch eine (nicht gezeigte) Getriebesteuereinheit oder andere bekannte Steuervorrichtungen oder -verfahren gesteuert) zwischen einem Direktantriebs- und Elektroantriebsmodus gewechselt werden. Zum Beispiel kann die Kupplung 24a freigegeben werden, um einen reinen Elektroantrieb des Fahrzeugs 10 bei geringen Geschwindigkeiten oder Geschwindigkeiten von null zu gestatten, dann eingerückt werden, um, wie gewünscht, in den Direktantriebsmodus zu wechseln. Ferner kann bei bestimmten Ausführungsformen (zum Beispiel über verschiedene bekannte Steuersysteme (nicht gezeigt)) bewirkt werden, dass der Motor 26a in einer umgekehrten Richtung betrieben wird, um auch rein elektrischen Antrieb des Arbeitsfahrzeugs 10 für Rückwärtsfahrt zu gestatten. Diese letztere Funktionalität kann zum Beispiel einen Verzicht auf einen Rückwärtsgang in dem Antriebsstrang 12a (zum Beispiel in einem Lastschaltgetriebe 30a) gestatten.
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Die Konfiguration von 3 (und andere) kann (können) zusätzlich (als Alternative) dazu das Aufnehmen von Energie durch den Motor 26a oder die Bereitstellung von zusätzlicher Energie durch den Motor 26a gestatten. Zum Beispiel kann der Motor 26a bei Schub- oder Bremsbetrieb als Generator betrieben werden, um überschüssige mechanische Energie in elektrische Energie zur Speicherung in der Batterieanordnung 34a umzuwandeln. Ebenso kann der Motor 26a, wenn der Antriebsstrang 12a in einem Direktantriebsmodus betrieben wird, gezielt zur Bereitstellung einer Verstärkung von zusätzlicher Energie (zum Beispiel durch Aufnahme von Energie von der Batterieanordnung 34a) verwendet werden.
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Es versteht sich, dass andere Konfigurationen möglich sein können, darunter andere Konfigurationen mit der Kraftmaschine 14, der Energieumwandlungsvorrichtung 18, der Überbrückungsvorrichtung 24 und der CVP 26 in Reihe angeordnet. Auch unter Bezugnahme auf 4 wird zum Beispiel ein beispielhafter Antriebsstrang 12b mit einer Reihenanordnung der Kraftmaschine 14b und einer hydraulischen CVP gezeigt. Die mechanische Verbindung 16b (zum Beispiel eine rotierende Welle oder verschiedene Wellen und Zahnradsätze) kann zum Beispiel eine direkte mechanische Übertragung von Energie von der Kraftmaschine 14b zur Hydraulikpumpe 18b und bei bestimmten Ausführungsformen zur Ladepumpe 20b gestatten. Eine hydraulische Leitung (oder ein Hydraulikkreis 36b kann sich von der Pumpe 22b zu dem Hydraulikmotor 26b (und potenziell zu dem hydraulischen Speicher 34b) erstrecken, um die Erzeugung von mechanischer Energie durch den Motor 26b zu ermöglichen. Die Energieübertragungsverbindung 22b (zum Beispiel eine rotierende Welle) kann auch vorgesehen sein, wodurch eine mechanische Übertragung von Energie von der Kraftmaschine 14b zu der Überbrückungsvorrichtung 24b bereitgestellt werden kann. Ebenso kann eine Verbindung 28b die Übertragung von mechanischer Energie vom Motor 26b zu der Überbrückungsvorrichtung 24b bereitstellen.
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Wie gezeigt, kann die Überbrückungsvorrichtung 24b eine Reibungskupplung 40, die die Verbindung 22b mit dem Zahnrad 42 herstellt, und eine Muffenkupplung 44 (zum Beispiel eine Klauenmuffenkupplung), die die Verbindung 28b mit dem Zahnrad 42 erstellt, enthalten. Das Zahnrad 42 kann wiederum mit den Eingangszahnrädern 46 und 52 des Lastschaltgetriebes ("PST" – power shift transmission) 30b kämmen. (Es versteht sich bei diesen und anderen Beispielen, dass zusätzlich (oder als Alternative) dazu verschiedene andere Getriebearten oder -konfigurationen eingesetzt werden können. Des Weiteren ist bei bestimmten Ausführungsformen möglicherweise kein PST oder anderes Getriebe stromabwärts der Überbrückungsvorrichtung 24 vorgesehen.) Die Zahnräder 46 bzw. 52 können über die Reibungskupplungen 48 und 54 mit den Zahnradwellen 50 und 56 verbunden sein, die verschiedene wählbare Zahnräder entsprechend mehreren verschiedenen Übersetzungsverhältnissen (zum Beispiel die Zahnräder 62 und 64, die mit der Zweiweg-Synchronkupplung 60 in Eingriff gelangen können, und die Zahnräder 68 und 70, die mit der Zweiweg-Synchronkupplung 66 in Eingriff gelangen können) enthalten können. Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Ladepumpe 20b dazu konfiguriert sein, dem PST 30b oder anderen Komponenten des Antriebsstrangs 14b, wie zum Beispiel der Pumpe 18b, Schmier- oder Kühlfluid zuzuführen.
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Bei der in 4 gezeigten Konfiguration kann der Antriebsstrang 12b durch gezielte Aktivierung verschiedener Kupplungen zwischen dem Direktantriebs- und CVP-Modus gewechselt werden und kann verschiedene Gangschaltungen innerhalb jedes solchen Modus ausführen. Zum Beispiel kann die Kraftmaschine 14b bei eingerückter Kupplung 40 und ausgerückter Kupplung 44 dem Zahnrad 42 über eine direkte mechanische Verbindung (das heißt die Verbindungen 16b und 22b) mechanische Energie zuführen. Verschiedene Kombinationen von Kupplungen 48, 54, 60, 66 usw. können dann eingerückt werden, um zwischen der Kraftmaschine 14b und der Ausgangswelle 32b ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis bereitzustellen. Bei eingerückter Kupplung 44 und ausgerückter Kupplung 40 kann hingegen die mechanische Energieübertragungsverbindung zwischen der Kraftmaschine 14b und dem PST 30b getrennt werden und eine mechanische Energieübertragungsverbindung zwischen dem PST 30b und dem Motor 26b hergestellt werden. Auf diese Weise können, wenn der Motor 26b als durch die Pumpe 18b (oder den Speicher 34b) angetrieben betrieben wird, verschiedene Kombinationen der Kupplungen 48, 54, 60, 66 usw. eingerückt werden, um ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis zwischen dem Motor 26b und der Ausgangswelle 32b herzustellen. In der Praxis kann die Kupplung 44 zum Beispiel bei geringen Geschwindigkeiten oder einer Geschwindigkeit von null für das Arbeitsfahrzeug 10 eingerückt werden, um einen rein hydraulischen Antrieb des PST 30b bereitzustellen. Bei einer bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit kann die Kupplung 44 dann ausgerückt werden und die Kupplung 40 eingerückt werden, um einen effizienten Direktantrieb nur durch Antrieb durch die Kraftmaschine 14b bereitzustellen. Des Weiteren kann der Motor 26b bei bestimmten Ausführungsformen in einer umgekehrten Richtung angetrieben werden, um Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs 10 im CVP-Modus zu gestatten.
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Es sind auch verschiedene Nichtreihenanordnungen möglich. Auch auf 5 Bezug nehmend, kann die Kraftmaschine 14c zum Beispiel der Überbrückungsvorrichtung 24c, der hydraulischen Pumpe 18c und der Ladepumpe 20c über die Verbindung 16c (zum Beispiel eine rotierende Welle oder verschiedene Wellen und Zahnradsätze) direkt mechanische Energie zuführen. Die Überbrückungsvorrichtung 24c kann eine Reibungskupplung 80 enthalten, die mit dem Zahnrad 82 verbunden ist, das mit den Eingangszahnrädern 90 und 94 des PST 30c in Eingriff gebracht werden kann. Eine hydraulische Verbindung 36c kann dem Hydraulikmotor 26c hydraulische Energie von der Pumpe 18c zuführen. Der Motor 26c kann wiederum der Reibungskupplung 84, die mit dem Zahnrad 86 verbunden sein kann, über eine Verbindung 28c (zum Beispiel eine rotierende Welle oder verschiedene Wellen und Zahnradsätze) mechanische Leistung zuführen. Die Zahnräder 90 bzw. 94 können über die Reibungskupplungen 88 und 92 mit den Zahnradwellen 76 und 78 verbunden sein, die verschiedene wählbare Zahnräder (zum Beispiel ein Zahnrad 100, das zum Eingriff mit der Synchronkupplung 98 konfiguriert ist, und ein Zahnrad 104, das zum Eingriff mit der Synchronkupplung 102 konfiguriert ist) enthalten können.
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Demgemäß kann der Antriebsstrang 12c durch gezielte Aktivierung der verschiedenen Kupplungen zwischen einem Direktantriebs- und einem CVP-Modus gewechselt werden und kann verschiedene Gangschaltungen innerhalb jedes solchen Modus ausführen. Zum Beispiel kann die Kraftmaschine 14c bei eingerückter Kupplung 80 und ausgerückter Kupplung 84 dem Zahnrad 82 über eine direkte mechanische Verbindung Energie zuführen. Verschiedene Kombinationen von Kupplungen 88, 92, 98, 102 usw. können dann eingerückt werden, um zwischen der Kraftmaschine 14c und der Ausgangswelle 32c ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis bereitzustellen. Bei eingerückter Kupplung 84 und ausgerückter Kupplung 80 kann die mechanische Energieübertragungsverbindung zwischen der Kraftmaschine 14c und dem PST 30c getrennt werden und eine mechanische Energieübertragungsverbindung zwischen dem PST 30c und dem Motor 26c hergestellt werden. Auf diese Weise können, wenn der Motor 26c (zum Beispiel in einer Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung, angetrieben durch die Pumpe 18c) betrieben wird, verschiedene Kombinationen der Kupplungen 88, 92, 98, 102 usw. eingerückt werden, um ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis zwischen dem Motor 26c und der Ausgangswelle 32b herzustellen. In der Praxis kann die Kupplung 84 zum Beispiel bei geringen Geschwindigkeiten oder einer Geschwindigkeit von null für das Arbeitsfahrzeug 10 eingerückt werden, um einen rein hydraulischen Antrieb des PST 30c bereitzustellen. Bei einer bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit kann die Kupplung 84 dann ausgerückt werden und die Kupplung 80 eingerückt werden, um einen effizienten Direktantrieb nur durch Antrieb durch die Kraftmaschine 14c bereitzustellen.
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Wie in 5 gezeigt (und im Gegensatz zum Beispiel zu 4) kann der Antriebsstrang 12c so konfiguriert sein, dass der Motor 26c der Ausgangswelle 32c nur über eine Teilmenge der durch das PST 30c bereitgestellten Gesamtübersetzungsverhältnisse Energie zuführen kann. Dies kann zum Beispiel Systemkomplexität reduzieren, während aufgrund des potenziell großen Drehzahlbereichs des Motors 26c immer noch ein großer Bereich von Ausgangsdrehzahlen an der Welle 32c im CVP-Modus gestattet wird. (Es versteht sich, dass ähnliche Konfigurationen auch für andere Antriebsstränge 12 und CVPs 26 verwendet werden können.)
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Auch auf 6 Bezug nehmend, wird eine beispielhafte Zugkraft-Radgeschwindigkeits-Kurve bezüglich eines Fahrzeugs, das den Antriebsstrang 12c enthält (unter der Annahme eines Radschlupfs von null) bereitgestellt. Bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von null oder einer geringen Fahrzeuggeschwindigkeit kann der Antriebsstrang 12c zum Beispiel im CVP-Modus betrieben werden, wobei der Hydraulikmotor 26c sämtliche Antriebsenergie für das Fahrzeug bereitstellt. Im niedrigsten Gang des PST 30c kann der Motor 26c demgemäß Betrieb des Fahrzeugs entlang der Kurve 120 gestatten (wobei ähnlicher Betrieb im Rückwärtsgang (nicht gezeigt) für Drehung des Motors 26c in Rückwärtsrichtung möglich ist). Bei Beschleunigung des Fahrzeugs können Schaltungen im PST 30c zu anderen Übersetzungsverhältnissen einen fortwährenden Betrieb des Fahrzeugs entlang den Kurven 122 und 124 gestatten, während das Fahrzeug immer noch allein durch den Motor 26c angetrieben wird.
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Bei einer bestimmten Geschwindigkeit (zum Beispiel 12 KMH, wie durch die Linie 138 gezeigt) kann dann zur Erhöhung des Wirkungsgrads des Fahrzeugbetriebs ein Übergang zum Direktantriebsmodus bewerkstelligt werden. Zum Beispiel kann die Kupplung 84 ausgerückt werden, um die Energieübertragungsverbindung zwischen dem Motor 26c und dem PST 30c zu trennen, und die Kupplung 80 kann eingerückt werden, um eine direkte mechanische Energieübertragungsverbindung zwischen der Kraftmaschine 14c und dem PST 30c bereitzustellen. Dann kann das Fahrzeug entlang den Kurven 126, 128, 130, 132, 134 und 136 betrieben werden, die jeweils Direktantriebsbetrieb in den durch das PST 30c bereitgestellten sechs Übersetzungsverhältnissen darstellen. (Es versteht sich, dass für verschiedene Vorgänge, Fahrzeuge oder Antriebsstränge der Übergang zu (oder von) Direktantriebsmodus bei anderen Geschwindigkeiten als 12 KMH erfolgen kann. Ebenso versteht sich, dass ähnliche (nicht gezeigte) Kurven die verschiedenen Betriebsmodi der Antriebsstränge 12a oder 12b oder verschiedener anderer (nicht gezeigter) Antriebsstränge, die eine Kraftmaschine, eine Überbrückungsvorrichtung und eine CVP verwenden, wie allgemein hierin besprochen, darstellen können.)
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Es versteht sich, dass verschiedene Kombinationen und Variationen von Aspekten der obigen Beispiele in verschiedenen alternativen Konfigurationen verwendet werden können, ohne von den hier offenbarten Konzepten abzuweichen. In verschiedenen Ausführungsformen können zum Beispiel verschiedene Konfigurationen oder Kombinationen von Übersetzungsverhältnissen, PST-Arten, CVP-Arten, Kupplungsvorrichtung (zum Beispiel Nass- oder Trockenreibungskupplungen, Klauenmuffenkupplungen oder Synchronisiereinrichtungen), Energieübertragungsverbindungsarten (zum Beispiel verschiedene rotierende Wellen oder verschiedene Getriebeverbindungen mit oder ohne Untersetzungen) usw. möglich sein. Bei bestimmten Ausführungsformen kann es zum Beispiel durch Implementieren von Drehzahlanpassungsalgorithmen für eine CVP möglich sein, Kosten und Komplexität durch Verwendung von Muffenkupplungen anstatt von Reibungskupplungen hinsichtlich Energieübertragungsverbindungen zwischen einer bestimmten CVP 26 und verschiedenen anderen Antriebsstrangkomponenten zu reduzieren. Ebenso können verschiedene Konfigurationen von PSTs 30 verwendet werden, ohne von dem Gedanken dieser Offenbarung abzuweichen, einschließlich Achtgang-PSTs (zum Beispiel der PST 30b), Sechsgang-PSTs (zum Beispiel der PST 30c) oder andere Konfigurationen, darunter bei bestimmten Ausführungsformen ohne PST. Bei bestimmten Ausführungsformen können mehrere Energieabgabeverbindungen 36 vorgesehen sein (zum Beispiel sowohl eine Zapfwellenverbindung als auch eine Differenzialantriebswelle von einem PST). Des Weiteren kann bei bestimmten Ausführungsformen, und wie auch oben angemerkt, durch eine CVP angetriebene Rückwärtsfahrt durch die Drehung der CVP in umgekehrter Richtung möglich sein, während bei anderen Ausführungsformen ein bestimmtes Umkehrgetriebe vorgesehen sein kann. Schließlich soll die Darstellung einer bestimmten CVP (und verwandter Komponenten) in einer beispielhaften Konfiguration als von bestimmter Art (zum Beispiel einem Elektromotor oder einem Hydraulikmotor) die Offenbarung nicht auf diese bestimmte Art von CVP (und verwandter Komponenten) einschränken.
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Obwohl spezielle Begriffe wie "Generator" und "Motor" (und dergleichen) hier verwendet werden können, um verschiedene beispielhafte Konfigurationen zu beschreiben, versteht sich, dass diese (und ähnliche) Begriffe verwendet werden können, um sich allgemein auf eine elektrische Maschine zu beziehen, die entweder als Generator oder als Motor arbeiten kann. Beispielsweise kann der elektrische Generator 18a manchmal als Elektromotor arbeiten, und der Elektromotor 26a kann manchmal als Generator arbeiten. Ebenso versteht sich, dass die tatsächlichen Betriebsmodi anderer stufenlos verstellbarer Antriebsquellen auf ähnliche Weise von den hierin explizit beschriebenen abweichen können.
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Die hierin verwendete Terminologie dient nur dem Zweck der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und soll die Offenbarung nicht einschränken. Die Singularformen "ein/e/r" und "der/die/das", wie hier verwendet, sollen auch die Pluralformen umfassen, es sei denn, der Kontext gibt deutlich etwas anderes an. Ferner versteht sich, dass jegliche Verwendung der Begriffe "umfasst" und/oder "umfassend" in dieser Beschreibung das Vorliegen angegebener Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente und/oder Komponenten angibt, jedoch das Vorliegen oder Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließt.
