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Diese Offenbarung bezieht sich auf kontinuierlich variable Getriebe, einschließlich Getriebe für den Betrieb von Arbeitsfahrzeugen für landwirtschaftliche, forstwirtschaftliche, Bau- und andere Anwendungen.
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Es kann bei einer Vielzahl von Gegebenheiten nützlich sein, sowohl einen herkömmlichen Verbrennungsmotor (z. B. einen Motor mit innerer Verbrennung) als auch eine oder mehrere unendlich variable Leistungsquellen (z. B. einen Elektromotor/ generator oder eine(n) Hydraulikmotor/ pumpe, einen variablen Kettenantrieb usw.) zu nutzen, um Nutzleistung bereitzustellen. Zum Beispiel kann ein Teil der Verbrennungsmotorleistung abgeleitet werden, um eine erste kontinuierlich variable Leistungsquelle anzusteuern (CVP, Continuously Variable Power source) (z. B. einen ersten Elektromotor/ generator, der als ein Generator fungiert, eine(n) erste(n) hydrostatische(n) oder hydrodynamische(n) Motor/Pumpe, der/die als eine Pumpe fungiert usw.), die wiederum eine zweite CVP ansteuert (z. B. einen zweiten Elektromotor/ generator, der als ein Motor fungiert, der elektrische Leistung aus dem ersten Elektromotor/ generator verwendet, eine(n) zweite(n) hydrostatische(n) oder hydrodynamische(n) Motor/Pumpe, der/die als ein Motor fungiert, der die hydraulische Leistung aus dem/der ersten hydrostatischen oder hydrodynamischen Motor/Pumpe verwendet, usw.).
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Bei bestimmten Anwendungen kann Leistung aus beiden Arten von Leistungsquellen (d. h. einem Verbrennungsmotor und einer CVP) zur Lieferung von Nutzleistung (z. B., um eine Fahrzeugachse anzusteuern) über ein unendlich variables Getriebe (IVT, Infinitely Variable Transmission) oder ein kontinuierlich variables Getriebe (CVT, Continuously Variable Transmission) kombiniert werden. Dies kann als „aufgeteilte Betriebsart“ oder als „leistungsverzweigte Betriebsart“ bezeichnet werden, weil Leistungsübertragung zu einer Fahrzeug-Leistungssenke (oder einer anderen Leistungssenke) zwischen einer mechanischen Strecke aus dem Verbrennungsmotor und einer unendlich/kontinuierlich variablen Strecke durch eine oder mehrere CVPs aufgeteilt werden kann. Dagegen kann in anderen Anwendungen Nutzleistung für Leistungssenken aus dem Verbrennungsmotor (z. B. über verschiedene mechanische Getriebeelemente, wie zum Beispiel Wellen und Zahnräder), jedoch nicht von einer CVP bereitgestellt werden. Dies kann als „Betriebsart über die mechanische Strecke“ bezeichnet werden. Es versteht sich, dass in der Betriebsart über die mechanische Strecke manchmal verschiedene, nichtmechanische Leistungsübertragungseinrichtungen, wie zum Beispiel Drehmomentwandler, verwendet werden können. In diesem Sinne kann eine Betriebsart über die mechanische Strecke einfach als eine Leistungsübertragungsbetriebsart angesehen werden, in der der Verbrennungsmotor, nicht jedoch die CVPs, Nutzleistung für eine besondere Leistungssenke bereitstellen.
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Es werden ein Antriebsstrang und ein Fahrzeug zum Bereitstellen von kontinuierlich (oder unendlich) variablen Übersetzungsverhältnissen offenbart. Gemäß einem Aspekt der Offenbarung enthält ein Antriebsstrang für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor einen Zahnradsatz mit einer ersten Eingangskomponente, einer zweiten Eingangskomponente und einer Ausgangskomponente, wobei der Verbrennungsmotor der Ausgangskomponente über die erste Eingangskomponente mechanische Leistung bereitstellt. Eine erste CVP ist dazu ausgelegt, mechanische Leistung aus dem Verbrennungsmotor über eine Kupplungseinrichtung aufzunehmen und die aufgenommene mechanische Leistung in nichtmechanische Leistung umzuwandeln. Eine zweite CVP ist dazu ausgelegt, die nichtmechanische Leistung aus der ersten CVP aufzunehmen, die aufgenommene nichtmechanische Leistung in mechanische Leistung umzuwandeln und der Ausgangskomponente des Zahnradsatzes mechanische Leistung über die zweite Eingangskomponente des Zahnradsatzes bereitzustellen. Eine Bremseinrichtung steht in Verbindung mit der zweiten CVP und der zweiten Eingangskomponente des Zahnradsatzes.
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Wenn sich die Bremseinrichtung in einem eingerückten Zustand befindet, hindert die Bremse die zweite Eingangskomponente des Zahnradsatzes daran zu rotieren. Wenn sich die Kupplungseinrichtung in einem ersten Zustand befindet, ist die erste CVP vom Verbrennungsmotor entkoppelt. Wenn sich die Kupplungseinrichtung in einem zweiten Kupplungszustand befindet und die Bremseinrichtung nicht eingerückt ist, wird der ersten CVP mechanische Leistung aus dem Verbrennungsmotor bereitgestellt und der Ausgangskomponente wird über die zweite Eingangskomponente mechanische Leistung aus der zweiten CVP bereitgestellt.
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Eines oder mehrere der folgenden Merkmale können auch im offenbarten Antriebsstrang beinhaltet sein. Der Verbrennungsmotor kann über eine erste Welle mechanische Leistung für die erste Eingangskomponente bereitstellen. Die erste CVP kann dazu ausgelegt sein, mechanische Leistung aus dem Verbrennungsmotor über die erste Welle, ein an der ersten Welle angebrachtes erstes Zahnrad, ein mit dem ersten Zahnrad in Eingriff stehendes zweites Zahnrad und eine am zweiten Zahnrad angebrachte zweite Welle aufzunehmen. Die zweite CVP kann dazu ausgelegt sein, der zweiten Eingangskomponente des Zahnradsatzes mechanische Leistung über eine dritte Welle bereitzustellen, wobei die Bremseinrichtung dazu ausgelegt ist, Rotation eines oder mehrerer der Folgenden, der dritten Welle und der zweiten Eingangskomponente, zu verhindern. Der Antriebsstrang kann weiterhin ein Mehrganggetriebe enthalten, das mechanische Leistung aus der Ausgangskomponente des Zahnradsatzes aufnimmt.
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Der Zahnradsatz kann ein Planetengetriebe enthalten. Die erste Eingangskomponente kann ein Hohlrad des Planetengetriebes enthalten. Die zweite Eingangskomponente kann ein Sonnenrad des Planetengetriebes enthalten. Die Ausgangskomponente kann ein Planetenträgerrad des Planetengetriebes enthalten.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung enthält ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor einen Zahnradsatz mit einer ersten Eingangskomponente, einer zweiten Eingangskomponente und einer Ausgangskomponente, wobei der Verbrennungsmotor der Ausgangskomponente über die erste Eingangskomponente mechanische Leistung bereitstellt. Eine erste CVP ist dazu ausgelegt, mechanische Leistung aus dem Verbrennungsmotor wenigstens zum Teil auf Basis eines Zustands einer ersten Steuereinrichtung aufzunehmen und die aufgenommene mechanische Leistung in nichtmechanische Leistung umzuwandeln. Eine zweite CVP ist dazu ausgelegt, die nichtmechanische Leistung aus der ersten CVP aufzunehmen, die aufgenommene nichtmechanische Leistung in mechanische Leistung umzuwandeln und der Ausgangskomponente des Zahnradsatzes mechanische Leistung über die zweite Eingangskomponente des Zahnradsatzes bereitzustellen. Eine zweite Steuereinrichtung steht in Verbindung mit der zweiten CVP und der zweiten Eingangskomponente des Zahnradsatzes.
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Wenn sich die zweite Steuereinrichtung in einem ersten Zustand befindet, verhindert die zweite Steuereinrichtung, dass die zweite Eingangskomponente des Zahnradsatzes Leistung aus der zweiten CPV aufnimmt. Wenn sich die erste Steuereinrichtung in einem zweiten Zustand befindet, ist die erste CVP vom Verbrennungsmotor entkoppelt. Wenn sich die erste Steuereinrichtung in einem dritten Zustand befindet und sich die erste Steuereinrichtung nicht im ersten Zustand befindet, wird der ersten CVP mechanische Leistung aus dem Verbrennungsmotor bereitgestellt und der Ausgangskomponente wird über die zweite Eingangskomponente mechanische Leistung aus der zweiten CVP bereitgestellt.
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Eines oder mehrere der folgenden Merkmale können auch im offenbarten Fahrzeug beinhaltet sein. Der Verbrennungsmotor kann über eine erste Welle mechanische Leistung für die erste Eingangskomponente bereitstellen. Die erste CVP kann dazu ausgelegt sein, mechanische Leistung aus dem Verbrennungsmotor über die erste Welle, ein an der ersten Welle angebrachtes erstes Zahnrad, ein mit dem ersten Zahnrad in Eingriff stehendes zweites Zahnrad und eine am zweiten Zahnrad angebrachte zweite Welle aufzunehmen. Die zweite CVP kann dazu ausgelegt sein, der zweiten Eingangskomponente des Zahnradsatzes mechanische Leistung über eine dritte Welle bereitzustellen, wobei die zweite Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, Rotation eines oder mehrerer der Folgenden, der dritten Welle und der zweiten Eingangskomponente, steuerbar zu verhindern. Das Fahrzeug kann weiterhin ein Mehrganggetriebe enthalten, das mechanische Leistung aus der Ausgangskomponente des Zahnradsatzes aufnimmt.
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Der Zahnradsatz kann ein Planetengetriebe enthalten. Die erste Eingangskomponente kann ein Hohlrad des Planetengetriebes enthalten. Die zweite Eingangskomponente kann ein Sonnenrad des Planetengetriebes enthalten. Die Ausgangskomponente kann ein Planetenträgerrad des Planetengetriebes enthalten.
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Gemäß noch einem anderen Aspekt der Offenbarung enthält ein Antriebsstrang für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor ein Planetengetriebe mit einem Hohlrad, einem Planetenträger und einem Sonnenrad, wobei der Planetenträger über das Hohlrad und eine erste Welle, die den Verbrennungsmotor mit dem Hohlrad verbindet, mechanische Leistung aus dem Verbrennungsmotor aufnimmt. Eine erste CVP ist dazu ausgelegt, mechanische Rotationsleistung aus dem Verbrennungsmotor über die erste Welle, ein an der ersten Welle angebrachtes erstes Zahnrad, ein mit dem ersten Zahnrad in Eingriff stehendes zweites Zahnrad, eine am zweiten Zahnrad angebrachte zweite Welle und eine an der zweiten Welle angebrachte Kupplungseinrichtung aufzunehmen und die aufgenommene, mechanische Rotationsleistung in nichtmechanische Leistung umzuwandeln. Eine zweite CVP ist dazu ausgelegt, nichtmechanische Leistung aus der ersten CVP aufzunehmen, die aufgenommene nichtmechanische Leistung in mechanische Rotationsleistung umzuwandeln und dem Sonnenrad die umgewandelte, mechanische Rotationsleistung über eine dritte Welle bereitzustellen. Eine Bremseinrichtung steht in Verbindung mit der dritten Welle oder dem Sonnenrad.
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Wenn sich die Bremseinrichtung in einem eingerückten Zustand befindet, hindert die Bremseinrichtung die dritte Welle und das Sonnenrad daran zu rotieren. Wenn sich die Kupplungseinrichtung in einem ersten Kupplungszustand befindet, ist die erste CVP vom Verbrennungsmotor in Hinsicht auf mechanische Rotationsleistung, die aus dem Verbrennungsmotor zur ersten Welle übertragen wird, entkoppelt. Wenn sich die Kupplungseinrichtung in einem zweiten Kupplungszustand befindet und die Bremseinrichtung nicht eingerückt ist, wird der ersten CVP mechanische Rotationsleistung aus dem Verbrennungsmotor geliefert und dem Planetenträger wird über das Sonnenrad mechanische Rotationsleistung aus der zweiten CVP bereitgestellt.
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Die Details einer oder mehrerer Umsetzungsformen werden in den zugehörigen Zeichnungen und der nachstehenden Beschreibung dargelegt. Andere Merkmale und Vorteile werden sich aus der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen ergeben.
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1 ist eine Seitenansicht eines beispielhaften Fahrzeugs, das ein kontinuierlich variables Getriebe gemäß der vorliegenden Offenbarung enthalten kann;
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2 ist eine schematische Ansicht eines beispielhaften Antriebsstrangs des beispielhaften Fahrzeugs aus 1; und
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3 ist eine schematische Ansicht einer beispielhaften Konfiguration des beispielhaften Antriebsstrangs aus 2.
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Gleiche Referenzsymbole in den verschiedenen Zeichnungen bezeichnen gleiche Elemente.
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Im Folgenden werden eine oder mehrere Ausführungsbeispiele des offenbarten Antriebsstrangs (oder Fahrzeugs) beschrieben, wie sie in den zugehörigen Figuren der oben kurz beschriebenen Zeichnungen gezeigt werden. Verschiedene Modifikationen der Ausführungsbeispiele können durch einen Fachmann in Betracht gezogen werden.
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Für die Zweckmäßigkeit der Bezeichnung kann „Komponente“ hier, insbesondere im Kontext eines Planetengetriebes, verwendet werden, um ein Element zur Übertragung von Leistung zu bezeichnen, zum Beispiel ein Sonnenrad, ein Hohlrad oder einen Planetenträger. Weiterhin versteht sich, dass Bezugnahmen auf ein CVT (oder kontinuierlich variablen Antriebsstrang oder Leistungsquelle) in verschiedenen Ausführungsformen ebenfalls Konfigurationen umfassen, die ein IVT (oder unendlich variablen Antriebsstrang oder Leistungsquelle) enthalten und umgekehrt.
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In der nachstehenden Erörterung werden verschiedene Beispielkonfigurationen von Wellen, Zahnrädern und anderen Leistungsübertragungselementen beschrieben. Es versteht sich, dass verschiedene alternative Konfigurationen im Gedanken dieser Offenbarung möglich sein können. Zum Beispiel können verschiedene Konfigurationen mehrere Wellen anstelle einer einzigen Welle (oder eine einzige Welle anstelle mehrerer Wellen) nutzen, können für die Übertragung von Rotationsleistung eines oder mehrere Zwischenräder zwischen verschiedenen Wellen oder Zahnrädern einschieben usw.
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Bei der Verwendung von kontinuierlich (oder unendlich) variablen Antriebssträngen kann der relative Wirkungsgrad der Leistungsübertragung in verschiedenen Betriebsarten von Bedeutung sein. Es versteht sich zum Beispiel, dass mechanische Übertragung von Leistung möglicherweise nur von einem Verbrennungsmotor zu einem Zahnradsatz (d. h. in einer Übertragungsbetriebsart über die mechanische Strecke) eine hoch effiziente Betriebsart der Leistungsübertragung ist, wohingegen die Übertragung von Leistung durch eine CVP (d. h. in einer leistungsverzweigten Übertragungsbetriebsart) möglicherweise weniger effizient ist. Dies kann zum Beispiel aus den Energieverlusten resultieren, die dem Umwandeln von mechanischer Leistung aus dem Verbrennungsmotor in elektrische oder hydraulische Leistung unter Verwendung einer ersten CVP, dem Übertragen der umgewandelten Leistung zu einer zweiten CVP und dann dem Umwandeln der übertragenen Leistung zurück in mechanische Leistung innewohnen. Dementsprechend kann es unter bestimmten Umständen wünschenswert sein, die Übertragungsbetriebsart über die mechanische Strecke stärker als die leistungsverzweigte Betriebsart zu nutzen (oder z. B. eine rein CVP-versorgte Betriebsart, wobei der Verbrennungsmotor zum Beispiel Nutzleistung nur zum Ansteuern einer oder mehrerer CVPs bereitstellt). Allerdings können unter anderen Umständen die Flexibilität und andere Vorteile, die durch die Verwendung von CVPs (z. B. in einer leistungsverzweigten Betriebsart) bereitgestellt werden, die innewohnenden Energieverluste aufwiegen.
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Neben anderen Vorteilen kann der hier offenbarte Antriebsstrang nützlich den Übergang zwischen der leistungsverzweigten Betriebsart und der Betriebsart über die mechanische Strecke für ein Fahrzeug oder eine andere angetriebene Plattform ermöglichen. Durch selektive Verwendung von Kupplungen und/oder Bremsen kann der offenbarte Antriebsstrang zum Beispiel gestatten, dass ein Fahrzeug entweder in einer leistungsverzweigten Betriebsart (d. h. angetrieben sowohl von einem Verbrennungsmotor als auch von einer oder mehreren CVPs) oder in einer Betriebsart über die mechanische Strecke (d. h. angetrieben nur von einem Verbrennungsmotor) betrieben wird, abhängig von den Erfordernissen eines besonderen Arbeitsvorgangs.
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Bei bestimmten Konfigurationen des in Betracht gezogenen Antriebsstrangs kann ein Verbrennungsmotor zum Beispiel Leistung über verschiedene mechanische (oder andere) Leistungsübertragungselemente (z. B. verschiedene Wellen und Zahnräder usw.) sowohl für eine erste Eingangskomponente eines summierenden Zahnradsatzes als auch für eine Eingangsschnittstelle (z. B. eine Keilverzahnungsverbindung für eine Rotationswelle) einer ersten CVP bereitstellen. Eine Steuereinrichtung (z. B. eine Kupplung, eine Bremse oder eine andere Einrichtung, die in der Lage ist, die Übertragung von mechanischer Leistung zwischen zwei oder mehr Komponenten steuerbar zu gestatten oder zu verhindern) kann zwischen dem Verbrennungsmotor und der ersten CVP bereitgestellt werden. In einem ersten Zustand (z. B. einem eingerückten Zustand einer Kupplung) kann die Steuereinrichtung gestatten, dass mechanische Leistung aus dem Verbrennungsmotor zur ersten CVP übertragen wird, und in einem zweiten Zustand (z. B. einem ausgerückten Zustand einer Kupplung) kann die Steuereinrichtung verhindern, dass mechanische Leistung aus dem Verbrennungsmotor zur ersten CVP übertragen wird.
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Eine zweite CVP kann nichtmechanische (z. B. elektrische oder hydraulische) Leistung aus der ersten CVP aufnehmen. Die zweite CVP kann dazu ausgelegt sein, mechanische Leistung, wie sie von einer zweiten Steuereinrichtung (z. B. einer Bremse) gesteuert wird, für eine zweite Eingangskomponente des summierenden Zahnradsatzes bereitzustellen. In einem ersten Zustand (z. B. einem ausgerückten Zustand einer Bremse) kann die zweite Steuereinrichtung gestatten, dass mechanische Leistung aus einer Ausgangsschnittstelle der zweiten CVP (z. B. einer Keilverzahnungsverbindung für eine Rotationswelle) an die zweite Eingangskomponente des summierenden Zahnradsatzes übertragen wird, und in einem zweiten Zustand (z. B. einem eingerückten Zustand einer Bremse) gestattet die zweite Steuereinrichtung möglicherweise nicht, dass mechanische Leistung aus der Ausgangsschnittstelle der zweiten CVP zur zweiten Eingangskomponente übertragen wird. Wenn in bestimmten Ausführungsformen die zweite Steuereinrichtung eingerückt ist, kann sie die Rotation einer Welle, die die zweite CVP mit der zweiten Eingangskomponente verbindet, die Rotation der zweiten Eingangskomponente selbst oder beides stoppen. Auf diese Weise können durch selektive Aktivierung von beiden (oder mehreren) Steuereinrichtungen verschiedene Betriebsarten des Antriebsstrangs ausgeführt werden.
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In verschiedenen Konfigurationen können eines oder mehrere Planetengetriebe (oder verschiedene andere bekannte Zahnradsatzkonfigurationen) genutzt werden, um die Leistungsausgabe der zweiten CVP und des Verbrennungsmotors zu kombinieren. Zum Beispiel kann eine erste Komponente eines Planetengetriebes (z. B. ein Zahnkranz) Leistung aus dem Verbrennungsmotor aufnehmen, eine zweite Komponente des Planetengetriebes (z. B. ein Sonnenrad) kann Leistung aus der zweiten CVP aufnehmen, und eine dritte Komponente des Planetengetriebes (z. B. ein Planetenträger) kann die summierte Leistung aus dem Verbrennungsmotor und der CVP an einer Ausgangsschnittstelle (z. B. an einer Ausgangswelle) des Zahnradsatzes bereitstellen. Eine Kupplungseinrichtung (z. B. eine Nass- oder eine Trockenkupplung verschiedener Konfigurationen) kann die Übertragung von mechanischer Leistung zwischen dem Verbrennungsmotor und der ersten CVP steuern, wobei mechanische Leistung zwischen dem Verbrennungsmotor und der ersten CVP übertragen wird, wenn die Kupplung eingerückt ist. Eine Bremseinrichtung (z. B. eine Einrichtung, die in der Lage ist, das Rotieren einer Welle zu stoppen) kann die Übertragung von mechanischer Leistung zwischen der zweiten CVP und dem Sonnenrad des Planetengetriebes steuern, wobei sowohl die Rotation einer Welle, die die zweite CVP und das Sonnenrad verbindet, als auch das Sonnenrad selbst gestoppt wird, wenn die Bremseinrichtung eingerückt ist. Solch eine Konfiguration kann eine im Wesentlichen unendliche (und kontinuierlich variable) Anzahl von Übersetzungsverhältnissen für das Planetengetriebe ermöglichen. Zum Beispiel kann für eine feste Verbrennungsmotordrehzahl ein besonders effektives Übersetzungsverhältnis (oder Ausgangsdrehzahl, Drehmoment usw.) durch Variieren der Drehzahl der zweiten CVP in Bezug auf die Verbrennungsmotordrehzahl variiert werden. Weiterhin kann der Antriebsstrang durch selektive Steuerung der Kupplungs- und der Bremseinrichtung einfach zwischen leistungsverzweigter Betriebsart und der Betriebsart über die mechanische Strecke umgestellt werden.
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Wie sich aus der Erörterung hier ergeben wird, kann der offenbarte Antriebsstrang vorteilhafterweise bei einer Vielzahl von Gegebenheiten und mit einer Vielzahl von Maschinen verwendet werden. Jetzt unter Bezugnahme auf 1: Der offenbarte Antriebsstrang (z. B. als Antriebsstrang 12 ausgelegt) kann zum Beispiel im Fahrzeug 10 enthalten sein. In 1 wird das Fahrzeug 10 als ein Traktor mit dem Antriebsstrang 12 gezeigt. Es versteht sich allerdings, dass andere Konfigurationen möglich sind, einschließlich Konfigurationen, bei denen das Fahrzeug 10 eine andere Art von Traktor, eine Erntemaschine, ein Rückeschlepper, ein Planiergerät oder eines von verschiedenen anderen Arbeitsfahrzeugarten ist. Es versteht sich weiterhin, dass der offenbarte Antriebsstrang auch bei Nicht-Arbeitsfahrzeugen oder bei Nicht-Fahrzeug-Anwendungen (z. B. bei fest positionierten Maschinenanlagen) verwendet werden kann.
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Jetzt mit Bezug auf 2: Eine beispielhafte Konfiguration des Antriebsstrangs 12 wird gezeigt. Der Antriebsstrang 12 kann zum Beispiel den Verbrennungsmotor 20 enthalten, der ein Motor mit innerer Verbrennung verschiedener, bekannten Konfigurationen sein kann. Der Verbrennungsmotor 20 kann der Welle 22 mechanische Rotationsleistung zur Übertragung an verschiedene Leistungssenken (z. B. Räder, Leistungsentnahme-Wellen (PTO, Power Take-Off) usw.) des Fahrzeugs 10 bereitstellen (in 2 nicht dargestellt). In bestimmten Ausführungsformen kann ein Drehmomentwandler oder eine andere Einrichtung zwischen dem Verbrennungsmotor 20 und der Welle 22 (oder einer anderen Welle (nicht dargestellt)) enthalten sein, obwohl eine solche Einrichtung für den Betrieb des Antriebsstrangs 12, wie er in dieser Offenbarung in Betracht gezogen wird, nicht nötig ist. Weiterhin können in bestimmten Ausführungsformen mehrere Wellen (nicht dargestellt) oder gleichwertige Leistungsübertragungseinrichtungen (z. B. Ketten, Riemen usw.) anstelle der Welle 22 (oder verschiedener anderer, hier erörterter Wellen) verwendet werden, einschließlich verschiedener Wellen, die durch verschiedene Zahnräder oder andere Leistungsübertragungseinrichtungen miteinander verbunden sind.
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Die Welle 22 kann dazu ausgelegt sein, mechanische Leistung für das Zahnrad 24 oder eine andere Leistungsübertragungskomponente (nicht dargestellt) zur Übertragung von Leistung aus dem Verbrennungsmotor 20 zum Zahnradsatz 26 bereitzustellen. Zum Beispiel kann das Zahnrad 24 direkt durch eine Keilverzahnungsverbindung an der Welle 22 montiert sein. Der Zahnradsatz 26 kann, wie nachstehend ausführlicher erörtert wird, ein summierender Zahnradsatz sein, wie zum Beispiel ein Planetengetriebe, und kann eine Ausgangskomponente (z. B. eine Keilverzahnungsverbindung (nicht dargestellt)) enthalten, die mit der Welle 28 verkoppelt ist. Dementsprechend kann mechanische Leistung über eine rein mechanische (oder eine andere) Strecke aus dem Verbrennungsmotor 20 zur Welle 28 übertragen werden, über die Welle 22, das Zahnrad 24 und den Zahnradsatz 26. Die Welle 28 wiederum kann mechanische Leistung an eine Leistungssenke des Fahrzeugs 10 übertragen, wie zum Beispiel an verschiedene Fahrzeugräder (z. B. über eines oder mehrere Differentiale (nicht dargestellt) oder Getriebe (in 2 nicht dargestellt)), an verschiedene PTO-Wellen usw.
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Der Antriebsstrang 12 kann auch die CVPs 30 und 32 enthalten. Jede der CVPs 30 und 32 kann zum Beispiel ein Elektromotor/ generator oder ein(e) Hydraulikmotor/ pumpe sein, wobei elektrische bzw. hydraulische Leistung zwischen den CVPs 30 und 32 über geeignete Leitungen (z. B. die elektrischen Leitungen 18) übertragen wird. Der Zweckmäßigkeit halber können die CVPs 30 und 32 in der nachstehenden Erörterung als elektrische Maschinen (d. h. elektrische Motoren/Generatoren) betrachtet werden. Es versteht sich allerdings, dass der offenbarte Antriebsstrang nicht auf diese Konfiguration begrenzt ist.
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In bestimmten Ausführungsformen können auch verschiedene Leistungsspeichereinrichtungen (nicht dargestellt) im Antriebsstrang 12 enthalten sein. Zum Beispiel kann bei CVPs 30 und 32, die als Elektromotoren/ generatoren ausgelegt sind, eine Batterie (oder eine andere Speichereinrichtung) in elektrischer (oder anderer) Verbindung mit beiden CVPs 30 und 32 stehen, um elektrische Leistung zu speichern (und zu liefern).
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In bestimmten Ausführungsformen kann die CVP 30 mechanische Leistung (die z. B. zum Erzeugen von elektrischer Leistung verwendet werden soll) aus dem Verbrennungsmotor 20 aufnehmen. Das Zahnrad 34 kann zum Beispiel dazu ausgelegt sein, mechanische Leistung von der Welle 22 aufzunehmen (z. B. über eine Keilverzahnungsverbindung (nicht dargestellt)), das Zahnrad 36 kann dazu ausgelegt sein, mechanische Leistung vom Zahnrad 34 aufzunehmen (z. B. über ein Ineinandergreifen zwischen den Zahnrädern 34 und 36, über eines oder mehrere eingeschobene Zwischenräder (nicht dargestellt) usw.) und mechanische Leistung an die Welle 38 zu übertragen (z. B. über eine Keilverzahnungsverbindung (nicht dargestellt)). In bestimmten Ausführungsformen kann die Welle 38 zwischen den Wellenteilen 38a und 38b geteilt sein. Die Welle 38 kann (z. B. am Wellenteil 38b) dazu ausgelegt sein, die vom Zahnrad 36 aufgenommene mechanische Leistung für die CVP 30 bereitzustellen (z. B. über eine andere Keilverzahnungsverbindung (nicht dargestellt)).
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In bestimmten Ausführungsformen kann die Steuereinrichtung 40 (z. B. eine Kupplung oder eine ähnliche Einrichtung) zum Steuern des Fließens von mechanischer Leistung zwischen dem Zahnrad 36 und der CVP 30 genutzt werden. Auch mit Bezug auf 3: Die Steuereinrichtung 40 kann zum Beispiel als Kupplungseinrichtung 40a ausgelegt sein, die zwischen den Wellenteilen 38a und 38b eingeschoben ist (z. B. als eine Nasskupplung, Trockenkupplung, Klauenkupplung oder eine andere Einrichtung, die dazu ausgelegt ist, die bekannte Funktionalität einer Kupplung nachzubilden). Die Kupplungseinrichtung 40a kann dementsprechend genutzt werden, um selektiv zu steuern, ob mechanische Leistung vom Zahnrad 36 zur CVP 30 übertragen wird. Zum Beispiel kann der Wellenteil 38b in einem ersten Kupplungszustand (z. B. einem voll eingerückten oder verriegelten Zustand) der Kupplungseinrichtung 40a geeignet mit dem Wellenteil 38a verkuppelt sein, um Leistung vom Zahnrad 36 zur CVP 30 zu übertragen. Dementsprechend kann mechanische Rotationsleistung aus dem Verbrennungsmotor 20 über die Welle 22, die Zahnräder 34 und 36, die Kupplung 40a und die Wellenteile 38a und 38b zur CVP 30 übertragen werden. Diese mechanische Leistung kann dann von der CVP 30 in elektrische (oder andere) Leistung umgewandelt und zum Beispiel zur CVP 32 übertragen werden. Umgekehrt ist der Wellenteil 38b in einem zweiten Kupplungszustand (z. B. einem ausgerückten oder entriegelten Zustand) der Kupplungseinrichtung 40a möglicherweise nicht mit dem Wellenteil 38a verkuppelt, und es wird möglicherweise keine Leistung vom Zahnrad 36 zur CVP 30 übertragen.
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Die Steuereinrichtung 40 (die z. B. als Kupplungseinrichtung 40a ausgelegt ist) kann von verschiedenen Stellgliedern bekannter Konfiguration gesteuert werden (nicht dargestellt). Diese Stellglieder können wiederum von einer Getriebesteuereinheit (TCU, Transmission Control Unit) (nicht dargestellt) gesteuert werden, die verschiedene Eingaben von verschiedenen Sensoren oder Einrichtungen (nicht dargestellt) über einen Controller Area Network (CAN) Bus (nicht dargestellt) des Fahrzeugs 10 aufnehmen kann. In bestimmten Ausführungsformen kann die Steuereinrichtung 40 zum Beispiel gemäß programmierter oder festverdrahteter Getriebesteuerlogik gesteuert werden, die in einer TCU enthalten ist oder von einer TCU ausgeführt wird.
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Wie auch oben im Allgemeinen angegeben wird, versteht es sich, dass auch andere Konfigurationen zum Übertragen von Leistung aus dem Verbrennungsmotor 20 zur CVP 30 möglich sind. Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung 40 (einschließlich, wenn sie als Kupplungseinrichtung 40a ausgelegt ist) irgendwo anders im Antriebsstrang 12 positioniert sein, oder sie kann mit verschiedenen anderen Komponenten des Antriebsstrangs 12 verkuppelt sein, während sie immer noch die Übertragung von Leistung zwischen dem Verbrennungsmotor 20 und der CVP 30 steuert.
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Weiterhin mit Bezug auf 2: In bestimmten Ausführungsformen kann die CVP 32 dazu ausgelegt sein, mechanische Leistung für den Zahnradsatz 26 bereitzustellen. Zum Beispiel kann die CVP 32 nichtmechanische (z. B. elektrische) Leistung aus der CVP 30 aufnehmen (z. B. wie oben beschrieben worden ist) und kann die aufgenommene Leistung in mechanische Rotationsleistung an der Welle 42 umwandeln (z. B. geteilt zwischen den Wellenteilen 42a und 42b). Die Welle 42 kann (z. B. am Wellenteil 42b) mit einer Eingangskomponente des Zahnradsatzes 26 (z. B. über eine Keilverzahnungsverbindung oder eine andere Verbindung (nicht dargestellt)) verkuppelt sein, so dass von der CVP 32 bereitgestellte mechanische Leistung über den Zahnradsatz 26 zur Welle 28 übertragen werden kann. Auf diese Weise kann zum Beispiel mit dem als ein summierender Zahnradsatz ausgelegten Zahnradsatz 26 mechanische Leistung entweder aus dem Verbrennungsmotor 20 oder der CVP 32 (oder aus beiden) am Zahnradsatz 26 aufgenommen werden und für die Welle 28 bereitgestellt werden.
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In bestimmten Ausführungsformen kann eine zusätzliche Steuereinrichtung (z. B. die Steuereinrichtung 44) zum Steuern der Übertragung von Leistung aus der CVP 32 durch den Zahnradsatz 26 genutzt werden. Wie oben ebenfalls angegeben wird, kann es zum Beispiel nützlich sein, für eine Betriebsart über die mechanische Strecke zu sorgen, bei der der Verbrennungsmotor 20, jedoch nicht die CVP 32, zum Bereitstellen von Leistung für die Welle 28 verwendet wird. Die Steuereinrichtung 44 kann eine solche Betriebsart über die mechanische Strecke ermöglichen, indem sie zum Beispiel die Übertragung von Leistung aus der CVP 32 durch den Zahnradsatz 26 verhindert. Erneut mit Bezug auf 3: Eine Steuereinrichtung 44 kann zum Beispiel als Bremseinrichtung 44a ausgelegt sein (d. h. als eine Einrichtung, die in der Lage ist, die Rotation einer oder mehrerer Antriebsstrangkomponenten zu stoppen), die in Bezug auf die Welle 42 an einen festen Korpus montiert sein kann, um die Rotation der Welle 42 steuerbar zu stoppen (und, in bestimmten Konfigurationen, die Rotation der zugehörigen Eingangskomponente des Zahnradsatzes 26). Auf diese Weise kann, zum Beispiel, wenn die Bremseinrichtung 44a aktiviert wird, die Welle 42 gestoppt werden, und es wird möglicherweise keine mechanische Leistung von der CVP 32 zum Zahnradsatz 26 übertragen (selbst wenn möglicherweise elektrische Leistung zur CVP 32 fließt).
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Die Steuereinrichtung 44 (die z. B. als Bremseinrichtung 44a ausgelegt ist) kann von verschiedenen Stellgliedern bekannter Konfiguration gesteuert werden (nicht dargestellt). Diese Stellglieder können wiederum von einer Getriebesteuereinheit (TCU) (nicht dargestellt) gesteuert werden, die verschiedene Eingaben aus verschiedenen Sensoren oder Einrichtungen (nicht dargestellt) über einen CAN-Bus (nicht dargestellt) des Fahrzeugs 10 aufnehmen kann. In bestimmten Ausführungsformen kann die Steuereinrichtung 44 zum Beispiel gemäß programmierter oder festverdrahteter Getriebesteuerlogik gesteuert werden, die in einer TCU enthalten ist oder von einer TCU ausgeführt wird.
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Die CVP 32 (und die CVP 30) können auch durch verschiedene andere Mittel gesteuert werden. Zum Beispiel kann eine TCU oder eine andere Steuerung die Ausgangsdrehzahl (oder andere Charakteristika) der CVP 32 auf Basis verschiedener Eingaben von verschiedenen Sensoren oder von anderen Steuerungen, verschiedener programmierter oder festverdrahteter Steuerstrategien usw. steuern. Ähnlich kann auch die Übertragung von nichtmechanischer Leistung zwischen den CVPs 30 und 32 (und verschiedenen zwischengeschalteten Einrichtungen, wie zum Beispiel Batterien oder anderen Energiespeichereinrichtungen) gesteuert werden.
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Weiterhin mit Bezug auf 3: In bestimmten Ausführungsformen kann der Zahnradsatz 26 als Planetengetriebe 26a ausgelegt sein, wobei zwei Komponenten des Planetengetriebes 26a als Eingangskomponenten und eine Komponente des Planetengetriebes 26a als eine Ausgangskomponente fungieren. Zum Beispiel kann der Zahnkranz 46 als eine erste Eingangskomponente fungieren, die mechanische Leistung aus dem Verbrennungsmotor 20 über das Zahnrad 24 aufnimmt. Leistung kann dann aus dem Verbrennungsmotor 20, über den Zahnkranz 46 und die Planetenräder 50 zum Planetenträger 48 (d. h. der Ausgangskomponente des Planetengetriebes 26a, wie in 3 gezeigt wird) und zur Welle 28 fließen. Gleichermaßen kann das Sonnenrad 52 als eine zweite Eingangskomponente fungieren, wobei mechanische Leistung von der CVP 32, über die Welle 42, das Sonnenrad 52 und die Planetenräder 50 zum Planetenträger 48 und zur Welle 28 fließt. Auf diese Weise kann das Planetengetriebe 26a zum Beispiel dazu ausgelegt sein, aus dem Verbrennungsmotor 20 bzw. der CVP 32 aufgenommene mechanische Leistung zu summieren, wodurch potentiell eine kontinuierlich variable Leistungs- und Drehzahlausgabe an der Welle 28 bereitgestellt wird.
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In der in 3 gezeigten Konfiguration (und in verschiedenen alternativen Konfigurationen) kann der Antriebsstrang 12 genutzt werden, um steuerbar zwischen der Betriebsarten über die mechanische Strecke und der leistungsverzweigten Betriebsart umzustellen, über die selektive Betätigung der Kupplungseinrichtung 40a (oder einer anderen Steuereinrichtung 40) und der Bremseinrichtung 44a (oder einer anderen Steuereinrichtung 44). Mit voll eingerückter Kupplungseinrichtung 40a kann zum Beispiel mechanische Leistung aus dem Verbrennungsmotor 20 ebenso zum Zahnradsatz 26a (z. B. dem Zahnkranz 46 des Planetengetriebes 26a) wie zur CVP 30 übertragen werden (über das Zahnrad 34 usw.). Die CVP 30 kann entsprechend als ein Generator (z. B. als ein elektrischer Generator) fungieren und kann die resultierende nichtmechanische (z. B. elektrische) Leistung zur CVP 32 übertragen (z. B. über die Leitung 18). Die CVP 32 kann die aufgenommene nichtmechanische Leistung in mechanische Leistung umwandeln, die zum Wellenteil 42a übertragen werden kann. Mit ausgerückter Bremseinrichtung 44a (d. h. wenn die Bremseinrichtung 44a Rotation der Wellenteile 42a und 42b nicht verhindert) kann mechanische Leistung entsprechend von der CVP 32 zu einer Eingangskomponente des Zahnradsatzes 26a übertragen werden (z. B. zum Sonnenrad 52 des Planetengetriebes 26a). Durch Steuern der Rotationsgeschwindigkeit des Wellenteils 42a (z. B. durch Steuern der Rotationsgeschwindigkeit der CVP 32) kann dann die Drehzahl der zugehörigen Eingangskomponente des Zahnradsatzes 26a (z. B. des Sonnenrads 52 des Planetengetriebes 26a) variiert werden. Durch die Kombination von mechanischer Rotationsleistung aus dem Verbrennungsmotor 20 (die zum Beispiel mit einer relativ festen Drehzahl, bestimmt auf Basis eines optimalen Betriebszustands des Verbrennungsmotors 20, bereitgestellt werden kann) und mechanischer Rotationsleistung von der CVP 32 (die zum Beispiel steuerbar über einen großen Drehzahlbereich variiert werden kann) kann der Zahnradsatz 26a dementsprechend eine kontinuierlich variable Leistungsausgabe an die Welle 28 bereitstellen. Auf diese Weise kann der offenbarte Antriebsstrang (z. B. der Antriebsstrang 12) eine kontinuierlich variable und steuerbare leistungsverzweigte Übertragungsbetriebsart ermöglichen.
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Es versteht sich, dass auch andere Betriebsarten möglich sind. Zum Beispiel kann die CVP 32 gespeicherte Leistung aus einer Energiespeichereinrichtung (nicht dargestellt) aufnehmen, sogar wenn die CVP 30 gerade keine nichtmechanische Leistung erzeugt (z. B. wenn die Kupplungseinrichtung 40a nicht voll eingerückt ist).
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Der offenbarte Antriebsstrang (z. B. Antriebsstrang 12) kann auch die Nutzung einer Betriebsart über die mechanische Strecke durch selektives Steuern der Einrichtungen 40 und 44 gestatten (z. B. der Kupplungseinrichtung 40a und der Bremseinrichtung 44a). Weiterhin mit Bezug auf 3: Die Kupplungseinrichtung 40a kann ausgerückt sein, wodurch die Übertragung von mechanischer Leistung aus dem Verbrennungsmotor 20 an die CVP 30 verhindert wird. Weiterhin kann die Bremseinrichtung 44a eingerückt sein, wodurch die Übertragung von mechanischer Leistung von der CVP 32 zum Planetengetriebe 26a verhindert wird und, in bestimmten Konfigurationen, auch die Rotation des Sonnenrades 52 verhindert wird. Dementsprechend kann die volle mechanische Leistung des Verbrennungsmotors 20 (oder ein ganzer Bruchteil davon, falls mechanische Leistung aus dem Verbrennungsmotor 20 auch an andere Einrichtungen (nicht dargestellt) über andere Ausgangsschnittstellen oder -wellen (nicht dargestellt) abgeleitet wird) zum Planetengetriebe 26a über das Zahnrad 24 und dann an die Welle 28 über den Zahnkranz 46, die Planetenräder 50 und den Planetenträger 48 übertragen werden.
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In bestimmten Ausführungsformen kann die Bremseinrichtung 44a (oder eine andere Steuereinrichtung 44) ähnlich eingerückt sein, um Rotation der Welle 42 und des Sonnenrades 52 (oder einer anderen Eingangskomponente des Zahnradsatzes 26a) zu stoppen, während die Kupplungseinrichtung 40a (oder eine andere Steuereinrichtung 40) eingerückt sein kann, um die Übertragung von mechanischer Leistung aus dem Verbrennungsmotor 20 zur CVP 30 zu gestatten. Auf diese Weise wird zum Beispiel möglicherweise für die Welle 28 nur mechanische Leistung aus dem Verbrennungsmotor 20 bereitgestellt (z. B. über den Zahnkranz 46 usw.), während nichtmechanische Leistung aus der CVP 30 für verschiedene andere, zum Fahrzeug 10 gehörige Komponenten bereitgestellt werden kann (z. B. für Energiespeichereinrichtungen oder elektrische Geräte oder Einrichtungen, die nicht dazu ausgelegt sind, Leistung von der Welle 28 zu beziehen).
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In bestimmten Ausführungsformen können zusätzliche Zahnradsätze (z. B. ein Satz von Bereichszahnrädern) zwischen dem Antriebsstrang 12 und verschiedenen Leistungssenken des Fahrzeugs 10 eingeschoben sein (z. B. eine Differential- oder PTO-Welle (nicht dargestellt)). Zum Beispiel kann ein Getriebe verschiedener Konfigurationen (z. B. das Bereichsgetriebe 54 für mehrere Drehzahlen), dem Zahnradsatz 26 nachgeschaltet, zum weiteren Abgleich der Drehzahl und des Drehmoments zum Versorgen verschiedener Fahrzeugleistungssenken bereitgestellt werden.
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In bestimmten Ausführungsformen können verschiedene zusätzliche (oder alternative) Steuereinrichtungen eingesetzt werden, um den Leistungsfluss zwischen den verschiedenen, oben beschriebenen Komponenten zu regeln. Zum Beispiel kann zusätzlich (oder als eine Alternative) zum Steuern des Leistungsflusses aus (oder zu) einer CVP mit einer Kupplungs- oder Bremseinrichtung (oder einer ähnlichen Steuereinrichtung) eine Steuerung genutzt werden, um die Leistungsausgabe, Leistungsumwandlung oder eine andere Funktionalität einer CVP direkt zu regeln. Auf diese Weise kann zum Beispiel nicht nur die eigentliche mechanische, hydraulische, elektrische oder andere Ausgabe einer CVP geregelt werden, sondern eine besondere CVP kann eingerückt werden, um effektiv als eine Bremseinrichtung oder ein ähnlicher Mechanismus in Bezug auf andere Komponenten des Antriebsstrangs 12 zu fungieren.
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Weiterhin mit Bezug auf 3: Eine Steuereinrichtung in der Form einer Steuerung 60 kann zum Beispiel in Verbindung mit einer oder beiden CVPs 30 und 32 stehen. Die Steuerung 60 kann zum Beispiel Folgendes enthalten: eine Computereinrichtung, eine Hydrauliksteuereinrichtung mit verschiedenen Steuerventilen, eine elektrische Steuereinrichtung mit verschiedenen Steuerschaltungen, eine leistungselektronische Einrichtung, die verschiedene Leistungswechselrichter, Gleichrichter, Motorantriebe oder andere Komponenten enthält, oder verschiedene andere elektrische Steuereinrichtungen oder verschiedene andere Steuereinrichtungen. Soweit geeignet, kann die Steuerung 60 genutzt werden, um die Leistungsausgabe einer oder beider CVPs 30 und 32 (oder verschiedener anderer CVP-Funktionalitäten) zu steuern, um beim übergreifenden Steuern der Leistungsübertragung zwischen dem Verbrennungsmotor 20 und dem Getriebe 54 zu unterstützen (oder anderer nachgeschalteter Komponenten des Antriebsstrangs 12). In bestimmten Ausführungsformen können sowohl die Steuerung 60 als auch die Bremseinrichtung 44a (ebenso wie verschiedene andere Steuereinrichtungen) im Antriebsstrang 12 enthalten sein. In bestimmten Ausführungsformen wird möglicherweise nur eins, die Steuerung 60 oder die Bremseinrichtung 44a, bereitgestellt.
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Als ein Ersatz dafür (oder als Ergänzung davon), dass die Bremseinrichtung 44a verhindert, dass das Sonnenrad 52 Leistung von der CVP 32 aufnimmt, kann die Steuerung 60 in bestimmten Ausführungsformen direkt bewirken, dass die CVP 32 aufhört, Leistung für die Welle 42a bereitzustellen (z. B. durch Verhindern, dass die CVP 32 aus der CVP 30 aufgenommene Leistung zurück in mechanische Rotation umwandelt, oder durch Anweisen der CVP 30, mit dem Bereitstellen von umgewandelter Leistung für die CVP 32 aufzuhören). Auf diese Weise kann die Steuerung 60 zum Beispiel unterstützen, dass verhindert wird, dass das Planetengetriebe 26a Leistung von der CVP 32 aufnimmt, und es dadurch dem Antriebsstrang 12 gestatten, in einer Betriebsart über die mechanische Strecke zu arbeiten. Alternativ kann die Steuerung 60 in bestimmten Beispielen die CVP 32 anweisen, aktiv ein Drehmoment für die Welle 42a bereitzustellen, das anderen relevanten Drehmomenten Widerstand entgegensetzen kann, um Rotation des Sonnenrades 52 zu verhindern. Wenn zum Beispiel der Zahnkranz 46 Rotationsleistung aus dem Verbrennungsmotor 20 aufnimmt, kann der Zahnkranz 46 über die Planetenräder 50 ein Drehmoment auf das Sonnenrad 52 aufbringen. In einem solchen Fall kann die Steuerung 60 manchmal bewirken, dass die CVP 32 ein entsprechendes Gegenmoment auf das Sonnenrad 52 beaufschlagt, um allgemein zu verhindern, dass das Sonnenrad 52 rotiert. Verschiedene andere Steuerstrategien, bei denen die Steuerung 60 und andere Steuereinrichtungen einbezogen werden, können ebenfalls möglich sein.
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Die hier verwendete Begrifflichkeit dient lediglich dem Zweck, besondere Ausführungsformen zu beschreiben, und es ist nicht beabsichtigt, dass sie die Offenbarung einschränkt. Es ist beabsichtigt, dass Singularformen „ein“ und „der“, „die“, „das“, wie sie hier verwendet werden, die Pluralformen ebenso beinhalten, es sei denn, der Kontext gibt eindeutig etwas anderes an. Es versteht sich weiterhin, dass irgendeine Verwendung der Begriffe „umfasst“ und/oder „umfassend“ in dieser Beschreibung das Vorhandensein angegebener Merkmale, Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten definiert, aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen daraus ausschließt.
