DE102016108576A1

DE102016108576A1 - Multimodus-leistungsteilung-hybridgetriebe

Info

Publication number: DE102016108576A1
Application number: DE102016108576.6A
Authority: DE
Inventors: Gregory Daniel Goleski; Shailesh Shrikant Kozarekar; David Allen Janson
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-05-20
Filing date: 2016-05-10
Publication date: 2016-11-24
Also published as: CN106168273A; US20160339777A1; US9643481B2

Abstract

Eine Familie hybridelektrischer Getriebe arbeitet basierend auf selektiver Einrückung von Schaltelementen in mindestens drei Modi. In einem niedrigen Modus wird Drehmoment in einem Flussweg mechanischer Leistung für bessere Performance bei niedriger Geschwindigkeit multipliziert. Bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten schaltet das Getriebe in einen hohen Modus, um den Wirkungsgrad zu verbessern. Einige Ausführungsformen enthalten einen Rückwärtsmodus. In anderen Ausführungsformen kann ein serieller Modus im Rückwärtsbetrieb verwendet werden. Die Schaltelemente können Reibungskupplungen, Kupplungen mit positiver Einrückung und steuerbare Einwegkupplungen enthalten.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft das Gebiet der Automatikgetriebe für Motorfahrzeuge. Insbesondere betrifft die Offenbarung eine Anordnung von Zahnrädern, Kupplungen, Motoren und die Verkopplungen zwischen ihnen in einer Leistungsübertragung.
HINTERGRUND
Viele Fahrzeuge werden über einen großen Bereich von Fahrzeuggeschwindigkeiten genutzt, die sowohl Vorwärts- als auch Rückwärtsbewegung beinhalten. Einige Motortypen sind jedoch nur imstande, innerhalb eines kleinen Bereichs von Drehzahlen effizient zu arbeiten. Infolgedessen werden häufig Getriebe eingesetzt, die imstande sind, Leistung bei einer Vielfalt von Drehzahlverhältnissen effizient zu übertragen. Wenn das Fahrzeug mit einer niedrigen Geschwindigkeit fährt, wird das Getriebe gewöhnlich bei einem hohen Drehzahlverhältnis betrieben, so dass es das Motordrehmoment für verbesserte Beschleunigung vervielfacht. Bei einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit gestattet der Betrieb des Getriebes bei einem niedrigen Drehzahlverhältnis eine Motordrehzahl, die mit leisem, kraftstoffsparendem Fahren assoziiert ist. Typischerweise verfügt ein Getriebe über ein Gehäuse, das an die Fahrzeugstruktur montiert ist, einen Eingang, der von einer Motorkurbelwelle angetrieben wird, häufig über eine Anlassvorrichtung wie ein Drehmomentwandler, und einen Ausgang, der die Fahrzeugräder antreibt, häufig über eine Differenzialbaugruppe, die gestattet, dass das linke und rechte Rad mit geringfügig verschiedenen Drehzahlen drehen, wenn das Fahrzeug eine Kurve fährt. In Vorderradantriebfahrzeugen mit quer montierten Motoren ist die Mittellinie der Motorkurbelwelle typischerweise von der Mittellinie der Achse versetzt.
Hybridelektrische Getriebe reduzieren den Kraftstoffverbrauch weiter, da sie eine oder mehrere umsteuerbare elektrische Maschinen und eine Art von elektrischem Energiespeicher wie eine Batterie enthalten. Hybridelektrische Getriebe verbessern die Kraftstoffwirtschaftlichkeit auf mehrere Weisen. Die meisten Verbrennungsmotoren sind am effizientesten, wenn sie bei relativ hohen Leistungseinstellungen betrieben werden. Ein hybridelektrisches Getriebe gestattet den Betrieb des Motors für einen Teil der Zeit auf einem höheren Leistungsniveau, als für den Antrieb erforderlich, wobei die überschüssige Leistung in der Batterie gespeichert wird. Dann wird der Verbrennungsmotor zu anderen Zeiten abgestellt und das Fahrzeug unter Nutzung der gespeicherten Energie angetrieben. Obwohl der Motor den gleichen Betrag gesamter Energie erzeugt, arbeitet er bei einem höheren durchschnittlichen Wirkungsgrad. Außerdem kann die umsteuerbare elektrische Maschine, wenn die Bremsen betätigt werden, die kinetische Energie des Fahrzeugs erfassen und sie in der Batterie für spätere Nutzung für den Antrieb speichern. Wenn das Fahrzeug steht und daher keinen Antrieb benötigt, kann der Motor abgestellt werden, um den Kraftstoff zu sparen, der anderweitig zum Aufrechterhalten einer Leerlaufdrehzahl verwendet würde. Der elektrische Motor stellt die Fähigkeit bereit, das Fahrzeug bei abgestelltem Verbrennungsmotor anzutreiben und den Verbrennungsmotor erforderlichenfalls schnell wieder anzulassen.
Eine Anordnung eines hybridelektrischen Getriebes ist in 1 dargestellt. Die Eingangswelle 10 wird von der Motorkurbelwelle angetrieben. Die Ausgangswelle 12 treibt die Fahrzeugräder an. Die Getriebekomponenten werden im Getriebegehäuse 14 getragen. Eine erste umsteuerbare elektrische Maschine 16 enthält einen Stator 18, der am Gehäuse 14 befestigt ist, und einen Rotor 20. Eine zweite umsteuerbare elektrische Maschine 22 enthält einen Stator 24, der am Gehäuse 14 befestigt ist, und einen Rotor 26. Obwohl beide elektrische Maschinen imstande sind, sowohl elektrische Leistung in mechanische Leistung umzuwandeln (Fahrbetrieb) als auch mechanische Leistung in elektrische Leistung umzuwandeln (Erzeugungsbetrieb), kann die erste elektrische Maschine als der Generator bezeichnet werden und kann die zweite elektrische Maschine als der Elektromotor bezeichnet werden. Ein einfacher Planetenradsatz 28 enthält ein Sonnenrad 30, das fest an den Rotor 20 gekoppelt ist, ein Hohlrad 32, das fest an die Ausgangswelle 12 gekoppelt ist, einen Träger 34, der fest an die Eingangswelle 10 gekoppelt ist, und einen Satz von Planetenrädern 36, die getragen werden, um in Bezug auf den Träger 34 zu drehen und mit sowohl dem Sonnenrad 30 als auch dem Hohlrad 32 zu kämmen. Der Radsatz 28 teilt das Drehmoment vom Verbrennungsmotor zwischen der Ausgangswelle und dem ersten Rotor auf. Der Ravigneaux-Radsatz 38 enthält ein Sonnenrad 40, das fest an den zweiten Rotor 26 gekoppelt ist, ein Hohlrad 42, einen Träger 44, der fest an die Ausgangswelle 12 gekoppelt ist, und einen Satz langer Planetenräder 46, die getragen werden, um in Bezug auf den Träger 44 zu drehen und mit sowohl dem Sonnenrad 40 als auch dem Hohlrad 42 zu kämmen. Der Ravigneaux-Radsatz 38 enthält ferner ein Sonnenrad 48 und einen Satz kurzer Planetenräder, die jeweils mit dem Sonnenrad 48 und einem der langen Planetenräder 46 kämmen. Eine Bremse 52 hält das Hohlrad 42 selektiv gegen Drehung. Wenn die Bremse 52 eingerückt ist, wird zwischen dem Rotor 26 und der Ausgangswelle 12 eine niedrig untersetzte Drehzahlbeziehung hergestellt. Eine Bremse 54 hält das Sonnenrad 48 selektiv gegen Drehung. Wenn die Bremse 54 eingerückt ist, wird zwischen dem Rotor 26 und der Ausgangswelle 12 eine hoch untersetzte Drehzahlbeziehung hergestellt.
Zum Anfahren des Fahrzeugs in einer Vorwärtsrichtung wird die Bremse 52 eingerückt. Wenn das Fahrzeug steht, steht auch die Ausgangswelle 12. Vorwärtsdrehung der Eingangswelle 10, wenn die Ausgangswelle 12 steht oder sich langsam bewegt, bewirkt Drehung des Rotors 20 in einer Vorwärtsrichtung bei einer Drehzahl, die höher ist als die Drehzahl der Eingangswelle 10. Die elektrische Spannung im Stator 18 wird derart gesteuert, dass der Rotor 20 Drehmoment in der negativen Richtung ausübt, wodurch ein Gegendrehmoment bereitgestellt wird. Infolgedessen übt das Hohlrad 32 ein Vorwärtsdrehmoment proportional zum Eingangswellendrehmoment auf die Ausgangswelle 12 aus. Da der Rotor Drehmoment in der entgegengesetzten Richtung seiner Drehung ausübt, wirkt die elektrische Maschine 16 als ein Generator, der elektrische Leistung produziert. Die elektrische Spannung im Stator 24 wird gesteuert, um diese elektrische Leistung zum Ausüben eines positiven Drehmoments auf das Sonnenrad 40 zu nutzen. Wenn die Bremse 52 eingerückt ist, dreht der Rotor 26 in derselben Richtung wie die Ausgangswelle 12 bei einem festen Vielfachen der Drehzahl der Ausgangswelle 12. Das Drehzahlverhältnis wird durch die Anzahl Zähne am Sonnenrad 40 und Hohlrad 42 bestimmt. Wenn der Motorwirkungsgrad außer Acht gelassen wird, ist das vom Rotor 26 erzeugte Drehmoment für einen gegebenen Betrag elektrischer Leistung umgekehrt proportional zur Rotordrehzahl. Der Radsatz 38 multipliziert das vom Rotor 26 produzierte Drehmoment mit dem Drehzahlverhältnis und überträgt dieses Drehmoment an die Ausgangswelle 12. Das gesamte Drehmoment an der Ausgangswelle 12 ist die Summe des vom Hohlrad 32 ausgeübten Drehmoments und des vom Träger 44 ausgeübten Drehmoments.
Bei zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit kann die Drehzahl des Rotors 26 seine maximale Betriebsdrehzahl überschreiten. Das Getriebe kann in einen Betriebsmodus hoher Drehzahl schalten, indem es die Bremse 52 langsam löst, während es die Bremse 54 langsam betätigt. Bei eingerückter Bremse 54 dreht der Rotor 26 mit einem kleineren Vielfachen der Drehzahl der Ausgangswelle 12 als bei eingerückter Bremse 52. Die Drehzahlen der Eingangswelle 12 und des Rotors 20 werden durch diese Schaltung nicht beeinflusst. Bei einer ausreichend hohen Drehzahl der Ausgangswelle relativ zur Drehzahl der Eingangswelle beginnt der Rotor 20, in die entgegengesetzte Richtung zu drehen. Um weiterhin eine Reaktion auf das Motordrehmoment bereitzustellen, muss die elektrische Maschine 16 als ein Motor fungieren. Die elektrische Leistung, die von der elektrischen Maschine 16 benötigt wird, muss entweder aus der Batterie oder durch Betreiben der elektrischen Maschine 22 als ein Generator kommen. Unter diesen Umständen zirkuliert Leistung von der Maschine 16 zur Ausgangswelle 12 zur Maschine 22 und zurück zur Maschine 16. Eine derartige Zirkulation von Leistung resultiert in reduzierter Effizienz der gesamten Leistungsübertragung.
Die Bremse 52 wird auch eingerückt, um das Fahrzeug in einer Rückwärtsrichtung anzufahren. Der Stator 24 wird derart gesteuert, dass der Rotor 26 Drehmoment in einer Rückwärtsrichtung ausübt, die zur Ausgangswelle 12 übertragen wird. Wenn der Ladezustand der Batterie ausreichend ist, kann die Batterie die Leistung bereitstellen, die von der Maschine 22 im Rückwärtsbetrieb benötigt wird. Wenn der Ladezustand der Batterie zu niedrig ist oder andere Umstände die Nutzung von Batterieleistung verhindern, muss die Leistung durch Betrieb der Maschine 16 als ein Generator bereitgestellt werden. Wie beim Anfahren in einer Vorwärtsrichtung bewirkt Nutzung der Maschine 16 als ein Generator, dass das Hohlrad 32 Drehmoment in der positiven Richtung auf die Ausgangswelle 12 ausübt. Dieses Drehmoment wirkt dem negativen Drehmoment entgegen, das von der Maschine 22 durch den Radsatz 38 ausgeübt wird, wodurch das gesamte Drehmoment der Ausgangswelle reduziert wird. Infolgedessen muss die Maschine 22 noch mehr Drehmoment produzieren. Da die maximale Drehmomentkapazität der Maschine 22 begrenzt ist, ist die maximale Rückwärtsdrehmomentkapazität des Getriebes im Rückwärtsbetrieb beträchtlich geringer als die maximale Kapazität im Vorwärtsbetrieb, insbesondere wenn der Ladezustand der Batterie niedrig ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Ein Getriebe enthält Eingangs- und Ausgangswellen, eine erste Zwischenwelle, erste und zweite elektrische Maschinen, Verzahnungs- und Schaltelemente. Die Verzahnungs- und Schaltelemente sind konfiguriert, eine Anzahl von festen und selektiven Drehzahlbeziehungen herzustellen. Zum Beispiel wird eine feste lineare Drehzahlbeziehung zwischen dem ersten Rotor, der Eingangswelle und der ersten Zwischenwelle durch einen ersten einfachen Planetenradsatz hergestellt. Das erste Sonnenrad ist fest an den ersten Rotor gekoppelt, der erste Träger ist fest an die Eingangswelle gekoppelt und das erste Hohlrad ist fest an die Zwischenwelle gekoppelt. In einigen Ausführungsformen kann eine feste lineare Drehzahlbeziehung mit vier Elementen zwischen einer zweiten Zwischenwelle, der Eingangswelle, dem ersten Rotor und der ersten Zwischenwelle hergestellt werden. Zum Beispiel wird eine feste untersetzte Drehzahlbeziehung zwischen dem zweiten Rotor und der Ausgangswelle durch einen zweiten einfachen Planetenradsatz hergestellt. Das zweite Sonnenrad ist fest an den zweiten Rotor gekoppelt, der zweite Träger ist fest an die Ausgangswelle gekoppelt und das zweite Hohlrad wird fest gegen Drehung gehalten. Eine selektive untersetzte Drehzahlbeziehung wird zwischen der Zwischenwelle und der Ausgangswelle hergestellt. Eine Kupplung kann diese untersetzte Drehzahlbeziehung durch selektives Koppeln der Zwischenwelle an das zweite Sonnenrad herstellen. Alternativ kann sie durch eine Bremse in Verbindung mit einem dritten Planetenradsatz hergestellt werden. Eine oder mehrere Kupplungen koppeln die Zwischenwelle selektiv an die Ausgangswelle, entweder direkt oder durch Sperren des dritten Radsatzes. Eine Bremse hält eine der Zwischenwellen selektiv gegen Drehung.
Ein Verfahren zum Betreiben eines hybridelektrischen Getriebes wie das vorstehend beschriebene Getriebe enthält Aktivieren eines niedrigen Modus, Schalten aus dem niedrigen Modus in einen hohen Modus und Aktivieren eines seriellen Modus. Im niedrigen Modus wird eine untersetzte Drehzahlbeziehung zwischen der Zwischenwelle und dem Ausgang hergestellt. Im hohen Modus wird die Zwischenwelle wirkungsmäßig an den Ausgang gekoppelt. Im seriellen Modus wird eine proportionale Drehzahlbeziehung zwischen dem Eingang und dem ersten Rotor hergestellt. In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren enthalten, in einen Rückwärtsmodus zu schalten.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein schematisches Diagramm einer Hybridgetriebe-Verzahnungsanordnung nach dem Stand der Technik.
2 zeigt ein schematisches Diagramm einer ersten Hybridgetriebe-Verzahnungsanordnung.
3 zeigt ein schematisches Diagramm einer zweiten Hybridgetriebe-Verzahnungsanordnung.
4 zeigt ein schematisches Diagramm einer dritten Hybridgetriebe-Verzahnungsanordnung.
5 zeigt ein schematisches Diagramm einer vierten Hybridgetriebe-Verzahnungsanordnung.
6 zeigt ein schematisches Diagramm einer fünften Hybridgetriebe-Verzahnungsanordnung.
7 zeigt ein Hebeldiagramm korrespondierend mit der Getriebeverzahnungsanordnung von 6.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hierin beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen vielfältige und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten überbetont oder minimiert sein, um Einzelheiten bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind hierin offenbarte spezifische strukturelle und funktionelle Einzelheiten nicht als einschränkend zu interpretieren, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einem Fachmann zu lehren, die vorliegende Erfindung verschiedenartig anzuwenden. Wie Durchschnittsfachleute im Fachgebiet verstehen werden, können verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf eine beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben werden, mit Merkmalen, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht werden, kombiniert werden, um Ausführungsformen zu produzieren, die nicht ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben werden. Die Kombinationen von veranschaulichten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Abwandlungen der Merkmale in Übereinstimmung mit den Lehren der Offenbarung könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Implementierungen erwünscht sein.
Eine Verzahnungsanordnung ist eine Zusammenstellung von drehenden Elementen und Schaltelementen, konfiguriert zum Veranlassen spezifizierter Drehzahlbeziehungen zwischen den drehenden Elementen. Einige Drehzahlbeziehungen, die als feste Drehzahlbeziehungen bezeichnet werden, werden unabhängig vom Zustand irgendwelcher Schaltelemente veranlasst. Andere Drehzahlbeziehungen, die als selektive Drehzahlbeziehungen bezeichnet werden, werden nur dann veranlasst, wenn bestimmte Schaltelemente vollständig eingerückt sind. Eine lineare Drehzahlbeziehung besteht unter einer geordneten Liste von drehenden Elementen, wenn i) das erste und letzte drehende Element in der Gruppe gezwungen werden, die extremsten Drehzahlen zu haben, ii) die Drehzahlen der übrigen drehenden Elemente jeweils gezwungen werden, ein gewichtetes Mittel des ersten und letzten drehenden Elements zu sein, und iii) wenn die Drehzahlen der drehenden Elemente sich unterscheiden, werden sie gezwungen, in der aufgelisteten Reihenfolge zu sein, entweder aufsteigend oder absteigend. Die Drehzahl eines Elements ist positiv, wenn das Element in einer Richtung dreht, und negativ, wenn das Element in der entgegengesetzten Richtung dreht. Eine proportionale Drehzahlbeziehung besteht zwischen zwei Elementen, wenn das Verhältnis zwischen den Drehzahlen der Elemente ein im Voraus bestimmter Wert ist. Eine proportionale Drehzahlbeziehung zwischen einem ersten Element und einem zweiten Element ist eine Übersetzungsbeziehung, wenn das zweite Element immer schneller als und in derselben Richtung wie das erste Element dreht. Gleichermaßen ist eine proportionale Drehzahlbeziehung zwischen einem ersten Element und einem zweiten Element eine Untersetzungsbeziehung, wenn das zweite Element immer langsamer als und in derselben Richtung wie das erste Element dreht.
Eine Gruppe von drehenden Elementen ist fest aneinander gekoppelt, wenn sie gezwungen werden, unter allen Betriebsbedingungen mit der gleichen Drehzahl um die gleiche Achse zu drehen. Drehende Elemente können durch kerbverzahnte Verbindungen, Schweißen, Presspassung, Bearbeitung aus einem gemeinsamen Festkörper oder andere Mittel fest gekoppelt sein. Geringfügige Variationen in der Drehversetzung zwischen fest gekoppelten Elementen können vorkommen, wie Versetzung aufgrund von Spiel oder Nachgiebigkeit der Welle. Ein oder mehrere drehende Elemente, die aneinander fest gekoppelt sind, können als eine Welle bezeichnet werden. Dagegen werden zwei drehende Elemente durch ein Schaltelement selektiv gekoppelt, wenn das Schaltelement sie zwingt, mit der gleichen Drehzahl um die gleiche Achse zu drehen, wenn das Schaltelement vollständig eingerückt ist, und die drehenden Elemente unter mindestens einer anderen Betriebsbedingung frei mit unterschiedlichen Drehzahlen drehen können. Ein Schaltelement, das ein drehendes Element gegen Drehung hält, indem es es selektiv mit dem Gehäuse verbindet, wird als eine Bremse bezeichnet. Ein Schaltelement, das zwei oder mehr drehende Elemente selektiv aneinander koppelt, wird als eine Kupplung bezeichnet. Schaltelemente können aktiv gesteuerte Vorrichtungen wie hydraulisch oder elektrisch betätigte Kupplungen oder Bremsen sein oder können passive Vorrichtungen wie Einwegkupplungen oder -bremsen sein. Elemente sind antreibbar verbunden, wenn ein Leistungsflussweg eine proportionale Drehzahlbeziehung zwischen den Elementen herstellt.
Ein Element ist ein Getriebeeingang, wenn es ausgebildet ist, mit einem Motor fest antreibbar verbunden zu sein. Ein Getriebeeingang kann über einen Dämpfer, der vorgesehen ist, Torsionsschwingungen zu absorbieren, an einen Motor gekoppelt sein. Ein Element ist ein Getriebeausgang, wenn es ausgebildet ist, mit Komponenten außerhalb des Getriebes wie Fahrzeugrädern oder einem Verteilergetriebe fest antreibbar verbunden zu sein.
Eine verbesserte Anordnung eines hybridelektrischen Getriebes ist in 2 dargestellt. Die Eingangswelle 10 wird von der Motorkurbelwelle angetrieben. Die Ausgangswelle 12 treibt die Fahrzeugräder an. Die Getriebekomponenten werden im Getriebegehäuse 14 getragen. Eine erste umsteuerbare elektrische Maschine 16 enthält einen Stator 18, der am Gehäuse 14 befestigt ist, und einen Rotor 20. Eine zweite umsteuerbare elektrische Maschine 22 enthält einen Stator 24, der am Gehäuse 14 befestigt ist, und einen Rotor 26. Ein erster einfacher Planetenradsatz 28 enthält ein Sonnenrad 30, das fest an den Rotor 20 gekoppelt ist, ein Hohlrad 32, das fest an die Zwischenwelle 60 gekoppelt ist, einen Träger 34, der fest an die Eingangswelle 10 gekoppelt ist, und einen Satz von Planetenrädern 36, die getragen werden, um in Bezug auf den Träger 34 zu drehen und mit sowohl dem Sonnenrad 30 als auch dem Hohlrad 32 zu kämmen. Der Radsatz 28 teilt das Drehmoment vom Verbrennungsmotor zwischen der Zwischenwelle und dem ersten Rotor auf. Ein zweiter einfacher Planetenradsatz 62 enthält ein Sonnenrad 64, das fest an den Rotor 26 gekoppelt ist, ein Hohlrad 66, das fest gegen Drehung gehalten wird, einen Träger 68, der fest an die Ausgangswelle 12 gekoppelt ist, und einen Satz von Planetenrädern 70, die getragen werden, um in Bezug auf den Träger 68 zu drehen und mit sowohl dem Sonnenrad 64 als auch dem Hohlrad 66 zu kämmen. Der Radsatz 62 stellt fest eine Untersetzungs-Drehzahlbeziehung zwischen dem Rotor 26 und der Ausgangswelle 12 her. Andere Arten von Verzahnungsanordnungen wie diejenigen, die Achsübertragungsverzahnung nutzen, sind imstande, ein festes Untersetzungs-Drehzahlverhältnis herzustellen.
Die Kupplung 72 koppelt die Zwischenwelle 60 selektiv an das Sonnenrad 64 und den Rotor 26, wodurch selektiv eine Untersetzungs-Drehzahlbeziehung zwischen der Zwischenwelle 60 und der Ausgangswelle 12 hergestellt wird. Die Kupplung 74 koppelt die Zwischenwelle 60 selektiv an die Ausgangswelle 12. Die Bremse 76 hält die Zwischenwelle 60 selektiv gegen Drehung.
Zum Anfahren des Fahrzeugs in einer Vorwärtsrichtung wird die Kupplung 72 eingerückt. Wenn das Fahrzeug steht, steht auch die Ausgangswelle 12. Bei eingerückter Kupplung 72 steht auch die Zwischenwelle 60, wenn das Fahrzeug steht. Vorwärtsdrehung der Eingangswelle 10, wenn die Zwischenwelle 60 steht oder sich langsam bewegt, bewirkt Drehung des Rotors 20 in einer Vorwärtsrichtung bei einer Drehzahl, die höher ist als die Drehzahl der Eingangswelle 10. Die elektrische Spannung im Stator 18 wird derart gesteuert, dass der Rotor 20 Drehmoment in der negativen Richtung ausübt, wodurch ein Gegendrehmoment bereitgestellt wird. Infolgedessen übt das Hohlrad 32 ein Vorwärtsdrehmoment proportional zum Eingangswellendrehmoment auf die Zwischenwelle 60 aus, das die Kupplung 72 zur Ausgangswelle 12 überträgt. Da der Rotor Drehmoment in der entgegengesetzten Richtung seiner Drehung ausübt, fungiert die elektrische Maschine 16 als ein Generator, der elektrische Leistung produziert. Die elektrische Spannung im Stator 24 wird gesteuert, um diese elektrische Leistung zum Ausüben eines positiven Drehmoments auf das Sonnenrad 64 zu nutzen. Der Radsatz 62 multipliziert das vom Rotor 26 produzierte Drehmoment mit einem festen Verhältnis und überträgt dieses Drehmoment zur Ausgangswelle 12. Das gesamte Drehmoment an der Ausgangswelle 12 ist das feste Verhältnis, multipliziert mit der Summe des vom Hohlrad 32 ausgeübten Drehmoments und des vom Rotor 26 ausgeübten Drehmoments. Dies unterscheidet sich von der Anordnung von 1 dahingehend, dass das vom Hohlrad 32 ausgeübte Drehmoment mit einem festen Verhältnis multipliziert wird. Daher ist die Anordnung von 2 mit der gleichen Zahnanzahl und Motorkapazität imstande, mehr Drehmoment zum Anfahren des Fahrzeugs in einer Vorwärtsrichtung als die Anordnung von 1 zu erzeugen.
Bei zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit steigt die Drehzahl der Zwischenwelle 60. Bei einer ausreichend hohen Drehzahl der Zwischenwelle relativ zur Drehzahl der Eingangswelle wird der Rotor 20 langsamer und beginnt schließlich, in die entgegengesetzte Richtung zu drehen. Der maximale Wirkungsgrad besteht allgemein, wenn die Drehzahl des Rotors 20 nahe null ist und sämtliche Leistung mechanisch übertragen wird. Wenn der Rotor 20 anfängt, rückwärts zu drehen, muss die Maschine 16 als ein Motor fungieren, muss die Maschine 22 als ein Generator fungieren, und der Wirkungsgrad nimmt ab. Als Reaktion auf zunehmende Fahrzeuggeschwindigkeit kann das Getriebe in einen hohen Bereich schalten, indem es die Kupplung 72 langsam ausrückt und die Kupplung 74 langsam einrückt. Das Schalten kann phasenweise durchgeführt werden. In der ersten Phase wird der Drehmomentausgang des Verbrennungsmotors, der Maschine 16 und der Maschine 22 derart angepasst, dass die Maschine 22 sämtlichen Antrieb unter Nutzung gespeicherter Batterieleistung bereitstellt. Dann wird die Kupplung 72 gelöst. Wenn alle Schaltelemente gelöst sind, werden die Maschine 16 und der Verbrennungsmotor gesteuert, die Drehzahl der Zwischenwelle 60 mit der Drehzahl der Ausgangswelle 12 zu synchronisieren. Schließlich wird die Kupplung 74 eingerückt. Bei eingerückter Kupplung 74 dreht die Zwischenwelle 60 mit der gleichen Drehzahl wie die Ausgangswelle 12, anstatt mit einem Vielfachen der Drehzahl zu drehen. Die Anordnung von 2 kann mit der Drehzahl des Rotors 20 nahe dem Optimum zu einem höheren Prozentanteil der Zeit als die Anordnung von 1 betrieben werden, so dass der durchschnittliche Wirkungsgrad der Leistungsübertragung verbessert ist.
Zum Rückwärtsanfahren des Fahrzeugs wird die Bremse 76 eingerückt und werden die Kupplungen 72 und 74 beide gelöst. Der Rotor 20 dreht mit einem festen Vielfachen der Drehzahl der Eingangswelle 10. Die von der Maschine 16 erzeugte elektrische Leistung wird der Maschine 22 zugeführt, die gesteuert wird, Drehmoment in einer negativen Richtung am Sonnenrad 64 zu produzieren. Dieses Drehmoment wird dann mit dem festen Verhältnis des Radsatzes 62 multipliziert und zur Ausgangswelle 12 übertragen. Anders als in der Anordnung von 1 wird kein Drehmoment vom Hohlrad 32 zur Ausgangswelle 12 übertragen. Da die gesamte Leistung von der Maschine 16 in elektrische Leistung umgewandelt und dann durch die Maschine 22 zurück in mechanische Leistung umgewandelt wird, wird dies als serieller Betriebsmodus bezeichnet. Das von der Maschine 22 erzeugte vollständige Drehmoment wird der Ausgangswelle 12 zugeführt. Wie bei der Anordnung von 1 kann die Leistung zur Maschine 22 durch Batterieleistung zugeführt werden, wenn der Ladezustand ausreichend ist. Anders als in der Anordnung von 1 nimmt die Ausgangsdrehmomentkapazität jedoch nicht ab, wenn der Verbrennungsmotor zur Zuführung der Leistung genutzt wird.
Der Zustand der Schaltelemente in jedem Betriebsmodus ist in Tabelle 1 zusammengefasst. TABELLE 1

72 74 76

seriell X

niedrig X

hoch X
Eine andere Anordnung eines hybridelektrischen Getriebes ist in 3 dargestellt. Ein dritter einfacher Planetenradsatz 78 enthält ein Sonnenrad 80, ein Hohlrad 82, das fest an die Zwischenwelle 60 gekoppelt ist, einen Träger 84, der fest an die Ausgangswelle 12 gekoppelt ist, und einen Satz von Planetenrädern 86, die getragen werden, um in Bezug auf den Träger 84 zu drehen und mit sowohl dem Sonnenrad 80 als auch dem Hohlrad 82 zu kämmen. Eine Bremse 88 hält das Sonnenrad 80 selektiv gegen Drehung. Die Kupplung 90 koppelt das Sonnenrad 80 selektiv an den Träger 84. Durch Koppeln von beliebigen zwei Gliedern des Radsatzes 78 aneinander wird die Zwischenwelle 60 wirkungsmäßig an die Ausgangswelle 12 gekoppelt. Relativ zur Anordnung von 2 gestattet ein zusätzlicher Radsatz 78 die Auswahl eines Niederbereich-Drehzahlverhältnisses zwischen der Zwischenwelle 60 und der Ausgangswelle 12, das von dem festen Drehzahlverhältnis zwischen dem Rotor 26 und der Ausgangswelle 12 verschieden ist.
Der Betrieb der Anordnung von 3 ist ähnlich dem Betrieb der Anordnung von 2. Zum Vorwärtsanfahren des Fahrzeugs wird die Bremse 88 eingerückt. Als Reaktion auf zunehmende Fahrzeuggeschwindigkeit kann das Getriebe in einen hohen Bereich schalten, indem es die Bremse 88 langsam ausrückt und die Kupplung 90 langsam einrückt. Da das Verhältnis zwischen der Drehzahl der Ausgangswelle und der Drehzahl der Zwischenwelle im niedrigen Bereich von der Anordnung von 2 verschieden ist, kann dieses Schalten bei einer verschiedenen Fahrzeuggeschwindigkeit erfolgen. Wie bei der Anordnung von 2 kann das Schalten unter Nutzung der Maschine 16 zum Synchronisieren von Drehzahlen, während die Maschine 22 zum Antrieb des Fahrzeugs genutzt wird, phasenweise durchgeführt werden.
Der Zustand der Schaltelemente in jedem Betriebsmodus ist in Tabelle 2 zusammengefasst. TABELLE 2

76 88 90

seriell X

niedrig X

hoch X
Eine andere Anordnung eines hybridelektrischen Getriebes ist in 4 dargestellt. Der Träger 84 ist durch die Kupplung 92 selektiv an die Ausgangswelle 12 gekoppelt, im Gegensatz zur festen Kopplung wie in der Anordnung von 3. Die Kupplung 94 koppelt den Träger 84 selektiv an das Hohlrad 82, wodurch sämtliche der Elemente des Radsatzes 78 wirkungsmäßig an die Zwischenwelle 60 gekoppelt werden.
Der Betrieb der Anordnung von 4 ist ähnlich dem Betrieb der Anordnung der 2 und 3, außer dass in jedem Betriebsbereich zwei Schaltelemente anstatt nur eines eingerückt sind. Zum Vorwärtsanfahren des Fahrzeugs werden die Bremse 88 und die Kupplung 92 eingerückt. Als Reaktion auf zunehmende Fahrzeuggeschwindigkeit kann das Getriebe in einen hohen Bereich schalten, indem es die Bremse 88 langsam ausrückt und die Kupplung 94 langsam einrückt. Wie bei den Anordnungen der 2 und 3 kann das Schalten unter Nutzung der Maschine 16 zum Synchronisieren von Drehzahlen, während die Maschine 22 zum Antrieb des Fahrzeugs genutzt wird, phasenweise durchgeführt werden. Zum Rückwärtsanfahren des Fahrzeugs werden die Bremse 88 und die Kupplung 94 eingerückt.
Der Zustand der Schaltelemente in jedem Betriebsmodus ist in Tabelle 3 zusammengefasst. TABELLE 3

88 92 94

seriell X X

niedrig X X

hoch X X
Eine Anordnung eines hybridelektrischen Getriebes mit Vorderradantrieb ist in 5 dargestellt. In einem Fahrzeug mit Vorderradantrieb drehen sich die Antriebsräder um eine Achse, die zur Achse der Motorkurbelwelle parallel, aber davon versetzt ist. Ein Differenzial 100 befindet sich auf oder fast auf der Achse der Vorderräder. (Geringfügige Unterschiede in der Achse können durch Gleichlaufgelenke angeglichen werden.) In einigen Ausführungsformen wird Leistung von einem Ausgangselement auf der Kurbelwellen-Achse zur Differenzial-Achse durch einen einzelnen Leistungsfluss, bestehend aus Nebenwellen-Verzahnung oder einer Kette und Kettenrädern mit einer festen Übersetzung, übertragen. In anderen Ausführungsformen wie in der Ausführungsform von 5 kann die Achsübertragungsverzahnung auch verwendet werden, einige der Drehzahlbeziehungen zwischen Getriebekomponenten herzustellen.
Die Ausgangswelle 102 dreht sich um eine dritte Achse parallel zu sowohl der Kurbelwellen-Achse als auch der Differenzial-Achse, aber von beiden versetzt. Das Zahnrad 104, das fest an die Ausgangswelle 102 gekoppelt ist, kämmt mit dem Zahnrad 106, das fest an den Differenzialträger gekoppelt ist. Der Rotor 26 des Traktionsmotors 22 treibt die Motorwelle 108 an, die sich um eine vierte, parallele Achse dreht. Das Zahnrad 110, das fest an die Motorwelle 108 gekoppelt ist, kämmt mit dem Zahnrad 112, das fest an die Ausgangswelle 102 gekoppelt ist, wodurch die feste Drehmomentmultiplikation und die Drehzahlreduktion bewirkt wird, die in den Ausführungsformen der 2–4 durch den Planetensatz 62 bewirkt wird. Das Zahnrad 114 ist selektiv an das Hohlrad 32 gekoppelt und kämmt mit dem Zahnrad 116, das fest an die Ausgangswelle 102 gekoppelt ist. Die Anzahl der Zähne am Zahnrad 114 ist nahe der Anzahl der Zähne am Zahnrad 116, aber nicht notwendigerweise identisch. Zusammen bewirken das Zahnrad 114, 116 und die Kupplung 74 selektiv, dass das Hohlrad 32 und die Ausgangswelle mit fast der gleichen Drehzahl drehen, jedoch in entgegengesetzte Richtungen, wodurch ein Hochbereich-Betriebsmodus hergestellt wird. Das Zahnrad 118 hat nahezu die gleiche Anzahl von Zähnen wie das Zahnrad 120, das fest an die Motorwelle 108 gekoppelt ist. Das Losrad 122 dreht um eine fünfte Achse und kämmt mit beiden Zahnrädern 118 und 120. Die Kupplung 72 koppelt das Hohlrad 32 selektiv an das Zahnrad 118. Zusammen bewirken die Kupplung 72 und die Zahnräder 118, 120 und 122 selektiv, dass die Motorwelle 108 und das Hohlrad 32 mit nahezu der gleichen Drehzahl drehen, um einen Niederbereich-Betriebsmodus herzustellen. Schließlich hält die Bremse 76 selektiv das Hohlrad 32 gegen Drehung, um einen seriellen Betriebsmodus herzustellen. Der Betrieb der Anordnung von 5 ist ähnlich dem Betrieb der Anordnungen der 2 und 3.
Eine andere Anordnung eines hybridelektrischen Getriebes ist in 6 dargestellt. Drei einfache Planetenradsätze 130, 140 und 150 enthalten jeweils ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Träger, der Planetenräder trägt, die mit sowohl dem Sonnenrad als auch dem Hohlrad in Eingriff stehen. Der Träger 136 ist fest an den Eingang 10 gekoppelt. Der Rotor 20, das Hohlrad 134 und der Träger 146 sind gegenseitig fest gekoppelt. Das Sonnenrad 132 ist fest an das Sonnenrad 142 gekoppelt. Der Rotor 26 ist fest an das Hohlrad 154 gekoppelt. Der Träger 156 ist fest an den Ausgang 12 gekoppelt. Das Sonnenrad 152 wird fest gegen Drehung gehalten. Die Sonnenräder 132 und 142 werden selektiv durch die Kupplung 72 an den Rotor 26 gekoppelt und selektiv durch die Kupplung 74 an den Ausgang 12 gekoppelt. Das Hohlrad 144 wird selektiv durch die Kupplung 160 an den Rotor 26 gekoppelt und selektiv durch die Bremse 162 gegen Drehung gehalten.
Der Betrieb des Fahrzeugs in einer Vorwärtsrichtung ist analog zum Betrieb der Anordnungen von 2. Zum Anfahren des Fahrzeugs in einer Vorwärtsrichtung wird die Kupplung 72 eingerückt. Während des Anfahrens erzeugt die elektrische Maschine 16 Leistung und stellt die elektrische Maschine 22 zusätzliches Ausgangsdrehmoment bereit. Eine gewisse Leistung wird vom Eingang 10 über die Zahnradsätze 130 und 140 und die Kupplung 72 mechanisch zum Hohlrad 154 übertragen. Der Rest der Leistung wird über die elektrischen Maschinen 16 und 22 elektrisch übertragen. Etwas der Leistung im elektrischen Weg kann in einer Batterie gespeichert werden. Alternativ kann die Batterie zum Bereitstellen zusätzlicher Leistung in den elektrischen Weg verwendet werden. Der Radsatz 150 multipliziert das Drehmoment. Weil das Sonnenrad entgegengesetzt zu den Hohlrädern fest ist, wie in den 2–4, ist das Verhältnis der Drehmomentmultiplikation niedriger als in diesen Figuren.
Als Reaktion auf zunehmende Fahrzeuggeschwindigkeit kann das Getriebe in einen hohen Bereich schalten, indem es die Kupplung 72 langsam ausrückt und die Kupplung 74 langsam einrückt. Wie bei den Anordnungen der 2–5 kann dieses Schalten phasenweise erfolgen, wobei die elektrische Maschine 22 die Anforderung von Ausgangsdrehmoment während des Schaltens befriedigt. Da der Radsatz 150 weniger Drehmomentmultiplikation als der Radsatz 62 von 2 bereitstellt, ist die mit diesem Schalten assoziierte Verhältnisänderung kleiner als für die Anordnung von 2.
Zum Rückwärtsanfahren des Fahrzeugs wird 160 eingerückt. Der Rotor 20 übt ein Gegendrehmoment aus, was darin resultiert, dass negatives Drehmoment vom Hohlrad 144 durch die Kupplung 160 zum Hohlrad 154 übertragen wird. Demgemäß wird, anders als in den vorherigen Anordnungen, ein Teil der Leistung mechanisch im Rückwärtsbetrieb übertragen. Die restliche Leistung wird über die elektrischen Maschinen 16 und 22 elektrisch übertragen. Wie beim Betrieb im niedrigen und hohen Vorwärtsantriebsmodus kann Leistung im elektrischen Weg durch Leistung aus einer Batterie ergänzt oder zur Batterie umgeleitet werden. Durch Einrücken der Bremse 162 ist außerdem ein serieller Modus verfügbar.
Der Zustand der Schaltelemente in jedem Betriebsmodus ist in Tabelle 4 zusammengefasst. Zusätzlich zu den vorstehend diskutierten vier Modi stehen vier Modi mit festem Verhältnis durch gleichzeitiges Einrücken von zwei Schaltelementen zur Verfügung. In diesen vier Betriebsmodi wird eine proportionale Drehzahlbeziehung mit einem im Voraus definierten Drehzahlverhältnis zwischen dem Eingang 10 und dem Ausgang 12 hergestellt. Sämtliche Leistung kann vom Eingang 10 zum Ausgang 12 mechanisch übertragen werden. Die vom Verbrennungsmotor erzeugte Leistung kann durch Leistung aus der Batterie über eine der elektrischen Maschinen 16 oder 22 ergänzt werden. Alternativ kann einiges der Leistung unter Nutzung eine der elektrischen Maschinen 16 oder 22 in einem Erzeugungsmodus zur Batterie umgeleitet werden. Eine oder mehrere Modi mit festem Verhältnis können außerdem als Zwischenstufen beim Schalten zwischen kontinuierlich variablen Modi verwendet werden. Zum Beispiel kann Schalten aus dem niedrigen Modus in den hohen Modus durchgeführt werden, indem zuerst die Bremse 162 eingerückt wird, um in den Modus B mit festem Verhältnis einzutreten, dann die Kupplung 72 gelöst wird, um in den seriellen Modus einzutreten, dann die Kupplung 74 eingerückt wird, um in den Modus D mit festem Verhältnis einzutreten, dann die Bremse 162 gelöst wird, um in den hohen Modus einzutreten. Jedes Mal, wenn eine Kupplung einzurücken ist, können die elektrischen Maschinen gesteuert werden, die Drehzahlen zu synchronisieren. TABELLE 4

72 74 160 162

rückwärts X

seriell X

niedrig X

hoch X

fest A X X

fest B X X

fest C X X

fest D X X
7 zeigt ein Hebeldiagramm, das mehrere Drehzahlbeziehungen in der Anordnung von 6 darstellt. Einige dieser Drehzahlbeziehungen werden auch in den Anordnungen der 2–5 hergestellt. Die Hebel 164 und 166 stellen feste, lineare Drehzahlbeziehungen dar. Der Hebel 164 stellt eine feste, lineare Drehzahlbeziehung zwischen i) den Sonnenrädern 132 und 142, ii) dem Träger 136, iii) dem Hohlrad 134 und dem Träger 146 und iv) dem Hohlrad 144 dar. Andere Verzahnungsanordnungen stellen eine feste, lineare Drehzahlbeziehung zwischen vier Wellen her, wie den Ravigneaux-Radsätzen, den abgestuften Ritzelradsätzen und anderen verbundenen Paaren von einfachen und doppelten Ritzelplanetenradsätzen. Der Hebel 166 stellt eine feste, lineare Drehzahlbeziehung zwischen i) dem Sonnenrad 152, ii) dem Träger 156 und iii) dem Hohlrad 154 her. Andere Verzahnungsanordnungen stellen feste, lineare Drehzahlbeziehungen zwischen drei Wellen her. Während eine der drei Wellen fest gegen Drehung gehalten wird, wird eine feste, proportionale Drehzahlbeziehung zwischen den anderen beiden hergestellt. Andere Verzahnungsanordnungen stellen feste, proportionale Drehzahlbeziehungen her, wie die Zahnräder 110, 112, 104 und 106 von 5.
Eine Anzahl von selektiven Drehzahlbeziehungen wird ebenfalls hergestellt. Durch selektives Einrücken der Kupplung 72 wird eine lineare Drehzahlbeziehung zwischen dem Rotor 20, dem Eingang 10 und dem Rotor 26 hergestellt. Durch selektives Einrücken der Kupplung 74 wird eine lineare Drehzahlbeziehung zwischen dem Rotor 20, dem Eingang 10 und dem Ausgang 12 hergestellt. Durch Einrücken der Bremse 76 in 2 oder der Bremse 162 in 6 wird selektiv eine proportionale Drehzahlbeziehung zwischen dem Rotor 20 und dem Eingang 10 hergestellt. Durch selektives Einrücken der Kupplung 160 wird eine lineare Drehzahlbeziehung zwischen dem Eingang 10, dem Rotor 20 und dem Rotor 26 hergestellt.
Jedes der Schaltelemente in jeder der Verzahnungsanordnungen kann eine hydraulisch betätigte Mehrplatten-Nassreibungskupplung oder -bremse sein. Eine Mehrplattenkupplung oder -bremse enthält ein Kupplungspaket mit Reibungsplatten, die mit einem der Elemente kerbverzahnt sind, verschachtelt mit Trennplatten, die mit dem anderen Element kerbverzahnt sind. (Bei einer Bremse ist eines der Elemente das Gehäuse.) Auf einen Kolben ausgeübter Hydraulikdruck presst das Kupplungspaket derart zusammen, dass die Reibung zwischen den Reibungsplatten und Trennplatten Drehmoment von einem Element an das andere Element überträgt. Die Drehmomentkapazität ist proportional zur Normalkraft, die vom Kolben ausgeübt wird, die wiederum proportional zum Hydraulikdruck ist. Eine Steuerung passt die Drehmomentkapazität an, indem sie einen elektrischen Strom zu einem Magnetventil in einem Ventilkörper anpasst, das wiederum den Hydraulikdruck anpasst. Druckbeaufschlagte Hydraulikflüssigkeit kann von einer vom Verbrennungsmotor betriebenen Pumpe oder von einer von einem Elektromotor betriebenen Pumpe bereitgestellt werden. Wenn eine vom Verbrennungsmotor betriebene Pumpe genutzt wird, können Vorkehrungen getroffen werden, den Verbrennungsmotor anzulassen, ohne von Hydraulikdruck zum Einrücken von Kupplungen abhängig zu sein. Zum Beispiel kann eines der Schaltelemente, wie das Element für den seriellen Modus, elektrisch betätigt werden, im Gegensatz zu hydraulischer Betätigung. Das Fahrzeug kann unter Nutzung von Batterieleistung angetrieben werden, um die elektrische Maschine 22 anzutreiben, ohne dass Kupplungen eingerückt sind. Dann könnte der serielle Modus unter Nutzung von elektrischer Betätigung hergestellt werden und die elektrische Maschine 16 könnte verwendet werden, um den Verbrennungsmotor auf Betriebsdrehzahl zu bringen. Sobald der Verbrennungsmotor läuft, könnte eine vom Verbrennungsmotor angetriebene Pumpe Einrücken anderer Schaltelemente gestatten, um andere Fahrmodi herzustellen.
Alternativ können einige oder sämtliche der Schaltelemente Schaltelemente mit positiver Einrückung wie Klauenkupplungen oder steuerbare Einwegkupplungen sein. Schaltelemente mit positiver Einrückung sind nicht von Reibung zur Übertragung von Drehmoment abhängig und produzieren typischerweise weniger parasitäres Schleppmoment, wenn sie ausgerückt sind. Schaltelemente mit positiver Einrückung können jedoch nicht nach und nach eingerückt werden, während sie Energie absorbieren. Wie vorstehend diskutiert, kann ein Schalten zwischen niedrig und hoch durchgeführt werden, ohne Energie in den Schaltelementen abzugeben, indem die elektrische Maschine 6 zum Synchronisieren der Elemente genutzt wird, während die Maschine 22 für den Antrieb genutzt wird. Schalten in den und aus dem Rückwärtsmodus wird typischerweise bei nahezu stehendem Fahrzeug und mit null Drehmomentanforderung durchgeführt. Daher können diese Schaltungen auch durchgeführt werden, ohne Energie in den Schaltelementen abzugeben, und unter Nutzung der Maschine 16 zum Synchronisieren von Elementdrehzahlen vor dem Einrücken.
In einigen Ausführungsformen kann das abgehende Element beim Schalten von niedrig zu hoch (72 oder 88) eine steuerbare Einwegkupplung sein, während das dazukommende Element für dieses Schalten (74, 90 oder 94) eine Reibungskupplung ist. Im niedrigen Modus sowie im seriellen Modus in den Anordnungen von 4 wird die steuerbare Einwegkupplung in einen Zustand versetzt, in dem sie relative Drehung in beiden Richtungen verhindert. Vor dem Schalten von niedrig zu hoch wird die steuerbare Einwegkupplung in einen Zustand versetzt, in dem sie relative Drehung in nur eine Richtung verhindert. Bei gradueller Steigerung der Drehmomentkapazität der dazukommenden Kupplung wird die steuerbare Einwegkupplung passiv gelöst.
Während vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, ist es nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen beschreiben, die die Patentansprüche umschließen. Die in der Patentschrift verwendeten Wörter sind Wörter der Beschreibung und nicht der Einschränkung und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne das Wesen und den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Wie vorher beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die möglicherweise nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht werden. Während verschiedene Ausführungsformen so hätten beschrieben werden können, dass sie in Bezug auf ein oder mehrere gewünschte Kennzeichen Vorteile bereitstellen oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Implementierungen nach dem Stand der Technik bevorzugt werden, erkennen Durchschnittsfachleute im Fachgebiet an, dass ein oder mehrere Merkmale oder Kennzeichen kompromittiert werden können, um gewünschte Attribute des gesamten Systems zu erreichen, die von der spezifischen Anwendung und Implementierung abhängig sind. Daher sind Ausführungsformen, die in Bezug auf ein oder mehrere Kennzeichen als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Implementierungen nach dem Stand der Technik beschrieben werden, nicht außerhalb des Rahmens der Offenbarung und können für besondere Anwendungen wünschenswert sein.
Es ist ferner beschrieben:

A. Getriebe, umfassend: Eingangs-, Ausgangs- und Zwischenwellen; Rotoren erster und zweiter elektrischer Maschinen; und Verzahnungs- und Schaltelemente, konfiguriert zum i) festen Herstellen eines linearen Drehzahlverhältnisses zwischen dem ersten Rotor, der Eingangswelle und der Zwischenwelle, ii) festen Herstellen eines Untersetzungsverhältnisses zwischen dem zweiten Rotor und der Ausgangswelle, iii) selektiven Herstellen eines Untersetzungsverhältnisses zwischen der Zwischenwelle und der Ausgangswelle, iv) selektiven wirkungsmäßigen Koppeln der Zwischenwelle an die Ausgangswelle, und v) selektiven Halten der Zwischenwelle gegen Drehung.
B. Getriebe nach A, wobei die Verzahnungs- und Schaltelemente einen ersten einfachen Planetenradsatz mit einem fest an den ersten Rotor gekoppelten ersten Sonnenrad, einem fest an die Zwischenwelle gekoppelten ersten Hohlrad und einem fest an die Eingangswelle gekoppelten ersten Träger umfassen.
C. Getriebe nach B, wobei die Verzahnungs- und Schaltelemente ferner einen zweiten einfachen Planetenradsatz mit einem fest an den zweiten Rotor gekoppelten zweiten Sonnenrad, einem fest gegen Drehung gehaltenen zweiten Hohlrad und einem fest an die Ausgangswelle gekoppelten zweiten Träger umfassen.
D. Getriebe nach C, wobei die Verzahnungs- und Schaltelemente ferner eine erste Bremse umfassen, die konfiguriert ist, die Zwischenwelle selektiv gegen Drehung zu halten.
E. Getriebe nach D, wobei die Verzahnungs- und Schaltelemente ferner eine erste Kupplung umfassen, die konfiguriert ist, die Zwischenwelle selektiv an die Ausgangswelle wirkungsmäßig zu koppeln.
F. Getriebe nach E, wobei die erste Kupplung die Zwischenwelle direkt an die Ausgangswelle koppelt.
G. Getriebe nach F, wobei die Verzahnungs- und Schaltelemente ferner eine zweite Kupplung umfassen, die konfiguriert ist, die Zwischenwelle selektiv an das zweite Sonnenrad zu koppeln.
H. Getriebe nach E, wobei die Verzahnungs- und Schaltelemente ferner einen dritten einfachen Planetenradsatz mit einem selektiv durch die erste Kupplung an die Ausgangswelle gekoppelten dritten Sonnenrad, einem fest an die Zwischenwelle gekoppelten dritten Hohlrad und einem fest an die Ausgangswelle gekoppelten dritten Träger umfassen.
I. Getriebe nach H, wobei die Verzahnungs- und Schaltelemente ferner eine zweite Bremse umfassen, die konfiguriert ist, das dritte Sonnenrad selektiv gegen Drehung zu halten.
J. Getriebe nach C, wobei die Verzahnungs- und Schaltelemente ferner umfassen: einen dritten einfachen Planetenradsatz mit einem dritten Sonnenrad, einem fest an die Zwischenwelle gekoppelten dritten Hohlrad und einem dritten Träger; eine erste Bremse, die konfiguriert ist, das dritte Sonnenrad selektiv gegen Drehung zu halten; eine erste Kupplung, die konfiguriert ist, den dritten Träger selektiv an die Ausgangswelle zu koppeln; und eine zweite Kupplung, die konfiguriert ist, die Zwischenwelle selektiv an den dritten Träger wirkungsmäßig zu koppeln.
K. Getriebe nach J, wobei die zweite Kupplung konfiguriert ist, die Zwischenwelle selektiv an den dritten Träger direkt zu koppeln.
L. Getriebe, umfassend: eine erste Verzahnungsanordnung, die ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen einem ersten Rotor, einem Eingang und einer ersten Zwischenwelle fest herstellt; eine zweite Verzahnungsanordnung, die ein Untersetzungsverhältnis zwischen einem zweiten Rotor und einem Ausgang fest herstellt; eine Bremse, die konfiguriert ist, selektiv ein proportionales Drehzahlverhältnis zwischen dem Eingang und dem ersten Rotor herzustellen; und eine erste Kupplung, die konfiguriert ist, selektiv die erste Zwischenwelle an den zweiten Rotor zu koppeln.
M. Getriebe nach L, ferner umfassend: eine zweite Kupplung, die konfiguriert ist, selektiv die erste Zwischenwelle an den Ausgang zu koppeln.
N. Getriebe nach M, wobei die Bremse selektiv das proportionale Drehzahlverhältnis durch selektives Halten der ersten Zwischenwelle gegen Drehung herstellt.
O. Getriebe nach M, wobei die erste Verzahnungsanordnung fest ein lineares Drehzahlverhältnis zwischen einer zweiten Zwischenwelle, dem ersten Rotor, dem Eingang und der ersten Zwischenwelle herstellt.
P. Getriebe nach O, wobei die Bremse selektiv das proportionale Drehzahlverhältnis durch selektives Halten der zweiten Zwischenwelle gegen Drehung herstellt.
Q. Getriebe nach O, ferner umfassend: eine dritte Kupplung, die konfiguriert ist, selektiv die zweite Zwischenwelle an den zweiten Rotor zu koppeln.
R. Getriebe nach M, wobei die Bremse eine Bremse mit positiver Einrückung ist.
S. Getriebe nach M, wobei die erste Kupplung und die zweite Kupplung Kupplungen mit positiver Einrückung sind.
T. Getriebe nach M, wobei die zweite Kupplung eine Reibungskupplung ist und die erste Kupplung eine steuerbare Einwegkupplung ist.
U. Verfahren zum Betreiben eines hybridelektrischen Getriebes, wobei das Getriebe eine erste Verzahnungsanordnung aufweist, die ein festes lineares Drehzahlverhältnis zwischen einem ersten Rotor einer ersten elektrischen Maschine, einem Eingang und einer ersten Zwischenwelle herstellt, und eine zweite Verzahnungsanordnung, die ein festes Untersetzungsverhältnis zwischen einem zweiten Rotor einer zweiten elektrischen Maschine und einem Ausgang herstellt, das Verfahren umfassend: Einrücken eines niedrigen Modus, in dem die erste Zwischenwelle an den zweiten Rotor gekoppelt ist; Schalten aus dem niedrigen Modus in einen hohen Modus, in dem die erste Zwischenwelle an den Ausgang wirkungsmäßig gekoppelt ist; und Einrücken eines seriellen Modus, in dem der erste Rotor gezwungen wird, mit einer Drehzahl proportional zu einer Drehzahl des Eingangs zu drehen.
V. Verfahren nach U, wobei das Schalten vom niedrigen Modus in den hohen Modus umfasst: Steuern der zweiten elektrischen Maschine, ein Fahrzeug anzutreiben; Lösen eines ersten Schaltelements; nach dem Lösen des ersten Schaltelements Steuern der zweiten elektrischen Maschine, eine relative Drehzahl über ein zweites Schaltelement zu eliminieren; und nach dem Eliminieren der relativen Drehzahl über das zweite Schaltelement Einrücken des zweiten Schaltelements.
W. Verfahren nach U, wobei das Schalten vom niedrigen Modus in den hohen Modus umfasst: Schalten eines Zustands einer steuerbaren Einwegkupplung; und langsames Einrücken eines Reibungsschaltelements derart, dass die steuerbare Einwegkupplung freiläuft.
X. Verfahren nach U, wobei das Aktivieren des seriellen Modus umfasst, die erste Zwischenwelle gegen Drehung zu halten.
Y. Verfahren nach U, wobei: die erste Verzahnungsanordnung ein festes lineares Drehzahlverhältnis zwischen einer zweiten Zwischenwelle, dem ersten Rotor, dem Eingang und der ersten Zwischenwelle herstellt; und das Aktivieren des seriellen Modus umfasst, die zweite Zwischenwelle gegen Drehung zu halten.
Z. Verfahren nach Y, ferner umfassend, einen Rückwärtsmodus zu aktivieren, in dem die zweite Zwischenwelle an den zweiten Rotor gekoppelt ist.

Claims

Getriebe, umfassend: Eingangs-, Ausgangs- und Zwischenwellen; Rotoren erster und zweiter elektrischer Maschinen; und Verzahnungs- und Schaltelemente, konfiguriert zum i) festen Herstellen eines linearen Drehzahlverhältnisses zwischen dem ersten Rotor, der Eingangswelle und der Zwischenwelle, ii) festen Herstellen eines Untersetzungsverhältnisses zwischen dem zweiten Rotor und der Ausgangswelle, iii) selektiven Herstellen eines Untersetzungsverhältnisses zwischen der Zwischenwelle und der Ausgangswelle, iv) selektiven wirkungsmäßigen Koppeln der Zwischenwelle an die Ausgangswelle, und v) selektiven Halten der Zwischenwelle gegen Drehung.
Getriebe nach Anspruch 1, wobei die Verzahnungs- und Schaltelemente einen ersten einfachen Planetenradsatz mit einem fest an den ersten Rotor gekoppelten ersten Sonnenrad, einem fest an die Zwischenwelle gekoppelten ersten Hohlrad und einem fest an die Eingangswelle gekoppelten ersten Träger umfassen.
Getriebe nach Anspruch 2, wobei die Verzahnungs- und Schaltelemente ferner einen zweiten einfachen Planetenradsatz mit einem fest an den zweiten Rotor gekoppelten zweiten Sonnenrad, einem fest gegen Drehung gehaltenen zweiten Hohlrad und einem fest an die Ausgangswelle gekoppelten zweiten Träger umfassen.
Getriebe nach Anspruch 3, wobei die Verzahnungs- und Schaltelemente ferner eine erste Bremse umfassen, die konfiguriert ist, die Zwischenwelle selektiv gegen Drehung zu halten.
Getriebe nach Anspruch 4, wobei die Verzahnungs- und Schaltelemente ferner eine erste Kupplung umfassen, die konfiguriert ist, die Zwischenwelle selektiv an die Ausgangswelle wirkungsmäßig zu koppeln.
Getriebe nach Anspruch 5, wobei die erste Kupplung die Zwischenwelle direkt an die Ausgangswelle koppelt.
Getriebe nach Anspruch 6, wobei die Verzahnungs- und Schaltelemente ferner eine zweite Kupplung umfassen, die konfiguriert ist, die Zwischenwelle selektiv an das zweite Sonnenrad zu koppeln.
Getriebe nach Anspruch 5, wobei die Verzahnungs- und Schaltelemente ferner einen dritten einfachen Planetenradsatz mit einem selektiv durch die erste Kupplung an die Ausgangswelle gekoppelten dritten Sonnenrad, einem fest an die Zwischenwelle gekoppelten dritten Hohlrad und einem fest an die Ausgangswelle gekoppelten dritten Träger umfassen.
Getriebe nach Anspruch 8, wobei die Verzahnungs- und Schaltelemente ferner eine zweite Bremse umfassen, die konfiguriert ist, das dritte Sonnenrad selektiv gegen Drehung zu halten.
Getriebe nach Anspruch 3, wobei die Verzahnungs- und Schaltelemente ferner umfassen: einen dritten einfachen Planetenradsatz mit einem dritten Sonnenrad, einem fest an die Zwischenwelle gekoppelten dritten Hohlrad und einem dritten Träger; eine erste Bremse, die konfiguriert ist, das dritte Sonnenrad selektiv gegen Drehung zu halten; eine erste Kupplung, die konfiguriert ist, den dritten Träger selektiv an die Ausgangswelle zu koppeln; und eine zweite Kupplung, die konfiguriert ist, die Zwischenwelle selektiv an den dritten Träger wirkungsmäßig zu koppeln.
Getriebe nach Anspruch 10, wobei die zweite Kupplung konfiguriert ist, die Zwischenwelle selektiv an den dritten Träger direkt zu koppeln.