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EINLEITUNG
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Die Offenbarung bezieht sich auf eine Weit-Knoten-Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug.
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Zur Erzeugung eines effizienteren Fahrzeugs, kombinieren Hybridfahrzeug-Antriebsstränge einen Elektromotor und einen Verbrennungsmotor. Das Drehmoment vom Motor und dem Elektromotor wird typischerweise über ein Getriebe zu den angetriebenen Rädern des Fahrzeugs kanalisiert. Der Wirkungsgrad eines Hybridfahrzeug-Antriebsstrangs bezieht sich im Allgemeinen auf den Prozentsatz der Zeit, in der der Motor zusätzlich zu oder anstelle des Elektromotors zum Antrieb des Fahrzeugs betrieben werden muss.
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Einige Hybrid-Antriebsstränge verwenden einen einzigen Elektromotor in Kombination mit dem Motor. In solchen Antriebssträngen ist die Getriebeausgabe sowie die Fahrzeuggeschwindigkeit direkt mit den Geschwindigkeiten und Drehmomenten des Motors und des Elektromotors verbunden. Andere Hybrid-Antriebsstränge verwenden zwei Elektromotoren in Kombination mit dem Motor, um das Fahrzeug zu versorgen. Zusätzlich kann ein Fahrzeug einen rein elektrischen Antrieb verwenden. In diesem Fall wird der Fahrzeug-Antriebsstrang einen oder mehrere Motorgeneratoren und keinen Verbrennungsmotor aufweisen.
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In einem hybriden oder rein elektrischen Antriebsstrang sind die Elektromotoren funktional mit einem Getriebe verbunden, das einen Planetenradsatz beinhaltet, sodass Drehmoment und Drehzahl der Elektromotoren unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit und der gewünschten Beschleunigung gewählt werden können. In einem Hybrid-Antriebsstrang wird die Steuerung des Motors typischerweise durch Variieren des individuellen Drehmomentbeitrags von dem/den Elektromotor(en) erzielt. Daher können diese hybriden und rein elektrischen Antriebe jedes für sich einen auswählbaren Drehmomentbeitrag von den jeweiligen Elektromotoren bereitstellen, und können, im Fall des Hybrid-Antriebsstrangs, gleichermaßen einen auswählbaren Drehmomentbeitrag vom Motor zum Antrieb des betreffenden Fahrzeugs bereitstellen.
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KURZDARSTELLUNG
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Eine elektromechanische Antriebseinheit, die mit mehreren Leistungsquellen zum Starten und Antreiben eines Fahrzeugs verbunden werden kann, beinhaltet ein Abtriebselement, ein stationäres Element, einen Zahnradantrieb und eine Drehmomentübertragungsvorrichtung. Die Antriebseinheit beinhaltet auch eine zusammengesetzte Planetenradanordnung mit einer Hohlradstruktur, einem ersten und einem zweiten Sonnenrad und einer Trägerstruktur. Die zusammengesetzte Planetenradanordnung beinhaltet auch eine Doppelritzelanordnung mit einem ersten Ritzel in Eingriff mit dem ersten Sonnenrad und einem zweiten Ritzel in Eingriff mit dem ersten Ritzel und der Hohlradstruktur. Die zusammengesetzte Planetenradanordnung beinhaltet zusätzlich erste, zweite, dritte und vierte Knotenpunkte. Die Leistungsquellen beinhalten einen ersten Motor/Generator und einen zweiten Motor/Generator. Die Zahnradanordnung ist konfiguriert, um mit dem zweiten Motor/Generator am ersten Knotenpunkt über den Getriebezug und mit dem ersten Motor/Generator am vierten Knotenpunkt in Wirkverbindung zu stehen. Ein Abtriebselement ist funktional mit dem zweiten Knotenpunkt verbunden. Weiterhin ist die drehmomentübertragende Vorrichtung zuschaltbar, um den dritten Knotenpunkt zu dem stationären Element zu erden.
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In einer derartigen elektromechanischen Antriebseinheit kann das erste Sonnenrad den ersten Knotenpunkt, die Hohlradstruktur den zweiten Knotenpunkt, die Trägerstruktur den dritten Knotenpunkt und das zweite Sonnenrad den vierten Knotenpunkt definieren.
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In einer Ausführungsform kann die zusammengesetzte Planetenradanordnung erste und zweite Planetenradsätze beinhalten. In einer derartigen Ausführungsform kann die Trägerstruktur ein erstes Trägerelement beinhalten, das mit einem zweiten Trägerelement verbunden ist, und die Hohlradstruktur kann ein erstes Hohlrad beinhalten, das mit einem zweiten Hohlrad verbunden ist. Weiterhin kann der erste Planetenradsatz das erste Hohlradelement, das erste Trägerelement, das erste Ritzel, das zweite Ritzel und das erste Sonnenradelement beinhalten, während der zweite Planetenradsatz das zweite Hohlradelement, das zweite Trägerelement, ein drittes Ritzel und das zweite Sonnenradelement beinhalten kann.
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In einer alternativen Ausführung kann die zusammengesetzte Planetenradanordnung als Ravigneaux-Planetenradsatz konfiguriert werden. In einer derartigen Ausführungsform kann die Hohlradstruktur durch ein einzelnes Hohlradelement definiert werden, die Trägerstruktur durch ein einzelnes Trägerelement und das zweite Ritzel kann mit dem zweiten Sonnenradelement in Eingriff stehen.
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Die ersten, zweiten, dritten und vierten Knotenpunkte können mindestens eine Getriebeabstufung von 3 zu 1 zwischen der Drehmomentübertragungsvorrichtung und dem Abtriebselement aufweisen. Das höchste numerische Übersetzungsverhältnis in der Antriebseinheit kann etwa 4 zu 1 und das niedrigste numerische Übersetzungsverhältnis etwa 0,7 zu 1 betragen.
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Der erste Motor/Generator kann auf einer ersten Drehachse und der zweite Motor/Generator auf einer zweiten Drehachse angeordnet sein, wobei die erste Achse parallel zur zweiten Achse sein kann. Insbesondere kann die Antriebseinheit auch eine Eingangselementanordnung beinhalten. In diesem Fall kann die Eingangselementanordnung einen Rotor des ersten Motors/Generators und einen Rotor des zweiten Motors/Generators beinhalten. Der Rotor des ersten Motors/Generators kann auf der ersten Drehachse und der Rotor des zweiten Motors/Generators auf der zweiten Drehachse angeordnet sein.
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Die Leistungsquellen können zusätzlich einen Verbrennungsmotor beinhalten. In diesem Fall kann der Motor auf der ersten Drehachse angeordnet und am dritten Knotenpunkt mit der zusammengesetzten Planetenradanordnung funktional verbunden werden.
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Der Drehmomentübertragungsmechanismus kann wahlweise über eine elektrisch betätigte Vorrichtung eingerückt oder ausgerückt werden. Zusätzlich kann die Drehmomentübertragungsvorrichtung aus einem Band, einer Rollenrampe, einer Klauenkupplung und einer Bremse mit Klemmstück bestehen. Wenn das feststehende Element ein Gehäuse der elektromechanischen Antriebseinheit ist, kann somit die Drehmomentübertragungsvorrichtung verwendet werden, um den dritten Knotenpunkt in Bezug auf das Gehäuse zu bremsen.
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Der zweite Motor/Generator kann konfiguriert werden, um ein höheres Drehmoment zu erzeugen und kann physikalisch größer sein als der erste Motor/Generator. Darüber hinaus können der erste Motor/Generator und der zweite Motor/Generator nicht seltene Erdmagnete nutzen.
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Die Antriebseinheit kann zusätzlich eine erste Hydraulikpumpe und eine zweite Hydraulikpumpe beinhalten. In diesem Fall kann die erste Pumpe mit dem dritten Knotenpunkt und die zweite Pumpe mit dem Abtriebselement in Wirkverbindung stehen.
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Eine derartige Antriebseinheit in Verbindung mit dem Motor, dem ersten Motor/Generator und dem zweiten Motor/Generator kann Teil eines Hybridantriebsstrangs mit dem EVT sein, der darauf konfiguriert ist, eine Einzelmodus-Weit-Knoten-Getriebeabstufung zum Starten und Antreiben des Fahrzeugs bereitzustellen.
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Die vorstehend aufgeführten Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsform(en) und der/den besten Art(en) zur Umsetzung der beschriebenen Offenbarung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen und hinzugefügten Ansprüchen ersichtlich.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem elektrisch verstellbaren verbundverzweigten Weit-Knoten-Getriebe (EVT) als Teil eines Hybridantriebsstrangs.
- 2 ist eine schematische Hebeldiagrammdarstellung des in 1 dargestellten verbundverzweigten Weit-Knoten-EVT.
- 3 ist eine Strichdiagrammdarstellung einer Ausführungsform des in 2 dargestellten verbundverzweigten Weit-Knoten-EVT in Form eines Hebeldiagramms.
- 4 ist eine Strichdiagrammdarstellung einer weiteren Ausführungsform des in 2 dargestellten verbundverzweigten Weit-Knoten-EVT in Form eines Hebeldiagramms.
- 5 ist eine grafische Darstellung eines Vergleichs pro Motorumdrehung zurückgelegter Fahrzeugdistanz für die in den 1-4 dargestellten Weit-Knoten-EVTs.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, worin sich die gleichen Referenznummern auf die gleichen Komponenten beziehen, veranschaulicht 1 ein Fahrzeug 8, das mit einem Hybridantriebsstrang 10 ausgestattet ist. Der Hybridantriebsstrang 10 ist konfiguriert, um das Fahrzeug 8 zu starten und anzutreiben, d. h. um das Fahrzeug in Geschwindigkeitsbereichen zwischen niedrigen und hohen Straßengeschwindigkeiten zu betreiben. Der Hybridantriebsstrang 10 beinhaltet mehrere Leistungsquellen, die einen Verbrennungsmotor 12, einen ersten Elektromotor/Generator 14 und einen zweiten Elektromotor/Generator 16 beinhalten, die alle mit einer elektromechanischen Antriebseinheit verbunden sind, die als ein „elektrisch verstellbares Getriebe“ (EVT) 18 abgebildet ist.
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Der Antriebsstrang 10 beinhaltet zusätzlich ein Energiespeichersystem, das eine oder mehrere Batterien beinhaltet, die im Allgemeinen mit der Nummer 9 abgebildet sind. Das Energiespeichersystem 9 ist mit dem ersten und dem zweiten Motor/Generator 14, 16 wirksam verbunden, sodass der Motor/die Generatoren das Drehmoment auf den Motor 12 übertragen oder von diesem empfangen können. Der Antriebsstrang 10 kann auch eine Steuerung oder eine elektronische Steuereinheit (ECU) 19 beinhalten. Wie dargestellt, ist die Steuerung 19 wirksam mit den Leistungsquellen 12, 14, 16 und dem Energiespeichersystem 9 verbunden, um die Drehmomentverteilung von diesen Leistungsquellen auf das EVT 18 zu steuern.
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Ein „elektrisch verstellbares Getriebe“ stellt ein Planetengetriebe dar, der funktional mit jedem der Motoren 12, dem ersten Motor/Generator 14 und dem zweiten Motor/Generator 16 verbunden ist. Das Kanalisieren jeweiliger Drehmomente des Motors 12 und der beiden Motoren/Generatoren 14 und 16 zu unterschiedlichen Elementen des Planetengetriebes gestattet es, dass eine der Leistungsquellen den Betrieb von einer der beiden anderen unterstützt oder ausbalanciert. Somit erlaubt die Kombination eines Motors 12 und zwei Motoren/Generatoren 14 und 16, die funktional mit dem EVT 18 verbunden sind, dass Drehzahlen und Drehmomente des Motors und der Motoren/Generatoren unabhängig gesteuert und gewählt werden können, um das betreffende Fahrzeug effizienter mit Leistung zu beaufschlagen.
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Obwohl der Hybrid-Antriebsstrang 10, wie dargestellt, den Motor 12 beinhaltet, kann das EVT 18 auch nur mit den ersten und zweiten Elektromotor/-generatoren 14, 16 verbindbar sein. In solch einem Fall wäre der Antriebsstrang 10 kein Hybridtyp mehr, sondern würde rein elektrisch werden, und das EVT 18 kann dann weitläufig als eine elektromechanische Antriebseinheit beschrieben werden. Aus Gründen der Einfachheit und Klarheit bezieht sich der Rest der vorliegenden Beschreibung auf die elektromechanische Antriebseinheit, wenn das EVT 18 mit dem Motor 12 sowie mit den Motorgeneratoren 14, 16 verbunden ist. Darüber hinaus können die Verbindungen des Hybrid-Antriebsstrangs 10, die nachstehend ausführlicher beschrieben werden, eine Gesamtverringerung der Drehmomentanforderung von der Kombination des ersten und zweiten Motors/Generators 14 und 16 ermöglichen, während ein annehmbares Fahrzeugleistungsvermögen im Vergleich mit anderen Systemen gewährt wird.
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Das EVT 18 beinhaltet eine verbundverzweigte Planetenradanordnung 20, die in 2 als Hebeldiagramm dargestellt ist. Ein Hebeldiagramm ist eine schematische Darstellung der Komponenten einer mechanischen Vorrichtung, wie eines Automatikgetriebes. Jeder einzelne Hebel kann einen einzelnen Planetenradsatz, ein Verbund-Planetengetriebe mit zwei oder mehr miteinander verbundenen Planetenradsätzen oder einen externen Zahnradsatz darstellen. In dem Hebel des Planetenradsatzes sind die drei grundlegenden mechanischen Komponenten des betreffenden Getriebezuges, d. h. das Sonnenrad, der Planetenradträger und Hohlradelemente, jeweils durch einen Verbindungspunkt auf dem jeweiligen Hebel dargestellt. Daher enthält ein typischer einzelner Planetenradsatzhebel drei Knotenpunkte: einen für das Sonnenradelement, einen für das Planetenträgerelement und einen für das Hohlradelement. Die relative Länge zwischen den Knotenpunkten jedes Planetenradsatz-Hebels kann verwendet werden, um das Übersetzungsverhältnis von Hohlrad zu Sonnenrad des jeweiligen Zahnradsatzes zu repräsentieren. Diese Hebelverhältnisse werden wiederum verwendet, um die Übersetzungsverhältnisse des Getriebes zu variieren, um entsprechende Übersetzungen und Übersetzungsverläufe zu erreichen. Mechanische Kopplungen oder Verbindungen zwischen den Knotenpunkten der verschiedenen Planetenradsätze werden durch dünne, horizontale Linien veranschaulicht, und Drehmomentübertragungsvorrichtungen wie Kupplungen und Bremsen werden durch überlappende Finger dargestellt. Wenn die Vorrichtung eine Bremse ist, ist ein Satz der Finger geerdet. Eine weitergehende Erläuterung des Formats, Zwecks und der Verwendung von Hebeldiagrammen ist in der Druckschrift SAE-Paper 810102, verfasst von Benford, Howard, und Leising, Maurice, „The Lever Analogy: A New Tool in Transmission Analysis“ (1981), das hiermit als Bezugnahme in vollem Umfang aufgenommen ist.
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Ein Vierpunkthebel 22, definiert durch die verbundverzweigte Planetenradanordnung 20, ist in 2 dargestellt. Im Allgemeinen ist ein Vierpunkthebel durch Bereitstellen von zwei getrennten festen Verbindungen, d. h. Paarungen, zwischen den Elementen eines Planetenradsatzes und einem Element eines weiteren Planetenradsatzes hergestellt. Derartige feste Verbindungen können beispielsweise zwischen einem Planetenträger eines Zahnradsatzes und einem Hohlrad eines anderen Zahnradsatzes oder zwischen einem Planetenträger eines Zahnradsatzes und einem Sonnenrad eines anderen vorgesehen sein. Wenn eine einzelne feste Verbindung verwendet wird, dient die gegenständliche Verbindung dazu, die maximale Anzahl von separat rotierenden Trägheiten (um eine gemeinsame zentrale Achse) von sechs auf vier und die gesamten Freiheitsgrade von vier auf zwei zu reduzieren. Derart eingeschränkt stellt die verbundverzweigte Planetenradanordnung 20 in der Reihenfolge der Drehzahl erste, zweite, dritte und vierte Verbindungspunkt bereit. Wie Fachleuten jedoch bekannt ist, können verschiedene Verbund-Planetenradanordnungen konstruiert werden, um einen Vierpunkt-Hebel zum Erreichen eines solchen Resultats bereitzustellen und diese im Rahmen des Hebeldiagramms von 2 anzuordnen.
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Wie in 2 zu sehen ist, beinhaltet der Hebel 22, der die verbundverzweigte Planetenradanordnung 20 darstellt, eine Hohlradstruktur 24, ein erstes Sonnenradelement 26-1, ein zweites Sonnenradelement 26-2, eine Trägerstruktur 28 und eine Doppelritzel-Anordnung. Die Trägerstruktur 28 ist zur Aufnahme der Doppelritzel-Anordnung konfiguriert. Insbesondere weist die Doppelritzel-Anordnung ein erstes Ritzel in Eingriff mit dem ersten Sonnenradelement auf. Die Doppelritzel-Anordnung verfügt zusätzlich über ein zweites Ritzel in Eingriff mit dem ersten Ritzel und der Hohlradstruktur 24. Die Doppelritzel-Anordnung wird im Folgenden in Bezug auf die in den 3 und 4 dargestellten spezifischen Ausführungsformen der verbundverzweigten Planetenradanordnung 20 ausführlich erläutert. Wie in 2 zu sehen ist, beinhaltet der Hebel 22, der die verbundverzweigte Planetenradanordnung 20 darstellt, jeweils einen ersten, zweiten, dritten und vierten Knotenpunkt 32-1, 32-2, 32-3 und 32-4. Dementsprechend beinhaltet die verbundverzweigte Planetenradanordnung 20 funktional die jeweiligen ersten, zweiten, dritten und vierten Knotenpunkte 32-1, 32-2, 32-3 und 32-4. Der erste Knotenpunkt 32-1 repräsentiert oder wird durch das erste Sonnenradelement 26-1 definiert, der zweite Knotenpunkt 32-2 wird durch die Hohlradstruktur 24 definiert, der dritte Knotenpunkt 32-3 wird durch die Trägerstruktur 28 definiert und der vierte Knotenpunkt 32-4 wird durch das zweite Sonnenradelement 26-2 definiert. Wie im Format eines Strichdiagramms dargestellt und nachfolgend in Bezug auf die 3 und 4 beschrieben, werden die Knotenpunkte 32-2 und 32-3 durch feste Verbindungen dargestellt, sodass die resultierende Struktur effektiv einen Vierpunkthebel erzeugt. Dementsprechend repräsentieren die Strichdiagramme der 3 und 4 des EVT 18 spezifische verbundverzweigte Planetenradanordnungen, die dem EVT 18 im Hebeldiagramm von 2 entsprechen und durch dieses reflektiert werden.
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In einer spezifischen Ausführungsform, die in 3 dargestellt ist, beinhaltet die verbundverzweigte Planetenradanordnung 20 einen ersten Planetenradsatz 100 und einen zweiten Planetenradsatz 200. In der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet die Trägerstruktur 28 ein erstes Trägerelement 128, das mit einem zweiten Trägerelement 228 verbunden ist. Darüber hinaus beinhaltet die Hohlradstruktur 24 ein erstes Hohlradelement 124, das mit einem zweiten Hohlradelement 224 verbunden ist. Der erste Planetenradsatz 100 beinhaltet das erste Hohlradelement 124, das erste Trägerelement 128 und ein erstes Sonnenradelement 126-1, das eine spezifische Ausführungsform des ersten Sonnenradelements 26-1 aus 2 ist. Der erste Planetenradsatz 100 ist ebenfalls als Doppelritzel-Anordnung ausgeführt, die einen ersten Satz an Ritzelräder 130-1 und einen zweiten Satz an Ritzelräder 130-2 beinhaltet, die jeweils Ausführungsformen des ersten Ritzels 30-1 und des zweiten Ritzels 30-2 sind, wie in 2 dargestellt. Wie dargestellt, ist das erste Trägerelement 128 zur Aufnahme des ersten und zweiten Ritzelsatzes 130-1, 130-2 konfiguriert. Wie auch in 3 zu sehen ist, ist der erste Satz der Ritzelräder 130-1 in Eingriff mit dem ersten Sonnenradelement 126-1, während der zweite Satz der Ritzelräder 130-2 in Eingriff mit dem ersten Satz der Ritzelräder und dem ersten Hohlradelement 124 ist.
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Der zweite Planetenradsatz 200 beinhaltet das zweite Hohlradelement 224, das zweite Trägerelement 228, einen dritten Satz Ritzelräder 230-3 und ein zweites Sonnenradelement 226-2, das eine spezifische Ausführungsform des zweiten Sonnenradelements 26-2 aus 2 ist. Wie in 3 dargestellt, wird der Satz der Ritzelräder 230-3 durch das zweite Trägerelement 228 abgestützt. Der dritte Satz der Ritzelräder 230-3 greift mit jedem der zweiten Hohlradelemente 224 dem zweiten Sonnenradelement 226-2 ein. Jeder der ersten, zweiten und dritten Sätze der Ritzelräder 130-1, 130-2 und 230-3 beinhaltet mindestens drei einzelne Ritzelräder, die entsprechend konfiguriert sind, um die vorstehend genannten ineinandergreifenden Verbindungen zu beeinflussen. Insgesamt ergeben die vorstehend beschriebenen Verbindungen des ersten Planetenradsatzes 100 und des zweiten Planetenradsatzes 200 eine entsprechende Zerlegung der verbundverzweigten Planetenradanordnung 20 und werden daher durch den in 2 dargestellten Vierpunkthebel 22 wiedergegeben.
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In einer spezifischen Ausführungsform wie in 4 dargestellt, ist verbundverzweigte Planetenradanordnung 20 als Ravigneaux-Planetenradsatz 300 ausgeführt. Im Allgemeinen besteht ein Ravigneaux-Planetenradsatz aus zwei ineinandergreifenden Zahnradpaaren - einem Hohlradelement-/Planetenradpaar und einem Planetenrad-/Sonnenradpaar. Der Ravigneaux-Planetenradsatz weist einen einzelnen Planetenträger auf, der zwei Planetenradsätze - innere Planetenräder und äußere Planetenräder aufnimmt. Das Planetenträgerelement ist eine einzelne Teilanordnung, welche die inneren und äußeren Planetenräder auf unterschiedlichen, jeweils inneren und äußeren Teilkreisen trägt. Die zwei Sätze von Planetenrädern sind ineinandergreifend und drehen sich daher mit einem festen Übersetzungsverhältnis zueinander, jedoch unabhängig vom Träger.
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Im Ravigneaux-Planetenradsatz 300 wird die Hohlradstruktur 24 durch ein einzelnes Hohlrad 324 und die Trägerstruktur 28 durch ein einzelnes Trägerelement 328 definiert. Der Ravigneaux-Planetenradsatz 300 beinhaltet auch ein erstes Sonnenradelement 326-1 und ein zweites Sonnenradelement 326-2, die jeweils spezifische Ausführungsformen des ersten Sonnenradelements 26-1 und des zweiten Sonnenradelements 26-2 sind, die in 2 dargestellt sind. Im Ravigneaux-Planetenradsatz 300 trägt das Trägerelement 328 die Doppelritzel-Anordnung mit einem ersten Satz von Ritzelrädern 330-1 und einem zweiten Satz von Ritzelrädern 330-2, die jeweils spezifische Ausführungsformen des ersten Ritzelrades 30-1 und des zweiten Ritzelrades 30-2 sind, wie in 2 dargestellt.
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Jeder der ersten und zweiten Sätze der Ritzelräder 330-1 und 330-2 beinhaltet mindestens drei einzelne Ritzelräder, die entsprechend konfiguriert sind, um die vorstehend genannten ineinandergreifenden Verbindungen zu beeinflussen. Wie in 4 zu sehen ist, ist der erste Satz der Ritzelräder 330-1 in Eingriff mit dem ersten Sonnenradelement 326-1, während der zweite atz der Ritzelräder 330-2 in Eingriff mit dem ersten Satz der Ritzelräder, dem zweiten Sonnenradelement 326-2 und dem Hohlrad 324 steht. Um diese Anordnung zu ermöglichen, ist jedes einzelne Zahnrad des zweiten Satzes von Ritzelrädern 330-2 ein langes Ritzelrad, das den Längsabstand zwischen dem ersten und dem zweiten Sonnenradelement 326-1, 326-2 überbrückt. Dementsprechend wird der Ravigneaux-Planetenradsatz 300, der die Zerlegung der verbundverzweigten Planetenradanordnung 20 repräsentiert, durch den in 2 dargestellten Vierpunkthebel 22 repräsentiert.
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Wie in jeder der 3 und 4 dargestellt, sind der Motor 12 und der erste Motor/Generator 14 auf einer gemeinsamen ersten Drehachse 41 angeordnet und der zweite Motor/Generator ist auf einer zweiten Drehachse 42 angeordnet, wobei die erste Achse im Wesentlichen parallel zur zweiten Achse verläuft. Das EVT 18 beinhaltet zusätzlich einen Getriebezug 44. Der Getriebezug 44 ist konfiguriert, um den zweiten Motor/Generator 16 mit der verbundverzweigten Planetenradanordnung 20 am vierten Knotenpunkt 32-1 wirksam zu verbinden. Der Getriebezug 44 kann entweder als einstufiger oder zweistufiger Parallelwellenzahnradsatz ausgebildet sein.
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Unter weiterer Bezugnahme auf 2 sind der Motor 12, der erste Motor/Generator 14 und der zweite Motor/Generator 16 über ein EVT 18 über eine Eingangselementanordnung funktionell verbunden, die das Drehmoment von den Leistungsquellen auf die verbundverzweigte Planetenradanordnung 20 überträgt. Die Eingangselementanordnung beinhaltet eine Abtriebswelle des Motors 12, die als ein Eingangselement 46 dient; einen Rotor des ersten Motors/Generators 14, der als Eingangselement 48 dient; und einen Rotor des zweiten Motors/Generators 16, der als Eingangselement 50 dient. Das Eingangselement 46 ist so konfiguriert, dass es ein Motordrehmoment zum EVT 18 bereitstellt. Das Eingangselement 48 und das Eingangselement 50 sind jeweils konfiguriert, um ein Drehmoment von dem ersten Motor/Generator 14 bzw. dem zweiten Motor/Generator 16 zum EVT 18 bereitzustellen. Im Einzelnen sind das Eingangselement 46 und das Eingangselement 48 auf der ersten Drehachse 41 angeordnet, während das Eingangselement 50 auf der zweiten Drehachse 42 angeordnet ist.
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Wie in 2 gezeigt, ist das Eingangselement 46 kontinuierlich mit dem dritten Verbindungspunkt 32-3 verbunden, das Eingangselement 48 ist kontinuierlich mit dem vierten Knotenpunkt 32-4 verbunden, und das Eingangselement 50 kann kontinuierlich mit dem ersten Knotenpunkt 32-1 verbunden sein. Das EVT 18 beinhaltet auch ein Abtriebselement 52. Das Abtriebselement 52 kann kontinuierlich mit dem zweiten Knotenpunkt 32-2 verbunden sein und ist so konfiguriert, dass es ein Abtriebsdrehmoment von der verbundverzweigten Planetenradanordnung 20 zum Starten und Antreiben des Fahrzeugs bereitstellt. Wie in 2 dargestellt, kann das Abtriebselement 52 als ein Kettenantriebselement (dargestellt in 3) ausgebildet sein, welches das Trägerelement 30 mit einer Differentialeinheit 53 verbindet. Das Abtriebselement 52 kann auch als Zahnradantrieb (dargestellt in 4) ausgebildet sein.
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Wie in den 2-4 zu sehen ist, beinhaltet das EVT 18 auch ein stationäres Element, das eines Getriebegehäuse oder Gehäuse 54 sein kann. Der dritte Knotenpunkt 32-3 ist selektiv mit dem Gehäuse 54 über eine in Eingriff bringbare Drehmomentübertragungsvorrichtung 56 verbindbar, um dadurch den Knotenpunkt 32-3 zu erden. Die Drehmomentübertragungsvorrichtung 56 kann wahlweise über eine elektrisch betätigte Vorrichtung, wie beispielsweise ein Solenoid, eingerückt oder ausgerückt werden. Zusätzlich kann die Drehmomentübertragungsvorrichtung 56 entweder als eine Band-, eine Rollenrampe-, eine Freilauf-Einwegkupplungs-, eine Klauenkupplung oder eine Klemmstückbremse ausgebildet sein. Dementsprechend kann die Drehmomentübertragungsvorrichtung 56 verwendet werden, um den dritten Knotenpunkt 32-3 relativ zu dem Gehäuse 54 zu bremsen. Die elektrisch betätigte Drehmomentübertragungsvorrichtung 56 ermöglicht reduzierte Wirkungsgradverluste im Hybrid-Antriebsstrang 10 sowie in einer rein elektrischen Anwendung, d. h. ohne den Motor 12. Darüber hinaus ermöglicht die elektrisch betätigte Drehmomentübertragungsvorrichtung 56 ein erhöhtes Antriebsdrehmoment für den rein elektrischen Antriebsstrang.
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Ein besonderer Vorteil der beschriebenen Anordnung der ersten, zweiten, dritten und vierten Knotenpunkte 32-1, 32-2, 32-3, 32-4 des EVT 18 besteht darin, dass das betreffende EVT in der Lage ist, eine Weit-Knoten-Getriebeabstufung bereitzustellen, wie in 5 dargestellt und im Folgenden näher beschrieben wird. Der Begriff „Knotenweite“ stellt die vom Fahrzeug pro Umdrehung des Motors 12 zurückgelegte Wegstrecke dar, und der Begriff „Weit-Knoten“ bezeichnet die zurückgelegte Wegstrecke eines Fahrzeugs mit dem EVT 18 im Vergleich zu einem Fahrzeug mit einem typischen Einzelmodus-EVT.
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5 zeigt eine Grafik 64 mit einer exemplarischen elektrischen Leistungspfadgröße als Bruchteil der Motorleistung, die für den Antrieb des Fahrzeugs verwendet wird, gegenüber der pro Motorumdrehung zurückgelegten Wegstrecke in Metern, die durch eine Kurve 70 verfolgt wird. Die elektrische Leistungspfadgröße wird auf der Y-Achse des Diagramms 64 angezeigt und wird durch die Zahl 65 bezeichnet, während die zurückgelegte Wegstrecke pro Motorumdrehung auf der X-Achse des Diagramms angezeigt wird und durch die Zahl 67 bezeichnet wird. Darüber hinaus vergleicht die Grafik 64 die Knotenweiten der exemplarischen Ausführungsformen des EVT 18, die durch einen Abstand 66 zwischen mechanischen Punkten oder Knoten mit den Buchstaben A und B und einen Abstand 68 zwischen Punkten mit den Buchstaben D und E auf der Kurve 70 dargestellt werden. In einem konkreten Beispiel übersteigt die durch das Fahrzeug zurückgelegte Strecke 66 pro Umdrehung des Motors 12 mit dem EVT 18, wenn der elektrische Leistungspfad (vom ersten und zweiten Motor/Generator 14, 16) Null ist, etwa 0,8 Meter überschreitet. Wie dargestellt, entspricht die durch das Fahrzeug zurückgelegte Strecke 68 pro Umdrehung des Motors 12 bei gleicher Konfiguration, wenn die elektrische Leistung des ersten und zweiten Motors/Generators 14, 16 ungefähr einem Bruchteil der durch den Buchstaben C gekennzeichneten Motorleistung entspricht und 1,2 Meter überschreitet. Im Vergleich dazu beträgt bei einem typischen verbundverzweigten Einzelmodus-EVT der Abstand 66 im Allgemeinen etwa 0,5 Meter, während der Abstand 68 unter 1,2 Meter beträgt. Dementsprechend identifiziert die größere Entfernung 66 für das EVT 18 als für ein typisches, repräsentatives verbundverzweigtes Einzelmodus-EVT das EVT 18 mit einer Weit-Knoten-Getriebeabstufung.
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Dadurch ist das EVT 18 in der Lage, mindestens eine Getriebeabstufung von 3 zu 1 zwischen der Drehmomentübertragungsvorrichtung 56 (d. h. dem Eingangselement 46) und dem Abtriebselement 52 (d. h. den beiden Hohlradelementen 224 oder 334) bereitzustellen. Des Weiteren kann das höchste numerische Übersetzungsverhältnis des EVT 18 mit einer derartigen Anordnung der ersten, zweiten, dritten und vierten Knotenpunkte 32-1, 32-2, 32-3, 32-4 etwa 4 zu 1 als sein höchstes numerisches Übersetzungsverhältnis und etwa 0,7 zu 1 als sein niedrigstes numerisches Übersetzungsverhältnis aufweisen. Dadurch kann der erste Motor/Generator 14 anders bemessen sein, d. h. physikalisch kleiner als der zweite Motor/Generator 16. Dementsprechend kann der erste Motor/Generator 14 konfiguriert werden, um weniger Drehmoment zu erzeugen als der zweite Motor/Generator 16. Darüber hinaus kann jeder der ersten und zweiten Motoren/Generatoren 14, 16 mit festen Kernen konfiguriert werden und nicht seltene Erdmagnete verwenden, die wesentlich allgegenwärtiger und kostengünstiger sind als Seltene Erdmagnettypen.
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Wie in 2 dargestellt, beinhaltet das EVT 18 auch eine erste Hydraulikpumpe 58 und eine zweite Hydraulikpumpe 60. Die ersten und zweiten Hydraulikpumpen 58, 60 sind konfiguriert, um druckbeaufschlagtes Fluid zur Schmierung der verbundverzweigten Planetenradanordnung 20 sowie des Motors 12 und des ersten und zweiten Motors/Generators 14, 16 bereitzustellen. Wie dargestellt, ist die erste Pumpe 58 mit dem dritten Knotenpunkt 32-3 und die zweite Pumpe 60 mit dem Abtriebselement 52 funktional verbunden, jedoch sind die Positionen der beiden Pumpen austauschbar. Das EVT 18 beinhaltet auch einen Dämpfer 62. Der Dämpfer 62 ist funktional mit dem Motor 12 verbunden und konfiguriert, um vom Motor erzeugte Drehschwingungen zu absorbieren, bevor diese über das Eingangselement 46 auf die verbundverzweigte Planetenradanordnung 20 übertragen werden können.
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Die vorhergehende Konfiguration des EVT 18 ist eine kosteneffektive elektromechanische verbundverzweigte Einzelmodus-Antriebseinheit, welche die Vorteile eines Zweimodus-Systems verkörpert, das einen ersten Modus zum Starten eines Fahrzeugs aus dem Stillstand und einen separaten zweiten Modus zum Antreiben des betreffenden Fahrzeugs bei höheren Geschwindigkeiten bereitstellt, wobei jedoch die mechanische Komplexität des Zweimodus-Systems vermieden wird und die Steuerung erfolgt. Dementsprechend ist das EVT 18 eine verbundverzweigte elektromechanische Einzelmodus-Antriebseinheit, die ein ausreichendes Drehmoment für das Starten und Antreiben des Fahrzeugs ermöglicht und eine Motor-Stopp-Start-Funktion unterstützt. Zusätzlich ist das EVT 18 in der Lage, reduzierte Verluste in der Betriebseffizienz des Antriebssystems 10 während des Antriebs und der elektrischen Regeneration der Energiespeichersystembetriebsarten des Fahrzeugs bereitzustellen. Da das EVT 18 ein außeraxiales Layout aufweist, d. h. der Motor 12 und der Motor/Generator 14 auf der ersten Drehachse 41 angeordnet sind, während der Motor/Generator 16 auf der zweiten Drehachse 42 angeordnet sind eignet sich das EVT 18 darüber hinaus besonders für Fahrzeuge mit Frontantrieb, bei denen das Antriebssystem 10 im Wesentlichen quer zur Längsachse des Fahrzeugs liegt.
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Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die Offenbarung, während der Umfang der Offenbarung jedoch einzig und allein durch die Patentansprüche definiert wird. Während einige der besten Modi und weitere Ausführungsformen der beanspruchten Offenbarung ausführlich beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Konzepte und Ausführungsformen zur Umsetzung der in den hinzugefügten Ansprüchen definierten Offenbarung. Darüber hinaus sollen die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen oder die Merkmale von verschiedenen Ausführungsformen, die in der vorliegenden Beschreibung erwähnt sind, nicht unbedingt als voneinander unabhängige Ausführungsformen aufgefasst werden. Vielmehr ist es möglich, dass jedes der in einem der Beispiele einer Ausführungsform beschriebenen Merkmale mit einem oder einer Vielzahl von anderen gewünschten Merkmalen aus anderen Ausführungsformen kombiniert werden kann, was andere Ausführungsformen zur Folge hat, die nicht in Worten oder durch Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben sind. Dementsprechend fallen derartige andere Ausführungsformen in den Rahmen des Schutzumfangs der angehängten Ansprüche.
