DE102019115820A1

DE102019115820A1 - Hybrid-antriebsstrang

Info

Publication number: DE102019115820A1
Application number: DE102019115820.6A
Authority: DE
Inventors: Edward W. Mellet; Alan G. Holmes
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2018-12-11
Filing date: 2019-06-11
Publication date: 2020-06-18
Also published as: US20200182333A1; CN111306263A; CN111306263B; US10724610B2

Abstract

Ein Hybrid-Antriebsstrang beinhaltet einen Verbrennungsmotor und ein Mehrganggetriebe, das mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt ist. Das Mehrganggetriebe beinhaltet ein Antriebselement, ein Abtriebselement und einen ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Planetenradsatz mit jeweils einem Sonnenradelement, einem Planetenträgerelement und einem Hohlradelement. Das Mehrganggetriebe beinhaltet ferner einen ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Planetenradsatz mit jeweils einem Sonnenradelement, einem Planetenträgerelement und einem Hohlradelement. Das Mehrganggetriebe beinhaltet ferner sieben Drehmomentübertragungsvorrichtungen, die konfiguriert sind, um selektiv den ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Planetenradsatz in Kombinationen von mindestens vier zu verbinden, um mindestens zehn Vorwärtsgangverhältnisse und mindestens ein Rückwärtsgangverhältnis zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement festzulegen.

Description

EINLEITUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Hybrid-Antriebsstrang mit einem Antriebsmotor und einem Getriebe, das konfiguriert ist, um zwanzig Vorwärtsgangverhältnisse und zwei Rückwärtsgangverhältnisse in einer Hybrid-Getriebearchitektur bereitzustellen.
Verbrennungsmotoren, insbesondere jene des Hubkolbentyps, treiben derzeit die meisten Fahrzeuge an. Derartige Motoren sind relativ effiziente, kompakte, leichtgewichtige und kostengünstige Mechanismen, um hochkonzentrierte Energie in Form von Kraftstoff in nützliche mechanische Leistung umzuwandeln.
Die große Bandbreite der Anforderungen, die Fahrzeuge an Verbrennungsmotoren stellen, erhöht den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen über den idealen Fall für solche Motoren hinaus. Typischerweise wird ein Fahrzeug durch einen derartigen Motor angetrieben, der von einem kalten Zustand durch einen kleinen Elektromotor und relativ kleinen elektrischen Speicherbatterien gestartet wird, der dann schnell unter Last von Antriebs- und Zubehörausrüstung platziert wird. Ein solcher Motor wird auch über einen weiten Drehzahlbereich und einen weiten Lastbereich und typischerweise bei einem Durchschnitt von etwa einem Fünftel der maximalen Ausgangsleistung betrieben.
Ein Fahrzeuggetriebe liefert mechanische Kraft von einem Verbrennungsmotor zum Rest eines Antriebssystems, wie beispielsweise feste Achsantriebs-Getriebe, Achsen und Räder. Ein mechanisches Getriebe ermöglicht eine gewisse Freiheit im Motorbetrieb, üblicherweise durch eine alternative Auswahl von fünf oder sechs unterschiedlichen Antriebsverhältnissen, einer neutralen Auswahl, die dem Motor ermöglicht, Zubehör mit dem Fahrzeug im stationären Zustand zu betreiben, und Kupplungen oder einen Drehmomentwandler für glatte Übergänge zwischen den Antriebsverhältnissen und zum Starten des Fahrzeugs aus dem Stillstand mit dem Motordrehen. Die Getriebegangauswahl ermöglicht es, dass die Leistung des Motors an den Rest des Antriebssystems mit einem Verhältnis von Drehmomentverstärkung und Geschwindigkeitsverringerung geliefert wird, wobei ein Verhältnis von Drehmomentverringerung und Geschwindigkeitsvervielfachung als Overdrive bekannt ist, oder mit einem Rückwärtsverhältnis.
Hybrid-Systeme können die Kraftstoffeinsparung des Fahrzeugs auf vielfältige Weise verbessern. So kann beispielsweise der Motor im Leerlauf, während Perioden der Verzögerung und des Bremsens und während Perioden mit niedriger Drehzahl oder leichter Last abgeschaltet werden, um Wirkungsgradverluste aufgrund des Motorwiderstands zu eliminieren. Die aufgenommene Bremsenergie (durch regeneratives Bremsen) oder die von einem Motor gespeicherte Energie, der während der Betriebszeiten des Motors als Generator fungiert, wird während dieser Motorstoppzeiten genutzt. Der vorübergehende Bedarf an Motordrehmoment oder -leistung wird durch den Motor während des Betriebs im Motorbetrieb im elektrischen Modus ergänzt, wodurch der Motor „downgesized“ werden kann, ohne die scheinbare Fahrzeugleistung zu beeinträchtigen. Zusätzlich kann der Motor bei oder nahe dem optimalen Wirkungsgradpunkt für einen gegebenen Leistungsbedarf betrieben werden. Der Motor-Generator ist in der Lage, die kinetische Energie des Fahrzeugs während des Bremsens zu erfassen, die verwendet wird, um den Motor länger abzuschalten, das Motordrehmoment oder die Motorleistung zu ergänzen und/oder bei einer niedrigeren Motordrehzahl zu arbeiten oder die Zubehör-Energieversorgung zu ergänzen. Zusätzlich ist der Motor/Generator bei der Zubehör-Energieerzeugung sehr effizient und elektrische Energie von der Batterie dient als verfügbare Drehmomentreserve, die den Betrieb bei einem relativ niedrigen numerischen Drehzahlverhältnis des Getriebes ermöglicht.
KURZDARSTELLUNG
Die vorliegende Offenbarung beschreibt eine Hybridanordnung für ein Hinterradantriebs-Getriebe mit mindestens zehn Drehzahlverhältnissen. Der vorliegend offenbarte Hybrid-Antriebsstrang ermöglicht ein hohes Startverhältnis, um die Motordrehmomentanforderungen zu verringern. Das hohe Startverhältnis kann für einen Reibungsstart mit geringerem Batteriestand verwendet werden. Die Startverhältnisse der Elektromotorstartvorrichtung (EMLD) sind ebenfalls verfügbar, aber mit geringerem Startverhältnis. Der Hybrid-Antriebsstrang beinhaltet einen Verbrennungsmotor und ein Mehrganggetriebe, das mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt ist. Das Mehrganggetriebe beinhaltet ein Eingangselement, ein Abtriebselement und erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Planetenradsätze mit jeweils einem Sonnenradelement, einem Planetenträgerelement und einem Hohlradelement. Das Mehrganggetriebe beinhaltet ferner ein erstes Verbindungselement, das kontinuierlich das Sonnenradelement des ersten Planetenradsatzes mit dem Sonnenradelement des zweiten Planetenradsatzes verbindet. Ferner beinhaltet das Mehrganggetriebe ein zweites Verbindungselement, das kontinuierlich das Planetenträgerelement des ersten Planetenradsatzes mit dem Hohlradelement des vierten Planetenradsatzes verbindet. Das Mehrganggetriebe beinhaltet auch ein drittes Verbindungselement, das kontinuierlich das Hohlradelement des zweiten Planetenradsatzes mit dem Sonnenradelement des dritten Planetenradsatzes verbindet. Das Mehrganggetriebe beinhaltet ferner ein viertes Verbindungselement, das kontinuierlich das Planetenträgerelement des fünften Planetenradsatzes mit dem Sonnenradelement des ersten Planetenradsatzes verbindet. Das Mehrganggetriebe beinhaltet ferner sieben Drehmomentübertragungsvorrichtungen, die konfiguriert sind, um selektiv den ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Planetenradsatz in Kombinationen von mindestens vier zu verbinden, um mindestens zehn Vorwärtsgangverhältnisse und mindestens ein Rückwärtsgangverhältnis zwischen dem Eingangselement und dem Abtriebselement festzulegen. Der Hybrid-Antriebsstrang beinhaltet ferner einen endgültigen Antriebsmechanismus, der kontinuierlich mit dem Planetenträgerbaugruppenelement des vierten Planetenradsatzes verbunden ist. Der Hybrid-Antriebsstrang beinhaltet einen elektrischen Motor-Generator, der mit dem Mehrganggetriebe verbunden ist.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet eine Anordnung, die zu verwenden ist, die einen Verbrennungsmotor und ein Getriebe verbindet, Folgendes: einen Planetenradsatz mit einem festen Hohlrad. Das Sonnenrad ist an einem Elektromotor befestigt. Der Träger des Radsatzes ist mit einem Element des Getriebes verbunden. Das Getriebe ist als eine Ausführungsform davon dargestellt, kann jedoch auch an anderen Getrieben verwendet werden. Der Verbrennungsmotor ist durch eine Kupplung mit dem Elektromotor und dem Sonnenrad verbunden. Der Verbrennungsmotor ist auch durch eine weitere Kupplung an eine andere Stelle innerhalb des Getriebes verbunden. Das Getriebe ist als eine Ausführungsform davon dargestellt, aber diese Anordnung kann an anderen Getrieben verwendet werden. Es kann zusätzlich eine Kupplung zum Verankern des fünften Zahnradsatzes sein, wodurch keine Energie vom Motor benötigt wird. Die Anordnung umfasst ferner eine Vielzahl von Verbindungselementen, und mindestens eine der Vielzahl von Verbindungselementen ist mit dem Planetenradsatz verbunden.
In einem Aspekt der Offenbarung umfasst der Hybrid-Antriebsstrang ferner ein fünftes Verbindungselement, das den elektrischen Motor-Generator kontinuierlich mit dem Sonnenradelement des fünften Planetenradsatzes verbindet. Weiterhin beinhaltet der Hybrid-Antriebsstrang ein Getriebegehäuse. Eine erste der sieben Drehmomentübertragungsvorrichtungen kann das Hohlradelement des ersten Planetenradsatzes selektiv mit dem Getriebegehäuse verbinden. Eine zweite der sieben Drehmomentübertragungsvorrichtungen kann das zweite Hohlradelement des zweiten Planetenradsatzes selektiv mit einem J-Knoten verbinden. Eine dritte der sieben Drehmomentübertragungsvorrichtungen kann das Planetenträgerelement des dritten Planetenradsatzes selektiv mit dem J-Knoten verbinden. Die dritte Drehmomentübertragungsvorrichtung kann durch eine feste Verbindung ersetzt werden. Als solches beinhaltet die Planetenradanordnung in dieser Ausführungsform ein sechstes Verbindungselement (z. B. eine sechste Verbindungswelle), die kontinuierlich das dritte Planetenträgerbaugruppenelement des dritten Planetenradsatzes mit dem J-Knoten verbindet. Eine vierte der sieben Drehmomentübertragungsvorrichtungen kann das Hohlradelement des dritten Planetenradsatzes selektiv mit dem Planetenträgerelement des zweiten Planetenradsatzes verbinden. Eine fünfte der sieben Drehmomentübertragungsvorrichtungen kann das Planetenträgerelement des ersten Planetenradsatzes selektiv mit dem J-Knoten verbinden. Die sechste der Drehmomentübertragungsvorrichtungen verbindet selektiv eine Motorkurbelwelle des Verbrennungsmotors mit dem zweiten Planetenträgerelement des zweiten Planetenradsatzes. Eine siebte der Drehmomentübertragungsvorrichtungen kann selektiv den elektrischen Motor-Generator und das Sonnenradelement des ersten Planetenradsatzes mit der Motorkurbelwelle des Verbrennungsmotors verbinden. Eine achte der Drehmomentübertragungsvorrichtungen kann wahlweise entweder das Sonnenradelement oder die Planetenträgerbaugruppe des fünften Planetenradsatzes mit der stationären Komponente verbinden, um den elektrischen Motor-Generator selektiv zu verankern.
Die vorstehend genannten Funktionen und Vorteile sowie andere Funktionen und Vorteile der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bestmöglichen praktischen Umsetzung der dargestellten Offenbarung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen hervor.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs mit Planetengetriebe-Zahnradsätzen und Drehmomentübertragungsvorrichtungen.
2 ist eine Wahrheitstabelle und ein Diagramm, das einige der Betriebseigenschaften des in 1 dargestellten Antriebsstrangs darstellt.
3 ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
4 ist ein schematische Darstellung eines Antriebsstrangs gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
5 ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ist in 1 ein Hybrid-Antriebsstrang 10 mit einem Verbrennungsmotor 12, ein Mehrganggetriebe 14, ein Achsantriebsmechanismus 16, ein elektrischer Motor-Generator 90, der mit dem Mehrganggetriebe 14 verbunden ist, und eine mechanische Pumpe 92, die mit dem Mehrganggetriebe 14 verbunden ist, dargestellt. Der elektrische Motor-Generator 90 ist verankert (d. h. an eine stationäre Komponente SC, wie ein Getriebegehäuse 61, gekoppelt). Der Motor 12 kann mit verschiedenen Arten von Kraftstoff versorgt werden, um die Effizienz und den Kraftstoffverbrauch einer bestimmten Anwendung zu verbessern. Derartige Kraftstoffe können beispielsweise Benzin, Diesel; Ethanol; Dimethylether usw. sein. Die mechanische Pumpe 92 kann an einer ersten Stelle L1 oder einer zweiten Stelle L2 angeordnet sein und kann angetrieben werden durch: 1) den Verbrennungsmotor 12; 2) den elektrischen Motor-Generator 90; oder eine Kombination von beiden (je nachdem, was sich schneller dreht). Der Hybrid-Antriebsstrang 10 beinhaltet keinen Drehmomentwandler.
Das Mehrganggetriebe 14 beinhaltet ein Antriebselement 17 (d. h. Eingangswelle), eine Planetenradanordnung 18 und ein Abtriebselement 19, das kontinuierlich mit dem Achsantriebsmechanismus 16 verbunden ist. Die Planetenradanordnung 18 beinhaltet fünf Planetenradsätze (d. h., einen ersten Planetenradsatz 20, einen zweiten Planetenradsatz 30, einen dritten Planetenradsatz 40, einen vierten Planetenradsatz 50 und fünfte Planetenradsatzätze 60).
Die Anordnung 18, die verwendet wird, die den Verbrennungsmotor 12 und ein Getriebe 14 verbindet, beinhaltet: einen Planetenradsatz 60 mit einem festen Hohlrad 64. Das Sonnenrad 62 ist an einem Elektromotor 90 befestigt. Der Träger des Getriebesatzes 60 ist mit einem Element des Getriebes 18 verbunden. Das Getriebe 18 ist als eine Ausführungsform davon dargestellt, kann jedoch auch an anderen Getrieben verwendet werden. Der Verbrennungsmotor 12 ist durch die Kupplung 87 mit dem Elektromotor 90 und dem Sonnenrad 62 verbunden. Der Verbrennungsmotor 12 ist ebenfalls durch die Kupplung 86 auch an eine andere Stelle innerhalb des Getriebes verbunden. Das Getriebe 18 ist als eine Ausführungsform davon dargestellt, aber diese Anordnung kann an anderen Getrieben verwendet werden. Es kann zusätzlich eine Kupplung zum Verankern des fünften Zahnradsatzes vorhanden sein, wodurch keine Energie vom Motor 90 benötigt wird.
Der erste Planetenradsatz 20 umfasst ein erstes Sonnenradelement 22, ein erstes Hohlradelement 24 und ein erstes Planetenträgerbaugruppenelement 26. Das erste Planetenträgerbaugruppenelement 26 beinhaltet eine Vielzahl von ersten Ritzelrädern 27, die drehbar auf einem ersten Trägerelement 29 montiert und in kämmendem Verhältnis sowohl mit dem ersten Sonnenradelement 22 als auch dem ersten Hohlradelement 24 angeordnet sind.
Der zweite Planetenradsatz 30 beinhaltet ein zweites Sonnenradelement 32, ein zweites Hohlradelement 34 und ein zweites Planetenträgerbaugruppenelement 36. Das zweite Planetenträgerbaugruppenelement 36 beinhaltet eine Vielzahl von zweiten Ritzelrädern 37, die drehbar auf einem zweiten Trägerelement 39 montiert und in kämmendem Verhältnis sowohl mit dem zweiten Hohlradelement 34 als auch dem zweiten Sonnenradelement 32 angeordnet sind.
Der dritte Planetenradsatz 40 beinhaltet ein drittes Sonnenradelement 42, ein drittes Hohlradelement 44 und ein drittes Planetenträgerbaugruppenelement 46. Das dritte Planetenträgerbaugruppenelement 46 beinhaltet eine Vielzahl von dritten Ritzelrädern 47, die an einem dritten Trägerelement 49 montiert und in kämmendem Verhältnis sowohl mit dem dritten Hohlradelement 44 als auch dem dritten Sonnenradelement 42 angeordnet sind.
Der vierte Planetenradsatz 50 beinhaltet ein viertes Sonnenradelement 52, ein viertes Hohlradelement 54 und ein viertes Planetenträgerbaugruppenelement 56. Das vierte Planetenträgerbaugruppenelement 56 beinhaltet eine Vielzahl von vierten Ritzelrädern 57, die auf einem Trägerelement 59 montiert und in kämmendem Verhältnis sowohl mit dem vierten Hohlradelement 54 als auch dem vierten Sonnenradelement 52 angeordnet sind.
Der fünfte Planetenradsatz 60 beinhaltet ein fünftes Sonnenradelement 62, ein fünftes Hohlradelement 64 und ein fünftes Planetenträgerbaugruppenelement 66. Das fünfte Planetenträgerbaugruppenelement 66 beinhaltet eine Vielzahl von fünften Ritzelrädern 67, die auf einem Trägerelement 69 montiert und in kämmendem Verhältnis sowohl mit dem fünften Hohlradelement 64 als auch dem fünften Sonnenradelement 62 angeordnet sind. Das fünfte Hohlradelement 64 ist verankert. Das heißt, das fünfte Hohlradelement 64 ist an der stationären Komponente SC (z. B. das Getriebegehäuse 61) angebracht. Als solches bleibt das fünfte Hohlradelement 64 relativ zu den anderen Elementen des fünften Planetenradsatzes 60 stationär. Der fünfte Planetenradsatz 60 stellt ein hohes Startverhältnis für den elektrischen Motor-Generator 90 bereit, wodurch der Drehmomentbedarf für den elektrischen Motor-Generator 90 verringert wird.
Das Antriebselement 17 (d. h. die Eingangswelle) ist kontinuierlich mit dem zweiten Planetenträgerbaugruppenelement 36 des zweiten Planetenradsatzes 30 verbunden. Das Abtriebselement 19 ist kontinuierlich mit dem vierten Planetenträgerbaugruppenelement 56 des vierten Planetenradsatzes 50 verbunden.
Ein erstes Verbindungselement 70 (z. B. eine erste Verbindungswelle) verbindet kontinuierlich das erste Sonnenradelement 22 des ersten Planetenradsatzes 20 mit dem zweiten Sonnenradelement 32 des zweiten Planetenradsatzes 30. Ein zweites Verbindungselement 72 (z. B. eine zweite Verbindungswelle) verbindet kontinuierlich das erste Planetenträgerelement 26 des ersten Planetenradsatzes 20 mit dem vierten Hohlradelement 54 des vierten Planetenradsatzes 50 verbindet. Ein drittes Verbindungselement 74 (z. B. eine dritte Verbindungswelle) verbindet kontinuierlich das zweite Hohlradelement 34 des zweiten Planetenradsatzes 30 mit dem dritten Sonnenradelement 42 des dritten Planetenradsatzes 40. Ein viertes Verbindungselement 76 (z. B. eine vierte Verbindungswelle) verbindet die kontinuierlich das fünfte Planetenträgerbaugruppenelement 66 des fünften Planetenradsatzes 60 mit dem ersten Sonnenradelement 22 des ersten Planetenradsatzes 20. Ein fünftes Verbindungselement 78 (z. B. eine fünfte Kopplungswelle) verbindet den elektrischen Motor-Generator 90 kontinuierlich mit dem fünften Sonnenradelement 62 des fünften Planetenradsatzes 60.
Die Planetenradanordnung 18 beinhaltet auch mindestens sieben Drehmomentübertragungsvorrichtungen (z. B. eine erste Drehmomentübertragungsvorrichtung 81, eine zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung 82, eine dritte Drehmomentübertragungsvorrichtung 83, eine vierte Drehmomentübertragungsvorrichtung 84, eine fünfte Drehmomentübertragungsvorrichtung 85, eine sechste Drehmomentübertragungsvorrichtung 86 und eine siebte Drehmomentübertragungsvorrichtung 87), die jeweils eine eingerückte oder EIN-Position aufweisen, um Drehmoment zu übertragen und eine ausgerückte oder AUS-Position, in der kein Drehmoment übertragen wird. Die Drehmomentübertragungsvorrichtungen sind konfiguriert, um die Elemente der Planetenradsätze selektiv mit der stationären Komponente SC oder mit Elementen anderer Planetenradsätze zu verbinden. Die sieben Drehmomentübertragungsvorrichtungen (oder mehr) sind in Kombinationen von mindestens vier miteinander verbunden, um mindestens zehn Vorwärtsgeschwindigkeitsverhältnisse und mindestens ein Rückwärtsgeschwindigkeitsverhältnis zwischen dem Antriebselement 17 und dem Abtriebselement 19 herzustellen.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 verbindet die erste Drehmomentübertragungsvorrichtung 81, wie beispielsweise die Bremse und in 2 als BREMSE1 bezeichnet, das erste Hohlradelement 24 (bezeichnet als R1 in 2) des ersten Planetenradsatzes 20 mit der stationären Komponente, wie beispielsweise das Getriebegehäuse 61 (in 2 als Grund bezeichnet). Die erste Drehmomentübertragungsvorrichtung 81 ist eine stationäre Drehmomentübertragungsvorrichtung, die üblicherweise als Bremsen oder Reaktionskupplungen bezeichnet wird.
Die zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung 82, wie eine Kupplung und in 2 als KUPPLUNG1 bezeichnet, verbindet selektiv das zweite Hohlradelement 34 (bezeichnet als R2 in 2) des zweiten Planetenradsatzes 30 mit einem J-Knoten 91 (d. h. einen Freilaufknoten und als J5 in 2 bezeichnet). Der Begriff „J-Knoten“ bezeichnet eine Komponente der Planetenradanordnung 18, die nicht mit Zahnrädern verbunden ist, nur mit Drehkupplungen. Die zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung 82 ist eine rotationsartige Drehmomentübertragungsvorrichtung, die üblicherweise als Kupplung bezeichnet wird.
Die dritte Drehmomentübertragungsvorrichtung 83, wie beispielsweise die Kupplung und in 2 als KUPPLUNG2 bezeichnet, verbindet selektiv das dritte Planetenträgerelement 46 (als PC3 in 2 bezeichnet) des dritten Planetenradsatzes 40 mit J-Knoten 91 (bezeichnet als J5 in 2). Die dritte Drehmomentübertragungsvorrichtung 83 verbindet auch selektiv das erste Planetenträgerbaugruppenelement 26 des ersten Planetenradsatzes 20 mit dem dritten Planetenträgerelement 46 des dritten Planetenradsatzes 40, wenn sich die fünfte Drehmomentübertragungsvorrichtung 85 in der eingerückten Position befindet. Die dritte Drehmomentübertragungsvorrichtung 83 ist eine rotationsartige Drehmomentübertragungsvorrichtung, die üblicherweise als Kupplung bezeichnet wird.
Die vierte Drehmomentübertragungsvorrichtung 84, wie beispielsweise eine Kupplung und in 2 als KUPPLUNG3 bezeichnet, verbindet selektiv das dritte Hohlradelement 44 (bezeichnet als R3 in 2) des dritten Planetenradsatzes 40 mit dem zweiten Planetenträgerelement 36 (bezeichnet als PC2 in 2) des zweiten Planetenradsatzes 30. Die vierte Drehmomentübertragungsvorrichtung 84 ist eine rotationsartige Drehmomentübertragungsvorrichtung, die üblicherweise als Kupplung bezeichnet wird.
Die fünfte Drehmomentübertragungsvorrichtung 85, wie beispielsweise eine Kupplung und in 2 als KUPPLUNG4 bezeichnet, verbindet selektiv das erste Planetenträgerelement 26 (bezeichnet als PC1 in 2) des ersten Planetenradsatzes 20 mit dem J-Knoten 91 (bezeichnet als J5 in 2). Die fünfte Drehmomentübertragungsvorrichtung 85 ist eine drehmomentübertragungsartige Drehmomentübertragungsvorrichtung, die üblicherweise als Kupplung bezeichnet wird.
Die sechste Drehmomentübertragungsvorrichtung 86, die eine Kupplung und in 2 als KUPPLUNG5 bezeichnet wird, verbindet selektiv eine Motorkurbelwelle 11 (bezeichnet als Eingang-E in 2) des Verbrennungsmotors 12 mit dem zweiten Planetenträgerbaugruppenelement 36 (bezeichnet in 2 als PC2) des zweiten Planetenradsatzes 30, um das Fahrzeug in einem Hybridmodus (Hybrid in 2), einem Motormodus (ICE in 2) oder einem Elektromotorstartvorrichtungsmodus (EMLD) zu betreiben. Im Motormodus (ICE) verwendet der Antriebsstrang 10 ausschließlich den Verbrennungsmotor 12, um ein Antriebsdrehmoment an das Mehrganggetriebe 14 bereitzustellen. Die sechste Drehmomentübertragungsvorrichtung 86 ist eine rotationsartige Drehmomentübertragungsvorrichtung, die üblicherweise als Kupplung bezeichnet wird.
Im Elektromodus (EV) verwendet der Antriebsstrang 10 ausschließlich den elektrischer Motor-Generator 90, um das Antriebsdrehmoment an das Mehrganggetriebe 14 bereitzustellen. Im Hybridmodus verwendet der Antriebsstrang 10 sowohl den Verbrennungsmotor 12 als auch den elektrischen Motor-Generator 90, um ein Antriebsdrehmoment an dem Mehrganggetriebe 14 bereitzustellen, und die Drehzahlen des Verbrennungsmotors 12 und des elektrischen Motor-Generators 90 sind gleich zueinander. Im EMLD-Modus verwendet der Antriebsstrang 10 sowohl den Verbrennungsmotor 12 als auch den elektrischen Motor-Generator 90, um ein Eingangsdrehmoment an dem Mehrganggetriebe 14 bereitzustellen, und die Drehzahlen des Verbrennungsmotors 12 und des elektrischen Motor-Generators 90 sind unterschiedlich voneinander. In 2 werden die Drehzahlverhältnisse mit der Motordrehzahl gleich 0 Umdrehungen pro Minute (/min) dargestellt.
Die siebte Drehmomentübertragungsvorrichtung 87, wie beispielsweise eine Kupplung, die in 2 als KUPPLUNG6 bezeichnet wird, verbindet selektiv den elektrischen Motor-Generator 90 (bezeichnet als Eingang-M in 2) und das fünfte Sonnenradelement 62 (bezeichnet als S6 in 2) des fünften Planetenradsatzes 60 zur Motorkurbelwelle 11 des Verbrennungsmotors 12, um im Hybrid-Modus (Hybrid in 2) zu arbeiten. Die siebte Drehmomentübertragungsvorrichtung 87 ist eine rotationsartige Drehmomentübertragungsvorrichtung, die üblicherweise als Kupplung bezeichnet wird. Da der Antriebsstrang 10 die sechste Drehmomentübertragungsvorrichtung 86 und die siebte Drehmomentübertragungsvorrichtung 87 beinhaltet, braucht er keinen Drehmomentwandler (und beinhaltet ihn also auch nicht).
Eine elektrische Energiequelle 94 ist elektrisch mit dem elektrischen Motor-Generator 90 verbunden. Somit kann der elektrische Motor-Generator 90 Energie an die elektrische Energiequelle 94 übertragen oder von dieser empfangen. Die elektrische Energiequelle 94 kann eine oder mehrere Batterien sein. Andere elektrische Energiequellen 94, wie beispielsweise Brennstoffzellen, sind in der Lage, elektrische Energie bereitzustellen oder zu speichern und abzugeben und können anstelle von Batterien verwendet werden.
Eine Steuerung 96 ist mit der elektrischen Energiequelle verbunden, um die Verteilung der Leistung von oder zur Stromquelle zu steuern. Die Steuerung 96 kann Hardwareelemente wie einen Prozessor (P), eine Schaltung, die einen Timer, einen Oszillator, eine Analog-Digital-Schaltung (A/D), eine Digital-Analog-Schaltung (D/A), einen digitalen Signalprozessor und Ein-/Ausgabevorrichtungen (I/O) sowie andere Signalkonditionierungs- und/oder Pufferschaltungen beinhalten. Der Speicher (M) kann sowohl konkreten permanenten Speicherplatz wie ROM-Festspeicher (Read Only Memory - ROM), z. B. magnetischen, Festkörper- und/oder optischen Speicher als auch eine ausreichende Menge von RAM-Arbeitsspeicher (Random Access Memory - RAM), EEPROM-Festwertspeicher (Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory) usw. umfassen.
Zurück zur Beschreibung der Energiequellen, sollte aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich sein und mit besonderem Bezug auf 1, dass das Mehrganggetriebe 14 selektiv Energie vom Motor 12 empfängt. Das Mehrganggetriebe 14 empfängt auch Energie von einer elektrischen Energiequelle 94, die mit der Steuerung 96 verbunden ist. Die elektrische Energiequelle 94 kann eine oder mehrere Batterien sein. Andere elektrische Energiequellen 94, wie beispielsweise Kondensatoren oder Brennstoffzellen, die die Fähigkeit aufweisen, elektrische Energie bereitzustellen oder abzugeben, können anstelle oder in Kombination mit Batterien verwendet werden. Das Drehzahlverhältnis zwischen der Motorkurbelwelle 11 und dem Abtriebselement 19 wird durch den Zustand der Drehmomentübertragungsvorrichtungen (d. h. einer ersten Drehmomentübertragungsvorrichtung 81, einer zweiten Drehmomentübertragungsvorrichtung 82, einer dritten Drehmomentübertragungsvorrichtung 83, einer vierten Drehmomentübertragungsvorrichtung 84, einer fünften Drehmomentübertragungsvorrichtung 85, einer sechsten Drehmomentübertragungsvorrichtung 86 und einer siebten Drehmomentübertragungsvorrichtung 87) und der Zahnrad-/Sonnenradverhältnisse der Planetenradsätze (d. h., eines ersten Planetenradsatzes 20, eines zweiten Planetenradsatzes 30, eines dritten Planetenradsatzes 40, eines vierten Planetenradsatzes 50 und fünfter Planetenradsätze 60) vorgegeben.
Wie in 2 dargestellt, und insbesondere nach der darin offenbarten Wahrheitstabelle, greifen die Drehmomentübertragungsvorrichtungen (d. h. eine erste Drehmomentübertragungsvorrichtung 81, eine zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung 82, eine dritte Drehmomentübertragungsvorrichtung 83, eine vierte Drehmomentübertragungsvorrichtung 84, eine fünfte Drehmomentübertragungsvorrichtung 85, eine sechste Drehmomentübertragungsvorrichtung 86 und eine siebte Drehmomentübertragungsvorrichtung 87) selektiv in Kombinationen von mindestens vier ein, um mindestens zwanzig Vorwärtsgangverhältnisse und mindestens ein Rückwärtsgangverhältnis bereitzustellen (z. B. zwei), alle mit sequentiellen Einzelübergangsverschiebungen. In 2 bedeutet das X in der Tabelle, dass sich die Drehmomentübertragungsvorrichtung in der eingerückten oder AN-Position befindet, wodurch ein Drehmoment übertragen wird. Andernfalls, wenn in 2 kein X dargestellt ist, befindet sich die Drehmomentübertragungsvorrichtung in der ausgerückten oder AUS-Position und überträgt kein Drehmoment. Die einzigartige Anordnung des Mehrganggetriebes 14 verbessert die Baugröße durch Minimierung der Länge des Mehrganggetriebes 14.
Unter Bezugnahme auf 3 kann die Planetenradanordnung 18 ferner eine achte Drehmomentübertragungsvorrichtung 88 beinhalten, wie beispielsweise eine Bremse, die selektiv das fünfte Sonnenradelement 62 des fünften Planetenradsatzes 60 mit der stationären Komponente SC (z. B. das Getriebegehäuse 61) verbindet, um den elektrischen Motor-Generator 90 selektiv zu verankern, wodurch das Mehrganggetriebe 14 mit zehn Drehzahlverhältnissen bereitgestellt wird. Die achte Drehmomentübertragungsvorrichtung 88 ist eine stationäre Drehmomentübertragungsvorrichtung, die üblicherweise als Bremsen oder Reaktionskupplungen bezeichnet werden.
Alternativ, wie in 4 dargestellt, verbindet die achte Drehmomentübertragungsvorrichtung 88 wahlweise das fünfte Hohlradelement 24 (bezeichnet als R1 in 2) des fünften Planetenradsatzes 60 mit der stationären Komponente (z. B. Getriebegehäuse 61), um den elektrischen Motor-Generator 90 selektiv zu verankern, wodurch das Mehrganggetriebe 14 mit zehn Drehzahlverhältnissen bereitgestellt wird.
Unter Bezugnahme auf 5 kann die dritte Drehmomentübertragungsvorrichtung 83 durch eine feste Verbindung ersetzt werden. Als solches beinhaltet in dieser Ausführungsform die Planetenradanordnung 18 ein sechstes Verbindungselement 79 (z. B. eine sechste Verbindungswelle), die kontinuierlich das dritte Planetenträgerelement 46 (als PC3 in 2 bezeichnet) des dritten Planetenradsatzes 40 mit J-Knoten 91 (bezeichnet als J5 in 2) verbindet. Infolgedessen werden die Drehzahlverhältnisse E eliminiert, wie in 2 dargestellt.
Während die besten Arten für die Ausführung der Offenbarung detailliert beschrieben wurden, werden Fachleute auf dem Gebiet, das diese Offenbarung betrifft, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur praktischen Ausführung der Offenbarung innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche erkennen.

Claims

Hybrid-Antriebsstrang, umfassend: einen Verbrennungsmotor; ein Mehrganggetriebe, das Folgendes aufweist: ein Antriebselement; ein Abtriebselement; einen ersten Planetenradsatz, einen zweiten Planetenradsatz, einen dritten Planetenradsatz, einen vierten Planetenradsatz und einen fünften Planetenradsatz mit jeweils einem Sonnenradelement, einem Planetenträgerelement und einem Hohlradelement; ein erstes Verbindungselement, das das Sonnengetriebeelement des ersten Planetenradsatzes kontinuierlich mit dem Sonnengetriebeelement des zweiten Planetenradsatzes verbindet; ein zweites Verbindungselement, das das Planetenträgerbaugruppenelement des ersten Planetenradsatzes kontinuierlich mit dem Hohlradelement des vierten Planetenradsatzes verbindet; ein drittes Verbindungselement, das das Hohlradelement des zweiten Planetenradsatzes kontinuierlich mit dem Sonnenradelement des dritten Planetenradsatzes verbindet; ein viertes Verbindungselement, das das Planetenträgerbaugruppenelement des fünften Planetenradsatzes kontinuierlich mit dem Sonnenradelement des ersten Planetenradsatzes verbindet; sieben Drehmomentübertragungsvorrichtungen, die konfiguriert sind, um den ersten Planetenradsatz, den zweiten Planetenradsatz, den dritten Planetenradsatz, den vierten Planetenradsatz und den fünften Planetenradsatz miteinander zu verbinden, in Kombinationen von mindestens vier, um mindestens zehn Vorwärtsgangverhältnisse und mindestens ein Rückwärtsgangverhältnis zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement herzustellen; und einen elektrischen Motor-Generator, der mit dem Mehrganggetriebe verbunden ist.
Hybrid-Antriebsstrang nach Anspruch 1, ferner umfassend ein fünftes Verbindungselement, das den elektrischen Motor-Generator kontinuierlich mit dem Sonnenradelement des fünften Planetenradsatzes verbindet.
Hybrid-Antriebsstrang nach Anspruch 2, ferner umfassend ein Getriebegehäuse, worin eine erste der sieben Drehmomentübertragungsvorrichtungen selektiv das Hohlradelement des ersten Planetenradsatzes mit dem Getriebegehäuse verbindet.
Hybrid-Antriebsstrang nach Anspruch 3, worin eine zweite der sieben Drehmomentübertragungsvorrichtungen selektiv das Hohlradelement des zweiten Planetenradsatzes mit einem J-Knoten verbindet.
Hybrid-Antriebsstrang nach Anspruch 4, worin eine dritte der sieben Drehmomentübertragungsvorrichtungen selektiv das Planetenträgerelement des dritten Planetenradsatzes mit dem J-Knoten verbindet.
Hybrid-Antriebsstrang nach Anspruch 5, worin eine vierte der sieben Drehmomentübertragungsvorrichtungen selektiv das Hohlradelement des dritten Planetenradsatzes mit dem Planetenträgerbaugruppenelement des zweiten Planetenradsatzes verbindet.
Hybrid-Antriebsstrang nach Anspruch 6, worin eine fünfte der sieben Drehmomentübertragungsvorrichtungen selektiv das Planetenträgerelement des ersten Planetenradsatzes mit dem J-Knoten verbindet.
Hybrid-Antriebsstrang nach Anspruch 7, worin eine sechste der Drehmomentübertragungsvorrichtungen selektiv eine Motorkurbelwelle des Verbrennungsmotors mit dem Planetenträgerbaugruppenelement des zweiten Planetenradsatzes verbindet.
Hybrid-Antriebsstrang nach Anspruch 8, worin eine siebte der Drehmomentübertragungsvorrichtungen selektiv den elektrischen Motor-Generator und das Sonnenradelement des fünften Planetenradsatzes mit der Motorkurbelwelle des Verbrennungsmotors verbindet, und eine achte der Drehmomentübertragungsvorrichtungen das Hohlradelement des fünften Planetenradsatzes selektiv mit einer stationären Komponente verbindet, um den elektrischen Motor-Generator selektiv zu verankern.
Hybrid-Antriebsstrang, umfassend: einen Verbrennungsmotor; ein Mehrganggetriebe mit: ein Antriebselement; ein Abtriebselement; einen ersten Planetenradsatz, einen zweiten Planetenradsatz, einen dritten Planetenradsatz, einen vierten Planetenradsatz und einen fünften Planetenradsatz mit jeweils einem Sonnenradelement, einem Planetenträgerelement und einem Hohlradelement; ein erstes Verbindungselement, das kontinuierlich das erste Element des ersten Planetenradsatzes mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbindet; ein zweites Verbindungselement, das kontinuierlich das zweite Element des ersten Planetenradsatzes mit dem dritten Element des vierten Planetenradsatzes verbindet; ein drittes Verbindungselement, das kontinuierlich das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes mit dem ersten Element des dritten Planetenradsatzes verbindet; ein zweites Verbindungselement, das kontinuierlich das zweite Element des ersten Planetenradsatzes mit dem dritten Element des vierten Planetenradsatzes verbindet; sieben Drehmomentübertragungsvorrichtungen, die konfiguriert sind, um den ersten Planetenradsatz, den zweiten Planetenradsatz, den dritten Planetenradsatz, den vierten Planetenradsatz und den fünften Planetenradsatz miteinander zu verbinden, in Kombinationen von mindestens vier, um mindestens zehn Vorwärtsgangverhältnisse und mindestens ein Rückwärtsgangverhältnis zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement herzustellen; und einen Achsantriebsmechanismus, der kontinuierlich mit dem Planetenträgerbaugruppenelement des vierten Planetenradsatzes verbunden ist, einen elektrischen Motor-Generator, der mit dem Mehrganggetriebe verbunden ist, und einen Achsantriebsmechanismus, der mit dem Abtriebselement gekoppelt ist.