DE112004002494T5

DE112004002494T5 - Hybrides elektromechanisches Compound-Split-Getriebe mit zwei Betriebsarten und vier festen Übersetzungsverhältnissen

Info

Publication number: DE112004002494T5
Application number: DE112004002494T
Authority: DE
Inventors: Michael R. Carmel Schmidt; Donald Carmel Klemen; Larry T. Brighton Nitz; Alan G. Fishers Holmes
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2004-11-23
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2024-11-24
Also published as: DE112004002494B4; CN1898482A; US20050137042A1; WO2005066517A1; CN1898482B; US6953409B2

Abstract

Hybrides elektromechanisches Compound-Split-Getriebe mit zwei Betriebsarten, umfassend:
ein Antriebselement zur Aufnahme von Leistung von einer Antriebsmaschinen-Leistungsquelle;
ein Abtriebselement zum Abgeben von Leistung von dem Getriebe;
einen ersten und zweiten Motor/Generator;
eine Energiespeichereinrichtung zum Austauschen elektrischer Leistung mit dem ersten und zweiten Motor/Generator;
eine Steuereinheit zum Regeln des elektrischen Leistungsaustauschs zwischen der Energiespeichereinrichtung und dem ersten und zweiten Motor/Generator und auch zum Regeln des elektrischen Leistungsaustauschs zwischen dem ersten und zweiten Motor/Generator;
drei koaxial ausgerichtete Planetenradanordnungen, wobei jede Planetenradanordnung ein erstes, zweites und drittes Zahnradelement benutzt;
wobei der erste und zweite Motor/Generator koaxial miteinander und mit den drei Planetenradanordnungen ausgerichtet sind;
wobei mindestens eines der Zahnradelemente in der ersten oder zweiten Planetenradanordnung mit dem ersten Motor/Generator verbunden ist;
wobei ein anderes der Zahnradelemente in der zweiten und dritten Planetenradanordnung mit dem zweiten Motor/Generator verbunden ist;
einen ersten Drehmomentübertragungsmechanismus, der eines der...

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der U.S. Provisional Application 60/531,528, die am 19. Dezember 2003 eingereicht wurde und deren Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme vollständig mit eingeschlossen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein hybrides elektromechanisches Compound-Split-Fahrzeuggetriebe mit zwei Betriebsarten, das drei miteinander wechselwirkende Planetenradanordnungen benutzt, die wirksam mit einem Verbrennungsmotor und zwei Motoren/Generatoren verbunden sind. Die Planetenradanordnungen stellen zwei Betriebsarten oder Zahnradstränge bereit, die selektiv verfügbar sind, wie etwa durch die Verwendung von vier Drehmomentübertragungseinrichtungen, um Leistung von dem Verbrennungsmotor und/oder den Motoren/Generatoren auf das Abtriebselement des Getriebes zu übertragen. Das Getriebe umfasst in seiner ersten Betriebsart mindestens einen mechanischen Punkt und in seiner zweiten Betriebsart mindestens zwei mechanische Punkte und bietet vier verfügbare feste Übersetzungsverhältnisse.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es ist der Zweck eines Fahrzeuggetriebes, einen neutralen Bereich, mindestens einen Rückwärtsbereich und einen oder mehrere Vorwärtsfahrbereiche bereitzustellen, die Leistung von einem Verbrennungsmotor und/oder anderen Leistungsquellen auf die Antriebselemente aufbringen, die die Zugkraft von dem Fahrzeug auf das Gelände, über das das Fahrzeug gefahren wird, abgeben. Als solche können die Antriebselemente Vorderräder, Hinterräder oder eine Kette sein, wie es erforderlich ist, um das gewünschte Leistungsvermögen bereitzustellen.
Ein Reihen-Antriebssystem ist ein System, bei dem die Energie einer Strecke von einem Verbrennungsmotor zu einer elektrischen Speichereinrichtung und dann zu einem Elektromotor folgt, der Leistung aufbringt, um die Antriebselemente zu rotieren. Es gibt in einem Reihen-Vortriebssystem keine direkte mechanische Verbindung zwischen dem Verbrennungsmotor und den Antriebselementen.
Getriebe, die geeignet sind, die Ausgangsleistung von entweder einem Verbrennungsmotor oder einem Elektromotor oder beiden aufzunehmen, haben bisher weitgehend auf so genannten Reihen-Hybridantriebssystemen beruht. Derartige Systeme sind mit Hilfsleistungseinheiten (APUs) mit relativ niedriger Leistung für minimale Emissionen und die beste Kraftstoffwirtschaftlichkeit konstruiert. Jedoch ermöglichen derartige Kombinationen von kleinen APUs und auch großen Energiespeichereinrichtungen keine Fahrzeuge mit hoher Durchschnittsleistung oder sind nicht auf Arbeitszyklen gerichtet, die einen Betrieb mit kontinuierlicher konstanter Geschwindigkeit verlangen. Steile Steigungen und lang andauernde Reisegeschwindigkeiten mit hoher Durchschnittsgeschwindigkeit bei gewünschten hohen Wirkungsgraden sind mit einer typischen Reihen-Hybridgetriebeanordnung nicht erzielbar.
Die Herausforderung besteht deshalb darin, ein Leistungssystem bereitzustellen, das über eine breite Vielfalt von Betriebsbedingungen mit hohen Wirkungsgraden arbeiten wird. Wünschenswerte elektrisch verstellbare Getriebe sollten die Vorteile eines Reihen-Hybridgetriebes von wünschenswerten Arbeitszyklen mit niedriger Durchschnittsleistung – d.h. Niedergeschwindigkeits-Start/Stopp-Arbeitszyklen – sowie die Vorteile eines Parallel-Hybridgetriebes von Hochgeschwindigkeits-Arbeitszyklen mit hoher durchschnittlicher Ausgangsleistung wirksam einsetzen. In einer parallelen Anordnung werden die Leistung, die von dem Verbrennungsmotor zugeführt wird, und die Leistung, die von der Quelle elektrischer Energie zugeführt wird, unabhängig mit den Antriebselementen in Verbindung gebracht.
Darüber hinaus führt das Perfektionieren eines Konzepts mit zwei Betriebsarten oder zwei integrierten Antriebssträngen mit Leistungsaufteilung, wobei jede Betriebsart zur synchronen Auswahl durch den an Bord befindlichen Computer verfügbar ist, um Leistung von dem Verbrennungsmotor und/oder dem Motor/Generator auf die Abtriebswelle zu übertragen, zu einem Hybridgetriebe mit einem äußerst weiten Anwendungsbereich.
Die gewünschten vorteilhaften Ergebnisse können durch die Verwendung eines variablen, parallelen, hybriden, elektromechanischen Getriebes mit zwei Betriebsarten und Eingangs- und Verbundaufteilung (variable, twomode, input and compound split, parallel hybrid electro-mechanical transmission) bewerkstelligt werden. Ein derartiges Getriebe benutzt ein Antriebselement, um Leistung von dem Verbrennungsmotor eines Fahr zeugs aufzunehmen, und ein Leistungsabtriebselement, um Leistung zum Antreiben des Fahrzeugs abzugeben. Ein erster und zweiter Motor/Generator-Leistungs-Controller sind mit einer Energiespeichereinrichtung, wie einem Batteriepaket, verbunden, so dass die Energiespeichereinrichtungen Leistung von dem ersten und zweiten Motor/Generator annehmen und diesen Leistung zuführen können. Eine Steuereinheit regelt den Leistungsfluss zwischen den Energiespeichereinrichtungen und den Motoren/Generatoren sowie zwischen dem ersten und zweiten Motor/Generator.
Ein variables, paralleles, hybrides, elektromechanisches Getriebe mit zwei Betriebsarten und Eingangsaufteilung (variable, two-mode, input-split, parallel, hybrid electro-mechanical transmission) wendet auch mindestens einen Planetenradsatz an. Der Planetenradsatz weist ein inneres Zahnradelement und ein äußeres Zahnradelement auf, von denen jedes kämmend mit mehreren Planetenradelementen in Eingriff steht. Das Antriebselement ist wirksam mit einem der Zahnradelemente in dem Planetenradsatz verbunden, und es sind Mittel vorgesehen, um das Leistungsabtriebselement wirksam mit einem anderen der Zahnradelemente in dem Planetenradsatz zu verbinden. Einer der Motoren/Generatoren ist mit dem übrigen Zahnradelement in dem Planetenradsatz verbunden, und es sind Mittel vorgesehen, um den anderen Motor/Generator wirksam mit der Abtriebswelle zu verbinden.
Ein Betrieb in der ersten oder zweiten Betriebsart kann selektiv unter Verwendung von Drehmomentübertragungseinrichtungen erzielt werden. Hierbei ist in einer Betriebsart die Abtriebsdrehzahl des Getriebes im Allgemeinen proportional zur Drehzahl von einem Motor/Generator, und in der zweiten Betriebsart ist die Drehzahl des Getriebes im Allgemeinen proportional zur Drehzahl von beiden Motoren/Generatoren.
In manchen Ausführungsformen des variablen, parallelen, hybriden, elektromechanischen Getriebes mit zwei Betriebsarten und Eingangsaufteilung wird ein zweiter Planetenradsatz angewandt. Zusätzlich können manche Ausführungsformen drei Drehmomentübertragungseinrichtungen benutzen – zwei, um die gewünschte Betriebsart des Getriebes auszuwählen, und die dritte, um das Getriebe selektiv von dem Verbrennungsmotor zu trennen. In anderen Ausführungsformen können alle drei Drehmomentübertragungseinrichtungen dazu benutzt werden, die gewünschte Betriebsart des Getriebes auszuwählen.
Wieder mit Bezug auf einen einfachen Planetenradsatz sind die Planetenradelemente normalerweise zur Rotation auf einem Träger gelagert, der selbst drehbar ist. Wenn das Sonnenrad feststehend gehalten wird und Leistung auf das Hohlrad aufgebracht wird, rotieren die Planetenradelemente in Ansprechen auf die auf das Hohlrad aufgebrachte Leistung und "laufen" in Umfangsrichtung um das feste Sonnenrad um, um eine Rotation des Trägers in der gleichen Richtung wie die Richtung, in der das Hohlrad rotiert wird, zu bewirken.
Wenn irgendwelche zwei Elemente eines einfachen Planetenradsatzes in der gleichen Richtung und mit der gleichen Drehzahl rotieren, wird das dritte Element dazu gezwungen, mit der gleichen Drehzahl und in der gleichen Richtung umzulaufen. Wenn beispielsweise das Sonnenrad und das Hohlrad in der gleichen Richtung und mit der gleichen Drehzahl rotieren, rotieren die Planetenräder nicht um ihre eigenen Achsen sondern wirken vielmehr wie Keile, um die gesamte Einheit miteinander zu verriegeln und somit einen so genannten direkten Antrieb zu bewirken. Das heißt der Träger rotiert mit den Sonnen- und Hohlrädern.
Wenn jedoch die beiden Zahnradelemente in der gleichen Richtung aber mit unterschiedlichen Drehzahlen rotieren, kann die Richtung, in der das dritte Zahnradelement rotiert, häufig einfach durch Sichtanalyse bestimmt werden, aber in vielen Situationen wird die Richtung nicht offensichtlich sein und kann nur durch Kenntnis der Zähnezahl, die in den Zahnradelementen des Planetenradsatzes vorhanden ist, bestimmt werden.
Jedes Mal dann, wenn der Träger daran gehindert wird, frei zu drehen, und Leistung auf entweder das Sonnenrad oder das Hohlrad aufgebracht wird, wirken die Planetenradelemente als Zwischenräder. Auf diese Weise wird das angetriebene Element in der entgegengesetzten Richtung wie das Antriebselement rotiert. Somit wird in vielen Getriebeanordnungen, wenn der Rückwärtsfahrbereich ausgewählt ist, eine Drehmomentübertragungseinrichtung, die als Bremse dient, über Reibung betätigt, um mit dem Träger in Eingriff zu gelangen und diesen dadurch an einer Drehung zu hindern, so dass Leistung, die auf das Sonnenrad aufgebracht wird, das Hohlrad in der entgegengesetzten Richtung drehen wird. Wenn somit das Hohlrad wirksam mit den Antriebsrädern eines Fahrzeugs verbunden ist, ist eine derartige Anordnung in der Lage, die Drehrichtung der Antriebsräder und somit die Richtung des Fahrzeugs selbst umzukehren.
Wie es Fachleute feststellen werden, wird ein Getriebesystem, das eine Anordnung mit Leistungsaufteilung verwendet, Leistung von zwei Quellen aufnehmen. Die Verwendung von einem oder mehreren Planetenradsätzen erlaubt zwei oder mehr Zahnradstränge oder Betriebsarten, durch die Leistung von dem Antriebselement des Getriebes auf dessen Abtriebselement abgegeben wird.
U.S. Patent Nr. 5,558,589, das am 24. September 1996 für die General Motors Corporation erteilt wurde und hierin durch Bezugnahme mit eingeschlossen ist, lehrt ein variables, paralleles, hybrides, elektromechanisches Getriebe mit zwei Betriebsarten und Eingangsaufteilung (variable, two-mode, input-split, parallel, hybrid electro-mechanical transmission), bei dem in der ersten Betriebsart ein "mechanischer Punkt" vorhanden ist, und in der zweiten Betriebsart zwei mechanische Punkte vorhanden sind. U.S. Patent Nr. 5,931,757, das am 3. August 1999 für die General Motors Corporation erteilt wurde und hierin durch Bezugnahme mit eingeschlossen ist, lehrt ein elektromechanisches Compound-Split-Getriebe mit zwei Betriebsarten und einem mechanischen Punkt in der ersten Betriebsart und zwei mechanischen Punkten in der zweiten Betriebsart.
Ein mechanischer Punkt tritt auf, wenn einer der Motoren/Generatoren zu irgendeinem Zeitpunkt des Betriebs des Getriebes in entweder der ersten oder der zweiten Betriebsart stationär ist. Das Fehlen eines mechanischen Punkts ist insofern ein Nachteil, dass der maximale mechanische Wirkungsgrad bei der Übertragung von Leistung von dem Verbrennungsmotor auf den Abtrieb auftritt, wenn sich einer der Motoren/Generatoren an einem mechanischen Punkt befindet – d.h. stationär ist. In variablen, parallelen, hybriden, elektromechanischen Getrieben mit zwei Betriebsarten und Eingangsaufteilung gibt es jedoch typischerweise einen Punkt in der zweiten Betriebsart, bei dem einer der Motoren/Generatoren nicht rotiert, so dass die gesamte Leistung des Verbrennungsmotors mechanisch auf den Abtrieb übertragen wird.
Das oben erwähnte elektromechanische Compound-Split-Getriebe mit zwei Betriebsarten ist eine effiziente Wahlmöglichkeit für Nutzfahrzeuge, wie etwa Reisebusse und dergleichen, die regelmäßig nahe bei ihrer maximalen Kapazität arbeiten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt eine Anpassung eines elektromechanischen Compound-Split-Getriebes mit zwei Betriebsarten bereit, die besonders bei Kleintransportern (personal trucks) nützlich ist, bei denen die typische Belastung weniger als die Hälfte der maximalen Kapazität beträgt. Das neuartige Getriebe verwendet eine Sperrkupplung und bietet vier verfügbare mechanische Punkte. Es ermöglicht, dass die maximale Leistung zum Überholen, Schleppen und Transportieren früher erreicht werden kann, und ermöglicht die Verwendung kleinerer elektrischer Komponenten mit Hochleistungs-Verbrennungsmotoren, die in Kleintransportern kostengünstig einzusetzen sind. Indem in einem elektrisch verstellbaren Getriebe feste Übersetzungsverhältnisse bereitgestellt werden, wird eine maximale Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu vernünftigen Kosten erzielt.
Es ist deshalb eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges elektromechanisches Compound-Split-Getriebe mit zwei Betriebsarten bereitzustellen, das eine Sperrkupplung aufweist, um eine maximale Leistung zum Überholen, Schleppen und Transportieren, in einem Klein-Lkw oder dergleichen schnell zu erzielen, während vier verfügbare feste Übersetzungsverhältnisse bereitgestellt werden, und das mit mindestens einem mechanischen Punkt in der ersten Betriebsart und mit mindestens zwei mechanischen Punkten in der zweiten Betriebsart – d.h. drei mechanischen Punkten, einer bei jeder von drei separaten Fahrzeuggeschwindigkeiten – arbeitet.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges Getriebe wie oben bereitzustellen, wobei die Planetenradanordnungen und die Motoren/Generatoren koaxial angeordnet sind.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges Getriebe wie oben bereitzustellen, bei dem die Planetenradanordnungen radial innen von den kreisringförmig ausgestalteten Motoren/Generatoren angeordnet sind, um die Umhüllende – d.h. zumindest die Umfangsabmessung – des Getriebes zu minimieren.
Es ist eine nochmals andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges Getriebe wie oben bereitzustellen, bei dem die Betriebsergebnisse mit drei einfachen Planetenradsätzen erzielt werden können.
Es ist eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges Getriebe wie oben bereitzustellen, wobei das Getriebe mit vier Drehmomentübertragungseinrichtungen betrieben wird.
Diese und weitere Aufgaben der Erfindung sowie deren Vorteile gegenüber existierenden Formen und Formen aus dem Stand der Technik, die in Anbetracht der folgenden ausführlichen Beschreibung deutlich werden, werden durch nachstehend beschriebene und beanspruchte Mittel bewerkstelligt.
Anhand einer allgemeinen einleitenden Beschreibung benutzt ein elektromechanisches Compound-Split-Getriebe mit zwei Betriebsarten, das die Konzepte der vorliegenden Erfindung verkörpert, ein Antriebselement zur Aufnahme von Leistung von einer Antriebmaschinen-Leistungsquelle und ein Abtriebselement zum Abgeben von Leistung von dem Getriebe. Ein erster und zweiter Motor/Generator sind wirksam mit einer Energiespeichereinrichtung zum Austausch elektrischer Leistung zwischen der Speichereinrichtung und dem ersten und zweiten Motor/Generator verbunden. Es ist eine Steuereinheit vorgesehen, um den elektrischen Leistungs austausch zwischen der Energiespeichereinrichtung und dem ersten und zweiten Motor/Generator zu regeln. Die Steuereinheit regelt auch den elektrischen Leistungsaustausch zwischen dem ersten und zweiten Motor/Generator.
Das vorliegende Getriebe wendet drei Planetenradsätze an, die koaxial ausgerichtet sind. Jede Planetenradanordnung benutzt ein erstes, zweites und drittes Zahnradelement. Der erste und zweite Motor/Generator sind miteinander, ebenso wie mit den drei Planetenradsätzen, die von dem ersten und zweiten Motor/Generator umgeben sind, koaxial ausgerichtet.
Mindestens eines der Zahnradelemente in dem ersten oder zweiten Planetenradsatz ist mit dem ersten Motor/Generator verbunden. Ein anderes der Zahnradelemente in dem zweiten und dritten Planetenradsatz ist mit dem zweiten Motor/Generator verbunden. Eines der Zahnradelemente des ersten Planetenradsatzes ist kontinuierlich mit einem der Zahnradelemente in dem zweiten Planetenradsatz verbunden. Eines der Zahnradelemente des zweiten Planetenradsatzes ist kontinuierlich mit einem der Zahnradelemente in dem dritten Planetenradsatz verbunden. Eines der Elemente des ersten Planetenradsatzes ist wirksam mit dem Antriebselement verbunden.
Ein erster Drehmomentübertragungsmechanismus verbindet eines der Zahnradelemente, das zu jedem von dem ersten, zweiten und dritten Planetenradsatz gehört, selektiv miteinander und mit dem Abtriebselement. Ein zweiter Drehmomentübertragungsmechanismus verbindet eines der Zahnradelemente des dritten Planetenradsatzes selektiv mit Masse. Ein dritter Drehmomentübertragungsmechanismus verbindet eines der Zahnradelemente des zweiten Planetenradsatzes selektiv mit einem anderen der Zahnradelemente des zweiten Planetenradsatzes, wodurch er als die oben erwähnte Sperrkupplung arbeitet. Ein vierter Drehmomentübertragungsmechanismus legt eines der Zahnradelemente, das durch den dritten Drehmomentübertragungsmechanismus verbunden ist, selektiv an Masse fest.
Die vier Drehmomentübertragungsmechanismen werden selektiv in Kombinationen von zweien eingerückt, um vier verfügbare feste Übersetzungsverhältnisse zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement bereitzustellen, wenn keine Leistung durch den ersten und zweiten Motor/Generator fließt.
Das Getriebe zeichnet sich darüber hinaus dadurch aus, dass es drei verfügbare mechanische Betriebspunkte aufweist, an denen der erste oder zweite Motor/Generator stationär ist.
Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Ausführungsarten der Erfindung in Verbindung genommen mit den begleitenden Zeichnungen leicht deutlich werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines elektromechanischen Compound-Split-Getriebes mit zwei Betriebsarten, das die Konzepte der vorliegenden Erfindung verkörpert;
2 ist eine Wahrheitstabelle für feste Übersetzungsverhältnisse für das durch 1 dargestellte Getriebe; und
3 ist eine graphische Darstellung der Umdrehungen pro Minute U/min (RPM) von jedem Motor/Generator sowie dem Verbrennungsmotor relativ zur Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Meilen pro Stunde (MPH).
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine repräsentative Form eines elektromechanischen Compound-Split-Getriebes mit zwei Betriebsarten, das die Konzepte der vorliegenden Erfindung verkörpert, ist in 1 dargestellt und allgemein mit Bezugszeichen 10 gekennzeichnet. Das Hybridgetriebe 10 weist ein Antriebselement 12 auf, das in der Natur einer Welle vorliegen kann, die direkt von einem Verbrennungsmotor 14 angetrieben wird. Ein Dämpfer für transientes Drehmoment kann zwischen der Abtriebswelle 18 des Verbrennungsmotors 14 und dem Antriebselement 12 des Hybridgetriebes 10 eingebaut sein. Ein Beispiel eines Dämpfers für transientes Drehmoment von dem Typ, der für die vorliegende Nutzung empfohlen wird, ist ausführlich in U.S. Patent Nr. 5,009,301 offenbart, das am 23. April 1991 für die General Motors Corporation erteilt wurde und dessen Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme vollständig mit eingeschlossen ist. Der Dämpfer für transientes Drehmoment kann eine Drehmomentübertragungseinrichtung 20 enthalten oder in Verbindung mit dieser angewandt werden, um einen selektiven Eingriff des Verbrennungsmotors 14 mit dem Hybridgetriebe 10 zuzulassen, es ist aber zu verstehen, dass die Drehmomentübertragungseinrichtung 20 nicht dazu verwendet wird, die Betriebsart, in der das Hybridgetriebe 10 arbeitet, zu verändern oder zu steuern.
In der gezeigten Ausführungsform kann der Verbrennungsmotor 14 ein Verbrennungsmotor für fossilen Brennstoff sein, wie etwa ein Dieselmotor, der einfach angepasst ist, um seine verfügbare Ausgangsleistung mit einer konstanten Anzahl von Umdrehungen pro Minute (U/min oder RPM) abzugeben. In der beispielhaften Ausführungsform kann der Verbrennungsmotor 14 – nach dem Starten und während eines Großteils seines Antriebs – mit einer konstanten Drehzahl von ungefähr 6000 U/min (RPM) arbeiten, wie es durch Kurve 22 von 3 dargestellt ist. Obwohl es zu verstehen ist, dass die Drehzahl und Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors 14 für die Erfindung nicht entscheidend sein, wird zum Zweck, ein absolut klares Verständnis des Hybridgetriebes 10 herbeizuführen, eine verfügbare Ausgangsleistung von ungefähr 305 PS von dem Verbrennungsmotor 14 als beispielhafte Anlage angenommen. Ungeachtet des Mittels, durch das der Verbrennungsmotor 14 mit dem Antriebselement 12 des Getriebes 10 verbunden ist, ist das Antriebselement 12 mit einem Planetenradsatz 24 in dem Getriebe 10 verbunden.
Das Hybridgetriebe 10 benutzt drei Planetenradsätze 24, 26 und 28. Der erste Planetenradsatz 24 weist ein äußeres Zahnradelement 30 auf, das allgemein als das Hohlrad bezeichnet werden kann und ein inneres Zahnradelement 32 umgibt, das allgemein als das Sonnenrad bezeichnet wird. Mehrere Planetenräder 34 sind drehbar an einem Träger 36 montiert, so dass jedes Planetenrad 34 kämmend mit sowohl dem äußeren Zahnradelement 30 als auch dem inneren Zahnradelement 32 in Eingriff steht.
Der zweite Planetenradsatz 26 weist ebenfalls ein äußeres Zahnradelement 38 auf, das allgemein als das Hohlrad bezeichnet wird und ein inneres Zahnradelement 40 umgibt, das allgemein als das Sonnenrad bezeichnet wird. Mehrere Planetenräder 42 sind drehbar an einem Träger 44 montiert, so dass jedes Planetenrad 42 kämmend mit sowohl dem äußeren Zahnradelement 38 als auch dem inneren Zahnradelement 40 in Eingriff steht.
Der dritte Planetenradsatz 28 weist ebenfalls ein äußeres Zahnradelement 46 auf, das allgemein als das Hohlrad bezeichnet wird und ein inneres Zahnradelement 48 umgibt, das allgemein als das Sonnenrad bezeichnet wird. Mehrere Planetenräder 50 sind drehbar an einem Träger 52 montiert, so dass jedes Planetenrad 50 kämmend mit sowohl dem äußeren Zahnradelement 46 als auch dem inneren Zahnradelement 48 in Eingriff steht.
In dieser Ausführungsform beträgt das Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 24 65/33; das Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 26 beträgt 65/33 und das Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 28 beträgt 94/34.
Obwohl an sich alle drei Planetenradsätze 24, 26 und 28"einfache" Planetenradsätze sind, sind der erste und zweite Planetenradsatz 24 und 26 darin zusammengesetzt, dass das innere Zahnradelement 32 des ersten Planetenradsatzes 24, wie über ein Nabenplattenzahnrad 54 mit dem äußeren Zahnradelement 38 des zweiten Planetenradsatzes 26 vereinigten ist. Die vereinigten inneres Zahnradelement 32 des ersten Planetenradsatzes 24 und äußeres Zahnradelement 38 des zweite Planetenradsatzes 26 sind kontinuierlich mit einem ersten Motor/Generator 56 verbunden.
Die Planetenradsätze 24 und 26 sind darüber hinaus darin zusammengesetzt, dass der Träger 36 des ersten Planetenradsatzes 24, wie über eine Welle 60, mit dem Träger 44 des zweiten Planetenradsatzes 26 vereinigten ist. Als solche sind die Träger 36 und 44 des ersten bzw. zweiten Planetenradsatzes 24 bzw. 26 jeweils vereinigt. Die Welle 60 ist auch selektiv mit dem Träger 52 des dritten Planetenradsatzes 28, wie über eine Drehmomentübertragungseinrichtung 62 verbunden, die, wie es nachstehend vollständig erläutert wird, angewandt wird, um bei der Auswahl der Betriebsarten des Hybridgetriebes 10 zu unterstützen.
Der Träger 52 des dritten Planetenradsatzes 28 ist direkt mit dem Getriebeabtriebselement 64 verbunden. Wenn das Hybridgetriebe 10 in einem Landfahrzeug verwendet wird, kann das Abtriebselement 64 mit den Fahrzeugachsen (nicht gezeigt) verbunden sein, die wiederum in den Antriebselementen (ebenfalls nicht gezeigt) enden. Die Antriebselemente können entweder Vorderräder oder Hinterräder des Fahrzeugs, an dem sie angewandt werden, sein oder sie können das Antriebskettenrad eines Kettenfahrzeugs sein.
Das innere Zahnradelement 40 des zweiten Planetenradsatzes 26 ist mit dem inneren Zahnradelement 48 des dritten Planetenradsatzes 28, wie über eine Hohlwelle 66, die die Welle 60 umgibt, verbunden. Das äußere Zahnradelement 46 des dritten Planetenradsatzes 28 ist selektiv mit Masse, die durch das Getriebegehäuse 68 dargestellt ist, über eine Drehmomentübertragungseinrichtung 70 verbunden. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 70 wird, wie es nachstehend ebenfalls erläutert wird, angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsarten des Hybridgetriebes 10 zu helfen. Die Hohlwelle 66 ist auch kontinuierlich mit einem zweiten Motor/Generator 72 verbunden. Alle Planetenradsätze 24, 26 und 28 sowie die zwei Motoren/Generatoren 56 und 72 sind koaxial ausgerichtet, etwa um die axial angeordnete Welle 60 herum. Es ist anzumerken, dass beide Motoren/Generatoren 56 und 72 eine kreisringförmige Ausgestaltung aufweisen, die zulässt, dass sie die drei Planetenradsätze 24, 26 und 28 derart umgeben, dass die Planetenradsätze 24, 26 und 28 radial innen von den Motoren/Generatoren 56 und 72 angeordnet sind. Diese Ausgestaltung stellt sicher, dass die Gesamtumhüllende – d.h. die Umfangsabmessung – des Getriebes 10 minimiert ist.
Eine Drehmomentübertragungseinrichtung 73 verbindet das Sonnenrad 40 selektiv mit Masse (d.h. dem Getriebegehäuse 68). Eine Drehmomentübertragungseinrichtung 75 dient als Sperrkupplung, die die Planetenradsätze 24, 26, Motoren 56, 72 und den Antrieb derart sperrt, dass sie als eine Gruppe rotieren, indem das Sonnenrad 40 selektiv mit dem Träger 44 verbunden wird. Die Drehmomentübertragungseinrichtungen 62, 70, 73 und 75 sind alle Reibungskupplungen.
Wie es zuvor hierin in Verbindung mit der Beschreibung des Verbrennungsmotors 14 erläutert wurde, ist ähnlich zu verstehen, dass die Rotationsgeschwindigkeit und die Ausgangsleistung des ersten und zweiten Motors/Generators 56 und 72 für die Erfindung nicht entscheidend sind, sondern zu dem Zweck, ein absolut klares Verständnis des Hybridgetriebes 10 herbeizuführen, weisen die Motoren/Generatoren 56 und 72 eine durchgehende Nennleistung von 30 PS und eine maximale Drehzahl von ungefähr 10200 U/min (RPM) auf. Die kontinuierliche Nennleistung beträgt annähernd 1/10 von derjenigen des Verbrennungsmotors 14, und die maximale Drehzahl beträgt ungefähr das 1,5-fache von der des Verbrennungsmotors 14, obwohl diese von der Art des Verbrennungsmotors, dem Achsgetriebeschema und dem Arbeitszyklus abhängt.
Wie es aus der vorstehenden Beschreibung und insbesondere anhand von 1 deutlich werden sollte, nimmt das Getriebe 10 selektiv Leistung von dem Verbrennungsmotor 14 auf. Wie es nun erläutert wird, nimmt das Hybridgetriebe auch Leistung von einer elektrischen Speichereinrichtung 74 auf. Die elektrische Speichereinrichtung 74 kann eine oder mehrere Batterien sein. Andere elektrische Speichereinrichtungen, die die Fähigkeit haben, elektrische Leistung zu speichern und elektrische Leistung abzugeben, können anstelle der Batterien verwendet werden, ohne die Konzepte der vorliegenden Erfindung zu verändern. Wie es in Verbindung mit der Beschreibung des Verbrennungsmotors 14 und der Motoren/Generatoren 56 und 72 erläutert wurde, ist ähnlich zu verstehen, dass die Ausgangsleistung der elektrischen Speichereinrichtung 74 für die Erfindung nicht entscheidend ist, sondern zum Zweck, ein absolut klares Verständnis des Hybridgetriebes 10 herbeizuführen, eine Ausgangsleistung von ungefähr 75 PS von der elektrischen Speichereinrichtung 74 für die Beschreibung einer Beispielsvorrichtung angenommen wird. Das Batteriepaket ist abhängig von den Energierückgewinnungsanforderungen, regionalen Gegebenheiten, wie etwa Steigungen und Temperatur, und Antriebsanforderungen, wie etwa Emissionen, Hilfskraftunterstützung und elektrischer Bereich, bemessen.
Die elektrische Speichereinrichtung 74 kommuniziert mit einer elektrischen Steuereinheit (ECU) 76 durch Übertragungsleiter 78A und 78B. Die ECU 76 kommuniziert mit dem ersten Motor/Generator 56 durch Übertragungsleiter 78C und 78D, und die ECU 76 kommuniziert ähnlich mit dem zweiten Motor/Generator 72 durch Übertragungsleiter 78E und 78F.
Wie es aus dem vorhergehenden Absatz deutlich wird, kann ein besonderes Konstruktionselement, Bauteil oder eine besondere Anordnung an mehr als einer Stelle angewandt werden. Wenn allgemein auf diese Art von Konstruktionselement, Bauteil oder Anordnung Bezug genommen wird, wird eine gemeinsame Bezugszeichenbezeichnung angewandt. Wenn jedoch eines der Konstruktionselemente, Bauteile oder Anordnungen, das so gekennzeichnet ist, einzeln zu kennzeichnen ist, wird es anhand eines Buchstabensuffixes bezeichnet, das in Verbindung mit der Zahlenbezeichnung angewandt wird, die für die allgemeine Kennzeichnung dieses Konstruktionselements, Bauteils oder dieser Anordnung angewandt wurde. Somit gibt es mindestens sechs Übertragungsleiter, die allgemein mit Bezugszeichen 78 gekennzeichnet sind, aber die spezifischen einzelnen Übertragungsleiter sind in der Beschreibung und in den Zeichnungen deshalb mit 78A, 78B, 78C, 78D, 78E und 78F gekennzeichnet. Diese gleiche Suffix-Konvention wird in der gesamten Beschreibung angewandt.
An dem Antriebselement 12 kann ein Antriebszahnrad 80 vorgesehen sein. Wie gezeigt verbindet das Antriebszahnrad 80 das Antriebselement 12 fest mit dem äußeren Zahnradelement 30 des ersten Planetenradsatzes 24, und das Antriebszahnrad 80 nimmt daher Leistung von dem Verbrennungsmotor 14 und/oder den Motoren/Generatoren 56 und/oder 72 auf. Das Antriebszahnrad 80 steht kämmend mit einem Zwischenrad 82 in Eingriff, das wiederum kämmend mit einem Verteilerzahnrad 84 in Eingriff steht, das mit einem Ende einer Welle 86 verbunden ist. Das andere Ende der Welle 86 kann an einer Getriebefluidpumpe und/oder PTO-Einheit befestigt sein, die nachstehend entweder einzeln oder zusammen mit 88 bezeichnet ist.
Arbeitsweise der beispielhaften bevorzugten Ausführungsform
Einleitung
Der Betreiber des Fahrzeugs besitzt drei allgemein bekannte primäre Einrichtungen, um das Getriebe 10 zu steuern. Eine der primären Steuereinrichtungen ist ein allgemein bekannter Fahrbereichswähler (nicht gezeigt), der die ECU 76 anweist, das Getriebe für entweder den Parkbereich, den Rückwärtsbereich, den neutralen Bereich oder den Vorwärtsfahrbereich zu konfigurieren. Die zweiten und dritten primären Steuereinrichtungen bilden ein Gaspedal (nicht gezeigt) und ein Bremspedal (ebenfalls nicht gezeigt). Die Informationen, die von der ECU 76 von diesen drei primären Steuerquellen erhalten werden, werden nachstehend als der "Bedienerbefehl" bezeichnet. Die ECU 76 erhält auch Informationen von sowohl dem ersten als auch zweiten Motor/Generator 56 bzw. 72, dem Verbrennungsmotor 14 und der elektrischen Speichereinrichtung 84. In Ansprechen auf eine Handlung des Bedieners bestimmt die ECU 76, was erforderlich ist, und betätigt dann die selektiv betriebenen Komponenten des Hybridgetriebes 10 geeignet, um auf den Bedienerbefehl zu antworten.
In der beispielhaften Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, bestimmt die ECU 76 beispielsweise, wenn der Bediener einen Vorwärtsfahrbereich ausgewählt hat und entweder das Gaspedal oder das Bremspedal bedient, ob das Fahrzeug beschleunigen oder verzögern sollte. Die ECU 76 überwacht auch den Zustand der Leistungsquellen und bestimmt die Ausgangsleistung des Getriebes, die erforderlich ist, um die gewünschte Beschleunigungs- oder Verzögerungsrate zu bewirken. Unter der Leitung der ECU 76 ist das Getriebe in der Lage, einen Bereich von Ausgangsdrehzahlen von Langsam bis Schnell bereitzustellen, um dem Bedienerbefehl nachzukommen.
Um eine vollständige Erläuterung hinsichtlich des Betriebs des Getriebes, das die Konzepte der vorliegenden Erfindung verkörpert, bereitzustellen, wird in Bezug auf die bevorzugte Ausführungsform eine Beschreibung der Betriebsarten angegeben, die angewandt werden, um die Ausgangsleistung und Drehzahlen zu erzielen, die notwendig sind, um dem Bedienerbefehl unter verschiedenen Betriebsbedingungen nachzukommen. Als solche beschreibt die folgende Beschreibung die Vollleistungs-Betriebszustände des besonderen mit Bezugszeichen 10 gekennzeichneten Getriebes.
Zur Wiederholung, das Getriebe 10 ist ein elektromechanisches Compound-Split-Fahrzeuggetriebe mit zwei Betriebsarten. Mit anderen Worten nimmt das Abtriebselement 64 Leistung über zwei unterschiedliche Zahnradstränge innerhalb des Getriebes 10 auf. Eine erste Betriebsart, oder ein erster Zahnradstrang, wird gewählt, wenn die Drehmomentübertragungseinrichtung 70 betätigt wird, um das äußere Zahnradelement 46 des dritten Planetenradsatzes 28 an "Masse" festzulegen. Eine zweite Betriebsart, oder ein zweiter Zahnradstrang, wird gewählt, wenn die Drehmomentübertragungseinrichtung 70 gelöst wird und die Drehmomentübertragungseinrichtung 62 gleichzeitig betätigt wird, um die Welle 60 mit dem Träger 52 des dritten Planetenradsatzes 28 zu verbinden.
Fachleute werden feststellen, dass die ECU 76 dazu dient, einen Bereich von Abtriebsdrehzahlen von relativ Langsam bis relativ Schnell innerhalb jeder Betriebsart bereitzustellen. Diese Kombination von zwei Betriebsarten mit einem Abtriebsdrehzahlbereich von Langsam bis Schnell in jeder Betriebsart erlaubt, dass das Getriebe 10 ein Fahrzeug von einem stationären Zustand bis zu Autobahngeschwindigkeiten antreiben kann, während gleichzeitig die anderen Ziele der Erfindung erreicht werden. Zusätzlich koordiniert die ECU 76 den Betrieb des Getriebes 10, um synchronisierte Schaltvorgänge zwischen den Betriebsarten zuzulassen. Wie es angemerkt wurde, wird die Arbeitsweise der bevorzugten Ausführungsform bezüglich des Vollleistungsbetriebes beschrieben, da dieser Ansatz die allgemeinen Betriebskonzepte vollständig beschreiben wird.
In der folgenden Beschreibung ist anzumerken, dass sich die erste und zweite "Betriebsart" auf Umstände beziehen, in denen die Getriebefunktionen durch einen Kupplung, Kupplungen 62 oder 70 und durch die gesteuerten Drehzahl und Drehmoment der Motoren/Generatoren 56 und 72 gesteuert werden, wie es alles in U.S. Patent Nr. 5,009,301 beschrieben ist, das am 23. April 1991 für die General Motors Corporation erteilt wurde. Nachstehend werden auch bestimmte "Betriebsbereiche" beschrie ben, in denen feste Übersetzungsverhältnisse erzielt werden, indem eine zusätzliche Kupplung angewandt wird. Diese zusätzliche Kupplung kann Kupplung 62, Kupplung 73 oder Kupplung 75 sein.
Wenn die zusätzliche Kupplung angewandt wird, wird ein festes Drehzahlverhältnis zwischen Antrieb und Abtrieb erzielt, wie es in der Wahrheitstabelle in 2 dargestellt ist (d.h. wenn zwei Kupplungsmechanismen angewandt werden). Die Rotationen der Motoren/Generatoren 56, 72 werden dann von der internen Rotation des Mechanismus abhängen, wie er durch die Kupplungssteuerung definiert ist, und proportional zur Antriebsdrehzahl sein. Die Motoren/Generatoren können jedoch noch als Motoren oder Generatoren funktionieren, jedoch sind sie vollständig unabhängig von dem Verbrennungsmotor, um einen Leistungsfluss auszugeben, wodurch ermöglicht wird, dass beide Motoren sind, beide als Generatoren fungieren oder irgendeine Kombination davon. Dies lässt beispielsweise während der Beschleunigung in dem ersten festen Übersetzungsverhältnis (BEREICH I in 3) zu, dass der Verbrennungsmotor Leistung abgibt und beide Einheiten als Motoren fungieren, die Leistung von der Energiespeichereinrichtung 74 annehmen, um beim Antreiben des Fahrzeugs über den Planetenradsatz 28 zum Abtrieb 64 additiv zu wirken.
Es ist auch anzumerken, dass die Funktion des Getriebes zu jedem Zeitpunkt von einem Betrieb in einem festen Übersetzungsverhältnis zu einer Betriebsartsteuerung durch Ein- oder Ausschalten der zusätzlichen Kupplung während einer Betriebsart umgeschaltet werden kann. Die Bestimmung des Betriebs in einem festen Übersetzungsverhältnis oder einer Betriebsartsteuerung erfolgt durch Algorithmen in der ECU 76, die das Getriebe steuern.
Es ist auch anzumerken, dass die Betriebsarten das Betriebsübersetzungsverhältnis überlappen können, und dass die Auswahl wieder von der Fahrereingabe und dem Ansprechen des Fahrzeugs auf diese Eingabe abhängt. Wie es in 3 gezeigt ist, fällt BEREICH 1 in den Betrieb der Betriebsart I, wenn C1 und C4 (Kupplungen 70 und 75) eingerückt sind, und BEREICH 2 fällt in Betriebsart I, wenn C2 und C1 (Kupplungen 62 und 70) eingerückt sind. Wie es in 2 dargestellt ist, ist ein dritter fester Übersetzungsverhältnisbereich während der Betriebsart II verfügbar, wenn C2 und C4 (Kupplungen 62 und 75) eingerückt sind, und ein vierter fester Übersetzungsverhältnisbereich ist während Betriebsart II verfügbar, wenn C2 und C3 (Kupplungen 62 und 73) eingerückt sind.
I. Erste Betriebsart
In der ersten Betriebsart, und wenn die ECU 76 festgestellt hat, dass der Bediener wünscht, sich von einem stationären Zustand nach vorne zu bewegen und zu beschleunigen, wird die Drehmomentübertragungseinrichtung 20 wirksam eingerückt, um den Verbrennungsmotor 14 mit dem Hybridgetriebe 10 zu verbinden, und die Drehmomentübertragungseinrichtung 20 bleibt angewandt, wenn sich das Fahrzeug nach vorne durch einen Geschwindigkeitsbereich hindurch bewegt, der nachstehend ausführlicher beschrieben wird. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 62 wird nicht angewandt und bleibt ausgerückt. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 70 ist eingerückt. In dieser Situation bringt der Verbrennungsmotor 14 Antriebsleistung auf das äußere Zahnradelement 30 des ersten Planetenradsatzes 24 auf; so rotiert das äußere Element 30 gemeinsam mit dem Antriebselement 12 (und somit dem Verbrennungsmotor 14). Der erste Motor/Generator 56 rotiert gleichzeitig das innere Zahnradelement 32 des ersten Planetenradsatzes 24 und das äußere Zahnradelement 38 des zweiten Planetenradsatzes 26 in der gleichen Richtung, wodurch der Träger 36 in der gleichen Richtung angetrieben wird – was eine Rotation des inneren Zahnradelements 40 des zweiten Planetenradsatzes 24 bewirkt.
Der zweite Motor/Generator 72 arbeitet während der ersten Betriebsart als Motor, und als solcher treibt Motor/Generator 72 die Hohlwelle 66 in der Richtung an, in der das innere Zahnradelement 48 des dritten Planetenradsatzes 28 rotiert, um die Planetenräder 50 des dritten Planetenradsatzes 28 gegen das äußere Zahnradelement 46 des dritten Planetenradsatzes 28 zu rotieren. Das äußere Zahnradelement 46 ist fest, indem es an Masse festgelegt worden ist, so dass der Träger 52 das Abtriebselement 64 in der Richtung antreibt, die erforderlich ist, um eine Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs zu bewirken.
Diese Rotation der Hohlwelle 66, die durch eine Rotation des zweiten Motors/Generators 72, der als Motor arbeitet, bewirkt wird, rotiert auch das innere Zahnradelement 40 des zweiten Planetenradsatzes 26. Da die Drehmomentübertragungseinrichtung 62 ausgerückt bleibt, sind die Träger 36 und 44 des ersten bzw. zweiten Planetenradsatzes 24 bzw. 26 frei drehbar – aber nur gemeinsam, da die beiden Träger 36 und 44 zusammengesetzt sind. Infolgedessen zwingen die Rotation des äußeren Zahnradelements 30 des ersten Planetenradsatzes 24, die durch den Verbrennungsmotor 14 bewirkt wird, und die Rotation des inneren Zahnradelements 40, die durch den zweiten Motor/Generator 72 bewirkt wird, das innere Zahnradelement 32 des ersten Planetenradsatzes 24 und das vereinigte äußere Zahnradelement 38 des zweiten Planetenradsatzes 26, den ersten Motor/Generator 56 in diese Richtung und mit dieser Geschwindigkeit anzutreiben, was bewirkt, dass der erste Motor/Generator 56 zumindest zu Beginn als Generator dient.
In 3 ist die Kurve 22 der Ausdruck der Verbrennungsmotordrehzahl in Umdrehungen pro Minute U/min (RPM) über die Geschwindigkeit in Meilen pro Stunde (MPH) des Fahrzeugs, in das der Verbrennungsmotor 14 und das Hybridgetriebe 10 eingebaut sind. Der Zweckmäßigkeit halber ist anzumerken, dass die Kurve 22 nicht durch sichtbare Punkte des Ausdrucks unterbrochen ist. Die Kurve 90 ist der Ausdruck der Rotationsgeschwindigkeit U/min (RPM) des ersten Motors/Generators 56 (Einheit A) auch relativ zu der Geschwindigkeit (MPH) des Fahrzeugs. Diese Kurve kann leicht durch die Tatsache unterschieden werden, dass die Punkte des Ausdrucks als kleine Quadrate erscheinen. Kurve 92 ist der Ausdruck der Rotationsgeschwindigkeit U/min (RPM) des zweiten Motors/Generators 72 (Einheit B) relativ zu der Geschwindigkeit (MPH) des Fahrzeugs. Diese Kurve kann leicht durch die Tatsache unterschieden werden, dass die Punkte des Ausdrucks als kleine Pluszeichen (+) erscheinen.
Werden die Betriebsabläufe mit festem Übersetzungsverhältnis für diesen Teil der Beschreibung ignoriert, erstreckt sich die erste Betriebsart des Getriebes 10 von der Abszisse, die die Motordrehzahl U/min (RPM) kennzeichnet bis zur Linie 94, die parallel zu der Abszisse gezogen ist und das Schalten von dem Betrieb des Getriebes 10 aus der ersten Betriebsart in die zweite Betriebsart definiert. In der beschriebenen repräsentativen Ausführungsform erstreckt sich die erste Betriebsart von dem Fahrzeug bei Ruhe bis zu einer Vorwärtsgeschwindigkeit in der Größenordnung von ungefähr 70 MPH. Bei Geschwindigkeiten größer als ungefähr 70 MPH arbeitet das Getriebe in der zweiten Betriebsart.
Wie es zuvor angemerkt wurde, arbeitet der zweite Motor/Generator während der gesamten ersten Betriebsart – d.h. von Null bis ungefähr 70 MPH – als Motor.
Einzigartig für diese Erfindung ist, dass die festen Übersetzungsverhältnisse derart ausgewählt werden können, wobei die Betriebsarten überlappt werden, dass die Beschleunigung weiter verbessert wird, indem die Leistung, die den Abtrieb 64 erreicht, erhöht wird.
In dieser Erfindung werden beide Übersetzungsverhältnisse und Betriebsarten dazu verwendet, das Leistungsvermögen oder den Wirkungsgrad zu verbessern. Der neue Betrieb bis zur Linie 94 in 3 (ungefähr 70 MPH) tritt wie folgt auf: Start in Betriebsart I, der erste Motor/Generator 56 arbeitet jedoch als Generator bis ungefähr 70 MPH – durch den Punkt 96 des Ausdrucks auf Kurve 90 dargestellt. Bei ungefähr 7 MPH wird die Sperrkupplung 75 eingerückt, während die Kupplung 70 eingerückt bleibt. In dieser Konfiguration steht das Getriebe 10 in dem ersten festen Übersetzungsverhältnis in Eingriff, wie es durch den Planetenradsatz 28 definiert ist und wie es in der Tabelle für feste Übersetzungsverhältnisse von 2 dargestellt ist. Wenn die Kupplung 75 eingerückt ist, rotieren die ersten beiden Zahnradsätze 24, 26 und Motoren/Generatoren 56, 72 mit der Antriebsdrehzahl und sind mit dem Sonnenrad 48 verbunden, und da die Kupplung 70 ebenfalls eingerückt ist, gibt es eine Drehzahlreduktion, die durch den Planetenradsatz 28 bereitgestellt wird, und das Drehmoment wird vervielfacht. Die gesamte Leistung wird mechanisch durch die Planetenradsätze übertragen. Ohne dass Drehmoment in den Motoren/Generatoren 56, 72 vorhanden ist, gibt es keine elektrischen Verluste, wodurch ein Betrieb mit höherem Wirkungsgrad bereitgestellt wird, jedoch kann mit vollständig aufgebrachtem Drehmoment in den Motoren/Generatoren 56, 72 eine signifikante Zunahme des Leistungsvermögens realisiert werden. Indem beide Motoren durch die Einrichtung 75 miteinander verriegelt werden, können sie auch gleichermaßen jegliche Energierückgewinnungsleistung teilen, was zu einem höheren Bremsleis tungsvermögen mit verbesserter Kühlung führt. Nur der Planetenradsatz 28 ist aktiv, da die Drehmomentübertragungseinrichtung (Sperrkupplung) 75 die Planetenradsätze 24 und 26 sperrt. Das Einrücken der Drehmomentübertragungseinrichtung schützt auch die Motoren/Generatoren 56, 72, wenn der Leistungsfluss, der für den Betrieb mit Leistungsaufteilung notwendig ist, größer ist als der, den die Motoren/Generatoren tolerieren würden. Wenn der Motor einen Berg hinauf schleppt oder transportiert, dann sind deshalb die Motoren/Generatoren geschützt.
Im Normalbetrieb würde nur die Kupplung 70 bei niedrigen Geschwindigkeiten eingerückt sein, wenn aber die maximale Leistung verlangt wird, dann ist auch die Sperrkupplung 75 eingerückt. Die Motoren 56, 72 können mit der Kupplung 75 eingeschaltet werden, um eine maximal verfügbare Ausgangsleistung zu erzielen, und die Leistung der Motoren/Generatoren 56, 72 kann vermindert werden, um die Betriebstemperaturen zu reduzieren. Diese Kupplung liefert auch die Fähigkeit, dass der Verbrennungsmotor 14 und beide Motoren/Generatoren 56, 72 alle drei gleichzeitig das Fahrzeug für eine maximale Beschleunigung antreiben können.
Nach 3 wird bei Punkt 97 des Ausdrucks die Sperrkupplung 75 ausgerückt. Danach wirkt der Motor/Generator 72 als Motor und der Motor/Generator 56 wirkt als Generator bis zu dem mechanischen Punkt 98, an dem der Motor/Generator 56 stationär ist. Der Motor/Generator 56 kehrt dann die Richtung um und wirkt als Motor.
Die Kupplung 62 wird dann bei ungefähr 57 MPH eingerückt, was der vertikalen Linie 93 von 3 entspricht. Wenn die Kupplungen 62 und 70 eingerückt sind, ist ein zweites festes Übersetzungsverhältnis erreicht. Alle drei Zahnradsätze 24, 26, 28 sind aktiv, und das Übersetzungsverhältnis beträgt 1,7:1, wie es in der Tabelle für feste Übersetzungsverhältnisse von 2 angegeben ist. Die Motoren/Generatoren 56, 72 können während der Einrückung der Kupplungen 62 und 70 für einen vollständig mechanischen Betrieb ausgeschaltet sein. Während des zweiten festen Übersetzungsverhältnisses können die Motoren/Generatoren 56, 72 frei laufen, und es ist kein Drehmoment vorhanden. Die erste Betriebsart endet bei Linie 94 von 3, wenn die Kupplung 70 ausgeschaltet ist und die Kupplung 62 für die zweite Betriebsart mit hohem Wirkungsgrad eingerückt bleibt.
In der obigen Beschreibung ist die Betriebsart I des Getriebes, wie sie in U.S. Patent 5,009,031 beschrieben ist, um die Fähigkeit ergänzt, in Betriebsart I anzufahren, in das feste Übersetzungsverhältnis 1 zu schalten, in Betriebsart I zurückzukehren und anschließend in das feste Übersetzungsverhältnis 2 zu schalten. Der tatsächliche Betrieb des Fahrzeugs wird durch die Eingänge in die ECU 76 bestimmt. Das Getriebe kann in nur Betriebsart I oder in irgendeiner Kombination, wie sie notwendig ist, um den Wirkungsgrad, das heistungsvermögen oder die Bremsleistung zu verbessern, bis zu Linie 94 von 3 betrieben werden.
Sollte man wünschen, die hierin beschriebenen Ergebnisse zu reproduzieren, weisen die äußeren Zahnradelemente 30 und 38 in jedem der ersten und zweiten Planetenradsätze 24 und 26 65 Zähne auf, und die inneren Zahnradelemente 32 und 40 in jedem der ersten und zweiten Planetenradsätze 24 und 26 weisen 33 Zähne auf. Das äußere Zahnradelement 46 des dritten Planetenradsatzes 28 weist 94 Zähne auf und das innere Zahnradelement 48 des dritten Planetenradsatzes 28 weist 34 Zähne auf. Mit der bislang beschriebenen Ausgestaltung des Getriebes 10 und mit der vorstehend erwähnten Anzahl von Zähnen an den inneren und äußeren Zahnradelementen stellt das Getriebe einen mechanischen Punkt (98) bereit, während es in der ersten Betriebsart arbeitet. Das heißt der erste Motor/Generator 56 weist eine Rotationsgeschwindigkeit von Null bei ungefähr 50 MHP auf, wie es durch den Punkt 98 des Ausdrucks auf Kurve 90 gezeigt ist. Um die Beschreibung hinsichtlich des Betriebs der Motoren/Generatoren in der beschriebenen beispielhaften Ausführungsform abzuschließen, muss man den Betrieb des Getriebes in der zweiten Betriebsart betrachten.
II. Zweite Betriebsart
Der Übergang von der ersten Betriebsart in die zweite Betriebsart wird erzielt, indem die Drehmomentübertragungseinrichtung 70 ausgerückt wird und mit der Anwendung der Drehmomentübertragungseinrichtung 62 fortgefahren wird. Ähnlich wie die zuvor beschriebene Überlappung der Betriebsart I mit festen Übersetzungsverhältnissen überlappt die Betriebsart II feste Übersetzungsverhältnisse in der Wahrheitstabelle von 2, wie dies durch interne und Verbrennungsmotorbeschränkungen bestimmt wird. Bei Beginn der zweiten Betriebsart geht der erste Motor/Generator 56 vom Betrieb als Motor in den Betrieb als Generator über, jedoch wird dies durch die Auswahl der Planetenradübersetzung beeinflusst. Da der Übergang von dem Betrieb des Getriebes 10 in der ersten Betriebsart in den Betrieb in der zweiten Betriebsart bei Linie 94 auftritt, tritt der Übergang des ersten Motors/Generators 56 von einem Motor zu einem Generator bei Punkt 100 auf Kurve 90 auf, was auch den Schnittpunkt der Kurve 92 mit Linie 94 beschreibt. Der erste Motor/Generator 56 fährt fort, während des Betriebs des Getriebes 10 in der zweiten Betriebsart als Generator zu arbeiten, während das Fahrzeug Geschwindigkeiten von ungefähr 70 MPH bis ungefähr 88 MPH gewinnt. Bei ungefähr 88 MPH geht der erste Motor/Generator 56 vom Betrieb als Generator zurück zum Betrieb als Motor, wenn er durch den mechanischen Punkt 106 hindurchgeht, wobei der Motor/Generator 56 eine Rotationsgeschwindigkeit von Null aufweist. Der erste Motor/Generator 56 fährt danach fort, als Motor zu arbeiten.
Zu Beginn der zweiten Betriebsart fährt der zweite Motor/Generator 72 fort, als Motor zu arbeiten. Tatsächlich arbeitet der zweite Motor/Generator 72 als Motor, bis das Fahrzeug eine Geschwindigkeit von ungefähr 88 MPH erreicht, an welchem Punkt er zu einem Betrieb als Generator übergeht, und fährt danach fort, als Generator zu arbeiten.
Mit der bislang beschriebenen Ausgestaltung des Getriebes 10 und mit der vorstehend erwähnten Anzahl von Zähnen an den inneren und äußeren Zahnradelementen liefert das Getriebe 10 zwei mechanische Punkte, während es in der zweiten Betriebsart arbeitet. Das heißt der erste Motor/Generator 56 weist eine Rotationsgeschwindigkeit von Null bei ungefähr 88 MPH auf, wie es durch Punkt 106 auf Kurve 90 gekennzeichnet ist. Zusätzlich weist der zweite Motor/Generator 72 eine Rotationsgeschwindigkeit von Null bei ungefähr 208 MPH auf, wie es durch Punkt 108 auf Kurve 92 gekennzeichnet ist. Somit stellt das Getriebe 10 in der zweiten Betriebsart zwei mechanische Punkte bereit.
Wie es in der Tabelle für feste Übersetzungsverhältnisse von 2 dargestellt ist, sind während der zweiten Betriebsart dritte und vierte feste Übersetzungsverhältnisse verfügbar. Das dritte feste Übersetzungsverhältnis kann mit dem gleichzeitigen Einrücken der Kupplungen 62 und 75 hergestellt werden, die alle Zahnradsätze in einem Übersetzungsverhältnis von 1:1 verriegelt, so dass der Abtrieb 64 mit der gleichen Drehzahl wie der Antrieb 12 rotiert.
Das vierte feste Übersetzungsverhältnis wird mit dem Einrücken der Kupplungen 62 und 73 hergestellt, um ein festes Overdrive-Übersetzungsverhältnis von 0,74:1 bereitzustellen, wie es in der Tabelle für feste Übersetzungsverhältnisse von 2 dargestellt ist. In dem vierten festen Übersetzungsverhältnis sind der erste und zweite Planetenradsatz 24 und 26 aktiv, und die Motoren/Generatoren 56, 72 können freilaufen, wobei kein Drehmoment vorhanden ist.
Dementsprechend stellt das Getriebe 10 der Erfindung drei mechanische Punkte und vier verfügbare feste Übersetzungsverhältnisse bereit, wodurch elektrische Verluste in den Motoren/Generatoren minimiert werden, während eine maximale Leistung in der ersten Betriebsart über die Sperrkupplung 75 schnell bereitgestellt wird.
Es ist zu verstehen, dass die exakte Lage der vorstehend erwähnten mechanischen Punkte nicht nur durch die Anzahl von Zähnen an den inneren und äußeren Zahnradelementen der Planetenradsätze bestimmt wird, sondern auch durch die Rotationsgeschwindigkeit der Antriebswelle 12. Mit der für die inneren und äußeren Zahnradelemente der beispielhaften Ausführungsform offenbarten Anzahl von Zähnen wird somit eine Zunahme der Drehzahl der Antriebswelle 12 die Lage der mechanischen Punkte zu höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten verschieben, und im Gegensatz dazu wird eine Verringerung der Drehzahl des Antriebselements 12 die mechanischen Punkten zu niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten verschieben.
Alternative C4-Einrückungen:
Die C4-Kupplung 75, die schematisch zwischen dem Planetenträger 44 und dem Sonnenrad 40 gezeigt ist, kann auch so angeordnet sein, dass sie das Hohlrad 38 und das Sonnenrad 40 verbindet, und wird die gleiche Sperrfunktion bereitstellen. Die C3-Bremse 73 muss jedoch wie gezeigt bleiben, um eine Rotation der Hohlwelle 66 abzubremsen.
III. Rückwärts-Betriebsart
Die Rückwärts-Betriebsart wird bewirkt, indem veranlasst wird, dass die ECU 76 den zweiten Motor/Generator 72 als Motor betreibt, aber dessen Drehrichtung gegenüber der Richtungumkehrt, in der der zweite Motor/ Generator 72 rotiert, wenn das Fahrzeug beginnt, sich von einer stationären Position in der ersten Betriebsart nach vorne zu bewegen.
IV. Summierung
Die vorliegende Erfindung stellt eine Adaption eines elektromechanischen Compound-Split-Getriebes mit zwei Betriebsarten bereit, die in Kleintransportern besonders zweckmäßig ist, in denen die typische Belastung weniger als die Hälfte der maximalen Kapazität beträgt. Das neuartige Getriebe verwendet eine Sperrkupplung und stellt vier verfügbare mechanische Punkte bereit. Es ermöglicht, dass die maximale Leistung zum Schleppen und Transportieren schneller erreicht wird und ermöglicht die Verwendung kleinerer elektrischer Komponenten, die in Kleintransportern kostengünstiger eingesetzt werden können. Indem feste Übersetzungsverhältnisse in einem elektrisch verstellbaren Getriebe bereitgestellt werden, wird eine maximale Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu vernünftigen Kosten erzielt.
Das Getriebe 10 stellt auch während des Betriebs in der ersten Betriebsart einen einzigen mechanischen Punkt und während des Betriebs in der zweiten Betriebsart zwei mechanische Punkte bereit. Wie es durch Kurve 109 in 3 dargestellt ist, liefert das Getriebe 10 eine kontinuierlich zunehmende Abtriebsdrehzahl durch seinen gesamten Betriebsbereich hindurch. Das vorstehende Getriebe wendet drei Planetenradsätze an, um den Betrieb mit zwei Betriebsarten bereitzustellen, wenn es durch vier Drehmomentübertragungseinrichtungen wirksam gesteuert wird. Darüber hinaus sind die drei Planetenradsätze 24, 26 und 28 sowie beide Motoren/Generatoren 56 und 72 koaxial angeordnet, wobei die kreisringförmigen Motoren/Generatoren 56 und 72 die drei Planetenradsätze 24, 26 und 28 umgeben, um die erforderliche Umhüllende – d.h. Umfangsabmessung – des Getriebes 10 zu minimieren.
Alternative Ausführungsform
Die Erfindung zieht auch in Betracht, dass die Sperrkupplung 75 irgendwo anders an den Planetenradsätzen 24, 26 angeordnet sein könnte. Beispielsweise kann die Sperrkupplung das Sonnenrad 40 und das Hohlrad 48 des zweiten Planetenradsatzes 26 verbinden. Als eine weitere Alternative kann die Sperrkupplung den Träger 36 und das Hohlrad 30 des ersten Planetenradsatzes 24 verbinden.
Schlussfolgerung
Obgleich nur eine bevorzugte und zwei alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart sind, ist zu verstehen, dass die Konzepte der vorliegenden Erfindung Gegenstand zahlreicher Änderungen sind, die dem Fachmann in den Sinn kommen können. Deshalb ist der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht auf die gezeigten und beschriebenen Details beschränkt, sondern soll alle Abwandlungen und Modifikationen einschließen, die in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.
Zusammenfassung
Ein elektromechanisches Compound-Split-Getriebe mit zwei Betriebsarten benutzt ein Antriebselement zum Aufnehmen von Leistung von einem Verbrennungsmotor und ein Abtriebselement zum Abgeben von Leistung von einem Getriebe. Ein erster und zweiter Motor/Generator sind wirksam mit einer Energiespeichereinrichtung über eine Steuereinrichtung verbunden, um elektrische Leistung zwischen der Speichereinrichtung, dem ersten Motor/Generator und dem zweiten Motor/Generator auszutauschen. Das Getriebe wendet drei Planetenradsätze an. Jede Planetenradanordnung benutzt ein erstes, zweites und drittes Zahnradelement. Mindestens eines der Zahnradelemente in dem ersten oder zweiten Planetenradsatz ist mit dem ersten Motor/Generator verbunden. Ein anderes Zahnradelement in der zweiten und dritten Planetenradanordnung ist mit dem zweiten Motor/Generator verbunden. Eines der Zahnradelemente des ersten oder zweiten Planetenradsatzes ist kontinuierlich mit einem der Zahnradelemente in dem dritten Planetenradsatz verbunden.

Claims

Hybrides elektromechanisches Compound-Split-Getriebe mit zwei Betriebsarten, umfassend: ein Antriebselement zur Aufnahme von Leistung von einer Antriebsmaschinen-Leistungsquelle; ein Abtriebselement zum Abgeben von Leistung von dem Getriebe; einen ersten und zweiten Motor/Generator; eine Energiespeichereinrichtung zum Austauschen elektrischer Leistung mit dem ersten und zweiten Motor/Generator; eine Steuereinheit zum Regeln des elektrischen Leistungsaustauschs zwischen der Energiespeichereinrichtung und dem ersten und zweiten Motor/Generator und auch zum Regeln des elektrischen Leistungsaustauschs zwischen dem ersten und zweiten Motor/Generator; drei koaxial ausgerichtete Planetenradanordnungen, wobei jede Planetenradanordnung ein erstes, zweites und drittes Zahnradelement benutzt; wobei der erste und zweite Motor/Generator koaxial miteinander und mit den drei Planetenradanordnungen ausgerichtet sind; wobei mindestens eines der Zahnradelemente in der ersten oder zweiten Planetenradanordnung mit dem ersten Motor/Generator verbunden ist; wobei ein anderes der Zahnradelemente in der zweiten und dritten Planetenradanordnung mit dem zweiten Motor/Generator verbunden ist; einen ersten Drehmomentübertragungsmechanismus, der eines der Zahnradelemente, das zu jedem der ersten, zweiten und dritten Planetenradanordnungen gehört, selektiv miteinander und mit dem Abtriebselement verbindet; einen zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus, der eines der Zahnradelemente des dritten Planetenradsatzes selektiv mit Masse verbindet; einen dritten Drehmomentübertragungsmechanismus, der eines der Zahnradelemente des zweiten Planetenradsatzes selektiv mit einem anderen der Zahnradelemente des zweiten Planetenradsatzes verbindet; ein erstes Verbindungselement, das eines der Elemente des ersten Planetenradsatzes kontinuierlich mit einem der Elemente des zweiten Planetenradsatzes verbindet; ein zweites Verbindungselement, das eines der Elemente des zweiten Planetenradsatzes kontinuierlich mit einem der Elemente des dritten Planetenradsatzes verbindet; wobei eines der Zahnradelemente der ersten Planetenradanordnung kontinuierlich mit dem Antriebselement verbunden ist.
Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen vierten Drehmomentübertragungsmechanismus, der eines der Zahnradelemente, das durch den dritten Drehmomentübertragungsmechanismus verbunden ist, selektiv an Masse festlegt.
Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 2, wobei der erste und zweite Motor/Generator die koaxial angeordneten Planetenradanordnungen kreisringförmig umgeben.
Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 3, wobei die Planetenradanordnungen radial innen von dem ersten und zweiten Motor/Generator angeordnet sind.
Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 1, wobei das erste, zweite und dritte Zahnradelement von jedem Planetenradsatz jeweils ein Hohlrad, einen Träger bzw. ein Sonnenrad umfassen und das erste Verbindungselement das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes kontinuierlich mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes verbindet.
Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 5, wobei das zweite Verbindungselement das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes kontinuierlich mit dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes verbindet.
Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 6, wobei der erste Drehmomentübertragungsmechanismus die Träger des ersten und zweiten Planetenradsatzes selektiv mit dem Träger des dritten Planetenradsatzes und dem Abtriebselement verbindet.
Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 7, wobei der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus das Hohlrad des dritten Drehmomentübertragungsmechanismus selektiv mit Masse verbindet.
Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 8, wobei der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus den Träger des Hohlrads des zweiten Planetenradsatzes selektiv mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbindet.
Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 9, wobei das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes mit dem ersten Motor/Generator verbunden ist, und das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes mit dem zweiten Motor/Generator verbunden ist.
Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 10, wobei das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes mit dem Antriebselement verbunden ist.
Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 11, wobei der Träger des dritten Planetenradsatzes kontinuierlich mit dem Abtriebselement verbunden ist.
Hybrides elektromechanisches Compound-Split-Getriebe mit zwei Betriebsarten, umfassend: ein Antriebselement zur Aufnahme von Leistung von einer Antriebsmaschinen-Leistungsquelle; ein Abtriebselement zum Abgeben von Leistung von dem Getriebe; einen ersten und zweiten Motor/Generator; eine Energiespeichereinrichtung zum Austauschen elektrischer Leistung mit dem ersten und zweiten Motor/Generator; eine Steuereinheit zum Regeln des elektrischen Leistungsaustauschs zwischen der Energiespeichereinrichtung und dem ersten und zweiten Motor/Generator und auch zum Regeln des elektrischen Leistungsaustauschs zwischen dem ersten und zweiten Motor/Generator; drei koaxial ausgerichtete Planetenradanordnungen, wobei jede Planetenradanordnung ein erstes, zweites und drittes Zahnradelement benutzt; wobei der erste und zweite Motor/Generator koaxial miteinander und mit den drei Planetenradanordnungen ausgerichtet sind; wobei mindestens eines der Zahnradelemente in der ersten oder zweiten Planetenradanordnung mit dem ersten Motor/Generator verbunden ist; wobei ein anderes der Zahnradelemente in der zweiten und dritten Planetenradanordnung mit dem zweiten Motor/Generator verbunden ist; einen ersten Drehmomentübertragungsmechanismus, der eines der Zahnradelemente, die zu jeder der ersten, zweiten und dritten Planetenradanordnung gehören, selektiv miteinander und mit dem Abtriebselement verbindet; einen zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus, der eines der Zahnradelemente des dritten Planetenradsatzes selektiv mit Masse verbindet; einen dritten Drehmomentübertragungsmechanismus, der eines der Zahnradelemente des zweiten Planetenradsatzes selektiv mit einem anderen der Zahnradelemente des zweiten Planetenradsatzes verbindet; einen vierten Drehmomentübertragungsmechanismus, der eines der Zahnradelemente, das durch den dritten Drehmomentübertragungsmechanismus verbunden ist, selektiv an Masse festlegt; ein erstes Verbindungselement, das eines der Elemente des ersten Planetenradsatzes kontinuierlich mit einem der Elemente des zweiten Planetenradsatzes verbindet; ein zweites Verbindungselement, das eines der Elemente des zweiten Planetenradsatzes kontinuierlich mit einem der Elemente des dritten Planetenradsatzes verbindet; und wobei eines der Zahnradelemente der ersten Planetenradanordnung kontinuierlich mit dem Antriebselement verbunden ist.
Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 13, wobei das erste, zweite und dritte Zahnradelement von jedem Planetenradsatz jeweils ein Hohlrad, einen Träger bzw. ein Sonnenrad umfassen und das erste Verbindungselement das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes kontinuierlich mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes verbindet.
Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 14, wobei das zweite Verbindungselement das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes kontinuierlich mit dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes verbindet.
Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 15, wobei der erste Drehmomentübertragungsmechanismus die Träger des ersten und zweiten Planetenradsatzes selektiv mit dem Träger des dritten Planetenradsatzes und dem Abtriebselement verbindet.
Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 16, wobei der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus das Hohlrad des dritten Drehmomentübertragungsmechanismus selektiv mit Masse verbindet.
Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 17, wobei der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus den Träger oder das Hohl rad des zweiten Planetenradsatzes selektiv mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbindet.
Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 18, wobei das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes mit dem ersten Motor/Generator verbunden ist, und das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes mit dem zweiten Motor/Generator verbunden ist.
Hybrides elektromechanisches Compound-Split-Getriebe mit zwei Betriebsarten, umfassend: ein Antriebselement zur Aufnahme von Leistung von einer Antriebsmaschinen-Leistungsquelle; ein Abtriebselement zum Abgeben von Leistung von dem Getriebe; einen ersten und zweiten Motor/Generator; eine Energiespeichereinrichtung zum Austauschen elektrischer Leistung mit dem ersten und zweiten Motor/Generator; eine Steuereinheit zum Regeln des elektrischen Leistungsaustauschs zwischen der Energiespeichereinrichtung und dem ersten und zweiten Motor/Generator und auch zum Regeln des elektrischen Leistungsaustauschs zwischen dem ersten und zweiten Motor/Generator; drei Planetenradanordnungen, wobei jede Planetenradanordnung ein erstes, zweites und drittes Zahnradelement benutzt; wobei mindestens eines der Zahnradelemente in der ersten oder zweiten Planetenradanordnung mit dem ersten Motor/Generator verbunden ist; wobei ein anderes der Zahnradelemente in der zweiten oder dritten Planetenradanordnung mit dem zweiten Motor/Generator verbunden ist; ein erstes Verbindungselement, das eines der Elemente des ersten Planetenradsatzes kontinuierlich mit einem der Elemente des zweiten Planetenradsatzes verbindet; ein zweites Verbindungselement, das eines der Elemente des zweiten Planetenradsatzes kontinuierlich mit einem der Elemente des dritten Planetenradsatzes verbindet; wobei eines der Zahnradelemente der ersten Planetenradanordnung kontinuierlich mit dem Antriebselement verbunden ist; und vier Drehmomentübertragungsmechanismen zum selektiven Verbinden der Elemente der Planetenradsätze mit einem feststehenden Element oder mit anderen Elementen der Planetenradsätze, wobei die vier Drehmomentübertragungsmechanismen selektiv in Kombinationen von zweien eingerückt sind, um vier verfügbare feste Übersetzungsverhältnisse zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement bereitzustellen, wenn keine Leistung durch den ersten und zweiten Motor/Generator fließt.
Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 20, wobei sich das Getriebe dadurch auszeichnet, dass es drei verfügbare mechanische Betriebspunkte aufweist, bei denen der erste oder der zweite Motor/Generator stationär ist.
Hybrides elektromechanisches Compound-Split-Getriebe mit zwei Betriebsarten, umfassend: ein Antriebselement zur Aufnahme von Leistung von einer Antriebsmaschinen-Leistungsquelle; ein Abtriebselement zum Abgeben von Leistung von dem Getriebe; einen ersten und zweiten Motor/Generator; eine Energiespeichereinrichtung zum Austauschen elektrischer Leistung mit dem ersten und zweiten Motor/Generator; eine Steuereinheit zum Regeln des elektrischen Leistungsaustauschs zwischen der Energiespeichereinrichtung und dem ersten und zweiten Motor/Generator und auch zum Regeln des elektrischen Leistungsaustauschs zwischen dem ersten und zweiten Motor/Generator; drei koaxial ausgerichtete Planetenradelemente, die einen ersten, zweiten und dritten einfachen Planetenradsatz umfassen, wobei jeder einfache Planetenradsatz ein Sonnenrad, ein Hohlrad und eine Planetenträgeranordnung umfasst, die mehrere Planetenräder drehbar lagert; wobei der erste und zweite Motor/Generator koaxial miteinander und mit den drei einfachen Planetenradsätzen ausgerichtet sind; wobei das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes kontinuierlich mit dem Antriebselement verbunden ist; wobei das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes kontinuierlich mit dem ersten Motor/Generator und mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes verbunden ist; wobei das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes kontinuierlich mit dem zweiten Motor/Generator sowie mit dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes verbunden ist; wobei das Hohlrad des dritten Planetenradsatzes selektiv mit Masse verbunden ist; wobei die Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes selektiv mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden sind; wobei die Planetenräder des dritten Planetenradsatzes kontinuierlich mit dem Abtriebselement verbunden sind; und wobei die Planetenräder des ersten und zweiten Planetenradsatzes selektiv mit den Planetenrädern des dritten Planetenradsatzes verbunden sind.
Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 22, wobei das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes selektiv mit Masse verbunden ist.
Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 22, wobei die selektiven Verbindungen in Kombination von zweien eingerückt sein können, um vier verfügbare feste Übersetzungsverhältnisse zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement bereitzustellen, wenn keine Leistung durch den ersten und zweiten Motor/Generator fließt.
Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 24, wobei das Getriebe sich dadurch auszeichnet, dass es drei verfügbare mechanische Betriebspunkte aufweist, an denen der erste oder zweite Motor/Generator stationär ist.
Hybrides elektromechanisches Compound-Split-Getriebe mit zwei Betriebsarten, umfassend: ein Antriebselement, ein Abtriebselement und einen ersten und zweiten Motor/Generator; eine Energiespeichereinrichtung zum Austauschen elektrischer Leistung mit dem ersten und zweiten Motor/Generator; eine Steuereinheit zum Regeln des elektrischen Leistungsaustauschs zwischen der Energiespeichereinrichtung und dem ersten und zweiten Motor/Generator und auch zum Regeln des elektri schen Leistungsaustauschs zwischen dem ersten und zweiten Motor/Generator; drei Planetenradsätze, die jeweils ein erstes, zweites und drittes Element aufweisen; wobei eines der Elemente der Planetenradsätze kontinuierlich mit dem ersten Motor/Generator verbunden ist und ein anderes der Elemente der Planetenradsätze mit dem zweiten Motor/Generator verbunden ist; vier Drehmomentübertragungsmechanismen, die Elemente der Planetenradsätze selektiv mit anderen Elementen der Planetenradsätze und mit Masse verbinden, wobei einer der Drehmomentübertragungsmechanismen als Sperrkupplung wirkt, um zwei der Planetenradsätze in einem Übersetzungsverhältnis von 1:1 zu sperren; und ein erstes und zweites Verbindungselement, die Elemente der Planetenradsätze kontinuierlich verbinden; wobei die vier Drehmomentübertragungsmechanismen selektiv paarweise einrückbar sind, um vier feste Übersetzungsverhältnisse zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement bereitzustellen, wenn kein Drehmoment in dem ersten und zweiten Motor/Generator vorhanden ist.