DE112006000969T5 - Elektrisch verstellbares Getriebe mit zwei Planetenradsätzen - Google Patents
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Abstract
Elektrisch
verstellbares Getriebe, umfassend:
ein Antriebselement zur Aufnahme von Leistung von einer Maschine;
ein Abtriebselement;
einen ersten und zweiten Motor/Generator;
einen ersten und zweiten Differenzialzahnradsatz, die jeweils ein erstes, zweites und drittes Element aufweisen;
wobei das Antriebselement ständig mit mindestens einem Element der Zahnradsätze verbunden ist und das Abtriebselement ständig mit einem anderen Element der Zahnradsätze verbunden ist;
der erste Motor/Generator ständig mit einem Element des ersten oder zweiten Zahnradsatzes verbunden ist; und
der zweite Motor/Generator ständig mit einem Element des zweiten Zahnradsatzes verbunden ist, das verschieden ist von dem Element, das ständig mit dem ersten Motor/Generator verbunden ist;
eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, die ein Element des ersten Zahnradsatzes selektiv mit einem Element des zweiten Zahnradsatzes verbindet;
eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, die ein Element des ersten Zahnradsatzes selektiv mit einem Element des zweiten Zahnradsatzes verbindet, wobei das Paar Elemente, das durch die zweite...
ein Antriebselement zur Aufnahme von Leistung von einer Maschine;
ein Abtriebselement;
einen ersten und zweiten Motor/Generator;
einen ersten und zweiten Differenzialzahnradsatz, die jeweils ein erstes, zweites und drittes Element aufweisen;
wobei das Antriebselement ständig mit mindestens einem Element der Zahnradsätze verbunden ist und das Abtriebselement ständig mit einem anderen Element der Zahnradsätze verbunden ist;
der erste Motor/Generator ständig mit einem Element des ersten oder zweiten Zahnradsatzes verbunden ist; und
der zweite Motor/Generator ständig mit einem Element des zweiten Zahnradsatzes verbunden ist, das verschieden ist von dem Element, das ständig mit dem ersten Motor/Generator verbunden ist;
eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, die ein Element des ersten Zahnradsatzes selektiv mit einem Element des zweiten Zahnradsatzes verbindet;
eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, die ein Element des ersten Zahnradsatzes selektiv mit einem Element des zweiten Zahnradsatzes verbindet, wobei das Paar Elemente, das durch die zweite...
Description
- TECHNISCHES GEBIET
- Die vorliegende Erfindung betrifft elektrisch verstellbare Getriebe mit einem selektiven Betrieb in Leistungsverzweigungsbereichen mit variablem Drehzahlverhältnis sowie in festen Drehzahlverhältnissen, das zwei Planetenradsätze, zwei Motoren/Generatoren und fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen aufweist.
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Brennkraftmaschinen, insbesondere jene von der Art mit hin- und hergehendem Kolben, treiben gegenwärtig die meisten Fahrzeuge an. Derartige Maschinen sind relativ effiziente, kompakte, leichte und kostengünstige Mechanismen, durch die hochkonzentrierte Energie in der Form von Kraftstoff in mechanische Nutzleistung umgewandelt wird. Ein neuartiges Getriebesystem, das mit Brennkraftmaschinen verwendet werden kann und das den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen von Verunreinigungen vermindern kann, kann für die Allgemeinheit von großem Nutzen sein.
- Die breite Vielfalt in den Anforderungen, die Fahrzeuge typischerweise an Brennkraftmaschinen stellen, erhöht den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen über den Idealfall für derartige Maschinen hinaus. Typischerweise wird ein Fahrzeug von solch einer Maschine angetrieben, die durch einen kleinen Elektromotor und relativ kleine elektrische Speicherbatterien aus einem kalten Zustand gestartet wird, und die dann schnell unter die Lasten von Antriebs- und Zusatzausrüstung gesetzt wird. Eine derartige Maschine wird auch durch einen breiten Bereich von Drehzahlen und einen breiten Bereich von Lasten und typischerweise mit einem Durchschnitt von ungefähr einem Fünftel ihrer maximalen Ausgangsleistung betrieben.
- Ein Fahrzeuggetriebe liefert typischerweise mechanische Leistung von einer Maschine an den Rest eines Antriebssystems, wie ein festes Achsantriebsgetriebe, Achsen und Räder. Ein typisches mechanisches Getriebe erlaubt eine gewisse Freiheit im Maschinenbetrieb, und zwar gewöhnlich durch alternative Auswahl von fünf oder sechs unterschiedlichen Antriebsübersetzungsverhältnissen, eine Neutralauswahl, die zulässt, dass die Maschine Nebenaggregate bei stehendem Fahrzeug betreiben kann, und Kupplungen oder einen Drehmomentwandler für glatte Übergänge zwischen Antriebsübersetzungsverhältnissen und um das Fahrzeug aus der Ruhe bei drehender Maschine zu starten. Die Getriebegangauswahl lässt typischerweise zu, dass Leistung von der Maschine an den Rest des Antriebssystems mit einem Verhältnis von Drehmomentvervielfachung und Drehzahlreduktion, mit einem Verhältnis von Drehmomentreduktion und Drehzahlvervielfachung, das als Overdrive bekannt ist, oder mit einem Rückwärtsübersetzungsverhältnis abgegeben werden kann.
- Ein elektrischer Generator kann mechanische Leistung von der Maschine in elektrische Leistung umwandeln, und ein Elektromotor kann diese elektrische Leistung zurück in mechanische Leistung mit unterschiedlichen Drehmomenten und Drehzahlen für den Rest des Fahrzeugantriebssystems umwandeln. Diese Anordnung erlaubt eine kontinuierliche Veränderung im Verhältnis von Drehmoment und Drehzahl zwischen der Maschine und dem Rest des Antriebssystems innerhalb der Grenzen der elektrischen Maschinerie. Eine elektrische Speicherbatterie, die als Leis tungsquelle für den Antrieb verwendet wird, kann dieser Anordnung hinzugefügt werden, wodurch ein Reihenhybrid-Elektroantriebssystem gebildet wird.
- Das Reihenhybridsystem lässt zu, dass die Maschine mit einer gewissen Unabhängigkeit von dem Drehmoment, der Drehzahl und der Leistung, die erforderlich sind, um ein Fahrzeug anzutreiben, arbeiten kann, so dass die Maschine auf verbesserte Emissionen und einen verbesserten Wirkungsgrad hin gesteuert werden kann. Dieses System lässt zu, dass der Elektromotor, der an der Brennkraftmaschine angebracht ist, als Motor zum Anlassen der Maschine wirken kann. Dieses System lässt auch zu, dass der Elektromotor, der an dem Rest des Antriebsstrangs angebracht ist, als Generator wirkt, wobei Energie aus dem Verlangsamen des Fahrzeugs in der Batterie durch regeneratives Bremsen zurückgewonnen wird. Ein Reihenelektroantrieb hat Probleme hinsichtlich des Gewichts und der Kosten einer ausreichenden elektrischen Maschinerie, um die gesamte Leistung der Maschine von mechanisch in elektrisch in dem Generator und von elektrisch in mechanisch in dem Antriebsmotor umzuwandeln, und des Nutzenergieverlustes bei diesen Umwandlungen.
- Ein Getriebe mit Leistungsverzweigung kann eine sogenannte "Differenzialzahnradanordnung" verwenden, um ein stufenlos verstellbares Drehmoment- und Drehzahlverhältnis zwischen Antrieb und Abtrieb zu erreichen. Ein elektrisch verstellbares Getriebe kann eine Differenzialzahnradanordnung verwenden, um einen Bruchteil seiner übertragenen Leistung durch ein Paar Elektromotoren/Generatoren zu schicken. Der Rest seiner Leistung fließt durch einen anderen parallelen Weg, der vollständig mechanisch und direkt, mit einem festen Übersetzungsverhältnis oder alternativ wählbar ist.
- Ein Planetenradsatz kann, wie Fachleuten bekannt ist, eine Form einer Differenzialzahnradanordnung bilden. Eine Planetenradanordnung ist gewöhnlich die bevorzugte Ausführungsform, die in mit differenziellen Zahnradanordnungen ausgestatteten Erfindungen angewandt wird, mit den Vorteilen einer Kompaktheit und unterschiedlicher Drehmoment- und Drehzahlverhältnisse zwischen allen Elementen des Planetenradsatzes. Es ist jedoch möglich, diese Erfindung ohne Planetenräder aufzubauen, wie etwa durch die Verwendung von Kegelrädern oder anderen Zahnrädern in einer Anordnung, bei der die Drehzahl von mindestens einem Element eines Zahnradsatzes immer ein gewichteter Mittelwert von Drehzahlen der beiden anderen Elemente ist.
- Ein Getriebesystem für ein Hybridelektrofahrzeug umfasst auch eine oder mehrere Speichereinrichtungen für elektrische Energie. Die typische Einrichtung ist eine chemisch-elektrische Speicherbatterie, es können aber auch kapazitive oder mechanische Einrichtungen, wie etwa ein elektrisch angetriebenes Schwungrad, enthalten sein. Ein Speicher für elektrische Energie lässt zu, dass die mechanische Ausgangsleistung von dem Getriebesystem zu dem Fahrzeug von der mechanischen Eingangsleistung von der Maschine zu dem Getriebesystem abweichen kann. Die Batterie oder andere Einrichtung erlaubt auch das Starten der Maschine mit dem Getriebesystem und ein regeneratives Bremsen des Fahrzeugs.
- Ein elektrisch verstellbares Getriebe in einem Fahrzeug kann einfach mechanische Leistung von einem Maschinenantrieb zu einem Achsantriebsausgang übertragen. Dazu gleicht die elektrische Leistung, die von einem Motor/Generator erzeugt wird, die elektrischen Verluste und die elektrische Leistung, die von dem anderen Motor/Generator verbraucht wird, aus. Durch die Verwendung der oben genannten elektrischen Speicherbatterie kann die elektrische Leistung, die von einem Motor/Gene rator erzeugt wird, größer oder kleiner sein als die elektrische Leistung, die von dem anderen verbraucht wird. Elektrische Leistung von der Batterie kann manchmal zulassen, dass beide Motoren/Generatoren als Motoren wirken, insbesondere um die Maschine bei der Fahrzeugbeschleunigung zu unterstützen. Beide Motoren können manchmal als Generatoren wirken, um die Batterie wieder aufzuladen, insbesondere beim regenerativen Bremsen des Fahrzeugs.
- Ein erfolgreicher Ersatz für das Reihenhybridgetriebe ist das elektrisch verstellbare Getriebe mit zwei Bereichen, Eingangsleistungsverzweigung und kombinierter Leistungsverzweigung (two-range, input-split and compound-split electrically variable transmission), das nun für Linienbusse hergestellt wird, wie es offenbart ist in
U.S. Patent Nummer 5,931,757 , erteilt am 3. August 1999 für Michael Roland Schmidt, das gemeinsam mit der vorliegenden Anmeldung übertragen wurde und dessen Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme vollständig mit eingeschlossen ist. Ein derartiges Getriebe benutzt ein Antriebsmittel, um Leistung von der Fahrzeugmaschine aufzunehmen, und ein Leistungsausgabemittel, um Leistung zum Antreiben des Fahrzeugs abzugeben. Ein erster und zweiter Motor/Generator sind mit einer Energiespeichereinrichtung, wie einer Batterie, verbunden, so dass die Energiespeichereinrichtung Leistung von dem ersten und zweiten Motor/Generator aufnehmen und diesen Leistung zuführen kann. Eine Steuereinheit regelt den Leistungsfluss zwischen der Energiespeichereinrichtung und den Motoren/Generatoren sowie zwischen dem ersten und zweiten Motor/Generator. - Ein Betrieb in dem ersten oder zweiten Betriebsmodus mit variablem Drehzahlverhältnis kann selektiv unter Verwendung von Kupplungen in der Natur einer ersten und zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung erreicht werden. In dem ersten Modus wird ein Drehzahlverhältnisbereich mit Eingangsleistungsverzweigung durch Einrücken der ersten Kupplung gebildet, und die Abtriebsdrehzahl des Getriebes ist proportional zu der Drehzahl von einem Motor/Generator. In dem zweiten Modus wird ein Drehzahlverhältnisbereich mit kombinierter Leistungsverzweigung durch das Einrücken der zweiten Kupplung gebildet, und die Abtriebsdrehzahl des Getriebes ist nicht proportional zu den Drehzahlen von einem der Motoren/Generatoren, sondern ist eine algebraische Linearkombination der Drehzahlen der beiden Motoren/Generatoren. Ein Betrieb mit einem festen Getriebedrehzahlverhältnis kann selektiv durch das Einrücken beider Kupplungen erreicht werden. Ein Betrieb des Getriebes in einem neutralen Modus kann selektiv erreicht werden, indem beide Kupplungen gelöst werden, wobei die Maschine und beide Elektromotoren/Generatoren von dem Getriebeabtrieb entkoppelt werden. Das Getriebe umfasst mindestens einen mechanischen Punkt in seinem ersten Betriebsmodus und mindestens zwei mechanische Punkte in seinem zweiten Betriebsmodus.
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U.S. Patent Nr. 6,527,658 , das am 4. März 2003 für Holmes et al. erteilt wurde, gemeinsam mit der vorliegenden Anmeldung übertragen wurde und dessen Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme vollständig mit eingeschlossen ist, offenbart ein elektrisch verstellbares Getriebe, das zwei Planetenradsätze, zwei Motoren/Generatoren und zwei Kupplungen benutzt, um Betriebsmodi mit Eingangsleistungsverzweigung (input-split), kombinierter Leistungsverzweigung (compound-split) sowie Neutral- und Rückwärtsbetriebsmodi bereitzustellen. Beide Planetenradsätze können einfach sein oder einer kann einzeln zusammengesetzt sein. Ein elektrisches Steuerelement reguliert den Leistungsfluss zwischen einer Energiespeichereinrichtung und den beiden Motoren/Generatoren. Dieses Getriebe bietet zwei Bereiche oder Modi eines Betriebes eines elektrisch verstellbaren Getriebes (EVT), wobei es selektiv einen Drehzahlverhältnisbereich mit Eingangsleistungsverzweigung und einen Drehzahlverhältnisbereich mit kombinierter Leistungsverzweigung bereitstellt. Es kann auch selektiv ein festes Drehzahlverhältnis erreicht werden. - ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung stellt eine Familie von elektrisch verstellbaren Getrieben bereit, die mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Automatikgetrieben zur Verwendung in Hybridfahrzeugen bietet, die ein verbessertes Leistungsvermögen der Fahrzeugbeschleunigung, eine verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit über ein regeneratives Bremsen und einen nur elektrischen Leerlauf und ein nur elektrisches Anfahren und ein attraktives Vermarktungsmerkmal umfassen. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, den bestmöglichen Energiewirkungsgrad und die bestmöglichen Emissionen für eine gegebene Maschine bereitzustellen. Zusätzlich werden ein optimales Leistungsvermögen, eine optimale Kapazität, eine optimale Packungsgröße und eine optimale Übersetzungsverhältnisabdeckung für das Getriebe angestrebt.
- Die elektrisch verstellbare Getriebefamilie der vorliegenden Erfindung stellt kostengünstige elektrisch verstellbare Getriebemechanismen mit geringem Inhalt bereit, die einen ersten und zweiten Differenzialzahnradsatz, eine Batterie, zwei Elektromotoren, die austauschbar als Motoren oder Generatoren dienen, und fünf wählbare Drehmomentübertragungseinrichtungen (zwei Kupplungen und drei Bremsen) umfassen. Die Differenzialzahnradsätze sind vorzugsweise Planetenradsätze, es können aber andere Zahnradanordnungen eingesetzt werden, wie etwa Kegelräder oder eine Differenzialzahnradanordnung an einer versetzten Achse.
- In dieser Beschreibung können der erste und zweite Planetenradsatz in beliebiger Reihenfolge mit "erster" bis "zweiter" gezählt werden (d.h. von links nach rechts oder von rechts nach links).
- Jeder der zwei Planetenradsätze weist drei Elemente auf. Das erste, zweite oder dritte Element jedes Planetenradsatzes kann irgendeines von einem Sonnenrad, einem Hohlrad oder einem Träger oder alternativ ein Planetenrad sein.
- Jeder Träger kann entweder ein Einzelplanetenträger (einfach) oder ein Doppelplanetenträger (zusammengesetzt) sein.
- Die Antriebswelle ist ständig mit mindestens einem Element der Planetenradsätze verbunden. Die Abtriebswelle ist ständig mit einem anderen Element der Planetenradsätze verbunden.
- Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung verbindet ein Element des ersten Planetenradsatzes selektiv mit einem Element des zweiten Planetenradsatzes.
- Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung verbindet ein Element des ersten Planetenradsatzes selektiv mit einem Element des zweiten Planetenradsatzes, wobei dieses Paar Elemente verschieden ist von dem, das durch die erste Drehmomentübertragungseinrichtung verbunden ist.
- Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung verbindet ein Element des ersten oder zweiten Planetenradsatzes selektiv mit einem feststehenden Element (Masse/Getriebegehäuse).
- Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung ist parallel zu einem der Motoren/Generatoren geschaltet, um eine Rotation des Motors/Generators selektiv zu verhindern.
- Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung ist parallel zu dem anderen der Motoren/Generatoren geschaltet, um dessen Rotation selektiv zu verhindern.
- Der erste Motor/Generator ist an dem Getriebekasten (oder Masse) montiert und ist ständig mit einem Element des ersten oder zweiten Planetenradsatzes verbunden.
- Der zweite Motor/Generator ist an dem Getriebekasten montiert und ständig mit einem Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden, wobei dieses Element verschieden ist von dem, das ständig mit dem ersten Motor/Generator verbunden ist.
- Die fünf auswählbaren Drehmomentübertragungseinrichtungen (zwei Kupplungen und drei Bremsen) werden einzeln oder in Kombinationen von zweien oder dreien eingerückt, um ein EVT mit einem stufenlos verstellbaren Bereich von Drehzahlen (einschließlich rückwärts) und bis zu drei mechanisch festen Vorwärtsdrehzahlverhältnissen zu erhalten. Ein "festes Drehzahlverhältnis" ist eine Betriebsbedingung, unter der die mechanische Antriebsleistung für das Getriebe mechanisch auf den Abtrieb übertragen wird und kein Leistungsfluss in den Motoren/Generatoren vorhanden ist (d.h. beinahe null beträgt). Ein elektrisch verstellbares Getriebe, das selektiv mehrere feste Drehzahlverhältnisse für einen Betrieb in der Nähe voller Maschinenleistung erzielen kann, kann für eine gegebene maximale Kapazität kleiner und leichter sein. Ein Betrieb mit festem Verhältnis kann auch zu einem niedrigeren Kraftstoffverbrauch führen, wenn unter Bedingungen gearbeitet wird, unter denen die Maschinendrehzahl sich ihrem Optimum nähern kann, ohne die Motoren/Generatoren zu verwenden. Eine Vielfalt von festen Drehzahlverhältnissen und variable Verhältnisspreizungen können durch geeignetes Wählen der Zähneverhältnisse der Planetenradsätze realisiert werden.
- Jede Ausführungsform der offenbarten elektrisch verstellbaren Getriebefamilie weist eine Architektur auf, in der weder der Getriebeantrieb noch der Getriebeabtrieb direkt mit einem Motor/Generator verbunden ist. Dies erlaubt eine Verringerung der Größe und Kosten der Elektromotoren/Generatoren, die erforderlich sind, um das gewünschte Fahrzeugleistungsvermögen zu erreichen.
- Die Drehmomentübertragungseinrichtungen und der erste und zweite Motor/Generator sind betreibbar, um in dem elektrisch verstellbaren Getriebe fünf Betriebsmodi bereitzustellen, die einen Batterie-Rückwärtsmodus, einen EVT Rückwärtsmodus, Rückwärts- und Vorwärtsanfahrmodi, einen Modus mit stufenlos verstellbarem Getriebebereich und einen Modus mit festem Verhältnis umfassen.
- Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Ausführungsarten der Erfindung leicht deutlich werden, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen wird.
- KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1a ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs, der ein elektrisch verstellbares Getriebe umfasst und ein Familienmitglied der vorliegenden Erfindung enthält; -
1b ist eine Tabelle für Betriebsmodi und eine Tabelle für Modi mit festem Verhältnis, die einige der Betriebseigenschaften des in1a gezeigten Antriebsstrangs darstellen; -
2a ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs mit einem elektrisch verstellbaren Getriebe, der ein anderes Familienmitglied der vorliegenden Erfindung enthält; -
2b ist eine Tabelle für Betriebsmodi und eine Tabelle für Modi mit festem Verhältnis, die einige der Betriebseigenschaften des in2a gezeigten Antriebsstrangs darstellen; -
3a ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs mit einem elektrisch verstellbaren Getriebe, der ein anderes Familienmitglied der vorliegenden Erfindung enthält; -
3b ist eine Tabelle für Betriebsmodi und eine Tabelle für Modi mit festem Verhältnis, die einige der Betriebseigenschaften des in3a gezeigten Antriebsstrangs darstellen; -
4a ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs mit einem elektrisch verstellbaren Getriebe, der ein anderes Familienmitglied der vorliegenden Erfindung enthält; -
4b ist eine Tabelle für Betriebsmodi und eine Tabelle für Modi mit festem Verhältnis, die einige der Betriebseigenschaften des in4a gezeigten Antriebsstrangs darstellen; -
5a ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs mit einem elektrisch verstellbaren Getriebe, der ein anderes Familienmitglied der vorliegenden Erfindung enthält; -
5b ist eine Tabelle für Betriebsmodi und eine Tabelle für Modi mit festem Verhältnis, die einige der Betriebseigenschaften des in5a gezeigten Antriebsstrangs darstellen; -
6a ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs mit einem elektrisch verstellbaren Getriebe, der ein anderes Familienmitglied der vorliegenden Erfindung enthält; -
6b ist eine Tabelle für Betriebsmodi und eine Tabelle für Modi mit festem Verhältnis, die einige der Betriebseigenschaften des in6a gezeigten Antriebsstrangs darstellen; -
7a ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs mit einem elektrisch verstellbaren Getriebe, der ein anderes Familienmitglied der vorliegenden Erfindung enthält; -
7b ist eine Tabelle für Betriebsmodi und eine Tabelle für Modi mit festem Verhältnis, die einige der Betriebseigenschaften des in7a gezeigten Antriebsstrangs darstellen; -
8a ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs mit einem elektrisch verstellbaren Getriebe, der ein anderes Familienmitglied der vorliegenden Erfindung enthält; und -
8b ist eine Tabelle für Betriebsmodi und eine Tabelle für Modi mit festem Verhältnis, die einige der Betriebseigenschaften des in8a gezeigten Antriebsstrangs darstellen. - BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
- In
1a ist ein Antriebsstrang10 gezeigt, der eine Maschine12 umfasst, die mit einer bevorzugten Ausführungsform des verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes (EVT) verbunden ist, das allgemein mit dem Bezugszeichen14 bezeichnet ist. Das Getriebe14 ist konstruiert, um mindestens einen Teil seiner Antriebsleistung von der Maschine12 aufzunehmen. Wie es gezeigt ist, weist die Maschine12 eine Abtriebswelle auf, die als das Antriebselement17 des Getriebes14 dient. Es kann auch ein Dämpfer für transientes Drehmoment (der nicht gezeigt ist) zwischen der Maschine12 und dem Antriebselement17 des Getriebes eingesetzt werden. - In der gezeigten Ausführungsform kann die Maschine
12 eine Maschine für fossilen Brennstoff sein, wie etwa ein Dieselmotor, der einfach angepasst ist, um seine verfügbare Ausgangsleistung typischerweise mit einer konstanten Anzahl von Umdrehungen pro Minute (U/min) abzugeben. - Ungeachtet des Mittels, durch das die Maschine
12 mit dem Getriebeantriebselement17 verbunden ist, ist das Getriebeantriebselement17 funktional mit einem Planetenradsatz in dem Getriebe14 verbunden. - Ein Abtriebselement
19 des Getriebes14 ist mit einem Achsantrieb16 verbunden. - Das Getriebe
14 benutzt zwei Differenzialzahnradsätze, vorzugsweise in der Natur von Planetenradsätzen20 und30 . Der Planetenradsatz20 wendet ein äußeres Zahnradelement24 an, das typischerweise als das Hohlrad bezeichnet wird. Das Hohlrad24 umgibt ein inneres Zahnradelement22 , das typischerweise als das Sonnenrad bezeichnet wird. Ein Träger26 lagert drehbar mehrere Planetenräder27 , so dass jedes Planetenrad27 kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad24 als auch dem inneren Sonnenrad22 des ersten Planetenradsatzes20 in Eingriff steht. - Der Planetenradsatz
30 weist auch ein äußeres Zahnradelement34 auf, das häufig auch als das Hohlrad bezeichnet wird, welches ein inneres Zahnradelement32 umgibt, das auch häufig als das Sonnenrad bezeichnet wird. Mehrere Planetenräder37 sind auch drehbar in einem Träger36 montiert, so dass jedes Planetenrad37 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad34 als auch dem inneren Sonnenrad32 des Planetenradsatzes30 in Eingriff steht. - Die erste bevorzugte Ausführungsform
10 umfasst auch einen ersten und zweiten Motor/Generator80 bzw.82 . Der Stator des ersten Motors/Generators80 ist an dem Getriebegehäuse60 befestigt. Der Rotor des ersten Motors/Generators80 ist an dem Sonnenrad22 des Planetenradsatzes20 befestigt. - Der Stator des zweiten Motors/Generators
82 ist auch an dem Getriebegehäuse60 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators82 ist an dem Sonnenrad32 des Planetenradsatzes30 befestigt. - Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung
50 , verbindet das Sonnenrad22 des Planetenradsatzes20 selektiv mit dem Hohlrad34 des Planetenradsatzes30 . Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung52 , verbindet das Hohlrad24 des Planetenradsatzes20 selektiv mit dem Sonnenrad32 des Planetenradsatzes30 . Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse54 , verbindet das Hohlrad34 des Planetenradsatzes30 selektiv mit dem Getriebegehäuse60 . D.h. das Hohlrad34 wird durch eine Wirkverbindung mit dem nicht drehbaren Gehäuse60 selektiv an einer Drehung gehindert. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse55 , ist parallel zu dem Motor/Generator80 geschaltet, um dessen Rotation selektiv zu bremsen. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse57 , ist parallel zu dem Motor/Generator82 geschaltet, um dessen Rotation selektiv zu bremsen. Die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung50 ,52 ,54 ,55 und57 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes14 zu helfen, wie es nachstehend ausführlicher erläutert wird. - Das Getriebeantriebselement
17 ist mit dem Träger26 des Planetenradsatzes20 verbunden. Das Ausgangsabtriebselement19 des Getriebes14 ist an dem Träger36 des Planetenradsatzes30 befestigt. - Kehren wir nun zu der Beschreibung der Leistungsquellen zurück, ist aus der vorstehenden Beschreibung und mit besonderem Bezug auf
1a ersichtlich, dass das Getriebe14 selektiv Leistung von der Maschine12 aufnimmt. Das Hybridgetriebe nimmt auch Leistung von einer elektrischen Leistungsquelle86 auf, die funktional mit einem Controller88 verbunden ist. Die elektrische Leistungsquelle86 kann eine oder mehrere Batterien sein. Andere elektrische Leistungsquellen, wie Brennstoffzellen, die die Fähigkeit haben, elektrische Leistung bereitzustellen oder zu spei chern und abzugeben, können anstelle von Batterien verwendet werden, ohne die Konzepte der vorliegenden Erfindung zu verändern. - Allgemeine Betriebserwägungen
- Eine der primären Steuereinrichtungen ist eine allgemein bekannte Fahrbereichswähleinrichtung (die nicht gezeigt ist), die eine elektronische Steuereinheit (die ECU
88 ) anweist, das Getriebe für die Bereiche Parken, Rückwärts, Neutral oder Vorwärtsfahrt zu konfigurieren. Die zweite und dritte primäre Steuereinrichtung bilden ein Gaspedal (das nicht gezeigt ist) und ein Bremspedal (das ebenfalls nicht gezeigt ist). Die Informationen, die von der ECU von diesen drei primären Steuerquellen erhalten werden, werden als die "Bedieneranforderung" bezeichnet. Die ECU erhält auch Informationen von mehreren Sensoren (Antrieb sowie Abtrieb) im Hinblick auf den Zustand der Drehmomentübertragungseinrichtungen (entweder eingerückt oder ausgerückt); das Maschinenabtriebsdrehmoment; das vereinigte Kapazitätsniveau der Batterie oder Batterien; und die Temperaturen von ausgewählten Fahrzeugkomponenten. Die ECU stellt fest, was erforderlich ist, und betätigt dann die selektiv betriebenen Komponenten des Getriebes, oder die diesem zugeordneten Komponenten geeignet, um auf die Bedieneranforderung zu antworten. - Die Erfindung kann einfache oder zusammengesetzte Planetenradsätze verwenden. In einem einfachen Planetenradsatz ist ein einzelner Satz von Planetenrädern normal zur Drehung an einem Träger gelagert, der selbst drehbar ist.
- Wenn in einem einfachen Planetenradsatz das Sonnenrad feststehend gehalten wird und Leistung auf das Hohlrad eines einfachen Planetenradsatzes aufgebracht wird, rotieren die Planetenräder in Ansprechen auf die auf das Hohlrad aufgebrachte Leistung und "laufen" somit in Umfangsrichtung um das festgelegte Sonnenrad um, um eine Drehung 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 gezwungen, mit der gleichen Drehzahl und in der gleichen Richtung zu rotieren. 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 als Keile, um die gesamte Einheit miteinander zu sperren und somit einen sogenannten direkten Antrieb zu bewirken. D.h. 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 die Kenntnis der Anzahl von Zähnen, die an allen Zahnradelementen des Planetenradsatzes vorhanden ist, genau bestimmt werden.
- Jedes Mal dann, wenn der Träger daran gehindert wird, frei umzulaufen, 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 dem treibenden Element entgegengesetzten Richtung rotiert. In vielen Getriebeanordnungen wird somit, 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 funktional mit den Antriebsrädern eines Fahrzeuges verbunden ist, ist eine solche Anordnung in der Lage, die Drehrichtung der Antriebsräder und dadurch die Richtung des Fahrzeugs selbst umzukehren.
- Wenn in einem einfachen Satz von Planetenrädern irgendwelche zwei Drehzahlen des Sonnenrades, des Planetenträgers und des Hohlrades bekannt sind, dann kann die Drehzahl des dritten Elementes unter Anwendung einer einfachen Regel festgestellt werden. Die Drehzahl des Trägers ist immer proportional zu den Drehzahlen des Sonnenrads und des Hohlrads, gewichtet mit deren jeweiligen Zähnezahlen. Beispielsweise kann ein Hohlrad doppelt so viele Zähne wie das Sonnenrad in dem gleichen Satz aufweisen. Die Drehzahl des Trägers ist dann die Summe von zwei Dritteln der Drehzahl des Hohlrads und einem Drittel der Drehzahl des Sonnenrads. Wenn eines dieser drei Elemente in einer entgegengesetzten Richtung rotiert, ist das arithmetische Vorzeichen für die Drehzahl dieses Elements bei den mathematischen Berechnungen negativ.
- Das Drehmoment an dem Sonnenrad, dem Träger und dem Hohlrad kann auch einfach miteinander in Beziehung gebracht werden, wenn dies ohne Berücksichtigung der Massen der Zahnräder, der Beschleunigung der Zahnräder oder der Reibung innerhalb des Zahnradsatzes vorgenommen wird, die alle einen relativ geringfügigen Einfluss in einem gut konstruierten Getriebe haben. Das Drehmoment, das auf das Sonnenrad eines einfachen Planetenradsatzes aufgebracht wird, muss das Drehmoment, das auf das Hohlrad aufgebracht wird, proportional zu der Zähnezahl an diesen Zahnrädern ausgleichen. Beispielsweise muss das Drehmoment, das auf ein Hohlrad mit doppelt so viel Zähnen wie an dem Sonnenrad in diesem Satz aufgebracht wird, das Doppelte von dem auf das Sonnenrad aufgebrachten betragen, und es muss in der gleichen Richtung aufgebracht werden. Das auf den Träger aufgebrachte Drehmoment muss die gleiche Größe und die entgegengesetzte Richtung zu der Summe aus dem Drehmoment an dem Sonnenrad und dem Drehmoment an dem Hohlrad haben.
- In einem zusammengesetzten Planetenradsatz bewirkt die Benutzung von inneren und äußeren Sätzen von Planetenrädern einen Austausch der Rollen des Hohlrades und des Planetenträgers im Vergleich mit einem einfachen Planetenradsatz. Wenn beispielsweise das Sonnenrad feststehend gehalten wird, wird der Planetenträger in der gleichen Richtung wie das Hohlrad rotieren, aber der Planetenträger wird sich mit inneren und äußeren Sätzen von Planetenrädern schneller als das Hohlrad statt langsamer bewegen.
- In einem zusammengesetzten Planetenradsatz, der kämmende innere und äußere Sätze von Planetenrädern aufweist, ist die Drehzahl des Hohlrades proportional zu den Drehzahlen des Sonnenrades und des Planetenträgers, gewichtet mit der Zähnezahl an dem Sonnenrad bzw. der Zähnezahl, die durch die Planetenräder gefüllt wird. Beispielsweise könnte die Differenz zwischen dem Hohlrad und dem Sonnenrad, die durch die Planetenräder gefüllt wird, genauso viel Zähne sein, wie sich an dem Sonnenrad in dem gleichen Satz befinden. In dieser Situation wäre die Drehzahl des Hohlrads die Summe aus zwei Dritteln der Drehzahl des Trägers und einem Drittel der Drehzahl des Sonnenrads. Wenn das Sonnenrad oder der Planetenträger in einer entgegengesetzten Richtung rotiert, ist das arithmetische Vorzeichen für diese Drehzahl bei den mathematischen Berechnungen negativ.
- Wenn das Sonnenrad feststehend gehalten wird, dann wird ein Träger mit inneren und äußeren Sätzen von Planetenrädern in der gleichen Richtung wie das rotierende Hohlrad dieses Satzes rotieren. Wenn andererseits das Sonnenrad feststehend gehalten wird und der Träger angetrieben wird, dann rollen Planetenräder in dem inneren Satz, die mit dem Sonnenrad in Eingriff stehen, entlang des Sonnenrads oder "laufen" um dieses um, wobei sie in der gleichen Richtung drehen, in die der Träger rotiert. Planetenräder in dem äußeren Satz, die mit Planetenrädern in dem inneren Satz kämmen, werden sich in der entgegengesetzten Richtung drehen, wodurch ein kämmendes Hohlrad in die entgegengesetzte Richtung gezwungen wird, aber nur in Bezug auf die Planetenräder, mit denen das Hohlrad kämmend in Eingriff steht. Die Planetenräder in dem äußeren Satz werden in der Richtung des Trägers entlang transportiert. Die Wirkung der Drehung der Planetenräder in dem äußeren Satz auf ihren eigenen Achsen und die größere Wirkung der Orbitalbewegung der Planetenräder in dem äußeren Satz aufgrund der Bewegung des Trägers sind kombiniert, so dass das Hohlrad in der gleichen Richtung wie der Träger aber nicht so schnell wie der Träger rotiert.
- Wenn der Träger in einem derartigen zusammengesetzten Planetenradsatz feststehend gehalten wird und das Sonnenrad gedreht wird, dann wird das Hohlrad mit weniger Drehzahl und in der gleichen Richtung wie das Sonnenrad rotieren. Wenn das Hohlrad eines einfachen Planetenradsatzes feststehend gehalten wird und das Sonnenrad gedreht wird, dann wird der Träger, der einen einzigen Satz von Planetenrädern trägt, mit weniger Drehzahl und in der gleichen Richtung wie das Sonnenrad rotieren. Somit kann man leicht den Austausch der Rollen zwischen dem Träger und dem Hohlrad im Vergleich mit der Verwendung eines einzigen Satzes von Planetenrädern in einem einfachen Planetenradsatz beobachten, der durch die Verwendung von inneren und äußeren Sätzen von Planetenrädern, die miteinander kämmen, hervorgerufen wird.
- Die normale Wirkung eines elektrisch verstellbaren Getriebes ist, mechanische Leistung von dem Antrieb auf den Abtrieb zu übertragen. Als Teil dieser Übertragungswirkung wirkt einer von seinen beiden Motoren/Generatoren als Generator für elektrische Leistung. Der andere Motor/Generator wirkt als Motor und verwendet diese elektrische Leistung. Da die Drehzahl des Abtriebs von null bis auf eine hohe Drehzahl zunimmt, tauschen die beiden Motoren/Generatoren
80 ,82 allmählich die Rollen von Generator und Motor, und können dies mehr als einmal vornehmen. Diese Austausche finden um mechanische Punkte herum statt, an denen im Wesentlichen die gesamte Leistung von dem Antrieb auf den Abtrieb mechanisch übertragen wird und keine wesentliche Leistung elektrisch übertragen wird. - In einem hybriden elektrisch verstellbaren Getriebesystem kann die Batterie
86 dem Getriebe auch Leistung zuführen, oder das Getriebe kann der Batterie Leistung zuführen. Wenn die Batterie dem Getriebe wesentlich elektrische Leistung zuführt, wie etwa zur Fahrzeugbeschleunigung, dann wirken beide Motoren/Generatoren als Motoren. Wenn das Getriebe der Batterie elektrische Leistung zuführt, wie etwa für ein regeneratives Bremsen, können beide Motoren/Generatoren als Generatoren wirken. Sehr nahe bei den mechanischen Arbeitspunkten können beide Motoren/Generatoren auch als Generatoren mit kleinen elektrischen Ausgangsleistungen wegen der elektrischen Verluste in dem System wirken. - Im Gegensatz zu der normalen Wirkung des Getriebes kann das Getriebe tatsächlich verwendet werden, um mechanische Leistung von dem Abtrieb auf den Antrieb zu übertragen. Dies kann in einem Fahrzeug vorgenom men werden, um die Fahrzeugbremsen zu unterstützen und das regenerative Bremsen des Fahrzeugs zu verbessern oder zu unterstützen, insbesondere auf langen Gefällen. Wenn der Leistungsfluss durch das Getriebe auf diese Weise umgekehrt wird, dann werden die Rollen der Motoren/Generatoren von jenen bei normaler Wirkung umgekehrt.
- Spezifische Betriebserwägungen
- Jede der hierin beschriebenen Ausführungsformen weist vierzehn oder fünfzehn Funktionsanforderungen auf (die den 14 oder 15 Zeilen jeder in den Figuren gezeigten Tabelle für Betriebsmodi entsprechen), die zu fünf Betriebsmodi gruppiert werden können. Diese fünf Betriebsmodi werden nachstehend beschrieben und können am besten durch Bezugnahme auf die jeweilige Tabelle für Betriebsmodi verstanden werden, die jedes Getriebestickdiagramm begleitet, wie die Tabellen für Betriebsmodi der
1b ,2b ,3b und so weiter. - Der erste Betriebsmodus ist der "Batterie-Rückwärtsmodus", der der ersten Zeile (BATT RW) jeder Tabelle für Betriebsmodi, wie etwa jener von
1b , entspricht. In diesem Modus ist die Maschine aus und das Getriebeelement, das mit der Maschine verbunden ist, wird nicht von dem Maschinendrehmoment gesteuert, obwohl es ein gewisses Restdrehmoment aufgrund von Rotationsträgheit der Maschine geben kann. Das EVT wird von einem der Motoren/Generatoren unter Verwendung von Energie von der Batterie angetrieben, was bewirkt, dass sich das Fahrzeug rückwärts bewegt. Abhängig von der kinematischen Konfiguration kann der andere Motor/Generator in diesem Modus rotieren oder nicht rotieren und kann Drehmoment übertragen oder nicht übertragen. Wenn er rotiert, wird er dazu verwendet, Energie zu erzeugen, die in der Batterie gespeichert wird. In der Ausführungsform von1b , in dem Batterie-Rückwärtsmodus, ist beispielsweise die Bremse54 eingerückt, der Generator80 weist ein Drehmoment von null auf, der Motor82 weist ein Drehmoment von -1,00 Einheiten auf und es wird ein Drehmomentverhältnis von -2,88 erreicht, das einem Maschinenantriebsdrehmoment von 1 Einheit entspricht. In jeder Tabelle für Betriebsmodi gibt ein (M) neben einem Drehmomentwert in den Motor/Generator-Spalten80 und82 an, dass der Motor/Generator als Motor wirkt, und das Fehlen eines (M) gibt an, dass der Motor/Generator als Generator wirkt. - Der zweite Betriebsmodus ist der "EVT Rückwärtsmodus" (oder der mechanische Rückwärtsmodus), der der zweiten Zeile (EVT Rw) jeder Tabelle für Betriebsmodi, wie etwa jener in
1b , entspricht. In diesem Modus wird das EVT von der Maschine und von einem der Motoren/Generatoren angetrieben. Der andere Motor/Generator arbeitet im Generatormodus und überträgt 100% der erzeugten Energie zurück zu dem antreibenden Motor. Der Nettoeffekt ist, dass das Fahrzeug rückwärts angetrieben wird. Nach1b sind beispielsweise in dem EVT Rückwärtsmodus die Kupplung52 und die Bremse54 eingerückt, der Generator80 weist ein Drehmoment von -0,35 Einheiten auf, der Motor82 weist ein Drehmoment von -3,55 Einheiten auf, und es wird ein Abtriebsdrehmoment von -8,33 erreicht, das einem Maschinendrehmoment von 1 Einheit entspricht. - Der dritte Betriebsmodus umfasst die "Rückwärts- und Vorwärtsanfahrmodi" (auch bezeichnet als "Drehmomentwandler-Rückwärts- und -Vorwärtsmodi"), die den dritten und vierten Zeilen (DW W und DW VW) jeder Tabelle für Betriebsmodi, wie etwa jener von
1b , entsprechen. In diesem Modus wird das EVT von der Maschine und von einem der Motoren/Generatoren angetrieben. Ein auswählbarer Bruchteil der Energie, die in der Generatoreinheit erzeugt wird, wird in der Batterie gespeichert, wobei die verbleibende Energie auf den Motor übertragen wird. In1 beträgt dieser Bruchteil etwa 99%. Das Verhältnis von Getriebeabtriebsdrehzahl zu Maschinendrehzahl (Getriebedrehzahlverhältnis) beträgt etwa +/- 0,001 (das positive Vorzeichen gibt an, dass das Fahrzeug vorwärts kriecht, und das negative Vorzeichen gibt an, dass das Fahrzeug rückwärts kriecht). Nach1b sind in den Rückwärts- und Vorwärtsanfahrmodi die Kupplung52 und die Bremse54 eingerückt. In dem DW Rückwärtsmodus wirkt der Motor/Generator80 als Generator mit -0,35 Einheiten Drehmoment, der Motor/Generator82 wirkt als Motor mit -3,09 Einheiten Drehmoment, und es wird ein Drehmomentverhältnis von -7,00 erreicht. In dem DW Vorwärtsmodus wirkt der Motor/Generator80 als Generator mit -0,35 Einheiten Drehmoment, der Motor/Generator82 wirkt als Motor mit 0,98 Einheiten Drehmoment, und es wird ein Drehmomentverhältnis von 4,69 erreicht. - Der vierte Betriebsmodus ist ein "Modus mit stufenlos verstellbarem Getriebebereich", der die Arbeitspunkte Bereich 1.1, Bereich 1.2, Bereich 1.3, Bereich 1.4, Bereich 2.1, Bereich 2.2, Bereich 2.3 und Bereich 2.4 umfasst, die den Zeilen 5-12 jeder Arbeitspunkttabelle, wie etwa jener von
1b , entsprechen. In diesem Modus wird das EVT von der Maschine sowie von einem der Motoren/Generatoren, der als Motor arbeitet, angetrieben. Der andere Motor/Generator arbeitet als Generator und überträgt 100% der erzeugten Energie zurück zu dem Motor. Die Arbeitspunkte, die durch Bereich 1.1, 1.2, ... usw. dargestellt sind, sind diskrete Punkte in dem Kontinuum von Vorwärtsdrehzahlverhältnissen, die von dem EVT bereitgestellt werden. Beispielsweise wird in1b bei eingerückter Kupplung52 und Bremse54 ein Bereich von Drehmomentverhältnissen von 4,69 bis 1,86 erreicht, und bei eingerückten Kupplungen50 und52 wird ein Bereich von Verhältnissen von 1,36 bis 0,54 erreicht. - Der fünfte Betriebsmodus umfasst die Modi mit "festem Verhältnis" (F1 und F2), die den Zeilen 13-14 jeder Tabelle für Betriebsmodi (d.h. Betriebsmodustabelle), wie jener von
1b , entsprechen. In diesem Modus arbeitet das Getriebe wie ein herkömmliches Automatikgetriebe, wobei drei Drehmomentübertragungseinrichtungen eingerückt sind, um ein diskretes Getriebeübersetzungsverhältnis zu schaffen. Die Kuppeltabelle, die jede Figur begleitet, zeigt nur 2 Vorwärtsgänge mit festem Verhältnis, aber es können zusätzliche feste Verhältnisse verfügbar sein. Nach1b sind in dem festen Verhältnis F1 die Kupplung52 und die Bremsen54 ,55 eingerückt, um ein festes Drehmomentverhältnis von 1,88 zu erreichen. Dementsprechend gibt jedes "X" in der Spalte der Motoren/Generatoren80 ,82 in1b an, dass die jeweilige Bremse55 oder57 eingerückt ist und die Motoren/Generatoren80 oder82 nicht rotieren. In dem festen Verhältnis F2 sind die Kupplungen50 ,52 und die Bremse57 eingerückt, um ein festes Verhältnis von 0,53 zu erreichen. - Das Getriebe
14 ist in der Lage, in sogenannten Einzel- oder Doppelmodi zu arbeiten. Im Einzelmodus bleibt die eingerückte Drehmomentübertragungseinrichtung für das vollständige Kontinuum von Vorwärtsdrehzahlverhältnissen (die durch die diskreten Punkte: Bereiche 1.1, 1.2, 1.3 und 1.4 dargestellt sind) die gleiche. Im Doppelmodus wird die eingerückte Drehmomentübertragungseinrichtung bei irgendeinem Zwischendrehzahlverhältnis umgeschaltet (z.B. Bereich 2.1 in1 ). Abhängig von der mechanischen Konfiguration hat diese Änderung in der Einrückung der Drehmomentübertragungseinrichtung Vorteile bei der Verringerung der Elementdrehzahlen in dem Getriebe. - Bei manchen Konstruktionen ist es möglich, die Schlupfdrehzahlen der Kupplungselemente derart zu synchronisieren, dass Schaltvorgänge mit minimaler Drehmomentstörung (sogenannte "kalte" Schaltvorgänge) er reichbar sind. Beispielsweise weisen die Getriebe der
1a ,2a ,3a ,4a und5a kalte Schaltvorgänge zwischen den Bereichen 1.4 und 2.1 auf. Dies ermöglicht auch eine bessere Steuerung bei Schaltvorgängen mit doppelten Übergängen (zwei herankommende und zwei weggehende Kupplungen). - Wie es oben ausgeführt wurde, ist der Einrückplan für die Drehmomentübertragungseinrichtungen in der Tabelle für Betriebsmodi und der Tabelle für Modi mit festem Verhältnis der
1b gezeigt.1b liefert auch ein Beispiel von Drehmomentverhältnissen, die unter Verwendung der beispielhaft in1b angegebenen Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse verfügbar sind. Der NR1/NS1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes20 ; und der NR2/NS2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes30 . Das Schaubild von1b beschreibt auch die Verhältnisstufen, die unter Verwendung des angegebenen Beispiels von Zähneverhältnissen erzielt werden. Beispielsweise beträgt das Stufenverhältnis zwischen dem ersten und zweiten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis 3,55. - BESCHREIBUNG EINER ZWEITEN BEISPIELHAFTEN
- AUSFÜHRUNGSFORM
- In
2a ist ein Antriebsstrang110 gezeigt, der eine Maschine12 umfasst, die mit einer bevorzugten Ausführungsform des verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes verbunden ist, das allgemein mit dem Bezugszeichen114 bezeichnet ist. Das Getriebe114 ist konstruiert, um mindestens einen Teil seiner Antriebsleistung von der Maschine12 aufzunehmen. - In der gezeigten Ausführungsform kann die Maschine
12 auch eine Maschine für fossilen Brennstoff sein, wie etwa ein Dieselmotor, der einfach angepasst ist, um seine verfügbare Ausgangsleistung typischerweise mit einer konstanten Anzahl von Umdrehungen pro Minute (U/min) abzugeben. Wie es gezeigt ist, weist die Maschine12 eine Abtriebswelle auf, die als das Antriebselement17 des Getriebes114 dient. Es kann auch ein Dämpfer für transientes Drehmoment (der nicht gezeigt ist) zwischen der Maschine12 und dem Antriebselement17 des Getriebes eingesetzt werden. - Ungeachtet des Mittels, durch das die Maschine
12 mit dem Getriebeantriebselement17 verbunden ist, ist das Getriebeantriebselement17 funktional mit einem Planetenradsatz in dem Getriebe114 verbunden. Ein Abtriebselement19 des Getriebes114 ist mit einem Achsantrieb16 verbunden. - Das Getriebe
114 benutzt zwei Differenzialzahnradsätze, vorzugsweise in der Natur von Planetenradsätzen120 und130 . Der Planetenradsatz120 wendet ein äußeres Zahnradelement124 an, das typischerweise als das Hohlrad bezeichnet wird. Das Hohlrad124 umgibt ein inneres Zahnradelement122 , das typischerweise als das Sonnenrad bezeichnet wird. Ein Träger126 lagert drehbar mehrere Planetenräder127 , so dass jedes Planetenrad127 kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad124 als auch dem inneren Sonnenrad122 des ersten Planetenradsatzes120 in Eingriff steht. - Der Planetenradsatz
130 weist auch ein äußeres Zahnradelement134 auf, das häufig auch als das Hohlrad bezeichnet wird, welches ein inneres Zahnradelement132 umgibt, das auch häufig als das Sonnenrad bezeichnet wird. Mehrere Planetenräder137 sind auch drehbar in einem Träger136 montiert, so dass jedes Planetenrad137 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad134 als auch dem inneren Sonnenrad132 des Planetenradsatzes130 in Eingriff steht. - Das Getriebeantriebselement
17 ist mit dem Träger126 des Planetenradsatzes120 verbunden, und das Getriebeabtriebselement19 ist mit dem Träger136 des Planetenradsatzes130 verbunden. - Das Getriebe
114 umfasst auch einen ersten und zweiten Motor/Generator180 bzw.182 . Der Stator des ersten Motors/Generators180 ist an dem Getriebegehäuse160 befestigt. Der Rotor des ersten Motors/Generators180 ist an dem Sonnenrad122 des Planetenradsatzes120 befestigt. - Der Stator des zweiten Motors/Generators
182 ist auch an dem Getriebegehäuse160 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators182 ist an dem Hohlrad134 des Planetenradsatzes130 befestigt. - Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung
150 , verbindet den Träger126 des Planetenradsatzes120 selektiv mit dem Hohlrad134 des Planetenradsatzes130 . Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung152 , verbindet das Hohlrad124 des Planetenradsatzes120 selektiv mit dem Sonnenrad132 des Planetenradsatzes130 . Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse154 , verbindet das Sonnenrad132 des Planetenradsatzes130 selektiv mit dem Getriebegehäuse160 . D.h. das Sonnenrad132 wird durch eine Wirkverbindung mit dem nicht drehbaren Gehäuse160 selektiv an einer Drehung gehindert. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse155 , ist parallel zu dem Motor/Generator180 geschaltet, um dessen Rotation selektiv zu bremsen. Eine fünfte Drehmomentübertra gungseinrichtung, wie die Bremse157 , ist parallel zu dem Motor/Generator182 geschaltet, um dessen Rotation selektiv zu bremsen. Die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung150 ,152 ,154 ,155 und157 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes114 zu helfen. - Kehren wir nun zu der Beschreibung der Leistungsquellen zurück, ist aus der vorstehenden Beschreibung und mit besonderem Bezug auf
2a ersichtlich, dass das Getriebe114 selektiv Leistung von der Maschine12 aufnimmt. Das Hybridgetriebe tauscht auch Leistung mit einer elektrischen Leistungsquelle186 aus, die funktional mit einem Controller188 verbunden ist. Die elektrische Leistungsquelle186 kann eine oder mehrere Batterien sein. Andere elektrische Leistungsquellen, wie Brennstoffzellen, die die Fähigkeit haben, elektrische Leistung bereitzustellen oder zu speichern und abzugeben, können anstelle von Batterien verwendet werden, ohne die Konzepte der vorliegenden Erfindung zu verändern. - Wie es zuvor beschrieben wurde, weist jede Ausführungsform vierzehn oder fünfzehn Funktionsanforderungen auf (die den 14 oder 15 Zeilen jeder in den Figuren gezeigten Tabelle für Betriebsmodi entsprechen), die in fünf Betriebsmodi gruppiert sein können. Der erste Betriebsmodus ist der "Batterie-Rückwärtsmodus", der der ersten Zeile (BATT RW) der Tabelle für Betriebsmodi von
2b entspricht. In diesem Modus ist die Maschine aus und das Getriebeelement, das mit der Maschine verbunden ist, kann effektiv freilaufen, wobei es dem Trägheitsmoment der Maschine ausgesetzt ist. Das EVT wird von einem der Motoren/Generatoren unter Verwendung von Energie von der Batterie angetrieben, was bewirkt, dass sich das Fahrzeug rückwärts bewegt. Der andere Motor! Generator kann in diesem Modus rotieren oder nicht rotieren. Wie es in2b gezeigt ist, ist in diesem Modus beispielsweise die Bremse154 eingerückt, der Mo tor/Generator180 weist ein Drehmoment von Null auf, der Motor182 weist ein Drehmoment von -1,00 Einheit auf und es wird ein Abtriebsdrehmoment von -1,50 erreicht. - Der zweite Betriebsmodus ist der "EVT Rückwärtsmodus" (oder der mechanische Rückwärtsmodus), der der zweiten Zeile (EVT RW) der Tabelle für Betriebsmodi von
2b entspricht. In diesem Modus wird das EVT von der Maschine und von einem der Motoren/Generatoren angetrieben. Der andere Motor/Generator arbeitet im Generatormodus und überträgt 100% der erzeugten Energie zurück zu dem antreibenden Motor. Der Nettoeffekt ist, dass das Fahrzeug rückwärts angetrieben wird. In diesem Modus sind die Kupplung152 und die Bremse154 eingerückt, der Generator180 weist ein Drehmoment von -0,25 Einheiten auf, der Motor182 weist ein Drehmoment von -5,55 Einheiten auf, und es wird ein Abtriebsdrehmoment von -8,33 erreicht, das einem Antriebsdrehmoment von 1 Einheit entspricht. - Der dritte Betriebsmodus umfasst die "Rückwärts- und Vorwärtsanfahrmodi", die den dritten und vierten Zeilen (DW RW und DW VW) jeder Tabelle für Betriebsmodi, wie etwa jener von
2b , entsprechen. In diesem Modus wird das EVT von der Maschine und von einem der Motoren/Generatoren angetrieben. Ein auswählbarer Bruchteil der Energie, die in der Generatoreinheit erzeugt wird, wird in der Batterie gespeichert, wobei die verbleibende Energie auf den Motor übertragen wird. In diesem Modus sind die Kupplung152 und die Bremse154 eingerückt und der Motor/Generator180 wirkt als Generator (mit -0,25 Einheiten Drehmoment in Rückwärts und Vorwärts), der Motor/Generator182 wirkt als Motor in DW Rückwärts mit -4,67 Einheiten Drehmoment und als Motor in DW Vorwärts mit 3,13 Einheiten Drehmoment, und es wird ein Drehmomentverhältnis von -7,00 (DW Rückwärts) oder 4,69 (DW Vorwärts) erreicht. Für diese Drehmomentverhältnisse werden ungefähr 99% der Generatorenergie in der Batterie gespeichert. - Der vierte Betriebsmodus umfasst die Modi "Bereich 1.1, Bereich 1.2, Bereich 1.3, Bereich 1.4, Bereich 2.1, Bereich 2.2, Bereich 2.3 und Bereich 2.4'', die den Zeilen 5-12 der Tabelle für Betriebsmodi von
2b entsprechen. In diesem Modus wird das EVT von dem Motor sowie von einem der Motoren/Generatoren, der als Motor arbeitet, angetrieben. Der andere Motor/Generator arbeitet als Generator und überträgt 100% der erzeugten Energie zurück zu dem Motor. Die Arbeitspunkte, die durch Bereich 1.1, 1.2, ... usw. dargestellt sind, sind diskrete Punkte in dem Kontinuum von Vorwärtsdrehzahlverhältnissen, die von dem EVT bereitgestellt werden. Beispielsweise wird in2b bei eingerückter Kupplung152 und Bremse154 ein Bereich von Verhältnissen von 4,69 bis 1,86 erreicht, und bei eingerückten Kupplungen150 und152 wird ein Bereich von Verhältnissen von 1,36 bis 0,54 erreicht. - Der fünfte Betriebsmodus umfasst die Modi mit festem Verhältnis (F1, F2 und F3), die den Zeilen 13-15 der Tabelle für Betriebsmodi von
2b entsprechen. In diesem Modus arbeitet das Getriebe wie ein herkömmliches Automatikgetriebe, wobei drei Drehmomentübertragungseinrichtungen eingerückt sind, um ein diskretes Getriebeübersetzungsverhältnis zu schaffen. In dem festen Verhältnis F1 sind die Kupplung152 und die Bremsen154 und155 eingerückt, um ein festes Verhältnis von 2,24 zu erreichen. In dem festen Verhältnis F2 sind die Kupplung150 und die Bremsen155 und157 eingerückt, um ein festes Verhältnis von 1,50 zu erreichen. In dem festen Verhältnis F3 sind die Kupplungen150 ,152 und die Bremse155 eingerückt, um ein festes Verhältnis von 0,90 zu erreichen. - Wie es oben ausgeführt wurde, ist der Einrückplan für die Drehmomentübertragungseinrichtungen in der Tabelle für Betriebsmodi und der Tabelle für Modi mit festem Verhältnis der
2b gezeigt.2b liefert auch ein Beispiel von Drehmomentverhältnissen, die unter Verwendung der beispielhaft in2b angegebenen Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse verfügbar sind. Der NR1/NS1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes120 ; und der NR2/NS2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes130 . Das Schaubild von2b beschreibt auch die Verhältnisstufen, die unter Verwendung des angegebenen Beispiels von Zähneverhältnissen erzielt werden. Beispielsweise beträgt das Stufenverhältnis zwischen dem ersten und zweiten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis 1,49, das Stufenverhältnis zwischen dem zweiten und dritten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis beträgt 1,67. - BESCHREIBUNG EINER DRITTEN BEISPIELHAFTEN
- AUSFÜHRUNGSFORM
- In
3a ist ein Antriebsstrang210 gezeigt, der eine Maschine12 umfasst, die mit einer bevorzugten Ausführungsform des verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes verbunden ist, das allgemein mit dem Bezugszeichen214 bezeichnet ist. Das Getriebe214 ist konstruiert, um mindestens einen Teil seiner Antriebsleistung von der Maschine12 aufzunehmen. Wie es gezeigt ist, weist die Maschine12 eine Abtriebswelle auf, die als das Antriebselement17 des Getriebes214 dient. Es kann auch ein Dämpfer für transientes Drehmoment (der nicht gezeigt ist) zwischen der Maschine12 und dem Antriebselement17 des Getriebes214 eingesetzt werden. - Ungeachtet des Mittels, durch das die Maschine
12 mit dem Getriebeantriebselement17 verbunden ist, ist das Getriebeantriebselement funktio nal mit einem Planetenradsatz in dem Getriebe214 verbunden. Ein Abtriebselement19 des Getriebes214 ist mit einem Achsantrieb16 verbunden. - Das Getriebe
214 benutzt zwei Differenzialzahnradsätze, vorzugsweise in der Natur von Planetenradsätzen220 und230 . Der Planetenradsatz220 wendet ein äußeres Zahnradelement224 an, das typischerweise als das Hohlrad bezeichnet wird. Das Hohlrad224 umgibt ein inneres Zahnradelement222 , das typischerweise als das Sonnenrad bezeichnet wird. Ein Träger226 lagert drehbar mehrere Planetenräder227 , so dass jedes Planetenrad227 kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad224 als auch dem inneren Sonnenrad222 des ersten Planetenradsatzes220 in Eingriff steht. - Der Planetenradsatz
230 weist auch ein äußeres Hohlrad234 auf, das ein inneres Sonnenrad232 umgibt. Mehrere Planetenräder237 ,238 sind auch drehbar in einem Träger236 montiert, so dass jedes Planetenrad237 kämmend mit dem Sonnenrad232 in Eingriff steht und jedes Planetenrad238 kämmend mit dem Hohlrad234 in Eingriff steht, während die Planetenräder237 und238 kämmend miteinander in Eingriff stehen. - Das Getriebeantriebselement
17 ist mit dem Träger226 des verbunden, und das Getriebeabtriebselement19 ist mit dem Hohlrad234 verbunden. - Das Getriebe
214 umfasst auch einen ersten und zweiten Motor/Generator280 bzw.282 . Der Stator des ersten Motors/Generators280 ist an dem Getriebegehäuse260 befestigt. Der Rotor des ersten Motors/Generators280 ist an dem Sonnenrad222 des Planetenradsatzes220 befestigt. - Der Stator des zweiten Motors/Generators
282 ist auch an dem Getriebegehäuse260 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators282 ist an dem Sonnenrad232 des Planetenradsatzes230 befestigt. - Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung
250 , verbindet den Träger226 des Planetenradsatzes220 selektiv mit dem Träger236 des Planetenradsatzes230 . Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung252 , verbindet das Hohlrad224 des Planetenradsatzes220 selektiv mit dem Sonnenrad232 des Planetenradsatzes230 . Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Bremse254 , verbindet den Träger236 selektiv mit dem Getriebegehäuse260 . Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse255 , ist parallel zu dem Motor/Generator280 geschaltet, um dessen Rotation selektiv zu bremsen. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse257 , ist parallel zu dem Motor/Generator282 geschaltet, um dessen Rotation selektiv zu bremsen. Die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung250 ,252 ,254 ,255 und257 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes214 zu helfen. - Das Hybridgetriebe
214 nimmt Leistung von der Maschine12 und auch von einer elektrischen Leistungsquelle286 auf, die funktional mit einem Controller288 verbunden ist. - Die Tabelle für Betriebsmodi von
3b veranschaulicht die Kupplungseinrückungen, die Motor/Generator-Bedingungen und die Abtrieb/Antrieb-Verhältnisse für die fünf Betriebsmodi des Getriebes214 . Diese Modi umfassen den "Batterie Rückwärtsmodus" (BATT RW), den "EVT Rückwärtsmodus" (EVT RW), "Rückwärts- und Vorwärtsanfahrmodi" (DW RW und DW VW) und "Modi Bereich 1.1, 1.2, 1.3 und "Modi mit festem Verhältnis" (F1, F2 und F3), wie es zuvor beschrieben wurde. - Wie es oben ausgeführt wurde, ist der Einrückplan für die Drehmomentübertragungseinrichtungen in der Tabelle für Betriebsmodi und der Tabelle für Modi mit festem Verhältnis von
3b gezeigt.3b liefert auch ein Beispiel von Drehmomentverhältnissen, die unter Verwendung der beispielhaft in3b angegebenen Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse verfügbar sind. Der NR1/NS1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes220 ; und der NR2/NS2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes230 . Das Schaubild von3b beschreibt auch die Verhältnisstufen, die unter Verwendung des angegebenen Beispiels von Zähneverhältnissen erzielt werden. Beispielsweise beträgt das Stufenverhältnis zwischen dem ersten und zweiten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis 1,49, und das Stufenverhältnis zwischen dem zweiten und dritten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis beträgt 1,67. - BESCHREIBUNG EINER VIERTEN BEISPIELHAFTEN
- AUSFÜHRUNGSFORM
- In
4a ist ein Antriebsstrang310 gezeigt, der eine Maschine12 umfasst, die mit einer bevorzugten Ausführungsform des verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes verbunden ist, das allgemein mit dem Bezugszeichen314 bezeichnet ist. Das Getriebe314 ist konstruiert, um mindestens einen Teil seiner Antriebsleistung von der Maschine12 aufzunehmen. - Wie es gezeigt ist, weist die Maschine
12 eine Abtriebswelle auf, die als das Antriebselement17 des Getriebes314 dient. Es kann auch ein Dämpfer für transientes Drehmoment (der nicht gezeigt ist) zwischen der Maschine12 und dem Antriebselement17 des Getriebes eingesetzt werden. - Ungeachtet des Mittels, durch das die Maschine
12 mit dem Getriebeantriebselement17 verbunden ist, ist das Getriebeantriebselement17 funktional mit einem Planetenradsatz in dem Getriebe314 verbunden. Ein Abtriebselement19 des Getriebes314 ist mit einem Achsantrieb16 verbunden. - Das Getriebe
314 benutzt zwei Planetenradsätze320 und330 . Der Planetenradsatz320 wendet ein äußeres Hohlrad324 an, das ein inneres Sonnenrad322 umgibt. Ein Träger326 lagert drehbar mehrere Planetenräder327 , so dass jedes Planetenrad327 kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad324 als auch dem inneren Sonnenrad322 des ersten Planetenradsatzes320 in Eingriff steht. - Der Planetenradsatz
330 weist auch ein äußeres Hohlrad334 auf, das ein inneres Sonnenrad332 umgibt. Mehrere Planetenräder337 sind auch drehbar in einem Träger336 montiert, so dass jedes Planetenrad337 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad334 als auch dem inneren Sonnenrad332 des Planetenradsatzes330 in Eingriff steht. - Das Getriebeantriebselement
17 ist mit dem Träger326 des Planetenradsatzes320 verbunden, und das Getriebeabtriebselement19 ist mit dem Träger336 des Planetenradsatzes330 verbunden. - Das Getriebe
314 umfasst auch einen ersten und zweiten Motor/Generator380 bzw.382 . Der Stator des ersten Motors/Generators380 ist an denn Getriebegehäuse360 befestigt. Der Rotor des ersten Motors/Generators380 ist an dem Sonnenrad322 des Planetenradsatzes320 befestigt. - Der Stator des zweiten Motors/Generators
382 ist auch an dem Getriebegehäuse360 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators382 ist an dem Sonnenrad332 des Planetenradsatzes330 befestigt. - Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Kupplung
350 , verbindet den Träger326 des Planetenradsatzes320 selektiv mit dem Hohlrad334 des Planetenradsatzes330 . Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Kupplung352 , verbindet das Hohlrad324 selektiv mit dem Sonnenrad332 . Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse354 , verbindet das Hohlrad334 selektiv mit dem Getriebegehäuse360 . Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse355 , ist parallel zu dem Motor/Generator380 geschaltet, um dessen Rotation selektiv zu bremsen. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse357 , ist parallel zu dem Motor/Generator382 geschaltet, um dessen Rotation selektiv zu bremsen. Die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung350 ,352 ,354 ,355 und357 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Getriebes314 zu helfen. - Das Hybridgetriebe
314 nimmt Leistung von der Maschine12 auf und tauscht auch Leistung mit einer elektrischen Leistungsquelle386 aus, die funktional mit einem Controller388 verbunden ist. - Die Tabelle für Betriebsmodi von
4b veranschaulicht die Kupplungseinrückungen, die Motor/Generator-Bedingungen und die Abtrieb/Antrieb-Verhältnisse für die fünf Betriebsmodi des Getriebes314 . Diese Modi umfassen den "Batterie-Rückwärtsmodus" (BATT RW), den "EVT Rückwärtsmodus" (EVT RW), "Rückwärts- und Vorwärtsanfahrmodi" (DW RW und DW VW), "Modi mit stufenlos verstellbarem Getriebebereich" (Bereich 1.1, 1.2, 1.3, ...) und "Modi mit festem Verhältnis" (F1, F2, F3), wie es zuvor beschrieben wurde. - Wie es oben ausgeführt wurde, ist der Einrückplan für die Drehmomentübertragungseinrichtungen in der Tabelle für Betriebsmodi und der Tabelle für Modi mit festem Verhältnis der
4b gezeigt.4b liefert auch ein Beispiel von Drehmomentverhältnissen, die unter Verwendung der beispielhaft in4b angegebenen Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse verfügbar sind. Der NR1/NS1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes320 ; und der NR2/NS2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes330 . Das Schaubild von4b beschreibt auch die Verhältnisstufen, die unter Verwendung des angegebenen Beispiels von Zähneverhältnissen erzielt werden. Beispielsweise beträgt das Stufenverhältnis zwischen dem ersten und zweiten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis 1,86, und das Stufenverhältnis zwischen dem zweiten und dritten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis beträgt 1,54. - BESCHREIBUNG EINER FÜNFTEN BEISPIELHAFTEN
- AUSFÜHRUNGSFORM
- In
5a ist ein Antriebsstrang410 gezeigt, der eine Maschine12 umfasst, die mit einer bevorzugten Ausführungsform des verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes verbunden ist, das allgemein mit dem Bezugszeichen414 bezeichnet ist. Das Getriebe414 ist konstruiert, um mindestens einen Teil seiner Antriebsleistung von der Maschine12 aufzunehmen. - Wie es gezeigt ist, weist die Maschine
12 eine Abtriebswelle auf, die als das Antriebselement17 des Getriebes414 dient. Es kann auch ein Dämpfer für transientes Drehmoment (der nicht gezeigt ist) zwischen der Maschine12 und dem Antriebselement17 des Getriebes eingesetzt werden. - Ungeachtet des Mittels, durch das die Maschine
12 mit dem Getriebeantriebselement17 verbunden ist, ist das Getriebeantriebselement17 funktional mit einem Planetenradsatz in dem Getriebe414 verbunden. Ein Abtriebselement19 des Getriebes414 ist mit einem Achsantrieb16 verbunden. - Das Getriebe
414 benutzt zwei Planetenradsätze420 und430 . Der Planetenradsatz420 wendet ein äußeres Hohlrad424 an, das ein inneres Sonnenrad422 umgibt. Ein Träger426 lagert drehbar mehrere Planetenräder427 , so dass jedes Planetenrad427 kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad424 als auch dem inneren Sonnenrad422 des ersten Planetenradsatzes420 in Eingriff steht. - Der Planetenradsatz
430 weist auch ein äußeres Hohlrad434 auf, das ein inneres Sonnenrad432 umgibt. Mehrere Planetenräder437 sind auch drehbar in einem Träger436 montiert, so dass jedes Planetenrad437 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad434 als auch dem inneren Sonnenrad432 des Planetenradsatzes430 in Eingriff steht. - Das Getriebeantriebselement
17 ist ständig mit dem Träger426 verbunden, und das Getriebeabtriebselement19 ist ständig mit dem Träger436 verbunden. - Das Getriebe
414 umfasst auch einen ersten und zweiten Motor/Generator480 bzw.482 . Der Stator des ersten Motors/Generators480 ist an dem Getriebegehäuse460 befestigt. Der Rotor des ersten Motors/Generators480 ist an dem Hohlrad434 befestigt. - Der Stator des zweiten Motors/Generators
482 ist auch an dem Getriebegehäuse460 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators482 ist an dem Sonnenrad432 befestigt. - Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung
450 , verbindet den Träger426 selektiv mit dem Hohlrad434 . Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung452 , verbindet das Hohlrad424 selektiv mit dem Sonnenrad432 . Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse454 , verbindet das Sonnenrad422 selektiv mit dem Getriebegehäuse460 . Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse455 , ist parallel zu dem Motor/Generator480 geschaltet, um dessen Rotation selektiv zu bremsen. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse457 , ist parallel zu dem Motor/Generator482 geschaltet, um dessen Rotation selektiv zu bremsen. Die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung450 ,452 ,454 ,455 und457 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Getriebes414 zu helfen. Das Hybridgetriebe414 nimmt Leistung von der Maschine12 und auch von einer elektrischen Leistungsquelle486 auf, die funktional mit einem Controller488 verbunden ist. - Die Tabelle für Betriebsmodi von
5b veranschaulicht die Kupplungseinrückungen, die Motor/Generator-Bedingungen und die Abtrieb/Antrieb-Verhältnisse für die fünf Betriebsmodi des Getriebes414 . Diese Modi umfassen den "Batterie-Rückwärtsmodus" (BATT RW), den "EVT Rückwärtsmodus" (EVT RW), "Rückwärts- und Vorwärtsanfahrmodi" (DW RW und DW VW), "Modi mit stufenlos verstellbarem Getriebebereich" (Bereich 1.1, 1.2, 1.3, ...) und "Modi mit festem Verhältnis" (F1, F2, F3), wie es zuvor beschrieben wurde. - Wie es oben ausgeführt wurde, ist der Einrückplan für die Drehmomentübertragungseinrichtungen in der Tabelle für Betriebsmodi und der Tabelle für Modi mit festem Verhältnis der
5b gezeigt.5b liefert auch ein Beispiel von Drehmomentverhältnissen, die unter Verwendung der beispielhaft in5b angegebenen Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse verfügbar sind. Der NR1/NS1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes420 ; und der NR2/NS2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes430 . Das Schaubild von5b beschreibt auch die Verhältnisstufen, die unter Verwendung des angegebenen Beispiels von Zähneverhältnissen erzielt werden. Beispielsweise beträgt das Stufenverhältnis zwischen dem ersten und zweiten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis 1,86, und das Stufenverhältnis zwischen dem zweiten und dritten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis beträgt 1,54. - BESCHREIBUNG EINER SECHSTEN BEISPIELHAFTEN
- AUSFÜHRUNGSFORM
- In
6a ist ein Antriebsstrang510 gezeigt, der eine Maschine12 umfasst, die mit einer bevorzugten Ausführungsform des verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes verbunden ist, das allgemein mit dem Bezugszeichen514 bezeichnet ist. Das Getriebe514 ist konstruiert, um mindestens einen Teil seiner Antriebsleistung von der Maschine12 aufzunehmen. - Wie es gezeigt ist, weist die Maschine
12 eine Abtriebswelle auf, die als das Antriebselement17 des Getriebes514 dient. Es kann auch ein Dämpfer für transientes Drehmoment (der nicht gezeigt ist) zwischen der Maschine12 und dem Antriebselement17 des Getriebes eingesetzt werden. - Ungeachtet des Mittels, durch das die Maschine
12 mit dem Getriebeantriebselement17 verbunden ist, ist das Getriebeantriebselement17 funktional mit einem Planetenradsatz in dem Getriebe514 verbunden. Ein Abtriebselement19 des Getriebes514 ist mit einem Achsantrieb16 verbunden. - Das Getriebe
514 benutzt zwei Planetenradsätze520 und530 . Der Planetenradsatz520 wendet ein äußeres Hohlrad524 an, das ein inneres Sonnenrad522 umgibt. Ein Träger526 lagert drehbar mehrere Planetenräder527 , so dass jedes Planetenrad527 kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad524 als auch dem inneren Sonnenrad522 des ersten Planetenradsatzes520 in Eingriff steht. - Der Planetenradsatz
530 weist auch ein äußeres Hohlrad534 auf, das ein inneres Sonnenrad532 umgibt. Mehrere Planetenräder537 sind auch drehbar in einem Träger536 montiert, so dass jedes Planetenrad537 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad534 als auch dem inneren Sonnenrad532 des Planetenradsatzes530 in Eingriff steht. - Das Getriebeantriebselement
17 ist ständig mit dem Träger526 verbunden, und das Getriebeabtriebselement19 ist ständig mit dem Träger536 verbunden. - Das Getriebe
514 umfasst auch einen ersten und zweiten Motor/Generator580 bzw.582 . Der Stator des ersten Motors/Generators580 ist an dem Getriebegehäuse560 befestigt. Der Rotor des ersten Motors/Generators580 ist an dem Hohlrad534 befestigt. - Der Stator des zweiten Motors/Generators
582 ist auch an dem Getriebegehäuse560 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators582 ist an dem Sonnenrad532 befestigt. - Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung
550 , verbindet den Träger526 selektiv mit dem Hohlrad534 . Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung552 , verbindet das Hohlrad524 selektiv mit dem Sonnenrad532 . Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Bremse554 , verbindet das Sonnenrad522 selektiv mit dem Getriebegehäuse560 . Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse555 , ist parallel zu dem Motor/Generator580 geschaltet, um dessen Rotation selektiv zu bremsen. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse557 , ist parallel zu dem Motor/Generator582 geschaltet, um dessen Rotation selektiv zu bremsen. Die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung550 ,552 ,554 ,555 und557 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes514 zu helfen. - Das Hybridgetriebe
514 nimmt Leistung von der Maschine12 auf und tauscht auch Leistung mit einer elektrischen Leistungsquelle586 aus, die funktional mit einem Controller588 verbunden ist. - Die Tabelle für Betriebsmodi von
6b veranschaulicht die Kupplungseinrückungen, die Motor/Generator-Bedingungen und die Abtrieb/Antrieb-Verhältnisse für die fünf Betriebsmodi des Getriebes514 . Diese Modi umfassen den "Batterie-Rückwärtsmodus" (BATT RW), den "EVT Rückwärtsmodus" (EVT RW), "Rückwärts- und Vorwärtsanfahrmodi" (DW RW und DW VW), "Modi mit stufenlos verstellbarem Getriebebereich" (Bereich 1.1, 1.2, 1.3, ...) und "Modi mit festem Verhältnis" (F1, F2, F3), wie es zuvor beschrieben wurde. - Wie es oben ausgeführt wurde, ist der Einrückplan für die Drehmomentübertragungseinrichtungen in der Tabelle für Betriebsmodi und der Tabelle für Modi mit festem Verhältnis der
6b gezeigt.6b liefert auch ein Beispiel von Drehmomentverhältnissen, die unter Verwendung der beispielhaft in6b angegebenen Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse verfügbar sind. Der NR1/NS1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes520 ; und der NR2/NS2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes530 . Das Schaubild von4b beschreibt auch die Verhältnisstufen, die unter Verwendung des angegebenen Beispiels von Zähneverhältnissen erzielt werden. Beispielsweise beträgt das Stufenverhältnis zwischen dem ersten und zweiten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis 1,86, und das Stufenverhältnis zwischen dem zweiten und dritten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis beträgt 1,54. - BESCHREIBUNG EINER SIEBTEN BEISPIELHAFTEN
- AUSFÜHRUNGSFORM
- In
7a ist ein Antriebsstrang610 gezeigt, der eine Maschine12 umfasst, die mit einer bevorzugten Ausführungsform des verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes verbunden ist, das allgemein mit dem Bezugszeichen614 bezeichnet ist. Das Getriebe614 ist konstruiert, um mindestens einen Teil seiner Antriebsleistung von der Maschine12 aufzunehmen. - Wie es gezeigt ist, weist die Maschine
12 eine Abtriebswelle auf, die als das Antriebselement17 des Getriebes614 dient. Es kann auch ein Dämpfer für transientes Drehmoment (der nicht gezeigt ist) zwischen der Maschine12 und dem Antriebselement17 des Getriebes eingesetzt werden. - Ungeachtet des Mittels, durch das die Maschine
12 mit dem Getriebeantriebselement17 verbunden ist, ist das Getriebeantriebselement17 funktional mit einem Planetenradsatz in dem Getriebe614 verbunden. Ein Abtriebselement19 des Getriebes614 ist mit einem Achsantrieb16 verbunden. - Das Getriebe
614 benutzt zwei Planetenradsätze620 und630 . Der Planetenradsatz620 wendet ein äußeres Hohlrad624 an, das ein inneres Sonnenrad622 umgibt. Ein Träger626 lagert drehbar mehrere Planetenräder627 , so dass jedes Planetenrad627 kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad624 als auch dem inneren Sonnenrad622 des ersten Planetenradsatzes620 in Eingriff steht. - Der Planetenradsatz
630 weist auch ein äußeres Hohlrad634 auf, das ein inneres Sonnenrad632 umgibt. Mehrere Planetenräder637 sind auch drehbar in einem Träger636 montiert, so dass jedes Planetenrad637 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad634 als auch dem inneren Sonnenrad632 des Planetenradsatzes630 in Eingriff steht. - Das Getriebeantriebselement
17 ist mit dem Träger626 des Planetenradsatzes620 verbunden, und das Getriebeabtriebselement19 ist mit dem Träger636 des Planetenradsatzes630 verbunden. - Das Getriebe
614 umfasst auch einen ersten und zweiten Motor/Generator680 bzw.682 . Der Stator des ersten Motors/Generators680 ist an dem Getriebegehäuse660 befestigt. Der Rotor des ersten Motors/Generators680 ist an dem Sonnenrad622 des Planetenradsatzes620 befestigt. - Der Stator des zweiten Motors/Generators
682 ist auch an dem Getriebegehäuse660 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators682 ist an dem Sonnenrad632 des Planetenradsatzes630 befestigt. - Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Kupplung
650 , verbindet den Träger626 selektiv mit dem Hohlrad634 . Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Kupplung652 , verbindet das Hohlrad624 selektiv mit dem Sonnenrad632 . Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse654 , verbindet das Hohlrad634 selektiv mit dem Getriebegehäuse660 . Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse655 , ist parallel zu dem Motor/Generator680 geschaltet, um dessen Rotation selektiv zu bremsen. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse657 , ist parallel zu dem Motor/Generator682 geschaltet, um dessen Rotation selektiv zu bremsen. Die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung650 ,652 ,654 ,655 und657 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Getriebes614 zu helfen. - Das Hybridgetriebe
614 nimmt Leistung von der Maschine12 auf und tauscht auch Leistung mit einer elektrischen Leistungsquelle686 aus, die funktional mit einem Controller688 verbunden ist. - Die Tabelle für Betriebsmodi von
7b veranschaulicht die Kupplungseinrückungen, die Motor/Generator-Bedingungen und die Abtrieb/Antrieb-Verhältnisse für die fünf Betriebsmodi des Getriebes614 . Diese Modi umfassen den "Batterie-Rückwärtsmodus" (BATT RW), den "EVT Rückwärtsmodus" (EVT RW), "Rückwärts- und Vorwärtsanfahrmodi" (DW RW und DW VW), "Modi mit stufenlos verstellbarem Getriebebereich" (Bereich 1.1, 1.2, 1.3, ...) und "Modi mit festem Verhältnis" (F1, F2, F3), wie es zuvor beschrieben wurde. - Wie es oben ausgeführt wurde, ist der Einrückplan für die Drehmomentübertragungseinrichtungen in der Tabelle für Betriebsmodi und der Tabelle für Modi mit festem Verhältnis der
7b gezeigt.7b liefert auch ein Beispiel von Drehmomentverhältnissen, die unter Verwendung der beispielhaft in7b angegebenen Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse verfügbar sind. Der NR1/NS1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes620 ; und der NR2/NS2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes630 . Das Schaubild von7b beschreibt auch die Verhältnisstufen, die unter Verwendung des angegebenen Beispiels von Zähneverhältnissen erzielt werden. Beispielsweise beträgt das Stufenverhältnis zwischen dem ersten und zweiten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis 1,86, und das Stufenverhältnis zwischen dem zweiten und dritten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis beträgt 1,54. - BESCHREIBUNG EINER ACHTEN BEISPIELHAFTEN
- AUSFÜHRUNGSFORM
- In
8a ist ein Antriebsstrang710 gezeigt, der eine Maschine12 umfasst, die mit einem verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebe (EVT) verbunden ist, das allgemein mit dem Bezugszeichen714 bezeichnet ist. Das Getriebe714 ist konstruiert, um mindestens einen Teil seiner Antriebsleistung von der Maschine12 aufzunehmen. Wie es gezeigt ist, weist die Maschine12 eine Abtriebswelle auf, die als das Antriebselement17 des Getriebes714 dient. Es kann auch ein Dämpfer für transientes Drehmoment (der nicht gezeigt ist) zwischen der Maschine12 und dem Antriebselement17 des Getriebes eingesetzt werden. - In der gezeigten Ausführungsform kann die Maschine
12 eine Maschine für fossilen Brennstoff sein, wie etwa ein Dieselmotor, der einfach ange passt ist, um seine verfügbare Ausgangsleistung typischerweise mit einer konstanten Anzahl von Umdrehungen pro Minute (U/min) abzugeben. - Ungeachtet des Mittels, durch das die Maschine
12 mit dem Getriebeantriebselement17 verbunden ist, ist das Getriebeantriebselement17 funktional mit Planetenradelementen in dem Getriebe714 verbindbar. - Ein Abtriebselement
19 des Getriebes714 ist mit einem Achsantrieb16 verbunden. - Das Getriebe
714 benutzt zwei Differenzialzahnradsätze, vorzugsweise in der Natur von Planetenradsätzen720 und730 . Der Planetenradsatz720 wendet ein äußeres Zahnradelement724 an, das typischerweise als das Hohlrad bezeichnet wird. Das Hohlrad724 umgibt ein inneres Zahnradelement722 , das typischerweise als das Sonnenrad bezeichnet wird. Ein Träger726 lagert drehbar mehrere Planetenräder727 , so dass jedes Planetenrad727 kämmend mit sowohl dem inneren Sonnenrad722 als auch dem Hohlrad724 in Eingriff steht. - Der Planetenradsatz
730 weist auch ein äußeres Zahnradelement734 auf, das häufig auch als das Hohlrad bezeichnet wird, welches ein inneres Zahnradelement732 umgibt, das auch häufig als das Sonnenrad bezeichnet wird. Mehrere Planetenräder737 ,738 sind auch drehbar in einem Träger736 montiert, so dass jedes Planetenrad737 kämmend mit dem Sonnenrad732 in Eingriff steht und jedes Planetenrad738 mit dem äußeren Hohlrad734 und dem jeweiligen Planetenrad737 in Eingriff steht. - Das Antriebselement
17 ist an dem Träger726 des Planetenradsatzes720 befestigt. Das Abtriebselement19 ist ständig mit dem Hohlrad734 des Planetenradsatzes730 verbunden. - Diese Ausführungsform
710 umfasst auch einen ersten und zweiten Motor/Generator780 bzw.782 . Der Stator des ersten Motors/Generators780 ist an dem Getriebegehäuse760 befestigt. Der Rotor des ersten Motors/Generators780 ist mit dem Sonnenrad722 durch eine versetzte Zahnradanordnung790 verbunden. - Der Stator des zweiten Motors/Generators
782 ist auch an dem Getriebegehäuse760 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators782 ist selektiv alternativ mit dem Träger736 oder dem Sonnenrad732 über die Klauenkupplung792 verbindbar, die zwischen Positionen "A" und "B" abwechselt." Der Rotor des zweiten Motors/Generators782 ist mit der Klauenkupplung792 durch eine versetzte Zahnradanordnung794 verbunden. - Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung
750 , verbindet den Träger726 selektiv mit dem Träger736 . Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung752 , verbindet das Hohlrad724 selektiv mit dem Sonnenrad732 . Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse755 , bremst den Rotor des Motors/Generators780 selektiv. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse757 , bremst den Rotor des Motors/Generators782 selektiv. Die erste, zweite, dritte und vierte Drehmomentübertragungseinrichtung750 ,752 ,755 und757 und die Klauenkupplung792 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes714 zu helfen. - Das Hybridgetriebe
714 nimmt Leistung von der Maschine12 auf und tauscht auch Leistung mit einer elektrischen Leistungsquelle786 aus, die funktional mit einem Controller788 verbunden ist. - Die Tabelle für Betriebsmodi von
8b veranschaulicht die Kupplungseinrückungen, die Motor/Generator-Bedingungen und die Abtrieb/Antrieb-Verhältnisse für die fünf Betriebsmodi des Getriebes714 . Diese Modi umfassen den "Batterie-Rückwärtsmodus" (BATT RW), den "EVT Rückwärtsmodus" (EVT RW), "Rückwärts- und Vorwärtsanfahrmodi" (DW RW und DW VW), "Modi mit stufenlos verstellbarem Getriebebereich" (Bereich 1.1, 1.2, 1.3, ...) und "Modi mit festem Verhältnis" (F1, F2 und F3), wie es zuvor beschrieben wurde. - Wie es oben ausgeführt wurde, ist der Einrückplan für die Drehmomentübertragungseinrichtungen in der Tabelle für Betriebsmodi und der Tabelle für Modi mit festem Verhältnis der
8b gezeigt.8b liefert auch ein Beispiel von Drehmomentverhältnissen, die unter Verwendung der beispielhaft in8b angegebenen Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse verfügbar sind. Der NR1/NS1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes720 , und der NR2/NS2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes730 . Das Schaubild von8b beschreibt auch die Verhältnisstufen, die unter Verwendung des angegebenen Beispiels von Zähneverhältnissen erzielt werden. Beispielsweise beträgt das Stufenverhältnis zwischen dem ersten und zweiten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis 1,49. - In den Ansprüchen bezieht sich der Wortlaut "ständig verbunden" oder "verbindet ständig" auf eine direkte Verbindung oder eine proportional übersetzte Verbindung, wie etwa eine Zahnradanordnung an einer versetzten Achse. Auch kann das "feststehende Element" oder "Masse" das Getriebegehäuse (Kasten) oder irgendeine andere nicht rotierende Komponente oder Komponenten umfassen. Auch wenn gesagt wird, dass ein Drehmomentübertragungsmechanismus etwas mit einem Element eines Zahnradsatzes verbindet, kann er auch mit einem Verbindungselement verbunden sein, das es mit diesem Element verbindet.
- Obgleich verschiedene bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart sind, ist zu verstehen, dass die Konzepte der vorliegenden Erfindung Gegenstand zahlreicher, dem Fachmann deutlicher Veränderungen sind. Daher soll der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht auf die gezeigten und beschriebenen Details beschränkt sein, sondern soll alle Veränderungen und Abwandlungen umfassen, die in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen.
- Zusammenfassung
- Die elektrisch verstellbare Getriebefamilie der vorliegenden Erfindung stellt kostengünstige elektrisch verstellbare Getriebemechanismen mit geringem Inhalt bereit, die einen ersten und zweiten Differenzialzahnradsatz, eine Batterie, zwei Elektromotoren, die austauschbar als Motoren oder Generatoren dienen, und fünf wählbare Drehmomentübertragungseinrichtungen (zwei Kupplungen und drei Bremsen) umfassen. Die wählbaren Drehmomentübertragungseinrichtungen werden einzeln oder in Kombinationen von zweien oder dreien eingerückt, um ein EVT mit einem stufenlos verstellbaren Bereich von Drehzahlen (einschließlich rückwärts) und bis zu drei mechanisch festen Vorwärtsdrehzahlverhältnissen zu ergeben. Die Drehmomentübertragungseinrichtungen und der erste und zweite Motor/Generator sind betreibbar, um in dem elektrisch verstellbaren Getriebe fünf Betriebsmodi bereitzustellen, die einen Batterie-Rückwärtsmodus, einen EVT Rückwärtsmodus, Rückwärts- und Vorwärtsanfahrmodi, einen Modus mit stufenlos verstellbarem Getriebebereich und einen Modus mit festem Verhältnis umfassen.
Claims (14)
- Elektrisch verstellbares Getriebe, umfassend: ein Antriebselement zur Aufnahme von Leistung von einer Maschine; ein Abtriebselement; einen ersten und zweiten Motor/Generator; einen ersten und zweiten Differenzialzahnradsatz, die jeweils ein erstes, zweites und drittes Element aufweisen; wobei das Antriebselement ständig mit mindestens einem Element der Zahnradsätze verbunden ist und das Abtriebselement ständig mit einem anderen Element der Zahnradsätze verbunden ist; der erste Motor/Generator ständig mit einem Element des ersten oder zweiten Zahnradsatzes verbunden ist; und der zweite Motor/Generator ständig mit einem Element des zweiten Zahnradsatzes verbunden ist, das verschieden ist von dem Element, das ständig mit dem ersten Motor/Generator verbunden ist; eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, die ein Element des ersten Zahnradsatzes selektiv mit einem Element des zweiten Zahnradsatzes verbindet; eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, die ein Element des ersten Zahnradsatzes selektiv mit einem Element des zweiten Zahnradsatzes verbindet, wobei das Paar Elemente, das durch die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung verbunden ist, verschieden ist von dem Paar Elementen, das durch die erste Drehmomentübertragungseinrichtung verbunden ist; eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, die ein Element des ersten oder zweiten Zahnradsatzes selektiv an Masse festlegt; eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, die parallel zu einem von dem ersten und zweiten Motor/Generator geschaltet ist, um dessen Rotation selektiv zu verhindern; eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, die parallel zu dem anderen von dem ersten und zweiten Motor/Generator geschaltet ist, um dessen Rotation selektiv zu verhindern; wobei die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung einrückbar sind, um ein elektrisch verstellbares Getriebe mit einem stufenlos verstellbaren Bereich von Drehzahlverhältnissen und bis zu drei festen Vorwärtsdrehzahlverhältnissen bereitzustellen.
- Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 1, wobei der erste und zweite Differenzialzahnradsatz Planetenradsätze sind.
- Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 2, wobei Träger von jedem der Planetenradsätze Einzelplanetenträger sind.
- Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 2, wobei zumindest ein Träger der Planetenradsätze ein Doppelplanetenträger ist.
- Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 1, wobei die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung und der erste und zweite Motor/Generator betreibbar sind, um in dem elektrisch verstellbaren Getriebe fünf Betriebsmodi bereitzustellen, die einen Batterie-Rückwärtsmodus, einen EVT Rückwärtsmodus, Rückwärts- und Vorwärtsanfahrmodi, einen Modus mit stufenlos verstellbarem Getriebebereich und einen Modus mit festem Verhältnis umfassen.
- Elektrisch verstellbares Getriebe, umfassend: ein Antriebselement zur Aufnahme von Leistung von einer Maschine; ein Abtriebselement; einen ersten und zweiten Motor/Generator; einen ersten und zweiten Differenzialzahnradsatz, die jeweils ein erstes, zweites und drittes Element aufweisen; wobei das Antriebselement ständig mit mindestens einem Element der Zahnradsätze verbunden ist und das Abtriebselement ständig mit einem anderen Element der Zahnradsätze verbunden ist; der erste Motor/Generator ständig mit einem Element des ersten oder zweiten Zahnradsatzes verbunden ist; und der zweite Motor/Generator ständig mit einem Element des zweiten Zahnradsatzes verbunden ist, das verschieden ist von dem Element, das ständig mit dem ersten Motor/Generator verbunden ist; und eine erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung zum selektiven Verbinden der Elemente des ersten oder zweiten Zahnradsatzes mit einem feststehenden Element oder mit anderen Elementen der Planetenradsätze, wobei die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung einzeln oder in Kombinationen von zweien oder dreien einrückbar sind, um ein elektrisch verstellbares Getriebe mit einem stufenlos verstellbaren Bereich von Drehzahlverhältnissen und bis zu drei festen Vorwärtsdrehzahlverhältnissen zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement bereitzustellen.
- Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 6, wobei die erste Drehmomentübertragungseinrichtung ein Element des ersten Planetenradsatzes selektiv mit einem Element des zweiten Planetenradsatzes verbindet.
- Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 7, wobei die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung ein Element des ersten Planetenradsatzes selektiv mit einem Element des zweiten Planetenradsatzes verbindet, wobei das Paar Elemente, das durch die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung verbunden ist, verschieden ist von dem Paar Elementen, das durch die erste Drehmomentübertragungseinrichtung verbunden ist.
- Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 8, wobei die dritte Drehmomentübertragungseinrichtung ein Element des ersten oder zweiten Planetenradsatzes selektiv mit dem feststehenden Element verbindet.
- Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 9, wobei die vierte Drehmomentübertragungseinrichtung parallel zu einem der Motoren/Generatoren geschaltet ist, um dessen Rotation selektiv zu verhindern.
- Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 10, wobei die fünfe Drehmomentübertragungseinrichtung parallel zu dem anderen der Motoren/Generatoren geschaltet ist, um dessen Rotation selektiv zu verhindern.
- Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 11, wobei Träger von jedem der Planetenradsätze Einzelplanetenträger sind.
- Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 11, wobei zumindest ein Träger der Planetenradsätze ein Doppelplanetenträger ist.
- Elektrisch verstellbares Getriebe, umfassend: ein Antriebselement zur Aufnahme von Leistung von einer Maschine; ein Abtriebselement; einen ersten und zweiten Motor/Generator; einen ersten und zweiten Differenzialzahnradsatz, die jeweils ein erstes, zweites und drittes Element aufweisen; wobei das Antriebselement ständig mit mindestens einem Element der Zahnradsätze verbunden ist und das Abtriebselement ständig mit einem anderen Element der Zahnradsätze verbunden ist; der erste Motor/Generator ständig mit einem Element des ersten Planetenradsatzes verbunden ist; und der zweite Motor/Generator selektiv alternativ mit zweien der Elemente des zweiten Zahnradsatzes durch eine Klauenkupplung verbindbar ist; eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, die ein Element des ersten Zahnradsatzes selektiv mit einem Element des zweiten Zahnradsatzes verbindet; eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, die ein Element des ersten Zahnradsatzes selektiv mit einem Element des zweiten Zahnradsatzes verbindet, wobei das Paar Elemente, das durch die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung verbunden ist, verschieden ist von dem Paar Elementen, das durch die erste Drehmomentübertragungseinrichtung verbunden ist; eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, die ein Element des ersten oder zweiten Zahnradsatzes selektiv an Masse festlegt; eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, die parallel zu einem von dem ersten und zweiten Motor/Generator geschaltet ist, um dessen Rotation selektiv zu verhindern; eine fünfe Drehmomentübertragungseinrichtung, die parallel zu dem anderen von dem ersten und zweiten Motor/Generator geschaltet ist, um dessen Rotation selektiv zu verhindern; und wobei die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung einrückbar sind, um ein elektrisch verstellbares Getriebe mit einem stufenlos verstellbaren Bereich von Drehzahlverhältnissen und bis zu drei festen Vorwärtsdrehzahlverhältnissen bereitzustellen.
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