DE112006002068T5 - Elektrisch verstellbares Getriebe mit zwei oder drei Planetenradsätzen und zwei oder drei festen Verbindungen - Google Patents
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Abstract
ein Antriebselement zur Aufnahme von Leistung von einer Maschine;
ein Abtriebselement;
einen ersten und zweiten Motor/Generator;
einen ersten, zweiten und dritten Differenzialzahnradsatz, die jeweils ein erstes, zweites und drittes Element aufweisen;
wobei das Antriebselement ständig oder selektiv mit einem Element der Zahnradsätze verbunden ist, und das Abtriebselement ständig mit einem anderen Element der Zahnradsätze verbunden ist;
ein erstes Verbindungselement, das das erste Element des ersten Zahnradsatzes ständig mit dem ersten Element des zweiten Zahnradsatzes verbindet;
ein zweites Verbindungselement, das das zweite Element des ersten Zahnradsatzes ständig mit dem zweiten Element des zweiten Zahnradsatzes verbindet;
ein drittes Verbindungselement, das das erste Element des dritten Zahnradsatzes ständig mit dem zweiten oder dritten Element des zweiten Zahnradsatzes oder mit einem feststehenden Element verbindet;
wobei der erste Motor/Generator ständig oder selektiv mit einem Element des ersten oder zweiten Zahnradsatzes verbunden ist;...
Description
- TECHNISCHES GEBIET
- Die vorliegende Erfindung betrifft elektrisch verstellbare Getriebe mit einem selektiven Betrieb in Leistungsverzweigungsbereichen mit variablem Drehzahlverhältnis und in festen Drehzahlverhältnissen, das zwei oder drei Planetenradsätze, zwei Motoren/Generatoren und vier oder fünf Drehmomentübertragungsmechanismen 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 Speicherbatte rien 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 Leistungsquelle 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 Spei cherbatterie kann die elektrische Leistung, die von einem Motor/Generator 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 verstell baren 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 zwei oder drei Differenzialzahnradsätze, eine Batterie, zwei Elektromotoren, die austauschbar als Motoren oder Generatoren dienen, und vier oder fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen 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, zweite und dritte Planetenradsatz in beliebiger Reihenfolge gezählt werden (d.h. von links nach rechts, von rechts nach links usw.).
- Jeder der 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 Planet sein.
- Jeder Träger kann entweder ein Einzelplanetenträger (einfach) oder ein Doppelplanetenträger (zusammengesetzt) sein.
- Die Antriebswelle ist selektiv oder ständig mit zumindest einem Element der Planetenradsätze verbunden. Die Abtriebswelle ist ständig mit zumindest einem Element der Planetenradsätze verbunden.
- Eine erste feste Verbindung verbindet ein erstes Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit einem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes.
- Eine zweite feste Verbindung verbindet das zweite Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes.
- Eine optionale dritte feste Verbindung verbindet ein erstes Element des dritten Planetenradsatzes ständig mit dem zweiten oder dritten Element des zweiten Planetenradsatzes oder dem feststehenden Element.
- Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung verbindet das Antriebselement oder ein Element des dritten Planetenradsatzes selektiv mit einem Element des ersten oder zweiten Planetenradsatzes.
- Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung verbindet das Antriebselement oder ein Element des dritten Planetenradsatzes selektiv mit einem Element des ersten, zweiten oder dritten Planetenradsatzes, wobei dieses Element verschieden ist von dem einen, das mit dem ersten Drehmomentübertragungsmechanismus verbunden ist.
- Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung verbindet ein Element des ersten, zweiten oder dritten Planetenradsatzes selektiv mit einem feststehenden Element oder mit dem Antriebselement.
- Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung ist als Bremse implementiert, die parallel zu einem der Motoren/Generatoren geschaltet ist, um dessen Rotation zu bremsen. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung ist als Bremse implementiert, die parallel zu dem anderen von den Motoren/Generatoren geschaltet ist, um dessen Rotation zu bremsen.
- Der erste Motor/Generator ist an dem Getriebekasten (oder Masse) montiert) und ist ständig mit einem Element des ersten oder zweiten Planetenradsatzes verbunden oder er ist selektiv mit der ersten oder zweiten festen Verbindung über eine Klauenkupplung verbunden.
- Der zweite Motor/Generator ist an dem Getriebekasten montiert und ständig mit einem Element des zweiten oder dritten Planetenradsatzes verbunden, wobei dieses Element verschieden ist von dem Element, das mit dem ersten Motor/Generator verbunden ist. Der erste oder zweite Motor/Generator kann eine versetzte Zahnradanordnung enthalten.
- Die vier oder fünf auswählbaren Drehmomentübertragungseinrichtungen sind selektiv einzeln oder in Zweier- oder Dreierkombinationen einrück bar, um ein EVT mit einem stufenlos verstellbaren Bereich von Drehzahlen (einschließlich rückwärts) und vier mechanisch festen Vorwärtsdrehzahlverhältnissen zu ergeben. 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
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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; -
8b ist eine Tabelle für Betriebsmodi und eine Tabelle für Modi mit festem Verhältnis, die einige der Betriebseigenschaften des in8a gezeigten Antriebsstrangs darstellen; -
9a ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs mit einem elektrisch verstellbaren Getriebe, der ein anderes Familienmitglied der vorliegenden Erfindung enthält; -
9b ist eine Tabelle für Betriebsmodi und eine Tabelle für Modi mit festem Verhältnis, die einige der Betriebseigenschaften des in9a gezeigten Antriebsstrangs darstellen; -
10a ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs mit einem elektrisch verstellbaren Getriebe, der ein anderes Familienmitglied der vorliegenden Erfindung enthält; -
10b ist eine Tabelle für Betriebsmodi und eine Tabelle für Modi mit festem Verhältnis, die einige der Betriebseigenschaften des in10a gezeigten Antriebsstrangs darstellen; -
11a ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs mit einem elektrisch verstellbaren Getriebe, der ein anderes Familienmitglied der vorliegenden Erfindung enthält; -
11b ist eine Tabelle für Betriebsmodi und eine Tabelle für Modi mit festem Verhältnis, die einige der Betriebseigenschaften des in11a gezeigten Antriebsstrangs darstellen; -
12a ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs mit einem elektrisch verstellbaren Getriebe, der ein anderes Familienmitglied der vorliegenden Erfindung enthält; -
12b ist eine Tabelle für Betriebsmodi und eine Tabelle für Modi mit festem Verhältnis, die einige der Betriebseigenschaften des in12a gezeigten Antriebsstrangs darstellen; -
13a ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs mit einem elektrisch verstellbaren Getriebe, der ein anderes Familienmitglied der vorliegenden Erfindung enthält; -
13b ist eine Tabelle für Betriebsmodi und eine Tabelle für Modi mit festem Verhältnis, die einige der Betriebseigenschaften des in13a gezeigten Antriebsstrangs darstellen; -
14a ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs mit einem elektrisch verstellbaren Getriebe, der ein anderes Familienmitglied der vorliegenden Erfindung enthält; -
14b ist eine Tabelle für Betriebsmodi und eine Tabelle für Modi mit festem Verhältnis, die einige der Betriebseigenschaften des in14a gezeigten Antriebsstrangs darstellen; -
15a ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs mit einem elektrisch verstellbaren Getriebe, der ein anderes Familienmitglied der vorliegenden Erfindung enthält; und -
15b ist eine Tabelle für Betriebsmodi und eine Tabelle für Modi mit festem Verhältnis, die einige der Betriebseigenschaften des in15a 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 Planetenradelementen in dem Getriebe14 verbindbar. - Ein Abtriebselement
19 des Getriebes14 ist mit einem Achsantrieb16 verbunden. - Das Getriebe
14 benutzt drei Differenzialzahnradsätze, vorzugsweise in der Natur von Planetenradsätzen20 ,30 und40 . 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 ,28 , die in kämmender Beziehung miteinander angeordnet sind. Die Planetenräder27 stehen mit dem Sonnenrad22 in Eingriff, und die Planetenräder28 stehen mit dem Hohlrad24 in Eingriff. - 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. - Der Planetenradsatz
40 weist ein äußeres Zahnradelement44 auf, das häufig als das Hohlrad bezeichnet wird, welches ein inneres Zahnradelement42 umgibt, das auch häufig als das Sonnenrad bezeichnet wird. Ein Träger46 lagert drehbar mehrere Planetenräder47 , so dass jedes Planetenrad47 kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad44 als auch dem inneren Sonnenrad42 des dritten Planetenradsatzes in Eingriff steht. - Das Antriebselement ist
17 ist nicht ständig mit irgendeinem Planetenradelement verbunden. Das Abtriebselement19 ist ständig mit dem Träger46 des Planetenradsatzes40 verbunden. - Eine erste feste Verbindung
70 verbindet den Träger26 des Planetenradsatzes20 ständig mit dem Sonnenrad32 des Planetenradsatzes30 . - Eine zweite feste Verbindung
72 verbindet das Hohlrad24 des Planetenradsatzes20 ständig mit dem Träger36 des Planetenradsatzes30 . - Eine dritte feste Verbindung
74 verbindet das Hohlrad34 des Planetenradsatzes30 ständig mit dem Hohlrad44 des Planetenradsatzes40 . - 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 Träger26 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 Sonnenrad42 des Planetenradsatzes40 befestigt. - Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Antriebskupplung
50 , verbindet den Träger26 des Planetenradsatzes20 selektiv mit dem Antriebselement17 . Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Antriebskupplung52 , verbindet den Träger36 des Planetenradsatzes30 selektiv mit dem Antriebselement17 . Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse54 , verbindet das Sonnenrad22 selektiv mit dem Getriebegehäuse60 . Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse55 , bremst den Rotor des Motors/Generators80 selektiv. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse57 , bremst den Rotor des Motors/Generators82 selektiv. 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. - 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 speichern 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 Sonnenrads, des Planetenträgers und des Hohlrads 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 Hohlrads 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 Hohlrads proportional zu den Drehzahlen des Sonnenrads 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 sich 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/Gene rator 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 vorgenommen 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 sechzehn Funktionsanforderungen auf (die den 16 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 , im Batterie-Rückwärtsmodus, sind die Kupplung50 und Bremse54 eingerückt, der Motor/Generator80 , der als Motor arbeitet, weist –1,00 Einheiten Drehmoment auf, und der Motor/Generator82 , der als Generator arbeitet, weist –0,99 Einheiten Drehmoment auf. Es wird beispielsweise ein Drehmomentverhältnis von –3,31 erreicht. 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. Ein "X" in diesen Spalten veranschaulicht, dass der jeweilige Motor gebremst wird, wie etwa durch die Bremsen55 oder57 . - Der zweite Betriebsmodus ist der "EVT Rückwärtsmodus", der der zweiten Zeile (EVT RW) jeder Tabelle für Betriebsmodi, wie etwa jener von
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 Kupplung50 und die Bremse54 eingerückt, der Generator80 weist ein Drehmoment von –3,52 Einheiten auf, der Motor82 weist ein Drehmoment von –2,50 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 RW 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 rück wärts kriecht). Nach1b , in DW Rückwärts, sind die Kupplung50 und die Bremse54 eingerückt, der Motor/Generator80 wirkt als Generator mit –3,12 Einheiten Drehmoment, und der Motor/Generator82 wirkt als Motor mit –2,10 Einheiten Drehmoment, und es wird ein Drehmomentverhältnis von –7,00 erreicht. In DW Vorwärts sind die Kupplung50 und die Bremse54 eingerückt, der Motor/Generator80 wirkt als Motor mit 0,42 Einheiten Drehmoment, und der Motor/Generator82 wirkt als Generator mit 1,41 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. Wenn beispielsweise in1b die Kupplung50 und die Bremse54 eingerückt sind, wird ein Bereich von Verhältnissen von 4,69 bis 1,86 erreicht. Wenn die Kupplung52 und die Bremse54 eingerückt sind, wird ein Bereich von Verhältnissen von 1,36 bis 0,54 erreicht. - Der fünfte Betriebsmodus umfasst die Modi mit "festem Verhältnis" (F1, F2, F3 und F4), die Zeilen 13–16 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 vier Vorwärtsgänge mit festem Verhältnis, aber es können zusätzliche feste Verhältnisse erreicht werden. Nach1b sind in dem festen Verhältnis F1 die Kupplung50 und die Bremsen54 ,57 eingerückt, um ein festes Drehmomentverhältnis von 3,31 zu erreichen. Jedes "X" in der Spalte der Motoren/Generatoren80 oder82 in1b gibt an, dass die Bremse55 bzw.57 eingerückt ist und der Motor/Generator nicht rotiert. In dem festen Verhältnis F2 sind die Kupplung52 und die Bremsen54 ,57 eingerückt, um ein festes Verhältnis von 2,18 zu erreichen. In dem festen Verhältnis F3 sind die Kupplungen50 ,52 und die Bremse57 eingerückt, um ein festes Verhältnis von 1,43 zu erreichen. In dem festen Verhältnis F4 sind die Kupplung52 und die Bremsen55 ,57 eingerückt, um ein festes Verhältnis von 0,86 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 Zwischendrehzahlbereich (z.B. Bereich 2.1 in1b ) umgeschaltet. 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 ,5a ,6a und14a kalte Schaltvorgänge auf. - 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 , der NR2/NS2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes30 , und der NR3/NS3-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes40 . 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 1,52, und die Verhältnisspreizung beträgt 3,85. - 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 Planetenradelementen in dem Getriebe114 verbindbar. Ein Abtriebselement19 des Getriebes114 ist mit einem Achsantrieb16 verbunden. - Das Getriebe
114 benutzt drei Differenzialzahnradsätze, vorzugsweise in der Natur von Planetenradsätzen120 ,130 und140 . 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 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad124 als auch dem inneren Sonnenrad122 des 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. Ein Träger136 lagert drehbar mehrere Planetenräder137 , so dass jedes Planetenrad137 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad134 als auch dem inneren Sonnenrad132 des Planetenradsatzes130 in Eingriff steht. - Der Planetenradsatz
140 weist auch ein äußeres Zahnradelement144 auf, das häufig auch als das Hohlrad bezeichnet wird, welches ein inneres Zahnradelement142 umgibt, das auch häufig als das Sonnenrad bezeichnet wird. Ein Träger146 lagert drehbar mehrere Planetenräder147 , so dass jedes Planetenrad147 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad144 als auch dem inneren Sonnenrad142 des Planetenradsatzes140 in Eingriff steht. - Das Getriebeantriebselement
17 ist nicht ständig mit irgendeinem Planetenradelement verbunden. Das Getriebeabtriebselement19 ist mit dem Träger126 des Planetenradsatzes120 verbunden. - Eine erste feste Verbindung
170 verbindet den Träger126 des Planetenradsatzes120 ständig mit dem Träger136 des Planetenradsatzes130 . - Eine zweite feste Verbindung
172 verbindet das Hohlrad124 des Planetenradsatzes120 ständig mit dem Sonnenrad132 des Planetenradsatzes130 . - Eine dritte feste Verbindung
174 verbindet das Hohlrad134 des Planetenradsatzes130 ständig mit dem Träger146 des Planetenradsatzes140 . - 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 Sonnenrad142 des Planetenradsatzes140 befestigt. - Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Antriebskupplung
150 , verbindet das Sonnenrad132 des Planetenradsatzes130 selektiv mit dem Antriebselement17 . Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Antriebskupplung152 , verbindet den Träger146 des Planetenradsatzes140 selektiv mit dem Antriebselement17 . Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse154 , verbindet das Hohlrad144 des Planetenradsatzes140 selektiv mit dem Getriebegehäuse160 . Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse155 , ist parallel zu dem Motor/Generator180 geschaltet, um die Rotation des Motors/Generators180 selektiv zu bremsen. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse157 , ist parallel zu dem Motor/Generator182 geschaltet, um die Rotation des Motors/Generators182 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 an elektrische 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 sechzehn Funktionsanforderungen auf (die den 16 Zeilen jeder in den Figuren gezeigten Tabelle für Betriebsmodi entsprechen), die zu fünf Betriebsmodi gruppiert werden 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, sind in diesem Modus beispielsweise die Kupplung150 und die Bremse154 eingerückt, der Motor/Generator180 , der als Motor wirkt, weist 1,00 Einheiten Drehmoment auf, der Generator182 weist ein Drehmoment von –0,73 Einheiten auf, und es wird ein Abtriebsdrehmoment von –1,90 erreicht, das einem Antriebsdrehmoment von 1 Einheit entspricht. - Der zweite Betriebsmodus ist der "EVT 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 Kupplung150 und die Bremse154 eingerückt, der Generator180 weist ein Drehmoment von 5,69 Einheiten auf, der Motor182 weist ein Drehmoment von –3,76 Ein heiten 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 der dritten und vierten Zeile (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 Kupplung150 und die Bremse154 eingerückt, und der Motor/Generator180 wirkt als Generator in DW Rückwärts mit 4,99 Einheiten Drehmoment und der Motor/Generator182 wirkt als Motor mit –3,25 Einheiten Drehmoment. In DW Vorwärts sind die Kupplung150 und die Bremse154 eingerückt, der Motor/Generator180 wirkt als Motor mit –1,15 Einheiten Drehmoment, und der Motor/Generator182 wirkt als Generator mit 1,21 Einheiten Drehmoment. 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 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 bereit gestellt werden. Wenn beispielsweise in2b die Kupplung150 und die Bremse154 eingerückt sind, wird ein Bereich von Verhältnissen von 4,69 bis 1,86 erreicht. Wenn die Kupplung152 und die Bremse154 eingerückt sind, wird ein Bereich von Verhältnissen von 1,36 bis 0,54 erreicht. - Der fünfte Betriebsmodus umfasst die Modi mit "festem Verhältnis" (F1, F2, F3 und F4), die den Zeilen 13–16 der Tabelle für Betriebsmodi von
2b entsprechen. In diesem Modus arbeitet das Getriebe wie ein herkömmliches Automatikgetriebe, wobei drei Drehmomentübertragungseinrichtung eingerückt sind, um ein diskretes Getriebeübersetzungsverhältnis zu schaffen. In dem festen Verhältnis F1 sind die Kupplung150 und die Bremsen154 ,157 eingerückt, um ein festes Verhältnis von 2,51 zu erreichen. In dem festen Verhältnis F2 sind die Kupplung150 und die Bremsen155 ,157 eingerückt, um ein festes Verhältnis von 1,52 zu erreichen. In dem festen Verhältnis F3 sind die Kupplungen150 ,152 und die Bremse157 eingerückt, um ein festes Verhältnis von 1,00 zu erreichen. In dem festen Verhältnis F4 sind die Kupplung152 und die Bremsen155 ,157 eingerückt, um ein festes Verhältnis von 0,66 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 , der NR2/NS2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes130 , und der NR3/NS3-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes140 . 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 1,65, und die Verhältnisspreizung beträgt 3,80. - 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 Getriebeantriebselement17 funktional mit Planetenradelementen in dem Getriebe214 verbindbar. Ein Abtriebselement19 des Getriebes214 ist mit einem Achsantrieb16 verbunden. - Das Getriebe
214 benutzt drei Differenzialzahnradsätze, vorzugsweise in der Natur von Planetenradsätzen220 ,230 und240 . 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 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad224 als auch dem inneren Sonnenrad222 des Planetenradsatzes220 in Eingriff steht. - Der Planetenradsatz
230 weist auch ein äußeres Hohlrad234 auf, das ein inneres Sonnenrad232 umgibt. Mehrere Planetenräder237 sind auch drehbar in einem Träger236 montiert, so dass jedes Planetenrad237 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad234 als auch dem inneren Sonnenrad232 des Planetenradsatzes230 in Eingriff steht. - Der Planetenradsatz
240 weist auch ein äußeres Hohlrad244 auf, das ein inneres Sonnenrad242 umgibt. Mehrere Planetenräder247 sind auch drehbar in einem Träger246 montiert, so dass jedes Planetenrad247 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad244 als auch dem inneren Sonnenrad242 des Planetenradsatzes240 in Eingriff steht. - Das Getriebeantriebselement
17 ist nicht ständig mit irgendeinem Planetenradelement verbunden. Das Getriebeabtriebselement19 ist ständig mit dem Träger246 des Planetenradsatzes240 verbunden. - Eine erste feste Verbindung
270 verbindet den Träger226 des Planetenradsatzes220 ständig mit dem Hohlrad234 des Planetenradsatzes230 . - Eine zweite feste Verbindung
272 verbindet das Sonnenrad222 des Planetenradsatzes220 ständig mit dem Sonnenrad232 des Planetenradsatzes230 . - Eine dritte feste Verbindung
274 verbindet den Träger236 des Planetenradsatzes230 ständig mit dem Hohlrad244 des Planetenradsatzes240 . - 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 Hohlrad224 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 Sonnenrad242 des Planetenradsatzes240 befestigt. - Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Antriebskupplung
250 , verbindet das Sonnenrad222 des Planetenradsatzes220 selektiv mit dem Antriebselement17 . Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Antriebskupplung252 , verbindet den Träger226 des Planetenradsatzes220 selektiv mit dem Antriebselement17 . Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse254 , verbindet das Sonnenrad222 selektiv mit dem Getriebegehäuse260 . Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse255 , ist parallel zu dem Motor/Generator280 geschaltet, um die Rotation des Motors/Generators280 selektiv zu bremsen. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse257 , ist parallel zu dem Motor/Generator282 geschaltet, um die Rotation des Motors/Generators282 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), "Modi Bereich 1.1, 1.2, 1.3 und "Modi mit festem Verhältnis" (F1, F2, F3 und F4), 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 , der NR2/NS2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes230 , und der NR3/NS3-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes240 . 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 1,58, und die Verhältnisspreizung beträgt 3,34. - 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 Planetenradelementen in dem Getriebe314 verbindbar. Ein Abtriebselement19 des Getriebes314 ist mit einem Achsantrieb16 verbunden. - Das Getriebe
314 benutzt drei Planetenradsätze320 ,330 und340 . Der Planetenradsatz320 wendet ein äußeres Hohlrad324 an, das ein inneres Sonnenrad322 umgibt. Ein Träger326 lagert drehbar mehrere Planetenräder327 , so dass jedes Planetenrad327 gleichzeitig und 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 Planetenträger336 montiert, so dass jedes Planetenrad337 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem Hohlrad334 als auch dem Sonnenrad332 des Planetenradsatzes330 in Eingriff steht. - Der Planetenradsatz
340 weist auch ein äußeres Hohlrad344 auf, das ein inneres Sonnenrad342 umgibt. Mehrere Planetenräder347 sind auch drehbar in einem Planetenträger346 montiert, so dass jedes Planetenrad347 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem Hohlrad344 als auch dem Sonnenrad342 des Planetenradsatzes340 in Eingriff steht. - Das Getriebeantriebselement
17 ist nicht ständig mit irgendeinem Planetenradelement verbunden. Das Getriebeabtriebselement19 ist mit dem Träger346 des Planetenradsatzes340 verbunden. Eine erste feste Verbindung370 verbindet das Hohlrad324 ständig mit dem Sonnenrad332 . Eine zweite feste Verbindung372 verbindet den Träger326 ständig mit dem Träger336 . Eine dritte feste Verbindung374 verbindet das Hohlrad334 ständig mit dem Hohlrad344 . - Das Getriebe
314 umfasst auch einen ersten und zweiten Motor/Generator380 bzw.382 . Der Stator des ersten Motors/Generators380 ist an dem Getriebegehäuse360 befestigt. Der Rotor des ersten Motors/Generators380 ist an dem Hohlrad324 des Planetenradsatzes320 befestigt. Der Stator des zweiten Motors/Generators382 ist auch an dem Getriebegehäuse360 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators382 ist an dem Sonnenrad342 des Planetenradsatzes340 befestigt. - Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Antriebskupplung
350 , verbindet den Träger326 selektiv mit dem Antriebselement17 . Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Antriebskupplung352 , verbindet das Sonnenrad322 selektiv mit dem Antriebselement17 . Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse354 , verbindet das Sonnenrad322 selektiv mit dem Getriebegehäuse360 . Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse355 , ist parallel zu dem Motor/Generator380 geschaltet, um die Rotation des Motors/Generators380 selektiv zu bremsen. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse357 , ist parallel zu dem Motor/Generator382 geschaltet, um die Rotation des Motors/Generators382 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 und F4), wie es zuvor beschrieben wurde. - Die 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 , der NR2/NS2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes330 , und der NR3/NS3-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes340 . 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 1,88, und die Verhältnisspreizung beträgt 4,00. - 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 Planetenradelementen in dem Getriebe414 verbindbar. Ein Abtriebselement19 des Getriebes414 ist mit einem Achsantrieb16 verbunden. - Das Getriebe
414 benutzt drei Planetenradsätze420 ,430 und440 . Der Planetenradsatz420 umfasst ein Sonnenrad422 , einen Träger426 und mehrere Planetenräder427 ,428 . Die mehreren Planetenräder427 ,428 sind drehbar an dem Träger426 montiert. Die Planetenräder428 sind in kämmender Beziehung mit den Planetenrädern427 sowie dem Sonnenrad422 angeordnet. Die Planetenräder427 ,437 sind einstückig durch einen langen Planeten gebildet. - Der Planetenradsatz
430 weist 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. Der Träger436 ist einstückig mit dem Träger426 . - Der Planetenradsatz
440 weist auch ein äußeres Hohlrad444 auf, das ein inneres Sonnenrad442 umgibt. Mehrere Planetenräder447 sind auch drehbar in einem Träger446 montiert, so dass jedes Planetenrad447 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad444 als auch dem inneren Sonnenrad442 in Eingriff steht. - Das Getriebeantriebselement
17 ist nicht ständig mit irgendeinem Planetenradelement verbunden. Das Getriebeabtriebselement19 ist ständig mit dem Träger446 verbunden. Die einstückige Verbindung der Planetenräder427 und437 wird hierin als das Verbindungselement470 bezeichnet. Der Träger426 ist ständig mit dem Träger436 verbunden (d.h. einstückig mit diesem). Die einstückige Verbindung wird hierin als das Verbindungselement472 bezeichnet. Eine dritte feste Verbindung474 verbindet das Hohlrad434 ständig mit dem Hohlrad444 . - 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 Sonnenrad432 befestigt. - Der Stator des zweiten Motors/Generators
482 ist auch an dem Getriebegehäuse460 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators482 ist an dem Sonnenrad442 befestigt. - Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Antriebskupplung
450 , verbindet den Träger426 selektiv mit dem Antriebselement17 . Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Antriebskupplung452 , verbindet das Sonnenrad422 selektiv mit dem Antriebselement17 . 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 die Rotation des Motors/Generators480 selektiv zu bremsen. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse457 , ist parallel zu dem Motor/Generator482 geschaltet, um die Rotation des Motors/Generators482 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 und F4), 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 , der NR2/NS2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes430 , und der NR3/NS3-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes440 . 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 1,52, und die Verhältnisspreizung beträgt 3,85. - 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 Planetenradelementen in dem Getriebe514 verbindbar. Ein Abtriebselement19 des Getriebes514 ist mit einem Achsantrieb16 verbunden. - Das Getriebe
514 benutzt drei Planetenradsätze520 ,530 und540 . Der Planetenradsatz520 wendet ein äußeres Hohlrad524 an, das ein inneres Sonnenrad522 umgibt. Ein Träger526 lagert drehbar mehrere Planetenräder527 ,528 , die in kämmender Beziehung miteinander angeordnet sind. Die Planetenräder527 stehen kämmend mit dem Sonnenrad522 in Eingriff, und die Planetenräder528 stehen kämmend mit dem Hohlrad524 in Eingriff. - 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 inneren Sonnenrad532 als auch dem äußeren Hohlrad534 in Eingriff steht. - Der Planetenradsatz
540 weist auch ein äußeres Hohlrad544 auf, das ein inneres Sonnenrad542 umgibt. Mehrere Planetenräder547 sind auch drehbar in einem Träger546 montiert, so dass jedes Planetenrad547 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem inneren Sonnenrad542 als auch dem äußeren Hohlrad544 in Eingriff steht. - Das Getriebeabtriebselement
19 ist ständig mit dem Träger546 verbunden. Die erste feste Verbindung570 verbindet den Träger526 ständig mit dem Sonnenrad532 . Die zweite feste Verbindung572 verbindet das Hohl rad524 ständig mit dem Träger536 . Eine dritte feste Verbindung574 verbindet das Hohlrad534 ständig mit dem Hohlrad544 . - 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 selektiv alternativ mit dem Hohlrad534 oder dem Sonnenrad532 über die Klauenkupplung592 verbindbar, die zwischen Positionen "A" und "B" abwechselt". Die Klauenkupplung592 ist mit dem Motor/Generator580 über eine versetzte Zahnradanordnung590 verbunden. - Der Stator des zweiten Motors/Generators
582 ist auch an dem Getriebegehäuse560 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators582 ist an dem Sonnenrad542 befestigt. - Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Antriebskupplung
550 , verbindet den Träger526 selektiv mit dem Antriebselement17 . Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Antriebskupplung552 , verbindet den Träger536 selektiv mit dem Antriebselement17 . Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse554 , verbindet das Sonnenrad522 selektiv mit dem Getriebegehäuse560 . Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse555 , ist parallel zu dem Motor/Generator580 geschaltet, um die Rotation des Motors/Generators580 selektiv zu bremsen. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse557 , ist parallel zu dem Motor/Generator582 geschaltet, um die Rotation des Motors/Generators582 selektiv zu bremsen. Die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung550 ,552 ,554 ,555 und557 und die Klauenkupplung592 wer den 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 und F4), 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 , der NR2/NS2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes530 , und der NR3/NS3-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes540 . 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 1,51, und die Verhältnisspreizung beträgt 3,30. - 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 Planetenradelementen in dem Getriebe614 verbindbar. Ein Abtriebselement19 des Getriebes614 ist mit einem Achsantrieb16 verbunden. - Das Getriebe
614 benutzt drei Planetenradsätze620 ,630 und640 . Der Planetenradsatz620 wendet ein äußeres Hohlrad624 an, das ein inneres Sonnenrad622 umgibt. Ein Träger626 lagert drehbar mehrere Planetenräder627 , so dass jedes Planetenrad627 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad624 als auch dem inneren Sonnenrad622 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. - Der Planetenradsatz
640 weist auch ein äußeres Hohlrad644 auf, das ein inneres Sonnenrad642 umgibt. Mehrere Planetenräder647 sind auch drehbar in einem Träger646 montiert, so dass jedes Planetenrad647 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad644 als auch dem inneren Sonnenrad642 des Planetenradsatzes640 in Eingriff steht. - Das Getriebeabtriebselement
19 ist ständig mit dem Träger646 verbunden. Eine erste feste Verbindung670 verbindet das Hohlrad624 ständig mit dem Träger636 . Eine zweite feste Verbindung672 verbindet den Träger626 ständig mit dem Hohlrad634 . Eine dritte feste Verbindung674 verbindet den Träger636 ständig mit dem Hohlrad644 . - 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 befestigt. - Der Stator des zweiten Motors/Generators
682 ist auch an dem Getriebegehäuse660 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators682 ist an dem Sonnenrad642 befestigt. - Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Antriebskupplung
650 , verbindet den Träger626 selektiv mit dem Antriebselement17 . Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Antriebskupplung652 , verbindet das Sonnenrad632 selektiv mit dem Antriebselement17 . Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse654 , verbindet den Träger626 selektiv mit dem Getriebegehäuse660 . Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse655 , ist parallel zu dem Motor/Generator680 geschaltet, um die Rotation des Motors/Generators680 selektiv zu bremsen. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse657 , ist parallel zu dem Motor/Generator682 geschaltet, um die Rotation des Motors/Generators682 selektiv zu bremsen. Die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung650 ,652 ,654 ,655 und657 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes614 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 und F4), 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 , der NR2/NS2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planeten radsatzes630 , und der NR3/NS3-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes640 . 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 1,66, und die Verhältnisspreizung beträgt 3,75. - BESCHREIBUNG EINER ACHTEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
- In
8a ist ein Antriebsstrang710 gezeigt, der eine Maschine12 umfasst, die mit einer bevorzugten Ausführungsform des verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes 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 Maschine
12 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. - Ungeachtet des Mittels, durch das die Maschine
12 mit dem Getriebeantriebselement17 verbunden ist, ist das Getriebeantriebselement17 funktional mit Planetenradelementen in dem Getriebe714 verbindbar. Ein Abtriebselement19 des Getriebes714 ist mit einem Achsantrieb16 verbunden. - Das Getriebe
714 benutzt drei Planetenradsätze720 ,730 und740 . Der Planetenradsatz720 wendet ein äußeres Hohlrad724 an, das ein inneres Sonnenrad722 umgibt. Ein Träger726 lagert drehbar mehrere Planetenräder727 , so dass jedes Planetenrad727 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad724 als auch dem inneren Sonnenrad722 in Eingriff steht. - Der Planetenradsatz
730 weist auch ein äußeres Hohlrad734 auf, das ein inneres Sonnenrad732 umgibt. Ein Träger736 lagert drehbar mehrere Planetenräder737 , so dass jedes Planetenrad737 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad734 als auch dem inneren Sonnenrad732 in Eingriff steht. - Der Planetenradsatz
740 weist auch ein äußeres Hohlrad744 auf, das ein inneres Sonnenrad742 umgibt. Ein Träger746 lagert drehbar mehrere Planetenräder747 , so dass jedes Planetenrad747 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad744 als auch dem inneren Sonnenrad742 in Eingriff steht. - Das Getriebeabtriebselement
19 ist ständig mit dem Träger746 verbunden. Eine erste feste Verbindung770 verbindet das Hohlrad724 ständig mit dem Träger736 . Eine zweite feste Verbindung772 verbindet das Sonnenrad722 ständig mit dem Sonnenrad732 . Eine dritte feste Verbindung774 verbindet den Träger736 ständig mit dem Hohlrad744 . - Das Getriebe
714 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 an dem Sonnenrad722 befestigt. - Der Stator des zweiten Motors/Generators
782 ist auch an dem Getriebegehäuse760 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators782 ist an dem Sonnenrad742 befestigt. - Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Antriebskupplung
750 , verbindet den Träger726 selektiv mit dem Antriebselement17 . Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Antriebskupplung752 , verbindet das Hohlrad734 selektiv mit dem Antriebselement17 . Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse754 , verbindet den Träger726 selektiv mit dem Getriebegehäuse760 . Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse755 , ist parallel zu dem Motor/Generator780 geschaltet, um die Rotation des Motors/Generators780 selektiv zu bremsen. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse757 , ist parallel zu dem Motor/Generator782 geschaltet, um die Rotation des Motors/Generators782 selektiv zu bremsen. Die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung750 ,752 ,754 ,755 und757 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, F3 und F4), 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 , der NR2/NS2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes730 , und der NR3/NS3-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes740 . 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 1,38, und die Verhältnisspreizung beträgt 3,05. - BESCHREIBUNG EINER NEUNTEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
- In
9a ist ein Antriebsstrang810 gezeigt, der eine Maschine12 umfasst, die mit einer bevorzugten Ausführungsform des verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes verbunden ist, das allgemein mit dem Bezugszeichen814 bezeichnet ist. Das Getriebe814 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 Getriebes814 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 Planetenradelementen in dem Getriebe814 verbindbar. Ein Abtriebselement19 des Getriebes814 ist mit einem Achsantrieb16 verbunden. - Das Getriebe
814 benutzt drei Planetenradsätze820 ,830 und840 . Der Planetenradsatz820 wendet ein äußeres Hohlrad824 an, das ein inneres Sonnenrad822 umgibt. Ein Träger826 lagert drehbar mehrere Planetenräder827 , so dass jedes Planetenrad827 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad824 als auch dem inneren Sonnenrad822 des Planetenradsatzes820 in Eingriff steht. - Der Planetenradsatz
830 weist auch ein äußeres Hohlrad834 auf, das ein inneres Sonnenrad832 umgibt. Mehrere Planetenräder837 sind auch drehbar in einem Planetenträger836 montiert, so dass jedes Planetenrad837 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad834 als auch dem inneren Sonnenrad832 des Planetenradsatzes830 in Eingriff steht. - Der Planetenradsatz
840 weist auch ein äußeres Hohlrad844 auf, das ein inneres Sonnenrad842 umgibt. Mehrere Planetenräder847 sind auch drehbar in einem Planetenträger846 montiert, so dass jedes Planetenrad847 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad844 als auch dem inneren Sonnenrad842 des Planetenradsatzes840 in Eingriff steht. - Das Getriebeabtriebselement
19 ist ständig mit dem Träger846 verbunden. Eine erste feste Verbindung870 verbindet das Hohlrad824 ständig mit dem Träger836 . Eine zweite feste Verbindung872 verbindet den Träger826 ständig mit dem Hohlrad834 . Eine dritte feste Verbindung874 verbindet den Träger836 ständig mit dem Hohlrad844 . - Das Getriebe
814 umfasst auch einen ersten und zweiten Motor/Generator880 bzw.882 . Der Stator des ersten Motors/Generators880 ist an dem Getriebegehäuse860 befestigt. Der Rotor des ersten Motors/Generators880 ist an dem Sonnenrad822 befestigt. - Der Stator des zweiten Motors/Generators
882 ist auch an dem Getriebegehäuse860 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators882 ist an dem Sonnenrad842 befestigt. - Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Antriebskupplung
850 , verbindet den Träger826 selektiv mit dem Antriebselement17 . Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Antriebskupplung852 , verbindet das Sonnenrad822 selektiv mit dem Antriebselement17 . Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse854 , verbindet das Sonnenrad832 selektiv mit dem Getriebegehäuse860 . Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse855 , ist parallel zu dem Motor/Generator880 geschaltet, um die Rotation des Motors/Generators880 selektiv zu bremsen. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse857 , ist parallel zu dem Motor/Generator882 geschaltet, um die Rotation des Motors/Generators882 selektiv zu bremsen. Die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung850 ,852 ,854 ,855 und857 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes814 zu helfen. - Das Hybridgetriebe
814 nimmt Leistung von der Maschine12 auf und tauscht Leistung mit einer elektrischen Leistungsquelle886 aus, die funktional mit einem Controller888 verbunden ist. - Die Tabelle für Betriebsmodi von
9b veranschaulicht die Kupplungseinrückungen, die Motor/Generator-Bedingungen und die Abtrieb/Antrieb-Verhältnisse für die fünf Betriebsmodi des Getriebes814 . 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 und F4), 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
9b gezeigt.9b liefert auch ein Beispiel von Drehmomentverhältnissen, die unter Verwendung der beispielhaft in9b angegebenen Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse verfügbar sind. Der NR1/NS1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes820 , der NR2/NS2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes830 , und der NR3/NS3-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes840 . Das Schaubild von9b 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 1,63, und die Verhältnisspreizung beträgt 3,64. - BESCHREIBUNG EINER ZEHNTEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
- In
10a ist ein Antriebsstrang910 gezeigt, der eine Maschine12 umfasst, die mit einer bevorzugten Ausführungsform des verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes verbunden ist, das allgemein mit dem Bezugszeichen914 bezeichnet ist. Das Getriebe914 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 Getriebes914 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 Planetenradelementen in dem Getriebe914 verbindbar. Ein Abtriebselement19 des Getriebes914 ist mit einem Achsantrieb16 verbunden. - Das Getriebe
914 benutzt drei Planetenradsätze920 ,930 und940 . Der Planetenradsatz920 wendet ein äußeres Hohlrad924 an, das ein inneres Sonnenrad922 umgibt. Ein Träger926 lagert drehbar mehrere Planetenräder927 , so dass jedes Planetenrad927 kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad924 als auch dem inneren Sonnenrad922 des ersten Planetenradsatzes920 in Eingriff steht. - Der Planetenradsatz
930 weist auch ein äußeres Hohlrad934 auf, das ein inneres Sonnenrad932 umgibt. Ein Träger936 lagert drehbar mehrere Planetenräder937 , so dass jedes Planetenrad937 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad934 als auch dem inneren Sonnenrad932 in Eingriff steht. - Der Planetenradsatz
940 weist auch ein äußeres Hohlrad944 auf, das ein inneres Sonnenrad942 umgibt. Ein Träger946 lagert drehbar mehrere Planetenräder947 , so dass jedes Planetenrad947 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad944 als auch dem inneren Sonnenrad942 in Eingriff steht. - Das Getriebeabtriebselement
19 ist ständig mit dem Träger926 verbunden. Eine erste feste Verbindung970 verbindet das Hohlrad924 ständig mit dem Träger936 . Eine zweite feste Verbindung972 verbindet den Träger926 ständig mit dem Hohlrad934 . Eine dritte feste Verbindung974 verbindet den Träger936 ständig mit dem Träger946 . - Das Getriebe
914 umfasst auch einen ersten und zweiten Motor/Generator980 bzw.982 . Der Stator des ersten Motors/Generators980 ist an dem Getriebegehäuse960 befestigt. Der Rotor des ersten Motors/Generators980 ist an dem Sonnenrad922 befestigt. - Der Stator des zweiten Motors/Generators
982 ist auch an dem Getriebegehäuse960 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators982 ist an dem Hohlrad944 befestigt. - Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Antriebskupplung
950 , verbindet den Träger946 selektiv mit dem Antriebselement17 . Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Antriebskupplung952 , verbindet das Sonnenrad942 selektiv mit dem Antriebselement17 . Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse954 , verbindet das Sonnenrad932 selektiv mit dem Getriebegehäuse960 . Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse955 , ist parallel zu dem Motor/Generator980 geschaltet, um die Rotation des Motors/Generators980 selektiv zu bremsen. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse957 , ist parallel zu dem Motor/Generator982 geschaltet, um die Rotation des Motors/Generators982 selektiv zu bremsen. Die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung950 ,952 ,954 ,955 und957 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes914 zu helfen. - Das Hybridgetriebe
914 nimmt Leistung von der Maschine12 auf und tauscht auch Leistung mit einer elektrischen Leistungsquelle986 aus, die funktional mit einem Controller988 verbunden ist. - Die Tabelle für Betriebsmodi von
10b veranschaulicht die Kupplungseinrückungen, die Motor/Generator-Bedingungen und die Abtrieb/Antrieb-Verhältnisse für die fünf Betriebsmodi des Getriebes914 . 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 und F4), 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
10b gezeigt.10b liefert auch ein Beispiel von Drehmomentverhältnissen, die unter Verwendung der beispielhaft in10b angegebenen Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse verfügbar sind. Der NR1/NS1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes920 , der NR2/NS2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planeten radsatzes930 , und der NR3/NS3-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes940 . Das Schaubild von10b 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 1,99, und die Verhältnisspreizung beträgt 5,00. - BESCHREIBUNG EINER ELFTEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
- In
11a ist ein Antriebsstrang1010 gezeigt, der eine Maschine12 umfasst, die mit einem verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes (EVT) verbunden ist, das allgemein mit dem Bezugszeichen1014 bezeichnet ist. Das Getriebe1014 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 Getriebes1014 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 Planetenradelementen in dem Getriebe1014 verbindbar. - Ein Abtriebselement
19 des Getriebes1014 ist mit einem Achsantrieb16 verbunden. - Das Getriebe
1014 benutzt drei Differenzialzahnradsätze, vorzugsweise in der Natur von Planetenradsätzen1020 ,1030 und1040 . Der Planetenradsatz1020 wendet ein äußeres Zahnradelement1024 an, das typischerweise als das Hohlrad bezeichnet wird. Das Hohlrad1024 umgibt ein inneres Zahnradelement1022 , das typischerweise als das Sonnenrad bezeichnet wird. Ein Träger1026 lagert drehbar mehrere Planetenräder1027 , so dass jedes Planetenrad1027 kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad1024 als auch dem inneren Sonnenrad1022 des Planetenradsatzes1020 in Eingriff steht. - Der Planetenradsatz
1030 weist auch ein äußeres Zahnradelement1034 auf, das häufig auch als das Hohlrad bezeichnet wird, welches ein inneres Zahnradelement1032 umgibt, das auch häufig als das Sonnenrad bezeichnet wird. Ein Träger1036 lagert drehbar mehrere Planetenräder1037 ,1038 , so dass jedes Planetenrad1037 kämmend mit dem Hohlrad1034 in Eingriff steht und jedes Planetenrad1038 kämmend mit sowohl dem Sonnenrad1032 als auch dem jeweiligen Planetenrad1037 in Eingriff steht. - Der Planetenradsatz
1040 wendet ein äußeres Zahnradelement1044 an, das typischerweise als das Hohlrad bezeichnet wird. Das Hohlrad1044 umgibt ein inneres Zahnradelement1042 , das typischerweise als das Sonnenrad bezeichnet wird. Ein Träger1046 lagert drehbar mehrere Planetenräder1047 , so dass jedes Planetenrad1047 kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad1044 als auch dem inneren Sonnenrad1042 des Planetenradsatzes1040 in Eingriff steht. - Das Abtriebselement
19 ist ständig mit dem Träger1046 des Planetenradsatzes1040 verbunden. - Eine erste feste Verbindung
1070 verbindet das Hohlrad1024 ständig mit dem Hohlrad1034 . Eine zweite feste Verbindung1072 verbindet den Träger1026 ständig mit dem Träger1036 . Eine dritte feste Verbindung1074 verbindet das Hohlrad1034 ständig mit dem Hohlrad1044 . - Diese Ausführungsform
1010 umfasst auch einen ersten und zweiten Motor/Generator1080 bzw.1082 . Der Stator des ersten Motors/Generators1080 ist an dem Getriebegehäuse1060 befestigt. Der Rotor des ersten Motors/Generators1080 ist an dem Sonnenrad1022 befestigt. - Der Stator des zweiten Motors/Generators
1082 ist auch an dem Getriebegehäuse1060 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators1082 ist an dem Sonnenrad1042 befestigt. - Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Antriebskupplung
1050 , verbindet den Träger1026 selektiv mit dem Antriebselement17 . Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Antriebskupplung1052 , verbindet das Sonnenrad1032 selektiv mit dem Antriebselement17 . Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse1054 , verbindet den Träger1026 selektiv mit dem Getriebegehäuse1060 . Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse1055 , bremst den Rotor des Motors/Generators1080 selektiv. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse1057 , bremst den Rotor des Motors/Generators1082 selektiv. Die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung1050 ,1052 ,1054 ,1055 und1057 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes1014 zu helfen. - Das Hybridgetriebe
1014 nimmt Leistung von der Maschine12 auf und tauscht auch Leistung mit einer elektrischen Leistungsquelle1086 aus, die funktional mit einem Controller1088 verbunden ist. - Die Tabelle für Betriebsmodi von
11b veranschaulicht die Kupplungseinrückungen, die Motor/Generator-Bedingungen und die Abtrieb/Antrieb-Verhältnisse für die fünf Betriebsmodi des Getriebes1014 . 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 und F4), 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
11b gezeigt.11b liefert auch ein Beispiel von Drehmomentverhältnissen, die unter Verwendung der beispielhaft in11b angegebenen Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse verfügbar sind. Der NR1/NS1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes1020 , der NR2/NS2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes1030 , und der NR3/NS3-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes1040 . Das Schaubild von11b 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 1,66, und die Verhältnisspreizung beträgt 3,75. - BESCHREIBUNG EINER ZWÖLFTEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
- In
12a ist ein Antriebsstrang1110 gezeigt, der eine Maschine12 umfasst, die mit einem verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes (EVT) verbunden ist, das allgemein mit dem Bezugszeichen1114 bezeichnet ist. Das Getriebe1114 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 Getriebes1114 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 Planetenradelementen in dem Getriebe1114 verbindbar. - Ein Abtriebselement
19 des Getriebes1114 ist mit einem Achsantrieb16 verbunden. - Das Getriebe
1114 benutzt drei Differenzialzahnradsätze, vorzugsweise in der Natur von Planetenradsätzen1120 ,1130 und1140 . Der Planetenradsatz1120 umfasst ein Sonnenrad1122 , einen Träger1126 und mehrere Planetenräder1127 , die drehbar an dem Träger1126 montiert sind und kämmend mit dem Sonnenrad1122 in Eingriff stehen. - Der Planetenradsatz
1130 weist ein äußeres Zahnradelement1134 auf, das häufig als das Hohlrad bezeichnet wird, welches ein inneres Zahnradelement1132 umgibt, das auch häufig als das Sonnenrad bezeichnet wird. Der Träger1136 ist einstückig mit dem Träger1126 . Mehrere Planetenräder1137 ,1138 sind drehbar an dem Träger1136 montiert. Die Planetenräder1137 sind in kämmender Beziehung mit sowohl dem Hohlrad1134 als auch den jeweiligen Planetenrädern1138 angeordnet. Die Planetenräder1138 sind in kämmender Beziehung mit dem Sonnenrad1132 angeordnet. Die Planetenräder1127 ,1137 sind einstückig durch einen langen Planeten gebildet. - Der Planetenradsatz
1140 weist auch ein äußeres Zahnradelement1144 auf, das häufig auch als das Hohlrad bezeichnet wird, welches ein inneres Zahnradelement1142 umgibt, das auch häufig als das Sonnenrad bezeichnet wird. Mehrere Planetenräder1147 sind auch drehbar in einem Träger1146 montiert, so dass jedes Planetenrad1147 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad1144 als auch dem inneren Sonnenrad1142 des Planetenradsatzes1140 in Eingriff steht. - Das Abtriebselement
19 ist ständig mit dem Träger1146 des Planetenradsatzes1140 verbunden. - Der Träger
1126 ist ständig mit dem Träger1136 verbunden (d.h. einstöckig mit diesem. Die einstückige Verbindung wird hierin als das Verbindungselement1170 bezeichnet. Die einstückige Verbindung der Planetenräder1127 und1137 wird hierin als das Verbindungselement1172 bezeichnet. Eine dritte feste Verbindung1174 verbindet das Hohlrad1134 ständig mit dem Hohlrad1144 . - Diese Ausführungsform
1110 umfasst auch einen ersten und zweiten Motor/Generator1180 bzw.1182 . Der Stator des ersten Motors/Generators1180 ist an dem Getriebegehäuse1160 befestigt. Der Rotor des ersten Motors/Generators1180 ist ständig mit dem Sonnenrad1122 verbunden. - Der Stator des zweiten Motors/Generators
1182 ist auch an dem Getriebegehäuse1160 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators1182 ist ständig mit dem Sonnenrad1142 verbunden. - Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Antriebskupplung
1150 , verbindet den Träger1136 selektiv mit dem Antriebselement17 . Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Antriebskupplung1152 , verbindet das Sonnenrad1132 selektiv mit dem Antriebselement17 . Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse1154 , verbindet den Träger1126 selektiv mit dem Getriebegehäuse1160 . Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse1155 , bremst den Rotor des Motors/Generators1180 selektiv. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse1157 , bremst den Rotor des Motors/Generators1182 selektiv. Die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung1150 ,1152 ,1154 ,1155 und1157 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes1114 zu helfen. - Das Hybridgetriebe
1114 nimmt Leistung von der Maschine12 auf und tauscht auch Leistung mit einer elektrischen Leistungsquelle1186 aus, die funktional mit einem Controller1188 verbunden ist. - Die Tabelle für Betriebsmodi von
12b veranschaulicht die Kupplungseinrückungen, die Motor/Generator-Bedingungen und die Abtrieb/An trieb-Verhältnisse für die fünf Betriebsmodi des Getriebes1114 . 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 und F4), 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
12b gezeigt.12b liefert auch ein Beispiel von Drehmomentverhältnissen, die unter Verwendung der beispielhaft in12b angegebenen Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse verfügbar sind. Der NR1/NS1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes1120 , der NR2/NS2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes1130 , und der NR3/NS3-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes1140 . Das Schaubild von12b 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 1,66, und die Verhältnisspreizung beträgt 3,75. - BESCHREIBUNG EINER DREIZEHNTEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
- In
13a ist ein Antriebsstrang1210 gezeigt, der eine Maschine12 umfasst, die mit einer bevorzugten Ausführungsform des verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes verbunden ist, das allgemein mit dem Bezugszeichen1214 bezeichnet ist. Das Getriebe1214 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 Getriebes1214 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 Planetenradelementen in dem Getriebe1214 verbindbar. Ein Abtriebselement19 des Getriebes1214 ist mit einem Achsantrieb16 verbunden. - Das Getriebe
1214 benutzt drei Planetenradsätze1220 ,1230 und1240 . Der Planetenradsatz1220 wendet ein äußeres Hohlrad1224 an, das ein inneres Sonnenrad1222 umgibt. Ein Träger1226 lagert drehbar mehrere Planetenräder1227 , so dass jedes Planetenrad1227 kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad1224 als auch dem inneren Sonnenrad1222 des Planetenradsatzes1220 in Eingriff steht. - Der Planetenradsatz
1230 umfasst ein Sonnenrad1232 , einen Träger1236 und mehrere Planetenräder1237 ,1238 . Die Planetenräder1237 ,1238 sind drehbar an dem Träger1236 montiert. Die Planetenräder1238 stehen kämmend mit den Planetenrädern1237 sowie dem Sonnenrad1232 in Eingriff. Die Planetenräder1237 ,1227 sind einstückig durch einen langen Planeten gebildet. - Der Planetenradsatz
1240 weist auch ein äußeres Hohlrad1244 auf, das ein inneres Sonnenrad1242 umgibt. Ein Träger1246 lagert drehbar mehrere Planetenräder1247 , so dass jedes Planetenrad1247 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad1244 als auch dem inneren Sonnenrad1242 in Eingriff steht. - Das Getriebeantriebselement
17 ist ständig mit dem Hohlrad1224 verbunden. Das Getriebeabtriebselement19 ist ständig mit dem Träger1246 verbunden. Der Träger1226 ist ständig mit dem Träger1236 verbunden (d.h. einstückig mit diesem). Die einstückige Verbindung wird hierin als Verbindungselement1270 bezeichnet. Die einstückige Verbindung der Planetenräder1227 und1237 wird hierin als das Verbindungselement1272 bezeichnet. Eine dritte feste Verbindung1274 verbindet das Sonnenrad1242 ständig mit dem Getriebegehäuse1260 . - Das Getriebe
1214 umfasst auch einen ersten und zweiten Motor/Generator1280 bzw.1282 . Der Stator des ersten Motors/Generators1280 ist an dem Getriebegehäuse1260 befestigt. Der Rotor des ersten Motors/Generators1280 ist an dem Sonnenrad1222 befestigt. - Der Stator des zweiten Motors/Generators
1282 ist auch an dem Getriebegehäuse1260 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators1282 ist an dem Sonnenrad1232 befestigt. - Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung
1250 , verbindet das Sonnenrad1222 selektiv mit dem Hohlrad1244 . Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung1252 , verbindet den Träger1226 selektiv mit dem Hohlrad1244 . Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse1255 , ist parallel zu dem Motor/Generator1280 geschaltet, um die Rotation des Motors/Generators1280 selektiv zu bremsen. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse1257 , ist parallel zu dem Motor/Generator1282 geschaltet, um die Rotation des Motors/Generators1282 selektiv zu bremsen. Die erste, zweite, dritte und vierte Drehmomentübertragungseinrichtung1250 ,1252 ,1255 und1257 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes1214 zu helfen. - Das Hybridgetriebe
1214 nimmt Leistung von der Maschine12 auf und tauscht auch Leistung mit einer elektrischen Leistungsquelle1286 aus, die funktional mit einem Controller1288 verbunden ist. - Die Tabelle für Betriebsmodi von
13b veranschaulicht die Kupplungseinrückungen, die Motor/Generator-Bedingungen und die Abtrieb/Antrieb-Verhältnisse für die fünf Betriebsmodi des Getriebes1214 . Diese Modi umfassen den "Batterie-Rückwärtsmodus" (BATT RW), den "EVT (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 und F4), 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
13b gezeigt.13b liefert auch ein Beispiel von Drehmomentverhältnissen, die unter Verwendung der beispielhaft in13b angegebenen Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse verfügbar sind. Der NR1/NS1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes1220 , der NR2/NS2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes1230 , und der NR3/NS3-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes1240 . Das Schaubild von10b 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 1,67, und die Verhältnisspreizung beträgt 2,86. - BESCHREIBUNG EINER VIERZEHNTEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
- In
14a ist ein Antriebsstrang1310 gezeigt, der eine Maschine12 umfasst, die mit einem verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes (EVT) verbunden ist, das allgemein mit dem Bezugszeichen1314 bezeichnet ist. Das Getriebe1314 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 Getriebes1314 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 Planetenradelementen in dem Getriebe1314 verbindbar. - Ein Abtriebselement
19 des Getriebes1314 ist mit einem Achsantrieb16 verbunden. - Das Getriebe
1314 benutzt drei Differenzialzahnradsätze, vorzugsweise in der Natur von Planetenradsätzen1320 ,1330 und1340 . Der Planetenradsatz1320 wendet ein äußeres Zahnradelement1324 an, das typischerweise als das Hohlrad bezeichnet wird. Das Hohlrad1324 umgibt ein inneres Zahnradelement1322 , das typischerweise als das Sonnenrad bezeichnet wird. Ein Träger1326 lagert drehbar mehrere Planetenräder1327 , so dass jedes Planetenrad1327 kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad1324 als auch dem inneren Sonnenrad1322 des Planetenradsatzes1320 in Eingriff steht. - Der Planetenradsatz
1330 umfasst ein Sonnenrad1332 , einen Träger1326 und mehrere Planetenräder1337 ,1338 . Der Träger1326 ist einstöckig mit dem Träger1336 . Die Planetenräder1338 sind in kämmender Beziehung mit den Planetenrädern1337 sowie dem Sonnenrad1332 angeordnet. Die Planetenräder1337 ,1327 sind aus einem langen Planetenrad gebildet. - Der Planetenradsatz
1340 wendet ein äußeres Zahnradelement1344 an, das typischerweise als das Hohlrad bezeichnet wird. Das Hohlrad1344 umgibt ein inneres Zahnradelement1342 , das typischerweise als das Sonnenrad bezeichnet wird. Ein Träger1346 lagert drehbar mehrere Planetenräder1347 , so dass jedes Planetenrad1347 kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad1344 als auch dem inneren Sonnenrad1342 des ersten Planetenradsatzes1340 in Eingriff steht. - Das Antriebselement
17 ist ständig mit dem Hohlrad1324 verbunden. Das Abtriebselement19 ist ständig mit dem Träger1346 verbunden. Der Träger1326 ist ständig mit dem Träger1336 verbunden (d.h. einstückig mit diesem). Die einstückige Verbindung wird hierin als das Verbindungselement1370 bezeichnet. Die einstückige Verbindung der Planetenräder1327 und1337 wird hierin als das Verbindungselement1372 bezeichnet. Eine dritte feste Verbindung1374 verbindet das Sonnenrad1322 ständig mit dem Sonnenrad1342 . - Diese Ausführungsform
1310 umfasst auch einen ersten und zweiten Motor/Generator1380 bzw.1382 . Der Stator des ersten Motors/Generators1380 ist an dem Getriebegehäuse1360 befestigt. Der Rotor des ersten Motors/Generators1380 ist an dem Träger1336 befestigt. - Der Stator des zweiten Motors/Generators
1382 ist auch an dem Getriebegehäuse1360 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators1382 ist an dem Sonnenrad1332 befestigt. - Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung
1350 , verbindet den Träger1326 selektiv mit dem Hohlrad1324 . Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung1352 , verbindet das Sonnenrad1332 selektiv mit dem Hohlrad1344 . Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse1354 , verbindet das Hohlrad1344 selektiv mit dem Getriebegehäuse1360 . Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse1355 , bremst den Rotor des Motors/Generators1380 selektiv. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse1357 , bremst den Rotor des Motors/Generators1382 selektiv. Die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung1350 ,1352 ,1354 ,1355 und1357 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes1314 zu helfen. - Das Hybridgetriebe
1314 nimmt Leistung von der Maschine12 auf und tauscht auch Leistung mit einer elektrischen Leistungsquelle1386 aus, die funktional mit einem Controller1388 verbunden ist. - Die Tabelle für Betriebsmodi von
14b veranschaulicht die Kupplungseinrückungen, die Motor/Generator-Bedingungen und die Abtrieb/Antrieb-Verhältnisse für die fünf Betriebsmodi des Getriebes1314 . 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 und F4), 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
14b gezeigt.14b liefert auch ein Beispiel von Drehmomentverhältnissen, die unter Verwendung der beispielhaft in14b angegebenen Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse verfügbar sind. Der NR1/NS1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes1320 , der NR2/NS2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes1330 , und der NR3/NS3-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes1340 . Das Schaubild von14b 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 1,73, und die Verhältnisspreizung beträgt 4,73. - BESCHREIBUNG EINER FÜNFZEHNTEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
- In
15a ist ein Antriebsstrang1410 gezeigt, der eine Maschine12 umfasst, die mit einem verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes (EVT) verbunden ist, das allgemein mit dem Bezugszeichen1414 bezeichnet ist. Das Getriebe1414 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 Getriebes1414 dient. Es kann auch ein Dämpfer für tran sientes 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 Planetenradelementen in dem Getriebe1414 verbindbar. - Ein Abtriebselement
19 des Getriebes1414 ist mit einem Achsantrieb16 verbunden. - Das Getriebe
1414 benutzt zwei Differenzialzahnradsätze, vorzugsweise in der Natur von Planetenradsätzen1420 und1430 . Der Planetenradsatz1420 umfasst ein Sonnenrad1422 , einen Träger1426 und mehrere Planetenräder1427 ,1428 . Die mehreren Planetenräder1427 ,1428 sind drehbar an dem Träger1426 montiert. Die Planetenräder1428 sind in kämmender Beziehung mit dem Sonnenrad1422 und den jeweiligen Planetenrädern1427 angeordnet. - Der Planetenradsatz
1430 weist ein äußeres Zahnradelement1434 auf, das häufig als das Hohlrad bezeichnet wird, welches ein inneres Zahnradelement1432 umgibt, das häufig als das Sonnenrad bezeichnet wird. Mehrere Planetenräder1437 sind auch drehbar in einem Träger1436 montiert, so dass jedes Planetenrad1437 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad1434 als auch dem inneren Sonnenrad1432 des Planetenradsatzes1430 in Eingriff steht. Die Planetenräder1437 ,1427 sind einstückig durch ein langes Planetenrad gebildet. - Das Abtriebselement
19 ist ständig mit dem Hohlrad1434 des Planetenradsatzes1430 verbunden. - Der Träger
1426 ist ständig mit dem Träger1436 verbunden (d.h. einstöckig mit diesem). Diese einstückige Verbindung wird hierin als das Verbindungselement1470 bezeichnet. Die einstückige Verbindung der Planetenräder1427 und1437 wird hierin als das Verbindungselement1472 bezeichnet. - Diese Ausführungsform
1410 umfasst auch einen ersten und zweiten Motor/Generator1480 bzw.1482 . Der Stator des ersten Motors/Generators1480 ist an dem Getriebegehäuse1460 befestigt. Der Rotor des ersten Motors/Generators1480 ist ständig mit dem Sonnenrad1422 verbunden. - Der Stator des zweiten Motors/Generators
1482 ist auch an dem Getriebegehäuse1460 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators1482 ist ständig mit dem Sonnenrad1432 verbunden. - Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Antriebskupplung
1450 , verbindet das Sonnenrad1432 selektiv mit dem Antriebselement17 . Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Antriebskupplung1152 , verbindet das Hohlrad1434 selektiv mit dem Antriebselement17 . Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Antriebskupplung1454 , verbindet den Träger1436 selektiv mit dem Antriebselement17 . Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse1455 , bremst den Rotor des Motors/Generators1480 selektiv. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse1457 , bremst den Rotor des Motors/Generators1482 selektiv. Die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung1450 ,1452 ,1454 ,1455 und1457 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes1414 zu helfen. - Das Hybridgetriebe
1414 nimmt Leistung von der Maschine12 auf und tauscht auch Leistung mit einer elektrischen Leistungsquelle1486 aus, die funktional mit einem Controller1488 verbunden ist. - Die Tabelle für Betriebsmodi von
15b veranschaulicht die Kupplungseinrückungen, die Motor/Generator-Bedingungen und die Abtrieb/Antrieb-Verhältnisse für die fünf Betriebsmodi des Getriebes1414 . 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 und F4), 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
15b gezeigt.15b liefert auch ein Beispiel von Drehmomentverhältnissen, die unter Verwendung der beispielhaft in15b angegebenen Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse verfügbar sind. Der NR1/NS1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes1420 , und der NR2/NS2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes1430 . Das Schaubild von15b beschreibt auch die Verhältnisstufen, die unter Verwendung des angegebenen Beispiels von Zähneverhältnissen erzielt werden. Beispielsweise beträgt das Stufenver hältnis zwischen dem ersten und zweiten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis 1,46, und die Verhältnisspreizung beträgt 2,64. - 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 Elektromaschinen, die austauschbar als Motoren oder Generatoren dienen, und vier oder fünf auswählbare Drehmomentübertragungseinrichtungen umfassen. Die auswählbaren Drehmomentübertragungseinrichtungen werden einzeln oder in Zweier- oder Dreierkombinationen eingerückt, um ein EVT mit einem stufenlos verstellbaren Bereich von Drehzahlen (einschließlich rückwärts) und vier 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 (20)
- Elektrisch verstellbares Getriebe, umfassend: ein Antriebselement zur Aufnahme von Leistung von einer Maschine; ein Abtriebselement; einen ersten und zweiten Motor/Generator; einen ersten, zweiten und dritten Differenzialzahnradsatz, die jeweils ein erstes, zweites und drittes Element aufweisen; wobei das Antriebselement ständig oder selektiv mit einem Element der Zahnradsätze verbunden ist, und das Abtriebselement ständig mit einem anderen Element der Zahnradsätze verbunden ist; ein erstes Verbindungselement, das das erste Element des ersten Zahnradsatzes ständig mit dem ersten Element des zweiten Zahnradsatzes verbindet; ein zweites Verbindungselement, das das zweite Element des ersten Zahnradsatzes ständig mit dem zweiten Element des zweiten Zahnradsatzes verbindet; ein drittes Verbindungselement, das das erste Element des dritten Zahnradsatzes ständig mit dem zweiten oder dritten Element des zweiten Zahnradsatzes oder mit einem feststehenden Element verbindet; wobei der erste Motor/Generator ständig oder selektiv mit einem Element des ersten oder zweiten Zahnradsatzes verbunden ist; wobei der zweite Motor/Generator ständig mit einem Element des zweiten oder dritten Zahnradsatzes verbunden ist, das verschie den ist von dem Element, das mit dem ersten Motor/Generator verbunden ist; eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, die das Antriebselement oder ein Element des dritten Zahnradsatzes selektiv mit einem Element des ersten oder zweiten Zahnradsatzes verbindet; eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, die das Antriebselement oder ein Element des dritten Zahnradsatzes selektiv mit einem Element des ersten, zweiten oder dritten Zahnradsatzes verbindet, wobei dieses Element verschieden ist von dem einen, das mit der ersten Drehmomentübertragungseinrichtung verbunden ist; eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, die ein Element des ersten, zweiten oder dritten Zahnradsatzes selektiv mit dem feststehenden Element oder mit dem Antriebselement verbindet; eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, die parallel zu dem ersten oder zweiten Motor/Generator geschaltet ist, um dessen Rotation selektiv zu bremsen; eine fünfe Drehmomentübertragungseinrichtung, die parallel zu dem anderen von dem ersten und zweiten Motor/Generator geschaltet ist, um dessen Rotation selektiv zu bremsen; wobei die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung selektiv einzeln oder in Zweier- oder Dreierkombinationen einrückbar sind, um ein elektrisch verstellbares Getriebe mit einem stufenlos verstellbaren Bereich von Drehzahlverhältnissen und vier festen Vorwärtsdrehzahlverhältnissen bereitzustellen.
- Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 1, wobei der erste, zweite und dritte Differenzialzahnradsatz Planetenradsätze sind, die jeweils ein Hohlrad, ein Sonnenrad und einen Träger umfassen.
- Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 2, wobei Träger von jedem der Planetenradsätze Einzelplanetenträger sind.
- Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 2, wobei mindestens ein Träger der Planetenradsätze ein Doppelplanetenträger ist.
- Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 1, wobei der erste Motor/Generator ständig mit einem Element des ersten oder zweiten Zahnradsatzes verbunden ist.
- Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 1, wobei der erste Motor/Generator selektiv alternativ mit zweien der Elemente des ersten oder zweiten Zahnradsatzes durch eine Klauenkupplung verbindbar ist.
- Elektrisch verstellbares Getriebe, umfassend: ein Antriebselement zur Aufnahme von Leistung von einer Maschine; ein Abtriebselement; einen ersten und zweiten Motor/Generator; einen ersten, zweiten und dritten Differenzialzahnradsatz, die jeweils ein erstes, zweites und drittes Element aufweisen; wobei das Antriebselement ständig oder selektiv mit einem Element der Zahnradsätze verbunden ist, und das Abtriebselement ständig mit einem anderen Element der Zahnradsätze verbunden ist; ein erstes Verbindungselement, das das erste Element des ersten Zahnradsatzes ständig mit dem ersten Element des zweiten Zahnradsatzes verbindet; ein zweites Verbindungselement, das das zweite Element des ersten Zahnradsatzes ständig mit dem zweiten Element des zweiten Zahnradsatzes verbindet; ein drittes Verbindungselement, das das erste Element des dritten Zahnradsatzes ständig mit dem zweiten oder dritten Element des zweiten Zahnradsatzes oder mit einem feststehenden Element verbindet; wobei der erste Motor/Generator ständig oder selektiv mit einem Element des ersten oder zweiten Zahnradsatzes verbunden ist; wobei der zweite Motor/Generator ständig mit einem Element des zweiten oder dritten Zahnradsatzes verbunden ist, das verschieden ist von dem Element, das mit dem ersten Motor/Generator verbunden ist; und eine erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, die einrückbar sind, um die Elemente der Zahnradsätze selektiv mit anderen Elementen der Zahnradsätze, dem Antriebselement oder mit dem feststehenden Element zu verbinden, um ein elektrisch verstellbares Getriebe mit einem stufenlos verstellbaren Bereich von Drehzahlverhältnissen und vier festen Vorwärtsdrehzahlverhältnissen bereitzustellen.
- Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 7, wobei der erste, zweite und dritte Differenzialzahnradsatz Planetenradsätze sind, die jeweils ein Hohlrad, ein Sonnenrad und einen Träger umfassen.
- Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 8, wobei Träger von jedem der Planetenradsätze Einzelplanetenträger sind.
- Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 8, wobei mindestens ein Träger der Planetenradsätze ein Doppelplanetenträger ist.
- Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 8, wobei die erste Drehmomentübertragungseinrichtung das Antriebselement oder ein Element des dritten Planetenradsatzes selektiv mit einem Element des ersten oder zweiten Zahnradsatzes verbindet.
- Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 11, wobei die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung das Antriebselement oder ein Element des dritten Planetenradsatzes selektiv mit einem anderen Element des ersten, zweiten oder dritten Zahnradsatzes verbindet.
- Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 12, wobei die dritte Drehmomentübertragungseinrichtung ein Element des ersten, zweiten oder dritten Planetenradsatzes selektiv mit einem feststehenden Element oder mit dem Antriebselement verbindet.
- Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 13, wobei die vierte Drehmomentübertragungseinrichtung als eine Motorbremse implementiert ist, die zur Verwendung beim Herstellen der festen Verhältnisse parallel zu einem von dem ersten und zweiten Motor/Generator geschaltet ist.
- Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 14, wobei die fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung als eine Motorbremse implementiert ist, die parallel zu dem anderen von dem ersten und zweiten Motor/Generator geschaltet ist, um dessen Rotation selektiv zu bremsen.
- 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 oder selektiv mit einem Element der Zahnradsätze verbunden ist, und das Abtriebselement ständig mit einem anderen Element der Zahnradsätze verbunden ist; ein erstes Verbindungselement, das das erste Element des ersten Zahnradsatzes ständig mit dem ersten Element des zweiten Zahnradsatzes verbindet; ein zweites Verbindungselement, das das zweite Element des ersten Zahnradsatzes ständig mit dem zweiten Element des zweiten Zahnradsatzes verbindet; wobei der erste Motor/Generator ständig oder selektiv mit einem Element des ersten oder zweiten Zahnradsatzes verbunden ist; wobei der zweite Motor/Generator ständig mit einem Element des ersten oder zweiten Zahnradsatzes verbunden ist, das verschieden ist von dem Element, das mit dem ersten Motor/Generator verbunden ist; eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, die das Antriebselement oder ein Element des ersten Zahnradsatzes selektiv mit einem Element des ersten oder zweiten Zahnradsatzes verbindet; eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, die das Antriebselement oder ein Element des ersten Zahnradsatzes selektiv mit einem anderen Element des ersten oder zweiten Zahnradsatzes verbindet; eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, die ein Element des ersten oder zweiten Zahnradsatzes selektiv mit einem feststehenden Element oder mit dem Antriebselement verbindet; eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, die parallel zu dem ersten oder zweiten Motor/Generator geschaltet ist, um dessen Rotation zu bremsen; eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, die parallel zu dem anderen von dem ersten oder zweiten Motor/Generator geschaltet ist, um dessen Rotation zu bremsen; wobei die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung selektiv einrückbar sind, um ein elektrisch verstellbares Getriebe mit einem stufenlos verstellbaren Bereich von Drehzahlverhältnissen und vier festen Vorwärtsdrehzahlverhältnissen bereitzustellen.
- Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 16, wobei der erste Motor/Generator ständig mit einem Element des ersten Zahnradsatzes verbunden ist.
- Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 16, das ferner einen dritten Zahnradsatz umfasst, und wobei der erste Motor/Generator selektiv abwechselnd mit zweien der Elemente des zweiten Zahnradsatzes durch eine Klauenkupplung verbindbar ist.
- Elektrisch verstellbares Getriebe, umfassend: ein Antriebselement zur Aufnahme von Leistung von einer Maschine; ein Abtriebselement; einen ersten und zweiten Motor/Generator; einen ersten, zweiten und dritten Differenzialzahnradsatz, die jeweils ein erstes, zweites und drittes Element aufweisen; wobei das Antriebselement ständig oder selektiv mit einem Element der Zahnradsätze verbunden ist, und das Abtriebselement ständig mit einem anderen Element der Zahnradsätze verbunden ist; ein erstes Verbindungselement, das das erste Element des ersten Zahnradsatzes ständig mit dem ersten Element des zweiten Zahnradsatzes verbindet; ein zweites Verbindungselement, das das zweite Element des ersten Zahnradsatzes ständig mit dem zweiten Element des zweiten Zahnradsatzes verbindet; ein drittes Verbindungselement, das das erste Element des dritten Zahnradsatzes ständig mit einem feststehenden Element oder mit dem zweiten oder dritten Element des zweiten Zahnradsatzes verbindet; wobei der erste Motor/Generator ständig oder selektiv mit einem Element des ersten oder zweiten Zahnradsatzes verbunden ist; wobei der zweite Motor/Generator ständig mit einem Element des zweiten oder dritten Zahnradsatzes verbunden ist; eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, die das Antriebselement oder ein Element des dritten Zahnradsatzes selektiv mit einem Element des ersten oder zweiten Zahnradsatzes verbindet; eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, die das Antriebselement oder ein Element des dritten Zahnradsatzes selektiv mit einem anderen Element des ersten oder zweiten Zahnradsatzes verbindet; eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, die parallel zu dem ersten Motor/Generator geschaltet ist, um dessen Rotation zu bremsen; und eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, die parallel zu dem zweiten Motor/Generator geschaltet ist, um dessen Rotation zu bremsen; wobei die erste, zweite, dritte und vierte Drehmomentübertragungseinrichtung selektiv einrückbar sind, um ein elektrisch verstellbares Getriebe mit einem stufenlos verstellbaren Bereich von Drehzahlverhältnissen und vier festen Vorwärtsdrehzahlverhältnissen bereitzustellen.
- Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 19, das ferner eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung umfasst, die ein Element des ersten, zweiten oder dritten Zahnradsatzes selektiv mit einem feststehenden Element oder dem Antriebselement verbindet.
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