DE112006002210T5

DE112006002210T5 - Elektrisch verstellbares Getriebe mit drei Planetenradsätzen und zwei festen Verbindungen

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Publication number: DE112006002210T5
Application number: DE112006002210T
Authority: DE
Inventors: Norman K. Troy Bucknor; Madhusudan West Bloomfield Raghavan
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2005-08-18
Filing date: 2006-07-19
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2026-07-20
Also published as: CN101305208B; WO2007021431A2; US7494435B2; US20090093332A1; WO2007021431A3; US7670242B2; US20070042852A1; DE112006002210B4; CN101305208A

Abstract

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 mit zumindest einem Element der Zahnradsätze verbunden ist und das Abtriebselement ständig mit einem anderen Element der Zahnradsätze verbunden ist;
wobei der erste Motor/Generator ständig mit einem Element des ersten oder zweiten Zahnradsatzes verbunden ist;
wobei der zweite Motor/Generator ständig mit einem Element des ersten, zweiten oder dritten Zahnradsatzes verbunden ist oder selektiv mit zumindest einem Element des ersten oder zweiten Zahnradsatzes, das verschieden ist von dem Element, das ständig mit dem ersten Motor/Generator verbunden ist, 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...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft elektrisch verstellbare Getriebe mit einem selektiven Betrieb in Leistungsverzweigungsbereichen mit variablem Drehzahlverhältnis sowie in festen Drehzahlverhältnissen, das drei Planetenradsätze, zwei Motoren/Generatoren und fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen aufweist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Brennkraftmaschinen, insbesondere jene von der Art mit hin- und hergehendem Kolben, treiben gegenwärtig die meisten Fahrzeuge an. Derartige Maschinen sind relativ effiziente, kompakte, leichte und kostengünstige Mechanismen, durch die hochkonzentrierte Energie in der Form von Kraftstoff in mechanische Nutzleistung umgewandelt wird. Ein neuartiges Getriebesystem, das mit Brennkraftmaschinen verwendet werden kann und das den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen von Verunreinigungen vermindern kann, kann für die Allgemeinheit von großem Nutzen sein.
Die breite Vielfalt in den Anforderungen, die Fahrzeuge typischerweise an Brennkraftmaschinen stellen, erhöht den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen über den Idealfall für derartige Maschinen hinaus. Typischerweise wird ein Fahrzeug von solch einer Maschine angetrieben, die durch einen kleinen Elektromotor und relativ kleine elektrische Speicherbatterien aus einem kalten Zustand gestartet wird, und die dann schnell unter die Lasten von Antriebs- und Zusatzausrüstung gesetzt wird. Eine derartige Maschine wird auch durch einen breiten Bereich von Drehzahlen und einen breiten Bereich von Lasten und typischerweise mit einem Durchschnitt von ungefähr einem Fünftel ihrer maximalen Ausgangsleistung betrieben.
Ein Fahrzeuggetriebe liefert typischerweise mechanische Leistung von einer Maschine an den Rest eines Antriebssystems, wie ein festes Achsantriebsgetriebe, Achsen und Räder. Ein typisches mechanisches Getriebe erlaubt eine gewisse Freiheit im Maschinenbetrieb, und zwar gewöhnlich durch alternative Auswahl von fünf oder sechs unterschiedlichen Antriebsübersetzungsverhältnissen, eine Neutralauswahl, die zulässt, dass die Maschine Nebenaggregate bei stehendem Fahrzeug betreiben kann, und Kupplungen oder einen Drehmomentwandler für glatte Übergänge zwischen Antriebsübersetzungsverhältnissen und um das Fahrzeug aus der Ruhe bei drehender Maschine zu starten. Die Getriebegangauswahl lässt typischerweise zu, dass Leistung von der Maschine an den Rest des Antriebssystems mit einem Verhältnis von Drehmomentvervielfachung und Drehzahlreduktion, mit einem Verhältnis von Drehmomentreduktion und Drehzahlvervielfachung, das als Overdrive bekannt ist, oder mit einem Rückwärtsübersetzungsverhältnis abgegeben werden kann.
Ein elektrischer Generator kann mechanische Leistung von der Maschine in elektrische Leistung umwandeln, und ein Elektromotor kann diese elektrische Leistung zurück in mechanische Leistung mit unterschiedlichen Drehmomenten und Drehzahlen für den Rest des Fahrzeugantriebssystems umwandeln. Diese Anordnung erlaubt eine kontinuierliche Veränderung im Verhältnis von Drehmoment und Drehzahl zwischen der Maschine und dem Rest des Antriebssystems innerhalb der Grenzen der elektrischen Maschinerie. Eine elektrische Speicherbatterie, die als Leis tungsquelle für den Antrieb verwendet wird, kann dieser Anordnung hinzugefügt werden, wodurch ein Reihenhybrid-Elektroantriebssystem gebildet wird.
Das Reihenhybridsystem lässt zu, dass die Maschine mit einer gewissen Unabhängigkeit von dem Drehmoment, der Drehzahl und der Leistung, die erforderlich sind, um ein Fahrzeug anzutreiben, arbeiten kann, so dass die Maschine auf verbesserte Emissionen und einen verbesserten Wirkungsgrad hin gesteuert werden kann. Dieses System lässt zu, dass der Elektromotor, der an der Maschine 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 wirken kann, 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. Eine typische Einrichtung ist eine chemisch-elektrische Speicherbatterie, es können aber auch kapazitive oder mechanische Einrichtungen, wie etwa ein elektrisch angetriebenes Schwungrad, enthalten sein. Ein Speicher für elektrische Energie lässt zu, dass die mechanische Ausgangsleistung von dem Getriebesystem zu dem Fahrzeug von der mechanischen Eingangsleistung von der Maschine zu dem Getriebesystem abweichen kann. Die Batterie oder andere Einrichtung erlaubt auch das Starten der Maschine mit dem Getriebesystem und ein regeneratives Bremsen des Fahrzeugs.
Ein elektrisch verstellbares Getriebe in einem Fahrzeug kann einfach mechanische Leistung von einem Maschinenantrieb zu einem Achsantriebsausgang übertragen. Dazu gleicht die elektrische Leistung, die von einem Motor/Generator erzeugt wird, die elektrischen Verluste und die elektrische Leistung, die von dem anderen Motor/Generator verbraucht wird, aus. Durch die Verwendung der oben genannten elektrischen Speicherbatterie kann die elektrische Leistung, die von einem Motor/Gene rator erzeugt wird, größer oder kleiner sein als die elektrische Leistung, die von dem anderen verbraucht wird. Elektrische Leistung von der Batterie kann manchmal zulassen, dass beide Motoren/Generatoren als Motoren wirken, insbesondere um die Maschine bei der Fahrzeugbeschleunigung zu unterstützen. Beide Motoren können manchmal als Generatoren wirken, um die Batterie wieder aufzuladen, insbesondere beim regenerativen Bremsen des Fahrzeugs.
Ein erfolgreicher Ersatz für das Reihenhybridgetriebe ist das elektrisch verstellbare Getriebe mit zwei Bereichen, Eingangsleistungsverzweigung und kombinierter Leistungsverzweigung (two-range, input-split and compound-split electrically variable transmission), das nun für Linienbusse hergestellt wird, wie es offenbart ist in U.S. Patent Nummer 5,931,757 , erteilt am 3. August 1999 für Michael Roland Schmidt, das gemeinsam mit der vorliegenden Anmeldung übertragen wurde und dessen Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme vollständig mit eingeschlossen ist. Ein derartiges Getriebe benutzt ein Antriebsmittel, um Leistung von der Fahrzeugmaschine aufzunehmen, und ein Leistungsausgabemittel, um Leistung zum Antreiben des Fahrzeugs abzugeben. Ein erster und zweiter Motor/Generator sind mit einer Energiespeichereinrichtung, wie einer Batterie, verbunden, so dass die Energiespeichereinrichtung Leistung von dem ersten und zweiten Motor/Generator aufnehmen und diesen Leistung zuführen kann. Eine Steuereinheit regelt den Leistungsfluss zwischen der Energiespeichereinrichtung und den Motoren/Generatoren sowie zwischen dem ersten und zweiten Motor/Generator.
Ein Betrieb in dem ersten oder zweiten Betriebsmodus mit variablem Drehzahlverhältnis kann selektiv unter Verwendung von Kupplungen in der Natur einer ersten und zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung erreicht werden. In dem ersten Modus wird ein Drehzahlverhältnisbereich mit Eingangsleistungsverzweigung durch Einrücken der ersten Kupplung gebildet, und die Abtriebsdrehzahl des Getriebes ist proportional zu der Drehzahl von einem Motor/Generator. In dem zweiten Modus wird ein Drehzahlverhältnisbereich mit kombinierter Leistungsverzweigung durch das Einrücken der zweiten Kupplung gebildet, und die Abtriebsdrehzahl des Getriebes ist nicht proportional zu den Drehzahlen von einem der Motoren/Generatoren, sondern ist eine algebraische Linearkombination der Drehzahlen der beiden Motoren/Generatoren. Ein Betrieb mit einem festen Getriebedrehzahlverhältnis kann selektiv durch das Einrücken beider Kupplungen erreicht werden. Ein Betrieb des Getriebes in einem neutralen Modus kann selektiv erreicht werden, indem beide Kupplungen gelöst werden, wobei die Maschine und beide Elektromotoren/Generatoren von dem Getriebeabtrieb entkoppelt werden. Das Getriebe umfasst mindestens einen mechanischen Punkt in seinem ersten Betriebsmodus und mindestens zwei mechanische Punkte in seinem zweiten Betriebsmodus.
U.S. Patent Nr. 6,527,658 , das am 4. März 2003 für Holmes et al. erteilt wurde, gemeinsam mit der vorliegenden Anmeldung übertragen wurde und dessen Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme vollständig mit eingeschlossen ist, offenbart ein elektrisch verstellbares Getriebe, das zwei Planetenradsätze, zwei Motoren/Generatoren und zwei Kupplungen benutzt, um Betriebsmodi mit Eingangsleistungsverzweigung (input-split), kombinierter Leistungsverzweigung (compound-split) sowie Neutral- und Rückwärtsbetriebsmodi bereitzustellen. Beide Planetenradsätze können einfach sein oder einer kann einzeln zusammengesetzt sein. Ein elektrisches Steuerelement reguliert den Leistungsfluss zwischen einer Energiespeichereinrichtung und den beiden Motoren/Generatoren. Dieses Getriebe bietet zwei Bereiche oder Modi eines Betriebes eines elektrisch verstellbaren Getriebes (EVT), wobei es selektiv einen Drehzahlverhältnisbereich mit Eingangsleistungsverzweigung und einen Drehzahlverhältnisbereich mit kombinierter Leistungsverzweigung bereitstellt. Es kann auch selektiv ein festes Drehzahlverhältnis erreicht werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt eine Familie von elektrisch verstellbaren Getrieben bereit, die mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Automatikgetrieben zur Verwendung in Hybridfahrzeugen bietet, die ein verbessertes Leistungsvermögen der Fahrzeugbeschleunigung, eine verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit über ein regeneratives Bremsen und einen nur elektrischen Leerlauf und ein nur elektrisches Anfahren und ein attraktives Vermarktungsmerkmal umfassen. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, den bestmöglichen Energiewirkungsgrad und die bestmöglichen Emissionen für eine gegebene Maschine bereitzustellen. Zusätzlich werden ein optimales Leistungsvermögen, eine optimale Kapazität, eine optimale Packungsgröße und eine optimale Übersetzungsverhältnisabdeckung für das Getriebe angestrebt.
Die elektrisch verstellbare Getriebefamilie der vorliegenden Erfindung stellt kostengünstige elektrisch verstellbare Getriebemechanismen mit geringem Inhalt bereit, die einen ersten, zweiten und dritten Differenzialzahnradsatz, eine Batterie, zwei Elektromotoren, die austauschbar als Motoren oder Generatoren dienen, und fünf auswählbare 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 oder dritte Planetenradsatz in beliebiger Reihenfolge mit erster bis zweiter gezählt werden (d.h. von links nach rechts, von rechts nach links, Mitte, links, rechts usw.).
Jeder der drei 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 ständig mit zumindest einem Element der Planetenradsätze verbunden. Die Abtriebswelle ist ständig mit einem anderen Element der Planetenradsätze verbunden.
Eine erste feste Verbindung verbindet das erste Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes.
Eine zweite feste Verbindung verbindet ein zweites Element des zweiten Planetenradsatzes ständig mit dem ersten Element des dritten Planetenradsatzes oder mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes.
Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung, verbindet ein Element des ersten oder zweiten Planetenradsatzes selektiv mit einem Element des dritten Planetenradsatzes.
Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung, verbindet ein Element des ersten, zweiten oder dritten Planetenradsatzes selektiv mit einem anderen Element des dritten Planetenradsatzes, wobei dieses Paar Elemente verschieden ist von denen, die durch die erste Drehmomentübertragungseinrichtung verbunden sind.
Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Bremse, verbindet ein Element des ersten, zweiten oder dritten Planetenradsatzes selektiv mit einem feststehenden Element (Masse/Getriebekasten).
Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung, verbindet ein Element des zweiten Planetenradsatzes selektiv mit einem Element des dritten Planetenradsatzes. Alternativ ist eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Bremse, parallel zu einem der Motoren/Generatoren geschaltet, um eine Rotation des Motors/Generators selektiv zu verhindern.
Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Bremse, ist parallel zu einem der Motoren/Generatoren geschaltet, um dessen Rotation selektiv zu verhindern.
Der erste Motor/Generator ist an dem Getriebekasten (oder Masse) montiert und ist ständig mit einem Element des ersten oder zweiten Planetenradsatzes verbunden.
Der zweite Motor/Generator ist an dem Getriebekasten montiert und ist ständig mit einem Element des ersten, zweiten oder dritten Planetenradsatzes verbunden, wobei dieses Element verschieden ist von dem einen, das ständig mit dem ersten Motor/Generator verbunden ist. Alternativ kann eine Klauenkupplung zwischen dem zweiten Motor/Generator und den Planetenradsätzen eingebaut sein. Dies lässt zu, dass der Motor/Generator selektiv mit einem von zwei Elementen an dem ersten oder zweiten Planetenradsatz verbunden ist. Jedoch könnte die gleiche Funktion durch ein Paar herkömmliche Drehmomentübertragungsmechanismen erreicht werden.
Die fünf auswählbaren Drehmomentübertragungseinrichtungen werden in Kombinationen von Zweien oder Dreien eingerückt, um ein EVT mit einem stufenlos verstellbaren Bereich von Drehzahlen (einschließlich rückwärts) und bis zu fünf mechanisch festen Vorwärtsdrehzahlverhältnissen zu ergeben. Ein "festes Drehzahlverhältnis" ist eine Betriebsbedingung, unter der die mechanische Antriebsleistung in das Getriebe mechanisch auf den Abtrieb übertragen wird und kein Leistungsfluss in den Motoren/Generatoren vorhanden ist (d.h. beinahe null beträgt). Ein elektrisch verstellbares Getriebe, das selektiv mehrere feste Drehzahlverhältnisse für einen Betrieb in der Nähe voller Maschinenleistung erzielen kann, kann für eine gegebene maximale Kapazität kleiner und leichter sein. Ein Betrieb mit festem Verhältnis kann auch zu einem niedrigeren Kraftstoffverbrauch führen, wenn unter Bedingungen gearbeitet wird, unter denen die Maschinendrehzahl sich ihrem Optimum nähern kann, ohne die Motoren/Generatoren zu verwenden. Eine Vielfalt von festen Drehzahlverhältnissen und variable Verhältnisspreizungen können durch geeignetes Wählen der Zähneverhältnisse der Planetenradsätze realisiert werden.
Jede Ausführungsform der offenbarten elektrisch verstellbaren Getriebefamilie weist eine Architektur auf, in der weder der Getriebeantrieb noch der Getriebeabtrieb direkt mit einem Motor/Generator verbunden ist. Dies erlaubt eine Verringerung der Größe und Kosten der Elektromotoren/Generatoren, die erforderlich sind, um das gewünschte Fahrzeugleistungsvermögen zu erreichen.
Die Drehmomentübertragungseinrichtungen und der erste und zweite Motor/Generator sind betreibbar, um in dem elektrisch verstellbaren Getriebe fünf Betriebsmodi bereitzustellen, die einen Batterie-Rückwärtsmodus, einen EVT Rückwärtsmodus, Rückwärts- und Vorwärtsanfahrmodi, einen Modus mit stufenlos verstellbarem Getriebebereich und einen Modus mit festem Verhältnis umfassen.
Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Ausführungsarten der Erfindung leicht deutlich werden, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1a ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs, der ein elektrisch verstellbares Getriebe umfasst und ein Familienmitglied der vorliegenden Erfindung enthält;
1b ist eine Tabelle für Betriebsmodi und eine Tabelle für Modi mit festem Verhältnis, die einige der Betriebseigenschaften des in 1a 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 in 2a 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 in 3a 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 in 4a 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 in 5a 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 in 6a 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 in 7a 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 in 8a 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 in 9a gezeigten Antriebsstrangs darstellen;
10a ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs mit einem elektrisch verstellbaren Getriebe, der ein anderes Familienmitglied der vorliegenden Erfindung enthält; und
10b ist eine Tabelle für Betriebsmodi und eine Tabelle für Modi mit festem Verhältnis, die einige der Betriebseigenschaften des in 10a gezeigten Antriebsstrangs darstellen.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In 1a ist ein Antriebsstrang 10 gezeigt, der eine Maschine 12 umfasst, die mit einer bevorzugten Ausführungsform des verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes (EVT) verbunden ist, das allgemein mit dem Bezugszeichen 14 bezeichnet ist. Das Getriebe 14 ist konstruiert, um mindestens einen Teil seiner Antriebsleistung von der Maschine 12 aufzunehmen. Wie es gezeigt ist, weist die Maschine 12 eine Abtriebswelle auf, die als das Antriebselement 17 des Getriebes 14 dient. Es kann auch ein Dämpfer für transientes Drehmoment (der nicht gezeigt ist) zwischen der Maschine 12 und dem Antriebselement 17 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 Getriebeantriebselement 17 verbunden ist, ist das Getriebeantriebselement 17 funktional mit einem Planetenradsatz in dem Getriebe 14 verbunden.
Ein Abtriebselement 19 des Getriebes 14 ist mit einem Achsantrieb 16 verbunden.
Das Getriebe 14 benutzt drei Differenzialzahnradsätze, vorzugsweise in der Natur von Planetenradsätzen 20, 30 und 40. Der Planetenradsatz 20 wendet ein äußeres Zahnradelement 24 an, das typischerweise als das Hohlrad bezeichnet wird. Das Hohlrad 24 umgibt ein inneres Zahnradelement 22, das typischerweise als das Sonnenrad bezeichnet wird. Ein Träger 26 lagert drehbar mehrere Planetenräder 27, so dass jedes Planetenrad 27 kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 24 als auch dem inneren Sonnenrad 22 des ersten Planetenradsatzes 20 in Eingriff steht.
Der Planetenradsatz 30 weist auch ein äußeres Zahnradelement 34 auf, das häufig auch als das Hohlrad bezeichnet wird, welches ein inneres Zahnradelement 32 umgibt, das auch häufig als das Sonnenrad bezeichnet wird. Mehrere Planetenräder 37 sind auch drehbar in einem Träger 36 montiert, so dass jedes Planetenrad 37 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 34 als auch dem inneren Sonnenrad 32 des Planetenradsatzes 30 in Eingriff steht.
Der Planetenradsatz 40 weist auch ein äußeres Zahnradelement 44 auf, das häufig auch als das Hohlrad bezeichnet wird, welches ein inneres Zahnradelement 42 umgibt, das auch häufig als das Sonnenrad bezeichnet wird. Mehrere Planetenräder 47 sind auch drehbar in einem Träger 46 montiert, so dass jedes Planetenrad 47 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 44 als auch dem inneren Sonnenrad 42 des Planetenradsatzes 40 in Eingriff steht.
Das Getriebeantriebselement 17 ist mit dem Träger 36 des Planetenradsatzes 30 verbunden. Das Ausgangsabtriebselement 19 des Getriebes 14 ist an dem Träger 46 des Planetenradsatzes 40 befestigt.
Die erste bevorzugte Ausführungsform 10 umfasst auch einen ersten und zweiten Motor/Generator 80 bzw. 82. Der Stator des ersten Motors/Generators 80 ist an dem Getriebegehäuse 60 befestigt. Der Rotor des ersten Motors/Generators 80 ist an dem Sonnenrad 22 des Planetenradsatzes 20 befestigt.
Der Stator des zweiten Motors/Generators 82 ist auch an dem Getriebegehäuse 60 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators 82 ist an dem Sonnenrad 32 des Planetenradsatzes 30 befestigt.
Eine erste feste Verbindung 70 verbindet das Hohlrad 24 des Planetenradsatzes 20 ständig mit dem Träger 36 des Planetenradsatzes 30. Eine zweite feste Verbindung 72 verbindet das Hohlrad 34 des Planetenradsatzes 30 ständig mit dem Sonnenrad 42 des Planetenradsatzes 40.
Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung 50, verbindet den Träger 26 des Planetenradsatzes 20 selektiv mit dem Hohlrad 44 des Planetenradsatzes 40. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 52, verbindet den Träger 26 des Planetenradsatzes 20 selektiv mit dem Träger 46 des Planetenradsatzes 40. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse 54, verbindet den Träger 26 des Planetenradsatzes 20 selektiv mit dem Getriebegehäuse 60. D.h. der Träger 26 wird durch eine Wirkverbindung mit dem nicht drehbaren Gehäuse 60 selektiv an einer Drehung gehindert. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse 55, ist parallel zu dem Motor/Generator 80 geschaltet, um dessen Rotation selektiv zu bremsen.
Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse 57, ist parallel zu dem Motor/Generator 82 geschaltet, um dessen Rotation selektiv zu bremsen. Die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung 50, 52, 54, 55 und 57 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes 14 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 Getriebe 14 selektiv Leistung von der Maschine 12 aufnimmt. Das Hybridgetriebe nimmt auch Leistung von einer elektrischen Leistungsquelle 86 auf, die funktional mit einem Controller 88 verbunden ist. Die elektrische Leistungsquelle 86 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 Planeten räder 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 lagert, mit weniger Drehzahl und in der gleichen Richtung wie das Sonnenrad rotieren. Somit kann man leicht den Austausch der Rollen zwischen dem Träger und dem Hohlrad im Vergleich mit der Verwendung eines einzigen Satzes von Planetenrädern in einem einfachen Planetenradsatz beobachten, der durch die Verwendung von inneren und äußeren Sätzen von Planetenrädern, die miteinander kämmen, hervorgerufen wird.
Die normale Wirkung eines elektrisch verstellbaren Getriebes ist, mechanische Leistung von dem Antrieb auf den Abtrieb zu übertragen. Als Teil dieser Übertragungswirkung wirkt einer von seinen beiden Motoren/Generatoren als Generator für elektrische Leistung. Der andere Motor/Generator wirkt als Motor und verwendet diese elektrische Leistung. Da die Drehzahl des Abtriebs von null bis auf eine hohe Drehzahl zunimmt, tauschen die beiden Motoren/Generatoren 80, 82 allmählich die Rollen von Generator und Motor, und können dies mehr als einmal vornehmen. Diese Austausche finden um mechanische Punkte herum statt, an denen im Wesentlichen die gesamte Leistung von dem Antrieb auf den Abtrieb mechanisch übertragen wird und keine wesentliche Leistung elektrisch übertragen wird.
In einem hybriden elektrisch verstellbaren Getriebesystem kann die Batterie 86 dem Getriebe auch Leistung zuführen, oder das Getriebe kann der Batterie Leistung zuführen. Wenn die Batterie dem Getriebe wesentlich elektrische Leistung zuführt, wie etwa zur Fahrzeugbeschleunigung, dann wirken beide Motoren/Generatoren als Motoren. Wenn das Getriebe der Batterie elektrische Leistung zuführt, wie etwa für ein regeneratives Bremsen, können beide Motoren/Generatoren als Generatoren wirken. Sehr nahe bei den mechanischen Arbeitspunkten können beide Motoren/Generatoren auch als Generatoren mit kleinen elektrischen Ausgangsleistungen wegen der elektrischen Verluste in dem System wirken.
Im Gegensatz zu der normalen Wirkung des Getriebes kann das Getriebe tatsächlich verwendet werden, um mechanische Leistung von dem Abtrieb auf den Antrieb zu übertragen. Dies kann in einem Fahrzeug 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 zumindest sechzehn Funktionsanforderungen auf (die den 16 oder mehr 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 der 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 von 1b sind in dem Batterie-Rückwärtsmodus beispielsweise die Kupplung 50 und die Bremse 54 eingerückt, der Motor 80 weist ein Drehmoment von 1,00 Einheiten auf, der Generator 82 weist ein Drehmoment von 0,49 Einheiten auf, und es wird ein Drehmomentverhältnis von –5,79 erreicht, das einem Maschinenantriebsdrehmoment von 1 Einheit entspricht. In jeder Tabelle für Betriebsmodi gibt ein (M) neben einem Drehmomentwert in den Motor/Generator-Spalten 80 und 82 an, dass der Motor/Generator als Motor wirkt, und das Fehlen eines (M) gibt an, dass der Motor/Generator als Generator wirkt.
Der zweite Betriebsmodus ist der "EVT Rückwärtsmodus" (oder der mechanische Rückwärtsmodus), der der zweiten Zeile (EVT RW) jeder Tabelle für Betriebsmodi, wie etwa jener in 1b, entspricht. In diesem Modus wird das EVT von der Maschine und von einem der Motoren/Generatoren angetrieben. Der andere Motor/Generator arbeitet im Generatormodus und überträgt 100 % der erzeugten Energie zurück zu dem antreibenden Motor. Der Nettoeffekt ist, dass das Fahrzeug rückwärts angetrieben wird.
Nach 1b sind beispielsweise in dem EVT Rückwärtsmodus die Kupplung 50 und die Bremse 54 eingerückt, der Generator 80 weist ein Drehmoment von 1,96 Einheiten auf, der Motor 82 weist ein Drehmoment von 0,70 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 der dritten und vierten Zeile (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. In 1 beträgt dieser Bruchteil etwa 99%. Das Verhältnis von Getriebeabtriebsdrehzahl zu Maschinendrehzahl (Getriebedrehzahlverhältnis) beträgt etwa +/– 0,001 (das positive Vorzeichen gibt an, dass das Fahrzeug vorwärts kriecht, und das negative Vorzeichen gibt an, dass das Fahrzeug rückwärts kriecht). Nach 1b sind in den Rückwärts- und Vorwärtsanfahrmodi die Kupplung 50 und die Bremse 54 eingerückt. In dem DW Rückwärtsmodus wirkt der Motor/Generator 80 als Generator mit 1,73 Einheiten Drehmoment, der Motor/Generator 82 wirkt als Motor mit 0,59 Einheiten Drehmoment, und es wird ein Drehmomentverhältnis von –7,00 erreicht. In dem Modus DW Vorwärts wirkt der Motor/Generator 80 als Motor mit –0,29 Einheiten Drehmoment, der Motor/Generator 82 wirkt als Generator mit –0,39 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 dem Motor sowie von einem der Motoren/Generatoren, der als Motor arbeitet, angetrieben. Der andere Motor/Generator arbeitet als Generator und überträgt 100 % der erzeugten Energie zurück zu dem Motor. Die Arbeitspunkte, die durch Bereich 1.1, 1.2, ... usw. dargestellt sind, sind diskrete Punkte in dem Kontinuum von Vorwärtsdrehzahlverhältnissen, die von dem EVT bereitgestellt werden. Beispielsweise wird in 1b bei eingerückter Kupplung 50 und Bremse 54 ein Bereich von Verhältnissen von 4,69 bis 1,86 erreicht, und bei eingerückten Kupplungen 50 und 52 wird ein Bereich von Drehmomentverhältnissen 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 4 Vorwärtsgänge mit festem Verhältnis, aber es können zusätzliche feste Verhältnisse verfügbar sein. Nach 1b sind in dem festen Verhältnis F1 die Kupplung 50 und die Bremsen 54, 57 eingerückt, um ein festes Drehmomentverhältnis von 3,00 zu erreichen. Dementsprechend gibt jedes "X" in der Spalte der Motoren/Generatoren 80, 82 in 1b an, dass die jeweilige Bremse 55 oder 57 eingerückt ist und die Motoren/Generatoren 80 oder 82 nicht rotieren. In dem festen Verhältnis F2 sind die Kupplung 52 und die Bremsen 55, 57 eingerückt, um ein festes Verhältnis von 1,52 zu erreichen. In dem festen Verhältnis F3 sind die Kupplung 50 und die Bremsen 55, 57 eingerückt, um ein festes Verhältnis von 1,21 zu erreichen. In dem festen Verhältnis F4 sind die Kupplungen 50, 52 und die Bremse 57 eingerückt, um ein festes Verhältnis von 0,75 zu erreichen.
Das Getriebe 14 ist in der Lage, in sogenannten Einzel- oder Doppelmodi zu arbeiten. Im Einzelmodus bleibt die eingerückte Drehmomentübertragungseinrichtung für das vollständige Kontinuum von Vorwärtsdrehzahlverhältnissen (die durch die diskreten Punkte: Bereiche 1.1, 1.2, 1.3 und 1.4 dargestellt sind) die gleiche. Im Doppelmodus wird die eingerückte Drehmomentübertragungseinrichtung bei irgendeinem Zwischendrehzahlverhältnis umgeschaltet (z.B. Bereich 2.1 in 1). 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) erreichbar sind. Beispielsweise weisen die Getriebe der 5a und 6a kalte Schaltvorgänge zwischen den Bereichen 1.4 und 2.1 auf. Dies ermöglicht auch eine bessere Steuerung bei Schaltvorgängen mit doppelten Übergängen (zwei herankommende und zwei weggehende Kupplungen).
Wie es oben ausgeführt wurde, ist der Einrückplan für die Drehmomentübertragungseinrichtungen in der Tabelle für Betriebsmodi und der Tabelle für Modi mit festem Verhältnis der 1b gezeigt. 1b liefert auch ein Beispiel von Drehmomentverhältnissen, die unter Verwendung der beispielhaft in 1b angegebenen Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse verfügbar sind. Der N_R1/N_S1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 20; der N_R2/N_S2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 30, und der N_R3/N_S3-Wert ist das Zähneverhältnis des Planeten radsatzes 40. Das Schaubild von 1b 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 1,97, und die Verhältnisspreizung beträgt 4,00.
BESCHREIBUNG EINER ZWEITEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
In 2a ist ein Antriebsstrang 110 gezeigt, der eine Maschine 12 umfasst, die mit einer bevorzugten Ausführungsform des verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes verbunden ist, das allgemein mit dem Bezugszeichen 114 bezeichnet ist. Das Getriebe 114 ist konstruiert, um mindestens einen Teil seiner Antriebsleistung von der Maschine 12 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 Maschine 12 eine Abtriebswelle auf, die als das Antriebselement 17 des Getriebes 114 dient. Es kann auch ein Dämpfer für transientes Drehmoment (der nicht gezeigt ist) zwischen der Maschine 12 und dem Antriebselement 17 des Getriebes eingesetzt werden.
Ungeachtet des Mittels, durch das die Maschine 12 mit dem Getriebeantriebselement 17 verbunden ist, ist das Getriebeantriebselement 17 funktional mit einem Planetenradsatz in dem Getriebe 114 verbunden. Ein Abtriebselement 19 des Getriebes 114 ist mit einem Achsantrieb 16 verbunden.
Das Getriebe 114 benutzt drei Differenzialzahnradsätze, vorzugsweise in der Natur von Planetenradsätzen 120, 130 und 140. Der Planetenradsatz 120 wendet ein äußeres Zahnradelement 124 an, das typischerweise als das Hohlrad bezeichnet wird. Das Hohlrad 124 umgibt ein inneres Zahnradelement 122, das typischerweise als das Sonnenrad bezeichnet wird. Ein Träger 126 lagert drehbar mehrere Planetenräder 127, so dass jedes Planetenrad 127 kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 124 als auch dem inneren Sonnenrad 122 des ersten Planetenradsatzes 120 in Eingriff steht.
Der Planetenradsatz 130 weist auch ein äußeres Zahnradelement 134 auf, das häufig auch als das Hohlrad bezeichnet wird, welches ein inneres Zahnradelement 132 umgibt, das auch häufig als das Sonnenrad bezeichnet wird. Mehrere Planetenräder 137 sind auch drehbar in einem Träger 136 montiert, so dass jedes Planetenrad 137 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 134 als auch dem inneren Sonnenrad 132 des Planetenradsatzes 130 in Eingriff steht.
Der Planetenradsatz 140 weist ein äußeres Zahnradelement 144 auf, das häufig als das Hohlrad bezeichnet wird, welches ein inneres Zahnradelement 142 umgibt, das häufig als das Sonnenrad bezeichnet wird. Mehrere Planetenräder 147 sind drehbar in einem Träger 146 montiert, so dass jedes Planetenrad 147 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 144 als auch dem inneren Sonnenrad 142 des Planetenradsatzes 140 in Eingriff steht.
Das Getriebeantriebselement 17 ist mit dem Träger 136 des Planetenradsatzes 130 verbunden, und das Getriebeabtriebselement 19 ist mit dem Träger 146 des Planetenradsatzes 140 verbunden.
Das Getriebe 114 umfasst auch einen ersten und zweiten Motor/Generator 180 bzw. 182. Der Stator des ersten Motors/Generators 180 ist an dem Getriebegehäuse 160 befestigt. Der Rotor des ersten Motors/Generators 180 ist an dem Sonnenrad 122 des Planetenradsatzes 120 befestigt.
Der Stator des zweiten Motors/Generators 182 ist auch an dem Getriebegehäuse 160 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators 182 ist an dem Sonnenrad 132 des Planetenradsatzes 130 befestigt.
Eine erste feste Verbindung 170 verbindet das Hohlrad 124 des Planetenradsatzes 120 ständig mit dem Träger 136 des Planetenradsatzes 130. Eine zweite feste Verbindung 172 verbindet das Hohlrad 134 des Planetenradsatzes 130 ständig mit dem Sonnenrad 142 des Planetenradsatzes 140.
Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung 150, verbindet den Träger 126 des Planetenradsatzes 120 selektiv mit dem Hohlrad 144 des Planetenradsatzes 140. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 152, verbindet das Sonnenrad 142 selektiv mit dem Hohlrad 144 des Planetenradsatzes 140. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse 154, verbindet den Träger 126 des Planetenradsatzes 120 selektiv mit dem Getriebegehäuse 160. D.h. der Träger 126 wird durch eine Wirkverbindung mit dem nicht drehbaren Gehäuse 160 selektiv an einer Drehung gehindert. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse 155, ist parallel zu dem Motor/Generator 180 geschaltet, um dessen Rotation selektiv zu bremsen.
Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse 157, ist parallel zu dem Motor/Generator 182 geschaltet, um dessen Rotation selektiv zu bremsen. Die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung 150, 152, 154, 155 und 157 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes 114 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 Getriebe 114 selektiv Leistung von der Maschine 12 aufnimmt. Das Hybridgetriebe tauscht auch Leistung mit einer elektrischen Leistungsquelle 186 aus, die funktional mit einem Controller 188 verbunden ist. Die elektrische Leistungsquelle 186 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 in 2b gezeigt ist, sind in diesem Modus beispielsweise die Kupplung 150 und die Bremse 154 eingerückt, der Motor 180 weist ein Drehmoment von 1,00 Einheiten auf, der Generator 182 weist ein Drehmoment von 0,49 Einheiten auf, und es wird ein Abtriebsdrehmoment von –5,79 erreicht.
Der zweite Betriebsmodus ist der "EVT Rückwärtsmodus" (oder der mechanische Rückwärtsmodus), der der zweiten Zeile (EVT RW) der Tabelle für Betriebsmodi von 2b entspricht. In diesem Modus wird das EVT von der Maschine und von einem der Motoren/Generatoren angetrieben. Der andere Motor/Generator arbeitet im Generatormodus und überträgt 100 % der erzeugten Energie zurück zu dem antreibenden Motor. Der Nettoeffekt ist, dass das Fahrzeug rückwärts angetrieben wird. In diesem Modus sind die Kupplung 150 und die Bremse 154 eingerückt, der Generator 180 weist ein Drehmoment von 1,96 Einheiten auf, der Motor 182 weist ein Drehmoment von –0,70 Einheiten auf, und es wird ein Abtriebsdrehmoment von –8,33 erreicht, das einem Antriebsdrehmoment von 1 Einheit entspricht.
Der dritte Betriebsmodus umfasst die "Rückwärts- und Vorwärtsanfahrmodi", die 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 Kupplung 150 und die Bremse 154 eingerückt. In dem DW Rückwärtsmodus wirkt der Motor/Generator 80 als Generator mit 1,73 Einheiten Drehmoment, der Motor/Generator 82 wirkt als Motor mit 0,59 Einheiten Drehmoment, und es wird ein Drehmomentverhältnis von –7,00 erreicht. In dem Modus DW Vorwärts wirkt der Motor/Generator 80 als Motor mit –0,29 Einheiten Drehmoment, der Motor/Generator 82 wirkt als Generator mit –0,39 Einheiten Drehmoment, und es wird ein Drehmomentverhältnis von 4,69 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 bereitgestellt werden. Beispielsweise wird in 2b bei eingerückter Kupplung 150 und Bremse 154 ein Bereich von Verhältnissen von 4,69 bis 1,86 erreicht, und bei eingerückten Kupplungen 150 und 152 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 der Tabelle für Betriebsmodi von 2b entsprechen. In diesem Modus arbeitet das Getriebe wie ein herkömmliches Automatikgetriebe, wobei drei Drehmomentübertragungseinrichtungen eingerückt sind, um ein diskretes Getriebeübersetzungsverhältnis zu schaffen. In dem festen Verhältnis F1 sind die Kupplung 150 und die Bremsen 154 und 157 eingerückt, um ein festes Verhältnis von 3,00 zu erreichen. In dem festen Verhältnis F2 sind die Kupplungen 150, 152 und die Bremse 155 eingerückt, um ein festes Verhältnis von 1,52 zu erreichen. In dem festen Verhältnis F3 sind die Kupplung 150 und die Bremsen 155, 157 eingerückt, um ein festes Verhältnis von 1,21 zu erreichen.
In dem festen Verhältnis F4 sind die Kupplung 152 und die Bremsen 154, 157 eingerückt, um ein festes Verhältnis von 0,75 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 in 2b angegebenen Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse verfügbar sind. Der N_R1/N_S1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 120, der N_R2/N_S2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 130, und der N_R3/N_S3-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 140. Das Schaubild von 2b 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 1,97, und die Verhältnisspreizung beträgt 4,00.
BESCHREIBUNG EINER DRITTEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
In 3a ist ein Antriebsstrang 210 gezeigt, der eine Maschine 12 umfasst, die mit einer bevorzugten Ausführungsform des verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes verbunden ist, das allgemein mit dem Bezugszeichen 214 bezeichnet ist. Das Getriebe 214 ist konstruiert, um mindestens einen Teil seiner Antriebsleistung von der Maschine 12 aufzunehmen. Wie es gezeigt ist, weist die Maschine 12 eine Abtriebswelle auf, die als das Antriebselement 17 des Getriebes 214 dient. Es kann auch ein Dämpfer für transientes Drehmoment (der nicht gezeigt ist) zwischen der Maschine 12 und dem Antriebselement 17 des Getriebes 214 eingesetzt werden.
Ungeachtet des Mittels, durch das die Maschine 12 mit dem Getriebeantriebselement 17 verbunden ist, ist das Getriebeantriebselement funktional mit einem Planetenradsatz in dem Getriebe 214 verbunden. Ein Abtriebselement 19 des Getriebes 214 ist mit einem Achsantrieb 16 verbunden.
Das Getriebe 214 benutzt drei Differenzialzahnradsätze, vorzugsweise in der Natur von Planetenradsätzen 220, 230 und 240. Der Planetenradsatz 220 wendet ein äußeres Zahnradelement 224 an, das typischerweise als das Hohlrad bezeichnet wird. Das Hohlrad 224 umgibt ein inneres Zahnradelement 222, das typischerweise als das Sonnenrad bezeichnet wird. Ein Träger 226 lagert drehbar mehrere Planetenräder 227, so dass jedes Planetenrad 227 kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 224 als auch dem inneren Sonnenrad 222 des ersten Planetenradsatzes 220 in Eingriff steht.
Der Planetenradsatz 230 weist auch ein äußeres Hohlrad 234 auf, das ein inneres Sonnenrad 232 umgibt. Mehrere Planetenräder 237 sind auch drehbar in einem Träger 236 montiert, so dass jedes Planetenrad 237 kämmend mit sowohl dem Sonnenrad 232 als auch dem Hohlrad 234 des Planetenradsatzes 230 in Eingriff steht.
Der Planetenradsatz 240 wendet ein äußeres Zahnradelement 244 an, das typischerweise als das Hohlrad bezeichnet wird. Das Hohlrad 244 umgibt ein inneres Zahnradelement 242, das typischerweise als das Sonnenrad bezeichnet wird. Ein Träger 246 lagert drehbar mehrere Planetenräder 247, so dass jedes Planetenrad 247 kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 244 als auch dem inneren Sonnenrad 242 des Planetenradsatzes 240 in Eingriff steht.
Das Getriebeantriebselement 17 ist mit dem Hohlrad 224 verbunden, und das Getriebeabtriebselement 19 ist mit dem Träger 246 verbunden.
Das Getriebe 214 umfasst auch einen ersten und zweiten Motor/Generator 280 bzw. 282. Der Stator des ersten Motors/Generators 280 ist an dem Getriebegehäuse 260 befestigt. Der Rotor des ersten Motors/Generators 280 ist an dem Sonnenrad 222 des Planetenradsatzes 220 befestigt.
Der Stator des zweiten Motors/Generators 282 ist auch an dem Getriebegehäuse 260 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators 282 ist an dem Träger 236 des Planetenradsatzes 230 befestigt.
Eine erste feste Verbindung 270 verbindet das Sonnenrad 222 des Planetenradsatzes 220 ständig mit dem Sonnenrad 232 des Planetenradsatzes 230. Eine zweite feste Verbindung 272 verbindet das Hohlrad 234 des Planetenradsatzes 230 ständig mit dem Sonnenrad 242 des Planetenradsatzes 240.
Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 250, verbindet das Hohlrad 224 des Planetenradsatzes 220 selektiv mit dem Hohlrad 244 des Planetenradsatzes 240. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 252, verbindet den Träger 226 des Planetenradsatzes 220 selektiv mit dem Hohlrad 244 des Planetenradsatzes 240. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Bremse 254, verbindet den Träger 226 selektiv mit dem Getriebegehäuse 260. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse 255, ist parallel zu dem Motor/Generator 280 geschaltet, um dessen Rotation selektiv zu bremsen. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse 257, ist parallel zu dem Motor/Generator 282 geschaltet, um dessen Rotation selektiv zu bremsen. Die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung 250, 252, 254, 255 und 257 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes 214 zu helfen.
Das Hybridgetriebe 214 nimmt Leistung von der Maschine 12 und auch von einer elektrischen Leistungsquelle 286 auf, die funktional mit einem Controller 288 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 Getriebes 214. 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 in 3b angegebenen Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse verfügbar sind. Der N_R1/N_S1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 220; der N_R2/N_S2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 230, und der N_R3/N_S3-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 240. Das Schaubild von 3b 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 2,02, und die Verhältnisspreizung beträgt 3,37.
BESCHREIBUNG EINER VIERTEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
In 4a ist ein Antriebsstrang 310 gezeigt, der eine Maschine 12 umfasst, die mit einer bevorzugten Ausführungsform des verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes verbunden ist, das allgemein mit dem Bezugszeichen 314 bezeichnet ist. Das Getriebe 314 ist konstruiert, um mindestens einen Teil seiner Antriebsleistung von der Maschine 12 aufzunehmen.
Wie es gezeigt ist, weist die Maschine 12 eine Abtriebswelle auf, die als das Antriebselement 17 des Getriebes 314 dient. Es kann auch ein Dämpfer für transientes Drehmoment (der nicht gezeigt ist) zwischen der Maschine 12 und dem Antriebselement 17 des Getriebes eingesetzt werden.
Ungeachtet des Mittels, durch das die Maschine 12 mit dem Getriebeantriebselement 17 verbunden ist, ist das Getriebeantriebselement 17 funktional mit einem Planetenradsatz in dem Getriebe 314 verbunden. Ein Abtriebselement 19 des Getriebes 314 ist mit einem Achsantrieb 16 verbunden.
Das Getriebe 314 benutzt drei Planetenradsätze 320, 330 und 340. Der Planetenradsatz 320 wendet ein äußeres Hohlrad 324 an, das ein inneres Sonnenrad 322 umgibt. Ein Träger 326 lagert drehbar mehrere Planetenräder 327, so dass jedes Planetenrad 327 kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 324 als auch dem inneren Sonnenrad 322 des ersten Planetenradsatzes 320 in Eingriff steht.
Der Planetenradsatz 330 weist auch ein äußeres Hohlrad 334 auf, das ein inneres Sonnenrad 332 umgibt. Mehrere Planetenräder 337 sind auch drehbar in einem Träger 336 montiert, so dass jedes Planetenrad 337 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 334 als auch dem inneren Sonnenrad 332 des Planetenradsatzes 330 in Eingriff steht.
Der Planetenradsatz 340 wendet ein äußeres Hohlrad 344 an, das ein inneres Sonnenrad 342 umgibt. Ein Träger 346 lagert drehbar mehrere Planetenräder 347, so dass jedes Planetenrad 347 kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 344 als auch dem inneren Sonnenrad 342 des Planetenradsatzes 340 in Eingriff steht.
Das Getriebeantriebselement 17 ist mit dem Hohlrad 324 des Planetenradsatzes 320 verbunden, und das Getriebeabtriebselement 19 ist mit dem Träger 346 des Planetenradsatzes 340 verbunden.
Das Getriebe 314 umfasst auch einen ersten und zweiten Motor/Generator 380 bzw. 382. Der Stator des ersten Motors/Generators 380 ist an dem Getriebegehäuse 360 befestigt. Der Rotor des ersten Motors/Generators 380 ist an dem Sonnenrad 322 des Planetenradsatzes 320 befestigt. Der Stator des zweiten Motors/Generators 382 ist auch an dem Getriebegehäuse 360 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators 382 ist an dem Träger 326 des Planetenradsatzes 320 befestigt.
Eine erste feste Verbindung verbindet das Sonnenrad 322 des Planetenradsatzes 320 ständig mit dem Sonnenrad 332 des Planetenradsatzes 330. Eine zweite feste Verbindung verbindet das Hohlrad 334 des Planetenradsatzes 330 ständig mit dem Hohlrad 344 des Planetenradsatzes 340.
Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Kupplung 350, verbindet das Hohlrad 324 des Planetenradsatzes 320 selektiv mit dem Sonnenrad 342 des Planetenradsatzes 340. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Kupplung 352, verbindet den Träger 336 selektiv mit dem Sonnenrad 342. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse 354, verbindet den Träger 336 selektiv mit dem Getriebegehäuse 360. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse 355, ist parallel zu dem Motor/Generator 380 geschaltet, um dessen Rotation selektiv zu bremsen. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse 357, ist parallel zu dem Motor/Generator 382 geschaltet, um dessen Rotation selektiv zu bremsen. Die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung 350, 352, 354, 355 und 357 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Getriebes 314 zu helfen.
Das Hybridgetriebe 314 nimmt Leistung von der Maschine 12 auf und tauscht auch Leistung mit einer elektrischen Leistungsquelle 386 aus, die funktional mit einem Controller 388 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 Getriebes 314. 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 4b gezeigt. 4b liefert auch ein Beispiel von Drehmomentverhältnissen, die unter Verwendung der beispielhaft in 4b angegebenen Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse verfügbar sind. Der N_R1/N_S1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 320; der N_R2/N_S2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 330, und der N_R3/N_S3-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 340. Das Schaubild von 4b 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 2,17, und die Verhältnisspreizung beträgt 4,34.
BESCHREIBUNG EINER FÜNFTEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
In 5a ist ein Antriebsstrang 410 gezeigt, der eine Maschine 12 umfasst, die mit einer bevorzugten Ausführungsform des verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes verbunden ist, das allgemein mit dem Bezugszeichen 414 bezeichnet ist. Das Getriebe 414 ist konstruiert, um mindestens einen Teil seiner Antriebsleistung von der Maschine 12 aufzunehmen.
Wie es gezeigt ist, weist die Maschine 12 eine Abtriebswelle auf, die als das Antriebselement 17 des Getriebes 414 dient. Es kann auch ein Dämpfer für transientes Drehmoment (der nicht gezeigt ist) zwischen der Maschine 12 und dem Antriebselement 17 des Getriebes eingesetzt werden.
Ungeachtet des Mittels, durch das die Maschine 12 mit dem Getriebeantriebselement 17 verbunden ist, ist das Getriebeantriebselement 17 funktional mit einem Planetenradsatz in dem Getriebe 414 verbunden. Ein Abtriebselement 19 des Getriebes 414 ist mit einem Achsantrieb 16 verbunden.
Das Getriebe 414 benutzt drei Planetenradsätze 420, 430 und 440. Der Planetenradsatz 420 wendet ein äußeres Hohlrad 424 an, das ein inneres Sonnenrad 422 umgibt. Ein Träger 426 lagert drehbar mehrere Planetenräder 427, so dass jedes Planetenrad 427 kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 424 als auch dem inneren Sonnenrad 422 des ersten Planetenradsatzes 420 in Eingriff steht.
Der Planetenradsatz 430 weist auch ein äußeres Hohlrad 434 auf, das ein inneres Sonnenrad 432 umgibt. Mehrere Planetenräder 437 sind auch drehbar in einem Träger 436 montiert, so dass jedes Planetenrad 437 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 434 als auch dem inneren Sonnenrad 432 des Planetenradsatzes 430 in Eingriff steht.
Der Planetenradsatz 440 wendet ein äußeres Hohlrad 444 an, das ein inneres Sonnenrad 442 umgibt. Ein Träger 446 lagert drehbar mehrere Planetenräder 447, so dass jedes Planetenrad 447 kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 444 als auch dem inneren Sonnenrad 442 des Planetenradsatzes 440 in Eingriff steht.
Das Getriebeantriebselement 17 ist ständig mit dem Träger 426 verbunden, und das Getriebeabtriebselement 19 ist ständig mit dem Hohlrad 444 verbunden.
Das Getriebe 414 umfasst auch einen ersten und zweiten Motor/Generator 480 bzw. 482. Der Stator des ersten Motors/Generators 480 ist an dem Getriebegehäuse 460 befestigt. Der Rotor des ersten Motors/Generators 480 ist an dem Hohlrad 424 befestigt.
Der Stator des zweiten Motors/Generators 482 ist auch an dem Getriebegehäuse 460 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators 482 ist an dem Sonnenrad 422 befestigt.
Eine erste feste Verbindung 470 verbindet den Träger 426 ständig mit dem Hohlrad 434. Eine zweite feste Verbindung 472 verbindet den Träger 436 ständig mit dem Träger 446.
Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung 450, verbindet das Hohlrad 424 selektiv mit dem Sonnenrad 442. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 452, verbindet den Träger 446 selektiv mit dem Hohlrad 444. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse 454, verbindet das Sonnenrad 432 selektiv mit dem Getriebegehäuse 460. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse 455, ist parallel zu dem Motor/Generator 480 geschaltet, um dessen Rotation selektiv zu bremsen. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse 457, ist parallel zu dem Motor/Generator 482 geschaltet, um dessen Rotation selektiv zu bremsen. Die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung 450, 452, 454, 455 und 457 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Getriebes 414 zu helfen.
Das Hybridgetriebe 414 nimmt Leistung von der Maschine 12 und auch von einer elektrischen Leistungsquelle 486 auf, die funktional mit einem Controller 488 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 Getriebes 414. Diese Modi umfassen den "Batterie-Rückwärtsmodus" (WATT RW), den "EVT Rück wärtsmodus" (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 in 5b angegebenen Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse verfügbar sind. Der N_R1/N_S1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 420; der N_R2/N_S2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 430, und der N_R3/N_S2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 440. Das Schaubild von 5b 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 1,90, und die Verhältnisspreizung beträgt 4,64.
BESCHREIBUNG EINER SECHSTEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
In 6a ist ein Antriebsstrang 510 gezeigt, der eine Maschine 12 umfasst, die mit einer bevorzugten Ausführungsform des verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes verbunden ist, das allgemein mit dem Bezugszeichen 514 bezeichnet ist. Das Getriebe 514 ist konstruiert, um mindestens einen Teil seiner Antriebsleistung von der Maschine 12 aufzunehmen.
Wie es gezeigt ist, weist die Maschine 12 eine Abtriebswelle auf, die als das Antriebselement 17 des Getriebes 514 dient. Es kann auch ein Dämpfer für transientes Drehmoment (der nicht gezeigt ist) zwischen der Maschine 12 und dem Antriebselement 17 des Getriebes eingesetzt werden.
Ungeachtet des Mittels, durch das die Maschine 12 mit dem Getriebeantriebselement 17 verbunden ist, ist das Getriebeantriebselement 17 funktional mit einem Planetenradsatz in dem Getriebe 514 verbunden. Ein Abtriebselement 19 des Getriebes 514 ist mit einem Achsantrieb 16 verbunden.
Das Getriebe 514 benutzt drei Planetenradsätze 520, 530 und 540. Der Planetenradsatz 520 wendet ein äußeres Hohlrad 524 an, das ein inneres Sonnenrad 522 umgibt. Ein Träger 526 lagert drehbar mehrere Planetenräder 527, so dass jedes Planetenrad 527 kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 524 als auch dem inneren Sonnenrad 522 des ersten Planetenradsatzes 520 in Eingriff steht.
Der Planetenradsatz 530 weist auch ein äußeres Hohlrad 534 auf, das ein inneres Sonnenrad 532 umgibt. Mehrere Planetenräder 537 sind auch drehbar in einem Träger 536 montiert, so dass jedes Planetenrad 537 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 534 als auch dem inneren Sonnenrad 532 des Planetenradsatzes 530 in Eingriff steht.
Der Planetenradsatz 540 wendet ein äußeres Hohlrad 544 an, das ein inneres Sonnenrad 542 umgibt. Ein Träger 546 lagert drehbar mehrere Planetenräder 547, so dass jedes Planetenrad 547 kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 544 als auch dem inneren Sonnenrad 542 des Planetenradsatzes 540 in Eingriff steht.
Das Getriebeantriebselement 17 ist ständig mit dem Träger 526 verbunden, und das Getriebeabtriebselement 19 ist ständig mit dem Träger 546 verbunden.
Das Getriebe 514 umfasst auch einen ersten und zweiten Motor/Generator 580 bzw. 582. Der Stator des ersten Motors/Generators 580 ist an dem Getriebegehäuse 560 befestigt. Der Rotor des ersten Motors/Generators 580 ist an dem Hohlrad 524 befestigt.
Der Stator des zweiten Motors/Generators 582 ist auch an dem Getriebegehäuse 560 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators 582 ist an dem Hohlrad 534 befestigt.
Eine erste feste Verbindung 570 verbindet die Sonnenräder 522 und 532 ständig. Eine zweite feste Verbindung 572 verbindet den Träger 536 ständig mit dem Hohlrad 544.
Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung 550, verbindet das Sonnenrad 532 selektiv mit dem Sonnenrad 542. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung 552, verbindet den Träger 526 selektiv mit dem Sonnenrad 542. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Bremse 554, verbindet das Sonnenrad 522 selektiv mit dem Getriebegehäuse 560. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse 555, ist parallel zu dem Motor/Generator 580 geschaltet, um dessen Rotation selektiv zu bremsen. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse 557, ist parallel zu dem Motor/Generator 582 geschaltet, um dessen Rotation selektiv zu bremsen. Die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung 550, 552, 554, 555 und 557 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes 514 zu helfen.
Das Hybridgetriebe 514 nimmt Leistung von der Maschine 12 auf und tauscht auch Leistung mit einer elektrischen Leistungsquelle 586 aus, die funktional mit einem Controller 588 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 Getriebes 514. Diese Modi umfassen den "Batterie-Rückwärtsmodus" (SATT 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 in 6b angegebenen Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse verfügbar sind. Der N_R1/N_S1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 520; der N_R2/N_S2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 530, und der N_R3/N_S3-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 540. Das Schaubild von 4b 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 1,47, und die Verhältnisspreizung beträgt 3,68.
BESCHREIBUNG EINER SIEBTEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
In 7a ist ein Antriebsstrang 610 gezeigt, der eine Maschine 12 umfasst, die mit einer bevorzugten Ausführungsform des verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes verbunden ist, das allgemein mit dem Bezugszeichen 614 bezeichnet ist. Das Getriebe 614 ist konstruiert, um mindestens einen Teil seiner Antriebsleistung von der Maschine 12 aufzunehmen.
Wie es gezeigt ist, weist die Maschine 12 eine Abtriebswelle auf, die als das Antriebselement 17 des Getriebes 614 dient. Es kann auch ein Dämpfer für transientes Drehmoment (der nicht gezeigt ist) zwischen der Maschine 12 und dem Antriebselement 17 des Getriebes eingesetzt werden.
Ungeachtet des Mittels, durch das die Maschine 12 mit dem Getriebeantriebselement 17 verbunden ist, ist das Getriebeantriebselement 17 funktional mit einem Planetenradsatz in dem Getriebe 614 verbunden. Ein Abtriebselement 19 des Getriebes 614 ist mit einem Achsantrieb 16 verbunden.
Das Getriebe 614 benutzt drei Planetenradsätze 620, 630 und 640. Der Planetenradsatz 620 wendet ein äußeres Hohlrad 624 an, das ein inneres Sonnenrad 622 umgibt. Mehrere Planetenräder 627, 628 sind drehbar in einem Träger 626 montiert, so dass jedes Planetenrad 627 kämmend mit dem Sonnenrad 622 in Eingriff steht und jedes Planetenrad 628 mit dem äußeren Hohlrad 624 und den jeweiligen Planetenrädern 627 in Eingriff steht.
Der Planetenradsatz 630 weist auch ein äußeres Hohlrad 634 auf, das ein inneres Sonnenrad 632 umgibt. Mehrere Planetenräder 637 sind drehbar in einem Träger 636 montiert, so dass jedes Planetenrad 637 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 634 als auch dem inneren Sonnenrad 632 des Planetenradsatzes 630 in Eingriff steht.
Der Planetenradsatz 640 wendet ein äußeres Hohlrad 644 an, das ein inneres Sonnenrad 642 umgibt. Ein Träger 646 lagert drehbar mehrere Planetenräder 647, so dass jedes Planetenrad 647 kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 644 als auch dem inneren Sonnenrad 642 des Planetenradsatzes 640 in Eingriff steht.
Das Getriebeantriebselement 17 ist mit dem Träger 636 des Planetenradsatzes 630 verbunden, und das Getriebeabtriebselement 19 ist mit dem Träger 646 des Planetenradsatzes 640 verbunden.
Das Getriebe 614 umfasst auch einen ersten und zweiten Motor/Generator 680 bzw. 682. Der Stator des ersten Motors/Generators 680 ist an dem Getriebegehäuse 660 befestigt. Der Rotor des ersten Motors/Generators 680 ist an dem Sonnenrad 622 des Planetenradsatzes 620 befestigt. Der Stator des zweiten Motors/Generators 682 ist auch an dem Getriebegehäuse 660 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators 682 ist an dem Sonnenrad 632 des Planetenradsatzes 630 befestigt.
Eine erste feste Verbindung 670 verbindet die Träger 626 und 636 ständig. Eine zweite feste Verbindung 672 verbindet das Hohlrad 634 ständig mit dem Sonnenrad 642.
Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Kupplung 650, verbindet das Hohlrad 624 selektiv mit dem Hohlrad 644. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Kupplung 652, verbindet das Hohlrad 624 selektiv mit dem Träger 646. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse 654, verbindet das Hohlrad 624 selektiv mit dem Getriebegehäuse 660. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse 655, ist parallel zu dem Motor/Generator 680 geschaltet, um dessen Rotation selektiv zu bremsen. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse 657, ist parallel zu dem Motor/Generator 682 geschaltet, um dessen Rotation selektiv zu bremsen. Die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung 650, 652, 654, 655 und 657 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Getriebes 614 zu helfen.
Das Hybridgetriebe 614 nimmt Leistung von der Maschine 12 auf und tauscht auch Leistung mit einer elektrischen Leistungsquelle 686 aus, die funktional mit einem Controller 688 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 Getriebes 614. 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 in 7b angegebenen Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhält nisse verfügbar sind. Der N_R1/N_S1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 620, der N_R2/N_S2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 630, und der N_R3/N_S3-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 640. Das Schaubild von 7b 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 1,97, und die Verhältnisspreizung beträgt 4,00.
BESCHREIBUNG EINER ACHTEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
In 8a ist ein Antriebsstrang 710 gezeigt, der eine Maschine 12 umfasst, die mit einem verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebe (EVT) verbunden ist, das allgemein mit dem Bezugszeichen 714 bezeichnet ist. Das Getriebe 714 ist konstruiert, um mindestens einen Teil seiner Antriebsleistung von der Maschine 12 aufzunehmen. Wie es gezeigt ist, weist die Maschine 12 eine Abtriebswelle auf, die als das Antriebselement 17 des Getriebes 714 dient. Es kann auch ein Dämpfer für transientes Drehmoment (der nicht gezeigt ist) zwischen der Maschine 12 und dem Antriebselement 17 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 Getriebeantriebselement 17 verbunden ist, ist das Getriebeantriebselement 17 funktional mit Planetenradelementen in dem Getriebe 714 verbindbar. Ein Abtriebselement 19 des Getriebes 714 ist mit einem Achsantrieb 16 verbunden.
Das Getriebe 714 benutzt drei Differenzialzahnradsätze, vorzugsweise in der Natur von Planetenradsätzen 720, 730 und 740. Der Planetenradsatz 720 wendet ein äußeres Zahnradelement 724 an, das typischerweise als das Hohlrad bezeichnet wird. Das Hohlrad 724 umgibt ein inneres Zahnradelement 722, das typischerweise als das Sonnenrad bezeichnet wird. Ein Träger 726 lagert drehbar mehrere Planetenräder 727, so dass jedes Planetenrad 727 kämmend mit sowohl dem inneren Sonnenrad 722 als auch dem Hohlrad 724 in Eingriff steht.
Der Planetenradsatz 730 weist auch ein äußeres Zahnradelement 734 auf, das häufig auch als das Hohlrad bezeichnet wird, welches ein inneres Zahnradelement 732 umgibt, das auch häufig als das Sonnenrad bezeichnet wird. Ein Träger 736 lagert drehbar mehrere Planetenräder 737, so dass jedes Planetenrad 737 kämmend mit sowohl dem inneren Sonnenrad 732 als auch dem Hohlrad 734 in Eingriff steht.
Der Planetenradsatz 740 wendet ein äußeres Zahnradelement 744 an, das typischerweise als das Hohlrad bezeichnet wird. Das Hohlrad 744 umgibt ein inneres Zahnradelement 742, das typischerweise als das Sonnenrad bezeichnet wird. Ein Träger 746 lagert drehbar mehrere Planetenräder 747, so dass jedes Planetenrad 747 kämmend mit sowohl dem inneren Sonnenrad 742 als auch dem Hohlrad 744 in Eingriff steht.
Das Antriebselement 17 ist an dem Träger 726 des Planetenradsatzes 720 befestigt. Das Abtriebselement 19 ist ständig mit dem Träger 746 des Planetenradsatzes 740 verbunden.
Diese Ausführungsform 710 umfasst auch einen ersten und zweiten Motor/Generator 780 bzw. 782. Der Stator des ersten Motors/Generators 780 ist an dem Getriebegehäuse 760 befestigt. Der Rotor des ersten Motors/Generators 780 ist mit dem Hohlrad 724 verbunden.
Der Stator des zweiten Motors/Generators 782 ist auch an dem Getriebegehäuse 760 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators 782 ist selektiv abwechselnd mit dem Hohlrad 734 oder dem Sonnenrad 732 über einen Drehmomentübertragungsmechanismus 792, wie etwa eine Klauenkupplung, verbindbar. Die Klauenkupplung 792 ist gesteuert, um zwischen Positionen "A" und "B" abzuwechseln, wie es Fachleute verstehen werden. Der Rotor des zweiten Motors/Generators 782 ist mit der Klauenkupplung 792 verbunden. Alternativ könnte eine herkömmliche Drehmomentübertragungseinrichtung/könnten herkömmliche Drehmomentübertragungseinrichtungen, wie etwa eine Zweiwegekupplung oder ein Paar Kupplungen, anstelle einer Klauenkupplung verwendet werden.
Eine erste feste Verbindung 770 verbindet die Sonnenräder 722 und 732 ständig. Eine zweite feste Verbindung 772 verbindet den Träger 736 und das Hohlrad 744 ständig.
Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 750, verbindet das Sonnenrad 732 selektiv mit dem Sonnenrad 742. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 752, verbindet den Träger 726 selektiv mit dem Sonnenrad 742. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse 754, verbindet das Hohlrad 744 selektiv mit dem Getriebegehäuse 760. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse 755, bremst den Rotor des Motors/Generators 780 selektiv. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse 757, bremst den Rotor des Motors/Generators 782 selektiv.
Die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung 750, 752, 754, 755 und 757 und die Klauenkupplung 792 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes 714 zu helfen.
Das Hybridgetriebe 714 nimmt Leistung von der Maschine 12 auf und tauscht auch Leistung mit einer elektrischen Leistungsquelle 786 aus, die funktional mit einem Controller 788 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 Getriebes 714. 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 in 8b angegebenen Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse verfügbar sind. Der N_R1/N_S1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 720, der N_R2/N_S2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 730, und der N_R3/N_S3-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 740. Das Schaubild von 8b beschreibt auch die Verhältnisstufen, die unter Verwendung des angegebenen Beispiels von Zähneverhältnissen erzielt werden. Beispielsweise beträgt das Stufenverhältnis zwischen dem ersten und zweiten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis 3,25, und die Verhältnisspreizung beträgt 6,06.
BESCHREIBUNG EINER NEUNTEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
In 9a ist ein Antriebsstrang 810 gezeigt, der eine Maschine 12 umfasst, die mit einem verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes (EVT) verbunden ist, das allgemein mit dem Bezugszeichen 814 bezeichnet ist. Das Getriebe 814 ist konstruiert, um mindestens einen Teil seiner Antriebsleistung von der Maschine 12 aufzunehmen. Wie es gezeigt ist, weist die Maschine 12 eine Abtriebswelle auf, die als das Antriebselement 17 des Getriebes 814 dient. Es kann auch ein Dämpfer für transientes Drehmoment (der nicht gezeigt ist) zwischen der Maschine 12 und dem Antriebselement 17 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 Getriebeantriebselement 17 verbunden ist, ist das Getriebeantriebselement 17 funktional mit Planetenradelementen in dem Getriebe 814 verbindbar. Ein Abtriebselement 19 des Getriebes 814 ist mit einem Achsantrieb 16 verbunden.
Das Getriebe 814 benutzt drei Differenzialzahnradsätze, vorzugsweise in der Natur von Planetenradsätzen 820, 830 und 840. Der Planetenradsatz 820 wendet ein äußeres Zahnradelement 824 an, das typischerweise als das Hohlrad bezeichnet wird. Das Hohlrad 824 umgibt ein inneres Zahnradelement 822, das typischerweise als das Sonnenrad bezeichnet wird. Ein Träger 826 lagert drehbar mehrere Planetenräder 827, so dass jedes Planetenrad 827 kämmend mit sowohl dem inneren Sonnenrad 822 als auch dem Hohlrad 824 in Eingriff steht.
Der Planetenradsatz 830 weist auch ein äußeres Zahnradelement 834 auf, das häufig auch als das Hohlrad bezeichnet wird, welches ein inneres Zahnradelement 832 umgibt, das auch häufig als das Sonnenrad bezeichnet wird. Ein Träger 836 lagert drehbar mehrere Planetenräder 837, so dass jedes Planetenrad 837 kämmend mit sowohl dem inneren Sonnenrad 832 als auch dem Hohlrad 834 in Eingriff steht.
Der Planetenradsatz 840 wendet ein äußeres Zahnradelement 844 an, das typischerweise als das Hohlrad bezeichnet wird. Das Hohlrad 844 umgibt ein inneres Zahnradelement 842, das typischerweise als das Sonnenrad bezeichnet wird. Ein Träger 846 lagert drehbar mehrere Planetenräder 847, so dass jedes Planetenrad 847 kämmend mit sowohl dem inneren Sonnenrad 842 als auch dem Hohlrad 844 in Eingriff steht.
Das Antriebselement 17 ist an dem Hohlrad 824 des Planetenradsatzes 820 befestigt. Das Abtriebselement 19 ist ständig mit dem Träger 846 des Planetenradsatzes 840 verbunden.
Diese Ausführungsform 810 umfasst auch einen ersten und zweiten Motor/Generator 880 bzw. 882. Der Stator des ersten Motors/Generators 880 ist an dem Getriebegehäuse 860 befestigt. Der Rotor des ersten Motors/Generators 880 ist mit dem Hohlrad 834 verbunden.
Der Stator des zweiten Motors/Generators 882 ist auch an dem Getriebegehäuse 860 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators 882 ist mit dem Sonnenrad 842 verbunden.
Eine erste feste Verbindung 870 verbindet das Sonnenrad 822 und das Hohlrad 834 ständig. Eine zweite feste Verbindung 872 verbindet den Träger 826 und den Träger 836 ständig.
Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 850, verbindet den Träger 836 selektiv mit dem Sonnenrad 842. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 852, verbindet den Träger 836 selektiv mit dem Träger 846. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 854, verbindet das Sonnenrad 832 selektiv mit dem Sonnenrad 842. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse 855, verbindet das Hohlrad 844 selektiv mit dem Getriebegehäuse 860. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse 857, bremst den Rotor des Motors/Generators 880 selektiv. Die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung 850, 852, 854, 855 und 857 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes 814 zu helfen.
Das Hybridgetriebe 814 nimmt Leistung von der Maschine 12 auf und tauscht auch Leistung mit einer elektrischen Leistungsquelle 886 aus, die funktional mit einem Controller 888 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 Getriebes 814. 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, F4 und F5), 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 in 9b angegebenen Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse verfügbar sind. Der N_R1/N_S1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 820, der N_R2/N_S2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 830, und der N_R3/N_S3-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 840. Das Schaubild von 9b 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 1,50, und die Verhältnisspreizung beträgt 8,06.
BESCHREIBUNG EINER ZEHNTEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
In 10a ist ein Antriebsstrang 910 gezeigt, der eine Maschine 12 umfasst, die mit einer bevorzugten Ausführungsform des verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes verbunden ist, das allgemein mit dem Bezugszeichen 914 bezeichnet ist. Das Getriebe 914 ist konstruiert, um mindestens einen Teil seiner Antriebsleistung von der Maschine 12 aufzunehmen.
Wie es gezeigt ist, weist die Maschine 12 eine Abtriebswelle auf, die als das Antriebselement 17 des Getriebes 914 dient. Es kann auch ein Dämpfer für transientes Drehmoment (der nicht gezeigt ist) zwischen der Maschine 12 und dem Antriebselement 17 des Getriebes eingesetzt werden.
Ungeachtet des Mittels, durch das die Maschine 12 mit dem Getriebeantriebselement 17 verbunden ist, ist das Getriebeantriebselement 17 funktional mit einem Planetenradsatz in dem Getriebe 914 verbunden. Ein Abtriebselement 19 des Getriebes 914 ist mit einem Achsantrieb 16 verbunden.
Das Getriebe 914 benutzt drei Planetenradsätze 920, 930 und 940. Der Planetenradsatz 920 wendet ein äußeres Hohlrad 924 an, das ein inneres Sonnenrad 922 umgibt. Mehrere Planetenräder 927 sind drehbar in einem Träger 926 montiert, so dass jedes Planetenrad 927 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem Sonnenrad 922 als auch dem Hohlrad 924 in Eingriff steht.
Der Planetenradsatz 930 weist ein inneres Sonnenrad 932, einen Träger 936 und mehrere Planetenräder 937, 938 auf. Die Planetenräder 937 stehen kämmend mit sowohl dem Sonnenrad 932 als auch den Planetenrädern 938 in Eingriff. Die Planetenräder 938 sind einstückig mit den Planetenrädern 927 (d.h. sie sind durch lange Planetenräder gebildet).
Der Planetenradsatz 940 wendet ein äußeres Hohlrad 944 an, das ein inneres Sonnenrad 942 umgibt. Ein Träger 946 lagert drehbar mehrere Planetenräder 947, so dass jedes Planetenrad 947 kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 944 als auch dem inneren Sonnenrad 942 des Planetenradsatzes 940 in Eingriff steht.
Das Getriebeantriebselement 17 ist mit dem Hohlrad 924 verbunden, und das Getriebeabtriebselement 19 ist mit dem Träger 946 verbunden.
Das Getriebe 914 umfasst auch einen ersten und zweiten Motor/Generator 980 bzw. 982. Der Stator des ersten Motors/Generators 980 ist an dem Getriebegehäuse 960 befestigt. Der Rotor des ersten Motors/Generators 980 ist an dem Sonnenrad 922 des Planetenradsatzes 920 befestigt. Der Stator des zweiten Motors/Generators 982 ist auch an dem Getriebegehäuse 960 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators 982 ist an dem Sonnenrad 942 des Planetenradsatzes 940 befestigt.
Der Träger 926 ist ständig mit dem Träger 936 verbunden (d.h. einstückig mit diesem). Diese einstückige Verbindung wird hierin als das erste Verbindungselement 970 bezeichnet. Die einstückige Verbindung der Planetenräder 927 und 938 wird hierin als das zweite Verbindungselement 972 bezeichnet.
Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Kupplung 950, verbindet den Träger 936 selektiv mit dem Sonnenrad 942. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Kupplung 952, verbindet den Träger 936 selektiv mit dem Träger 946. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 954, verbindet das Sonnenrad 932 selektiv mit dem Sonnenrad 942. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse 955, verbindet das Hohlrad 944 selektiv mit dem Getriebegehäuse 960. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse 957, ist parallel zu dem Motor/Generator 980 geschaltet, um dessen Rotation selektiv zu bremsen. Die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung 950, 952, 954, 955 und 957 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Getriebes 914 zu helfen.
Das Hybridgetriebe 914 nimmt Leistung von der Maschine 12 auf und tauscht auch Leistung mit einer elektrischen Leistungsquelle 986 aus, die funktional mit einem Controller 988 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 Getriebes 914. Diese Modi umfassen den "Batterie-Rückwärtsmodus" (BATT RW), den "EVT Rückwartsmodus" (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, F4 und F5), 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 in 10b angegebenen Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse verfügbar sind. Der N_R1/N_S1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 920, der N_R2/N_S2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 930, und der N_R3/N_S3-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 940. Das Schaubild von 10b 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 1,50, und die Verhältnisspreizung beträgt 8,06.
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 versetz ten 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, zweiten und dritten Differenzialzahnradsatz, eine Batterie, zwei Elektromotoren, die austauschbar als Motoren oder Generatoren dienen, und fünf auswählbare Drehmomentübertragungseinrichtungen umfassen. Die auswählbaren Drehmomentübertragungseinrichtungen werden in Kombinationen von Zweien oder Dreien eingerückt, um ein EVT mit einem stufenlos verstellbaren Bereich von Drehzahlen (einschließlich rückwärts) und vier oder fünf 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

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 mit zumindest einem Element der Zahnradsätze verbunden ist und das Abtriebselement ständig mit einem anderen Element der Zahnradsätze verbunden ist; wobei der erste Motor/Generator ständig mit einem Element des ersten oder zweiten Zahnradsatzes verbunden ist; wobei der zweite Motor/Generator ständig mit einem Element des ersten, zweiten oder dritten Zahnradsatzes verbunden ist oder selektiv mit zumindest einem Element des ersten oder zweiten Zahnradsatzes, das verschieden ist von dem Element, das ständig mit dem ersten Motor/Generator verbunden ist, 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 zweiten Zahnradsatzes ständig mit dem ersten Element des dritten Zahnradsatzes oder mit dem zweiten Element des ersten Zahnradsatzes verbindet; eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, die ein Element des ersten oder zweiten Zahnradsatzes selektiv mit einem Element des dritten Zahnradsatzes verbindet; eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, die ein Element des ersten, zweiten oder dritten Zahnradsatzes selektiv mit einem anderen Element des dritten Zahnradsatzes verbindet, wobei das Paar Elemente, das durch die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung verbunden ist, verschieden ist von dem Paar Elementen, das durch die erste Drehmomentübertragungseinrichtung verbunden ist; eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, die ein Element des ersten, zweiten oder dritten Zahnradsatzes selektiv auf Masse festlegt; eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, die parallel zu einem von dem ersten und zweiten Motor/Generator geschaltet ist, um dessen Rotation selektiv zu verhindern oder ein Element des zweiten Zahnradsatzes selektiv mit einem Element des dritten Zahnradsatzes zu verbinden; und eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, die parallel zu dem anderen von dem ersten und zweiten Motor/Generator geschaltet ist, um dessen Rotation selektiv zu verhindern; wobei die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung einrückbar sind, um ein elektrisch verstellbares Getriebe mit einem stufenlos verstellbaren Bereich von Drehzahlverhältnissen und vier festen Vorwärtsdrehzahlverhältnissen bereitzustellen.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 1, wobei der erste, zweite und dritte Differenzialzahnradsatz Planetenradsätze sind.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 2, wobei Träger von jedem der Planetenradsätze Einzelplanetenträger sind.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 2, wobei zumindest ein Träger der Planetenradsätze ein Doppelplanetenträger ist.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 1, wobei die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung und der erste und zweite Motor/Generator betreibbar sind, um in dem elektrisch verstellbaren Getriebe fünf Betriebsmodi bereitzustellen, die einen Batterie-Rückwärtsmodus, einen EVT Rückwärtsmodus, Rückwärts- und Vorwärtsanfahrmodi, einen Modus mit stufenlos verstellbarem Getriebebereich und einen Modus mit festem Verhältnis umfassen.
Elektrisch verstellbares Getriebe, umfassend: ein Antriebselement zur Aufnahme von Leistung von einer Maschine; ein Abtriebselement; einen ersten und zweiten Motor/Generator; einen ersten, zweiten und dritten Differenzialzahnradsatz, die jeweils ein erstes, zweites und drittes Element aufweisen; wobei das Antriebselement ständig mit zumindest 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 zweiten Zahnradsatzes ständig mit dem ersten Element des dritten Zahnradsatzes oder dem zweiten Element des ersten Zahnradsatzes verbindet; wobei der erste Motor/Generator ständig mit einem Element des ersten oder zweiten Zahnradsatzes verbunden ist; wobei der zweite Motor/Generator ständig mit einem Element des ersten, zweiten oder dritten Zahnradsatzes verbunden ist oder selektiv mit zumindest einem Element des ersten oder zweiten Zahnradsatzes, das verschieden ist von dem Element, das ständig mit dem ersten Motor/Generator verbunden ist, verbunden ist; und eine erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung zum selektiven Verbinden der Elemente des ersten oder zweiten Zahnradsatzes mit einem feststehenden Element oder mit anderen Elementen der Zahnradsätze, wobei die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung einrückbar sind, um ein elektrisch verstellbares Getriebe mit einem stufenlos verstellbaren Bereich von Drehzahlverhältnissen und vier festen Vorwärtsdrehzahlverhältnissen zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement bereitzustellen.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 6, wobei der erste, zweite und dritte Differenzialzahnradsatz Planetenradsätze sind.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 7, wobei die erste Drehmomentübertragungseinrichtung ein Element des ersten oder zweiten Planetenradsatzes selektiv mit einem Element des dritten Planetenradsatzes verbindet.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 8, wobei die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung ein Element des ersten, zweiten oder dritten Planetenradsatzes selektiv mit einem anderen Element des dritten Planetenradsatzes verbindet, wobei das Paar Elemente, das durch die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung verbunden ist, verschieden ist von dem Paar Elementen, das durch die erste Drehmomentübertragungseinrichtung verbunden ist.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 9, wobei die dritte Drehmomentübertragungseinrichtung ein Element des ersten, zweiten oder dritten Planetenradsatzes selektiv mit dem feststehenden Element verbindet.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 10, wobei die vierte Drehmomentübertragungseinrichtung parallel zu einem der Motoren/Generatoren geschaltet ist, um dessen Rotation selektiv zu verhindern.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 11, wobei die fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung parallel zu dem anderen der Motoren/Generatoren geschaltet ist, um dessen Rotation selektiv zu verhindern.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 12, wobei Träger von jedem der Planetenradsätze Einzelplanetenträger sind.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 12, wobei zumindest ein Träger der Planetenradsätze ein Doppelplanetenträger ist.
Elektrisch verstellbares Getriebe, umfassend: ein Antriebselement zur Aufnahme von Leistung von einer Maschine; ein Abtriebselement; einen ersten und zweiten Motor/Generator; einen ersten, zweiten und dritten Differenzialzahnradsatz, die jeweils ein erstes, zweites und drittes Element aufweisen; ein erstes Verbindungselement, das das erste Element des ersten Zahnradsatzes ständig mit dem ersten Element des zweiten Zahnradsatzes verbindet; ein zweites Verbindungselement, das ein zweites Element des zweiten Zahnradsatzes ständig mit dem ersten Element des dritten Zahnradsatzes oder mit dem zweiten Element des ersten Zahnradsatzes verbindet; wobei das Antriebselement ständig mit zumindest einem Element der Zahnradsätze verbunden ist und das Abtriebselement ständig mit einem anderen Element der Zahnradsätze verbunden ist; wobei der erste Motor/Generator ständig mit einem Element des ersten oder zweiten Zahnradsatzes verbunden ist; wobei der zweite Motor/Generator selektiv abwechselnd mit zweien der Elemente des ersten oder zweiten Zahnradsatzes durch eine Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Klauenkupplung, verbindbar ist; eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, die ein Element des ersten oder zweiten Zahnradsatzes selektiv mit einem Element des dritten Zahnradsatzes verbindet; eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, die ein Element des ersten, zweiten oder dritten Zahnradsatzes selektiv mit einem anderen Element des dritten Zahnradsatzes verbindet, wobei das Paar Elemente, das durch die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung verbunden ist, verschieden ist von dem Paar Elementen, das durch die erste Drehmomentübertragungseinrichtung verbunden ist; eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, die ein Element des ersten, zweiten oder dritten Zahnradsatzes selektiv auf Masse festlegt; eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, die parallel zu einem von dem ersten und zweiten Motor/Generator geschaltet ist, um dessen Rotation selektiv zu verhindern; eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, die parallel zu dem anderen von dem ersten und zweiten Motor/Generator geschaltet ist, um dessen Rotation selektiv zu verhindern; und wobei die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung einrückbar sind, um ein elektrisch verstellbares Getriebe mit einem stufenlos verstellbaren Bereich von Drehzahlverhältnissen und zumindest vier festen Vorwärtsdrehzahlverhältnissen bereitzustellen.
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; ein erstes Verbindungselement, das das erste Element des ersten Zahnradsatzes ständig mit dem ersten Element des zweiten Zahnradsatzes verbindet; ein zweites Verbindungselement, das ein zweites Element des zweiten Zahnradsatzes ständig mit dem ersten Element des dritten Zahnradsatzes oder mit dem zweiten Element des ersten Zahnradsatzes verbindet; wobei das Antriebselement ständig mit zumindest einem Element der Zahnradsätze verbunden ist und das Abtriebselement ständig mit einem anderen Element der Zahnradsätze verbunden ist; wobei der erste Motor/Generator ständig 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; eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, die ein Element des ersten oder zweiten Zahnradsatzes selektiv mit einem Element des dritten Zahnradsatzes verbindet; eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, die ein Element des ersten, zweiten oder dritten Zahnradsatzes selektiv mit einem anderen Element des dritten Zahnradsatzes verbindet, wobei das Paar Elemente, das durch die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung verbunden ist, verschieden ist von dem Paar Elementen, das durch die erste Drehmomentübertragungseinrichtung verbunden ist; eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, die ein Element des ersten, zweiten oder dritten Zahnradsatzes selektiv auf Masse festlegt; eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, die ein Element des zweiten Zahnradsatzes selektiv mit einem Element des dritten Zahnradsatzes verbindet; eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, die parallel zu einem von dem ersten und zweiten Motor/Generator geschaltet ist, um dessen Rotation selektiv zu verhindern; und wobei die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung einrückbar sind, um ein elektrisch verstellbares Getriebe mit einem stufenlos verstellbaren Bereich von Drehzahlverhältnissen und zumindest vier festen Vorwärtsdrehzahlverhältnissen bereitzustellen.