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DE112007001058B4 - Elektrisch verstellbares Getriebe - Google Patents

Elektrisch verstellbares Getriebe Download PDF

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DE112007001058B4
DE112007001058B4 DE112007001058.4T DE112007001058T DE112007001058B4 DE 112007001058 B4 DE112007001058 B4 DE 112007001058B4 DE 112007001058 T DE112007001058 T DE 112007001058T DE 112007001058 B4 DE112007001058 B4 DE 112007001058B4
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Germany
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gear set
differential gear
torque
transmission
motor
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Inventor
Madhusudan Raghavan
Alan G. Holmes
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GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
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Abstract

Elektrisch verstellbares Getriebe (14), umfassend:ein Antriebselement (17) zur Aufnahme von Leistung von einer Maschine (12);ein Abtriebselement (19);einen ersten und zweiten Motor/Generator (80, 82);einen ersten, zweiten und dritten Differenzialzahnradsatz (20, 30, 40), die jeweils ein erstes, zweites und drittes Element (22, 24, 26; 32, 34, 36; 42, 44, 46) aufweisen;wobei das Antriebselement (17) mit mindestens einem Element (22, 24, 26; 32, 34, 36; 42, 44, 46) der Differenzialzahnradsätze (20, 30, 40) verbunden ist und das Abtriebselement (19) ständig mit einem anderen Element (22, 24, 26; 32, 34, 36; 42, 44, 46) der Differenzialzahnradsätze (20, 30, 40) verbunden ist;ein erstes Verbindungselement (70), das das erste Element (24) des ersten Differenzialzahnradsatzes (20) ständig mit dem zweiten oder dritten Element (42) des dritten Differenzialzahnradsatzes (40) verbindet;ein zweites Verbindungselement (72), das das erste Element (44) des dritten Differenzialzahnradsatzes (40) mit dem ersten Element (36) des zweiten Differenzialzahnradsatzes (30) verbindet;ein drittes Verbindungselement (74), das das zweite Element (42) des dritten Differenzialzahnradsatzes (40) ständig mit dem zweiten Element (32) des zweiten Differenzialzahnradsatzes (30) verbindet;wobei der erste Motor/Generator (80) ständig mit einem Element (22) des ersten Differenzialzahnradsatzes (20) verbunden ist, das als Sonnenrad ausgebildet ist;wobei der zweite Motor/Generator (82) ständig mit einem Element (22) des zweiten oder dritten Differenzialzahnradsatzes (30, 40) verbunden ist, das als Sonnenrad ausgebildet ist;eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung (55), die ein Element (34) des zweiten Differenzialzahnradsatzes (30) selektiv mit einem feststehenden Element (60) verbindet;eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung (50),eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung (52), die ein Element (26) des ersten Differenzialzahnradsatzes (20) selektiv mit einem Element (46) des zweiten oder dritten Differenzialzahnradsatzes (40) verbindet; undwobei die erste, zweite und dritte Drehmomentübertragungseinrichtung (55, 50, 52) einrückbar sind, um ein elektrisch verstellbares Getriebe (14) mit einem stufenlos verstellbaren Bereich von Drehzahlverhältnissen bereitzustellen;dadurch gekennzeichnet, dassdas Antriebselement (17) ständig mit einem Element (22, 24, 26; 32, 34, 36; 42, 44, 46) der Differenzialzahnradsätze (20, 30, 40) verbunden ist, wobei das zweite Verbindungselement (72) das erste Element (44) des dritten Differenzialzahn­ radsatzes (40) ständig mit dem ersten Element (36) des zweiten Differenzialzahnrad­ satzes (30) verbindet, wobei die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung (50) ein Element (44) des zweiten oder dritten Differenzialzahnradsatzes (30, 40) selektiv mit einem anderen Element desselben Differenzialzahnradsatzes (30, 40) verbindet, wobei das Element (46) des zweiten oder dritten Differenzialzahnradsatzes (40), das mittels der dritten Drehmomentübertragungseinrichtung (52) mit einem Element (26) des ersten Differenzialzahnradsatzes (20) selektiv verbindbar ist, als Planetenradträger ausgebildet ist, und wobei die drei Drehmomentübertragungseinrichtungen (55, 50, 52) ferner einrückbar sind, um bis zu drei feste Drehzahlverhältnisse bereitzustellen.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft elektrisch verstellbare Getriebe (EVT) gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, wie beispielsweise aus der US 2006/0 025 259 A1 bekannt.
  • Ein anderes EVT mit zwei Motor/Generatoren und drei Planetenradsätzen wird ferner in der DE 198 81 297 T5 beschrieben. Bezüglich des weitergehenden Standes der Technik sei an dieser Stelle auf die DE 11 2006 001 124 T5 und die DE 10 2004 053 044 A1 verwiesen
  • 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 Leistungsquelle für den Antrieb verwendet wird, kann dieser Anordnung hinzugefügt werden, wodurch ein Reihenhybrid-Elektroantriebssystem gebildet wird.
  • Das Reihenhybridsystem lässt zu, dass die Maschine mit einer gewissen Unabhängigkeit von dem Drehmoment, der Drehzahl und der Leistung, die erforderlich sind, um ein Fahrzeug anzutreiben, arbeiten kann, so dass die Maschine auf verbesserte Emissionen und einen verbesserten Wirkungsgrad hin gesteuert werden kann. Dieses System lässt zu, dass der Elektromotor, der an der Maschine angebracht ist, als Motor zum Anlassen der Maschine wirkt. Dieses System lässt auch zu, dass der Elektromotor, der an dem Rest des Antriebsstrangs angebracht ist, als Generator wirkt, wobei Energie aus dem Verlangsamen des Fahrzeugs in der Batterie durch regeneratives Bremsen zurückgewonnen wird. Ein Reihenelektroantrieb hat Probleme hinsichtlich des Gewichts und der Kosten einer ausreichenden elektrischen Maschinerie, um die gesamte Leistung der Maschine von mechanisch in elektrisch in dem Generator und von elektrisch in mechanisch in dem Antriebsmotor umzuwandeln, und des Nutzenergieverlustes bei diesen Umwandlungen.
  • Ein Getriebe mit Leistungsverzweigung kann eine sogenannte „Differenzialzahnradanordnung“ verwenden, um ein stufenlos verstellbares Drehmoment- und Drehzahlverhältnis zwischen Antrieb und Abtrieb zu erreichen. Ein elektrisch verstellbares Getriebe kann eine Differenzialzahnradanordnung verwenden, um einen Bruchteil seiner übertragenen Leistung durch ein Paar Elektromotoren/Generatoren zu schicken. Der Rest seiner Leistung fließt durch einen anderen parallelen Weg, der vollständig mechanisch und direkt, mit einem festen Übersetzungsverhältnis oder alternativ wählbar ist.
  • Ein Planetenradsatz kann, wie Fachleuten bekannt ist, eine Form einer Differenzialzahnradanordnung bilden. Eine Planetenradanordnung ist gewöhnlich die bevorzugte Ausführungsform, die in mit differenziellen Zahnradanordnungen ausgestatteten Erfindungen angewandt wird, mit den Vorteilen einer Kompaktheit und unterschiedlicher Drehmoment- und Drehzahlverhältnisse zwischen allen Elementen des Planetenradsatzes. Es ist jedoch möglich, diese Erfindung ohne Planetenräder aufzubauen, wie etwa durch die Verwendung von Kegelrädern oder anderen Zahnrädern in einer Anordnung, bei der die Drehzahl von zumindest einem Element eines Zahnradsatzes immer ein gewichteter Mittelwert von Drehzahlen der beiden anderen Elemente ist.
  • Ein Getriebesystem für ein Hybridelektrofahrzeug umfasst auch eine oder mehrere Speichereinrichtungen für elektrische Energie. Die typische Einrichtung ist eine chemisch-elektrische Speicherbatterie, es können aber auch kapazitive oder mechanische Einrichtungen, wie etwa ein elektrisch angetriebenes Schwungrad, enthalten sein. Ein Speicher für elektrische Energie lässt zu, dass die mechanische Ausgangsleistung von dem Getriebesystem zu dem Fahrzeug von der mechanischen Eingangsleistung von der Maschine zu dem Getriebesystem abweichen kann. Die Batterie oder andere Einrichtung erlaubt auch das Starten der Maschine mit dem Getriebesystem und ein regeneratives Bremsen des Fahrzeugs.
  • Ein elektrisch verstellbares Getriebe in einem Fahrzeug kann einfach mechanische Leistung von einem Maschinenantrieb zu einem Achsantriebsausgang übertragen. Dazu gleicht die elektrische Leistung, die von einem Motor/Generator erzeugt wird, die elektrischen Verluste und die elektrische Leistung, die von dem anderen Motor/Generator verbraucht wird, aus. Durch die Verwendung der oben genannten elektrischen Speicherbatterie kann die elektrische Leistung, die von einem Motor/Generator erzeugt wird, größer oder geringer 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 US 5 931 757 A 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 US 6 527 658 B2 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 regelt 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, dritten und optionalen vierten Differenzialzahnradsatz, eine Batterie, zwei Elektromotoren, die austauschbar als Motoren oder Generatoren dienen, und bis zu vier wählbare Drehmomentübertragungseinrichtungen umfassen. Die Differenzialzahnradsätze sind bevorzugt Planetenradsätze, wie einfache oder zusammengesetzte (einschließlich Ravigneaux-) Zahnradsätze, es können aber andere Zahnradanordnungen eingesetzt werden, wie etwa Kegelräder oder eine Differenzialzahnradanordnung an einer versetzten Achse.
  • In dieser Beschreibung können der erste, zweite und dritte oder vierte Planetenradsatz in beliebiger Reihenfolge mit „erster“ bis „dritter“ oder „vierter“ gezählt werden (d.h. von links nach rechts, von rechts nach links usw.).
  • Jeder der Planetenradsätze weist bis zu 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 mindestens einem Element der Planetenradsätze verbunden. Die Abtriebswelle ist ständig mit mindestens einem Element der Planetenradsätze verbunden.
  • Ein erstes Verbindungselement verbindet das erste Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem zweiten oder dritten Element des dritten Planetenradsatzes.
  • Ein zweites Verbindungselement verbindet das erste Element des dritten Planetenradsatzes ständig mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes.
  • Ein drittes Verbindungselement verbindet das zweite Element des dritten Planetenradsatzes ständig mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes.
  • Ein optionales viertes Verbindungselement verbindet das zweite Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem ersten Element des vierten Planetenradsatzes.
  • Ein optionales fünftes Verbindungselement verbindet das dritte Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem zweiten Element des vierten Planetenradsatzes.
  • Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung verbindet ein Element des zweiten Planetenradsatzes selektiv mit einem feststehenden Element (Masse / Getriebekasten).
  • Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung verbindet ein Element des zweiten oder dritten Planetenradsatzes selektiv mit einem anderen Element des zweiten oder dritten Planetenradsatzes.
  • Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung verbindet ein Element des ersten Planetenradsatzes selektiv mit einem Element des zweiten oder dritten Planetenradsatzes.
  • Eine optionale vierte Drehmomentübertragungseinrichtung verbindet ein Element des ersten oder vierten Planetenradsatzes selektiv mit einem feststehenden Element (Masse/Getriebekasten).
  • Der erste Motor/Generator ist an dem Getriebekasten montiert und ist ständig mit einem Element des ersten oder vierten Planetenradsatzes verbunden. Der erste Motor/ Generator kann eine versetzte Zahnradanordnung umfassen.
  • Der zweite Motor/Generator ist an dem Getriebekasten (oder Masse) montiert und ist ständig mit einem Element des zweiten oder dritten Planetenradsatzes verbunden. Die zweite Motor/Generator-Verbindung kann auch eine versetzte Zahnradanordnung umfassen.
  • Die auswählbaren Drehmomentübertragungseinrichtungen werden in Gruppen von einer oder zweien eingerückt, um ein EVT mit einem stufenlos verstellbaren Bereich von Drehzahlen (einschließlich rückwärts) und bis zu drei mechanisch festen Drehzahlverhältnissen 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 sorgt für 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 Modus Batterie Rückwärts, einen Modus EVT Rückwärts, Rückwärts- und Vorwärtsanfahrmodi, einen Modus mit stufenlos verstellbarem Getriebebereich und einen Modus mit festem Verhältnis umfassen.
  • Die offenbarten elektrisch verstellbaren Getriebe weisen eine Architektur mit kombinierter Leistungsverzweigung und Eingangsleistungsverzweigung auf. Kombinierte Leistungsverzweigung bedeutet, dass weder der Antrieb nach der Abtrieb des Getriebes 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.
  • Bei Konstruktionen mit Eingangsleistungsverzweigung ist einer der Motoren/Generatoren direkt mit dem Abtriebselement verbunden. Dies tritt bei den Konstruktionen in dem dritten Modus auf, wobei die erste Drehmomentübertragungseinrichtung eingerückt ist, um den zweiten Motor/Generator an dem Abtrieb zu sperren.
  • Die vorgeschlagenen Konstruktionen sind alle Dreifachmodus-Konstruktionen. Die Multi-Mode- oder Mehrmoduskonstruktionen erlaubt ein Umschalten zwischen unterschiedlichen Betriebsmodi, zum Beispiel von einer Konfiguration mit kombinierter Leistungsverzweigung zu einer unterschiedlichen Konfiguration mit kombinierter Leistungsverzweigung oder von kombinierter Leistungsverzweigung zu Eingangsleistungsverzweigung.
  • 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.
  • Figurenliste
    • 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; und
    • 7b ist eine Tabelle für Betriebsmodi, die einige der Betriebseigenschaften des in 7a gezeigten Antriebsstrangs darstellt.
  • 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 seinen verfügbaren Leistungsausgang 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.
  • Ein erstes Verbindungselement 70 verbindet das Hohlrad 24 des Planetenradsatzes 20 ständig mit dem Sonnenrad 32 des Planetenradsatzes 30. Ein zweites Verbindungselement 72 verbindet den Träger 36 des Planetenradsatzes 30 ständig mit dem Hohlrad 44 des Planetenradsatzes 40. Ein drittes Verbindungselement 74 verbindet das Sonnenrad 32 des Planetenradsatzes 30 ständig mit dem Sonnenrad 42 des Planetenradsatzes 40.
  • 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 Hohlrad 24 des Planetenradsatzes 20 befestigt.
  • Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 50, verbindet das Hohlrad 44 des Planetenradsatzes 40 selektiv mit dem Träger 46 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 die Bremse 55, verbindet das Hohlrad 34 des Planetenradsatzes 30 selektiv mit dem Getriebegehäuse 60. Die erste, zweite und dritte Drehmomentübertragungseinrichtung 50, 52 und 55 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes 14 zu helfen, wie es nachstehend ausführlicher erläutert wird.
  • Das Eingangsantriebselement 17 ist an dem Träger 26 des Planetenradsatzes 20 befestigt. Das Ausgangsabtriebselement 19 des Getriebes 14 ist an dem Hohlrad 44 des Planetenradsatzes 40 befestigt.
  • Kehren wir nun zu der Beschreibung der Leistungsquellen zurück, sollte aus der vorstehenden Beschreibung und mit besonderem Bezug auf 1a ersichtlich sein, 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) hinsichtlich das Zustands von: den Drehmomentübertragungseinrichtungen (entweder eingerückt oder ausgerückt); des Maschinenabtriebsdrehmoments; des vereinigten Kapazitätsniveaus der Batterie oder Batterien; und der 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. Das heißt der Träger rotiert mit den Sonnen- und Hohlrädern.
  • Wenn jedoch die beiden Zahnradelemente in der gleichen Richtung aber mit unterschiedlichen Drehzahlen rotieren, kann die Richtung, in der das dritte Zahnradelement rotiert, häufig einfach durch Sichtanalyse bestimmt werden, aber in vielen Situationen wird die Richtung nicht offensichtlich sein und kann nur durch 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 Planetenräder 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.
  • In einem einfachen Satz von Planetenrädern kann, wenn irgendwelche zwei Drehzahlen des Sonnenrads, des Planetenträgers und des Hohlrads bekannt sind, dann die Drehzahl des dritten Elements unter Anwendung einer einfachen Regel festgestellt werden. Die Drehzahl des Trägers ist immer proportional zu den Drehzahlen der Sonne und des Rings, 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 jedem dieser Zahnräder 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 betragen.
  • 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 der Sonne. 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 drehen. 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 der der Träger rotiert. Planetenräder in dem äußeren Satz, die mit Planetenrädern in dem inneren Satz kämmen, werden sich in der entgegengesetzten Richtung drehen, wodurch ein kämmendes Hohlrad in die entgegengesetzte Richtung gezwungen wird, aber nur in Bezug auf die Planetenräder, mit denen das Hohlrad kämmend in Eingriff steht. Die Planetenräder in dem äußeren Satz werden in der Richtung des Trägers entlang transportiert. Die Wirkung der Drehung der Planetenräder in dem äußeren Satz auf ihren eigenen Achsen und die größere Wirkung der Orbitalbewegung der Planetenräder in dem äußeren Satz aufgrund der Bewegung des Trägers sind kombiniert, so dass das Hohlrad in der gleichen Richtung wie der Träger aber nicht so schnell wie der Träger rotiert.
  • Wenn der Träger in einem derartigen zusammengesetzten Planetenradsatz feststehend gehalten wird und das Sonnenrad gedreht wird, dann wird das Hohlrad mit weniger Drehzahl und in der gleichen Richtung wie das Sonnenrad rotieren. Wenn das Hohlrad eines einfachen Planetenradsatzes feststehend gehalten wird und das Sonnenrad gedreht wird, dann wird der Träger, der einen einzigen Satz von Planetenrädern trägt, mit weniger Drehzahl und in der gleichen Richtung wie das Sonnenrad rotieren. Somit kann man leicht den Austausch der Rollen zwischen dem Träger und dem Hohlrad beobachten, der durch die Verwendung von inneren und äußeren Sätzen von Planetenrädern, die miteinander kämmen, im Vergleich mit der Verwendung eines einzigen Satzes von Planetenrädern in einem einfachen Planetenradsatz 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. Wenn die Drehzahl des Abtriebs von null bis auf eine hohe Drehzahl zunimmt, tauschen die zwei 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 können beide Motoren/Generatoren als Motoren wirken. 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 Gefallen. Wenn der Leistungsfluss durch das Getriebe auf diese Weise umgekehrt wird, dann werden die Rollen der Motoren/Generatoren gegenüber jenen bei normaler Wirkung umgekehrt.
  • Spezifische Betriebserwägungen
  • Jede der hierin beschriebenen Ausführungsformen weist vierzehn oder fünfzehn Funktionsanforderungen auf (die den 14 oder 15 Zeilen jeder in den Figuren gezeigten Tabelle für Betriebsmodi entsprechen), die zu fünf Betriebsmodi gruppiert werden können. Diese fünf Betriebsmodi werden nachstehend beschrieben und können am besten durch Bezugnahme auf die jeweilige Tabelle für Betriebsmodi verstanden werden, die jedes Getriebestickdiagramm begleitet, wie die Tabellen für Betriebsmodi der 1b, 2b, 3b usw.
  • Der erste Betriebsmodus ist der „Modus Batterie Rückwärts“, 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 ist in dem Modus Batterie Rückwärts beispielsweise die Bremse 55 eingerückt, der Generator 80 weist ein Drehmoment von Null auf, der Motor 82 weist ein Drehmoment von -1,00 auf, und es wird ein Drehmomentverhältnis von -3,22 erreicht. 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 „Modus EVT Rückwärts“ (oder der Modus mechanisch Rückwärts), der der zweiten Zeile (EVT RW) jeder Tabelle für Betriebsmodi, wie etwa jener von 1b, entspricht. In diesem Modus wird das EVT von der Maschine und von einem der Motoren/Generatoren angetrieben. Der andere Motor/Generator arbeitet im Generatormodus und überträgt 100 % der erzeugten Energie zurück zu dem antreibenden Motor. Der Nettoeffekt ist, dass das Fahrzeug rückwärts angetrieben wird. Nach 1b ist beispielsweise in dem Modus EVT Rückwärts die Bremse 55 eingerückt, der Generator 80 weist ein Drehmoment von -0,34 Einheiten auf, der Motor 82 weist ein Drehmoment von -3,24 auf, und es wird ein Abtriebsdrehmoment von -8,33 erreicht, das einem Maschinendrehmoment von 1 Einheit entspricht.
  • Der dritte Betriebsmodus umfasst „Modi Rückwärts- und Vorwärtsanfahren“ (auch bezeichnet als „Modi Drehmomentwandler Rückwärts und Vorwärts“), die den dritten und vierten Zeilen (DW RW und DW VW) jeder Tabelle für Betriebsmodi, wie etwa jener von 1b, entsprechen. In diesem Modus wird das EVT von der Maschine und von einem der Motoren/Generatoren angetrieben. Ein auswählbarer Bruchteil der Energie, die in der Generatoreinheit erzeugt wird, wird in der Batterie gespeichert, wobei die restliche Energie auf den Motor übertragen wird. In 1 beträgt dieser Bruchteil etwa 99%. Das Verhältnis von Getriebeabtriebsdrehzahl zu Maschinendrehzahl (Getriebedrehzahlverhältnis) beträgt ungefähr +/- 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 ist in dem Modus DW Rückwärts die Bremse 55 eingerückt, der Motor/Generator 80 wirkt als Generator mit -0,34 Einheiten Drehmoment, der Motor/Generator 82 wirkt als Motor mit -2,83 Einheiten Drehmoment, und es wird ein Drehmomentverhältnis von -7,00 erreicht. In dem Modus DW Vorwärts ist die Bremse 55 eingerückt, der Motor/Generator 80 wirkt als Generator mit -0,34 Einheiten Drehmoment, der Motor/Generator 82 wirkt als Motor mit 0,79 Einheiten Drehmoment, und es wird ein Drehmomentverhältnis von 4,69 erreicht.
  • Der vierte Betriebsmodus ist ein „Modus mit stufenlos verstellbarem Getriebebereich“, der die Arbeitpunkte von Bereich 1.1, Bereich 1.2, Bereich 1.3, Bereich 1.4, Bereich 2.1, Bereich 2.2, Bereich 3.1 und Bereich 3.2 umfasst, die den Zeilen 5-12 jeder Arbeitspunkttabelle, wie etwa jener von 1b, entsprechen. In diesem Modus wird das EVT von der Maschine sowie von einem der Motoren/Generatoren, der als Motor arbeitet, angetrieben. Der andere Motor/Generator arbeitet als Generator und überträgt 100 % der erzeugten Energie zurück zu dem Motor. Die Arbeitspunkte, die durch Bereich 1.1, 1.2, ... usw. dargestellt sind, sind diskrete Punkte in dem Kontinuum von Vorwärtsdrehzahlverhältnissen, die von dem EVT bereitgestellt werden. Beispielsweise wird in 1b bei eingerückter Bremse 55 ein Bereich von Drehmomentverhältnissen von 4,69 bis 1,86 erreicht. Ein Bereich von Drehmomentverhältnissen von 1,36 bis 1,00 wird erreicht, wenn die Kupplung 52 eingerückt ist, und ein Bereich von Drehmomentverhältnissen von 0,74 bis 0,54 wird erreicht, wenn die Kupplung 50 eingerückt ist.
  • Der fünfte Betriebsmodus umfasst die Modi mit „festem Verhältnis“ (F1, F2), die den Zeilen 13-14 jeder Tabelle für Betriebsmodi, wie der von 1b, entsprechen. In diesem Modus arbeitet das Getriebe wie ein herkömmliches Automatikgetriebe, wobei eine Drehmomentübertragungseinrichtung eingerückt ist, um ein diskretes Getriebeübersetzungsverhältnis zu schaffen. Die Kuppeltabelle, die jede Figur begleitet, zeigt nur zwei Vorwärtsgänge mit festem Verhältnis, aber es können zusätzliche feste Verhältnisse verfügbar sein. Nach 1b sind in dem festen Verhältnis F1 die Kupplung 52 und die Bremse 55 eingerückt, um eine festes Drehmomentverhältnis von 1,69 zu erreichen. In dem festen Verhältnis F2 sind die Kupplungen 50 und 52 eingerückt, um ein festes Verhältnis von 1,00 zu erreichen.
  • Der Antriebsstrang 10 kann auch in einem „Ladungsentleerungsmodus“ arbeiten. Zu Zwecken der vorliegenden Erfindung ist ein „Ladungsentleerungsmodus“ ein Modus, bei dem das Fahrzeug primär durch einen Elektromotor/ Generator mit Leistung beaufschlagt wird, so dass die Batterie 86 entleert oder nahezu entleert ist, wenn das Fahrzeug sein Ziel erreicht. Mit anderen Worten wird die Maschine 12 während des Ladungsentleerungsmodus nur bis zu dem Ausmaß betrieben, das notwendig ist, um sicherzustellen, dass die Batterie 86 nicht vor Erreichen des Ziels entleert ist. Ein herkömmliches Hybridfahrzeug arbeitet in einem „Ladungshaltemodus“, bei dem, wenn das Batterieladeniveau unter ein vorbestimmtes Niveau (z.B. 25%) abfällt, die Maschine automatisch laufen gelassen wird, um die Batterie wieder aufzuladen. Indem das Hybridfahrzeug in einem Ladungsentleerungsmodus betrieben wird, kann es daher etwas oder den gesamten Kraftstoff einsparen, der ansonsten verbraucht werden würde, um das Batterieladeniveau von 25% in einem herkömmlichen Hybridfahrzeug aufrechtzuerhalten. Es ist festzustellen, dass der Fahrzeugantriebsstrang bevorzugt nur dann in dem Ladungsentleerungsmodus betrieben wird, wenn die Batterie 86 nach Erreichen des Ziels wieder aufgeladen werden kann, indem es an eine Energiequelle (die nicht gezeigt ist) angeschlossen wird.
  • Die Maschine 12 kann auch unter Verwendung verschiedener Arten von Kraftstoff mit Leistung beaufschlagt werden, um den Wirkungsgrad und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit einer besonderen Anwendung zu verbessern. Derartige Kraftstoffe können beispielsweise Benzin; Diesel; Ethanol; Diethylether usw. umfassen.
  • Das Getriebe 14 arbeitet in einem sogenannten Dreifachmodus. Im Dreifachmodus wird die eingerückte Drehmomentübertragungseinrichtung/ werden die eingerückten Drehmomentübertragungseinrichtungen bei irgendeinem Zwischendrehzahlverhältnis umgeschaltet (z.B. Bereich 2.1 und 3.1 in 1). Abhängig von der mechanischen Konfiguration hat diese Änderung in der Einrückung der Drehmomentübertragungseinrichtung Vorteile bei der Verringerung der Elementdrehzahlen in dem Getriebe.
  • 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 NR1/NS1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 20; der NR2/NS2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 30; und der NR3/NS3-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 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 1,69, und die Verhältnisspreizung beträgt 1,69.
  • BESCHREIBUNG EINER ZWEITEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • In 2a ist ein Antriebsstrang 110 gezeigt, der eine Maschine 12 umfasst, die mit einer anderen 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 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.
  • 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, 138 sind auch drehbar in einem Träger 136 montiert, so dass jedes Planetenrad 137 mit dem äußeren Hohlrad 134 in Eingriff steht und jedes Planetenrad 138 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem inneren Sonnenrad 132 als auch dem jeweiligen Planetenrad 137 in Eingriff steht.
  • Der Planetenradsatz 140 weist auch ein äußeres Zahnradelement 144 auf, das häufig auch als das Hohlrad bezeichnet wird, welches ein inneres Zahnradelement 142 umgibt, das auch häufig als das Sonnenrad bezeichnet wird. Mehrere Planetenräder 147 sind auch 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 126 des Planetenradsatzes 120 verbunden. Das Getriebeabtriebselement 19 ist mit dem Hohlrad 144 des Planetenradsatzes 140 verbunden. Ein erstes Verbindungselement 170 verbindet das Hohlrad 124 des Planetenradsatzes 120 ständig mit dem Sonnenrad 142 des Planetenradsatzes 140. Ein zweites Verbindungselement 172 verbindet das Hohlrad 134 des Planetenradsatzes 130 ständig mit dem Hohlrad 144 des Planetenradsatzes 140. Ein drittes Verbindungselement 174 verbindet den Träger 136 des Planetenradsatzes 130 ständig mit dem Träger 146 des Planetenradsatzes 140.
  • 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 Hohlrad 124 des Planetenradsatzes 120 befestigt.
  • Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 150, verbindet das Hohlrad 144 des Planetenradsatzes 140 selektiv mit dem Träger 146 des Planetenradsatzes 140. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 152, verbindet den Träger 126 des Planetenradsatzes 120 selektiv mit dem Träger 146 des Planetenradsatzes 140. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse 155, verbindet das Sonnenrad 132 selektiv mit dem Getriebegehäuse 160. Die erste, zweite und dritte Drehmomentübertragungseinrichtung 150, 152 und 155 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 vierzehn bis fünfzehn Funktionsanforderungen auf (die den 14 bis 15 Zeilen jeder in den Figuren gezeigten Tabelle für Betriebsmodi entsprechen), die in fünf Betriebsmodi gruppiert sein können. Der erste Betriebsmodus ist der „Modus Batterie Rückwärts“, 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, ist in diesem Modus beispielsweise die Bremse 155 eingerückt, der Generator 180 weist ein Drehmoment von Null Einheiten auf, der Motor 182 weist ein Drehmoment von -1,00 Einheiten auf, und es wird ein Abtriebsdrehmoment von -3,22 erreicht.
  • Der zweite Betriebsmodus ist der „Modus EVT Rückwärts“ (oder der Modus mechanisch Rückwärts), 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 ist die Bremse 155 eingerückt, der Generator 180 weist ein Drehmoment von -0,34 Einheiten auf, der Motor 182 weist ein Drehmoment von -3,24 Einheiten auf, und es wird ein Abtriebsdrehmoment von -8,33 erreicht, das einem Antriebsdrehmoment von 1 Einheit entspricht.
  • Der dritte Betriebsmodus umfasst die „Modi Rückwärts- und Vorwärtsanfahren“, die den dritten und vierten Zeilen (DW RW und DW VW) jeder Tabelle für Betriebsmodi, wie etwa jener von 2b, entsprechen. In diesem Modus wird das EVT von der Maschine und von einem der Motoren/Generatoren angetrieben. Ein auswählbarer Bruchteil der Energie, die in der Generatoreinheit erzeugt wird, wird in der Batterie gespeichert, wobei die restliche Energie auf den Motor übertragen wird. In DW RW ist die Bremse 155 eingerückt, der Motor/Generator 180 wirkt als Generator mit -0,34 Einheiten Drehmoment, der Motor/Generator 182 wirkt als Motor mit -2,83 Einheiten Drehmoment, und es wird ein Drehmomentverhältnis von -7,00 erreicht. In DW VW ist die Bremse 155 eingerückt, der Motor/Generator 180 wirkt als Generator mit -0,34 Einheiten Drehmoment, der Motor/Generator 182 wirkt als Motor mit 0,79 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 3.1 und Bereich 3.2“, 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 Bremse 155 ein Bereich von Verhältnisse von 4,69 bis 1,86 erreicht, bei eingerückter Kupplung 152 wird ein Bereich von Verhältnissen von 1,36 bis 1,00 erreicht und bei eingerückter Kupplung 150 wird ein Bereich von Verhältnissen von 0,74 bis 0,54 erreicht.
  • Der fünfte Betriebsmodus umfasst die Modi mit festem „Verhältnis“ (F1 F2), die den Zeilen 13-14 der Tabelle für Betriebsmodi von 2b entsprechen. In diesem Modus arbeitet das Getriebe wie ein herkömmliches Automatikgetriebe, wobei eine Drehmomentübertragungseinrichtung eingerückt ist, um ein diskretes Getriebeübersetzungsverhältnis zu schaffen. In dem festen Verhältnis F1 sind die Kupplung 152 und die Bremse 155 eingerückt, um ein festes Verhältnis von 1,69 zu erreichen. In dem festen Verhältnis F2 sind die Kupplungen 150 und 152 eingerückt, um ein festes Verhältnis von 1,00 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 NR1/NS1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 120; der NR2/NS2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 130; und der NR3/NS3-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 1,69.
  • BESCHREIBUNG EINER DRITTEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • In 3a ist ein Antriebsstrang 210 gezeigt, der eine Maschine 12 umfasst, die mit einer anderen 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, 238 sind auch drehbar in einem Träger 236 montiert, so dass jedes Planetenrad 237 mit dem äußeren Hohlrad 234 in Eingriff steht und jedes Planetenrad 238 gleichzeitig und kämmend mit dem inneren Sonnenrad 232 und dem jeweiligen Planetenrad 237 des Planetenradsatzes 230 in Eingriff steht.
  • Der Planetenradsatz 240 weist auch ein äußeres Hohlrad 244 auf, das ein inneres Sonnenrad 242 umgibt. Mehrere Planetenräder 247 sind drehbar in einem Träger 246 montiert, so dass jedes Planetenrad 247 gleichzeitig und 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 Träger 226 verbunden. Das Getriebeabtriebselement 19 ist mit dem Hohlrad 244 verbunden. Ein erstes Verbindungselement 270 verbindet das Hohlrad 224 ständig mit dem Sonnenrad 242. Ein zweites Verbindungselement 272 verbindet das Hohlrad 234 mit dem Hohlrad 244. Ein drittes Verbindungselement 274 verbindet das Sonnenrad 232 ständig mit dem Sonnenrad 242.
  • 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 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 Hohlrad 224 befestigt.
  • Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 250, verbindet das Hohlrad 244 selektiv mit dem Träger 246. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 252, verbindet den Träger 226 selektiv mit dem Träger 246. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Bremse 255, verbindet den Träger 236 selektiv mit dem Getriebegehäuse 260. Die erste, zweite und dritte Drehmomentübertragungseinrichtung 250, 252 und 255 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 „Modus Batterie Rückwärts“ (BATT RW), den „Modus EVT Rückwärts“ (EVT RW), „Modi Rückwärts- und Vorwärtsanfahren“ (DW RW und DW VW), „Modi mit stufenlos verstellbarem Getriebebereich“ (Bereich 1.1, 1.2, 1.3, ...) und „Modi mit festem Verhältnis“ (F1 und F2), 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 NR1/NS1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 220; der NR2/NS2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 230; und der NR3/NS3-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 1,69.
  • BESCHREIBUNG EINER VIERTEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • In 4a ist ein Antriebsstrang 310 gezeigt, der eine Maschine 12 umfasst, die mit einer anderen 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 gleichzeitig und 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, 338 sind auch drehbar in einem Träger 336 montiert, so dass jedes Planetenrad 337 mit dem äußeren Hohlrad 334 in Eingriff steht und jedes Planetenrad 338 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem inneren Sonnenrad 332 als auch dem jeweiligen Planetenrad 337 des Planetenradsatzes 330 in Eingriff steht.
  • Der Planetenradsatz 340 weist auch ein äußeres Hohlrad 344 auf, das ein inneres Sonnenrad 342 umgibt. Mehrere Planetenräder 347 sind auch drehbar in einem Träger 346 montiert, so dass jedes Planetenrad 347 gleichzeitig und 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 Träger 326 verbunden. Das Getriebeabtriebselement 19 ist mit dem Hohlrad 344 verbunden. Ein erstes Verbindungselement 370 verbindet das Hohlrad 324 ständig mit dem Träger 336. Ein zweites Verbindungselement 372 verbindet das Hohlrad 334 ständig mit dem Träger 346. Ein drittes Verbindungselement 374 verbindet den Träger 336 ständig mit dem Sonnenrad 342.
  • 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 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 Hohlrad 324 befestigt.
  • Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 350, verbindet das Hohlrad 344 selektiv mit dem Träger 346. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 352, verbindet den Träger 326 selektiv mit dem Träger 346. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse 355, verbindet das Sonnenrad 332 selektiv mit dem Getriebegehäuse 360. Die erste, zweite und dritte Drehmomentübertragungseinrichtung 350, 352 und 355 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 „Modus Batterie Rückwärts“ (BATT RW), den „Modus EVT Rückwärts“ (EVT RW), „Modi Rückwärts- und Vorwärtsanfahren“ (DW RW und DW VW), „Modi mit stufenlos verstellbarem Getriebebereich“ (Bereich 1.1, 1.2, 1.3, ...) und „Modi mit festem Verhältnis“ (F1, F2), 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 NR1/NS1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 320; der NR2/NS2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 330; und der NR3/NS3-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 1,69.
  • BESCHREIBUNG EINER FÜNFTEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • In 5a ist ein Antriebsstrang 410 gezeigt, der eine Maschine 12 umfasst, die mit einer anderen 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, 438 sind auch drehbar in einem Träger 436 montiert, so dass jedes Planetenrad 437 mit dem äußeren Hohlrad 434 in Eingriff steht und jedes Planetenrad 438 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem inneren Sonnenrad 432 als auch dem jeweiligen Planetenrad 437 des Planetenradsatzes 430 in Eingriff steht.
  • Der Planetenradsatz 440 weist auch ein äußeres Hohlrad 444 auf, das ein inneres Sonnenrad 442 umgibt. Mehrere Planetenräder 447 sind auch drehbar in einem Träger 446 montiert, so dass jedes Planetenrad 447 gleichzeitig und 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. Das Getriebeabtriebselement 19 ist ständig mit dem Hohlrad 444 verbunden. Ein erstes Verbindungselement 470 verbindet das Hohlrad 424 ständig mit dem Sonnenrad 442. Ein zweites Verbindungselement 472 verbindet das Hohlrad 434 ständig mit dem Träger 446. Ein drittes Verbindungselement 474 verbindet das Sonnenrad 432 ständig mit dem Sonnenrad 442.
  • 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 Sonnenrad 422 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 Hohlrad 424 befestigt.
  • Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 450, verbindet das Hohlrad 444 selektiv mit dem Träger 446. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 452, verbindet den Träger 426 selektiv mit dem Träger 446. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse 455, verbindet den Träger 436 selektiv mit dem Getriebegehäuse 460. Die erste, zweite und dritte Drehmomentübertragungseinrichtung 450, 452 und 455 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 „Modus Batterie Rückwärts“ (BATT RW), den „Modus EVT Rückwärts“ (EVT RW), „Modi Rückwärts- und Vorwärtsanfahren“ (DW RW und DW VW), „Modi mit stufenlos verstellbarem Getriebebereich“ (Bereich 1.1, 1.2, 1.3, ...) und „Modi mit festem Verhältnis“ (F1, F2), 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 NR1/NS1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 420; der NR2/NS2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 430; und der NR3/NS3-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 1,69.
  • BESCHREIBUNG EINER SECHSTEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • In 6a ist ein Antriebsstrang 510 gezeigt, der eine Maschine 12 umfasst, die mit einer anderen 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 vier Planetenradsätze 520, 530, 540 und 590. Der Planetenradsatz 520 wendet ein inneres Sonnenrad 522 an. Mehrere Planetenräder 527, 528 sind drehbar in einem Träger 526 montiert. Jedes Planetenrad 527 steht kämmend mit sowohl dem inneren Sonnenrad 522 als auch dem jeweiligen Planetenrad 528 des Planetenradsatzes 520 in Eingriff.
  • Der Planetenradsatz 530 weist ein äußeres Hohlrad 534 auf, das ein inneres Sonnenrad 532 umgibt. Mehrere Planetenräder 537 sind 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 weist auch ein äußeres Hohlrad 544 auf, das ein inneres Sonnenrad 542 umgibt. Mehrere Planetenräder 547 sind auch drehbar in einem Träger 546 montiert, so dass jedes Planetenrad 547 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem inneren Sonnenrad 542 als auch dem äußeren Hohlrad 544 des Planetenradsatzes 540 in Eingriff steht.
  • Der Planetenradsatz 590 weist auch ein äußeres Hohlrad 594 auf, das ein inneres Sonnenrad 592 umgibt. Ein Träger 596 lagert drehbar mehrere Planetenräder 597, so dass jedes Planetenrad 597 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 594 als auch dem inneren Sonnenrad 592 des erste Planetenradsatzes 590 in Eingriff steht. Die Planetenräder 598 sind einstückig mit den Planetenrädern 528 (d.h. sie sind durch lange Planetenräder gebildet).
  • Das Getriebeantriebselement 17 ist ständig mit dem Träger 526 verbunden. Das Getriebeabtriebselement 19 ist ständig mit dem Hohlrad 544 verbunden. Das erste Verbindungselement 570 verbindet das Sonnenrad 522 ständig mit dem Sonnenrad 542. Ein zweites Verbindungselement 572 verbindet den Träger 536 ständig mit dem Hohlrad 544. Ein drittes Verbindungselement 574 verbindet das Sonnenrad 532 ständig mit dem Sonnenrad 542. Der Träger 596 ist ständig mit dem Träger 526 verbunden (d.h. einstückig mit diesem). Diese einstückige Verbindung wird hierin als das vierte Verbindungselement 576 bezeichnet. Die einstückige Verbindung der langen Planeten 597 und 528 wird hierin als das fünfte Verbindungselement 578 bezeichnet.
  • 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 Sonnenrad 592 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 Sonnenrad 532 befestigt.
  • Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 550, verbindet das Hohlrad 544 selektiv mit dem Träger 546. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 552, verbindet den Träger 526 selektiv mit dem Träger 546. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse 555, verbindet das Hohlrad 534 selektiv mit dem Getriebegehäuse 560. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse 557, verbindet das Hohlrad 594 selektiv mit dem Getriebegehäuse 560. Die erste, zweite, dritte und vierte Drehmomentübertragungseinrichtung 550, 552, 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, die einen Modus mit festem Rückwärtsverhältnis umfassen. Diese Modi umfassen den „Modus Batterie Rückwärts“ (BATT RW), den „Modus EVT Rückwärts“ (EVT RW), „Modi Rückwärts- und Vorwärtsanfahren“ (DW RW und DW VW), „Modi mit stufenlos verstellbarem Getriebebereich“ (Bereich 1.1, 1.2, 1.3, ...) und „Modi mit festem Verhältnis“ (R1, F1, F2), 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 NR1/NS1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 520; der NR2/NS2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 530; der NR3/NS3-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 540; und der NR4/NS4-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 590. Das Schaubild von 6b 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 1,69.
  • BESCHREIBUNG EINER SIEBTEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • In 7a ist ein Antriebsstrang 610 gezeigt, der eine Maschine 12 umfasst, die mit einer anderen 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 vier Planetenradsätze 620, 630, 640 und 690. Der Planetenradsatz 620 wendet ein inneres Sonnenrad 622 an. Der Planetenradsatz 620 weist ein inneres Sonnenrad 622 und einen Träger 626 auf, der ein Planetenrad 627, 628 drehbar lagert, so dass jedes Planetenrad 627 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem Sonnenrad 622 als auch dem jeweiligen Planetenrad 628 in Eingriff steht.
  • Der Planetenradsatz 630 weist ein inneres Sonnenrad 632 auf. Mehrere Planetenräder 637, 638 sind drehbar in einem Träger 636 montiert. Jedes Planetenrad 637 steht mit dem inneren Sonnenrad 632 und dem jeweiligen Planetenrad 638 des Planetenradsatzes 630 in Eingriff.
  • Der Planetenradsatz 640 weist ein äußeres Hohlrad 644 auf, das ein inneres Sonnenrad 642 umgibt. Mehrere Planetenräder 647 sind auch drehbar in einem Träger 646 montiert, so dass jedes Planetenrad 647 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 644 als auch dem inneren Sonnenrad 642 des Planetenradsatzes 640 in Eingriff steht. Die Planetenräder 647 sind einstückig mit den Planetenrädern 638 (d.h. sie sind durch lange Planetenräder gebildet).
  • Der Planetenradsatz 690 weist ein äußeres Hohlrad 694 auf, das ein inneres Sonnenrad 692 umgibt. Ein Träger 696 lagert drehbar mehrere Planetenräder 697, so dass jedes Planetenrad 697 kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 694 als auch dem inneren Sonnenrad 692 des ersten Planetenradsatzes 690 in Eingriff steht. Die Planetenräder 628 sind einstückig mit den Planetenrädern 697 (d.h. sie sind durch lange Planetenräder gebildet).
  • Das Getriebeantriebselement 17 ist ständig mit dem Träger 626 verbunden. Das Getriebeabtriebselement 19 ist mit dem Hohlrad 644 verbunden. Ein erstes Verbindungselement 670 verbindet das Sonnenrad 622 ständig mit dem Sonnenrad 642. Die einstückige Verbindung der langen Planeten 638 und 647 wird hierin als das zweite Verbindungselement 672 bezeichnet. Der Träger 636 ist ständig mit dem Träger 646 verbunden (d.h. einstückig mit diesem). Diese einstückige Verbindung wird hierin als das dritte Verbindungselement 674 bezeichnet. Der Träger 626 ist ständig mit dem Träger 696 verbunden (d.h. einstückig mit diesem). Diese einstückige Verbindung wird hierin als das vierte Verbindungselement 676 bezeichnet. Die einstückige Verbindung der langen Planetenräder 697 und 628 wird hierin als das fünfte Verbindungselement 678 bezeichnet.
  • 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 692 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 642 befestigt.
  • Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 650, verbindet das Hohlrad 644 selektiv mit dem Träger 646. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 652, verbindet den Träger 626 selektiv mit dem Träger 646. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse 655, verbindet das Sonnenrad 632 selektiv mit dem Getriebegehäuse 660. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie die Bremse 657, verbindet das Hohlrad 694 selektiv mit dem Getriebegehäuse 660. Die erste, zweite, dritte und vierte Drehmomentübertragungseinrichtung 650, 652, 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 „Modus Batterie Rückwärts“ (BATT RW), den „Modus EVT Rückwärts“ (EVT RW), „Modi Rückwärts- und Vorwärtsanfahren“ (DW RW und DW VW), „Modi mit stufenlos verstellbarem Getriebebereich“ (Bereich 1.1, 1.2, 1.3, ...) und „Modi mit festem Verhältnis“ (R1, F1, F2), 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-Zähneverhältnisse verfügbar sind. Der NR1/NS1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 620; der NR2/NS2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 630; der NR3/NS3-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 640; und der NR4/NS4-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 690. 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 1,69.
  • In den Ansprüchen bezieht sich der Wortlaut „ständig verbunden“ oder „verbindet ständig“ auf eine direkte Verbindung oder eine proportional übersetzte Verbindung, wie etwa eine Zahnradanordnung an einer versetzten Achse. Auch kann das „feststehende Element“ oder „Masse“ das Getriebegehäuse (Kasten) oder irgendeine andere nicht rotierende Komponente oder Komponenten umfassen. Auch wenn gesagt wird, dass ein Drehmomentübertragungsmechanismus etwas mit einem Element eines Zahnradsatzes verbindet, kann er auch mit einem Verbindungselement verbunden sein, das ihn mit diesem Element verbindet.

Claims (9)

  1. Elektrisch verstellbares Getriebe (14), umfassend: ein Antriebselement (17) zur Aufnahme von Leistung von einer Maschine (12); ein Abtriebselement (19); einen ersten und zweiten Motor/Generator (80, 82); einen ersten, zweiten und dritten Differenzialzahnradsatz (20, 30, 40), die jeweils ein erstes, zweites und drittes Element (22, 24, 26; 32, 34, 36; 42, 44, 46) aufweisen; wobei das Antriebselement (17) mit mindestens einem Element (22, 24, 26; 32, 34, 36; 42, 44, 46) der Differenzialzahnradsätze (20, 30, 40) verbunden ist und das Abtriebselement (19) ständig mit einem anderen Element (22, 24, 26; 32, 34, 36; 42, 44, 46) der Differenzialzahnradsätze (20, 30, 40) verbunden ist; ein erstes Verbindungselement (70), das das erste Element (24) des ersten Differenzialzahnradsatzes (20) ständig mit dem zweiten oder dritten Element (42) des dritten Differenzialzahnradsatzes (40) verbindet; ein zweites Verbindungselement (72), das das erste Element (44) des dritten Differenzialzahnradsatzes (40) mit dem ersten Element (36) des zweiten Differenzialzahnradsatzes (30) verbindet; ein drittes Verbindungselement (74), das das zweite Element (42) des dritten Differenzialzahnradsatzes (40) ständig mit dem zweiten Element (32) des zweiten Differenzialzahnradsatzes (30) verbindet; wobei der erste Motor/Generator (80) ständig mit einem Element (22) des ersten Differenzialzahnradsatzes (20) verbunden ist, das als Sonnenrad ausgebildet ist; wobei der zweite Motor/Generator (82) ständig mit einem Element (22) des zweiten oder dritten Differenzialzahnradsatzes (30, 40) verbunden ist, das als Sonnenrad ausgebildet ist; eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung (55), die ein Element (34) des zweiten Differenzialzahnradsatzes (30) selektiv mit einem feststehenden Element (60) verbindet; eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung (50), eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung (52), die ein Element (26) des ersten Differenzialzahnradsatzes (20) selektiv mit einem Element (46) des zweiten oder dritten Differenzialzahnradsatzes (40) verbindet; und wobei die erste, zweite und dritte Drehmomentübertragungseinrichtung (55, 50, 52) einrückbar sind, um ein elektrisch verstellbares Getriebe (14) mit einem stufenlos verstellbaren Bereich von Drehzahlverhältnissen bereitzustellen; dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (17) ständig mit einem Element (22, 24, 26; 32, 34, 36; 42, 44, 46) der Differenzialzahnradsätze (20, 30, 40) verbunden ist, wobei das zweite Verbindungselement (72) das erste Element (44) des dritten Differenzialzahn­ radsatzes (40) ständig mit dem ersten Element (36) des zweiten Differenzialzahnrad­ satzes (30) verbindet, wobei die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung (50) ein Element (44) des zweiten oder dritten Differenzialzahnradsatzes (30, 40) selektiv mit einem anderen Element desselben Differenzialzahnradsatzes (30, 40) verbindet, wobei das Element (46) des zweiten oder dritten Differenzialzahnradsatzes (40), das mittels der dritten Drehmomentübertragungseinrichtung (52) mit einem Element (26) des ersten Differenzialzahnradsatzes (20) selektiv verbindbar ist, als Planetenradträger ausgebildet ist, und wobei die drei Drehmomentübertragungseinrichtungen (55, 50, 52) ferner einrückbar sind, um bis zu drei feste Drehzahlverhältnisse bereitzustellen.
  2. Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 1, wobei der erste, zweite und dritte Differenzialzahnradsatz (20, 30, 40) Planetenradsätze sind.
  3. Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 2, wobei Träger von jedem der Planetenradsätze Einzelplanetenträger sind.
  4. Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 2, wobei mindestens ein Träger der Planetenradsätze ein Doppelplanetenträger ist.
  5. Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 1, wobei die erste, zweite und dritte Drehmomentübertragungseinrichtung (55, 50, 52) und der erste und zweite Motor/Generator (80, 82) betreibbar sind, um in dem elektrisch verstellbaren Getriebe fünf Betriebsmodi bereitzustellen, die einen Modus Batterie Rückwärts, einen Modus EVT Rückwärts, Modi Rückwärts- und Vorwärtsanfahren, einen Modus mit stufenlos verstellbarem Getriebebereich und einen Modus mit festem Verhältnis umfassen.
  6. Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 1, das ferner einen vierten Differenzialzahnradsatz (690) umfasst, der ein erstes, zweites und drittes Element (692, 694, 696) aufweist; und wobei der erste Motor/Generator (680) ständig mit einem Element (692) des ersten oder vierten Differenzialzahnradsatzes (620, 690) verbunden ist.
  7. Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 6, das ferner ein viertes Verbindungselement (676) umfasst, das das zweite Element (626) des ersten Differenzialzahnradsatzes (620) ständig mit dem ersten Element (696) des vierten Differenzialzahnradsatzes (690) verbindet.
  8. Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 7, das ferner ein fünftes Verbindungselement umfasst, das das dritte Element (628) des ersten Differenzialzahnradsatzes (620) ständig mit dem zweiten Element (697) des vierten Differenzialzahnradsatzes (690) verbindet.
  9. Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 8, das ferner eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung (657) umfasst, die ein Element des ersten oder vierten Differenzialzahnradsatzes (620, 690) selektiv mit dem feststehenden Element (660) verbindet.
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