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TECHNISCHES GEBIET
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Die
Erfindung betrifft ein elektrisch verstellbares Hybridgetriebe,
das einen einzigen Motor/Generator und ein Umkehrzahnrad aufweist
und in einem elektrisch verstellbaren Hybridmodus betreibbar ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Elektrisch
verstellbare Hybridantriebsstränge
umfassen eine Maschine und ein Getriebe, das einen Leistungsfluss
von der Maschine und von einem oder mehreren Motoren/Generatoren
aufnimmt. Elektrisch verstellbare Hybridgetriebe weisen einen Differenzialzahnradsatz
auf, wobei Leistung von der Maschine und Leistung zu und von einem
Motor/Generator durch unterschiedliche Elemente des Differenzialzahnradsatzes
fließt.
Elektrisch verstellbare Hybridgetriebe können Drehmomentübertragungsmechanismen
umfassen, die in verschiedenen Einrückschemata steuerbar sind,
um eine Kombination von Betriebsmodi zu bieten, die sowohl elektrisch verstellbare
Bereiche als auch feste Übersetzungsverhältnisse
umfassen. Die elektrisch verstellbaren Bereiche stellen typischerweise
eine optimale Maschinendrehzahl mit einem gleichmäßigen Betrieb bereit,
wohingegen die festen Übersetzungsverhältnisse
ein maximales Drehmomentleistungsvermögen und eine maximale Kraftstoffwirtschaftlichkeit
unter bestimmten Bedingungen, wie kontinuierlicher Fahrt auf der
Autobahn, bereitstellen. Der elektrisch verstellbare Bereich wird über eine
elektromechanische Leistungsstrecke hergestellt, wobei ein Bruchteil
der Leistung, die von der Maschine auf den Abtrieb übertragen
wird, durch einen Motor/Generator in Elektrizität und dann durch einen Motor/Generator
zurück
in mechanische Leistung umgewandelt wird. Feste Übersetzungsverhältnisse
stellen typischerweise ein ausgezeichnetes Getriebeabtriebsdrehmoment
und eine ausgezeichnete Fahrzeugbeschleunigung bereit, indem die
Motoren/Generatoren und die Maschine direkt miteinander gekoppelt
sind. In einem festen Übersetzungsverhältnis wird
die Leistungsflussstrecke von dem Getriebeantriebselement zu dem
Getriebeabtriebselement als vollständig durch eine mechanische
Leistungsstrecke angesehen, da die Drehzahl nicht durch den Motor/Generator
verändert
wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ein
elektrisch verstellbares Getriebe, das einen Motor/Generator aufweist,
stellt einen leistungsverzweigten, elektrisch verstellbaren Leistungsfluss entlang
doppelten Leistungsstrecken bereit und bietet einen elektrisch verstellbaren
Rückwärtsbetriebsmodus.
Somit sind sowohl der Betriebskomfort eines stufenlos verstellbaren
Getriebes als auch die niedrigen Kosten und die kompakte Natur eines
EVT unter Verwendung nur eines einzigen Motors/Generators zum Vortrieb
erzielbar. Das Getriebe umfasst einen zusammengesetzten Differenzialzahnradsatz,
der zumindest vier Zahnradelemente aufweist, die funktional miteinander
verbunden sind. Ein Getriebeantriebselement und der Motor/Generator
liefern selektiv Leistung an ein Getriebeabtriebselement über ein erstes
und ein zweites der Zahnradelemente. Das Getriebe umfasst mehrere
kämmende
Zahnräder,
die ein Umkehrzahnrad umfassen, um ein drittes und ein viertes der
Zahnradelemente funktional mit dem Abtriebselement über eine
erste bzw. eine zweite Welle zu verbinden. Zumindest eines von dem
dritten und vierten Zahnradelement kann bevorzugt funktional mit
dem Abtriebselement mit zumindest zwei unterschiedlichen Drehzahlverhältnissen
zwischen diesem Element und dem Abtriebselement verbunden sein.
Drehmomentübertragungsmechanismen
sind selektiv einrückbar,
um einen Leistungsfluss zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement
in mehreren Betriebsmodi bereitzustellen, die einen elektrisch verstellbaren
Parallelhybrid-Rückwärtsbetriebsmodus
umfassen, der das Umkehrzahnrad benutzt.
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So
wie es hierin verwendet wird, ist ein "Zahnradelement" ein Element eines Differenzialzahnradsatzes,
das durch einen Knoten in einem Hebeldiagramm dargestellt werden
kann. Beispielsweise werden in einem Planetenradsatz ein Träger, ein Sonnenrad
und ein Hohlrad alle als Knoten in einem Hebeldiagramm dargestellt,
aber Planetenräder,
die von dem Träger
gelagert sind, werden nicht als Knoten dargestellt. In einem zusammengesetzten
Planetenradsatz werden auch jene Zahnradelemente, die ständig miteinander
verbunden sind, durch einen einzigen Knoten dargestellt. Fachleute
werden die Darstellung von zusammengesetzten Differenzialzahnradsätzen als
Hebeldiagramme leicht verstehen.
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So
wie er hierin verwendet wird, ist ein "Modus" ein besonderer Betriebszustand, ob
er nun einen stufenlosen Bereich von Drehzahlverhältnissen oder
nur ein festes Drehzahlverhältnis
einschließt, das
durch Einrückung
eines besonderen Drehmomentübertragungsmechanismus
oder einer besonderen Kombination von Drehmomentübertragungsmechanismen erreicht
wird.
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Die
Drehmomentübertragungsmechanismen können eine
Sperrkupplung umfassen, die zwei der Zahnradelemente des Differenzialzahnradsatzes zur gemeinsamen
Rotation verbindet, wodurch bewirkt wird, dass der gesamte Differenzialzahnradsatz
mit der gleichen Drehzahl rotiert, um eine direkte Leistungsstrecke
von dem Antriebselement zu dem Abtriebselement bereitzustellen.
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Die
Drehmomentübertragungsmechanismen können eine
erste und zweite Motorkupplung umfassen, die den Motor/Generator
selektiv mit jeweils unterschiedlichen Zahnradelementen verbinden.
Die Motorkupplungen erlauben, neben anderen Dingen, die Ausrückung des
Motors/Generators während
eines Schaltens zwischen Betriebsmodi, um die Motorträgheit zu
trennen, wodurch ein leichteres Schalten ermöglicht wird, was die Möglichkeit
eines manuellen Schaltens umfasst.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung ist eine Bremse selektiv einrückbar, um
eines der Zahnradelemente des Differenzialzahnradsatzes teilweise
auf Masse zu legen (d.h. zu verzögern).
Dies kann erwünscht
sein, um ein alternatives Drehzahlverhältnis (das durch die Schlupfdrehzahl
der Bremse festgelegt wird) durch den Differenzialzahnradsatz bereitzustellen,
wobei das verzögerte
Zahnradelement ein Reaktionsdrehmoment bereitstellt.
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In
einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Kupplung, die vorgesehen
ist, um ein Zahnrad selektiv mit einer der Verteilerwellen in Eingriff
zu bringen, im Anschluss an die Einrückung einer Kupplung ausgerückt, die
vorgesehen ist, um ein anderes Zahnrad selektiv mit einer anderen
Verteilerwelle in Eingriff zu bringen, wodurch ein synchrones Schalten zwischen
elektrisch verstellbaren Betriebsmodi erlaubt wird. Die Bremse,
die dazu verwendet wird, das Sonnenrad zu verzögern, verändert die Drehzahl der Verteilerwelle,
mit der die Kupplung einzurücken
ist, bis die Drehzahl der Welle derart ist, dass ein glattes Schalten
möglich
ist. Da das Verhältnis,
das durch den Differenzialzahnradsatz bereitgestellt wird, durch die
schlupfende Bremse verändert
wird, bestimmen die ansonsten festen Verhältnisstufen von einem Drehzahlverhältnis zu
dem nächsten
nicht, wann das Schalten auftreten kann. Somit stellt die Erfindung auch
ein Verfahren zum Betreiben eines Getriebes durch Schlupfenlassen
der Bremse bereit, wie es oben beschrieben wurde.
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Die
obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung der besten Ausführungsarten
der Erfindung, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen
genommen wird, leicht deutlich werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Darstellung eines ersten Antriebsstrangs, der
ein erstes Getriebe innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung umfasst;
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2 ist
eine Tabelle, die den Einrückplan der
Drehmomentübertragungsmechanismen
des Getriebes von 1 angibt, um verschiedene Betriebsmodi
des Getriebes zu erreichen;
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3 ist
eine schematische Darstellung eines zweiten Antriebsstrangs, der
ein zweites Getriebe innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung umfasst;
und
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4 ist
eine schematische Darstellung eines dritten Antriebsstrangs, der
ein drittes Getriebe innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung umfasst.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Erste Ausführungsform
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In
den Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche
Bauteile beziehen, zeigt 1 einen Antriebsstrang 10 für ein Fahrzeug 11 (das
schematisch gezeigt ist). Der Antriebsstrang 10 umfasst
eine Maschine 12, die mit einer Ausführungsform eines elektrisch
verstellbaren Getriebes (EVT) verbunden ist, das allgemein mit dem
Bezugszeichen 14 bezeichnet ist. Das Getriebe 14 ist
konstruiert, um zumindest einen Teil seiner Antriebsleistung von
der Maschine 12 aufzunehmen. Die Maschine 12 weist
eine Abtriebswelle auf, die mit einem Antriebselement 16 des
Getriebes 14 verbunden ist. Eine Achsantriebseinheit 17 ist
funktional mit einem Abtriebselement 19 des Getriebes 14 verbunden.
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Das
Getriebe 14 umfasst einen zusammengesetzten Differenzialzahnradsatz 20.
Der Differenzialzahnradsatz 20 ist ein Ravigneaux-Zahnradsatz, obwohl
andere Typen von Differenzialzahnradsätzen innerhalb des Schutzumfangs
der Erfindung verwendet werden können.
Im Besonderen umfasst der Differenzialzahnradsatz 20 ein
Sonnenrad 22, ein Hohlrad 24 und einen Träger 26,
der einen ersten Satz Planetenräder 27 drehbar
lagert, die mit dem Sonnenrad 22 und dem Hohlrad 24 und
mit einem zweiten Satz Planetenräder 28 kämmen. Der
Träger 26 lagert
auch drehbar den zweiten Satz Planetenräder 28, der mit einem
Sonnenrad 32 und einem Hohlrad 34 und mit dem
ersten Satz Planetenräder 27 kämmt. Fachleute
werden erkennen, dass der Differenzialzahnradsatz 20 durch
ein Hebeldiagramm mit fünf Knoten
dargestellt werden kann, wobei jeder Knoten des Hebeldiagramms die
folgenden Zahnradelemente darstellt: Sonnenrad 22, Sonnenrad 32,
Träger 26, Hohlrad 24 und
Hohlrad 34.
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Das
Antriebselement 16 ist ständig mit dem Träger 26 verbunden.
Ein einziger Motor/Generator 40 ist selektiv mit dem Sonnenrad 22 und
mit dem Sonnenrad 32 verbindbar. Die Hohlräder 24 und 34 fungieren
als zwei separate Abtriebselemente des Differenzialzahnradsatzes,
wodurch teilweise zwei separate Leistungsstrecken durch das Getriebe 14 gebildet
sind, wie es nachstehend besprochen wird.
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Der
Motor/Generator 40 umfasst einen Statorabschnitt 42,
der an einem feststehenden Element 44, wie etwa dem Getriebegehäuse, auf
Masse festgelegt ist. Ein Rotorabschnitt 46 des Motors/Generators 40 ist
selektiv mit den jeweiligen Sonnenrädern 22, 32 über Motorkupplungen
CA bzw. CB verbindbar. Der Stator 42 kann elektrische Leistung
von einer Energiespeichereinrichtung 48, wie etwa einer Batterie,
aufnehmen, oder an diese elektrische Leistung liefern. Ein elektronischer
Controller 50 steht mit der Batterie 48 und mit
einem Stromumrichter 52 in Signalverbindung, der auch mit
dem Stator 46 in elektrischer Verbindung steht. Der Controller 50 spricht
auf eine Vielfalt von Eingangssignalen an, die die Fahrzeuggeschwindigkeit,
die Bedieneranforderung, das Niveau, zu dem die Batterie 48 aufgeladen ist,
und die Leistung, die durch die Maschine 12 bereitgestellt
wird, umfassen, um den Leistungsfluss zwischen dem Motor/Generator 40 und
der Batterie 48 über
den Umrichter 52 zu regeln, der eine Umwandlung zwischen
Gleichstrom, der von der Batterie 48 geliefert oder benutzt
wird, und Wechselstrom, der von dem Stator geliefert oder benutzt
wird, vornimmt.
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Das
Getriebe 14 umfasst ferner Verteilerwellen 56, 58,
eine Vorgelegewelle 60 und mehrere kämmende Zahnräder, die
die Verteilerwellen 56, 58 selektiv mit der Vorgelegewelle 60 verbinden,
wie es nachstehend beschrieben wird. Das Hohlrad 24 ist ständig mit
der Verteilerwelle 56 verbunden.
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Das
Hohlrad 34 ist ständig
mit der Verteilerwelle 58 verbunden. Die Vorgelegewelle 60 ist
ständig
mit dem Abtriebselement 19 über einen Abtriebszahnradsatz
verbunden, der Zahnrad 62, das gemeinsam mit der Vorgelegewelle 60 rotiert,
und Zahnrad 64 umfasst, das mit Zahnrad 62 kämmt und gemeinsam
mit der Abtriebswelle 19 rotiert. Mehrere kämmende Zahnräder übertragen
selektiv Drehmoment von den Verteilerwellen 56, 58 auf
die Vorgelegewelle 60. Ein erster kämmender Zahnradsatz umfasst
kämmende
Zahnräder 66 und 68.
Zahnrad 66 rotiert konzentrisch um die Verteilerwelle 56 und
ist selektiv zur gemeinsamen Rotation damit durch selektive Einrückung der
Kupplung C1 verbindbar. Zahnrad 68 rotiert mit der Vorgelegewelle 60.
Ein zweiter kämmender
Zahnradsatz umfasst kämmende
Zahnräder 70 und 72.
Zahnrad 70 rotiert konzentrisch um die Verteilerwelle 58 und
ist selektiv zur gemeinsamen Rotation damit durch selektive Einrückung der
Kupplung C2 verbindbar. Zahnrad 72 rotiert mit der Vorgelegewelle 60.
Ein dritter kämmender
Zahnradsatz umfasst kämmende
Zahnräder 74 und 76.
Zahnrad 74 rotiert konzentrisch um die Verteilerwelle 56 und
ist selektiv zur gemeinsamen Rotation damit durch selektive Einrückung der
Kupplung C3 verbindbar. Zahnrad 76 rotiert mit der Vorgelegewelle 60.
Ein vierter kämmender
Zahnradsatz umfasst kämmende
Zahnräder 78 und 80.
Zahnrad 78 rotiert konzentrisch um die Verteilerwelle 58 und
ist selektiv zur gemeinsamen Rotation damit durch selektive Einrückung der
Kupplung C4 verbindbar. Zahnrad 80 rotiert mit der Vorgelegewelle 60.
Ein fünfter
kämmender
Zahnradsatz umfasst kämmende Zahnräder 82 und 84.
Zahnrad 82 rotiert konzentrisch um die Verteilerwelle 56 und
ist selektiv zur gemeinsamen Rotation damit durch selektive Einrückung der
Kupplung C5 verbindbar. Zahnrad 84 rotiert mit der Vorgelegewelle 60.
Ein Umkehrzahnradsatz umfasst kämmende
Zahnräder 86, 88 und 90.
Zahnrad 86 rotiert konzentrisch um die Verteilerwelle 58 und ist
selektiv zur gemeinsamen Rotation damit durch selektive Einrückung der
Kupplung CR verbindbar. Zahnrad 88 ro tiert mit der Vorgelegewelle 60.
Das Umkehrzahnrad 90 kämmt
mit beiden Zahnrädern 86 und 88,
so dass die Zahnräder 86 und 88 in
der gleichen Richtung rotieren. Das Umkehrzahnrad 90 ist an
einer separaten Welle oder Stützstruktur
(die nicht gezeigt ist) abgestützt
und rotiert um eine Achse parallel zu den Verteilerwellen 56, 58 und
der Vorgelegewelle 60. Die Kupplung C6 ist selektiv einrückbar, um
das Zahnrad 64 und das Abtriebselement 19 zur gemeinsamen
Rotation mit der Vorgelegewelle 58 direkt zu verbinden.
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Zusätzlich zu
den neun Kupplungen CA, CB, C1, C2, C3, C4, C5, C6 und CR umfasst
das Getriebe 14 Bremsen B1 und B2, die die Sonnenräder 32, 22 jeweils
an dem feststehenden Element 44 selektiv an Masse festlegen
oder teilweise an Masse festlegen (d.h. verzögern). Dementsprechend weist
das Getriebe 14 elf Drehmomentübertragungsmechanismen auf.
Die Drehmomentübertragungsmechanismen sind
funktional mit einem Controller 50 verbunden, der deren
Einrückung
steuert, um die Betriebsmodi bereitzustellen, die in dem Einrückplan von 2 dargelegt
sind. Die Kupplungen CA und CB sind bevorzugt durch Federn aufgebrachte
Scheibenkupplungen. Die Kupplungen C1, C2, C3, C4, C5 und C6 sind
bevorzugt Klauenkupplungen, die bistabil sind, das heißt einen
Federmechanismus umfassen, um jede Kupplung in entweder ihrer Position "ein" oder ihrer Position "aus" ohne weitere Einwirkung
von dem Bediener oder dem Steuersystem zu halten, wie es Fachleute
auf dem Gebiet der Konstruktion von Handschaltgetrieben verstehen
werden.
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Wie
es in 2 dargelegt ist, stellt der Antriebsstrang 10 mehrere
rein elektrische Betriebsmodi bereit, in denen Leistung nur durch
den Motor/Generator 40 geliefert wird, wie etwa beim Maschinenstart
mit eingeschalteter Zündung,
Rückwärtsfahrt mit
ausgeschalteter Maschine und Vorwärtsfahrt mit ausgeschalteter
Maschine. Es sind viele elektrisch ver stellbare Betriebsmodi vorgesehen,
die umfassen: EVT-Rückwärtsbereich,
der durch Maschine 12 angetrieben wird mit einem elektrischen
Verstärken/Bremsen
von der Batterie 48 und dem Motor/Generator 40,
EVT-Bereiche 1–6 mit einem
Laden der Batterie unter Verwendung des Motors/Generators, und EVT-Bereiche
1–6 mit
elektrischem Verstärken/Bremsen.
In jenen EVT-Bereichen, die als "Verstärken/Bremsen" bezeichnet sind,
wirkt der Motor/Generator 40 als Motor, um dem Getriebe 14 während des
Verstärkens
Drehmoment hinzuzufügen. Wenn
während
dieser Modi ein Bremsen auftritt, wird der Motor/Generator als Generator
gesteuert, um die Rotationsdrehzahl von einem der Sonnenräder (d.h. mechanische
Leistung des Sonnenrads 22 oder 32 abhängig davon,
welche der Kupplungen CA oder CB eingerückt ist) in in der Batterie 48 gespeicherte
elektrische Leistung umzuwandeln, wobei der Motorrotor 46 Drehmoment
absorbiert, wie er es vornimmt, um dabei zu helfen, das Abtriebselement 19 zu
verlangsamen und das Fahrzeug 11 zu bremsen. Ähnlich wird
in jenen EVT-Bereichen, die als "Laden" bezeichnet sind,
der Motor/Generator 40 gesteuert, um als Generator zum
Wiederaufladen der Batterie 48 zu arbeiten. Fachleute auf
dem Gebiet von leistungsverzweigten Getrieben werden jedoch erkennen,
dass das Laden auch in jenen Bereichen stattfinden kann, die als "Verstärken/Bremsen" bezeichnet sind,
insbesondere wenn das Drehzahlverhältnis durch das Getriebe hoch
genug ist, um die Richtung des Motors/Generators gegenüber der
normalen Richtung in diesen Modus umzukehren, was auftreten wird,
wenn das Fahrzeug aus der Ruhe angefahren wird, wobei die Maschine
das Fahrzeug antreibt. Ein festes Rückwärtsübersetzungsverhältnis sowie
elf separate feste Vorwärtsdrehzahlverhältnisse
werden gemäß dem Einrückschaubild
von 2 erreicht. Fachleute auf dem Gebiet von Getrieben
mit festem Verhältnis
werden erkennen, dass andere feste Vorwärtsverhältnisse durch die kombinierte
Wirkung von sowohl einer Kupplung, die funktional mit einer Verteilerwelle 56 verbunden
ist, als auch einer Kupplung, die mit der anderen Verteilerwelle 58 verbunden
ist, möglich sind,
wobei diese Verhältnisse
in der in 2 gezeigten Abfolge nicht vorhanden
sind. Darüber
hinaus sind noch mehr feste Vorwärts-
und Rückwärtsverhältnisse
durch die kombinierte Wirkung von sowohl einer Kupplung, die funktional
mit einer Verteilerwelle (56 oder 58) verbunden
ist, als auch einer Bremse (CA oder CB) möglich.
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Der
Betriebsmodus der als "Maschinenstart und
Leerlauf mit eingeschalteter Zündung" bezeichnet ist,
wird erreicht, indem beide Motorkupplungen CA und CB eingerückt werden.
Elektrische Energie wird von Batterie 48 dem Motor/Generator 40 zugeführt, der
als Motor wirkt, um beide Sonnenräder 22, 32 in
der gleichen Richtung zu drehen. Die Verteilerwellen rotieren relativ
frei, da keiner der anderen Drehmomentübertragungsmechanismen eingerückt ist,
so dass das Abtriebselement 19 nicht rotiert. Die Planetenräder 27, 28 rotieren
aufgrund der Sonnenräder 22, 32 und
bewirken, dass der Träger 26 und somit
das Antriebselement 16 rotiert. Dies wiederum bewirkt eine
Rotation des Maschinenabtriebselements (das mit dem Getriebeantriebselement 16 verbunden
ist), wobei die Maschine in Umdrehungen versetzt wird, um die Maschine 12 zu
starten.
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Die
drei Rückwärtsbetriebsmodi,
die in 2 angegeben sind, erfordern eine Einrückung der Rückwärtskupplung
CR. Zunächst
wird durch Einrücken
von sowohl CB als auch CR ein EVT-Rückwärtsbereich erreicht. Drehmoment
wird dem Träger 26 über die
Maschine 12 und dem Sonnenrad 22 über den
Motor/Generator 40 zugeführt. Der Träger überträgt Drehmoment auf das Hohlrad 34,
das mechanische Leistung entlang der Verteilerwelle 58 durch
den Umkehrzahnradsatz, Zahnrad 86, Umkehrzahnrad 90 und
Zahnrad 88 der Vorgelegewelle 60 und durch den
Abtriebszahnradsatz (Zahnräder 62 und 64)
dem Abtriebselement 19 zuführt. Das Antriebselement 16,
der Träger 26,
das Hohlrad 34 und das Zahnrad 86 rotieren alle
in der gleichen Richtung, wobei das Umkehrzahnrad die Richtung umkehrt, und
die Zahnräder 88 und 62 daher
in der gleichen Richtung wie das Antriebselement 16 rotieren.
Das Zahnrad 64 und das Abtriebselement 19 rotieren
somit in der entgegengesetzten Richtung wie die Maschine 12,
wobei ein Rückwärtsbetriebsmodus
bereitgestellt wird. Die Bremse B1 kann aufgebracht werden, um das
Sonnenrad 32 zu verzögern,
wodurch ein Reaktionsdrehmoment bereitgestellt wird, das zulässt, dass
Drehmoment von dem Antriebselement 16 auf das Abtriebselement 19 übertragen
werden und Drehmoment von dem Motor/Generator an dem Sonnenrad 22 ergänzen oder
ersetzen kann. Alternativ kann der Controller 50 die Bremse
B1 steuern, so dass sie schlupft, wodurch ein synchrones Schalten
der Kupplungen an den Verteilerwellen 56, 58 zugelassen
wird, wie es nachstehend besprochen wird.
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Ein
fester Rückwärtsübersetzungsmodus wird
erreicht, indem CA, CB und CR eingerückt werden. Bei dieser Anordnung
rotieren alle Elemente des Planetenradsatzes 20 sowie das
Antriebselement 16 und der Motor/Generator 40 mit
der gleichen Drehzahl. Drehmoment wird auf das Abtriebselement 19 über den
Rückwärtszahnradsatz
(Zahnrad 86, Umkehrzahnrad 90 und Zahnrad 88),
die Vorgelegewelle 60 und das Abtriebszahnrad (Zahnrad 62 und
Zahnrad 64) übertragen.
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Ein
rein elektrischer Rückwärtsmodus
wird erreicht, indem die Kupplung CB sowie die Kupplungen C1 und
CR eingerückt
werden. Der Motor/Generator 40 führt dem Sonnenrad 22 mechanische
Leistung zu. Die Planetenräder 27 bzw. 28 führen jeweils den
Hohlrädern 24 und 34 mechanische
Leistung zu. Das Hohlrad 24 und der erste kämmende Zahnradsatz
(Zahnrad 66 und Zahnrad 68) sind bemessen, um
die gleiche Drehzahl an die Vorgelegewelle 60 wie das Hohlrad 34 und
der Rückwärtszahnradsatz (Zahnrad 86,
Umkehrzahnrad 90 und Zahnrad 88) zu liefern. Das
Um kehrzahnrad 90 kehrt die Drehrichtung um, so dass das
Zahnrad 88 mit der gleichen Drehzahl und in der gleichen
Richtung wie das Zahnrad 68 rotiert. Dies bewirkt, dass
das Antriebselement 16 und die Maschine 12 still
stehen, während
der Motor/Generator 40 gesteuert werden kann, um das Abtriebselement 19 in
eine der beiden Richtungen anzutreiben. Somit benutzen die erste
und zweite Leistungsstrecke (wobei das Hohlrad 24 und die
Verteilerwelle 56 die erste Leistungsstrecke sind und das Hohlrad 34 und
die Verteilerwelle 58 die zweite Leistungsstrecke sind)
ein erstes Übersetzungsverhältnis durch
den ersten Zahnradsatz (Zahnrad 66 und Zahnrad 68),
und ein Rückwärtsübersetzungsverhältnis erzeugt
durch den Umkehrzahnradsatz (Zahnrad 86, Umkehrzahnrad 90 und
Zahnrad 88) eine Maschinendrehzahl von Null, ohne eine
Bremse an der Maschinenabtriebswelle zu erfordern, wodurch zugelassen
wird, dass der Motor/Generator 40 unabhängig die Drehzahl des Abtriebselements 19 steuern
und das Fahrzeug 11 in eine der beiden Richtungen antreiben
kann. Die erste Leistungsstrecke, die das Hohlrad 24 und
die Verteilerwelle 56 umfasst, wird verwendet, wenn irgendeine
der Kupplungen C1, C3 und C5 eingerückt ist. Die zweite Leistungsstrecke,
die das Hohlrad 34 und die Verteilerwelle 58 umfasst,
wird verwendet, wenn irgendeine der Kupplungen C2, C4, C6 und CR
eingerückt
ist.
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Es
werden mehrere elektrisch verstellbare Betriebsmodi erreicht, wenn
die Maschine 12 und der Motor/Generator 40 mit
den Verteilerwellen 56, 58 durch den Differenzialzahnradsatz 20 verbunden sind.
Die EVT-Modi benutzen einen leistungsverzweigten Fluss durch den
Differenzialzahnradsatz 20, wobei sowohl der Motor 12 Leistung
an den Differenzialzahnradsatz 20 liefert, als auch der
Motor/Generator 40 Leistung an den Differenzialzahnradsatz 20 liefert
oder Leistung von diesem aufnimmt. Ein Rückwärtszahnradsatz (86, 90, 88)
erreicht einen elektrisch verstellbaren Parallelhybrid-Rückwärtsbetriebsmodus,
der zulässt,
dass die Maschine 12 das Fahrzeug rückwärts antreibt, wobei ein einziger
Motor/Generator 40 verwendet wird, ohne zusätzliche Leistung
von der Batterie 48 zu erfordern. Das Vorhandensein eines
elektrisch verstellbaren Hybridrückwärtsbetriebsmodus,
der ein Rückwärtszahnrad enthält, erlaubt
die Auswahl davon, entweder Leistung an die Batterie zu senden oder
Leistung aus der Batterie zu entnehmen, während die Maschine dazu verwendet
wird, das Fahrzeug rückwärts anzutreiben,
so dass das Fahrzeug rückwärts betrieben
werden kann, wobei der einzige Motor/Generator verwendet wird, um
das Getriebedrehzahlverhältnis
zu steuern und Drehmoment mit voller oder leerer Batterie bereitzustellen.
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Das
Getriebe 14 kann zwischen elektrisch verstellbaren Betriebsmodi
mit einem synchronen Schalten der Drehmomentübertragungsmechanismen geschaltet
werden, die selektiv mit den Verteilerwellen 56 und 58 in
Eingriff gebracht werden können. Beispielsweise
kann ein Schalten von dem Betriebsmodus "EVT-Bereich 1 Laden" in "EVT-Bereich
2 Verstärken/-Bremsen" durch Ausrücken von
C1 bewerkstelligt werden, während
C2 eingerückt
wird, wobei jede der beiden Kupplungen über ihre Einrückelemente
hinweg eine Relativdrehzahl von Null aufweist. Das heißt während eines
der Zahnradelemente 24 des Differenzialzahnradsatzes 20 verwendet wird,
um dem Abtrieb 19 Leistung durch eine Verteilerwelle 56 über eine
eingerückte
Kupplung C1 zu liefern, kann das Drehzahlverhältnis des Getriebes derart
eingestellt werden, dass die Drehzahl der anderen Verteilerwelle 58 verändert wird,
um über
eine ausgerückte
Kupplung C2, die mit der Verteilerwelle 58 verbunden ist,
eine Relativdrehzahl von Null bereitzustellen, was üblicherweise
als "synchronisieren" der Kupplung C2
zum Schalten beschrieben werden würde. Es ist festzustellen,
dass B2 während
einer der beiden dieser EVT-Betriebsmodi teilweise eingerückt sein
kann (d.h. schlupfen gelassen wird, was auch als "dynamisch gebremst" bezeichnet werden
kann), um das Sonnenrad 22 zu verlangsamen, wo durch die Drehzahlen
des Antriebs 16, des Hohlrads 34 und der Verteilerwelle 58 beeinflusst
werden, aber die Drehzahl des Hohlrads 24 und der Verteilerwelle 56 nicht
beeinflusst wird. Die Sonnenräder 22 und 32 können verwendet
werden, um das Drehzahlverhältnis über den
Differenzialzahnradsatz 20 durch die Wirkung des Motors/Generators 40,
der Bremsen B1 und B2 oder von beidem zu steuern, um zuzulassen, dass
die Drehzahl der Maschine 12 zu Effizienz und Leistung
hin eingestellt werden kann. Wenn die Verteilerwelle 58 auf
eine geeignete Drehzahl verlangsamt wird, kann die Kupplung C2 eingerückt werden und
dann kann C1 ausgerückt
werden, ohne eine unerwünschte Änderung
der Drehzahl des Abtriebselements 19 zu bewirken, da das
Schalten vollständig synchron
erfolgt, das Schalten selbst nicht das Drehzahlverhältnis des
Getriebes ändert,
und stattdessen das Schalten das Getriebe für Verhältniswechsel durch einen bestimmten
Bereich vorbereitet, während
ein günstiger
Betrieb des Motors/Generators aufrecht erhalten wird.
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Somit
umfasst unter Bezugnahme auf das Getriebe von 1 ein
Verfahren zum Betreiben des Getriebes 14 das Schlupfenlassen
der Bremse B2, um eine Drehzahl des Sonnenrads 22 zu verändern, wodurch
die Drehzahl der Verteilerwelle 58 verändert wird. Während des
Schlupfenlassens der Bremse B2, wenn die Verteilerwelle 58 auf
eine geeignete Drehzahl verlangsamt worden ist, umfasst das Verfahren,
dass ein Drehmomentübertragungsmechanismus,
wie etwa Kupplung C2, eingerückt
wird, um ein Zahnrad (Zahnrad 70) zur gemeinsamen Rotation mit
der Verteilerwelle 58 zu verbinden, um dadurch Drehmoment über die
erste Leistungsstrecke (Hohlrad 34 und Verteilerwelle 58)
durch die kämmenden Zahnräder 70, 72 auf
die Vorgelegewelle 60 und schließlich auf das Abtriebselement 19 zu übertragen.
Unmittelbar im Anschluss an das Einrücken der Kupplung C2 und während des
Schlupfenlassens der Bremse B2 umfasst das Verfahren dann, dass
ein Drehmomentübertragungsmechanismus, wie
etwa C1, ausgerückt
wird, um ein Zahnrad (Zahnrad 74) zu trennen, so dass es
nicht mehr gemeinsam mit der Verteilerwelle 56 rotiert,
wodurch die Übertragung von
Drehmoment über
die zweite Leistungsstrecke (Hohlrad 24 und Verteilerwelle 56)
gestoppt wird. Es ist festzustellen, dass in dem Fall, dass ein
Bremsdrehmoment an dem Abtriebselement 19 bereitgestellt
wird, anstelle von B2 B1 schlupfen gelassen werden kann, und das
Verfahren gilt, ob ein Motordrehmoment ebenfalls dazu verwendet
wird, die Drehzahl von einem der Sonnenräder 22, 32 zu
verlangsamen, oder nicht.
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Mehrere
Betriebsmodi mit "festem Übersetzungsverhältnis" werden entweder
durch Einrücken beider
Motorkupplungen CA und CB und einer der Kupplungen, die an den Verteilerwellen 56, 58 in
Eingriff steht, oder durch Einrücken
von einer der Motorkupplungen CA und CB und zweien der Kupplungen, die
an den Verteilerwellen 56, 58 angeordnet sind,
erreicht. Diese Einrückungskombinationen,
die drei Kupplungen benutzen, verriegeln effektiv den Differenzialzahnradsatz 20 in
unabhängigen
bzw. Sätzen von
Drehzahlverhältnissen
zwischen all ihren Elementen, wodurch feste Drehzahlverhältnisse
zwischen dem Antriebselement 16 und dem Abtriebselement 19 bereitgestellt
werden.
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Zweite Ausführungsform
-
3 zeigt
einen Antriebsstrang 100 für ein Fahrzeug 111 (das
schematisch gezeigt ist). Der Antriebsstrang 100 umfasst
eine Maschine 12, die mit einer Ausführungsform eines elektrisch
verstellbaren Getriebes (EVT) verbunden ist, das allgemein durch das
Bezugszeichen 114 bezeichnet ist. Das Getriebe 114 ist
konstruiert, um zumindest einen Teil seiner Antriebsleistung von
der Maschine 112 aufzunehmen. Die Maschine 12 weist
eine Abtriebswelle auf, die mit einem Antriebselement 116 des
Getriebes 114 verbunden ist. Eine Achsantriebseinheit 117 ist
funktional mit einem Abtriebselement 119 des Getriebes 114 verbunden.
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Das
Getriebe 114 umfasst einen zusammengesetzten Differenzialzahnradsatz 120.
Der Differenzialzahnradsatz 120 weist vier Zahnradelemente
auf und kann durch ein Hebeldiagramm mit vier Knoten dargestellt
werden, wobei das Sonnenrad 122, der Träger 126 und die Hohlräder 124 und 134 den
vier Knoten entsprechen. Der Träger 126 lagert
drehbar einen ersten Satz Planetenräder 127, die mit dem Sonnenrad 122 und
dem Hohlrad 124 und mit einem zweiten Satz Planetenräder 128 kämmen. Der
Träger 126 lagert
auch drehbar einen zweiten Satz Planetenräder 128, die mit den
Planetenrädern 127 und dem
Hohlrad 134 und mit dem ersten Satz Planetenräder 127 kämmen.
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Das
Antriebselement 16 ist ständig mit dem Träger 126 verbunden.
Ein einziger Motor/Generator 140 ist ständig mit dem Sonnenrad 122 verbunden. Die
Hohlräder 124 und 134 sind
zwei separate Abtriebselemente des Differenzialzahnradsatzes 120, die
teilweise zwei separate Leistungsstrecken durch das Getriebe 114 bilden,
wie es nachstehend besprochen wird.
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Der
Motor/Generator 140 umfasst einen Statorabschnitt 142,
der an einem feststehenden Element 144, wie etwa dem Getriebegehäuse, an
Masse festgelegt ist. Ein Rotorabschnitt 146 des Motors/Generators 140 ist
ständig
mit dem Sonnenrad 122 verbunden.
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Der
Stator 142 kann elektrische Leistung von einer Energiespeichereinrichtung 148,
wie etwa einer Batterie, aufnehmen oder elektrische Leistung an diese
liefern. Ein elektronischer Controller 150 steht mit der
Batterie 148 und mit einem Stromumrichter 152 in
Signalverbindung, der auch mit dem Stator 146 in elektrischer
Verbindung steht. Der Controller 150 regelt den Leistungsfluss
zwischen dem Motor/Generator 140 und der Batterie 148 über den
Umrichter 152 auf die gleiche Weise, wie es oben in Bezug
auf den Controller 50 von 1 beschrieben wurde.
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Das
Hohlrad 124 ist ständig
mit einer Verteilerwelle 156 verbunden. Das Hohlrad 134 ist
ständig mit
einer Verteilerwelle 158 verbunden. Eine Vorgelegewelle 160 ist
ständig
mit dem Abtriebselement 119 über einen Abtriebszahnradsatz
verbunden, der ein Zahnrad 162, das gemeinsam mit der Vorgelegewelle 160 rotiert,
und ein Zahnrad 164 umfasst, das mit dem Zahnrad 162 kämmt und
gemeinsam mit dem Abtriebselement 119 rotiert. Mehrere
kämmende Zahnräder übertragen
selektiv Drehmoment von den Verteilerwellen 156, 158 auf
die Vorgelegewelle 160. Ein erster kämmender Zahnradsatz umfasst
kämmende
Zahnräder 166 und 168.
Zahnrad 166 rotiert konzentrisch um die Verteilerwelle 156 und
ist selektiv zur gemeinsamen Rotation damit durch selektive Einrückung der
Kupplung C1 verbindbar. Zahnrad 168 rotiert mit der Vorgelegewelle 160.
Ein zweiter kämmender
Zahnradsatz umfasst kämmende
Zahnräder 170 und 172.
Zahnrad 170 rotiert konzentrisch um die Verteilerwelle 158 und
ist selektiv zur gemeinsamen Rotation damit durch selektive Einrückung der
Kupplung C2 verbindbar. Zahnrad 172 rotiert mit der Vorgelegewelle 160.
Ein dritter kämmender Zahnradsatz
umfasst kämmende
Zahnräder 174 und 176.
Zahnrad 174 rotiert konzentrisch um die Verteilerwelle 156 und
ist selektiv zur gemeinsamen Rotation damit durch selektive Einrückung der
Kupplung C3 verbindbar. Zahnrad 176 rotiert mit der Vorgelegewelle 160.
Ein Rückwärtszahnradsatz
umfasst kämmende
Zahnräder 186, 188 und 190.
Zahnrad 186 rotiert konzentrisch um die Verteilerwelle 158 und
ist selektiv zur gemeinsamen Rotation damit durch selektive Einrückung der
Kupplung CR verbindbar. Zahnrad 188 rotiert mit der Vorgelegewelle 160.
Umkehrzahnrad 190 kämmt
mit beiden Zahnrädern 186 und 188,
so dass die Zahnräder 186 und 188 in
der gleichen Richtung rotieren. Das Umkehrzahnrad 190 ist
an einer separaten Welle oder Stützstruktur
(die nicht gezeigt ist) gelagert, die um eine Achse rotiert, die
parallel zu den Verteilerwellen 156, 158 und der Vorgelegewelle 160 liegt.
Die Kupplung C4 ist selektiv einrückbar, um das Zahnrad 164 und
das Abtriebselement 19 zur gemeinsamen Rotation mit der
Vorgelegewelle 158 direkt zu verbinden.
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Zusätzlich zu
den Kupplungen C1, C2, C3, C4 und CR umfasst das Getriebe 114 eine
Sperrkupplung CL, die die Hohlräder 124 und 134 zur
gemeinsamen Rotation selektiv verbindet, wodurch bewirkt wird, dass
der gesamte Planetenradsatz 120 mit einer gemeinsamen Drehzahl
rotiert. Die Maschine 112 und der Motor/Generator 140 rotieren
auch mit der gleichen Drehzahl in einem direkten Parallelhybrid-Betriebsmodus,
wobei angenommen wird, dass Leistung von sowohl der Maschine 112 als
auch dem Motor/Generator 140 zugeführt wird. Schließlich ist eine
Antriebskupplung IC selektiv einrückbar, um die Maschine 112 mit
dem Antriebselement 116 zu verbinden, so dass der Motor/Generator 140 funktional mit
dem Abtrieb 119 ohne die Maschine verbunden sein kann.
Dementsprechend weist das Getriebe 114 sieben Drehmomentübertragungsmechanismen
auf. Die Drehmomentübertragungsmechanismen
sind funktional mit einem Controller 150 verbunden, der deren
Einrückung
steuert, um eine Vielfalt von Betriebsmodi bereitzustellen.
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Der
Antriebsstrang 100 stellt mehrere rein elektrische Betriebsmodi
bereit, wobei Leistung nur durch den Motor/Generator 140 geliefert
wird, wie etwa Maschinenstart mit eingeschalteter Zündung, Rückwärtsfahrt
mit ausgeschalteter Maschine und Vorwärtsfahrt mit ausgeschalteter
Maschine. Es sind viele elektrisch verstellbare Betriebsmodi vorgesehen,
in denen die Maschine 112 Leistung an den Differenzialzahnradsatz 120 lie fert
und der Motor/Generator 140 Leistung an den Differenzialzahnradsatz liefert
oder Leistung von diesem aufnimmt, die EVT-Rückwärtsbereiche und EVT-Vorwärtsbereiche, wobei
der Motor/Generator als Generator wirkt, um die Batterie 148 aufzuladen,
oder als Motor wirkt, um dem Sonnenrad 122 elektrische
Leistung hinzuzufügen,
umfassen. Wenn während
dieser Modi ein Bremsen erfolgt, kann der Motor/Generator 140 gesteuert
werden, um die Drehzahl des Sonnenrads 122 in in der Batterie 148 gespeicherte
elektrische Leistung umzuwandeln, wobei der Motorrotor 146 Drehmoment
absorbiert, wenn er dies vornimmt, um dabei zu helfen, das Abtriebselement 119 zu
verlangsamen und das Fahrzeug 111 zu bremsen. Ähnlich wird
in manchen EVT-Bereichen der Motor/Generator 140 gesteuert,
um als Generator zu arbeiten, um die Batterie 148 wieder
aufzuladen. EVT-Vorwärtsbereiche
werden erreicht, indem die Kupplung IC und irgendeine der Kupplungen
C1, C2, C3 und C4 eingerückt
werden. Ein EVT-Rückwärtsbereich
wird erreicht, indem die Kupplung IC und die Kupplung CR eingerückt werden.
Feste Verhältnisse
werden erreicht, indem die Kupplung IC, die Kupplung CL und irgendeine
der Kupplungen C1, C2, C3, C4 und CR eingerückt werden. Alternativ kann
CL ausgerückt werden
und die elektrische Leistung zu dem Stator 142 kann abgeschaltet
werden, um ein festes Verhältnis
durch den Differenzialzahnradsatz 120 zu erreichen, wobei
IC und irgendwelche zwei der Kupplungen C1, C2, C3 und C4 eingerückt sind,
um andere spezifische feste Verhältnisse
zwischen dem Antriebselement 116 und dem Abtriebselement 119 zu erhalten.
-
Ein
elektrisch verstellbarer Rückwärtsbetriebsmodus
wird erreicht, indem die Kupplung IC und die Kupplung CR eingerückt werden.
Wenn der Motor/Generator 140 entweder als Motor oder als Generator
betrieben wird und die Maschine 112 ein ist, wird Drehmoment
von dem Hohlrad 134 entlang der Verteilerwelle 158 durch
den Rückwärtszahnradsatz
(Zahnrad 186, Zahnrad 190 und Zahnrad 188) an
die Vorgelegewelle 160 und dann durch Zahnräder 162 und 164 an
das Abtriebselement 119 geliefert. Da das Umkehrzahnrad 190,
die Verteilerwelle 158 und die Vorgelegewelle 160 in
der Vorwärtsrichtung
rotieren, rotiert so das Abtriebselement 119 in der Rückwärtsrichtung.
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Es
ist ein rein elektrischer Betriebsmodus vorgesehen, bei dem der
Motor/Generator 140 Leistung durch den Differenzialzahnradsatz 120 zu
der Verteilerwelle 156 und durch Zahnräder 166 und 168 über eingerückte Kupplung
C1 durch Zahnräder 162 und 164 zu
dem Abtriebselement 119 schickt. In diesem Modus ist der
Differenzialzahnradsatz 120 zur gemeinsamen Rotation durch
Kupplung CL befestigt. Indem die Antriebskupplung IC eingerückt wird,
kann die Maschine 112 gestartet werden, wenn beispielsweise
zusätzliches
Drehmoment zur Beschleunigung erforderlich ist.
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Eine
erste Leistungsstrecke, die das Hohlrad 124 und die Verteilerwelle 156 umfasst,
wird verwendet, wenn irgendwelche der Kupplungen C1 und C3 eingerückt sind.
Eine zweite Leistungsstrecke, die das Hohlrad 134 und die
Verteilerwelle 158 umfasst, wird jedes Mal dann verwendet,
wenn irgendwelche der Kupplungen C2, C4 und CR eingerückt sind.
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Dritte Ausführungsform
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4 zeigt
einen Antriebsstrang 200 für ein Fahrzeug 211 (das
schematisch gezeigt ist). Der Antriebsstrang 200 umfasst
eine Maschine 212, die mit einer Ausführungsform eines elektrisch
verstellbaren Getriebes (EVT) verbunden ist, das allgemein durch das
Bezugszeichen 214 bezeichnet ist. Das Getriebe 214 ist
konstruiert, um zumindest einen Teil seiner Antriebsleistung von
der Maschine 212 aufzunehmen. Die Maschine 212 weist
eine Abtriebswelle auf, die mit einem Antriebselement 216 des
Getriebes 214 verbunden ist. Eine Achsantriebseinheit 217 ist funktional
mit einem Abtriebselement 219 des Getriebes 214 verbunden.
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Das
Getriebe 214 umfasst einen zusammengesetzten Differenzialzahnradsatz 220.
Der Differenzialzahnradsatz 220 weist fünf Zahnradelemente auf und
kann durch ein Hebeldiagramm mit fünf Knoten dargestellt werden,
wobei das Sonnenrad 222, das Sonnenrad 232, der
Träger 226 und
die Hohlräder 224 und 234 den
fünf Knoten
entsprechen. Der Träger 226 lagert
einen Satz Planetenräder 227 drehbar, die
mit sowohl den Sonnenrad 222 als auch dem Hohlrad 224 kämmen. Der
Träger 226 lagert
auch einen zweiten Satz Planetenräder 228 drehbar, die
mit den Planetenrädern 227 und
dem Hohlrad 234 kämmen.
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Das
Antriebselement 216 ist ständig mit dem Träger 226 verbunden.
Ein einziger Motor/Generator 240 umfasst einen Statorabschnitt 242,
der an einem feststehenden Element 244, wie etwa dem Getriebegehäuse, an
Masse festgelegt ist. Der Motor/Generator 240 umfasst auch
einen Rotorabschnitt 246, der selektiv mit dem Sonnenrad 232 über Motorkupplung CA
verbunden ist. Der Rotorabschnitt 246 ist auch selektiv
mit dem Sonnenrad 234 über
Motorkupplung CB verbunden. Die Hohlräder 224 und 234 sind
zwei separate Abtriebszahnradelemente des Differenzialzahnradsatzes 220,
die teilweise zwei separate Leistungsstrecken durch das Getriebe 214 bilden,
wie es nachstehend besprochen wird.
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Der
Stator 242 kann elektrische Leistung von einer Energiespeichereinrichtung 248,
wie etwa einer Batterie, aufnehmen oder elektrische Leistung an diese
liefern. Ein elektronischer Controller 250 steht mit der
Batterie 248 und mit einem Stromumrichter 252 in
Signalverbindung, der auch mit dem Stator 242 in elektrischer
Verbindung steht. Der Controller 250 regelt den Leistungsfluss
zwischen dem Motor/Generator 240 und der Batterie 248 über den
Umrichter 252 auf die gleiche Weise, wie es oben in Bezug
auf den Controller 50 von 1 beschrieben wurde.
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Hohlrad 224 ist
ständig
mit einer Verteilerwelle 256 verbunden. Hohlrad 234 ist
ständig
mit einer Verteilerwelle 158 verbunden. Eine Vorgelegewelle 260 ist
ständig
mit dem Abtriebselement 219 über einen Abtriebszahnradsatz
verbunden, der Zahnrad 262, das gemeinsam mit der Vorgelegewelle 260 rotiert,
und Zahnrad 264 umfasst, das mit Zahnrad 262 kämmt und
gemeinsam mit dem Abtriebselement 219 rotiert. Mehrere
kämmende
Zahnräder übertragen
selektiv Drehmoment von den Verteilerwellen 256, 258 auf
die Vorgelegewelle 260. Ein erster kämmender Zahnradsatz umfasst
kämmende Zahnräder 266 und 268.
Zahnrad 266 rotiert konzentrisch um die Verteilerwelle 256 und
ist selektiv zur gemeinsamen Rotation damit durch selektive Einrückung der
Kupplung C1 verbindbar. Zahnrad 268 rotiert mit der Vorgelegewelle 260.
Ein zweiter kämmender
Zahnradsatz umfasst kämmende
Zahnräder 270 und 272.
Zahnrad 270 rotiert konzentrisch um die Verteilerwelle 258 und
ist selektiv zur gemeinsamen Rotation damit durch selektive Einrückung der
Kupplung C2 verbindbar. Zahnrad 272 rotiert mit der Vorgelegewelle 260.
Ein dritter kämmender
Zahnradsatz umfasst kämmende
Zahnräder 274 und 276.
Zahnrad 274 rotiert konzentrisch um die Verteilerwelle 256 und
ist selektiv zur gemeinsamen Rotation damit durch selektive Einrückung der
Kupplung C3 verbindbar. Zahnrad 276 rotiert mit der Vorgelegewelle 260. Ein
Rückwärtszahnradsatz
umfasst kämmende Zahnräder 286, 288 und 290.
Zahnrad 286 rotiert konzentrisch um die Verteilerwelle 258 und
ist selektiv zur gemeinsamen Rotation damit durch selektive Einrückung der
Kupplung CR verbindbar. Zahnrad 288 rotiert mit der Vorgelegewelle 260.
Umkehrzahnrad 290 kämmt
mit beiden Zahnrädern 286 und 288, so
dass die Zahnräder 286 und 288 in
der gleichen Richtung rotieren. Das Umkehr zahnrad 290 ist
auf einer separaten Welle oder separaten Struktur (die nicht gezeigt
ist) gelagert und rotiert um eine Achse, die parallel zu den Verteilerwellen 256, 258 und
der Vorgelegewelle 260 liegt. Die Kupplung C4 ist selektiv
einrückbar,
um das Zahnrad 264 und das Abtriebselement 219 zur
gemeinsamen Rotation mit der Vorgelegewelle 258 direkt
zu verbinden.
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Zusätzlich zu
den Kupplungen C1, C2, C3, C4, CA, CB und CR ist eine Antriebskupplung
IC selektiv einrückbar,
um die Maschine 212 mit dem Antriebselement 216 zu
verbinden. Schließlich
legt eine Motorbremse B2 den Rotor 246 selektiv an dem
feststehenden Element 244 fest. Dementsprechend weist das
Getriebe 214 neun Drehmomentübertragungsmechanismen IC,
CA, CB, B2, C1, C2, C3, C4 und CR auf. Die Drehmomentübertragungsmechanismen
sind funktional mit einem Controller 250 verbunden, der
deren Einrückung
steuert, um eine Vielfalt von Betriebsmodi bereitzustellen.
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Der
Antriebsstrang 200 bietet mehrere rein elektrische Betriebsmodi,
bei denen Leistung nur durch den Motor/Generator 240 geliefert
wird, wie etwa Maschinenstart mit eingeschalteter Zündung, Rückwärtsfahrt
mit ausgeschalteter Maschine, Vorwärtsfahrt mit ausgeschalteter
Maschine. Es werden viele elektrisch verstellbare Betriebsmodi bereitgestellt,
bei denen sowohl die Maschine 212 als auch der Motor/Generator 240 Leistung
liefern, die EVT-Rückwärtsbereiche
und EVT-Vorwärtsbereiche, bei
denen der Motor/Generator als Generator wirkt, um die Batterie 248 aufzuladen,
oder als Motor wirkt, um dem Sonnenrad 222 mechanische
Leistung hinzuzufügen,
oder um Drehmoment zum Bremsen bereitzustellen, umfassen. Wenn während dieser
Modi ein Bremsen erfolgt, kann der Motor/Generator 240 gesteuert
werden, um die Drehzahl von einem der Sonnenräder (d.h. mechanische Leistung
des Sonnenrads 222 oder 232 abhängig davon,
welche der Kupplungen CA oder CB eingerückt ist) in in der Batterie 248 gespeicherte
elektrische Leistung umzuwandeln, wobei der Motorrotor 246 Drehmoment
absorbiert, wie er es vornimmt, um dabei zu helfen, das Fahrzeug 211 zu
verlangsamen und das Abtriebselement 219 zu verlangsamen. Ähnlich wird
in bestimmten EVT-Bereichen der Motor/Generator 240 gesteuert,
um als Generator zu arbeiten, um die Batterie 248 wieder
aufzuladen. EVT-Vorwärtsbereiche
werden erreicht, indem die Kupplung IC, entweder CA oder CB und
irgendeine der Kupplungen C1, C2, C3 und C4 eingerückt wird.
Ein EVT-Rückwärtsbereich wird
erreicht, indem die Kupplung IC, entweder CA oder CB und die Kupplung
CR eingerückt
werden. Feste Verhältnisse
werden erreicht, indem die Kupplung IC, sowohl CA als auch CB und
irgendeine der Kupplungen C1, C2, C3, C4 und CR oder nur eine von
CA und CB und zwei der übrigen
Vorwärts-Übersetzungsverhältniskupplungen,
wie etwa C1 und C2, C2 und C3, C3 und C4 eingerückt werden, ähnlich wie
der Einrückplan,
der in Bezug auf das Getriebe 200 in 2 angegeben
ist. Alternativ kann B2 zusammen mit entweder CA oder CB eingerückt werden,
um den Rotor 246 und eines der Sonnenräder 222 bzw. 232 zu
bremsen, wodurch ein festes Verhältnis
durch den Differenzialzahnradsatz 220 und ein festes Verhältnis durch
das Getriebe 200 bereitgestellt werden, wenn sie mit einer
der Vorwärts- oder Rückwärtsübersetzungsverhältniskupplungen (C1,
C2, C3, C4 oder CR) kombiniert wird.
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Ein
elektrisch verstellbarer Rückwärtsbetriebsmodus
wird erreicht, indem die Kupplung IC, Kupplung CB und die Kupplung
CR eingerückt
werden. Wenn der Motor/Generator 240 entweder als Motor
oder als Generator betrieben wird und die Maschine 212 ein
ist, wird Drehmoment von dem Hohlrad 224 entlang der Verteilerwelle 258 durch
den Rückwärtszahnradsatz
(Zahnrad 286, Zahnrad 290 und Zahnrad 288)
an die Vorgelegewelle 260 und dann durch Zahnräder 262 und 264 an
das Abtriebselement 219 geliefert. Da das Umkehrzahnrad 290, die
Verteilerwelle 258 und die Vorgelegewelle 260 in der
Vorwärtsrichtung
rotieren, rotiert so das Abtriebselement 219 in der Rückwärtsrichtung.
-
Ein
rein elektrischer Betriebsmodus wird bereitgestellt, indem die Kupplungen
CA und CB und die Kupplung C1 eingerückt werden, so dass der Motor/Generator 240 Leistung
durch den Differenzialzahnradsatz 220 an die Verteilerwelle 256 und
durch Zahnräder 266 und 268 über die
eingerückte
Kupplung C1 durch die Zahnräder 262 und 264 an
das Abtriebselement 219 liefert. In diesem Modus ist der
Differenzialzahnradsatz 220 zur gemeinsamen Rotation gesperrt.
Indem die Antriebskupplung IC eingerückt wird, kann die Maschine
gestartet werden, wenn beispielsweise zusätzliches Drehmoment zur Beschleunigung
erforderlich ist.
-
Eine
erste Drehmomentstrecke, die das Hohlrad 224 und die Verteilerwelle 256 umfasst,
wird verwendet, wenn irgendeine der Kupplungen C1 und C3 eingerückt sind.
Eine zweite Leistungsstrecke, die das Hohlrad 234 und die
Verteilerwelle 258 umfasst, wird jedes Mal dann verwendet,
wenn irgendeine der Kupplungen C2, C4 und CR eingerückt ist.
-
Obgleich
die besten Ausführungsarten
der Erfindung ausführlich
beschrieben worden sind, werden Fachleute auf dem Gebiet, das diese
Erfindung betrifft, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen
zur praktischen Ausführung
der Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche erkennen.