DE102007043173A1 - Elektrisch verstellbares Hybridgetriebe mit einem über Zahnräder hergestellten Rückwärtsmodus, das einen einzigen Motor/Generator verwendet - Google Patents
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Abstract
Ein elektrisch verstellbares Getriebe, das einen einzigen Motor/Generator aufweist, stellt einen elektrisch verstellbaren Leistungsfluss entlang doppelter Leistungsstrecken bereit und bietet einen elektrisch verstellbaren Rückwärtsbetriebsmodus. Das Getriebe umfasst einen zusammengesetzten Differenzialzahnradsatz, der zumindest vier Zahnradelemente aufweist, die funktional miteinander verbunden sind. Ein Getriebeantriebselement und der einzige Motor/Generator liefern über den Differenzialzahnradsatz selektiv Leistung an ein Getriebeabtriebselement. Das Getriebe umfasst mehrere kämmende Zahnräder, die ein Umkehrzahnrad und Zahnräder umfassen, die zur Rotation mit dem Abtriebselement verbunden sind, um den Differenzialzahnradsatz funktional mit dem Abtriebselement zu verbinden. 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 verwendet. Es ist ein Verfahren zum Betreiben eines Getriebes vorgesehen, das ein Schalten zwischen unterschiedlichen Zahnradanordnungsabschnitten des Getriebes erlaubt.
Description
- TECHNISCHES GEBIET
- Die Erfindung betrifft ein elektrisch verstellbares Hybridgetriebe, das einen einzigen Motor/Generator und ein Umkehrzahnrad aufweist und in einem elektrisch verstellbaren Hybridmodus betreibbar ist.
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- 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.
- ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist eine schematische Darstellung eines ersten Antriebsstrangs, der ein erstes Getriebe innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung umfasst; -
2 ist eine Tabelle, die den Einrückplan der Drehmomentübertragungsmechanismen des Getriebes von1 angibt, um verschiedene Betriebsmodi des Getriebes zu erreichen; -
3 ist eine schematische Darstellung eines zweiten Antriebsstrangs, der ein zweites Getriebe innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung umfasst; und -
4 ist eine schematische Darstellung eines dritten Antriebsstrangs, der ein drittes Getriebe innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung umfasst. - BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
- Erste Ausführungsform
- In den Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Bauteile beziehen, zeigt
1 einen Antriebsstrang10 für ein Fahrzeug11 (das schematisch gezeigt ist). Der Antriebsstrang10 umfasst eine Maschine12 , die mit einer Ausführungsform eines elektrisch verstellbaren Getriebes (EVT) verbunden ist, das allgemein mit dem Bezugszeichen14 bezeichnet ist. Das Getriebe14 ist konstruiert, um zumindest einen Teil seiner Antriebsleistung von der Maschine12 aufzunehmen. Die Maschine12 weist eine Abtriebswelle auf, die mit einem Antriebselement16 des Getriebes14 verbunden ist. Eine Achsantriebseinheit17 ist funktional mit einem Abtriebselement19 des Getriebes14 verbunden. - Das Getriebe
14 umfasst einen zusammengesetzten Differenzialzahnradsatz20 . Der Differenzialzahnradsatz20 ist ein Ravigneaux-Zahnradsatz, obwohl andere Typen von Differenzialzahnradsätzen innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung verwendet werden können. Im Besonderen umfasst der Differenzialzahnradsatz20 ein Sonnenrad22 , ein Hohlrad24 und einen Träger26 , der einen ersten Satz Planetenräder27 drehbar lagert, die mit dem Sonnenrad22 und dem Hohlrad24 und mit einem zweiten Satz Planetenräder28 kämmen. Der Träger26 lagert auch drehbar den zweiten Satz Planetenräder28 , der mit einem Sonnenrad32 und einem Hohlrad34 und mit dem ersten Satz Planetenräder27 kämmt. Fachleute werden erkennen, dass der Differenzialzahnradsatz20 durch ein Hebeldiagramm mit fünf Knoten dargestellt werden kann, wobei jeder Knoten des Hebeldiagramms die folgenden Zahnradelemente darstellt: Sonnenrad22 , Sonnenrad32 , Träger26 , Hohlrad24 und Hohlrad34 . - Das Antriebselement
16 ist ständig mit dem Träger26 verbunden. Ein einziger Motor/Generator40 ist selektiv mit dem Sonnenrad22 und mit dem Sonnenrad32 verbindbar. Die Hohlräder24 und34 fungieren als zwei separate Abtriebselemente des Differenzialzahnradsatzes, wodurch teilweise zwei separate Leistungsstrecken durch das Getriebe14 gebildet sind, wie es nachstehend besprochen wird. - Der Motor/Generator
40 umfasst einen Statorabschnitt42 , der an einem feststehenden Element44 , wie etwa dem Getriebegehäuse, auf Masse festgelegt ist. Ein Rotorabschnitt46 des Motors/Generators40 ist selektiv mit den jeweiligen Sonnenrädern22 ,32 über Motorkupplungen CA bzw. CB verbindbar. Der Stator42 kann elektrische Leistung von einer Energiespeichereinrichtung48 , wie etwa einer Batterie, aufnehmen, oder an diese elektrische Leistung liefern. Ein elektronischer Controller50 steht mit der Batterie48 und mit einem Stromumrichter52 in Signalverbindung, der auch mit dem Stator46 in elektrischer Verbindung steht. Der Controller50 spricht auf eine Vielfalt von Eingangssignalen an, die die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Bedieneranforderung, das Niveau, zu dem die Batterie48 aufgeladen ist, und die Leistung, die durch die Maschine12 bereitgestellt wird, umfassen, um den Leistungsfluss zwischen dem Motor/Generator40 und der Batterie48 über den Umrichter52 zu regeln, der eine Umwandlung zwischen Gleichstrom, der von der Batterie48 geliefert oder benutzt wird, und Wechselstrom, der von dem Stator geliefert oder benutzt wird, vornimmt. - Das Getriebe
14 umfasst ferner Verteilerwellen56 ,58 , eine Vorgelegewelle60 und mehrere kämmende Zahnräder, die die Verteilerwellen56 ,58 selektiv mit der Vorgelegewelle60 verbinden, wie es nachstehend beschrieben wird. Das Hohlrad24 ist ständig mit der Verteilerwelle56 verbunden. - Das Hohlrad
34 ist ständig mit der Verteilerwelle58 verbunden. Die Vorgelegewelle60 ist ständig mit dem Abtriebselement19 über einen Abtriebszahnradsatz verbunden, der Zahnrad62 , das gemeinsam mit der Vorgelegewelle60 rotiert, und Zahnrad64 umfasst, das mit Zahnrad62 kämmt und gemeinsam mit der Abtriebswelle19 rotiert. Mehrere kämmende Zahnräder übertragen selektiv Drehmoment von den Verteilerwellen56 ,58 auf die Vorgelegewelle60 . Ein erster kämmender Zahnradsatz umfasst kämmende Zahnräder66 und68 . Zahnrad66 rotiert konzentrisch um die Verteilerwelle56 und ist selektiv zur gemeinsamen Rotation damit durch selektive Einrückung der Kupplung C1 verbindbar. Zahnrad68 rotiert mit der Vorgelegewelle60 . Ein zweiter kämmender Zahnradsatz umfasst kämmende Zahnräder70 und72 . Zahnrad70 rotiert konzentrisch um die Verteilerwelle58 und ist selektiv zur gemeinsamen Rotation damit durch selektive Einrückung der Kupplung C2 verbindbar. Zahnrad72 rotiert mit der Vorgelegewelle60 . Ein dritter kämmender Zahnradsatz umfasst kämmende Zahnräder74 und76 . Zahnrad74 rotiert konzentrisch um die Verteilerwelle56 und ist selektiv zur gemeinsamen Rotation damit durch selektive Einrückung der Kupplung C3 verbindbar. Zahnrad76 rotiert mit der Vorgelegewelle60 . Ein vierter kämmender Zahnradsatz umfasst kämmende Zahnräder78 und80 . Zahnrad78 rotiert konzentrisch um die Verteilerwelle58 und ist selektiv zur gemeinsamen Rotation damit durch selektive Einrückung der Kupplung C4 verbindbar. Zahnrad80 rotiert mit der Vorgelegewelle60 . Ein fünfter kämmender Zahnradsatz umfasst kämmende Zahnräder82 und84 . Zahnrad82 rotiert konzentrisch um die Verteilerwelle56 und ist selektiv zur gemeinsamen Rotation damit durch selektive Einrückung der Kupplung C5 verbindbar. Zahnrad84 rotiert mit der Vorgelegewelle60 . Ein Umkehrzahnradsatz umfasst kämmende Zahnräder86 ,88 und90 . Zahnrad86 rotiert konzentrisch um die Verteilerwelle58 und ist selektiv zur gemeinsamen Rotation damit durch selektive Einrückung der Kupplung CR verbindbar. Zahnrad88 ro tiert mit der Vorgelegewelle60 . Das Umkehrzahnrad90 kämmt mit beiden Zahnrädern86 und88 , so dass die Zahnräder86 und88 in der gleichen Richtung rotieren. Das Umkehrzahnrad90 ist an einer separaten Welle oder Stützstruktur (die nicht gezeigt ist) abgestützt und rotiert um eine Achse parallel zu den Verteilerwellen56 ,58 und der Vorgelegewelle60 . Die Kupplung C6 ist selektiv einrückbar, um das Zahnrad64 und das Abtriebselement19 zur gemeinsamen Rotation mit der Vorgelegewelle58 direkt zu verbinden. - 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 Sonnenräder32 ,22 jeweils an dem feststehenden Element44 selektiv an Masse festlegen oder teilweise an Masse festlegen (d.h. verzögern). Dementsprechend weist das Getriebe14 elf Drehmomentübertragungsmechanismen auf. Die Drehmomentübertragungsmechanismen sind funktional mit einem Controller50 verbunden, der deren Einrückung steuert, um die Betriebsmodi bereitzustellen, die in dem Einrückplan von2 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. - Wie es in
2 dargelegt ist, stellt der Antriebsstrang10 mehrere rein elektrische Betriebsmodi bereit, in denen Leistung nur durch den Motor/Generator40 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 Maschine12 angetrieben wird mit einem elektrischen Verstärken/Bremsen von der Batterie48 und dem Motor/Generator40 , 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/Generator40 als Motor, um dem Getriebe14 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 Sonnenrads22 oder32 abhängig davon, welche der Kupplungen CA oder CB eingerückt ist) in in der Batterie48 gespeicherte elektrische Leistung umzuwandeln, wobei der Motorrotor46 Drehmoment absorbiert, wie er es vornimmt, um dabei zu helfen, das Abtriebselement19 zu verlangsamen und das Fahrzeug11 zu bremsen. Ähnlich wird in jenen EVT-Bereichen, die als "Laden" bezeichnet sind, der Motor/Generator40 gesteuert, um als Generator zum Wiederaufladen der Batterie48 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 von2 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 Verteilerwelle56 verbunden ist, als auch einer Kupplung, die mit der anderen Verteilerwelle58 verbunden ist, möglich sind, wobei diese Verhältnisse in der in2 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 oder58 ) verbunden ist, als auch einer Bremse (CA oder CB) möglich. - 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/Generator40 zugeführt, der als Motor wirkt, um beide Sonnenräder22 ,32 in der gleichen Richtung zu drehen. Die Verteilerwellen rotieren relativ frei, da keiner der anderen Drehmomentübertragungsmechanismen eingerückt ist, so dass das Abtriebselement19 nicht rotiert. Die Planetenräder27 ,28 rotieren aufgrund der Sonnenräder22 ,32 und bewirken, dass der Träger26 und somit das Antriebselement16 rotiert. Dies wiederum bewirkt eine Rotation des Maschinenabtriebselements (das mit dem Getriebeantriebselement16 verbunden ist), wobei die Maschine in Umdrehungen versetzt wird, um die Maschine12 zu starten. - 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 Träger26 über die Maschine12 und dem Sonnenrad22 über den Motor/Generator40 zugeführt. Der Träger überträgt Drehmoment auf das Hohlrad34 , das mechanische Leistung entlang der Verteilerwelle58 durch den Umkehrzahnradsatz, Zahnrad86 , Umkehrzahnrad90 und Zahnrad88 der Vorgelegewelle60 und durch den Abtriebszahnradsatz (Zahnräder62 und64 ) dem Abtriebselement19 zuführt. Das Antriebselement16 , der Träger26 , das Hohlrad34 und das Zahnrad86 rotieren alle in der gleichen Richtung, wobei das Umkehrzahnrad die Richtung umkehrt, und die Zahnräder88 und62 daher in der gleichen Richtung wie das Antriebselement16 rotieren. Das Zahnrad64 und das Abtriebselement19 rotieren somit in der entgegengesetzten Richtung wie die Maschine12 , wobei ein Rückwärtsbetriebsmodus bereitgestellt wird. Die Bremse B1 kann aufgebracht werden, um das Sonnenrad32 zu verzögern, wodurch ein Reaktionsdrehmoment bereitgestellt wird, das zulässt, dass Drehmoment von dem Antriebselement16 auf das Abtriebselement19 übertragen werden und Drehmoment von dem Motor/Generator an dem Sonnenrad22 ergänzen oder ersetzen kann. Alternativ kann der Controller50 die Bremse B1 steuern, so dass sie schlupft, wodurch ein synchrones Schalten der Kupplungen an den Verteilerwellen56 ,58 zugelassen wird, wie es nachstehend besprochen wird. - Ein fester Rückwärtsübersetzungsmodus wird erreicht, indem CA, CB und CR eingerückt werden. Bei dieser Anordnung rotieren alle Elemente des Planetenradsatzes
20 sowie das Antriebselement16 und der Motor/Generator40 mit der gleichen Drehzahl. Drehmoment wird auf das Abtriebselement19 über den Rückwärtszahnradsatz (Zahnrad86 , Umkehrzahnrad90 und Zahnrad88 ), die Vorgelegewelle60 und das Abtriebszahnrad (Zahnrad62 und Zahnrad64 ) übertragen. - Ein rein elektrischer Rückwärtsmodus wird erreicht, indem die Kupplung CB sowie die Kupplungen C1 und CR eingerückt werden. Der Motor/Generator
40 führt dem Sonnenrad22 mechanische Leistung zu. Die Planetenräder27 bzw.28 führen jeweils den Hohlrädern24 und34 mechanische Leistung zu. Das Hohlrad24 und der erste kämmende Zahnradsatz (Zahnrad66 und Zahnrad68 ) sind bemessen, um die gleiche Drehzahl an die Vorgelegewelle60 wie das Hohlrad34 und der Rückwärtszahnradsatz (Zahnrad86 , Umkehrzahnrad90 und Zahnrad88 ) zu liefern. Das Um kehrzahnrad90 kehrt die Drehrichtung um, so dass das Zahnrad88 mit der gleichen Drehzahl und in der gleichen Richtung wie das Zahnrad68 rotiert. Dies bewirkt, dass das Antriebselement16 und die Maschine12 still stehen, während der Motor/Generator40 gesteuert werden kann, um das Abtriebselement19 in eine der beiden Richtungen anzutreiben. Somit benutzen die erste und zweite Leistungsstrecke (wobei das Hohlrad24 und die Verteilerwelle56 die erste Leistungsstrecke sind und das Hohlrad34 und die Verteilerwelle58 die zweite Leistungsstrecke sind) ein erstes Übersetzungsverhältnis durch den ersten Zahnradsatz (Zahnrad66 und Zahnrad68 ), und ein Rückwärtsübersetzungsverhältnis erzeugt durch den Umkehrzahnradsatz (Zahnrad86 , Umkehrzahnrad90 und Zahnrad88 ) eine Maschinendrehzahl von Null, ohne eine Bremse an der Maschinenabtriebswelle zu erfordern, wodurch zugelassen wird, dass der Motor/Generator40 unabhängig die Drehzahl des Abtriebselements19 steuern und das Fahrzeug11 in eine der beiden Richtungen antreiben kann. Die erste Leistungsstrecke, die das Hohlrad24 und die Verteilerwelle56 umfasst, wird verwendet, wenn irgendeine der Kupplungen C1, C3 und C5 eingerückt ist. Die zweite Leistungsstrecke, die das Hohlrad34 und die Verteilerwelle58 umfasst, wird verwendet, wenn irgendeine der Kupplungen C2, C4, C6 und CR eingerückt ist. - Es werden mehrere elektrisch verstellbare Betriebsmodi erreicht, wenn die Maschine
12 und der Motor/Generator40 mit den Verteilerwellen56 ,58 durch den Differenzialzahnradsatz20 verbunden sind. Die EVT-Modi benutzen einen leistungsverzweigten Fluss durch den Differenzialzahnradsatz20 , wobei sowohl der Motor12 Leistung an den Differenzialzahnradsatz20 liefert, als auch der Motor/Generator40 Leistung an den Differenzialzahnradsatz20 liefert oder Leistung von diesem aufnimmt. Ein Rückwärtszahnradsatz (86 ,90 ,88 ) erreicht einen elektrisch verstellbaren Parallelhybrid-Rückwärtsbetriebsmodus, der zulässt, dass die Maschine12 das Fahrzeug rückwärts antreibt, wobei ein einziger Motor/Generator40 verwendet wird, ohne zusätzliche Leistung von der Batterie48 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. - Das Getriebe
14 kann zwischen elektrisch verstellbaren Betriebsmodi mit einem synchronen Schalten der Drehmomentübertragungsmechanismen geschaltet werden, die selektiv mit den Verteilerwellen56 und58 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 Zahnradelemente24 des Differenzialzahnradsatzes20 verwendet wird, um dem Abtrieb19 Leistung durch eine Verteilerwelle56 über eine eingerückte Kupplung C1 zu liefern, kann das Drehzahlverhältnis des Getriebes derart eingestellt werden, dass die Drehzahl der anderen Verteilerwelle58 verändert wird, um über eine ausgerückte Kupplung C2, die mit der Verteilerwelle58 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 Sonnenrad22 zu verlangsamen, wo durch die Drehzahlen des Antriebs16 , des Hohlrads34 und der Verteilerwelle58 beeinflusst werden, aber die Drehzahl des Hohlrads24 und der Verteilerwelle56 nicht beeinflusst wird. Die Sonnenräder22 und32 können verwendet werden, um das Drehzahlverhältnis über den Differenzialzahnradsatz20 durch die Wirkung des Motors/Generators40 , der Bremsen B1 und B2 oder von beidem zu steuern, um zuzulassen, dass die Drehzahl der Maschine12 zu Effizienz und Leistung hin eingestellt werden kann. Wenn die Verteilerwelle58 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 Abtriebselements19 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. - Somit umfasst unter Bezugnahme auf das Getriebe von
1 ein Verfahren zum Betreiben des Getriebes14 das Schlupfenlassen der Bremse B2, um eine Drehzahl des Sonnenrads22 zu verändern, wodurch die Drehzahl der Verteilerwelle58 verändert wird. Während des Schlupfenlassens der Bremse B2, wenn die Verteilerwelle58 auf eine geeignete Drehzahl verlangsamt worden ist, umfasst das Verfahren, dass ein Drehmomentübertragungsmechanismus, wie etwa Kupplung C2, eingerückt wird, um ein Zahnrad (Zahnrad70 ) zur gemeinsamen Rotation mit der Verteilerwelle58 zu verbinden, um dadurch Drehmoment über die erste Leistungsstrecke (Hohlrad34 und Verteilerwelle58 ) durch die kämmenden Zahnräder70 ,72 auf die Vorgelegewelle60 und schließlich auf das Abtriebselement19 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 (Zahnrad74 ) zu trennen, so dass es nicht mehr gemeinsam mit der Verteilerwelle56 rotiert, wodurch die Übertragung von Drehmoment über die zweite Leistungsstrecke (Hohlrad24 und Verteilerwelle56 ) gestoppt wird. Es ist festzustellen, dass in dem Fall, dass ein Bremsdrehmoment an dem Abtriebselement19 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 Sonnenräder22 ,32 zu verlangsamen, oder nicht. - 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 Verteilerwellen56 ,58 angeordnet sind, erreicht. Diese Einrückungskombinationen, die drei Kupplungen benutzen, verriegeln effektiv den Differenzialzahnradsatz20 in unabhängigen bzw. Sätzen von Drehzahlverhältnissen zwischen all ihren Elementen, wodurch feste Drehzahlverhältnisse zwischen dem Antriebselement16 und dem Abtriebselement19 bereitgestellt werden. - Zweite Ausführungsform
-
3 zeigt einen Antriebsstrang100 für ein Fahrzeug111 (das schematisch gezeigt ist). Der Antriebsstrang100 umfasst eine Maschine12 , die mit einer Ausführungsform eines elektrisch verstellbaren Getriebes (EVT) verbunden ist, das allgemein durch das Bezugszeichen114 bezeichnet ist. Das Getriebe114 ist konstruiert, um zumindest einen Teil seiner Antriebsleistung von der Maschine112 aufzunehmen. Die Maschine12 weist eine Abtriebswelle auf, die mit einem Antriebselement116 des Getriebes114 verbunden ist. Eine Achsantriebseinheit117 ist funktional mit einem Abtriebselement119 des Getriebes114 verbunden. - Das Getriebe
114 umfasst einen zusammengesetzten Differenzialzahnradsatz120 . Der Differenzialzahnradsatz120 weist vier Zahnradelemente auf und kann durch ein Hebeldiagramm mit vier Knoten dargestellt werden, wobei das Sonnenrad122 , der Träger126 und die Hohlräder124 und134 den vier Knoten entsprechen. Der Träger126 lagert drehbar einen ersten Satz Planetenräder127 , die mit dem Sonnenrad122 und dem Hohlrad124 und mit einem zweiten Satz Planetenräder128 kämmen. Der Träger126 lagert auch drehbar einen zweiten Satz Planetenräder128 , die mit den Planetenrädern127 und dem Hohlrad134 und mit dem ersten Satz Planetenräder127 kämmen. - Das Antriebselement
16 ist ständig mit dem Träger126 verbunden. Ein einziger Motor/Generator140 ist ständig mit dem Sonnenrad122 verbunden. Die Hohlräder124 und134 sind zwei separate Abtriebselemente des Differenzialzahnradsatzes120 , die teilweise zwei separate Leistungsstrecken durch das Getriebe114 bilden, wie es nachstehend besprochen wird. - Der Motor/Generator
140 umfasst einen Statorabschnitt142 , der an einem feststehenden Element144 , wie etwa dem Getriebegehäuse, an Masse festgelegt ist. Ein Rotorabschnitt146 des Motors/Generators140 ist ständig mit dem Sonnenrad122 verbunden. - Der Stator
142 kann elektrische Leistung von einer Energiespeichereinrichtung148 , wie etwa einer Batterie, aufnehmen oder elektrische Leistung an diese liefern. Ein elektronischer Controller150 steht mit der Batterie148 und mit einem Stromumrichter152 in Signalverbindung, der auch mit dem Stator146 in elektrischer Verbindung steht. Der Controller150 regelt den Leistungsfluss zwischen dem Motor/Generator140 und der Batterie148 über den Umrichter152 auf die gleiche Weise, wie es oben in Bezug auf den Controller50 von1 beschrieben wurde. - Das Hohlrad
124 ist ständig mit einer Verteilerwelle156 verbunden. Das Hohlrad134 ist ständig mit einer Verteilerwelle158 verbunden. Eine Vorgelegewelle160 ist ständig mit dem Abtriebselement119 über einen Abtriebszahnradsatz verbunden, der ein Zahnrad162 , das gemeinsam mit der Vorgelegewelle160 rotiert, und ein Zahnrad164 umfasst, das mit dem Zahnrad162 kämmt und gemeinsam mit dem Abtriebselement119 rotiert. Mehrere kämmende Zahnräder übertragen selektiv Drehmoment von den Verteilerwellen156 ,158 auf die Vorgelegewelle160 . Ein erster kämmender Zahnradsatz umfasst kämmende Zahnräder166 und168 . Zahnrad166 rotiert konzentrisch um die Verteilerwelle156 und ist selektiv zur gemeinsamen Rotation damit durch selektive Einrückung der Kupplung C1 verbindbar. Zahnrad168 rotiert mit der Vorgelegewelle160 . Ein zweiter kämmender Zahnradsatz umfasst kämmende Zahnräder170 und172 . Zahnrad170 rotiert konzentrisch um die Verteilerwelle158 und ist selektiv zur gemeinsamen Rotation damit durch selektive Einrückung der Kupplung C2 verbindbar. Zahnrad172 rotiert mit der Vorgelegewelle160 . Ein dritter kämmender Zahnradsatz umfasst kämmende Zahnräder174 und176 . Zahnrad174 rotiert konzentrisch um die Verteilerwelle156 und ist selektiv zur gemeinsamen Rotation damit durch selektive Einrückung der Kupplung C3 verbindbar. Zahnrad176 rotiert mit der Vorgelegewelle160 . Ein Rückwärtszahnradsatz umfasst kämmende Zahnräder186 ,188 und190 . Zahnrad186 rotiert konzentrisch um die Verteilerwelle158 und ist selektiv zur gemeinsamen Rotation damit durch selektive Einrückung der Kupplung CR verbindbar. Zahnrad188 rotiert mit der Vorgelegewelle160 . Umkehrzahnrad190 kämmt mit beiden Zahnrädern186 und188 , so dass die Zahnräder186 und188 in der gleichen Richtung rotieren. Das Umkehrzahnrad190 ist an einer separaten Welle oder Stützstruktur (die nicht gezeigt ist) gelagert, die um eine Achse rotiert, die parallel zu den Verteilerwellen156 ,158 und der Vorgelegewelle160 liegt. Die Kupplung C4 ist selektiv einrückbar, um das Zahnrad164 und das Abtriebselement19 zur gemeinsamen Rotation mit der Vorgelegewelle158 direkt zu verbinden. - Zusätzlich zu den Kupplungen C1, C2, C3, C4 und CR umfasst das Getriebe
114 eine Sperrkupplung CL, die die Hohlräder124 und134 zur gemeinsamen Rotation selektiv verbindet, wodurch bewirkt wird, dass der gesamte Planetenradsatz120 mit einer gemeinsamen Drehzahl rotiert. Die Maschine112 und der Motor/Generator140 rotieren auch mit der gleichen Drehzahl in einem direkten Parallelhybrid-Betriebsmodus, wobei angenommen wird, dass Leistung von sowohl der Maschine112 als auch dem Motor/Generator140 zugeführt wird. Schließlich ist eine Antriebskupplung IC selektiv einrückbar, um die Maschine112 mit dem Antriebselement116 zu verbinden, so dass der Motor/Generator140 funktional mit dem Abtrieb119 ohne die Maschine verbunden sein kann. Dementsprechend weist das Getriebe114 sieben Drehmomentübertragungsmechanismen auf. Die Drehmomentübertragungsmechanismen sind funktional mit einem Controller150 verbunden, der deren Einrückung steuert, um eine Vielfalt von Betriebsmodi bereitzustellen. - Der Antriebsstrang
100 stellt mehrere rein elektrische Betriebsmodi bereit, wobei Leistung nur durch den Motor/Generator140 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 Maschine112 Leistung an den Differenzialzahnradsatz120 lie fert und der Motor/Generator140 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 Batterie148 aufzuladen, oder als Motor wirkt, um dem Sonnenrad122 elektrische Leistung hinzuzufügen, umfassen. Wenn während dieser Modi ein Bremsen erfolgt, kann der Motor/Generator140 gesteuert werden, um die Drehzahl des Sonnenrads122 in in der Batterie148 gespeicherte elektrische Leistung umzuwandeln, wobei der Motorrotor146 Drehmoment absorbiert, wenn er dies vornimmt, um dabei zu helfen, das Abtriebselement119 zu verlangsamen und das Fahrzeug111 zu bremsen. Ähnlich wird in manchen EVT-Bereichen der Motor/Generator140 gesteuert, um als Generator zu arbeiten, um die Batterie148 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 Stator142 kann abgeschaltet werden, um ein festes Verhältnis durch den Differenzialzahnradsatz120 zu erreichen, wobei IC und irgendwelche zwei der Kupplungen C1, C2, C3 und C4 eingerückt sind, um andere spezifische feste Verhältnisse zwischen dem Antriebselement116 und dem Abtriebselement119 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 Maschine112 ein ist, wird Drehmoment von dem Hohlrad134 entlang der Verteilerwelle158 durch den Rückwärtszahnradsatz (Zahnrad186 , Zahnrad190 und Zahnrad188 ) an die Vorgelegewelle160 und dann durch Zahnräder162 und164 an das Abtriebselement119 geliefert. Da das Umkehrzahnrad190 , die Verteilerwelle158 und die Vorgelegewelle160 in der Vorwärtsrichtung rotieren, rotiert so das Abtriebselement119 in der Rückwärtsrichtung. - Es ist ein rein elektrischer Betriebsmodus vorgesehen, bei dem der Motor/Generator
140 Leistung durch den Differenzialzahnradsatz120 zu der Verteilerwelle156 und durch Zahnräder166 und168 über eingerückte Kupplung C1 durch Zahnräder162 und164 zu dem Abtriebselement119 schickt. In diesem Modus ist der Differenzialzahnradsatz120 zur gemeinsamen Rotation durch Kupplung CL befestigt. Indem die Antriebskupplung IC eingerückt wird, kann die Maschine112 gestartet werden, wenn beispielsweise zusätzliches Drehmoment zur Beschleunigung erforderlich ist. - Eine erste Leistungsstrecke, die das Hohlrad
124 und die Verteilerwelle156 umfasst, wird verwendet, wenn irgendwelche der Kupplungen C1 und C3 eingerückt sind. Eine zweite Leistungsstrecke, die das Hohlrad134 und die Verteilerwelle158 umfasst, wird jedes Mal dann verwendet, wenn irgendwelche der Kupplungen C2, C4 und CR eingerückt sind. - Dritte Ausführungsform
-
4 zeigt einen Antriebsstrang200 für ein Fahrzeug211 (das schematisch gezeigt ist). Der Antriebsstrang200 umfasst eine Maschine212 , die mit einer Ausführungsform eines elektrisch verstellbaren Getriebes (EVT) verbunden ist, das allgemein durch das Bezugszeichen214 bezeichnet ist. Das Getriebe214 ist konstruiert, um zumindest einen Teil seiner Antriebsleistung von der Maschine212 aufzunehmen. Die Maschine212 weist eine Abtriebswelle auf, die mit einem Antriebselement216 des Getriebes214 verbunden ist. Eine Achsantriebseinheit217 ist funktional mit einem Abtriebselement219 des Getriebes214 verbunden. - Das Getriebe
214 umfasst einen zusammengesetzten Differenzialzahnradsatz220 . Der Differenzialzahnradsatz220 weist fünf Zahnradelemente auf und kann durch ein Hebeldiagramm mit fünf Knoten dargestellt werden, wobei das Sonnenrad222 , das Sonnenrad232 , der Träger226 und die Hohlräder224 und234 den fünf Knoten entsprechen. Der Träger226 lagert einen Satz Planetenräder227 drehbar, die mit sowohl den Sonnenrad222 als auch dem Hohlrad224 kämmen. Der Träger226 lagert auch einen zweiten Satz Planetenräder228 drehbar, die mit den Planetenrädern227 und dem Hohlrad234 kämmen. - Das Antriebselement
216 ist ständig mit dem Träger226 verbunden. Ein einziger Motor/Generator240 umfasst einen Statorabschnitt242 , der an einem feststehenden Element244 , wie etwa dem Getriebegehäuse, an Masse festgelegt ist. Der Motor/Generator240 umfasst auch einen Rotorabschnitt246 , der selektiv mit dem Sonnenrad232 über Motorkupplung CA verbunden ist. Der Rotorabschnitt246 ist auch selektiv mit dem Sonnenrad234 über Motorkupplung CB verbunden. Die Hohlräder224 und234 sind zwei separate Abtriebszahnradelemente des Differenzialzahnradsatzes220 , die teilweise zwei separate Leistungsstrecken durch das Getriebe214 bilden, wie es nachstehend besprochen wird. - Der Stator
242 kann elektrische Leistung von einer Energiespeichereinrichtung248 , wie etwa einer Batterie, aufnehmen oder elektrische Leistung an diese liefern. Ein elektronischer Controller250 steht mit der Batterie248 und mit einem Stromumrichter252 in Signalverbindung, der auch mit dem Stator242 in elektrischer Verbindung steht. Der Controller250 regelt den Leistungsfluss zwischen dem Motor/Generator240 und der Batterie248 über den Umrichter252 auf die gleiche Weise, wie es oben in Bezug auf den Controller50 von1 beschrieben wurde. - Hohlrad
224 ist ständig mit einer Verteilerwelle256 verbunden. Hohlrad234 ist ständig mit einer Verteilerwelle158 verbunden. Eine Vorgelegewelle260 ist ständig mit dem Abtriebselement219 über einen Abtriebszahnradsatz verbunden, der Zahnrad262 , das gemeinsam mit der Vorgelegewelle260 rotiert, und Zahnrad264 umfasst, das mit Zahnrad262 kämmt und gemeinsam mit dem Abtriebselement219 rotiert. Mehrere kämmende Zahnräder übertragen selektiv Drehmoment von den Verteilerwellen256 ,258 auf die Vorgelegewelle260 . Ein erster kämmender Zahnradsatz umfasst kämmende Zahnräder266 und268 . Zahnrad266 rotiert konzentrisch um die Verteilerwelle256 und ist selektiv zur gemeinsamen Rotation damit durch selektive Einrückung der Kupplung C1 verbindbar. Zahnrad268 rotiert mit der Vorgelegewelle260 . Ein zweiter kämmender Zahnradsatz umfasst kämmende Zahnräder270 und272 . Zahnrad270 rotiert konzentrisch um die Verteilerwelle258 und ist selektiv zur gemeinsamen Rotation damit durch selektive Einrückung der Kupplung C2 verbindbar. Zahnrad272 rotiert mit der Vorgelegewelle260 . Ein dritter kämmender Zahnradsatz umfasst kämmende Zahnräder274 und276 . Zahnrad274 rotiert konzentrisch um die Verteilerwelle256 und ist selektiv zur gemeinsamen Rotation damit durch selektive Einrückung der Kupplung C3 verbindbar. Zahnrad276 rotiert mit der Vorgelegewelle260 . Ein Rückwärtszahnradsatz umfasst kämmende Zahnräder286 ,288 und290 . Zahnrad286 rotiert konzentrisch um die Verteilerwelle258 und ist selektiv zur gemeinsamen Rotation damit durch selektive Einrückung der Kupplung CR verbindbar. Zahnrad288 rotiert mit der Vorgelegewelle260 . Umkehrzahnrad290 kämmt mit beiden Zahnrädern286 und288 , so dass die Zahnräder286 und288 in der gleichen Richtung rotieren. Das Umkehr zahnrad290 ist auf einer separaten Welle oder separaten Struktur (die nicht gezeigt ist) gelagert und rotiert um eine Achse, die parallel zu den Verteilerwellen256 ,258 und der Vorgelegewelle260 liegt. Die Kupplung C4 ist selektiv einrückbar, um das Zahnrad264 und das Abtriebselement219 zur gemeinsamen Rotation mit der Vorgelegewelle258 direkt zu verbinden. - Zusätzlich zu den Kupplungen C1, C2, C3, C4, CA, CB und CR ist eine Antriebskupplung IC selektiv einrückbar, um die Maschine
212 mit dem Antriebselement216 zu verbinden. Schließlich legt eine Motorbremse B2 den Rotor246 selektiv an dem feststehenden Element244 fest. Dementsprechend weist das Getriebe214 neun Drehmomentübertragungsmechanismen IC, CA, CB, B2, C1, C2, C3, C4 und CR auf. Die Drehmomentübertragungsmechanismen sind funktional mit einem Controller250 verbunden, der deren Einrückung steuert, um eine Vielfalt von Betriebsmodi bereitzustellen. - Der Antriebsstrang
200 bietet mehrere rein elektrische Betriebsmodi, bei denen Leistung nur durch den Motor/Generator240 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 Maschine212 als auch der Motor/Generator240 Leistung liefern, die EVT-Rückwärtsbereiche und EVT-Vorwärtsbereiche, bei denen der Motor/Generator als Generator wirkt, um die Batterie248 aufzuladen, oder als Motor wirkt, um dem Sonnenrad222 mechanische Leistung hinzuzufügen, oder um Drehmoment zum Bremsen bereitzustellen, umfassen. Wenn während dieser Modi ein Bremsen erfolgt, kann der Motor/Generator240 gesteuert werden, um die Drehzahl von einem der Sonnenräder (d.h. mechanische Leistung des Sonnenrads222 oder232 abhängig davon, welche der Kupplungen CA oder CB eingerückt ist) in in der Batterie248 gespeicherte elektrische Leistung umzuwandeln, wobei der Motorrotor246 Drehmoment absorbiert, wie er es vornimmt, um dabei zu helfen, das Fahrzeug211 zu verlangsamen und das Abtriebselement219 zu verlangsamen. Ähnlich wird in bestimmten EVT-Bereichen der Motor/Generator240 gesteuert, um als Generator zu arbeiten, um die Batterie248 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 Getriebe200 in2 angegeben ist. Alternativ kann B2 zusammen mit entweder CA oder CB eingerückt werden, um den Rotor246 und eines der Sonnenräder222 bzw.232 zu bremsen, wodurch ein festes Verhältnis durch den Differenzialzahnradsatz220 und ein festes Verhältnis durch das Getriebe200 bereitgestellt werden, wenn sie mit einer der Vorwärts- oder Rückwärtsübersetzungsverhältniskupplungen (C1, C2, C3, C4 oder CR) kombiniert wird. - 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 Maschine212 ein ist, wird Drehmoment von dem Hohlrad224 entlang der Verteilerwelle258 durch den Rückwärtszahnradsatz (Zahnrad286 , Zahnrad290 und Zahnrad288 ) an die Vorgelegewelle260 und dann durch Zahnräder262 und264 an das Abtriebselement219 geliefert. Da das Umkehrzahnrad290 , die Verteilerwelle258 und die Vorgelegewelle260 in der Vorwärtsrichtung rotieren, rotiert so das Abtriebselement219 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 Differenzialzahnradsatz220 an die Verteilerwelle256 und durch Zahnräder266 und268 über die eingerückte Kupplung C1 durch die Zahnräder262 und264 an das Abtriebselement219 liefert. In diesem Modus ist der Differenzialzahnradsatz220 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 Verteilerwelle256 umfasst, wird verwendet, wenn irgendeine der Kupplungen C1 und C3 eingerückt sind. Eine zweite Leistungsstrecke, die das Hohlrad234 und die Verteilerwelle258 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.
Claims (19)
- Getriebe für ein Fahrzeug mit einer Maschine, umfassend: ein Antriebselement zur Aufnahme von Leistung von der Maschine; ein Abtriebselement; einen Motor/Generator; einen Differenzialzahnradsatz mit einem ersten, einem zweiten, einem dritten und einem vierten Zahnradelement, die funktional miteinander verbunden sind; wobei das Antriebselement und der Motor/Generator über das erste bzw. zweite Zahnradelement Leistung an das Abtriebselement liefert; mehrere kämmende Zahnräder, die ein Umkehrzahnrad und Zahnräder, die zur Rotation mit dem Abtriebselement verbunden sind, umfassen; mehrere selektiv einrückbare Drehmomentübertragungsmechanismen; eine erste und zweite Verteilerwelle, die mit dem dritten bzw. vierten Zahnradelement verbunden und jeweils funktional mit dem Abtriebselement über unterschiedliche der kämmenden Zahnräder durch Einrückung unterschiedlicher ausgewählter Drehmomentübertragungsmechanismen verbunden sind, wodurch eine wählbare erste bzw. zweite Leistungsstrecke zwischen dem dritten bzw. vierten Zahnradelement und dem Abtriebselement gebildet ist; und wobei das Getriebe mehrere Betriebsmodi bereitstellt, die einen elektrisch verstellbaren Rückwärtsbetriebsmodus umfassen, der das Umkehrzahnrad benutzt.
- Getriebe nach Anspruch 1, wobei zwei der Drehmomentübertragungsmechanismen separat selektiv den Motor/Generator mit jeweils zweien der Zahnradelemente verbinden.
- Getriebe nach Anspruch 1, wobei der Motor/Generator ständig mit einem der Elemente des Differenzialzahnradsatzes verbunden ist.
- Getriebe nach Anspruch 1, wobei die Drehmomentübertragungsmechanismen einen Bremse umfassen, die selektiv einrückbar ist, um den Motor/Generator an einem feststehenden Element an Masse festzulegen.
- Getriebe nach Anspruch 1, wobei der Differenzialzahnradsatz ein zusammengesetzter Planetenradsatz ist, der einen Planetenträger, ein erstes Sonnenrad, ein zweites Sonnenrad, ein erstes Hohlrad und ein zweites Hohlrad aufweist; wobei der Planetenträger mit einem ersten Satz Planetenräder, die mit dem ersten Sonnenrad und dem ersten Hohlrad kämmen, und einem zweiten Satz Planetenräder ausgestattet ist, die mit dem zweiten Sonnenrad und dem zweiten Hohlrad kämmen; und wobei der erste Satz Planetenräder mit dem zweiten Satz Planetenräder kämmt.
- Getriebe nach Anspruch 5, ferner umfassend: eine Vorgelegewelle, die funktional mit dem Abtriebselement verbunden ist; wobei die Verteilerwellen funktional mit dem Abtriebselement über die Vorgelegewelle verbindbar sind; wobei der Motor/Generator separat selektiv mit dem ersten Sonnenrad und dem zweiten Sonnenrad über unterschiedliche Drehmomentübertragungsmechanismen verbindbar ist; wobei das Antriebselement zur gemeinsamen Rotation mit dem Träger verbunden ist; und wobei das Abtriebselement alternativ selektiv funktional mit dem ersten Hohlrad und dem zweiten Hohlrad entlang der ersten bzw. der zweiten Leistungsstrecke verbindbar ist.
- Getriebe nach Anspruch 1, wobei einer der Drehmomentübertragungsmechanismen eine Kupplung ist, die selektiv einrückbar ist, um die Maschine mit dem Antriebselement zu verbinden.
- Getriebe nach Anspruch 1, wobei einer der Drehmomentübertragungsmechanismen eine Sperrkupplung ist, die zwei der Zahnradelemente zur gemeinsamen Rotation selektiv verbindet.
- Getriebe nach Anspruch 1, wobei der Motor/Generator sich durch ein Fehlen irgendwelcher anderen Motoren/Generatoren, die zum Vortrieb verwendbar sind, auszeichnet.
- Getriebe nach Anspruch 1, wobei der Differenzialzahnradsatz ein fünftes Zahnradelement aufweist, wobei einer der Drehmomentübertragungsmechanismen eine erste Motorkupplung ist, die den Motor/Generator selektiv mit dem zweiten Zahnradelement verbindet; wobei ein anderer der Drehmo mentübertragungsmechanismen eine zweite Motorkupplung ist, die den Motor/Generator selektiv mit dem fünften Zahnradelement verbindet; wobei die erste und zweite Motorkupplung während eines Schaltens zwischen zumindest manchen der Betriebsmodi ausgerückt sind, um die Trägheit des Motors/Generators zu trennen, wodurch ein manuelles Schalten der Drehmomentübertragungsmechanismen ermöglicht wird.
- Getriebe nach Anspruch 1, wobei der Differenzialzahnradsatz ein fünftes Zahnradelement aufweist, wobei einer der Drehmomentübertragungsmechanismen eine erste Motorkupplung ist, die den Motor/Generator selektiv mit dem zweiten Zahnradelement verbindet; wobei ein anderer der Drehmomentübertragungsmechanismen eine zweite Motorkupplung ist, die den Motor/Generator selektiv mit dem fünften Zahnradelement verbindet; und wobei ein dritter der Drehmomentübertragungsmechanismen eine Antriebskupplung ist, die die Maschine selektiv mit dem Antriebselement verbindet.
- Getriebe nach Anspruch 11, wobei eine der ersten und zweiten Motorkupplungen eingerückt ist, während die Antriebskupplung eingerückt ist, wodurch Leistung von der Maschine und von dem Motor/Generator in einem Parallelhybrid-Betriebsmodus durch den Differenzialzahnradsatz und die Verteilerwellen kombiniert ist.
- Getriebe nach Anspruch 11, wobei die Betriebsmodi einen rein elektrischen Antriebsmodus umfassen, der sich durch eine Einrückung von einer der ersten und zweiten Motorkupplungen und Ausrückung des dritten Drehmo mentübertragungsmechanismus auszeichnet; und wobei die eine der ersten und zweiten Motorkupplungen eingerückt bleibt und der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus eingerückt ist, um die Maschine im Anschluss an den rein elektrischen Antriebsmodus wieder zu starten.
- Getriebe nach Anspruch 11, wobei eines der Drehmomentübertragungselemente eine Bremse ist, die selektiv dynamisch einrückbar ist, um eines von dem zweiten und dem fünften Zahnradelement teilweise an einem feststehenden Element an Masse festzulegen, wobei die Einrückung von einem der Drehmomentübertragungsmechanismen, der selektiv mit einer der Verteilerwellen einrückbar ist, und die Ausrückung eines anderen der Drehmomentübertragungsmechanismen, der selektiv mit der anderen der Verteilerwellen einrückbar ist, beide während des Schlupfenlassens der Bremse erfolgt, um von einem ersten Parallelhybrid-Betriebsmodus in einen zweiten Parallelhybrid-Betriebsmodus zu schalten.
- Getriebe nach Anspruch 11, wobei die Betriebsmodi einen regenerativen Bremsmodus umfassen, der sich durch eine Einrückung von einer von der ersten und der zweiten Motorkupplung und durch eine Ausrückung des dritten Drehmomentübertragungsmechanismus auszeichnet, um einen Leistungsfluss zwischen der Maschine und dem Antriebselement zu verhindern, wobei der Motor/Generator gesteuert ist, um als Generator zu fungieren, um während des regenerativen Bremsmodus mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln.
- Getriebe nach Anspruch 1, wobei sich zumindest drei der mehreren Betriebsmodi durch einen Betrieb mit einem elektrisch verstellbaren Drehzahlverhältnis von dem Antriebselement zu dem Abtriebselement auszeichnen.
- Getriebe für ein Fahrzeug mit einer Maschine, umfassend: ein Antriebselement zur Aufnahme von Leistung von der Maschine; ein Abtriebselement; einen Motor/Generator; einen zusammengesetzten Differenzialzahnradsatz, der vier Zahnradelemente aufweist, die funktional miteinander verbunden sind; wobei das Antriebselement funktional mit einem ersten der Zahnradelemente verbindbar ist, wobei der Motor/Generator funktional mit einem zweiten der Zahnradelemente verbindbar ist; ein erstes und zweites Verteilerelement, die ständig mit dem dritten bzw. vierten Zahnradelement verbunden sind, um teilweise eine erste bzw. zweite Leistungsstrecke zwischen dem Differenzialzahnradsatz und dem Abtriebselement zu bilden; mehrere kämmende Zahnräder, die einen ersten Zahnradsatz, der unter Verwendung eines selektiv einrückbaren Drehmomentübertragungsmechanismus funktional verbindbar ist, um ein Drehzahlverhältnis für eine Vorwärtsrotation zwischen dem ersten Verteilerelement und dem Abtriebselement bereitzustellen, und einen zweiten Zahnradsatz umfassen, der unter Verwendung eines anderen selektiv einrückbaren Drehmomentübertragungsmechanismus funktional verbindbar ist, um ein Drehzahlverhältnis für eine Rückwärtsrotation zwischen dem zweiten Verteilerelement und dem Abtriebselement bereitzustellen; und wobei das Drehzahlverhältnis für eine Vorwärtsrotation und das Drehzahlverhältnis für eine Rückwärtsrotation derart sind, dass, wenn die Drehmomentübertragungsmechanismen beide eingerückt sind, das Antriebselement feststehend ist, während die Rotation und Drehzahl des Abtriebselements durch die Rotation und Drehzahl des Motors/Generators bestimmt sind.
- Getriebe nach Anspruch 17, wobei sich das Getriebe durch das Fehlen irgendeines anderen Motors/Generators, der zum Vortrieb verwendet wird, auszeichnet.
- Verfahren zum Betreiben eines Getriebes, das doppelte Leistungsstrecken aufweist, die zumindest teilweise durch eine erste und zweite Verteilerwelle definiert sind, wobei jede der Verteilerwellen funktional mit einer Vorgelegewelle über unterschiedliche Sätze kämmender Zahnräder verbindbar ist, wobei unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse hergestellt werden, wobei die Verteilerwellen und das Getriebeantriebselement jeweils mit unterschiedlichen Elementen eines Differenzialzahnradsatzes verbunden sind, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein erster Drehmomentübertragungsmechanismus, der mit einem anderen Element des Differenzialzahnradsatzes verbunden ist, schlupfen gelassen wird, um dadurch eine Drehzahl der ersten Verteilerwelle zu verändern; während des Schlupfenlassens ein zweiter Drehmomentübertragungsmechanismus eingerückt wird, um ein erstes Zahnrad zur gemeinsamen Rotation mit der ersten Verteilerwelle zu verbinden, um dadurch Drehmoment über die erste Leistungsstrecke durch einen der Sätze kämmender Zahnräder zu übertragen; und während des Schlupfenlassens und nach dem Einrücken, ein dritter Drehmomentübertragungsmechanismus ausgerückt wird, um ein Zahnrad zu trennen, so dass es nicht gemeinsam mit der zweiten Verteilerwelle rotiert, um dadurch Drehmoment über die zweite Leistungsstrecke durch einen anderen der Sätze kämmender Zahnräder zu übertragen.
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