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 von 1 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 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Dritte Ausführungsform
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (19)

  1. 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.
  2. Getriebe nach Anspruch 1, wobei zwei der Drehmomentübertragungsmechanismen separat selektiv den Motor/Generator mit jeweils zweien der Zahnradelemente verbinden.
  3. Getriebe nach Anspruch 1, wobei der Motor/Generator ständig mit einem der Elemente des Differenzialzahnradsatzes verbunden ist.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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.
  7. Getriebe nach Anspruch 1, wobei einer der Drehmomentübertragungsmechanismen eine Kupplung ist, die selektiv einrückbar ist, um die Maschine mit dem Antriebselement zu verbinden.
  8. Getriebe nach Anspruch 1, wobei einer der Drehmomentübertragungsmechanismen eine Sperrkupplung ist, die zwei der Zahnradelemente zur gemeinsamen Rotation selektiv verbindet.
  9. Getriebe nach Anspruch 1, wobei der Motor/Generator sich durch ein Fehlen irgendwelcher anderen Motoren/Generatoren, die zum Vortrieb verwendbar sind, auszeichnet.
  10. 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.
  11. 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.
  12. 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.
  13. 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.
  14. 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.
  15. 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.
  16. 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.
  17. 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.
  18. Getriebe nach Anspruch 17, wobei sich das Getriebe durch das Fehlen irgendeines anderen Motors/Generators, der zum Vortrieb verwendet wird, auszeichnet.
  19. 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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