DE102005033963A1 - Elektrisch verstellbares Getriebe mit wahlweisem Betrieb bei festen Übersetzungsverhältnissen - Google Patents

Elektrisch verstellbares Getriebe mit wahlweisem Betrieb bei festen Übersetzungsverhältnissen Download PDF

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Abstract

Elektrisch verstellbare Getriebe, das umfasst: ein Eingangselement, das Leistung von einem Verbrennungsmotor empfängt, ein Ausgangselement, einen ersten und einen zweiten Motor/Generator und einen ersten und einen zweiten differentiell oder ausgleichend übersetzten Planetenradsatz, wovon jeder ein erstes, ein zweites und ein drittes Element aufweist. Das Eingangselement ist kontinuierlich mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden, während das Ausgangselement kontinuierlich mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist. Der erste Motor/Generator ist kontinuierlich mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes und selektiv mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden. Der zweite Motor/Generator ist kontinuierlich mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden. Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung verbindet selektiv das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes mit Masse. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung verbindet selektiv das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes. Eine optionale dritte Drehmomentübertragungseinrichtung verbindet selektiv das dritte Element des ersten Planetenradsatzes mit Masse. Eine optionale vierte Drehmomentübertragungseinrichtung verbindet selektiv wenigstens zwei der Element miteinander, derart, dass sich alle Elemente des ersten Planetenradsatzes gemeinsam mit der gleichen ...

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 60/590,427, eingereicht am 22. Juli 2004, deren Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Getriebe, das selektiv in einem Eingangsaufteilungs-Übersetzungsverhältnisbereich und in einem oder zwei Verbundaufteilungs-Übersetzungsverhältnisbereichen sowie bei zwei, drei oder vier festen Übersetzungsverhältnissen betrieben werden kann. Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Getriebe mit zwei Getriebekomponenten, typischerweise Planetenradsätze, die selektiv zur differentiellen oder ausgleichenden Getriebeabstufung verwendet werden, und drei, vier oder fünf Kupplungen der Typs Drehmomentübertragungseinrichtung.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Brennkraftmaschinen, vor allem jene des Typs mit sich hin- und herbewegendem Kolben, treiben gegenwärtig die meisten Fahrzeuge an. Solche Motoren sind relativ effiziente, kompakte, leichtgewichtige und preiswerte Mechanismen, durch die hoch konzentrierte Energie in Form von Kraftstoff in mechanische Nutzleistung umgewandelt wird. Ein neuartiges Kraftübertragungssystem, das zusammen mit Brennkraftmaschinen verwendet werden kann und den Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemissionen senken kann, kann allgemein von großem Nutzen sein.
  • Die sehr unterschiedlichen Anforderungen, die Fahrzeuge typisch an Brennkraftmaschinen stellen, erhöhen den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen über den Idealfall für solche Verbrennungsmotoren hinaus. Typisch wird ein Fahrzeug durch einen Verbrennungsmotor angetrieben, der aus einem kalten Zustand heraus durch einen kleinen Elektromotor und relativ kleine elektrische Speicherbatterien gestartet wird und dann schnell unter die Lasten von der Antriebs- und Hilfseinrichtung gesetzt wird. Ein solcher Verbrennungsmotor wird außerdem über einen weiten Drehzahlbereich und über einen weiten Lastbereich und typisch bei einem Mittelwert von etwa einem Fünftel seiner Höchstleistung betrieben.
  • Ein Fahrzeuggetriebe liefert typisch mechanische Leistung von einem Verbrennungsmotor an das restliche Antriebssystem wie etwa ein festes Achsgetriebe, Achsen und Räder. Ein typisches mechanisches Getriebe erlaubt beim Verbrennungsmotorbetrieb einen gewissen Freiheitsgrad, gewöhnlich durch alternative Wahl von fünf oder sechs verschiedenen Antriebsverhältnissen, durch eine Neutral-Wahl, die dem Verbrennungsmotor bei stillstehendem Fahrzeug das Betreiben von Hilfseinrichtungen gestattet, und durch Kupplungen oder einen Drehmomentwandler zugunsten von sanften Übergängen zwischen den Gängen und zum Starten des Fahrzeugs aus dem Stillstand heraus bei laufendem Verbrennungsmotor. Die Getriebegangwahl ermöglicht typisch die Abgabe von Leistung vom Verbrennungsmotor an das übrige Antriebssystem bei einem Drehmomentvervielfachungs-Drehzahlreduktions-Verhältnis, bei einem Drehmomentreduktions-Drehzahlvervielfachungs-Verhältnis, das als Schon- oder Schnellgang bekannt ist, oder bei einem Rückwärtsfahrt-Verhältnis.
  • Ein Gleichstrom-Generator kann mechanische Leistung vom Verbrennungsmotor in elektrische Leistung umwandeln, während ein Elektromotor diese elektrische Leistung bei verschiedenen Drehmomenten und Drehzahlen wieder in mechanische Leistung für das restliche Fahrzeugantriebssystem umwandeln kann. Diese Anordnung ermöglicht eine kontinuierliche Veränderung des Drehmoment-Drehzahl-Verhältnisses zwischen dem Verbrennungsmotor und dem übrigen Antriebssystem innerhalb der Grenzen der elektrischen maschinellen Einrichtung. Dieser Anordnung kann eine als Quelle von Leistung für den Antrieb verwendete elektrische Speicherbatterie hinzugefügt werden, wodurch ein elektrisches Reihenhybrid-Antriebssystem gebildet ist.
  • Das Reihenhybridsystem ermöglicht einen Betrieb des Verbrennungsmotors mit einer gewissen Unabhängigkeit von dem Drehmoment, der Drehzahl und der zum Antreiben eines Fahrzeugs erforderlichen Leistung, so dass der Verbrennungsmotor zugunsten verbesserter Emissionen und eines höheren Wirkungsgrads gesteuert werden kann. Dieses System ermöglicht auch, dass die am Verbrennungsmotor angebrachte elektrische Maschine als Motor zum Starten des Verbrennungsmotors dient. Dieses System ermöglicht auch, dass die am übrigen Antriebsstrang angebrachte elektrische Maschine als Generator dient, der aus dem Verzögern des Fahrzeugs durch regeneratives Bremsen Energie in die Batterie zurückspeist. Ein Reihenelektroantrieb leidet unter dem Gewicht und den Kosten einer elektrischen maschinellen Einrichtung, die ausreichend ist, um die gesamte Verbrennungsmotorleistung im Generator von mechanisch in elektrisch und im Antriebsmotor von elektrisch in mechanisch umzuwandeln, sowie an den Nutzenergieverlusten bei diesen Umwandlungen.
  • Um ein stufenlos verstellbares Drehmoment-Drehzahl-Verhältnis zwischen Eingang und Ausgang zu erzielen, kann eine Kraftübertragung mit Leistungsaufteilung das verwenden, was gewöhnlich als "Ausgleichs- oder Differentalgetriebe" bezeichnet wird. Ein elektrisch verstellbares Getriebe kann ein Ausgleichsgetriebe verwenden, um einen Anteil seiner übertragenen Leistung durch ein Elektromotor/Generator-Paar zu schicken. Die restliche Leistung fließt über einen anderen, parallelen Pfad, der insgesamt mechanisch und direkt ist und mit einer festen Übersetzung oder alternativ wählbar ist.
  • Eine Form des Ausgleichsgetriebes kann ein Planetenradsatz bilden, wie einem Fachmann auf dem Gebiet wohlbekannt ist. Ein Planetengetriebe ist gewöhnlich die bevorzugte Ausführungsform, die bei Erfindungen von Ausgleichsgetrieben verwendet wird, wobei die Vorteile in der Kompaktheit und den verschiedenen Drehmoment-Drehzahl-Verhältnissen zwischen allen Elementen des Planetenradsatzes liegen. Jedoch ist es möglich, diese Erfindung ohne Planetengetriebe zu konstruieren, etwa durch Verwendung von Kegelrädern oder anderen Zahnrädern in einer Anordnung, bei der die Umdrehungsgeschwindigkeit wenigstens eines Elements eines Zahnradsatzes stets auf einen gewichteten Mittelwert von Drehzahlen zweier anderer Elemente festgelegt wird.
  • Ein Hybrid-Elektrofahrzeug-Kraftübertragungssystem umfasst außerdem eine oder mehrere Speichervorrichtungen für elektrische Energie. Die typische Vorrichtung ist eine chemisch-elektrische Speicherbatterie, jedoch können auch kapazitive oder mechanische Vorrichtungen wie etwa ein elektrisch angetriebenes Schwungrad umfasst sein. Das Speichern von elektrischer Energie ermöglicht das Abweichen der mechanischen Ausgangsleistung vom Kraftübertragungssystem an das Fahrzeug von der mechanischen Eingangsleistung vom Verbrennungsmotor an das Kraftüber tragungssystem. Die Batterie oder andere Vorrichtung ermöglicht außerdem ein Verbrennungsmotorstarten mit dem Kraftübertragungssystem und ein regeneratives Fahrzeugbremsen.
  • Ein elektrisch verstellbares Getriebe in einem Fahrzeug kann schlicht mechanische Leistung von einem Verbrennungsmotoreingang zu einem Achsantriebsausgang übertragen. Dazu gleicht die durch einen Motor/Generator erzeugte elektrische Leistung die elektrischen Verluste und die durch den anderen Motor/Generator verbrauchte elektrische Leistung aus. Ein hybrides elektrisch verstellbares Kraftübertragungssystem in einem Fahrzeug umfasst eine elektrische Speicherbatterie, so dass die durch einen Motor/Generator erzeugte elektrische Leistung größer oder kleiner als die durch den anderen verbrauchte elektrische Leistung sein kann. Die elektrische Leistung von der Batterie kann es manchmal ermöglichen, dass beide Motoren/Generatoren als Motoren arbeiten, um speziell den Verbrennungsmotor bei der Fahrzeugbeschleunigung zu unterstützen. Beide Motoren können manchmal als Generatoren arbeiten, um speziell beim regenerativen Fahrzeugbremsen die Batterie wieder aufzuladen.
  • Ein erfolgreicher Ersatz für das Reihenhybridgetriebe ist das nun für Transportbusse geschaffene elektrisch verstellbare Getriebe mit zwei Bereichen, Eingangsaufteilung und Verbundaufteilung. Ein solches Getriebe verwendet ein Eingabemittel, um Leistung vom Fahrzeugverbrennungsmotor zu empfangen, und ein Leistungsabgabemittel, um Leistung zum Antreiben des Fahrzeugs abzugeben. Ein erster und ein zweiter Motor/Generator sind mit einer Energiespeichereinrichtung wie etwa einer Batterie verbunden, damit die Energiespeichereinrichtung Leistung von dem ersten und dem zweiten Motor/Generator aufnehmen kann und diesen Leistung zuführen kann. Eine Steuereinheit regelt den Leistungsfluss zwischen der Energiespeichereinrichtung und den Motoren/Generatoren sowie zwischen dem ersten und dem zweiten Motor/Generator.
  • Der Betrieb in der ersten oder der zweiten Betriebsart mit verstellbarem Übersetzungsverhältnis kann durch Verwendung von Kupplungen in Form der ersten und der zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung selektiv erreicht werden. In der ersten Betriebsart wird durch das Einrücken der ersten Kupplung ein Eingangsleistungsaufteilungs-Übersetzungsverhältnisbereich gebildet, wobei die Ausgangsdrehzahl des Getriebes zur Drehzahl eines Motors/Generators proportional ist. In der zweiten Betriebsart wird durch das Einrücken der zweiten Kupplung ein Verbundleistungsaufteilungs-Übersetzungsverhältnisbereich gebildet, wobei die Ausgangsdrehzahl des Getriebes zu keiner der Drehzahlen der beiden Motoren/Generatoren proportional ist, sondern eine algebraische lineare Kombination aus den Drehzahlen der zwei Motoren/Generatoren ist. Der Betrieb bei einem festen Getriebeübersetzungsverhältnis kann selektiv durch das Einrücken beider Kupplungen erreicht werden. Der Betrieb des Getriebes in einer Neutral-Betriebsart kann durch Ausrücken beider Kupplungen und Entkoppeln des Verbrennungsmotors und beider Elektromotoren/Generatoren vom Getriebeausgang selektiv erreicht werden.
  • Das elektrisch verstellbare Getriebe mit zwei Bereichen, Eingangsaufteilung und Verbundaufteilung kann mit zwei Planetenradsätzen oder mit drei Planetenradsätzen konstruiert sein. Außerdem können manche Ausführungsformen drei Drehmomentübertragungseinrichtungen verwenden – zwei zum Wählen der gewünschten Betriebsart für das Getriebe und die dritte selektiv zum Trennen des Getriebes vom Verbrennungsmotor. Bei anderen Ausführungsformen können alle drei Drehmomentübertragungseinrichtungen verwendet werden, um die gewünschte Betriebsart zu wählen.
  • Das US-Patent Nr. 6,527,658, erteilt am 4. März 2003 an Holmes u. a. und gemeinsam mit der vorliegenden Anmeldung übertragen, offenbart ein elektrisch verstellbares Getriebe, das zwei Planetenradsätze, zwei Motoren/Generatoren und zwei Kupplungen verwendet, um Eingangsaufteilungs-, Verbundaufteilungs-, Neutral- und Rückwärtsfahrt-Betriebsarten bereitzustellen. Beide Planetenradsätze können einfach sein oder individuell zusammengesetzt sein. Ein elektrisches Steuerelement regelt den Leistungsfluss zwischen einer Energiespeichereinrichtung und den zwei Motoren/Generatoren. Dieses Getriebe stellt zwei Betriebsbereiche oder Betriebsarten eines elektrisch verstellbaren Getriebes (ETV) bereit, die selektiv einen Eingangsleistungsaufteilungs-Übersetzungsverhältnisbereich und einen Verbundleistungsaufteilungs-Übersetzungsverhältnisbereich schaffen. Außerdem kann ein festes Übersetzungsverhältnis selektiv erreicht werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung übertrifft die oben entgegengehaltenen Getriebe des Standes der Technik, indem sie eine oder mehrere zusätzliche Kupplungen bereitstellt, um den Betrieb des Getriebes zu erweitern, zusätzliche feste Übersetzungsverhältnisse zu ermöglichen und einen zusätzlichen Verbundleistungsaufteilungs-Übersetzungsverhältnisbereich zu ermöglichen. Eine Aufgabe der Erfindung ist es, den größtmöglichen energetischen Wirkungsgrad bei möglichst geringen Emissionen zu schaffen. Außerdem sind ein optimales Verhalten, eine optimale Leistung, eine optimale Packungsgröße und ein optimaler Übersetzungsbereich für das Getriebe gesucht.
  • Ein festes Übersetzungsverhältnis ist ein Betriebszustand, in dem die mechanische Leistungseingabe in das Getriebe mechanisch an den Ausgang übertragen wird und kein Leistungsfluss über die Motoren/Generatoren notwendig ist. Ein elektrisch verstellbares Getriebe, das selektiv mehrere feste Übersetzungsverhältnisse für einen Betrieb in der Nähe der vollen Verbrennungsmotorleistung erreichen kann, kann bei gegebener Höchstleistung kleiner und leichter sein. Ein Betrieb bei fester Übersetzung kann außerdem zu einem niedrigeren Kraftstoffverbrauch führen, wenn unter Bedingungen gearbeitet wird, in denen die Verbrennungsmotordrehzahl ihrem Optimum nahe kommt, ohne die Motoren/Generatoren zu verwenden.
  • Im Vergleich zu elektrisch verstellbaren Getrieben im Stand der Technik mit nur einer Kupplung für jeden von zwei Drehzahlbereichen (C1 und C2) reduziert diese Erfindung den Leistungsfluss über den elektrischen Pfad und somit die Kosten von elektrischen Komponenten sowie die Leistungsverluste. Da eine dritte Kupplung (C3) vorgesehen ist, kann einer der Motoren am Getriebegehäuse verriegelt werden, um zusammen mit dem Einrücken von C2 ein zusätzliches festes Übersetzungsverhältnis bereitzustellen und ein Fahren bei Hochgeschwindigkeit mit erhöhtem Kraftübertragungswirkungsgrad zu ermöglichen.
  • Eine vierte Kupplung (C4) kann als "Sperrkupplung" oder "Direktantriebskupplung" vorgesehen sein, um die Elemente einer der Planetenradsätze miteinander zu verriegeln. Diese Kupplung ermöglicht dem Getriebe das Übertragen des Drehmoments und der Leistung bei zwei zusätzlichen festen Übersetzungsverhältnissen: einer niedrigen Übersetzung, wobei C1 und C4 eingerückt sind und eine Drehzahlreduktion durch den anderen Planetenradsatz erfolgt, und einer Direktantriebsübersetzung oder Direktgang, wobei C2 und C4 eingerückt sind. Die Wirkung der Kupplung C4 ermöglicht bei diesen festen Übersetzungen das Übertragen eines höheren Drehmoments oder einer höheren Leistung durch das Getriebe als bei ähnlichen Übersetzungen durch die alleinige Wirkung der Motoren/Generatoren und der Kupplung C1 oder C2. Die Kupplung C4 ermöglicht das Erzielen einer Höchstleistung zum Transportieren oder Schleppen und Ziehen von schweren Lasten auf einem Lastkraftwagen oder einem ähnlichen Fahrzeug. Die C4 ermöglicht die Verwendung von kleineren elektrischen Komponenten bei Hochleistungsmotoren, einer Kombination, die bei privaten Lastkraftwagen (personal trucks) praktisch sein kann.
  • Außerdem kann eine fünfte Kupplung (C5) hinzugefügt sein, um den mechanischen Pfad vom Verbrennungsmotor zum Ausgang zu entkoppeln und das alleinige Einschlagen des elektrischen Pfades zu ermöglichen. Plötzliche und unvorhergesehene Änderungen der Eingangsdrehzahl wie etwa infolge des Starten oder Anhaltens des Motors können erfolgen, ohne den Ausgang zu stören. Die Kupplung C5 ermöglicht einem Motor/Generator, das Fahrzeug vorwärts oder rückwärts anzutreiben, während er von dem anderen Motor/Generator und dem Verbrennungsmotor entkoppelt ist. Wenn der Verbrennungsmotor zum Rückwärtsfahren des Fahrzeugs im Eingangsaufteilungsbereich verwendet wird, tritt eine Drehmomentgegenreaktion ein, so dass das Ausrücken der Kupplung C5 die Fähigkeit des Fahrzeugs zu einer kontinuierlichen Rückwärtsfahrt verbessert.
  • Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft wie oben ein neues und neuartiges elektrisch verstellbares Getriebe, das wesentlich weniger komplex als die früheren, herkömmlichen elektrisch verstellbaren Getriebe ist. Ein Getriebe mit einem Eingangsaufteilungs-Drehzahlbereich, einem Verbundaufteilungs-Drehzahlbereich und vier festen Übersetzungsverhältnissen ist in der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 60/531,528, eingereicht am 19. Dezember 2003, die hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen ist, beschrieben. Die vorliegende Erfindung Bezugnahme aufgenommen ist, beschrieben. Die vorliegende Erfindung erreicht im Wesentlichen die gleichen oder besseren Ergebnisse mit lediglich zwei Planetenradsätzen.
  • Es ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, wie oben ein neues und neuartiges elektrisch verstellbares Getriebe zu schaffen, das in Bezug auf frühere, herkömmliche elektrisch verstellbare Getriebe unter wesentlicher Kostensenkung hergestellt werden kann. Die vorliegende Erfindung kann dies durch die Verwendung von zusätzlichen Kupplungen, die feste Übersetzungsverhältnisse bereitstellen und daher kleinere elektrische Komponenten gestatten, und die Verwendung von lediglich zwei Planetenradsätzen, dem Minimum für eine Verbundleistungsaufteilung, erreichen.
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  • Diese und weitere Aspekte der Erfindung sowie deren Vorteile gegenüber gegenwärtigen und früheren Formen des Standes der Technik, die angesichts der folgenden genauen Patentbeschreibung deutlich werden, werden durch Mittel vollbracht, die im Folgenden beschrieben und beansprucht werden.
  • Um eine allgemeine, einführende Beschreibung zu geben, enthält ein elektrisch verstellbares Getriebe, das die Konzepte der vorliegenden Erfindung verkörpert, ein Eingangselement, das Leistung von einem Verbrennungsmotor empfängt, und ein Ausgangselement, das Leistung an die Antriebselemente, die das Fahrzeug antreiben, abgibt. Es gibt einen ersten und einen zweiten Motor/Generator sowie einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz. Jeder Planetenradsatz hat ein inneres Getriebeelement und ein äußeres Getriebeelement, die mit mehreren Planetengetriebeelementen, die an einem Träger drehbar angebracht sind, in Zahneingriff sind. Das Eingangselement ist kontinuierlich mit einem Element des ersten Planetenradsatzes verbunden, während das Ausgangselement kontinuier lich mit einem Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist. Ein Motor/Generator ist mit einem weiteren Element im ersten Planetenradsatz kontinuierlich sowie mit einem Element des zweiten Planetenradsatzes selektiv verbunden. Der zweite Motor/Generator ist kontinuierlich mit dem verbleibenden Element des zweiten Planetenradsatzes und kontinuierlich mit dem verbleibenden Element des ersten Planetenradsatzes verbunden. Alternativ kann der zweite Motor/Generator selektiv mit dem verbleibenden Element des ersten Planetenradsatzes verbunden sein.
  • Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung (C1) verbindet selektiv ein Element des zweiten Planetenradsatzes mit Masse, während eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung (C2) dasselbe Element des zweiten Planetenradsatzes mit dem inneren Getriebeelement des ersten Planetenradsatzes sowie mit dem Rotor eines Motors/Generators verbindet.
  • Eine optionale dritte Drehmomentübertragungseinrichtung (C3) verbindet selektiv die verbleibenden Elemente des ersten und des zweiten Planetenradsatzes und den zweiten Motor/Generator mit Masse. Alternativ kann die optionale dritte Drehmomentübertragungseinrichtung (C3) das verbleibende Element des ersten Planetenradsatzes mit Masse verbinden.
  • Eine optionale vierte Drehmomentübertragungseinrichtung (C4) verbindet selektiv wenigstens zwei Elemente des Getriebes miteinander, derart, dass sich die Elemente des ersten Planetenradsatzes gemeinsam mit der gleichen Geschwindigkeit drehen. Die optionale vierte Drehmomentübertragungseinrichtung (C4) kann selektiv ein Element des ersten Teil-Planetengetriebes mit einem anderen Element des ersten Teil-Planetengetriebes verbinden. Alternativ kann die optionale Drehmomentübertragungseinrichtung (C4) selektiv die verbleibenden Elemente des ersten und des zweiten Planetenradsatzes mit dem Element des ersten Planetenradsatzes, das mit dem Eingangselement verbunden ist, verbinden.
  • Eine optionale fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung (C5) trennt selektiv das verbleibende Element des ersten Planetenradsatzes sowohl von dem verbleibenden Element des zweiten Planetenradsatzes als auch vom zweiten Elektromotor/Generator. Demgemäß kann das verbleibende Element des ersten Planetenradsatzes je nachdem, ob die Kupplung C5 vorhanden ist oder nicht, selektiv oder kontinuierlich sowohl mit dem verbleibenden Element des zweiten Planetenradsatzes als auch mit dem zweiten Elektromotor/Generator verbunden sein.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung schafft ein elektrisch verstellbares Getriebe, das umfasst: ein Eingangselement, das Leistung von einem Verbrennungsmotor empfängt, ein Ausgangselement, einen ersten und einen zweiten Motor/Generator und einen ersten und einen zweiten, von diesem differentiell übersetzten Planetenradsatz, wovon jeder ein erstes, ein zweites und ein drittes Getriebeelement aufweist. Das Eingangselement ist kontinuierlich mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden, während das Ausgangselement kontinuierlich mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist. Der erste Motor/Generator ist mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes kontinuierlich und mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes selektiv verbunden. Der zweite Motor/Generator ist kontinuierlich mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden. Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung verbindet selektiv das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes mit Masse. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung verbindet selektiv das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung verbindet selek tiv das dritte Element des ersten Planetenradsatzes mit Masse. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung verbindet selektiv wenigstens zwei der Elemente miteinander, derart, dass sich alle Elemente des ersten Planetenradsatzes gemeinsam mit der gleichen Geschwindigkeit drehen. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung verbindet selektiv das dritte Element des ersten Planetenradsatzes mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes.
  • Die ersten, zweiten und dritten Elemente der Planetenradsätze können in beliebiger Reihenfolge ein Hohlrad, ein Sonnenrad und einen Träger umfassen. Vorzugsweise umfassen das erste, das zweite und das dritte Element des ersten Planetenradsatzes ein Hohlrad, ein Sonnenrad bzw. einen Träger, während das erste, das zweite und das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes einen Träger, ein Hohlrad bzw. ein Sonnenrad umfassen.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung schafft ein elektrisch verstellbares Getriebe, das ein Eingangselement, das Leistung von einem Verbrennungsmotor empfängt, ein Ausgangselement, einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz, wovon jeder ein erstes, ein zweites und ein drittes Getriebeelement aufweist, einen ersten und einen zweiten Elektromotor/Generator, die mit Elementen der Planetenradsätze verbunden sind, und wenigstens vier selektiv Drehmomentübertragungseinrichtungen, die ebenfalls mit Elementen der Planetenradsätze verbunden sind, umfasst. Die Drehmomentübertragungseinrichtungen lassen sich selektiv und in Kombinationen von wenigstens zwei einrücken, um nacheinander eine Eingangsaufteilungs-Betriebsart, eine Verbundaufteilungs-Betriebsart und eine Ausgangsaufteilungs-Betriebsart bereitzustellen, wenn die Ausgangsdrehzahl des Getriebes ansteigt. Diese Abfolge ist am wünschenswertesten, da sie Leistungsschleifen minimiert.
  • Jede Leistungsaufteilungs-Betriebsart besitzt einen Übersetzungsbereich für den Leistungs-Vorwärtskopplungsbetrieb und einen oder mehrere Übersetzungsbereiche für den Leistungsschleifenbetrieb. Im Leistungs-Vorwärtskopplungsbetrieb, der erwünscht ist, fließt die Leistung in den Elektromotoren/Generatoren in der Richtung vom Eingang zum Ausgang parallel zum Leistungsfluss durch das Getriebe vom Eingang zum Ausgang. Im Leistungsschleifenbetrieb, der unerwünscht ist, fließt die Leistung in den Elektromotoren/Generatoren in der Richtung vom Ausgang zum Eingang, derart, dass eine Leistungsschleife gebildet wird und der Leistungsfluss durch das Getriebe größer als die Eingangsleistung oder die Ausgangsleistung ist.
  • Ein Eingangsaufteilungs-Übersetzungsverhältnisbereich ist am sinnvollsten bei in Bezug auf die Eingangsdrehzahl niedrigen Ausgangsdrehzahlen, weil der Eingangsaufteilungsbereich einen Leistungs-Vorwärtskopplungsbetrieb von Null-Ausgangsdrehzahl bis zu einem bestimmten Verhältnis und danach, bei höheren Ausgangsdrehzahlen, den Leistungsschleifenbetrieb beinhaltet. Ein Ausgangsaufteilungs-Betriebsbereich ist am sinnvollsten bei in Bezug auf die Eingangsdrehzahl hohen Ausgangsdrehzahlen, weil der Ausgangsaufteilungsbereich einen Leistungsschleifenbetrieb unterhalb eines bestimmten Verhältnisses und danach, bei höheren Ausgangsdrehzahlen, den Leistungs-Vorwärtskopplungsbetrieb beinhaltet.
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  • Die obigen Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden sogleich deutlich aus der folgenden genauen Beschreibung der besten Arten zum Ausführen der Erfindung, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen aufgenommen wird.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein schematisches Prinzipschaubild, das eine bevorzugte Form eines elektrisch verstellbaren Getriebes zeigt, das die Konzepte der vorliegenden Erfindung in einem Getriebe für Vorderradantrieb verkörpert, wobei vier Drehmomentübertragungseinrichtungen ausgeführt sind;
  • 2 ist ein Diagramm, das Kupplungseinrückungen und den Motor/Generator-Betrieb für verschiedene Betriebsbedingungen des Getriebes nach 1 zeigt;
  • 3 ist ein schematisches Prinzipschaubild, das eine weitere bevorzugte Form eines elektrisch verstellbaren Getriebes zeigt, das die Konzepte der vorliegenden Erfindung in einem Getriebe für Hinterradantrieb verkörpert, wobei vier Drehmomentübertragungseinrichtungen ausgeführt sind;
  • 4 ist ein schematisches Prinzipschaubild, das eine nochmals weitere bevorzugte Form eines elektrisch verstellbaren Getriebes zeigt, das die Konzepte der vorliegenden Erfindung bei einem Getriebe für Hinterradantrieb verkörpert, wobei fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen ausgeführt sind;
  • 5 ist ein Diagramm, das Kupplungseinrückungen für verschiedene Betriebsbedingungen des Getriebes nach 4 zeigt;
  • 6 ist ein schematisches Prinzipschaubild, das eine weitere bevorzugte Form eines elektrisch verstellbaren Getriebes zeigt, das die Konzepte der vorliegenden Erfindung bei einem Getriebe für Vorderradantrieb verkörpert, wobei vier Drehmomentübertragungseinrichtungen ausgeführt sind.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Das US-Patent Nr. 6,527,658, erteilt am 4. März 2003 an Holmes u. a., das hiermit in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen ist, offenbart ein elektrisch verstellbares Getriebe, das zwei Planetenradsätze, zwei Motoren/Generatoren und zwei Kupplungen verwendet, um Eingangsaufteilung-, Verbundaufteilungs-, Neutral- und Rückwärtsfahrt-Betriebsarten bereitzustellen. Die vorliegende Erfindung schafft eine verhältnismäßig ähnliche Struktur mit einer, zwei oder drei zusätzlichen Kupplungen, um die Leistung potentiell zu verbessern.
  • Zunächst ist in 1 eine allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnete bevorzugte Ausführungsform des verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes gezeigt. Das Getriebe 10 ist so beschaffen, dass es wenigstens einen Anteil seiner Antriebsleistung von einem Motor 12 empfängt. Wie gezeigt ist, hat der Verbrennungsmotor 12 eine Abtriebswelle 14, die auch als Vorwärtsfahrt-Eingangselement eines Übergangsdrehmomentdämpfers 16 dienen kann, der eine Eingangskupplung 17 umfasst. Übergangsdrehmomentdämpfer sind an sich wohlbekannt, jedoch dient unabhängig von dem bestimmten Übergangsdrehmomentdämpfer 16 sein Ausgangselement als Eingangselement 18 des Getriebes 10, wie weiter unten näher beschrieben wird.
  • In der gezeigten Ausführungsform kann der Verbrennungsmotor 12 ein Verbrennungsmotor für fossilen Kraftstoff wie etwa ein Dieselmotor sein, der leicht anzupassen ist, um seine verfügbare Ausgangsleistung bereitzustellen, die mit einer konstanten Anzahl von Umdrehungen pro Minute (min–1) geliefert wird.
  • Unabhängig von den Mitteln, durch die der Verbrennungsmotor 12 mit dem Getriebeeingangselement 18 verbunden ist, ist das Getriebeeingangselement 18 mit einem Planetenradsatz 20 im Getriebe 10 wirksam verbunden.
  • Das Getriebe 10 nutzt zwei Differential- oder Ausgleichs-Zahnradsätze, vorzugsweise in Form von Planetenradsätzen. Der erste Planetenradsatz 20 verwendet ein äußeres Getriebeelement 22, das typisch als Hohlrad bezeichnet wird. Das Hohlrad 22 umschreibt ein inneres Getriebeelement 24, das typisch als Sonnenrad bezeichnet wird. Ein Träger 26 unterstützt mehrere Planetenräder 28, 29 drehbar, derart, dass jedes Planetenrad 28 mit dem äußeren Getriebeelement, dem Hohlrad 22, des ersten Planetenradsatzes 20 in Zahneingriff ist und jedes Planetenrad 29 mit dem inneren Getriebeelement, dem Sonnenrad 24, des ersten Planetenradsatzes 20 in Zahneingriff ist. Das Eingangselement 18 ist am Hohlradelement 22 des ersten Planetenradsatzes 20 befestigt.
  • Der zweite Planetenradsatz 32 enthält ebenfalls ein auch häufig als Hohlrad bezeichnetes äußeres Getriebeelement 34, das ein auch häufig als Sonnenrad bezeichnetes inneres Getriebeelement 36 umschreibt. Ebenso sind mehrere Planetenräder 38 in einem Träger 40 drehbar angebracht, derart, dass jedes Planetenradelement 38 gleichzeitig sowohl mit dem äußeren Getriebeelement, dem Hohlrad 34, des zweiten Planetenradsatzes 32 als auch mit dem inneren Getriebeelement, dem Sonnenrad 36, des zweiten Planetenradsatzes 32 in Zahneingriff ist.
  • Der Planetenradsatz 20 ist zusammengesetzt, während der Planetenradsatz 32 einfach ist. Das innere Sonnenrad 36 des zweiten Planetenradsatzes 32 ist über eine zentrale Welle 42 mit dem Träger 26 des ersten Planetenradsatzes 20 verbunden.
  • Die erste bevorzugte Ausführungsform 10 enthält außerdem einen ersten und einen zweiten Motor/Generator 46 bzw. 48. Der Stator 50 des ersten Motors/Generators 46 ist an der im Allgemeinen ringförmigen Innenfläche 52 des Getriebegehäuses 54 befestigt. Der Rotor 56 des ersten Motors/Generators 46 ist an einer Hohlwelle 58 befestigt. Das innere Sonnenrad 24 des ersten Planetenradsatzes 20 ist an dem nach vorn gerichteten Ende der Hohlwelle 58 befestigt, während das entgegengesetzte Ende der Hohlwelle 58 in einer sich radial erstreckenden Flanschplatte 60, die eine Grenzfläche zu einem Kupplungsmittel bildet, das weiter unten beschrieben wird, endet.
  • Der Stator 66 des zweiten Motors/Generators 48 ist ebenso an der im Allgemeinen ringförmigen Innenfläche 52 des Getriebegehäuses 54 befestigt. Der Rotor 68 des zweiten Motors/Generators 48 ist an der zentralen Welle 42 befestigt, womit der erste und der zweite Planetenradsatz 20 und 32 weiter zusammengesetzt sind.
  • Die zwei Planetenradsätze 20 und 32 sowie die zwei Motoren/Generatoren 46 und 48 können koaxial um die axial angeordnete zentrale Welle 42 orientiert sein. Diese Konfiguration stellt sicher, dass die Gesamteinhüllende, d. h. die Umfangsdimension, des Getriebes 10 minimiert ist.
  • Das Hohlrad 34 des zweiten Planetenradsatzes 32 ist selektiv durch ein erstes Kupplungsmittel in Form einer Drehmomentübertragungseinrichtung 62 (C1) mit dem Gehäuse 54 als Masse verbunden. Das heißt, dass das mit Masse verbundene Hohlrad 34 durch eine wirksame Verbindung mit dem nicht drehbaren Gehäuse 54 selektiv gegen Drehung gesichert ist. Das Hohlrad 34 des zweiten Planetenradsatzes 32 ist außerdem selektiv durch ein zweites Kupplungsmittel in Form einer Drehmomentübertra gungseinrichtung 64 (C2) mit der sich radial erstreckenden Flanschplatte 60 verbunden. Die erste und die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung 62 und 64 werden verwendet, um die Wahl der Betriebsarten des Hybridgetriebes 10 zu unterstützen, wie weiter unten ausführlicher erläutert wird.
  • Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung 65 (C3) verbindet selektiv den Träger 26, das Sonnenrad 36 und den Rotor 68 mit dem Getriebegehäuse 54. Demgemäß erlaubt diese Drehmomentübertragungseinrichtung ein Verriegeln des zweiten Motors/Generators 48 an dem Getriebegehäuse, was eine zusätzliche verfügbare feste Übersetzung schafft, wenn die Drehmomentübertragungseinrichtung 64 (C2) ebenfalls eingerückt ist.
  • Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung 67 (C4) ist als "Sperrkupplung" vorgesehen, um das Hohlradelement 22 mit dem Träger 26 zu verriegeln. Diese Drehmomentübertragungseinrichtung ermöglicht dem Getriebe außerdem das Übertragen des Drehmoments und der Leistung bei zwei zusätzlichen festen Übersetzungsverhältnissen: einer niedrigen Übersetzung, wobei die Drehmomentübertragungseinrichtungen 62 (C1) und 67 (C4) eingerückt sind, und einer Direktantriebsübersetzung, wobei die Drehmomentübertragungseinrichtungen 64 (C2) und 67 (C4) eingerückt sind. Dies ermöglicht bei diesen festen Übersetzungen das Übertragen eines höheren Drehmoments oder einer höheren Leistung durch das Getriebe als bei ähnlichen Übersetzungen durch die alleinige Wirkung der Kupplung C1 oder C2 und der Motoren/Generatoren. Die Sperrkupplung ermöglicht das schnelle Erzielen einer Höchstleistung zum Transportieren, Schleppen und Ziehen bei einem persönlichen Lastkraftwagen oder dergleichen unter Bereitstellung von vier verfügbaren festen Übersetzungen, wobei in der ersten Betriebsart mit wenigstens einem mechanischen Punkt und in der zweiten Betriebsart mit wenigstens zwei mechanischen Punkten, d. h. mit drei mechanischen Punkten, jeweils einem bei jeder von drei einzelnen Fahrgeschwindigkeiten, gearbeitet wird.
  • Das Ausgangsantriebselement 70 des Getriebes 10 ist am Träger 40 des zweiten Planetenradsatzes 32 befestigt. Das Ausgangsantriebselement 70 kann am Umfang Zahnradzähne (nicht gezeigt) aufweisen, die mit einem Zahnrad (nicht gezeigt) in Zahneingriff sind, das von einem Verteilergetriebe (nicht gezeigt) angeboten wird, das als Differential für zwei entsprechende Antriebswellen dienen kann. Vorzugsweise wird diese Konfiguration bei einem Fahrzeug mit Vorderradantrieb verwendet. Selbstverständlich könnte das Ausgangsantriebselement 70 Ausgangsleistung über einen Kettenantrieb oder eine ähnliche mechanische Verbindung an das Verteilergetriebe übertragen.
  • Um zur Beschreibung der Leistungsquellen zurückzukehren, empfängt das Getriebe 10, wie aus der obigen Beschreibung und insbesondere aus 1 hervorgeht, selektiv Leistung vom Verbrennungsmotor 12. Wie nun erläutert wird, empfängt das Hybridgetriebe auch Leistung von einer elektrischen Leistungsquelle 82. Die elektrische Leistungsquelle 82 kann einer oder mehreren Batterien entsprechen. Anstelle von Batterien können andere elektrische Leistungsquellen wie etwa Brennstoffzellen, die die Fähigkeit besitzen, elektrische Leistung zu liefern oder zu speichern und zu verteilen, verwendet werden, ohne die Konzepte der vorliegenden Erfindung zu verändern. Wie in Verbindung mit der Beschreibung des Verbrennungsmotors 12 und der Motoren/Generatoren 46 und 48 erläutert worden ist, ist ähnlich selbstverständlich, dass die PS-Abgabe der elektrischen Leistungsquelle ebenfalls nicht kritisch für die Erfindung ist.
  • Die elektrische Leistungsquelle 82 kommuniziert über elektrische Übertragungsleiter 86A und 86B mit einer elektrischen Steuereinheit (ECU) 84. Die ECU 84 kommuniziert über elektrische Übertragungsleiter 86C und 86D mit dem ersten Motor/Generator 48 und in ähnlicher Weise über elektrische Übertragungsleiter 86E und 86F mit dem zweiten Motor/Generator 48.
  • Wie aus dem vorhergehenden Abschnitt deutlich geworden ist, kann an mehr als einem Ort ein besonderes Bauelement, eine besondere Komponente oder eine besondere Anordnung verwendet werden. Wenn allgemein auf jenen Typ von Bauelement, Komponente oder Anordnung verwiesen wird, wird eine gemeinsame numerische Bezeichnung verwendet. Wenn jedoch die so identifizierten Bauelemente, Komponenten oder Anordnungen einzeln identifiziert werden müssen, werden sie durch ein Buchstabensuffix, das in Kombination mit der zur allgemeinen Identifikation jenes Bauelements, jener Komponente oder jener Anordnung verwendeten numerischen Bezeichnung verwendet wird, bezeichnet. Folglich gibt es sechs elektrische Übertragungsleiter, die allgemein durch das Bezugszeichen 86 identifiziert sind, jedoch sind in der Patentbeschreibung und in den Zeichnungen die spezifischen, einzelnen elektrischen Übertragungsleiter daher mit 86A, 86B, 86C, 86D, 86E und 86F identifiziert. Dieselbe Suffixübereinkunft soll in der gesamten Patentbeschreibung eingehalten werden.
  • Allgemeine Betriebsüberlegungen
  • Eine der Primärsteuervorrichtungen ist ein wohlbekannter Fahr- oder Antriebsbereichwahlschalter (nicht gezeigt), der eine herkömmliche elektronische Steuereinheit (die ECU 84) dazu veranlasst, das Getriebe entweder für den Park-, Rückwärtsfahrt-, Neutral- oder Vorwärtsfahrtbereich zu konfigurieren. Die zweite und die dritte Primärsteuervorrichtung bilden ein Fahrpedal (nicht gezeigt) und ein Bremspedal (ebenfalls nicht gezeigt). Die durch die ECU von diesen drei Primärsteuerquellen erhaltenen Informationen werden als "Fahreranforderung" bezeichnet. Die ECU erhält außerdem Informationen von mehreren Sensoren (sowohl eingangsseitig als auch ausgangsseitig) hinsichtlich des Zustands: der Drehmomentübertragungseinrichtungen (entweder eingerückt oder ausgerückt), des Verbrennungsmotorausgangsdrehmoments, des Kapazitätspegels der kombinierten Batterie oder Batterien und der Temperaturen ausgewählter Fahrzeugkomponenten. Die ECU bestimmt, was erforderlich ist, und beeinflusst dann angemessen die nach Auswahl betriebenen Komponenten des Getriebes oder dem Getriebe zugeordneten Komponenten, um auf die Fahreranforderung zu reagieren.
  • Die Erfindung verwendet sowohl einfache als auch zusammengesetzte Planetenradsätze. Bei einem einfachen Planetenradsatz wird normal ein einziger Satz von Planetenrädern zur Drehung an einem Träger, der selbst drehbar ist, unterstützt.
  • Bei einem einfachen Planetenradsatz drehen sich dann, wenn das Sonnenrad stationär gehalten wird und Leistung auf das Hohlrad eines einfachen Planetenradsatzes übertragen wird, die Planetenräder als Reaktion auf die auf das Hohlrad übertragene Leistung und "laufen" in Umfangsrichtung um das feste Sonnenrad, um eine Drehung des Trägers in derselben Richtung wie jener, in der das Hohlrad gedreht wird, zu bewirken.
  • Wenn sich jeweils zwei Elemente eines einfachen Planetenradsatzes in der gleichen Richtung und mit der gleichen Geschwindigkeit drehen, wird das dritte Element dazu gezwungen, sich mit der gleichen Geschwindigkeit in der gleichen Richtung zu drehen. Wenn sich beispielsweise das Sonnenrad und das Hohlrad in der gleichen Richtung und mit der gleichen Geschwin digkeit drehen, drehen sich die Planetenräder nicht um ihre eigenen Achsen, sondern wirken stattdessen als Keile, die die gesamte Einheit verriegeln und bewirken, was als Direktantrieb bekannt ist, Das heißt, dass sich der Träger mit den Sonnen- und Hohlrädern dreht.
  • Wenn sich jedoch die zwei Getriebeelemente in der gleichen Richtung, jedoch mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen, kann die Richtung, in der sich das dritte Getriebeelement dreht, häufig einfach durch Sichtprüfung bestimmt werden, jedoch ist die Richtung in vielen Fällen nicht offensichtlich und kann nur bei Kenntnis der Anzahl von an allen Getriebeelementen des Planetenradsatzes vorhandenen Zähne genau bestimmt werden.
  • Stets dann, wenn der Träger davon abgehalten wird, sich frei zu drehen, und entweder auf das Sonnenrad oder das Hohlrad Leistung übertragen wird, wirken die Planetengetriebeelemente als Zwischenräder. In dieser Weise wird das angetriebene Element in der entgegengesetzten Richtung zu jener des antreibenden Elements gedreht. Folglich wird in vielen Getriebeanordnungen dann, wenn der Rückwärtsfahrtbereich gewählt ist, eine Drehmomentübertragungseinrichtung, die als Bremse dient, reibungsschlüssig betätigt, um mit dem Träger in Eingriff zu gelangen und ihn dadurch gegen Drehung zu blockieren, so dass Leistung, die auf das Sonnenrad übertragen wird, das Hohlrad in der entgegengesetzten Richtung dreht. Wenn das Hohlrad mit den Antriebsrädern eines Fahrzeugs wirksam verbunden ist, ist eine solche Anordnung folglich in der Lage, die Drehrichtung der Antriebsräder umzukehren und dadurch die Richtung des Fahrzeugs selbst umzukehren.
  • Bei einem einfachen Satz von Planetenrädern kann die Drehzahl des dritten Elements, wenn zwei der Umdrehungsgeschwindigkeiten des Sonnen rads, des Planetenträgers und des Hohlrads bekannt sind, nach einer einfachen Regel bestimmt werden. Die Umdrehungsgeschwindigkeit des Trägers ist stets proportional zu den Drehzahlen des Sonnenrads und des Hohlrads, gewichtet durch deren jeweilige Anzahl von Zähnen. Ein Hohlrad kann beispielsweise zweimal soviel Zähne wie das Sonnenrad in demselben Satz haben. Die Drehzahl des Trägers ist dann die Summe aus zwei Dritteln der Drehzahl des Hohlrads und einem Drittel der Drehzahl des Sonnenrads. Falls sich eines dieser drei Elemente in einer entgegengesetzten Richtung dreht, ist das arithmetische Vorzeichen der Drehzahl jenes Elements in mathematischen Berechnungen negativ.
  • Das Drehmoment auf das Sonnenrad, den Träger und das Hohlrad kann ebenso einfach auf ein anderes bezogen werden, falls dies ohne Betrachtung der Massen der Zahnräder, der Beschleunigung der Zahnräder oder der Reibung innerhalb des Zahnradsatzes, die alle bei einem gut entworfenen Getriebe einen relativ geringfügigen Einfluss haben, erfolgt. Das auf das Sonnenrad eines einfachen Planetenradsatzes ausgeübte Drehmoment muss das auf das Hohlrad ausgeübte Drehmoment im Verhältnis zur Anzahl der Zähne an jedem dieser Zahnräder ausgleichen. Beispielsweise muss das auf ein Hohlrad mit zweimal soviel Zähnen wie das Sonnenrad in jenem Satz ausgeübte Drehmoment das Zweifache von jenem, das auf das Sonnenrad ausgeübt wird, sein und in der gleichen Richtung ausgeübt werden. Das auf den Träger ausgeübte Drehmoment muss zur Summe aus dem Drehmoment auf das Sonnenrad und dem Drehmoment auf das Hohlrad in der Größe gleich und in der Richtung entgegensetzt sein.
  • Bei einem zusammengesetzten Planetenradsatz bewirkt die Verwendung von inneren und äußeren Sätzen von Planetenrädern im Vergleich zu einem einfachen Planetenradsatz ein Vertauschen der Rollen des Hohlrads und des Planetenträgers. Beispielsweise dreht sich der Planetenträger, wenn das Sonnenrad stationär gehalten wird, in der gleichen Richtung wie das Hohlrad, jedoch läuft der Planetenträger mit einem inneren und einem äußeren Satz von Planetenrädern schneller als das Hohlrad anstatt langsamer.
  • Bei einem zusammengesetzten Planetenradsatz mit einem inneren und einem äußeren Satz von in Zahneingriff befindlichen Planetenrädern ist die Drehzahl des Hohlrads proportional zu den Drehzahlen des Sonnenrads und des Planetenträgers, gewichtet durch die Anzahl von Zähnen am Sonnenrad bzw. die Anzahl von Zähnen, die durch die Planetenräder belegt sind. Beispielsweise könnte die Differenz zwischen dem Hohlrad und Sonnenrad in der Belegung durch die Planetenräder zweimal soviel Zähne betragen, wie am Sonnenrad im gleichen Satz vorhanden sind. In diesem Fall wäre die Drehzahl des Hohlrads die Summe aus zwei Dritteln der Drehzahl des Trägers und einem Drittel der Drehzahl des Sonnenrads. Falls sich das Sonnenrad oder der Planetenträger in einer entgegengesetzten Richtung dreht, ist das arithmetische Vorzeichen für jene Drehzahl in mathematischen Berechnungen negativ.
  • Falls das Sonnenrad stationär gehalten wird, dreht sich ein Träger mit einem inneren und einem äußeren Satz von Planetenrädern in der gleichen Richtung wie das sich drehende Hohlrad jenes Satzes. Zum anderen rollen oder "laufen" Planetenräder in dem inneren Satz, die mit dem Sonnenrad in Eingriff sind, dann, wenn das Sonnenrad stationär gehalten wird und der Träger angetrieben wird, entlang des Sonnenrads und drehen sich in der gleichen Richtung wie der Träger. Planetenräder oder Ritzel im äußeren Satz, die mit Ritzeln im inneren Satz in Zahneingriff sind, drehen sich in der entgegengesetzten Richtung und zwingen dadurch ein in Zahneingriff befindliches Hohlrad in die entgegengesetzte Richtung, jedoch nur bezüglich derjenigen Planetenräder, die mit dem Hohlrad in Zahneingriff sind. Die Planetenräder im äußeren Satz werden längs der Richtung des Trägers geführt. Die Auswirkung der Drehung der Ritzel im äußeren Satz auf ihre eigenen Achsen und die stärkere Auswirkung der Orbitalbewegung der Planetenräder im äußeren Satz infolge der Bewegung des Trägers kombinieren sich so, dass sich das Hohlrad in der gleichen Richtung wie der Träger, jedoch schneller als der Träger dreht.
  • Falls der Träger in einem solchen zusammengesetzten Planetenradsatz stationär gehalten wird und das Sonnenrad gedreht wird, dreht sich das Hohlrad mit einer geringeren Geschwindigkeit in der gleichen Richtung wie das Sonnenrad. Falls das Hohlrad eines einfachen Planetenradsatzes stationär gehalten wird und das Sonnenrad gedreht wird, dreht sich der Träger, der einen einzigen Satz von Planetenrädern unterstützt, mit einer geringeren Geschwindigkeit in der gleichen Richtung wie das Sonnenrad. Somit lässt sich im Vergleich zur Verwendung eines einzelnen Satzes von Planetenrädern in einem einfachen Planetenradsatz das Vertauschen der Rollen zwischen dem Träger und dem Hohlrad, das durch die Verwendung eines inneren und eines äußeren Satzes von miteinander in Zahneingriff befindlichen Planetenrädern hervorgerufen wird, beobachten.
  • Die normale Tätigkeit eines elektrisch verstellbaren Getriebes besteht im Übertragen von mechanischer Leistung vom Eingang zum Ausgang. Als Teil dieser Getriebetätigkeit wirkt einer seiner Motoren/Generatoren als Generator von elektrischer Leistung. Der andere Motor/Generator wirkt als Motor und verwendet jene elektrische Leistung. Wenn die Drehzahl des Ausgangs von null auf eine hohe Drehzahl ansteigt, vertauschen die Motoren/Generatoren allmählich ihre Rolle als Generator und Motor, wobei sie dies mehr als einmal tun können. Dieses Vertauschen findet um mechanische Punkte statt, wo im Wesentlichen die gesamte Leistung vom Ein gang zum Ausgang mechanisch übertragen wird und elektrisch keine wesentliche Leistung übertragen wird.
  • In einem hybriden, elektrisch verstellbaren Kraftübertragungssystem kann eine elektrische Speicherbatterie ebenfalls Leistung an das Getriebe liefern oder das Getriebe der Batterie Leistung zuführen. Falls die Batterie dem Getriebe beispielsweise zur Beschleunigung des Fahrzeugs eine wesentliche elektrische Leistung zuführt, können beide Motoren/Generatoren als Motoren wirken. Falls das Getriebe beispielsweise beim regenerativen Bremsen der Batterie Leistung zuführt, können beide Motoren/Generatoren auch als Generatoren wirken. In nächster Nähe der mechanischen Betriebspunkte können beide Motoren/Generatoren bei geringen Abgaben an elektrischer Leistung wegen der elektrischen Verluste im System ebenfalls als Generatoren wirken.
  • Im Gegensatz zur normalen Tätigkeit des Getriebes kann das Getriebe tatsächlich zum Übertragen von mechanischer Leistung vom Ausgang zum Eingang verwendet werden. Dies kann in einem Fahrzeug geschehen, um speziell auf langen abwärts führenden Strecken die Fahrzeugbremsen zu ergänzen und das regenerative Bremsen des Fahrzeugs zu verstärken oder zu ergänzen. Wenn der Leistungsfluss durch das Getriebe in dieser Weise umgekehrt ist, sind die Rollen der Motoren/Generatoren zu jenen bei normaler Tätigkeit vertauscht.
  • Funktionsweise der ersten beschriebenen Ausführungsform
  • 2 ist ein Diagramm, das Kupplungseinrückungen der Drehmomentübertragungseinrichtungen 62, 64, 65 und 67 und den Betrieb der Motoren/Generatoren 46, 48 unter verschiedenen Betriebsbedingungen des in 1 gezeigten Getriebes 10 zeigt.
  • In der Betriebsart 1, Rückwärtsfahrt, ist die Drehmomentübertragungseinrichtung 62 eingerückt, wobei der Verbrennungsmotor 12 das Hohlradelement 22 (bei alleinigem elektrischen Antrieb) halten kann und der zweite Motor/Generator 48 das Sonnenradelement 36 antreibt, das den Träger 40 zum Antreiben des Ausgangs 70 dreht, während der erste Motor/Generator 46 über das Sonnenradelement 24 und den Träger 26 angetrieben wird, wobei das Sonnenrad vom Verbrennungsmotor 12 stationär gehalten wird. Dementsprechend treibt der Motor/Generator 48 in Rückwärtsrichtung an, während der Motor/Generator 46 angetrieben wird. Der Verbrennungsmotor 12 kann in Umkehrrichtung laufen oder nicht.
  • Falls der Fahrzeugführer den Rückwärtsbetrieb wählt, ist daher, wie oben beschrieben worden ist, die Drehmomentübertragungseinrichtung 62 eingerückt, um das äußere Hohlrad 34 des zweiten Planetenradsatzes 32 mit dem Gehäuse 54 als Masse in Eingriff zu bringen. Als weitere Reaktion auf die Fahreranforderung kehrt die ECU 84 die Polarität der dem Stator 66 des zweiten Motors/Generators 48 zugeführten elektrischen Leistung um. Die daraus resultierende Drehung des Rotors 68 im Motor/Generator 48 kehrt dann von der Drehrichtung, die dem Vortrieb zugeordnet ist, zur ersten Betriebsart oder Eingangsaufteilungs-Betriebsart um. Unter diesen Bedingungen treibt das innere Sonnenrad 36 des zweiten Planetenradsatzes 32 den Träger 40 im Planetensatz 32 entgegen dem mit Masse verbundenen äußeren Hohlrad 34 an, um eine Drehung des Trägers 40 und des Ausgangsantriebselements 70 in der in Bezug auf die Drehung jener Elemente während des Vortriebs entgegengesetzten Richtung zu bewirken. Der Betrieb in der Rückwärtsfahrtbetriebsart ist somit erreicht.
  • In der Betriebsart 1, Vorwärtsfahrt, gelten die gleichen Bedingungen wie in der oben beschriebenen Betriebsart 1, Rückwärtsfahrt, mit der Ausnahme, dass der Motor/Generator in einer zur Betriebsart 1, Rückwärtsfahrt, entgegengesetzten Drehrichtung elektrisch betätigt wird.
  • Im Gang 1 wird das erste feste Übersetzungsverhältnis durch Einrücken der Drehmomentübertragungseinrichtungen 62 und 67 erreicht, wobei keine Leistung durch die Motoren/Generatoren 46, 48 übertragen wird.
  • In der elektrisch verstellbaren Betriebsart 1 wird die Drehmomentübertragungseinrichtung 62 eingerückt und eine Eingangsaufteilungs-Betriebsart erreicht, weil die Leistung am Hohlradelement 22 in den ersten Planetenradsatz eintritt und über den Träger 26, das Sonnenradelement 36 und den Träger 40 auf einen mechanischen Pfad und über das Sonnenrad 24, den Motor/Generator 46 , den Motor/Generator 48, das Sonnenradelement 36 und den Träger 40 auf einen elektrischen aufgeteilt wird. Der Motor/Generator 46 wird durch das Sonnenradelement 24 angetrieben, wobei er den Motor/Generator 48, der in der Antriebsbetriebsart ist (d. h. als Motor wirkt), unterstützt. Somit verwendet das Getriebe 10 das Hohlrad 22 des ersten Planetenradsatzes 20, um durch den Motor 12 bereitgestellte Leistung zu empfangen, und den Träger 26 desselben Planetenradsatzes, um Leistung durch den Motor/Generator 48, der als Motor arbeitet, an die zentrale Welle 42 zu liefern. Gleichzeitig verwendet das Getriebe 10 den zweiten Planetenradsatz 32, um das Drehmoment zu vervielfachen, das durch das Sonnenrad 36 des zweiten Planetenradsatzes 32 empfan gen und entgegen der Reaktion, die durch das die mit Masse verbundene Hohlrad 34 erzwungen wird, auf den Träger 40 ausgeübt wird.
  • In der elektrisch verstellbaren Betriebsart 2 wird nur die Drehmomentübertragungseinrichtung 64 eingerückt und ein Verbundaufteilungsbetrieb erreicht. Der Motor/Generator 46 ist in der Antriebsbetriebsart, während der Motor/Generator 48 angetrieben wird. In der Verbundaufteilungs-Betriebsart verwendet das Getriebe dieselben zwei Planetenradsätze 20 und 32, um eine Getriebeverbindung zwischen dem Eingangselement 18, beiden Motoren/Generatoren 46 und 48 und dem Ausgangsantriebselement 70 in der Weise herzustellen, dass der Leistungsfluss sowohl am Eingang als auch am Ausgang des Getriebes auf einen mechanischen und einen elektrischen Pfad aufgeteilt wird.
  • Im Gang 2 wird das zweite feste Übersetzungsverhältnis durch Einrücken der Drehmomentübertragungseinrichtungen 62 und 64 erreicht, wobei durch die Motoren/Generatoren 46, 48 keine Leistung übertragen wird.
  • Im Gang 3 wird das dritte feste Übersetzungsverhältnis, das einem 1:1-Direktantriebsverhältnis entspricht, durch Einrücken der Drehmomentübertragungseinrichtungen 64 und 67 erreicht, wobei durch die Motoren/Generatoren 46, 48 keine Leistung übertragen wird.
  • Im Gang 4 wird das vierte feste Übersetzungsverhältnis durch Einrücken der Drehmomentübertragungseinrichtungen 64 und 65 erreicht, wobei durch die Motoren/Generatoren 46, 48 keine Leistung übertragen wird.
  • Es gibt noch eine Neutral-Betriebsart, bei der das Eingangselement 18 vom Verbrennungsmotor 12 und die zwei Motoren/Generatoren 46 und 48 vom Ausgangsantriebselement 70 wirksam getrennt sind, indem er möglicht wird, dass sich ein Element des zweiten Planetenradsatzes 32 frei dreht. Das heißt, dass beide Drehmomentübertragungseinrichtungen 62 und 64 ausgerückt sind, weshalb sich das äußere Getriebeelement 34 des zweiten Planetenradsatzes 32 frei drehen kann und dadurch die Neutral-Betriebsart bewirkt.
  • Es gibt noch eine Neutral-Betriebsart, bei der das Eingangselement 18 vom Verbrennungsmotor 12 und die zwei Motoren/Generatoren 46 und 48 vom Ausgangsantriebselement 70 wirksam getrennt sind, indem ermöglicht wird, dass sich ein Element des zweiten Planetenradsatzes 32 frei dreht. Das heißt, dass beide Drehmomentübertragungseinrichtungen 62 und 64 ausgerückt sind, weshalb sich das äußere Getriebeelement 34 des zweiten Planetenradsatzes 32 frei drehen kann und dadurch die Neutral-Betriebsart bewirkt.
  • Beschreibung einer zweiten exemplarischen Ausführungsform
  • In 3 ist eine allgemein durch die Bezeichnung 110 identifizierte weitere bevorzugte Ausführungsform des verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes gezeigt. Die Betriebskomponenten von 3 gleichen im Wesentlichen jenen von 1, so dass gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche Komponenten von 1 und 3 zu bezeichnen. In 3 ist das Getriebe nach 1 zu einer Auslegung für Hinterradantrieb umgestellt worden. Es enthält wie in 1 vier Drehmomentübertragungseinrichtungen und arbeitet in Entsprechung mit dem Diagramm von 2.
  • Das Getriebe 110 nach 4 kann seine Eingangsleistung zum Teil von einem Verbrennungsmotor 112 empfangen. In der gezeigten Ausführungsform kann der Verbrennungsmotor 112 ebenfalls ein Verbrennungsmotor für fossilen Kraftstoff wie etwa ein Dieselmotor sein, der leicht anzupassen ist, um seine verfügbare Ausgangsleistung bereitzustellen, die mit einer konstanten Anzahl von Umdrehungen pro Minute (min–1) geliefert wird. Wie gezeigt ist, besitzt der Verbrennungsmotor 112 eine Abtriebswelle 114, die auch als Vorwärtsfahrt-Eingangselement eines Übergangsdrehmomentdämpfers 116, der eine Eingangskupplung 117 umfasst, dienen kann. Das Ausgangselement des Übergangsdrehmomentdämpfers 116 dient als Eingangselement 118 des Getriebes 110.
  • Unabhängig von den Mitteln, durch die der Verbrennungsmotor 112 mit dem Getriebeeingangselement 118 verbunden ist, ist das Getriebeeingangselement 118 mit einem Planetenradsatz 120 im Getriebe 110 wirksam verbunden.
  • Das Getriebe 110 nutzt zwei Planetenradsätze. Der erste ist ein zusammengesetzter Planetenradsatz 120, der ebenfalls ein äußeres Getriebeelement 122 verwendet, das typisch als Hohlrad bezeichnet wird. Das Hohlrad 122 umschreibt ebenfalls ein inneres Getriebeelement 124, das typisch als Sonnenrad bezeichnet wird. Die Trägeranordnung 126 im Planetenradsatz 120 unterstützt jedoch zwei Sätze von Planetenrädern 128, 129 drehbar. Jedes der mehreren Planetenräder 129 ist gleichzeitig mit dem inneren Sonnenrad 124 in Zahneingriff. Jedes Planetenrad 129 ist mit einem und nur mit einem benachbarten Planetenrad 128 in Zahneingriff. Jedes Planetenrad 128 ist gleichzeitig mit dem äußeren Hohlradelement 122 in Zahneingriff. Jedes Planetenrad 128 ist seinerseits mit einem und nur mit einem benachbarten Planetenrad 129 in Zahneingriff.
  • Das Eingangselement 118 ist am Hohlradelement 122 des zusammengesetzten Planetenradsatzes 120 befestigt.
  • Der zweite Planetenradsatz 132 ist ein einfacher Planetenradsatz und enthält ein auch häufig als Hohlrad bezeichnetes äußeres Getriebeelement 134, das ein auch häufig als Sonnenrad bezeichnetes inneres Getriebeelement 136 umschreibt. Wie es für einen einfachen Planetenradsatz typisch ist, sind außerdem mehrere Planetenräder 138 in einem Träger 140 drehbar angebracht, derart, dass jedes Planetenradelement 138 gleichzeitig sowohl mit dem äußeren Getriebeelement, dem Hohlrad 134, als auch dem inneren Getriebeelement, dem Sonnenrad 136, des zweiten Planetenradsatzes 132 in Zahneingriff ist, jedoch sind die Planetenrad- oder Ritzelelemente 138 nicht miteinander in Eingriff.
  • Außerdem sind der erste und der zweite Planetenradsatz 120 und 132 dadurch gegenseitig in Verbund geschaltet, dass das innere Sonnenrad 136 des zweiten Planetenradsatzes 132 über eine zentrale Welle 142 mit der Trägeranordnung 126 des zusammengesetzten Planetenradsatzes 120 verbunden ist. Das heißt, dass das vorwärts gerichtete Ende der zentralen Welle 142 in einem sich radial erstreckenden Flanschabschnitt 144, der an der Trägeranordnung 126 des zusammengesetzten Planetenradsatzes 120 befestigt ist, endet.
  • Die zweite bevorzugte Ausführungsform 110 enthält ebenfalls einen ersten und einen zweiten Motor/Generator 146 bzw. 148. Der Stator 150 des ersten Motors/Generators 146 ist an der im Allgemeinen ringförmigen Innenfläche 152 des Getriebegehäuses 154 befestigt. Der Rotor 156 des ersten Motors/Generators 146 ist an einer Hohlwelle 158 befestigt. Das innere Sonnenrad 124 des ersten Planetenradsatzes 120 ist ebenfalls an der Hohlwelle 158 befestigt.
  • Das Hohlrad 134 des zweiten Planetenradsatzes 132 kann selektiv durch eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung 162 (C1) mit dem Gehäu se 154 als Masse verbunden sein. Das heißt, dass das mit Masse verbundene Hohlrad 134 durch eine wirksame Verbindung mit dem nicht drehbaren Gehäuse 154 selektiv gegen Drehung gesichert ist. Das Hohlrad 134 des zweiten Planetenradsatzes 132 ist außerdem selektiv durch eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung 164 (C2) mit der sich radial erstreckenden Flanschplatte 160 verbunden. Die erste und die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung 162 und 164 werden verwendet, um die Wahl der Betriebsarten des Hybridgetriebes 110 zu unterstützen.
  • Der Träger 126 ist selektiv durch die Drehmomentübertragungseinrichtung 165 (C3) mit dem Getriebegehäuse als Masse verbunden. Außerdem ist der Träger 126 selektiv durch die Drehmomentübertragungseinrichtung 167 (C4) mit dem Hohlradelement 122 verbunden.
  • Der Stator 166 des zweiten Motors/Generators 148 ist ebenfalls an der im Allgemeinen ringförmigen Innenfläche 152 des Getriebegehäuses 154 befestigt. Der Rotor 168 des zweiten Motors/Generators 148 ist am Träger 126 des zusammengesetzten Planetenradsatzes 120 befestigt.
  • Die zwei Planetenradsätze 120 und 132 sowie die zwei Motoren/Generatoren 146 und 148 können koaxial um die axial angeordnete zentrale Welle 142 und das Eingangselement 118 orientiert sein. Diese Konfiguration stellt sicher, dass die Gesamteinhüllende, d. h. die Umfangsdimension, des Getriebes 110 minimiert ist.
  • Das Ausgangsantriebselement 170 des Getriebes 110 ist am Träger 140 des zweiten Planetenradsatzes 132 befestigt.
  • Die Funktionsweise des Getriebes 110 ist zu jener, die oben mit Bezug auf 2 für das Getriebe 10 beschrieben worden ist, gleich.
  • Beschreibung einer dritten exemplarischen Ausführungsform
  • In 4 ist ein Getriebe 210 gemäß einer dritten exemplarischen Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Dieses Getriebe gleicht in der Funktion und im Aufbau den Getrieben 10 und 110 nach den 1 und 3, mit Ausnahme, dass eine fünfte Kupplung hinzugefügt ist.
  • Wie gezeigt ist, umfasst das Getriebe 210 ein Eingangselement 218, das Leistung vom Verbrennungsmotor 212 empfängt und die Leistung über das Hohlradelement 222 an den ersten Planetenradsatz 220 liefert.
  • Das Getriebe 210 nutzt zwei Planetenradsätze. Der erste ist ein zusammengesetzter Planetenradsatz 220, der das äußere Getriebeelement 222 verwendet, das typisch als Hohlrad bezeichnet wird. Das Hohlrad 122 umschreibt ebenfalls ein inneres Getriebeelement 224, das typisch als Sonnenrad bezeichnet wird. Die Trägeranordnung 226 im Planetenradsatz 220 unterstützt jedoch zwei Sätze von Planetenrädern 228, 229 drehbar. Jedes der mehreren Planetenräder 229 ist gleichzeitig mit dem inneren Sonnenrad 224 in Zahneingriff. Jedes Planetenrad 229 ist mit einem und nur mit einem benachbarten Planetenrad 228 in Zahneingriff. Jedes Planetenrad 228 ist gleichzeitig mit dem äußeren Hohlradelement 222 in Zahneingriff. Jedes Planetenrad 128 ist seinerseits mit einem und nur mit einem benachbarten Planetenrad 229 in Zahneingriff.
  • Der zweite Planetenradsatz 232 ist ein einfacher Planetenradsatz und enthält ein auch häufig als Hohlrad bezeichnetes äußeres Getriebeelement 234, das ein auch häufig als Sonnenrad bezeichnetes inneres Getriebeelement 236 umschreibt. Wie es für einen einfachen Planetenradsatz typisch ist, sind außerdem mehrere Planetenräder 238 in einem Träger 240 drehbar angebracht, derart, dass jedes Planetenradelement 238 gleichzeitig sowohl mit dem äußeren Getriebeelement, dem Hohlrad 134, als auch dem inneren Getriebeelement, dem Sonnenrad 136, des zweiten Planetenradsatzes 232 in Zahneingriff ist, jedoch sind die Planetenrad- oder Ritzelelemente 238 nicht miteinander in Eingriff.
  • Das Getriebe 210 enthält außerdem einen ersten und einen zweiten Motor/Generator 246 bzw. 248. Der Stator 250 des ersten Motors/Generators 246 ist an der im Allgemeinen ringförmigen Innenfläche 252 des Getriebegehäuses 254 befestigt. Der Rotor 256 des ersten Motors/Generators 246 ist an dem inneren Sonnenrad 224 des ersten Planetenradsatzes 220 befestigt.
  • Das Hohlrad 234 des zweiten Planetenradsatzes 232 kann selektiv durch eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung 262 (C1) mit dem Gehäuse 254 als Masse verbunden sein. Das heißt, dass das mit Masse verbundene Hohlrad 234 durch eine wirksame Verbindung mit dem nicht drehbaren Gehäuse 254 selektiv gegen Drehung gesichert ist. Das Hohlrad 234 des zweiten Planetenradsatzes 232 ist außerdem selektiv durch eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung 264 (C2) mit dem Sonnenradelement 224 verbunden. Die erste und die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung 262 und 264 werden verwendet, um die Wahl der Betriebsarten des Hybridgetriebes 210 zu unterstützen.
  • Der Träger 226 ist selektiv durch die Drehmomentübertragungseinrichtung 265 (C3) mit dem Getriebegehäuse als Masse verbunden. Außerdem ist das Sonnenradelement 224 selektiv durch die Drehmomentübertragungseinrichtung 267 (C4) mit dem Sonnenradelement 236 verbunden.
  • Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung 268 (C5) verbindet selektiv den Träger 226 mit dem Sonnenradelement 236.
  • Der Stator 266 des zweiten Motors/Generators 248 ist ebenfalls an der im Allgemeinen ringförmigen Innenfläche 252 des Getriebegehäuses 254 befestigt. Der Rotor 268 des zweiten Motors/Generators 248 ist am Sonnenradelement 236 des zusammengesetzten Planetenradsatzes 220 befestigt.
  • Die zwei Planetenradsätze 220 und 232 sowie die zwei Motoren/Generatoren 246 und 248 können koaxial um die axial angeordnete zentrale Welle 242 orientiert sein. Diese Konfiguration stellt sicher, dass die Gesamteinhüllende, d. h. die Umfangsdimension, des Getriebes 210 minimiert ist.
  • Das Ausgangsantriebselement 270 des Getriebes 210 ist am Träger 240 des zweiten Planetenradsatzes 232 befestigt.
  • Das Diagramm von 5 zeigt Kupplungseinrückungen für verschiedene Betriebsbedingungen des Getriebes nach 4. Beispielsweise sind die Kupplungen 262 und 267 in der Betriebsart "nur elektrisch" (E1) eingerückt. Beide Motoren können so arbeiten, dass sie das Fahrzeug ohne Eingangs- oder Sperrkupplung bis an die Grenze ihres kombinierten Drehmoments und ihrer kombinierten Leistung und an die Batteriegrenzen vorwärts und rückwärts antreiben.
  • In der Reihenhybridbetriebsart (S1) sind die Kupplungen 262 und 265 eingerückt (nach einem Wechsel von Kupplung zu Kupplung zwischen den Kupplungen 267 und 265) und Leistung vom Verbrennungsmotor wird in den zweiten Motor/Generator 248 und durch den zweiten Planetenradsatz 232 zum Ausgang 270 geleitet. Die Reihenhybridbetriebsart (S1) kann zum Starten und Anhalten des Verbrennungsmotors verwendet werden.
  • In der Betriebsart mit verstellbarer Übersetzung (V1) sind die Kupplungen 262 und 268 eingerückt, um elektrisch verstellbare Übersetzungsverhältnisse in einer Eingangsaufteilungs-Betriebsart (nach einem Wechsel zwischen den Kupplungen 265 und 268) bereitzustellen.
  • Ein erstes festes Übersetzungsverhältnis wird bei eingelegtem Gang (F1) erreicht, wobei die Kupplungen 262, 267 und 268 eingerückt sind. Ein zweites festes Übersetzungsverhältnis wird bei eingelegtem Gang (F2) erreicht, wobei die Kupplungen 262, 264 und 268 eingerückt sind. Ein drittes festes Übersetzungsverhältnis wird bei eingelegtem Gang (F3) erreicht, wobei die Kupplungen 264, 267 und 268 eingerückt sind.
  • In der Betriebsart mit verstellbarer Übersetzung (V2) sind die Kupplungen 264 und 268 eingerückt, um elektrisch verstellbare Übersetzungsverhältnisse in einer Verbundaufteilungs-Betriebsart bereitzustellen. Ein viertes festes Übersetzungsverhältnis wird bei eingelegtem Gang (F4) erreicht, wobei die Kupplungen 264, 265 und 268 eingerückt sind.
  • Ein Ausgangsaufteilungsbereich (V3) ist mit elektrisch verstellbaren Übersetzungsverhältnissen versehen, wenn die Kupplungen 264 und 265 eingerückt sind, wobei der erste Motor/Generator 246 bei einem festen Übersetzungsverhältnis mit dem Eingang über das Getriebe verbunden ist und der zweite Motor/Generator 248 Übersetzungsverhältniseinstellungen an den zweiten Planetenradsatz 232 liefert. Dieser Ausgangsaufteilungsbereich wird erreicht, indem die Kupplung 268 ausgerückt wird, wodurch die Verbrennungsmotordrehzahl ohne Leistungsschleife abfallen kann, was einen hohen Schnell- oder Schongang effizienter macht. Es kann bei einem Schubbetrieb praktisch sein, vom Ausgangsaufteilungsbereich ohne synchronen Wechsel von Kupplung zu Kupplung zur Reihenhybridbetriebsart überzugehen.
  • Die bisher dargelegte Erfindung stellt ein stufenlos verstellbares Verhältnis zwischen Eingangsdrehzahl und Ausgangsdrehzahl bereit, so dass sie sowohl als Getriebe für ein Kraftfahrzeug als auch für ein öffentliches Transportfahrzeug, das sehr verschiedenartigen Betriebsanforderungen unterworfen ist, wirksam verwendet werden kann. Die Verbrennungsmotordrehzahl kann konstant bleiben oder unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit variieren, um Kraftstoff zu sparen und den Ausstoß von Schadstoffen und Kohlendioxiden zu reduzieren. Das Schalten in die ausgewählte Betriebsart kann synchron ohne verschwendete Energie geschehen, so dass das Schalten unverzüglich, unbemerkbar und ohne Verschleiß der Getriebekomponenten vor sich gehen kann.
  • Beschreibung einer vierten exemplarischen Ausführungsform
  • In einer nochmals weiteren Ausführungsform könnte das Getriebe 210 nach 4 durch Entfallenlassen der Kupplung 265 (C3) und Verlegen der Kupplung 267 (C4) so modifiziert sein, dass sie selektiv den Rotor 256 mit dem Träger 226 verbindet und dabei Eingangsaufteilungs-, Verbundaufteilungs- und Ausgangsaufteilungs-Betriebsarten bereitstellt. Bei dieser Konfiguration wird mit dem Einrücken der Kupplungen 262 (C1) und 267 (C4) ein Reihenhybridbetrieb (S1) erreicht. Die Betriebsart mit verstellbarer Übersetzung (V1) wird mit dem Einrücken der Kupplungen 262 (C1) und 268 (C5) erreicht. Eine erste feste Übersetzung wird bei eingelegtem Gang (F1) mit eingerückten Kupplungen 262, 267 und 268 erreicht. Eine zweite feste Übersetzung wird bei eingelegtem Gang (F2) mit eingerückten Kupplungen 262, 264 und 268 erreicht. Eine dritte feste Übersetzung wird bei eingelegtem Gang (F3) mit eingerückten Kupplungen 264, 267 und 268 erreicht. In der Betriebsart mit verstellbarer Übersetzung (V2) sind die Kupplungen 264 und 268 eingerückt, um elektrisch verstellbare Übersetzungen in einer Verbundaufteilungs-Betriebsart bereitzustellen. Ein Ausgangsaufteilungsbereich (V3) ist mit elektrisch verstellbaren Übersetzungen versehen, wenn die Kupplungen 264 und 267 eingerückt sind.
  • Beschreibung einer fünften exemplarischen Ausführungsform
  • In 6 ist eine mit dem Bezugszeichen 310 bezeichnete weitere bevorzugte Ausführungsform des verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes gezeigt. Diese Ausführungsform ist zu jener, die in 1 gezeigt ist, gleich, mit Ausnahme, dass der Planetenradsatz 20 aus 1 in 6 durch den einfachen Planetenradsatz 320 ersetzt ist. Das Getriebe 310 ist so beschaffen, dass es wenigstens einen Teil seiner Antriebsleistung von einem Verbrennungsmotor 12 empfängt. Wie gezeigt ist, hat der Verbrennungsmotor 12 eine Abtriebswelle 14, die auch als Vorwärtsfahrt-Eingangselement eines Übergangsdrehmomentdämpfers 16 dienen kann, der eine Eingangskupplung 17 umfasst. Übergangsdrehmomentdämpfer sind an sich wohlbekannt, jedoch dient unabhängig von dem bestimmten Übergangsdrehmomentdämpfer 16 sein Ausgangselement als Eingangselement 318 des Getriebes 310, wie weiter unten näher beschrieben wird.
  • Das Getriebe 310 nutzt zwei Ausgleichs-Zahnradsätze, vorzugsweise in Form von Planetenradsätzen. Der erste Planetenradsatz 320 verwendet ein äußeres Getriebeelement 322, das typisch als Hohlrad bezeichnet wird. Das Hohlrad 322 umschreibt ein inneres Getriebeelement 324, das typisch als Sonnenrad bezeichnet wird. Ein Träger 326 unterstützt mehrere Planetenräder 328 drehbar, derart, dass jedes Planetenrad 328 sowohl mit dem äußeren Getriebeelement, dem Hohlrad 322, des ersten Planetenrad satzes 320 als auch dem inneren Getriebeelement, dem Sonnenrad 324, des ersten Planetenradsatzes 320 in Zahneingriff ist. Das Eingangselement 318 ist am Träger 326 des ersten Planetenradsatzes 320 befestigt.
  • Der zweite Planetenradsatz 332 enthält ebenfalls ein auch häufig als Hohlrad bezeichnetes äußeres Getriebeelement 334, das ein auch häufig als Sonnenrad bezeichnetes inneres Getriebeelement 336 umschreibt. Ebenso sind mehrere Planetenräder 338 in einem Träger 340 drehbar angebracht, derart, dass jedes Planetenradelement 338 gleichzeitig sowohl mit dem äußeren Getriebeelement, dem Hohlrad 334, als auch dem inneren Getriebeelement, dem Sonnenrad 336, des zweiten Planetenradsatzes 332 in Zahneingriff ist.
  • Die Planetenradsätze 320 und 332 sind einfach. Das innere Sonnenrad 336 des zweiten Planetenradsatzes 332 ist über eine zentrale Welle 342 mit dem Hohlrad 322 des ersten Planetenradsatzes 320 verbunden.
  • Die erste bevorzugte Ausführungsform 310 enthält außerdem einen ersten und einen zweiten Motor/Generator 346 bzw. 348. Der Stator 350 des ersten Motors/Generators 346 ist an der im Allgemeinen ringförmigen Innenfläche 352 des Getriebegehäuses 354 befestigt. Der Rotor 356 des ersten Motors/Generators 346 ist an einer Hohlwelle 358 befestigt. Das innere Sonnenrad 324 des ersten Planetenradsatzes 320 ist an dem nach vorn gerichteten Ende der Hohlwelle 358 befestigt, während das entgegengesetzte Ende der Hohlwelle 358 in einer sich radial erstreckenden Flanschplatte 360, die eine Grenzfläche zu einem Kupplungsmittel bildet, das weiter unten beschrieben wird, endet.
  • Der Stator 366 des zweiten Motors/Generators 348 ist ebenso an der im Allgemeinen ringförmigen Innenfläche 352 des Getriebegehäuses 354 be festigt. Der Rotor 368 des zweiten Motors/Generators 348 ist an der zentralen Welle 342 befestigt.
  • Das Hohlrad 334 des zweiten Planetenradsatzes 32 ist selektiv durch ein erstes Kupplungsmittel in Form einer Drehmomentübertragungseinrichtung 362 (C1) mit dem Gehäuse 354 als Masse verbunden. Das Hohlrad 334 des zweiten Planetenradsatzes 332 ist außerdem selektiv durch ein zweites Kupplungsmittel in Form einer Drehmomentübertragungseinrichtung 364 (C2) mit der sich radial erstreckenden Flanschplatte 360 verbunden. Die erste und die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung 362 und 364 werden verwendet, um die Wahl der Betriebsarten des Hybridgetriebes 310 zu unterstützen.
  • Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung 365 (C3) verbindet selektiv das Hohlrad 322, das Sonnenrad 336 und den Rotor 368 mit dem Getriebegehäuse 354. Demgemäß erlaubt diese Drehmomentübertragungseinrichtung ein Verriegeln des zweiten Motors/Generators 348 an dem Getriebegehäuse, was eine zusätzliche verfügbare feste Übersetzung schafft, wenn die Drehmomentübertragungseinrichtung 364 (C2) ebenfalls eingerückt ist.
  • Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung 367 (C4) ist als "Sperrkupplung" vorgesehen, um das Hohlradelement 322 mit dem Träger 326 zu verriegeln. Das Ausgangsantriebselement 370 des Getriebes 10 ist am Träger 340 des zweiten Planetenradsatzes 332 befestigt.
  • Das Getriebe 310 empfängt selektiv Leistung von dem Verbrennungsmotor 12 und von einer elektrischen Leistungsquelle 382. Anstelle von Batterien können andere elektrische Leistungsquellen wie etwa Kraftstoffzellen, die die Fähigkeit besitzen, elektrische Leistung zu liefern oder zu speichern und zu verteilen, verwendet werden, ohne die Konzepte der vorliegenden Erfindung zu verändern.
  • Die elektrische Leistungsquelle 382 kommuniziert über elektrische Übertragungsleiter 386A und 386B mit einer elektrischen Steuereinheit (ECU) 384. Die ECU 384 kommuniziert über elektrische Übertragungsleiter 386C und 386D mit dem ersten Motor/Generator 348 und in ähnlicher Weise über elektrische Übertragungsleiter 386E und 386F mit dem zweiten Motor/Generator 348.
  • Schlussfolgerung
  • Jede Ausführungsform der Erfindung schafft ein elektrisch verstellbares Getriebe, das ein Eingangselement, das Leistung von einem Verbrennungsmotor empfängt, ein Ausgangselement, einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz, wovon jeder ein erstes, ein zweites und ein drittes Getriebeelement aufweist, einen ersten und einen zweiten Elektromotor/Generator, die mit Elementen der Planetenradsätze verbunden sind, und wenigstens vier selektiv Drehmomentübertragungseinrichtungen, die ebenfalls mit Elementen der Planetenradsätze verbunden sind, umfasst. Die Drehmomentübertragungseinrichtungen lassen sich selektiv und in Kombinationen von wenigstens zwei einrücken, um nacheinander eine Eingangsaufteilungs-Betriebsart, eine Verbundaufteilungs-Betriebsart und eine Ausgangsaufteilungs-Betriebsart bereitzustellen, wenn die Ausgangsdrehzahl des Getriebes ansteigt.
  • Obwohl lediglich drei bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart sind, sind die Konzepte der vorliegenden Erfindung selbstverständlich für verschiedene Änderungen, die einem Fachmann auf dem Gebiet offenbar werden, zugänglich. Daher ist der Umfang der vorlie genden Erfindung nicht auf die gezeigten und beschriebenen Einzelheiten begrenzt, sondern so auszulegen, dass er alle Abwandlungen und Abänderungen umfasst, die in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.
  • In den Ansprüchen bezieht sich der Ausdruck "kontinuierlich verbunden auf eine direkte Verbindung oder eine proportional übersetzte Verbindung wie etwa eine Getriebeabstufung an einer versetzten Achse.
  • Wie nun deutlich geworden sein sollte, verwendet die vorliegende Erfindung lediglich zwei Planetenradsätze und drei, vier oder fünf Kupplungen nach Art von Drehmomentübertragungseinrichtungen und erfüllt zugleich die restlichen Aspekte der Erfindung.

Claims (12)

  1. Elektrisch verstellbares Getriebe, umfassend: ein Eingangselement, das Leistung von einem Verbrennungsmotor empfängt: ein Ausgangselement; einen ersten und einen zweiten Motor/Generator; einen ersten und einen zweiten Ausgleichs-Zahnradsatz, wovon jeder ein erstes, ein zweites und ein drittes Element aufweist, wobei das Eingangselement kontinuierlich mit dem ersten Element des ersten Zahnradsatzes verbunden ist und das Ausgangselement kontinuierlich mit dem ersten Element des zweiten Zahnradsatzes verbunden ist, wobei der erste Motor/Generator kontinuierlich mit dem zweiten Element des ersten Zahnradsatzes verbunden ist, wobei der zweite Motor/Generator kontinuierlich mit dem dritten Element des ersten oder des zweiten Zahnradsatzes verbunden ist; eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, die selektiv das zweite Element des zweiten Zahnradsatzes mit Masse verbindet; eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, die selektiv das zweite Element des zweiten Zahnradsatzes mit dem ersten Elektromotor/Generator verbindet; und eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, die selektiv das zweite oder das dritte Element des ersten Zahnradsatzes oder selektiv das dritte Element des zweiten Zahnradsatzes mit Masse verbindet, wobei das dritte Element des ersten Planetenradsatzes selektiv oder kontinuierlich mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist.
  2. Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 1, bei dem der erste und der zweite Ausgleichs-Zahnradsatz Planetenradsätze sind, wobei das erste, das zweite und das dritte Element des ersten Zahnradsatzes ein Hohlrad, ein Sonnenrad bzw. einen Träger umfassen und das erste, das zweite und das dritte Element des zweiten Zahnradsatzes einen Träger, ein Hohlrad bzw. ein Sonnenrad umfassen, wobei der erste Planetenradsatz ein zusammengesetzter Planetenradsatz ist und der zweite Planetenradsatz ein einfacher Planetenradsatz ist.
  3. Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 1, bei dem der erste und der zweite Ausgleichs-Zahnradsatz Planetenradsätze sind, wobei das erste, das zweite und das dritte Element des ersten Planetenradsatzes einen Träger, ein Sonnenrad bzw. ein Hohlrad umfassen und das erste, das zweite und das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes einen Träger, ein Hohlrad bzw. ein Sonnenrad umfassen, wobei der erste und der zweite Planetenradsatz einfache Planetenradsätze sind.
  4. Elektrisch verstellbares Getriebe, umfassend: ein Eingangselement, das Leistung von einem Verbrennungsmotor empfängt: ein Ausgangselement; einen ersten und einen zweiten Motor/Generator; einen ersten und einen zweiten Ausgleichs-Zahnradsatz, wovon jeder ein erstes, ein zweites und ein drittes Element aufweist, wobei das Eingangselement kontinuierlich mit dem ersten Element des ersten Zahnradsatzes verbunden ist und das Ausgangselement kontinuierlich mit dem ersten Element des zweiten Zahnradsatzes verbunden ist, wobei der erste Motor/Generator kontinuierlich mit dem zweiten Element des ersten Zahnradsatzes verbunden ist, wobei der zweite Motor/Generator kontinuierlich mit dem dritten Element des zweiten Zahnradsatzes verbunden ist; eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, die selektiv das zweite Element des zweiten Zahnradsatzes mit Masse verbindet; eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, die selektiv das zweite Element des zweiten Zahnradsatzes mit dem ersten Elektromotor/Generator verbindet; und eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, die selektiv das dritte Element des ersten Zahnradsatzes mit dem dritten Element des zweiten Zahnradsatzes verbindet, wobei das dritte Element des ersten Zahnradsatzes selektiv durch eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung mit Masse verbunden ist.
  5. Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 4, bei dem der erste und der zweite Ausgleichs-Zahnradsatz Planetenradsätze sind, wobei das erste, das zweite und das dritte Element des ersten Zahnradsatzes ein Hohlrad, ein Sonnenrad bzw. einen Träger umfassen und das erste, das zweite und das dritte Element des zweiten Zahnradsatzes einen Träger, ein Hohlrad bzw. ein Sonnenrad umfassen.
  6. Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 4, bei dem der erste und der zweite Ausgleichs-Zahnradsatz ein zusammengesetzter bzw. ein einfacher Planetenradsatz sind.
  7. Elektrisch verstellbares Getriebe, umfassend: ein Eingangselement, das Leistung von einem Verbrennungsmotor empfängt: ein Ausgangselement; einen ersten und einen zweiten Motor/Generator; einen ersten und einen zweiten Ausgleichs-Zahnradsatz, wovon jeder ein erstes, ein zweites und ein drittes Element umfasst, wobei das Eingangselement kontinuierlich mit dem ersten Element des ersten Zahnradsatzes verbunden ist und das Ausgangselement kontinuierlich mit dem ersten Element des zweiten Zahnradsatzes verbunden ist, wobei der erste Motor/Generator kontinuierlich mit dem zweiten Element des ersten Zahnradsatzes verbunden ist, wobei der zweite Motor/Generator kontinuierlich mit dem dritten Element des zweiten Zahnradsatzes verbunden ist; eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, die selektiv das zweite Element des zweiten Zahnradsatzes mit Masse verbindet; eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, die selektiv das zweite Element des zweiten Zahnradsatzes mit dem ersten Elektromotor/Generator verbindet; und eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, die selektiv wenigstens zwei der Elemente miteinander verbindet, derart, dass sich alle Elemente des ersten Zahnradsatzes gemeinsam mit der gleichen Geschwindigkeit drehen.
  8. Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 7, bei dem der erste und der zweite Ausgleichs-Zahnradsatz einfache Planetenradsätze sind, wobei das erste, das zweite und das dritte Element des ersten Zahnradsatzes einen Träger, ein Sonnenrad bzw. ein Hohlrad umfassen und das erste, das zweite und das dritte Element des zweiten Zahnradsatzes einen Träger, ein Hohlrad bzw. ein Sonnenrad umfassen.
  9. Elektrisch verstellbares Getriebe, umfassend: ein Eingangselement, das Leistung von einem Verbrennungsmotor empfängt: ein Ausgangselement; einen ersten und einen zweiten Motor/Generator; einen ersten und einen zweiten differentiell übersetzten Planetenradsatz, wovon jeder ein erstes, ein zweites und ein drittes Element aufweist, wobei das Eingangselement kontinuierlich mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden ist und das Ausgangselement kontinuierlich mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist, wobei der erste Motor/Generator kontinuierlich mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes und selektiv mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist, wobei der zweite Motor/Generator kontinuierlich mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist; eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, die selektiv das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes mit Masse verbindet; eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, die selektiv das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes verbindet; eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, die selektiv das dritte Element des ersten Planetenradsatzes mit Masse verbindet; eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, die selektiv wenigstens zwei der Elemente miteinander verbindet, derart, dass sich alle Elemente des ersten Planetenradsatzes gemeinsam mit der gleichen Geschwindigkeit drehen; und eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung die selektiv das dritte Element des ersten Planetenradsatzes mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes verbindet.
  10. Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 9, bei dem das erste, das zweite und das dritte Element des ersten Planetenradsatzes ein Hohlrad, ein Sonnenrad bzw. einen Träger umfassen und das erste, das zweite und das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes einen Träger, ein Hohlrad bzw. ein Sonnenrad umfassen.
  11. Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 9, bei dem der erste und der zweite Planetenradsatz einen zusammengesetzten Planetenradsatz bzw. einen einfachen Planetenradsatz umfassen.
  12. Elektrisch verstellbares Getriebe, das umfasst: ein Eingangselement, das Leistung von einem Verbrennungsmotor empfängt: ein Ausgangselement; einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz, wovon jeder ein erstes, ein zweites und ein drittes Element aufweist; einen ersten und einen zweiten Elektromotor/Generator, die mit Elementen der Planetenradsätze verbunden sind; wenigstens vier selektiv Drehmomentübertragungseinrichtungen, die ebenfalls mit Elementen der Planetenradsätze verbunden sind, wobei sich die Drehmomentübertragungseinrichtungen selektiv in Kombinationen von wenigstens zwei einrücken lassen, um nacheinander eine Eingangsaufteilungs-Betriebsart, eine Verbundaufteilungs-Betriebsart und eine Ausgangsaufteilungs-Betriebsart bereitzustellen, wenn die Ausgangsdrehzahl des Getriebes ansteigt.
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