DE102005033964B4

DE102005033964B4 - Elektrisch verstellbares Getriebe mit einer Betriebsart für mechanische Rückwärtsfahrt

Info

Publication number: DE102005033964B4
Application number: DE102005033964A
Authority: DE
Inventors: Henryk Oxford Sowul; James D. Belleville Hendrickson; Tejinder Canton Singh
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2004-07-22
Filing date: 2005-07-20
Publication date: 2010-01-28
Anticipated expiration: 2025-07-21
Also published as: CN100432486C; CN1724898A; DE102005033964A1; US7172525B2; US20060019784A1

Abstract

Elektrisch verstellbares Getriebe (10), umfassend:
ein Eingangselement (18), das Leistung von einem Verbrennungsmotor (12) empfängt:
ein Ausgangselement (14);
einen ersten und einen zweiten Motor/Generator (46, 48);
einen ersten und einen zweiten differentiell übersetzten Planetenradsatz (20, 32), wovon jeder ein erstes, ein zweites und ein drittes Element (22, 24, 26; 34, 36, 40) aufweist,
wobei das Eingangselement (18) mit keinem Element (22, 24, 26; 34, 36, 40) der Planetenradsätze (20, 32) kontinuierlich verbunden ist, während das Ausgangselement (14) kontinuierlich mit dem ersten Element (40) des zweiten Planetenradsatzes (32) verbunden ist,
wobei der erste und der zweite Motor/Generator (46, 48) kontinuierlich mit wenigstens einem Element (20; 26, 36) der Planetenradsätze (20, 32) verbunden sind,
wobei das erste Element (26) des ersten Planetenradsatzes (20) kontinuierlich mit dem dritten Element (36) des zweiten Planetenradsatzes (32) verbunden ist;
eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung (62), die selektiv das zweite Element...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektrisch verstellbares Getriebe mit zwei Planetenradsätzen, zwei Motoren/Generatoren und sechs Drehmomentübertragungseinrichtungen.
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 fossiler Kraftstoff in mechanische Nutzleistung umgewandelt wird, die für den Antrieb eines Fahrzeugs bestens geeignet ist. Ein neuartiges Kraftübertragungssystem, das die Emissionen reduzieren und den Kraftstoffverbrauch senken kann, kann bei der Verwendung mit Brennkraftmaschinen allgemein von großem Nutzen sein.
Die Flexibilität, mit der Brennkraftmaschinen mit sich hin- und herbewegendem Kolben arbeiten, stellt eine Herausforderung dar. 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 den Antrieb bewirkenden Last und die Last der arbeitenden Hilfseinrichtung gesetzt wird. Ein solcher Verbrennungsmotor wird außerdem über einen weiten Drehzahlbereich und über einen weiten Lastbereich und typisch bei einem Fünftel seiner Höchstleistung betrieben. Diese weiten Bereiche des Verbrennungsmotorbetriebs erfordern, dass bis zu Extremwerten unter den Betriebsbedingungen eine saubere und wirksame Verbrennung aufrechterhalten wird – ein schwer zu fassendes Ziel.
Ein Fahrzeuggetriebe kann mechanische Leistung von einem Verbrennungsmotor an das restliche Antriebssystem, typisch ein festes Getriebe, Achsen und Räder, liefern. Ein Getriebe erlaubt beim Verbrennungsmotorbetrieb einen gewissen Freiheitsgrad, gewöhnlich durch alternative Wahl von fünf oder sechs verschiedenen Antriebsverhältnissen oder Gängen, durch eine Neutral-Wahl, die dem Verbrennungsmotor bei stillstehendem Fahrzeug das Betreiben von Hilfseinrichtungen gestattet, und durch Kupplungen oder Drehmomentwandler, die sanfte Übergänge zwischen den Antriebsverhältnissen ermöglichen, um das Fahrzeug aus dem Stillstand heraus zu starten und bei laufendem Verbrennungsmotor auf die gewünschte hohe Geschwindigkeit zu beschleunigen. Die Getriebegangwahl ermöglicht typisch die Abgabe von Leistung vom Verbrennungsmotor an das übrige Antriebssystem mit einem Drehmomentvervielfachungs-Drehzahlreduktions-Verhältnis, mit 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 Elektromo tor 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 relativ unabhängig von dem Drehmoment, der Drehzahl und der Leistung zum Antreiben eines Fahrzeugs, so dass er 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, und dass die am übrigen Antriebsstrang angebrachte elektrische Maschine als Generator dient, der durch regeneratives Bremsen Energie in die Batterie zurückspeist. Ein Reihenelektroantrieb leidet unter dem Gewicht der elektrischen maschinellen Einrichtung, die erforderlich ist, um die gesamte Verbrennungsmotorleistung von mechanisch in elektrisch und von elektrisch in mechanisch umzuwandeln, sowie an den Nutzenergieverlusten bei dieser zweifachen Umwandlung.
Um ein stufenlos verstellbares Drehmoment-Drehzahl-Verhältnis zwischen Eingang und Ausgang zu erzielen, ohne die gesamte Leistung durch die variablen Elemente zu schicken, 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 übertra genen Leistung durch ein Elektromotor/Generator-Paar und die restliche Leistung über einen anderen, parallelen Pfad, der insgesamt mechanisch und direkt ist und mit einer festen Übersetzung oder alternativ wählbar ist, zu schicken. Eine Form des Ausgleichsgetriebes kann ein Planetenradsatz bilden, wie einem Fachmann auf dem Gebiet wohlbekannt ist. Tatsächlich ist das Planetengetriebe 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 etwa durch Verwendung von Ausgleichskegelrädern oder anderen Ausgleichszahnrädern ohne Planetengetriebe zu konstruieren.
Beispielsweise besteht ein Satz aus Ausgleichskegelrädern, der bei einer typischen Kraftfahrzeugachse vorgefunden wird, aus drei oder vier Kegelritzeln an einem Träger und einem in Zahneingriff befindlichen Kegelrad für jede Achse. Um den ersten Planetenradsatz in der ersten Ausführungsform der Erfindung zu ersetzen, würde der Träger eines ersten Satzes von Ausgleichskegelrädern mit dem Eingang verbunden, ein Kegelrad, das normalerweise mit einer Achse verbunden wäre, stattdessen mit dem ersten Motor verbunden und das andere Kegelrad mit der zentralen Welle verbunden. Ausgleichskegelräder könnten in ähnlicher Weise den zweiten Planetenradsatz ersetzten, womit der Erfindung ohne irgendwelche Planetenräder konkrete Form gegeben wäre.
Ein elektrisch verstellbares Hybrid-Kraftübertragungssystem für ein Fahrzeug umfasst außerdem eine elektrische Speicherbatterie, die das Abweichen der mechanischen Ausgangsleistung von der mechanischen Eingangsleistung, das Verbrennungsmotorstarten mit dem Kraftübertragungssystem und das regenerative Fahrzeugbremsen ermöglicht.
Ein elektrisch verstellbares Getriebe in einem Fahrzeug kann schlicht mechanische Leistung 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 elektrisch verstellbares Hybrid-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 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 variable, parallele, hybride, elektrische Getriebe mit zwei Betriebsarten und Eingangsaufteilung. 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 Energiespeichereinrichtungen wie etwa Batterien verbunden, damit die Energiespeichereinrichtungen Leistung von dem ersten und dem zweiten Motor/Generator aufnehmen können und diesen Leistung zuführen können. Eine Steuereinheit regelt den Leistungsfluss zwischen den Energiespeichereinrichtungen und den Motoren/Generatoren sowie zwischen dem ersten und dem zweiten Motor/Generator.
Der Betrieb in der ersten oder der zweiten Betriebsart kann durch Verwendung von Kupplungen in Form der ersten und der zweiten Drehmo mentübertragungseinrichtung selektiv erreicht werden. In einer Betriebsart ist die Ausgangsdrehzahl des Getriebes zur Drehzahl eines Motors/Generators proportional, während in der zweiten Betriebsart die Ausgangsdrehzahl des Getriebes im Allgemeinen zur Drehzahl des anderen Motors/Generators proportional ist.
Bei manchen Ausführungsformen des variablen, parallelen, hybriden, elektrischen Getriebes mit zwei Betriebsarten und Eingangsaufteilung wird ein zweiter Planetenradsatz verwendet. 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 des Getriebes zu wählen.
Wie einem Fachmann auf dem Gebiet klar ist, empfängt ein Kraftübertragungssystem, das eine Leistungsaufteilungsanordnung verwendet, Leistung von zwei Quellen. Die Verwendung von einem oder mehren Planetenradsätzen erlaubt zwei oder mehr Getriebezüge oder Betriebsarten, durch die Leistung vom Eingangselement des Getriebes an sein Ausgangselement abgegeben wird.
Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein PS-starkes Kraftübertragungssystem zu schaffen, das eine Höchstleistung bereitstellt, wobei von der elektrischen Speichervorrichtung nur eine geringe zusätzliche Leistung geliefert wird. Außerdem sollte der Gesamtwirkungsgrad bei hohen Ausgangsdrehzahlen verbessert werden. Diese Aufgaben können gelöst werden durch ein elektromechanisches Getriebes mit zwei Betriebsarten und Verbundaufteilung, das den gewünschten hohen Wirkungsgrad, der für einen kontinuierlichen Betrieb bei konstanter Geschwindigkeit sowie für Anwendungen mit hoher mittlerer Leistung gesucht ist, liefert.
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 steuert den Leistungsfluss zwischen einer Energiespeichereinrichtung und den zwei Motoren/Generatoren. Dieses Getriebe stellt zwei Betriebsbereiche oder Betriebsarten eines elektrisch verstellbaren Getriebes (ETV) bereit, die eine Eingangsleistungsaufteilungs- oder eine Verbundleistungsaufteilungs-Betriebsart sowie ein festes Übersetzungsverhältnis bereitstellen. Ein ”festes Übersetzungsverhältnis” ist ein Betriebszustand, in dem zur Minimierung von Verlusten keine Leistung durch die Motoren/Generatoren fließt.
Die US 2006/0019785 A1 , eingereicht am 22. Juli 2004, mit dem Titel ”Electrically Variable Transmission with Selective Fixed Ratio Operation”, gemeinsam mit der vorliegenden Anmeldung übertragen, offenbart ein elektrisch verstellbares Getriebe, das zwei Planetenradsätze, zwei Motoren/Generatoren und drei, vier oder fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen aufweist, um eine Eingangsaufteilungs-, eine Verbundaufteilungs-, eine Ausgangsaufteilungs-, eine Neutral- und elektrische Rückwärtsfahrt-Betriebsart bereitzustellen.
Die EP 1 247 679 A2 zeigt ein elektrisch verstellbares Getriebe mit einem Eingangselement, das Leistung von einem Verbrennungsmotor empfängt, einem Ausgangselement; einem ersten und einem zweiten Mo tor/Generator; einem ersten und einem 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 Zahnradsatzes verbunden ist und das Ausgangselement kontinuierlich mit dem ersten Element des zweiten Zahnradsatzes verbunden ist, wobei der erste und der zweite Motor/Generator kontinuierlich mit wenigstens einem Element der Planetenradsätze verbunden sind; einer ersten Drehmomentübertragungseinrichtung, die selektiv das zweite Element des zweiten Zahnradsatzes mit Masse verbindet; und einer zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung, die selektiv das zweite Element des zweiten Zahnradsatzes mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes verbindet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird durch ein elektrisch verstellbares Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die vorliegende Erfindung stellt ein elektrisch verstellbares Getriebe bereit, das zwei Planetenradsätze, zwei Motoren/Generatoren und sechs Drehmomentübertragungseinrichtungen aufweist, um eine Eingangsaufteilungs-, eine Verbundaufteilungs-, eine Ausgangsaufteilungs-, eine Neutral-, eine elektrische Rückwärtsfahrt- und eine mechanische Rückwärtsfahrt-Betriebsart bereitzustellen.
Genauer umfasst ein elektrisch verstellbares Getriebe gemäß der Erfindung: ein Eingangselement, das Leistung von einem Verbrennungsmotor empfängt, ein Ausgangselement, einen ersten und einen zweiten Mo tor/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 mit keinem Element der Planetenradsätze kontinuierlich verbunden, während das Ausgangselement kontinuierlich mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist. Der erste und der zweite Motor/Generator sind jeweils kontinuierlich mit wenigstens einem Element der Planetenradsätze verbunden. Das erste Element des ersten Planetenradsatzes ist kontinuierlich mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden. Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung verbindet selektiv das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes mit Masse oder macht es fahrzeugfest. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung verbindet selektiv das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung verbindet selektiv das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes mit Masse. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung verbindet selektiv das erste Element des ersten Planetenradsatzes mit der Antriebswelle. Eine fünfte Drehmomentübertra gungseinrichtung verbindet selektiv das dritte Element des ersten Planetenradsatzes mit Masse. Eine sechste Drehmomentübertragungseinrichtung verbindet selektiv das dritte Element des ersten Planetenradsatzes mit der Antriebswelle.
In einer Ausführungsform sind das erste, das zweite und das dritte Element des ersten Planetenradsatzes als Träger, Sonnenrad bzw. Hohlrad ausgeführt, während das erste, das zweite und das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes als Träger, Hohlrad bzw. Sonnenrad ausgeführt sind. In dieser Ausführungsform ist der erste Planetenradsatz ein zusammengesetzter Planetenradsatz, während der zweite Planetenradsatz ein einfacher Planetenradsatz ist.
In einer weiteren Ausführungsform sind das erste, das zweite und das dritte Element des ersten Planetenradsatzes als Hohlrad, Sonnenrad bzw. Träger ausgeführt, während das erste, das zweite und das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes als Träger, Hohlrad bzw. Sonnenrad ausgeführt sind. In dieser Ausführungsform sind der erste und der zweite Planetenradsatz einfache Planetenradsätze.
In beiden Ausführungsformen wird die Betriebsart für mechanische Rückwärtsfahrt mit dem Einrücken der zweiten, vierten und fünften Drehmomentübertragungseinrichtung erreicht.
In den hier gezeigten Ausführungsformen ist der erste Motor/Generator mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes kontinuierlich und mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes selektiv verbunden, während der zweite Motor/Generator kontinuierlich mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist. Jedoch können der erste und der zweite Motor/Generator im Umfang der vorliegenden Erfindung mit anderen Elementen der Planetenradsätze verbunden sein.
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
1a zeigt ein schematisches Hebeldiagramm eines elektrisch verstellbaren Getriebes gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
1b zeigt eine Kupplungstabelle für eine Rückwärtsfahrt-Betriebsart des in 1a gezeigten Getriebes;
1c zeigt eine Kupplungstabelle für eine Vorwärtsfahrt-Betriebsart des Getriebes nach 1a bei festem Übersetzungsverhältnis;
2a zeigt ein schematisches Hebeldiagramm eines elektrisch verstellbaren Getriebes gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung;
2b zeigt eine Kupplungstabelle, die einer Rückwärtsfahrt-Betriebsart des in 2b gezeigten Getriebes entspricht; und
2c zeigt eine Kupplungstabelle für eine Vorwärtsfahrt-Betriebsart des Getriebes nach 2a bei festem Übersetzungsverhältnis.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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 Verbrennungsmotor 12 empfängt. Wie gezeigt ist, hat der Verbrennungsmotor 12 eine Abtriebswelle 14, die auch als Vorwärtsfahrt-Eingangselement eines Übergangsdrehmomentdämpfers (nicht gezeigt) dienen kann. Der optionale Übergangsdrehmomentdämpfer ist mit dem Eingangselement 18 des Getriebes 10 verbunden.
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, lässt sich das Getriebeeingangselement 18 mit einem Planetenradsatz 20 des Getriebes 10 wirksam verbinden.
Das Getriebe 10 nutzt zwei Planetenradsätze. Der erste Planetenradsatz 20 umfasst ein Hohlrad 22, ein Sonnenrad 24 und einen Träger 26. Der erste Planetenradsatz 20 ist insofern ein zusammengesetzter Planetenradsatz, dass der Träger 26 mehrere Paare von Planetenrädern unterstützt, die jeweils mit dem Sonnenrad 24, dem Hohlrad 22 und miteinander in Eingriff sind.
Der zweite Planetenradsatz 32 ist ein einfacher Planetenradsatz und enthält Hohlradelement 34, das ein Sonnenradelement 36 umschreibt. Ein Träger 40 unterstützt mehrere Planetenräder drehbar, die gleichzeitig sowohl mit dem Hohlradelement 34 als auch mit dem Sonnenradelement 40 in Zahneingriff sind.
Die Planetenradsätze 20, 32 sind ferner durch die kontinuierliche Verbindung zwischen dem Träger 26 des ersten Planetenradsatzes 20 und dem Sonnenrad 36 des zweiten Planetenradsatzes 32 über die Verbindungswelle 42 zusammengesetzt.
Die erste bevorzugte Ausführungsform enthält außerdem einen ersten und einen zweiten Motor/Generator 46 bzw. 48. Es ist gezeigt, dass der erste Motor/Generator 46 mit dem Sonnenrad 24 des ersten Planetenradsatzes verbunden ist, während der zweite Motor/Generator 48 mit dem Sonnenrad 36 des zweiten Planetenradsatzes 32 verbunden ist. Jedoch fasst die Erfindung auch ins Auge, die Motoren/Generatoren 46, 48 an verschiedenen Orten am Getriebe 10 zu verbinden.
Das Hohlrad 34 des zweiten Planetenradsatzes 32 ist selektiv durch ein erstes Kupplungsmittel in Form einer Drehmomentübertragungseinrichtung 62 (CL1) 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 Drehmomentübertragungseinrichtung 64 (CL2) mit dem Sonnenrad 24 des ersten Planetenradsatzes 20 verbunden. Die erste und die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung 62 und 64 werden verwendet, um die Wahl der Betriebsarten des Hybridgetriebes 10 zu unterstützen. Eine dritte Drehmo mentübertragungseinrichtung 65 (CL3) verbindet selektiv das Sonnenrad 36 des Planetenradsatzes 32 mit dem Getriebegehäuse 54. Demgemäß erlaubt diese Drehmomentübertragungseinrichtung 65 ein Verriegeln des zweiten Motors/Generators 48, der auch mit dem Sonnenrad 36 verbunden ist, an dem Getriebegehäuse 54.
Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung 67 (CL4) ist insofern, dass sie selektiv die Antriebswelle 18 mit dem Träger 26 des ersten Planetenradsatzes 20 verbindet, als Rückwärtsfahrt-Eingangskupplung wirksam. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung 68 (CL5) verbindet selektiv das Hohlrad 22 des ersten Planetenradsatzes 20 mit dem Getriebegehäuse 54. Eine sechste Drehmomentübertragungseinrichtung 69 (CL6) ist insofern, dass sie selektiv die Antriebswelle 18 mit dem Hohlrad 22 des ersten Planetenradsatzes 20 verbindet, als Eingangskupplung wirksam.
Das Ausgangselement 14 des Getriebes 10 kann am Umfang Zahnradzähne aufweisen, um mit einem Verteilergetriebe in Zahneingriff zu gelangen. Diese Konfiguration kann bei einem Fahrzeug mit Hinterradantrieb oder mit Vorderradantrieb verwendet werden. Selbstverständlich könnte das Ausgangselement 14 Ausgangsleistung über einen Kettenantrieb oder eine ähnliche mechanische Verbindung an das Verteilergetriebe übertragen.
Um zur Beschreibung der Leistungsquellen zurückzukehren, empfängt das Getriebe 10 selbstverständlich Leistung vom Verbrennungsmotor 12. Jedoch empfängt das Hybridgetriebe auch Leistung von einer elektrischen Leistungsquelle wie etwa einer Batterie, die mit den Motoren/Generatoren 46, 48 verbunden ist. 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.
Das oben beschriebene Hybridgetriebe schafft eine stufenlos verstellbare Getriebeanordnung, die Betriebsarten für Eingangsaufteilung, Verbundaufteilung, Neutral, elektrische Rückwärtsfahrt und mechanische Rückwärtsfahrt besitzt. Sie stellt außerdem zugunsten eines verbesserten Wirkungsgrads vier feste Betriebsverhältnisse bereit.
Das Diagramm von 1b zeigt die Kupplungsanordnung, die für einen rein mechanischen Betrieb des Getriebes 10 erforderlich ist. Wie gezeigt ist, sind bei einem rein mechanischen Rückwärtsfahrtbetrieb die Drehmomentübertragungseinrichtungen 64 (CL2), 67 (CL4) und 68 (CL5) eingerückt, während die restlichen Drehmomentübertragungseinrichtungen ausgerückt sind. Daher ist der Eingang 18 mit dem Träger 26 verbunden, wobei der repräsentative Hebel des ersten Planetenradsatzes 20 um das feste Hohlrad 22 schwenkt, so dass sich das Sonnenrad 24 um die durch den entsprechenden Pfeil in dem Hebeldiagramm von 1a angegebene Strecke bewegt. Da das Sonnenrad 24 durch die Drehmomentübertragungseinrichtung 64 mit dem Hohlrad 34 verbunden ist und der Träger 26 durch das Verbindungselement 42 mit dem Sonnenrad 36 verbunden ist, wird der Träger 40, der mit dem zum Getriebe 10 gehörende Ausgang 14 verbunden ist, veranlasst, sich in der umgekehrten Richtung zu bewegen, wie durch den Pfeil 14 an der Linie 14, die die Abtriebswelle repräsentiert, angegeben ist.
Das Diagramm von 1c zeigt die Kupplungseinrückungen für ein zweites festes Vorwärtsfahrt-Übersetzungsverhältnis des Getriebes von 10, wobei das Getriebe rein mechanisch betätigt wird (d. h. durch die Moto ren/Generatoren 46, 48 keine Leistung übertragen wird). Wie gezeigt ist, sind die Drehmomentübertragungseinrichtungen 62 (CL1), 64 (CL2) und 69 (CL6) eingerückt, während die restlichen Drehmomentübertragungseinrichtungen ausgerückt sind. Daher ist das Hohlrad 22 mit der Antriebswelle 18 verbunden, während das Sonnenrad 24 und das Hohlrad 34 mit Masse verbunden sind. Das Endergebnis ist ein festes Vorwärtsfahrt-Übersetzungsverhältnis für den Träger 40, der mit dem Ausgang 14 des Getriebes verbunden ist. Demgemäß wird ein festes Übersetzungsverhältnis erreicht.
Allgemeine Betriebsüberlegungen
Eine der Primärsteuervorrichtungen ist ein wohlbekannter Fahr- oder Antriebsbereichwahlschalter (nicht gezeigt), der eine herkömmliche elektronische Steuereinheit (die ECU) 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 Motorausgangsdrehmoments, 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 Geschwindigkeit 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 Sonnenrads, 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 aufeinander 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 Eingang 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.
Beschreibung einer zweiten exemplarischen Ausführungsform
In den 2a–c ist eine allgemein durch die Bezeichnung 110 identifizierte alternative bevorzugte Ausführungsform des verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes gezeigt. Die Betriebskomponenten des Getriebes von 2a gleichen im Wesentlichen jenen des Getriebes von 1, so dass gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche Komponenten von 1a und 2a zu bezeichnen. In 2a sind beide Planetenradsätze 120, 132 im Gegensatz zu der zusammengesetzten Anordnung des Getriebes von 1a einfache Planetenradsätze.
Das Getriebe 110 nach 2a 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 optionalen Übergangsdrehmomentdämpfers (nicht gezeigt) dienen kann. Das Ausgangs element des Übergangsdrehmomentdämpfers dient als Eingangselement 118 für das Getriebe 110.
Das Getriebe 110 nutzt zwei Planetenradsätze. Der erste Planetenradsatz 120 ist ein einfacher Planetenradsatz, der ein äußeres Hohlrad 122 verwendet, das ein inneres Sonnenrad 124 umschreibt. Eine Trägeranordnung 126 unterstützt drehbar Planetenräder oder Ritzel, die sowohl mit dem Sonnenrad 124 als auch mit dem Hohlrad 122 in Zahneingriff sind.
Der zweite Planetenradsatz 132 ist ebenfalls ein einfacher Planetenradsatz, der ein äußeres Hohlrad 134 enthält, das ein inneres Sonnenrad 136 umschreibt. Eine Trägeranordnung 140 unterstützt drehbar Planetenräder oder Ritzel, die sowohl mit dem Hohlrad 134 als auch mit dem Sonnenrad 136 in Zahneingriff sind.
Der erste und der zweite Planetenradsatz 120 und 132 sind dadurch zusammengesetzt, dass das Sonnenrad 136 des zweiten Planetenradsatzes 132 über eine zentrale Welle 142 mit dem Hohlrad 122 des ersten Planetenradsatzes 120 verbunden ist.
Die zweite bevorzugte Ausführungsform 110 enthält ebenfalls einen ersten und einen zweiten Motor Generator 146 bzw. 148. Wie gezeigt ist, ist der Motor/Generator 146 mit dem Sonnenrad 124 des ersten Planetenradsatzes 120 verbunden, während der Motor/Generator 148 mit dem Sonnenrad 136 des zweiten Planetenradsatzes 132 verbunden ist. Jedoch können die Motoren/Generatoren 146, 148 im Umfang der vorliegenden Erfindung an anderen Orten verbunden sein.
Das Hohlrad 134 des zweiten Planetenradsatzes 132 kann selektiv durch eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung 162 (CL1) mit dem Ge häuse 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 (CL2) mit dem Sonnenrad 124 des ersten Planetenradsatzes 120 verbunden. Die erste und die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung 162 und 164 werden verwendet, um die Wahl der Betriebsarten des Hybridgetriebes 110 zu unterstützen.
Das Sonnenrad 136 des zweiten Planetenradsatzes 132 ist selektiv über die Drehmomentübertragungseinrichtung 165 (CL3) mit dem Getriebegehäuse 154 als Masse verbunden. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 167 (CL4) ist insofern, dass sie selektiv die Antriebswelle 118 mit dem Hohlradelement 122 des ersten Planetenradsatzes 120 verbindet, als Rückwärtsfahrt-Eingangskupplung wirksam. Der Träger 126 des ersten Planetenradsatzes 120 ist selektiv durch die Kupplung 168 (CL5) mit dem Getriebegehäuse 154 verbunden. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 169 (CL6) ist insofern, dass sie die Antriebswelle 118 mit dem Träger 126 des ersten Planetenradsatzes 120 verbindet, als Eingangskupplung wirksam Die Funktionsweise des Getriebes 110 in einer Betriebsart für mechanische Rückwärtsfahrt ist durch das Kupplungsdiagramm von 2b definiert. Wie gezeigt ist, sind die Drehmomentübertragungseinrichtungen 164 (CL2), 167 (CL4) und 168 (CL5) eingerückt, um eine Betriebsart für mechanische Rückwärtsfahrt bereitzustellen. In dieser Betriebsart ist der Träger 126 mit Masse verbunden, während der Eingang mit dem Hohlrad 122 verbunden ist. Daher bewegt sich das Sonnenrad 124 nach links, wie durch den entsprechenden Pfeil am Sonnenrad 124 von 2a angegeben ist. Da das Sonnenrad 124 durch die Drehmomentübertragungseinrichtung 164 mit dem Hohlrad 134 verbunden ist und das Hohlrad 122 durch das Verbindungselement 142 mit dem Sonnenrad 136 verbunden ist, wird der Ausgang 114, der mit dem Träger 140 des zweiten Planetenradsatzes 132 verbunden ist, dazu veranlasst, sich in der umgekehrten Richtung um einen Betrag zu bewegen, der durch den Pfeil an der in 2a als Einzelheit 114 identifizierten Line angegeben ist. Bei dieser Konfiguration wird durch die Motoren/Generatoren 146, 148 keine Leistung übertragen, womit eine Betriebsart für mechanische Rückwärtsfahrt erreicht ist, bei der die gesamte Ausgangsleistung vom Verbrennungsmotor 112 bezogen wird.
2c zeigt eine Kupplungstabelle für die zweite Betriebsart mit festem Übersetzungsverhältnis, wobei die Drehmomentübertragungseinrichtungen 162 (CL1), 164 (CL2) und 169 (CL6) eingerückt sind. Daher ist der Eingang 118 mit dem Träger 126 des ersten Planetenradsatzes 120 verbunden. Das Sonnenrad 124 und das Hohlrad 134 sind mit Masse verbunden, während das Hohlrad 122 mit dem Sonnenrad 136 verbunden ist. Im Ergebnis wird der Ausgang 114 vom Träger 140 dazu veranlasst, sich um einen festen Betrag in Vorwärtsrichtung zu bewegen, wodurch das feste mechanische Übersetzungsverhältnis hergestellt wird.

Claims

Elektrisch verstellbares Getriebe (10), umfassend: ein Eingangselement (18), das Leistung von einem Verbrennungsmotor (12) empfängt: ein Ausgangselement (14); einen ersten und einen zweiten Motor/Generator (46, 48); einen ersten und einen zweiten differentiell übersetzten Planetenradsatz (20, 32), wovon jeder ein erstes, ein zweites und ein drittes Element (22, 24, 26; 34, 36, 40) aufweist, wobei das Eingangselement (18) mit keinem Element (22, 24, 26; 34, 36, 40) der Planetenradsätze (20, 32) kontinuierlich verbunden ist, während das Ausgangselement (14) kontinuierlich mit dem ersten Element (40) des zweiten Planetenradsatzes (32) verbunden ist, wobei der erste und der zweite Motor/Generator (46, 48) kontinuierlich mit wenigstens einem Element (20; 26, 36) der Planetenradsätze (20, 32) verbunden sind, wobei das erste Element (26) des ersten Planetenradsatzes (20) kontinuierlich mit dem dritten Element (36) des zweiten Planetenradsatzes (32) verbunden ist; eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung (62), die selektiv das zweite Element (34) des zweiten Planetenradsatzes (32) mit Masse (54) verbindet; eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung (64), die selektiv das zweite Element (34) des zweiten Planetenradsatzes (32) mit dem zweiten Element (20) des ersten Planetenradsatzes (20) verbindet; eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung (65), die selektiv das dritte Element (36) des zweiten Planetenradsatzes (32) mit Masse (54) verbindet; eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung (67), die selektiv das erste Element (26) des ersten Planetenradsatzes (20) mit dem Eingangselement (18) verbindet; eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung (68), die selektiv das dritte Element (22) des ersten Planetenradsatzes (20) mit Masse (54) verbindet; und eine sechste Drehmomentübertragungseinrichtung (69), die selektiv das dritte Element (22) des ersten Planetenradsatzes (20) mit dem Eingangselement (18) verbindet, wobei die Drehmomentübertragungseinrichtungen (62, 64, 65, 67, 68, 69) zusätzlich zu einem stufenlos verstellbaren Übersetzungsverhältnisbereich und Betriebsarten für ein festes Vorwärtsfahrt-Übersetzungsverhältnis eine Betriebsart für rein mechanische Rückwärtsfahrt ermöglichen.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 1, bei dem das erste, das zweite und das dritte Element (22, 24, 26) des ersten Planetenradsatzes (20) einen Träger (26), ein Sonnenrad (24) und ein Hohlrad (26) umfassen und das erste, das zweite und das dritte Element (34, 36, 40) des zweiten Planetenradsatzes (32) einen Träger (40), ein Hohlrad (34) und ein Sonnenrad (36) umfassen.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 1, bei dem der erste Planetenradsatz (20) einen zusammengesetzten Planetenradsatz umfasst, während der zweite Planetenradsatz (32) einen einfachen Planetenradsatz umfasst.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 1, bei dem das erste, das zweite und das dritte Element des ersten Planetenradsatzes (20) ein Hohlrad, ein Sonnenrad und einen Träger umfassen und das erste, das zweite und das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes (32) einen Träger, ein Hohlrad und ein Sonnenrad umfassen.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 4, bei dem der erste und der zweite Planetenradsatz (20, 32) einfache Planetenradsätze umfassen.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 1, wobei die Betriebsart für rein mechanische Rückwärtsfahrt durch das Einrücken der zweiten, der vierten und der fünften Drehmomentübertragungseinrichtung (64, 67, 68) erreicht wird.
Elektrisch verstellbares Getriebe nach Anspruch 1, bei dem: der erste Motor/Generator (46) mit dem zweiten Element (24) des ersten Planetenradsatzes (20) kontinuierlich und mit dem zweiten Element (34) des zweiten Planetenradsatzes (32) selektiv verbunden ist; und der zweite Motor/Generator (48) kontinuierlich mit dem dritten Element (36) des zweiten Planetenradsatzes (32) verbunden ist.