DE102007045813B4 - Elektrisch verstellbares Mehrmodus-Getriebe mit miteinander verbundenen Zahnradsätzen - Google Patents

Elektrisch verstellbares Mehrmodus-Getriebe mit miteinander verbundenen Zahnradsätzen Download PDF

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Abstract

Elektrisch verstellbares Getriebe (14, 114, 214, 314, 414), umfassend: ein Antriebselement (17) zur Aufnahme von Leistung von einer Maschine (12); ein Abtriebselement (19); einen ersten Motor/Generator (80, 180, 280, 380, 480) und einen zweiten Motor/Generator (82, 182, 282, 382, 482); einen ersten Planetenradsatz (20, 120, 220, 320, 420), einen zweiten Planetenradsatz (30, 130, 230, 330, 430) und einen dritten Planetenradsatz (40, 140, 240, 340, 440), die jeweils ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Träger aufweisen; wobei das Antriebselement (17) ständig mit dem Hohlrad (124) oder dem Träger (26, 226, 326, 426) des ersten Planetenradsatzes (20, 120, 220, 320, 420) verbunden ist und das Abtriebselement (19) ständig mit dem Träger (36, 136, 236, 336, 436) des zweiten Planetenradsatzes (30, 130, 230, 330, 430) verbunden ist; der erste Motor/Generator (80, 180, 280, 380, 480) ständig mit dem Hohlrad (44, 144, 244, 344, 444) des dritten Planetenradsatzes (40, 140, 240, 340, 440) verbunden ist; und der zweite Motor/Generator (82, 182, 282, 382, 482) ständig mit dem Sonnenrad (32, 132, 232, 332, 432) des zweiten Planetenradsatzes (30, 130, 230, 330, 430) verbunden ist; ein erstes Verbindungselement (70, 170, 270, 370, 470), das das Sonnenrad (22, 122, 222, 322, 422) des ersten Planetenradsatzes (20, 120, 220, 320, 420) ständig mit dem Sonnenrad (32, 132, 232, 332, 432) des zweiten Planetenradsatzes (30, 130, 230, 330, 430) verbindet; ein zweites Verbindungselement (72, 172, 272, 372, 472), das den Träger (46, 146, 246, 346, 446) des dritten Planetenradsatzes (40, 140, 240, 340, 440) ständig mit dem Hohlrad (24, 224, 324, 424) oder dem Träger (126) des ersten Planetenradsatzes (20, 120, 220, 320, 420) verbindet; ein drittes Verbindungselement (74, 174, 274, 374, 474), das das Sonnenrad (42, 142, 242, 342, 442) des dritten Planetenradsatzes (40, 140, 240, 340, 440) ständig mit dem Träger (36, 136, 236, 336, 436) des zweiten Planetenradsatzes (30, 130, 230, 330, 430) verbindet; ...

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisch verstellbares Getriebe mit drei Planetenradsätzen, zwei Motoren/Generatoren und vier Drehmomentübertragungseinrichtungen.
  • Aus DE 11 2005 003 331 T5 ist ein elektrisch verstellbares Getriebe bekannt. Das Getriebe weist ein Antriebselement zur Aufnahme von Leistung von einer Maschine, ein Abtriebselement, einen ersten und einen zweiten Motor/Generator, drei Planetenradsätze, die jeweils ein Hohlrad, ein Sonnenrad und einen Träger umfassen, und vier Drehmomentübertragungseinrichtungen auf. Das Antriebselement ist ständig mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes und das Abtriebselement ist ständig mit dem Träger des zweiten Planetenradsatzes verbunden. Der erste Motor/Generator ist ständig mit dem Träger des dritten Planetenradsatzes verbunden, und der zweite Motor/Generator ist ständig mit dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes verbunden. Ein erstes Verbindungselement verbindet das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes. Ein zweites Verbindungselement verbindet den Träger des dritten Planetenradsatzes ständig mit dem Träger des ersten Planetenradsatzes. Ein drittes Verbindungselement verbindet das Hohlrad des dritten Planetenradsatzes ständig mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes. Die vierte Drehmomentübertragungseinrichtung ist parallel zu dem zweiten Motor/Generator geschaltet, um diesen selektiv zu bremsen.
  • Aus US 2005/0 082 992 A1 ist ein weiteres elektrisch verstellbares Getriebe bekannt. Das Getriebe weist ein Antriebselement zur Aufnahme von Leistung von einer Maschine, ein Abtriebselement, einen ersten und einen zweiten Motor/Generator, drei Planetenradsätze, die jeweils ein Hohlrad, ein Sonnenrad und einen Träger umfassen, und vier Drehmomentübertragungseinrichtungen auf. Das Antriebselement ist über die erste Drehmomentübertragungseinrichtung selektiv mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes verbunden. Das Abtriebselement ist ständig mit dem Träger des ersten Planetenradsatzes verbunden. Der erste Motor/Generator ist ständig mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes verbunden, und der zweite Motor/Generator ist ständig mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden. Ein erstes Verbindungselement verbindet das Sonnenrad des zweiten Planentenradsatzes ständig mit dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes. Ein zweites Verbindungselement verbindet den Träger des dritten Planetenradsatzes ständig mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes. Ein drittes Verbindungselement verbindet das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes ständig mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes. Eine Drehmomentübertragungseinrichtung ist parallel zu dem ersten Motor/Generator geschaltet, um diesen selektiv zu bremsen.
  • Brennkraftmaschinen, insbesondere jene von der Art mit hin- und hergehendem Kolben, treiben gegenwärtig die meisten Fahrzeuge an. Derartige Maschinen sind relativ effiziente, kompakte, leichte und kostengünstige Mechanismen, durch die hochkonzentrierte Energie in der Form von Kraftstoff in mechanische Nutzleistung umgewandelt wird. Ein neuartiges Getriebesystem, das mit Brennkraftmaschinen verwendet werden kann und das den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen von Verunreinigungen vermindern kann, kann für die Allgemeinheit von großem Nutzen sein.
  • Die breite Vielfalt in den Anforderungen, die Fahrzeuge typischerweise an Brennkraftmaschinen stellen, erhöht den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen über den Idealfall für derartige Maschinen hinaus. Typischerweise wird ein Fahrzeug von solch einer Maschine angetrieben, die durch einen kleinen Elektromotor und relativ kleine elektrische Speicherbatterien aus einem kalten Zustand gestartet wird, und die dann schnell unter die Lasten von Antriebs- und Nebenaggregatausrüstung gesetzt wird. Eine derartige Maschine wird auch durch einen breiten Bereich von Drehzahlen und einen breiten Bereich von Lasten und typischerweise mit einem Durchschnitt von ungefähr einem Fünftel ihrer maximalen Ausgangsleistung betrieben.
  • Ein Fahrzeuggetriebe liefert typischerweise mechanische Leistung von einer Maschine an den Rest eines Antriebssystems, wie ein festes Achsantriebsgetriebe, Achsen und Räder. Ein typisches mechanisches Getriebe erlaubt eine gewisse Freiheit im Maschinenbetrieb, und zwar gewöhnlich durch alternative Auswahl von fünf oder sechs unterschiedlichen Antriebsübersetzungsverhältnissen, eine Neutralauswahl, die zulässt, dass die Maschine Nebenaggregate bei stehendem Fahrzeug betreiben kann, und Kupplungen oder einem Drehmomentwandler für glatte Übergänge zwischen Antriebsübersetzungsverhältnissen und um das Fahrzeug aus der Ruhe bei drehender Maschine zu starten. Die Getriebegangauswahl lässt typischerweise zu, dass Leistung von der Maschine an den Rest des Antriebssystems mit einem Verhältnis von Drehmomentvervielfachung und Drehzahlreduktion, mit einem Verhältnis von Drehmomentreduktion und Drehzahlvervielfachung, das als Overdrive bekannt ist, oder mit einem Rückwärtsübersetzungsverhältnis abgegeben werden kann.
  • Ein elektrischer Generator kann mechanische Leistung von der Maschine in elektrische Leistung umwandeln, und ein Elektromotor kann diese elektrische Leistung zurück in mechanische Leistung mit unterschiedlichen Drehmomenten und Drehzahlen für den Rest des Fahrzeugantriebssystems umwandeln. Diese Anordnung erlaubt eine kontinuierliche Veränderung im Verhältnis von Drehmoment und Drehzahl zwischen der Maschine und dem Rest des Antriebssystems innerhalb der Grenzen der elektrischen Maschinerie. Eine elektrische Speicherbatterie, die als Leistungsquelle für den Antrieb verwendet wird, kann dieser Anordnung hinzugefügt werden, wodurch ein Reihenhybrid-Elektroantriebssystem gebildet wird.
  • Das Reihenhybridsystem lässt zu, dass die Maschine mit einer gewissen Unabhängigkeit von dem Drehmoment, der Drehzahl und der Leistung, die erforderlich sind, um ein Fahrzeug anzutreiben, arbeiten kann, so dass die Maschine auf verbesserte Emissionen und einen verbesserten Wirkungsgrad hin gesteuert werden kann. Dieses System lässt zu, dass der Elektromotor, der an der Brennkraftmaschine angebracht ist, als Motor zum Anlassen der Maschine wirkt. Dieses System lässt auch zu, dass der Elektromotor, der an dem Rest des Antriebsstrangs angebracht ist, als Generator wirkt, wobei Energie aus dem Verlangsamen des Fahrzeugs in der Batterie durch regeneratives Bremsen zurückgewonnen wird. Ein Reihenelektroantrieb hat Probleme hinsichtlich des Gewichts und der Kosten einer ausreichenden elektrischen Maschinerie, um die gesamte Leistung der Maschine von mechanisch in elektrisch in dem Generator und von elektrisch in mechanisch in dem Antriebsmotor umzuwandeln, und des Nutzenergieverlustes bei diesen Umwandlungen.
  • Ein Getriebe mit Leistungsverzweigung kann eine sogenannte ”Differenzialzahnradanordnung” verwenden, um ein stufenlos verstellbares Drehmoment- und Drehzahlverhältnis zwischen Antrieb und Abtrieb zu erreichen. Ein elektrisch verstellbares Getriebe kann eine Differenzialzahnradanordnung verwenden, um einen Bruchteil seiner übertragenen Leistung durch ein Paar Elektromotoren/Generatoren zu schicken. Der Rest seiner Leistung fließt durch einen anderen parallelen Weg, der vollständig mechanisch und direkt, mit einem festen Übersetzungsverhältnis oder alternativ wählbar ist.
  • Ein Planetenradsatz kann, wie Fachleuten bekannt ist, eine Form einer Differenzialzahnradanordnung bilden. Eine Planetenradanordnung ist gewöhnlich die bevorzugte Ausführungsform, die in mit differenziellen Zahnradanordnungen ausgestatteten Erfindungen angewandt wird, mit den Vorteilen einer Kompaktheit und unterschiedlicher Drehmoment- und Drehzahlverhältnisse zwischen allen Elementen des Planetenradsatzes. Es ist jedoch möglich, diese Erfindung ohne Planetenräder aufzubauen, wie etwa durch die Verwendung von Kegelrädern oder anderen Zahnrädern in einer Anordnung, bei der die Drehzahl von mindestens einem Element eines Zahnradsatzes immer ein gewichteter Mittelwert von Drehzahlen der beiden anderen Elemente ist.
  • Ein Getriebesystem für ein Hybridelektrofahrzeug umfasst auch eine oder mehrere Speichereinrichtungen für elektrische Energie. Eine typische Einrichtung ist eine chemisch-elektrische Speicherbatterie, es können aber auch kapazitive oder mechanische Einrichtungen, wie etwa ein elektrisch angetriebenes Schwungrad, enthalten sein. Ein Speicher für elektrische Energie lässt zu, dass die mechanische Ausgangsleistung von dem Getriebesystem zu dem Fahrzeug von der mechanischen Eingangsleistung von der Maschine zu dem Getriebesystem abweichen kann. Die Batterie oder andere Einrichtung erlaubt auch das Starten der Maschine mit dem Getriebesystem und ein regeneratives Bremsen des Fahrzeugs.
  • Ein elektrisch verstellbares Getriebe in einem Fahrzeug kann einfach mechanische Leistung von einem Maschinenantrieb zu einem Achsantriebsausgang übertragen. Dazu gleicht die elektrische Leistung, die von einem Motor/Generator erzeugt wird, die elektrischen Verluste und die elektrische Leistung, die von dem anderen Motor/Generator verbraucht wird, aus. Durch die Verwendung der oben genannten elektrischen Speicherbatterie kann die elektrische Leistung, die von einem Motor/Generator erzeugt wird, größer oder kleiner sein als die elektrische Leistung, die von dem anderen verbraucht wird. Elektrische Leistung von der Batterie kann manchmal zulassen, dass beide Motoren/Generatoren als Motoren wirken, insbesondere um die Maschine bei der Fahrzeugbeschleunigung zu unterstützen. Beide Motoren können manchmal als Generatoren wirken, um die Batterie wieder aufzuladen, insbesondere beim regenerativen Bremsen des Fahrzeugs.
  • Ein bekanntes Reihenhybridgetriebe ist ein elektrisch verstellbares Getriebe mit zwei Bereichen, Eingangsverzweigung und kombinierter Leistungsverzweigung, das jetzt für Linienbusse produziert wird. Ein derartiges Getriebe benutzt ein Antriebsmittel, um Leistung von der Fahrzeugmaschine aufzunehmen, und ein Leistungsausgabemittel, um Leistung zum Antreiben des Fahrzeugs abzugeben. Ein erster und zweiter Motor/Generator sind mit einer Energiespeichereinrichtung, wie einer Batterie, verbunden, so dass die Energiespeichereinrichtung Leistung von dem ersten und zweiten Motor/Generator aufnehmen und diesen Leistung zuführen kann. Eine Steuereinheit regelt den Leistungsfluss zwischen der Energiespeichereinrichtung und den Motoren/Generatoren sowie zwischen dem ersten und zweiten Motor/Generator.
  • Ein Betrieb in dem ersten oder zweiten Betriebsmodus mit variablem Drehzahlverhältnis kann selektiv unter Verwendung von Kupplungen in der Natur einer ersten und zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung erreicht werden. In dem ersten Modus wird ein Drehzahlverhältnisbereich mit Eingangsleistungsverzweigung durch Einrücken der ersten Kupplung gebildet, und die Abtriebsdrehzahl des Getriebes ist proportional zu der Drehzahl von einem Motor/Generator. In dem zweiten Modus wird ein Drehzahlverhältnisbereich mit kombinierter Leistungsverzweigung durch das Einrücken der zweiten Kupplung gebildet, und die Abtriebsdrehzahl des Getriebes ist nicht proportional zu den Drehzahlen von einem der Motoren/Generatoren, sondern ist eine algebraische Linearkombination der Drehzahlen der beiden Motoren/Generatoren. Ein Betrieb mit einem festen Getriebedrehzahlverhältnis kann selektiv durch das Einrücken beider Kupplungen erreicht werden. Ein Betrieb des Getriebes in einem neutralen Modus kann selektiv erreicht werden, indem beide Kupplungen gelöst werden, wobei die Maschine und beide Elektromotoren/Generatoren von dem Getriebeabtrieb entkoppelt werden. Das Getriebe umfasst mindestens einen mechanischen Punkt in seinem ersten Betriebsmodus und mindestens zwei mechanische Punkte in seinem zweiten Betriebsmodus.
  • ”Kombinierte Leistungsverzweigung” bedeutet, dass weder der Antrieb noch der Abtrieb des Getriebes direkt mit einem Motor/Generator verbunden ist. Eine Architektur mit kombinierter Leistungsverzweigung umfasst einen Modus mit zwei mechanischen Punkten, von denen jeder erzielt wird, wenn einer der Motoren/Generatoren eine Drehzahl von Null erreicht. Dies erlaubt eine Verringerung der Größe und Kosten des Elektromotors/Generators, die erforderlich sind, um das gewünschte Fahrzeugleistungsvermögen zu erreichen. ”Ausgangsleistungsverzweigung” bedeutet, dass ein Motor/Generator direkt mit dem Antrieb verbunden ist. Dieser Modus ist zum Anfahren des Fahrzeugs zweckmäßig. ”Eingangsleistungsverzweigung” bedeutet, dass ein Motor/Generator direkt mit dem Abtriebselement verbunden ist. Dies ist beim Auffangen regenerativer Energie während des Bremsens und wie notwendig zum Bereitstellen einer Drehmomentunterstützung für die Maschine nützlich.
  • Ein anderes bekanntes elektrisch verstellbares Getriebe weist zwei Planetenradsätze, zwei Motoren/Generatoren und zwei Kupplungen auf, um Betriebsmodi mit Eingangsleistungsverzweigung, kombinierter Leistungsverzweigung, neutrale und Rückwärtsbetriebsmodi bereitzustellen. Beide Planetenradsätze können einfach sein oder einer kann einzeln zusammengesetzt sein. Ein elektrisches Steuerelement reguliert den Leistungsfluss zwischen einer Energiespeichereinrichtung und den beiden Motoren/Generatoren. Dieses Getriebe bietet zwei Bereiche oder Modi eines Betriebes eines elektrisch verstellbaren Getriebes (EVT), wobei es selektiv einen Drehzahlverhältnisbereich mit Eingangsleistungsverzweigung und einen Drehzahlverhältnisbereich mit kombinierter Leistungsverzweigung bereitstellt. Es kann auch selektiv ein festes Drehzahlverhältnis erreicht werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisch verstellbares Getriebe bereitzustellen, so dass dieses ein optimales Leistungsvermögen, eine optimale Kapazität, eine optimale Unterbringungsgröße und eine optimale Übersetzungsverhältnisabdeckung aufweist.
  • Dies wird mit einem elektrisch verstellbaren Getriebe gemäß Patentanspruch 1 und mit einem elektrisch verstellbaren Getriebe gemäß Patentanspruch 4 erreicht. Weiterbildungen der jeweiligen Getriebe sind in den jeweiligen abhängigen Patentansprüchen definiert.
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine Familie von elektrisch verstellbaren Getrieben bereit, die mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Automatikgetrieben zur Verwendung in Hybridfahrzeugen bietet, die ein verbessertes Leistungsvermögen der Fahrzeugbeschleunigung, eine verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit über ein regeneratives Bremsen und einen nur elektrischen Leerlauf und ein nur elektrisches Anfahren und ein attraktives Vermarktungsmerkmal umfassen. Es wird bezweckt, den bestmöglichen Energiewirkungsgrad und die bestmöglichen Emissionen für eine gegebene Maschine bereitzustellen.
  • Die elektrisch verstellbare Getriebefamilie der vorliegenden Erfindung stellt kostengünstige elektrisch verstellbare Getriebemechanismen mit geringem Inhalt bereit, die einen ersten, zweiten und dritten Differenzialzahnradsatz, eine Batterie, zwei Elektromotoren, die austauschbar als Motoren oder Generatoren dienen, und vier wählbare Drehmomentübertragungseinrichtungen (zwei Kupplungen und zwei Bremsen) umfassen. Die Differenzialzahnradsätze sind bevorzugt Planetenradsätze, wie einfache oder zusammengesetzte (Ravigneaux-)Zahnradsätze, es können aber andere Zahnradanordnungen eingesetzt werden, wie etwa Kegelräder oder eine Differenzialzahnradanordnung an einer versetzten Achse.
  • In dieser Beschreibung können der erste, zweite oder dritte Planetenradsatz in beliebiger Reihenfolge mit ”erster” bis ”dritter” gezählt werden (d. h. von links nach rechts, von rechts nach links usw.).
  • Jeder der drei Planetenradsätze weist drei Elemente auf. Das erste, zweite oder dritte Element jedes Planetenradsatzes kann irgendeines von einem Sonnenrad, einem Hohlrad oder einem Träger oder alternativ ein Planetenrad sein.
  • Jeder Träger kann entweder ein Einzelplanetenradträger (einfach) oder ein Doppelplanetenradträger (zusammengesetzt) sein.
  • Die Antriebswelle ist ständig mit mindestens einem Element der Planetenradsätze verbunden. Die Abtriebswelle ist ständig mit mindestens einem Element der Planetenradsätze verbunden.
  • Ein erstes Verbindungselement verbindet das erste Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes.
  • Ein zweites Verbindungselement verbindet das erste Element des dritten Planetenradsatzes ständig mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes.
  • Ein drittes Verbindungselement verbindet das zweite Element des dritten Planetenradsatzes ständig mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes.
  • Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung, verbindet ein Element des zweiten Planetenradsatzes selektiv mit einem Element des dritten Planetenradsatzes.
  • Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Kupplung, verbindet ein Element des dritten Planetenradsatzes selektiv mit einem anderen Element des dritten Planetenradsatzes.
  • Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Bremse, verbindet ein Element des zweiten Planetenradsatzes selektiv mit einem feststehenden Element (Getriebegehäuse/Getriebekasten).
  • Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie eine Bremse, ist parallel zu einem der Motoren/Generatoren geschaltet, um eine Rotation des Motors/Generators selektiv zu verhindern.
  • Der erste Motor/Generator ist an dem Getriebekasten montiert und ständig mit einem Element des dritten Planetenradsatzes verbunden. Der erste Motor/Generator kann auch eine versetzte Zahnradanordnung umfassen.
  • Der zweite Motor/Generator ist an dem Getriebekasten montiert und ist ständig mit einem Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden. Die zweite Motor/Generator-Verbindung kann eine versetzte Zahnradanordnung umfassen.
  • Die auswählbaren Drehmomentübertragungseinrichtungen werden in Kombinationen eingerückt, um ein EVT mit einem stufenlos verstellbaren Bereich von Drehzahlen (einschließlich rückwärts) und vier mechanisch festen Vorwärtsdrehzahlverhältnissen zu ergeben. Ein ”festes Drehzahlverhältnis” ist eine Betriebsbedingung, unter der die mechanische Antriebsleistung für das Getriebe mechanisch auf den Abtrieb übertragen wird und kein Leistungsfluss in den Motoren/Generatoren vorhanden ist (d. h. nahezu null beträgt). Ein elektrisch verstellbares Getriebe, das selektiv mehrere feste Drehzahlverhältnisse für einen Betrieb in der Nähe voller Maschinenleistung erzielen kann, kann für eine gegebene maximale Kapazität kleiner und leichter sein. Ein Betrieb mit festem Verhältnis kann auch zu einem niedrigeren Kraftstoffverbrauch führen, wenn unter Bedingungen gearbeitet wird, unter denen die Maschinendrehzahl sich ihrem Optimum nähern kann, ohne die Motoren/Generatoren zu verwenden. Eine Vielfalt von festen Drehzahlverhältnissen und variable Verhältnisspreizungen kann durch geeignetes Wählen der Zähneverhältnisse der Planetenradsätze realisiert werden.
  • Jede Ausführungsform der offenbarten elektrisch verstellbaren Getriebefamilie weist eine Architektur auf, in der weder der Getriebeantrieb noch der Getriebeabtrieb direkt mit einem Motor/Generator verbunden ist. Dies erlaubt eine Verringerung der Größe und Kosten der Elektromotoren/Generatoren, die erforderlich sind, um das gewünschte Fahrzeugleistungsvermögen zu erreichen.
  • Die Drehmomentübertragungseinrichtungen und der erste und zweite Motor/Generator sind betreibbar, um in dem elektrisch verstellbaren Getriebe fünf Betriebsmodi bereitzustellen, die einen Batterie-Rückwärtsmodus, einen EVT Rückwärtsmodus, Rückwärts- und Vorwärtsanfahrmodi, einen Modus mit stufenlos verstellbarem Getriebebereich und einen Modus mit fester Vorwärtsverhältnis umfassen.
  • Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Ausführungsarten der Erfindung leicht deutlich werden, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen wird.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1a ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs, der ein elektrisch verstellbares Getriebe umfasst und ein Familienmitglied der vorliegenden Erfindung enthält;
  • 1b ist eine Tabelle für Betriebsmodi und eine Tabelle für Modi mit festem Verhältnis, die einige der Betriebseigenschaften des in 1a gezeigten Antriebsstrangs darstellen;
  • 2a ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs mit einem elektrisch verstellbaren Getriebe, der ein anderes Familienmitglied der vorliegenden Erfindung enthält;
  • 2b ist eine Tabelle für Betriebsmodi und eine Tabelle für Modi mit festem Verhältnis, die einige der Betriebseigenschaften des in 2a gezeigten Antriebsstrangs darstellen;
  • 3a ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs mit einem elektrisch verstellbaren Getriebe, der ein anderes Familienmitglied der vorliegenden Erfindung enthält;
  • 3b ist eine Tabelle für Betriebsmodi und eine Tabelle für Modi mit festem Verhältnis, die einige der Betriebseigenschaften des in 3a gezeigten Antriebsstrangs darstellen;
  • 4a ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs mit einem elektrisch verstellbaren Getriebe, der ein anderes Familienmitglied der vorliegenden Erfindung enthält;
  • 4b ist eine Tabelle für Betriebsmodi und eine Tabelle für Modi mit festem Verhältnis, die einige der Betriebseigenschaften des in 4a gezeigten Antriebsstrangs darstellen;
  • 5a ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs mit einem elektrisch verstellbaren Getriebe, der ein anderes Familienmitglied der vorliegenden Erfindung enthält; und
  • 5b ist eine Tabelle für Betriebsmodi und eine Tabelle für Modi mit festem Verhältnis, die einige der Betriebseigenschaften des in 5a gezeigten Antriebsstrangs darstellen.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • In 1a ist ein Antriebsstrang 10 gezeigt, der eine Maschine 12 umfasst, die mit einer bevorzugten Ausführungsform des verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes (EVT) verbunden ist, das allgemein mit dem Bezugszeichen 14 bezeichnet ist. Das Getriebe 14 ist konstruiert, um mindestens einen Teil seiner Antriebsleistung von der Maschine 12 aufzunehmen. Wie es gezeigt ist, weist die Maschine 12 eine Abtriebswelle auf, die als das Antriebselement 17 des Getriebes 14 dient. Es kann auch ein Dämpfer für transientes Drehmoment (der nicht gezeigt ist) zwischen der Maschine 12 und dem Antriebselement 17 des Getriebes eingesetzt werden.
  • In der gezeigten Ausführungsform kann die Maschine 12 eine Maschine für fossilen Brennstoff sein, wie etwa ein Dieselmotor, der einfach angepasst ist, um seine verfügbare Ausgangsleistung typischerweise mit einer konstanten Anzahl von Umdrehungen pro Minute (U/min) abzugeben.
  • Ungeachtet des Mittels, durch das die Maschine 12 mit dem Getriebeantriebselement 17 verbunden ist, ist das Getriebeantriebselement 17 funktional mit einem Planetenradsatz in dem Getriebe 14 verbunden. Ein Abtriebselement 19 des Getriebes 14 ist mit einem Achsantrieb 16 verbunden.
  • Das Getriebe 14 benutzt drei Differenzialzahnradsätze, vorzugsweise in der Natur von Planetenradsätzen 20, 30 und 40. Der Planetenradsatz 20 wendet ein äußeres Zahnradelement 24 an, das typischerweise als das Hohlrad bezeichnet wird. Das Hohlrad 24 umgibt ein inneres Zahnradelement 22, das typischerweise als das Sonnenrad bezeichnet wird. Ein Träger 26 lagert drehbar mehrere Planetenräder 27, so dass jedes Planetenrad 27 kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 24 als auch dem inneren Sonnenrad 22 des ersten Planetenradsatzes 20 in Eingriff steht.
  • Der Planetenradsatz 30 weist auch ein äußeres Zahnradelement 34 auf, das häufig auch als das Hohlrad bezeichnet wird, welches ein inneres Zahnradelement 32 umgibt, das auch häufig als das Sonnenrad bezeichnet wird. Mehrere Planetenräder 37 sind auch drehbar in einem Träger 36 montiert, so dass jedes Planetenrad 37 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 34 als auch dem inneren Sonnenrad 32 des Planetenradsatzes 30 in Eingriff steht.
  • Der Planetenradsatz 40 weist auch ein äußeres Zahnradelement 44 auf, das häufig auch als das Hohlrad bezeichnet wird, welches ein inneres Zahnradelement 42 umgibt, das auch häufig als das Sonnenrad bezeichnet wird. Mehrere Planetenräder 47 sind auch drehbar in einem Träger 46 montiert, so dass jedes Planetenrad 47 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 44 als auch dem inneren Sonnenrad 42 des Planetenradsatzes 40 in Eingriff steht.
  • Die erste bevorzugte Ausführungsform 10 umfasst auch einen ersten und zweiten Motor/Generator 80 bzw. 82. Der Stator des ersten Motors/Generators 80 ist an dem Getriebegehäuse 60 befestigt. Der Rotor des ersten Motors/Generators 80 ist an dem Hohlrad 44 des Planetenradsatzes 40 befestigt.
  • Der Stator des zweiten Motors/Generators 82 ist auch an dem Getriebegehäuse 60 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators 82 ist an dem Sonnenrad 32 des Planetenradsatzes 30 befestigt.
  • Das Antriebselement 17 ist an dem Träger 26 des Planetenradsatzes 20 befestigt. Das Ausgangsabtriebselement 19 des Getriebes 14 ist an dem Träger 36 des Planetenradsatzes 30 befestigt.
  • Ein erstes Verbindungselement 70 verbindet das Sonnenrad 22 des Planetenradsatzes 20 ständig mit dem Sonnenrad 32 des Planetenradsatzes 30. Ein zweites Verbindungselement 72 verbindet das Hohlrad 24 des Planetenradsatzes 20 ständig mit dem Träger 46 des Planetenradsatzes 40. Ein drittes Verbindungselement 74 verbindet den Träger 36 des Planetenradsatzes 30 ständig mit dem Sonnenrad 42 des Planetenradsatzes 40.
  • Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 50, verbindet das Hohlrad 34 des Planetenradsatzes 30 selektiv mit dem Hohlrad 44 des Planetenradsatzes 40. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 52, verbindet den Träger 46 des Planetenradsatzes 40 selektiv mit dem Hohlrad 44 des Planetenradsatzes 40. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse 54, verbindet das Hohlrad 34 des Planetenradsatzes 30 selektiv mit dem Getriebegehäuse 60. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse 55, ist parallel zu dem Motor/Generator 82 geschaltet, um dessen Rotation selektiv zu bremsen. Die erste, zweite, dritte und vierte Drehmomentübertragungseinrichtung 50, 52, 54 und 55 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes 14 zu helfen, wie es nachstehend ausführlicher erläutert wird.
  • Kehren wir nun zu der Beschreibung der Leistungsquellen zurück, sollte aus der vorstehenden Beschreibung und mit besonderem Bezug auf 1a ersichtlich sein, dass das Getriebe 14 selektiv Leistung von der Maschine 12 aufnimmt. Das Hybridgetriebe nimmt auch Leistung von einer elektrischen Leistungsquelle 86 auf, die funktional mit einem Controller 88 verbunden ist. Die elektrische Leistungsquelle 86 kann eine oder mehrere Batterien sein. Andere elektrische Leistungsquellen, wie Brennstoffzellen, die die Fähigkeit haben, elektrische Leistung bereitzustellen oder zu speichern und abzugeben, können anstelle von Batterien verwendet werden, ohne die Konzepte der vorliegenden Erfindung zu verändern.
  • Allgemeine Betriebserwägungen
  • Eine der primären Steuereinrichtungen ist eine allgemein bekannte Fahrbereichswähleinrichtung (die nicht gezeigt ist), die eine elektronische Steuereinheit (den Controller oder die ECU 88) anweist, das Getriebe für den Bereich Parken, Rückwärts, Neutral oder Vorwärtsfahrt zu konfigurieren. Die zweite und dritte primäre Steuereinrichtung bilden ein Gaspedal (das nicht gezeigt ist) und ein Bremspedal (das ebenfalls nicht gezeigt ist). Die Informationen, die von der ECU von diesen drei primären Steuerquellen erhalten werden, werden als die ”Bedieneranforderung” bezeichnet. Die ECU erhält auch Informationen von mehreren Sensoren (Antrieb sowie Abtrieb) im Hinblick auf den Zustand der Drehmomentübertragungseinrichtungen (entweder eingerückt oder ausgerückt); das Maschinenabtriebsdrehmoment; das vereinigte Kapazitätsniveau der Batterie oder Batterien; und die Temperaturen von ausgewählten Fahrzeugkomponenten. Die ECU stellt fest, was erforderlich ist, und betätigt dann die selektiv betriebenen Komponenten des Getriebes, oder die diesem zugeordneten Komponenten geeignet, um auf die Bedieneranforderung zu antworten.
  • Die Erfindung kann einfache oder zusammengesetzte Planetenradsätze verwenden. In einem einfachen Planetenradsatz ist ein einzelner Satz von Planetenrädern normal zur Drehung an einem Träger gelagert, der selbst drehbar ist.
  • Wenn in einem einfachen Planetenradsatz das Sonnenrad feststehend gehalten wird und Leistung auf das Hohlrad eines einfachen Planetenradsatzes aufgebracht wird, rotieren die Planetenräder in Ansprechen auf die auf das Hohlrad aufgebrachte Leistung und ”laufen” somit in Umfangsrichtung um das festgelegte Sonnenrad um, um eine Drehung des Trägers in der gleichen Richtung wie die Richtung, in der das Hohlrad rotiert wird, zu bewirken.
  • Wenn irgendwelche zwei Elemente eines einfachen Planetenradsatzes in der gleichen Richtung und mit der gleichen Drehzahl rotieren, wird das dritte Element gezwungen, mit der gleichen Drehzahl und in der gleichen Richtung zu rotieren. Wenn beispielsweise das Sonnenrad und das Hohlrad in der gleichen Richtung und mit der gleichen Drehzahl rotieren, rotieren die Planetenräder nicht um ihre eigenen Achsen, sondern wirken vielmehr als Keile, um die gesamte Einheit miteinander zu sperren und somit einen sogenannten direkten Antrieb zu bewirken. Das heißt der Träger rotiert mit den Sonnen- und Hohlrädern.
  • Wenn jedoch die beiden Zahnradelemente in der gleichen Richtung aber mit unterschiedlichen Drehzahlen rotieren, kann die Richtung, in der das dritte Zahnradelement rotiert, häufig einfach durch Sichtanalyse bestimmt werden, aber in vielen Situationen wird die Richtung nicht offensichtlich sein und kann nur durch die Kenntnis der Anzahl von Zähnen, die an allen Zahnradelementen des Planetenradsatzes vorhanden ist, genau bestimmt werden.
  • Jedes Mal dann, wenn der Träger daran gehindert wird, frei umzulaufen, und Leistung auf entweder das Sonnenrad oder das Hohlrad aufgebracht wird, wirken die Planetenräder als Zwischenräder. Auf diese Weise wird das angetriebene Element in der dem treibenden Element entgegengesetzten Richtung rotiert. In vielen Getriebeanordnungen wird somit, wenn der Rückwärtsfahrbereich ausgewählt ist, eine Drehmomentübertragungseinrichtung, die als Bremse dient, über Reibung betätigt, um mit dem Träger in Eingriff zu gelangen und diesen dadurch an einer Drehung zu hindern, so dass Leistung, die auf das Sonnenrad aufgebracht wird, das Hohlrad in der entgegengesetzten Richtung drehen wird. Wenn somit das Hohlrad funktional mit den Antriebsrädern eines Fahrzeuges verbunden ist, ist eine solche Anordnung in der Lage, die Drehrichtung der Antriebsräder und dadurch die Richtung des Fahrzeugs selbst umzukehren.
  • Wenn in einem einfachen Satz von Planetenrädern irgendwelche zwei Drehzahlen des Sonnenrads, des Trägers und des Hohlrads bekannt sind, dann kann die Drehzahl des dritten Elementes unter Anwendung einer einfachen Regel festgestellt werden. Die Drehgeschwindigkeit des Trägers ist immer proportional zu den Drehzahlen der Sonne und des Ringes, gewichtet mit deren jeweiligen Zähnezahlen. Beispielsweise kann ein Hohlrad doppelt so viele Zähne wie das Sonnenrad in dem gleichen Satz aufweisen. Die Drehzahl des Trägers ist dann die Summe von zwei Dritteln der Drehzahl des Hohlrades und einem Drittel der Drehzahl des Sonnenrades. Wenn eines dieser drei Elemente in einer entgegengesetzten Richtung rotiert, ist das arithmetische Vorzeichen für die Drehzahl dieses Elements bei den mathematischen Berechnungen negativ.
  • Das Drehmoment an dem Sonnenrad, dem Träger und dem Hohlrad kann auch einfach miteinander in Beziehung gebracht werden, wenn dies ohne Berücksichtigung der Massen der Zahnräder, der Beschleunigung der Zahnräder oder der Reibung innerhalb des Zahnradsatzes vorgenommen wird, die alle einen relativ geringfügigen Einfluss in einem gut konstruierten Getriebe haben. Das Drehmoment, das auf das Sonnenrad eines einfachen Planetenradsatzes aufgebracht wird, muss das Drehmoment, das auf das Hohlrad aufgebracht wird, proportional zu der Zähnezahl an diesen Zahnrädern ausgleichen. Beispielsweise muss das Drehmoment, das auf ein Hohlrad mit doppelt so viel Zähnen wie an dem Sonnenrad in diesem Satz aufgebracht wird, das Doppelte von dem auf das Sonnenrad aufgebrachten betragen, und es muss in der gleichen Richtung aufgebracht werden. Das auf den Träger aufgebrachte Drehmoment muss die gleiche Größe und die entgegengesetzte Richtung zu der Summe aus dem Drehmoment an dem Sonnenrad und dem Drehmoment an dem Hohlrad betragen.
  • In einem zusammengesetzten Planetenradsatz bewirkt die Benutzung von inneren und äußeren Sätzen von Planetenrädern einen Austausch der Rollen von Hohlrad und Planetenträger im Vergleich mit einem einfachen Planetenradsatz. Wenn beispielsweise das Sonnenrad feststehend gehalten wird, wird der Planetenträger in der gleichen Richtung wie das Hohlrad rotieren, aber der Planetenträger wird sich mit inneren und äußeren Sätzen von Planetenrädern schneller als das Hohlrad statt langsamer bewegen.
  • In einem zusammengesetzten Planetenradsatz, der kämmende innere und äußere Sätze von Planetenrädern aufweist, ist die Drehzahl des Hohlrads proportional zu den Drehzahlen des Sonnenrads und des Planetenträgers, gewichtet mit der Zähnezahl an dem Sonnenrad bzw. der Zähnezahl, die durch die Planetenräder gefüllt wird. Beispielsweise könnte die Differenz zwischen dem Hohlrad und dem Sonnenrad, die durch die Planetenräder gefüllt wird, genauso viel Zähne sein, wie sich an dem Sonnenrad in dem gleichen Satz befinden. In dieser Situation wäre die Drehzahl des Hohlrades die Summe aus zwei Dritteln der Drehzahl des Trägers und einem Drittel der Drehzahl der Sonne. Wenn das Sonnenrad oder der Planetenträger in einer entgegengesetzten Richtung rotiert, ist das arithmetische Vorzeichen für diese Drehzahl bei den mathematischen Berechnungen negativ.
  • Wenn das Sonnenrad feststehend gehalten wird, dann wird ein Träger mit inneren und äußeren Sätzen von Planetenrädern in der gleichen Richtung wie das rotierende Hohlrad dieses Satzes drehen. Wenn andererseits das Sonnenrad feststehend gehalten wird und der Träger angetrieben wird, dann rollen Planetenräder in dem inneren Satz, die mit dem Sonnenrad in Eingriff stehen, entlang des Sonnenrads oder ”laufen” um dieses um, wobei sie sich in der gleichen Richtung drehen, in die der Träger rotiert. Planetenräder in dem äußeren Satz, die mit Planetenrädern in dem inneren Satz kämmen, werden sich in der entgegengesetzten Richtung drehen, wodurch ein kämmendes Hohlrad in die entgegengesetzte Richtung gezwungen wird, aber nur in Bezug auf die Planetenräder, mit denen das Hohlrad kämmend in Eingriff steht. Die Planetenräder in dem äußeren Satz werden in der Richtung des Trägers entlang transportiert. Die Wirkung der Drehung der Planetenräder in dem äußeren Satz auf ihren eigenen Achsen und die größere Wirkung der Orbitalbewegung der Planetenräder in dem äußeren Satz aufgrund der Bewegung des Trägers sind kombiniert, so dass das Hohlrad in der gleichen Richtung wie der Träger aber nicht so schnell wie der Träger rotiert.
  • Wenn der Träger in einem derartigen zusammengesetzten Planetenradsatz feststehend gehalten wird und das Sonnenrad gedreht wird, dann wird das Hohlrad mit weniger Drehzahl und in der gleichen Richtung wie das Sonnenrad rotieren. Wenn das Hohlrad eines einfachen Planetenradsatzes feststehend gehalten wird und das Sonnenrad gedreht wird, dann wird der Träger, der einen einzigen Satz von Planetenrädern trägt, mit weniger Drehzahl und in der gleichen Richtung wie das Sonnenrad rotieren. Somit kann man leicht den Austausch der Rollen zwischen dem Träger und dem Hohlrad beobachten, der durch die Verwendung von inneren und äußeren Sätzen von Planetenrädern, die miteinander kämmen, im Vergleich mit der Verwendung eines einzigen Satzes von Planetenrädern in einem einfachen Planetenradsatz hervorgerufen wird.
  • Die normale Wirkung eines elektrisch verstellbaren Getriebes ist, mechanische Leistung von dem Antrieb auf den Abtrieb zu übertragen. Als Teil dieser Übertragungswirkung wirkt einer von seinen beiden Motoren/Generatoren als Generator für elektrische Leistung. Der andere Motor/Generator wirkt als Motor und verwendet diese elektrische Leistung. Da die Drehzahl des Abtriebs von null bis auf eine hohe Drehzahl zunimmt, tauschen die beiden Motoren/Generatoren 80, 82 allmählich die Rollen von Generator und Motor, und können dies mehr als einmal vornehmen. Diese Austausche finden um mechanische Punkte herum statt, an denen im Wesentlichen die gesamte Leistung von dem Antrieb auf den Abtrieb mechanisch übertragen wird und keine wesentliche Leistung elektrisch übertragen wird.
  • In einem hybriden elektrisch verstellbaren Getriebesystem kann auch die Batterie 86 dem Getriebe Leistung zuführen, oder das Getriebe kann der Batterie Leistung zuführen. Wenn die Batterie dem Getriebe wesentlich elektrische Leistung zuführt, wie etwa zur Fahrzeugbeschleunigung, dann wirken beide Motoren/Generatoren als Motoren. Wenn das Getriebe der Batterie elektrische Leistung zuführt, wie etwa für ein regeneratives Bremsen, können beide Motoren/Generatoren als Generatoren wirken. Sehr nahe bei den mechanischen Arbeitspunkten können beide Motoren/Generatoren auch als Generatoren mit kleinen elektrischen Ausgangsleistungen wegen der elektrischen Verluste in dem System wirken.
  • Im Gegensatz zu der normalen Wirkung des Getriebes kann das Getriebe tatsächlich verwendet werden, um mechanische Leistung von dem Abtrieb auf den Antrieb zu übertragen. Dies kann in einem Fahrzeug vorgenommen werden, um die Fahrzeugbremsen zu unterstützen und das regenerative Bremsen des Fahrzeugs zu verbessern oder zu unterstützen, insbesondere auf langen Gefällen. Wenn der Leistungsfluss durch das Getriebe auf diese Weise umgekehrt wird, dann werden die Rollen der Motoren/Generatoren von jenen bei normaler Wirkung umgekehrt.
  • Spezifische Betriebserwägungen
  • Jede der hierin beschriebenen Ausführungsformen weist sechzehn Funktionserfordernisse auf (die 16 Zeilen jeder in den Figuren gezeigten Tabelle für Betriebsmodi entsprechen), die zu fünf Betriebsmodi gruppiert werden können. Diese fünf Betriebsmodi werden nachstehend beschrieben und können am besten durch Bezugnahme auf die jeweilige Tabelle für Betriebsmodi verstanden werden, die jedes Getriebeschaltstellungsdiagramm begleitet, wie die Tabellen für Betriebsmodi der 1b, 2b, 3b usw.
  • Der erste Betriebsmodus ist der ”Batterie-Rückwärtsmodus”, der der ersten Zeile (BATT RW) jeder Tabelle für Betriebsmodi, wie etwa jener von 1b, entspricht. In diesem Modus ist die Maschine aus, und das Getriebeelement, das mit der Maschine verbunden ist, wird nicht von dem Maschinendrehmoment gesteuert, obwohl es ein gewisses Restdrehmoment aufgrund von Rotationsträgheit der Maschine geben kann. Das EVT wird von einem der Motoren/Generatoren unter Verwendung von Energie von der Batterie angetrieben, was bewirkt, dass sich das Fahrzeug rückwärts bewegt. Abhängig von der kinematischen Konfiguration kann der andere Motor/Generator in diesem Modus rotieren oder nicht rotieren und kann Drehmoment übertragen oder nicht übertragen. Wenn er rotiert, wird er dazu verwendet, Energie zu erzeugen, die in der Batterie gespeichert wird. In der Ausführungsform von 1b ist in dem Batterie-Rückwärtsmodus beispielsweise die Bremse 54 eingerückt, der Generator 80 weist ein Drehmoment von Null auf, der Motor 82 weist ein Drehmoment von –1,00 auf und es wird ein Drehmomentverhältnis von –3,75 erreicht. In jeder Tabelle für Betriebsmodi gibt ein (M) neben einem Drehmomentwert in den Motor/Generator-Spalten 80 und 82 an, dass der Motor/Generator als Motor wirkt, und das Fehlen eines (M) gibt an, dass der Motor/Generator als Generator wirkt.
  • Der zweite Betriebsmodus ist der ”EVT Rückwärtsmodus” (oder der mechanische Rückwärtsmodus), der der zweiten Zeile (EVT RW) jeder Tabelle für Betriebsmodi, wie etwa jener in 1b, entspricht. In diesem Modus wird das EVT von der Maschine und von einem der Motoren/Generatoren angetrieben. Der andere Motor/Generator arbeitet im Generatormodus und überträgt 100% der erzeugten Energie zurück zu dem antreibenden Motor. Der Nettoeffekt ist, dass das Fahrzeug rückwärts angetrieben wird. Nach 1b ist in dem EVT Rückwärtsmodus beispielsweise die Bremse 54 eingerückt, der Generator 80 weist ein Drehmoment von –0,53 Einheiten auf, der Motor 82 weist ein Drehmoment von –2,54 Einheiten auf und es wird ein Abtriebsdrehmoment von –8,33 erreicht, das einem Maschinendrehmoment von 1 Einheit entspricht.
  • Der dritte Betriebsmodus umfasst die ”Rückwärts- und Vorwärtsanfahrmodi” (auch bezeichnet als ”Drehmomentwandler-Rückwärts- und Vorwärtsmodi”), die den dritten und vierten Zeilen (DW RW und DW VW) jeder Tabelle für Betriebsmodi, wie etwa jener von 1b, entsprechen. In diesem Modus wird das EVT von der Maschine und von einem der Motoren/Generatoren angetrieben. Ein wählbarer Bruchteil der Energie, die in der Generatoreinheit erzeugt wird, wird in der Batterie gespeichert, wobei die verbleibende Energie auf den Motor übertragen wird. In 1 beträgt dieser Bruchteil etwa 99%. Das Verhältnis von Getriebeabtriebsdrehzahl zu Maschinendrehzahl (Getriebedrehzahlverhältnis) beträgt etwa +/–0,001 (das positive Vorzeichen gibt an, dass das Fahrzeug vorwärts kriecht, und das negative Vorzeichen gibt an, dass das Fahrzeug rückwärts kriecht). Nach 1b ist in dem Modus DW Rückwärts die Bremse 54 eingerückt, der Motor/Generator 80 wirkt als Generator mit –0,53 Einheiten Drehmoment, der Motor/Generator 82 wirkt als Motor mit –2,18 Einheiten Drehmoment, und es wird ein Drehmomentverhältnis von –7,00 erreicht. In dem Modus DW Vorwärts ist die Bremse 54 eingerückt und der Motor/Generator 80 wirkt als Generator mit –0,53 Einheiten Drehmoment, der Motor/Generator 82 wirkt als Motor mit 1,01 Einheiten Drehmoment, und es wird ein Drehmomentverhältnis von 5,00 erreicht.
  • Der vierte Betriebsmodus ist ein ”Modus mit stufenlos verstellbarem Getriebebereich”, der die Arbeitspunkte Bereich 1.1, Bereich 1.2, Bereich 1.3, Bereich 1.4, Bereich 2.1, Bereich 2.2, Bereich 3.1 und Bereich 3.2 umfasst, die den Zeilen 5–12 jeder Arbeitspunkttabelle, wie etwa jener von 1b, entsprechen. In diesem Modus wird das EVT von der Maschine sowie von einem der Motoren/Generatoren, der als Motor arbeitet, angetrieben. Der andere Motor/Generator arbeitet als Generator und überträgt 100% der erzeugten Energie zurück zu dem Motor. Die Arbeitspunkte, die durch Bereich 1.1, 1.2, ... usw. darestellt sind, sind diskrete Punkte in dem Kontinuum von Vorwärtsdrehzahlverhältnissen, die von dem EVT bereitgestellt werden. Beispielsweise wird in 1b ein Bereich von Drehmomentverhältnissen von 4,69 bis 1,86 bei aufgebrachter Bremse 54 erreicht. Ein Bereich von Drehmomentverhältnissen von 1,36 bis 1,00 wird bei eingerückter Kupplung 50 erreicht. Ein Bereich von Drehmomentverhältnissen von 0,74 bis 0,54 wird bei eingerückter Kupplung 52 erreicht.
  • Der fünfte Betriebsmodus umfasst die Modi mit ”festem Vorwärtsverhältnis” (F1, F2, F3 und F4), die Zeilen 13–16 der Tabelle für Betriebsmodi (d. h. Betriebsmodustabelle), wie jener von 1b, entsprechen. In diesem Modus arbeitet das Getriebe wie ein herkömmliches Automatikgetriebe, wobei zwei Drehmomentübertragungseinrichtungen eingerückt sind, um ein diskretes Getriebeübersetzungsverhältnis zu schaffen. Die Kuppeltabelle, die jede Figur begleitet, zeigt nur vier Vorwärtsgänge mit festem Verhältnis, aber es können zusätzliche feste Vorwärtsverhältnisse erreicht werden. Nach 1b sind in dem festen Verhältnis F1 die Kupplung 52 und die Bremse 54 eingerückt, um ein festes Drehmomentverhältnis von 1,74 zu erreichen. In dem festen Verhältnis F2 sind die Kupplung 50 und die Bremse 54 eingerückt, um ein festes Verhältnis von 1,19 zu erreichen. In dem festen Verhältnis F3 sind die Kupplungen 50 und 52 eingerückt, um ein festes Verhältnis von 1,00 zu erreichen. In dem festen Verhältnis F4 sind die Kupplung 52 und die Bremse 55 eingerückt, um ein festes Verhältnis von 0,74 zu erreichen. Dementsprechend gibt jedes ”X” in der Spalte von Motor/Generator 82 in 1b an, dass die Bremse 55 eingerückt ist und der Motor/Generator 82 nicht rotiert.
  • Der Antriebsstrang 10 kann auch in einem ”Ladungsentleerungsmodus” betrieben werden. Zu Zwecken der vorliegenden Erfindung ist ein ”Ladungsentleerungsmodus” ein Modus, bei dem das Fahrzeug primär durch einen Elektromotor/Generator mit Leistung beaufschlagt wird, so dass die Batterie 86 entleert oder nahezu entleert ist, wenn das Fahrzeug sein Ziel erreicht. Mit anderen Worten wird die Maschine 12 während des Ladungsentleerungsmodus nur bis zu dem Ausmaß betrieben, das notwendig ist, um sicherzustellen, dass die Batterie 86 nicht vor Erreichen des Ziels entleert ist. Ein herkömmliches Hybridfahrzeug arbeitet in einem ”Ladungshaltemodus”, bei dem, wenn das Batterieladeniveau unter ein vorbestimmtes Niveau (z. B. 25%) abfällt, die Maschine automatisch laufen gelassen wird, um die Batterie wieder aufzuladen. Indem das Hybridfahrzeug in einem Ladungsentleerungsmodus betrieben wird, kann es daher etwas oder den gesamten Kraftstoff einsparen, der ansonsten in einem herkömmlichen Hybridfahrzeug verbraucht werden würde, um das Batterieladeniveau von 25% aufrechtzuerhalten. Es ist festzustellen, dass der Fahrzeugantriebsstrang bevorzugt nur dann in dem Ladungsentleerungsmodus betrieben wird, wenn die Batterie 86 nach Erreichen des Ziels wieder aufgeladen werden kann, indem sie an eine Energiequelle (die nicht gezeigt ist) angeschlossen wird.
  • Die Maschine 12 kann auch unter Verwendung verschiedener Arten von Kraftstoff mit Leistung beaufschlagt werden, um den Wirkungsgrad und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit einer besonderen Anwendung zu verbessern. Derartige Kraftstoffe können beispielsweise Benzin; Diesel; Ethanol; Dimethylether usw. umfassen.
  • Das Getriebe 14 ist in der Lage, in einem sogenannten Dreifach-Modus zu arbeiten. Im Dreifach-Modus wird die eingerückte Drehmomentübertragungseinrichtung bei irgendeinem Zwischendrehzahlverhältnis umgeschaltet (z. B. Bereich 2.1 in 1). Im Besonderen ist in dem ersten Modus die Bremse 54 eingerückt, in dem zweiten Modus ist die Kupplung 50 eingerückt, und in dem dritten Modus ist die Kupplung 52 eingerückt. Die Mehrmodus-Konstruktionen erlaubt ein Umschalten zwischen unterschiedlichen Modi, zum Beispiel von kombinierter Leistungsverzweigung zu einer anderen Konfiguration mit kombinierter Leistungsverzweigung oder von kombinierter Leistungsverzweigung zu Ausgangsleistungsverzweigung.
  • Zusätzlich wird zum elektrischen Anfahren die Bremse 54 eingerückt, und das System wird mit dem Motor/Generator 82 angefahren. Für zusätzliches Drehmoment kann die Kupplung 52 eingerückt werden, um den Motor/Generator 80 effektiv dazu zu bringen, direkt an dem Abtriebselement 19 anzuliegen.
  • Ähnlich kann während eines Vorwärts-EVT-Betriebs in dem zweiten Modus (wenn die Kupplung 52 eingerückt ist) die Kupplung 50 eingerückt werden, um den gesamten Zahnradstrang in einem direkten Antrieb zu verriegeln und somit beide Motor/Generator-Drehmomente mit dem Maschinendrehmoment für ein maximales Abtriebsdrehmoment zu summieren.
  • Wie es oben ausgeführt wurde, ist der Einrückplan für die Drehmomentübertragungseinrichtungen in der Tabelle für Betriebsmodi und der Tabelle für Modi mit festem Verhältnis der 1b gezeigt. 1b liefert auch ein Beispiel von Drehmomentverhältnissen, die unter Verwendung der beispielhaft in 1b angegebenen Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse verfügbar sind. Der NR1/NS1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 20; Der NR2/NS2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 30; und der NR3/NS3-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 40. Das Schaubild von 1b beschreibt auch die Verhältnisstufen, die unter Verwendung des angegebenen Beispiels von Zähneverhältnissen erzielt werden. Beispielsweise beträgt das Stufenverhältnis zwischen dem ersten und zweiten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis 1,46, das Stufenverhältnis zwischen dem zweiten und dritten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis beträgt 1,19, das Stufenverhältnis zwischen dem dritten und vierten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis beträgt 1,35, und die Verhältnisspreizung beträgt 2,35.
  • BESCHREIBUNG EINER ZWEITEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • In 2a ist ein Antriebsstrang 110 gezeigt, der eine Maschine 12 umfasst, die mit einer anderen Ausführungsform des verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes verbunden ist, das allgemein mit dem Bezugszeichen 114 bezeichnet ist. Das Getriebe 114 ist konstruiert, um mindestens einen Teil seiner Antriebsleistung von der Maschine 12 aufzunehmen.
  • In der gezeigten Ausführungsform kann die Maschine 12 auch eine Maschine für fossilen Brennstoff sein, wie etwa ein Dieselmotor, der einfach angepasst ist, um seine verfügbare Ausgangsleistung typischerweise mit einer konstanten Anzahl von Umdrehungen pro Minute (U/min) abzugeben. Wie es gezeigt ist, weist die Maschine 12 eine Abtriebswelle auf, die als das Antriebselement 17 des Getriebes 14 dient. Es kann auch ein Dämpfer für transientes Drehmoment (der nicht gezeigt ist) zwischen der Maschine 12 und dem Antriebselement 17 des Getriebes eingesetzt werden.
  • Ungeachtet des Mittels, durch das die Maschine 12 mit dem Getriebeantriebselement 17 verbunden ist, ist das Getriebeantriebselement 17 funktional mit einem Planetenradsatz in dem Getriebe 114 verbunden. Ein Antriebselement 19 des Getriebes 114 ist mit einem Achsantrieb 16 verbunden.
  • Das Getriebe 114 benutzt drei Differenzialzahnradsätze, vorzugsweise in der Natur von Planetenradsätzen 120, 130 und 140. Der Planetenradsatz 120 wendet ein äußeres Zahnradelement 124 an, das typischerweise als das Hohlrad bezeichnet wird. Das Hohlrad 124 umgibt ein inneres Zahnradelement 122, das typischerweise als das Sonnenrad bezeichnet wird. Ein Träger 126 lagert drehbar mehrere Planetenräder 127, 128, so dass jedes Planetenrad 127 kämmend mit dem äußeren Hohlrad 124 in Eingriff steht und jedes Planetenrad 128 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem inneren Sonnenrad 122 als auch dem jeweiligen Planetenrad 127 des ersten Planetenradsatzes 120 in Eingriff steht.
  • Der Planetenradsatz 130 weist auch ein äußeres Zahnradelement 134 auf, das häufig auch als das Hohlrad bezeichnet wird, welches ein inneres Zahnradelement 132 umgibt, das auch häufig als das Sonnenrad bezeichnet wird. Mehrere Planetenräder 137 sind auch drehbar in einem Träger 136 montiert, so dass jedes Planetenrad 137 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 134 als auch dem inneren Sonnenrad 132 des Planetenradsatzes 130 in Eingriff steht.
  • Der Planetenradsatz 140 weist auch ein äußeres Zahnradelement 144 auf, das häufig auch als das Hohlrad bezeichnet wird, welches ein inneres Zahnradelement 142 umgibt, das auch häufig als das Sonnenrad bezeichnet wird. Mehrere Planetenräder 147 sind auch drehbar in einem Träger 146 montiert, so dass jedes Planetenrad 147 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 144 als auch dem inneren Sonnenrad 142 des Planetenradsatzes 140 in Eingriff steht.
  • Das Antriebselement 17 ist mit dem Hohlrad 124 des Planetenradsatzes 120 verbunden. Das Getriebeabtriebselement 19 ist mit dem Träger 136 des Planetenradsatzes 130 verbunden.
  • Ein erstes Verbindungselement 170 verbindet das Sonnenrad 122 des Planetenradsatzes 120 ständig mit dem Sonnenrad 132 des Planetenradsatzes 130. Ein zweites Verbindungselement 172 verbindet den Träger 126 des Planetenradsatzes 120 ständig mit dem Träger 146 des Planetenradsatzes 140. Ein drittes Verbindungselement 174 verbindet den Träger 136 des Planetenradsatzes 130 ständig mit dem Sonnenrad 142 des Planetenradsatzes 140.
  • Das Getriebe 114 umfasst auch einen ersten und zweiten Motor/Generator 180 bzw. 182. Der Stator des ersten Motors/Generators 180 ist an dem Getriebegehäuse 160 befestigt. Der Rotor des ersten Motors/Generators 180 ist an dem Hohlrad 144 des Planetenradsatzes 140 befestigt.
  • Der Stator des zweiten Motors/Generators 182 ist auch an dem Getriebegehäuse 160 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators 182 ist an dem Sonnenrad 132 des Planetenradsatzes 130 befestigt.
  • Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 150, verbindet das Hohlrad 134 des Planetenradsatzes 130 selektiv mit dem Hohlrad 144 des Planetenradsatzes 140. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 152, verbindet den Träger 146 des Planetenradsatzes 140 selektiv mit dem Hohlrad 144 des Planetenradsatzes 140. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse 154, verbindet das Hohlrad 134 des Planetenradsatzes 130 selektiv mit dem Getriebegehäuse 160. Ein vierter Drehmomentübertragungsmechanismus, wie Bremse 155, ist parallel zu dem Motor/Generator 182 geschaltet, um diesen selektiv zu bremsen. Die erste, zweite, dritte und vierte Drehmomentübertragungseinrichtung 150, 152, 154 und 155 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes 114 zu helfen.
  • Kehren wir nun zu der Beschreibung der Leistungsquellen zurück, ist aus der vorstehenden Beschreibung und mit besonderem Bezug auf 2a ersichtlich, dass das Getriebe 114 selektiv Leistung von der Maschine 12 aufnimmt. Das Hybridgetriebe tauscht auch Leistung mit einer elektrischen Leistungsquelle 186 aus, die funktional mit einem Controller 188 verbunden ist. Die elektrische Leistungsquelle 186 kann eine oder mehrere Batterien sein. Andere elektrische Leistungsquellen, wie Brennstoffzellen, die die Fähigkeit haben, elektrische Leistung bereitzustellen oder zu speichern und abzugeben, können anstelle von Batterien verwendet werden, ohne die Konzepte der vorliegenden Erfindung zu verändern.
  • Wie es zuvor beschrieben wurde, weist jede Ausführungsform sechzehn Funktionsanforderungen auf (die den 16 Zeilen jeder in den Figuren gezeigten Tabelle für Betriebsmodi entsprechen), die zu fünf Betriebsmodi gruppiert werden können. Der erste Betriebsmodus ist der ”Batterie-Rückwärtsmodus”, der der ersten Zeile (BATT RW) der Tabelle für Betriebsmodi von 2b entspricht. In diesem Modus ist die Maschine aus und das Getriebeelement, das mit der Maschine verbunden ist, kann effektiv freilaufen, wobei es dem Trägheitsmoment der Maschine ausgesetzt ist. Das EVT wird von einem der Motoren/Generatoren unter Verwendung von Energie von der Batterie angetrieben, was bewirkt, dass sich das Fahrzeug rückwärts bewegt. Der andere Motor/Generator kann in diesem Modus rotieren oder nicht rotieren. Wie es in 2b gezeigt ist, ist in diesem Modus beispielsweise die Bremse 154 eingerückt, der Generator 180 weist ein Drehmoment von Null auf, der Motor 182 weist ein Drehmoment von –1,00 Einheiten auf, und es wird ein Abtriebsdrehmoment von –3,75 erreicht.
  • Der zweite Betriebsmodus ist der ”EVT Rückwärtsmodus” (oder der mechanische Rückwärtsmodus), der der zweiten Zeile (EVT RW) der Tabelle für Betriebsmodi von 2b entspricht. In diesem Modus wird das EVT von der Maschine und von einem der Motoren/Generatoren angetrieben. Der andere Motor/Generator arbeitet im Generatormodus und überträgt 100% der erzeugten Energie zurück zu dem antreibenden Motor. Der Nettoeffekt ist, dass das Fahrzeug rückwärts angetrieben wird. In diesem Modus ist die Bremse 154 eingerückt, der Generator 180 weist ein Drehmoment von –0,53 Einheiten auf, der Motor 182 weist ein Drehmoment von –2,54 Einheiten auf, und es wird ein Abtriebsdrehmoment von –8,33 erreicht, das einem Antriebsdrehmoment von 1 Einheit entspricht.
  • Der dritte Betriebsmodus umfasst die ”Rückwärts- und Vorwärtsanfahrmodi” die der dritten und vierten Zeile (DW RW und DW VW) jeder Tabelle für Betriebsmodi, wie etwa jener von 2b, entsprechen. In diesem Modus wird das EVT von der Maschine und von einem der Motoren/Generatoren angetrieben. Ein wählbarer Bruchteil der Energie, die in der Generatoreinheit erzeugt wird, wird in der Batterie gespeichert, wobei die verbleibende Energie auf den Motor übertragen wird. In DW RW ist die Bremse 154 eingerückt, der Motor/Generator 180 wirkt als Generator mit –0,53 Einheiten Drehmoment, der Motor/Generator 182 wirkt als Motor mit –2,18 Einheiten Drehmoment, und es wird ein Drehmomentverhältnis von –7,00 erreicht. In DW VW ist die Bremse 154 eingerückt, der Motor/-Generator 180 wirkt als Generator mit –0,53 Einheiten Drehmoment, der Motor/Generator 182 wirkt als Motor mit 1,01 Einheiten Drehmoment, und es wird ein Drehmomentverhältnis von 5,00 erreicht. Für diese Drehmomentverhältnisse werden ungefähr 99% der Generatorenergie in der Batterie gespeichert.
  • Der vierte Betriebsmodus umfasst die Modi ”Bereich 1.1, Bereich 1.2, Bereich 1.3, Bereich 1.4, Bereich 2.1, Bereich 2.2, Bereich 3.1 und Bereich 3.2”, die den Zeilen 5–12 der Tabelle für Betriebsmodi von 2b entsprechen. In diesem Modus wird das EVT von der Maschine sowie von einem der Motoren/Generatoren, der als Motor arbeitet, angetrieben. Der andere Motor/Generator arbeitet als Generator und überträgt 100% der erzeugten Energie zurück zu dem Motor. Die Arbeitspunkte, die durch Bereich 1.1, 1.2, ... usw. dargestellt sind, sind diskrete Punkte in dem Kontinuum von Vorwärtsdrehzahlverhältnissen, die von dem EVT bereitgestellt werden. Beispielsweise wird in 2b bei eingerückter Bremse 154 ein Bereich von Verhältnissen von 4,69 bis 1,86 erreicht, bei eingerückter Kupplung 150 wird ein Bereich von Verhältnissen von 1,36 bis 1,00 erreicht und bei eingerückter Kupplung 152 wird ein Bereich von Verhältnissen von 0,74 bis 0,54 erreicht.
  • Der fünfte Betriebsmodus umfasst die Modi mit ”festem Vorwärtsverhältnis” (F1, F2, F3, F4), die Zeilen 13–16 der Tabelle für Betriebsmodi von 2b entsprechen. In diesem Modus arbeitet das Getriebe wie ein herkömmliches Automatikgetriebe, wobei zwei Drehmomentübertragungseinrichtungen eingerückt sind, um ein diskretes Getriebeübersetzungsverhältnis zu schaffen. In dem festen Verhältnis F1 sind die Kupplung 152 und die Bremse 154 eingerückt, um ein festes Verhältnis von 1,74 zu erreichen. In dem festen Verhältnis F2 sind die Kupplung 150 und die Bremse 154 eingerückt, um ein festes Verhältnis von 1,19 zu erreichen. In dem festen Verhältnis F3 sind die Kupplungen 150 und 152 eingerückt, um ein festes Verhältnis von 1,00 zu erreichen. In dem festen Verhältnis F4 sind die Kupplung 152 und die Bremse 155 eingerückt, um ein festes Verhältnis von 0,74 zu erreichen.
  • Wie es oben ausgeführt wurde, ist der Einrückplan für die Drehmomentübertragungseinrichtungen in der Tabelle für Betriebsmodi und der Tabelle für Modi mit fester Verhältnis der 2b gezeigt. 2b liefert auch ein Beispiel von Drehmomentverhältnissen, die unter Verwendung der beispielhaft in 2b angegebenen Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse verfügbar sind. Der NR1/NS1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 120; der NR2/NS2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 130; und der NR3/NS3-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 140. Das Schaubild von 2b beschreibt auch die Verhältnisstufen, die unter Verwendung des angegebenen Beispiels von Zähneverhältnissen erzielt werden. Beispielsweise beträgt das Stufenverhältnis zwischen dem ersten und zweiten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis 1,46, und die Verhältnisspreizung beträgt 2,35.
  • BESCHREIBUNG EINER DRITTEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • In 3a ist ein Antriebsstrang 210 gezeigt, der eine Maschine 12 umfasst, die mit einer anderen Ausführungsform des verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes verbunden ist, das allgemein mit dem Bezugszeichen 214 bezeichnet ist. Das Getriebe 214 ist konstruiert, um mindestens einen Teil seiner Antriebsleistung von der Maschine 12 aufzunehmen. Wie es gezeigt ist, weist die Maschine 12 eine Abtriebswelle auf, die als das Antriebselement 17 des Getriebes 214 dient. Es kann auch ein Dämpfer für transientes Drehmoment (der nicht gezeigt ist) zwischen der Maschine 12 und dem Antriebselement 17 des Getriebes 214 eingesetzt werden.
  • Ungeachtet des Mittels, durch das die Maschine 12 mit dem Getriebeantriebselement 17 verbunden ist, ist das Getriebeantriebselement funktional mit einem Planetenradsatz in dem Getriebe 214 verbunden. Ein Abtriebselement 19 des Getriebes 214 ist mit einem Achsantrieb 16 verbunden.
  • Das Getriebe 214 benutzt drei Differenzialzahnradsätze, vorzugsweise in der Natur von Planetenradsätzen 220, 230 und 240. Der Planetenradsatz 220 wendet ein äußeres Zahnradelement 224 an, das typischerweise als das Hohlrad bezeichnet wird. Das Hohlrad 224 umgibt ein inneres Zahnradelement 222, das typischerweise als das Sonnenrad bezeichnet wird. Ein Träger 226 lagert drehbar mehrere Planetenräder 227, so dass jedes Planetenrad 227 kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 224 als auch dem inneren Sonnenrad 222 des ersten Planetenradsatzes 220 in Eingriff steht.
  • Der Planetenradsatz 230 weist auch ein äußeres Hohlrad 234 auf, das ein inneres Sonnenrad 232 umgibt. Mehrere Planetenräder 237 sind auch drehbar in einem Träger 236 montiert, so dass jedes Planetenrad 237 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 234 als auch dem inneren Sonnenrad 232 des Planetenradsatzes 230 in Eingriff steht.
  • Der Planetenradsatz 240 weist auch ein äußeres Hohlrad 244 auf, das ein inneres Sonnenrad 242 umgibt. Mehrere Planetenräder 247 sind drehbar in einem Träger 246 montiert, so dass jedes Planetenrad 247 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 244 als auch dem inneren Sonnenrad 242 des Planetenradsatzes 240 in Eingriff steht.
  • Das Getriebeantriebselement 17 ist mit dem Träger 226 verbunden. Das Getriebeabtriebselement 19 ist mit dem Träger 236 verbunden.
  • Ein erstes Verbindungselement 270 verbindet das Sonnenrad 222 ständig mit dem Sonnenrad 232. Ein zweites Verbindungselement 272 verbindet das Hohlrad 224 ständig mit dem Träger 246. Ein drittes Verbindungselement 274 verbindet den Träger 236 ständig mit dem Sonnenrad 242.
  • Das Getriebe 214 umfasst auch einen ersten und zweiten Motor/Generator 280 bzw. 282. Der Stator des ersten Motors/Generators 280 ist an dem Getriebegehäuse 260 befestigt. Der Rotor des ersten Motors/Generators 280 ist an dem Hohlrad 244 befestigt. Der Stator des zweiten Motors/Generators 282 ist auch an dem Getriebegehäuse 260 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators 282 ist an dem Sonnenrad 232 befestigt.
  • Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 250, verbindet das Hohlrad 234 selektiv mit dem Hohlrad 244. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 252, verbindet das Sonnenrad 242 selektiv mit dem Hohlrad 244. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse 254, verbindet das Hohlrad 234 selektiv mit dem Getriebegehäuse 260. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse 255, ist parallel zu dem Motor/Generator 282 geschaltet, um diesen selektiv zu bremsen. Die erste, zweite, dritte und vierte Drehmomentübertragungseinrichtung 250, 252, 254 und 255 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes 214 zu helfen.
  • Das Hybridgetriebe 214 nimmt Leistung von der Maschine 12 und auch von einer elektrischen Leistungsquelle 286 auf, die funktional mit einem Controller 288 verbunden ist.
  • Die Tabelle für Betriebsmodi von 3b veranschaulicht die Kupplungseinrückungen, die Motor/Generator-Bedingungen und die Abtrieb/Antrieb-Verhältnisse für die fünf Betriebsmodi des Getriebes 214. Diese Modi umfassen den ”Batterie-Rückwärtsmodus” (BATT RW), den ”EVT Rückwärtsmodus” (EVT RW), ”Rückwärts- und Vorwärtsanfahrmodi” (DW RW und DW VW) und ”Modi Bereich 1.1, 1.2, 1.3, ...” und ”Modi mit festem Vorwärtsverhältnis” (F1, F2, F3, F4), wie es zuvor beschrieben wurde.
  • Wie es oben ausgeführt wurde, ist der Einrückplan für die Drehmomentübertragungseinrichtungen in der Tabelle für Betriebsmodi und der Tabelle für Modi mit festem Verhältnis von 3b gezeigt. 3b liefert auch ein Beispiel von Drehmomentverhältnissen, die unter Verwendung der beispielhaft in 3b angegebenen Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse verfügbar sind. Der NR1/NS1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 220; Der NR2/NS2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 230; und der NR3/NS3-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 240. Das Schaubild von 3b beschreibt auch die Verhältnisstufen, die unter Verwendung des angegebenen Beispiels von Zähneverhältnissen erzielt werden. Beispielsweise beträgt das Stufenverhältnis zwischen dem ersten und zweiten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis 1,46, und die Verhältnisspreizung beträgt 2,35.
  • BESCHREIBUNG EINER VIERTEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • In 4a ist ein Antriebsstrang 310 gezeigt, der eine Maschine 12 umfasst, die mit einer anderen Ausführungsform des verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes verbunden ist, das allgemein mit dem Bezugszeichen 314 bezeichnet ist. Das Getriebe 314 ist konstruiert, um mindestens einen Teil seiner Antriebsleistung von der Maschine 12 aufzunehmen.
  • Wie es gezeigt ist, weist die Maschine 12 eine Abtriebswelle auf, die als das Antriebselement 17 des Getriebes 314 dient. Es kann auch ein Dämpfer für transientes Drehmoment (der nicht gezeigt ist) zwischen der Maschine 12 und dem Antriebselement 17 des Getriebes eingesetzt werden.
  • Ungeachtet des Mittels, durch das die Maschine 12 mit dem Getriebeantriebselement 17 verbunden ist, ist das Getriebeantriebselement 17 funktional mit einem Planetenradsatz in dem Getriebe 314 verbunden. Ein Abtriebselement 19 des Getriebes 314 ist mit einem Achsantrieb 16 verbunden.
  • Das Getriebe 314 benutzt drei Planetenradsätze 320, 330 und 340. Der Planetenradsatz 320 wendet ein äußeres Hohlrad 324 an, das ein inneres Sonnenrad 322 umgibt. Ein Träger 326 lagert drehbar mehrere Planetenräder 327, so dass jedes Planetenrad 327 kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 324 als auch dem inneren Sonnenrad 322 des ersten Planetenradsatzes 320 in Eingriff steht.
  • Der Planetenradsatz 330 weist auch ein äußeres Hohlrad 334 auf, das ein inneres Sonnenrad 332 umgibt. Mehrere Planetenräder 337 sind auch drehbar in einem Träger 336 montiert, so dass jedes Planetenrad 337 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 334 als auch dem inneren Sonnenrad 332 des Planetenradsatzes 330 in Eingriff steht.
  • Der Planetenradsatz 340 weist auch ein äußeres Hohlrad 344 auf, das ein inneres Sonnenrad 342 umgibt. Mehrere Planetenräder 347 sind auch drehbar in einem Träger 346 montiert, so dass jedes Planetenrad 347 mit dem inneren Sonnenrad 342 in Eingriff steht und jedes Planetenrad 348 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 344 als auch dem jeweiligen Planetenrad 347 des Planetenradsatzes 340 in Eingriff steht.
  • Das Getriebeantriebselement 17 ist mit dem Träger 326 verbunden. Das Getriebeabtriebselement 19 ist mit dem Träger 336 verbunden.
  • Ein erstes Verbindungselement 370 verbindet das Sonnenrad 322 ständig mit dem Sonnenrad 332. Ein zweites Verbindungselement 372 verbindet das Hohlrad 324 ständig mit dem Träger 346. Ein drittes Verbindungselement 374 verbindet den Träger 336 ständig mit dem Sonnenrad 342.
  • Das Getriebe 314 umfasst auch einen ersten und zweiten Motor/Generator 380 bzw. 382. Der Stator des ersten Motors/Generators 380 ist an dem Getriebegehäuse 360 befestigt. Der Rotor des ersten Motors/Generators 380 ist an dem Hohlrad 344 befestigt. Der Stator des zweiten Motors/Generators 382 ist auch an dem Getriebegehäuse 360 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators 382 ist an dem Sonnenrad 332 befestigt.
  • Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 350, verbindet das Hohlrad 334 selektiv mit dem Träger 346. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 352, verbindet den Träger 346 selektiv mit dem Hohlrad 344. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse 354, verbindet das Hohlrad 334 selektiv mit dem Getriebegehäuse 360. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse 355, ist parallel zu dem Motor/Generator 382 geschaltet, um diesen selektiv zu bremsen. Die erste, zweite, dritte und vierte Drehmomentübertragungseinrichtung 350, 352, 354 und 355 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Getriebes 314 zu helfen.
  • Das Hybridgetriebe 314 nimmt Leistung von der Maschine 12 auf und tauscht auch Leistung mit einer elektrischen Leistungsquelle 386 aus, die funktional mit einem Controller 388 verbunden ist.
  • Die Tabelle für Betriebsmodi von 4b veranschaulicht die Kupplungseinrückungen, die Motor/Generator-Bedingungen und die Abtrieb/Antrieb-Verhältnisse für die fünf Betriebsmodi des Getriebes 314. Diese Modi umfassen den ”Batterie-Rückwärtsmodus” (BATT RW), den ”EVT Rückwärtsmodus” (EVT RW), ”Rückwärts- und Vorwärtsanfahrmodi” (DW RW und DW VW), ”Modi mit stufenlos verstellbarem Getriebebereich” (Bereich 1.1, 1.2, 1.3, ...) und ”Modi mit mechanischem festen Vorwärtsverhältnis” (F1, F2, F3, F4), wie es zuvor beschrieben wurde.
  • Wie es oben ausgeführt wurde, ist der Einrückplan für die Drehmomentübertragungseinrichtungen in der Tabelle für Betriebsmodi und der Tabelle für Modi mit fester Verhältnis der 4b gezeigt. 4b liefert auch ein Beispiel von Drehmomentverhältnissen, die unter Verwendung der beispielhaft in 4b angegebenen Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse verfügbar sind. Der NR1/NS1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 320; der NR2/NS2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 330; und der NR3/NS3-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 340. Das Schaubild von 4b beschreibt auch die Verhältnisstufen, die unter Verwendung des angegebenen Beispiels von Zähneverhältnissen erzielt werden. Beispielsweise beträgt das Stufenverhältnis zwischen dem ersten und zweiten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis 1,46, und die Verhältnisspreizung beträgt 2,35.
  • BESCHREIBUNG EINER FÜNFTEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • In 5a ist ein Antriebsstrang 410 gezeigt, der eine Maschine 12 umfasst, die mit einer anderen Ausführungsform des verbesserten elektrisch verstellbaren Getriebes verbunden ist, das allgemein mit dem Bezugszeichen 414 bezeichnet ist. Das Getriebe 414 ist konstruiert, um mindestens einen Teil seiner Antriebsleistung von der Maschine 12 aufzunehmen.
  • Wie es gezeigt ist, weist die Maschine 12 eine Abtriebswelle auf, die als das Antriebselement 17 des Getriebes 414 dient. Es kann auch ein Dämpfer für transientes Drehmoment (der nicht gezeigt ist) zwischen der Maschine 12 und dem Antriebselement 17 des Getriebes eingesetzt werden.
  • Ungeachtet des Mittels, durch das die Maschine 12 mit dem Getriebeantriebselement 17 verbunden ist, ist das Getriebeantriebselement 17 funktional mit einem Planetenradsatz in dem Getriebe 414 verbunden. Ein Abtriebselement 19 des Getriebes 414 ist mit einem Achsantrieb 16 verbunden.
  • Das Getriebe 414 benutzt drei Planetenradsätze 420, 430 und 440. Der Planetenradsatz 420 wendet ein äußeres Hohlrad 424 an, das ein inneres Sonnenrad 422 umgibt. Ein Träger 426 lagert drehbar mehrere Planetenräder 427, so dass jedes Planetenrad 427 kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 424 als auch dem inneren Sonnenrad 422 des ersten Planetenradsatzes 420 in Eingriff steht.
  • Der Planetenradsatz 430 weist auch ein äußeres Hohlrad 434 auf, das ein inneres Sonnenrad 432 umgibt. Mehrere Planetenräder 437 sind auch drehbar in einem Träger 436 montiert, so dass jedes Planetenrad 437 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 434 als auch dem inneren Sonnenrad 432 des Planetenradsatzes 430 in Eingriff steht.
  • Der Planetenradsatz 440 weist auch ein äußeres Hohlrad 444 auf, das ein inneres Sonnenrad 442 umgibt. Mehrere Planetenräder 447 sind auch drehbar in einem Träger 446 montiert, so dass jedes Planetenrad 447 gleichzeitig und kämmend mit sowohl dem äußeren Hohlrad 444 als auch dem inneren Sonnenrad 442 des Planetenradsatzes 440 in Eingriff steht.
  • Das Getriebeantriebselement 17 ist ständig mit dem Träger 426 verbunden. Das Getriebeabtriebselement 19 ist ständig mit dem Träger 436 verbunden.
  • Ein erstes Verbindungselement 470 verbindet das Sonnenrad 422 ständig mit dem Sonnenrad 432. Ein zweites Verbindungselement 472 verbindet das Hohlrad 424 ständig mit dem Träger 446. Ein drittes Verbindungselement 474 verbindet den Träger 436 ständig mit dem Sonnenrad 442.
  • Das Getriebe 414 umfasst auch einen ersten und zweiten Motor/Generator 480 bzw. 482. Der Stator des ersten Motors/Generators 480 ist an dem Getriebegehäuse 460 befestigt. Der Rotor des ersten Motors/Generators 480 ist an dem Hohlrad 444 befestigt. Der Stator des zweiten Motors/Generators 482 ist auch an dem Getriebegehäuse 460 befestigt. Der Rotor des zweiten Motors/Generators 482 ist an dem Sonnenrad 432 befestigt.
  • Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 450, verbindet das Hohlrad 434 selektiv mit dem Träger 446. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 452, verbindet das Hohlrad 444 selektiv mit dem Träger 446. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse 454, verbindet das Hohlrad 434 selektiv mit dem Getriebegehäuse 460. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse 455, ist parallel zu dem Motor/Generator 482 geschaltet, um diesen selektiv zu bremsen. Die erste, zweite, dritte und vierte Drehmomentübertragungseinrichtung 450, 452, 454 und 455 werden angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Getriebes 414 zu helfen. Das Hybridgetriebe 414 nimmt Leistung von der Maschine 12 und auch von einer elektrischen Leistungsquelle 486 auf, die funktional mit einem Controller 488 verbunden ist.
  • Die Tabelle für Betriebsmodi von 5b veranschaulicht die Kupplungseinrückungen, die Motor/Generator-Bedingungen und die Abtrieb/Antrieb-Verhältnisse für die fünf Betriebsmodi des Getriebes 414. Diese Modi umfassen den ”Batterie-Rückwärtsmodus” (BATT RW), den ”EVT Rückwärtsmodus” (EVT RW), ”Rückwärts- und Vorwärtsanfahrmodi” (DW RW. und DW VW), ”Modi mit stufenlos verstellbarem Getriebebereich” (Bereich 1.1, 1.2, 2.1, ...) und ”Modi mit festem Vorwärtsverhältnis” (F1, F2, F3, F4), wie es zuvor beschrieben wurde.
  • Wie es oben ausgeführt wurde, ist der Einrückplan für die Drehmomentübertragungseinrichtungen in der Tabelle für Betriebsmodi und der Tabelle für Modi mit festem Verhältnis der 5b gezeigt. 5b liefert auch ein Beispiel von Drehmomentverhältnissen, die unter Verwendung der beispielhaft in 5b angegebenen Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnisse verfügbar sind. Der NR1/NS1-Wert ist das Zähneverhältnis des Planeteenradsatzes 420; Der NR1/NS2-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 430; und der NR3/NS3-Wert ist das Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 440. Das Schaubild von 5b beschreibt auch die Verhältnisstufen, die unter Verwendung des angegebenen Beispiels von Zähneverhältnissen erzielt werden. Beispielsweise beträgt das Stufenverhältnis zwischen dem ersten und zweiten festen Vorwärtsdrehmomentverhältnis 1,46, und die Verhältnisspreizung beträgt 2,35.
  • In den Ansprüchen bezieht sich der Wortlaut ”ständig verbunden” oder ”verbindet ständig” auf eine direkte Verbindung oder eine proportional übersetzte Verbindung, wie etwa eine Zahnradanordnung an einer versetzten Achse. Auch kann das ”feststehende Element” oder ”Masse” das Getriebegehäuse (Kasten) oder irgendeine andere nicht rotierende Komponente oder Komponenten umfassen. Auch wenn gesagt wird, dass ein Drehmomentübertragungsmechanismus etwas mit einem Element eines Zahnradsatzes verbindet, kann er auch mit einem Verbindungselement verbunden sein, das es mit diesem Element verbindet. Es ist darüber hinaus zu verstehen, dass unterschiedliche Merkmale aus unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung im Schutzumfang der beigefügten Ansprüche kombiniert werden können.

Claims (9)

  1. Elektrisch verstellbares Getriebe (14, 114, 214, 314, 414), umfassend: ein Antriebselement (17) zur Aufnahme von Leistung von einer Maschine (12); ein Abtriebselement (19); einen ersten Motor/Generator (80, 180, 280, 380, 480) und einen zweiten Motor/Generator (82, 182, 282, 382, 482); einen ersten Planetenradsatz (20, 120, 220, 320, 420), einen zweiten Planetenradsatz (30, 130, 230, 330, 430) und einen dritten Planetenradsatz (40, 140, 240, 340, 440), die jeweils ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Träger aufweisen; wobei das Antriebselement (17) ständig mit dem Hohlrad (124) oder dem Träger (26, 226, 326, 426) des ersten Planetenradsatzes (20, 120, 220, 320, 420) verbunden ist und das Abtriebselement (19) ständig mit dem Träger (36, 136, 236, 336, 436) des zweiten Planetenradsatzes (30, 130, 230, 330, 430) verbunden ist; der erste Motor/Generator (80, 180, 280, 380, 480) ständig mit dem Hohlrad (44, 144, 244, 344, 444) des dritten Planetenradsatzes (40, 140, 240, 340, 440) verbunden ist; und der zweite Motor/Generator (82, 182, 282, 382, 482) ständig mit dem Sonnenrad (32, 132, 232, 332, 432) des zweiten Planetenradsatzes (30, 130, 230, 330, 430) verbunden ist; ein erstes Verbindungselement (70, 170, 270, 370, 470), das das Sonnenrad (22, 122, 222, 322, 422) des ersten Planetenradsatzes (20, 120, 220, 320, 420) ständig mit dem Sonnenrad (32, 132, 232, 332, 432) des zweiten Planetenradsatzes (30, 130, 230, 330, 430) verbindet; ein zweites Verbindungselement (72, 172, 272, 372, 472), das den Träger (46, 146, 246, 346, 446) des dritten Planetenradsatzes (40, 140, 240, 340, 440) ständig mit dem Hohlrad (24, 224, 324, 424) oder dem Träger (126) des ersten Planetenradsatzes (20, 120, 220, 320, 420) verbindet; ein drittes Verbindungselement (74, 174, 274, 374, 474), das das Sonnenrad (42, 142, 242, 342, 442) des dritten Planetenradsatzes (40, 140, 240, 340, 440) ständig mit dem Träger (36, 136, 236, 336, 436) des zweiten Planetenradsatzes (30, 130, 230, 330, 430) verbindet; eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung (50, 150, 250, 350, 450), die das Hohlrad (34, 134, 234, 334, 434) des zweiten Planetenradsatzes (30, 130, 230, 330, 430) selektiv mit dem Hohlrad (44, 144, 244) oder dem Träger (346, 446) des dritten Planetenradsatzes (40, 140, 240, 340, 440) verbindet; eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung (52, 152, 252, 352, 452), die das Hohlrad (44, 144, 244, 344, 444) des dritten Planetenradsatzes (40, 140, 240, 340, 440) selektiv mit dem Träger (46, 146, 346, 446) oder dem Sonnenrad (242) des dritten Planetenradsatzes (40, 140, 240, 340, 440) verbindet; eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung (54, 154, 254, 354, 454), die das Hohlrad (34, 134, 234, 334, 434) des zweiten Planetenradsatzes (30, 130, 230, 330, 430) selektiv mit einem feststehenden Element (60, 160, 260, 360, 460) verbindet; eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung (55, 155, 255, 355, 455), die parallel zu dem zweiten Motor/Generator (82, 182, 282, 382, 482) geschaltet ist, um diesen selektiv zu bremsen; und wobei die erste, zweite, dritte und vierte Drehmomentübertragungseinrichtung einrückbar sind, um ein elektrisch verstellbares Getriebe mit einem stufenlos verstellbaren Bereich von Drehzahlverhältnissen und vier festen Vorwärtsdrehzahlverhältnissen bereitzustellen.
  2. Elektrisch verstellbares Getriebe (14, 214, 314, 414) nach Anspruch 1, wobei Träger von jedem der Planetenradsätze Einzelplanetenradträger sind.
  3. Elektrisch verstellbares Getriebe (114) nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Träger der Planetenradsätze ein Doppelplanetenradträger ist.
  4. Elektrisch verstellbares Getriebe (14, 114, 214, 314, 414), umfassend: ein Antriebselement (17) zur Aufnahme von Leistung von einer Maschine (12); ein Abtriebselement (19); einen ersten Motor/Generator (80, 180, 280, 380, 480) und einen zweiten Motor/Generator (82, 182, 282, 382, 482); einen ersten Planetenradsatz (20, 120, 220, 320, 420), einen zweiten Planetenradsatz (30, 130, 230, 330, 430) und einen dritten Planetenradsatz (40, 140, 240, 340, 440), die jeweils ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Träger aufweisen; wobei das Antriebselement (17) ständig mit dem Hohlrad (124) oder dem Träger (26, 226, 326, 426) des ersten Planetenradsatzes (20, 120, 220, 320, 420) verbunden ist und das Abtriebselement (19) ständig mit dem Träger (36, 136, 236, 336, 436) des zweiten Planetenradsatzes (30, 130, 230, 330, 430) verbunden ist; ein erstes Verbindungselement (70, 170, 270, 370, 470), das das Sonnenrad (22, 122, 222, 322, 422) des ersten Planetenradsatzes (20, 120, 220, 320, 420) ständig mit dem Sonnenrad (32, 132, 232, 332, 432) des zweiten Planetenradsatzes (30, 130, 230, 330, 430) verbindet; ein zweites Verbindungselement (72, 172, 272, 372, 472), das den Träger des dritten Planetenradsatzes (46, 146, 246, 346, 446) ständig mit dem Hohlrad (24, 224, 324, 424) oder dem Träger (126) des ersten Planetenradsatzes (20, 120, 220, 320, 420) verbindet; ein drittes Verbindungselement (74, 174, 274, 374, 474), das das Sonnenrad (42, 142, 242, 342, 442) des dritten Planetenradsatzes (40, 140, 240, 340, 440) ständig mit dem Träger (36, 136, 236, 336, 436) des zweiten Planetenradsatzes (30, 130, 230, 330, 430) verbindet; wobei der erste Motor/Generator (80, 180, 280, 380, 480) ständig mit dem Hohlrad (44, 144, 244, 344, 444) des dritten Planetenradsatzes (40, 140, 240, 340, 440) verbunden ist; und der zweite Motor/Generator (82, 182, 282, 382, 482) ständig mit dem Sonnenrad (32, 132, 232, 332, 432) des zweiten Planetenradsatzes (30, 130, 230, 330, 430) verbunden ist; und eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung (50, 150, 250, 350, 450), eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung (52, 152, 252, 352, 452), eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung (54, 154, 254, 354, 454) und eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung (55, 155, 255, 355, 455) zum selektiven Verbinden der Hohlräder, Sonnenräder oder Träger des ersten, zweiten oder dritten Planetenradsatzes mit einem feststehenden Element (60, 160, 260, 360, 460) oder mit anderen der Hohlräder, Sonnenräder oder Träger der Planetenradsätze, wobei die erste, zweite, dritte und vierte Drehmomentübertragungseinrichtung einrückbar sind, um ein elektrisch verstellbares Getriebe mit einem stufenlos verstellbaren Bereich von Drehzahlverhältnissen und vier festen Vorwärtsdrehzahlverhältnissen zwischen dem Antriebselement (17) und dem Abtriebselement (19) bereitzustellen.
  5. Elektrisch verstellbares Getriebe (14, 114, 214, 314, 414) nach Anspruch 4, wobei die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung (52, 152, 252, 352, 452) das Hohlrad (44, 144, 244, 344, 444) des dritten Planetenradsatzes (40, 140, 240, 340, 440) selektiv mit Träger (46, 146, 346, 446) oder dem Sonnenrad (242) des dritten Planetenradsatzes (40, 140, 240, 340, 440) verbindet.
  6. Elektrisch verstellbares Getriebe (14, 114, 214, 314, 414) nach Anspruch 5, wobei die dritte Drehmomentübertragungseinrichtung (54, 154, 254, 354, 454) das Hohlrad (34, 134, 234, 334, 434) des zweiten Planetenradsatzes (30, 130, 230, 330, 430) selektiv mit dem feststehenden Element (60, 160, 260, 360, 460) verbindet.
  7. Elektrisch verstellbares Getriebe (14, 114, 214, 314, 414) nach Anspruch 6, wobei die vierte Drehmomentübertragungseinrichtung (55, 155, 255, 355, 455) parallel zu dem zweiten Motor/Generator (82, 182, 282, 382, 482) geschaltet ist, um dessen Rotation selektiv zu verhindern.
  8. Elektrisch verstellbares Getriebe (14, 214, 314, 414) nach Anspruch 4, wobei Träger von jedem der Planetenradsätze Einzelplanetenradträger sind.
  9. Elektrisch verstellbares Getriebe (114) nach Anspruch 4, wobei mindestens ein Träger der Planetenradsätze ein Doppelplanetenradträger ist.
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