DE102008006583A1 - Elektrisch verstellbare Getriebeeinrichtung, die mehrere Paarungen von Elektromotoren verwendet - Google Patents

Elektrisch verstellbare Getriebeeinrichtung, die mehrere Paarungen von Elektromotoren verwendet Download PDF

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Alan G. Clarkston Holmes
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Abstract

Es ist eine Getriebeeinrichtung mit einem elektrisch verstellbaren Abtrieb vorgesehen, die drei mit elektrischer Leistung beaufschlagte Motoren-Generatoren oder Elektromotoren anwendet. Die elektrisch verstellbare Getriebeeinrichtung umfasst einen ersten, zweiten und dritten Elektromotor, die koaxial zu mehreren Planetenradsätzen sind und mit diesen gekoppelt sind. Jeder Planetenradsatz ist mit einer Hauptwelle gekoppelt, die betreibbar ist, um Drehmoment dazwischen zu übertragen, und die betreibbar ist, um Drehmoment auf einen Abtrieb zu übertragen. Es gibt einen Antrieb, der mechanisch mit einem der Planetenradsätze gekoppelt ist. Die Getriebeeinrichtung kann mechanische Leistung mit einem stufenlos verstellbaren Verhältnis der Antriebswellendrehzahl zu der Abtriebswellendrehzahl unter gleichzeitiger Verwendung von zweien der Elektromotoren übertragen, wodurch eine Eingangsleistungsverzweigung oder entwder eine Ausgangsleistungsverzweigung oder eine kombinierte Leistungsverzweigung gebildet ist. Eine selektiv betätigbare Bremseneinrichtung dient dazu, Drehmoment, das von dem zweiten Elektromotor ausgegeben wird, zu vervielfachen.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Erfindung betrifft allgemein ein elektrisch verstellbares Getriebesystem für einen Antriebsstrang.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die Aussagen in diesem Abschnitt liefern lediglich Hintergrundinformation bezüglich der vorliegenden Offenbarung und müssen nicht Stand der Technik sein.
  • Antriebsstrangsysteme umfassen mehrere Drehmomenterzeugungseinrichtungen, die an einer elektrisch verstellbaren Getriebeeinrichtung zur Verwendung in Fahrzeugvortriebssystemen angebracht sind. Die Drehmomenterzeugungseinrichtungen umfassen typischerweise Brennkraftmaschinen und Elektromotoren, die unter Verwendung elektrischer Energiespeichereinrichtungen, z. B. Hochspannungsbatterien, mit Leistung beaufschlagt werden. Drehmomentausgänge von den Drehmomenterzeugungseinrichtungen werden in der Getriebeeinrichtung kombiniert, um Traktionsdrehmoment auf einen Endantrieb des Fahrzeugs zu übertragen und Drehmoment zwischen den verschiedenen Einrichtungen und dem Endantrieb zu übertragen.
  • Ein typisches elektrisch verstellbares Getriebe (EVT von electrically-variable transmission) verzweigt mechanische Leistung, die von einer An triebswelle auf eine Abtriebswelle übertragen wird, mittels einer Differenzialzahnradanordnung in eine mechanische Leistungsstrecke und eine elektrische Leistungsstrecke. Die mechanische Leistungsstrecke umfasst typischerweise Zahnräder, und kann auch Kupplungen umfassen. Die elektrische Leistungsstrecke wendet elektrische Leistungsmotoren an, von denen jeder als ein Drehmoment erzeugender Motor oder als ein Elektrizität erzeugender Generator arbeiten kann. Das Verändern der Drehzahl von zumindest einem dieser Elektromotoren verändert das Getriebedrehzahlverhältnis, d. h. das Verhältnis von Antriebswellendrehzahl zu Abtriebswellendrehzahl. Das EVT kann in ein Vortriebssystem für ein Hybridelektrofahrzeug unter Verwendung einer elektrischen Energiespeichereinrichtung eingebaut sein. Ein typisches Hybridvortriebssystem verwendet elektrische Energiespeichereinrichtungen und eine Brennkraftmaschine als Leistungsquellen. Die Batterien sind mit elektrischen Antriebseinheiten durch ein elektronisches Steuersystem verbunden, das Leistung wie erforderlich verwaltet und verteilt. Das Steuersystem weist auch Verbindungen mit der Maschine und dem Fahrzeug auf, um Betriebseigenschaften oder eine Betriebsanforderung zu ermitteln, wobei ein Betrieb der elektrischen Leistungseinheiten entweder als Motoren (die Traktionsdrehmoment erzeugen) oder als Generator (der elektrische Energie erzeugt) zugelassen wird. Wenn sie als Generator arbeitet, nimmt die elektrische Leistungseinheit Leistung von entweder dem Fahrzeug oder der Maschine auf und speichert Leistung in der Batterie oder liefert diese Leistung, um eine andere elektrische Einrichtung oder eine andere elektrische Leistungseinheit an dem Fahrzeug oder an dem Getriebe mit Leistung zu beaufschlagen.
  • Ein Vorteil, ein elektrisch verstellbares Getriebe zu besitzen, das mehr als einen Betriebsmodus aufweist, ist, dass jeder Betriebsmodus allgemein zumindest einen mechanischen Punkt enthalten wird, an dem eine der elektrischen Leistungseinheiten feststehend ist, wodurch der elektrische Leistungseingang vermindert wird und eine rein mechanische Leistungsflussstrecke bereitgestellt wird, um den Systemwirkungsgrad zu verbessern. Ein Betrieb in mehr als einem Modus hat erfordert, dass zwei oder mehr Kupplungen die mechanische Konfiguration zwischen dem Antrieb, dem Abtrieb und einem einzigen Paar Elektromotoren änderten. Da ein Ziel des elektrisch verstellbaren Getriebes der Gesamtwirkungsgrad ist, ist es vorteilhaft, mehrere mechanische Punkte bereitzustellen, an denen eine der elektrischen Leistungseinheiten feststehend sein wird, während das Hinzufügen von Bauteilen minimiert wird, die zusätzliche mechanische Verluste, d. h. Umlaufverluste/Fliehkraftverluste, erzeugen würden, wie etwa Kupplungen, Pumpen und so weiter. Somit wird nun ein verbessertes elektrisch verstellbares Getriebe beschrieben.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Getriebeeinrichtung vorgesehen, die einen elektrisch verstellbaren Abtrieb aufweist, der drei elektrisch mit Leistung beaufschlagte Motoren/Generatoren oder Elektromotoren anwendet. Die elektrisch verstellbare Getriebeeinrichtung umfasst einen ersten, zweiten und dritten Elektromotor, die mit mehreren Planetenradsätzen gekoppelt sind. Jeder Planetenradsatz ist mit einer Hauptwelle gekoppelt, um Drehmoment dazwischen zu übertragen und um Drehmoment auf einen Abtrieb zu übertragen. Es gibt einen Antrieb, der mechanisch mit einem der Planetenradsätze gekoppelt ist. Diese leistungsverzweigte Getriebeeinrichtung kann mechanische Leistung mit einem stufenlos verstellbaren Verhältnis der Antriebswellendrehzahl zur Abtriebswellendrehzahl unter gleichzeitiger Verwendung von zwei Elektromotoren übertragen, wodurch eine Eingangsleistungsverzweigung oder eine Ausgangsleistungsverzweigung oder eine kombinierte Leistungsverzweigung gebildet sind. Eine selektiv betätigbare Bremseneinrichtung vervielfacht den Drehmomentausgang von dem zweiten Elektromotor. Der zweite Elektromotor überträgt Drehmoment auf den Abtrieb unabhängig von dem Antrieb. Diese und weitere Aspekte der Erfindung werden Fachleuten beim Lesen und Verstehen der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen deutlich werden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Erfindung kann physikalische Form in bestimmten Teilen und einer bestimmten Anordnung von Teilen annehmen, wobei die Ausführungsformen davon in den begleitenden Zeichnungen, die einen Teil hiervon bilden, ausführlich beschrieben und dargestellt sind, und in denen:
  • 1 und 2 schematische Diagramme eines beispielhaften Antriebsstrangsystems gemäß der vorliegenden Erfindung sind.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
  • Nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen die Darstellungen allein zum Zweck der Veranschaulichung der Erfindung dienen und nicht zum Zweck selbige einzuschränken, umfassen die 1 und 2 schematische Darstellungen von Ausführungsformen einer elektromechanischen Getriebeeinrichtung 5, die erfindungsgemäß aufgebaut worden ist. Jede Ausführungsform der Getriebeeinrichtung 5 umfasst eine Antriebswelle 12, eine Hauptwelle 50 und eine Abtriebswelle 60. Das Getriebe umfasst darüber hinaus einen ersten, zweiten und dritten Elektromotor, die jeweils als MA 25, MB 35 bzw. MC 45 bezeichnet sind und koaxial zueinander und mit den Wellen gezeigt sind. Die Elektromotoren 25, 35, 45 umfassen bevorzugt bekannte Dreiphasen-Wechselstrom-(AC)-Elektromotoren, die als Motor- und Generatoreinrichtungen arbeiten. Der erste, zweite und dritte Elektromotor 25, 35, 45 sind betreibbar, um elektrische Energie in Drehmoment umzuwandeln, das auf die Getriebeeinrichtung 5 übertragen wird, und sind betreibbar, um Drehmoment von der Getriebeeinrichtung 5 in elektrische Energie auf der Basis von Steuersignalen und Strategien umzuwandeln, die in einem Steuersystem (das nicht gezeigt ist) ausgeführt werden.
  • Jeder Elektromotor umfasst bevorzugt einen Stator, der an einem Gehäuse des Getriebes oder einer Rotoreinrichtung auf Masse festgelegt ist. Eine Differenzialzahnradanordnung, d. h. erste und zweite Drehzahlverhältnisse, werden unter Verwendung von Planetenradsätzen erreicht. In den Ausführungsformen gibt es erste und zweite Planetenradsätze 20, 30, die koaxial zu der Hauptwelle 50 sind und funktional mit dieser verbunden sind. Es gibt einen dritten Planetenradsatz 40, der in der zweiten Ausführungsform angewandt wird, welcher koaxial zu der Hauptwelle 50 ist und funktional mit dieser gekoppelt ist, wie es anhand von 2 gezeigt ist. Der zweite Planetenradsatz 30 ist selektiv mit einer Bremseneinrichtung 55 verbunden. Die Antriebswelle 12 ist bevorzugt mechanisch und rotatorisch mit einer Abtriebswelle einer Drehmomenterzeugungseinrichtung 10, z. B. einer Brennkraftmaschine, gekoppelt. Die Abtriebswelle 60 kann rotatorisch mit einem Abtrieb, z. B. einem Fahrzeugendantrieb, der irgendeine Form einer herkömmlichen Differenzialzahnradanordnung umfasst, gekoppelt sein. Die vorstehend erwähnten Bauteile des elektromechanischen Getriebes 5 sind eingerichtet, um Drehmoment zwischen den verschiedenen Elektromotoren 25, 35, 45, der Antriebswelle 12 und der Abtriebswelle 60 zu übertragen. Das Steuersystem umfasst bevorzugt mehrere elektronische Steuermodule, die eingerichtet sind, den Betrieb der Maschine 10 und des Getriebes 5 einschließlich der Elektromotoren durch Ausführung von Algorithmen zu steuern, die vorbestimmte Kalibrierwerte und Informationen verwenden, die aus dem Betrieb der Maschine und des Getriebes erfasst oder abgeleitet werden. Die Konfiguration des Getriebes 5 erfordert nur die einzige Kupplung oder Bremseneinrichtung 55, die eine bekannte hydraulische Einrichtung umfassen kann. Alternativ kann eine elektrische Bremseneinrichtung benutzt werden, um die Zahl, Masse und Komplexität von Getriebebauteilen, die zu hydraulischen Kupplungseinrichtungen gehören, zu vermindern.
  • Wieder unter Bezugnahme auf 1 wird nun die erste Ausführungsform ausführlich beschrieben. Der erste und zweite Planetenradsatz 20, 30 umfassen jeweils Elemente, die ein Hohlrad, das ein Sonnenrad und mehrere dazwischen montierte Planetenräder umgibt, umfassen. Die Planetenräder sind drehbar an einem Träger montiert. Die Planetenräder stehen kämmend mit sowohl dem Sonnenrad als auch dem Hohlrad in Eingriff, um Drehmoment zu übertragen. Der erste Planetenradsatz 20 umfasst ein Hohlrad 26, das ein Sonnenrad 22 und mehrere drehbar an einem Träger 28 montierte Planetenräder 24 umgibt. Der Planetenradträger 28 ist koaxial zu der Hauptwelle 50 und rotatorisch mit dieser gekoppelt. Das Sonnenrad 22 ist rotatorisch mit dem Rotor des ersten Elektromotors MA 25 gekoppelt, sodass eine Rotation des ersten Elektromotors das Sonnenrad 22 rotiert. Das Hohlrad 26 ist rotatorisch mit dem Rotor des dritten Elektromotors MC 45 gekoppelt, der rotatorisch mit der Antriebswelle 12 gekoppelt ist, um Drehmoment dazwischen zu übertragen. Der zweite Planetenradsatz 30 umfasst ein Hohlrad 36, das ein Sonnenrad 32 und die mehreren drehbar an dem Träger 28 montierten Planetenräder 34 umgibt. Die Planetenräder stehen kämmend mit sowohl dem Sonnenrad als auch dem Hohlrad in Eingriff. Das Sonnenrad 32 ist mit dem Rotor des zweiten Elektromotors MB 35 gekoppelt, sodass eine Rotation des zweiten Elekt romotors das Sonnenrad 32 rotiert. Der Planetenradträger 38 ist rotatorisch mit der Welle 60 gekoppelt. Das Hohlrad 36 ist selektiv durch Bremse 55 einrückbar. Durch diese Konfiguration, wie sie sowohl in 1 als auch in 2 dargestellt ist, überträgt der zweite Elektromotor MB Drehmoment auf die Abtriebswelle 60 unabhängig von der Antriebswelle 12, und der dritte Elektromotor MC nimmt Drehmoment, das von der Antriebswelle 12 übertragen wird, unabhängig von der Abtriebswelle 60 auf. Ein Drehzahlverhältnis zwischen der Antriebswelle 12 und der Abtriebswelle 60 wird durch einen Betrieb des ersten Elektromotors MA geregelt und hergestellt, um einen Betrieb des Getriebes und der Maschine zu optimieren und somit einer Bedienerdrehmomentanfrage nachzukommen.
  • Das EVT mit drei Motoren, das in 1 ausgeführt ist, bildet eine Anordnung mit Eingangsleistungsverzweigung zwischen dem ersten und zweiten Elektromotor MA, MB. Die Bremseneinrichtung 55 bewirkt, dass der Planetenradsatz 30 den Drehmomentausgang von MB 35 vervielfacht, wenn er betätigt wird. Eine Anordnung mit Ausgangsleistungsverzweigung ist zwischen dem ersten und dritten Elektromotor MA, MC gebildet, indem der dritte Motor MC mit der Antriebswelle 12 verbunden ist. Diese Anordnung erfordert nur zwei einfache Planetenradsätze, um die Leistungsverzweigungen zu bewerkstelligen, während auch eine Drehmomentvervielfachung für den zweiten Elektromotor MB vorgesehen wird. Es ist ersichtlich, dass, wenn der zweite Elektromotor MB direkt mit der Abtriebswelle 60 gekoppelt wäre, dann sowohl Eingangsleistungsverzweigung als auch Ausgangsleistungsverzweigung mit dem ersten Planetenradsatz 20 alleine bewerkstelligt werden könnten. Der erste Planetenradsatz ist mit der Maschine, dem ersten Elektromotor und der Abtriebswelle verbunden, wohingegen der zweite Planetenradsatz mit dem dritten Motor, der Bremse und der Abtriebswelle 60 verbunden ist. Eine Betätigung der Bremse 55 lässt zu, dass der zweite Motor eine Eingangsleistungsverzweigung bildet, und die Drehmomentvervielfachung des zweiten Zahnradsatzes gleichzeitig für einen Betrieb bei niedrigeren Abtriebsdrehzahlen verwendet. Bei höheren Abtriebsdrehzahlen kann sich das Motordrehmoment vermindern, und die Bremse kann gelöst werden, was zulässt, dass der zweite Motor verlangsamt oder auf einer konstanten Drehzahl bleibt, was wiederum eine große Übersetzungsreduktion zulässt. Die Motoren MB und MC bilden einen Reihenantrieb, um eine Rückwärtsübersetzung zu bewirken.
  • Wieder unter Bezugnahme auf 2 wird nun die zweite Ausführungsform ausführlich beschrieben, wobei die gleichen Bezugszeichen dazu verwendet werden, beiden Ausführungsformen gemeinsame Elemente zu kennzeichnen. Der erste und zweite Planetenradsatz 20, 30 und ein dritter Planetenradsatz 40 bestehen jeweils aus Elementen, die ein Hohlrad, das ein Sonnenrad und mehrere drehbar an einem Träger montierte Planetenräder umgibt, umfassen. Die Planetenräder stehen kämmend mit sowohl dem Sonnenrad als auch dem Hohlrad in Eingriff, um Drehmoment zu übertragen. Der erste Planetenradsatz 20 umfasst ein Hohlrad 26, das ein Sonnenrad 22 und mehrere drehbar an einem Träger 28 montierte Planetenräder 24 umgibt. Der Planetenradträger 28 ist rotatorisch mit der Hauptwelle 50 gekoppelt. Das Sonnenrad 22 ist rotatorisch mit dem Rotor des ersten Elektromotors MA 25 gekoppelt, sodass eine Rotation des ersten Elektromotors das Sonnenrad 22 rotiert. Das Hohlrad 26 ist rotatorisch mit dem Rotor des dritten Elektromotors MC 45 gekoppelt, der rotatorisch mit einem Sonnenrad 42 des dritten Planetenradsatzes 40 gekoppelt ist, um Drehmoment dazwischen zu übertragen.
  • Der zweite Planetenradsatz 30 umfasst ein Hohlrad 36, das ein Sonnenrad 32 und mehrere drehbar an dem Träger 28 montierte Planetenräder 34 umgibt. Die Planetenräder stehen kämmend mit sowohl dem Sonnenrad als auch dem Hohlrad in Eingriff. Das Sonnenrad 32 ist mit dem Rotor des zweiten Elektromotors MB 35 gekoppelt, sodass eine Rotation des zweiten Elektromotors das Sonnenrad 32 rotiert. Der Planetenradträger 38 ist rotatorisch mit der Welle 60 gekoppelt. Das Hohlrad 36 ist durch Betätigung der Bremseneinrichtung 55 selektiv einrückbar.
  • Die Antriebswelle 12 ist bevorzugt rotatorisch mit der Abtriebswelle der Drehmomenterzeugungseinrichtung 10, z. B. der Brennkraftmaschine, gekoppelt. Die Abtriebswelle 60 kann rotatorisch mit einem Abtrieb, z. B. dem Fahrzeugendantrieb, gekoppelt sein. Der dritte Planetenradsatz 40 ist koaxial zu der Hauptwelle 50 und funktional mit dieser über einen Planetenradträger 48 verbunden. Der dritte Planetenradsatz 40 umfasst ein Hohlrad 46, das ein Sonnenrad 42 und mehrere an einem Träger 48 drehbar montierte Planetenräder 44 umgibt. Der Planetenradträger 48 ist rotatorisch mit der Hauptwelle 50 gekoppelt. Das Hohlrad 46 ist rotatorisch mit der Antriebswelle 12 gekoppelt, um Drehmoment dazwischen zu übertragen. Wieder sind die vorstehend erwähnten Elemente des elektromechanischen Getriebes 5 eingerichtet, um Drehmoment zwischen den verschiedenen Elektromotoren 25, 35, 45, der Antriebswelle 12 und der Abtriebswelle 60 zu übertragen.
  • Das EVT mit drei Motoren, das in 2 ausgeführt ist, bildet eine Anordnung mit Eingangsleistungsverzweigung zwischen dem zweiten und dritten Motor MB und MC, wobei eine selektive Betätigung der Bremse 55 bewirkt, dass der zweite Planetenradsatz 30 das Drehmoment vervielfacht, das von dem zweiten Motor MB 35 ausgegeben wird. Eine Anordnung mit kombinierter Leistungsverzweigung ist zwischen dem ersten und dritten Motor MA und MC gebildet, wobei eine selektive Deaktivierung der Bremse 55 zulässt, dass MB frei umlaufen kann. Der zweite Elektromotor MB ist nur an dem dritten Sonnenrad angebracht, und der dritte Elektromotor MC ist nur an dem Sonnenrad angebracht. Die Hauptwelle 50 ist ständig mit der Abtriebswelle 60 gekoppelt. Eine Anordnung mit Eingangsleistungsverzweigung kann auch zwischen dem ersten und zweiten Elektromotor MA und MB gebildet sein, während die Bremse 55 betätigt ist.
  • Die Getriebeeinrichtung 5 nimmt Antriebsdrehmoment von Drehmomenterzeugungseinrichtungen, die die Brennkraftmaschine 10 und Elektromotoren 25, 35, 45 umfassen, als ein Ergebnis einer Energieumwandlung von Kraftstoff oder elektrischem Potenzial, das in einer elektrischen Energiespeichereinrichtung (ESD) 90, die typischerweise eine oder mehrere Hochspannungsbatterien umfasst, gespeichert ist, auf. Elektrischer Strom kann zu oder von der ESD 90 dementsprechend übertragen werden, ob die ESD aufgeladen oder entladen wird.
  • Diese Erfindung stellt eine effiziente Eingangsleistungsverzweigung zum Antreiben der Abtriebswelle bei niedrigeren Drehzahlen und entweder die Abtriebsleistungsverzweigung oder die kombinierte Leistungsverzweigung bereit, die für höhere Drehzahlen für eine gegebene Antriebswellendrehzahl effizienter sind. Die Eingangsleistungsverzweigung bewirkt eine Leistungsschleife für alle Abtriebsdrehzahlen oberhalb oder alle Getriebeübersetzungsverhältnisse unterhalb der Drehzahl oder des Übersetzungsverhältnisses, bei dem MA feststehend ist, d. h. dem mechanischen Punkt für MA. In einer Leistungsschleife muss die mechanische Leistungsstrecke sowohl die übertragene Leistung von dem Antrieb auf den Abtrieb als auch zusätzliche mechanische Leistung transportieren, da der Leistungsfluss durch die elektrische Strecke gegenüber dem Abtrieb in Richtung des Antriebs richtungsmäßig umgekehrt ist. Die Ausgangsleistungsverzweigung bewirkt eine Leistungsschleife für alle Abtriebsdrehzahlen unterhalb oder alle Getriebeübersetzungsverhältnisse oberhalb dieser Drehzahl oder dieses Übersetzungsverhältnisses. Die kombinierte Leistungs verzweigung kann auch eine Leistungsschleife für die Drehzahlen und Übersetzungsverhältnisse oberhalb und unterhalb des Bereichs zwischen ihren beiden mechanischen Punkten bewirken. Somit kann das beispielhafte elektromechanische Getriebe mit einer Eingangsleistungsverzweigung und entweder einer Ausgangsleistungsverzweigung oder kombinierter Leistungsverzweigung selektiv die Eingangsleistungsverzweigung zum Antreiben des Fahrzeugs bei niedrigen Drehzahlen und hohen Getriebeübersetzungsverhältnissen und entweder die Ausgangsleistungsverzweigung oder kombinierte Leistungsverzweigung bei hohen Drehzahlen und niedrigen Getriebeübersetzungsverhältnissen verwenden, indem selektiv die geeignete Kombination von Elektromotoren benutzt wird. Die Kombination einer kombinierten Leistungsverzweigung und Ausgangsleistungsverzweigung wurde in Betracht gezogen, aber deren Funktionen würden sich effektiv überlappen. Der zweite Elektromotor MB kann dazu verwendet werden, das Fahrzeugabtriebsdrehmoment jedes Mal dann zu verstärken oder ein regeneratives Bremsen bereitzustellen, wenn die Abtriebsdrehzahl und das erforderliche Drehmoment angemessen wären, da sich der Leistungsfluss gegenüber dem unterscheidet, der beschrieben worden ist, wenn die Batterie für eine beträchtliche Menge der Gesamtleistung verwendet wird.
  • Das Betreiben einer Ausführungsform der Erfindung umfasst, dass der erste und zweite Motor verwendet werden, um Leistung durch das elektromechanische Getriebe in einem Bereich von Drehzahlverhältnissen zu liefern, und der erste und dritte Motor, um Leistung in einem zweiten Bereich von Drehzahlverhältnissen zu liefern. Der Vorteil dieses Betriebsverfahrens ist, dass der Bruchteil an Leistung, der elektrisch übertragen wird, im Durchschnitt über den gesamten Bereich von Drehzahlverhältnissen niedriger ist als es für ein System, das zwei Motoren verwendet, erforderlich ist. Da das elektrische Übertragen von Leistung weniger effi zient ist, als diese mechanisch zu übertragen, wird der Wirkungsgrad des Getriebes durch die Erfindung verbessert. Ein anderer Vorteil ist, dass eine geringere Leistungskapazität der einzelnen Motoren erforderlich ist, was zu einer kleineren Motorgröße und geringeren Motorkosten führt. Wenn die auswählbare Bremse betätigt ist, liefert der zweite Motor Leistung an den Getriebeabtrieb mit einer Drehmomentvervielfachung durch den Planetenradsatz und einem Reaktionsdrehmoment, das durch Betätigung der Bremse bereitgestellt wird. Der erste und dritte Motor können entweder mit einem einzigen Planetenradsatz, der drei koaxial rotierende Elemente aufweist (wie es in 1 gezeigt ist), oder mit zusammengesetzten Planetenradsätzen gekoppelt sein, die mehr als drei von diesen Elementen aufweisen (wie es in 2 gezeigt ist).
  • Der erste und dritte Planetenradsatz trennen den Leistungsfluss durch das Getriebe in zwei Leistungsstrecken von dem Antrieb 12 und dem Abtrieb 60. Eine Leistungsstrecke geht durch die Elektromotoren und umfasst eine elektromechanische oder "elektrische" Leistungsstrecke. Die andere Leistungsstrecke umfasst eine vollständig mechanische Leistungsstrecke durch die Zahnräder/Wellen des Getriebes. Der erste und dritte Planetenradsatz verzweigen Leistung mechanisch kinetisch (d. h. durch die Drehzahl) in enger Zuordnung zu dem Antrieb, dem Abtrieb oder sowohl dem Antrieb und dem Abtrieb, wodurch eine Einrichtung mit Eingangsleistungsverzweigung, Ausgangsleistungsverzweigung bzw. kombinierter Leistungsverzweigung gebildet ist. Bei einer Anordnung mit Eingangsleistungsverzweigung führt der zweite Motor mechanische Leistung zu oder zieht diese ab, die mit einer Drehzahl geliefert oder absorbiert wird, die direkt proportional zur Abtriebsdrehzahl ist und von der Antriebsdrehzahl nicht beeinflusst ist. In einer Anordnung mit Ausgangsleistungsverzweigung zieht der dritte Motor mechanische Leistung mit einer dritten Drehzahl ab bzw. führt diese zu, die direkt proportional zu der Antriebsdreh zahl ist und nicht durch die Abtriebsdrehzahl beeinflusst ist. In einer Anordnung mit kombinierter Leistungsverzweigung weisen der erste und dritte Motor jeweils Drehzahlen auf, die jeweils eine Linearkombination sowohl der Antriebsdrehzahl als auch der Abtriebsdrehzahl sind.
  • Die Erfindung ist mit besonderer Bezugnahme auf die Ausführungsformen und Abwandlungen daran beschrieben worden. Weitere Abwandlungen und Abänderungen können Anderen beim Lesen und Verstehen der Beschreibung in den Sinn kommen. Es sollen alle derartigen Abwandlungen und Abänderungen eingeschlossen sein, insofern sie in den Schutzumfang der Erfindung fallen.

Claims (19)

  1. Elektrisch verstellbare Getriebeeinrichtung, umfassend: einen ersten, zweiten und dritten Elektromotor, die mit Elementen mehrerer Planetenradsätze gekoppelt sind, wobei ein Element jedes Planetenradsatzes mit einer Hauptwelle gekoppelt ist, um Drehmoment dazwischen und auf einen Abtrieb zu übertragen; einen Antrieb, der mechanisch mit einem der Planetenradsätze gekoppelt ist; wobei der erste Elektromotor betreibbar ist, um ein Drehzahlverhältnis zwischen dem Antrieb und dem Abtrieb zu regeln; wobei der zweite Elektromotor betreibbar ist, um Drehmoment auf den Abtrieb unabhängig von dem Antrieb zu übertragen; und wobei der dritte Elektromotor mit einem Element von einem der Planetenradsätze getrennt von dem ersten und zweiten Elektromotor und dem Abtrieb gekoppelt ist.
  2. Elektrisch verstellbare Getriebeeinrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine betätigbare Bremseneinrichtung umfasst, die selektiv betreibbar ist, um das Drehmoment, das von dem zweiten Elektromotor durch den zweiten Planetenradsatz ausgegeben wird, zur Aufbringung auf den Abtrieb zu vervielfachen.
  3. Elektrisch verstellbare Getriebeeinrichtung nach Anspruch 1, die ferner umfasst, dass der erste Elektromotor koaxial mit einem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes ist und mechanisch mit diesem gekoppelt ist, und der zweite Elektromotor koaxial mit einem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes ist und mechanisch mit diesem gekoppelt ist.
  4. Elektrisch verstellbare Getriebeeinrichtung nach Anspruch 3, die ferner eine Bremseneinrichtung umfasst, die selektiv mit einem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes und dem Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes, der mechanisch mit der Hauptwelle gekoppelt ist, in Eingriff gebracht werden kann.
  5. Elektrisch verstellbare Getriebeeinrichtung nach Anspruch 3, die umfasst, dass der dritte Elektromotor koaxial zu einem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes ist und mechanisch mit diesem gekoppelt ist, und der Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes mechanisch mit der Hauptwelle gekoppelt ist.
  6. Elektrisch verstellbare Getriebeeinrichtung nach Anspruch 5, die umfasst, dass der dritte Elektromotor mechanisch mit dem Antrieb gekoppelt ist.
  7. Elektrisch verstellbare Getriebeeinrichtung nach Anspruch 5, die umfasst, dass der dritte Elektromotor mechanisch mit einem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes gekoppelt ist.
  8. Elektrisch verstellbare Getriebeeinrichtung nach Anspruch 7, wobei der erste und dritte Planetenradsatz einen einzigen zusammengesetzten Planetenradsatz umfassen.
  9. Elektrisch verstellbare Getriebeeinrichtung nach Anspruch 7, wobei der erste und dritte Planetenradsatz jeweils einen einfachen Planetenradsatz umfassen.
  10. Elektrisch verstellbare Getriebeeinrichtung nach Anspruch 2, wobei die betätigbare Bremseneinrichtung, die selektiv betreibbar ist, um das Drehmoment, das von dem zweiten Elektromotor durch den zweiten Planetenradsatz ausgegeben wird, zur Aufbringung auf den Abtrieb zu vervielfachen, umfasst: dass die Bremse selektiv betätigt werden kann, um ein Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes auf Masse festzulegen.
  11. Elektrisch verstellbare Getriebeeinrichtung nach Anspruch 10, wobei die Bremseneinrichtung eine elektrisch betätigbare Kupplung umfasst.
  12. Elektrisch verstellbare Getriebeeinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Antrieb eine Antriebswelle umfasst, die eingerichtet ist, Drehmoment von einer Brennkraftmaschine zu übertragen, und der Abtrieb eine Abtriebswelle umfasst, die eingerichtet ist, Drehmoment auf einen Endantrieb zu übertragen.
  13. Elektrisch verstellbare Getriebeeinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Elektromotoren Elektromotor/Generator-Einrichtungen umfassen.
  14. Elektrisch verstellbare Getriebeeinrichtung nach Anspruch 13, wobei die Elektromotoren selektiv betreibbar sind, um elektrische Energie und Traktionsdrehmoment zu erzeugen.
  15. Elektrisch verstellbare Getriebeeinrichtung nach Anspruch 1, die umfasst, dass der erste und zweite Elektromotor betreibbar sind, um Drehmoment auf den Abtrieb in einem ersten Drehzahlverhältnis in einer Anordnung mit Eingangsleistungsverzweigung zu über tragen; und der erste und dritte Elektromotor betreibbar sind, um Drehmoment auf den Abtrieb in einem zweiten Drehzahlverhältnis in entweder einer Anordnung mit Ausgangsleistungsverzweigung oder einer Anordnung mit kombinierter Leistungsverzweigung zu übertragen.
  16. Elektrisch verstellbare Getriebeeinrichtung, umfassend: einen ersten, zweiten und dritten Elektromotor, die koaxial mit mehreren Planetenradsätzen gekoppelt sind, wobei jeder Planetenradsatz an einer Hauptwelle angebracht ist, um Drehmoment dazwischen zu übertragen und um Drehmoment auf einen Abtrieb zu übertragen; einen Antrieb, der mechanisch mit dem dritten Elektromotor gekoppelt und eingerichtet ist, Antriebsdrehmoment von einer Brennkraftmaschine auf diesen zu übertragen; wobei der Abtrieb eingerichtet ist, Drehmoment auf einen Endantrieb zu übertragen; wobei der erste und zweite Elektromotor eine Eingangsleistungsverzweigung bilden, wobei der zweite Elektromotor betreibbar ist, um Drehmoment unabhängig von dem Antriebsdrehmoment auf den Abtrieb zu übertragen.
  17. Elektrisch verstellbare Getriebeeinrichtung nach Anspruch 16, die ferner umfasst, dass der erste und zweite Elektromotor die Eingangsleistungsverzweigung durch selektive Betätigung einer Bremseneinrichtung bilden, die betreibbar ist, um ein Element eines Planetenradsatzes, das mit dem zweiten Elektromotor gekoppelt ist, auf Masse festzulegen.
  18. Elektrisch verstellbare Getriebeeinrichtung nach Anspruch 17, wobei das Antriebsdrehmoment für den dritten Elektromotor unabhängig von dem Abtriebsdrehmoment zu dem Endantrieb ist.
  19. Antriebsstrangsystem, umfassend: eine Brennkraftmaschine, die funktional mit einer elektrisch verstellbaren Getriebeeinrichtung gekoppelt ist, die funktional mit einem Endantrieb gekoppelt ist und betreibbar ist, um Drehmoment dazwischen zu übertragen; wobei die elektrisch verstellbare Getriebeeinrichtung einen ersten, zweiten und dritten Elektromotor umfasst, die koaxial zu mehreren Planetenradsätzen sind und mit diesen gekoppelt sind, wobei jeder Planetenradsatz mit einer Hauptwelle gekoppelt ist und betreibbar ist, um Drehmoment dazwischen zu übertragen, und betreibbar ist, um Drehmoment auf einen mechanisch mit dem Endantrieb gekoppelten Abtrieb zu übertragen; wobei ein Antrieb von der Brennkraftmaschine mechanisch mit dem dritten Elektromotor gekoppelt ist und betreibbar ist, um Drehmoment auf einen der Planetenradsätze zu übertragen; eine selektiv betätigbare Bremseneinrichtung, die betreibbar ist, um Drehmoment, das von dem zweiten Elektromotor ausgegeben wird, zu vervielfachen; und wobei der zweite Elektromotor betreibbar ist, um Drehmoment unabhängig von dem Antrieb auf den Abtrieb zu übertragen.
DE102008006583A 2007-01-31 2008-01-29 Elektrisch verstellbare Getriebeeinrichtung, die mehrere Paarungen von Elektromotoren verwendet Withdrawn DE102008006583A1 (de)

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