DE102008046014A1

DE102008046014A1 - Elektrisch verstellbares Getriebe mit Ausgangsleistungsverzweigung und elektrischem Antrieb unter Verwendung von einem oder zwei Motoren

Info

Publication number: DE102008046014A1
Application number: DE102008046014A
Authority: DE
Inventors: Brendan M. Rochester Hills Conlon; Peter J. Bloomfield Hills Savagian; Alan G. Clarkston Holmes; Michael O. Oakland Township Harpster Jr.
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-09-10
Filing date: 2008-09-05
Publication date: 2009-05-28
Also published as: CN101386261A; US7867124B2; US20090082171A1; CN101386261B

Abstract

Es ist ein elektrisch verstellbares Getriebe mit einem Antriebselement und einem Abtriebselement, einem ersten und zweiten Motor/Generator, einem ersten Planetenradsatz und einem Achsantriebszahnradsatz vorgesehen. Zwei oder drei Drehmomentübertragungsmechanismen, die selektiv alleine oder in unterschiedlichen Kombinationen einrückbar sind, um zumindest einen rein elektrischen Vorwärtsbetriebsmodus, der einen Reihenmodus umfasst, einen Modus mit Ausgangsleistungsverzweigung und zumindest einen neutralen Modus, der einen rein neutralen Modus und einen neutralen Batterielademodus umfasst, herzustellen. Das Getriebe umfasst optional eine Einwegkupplung, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Reibungskupplung und einer Klauenkupplung besteht, oder ist eine verriegelbare Einwegkupplung, um einen Vorwärtsbetrieb mit niedrigem Verlust, eine regenerative Bremsfunktionalität und/oder einen Rückwärtsfahrzeugbetrieb zu ermöglichen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft ein elektrisch verstellbares Getriebe mit Reihenmodus/Ausgangsleistungsverzweigung, das zumindest einen rein elektrischen Niedrigbereichs-/Reihenmodus, zumindest einen neutralen Modus und einen Hochbereichs-/Ausgangsleistungsverzweigungsmodus umfasst.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Elektrisch verstellbare Getriebe (EVT) weisen typischerweise ein Antriebselement auf, das mit einer Maschine verbunden ist, sowie einen oder zwei Motoren/Generatoren, die mit unterschiedlichen Elementen von Planetenradsätzen verbunden sind, um einen oder mehrere elektrisch verstellbare Betriebsmodi oder Modi, Modi mit festem Drehzahlverhältnis und einen rein elektrischen (batteriebeaufschlagten) Modus zu ermöglichen. Ein "elektrisch verstellbarer" Modus ist ein Betriebsmodus, in dem das Drehzahlverhältnis zwischen den Getriebeantriebs- und -abtriebselementen durch die Drehzahl von einem der Motoren/Generatoren bestimmt wird.
EVT können die Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Fahrzeugs auf vielerlei Weisen verbessern. Beispielsweise kann die Maschine bei Leerlauf, während Zeiträumen eines Verzögerns und Bremsens, und während Zeiträumen eines Betriebes mit relativ niedriger Drehzahl/Geschwindigkeit oder leichter Fahrzeuglast abgeschaltet werden, um dadurch Wirkungsgradverluste, die aufgrund von Widerstand der Maschine hervorgerufen werden, zu beseitigen. Über regeneratives Bremsen wiederaufgefangene Bremsenergie, oder Energie, die von einem der Motoren, der während Zeiträumen, wenn die Maschine arbeitet, als Generator wirkt, gespeichert wird, wird während dieser Zeiträume mit "ausgeschalteter Maschine" benutzt, um den Zeitraum oder die Dauer auszudehnen, während der die Maschine ausgeschaltet ist, um dadurch Maschinendrehmoment oder -leistung zu ergänzen und somit das Fahrzeug mit einer niedrigeren Maschinendrehzahl zu betreiben und/oder Nebenaggregatleistungsversorgungen zu ergänzen. Eine vorübergehende Anforderung nach Maschinendrehmoment oder -leistung wird von den Motoren/Generatoren während Zeiträumen mit "eingeschalteter Maschine" ergänzt, was eine kleinere Bemessung der Maschine ermöglicht, ohne das hervortretende Fahrzeugleistungsvermögen zu verringern. Zusätzlich sind die Motoren/Generatoren bei der Nebenaggregatleistungserzeugung sehr effizient, und die elektrische Leistung von den Batterien dient als eine verfügbare Drehmomentreserve, was einen Betrieb bei einem relativ niedrigen Getriebedrehzahlverhältnis zulässt.
Elektrisch verstellbare Modi können als Modi mit Eingangsleistungsverzweigung, Ausgangsleistungsverzweigung, kombinierter Leistungsverzweigung oder Reihenmodi klassifiziert werden. Modi mit Eingangsleistungsverzweigung steuern einen Motor/Generator derart, dass dessen Drehzahl direkt proportional zum Getriebeabtrieb variiert, und den anderen Motor/Generator derart, dass dessen Drehzahl eine Linearkombination der Antriebs- und Abtriebselementdrehzahlen ist. Bei Modi mit Ausgangsleistungsverzweigung ist ein Motor/Generator derart gesteuert, dass dessen Drehzahl direkt proportional zu dem Getriebeantriebselement variiert, und der andere Motor/Generator ist derart gesteuert, dass dessen Drehzahl eine Linearkombination der Antriebselement- und Abtriebselementdreh zahlen ist. Bei einem Modus mit kombinierter Leistungsverzweigung sind beide Motoren/Generatoren derart gesteuert, dass deren Drehzahlen Linearkombinationen der Antriebs- und Abtriebselementdrehzahlen sind, aber keine direkt proportional zu entweder der Drehzahl des Antriebselements oder der Drehzahl des Abtriebselements ist. Bei einem Reihenmodus ist ein Motor/Generator derart gesteuert, dass dessen Drehzahl direkt proportional zu der Drehzahl des Getriebeantriebselements variiert, und der andere Motor/Generator ist derart gesteuert, dass dessen Drehzahl direkt proportional zu der Drehzahl des Getriebeabtriebselements variiert. Es gibt keine direkte mechanische Leistungsübertragungsstrecke zwischen den Antriebs- und Abtriebselementen, wenn in dem Reihenmodus gearbeitet wird, und daher muss die gesamte Leistung elektrisch übertragen werden.
Ein Reihenantriebssystem ist ein System, in dem die Energie einer Strecke von einer Maschine zu einer elektrischen Speichereinrichtung und dann zu einem elektrischen Motor/Generator folgt, der Leistung aufbringt, um die Antriebselemente zu rotieren. Mit anderen Worten gibt es in einem Reihenantriebssystem keine direkte mechanische Verbindung zwischen der Maschine und den Antriebselementen, anders als bei Parallelantriebssystemen. Deshalb beruhten Getriebe mit einer relativ großen elektrischen Batterieantriebsfähigkeit und einer relativ kleinen Maschinenantriebsfähigkeit bisher weitgehend auf dem, was man als ein Reihenhybridgetriebe oder -antriebssystem bezeichnet hat.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein elektrisch verstellbares Getriebe (EVT) ist versehen mit einem elektrisch verstellbaren Vorwärts-Niedrigbereichs-Reihenbetriebsmodus, in dem die Maschine eingeschaltet ist, einem rein elektrischen Vorwärts- Niedrigbereichs-Betriebsmodus, in dem die Maschine ausgeschaltet ist, einem elektrisch verstellbaren Betriebsmodus mit Ausgangsleistungsverzweigung, und zumindest einem neutralen Modus. Ein Schalten zwischen den verfügbaren Modi kann mit einem Kupplung/Kupplung-Schalten bewerkstelligt werden, wobei die Schaltzeiten gegenüber synchronem Schalten, das alleine durch Verändern von Motordrehzahlen ausgeführt wird, während in einem EVT-Modus gearbeitet wird, potenziell verringert sind.
Genauer umfasst das EVT ein Antriebselement, ein Abtriebselement, einen ersten und zweiten Motor/Generator und einen ersten Planetenradsatz, der durch einen ersten Dreiknotenhebel darstellbar ist, der einen ersten Knoten, einen zweiten Knoten und einen dritten Knoten aufweist. Der erste Motor/Generator ist selektiv mit dem dritten Knoten verbindbar und der zweite Motor/Generator ist ständig mit dem ersten Knoten verbunden. Der zweite Knoten ist ständig zur gemeinsamen Rotation mit dem Abtriebselement verbunden. Das Getriebe umfasst zumindest zwei Drehmomentübertragungsmechanismen oder Kupplungen, die selektiv alleine oder in unterschiedlichen Kombinationen einrückbar sind, um unterschiedliche der Knoten miteinander oder mit einem feststehenden Element zu verbinden, wodurch die verschiedenen Betriebsmodi hergestellt werden.
In einem Aspekt der Erfindung weist das EVT zwei Kupplungen auf, und der erste Motor/Generator ist ständig mit der Maschine verbunden. Die zwei Kupplungen sind selektiv alleine oder in unterschiedlichen Kombinationen einrückbar, um unterschiedliche der ersten, zweiten, dritten Knoten zu verbinden und somit einen elektrisch verstellbaren Vorwärts-Niedrigbereichs-Reihenmodus, in dem die Maschine eingeschaltet ist, einen rein elektrischen Ein-Motor-Betriebsmodus, in dem die Maschine ausgeschaltet ist, einen elektrisch verstellbaren Betriebsmodus mit Ausgangs leistungsverzweigung und zumindest einen neutralen Modus herzustellen, und der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus ist selektiv ausrückbar, um die Maschine zu trennen und ein Offline-Starten der Maschine zu ermöglichen.
In einem anderen Aspekt der Erfindung verbindet der erste Drehmomentübertragungsmechanismus den dritten Knoten mit dem feststehenden Element, und der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus verbindet den ersten Motor/Generator mit dem dritten Knoten.
In einem anderen Aspekt der Erfindung ist der erste Drehmomentübertragungsmechanismus eine Einwegkupplung, die parallel zu einer Klauenkupplung angeordnet ist. Die Einwegkupplung ermöglicht einen Vorwärtsantrieb mit niedrigem Verlust, und die Klauenkupplung ermöglicht ein regeneratives Bremsen und einen Rückwärtsfahrzeugbetrieb.
In einem anderen Aspekt der Erfindung weist das EVT einen dritten Drehmomentübertragungsmechanismus auf, der selektiv ausrückbar ist, um den ersten Motor/Generator von dem Antriebselement zu trennen und somit einen weiteren rein elektrischen Modus herzustellen, der ein Zwei-Motor-Modus ist, der geeignet ist, um Verluste über den ersten sowie zweiten Motor/Generator zu minimieren und eine Betriebsdrehzahl des zweiten Motors/Generators zu verringern.
In einem anderen Aspekt der Erfindung stellt die Ausrückung des ersten und zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus und die Einrückung des dritten Drehmomentübertragungsmechanismus einen neutralen Batterielademodus als einen der neutralen Modi her, wobei der neutrale Batterielademodus dazu dient, die Energiespeichereinrichtung aufzuladen.
In einem anderen Aspekt der Erfindung ist das EVT betreibbar, um die Maschine zu starten, während sich das EVT in dem rein elektrischen Ein-Motor-Modus befindet, wodurch in den Reihenmodus übergegangen wird, und ist darüber hinaus betreibbar, um direkt von dem Reihenmodus in einen Modus mit Ausgangsleistungsverzweigung überzugehen, in dem zeitweilig der Drehmomentübertragungsmechanismus ausgerückt wird, während es sich in dem Reihenmodus befindet, um zuzulassen, dass das Getriebe synchron in den Modus mit Ausgangsleistungsverzweigung schalten kann, ohne zu erfordern, dass die Maschinendrehzahl auf Null abfällt.
In einem anderen Aspekt der Erfindung umfassen die EVT-Modi einen rein elektrischen Zwei-Motor-Modus, und das EVT ist betreibbar, um direkt von dem rein elektrischen Zwei-Motor-Modus in den Modus mit Ausgangsleistungsverzweigung über zumindest eines von einem Online-Start, einem Offline-Start mit einem Kupplung/Kupplung-Schalten und einem Offline-Start mit einem synchronen Schalten überzugehen.
In einem anderen Aspekt der Erfindung ist eine Energiespeichereinrichtung funktional mit dem ersten und zweiten Motor/Generator verbunden, um diesen Leistung zu liefern und von diesen Leistung aufzunehmen. Die Energiespeichereinrichtung ist funktional mit einer außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Leistungsversorgung zu deren Wiederaufladen verbindbar, und die Einrückung von zweien der Drehmomentübertragungsmechanismen stellt einen rein elektrischen Modus her, in dem das Antriebselement nicht rotiert und der zweite Motor/Generator als Motor wirkt, wobei Leistung von der wiederaufgeladenen Energiespeichereinrichtung benutzt wird, um Antriebsdrehmoment an dem Abtriebselement bereitzustellen.
In einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst der erste Planetenradsatz ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Träger, wobei das Sonnenrad ständig mit dem zweiten Motor/Generator verbunden ist, das Hohlrad selektiv mit dem ersten Motor/Generator durch den zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus verbindbar ist und selektiv mit dem feststehenden Element durch den ersten Drehmomentübertragungsmechanismus verbindbar ist, und der Träger ständig mit dem Abtriebselement verbunden ist.
In einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst ein Hybridantriebsstrang ein EVT, eine Maschine, ein Antriebselement des EVT, ein Abtriebselement des EVT, ein feststehendes Element des EVT, einen Achsantriebszahnradsatz und einen ersten und zweiten Motor/Generator. Der Antriebsstrang umfasst ferner eine Energiespeichereinrichtung, die funktional mit dem ersten und zweiten Motor/Generator verbunden ist, um dem ersten und zweiten Motor/Generator Leistung zu liefern und von diesen Leistung aufzunehmen, wobei die Energiespeichereinrichtung funktional mit einer außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Leistungsversorgung zu deren Wiederaufladen verbindbar ist.
Der Hybridantriebsstrang umfasst ferner einen ersten Planetenradsatz, der durch einen ersten Dreiknotenhebel eines Hebeldiagramms darstellbar ist, der einen ersten, zweiten und dritten Knoten aufweist, und einen Achsantriebszahnradsatz. Das Abtriebselement ist ständig mit dem Achsantriebszahnradsatz verbunden, und erste Motor/Generator und das Antriebselement sind selektiv mit dem dritten Knoten verbindbar. Der zweite Motor/Generator ist ständig mit dem ersten Knoten verbunden, der zweite Knoten ist ständig zur gemeinsamen Rotation mit dem Abtriebselement verbunden.
Ein erster Drehmomentübertragungsmechanismus ist selektiv einrückbar, um den dritten Knoten mit dem feststehenden Element zu verbinden. Ein zweiter Drehmomentübertragungsmechanismus ist selektiv einrückbar, um den ersten Motor/Generator mit dem dritten Knoten zu verbinden. Ein dritter Drehmomentübertragungsmechanismus ist selektiv einrückbar, um das Antriebselement mit dem ersten Motor/Generator zu verbinden, wobei die Einrückung von ausgewählten von dem ersten, zweiten und dritten Drehmomentübertragungsmechanismus alleine oder in unterschiedlichen Kombinationen mehrere rein elektrische Vorwärtsmodi, einen Reihenmodus, einen Modus mit Ausgangsleistungsverzweigung und mehrere neutrale Modi herstellt. Die Einrückung des ersten Drehmomentübertragungsmechanismus und die Ausrückung des zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus stellt einen rein elektrischen Modus her, in dem das Antriebselement nicht rotiert und der zweite Motor/Generator als Motor wirkt, wobei er Leistung von der wiederaufgeladenen Energiespeichereinrichtung benutzt, um Antriebsdrehmoment an dem Abtriebselement bereitzustellen.
Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Ausführungsarten der Erfindung, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen werden, deutlich werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Getriebes in Hebeldiagrammform, das einen Dreiknotenhebel aufweist, und einer Achsantriebsanordnung;
2 ist ein Stickdiagramm einer Ausführungsform des Getriebes von 1;
3a ist eine Wahrheitstabelle für das in 1 gezeigte Getriebe;
3b ist eine Wahrheitstabelle für ein alternatives Getriebe, das in 5b gezeigt ist;
4a–4c sind schematische Darstellungen von unterschiedlichen außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Leistungsversorgungssystemen zum Laden einer Batterie, die mit den Motoren/Generatoren in den Getriebeausführungsformen der 2, 5a und 5b verwendet werden;
5a ist ein Stickdiagramm einer alternativen Ausführungsform des Getriebes von 3; und
5b ist ein Stickdiagramm einer alternativen Ausführungsform des Getriebes von 5a.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In den Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen auf gleiche Komponenten verweisen, veranschaulicht 1 einen Hybridantriebsstrang 10 mit einer Maschine 12, die mit einem elektrisch verstellbaren Getriebe 14 verbunden ist. Das Getriebe 14 ist konstruiert, um mindestens einen Teil seiner Antriebsleistung von der Maschine 12 in einer Vielfalt seiner verschiedenen Betriebsmodi aufzunehmen, wie es nachstehend anhand der 3a und 3b besprochen wird. Die Maschine 12 weist eine Abtriebswelle oder ein Abtriebselement auf, das als ein Antriebselement 16 des Getriebes 14 dient. Eine Achsantriebseinheit oder -anordnung 17 ist funktional mit einer Abtriebswelle oder einem Abtriebselement 18 des Getriebes 14 verbunden.
Das Getriebe 14 umfasst einen Dreiknotenhebel 20, der einen ersten Planetenradsatz darstellt, der ein erstes, zweites und ein drittes Element aufweist, die jeweils durch Knoten A, B bzw. C dargestellt sind. Die Elemente können ein Hohlrad, ein Sonnenrad und ein Träger sein, obwohl nicht notwendigerweise in dieser besonderen Reihenfolge. Wie es hierin verwendet wird, ist ein "Knoten" ein Bauteil eines Getriebes, wie etwa ein Hohlrad, ein Träger oder ein Sonnenrad, das sich durch eine Drehzahl auszeichnet und das als eine Übergangsstelle von Drehmomenten wirken kann, die auf dieses Bauteil von anderen Bauteilen und durch dieses Bauteil auf andere Bauteile aufgebracht werden. Die anderen Bauteile, die mit einem gegebenen Knoten in Wechselwirkung stehen können, umfassen andere koaxiale Elemente des gleichen Satzes Planetenräder, die als weitere Knoten an dem gleichen Hebel erscheinen. Die anderen Bauteile, die mit einem gegebenen Knoten in Wechselwirkung stehen können, umfassen auch Verbindungen mit Elementen von anderen Planetenradsätzen, die als Knoten an einem anderen Hebel (nicht gezeigt) erscheinen, wie sie etwa in einer Achsantriebsanordnung 17 enthalten sein können, ein feststehendes Element 84, wie etwa ein Getriebekasten, und andere Getriebeelemente, wie etwa ein Antriebselement 16 oder ein Abtriebselement 18. Wie es oben angegeben ist, kann die Achsantriebsanordnung 17 innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung einen Planetenradsatz, einen oder mehrere Parallelwellen-Zahnradsätze (nicht gezeigt) und/oder einen Kettenübertragungsmechanismus (nicht gezeigt) umfassen.
Das Getriebe 14 weist mehrere Verbindungen auf. Ein Motor/Generator 82 (der auch als M/G B bezeichnet ist) ist ständig mit dem Knoten A des Hebels 20 verbunden. Der Knoten B ist ständig mit dem Abtriebselement 18 zur gemeinsamen Rotation damit verbunden. Das Antriebselement 16 ist ständig mit der Maschine 12 verbunden. Ein weiterer Motor/Generator 80 (der auch als M/G A bezeichnet ist) ist selektiv mit dem Knoten C des Hebels 20 zur gemeinsamen Rotation damit verbindbar. Schließlich kann das Antriebselement 16 entweder selektiv mit dem Motor/Generator 80 (M/G A) verbindbar sein oder kann alternativ ständig mit dem Motor/Generator 80 (M/G A) verbindbar sein, wie es gestrichelt gezeigt ist und wie es nachstehend beschrieben wird.
Das Getriebe 14 weist auch mehrere selektiv einrückbare Drehmomentübertragungsmechanismen auf, die verschiedene Fahrzeugbetriebsmodi bereitstellen, wie es nachstehend beschrieben ist. Ein Drehmomentübertragungsmechanismus C3, der eine rotierende Kupplung ist, die nachstehend der Einfachheit halber als Kupplung C3 bezeichnet ist, ist selektiv einrückbar, um das Antriebselement 16 mit dem Motor/Generator 80 (M/G A) zu verbinden. Ein Drehmomentübertragungsmechanismus C2, auch eine rotierende Kupplung und nachstehend der Einfachheit halber als Kupplung C2 bezeichnet, ist selektiv einrückbar, um den Motor/Generator 80 (M/G A) mit dem Knoten C des Hebels 20 zu verbinden. Ein Drehmomentübertragungsmechanismus C1, der nachstehend der Einfachheit halber als Bremse C1 bezeichnet ist, ist selektiv einrückbar, um den Knoten C des Hebels 20 an dem feststehenden Element 84, wie etwa einen Kasten oder Gehäuse für das Getriebe 14, auf Masse festzulegen.
In 2 ist ein Stickdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform eines Getriebes 14 des Antriebsstrangs 10 gezeigt, wobei der Motor/Generator 80 (M/G A) selektiv mit dem Antriebselement 16 und somit mit der Ma schine 12 durch die Kupplung C3 verbindbar ist. Der Motor/Generator 80 (M/G A) ist selektiv mit einem äußeren Hohlrad 70 eines Planetenradsatzes 78 verbindbar, wobei das Hohlrad 70 selektiv mit dem feststehenden Element 84 über die Bremse C1 verbindbar ist. Der Motor/Generator 82 (M/G B) ist ständig mit einem inneren Sonnenrad 71 über ein Verbindungselement 75 verbindbar, um in Verbindung mit diesem zu rotieren. Ein Träger 72 ist funktional mit der Achsantriebsanordnung 17 durch das Abtriebselement 18 verbunden.
Der Antriebsstrang 10 weist bevorzugt eine im Fahrzeug befindliche Energiespeichereinrichtung 86 auf, die nachstehend der Einfachheit halber mit ESD 86 abgekürzt ist, die funktional mit einem jeden der jeweiligen Motoren/Generatoren 80, 82 verbunden ist, sodass die Motoren/Generatoren 80, 82 selektiv Leistung zu der ESD 86 übertragen oder von dieser Leistung aufnehmen können. So wie sie hierin verwendet wird, ist eine "im Fahrzeug befindliche" Energiespeichereinrichtung eine beliebige Energiespeichereinrichtung, die an dem Fahrzeug (nicht gezeigt) montiert ist, an dem der Antriebsstrang 10 mit den Motoren/Generatoren 80 und 82 ebenfalls montiert ist. Die ESD 86 kann beispielsweise eine oder mehrere Batterien oder Batteriepakete sein. Andere im Fahrzeug befindliche Energiespeichereinrichtungen, wie etwa Brennstoffzellen oder Kondensatoren, die die Fähigkeit haben, ausreichend elektrische Leistung bereitzustellen und/oder zu speichern und abzugeben, können in Kombination oder anstelle von Batterien verwendet werden.
Eine elektronische Steuereinheit oder ein Controller 88 ist funktional mit der ESD 86 verbunden, um die Verteilung von Leistung zu oder von der ESD 86 wie notwendig zu steuern. Die ESD 86 und der Controller 88 sind mit Bezug auf die Ausführungsformen der 2, 5a und 5b gezeigt und beschrieben. Betriebsdaten, die von Sensoren gesammelt werden, wie etwa die Drehzahl des Antriebselements 16 und des Abtriebselements 18, können dem Controller 88 ebenfalls zu verschiedenen Zwecken geliefert werden, etwa wenn in einem Modus mit regenerativem Bremsen gearbeitet wird. Wie es Fachleute verstehen werden, kann die Fähigkeit eines regenerativen Bremsens unter Verwendung des Controller 88 bewerkstelligt werden, um Drehmoment von der Maschine 12, von dem Motor/Generator 80 (M/G A) und von dem Motor/Generator 82 (M/G B) während des Bremsens ins Gleichgewicht zu bringen und somit die gewünschte Verzögerungsrate des Abtriebselements 18 bereitzustellen.
Die ESD 86 ist bevorzugt mit einem DC/AC-Leistungswechselrichter 90 verbunden, der in 2 der Einfachheit halber mit "Wechselrichter" gekennzeichnet ist, und ist auch bevorzugt konfiguriert, um von einem außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Leistungsversorgungssystem 91 wieder aufgeladen werden zu können, wenn es mit einem Plug-In- oder Einsteckhybridfahrzeug verwendet wird. So wie es hierin verwendet wird, ist eine "außerhalb des Fahrzeugs befindliche" Leistungsversorgung eine Leistungsversorgung, die nicht an dem Fahrzeug (nicht gezeigt) mit dem Antriebsstrang 10 montiert ist, nicht einstückig mit dem Getriebe 14 ist und funktional mit der ESD 86 nur während deren Wiederaufladen verbunden ist, wie es etwa bei einer Einsteck-Hybridfahrzeuganwendung auftreten würde. Unterschiedliche, außerhalb des Fahrzeugs befindliche Leistungsversorgungssysteme, die eine Verbindungsmöglichkeit zwischen der ESD 86 und einem außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Leistungsversorgungssystem 91 zum Wiederaufladen der ESD 86 herstellen, sind mit Bezug auf 4a, 4b und 4c gezeigt und beschrieben.
In 4a ist ein außerhalb des Fahrzeugs befindliches Leistungsversorgungssystem 91 veranschaulicht. Das außerhalb des Fahrzeugs befindliche Leistungsversorgungssystem 91 umfasst eine außerhalb des Fahr zeugs befindliche Leistungsversorgung 92 und ein außerhalb des Fahrzeugs befindliches Ladegerät 94, das funktional mit der außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Leistungsversorgung 92 verbunden ist, die sich beide außerhalb eines Fahrzeugs (d. h. nicht im Fahrzeug montiert) befinden, das irgendeine der hierin beschriebenen Getriebeausführungsformen aufweist. Stattdessen gestattet eine im Fahrzeug befindliche/außerhalb des Fahrzeugs befindliche leitfähige Schnittstelle 96, wie etwa eine elektrische Steckdose und ein elektrischer Stecker eine selektive Verbindung der außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Komponenten (die außerhalb des Fahrzeugs befindliche Leistungsversorgung 92 und das außerhalb des Fahrzeugs befindliche Ladegerät 94) mit der im Fahrzeug befindlichen ESD 86, wahlweise durch einen im Fahrzeug befindlichen Gleichrichter 98, der nur notwendig ist, wenn das Ladegerät 94 Wechselstrom zuführt. Die hierin beschriebenen Getriebeausführungsformen, die ein derartiges außerhalb des Fahrzeugs befindliches Leistungsversorgungssystem 91 benutzen, können als Plug-In- oder Einsteck-Hybridgetriebe bezeichnet werden. Das Ladegerät 94 ist ein außerhalb des Fahrzeugs befindliches Ladegerät vom leitfähigen Typ, das den Fluss elektrischer Leistung von der außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Leistungsversorgung 92 zu der ESD 86 regelt. Wenn die ESD 86 ausreichend wiederaufgeladen ist, wird die Verbindung durch die Schnittstelle 96 beendet, und die wiederaufgeladene ESD 86 wird dann wie hierin besprochen verwendet, um die Motoren/Generatoren 80, 82 mit Leistung zu beaufschlagen, wie etwa in dem rein elektrischen Modus.
In 4b ist ein alternatives, außerhalb des Fahrzeugs befindliches Leistungsversorgungssystem 91A veranschaulicht, das ein außerhalb des Fahrzeugs befindliches Ladegerät 94A vom induktiven Typ verwendet, um den Fluss von Leistung von einer außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Leistungsversorgung 92A durch eine im Fahrzeug befindliche/außerhalb des Fahrzeugs befindliche induktive Schnittstelle 96A zu der ESD 86 zu regeln. Der Leistungsfluss von der induktiven Schnittstelle 96A erfolgt wahlweise durch einen im Fahrzeug befindlichen Gleichrichter 98A, der erforderlich ist, wenn das Ladegerät 94A Wechselstrom liefert. Das außerhalb des Fahrzeugs befindliche induktive Ladegerät 94A kann eine elektrische Spule sein, die ein Magnetfeld herstellt, wenn sie durch die außerhalb des Fahrzeugs befindliche Leistungsversorgung 92A mit Leistung beaufschlagt wird. Die induktive Schnittstelle 96A kann eine komplementäre Spule sein, die die außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Komponenten (die außerhalb des Fahrzeugs befindliche Leistungsversorgung 92A und das außerhalb des Fahrzeugs befindliche induktive Ladegerät 94A) mit den im Fahrzeug befindlichen Komponenten (im Fahrzeug befindliche Gleichrichter 98A und ESD 86) verbindet, wenn sie während des Wiederaufladens nahe genug in dem außerhalb des Fahrzeugs befindlichen induktiven Ladegerät 94A positioniert ist, um zuzulassen, dass ein Magnetfeld, das durch elektrische Leistung, die in dem induktiven Ladegerät 94A fließt, erzeugt wird, bewirkt, dass elektrische Leistung zu dem in dem im Fahrzeug befindlichen Gleichrichter 98A und dann zu der Batterie 86 fließt. Wenn die ESD 86 ausreichend wiederaufgeladen ist, wird die induktive Schnittstelle 96A nicht länger in der Nähe des außerhalb des Fahrzeugs befindlichen induktiven Ladegeräts 94A positioniert, und die wiederaufgeladene ESD 86 wird dann wie hierin besprochen dazu verwendet, die Motoren/Generatoren 80, 82 mit Leistung zu beaufschlagen, wie etwa in dem rein elektrischen Modus.
In 4c ist ein alternatives, außerhalb des Fahrzeugs befindliches Leistungsversorgungssystem 91B veranschaulicht, das eine außerhalb des Fahrzeugs befindliche Leistungsversorgung 92B und ein im Fahrzeug befindliches Ladegerät 98B sowie eine Schnittstelle 96B, wie etwa eine elektrische Steckdose oder ein elektrischer Stecker verwendet, welche eine se lektive Verbindung der außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Komponente (die außerhalb des Fahrzeugs befindliche Leistungsversorgung 92B) mit dem im Fahrzeug befindlichen Ladegerät 98B gestattet. Das im Fahrzeug befindliche Ladegerät 98B ist mit einer im Fahrzeug befindlichen ESD 86 verbindbar (siehe 2, 5a und 5b). Die hierin beschriebenen Getriebeausführungsformen, die ein derartiges außerhalb des Fahrzeugs befindliches Leistungsversorgungssystem 91B benutzen, können als Plug-In- oder Einsteck-Hybridgetriebe bezeichnet werden. Das Ladegerät 98B ist ein im Fahrzeug befindliches Ladegerät vom leitfähigen Typ, das den Fluss elektrischer Leistung von der außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Leistungsversorgung 92B zu der ESD 86 regelt. Wenn die ESD 86 ausreichend wiederaufgeladen ist, wird die Verbindung durch die Schnittstelle 96B beendet, und die wiederaufgeladene ESD 86 wird wie hierin besprochen dazu verwendet, die Motoren/Generatoren 80, 82 mit Leistung zu beaufschlagen, wie etwa in dem rein elektrischen Modus.
Mit Bezug auf die in 3a gezeigte Wahrheitstabelle werden die folgenden sechs Betriebsmodi des Antriebsstrangs 10 der 1 und 2 sowie der 5a und 5b, die nachstehend beschrieben sind, zusammengefasst, worauf eine ausführliche Beschreibung folgt. Modus 1 (rein elektrischer 1-Motor-Modus) ist ein rein elektrischer Modus, der normalerweise bei ausgeschalteter Maschine 12 verwendet wird, der aber kurz bei eingeschalteter Maschine 12 während Modusübergängen verwendet werden kann, wie es hierin beschrieben ist. Modus 2 (Reihenmodus) ist ein elektrisch verstellbarer Reihenmodus, der normalerweise verwendet wird, wenn die Maschine 12 eingeschaltet ist, oder wenn die Maschine 12 gestartet oder gestoppt wird.
Modus 3 (Modus mit Ausgangsleistungsverzweigung) ist ein Hochbereichsmodus mit Ausgangsleistungsverzweigung, der bei relativ hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten und/oder geringen Fahrzeuglasten verwendbar ist. Dieser Modus wird normalerweise auch verwendet, wenn die Maschine 12 eingeschaltet ist, oder wenn die Maschine 12 gestartet oder gestoppt wird, wie es hierin beschrieben ist. Modus 4 (Neutral) ist ein Modus, der bewirkt, dass der Motor/Generator 82 (M/G B) von dem Abtriebselement 18 getrennt wird. Modus 5 (Neutral/Batterielademodus) ermöglicht es, dass die ESD 86 (siehe 2) aufgeladen wird, indem der Motor/Generator 80 (M/G A) selektiv mit der Maschine 12 verbunden wird. Schließlich lässt Modus 6 (rein elektrischer 2-Motor-Modus) zu, dass beide Motoren/Generatoren 80 und 82 (M/G A bzw. M/G B) einem Teil des Fahrzeugsantriebsdrehmoments entgegenwirken, was zulässt, dass die Drehzahl jedes Motors/Generators 80 und 82 verändert werden kann, um Leistung zwischen den Motoren 80 und 82 aufzuteilen, sowie Verluste in den Motoren/Generatoren 80, 82 und dem Getriebe 14 zu minimieren.
Bei in Ruhe befindlichem Fahrzeug (nicht gezeigt) befindet sich das Getriebe 14 (siehe 1 und 2) zu Beginn in Modus 1 (rein elektrischer 1-Motor-Modus), wobei die Kupplung C2 ausgerückt bist. Der Motor/Generator 82 (M/G B) fährt das Fahrzeug an, das dann durch allein elektrische Mittel unter Verwendung des Motors/Generators 82 (M/G B) angetrieben werden kann. Die obere Drehzahl eines Fahrzeugs, das in Modus 1 (rein elektrischer 1-Motor-Modus) sowie in Modus 2 (Reihenmodus), der nachstehend beschrieben wird, arbeitet, ist deshalb durch eine maximale Entwurfsdrehzahl des Motors/Generators 82 (M/G B) begrenzt, der auch wie notwendig verwendet werden kann, um ein Fahrzeug, das den Antriebsstrang 10 anwendet, zu bremsen. Da keine Rutschkupplungen verwendet werden, während man sich in Modus 1 (rein elektrischer 1-Motor-Modus) befindet, kann dadurch der Wirkungsgrad des Modus 1 maximiert werden.
Bei relativ hohen Raten einer Fahrzeugdrehzahl/-geschwindigkeit wird der Motor/Generator 82 (M/G B) mit hohen Drehzahlen betrieben, wenn sich der Antriebsstrang 10 in Modus 1 (rein elektrischer 1-Motor-Modus) befindet. Diese Situation kann zu einem relativ ineffizienten Betrieb unter geringen Lasten führen, insbesondere bei bestimmten üblichen Motortypen oder -konstruktionen. Um Motorverluste zu verringern oder zu minimieren und/oder die Drehzahl des Motors 82 zu anderen Zwecken oder Funktionen zu reduzieren, kann der Antriebsstrang 10 alternativ in Modus 6 (rein elektrischer 2-Motor-Modus) betrieben werden. Um direkt von dem Modus 1 (rein elektrischer 1-Motor-Modus) in den Modus 6 (rein elektrischer 2-Motor-Modus) überzugehen, wird die Bremse C1 geöffnet oder ausgerückt, während die Kupplung C2 geschlossen oder eingerückt wird. Auf diese Weise wird Drehmoment an Motor/Generator 80 (M/G A) befohlen, um dem Drehmoment, das von dem Motor/Generator 82 (M/G B) bereitgestellt wird, entgegenzuwirken.
Der Motor/Generator 80 (M/G A) kann dann auf eine Drehzahl beschleunigt werden, die ausreicht, um das gewünschte Leistungsverhältnis zwischen den Motoren/Generatoren 80 und 82 bereitzustellen, und/oder auf eine ausreichende Drehzahl, die Verluste zwischen den Motoren/Generatoren 80 und 82 minimiert. Da die jeweiligen Drehmomente der Motoren 80 und 82 proportional zu einem verfügbaren Abtriebsdrehmoment des Getriebes 14 sind, werden Fachleute erkennen, dass das Drehzahlverhältnis von Motor/Generator 80 (M/G A) zu Motor/Generator 82 (M/G B) die Leistungszuteilung zwischen den Motoren/Generatoren 80 und 82 geeignet bestimmt. Der Modus 6 (rein elektrischer 2-Motor-Modus) ist auch zweckmäßig, um die Verluste zwischen den Motoren/Generatoren 80 und 82 wie oben angeführt aufzuteilen, wobei eine verbesserte kontinuierliche Leistungsfähigkeit bereitgestellt wird, da die Kühlung über zwei Motoren statt nur über einen durchgeführt wird, wodurch sich eine proportional größere Kühlfähigkeit ergibt.
Wenn es erwünscht ist, die Maschine zu starten, während sie sich in Modus 1 (rein elektrischer 1-Motor-Modus) befindet, wird positives Drehmoment an dem Motor/Generator 80 (M/G A) befohlen, wodurch bewirkt wird, dass die Drehzahl der Maschine 12 in einer positiven Richtung zunimmt. Sobald die Maschine 12 ihre Betriebsdrehzahl erreicht, beginnt sie Drehmoment zu erzeugen. Der Motor/Generator 80 (M/G A) kann dann in ein negatives Drehmoment übergehen, wobei er als Generator wirkt, um dadurch den Antriebsstrang 10 in Modus 2 (Reihenmodus) zu betreiben. Da der Motor/Generator 82 (M/G B) in der Lage ist, die vollen Traktionsbedürfnisse des Fahrzeugs (nicht gezeigt) zu erfüllen, ist eine maximale Flexibilität für das Aufwärmen der Maschine 12 möglich, um die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu maximieren und Kaltstartemissionen zu minimieren.
Wenn es stattdessen erwünscht ist, die Maschine 12 zu starten, während sie sich in Modus 6 (rein elektrischer 2-Motor-Modus) befindet, kann der Antriebsstrang 10 direkt in Modus 3 (Modus mit Ausgangsleistungsverzweigung) überführt werden, indem die Kupplung C3 geschlossen wird, wodurch bewirkt wird, dass die Maschine 12 startet. Alternativ kann der Antriebsstrang 10 synchron zu Modus 1 (rein elektrischer 1-Motor-Modus) geschaltet werden, und die Maschine 12 kann wie oben erläutert gestartet werden.
Für Fahr- oder Reisebedingungen kann das Getriebe 14 von Modus 2 (Reihenmodus) in Modus 3 (Modus mit Ausgangsleistungsverzweigung) geschaltet werden, indem die Bremse C1 gelöst und die Kupplung C2 eingerückt wird. Dies kann als ein herkömmliches Kupplung-Kupplung- Schalten unter Last implementiert sein. Alternativ kann die Kupplung C3 gelöst werden, um eine unabhängige Steuerung der Drehzahl der Maschine 12 und des Motors/Generators 80 (M/G A) während eines Schaltens des Getriebes 14 zuzulassen und somit zuzulassen, dass das Schalten synchron ausgeführt werden kann, ohne zu erfordern, dass die Drehzahl der Maschine 12 auf Null verringert werden muss.
In Modus 3 (Modus mit Ausgangsleistungsverzweigung) arbeitet der Antriebsstrang 10 in einer Konfiguration mit Ausgangsleistungsverzweigung. In Modus 3 erzeugt der Motor/Generator 80 (M/G A) normalerweise einen Teil des Maschinendrehmoments, der zu dem Motor/Generator 82 (M/G B) übertragen wird. Der Antriebsstrang 10 weist einen mechanischen Punkt bei dem Verhältnis auf, an dem der Motor/Generator 82 eine Drehzahl von Null aufweist. Für alle Verhältnisse unter diesem Wert wird Leistung in die Vorwärtsrichtung fließen. Für Verhältnisse oberhalb dieses Wertes wird die Drehzahl des Motors/Generators 82 (M/G B) negativ sein, was normalerweise bewirkt, dass er Strom erzeugt und dem Motor/Generator 80 (M/G A) Leistung zuführt. Abhängig von dem Betrag an Batterielade- oder -entladeleistung ist es möglich, dass beide Motoren/Generatoren 80 und 82 gleichzeitig Strom erzeugen oder als Motor arbeiten.
Zur Beschleunigung kann der Antriebsstrang 10 von Modus 3 (Modus mit Ausgangsleistungsverzweigung) in Modus 2 (Reihenmodus) schalten, indem die Kupplung C2 gelöst und die Bremse C1 eingerückt wird. Dies kann als ein herkömmliches Kupplung/Kupplung-Schalten unter Last implementiert sein. Alternativ kann die Kupplung C3 gelöst werden, um eine unabhängige Steuerung der Drehzahl der Maschine 12 und des Motors/Generators 80 (M/G A) während eines Schaltens des Getriebes 14 zuzulassen. Auf diese Weise wird zugelassen, dass Trägheit und Drehmoment des Motors/Generators 80 (M/G A) dem Motor/Generator 80 (M/G B) entgegenwirken, da die Drehzahl des Motors/Generators 80 (M/G A) während des Schaltereignisses auf Null abnimmt, ohne eine Abnahme der Drehzahl der Maschine 12 zu erfordern, wodurch die Abtriebsdrehmomentfähigkeit während des Schaltens erhöht wird und ein Maschinenverhalten bereitgestellt wird, das von einem Führer eines Fahrzeugs (nicht gezeigt), das den Antriebsstrang 10 der Erfindung aufweist, erwartet wird.
Der Antriebsstrang 10 kann durch mehrere unterschiedliche Mittel aus dem Modus 1 (rein elektrischer 1-Motor-Modus) gestartet und direkt in Modus 3 (Modus mit Ausgangsleistungsverzweigung) überführt werden. Für einen Online-Start werden die Kupplungen C2 und C3 geschlossen, während die Maschine 12 und der Motor/Generator 80 (M/G A) eine Drehzahl von Null aufweisen, und die Bremse C1 wird geöffnet. Anschließend wird ein positives Drehmoment an dem Motor/Generator 80 (M/G A) befohlen, um ein ausreichendes Reaktionsdrehmoment an einem Planetenradsatz bereitzustellen, der durch Hebel 20 (siehe 1) dargestellt ist, sowie um die Maschine 12 zu beschleunigen. Sobald die Maschine 12 die Betriebsdrehzahl erreicht, beginnt die Maschine 12 Drehmoment zu erzeugen, um das Drehmoment von dem Motor/Generator 80 (M/G A) kann weggenommen werden.
Alternativ wird für einen Offline-Start mit einem Kupplung/Kupplung-Schalten die Kupplung C3 geschlossen und die Kupplung C2 geöffnet, während der Motor/Generator 80 (M/G A) und die Maschine 12 eine Drehzahl von Null aufweisen. An dem Motor/Generator 80 (M/G A) wird ein positives Drehmoment befohlen, um die Maschine 12 zu starten, während die Maschine 12 getrennt ist. Sobald die Maschine 12 gestartet ist, wird ein Kupplung/Kupplung-Schalten von Modus 2 (Reihenmodus) in Modus 3 (Modus mit Ausgangsleistungsverzweigung) ausgeführt, indem die Bremse C1 geöffnet und die Kupplung C2 geschlossen wird.
Schließlich wird für einen Offline-Start mit einem synchronen Schalten die Kupplung C3 geschlossen und die Kupplung C2 geöffnet, während der Motor/Generator 80 (M/G A) und die Maschine 12 eine Drehzahl von Null aufweisen. Ein positives Drehmoment wird an dem Motor/Generator 80 (M/G A) befohlen, um die Maschine 12 zu starten, während die Maschine 12 getrennt ist. Sobald die Maschine 12 gestartet ist, wird die Kupplung C3 geöffnet, der Motor/Generator 80 (M/G A) wird auf eine Drehzahl von Null verzögert, und die Kupplung C2 wird geschlossen, während die Bremse C1 geöffnet wird. Anschließend wird positives Drehmoment an dem Motor/Generator 80 (M/G A) befohlen, um dem Drehmoment des Motors/Generators 82 (M/G B) entgegenzuwirken, und um auf die Maschinendrehzahl zu beschleunigen, an welchem Punkt die Kupplung C3 geschlossen wird, um die Maschine 12 in Eingriff zu bringen.
Der Antriebsstrang 10 umfasst einen Modus mit Ausgangsleistungsverzweigung in Modus 3, wie es vorstehend beschrieben ist, und daher kann Leistung von der Maschine 12 und von den Motoren/Generatoren 80, 82 additiv mit Verhältnissen kombiniert werden, die unter dem mechanischen Punkt liegen, um sowohl Batterie- als auch Maschinenleistung, d. h. Leistung von der ESD 86 (siehe 2) und der Maschine 12, zu benutzen. Beispielsweise sind bei einem Getriebeverhältnis von 1:1 die Drehzahlen der Motoren/Generatoren 80, 82 und der Maschine 12 alle gleich der Abtriebsdrehzahl, und die Motoren/Generatoren 80, 82 und die Maschine 12 können daher kombiniert werden, um ein hohes Fahrzeugleistungsvermögen bereitzustellen.
In 5a ist eine alternative Ausführungsform des Antriebsstrangs 10 von 2 gezeigt, in der eine alternative Kupplung oder Bremse C1A, die entweder als Reibungskupplung oder als Klauenkupplung ausgestaltet sein kann, in Verbindung mit einer Einwegkupplung D1 verwendet wird. Die Bremse C1A und die Einwegkupplung D1 sind parallel angeordnet, um Verluste in dem Getriebe 14 weiter zu verringern. Eine derartige parallele Anordnung kann beispielsweise die Notwendigkeit für ein Zuteilen von Hydraulikdruck zum Halten der Bremse C1 der 1 und 2 in einer geschlossenen Position, wenn der Antriebsstrang 10 in Modus 1 (rein elektrischer 1-Motor-Modus) betrieben wird, minimieren oder beseitigen. Die Bremse C1A ermöglicht einen Vorwärtsbetrieb mit niedrigem Verlust, eine regenerative Bremsfunktionalität und einen Rückwärtsfahrzeugbetrieb. Eine derartige Einwegkupplungskonfiguration würde eine positive Synchronisation über die Bremse C1A hinweg zulassen, die selbst die Verwendung einer Klauenkupplung darin ermöglichen würde. Alternativ kann die Funktionalität der Bremse C1A und der Einwegkupplung D1 durch eine einzige Vorrichtung bereitgestellt werden, wie etwa eine verriegelbare Einwegkupplung, wie es Fachleute verstehen werden.
Unter erneuter Bezugnahme auf die 1 und 2 ist eine alternative Zweikupplungsausführungsform des Antriebsstrangs 10 von 1 gestrichelt gezeigt, wobei die Kupplung C3 von dem Getriebe 14 entfernt ist, um zuzulassen, dass die Maschine 12 ständig mit dem Motor/Generator 80 (M/G A) durch das Antriebselement 16 verbunden sein kann. In 3B ist eine Wahrheitstabelle für diese alternative Zweikupplungsausführungsform gezeigt, die fünf anstelle von sechs Betriebsmodi bereitstellt. Die fünf Betriebsmodi sind zusammengefasst als Modus 1 (rein elektrischer 1-Motor-Modus), Modus 2 (Reihenmodus), Modus 3 (Modus mit Ausgangsleistungsverzweigung), Modus 4 (neutraler Modus) und Modus 5 (Neutral/Batterielademodus).
Bei der Verwendung dieser alternativen Zweikupplungsausführungsform ist der Modus 6 (siehe 3a) aufgrund der ständigen Verbindung zwi schen dem Antriebselement 16 und dem Knoten C nicht möglich, wobei gemeinsam mit der bevorzugten hinzugefügten Funktionalität das Vorhandensein der Kupplung C3 den Antriebsstrang 10 vergrößert. Jedoch kann die alternative Zweikupplungsausführungsform, die die Kupplung C3 weglässt, für bestimmte Zwecke bevorzugt sein, wie etwa um die Konstruktion des Antriebsstrangs 10 zu vereinfachen, während dennoch bestimmte Betriebsmodi ermöglicht werden. Beispielsweise werden bei der alternativen Ausführungsform Online- und Offline-Startbedingungen, wie sie oben beschrieben sind, weiterhin ermöglicht, was glatte Übergänge von Bedingungen mit "ausgeschalteter Maschine" zu Bedingungen mit "eingeschalteter Maschine" bereitstellt. Zusätzlich wird, wie bei der anhand der 1 und 3A beschriebenen Ausführungsform die Drehzahl des Motors/Generators 82 (M/G B) ebenfalls verringert, wenn in Modus 3 gearbeitet wird, was Verluste vermindert und Einschränkungen der oberen Drehzahl/Geschwindigkeit des Fahrzeugs aufgrund von Beschränkungen der Drehzahl des Motors/Generators 80 (M/G B) beseitigt. Wenn das Fahrzeug bevorzugt derart konstruiert ist, dass die Maschine 12 eingeschaltet ist, wenn das Fahrzeug mit relativ hohen Drehzahlen/Geschwindigkeiten fährt, werden die Drehzahlanforderungen des Motors/Generators 82 (M/G B) verringert, ebenso wie Verluste in dem Motor/Generator 82 (M/G B), und daher wird der Wirkungsgrad bei einem Betrieb mit hoher Drehzahl/Geschwindigkeit verbessert.
In 5b ist eine alternative Ausführungsform der Zweikupplungsversion des Antriebsstrangs 10, der in den 1 und 2 gezeigt ist, dargestellt, der eine optionale Einwegkupplung D1 aufweist, die parallel zu der Bremse C1A angeordnet ist, wie es zuvor oben anhand von 5a beschrieben wurde. Wie es zuvor offenbart wurde, kann die Bremse C1A entweder eine Reibungskupplung oder eine Klauenkupplung sein, die parallel zu der Einwegkupplung D1 angeordnet ist. Alternativ kann die Funktionalität der Bremse C1A und der Einwegkupplung D1 durch eine einzige Vorrichtung bereitgestellt werden, wie eine verriegelbare Einwegkupplung, wie es Fachleute verstehen werden.
Obgleich die besten Ausführungsarten der Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, werden Fachleute auf dem Gebiet, das diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur praktischen Ausführung der Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche erkennen.

Claims

Elektrisch verstellbares Getriebe (EVT), umfassend: ein Antriebselement, das für eine Wirkverbindung mit einer Maschine ausgestaltet ist; ein Abtriebselement; ein feststehendes Element; einen ersten und zweiten Motor/Generator; einen Planetenradsatz, der durch einen ersten Dreiknotenhebel darstellbar ist, der einen ersten, einen zweiten und einen dritten Knoten aufweist; und einen ersten und einen zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus, die selektiv alleine oder in unterschiedlichen Kombinationen einrückbar sind, um den dritten Knoten mit dem feststehenden Element oder mit dem ersten Motor/Generator zu verbinden, wodurch zumindest ein rein elektrischer Modus, ein Reihenmodus, ein Modus mit Ausgangsleistungsverzweigung und zumindest ein neutraler Modus hergestellt werden; wobei einer von dem ersten und zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus selektiv ausrückbar ist, um die Maschine von dem dritten Knoten zu trennen und somit ein Starten der Maschine zu ermöglichen, wenn die Maschine von dem EVT getrennt ist.
EVT nach Anspruch 1, wobei der erste Drehmomentübertragungsmechanismus selektiv einrückbar ist, um den dritten Knoten mit dem feststehenden Element zu verbinden, und der zweite Drehmomentübertragungsme chanismus selektiv einrückbar ist, um den ersten Motor/Generator mit dem dritten Knoten zu verbinden; und wobei die Einrückung des ersten Drehmomentübertragungsmechanismus zumindest einen von dem zumindest einen elektrisch verstellbaren Modus und dem Reihenmodus herstellt, wobei die Einrückung des zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus den Modus mit Ausgangsleistungsverzweigung herstellt und die Ausrückung des ersten und des zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus einen von dem zumindest einen neutralen Modus herstellt.
EVT nach Anspruch 2, das ferner einen dritten Drehmomentübertragungsmechanismus umfasst, der selektiv ausrückbar ist, um den ersten Motor/Generator von dem Antriebselement zu trennen, um einen anderen von dem zumindest einen elektrisch verstellbaren Modus herzustellen, wobei der andere von den elektrisch verstellbaren Modi ein rein elektrischer Zwei-Motor-Modus ist, um Verluste über den ersten sowie den zweiten Motor/Generator hinweg zu minimieren und eine Betriebsdrehzahl des Motors/Generators zu verringern.
EVT nach Anspruch 3, das ferner eine Energiespeichereinrichtung umfasst, wobei die Ausrückung des ersten und des zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus und die Einrückung des dritten Drehmomentübertragungsmechanismus einen von dem zumindest einen neutralen Modus herstellt, wobei der eine von dem zumindest einen neutralen Modus ein Batterielademodus ist, der dazu dient, die Energiespeichereinrichtung unter Verwendung von Leistung, die von dem ersten Motor/Generator erzeugt wird, aufzuladen.
EVT nach Anspruch 3, wobei das EVT betreibbar ist, um die Maschine zu starten, während sich das EVT in dem Reihenmodus befindet, und ferner betreibbar ist, um direkt von dem Reihenmodus in den Modus mit Ausgangsleistungsverzweigung überzugehen, indem zeitweilig der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus ausgerückt wird, während es sich in dem Reihenmodus befindet, um dadurch die Maschine von dem EVT zu entkoppeln, während synchron in den Modus mit Ausgangsleistungsverzweigung übergegangen wird.
EVT nach Anspruch 2, wobei die mehreren Drehmomentübertragungsmechanismen ferner eine Einwegkupplung umfassen, die parallel zu dem ersten Drehmomentübertragungsmechanismus angeordnet ist, und wobei der erste Drehmomentübertragungsmechanismus aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Reibungskupplung oder einer Klauenkupplung besteht.
EVT nach Anspruch 2, wobei der erste Drehmomentübertragungsmechanismus eine verriegelbare Einwegkupplung ist.
EVT nach Anspruch 2, wobei das EVT betreibbar ist, um direkt von dem rein elektrischen Ein-Motor-Modus in den Modus mit Ausgangsleistungsverzweigung über zumindest einen von einem Online-Start der Maschine, einem Offline-Start der Maschine mit einem Kupplung/Kupplung-Schalten und einem Offline-Start der Maschine mit einem synchronen Schalten überzugehen, wobei der Offline-Start der Maschine ein Start der Maschine ist, der erfolgt, während die Maschine nur mit dem ersten Motor/Generator und nicht dem Abtriebselement verbunden ist.
EVT nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Energiespeichereinrichtung, die funktional mit dem ersten und zweiten Motor/Generator verbunden ist, um dem ersten und zweiten Motor/Generator Leistung zu liefern und von diesen Leistung aufzunehmen, wobei die Energiespeichereinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie funktional mit einer außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Leistungsversorgung verbunden ist, um die Energiespeichereinrichtung wieder aufzuladen; wobei die Einrückung von zwei der Drehmomentübertragungsmechanismen einen rein elektrischen Modus herstellt, in dem das Antriebselement nicht rotiert und der zweite Motor/Generator als Motor wirkt, wobei Leistung von der wiederaufgeladenen Energiespeichereinrichtung benutzt wird, um Antriebsdrehmoment an dem Abtriebselement bereitzustellen.
EVT nach Anspruch 1, wobei der Planetenradsatz ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Träger umfasst, wobei das Sonnenrad ständig mit dem zweiten Motor/Generator verbunden ist, das Hohlrad selektiv mit dem ersten Motor/Generator durch den zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus verbindbar ist und selektiv mit dem feststehenden Element durch den ersten Drehmomentübertragungsmechanismus verbindbar ist, und der Träger ständig mit dem Abtriebselement verbunden ist.
Hybridantriebsstrang mit einem elektrisch verstellbaren Getriebe (EVT), wobei der Hybridantriebsstrang umfasst: eine Maschine; ein Antriebselement; ein Abtriebselement; ein feststehendes Element; einen ersten und zweiten Motor/Generator; eine Energiespeichereinrichtung, die funktional mit jedem von dem ersten und zweiten Motor/Generator verbunden ist, um dem ersten und zweiten Motor/Generator Leistung zu liefern und von diesen Leistung aufzunehmen, wobei die Energiespeichereinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie funktional mit einer außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Leistungsversorgung verbunden ist, um die Energiespeichereinrichtung wieder aufzuladen; und einen ersten Planetenradsatz, der durch einen Dreiknotenhebel eines Hebeldiagramms darstellbar ist, der einen ersten Knoten, einen zweiten Knoten und einen dritten Knoten aufweist; wobei der erste Motor/Generator und das Antriebselement selektiv mit dem dritten Knoten verbindbar sind, der zweite Motor/Generator ständig mit dem ersten Knoten verbunden ist, und der zweite Knoten ständig zur gemeinsamen Rotation mit dem Abtriebselement verbunden ist; einen ersten Drehmomentübertragungsmechanismus, der selektiv einrückbar ist, um den dritten Knoten mit dem feststehenden Element zu verbinden; und einen zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus, der selektiv einrückbar ist, um den ersten Motor/Generator mit dem dritten Knoten zu verbinden; wobei die Einrückung von ausgewählten von dem ersten und zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus alleine oder in unterschiedlichen Kombinationen zumindest einen rein elektrischen Vorwärtsmodus, ein Reihenmodus, einen Modus mit Ausgangsleistungsverzweigung und zumindest einen neutraler Modus herstellt.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 11, wobei das EVT betreibbar ist, um von dem Modus mit Ausgangsleistungsverzweigung in den zumindest einen rein elektrischen Vorwärtsmodus über ein synchrones Schalten in ein geeignetes Drehzahlverhältnis des EVT und Einrückung des ersten Drehmomentübertragungsmechanismus überzugehen, wobei der zumindest eine rein elektrische Vorwärtsmodus ein rein elektrischer Ein-Motor-Modus ist.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 11, der ferner einen dritten Drehmomentübertragungsmechanismus umfasst, der betreibbar ist, um einen anderen von dem zumindest einen rein elektrischen Vorwärtsmodus herzustellen, wobei der andere von den rein elektrischen Modi ein rein elektrischer Zwei-Motor-Modus ist; wobei das EVT einen rein neutralen Modus umfasst, in dem der zweite Motor/Generator von dem Abtriebselement durch Ausrückung des dritten Drehmomentübertragungsmechanismus getrennt ist, und ferner einen neutralen Batterielademodus umfasst, der dazu dient, die Energiespeichereinrichtung nach Einrückung des dritten Drehmomentübertragungsmechanismus zum Verbinden des ersten Motors/Generators mit der Maschine und Ausrückung des ersten und des zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus aufzuladen.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 11, wobei der erste Planetenradsatz ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Träger umfasst, wobei das Sonnenrad ständig mit dem zwei ten Motor/Generator verbunden ist, das Hohlrad selektiv mit dem ersten Motor/Generator durch den zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus verbindbar ist und selektiv mit dem feststehenden Element durch den ersten Drehmomentübertragungsmechanismus verbindbar ist, und der Träger ständig mit dem Abtriebselement verbunden ist.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 14, der ferner eine Einwegkupplung umfasst, wobei der erste Drehmomentübertragungsmechanismus aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Reibungskupplung und einer Klauenkupplung besteht, und wobei der erste Drehmomentübertragungsmechanismus parallel zu der Einwegkupplung angeordnet ist.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 14, wobei der erste Drehmomentübertragungsmechanismus eine verriegelbare Einwegkupplung ist, um einen Vorwärtsbetrieb mit niedrigem Verlust, eine regenerative Bremsfunktionalität und einen Rückwärtsfahrzeugbetrieb des Hybridantriebsstrangs zu ermöglichen.
Hybridantriebsstrang, umfassend: eine Maschine; ein elektrisch verstellbares Getriebe, das ein Antriebselement und ein Abtriebselement aufweist, wobei das Antriebselement selektiv mit der Maschine verbindbar ist; ein feststehendes Element; einen ersten und zweiten Motor/Generator; eine Energiespeichereinrichtung, die funktional mit jedem von dem ersten und dem zweiten Motor/Generator verbunden ist, um dem ersten und zweiten Motor/Generator Leistung zu liefern und von diesen Leistung aufzunehmen, wobei die Energiespeichereinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie funktional mit einer außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Leistungsversorgung verbunden ist, um die Energiespeichereinrichtung wieder aufzuladen; einen ersten Planetenradsatz, der durch einen Dreiknotenhebel eines Hebeldiagramms darstellbar ist, der einen ersten Knoten, einen zweiten Knoten und einen dritten Knoten aufweist; einen ersten Drehmomentübertragungsmechanismus, der selektiv einrückbar ist, um den dritten Knoten mit dem feststehenden Element zu verbinden; einen zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus, der selektiv einrückbar ist, um den ersten Motor/Generator mit dritten Knoten zu verbinden; einen dritten Drehmomentübertragungsmechanismus, der selektiv einrückbar ist, um die Maschine dem ersten Motor/Generator zu verbinden, wobei die Einrückung von ausgewählten von dem ersten, dem zweiten und dem dritten Drehmomentübertragungsmechanismus alleine oder in unterschiedlichen Kombinationen sechs Betriebsmodi herstellt, die einen rein elektrischen Ein-Motor-Modus, in dem die Maschine normalerweise ausgeschaltet ist, einen Reihenmodus, in dem die Maschine normalerweise eingeschaltet ist, einen Modus mit Ausgangsleistungsverzweigung, einen neutralen Modus, einen neutralen Batterielademodus und einen rein elektrischen Zwei-Motor-Modus, in dem die Maschine normalerweise ausgeschaltet ist, umfassen; wobei der erste Motor/Generator und das Antriebselement selektiv mit dem dritten Knoten über den zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus verbindbar sind, wobei der zweite Motor/Generator ständig mit dem ersten Knoten verbindbar ist, und der zwei te Knoten ständig zur gemeinsamen Rotation mit dem Abtriebselement verbunden ist; und wobei die Einrückung des ersten Drehmomentübertragungsmechanismus und die Ausrückung des zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus einen rein elektrischen Modus herstellen, in dem das Antriebselement nicht rotiert und der zweite Motor/Generator als Motor wirkt, wobei Leistung von der wiederaufgeladenen Energiespeichereinrichtung benutzt wird, um Antriebsdrehmoment an dem Abtriebselement bereitzustellen.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 17, wobei der erste Planetenradsatz ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Träger umfasst, wobei das Sonnenrad ständig mit dem zweiten Motor/Generator verbunden ist, das Hohlrad selektiv mit dem ersten Motor/Generator durch den zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus verbindbar ist und selektiv mit dem feststehenden Element durch den ersten Drehmomentübertragungsmechanismus verbindbar ist, und der Träger ständig mit dem Abtriebselement verbunden ist.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 18, wobei der Hybridantriebsstrang betreibbar ist, um die Maschine während des Reihenmodus zu starten, wenn die Maschine von dem ersten Planetenradsatz getrennt ist, wodurch ein optimaler Übergang von einer Bedingung mit ausgeschalteter Maschine zu einer Bedingung mit eingeschalteter Maschine bereitgestellt wird.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 17, wobei der neutrale Modus eine Bedingung beschreibt, bei der der zweite Motor/Generator von dem Abtriebselement durch Ausrü ckung des dritten Drehmomentübertragungsmechanismus getrennt ist, und wobei der neutrale Batterielademodus dazu dient, die Energieseichereinrichtung nach Einrückung des dritten Drehmomentübertragungsmechanismus zum Verbinden des ersten Motors/Generators mit der Maschine aufzuladen.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 17, der ferner eine Klauenkupplung umfasst, wobei der erste Drehmomentübertragungsmechanismus eine Einwegkupplung ist, die parallel zu der Klauenkupplung liegt, um einen Vorwärtsbetrieb mit niedrigem Verlust, eine regenerative Bremsfunktionalität und einen Rückwärtsfahrzeugbetrieb des Hybridantriebsstrangs zu ermöglichen.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 17, wobei der erste Drehmomentübertragungsmechanismus eine verriegelbare Einwegkupplung ist, um einen Vorwärtsbetrieb mit niedrigem Verlust, eine regenerative Bremsfunktionalität und einen Rückwärtsfahrzeugbetrieb des Hybridantriebsstrangs zu ermöglichen.