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TECHNISCHES GEBIET
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Die
Erfindung betrifft einen Hybridantriebsstrang mit einem rein elektrischen
Betriebsmodus, in welchem mehrere Motoren/Generatoren als Motoren wirken,
um an einem Abtriebselement Drehmoment bereitzustellen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Elektrisch
verstellbare Getriebe weisen typischerweise ein Antriebselement
auf, das mit einer Maschine verbunden ist, und einen oder zwei Motoren/Generatoren,
der/die mit unterschiedlichen Elementen von Planetenradsätzen verbunden
ist/sind, um einen oder mehrere elektrisch verstellbare Betriebsmodi,
Modi mit festem Drehzahlverhältnis
und einen rein elektrischen (batteriebeaufschlagten) Modus zuzulassen,
wenn er/sie mit einer Batterie verbunden ist/sind. Elektrisch verstellbare
Getriebe können
die Kraftstoffwirtschaftlichkeit eines Fahrzeugs auf vielerlei Weisen
verbessern. Beispielsweise kann die Maschine im Leerlauf, während Zeiträumen eines Verzögerns und
Bremsens und während
Zeiträumen eines
Betriebes mit niedriger Drehzahl oder leichter Last ausgeschaltet
sein, um Wirkungsgradverluste aufgrund von Motorwiderstand zu beseitigen.
Aufgefangene Bremsenergie (über
regeneratives Bremsen) 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 dazu benutzt, die Maschine länger aus
zu halten, Maschinendrehmoment oder -leistung zu ergänzen und/oder
mit einer niedrigeren Maschinendrehzahl zu arbeiten, oder Nebenaggregatleistungsversorgungen
zu ergänzen.
Eine vorübergehende
Anforderung nach Maschinendrehmoment oder -leistung wird von den
Motoren/Generatoren während
des Betriebes in elektrisch verstellbaren Modi mit eingeschalteter
Maschine ergänzt,
was eine kleinere Dimensionierung der Maschine zulässt, ohne
das hervortretende Leistungsvermögen
des Fahrzeugs zu verringern. Zusätzlich
kann die Maschine bei oder in der Nähe des Punktes mit optimalem
Wirkungsgrad für
eine gegebene Leistungsanforderung betrieben werden, weil das Drehzahlverhältnis zwischen
der Maschine und dem Abtriebselement des Getriebes durch die Wirkung
eines Zahnradsatzes und eines Motors/Generators stufenlos verstellbar
ist. Zusätzlich
sind die Motoren/Generatoren bei der Nebenaggregatleistungserzeugung
sehr effizient, und elektrische Leistung von der Batterie dient
als eine verfügbare
Drehmomentreserve, was einen Betrieb bei einem zahlenmäßig relativ
niedrigen Getriebedrehzahlverhältnis zulässt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist ein Hybridantriebsstrang mit verbessertem Wirkungsgrad vorgesehen,
der in einem rein elektrischen Betriebsmodus arbeitet, in welchem mehrere
Motoren/Generatoren als Motoren wirken, um an einem Abtriebselement
Drehmoment bereitzustellen. Jeder der Motoren/Generatoren kann separat gesteuert
werden, was zulässt,
dass der Antriebsstrang effizienter arbeiten kann, als wenn nur
ein einziger Motor/Generator als ein Motor in einem rein elektrischen
Betriebsmodus wirkt. Wenn ein einziger Motor/Generator das Fahrzeug
in einem rein elektrischen Betriebsmodus mit Leistung beaufschlagen muss,
muss er derart entworfen sein, dass er einen großen Bereich von Betriebsbedingungen
abdeckt, die Bedingungen einschließen, die die Tauglichkeit erfordern,
bei einer bestimmten Spitzenleistungsfähigkeit zu arbeiten, bei der
er weniger effizient als unter üblicheren
Betriebsbedingungen ist.
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Spezieller
ist ein Hybridantriebsstrang vorgesehen, der eine Maschine umfasst,
die funktional mit einem Antriebselement verbunden ist. Die Maschine ist
nicht auf einen bestimmten Typ von Maschine beschränkt und
könnte
eine Brennkraftmaschine, eine Dieselmaschine, eine Brennstoffzelle
usw. sein. Der Antriebsstrang umfasst ein Getriebe mit einem ersten und
einem zweiten Elektromotor/Generator, einem Differenzialzahnradsatz
mit mehreren Elementen und selektiv einrückbaren Drehmomentübertragungsmechanismen.
Das Antriebselement, das Abtriebselement, die Maschine und die Motoren/Generatoren
sind selektiv durch den Differenzialzahnradsatz durch Einrückung der
Drehmomentübertragungsmechanismen
in unterschiedlichen Kombinationen verbunden. Ein elektronischer
Controller, der funktional mit den Elektromotoren/Generatoren verbunden
ist, ist ausgestaltet, um die Elektromotoren/Generatoren, die Maschine
und die Drehmomentübertragungsmechanismen
zu steuern und somit mehrere Betriebsmodi zwischen dem Antriebselement
und dem Abtriebselement herzustellen, die einen rein elektrischen
Betriebsmodus umfassen, in welchem einer von dem ersten und zweiten
Elektromotor/Generator als Motor wirkt, um an dem Abtriebselement
Drehmoment bereitzustellen, während
der andere von dem ersten und zweiten Elektromotor/Generator angehalten
wird, oder von dem Controller gesteuert wird oder frei ist, bei
Gleichgewicht (d. h. da seine Drehzahl nicht durch den Differenzialzahnradsatz
begrenzt ist) eine stationäre
oder nahezu stationäre
(gleich bleibende) Drehzahl anzustreben, um Verluste zu minimieren.
Es sind auch ein weiterer rein elektrischer Betriebsmodus, in welchem die
Maschine aus ist, und ein rein elektrischer Betriebsmodus verfügbar, in
welchem die Maschine aus ist und beide Elektromotoren/Generatoren
als Motoren wirken, um an dem Abtriebselement Drehmo ment bereitzustellen.
Bevorzugt sind ein reiner Maschinenbetriebsmodus, sowie zumindest
ein elektrisch verstellbarer Betriebsmodus verfügbar, der abhängig von
der spezifischen Getriebeanordnung mit Eingangsleistungsverzweigung,
Ausgangsleistungsverzweigung oder kombinierter Leistungsverzweigung
sein kann.
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Das
Getriebe kann ein "Einsteck"- oder "Plug-in"-Hybridgetriebe sein,
indem eine Energiespeichereinrichtung, die mit jedem der Motoren/Generatoren
verbunden ist, um Leistung dorthin zu liefern oder Leistung von
dort aufzunehmen, derart ausgestaltet sein kann, dass sie funktional
an eine außerhalb
des Fahrzeugs befindliche Leistungsversorgung zum Wiederaufladen
der Energiespeichereinrichtung anschließbar ist.
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So
wie es hierin verwendet wird, "wirkt" ein Motor/Generator "als Motor", wenn er gespeicherte Energie
von der Energiespeichereinrichtung aufnimmt, um mechanische Leistung
an das Getriebe zu liefern. Ein Motor/Generator "wirkt als Generator", wenn er mechanische Leistung von dem
Getriebe aufnimmt, um Energie an die Energiespeichereinrichtung
zu liefern.
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Innerhalb
des Schutzumfangs der Erfindung können die Motoren/Generatoren
einen im Wesentlichen identischen maximalen Drehmoment- und Leistungsausgang,
im Wesentlichen identische Eingangsspannungs- und Eingangsstromanforderungen aufweisen
oder können
in diesen Aspekten unterschiedlich sein. Somit wird eine beträchtliche
Flexibilität
bei der Konstruktion der Maschine zur Erfüllung unterschiedlicher gewünschter
Betriebsfähigkeiten und
räumlicher
Platzbedarfsanforderungen gewährleistet.
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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.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Hybridantriebsstrangs
mit einem Differenzialzahnradsatz, der in Hebeldiagrammform gezeigt
ist;
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2 ist
eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Hybridantriebsstrangs
mit einem Differenzialzahnradsatz, der in Hebeldiagrammform gezeigt
ist;
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3 ist
eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines Hybridantriebsstrangs
mit einem Differenzialzahnradsatz, der in Hebeldiagrammform gezeigt
ist;
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4 ist
eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform eines Hybridantriebsstrangs
mit zwei Differenzialzahnradsätzen,
der in Hebeldiagrammform gezeigt ist;
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5 ist
ein schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform eines Hybridantriebsstrangs
mit einem Dif ferenzialzahnradsatz, der in Hebeldiagrammform gezeigt
ist; und
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6 ist
eine schematische Darstellung des Hybridantriebsstrangs von 5 in
Stickdiagrammform.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Mit
Bezug auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen auf gleiche
Bauteile verweisen, zeigt 1 einen
Hybridantriebsstrang 10, der eine Maschine 12 umfasst,
die funktional mit einem Hybridgetriebe 14 verbunden ist.
Innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung kann die Maschine 12 eine
Brennkraftmaschine, eine Dieselmaschine, eine Brennstoffzelle oder
irgendeine andere bekannte Kraftanlage sein.
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Das
Hybridgetriebe 14 umfasst ein Antriebselement 16,
das auf bekannte Weise funktional zur Rotation mit einem Maschinenabtriebselement,
wie etwa durch einen Dämpfungsmechanismus,
verbunden ist. Das Hybridgetriebe 14 umfasst einen ersten Motor/Generator 18,
der mit M/G A gekennzeichnet ist, und einen zweiten Motor/Generator 20,
der mit M/G B gekennzeichnet ist, die beide funktional mit einem
Differenzialzahnradsatz 30 verbindbar sind. Die Motoren/Generatoren 18, 20 umfassen
bekanntlich jeweils einen Rotorabschnitt und einen Statorabschnitt.
Verbindungen von jedem der Motoren/Generatoren 18, 20 mit
anderen Bauteilen des Antriebsstrangs 10, wie etwa mit
Elementen des Differenzialzahnradsatzes 30, ob feste Verbindungen
oder selektive Verbindungen, sind Verbindungen mit den jeweiligen
Rotorabschnitten der Motoren/Generatoren 18, 20.
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Der
Differenzialzahnradsatz 30 weist ein erstes Element 32 auf,
das ständig
zur gemeinsamen Rotation mit dem Motor/Generator 18 verbunden
ist, ein zweites Element 34 und ein drittes Element 36, das
ständig
zur gemeinsamen Rotation mit einem Abtriebselement 38 verbunden
ist. Der Differenzialzahnradsatz 30 ist in Hebeldiagrammform
gezeigt, wobei die Elemente als Knoten an einem Hebel dargestellt
sind, wie es Fachleute verstehen werden. Der Differenzialzahnradsatz
ist vorzugsweise ein Planetenradsatz mit einem Sonnenrad, einem
Hohlrad und einem Träger,
der mehrere Planetenräder
drehbar lagert, die mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad kämmen. Beispielsweise
kann das erste Element 32 ein Sonnenrad sein, das zweite
Element 34 kann ein Hohlrad sein und das dritte Element 36 kann
ein Träger
sein. Viele alternative Ausführungsformen
von Differenzialzahnradsätzen,
die Fachleuten bekannt sind, können
bei der Erfindung benutzt werden. Beispielsweise kann das erste
Element 32 ein Sonnenrad sein, das zweite Element 34 kann
ein Träger
sein, der Paare kämmender
Planetenräder
lagert, und das dritte Element 36 kann ein Hohlrad sein.
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Das
Hybridgetriebe 14 umfasst mehrere Drehmomentübertragungsmechanismen,
die einen ersten Drehmomentübertragungsmechanismus 40 umfassen,
der selektiv einrückbar
ist, um das Antriebselement 16 mit dem Motor/Generator 20 zu
verbinden, einen zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus 42,
der selektiv einrückbar
ist, um den Motor/Generator 20 mit dem zweiten Element 34 zu verbinden,
und einen dritten Drehmomentübertragungsmechanismus 44,
der selektiv einrückbar
ist; um das zweite Element 34 an einem stationären oder feststehenden
Gehäuse 50,
wie einem Kasten für das
Getriebe 14, auf Masse festzulegen. Die Drehmomentübertragungsmechanismen 40 und 42 können rotierende
Reibungskupplungen, Klauenkupplungen oder irgendein anderer geeigneter
Typ von Drehmomentübertragungsmechanismus
sein. Der Drehmo mentübertragungsmechanismus 44 kann eine
Reibungskupplung mit einem stationären Bauteil sein und kann als
Bremse bezeichnet werden.
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Der
Antriebsstrang 10 weist eine im Fahrzeug befindliche Energiespeichereinrichtung 52 auf, die
funktional mit den Motoren/Generatoren 18, 20 verbunden
ist, so dass die Motoren/Generatoren 18, 20 Leistung
zu der Energiespeichereinrichtung 52 übertragen oder Leistung von
dieser aufnehmen können.
Ein elektronischer Controller 54 ist funktional mit der
Energiespeichereinrichtung 52 verbunden, um die Verteilung
von Leistung von oder zu der Energiespeichereinrichtung zu den Motoren/Generatoren 18, 20 durch
einen Leistungswechselrichter 56 zu steuern. Der Controller 54 (oder
einer oder mehrere separate Controller) ist auch funktional mit
der Maschine 12 und den Drehmomentübertragungsmechanismen 40, 42, 44 verbunden
und steuert deren Einrückung und
Ausrückung
auf der Basis von Fahrzeugbetriebsbedingungen. So wie es hierin
verwendet wird, ist eine "im
Fahrzeug befindliche" Energiespeichereinrichtung
eine Energiespeichereinrichtung, die zur Befestigung an einem Fahrzeug
ausgelegt ist, an dem auch der zugehörige Antriebsstrang mit den
Motoren/Generatoren montiert ist. Eine im Fahrzeug befindliche Energiespeichereinrichtung
kann eine oder mehrere Batterien sein. Andere im Fahrzeug befindliche
Energiespeichereinrichtungen, wie Brennstoffzellen oder Kondensatoren,
haben die Fähigkeit, elektrische
Leistung bereitzustellen oder zu speichern und abzugeben, und können in
Kombination mit oder anstelle von Batterien verwendet werden. Betriebsdaten,
die von Sensoren gesammelt werden, wie etwa die Drehzahl des Antriebselements 16 und des
Abtriebselements 38, können
ebenso an den Controller zu verschiedenen Verwendungen geliefert werden,
wie etwa wenn in einem Modus mit regenerativem Bremsen gearbeitet
wird.
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Das
Getriebe 14 ist derart ausgestaltet, dass ein außerhalb
des Fahrzeugs befindliches Leistungsversorgungssystem 58 mit
der Energiespeichereinrichtung 52 verbunden sein kann,
um die Energiespeichereinrichtung 52 wieder aufzuladen.
Das außerhalb
des Fahrzeugs befindliche Leistungsversorgungssystem 58 ist
mit der Energiespeichereinrichtung 52 über eine Schnittstelle 59 verbunden.
Die Schnittstelle 59 kann ein Stecker sein, in welchem Fall
ein im Fahrzeug befindliches Ladegerät (nicht gezeigt) elektrisch
zwischen den Stecker und die Energiespeichereinrichtung 52 geschaltet
wäre. Ein derartiges
Getriebe wird als ein Einsteck- oder Plug-in-Hybrid bezeichnet. Alternativ kann die Schnittstelle 59 leitend
sein, in welchem Fall ein außerhalb
des Fahrzeugs befindliches Ladegerät zwischen das außerhalb
des Fahrzeugs befindliche Leistungsversorgungssystem 58 und
die Schnittstelle 59 geschaltet sein kann, oder kann induktiv
sein, in welchem Fall ein außerhalb
des Fahrzeugs befindliches induktives Ladegerät zwischen die außerhalb des
Fahrzeugs befindliche Leistungsversorgung 58 und die Schnittstelle 59 geschaltet
wäre. Wenn
die Energiespeichereinrichtung 52 hinreichend wieder aufgeladen
ist, wird die Verbindung durch die Schnittstelle 59 beendet,
und die wieder aufgeladene Energiespeichereinrichtung 52 wird
anschließend
unter der Steuerung des Controllers 54 dazu verwendet, die
Motoren/Generatoren 18, 20 mit Leistung zu beaufschlagen,
wie etwa in einem rein elektrischen Modus (d. h. einem Betriebsmodus,
in dem nur die Motoren/Generatoren und nicht die Maschine das Fahrzeug
mit Leistung beaufschlagen).
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Es
ist festzustellen, dass jede der Antriebsstrangausführungsformen
der 2–7 auch eine ähnliche Energiespeichereinrichtung 52,
einen ähnlichen
Controller 54 und einen ähnlichen Wechselrichter 56 zur
Verbindung mit der Maschine, den Motoren/Generatoren und den Drehmomentübertragungsmechanismen,
die hierin beschrieben sind, umfassen, obwohl diese der Klarheit
wegen in den 2–5 in den
Zeichnungen nicht gezeigt sind, was aber Fachleute auf dem Gebiet
der Getriebekonstruktion leicht verstehen werden. Die Energiespeichereinrichtung
von jedem der Antriebsstränge
der 2–7 kann auch zur Verbindung mit einer außerhalb
des Fahrzeugs befindlichen Leistungsversorgung ausgestaltet sein
und eine Schnittstelle wie der Antriebsstrang 10 umfassen.
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Die
Maschine 12 und die Motoren/Generatoren 18 und 20 sind
selektiv durch den Differenzialzahnradsatz 30 durch Einrückung der
Drehmomentübertragungsmechanismen 40, 42, 44 in
unterschiedlichen Kombinationen verbunden, um unterschiedliche Betriebsmodi
für den
Hybridantriebsstrang 10 herzustellen. Beispielsweise kann
der Antriebsstrang 10 verwendet werden, um das Fahrzeug entweder
mit ausgeschalteter Maschine oder laufender Maschine anzufahren.
Wenn die Maschine aus ist, ist der Drehmomentübertragungsmechanismus 44 eingerückt, um
das Element 34 auf Masse festzulegen, und der Motor/Generator 18 wird
als Motor betrieben, um Drehmoment in einer Vorwärtsrichtung an dem Abtriebselement 38 bereitzustellen.
Ein elektrisch verstellbarer Reihenhybrid-Betriebsmodus wird bereitgestellt,
wenn die Maschine 12 ein ist, der Drehmomentübertragungsmechanismus 40 eingerückt ist,
so dass die Maschine 12 Leistung an den Motor/Generator 20,
der als Generator wirkt, liefert, wobei Leistung an die Energiespeichereinrichtung 52 durch
den Wechselrichter 56 geliefert wird, und der Motor/Generator 18 als
Motor wirkt, wobei der Drehmomentübertragungsmechanismus 44 eingerückt ist.
Alternativ wird ein reiner Maschinenbetriebsmodus hergestellt, indem
die Drehmomentübertragungsmechanismen 40 und 42 eingerückt werden und
beide Motoren/Generatoren 18, 20 ausgeschaltet
werden.
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Der
Antriebsstrang 10 ist in einem rein elektrischen Betriebsmodus
betreibbar, in welchem nur der Motor/Generator 18 als Motor
wirkt und der Drehmomentübertragungsmechanismus 44 eingerückt ist.
Der Mo tor/Generator 20 kann stationär oder ruhend bleiben, da der
Drehmomentübertragungsmechanismus 42 nicht
eingerückt
ist. Alternativ kann der Drehmomentübertragungsmechanismus 42 eingerückt sein
und beide Motoren/Generatoren 18 und 20 können gesteuert
werden, um in einem zweiten lastteilenden, rein elektrischen Modus
als Motoren zu wirken und somit Leistung durch den Differenzialzahnradsatz 30 an
dem Abtriebselement 38 bereitzustellen. Dies lässt zu,
dass während
des rein elektrischen Betriebsmodus ein großer Betrag an Leistung bereitgestellt
werden kann, während
zwei Motoren/Generatoren mit geringerer Größe als die Größe eines
einzigen Motors/Generators, der den gleichen Betrag an Leistung
bereitstellen könnte,
verwendet werden. In dem ersten der rein elektrischen Betriebsmodi
wird Drehmoment von dem Motor/Generator 18 durch den Differenzialzahnradsatz 30 zu
Reaktionsdrehmoment von dem stationären Gehäuse 50 hinzugefügt, aber
das stationäre
Gehäuse 50 kann
nur Drehmoment und keine Leistung beitragen. In dem zweiten rein
elektrischen Betriebsmodus, dem lastteilenden, rein elektrischen
Modus, muss der Motor/Generator 20 anstelle des stationären Gehäuses 50 Drehmoment
zuführen.
Dies erfordert einen zusätzlichen
elektrischen Eingang von dem Wechselrichter 56, aber der
Motor/Generator 20 kann auch Drehzahl und dadurch Leistung
zuführen,
die zu jener von dem Motor/Generator 18 addiert wird. Da
ein einziger Motor nicht den breiten Bereich von möglichen
Betriebsbedingungen abdecken kann, kann jeder Motor/Generator 18, 20 mit
einer geringeren Spitzenleistungsfähigkeit als ein Antriebsstrang 10 konstruiert
sein, der auf Traktionsleistung von nur einem Elektromotor/Generator
beruht.
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Typischerweise
besitzt die Drehmomentkurve eines Elektromotors/Generators einen
Drehzahlbereich von im Wesentlichen konstantem Drehmoment, dem ein
Drehzahlbereich mit abnehmender Leistung folgt, bis zu der mechanischen
Drehzahlgrenze des Motors. Typischerweise besitzt ein Elektromotor/Generator
seinen besten Wirkungsgrad in der Mitte dieses Betriebsbereiches.
Eine Lastteilung zwischen Elektromotoren/Generatoren 18 und 20, die
die drehzahladdierende Wirkung des Differenzialzahnradsatzes 30 verwenden,
ist eine wählbare
Option für
den Betrieb, so dass die Motoren/Generatoren derart konstruiert
sein können,
dass sie in einem effizienteren Betriebsbereich arbeiten, der für die üblichsten
Fahrzeugbetriebsbedingungen geeignet ist. In einem anderen elektrisch
verstellbaren Betriebsmodus sind die Drehmomentübertragungsmechanismen 40 und 42 eingerückt, und
die Motoren/Generatoren 18 und 20 wirken abhängig von
den Betriebsbedingungen entweder als Motor oder als Generator mit Leistungsverzweigung
durch den Differenzialzahnradsatz 30. Dies kann als elektrisch
verstellbarer Betriebsmodus mit Ausgangsleistungsverzweigung bezeichnet
werden.
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Da
die Motoren/Generatoren 18, 20 beide steuerbar
sind, um in einem der rein elektrischen Betriebsmodi als Motoren
zu wirken, muss keiner konstruiert sein, um so viel Ausgangsleistung
bereitzustellen, wie sie erforderlich wäre, wenn nur einer der Motoren/Generatoren
in einem rein elektrischen Betriebsmodus als Motor wirken könnte. Die
Motoren/Generatoren 18, 20 können mit dem gleichen oder
mit unterschiedlichen maximalen Drehmoment- und/oder Leistungsausgängen, Drehmoment- und/oder Leistungsausgängen für den besten
Motorwirkungsgrad, Eingangsspannungsanforderungen und/oder Eingangsstromanforderungen
konstruiert sein. Ein Vorteil der Motoren/Generatoren 18, 20 mit im
Wesentlichen identischen Drehmoment-, Leistungs- und Stromcharakteristiken
liegt in der Massenproduktion, wenn die Motoren/Generatoren eingekauft
oder konstruiert und gelagert werden, und wenn der Antriebsstrang 10 mit
identischen Motoren/Generatoren montiert wird. Die nachstehend anhand
eines jeden der Antriebsstränge
der 2–7 beschriebenen Motoren/Generatoren können auch ebenso
mit den gleichen oder unterschiedlichen maximalen Drehmoment- und/oder
Leistungsausgängen,
Eingangsspannungsanforderung und/oder Eingangsstromanforderungen
konstruiert sein.
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2 zeigt
einen Hybridantriebsstrang 110, der eine Maschine 112 umfasst,
die funktional mit einem Hybridgetriebe 114 verbunden ist.
Innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung kann die Maschine 112 eine
Brennkraftmaschine, eine Dieselmaschine, eine Brennstoffzelle oder
irgendeine andere bekannte Kraftanlage sein.
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Das
Hybridgetriebe 114 umfasst ein Antriebselement 116,
das auf bekannte Weise funktional zur Rotation mit einem Maschinenabtriebselement,
wie etwa durch einen Dämpfungsmechanismus,
verbunden ist. Das Hybridgetriebe 114 umfasst einen ersten Motor/Generator 118,
der als M/G A gekennzeichnet ist, und einen zweiten Motor/Generator 120,
der als M/G B gekennzeichnet ist, die beide funktional mit einem
Differenzialzahnradsatz 130 verbindbar sind. Die Motoren/Generatoren 118, 120 umfassen
bekanntlich jeweils einen Rotorabschnitt und einen Statorabschnitt.
Verbindungen von jedem der Motoren/Generatoren 118, 120 mit
anderen Bauteilen des Antriebsstrangs 110, wie etwa mit
Elementen des Differenzialzahnradsatzes 130, ob feste Verbindungen oder
selektive Verbindungen, sind Verbindungen mit den jeweiligen Rotorabschnitten
der Motoren/Generatoren 118, 120.
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Der
Differenzialzahnradsatz 130 weist ein erstes Element 132 auf,
das ständig
zur gemeinsamen Rotation mit dem Motor/Generator 118 verbunden
ist, ein zweites Element 134 und ein drittes Element 136,
das ständig
zur gemeinsamen Rotation mit einem Abtriebselement 138 und
mit dem zweiten Motor/Generator 120 verbunden ist. Der
Differenzialzahnradsatz 130 ist in Hebeldiagrammform gezeigt, wobei
die Elemente als Knoten an einem Hebel dargestellt sind, wie es
Fachleute verstehen werden. Der Differenzialzahnradsatz 130 ist
vorzugsweise ein Planetenradsatz mit einem Sonnenrad, einem Hohlrad
und einem Träger,
der mehrere Planetenräder drehbar
lagert, die mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad kämmen. Beispielsweise kann das
erste Element 132 ein Sonnenrad sein, das zweite Element 134 kann
ein Träger
sein und das dritte Element 136 kann ein Hohlrad sein.
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Das
Hybridgetriebe 114 umfasst mehrere Drehmomentübertragungsmechanismen,
die einen ersten Drehmomentübertragungsmechanismus 140, der
selektiv einrückbar
ist, um das Antriebselement 116 mit dem zweiten Element 134 zu
verbinden, und einen zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus 142 umfassen,
der selektiv einrückbar
ist, um das zweite Element 134 an einem stationären Gehäuse 150,
wie etwa einem Kasten für
das Getriebe 114, auf Masse festzulegen. Die Drehmomentübertragungsmechanismen 140 können eine
rotierende Reibungskupplung, eine Klauenkupplung oder irgendein
anderer geeigneter Typ von Drehmomentübertragungsmechanismus sein.
Der Drehmomentübertragungsmechanismus 142 kann
eine Reibungskupplung mit einem stationären oder feststehenden Bauteil
sein und kann als Bremse bezeichnet werden.
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Die
Maschine 112 und die Motoren/Generatoren 118 und 120 sind
selektiv durch den Differenzialzahnradsatz 130 durch Einrückung der
Drehmomentübertragungsmechanismen 140, 142 in
unterschiedlichen Kombinationen verbunden, um unterschiedliche Betriebsmodi
für den
Hybridantriebsstrang 110 herzustellen. Beispielsweise kann
der Antriebsstrang 110 verwendet werden, um das Fahrzeug
entweder mit ausgeschalteter Maschine oder mit laufender Maschine
anzufahren. Wenn die Maschine aus ist, ist der Drehmomentübertragungsmechanismus 142 eingerückt, um
das zweite Element 134 auf Masse festzulegen, und ein oder
beide Moto ren/Generatoren 118 und 120 werden als
Motoren betrieben, um an dem Abtriebselement 138 Drehmoment
in einer Vorwärtsrichtung
bereitzustellen. Wenn die Maschine 112 ein ist, ist der
Drehmomentübertragungsmechanismus 140 eingerückt, so
dass die Maschine 112 Leistung an das zweite Element 134 liefert,
und die Motoren/Generatoren 118 und 120 werden
unabhängig
gesteuert, um abhängig
von den Betriebsbedingungen des Fahrzeugs als Motoren oder Generatoren
zu wirken und somit einen elektrisch verstellbaren Hybridbetriebsmodus
mit Eingangsleistungsverzweigung herzustellen. Alternativ ist ein
reiner Maschinenbetriebsmodus verfügbar, wenn der Drehmomentübertragungsmechanismus 140 eingerückt ist,
die Maschine 112 ein ist und die Motoren/Generatoren 118, 120 ausgeschaltet
sind.
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Der
Antriebsstrang 110 ist in einem rein elektrischen Betriebsmodus
betreibbar, in welchem nur der Motor/Generator 120 als
Motor wirkt. Keiner der Drehmomentübertragungsmechanismen 140, 142 ist eingerückt, so
dass das zweite Element 134 mit jeder Drehzahl rotieren
kann. Somit wird die Drehzahl des Motors/Generators 118 nicht
durch den Zahnradsatz 130 bestimmt, und der Motor/Generator 118 kann derart
gesteuert werden, dass er im Wesentlichen stationär ist, oder
bis zu einer Gleichgewichtsdrehzahl im Wesentlichen von null freilaufen
wird, die Verluste minimiert. Alternativ kann in einem anderen rein elektrischen
Betriebsmodus der Drehmomentübertragungsmechanismus 142 eingerückt sein,
und beide Motoren/Generatoren 118 und 120 können gesteuert
werden, um als Motoren zu wirken und somit Leistung durch den Differenzialzahnradsatz 130 an dem
Abtriebselement 138 bereitzustellen.
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3 zeigt
einen Hybridantriebsstrang 210, der eine Maschine 212 umfasst,
die funktional mit einem Hybridgetriebe 214 verbunden ist.
Innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung kann die Maschine 212 eine Brennkraftmaschine,
eine Dieselmaschine, eine Brennstoffzelle oder irgendeine andere
bekannte Kraftanlage sein.
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Das
Hybridgetriebe 214 umfasst ein Antriebselement 216,
das auf bekannte Weise funktional zur Rotation mit einem Maschinenabtriebselement,
wie etwa durch einen Dämpfungsmechanismus,
verbunden ist. Das Hybridgetriebe 214 umfasst einen ersten Motor/Generator 218,
der mit M/G A gekennzeichnet ist, und einen zweiten Motor/Generator 220,
der mit M/G B gekennzeichnet ist, die beide funktional mit einem
Differenzialzahnradsatz 230 verbindbar sind. Die Motoren/Generatoren 218, 220 umfassen
bekanntlich jeweils einen Rotorabschnitt und einen Statorabschnitt.
Verbindungen von jedem der Motoren/Generatoren 218, 220 mit
anderen Bauteilen des Antriebsstrangs 210, wie etwa mit
Elementen des Differenzialzahnradsatzes 230, ob feste Verbindungen oder
selektive Verbindungen, sind Verbindungen mit den jeweiligen Rotorabschnitten
der Motoren/Generatoren 218, 220.
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Der
Differenzialzahnradsatz 230 weist ein erstes Element 232 auf,
ein zweites Element 234, das ständig zur gemeinsamen Rotation
mit einem Antriebselement 216 verbunden ist, und ein drittes Element 236,
das ständig
zur gemeinsamen Rotation mit einem Abtriebselement 238 und
mit dem zweiten Motor/Generator 220 verbunden ist. Der
Differenzialzahnradsatz 230 ist in Hebeldiagrammform gezeigt, wobei
die Elemente als Knoten an einem Hebel dargestellt sind, wie es
Fachleute verstehen werden. Der Differenzialzahnradsatz 230 ist
vorzugsweise ein Planetenradsatz mit einem Sonnenrad, einem Hohlrad
und einem Träger,
der mehrere Planetenräder drehbar
lagert, die mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad kämmen. Beispielsweise kann das
erste Element 232 ein Sonnenrad sein, das zweite Element 234 kann
ein Hohlrad sein und das dritte Element 236 kann ein Träger sein.
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Das
Hybridgetriebe 214 umfasst mehrere Drehmomentübertragungsmechanismen,
die einen ersten Drehmomentübertragungsmechanismus 240, der
selektiv einrückbar
ist, um den ersten Motor/Generator 218 mit dem ersten Element 232 zu
verbinden, und einen zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus 242 umfassen,
der selektiv einrückbar ist,
um das zweite Element 234 an einem stationären Gehäuse 250,
wie etwa einem Kasten für
das Getriebe 214 auf Masse festzulegen. Die Drehmomentübertragungsmechanismen 240 können eine
rotierende Reibungskupplung, eine Klauenkupplung oder irgendein
anderer geeigneter Typ von Drehmomentübertragungsmechanismus sein.
Der Drehmomentübertragungsmechanismus 242 kann
eine Reibungskupplung mit einem stationären Bauteil sein und kann als
Bremse bezeichnet werden.
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Die
Maschine 212 und die Motoren/Generatoren 218 und 220 sind
selektiv durch den Differenzialzahnradsatz 230 durch Einrückung der
Drehmomentübertragungsmechanismen 240, 242 in
unterschiedlichen Kombinationen verbunden, um unterschiedliche Betriebsmodi
für den
Hybridantriebsstrang 210 herzustellen. Beispielsweise kann
der Antriebsstrang 210 verwendet werden, um das Fahrzeug
entweder mit ausgeschalteter Maschine oder mit laufender Maschine
anzufahren. Wenn die Maschine 212 aus ist, ist der Drehmomentübertragungsmechanismus 242 eingerückt, um
das zweite Element 234 auf Masse festzulegen, und der Motor/Generator 220 wird
als Motor betrieben, um an dem Abtriebselement 238 Drehmoment
in einer Vorwärtsrichtung
bereitzustellen. Wenn beide Drehmomentübertragungsmechanismen 240 und 242 eingerückt sind,
können
beide Motoren/Generatoren 218, 220 als Motoren
betrieben werden, um an dem Abtriebselement 238 Drehmoment
in einer Vorwärtsrichtung bereitzustellen.
Wenn die Maschine 212 ein ist, kann der Drehmomentübertragungsmechanismus 240 eingerückt sein,
und die Moto ren/Generatoren 218 und 220 können unabhängig gesteuert
werden, um abhängig
von den Betriebsbedingungen des Fahrzeugs als Motoren oder Generatoren
zu wirken und somit einen elektrisch verstellbaren Hybridbetriebsmodus mit
Eingangsleistungsverzweigung herzustellen.
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Der
Antriebsstrang 210 ist in einem rein elektrischen Betriebsmodus
betreibbar, in welchem nur der Motor/Generator 220 als
Motor wirkt. Da der Drehmomentübertragungsmechanismus 240 ausgerückt ist,
bleibt der Motor/Generator 218 ungeachtet der Drehzahl
des Elements 232 im Wesentlichen stationär. Alternativ
können
in einem anderen rein elektrischen Betriebsmodus die Drehmomentübertragungsmechanismen 240 und 242 eingerückt sein, und
beide Motoren/Generatoren 218 und 220 können gesteuert
werden, um als Motoren zu wirken und somit Leistung durch den Differenzialzahnradsatz 230 an
dem Abtriebselement 238 bereitzustellen. Der Antriebsstrang 210 ist
auch in einem reinen Maschinenbetriebsmodus betreibbar, in welchem
keiner der Drehmomentübertragungsmechanismen 240 oder 242 eingerückt ist,
die Motoren/Generatoren 218 und 220 ausgeschaltet
sind, und die Maschine 212 Leistung an das Abtriebselement 238 liefert,
wobei der Differenzialzahnradsatz 230 inaktiv ist.
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4 zeigt
einen Hybridantriebsstrang 310, der eine Maschine 312 umfasst,
die funktional mit einem Hybridgetriebe 314 verbunden ist.
Innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung kann die Maschine 312 eine
Brennkraftmaschine, eine Dieselmaschine, eine Brennstoffzelle oder
irgendeine andere bekannte Kraftanlage sein.
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Das
Hybridgetriebe 314 umfasst ein Antriebselement 316,
das auf bekannte Weise funktional zur Rotation mit einem Maschinenabtriebselement,
wie etwa durch einen Dämpfungsmechanismus,
verbunden ist. Das Hybridgetriebe 314 umfasst einen ersten Motor/Generator 318,
der mit M/G A gekennzeichnet ist, und einen zweiten Motor/Generator 320,
der mit M/G B gekennzeichnet ist. Der Motor/Generator 318 ist
ständig
funktional mit einem ersten Differenzialzahnradsatz 330 verbunden,
wie es nachstehend beschrieben ist, und der Motor/Generator 320 ist
ständig
mit einem zweiten Differenzialzahnradsatz 360 verbunden.
Die Motoren/-Generatoren 318, 320 umfassen
bekanntlich jeweils einen Rotorabschnitt und einen Statorabschnitt.
Verbindungen von jedem der Motoren/Generatoren 318, 320 mit
anderen Bauteilen des Antriebsstrangs 310, wie etwa mit
Elementen des Differenzialzahnradsatzes 330, ob feste Verbindungen
oder selektive Verbindungen, sind Verbindungen mit den jeweiligen
Rotorabschnitten der Motoren/Generatoren 318, 320.
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Der
Differenzialzahnradsatz 330 weist ein erstes Element 332 auf,
das ständig
zur gemeinsamen Rotation mit dem ersten Motor/Generator 318 verbunden
ist, ein zweites Element 334 und ein drittes Element 336.
Der Differenzialzahnradsatz 330 ist in Hebeldiagrammform
gezeigt, wobei die Elemente als Knoten an einem Hebel dargestellt
sind, wie es Fachleute verstehen werden. Der Differenzialzahnradsatz 330 ist
vorzugsweise ein Planetenradsatz mit einem Sonnenrad, einem Hohlrad
und einem Träger, der
mehrere Planetenräder
drehbar lagert, die mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad kämmen. Beispielsweise
kann das erste Element 332 ein Sonnenrad sein, das zweite
Element 334 kann ein Hohlrad sein und das dritte Element 336 kann
ein Träger
sein.
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Der
Differenzialzahnradsatz 360 weist drei Elemente auf, die
hierin als ein viertes Element 362, ein fünftes Element 366 und
ein sechstes Element 364 bezeichnet sind. Das vierte Element 362 ist
ständig
zur gemeinsamen Rotation mit dem zweiten Motor/Generator 320 verbunden.
Das Getriebe 314 umfasst ein Verbindungselement 370,
das das dritte Element 336 und das fünfte Element 366 ständig zur
gemeinsamen Rotation mit einem Abtriebselement 338 verbindet.
Der Differenzialzahnradsatz 360 ist in Hebeldiagrammform
gezeigt, wobei die Elemente als Knoten an einem Hebel dargestellt
sind, wie es Fachleute verstehen werden. Der Differenzialzahnradsatz 360 ist
vorzugsweise ein Planetenradsatz mit einem Sonnenrad, einem Hohlrad
und einem Träger,
der mehrere Planetenräder
drehbar lagert, die mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad kämmen. Beispielsweise
kann das vierte Element 362 ein Sonnenrad sein, das fünfte Element 366 kann
ein Träger
sein und das sechste Element 364 kann ein Hohlrad sein.
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Das
Hybridgetriebe 314 umfasst mehrere Drehmomentübertragungsmechanismen,
die einen ersten Drehmomentübertragungsmechanismus 340 umfassen,
der selektiv einrückbar
ist, um das Antriebselement 316 mit dem zweiten Element 334 zu verbinden.
Ein zweiter Drehmomentübertragungsmechanismus 342 ist
selektiv einrückbar,
um das zweite Element 334 an einem stationären oder
feststehenden Element 350, wie etwa einem Kasten für das Getriebe 314,
auf Masse festzulegen. Ein dritter Drehmomentübertragungsmechanismus 344 ist
selektiv einrückbar,
um den ersten Motor/Generator 318 und das erste Element 332 zur
gemeinsamen Rotation mit dem sechsten Element 364 zu verbinden.
Ein vierter Drehmomentübertragungsmechanismus 346 ist
selektiv einrückbar,
um das sechste Element 364 an dem stationären Element 350 auf
Masse festzulegen. Die Drehmomentübertragungsmechanismen 340 und 344 können rotierende
Reibungskupplungen, Klauenkupplungen oder irgendein anderer geeigneter
Typ von Drehmomentübertragungsmechanismus
sein. Die Drehmomentübertragungsmechanismen 342 und 346 können Reibungskupplungen
mit einem stationären
Bauteil sein, und können
als Bremsen bezeichnet werden.
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Die
Maschine 312 und die Motoren/Generatoren 318 und 320 sind
selektiv durch die Differenzialzahnradsätze 330 und 360 durch
Einrückung
der Drehmomentübertragungsmechanismen 340, 342, 344 und 346 in
unterschiedlichen Kombinationen verbunden, um unterschiedliche Betriebsmodi
für den Hybridantriebsstrang 310 herzustellen.
Beispielsweise kann der Antriebsstrang 310 verwendet werden, um
das Fahrzeug entweder mit ausgeschalteter Maschine oder laufender
Maschine anzufahren. Wenn die Maschine 312 aus ist, kann
irgendeiner von vier Betriebsmodi verwendet werden. In dem ersten
dieser rein elektrischen Betriebsmodi ist der Drehmomentübertragungsmechanismus 342 alleine
eingerückt,
um das Element 334 auf Masse festzulegen, und der Motor/Generator 318 wird
alleine als Motor betrieben, um an dem Abtriebselement 338 Drehmoment
durch den Zahnradsatz 330 bereitzustellen. Da die Drehmomentübertragungsmechanismen 344 und 346 nicht
eingerückt
sind, werden die Drehzahlen des sechsten Elements 364 und
des vierten Elements 362 nicht durch den Zahnradsatz 360 bestimmt.
Der Motor/Generator 320 kann auf eine Drehzahl von null
(stationär
oder gleich bleibend) gesteuert werden oder wird eine Gleichgewichtsdrehzahl annehmen,
die Verluste minimiert und im Wesentlichen null beträgt. In dem
zweiten rein elektrischen Modus ist der Drehmomentübertragungsmechanismus 346 alleine
eingerückt,
um das Element 364 auf Masse festzulegen, und der Motor/Generator 320 wird
alleine als Motor betrieben, um an dem Abtriebselement 338 Drehmoment
durch den Zahnradsatz 360 bereitzustellen. Da die Drehmomentübertragungsmechanismen 340, 342 und 344 nicht
eingerückt
sind, werden das erste und zweite Element 332 und 334 eine
Verluste minimierende Gleichgewichtsdrehzahl anstreben, bei der
die Drehzahl des Motors/Generators 318 im Wesentlichen
null beträgt, oder
der Motor/Generator 318 derart gesteuert werden kann, dass
er stationär
ist oder steht. In dem dritten rein elektrischen Modus sind beide
Drehmomentübertragungsmechanismen 342 und 346 eingerückt, und
beide Motoren/- Generatoren 318 und 320 werden
als Motoren betrieben, um an dem Abtriebselement 338 Drehmoment
in einer Vorwärtsrichtung
bereitzustellen. In dem vierten rein elektrischen Betriebsmodus
ist nur der Drehmomentübertragungsmechanismus 344 eingerückt, um
den Motor/Generator 318 mit dem Element 364 zu
verbinden, und beide Motoren/Generatoren 318 und 320 werden dazu
verwendet, an dem Abtriebselement 338 Vorwärtsdrehmoment
durch den Zahnradsatz 360 bereitzustellen.
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Wenn
die Maschine 312 ein ist, kann der Drehmomentübertragungsmechanismus 340 eingerückt sein
und der Drehmomentübertragungsmechanismus 342 kann
ausgerückt
sein, und der Motor/Generator 318 kann gesteuert werden,
um abhängig von
den Betriebsbedingungen des Fahrzeugs als Motor oder Generator zu
wirken und somit einen elektrisch verstellbaren Hybridbetriebsmodus
mit Eingangsleistungsverzweigung herzustellen. Ein zweiter elektrisch
verstellbarer Modus kann hergestellt werden, indem dann der Drehmomentübertragungsmechanismus 344 zusätzlich zu
dem Drehmomentübertragungsmechanismus 340 eingerückt wird,
und der Motor/Generator 320 gesteuert wird, um ebenfalls
entweder als Motor oder als Generator zu wirken, wobei an dem Abtriebselement 338 durch die
Differenzialzahnradsätze 330, 360 ein
elektrisch verstellbarer Hybridbetriebsmodus mit kombinierter Leistungsverzweigung
hergestellt wird.
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5 zeigt
einen Hybridantriebsstrang 410, der eine Maschine 412 umfasst,
die funktional mit einem Hybridgetriebe 414 verbunden ist.
Innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung kann die Maschine 412 eine
Brennkraftmaschine, eine Dieselmaschine, eine Brennstoffzelle oder
irgendeine andere bekannte Kraftanlage sein.
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Das
Hybridgetriebe 414 umfasst ein Antriebselement 416,
das auf bekannte Weise funktional zur Rotation mit einem Maschinenabtriebselement,
wie etwa durch einen Dämpfungsmechanismus,
verbunden ist. Das Hybridgetriebe 414 umfasst einen ersten Motor/Generator 418,
der mit M/G A gekennzeichnet ist, und einen zweiten Motor/Generator 420,
der mit M/G B gekennzeichnet ist. Die Motoren/Generatoren 418 und 420 sind
beide ständig
mit einem Differenzialzahnradsatz 430 verbunden, wie es
nachstehend beschrieben wird. Die Motoren/Generatoren 418, 420 umfassen
bekanntlich jeweils einen Rotorabschnitt und einen Statorabschnitt.
Verbindungen von jedem der Motoren/Generatoren 418, 420 mit
anderen Bauteilen des Antriebsstrangs 410, wie etwa mit Elementen
des Differenzialzahnradsatzes 430, ob feste Verbindungen
oder selektive Verbindungen, sind Verbindungen mit den jeweiligen
Rotorabschnitten der Motoren/Generatoren 418, 420.
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Der
Differenzialzahnradsatz 430 weist ein erstes Element 432 auf,
das ständig
zur gemeinsamen Rotation mit dem ersten Motor/Generator 418 verbunden
ist, ein zweites Element 434, das ständig zur gemeinsamen Rotation
mit dem zweiten Motor/Generator 420 verbunden ist, und
ein drittes Element 436, das ständig zur gemeinsamen Rotation
mit dem Abtriebselement 438 verbunden ist. Der Differenzialzahnradsatz 430 ist
in Hebeldiagrammform gezeigt, wobei die Elemente als Knoten an einem
Hebel dargestellt sind, wie es Fachleute verstehen werden. Der Differenzialzahnradsatz 430 ist
vorzugsweise ein Planetenradsatz mit einem Sonnenrad, einem Hohlrad
und einem Träger,
der mehrere Planetenräder
drehbar lagert, die mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad kämmen. Beispielsweise
kann das erste Element 432 ein Sonnenrad sein, das zweite
Element 434 kann ein Hohlrad sein und das dritte Element 436 kann
ein Träger
sein.
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Das
Hybridgetriebe 414 umfasst mehrere Drehmomentübertragungsmechanismen,
die einen ersten Drehmomentübertragungsmechanismus 440 umfassen,
der selektiv einrückbar
ist, um das Antriebselement 416 mit dem zweiten Element 434 zu verbinden.
Ein zweiter Drehmomentübertragungsmechanismus 442 ist
selektiv einrückbar,
um das Antriebselement 416 mit dem ersten Element 432 zu verbinden.
Ein dritter Drehmomentübertragungsmechanismus 444 ist
selektiv einrückbar,
um das zweite Element 434 und den Motor/Generator 420 an
dem stationären
Element 450 auf Masse festzulegen. Ein vierter Drehmomentübertragungsmechanismus 446 ist
selektiv einrückbar,
um das erste Element 432 und den Motor/Generator 418 an
dem stationären
Element 450 auf Masse festzulegen. Die Drehmomentübertragungsmechanismen 440 und 442 können rotierende
Reibungskupplungen, Klauenkupplungen oder irgendein anderer geeigneter
Typ von Drehmomentübertragungsmechanismus
sein. Die Drehmomentübertragungsmechanismen 444 und 446 können Reibungskupplungen
mit einem stationären
Bauteil sein, und können
als Bremsen bezeichnet werden.
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Die
Maschine 412 und die Motoren/Generatoren 418 und 420 sind
selektiv durch den Differenzialzahnradsatz 430 durch Einrückung der
Drehmomentübertragungsmechanismen 440, 442, 444 und 446 in
unterschiedlichen Kombinationen verbunden, um unterschiedliche Betriebsmodi
für den
Hybridantriebsstrang 410 herzustellen. Wenn beispielsweise in
einem rein elektrischen Betriebsmodus die Maschine 412 aus
ist, kann der Motor/Generator 418 alleine als Motor verwendet
werden, um an dem Abtriebselement 438 Leistung bereitzustellen,
wenn der Drehmomentübertragungsmechanismus 444 eingerückt ist.
Der Motor/Generator 420 wird stationär sein oder stehen. Alternativ
kann in einem anderen rein elektrischen Betriebsmodus der Motor/Generator 420 alleine
als Motor verwendet werden, um an dem Abtriebselement 438 Leistung
bereitzustel len, wenn der Drehmomentübertragungsmechanismus 446 eingerückt ist.
Der Motor/Generator 418 wird stationär sein oder stehen. Wenn in
einem nochmals anderen rein elektrischen Betriebsmodus keiner der
Drehmomentübertragungsmechanismen
eingerückt
ist, können
beide Motoren/Generatoren 418 und 420 als Motoren
betrieben werden, um an dem Abtriebselement 438 Drehmoment
in einer Vorwärtsrichtung
bereitzustellen. Die Motoren/Generatoren 418 und 420 können im
Wesentlichen identisch sein und mit Elementen 432 und 434 des
Differenzialzahnradsatzes 430 verbunden sein, wobei die
Elemente 432 und 434 wesentlich unterschiedliche
Zähnezahlen
aufweisen und daher ein wesentlich unterschiedliches Drehmomentverhältnis und
Drehzahlverhältnis
zwischen jedem der Motoren 418 und 420 mit dem
Abtrieb 438 hergestellt wird, so dass der Controller (der
nicht gezeigt ist) zwei unterschiedliche Wahlmöglichkeiten für den Betrieb
mit allein einem Motor hat. Alternativ können die Motoren/Generatoren 418 und 420 wesentlich
unterschiedlich in Bezug auf Drehmoment- und Leistungskapazität und auf
Drehmoment- und
Ausgangsleistung für
den besten Wirkungsgrad sein, so dass der Controller (der nicht
gezeigt ist) zwei unterschiedliche Wahlmöglichkeiten für den Betrieb
mit allein einem Motor hat, von denen jede in manchen der verschiedenen
Betriebsbedingungen des Antriebsstrangs am effizientesten sein kann.
Außerdem
können
die Motoren/Generatoren 418 und 420 unterschiedlich
in Bezug auf einen allgemeinen Typ sein, z. B. ein Induktions-Motor/Generator
und ein Permanentmagnet-Motor/Generator, oder in Bezug auf einen
spezifischen Typ eines Permanentmagnet-Motors/Generators sein, z.
B. einer, der beinahe ausschließlich
auf Drehmoment beruht, das durch Permanentmagnete (wie ein Flachmagnet-
oder Oberflächenmagnettyp)
erzeugt wird, und einer, der auf vergleichbaren Drehmomentbeträgen beruht,
die durch Permanentmagnete und durch Eisen in dem Rotor (wie ein
V-Magnettyp) mit wesentlich unterschiedlichen Eigenschaften erzeugt
werden, die jeweils für unterschiedliche
Be triebsbedingungen des Antriebsstrangs geeignet sind. Solche Ähnlichkeiten
oder Unterschiede in den Motoren/Generatoren können auch in jeder der anderen
hierin beschriebenen Ausführungsformen
benutzt werden.
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Wenn
die Maschine 412 ein ist, kann der Drehmomentübertragungsmechanismus 440 eingerückt sein,
während
der Motor/Generator 418 gesteuert wird, um abhängig von
den Betriebsbedingungen des Fahrzeugs entweder als Motor oder als
Generator zu wirken und somit einen elektrisch verstellbaren Hybridbetriebsmodus
mit Eingangsleistungsverzweigung herzustellen. Ein zweiter elektrisch
verstellbarer Betriebsmodus mit Eingangsleistungsverzweigung kann
hergestellt werden, indem stattdessen der Drehmomentübertragungsmechanismus 442 eingerückt wird
und der Motor/Generator 420 gesteuert wird, um entweder
als Motor oder als Generator zu wirken und somit an dem Abtriebselement 438 Leistung
durch den Differenzialzahnradsatz 430 bereitzustellen.
Ein festes Drehzahlverhältnis
kann zwischen dem Antriebselement 416 und dem Abtriebselement 438 hergestellt
werden, indem beide Drehmomentübertragungsmechanismen 440 und 446 eingerückt werden.
Es ist auch ein festes Drehzahlverhältnis auswählbar, indem beide Drehmomentübertragungsmechanismen 442 und 444 eingerückt werden.
Ein anderes festes Drehzahlverhältnis,
Direktantrieb, ist auswählbar,
indem beide Drehmomentübertragungsmechanismen 440 und 442 eingerückt werden.
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6 ist
ein Antriebsstrang 510 in Stickdiagramm-Form, die eine
Ausführungsform
des Antriebsstrangs 410 von 5 in Hebeldiagrammform darstellt.
Der Antriebsstrang 510 umfasst eine Maschine 512,
die mit einem Hybridgetriebe 514 verbunden ist. Innerhalb
des Schutzumfangs der Erfindung kann die Maschine 512 eine
Brennkraftmaschine, eine Dieselmaschine, eine Brennstoffzelle oder
irgendeine andere bekannte Kraftanlage sein.
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Das
Hybridgetriebe 514 umfasst ein Antriebselement 516,
das auf bekannte Weise funktional zur Rotation mit einem Maschinenabtriebselement,
wie etwa durch einen Dämpfungsmechanismus,
verbunden ist. Das Hybridgetriebe 514 umfasst einen ersten Motor/Generator 518,
der einen Statorabschnitt 522 umfasst, der an einem stationären Element 550,
wie einem Getriebekasten, auf Masse festgelegt ist. Der Motor/Generator 518 umfasst
auch einen Rotorabschnitt 524. Der Rotorabschnitt 524 weist
Permanentmagnete 525 auf, die in Umfangsrichtung dortherum
beabstandet sind, so dass der Elektromotor/Generator 518 ein
Permanentmagnet-Motor/Generator ist. Ein zweiter Motor/Generator 520 umfasst einen
Statorabschnitt 579, der an dem stationären Element 550 auf
Masse festgelegt ist, und einen Rotorabschnitt 521. Der
Rotorabschnitt 521 weist Schlitze 527 auf, die
in Umfangsrichtung dortherum beabstandet sind, so dass der Elektromotor/Generator 520 ein
Reluktanz-Motor/Generator ist.
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Der
Antriebsstrang 510 umfasst einen Differenzialzahnradsatz 530,
der ein Planetenradsatz ist und als Planetenradsatz 530 bezeichnet
werden kann. Der Planetenradsatz 530 umfasst ein Sonnenrad 532,
ein Hohlrad 534 und einen Träger 536, der einen
Satz Planetenräder 537 drehbar
lagert, die mit sowohl dem Hohlrad 534 als auch dem Sonnenrad 532 kämmen. Ein
Zahnrad 538, das hierin auch als das Abtriebselement bezeichnet
ist, rotiert gemeinsam mit dem Träger 536 und kämmt mit
einem Zahnrad 539. Das Zahnrad 539 überträgt Drehmoment durch
ein Differenzial 541 auf Antriebswellen 543, 545.
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Das
Hohlrad 534 ist zur gemeinsamen Rotation mit dem Rotorabschnitt 524 des
Motors/Generators 518 verbunden. Das Sonnenrad 532 ist
zur gemeinsamen Rotation mit dem Rotorabschnitt 521 des Motors/Generators 520 verbunden.
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Das
Hybridgetriebe 514 umfasst mehrere Drehmomentübertragungsmechanismen,
die einen ersten Drehmomentübertragungsmechanismus 540 umfassen,
der selektiv einrückbar
ist, um das Antriebselement 516 mit dem Hohlrad 534 zu
verbinden. Ein zweiter Drehmomentübertragungsmechanismus 542 ist
selektiv einrückbar,
um das Antriebselement 516 mit dem Sonnenrad 532 zu
verbinden. Ein dritter Drehmomentübertragungsmechanismus 544 ist
selektiv einrückbar,
um das Hohlrad 534 und den Rotorabschnitt 524 an
dem stationären
Element 550 auf Masse festzulegen. Ein vierter Drehmomentübertragungsmechanismus 546 ist
selektiv einrückbar,
um das Sonnenrad 532 und den Rotorabschnitt 521 an
dem stationären
Element 550 auf Masse festzulegen. Die Drehmomentübertragungsmechanismen 540 und 542 können rotierende
Reibungskupplungen, Klauenkupplungen oder irgendein anderer geeigneter
Typ von Drehmomentübertragungsmechanismus
sein. Die Drehmomentübertragungsmechanismen 544 und 546 können Reibungskupplungen
mit einem stationären
Bauteil sein, und können als
Bremsen bezeichnet werden.
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Der
Antriebsstrang 510 weist eine im Fahrzeug befindliche Energiespeichereinrichtung 552 auf, die
funktional mit den Motoren/Generatoren 518, 520 verbunden
ist, so dass die Motoren/Generatoren 518, 520 Leistung
zu der Energiespeichereinrichtung 552 übertragen oder Leistung von
dieser aufnehmen können.
Ein elektronischer Controller 554 ist funktional mit der
Energiespeichereinrichtung 552 verbunden, um die Verteilung
von Leistung von oder zu der Energiespeichereinrichtung zu den Motoren/Generatoren 518, 520 durch
einen Leistungswechselrichter 556 zu steuern. Der Controller 554 (oder
einer oder mehrere separate Controller) ist auch funktional mit der
Maschine 512 und den Drehmomentübertra gungsmechanismen 540, 542, 544 und 546 verbunden
und steuert deren Einrückung
und Ausrückung auf
der Basis von Fahrzeugbetriebsbedingungen. Die Arbeitsdaten, die
von Sensoren gesammelt werden, wie die Drehzahl des Antriebselements 516 und des
Abtriebselements 538, können
dem Controller 554 ebenso für verschiedene Verwendungen
geliefert werden, wie etwa wenn in dem Modus mit regenerativem Bremsen
gearbeitet wird. Das Getriebe 514 ist derart ausgestaltet,
dass ein außerhalb
des Fahrzeugs befindliches Leistungsversorgungssystem 558 mit
der Energiespeichereinrichtung 552 verbunden sein kann,
um die Energiespeichereinrichtung 552 wieder aufzuladen.
Das außerhalb
des Fahrzeugs befindliche Leistungsversorgungssystem 558 ist
mit der Energiespeichereinrichtung 552 über eine Schnittstelle 559 verbunden
und kann wie mit Bezug auf das außerhalb des Fahrzeugs befindliche Leistungsversorgungssystem 58 und
die Schnittstelle 59 von 1 beschrieben
ausgestaltet sein.
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Da
der Antriebsstrang 510 eine Ausführungsform des Antriebsstrangs 410 ist,
hat jedes Bauteil des Antriebsstrangs 410 ein entsprechendes Bauteil
an dem Antriebsstrang 510. Beispielsweise entspricht der
Planetenradsatz 530 dem Differenzialzahnradsatz 430.
Das Sonnenrad 532 entspricht dem ersten Element 432,
das Hohlrad 534 entspricht dem zweiten Element 434 und
der Träger 536 entspricht
dem dritten Element 436. Die Motoren/Generatoren 518 und 520 entsprechen
jeweils den Motoren/Generatoren 418 bzw. 420.
Die Drehmomentübertragungsmechanismen 540, 542, 544 und 546 entsprechen
den Drehmomentübertragungsmechanismen 440, 442, 444 bzw. 446.
Das Antriebselement 516 und das Abtriebselement 538 entsprechen
jeweils dem Antriebselement 416 bzw. dem Abtriebselement 438.
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Die
Maschine 512 und die Motoren/Generatoren 518 und 520 sind
selektiv durch den Differenzialzahnradsatz 530 durch Einrückung der
Drehmomentübertragungsmechanismen 540, 542, 544 und 546 in
unterschiedlichen Kombinationen verbunden, um unterschiedliche Betriebsmodi
für den
Hybridantriebsstrang 510 herzustellen. Wenn beispielsweise die
Maschine 512 in einem rein elektrischen Betriebsmodus aus
ist, kann der Motor/Generator 520 alleine als Motor verwendet
werden, um an dem Abtriebselement 538 Leistung bereitzustellen,
wenn der Drehmomentübertragungsmechanismus 544 eingerückt ist,
wobei der Motor/Generator 518 dadurch stationär ist oder
steht. Alternativ kann in einem anderen rein elektrischen Betriebsmodus
der Motor/Generator 518 alleine als Motor verwendet werden,
um an dem Abtriebselement 538 Leistung bereitzustellen,
wenn der Drehmomentübertragungsmechanismus 546 eingerückt ist,
wobei der Motor/Generator 520 dadurch stationär ist oder
steht. Wenn keiner der Drehmomentübertragungsmechanismen eingerückt ist,
können
beide Motoren/Generatoren 518 und 520 als Motoren
betrieben werden, um an dem Abtriebselement 538 Drehmoment
in einer Vorwärtsrichtung
bereitzustellen. Wenn die Maschine 512 ein ist, kann der Drehmomentübertragungsmechanismus 540 eingerückt sein,
während
der Motor/Generator 520 gesteuert wird, um abhängig von
den Betriebsbedingungen des Fahrzeugs entweder als Motor oder als
Generator zu wirken und somit einen elektrisch verstellbaren Hybridbetriebsmodus
mit Eingangsleistungsverzweigung herzustellen. Ein zweiter elektrisch
verstellbarer Betriebsmodus mit Eingangsleistungsverzweigung kann
hergestellt werden, indem stattdessen der Drehmomentübertragungsmechanismus 542 eingerückt wird
und der Motor/Generator 518 gesteuert wird, um entweder
als Motor oder als Generator zu wirken und somit an dem Abtriebselement 538 Leistung
durch den Differenzialzahnradsatz 530 bereitzustellen.
Zwei reine Maschinenbetriebsmodi sind verfügbar, wenn die Maschine 512 ein
ist und beide Motoren/Generatoren 518, 520 ausge schaltet
sind: ein erster reiner Maschinenbetriebsmodus erfolgt durch Einrücken des
Drehmomentübertragungsmechanismus 540 und
ein zweiter erfolgt durch Einrücken
des Drehmomentübertragungsmechanismus 542.
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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.