DE102011007577A1

DE102011007577A1 - Leistungsverzweigter hybrider Antriebsstrang mit mehreren Modi

Info

Publication number: DE102011007577A1
Application number: DE102011007577A
Authority: DE
Inventors: Mr. Liang Wei; Mr. Wang Xiaoyong; Mr. Wu Wei; Mr. McGee Ryan Abraham; Mr. Kuang Ming Lang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2010-04-27
Filing date: 2011-04-18
Publication date: 2011-10-27
Also published as: US8425377B2; CN102233808B; BRPI1101442B1; BRPI1101442A2; CN102233808A; US20110263379A1

Abstract

Hybrid-elektrischer Fahrzeugantriebsstrang mit einer mechanischen Leistungsquelle und einer elektro-mechanischen Leistungsquelle, der einen Generator, einen Motor und eine Batterie enthält. Das durch die mechanische Leistungsquelle entwickelte Antriebsmoment wird durch eine Kupplung eines Stufengetriebes an eine Leistungsausgangswelle abgegeben. Der Elektromotor der elektro-mechanischen Leistungsquelle gibt das Antriebsmoment durch eine zweite Kupplung des Stufengetriebes ab. Um das Rückwärtsantriebsverhalten zu verbessern, wird ein mechanisches Rückwärtsantriebsmoment verwendet. Während eines Fahrereignisses wird eine Verkürzung der Betriebsdauer bei negativer Leistungsverzweigung erlangt, um den Fahrzeugantriebsstrangwirkungsgrad zu verbessern. Es ist ein Reihenantrieb verfügbar, während die mechanische Leistungsquelle den Generator antreibt, um die Batterie, die den Motor antreibt, aufzuladen. Der Generator kann als Maschinenstartermotor dienen.

Description

Die Erfindung betrifft einen leistungsverzweigten hybrid-elektrischen Fahrzeugantriebsstrang.
Eine Klasse hybrid-elektrischer Fahrzeugantriebsstränge wird gewöhnlich als leistungsverzweigter Antriebsstrang bezeichnet, der zwei Leistungsquellen besitzt. Die erste Quelle enthält eine Brennkraftmaschine, und eine zweite Quelle ist eine Kombination aus einem Elektromotor, einem Generator und einer Batterie. Die Maschine und der Generator bilden zusammen mit einem Planetenradsatz, einer Vorgelegewelle und einem Motor einen mechanischen Drehmomentflusspfad zu Fahrzeugantriebsrädern. Die Batterie ist eine Energie speichernde Vorrichtung für den Generator und den Motor. Die Maschinenleistung wird bei jeder Generatordrehzahl und Fahrzeuggeschwindigkeit auf zwei Leistungsflusspfade aufgeteilt. Die Maschinendrehzahl wird durch den Generator gesteuert, was bedeutet, dass die Maschinendrehzahl innerhalb des zulässigen Drehzahlbereichs des Generators entkoppelt werden kann. Diese Betriebsart, in der der Generator mittels mechanischer Leistungseingabe von der Maschine elektrische Leistung erzeugt, wird ”positive Leistungsverzweigung” genannt.
Infolge der mechanischen Eigenschaften des Planetenradsatzes kann der Generator Leistung an den Planetenradsatz zum Antreiben des Fahrzeugs verteilen. Diese Betriebsart wird ”negative Leistungsverzweigung” genannt. Die Kombination aus einem Generator, einem Motor und einem Planetenradsatz kann demgemäß so betrachtet wenden, dass sie Eigenschaften eines elektrischen stufenlosen Getriebes (e-CVT) besitzt.
Es kann eine Generatorbremse aktiviert werden, so dass durch lediglich einen mechanischen Pfad Maschinenausgangsleistung mit einem festen Übersetzungsverhältnis zur Drehmomentausgangsseite des Antriebsstrangs übertragen wird. Die erste Leistungsquelle kann nur den Vorwärtsantrieb des Fahrzeugs bewirken, da es keinen Rückwärtsgang gibt. Die Maschine erfordert entweder eine Generatorsteuerung oder eine Betätigung einer Generatorbremse, um Ausgangsleistung für den Vorwärtsantrieb zu übertragen.
Wenn die zweite Leistungsquelle aktiv ist, entnimmt der Elektromotor der Batterie Leistung und treibt das Fahrzeug sowohl für den Vorwärtsantrieb als auch den Rückwärtsantrieb unabhängig von der Maschine an. Außerdem kann der Generator der Batterie Leistung entnehmen und wider eine Einwegkupplung an der Maschinenleistungsausgangswelle antreiben, um das Fahrzeug in Vorwärtsrichtung voranzutreiben. Diese Betriebsart wird ”Generatorantriebsmodus” genannt. Ein Fahrzeugsystemcontroller koordiniert die zwei Leistungsquellen, so dass sie nahtlos zusammenarbeiten und eine Drehmomentanforderung des Fahrers erfüllen, ohne Antriebsstrangsystemgrenzen zu überschreiten. Der Fahrzeugsystemcontroller ermöglicht die ständige Regelung der Maschinendrehzahl bei jeder gegebenen Maschinendrehzahl- und Leistungsanforderung. Der mechanische Leistungsflusspfad sorgt für eine effiziente Leistungsabgabe durch den Planetenradsatz an die Antriebswelle.
Ein leistungsverzweigter hybrid-elektrischer Antriebsstrang besitzt Nachteile, wenn er in einem Modus der negativen Leistungsverzweigung betrieben wird. Beispielsweise richtet eine negative Leistungsverzweigung einen Leistungszirkulationspfad innerhalb des Getriebes selbst ein, wenn Leistung an die Antriebsräder abgegeben wird. Diese Leistungszirkulation verringert den Antriebsstrangwirkungsgrad aufgrund des während der Leistungszirkulation erzeugten zusätzlichen Leistungsverlustes. Bei einem leistungsverzweigten System wird jedoch eine negative Leistungsverzweigung benötigt, um die Maschinendrehzahl bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten und bei einer Niedrigleistungsanforderung zu regeln. Diese Betriebsbedingung ergibt sich hauptsächlich während des Betriebs auf einer Schnellstraße bei hoher Geschwindigkeit.
Ein zweiter Nachteil des Betreibens in einem Modus der negativen Leistungsverzweigung tritt auch während des Rückwärtsantriebs auf. Ein leistungsverzweigter Antriebsstrang herkömmlichen Entwurfs besitzt bei Rückwärtsantrieb eine geringe Drehmomentkapazität. Da der Planetenradsatz bei Rückwärtsantrieb keine negative Drehmomentabgabe verschaffen kann, muss der Motor dazu verwendet werden, das Hohlraddrehmoment am Planetenradsatz auszugleichen. Dies begrenzt die Rückwärtsantriebsdrehmomentkapazität. Ferner muss der Generator so groß ausgelegt sein, dass er fähig ist, das Maschinendrehmoment für Schwerfahrzeuganwendungen zu halten.
Aufgabe der Erfindung ist es, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu überwinden.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Die Erfindung umfasst einen hybriden Antriebsstrangentwurf, der die in der vorhergehenden Besprechung beschriebenen Nachteile eines herkömmlichen leistungsverzweigten hybriden Fahrzeugantriebsstrangs vermeidet. Sie besitzt die Eigenschaften sowohl eines leistungsverzweigten hybrid-elektrischen Antriebsstrangs als auch eines Stufengetriebes mit Lastschaltung. Das Getriebe besitzt zwei automatische Kupplungen zwischen dem Hohlrad des Planetenradsatzes und dem Lastschaltgetriebe. Zwei Antriebsmodi, ein unterer Bereich und ein oberer Bereich, besitzen elektro-mechanische e-CVT-Eigenschaften, die für normales Fahren verfügbar sind.
Ein mechanischer Rückwärtsgang ist ebenso verfügbar, was die Notwendigkeit, sich nur auf das Antriebsdrehmoment vom Motor des leistungsverzweigten Abschnitts des Antriebsstrangs zu stützen, ausräumt. Ferner ist ein Hohlradverrieglungszustand aufgenommen, um eine Reihenbetriebsart zu bewerkstelligen, in der Leistung von der Maschine über den Generator zum Motor übertragen wird. Die Verriegelung des Hohlrades ermöglicht es auch, den Generator als Motor zu verwenden, um die Maschine während eines Maschinenstarts anzulassen, während das Hohlrad als Anlassdrehmoment-Reaktionselement wirkt.
Weitere Einzelheiten und Merkmale des Fahrzeugantriebstrangs sind den Figuren und der dazu gehörigen Beschreibung zu entnehmen.
1 ist eine schematische Darstellung eines leistungsverzweigten hybridelektrischen Fahrzeugantriebsstrangs herkömmlichen Entwurfs;
2 ist ein schematischer Blockschaltplan der mechanischen Leistungsflusspfade und der elektro-mechanischen Leistungsflusspfade für den Antriebsstrang von 1;
2a ist ein Diagramm, das den Leistungsfluss zwischen den Elementen des Antriebsstrangs von 1 während des elektrischen Antriebs zeigt;
2b ist ein zum Diagramm von 2a ähnliches Diagramm, wenn der Antriebsstrang von 1 bei eingeschalteter Maschine in einem Modus der positiven Leistungsverzweigung arbeitet;
2c ist ein zum Diagramm von 2a ähnliches Diagramm, das den Leistungsfluss zeigt, wenn die Maschine eingeschaltet ist und der Antriebsstrang von 1 in einem Modus der negativen Leistungsverzweigung arbeitet;
2d ist ein zum Diagramm von 2a ähnliches Leistungsflussdiagramm, wenn die Maschine eingeschaltet ist und die Generatorbremse betätigt ist, während der Antriebsstrang von 1 in einem Parallelmodus betrieben wird;
3 ist eine schematische Darstellung des leistungsverzweigten Systems mit mehreren Modi, das die vorliegende Erfindung enthält;
3a ist ein Vektordiagramm der Drehzahl- und Drehmoment-Eigenschaften für die Elemente des Systems von 3 während des Antriebs mit positiver Verzweigung;
3b zeigt Vektordiagramme für Drehzahl und Drehmoment für die Elemente des Systems von 3 während des Parallelantriebs;
3c zeigt Vektordiagramme für Drehzahl und Drehmoment für die Elemente des Systems von 3 während des Antriebs mit negativer Verzweigung;
3d zeigt die Vektordiagramme für Drehzahl und Drehmoment für die Elemente des Systems von 3 während des Rückwärtsantriebs;
4 zeigt Vektordiagramme für Elemente des Systems von 3, wenn der Antriebsstrang in einem Modus der Leistungsverzweigung im unteren Bereich betrieben wird;
5 zeigt Vektordiagramme für Elemente des Systems von 3 während des Modus der Leistungsverzweigung im oberen Bereich;
6 ist ein Plot der Maschinendrehzahl, der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Generatordrehzahl für den unteren und den oberen Bereich des Systems von 3;
7 ist ein Plot der mechanischen Leistung und der elektrischen Leistung bei der Leistungsverzweigungskonfiguration von 3 für einen Bereich von Fahrzeuggeschwindigkeiten;
8 ist ein Plot von Generatordrehmoment- und Generatordrehzahl-Eigenschaften für verschiedene Generatorstromwerte; und
9 ist eine schematische Darstellung einer Fahrzeugeinbauanordnung der Elemente eines Antriebsstrangs, der die Merkmale von 3 enthält.
Der offenbarte hybrid-elektrische Fahrzeugantriebsstrang besitzt eine Parallel-Reihen-Konfiguration, wie sie in 1 gezeigt ist. Ein Fahrzeugsystemcontroller 10, eine Batterie 12 und eine Transachse 14 stehen zusammen mit einem Motor-Generator-Teilsystem unter der Steuerung eines Steuerbereichsnetzes (control area network, CAN). Eine Maschine 16, die durch das Modul 10 gesteuert wird, gibt das Drehmoment durch die Drehmomenteingangswelle 18 an das Getriebe 14 ab.
Das Getriebe 14 enthält eine Planetengetriebeeinheit 20, die ein Hohlrad 22, ein Sonnenrad 24 und eine Planetenträgeranordnung 26 enthält. Das Hohlrad 22 verteilt das Drehmoment an Zahnräder mit abgestuftem Übersetzungsverhältnis, die aus ineinander greifenden Getriebeelementen 28, 30, 32, 34 und 36 gebildet sind. Eine Drehmomentausgangswelle 38 für die Transachse ist durch einen Differential- und Achsmechanismus 42 mit Fahrzeugantriebsrädern 40 antreibbar verbunden.
An einer Vorgelegewelle sind Zahnräder 30, 32 und 34 angebracht, wobei das Zahnrad 32 mit einem motorangetriebenen Zahnrad 44 in Eingriff steht. Ein Elektromotor 46 treibt das Zahnrad 44 an, das als Drehmomenteingang für das Vorgelegewellen Getriebe dient.
Die Batterie liefert durch einen Leistungsflusspfad 48 elektrische Leistung an den Motor. Ein Generator 50 ist in herkömmlicher Weise mit der Batterie und dem Motor elektrisch verbunden, wie bei 52 gezeigt ist.
Wenn die Antriebsstrangbatterie 12 bei abgeschalteter Maschine als einzige Leistungsquelle dient, werden der Drehmomenteingang 18 und die Trägeranordnung durch eine Freilaufkupplung 53 gebremst. Eine mechanische Bremse 55 verankert den Rotor des Generators 50 und das Sonnenrad 24, wenn die Maschine eingeschaltet ist und sich der Antriebsstrang in einem Parallelantriebsmodus befindet, wobei das Sonnenrad 24 als Reaktionselement dient.
Wie oben erwähnt wurde, gibt es zwei Leistungsquellen für den Endantrieb. Die erste Leistungsquelle ist eine Kombination aus den Maschinen- und Generatorteilsystemen, die mittels der Planetengetriebeeinheit 20 miteinander verbunden sind. Die andere Leistungsquelle beinhaltet nur das elektrische Antriebssystem, das den Motor, den Generator und die Batterie enthält, wobei die Batterie als ein Energie speicherndes Medium für den Generator und den Motor dient.
Die Leistungsflusspfade zwischen den verschiedenen Elementen des in 1 gezeigten Diagramms für leistungsverzweigten Antriebsstrang sind in 2 gezeigt. Kraftstoff wird an die Maschine 16 unter der Steuerung der Bedienungsperson in herkömmlicher Weise mittels einer Maschinendrosselklappe abgegeben. An die Planetengetriebeeinheit 20 abgegebene Maschinenleistung ist als T_{e e} ausgedrückt, wobei T_e das Maschinendrehmoment ist und _e die Maschinendrehzahl ist. Vom Planetenhohlrad an die Vorgelegewellenzahnräder abgegebene Leistung ist als T_{r r}, das das Produkt aus Hohlraddrehmoment und Hohlraddrehzahl ist, ausgedrückt. Leistung aus dem Getriebe 14 heraus ist durch die Symbole T_S und _S, das Drehmoment der Welle 38 bzw. die Drehzahl der Welle 38, dargestellt.
Der Generator, wenn er als Motor dient, kann Leistung an das Planetengetriebe abgeben. Alternativ kann er durch das Planetengetriebe angetrieben sein, wie in 2 durch den Drehmomentflusspfad 52 dargestellt ist. Ähnlich kann die Leistungsverteilung zwischen dem Motor und den Vorgelegewellenzahnrädern in jeder Richtung erfolgen, wie durch den Drehmomentflusspfad 54 gezeigt ist. Antriebsleistung von der Batterie oder Ladeleistung an die Batterie ist durch den bidirektionalen Pfeil 48 dargestellt.
Wie in 2 gezeigt ist, kann durch Steuern der Generatordrehzahl die Maschinenausgangsleistung in zwei Pfade verzweigt wenden. Der mechanische Leistungsflusspfad T_{r r} geht von der Maschine über den Träger und das Hohlrad zur Vorgelegewelle. Der elektrische Leistungsflusspfad geht von der Maschine über den Generator und den Motor zur Vorgelegewelle. Die Maschinenleistung wird verzweigt, wobei während einer sogenannten Betriebsart der positiven Leistungsverzweigung die Maschinendrehzahl von der Fahrzeuggeschwindigkeit losgelöst ist. Dieser Zustand ist in 2b gezeigt, wo die Maschine 16 Leistung an das Planetengetriebe 20 abgibt, das Leistung an die Vorgelegewellenzahnräder 30, 32 und 34 abgibt, die ihrerseits die Räder antreiben. Ein Teil der Planetengetriebeleistung wird an den Generator 50 verteilt, der Ladeleistung an die Batterie 12 abgibt. Die Drehzahl des Generators ist zu jener Zeit größer als null oder positiv, und das Generatordrehmoment ist kleiner als null. Die Batterie treibt den Motor 46 an, der Leistung zur Vorgelegewelle verteilt. Diese Anordnung ist eine ”positive Leistungsverzweigung”.
Wenn der Generator aufgrund der mechanischen Eigenschaften der Planetengetriebeeinheit als Leistungseingang zur Planetengetriebeeinheit dient, um das Fahrzeug anzutreiben, kann die Betriebsart als ”negative Leistungsverzweigung” bezeichnet werden. Dieser Zustand ist in 2c gezeigt, wo die Generatordrehzahl negativ ist und das Generatordrehmoment ebenfalls negativ ist.
Der Generator in 2c gibt Leistung an die Planetengetriebeeinheit 20 ab, während der Motor 46 als Generator dient und die Batterie 12 lädt. Es ist jedoch möglich, dass unter bestimmten Bedingungen der Motor Leistung an das Vorgelegewellengetriebe verteilen kann, wenn das sich an den Rädern ergebende Drehmoment vom Getriebe die Fahreranforderung nicht erfüllt. Dann muss der Motor die Differenz wettmachen.
Wenn die Generatorbremse 55 aktiviert ist, ist eine Parallelbetriebsart eingerichtet. Dies ist in 2d gezeigt, wo die Maschine 16 eingeschaltet ist und der Generator gebremst wird. Die Batterie 12 speist den Motor 46, der gleichzeitig mit der Abgabe von Leistung von der Maschine über das Planetengetriebe an das Vorgelegewellengetriebe das Vorgelegewellengetriebe mit Leistung versorgt.
Die erste Leistungsquelle kann Drehmoment nur für den Vorwärtsantrieb abgeben, weil es beim Vorgelegewellengetriebe keinen Rückwärtsgang gibt. Die Maschine erfordert entweder die Generatorsteuerung oder eine Generatorbremse, um für die Vorwärtsbewegung die Übertragung von Leistung auf die Räder zu ermöglichen.
Die zweite Leistungsquelle ist, wie oben beschrieben wurde, das Batterie-, Generator- und Motorteilsystem. Dieses ist in 2a gezeigt. In diesem Antriebmodus wird die Maschine durch die Freilaufkupplung 53 gebremst. Der Elektromotor entnimmt der Batterie Leistung und bewirkt den Antrieb unabhängig von der Maschine, entweder mit Vorwärts- oder mit Rückwärtsbewegung. Der Generator kann der Batterie Leistung entnehmen und wider eine Reaktion der Einwegkupplung 53 antreiben. Der Generator arbeitet in diesem Modus als Motor.
Wie zuvor angegeben wurde, sind die zwei Leistungsquelle integriert, so dass sie nahtlos zusammenarbeiten, um die Anforderung des Fahrers nach Leistung zu erfüllen, ohne die Leistungsgrenzen des Systems einschließlich der Batteriegrenzen zu überschreiten, und dabei den optimalen Antriebsstrangwirkungsgrad und das optimale Antriebsstrangverhalten aufrechtzuerhalten. Das System ermittelt die Anforderung des Fahrers nach Drehmoment und erreicht die optimale Verzweigung von Leistung zwischen den zwei Leistungsquellen. Wenn die Batteriegrenzen überschritten werden und die Batteriespannung außerhalb eines spezifizierten Bereichs liegt, kann eine Antriebsstrangsystemabschaltung eintreten.
3 zeigt einen Antriebsstrang mit den Merkmalen eines leistungsverzweigten Antriebsstrangs von 1 in Kombination mit einem Mehrgang-Doppelkupplungs-Vorgelegewellengetriebe. In 3 sind die Elemente des Leistungsverzweigungsabschnitts des Antriebsstrangs durch Bezugszeichen bezeichnet, die dieselben sind wie die Bezugszeichen, die zum Beschreiben der Planetenabschnitte für verzweigte Leistung der herkömmlichen Konstruktion nach 1 verwendet wurden, obwohl Bezugszeichen mit Strichnotationen verwendet werden. Das Hohlrad 22' ist mit der Leistungseingangswelle 60 auf der Drehmomenteingangsseite der Kupplung C1 antreibbar verbunden. Der Motor 46' treibt die Leistungseingangswelle 62 auf der Drehmomenteingangsseite der Kupplung C2 an. Eine Vorgelegewellengetriebeanordnung 64 enthält eine Hauptantriebswelle 66, die durch die Leistungsausgangswelle 68 mit einem Achsantrieb antreibbar verbunden ist. Eine erste Vorgelegewelle 70 unterstützt drehbar ein Zahnrad für den unteren Bereich 72, ein Zahnrad für den oberen Bereich 74 und ein Zahnrad für rückwärts 71, eine zweite Vorgelegewelle 78 sowie ein Zahnrad für rückwärts 76.
Die Hauptantriebswelle 66 ist mit einem Zahnrad 76, einem Zahnrad 78 und einem Zahnrad für rückwärts 80 verbunden. Das Zahnrad für den unteren Bereich 72 ist mit dem Zahnrad 76 in Eingriff, während das Zahnrad für den oberen Bereich 74 mit dem Zahnrad 78 in Eingriff ist.
Eine zweite Vorgelegewelle 82 unterstützt drehbar ein Zahnrad für den unteren Bereich 84 und ein Zahnrad für den oberen Bereich 86, die mit den Zahnrädern 76 bzw. 78 in Eingriff sind. Vorgelegewellenzahnräder 88 und 90, die mit der Vorgelegewelle 82 verbunden sind, sind mit den Zahnrädern für rückwärts 76 bzw. 80 verbunden.
Eine Synchronkupplung, die bei 92 schematisch gezeigt ist, verbindet wahlweise das Zahnrad für den unteren Bereich 72 und das Zahnrad für den oberen Bereich 74 mit der Vorgelegewelle 70. Die Synchronkupplung 94 verbindet wahlweise das Zahnrad für den unteren Bereich 84 und das Zahnrad für den oberen Bereich 86 mit der Vorgelegewelle 82.
Die Kupplung 96, wenn sie in einer Richtung nach links verschoben wird, verbindet das Zahnrad für rückwärts 71 mit der Vorgelegewelle 70. Wenn sie in einer Richtung nach rechts verschoben wird, wird die Vorgelegewelle 70 mit dem Getriebegehäuse verriegelt. Dies verankert das Hohlrad 22'. Dieser Zustand ist bei K in 3 angegeben. Wenn das Hohlrad verriegelt ist, erlangt der Antriebsstrang einen Reihenmodus, in dem Leistung von der Maschine und dem Generator zum Motor übertragen wird.
Wenn die Maschine ausgeschaltet ist, kann sie mittels Generatordrehmoment gestartet werden, während die Bremse bei K das Hohlrad 22' verriegelt. Der Generator dient dann, während er das Anlassdrehmoment verschafft, als Motor.
Während des Betriebs in einem Leistungsverzweigungsmodus bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit sollte das Getriebe bei in Linksrichtung verschobener Kupplung 92 im unteren Bereich arbeiten. In diesem Modus besitzen beide Leistungsflusspfade, vom Hohlrad zur Welle 68 und vom Motor zur Welle 68, eine Hochdrehzahlverringerung und Drehmomentvervielfachung. Während dieses Betriebs im Modus für den unteren Bereich ist die Generatordrehzahl für eine gegebene Fahrzeuggeschwindigkeit und eine gegebene Maschinendrehzahl begrenzt. Das maximale Generatordrehmoment fällt von einem Maximalwert ab, wenn die Generatordrehzahl zunimmt. Dies ist bei 140 in 8, die später besprochen wird, gezeigt.
Während des Betriebs bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten im unteren Bereich (L) sind die Kupplungen 92 und 94 nach links verschoben, so dass das Motordrehmoment mit Drehzahlverringerung und Drehmomentvervielfachung an die Hauptantriebswelle 66 abgegeben wird.
Wenn die Kupplungen 92 und 94 nach rechts verschoben sind, geben das Zahnrad für hohe Drehzahl 74 und das Zahnrad für hohe Drehzahl 86 Drehmoment vom Hohlrad bzw. dem Motor mit einer Drehzahlzunahme und einer Drehmomentverringerung ab. Dies ermöglicht, dass die Generatordrehzahl die meiste Zeit positiv ist, um ein Betreiben in einem Modus der negativen Verzweigung zu vermeiden.
Rückwärtsdrehmoment wird von der Vorgelegewelle 70 durch die Kupplung 96 abgegeben, wenn die Kupplung 96 nach links verschoben ist. Das Zahnrad für rückwärts 76 treibt dann die Vorgelegewelle 88 an, die ihrerseits Drehmoment durch das Vorgelegewellenzahnrad 90 und das Hauptantriebswellenzahnrad 80 an die Hauptantriebswelle 66 abgibt.
Ein herkömmlicher leistungsverzweigter hybrid-elektrischer Fahrzeugantriebsstrang des in 1 gezeigten Typs besitzt Geschwindigkeitsvektoren für die Elemente des Antriebsstrangs, wie in 3a, 3b, 3c und 3d gezeigt ist. 3a zeigt den sogenannten Modus für positive Verzweigung, in dem der Planetenradsatz den Leistungsflusspfad von der Maschine in einen elektro-mechanischen Pfad und einen mechanischen Pfad verzweigt. In jeder der 3a–3d ist das Symbol _r die Hohlraddrehzahl, das Symbol _e die Maschinendrehzahl oder Trägerdrehzahl und das Symbol _g die Generatordrehzahl. Die entsprechenden Vektoren für Drehmoment sind durch die Symbole _r für das Hohlraddrehmoment, _e für das Maschinen- oder Trägerdrehmoment und _g für das Generatordrehmoment angegeben. Das Symbol gibt das Übersetzungsverhältnis an.
Im Fall des Parallelbetriebs wird der Generator gebremst, so dass seine Geschwindigkeit null ist. Sein Bremsmoment ist durch das Symbol _Bremse angegeben.
In den Vektordiagrammen von 3c für Winkelgeschwindigkeit und Drehmoment während eines sogenannten Betriebs mit negativer Verzweigung ist der Vektor für Generatordrehzahl umgekehrt und erstreckt sich in einer negativen Richtung, was zu einer Verringerung der Maschinendrehzahl führt. Im Fall des Rückwärtsantriebbetriebs, wie er in 3d angegeben ist, ist die Hohlraddrehzahl umgekehrt bezüglich der Richtung der Hohlraddrehzahl während des Antriebs mit positiver Verzweigung, des Parallelantriebs und des Antriebs mit negativer Verzweigung. Dies führt zu einer wesentlichen Verringerung der Maschinendrehzahl.
Das leistungsverzweigte System wird im Parallelmodus betrieben, wenn das Fahrzeug in einem Geschwindigkeitsbereich fährt, in dem die Maschine in ihrem effizienten Bereich betrieben werden kann, und wenn die Batterie nicht lädt. In diesem Modus kann die Generatorbremse betätigt wenden, wobei das Sonnenrad mit Masse verbunden ist, wodurch ein Maschinenreaktionsdrehmoment verschafft wird. Die gesamte Maschinenleistung geht dann an die angetriebenen Räder. Da das Sonnenrad verriegelt ist, ist die Maschinendrehzahl proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit.
Das leistungsverzweigte System wird im Modus der positiven Verzweigung betrieben, wenn die durch die Maschine erzeugte Leistung die Anforderung des Fahrers übersteigt oder die Fahrzeuggeschwindigkeit niedrig ist. Im Modus der positiven Verzweigung wird der Generator so gesteuert, dass er als Generator fungiert, um sicherzustellen, dass zugunsten des besten Wirkungsgrades die Maschine im gewünschten Betriebsbereich arbeitet. Der Generator legt das Drehmoment in der Drehrichtung der Maschine an, um ein Maschinenreaktionsdrehmoment zu verschaffen. Folglich wird die Maschinenleistungsabgabe verzweigt, um die Anforderung des Fahrers zu erfüllen und den Generator zum Aufladen der Batterie anzutreiben.
4 ist ein Vektordiagramm, das die Drehzahlen des Hohlrads, der Maschine und des Generators sowie die entsprechenden Werte für das Hohlraddrehmoment, das Maschinendrehmoment und das Generatordrehmoment, wenn sich der Antriebsstrang im sogenannten unteren Drehzahlbereich befindet, zeigt. Wenn der Antriebsstrang im sogenannten oberen Drehzahlbereich arbeitet, sind die Vektoren für die Drehzahl und das Drehmoment der Antriebsstrangelemente in 5 angegeben. Es sei angemerkt, dass die Hohlraddrehzahl, die Maschinendrehzahl und die Generatordrehzahl, die in 5 gezeigt sind, relativ zu den in 4 angegebenen entsprechenden Drehzahlen für den Betrieb im unteren Bereich verringert sind. Die Drehzahlen der Halbwellen (Antriebswellen), die in 9 bei 148 und 150 zu sehen sind, sind in den 4 und 5 bei d gezeigt. Das Hebelmoment, das durch die Differenzen der Teilkreisdurchmesser der Zahnräder für den unteren Bereich und der Zahnräder für den oberen Bereich hervorgerufen wird, wird in den 4 und 5 durch Vergleich der Dimensionen ”x” bzw. ”y” deutlich. Die Dimension ”x” ist kürzer als die Dimension ”y”.
Während des Betriebs des Fahrzeugs bei niedrigen Geschwindigkeiten sollte das Getriebe im Modus für den unteren Bereich arbeiten. In diesem Modus besitzen beide Pfade, vom Hohlrad zur Welle 68 und vom Motor zur Welle 68, hochdrehzahlverringernde Übersetzungsverhältnisse. Dies ermöglicht die Drehmomentvervielfachung für eine gegebene Maschinengröße und Fahrmotorgröße. Außerdem ist während des Betriebs im unteren Bereich die Generatordrehzahl für eine gegebene Fahrzeuggeschwindigkeit und Maschinendrehzahl begrenzt. Da das Generatordrehmoment von einem Maximalwert abzufallen beginnt, wenn die Generatordrehzahl zunimmt, begrenzt der Betrieb im unteren Bereich die Generatordrehzahl, um seinen oberen Drehmomentbereich voll zu nutzen. Die Veränderung des maximalen Generatordrehmoments mit zunehmender Generatordrehzahl, wie vorher angegeben wurde, ist in 8 gezeigt.
Während des Hochgeschwindigkeitsbetriebs sollte das Getriebe in der Betriebsart der Leistungsverzweigung im oberen Bereich sein. Sie besitzt ein niedrigdrehzahlreduzierendes Übersetzungsverhältnis. Dies ermöglicht, dass die Generatordrehzahl während der meisten Betriebszeit positiv ist, wodurch der Modus für negative Verzweigung, dem eine Ineffizienz eigentümlich ist, vermieden wird.
Die Entwurfsüberlegungen, die bestimmen, ob der Antriebsstrang im oberen Bereich oder im unteren Bereich betrieben werden sollte, werden mit Bezug auf 6 beschrieben.
In 6 ist die Beziehung zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Maschinendrehzahl im Parallelmodus, wenn das Getriebe den unteren Bereich (L) einnimmt, eine lineare Beziehung, wie bei 100 in 6 gezeigt ist. Wenn das Getriebe in den oberen Bereich (H) geschaltet ist, ist die Beziehung zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Maschinendrehzahl im Parallelmodus bei 102 gezeigt. Die Maschinendrehzahlen, die für einen gegebenen Fahrwiderstand am effizientesten sind, sind bei 116 gezeigt. Die maximale Maschinendrehzahl ist bei 106 gezeigt, während die minimale Maschinendrehzahl bei 108 gezeigt ist. Der Bereich von Generatordrehzahlen geht von null im Parallelmodus bis zu einem Wert, der entweder der maximalen Maschinendrehzahl oder einer minimalen Maschinendrehzahl entspricht, wie in 6 angegeben ist.
Aus 6 ist ersichtlich, dass dann, wenn das Getriebe im Parallelmodus arbeitet, die Maschinendrehzahl bei zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit näher bei der effizientesten Maschinendrehzahl bei Fahrwiderstand liegt. Der lineare Plot der Parallelgeschwindigkeit für den Betrieb im oberen Bereich schneidet den Plot der Maschinendrehzahl bei Fahrwiderstand in drei Schnittpunkten. Der entsprechende Plot für den Betrieb im unteren Bereich, der bei 100 gezeigt ist, ist von der Linie der Maschinendrehzahl bei Fahrwiderstand versetzt und schneidet jene Linie nur in einem verwendbaren Schnittpunkt, wie er bei 110 angegeben ist. Die verwendbaren Schnittpunkte für Betrieb im oberen Bereich sind bei 112 und 114 gezeigt. An diesen Punkten 112 und 114 wird die volle Maschinenleistung durch den mechanischen Pfad übertragen. Das Getriebe kann noch immer in einem Modus der negativen Verzweigung arbeiten, jedoch ist der nachteilige Effekt der Ineffizienz aufgrund des Betriebs im Modus der negativen Verzweigung wesentlich abgeschwächt. Ferner ist im Vergleich zu einem Getriebe des in 1 offenbarten Typs die Menge an elektrischer Leistung wesentlich verringert. Der gesamte Antriebsstrang kann somit bei höherer Effizienz bzw. höherem Wirkungsgrad betrieben werden. Wenn das Übersetzungsverhältnis des oberen Bereichs in einer solchen Weise entworfen ist, dass die Gerade 102 eine Tangente an die Kurve 116 ist, verschmelzen die Punkte 112 und 114 zu einem Punkt und besitzt das System keine negative Verzweigung. Dies verbessert den Gesamtwirkungsgrad des Antriebsstrangs wesentlich. Jedoch ist der Entwurf von Übersetzungsverhältnissen auch durch Fahrzeugbeschleunigungsanforderungen beschränkt, so dass der Entwurf eventuell Wirkungsgrad oder Verhalten durch Abwägen zwischen beiden einem Kompromiss unterwerfen muss.
Das in 3 zu sehende Antriebsstrangsystem kann im Reihenmodus arbeiten, wenn das Hohlrad durch Bewegen der Synchronkupplung 96 nach rechts verriegelt wird. Dies verhindert die Drehbewegung des Hohlrads 22', so dass die Maschinenleistungsabgabe lediglich durch den elektrischen Pfad übertragen werden kann.
Ein mechanischer Rückwärtsantrieb wird erreicht, indem die Synchronkupplung 96 nach links verschoben wird. Das mechanische Rückwärts wird somit durch Verwendung von Maschinenleistung bewirkt. Es ist nicht wie im Fall des in 1 zu sehenden Antriebsstrangs erforderlich, sich auf Motorleistung für Rückwärtsantriebsleistung zu stützen.
Es liegt ein mechanischer Neutralmodus vor, wenn die Gangwahlhebel nicht in einem eingerückten Zustand sind.
Während des Schaltens von einem Übersetzungsverhältnis zum anderen wird die in 3 zu sehende Kupplung C1 ausgerückt, wenn der Fahrer von einem Befehl nach hoher Leistung aus das Fahrpedal zurücknimmt (”tips out”). Zu diesem Zeitpunkt liegt weder eine Maschinendrehmoment- noch eine Generatordrehmomentanforderung vor. Der Kraftstoffverbrauch der Maschine wäre minimal, da ein Maschinendrehmoment nur erforderlich wäre, um die Systemreibung zu kompensieren. Zu diesem Zeitpunkt kann die Synchronkupplung 92 in die Position für höheren Gang verschoben werden. Nachdem die Synchronkupplung 92 verschoben ist, sollte die Hohlraddrehzahl mit der Drehzahl der Vorgelegewelle 70 synchronisiert werden. Das Schalten ist abgeschlossen, wenn die Kupplung C1 wieder eingerückt ist.
Die Betätigung der Kupplung C2 gleicht der Betätigung der Kupplung C1. Das Fahrzeug kann unter Verwendung eines Motordrehmomentpfads in einem niedrigen Gang starten. Dies nutzt das Drehmoment des Motors bei niedriger Drehzahl und die maximale Leistung des Motors vollständig aus. Wenn der Motor eine Drehzahl erreicht, bei der sein Drehmoment abzunehmen beginnt, nimmt sein Wirkungsgrad ab. Zu jenem Zeitpunkt wird die Kupplung C2 in 3 ausgerückt und die Synchronkupplung 94 in ihren oberen Bereich verschoben, wodurch die Motordrehzahl abgesenkt wird und ermöglicht wird, dass der Motor in seinen effizientesten Betriebsbereich eintritt. Bei jedem dieser Bereichsübergänge arbeitet der andere Drehmomentpfad weiterhin, so dass das an den Achsantrieb 68 abgegebene Drehmoment nicht unterbrochen wird.
Die Maschine kann durch Verwendung von Generatorleistung gestartet werden, wenn der Maschinendrehmomentpfad mittels der Kupplung 96 verriegelt ist. Dies erübrigt ein Motordrehmoment zum Halten des Hohlrades während des Maschinenstartprozesses.
Der Gesamtwirkungsgrad des Fahrzeugantriebsstrangs wird bestimmt durch den Maschinenwirkungsgrad und den Wirkungsgrad der anderen Elemente des Antriebsstrangs. Bei einem herkömmlichen Antriebsstrang mit einer Brennkraftmaschine und einem mechanischen Mehrganggetriebe besitzt das Getriebe feste Übersetzungsverhältnisse und ein geplantes Schalten zwischen Übersetzungsverhältnissen. Der Maschinenwirkungsgrad kann jedoch für einen gegebenen Leistungsbefehl nicht optimiert werden, da die Anzahl von Übersetzungsverhältnissen begrenzt ist. Bei einem Antriebsstrang wie etwa dem in 1 gezeigten verwenden die e-CVT-Eigenschaften des Antriebsstrangs den Generator zum Regeln der Maschinendrehzahl. Der Maschinenwirkungsgrad kann daher durch das Merkmal der stufenlosen Übersetzungsverhältnisse bei einer gegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit und für eine gegebene Maschinenleistungsanforderung stets maximiert werden.
Bei einem solchen leistungsverzweigten System wird die Leistung sowohl durch einen mechanischen Pfad vom Hohlrad als auch durch einen elektrischen Pfad mittels des Generator-Motors übertragen. Wie in 7 gezeigt ist, ist die Leistungsverteilung für ein gegebenes Maschinendrehmoment und eine gegebene Maschinendrehzahl fest. Der mechanische Pfad besitzt einen höheren Wirkungsgrad als der elektrische Pfad, jedoch kann keine Steuerung mehr verwendet werden, um diese Verteilung zu verändern, nachdem das Maschinendrehzahl-Steuerungsziel erfüllt ist. Daher ist der Maschinenwirkungsgrad bei einem herkömmlichen leistungsverzweigten System hoch, jedoch bewirkt dieses Merkmal einen im Vergleich zu einem rein mechanischen System herabgesetzten Gesamtwirkungsgrad der Transachse. Im idealsten Fall wirkt die Maschinendrehzahl am effizientesten an einem Punkt, der dem effizientesten Betriebspunkt der Transachse entspricht.
6 zeigt die Beziehung zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Maschinendrehzahl. Die Linien 100 und 102 in 6 repräsentieren den Betrieb in den Modi für den unteren Bereich und oberen Bereich (L-Modus und H-Modus). Die Kurve 116 für Parallelgeschwindigkeiten ist ein Plot der optimalen Maschinendrehzahlen für eine Nenn-Fahrzeuglast bei einer gegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit. Die Linien 100 und 102 enthalten die Punkte, an denen die gesamte Leistung durch den mechanischen Pfad verteilt wird, was zu einem maximalen Antriebsstrangwirkungsgrad führt. Die Kurve der Maschinendrehzahl bei Fahrwiderstand bei 116 enthält die besten Maschinenwirkungsgradpunkte. Je kleiner die Diskrepanz zwischen den Linien, die die mechanische Leistungsabgabe darstellen, und der Kurve 116 ist, desto besser kann der Systemwirkungsgrad sein. Die Parallelgeschwindigkeiten mit dem besten Wirkungsgrad sind jene Fahrzeuggeschwindigkeiten, wo die Geraden die Kurve 116 schneiden. An den Schnittpunkten wird die gesamte Maschinenleistung durch den mechanischen Leistungsflusspfad übertragen. Ein herkömmlicher leistungsverzweigter Antriebsstrang des in 1 gezeigten Typs besitzt nur eine verwendbare Parallelgeschwindigkeit, so dass im Vergleich zum System der vorliegenden Erfindung, wo zwei zusätzliche verwendbare Parallelgeschwindigkeiten vorhanden sind, seine Verwendung beschränkt ist.
7 zeigt eine Verzweigung elektrischer Leistung zwischen dem mechanischen Leistungspfad P_r und durch den Generatorleistungspfad P_g, die bei 118 bzw. 120 zu sehen sind. Die Linien 122 und 124 repräsentieren die entsprechenden Plots für die Hohlradleistung P_r bzw. die Generatorleistung P_g für das System von 3. Bei dem Plot von 7 wird eine feste Maschinenleistung mit einem konstanten Maschinenbremsmoment und einer konstanten Maschinendrehzahl angenommen. Dies ist bei 126, das die Beschriftung P_e trägt, angegeben. Beim sogenannten herkömmlichen leistungsverzweigten Antriebsstrang mit einem Modus des in 1 gezeigten Typs gelten die folgenden algebraischen Beziehungen zwischen der Drehzahl und der Leistung:
wobei das Planetenübersetzungsverhältnis ist und _d die Raddrehzahl ist. T_d2r ist das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Hohlrad und den Rädern.
Diese Gleichungen zeigen, dass die Hohlradausgangsleistung P_r und die Generatorausgangsleistung P_g beide Geraden in 7 bezüglich der Raddrehzahl _d sind. Die Steigungen dieser Geraden in 7 werden durch die Planetenrad-Teilkreisdurchmesser und die Übersetzungsverhältnisse zwischen dem Hohlrad und der Abtriebswelle bestimmt. Die schattierten Gebiete zeigen die Motorleistung im Leistungsverzweigungsmodus und im Modus der negativen Verzweigung. Der Motor kann als Motor dienen, um die Maschine beim Antreiben des Fahrzeugs zu unterstützen, oder kann als Generator dienen, um in jedem Modus die Batterie aufzuladen. In einem typischen Fall arbeitet der Motor im Modus der positiven Verzweigung als Motor und im Modus der negativen Verzweigung als Generator.
Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit nahe bei null ist, geht die gesamte Maschinenleistung durch den Generator. An das Hohlrad erfolgt keine mechanische Leistungsabgabe. Bei einer bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit, die in 7 als Parallelgeschwindigkeit angegeben ist, geht die gesamte Maschinenleistung durch den mechanischen Pfad. Die Generatorausgangsleistung ist zu jener Zeit null.
Der leistungsverzweigte Antriebsstrang befindet sich unterhalb der Parallelgeschwindigkeit im positiven Modus und oberhalb der Parallelgeschwindigkeit im Modus der negativen Verzweigung. Wenn der in 7 gezeigte Betriebspunkt links von der Bezugslinie 128 liegt, arbeitet der Antriebsstrang im Modus der positiven Verzweigung. Wenn der Betriebspunkt rechts von der Bezugslinie 128 liegt, arbeitet der Antriebsstrang im Modus der negativen Verzweigung. Eine hohe Abgabe elektrischer Leistung im Modus der negativen Verzweigung ist aufgrund des niedrigeren Wirkungsgrades, wie zuvor beschrieben wurde, nicht erwünscht. Das System besitzt seinen besten Wirkungsgrad, wenn sich der Antriebsstrangbetriebspunkt nahe bei den in 6 zu sehenden Linien für Parallelgeschwindigkeit befindet.
Die Generatorleistung und die Hohlradleistung beim leistungsverzweigten Antriebsstrang mit mehreren Modi der Erfindung können durch die folgenden flexiblen algebraischen Gleichungen ausgedrückt werden:
In 7 sind die obigen Gleichungen durch die linearen Plots 122 und 124 repräsentiert. Die Steigungen verändern sich, wenn ein Schalten ausgeführt wird, wie bei 130 angegeben ist. Wegen dieses Schaltens ist der Modus der positiven Verzweigung verlängert und die Leistungszirkulation, die dem Modus der negativen Verzweigung zugeordnet ist, verkürzt. Die Verlängerung des Modus der positiven Verzweigung wird durch Vergleichen der Linien 132 und 134 deutlich. Auf diese Weise kann der beste Wirkungsgradpunkt der Maschine besser auf den Gesamtwirkungsgradpunkt der Transachse abgestimmt sein.
Wegen der zwei Übersetzungsverhältnisse, die mit dem in 3 angegebenen Antriebsstrang verfügbar sind, kann die Generatordrehzahl aufgrund des Übersetzungsverhältniswechsels so reduziert werden, dass der elektrische Verlust für die Leistungselektronik abnimmt. Das Getriebe kann einen Generator mit demselben maximalen Drehmoment, jedoch mit einem kleineren Leistungsnennwert, verwenden. Ein Plot des Generatordrehmoments über der Generatordrehzahl und die Auswirkung eines niedrigeren Generatorstroms ist in 8 angegeben. Das System von 3 macht eine niedrigere Generatorleistung möglich. Durch Verwendung einer Schaltsteuerung für die Modi für den unteren Bereich und oberen Bereich kann die Generatordrehzahl vom Punkt 142 bei einem herkömmlichen Leistungsverzweigungsentwurf mit einem Modus auf 136 beim Entwurf der vorliegenden Erfindung verringert werden. Typischerweise nimmt das Generatordrehmoment bei hohen Generatordrehzahlen ab, wie bei 140 gezeigt ist.
9 zeigt die allgemeine Beziehung der Komponenten eines hybriden Fahrzeugantriebsstrangs, der Hinterradantriebsfähigkeit besitzt. Die Maschine 144 und ein Getriebe (eine Transachse) 146 können ein Antriebsmoment an zwei Achshalbwellen, die bei 148 und 150 gezeigt sind, abgeben. Die Transachse kann mit einem Differentialgetriebesystem, das ein Drehmoment an die Antriebswelle 152, die sich zu der hinteren Fahrzeugantriebsachse und dem Differential erstreckt, abgibt, angeordnet sein. Um den Allradantrieb zustande zu bringen, ist keine separate elektrische Maschine an der Hinterachse erforderlich.
Obwohl eine Ausführungsform der Erfindung offenbart worden ist, können von einem Fachmann auf dem Gebiet Modifikationen vorgenommen werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Sämtliche solche Modifikationen und Äquivalente davon sollen durch die folgenden Ansprüche definiert sein.

Claims

Hybrid-elektrischer Fahrzeugantriebsstrang, der Eigenschaften einer verzweigten Leistungsabgabe aufweist, mit einer Maschine, einem Generator, einem Motor, einer Batterie und einem Getriebe zur Abgabe von Maschinenleistung in einem mechanischen Leistungsabgabepfad und in einem elektro-mechanischen Leistungsabgabepfad; einem Mehrgang-Getriebesystem; Kupplungen für niedrige Übersetzungsverhältnisse und für hohe Übersetzungsverhältnisse zum Verbinden eines Drehmomentausgangselementes des Getriebes bzw. des Motors mit dem Getriebesystem, wodurch die Betriebsdauer in einem Modus der negativen Verzweigung verkürzt wird.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, wobei das Mehrgang-Getriebesystem eine Rückwärtsganganordnung enthält, wodurch das Rückwärtsantriebsmoment an eine Leistungsausgangswelle abgegeben werden kann.
Antriebsstrang nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Mehrgang-Getriebesystem eine Bremse zum Halten des Drehmomentausgangselementes des Getriebes enthält, wodurch ein Reihenantriebsmodus eingerichtet wird, während die Maschine den Generator antreibt, um die Batterie zum Speisen des Motors aufzuladen.
Antriebsstrang nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Mehrgang-Getriebesystem enthält: eine Hauptantriebswelle, die mit einer Drehmomentausgangswelle verbunden ist, ein Paar von Vorgelegewellen, Getriebeelemente für den oberen und unteren Bereich an jeder Vorgelegewelle; Drehmomentausgangsgetriebeelemente an der Hauptantriebswelle, die mit der Hauptantriebswelle getrieblich verbunden sind, wobei ein Hauptantriebswellen-Getriebeelement ein Rückwärtsantriebs-Getriebeelement ist; eine erste Kupplung, die ein Drehmomentausgangselement des Getriebes mit einer Vorgelegewelle verbindet, und eine zweite Kupplung, die den Motor mit einer weiteren Vorgelegewelle verbindet.
Antriebsstrang nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Antriebsstrang geeignet ist für den Betrieb in einem Modus der positiven Verzweigung für einen ersten Bereich von Fahrzeuggeschwindigkeiten und in einem Modus der negativen Verzweigung während des Betriebs in einem zweiten Bereich von Fahrzeuggeschwindigkeiten, wobei der erste Bereich größer ist als der zweite Bereich, wodurch sich der Gesamtwirkungsgrad der Antriebsstrangleistungsabgabe verbessert.
Antriebsstrang nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Mehrgang-Getriebesystem eine Bremse zum Verankern eines Reaktionselementes des Getriebes enthält, wodurch die Maschine unter Verwendung des Generators als Startermotor gestartet werden kann.