DE102012214995A1

DE102012214995A1 - Antriebsstrang mit zwei Planetenradsätzen, zwei Motoren/Generatoren und mehreren Betriebsmodi mit Leistungsverzweigung

Info

Publication number: DE102012214995A1
Application number: DE102012214995A
Authority: DE
Inventors: Alan G. Holmes; Norman K. Bucknor
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2012-08-23
Publication date: 2013-03-07
Also published as: CN102963245B; US20130053201A1; CN102963245A; US8597146B2

Abstract

Ein Antriebsstrang, der in Betriebsmodi mit Eingangsleistungsverzweigung, Ausgangsleistungsverzweigung und kombinierter Leistungsverzweigung betreibbar ist, umfasst einen ersten Motor/Generator, der ständig mit einem ersten Element eines ersten Planetenradsatzes verbunden ist. Ein zweiter Motor/Generator ist ständig mit einem ersten Element eines zweiten Planetenradsatzes verbunden. Ein Eingangselement ist ständig mit einem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden. Ein Ausgangselement ist ständig mit einem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden. Eine erste Bremse legt ein drittes Element des ersten Planetenradsatzes fest. Eine zweite Bremse legt ein drittes Element des zweiten Planetengetriebes fest. Eine erste Kupplung verbindet das dritte Element des ersten Planetenradsatzes mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes. Eine zweite Kupplung verbindet das zweite Element des ersten Planetenradsatzes mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft allgemein einen Antriebsstrang für ein Hybridgetriebe. Der Antriebsstrang weist zwei Planetenradsätze und zwei Motoren/Generatoren auf.
HINTERGRUND
Antriebsstränge mit einem elektrisch verstellbaren Getriebe weisen in der Regel ein Eingangselement, ein Ausgangselement und zwei Elektromotoren/Generatoren auf, die mit unterschiedlichen Elementen von Planetenradsätzen verbunden sind. Die Einrückung von Drehmomentübertragungsmechanismen kann einen oder mehrere elektrisch verstellbare Betriebsmodi, Modi mit festem Drehzahlverhältnis und einen rein elektrischen (batteriebetriebenen) Modus zulassen. Elektrisch verstellbare Getriebe können die Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Fahrzeugs in einer Vielzahl von Arten, hauptsächlich durch Verwendung von einem oder beiden der Motoren/Generatoren für die Fahrzeugbremsung und durch Verwendung der regenerierten Energie zur elektrischen Leistungsversorgung des Fahrzeugs, während die Maschine ausgeschaltet ist, verbessern. Die Kraftmaschine kann im Leerlauf, während Zeiträumen eines Verzögerns und Bremsens und während Zeiträumen eines Betriebes bei niedriger Drehzahl oder leichter Last ausgeschaltet werden, um einen ineffizienten Kraftmaschinenbetrieb und Kraftmaschinenreibungsverluste zu beseitigen. Die über regenerative Bremsung aufgefangene Bremsenergie (oder die während Zeiträumen, wenn die Kraftmaschine arbeitet, erzeugte elektrische Energie) wird während dieser Zeiträume mit ausgeschalteter Kraftmaschine genutzt. Ein vorübergehender Bedarf an Kraftmaschinendrehmoment oder -leistung wird durch die Motoren/Generatoren während des Betriebs in Modi mit eingeschalteter Kraftmaschine ergänzt, was eine kleinere Kraftmaschine zulässt, ohne die Leistungsfähigkeit des Fahrzeugs zu verringern. Außerdem können die elektrisch verstellbaren Modi zulassen, dass die Kraftmaschine für einen gegebenen Leistungsbedarf bei oder nahe bei dem Punkt des optimalen Wirkungsgrads betrieben werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Hybridantriebsstrang ist mit einem Minimum an Komponenten versehen, um ein Verhältnis von Leistung zu Gewicht des Antriebsstrangs zu verbessern, wobei die Kraftstoffwirtschaftlichkeit und die elektrische Reichweite eines Fahrzeugs mit dem Antriebsstrang verbessert werden. Zusätzlich wird eine Drehmomentvervielfachung von den Motoren/Generatoren zu der Kraftmaschine und zu einem Ausgangselement vorzusehen und somit zu helfen, die Motorgrößenanforderungen zu verringern. Der Antriebsstrang stellt neben anderen Betriebsmodi Betriebsmodi mit Eingangsleistungsverzweigung, Ausgangsleistungsverzweigung und kombinierter Leistungsverzweigung bereit.
Der Antriebsstrang umfasst das Hybridgetriebe ein Eingangselement, ein Ausgangselement und ein feststehendes Element, wie etwa einen Getriebekasten. Es sind ein erster und ein zweiter Elektromotor/Generator vorgesehen. Es werden nur zwei Planetenradsätze verwendet, die jeweils ein entsprechendes erstes, zweites und drittes Element aufweisen. Der erste Motor/Generator ist ständig zur gemeinsamen Rotation mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden. Der zweite Motor/Generator ist ständig zur gemeinsamen Rotation mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden. Das Eingangselement ist ständig zur gemeinsamen Rotation mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden. Das Ausgangselement ist ständig zur gemeinsamen Rotation mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden. Eine erste Bremse ist selektiv einrückbar, um das dritte Element des ersten Planetenradsatzes an dem feststehenden Element festzulegen. Eine zweite Bremse ist selektiv einrückbar, um das dritte Element des zweiten Planetengetriebes an dem feststehenden Element festzulegen. Eine erste Kupplung ist selektiv einrückbar, um das dritte Element des ersten Planetenradsatzes zur gemeinsamen Rotation mit der gleichen Drehzahl wie das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes zu verbinden. Eine zweite Kupplung ist selektiv einrückbar, um das zweite Element des ersten Planetenradsatzes zur gemeinsamen Rotation mit der gleichen Drehzahl wie das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes zu verbinden. Die Einrückung von nur der ersten Bremse lässt zu, dass die Kraftmaschine durch den ersten Motor/Generator ohne irgendeinen Effekt auf Drehmoment an dem Ausgangselement gestartet werden kann (d. h. ohne eine Rotation des Ausgangselements hervorzurufen). Der Antriebsstrang ist betreibbar, um einen Betriebsmodus mit Eingangsleistungsverzweigung, einen Betriebsmodus mit kombinierter Leistungsverzweigung und einen Betriebsmodus mit Ausgangsleistungsverzweigung vorzusehen. Somit sind mehrere Betriebsmodi mit Leistungsverzweigung mit einem Hybridgetriebe verfügbar, das nur zwei einfache Planetenradsätze, zwei Bremsen und zwei Kupplungen aufweist. Das Hybridgetriebe und der Antriebsstrang können eine Kosteneinsparung und Kraftstoffwirtschaftlichkeitsverbesserungen gegenüber Hybridgetrieben darstellen, die zusätzliche Planetenradsätze, zusammengesetzte Planetenradsätze oder mehr Bremsen und Kupplungen erfordern, um eine ähnliche Funktionalität (d. h. ähnliche Betriebsmodi) bereitzustellen.
Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Ausführungsarten der Erfindung, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen werden, leicht deutlich werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs in Hebeldiagrammform;
2 ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des Antriebsstrangs von 1 in Prinzipdiagrammform;
3 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Antriebsstrangs von 1 in Prinzipdiagrammform;
4 ist eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des Antriebsstrangs von 1 in Prinzipdiagrammform;
5 ist eine Tabelle, die einen Einrückungsplan von Drehmomentübertragungsmechanismen des Antriebsstrangs zeigt, um verschiedene Betriebsmodi des Antriebsstrangs der 1–4, sowie verschiedene Modi, in welchen eine oder mehrere Komponenten des Antriebsstrangs aufgrund der eingerückten Drehmomentübertragungsmechanismen gesperrt sind, herzustellen;
6 ist eine Tabelle, die einen Einrückungsplan für eine Abfolge von einigen der Betriebsmodi von 5 zeigt;
7 ist eine Tabelle, die einen Einrückungsplan für eine andere Abfolge von einigen der Betriebsmodi von 5 zeigt; und
8 ist eine Tabelle, die einen Einrückungsplan für eine nochmals andere Abfolge von einigen der Betriebsmodi von 5 zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zeigt 1 einen Hybrid-Antriebsstrang 10, der ein Antriebsaggregat, wie eine Brennkraftmaschine 12, umfasst, die mit einem Hybrid-Getriebe 14 verbunden ist. Andere Arten von Antriebsaggregaten, wie Brennstoffzellen, Druckluftmaschinen usw., können anstelle einer Brennkraftmaschine verwendet werden. Das Hybrid-Getriebe 14 umfasst zwei zusätzliche Bewegungsquellen, einen ersten Motor/Generator 16 und einen zweiten Motor-Generator 18. Die Kraftmaschine 12 und die Motoren/Generatoren 16 und 18 sind über zwei Planetenradsätze 20 und 30 miteinander verbunden, um verschiedene Betriebsmodi bereitzustellen.
Ein erster Planetenradsatz 20 umfasst ein erstes Element 22, ein zweites Element 24 und ein drittes Element 26. In der gezeigten Ausführungsform ist das erste Element 22 ein Sonnenradelement, das zweite Element 24 ist ein Trägerelement, das Planetenräder 27 (in 2–4 gezeigt) drehbar lagert, und das dritte Element 26 ist ein Hohlradelement. Die in 2 gezeigten Planetenräder 27 kämmen mit sowohl dem ersten Element 22 als auch dem dritten Element 26.
Ein zweiter Planetenradsatz 30 umfasst ein erstes Element 32, ein zweites Element 34 und ein drittes Element 36. In der gezeigten Ausführungsform ist das erste Element 32 ein Sonnenradelement, das zweite Element 34 ist ein Trägerelement, das Planetenräder 37 (in 2–4 gezeigt) drehbar lagert, und das dritte Element 36 ist ein Hohlradelement. Die in den 2–4 gezeigten Planetenräder 37 kämmen mit sowohl dem ersten Element 32 als auch dem dritten Element 34.
Ein Fachmann wird den Aufbau eines solchen Antriebsstrangs 10 mit einfachen Planetenradsätzen 20, 30, die in 1 in Hebeldiagrammform nur schematisch gezeigt sind und in den Ausführungsformen der 2–4 in Prinzipdiagrammform gezeigt sind, verstehen.
Das Getriebe 14 weist ein Eingangselement 17 auf, das ständig zur gemeinsamen Rotation mit dem zweiten Element 24 und mit einem Ausgangselement 15 der Kraftmaschine 12 verbunden ist. So wie es hierin verwendet wird, wenn Komponenten ”zur gemeinsamen Rotation verbunden” sind, drehen sie sich mit der gleichen Drehzahl, die eine Drehzahl von Null (d. h. feststehend) einschließt. Somit ist das Kraftmaschinen-Ausgangselement 15, das eine Kraftmaschinen-Kurbelwelle oder ein das Übersetzungsverhältnis vervielfachende Verbindung mit der Kraftmaschinen-Kurbelwelle, wie etwa ein übersetzte Verbindung oder eine Reihe von Riemenscheiben und Kettenrädern, sein kann, ständig zur gemeinsamen Rotation mit dem zweiten Element 24 verbunden.
Das Getriebe 14 weist auch ein Ausgangselement 19 auf, das ständig zur gemeinsamen Rotation mit dem zweiten Element 34 des zweiten Planetenradsatzes 30 verbunden ist. Das Ausgangselement 19 ist durch einen Achsantriebsmechanismus 40 mit Fahrzeugrädern (nicht gezeigt) verbunden, um Traktionsleistung an die Räder zu liefern und somit das Fahrzeug voranzutreiben. Der Achsantriebsmechanismus 40 umfasst einen Satz kämmende Zahnräder, hier als ein erstes Zahnrad 42 und ein zweites Zahnrad 44, das mit dem ersten Zahnrad 42 kämmt, gezeigt, sowie einen Achsantriebsausgang 46 zu den Fahrzeugachsen.
Ein Rotor des ersten Motors/Generators 16 ist zur gemeinsamen Rotation mit dem ersten Element 22 des ersten Planetenradsatzes 20 verbunden. Ein Rotor des zweiten Motors/Generators 18 ist zur gemeinsamen Rotation mit dem ersten Element 32 des zweiten Planetenradsatzes 30 verbunden. Keines der Elemente des Planetenradsatzes 20 ist ständig zur gemeinsamen Rotation mit irgendeinem der Elemente des Planetenradsatzes 30 verbunden.
Das Getriebe 14 umfasst vier Drehmomentübertragungsmechanismen, von denen zwei Bremsen sind und von denen zwei Kupplungen sind. Eine erste Bremse 50 ist selektiv einrückbar, um das dritte Element 26 des ersten Planetenradsatzes 20 an einem feststehenden Element 60, wie etwa einem Getriebekasten, festzulegen, so dass das dritte Element 26 nicht rotiert. Eine zweite Bremse 52 ist selektiv einrückbar, um das dritte Element 36 des zweiten Planetenradsatzes 30 an dem feststehenden Element 60 festzulegen, so dass das dritte Element 36 nicht rotiert. Eine erste Kupplung 54 ist selektiv einrückbar, um das dritte Element 26 des ersten Planetenradsatzes 20 zur gemeinsamen Rotation mit dem zweiten Element 34 des zweiten Planetenradsatzes 30 zu verbinden. Eine zweite 56 ist selektiv einrückbar, um das dritte Element 36 des zweiten Planetenradsatzes 30 zur gemeinsamen Rotation mit dem zweiten Element 24 des ersten Planetenradsatzes 20 zu verbinden.
Optional können eine erste und zweite zusätzliche Kupplung 70, 72 enthalten sein, um zuzulassen, dass ein Klimanlagenkompressor 74 an einem Fahrzeug, das den Antriebsstrang 10 aufweist, durch den Antriebsstrang 10 mit Leistung beaufschlagt werden kann. Genauer, wenn die Kupplung 70 eingerückt ist, ist der Klimanlagenkompressor 74 zur Rotation mit einem Rotor des ersten Motors/Generators 16 verbunden. Der erste Motor/Generator 16 kann verwendet werden, um den Klimanlagenkompressor 74 in jedem der nachstehend beschriebenen Betriebsmodi, in welchen der erste Motor/Generator 16 als Motor arbeitet, anzutreiben. Wenn die Kupplung 72 eingerückt ist, ist das Kraftmaschinen-Ausgangselement 15 zur Rotation mit dem Klimanlagenkompressor 74 verbunden, und die Kraftmaschine 12 kann verwendet werden, um den Klimanlagenkompressor 74 in jedem der nachstehend beschriebenen Betriebsmodi, in welchen die Kraftmaschine 12 eingeschaltet ist, anzutreiben.
Statorabschnitte der Motoren/Generatoren 16 und 18 sind an dem feststehenden Element 60 montiert und funktional mit einer Energiespeichereinrichtung 80 verbunden, die eine oder mehrere Batterien oder Batteriemodule sein kann. Andere elektrische Speichereinrichtungen, die die Fähigkeit haben, elektrische Leistung zu speichern und elektrische Leistung abzugeben, können anstelle der Batterien verwendet werden. Ein Controller 82, der funktional mit den Motoren/Generatoren 16 und 18 verbunden ist, überwacht die Drehzahl der Rotoren. Der Controller 82 empfängt auch Informationen hinsichtlich der Kraftmaschinendrehzahl entweder von einem separaten Kraftmaschinen-Controller oder durch eine Verbindung mit der Kraftmaschine 12. Auf der Basis davon und von anderen Fahrzeugbetriebsbedingungen, wie etwa Fahrerbeschleunigungsbefehlen, ist der Controller 82 betreibbar, um elektrische Energie von der Energiespeichereinrichtung 80 durch einen Stromrichter 84 zu einem oder beiden Motoren/Generatoren 16 und 18 zu liefern, um zu bewirken, dass die Motoren/Generatoren 16, 18 als Motoren fungieren, wobei dem Getriebe 14 Drehmoment hinzugefügt wird. Der Stromrichter 84 wandelt Gleichstrom in Wechselstrom um, wenn elektrische Leistung an die Motoren/Generatoren 16 und/oder 18 geliefert wird. Wenn die Informationen, die von dem Controller 82 empfangen werden, angeben, dass einer der Motoren/Generatoren 16 oder 18 als Generator betrieben werden sollte, wobei mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird, ist der Controller 82 betreibbar, um zu bewirken, dass der Stromrichter 84 Wechselstrom, der von einem der Motoren/Generatoren 16, 18 geliefert wird, in Gleichstrom umwandelt, der in der Energiespeichereinrichtung 80 gespeichert wird. Die gestrichelten Linien zwischen den Motoren/Generatoren 16, 18 und der Energiespeichereinrichtung 80, dem Controller 82, und dem Stromrichter 84 stellen Übertragungsleiter zum Weiterleiten elektrischen Stromes oder elektrischer Signale zwischen den Komponenten dar.
2 ist eine erste Ausführungsform eines Antriebsstrangs 110 in Prinzipdiagrammform, der durch den in 1 in Hebeldiagrammform gezeigten Antriebsstrang 10 darstellbar ist. Der Antriebsstrang 110 umfasst ein Getriebe 114, die Kraftmaschine 12 und Motoren/Generatoren 16, 18. Der Antriebsstrang 110 umfasst auch die Energiespeichereinrichtung 80, den Controller 82 und den Stromrichter 84, der mit den Motoren/Generatoren 16, 18 verbunden ist. Obwohl diese Komponenten in 2 nicht gezeigt sind, sind sie funktional mit den Motoren/Generatoren 16, 18 auf die gleiche Weise wie mit Bezug auf 1 beschrieben verbunden. Viele Komponenten des Antriebsstrangs 110 sind identisch mit jenen des Antriebsstrangs 10 und sind mit gleichen Bezugszeichen angegeben. Fachleute verstehen die Übereinstimmung zwischen einem in Hebeldiagrammform gezeigten Getriebe und einen in Prinzipdiagrammform gezeigten Getriebe.
In dem Antriebsstrang 110 teilen sich die Kraftmaschine 12 und der Klimaanlagenkompressor 74 eine gemeinsame Drehachse mit dem Eingangselement 17 (d. h. sind ”fluchtende Achsen”), und das Ausgangselement 19 besitzt eine andere Drehachse (d. h. ist ”achsverschoben”). Ein achsverschobenes Übertragungszahnrad (nicht gezeigt) wird verwendet, um das Ausgangselement 19 mit einem Achsantriebsmechanismus zu verbinden. Das Eingangselement 17 ist konzentrisch mit anderen Wellen und Naben in dem Getriebe 14.
3 ist eine zweite Ausführungsform eines Antriebsstrangs 210 in Prinzipdiagrammform, der durch den in 1 in Hebeldiagrammform gezeigten Antriebsstrang 10 darstellbar ist. Der Antriebsstrang 210 umfasst ein Getriebe 214, die Kraftmaschine 12 und Motoren/Generatoren 16, 18. Der Antriebsstrang 210 umfasst auch die Energiespeichereinrichtung 80, den Controller 82 und den Stromrichter 84, der mit den Motoren/Generatoren 16, 18 verbunden ist. Obwohl diese Komponenten in 3 nicht gezeigt sind, sind sie funktional mit den Motoren/Generatoren 16, 18 auf die gleiche Weise wie mit Bezug auf 1 beschrieben verbunden. Viele Komponenten des Antriebsstrangs 210 sind identisch mit jenen des Antriebsstrangs 10 und sind mit gleichen Bezugszeichen angegeben. In dem Antriebsstrang 210 teilen sich die Kraftmaschine 12 und der Klimaanlagenkompressor 74 eine gemeinsame Drehachse mit dem Eingangselement 17 (d. h. sind ”fluchtende Achsen”), und das Ausgangselement 19 besitzt eine andere Drehachse (d. h. ist ”achsverschoben”). Ein achsverschobenes Übertragungszahnrad (nicht gezeigt) wird verwendet, um das Ausgangselement 19 mit einem Achsantriebsmechanismus zu verbinden. Das Eingangselement 17 ist konzentrisch mit anderen Wellen und Naben in dem Getriebe 14.
4 ist eine dritte Ausführungsform eines Antriebsstrangs 310 in Prinzipdiagrammform, der durch den in 1 in Hebeldiagrammform gezeigten Antriebsstrang 10 darstellbar ist. Der Antriebsstrang 310 umfasst ein Getriebe 314, die Kraftmaschine 12 und Motoren/Generatoren 16, 18. Der Antriebsstrang 310 umfasst auch die Energiespeichereinrichtung 80, den Controller 82 und den Stromrichter 84, der mit den Motoren/Generatoren 16, 18 verbunden ist. Obwohl diese Komponenten in 4 nicht gezeigt sind, sind sie funktional mit den Motoren/Generatoren 16, 18 auf die gleiche Weise wie mit Bezug auf 1 beschrieben verbunden. Viele Komponenten des Antriebsstrangs 310 sind identisch mit jenen des Antriebsstrangs 10 und sind mit gleichen Bezugszeichen angegeben. In dem Antriebsstrang 310 teilen sich die Kraftmaschine 12 und der Klimaanlagenkompressor 74 nicht eine gemeinsame Drehachse mit dem Getriebeeingangselement 17 (d. h. sind ”achsverschoben”), und das Ausgangselement 19 weist eine unterschiedliche Drehachse auf (d. h. ist ”achsverschoben”). Wegen des achsverschobenen Eingangselements 17 weist das Getriebe 314 eine konzentrische Welle weniger im Vergleich mit dem Getriebe 214 auf, wie es in den 3 und 4 deutlich wird. Ein achsverschobenes Übertragungszahnrad 21 wird verwendet, um das Kraftmaschinen-Ausgangselement 15 mit dem Eingangselement 17 zu verbinden. Es kann ein Achsantriebsmechanismus (nicht gezeigt) verwendet werden, der eine Drehachse aufweist, die konzentrisch mit dem Ausgangselement 17 ist.
5 ist eine Tabelle von Kupplungseinrückungszuständen, die den Einrückungszustand von jeder der Bremsen 50, 52 und Kupplungen 54 und 56 angibt, um verschiedene Betriebsmodi für den Vortrieb eines Fahrzeugs herzustellen, indem Drehmoment an das Ausgangselement 19 des Antriebsstrangs 10, 110, 210, 310 geliefert wird, sowie einen neutralen Modus, einen neutralen Lademodus und verschiedene Zustände, in denen eines oder mehrere von dem Ausgangselement 19, den Motoren/Generatoren 16, 18 und der Kraftmaschine 12 aufgrund der eingerückten Drehmomentübertragungsmechanismen ”verriegelt” oder stationär gehalten wird, wie es hierin beschrieben ist. In 5 gibt ein ”X” an, dass die Bremse oder Kupplung, die durch die Spalte dargestellt ist, eingerückt ist. Ein Kasten, der leer ist, gibt an, dass die Bremse oder Kupplung, die durch die Spalte dargestellt ist, nicht eingerückt ist.
In 5 gibt Zeile 400 einen mechanischen neutralen Betriebsmodus an, in welchem keine der Bremsen 50, 52 und Kupplungen 54, 46 eingerückt ist. Wenn die Kraftmaschine 12 in dem mechanischen neutralen Betriebsmodus eingeschaltet ist (d. h. gestartet worden ist), kann kein Drehmoment auf das Ausgangselement 19 übertragen werden.
Zeile 402 gibt einen mechanischen neutralen Betriebsmodus an, in welchem nur Bremse 50 eingerückt ist. In dem Betriebsmodus von Zeile 402 ist bei eingerückter Bremse 50 der erste Planetenradsatz 20 aktiv und der erste Motor/Generator 16 kann als Motor betrieben werden, um die Kraftmaschine 12 mit einer Drehmomentvervielfachung von dem ersten Element 22 zu dem zweiten Element 24 (d. h. im Sonnenradelement zu dem Trägerelement) zu starten. Der Motor/Generator 16 ist niemals mit irgendeinem anderen Element des Planetenradsatzes 20, 30 als dem ersten Element 22 verbunden. Wegen der Drehmomentvervielfachung von dem ersten Element 22 zu dem zweiten Element 24 kann der Motor/Generator 16 relativ niedrige Drehmoment- und Leistungsanforderungen aufweisen und dennoch ausreichend Drehmoment und Leistung liefern, um die Kraftmaschine 12 zu starten. Sobald die Kraftmaschine 12 gestartet ist, kann der erste Motor/Generator 16 gesteuert werden, um als Generator zu fungieren, wobei die Kraftmaschine 12 den ersten Motor/Generator 16, der die Energiespeichereinrichtung 80 lädt, mit Leistung beaufschlagt.
Zeile 404 gibt einen Übergangsmodus an, in welchem nur die erste Kupplung 54 eingerückt ist, die Kraftmaschine 12 eingeschaltet ist und der Motor/Generator 16 gesteuert wird, um als Motor oder als Generator zu fungieren, wie es für die Kraftmaschine 12 und den Motor/Generator 16 notwendig ist, um das Ausgangselement 19 über das dritte Element 26 anzutreiben. Der Motor/Generator 18 kann freilaufen, ohne die Drehzahl des Ausgangselements 19 zu beeinflussen, und kann somit betrieben werden, um die Drehzahl des dritten Elements 36 zu steuern und somit eine synchrone Einrückung oder Ausrückung der zweiten Bremse 52 oder eine synchrone Einrückung oder Ausrückung der zweiten Kupplung 56 zuzulassen, wie es weiter mit Bezug auf 6 beschrieben wird.
Zeile 406 gibt einen rein elektrischen Betriebsmodus an, in welchem nur die zweite Bremse 52 eingerückt ist. Der zweite Motor/Generator 18 wird gesteuert, um als Motor zu fungieren und somit Drehmoment, das an dem Ausgangselement 19 erforderlich ist, bereitzustellen. Weil das dritte Element 26 des ersten Motors/Generators nicht mit irgendeinem anderen Element oder mit dem feststehenden Element 60 verbunden ist, ist der erste Planetenradsatz 20 nicht aktiv. Somit beeinflussen der Zustand der Kraftmaschine 12 (ein- oder ausgeschaltet) und die Drehzahl des ersten Motors/Generators 16 das Ausgangselement 19 nicht. Dementsprechend können die Kraftmaschine 12 und der Motor/Generator 16 gesteuert werden, um die Drehzahl des dritten Elements 26 mit dem feststehenden Element 60 zu synchronisieren (d. h. Null-Drehzahl) und somit zwischen dem rein elektrischen Betriebsmodus von Zeile 406 und dem Reihen-Betriebsmodus von Zeile 412 überzugehen, was nachstehend beschrieben wird. Alternativ können die Kraftmaschine 12 und der Motor/Generator 16 gesteuert werden, um die Drehzahl des dritten Elements 26 mit der Drehzahl des Ausgangselements 19 zu synchronisieren und somit zwischen dem Modus von Zeile 406 und dem Betriebsmodus mit Eingangsleistungsverzweigung von Zeile 416 überzugehen. Ein Übergehen zwischen dem rein elektrischen Modus von Zeile 406 und dem Modus von Zeile 414 oder dem Modus von Zeile 416 wird weiter mit Bezug auf 7 beschrieben.
Zeile 408 gibt einen Übergangsbetriebsmodus an, der als ein quasi elektrischer Drehmomentwandlermodus bezeichnet werden kann. In diesem Modus ist nur die zweite Kupplung 56 eingerückt. Der Modus von Zeile 408 wird als ein Übergangsmodus bezeichnet, weil er beim Übergang zwischen einem Betriebsmodus mit Ausgangsleistungsverzweigung von Zeile 414 und einem Betriebsmodus mit kombinierter Leistungsverzweigung von Zeile 418 mit einer synchronen Einrückung oder Ausrückung von Bremse 50 oder einer synchronen Einrückung oder Ausrückung von Kupplung 54 verwendet werden kann, wie es weiter mit Bezug auf 6 beschrieben wird.
Zeile 410 gibt einen Betriebszustand an, in welchem nur die erste Bremse 50 und die erste Kupplung 54 eingerückt sind. Wenn der Antriebsstrang 10, 110, 210 oder 310 in diesem Zustand betrieben wird, wird das Ausgangselement 19 feststehend gehalten sein, da es an dem feststehenden Element 60 festgelegt sein wird. Die Kraftmaschine 12 und die Motoren/Generatoren 16, 18 können mit jeder Drehzahl betrieben werden, ohne ein Fahrzeug, das den Antriebsstrang 10, 110, 210 oder 310 aufweist, voranzutreiben.
Zeile 412 gibt einen Reihen-Betriebsmodus an, in welchem beide Bremsen 50, 52 und keine der Kupplungen 54, 56 eingerückt sind. In dem Reihen-Betriebsmodus sind beide Planetenradsätze 20 und 30 aktiv. Die Kraftmaschine 12 ist eingeschaltet. Der Motor/Generator 16 wird gesteuert, um als Generator zu fungieren, wobei er mechanische Leistung von der Kraftmaschine 12 aufnimmt, die in elektrische Leistung umgewandelt wird, um den zweiten Motor/Generator 18 als Motor zu betreiben und somit an dem Ausgangselement 19 Drehmoment hinzuzufügen. Etwas von der elektrischen Leistung, die durch den ersten Motor/Generator 16 erzeugt wird, kann abhängig von den Drehmomentanforderungen an dem Ausgangselement 19 und dem Ladeniveau der Energiespeichereinrichtung 80 auch in der Energiespeichereinrichtung 80 gespeichert werden. Ein Betrieb in dem Reihen-Betriebsmodus erlaubt eine bessere Kraftstoffwirtschaftlichkeit bei niedrigeren Drehzahlen des Ausgangselements 19, weil die Kraftmaschine 12 bei ihrer optimalen Drehzahl für eine Kraftstoffwirtschaftlichkeit betrieben werden kann, da es in dem Reihen-Betriebsmodus keine mechanische Verbindung von der Kraftmaschine 12 zu dem Ausgangselement 19 gibt.
Zeile 414 gibt einen elektrisch verstellbaren Betriebsmodus mit Ausgangsleistungsverzweigung an, in welchem nur die erste Bremse 50 und die zweite Kupplung 56 eingerückt sind. Die Kraftmaschine 12 ist eingeschaltet. Die Motoren/Generatoren 16 und 18 können jeweils als Motor oder als Generator arbeiten, wie es notwendig ist, um die Kraftmaschine 12 bei der Bereitstellung des Drehmoments, das an dem Ausgangselement 19 erforderlich ist, zu unterstützen. Der Modus von Zeile 414 ist ein Betriebsmodus mit Ausgangsleistungsverzweigung, weil die Leistung, die von der Kraftmaschine 12 und von dem Motor/Generator 18 geliefert wird, an dem Ausgangselement 19 durch den zweiten Planetenradsatz 30 kombiniert wird. Die Kraftmaschine 12 kann bei ihrer besten Betriebsdrehzahl betrieben werden, um die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern, während die Drehzahl des Motors/Generators 18 verändert wird, um den sich ändernden Drehzahl- und Drehzahlanforderungen an dem Ausgangselement 19 nachzukommen.
Zeile 416 gibt einen elektrisch verstellbaren Betriebsmodus mit Eingangsleistungsverzweigung an, in welchem nur die zweite Bremse 52 und die erste Kupplung 54 eingerückt sind. Die Kraftmaschine 12 ist eingeschaltet. Die Motoren/Generatoren 16 und 18 können jeweils als Motor oder als Generator arbeiten, wie es notwendig ist, um die Kraftmaschine 12 bei der Bereitstellung des Drehmoments, das an dem Ausgangselement 19 erforderlich ist, zu unterstützen. Der Modus von Zeile 416 ist ein Betriebsmodus mit Eingangsleistungsverzweigung, weil die Leistung, die von der Kraftmaschine 12 geliefert wird, durch den ersten Planetenradsatz 20 in einen mechanischen Weg über die Planetenradsätze 20, 30 und einen elektrischen Weg über den Motor/Generator 16 verzweigt wird. Die Kraftmaschine 12 kann bei ihrer besten Betriebsdrehzahl betrieben werden, um die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern, während die Drehzahlen des Motors/Generators 16 und des Motors/Generators 18 verändert werden, um den sich ändernden Drehzahl- und Drehmomentanforderungen an dem Ausgangselement 19 nachzukommen.
Zeile 418 gibt einen Betriebsmodus mit kombinierter Leistungsverzweigung an, in welchem beide Kupplungen 54 und 56 eingerückt sind und weder Bremse 50 noch Bremse 52 eingerückt ist. Die Kraftmaschine 12 ist eingeschaltet. Die Motoren/Generatoren 16 und 18 können jeweils als Motor oder als Generator arbeiten, wie es notwendig ist, um die Kraftmaschine 12 bei der Bereitstellung des Drehmoments, das an dem Ausgangselement 19 erforderlich ist, zu unterstützen. Der Modus von Zeile 418 ist ein Betriebsmodus mit kombinierter Leistungsverzweigung, weil das Drehmoment, das an dem Ausgangselement 19 von der Kraftmaschine 12 und von dem Motor/Generator 16 bereitgestellt wird, durch sowohl den ersten Planetenradsatz 20 aufgrund der Einrückung der Kupplung 54 als auch durch den zweiten Planetenradsatz aufgrund der Einrückung der Kupplung 56 kombiniert wird. Dieser Betriebsmodus kann als Lastteilungsmodus bezeichnet werden, da die Drehmomentanforderung an dem Ausgangselement 19 von der Maschine 12, dem ersten Motor/Generator 16 und dem zweiten Motor/Generator 18 geteilt wird. Wenn beide Motoren/Generatoren 16, 18 arbeiten, kann die Kraftmaschine 12 bei ihrer Drehzahl und ihrem Drehmoment für den besten spezifischen Kraftstoffverbrauch (BSFC von brake specific fuel consumption) betrieben werden.
Zeile 420 gibt einen Betriebszustand an, in welchem nur die zweite Bremse 52 und die zweite Kupplung 56 eingerückt sind. Wenn der Antriebsstrang 10 in diesem Zustand betrieben wird, werden die Kurbelwelle 15 der Kraftmaschine 12 und das Eingangselement 17 feststehend gehalten, da das zweite Element 24 an dem feststehenden Element 60 über das dritte Element 36 festgelegt ist. Der Motor/Generator 16 kann mit jeder Drehzahl betrieben werden, ohne das Ausgangselement 19 zu beeinflussen, und der zweite Motor/Generator 18 kann als Motor betrieben werden, um Drehmoment an dem Ausgangselement 19 durch den Planetenradsatz 30 bereitzustellen.
Zeile 422 gibt einen Betriebszustand an, in welchem beide Bremsen 50, 52 und die erste Kupplung 54 eingerückt sind. Wenn der Antriebsstrang 10, 110, 210 oder 310 in diesem Zustand betrieben wird, werden das Ausgangselement 19 und der Motor/Generator 18 gesperrt sein (nicht rotierbar sein), während die Kraftmaschine 12 und der Motor/Generator 16 frei sein werden, relativ zueinander mit dem Übersetzungsverhältnis zu rotieren, das durch den Planetenradsatz 20 hergestellt wird.
Zeile 424 gibt einen Betriebszustand an, in welchem die zweite Bremse 52 und beide Kupplungen 54, 56 eingerückt sind. Während der Antriebsstrang 10, 110, 210 oder 310 in diesem Zustand betrieben wird, wird der zweite rein elektrische Betriebsmodus hergestellt, wenn beide Motoren/-Generatoren 16 und 18 gesteuert werden, um als Motoren zu arbeiten. Die Kraftmaschine 12 ist gesperrt, da das Eingangselement 17 und die Kurbelwelle 15 an dem feststehenden Element 60 durch die Verbindung mit dem festgelegten dritten Element 36 festgelegt sind. Beide Planetenradsätze 20, 30 sind aktiv.
Zeile 426 gibt einen Betriebsmodus an, in welchem beide Bremsen 50, 52 und Kupplung 56 eingerückt sind. Das zweite Element 24 ist durch die Verbindung mit dem festgelegten dritten Element 36 feststehend gehalten. Das dritte Element 26 des ersten Planetenradsatzes 20 ist ebenfalls an dem feststehenden Element 60 festgelegt. Weil sowohl das zweite Element 24 als auch das dritte Element 26 festgelegt sind, ist der gesamte Planetenradsatz 20 feststehend. Dementsprechend sind das Eingangselement 17 und die Kurbelwelle 15 feststehend gehalten, wobei die Kraftmaschine 12 gesperrt ist. Der erste Motor/Generator 16 ist ebenfalls gesperrt, da das erste Element 22 feststehend ist. Der Motor/Generator 18 kann gesteuert werden, um als Motor zu fungieren, wobei er das Ausgangselement 19 durch den zweiten Planetenradsatz 30 antreibt und dadurch einen weiteren, rein elektrischen Betriebsmodus herstellt.
Zeile 428 gibt einen Betriebsmodus an, in welchem die erste Bremse 50 und beide Kupplungen 54, 56 eingerückt sind. Wenn der Antriebsstrang 10, 110, 210 oder 310 in diesem Zustand betrieben wird, ist das Ausgangselement 19 aufgrund der Verbindung mit dem festgelegten dritten Element 26 gesperrt (nicht rotierbar). Beide Planetenradsätze 20, 30 sind aktiv, und die Kraftmaschine 12 kann an sein, wobei die Kraftmaschine 12 und die Motoren/Generatoren 16, 18 relativ zueinander gemäß den Übersetzungsverhältnissen rotieren, die durch die verbundenen Planetenradsätze 20, 30 hergestellt werden.
Zeile 430 gibt einen Betriebsmodus an, in welchem beide Bremsen 50, 52 und beide Kupplungen 54, 56 eingerückt sind. Wenn der Antriebsstrang 10, 110, 210 oder 310 in diesem Modus betrieben wird, werden alle Elemente 22, 24, 26, 32, 34, 36 von jedem der Planetenradsätze 20, 30 gesperrt, da die zweiten Elemente 24, 34 und dritten Elemente 26, 36 an dem feststehenden Element 60 festgelegt sind. Die Kraftmaschine 12, das Ausgangselement 19 und die Motoren/Generatoren 16, 18 sind gesperrt (d. h. nicht rotierbar).
Unter Bezugnahme auf 6 bewegt sich eine Abfolge von Betriebsmodi für den Antriebsstrang 10, 110, 210 oder 310 von dem Eingangsleistungsverzweigungsmodus von Zeile 416 zu dem Ausgangsleistungsverzweigungsmodus von Zeile 414, wenn die erforderliche Drehzahl des Ausgangselements 19 zunimmt, oder bewegt sich von dem Ausgangsleistungsverzweigungsmodus von Zeile 414 zu dem Eingangsleistungsverzweigungsmodus von Zeile 416, wenn die Drehzahl des Ausgangselements 19 abnimmt. Der Antriebsstrang 10, 110, 210 oder 310 kann auch gesteuert werden, um zwischen Betriebsmodi von irgendwelchen zwei benachbarten Zeilen von 6 umzuschalten. Die Übergangsbetriebsmodi der Zeilen 404 und 408 erlauben ein synchrones Umschalten zwischen den Leistungsverzweigungsmodi (Eingangsleistungsverzweigung zu kombinierter Leistungsverzweigung, kombinierte Leistungsverzweigung zu Eingangsleistungsverzweigung, kombinierte Leistungsverzweigung zu Ausgangsleistungsverzweigung oder Ausgangsleistungsverzweigung zu kombinierter Leistungsverzweigung). Die Übergangsbetriebsmodi sind nützlich, wenn eine oder mehrere der Bremsen 50, 52 und Kupplungen 54, 56 Klauenkupplungen sind, die eine wesentliche Synchronisation von Drehzahlen von beiden Seiten der Bremse oder Kupplung zur Einrückung erfordern. Wenn Bremsen 50, 52 und Kupplungen 54, 56 vom Reibungstyp verwendet werden, können Übergänge zwischen Betriebsmodi mit einem gewissen Schlupf an der Bremse 50, 52 oder Kupplung 54, 56 auftreten, und die Übergangsbetriebsmodi sind nicht notwendig. Das heißt, ein Antriebsstrang 10, 110, 210 oder 310 mit allen Bremsen 50, 52 und Kupplungen 54, 56 vom Reibungstyp kann direkt von dem Betriebsmodus von Zeile 416 zu dem Betriebsmodus von Zeile 418, oder von Zeile 418 zu Zeile 416 umschalten. Ähnlich kann ein Antriebsstrang 10, 110, 210 oder 310 mit allen Bremsen 50, 52 und Kupplungen 54, 56 vom Reibungstyp direkt zwischen dem Betriebsmodus von Zeile 418 und dem Betriebsmodus von Zeile 414, zwischen dem Betriebsmodus von Zeile 416 und Zeile 412, zwischen dem Betriebsmodus von Zeile 412 und dem Betriebsmodus von Zeile 414 und zwischen dem Betriebsmodus von 406 und dem Betriebsmodus von Zeile 424 hin- und herschalten.
Unter der Annahme, dass der Antriebsstrang 10, 110, 210 oder 310 in dem Betriebsmodus mit Eingangsleistungsverzweigung arbeitet, wie es mit Bezug auf Zeile 416 von 5 beschrieben ist, wobei die Kraftmaschine 12 eingeschaltet ist, wobei jeder der Motoren/Generatoren 16, 18 als Motor oder als Generator fungiert und die zweite Bremse 52 und die erste Kupplung 54 eingerückt sind, falls die Betriebsparameter angeben, dass die Drehmoment- und Drehzahlanforderungen an dem Ausgangselement 19 einen Betrieb in dem Betriebsmodus mit kombinierter Leistungsverzweigung bevorzugen, der mit Bezug auf Zeile 418 von 5 beschrieben ist, kann die zweite Bremse 52 gelöst werden, wobei die erste Kupplung 54 eingerückt bleibt, um den Betriebsmodus von Zeile 404 herzustellen, der mit Bezug auf 5 beschrieben ist. In diesem Modus kann der zweite Motor/Generator 18 verwendet werden, um die Drehzahl des dritten Elements 36 zu steuern, bis sie im Wesentlichen gleich der Drehzahl des zweiten Elements 24 ist, an welchem Punkt die Kupplung 56 synchron eingerückt werden kann, wobei die erste Kupplung 54 eingerückt bleibt, um den Betriebsmodus mit kombinierter Leistungsverzweigung von Zeile 418 herzustellen.
Alternativ kann der Antriebsstrang 10, 110, 210 oder 310 von dem Betriebsmodus mit kombinierter Leistungsverzweigung von Zeile 418 zu dem Übergangsmodus von Zeile 404 umschalten, indem die Kraftmaschine 12 und der zweite Motor/Generator 18 verwendet werden, um die Drehzahl des dritten Elements 36 zu steuern, bis sie im Wesentlichen gleich der Drehzahl des zweiten Elements 24 ist, an welchem Punkt die Kupplung 56 synchron ausgerückt werden kann, wobei die erste Kupplung 54 eingerückt bleibt, um den Übergangsmodus von Zeile 404 herzustellen. Der Motor/Generator 18 kann dann verwendet werden, um die Drehzahl des dritten Elements 36 zu steuern, bis sie im Wesentlichen stationär ist, an welchem Punkt die zweite Bremse 52 synchron eingerückt werden kann, wobei die erste Kupplung 54 ebenfalls eingerückt bleibt, um den Betriebsmodus mit Eingangsleistungsverzweigung von Zeile 416 herzustellen.
Wenn der Antriebsstrang 10, 110, 210 oder 310 in dem Betriebsmodus mit kombinierter Leistungsverzweigung von Zeile 418 arbeitet, und die Betriebsparameter angeben, dass die Drehmoment- und Drehzahlanforderungen an dem Ausgangselement 19 einen Betrieb in dem Betriebsmodus mit Ausgangsleistungsverzweigung bevorzugen, der mit Bezug auf Zeile 414 von 5 beschrieben ist, dann kann der Antriebsstrang 10, 110, 210 oder 310 gesteuert werden, um den Übergangsmodus herzustellen, der mit Bezug auf Zeile 408 beschrieben ist, um ein synchrones Umschalten zu dem Ausgangsleistungsverzweigungsmodus von Zeile 414 zuzulassen. Genauer kann von dem Betriebsmodus mit kombinierter Leistungsverzweigung von Zeile 418 die erste Kupplung 54 gelöst werden, wobei die zweite Kupplung 56 eingerückt bleibt, um den Betriebsmodus von Zeile 408 herzustellen, der mit Bezug auf 5 beschrieben ist. In diesem Modus treiben die Kraftmaschine 12 und der zweite Motor/Generator 18 das Ausgangselement 19 an. Der Motor/Generator 16 kann verwendet werden, um die Drehzahl des dritten Elements 26 zu steuern, bis sie im Wesentlichen stationär ist, an welchem Punkt die Bremse 50 synchron eingerückt werden kann, wobei die zweite Kupplung 56 eingerückt bleibt, um den Betriebsmodus mit Ausgangsleistungsverzweigung von Zeile 414 herzustellen.
Alternativ kann der Antriebsstrang 10, 110, 210 oder 310 von dem Betriebsmodus mit Ausgangsleistungsverzweigung von Zeile 414 in den Übergangsmodus von Zeile 408 umschalten, indem die erste Bremse 50 ausgerückt wird, wobei die zweite Kupplung 56 eingerückt bleibt, um den Übergangsmodus von Zeile 408 herzustellen. Der Motor/Generator 16 kann dann verwendet werden, um die Drehzahl des dritten Elements 26 zu steuern, bis sie im Wesentlichen gleich der Drehzahl des zweiten Elements 34 ist, an welchem Punkt die erste Kupplung 54 synchron eingerückt werden kann, wobei die zweite Kupplung 56 ebenfalls eingerückt bleibt, um den Betriebsmodus mit kombinierter Leistungsverzweigung von Zeile 418 herzustellen.
Unter Bezugnahme auf 7 bewegt sich eine andere Abfolge von Betriebsmodi für den Antriebsstrang 10, 110, 210 oder 310 von dem Eingangsleistungsverzweigungsmodus von Zeile 416 zu dem Ausgangsleistungsverzweigungsmodus von Zeile 414, wenn die erforderliche Drehzahl des Ausgangselements 19 zunimmt, oder beginnt mit dem Ausgangsleistungsverzweigungsmodus von Zeile 414 und endet mit dem Eingangsleistungsverzweigungsmodus von Zeile 416, wenn die Drehzahl des Ausgangselements 19 abnimmt. Der Antriebsstrang 10, 110, 210 oder 310 kann auch gesteuert werden, um zwischen Betriebsmodi von irgendwelchen zwei benachbarten Zeilen von 7 umzuschalten. Die Übergangsbetriebsmodi von Zeilen 406 und 402 erlauben ein synchrones Umschalten zwischen dem Betriebsmodus mit Eingangsleistungsverzweigung und dem Reihen-Betriebsmodus von Zeilen 416 und 412 und zwischen dem Reihen-Betriebsmodus und dem Betriebsmodus mit Ausgangsleistungsverzweigung von Zeilen 412 und 414.
Unter der Annahme, dass der Antriebsstrang 10, 110, 210 oder 310 in dem Betriebsmodus mit Eingangsleistungsverzweigung von Zeile 416 ist, wie es mit Bezug auf 5 beschrieben ist, wobei die Kraftmaschine 12 eingeschaltet ist, wobei jeder Motoren/Generatoren 16, 18 als Motor oder als Generator fungiert und wobei die zweite Bremse 52 und die erste Kupplung 54 eingerückt sind, falls die Betriebsparameter angeben, dass die Drehmoment- und Drehzahlanforderungen an dem Ausgangselement 19 einen Betrieb in dem Reihen-Betriebsmodus bevorzugen, der mit Bezug auf Zeile 412 von 5 beschrieben ist, kann die erste Kupplung 54 gelöst werden, wobei die zweite Bremse 56 eingerückt bleibt, um den Betriebsmodus von Zeile 406, der mit Bezug auf 5 beschrieben ist, als einen rein elektrischen Betriebsmodus herzustellen. In dem Betriebsmodus von Zeile 406 treibt der zweite Motor/Generator 18 das Ausgangselement 19 durch den zweiten Planetenradsatz 30 an, und die Kraftmaschine 12, der erste Motor/Generator 16 und der erste Planetenradsatz 20 beeinflussen das Ausgangselement 19 nicht. Somit können die Kraftmaschine 12 und der erste Motor/Generator 16 verwendet werden, um die Drehzahl des dritten Elements 26 zu steuern, bis sie im Wesentlichen stationär ist, an welchem Punkt die Bremse 50 synchron eingerückt werden kann, wobei die Bremse 52 eingerückt bleibt, um den Reihen-Betriebsmodus von Zeile 412 herzustellen.
Alternativ kann der Antriebsstrang 10, 110, 210 oder 310 von dem Reihen-Betriebsmodus von Zeile 412 in den rein elektrischen Übergangsbetriebsmodus von Zeile 406 umschalten, indem die erste Bremse 50 gelöst wird, wobei die zweite Bremse 52 eingerückt bleibt, um den Übergangsmodus von Zeile 406 herzustellen. Die Kraftmaschine 12 und der Motor/Generator 16 können dann verwendet werden, um die Drehzahl des dritten Elements 26 zu steuern, bis sie im Wesentlichen gleich der Drehzahl des zweiten Elements 34 ist, an welchem Punkt die erste Kupplung 54 synchron eingerückt werden kann, wobei die zweite Bremse 52 ebenfalls eingerückt bleibt, um den Betriebsmodus mit Eingangsleistungsverzweigung von Zeile 416 herzustellen.
Wenn der Antriebsstrang 10, 110, 210 oder 310 in dem Reihen-Betriebsmodus von Zeile 412 arbeitet, und die Betriebsparameter angeben, dass die Drehmoment- und Drehzahlanforderungen an dem Ausgangselement 19 einen Betrieb in dem Betriebsmodus mit Ausgangsleistungsverzweigung bevorzugen, der mit Bezug auf Zeile 414 von 5 beschrieben ist, dann kann der Antriebsstrang 10, 110, 210 oder 310 gesteuert werden, um den Modus von Zeile 402 herzustellen und ein Umschalten in dem Betriebsmodus mit Ausgangsleistungsverzweigung von Zeile 414 zuzulassen. Genauer kann von dem Reihen-Betriebsmodus von Zeile 412 die zweite Bremse 52 gelöst werden, wobei die erste Bremse 50 eingerückt bleibt, um den Betriebsmodus von Zeile 402 herzustellen, der mit Bezug auf 5 beschrieben ist. In diesem Modus beaufschlagt die Kraftmaschine 12 den Motor/Generator 16, der als Generator wirkt. Die Kraftmaschine 12 und der Motor/Generator 16 steuern die Drehzahl des zweiten Elements 24, die im Wesentlichen gleich der Drehzahl des dritten Elements 36 gemacht werden kann, um zuzulassen, dass die zweite Kupplung 56 synchron eingerückt werden kann, wobei die erste Bremse 50 eingerückt bleibt und der Betriebsmodus mit Ausgangsleistungsverzweigung von Zeile 414 hergestellt wird.
Alternativ kann der Antriebsstrang 10, 110, 210 oder 310 von dem Betriebsmodus mit Ausgangsleistungsverzweigung von Zeile 414 zu dem Übergangsmodus von Zeile 402 umschalten, indem die zweite Kupplung 56 ausgerückt wird, wobei die erste Bremse 50 eingerückt bleibt, um den Übergangsmodus von Zeile 402 herzustellen. Die Kraftmaschine 12 ist eingeschaltet und beaufschlagt den Motor/Generator 16. Der Motor/Generator 18 kann verwendet werden, um die Drehzahl des dritten Elements 36 zu steuern, so dass die zweite Bremse 52 synchron eingerückt werden kann, um den Reihen-Betriebsmodus von Zeile 412 herzustellen.
Unter Bezugnahme auf 8 bewegt sich eine andere Abfolge von Betriebsmodi für den Antriebsstrang 10, 110, 210 oder 310 von dem mechanischen neutralen Modus von Zeile 400 zu dem rein elektrischen Modus von Zeile 424, wenn die erforderliche Drehzahl des Ausganselements 19 zunimmt, oder beginnt mit dem rein elektrischen Betriebsmodus von Zeile 424 und endet mit dem mechanischen neutralen Betriebsmodus von Zeile 400, wenn die Drehzahl des Ausgangselements 19 abnimmt. Der Antriebsstrang 10, 110, 210 oder 310 kann auch gesteuert werden, um zwischen irgendwelchen zwei benachbarten Zeilen von 8 umzuschalten. Unter der Annahme, dass der Antriebsstrang 10, 110, 210 oder 310 in dem mechanischen neutralen Modus von Zeile 400 beginnt, in welchem keine der Bremsen 50, 52 und keine der Kupplungen 54, 56 eingerückt sind, kann der Antriebsstrang 10, 110, 210 oder 310 in den rein elektrischen Betriebsmodus von Zeile 406 geschaltet werden, indem die zweite Bremse 52 eingerückt wird. Der Motor/Generator 18 wird dann gesteuert, um als Motor zu fungieren und somit Drehmoment an dem Ausgangselement 19 mit einer Drehmomentvervielfachung durch den zweiten Planetenradsatz 30 bereitzustellen. Wenn Betriebsparameter angeben, dass die Drehmoment- und Drehzahlanforderungen an dem Ausgangselement 19 einen Betrieb in dem rein elektrischen Antriebsmodus von Zeile 424 bevorzugen, in welchen beide Motoren/Generatoren 16, 18 als Motoren wirken, etwa wenn ein größeres Drehmoment an dem Ausgangselement 19 erforderlich ist, weil die Bremse 52 bereits eingerückt ist, kann die Kupplung 56 eingerückt werden, um die Kraftmaschine 12 zu sperren. Die Drehzahl des dritten Elements 26 kann dann durch den ersten Motor/Generator 16 gesteuert werden, bis sie im Wesentlichen gleich der Drehzahl des zweiten Elements 34 ist, um zuzulassen, dass die erste Kupplung 54 synchron eingerückt werden kann, um den rein elektrischen Betriebsmodus von Zeile 424 herzustellen. Wenn Betriebsbedingungen angeben, dass der Antriebsstrang 10 umgeschaltet werden sollte, um in dem rein elektrischen Modus von Zeile 406 zu arbeiten, dann kann die erste Kupplung 54 ausgerückt werden und anschließend die Kupplung 56 ausgerückt werden, so dass nur der zweite Motor/Generator 18 das Ausgangselement 19 antreibt.
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 Umfangs der beigefügten Ansprüche erkennen.

Claims

Antriebsstrang, umfassend: eine Kraftmaschine, die eine Kurbelwelle aufweist; ein Eingangselement, das funktional zur Rotation mit der Kurbelwelle verbindbar ist; ein Ausgangselement; ein feststehendes Element; einen ersten und einen zweiten Elektromotor/Generator; einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz, die jeweils ein entsprechendes erstes, zweites und drittes Element aufweisen; wobei der erste Motor/Generator ständig zur gemeinsamen Rotation mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden ist; wobei der zweite Motor/Generator ständig zur gemeinsamen Rotation mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist; wobei das Eingangselement ständig zur gemeinsamen Rotation mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden ist; wobei das Ausgangselement ständig zur gemeinsamen Rotation mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist; eine erste Bremse, die selektiv einrückbar ist, um das dritte Element des ersten Planetenradsatzes an dem feststehenden Element festzulegen; eine zweite Bremse, die selektiv einrückbar ist, um das dritte Element des zweiten Planetenradgetriebes an dem feststehenden Element festzulegen; eine erste Kupplung, die selektiv einrückbar ist, um das dritte Element des ersten Planetenradsatzes zur gemeinsamen Rotation mit der gleichen Drehzahl wie das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes zu verbinden; eine zweite Kupplung, die selektiv einrückbar ist, um das zweite Element des ersten Planetenradsatzes zur gemeinsamen Rotation mit der gleichen Drehzahl wie das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes zu verbinden; wobei die Einrückung von nur der ersten Bremse zulässt, dass die Kraftmaschine durch den ersten Motor/Generator ohne irgendeinen Effekt auf Drehmoment an dem Ausgangselement gestartet werden kann; und wobei der Antriebsstrang betreibbar ist, um einen Betriebsmodus mit Eingangsleistungsverzweigung, einen Betriebsmodus mit kombinierter Leistungsverzweigung und einen Betriebsmodus mit Ausgangsleistungsverzweigung vorzusehen.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, wobei das erste Element, das zweite Element und das dritte Element von jedem der Planetenradsätze ein Sonnenradelement, ein Trägerelement bzw. ein Hohlradelement ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, wobei der Betriebsmodus mit Eingangsleistungsverzweigung hergestellt ist, wenn nur die erste Kupplung und die zweite Bremse eingerückt sind, die Kraftmaschine eingeschaltet ist und der erste und zweite Motor/Generator als Motoren oder Generatoren fungieren, um die Kraftmaschine bei der Bereitstellung von Drehmoment, das an dem Ausgangselement erforderlich ist, zu unterstützen; wobei der Betriebsmodus mit Ausgangsleistungsverzweigung hergestellt ist, wenn nur die erste Bremse und die zweite Kupplung eingerückt sind, die Kraftmaschine eingeschaltet ist und der erste und zweite Motor/Generator als Motoren oder Generatoren fungieren, um die Kraftmaschine bei der Bereitstellung von Drehmoment, das an dem Ausgangselement erforderlich ist, zu unterstützen; und wobei der Betriebsmodus mit kombinierter Leistungsverzweigung hergestellt ist, wenn nur die erste Kupplung und zweite Kupplung eingerückt sind, die Kraftmaschine eingeschaltet ist und der erste und zweite Motor/Generator als Motoren oder Generatoren fungieren, um die Kraftmaschine bei der Bereitstellung von Drehmoment, das an dem Ausgangselement erforderlich ist, zu unterstützen.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, wobei der Antriebsstrang in einem rein elektrischen Betriebsmodus arbeitet, wobei die Kraftmaschine ausgeschaltet ist und nur der zweite Motor/Generator als Motor fungiert, wenn nur die zweite Bremse eingerückt ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, wobei der Antriebsstrang in einem Reihen-Betriebsmodus betreibbar ist, wenn sowohl die erste Bremse als auch die zweite Bremse eingerückt sind, die Kraftmaschine eingeschaltet ist, der erste Motor/Generator als Generator fungiert und der zweite Motor/Generator als Motor fungiert.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, wobei der Antriebsstrang in einem rein elektrischen Betriebsmodus arbeitet, wobei nur der zweite Motor/Generator als Motor fungiert, wenn nur die zweite Bremse eingerückt ist; und wobei der Antriebsstrang in einem Reihen-Betriebsmodus betreibbar ist, wenn sowohl die erste Bremse als auch die zweite Bremse eingerückt sind, die Kraftmaschine eingeschaltet ist, der erste Motor/Generator als Generator fungiert und der zweite Motor/Generator als Motor fungiert.
Antriebsstrang nach Anspruch 6, wobei die Kraftmaschine und der erste Motor/Generator verwendet werden, um die Drehzahlen des dritten Elements des ersten Planetenradsatzes zu steuern, um eine synchrone Einrückung der erste Bremse zum Übergang zwischen dem rein elektrischen Betriebsmodus und dem Reihen-Betriebsmodus zuzulassen, und um eine synchrone Einrückung oder Ausrückung der ersten Kupplung zum Übergang zwischen dem rein elektrischen Betriebsmodi und dem Betriebsmodus mit Eingangsleistungsverzweigung zuzulassen.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, wobei der Antriebsstrang in einem rein elektrischen Betriebsmodi arbeitet, wobei sowohl der erste als auch der zweite Motor/Generator als Motoren fungieren, wenn nur die erste Kupplung, die zweite Kupplung und die zweite Bremse eingerückt sind.
Hybridgetriebe, das mit einer Kraftmaschine verbindbar ist, umfassend: ein Eingangselement und ein Ausgangselement; ein feststehendes Element; einen ersten und einen zweiten Motor/Generator; einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz, die jeweils ein erstes Element, ein zweites Element und ein drittes Element aufweisen; wobei der erste Motor/Generator ständig zur gemeinsamen Rotation mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden ist und das Eingangselement ständig zur gemeinsamen Rotation mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden ist; wobei der zweite Motor/Generator ständig zur gemeinsamen Rotation mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist und das Ausgangselement ständig zur gemeinsamen Rotation mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist; eine erste Bremse, die selektiv einrückbar ist, um das dritte Element des ersten Planetenradsatzes mit dem feststehenden Element zu verbinden und somit den ersten Motor/Generator funktional mit dem Eingangselement mit einer Drehmomentvervielfachung von dem ersten Motor/Generator zu dem Eingangselement zu verbinden, ohne eine Rotation des zweiten Planetenradsatzes zu beinflussen; eine zweite Bremse, die selektiv einrückbar ist, um das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes mit dem feststehenden Element zu verbinden und somit den zweiten Motor/Generator funktional mit dem Ausgangselement mit einer Drehmomentvervielfachung von dem zweiten Motor/Generator zu dem Ausgangselement zu verbinden, ohne eine Rotation des ersten Planetenradsatzes zu beinflussen; eine erste Kupplung, die selektiv einrückbar ist, um das dritte Element des ersten Planetenradsatzes mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes zur gemeinsamen Rotation mit der gleichen Drehzahl zu verbinden; eine zweite Kupplung, die selektiv einrückbar ist, um das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes zur gemeinsamen Rotation mit der gleichen Drehzahl zu verbinden; und wobei das Hybridgetriebe in einem Reihen-Modus betreibbar ist, indem die erste und zweite Bremse eingerückt sind, und in einem Betriebsmodus mit kombinierter Leistungsverzweigung, indem die erste und zweite Kupplung eingerückt sind, wenn das Hybridgetriebe mit der Kraftmaschine verbunden ist.
Hybridgetriebe nach Anspruch 9, wobei das erste Element eines jeden von dem ersten und zweiten Planetenradsatz ein Sonnenradelement ist, das zweite Element eines jeden von dem ersten und zweiten Planetenradsatz ein Trägerelement ist, und das dritte Element eines jeden von dem ersten und zweiten Planetenradsatz ein Hohlradelement ist; und ferner umfassend: einen Achsantriebsmechanismus, der ein erstes Zahnrad aufweist, das zur gemeinsamen Rotation mit dem Ausgangselement verbunden ist, ein zweites Zahnrad, das mit dem ersten Zahnrad kämmt, und ein Achsantriebsausgang, der zur gemeinsamen Rotation mit dem zweiten Zahnrad verbunden ist.