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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegenden Lehren betreffen im Allgemeinen ein Hybridgetriebe, das nur einen Planetenradsatz aufweist.
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HINTERGRUND
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Es sind verschiedene Hybrid- und Elektroantriebsstrangarchitekturen bekannt, um mit den Eingangs- und Ausgangsdrehmomenten von verschiedenen Antriebsaggregaten in Hybridfahrzeugen, üblicherweise Brennkraftmaschinen und Elektromotoren, umzugehen. Manche elektrisch verstellbare Getriebe (EVTs) sorgen für stufenlos verstellbare Drehzahlverhältnisse, indem Merkmale von sowohl seriellen als auch parallelen Hybridantriebsstrangarchitekturen kombiniert werden. EVTs sind in festen Gängen mit einem direkten mechanischen Weg zwischen einer Brennkraftmaschine und einer Achsantriebseinheit betreibbar, wodurch ein hoher Getriebewirkungsgrad und die Anwendung kostengünstigerer und weniger massiver Motorbauteile ermöglicht wird. EVTs sind auch mit der Kraftmaschine mechanisch unabhängig von dem Achsantrieb oder in verschiedenen mechanischen/elektrischen Teilbeiträgen betreibbar, wodurch stufenlos verstellbare Drehzahlverhältnisse mit hohem Drehmoment, elektrisch dominiertes Anfahren, regeneratives Bremsen und Leerlauf mit ausgeschalteter Kraftmaschine ermöglicht werden.
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Manche Hybridfahrzeuge benutzen größere Batteriepakete, die sich zum Fahrzeuggewicht addieren, wobei der Kraftstoffverbrauch und die Fahrzeugkosten erhöht werden. Diese Fahrzeuge arbeiten über eine vorbestimmte Fahrreichweite in einem rein elektrischen Modus, und dann lädt die Kraftmaschine die Batterie durch einen der Motoren/Generatoren, wenn über die optimale Reichweite hinaus gefahren wird. Ein niedrigerer Batterieladezustand und der höhere Kraftstoffverbrauch, der beim Laden der Batterie erforderlich ist, ist im Allgemeinen mit Bezug auf Reichweite, Standvermögen und Haltbarkeit eines Hybridfahrzeugs unerwünscht. Die Entladerate der Batterie und Kraftmaschinenleistung werden auf der Basis der vom Fahrer befohlenen Drossel und Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es ist ein Hybridantriebsstrang mit relativ geringem Inhalt und Gewicht vorgesehen, der mehrere Betriebsmodi aufweist, um den Kraftstoffverbrauch und die Batterieentladerate zu verringern. Der Antriebsstrang umfasst ein Hybridgetriebe mit einem Eingangselement, einem Ausgangselement und einem feststehenden Element. Das Hybridgetriebe weist eine erste und eine zweite Elektromaschine auf, die beide Elektromotoren/Generatoren sein können. Nur ein einziger Differenzialzahnradsatz mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Element ist funktional zwischen das Eingangselement und das Ausgangselement geschaltet. Das erste, das zweite und das dritte Element umfassen ein Hohlradelement, ein Sonnenradelement und ein Trägerelement. Das Trägerelement lagert Ritzelräder, die mit sowohl dem Hohlradelement und dem Sonnenradelement kämmen.
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Der Antriebsstrang umfasst einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten selektiv einrückbaren Drehmomentübertragungsmechanismus. Der erste Drehmomentübertragungsmechanismus ist selektiv einrückbar, um die zweite Elektromaschine funktional mit dem Ausgangselement zu verbinden. Der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus ist selektiv einrückbar, um das zweite Element mit dem Ausgangselement derart funktional zu verbinden, dass das Ausgangselement gemeinsam mit dem zweiten Element rotiert. Der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus ist selektiv einrückbar, um das dritte Element funktional mit dem feststehenden Element zu verbinden. Der vierte Drehmomentübertragungsmechanismus ist selektiv einrückbar, um das zweite Element funktional mit dem feststehenden Element zu verbinden. Die selektive Einrückung eines unterschiedlichen oder mehrerer unterschiedlicher Drehmomentübertragungsmechanismen und der selektive Betrieb einer oder beider Elektromaschinen stellt einen Reihen-Betriebsmodus, einen Betriebsmodus mit Eingangsleistungsverzweigung, einen rein elektrischen Betriebsmodus und einen Festgang-Betriebsmodus zwischen dem Eingangselement und dem Ausgangselement her.
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Der Antriebsstrang ist somit ein Hybridantriebsstrang mit geringem Inhalt, von relativ niedrigem Gewicht für eine vergrößerte Kraftstoffwirtschaftlichkeit und vergrößerte elektrische Reichweite. Der Antriebsstrang kann bei einem relativ kleinen Fahrzeug verwendet werden, wobei ein Betriebsmodus mit Eingangsleistungsverzweigung, der einen hohen Wirkungsgrad mit relativ niedrigen Geschwindigkeiten ermöglicht, und einen Reihen-Modus für verlängerte Reichweite vorsieht. Der Betriebsmodus mit Eingangsleistungsverzweigung weist eine Fähigkeit einer Übersetzung ins Langsame und ins Schnelle auf. Ein Festgang-Betriebsmodus kann ein Übersetzungsverhältnis ins Langsame sein, und ein elektrisches Unterstützungsverhältnis kann für Zugzwecke verfügbar sein. Die funktionalen Verbindungen der Drehmomentübertragungsmechanismen bieten einen Heimschleichmodus im Fall einer Störung der Kraftmaschine und auch im Fall einer Störung der Elektromaschinen.
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Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren gehen leicht aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Ausführungsarten der vorliegenden Lehren in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervor.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Darstellung in Hebeldiagrammform eines Hybridantriebsstrangs, der ein Hybridgetriebe und eine Kraftmaschine aufweist.
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2 ist eine schematische Darstellung in Prinzipdiagrmmform einer Ausführungsform des Hybridantriebsstrangs und des Hybridgetriebes von 1.
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3 ist eine Tabelle, die Betriebsmodi des Hybridantriebsstrangs der 1 und 2 zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zeigt 1 einen Hybridantriebsstrang 10 für ein Fahrzeug. Der Hybridantriebsstrang 10 umfasst ein Antriebsaggregat, wie etwa eine Brennkraftmaschine 12, mit E gekennzeichnet, das mit einem Hybridgetriebe 14 verbunden ist. Andere Arten von Antriebsaggregaten, wie Brennstoffzellen, Druckluftmaschinen usw., können anstelle einer Brennkraftmaschine 12 verwendet werden. Das Hybridgetriebe 14 umfasst zwei zusätzliche Bewegungsquellen, eine erste Elektromaschine 16 und eine zweite Elektromaschine 18. Die Kraftmaschine 12 und Elektromaschinen 16 und 18 sind über einen einzigen Planetenradsatz 20 und selektive Einrückung von Drehmomentübertragungsmechanismen C1, C2, C3, C4 verbindbar, um verschiedene Betriebsmodi bereitzustellen, wie es hierin besprochen ist.
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Der Planetenradsatz 20 umfasst ein erstes Element 22, ein zweites Element 24 und ein drittes Element 26. Die Elemente 22, 24 und 26 umfassen, in beliebiger Reihenfolge, ein Sonnenradelement, ein Hohlradelement und ein Trägerelement.
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Das Trägerelement lagert Ritzelräder drehbar, die mit sowohl dem Sonnenradelement als auch dem Hohlradelement kämmen. In einer in 2 gezeigten Ausführungsform ist das erste Element 22 ein Sonnenradelement, das zweite Element 24 ist ein Trägerelement und das dritte Element 26 ist ein Hohlradelement. Eine Mehrzahl von Ritzelrädern 27 kämmt mit sowohl dem Sonnenradelement 22 als auch dem Hohlradelement 24. Ein Fachmann wird den Aufbau des einfachen Planetenradsatzes 20 verstehen, der in der Hebeldiagrammform in 1 nur schematisch gezeigt ist.
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Das Hybridgetriebe 14 weist ein Eingangselement 30 und ein Ausgangselement 32 auf. Ein Antriebselement 34, wie etwa eine Kurbelwelle, der Kraftmaschine 12 ist mit dem Eingangselement 30 verbunden, so dass das Antriebselement 34 gemeinsam mit dem Eingangselement 30 (d. h. mit der gleichen Drehzahl wie das Eingangselement 30) rotiert. So wie es hierin verwendet wird, bedeutet ”gemeinsame Rotation” eine Rotation mit der gleichen Drehzahl, einschließlich einer Drehzahl von Null (z. B. wenn es an einem feststehenden Element festgelegt ist). Optional kann eine das Übersetzungsverhältnis vervielfachende Verbindung mit der Kraftmaschinen-Kurbelwelle, wie etwa eine Zahnräderverbindung oder eine Reihe von Riemenscheiben und Kettenrädern, die Kurbelwelle 34 und das Eingangselement 30 funktional verbinden. Optional kann ein Dämpfer zwischen dem Antriebselement 34 und dem Eingangselement 30 angeordnet sein. Das Eingangselement 30 ist ständig zur gemeinsamen Rotation mit dem ersten Element 22 verbunden. Das Ausgangselement 32 ist nicht ständig funktional mit irgendeinem Element des Planetenradsatzes 20 oder mit einer der Elektromaschinen 16 oder 18 verbunden. Das Ausgangselement 32 ist durch einen Achsantriebsmechanismus (nicht gezeigt) mit Fahrzeugrädern (ebenfalls nicht gezeigt) verbunden, um Traktionsleistung an die Räder zu liefern und somit das Fahrzeug voranzutreiben. Der Planetenradsatz 20 ist der einzige Planetenradsatz, der funktional zwischen das Eingangselement 30 und das Ausgangselement 32 geschaltet oder schaltbar ist. Das Hybridgetriebe 14 und der Antriebsstrang 12 weisen somit nur einen einzigen Planetenradsatz 20 auf.
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Das Ausgangselement 32 ist selektiv funktional mit der zweiten Elektromaschine 18 durch Einrückung des ersten Drehmomentübertragungsmechanismus C1 verbunden, und ist selektiv funktional mit dem zweiten Element 24 des Planetenradsatzes 20 durch Einrückung des zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus C2 verbunden. Genauer ist eine Nabe 33, die sich von dem Ausgangselement 32 erstreckt, zur gemeinsamen Rotation mit einer Nabe 35 verbunden, die sich von einem zweiten Zahnrad 64 des Zahnradstrangs 62 erstreckt, wenn der Drehmomentübertragungsmechanismus C1 eingerückt ist. Eine Nabe 37, die sich von dem zweiten Element 24 erstreckt, ist zur gemeinsamen Rotation mit dem Ausgangselement 32 verbunden, wenn der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus C2 eingerückt ist. Wenn keiner der Drehmomentübertragungsmechanismen C1 und C2 eingerückt ist, ist das Ausgangselement 32 nicht funktional mit der ersten Elektromaschine 16, der zweiten Elektromaschine 18 oder der Kraftmaschine 12 verbunden.
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Das dritte Element 26 des Planetenradsatzes 20 ist selektiv funktional mit einem feststehenden Element 40 durch Einrückung des dritten Drehmomentübertragungsmechanismus C3 verbunden. Das feststehende Element 40 ist ein nicht drehbares Element, wie etwa ein Getriebekasten. Wenn dementsprechend das dritte Element 26 mit dem feststehenden Element 40 verbunden ist, rotiert das dritte Element 26 nicht. Das zweite Element 24 des Planetenradsatzes 20 ist selektiv funktional mit dem feststehenden Element 40 durch Einrückung des vierten Drehmomentübertragungsmechanismus C4 verbunden.
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Die erste Elektromaschine 16 umfasst einen Rotor 50A, der ständig zur gemeinsamen Rotation mit dem dritten Element 26 des Planetenradsatzes 20 verbunden ist. Die erste Elektromaschine 16 umfasst auch einen Stator 52A, der den Rotor 50A radial umgibt. Der Stator 52A ist an dem feststehenden Element 40 oder an einem anderen feststehenden Element, wie etwa einem Motorgehäuse der ersten Elektromaschine 16, festgelegt.
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Die zweite Elektromaschine 18 umfasst einen Rotor 50B und einen Stator 52B, der den Rotor 50B radial umgibt. Der Stator 52B ist an dem feststehenden Element 40 oder an einem anderen feststehenden Element, wie etwa einem Motorgehäuse der zweiten Elektromaschine 18, festgelegt. Beide Elektromaschinen 16, 18 können Motoren/Generatoren sein, die selektiv als ein Motor und als ein Generator betreibbar sind.
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Der Rotor 50B ist zur gemeinsamen Rotation mit einem ersten Zahnrad 60 eines Zahnradstrangs 62 verbunden. Das erste Zahnrad 60 kämmt mit dem zweiten Zahnrad 64. Das zweite Zahnrad 64 ist funktional mit dem Ausgangselement 32 durch Einrückung des Drehmomentübertragungsmechanismus C1 verbunden. Das erste Zahnrad 60 ist derart ausgestaltet, dass es einen kleineren Durchmesser und weniger Zähne als das zweite Zahnrad 64 aufweist. Dementsprechend tritt eine Drehzahlreduktion auf, wenn Drehmoment von der Elektromaschine 18 auf das Ausgangselement 32 übertragen wird. D. h. der Rotor 50B rotiert schneller als das Ausgangselement 32, wenn der Drehmomentübertragungsmechanismus C1 eingerückt ist. Die Drehzahlreduktion ermöglicht ein elektrisches Anfahren, wenn der Drehmomentübertragungsmechanismus C1 eingerückt ist, wie es hierin besprochen wird. Der Zahnradstrang 62 kann auch als Stirnrädergetriebe oder Zahnräderpaar bezeichnet werden, das ausgestaltet ist, um Drehmoment zwischen parallelen Wellen zu übertragen. In anderen Ausführungsformen könnte das erste Zahnrad 60 derart ausgestaltet sein, dass es einen größeren Durchmesser und mehr Zähne als das zweite Zahnrad 64 aufweist, was eine Drehzahlvervielfachung durch den Zahnradstrang 62 ermöglicht, wenn dies für eine besondere Anwendung benötigt wird.
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Die Statoren 52A, 52B der Elektromaschinen 16 und 18 sind funktional mit einer Energiespeichereinrichtung 80 verbunden, die eine oder mehrere Batterien sein kann, die in 1 mit B markiert ist. Andere elektrische Speichereinrichtungen, die die Fähigkeit haben, elektrische Leistung zu speichern und elektrische Leistung abzugeben, können anstelle der Batterien verwendet werden. Ein Controller 82, in 1 mit C gekennzeichnet, ist funktional mit den Elektromaschinen 16 und 18 verbunden und überwacht die Drehzahl der Rotoren 50A, 50B. 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 Leistungs-Stromrichter 84, in 1 mit I gekennzeichnet, zu einer oder beiden Elektromaschinen 16 und 18 zu liefern, um zu bewirken, dass die Elektromaschinen 16, 18 als Motoren fungieren, wobei dem Getriebe 14 Drehmoment hinzugefügt wird. Der Leistungs-Stromrichter 84 wandelt Gleichstrom in Wechselstrom um, wenn elektrische Energie an die Elektromaschinen 16 und/oder 18 geliefert wird.
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Wenn die Informationen, die von dem Controller 82 empfangen werden, angeben, dass eine der Elektromaschinen 16 oder 18 als ein Generator betrieben werden sollte, wobei mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird, ist der Controller 82 betreibbar, um zu bewirken, dass der Leistungs-Stromrichter 84 Wechselstrom, der von einer der Elektromaschinen 16 oder 18 geliefert wird, in Gleichstrom umwandelt, der in der Energiespeichereinrichtung 80 gespeichert wird. Die Linien in den 1 und 2, die die Elektromaschinen 16, 18, die Energiespeichereinrichtung 80, den Controller 82, den Stromrichter 84 und Statorwicklungen 88 der Statoren 52A, 52B verbinden, stellen Übertragungsleiter zum Weiterleiten von elektrischem Strom oder Signalen zwischen den Komponenten dar.
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Optional kann statt einem einzigen Controller 82 jede Elektromaschine 16, 18 einen separaten, integrierten Controller und Stromrichter aufweisen, wobei die separaten Controller der Elektromaschinen 16, 18 funktional miteinander verbunden sind.
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Die Drehmomentübertragungsmechanismen C1, C2, C3, C4 können von dem gleichen Controller 82 oder von einem separaten Getriebe-Controller, nicht gezeigt, gesteuert werden, der funktional mit dem Controller 82 und mit einem separaten Kraftmaschinen-Controller verbunden ist. Die Drehmomentübertragungsmechanismen C1, C2, C3 und C4 können auf jede geeignete Weise, wie etwa hydraulisch, elektrisch oder elektromagnetisch, betätigt werden. Drehmomentübertragungsmechanismen C1 und C2 sind Kupplungen, und Drehmomentübertragungsmechanismen C3 und C4 sind Bremsen.
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3 ist eine Tabelle, die den Einrückungszustand eines jeden der Drehmomentübertragungsmechanismen C1, C2, C3 und C4 sowie den Betriebszustand der Kraftmaschine 12 (ob ein oder aus (d. h. Schub- bzw. Kraftstoffabschaltung)) angibt, um acht unterschiedliche Vorwärtsantriebsmodi sowie einen Neutral-Modus und einen Neutral-Lademodus herzustellen, wie es hierin beschrieben ist. In 3 gibt ein ”X” an, dass der durch die Spalte dargestellte Drehmomentübertragungsmechanismus eingerückt ist. Ein leerer Kasten gibt an, dass der entsprechende durch die Spalte dargestellte Drehmomentübertragungsmechanismus nicht eingerückt ist (d. h. ”offen” ist). Eine ”Null” gibt an, dass die Kraftmaschine 12 ein ist. Ein Kasten, der zwei gestrichelte Linien ”--” in der Spalte, die die Kraftmaschine 12 darstellt, aufweist, gibt an, dass die Kraftmaschine 12 aus ist (d. h. der Kraftstoff ist abgeschaltet).
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In 3 gibt die mit EV1 gekennzeichnete Reihe einen ersten rein elektrischen Betriebsmodus an. Ein ”rein elektrischer Betriebsmodus” ist ein Modus, in welchem die Kraftmaschine 12 aus ist (d. h. der Kraftstoff ist abgeschaltet) und das gesamte Drehmoment an dem Ausgangselement 32 über eine oder beide der Elektromaschinen 16, 18 unter Verwendung gespeicherter Energie von der Energiespeichereinrichtung 80 bereitgestellt wird. In dem elektrischen Betriebsmodus EV1 ist der Drehmomentübertragungsmechanismus C1 eingerückt, um die zweite Elektromaschine 18 funktional mit dem Ausgangselement 32 zu verbinden. Die zweite Elektromaschine 18 kann derart gesteuert werden, dass sie als ein Motor arbeitet, wobei gespeicherte Energie von der Energiespeichereinrichtung 80 verwendet wird, um Drehmoment an dem Ausgangselement 32 entweder in der Vorwärtsrichtung oder der Rückwärtsrichtung bereitzustellen. Der Zahnradstrang 62 reduziert die Drehzahl des zweiten Zahnrads 64 relativ zu dem Zahnrad 60, wodurch Drehmoment von der Elektromaschine 18 zu dem Ausgangselement 32 vervielfacht wird. Der erste rein elektrische Betriebsmodus EV1 kann dazu verwendet werden, ein Fahrzeug, das den Antriebsstrang 10 aufweist, anzufahren. Die Kraftmaschine 12 ist [aus] (d. h. der Kraftstoff ist abgeschaltet) und die Elektromaschine 18 kann nicht mit Energie beaufschlagt sein, obwohl beide umlaufen können, da keine funktional mit dem Ausgangselement 32 verbunden ist, weil der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus C2 nicht eingerückt ist. Die zweite Elektromaschine 18 kann ein Motor/Generator sein, so dass sie auch als ein Generator betreibbar ist, etwa während einer Verzögerung des Fahrzeugs, um regenerative Energie aufzufangen und die Energiespeichereinrichtung 80 zu laden.
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Die in 3 mit EVT gekennzeichnete Reihe stellt einen elektrisch verstellbaren Betriebsmodus dar, in welchem die Drehmomentübertragungsmechanismen C2 und C2 eingerückt sind und die Kraftmaschine 12 ein ist. Drehmoment von der Kraftmaschine 12 und der ersten Elektromaschine 16 wird durch den Planetenradsatz 20 verzweigt und aufgrund des eingerückten Drehmomentübertragungsmechanismus C2 an dem Ausgangselement 32 bereitgestellt. Das EVT ist ein Betriebsmodus mit Eingangsleistungsverzweigung. Die zweite Elektromaschine 18 wird gesteuert, um Drehmoment an dem Ausgangselement 32 mit einer Drehzahl proportional zu der Drehzahl des Ausgangselements 32 durch den Zahnradstrang 32 bereitzustellen. Während des elektrisch verstellbaren Betriebsmodus wird die Elektromaschine 16 derart gesteuert, dass sie als ein Motor oder als ein Generator arbeitet, um das befohlene Drehmoment an dem Ausgangselement 32 bereitzustellen. Die Kraftmaschine 12 kann bei vorbestimmten effizienten Betriebsparametern (Drehzahl und Drehmoment) betrieben werden, um die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern, während die Drehzahl der Elektromaschine 16 verändert wird, um die Drehzahlanforderungen des Ausgangselements 32 zu erfüllen. Drehmoment der Elektromaschinen 16, 18 kann verändert werden, um die Drehmomentanforderungen des Ausgangselements 32 zu erfüllen. Der während des EVT-Modus mögliche Bereich an Drehzahlen umfasst Drehzahlverhältnisse ins Langsame und ins Schnelle.
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In 3 stellt die mit S gekennzeichnete Reihe einen Hybrid-Reihen-Betriebsmodus dar, in welchem der erste und vierte Drehmomentübertragungsmechanismus C1 und C4 eingerückt sind und die Kraftmaschine 12 ein ist. Die Elektromaschine 18 ist durch den Zahnradstrang 62 funktional mit dem Ausgangselement 32 verbunden und wird derart gesteuert, dass sie als ein Motor fungiert, um das befohlene Drehmoment an dem Ausgangselement 32 bereitzustellen. Energie wird an die Elektromaschine 18 durch die Elektromaschine 16 geliefert, welche derart gesteuert wird, dass sie als ein Generator fungiert und mit einer negativen Drehzahl läuft, wobei Drehmoment, das von der Kraftmaschine 12 durch den Planetenradsatz 20 zugeführt wird, in elektrische Energie umgewandelt wird, die der Elektromaschine 18 zugeführt wird. Jegliche Energie, die von der Elektromaschine 16 erzeugt wird, die nicht von der Elektromaschine 18 benötigt wird, um das erforderliche Drehmoment an dem Ausgangselement 32 zu erfüllen, wird dazu verwendet, die Energiespeichereinrichtung 80 zu laden. Wenn Energie, die durch die Elektromaschine 16 erzeugt wird, geringer als die ist, die erforderlich ist, um das erforderliche Drehmoment an dem Ausgangselement 32 zu erfüllen, zieht die Elektromaschine 18 ähnlich die verbleibende notwendige Energie aus der Energiespeichereinrichtung 80. Indem die Kraftmaschine 12, die die Elektromaschine 16 antreibt, so dass sie als ein Generator fungiert, wird die Reichweite eines Fahrzeugs mit dem Antriebsstrang 10 im Vergleich mit der Reichweite des rein elektrischen Betriebsmodus verlängert, welche durch den Ladezustand der Energiespeichereinrichtung 80 begrenzt ist. Zusätzlich ermöglicht es dieser Betriebsmodus, dass die Kraftmaschine 12 bei den vorbestimmten effizienten Betriebsparametern (Drehzahl und Drehmoment) betrieben werden kann, da die Kraftmaschine 12 von dem Ausgangselement 32 mechanisch entkoppelt ist.
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Die in 3 mit FG1 gekennzeichnete Reihe stellt einen ersten Festgang-Betriebsmodus mit einem ersten festen Übersetzungsverhältnis von dem Eingangselement 30 zu dem Ausgangselement 32 dar. In dem Modus FG1 sind der zweite und dritte Drehmomentübertragungsmechanismus C2, C3 eingerückt und die Kraftmaschine 12 ist ein. Die Elektromaschinen 16 und 18 sind nicht mit Energie beaufschlagt. Der Rotor 50a ist durch den eingerückten Drehmomentübertragungsmechanismus C3, der das dritte Element 26 feststehend hält, feststehend gehalten. Die Elektromaschine 18 ist nicht funktional mit dem Ausgangselement 32 verbunden, weil der Drehmomentübertragungsmechanismus C1 nicht eingerückt ist. Drehmoment wird von der Kraftmaschine 12 durch den Planetenradsatz 20 an das Ausgangselement 32 mit einem ersten festen Übersetzungsverhältnis geliefert, das von den Zähnezahlen des Hohlradelements und des Sonnenradelements des Planetenradsatzes 20 abhängt. In der Ausführungsform von 2 ist der Modus FG1 ein Modus einer Übersetzung ins Langsame. Der erste feste Gang FG1 ist ein mechanischer Punkt, da die Gesamtenergie, die von dem Eingangselement 30 zu dem Ausgangselement 32 entlang eines mechanischen Leistungsweges fließt. Der erste feste Gang FG1 ist während des Fahrens bei mittleren Geschwindigkeiten entlang eines Geschwindigkeitsbereiches des Fahrzeugs, in welchem der Antriebsstrang 10 eingebaut ist, geeignet. Der erste feste Gang FG1 kann auch als ein Heimschleichmodus im Fall einer Störung von einer der Elektromaschinen 16, 18 oder in dem Fall, dass der Ladezustand der Energiespeichereinrichtung 80 unter einem vorbestimmten minimalen Ladezustand (”tote Batterie”) liegt, angewandt werden. Der Antriebsstrang 10 kann durch Lösen des Drehmomentübertragungsmechanismus C1 und Einrücken des Drehmomentübertragungsmechanismus C3 von dem elektrisch verstellbaren Modus EVT in den ersten Festgangmodus FG1 geschaltet werden, während der Drehmomentübertragungsmechanismus C2 bei eingeschalteter Kraftmaschine 12 eingerückt bleibt.
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Die in 3 mit FG2 gekennzeichnete Reihe stellt ein zweites festes Übersetzungsverhältnis von dem Eingangselement 30 zu dem Ausgangselement 32 dar, in welchem der erste, zweite und dritte Drehmomentübertragungsmechanismus C1, C2, C3 eingerückt sind und die Kraftmaschine 12 ein ist. Die Elektromaschine 16 ist nicht mit Energie beaufschlagt. Der Rotor 50a ist durch den eingerückten Drehmomentübertragungsmechanismus C3, der das dritte Element 26 feststehend hält, feststehend gehalten. Die Elektromaschine 18 ist funktional mit dem Ausgangselement 32 verbunden, weil der Drehmomentübertragungsmechanismus C1 eingerückt ist. Drehmoment wird von der Kraftmaschine 12 durch den Planetenradsatz 20 an das Ausgangselement 32 mit einem festen Übersetzungsverhältnis abhängig von den Zähnezahlen des Hohlradelements und des Sonnenradelements des Planetenradsatzes 20 geliefert. Das feste Übersetzungsverhältnis von FG2 ist ein Übersetzungsverhältnis ins Langsame, wenn der Planetenradsatz 20 derart eingerichtet ist, wie es in der Ausführungsform von 2 angegeben ist. Drehmoment wird auch durch die zweite Elektromaschine 18 bereitgestellt und kann verwendet werden, um mit einer geringfügig höheren Geschwindigkeit als die des ersten festen Gangs FG1 zu fahren, oder kann dazu verwendet werden, Drehmoment an dem Ausgangselement 32 hinzuzufügen, um beim Ziehen zu unterstützen. Das durch die zweite Elektromaschine 18 gelieferte Drehmoment stellt ein elektrisches Unterstützungsübersetzungsverhältnis an dem Ausgangselement 32 bereit, wobei das feste Übersetzungsverhältnis FG2 nahe bei dem mechanischen Punkt hergestellt wird. Das von dem Planetenradsatz 20 bei feststehendem dritten Element 26 bereitgestellte Übersetzungsverhältnis ist derart ausgestaltet, dass es zu dem Übersetzungsverhältnis passt, das durch den Zahnradstrang 62 geliefert wird, um eine Langlebigkeit der Drehmomentübertragungsmechanismen C1 und C2 zu ermöglichen. Wenn der Planetenradsatz 20 wie in 2 angegeben eingerichtet ist, ist der erste feste Gang FG1 ein Übersetzungsverhältnis ins Langsame.
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Die in 3 mit eTC gekennzeichnete Reihe stellt einen elektrischen Drehmomentwandlermodus dar, in welchem der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus C2 eingerückt ist und die Kraftmaschine 12 ein ist. Die erste Elektromaschine 16 wird derart gesteuert, dass sie als ein Motor fungiert, und die Kraftmaschine 12 ist ein. Die erste Elektromaschine 16 sorgt für ein Ausgleichen von Drehmoment für die Kraftmaschine 12, so dass sowohl die erste Elektromaschine 16 als auch die Kraftmaschine 12 Drehmoment durch den Planetenradsatz 20 an dem Ausgangselement 32 bereitstellen. Die zweite Elektromaschine 18 ist nicht funktional mit dem Ausgangselement 32 verbunden, da der Drehmomentübertragungsmechanismus C1 nicht eingerückt ist.
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Die in 3 mit N gekennzeichnete Reihe stellt einen Neutral-Modus dar, in welchem keiner der Drehmomentübertragungsmechanismen C1, C2, C3 und C4 eingerückt ist und die Kraftmaschine 12 aus ist (d. h. der Kraftstoff ist abgeschaltet). Weil keiner der Drehmomentübertragungsmechanismen C1, C2, C3 und C4 eingerückt ist, ist keine der Energiequellen (Kraftmaschine 12, Elektromaschinen 16, 18) funktional mit dem Ausgangselement 32 verbunden.
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Die in 3 mit NC gekennzeichnete Reihe ist ein Neutral-Lademodus, in welchem die Kraftmaschine 12 ein ist und der vierte Drehmomentübertragungsmechanismus C4 eingerückt ist. Weil weder Drehmomentübertragungsmechanismus C1 noch Drehmomentübertragungsmechanismus C2 eingerückt ist, ist keine der Energiequellen (Kraftmaschine 12, Elektromaschinen 16, 18) funktional mit dem Ausgangselement 32 verbunden. Bei eingerücktem viertem Drehmomentübertragungsmechanismus C4 kann das Drehmoment der Kraftmaschine 12 von dem ersten Element 22 durch den Planetenradsatz 20 auf das dritte Element 26 übertragen werden. Der Controller 82 kann die Elektromaschine 16 derart steuern, dass sie als ein Generator fungiert, so dass das an dem dritten Element 26 bereitgestellte Drehmoment in elektrische Energie umgewandelt wird, die in der Energiespeichereinrichtung 80 gespeichert wird.
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Die in 3 mit EV2 gekennzeichnete Reihe ist ein zweiter rein elektrischer Betriebsmodus, in welchem der Drehmomentübertragungsmechanismus C2 eingerückt ist und die Kraftmaschine 12 aus ist (d. h. Kraftstoff ist abgeschaltet). Die Elektromaschine 16 kann derart gesteuert werden, dass sie als ein Motor fungiert, um Drehmoment an dem Ausgangselement 32 durch den Planetenradsatz 20 bereitzustellen, bis zu dem Ausmaß, dass die Kraftmaschine 12 wie eine Bremse wirken kann, wobei die Reibung der Kraftmaschine 12 in dem Aus-Zustand einer Rotation des ersten Elements 22 Widerstand entgegenbringt. Die Elektromaschine 18 wird auch derart gesteuert, dass sie als ein Motor fungiert.
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Ähnlich ist die in 3 mit EV3 gekennzeichnete Reihe ein dritter rein elektrischer Betriebsmodus, in welchem die Drehmomentübertragungsmechanismen C1 und C2 eingerückt sind, wobei die Kraftmaschine 12 aus ist (d. h. Kraftstoff ist abgeschaltet) und beide Elektromaschinen 16, 18 derart gesteuert werden, dass sie als Motoren fungieren, um Drehmoment an dem Ausgangselement 32 bereitzustellen. Der Rotor 50B des Elektromotors 18 rotiert mit einer Drehzahl proportional zu der Drehzahl des Ausgangselements 32 durch den Zahnradstrang 62. Der dritte rein elektrische Betriebsmodus wird bis zu dem Ausmaß vorgesehen, dass die Kraftmaschine 12 wie eine Bremse wirken kann, wobei die Reibung der Kraftmaschine 12 in dem Aus-Zustand einer Rotation des ersten Elements 22 Widerstand entgegenbringt. Der dritte rein elektrische Betriebsmodus kann auch als ein Übergangsbereichszustand während eines Starts der Kraftmaschine 12 verwendet werden.
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Obwohl die besten Ausführungsarten der vielen Aspekte der vorliegenden Lehren ausführlich diskutiert worden sind, erkennt der Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich diese Lehren beziehen, verschiedene alternative Aspekte, um die vorliegenden Lehren, die im Umfang der beigefügten Ansprüche liegen, praktisch auszuführen.
