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Dokumentenidentifikation DE102006040628A1 26.04.2007
Titel Parallel-Hybridgetriebe mit einem einzigen Motor/Generator
Anmelder General Motors Corp., Detroit, Mich., US
Erfinder Schmidt, Michael R., Carmel, Ind., US
Vertreter Manitz, Finsterwald & Partner GbR, 80336 München
DE-Anmeldedatum 30.08.2006
DE-Aktenzeichen 102006040628
Offenlegungstag 26.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.04.2007
IPC-Hauptklasse B60K 17/06(2006.01)A, F, I, 20070111, B, H, DE
Zusammenfassung Es ist ein kompaktes Parallel-Hybridgetriebe mit reduzierten Kosten, das nur einen einzigen Motor/Generator aufweist, vorgesehen. Das Getriebe benutzt eine reduzierte Anzahl von Komponenten, und zwar vorzugsweise nur drei Verbindungselemente und vier Drehmomentübertragungsmechanismen, um eine Betriebsart eines Rückwärtsgangs und sieben Betriebsarten von Vorwärtsgängen (d.h. Betriebszustände, die durch Einrückung eines besonderen Drehmomentübertragungsmechanismus oder von besonderen Übertragungsmechanismen erzielt werden, ob nun ein kontinuierlicher Bereich von Drehzahlverhältnissen oder nur ein festes Drehzahlverhältnis umfasst sind) bereitzustellen. Mindestens fünf der Vorwärtsbetriebsarten sind feste Drehzahlverhältnisse.

Beschreibung[de]
TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft elektrisch verstellbare Getriebe mit einem parallelen Leistungsfluss und einer einzigen elektrischen Einheit.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Brennkraftmaschinen, insbesondere jene von der Art mit hin- und hergehendem Kolben, treiben gegenwärtig die meisten Fahrzeuge an. Derartige Maschinen sind relativ effiziente, kompakte, leichte und kostengünstige Mechanismen, durch die hochkonzentrierte Energie in der Form von Kraftstoff in nutzbare mechanische Leistung umgewandelt wird. Ein neuartiges Getriebesystem, das mit Brennkraftmaschinen verwendet werden kann und den Kraftstoffverbrauch und Emissionen vermindert, kann für die Bevölkerung von großem Nutzen sein.

Die breite Schwankung der Anforderungen, die Fahrzeuge typischerweise an Brennkraftmaschinen stellen, erhöht den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen über den Idealfall für derartige Maschinen hinaus. Typischerweise wird ein Fahrzeug von einer derartigen Maschine angetrieben, welche aus einem kalten Zustand durch einen kleinen Elektromotor und relativ kleine elektrische Speicherbatterien gestartet wird, und dann schnell unter die Lasten von der Antriebs- und Nebenaggregatanlage gesetzt wird. Eine derartige Maschine wird auch durch einen weiten Bereich von Drehzahlen und einem weiten Bereich von Lasten typischerweise im Durchschnitt von etwa einem Fünftel seiner maximalen Ausgangsleistung betrieben.

Ein Fahrzeuggetriebe gibt typischerweise mechanische Leistung von einer Maschine an den Rest eines Antriebssystems, wie einem festen Achsantriebsgetriebe, Achsen und Räder, ab. Ein typisches mechanisches Getriebe erlaubt eine gewisse Freiheit bei dem Betrieb der Maschine, und zwar gewöhnlich durch alternative Auswahl von fünf oder sechs unterschiedlichen Antriebsverhältnissen, einer Neutralauswahl, die zulässt, dass die Maschine Nebenaggregate bei stehendem Fahrzeug betreiben kann, und Kupplungen oder einem Drehmomentwandler für glatte Übergänge zwischen Antriebsübersetzungsverhältnissen und um das Fahrzeug aus dem Stillstand bei drehender Maschine zu starten. Die Getriebegangauswahl lässt typischerweise zu, dass Leistung von der Maschine an den Rest des Antriebssystems mit einem Verhältnis von Drehmomentvervielfachung und Drehzahlreduktion, mit einem Verhältnis von Drehmomentreduktion und Drehzahlvervielfachung, das als Overdrive bekannt ist, oder mit einer Rückwärtsübersetzung abgegeben wird.

Ein elektrischer Generator kann mechanische Leistung von der Maschine in elektrische Leistung umwandeln, und ein Elektromotor kann diese elektrische Leistung zurück in mechanische Leistung mit unterschiedlichen Drehmomenten und Drehzahlen für den Rest des Fahrzeugantriebssystems umwandeln. Diese Anordnung erlaubt eine stufenlose Verstellung in dem Verhältnis von Drehmoment und Drehzahl zwischen der Maschine und dem Rest des Antriebssystems innerhalb der Grenzen der elektrischen Maschinerie. Eine elektrische Speicherbatterie, die als Leistungsquelle für den Antrieb verwendet wird, kann dieser Anordnung hinzugefügt werden, wodurch ein Reihenhybrid-Elektroantriebssystem gebildet wird.

Das Reihenhybridsystem lässt zu, dass die Maschine mit einer gewissen Unabhängigkeit von dem Drehmoment, der Drehzahl und der Leistung, die erforderlich sind, um das Fahrzeug anzutreiben, arbeiten kann, so dass die Maschine für verbesserte Emissionen und einen verbesserten Wirkungsgrad gesteuert werden kann. Dieses System lässt zu, dass die Elektromaschine der Brennkraftmaschine hinzugefügt wird, so dass diese als Motor zum Anlassen der Brennkraftmaschine wirkt. Dieses System lässt auch zu, dass die Elektromaschine, die an dem Rest des Antriebsstrangs angebracht ist, als Generator wirkt, wobei Energie aus dem Verlangsamen des Fahrzeugs in der Batterie durch regeneratives Bremsen zurückgewonnen wird. Ein Reihenelektroantrieb hat Probleme hinsichtlich des Gewichts und der Kosten einer ausreichenden Elektromaschinerie, um die gesamte Leistung der Brennkraftmaschine von mechanisch nach elektrisch in dem Generator und von elektrisch nach mechanisch in dem Antriebsmotor umzuwandeln, und bei dem Nutzenergieverlust bei diesen Umwandlungen.

Ein Getriebe mit Leistungsverzweigung kann einen so genannten "Differentialzahnradsatz" verwenden, um ein stufenlos verstellbares Drehmoment- und Drehzahlverhältnis zwischen dem Antrieb und dem Abtrieb zu erzielen. Ein elektrisch verstellbares Getriebe kann einen Differentialzahnradsatz verwenden, um einen Großteil seiner übertragenen Leistung durch ein Paar Elektromotoren/Generatoren zu übertragen. Der Rest seiner Leistung fließt durch einen anderen parallelen Weg, der vollständig mechanisch und direkt mit einem festen Übersetzungsverhältnis oder alternativ wählbar ist.

Eine Form eines Differentialzahnradsatzes kann, wie Fachleuten bekannt ist, einen Planetenradsatz bilden. Eine Planetenradanordnung ist gewöhnlich die bevorzugte Ausführungsform, die bei Erfindungen mit Differentialzahnradsatz angewandt wird, mit den Vorteilen einer Kompakteinheit und unterschiedlicher Drehmoment- und Drehzahlverhältnisse zwischen allen Elementen des Planetenradsatzes. Es ist jedoch möglich, diese Erfindung ohne Planetenräder aufzubauen, wie etwa durch die Verwendung von Kegelrädern oder anderen Zahnrädern in einer Anordnung, bei der die Drehgeschwindigkeit von mindestens einem Element des Zahnradsatzes immer der gewichtete Mittelwert von Drehzahlen der beiden anderen Elemente ist.

Ein Getriebesystem eines Hybridelektrofahrzeugs umfasst auch eine oder mehrere elektrische Energiespeichereinrichtungen. Die typische Einrichtung ist eine chemische elektrische Speicherbatterie, es können aber auch kapazitive oder mechanische Einrichtungen, wie etwa ein elektrisch angetriebenes Schwungrad, enthalten sein. Eine elektrische Energiespeicherung lässt zu, dass die mechanische Ausgangsleistung von dem Getriebesystem zu dem Fahrzeug von der mechanischen Eingangsleistung von der Maschine zu dem Getriebesystem variieren kann. Die Batterie oder andere Einrichtung erlaubt auch, dass die Brennkraftmaschine mit dem Getriebesystem startet, sowie ein regeneratives Fahrzeugbremsen.

Ein elektrisch verstellbares Getriebe in einem Fahrzeug kann einfach mechanische Leistung von einem Brennkraftmaschineneingang zu einem Achsantriebausgang übertragen. Dazu gleicht die elektrische Leistung, die von einem Motor/Generator erzeugt wird, die elektrischen Verluste und die elektrische Leistung, die von dem anderen Motor/Generator verbraucht wird, aus. Durch die Verwendung der oben genannten elektrischen Speicherbatterie kann die elektrische Leistung, die von einem Motor/Generator erzeugt wird, größer oder kleiner sein als die elektrische Leistung, die von dem anderen verbraucht wird. Elektrische Leistung von der Batterie kann manchmal zulassen, dass die Motoren/Generatoren als Motoren wirken, insbesondere um die Brennkraftmaschine bei der Fahrzeugbeschleunigung zu unterstützen. Beide Motoren können manchmal als Generatoren wirken, um die Batterie wieder aufzuladen, insbesondere beim regenerativen Bremsen des Fahrzeugs.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist ein kompaktes Parallel-Hybridgetriebe mit reduzierten Kosten, das nur einen einzigen Motor/Generator aufweist, vorgesehen. Das Getriebe benutzt eine reduzierte Anzahl von Komponenten, vorzugsweise nur drei miteinander verbundene Elemente und vier Drehmomentübertragungsmechanismen, um eine Rückwärtsdrehzahlbetriebsart mit sieben Vorwärtsdrehzahlbetriebsarten bereitzustellen. So wie dies hierin verwendet wird, ist eine "Betriebsart" ein besonderer Betriebszustand, ob dieser nun einen kontinuierlichen Bereich von Drehzahlverhältnissen oder nur ein einziges festes Drehzahlverhältnis einschließt, der durch die Einrückung eines besonderen Drehmomentübertragungsmechanismus oder von besonderen Drehmomentübertragungsmechanismen erzielt wird. Mindestens fünf der Vorwärtsbetriebsarten sind feste Drehzahlverhältnisse.

Das hybride elektromechanische Getriebe umfasst ein Antriebselement zum Aufnehmen von Leistung von einer Leistungsquelle und ein Abtriebselement zum Abgeben von Leistung von dem Getriebe. Es wird nur ein einziger Motor/Generator verwendet. Eine Energiespeichereinrichtung wird zum Austausch elektrischer Leistung mit dem Motor/Generator verwendet. Es werden drei Planetenradsätze benutzt, die jeweils ein erstes, zweites und drittes Element aufweisen. Der erste, zweite und dritte Planetenradsatz sind vorzugsweise koaxial ausgerichtet, und der Motor/Generator umgibt mindestens einen der Planetenradsätze kreisringförmig. Ein erstes, zweites und drittes Verbindungselement verbindet jeweils ein unterschiedliches Element von einem der Planetenradsätze ständig mit einem anderen unterschiedlichen Element von einem anderen der Planetenradsätze. Vier Drehmomentübertragungsmechanismen können selektiv alleine oder in Paaren eingerückt werden, um eine Rückwärtsbetriebsart, die nur durch den Motor/Generator beaufschlagt wird, eine Ingangsetzungsbetriebsart, die nur durch den Motor/Generator beaufschlagt wird, und mindestens fünf Betriebsarten mit festen Vorwärtsdrehzahlverhältnissen, die durch die Leistungsquelle und wahlweise den Motor/Generator mit Energie beaufschlagt werden, bereitzustellen. D.h. die vier Drehmomentübertragungsmechanismen sind betreibbar, um mindestens fünf feste Vorwärtsdrehzahlverhältnisse bereitzustellen, ob nun Leistung durch den Motor/Generator fließt oder nicht.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das erste Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem Antriebselement verbunden. Das erste Element des dritten Planetenradsatzes ist ständig mit dem Abtriebselement verbunden. Das erste Verbindungselement verbindet das zweite Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes. Das zweite Verbindungselement verbindet das dritte Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes. Das dritte Verbindungselement verbindet das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes ständig mit dem zweiten Element des dritten Planetenradsatzes. Die Verbindungselemente sind vorzugsweise konzentrisch.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist eine Steuereinheit zum Regeln des elektrischen Leistungsaustauschs zwischen der Energiespeichereinrichtung und dem Motor/Generator vorgesehen.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst das erste, zweite und dritte Element von jedem der Planetenradsätze ein Hohlrad, ein Sonnenrad und einen Träger. Das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes ist ständig mit dem Antriebselement verbunden, und der Träger des dritten Planetenradsatzes ist ständig mit dem Abtriebselement verbunden. Der Träger des ersten Planetenradsatzes ist ständig mit dem Träger des zweiten Planetenradsatzes über das erste Verbindungselement verbunden. Das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes ist ständig mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes über das zweite Verbindungselement verbunden. Das Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes ist ständig mit dem Motor/Generator und ständig mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes über das dritte Verbindungselement verbunden.

Gemäß noch einem anderen Aspekt der Erfindung verbindet der erste Drehmomentübertragungsmechanismus das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes selektiv mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes. Der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus verbindet das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes selektiv mit dem feststehenden Element. Der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus verbindet das Hohlrad des dritten Planetenradsatzes selektiv mit dem feststehenden Element. Der vierte Drehmomentübertragungsmechanismus verbindet die Träger des ersten und zweiten Planetenradsatzes selektiv mit dem Träger des dritten Planetenradsatzes.

Dieses Parallel-Hybridgetriebe mit einem einzigen Motor/Generator ergibt niedrigere Gesamtgetriebekosten, da der zweite Motor/Generator nicht verwendet wird und auch kein zweiter Strominverter notwendig ist, wie es typischerweise für einen zusätzlichen Motor/Generator erforderlich ist. Zusätzlich fließt bei Normalfahrt während der siebten Vorwärtsdrehzahlbetriebsart keine Leistung (d.h. im Wesentlichen Null) durch den Motor/Generator, jedoch liefert der Motor/Generator bei sehr niedriger Drehzahl signifikant Drehmoment.

Die obigen Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Arten zur Ausführung der Erfindung in Verbindung genommen mit den begleitenden Zeichnungen leicht deutlich werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1A ist eine schematische Darstellung eines elektromechanischen Getriebes, das einen einzigen Motor/Generator aufweist, welcher die Konzepte der vorliegenden Erfindung verkörpert;

1B ist ein Schaubild, das verschiedene Betriebszustände des elektromechanischen Getriebes von 1A darstellt;

2 ist eine grafische Darstellung der Drehzahl in Umdrehungen pro Minute (U/min) des Motors/Generators sowie der Brennkraftmaschine und des Abtriebselements relativ zu der Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Meilen pro Stunde (mph) während transienter Zugbedingungen;

3 ist eine grafische Darstellung der Leistung (PS) des Motors/Generators, der Brennkraftmaschine, der Energiespeichereinrichtung und des Abtriebselements relativ zu der Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Meilen pro Stunde (mph) während transienter Zugbedingungen;

4 ist eine grafische Darstellung der Drehzahl in Umdrehungen pro Minute (U/min) des Motors/Generators, der Brennkraftmaschine und des Abtriebselements relativ zu der Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Meilen pro Stunde (mph) während Normalfahrbedingungen; und

5 ist eine grafische Darstellung der Leistung (PS) des Motors/Generators, der Brennkraftmaschine und des Abtriebselements relativ zu der Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Meilen pro Stunde (mph) während Normalfahrbedingungen.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Eine repräsentative Form eines elektromechanischen Getriebes, das einen einzigen Motor/Generator aufweist, welche die Konzepte der vorliegenden Erfindung verkörpert, ist in 1A gezeigt und allgemein mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet. Das Hybridgetriebe 10 weist ein Antriebselement 17 auf, das in der Natur einer Welle vorliegen kann, die direkt von einer Brennkraftmaschine 12 angetrieben sein kann. Die Brennkraftmaschine 12 kann eine Brennkraftmaschine für fossilen Kraftstoff sein, wie etwa ein Verbrennungsmotor oder ein Dieselmotor, der leicht angepasst werden kann, um seine verfügbare Ausgangsleistung mit einer konstanten Anzahl von Umdrehungen pro Minute (U/min) abzugeben. Eine Pumpe 18 kann von dem Antriebselement 17 angetrieben werden, um überall in dem Getriebe 10 Schmier- und Kühlfluid bereitzustellen. Leistung fließt von dem Antriebselement 17 durch das Getriebe 10, wie es nachstehend beschrieben wird, um sie an ein Abtriebselement 19 zum Antreiben des Achsantriebs 16 abzugeben.

Das Getriebe 10 umfasst einen ersten Planetenradsatz 20, der ein Sonnenrad 22, ein Hohlrad 24, das das Sonnenrad 22 umgibt, und eine Planetenträgeranordnung 26 umfasst, die mehrere Planetenräder 27 aufweist, die an einem Träger 29 drehbar montiert sind und sowohl mit dem Hohlrad 24 als auch mit dem Sonnenrad 22 kämmend in Eingriff stehen. Das Antriebselement 17 ist ständig mit dem Hohlrad 24 verbunden, um diesem Leistung zu liefern.

Das Getriebe 10 umfasst darüber hinaus einen zweiten Planetenradsatz 30, der ein Sonnenrad 32, ein Hohlrad 34, das das Sonnenrad 32 umgibt, und eine Planetenträgeranordnung 36 umfasst, die mehrere Planetenräder 37 aufweist, die an einem Träger 39 drehbar montiert sind und sowohl mit dem Hohlrad 34 als auch mit dem Sonnenrad 32 kämmend in Eingriff stehen. Der Träger 29 ist ständig mit dem Träger 39 über ein Verbindungselement 70 verbunden, das eine Verbindungswelle ist. Das Sonnenrad 22 ist ständig mit dem Hohlrad 34 über ein Verbindungselement 72 verbunden, das eine drehbare Hohlwelle ist und konzentrisch um das Verbindungselement 70 herum angeordnet ist.

Darüber hinaus umfasst das Getriebe 10 einen dritten Planetenradsatz 40, der ein Sonnenrad 42, ein Hohlrad 44, das das Sonnenrad 42 umgibt, und eine Planetenträgeranordnung 46 umfasst, die mehrere Planetenräder 47 aufweist, die drehbar an einem Träger 49 montiert sind und kämmend mit sowohl dem Hohlrad 44 als auch dem Sonnenrad 42 in Eingriff stehen. Das Sonnenrad 32 ist ständig mit dem Sonnenrad 42 über ein Verbindungselement 74 verbunden, das eine andere drehbare Hohlwelle ist, die konzentrisch um das Verbindungselement 70 angeordnet ist. Der Träger 49 ist ständig mit dem Abtriebselement 19 verbunden.

Das Antriebselement 17 und das Abtriebselement 19 sind ausgerichtet, um dort hindurch eine Drehachse zu bilden. Ein einziger Motor/Generator 80 (der hierin als elektrische Einheit bezeichnet sein kann) ist konzentrisch um die gemeinsame Drehachse, die durch das Antriebselement 17 und das Abtriebselement 19 gebildet ist, zur Drehung um diese angeordnet. Wie es Fachleute verstehen werden, umfasst der Motor/Generator 80 einen Stator, der an einem feststehenden Element, wie etwa einem Getriebegehäuse 78, befestigt ist, sowie einen drehbaren Rotor. Der Rotor des Motors/Generators 80 ist an den Sonnenrädern 32 und 42 zur gemeinsamen Drehung mit diesem über eine Nabe 76 und ein Verbindungselement 74 befestigt.

Wie es aus der vorstehenden Beschreibung deutlich werden sollte, empfängt das Getriebe 10 selektiv Leistung von der Brennkraftmaschine 12. Das Hybridgetriebe kann auch Leistung von einer elektrischen Speichereinrichtung 84, wie einem Batteriepaket, empfangen. Andere elektrische Speichereinrichtungen, die die Fähigkeit haben, elektrische Energie zu speichern und elektrische Leistung abzugeben, können anstelle des Batteriepakets verwendet werden, ohne die Konzepte der vorliegenden Erfindung zu verändern. Das Batteriepaket 84 kann eine oder mehrere Batterien umfassen. Die Ausgangsleistung des Batteriepakets 84 ist für die Erfindung nicht entscheidend, aber zu dem Zweck, ein klares Verständnis des Hybridgetriebes 10 zu bewirken, wird eine Ausgangsleistung von etwa 35 PS von dem Batteriepaket 84 für die Beschreibung des Getriebes 10 angenommen. Das Batteriepaket 84 wird abhängig von Energierückgewinnungsanforderungen, regionalen Gegebenheiten, wie etwa Steigung und Temperatur, und anderen Anforderungen, wie etwa Emissionen, Hilfskraft und elektrischer Bereich, bemessen werden.

Das Batteriepaket 84 kommuniziert mit einer elektrischen Steuereinheit (ECU) 82 mit Übertragungsleitern 88A und 88B. Die ECU 82 kommuniziert mit dem Motor/Generator 80 mit Übertragungsleitern 88C und 88D. Zusätzlich kommuniziert die ECU 82 mit anderen elektrischen Fahrzeugkomponenten 86, wie etwa einer elektrischen Hilfskraftlenkung, einem elektrischen Leistungsbremssystem usw., über Übertragungsleiter 88E und 88F. Die maximalen elektrischen Leistungsanforderungen der anderen elektrischen Komponenten 86 sind vorzugsweise derart, dass nicht mehr als 1,47 kW (2 PS) erforderlich sind, um diese Komponenten mit Energie zu beaufschlagen.

Die ECU 82 spricht auf eine Vielfalt von Eingangssignalen an, die Fahrzeuggeschwindigkeit, Bedieneranforderung, das Niveau, bis zu dem das Batteriepaket 84 aufgeladen ist, und die Leistung, die von der Brennkraftmaschine 12 aufgebracht wird, an, um den Leistungsfluss zwischen dem Motor/Generator 80 und dem Batteriepaket 84 zu regeln. Die ECU 82 kann den Motor/Generator 80 derart manipulieren, dass er entweder als Motor oder als Generator wirkt. Die ECU 82 regelt auch den Leistungsfluss über Übertragungsleiter 88G und 88H zwischen dem Batteriepaket 84 und dem Motor/Generator 80 durch den Wechselrichter 89, um Gleichstromleistung, die von dem Batteriepaket 84 benutzt wird, und Wechselstromleistung, die von dem Motor/Generator 80 benutzt wird und/oder von diesem erzeugt wird, umzuwandeln.

Ein erster Drehmomentübertragungsmechanismus 60, der ein Drehmomentübertragungsmechanismus einer rotierenden Kupplung ist, verbindet das Hohlrad 24 selektiv mit dem Sonnenrad 22 und auch mit dem Hohlrad 34 über das Verbindungselement 72. Wenn der Drehmomentübertragungsmechanismus 60 eingerückt ist, rotieren somit das Hohlrad 24 und das Sonnenrad 22 mit der gleichen Drehzahl, was bewirkt, dass der gesamte Planetenradsatz 20 mit der Drehzahl des Antriebselements 17 rotiert. Ein zweiter Drehmomentübertragungsmechanismus 62, der eine Bremse ist, bringt das Sonnenrad 22 und das Hohlrad 34 selektiv mit dem feststehenden Getriebegehäuse 78 in Eingriff. Ein dritter Drehmomentübertragungsmechanismus 64, der ebenfalls eine Bremse ist, bringt das Hohlrad 44 selektiv mit dem Getriebegehäuse 78 in Eingriff. Schließlich bringt ein vierter Drehmomentübertragungsmechanismus 66, der eine rotierende Kupplung ist, die Träger 29 und 39 selektiv mit dem Träger 49 und auch mit dem Abtriebselement 19 über das Verbindungselement 70 in Eingriff. Der Eingriffsplan der Drehmomentübertragungsmechanismen 60, 62, 64 und 66 ist in 1B angegeben. Wie es aus der Wahrheitstabelle von 1B gesehen werden kann, werden von dem Getriebe 10 eine batteriebeaufschlagte Rückwärtsbetriebsart, eine erste batteriebeaufschlagte Vorwärtsbetriebsart sowie eine zweite, dritte, vierte, fünfte, sechste und siebte Vorwärtsdrehzahlverhältnisbetriebsart bereitgestellt. Diese Drehzahlverhältnisse, die in 1B gezeigt sind, sind lediglich beispielhaft und werden mit Zähneverhältniszählwerten wie folgt erzielt. In dem Planetenradsatz 20 weist das Hohlrad 24 91 Zähne auf und das Sonnenrad 22 weist 35 Zähne auf; in dem Planetenradsatz 30 weist das Hohlrad 34 91 Zähne und das Sonnenrad 32 45 Zähne auf; und in dem Planetenradsatz 40 weist das Hohlrad 44 91 Zähne und das Sonnenrad 42 23 Zähne auf.

Rückwärtsbetriebsart

Um eine Rückwärtsbetriebsart mit einem Antrieb in der Rückwärtsrichtung herzustellen, wird der Drehmomentübertragungsmechanismus 64 eingerückt, um das Hohlrad 44 mit dem Getriebegehäuse 78 zu verbinden. Die Brennkraftmaschine 12 kann in der Rückwärtsbetriebsart nicht benutzt werden, da die Drehung des Antriebselements 17 notwendigerweise in der gleichen Drehrichtung wie die des Abtriebselements 19 in dem Getriebe 10 erfolgt. Dementsprechend wirkt der Motor/Generator 80 als Motor, um das Abtriebselement 19 in einer Rückwärtsrichtung mit Energie zu beaufschlagen, wenn die Kupplung 64 eingerückt ist, und die elektronische Steuereinheit 82 stellt durch einen Bedienerbefehl fest, dass der Rückwärtsgang angefordert wird. Die elektronische Steuereinheit 82 signalisiert dem Batteriepaket 84, den Motor/Generator 80 über durch den Inverter 89 entlang Übertragungsleiter 88G und 88H geführte, elektrische Leistung mit Energie zu beaufschlagen. Unter der Annahme, dass eine Drehrichtung des Abtriebselements 19 im Uhrzeigersinn in der Lage ist, das Fahrzeug in der Vorwärtsrichtung mit Energie zu beaufschlagen, wird dementsprechend der Motor/Generator mit Energie beaufschlagt, um als Motor zu wirken, indem er in einer Richtung im Gegenuhrzeigersinn rotiert, weshalb das Sonnenrad 42 in der Richtung im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird. Da das Hohlrad 44 durch die Bremse 64 feststehend gehalten wird, rotieren die Planetenräder 47 in einer Richtung im Uhrzeigersinn, und der Träger 49, und somit das Abtriebselement 19, rotiert in einer Richtung im Gegenuhrzeigersinn.

In 2 sind Betriebsdrehzahlen während beispielhafter transienter Zugbedingungen dargestellt (d.h. Bedingungen, unter denen das Fahrzeug starker Belastung oder Beschleunigung ausgesetzt ist). Der Rückwärtsbetrieb ist in dem Abschnitt des Graphen mit negativen Fahrzeuggeschwindigkeiten dargestellt. Die Drehzahl der Brennkraftmaschine ist durch die Kurve 90 dargestellt, die Drehzahl der elektrischen Einheit ist durch die Kurve 92 dargestellt und die Drehzahl des Getriebeabtriebselements ist durch die Kurve 94 dargestellt. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit negativ ist, rotieren die elektrische Einheit und das Getriebeabtriebselement beide in der gleichen Richtung. Die Drehzahl der Brennkraftmaschine ist bei Kurve 90 gezeigt; jedoch wird durch die Brennkraftmaschine 12 während der Rückwärtsbetriebsart keine Leistung aufgebracht.

3 veranschaulicht die Leistung von verschiedenen Komponenten während der transienten Zugbedingungen, die zu den Drehzahlen von 2 führen. Die Leistung in PS der Brennkraftmaschine ist durch Kurve 100 gezeigt, die Leistung in PS der elektrischen Einheit 80 ist durch Kurve 102 gezeigt, die Leistung in PS des Batteriepakets 84 ist durch Kurve 104 gezeigt und die Leistung in PS am Getriebeabtriebselement 19 ist durch Kurve 106 gezeigt. Wenn das Fahrzeug eine negative Geschwindigkeit aufweist, ist die Leistung an dem Abtriebselement 19 gleich der Leistung des Motors/Generators 80, und somit überlagern sich die Kurven 102 und 106 in der Rückwärtsbetriebsart (d.h. wenn die Fahrzeuggeschwindigkeiten negativ sind). Die Leistung durch die Brennkraftmaschine 12, die bei Kurve 100 gezeigt ist, beträgt in diesem Bereich Null. Zusätzlich liegt die Leistung durch die Batterie bei ihrem maximalen Niveau, nämlich 35 PS.

Betriebsart Ingangsetzen/erster Vorwärtsgang

Wenn das Getriebe 10 verwendet wird, um das Fahrzeug in Gang zu setzen, wird der Drehmomentübertragungsmechanismus 64 eingerückt, wie es der Fall in der Rückwärtsbetriebsart war. Der Motor/Generator 80 ist in der ersten/Ingangsetzungsbetriebsart die Antriebsmaschine, die als Motor über Leistung wirkt, die von dem Batteriepaket 84 unter der Steuerung der elektronischen Steuereinheit 82 empfangen wird. Der Rotorabschnitt des Motors/Generators wird gesteuert, um in einer Richtung im Uhrzeigersinn zu rotieren, wodurch das Verbindungselement 74 und das Sonnenrad 42 in einer Richtung im Uhrzeigersinn gedreht werden. Da das Hohlrad 44 gebremst ist, werden der Träger 49 und das Abtriebselement 19 mit dem oben besprochenen beispielhaften Zähnezählwert in einer Drehrichtung im Uhrzeigersinn oder einer Vorwärtsdrehrichtung zum Beaufschlagen des Achsantriebs 16 mit Energie angetrieben. Die Brennkraftmaschine 12 kann benutzt werden, um während des Ingangsetzens Leistung hinzuzufügen, wenn der Drehmomentübertragungsmechanismus 60 mit einem Schlupf eingerückt wird (d.h. weniger als eine volle Einrückung), so dass der gesamte Planetenradsatz 20 in die gleiche Richtung wie das Abtriebselement 17 rotiert, um dadurch das Hohlrad 34 mit zusätzlicher Antriebsleistung zu beaufschlagen.

Die Betriebseigenschaften der Getriebekomponenten, wie etwa der Brennkraftmaschine 12, des Motors/Generators 80 und des Abtriebselements 19 in der ersten Vorwärtsbetriebsart sind in den 2 und 3 zwischen der Y-Achse und der vertikalen Linie A für transiente Zugbedingungen dargestellt. Die Betriebsdrehzahlen von verschiedenen Komponenten während kontinuierlicher Normalfahrbedingungen sind in den 4 und 5 dargestellt. Die Drehzahl der Brennkraftmaschine 12 ist durch die Kurve 190 dargestellt, die Drehzahl der elektrischen Einheit 80 ist durch die Kurve 192 dargestellt und die Drehzahl des Getriebeabtriebselements 19 ist durch Kurve 194 dargestellt. 5 veranschaulicht die Leistung von verschiedenen Komponenten während kontinuierlicher Normalfahrbedingungen, die zu den Drehzahlen von 4 führen. Die Leistung in PS der Brennkraftmaschine 12 ist durch Kurve 200 gezeigt, die Leistung in PS der elektrischen Einheit 80 ist durch Kurve 202 gezeigt und die Leistung in PS am Getriebeabtriebselement 19 ist durch Kurve 206 gezeigt. Die Betriebseigenschaften in der ersten Vorwärtsbetriebsart während Normalfahrbedingungen liegen in beiden 4 und 5 zwischen der Y-Achse und der vertikalen Linie A'. Unter transienten Zugbedingungen arbeitet der Motor/Generator 80 für alle Vorwärtsfahrzeuggeschwindigkeiten als Motor, um das Getriebe 10 mit zusätzlichem Drehmoment und zusätzlicher Leistung zu beaufschlagen, wohingegen unter der kontinuierlichen Normalfahrbedingung der 4 und 5 der Motor/Generator 80 als Generator arbeitet, um das Batteriepaket 84 oder andere elektrische Fahrzeugkomponenten 86 mit Energie zu beaufschlagen.

Zweite Vorwärtsbetriebsart

Die zweite Vorwärtsbetriebsart, die in 1B angegeben ist, wird durch die Einrückung der Drehmomentübertragungsmechanismen 60 und 64 hergestellt und stellt ein erstes festes Vorwärtsdrehzahlverhältnis her. Ein "festes Drehzahlverhältnis" ist eine Betriebsbedingung, bei der der Leistungseingang in das Getriebe mechanisch auf das Abtriebselement übertragen wird und in den Motoren/Generatoren kein Leistungsfluss notwendig ist. Ein elektrisch verstellbares Getriebe, das feste Drehzahlverhältnisse für den Betrieb in der Nähe der vollen Motorleistung selektiv erzielen kann, kann für eine gegebene maximale Kapazität kleiner und leichter sein. Ein Betrieb mit festem Verhältnis kann zu einem niedrigeren Kraftstoffverbrauch führen, wenn unter Bedingungen gearbeitet wird, unter denen die Motordrehzahl sich ihrem Optimum annähern kann, ohne die Motoren/Generatoren zu verwenden. Eine Vielfalt von festen Drehzahlverhältnissen und variablen Übersetzungsverhältnisspreizungen kann realisiert werden, indem die Zähneverhältnisse der Planetenradsätze oder Zahnradelemente in einem Getriebe geeignet gewählt werden.

Der Drehmomentübertragungsmechanismus 60 verbindet das Antriebselement 17 und das Hohlrad 24 mit dem Sonnenrad 22, und der Drehmomentübertragungsmechanismus 64 verbindet das Hohlrad 44 mit dem Getriebegehäuse 78. Die Planetenradsätze 20 und 30 sowie das Sonnenrad 42 rotieren mit der gleichen Drehzahl wie das Antriebselement 17. Das Hohlrad 44 rotiert nicht. Der Träger 49 rotiert mit der gleichen Drehzahl wie das Abtriebselement 19. Der Träger 49, und somit das Abtriebselement 19, rotiert mit einer Drehzahl, die von Drehzahl des Sonnenrads 42 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 40 bestimmt wird. Die Betriebseigenschaften der Getriebekomponenten in der zweiten Vorwärtsbetriebsart/dem ersten festen Drehzahlverhältnis sind in den 2 und 3 zwischen den vertikalen Linien A und B für transiente Zugbedingungen und in den 4 und 5 zwischen den vertikalen Linien A' und B' (für Normalfahrbedingungen) gezeigt.

Dritte Vorwärtsbetriebsart

Eine dritte Vorwärtsbetriebsart wird mit der Einrückung der Drehmomentübertragungsmechanismen 62 und 64 hergestellt und führt zu einem zweiten festen Vorwärtsdrehzahlverhältnis, wie es in 1B angegeben ist. Der Drehmomentübertragungsmechanismus 62 legt das Sonnenrad 22 an dem Getriebegehäuse 78 fest, und der Drehmomentübertragungsmechanismus 64 legt das Hohlrad 44 an dem Getriebegehäuse 78 fest. Das Hohlrad 24 rotiert mit der gleichen Drehzahl wie das Antriebselement 17. Die Träger 29 und 39 rotieren mit der gleichen Drehzahl. Das Sonnenrad 22, das Hohlrad 34 und das Hohlrad 44 rotieren nicht. Der Träger 29 rotiert mit einer Drehzahl, die von der Drehzahl des Hohlrads 24 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 20 bestimmt wird. Das Sonnenrad 32 rotiert mit der gleichen Drehzahl wie das Sonnenrad 42. Das Sonnenrad 32 rotiert mit einer Drehzahl, die von der Drehzahl des Trägers 39 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 30 bestimmt wird. Der Träger 49 rotiert mit der gleichen Drehzahl wie das Abtriebselement 19. Der Träger 49, und somit das Abtriebselement 19, rotiert mit einer Drehzahl, die von der Drehzahl des Sonnenrads 42 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 40 bestimmt wird. Die Betriebseigenschaften der Getriebekomponenten in der dritten Vorwärtsbetriebsart sind in den 2und 3 zwischen den vertikalen Linien B und C für transiente Zugbedingungen und in den 4 und 5 zwischen den vertikalen Linien B' und C' (für Normalfahrbedingungen) gezeigt.

Vierte Vorwärtsbetriebsart

Eine vierte Vorwärtsbetriebsart wird mit der Einrückung der Drehmomentübertragungsmechanismen 64 und 66 hergestellt und führt zu einem dritten festen Vorwärtsdrehzahlverhältnis, wie es in 1B angegeben ist. Der Drehmomentübertragungsmechanismus 64 legt das Hohlrad 44 an dem Getriebegehäuse 78 fest, und der Drehmomentübertragungsmechanismus 66 verbindet die Träger 39 und 49 miteinander. Das Hohlrad 24 rotiert mit der gleichen Drehzahl wie das Antriebselement 17. Die Träger 29, 39 und 49 rotieren mit der gleichen Drehzahl wie das Abtriebselement 19. Das Sonnenrad 22 rotiert mit der gleichen Drehzahl wie das Hohlrad 44. Der Träger 29, und somit das Abtriebselement 19, rotiert mit einer Drehzahl, die von der Drehzahl des Sonnenrads 22 und der Drehzahl des Hohlrads 24 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähnverhältnis des Planetenradsatzes 20 bestimmt wird. Die Betriebseigenschaften der Getriebekomponenten in der vierten Vorwärtsbetriebsart sind in den 2 und 3 zwischen den vertikalen Linien C und D (für transiente Zugbedingungen) und in den 4 und 5 zwischen den vertikalen Linien C' und D' (für Normalfahrbedingungen) gezeigt.

Fünfte Vorwärtsbetriebsart

Eine fünfte Vorwärtsbetriebsart wird mit der Einrückung der Drehmomentübertragungsmechanismen 62 und 66 hergestellt und stellt ein viertes festes Vorwärtsdrehzahlverhältnis her. Der Drehmomentübertragungsmechanismus 62 verbindet das Sonnenrad 22 mit dem Getriebegehäuse 78, und der Drehmomentübertragungsmechanismus 66 verbindet den Träger 39 mit dem Träger 49. Das Hohlrad 24 rotiert mit der gleichen Drehzahl wie das Antriebselement 17. Die Träger 29, 39 und 49 rotieren mit der gleichen Drehzahl wie das Abtriebselement 19. Das Sonnenrad 22 rotiert nicht. Der Träger 29, und somit das Abtriebselement 19, rotiert mit einer Drehzahl, die von der Drehzahl des Hohlrads 24 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 20 bestimmt wird. Die Betriebseigenschaften der Getriebekomponenten in der fünften Vorwärtsbetriebsart sind in den 2 und 3 zwischen den vertikalen Linien D und E (für transiente Zugbedingungen) und in den 4 und 5 zwischen den vertikalen Linien D' und E' (für Normalfahrbedingungen) gezeigt.

Sechste Vorwärtsbetriebsart

Eine sechste Vorwärtsbetriebsart wird mit der Einrückung der Drehmomentübertragungsmechanismen 60 und 66 hergestellt und führt zu einem direkten Antriebsverhältnis von 1,0 mit dem Antriebselement 17 und dem Abtriebselement 19 bei der gleichen Drehzahl, wie es in 1B angegeben ist. Dieses direkte Antriebsverhältnis wird mit der Einrückung der Drehmomentübertragungsmechanismen 60 und 66 hergestellt. Der Drehmomentübertragungsmechanismus 60 verbindet das Hohlrad 24 mit dem Sonnenrad 22, und der Drehmomentübertragungsmechanismus 66 verbindet die Träger 39 und 49 miteinander. Jeder der Planetenradsätze 20, 30 und 40 rotiert mit der gleichen Drehzahl wie das Antriebselement 17. Die Betriebseigenschaften der Getriebekomponenten in der sechsten Vorwärtsbetriebsart sind in den 2 und 3 zwischen den vertikalen Linien E und F (für transiente Zugbedingungen) und in den 4 und 5 zwischen den vertikalen Linien E' und F' (für Normalfahrbedingungen) gezeigt.

Siebte Vorwärtsbetriebsart

Eine siebte Vorwärtsbetriebsart wird mit der Einrückung des Drehmomentübertragungsmechanismus 66 hergestellt. Das Hohlrad 24 rotiert mit der gleichen Drehzahl wie das Antriebselement 17. Die Träger 29, 39 und 49 sind miteinander verbunden, um mit der gleichen Drehzahl wie das Abtriebselement 19 zu rotieren. Das Sonnenrad 22 rotiert mit der gleichen Drehzahl wie das Hohlrad 24. Der Träger 29, und somit das Abtriebselement 19, rotiert mit einer Drehzahl, die von der Drehzahl des Sonnenrads 22 und dem Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 20 bestimmt wird. Die Betriebseigenschaften der Getriebekomponenten in der siebten Betriebsart sind in den 2 und 3 rechts von der vertikalen Linie F (für transiente Zugbedingungen) und in den 4 und 5 rechts von der vertikalen Linie F' (für Normalfahrbedingungen) gezeigt. Wie es aus den 2 und 3 deutlich wird, muss der Motor/Generator in eine Richtung entgegengesetzt zu der der Maschine und des Abtriebselements 19 rotieren, damit dieser in dem siebten Overdrive-Bereich als Motor arbeiten kann. Er rotiert mit einer niedrigen Drehzahl, so dass sehr wenig Leistung durch den Motor/Generator 80 hindurchgeht, aber signifikant Drehmoment hinzugefügt wird. Wenn der Motor/Generator 80 gesteuert wird, um in der siebten Vorwärtsbetriebsart als Motor zu wirken, fließt Leistung von der Maschine 12 und dem Antriebselement 17 durch das Hohlrad 24 und die kämmenden Planetenräder 27 zu dem Träger 29. Leistung fließt von dem Träger 29 zu beiden Trägern 39 und 49 über Verbindungselement 70. Leistung, die zu dem Träger 49 fließt, wird auf das Abtriebselement 19 übertragen. Leistung fließt von dem Batteriepaket 84, um zu bewirken, dass der Motor/Generator 80 (und das Verbindungselement 74) in einer entgegengesetzten Richtung wie das Antriebselement 17 und das Abtriebselement 19 rotiert, wodurch der Planetenradsatz 30mit zusätzlicher Leistung beaufschlagt wird, die durch das Sonnenrad 32, die Planetenräder 37 und zu dem Hohlrad 34 fließt, wo sie der Leistung hinzugefügt wird, die von dem Planetenradsatz 20 an den Träger 39 abgegeben wird. Diese Leistung zirkuliert dann zurück zu dem Planetenradsatz 20 über das Verbindungselement 72, um der Leistung hinzugefügt zu werden, die von dem Antriebselement 17 an den Träger 29 abgegeben wird.

Während eines kontinuierlichen Betriebes, wie er in den 4 und 5 dargestellt ist, in der siebten Vorwärtsbetriebsart rotiert der Motor/Generator 80 langsam in der gleichen Richtung wie die Brennkraftmaschine 12 und das Abtriebselement 19, da der Motor/Generator als Generator arbeiten muss. Es geht nur eine relativ kleine Menge elektrischer Leistung durch den Motor/Generator und die Drehzahl des Motors/Generators ist niedrig, jedoch ist das Drehmoment des Motors/Generators hoch. Wenn der Motor/Generator 80 gesteuert wird, um in der siebten Vorwärtsbetriebsart als Generator zu wirken, fließt Leistung von der Brennkraftmaschine 12 und dem Antriebselement 17 durch den ersten Planetenradsatz 20 zu beiden Trägern 39 und 49 und zu dem Abtriebselement 19 auf die gleiche Weise, wie es oben beschrieben wurde. Jedoch wird Leistung, die zu dem Träger 39 fließt, durch den Planetenradsatz 30 aufgespalten, wobei ein Teil der Leistung durch die Planetenräder 37 und das Sonnenrad 32 fließt, um den Motor/Generator 80 mit Energie zu beaufschlagen. Leistung fließt zu dem Batteriepaket 84 oder anderen elektrischen Komponenten 86, um zu bewirken, dass der Motor/Generator 80 (und das Verbindungselement 74) in der gleichen Richtung wie das Antriebselement 17 und das Abtriebselement 19 rotieren. Der Rest der Leistung, die zu dem Träger 39 fließt, zirkuliert zurück zu dem Planetenradsatz 20 über die Planetenräder 37, das Hohlrad 34 und das Verbindungselement 72.

Die Leistung, die zu dem Planetenradsatz 20 zurück zirkuliert, fließt dann durch das Sonnenrad 22, die Planetenräder 27 und den Träger 29.

Wie es in den 3 und 5 dargelegt ist, ist die Leistung an dem Getriebeabtriebselement 19 in jeder gegebenen Vorwärtsbetriebsart kurz nach dem Schalten in diese Betriebsart am niedrigsten. Dieses "Durchhängen" der Leistung der Brennkraftmaschine kann aufgefangen werden, indem der Motor/Generator 80 als Motor betrieben wird, um Drehmoment und dadurch Leistung während der Periode des Abfalls der Leistung der Brennkraftmaschine hinzuzufügen.

Somit liefert das Getriebe 10 Kraftstoffwirtschaftlichkeits- und Emissionsvorteile, indem es eine elektrisch (über eine Batterie) mit Energie beaufschlagte Rückwärts- und erste Vorwärtsbetriebsart benutzt, während dennoch fünf feste Vorwärtsübersetzungsverhältnisse und eine siebte Overdrive-Betriebsart bereitgestellt werden, in denen der Motor/Generator 80 das Getriebe 10 mit zusätzlicher Leistung beaufschlagen kann, oder als Generator wirken kann, um die Energiespeichereinrichtung 84 wieder aufzuladen, während er bei sehr niedriger Drehzahl arbeitet.

Obgleich die besten Arten zum Ausführen der Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, werden diejenigen, die mit der Technik, die diese Erfindung betrifft, vertraut sind, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur praktischen Ausführung der Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche erkennen.


Anspruch[de]
Hybrides elektromechanisches Getriebe, umfassend:

ein Antriebselement zum Aufnehmen von Leistung von einer Leistungsquelle;

ein Abtriebselement zum Abgeben von Leistung von dem Getriebe;

einen einzigen Motor/Generator;

eine Energiespeichereinrichtung zum Austauschen elektrischer Leistung mit dem Motor/Generator;

drei Planetenradsätze, die ein erstes, zweites und drittes Element benutzen;

wobei der erste, zweite und dritte Planetenradsatz koaxial ausgerichtet sind; und

wobei der Motor/Generator mindestens einen der Planetenradsätze kreisringförmig umgibt;

ein erstes, zweites und drittes Verbindungselement, die jeweils ein unterschiedliches Element von einem der Planetenradsätze ständig mit einem anderen unterschiedlichen Element von einem anderen der Planetenradsätze verbinden; und

vier Drehmomentübertragungsmechanismen, die dazu dienen, die Elemente der Zahnradsätze mit anderen Elementen oder mit einem feststehenden Element zu verbinden und selektiv alleine oder in Paaren eingerückt werden können, um eine Rückwärtsbetriebsart, die nur von dem Motor/Generator mit Energie beaufschlagt wird, eine Ingangsetzungsbetriebsart, die nur von dem Motor/Generator mit Energie beaufschlagt wird, und mindestens fünf feste Vorwärtsdrehzahlverhältnisse, die von der Leistungsquelle und mit selektiver Unterstützungsleistung von dem Motor/Generator mit Energie beaufschlagt werden, bereitzustellen.
Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 1, wobei das erste Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem Antriebselement verbunden ist;

wobei das erste Element des dritten Planetenradsatzes ständig mit dem Abtriebselement verbunden ist;

wobei das erste Verbindungselement das zweite Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbindet;

wobei das zweite Verbindungselement das dritte Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes verbindet; und

wobei das dritte Verbindungselement das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes ständig mit dem zweiten Element des dritten Planetenradsatzes verbindet.
Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 2, wobei der erste Drehmomentübertragungsmechanismus das Antriebselement selektiv mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes verbindet, um dadurch zu bewirken, dass alle Elemente des ersten Planetenradsatzes mit einer Drehzahl des Antriebselements rotieren. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 2, wobei der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus das dritte Element des ersten Planetenradsatzes selektiv mit dem feststehenden Element verbindet. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 2, wobei der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus das dritte Element des dritten Planetenradsatzes selektiv mit dem feststehenden Element verbindet. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 2, wobei der vierte Drehmomentübertragungsmechanismus das zweite Element des ersten Planetenradsatzes und erste Element des zweiten Planetenradsatzes, die miteinander verbunden sind, selektiv mit dem Abtriebselement verbindet. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 2, das ferner eine Steuereinheit zum Regeln des elektrischen Leistungsaustauschs zwischen der Energiespeichereinrichtung und dem Motor/Generator umfasst. Hybrides elektromechanisches Getriebe, umfassend:

ein Antriebselement zum Aufnehmen von Leistung von einer Leistungsquelle;

ein Abtriebselement zum Abgeben von Leistung von dem Getriebe;

einen einzigen Motor/Generator;

eine Energiespeichereinrichtung zum Austauschen elektrischer Leistung mit dem Motor/Generator;

drei Planetenradsätze, die ein erstes, zweites und drittes Element benutzen;

wobei das erste Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem Antriebselement verbunden ist; und

das erste Element des dritten Planetenradsatzes ständig mit dem Abtriebselement verbunden ist;

ein erstes Verbindungselement, das das zweite Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbindet;

ein zweites Verbindungselement, das das dritte Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes verbindet;

ein drittes Verbindungselement, das das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes ständig mit dem zweiten Element des dritten Planetenradsatzes verbindet;

wobei der Motor/Generator ständig mit dem dritten Verbindungselement für eine gemeinsame Drehung mit diesem verbunden ist; und

vier Drehmomentübertragungsmechanismen, die betreibbar sind, um ausgewählte Elemente der Planetenradsätze selektiv mit ausgewählten Elementen von dem Antriebselement, dem Abtriebselement, einem feststehenden Element und anderen Elementen der Planetenradsätze zu verbinden und somit eine elektrisch verstellbare Rückwärtsbetriebsart, die nur von dem Motor/Generator mit Energie beaufschlagt wird, eine Vorwärtsbetriebsart, die von dem Motor/Generator und selektiv auch von der Leistungsquelle mit Energie beaufschlagt wird; und mindestens fünf feste Vorwärtsdrehzahlverhältnisse zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement herzustellen.
Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 8, wobei der erste, zweite und dritte Planetenradsatz koaxial ausgerichtet sind. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 9, wobei der Motor/Generator mindestens einen der Planetenradsätze kreisringförmig umgibt. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 8, wobei die Verbindungselemente konzentrisch sind. Hybrides elektromechanisches Getriebe, umfassend:

ein Antriebselement zum Aufnehmen von Leistung von einer Leistungsquelle;

ein Abtriebselement zum Abgeben von Leistung von dem Getriebe;

einen einzigen Motor/Generator;

eine Energiespeichereinrichtung zum Austauschen von Leistung mit dem Motor/Generator;

drei Planetenradsätze, die ein erstes, zweites und drittes Element benutzen;

wobei eines der Elemente des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem Antriebselement verbunden ist;

eines der Elemente des dritten Planetenradsatzes ständig mit dem Abtriebselement verbunden ist; und

der Motor/Generator ständig mit einem der Elemente des dritten Planetenradsatzes, das nicht ständig mit dem Abtriebselement verbunden ist, verbunden ist;

einen ersten Drehmomentübertragungsmechanismus, der das eine Element des ersten Planetenradsatzes, das ständig mit dem Antriebselement verbunden ist, selektiv mit einem anderen Element des ersten Planetenradsatzes verbindet;

einen zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus, der des ersten Planetenradsatzes, das nicht ständig mit dem Antriebselement verbunden ist, selektiv mit einem feststehenden Element verbindet;

einen dritten Drehmomentübertragungsmechanismus, der eines der Elemente des dritten Planetenradsatzes, das nicht ständig mit dem Motor/Generator verbunden ist, selektiv mit dem feststehenden Element verbindet;

einen vierten Drehmomentübertragungsmechanismus, der eines der Elemente des zweiten Planetenradsatzes selektiv mit dem Element des dritten Planetenradsatzes, das ständig mit dem Abtriebselement verbunden ist, verbindet;

ein erstes Verbindungselement, das ein Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit einem Element des zweiten Planetenradsatzes verbindet;

ein zweites Verbindungselement, das ein Element des ersten Planetenradsatzes, das nicht durch das erste Verbindungselement verbunden ist, ständig mit einem Element des zweiten Planetenradsatzes verbindet; und

ein drittes Verbindungselement, das ein Element des zweiten Planetenradsatzes, das nicht durch das erste oder zweite Verbindungselement verbunden ist, ständig mit dem Element des dritten Planetenradsatzes, das ständig mit dem Motor/Generator verbunden ist, verbindet.
Hybrides elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 12, wobei das erste, zweite und dritte Element von jedem der Planetenradsätze ein Hohlrad, ein Sonnenrad und einen Träger umfasst; wobei das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem Antriebselement verbunden ist;

wobei der Träger des dritten Planetenradsatzes ständig mit dem Abtriebselement verbunden ist;

wobei der Träger des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem Träger des zweiten Planetenradsatzes über das erste Verbindungselement verbunden ist;

wobei das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes über das zweite Verbindungselement verbunden ist; und

wobei das Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes über das dritte Verbindungselement ständig mit dem Motor/Generator verbunden ist und ständig mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist.
Hybrides elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 12, wobei der erste Drehmomentübertragungsmechanismus das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes selektiv mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes verbindet. Hybrides elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 12, wobei der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes selektiv mit dem feststehenden Element verbindet. Hybrides elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 12, wobei der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus das Hohlrad des dritten Planetenradsatzes selektiv mit dem feststehenden Element verbindet. Hybrides elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 12, wobei der vierte Drehmomentübertragungsmechanismus den Träger des zweiten Planetenradsatzes selektiv mit dem Träger des dritten Planetenradsatzes verbindet. Hybrides elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 12, wobei die selektive Einrückung von ausgewählten Drehmomentübertragungsmechanismen der vier Drehmomentübertragungsmechanismen alleine oder in Paaren mindestens fünf feste Vorwärtsdrehzahlverhältnisse bereitstellt, ob Leistung durch den Motor/Generator fließt oder nicht. Hybrides elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 12, wobei der erste, zweite und dritte Planetenradsatz koaxial ausgerichtet sind; und wobei der Motor/Generator mindestens einen der Planetenradsätze kreisringförmig umgibt.






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