CN102003506B - 具有两个马达/发电机的双模式混合动力系 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有两个马达/发电机的双模式混合动力系。与用于起步和推进车辆的多个动力源可连接的混合机电变速器包括输出构件和固定构件。变速器还包括第一行星齿轮组和第二行星齿轮组。动力源包括发动机、第一马达/发电机和第二马达/发电机。发动机、第一马达/发电机和第二马达/发电机均与第一行星齿轮组可操作地连接，并且输出构件和第二马达/发电机均与第二行星齿轮组可操作地连接。如此配置之后，变速器提供用于起步车辆的前进低速驱动传动和用于以较高速度推进车辆的前进直接驱动传动。

Description

具有两个马达/发电机的双模式混合动力系
技术领域
本发明涉及具有两个马达/发电机的混合机电动力系。
背景技术
为了生产更为有效的车辆，通常的混合动力车辆动力系将电动马达和常规发动机结合。来自于发动机和电动马达的扭矩通常经由变速器传输给车辆的驱动车轮。混合动力车辆动力系的效率通常与下述相关：除了电动马达以外发动机也必须运行或者发动机必须替代电动马达来运行以向车辆提供动力的时间百分比以及在何种驱动条件下进行上述运行。
一些混合动力系采用单个电动马达与发动机组合。在这种动力系中，变速器输出和因此的车辆速度与发动机和电动马达的速度和扭矩直接相关。其它混合动力系采用两个电动马达与发动机组合，以向车辆提供动力。
使用发动机和两个电动马达的混合动力系可将发动机和电动马达连接到变速器，使得发动机的扭矩和速度可独立于车辆速度和期望加速度来选择。发动机的这种控制通常通过改变来自于两个电动马达的独立扭矩贡献来实现。因此，使用发动机与两个电动马达相结合的混合动力系可提供来自于发动机和两个马达中的每个的合适扭矩贡献以及提供改进的总车辆效率。
发明内容
提供能够与用于起步和推进车辆的多个动力源连接的混合机电变速器，并且所述变速器包括输出构件和固定构件。变速器还包括第一行星齿轮组和第二行星齿轮组。动力源包括第一马达/发电机、第二马达/发电机以及发动机。发动机、第一马达/发电机以及第二马达/发电机均可操作地连接到第一行星齿轮组，并且输出构件和第二马达/发电机均可操作地连接到第二行星齿轮组。如此配置之后，变速器提供两个前进传动比或模式。变速器提供用于起步车辆的前进低传动比，即，前进低速驱动(under-drive)模式。变速器还提供用于以较高速度推进车辆的前进直接驱动传动比，即，前进直接驱动模式。
变速器可包括第一扭矩传递装置和第二扭矩传递装置。第一行星齿轮组可包括第一、第二和第三构件，类似地第二行星齿轮组可包括第一、第二和第三构件。在这种配置中，第一扭矩传递装置可接合以将第二行星齿轮组的第一构件固接到固定构件，并且第二扭矩传递装置可接合以将第二行星齿轮组的第一、第二和第三构件中的一个锁定到第二行星齿轮组的另一个构件。
发动机可操作性地连接到第一行星齿轮组的第一构件，且第二行星齿轮组的第二构件可操作性地连接到第一行星齿轮组的第三构件。第一马达/发电机可操作性地连接到第一行星齿轮组的第二构件，且第二马达/发电机可操作性地连接到第二行星齿轮组的第二构件。第二行星齿轮组的第二构件可操作性地连接到第一行星齿轮组的第三构件，且然后输出构件可操作性地连接到第二行星齿轮组的第三构件。
如所公开的那样，变速器可经由接合第一扭矩传递装置并断开第二扭矩传递装置来提供前进低速驱动模式。此外，变速器可经由接合第二扭矩传递装置并断开第一扭矩传递装置来提供直接驱动模式。
变速器还可包括第三扭矩传递装置。在这种情形中，第三扭矩传递装置可接合以将发动机固接到固定构件。第三扭矩传递装置的这种接合允许变速器经由第一马达/发电机和第二马达/发电机中的至少一个来提供用于起步车辆的前进低速驱动模式和倒档低速驱动模式。第一扭矩传递装置、第二扭矩传递装置和第三扭矩传递装置中的任何一个可具有在两个方向上传递扭矩的能力，并且配置为选择性可接合的离合器或制动器。
在该变速器中，动力源与第一和第二行星齿轮组以及马达/发电机与第一和第二行星齿轮组的各自操作性连接可利于用于起步和推进车辆的动力源的速度和扭矩的受控选择以及马达/发电机的速度和扭矩的受控选择。
本发明涉及下述技术方案。
1.一种能够与用于起步和推进车辆的多个动力源连接的混合机电变速器，包括：
输出构件；
固定构件；和
第一行星齿轮组和第二行星齿轮组，其中各第一和第二行星齿轮组的每个均包括第一、第二和第三构件；
所述动力源包括：
第一马达/发电机；
第二马达/发电机；和
发动机；
其中，发动机、第一马达/发电机以及第二马达/发电机均可操作地连接到第一行星齿轮组，并且输出构件和第二马达/发电机均可操作地连接到第二行星齿轮组，使得变速器提供用于起步车辆的前进低速驱动模式和用于以较高速度推进车辆的前进直接驱动模式两者。
2.根据方案1所述的变速器，还包括：
第一扭矩传递装置和第二扭矩传递装置，其中：
第一扭矩传递装置可接合以将第二行星齿轮组的第一构件固接到固定构件；以及
第二扭矩传递装置可接合以将第二行星齿轮组的第一、第二和第三构件中的一个锁定到第二行星齿轮组的另一个构件。
3.根据方案2所述的变速器，其中：
发动机可操作地连接到第一行星齿轮组的第一构件；
第一马达/发电机可操作地连接到第一行星齿轮组的第二构件；
第二马达/发电机可操作地连接到第二行星齿轮组的第二构件；
第二行星齿轮组的第二构件可操作地连接到第一行星齿轮组的第三构件；以及
输出构件可操作地连接到第二行星齿轮组的第三构件。
4.根据方案2所述的变速器，其中，接合第一扭矩传递装置并断开第二扭矩传递装置将扭矩从发动机、第一马达/发电机和第二马达/发电机中的至少一个传递给输出构件并提供前进低速驱动模式。
5.根据方案2所述的变速器，其中，接合第二扭矩传递装置并断开第一扭矩传递装置将扭矩从发动机、第一马达/发电机和第二马达/发电机中的至少一个传递给输出构件并提供前进直接驱动模式。
6.根据方案2所述的变速器，还包括第三扭矩传递装置，其中第三扭矩传递装置可接合以将发动机固接到固定构件，足以使得变速器经由第一马达/发电机和第二马达/发电机中的至少一个来提供用于起步车辆的倒档低速驱动模式。
7.根据方案2所述的变速器，其中，第一扭矩传递装置、第二扭矩传递装置和第三扭矩传递装置中的任何一个是能够以两个方向传递扭矩的可选择性接合离合器和可选择性接合制动器中的一个。
8.根据方案1所述的变速器，其中，发动机与第一和第二行星齿轮组以及马达/发电机与第一和第二行星齿轮组的各自操作性连接利于用于起步和推进车辆的发动机的速度和扭矩的受控选择以及马达/发电机的速度和扭矩的受控选择。
9.一种用于起步和推进车辆的混合动力系，包括：
发动机；
第一马达/发电机和第二马达/发电机；
电动无级变速器，其包括：
输出构件；
固定构件；
第一行星齿轮组和第二行星齿轮组，其中各第一和第二行星齿轮组中的每个具有第一、第二和第三构件；
第一扭矩传递装置和第二扭矩传递装置，其中第一扭矩传递装置可接合以将第二行星齿轮组的第一构件固接到固定构件，且第二扭矩传递装置可接合以将第二行星齿轮组的第一、第二和第三构件中的一个锁定到第二行星齿轮组的另一个构件；
其中，第一马达/发电机与第一行星齿轮组的第二构件可操作地连接以便共同旋转，且第二马达/发电机与第二行星齿轮组的第二构件可操作地连接以便共同旋转；
输出构件与第二行星齿轮组的第三构件可操作地连接以便共同旋转；以及
动力系包括用于起步车辆的前进低速驱动模式和用于以较高速度推进车辆的前进直接驱动模式两者。
10.根据方案9所述的混合动力系，其中，接合第一扭矩传递装置并断开第二扭矩传递装置提供低速驱动模式。
11.根据方案9所述的混合动力系，其中，接合第二扭矩传递装置并断开第一扭矩传递装置提供直接驱动模式。
12.根据方案9所述的混合动力系，还包括第三扭矩传递装置，其中第三扭矩传递装置可接合以将发动机固接到固定构件，足以使得变速器经由第一马达/发电机和第二马达/发电机中的至少一个来提供用于起步车辆的倒档低速驱动模式。
13.根据方案12所述的混合动力系，其中第一扭矩传递装置、第二扭矩传递装置和第三扭矩传递装置中的任何一个是能够以两个方向传递扭矩的可选择性接合离合器和可选择性接合制动器中的一个。
14.根据方案9所述的混合动力系，其中，发动机与第一和第二行星齿轮组以及马达/发电机与第一和第二行星齿轮组的各自操作性连接利于用于起步和推进车辆的发动机的速度和扭矩的受控选择以及马达/发电机的速度和扭矩的受控选择。
本发明的上述特征和优势以及其它特征和优势从用于实施本发明的最佳模式的下述详细说明结合附图显而易见。
附图说明
图1是用于混合动力系的电动无级变速器的示意性杠杆图图示；
图1A是电动无级变速器的示意性杠杆图示，所述电动无级变速器具有可选的发动机固接扭矩传递装置；
图2是相应于图1中的杠杆图的动力系的示意性杆状图图示；和
图2A是相应于图1A中的杠杆图的动力系的示意性杆状图图示。
具体实施方式
参考附图，其中相同的附图标记表示相同的元件，图1示出了混合动力系10。混合动力系10包括多个动力源，所述动力源包括内燃机12、第一电动马达/发电机14和第二电动马达/发电机16，内燃机12、第一电动马达/发电机14和第二电动马达/发电机16均连接到以附图标记18标记的“电动无级变速器”(EVT)。如本领域技术人员已知的那样，“电动无级变速器”构建可操作地连接到发动机12、第一马达/发电机14和第二马达/发电机16中的每个的变速器行星齿轮系。将发动机12和两个马达/发电机14、16的各自扭矩传输给行星齿轮系的不同构件允许动力源中的一个辅助或平衡另外两个中的任何一个的操作。因此，可操作地连接到EVT18的一个发动机12与两个马达/发电机14、16的组合允许发动机和马达/发电机的速度和扭矩被独立地控制和选择，以便向对象车辆更有效地提供动力。此外，如将在下文更详细描述的，与其它***相比，混合动力系10的连接可允许来自于第一和第二马达/发电机14和16的组合的扭矩需求总体减少且同时提供可接受的车辆性能。
EVT18包括在图1中以杠杆图形式示出的两个行星齿轮组。杠杆图是机械装置(如自动变速器)的部件的示意图。每个独立杠杆表示行星齿轮组或外部齿轮组。在行星齿轮组杠杆中，行星齿轮的三个基本机械部件均由节点表示。因而，单个行星齿轮组杠杆包含三个节点：一个用于太阳轮构件，一个用于行星齿轮行星架构件，一个用于齿圈构件。每个行星齿轮组杠杆的节点之间的相对长度可以用于表示每个相应齿轮组的齿圈-太阳轮比。继而，这些杠杆比用于改变变速器的传动比以实现合适的比和比级数。各个行星齿轮组的节点之间的机械联接件或互连件由细的水平线表示，且扭矩传递装置(例如离合器和制动器)表示为交织的指形物。如果装置是制动器，那么指形物的一组固接。杠杆图的形式、目的和使用的进一步阐述可见Benford，Howard和Leising，Maurice所著的1981年的SAE Paper 810102“The LeverAnalogy：A New Tool in Transmission Analysis”，该论文作为参考全部引入。
杠杆或第一行星齿轮组20分别包括第一节点A、第二节点B和第三节点C。节点A、B和C表示第一行星齿轮组20的第一、第二和第三构件，优选地为齿圈构件、行星架构件和太阳轮构件，但是不必要以这个顺序。EVT 18也包括第二行星齿轮组22，其分别包括第四节点D、第五节点E和第六节点F。类似于齿轮组20，节点D、E和F表示第二行星齿轮组22的第一、第二和第三构件，优选地为齿圈构件、行星架构件和太阳轮构件，但是同样不必要以这个顺序。
发动机12、第一电动马达/发电机14和第二电动马达/发电机16经由输入构件装置可操作地连接到EVT 18。动力源的输入构件装置将扭矩提供给EVT 18。输入构件装置包括用作输入构件24的发动机12的输出轴、用作输入构件26的第二马达/发电机16的转子以及用作输入构件28的第一马达/发电机14的转子。输入构件24配置成将发动机扭矩提供给EVT 18。输入构件26和输入构件28均配置成分别将来自于第二马达/发电机16以及来自于第一马达/发电机14的扭矩提供给EVT 18。第一节点A连续地连接到输入构件24，第二节点B连续地连接到输入构件26，以及第三节点C连续地连接到输入构件28。
第一互连构件30将第二节点B与第六节点F连续地互连。第四节点D经由第一扭矩传递装置34与EVT 18的固定构件或壳体32可选择性连接，从而将第四节点固接。第二节点B经由第二扭矩传递装置36并通过第二互连构件33与第四节点D可选择性连接。第一和第二扭矩传递装置34、36可配置成可选择性接合或自动接合，并且能够以两个方向传递扭矩，如本领域技术人员已知的那样。能够以两个方向传递扭矩的扭矩传递装置的熟知示例是摩擦片式离合器、制动器以及牙嵌离合器。第五节点E连续地连接到输出构件38，所述输出构件提供用于起步和推进车辆的输出扭矩。
如本领域技术人员理解的那样，动力系10附加地具有电功率源(未示出)，例如一个或多个蓄电池。功率源可操作地连接到马达/发电机14和16，使得马达/发电机可将功率传输给发动机12或从发动机12接收功率。虽然未示出，但是动力系10还包括控制器或电子控制单元(ECU)。控制器可操作地连接到电功率源，以控制来自于功率源的功率分布或至功率源的功率分布。
图1A描述了在除包括第三扭矩传递装置37外的所有方面都与图1所示的动力系10相同的动力系10A，其中所有相同的元件都相应地进行标记。第三扭矩传递装置37作为制动器可选择性地接合，以将发动机12固接到固定构件32，从而将第一节点A固接。类似于第一和第二扭矩传递装置34和36，第三扭矩传递装置37可配置成可选择性地接合或自动接合，并且能够以两个方向传递扭矩。
图2描述了具有EVT 118的动力系110。动力系110是图1所示的动力系10的具体实施例。EVT 118用示意性杆状图来表示，该杆状图描述了相应于图1中的杠杆图并由其反映的具体行星齿轮组连接。虽然示出了具体动力系110，但是应当理解的是，具体实施例本质上仅仅是示例性的，并且还可构想在图1中的杠杆图范围内其它动力系配置。
EVT 118使用两个差速齿轮组，优选地为第一行星齿轮组140和第二行星齿轮组150的性质。第一行星齿轮组140采用齿圈构件142，其围绕太阳轮构件144。行星架构件146可旋转地支承多个小齿轮，所述多个小齿轮啮合地接合齿圈构件142和太阳轮构件144两者。第一马达/发电机14连续地连接到太阳轮构件144。发动机12连续地连接到齿圈构件142。
第二行星齿轮组150采用齿圈构件152，其围绕太阳轮构件154。行星架构件156可旋转地支承多个小齿轮，所述多个小齿轮啮合地接合齿圈构件152和太阳轮构件154两者。输出构件38连续地连接到行星架构件156。互连构件130将行星架构件146与太阳轮构件154连续地连接。第二马达/发电机16连续地连接到太阳轮构件154，并藉此也连续地连接到行星架构件146。互连构件130可为一个部件或几个分离部件。因此，行星齿轮组140的一个构件经由一个互连构件130连续地连接到行星齿轮组150的一个构件。因此，行星齿轮组140和150之间的连接和相互作用由图1中所描述的杠杆图来反映。
齿圈构件142相应于图1中的第一节点A。行星架构件146相应于图1中的第二节点B。太阳轮构件144相应于图1中的第三节点C。齿圈构件152相应于图1中的第四节点D。行星架构件156相应于图1中的第五节点E。太阳轮构件154相应于图1中的第六节点F，并且连续地连接到行星架构件146，亦为第二节点B。如本领域技术人员容易理解的那样，EVT 18适合于前轮驱动车辆架构，因为输出构件38处于正好适用于对于前轮驱动车辆应用常见的横向配置的位置。
第一扭矩传递装置134可选择地接合，以将齿圈构件152固接到固定构件132，例如变速器壳体。第二扭矩传递装置136可选择地接合，以将齿圈构件152与太阳轮构件154连接并且还经由互连构件133将输入构件26与齿圈构件152连接。扭矩传递装置134和136以分别与图1中的相应扭矩传递装置34和36类似的方式可接合，以建立第一和第二电动无级前进模式。
图1所示的动力系10的第一电动无级前进模式是通过接合第一扭矩传递装置34并断开第二扭矩传递装置36来建立的第二马达/发电机16与输出构件38之间的低速驱动连接。低速驱动前进模式在输入构件26与输出构件38之间提供有利的低传动比，即大于1∶1，从而倍增第二马达/发电机16所产生的扭矩，以允许第二马达/发电机甚至在没有发动机12的辅助下来足够地起步车辆。第二电动无级前进模式是通过断开第一扭矩传递装置34并接合第二扭矩传递装置36来建立的第二马达/发电机16与输出构件38之间的直接驱动连接。直接驱动前进模式在输入构件26与输出构件38之间提供1∶1的传动比，从而允许第二马达/发电机16所产生的扭矩来维持较高的车辆速度。
图2A描述了在除包括第三扭矩传递装置137外的所有方面都与图2所示的动力系110相同的具有EVT 118A的动力系110A，其中所有相同的元件都相应地进行标记。动力系110A是图1A所示的动力系10A的具体实施例。EVT 118A用示意性杆状图来表示，该杆状图描述了相应于图1A中的杠杆图并由其反映的具体行星齿轮组连接。虽然示出了具体动力系110A，但是应当理解的是，具体实施例本质上仅仅是示例性的，并且还可构想在图1A中的杠杆图范围内其它动力系配置。第三扭矩传递装置137作为制动器以与图1A中的相应扭矩传递装置37类似的方式可接合。通过接合第三扭矩传递装置137，并从而固接发动机12，变速器118A能够经由第一马达/发电机14和第二马达/发电机16的组合来提供用于起步车辆的前进低速驱动模式和倒档低速驱动模式。
使用动力系10或10A的车辆可在前进低速驱动模式下从停止状态起步，并接着切换成在前进直接驱动模式下被推进，以维持较高的车辆速度。第二马达/发电机16可定尺寸成在没有第一马达/发电机14或发动机12的辅助的情况下在宽泛的速度范围内足以提供以EVT 18的前进低速驱动模式起步车辆以及以前进直接驱动模式推进车辆的足够扭矩。在车辆需要产生超过第二马达/发电机16的动力能力的速度或牵引负载的情况下，可添加来自于第一马达/发电机14和/或发动机12的扭矩来辅助第二马达/发电机。
虽然已经详细描述了用于实施本发明的最佳模式，本发明所属领域的技术人员将认识到落入所附权利要求范围内的用于实践本发明的各种替代性设计和实施例。

Claims (13)

1.一种能够与用于起步和推进车辆的多个动力源连接的混合机电变速器，包括：
输出构件；
固定构件；
第一行星齿轮组和第二行星齿轮组，其中各第一和第二行星齿轮组的每个均包括第一、第二和第三构件；和
第一扭矩传递装置和第二扭矩传递装置，其中：第一扭矩传递装置可接合以将第二行星齿轮组的第一构件固接到固定构件；以及第二扭矩传递装置可接合以将第二行星齿轮组的第一、第二和第三构件中的一个锁定到第二行星齿轮组的另一个构件；
所述动力源包括：
第一马达/发电机；
第二马达/发电机；和
发动机；
其中，发动机、第一马达/发电机以及第二马达/发电机均可操作地连接到第一行星齿轮组，并且输出构件和第二马达/发电机均可操作地连接到第二行星齿轮组，使得变速器提供用于起步车辆的前进低速驱动模式和用于以较高速度推进车辆的前进直接驱动模式两者。
2.根据权利要求1所述的变速器，其中：
发动机可操作地连接到第一行星齿轮组的第一构件；
第一马达/发电机可操作地连接到第一行星齿轮组的第二构件；
第二马达/发电机可操作地连接到第二行星齿轮组的第二构件；
第二行星齿轮组的第二构件可操作地连接到第一行星齿轮组的第三构件；以及
输出构件可操作地连接到第二行星齿轮组的第三构件。
3.根据权利要求1所述的变速器，其中，接合第一扭矩传递装置并断开第二扭矩传递装置将扭矩从发动机、第一马达/发电机和第二马达/发电机中的至少一个传递给输出构件并提供前进低速驱动模式。
4.根据权利要求1所述的变速器，其中，接合第二扭矩传递装置并断开第一扭矩传递装置将扭矩从发动机、第一马达/发电机和第二马达/发电机中的至少一个传递给输出构件并提供前进直接驱动模式。
5.根据权利要求1所述的变速器，还包括第三扭矩传递装置，其中第三扭矩传递装置可接合以将发动机固接到固定构件，足以使得变速器经由第一马达/发电机和第二马达/发电机中的至少一个来提供用于起步车辆的倒档低速驱动模式。
6.根据权利要求5所述的变速器，其中，第一扭矩传递装置、第二扭矩传递装置和第三扭矩传递装置中的任何一个是能够以两个方向传递扭矩的可选择性接合离合器和可选择性接合制动器中的一个。
7.根据权利要求1所述的变速器，其中，发动机与第一和第二行星齿轮组以及马达/发电机与第一和第二行星齿轮组的各自操作性连接利于用于起步和推进车辆的发动机的速度和扭矩的受控选择以及马达/发电机的速度和扭矩的受控选择。
8.一种用于起步和推进车辆的混合动力系，包括：
发动机；
第一马达/发电机和第二马达/发电机；
电动无级变速器，其包括：
输出构件；
固定构件；
第一行星齿轮组和第二行星齿轮组，其中各第一和第二行星齿轮组中的每个具有第一、第二和第三构件；
第一扭矩传递装置和第二扭矩传递装置，其中第一扭矩传递装置可接合以将第二行星齿轮组的第一构件固接到固定构件，且第二扭矩传递装置可接合以将第二行星齿轮组的第一、第二和第三构件中的一个锁定到第二行星齿轮组的另一个构件；
其中，第一马达/发电机与第一行星齿轮组的第二构件可操作地连接以便共同旋转，且第二马达/发电机与第二行星齿轮组的第二构件可操作地连接以便共同旋转；
输出构件与第二行星齿轮组的第三构件可操作地连接以便共同旋转；以及.
动力系包括用于起步车辆的前进低速驱动模式和用于以较高速度推进车辆的前进直接驱动模式两者。
9.根据权利要求8所述的混合动力系，其中，接合第一扭矩传递装置并断开第二扭矩传递装置提供低速驱动模式。
10.根据权利要求8所述的混合动力系，其中，接合第二扭矩传递装置并断开第一扭矩传递装置提供直接驱动模式。
11.根据权利要求8所述的混合动力系，还包括第三扭矩传递装置，其中第三扭矩传递装置可接合以将发动机固接到固定构件，足以使得变速器经由第一马达/发电机和第二马达/发电机中的至少一个来提供用于起步车辆的倒档低速驱动模式。
12.根据权利要求11所述的混合动力系，其中第一扭矩传递装置、第二扭矩传递装置和第三扭矩传递装置中的任何一个是能够以两个方向传递扭矩的可选择性接合离合器和可选择性接合制动器中的一个。
13.根据权利要求8所述的混合动力系，其中，发动机与第一和第二行星齿轮组以及马达/发电机与第一和第二行星齿轮组的各自操作性连接利于用于起步和推进车辆的发动机的速度和扭矩的受控选择以及马达/发电机的速度和扭矩的受控选择。
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