CN103009993B - 混合动力车辆的动力传动系 - Google Patents

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Abstract

一种动力传动系，包括输入构件输出构件和静止构件。提供第一和第二电动机/发电机。仅两个行星齿轮组被使用，其每一个具有相应的第一、第二和第三构件。互连构件将行星齿轮组中的第一个的一个构件连接到行星齿轮组中的第二个的一个构件。输入构件、输出构件、第一电动机/发电机和第二电动机/发电机每一个连续连接为与行星齿轮组一个不同构件共同旋转，所述一个不同构件不通过互连构件连接。四个制动器每一个选择性地可接合，以将行星齿轮组的未通过互连构件连接的一个不同构件固定到静止构件。

Description

混合动力车辆的动力传动系
技术领域
本发明涉及一种用于混合动力车辆的动力传动系。该动力传动系具有两个行星齿轮组、两个电动机/发电机、和四个制动器。
背景技术
具有电可变变速器（EVT）的动力传动系通常具有输入构件、输出构件和连接到行星齿轮组的不同构件的两个电动机/发电机。选择性地可接合的扭矩传递机构允许电可变运行模式中的一个或多个、固定速度比模式和仅电（电池提供动力）模式。EVT可以以各种方式改善车辆燃料经济性，主要是通过使用电动机/发电机中的一个或两者用于车辆制动和在发动机关闭时使用再生能量为车辆提供电力。发动机可以在空转时、在减速和制动阶段和低速度或轻载荷运行期间关闭，以消除由于发动机拖累造成的效率损失。经由再生制动（或发动机操作期间产生的电能）获得的制动能量在这些发动机关闭阶段中被利用。发动机扭矩或动力的瞬时需求通过发动机打开模式运行期间由电动机/发电机提供，允许较小的发动机而不减少车辆性能。另外，电可变模式可以允许发动机在给定动力要求的最佳效率点上或附近运行。
各种混合动力和电动力传动系架构已知用于管理混合动力车辆中各种原动机的输入和输出扭矩，最通常的是内燃发动机和电机器。一些EVT用于通过将从串行和并行混合动力传动系架构而来的特征组合以用于连续可变的速度比。EVT可通过内燃发动机和最终驱动部单元之间的直接机械路径在固定挡位下操作，由此实现高的变速器效率和应用低成本和体积小的电动机硬件。EVT还可独立于最终驱动部机械地的通过发动机操作而操作或在各种机械/电分流构造中操作，由此实现高扭矩、连续可变速度比、电主导的启动、再生制动和发动机关闭空转。
一些混合动力车辆利用更大的电池组，增加了车辆重量，增加了燃料消耗和车辆成本。这些车辆在预定行驶里程中在仅电模式下运行，且随后发动机在行驶超过最佳范围时通过一个电动机/发电机对电池充电。范围、持久性耐久性方面建议，通常不期望低电池充电状态和对电池充电时所需的高燃料消耗。电池放电和发动机动力的比率基于司机命令的油门和车辆速度计算
发明内容
有利的是优化和限制电池放电比率和发动机燃料比率输出。因而，提供一种具有最少部件的混合动力传动系，以改善动力传动系的动力对重量比，改善燃料经济性和具有该动力传动的车辆的电行程。另外，可使用三个不同仅电运行模式，从而仅电运行在具有动力传动系的车辆的宽的速度范围上可用。在发动机失效时，任何仅电运行模式可以被选择为跛行回家模式。
该动力传动系包括，输入构件、输出构件和静止构件，例如变速器壳体。提供第一和第二电电动机/发电机。仅两个行星齿轮组被使用，其每一个具有相应的第一、第二和第三构件。互连构件将行星齿轮组中的第一个的一个构件连接到行星齿轮组中的第二个的一个构件。输入构件、输出构件、第一电动机/发电机和第二电动机/发电机每一个连续连接为与行星齿轮组一个不同构件共同旋转，所述一个不同构件不通过互连构件连接。四个扭矩传递机构（其所有都是制动器，且可以被称为制动器离合器）每一个选择性地可接合以将将行星齿轮组的未通过互连构件而连接的一个不同构件固定到静止构件。接合制动器中不同的一个或一些以及电动机/发电机中的一个或两者运行为电动机在输入构件和输出构件之间建立三个仅电运行模式。动力传动系可操作为提供七种不同运行模式用于向前的推进，包括三个仅电运行模式，两个电可变运行模式，串行运行模式和固定速度比运行模式。三个运行模式也可以用于反向推进。
在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式做出的详尽描述中能容易地理解上述的本发明的特征和优点以及其他的特征和优点。
附图说明
图1是动力传动系的示意图；和
图2是建立图1的动力传动系的各种运行模式的接合一览表。
具体实施方式
参见附图，图1显示了混合动力传动系10，其包括原动机，例如与混合动力变速器14连接的内燃发动机12。其他类型的原动机（例如燃料电池、气动发动机等）可以代替内燃发动机12使用。混合动力变速器14包括两个额外的动力源，第一电动机/发电机16和第二电动机/发电机18。发动机12和电动机/发电机16和18经由两个行星齿轮组20和30互连以提供各种运行模式。
第一行星齿轮组20包括第一构件22、第二构件24和第三构件26。构件22、24和26包括任意级太阳齿轮构件、环齿轮构件和支架构件，所述支架构件可旋转地支撑小齿轮，所述小齿轮与太阳齿轮构件和环齿轮构件两者啮合。在所示实施例中，第一构件22是环齿轮构件，第二构件24是支架构件，且第三构件26是太阳齿轮构件。本领域技术人员应理解简单行星齿轮组20的结构，其在图1中以杆系图的形式仅示意性地示出。
第二行星齿轮组30包括第一构件32、第二构件34和第三构件36。构件32、34、36包括任意级太阳齿轮构件、环齿轮构件和支架构件，所述支架构件可旋转地支撑一组小齿轮，所述一组小齿轮与太阳齿轮构件和环齿轮构件两者啮合。在所示实施例中，第一构件32是环齿轮构件，第二构件34是支架构件，且第三构件36是太阳齿轮构件。
变速器14具有持续连接以与第一构件22和发动机12的输出构件15共同旋转的输入构件17。发动机输出构件15可以是发动机曲轴或到发动机曲轴的比例倍增连接结构，例如齿轮连接或一系列带轮和链轮。发动机输出构件15连续地连接为与第一构件22共同旋转。
变速器14还具有输出构件19，所述输出构件19通过最终驱动部机构（未示出）连接到车辆车轮（也未示出），以提供牵引动力到车轮以推进车辆。输出构件持续连接为与第二行星齿轮组30的第二构件34共同旋转。
第一电动机/发电机16的转子连接为与第一行星齿轮组20的第三构件26共同旋转。第二电动机/发电机18的转子连接为与第二行星齿轮组30的第三构件36共同旋转。互连构件40连续连接第一行星齿轮组20的第二构件24，用于与第二行星齿轮组30的第一构件32共同旋转。互连构件40可以是轴或毂。
变速器14包括四个扭矩传递机构，所有扭矩传递机构是制动器且也可以被称为制动器离合器。第一制动器50选择性地可接合以将第二行星齿轮组30的第一构件32固定到静止构件60，例如变速器壳体，从而第一构件32不旋转。第一制动器50还经由互连构件将第一行星齿轮组20的第二构件24固定到静止构件60。第二制动器52选择性地可接合以将第一行星齿轮组20的第一构件22固定到静止构件60从而第一构件22不旋转。第三制动器54选择性地可接合以将第二行星齿轮组30的第三构件36固定到静止构件60从而第三构件36不旋转。第四制动器56选择性地可接合以将第一行星齿轮组20的第三构件26固定到静止构件60从而第三构件26不旋转。
电动机/发电机16和18的定子部分操作性地连接到能量存储装置80（其可以是一个或多个电池）。具有存储电力和分配电力的能力的其他电存储装置可以代替电池使用。操作性地连接到电动机/发电机16和18的控制器82监视转子的速度。控制器82也从分开的发动机控制器或通过与发动机12的连接而接收关于发动机速度的信息。基于该和其他车辆运行条件，例如司机的加速器请求，控制器82可操作为从能量存储装置80通过功率逆变器84提供电能给电动机/发电机16和18中的任一个或两者，以使得电动机/发电机用作电动机，增加扭矩到变速器14。功率逆变器84在电功率被提供到电动机/发电机16和/或18时将直流转换为交流。如果通过控制器82接收的信息表明电动机/发电机16或18应该***作为发电机，将机械能转换为电能，则控制器82可操作为使得功率逆变器84将从电动机/发电机中任一个提供的交流变换为直流并存储在能量存储装置80中。电动机/发电机16、18、能量存储装置80、控制器82逆变器84之间的虚线代表传递部件之间的电流或信号的传递导体。
图2是显示了制动器50、52、54和56每一个的接合状态，以及发动机12的运行状态（是否启动或关闭）用于建立七种不同向前推进模式，以及如在本文所述的的中性模式和中性充电模式。图2中，“X”表示列所代表的制动器被接合。空的框体表示列所代表的制动器不被接合。“0”表示发动机12启动。代表发动机12的列中空的的框体意味着发动机关闭（即不接收燃料）。
在图2中，行90表示第一仅电运行模式EV1。在第一仅电运行模式EV1中，制动器50被接合以将第一构件32和第二构件24固定到静止构件60。发动机12电动机/发电机16关闭。第二电动机/发电机18***作为电动机，以在输出构件19提供向前的扭矩，例如启动具有动力传动系10的车辆。如果第三构件36是太阳齿轮构件且第二构件34是支架构件，则扭矩将通过第二行星齿轮组30倍增。
行91表示第二仅电运行模式EV2，其中制动器52被接合且发动机12关闭且通过制动器52保持在零速度。电动机/发电机16、18两者***作为电动机以在输出构件19提供向前的扭矩。在第三构件26是太阳齿轮构件的实施例中，第二构件24是支架构件，第一构件32是环齿轮构件且第二构件34是支架构件，则第二仅电运行模式可以在与第一仅电运行模式中提供的扭矩相比需要更大的扭矩时使用。
行92表示第三仅电运行模式EV3，其中制动器52和54接合，发动机12和电动机/发电机18关闭，且第一电动机/发电机16操作为电动机以通过行星齿轮组20、30在输出构件19提供向前的扭矩。在第三构件26是太阳齿轮构件的实施例中，第二构件24是支架构件，第一构件32是环齿轮构件，第二构件34是支架构件，则第二仅电运行模式提供与第一仅电其他仅电运行模式相比提供更大的扭矩倍增且可以用于性能和牵引。
行93表示固定比的运行模式，其中制动器54和56接合，发动机12启动，且电动机/发电机16、18两者关闭。因而，固定比例的运行模式是一种机械点，其中输出构件19的速度与输入构件17的速度成固定比例且所有动力通过发动机12提供。当在中间范围的速度下巡航时固定比例运行模式可以是使用高效。固定比例运行模式也可以在电动机/发电机16、18中的一个失效的情况下或在能量存储装置80不可操作的情况下用作跛行回家模式。
行94表示混合动力串行运行模式，其中制动器50接合以将第一齿轮构件32固定到静止构件60，发动机12提供动力到第一电动机/发电机16，所述第一电动机/发电机操作为发电机以提供电功率到能量存储装置80或到第二电动机/发电机18，所述第二电动机/发电机必要地操作为电动机以在输出构件19处提供扭矩。在串行模式中操作允许在输出构件19的低速度下的更好的燃料经济性，因为发动机12可以以其最佳的用于燃料经济性的速度运行，而从发动机12到输出构件19没有机械连接。
行95表示第一电可变运行模式EVT1，其中制动器56接合，发动机12启动，且第二电动机/发电机18操作为电动机以在输出构件19处提供向前的扭矩以推进车辆。发动机12可以以其最好的操作速度运行以改善燃料经济性，而电动机/发电机18的速度变化以满足输出构件19处变化的速度和扭矩需求。
行96表示第二电可变运行模式EVT2，其中制动器54接合，发动机12启动，且第一电动机/发电机16操作为电动机以在输出构件19处提供向前的扭矩以推进车辆。发动机12可以以其最好的操作速度运行以改善燃料经济性，而电动机/发电机16的速度变化以满足输出构件19处变化的速度和扭矩需求。
行97表示中性模式，其中制动器50、52、54和56没有一个接合且发动机关闭。行98表示中性充电模式，其中制动器50、54接合且发动机工作。因为制动器50和54接合，所以第二行星齿轮组30包括第二构件34锁定，其防止输出构件19旋转。由于互连构件40，第一行星齿轮组20的第二构件24也被固定。因而，发动机12可以启动且向第一电动机/发电机16提供动力，所述第一电动机/发电机被控制为用作发电机以向能量存储装置80充电。
尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。

Claims (10)

1.一种动力传动系，包括：
输入构件；
输出构件；
静止构件；
第一和第二电动机/发电机；
仅两个行星齿轮组，其每一个具有相应的第一、第二和第三构件，其中该第一构件是环齿轮构件，该第二构件是支架构件，该第三构件是太阳齿轮构件；
互连构件，其将行星齿轮组中的第一个的一个构件连接到行星齿轮组中第二个的一个构件；输入构件、输出构件、第一电动机/发电机和第二电动机/发电机每一个被连续连接为与行星齿轮组的一个不同构件共同旋转，所述一个不同构件不通过互连构件连接；
四个制动器，其每一个选择性地可接合，以将行星齿轮组的未通过互连构件连接的一个不同构件固定到静止构件；其中制动器中不同的一个或一些的接合以及电动机/发电机中的一个或两个作为电动机的运行在输入构件和输出构件之间建立三个仅电运行模式。
2.如权利要求1所述的动力传动系，其中在四个制动器中的第一个被接合且第二电动机/发电机操作为电动机时一个仅电运行模式设置在输入构件和输出构件之间。
3.如权利要求1所述的动力传动系，其中在四个制动器中的第二个被接合且电动机/发电机中的两个操作为电动机时在输入构件和输出构件之间提供一个仅电运行模式。
4.如权利要求1所述的动力传动系，其中在四个制动器中的第二个和第三个被接合且第一电动机/发电机操作为电动机时在输入构件和输出构件之间提供一个仅电运行模式。
5.如权利要求1所述的动力传动系，进一步包括：
发动机，具有连接为与输入构件一起旋转的发动机曲轴；和
其中在发动机启动、四个制动器中的一个被接合，且第二电动机/发电机操作为电动机时在输入构件和输出构件之间提供可变电运行模式。
6.如权利要求1所述的动力传动系，进一步包括：
发动机，具有连接为与输入构件一起旋转的发动机曲轴；和
其中在发动机启动、四个制动器中的一个被接合，且第一电动机/发电机操作为电动机时在输入构件和输出构件之间提供可变电运行模式。
7.如权利要求1所述的动力传动系，进一步包括：
发动机，具有连接为与输入构件一起旋转的发动机曲轴；和
其中在发动机启动且四个制动器中的两个被接合时在输入构件和输出构件之间建立固定速度比。
8.如权利要求1所述的动力传动系，进一步包括：
发动机，具有连接为与输入构件一起旋转的发动机曲轴；和
其中在发动机启动，四个制动器中的一个被接合，第一电动机/发电机用作发电机且第二电动机/发电机用作电动机时建立串行运行模式。
9.一种动力传动系，包括：
输入构件，适于与发动机曲轴连接。
输出构件；
静止构件；
第一电动机/发电机；
第二电动机/发电机；
第一行星齿轮组，具有第一构件、第二构件和第三构件；其中输入构件连续连接为与第一行星齿轮组的第一构件一起旋转；
第二行星齿轮组，具有第一构件、第二构件和第三构件；
互连构件，其将第一行星齿轮组的第二构件连续连接到第二行星齿轮组的第一构件，从而以相同速度旋转；
其中第一电动机/发电机持续连接为与第一行星齿轮组的第三构件一起旋转；
其中输出构件持续连接为与第二行星齿轮组的第二构件一起旋转；
其中第二电动机/发电机持续连接为与第二行星齿轮组的第三构件一起旋转；
第一制动器选择性地可接合，以将第二行星齿轮组的第一构件固定到静止构件；
第二制动器选择性地可接合，以将第一行星齿轮组的第一构件固定到静止构件；
第三制动器选择性地可接合，以将第二行星齿轮组的第三构件固定到静止构件；且
第四制动器选择性地可接合，以将第一行星齿轮组的第三构件固定到静止构件；其中制动器能以不同组合接合且电动机/发电机能操作为电动机、发电机或关闭，以在输入构件和输出构件之间建立不同的运行模式。
10.一种动力传动系，包括：
发动机，具有发动机曲轴；
变速器，具有：
第一和第二行星齿轮组，其每一个具有多个构件，该多个构件包括环齿轮构件、支架构件、和太阳齿轮构件；
仅一个互连构件，其连续连接第一行星齿轮组中的一个构件以与第二行星齿轮组中的一个构件共同旋转；
两个电动机/发电机；其中电动机/发电机中的一个连接为与第一行星齿轮组的未通过互连构件连接的一个构件共同旋转，且电动机/发电机中的另一个连接为与第二行星齿轮组的未通过互连构件连接的一个构件共同旋转；
静止构件；
仅四个扭矩传递机构，其每一个是制动器，所述制动器将行星齿轮组的所述构件中不同的相应一个固定到静止构件；和
其中动力传动系能操作为以七种不同运行模式提供向前的推进，所述运行模式包括电动机/发电机中的一个或两个提供推进的三个仅电运行模式，且包括发动机和电动机/发电机中的一个提供向前推进而电动机/发电机中的一个用作发电机的串行运行模式。
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