CN108473042B - 具有混合动力动力系和双范围断开轮轴的商用车辆的分布式传动系架构 - Google Patents

具有混合动力动力系和双范围断开轮轴的商用车辆的分布式传动系架构 Download PDF

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CN108473042B
CN108473042B CN201680071673.3A CN201680071673A CN108473042B CN 108473042 B CN108473042 B CN 108473042B CN 201680071673 A CN201680071673 A CN 201680071673A CN 108473042 B CN108473042 B CN 108473042B
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Abstract

提供了一种混合动力传动系(100)。所述混合动力传动系包括动力源(102)、变速器(104)和串联轮轴组件(106)。变速器包括主离合器(108)并与动力源驱动接合。串联轮轴组件包括第一轮轴(144)和第二轮轴(146),并与变速器驱动接合。变速器和串联轮轴组件中的一个包括与电池(128)电连通的第一电动发电机(112)。第一电动发电机和主离合器有助于作为在多个操作模式下的混合动力传动系来操作所述混合动力传动系。所述混合动力传动系还可以包括与电池电连通的第二(114)和第三电动发电机(440),以便于在多个操作模式下操作混合动力传动系。

Description

具有混合动力动力系和双范围断开轮轴的商用车辆的分布式 传动系架构
优先权声明
本申请要求2015年12月7日提交的美国临时申请第62/264,089号和2016年10月10日提交的美国临时申请第62/406,126号的优先权,这两份申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及用于商用车辆的传动系,更具体地涉及用于商用车辆的混合动力传动系(hybrid electric drivetrain)。
背景技术
与具有单个轮轴(车桥)的车辆和拖车相比,具有两个或更多个后轮轴的商用车辆或拖车允许这种车辆承载更大的负载。此外,这些车辆中的牵引力和负载分布可以增加。
混合动力系包括第二动力源,例如电动发电机(motor-generator)和电池,其可用于提高传动系的效率。目前,商用车辆的混合动力传动系的选择很少。由于商用车辆的独特需求,例如需要低速、高扭矩的操作模式,同时也具有高速、低扭矩的操作模式,所以在成功实现用于商用车辆的混合动力传动系方面存在许多挑战。此外,各国政府提出的法规越来越多地要求提高这类车辆的燃料效率。
有利的是,开发一种满足商用车辆的严格需求的商用车辆混合动力传动系,同时为包括混合动力传动系的车辆提供燃料效率改进。
发明内容
已经令人惊讶地发现,目前由本发明提供的用于商用车的混合动力传动系满足商用车的严格需求,同时能为包括混合动力传动系的车辆提供燃料效率改进。
在一个实施例中,本发明涉及一种混合动力传动系。该混合动力传动系包括动力源、变速器和串联轮轴组件。变速器包括主离合器,并与动力源驱动接合。串联轮轴组件包括第一轮轴和第二轮轴,并与变速器驱动接合。变速器和串联轮轴组件中的一个包括与电池电连通的第一电动发电机。第一电动发电机和主离合器有助于将混合动力传动系作为在多个操作模式下的混合动力传动系来操作。
当参照附图阅读优选实施例的以下详细描述时,本发明的各个方面对于本领域技术人员将变得显而易见。
附图说明
当参照附图考虑时,从下面的详细描述中,本发明的上述以及其它优点对于本领域技术人员将变得显而易见,在附图中:
图1是根据本发明的第一实施例的混合动力传动系的示意性样式图;
图2是根据本发明的另一实施例的混合动力传动系的示意性样式图;
图3是根据本发明的另一实施例的混合动力传动系的示意性样式图;
图4是根据本发明的另一实施例的混合动力传动系的示意性样式图;
图5是根据本发明的另一实施例的混合动力传动系的示意性样式图;
图6是根据本发明的另一实施例的混合动力传动系的示意性样式图;
图7是根据本发明的另一实施例的混合动力传动系的示意性样式图;
图8是根据本发明的另一实施例的混合动力传动系的示意性样式图;
图9是根据本发明的另一实施例的混合动力传动系的示意性样式图;以及
图10是根据本发明的另一实施例的混合动力传动系的示意性样式图。
具体实施方式
应当理解,除明确规定相反之外,本发明可以采取各种替代的取向和步骤顺序。还应当理解,附图中所示的和以下说明书中描述的具体装置和过程仅仅是本发明的发明构思的示例性实施例。因此,除非另有明确说明,否则与所公开的实施例有关的具体尺寸、方向、取向或其他物理特性不应被认为是限制性的。
图1是根据本发明的第一实施例的混合动力传动系100的示意性样式图。混合动力传动系100包括动力源102、混合动力变速器104和串联轮轴驱动单元106,串联驱动轮轴单元106包括第一轮轴驱动单元144和第二轮轴驱动单元146。动力源102与混合动力变速器104的输入驱动地接合。串联轮轴驱动单元106与混合动力变速器104的输出驱动地接合。
动力源102是内燃发动机,但是应当理解,动力源102也可以是除了内燃发动机之外还包括辅助动力源的混合型动力源。此外,应当理解,动力源102也可以是电动力源,例如燃料电池。
混合动力变速器104包括主离合器108、行星齿轮组110、第一电动发电机112、第二电动发电机114、副离合器116和齿轮箱118。主离合器108的一部分用作混合动力变速器104的输入。齿轮箱118的一部分用作混合动力变速器104的输出。主离合器108、第一电动发电机112和第二电动发电机114与行星齿轮组110的部分驱动地接合。副离合器116与第一电动发电机112和齿轮箱118驱动地接合。
主离合器108是能可变接合的离合器,例如板式或锥形离合器。
行星齿轮组110包括太阳齿轮部分120、行星架部分122和齿圈部分124。太阳齿轮部分120与第二电动发电机114驱动地接合。行星架部分122与主离合器108的一部分驱动地接合。齿圈部分124与第一电动发电机112驱动地接合。应当理解,行星齿轮组110可以具有有利于类似操作的其它构造;其中由动力源102和第二电动发电机114施加的扭矩可以相加并施加到第一电动发电机112。
第一电动发电机112与行星齿轮组110的齿圈部分124和副离合器116驱动地接合。第一电动发电机112与控制器126和电池128电连通。应当理解,第一电动发电机112或本文所述的任何其他电动发电机可以并入混合动力传动系100的齿轮箱、变速器或其他传动系部件中。根据使用控制器126对第一电动发电机112的电控制,第一电动发电机112可以施加驱动力以推进或延迟其驱动地接合的混合动力传动系100的一部分。
第二电动发电机114与行星齿轮组110的太阳齿轮部分120和副离合器116驱动地接合。第二电动发电机114与控制器126和电池128电连通。应当理解,第二电动发电机114或本文所述的任何其他电动发电机可以并入混合动力传动系100的齿轮箱、变速器或其他传动系部件中。根据使用控制器126对第二电动发电机114的电控制,第一电动发电机112可以施加驱动力以推进或延迟其驱动地接合的混合动力传动系100的一部分。
副离合器116是能可变接合的离合器,例如板式或锥形离合器。
齿轮箱118是与副离合器116和串联轮轴驱动单元106驱动地接合的多速齿轮箱。齿轮箱118可以手动或自动操作。
串联轮轴驱动单元106与齿轮箱118、第一轮轴130和第二轮轴132驱动地接合。串联轮轴驱动单元106被构造成根据选择离合器134的位置而被置于两种操作模式。在第一操作模式下,串联轮轴驱动单元106以高扭矩双轮轴模式操作。在第二操作模式下,串联轮轴驱动单元106以低扭矩单轮轴模式操作。如图1所示,混合动力传动系100包括可选的轮轴断开离合器136。串联轮轴驱动单元106的结构和功能类似于下文所述的图7所示的行星驱动单元716。
在使用中,通过控制主离合器108和副离合器116,可以在与混合动力传动系100的其余部分接合和不接合的情况下进行驱动和充电。混合动力传动系100是串并联混合动力传动系,并且可以如下所述以多种操作模式操作。第一电动发电机112直列(inline)放置在混合动力传动系100中,第二电动发电机114可用于通过行星齿轮组110来辅助混合动力传动系100。电动发电机112、114提供以下益处:发动机小型化、通过在较窄频带内操作动力源102来提高效率(允许第二电动发电机114提供加速灵活性)、齿轮箱118中的齿轮传动装置缩小、以及轮轴130、132的小型化。
图2是根据本发明的另一实施例的混合动力传动系200的示意性样式图。混合动力传动系200包括动力源202、混合动力变速器204和串联轮轴驱动单元206,串联轮轴驱动单元206包括第一轮轴驱动单元244和第二轮轴驱动单元246。动力源202与混合动力变速器204的输入驱动地接合。串联轮轴驱动单元206与混合动力变速器204的输出驱动地接合。混合动力传动系200类似于图1所示的混合动力传动系100,不同的是,图2所示的混合动力传动系200不包括主离合器108。离合器216有利于齿轮箱218与第一电动发电机212脱开。
图3是根据本发明的另一实施例的混合动力传动系300的示意性样式图。混合动力传动系300包括动力源302、混合动力变速器304和串联轮轴驱动单元306,串联轮轴驱动单元306包括第一轮轴驱动单元344和第二轮轴驱动单元346。动力源302与混合动力变速器304的输入驱动地接合。串联轮轴驱动单元306与混合动力变速器304的输出驱动地接合。混合动力传动系300类似于图1所示的混合动力传动系100,不同的是,图3所示的混合动力传动系300不包括副离合器116。
图4是根据本发明的另一实施例的混合动力传动系400的示意性样式图。混合动力传动系400包括动力源402、混合动力变速器404和机动化(motorized)串联轮轴驱动单元438,机动化串联轮轴驱动单元438包括第一轮轴驱动单元444和第二轮轴驱动单元446。动力源402与混合动力变速器404的输入驱动地接合。机动化串联轮轴驱动单元438与混合动力变速器404的输出驱动地接合。混合动力传动系类似于图1所示的混合动力传动系100,不同的是,图4所示的混合动力传动系不包括副离合器116并且包括机动化串联轮轴驱动单元438。
机动化串联轮轴驱动单元438与齿轮箱418、第一轮轴430和第二轮轴432驱动地接合。与图1所示的串联轮轴驱动单元106不同,机动化串联轮轴驱动单元438包括与其驱动地接合的第三电动发电机440。此外,应当理解,第三电动发电机440或本文所述的任何其他电动发电机可以包括与其集成的功率逆变器442,以便于操作第三电动发电机440所需的电功率的转换。第三电动发电机440与控制器426和电池428电连通。应当理解,第三电动发电机440或本文所述的任何其他电动发电机可以并入混合动力传动系400的齿轮箱、变速器或其他传动系部件中。机动化串联轮轴驱动单元438被构造成根据选择离合器434的位置被置于两种操作模式。在第一操作模式下,机动化串联轮轴驱动单元438以高扭矩双轮轴模式操作,并且第三电动发电机440可以施加驱动力以推进或延迟与其驱动地接合的混合动力传动系400的一部分。在第二操作模式下,机动化串联轮轴驱动单元438以低扭矩单轮轴模式操作。
图5是根据本发明的另一实施例的混合动力传动系500的示意性样式图。该混合动力传动系包括动力源502、混合动力变速器504和串联轮轴单元506,串联轮轴单元506包括第一轮轴驱动单元544和第二轮轴驱动单元546。动力源502与混合动力变速器504的输入驱动地接合。第一轮轴驱动单元544与混合动力变速器504的输出驱动地接合。第二轮轴驱动单元546与混合动力传动系500的控制器526和电池528电连通。混合动力传动系500类似于图1所示的混合动力传动系100,不同的是,图5所示的混合动力传动系包括第一轮轴驱动单元544和第二轮轴驱动单元546。
第一轮轴驱动单元544与混合动力传动系500的齿轮箱518和第一轮轴530驱动地接合。第一轮轴驱动单元544是传统的和本领域公知的,并且包括驱动小齿轮、齿圈和差速器组件。
第二轮轴驱动单元546包括第三电动发电机548,并与混合动力传动系的第二轮轴532驱动地接合。第三电动发电机548与控制器526和电池528电连通。应当理解,第三电动发电机548或本文所述的任何其他电动发电机可以并入混合动力传动系500的齿轮箱、变速器或其他传动系部件中。第三电动发电机548可以施加驱动力以通过例如副轴(countershaft)齿轮组件550和第二轮轴532来推进或延迟混合动力传动系500的第二轮轴驱动单元546。此外,应当理解,第三电动发电机548或本文所述的任何其他电动发电机可以包括与其集成的功率逆变器552,以便于操作第三电动发电机548所需的电功率的转换。
图6是根据本发明的另一实施例的混合动力传动系600的示意性样式图。混合动力传动系600包括动力源602、混合动力变速器604和串联轮轴单元606,串联轮轴单元606包括第一轮轴驱动单元644和第二轮轴驱动单元646。动力源602与混合动力变速器604的输入驱动地接合。第一轮轴驱动单元644与混合动力变速器604的输出驱动地接合。
混合动力变速器604包括主离合器610、第一电动发电机612和齿轮箱614。主离合器610的一部分用作混合动力变速器604的输入。齿轮箱614的一部分用作混合动力变速器604的输出。
第一电动发电机612与主离合器610和齿轮箱614驱动地接合。第一电动发电机612与控制器616和电池618电连通。应当理解,第一电动发电机612或本文所述的任何其他电动发电机可以并入混合动力传动系600的齿轮箱、变速器或其他传动系部件中。根据使用控制器616对第一电动发电机612的电控制,第一电动发电机612可以施加驱动力以推进或延迟其驱动地接合的混合动力传动系600的一部分。
第一轮轴驱动单元644与混合动力传动系600的齿轮箱614和第一轮轴620驱动地接合。第一轮轴驱动单元644是传统的和本领域公知的。
第二轮轴驱动单元646包括第二电动发电机622,并与混合动力传动系600的第二轮轴624驱动地接合。第二电动发电机622与控制器616和电池618电连通。应当理解,第二电动发电机622或本文所述的任何其他电动发电机可以并入混合动力传动系600的齿轮箱、变速器或其他传动系部件中。第二电动发电机622可以施加力以推进或延迟混合动力传动系600的第二轮轴624。如图6所示,混合动力传动系包括可选的轮轴断开离合器626。混合动力传动系600是并联混合动力传动系,并且可以如下所述以多种操作模式操作。第二电动发电机622还可以包括有助于第二电动发电机622的操作和增加功能的附加部件,例如但不限于逆变器630、用于控制第二电动发电机622的功率电子器件、DC-DC转换器、或用于发电机功能的电子器件。还应当理解,第二电动发电机622可以包括用于电气部件的冷却***的至少一部分。
在使用中,混合动力传动系600可以在多个操作模式下操作。混合动力传动系600可以在全电模式、混合动力模式、再生/制动模式、充电模式和直接驱动模式下操作。此外,应当理解,下文中关于混合动力传动系600描述的操作模式可以适于与本文中描述的其他混合动力传动系一起使用,利用每个混合动力传动系的架构以全电模式(如果适用)、混合动力模式、再生/制动模式、充电模式和直接驱动模式来操作。
在全电模式下,主离合器610被置于脱开位置,电池618用作车辆的混合动力传动系600的唯一动力源。在全电模式下,混合动力变速器604、第二电动发电机622或者混合动力变速器604和第二电动发电机622两者可以向混合动力传动系600施加力,引起多个车轮组件628中的至少一个的旋转,从而推动车辆。当仅在全电模式下使用混合动力变速器604时,轮轴断开离合器626可以被置于脱开位置,并且混合动力变速器604的第一电动发电机612响应于与控制器616的通信,向混合动力传动系600施加力以推进车辆。当仅在全电模式下使用第二电动发电机622时,主离合器610被置于脱开位置,并且第二电动发电机622响应于与控制器616的通信,施加驱动力以通过第二轮轴624推动混合动力传动系600。当混合动力变速器604和第二电动发电机622都在全电模式下使用时,主离合器610和轮轴断开离合器626被置于接合位置,并且混合动力变速器604和第二电动发电机622响应于与控制器616的通信,向混合动力传动系600施加力以推进车辆。
在混合动力模式下,主离合器610被置于接合位置,电池618和动力源602用作车辆的混合动力传动系600的组合动力源。在混合动力模式下,除了动力源602之外,混合动力变速器604、第二电动发电机622或者混合动力变速器604和第二电动发电机622两者都可以向混合动力传动系600施加驱动力以推进车辆。当混合动力变速器604和第二电动发电机622在混合动力模式下使用时,主离合器610和轮轴断开离合器626被置于接合位置,并且混合动力变速器604、第二电动发电机622和动力源602响应于与控制器616的通信,向混合动力传动系600施加力以推动车辆。当混合动力变速器604在混合动力模式下使用时,主离合器610被置于接合位置,轮轴断开离合器626被置于脱开位置,并且混合动力变速器604和动力源602(通过第一电动发电机612施加驱动力)响应于与控制器616的通信,向混合动力传动系600施加驱动力以推动车辆。当第二电动发电机622在混合动力模式下使用时,主离合器610和轮轴断开离合器626被置于接合位置,并且第二电动发电机622和动力源602(通过第一电动发电机612施加力)响应于与控制器616的通信,向混合动力传动系600施加驱动力以推动车辆。
在再生/制动模式下,混合动力变速器604、第二电动发电机622或混合动力变速器604和第二电动发电机622两者用于延迟车辆的混合动力传动系600,以便于将车辆的动能捕获为将存储在电池618中的电功率。再生/制动模式可以用于辅助常规制动***,或者可以用于在下坡时调节车辆的速度。当第二电动发电机622在再生/制动模式下使用时,轮轴断开离合器626被置于接合位置,主离合器610可以被置于脱开状态(应当理解,除再生/制动模式之外,可以使用或不使用使用动力源602的发动机制动),并且第二电动发电机622延迟混合动力传动系600以捕获动能作为电功率。当混合动力变速器604在再生/制动模式下使用时,轮轴断开离合器626可以被置于脱开位置,主离合器610可以被置于脱开状态(应当理解,除了再生/制动模式之外,可以使用或不使用利用动力源602的发动机制动),并且混合动力变速器604延迟混合动力传动系600以捕获动能作为电功率。当混合动力变速器604和第二电动发电机622两者都在再生/制动模式下使用时,轮轴断开离合器626被置于脱开位置,主离合器610可以被置于脱开状态(应当理解,除了再生/制动模式之外,可以使用或不使用使用动力源602的发动机制动),并且混合动力变速器604和第二电动发电机622都延迟混合动力传动系600以捕获动能作为电功率。
在充电模式下,动力源602和第一电动发电机612或第二电动发电机622用于对电池618充电。应当理解,当混合动力变速器604以直接驱动模式推进车辆时,可以使用充电模式。在充电模式下,如果需要,轮轴断开离合器626可以被置于脱开位置,主离合器610被置于接合状态,从而允许动力源602和第一电动发电机612对电池618充电,而混合动力变速器604用于推进车辆。
在直接驱动模式下,第一电动发电机612和第二电动发电机622都不用于推进车辆。应当理解,当电池618的电荷水平不允许在全电或混合动力模式下操作时,可以使用直接驱动模式。在直接驱动模式下,主离合器610被置于接合位置,并且动力源602响应于与控制器616的通信向混合动力传动系600施加力(通过第一电动发电机612和混合动力变速器604)以推进车辆。
图7是根据本发明的另一实施例的混合动力传动系700的示意性样式图。混合动力传动系700包括动力源702、变速器704和混合动力串联轮轴驱动单元706,混合动力串联轮轴驱动单元706包括第一轮轴驱动单元718和第二轮轴驱动单元720。动力源702与变速器704的输入驱动地接合。混合动力串联轮轴驱动单元706例如通过万向节轴708与变速器704的输出驱动地接合。
动力源702是内燃发动机,但是应当理解,动力源702也可以是除了内燃发动机之外还包括辅助动力源的混合型动力源。此外,应当理解,动力源702也可以是电动力(功率)源,例如燃料电池。
变速器704至少包括主离合器710和齿轮布置712;然而,应当理解,主离合器710可以形成齿轮布置712的一部分,或者主离合器710是与齿轮布置712分开的部件,并且以任何传统的方式与其驱动地接合。主离合器710的一部分用作变速器704的输入。齿轮布置712的一部分用作变速器704的输出。主离合器710是能可变地接合的离合器,例如板式或锥形离合器。齿轮布置712形成与主离合器710的一部分和混合动力串联轮轴驱动单元706驱动地接合的多速齿轮箱。齿轮布置712可以手动或自动操作。
混合动力串联轮轴驱动单元706通过万向节轴708与变速器704驱动地接合;然而,应当理解,本发明的某些实施例可以不需要万向节轴708。混合动力串联轮轴驱动单元706包括电动发电机714、行星驱动单元716、第一轮轴驱动组件718和第二轮轴驱动组件720。混合动力串联轮轴驱动单元706被构造成根据行星驱动单元716的选择离合器722的位置而被置于至少两种操作模式。在第一操作模式下,混合动力串联轮轴驱动单元706以高扭矩双轮轴模式操作。在第二操作模式下,混合动力串联轮轴驱动单元706以低扭矩单轮轴模式操作。如图7所示,混合动力传动系700包括可选的轮轴断开离合器724,该轮轴断开离合器724形成第二轮轴驱动组件720的一部分。
电动发电机714通过万向节轴708和行星驱动单元716与变速器704驱动地接合。电动发电机714与控制器726和电池728电连通。应当理解,第三电动发电机714或本文所述的任何其他电动发电机可以并入混合动力传动系700的齿轮箱、变速器或其他传动系部件中。根据使用控制器726对电动发电机714的电控制,电动发电机714可以对其驱动地接合的混合动力传动系700的部分施加力或延迟该部分。电动发电机714还可以包括有助于电动发电机714的操作和增加的功能的附加部件,例如但不限于逆变器、用于控制电动发电机714的功率电子器件、DC-DC转换器或用于发电机功能的电子器件。还应当理解,电动发电机714可以包括用于电气部件的冷却***的至少一部分。
控制器726至少与电动发电机714和电池728电连通。控制器726可以是具有双范围断开控制管理的混合监控控制器。应当理解,控制器726还可以与动力源702、主离合器710、行星驱动单元716、混合动力串联轮轴驱动单元706的轮轴断开离合器724、车辆控制器(未示出)、齿轮布置712、发动机控制器(未示出)、制动控制器(未示出)、另一种类型的控制器、高级驾驶员辅助***(ADAS)、或自动驾驶控制器中的至少一个连通。控制器726通过至少控制主离合器710的接合、通过与变速器控制器(未示出)连通以调节齿轮布置712的操作范围、通过控制轮轴模式、通过调节行星驱动单元716的选择离合器722的位置、通过控制电动发电机714、以及通过调节轮轴断开离合器724的位置,来控制混合动力串联轮轴驱动706单元的操作模式,以施加驱动力来推进或延迟各自分别驱动地接合的混合动力传动系700的部分。
电池728是与控制器726和电动发电机714电连通的可再充电的电化学能量存储装置。应当理解,电池728也可以与混合动力传动系700或车辆的其他部件电连通,以向其供电。此外,应当理解,电池728也可以是另一种类型的电存储器,例如超级电容器。响应于控制器726调节混合动力传动系700的操作模式,电池728可以充电或放电。还应当理解,电池728可以包括用于电气部件的冷却***的至少一部分。
行星驱动单元716包括输入轴732、多个驱动小齿轮734、传送轴736、第二输出齿轮738、第一输出齿轮740和选择离合器722。优选地,部件732、734、736、738、740、722由硬化钢形成,然而部件732、734、736、738、740、722也可以由任何其他刚性材料形成。如图所示,行星驱动单元716包括设置在壳体741中的六个部件732、734、736、738、740、722,但是应当理解,行星驱动单元716可以包括更少或更多的部件。响应于控制器726发送的信号,致动器742调节选择离合器722的位置。
输入轴732至少部分地设置在壳体(未示出)中。优选地,输入轴732是细长构件,然而输入轴732可以是任何其他形状。设置在输入轴732和壳体之间的轴承(未示出)允许输入轴732绕输入轴732的轴线旋转。输入轴732具有与电动发电机714驱动地接合的第一端部和具有形成在其上的小齿轮架746、第一组离合器齿轮齿748和接合部分750的第二端部。第二端部是直径大于第一端部的直径的基本上中空的主体。第二端部驱动地联接到输入轴732。或者,第二端部可以与输入轴732一体地形成。
小齿轮架746是驱动地联接到输入轴732的第二端部的基本上盘形的主体。小齿轮架746包括从小齿轮架746的第一侧突出到输入轴732的第二端部中的多个小齿轮支撑件752。接合部分750形成在小齿轮架746的第二侧上。如本领域已知的,小齿轮架746也称为行星齿轮架。
接合部分750是相对于输入轴732倾斜的锥形表面,然而,接合部分750可以具有任何其他形状。第一组离合器齿轮齿748从接合部分750径向向内地形成在小齿轮架746上。
多个驱动小齿轮734可旋转地联接到小齿轮支撑件752。每个驱动小齿轮734具有形成在其外表面上的齿轮齿。如本领域已知的,每个驱动小齿轮734也称为行星齿轮。优选地,轴承设置在每个驱动小齿轮734和小齿轮支撑件752之间,然而,驱动小齿轮710可以直接安装在小齿轮支撑件上。
传送轴736是可旋转地设置在壳体中并且具有与输入轴732的旋转轴线一致的旋转轴线的轴。优选地,传送轴736是中空细长圆柱形构件,然而传送轴736可以是任何其他形状。设置在传送轴736和小齿轮架746之间的轴承(未示出)允许传送轴736绕传送轴736的轴线旋转。传送轴736具有第一端部和第二端部,第一端部具有形成在其外表面上的第一组离合器齿轮齿754,第二端部具有形成在其外表面上的第二组齿轮齿756。第一端部和第二端部与传送轴736一体地形成,并且可以具有基本上等于传送轴736的直径。或者,第一端部和第二端部可以是外径大于传送轴736的直径的、基本上盘形的主体。第一端部和第二端部可以驱动地联接到传送轴736。类似地,第一组离合器齿轮齿754和第二组齿轮齿756可以直接形成在传送轴736中。如本领域所知,具有轮齿756的第二端部称为太阳齿轮。第二组齿轮齿756与多个驱动小齿轮734接合,第一组离合器齿轮齿754邻近小齿轮架746的第一组离合器齿轮齿748设置。
第二输出齿轮738是围绕传送轴736的一部分同心地设置的齿轮。第二输出齿轮738具有直径大于传送轴736的直径的中心穿孔。第二输出齿轮738是具有第一端部、限定第二输出齿轮738的外径的第二端部和接合部分758的基本上盘形的主体。设置在第二输出齿轮738和壳体之间的轴承允许第二输出齿轮738绕第二输出齿轮738的轴线旋转。第二输出齿轮738的轴线与输入轴732的轴线一致。第一组离合器齿轮齿760形成在与传送轴736的第一组离合器齿轮齿754相邻的第一端部上。第二组齿轮齿762形成在第二端部上。接合部分758形成在第一端部和第二端部中间的第二输出齿轮738中。如图所示,接合部分758是相对于输入轴732倾斜的锥形表面;然而,接合部分758也可以具有任何其他形状。
选择离合器722围绕传送轴736同心地设置。选择离合器722包括形成在其内表面上的一组内离合器环齿764、第一同步器环766和第二同步器环768。第二同步器环768可以是与爪式离合器(dog clutch)结合使用的锥形离合器,其中切换选择离合器722利用扭矩中断切换。应当理解,选择离合器722为不使用同步器的爪式离合器也在本发明的范围内,这要求混合动力传动系700在选择离合器722能够移动之前处于非移动状态。该组内离合器环齿764与传送轴736的第一组离合器齿轮齿754接合。选择离合器722可以按照控制器726的指示沿着输入轴732的轴线滑动移动,同时保持内离合器环齿764和第一组离合器齿轮齿754的接合。设置在形成于选择离合器722中的环形凹部中的换档拨叉770将选择离合器722沿着输入轴732的轴线移动到第一位置、第二位置或空档位置。与换档拨叉770驱动地接合的致动器742被接合,以按照控制器726的指示来定位换档拨叉770。因此,换档拨叉770将选择离合器722定位在第一位置、第二位置或空档位置。在第一位置,选择离合器722与传送轴736的第一组离合器齿轮齿754和小齿轮架746的第一组离合器齿轮齿748驱动地接合。在第二位置,选择离合器722与传送轴736的第一组离合器齿轮齿754和第二输出齿轮738的第一组离合器齿轮齿760驱动地接合。在空档位置,选择离合器722的内离合器环齿764仅与传送轴736的第一组离合器齿轮齿754驱动地接合。应该理解,选择离合器722、离合器齿轮齿754、748、760、764、同步器环766、768以及接合部分750、758可以用允许驱动部件和从动部件选择性接合的任何离合装置替代。
第一同步器环766是邻近小齿轮架746的接合部分750联接到选择离合器722的环形体。第一同步器环766具有第一锥形接合面。或者,第一同步器环766可以具有任何其他形状的接合面。偏置构件(未示出)设置在选择离合器722和第一同步器环766之间,以将第一同步器环766推离选择离合器722。当选择离合器722从第二位置移动到第一位置时,第一锥形接合面接触小齿轮架746的接合部分750。随着选择离合器722朝向输入轴732的第一组离合器齿轮齿748移动,在选择离合器722接合传送轴736的第一组离合器齿轮齿748的同时,并且在选择离合器722接合小齿轮架746的第一组离合器齿轮齿748之前,偏置构件被压缩。
第二同步器环768是邻近第二输出齿轮738的第一端部联接到选择离合器722的环形体。第二同步器环768具有第二锥形接合面。或者,第二同步器环738可以具有任何其他形状的接合面。偏置构件(未示出)设置在选择离合器722和第二同步器环768之间,以将第二同步器环768推离选择离合器722。当选择离合器722从第一位置移动到第二位置时,第二锥形接合面接触第二输出齿轮738的接合部分758。随着选择离合器722朝向第二输出齿轮738的第一组离合器齿轮齿760移动,在选择离合器722接合传送轴736的第一组离合器齿轮齿754的同时,并且在选择离合器722接合第二输出齿轮738的第一组离合器齿轮齿760之前,偏置构件被压缩。
第一输出齿轮740是同心地设置在输入轴732的第二端部内的齿轮。第一输出齿轮740是具有内表面的大致杯形主体,内表面上形成有齿轮齿772。如本领域已知的,第一输出齿轮740被称为齿圈。齿轮齿772与形成在每个驱动小齿轮734的外表面上的齿轮齿接合。第一输出齿轮740包括驱动地联接到其上的输出轴774和第一轮轴驱动小齿轮776。或者,第一输出齿轮740可以与输出轴774一体地形成。输出轴774与输入轴732共线。设置在输出轴774和壳体之间的轴承支撑输出轴774,并允许输出轴774绕输出轴774的轴线旋转。第一轮轴驱动小齿轮776是便于轮轴输出轴774和第一轮轴驱动组件718之间的驱动接合的螺旋锥齿轮;然而,可以理解,也可以使用其它类型的齿轮。
第一轮轴驱动组件718包括第一差速器组件778和第一驱动轮轴780。第一差速器组件778和第一驱动轮轴780至少部分地设置在第一轮轴壳体(未示出)中。第一差速器组件778是现有技术中已知的包括齿圈、差速器壳体、驱动小齿轮和半轴齿轮(side gear)的传统差速器组件。第一差速器组件778的半轴齿轮分别与第一驱动轮轴780的第一轮轴输出轴和第二轮轴输出轴驱动地接合。第一差速器组件778的齿圈与第一轮轴驱动小齿轮776驱动地接合,以便于第一输出齿轮740和差速器组件之间的驱动接合。
第二轮轴驱动组件720包括轮轴间组件782、第二差速器组件784、第二驱动轮轴786和轮轴断开离合器724。第二差速器组件784、第二驱动轮轴786和轮轴断开离合器724至少部分地设置在第二轮轴壳体(未示出)中。轮轴间组件782包括与第二输出齿轮738驱动地接合的齿轮轴788、与齿轮轴788驱动地接合的万向节轴790、以及与万向节轴790驱动地接合的第二轮轴驱动小齿轮792。第二差速器组件784是现有技术中已知的包括齿圈、差速器壳体、驱动小齿轮和半轴齿轮的传统差速器组件。第二差速器组件784的半轴齿轮分别与第二驱动轮轴786的第一轮轴输出轴和第二轮轴输出轴驱动地接合。第二差速器组件784的齿圈与轮轴间组件782驱动地接合,以便于第二输出齿轮738和第二差速器组件784之间的驱动地接合。第二驱动轮轴786包括第一轮轴输出轴和第二轮轴输出轴。通过脱开轮轴断开离合器724,第一轮轴输出轴和第二轮轴输出轴中的一个可以被分成两部分。通过脱开轮轴断开离合器724,当混合动力串联轮轴驱动单元706被置于单轮轴操作模式时,可防止轮轴间组件782和第二差速器组件784被反向驱动。
在使用中,通过控制主离合器710、选择离合器722和轮轴断开离合器724,可以在与混合动力传动系700的其余部分接合和不接合的情况下进行驱动和充电。混合动力传动系700是并联变速器后混合动力传动系,其允许串联轮轴驱动单元706以多种模式操作,如下所述。电动发电机714直列放置在混合动力传动系中,并且可以用于为动力源702提供动力或补充动力源702以加力,或用于通过将扭矩施加到行星驱动单元716或经由行星驱动单元716从驱动轮轴180、786接收扭矩来经由混合动力传动系700恢复制动能量。电动发电机714提供以下益处:发动机小型化、通过在较窄频带内操作动力源702来提高效率(允许电动发电机714提供加速灵活性)、变速器704中的齿轮传动装置减少、可追溯性增加以及双速带电轮轴的功能增加,这增加了具有位于行星驱动单元716前面的电动发电机714的混合动力传动系700的性能。此外,应当理解,通过增加电动发电机714、控制器726和电池728,可以改造传统的传动系以形成混合动力传动系700。还应当理解,混合动力传动系700可以被构造成能实施提高混合动力传动系700的效率的技术,例如但不限于经由燃料切断的动力源702的一部分的按需汽缸停用。
图8是根据本发明的另一实施例的混合动力传动系800的示意性样式图。混合动力传动系800包括动力源802、变速器804和混合动力串联轮轴驱动单元894,混合动力串联轮轴驱动单元894包括第一轮轴驱动组件818和第二轮轴驱动组件820。动力源802与变速器804的输入驱动地接合。混合动力串联轮轴驱动单元894例如通过万向节轴808与变速器804的输出驱动地接合。混合动力传动系800类似于图7所示的混合动力传动系700,不同的是,图8所示的混合动力传动系800包括混合动力串联轮轴驱动单元706的变型。混合动力传动系800包括位于行星驱动单元816之后的电动发电机814,并且提供混合动力传动系800在仅单一操作速度下的操作。图8所示的本发明的变型包括与图7所示的混合动力传动系700类似的部件。图8所示的变型的类似特征以类似的顺序编号。根据图8和图7所示的混合动力传动系700,本领域技术人员可以理解图8所示的变型的不同的和附加的特征。
混合动力串联轮轴驱动单元894通过万向节轴808与变速器804驱动地接合。混合动力串联轮轴驱动单元894包括行星驱动单元816、电动发电机814、第一轮轴驱动组件818和第二轮轴驱动组件820。混合动力串联轮轴驱动单元894被构造成根据行星驱动单元816的选择离合器822的位置而被置于至少两种操作模式。在第一操作模式下,混合动力串联轮轴驱动单元894以高扭矩双轮轴模式操作。在第二操作模式下,混合动力串联轮轴驱动单元894以低扭矩单轮轴模式操作。如图8所示,混合动力传动系800包括可选的轮轴断开离合器824,该轮轴断开离合器824形成第二轮轴驱动组件820的一部分。
电动发电机814与行星驱动单元816的第一输出齿轮840的输出轴874驱动地接合。电动发电机814与控制器826和电池828电连通。应当理解,电动发电机814或本文所述的任何其他电动发电机可以并入混合动力传动系800的齿轮箱、变速器或其他传动系部件中。根据使用控制器826对电动发电机814的电控制,电动发电机814可以向与其驱动地接合的输出轴874施加力或延迟该输出轴874。
图9是根据本发明的另一实施例的混合动力传动系900的示意性样式图。混合动力传动系900包括动力源902、变速器904和混合动力串联轮轴驱动单元996,混合动力串联轮轴驱动单元996包括第一轮轴驱动组件918和第二轮轴驱动单元组件920。动力源902与变速器904的输入驱动地接合。混合动力串联轮轴驱动单元996例如通过万向节轴908与变速器904的输出驱动地接合。混合动力传动系900类似于图7所示的混合动力传动系700,不同的是,图9所示的混合动力传动系900包括混合动力串联轮轴驱动单元706的变型。图9所示的本发明的变型包括与图7所示的混合动力传动系700类似的部件。图9所示的变型的类似特征以类似的顺序编号。根据图9和图7所示的混合动力传动系700,本领域技术人员可以理解图9所示的变型的不同和附加特征。
混合动力串联轮轴驱动单元996通过万向节轴908与变速器904驱动地接合。混合动力串联轮轴驱动单元996包括行星驱动单元916、第一轮轴驱动组件918、电动发电机914和第二轮轴驱动组件920。混合动力串联轮轴驱动单元996被构造成根据行星驱动单元916的选择离合器922的位置而被置于至少两种操作模式。在第一操作模式下,混合动力串联轮轴驱动单元996以高扭矩双轮轴模式操作。在第二操作模式下,混合动力串联轮轴驱动单元996以低扭矩单轮轴模式操作。如图9所示,混合动力传动系900包括可选的轮轴断开离合器924,该轮轴断开离合器924形成第二轮轴驱动组件920的一部分。
电动发电机914与第二轮轴驱动组件920的轮轴间组件982的齿轮轴988驱动地接合。电动发电机914与控制器926和电池928电连通。应当理解,电动发电机914或本文所述的任何其他电动发电机可以并入混合动力传动系900的齿轮箱、变速器或其他传动系部件中。根据使用控制器926对电动发电机914的电控制,电动发电机914可以向与其驱动地接合的齿轮轴988施加力或延迟该齿轮轴988。
图10是根据本发明的另一实施例的混合动力传动系1000的示意性样式图。混合动力传动系1000包括动力源1002、变速器1004和混合动力串联轮轴驱动单元1098,混合动力串联轮轴驱动单元1098包括第一轮轴驱动组件1018和第二轮轴驱动组件1020。动力源1002与变速器1004的输入驱动地接合。混合动力串联轮轴驱动单元1098例如通过万向节轴1008与变速器1004的输出驱动地接合。混合动力传动系1000类似于图7所示的混合动力传动系700,不同的是,图10所示的混合动力传动系1000包括混合动力串联轮轴驱动单元706的变型。图10所示的本发明的变型包括与图7所示的混合动力传动系700类似的部件。图10所示的变型的类似特征以类似的顺序编号。根据图10和图7所示的混合动力传动系700,本领域技术人员可以理解图10所示的变型的不同的和附加的特征。
混合动力串联轮轴驱动单元1098通过万向节轴1008与变速器1004驱动地接合。混合动力串联轮轴驱动单元1098包括行星驱动单元1016、第一轮轴驱动组件1018、电动发电机1014和第二轮轴驱动组件1020。混合动力串联轮轴驱动单元1098被构造成根据行星驱动单元1016的选择离合器1022的位置而被置于至少两种操作模式。在第一操作模式下,混合动力串联轮轴驱动单元1098以高扭矩双轮轴模式操作。在第二操作模式下,混合动力串联轮轴驱动单元1098以低扭矩单轮轴模式操作。如图10所示,混合动力传动系1000包括可选的轮轴断开离合器1024,该轮轴断开离合器1024形成第二轮轴驱动组件1020的一部分。
电动发电机1014与第二轮轴驱动组件1020的轮轴间组件1082的第二轮轴驱动小齿轮1092驱动地接合。电动发电机1014与控制器1026和电池1028电连通。应当理解,电动发电机1014或本文所述的任何其他电动发电机可以并入混合动力传动系1000的齿轮箱、变速器或其他传动系部件中。根据使用控制器1026对电动发电机1014进行的电控制,电动发电机1014可以向与其驱动地接合的第二轮轴驱动小齿轮1092施加力或延迟该第二轮轴驱动小齿轮1092。
在使用中,混合动力传动系700、800、900、1000可以在多个操作模式下操作。混合动力传动系700、800、900、1000可以在全电模式、混合动力模式、再生/制动模式、充电模式和直接驱动模式下操作。此外,应当理解,下文中关于混合动力传动系700、800、900、1000描述的操作模式可以在必要时被适配,以利用每个模式的架构来在全电模式(如果适用)、混合动力模式、再生/制动模式、充电模式和直接驱动模式下操作。
在全电模式下,主离合器710、810、910、1010被置于脱开位置,电池728、828、928、1028用作车辆的混合动力传动系700、800、900、1000的唯一动力源。在全电模式下,混合动力串联轮轴驱动单元706、894、996、1098、电动发电机714、814、914、1014向混合动力传动系700、800、900、1000施加力,根据选择离合器722、822、922、1022的位置和电动发电机714、814、914、1014的位置引起驱动轮轴780、786、880、886、980、986、1080、1086中的至少一个旋转,从而推动车辆。响应于来自控制器726、826、926、1026的通信,主离合器710、810、910、1010被脱开,并且选择离合器722、822、922、1022的位置被确定为在全电模式下对混合动力传动系700、800、900、1000进行操作。
在混合动力模式下,主离合器710、810、910、1010被置于接合位置,电池728、828、928、1028和动力源702、802、902、1002用作混合动力传动系700、800、900、1000的组合动力源。在混合动力模式下,除了动力源702、802、902、1002之外,电动发电机714、814、914、1014可以向混合动力传动系700、800、900、1000施加力以推进车辆。当电动发电机714、814、914、1014和动力源702、802、902、1002在混合动力模式下使用时,主离合器710、810、910、1010被置于接合位置,电动发电机714、814、914、1014和动力源702、802、902、1002响应于与控制器726、826、926、1026的通信,向混合动力传动系700、800、900、1000施加力,根据选择离合器722、822、922、1022的位置和电动发电机714、814、914、1014的位置引起驱动轮轴780、786、880、886、980、986、1080、1086中的至少一个旋转。
在再生/制动模式下,电动发电机714、814、914、1014用于延迟车辆的混合动力传动系700、800、900、1000,以便于将车辆的动能捕获为将存储在电池728、828、928、1028中的电功率。再生/制动模式可以用于辅助常规制动***,或者可以用于在下坡时调节车辆的速度。当电动发电机714、814、914、1014在再生/制动模式下使用时,选择离合器722、822、922、1022被置于有助于驱动轮轴780、786、880、886、980、986、1080、1086中的至少一个与电动发电机714、814、914、1014之间的驱动接合的位置,并且主离合器710、810、910、1010可以被置于脱开状态(应当理解,除了再生/制动模式之外,还可以使用或不使用利用动力源702、802、902、1002的发动机制动),并且电动发电机714、814、914、1014延迟混合动力传动系700、800、900、1000以将动能捕获为电功率。
在充电模式下,动力源702、802、902、1002和第一电动发电机714、814、914、1014用于对电池728、828、928、1028充电。应当理解,当车辆静止时(仅适用于图7所示的本发明的实施例),或者当动力源702、802、902、1002正在通过混合动力传动系700、800、900、1000推动车辆时,可以使用充电模式。在充电模式下,选择离合器722、822、922、1022被置于有助于驱动轮轴780、786、880、886、980、986、1080、1086中的至少一个与电动发电机714、814、914、1014之间的驱动接合的位置,并且主离合器710、810、910、1010被置于接合状态,从而允许动力源702、802、902、1002和电动发电机714、814、914、1014对电池728、828、928、1028充电。
在直接驱动模式下,电动发电机714、814、914、1014不用于推进车辆。应当理解,当电池728、828、928、1028的电荷水平不允许在全电或混合动力模式下操作时,可以使用直接驱动模式。在直接驱动模式下,主离合器710、810、910、1010被置于接合位置,选择离合器722、822、922、1022被置于便于驱动轮轴780、786、880、886、980、986、1080、1086中的至少一个与变速器704、804、904、1004之间的驱动接合的位置,并且响应于与控制器726、826、926、1026的通信,动力源702、802、902、1002向混合动力传动系700、800、900、1000施加力(电动发电机714、814、914、1014,取决于实施例)以推进车辆。
根据专利法的规定,已经在被认为代表其优选实施例的内容中描述了本发明,但是应当注意,在不脱离本发明的范围或精神的情况下,本发明可以以不同于具体示出和描述的方式实施。

Claims (12)

1.一种混合动力传动系,包括:
动力源;
变速器,其包括主离合器,所述变速器仅通过所述主离合器与所述动力源驱动地接合;
包括第一轮轴和第二轮轴的串联轮轴组件,所述串联轮轴组件与所述变速器驱动地接合,
其中,所述变速器包括第一行星齿轮组,所述第一行星齿轮组包括全部驱动连接的齿轮架部分、太阳齿轮部分和齿圈部分,其中,所述齿轮架部分连接至所述主离合器,
其中,所述齿圈部分连接至第一电动发电机、齿轮箱、随后是串联轮轴组件,
其中,所述太阳齿轮部分连接至第二电动发电机,
其中,所述第一电动发电机、所述第二电动发电机和所述主离合器有助于将所述混合动力传动系操作为在全电模式、混合动力模式和再生制动模式中的至少一个操作模式下的混合动力传动系,
其中,所述第二轮轴包括轮轴断开离合器,当所述变速器和所述第二电动发电机两者都在所述模式下使用时,所述轮轴断开离合器和所述主离合器响应于全电模式或混合动力模式放置在接合位置中,并且响应于再生制动模式放置在脱开位置中。
2.根据权利要求1所述的混合动力传动系,还包括在所述第一电动发电机和所述齿轮箱部分之间的第二离合器。
3.根据权利要求1所述的混合动力传动系,其中,有电池和控制器连接至所述第一电动发电机和所述第二电动发电机。
4.根据权利要求3所述的混合动力传动系,其中,所述变速器和所述串联轮轴中的一个还包括与所述电池电连通的第三电动发电机。
5.根据权利要求1所述的混合动力传动系,其中,所述串联轮轴组件还包括选择离合器,所述选择离合器连接至所述齿轮箱。
6.根据权利要求5所述的混合动力传动系,其中,所述串联轮轴组件具有电轮轴驱动单元,带有位于所述选择离合器之前的第二行星齿轮组。
7.根据权利要求1所述的混合动力传动系,其中,所述主离合器的一部分是用于所述变速器的输入,所述齿轮箱的一部分是用于所述变速器的输出。
8.根据权利要求2所述的混合动力传动系,其中,所述第二离合器与所述第一电动发电机和所述齿轮箱驱动地接合。
9.根据权利要求1所述的混合动力传动系,其中,所述串联轮轴具有第一工作模式,其中所述第一和第二轮轴两者都被驱动。
10.根据权利要求1所述的混合动力传动系,其中,所述串联轮轴具有第二工作模式,其中只有单个轮轴被驱动。
11.根据权利要求1所述的混合动力传动系,其中,所述第一电动发电机和第二电动发电机选择性地依次驱动串联轮轴。
12.根据权利要求4所述的混合动力传动系,其中,所述第三电动发电机选择性地驱动串联轮轴。
CN201680071673.3A 2015-12-07 2016-12-07 具有混合动力动力系和双范围断开轮轴的商用车辆的分布式传动系架构 Active CN108473042B (zh)

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