具有鐵氧體磁鐵電機(jī)的多模式電動(dòng)可變變速器及操作方法
【專利摘要】一種混合動(dòng)力車輛，包括內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)、鐵氧體磁鐵電機(jī)和稀土磁鐵電機(jī)。當(dāng)車輛以穩(wěn)定速度巡航時(shí)，變速器的電動(dòng)可變變速器模式配置稀土磁鐵電機(jī)構(gòu)，以給鐵氧體磁鐵電機(jī)提供反作用力，使得鐵氧體磁鐵電機(jī)在高速度/低扭矩條件下操作，從而將鐵氧體磁鐵電機(jī)中的扭矩相關(guān)損失最小化。當(dāng)車輛在較高速度加速時(shí)，第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)給鐵氧體磁鐵電機(jī)提供反作用扭矩，以消除鐵氧體磁鐵電機(jī)中的扭矩相關(guān)損失。
【專利說(shuō)明】具有鐵氧體磁鐵電機(jī)的多模式電動(dòng)可變變速器及操作方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體涉及用于混合動(dòng)力車輛的動(dòng)力總成，以及涉及操作該動(dòng)力總成的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]車輛包括動(dòng)力總成，該動(dòng)力總成可包括電量維持或電量耗盡(CS/CD)混合動(dòng)力推進(jìn)構(gòu)造(其可或可不設(shè)計(jì)為從外部電源，即混合動(dòng)力系統(tǒng)中的插頭接收電池充電功率)或增程型純電動(dòng)推進(jìn)構(gòu)造，以推進(jìn)車輛。在任一配置中，動(dòng)力總成包括內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)可變變速器，電動(dòng)可變變速器包括第一電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)和第二電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)。在增程型電動(dòng)車輛(EREV)中使用的增程型純電動(dòng)配置必須能夠僅以電池功率來(lái)推進(jìn)車輛，直到耗盡電池電量。在那時(shí)，其轉(zhuǎn)換為與傳統(tǒng)的混合動(dòng)力車輛類似的操作策略，在傳統(tǒng)的混合動(dòng)力車輛中，在一些驅(qū)動(dòng)條件期間，發(fā)動(dòng)機(jī)操作以提供驅(qū)動(dòng)功率，并維持電池的充電狀態(tài)。CS/⑶混合動(dòng)力配置一般需要發(fā)動(dòng)機(jī)操作，以提供全部車輛功率，并且，CS/CD被設(shè)計(jì)為能夠僅在低功率下，以電動(dòng)車輛操作。在任一配置中，車輛推進(jìn)力可來(lái)自于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)、第一電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)、第二電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)中的任一個(gè)或?yàn)樗鼈兊娜我唤M合。任一配置也能夠在發(fā)動(dòng)機(jī)操作時(shí)通過(guò)將一個(gè)或兩個(gè)電機(jī)都作為發(fā)電機(jī)操作，來(lái)將電池充電。與利用純電動(dòng)推進(jìn)配置的車輛相比，混合動(dòng)力推進(jìn)配置一般需要較大的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，并且使用更小的電池。例如，利用純電動(dòng)推進(jìn)配置的小客車可包括具有大于100KW的功率輸出的電池，而利用混合動(dòng)力推進(jìn)配置的車輛可僅需要具有在30至40KW之間的功率輸出的電池。額外可用的電池功率可被用于減少?gòu)陌l(fā)動(dòng)機(jī)所需的功率，以提供相同的車輛性能。
[0003]不同的推進(jìn)系統(tǒng)之間的不同的操作策略導(dǎo)致電機(jī)/發(fā)電機(jī)的明顯不同的使用。例如，純電動(dòng)推進(jìn)配置的電機(jī)/發(fā)電機(jī)在作為電動(dòng)車輛操作期間趨向于以較高速度和較高功率操作，而混合動(dòng)力推進(jìn)配置的電機(jī)/發(fā)電機(jī)趨向于以較低速度和較低功率操作。此外，通常，在純電動(dòng)推進(jìn)配置中的一個(gè)或兩個(gè)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)需要高扭矩能力，以提供足夠的前進(jìn)和倒退爬坡能力性能。需要來(lái)自電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的高扭矩趨向于降低電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)在高速度情況下的功率和效率。因此，純電動(dòng)推進(jìn)配置和混合動(dòng)力推進(jìn)配置一般采用不同的變速器功率流，并且利用不同的電機(jī)。
[0004]通常，混合電動(dòng)可變變速器包括強(qiáng)稀土永磁電機(jī)，或大的感應(yīng)電機(jī)，以達(dá)到期望的效率。稀土磁鐵是昂貴的，因此增加了稀土永磁電機(jī)的成本，而感應(yīng)電機(jī)則是較大的，且需要額外的包裝空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]提供一種用于混合動(dòng)力車輛的動(dòng)力總成。該動(dòng)力總成包括鐵氧體磁鐵電機(jī)、稀土磁鐵電機(jī)、內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)以及變速器。變速器包括配置為將扭矩傳遞至車輛的至少一個(gè)車輪的輸出部。第一行星齒輪組連接至輸出部、鐵氧體磁鐵電機(jī)以及內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。第二行星齒輪組連接至輸出部和稀土磁鐵電機(jī)。第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)選擇地接合及脫離第二行星齒輪組。當(dāng)?shù)谝慌ぞ貍鬟f機(jī)構(gòu)被接合時(shí)，第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)將第二行星齒輪組連接至固定構(gòu)件，因此提供反作用扭矩。第二扭矩傳遞機(jī)構(gòu)選擇地連接及分離鐵氧體磁鐵電機(jī)和第二行星齒輪的連接至稀土磁鐵電機(jī)的節(jié)點(diǎn)之間的扭矩傳遞。變速器可以固定齒輪模式以及兩種電動(dòng)可變變速器模式操作。當(dāng)以固定齒輪模式時(shí)，第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)和第二扭矩傳遞機(jī)構(gòu)二者都被接合，并且內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)被操作。當(dāng)以固定齒輪模式操作時(shí)，來(lái)自固定構(gòu)件的被傳遞通過(guò)第一和第二扭矩傳遞機(jī)構(gòu)的反作用扭矩允許鐵氧體磁鐵電機(jī)處于零扭矩的狀態(tài)，消除了鐵氧體磁鐵電機(jī)中的扭矩相關(guān)損失。第一電動(dòng)可變變速器模式主要用于車輛前進(jìn)以及高加速度。當(dāng)以第一電動(dòng)可變變速器模式時(shí)，第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)被接合，第二矩傳遞機(jī)構(gòu)被脫離，并且內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)操作。當(dāng)以第一電動(dòng)可變變速器模式操作時(shí)，車輛前進(jìn)扭矩主要由稀土磁鐵電機(jī)提供。第二電動(dòng)可變變速器模式主要用于低加速度和在高速度下的恒定速度。當(dāng)以第二電動(dòng)可變變速器模式時(shí)，第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)被脫離，第二扭矩傳遞機(jī)構(gòu)被接合，并且內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)操作。當(dāng)以第二電動(dòng)可變變速器模式操作時(shí)，稀土磁鐵電機(jī)向發(fā)動(dòng)機(jī)提供大部分反作用扭矩，以使得鐵氧體磁鐵電機(jī)在高速度/低扭矩條件下操作，從而將鐵氧體磁鐵電機(jī)中的扭矩相關(guān)損失最小化。
[0006]還提供了用于具有內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的混合動(dòng)力車輛的變速器。該變速器包括鐵氧體磁鐵電機(jī)，其選擇地操作以提供扭矩，從而驅(qū)動(dòng)混合動(dòng)力車輛；以及稀土磁鐵電機(jī)，其選擇地操作以提供扭矩，從而驅(qū)動(dòng)混合動(dòng)力車輛。輸出部配置為將扭矩傳遞至車輛的至少一個(gè)車輪。第一行星齒輪組連接至輸出部和鐵氧體磁鐵電機(jī)。第二行星齒輪組連接至輸出部和稀土磁鐵電機(jī)。第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)選擇地將第二行星齒輪組連接至固定構(gòu)件和與固定構(gòu)件分離。當(dāng)?shù)谝慌ぞ貍鬟f機(jī)構(gòu)被接合時(shí)，第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)向第二行星齒輪組提供反作用扭矩。第二扭矩傳遞機(jī)構(gòu)選擇地連接和分離鐵氧體磁鐵電機(jī)和第二行星齒輪的連接至稀土磁鐵電機(jī)的節(jié)點(diǎn)之間的扭矩傳遞。當(dāng)以第一電動(dòng)可變變速器模式時(shí)，第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)被接合，第二矩傳遞機(jī)構(gòu)被脫離，并且內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)操作。當(dāng)以第一電動(dòng)可變變速器模式操作時(shí)，車輛前進(jìn)扭矩主要由稀土磁鐵電機(jī)提供。變速器可以第二電動(dòng)可變變速器模式操作，其中第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)被脫離，并且第二扭矩傳遞機(jī)構(gòu)被接合。當(dāng)車輛以穩(wěn)定的速度巡航并且以第二電動(dòng)可變變速器模式操作時(shí)，稀土磁鐵電機(jī)給發(fā)動(dòng)機(jī)提供大部分反作用扭矩，以使得鐵氧體磁鐵電機(jī)在高速度/低扭矩條件下操作，以將鐵氧體磁鐵電機(jī)中的扭矩相關(guān)損失最小化。
[0007]還提供一種控制具有內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)、稀土磁鐵電機(jī)和鐵氧體磁鐵電機(jī)的混合動(dòng)力車輛的動(dòng)力總成的方法。該方法包括:接合內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，以給變速器的輸出部提供扭矩。當(dāng)車輛在較高速度下加速時(shí)，執(zhí)行變速器的固定齒輪模式。在車輛以穩(wěn)定速度巡航時(shí)，其中內(nèi)燃機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度小于輸出部的旋轉(zhuǎn)速度，稀土磁鐵電機(jī)以低或負(fù)旋轉(zhuǎn)速度操作，并且鐵氧體磁鐵電機(jī)以比輸出部的旋轉(zhuǎn)速度高的旋轉(zhuǎn)速度操作，則執(zhí)行電動(dòng)可變變速器模式。執(zhí)行固定齒輪模式包括接合第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)，以給第二行星齒輪組提供反作用扭矩；以及接合第二扭矩傳遞機(jī)構(gòu)，以允許鐵氧體磁鐵電機(jī)和固定構(gòu)件之間的通過(guò)第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)的扭矩傳遞。來(lái)自固定構(gòu)件的反作用扭矩允許鐵氧體磁鐵電機(jī)以零扭矩的狀態(tài)操作，消除了鐵氧體磁鐵電機(jī)中的扭矩相關(guān)損失。執(zhí)行第二電動(dòng)可變變速器模式包括脫離第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)，以及接合第二扭矩傳遞機(jī)構(gòu)，以允許鐵氧體磁鐵電機(jī)和稀土磁鐵電機(jī)之間的扭矩傳遞。脫離第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)以及接合第二扭矩傳遞機(jī)構(gòu)允許稀土磁鐵電機(jī)給發(fā)動(dòng)機(jī)提供大部分反作用扭矩，以使鐵氧體磁鐵電機(jī)在高速度/低扭矩條件下操作，從而將扭矩相關(guān)損失最小化。
[0008]鐵氧體磁鐵電機(jī)趨向于具有與稀土磁鐵電機(jī)相比較聞的扭矩相關(guān)損失，以及與稀土磁鐵電機(jī)相比較低的速度相關(guān)損失。動(dòng)力總成被設(shè)計(jì)為允許稀土磁鐵電機(jī)不論單獨(dú)地，還是與內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)組合，都提供大部分電動(dòng)產(chǎn)生的扭矩，以驅(qū)動(dòng)車輛，并且使用鐵氧體磁鐵電機(jī)在需要時(shí)補(bǔ)充功率。當(dāng)作為電動(dòng)車輛操作，其中發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉時(shí)，接合第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)以為第二行星齒輪組提供反作用扭矩允許稀土磁鐵電機(jī)推進(jìn)車輛，消除了鐵氧體磁鐵電機(jī)的扭矩相關(guān)損失，并且使得鐵氧體磁鐵電機(jī)適合用作補(bǔ)充電機(jī)。當(dāng)在發(fā)動(dòng)機(jī)開啟的情況下加速車輛時(shí)，車輛可以固定齒輪模式操作，其中鐵氧體磁鐵電機(jī)處于零扭矩狀態(tài)。當(dāng)車輛以穩(wěn)定速度巡航時(shí)，稀土磁鐵電機(jī)給發(fā)動(dòng)機(jī)提供大部分反作用扭矩，以將鐵氧體磁鐵電機(jī)的扭矩相關(guān)損失最小化，由此使得鐵氧體磁鐵電機(jī)適合用作補(bǔ)充電機(jī)。因此，該控制混合動(dòng)力車輛的動(dòng)力總成的方法允許使用一個(gè)鐵氧體磁鐵電機(jī)和僅一個(gè)稀土磁鐵電機(jī)，因此減少了動(dòng)力總成的制造成本，同時(shí)仍然在混合動(dòng)力總成中保持了高效率。
[0009]當(dāng)結(jié)合附圖理解時(shí)，通過(guò)以下對(duì)用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最好方式的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)，以及其他特征和優(yōu)點(diǎn)變得顯而易見(jiàn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為車輛的在固定齒輪模式中的動(dòng)力總成的杠桿示意圖；
[0011]圖2為在電動(dòng)可變變速器模式中的動(dòng)力總成的杠桿示意圖；
[0012]圖3為在電動(dòng)車輛模式中的動(dòng)力總成的杠桿示意圖；
[0013]圖4為示出了在車輛作為混合動(dòng)力車輛操作時(shí)，動(dòng)力總成的不同操作模式的曲線圖；
[0014]圖5為示出了在車輛作為增程型電動(dòng)車輛操作時(shí)，動(dòng)力總成的不同操作模式的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，諸如“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“頂部”、“底
部”等術(shù)語(yǔ)用于描述附圖，并且不表示對(duì)如所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明范圍的限制。
[0016]參考附圖，其中相似的數(shù)字表示遍及幾個(gè)視圖的相似部分，動(dòng)力總成總體被示為
20。動(dòng)力總成20用于混合動(dòng)力車輛，其中內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)22和至少一個(gè)電機(jī)24、26的組合用于驅(qū)動(dòng)車輛；或者用于增程型電動(dòng)車輛，所述增程型電動(dòng)車輛能夠作為純電動(dòng)車輛操作，其中至少一個(gè)電機(jī)24、26用于驅(qū)動(dòng)車輛，直到將電池能量消耗至預(yù)定水平。
[0017]參考圖1至3,以杠桿示意圖形式示出了動(dòng)力總成20。杠桿示意圖為諸如自動(dòng)變速器30的機(jī)械裝置的部件的示意圖。每一個(gè)單獨(dú)的杠桿表示行星齒輪組或外部齒輪組。在行星齒輪組杠桿中，行星齒輪的三個(gè)基本機(jī)械部件每一個(gè)由節(jié)點(diǎn)表示。因此，單個(gè)行星齒輪組杠桿包括三個(gè)節(jié)點(diǎn):一個(gè)用于太陽(yáng)齒輪(sun gear)構(gòu)件,一個(gè)用于行星齒輪架構(gòu)件，以及一個(gè)用于環(huán)形齒輪構(gòu)件。每一個(gè)行星齒輪組杠桿的節(jié)點(diǎn)之間的相對(duì)長(zhǎng)度可用于表示每一個(gè)相應(yīng)齒輪組的環(huán)形齒輪對(duì)太陽(yáng)齒輪的比率。這些杠桿比率繼而用于改變變速器30的齒輪比，以實(shí)現(xiàn)合適的比率和遞進(jìn)比。多個(gè)行星齒輪組的節(jié)點(diǎn)之間的機(jī)械結(jié)合部或互相連接部由細(xì)的水平線示出，并且諸如離合器和制動(dòng)器的扭矩傳遞裝置被顯示為交叉的指狀物。如果裝置為制動(dòng)器，則一組指狀物被固接。具有固接的樞軸點(diǎn)的垂直虛線表示外部齒輪組。該桿桿示意圖的形式、目的和使用的進(jìn)一步說(shuō)明，請(qǐng)參見(jiàn)由Benford、Howard和Leising、Maurice 于 1981 年在 SAE Paper810102 上所著的 “The Lever Analogy: A New Tool inTransmission30Analysis”,其以引用的方式完全并入本文中。
[0018]參考圖1至3，動(dòng)力總成20包括第一電機(jī)，以下稱為鐵氧體磁鐵電機(jī)24 ;第二電機(jī)，以下稱為稀土磁鐵電機(jī)26 ；內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)22 ；以及變速器30。鐵氧體磁鐵電機(jī)24和稀土磁鐵電機(jī)26中的每一個(gè)連接至變速器30的一部分或結(jié)合在變速器30的一部分中。內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)22也連接至變速器30。變速器30選擇地使鐵氧體磁鐵電機(jī)24、稀土磁鐵電機(jī)26和內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)22相互連接，以提供不同的操作模式。內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)22可包括任何合適尺寸及/或構(gòu)造的發(fā)動(dòng)機(jī)22,例如汽油發(fā)動(dòng)機(jī)或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0019]動(dòng)力總成20可進(jìn)一步包括電池28和控制器32，其每一個(gè)都連接至鐵氧體磁鐵電機(jī)24和稀土磁鐵電機(jī)26 二者。電池28給鐵氧體磁鐵電機(jī)24和稀土磁鐵電機(jī)26 二者提供功率，或從二者接收功率。因此，可將鐵氧體磁鐵電機(jī)24和稀土磁鐵電機(jī)26中的每一個(gè)限定為電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)。控制器32控制鐵氧體磁鐵電機(jī)24和稀土磁鐵電機(jī)26的操作,并且也可進(jìn)一步控制變速器30的操作。替代地，動(dòng)力總成20可包括專用變速器控制器，用于控制變速器30的操作。控制器32配置為控制電池28、鐵氧體磁鐵電機(jī)24和稀土磁鐵電機(jī)26之間的功率流。
[0020]變速器30包括輸出部34，其將扭矩傳至車輛的至少一個(gè)車輪。第一行星齒輪組36布置為與輸出部34、鐵氧體磁鐵電機(jī)24和內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)22扭矩傳遞連接。第二行星齒輪組38布置為與輸出部34和稀土磁鐵電機(jī)26扭矩傳遞連接。第一行星齒輪組36和第二行星齒輪組38每一個(gè)分別針對(duì)鐵氧體磁鐵電機(jī)24和稀土磁鐵電機(jī)26提供到輸出部34的獨(dú)立的固定比率路徑。
[0021]變速器30還包括第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)40和第二扭矩傳遞機(jī)構(gòu)42。附加地，變速器30還可包括第三扭矩傳遞機(jī)構(gòu)44。如果所需的電動(dòng)性能水平低，則可省略第三扭矩傳遞機(jī)構(gòu)44，并且在所需的電動(dòng)性能水平高時(shí)，可包括第三扭矩傳遞機(jī)構(gòu)44。第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)40選擇地接合及脫離第二行星齒輪組38。當(dāng)?shù)谝慌ぞ貍鬟f機(jī)構(gòu)40被接合時(shí)，第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)40給第二行星齒輪組38提供反作用扭矩，以允許稀土磁鐵電機(jī)26通過(guò)第二行星齒輪組38將全部功率傳送至輸出部34。第二扭矩傳遞機(jī)構(gòu)42選擇地連接及斷開鐵氧體磁鐵電機(jī)24和第二行星齒輪組38，由此連接及斷開鐵氧體磁鐵電機(jī)24和稀土磁鐵電機(jī)。第三扭矩傳遞機(jī)構(gòu)44選擇地接合及脫離第一行星齒輪組36。當(dāng)關(guān)閉內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)22，即其不運(yùn)轉(zhuǎn)并且處于零速度時(shí)，以及當(dāng)?shù)谌ぞ貍鬟f機(jī)構(gòu)44被接合時(shí)，第三扭矩傳遞機(jī)構(gòu)44給第一行星齒輪組36提供反作用扭矩，以允許鐵氧體磁鐵電機(jī)24通過(guò)第一行星齒輪組36將全部功率傳送至輸出部34。
[0022]第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)40、第二扭矩傳遞機(jī)構(gòu)42和第三扭矩傳遞機(jī)構(gòu)44可每一個(gè)包括但不限于離合器，例如旋轉(zhuǎn)摩擦離合器、單向離合器(one-way clutch)、齒式離合器(adog clutch)或一些其他類似的扭矩傳遞機(jī)構(gòu)中的一個(gè)。此外,第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)40、第二扭矩傳遞機(jī)構(gòu)42和第三扭矩傳遞機(jī)構(gòu)44可每一個(gè)連接至固定構(gòu)件，以限定制動(dòng)器。如圖所示，第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)40和第三扭矩傳遞機(jī)構(gòu)44每一個(gè)連接至固定構(gòu)件，以限定制動(dòng)器。[0023]參考圖1，當(dāng)車輛在高速度下加速或以適度的高負(fù)荷操作時(shí)，變速器30可以固定齒輪模式操作。當(dāng)變速器30以固定齒輪模式操作時(shí)，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)22操作，第三扭矩傳遞機(jī)構(gòu)44被脫離，第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)40被接合，并且第二扭矩傳遞機(jī)構(gòu)42被接合。當(dāng)變速器30在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)22操作即運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下以固定齒輪模式布置時(shí)，則稀土磁鐵電機(jī)26可用于給輸出部34提供功率，或?qū)㈦姵?8充電，并且鐵氧體磁鐵電機(jī)24被鎖定，以消除鐵氧體磁鐵電機(jī)24中的扭矩相關(guān)損失。
[0024]參考圖2，當(dāng)車輛在穩(wěn)定狀態(tài)條件下巡航或以高負(fù)荷下加速時(shí)，變速器30可以電動(dòng)可變變速器模式操作。當(dāng)車輛在穩(wěn)定狀態(tài)條件下巡航時(shí)，動(dòng)力總成20通常在過(guò)驅(qū)動(dòng)條件下，其中內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)22的旋轉(zhuǎn)速度小于輸出部34的旋轉(zhuǎn)速度，稀土磁鐵電機(jī)26的旋轉(zhuǎn)速度低或?yàn)樨?fù)，并且鐵氧體磁鐵電機(jī)24的旋轉(zhuǎn)速度大于輸出部34的旋轉(zhuǎn)速度。當(dāng)變速器30以電動(dòng)可變變速器模式操作時(shí)，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)22操作，即運(yùn)轉(zhuǎn)，第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)40被脫離，第二扭矩傳遞機(jī)構(gòu)42被接合，并且第三扭矩傳遞機(jī)構(gòu)44被脫離。當(dāng)變速器30在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)22操作即運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下以電動(dòng)可變變速器模式布置時(shí)，控制稀土磁鐵電機(jī)26，以提供大部分反作用扭矩至發(fā)動(dòng)機(jī)22，由此允許鐵氧體磁鐵電機(jī)24在高速度/低扭矩條件下操作，以將鐵氧體磁鐵電機(jī)24中的扭矩相關(guān)損失最小化。
[0025]參考圖3，當(dāng)車輛以低速操作時(shí)，變速器30可以稀土磁鐵電機(jī)電動(dòng)車輛模式來(lái)操作。當(dāng)變速器30以稀土磁鐵電機(jī)電動(dòng)車輛模式操作時(shí)，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)22不操作，即被關(guān)閉，第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)40被接合，第二扭矩傳遞機(jī)構(gòu)42被脫離，并且第三扭矩傳遞機(jī)構(gòu)44被脫離。當(dāng)變速器30以稀土磁鐵電機(jī)電動(dòng)車輛模式布置時(shí)，僅稀土磁鐵電機(jī)26被用于給變速器30的輸出部34提供功率。
[0026]除了上述三種模式之外，變速器30還可以第二電動(dòng)可變變速器模式、雙電機(jī)電動(dòng)車輛模式、以及鐵氧體磁鐵電機(jī)電動(dòng)車輛模式操作。當(dāng)以第二電動(dòng)可變變速器模式布置，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)22操作時(shí)，第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)40被接合，并且使第三扭矩傳遞機(jī)構(gòu)44和第二扭矩傳遞機(jī)構(gòu)42被脫離。當(dāng)以雙電機(jī)電動(dòng)車輛模式布置時(shí)，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)22不操作時(shí),第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)40和第三扭矩傳遞機(jī)構(gòu)44被接合，并且第二扭矩傳遞機(jī)構(gòu)42被脫離。當(dāng)以鐵氧體磁鐵電機(jī)電動(dòng)車輛模式布置，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)22不操作時(shí),第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)40和第二扭矩傳遞機(jī)構(gòu)42被脫離，并且第三扭矩傳遞機(jī)構(gòu)44被接合。
[0027]還提供一種控制動(dòng)力總成20的方法。當(dāng)將車輛作為混合動(dòng)力車輛操作時(shí)，車輛如圖4所示操作。參考圖4，車輛牽引力沿垂直軸50表示，并且車輛速度沿水平軸52表示。車輛作為混合動(dòng)力車輛操作時(shí)的不同操作模式由圖4的不同區(qū)域示出。該方法包括:接合內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)22，以給變速器30的輸出部34提供扭矩，和當(dāng)以低速度或高牽引力前進(jìn)時(shí)，執(zhí)行第一電動(dòng)可變模式(由區(qū)域55指示)，當(dāng)車輛處于中等牽引力(例如加速)時(shí)，執(zhí)行固定齒輪模式(由區(qū)域56指示)，當(dāng)車輛以輕負(fù)荷巡航時(shí)，執(zhí)行第二電動(dòng)可變變速器模式(由區(qū)域58指示)；或者僅在車輛以低速度和輕負(fù)荷操作時(shí)，執(zhí)行稀土磁鐵電機(jī)電動(dòng)車輛模式(由區(qū)域60指示)，從而以來(lái)自稀土電機(jī)26的扭矩來(lái)驅(qū)動(dòng)車輛。
[0028]執(zhí)行固定齒輪模式包括接合第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)40，以給第二行星齒輪組38提供反作用扭矩，以及接合第二扭矩傳遞機(jī)構(gòu)42，以允許鐵氧體磁鐵電機(jī)24和第二行星齒輪38的固接的節(jié)點(diǎn)之間的扭矩傳遞。來(lái)自第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)40的反作用扭矩消除了鐵氧體磁鐵電機(jī)24中的扭矩相關(guān)損失。執(zhí)行第二電動(dòng)可變變速器模式包括脫離第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)40，以及接合第二扭矩傳遞機(jī)構(gòu)42，以允許鐵氧體磁鐵電機(jī)24和連接至稀土電機(jī)26的第二行星齒輪38的節(jié)點(diǎn)之間的扭矩傳遞。稀土電機(jī)26給發(fā)動(dòng)機(jī)22提供大部分的反作用扭矩，使得鐵氧體磁鐵電機(jī)24在高速度/低扭矩條件下操作，以將扭矩相關(guān)損失最小化。執(zhí)行稀土磁鐵電機(jī)電動(dòng)車輛模式包括脫離第三扭矩傳遞機(jī)構(gòu)44和第二扭矩傳遞機(jī)構(gòu)42 二者，脫離內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)22，即關(guān)閉內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)22，接合第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)40，以及接合稀土磁鐵電機(jī)26,以給變速器30的輸出部34提供扭矩。執(zhí)行第一電動(dòng)可變變速器模式包括接合第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)40，以及脫離第二扭矩傳遞機(jī)構(gòu)42和第三扭矩傳遞機(jī)構(gòu)44。
[0029]通過(guò)以上述方式控制動(dòng)力總成20，可將鐵氧體磁鐵電機(jī)24中的扭矩相關(guān)損失最小化，在上述方式中，稀土磁鐵電機(jī)26用于較高扭矩需求量的情形，例如在以低速度操作時(shí)，以純電動(dòng)模式驅(qū)動(dòng)車輛，或在較高速度下的突然加速期間，從內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)22來(lái)補(bǔ)充功率，則可最小化鐵氧體磁鐵發(fā)動(dòng)機(jī)24中的扭矩相關(guān)損失。那么，必要時(shí)，鐵氧體磁鐵電機(jī)24可用于在啟動(dòng)車輛時(shí)控制發(fā)動(dòng)機(jī)速度和/或在第一電動(dòng)可變模式中提供主發(fā)動(dòng)機(jī)反作用扭矩，或在第二電動(dòng)可變模式中提供附加的反作用扭矩。
[0030]當(dāng)將車輛作為電動(dòng)車輛操作時(shí)，車輛如圖5所示操作。參考圖5，車輛牽引力沿垂直軸70表示，并且車輛速度沿水平軸72表示。車輛作為電動(dòng)車輛操作時(shí)的不同操作模式由圖5的不同區(qū)域示出。該方法包括:當(dāng)在輕負(fù)荷、低速度條件下操作時(shí)，執(zhí)行稀土磁鐵電機(jī)電動(dòng)車輛模式(由區(qū)域74指示);當(dāng)在輕負(fù)荷、高速度條件下操作時(shí)，執(zhí)行鐵氧體磁鐵電機(jī)電動(dòng)車輛模式(由區(qū)域76指示);以及當(dāng)在高負(fù)荷條件下操作時(shí)，執(zhí)行雙電機(jī)模式(由區(qū)域78指示)。
[0031]詳細(xì)的描述以及示圖或圖表用于支持和描述本發(fā)明，但是本發(fā)明的范圍不是由權(quán)利要求單獨(dú)地限制的。雖然已經(jīng)詳細(xì)描述了一些用于實(shí)現(xiàn)主張的發(fā)明的最好的方式和其他實(shí)施例，但是仍存在多種替代設(shè)計(jì)和實(shí)施例，用于實(shí)踐由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明。
【權(quán)利要求】
1.一種用于混合動(dòng)力車輛的動(dòng)力總成，所述動(dòng)力總成包括:鐵氧體磁鐵電機(jī)；稀土磁鐵電機(jī)；內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)；以及變速器，包括:輸出部，配置為用于將扭矩傳遞至所述車輛的至少一個(gè)車輪；第一行星齒輪組，連接至所述輸出部、所述鐵氧體磁鐵電機(jī)和所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)；第二行星齒輪組，連接至所述輸出部和所述稀土磁鐵電機(jī)；第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)，選擇地接合及脫離所述第二行星齒輪組，其中，當(dāng)所述第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)被接合時(shí)，所述第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)向所述第二行星齒輪組提供反作用扭矩；以及第二扭矩傳遞機(jī)構(gòu)，選擇地連接及分離所述鐵氧體磁鐵電機(jī)和所述第二行星齒輪組的節(jié)點(diǎn)之間的扭矩傳遞，其中，所述第二扭矩傳遞機(jī)構(gòu)在被接合時(shí)連接所述鐵氧體磁鐵電機(jī)和所述第二行星齒輪組以允許其之間的扭矩傳遞，以及其中，所述第二扭矩傳遞機(jī)構(gòu)在脫離時(shí)分離所述鐵氧體磁鐵電機(jī)和所述第二行星齒輪組以阻止其之間的扭矩傳遞；其中，所述變速器能以固定齒輪模式操作，其中所述第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)和所述第二扭矩傳遞機(jī)構(gòu)二者都被接合，并且所述內(nèi)燃機(jī)操作，以消除所述鐵氧體磁鐵電機(jī)中的扭矩相關(guān)損失；以及其中，所述變速器能以電動(dòng)可變變速器模式操作，其中所述第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)被脫離，所述第二扭矩傳遞機(jī)構(gòu)被接合，并且所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)操作，使得所述稀土磁鐵電機(jī)給所述鐵氧體磁鐵電機(jī)提供反作用扭矩，以使所述鐵氧體磁鐵電機(jī)在高速度/低扭矩條件下操作，從而將所述鐵氧體磁鐵電機(jī)中的扭矩相關(guān)損失最小化。`
2.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力總成，其中，所述變速器還包括第三扭矩傳遞機(jī)構(gòu)，其選擇地接合及脫離所述第一行星齒輪，其中，當(dāng)所述第三扭矩傳遞機(jī)構(gòu)被接合時(shí)，所述第三扭矩傳遞機(jī)構(gòu)向所述第一行星齒輪提供反作用扭矩。
3.如權(quán)利要求2所述的動(dòng)力總成，其中，所述變速器以稀土磁鐵電機(jī)電動(dòng)車輛模式操作，其中所述第三扭矩傳遞機(jī)構(gòu)和所述第二扭矩傳遞機(jī)構(gòu)都被脫離，所述第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)被接合，并且所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)不操作。
4.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力總成，其中，當(dāng)所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度小于所述輸出部的旋轉(zhuǎn)速度，且所述鐵氧體磁鐵電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度大于所述輸出部的旋轉(zhuǎn)速度時(shí)，所述變速器能以電動(dòng)可變變速器模式操作。
5.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力總成,還包括:電池，連接至所述鐵氧體磁鐵電機(jī)和所述稀土磁鐵電機(jī)二者，且配置為用于向所述鐵氧體磁鐵電機(jī)和所述稀土磁鐵電機(jī)二者提供功率，并且配置為從所述鐵氧體磁鐵電機(jī)和所述稀土磁鐵電機(jī)中的至少一個(gè)接收功率；以及控制器，連接至所述鐵氧體磁鐵電機(jī)和所述稀土磁鐵電機(jī)、所述電池和所述變速器，并且配置為用于控制所述鐵氧體磁鐵電機(jī)、所述稀土磁鐵電機(jī)和所述變速器的操作，并且配置為用于控制所述電池、所述鐵氧體磁鐵電機(jī)和所述稀土磁鐵電機(jī)之間的功率流。
6.一種用于具有內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的混合動(dòng)力車輛的變速器，所述變速器包括:鐵氧體磁鐵電機(jī)，可選擇地操作以提供扭矩，從而驅(qū)動(dòng)所述混合動(dòng)力車輛；稀土磁鐵電機(jī)，可選擇地操作以提供扭矩，從而驅(qū)動(dòng)所述混合動(dòng)力車輛； 輸出部，配置為用于將扭矩傳遞至所述車輛的至少一個(gè)車輪； 第一行星齒輪組，連接至所述輸出部和所述鐵氧體磁鐵電機(jī)； 第二行星齒輪組，連接至所述輸出部和所述稀土磁鐵電機(jī)； 第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)，可選擇地接合及脫離所述第二行星齒輪組，其中，當(dāng)所述第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)被接合時(shí)，所述第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)向所述第二行星齒輪組提供反作用扭矩； 第二扭矩傳遞機(jī)構(gòu)，選擇地連接及分離所述鐵氧體磁鐵電機(jī)和所述第二行星齒輪組的節(jié)點(diǎn)之間的扭矩傳遞，其中，所述第二扭矩傳遞機(jī)構(gòu)在接合時(shí)連接所述鐵氧體磁鐵電機(jī)和所述第二行星齒輪組，以允許所述鐵氧體磁鐵電機(jī)和所述第二行星齒輪組之間的扭矩傳遞，并且其中，所述第二扭矩傳遞機(jī)構(gòu)在脫離時(shí)分離所述鐵氧體磁鐵電機(jī)和所述第二行星齒輪組，以阻止所述鐵氧體磁鐵電機(jī)和所述第二行星齒輪組之間的扭矩傳遞；以及 其中，在所述第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)被脫離，以及所述第二扭矩傳遞機(jī)構(gòu)被接合的情況下，所述變速器能以電動(dòng)可變變速器模式操作，使得所述稀土磁鐵電機(jī)給發(fā)動(dòng)機(jī)提供反作用扭矩，以當(dāng)所述車輛以穩(wěn)定速度巡航時(shí)，使所述鐵氧體磁鐵電機(jī)在高速度/低扭矩條件下操作，從而將所述鐵氧體磁鐵電機(jī)中的扭矩相關(guān)損失最小化。
7.如權(quán)利要求6所述的變速器，其中，當(dāng)所述內(nèi)燃機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度小于所述輸出部的旋轉(zhuǎn)速度，以及所述鐵氧體磁 鐵電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度大于所述輸出部的旋轉(zhuǎn)速度時(shí)，所述變速器能以所述電動(dòng)可變變速器模式操作。
8.如權(quán)利要求6所述的變速器，當(dāng)車輛在中等速率下加速時(shí)，該變速器能以固定齒輪模式操作，其中所述第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)和所述第二扭矩傳遞機(jī)構(gòu)被接合，以消除所述鐵氧體磁鐵電機(jī)中的扭矩相關(guān)損失。
9.如權(quán)利要求8所述的變速器，還包括第三扭矩傳遞機(jī)構(gòu)，其可選擇地接合及脫離所述第一行星齒輪組，其中，當(dāng)所述第三扭矩傳遞機(jī)構(gòu)被接合時(shí)，所述第三扭矩傳遞機(jī)構(gòu)向所述第一行星齒輪組提供反作用扭矩。
10.如權(quán)利要求9所述的變速器，其能以稀土磁鐵電機(jī)電動(dòng)車輛模式操作，其中所述第三扭矩傳遞機(jī)構(gòu)和所述第二扭矩傳遞機(jī)構(gòu)被脫離，并且第一扭矩傳遞機(jī)構(gòu)被接合，以使得所述稀土磁鐵電機(jī)向所述輸出部提供扭矩，從而驅(qū)動(dòng)所述車輛。
【文檔編號(hào)】B60K6/365GK103522891SQ201310280861
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年7月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月6日
【發(fā)明者】B.M.康倫, K.M.拉曼, T.J.布洛姆, S.朱爾科維克 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司