一種混合動(dòng)力車輛的動(dòng)力分配動(dòng)力系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種動(dòng)力系統(tǒng)包括：行星齒輪組，其包括連接到可驅(qū)動(dòng)地連接到發(fā)動(dòng)機(jī)的軸的輸入軸、可驅(qū)動(dòng)1°地連接到電機(jī)的第二輸入軸，以及可驅(qū)動(dòng)地連接到對(duì)軸的輸出；通過(guò)第一對(duì)嚙合齒輪可釋放地連接對(duì)軸和輸入軸的離合器；以及可釋放地保持輸入軸和使得輸入軸不轉(zhuǎn)動(dòng)的制動(dòng)器。
【專利說(shuō)明】—種混合動(dòng)力車輛的動(dòng)力分配動(dòng)力系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明總體上涉及一種混合動(dòng)力車輛的動(dòng)力分配動(dòng)力系統(tǒng)(powersplitpowertrain)。

【背景技術(shù)】
[0002]混合動(dòng)力車輛(HEV)的動(dòng)力系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)、至少一個(gè)可以充當(dāng)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的電機(jī)和動(dòng)力電池(tract1n battery),其中發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)可以分別地驅(qū)動(dòng)車輪,發(fā)動(dòng)機(jī)可以通過(guò)操作為發(fā)電機(jī)的電機(jī)對(duì)動(dòng)力電池充電，并且通過(guò)為電機(jī)提供動(dòng)力以充當(dāng)發(fā)電機(jī)對(duì)電池再充電，車輛動(dòng)能可以在減速的過(guò)程中得到恢復(fù)和再生。
[0003]動(dòng)力分配動(dòng)力系統(tǒng)在城市駕駛過(guò)程中提供了良好的燃油經(jīng)濟(jì)性，但由于負(fù)分流操作(negative split operat1n)也在公路駕駛過(guò)程中引發(fā)了不利后果。使用離合器使發(fā)電機(jī)接地沒(méi)有產(chǎn)生在正常公路駕駛條件下發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳速比。
[0004]動(dòng)力分配動(dòng)力系統(tǒng)沒(méi)有專用的逆轉(zhuǎn)齒輪，而是僅使用電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生逆向操作以提供扭矩。由于這一操作，反向發(fā)動(dòng)能力(reverse launch capability)直接與峰值電動(dòng)機(jī)扭矩相關(guān)，其通常小于傳統(tǒng)車輛。對(duì)于動(dòng)力分配混合系統(tǒng)，峰值電動(dòng)機(jī)扭矩因此是關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)。
[0005]使用發(fā)電機(jī)制動(dòng)器，可以在公路行駛速度下接合發(fā)電機(jī)制動(dòng)器，由此消除發(fā)生在負(fù)分流操作過(guò)程中的傳輸損耗。然而，由于傳動(dòng)比，這典型地產(chǎn)生對(duì)于最佳燃油消耗來(lái)說(shuō)過(guò)高的發(fā)動(dòng)機(jī)速度。實(shí)際上發(fā)電機(jī)制動(dòng)器的使用被限制在很小的操作范圍內(nèi)。
[0006]包括位于發(fā)動(dòng)機(jī)輸入軸上的單向離合器的動(dòng)力分配動(dòng)力系統(tǒng)允許發(fā)電機(jī)貢獻(xiàn)扭矩來(lái)提高前向發(fā)動(dòng)過(guò)程中的峰值輸出扭矩。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的時(shí)候，這會(huì)導(dǎo)致在輸出軸扭矩中的大的“扭矩孔”的減小。另外，單向離合器可以不用于協(xié)助反向發(fā)動(dòng)，因?yàn)榕ぞ胤较虿粫?huì)導(dǎo)致離合器接合。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]一種動(dòng)力系統(tǒng)，包括行星齒輪組、連接到可驅(qū)動(dòng)地連接到發(fā)動(dòng)機(jī)的軸的輸入軸、可驅(qū)動(dòng)地連接到電機(jī)的第二輸入軸，以及可驅(qū)動(dòng)地連接到對(duì)軸(countershaft)的輸出、通過(guò)第一對(duì)嚙合齒輪可釋放地連接對(duì)軸和軸的離合器，以及可釋放地保持軸和使得輸入軸不轉(zhuǎn)動(dòng)的制動(dòng)器。
[0008]通過(guò)為公路駕駛增加單獨(dú)的固定傳動(dòng)比，該傳動(dòng)比可以設(shè)計(jì)為使公路燃油經(jīng)濟(jì)性最大化。同樣，由于發(fā)電機(jī)可以在車輛發(fā)動(dòng)過(guò)程中貢獻(xiàn)扭矩，所以系統(tǒng)的峰值電動(dòng)機(jī)扭矩需求減少。
[0009]動(dòng)力系統(tǒng)的低速發(fā)動(dòng)扭矩通過(guò)接合的離合器提高，因?yàn)閮蓚€(gè)電機(jī)都可以通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)而不是產(chǎn)生扭矩而用來(lái)發(fā)動(dòng)車輛。這減少了電動(dòng)機(jī)的峰值電動(dòng)機(jī)扭矩需求，并且減小了伴隨單向離合器的“扭矩孔”。
[0010]制動(dòng)器保持發(fā)動(dòng)機(jī)輸入軸鎖定在零速度，允許兩個(gè)電機(jī)促成前向和反向駕駛扭矩和起動(dòng)。在PHEV車輛中，可以在整個(gè)電荷耗盡操作過(guò)程中采用該模式，因?yàn)閮蓚€(gè)電機(jī)的扭矩和動(dòng)力可以組合以提供推進(jìn)力。
[0011]根據(jù)以下詳細(xì)的說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求書(shū)和附圖，優(yōu)選實(shí)施例的適用范圍將顯而易見(jiàn)。應(yīng)當(dāng)理解的是，說(shuō)明和具體的實(shí)施例盡管表明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但僅通過(guò)說(shuō)明的方式給出。對(duì)說(shuō)明的實(shí)施例和示例的各種改變和修飾對(duì)所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]結(jié)合附圖、參照下面的說(shuō)明，本發(fā)明將更容易理解，附圖中:
[0013]圖1是HEV動(dòng)力系統(tǒng)的原理圖；
[0014]圖2是圖1所示的HEV動(dòng)力系統(tǒng)的可選實(shí)施方式的原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]首先參照?qǐng)D1，HEV動(dòng)力系統(tǒng)10包括:如內(nèi)燃機(jī)12、如柴油機(jī)或汽油機(jī)這樣的的動(dòng)力源；行星齒輪組14 ;通常被稱為電動(dòng)機(jī)的第一電機(jī)16 ;副軸傳動(dòng)裝置18 ;差速器20 ;通常被稱為發(fā)電機(jī)的第二電機(jī)22 ;以及可驅(qū)動(dòng)地連接到差速器20的對(duì)軸24。
[0016]雖然在習(xí)慣上電機(jī)16有時(shí)是指電動(dòng)機(jī)或牽引電動(dòng)機(jī)，并且電機(jī)22有時(shí)是指發(fā)電機(jī)，但是每一個(gè)電機(jī)16、22均為電動(dòng)發(fā)電機(jī),并且可根據(jù)需要操作為電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)。
[0017]行星齒輪組14的太陽(yáng)齒輪27固定到電機(jī)22(發(fā)電機(jī))的轉(zhuǎn)子28。通過(guò)扭振減震器34和軸36，行星齒輪組14的托架32連接到發(fā)動(dòng)機(jī)12。通過(guò)互相嚙合并形成副軸齒輪副(layshaft gear pair) 40-42的齒輪40和齒輪42，齒輪組14的環(huán)形齒輪39可驅(qū)動(dòng)地連接到對(duì)軸24。支承在托架32上的行星齒輪43與環(huán)形齒輪39和太陽(yáng)齒輪27連續(xù)嚙合。
[0018]電機(jī)16 (電動(dòng)機(jī))的轉(zhuǎn)子44通過(guò)齒輪副46-48連接到對(duì)軸24。
[0019]對(duì)軸24通過(guò)齒輪60和齒輪62連接到差速器20，差速器20通過(guò)半軸或驅(qū)動(dòng)軸68、70向車輛車輪傳遞動(dòng)力。
[0020]油泵72通過(guò)齒輪74和齒輪76可驅(qū)動(dòng)地連接到軸36和發(fā)動(dòng)機(jī)輸出。
[0021]當(dāng)激活固定的齒輪模式時(shí)，通過(guò)允許在發(fā)動(dòng)機(jī)速度和輸出軸速度之間的特定比率，動(dòng)力系統(tǒng)10提供提高的公路燃油經(jīng)濟(jì)性。這是通過(guò)固定到軸36的摩擦離合器80、齒輪82和固定到對(duì)軸24并且與齒輪82連續(xù)嚙合形成齒輪副82-84的齒輪84來(lái)完成的。接合離合器80以在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸86和對(duì)軸24之間來(lái)產(chǎn)生固定的速比。
[0022]動(dòng)力系統(tǒng)10還包括摩擦制動(dòng)器88，摩擦制動(dòng)器88可以通過(guò)將其接地至箱90而使發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸86保持為零速度。當(dāng)制動(dòng)器88接合時(shí)，其憑借行星齒輪組14通過(guò)保持托架32不轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)提供增加的反向起動(dòng)扭矩，同時(shí)電機(jī)22 (發(fā)電機(jī))驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)齒輪27和輸出環(huán)形齒輪39在相對(duì)于轉(zhuǎn)子28的反向上轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0023]圖2展示了重新設(shè)置使得移除離合器80和制動(dòng)器88的動(dòng)力系統(tǒng)10的組件。齒輪100被固定到軸36上。與齒輪100嚙合的齒輪102軸頸連接到對(duì)軸24。離合器104和制動(dòng)器106軸頸連接到對(duì)軸24。接合離合器104以產(chǎn)生固定速比，該固定速比由齒輪副100-102在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸86和對(duì)軸24之間產(chǎn)生。當(dāng)制動(dòng)器106接合時(shí)，其憑借行星齒輪組14通過(guò)保持支架32不轉(zhuǎn)動(dòng)而提供方向發(fā)動(dòng)扭矩，同時(shí)電機(jī)22(發(fā)電機(jī))驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)齒輪27和輸出環(huán)形齒輪39在相對(duì)于轉(zhuǎn)子28的反向上轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0024]離合器80、104和制動(dòng)器88、106可以是液壓驅(qū)動(dòng)的滑板摩擦裝置、同步器、爪形離合器或?qū)崿F(xiàn)離合器的任意其它已知方法。
[0025]在離合器80、104和制動(dòng)器88、106分離或打開(kāi)的情況下運(yùn)行時(shí)，動(dòng)力系統(tǒng)10操作為標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)力分配變速器，其在城市駕駛過(guò)程中提供良好的燃油經(jīng)濟(jì)性。
[0026]在公路駕駛條件下，最好在離合器80、104接合或關(guān)閉并且制動(dòng)器88、106打開(kāi)的情況下操作動(dòng)力系統(tǒng)10。發(fā)動(dòng)機(jī)速度直接與輸出軸速度相關(guān)聯(lián)。典型地，將選擇發(fā)動(dòng)機(jī)速度和輸出軸速度之間的比率從而優(yōu)化公路燃油經(jīng)濟(jì)性。在該公路操作模式下，電機(jī)16(電動(dòng)機(jī))可以在分離離合器80、104的情況下提供額外扭矩以幫助加速和短階段攀爬。
[0027]在該公路操作模式中，行星齒輪組14中的速度關(guān)系是固定的，所以電機(jī)22 (發(fā)電機(jī))將以輸出軸速度的固定倍數(shù)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。電機(jī)22 (發(fā)電機(jī))可以貢獻(xiàn)驅(qū)使車輛的扭矩和動(dòng)力。如果有足夠的電池供電，則可以同時(shí)通過(guò)電機(jī)22(發(fā)電機(jī))、電機(jī)16(電動(dòng)機(jī))和發(fā)動(dòng)機(jī)12提供推進(jìn)力。
[0028]通過(guò)在離合器80、104接合的情況下的發(fā)動(dòng)以及在發(fā)動(dòng)機(jī)12轉(zhuǎn)動(dòng)但不產(chǎn)生扭矩的情況下利用兩個(gè)電機(jī)22(發(fā)電機(jī))和電機(jī)16(電動(dòng)機(jī))發(fā)動(dòng)車輛，以此提高動(dòng)力系統(tǒng)10的低速發(fā)動(dòng)扭矩。這減少了電動(dòng)機(jī)的峰值電動(dòng)機(jī)扭矩需求，并減小了當(dāng)利用具有輸入軸上的單向離合器的雙電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)出現(xiàn)的“扭矩孔”。
[0029]可選地，車輛發(fā)動(dòng)操作可以通過(guò)分離離合器80、104和接合制動(dòng)器88、106得到改進(jìn)。在離合器打開(kāi)并且制動(dòng)器關(guān)閉的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)速度是零，并且由電機(jī)22 (發(fā)電機(jī))產(chǎn)生的扭矩被以大比率傳送到對(duì)軸24。這可以用于提高動(dòng)力系統(tǒng)10的前向發(fā)動(dòng)和反向發(fā)動(dòng)能力。
[0030]除了發(fā)動(dòng)之外，在制動(dòng)器關(guān)閉的情況下在電荷耗盡模式操作插電式HEV允許電機(jī)22(發(fā)電機(jī))的扭矩和動(dòng)力與電機(jī)16(電動(dòng)機(jī))的扭矩和力相組合，以提供車輪上更高的動(dòng)力水平。這允許在不累及PHEV電驅(qū)動(dòng)能力的情況下使用更小的電機(jī)16(電動(dòng)機(jī))。例如，70kW的電機(jī)16(電動(dòng)機(jī))加上50kW的電機(jī)22(發(fā)電機(jī))將提供120kW的輸出能力。為了在沒(méi)有制動(dòng)器的情況下提供相同水平的輸出功率，電機(jī)16 (電動(dòng)機(jī))將需要能夠提供滿120kW的能力。
[0031]可以如圖1和2所示以組合的方式實(shí)施離合器80和制動(dòng)器90，或者單獨(dú)實(shí)施，即根據(jù)動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)造10或100，在離合器80實(shí)施并且制動(dòng)器90缺少的情況下，或者在制動(dòng)器90實(shí)施并且離合器80缺少的情況下。
[0032]根據(jù)專利法規(guī)的規(guī)定，已經(jīng)對(duì)優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明。然而，應(yīng)當(dāng)注意的是除了具體說(shuō)明和描述之外，可以實(shí)施替換的實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.一種動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，包含: 行星齒輪組，其包括連接到可驅(qū)動(dòng)地連接到發(fā)動(dòng)機(jī)的軸的輸入軸、可驅(qū)動(dòng)地連接到電機(jī)的第二輸入軸，以及可驅(qū)動(dòng)地連接到對(duì)軸的輸出； 通過(guò)第一對(duì)嚙合齒輪可釋放地連接對(duì)軸和軸的離合器； 可釋放地保持軸和使得輸入軸不轉(zhuǎn)動(dòng)的制動(dòng)器。
2.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包含通過(guò)第二對(duì)嚙合齒輪連接到對(duì)軸的電機(jī)。
3.如權(quán)利要求2所述的動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包含第三對(duì)嚙合齒輪，通過(guò)該第三對(duì)嚙合齒輪，輸出連接到對(duì)軸。
4.如權(quán)利要求3所述的動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包含第四對(duì)嚙合齒輪，通過(guò)該第四對(duì)嚙合齒輪，對(duì)軸連接到差速器。
5.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，差速器在對(duì)軸和車輛車輪之間傳遞動(dòng)力。
6.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，軸通過(guò)扭振減震器將輸入軸連接到發(fā)動(dòng)機(jī)，軸在其上支承離合器和制動(dòng)器。
7.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，行星齒輪組包括: 包含輸入軸的托架； 包含第二輸入軸的太陽(yáng)齒輪； 包含輸出的環(huán)形齒輪；以及 在托架上支承轉(zhuǎn)動(dòng)并與太陽(yáng)齒輪和環(huán)形齒輪嚙合的行星齒輪。
8.—種動(dòng)力系統(tǒng),其特征在于,包含: 行星齒輪組，其包括連接到發(fā)動(dòng)機(jī)的輸入軸、連接到電機(jī)的第二輸入軸和連接到對(duì)軸的輸出； 第一齒輪副，其包括固定到輸入軸的第一構(gòu)件和支承在對(duì)軸的第二構(gòu)件； 離合器，其通過(guò)第一齒輪副連接對(duì)軸和輸入軸。
9.如權(quán)利要求8所述的動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包含通過(guò)第二對(duì)嚙合齒輪連接到對(duì)軸的電機(jī)。
10.如權(quán)利要求9所述的動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包含第三對(duì)嚙合齒輪，通過(guò)該第三對(duì)嚙合齒輪，對(duì)軸連接到差速器。
【文檔編號(hào)】B60K6/365GK104210348SQ201410228289
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月28日
【發(fā)明者】約瑟夫·杰拉爾德·蘇皮納 申請(qǐng)人:福特全球技術(shù)公司