用于混合式傳動(dòng)系的變速箱以及控制所述變速箱的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的變速箱。本發(fā)明還涉及一種根據(jù)權(quán)利要求15前序部分的包括所述變速箱的車輛、一種根據(jù)權(quán)利要求16前序部分的用于控制所述變速箱的方法、一種根據(jù)權(quán)利要求21前序部分的用于控制所述變速箱的計(jì)算機(jī)程序、以及一種根據(jù)權(quán)利要求22前序部分的包括程序代碼的計(jì)算機(jī)程序制品。
【背景技術(shù)】
[0002]混合動(dòng)力車輛能夠由主要發(fā)動(dòng)機(jī)和次要發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述主要發(fā)動(dòng)機(jī)可以是燃式發(fā)動(dòng)機(jī)，所述次要發(fā)動(dòng)機(jī)可以是電機(jī)。電機(jī)配備有至少一個(gè)用于存儲(chǔ)電能的能量存儲(chǔ)器、諸如電化學(xué)能量存儲(chǔ)器，以及調(diào)節(jié)設(shè)備，以便調(diào)節(jié)電能在能量存儲(chǔ)器與電機(jī)之間的流動(dòng)。電機(jī)能夠取決于車輛的操作狀態(tài)以這樣的方式在作為發(fā)動(dòng)機(jī)工作與作為發(fā)電機(jī)工作之間變換。當(dāng)車輛制動(dòng)時(shí)，電機(jī)產(chǎn)生電能，所述電能被存儲(chǔ)在能量存儲(chǔ)器中。這通常被稱作“制動(dòng)能量回收”，并且其導(dǎo)致車輛借助于電機(jī)和燃式發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)。被存儲(chǔ)的電能此后用于車輛的操作。
[0003]行星齒輪系通常包括以允許彼此相對(duì)旋轉(zhuǎn)的方式設(shè)置的三個(gè)部件。這些部件是太陽齒輪、行星齒輪架和齒圈。知曉太陽齒輪和齒圈上的齒數(shù)允許在操作期間確定三個(gè)部件的相對(duì)轉(zhuǎn)速。行星齒輪系的各部件中的一個(gè)可以連接到燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸。行星齒輪系的這個(gè)部件從而以等于燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。行星齒輪系的第二部件可以連接到變速箱的輸入軸。行星齒輪系的這個(gè)部件從而以與變速箱的輸入軸相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。行星齒輪系的第三部件連接到電機(jī)的轉(zhuǎn)子，以便實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力操作。行星齒輪系的這個(gè)部件從而以與電機(jī)的轉(zhuǎn)子相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，如果它們被直接地連接到彼此。替代地，電機(jī)可以通過具有齒數(shù)比的變速裝置連接到行星齒輪系的第三部件。在這種情況下，電機(jī)和行星齒輪系的第三部件可以以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。由電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩中的至少一個(gè)可以以無極遞增的方式調(diào)節(jié)。在操作期間，當(dāng)要給予變速箱的輸入軸期望的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩中的至少一個(gè)時(shí)，控制單元在給定燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的情況下計(jì)算轉(zhuǎn)速第三部件必須被驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)速，以便給予變速箱的輸入軸期望的轉(zhuǎn)速?？刂茊卧獑?dòng)電機(jī)，從而使得所述電機(jī)將計(jì)算出的轉(zhuǎn)速給予第三部件，并且從而將期望的轉(zhuǎn)速給予變速箱的輸入軸。
[0004]通過使用行星齒輪系將燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸、電機(jī)的轉(zhuǎn)子以及變速箱的輸入軸連接在一起，能夠避免常規(guī)離合器機(jī)構(gòu)。在車輛加速期間，增加的轉(zhuǎn)矩將從燃式發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)被提供到變速箱并且繼而被提供到車輛的驅(qū)動(dòng)輪。由于燃式發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)兩者都連接到行星齒輪系，因此能夠由燃式發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)提供的最大可能轉(zhuǎn)矩將會(huì)受到這些驅(qū)動(dòng)單元中的任何一個(gè)限制，這些驅(qū)動(dòng)單元的最大轉(zhuǎn)矩小于第二驅(qū)動(dòng)單元的最大轉(zhuǎn)矩，在此已將各驅(qū)動(dòng)單元之間的齒數(shù)比考慮在內(nèi)。在電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩小于燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩的情況下，在此已將電機(jī)與燃式發(fā)動(dòng)機(jī)之間的齒數(shù)比考慮在內(nèi)，電機(jī)將不能向行星齒輪系產(chǎn)生足夠大的反作用轉(zhuǎn)矩，以及這導(dǎo)致燃式發(fā)動(dòng)機(jī)不能將其最高轉(zhuǎn)矩傳遞到變速箱并且繼而傳遞到車輛的驅(qū)動(dòng)輪。能夠被傳遞到變速箱的最高轉(zhuǎn)矩以這樣的方式受到電機(jī)的功率限制。這還通過被稱為“行星公式”的公式而明確。
[0005]常規(guī)離合器將變速箱的輸入軸從燃式發(fā)動(dòng)機(jī)斷開連接，同時(shí)換檔過程在變速箱中進(jìn)行，存在與使用常規(guī)離合器有關(guān)的缺點(diǎn)，諸如加熱離合器片，這導(dǎo)致離合器片磨損并且導(dǎo)致油耗增加。此外，常規(guī)離合器機(jī)構(gòu)相對(duì)沉重并且昂貴。以及，常規(guī)離合器機(jī)構(gòu)在車輛中占據(jù)相對(duì)較大空間。
[0006]專利文獻(xiàn)EP-B1-1126987揭示了一種具有雙行星齒輪系的變速箱。每個(gè)行星齒輪系的太陽齒輪連接到電機(jī)，以及各行星齒輪系的齒圈連接到彼此。每個(gè)行星齒輪系的行星齒輪架以這樣的方式連接到多個(gè)齒輪對(duì)，以獲得無限多的檔位。另一篇專利文獻(xiàn)，EP-B1-1280677，也揭示了行星齒輪系能夠如何通過被設(shè)置在燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸處的檔位橋接。
[0007]專利文獻(xiàn)US-A1-20050227803揭示了一種具有兩個(gè)電機(jī)的車輛變速裝置，每一個(gè)所述電機(jī)連接到在兩個(gè)行星齒輪系中的一個(gè)中的太陽齒輪。行星齒輪系具有公共行星齒輪架，所述公共行星齒輪架連接到變速裝置的輸入軸。
[0008]專利文獻(xiàn)W02008/046185-A1揭示了一種具有兩個(gè)行星齒輪系的混合動(dòng)力變速裝置，由此電機(jī)連接到行星齒輪系中的一個(gè)，以及雙離合器與第二行星齒輪系相互作用。兩個(gè)行星齒輪系還通過嵌齒輪變速裝置與彼此相互作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]盡管本領(lǐng)域中的已知解決方案是可用的，但是仍然存在的需求以開發(fā)一種變速箱，所述變速箱在不中斷轉(zhuǎn)矩的情況下?lián)Q檔、體現(xiàn)出制動(dòng)能量回收裝置、具有緊湊設(shè)計(jì)、具有較高可信性和較高可靠性、體現(xiàn)出較低重量、并且在特定操作狀態(tài)下相對(duì)于電能供給自給自足。
[0010]用于車輛中的驅(qū)動(dòng)裝置的可用空間通常是受限的。如果驅(qū)動(dòng)裝置包括數(shù)個(gè)部件，諸如燃式發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)、變速箱和行星齒輪系，則設(shè)計(jì)必須緊湊。如果將要包括其他部件，諸如制動(dòng)能量回收裝置，則要實(shí)施更嚴(yán)格的要求，作為驅(qū)動(dòng)裝置一部分的部件要具有緊湊設(shè)計(jì)。與此同時(shí)，作為驅(qū)動(dòng)裝置一部分的部件必須被設(shè)計(jì)為具有能夠吸收必要的力和轉(zhuǎn)矩的尺寸。
[0011]在特定類型的車輛、具體是貨車和公共汽車中需要多個(gè)檔位。在這種情況下，在這種情況下，作為變速箱一部分的部件的數(shù)量增加，以及變速箱的尺寸也必須被設(shè)定為使得所述變速箱能夠吸收在這樣的重型車輛中產(chǎn)生的較大的力和轉(zhuǎn)矩。這導(dǎo)致變速箱的尺寸和重量增加。對(duì)于作為驅(qū)動(dòng)裝置一部分的部件也需要較高可信性和較高可靠性。磨損在變速箱包含片狀離合器的情況下產(chǎn)生，所述磨損影響變速箱的可信性和使用壽命。
[0012]動(dòng)能在制動(dòng)能量回收期間被轉(zhuǎn)換成電能，所述電能被存儲(chǔ)在能量存儲(chǔ)器、諸如蓄能器中。影響能量存儲(chǔ)器的使用壽命的一個(gè)因素是能量存儲(chǔ)器向電機(jī)供應(yīng)電流并且從所述電機(jī)接收電流的循環(huán)的數(shù)量。循環(huán)的數(shù)量越大，能量存儲(chǔ)器的使用壽命將會(huì)越短。
[0013]本發(fā)明的目的是提供一種在不中斷轉(zhuǎn)矩的情況下?lián)Q檔的變速箱。
[0014]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種具有制動(dòng)能量回收裝置的變速箱。
[0015]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種具有緊湊設(shè)計(jì)的變速箱。
[0016]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種具有高可信性和高可靠性的變速箱。
[0017]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于車輛的變速箱，所述變速箱體現(xiàn)出較低重量。
[0018]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于車輛的變速箱，所述變速箱能夠被直接地連接到在變速箱的輸出軸。
[0019]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種變速箱，所述變速箱在特定操作狀態(tài)下相對(duì)于電力自給自足。
[0020]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種具有制動(dòng)能量回收裝置的變速箱，所述變速箱增加被連接到制動(dòng)能量回收裝置的能量存儲(chǔ)器的使用壽命。
[0021]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于控制變速箱的新穎且有利的計(jì)算機(jī)程序。
[0022]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種混合式推進(jìn)線中的變速箱，所述變速箱能夠在不受燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的影響的情況下被控制。
[0023]這些目的利用在技術(shù)領(lǐng)域中指定的變速箱實(shí)現(xiàn)，所述變速箱的特征在于，包括在權(quán)利要求1的特征部分中指定的鮮明特征。
[0024]這些目的利用在技術(shù)領(lǐng)域中指定的車輛實(shí)現(xiàn)，所述車輛的特征在于，包括在權(quán)利要求15的特征部分中指定的鮮明特征。
[0025]這些目的利用在技術(shù)領(lǐng)域中指定的用于控制變速箱的方法實(shí)現(xiàn)，所述方法的特征在于，包括在權(quán)利要求16的特征部分中指定的鮮明特征。
[0026]這些目的利用在技術(shù)領(lǐng)域中指定的用于控制變速箱的計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)，所述計(jì)算機(jī)程序的特征在于，包括在權(quán)利要求21的特征部分中指定的鮮明特征。
[0027]這些目的還利用在技術(shù)領(lǐng)域中指定的用于控制變速箱的計(jì)算機(jī)程序制品實(shí)現(xiàn)，所述計(jì)算機(jī)程序制品的特征在于，包括在權(quán)利要求22的特征部分中指定的鮮明特征。
[0028]通過為變速箱配置兩個(gè)行星齒輪系而獲得一種根據(jù)本發(fā)明的在不中斷轉(zhuǎn)矩的情況下?lián)Q檔的變速器。被連接到行星齒輪系的電機(jī)能夠產(chǎn)生電流或提供轉(zhuǎn)矩，或既產(chǎn)生電流又供應(yīng)轉(zhuǎn)矩，取決于期望的操作狀態(tài)。電機(jī)還能夠在特定操作狀態(tài)中為彼此提供電流。利用根據(jù)本發(fā)明的變速箱，能夠避免在燃式發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱之間的常規(guī)離合器。
[0029]能夠的被控制的第一耦連單元被設(shè)置以將第一行星齒輪系的兩個(gè)可旋轉(zhuǎn)部件以允許它們脫離接合的方式連接，以及能夠被控制的第二耦連單元被設(shè)置以將第二行星齒輪系的兩個(gè)可旋轉(zhuǎn)部件以允許它們脫離接合的方式連接。
[0030]第一和第二主軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩中的至少一個(gè)能夠以這樣的方式通過將第一和第二耦連單元中的至少一個(gè)控制到可旋轉(zhuǎn)部件的接合或解除接合狀態(tài)而受到影響。
[0031]能夠被控制的第三耦連單元可以被設(shè)置以將變速箱外殼與第一行星齒輪系的可旋轉(zhuǎn)部件以允許它們脫離接合的方式連接到彼此。能夠被控制的第四耦連單元可以被設(shè)置以將變速箱外殼與第二行星齒輪系的可旋轉(zhuǎn)部件以允許它們脫離接合的方式連接到彼此。第一和第二主軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩中的至少一個(gè)能夠以這樣的方式通過將第三和第四耦連單元中的至少一個(gè)控制到可旋轉(zhuǎn)部件的接合或解除接合狀態(tài)而受到影響。
[0032]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，第一和第二耦連單元被分別設(shè)置在第一和第二行星齒輪系的行星齒輪架與太陽齒輪之間。耦連單元的任務(wù)是將相關(guān)行星齒輪架鎖定到太陽齒輪。當(dāng)行星齒輪架與太陽齒輪連接到彼此時(shí)，來自燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的力將會(huì)經(jīng)過行星齒輪架、耦連單元、太陽齒輪并且繼而到達(dá)變速箱，這導(dǎo)致行星齒輪系不吸收任何轉(zhuǎn)矩。這意味著行星齒輪系的尺寸能夠僅適應(yīng)于電機(jī)的轉(zhuǎn)矩而非燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，這繼而意味著行星齒輪系能夠被設(shè)計(jì)為具有較小尺寸。從而，以這樣的方式獲得根據(jù)本發(fā)明的具有緊湊設(shè)計(jì)、較低重量和較低制造成本的驅(qū)動(dòng)裝置。耦連單元優(yōu)選地包括在接合與解除接合狀態(tài)之間軸向地位移的環(huán)形護(hù)套。護(hù)套實(shí)質(zhì)上同心地包圍變速箱的旋轉(zhuǎn)部件并且借助于力元件在接合與解除接合位置之間位移。以這樣的方式獲得具有較低重量和較低制造成本的緊湊設(shè)計(jì)。
[0033]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，鎖定機(jī)構(gòu)被設(shè)置以通過固定方式將燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸與變速箱外殼連接。以這樣的方式，第一行星齒輪架也會(huì)以相對(duì)于變速箱外殼固定的方式鎖定到變速箱外殼。通過借助于鎖定機(jī)構(gòu)將行星齒輪架和燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸鎖定到變速箱外殼，變速箱、并且從而車輛將會(huì)適應(yīng)于通過電機(jī)進(jìn)行電操作。從而電機(jī)向變速箱的輸出軸提供轉(zhuǎn)矩。
[0034]變速箱可以配置有多個(gè)齒輪對(duì)，所述多個(gè)齒輪對(duì)包括能夠與側(cè)軸機(jī)械地接合和解除接合的嵌齒輪。以這樣的方式，獲得多個(gè)固定檔位，可以在所述多個(gè)固定檔位之間換檔而不中斷轉(zhuǎn)矩。能夠接合在側(cè)軸上的嵌齒輪還意味著獲得具有較高可信性和較高可靠性的緊湊設(shè)計(jì)。替代地，嵌齒輪驅(qū)動(dòng)件能夠被設(shè)置在齒輪對(duì)處，從而使得它們能夠在第一和第二主軸中的至少一個(gè)處接合和解除接合。
[0035]齒輪對(duì)中的每一個(gè)具有適應(yīng)于車輛的期望駕駛性能的齒數(shù)比。適當(dāng)?shù)氖?，?dāng)最低檔已被選擇時(shí)，相對(duì)于其他齒輪對(duì)具有最高齒數(shù)比的齒輪對(duì)接合。
[0036]為了將相關(guān)行星齒輪系的太陽齒輪和行星齒輪架解除接合，第一和第二電機(jī)中的至少一個(gè)被控制，從而使得轉(zhuǎn)矩平衡存在于行星齒輪系中。當(dāng)已實(shí)現(xiàn)一個(gè)轉(zhuǎn)矩平衡時(shí)，第一或第二耦連單元位移，從而使得太陽齒輪與行星齒輪架不再被機(jī)械地連接到彼此。
[0037]術(shù)語“轉(zhuǎn)矩平衡”在此用于表示如下一種情況，其中作用在被設(shè)置在行星齒輪的齒圈上的轉(zhuǎn)矩等于作用在行星齒輪系的行星齒輪架上的轉(zhuǎn)矩與行星齒輪系的齒數(shù)比率的乘積，而與此同時(shí)作用在行星齒輪系的太陽齒輪上的轉(zhuǎn)矩等于作用在行星齒輪架上的轉(zhuǎn)矩與(1-行星齒