CN101003275A - 用于带电动变速器的混合动力车辆的附件驱动系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于具有电动变速器的混合电动车辆的附件驱动系统。该装置包括操作式地连接在电动变速器上的发动机。这种电动变速器包括配置成可选择性地产生多个速度比的齿轮装置。该电动变速器还包括至少两个连接在齿轮装置上的电动机/发电机,以及存储装置。传动皮带轮连接在发动机的输出轴上。多个从动皮带轮相应地各自连接在一个附件上。传动皮带将传动皮带轮和多个从动皮带轮连接式地结合起来。控制器与发动机和电动机/发电机操作式地相连,并且配置成可控制发动机和电动机/发电机,以确保为附件提供充足的功率。
Description
技术领域
本发明涉及一种配置成可驱动具有电动变速器(EVT)的混合电动车辆上的一个或多个附件的系统。
背景技术
传统机动车辆中的附件是由来自于发动机的输出来提供功率的。混合电动机械车辆一般包括内燃机和一个或多个电动机/发电机。混合动力车辆中的一些附件可能在发动机关闭时和车辆停止或由电动机/发电机提供功率时,需要功率。传统上,当发动机关闭时,为了驱动混合动力车辆的附件,需要为各个这样的附件提供单独的电动机。
典型的机动车附件驱动系统由连接在发动机输出轴、通常为曲轴上的传动皮带轮组成。缠绕在这个皮带轮上的是柔性传动皮带,其则缠绕在多个从动皮带轮上。这种柔性的传动皮带在传动皮带轮和从动皮带轮之间传递驱动力。从动皮带轮可驱动地连接在本领域中已知的附件上,例如动力转向泵、空调压缩机、交流发电机和水泵上。
电动变速器(EVT)利用一个或多个电动装置,例如电动机/发电机,以及差动齿轮装置来提供输入和输出之间的无级变速比传动。EVT尤其适用于混合电动车辆动力系,这种混合电动车辆动力系包括直接联接在变速器输入上的发动机,并且还包括用于提供牵引动力和回收制动能量的存储装置,例如蓄电池。
发明内容
本发明的装置和方法提供了一种用于具有电动变速器的混合电动车辆的附件驱动系统。该装置包括操作式地连接在电动变速器上的发动机。电动变速器包括齿轮装置,至少两个电动机-发电机,通过控制器而功能性地连接在电动机-发电机上的能量存储装置,可选择性地接合的扭矩传递装置,并且该电动变速器配置成可选择性地在变速器输入和输出之间产生大范围的速度比,这在本领域中是众所周知的。电动变速器的输入轴与发动机曲轴操作式地直接相连,或通过减振机构而相连。EVT的输出轴与最后的传动机构操作式地相连。传动皮带轮和发动机的输出轴相连。多个从动皮带轮相应地各自连接在附件上。传动皮带将传动皮带轮和多个从动皮带轮连接地结合起来,并且可操作地在传动皮带轮和多个从动皮带轮之间传递驱动力。控制器与发动机和电动机/发电机操作式地相连,并且配置成可控制发动机和电动机/发电机,以确保为附件提供充足的功率。本领域中众所周知的是,可控制EVT的两个电动机-发电机,以便在EVT的输入与输出之间产生无级变速比。因此,对于任何给定的实际的输出速度,可实现所需的输入速度,包括用于零输出速度(车辆停止)的非零输入速度。
本发明的方法允许在所有的车辆操作状态下,由发动机或EVT的电动机-发电机的功率来驱动附件,而无需单独的附件电驱动的电动机,如同目前实践所实施的那样,即使当切断了发动机的燃料和/或车辆停止时,也要求EVT工作,以保持最小的输入(发动机)速度。
根据本发明的一个方面,该方法包括,确立所有附件保持全运转时的预定的最小发动机速度。
根据本发明的另一方面,控制EVT,以确保当车辆在工作时,包括当切断发动机的燃料以减少燃料消耗时,输入速度(因此还有发动机的曲轴速度和附件的传动皮带轮速度)不会被控制成低于预定的最小发动机速度。
根据本发明的又一方面,对于装备了柔性阀促动装置的发动机而言,本方法包括,当切断发动机的燃料,并且由来自电动机-发电机的功率通过发动机曲轴驱动附件时,适当地操纵进气阀和排气阀(例如保持进气阀和排气阀关闭),以便减小旋转阻力和泵送损耗,并由此而提高附件驱动系统的效率。
从以下接合附图对实现本发明的最佳模式的详细描述中,将很容易清楚本发明的上述特征和优点,以及其它特征和优点。
附图说明
图1是用于具有电动变速器的混合电动车辆的附件驱动系统的示意图。
具体实施方式
参看该图,其中相似的标号表示相似的部件,图1显示了具有附件驱动系统11的混合电动车辆10的示意图。附件驱动系统11包括配置成可将输出传送到传动皮带轮16和电动变速器(EVT)18中的发动机12。发动机12操作式地与控制器22相连,并受其控制。传动皮带轮16通过曲轴或输出轴14而操作式地连接在发动机12上。如本领域中众所周知得那样,EVT 18包括操作式地与第一和第二电动机/发电机20a,20b相连的齿轮组19,齿轮组19以下将被描述为行星齿轮组;然而,还可设想其它的齿轮组配置。第一和第二电动机/发电机20a,20b各自操作式地连接在控制器22上。控制器22可配置成包括混合控制模块,发动机控制模块,变速器控制模块,电动机-发电机控制模块以及必要的电子驱动或功率电子电路。控制器22还操作式地连接在能量存储装置23上。根据一个优选的实施例,存储装置23是蓄电池;然而,还可设想备选的存储装置。EVT 18操作式地连接在末级驱动系统32,其配置成可驱动混合电动车辆10。
EVT 18配置成可选择性地产生较宽范围的输入/输出速度比。对于本发明而言,″速度比″被定义为变速器的输入速度除以变速器的输出速度。因此,通过控制EVT 18,以便在给定的变速器输入速度下产生为零的变速器输出速度,齿轮速度比为有效地无穷大。通过这种方式,附件驱动系统11可选择性地与末级驱动系统32分离,使得即使当车辆10停止时,附件30,30′和30″仍保持运转。能够提供这种特征的EVT机构在本领域中是已知的,因此不做详细地描述。
根据一个优选的实施例,电动机/发电机20a连接在行星齿轮组19的第一部件(未显示)上。变速器的输入轴21与行星齿轮组19的第二部件(未显示)相连,并且与发动机12的曲轴14相连。电动机/发电机20b相应地连接在行星齿轮组19的第三部件(未显示)、变速器的输出轴25和末级驱动系统32上。应该懂得,前面的电动机/发电机连接是根据优选实施例以非限制性方式进行描述的,并且有许多备选方式将电动机/发电机20a,20b连接到齿轮装置19上。目前还有许多可用于EVT 18的齿轮装置。
传动皮带轮16通过传动皮带24而连接在多个从动皮带轮26,26′和26″上。各个从动皮带轮26,26′,26″分别连接在其中一个多个附件30,30′,30″上,使得从动皮带轮26,26′,26″的旋转可传递功率,从而驱动分别连接在其上面的附件30,30′,30″。附件30,30′,30″可包括例如动力转向泵、水泵或空调压缩机。
来自发动机12的功率可通过输出轴14,通过传动皮带轮16,通过传动皮带24,并通过从动皮带轮26,26′,26″来进行传递,从而为附件30,30′,30″提供功率。作为备选,来自EVT 18的电动/发电机20a,20b的功率可通过发动机的输出轴14,通过传动皮带轮16,通过传动皮带24,并通过从动皮带轮26,26′,26″来进行传递,从而为附件30,30′,30″提供功率。为了在发动机关闭时,为混合动力车辆的附件提供功率,传统上需要为各个这样的附件提供单独的电动机。因此,在发动机12停止时,通过控制EVT 18为所有附件30,30′,30″提供功率,本发明就节省了与制造和安装多个电动机相关的费用,否则就需要为附件30,30′,30″提供功率。
为了保持全运转,必须在预定的最小速度以上驱动各附件30,30′,30″。因此,根据一个优选的实施例,本发明确立预定的最小的发动机速度Vm,其被计算成可确保为附件30,30′,30″提供足够的功率,并保持运转。对于本发明而言,当附件30,30′,30″一起接收到足以使其各自保持全运转时的充足功率时,附件30,30′,30″就得到了″足够功率″,并且″发动机速度″被定义为曲轴14的旋转速度,其利用连接在曲轴14上的传统速度传感器(未显示)而进行测量。应该懂得,虽然优选的是监测并控制发动机速度以确保附件30,30′,30″一起获得足够功率,但是,备选实施例可监测和控制附件驱动系统11的其它特征,例如,一个或多个皮带轮16,26,26′,26″和/或传动皮带24的转速。
在其中发动机12被供给燃料并正常运转的操作状态下,附件30,30′和30″就如同传统的车辆一样由来自于发动机12的功率来驱动。
在通常为混合电动车辆10的发动机12提供燃料的要求被切断的工作状态下,控制器22切断对发动机12的燃料传输,并使电动机/发电机20a,20b的其中一个或这两者运转,从而为附件30,30′,30″提供功率。更精确地说,在切断燃料传递之后,控制器22命令电动机/发电机20a,20b提供必要的EVT 18输入/输出速度比,以实现驾驶员所要求的所需车辆速度和加速度或减速度,同时确保发动机速度不会下降到预定的最小发动机速度Vm以下。控制EVT以产生各种速度比,这在本领域中是已知的。保持最小的发动机速度Vm可保证在切断对发动机12的燃料供给时,确保功率将从电动机-发电机20a,20b,通过发动机曲轴14,驱动皮带轮16,传动皮带24,从动皮带轮26,26′,26″而传送到附件30,30′,30″上。这个方法确保了附件30,30′,30″在请求发动机燃料的要求被切断时的操作状态下仍保持运转,而不需要单独的电动的附件驱动装置。
在电动机/发电机20a,20b通过发动机12将功率传递给附件30,30′和30″时,还必须驱动与发动机12相连的曲轴14。换句话说,发动机曲轴14用作扭矩/功率传递装置。对于装备了柔性阀促动装置的发动机,当切断了发动机12的燃料、并且由来自电动机-发电机20a,20b的功率通过发动机曲轴14来驱动附件30,30′和30″时,控制器22可适当地操控进气阀13a和排气阀13b(例如保持进气阀13a和排气阀13b均关闭),以便降低曲轴的旋转阻力和发动机的泵送损耗,并因此而提高附件驱动系统11的效率。
虽然已经详细介绍了用于实现本发明的最佳模式,但是,本发明相关领域的技术人员可以认识到属于所附权利要求范围内的用于实施本发明的各种备选设计和实施例。
Claims (14)
1.一种用于混合电动车辆的机动车附件驱动系统,包括:
发动机;
操作式地连接在发动机上的电动变速器,所述电动变速器包括齿轮装置和至少两个电动机-发电机,所述电动变速器配置成可选择性地产生多个速度比;
连接在所述发动机的输出轴上的传动皮带轮;
多个从动皮带轮,其各自连接在多个附件的其中一个附件上;
传动皮带,其将所述传动皮带轮和所述多个从动皮带轮连接式地结合起来,并且可操作而在所述传动皮带轮和所述多个从动皮带轮之间传递驱动力;和
操作式地连接在发动机和电动变速器上的控制器,所述控制器配置成可通过选择适于保证驱动附件的速度不会下降到预定最小速度以下的速度比,来确保保持为多个附件提供充足的功率。
2.根据权利要求1所述的机动车附件驱动系统,其特征在于,所述发动机包括多个进气阀;多个排气阀;和曲轴。
3.根据权利要求2所述的机动车附件驱动系统,其特征在于,所述控制器可配置成当通过发动机曲轴而由来自电动机-发电机的功率来驱动附件时,可操纵进气阀和排气阀,以便减少曲轴的旋转阻力和发动机的泵送损耗,并从而提高附件驱动系统的效率。
4.根据权利要求1所述的机动车附件驱动系统,其特征在于,所述电动变速器包括操作式地连接在所述电动机/发电机上的存储装置,所述存储装置配置成当所述发动机产生过多的功率时,可存储来自所述电动机/发电机的能量。
5.根据权利要求4所述的机动车附件驱动系统,其特征在于,所述存储装置是可操作以便为所述电动机/发电机提供功率的蓄电池。
6.根据权利要求1所述的机动车附件驱动系统,其特征在于,所述齿轮组装置是行星齿轮装置。
7.根据权利要求1所述的机动车附件驱动系统,其特征在于,所述电动机/发电机包括第一电动机/发电机和第二电动机/发电机。
8.一种用于混合电动车辆的机动车附件驱动系统,包括:
发动机;
操作式地连接在所述发动机上的电动变速器,所述电动变速器包括:
配置成可选择性地产生多个速度比的齿轮装置;
至少两个连接在所述齿轮装置上的电动机/发电机;和
连接在所述电动机/发电机上的存储装置;
连接在所述发动机的输出轴上的传动皮带轮;
多个从动皮带轮,其各自连接在多个附件的其中一个附件上;
传动皮带,其将所述传动皮带轮和所述多个从动皮带轮连接地结合起来,并且可操作而在所述传动皮带轮和所述多个从动皮带轮之间传递驱动力;和
操作式地连接在所述发动机和电动机/发电机上的控制器,所述控制器配置成可控制所述发动机和电动机/发电机,以确保所述多个附件在所有的操作状态下都可获得充足的功率,而无需为每个附件提供单独的电动机。
9.根据权利要求8所述的机动车附件驱动系统,其特征在于,所述发动机包括多个进气阀;多个排气阀;和曲轴。
10.根据权利要求9所述的机动车附件驱动系统,其特征在于,所述控制器可配置成当通过发动机曲轴而由来自电动机-发电机的功率来驱动附件时,用于操纵进气阀和排气阀,以便减少曲轴的旋转阻力和发动机的泵送损耗,并从而提高附件驱动系统的效率。
11.根据权利要求10所述的机动车附件驱动系统,其特征在于,所述齿轮组装置是行星齿轮组。
12.根据权利要求11所述的机动车附件驱动系统,其特征在于,所述存储装置是可操作而为所述电动机/发电机提供功率的蓄电池。
13.一种用于操作混合电动车辆的附件驱动系统的方法,包括:
提供操作式地连接在电动变速器上的发动机;
将能量从所述电动变速器传递至多个附件;
确立必须驱动所述多个附件以保持全运转时的预定的最小速度;和
控制所述电动变速器,以产生速度比,其选择成可确保驱动所述附件时的速度不会下降到所述预定的最小速度以下。
14.根据权利要求13所述的方法,其特征在于,还包括,当通过发动机曲轴而由来自所述电动变速器的功率来驱动所述附件时,操纵所述发动机的多个进气阀和排气阀,以便减少曲轴的旋转阻力和发动机的泵送损耗,并从而提高所述附件驱动系统的效率。
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