CN102815304A - 具有操作者可选择电动推进模式的混合动力传动系 - Google Patents

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Abstract

车辆用动力传动系包括发动机和变速器，该变速器包括输入构件、输出构件和空档状态，在所述空当状态中扭矩不从输入构件传输至输出构件。第一马达/发电机联接至发动机。第二马达/发电机通过变速器直接或间接地和车辆车轮联接。第一马达/发电机在由发动机提供动力时用作发电机，以提供电功率至第二马达/发电机。第二马达/发电机在从电池或从第一马达/发电机接收电功率时用作马达。换档选择器由车辆操作者移动，以建立电动推进模式，在所述电动推进模式中变速器处在空档状态且第二马达/发电机作为马达运行。

Description

具有操作者可选择电动推进模式的混合动力传动系
技术领域
本发明涉及具有纯电扭矩输出模式的混合动力传动系。
背景技术
具有能够提供电动推进的电马达/发电机的混合动力传动系对其降低燃料消耗的能力来说是有利的。在电动推进期间，提供至车轮的全部扭矩由马达提供。发电机可以从发动机接收功率以在电动推进串联运行模式中将电池提供的电功率补充至马达。在电动推进期间，发动机从车辆车轮断开连接。
发明内容
允许车辆操作者在手动变速器或自动变速器中选择电动推进模式以最大化燃料经济性是有利的。由于在该模式中发动机完全与车辆车轮分开，由动力传动系正确地确定操作者选择电动推进模式的意愿是重要的。此外，在手动变速器情形中，必须使操作者知悉操作状况何时不再允许电动推进模式，且需要至变速器的另一档位的换档。
因此，车辆的动力传动系包括发动机和变速器，所述变速器具有输入构件和输出构件。该变速器可操作以提供在输入构件和输出构件之间的多个齿轮比，且为具有在发动机和输入构件之间的可选择性地脱开的离合器的手动变速器或离合器接合由控制器自动控制的自动变速器。变速器具有空档状态，在所述空档状态中扭矩不从变速器输入构件传输至变速器输出构件。
动力传动系具有两个马达/发电机，以补充传统的手动或自动变速器的推进能力。第一马达/发电机具有与发动机连接的转子。第一马达/发电机可直接或间接地联接至发动机，取代起动马达，且可用于起动发动机、发电、以及辅助推进。第二马达/发电机具有连接至一些车辆车轮的转子，诸如前或后车辆车轮，直接地或间接地通过诸如变速器的传动机构。第一马达/发电机可在由发动机提供动力时选择性地作为发电机运行，以提供电功率至第二马达/发电机。第二马达/发电机可在从能量存储设备或从第一马达/发电机接收电功率时选择性地作为马达运行。第二马达/发电机还可在减速期间提供再生制动。马达控制器可运行以使得第一和第二马达/发电机作为马达或发电机运行。
操作者换档选择器允许车辆操作者将动力传动系设置在电动推进模式中（也称作电动档位），在所述电动推进模式中变速器处在空档状态中，而第二马达/发电机作为马达运行，以提供推进功率至车轮。电动推进模式建立了变速器的空档状态，由此阻止发动机推进车辆，并同时允许串联式混合状运行，在其中发动机为第一马达/发电机提供动力，该第一马达/发电机作为发电机运行，以添加电功率至第二马达/发电机。可选地，换档指示器被操作地连接至马达控制器并提供指示将变速器切换至一个齿轮比的方向的输出信号。通过这样的方式，在手动变速器的情形中，车辆操作者被警示，以切换至另一齿轮比，或在自动变速器的情形中，车辆操作者被警示变速器已经自动切换至另一齿轮比。在一些实施例中，没有提供输出信号的物理换档指示器；而是，通过查看转速表或留意发动机的声音，操作者将识别发动机已经接通，且将继而切换至一个齿轮比。
操作者选定电动推进模式与手动变速器以及自动变速器两者都兼容，使其在电池能量有限的情形中成为具有发动机/发电机储备的用于用户可选择电动推进能力的有成本效益的系统。当实施在手动变速器中时，操作者选择电动推进模式能够消除使用手动促动离合器使车辆起步的需要，并由此提供了改进的驾驶性。
当结合附图时，本发明的上述特征和优势以及其他特征和优势从下文中用于实施本发明的最佳模式的详尽描述中是显而易见的。
附图说明
图1是具有混合动力传动系以及电动推进换档选择器和换档指示器的第一实施例的车辆的示意性侧视图；
图2是换档选择器面板的示意性平面图，示出了包括电动推进模式的换档器的预定义换档位置；
图3是诸如用于自动变速器的换档选择器的替换实施例的示意图；和
图4是具有混合动力传动系以及电动推进换档选择器和换档指示器的第二实施例的车辆的示意性侧视图。
具体实施方式
参见附图，其中相同的附图标记指向相同的构件，图1示出了车辆10。车辆10包括一对车轮12和一对车轮14，在侧视图中仅示出了每一对中的一个。车轮12可为前轮或后轮，而车轮14可为前轮或后轮中的另一种。
车辆10具有混合动力传动系16，该混合动力传动系16被布置为允许操作者选择电动推进模式（operator-selected electric propulsion mode）。在此处使用时，“电动推进模式”是一模式，在该模式中至车辆车轮的扭矩仅经由电马达/发电机提供。在下文中更详细地描述了动力传动系16提供的模式，包括操作者选择电动推进模式。
具体地，混合动力传动系16包括发动机18，所述发动机18通过离合器22连接至变速器22。变速器20可为手动变速器或自动变速器。在手动变速器的情形中，离合器22通常被接合，且由车辆操作者脱开，例如通过按压脚踏板，以在变速器齿轮比之间的换档期间将发动机18从变速器20断开连接。在自动变速器的情形中，离合器22响应于由变速器控制器（未示出）发送的控制器信号而接合或脱开，所述变速器控制器导致离合器的液压、电动或其他促动。
变速器20包括输入构件24和输出构件26。在示出的实施例中，变速器20是具有操纵杆状换档选择器28的手动变速器。换档选择器28至换档选择器面板30中的各个预定义的位置的运动使换档叉在变速器20内运动，以通过变速器20建立各个齿轮比，每一个都对应着选定的位置，或建立变速器20的空档状态。在空档状态中，扭矩不从变速器输入构件24传输至变速器输出构件26。当换档选择器28处在图2的换档选择器面板30中的任意预定义位置之间时，例如处在沿槽31的一位置时，变速器20也处在空档状态中。在自动变速器的情形中，没有用于变速器齿轮比或空档状态的选择的换档选择器或换档选择器面板。而是，变速器20的各个齿轮比由变速器控制器响应于车辆的运行状况被自动地选择。但是，将提供如图3中示出的操作者换档选择器128以允许操作者选择电动推进模式。换档选择器128可以为可按压按钮的形式。
图2示出了代表性换档选择器面板30，其具有与通过变速器20建立六个前进速度比(1st、2nd、3rd、4th、5th和6th）的齿轮比对应的换档器位置1、2、3、4、5和6、用于倒车速度比的换档器位置25和用于电动推进模式的换档器位置27。电动推进模式仅在换档选择器28处在位置27中时建立。换档选择器面板30也可称作换档栅板。在电动推进模式中，变速器20处在空档状态中，正如当离合器22脱开时和/或当换档选择器28处在换档选择器面板30中的非选择器面板30的预定义位置25、27、1、2、3、4、5、6中的一个的位置31时。
再次参照图1，动力传动系16还包括第一马达/发电机32和第二马达/发电机34。第一马达/发电机32包括定子36和转子38。转子38被直接地或间接地通过齿轮组件附连，以与发动机18的曲轴40一起旋转，或使得转子38的旋转造成曲轴40的旋转，反之亦然。
第二马达/发电机34包括定子42和转子44。转子44经由毂部46连接用于与车轮14一起旋转，直接地或间接地通过传动装置，从而转子44的旋转造成车轮14的旋转。
定子36、42两者都固定至相同或分立的静止构件45，诸如变速器壳体，且由传输导体48、50连接至马达控制器/功率变换器52。马达控制器/功率变换器52也被传输导体56操作地连接至诸如电池54的电能存储设备。马达控制器/功率变换器52从发动机控制器、变速器控制器、或两者接收控制信号，并配置为将自电池54提供的直流电转换成提供至定子36或定子42的交流电，并将由定子36或定子42提供的交流电转转成用于存储在电池54中的直流电，以响应控制器信号来建立如下所述的动力传动系16的各种运行模式。
当操作者将换档选择器28布置在对应于电动推进模式、且使得变速器20处在空档操作状态中的图2的位置27中时，动力传动系16可以以操作者选择电动推进运行模式运行。仅当换档选择器28布置在图2的位置27时，图1的开关60从示出的打开位置运动至以虚线示出的闭合位置62，以沿传输导体63提供信号至马达控制器/功率变换器52，表示操作者命令的电动推进模式。马达控制器/功率变换器52将电功率从电池54提供至定子42，以将马达/发电机34作为马达运行。马达/发电机32关闭，发动机18也关闭。由于变速器20处在空档状态中，发动机18从车轮12断开连接。在该模式中，车轮14被驱动且车轮12滑行（coasting）。
如果车辆10减速，马达/发电机34可受控以作为发电机运行，在车轮14处提供再生制动，其中变速器20仍处在根据操作者选择电动推进模式的空档状态中。如果变速器20是自动变速器，替代具有用于建立电动推进模式所需的变速器20的空档状态的预定位置的换档选择器28，将提供图3的可按压按钮128。当被按压时，按钮128闭合图1中的开关60，以建立闭合位置62，而信号沿传输导体63提供至图1中马达控制器/功率变换器52，以由此表示期望电动推进模式。变速器控制器（未示出）将继而使变速器20布置在空档状态中。
如果电池54的充电状态在操作者选择电动推进模式中掉落在预定的最小值之下，则马达控制器/功率变换器52与发动机控制器通信以起动发动机18。马达/发电机32可作为马达运行，以起动发动机18。一旦起动后，发动机18提供机械功率至马达/发电机32，该马达/发电机32作为发电机运行，以辅助电池54为作为马达运行的马达/发电机34提供动力。这建立了混合动力串联电动推进运行模式，其中至车轮14的扭矩仍仅由来自马达/发电机34的电功率根据操作者选择电动推进运行模式提供。
运行状况可表示，在车轮14处需要较从处在混合动力串联电动推进运行模式中的马达/发电机34可获得的更多的扭矩。在该情形中，可选的换档指示器61警示车辆操作者，变速器20从空档状态至一个齿轮比（即，在换档器位置1、2、3、4、5和6处建立的齿轮比中的一个）的换档是必需的，从而发动机18也可提供扭矩至车轮12。替换地，可不提供换档指示器，且车辆操作者可依赖于观察转速表，或简单地听发动机接通的声音来作为换档选择器28至换档器位置1、2、3、4、5和6中的一个的运动是必需的指示。换档指示器61可为车辆10的仪表盘65上、换档指示器面板30上或其他处的灯，或可为可听见的声音，或至操作者的其它指示性信号。如果变速器20是手动变速器，则操作者必须通过将换档选择器28布置在图2中的预定位置中的一个（位置25（如果倒车）或位置1、2、3、4、5或6）来将变速器20换档进入恰当的档位。如果变速器20是自动变速器，换档将由变速器20的离合器（未示出，但本领域技术人员将理解）和变速器控制器自动地执行。
通过变速器20建立倒档、1st、2nd、3rd、4th、5th或6th中的一个齿轮比，动力传动系16可受控以建立对应于不同车辆运行状况的四种不同的运行模式。例如，建立一种并联运行模式，其中发动机18工作，马达/发电机32被控制为作为马达运行，以添加扭矩至曲轴40，用于驱动车轮12，且其中马达/发电机34不被提供动力，从而转子44由于车轮14的旋转而自由转动。
如果在并联运行模式中需要附加的牵引扭矩，马达控制器/功率变换器52可控制马达/发电机34作为马达运行，从而车轮14由马达/发电机34驱动，而车轮12由发动机18和马达/发电机32驱动。这可被称作全接通运行模式，因为牵引扭矩的全部来源都做出了贡献。
当变速器20处在选定的档位（倒档、1st、2nd、3rd、4th、5th或6th）中时，发动机控制器和马达控制器/功率变换器52可建立电动全轮驱动运行模式，发动机18工作，马达/发电机34受控以作为马达运行，且马达/发电机32受控以作为发电机运行。通过马达/发电机32作为发电机运行，从动轮12可滑动。通过马达/发电机32作为发电机运行，当从动轮12滑动时，来自发动机18的功率可通过从动轮12传输至道路。马达控制器/功率变换器52可采用从动轮12的滑动当作替代信号（即，对推进期望从第二马达/发电机34获得的换档指示器61的替代）。因此，第二马达/发电机34仅在收到信号时提供推进，不论信号来自换档指示器61或是来自车轮滑动。
当变速器20处在通过变速器20建立齿轮比的任意选定档位中时（即，不处在空档状态中且不处在操作者选择电动推进运行模式中），动力传动系16可受控以在车辆的制动期间以再生制动模式运行。在该模式中，至发动机18的燃料被切断，从而发动机18滑行，而马达/发电机32作为发电机运行，以减慢曲轴40并由此减慢车轮12。马达/发电机34也受控以在该运行模式中作为发电机运行。
动力传动系16也可受控以当变速器20处在空档状态中时以滑行模式运行。至发动机18的燃料被切断，且第一马达/发电机32被控制为作为马达运行，在该情形中发动机18滑行，或第一马达/发电机32可关闭，在该情形中发动机18也关闭（即，不旋转）。无论作为马达或发电机，马达/发电机34均不被提供动力，而是也将滑行，如车轮14一样。
参见图4，示出了车辆110的另一实施例，该车辆110具有动力传动系116，所述动力传动系116配置为建立操作者选择电动推进模式。和图1中示出的基本相同的构件以相同的附图标记标示。在该实施例中，第二马达/发电机34被操作地连接，以向与发动机18所提供扭矩的相同的车轮12提供扭矩。马达/发电机34经由毂部46连接，该毂部46通过变速器20的输出部26向车轮12提供扭矩，该马达/发电机34运行，以即使当变速器20处在扭矩不从输入构件24提供至输出构件26的空档状态中时仍然提供扭矩至输出构件26。
当操作者通过将选择器28移动至图2中的位置27（或在自动变速器的情形中通过按压图3中的按钮128以闭合开关60）来选择电动推进模式时，变速器20处在空档状态中，使发动机18从车轮12断开连接，且马达控制器/功率变换器52控制马达/发电机34以作为使用存储在电池54中的能量的马达运行，以提供扭矩至车轮12。发动机18关闭且马达/发电机32关闭。可选择电动推进模式来使车辆110起步。
如果电池54的充电状态在操作者选择电动推进模式期间掉落在预定的最小值之下，则马达控制器/功率变换器52与发动机控制器通信以起动发动机18。马达/发电机32可作为马达运行，以起动发动机18。一旦起动后，发动机18提供机械功率至马达/发电机32，该马达/发电机32作为发电机运行，以辅助电池54为作为马达运行的马达/发电机34提供动力，建立混合动力串联运行模式，其中至车轮12的扭矩仍仅由来自马达/发电机34的电功率根据操作者选择电推进运行模式提供。
如果变速器20被切换以建立倒档、1st、2nd、3rd、4th、5th或6th中的一个的齿轮比时（通过操作者响应于换档指示器61或以其他方式(例如响应于车轮滑动）切换），动力传动系16可受控以建立对应于车辆运行状况的四种不同的运行模式。例如，建立一种混合动力并联运行模式，其中发动机18工作，马达/发电机32被控制以作为马达运行，以添加扭矩至曲轴40，用于驱动车轮12，且其中马达/发电机34不被提供动力。
如果在并联运行模式中需要附加的牵引扭矩，马达控制器/功率变换器52可控制马达/发电机34作为马达运行，从而车辆12由发动机18、马达/发电机32和马达/发电机34驱动，这可称作全接通运行模式，因为牵引扭矩的全部来源都有做出了贡献。
当变速器20处在通过变速器20建立齿轮比的任意选定档位中时（即，不处在空档状态中且不处在操作者选择电动推进运行模式中），动力传动系116可受控以在车辆的制动期间以再生制动模式运行。在该模式中，发动机18受控以通过切断至发动机的燃料而滑行，而马达/发电机32作为发电机运行，以减慢曲轴40并由此减慢车轮12。马达/发电机34也受控以在该运行模式中作为发电机运行。
动力传动系116也可受控以当变速器20处在空档状态中而不处在操作者选择电动推进模式中时以滑行模式运行。至发动机18的燃料被切断，且第一马达/发电机32受控为作为马达运行，在该情形中发动机18将滑行。替换地，第一马达/发电机32可关闭，在该情形中发动机18也将关闭（即，不旋转)。无论作为马达或发电机，马达/发电机34将均不被提供动力，而是也将滑行，如车轮12、14一样。
在图1和4中的动力传动系16、116中，马达/发电机32、34布置为使得具有手动或自动变速器20和发动机18的传统的、非混合动力传动系可通过添加具有相当少的重新设计的马达/发电机32、34而转换成为混合动力传动系。
尽管已经对用于实施本发明的最佳模式进行了详尽的描述，对本发明所涉及的领域熟悉的技术人员将辨识出在所附的权利要求内用于实施本发明的各种可替换设计和实施例。

Claims (10)

1.一种用于具有车轮的车辆的动力传动系，包括：
发动机；
多速变速器，具有操作地连接至发动机的输入构件和操作地连接至车轮的输出构件，并具有在输入构件和输出构件之间的多个齿轮比以及空档状态，在所述空档状态中扭矩不从输入构件传输至输出构件；
第一马达/发电机，由发动机提供动力，以作为发电机运行；
电能存储装置，可运行以从第一马达/发电机接收电功率；
第二马达/发电机，配置为从电能存储装置和第一马达/发电机中的任一个或两者接收功率，以作为马达运行来提供推进功率至车轮；和
操作者换档选择器，可运行以选择性地建立电动推进模式，在所述电动推进模式中第二马达/发电机作为马达运行，以提供推进功率至车轮，且在所述电动推进模式中变速器处在空档状态中。
2.如权利要求1所述的动力传动系，还包括：
换档指示器，其可运行以提供输出，标示运行状态需要变速器从空档状态换档至齿轮比中的一个。
3.如权利要求1所述的动力传动系，还包括马达控制器，其可运行以控制第一和第二马达/发电机；且其中，马达控制器控制第二马达/发电机，以响应于车轮的滑动作为马达运行。
4.如权利要求3所述的动力传动系，其中，第二马达/发电机受控以仅响应于车轮的滑动或当被换档选择器选定的一个齿轮比所需要时作为马达运行。
5.如权利要求1所述的动力传动系，其中，变速器是手动变速器；且其中，操作者换档选择器是档位切换器，所述档位切换器当布置在用于每一个齿轮比的不同的预定位置中时建立所述每一个齿轮比，且当布置在不同于用于每一个齿轮比的任意预定位置的预定位置中时建立电动推进模式。
6.如权利要求1所述的动力传动系，其中，操作者换档选择器是可按压按钮。
7.如权利要求1所述的动力传动系，还包括：
开关，配置为当操作者换档选择器被操作以建立电动推进模式时闭合。
8.如权利要求1所述的动力传动系，其中，第二马达/发电机可作为马达运行，以当动力传动系布置在电动推进模式中时使车辆起步。
9.如权利要求1所述的动力传动系，其中，当动力传动系布置在电动推进模式中时动力传动系可在串联混合动力模式中运行，其中发动机工作且为第一马达/发电机提供动力，以作为发电机运行，且第一马达/发电机提供电功率至第二马达/发电机。
10.一种用于具有车轮的车辆的动力传动系，包括：
发动机；
变速器，具有输入构件和输出构件，且可运行以提供在输入构件和输出构件之间的多个齿轮比；
其中，变速器是具有在发动机和输入构件之间的可选择性脱开的离合器的手动变速器和自动变速器其中的一个；其中，所述变速器具有空档状态，在所述空档状态中扭矩不从输入构件传输至输出构件；
第一马达/发电机，具有与发动机直接或间接连接的转子；
第二马达/发电机，具有与一些车轮直接或间接连接的转子；其中，第一马达/发电机当由发动机提供动力时可选择性地作为发电机运行，以提供电功率至第二马达/发电机；
电能存储装置；其中，第二马达/发电机可当从电能存储装置或从第一马达/发电机接收电功率时选择性地作为马达运行；
马达控制器，可运行以使得第一和第二马达/发电机中的每一个都作为马达或发电机运行；
操作者换档选择器，其可运行以将动力传动系布置在电动推进模式中，在所述电动推进模式中第二马达/发电机作为马达运行，以提供推进功率至所述车轮中的一些，且在所述电动推进模式中变速器处在空档状态中；和
换档指示器，操作地连接至马达控制器并可运行以提供输出信号，指示将变速器切换至所述齿轮比中的一个的方向。
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