CN103101427A - 静液压混合动力系统 - Google Patents

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Abstract

一种静液压混合动力系统，包括原动机、连接至原动机的起动设备和变速箱，变速箱具有连接至起动设备的变速箱输入轴。泵/马达被功能性互连在起动设备和变速箱之间。第一蓄能器与泵/马达流体连通用于存储加压的液压流体，并且第二蓄能器与泵/马达流体连通用于存储从第一蓄能器泄放的液压流体。第一蓄能器的泄放驱动泵/马达以为变速箱输入轴提供驱动转矩并为原动机提供用于起动原动机的驱动转矩。

Description

静液压混合动力系统
技术领域
本公开涉及一种用于机动车辆的静液压混合动力驱动系统，并且更具体地涉及一种设置在自动变速箱输入端以在起动期间放大转矩并允许发动机起停和再生制动的静压混合动力系统。
背景技术
本部分的陈述内容仅仅是提供本公开的相关背景技术信息，因此不一定构成现有技术。
用于机动车辆的混合动力传动系使用两种或多种不同的动力源来推进机动车辆。在液压混合动力车(HHV)中，常规内燃机和液压马达被用于为机动车辆提供动力。液压混合动力系统通常包括两个部件：高压液压流体容器或蓄能器以及液压驱动泵/马达。蓄能器被用于存储加压流体。作为马达，液压驱动利用加压流体转动机动车辆的车轮。作为泵，液压驱动被用于通过利用车的动量来重新加压液压流体。该过程将动能转化为可再次使用的势能并且被称为再生制动。现有两种类型的HHV：并联式和串联式。在并联式HHV中，发动机和液压驱动系统都与车轮机械地相互作用。液压泵/马达经常被集成到差动或末级驱动单元内。
尽管这些系统是有效的，但是在本领域内对于液压混合动力系统依然存在改进空间以降低复杂性和能耗同时仍然提供充分的能够封装在包括客车、SUV和客货两用车的道路车辆内的发动机起停性能和车辆起动性能。
发明内容
在本发明原理的一个示例中，提供了一种用于机动车辆的混合动力驱动系统。混合动力驱动系统包括原动机、连接至原动机的起动设备和变速箱，变速箱具有连接至起动设备的变速箱输入轴。泵/马达被功能性互连在起动设备和变速箱之间。第一蓄能器与泵/马达流体连通用于存储加压的液压流体，并且第二蓄能器与泵/马达流体连通用于存储从第一蓄能器泄放的液压流体。第一蓄能器的泄放驱动泵/马达以为变速箱输入轴提供驱动转矩并为原动机提供用于起动原动机的驱动转矩。在空档滑行期间变速箱输入轴的旋转驱动泵/马达将液压流体从第二蓄能器泵送至第一蓄能器以充填第一蓄能器和再生地制动车辆。
在本发明的一个方面中，泵/马达被设置为与变速箱输入轴同轴。
在本发明的另一个方面中，泵/马达相对于变速箱输入轴离轴设置。
在本发明的另一个方面中，第一齿轮被设置在变速箱输入轴上并与其同轴，第二齿轮被连接用于随泵/马达的转子旋转，并且传动链被连接至第一和第二齿轮以将第一齿轮与第二齿轮旋转地耦接。
在本发明的另一个方面中，泵/马达的转子的旋转轴径向偏离变速箱输入轴并与其平行。
在本发明的另一个方面中，原动机是燃烧式发动机。
在本发明的另一个方面中，第一蓄能器具有比第二蓄能器更高的充填压力。
方案1、一种机动车辆的驱动系统，所述驱动系统包括：
原动机；
连接至原动机的起动设备；
变速箱，具有连接至起动设备的变速箱输入轴；
连接在起动设备和变速箱之间的泵/马达；
与泵/马达流体连通用于存储加压液压流体的第一蓄能器；以及
与泵/马达流体连通的第二蓄能器，并且
其中第一蓄能器的泄放驱动泵/马达以为变速箱输入轴提供驱动转矩并为原动机提供用于起动原动机的驱动转矩。
方案2、如方案1所述的驱动系统，其中泵/马达被设置为与变速箱输入轴同轴。
方案3、如方案1所述的驱动系统，其中泵/马达相对于变速箱输入轴离轴设置。
方案4、如方案3所述的驱动系统，进一步包括设置在变速箱输入轴上并与其同轴的第一齿轮，连接用于随泵/马达的转子旋转的第二齿轮，以及连接至第一和第二齿轮用于将第一齿轮与第二齿轮旋转地耦接的传动链。
方案5、如方案4所述的驱动系统，其中泵/马达的转子的旋转轴径向偏离变速箱输入轴并与其平行。
方案6、如方案1所述的设备，其中原动机是燃烧式发动机。
方案7、如方案1所述的设备，其中第一蓄能器具有比第二蓄能器更高的充填压力。
方案8、如方案1所述的设备，其中变速箱输入轴的旋转驱动泵/马达将液压流体从第二蓄能器泵送至第一蓄能器以充填第一蓄能器。
方案9、一种机动车辆的驱动系统，所述驱动系统包括：
具有输出轴的原动机；
耦接至原动机输出轴的起动设备；
变速箱，具有连接至起动设备的变速箱输入轴；
双向泵，具有在起动设备和变速箱之间功能性互连至变速箱输入轴的转子，双向泵具有第一流体端口和第二流体端口；
与变速箱有效关联并且与双向泵的第一流体端口流体连通的液压控制系统；
用于存储加压液压流体的高压蓄能器，高压蓄能器通过液压控制系统与双向泵的第一流体端口流体连通；以及
与双向泵的第二流体端口流体连通的低压蓄能器，并且
其中高压蓄能器的泄放驱动双向泵的转子以为变速箱输入轴提供驱动转矩，并且其中变速箱输入轴的旋转驱动双向泵的转子将液压流体从低压蓄能器泵送至高压蓄能器以充填高压蓄能器和再生地制动车辆。
方案10、如方案9所述的驱动系统，其中双向泵的转子与变速箱输入轴同轴。
方案11、如方案9所述的驱动系统，其中双向泵相对于变速箱输入轴离轴设置。
方案12、如方案11所述的驱动系统，进一步包括设置在变速箱输入轴上并与其同轴的第一齿轮，连接用于随双向泵的转子旋转的第二齿轮，以及连接至第一和第二齿轮用于将第一齿轮与第二齿轮旋转地耦接的传动链。
方案13、如方案12所述的驱动系统，其中双向泵的转子的旋转轴径向偏离变速箱输入轴并与其平行。
方案14、如方案9所述的设备，其中所述原动机是燃烧式发动机。
更多的应用、优点和应用领域将根据本文提供的说明内容变得显而易见。应该理解说明内容和特定示例仅仅是为了进行说明而并不是为了限制本公开的保护范围。
附图说明
本文中介绍的附图仅仅是为了进行说明而并不是为了以任何方式限制本公开的保护范围。
图1是根据本发明原理的机动车辆动力传动系的示意图；以及
图2是根据本发明原理的机动车辆动力传动系的另一示意图。
具体实施方式
以下的说明内容在本质上仅仅是示范性的而绝不是为了限制本公开、其应用或用途。
参照图1，一种用于机动车辆的示范性动力传动系整体上以附图标记10表示。动力传动系10包括用于提供动力和转矩以推进机动车辆的发动机12。发动机12可以是常规的内燃机或电机或者是任意其他类型的原动机而并不背离本公开的保护范围。电子发动机起动器13被连接至发动机12以起动发动机12。发动机12被设置用于通过发动机输出轴16向起动设备14提供驱动转矩。发动机输出轴16可以通过挠性板(未示出)或其他连接设备连接至起动设备14。起动设备14可以是流体动力设备例如液力耦接器或转矩变换器、电机或者摩擦设备例如干式或湿式起动离合器或双离合器。应该意识到任何类型的起动设备14均可使用而并不背离本公开的保护范围。
变速箱20可以是前轮驱动变速箱或后轮驱动变速箱。一般地说，变速箱20包括变速箱输入轴22和变速箱输出轴24。变速箱输入轴22通过起动设备14与发动机12功能性互连并且从发动机12接收输入转矩或动力。因此，变速箱输入轴22在起动设备14是流体动力设备的情况下可以是涡轮轴，在起动设备14是双离合器的情况下可以是双输入轴，或者在起动设备14是电机的情况下可以是驱动轴。设置在变速箱输入轴22和变速箱输出轴24之间的是齿轮和离合器装置(未示出)。齿轮和离合器装置可以包括多个齿轮组、多个离合器和/或制动器以及多根轴。多个齿轮组可以包括各个互相啮合的齿轮例如通过选择性致动多个离合器/制动器而连接至或者可选择性地连接至多根轴的行星齿轮组。多根轴可以包括副轴或中间轴、套管和中心轴、倒档轴或怠速轴或者其组合。离合器/制动器可选择性地接合以通过将多个齿轮组内的各个齿轮选择性耦接至多根轴而建立多种齿轮比或传动比中的至少一种。应该意识到变速箱20内的齿轮组、离合器/制动器和轴的具体设置方式和数量可以改变而并不背离本公开的保护范围。
变速箱输出轴24优选地与末级驱动单元26相连。末级驱动单元26可以包括例如推进轴、差动装置和驱动轴。
变速箱20还包括变速箱控制模块28。变速箱控制模块28优选地是电子控制设备，具有预编程数字计算机或处理器、控制逻辑、用于存储数据的存储器以及至少一个I/O外围设备。控制逻辑包括用于监测、处理和生成数据的多个逻辑例程。变速箱控制模块28通过液压控制系统30控制变速箱20的致动。液压控制系统30可操作用于通过将液压流体选择性输送至机械接合离合器/制动器的液压致动器而选择性接合离合器/制动器。液压流体从连接至液压控制系统30的静压泵/马达系统32加压输送至离合器/制动器，正如以下要更加详细介绍的那样。
静压泵/马达系统32被设置用于向液压控制系统30提供加压液压流体以及通过变速箱20向末级驱动单元26提供动力。因此，由静压泵/马达系统32提供的动力可影响变速箱20的转矩放大倍数。静压泵/马达系统32可以单独向末级驱动单元26提供动力或者结合由发动机12和起动设备14提供的动力而向末级驱动单元26提供动力。例如，在本发明的一个实施例中，静压泵/马达系统32包括离轴式静压泵/马达34。静压泵/马达34可以是任意类型固定或可变排量的双向泵/马达单元，能够根据旋转方向用作生成驱动转矩的马达和用作提供加压流体的泵。静压泵/马达34的示例包括用于使用高压液压流体(例如约5000psi)的轴向活塞泵以及包括叶片的旋转泵和用于使用相对较低压液压流体(例如约500psi)的齿轮泵。静压泵/马达34机械地连接转子轴36。第一齿轮38被连接至转子轴36，而第二齿轮40则被连接至起动设备14和变速箱20之间的变速箱输入轴22。传动链42将第一齿轮38与第二齿轮40旋转地耦接。在一个可选实施例中，传动链42由啮合第一齿轮38和第二齿轮40的一个或多个相互啮合的齿轮代替。
静压泵/马达34包括第一流体端口44和第二流体端口46。第一流体端口44与液压控制系统30和高压蓄能器48流体连通。第二流体端口46与低压蓄能器或另外的封闭容器50流体连通。液压控制系统30和静压泵/马达系统32构成闭合液压回路。
静压泵/马达系统32可操作用于与起动设备14同时动作以向变速箱提供附加动力用于起动机动车辆。为了提供附加动力，(例如通过打开阀或螺线管而)泄放高压蓄能器48。高压流体输送至流体端口44并驱动静压泵/马达34为转子轴36提供动力，通过齿轮38和40以及传动链42向变速箱输入轴22提供动力。现处于低压的液压流体从流体端口46离开静压泵/马达32并被送往低压蓄能器50。
静压泵/马达系统32通过发动机12或者利用再生制动重新加压，由此在机动车辆空档滑行或制动期间从变速箱输入轴22回收动能。例如，变速箱输入轴22的转动旋转地驱动齿轮38和40以及传动链42，由此向转子轴36提供旋转动力。转子轴36的旋转相应地驱动静压泵/马达34。液压流体通过流体端口46从低压蓄能器50引出并通过流体端口44送往高压蓄能器48。静压泵/马达34的旋转动力足以充填高压蓄能器50。可以封装更大的蓄能器以实现更大的占空比。另外，如果由于液压流体泄漏而有必要的话，可以包括单独的电驱动泵(未示出)以充填蓄能器48和50。
在各种结构中，希望可以允许发动机12和变速箱20之间的独立动作。在起动设备14是流体动力起动设备例如转矩变换器时，起动设备14自然允许发动机12和变速箱20之间的相对旋转动作。这就允许在车辆停止时运行发动机12并且能够在发动机12关闭时允许泵/马达推进车辆缓行，正如以下介绍的那样。在起动设备14是机械设备时，以虚线示出并且由附图标记60和62表示的可选断开式离合器可以在动力传动系10中被用于实施发动机重启和/或车辆缓行。例如，断开式离合器60被连接在起动设备14和泵/马达系统32之间并且断开式离合器62被连接在泵/马达系统32和变速箱20之间。断开式离合器60使泵/马达34能够在发动机12关闭时推进车辆缓行，其中起动设备14是机械设备。断开式离合器62在车辆停止时利用泵/马达34来实现重启发动机12，其中起动设备14是机械设备。应该意识到动力传动系10可以包括断开式离合器60和62之一或两者都包括。
静压泵/马达34也可以被连接至与变速箱20并行设置的车轮马达35。这种单独的并行动力路径通常被称为“动力分流式”变速箱。这种设置方式可能是有利的，原因在于如果不需要处理全动力以满足车辆的最大转矩工作状态例如车辆起动，那么机械传动变速箱可以被制作得更小。利用存储的静压能量也可以有助于减小发动机外部尺寸以获得额外的燃料经济性改进。车轮马达35可以直接耦接至末级驱动单元26或机动车辆的车轮以实现液压“全轮驱动”(AWD)。这就允许用紧凑的前轮驱动传动变速箱驱动前轮以用于改善公路燃料经济性，同时允许液压AWD为后轮提供动力以用于根据每一种驱动状态的需求来改善牵引力。
在动力传动系10工作期间，机动车辆会偶尔进入发动机起停的状态。发动机起停在机动车辆行驶期间例如在交通信号灯、停车标志处或者由于交通或其他临时状况而临时停车时发生。在发动机起停期间，发动机12停机以提高燃料经济性。但是，重要的是变速箱20内的离合器/制动器仍通过低压液压流体保持待发(也就是液压致动在接合位置)，目的是为了在发动机12起动时允许快速和无噪音的齿轮啮合。因此，在发动机起停期间，当发动机12停机时，高压蓄能器48或低压蓄能器50可以泄放，目的是为了保持离合器回路充满加压的液压流体。另外，高压蓄能器48的泄放为变速箱20提供驱动转矩以允许动力传动系10向机动车辆提供原动力从而允许在发动机停机期间低速移动或“缓行”。燃料经济性通过避免发动机怠速的燃料消耗而获得。最后，高压蓄能器48的泄放可以被用于在发动机停机期间通过向发动机12提供驱动转矩而重启发动机12。这样就消除了要在发动机重启期间使用电子起动器13的需求，由此解省了能量。
静压泵/马达系统32的构造和配置通过在变速箱内离轴安装静压泵/马达34提供了很高的泵送效率。离轴泵整体较小的泵直径和部件尺寸减小了旋转和滑动摩擦，减小了内部旋转泄漏并允许更小的容差，所有这些因素都提高了工作效率。另外，离轴式设计有助于其他的驱动装置例如专用电机，例如在发动机起停应用中发动机并未运行时具有驱动泵的附加能力。
转至图2，一种可选的动力传动系整体上以附图标记100表示。动力传动系100类似于图1所示的动力传动系10并且相似的部件以相似的附图标记表示。动力传动系100包括同轴式静压泵/马达102。静压泵/马达102被直接机械地耦接至起动设备14和变速箱20之间的变速箱输入轴22。静压泵/马达34可以是任意类型固定或可变排量的双向泵/马达单元，能够根据旋转方向用作生成驱动转矩的马达和用作提供加压流体的泵。例如，静压泵/马达102可以是径向活塞泵。同轴式静压泵/马达102可以为机动车辆10提供有利的封装选择。
本发明的说明书本质上仅仅是示范性的，并且不背离本发明主旨的各种变形都应被认为是落在本发明的保护范围内。这些变形不应被视为背离了本发明的精神和保护范围。

Claims (10)

1. 一种机动车辆的驱动系统，所述驱动系统包括：
原动机；
连接至原动机的起动设备；
变速箱，具有连接至起动设备的变速箱输入轴；
连接在起动设备和变速箱之间的泵/马达；
与泵/马达流体连通用于存储加压液压流体的第一蓄能器；以及
与泵/马达流体连通的第二蓄能器，并且
其中第一蓄能器的泄放驱动泵/马达以为变速箱输入轴提供驱动转矩并为原动机提供用于起动原动机的驱动转矩。
2. 如权利要求1所述的驱动系统，其中泵/马达被设置为与变速箱输入轴同轴。
3. 如权利要求1所述的驱动系统，其中泵/马达相对于变速箱输入轴离轴设置。
4. 如权利要求3所述的驱动系统，进一步包括设置在变速箱输入轴上并与其同轴的第一齿轮，连接用于随泵/马达的转子旋转的第二齿轮，以及连接至第一和第二齿轮用于将第一齿轮与第二齿轮旋转地耦接的传动链。
5. 如权利要求4所述的驱动系统，其中泵/马达的转子的旋转轴径向偏离变速箱输入轴并与其平行。
6. 如权利要求1所述的设备，其中原动机是燃烧式发动机。
7. 如权利要求1所述的设备，其中第一蓄能器具有比第二蓄能器更高的充填压力。
8. 如权利要求1所述的设备，其中变速箱输入轴的旋转驱动泵/马达将液压流体从第二蓄能器泵送至第一蓄能器以充填第一蓄能器。
9. 一种机动车辆的驱动系统，所述驱动系统包括：
具有输出轴的原动机；
耦接至原动机输出轴的起动设备；
变速箱，具有连接至起动设备的变速箱输入轴；
双向泵，具有在起动设备和变速箱之间功能性互连至变速箱输入轴的转子，双向泵具有第一流体端口和第二流体端口；
与变速箱有效关联并且与双向泵的第一流体端口流体连通的液压控制系统；
用于存储加压液压流体的高压蓄能器，高压蓄能器通过液压控制系统与双向泵的第一流体端口流体连通；以及
与双向泵的第二流体端口流体连通的低压蓄能器，并且
其中高压蓄能器的泄放驱动双向泵的转子以为变速箱输入轴提供驱动转矩，并且其中变速箱输入轴的旋转驱动双向泵的转子将液压流体从低压蓄能器泵送至高压蓄能器以充填高压蓄能器和再生地制动车辆。
10. 如权利要求9所述的驱动系统，其中双向泵的转子与变速箱输入轴同轴。
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