CN103522889B - 带离心促动式电机断开离合器的混合动力总成及控制方法 - Google Patents

Abstract

混合动力车辆包括具有可旋转转子的电机。离心促动式离合器具有第一可旋转构件、第二可旋转构件和至少一个附接到第一可旋转构件的促动构件。第一可旋转构件和第二可旋转构件中的一个操作地连接到车轮。第一可旋转构件和第二可旋转构件中的另一个操作地连接到转子。促动构件配置为在第一可旋转构件和第二可旋转构件之间传递一定量的扭矩，所述一定量的扭矩在第一可旋转构件的旋转速度增大时，由于作用在促动构件上的离心力而降低。还提供了一种控制方法。

Description

带离心促动式电机断开离合器的混合动力总成及控制方法

技术领域

本发明一般地涉及一种混合动力车辆，该车辆具有离心促动式离合器以断开电机。

背景技术

用于混合动力车辆的电驱动模块包括电机，该电机通过传动装置连接到车辆驱动车轴。在特定车辆操作模式中电机提供推进辅助。因为由电机提供的扭矩与齿轮比相乘，所以传动装置的较高的齿轮比允许电机具有相对低的最大扭矩。电驱动模块可能由于多种因素，特别是由于电机的最高速度，而在齿轮比方面被限制。即，在高的车轴速度下，电机的速度将由于高的齿轮比而更高，因此齿轮比必须被保持低于会引起电机超出其最大速度的高的齿轮比。

发明内容

提供了一种混合动力车辆，其具有离心促动式离合器，以在车轮速度增大时将电机从车轮断开。具体地，混合动力车辆具有带有可旋转转子的电机。离心促动式离合器具有第一可旋转构件、第二可旋转构件和附接到第一可旋转构件的至少一个促动构件。第一可旋转构件和第二可旋转构件中的一个操作地连接到车轮。第一可旋转构件和第二可旋转构件中的另一个操作地连接到转子。促动构件配置为在第一可旋转构件和第二可旋转构件之间传递一定量的扭矩，所述一定量的扭矩在第一可旋转构件的旋转速度增大时，由于作用在促动构件上的离心力而降低。

在一个实施例中，当由于车轮速度降低且离心力由此降低而离合器接合时，电动机可被控制为在离合器开始闭合时阻止扭矩扰动。因此控制混合动力车辆的方法包括：监测电机转子旋转速度，和当监测的转子旋转速度指示离心促动式离合器打滑(例如当车轮速度降低的时候离合器重新接合时)时，改变转子旋转速度和转子扭矩中的一个或全部两个。

因此，因为离心促动式离合器可配置为使得，电机在充分低于车辆最大速度的速度下从车轮断开，可以操作地连接在电机和车轮之间的任何传动装置的齿轮比作为电机上的约束被消除。即，离心促动断开的离合器可允许更高的齿轮比和更小、更低扭矩的电机来提供与不能从车轮断开的电机相同的输出扭矩和车辆最大速度。电机可用于推进辅助，例如用于车辆中的低速至中速(例如0至80千米每小时)下的电动全轮驱动操作模式，所述车辆可通过主动力总成在低速至高速(例如0至200千米每小时)下被驱动。例如，相比于不能在高速下断开并且具有低传动装置齿轮比的情况的电机，本电机的尺寸可被降低50％。因为电机将在相对高的速度下被断开，因此其在高速下被减慢或停止，降低旋转损失。另外，离合器是通过离心力自促动的，消除了对于例如电动或液压促动器的促动系统的需要，并消除了相关动力要求和旋转损失。

对实施本教导的最佳模式的以下详细描述在连同附图时，本教导的上述特征和优势及其他特征和优势将显而易见。

附图说明

图1是具有动力总成的车辆的示意性图示，所述动力总成包括电驱动模块，该电驱动模块带有根据本教导的一个方面的离心促动式离合器。

图2是图1的离心促动式离合器的侧视示意性图示。

具体实施方式

参考附图，其中在若干幅视图中相似的附图标记代表相似的部件，图1示意性地示出了具有框架11(以虚线显示)的混合动力电动车辆10，所述框架11具有连接到第一对车轮14的第一车轴12和连接到第二对车轮18的第二车轴16。在一个实施例中，车轮14是前车轮，车轮18是后车轮。在图1中，车轮14、18显示为附接到轮胎19。每个车轴12、16具有两个分开的车轴部分，其经由各自的差速器15、17连接，如本领域技术人员已知。每个车轮14、18具有摩擦制动机构20，显示为盘式制动器。第一车轴可连接到变速器22，第二车轴16可连接到电驱动模块24。变速器22可以是自动变速器，且可以包括或不包括电动机/发电机，使得变速器22可以是或不是混合动力变速器。变速器22连接到发动机26，所述发动机26具有与变速器22的输入轴(未示出)操作地连接的输出轴(未示出)，并通过变速器22将扭矩经由差速器15提供到第一车轴12，用于车辆10的推进。变速器22、发动机26、能量存储装置28、控制器30和电驱动模块24共同建立混合动力总成31，所述混合动力总成31提供用于车辆10的向前推进的各种操作模式。

电驱动模块24包括电机32，其通过离心促动式离合器34和传动装置37选择地、操作地连接到车轴16和车轮，以提供驱动扭矩到车轮18。电机32在不可旋转的电机壳体38内具有环形定子35和被定子35围绕的转子36。定子35和转子36用虚线指示在壳体38中。定子35固定到壳体38，并可通过传输导体40接收来自存储在能量存储装置28中的能量的电流。如这里所讨论的，控制器30基于车辆运行条件而控制到电机32的功率流。如果电机32利用交流电流，例如如果其具有三相线圈，则控制器30还可以具有一体的功率变换器，以将能量存储装置28提供的直流电流转换为为驱动定子34所需要的交流电流。替换地，如果功率变换器不一体化在控制器30中，则分开的功率变换器可操作地连接到控制器30和定子35。

转子36具有连接到转子36且与转子36共同旋转(即，以与转子36相同的速度)的转子轴42。如这里所使用的，当两个部件被彼此连接而以相同速度旋转时，两个部件被配置为“共同旋转”或被连接用于“共同旋转”。转子轴42连接到离心促动式离合器的鼓44。速度传感器46被安装在转子轴42上，并将指示转子36的旋转速度的传感器信号经由传输导体48发送到控制器30。速度传感器46由此使得控制器30能够监测转子36的旋转速度。速度传感器46可以是电机解析器或电机解码器。替换地，可以通过控制器30，使用存储在控制器的处理器中的算法，基于流动通过控制器30、传输导体40和定子35的电流，并基于相关电压，来确定转子36的速度。可以通过控制器30，使用存储在控制器的处理器中的算法，基于流动到定子35的电流的量，确定转子36的扭矩。

最佳如图2所示，离心促动式离合器34还具有环形轴衬50，其径向地围绕鼓44。如这里所使用的，环形轴衬50被称为第一可旋转构件，鼓44被称为第二可旋转构件。在图1中示出的一个实施例中，鼓44被连接到转子轴42并随转子轴42共同旋转，并因此与转子36处于相同速度。在图1中所示的实施例中，轴衬50随传动装置37的构件60旋转。特别地，轮毂62从轴衬50径向地向内延伸，且通过轴64连接，以随构件60旋转。

如图2所示，离心促动式离合器34具有一对促动构件70、72，在该实施例中，所述一对促动构件70、72是配重板70、72，并可以被这样称呼。在其它实施例中，离合器34可具有单个促动构件，或多于两个促动构件。在其他实施例中，促动构件可以是爪式离合器的一部分，配置为在第一可旋转构件的旋转速度增大时，由于离心力而使离合器脱开。

每个配重板70、72分别具有外部74A、74B，和连接到相应外部74A、74B并可随之运动的内部76A、76B。外部74A、74B通过销78A、78B附接到轴衬50。销78A穿过在外部74A的一个端部附近的外部74A中的开口80A进入轴衬50，从而使板70可相对于轴衬50枢转，其中销78A的中心轴线用作板70的枢转轴线。类似地，销78B穿过在外部74B的一个端部附近的外部74B中的开口80B进入轴衬50，从而使板72可相对于轴衬50枢转，其中销78B的中心轴线用作板72的枢转轴线。在图2中，板70、72显示在完全接合位置中，该位置中内部76A、76B完全与鼓44接触。即，内部76A、76B的整个内表面75A、75B与鼓44接触。如这里所解释的，板70、72配置为当轴衬50沿第一方向(图2中的顺时针方向)的旋转速度不高于第一预定旋转速度时，处于完全接合位置。

每个板在板的与相应的销78A、78B相对的端部处具有相应的开口82A、82B。弹簧84A的一个端部固定到板70的销78A，另一个端部穿过开口82B固定到板72。类似地，弹簧84B的一个端部固定到板72的销78B，另一个端部穿过开口82A固定到板70。弹簧84A配置为将板72的没有用销固定的端部朝向相对的板70的用销固定的端部偏置。类似地，弹簧84B配置为将板70的没有用销固定的端部朝向相对的板72的用销固定的端部偏置板。然而，板70、72每一个具有足够的重量，从而当轴衬50沿第一旋转方向(在图2中是顺时针方向)旋转时，离心力将使每个板70、72的没有用销固定的端部径向向外运动，克服弹簧84A、84B的偏置力，从而在轴衬50的第二预定旋转速度下，板70、72运动到以虚线显示的完全松开位置70A、72A处。虚线还显示出弹簧84A、84B的松开位置。在完全松开位置70A、72A中，板70、72和鼓44之间不存在接触，因此不存在通过离合器34的扭矩传递。

当轴衬50沿第一方向(图2中的顺时针方向)的旋转速度低于第一预定速度(该速度下离心力不足够大来将板70、72从其完全接合位置移开)时，配重板70、72在轴衬50和鼓44之间传递扭矩。配重板70、72配置为当轴衬50沿第一旋转方向的旋转速度大于第二预定速度时，运动使得它们在以虚线显示的松开位置70A、72A处完全脱离与鼓34的接触，以阻止轴衬50和鼓44之间的扭矩传递。第二预定速度大于第一预定速度。当轴衬50以第一预定速度和第二预定速度之间的速度旋转时，板70、72的某一部分可能接触鼓44。即，板70、72的较靠近销78A、78B的部分仍可与鼓接触，即使开口82A、82B附近的部分可能已经从鼓34径向向外运动。在该速度范围内，存在经由离合器34发生某些扭矩传递的可能性。即，离合器34可具有小于其处于完全接合状态中时的扭矩容量的扭矩容量。在摩擦离合器的情况中，例如图2中实施例所显示的情况，当轴衬50的旋转速度增大、且作用在板70、72上的离心力增大以抵抗弹簧84A、84B的偏置力时，离心促动式离合器34的扭矩容量降低。

除了第一构件60(其是随轴衬50旋转的外齿齿轮)外，图1的传动装置37还包括第二构件61，其是另外一个外齿齿轮，与第一构件60啮合。构件60、61在这里可被称为齿轮。构件61安装在车轴16上，且配置为与车轴16共同旋转。尽管在所示实施例中传动装置37是一对相互啮合的齿轮，在其他实施例中，传动装置37可以替换地是任何其他运动轮系，例如行星齿轮装置，且可包括可选择性地接合的离合器和制动器，从而可通过该传动装置建立不同的齿轮比。然而，在所示实施例中，传动装置37建立从轴衬50到车轴16的单独一个齿轮比。该齿轮比等于第二构件61的齿数除以第一构件60的齿数。如在图1中很明显的，第二构件61具有比第一构件60更大的直径，从而传动装置37的齿轮比大于1。传动装置37因而增大扭矩相乘，并降低从转子36到车轴16的速度。

离合器34是“自促动”的，因为仅离心力使其脱开，且轴衬50的旋转速度的减慢降低离心力，使得允许离合器34接合。由此，不使用液压流体来接合离合器34，且不导致与之相关的泵送损失和旋转损失。离合器34的接合状态取决于轴衬50的速度，取决于轴衬50与鼓44的相对速度，并且在轴衬50的速度高于第二预定速度时，与转子36的速度无关。

在一个实施例中，板70、72的重量和弹簧84A、84B的硬度可配置为使得，第二预定速度(在该速度下板70、72处于完全脱开位置)出现在高于其中不需要电机辅助且仅发动机26提供推进力时的车辆速度的情况下。离合器34可由此脱开，并引起操作模式在第一车辆速度范围(该速度处离合器34完全接合，因此电机32将推进力提供到车轴16)和第二车辆速度范围(该第二车辆速度范围高于第一速度范围，此时离合器34完全脱开)之间的转换。因为轴衬50经由车轴16操作地连接到车轮18，因此车轮18的旋转速度影响离合器34的施加力，但是在离合器34已经由于离心力而通过自促动操作地使电机32从车轮18分开后，转子36的速度对离合器34的施加力没有影响。控制器30可停止到定子35的功率流，或可以提供功率流以将反向扭矩施加到定子35上，以使得转子36慢下来和停止，同时在高于第二预定速度的速度下仅发动机26在车轴12处提供推进力。

车轮速度传感器88可操作地连接到控制器30，并将指示车轮18和车轴16的旋转速度的传感器信号提供至控制器30。控制器30使用传动装置37的齿轮比将车轴16的旋转速度与轴衬50的旋转速度关联。车轮速度传感器88可以是防抱死制动传感器。车轮速度传感器88将传感器信号提供到控制器30，所述传感器信号指示车轴16的速度和轴衬50的速度，并由此指示离合器34的扭矩容量，例如离合器34是否完全接合、完全松开或处于两种状态之间并潜在地传送一些扭矩。可以将转子36的旋转速度与车轴16的旋转速度中的一个或全部两个与控制器30中的查找表中存储的数据对比，以建立车辆10的三种不同的速度区域。可以识别第一速度区域，其中离合器34被接合，且离合器容量超过电机32的扭矩容量。电机容量也将被存储在查找表中。电机扭矩容量通常由功率限制，所述功率是扭矩和速度的积，并由此随速度增大而减小。可以识别同步区域，其中电机32被保持旋转，以阻止转子36和板70、72之间的打滑。最后，可识别完全脱开(即完全松开)区域，其中没有扭矩通过离合器34传递(即轴衬50处于高于第二预定速度的速度)，且电机32可由此减慢到零速，或减慢到与离合器34相等的速度，如下所述。

因为轴衬50的速度可不同于鼓44的速度，因此当从离合器34的脱开状态到接合状态转换时，即当轴衬50的速度减慢时，存在板70、72和鼓44之间离合器34打滑的可能性。然而，控制器30具有存储的算法，该算法控制转子36的速度和通过转子36施加的扭矩，以降低或消除打滑，从而旋转能量不作为热量被浪费，或被从车轮18突然去除以加速转子36。至少可以部分地基于转子36的旋转速度计算打滑，所述旋转速度如从电机速度传感器46接收到的传感器信号所指示。例如，转子36的旋转速度中的变化可以指示板70、72与鼓44的最初接触或板70、72从鼓44的松开。

因为在高于轴衬50的第二预定速度的情况下希望其中仅发动机26驱动车辆10的操作模式，所以当控制器30确定轴衬50的速度高于第二预定速度、且配重板70、72因此完全脱开时，控制器30可使转子36的速度(如通过电机速度传感器46所指示)减慢或停止。因为当轴衬50的速度高于第二预定速度时转子36不需要旋转，所以传动装置60的齿轮比可以更高，且相比于其他情况为了给车轴16提供相同量的扭矩所需要的尺寸相比，电机32可具有更小的尺寸。

由此，控制器30可使用存储的算法，至少部分地基于转子36的旋转速度、车轴16的旋转速度和电机32的扭矩来确定离心促动式离合器34的扭矩容量。可以通过监测定子35的电流来确定电机32的扭矩。基于如此确定的离合器34的扭矩容量，控制器30则可提供控制信号，从而提供到转子36的电流基于离心促动式离合器34的扭矩容量调节转子36的旋转速度或扭矩或旋转速度和扭矩二者，以降低或避免打滑。

由此，当电机32需要操作地经由离合器34和传动装置37与车轮18连接时，随着车轮18减慢，转子36的旋转速度可被用于检测离合器34闭合的开始，并可通过增加扭矩到电动机32而反作用到电机的运动，以消除或降低输出扭矩扰动(例如，将离合器34的打滑同步为零)。

控制离合器34的打滑避免或最小化电机32使用期间能量从有用功转化为离合器34中的热量，并避免或最小化离合器34从断开状态转换到接合状态时的输出扰动。离合器34闭合的开始和离合器34的扭矩容量可仅基于其他的离合器操作特性(例如离合器34的旋转速度以及轴衬50相对于鼓44的旋转方向或轴衬50和鼓44之间的扭矩的施加)来确定。为了避免其中电机32必须旋转以避免阻力但不能施加大的扭矩的状态，可使离心离合器34能够自施加扭矩，这使得正电机扭矩加强跨离合器34的摩擦连接的容量。

如图1中所示，转子36附接到鼓44，且如图2中所示，从电机32到车轴16的顺时针扭矩将增大离合器34的施加力，且来自电机32的逆时针扭矩将减小离合器34的容量。这导致在车辆的使用电机的向前推进和再生制动的相同速度下的非对称的扭矩容量。当车辆减慢且离合器34关闭时，可同时发生再生制动。

如果具有配重板70、72的轴衬50操作地连接到传动装置37的第一构件60，如图1中所示，且离合器34被允许靠近静止的电机32的转子36，则离合器34将试图拖曳转子36达到其自己的速度，可能引起扭矩峰值或颠簸。为了消除离合器34接合时的颠簸的潜在可能，可利用电机速度感测(例如通过速度传感器46，或通过监测转子36的电流)来检测转子36正在被通过离合器拖曳的开始而旋转。控制器30具有存储的算法，其改变电流，并且由此改变转子36施加的扭矩，以降低或消除离合器34的打滑速度、扭矩扰动和接合能量。

离心促动式离合器34可布置为使得轴衬50附接到转子36，而鼓44附接到传动装置37的第一构件60。在该情况中，当车轴16的旋转速度降至离合器34将促动的速度时，离心促动式离合器34可通过转子36的加速旋转而促动。在该情况中，电机扭矩(例如基于电流感测)可被用于检测离合器接合。类似地，无论配重板70、72被连接以随第一构件60旋转(如图1所示)或是随转子34旋转(如在替换实施例中)，电机扭矩和通过监测转子36的旋转速度和车轴16或车轮18的旋转速度(例如经由车轮速度传感器88)检测的离合器打滑可被用于发现离合器34的扭矩容量或脱开。基于监测到的信息，控制器30可识别三种速度区域：主动区域，其中离合器34的扭矩容量超过转子36的扭矩(这通常随速度而消除)；同步区域，其中控制器30控制转子36的旋转速度以避免打滑，但不增加扭矩；以及其中控制器30控制电流的区域，，例如通过停止到电动机32的电流以允许转子36旋转减慢到静止(零)旋转速度，或其中转子36在离合器34上的拖曳等于离合器34在转子36上的拖曳的速度，这称为平衡速度。

由此，控制混合动力车辆(例如车辆10)的方法包括：监测电机32的转子36的旋转速度，和当监测的转子36的旋转速度指示离心促动式离合器34打滑时，改变转子36的旋转速度和转子36的扭矩中的一个。可通过从电机速度传感器46接收传感器信号来监测转子36的旋转速度。该方法还可包括经由车轮速度传感器88监测车轴16的旋转速度。

该方法可包括，基于转子36的旋转速度和车轴16的旋转速度确定离心促动式离合器34的扭矩容量，和如果车轴16的旋转速度小于预定速度，则基于离心促动式离合器34的扭矩容量改变转子36的旋转速度，以降低离合器打滑。即，如果车轴16的旋转速度对应于小于第二预定速度的轴衬50的旋转速度，则转子36在速度方面被调节，以根据需要增大或降低离合器34的扭矩容量。

该方法还可以包括监测到电机32的电流，并基于监测的电流而确定转子36的扭矩。如果转子36的旋转速度、车轴16的旋转速度和转子36的扭矩指示离心促动式离合器34没有接合，则控制器30停止到电动机32的电流。

尽管离心促动式离合器34显示为具有从一个端部向外枢转的配重板70、72，并由此，当板没有完全枢转脱离与鼓44的接合时的速度范围期间会引起打滑，但是，在另一个实施例中，离合器34可以是离心促动的爪式离合器，其中配重板也称为爪。当弹簧的偏置力被克服时，例如当达到或超出预定旋转速度时，这样的实施例中的配种板不会向外枢转，但会抵抗弹簧从轴衬50直接径向向外运动。在这样的实施例中的板更利落地接合和断开，不具有在完全松开和完全接合之间的可能发生打滑速度范围。

尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。

Claims (9)

1.一种混合动力车辆，具有车轮，并且包括：

电机，其具有可旋转转子，可旋转转子具有转子轴；

离心促动式离合器，具有第一可旋转构件、第二可旋转构件和可枢转地附接到第一可旋转构件的至少一个离心促动式促动构件；其中第一可旋转构件可操作地连接到车轮，且第二可旋转构件可操作地连接到转子轴，从而以与转子轴和转子相同的速度旋转；其中所述至少一个离心促动式促动构件配置为，在第一可旋转构件和第二可旋转构件之间传递一定量的扭矩，所述一定量的扭矩在第一可旋转构件的旋转速度增大时由于所述至少一个离心促动式促动构件上的离心力而降低；

其中第一可旋转构件是轴衬，其可操作地连接到车轮，第二可旋转构件是鼓，其被轴衬径向地围绕，且可操作地连接到转子，且所述至少一个离心促动式促动构件是枢转地附接到轴衬的配重板。

2.如权利要求1所述的混合动力车辆，进一步包括：

传动装置，可操作地连接到车轮，且具有一构件，该构件被连接以随第一可旋转构件旋转。

3.如权利要求1所述的混合动力车辆，进一步包括：

控制器，其可操作地连接到电机，且可操作来确定转子的旋转速度；

其中控制器可操作来改变转子的扭矩和旋转速度中的至少一个，以降低所述至少一个离心促动式促动构件与第二可旋转构件之间的打滑。

4.如权利要求3所述的混合动力车辆，其中控制器基于电机速度传感器、到电机的电流和与电流相关的电压中的至少一个确定转子的旋转速度。

5.如权利要求4所述的混合动力车辆，其中控制器可操作地连接到车轮，且可操作为确定车轮的旋转速度；并且

其中控制器可操作来改变转子的扭矩和转子的旋转速度中的所述至少一个，以降低所述至少一个离心促动式促动构件和第二可旋转构件之间的打滑，所述打滑通过转子的旋转速度和车轮的旋转速度所指示。

6.如权利要求5所述的混合动力车辆，其中控制器可操作来至少部分地基于转子的旋转速度和车轮的旋转速度确定离心促动式离合器的扭矩容量；并且

其中控制器配置为基于离心促动式离合器的扭矩容量改变转子的旋转速度和转子的扭矩中的所述至少一个。

7.如权利要求5所述的混合动力车辆，其中控制器可操作来至少部分地基于车轮的旋转速度确定离心促动式离合器是否被脱开；和

其中控制器可操作为停止到电机的电流，使得当离心促动式离合器脱开时转子减慢。

8.一种混合动力车辆，其具有车轴和连接到所述车轴的车轮，且包括：

电机，其具有可旋转转子；

离心促动式离合器，其具有：

轴衬、被轴衬径向地围绕的鼓和枢转地附接到轴衬的配重板；其中配重板配置为当轴衬沿第一方向的旋转速度低于第一预定速度时在轴衬和鼓之间传递扭矩，且配重板配置为当轴衬沿第一旋转方向的旋转速度高于第二预定速度时由于离心力而从鼓松开，以阻止轴衬和鼓之间的扭矩传递；

传动装置，可操作地连接到车轴，并具有被连接以随轴衬旋转的构件；其中该传动装置在轴衬和车轴之间具有齿轮比；且其中，转子配置为随鼓旋转，在车轴的旋转速度大于第二预定速度除以齿轮比的值时，电机由此可操作地从车轴断开。

9.一种控制混合动力车辆的方法，包括：

监测电机转子的旋转速度；和

当监测到的转子旋转速度指示将扭矩从转子传递到车轮的离心促动式离合器打滑时，改变转子旋转速度和转子扭矩中的一个；并且其中离心促动式离合器配置为在车轮的旋转速度增大时由于离心力而脱开，由此将转子从车轮断开。