CN103836132A - 混合动力电动车辆的动力传动系统 - Google Patents

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    • B60K2006/4833Step up or reduction gearing driving generator, e.g. to operate generator in most efficient speed range
    • B60K2006/4841Step up or reduction gearing driving generator, e.g. to operate generator in most efficient speed range the gear provides shifting between multiple ratios
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H37/00Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00
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    • F16H37/0833Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts, i.e. with two or more internal power paths
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    • F16H2037/0866Power split variators with distributing differentials, with the output of the CVT connected or connectable to the output shaft
    • F16H2037/0873Power split variators with distributing differentials, with the output of the CVT connected or connectable to the output shaft with switching, e.g. to change ranges
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H2037/088Power split variators with summing differentials, with the input of the CVT connected or connectable to the input shaft
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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Abstract

一种混合动力电动车辆的动力传动系统,可包括第一轴和第二轴。第一行星齿轮组包括连接至第一电机/发电机的第一旋转元件、作为输出元件来操作的第二旋转元件、以及连接至第一轴的第三旋转元件。第二行星齿轮组包括连接至第三旋转元件和第二电机/发电机的第四旋转元件、连接至第二旋转元件和输出齿轮的第五旋转元件、以及连接至变速器壳体的第六旋转元件。直接耦接装置连接第二行星齿轮组的第四旋转元件、第五旋转元件、以及第六旋转元件之中的两个旋转元件。传动齿轮形成外部啮合齿轮,并且摩擦元件将选定的旋转元件连接至选定的传动齿轮或者变速器壳体。

Description

混合动力电动车辆的动力传动系统
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2012年11月26日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2012-0134733号的优先权的权益,通过引用将其全部内容结合于此。
技术领域
[0003] 本公开涉及一种混合动力车辆的动力传动系统。更特别地,本公开涉及这样一种混合动力电动车辆的动力传动系统,该动力传动系统通过更加注重在分离(split)发动机功率时的机械功率传递路径而降低电负载并使用发动机的最大功率,减少启动车辆时的模式转换的次数,并且在切换模式时使所有旋转元件的转速的变化最小。
背景技术
[0004] 对于未来的机动车产业,环境友好型车辆是非常重要的。车辆制造商正注重环境友好型车辆(诸如电动车辆(EV )、混合动力电动车辆(HEV )、及燃料电池电动车辆(FCEV )等)的发展,以满足环境和燃料消耗的规章。
[0005] 考虑到增加的重量及成本的限制,车辆制造商一直注重气体排放规章并改善燃料消耗性能,并且正在努力使混合动力电动车辆商业化。
[0006] 混合动力电动车辆使用两种以上动力源。使用矿物燃料的汽油发动机或柴油发动机以及由电能驱动的电机/发电机是混合动力电动车辆的两种主要动力源。具有相对低速度的扭矩特性的电机/发电机用作低速下的主要动力源,而具有较高速度的扭矩特性的发动机用作高速下的主要动力源。
[0007] 由于在低速区域操作车辆时混合动力电动车辆停止使用矿物燃料而使用电机/发电机,因而可改善燃料消耗并且可减少废气。
[0008] 混合动力电动车辆的动力传动系统分为单模式类型和多模式类型。
[0009] 根据单模式类型,即使无需扭矩传递装置(诸如用于变速控制(ShiftcontiOl)的离合器和制动器等),然而高速区域的效率劣化使得燃料消耗高,并且对于大型车辆需要额外的扭矩增加装置。因为多模式类型在高速区域具有高的效率并且能够自动增加扭矩,所以多模式类型能应用于全尺寸的车辆。作为混合动力电动车辆的动力传动系统的多模式类型处于持续研究中。
[0010]多模式类型的动力传动系统包括多个行星齿轮组、多个电机/发电机、控制行星齿轮组的旋转元件的多个扭矩传递装置、以及用作电机/发电机的电源的电池。
[0011] 多模式类型的动力传动系统具有基于行星齿轮组、电机/发电机和扭矩传递装置的连接的不同操作机制。
[0012] 此外,多模式类型的动力传动系统具有基于行星齿轮组、电机/发电机和扭矩传递装置的连接的不同特征,诸如耐用性、动力传递效率、以及尺寸。因此,混合动力电动车辆的动力传动系统的连接结构的设计正处于持续研究中,以实现没有功率损耗的坚固且紧凑的动力传动系统。[0013] 在该背景技术部分中所披露的以上信息仅用于加强对本公开的背景的理解,并且因此可包含并不构成已为该国本领域的普通技术人员所知的现有技术的信息。
发明内容
[0014] 本公开致力于提供一种具有如下优点的混合动力电动车辆的动力传动系统:通过注重在分离发动机功率时的机械功率传递路径来降低电负载并使用发动机的最大功率,减少启动车辆时的模式切换的次数,并且在切换模式时使所有旋转元件的转速变化最小。
[0015] 根据本公开的一方面的混合动力电动车辆的动力传动系统可包括接收发动机的扭矩的第一轴以及与第一轴平行地设置的第二轴。第一行星齿轮组设置在第一轴上并且包括连接至第一电机/发电机的第一旋转元件、作为输出元件来操作的第二旋转元件、以及直接地连接至第一轴的第三旋转元件。第二行星齿轮组设置在第二轴上并且包括通过外部啮合齿轮选择性地连接至第三旋转元件并连接至第二电机/发电机的第四旋转元件、通过外部啮合齿轮连接至第二旋转元件并连接至输出齿轮的第五旋转元件、以及连接至变速器壳体(transmission housing)的第六旋转元件。直接稱接装置连接第二行星齿轮组的第四旋转元件、第五旋转元件、及第六旋转元件之中的两个旋转元件。传动齿轮形成外部啮合齿轮,并且摩擦元件将选定的旋转元件选择性地连接至选定的传动齿轮或者将选定的旋转元件选择性地连接至变速器壳体。
[0016] 在示例性实施例中,第一行星齿轮组可为第一单小齿轮行星齿轮组,第一单小齿轮行星齿轮组具有作为第一旋转元件的第一中心齿轮(sungear,太阳齿轮)、作为第二旋转元件的第一行星架、以及作为第三旋转元件的第一环形齿轮。第二行星齿轮组可为第二单小齿轮行星齿轮组,第二单小齿轮行星齿轮组具有作为第四旋转元件的第二中心齿轮、作为第五旋转元件的第二行星架、以及作为第六旋转元件的第二环形齿轮。
[0017] 在示例性实施例中,第一行星齿轮组可为双小齿轮行星齿轮组,双小齿轮行星齿轮组具有作为第一旋转元件的第一中心齿轮、作为第二旋转元件的第一环形齿轮、以及作为第三旋转元件的第一行星架。第二行星齿轮组可为单小齿轮行星齿轮组,单小齿轮行星齿轮组具有作为第四旋转元件的第二中心齿轮、作为第五旋转元件的第二行星架、以及作为第六旋转元件的第二环形齿轮。
[0018] 在示例性实施例中,第一行星齿轮组可为单小齿轮行星齿轮组,单小齿轮行星齿轮组具有作为第一旋转元件的第一中心齿轮、作为第二旋转元件的第一行星架、以及作为第三旋转元件的第一环形齿轮。第二行星齿轮组可为双小齿轮行星齿轮组,双小齿轮行星齿轮组具有作为第四旋转元件的第二中心齿轮、作为第五旋转元件的第二环形齿轮、以及作为第六旋转元件的第二行星架。
[0019] 在示例性实施例中,直接耦接装置可为设置在第四旋转元件与第五旋转元件之间的第一离合器。
[0020] 在示例性实施例中,直接耦接装置可为设置在第四旋转元件与第六旋转元件之间的第一离合器。
[0021] 在示例性实施例中,直接耦接装置可为第五旋转元件与第六旋转元件之间的第一
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[0022] 传动齿轮可包括设置在第二旋转元件与第五旋转元件之间的第一传动齿轮以及设置在第三旋转元件与第四旋转元件之间的第二传动齿轮。
[0023] 在示例性实施例中,摩擦元件可包括设置在第六旋转元件与变速器壳体之间的制动器以及设置在第三旋转元件与第二传动齿轮之间的第二离合器。
[0024] 在示例性实施例中,摩擦元件可以包括设置在第六旋转元件与变速器壳体之间的制动器以及设置在第四旋转元件与第二传动齿轮之间的第二离合器。
[0025] 该直接耦接装置可包括第一离合器,并且摩擦元件可包括制动器和第二离合器,其中,制动器在第一电动车辆(EV)模式下操作,第一离合器在第二 EV模式下操作,制动器在第一混合动力操作模式下操作,第一离合器在第二混合动力操作模式下操作,第二离合器在第三混合动力操作模式下操作,第二离合器和所述制动器在第一发动机模式下操作,以及第一离合器和第二离合器在第二发动机模式下操作。
[0026] 根据本公开的另一方面的混合动力电动车辆的动力传动系统可包括接收发动机的扭矩的第一轴以及与第一轴平行地设置的第二轴。第一行星齿轮组设置在第一轴上并且包括连接至第一电机/发电机的第一旋转元件、第二旋转元件、以及直接连接至第一轴的第三旋转元件。第二行星齿轮组设置在第二轴上并且包括选择性地连接至第三旋转元件并连接至第二电机/发电机的第四旋转元件、连接至第二旋转元件及输出齿轮的第五旋转元件、以及连接至变速器壳体的第六旋转元件。第一离合器连接第二行星齿轮组的第四旋转元件、第五旋转元件、及第六旋转元件之中的两个旋转元件。第一传动齿轮设置在第二旋转元件与第五旋转元件之间。第二传动齿轮设置在第三旋转元件与第四旋转元件之间。摩擦元件包括制动器和第二离合器。
[0027] 在示例性实施例中,第一行星齿轮组可为第一单小齿轮行星齿轮组,该第一单小齿轮行星齿轮组具有作为第一旋转元件的第一中心齿轮、作为第二旋转元件的第一行星架以及作为第三旋转元件的第一环形齿轮。第二行星齿轮组可为第二单小齿轮行星齿轮组,该第二单小齿轮行星齿轮组具有作为第四旋转元件的第二中心齿轮、作为第五旋转元件的第二行星架、以及作为第六旋转元件的第二环形齿轮。
[0028] 在示例性实施例中,第一行星齿轮可为双小齿轮行星齿轮组,该双小齿轮行星齿轮组具有作为第一旋转元件的第一中心齿轮、作为第二旋转元件的第一环形齿轮以及作为第三旋转元件的第一行星架。第二行星齿轮组可为单小齿轮行星齿轮组,该单小齿轮行星齿轮组具有作为第四旋转元件的第二中心齿轮、作为第五旋转元件的第二行星架以及作为第六旋转元件的第二环形齿轮。
[0029] 在示例性实施例中,第一行星齿轮组可为单小齿轮行星齿轮组,该单小齿轮行星齿轮组具有作为第一旋转元件的第一中心齿轮、作为第二旋转元件的第一行星架以及作为第三旋转元件的第一环形齿轮。第二行星齿轮组可为双小齿轮行星齿轮组,该双小齿轮行星齿轮组具有作为第四旋转元件的第二中心齿轮、作为第五旋转元件的第二环形齿轮以及作为第六旋转元件的第二行星架。
[0030] 在示例性实施例中,第一离合器可设置在第四旋转元件与第五旋转元件之间。
[0031 ] 在示例性实施例中,第一离合器可设置在第四旋转元件与第六旋转元件之间。
[0032] 在示例性实施例中,第一离合器可设置在第五旋转元件与第六旋转元件之间。
[0033] 在示例性实施例中,摩擦元件可包括设置在第六旋转元件与变速器壳体之间的制动器以及设置在第三旋转元件与第二传动齿轮之间的第二离合器。[0034] 在示例性实施例中,摩擦元件可以包括设置在第六旋转元件与变速器壳体之间的制动器以及设置在第四旋转元件与第二传动齿轮之间的第二离合器。
附图说明
[0035] 图1是根据本公开的第一示例性实施例的动力传动系统的示意图。
[0036] 图2是在每种模式下应用于根据本公开的第一示例性实施例的动力传动系统的摩擦元件的操作表。
[0037] 图3A是处于第一电动车辆(EV)模式下的根据本公开的第一示例性实施例的动力传动系统的杠杆图。
[0038] 图3B是处于第二 EV模式下的根据本公开的第一示例性实施例的动力传动系统的杠杆图。
[0039] 图4A是处于第一混合动力操作模式下的根据本公开的第一示例性实施例的动力传动系统的杠杆图。
[0040] 图4B是处于第二混合动力操作模式下的根据本公开的第一示例性实施例的动力传动系统的杠杆图。
[0041] 图5是处于第三混合动力操作模式下的根据本公开的第一示例性实施例的动力传动系统的杠杆图。
[0042] 图6A是处于第一发动机模式下的根据本公开的第一不例性实施例的动力传动系统的杠杆图。
[0043] 图6B是处于第二发动机模式下的根据本公开的第一示例性实施例的动力传动系统的杠杆图。
[0044] 图7是根据本公开的第二示例性实施例的动力传动系统的示意图。
[0045] 图8是根据本公开的第三示例性实施例的动力传动系统的示意图。
[0046] 图9是根据本公开的第四示例性实施例的动力传动系统的示意图。
[0047] 图10是根据本公开的第五示例性实施例的动力传动系统的示意图。
[0048] 图11是根据本公开的第六示例性实施例的动力传动系统的示意图。
具体实施方式
[0049] 下文中将参照附图详细地描述本公开的示例性实施例。
[0050] 将省去对对于阐述本示例性实施例而言不必要的部件的描述,并且在本说明书中相同的组成元件以相同的参考标号表示。
[0051] 在详细描述中,序号用于区分具有相同术语的组成元件而不具有特定的含义。
[0052] 图1是根据本公开的第一示例性实施例的动力传动系统的示意图。
[0053] 参考图1,根据本公开的第一不例性实施例的混合动力电动车辆的动力传动系统包括设置在第一轴ISl上的第一行星齿轮组PG1、设置在平行于第一轴ISl的第二轴IS2上的第二行星齿轮组PG2、两个传动齿轮TFl及TF2、由两个离合器CLl及CL2和一个制动器BK组成的摩擦元件、以及两个电机/发电机MGl及MG2。
[0054] 第一行星齿轮组PGl及第二行星齿轮组PG2转换发电机ENG的从第一轴ISl输入的扭矩和第一电机/发电机MGl及第二电机/发电机MG2的扭矩,并且通过输出齿轮OG输出转换后的扭矩。
[0055] 第一轴ISl是输入件并且接收来自发动机ENG的扭矩。输出齿轮OG是输出件并且通过差动设备(未示出)将驱动扭矩输出至驱动轮。
[0056] 第一行星齿轮组PGl是单小齿轮行星齿轮组,并且包括作为第一旋转元件NI的第一中心齿轮SI以及可旋转地支撑在外部与第一中心齿轮SI哨合的第一小齿轮Pl并作为第二旋转元件N2的第一行星架PCl。第一环形齿轮Rl在内部与第一小齿轮Pl啮合并且是第三旋转元件N3。
[0057] 第二行星齿轮组PG2是单小齿轮行星齿轮组,并且包括作为第四旋转元件N4的第二中心齿轮S2以及可旋转地支撑在外部与第二中心齿轮S2啮合的第二小齿轮P2并作为第五旋转元件N5的第一行星架PC2。第二环形齿轮R2在内部与第二小齿轮P2啮合并且是第六旋转元件N6。
[0058] 第一行星齿轮组PGl的第三旋转元件N3直接连接至第一轴ISl,并且第二行星齿轮组PG2的第五旋转元件N5直接连接至输出齿轮OG。
[0059] 第一行星齿轮组PGl及第二行星齿轮组PG2通过第一传动齿轮TFl及第二传动齿轮TF2以及第一离合器CLl及第二离合器CL2和制动器BK结合。
[0060] 第一传动齿轮TFl和第二传动齿轮TF2分别具有第一传动驱动齿轮TFla和第二传动驱动齿轮TF2a以及在外部彼此啮合的第一传动驱动齿轮TFlb和第二传动驱动齿轮TF2b。
[0061] 第一传动齿轮TFl在外部连接第二旋转元件N2与第五旋转元件N5。
[0062] 第二传动齿轮TF2在外部连接包括第一轴ISl的第三旋转元件N3与第四旋转元件N4。
[0063] 因此,通过第一传动齿轮TFl和第二传动齿轮TF2彼此连接的旋转元件按照第一传动齿轮TFl与第二传动齿轮TF2的齿轮比在彼此相反的方向上旋转。第一离合器CLl和第二离合器CL2以及制动器BK (它们是摩擦元件)以如下方式设置。第一离合器CLl选择性地连接第四旋转元件N4与第五旋转元件N5并作为第二行星齿轮组PG2的直接耦接装置来操作。第二离合器CL2选择性地连接包括第一轴ISl的第三旋转元件N3与第二传动齿轮 TF2。
[0064] 第一离合器CLl是选择性地连接第二行星齿轮组PG2的两个旋转元件的直接耦接装置。因此,第二行星齿轮组PG2选择性地变成直接耦接的状态,并且第二离合器CL2选择性地将第一轴ISl的扭矩传递至第四旋转元件N4。
[0065] 此外,制动器BK选择性地连接第六旋转元件N6与变速器壳体H。
[0066] 由第一离合器CLl和第二离合器CL2以及制动器BK组成的摩擦元件可为通过液压操作的常规的湿型多片式摩擦元件(wet type mult1-platefriction element)。第一电机/发电机MGl和第二电动机/发电机MG2是独立的动力源,并且作为电机和发电机来操作。第一电机/发电机MGl连接至第一行星齿轮组PGl的第一旋转元件NI,以便将扭矩供应至第一旋转元件NI或者通过第一旋转元件NI的扭矩来发电。第二电机/发电机MG2连接至第二行星齿轮组PG2的第四旋转元件N4,以便将扭矩提供至第四旋转元件N4或者通过第四旋转元件N4的扭矩来发电。
[0067] 第一电机/发电机MGl和第二电机/发电机MG2的定子固定至变速器壳体H,并且第一电机/发电机MGl和第二电机/发电机MG2的转子分别连接至第一旋转兀件NI和第四旋转元件N4。
[0068] 图2是在各种模式下应用于根据本公开的第一示例性实施例的动力传动系统的摩擦元件的操作表。参考图2,第一电动车辆(EV)模式通过操作制动器BK来实现。第二 EV模式通过操作第一离合器CLl来实现。第一混合动力操作模式通过操作制动器BK来实现。第二混合动力操作模式通过操作第一离合器CLl来实现。第三混合动力操作模式通过操作第二离合器CL2来实现。并且第一发动机模式通过操作第二离合器CL2和制动器BK来实现。第二发动机模式通过操作第一离合器CLl和第二离合器CL2来实现。
[0069] 如上所述,该动力传动系统能够实现两种EV模式、三种混合动力操作模式、以及两种发动机模式。
[0070] 图3A、图3B、图4A、图4B、图5、图6A及图6B是根据本公开的第一示例性实施例的动力传动系统通过杠杆分析法来阐述各种模式的的杠杆图。
[0071] 参考图3A、图3B、图4A、图4B、图5、图6A和图6B,第一行星齿轮组PGl的三条竖直线设置为第一旋转元件N1、第二旋转元件N2、和第三旋转元件N3。第二行星齿轮组PG2的三条竖直线从左至右设置为第六旋转元件N6、第五旋转元件N5、和第四旋转元件N4。中间的水平线表示转速为“0”,较高的水平线表示正转速,并且较低的水平线表示负转速。
[0072] 负转速是指旋转元件在与发动机ENG的旋转方向相反的方向上旋转,这是因为第一行星齿轮组PGl和第二行星齿轮组PG2通过第一传动齿轮TFl和第二传动齿轮TF2在外部彼此啮合而不存在空转齿轮。
[0073] 此外,第一行星齿轮组PGl与第二行星齿轮组PG2的竖直线之间的距离根据第一行星齿轮组PGl与第二行星齿轮组PG2的齿轮比(中心齿轮的齿数/环形齿轮的齿数)来设置。
[0074][第一 EV 模式]
[0075] 图3A是第一 EV模式下的杠杆图。
[0076] EV模式是其中在发动机停止的状态下将电池组的电力供应给电机/发电机使得车辆由电机/发电机的动力驱动的模式。由于发动机停止,因而可提高燃料经济性,并且车辆在EV模式下可向后移动而无需额外的倒档速度(reverse speed)装置。
[0077] 当车辆在停止状态下启动或者车辆低速行驶时,使用EV模式。在电源比输出件更快地旋转的情况下需要降低的齿轮比,以辅助上坡起步或者快速加速。
[0078] 第六旋转元件N6通过制动器BK的操作而作为固定件来操作,并且在第一 EV模式下,第二电机/发电机MG2将第二电机/发电机MG2的扭矩输入至第四旋转元件N4。因此,第二电机/发电机MG2的扭矩根据第二行星齿轮组PG2的齿轮比改变,并且驱动扭矩通过第五旋转元件N5来输出。
[0079] 这里,第一行星齿轮组PGl不变速。然而,第三旋转元件N3与发动机一起停止,并且第二旋转元件N2通过第一传动齿轮TFl连接至第五旋转元件N5。因此,第一旋转元件NI和第二旋转元件N2空转。
[0080][第二 EV 模式]
[0081] 图3B是第二 EV模式下的杠杆图。
[0082] 电机/发电机的效率根据其转速及扭矩而变化。因此,电能向机械能的转换比根据电机/发电机的转速和扭矩而改变,甚至在供应相同量的电流的情况下也是如此。
[0083] 在EV模式下使用的电池电流通过在发动机中燃烧的燃料或者通过再生制动的积聚来产生。积聚的能源的有效利用直接影响燃料经济性的提高。
[0084] 为此,在电动车辆中逐渐采用实现两种以上的变速的变速器,并且实现具有两种以上的变速的EV模式的混合动力电动车辆是有利的。因此,本公开的示例性实施例能够实现两种EV模式。
[0085] 向第二 EV模式的变速过程如下。如果在第一 EV模式下驱动车辆时车辆速度增大,则第二电机/发电机MG2的效率劣化。这里,如果制动器BK释放并且第一离合器CLl在第二电机/发电机MG2的效率劣化的点来操作,则第二 EV模式开始。
[0086] 由于为第二行星齿轮组PG2的直接耦接装置的第一离合器CLl是操作的,因而第二行星齿轮组PG2变成直接耦接状态。因此,第二行星齿轮组PG2的所有旋转元件N4、N5、和N6以相同速度旋转,并且驱动扭矩通过第五旋转元件N5来输出。
[0087] 这里,第一行星齿轮组PGl不变速。然而,第三旋转元件N3与发动机一起停止,并且第一旋转元件NI和第二旋转元件N2空转。
[0088][第一混合动力操作模式]
[0089] 图4A是第一混合动力操作模式下的杠杆图。
[0090] 在由行星齿轮组实现的混合动力输入分离模式下,发动机的扭矩经由机械路径和电路径传递至输出件。由于连接至行星齿轮组的发动机和电机/发电机在不考虑车辆速度的情况下控制它们的转速,因而混合动力输入分离模式下的动力传动系统作为电无级变速变速器(electric continuously variable transmission)来操作。
[0091] 在常规的变速器中,对于给定的车辆速度而言发动机的速度和扭矩是固定,而在电无级变速传动中,对于给定车辆速度而言发动机的速度和扭矩能够自由地改变。因此,发动机的驱动效率可最大化并且燃料经济性可提高。
[0092] 向第一混合动力操作模式的变速过程如下。第二旋转元件N2通过第一传动齿轮TFl连接至第五旋转元件N5,而在EV模式下,第一旋转元件NI和第二旋转元件N2空转。
[0093] 如果发动机ENG使用第一电机/发电机MGl启动,则能够在不考虑车辆速度的情况下来控制发动机ENG和第一电机/发电机MGl的速度。
[0094] 当发动机ENG和第一电机/发电机MGl被控制时,使发动机的扭矩和第一电机/发电机MGl的扭矩加和。加和后的扭矩通过第一传动齿轮TFl传递给第五旋转元件N5(为输出元件),由此产生高的驱动扭矩。
[0095] 第六旋转元件N6通过制动器BK的操作而作为固定件来操作,驱动扭矩通过第五旋转元件N5来输出,并且第四旋转元件N4在第二行星齿轮组PG2中空转。
[0096] 在发动机ENG和第一电机/发电机MGl第一混合动力操作模式下能够独立地控制,由此提高燃料经济性和驱动性能。
[0097][第二混合动力操作模式]
[0098] 图4B是第二混合动力操作模式下的杠杆图。
[0099] 如果在第一混合动力操作模式下驱动车辆的同时提高车辆速度,则制动器BK释放并且第一离合器CLl使第一行星齿轮组PGl的所有旋转元件的转速降低。相应地,第二混合动力操作模式开始。[0100] 由于为第二行星齿轮组PG2的直接耦接装置的第一离合器CLl是操作的,因而第二行星齿轮组PG2变成直接耦接状态。因此,第二行星齿轮组PG2的所有旋转元件N4、N5、和N6以相同速度旋转并且,驱动扭矩通过第五旋转元件N5来输出。
[0101] 发动机ENG和第一电机/发电机MGl在类似于第一混合动力操作模式的第二混合动力操作模式下能够独立控制,由此提高燃料经济性和驱动性能。
[0102][第三混合动力操作模式]
[0103] 图5是第三混合动力操作模式下的杠杆图。
[0104] 连接至输出元件的电机/发电机的转速限制为车辆的速度,因此限制了混合动力输入分离模式下电机/发电机的操作以及电机/发电机容量。
[0105] 具体地,如果限制为车辆速度的电机/发电机的转速由于车辆速度高而是高的,则可降低电机/发电机的效率和燃料经济性。
[0106] 在这样的条件下,连接至发动机ENG的第一行星齿轮组PGl的两个旋转元件以及连接至输出齿轮OG的第二行星齿轮组PG2的两个旋转元件耦接。因此,在不考虑车辆速度的情况下控制发动机的转速和两个电机/发电机的转速。由此,该动力传动系统操可作为无级变速变速器其来操作并可提高燃料经济性。
[0107] 当操作第二离合器CL2时,第三旋转元件N3通过第二传动齿轮TF2连接至第四旋转元件N4。因此,第三旋转元件N3和第四旋转元件N4的速度和扭矩彼此限制。
[0108] 为了平衡第一电机/发电机MGl和第二电机/发电机MG2的电能,第一行星齿轮组PGl和第二行星齿轮组PG2的所有旋转元件的速度和扭矩彼此关联,并且该动力传动系统在第三混合动力操作模式下作为电无级变速变速器来操作。
[0109] 第一混合动力操作模式和第二混合动力操作模式可转换为第三混合动力操作模式。也即,当第一混合动力操作模式和第二混合动力操作模式转换为第三混合动力操作模式时,发动机ENG和第一电机/发电机MGl被控制,使得第一行星齿轮组PGl的旋转兀件与第二行星齿轮组PG2的旋转元件同步。然后,操作第二离合器CL2。
[0110]当第一混合动力操作模式转换成第三混合动力操作模式时,操作第二离合器CL2并且释放制动器BK。当第二混合动力操作模式转换成第三混合动力操作模式时,操作第二离合器CL2并且释放第一离合器CLl。
[0111]由于第六旋转元件N6在第三混合动力操作模式时不能接收扭矩,因而输入给第四旋转元件N4的扭矩总和及输入给第五旋转元件N5的扭矩的总和分别为“O”。
[0112] S卩,第二电机/发电机MG2的扭矩以及来自第二传动齿轮TF2的外部扭矩输入在第四旋转元件N4处得以平衡。
[0113] 此外,通过驱动阻抗的扭矩输入以及来自第一传动齿轮TFl的外部扭矩输入在第五旋转元件N5处得以平衡。
[0114][第一发动机模式]
[0115] 图6A是第一发动机模式下的杠杆图。
[0116] 在混合动力电动车辆中用于提高燃料经济性的重要技术是制动器能量的回收和再利用以及发动机驱动点的控制。发动机驱动点的控制伴随将发动机的机械能转换成电机/发电机的电能以及将电机/发电机的电能重新转换成电机/发电机的机械能。在能量转换过程中,并未将所有的输入能量输出,因此出现能量损失。[0117] 由于仅由发动机驱动的车辆在任何驱动条件下可具有比混合动力模式更好的燃料经济性,因而本公开的示例性实施例提供两种发动机模式。
[0118] 也即,第二离合器CL2和制动器BK在第一发动机模式下接合。在这种情况下,发动机ENG的转速通过第二传动齿轮TF2传递给第二行星齿轮组PG2使得第四旋转元件N4在与发动机ENG相反的方向上旋转,并且第六旋转元件N6停止从而降低齿轮比。
[0119] 由于第一电机/发电机MGl和第二电机/发电机MG2并不需要提供扭矩,因而实现车辆仅由发动机ENG驱动的第一发动机模式。
[0120] 发动机ENG的扭矩通过第二传动齿轮TF2传递给第四旋转元件N4,将驱动阻抗传递给第五旋转元件N5。此外,第六旋转元件N6接收来自制动器BK的负扭矩,那么第一发动机模式得以实现。
[0121][第二发动机模式]
[0122] 如果在第一发动机模式下驱动车辆的同时提高车辆速度,则第一离合器CLl与第二离合器CL2接合以进入第二发动机模式。
[0123] 发动机ENG的速度通过第二传动齿轮TF2传递给第二行星齿轮组PG2,并且第四旋转元件N4和发动机ENG在相反的方向上旋转。第二行星齿轮组PG2的所有旋转元件N4、N5、和N6通过第一离合器CLl的操作以相同的转速旋转。
[0124] 因为第二电机/发电机MG2的转速比发动机ENG的转速快,所以第二传动齿轮TF2的齿轮比增大。仅由发动机ENG驱动的第二发动机模式得以实现,这是因为第一电机/发电机MGl和第二电机发电机MG2不提供扭矩。
[0125] 根据本公开的第一示例性实施例,通过结合两个行星齿轮组PGl和PG2、两个传动齿轮TFl和TF2、三个摩擦元件CLl、CL2和BK、以及两个电机/发电机MGl和MG2,能够实现两种EV模式、三种混合动力操作模式、两种发动机模式。
[0126] 由于通过使用作为外部啮合齿轮的两个传动齿轮和行星齿轮组来改变齿轮比的容易性,因而可以设置最佳齿轮比。齿轮比可根据目标性能改变,从而提高启动性能、动力传递性能、以及燃料经济性。
[0127] 由于在全开节流阀(WOT, wide open throttle)启动中提供充分的动力性能,因而限制了向发动机模式的转换,并且可在混合动力输入分离模式与复合分离模式(compoundsplit mode)之间的转换中使用发动机的最大功率。
[0128] 可降低电负载,并且可通过更加注重在分离发动机功率时的机械功率传递路径来使用发动机的最大功率。此外,在启动车辆时可减少模式切换的次数,并且在切换模式时可使得所有旋转元件的转速变化最小。
[0129] 因为提供了发动机模式,所以车辆能够在没有电机/发电机的电负载的情况下以高速行驶,从而提高燃料经济性。
[0130] 图7是根据本公开的第二示例性实施例的动力传动系统的示意图。
[0131] 参考图7,在第二示例性实施例中第一离合器CLl设置在第四旋转元件N4与第六旋转元件N6之间,而在第一示例性实施例中第一离合器CLl设置在第四旋转元件N4与第五旋转元件N5之间。
[0132] 因为除了第一离合器CLl的位置之外,第二示例性实施例具有与第一示例性实施例的功能相同的功能,所以将省去其详细描述。[0133] 图8是根据本公开的第三示例性实施例的动力传动系统的示意图。
[0134] 参考图8,在第三不例性实施例中第一离合器CLl设置在第五旋转兀件N5与第六旋转元件N6之间,而在第一示例性实施例中第一离合器CLl设置在第四旋转元件N4与第五旋转元件N5之间。
[0135] 因为除了第一离合器CLl的位置,第三示例性实施例具有与第一示例性实施例的功能相同的功能,所以将省去其详细描述。
[0136] 图9是根据本公开的第四示例性实施例的动力传动系统的示意图。
[0137] 参考图9,在第四示例性实施例中第二离合器CL2设置在第二传动齿轮TF2与第四旋转元件N4之间,而在第一示例性实施例中第二离合器CL2设置在包括第一轴ISl的第三旋转元件N3与第二传动齿轮TF2之间。
[0138]因为除了第二离合器CL2的位置之外,第四示例性实施例具有与第一示例性实施例的功能相同的功能,所以将省去其详细描述。
[0139] 图10是根据本公开的第五示例性实施例的动力传动系统的示意图。
[0140] 参考图10,在第五示例性实施例中第一行星齿轮组PGl是双小齿轮行星齿轮组,而在第一示例性实施例中第一行星齿轮组PGl是单小齿轮行星齿轮组。
[0141] 第一中心齿轮SI是第一旋转元件NI,第一环形齿轮Rl是第二旋转元件N2,并且第一行星架PCl是第三旋转元件N3。
[0142] 除了由第二旋转元件N2和第三旋转元件N3组成的旋转元件之外,第五示例性实施例具有与第一示例性实施例的功能相同的功能,因此将省去其详细描述。
[0143] 图11是根据本公开的第六示例性实施例的动力传动系统的示意图。
[0144] 参考图11,在第六示例性实施例中第二行星齿轮组PG2是双小齿轮行星齿轮组,而在第一示例性实施例中第二行星齿轮组PG2是单小齿轮行星齿轮组。
[0145] 第二中心齿轮S2是第四旋转元件N4,第二环形齿轮R2是第五旋转元件N5,并且第二行星架PC2是第六旋转元件N6。
[0146] 因为除了由第五旋转元件N5和第六旋转元件N6组成的旋转元件之外,第六示例性实施例具有与第一示例性实施例的功能相同的功能,因此,将省去其详细描述。
[0147] 根据本公开的示例性实施例,通过结合两个行星齿轮组、两个传动齿轮、三个摩擦元件以及两种电机/发电机,实现两种EV模式、三种混合动力输入分离模式以及两种发动机模式。
[0148] 由于通过使用作为外啮合齿轮的两个传动齿轮和行星齿轮组来改变齿轮比的容易性,因而可设置最佳齿轮比。齿轮比可根据目标性能改变,从而提高启动性能、动力传递性能以及燃料经济性。
[0149] 因为在全开节流阀(WOT)启动中提供充分的动力性能,所以限制了向发动机模式的转换,并且可在混合动力输入分离模式与复合分离模式之间的转换中使用发动机的最大功率。
[0150] 可降低电负载,并且可通过更加注重在分离发动机功率时的机械功率传递路径来使用发动机的最大功率。此外,在启动车辆时可减少模式转换的次数,并且在转换模式时可使所有旋转元件的转速变化最小。
[0151] 因为提供了发动机模式,所以车辆能够在没有电机/发电机的电负载的情况下以高速行驶,从而提高燃料经济性。
[0152] 尽管已结合目前被认为实用的示例性实施例来描述本公开,然而,应当理解的是,本发明构思不限于所公开的实施例,相反,本发明构思旨在覆盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置。

Claims (20)

1.一种混合动力电动车辆的动力传动系统,包括: 第一轴,接收发动机的扭矩; 第二轴,与所述第一轴平行地设置; 第一行星齿轮组,设置在所述第一轴上并且包括连接至第一电机/发电机的第一旋转元件、作为输出元件来操作的第二旋转元件、以及直接地连接至所述第一轴的第三旋转元件; 第二行星齿轮组,设置在所述第二轴上并且包括连接至第二电机/发电机并通过外部啮合齿轮选择性地连接至所述第三旋转元件的第四旋转元件、连接至输出齿轮并通过外部啮合齿轮连接至所述第二旋转元件的第五旋转元件、以及连接至变速器壳体的第六旋转元件; 直接耦接装置,连接所述第二行星齿轮组的所述第四旋转元件、所述第五旋转元件、及所述第六旋转元件之中的两个旋转元件; 传动齿轮,形成所述外部啮合齿轮;以及 摩擦元件,将选定的旋转 元件选择性地连接至选定的传动齿轮或者将选定的旋转元件选择性地连接至所述变速器壳体。
2.根据权利要求1所述的动力传动系统,其中,所述第一行星齿轮组为第一单小齿轮行星齿轮组,所述第一单小齿轮行星齿轮组具有作为所述第一旋转元件的第一中心齿轮、作为所述第二旋转元件的第一行星架、以及作为所述第三旋转元件的第一环形齿轮;并且 所述第二行星齿轮组为第二单小齿轮行星齿轮组,所述第二单小齿轮行星齿轮组具有作为所述第四旋转元件的第二中心齿轮、作为所述第五旋转元件的第二行星架、以及作为所述第六旋转元件的第二环形齿轮。
3.根据权利要求1所述的动力传动系统,其中,所述第一行星齿轮组为双小齿轮行星齿轮组,所述双小齿轮行星齿轮组具有作为所述第一旋转元件的第一中心齿轮、作为所述第二旋转元件的第一环形齿轮、以及作为所述第三旋转元件的第一行星架;并且 所述第二行星齿轮组为单小齿轮行星齿轮组,所述单小齿轮行星齿轮组具有作为所述第四旋转元件的第二中心齿轮、作为所述第五旋转元件的第二行星架、以及作为所述第六旋转元件的第二环形齿轮。
4.根据权利要求1所述的动力传动系统,其中,所述第一行星齿轮组为单小齿轮行星齿轮组,所述单小齿轮行星齿轮组具有作为所述第一旋转元件的第一中心齿轮、作为所述第二旋转元件的第一行星架、以及作为所述第三旋转元件的第一环形齿轮;并且 所述第二行星齿轮组为双小齿轮行星齿轮组,所述双小齿轮行星齿轮组具有作为所述第四旋转元件的第二中心齿轮、作为所述第五旋转元件的第二环形齿轮、以及作为所述第六旋转元件的第二行星架。
5.根据权利要求1所述的动力传动系统,其中,所述直接耦接装置为设置在所述第四旋转元件与所述第五旋转元件之间的第一离合器。
6.根据权利要求1所述的动力传动系统,其中,所述直接耦接装置为设置在所述第四旋转元件与所述第六旋转元件之间的第一离合器。
7.根据权利要求1所述的动力传动系统,其中,所述直接耦接装置为设置在所述第五旋转元件与所述第六旋转元件之间的第一离合器。
8.根据权利要求1所述的动力传动系统,其中,所述传动齿轮包括: 第一传动齿轮,设置在所述第二旋转元件与所述第五旋转元件之间;以及 第二传动齿轮,设置在所述第三旋转元件与所述第四旋转元件之间。
9.根据权利要求1所述的动力传动系统,其中,所述摩擦元件包括: 制动器,设置在所述第六旋转元件与所述变速器壳体之间;以及 第二离合器,设置在所述第三旋转元件与所述第二传动齿轮之间。
10.根据权利要求1所述的动力传动系统,其中,所述摩擦元件包括: 制动器,设置在所述第六旋转元件与所述变速器壳体之间;以及 第二离合器,设置在所述第四旋转元件与所述第二传动齿轮之间。
11.根据权利要求1所述的动力传动系统,其中,所述直接耦接装置包括第一离合器并且所述摩擦元件包括制动器和第二离合器,并且 其中,所述制动器在第一电动车辆(EV)模式下操作, 所述第一离合器在第二 EV模式下操作, 所述制动器在第一混合动力操作模式下操作, 所述第一离合器在第二混合动力操作模式下操作, 所述第二离合器在第三混合动力操作模式下操作, 所述第二离合器和所述制动器在第一发动机模式下操作,以及 所述第一离合器和所述第二离合器在第二发动机模式下操作。
12.一种混合动力电动车辆的动力传动系统,包括: 第一轴,接收发动机的扭矩; 第二轴,与所述第一轴平行地设置; 第一行星齿轮组,设置在所述第一轴上并且包括连接至第一电机/发电机的第一旋转元件、第二旋转元件、以及直接地连接至所述第一轴的第三旋转元件; 第二行星齿轮组,设置在所述第二轴上并且包括选择性地连接至所述第三旋转元件并连接至第二电机/发电机的第四旋转元件、连接至所述第二旋转元件及输出齿轮的第五旋转元件、以及连接至变速器壳体的第六旋转元件; 第一离合器,连接所述第二行星齿轮组的所述第四旋转元件、所述第五旋转元件、及所述第六旋转元件之中的两个旋转元件; 第一传动齿轮,设置在所述第二旋转元件与所述第五旋转元件之间; 第二传动齿轮,设置在所述第三旋转元件与所述第四旋转元件之间;以及 摩擦元件,包括制动器和第二离合器。
13.根据权利要求12所述的动力传动系统,其中,所述第一行星齿轮组为第一单小齿轮行星齿轮组,所述第一单小齿轮行星齿轮组具有作为所述第一旋转元件的第一中心齿轮、作为所述第二旋转元件的第一行星架、以及作为所述第三旋转元件的第一环形齿轮;并且 所述第二行星齿轮组为第二单小齿轮行星齿轮组,所述第二单小齿轮行星齿轮组具有作为所述第四旋转元件的第二中心齿轮、作为所述第五旋转元件的第二行星架、以及作为所述第六旋转元件的第二环形齿轮。
14.根据权利要求12所述的动力传动系统,其中,所述第一行星齿轮组为双小齿轮行星齿轮组,所述双小齿轮行星齿轮组具有作为所述第一旋转元件的第一中心齿轮、作为所述第二旋转元件的第一环形齿轮、以及作为所述第三旋转元件的第一行星架;并且 所述第二行星齿轮组为单小齿轮行星齿轮组,所述单小齿轮行星齿轮组具有作为所述第四旋转元件的第二中心齿轮、作为所述第五旋转元件的第二行星架、以及作为所述第六旋转元件的第二环形齿轮。
15.根据权利要求12所述的动力传动系统,其中,所述第一行星齿轮组为单小齿轮行星齿轮组,所述单小齿轮行星齿轮组具有作为所述第一旋转元件的第一中心齿轮、作为所述第二旋转元件的第一行星架、以及作为所述第三旋转元件的第一环形齿轮,并且 所述第二行星齿轮组为双小齿轮行星齿轮组,所述双小齿轮行星齿轮组具有作为所述第四旋转元件的第二中心齿轮、作为所述第五旋转元件的第二环形齿轮、以及作为所述第六旋转元件的第二行星架。
16.根据权利要求12所述的动力传动系统,其中,所述第一离合器设置在所述第四旋转元件与所述第五旋转元件之间。
17.根据权利要求12所述的动力传动系统,其中,所述第一离合器设置在所述第四旋转元件与所述第六旋转元件之间。
18.根据权利要求12所述的动力传动系统,其中,所述第一离合器设置在所述第五旋转元件与所述第六旋转元件之间。
19.根据权利要求12所述的动力传动系统,其中,所述摩擦元件包括: 制动器,设置在所述第六旋转元件与所述变速器壳体之间;以及 第二离合器,设置在所述第三旋转元件与所述第二传动齿轮之间。
20.根据权利要求12所述的动力传动系统,其中,所述摩擦元件包括: 制动器,设置在所述第六旋转元件与所述变速器壳体之间;以及 第二离合器,设置在所述第四旋转元件与所述第二传动齿轮之间。
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