CN103851142A - 混合电动车辆的动力传动系统 - Google Patents

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CN103851142A CN201310514115.8A CN201310514115A CN103851142A CN 103851142 A CN103851142 A CN 103851142A CN 201310514115 A CN201310514115 A CN 201310514115A CN 103851142 A CN103851142 A CN 103851142A
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    • B60K6/44—Series-parallel type
    • B60K6/445—Differential gearing distribution type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H3/02—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60K6/38—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the driveline clutches
    • B60K2006/381—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the driveline clutches characterized by driveline brakes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
    • B60K6/48—Parallel type
    • B60K2006/4833—Step up or reduction gearing driving generator, e.g. to operate generator in most efficient speed range
    • B60K2006/4841—Step up or reduction gearing driving generator, e.g. to operate generator in most efficient speed range the gear provides shifting between multiple ratios
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H37/00—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00
    • F16H37/02—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings
    • F16H37/06—Combinations 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
    • F16H37/08—Combinations 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
    • F16H37/0833—Combinations 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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    • F16H2037/0866—Power split variators with distributing differentials, with the output of the CVT connected or connectable to the output shaft
    • F16H2037/0873—Power 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H37/00—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00
    • F16H37/02—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings
    • F16H37/06—Combinations 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
    • F16H37/08—Combinations 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
    • F16H37/0833—Combinations 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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    • F16H2037/088—Power split variators with summing differentials, with the input of the CVT connected or connectable to the input shaft
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Abstract

本发明涉及混合电动车辆的动力传动系统。该混合电动车辆的动力传动系统可包括输入轴和输出轴。第一行星齿轮组包括连接到第一电机/发电机的第一旋转元件；作为输出元件操作的第二旋转元件；以及连接到输入轴和第二电机/发电机的第三旋转元件。第二行星齿轮组包括连接到第三旋转元件和第二电机/发电机的第四旋转元件；通过外部结网齿轮连接到第二旋转元件的第五旋转元件；以及连接到传动外壳的第六旋转元件。直接耦合装置连接第二行星齿轮组的第四、第五以及第六旋转元件之中的两个旋转元件并且传动齿轮形成外部结网齿轮。摩擦元件将选定的旋转元件连接到选定的传动齿轮或者将选定的旋转元件连接到传动外壳。

Description

混合电动车辆的动力传动系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2012年11月28日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2012-0136468号的优先权的权益，其全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本公开涉及混合电动车辆的动力传动系统。更具体地，本公开涉及混合电动车辆的动力传动系统，该动力传动系统通过在分配发动机功率时更多地注重机械动力输送路径来降低电负载并且使用发动机的最大功率、在启动车辆时减少模式转换次数、以及在转换模式时使所有旋转元件的转速变化最小。
背景技术
环境友好型车辆对于未来的电机行业非常重要。车辆制造商注重诸如电动车辆（EV）、混合电动车辆（HEV）、以及燃料电池电动车辆（FCEV）等环境友好型车辆的发展，以满足环境和燃料消耗规范。
就提高重量和成本而言，车辆制造商一直注重气体排放规范和改善燃料消耗性能限制，并且正在努力使混合电动车辆商业化。
混合电动车辆使用多于两种的动力源。使用化石燃料的气油发动机或者柴油发动机与由电能驱动的电机/发电机是混合电动车辆的两个主要动力源。具有相对低速扭矩特征的电机/发电机用作低速时的主要动力源，并且具有相对高速扭矩特征的发动机用作高速时的主要动力源。
因为混合电动车辆在低速区运行时停止使用化石燃料并且使用电机/发电机，所以可以改善燃料消耗并且可以减少废气。
混合电动车辆的动力传动系统分类为单模式类型和多模式类型。
根据单模式类型，即使没有必要使用诸如用于变速的离合器和制动器等扭矩传送装置，然而由于在高速区的效率退化并且大型车辆需要额外的扭矩乘法装置，所以燃料消耗较高。
因为多模式类型在高速区效率高并且能够自动乘以扭矩，所以多模式类型能够应用于所有规模的车辆。现正在继续调查作为混合电动车辆的动力传动系统的多模式类型。
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送装置、以及用作电机/发电机的动力源的电池。
多模式类型的动力传动系统具有取决于行星齿轮组、电机/发电机以及扭矩传送装置的连接的不同操作机构。
此外，多模式的动力传动系统具有诸如取决于行星齿轮组、电机/发电机以及扭矩传送装置的连接的耐用性、功率输出效率以及尺寸的不同特性。因此，一直继续研究针对混合电动车辆的动力传动系统的连接结构的设计，以实现没有功率损失的健壮紧凑的动力传动系统。
背景技术部分所公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景部分的理解，因此，背景技术部分可能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
本发明尽力提供一种混合电动车辆的动力传动系统，具有如下优点：该动力传动系统通过在分配发动机动力时注重机械动力传送路径降低电负载并且使用发动机的最大功率，减少在发动车辆时的模式转换的数量、并且使在转换模式时所有旋转元件的转速变化最小。
根据本公开的一方面的混合电动车辆的动力传动系统可包括接收发动机扭矩的输入轴和输入轴平行设置的输出轴。第一行星齿轮组设置在输入轴上并且包括：连接到第一电机/发电机的第一旋转元件；作为输出元件操作的第二旋转元件；以及直接连接到输入轴并且选择性地连接到第二电机/发电机的第三旋转元件。第二行星齿轮组设置在输出轴上，并且包括：选择性地连接到第三旋转元件且通过外部结网齿轮始终连接到第二电机/发电机的第四旋转元件；通过外部结网齿轮连接到第二旋转元件并且连接到输出轴第五旋转元件；以及选择性地连接到传动外壳的第六旋转元件。直接耦合装置连接第二行星齿轮组的第四、第五以及第六旋转元件中的两个旋转元件，并且传动齿轮形成外部结网齿轮。摩擦元件将选定的旋转元件选择性地连接到传动齿轮或者将选定的旋转元件选择性地连接到传动外壳。
在示例性实施方式中，第一行星齿轮组可以是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太阳齿轮、作为第二旋转元件的第一行星齿轮架以及作为第三旋转元件的第一环形齿轮。第二行星齿轮组可以是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太阳齿轮、作为第五旋转元件的第二行星齿轮架以及作为第六旋转元件的第二环形齿轮。
在示例性实施方式中，第一行星齿轮组可以是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太阳齿轮、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齿轮架。第二行星齿轮组可以是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太阳齿轮、作为第五旋转元件的第二行星齿轮架以及作为第六旋转元件的第二环形齿轮。
在示例性实施方式中，第一行星齿轮组可以是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太阳齿轮、作为第二旋转元件的第一行星齿轮架以及作为第三旋转元件的第一环形齿轮。第二行星齿轮组可以是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太阳齿轮、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齿轮架。
在示例性实施方式中，直接耦合装置可以是设置在第四旋转元件与第五旋转元件之间的第一离合器。
在示例性实施方式中，直接耦合装置可以是设置在第四旋转元件与第六旋转元件之间的第一离合器。
在示例性实施方式中，直接耦合装置可以是第五旋转元件与第六旋转元件之间的第一离合器。
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和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。
在示例性实施方式中，摩擦元件可包括设置在第六旋转元件与传动外壳之间的制动器和设置在第三旋转元件与第二传动齿轮之间的第二离合器。
在示例性实施方式中，摩擦元件可包括设置在第六旋转元件与传动外壳之间的制动器和设置在第四旋转元件与第二传动齿轮之间的第二离合器。
直接耦合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，制动器在第一混合操作模式下操作，第一离合器在第二混合操作模式下操作，第二离合器在第三混合操作模式下操作，第二离合器和制动器在第一发动机模式下操作，并且第一离合器和第二离合器在第二发动机模式下操作。
根据本公开的另一方面的混合电动车辆的动力传动系统可包括接收发动机扭矩的输入轴和与输入轴平行设置的输出轴。第一行星齿轮组设置在输入轴上，并且包括：连接到第一电机/发电机的第一旋转元件；第二旋转元件；以及直接连接到输入轴并且选择性地连接到第二电机/发电机的第三旋转元件。第二行星齿轮组设置在输出轴上，并且包括：选择性地连接到第三旋转元件并且始终连接到第二电机/发电机的第四旋转元件；连接到第二旋转元件并且连接到输出轴的第五旋转元件；以及选择性地连接到传动外壳的第六旋转元件。第一离合器连接第二行星齿轮组的第四、第五、以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，并且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。
在示例性实施方式中，第一行星齿轮组可以是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太阳齿轮、作为第二旋转元件的第一行星齿轮架以及作为第三旋转元件的第一环形齿轮。第二行星齿轮组可以是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太阳齿轮、作为第五旋转元件的第二行星齿轮架以及作为第六旋转元件的第二环形齿轮。
在示例性实施方式中，第一行星齿轮组可以是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太阳齿轮、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齿轮架。第二行星齿轮组可以是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太阳齿轮、作为第五旋转元件的第二行星齿轮架以及作为第六旋转元件的第二环形齿轮。
在示例性实施方式中，第一行星齿轮组可以是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太阳齿轮、作为第二旋转元件的第一行星齿轮架、以及作为第三旋转元件的第一环形齿轮。第二行星齿轮组可以是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太阳齿轮、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齿轮架。
在示例性实施方式中，第一离合器可以设置在第四旋转元件与第五旋转元件之间。
在示例性实施方式中，第一离合器可以设置在第四旋转元件与第六旋转元件之间。
在示例性实施方式中，第一离合器可以设置在第五旋转元件与第六旋转元件之间。
在示例性实施方式中，摩擦元件可包括设置在第六旋转元件与传动外壳之间的制动器和设置在第三旋转元件与第二传动齿轮之间的第二离合器。
在示例性实施方式中，摩擦元件可包括设置在第六旋转元件与传动外壳之间的制动器和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
图1是根据本发明第一示例性实施方式的动力传动系统的示意图。
图2是用于根据本发明第一示例性实施方式的动力传动系统的各个模式下的摩擦元件的操作图表。
图3A是根据本发明第一示例性实施方式的第一电动车辆（EV）的动力传动系统的电平图。
图3B是根据本发明第一示例性实施方式的第二EV模式下的动力传动系统的电平图。
图4A是根据本发明第一示例性实施方式的第一混合操作模式下的动力传动系统的杆图。
图4B是根据本发明第一示例性实施方式的第二混合操作模式下的动力传动系统的杆图。
图5是根据本发明第一示例性实施方式的第三混合操作模式下的动力传动系统的杆图。
图6A是根据本发明第一示例性实施方式的第一发动机模式下的动力传动系统的杆图。
图6B是根据本发明第一示例性实施方式的第二发动机模式下的动力传动系统的杆图。
图7是根据本发明第二示例性实施方式的动力传动系统的示意图。
图8是根据本发明第三示例性实施方式的动力传动系统的示意图。
图9是根据本发明第四示例性实施方式的动力传动系统的示意图。
图10是根据本发明第五示例性实施方式的动力传动系统的示意图。
具体实施方式
下文中将参照附图详细地描述本发明的示列性实施方式。
将省去对无须用于说明示例性实施方式的组件的描述，并且本说明书中相同的组成元件以相同的参考标号表示。
在细节描述中，序号用于区分具有相同术语的组成元件，并且不具有特殊的含义。
图1是根据本发明第一示例性实施方式的动力传动系统的示意图。
参照图1，根据本发明第一示例性实施方式的混合电动车辆的动力传动系统包括第一行星齿轮组PG1，设置在输入轴IS上；第二行星齿轮组PG2，设置在与输入轴IS平行的输出轴OS上；两个传动齿轮TF1和TF2；由两个离合器CL1和CL2与一个制动器BK组成的摩擦元件；以及两个电机/发电机MG1和MG2。
第一行星齿轮组PG1和第二行星齿轮组PG2从输入轴IS转换发电机ENG输入的扭矩以及第一电机/发电机MG1和第二电机/发电机MG2的扭矩，并且通过输出轴OS输出转换后的扭矩。
输入轴IS是输入元件并且从发动机ENG接收扭矩。输出轴OS是输出元件并且通过微分装置（未示出）将驱动扭矩输出给驱动轮。
第一行星齿轮组PG1是单小齿轮行星齿轮组，包括作为第一旋转元件N1的第一太阳齿轮S1以及旋转地支撑从外部与第一太阳齿轮S1结网并且作为第二旋转元件N2的第一行星齿轮架PC1。第一环形齿轮R1在内部与第一小齿轮P1结网并且是第三旋转元件N3。
第二行星齿轮组PG2是单小齿轮行星齿轮组，包括作为第四旋转元件N4的第二太阳齿轮S2以及旋转地支撑从外部与第二太阳齿轮S2结网并且作为第五旋转元件N5的第二小齿轮P2。第二环形齿轮R2在内部与第二小齿轮P2结网并且是第六旋转元件N6。
第一行星齿轮组PG1的第三旋转元件N3直接连接到输入轴IS，并且第二行星齿轮组PG2的第五旋转元件N5直接连接到输出轴OS。
第一行星齿轮组PG1和第二行星齿轮组PG2由第一传动齿轮TF1、第二传动齿轮TF2、第一离合器CL1、第二离合器CL2和制动器BK组成。
第一传动齿轮TF1和第二传动齿轮TF2分别具有第一传动驱动齿轮TF1a、第二传动驱动齿轮TF2a、以及在外部彼此结网的第一传动驱动齿轮TF1b和第二传动驱动齿轮TF2b。
第一传动齿轮TF1从外部连接第二旋转元件N2与第五旋转元件N5。
第二传动齿轮TF2从外部连接包括输入轴IS的第三旋转元件N3与第四旋转元件N4。
因此，通过第一传动齿轮TF1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TF1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CL1和第二离合器CL2以及制动器BK是摩擦元件并且设置如下。第一离合器CL1选择性地连接第四旋转元件N4与第五旋转元件N5并且操作为第二行星齿轮组PG2的直接耦合装置。第二离合器CL2选择性地连接包括输入轴IS的第三旋转元件N3与第二传动齿轮TF2。
第一离合器CL1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合装置。因此，第二行星齿轮组PG2选择性地变为直接耦合状态，并且第二离合器CL2将输入轴IS选择性地传送给第四旋转元件N4。
此外，制动器BK选择性地连接第六旋转元件N6与传动外壳H。
由第一离合器CL1、第二离合器CL2、以及制动器BK构成的摩擦元件可以是通过液压操作的常规润湿型多片摩擦元件。第一电机/发电机MG1和第二电机/发电机MG2是独立的动力源并且操作为电机和发电机。第一电机/发电机MG1连接到第一行星齿轮组PG1的第一旋转元件N1，从而将扭矩供给第一旋转元件N1，或者通过第一旋转元件N1的扭矩产生电。第二电机/发电机MG2连接到第二传动驱动齿轮TF2a，从而将扭矩供给第二传动驱动齿轮TF2a或者通过第二传动驱动齿轮TF2a的扭矩产生电。
第一电机/发电机MG1和第二电机/发电机MG2的定子固定到传动外壳H，并且第一电机/发电机MG1与第二电机/发电机MG2的转子分别连接到第一旋转元件N1与第二传动驱动齿轮TF2a。
图2是应用于根据本发明第一示例性实施方式的动力传动系统的各个模式下的摩擦元件的操作曲线图。
参照图2，通过操作制动器BK实现第一电动车辆（EV）模式，通过操作第一离合器CL1实现第二EV模式。通过操作制动器BK实现第一混合操作模式。通过操作第一离合器CL1实现第二混合操作模式。通过操作第二离合器CL2实现第三混合操作模式。通过操作第二离合器CL2和制动器BK实现第一发动机模式。并且通过操作第一离合器CL1和第二离合器CL2实现第二发动机模式。
如上所述，动力传动系统能够实现两种EV模式、三种混合操作模式以及两种发动机模式。
图3A、图3B、图4A、图4B、图5、图6A和图6B是根据本发明第一示例性实施方式的动力传动系统的杆图，用于通过杆分析方法说明各模式。
参照图3A、图3B、图4A、图4B、图5、图6A和图6B，第一行星齿轮组PG1的三条垂直线被设置为第一旋转元件N1、第二旋转元件N1、以及第三旋转元件N3。第二行星齿轮组PG2的三条垂直线从左至右被设置为第六旋转元件N6、第五旋转元件N5、以及第四旋转元件N4。中间水平线表示“0”转速，上水平线表示正转速，并且下水平线表示负转速。
因为第一行星齿轮组PG1和第二行星齿轮组PG2通过没有闲置齿轮的第一传动齿轮TF1和第二传动齿轮TF2从外部结网，所以负转速指旋转元件在发动机ENG的旋转方向的反方向上旋转。
此外，根据第一行星齿轮组PG1与第二行星齿轮组PG2的齿轮比（太阳齿轮的齿牙数/环形齿轮的齿牙数）设置第一行星齿轮组PG1和第二行星齿轮组PG2的垂直线之间的距离。
【第一EV模式】
图3A是第一EV模式下的杆图。
EV模式是在发动机制动状态下电池功率被供给电机/发电机的模式，从而使得由电机/发电机的动力驱动车辆。因为发动机被停止，所以可以增强燃料经济性，并且在EV模式下，在没有其他倒档装置的情况下能够向后移动车辆。
当车辆在制动状态下启动或者车辆以低速运行时利用EV模式。需要动力源比输出元件旋转快的降低的齿轮比用于辅助坡道启动或者快速加速。
通过操作制动器BK，第六旋转元件N6作为固定元件操作，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的扭矩输入给第四旋转元件N4。因此，第二电机/发电机MG2的扭矩根据第二行星齿轮组PG2的齿轮比而变化，并且通过第五旋转元件N5输出驱动扭矩。
这里，第一行星齿轮组PG1并不变速。然而，第三旋转元件N3与发动机一起制动，并且第二旋转元件N2通过第一传动齿轮TF1连接到第五旋转元件N5。因此，第一旋转元件N1和第二旋转元件N2闲置。
【第二EV模式】
图3B是第二EV模式下的杆图。
电机/发电机的效率根据其转速及扭矩而变化。因此，即使供给的电流量相同，电能与机械能的转换比也根据电机/发电机的转速和扭矩而变化。
通过在发动机中燃烧燃料或者通过再生制动聚集的燃料产生EV模式下使用的电池电流。聚集能量的有效使用具有增强燃料经济性的直接效果。
为此，在电动车辆中逐渐采用实现不止两种变速的传动装置，并且实现具有不止两种变速的EV模式的混合电动车辆具有一定优势。因此，本发明的示列性实施方式能够实现两种EV模式。
变速至第二EV模式的过程如下。如果在第一EV模式下驱动车辆时车辆速度增加，第二电机/发电机MG2的效率下降。这里，如果释放制动器BK并且在第二电机/发电机MG2的效率下降时操作第一离合器CL1，则进入第二EV模式。
因为操作作为第二行星齿轮组PG2的直接耦合装置的第一离合器CL1，所以第二行星齿轮组PG2变成直接耦合状态。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通过第五旋转元件N5输出驱动扭矩。
这里，第一行星齿轮组PG1并不变速。然而，第三旋转元件N3与发动机一起制动，并且第一旋转元件N1和第二旋转元件N2闲置。
【第一混合操作模式】
图4A是第一混合操作模式下的杆图。
混合输入分配模式下，发动机的扭矩通过机械路径和电路径由行星齿轮组传送给输出元件。因为连接到行星齿轮组的发动机和电机/发电机控制与车辆速度无关的行星齿轮组的转速，所以混合输入分配模式下的动力传动系统操作为电动连续可变传动装置。
在常规传动装置中，发动机的速度和扭矩固定为给定的车辆速度，其中在电动连续可变传动中，在给定车辆速度时能够自由地改变发动机的速度和扭矩。因此，可以使发动机的驱动效率最大并且可以增强燃料经济性。
变速至第一混合操作模式的过程如下。第二旋转元件N2通过第一传动齿轮TF1连接到第五旋转元件N5，从而在EV模式下第一旋转元件N1和第二旋转元件N2闲置。
如果发动机ENG使用第一电机/发电机MG1启动，则能够与车辆速度无关地控制发动机ENG和第一电机/发电机MG1的速度。
当控制发动机ENG和第一电机/发电机MG1时，对发动机的扭矩和第一电机/发电机MG1的扭矩求和。合扭矩通过第一传动齿轮TF1传送给作为输出元件的第一旋转元件N5，由此产生高驱动扭矩。
通过操作制动器BK，第六旋转元件N6作为固定元件操作，驱动扭矩通过第五旋转元件N5被输出，并且第四旋转元件N4通过接收第二行星齿轮组PG2中第二电机/发电机的扭矩而闲置。
在第一混合操作模式下能够独立控制发动机ENG和第一电机/发电机MG1，由此增强燃料经济性和驱动性能。
【第二混合操作模式】
图4B是第二混合操作模式下的杆图。
如果在第一混合操作模式下驱动车辆时车辆速度增加，制动器BK被释放并且第一离合器CL1降低第一行星齿轮组PG1的所有旋转元件的转速。从而，进入第二混合操作模式。
因为操作作为第二行星齿轮组PG2的直接耦合装置的第一离合器CL1，所以第二行星齿轮组PG2变成直接耦合状态。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通过第五旋转元件N5输出驱动扭矩。
类似于第一混合操作模式，能够独立控制第二混合操作模式下的发动机ENG和第一电机/发电机MG1，由此改善燃料经济性和驱动性能。
【第三混合操作模式】
图5是第三混合操作模式下的杆图。
连接到输出元件的电机/发电机的转速被限定为车辆的速度，因此，在混合输入分配模式下，限制电机/发电机的操作以及电机/发电机的能力。
具体地，如果限定为车辆速度的电机/发电机的转速因车辆速度高而高，可以降低电机/发电机的效率和燃料经济性。
在这些条件下，连接到发动机ENG的第一行星齿轮组PG1的两个旋转元件和连接到输出轴OS的第二行星齿轮组PG2的两个旋转元件耦接。因此，可与车辆速度无关地控制发动机的转速和两个电机/发电机的转速。因此，动力传动系统可以作为连续可变的传动装置操作并且可以增强燃料经济性。
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连接到第四旋转元件N4。因此，第三旋转元件N3和第四旋转元件N4的速度和扭矩限制彼此。
为了平衡第一电机/发电机MG1和第二电机/发电机MG2的电能，第一行星齿轮组PG1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，并且动力传动系统在第三混合操作模式下作为电动连续可变传动装置操作。
第一混合操作模式和第二混合操作模式能够转换成第三混合操作模式。即，当第一混合操作模式和第二混合操作模式转换成第三混合操作模式时，控制发动机ENG和第一电机/发电机MG1，从而使得第一行星齿轮组PG1的旋转元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。
当第一混合操作模式转换成第三混合操作模式时，操作第二离合器CL2并且释放制动器BK。当第二混合操作模式转换成第三混合操作模式时，操作第二离合器CL2并且释放第一离合器CL1。
因为在第三混合操作模式第六旋转元件N6不能接收扭矩，所以输入到第四旋转元件N4的扭矩总和与输入到第五旋转元件的扭矩的总和分别为“0”。
即，第二电机/发电机MG2的扭矩与从第二传动齿轮TF2输入的外部扭矩在第四旋转元件N4平衡。
此外，由驱动阻抗输入的扭矩和从第一传动齿轮TF1输入的外部扭矩在第五旋转元件N5平衡。
【第一发动机模式】
图6A是第一发动机模式下的杆图。
用于增强燃料经济性的混合电动车辆中的重要技术是恢复并且重新使用制动器能源和控制发动机的驱动点。发动机的控制驱动点伴随发动机的机械能转换成电机/发电机的电能，并且伴随电机/发电机的电能转换回电机/发电机的机械能。在能量转换过程中，并非输出所有的输入能量，从而产生能量损失。
因为仅由发动机驱动的车辆在任何驱动条件下可具有优于混合模式的燃料经济性，所以本发明的示列性实施方式提供了两种发动机模式。
即，第二离合器CL2和制动器BK在第一发动机模式下啮合。在这种情况下，发动机ENG的转速通过第二传动齿轮TF2传送给第二行星齿轮组PG2，从而使得第四旋转元件N4在发动机ENG的反向方向上旋转，并且第六旋转元件N6制动，从而降低齿轮比。
因为第一电机/发电机MG1和第二电机/发电机MG2并不需要提供扭矩，所以可实现仅由发动机ENG驱动车辆时的第一发动机模式。
发动机RNG的扭矩通过第二传动齿轮TF2传送给第四旋转元件N4，从而将驱动阻抗传送给第五旋转元件N5。
此外，第六旋转元件N6从制动器BK接收负扭矩，并且实现第一发动机模式。
【第二发动机模式】
图6B是第二发动机模式下的杆图。
如果在第一发动机模式下驱动车辆时车辆速度增加，则第一离合器CL1和第二离合器CL2啮合以进入第二发动机模式。
发动机ENG的速度通过第二传动齿轮TF2传送给第二行星齿轮组PG2，并且第四旋转元件N4和发动机ENG在反向方向上旋转。第二行星齿轮组PG2的所有旋转元件N4、N5和N6通过操作第一离合器CL1以相同的旋转速度旋转。
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的齿轮比增加。因为第一电机/发电机MG1和第二电机/发电机MG2并不提供扭矩，所以可实现仅由发动机ENG驱动的第二发动机模式。
根据本发明的第一示例性实施方式，通过组合两种行星齿轮组PG1和PG2、两种传动齿轮TF1和TF2、三种摩擦元件CL1、CL2和BK、以及两种电机/发电机MG1和MG2能够实现两种EV模式、三种混合操作模式以及两种发动机模式。
由于通过使用行星齿轮组和作为外部结网的齿轮的两种传动齿轮易于改变齿轮比，所以可以设置最佳齿轮比。可以根据目标性能改变齿轮比，从而改善启动性能、动力传送性能以及燃料经济性。
因为在节气门全开（WOT）开始时提供充分的功率性能，所以转换成发动机模式受到限制，并且发动机的最大功率能够用于混合输入分配模式与复合分配模式之间的转换。
可以降低电负载，并且通过更加注重在分配发动机动力时机械动力传输路径而可以使用发动机的最大功率。此外，在启动车辆时可以减少模式转换的次数，并且在转换模式时可以使所有旋转元件的转速的变化最小。
因为提供了发动机模式，所以车辆在没有电机/发电机的电负载的情况下能够以高速运行，从而改善燃料经济性。
图7是根据本发明第二示例性实施方式的动力传动系统的示意图。
参照图7，在第二示例性实施方式中第一离合器CL1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方式中第一离合器CL1设置在第四旋转元件N4与第五旋转元件N5之间。
因为除第一离合器CL1的位置之外，第二示例性实施方式具有与第一示例性实施方式相同的功能，所以将省去其细节描述。
图8是根据本发明第三示例性实施方式的动力传动系统的示意图。
参照图8，在第三示例性实施方式中第一离合器CL1设置在第五旋转元件N5与第六旋转元件N6之间，而在第一示例性实施方式中第一离合器CL1设置在第四旋转元件N4与第五旋转元件N5之间。
除第一离合器CL1的位置之外，因为第三示例性实施方式具有与第一示例性实施方式相同的功能，所以将省去其细节描述。
图9是根据本发明第四示例性实施方式的动力传动系统的示意图。
参照图9，在第四示例性实施方式中，第一行星齿轮组PG1是双小齿轮行星齿轮组，而在第一示例性实施方式中，第一行星齿轮组PG1是单小齿轮行星齿轮组。
因此，第一太阳齿轮S1是第一旋转元件N1，第一环形齿轮R1是第二旋转元件N2，并且第一行星齿轮架PC1是第三旋转元件N3。
除了旋转元件由第二旋转元件N2和第三旋转元件N3组成之外，第四示例性实施方式具有与第一示例性实施方式相同的功能，因此，将省去其相关描述。
图10是根据本发明第五示例性实施方式的动力传动系统的示意图。
参照图10，在第五示例性实施方式中，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方式中，第二行星齿轮组PG2是单小齿轮行星齿轮组。
第二太阳齿轮S2是第四旋转元件N4，第二环形齿轮R2是第五旋转元件N5，并且第二行星齿轮架PC2是第六旋转元件N6。
除了旋转元件由第五旋转元件N5和第六旋转元件N6组成外，第五示例性实施方式具有与第一示例性实施方式相同的功能，因此，将省去其相关描述。
根据本发明的示列性实施方式，通过组合两种行星齿轮组、两种传动齿轮、三种摩擦元件以及两种电机/发电机可实现两种EV模式、三种混合输入分配模式以及两种发动机模式。
由于通过使用行星齿轮组和作为外部结网的齿轮的两种传动齿轮易于改变齿轮比，所以可以设置最佳齿轮比。可以根据目标性能改变齿轮比，从而改善启动性能、动力传送性能以及燃料经济性。
因为在节气门全开（WOT）开始时提供充分的动力性能，所以转换成发动机模式受到限制，并且发动机的最大功率能够用于混合输入分配模式与复合分配模式之间的转换。
可以降低电负载，并且通过更加注重在分配发动机动力时机械动力传输路径而可以使用发动机的最大功率。此外，在启动车辆时可以减少模式转换的次数，并且在转换模式时可以使所有旋转元件的转速的变化最小。
因为提供了发动机模式，所以车辆在没有电机/发电机的电负载的情况下能够以高速运行，从而改善燃料经济性。
尽管已经结合目前视为实践的示列性实施方式来描述本公开，然而，应当理解的是，本发明并不局限于所公开的实施方式，相反，而是旨在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)

1.一种混合电动车辆的动力传动系统，包括：
输入轴，接收发动机的扭矩；
输出轴，与所述输入轴平行设置；
第一行星齿轮组，设置在所述输入轴上，并且包括：连接到第一电机/发电机的第一旋转元件；作为输出元件操作的第二旋转元件；以及直接连接到所述输入轴并且选择性地连接到第二电机/发电机的第三旋转元件；
第二行星齿轮组，设置在所述输出轴上，并且包括：选择性地连接到所述第三旋转元件并且通过外部结网齿轮始终连接到所述第二电机/发电机的第四旋转元件；通过外部结网齿轮连接到所述第二旋转元件并且连接到所述输出轴的第五旋转元件；以及选择性地连接到传动外壳的第六旋转元件；
直接耦合装置，连接所述第二行星齿轮组的所述第四旋转元件、所述第五旋转元件以及所述第六旋转元件之中的两个旋转元件；
传动齿轮，形成所述外部结网齿轮；以及
摩擦元件，将选定的旋转元件选择性地连接到选定的传动齿轮，或者将选定的旋转元件选择性地连接到所述传动外壳。
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是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太阳齿轮、作为所述第二旋转元件的第一行星齿轮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是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太阳齿轮、作为所述第五旋转元件的第二行星齿轮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是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太阳齿轮、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齿轮架；并且
所述第二行星齿轮组是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太阳齿轮、作为所述第五旋转元件的第二行星齿轮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是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太阳齿轮、作为所述第二旋转元件的第一行星齿轮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是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太阳齿轮、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齿轮架。
5.根据权利要求1所述的动力传动系统，其中，所述直接耦合装置是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，所述直接耦合装置是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，所述直接耦合装置是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传动外壳之间；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传动外壳之间；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，所述直接耦合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，以及
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操作模式下操作，
所述第一离合器在第二混合操作模式下操作，
所述第二离合器在第三混合操作模式下操作，
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。
12.一种混合电动车辆的动力传动系统，包括：
输入轴，接收发动机的扭矩；
输出轴，与所述输入轴平行设置；
第一行星齿轮组，设置在所述输入轴上，并且包括：连接到第一电机/发电机的第一旋转元件；第二旋转元件；以及直接连接到所述输入轴并且选择性地连接到第二电机/发电机的第三旋转元件；
第二行星齿轮组，设置在所述输出轴上，并且包括：选择性地连接到所述第三旋转元件并且始终连接到所述第二电机/发电机的第四旋转元件；连接到所述第二旋转元件并且连接到所述输出轴的第五旋转元件；以及选择性地连接到传动外壳的第六旋转元件；
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、所述第五旋转元件以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是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太阳齿轮、作为所述第二旋转元件的第一行星齿轮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是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太阳齿轮、作为所述第五旋转元件的第二行星齿轮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是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太阳齿轮、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齿轮架；并且
所述第二行星齿轮组是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太阳齿轮、作为所述第五旋转元件的第二行星齿轮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是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太阳齿轮、作为所述第二旋转元件的第一行星齿轮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是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太阳齿轮、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齿轮架。
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传动外壳之间；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传动外壳之间；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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