CN104812609B - 包括扭矩分配器的混合动力车辆 - Google Patents

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Abstract

一种混合动力车辆包括:轴;内燃机;辅助马达;扭矩分配器。扭矩分配器包括转动连接装置以及彼此平行的第一传动轴和第二传动轴,传动轴包括两个相对的端部,转动连接装置包括至少两个能选择的齿轮比,其中,第一轴的第二端部操作地连接/能连接至轴,并且第二轴的一个端部操作地连接/能连接至辅助马达。车辆还包括控制装置,控制装置用于控制扭矩分配器以便通过执行至少以下步骤而转换到电动牵引模式:获取车辆速度;如果车辆速度不为零,则在至少两个能选择的齿轮比之间选择最适当的齿轮比。

Description

包括扭矩分配器的混合动力车辆
技术领域
本发明涉及模块化车辆平台,该模块化车辆平台允许生产具有不同结构特征(特别是具有可根据不同的并联混合动力式或双峰式(bimodal)结构而构造的辅助马达和/或热力发动机(heat engine,热力引擎))的车辆。
背景技术
并联混合动力结构在本领域中是已知的,其中,电动马达(electric motor,电动机)设置在变速箱与驱动轴(drive axle,驱动桥)之间或设置在变速箱与内燃机之间。
在任何情况下,电动发动机被特定地制造成用于多种原因。第一原因是,当电动发动机位于变速箱的上游时,该电动发动机受到与热力发动机相同的转动速度并且受到严格的尺寸限制。因此,有效部件(转子和定子)必须被特定地制造,从机电的角度来看,有效部件由于几何性和速度的限制而不能被充分地优化。
相反,当电动马达设置在变速箱与驱动轴之间时,该电动马达必须根据扭矩而制定尺寸,从而增加了其重量和成本,这是因为与热力发动机的转动速度相比,变速箱与驱动轴之间的传动轴受到减小的转动速度。
这又导致了较高的制造成本和原材料成本。
另外值得注意的是,电动混合动力车辆的问题完全不同于例如装备有附加非电动可逆马达(诸如液压马达等)的车辆的问题。
因此,本领域已知的技术根据车辆类型而使用完全不同的布局。
在具有永久的四轮驱动构造的车辆(其中,内燃机纵向地布置)中,用于将驱动扭矩传递到前轴和后轴的装置是已知的。这种传递装置TU包括壳体,该壳体包括两个平行轴,这两个平行轴以在彼此之间转动的方式可操作地连接。轴可以永久的且固定的方式彼此连接,或者该轴可仅当需要时(例如当后轴滑动时)可操作地连接。在这种情况下,驱动扭矩借助于特殊的离合器且不借助于固定的齿轮比而从一个轴传递至另一轴。
在US 2007/267233和US6041877中描述了现有技术系统的实例。
然而,所述文献没有描述如何对从仅内燃机模式到仅辅助马达模式的转换进行管理。
发明内容
因此,本发明的目的是提供一种用于(特别地在从仅内燃机模式到仅辅助马达模式的转换的过程期间)适当地操作扭矩分配器的系统,在一种混合动力车辆中设置有所述扭矩分配器。
本发明的目的在于提供一种混合动力车辆,所述车辆包括:轴;内燃机,所述内燃机具有其自己的变速箱;至少一个辅助马达;扭矩分配器,所述扭矩分配器包括:彼此平行的第一传动轴和第二传动轴,其中,每个传动轴均包括两个相对的端部;转动连接装置,所述转动连接装置包括至少两个能选择的齿轮比;其中,所述第一传动轴的第二端部操作地连接/能连接至所述轴以用于驱动所述轴,并且所述第二传动轴的一个端部操作地连接/能连接至所述至少一个辅助马达,并且其中,所述车辆还包括:控制装置,所述控制装置用于控制至少所述扭矩分配器,以从内燃机牵引模式转换到电动牵引模式,所述控制装置包括用于执行至少以下步骤的装置:获取车辆速度,如果车辆速度不为零,则在所述至少两个能选择的齿轮比之间选择最适当的齿轮比。
有利地,这种模块化扭矩分配器不仅允许使用用于具有不同发动机和布局的车辆的单个建造平台,而且允许使用用于并联驱动构造、双峰驱动构造或四轮驱动构造的辅助马达(不仅是电动的)。
本发明的另一目的是一种在设置有扭矩分配器的混合动力车辆中对从仅内燃机模式到仅辅助马达模式的转换进行控制的方法。
实现这种过程的多种地面车辆也是本发明的目的。
本发明在权利要求中通过描述优选实施例而被更好地描述,权利要求是本说明书的整体部分。
在下文中,当描述至少一个辅助马达连接至第二传动轴的端部的状态时,这意味着当存在两个辅助马达,一个辅助马达与轴的第一端部可操作地连接,而另一个辅助马达与第二轴的第二端部可操作地连接。当存在单个辅助马达时,一般而言,可限定功率输出部(takeoff)。
当仅辅助马达存在时(例如当车辆是纯电动的时),术语“辅助”仅意味着马达与第二轴连接,因而根据整个说明书,这个术语不会令人混淆。
根据以下所有的实施例,分配器的第一轴的第二端部与车辆的后轴可操作地连接。
当车辆还包括内燃机时,其相应变速箱的输出轴连接至前轴或中间轴,或者连接至扭矩分配器的第一轴的第一端部。
在下文中,“非零”意味着大于零,而“可连接”意味着传动轴的一个端部是可控制的,以便通过相应的离合器而与轴连接。另外,“可选择”意味着可选择比率中的至少一个,以便可转动地接第一传动轴和第二传动轴。
附图说明
本发明的其它目的和优点将通过下面对优选实施例(及其可替换的实施例)的详细说明以及所附的附图而变得清楚,附图仅是示例性的和非限制性的,在附图中:
图1、图2、图15和图16示出了与根据本发明的扭矩分配器关联的可替换实施例的机械方案;
图3-图14示出了前述附图的装置的实施方案;
图17-图21示出了与根据图1、图2、图15和图16的装置的控制实例关联的流程图。
在附图中,相同的参考标号和字母表示相同的元件或部件。
为了更方便,相同部件的参考标号不在所有的附图中重复出现,以便提高附图本身的可读性。这些参考标号应当被认为是重复的。
具体实施方式
特别参照图1,描述了根据本发明的扭矩分配器1。
该扭矩分配器包括外部壳体10,该外部壳体容纳彼此平行的两个轴2和3。为了更方便,这两个轴将被表示为第一轴2和第二轴3。
壳体10包括四个开口,第一轴2的端部21和22以及第二轴3的端部31和32可到达这四个开口。
根据在下文中详细描述的一些构造,第一轴2被确定尺寸以便分配显著的扭矩,例如通常由内燃机(该内燃机具有位于变速箱GS的下游的两级(或更多级)增压器)所提供的扭矩。
第二轴3的速度由于下文解释的原因而通常等于或大于第一轴2的速度,第二轴可具有比第一轴2更小的截面,以便分配由发动机(该发动机具有比作用在第一轴2上的功率和扭矩更低的功率和扭矩)所产生的扭矩。
第一轴2的第一端部21包括凸缘21.A,以便(通常但非仅借助于相应的差动器(D2))连接至位于本身已知的手动或自动变速箱下游的传动轴或者连接至驱动轴的输入轴。
第一轴2的第二端部22包括凸缘22.A,以便(通常但非仅借助于相应的差动器)连接至驱动轴的输入轴。
因此,可以从外部到达轴的所有端部。
第二轴3的第一端部31包括优选为可移除的凸缘31.A,以便连接至辅助马达(例如电动的或液压的)或者形成功率输出,即,连接至本身已知的被动装置,该被动装置从扭矩分配器1吸收驱动扭矩。
第二轴3的第二端部32包括固定的或可移除的凸缘32.A,以便连接至辅助马达(例如电动的或液压的)或者形成功率输出,即,连接至本身已知的被动装置,该被动装置从扭矩分配器1吸收驱动扭矩。
有利地,可移除的凸缘的存在允许使用最合适的一个凸缘,而不需要更换传动轴。
第一轴2与第二轴3之间容纳有转动连接装置7,以便以转动的方式连接所述两个轴2和3。根据本发明的优选的可替换实施例,转动连接装置7包括与第一轴2同轴且可转动地关联的第二齿轮以及固定的且与第二轴3同轴的第一齿轮,这两个齿轮位于同一转动平面上,从而使得这两个齿轮在操作状态下可彼此啮合。
根据本发明的另一优选的可替换实施例,转动连接装置7包括与第一轴2同轴且可转动地关联的第四齿轮以及固定的且与第二轴3同轴的第三齿轮,这两个齿轮位于同一转动平面上,从而使得这两个齿轮在操作状态下可彼此啮合。由这些成对的齿轮所限定的固定齿轮比在彼此之间是不同的。
具体地,参照附图,第四齿轮与第三齿轮的比率被限定为较小的齿轮比,而第二齿轮与第一齿轮比率被限定为较大的齿轮比。
此外,扭矩分配器包括选择装置4,以用于启动/停用这种转动连接装置7。特别地,当仅一个齿轮比可用时,所述选择装置4(如果存在的话)适于允许第四齿轮(或第二齿轮)与第一轴2借助于爪式离合器类型的离合器而耦接。
因此,在这个范围中,术语“离合器”是指一种接合部,其可被耦接和断开耦接并且为开/关(ON/OFF)类型。
与此相反,当存在两对齿轮时,这种选择装置4限定爪式离合器类型的双离合器,以便使第四齿轮或第二齿轮与第一轴2形成一体,或者以便使第二齿轮和第四齿轮两者从相应的第一轴2断开耦接,从而确定两个轴2和3之间的机械的断开连接,即空档状态。
如果不存在选择装置4,则存在一个单个齿轮比,并且两个齿轮均与其相应的转动轴成一体。
机电的或液压的或气动的致动器41对滑轮在第二齿轮和第四齿轮之间轴向移动进行致动,该滑轮在第一轴2上轴向地滑动。该滑轮以转动的方式与第一轴2成一体,从而实现了例如轴向接合。套筒42的两个相对面包括齿或插入件,该齿或插入件适于接合第二齿轮或第四齿轮的对应面的座部,以使它们以转动的方式与第一轴2成一体。
这种爪式离合器即使非常廉价但也很少被使用,这是因为其无法使两个轴2和3同步,因此离合器仅能在没有扭矩被施加在装置1上的情况下操作。根据本发明的另一个方面,通过操作辅助马达和/或热力发动机而获得了预同步,使得两个角速度之间的比率相对于待接合的齿轮比而处于可接受的区间内。
例如,如果待被接合的齿轮比为1:2,则操作辅助马达使得第二轴具有两倍于第一轴的当前角速度的角速度。类似地,如果待接合的齿轮比为1:4,则第二轴3通过辅助马达而被驱动到大约四倍于第一轴的当前角速度的角速度。
根据本发明的优选可替换实施例,外部壳体10还包括第一外壳15.2,以容纳第一离合器25,该第一离合器用于使第一端部21、部分2B与第一轴2、部分2A机械地连接/断开断开连接。优选地,该离合器也由爪式离合器接合部形成或由内部带齿的衬套25.1形成,其在第一轴2上轴向地滑动。而且,轴2的可由衬套25.1耦接的两个部分2A和2B相对于衬套以互补的方式定型,以便获得两个部分2A和2B的操作连接。机电的或液压的致动器25.2控制衬套25.1的轴向滑动。
根据本发明的另一实施例,通过在第一轴2的第一端部21上关闭离合器25之前和/或在第二轴的端部31或32(辅助马达连接至该端部)上关闭离合器25之前操作辅助马达、热力发动机和变速箱来获得预同步。
根据本发明的另一优选的可替换实施例,外部壳体10还包括第二壳体15.3以容纳第二离合器35,该第二离合器用于机械地连接/断开连接第二轴3(部分3A)的第一端部31(部分3B)。优选地,这种离合器35具有与离合器25相同的特性:因此可使用爪式离合器。如可替换的,轴3的两个部分3A和3B可借助于衬套35.1而耦接和/或形状以互补的方式定型成套管本身,以便当衬套轴向滑动地接合部分3A和3B两者时获得两个部分3A和3B的操作连接。机电的或液压的或气动的致动器35.2控制衬套35.1的轴向运动。
可使用不同的离合器,但是这些离合器被认为是最简单的和廉价的以便被采用。即使廉价,但这些离合器不适于在轴1和轴2具有不同的角速度时被致动。本发明已经通过借助于辅助马达和/或由热力发动机所实现的前述预同步而克服了这个问题。
值得详细说明的是,爪式离合器为开/关类型,即,其不允许轴之间的相互滑动。
根据本发明的另一可替换实施例,至少另一离合器(26和/或36)被容纳在或可被容纳在壳体10中,以使轴2的端部22与轴2机械地断开连接和/或以使轴3的端部32与轴3机械地断开连接。
如下文将要解释的,当车辆静止(即其速度为零)时,轴2的端部22上的离合器26极其有利于操作电动马达,该电动马达用作被连接至第二轴的发电机。
外部壳体优选地还包括阻停装置(block means,阻止装置)5,该阻停装置适于防止第一轴2的第二端部22相对于壳体10的任何转动。这种阻停装置有利于阻停车辆,而不管停车制动器是否接合,并且这种阻停装置可以多种不同的方式实现。根据优选的可替换实施例(未示出),致动器移动锁闩,直到其干扰相对于第一轴2径向地突出的元件。
根据另一优选的可替换实施例中,如图中所示,衬套25.1可朝向图的右方滑动,首先使第一轴2的部分2A和2B彼此之间断开,其次干扰装置的外部壳体的内部部分,从而阻停第一轴的部分2A的任何转动。根据该可替换实施例,当离合器26存在于第一轴2的第二端部上时,由衬套25.1本身形成的阻停装置5的启动自动地确定该离合器26的接合。
图2示出了图1的装置的可替换实施例,其中,第二轴3的第二端部32类似于对应的第一端部31。
有利地,因为第一轴2可与第二轴3断开连接,所以在包括内燃机的构造中,能够限定功率输出部,该功率输出部的扭矩和转动速度独立于由内燃机所传递的扭矩和转动速度。
有利地,当辅助马达是电动的时,因为在第一轴2的第二端部22上存在离合器,所以当车辆静止时(例如以最高效率工作而言,当必须使用热力发动机对电池充电时)能使辅助马达保持运转。这种构造还可通过具有马达发电机(该马达发电机与内燃机的飞轮连接)的发动机而获得,但在这种情况下,整个内燃机被特定地设计。相反,由于本发明而能获得这种已知解决方案的优点,而不必重新设计该内燃机并且不必使用具有特定特性的电动马达。实际上,该辅助马达可为普通类型的,最重要的是因为至少两个固定齿轮比的存在能将其速度保持在与其特征相容的每分钟转数的区间内,而无需任何特定的措施来适应其构造特征。例如,当辅助马达是电动马达时,不必改变转子和定子两者的绕组的构造特征。
有利地,因为在第一轴2的第二端部22上存在离合器,所以能够限定功率输出部,该功率输出部的特征在于两个不同的传递扭矩比/每分钟转数。这特别有利于内燃机必须提供尽可能恒定的扭矩的那些特殊车辆。
在下文中,描述了根据本发明的装置的一些示例性实施例。
将注意到的是,在所有实例中,分配器1被布置在车辆的中间位置中,轴2和3平行于车辆的纵向轴线。特别地,该分配器布置在后轴附近,一般来说,当轴为两个时,该分配器布置在车辆的中间位置中,当轴为多于两个时,该分配器布置在车辆的第二半部分的中间位置中。
实例1
尤其参照图3,示出了后牵引地面车辆的实例。扭矩分配器1布置在前轴(未示出)与后驱动轴RA之间。内燃机被纵向地布置并且装备有手动的、机器人化的或自动的变速箱GS,该变速箱的输出轴连接至第一轴2的端部21。辅助马达AM(例如电动的或液压的或气动的)连接至分配器的第二轴3的端部31或32。
第一轴2的第二端部22与后驱动轴RA连接,并且特别地,该第二端部连接至后驱动轴的差动器D(如果存在的话)。未使用第二轴3的第二端部32,但是其可用于连接第二辅助马达或形成功率输出部。
实例2
参照附图4、图5和图6,根据本发明的扭矩分配器1与第一轴2的端部22连接并且连接至车辆的任何轴A。未使用端部21。辅助马达AM(例如电动的)连接至分配器的第二轴的端部31和/或32。当端部31或32中的至少一个不连接至辅助马达时,其可用于形成功率输出部。
这种构造可有利地用在全电动车辆中,或者,如在以下实例中可看到的,这种构造可有利地用在其它混合动力构造中。
在图4-图6中,可注意到的是,仅示出了一个齿轮比。实际上,根据每种情况的需要而可采用离合器。
实例3
参照图7,所示的结构使用前述实例2中所描述的构造中的一种构造,其中,扭矩分配器包括两个齿轮比,即,两对齿轮。车辆具有横向地布置的且在下轴FA上工作的内燃机CE,而扭矩分配器仅将由辅助马达AM提供的扭矩传递至其他轴中的任一个。
实例4
参照图8,在需要四轮驱动的情况下,扭矩分配器1以由前述实例2或3描述的方式连接至车辆的后轴RA。
内燃机CE与其相应的变速箱GS被横向地布置,从而操作车辆的前轴FA。
对这种构造而言,当仅内燃机运转时是前轮驱动,当仅辅助马达AM运转时是后轮驱动,或者,当CE和AM两者均运转时是四轮驱动。
实例5
参照图9,示出了具有三个或更多个轴的车辆,其中,仅通过示例的方式,后轴RA实现了实例2或3中的一个,并且前轴连接至内燃机CE,其中,内燃机的相应的变速箱GS相对于车辆而横向地布置。
实例6
参照图10,车辆包括至少三个轴。这些轴中的一个(例如前轴FA)连接至内燃机CE(其中,内燃机的相应的变速箱GS相对于车辆而横向地布置),而扭矩分配器1通过第一轴2的第一端部21而与第二轴(例如中间轴IA)的差动器D2连接,并且该扭矩分配器通过第一轴2的第二端部22而与第三轴(例如车辆的后轴RA)的差动器D1连接。辅助马达AM与第二轴3的端部31连接。根据该可替换的实施例,当辅助马达正在运转时,轴IA和RA可正被驱动。此外,针对位于第二轴的第一端部21或第二端部22上的离合器21,这些轴中的一个或两个可为驱动轴,这类似于实例5中所看到的。端部32被形成为可用于连接第二辅助马达,该第二辅助马达是或者不是与第一辅助马达类似的类型(如图6中所示)或者形成功率输出部。
实例7
参照图11和图12,本实例提供三轴构造,其中,内燃机CE被纵向地布置,并且其相应的变速箱GS作用在中间轴IA上。
后轴连接至第一轴2的端部22,并且第二轴3的端部31和32中的至少一个连接至辅助马达AM。
参照图11,第一轴2的第一端部21是自由的,即,其不连接至任何其它部分。
相反,参照图12,第一轴2的第一端部21与中间轴IA的差动器D2连接。因此,中间轴IA和后轴RA两者可同时由内燃机CE和/或由辅助马达AM驱动。此外,对于位于第一轴2的第一端部21和/或第二端部22上的离合器而言,轴IA和RA两者或者其中的仅一个可为驱动轴。或者,图11的功能构造可被再现。第二轴的端部32(或31)被形成为可用于连接另一个辅助马达,从而用于限定功率输出部。
实例8
参照图13,本实例示出了一种永久的四轮驱动构造,其中,内燃机CE和/或辅助马达AM在前轴和后轴上操作。
在这种构造中,内燃机CE被纵向地布置。变速箱GS的输出轴与根据本发明的扭矩分配器的第一轴2的端部21连接。第一轴2的端部22与扭矩传递装置TU的输入部连接,如上文所述。这种装置的第一输出部与后轴RA连接,并且第二输出部与前轴连接。
实例9
根据借助于图14示出的实例可发现的是,与图13相比,不存在本身已知的扭矩传递装置TU。
第一轴2的第二端部22与后轴RA的差动器D1直接地且可操作地连接,而第二轴2的第一端部31与前轴FA的差动器D2直接地连接。辅助马达AM与第二轴3的第二端部连接,并且如在前面的实例中,第一轴2的第一端部21与内燃机连接。
通过附图显而易见的是,辅助马达连接至第二轴3的转向后轴的端部。
在这种构造中优选的是,齿轮比中的至少一个为1:1。此外,如果存在双齿轮比,则必须在第二轴的第一端部31上也存在离合器。使得,当后轴开始滑移时,选择最有利的比率,并且第二轴的第一端部31上的离合器关闭,以将驱动扭矩传递到前车架(forecarriage)。
因此,根据这种构造,如果至少辅助马达连接至装置1,则没有功率输出部是可用的。
这里所示的实例仅仅是说明性的,因此它们的组合是本说明书的整体部分。下面的可替换实施例也可与在上述实例中所示出的可替换实施例组合。
第一轴2与第二轴3之间的优选的固定齿轮比(不管是否存在一个、两个或更多个固定齿轮比)的实例是1:1、1:2、1:4、2:1、4:1。这些固定齿轮比可根据变速箱的输出轴的平均的或最大的转动速度并根据辅助马达的结构特征而改变。
根据本发明的优选实施例,辅助马达可为电动的或者液压的或气动的。
当存在两个辅助电动马达时,它们可为相同类型的但具有不同的特征,或者它们彼此之间可相同。
例如,两个电动马达可具有不同的绕组,以便在不同的齿轮比以及第一轴的不同转动速度的情况下使用。
例如,在第一轴的非常低的转动速度下,当其用作马达时以及当其用作发电机时,低速马达的比率1:4是非常有效的。而在高转动速度下,高速电动马达是更有效的。
为了避免马达的速度增加过大,可在第二轴的连接有该马达的端部上设置离合器,以便在车辆速度超过预定值时断开连接电动发动机。
根据本发明的另一实施例,凸缘31.A和/或32.A的存在允许与不同类型的辅助马达的轴进行机械耦接。因此,装置1可通过不同的机械接口而兼容电动马达或液压马达或气动马达,该机械接口允许运动的传递。
现在更详细地分析容纳四个可能的离合器的可能性,四个可能的离合器用于连接/断开连接两个轴的四个端部。
为了更方便,位于例如第一端部上的离合器表示断开连接第一端部等的离合器。
为此,首先分析图3的构造。
第一轴的第一端部21上的离合器允许将内燃机与车辆的动力传动系统断开连接,以获得操作状态(其中,当两个轴2和3机械地断开连接时,仅内燃机驱动车辆)、混合动力操作状态(其中,两个马达驱动车辆)以及纯电动的/辅助的操作状态(其中,仅辅助马达驱动车辆)。
第一轴的第二端部22上的离合器使得在车辆静止时也能使辅助马达作为发电机而操作。当仅存在该离合器时,所有的三个上述操作状态可被再现,但在纯电动状态下,假设布置在内燃机CE与相应的变速箱GS之间的主车辆离合器自动打开或者假设齿轮处于空档,则变速箱GS的齿轮装置还以转动的方式被驱动。
一般而言,可采用位于第二轴的端部中的任一个上的离合器,以允许辅助马达和功率输出部两者与动力传动系统断开耦接。
第二轴3的端部中的任一个(其旨在限定功率输出部)上的离合器允许其在车辆(特别是纯电动构造的或混合动力构造的车辆)的任何操作状态下连接/断开。
位于连接有辅助马达的端部上的离合器可为启动两个轴之间的耦接的选择装置4的可替换方式,以便使辅助马达与动力传动系统断开连接。为了清楚起见,术语“动力传动系统”表示所有这样的部件,即,这些部件根据操作状态将扭矩传递至驱动轴。
具有单个固定齿轮比的构造可不包括选择装置4,因此,两个轴始终被耦接。因此,为了使辅助马达与动力传动系统断开连接,则必须在第二轴3上(特别是在连接至辅助马达的端部上)具有离合器。
第二轴3的第一端部上的离合器35允许辅助马达与轴3机械地断开连接。在这种构造中,可仅借助于热力发动机致动功率输出部,而无需不必要地驱动辅助马达。
而第一轴2的第二端部22上的离合器26允许当车辆静止时致动第二轴的第二端部上的功率输出部。
断开接合在零扭矩下执行,即,通过将离合器42保持在空档位置(通过预同步)并且随后通过致动离合器35.1以使得辅助马达的轴与轴3机械地断开。25和35的接合和断开接合均在零扭矩下执行。
参照图14,第一轴2的第一端部21上的离合器以及第二轴3的第二端部32上的离合器分别允许内燃机或辅助马达与动力传动系统的连接/断开连接。第一轴2的第二端部22上的离合器以及第二轴3的第一端部31上的离合器分别允许后轴RA和前轴FA的启动。
图3以及图7-图14示出了具有双齿轮比的装置1。在这种情形下,电子控制单元PTCU(Power Transfer Control Unit,功率传递控制单元)始终存在,以管理装置1上的离合器的致动以及选择装置4的致动。这种单元包括接口装置,该接口装置具有车辆通信网络(例如CAN网络)以用于从热力发动机控制单元(ECU)、从传输控制单元(TCU)、从对马达-发电机AM进行控制的监控器、从车辆管理单元(VMU)获取信息。PTCU还能够向车辆网络传输关于离合器状态的信息以及关于选择装置4状态的信息。其还负责上述的预同步操作。为了执行这种预同步操作,必须获取轴的角速度。为了在第二轴的离合器上执行预同步,必须获取第二轴的角速度以及辅助马达的角速度。这可借助于适当地布置的本身已知的传感器和估算装置来实现。
通常,当以下项目中的至少一个存在于装置1中时,存在这种PTCU控制单元,这些项目为:
-选择装置4,还存在单个固定齿轮比,或者
-离合器。
在单个齿轮比而不具有选择装置4且不具有任何离合器的情况下,可不存在这种控制单元PCTU。
根据本发明的主要方面,装置的外部壳体10上是基本上封闭的壳体以容纳轴、离合器和齿轮比等,并且包括具有纵向形状的隔室以便容纳轴2和轴3。这种纵向形状中的每一个均确定相对的端部,其中,隔室与外部连通。因此,壳体仅对应于传动轴2和3的端部21、22、31、32而朝向外部敞开。
根据需要,这种壳体还包括隔室以用于容纳离合器25、35、26、36或选择装置4。
当离合器存在于特定端部上时,这意味着该端部与轴的其余部分隔开,否则该轴可与其形成为单一件,或者该轴可借助于螺钉或其它连接元件而连接至该端部。
优选地,为了制造需要,端部始终与轴的主体2A、3A分离。根据待获得的车辆构造,该端部以固定的方式(例如借助于螺钉或借助于离合器)而关联至轴的主体。
如果不存在离合器,则端部21、22、31、32相对于其相应的轴2和轴3而被固定。例如,在图1中,凸缘32.A与第二轴3的主体3A是同一个,或者该凸缘可借助于连接装置而形成,如图2中所示。
图1和图2示出了至多可容纳离合器25和离合器35的装置的可替换实施例。
在图15中,装置还包括位于第一轴2的第二端部22上的离合器26。
在图16,装置还包括位于第二轴3的第二端部32上的离合器36。
因此,根据壳体10的优选实施例,该壳体包括所有四个隔室15.2、15.3、16.2和16.3,以分别容纳离合器25、35、26、36,并且优选地,以便容纳至少所述两对齿轮及其相应的选择装置4。
根据本发明的另一方面,针对上文所述的构造中的一些构造,现在示出电子控制单元PTCU的一些操作策略。
图17-图21是指图3的实例1中所示的构造。
在一些情形下,装置1的管理是在不同的车载控制单元(诸如PCTU、TCU和VMU,以及可能地(当其是自动的时)管理变速箱GS的控制单元)之间进行协调。
当选择混合动力操作状态并且需要纯电动操作时,参照图17,根据一些控制策略,系统执行以下步骤中的一些或全部:
-(S1)获取车辆速度、内燃机CE的开/关状态、电池充电状态(SOC>阈值);
-(S2)如果电池充电足够,则执行以下步骤,否则该程序退回到前一步骤(S1);
-(S3)确认第一轴(2)与第二轴(3)之间没有机械连接,否则控制所述转动连接装置(7),具体地,控制所述选择装置(4),以便使第一轴(2)与第二轴(3)断开连接。
-(S4)如果车辆正在移动(S4为是),即,其速度是“非零的”,则命令进行以下步骤:
-(S5)
●如果第一轴的第一端部(21)设置有离合器(25),则打开所述离合器(25)或
●如果第一轴的第一端部(21)未设置有离合器,则打开车辆的主离合器(位于内燃机(CE)与其相应的变速箱(GS)之间)和/或
●将变速箱(GS)转换成空档;
-(S6)选择最适当的固定齿轮比(成对的齿轮),
-(S7)可选地,如果第二轴(3)的连接有辅助马达AM的端部设置有离合器,则关闭所述离合器;
-(S8)使第一轴(2)和第二轴(3)同步,
-(S9)转换到最适当的齿轮比,
-(S10)停止内燃机并且禁止其启动;
-如果车辆是静止的(S4否),则进行如下步骤:
-(S11)
●如果第一轴的第一端部(21)设置有离合器(25),则打开所述离合器(25)或
●如果所述第一轴的第一端部(21)未设置有离合器,则打开车辆的主离合器(位于内燃机(CE)与其相应的变速箱(GS)之间)和/或
●将变速箱(GS)转换至空档;
-(S12)可选地,如果第二轴(3)的连接有辅助马达AM的端部设置有离合器,则关闭所述离合器(35、36);
-(S13)降档至最小的齿轮比以代替所述选择步骤(S6),
-(S14)禁止内燃机启动。
本方法循环地执行,直到需要纯电动操作。
当一步骤(例如S12)包括语句“如果存在”时,这意味着如果存在离合器则将其关闭,否则,如果不存在离合器则将轴的相应端部固定地连接至外部部件,即,连接至辅助马达、前轴或后轴、或者变速箱GS的输出轴。
当选择混合动力操作状态并且根据一些控制策略而需要内燃机单独操作时,参照图18,系统执行以下步骤中的一些或全部:
-(S20)获取车辆速度、内燃机CE的开/关状态;
-(S21)车辆速度是否等于零(S21为是)
-(S22)确认两个轴2和3之间没有机械连接,否则启动选择装置4以便使两个轴2和3断开连接;
-(S23)确认车辆的主离合器打开,否则打开离合器;
-(S24)内燃机启动;
-(S25)将第一轴2的第一端部21上的离合器25关闭;
-(S26)将第二轴的连接有辅助马达AM的端部上的离合器(如果存在的话)打开;
-如果车辆速度不等于零(S21为否),则执行以下步骤:
-(S27)将由辅助马达提供的扭矩减小到低于一特定值,以促进齿轮比的机械断开连接;
-(S28)在步骤24及其后续步骤之后,执行两个轴2和3之间机械断开连接。
如果车辆变速箱是自动的,则执行下述的可选的步骤:
-(S29)选择并转换到变速箱GS的最适当的齿轮;
-(S30)关闭车辆的主离合器(位于发动机CE与变速箱GS之间)。
本方法循环地执行,直到需要内燃机单独操作。
不管操作状态如何,当需要装置7的齿轮转换时,参照图19执行以下步骤:
-(S31)采集当前使用的齿轮比;
-(S32)选择不同的齿轮;
-(S33)将由辅助马达提供的扭矩减小到低于一特定值,以促进齿轮机械地断开连接;
-(S34)齿轮机械地断开连接;
-(S35)以上述方式使轴2和轴3同步;
-(S36)接合新的齿轮比。
当第一轴达到比由辅助马达所受到的角速度更高的角速度时,自动命令其断开连接。参照图20,其包括以下步骤:
-(S40)获取车辆速度、两个轴2和3的机械连接状态、以及位于第二轴3的连接有辅助马达AM的端部上的离合器(如果存在的话)的机械连接状态;
-如果轴2和轴3彼此机械地连接,并且车辆速度超过预定阈值(例如85km/h)(S41为是),则
-(S42)将由辅助马达提供的扭矩减小到低于一特定值,以促进啮合的齿轮的断开连接(即,以便构造空档)
-(S43)打开位于第二轴3的连接有辅助马达AM的端部上的离合器(如果存在的话),或者如可替换地,将转动连接装置7机械地断开连接;
-如果车辆速度未超过所述阈值或者如果轴在彼此之间断开连接,则该方法退回到起始步骤(S40)。
本方法循环地重复。
当辅助马达必须与所述内燃机一起有助于车辆的移动时,首先,必须通过执行步骤S1至S9将辅助马达连接至动力传动系统,然后必须使其与内燃机并联地工作,可能地根据车辆速度和驾驶员所需要的扭矩来改变齿轮比。
当车辆是纯电动时,如实例2中所示,参照图21,PTCU执行以下步骤来允许车辆移动:
-(S50)获取车辆速度,电池充电状态SOC>阈值;
-(S51)如果电池充电足够,则执行下面的步骤(S52),否则程序退回到前一步骤(S50);
-(S52)如果车辆速度等于零(S53为是)
-(S53)确认两个轴2和3之间无机械连接,否则启动转动连接装置以使两个轴2和3断开连接;
-(S54)降档至最小的齿轮比;
-(S55)停用纯电动车辆中必须存在的阻停装置5;
-(S56)根据驾驶员所需要的扭矩来管理辅助马达;
-如果车辆速度不等于零(S53为否),则执行步骤S31至S36。
本方法循环地重复。
当驾驶员命令停止马达时,参照图21,PTCU执行以下步骤:
-(S60)减小由辅助马达提供的扭矩,直到车辆速度等于零;
-(S61)使转动连接装置7断开连接;
-(S62)启动阻停装置5。
当车辆是混合动力时,功率输出部可取决于转动连接装置的状态而连接或不连接至动力传动系统。
如果第一轴的第二端部22上存在离合器,则功率输出部可利用内燃机或电动马达,或者利用内燃机和电动马达两者。
如果期望使动力传动系统的rpm(转速)与功率输出部的rpm分离,则装置7必须被停用,并且功率输出部可由辅助马达单独提供功率。
当两个发动机均对功率输出部提供功率时或者当车辆是纯电动的并且在车辆静止时使用功率输出部时,阻停装置5被预先启动。
根据本发明的另一方面,当期望具有再生制动(regenerative braking)时,图19中的用于改变装置7的齿轮比的方法通过选择最小的齿轮比来执行,从而使得马达发电机以其可能的最高速度运行。
在可能的情况下,这里所描述的控制策略可用于前面所示的方案的不同实例中。
例如,可仅针对驾驶员所需要的扭矩而确定两个发动机在图3的方案中的共同贡献。在图8、图9、图10、图11和图14的方案中,还可针对轴的抓持状态而确定由辅助马达提供的扭矩。因此,在这方面,可执行另外的控制,以便控制辅助马达的扭矩输送、离合器的关闭以及装置7的启动。
本发明可有利地借助于计算机程序而实现,该计算机程序包括程序编码装置,当所述程序在计算机上运行时,所述程序编码装置执行所述方法中的一个或多个步骤。为此原因,本专利的范围意在涵盖所述计算机程序和包含记录消息的计算机可读装置,诸如包括用于当所述程序在计算机上运行时执行所述方法中的一个或多个步骤的程序编码的计算机可读装置。
对于本领域的技术人员而言显而易见的是,可在不背离本发明的范围的情况下设想并实现本发明的其它可替换的和等同的实施例。
从上面阐述的说明书,对于本领域技术人员而言将可能实施本发明,而无需描述其它结构细节。在不背离本申请的范围内的情况下,在不同的优选实施例中所描述的元件和特征可被组合。

Claims (26)

1.一种混合动力车辆,所述车辆包括
-车轴,
-内燃机(CE),所述内燃机具有变速箱(GS),
-至少一个辅助马达(AM),
-扭矩分配器,所述扭矩分配器包括,
●彼此平行的第一传动轴(2)和第二传动轴(3),其中,所述第一传动轴(2)和所述第二传动轴(3)中的每个均包括两个相对的端部((21、22)、(31、32)),
●转动连接装置(7),所述转动连接装置包括至少两个能选择的齿轮比,
其中,所述第一传动轴(2)的第二端部(22)操作地连接至所述车轴以用于驱动所述车轴,并且所述第二传动轴(3)的一个端部(31、32)操作地连接至所述至少一个辅助马达(AM),并且其特征在于,所述车辆还包括:
-控制装置(PTCU),所述控制装置用于控制至少所述扭矩分配器,以从内燃机牵引模式转换到电动牵引模式,所述控制装置包括用于执行至少以下步骤的装置:
●获取车辆速度,
●如果车辆速度不为零,则在所述至少两个能选择的齿轮比之间选择最适当的齿轮比,
其中,所述两个相对的端部((21、22)、(31、32))中的每一个均包括与外部传动轴连接的连接装置(21.A、22.A、31.A、32.A) 以及至少一个离合器(25、35、26、36),以便允许所述连接装置(21.A、22.A、31.A、32.A)中的一个与所述第一传动轴(2)和所述第二传动轴(3)中相应的一个传动轴连接/断开连接。
2.根据权利要求1所述的车辆,其中,所述车轴包括前轴(FA),所述内燃机(CE)相对于车辆展开部而横向地布置,并且所述内燃机的变速箱(GS)具有能与所述前轴(FA)操作地连接的相应的输出轴。
3.根据权利要求1所述的车辆,所述车轴包括前轴(FA)、后轴(RA)以及位于所述前轴(FA)与所述后轴(RA)之间的至少一个中间轴(IA)。
4.根据权利要求3所述的车辆,其中,所述扭矩分配器(1)的所述第一传动轴(2)的第一端部(21)与所述中间轴(IA)操作地连接。
5.根据权利要求1所述的车辆,其中,所述内燃机(CE)相对于车辆展开部而纵向地布置,并且所述内燃机的所述变速箱(GS)具有与所述第一传动轴(2)的第一端部(21)操作地连接的相应的输出轴。
6.根据权利要求5所述的车辆,其中,所述车轴包括前轴(FA),所述第二传动轴(3)的所述第一端部(31)与所述前轴(FA)操作地连接。
7.根据权利要求1所述的车辆,其中,所述车轴包括前轴(FA)、后轴(RA)和位于所述前轴(FA)与所述后轴(RA)之间的至少一个中间轴(IA),并且其中,所述内燃机(CE)相对于车辆展开部而纵向地布置,并且所述内燃机的所述变速箱(GS)具有与所述中间轴(IA)操作地连接的相应的输出轴。
8.根据权利要求7所述的车辆,其中,所述中间轴(IA)还与所述第一传动轴(2)的第一端部(21)操作地连接。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的车辆,其中,所述控制装置包括用于通过控制所述辅助马达(AM)的致动而使所述第一传动轴(2)和所述第二传动轴(3)同步的装置。
10.根据权利要求1所述的车辆,其中,所述控制装置包括用于在齿轮比选择之间执行以下步骤的装置:
○打开设置在所述第一传动轴的第一端部(21)处的所述离合器(25)或者
○将所述变速箱(GS)转换成空档。
11.根据权利要求1所述的车辆,其中,所述控制装置包括用于执行当车辆速度为零时降档至最小齿轮比的步骤的装置。
12.根据权利要求1所述的车辆,其中,所述辅助马达(AM)是电动的,并且所述车辆还包括电池以对所述辅助马达供电,并且其中,所述控制装置包括用于执行另外的以下初步步骤的装置:
-获取车辆速度、内燃机(CE)的开/关状态、电池充电状态;
-如果电池充电足够,则执行以下步骤,否则程序退回到前一步骤;
-确认所述第一传动轴(2)与所述第二传动轴(3)之间没有机械连接,否则控制所述转动连接装置(7),以便使所述第一传动轴(2)与所述第二传动轴(3)断开连接。
13.根据权利要求1所述的车辆,其中,所述控制装置包括用于执行另外的以下步骤的装置:
-停止所述内燃机和/或禁止所述内燃机的启动,以及
-关闭设置在所述第二传动轴(3)的连接有所述辅助马达(AM)的端部处的所述离合器(35、36)。
14.根据权利要求1所述的车辆,其中,所述扭矩分配器的所述转动连接装置(7)至少包括第一齿轮以及操作地对应的第二齿轮,所述第一齿轮同轴于且固定至所述第一传动轴(2)和所述第二传动轴(3)中的一个传动轴,所述第二齿轮同轴于且能转动地关联于所述第一传动轴(2)和所述第二传动轴(3)中的另一个传动轴,所述第一齿轮和所述第二齿轮处于相同的平面上并且在操作状态下彼此之间相互接合,并且其中,所述扭矩分配器(1)包括选择装置(4)以选择所述第二齿轮,使得所述第二齿轮相对于所述另一个传动轴而固定。
15.根据权利要求14所述的车辆,其中,所述转动连接装置(7)至少包括第三齿轮以及操作地对应的第四齿轮,所述第三齿轮同轴于且固定至所述第一传动轴(2)和所述第二传动轴(3)中的一个传动轴,所述第四齿轮同轴于且能转动地连接至所述第一传动轴(2)和所述第二传动轴(3)中的另一个传动轴,所述第三齿轮和所述第四齿轮位于相同的平面上并且在操作状态下彼此之间相互接合,以便限定与由所述第一齿轮和所述第二齿轮所限定的齿轮比不同的第二齿轮比,并且其中,所述选择装置(4)适于选择所述第二齿轮和所述第四齿轮中的一个或者不选择所述第二齿轮和所述第四齿轮中的任一个,以实现所述第一齿轮比或所述第二齿轮比或空档。
16.根据权利要求1至8和10至15中任一项所述的车辆,其中,所述离合器(25、35、26、36)是爪式离合器。
17.根据权利要求14或15所述的车辆,其中,所述选择装置(4)是爪式离合器。
18.根据权利要求14所述的车辆,其中,所述选择装置包括套筒(42),所述套筒与所述第一传动轴(2)和所述第二传动轴(3)中的一个传动轴以转动的方式成一体并在该传动轴上轴向地滑动,所述套筒布置在第二齿轮与第四齿轮之间,所述套筒包括具有齿或插入件的两个相对的面,所述齿或插入件适于接合在所述第二齿轮或所述第四齿轮的对应面中,以使所述第二齿轮或所述第四齿轮中的一个与所述第一传动轴(2)和所述第二传动轴(3)中的另一个传动轴以转动的方式成一体。
19.根据权利要求1所述的车辆,所述车辆还包括阻停装置(5),所述阻停装置适于以转动的方式相对于所述扭矩分配器的外部壳体(10)而阻停所述第一传动轴(2)和所述第二传动轴(3)中的一个传动轴。
20.根据权利要求14或15所述的车辆,所述车辆还包括用于至少检测所述第一传动轴(2)和所述第二传动轴(3)的角速度的角速度检测装置以及用于在所述选择装置(4)的选择期间和/或在所述至少一个离合器(25、35、26、36)的关闭期间使所述第一传动轴(2)和所述第二传动轴(3)的转动同步的同步装置(PTCU,AM)。
21.根据权利要求20所述的车辆,所述车辆还包括用于促进所述选择装置(4)的断开接合和/或用于促进所述至少一个离合器(25、35、26、36)的打开的断开接合/打开装置。
22.根据权利要求21所述的车辆,其中,所述同步装置和所述断开接合/打开装置包括:
-所述辅助马达(AM),所述辅助马达具有能控制的转动速度和所传递的扭矩,
-所述控制装置(PTCU),所述控制装置包括所述角速度检测装置的接口以及用于控制所述辅助马达的装置,以便使所述第一传动轴(2)和所述第二传动轴(3)的转动同步和/或使所述第二传动轴和所述辅助马达(AM)的转动同步,以便致动所述同步并且限制由所述辅助马达传递的扭矩,从而促进所述选择装置(4)的断开接合/促进所述至少一个离合器(25、35、26、36)的打开。
23.根据权利要求14所述的车辆,其中,所述控制装置(PTCU)包括用于对转换到仅内燃机牵引模式进行控制的装置,其中,所述转换包括以下步骤:
-获取车辆速度、所述内燃机(CE)的开/关状态;
-车辆速度是否等于零;
-确认所述第一传动轴(2)与所述第二传动轴(3)之间没有机械连接,否则启动所述选择装置(4)以使所述第一传动轴(2)和所述第二传动轴(3)彼此断开连接;
-确认所述车辆的主离合器的打开,否则打开所述车辆的主离合器;
-所述内燃机启动;
-如果车辆速度不等于零,则执行以下步骤:
-将由所述辅助马达传递的扭矩减小到低于一特定值,以促进齿轮比的机械断开连接;
-所述第一传动轴(2)与所述第二传动轴之间的机械断开连接,之后执行所述内燃机启动的步骤。
24.一种用于对转换到混合动力车辆的仅电动牵引模式进行控制的方法,所述混合动力车辆设置有:
-前轴(FA)和后轴(RA)、
-内燃机(CE)、
-至少一个辅助马达(AM)、
-扭矩分配器,所述扭矩分配器包括,
●彼此平行的第一传动轴(2)和第二传动轴(3),其中,所述第一传动轴(2)和所述第二传动轴(3)中的每个均包括两个相对的端部((21、22)、(31、32)),
●转动连接装置(7),所述转动连接装置包括至少两个能选择的齿轮比,
其中,所述第一传动轴(2)的第二端部(22)操作地连接至所述后轴(RA)以用于驱动所述后轴,并且所述第二传动轴(3)的端部(31、32)中的一个操作地连接至所述至少一个辅助马达(AM),
所述方法至少包括以下步骤:
●获取车辆速度,
●如果车辆速度不为零,则在所述至少两个能选择的齿轮比之间选择最适当的齿轮比,
其中,所述两个相对的端部((21、22)、(31、32))中的每一个均包括与外部传动轴连接的连接装置(21.A、22.A、31.A、32.A)以及至少一个离合器(25、35、26、36),以便允许所述连接装置(21.A、22.A、31.A、32.A)中的一个与所述第一传动轴(2)和所述第二传动轴(3)中的相应的一个传动轴连接/断开连接。
25.根据权利要求24所述的方法,其中,所述车辆是根据权利要求14或15所述的车辆,并且所述方法还包括以下步骤:
-获取车辆速度、内燃机(CE)的开/关状态、电池充电状态;
-如果电池充电足够,则执行以下步骤,否则程序退回到前一步骤;
-确认所述第一传动轴(2)与所述第二传动轴(3)之间没有机械连接,否则控制所述转动连接装置(7)以便使所述第一传动轴(2)与所述第二传动轴(3)断开连接,
-如果所述车辆正在移动,则命令进行以下步骤:
●打开设置在所述第一传动轴的第一端部(21)处的所述离合器(25)或
●将变速箱(GS)转换成空档;
-选择最适当的固定齿轮比,
-使所述第一传动轴(2)和所述第二传动轴(3)同步,
-转换到最适当的齿轮比,
-停止所述内燃机并且禁止所述内燃机的启动;
-如果所述车辆是静止的,则进行如下步骤:
●打开设置在所述第一传动轴的第一端部(21)处所述离合器(25)或
●将所述变速箱(GS)转换至空档;
-代替所述选择最适当的固定齿轮比的步骤,降档至最小的齿轮比,
-禁止所述内燃机启动。
26.根据权利要求25所述的方法,其中,所述第一传动轴(2)与所述第二传动轴(3)的断开连接通过控制所述转动连接装置(7)的选择装置(4)来实现。
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