CN112236324A - 用于在不使用齿轮箱的情况下传递扭矩的系统和方法 - Google Patents

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CN112236324A
CN112236324A CN201980020055.XA CN201980020055A CN112236324A CN 112236324 A CN112236324 A CN 112236324A CN 201980020055 A CN201980020055 A CN 201980020055A CN 112236324 A CN112236324 A CN 112236324A
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planetary gear
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乔斯·路易斯·阿朗索
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Two Heads LLC
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Two Heads LLC
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • 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
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Abstract

一种驱动机构，该驱动机构包括一个或更多个行星齿轮系统，行星齿轮系统中的每个行星齿轮系统包括一个或更多个中央太阳齿轮、一个或更多个外环形齿轮以及将所述一个或更多个中央太阳齿轮联接至所述一个或更多个外环形齿轮的一个或更多个齿轮架，行星齿轮系统中的每个行星齿轮系统都连接至一个或更多个能量源。能量源中的一个或更多个能量源用作行星齿轮系统的一个或更多个行星齿轮系统的输出转数的调节器，以使得行星齿轮系统中的一个或更多个行星齿轮系统的输入的转速及功率相对于输出的转速及功率的比率是能够选择性变化的，从而允许输出转速从停止逐渐地转变成驱动机构能够实现的任何更高的转速，而无需齿轮箱。

Description

用于在不使用齿轮箱的情况下传递扭矩的系统和方法
技术领域
本发明涉及在车辆领域中使用的机构的领域。更具体地，本发明涉及位于一个或更多个发动机与一个或更多个最终传动轴之间的关于扭矩和功率的选择器、分配器和传送器，而无需齿轮箱。
背景技术
丰田普锐斯混合动力系统和该品牌的其他型号采用行星机构，但该行星机构仅在高电压下工作，并通过内燃发动机(ICE)与架进行特定连接；从电动发动机(electricmotor-generator)到太阳齿轮以及从电动马达到环形齿轮。
这些系统不需要常规的传动装置，但是转速变化由电动马达专有地且直接地产生，在达到最终传动轴所需的转速之前，该电动马达连接至环形齿轮以及连续设置的两个或更多个减速器。
其他已知的48伏轻度混合动力系统将电机a)连接至位于前端附件驱动器上的ICE、b)直接通过曲轴连接至ICE、c)使电机集成在ICE与传动轴之间、d)通过齿轮啮合置于传动轴中、或e)通过齿轮啮合连接至车辆的后轴。所有这些都需要联接至ICE和电机(EM)的常规传动装置。行星机构不适用。
发明内容
应当理解，以下概述和详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在提供对所要求保护的本发明的进一步说明。发明内容或以下描述均不旨在将本发明的范围限定或限制为发明内容中或说明书中所提及的特定特征。而是，本发明的范围由所附权利要求限定。
在某些实施方式中，所公开的实施方式可以包括本文中所描述的一个或更多个特征。
例如，在没有齿轮箱的车辆上应用的是一种新机构，该新机构是一个或更多个发动机与一个或更多个最终传动轴之间的扭矩和功率的选择器、分配器和传递器，该选择器、分配器和传递器允许用于对一个或更多个驱动源(比如内燃发动机的驱动轴)的旋转速度与最终传动轴之间的比率进行选择。在优选的构型中，在混合动力的机动化系统中，该选择方案是电子控制的，对该机构的机械构型所提供的广泛可能性进行管理，以分配扭矩和功率并调节驱动源的转速。该机构使常规齿轮箱的惯常摩擦能量损失减小并最小化。
在轻度混合动力车辆中，新机构使得可以将机动能量与电力生成源机械地联接，使得电子命令单元(本领域中已知)可以使用新机构以最方便的方式来管理所述源的使用。
该机构作为能量分配器进行工作，通过该能量分配器可以同时流过：朝向最终传动轴施加的机动动力和将要被回收至一个或更多个生成源的能量。在这种环境下，电子命令单元可以感测车辆的运行状况，并根据此来分配可用源、根据需要驱动将要被回收的能量以用于电力生成和/或向最终传动轴输送动力。
可用驱动源及其各自的操作能力的组合操作允许用于对电力生成事件最大化地使用并用于在对于每个驱动源而言效率更高的操作范围内分配驱动源的性能。
与现有技术中已知的其他轻度混合动力构型不同，该构型仅允许管理能够从混合动力组(例如内燃发动机(ICE)和电机)获得的扭矩，而新机构允许管理扭矩和转速，从而使混合动力组的性能设定在最佳工作范围内。
新机构在车辆的整个工作范围内管理扭矩、功率和转速的能力是不使用齿轮箱的原因。这是一个优点，因为它减少了动力系中的重量、空间和成本。另外，与现有技术相比，所涉及的运动的机械部件的数量较少，从而减少了由于摩擦而引起的能量损失。
该机构是指马达与最终传动轴之间的联接(linking)系统的领域，该机构采用可变构型、适用于混合动力或非混合动力系统、适用于与任何类型的马达作业、并且适用于任何类型的传动轴、能够无需齿轮箱、作为无级渐进联接装置(non-stepped progressivelink)进行作业，从而允许减小摩擦损失。
新机构优选地包括一个或更多个行星机构，所述一个或更多个行星机构可以连接至一个或更多个马达，无论所述一个或更多个马达是内燃型和/或电动型的、还是生成或转换任何种类能量的任何其他类型的马达动力源，所述新机构通过所述行星机构或通过任何其他合适的结合装置直接联接至一个或更多个最终传动轴，例如下面更详细描述的。
本发明尤其适用于轻度混合动力系统(电压小于60伏并且优选用于已知的48伏)或其他应用，即使在省去了电动马达的系统中也是如此。
所指示的部件以及所结合的元件的尺寸、形状、位置和任何其他参考以及所指示的连接方式是指替代性优选构型，并且不排除其他可能的变型。
在本发明的第一实施方式中，一种能够在混合动力或轻度混合动力的机动化系统中传递和回收能量的驱动机构包括一个或更多个行星齿轮系统，所述一个或更多个行星齿轮系统中的每个行星齿轮系统包括太阳齿轮、环形齿轮和包括行进齿轮的架。每个行星齿轮系统的太阳齿轮、和/或环形齿轮和/或架连接至一个或更多个能量源。所述一个或更多个能量源中的至少一个能量源通过齿轮装置、和/或离合器和/或制动器连接至行星齿轮系统的太阳齿轮、和/或环形齿轮和/或架。一个或更多个能量源构造成用作所述一个或更多个行星齿轮系统中的一个或更多个行星齿轮系统的输出转数的调节器，使得通过所述一个或更多个能量源进行调节的一个或更多个行星齿轮系统构造成具有输入功率及每分钟转数相对于输出功率及每分钟转数的能够选择性地变化的比率，从而能够分配功率并调节与最终传动轴相关的转数。
在根据该第一实施方式的驱动机构中，a)能量源中的每种能量源可以具有相同的特性，b)能量源中的每种能量源可以具有不同的特性，或者c)能量源中的一些能量源可以具有相同的特性，并且能量源中的一些能量源可以具有不同的特性。
在根据该第一实施方式的驱动机构中，所述一个或更多个行星齿轮系统中的一个或更多个行星齿轮系统可以具有一个或更多个附加的太阳齿轮、环形齿轮和/或架。
在根据该第一实施方式的驱动机构中，经调节的行星齿轮系统的输入转速及功率相对于输出转速及功率的能够选择性变化的比率允许在无需齿轮箱的情况下每分钟的输出转数从停止逐渐地转变成驱动机构能够达到的任何更高的旋转速度。
根据该第一实施方式的驱动机构还可以包括控制单元，控制单元配置成对将所述一个或更多个能量源中的至少一个能量源与行星齿轮系统的太阳齿轮、环形齿轮和/或架连接的离合器和/或制动器进行控制，以对输入功率及每分钟转数相对于输出功率及每分钟转数的比率进行选择。控制单元还可以构造成对所述一个或更多个能量源的旋转速度以及所述一个或更多个行星齿轮系统的旋转速度进行控制，以实现传动装置的最终轴处的期望旋转速度。为了使效率最大化或者基于其他因素，控制单元还可以配置成从多个选项中选择所述一个或更多个能量源的旋转速度和所述一个或更多个行星齿轮系统的旋转速度。
在根据该第一实施方式的驱动机构中，所述一个或更多个能量源可以包括一个或更多个马达，所述一个或更多个马达在没有传动装置的情况下经由最终控制系统通过行星齿轮系统中的至少一个行星齿轮系统连接至最终传动轴。
在根据该第一实施方式的驱动机构中，所述一个或更多个能量源可以包括构造成交替地用作发电机以及用作发动机的一个或更多个电动马达。
在根据该第一实施方式的驱动机构中，行星齿轮系统可以经由最终减速齿轮或其他最终控制系统而将能量源中的一些或全部能量源与最终传动轴结合。
在根据该第一实施方式的驱动机构中，能量源可以包括一个或更多个电机，所述一个或更多个电机构造成在安装有混合动力或轻度混合动力的机动化系统的车辆的减速和制动期间回收能量。
在根据该第一实施方式的驱动机构中，能量源可以包括一个或更多个电机，所述一个或更多个电机构造成在安装有混合动力或轻度混合动力的机动化系统的车辆停止或不需要能量来继续使车辆移位时从驱动机构的另一部件的旋转运动中产生能量。
在根据该第一实施方式的驱动机构中，能量源可以包括内燃发动机和一个或更多个电机，其中，内燃发动机可以连接至行星齿轮系统中的第一行星齿轮系统的太阳齿轮，并且所述一个或更多个电机通过齿轮装置和/或一个或更多个离合器和/或一个或更多个制动器可以连接至第一行星齿轮系统的环形齿轮，并且第一行星齿轮系统的架可以连接至车辆的差速器。第一行星齿轮系统可以构造成提供第一行星齿轮系统的架的旋转速度与第一行星齿轮系统的环形齿轮和太阳齿轮的旋转速度之间的预定关系。这样的驱动机构还可以包括控制单元，控制单元配置成对将电机与第一行星齿轮系统的环形齿轮连接的离合器和/或制动器进行控制，以对太阳齿轮处的输入功率及每分钟转数相对于架处的输出功率及每分钟转数的比率进行选择，同时在架处获得选定的每分钟输出转数。
使用根据本发明的第一实施方式的驱动机构的方法可以包括：对将所述一个或更多个能量源中的至少一个能量源与行星齿轮系统的太阳齿轮、环形齿轮和/或架连接的离合器和/或制动器进行控制，从而选择输入功率及每分钟转数相对于输出功率及每分钟转数的比率；对所述一个或更多个能量源的旋转速度以及所述一个或更多个行星齿轮系统的旋转速度进行控制，从而在传动装置的最终轴处获得期望的旋转速度；以及，为了使效率最大化或基于其他考虑，从多种选项中选择所述一个或更多个能量源的选择速度和所述一个或更多个行星齿轮系统的旋转速度。
在本发明的另一实施方式中，一种非混合动力系统中的驱动机构包括：一个或更多个行星齿轮系统，所述一个或更多个行星齿轮系统连接至一个或更多个能量源，其中，行星齿轮系统中的第一行星齿轮系统构造成在能量源中的特定能量源以第一旋转速度操作时连接至能量源中的特定能量源，并且行星齿轮系统中的至少第二行星齿轮系统构造成在特定能量源以不同于第一旋转速度的第二旋转速度操作时连接至特定能量源。第一行星齿轮系统的太阳齿轮、和/或架和/或环形齿轮与所述至少一个第二行星齿轮系统的太阳齿轮、和/或架和/或环形齿轮联接，使得第一行星齿轮系统构造成具有输入功率及旋转速度相对于输出功率及旋转速度的能够选择性地变化的比率，并且第一行星齿轮系统构造成直接连接至最终传动轴。
在根据该实施方式的驱动机构中，第一行星齿轮系统可以通过齿轮装置、和/或离合器和/或制动器与所述至少一个第二行星齿轮系统联接。
根据该实施方式的驱动机构还可以包括控制单元，该控制单元配置成控制离合器和/或制动器，第一行星齿轮系统通过离合器和/或制动器与所述至少一个第二行星齿轮系统联接，以及/或者该控制单元配置成控制能量源的旋转速度，以对第一行星齿轮系统的输入功率及旋转速度相对于输出功率及旋转速度的比率进行选择，并获得最终传动轴的期望旋转速度。
一种使用根据该另一实施方式的驱动机构的方法可以包括：在能量源中的一个特定能量源以第一旋转速度操作时，将所述一个或更多个行星齿轮系统中的第一行星齿轮系统连接至能量源中的特定能量源；在能量源中的一个特定能量源以不同于第一旋转速度的第二旋转速度操作时，将行星齿轮系统中的第二行星齿轮系统连接至特定能量源；将所述一个或更多个行星齿轮系统中的第一行星齿轮系统与所述至少一个第二行星齿轮系统联接；以及对于所述一个或更多个行星齿轮系统中的第一行星齿轮系统提供输入功率及旋转速度相对于输出功率及旋转速度的能够选择性变化的比率；其中，所述一个或更多个行星齿轮系统中的第一行星齿轮系统直接连接至最终传动轴。
所描述的各种特征通常是可互换的，除了一些实施方式涉及非混合动力系统的范围之外，在非混合动力系统中电机可能不可用。
本发明的这些以及其他目的和特征在包括上述以及正在进行的书面说明以及附图的公开中是明显的。
附图说明
结合在本文中并构成说明书一部分的附图与说明书一起示出了示例性实施方式，并且进一步使相关领域的技术人员能够制造和使用这些实施方式以及对本领域技术人员而言将明显的其他实施方式。不应当以任何方式将附图视为限制本发明的范围。将结合以下附图更具体地描述本发明，在附图中：
图1表示示例性行星齿轮系统的实施方式，在该实施方式中，EM1 110联接至太阳齿轮，最终传动轴(TR)114的输出以及最终传动轴(TR)114的指示旋转方向等于ICE和EM1110的旋转方向，并且EM2 112附接至环形齿轮并且能够沿任一方向旋转。
图2表示示例性连接图，在该图中，马达202通过离合器222连接至倍增器箱224、并且连接至行星齿轮系统的太阳齿轮204，该马达202还连接至制动器220。倍增器箱224连接至EM1 210，该EM1 210通过另一个离合器226与EM2 212连接，该EM2 212连接至制动器228和行星齿轮系统的环形齿轮208。行星齿轮系统的架206直接连接至最终传动轴214。
图3表示另一示例性连接图，在该图中，在线路1 301上，马达302通过离合器303与第一行星齿轮系统的太阳齿轮1连接，并通过离合器309和齿轮减速器组件311借助于第二连接件连接至第二行星齿轮系统的架2。线路2 315示出了第一行星系统的环形齿轮1 305通过离合器C 317与齿轮减速器组件的输出之间的连接；在线路2 315中，可以认识到通过离合器D 321进行第二行星系统的太阳齿轮2与第一行星系统的环形齿轮1之间的连接；环形齿轮1中还存在制动器1 323，并且环形齿轮2中存在制动器2325。
图4表示另一示例性连接图，在该图中，马达402通过离合器(离合器2)422连接至倍增器盒424，并且通过离合器(离合器1)470连接至行星齿轮系统的太阳齿轮404。倍增器盒424连接至电机(EM1)410，该电机(EM1)410通过另一离合器(C5)426与第二电机(EM2)412连接，第二电机(EM2)412通过另一离合器(C6)476连接至另一电机(EM3)450。太阳齿轮404连接至马达的离合器(离合器1)470并连接至制动器(制动器S)420。架406连接至主传动轴414，并通过离合器(离合器4)474连接至电机(EM3)450。环形齿轮408连接至制动器(制动器R)460，并通过离合器(离合器3)472连接至电机(EM2)412。
在图5中，在能量源-ICE和EM-与行星齿轮之间观察到多个离合器和连结齿轮(binding gear)，从而允许根据使用要求和输入传动装置的最终轴所需的转速选择对组件进行不同构型。马达502连接至倍增器盒524，该倍增器盒524通过离合器C2 522连接，离合器C2 522连接至电机510，该电机510连接至另一倍增器盒GB2 525，该倍增器盒GB2 525通过离合器C3 580和C5 584连接至行星齿轮504的环形齿轮。马达502还通过离合器C1 570连接至行星齿轮504的太阳齿轮，该行星齿轮504的太阳齿轮连接至制动器S 520。马达502通过离合器C4 582与行星齿轮504的环形齿轮连接，行星齿轮504的环形齿轮连接至制动器R528。行星齿轮504的架连接至差速器530。
图6是本发明的具有单个电机的实施方式的操作模式的图形表示，在该实施方式中，太阳齿轮连接至马达并且环形齿轮连接至电机，并且环形齿轮的直径是太阳齿轮直径的两倍，该图描绘了马达和电机的转速可以被混合以获得差速器所需输出转速的不同方式。
具体实施方式
现在将根据各种示例性实施方式来公开在不使用齿轮箱的情况下用于在发动机与最终传动轴之间选择、分配和传递扭矩和功率的系统和方法。本说明公开了结合有本发明的特征的一个或更多个实施方式。所描述的实施方式以及说明书中对“一个实施方式”、“实施方式”，“示例实施方式”等的引用指示所描述的实施方式可以包括特定的特征、结构或特性。这样的短语不一定指相同的实施方式。当结合实施方式描述特定的特征、结构或特性时，无论是否明确描述，本领域技术人员都可以结合其他实施方式来实现这种特征、结构或特性。
在若干附图中，即使在不同的附图中，相似的附图标记也可以用于具有相似功能的相似元件。仅提供所描述的实施方式以及元件的详细结构和元件来帮助对本发明的全面理解。因此，明显的是，本发明可以以多种方式实施，并且不需要在此所描述的任何特定特征。此外，由于通过对公知的功能或结构的不必要细节的描述将模糊本发明，因此不再详细描述公知的功能或结构。除非另有明确指出，否则图/附图中的任何信号箭头都应当仅被视为示例性的，而非限制性的。
由于本发明的范围由所附权利要求最佳地限定，因此本发明不是以限制性意义进行描述的，而仅是出于说明本发明的一般原理的目的。
应当理解的是，尽管在此可以使用术语第一、第二等来描述各种元件，但是这些元件不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于对一个元件和另一个元件进行区分。例如，在不脱离示例实施方式的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。如本文中所使用的，术语“和/或”包括一个或更多个相关列出项的任何和所有组合。如本文中所使用的，“A、B和C中的至少一者”表示A或B或C或其任何组合。
如所使用的，除非上下文另有明确规定，否则词语的单数形式包括复数，并且词语的复数形式包括单数。因此，引用“一”、“一种”和“该”通常包括相应术语的复数。因此，例如，对马达/发动机组的引用包括多个这样的组(并且类似地，对马达/发动机组的引用包括单个马达/发动机)，并且对“能量分配器”的引用包括对一个或更多个能量分配器和本领域技术人员已知的等同物等的引用。此外，可以使用等同术语描述的术语的使用包括那些等同术语的使用。例如，术语“转子”包括术语“电枢”以及在汽车和电气工业中使用的其他等效术语。另外，由于该装置的部件可以由在制造内燃发动机和此类发动机的附件中使用的任何常见且公知的材料制成，因此在该文件中不必列出在形成每个元件和将某些元件紧固至其他元件或进行电连接中可以使用的材料和方法。
还应当指出的是，在一些替代实施方式中，所指出的功能/动作可以不按图中所指出的顺序发生。例如，根据所涉及的功能/动作，连续示出的两个图实际上可以基本上同时执行、或者有时可以以相反的顺序执行。
如本文中所使用的，本文中所使用的范围是简写形式，以便避免列出和描述范围内的每个和每一个值。在适当时，可以选择该范围内的任何适当值作为该范围的上限值、下限值或终点。
词语“包含”、“包含”和“包含有”应被解释为包括性而非排他性。同样，术语“包括”、“包括有”和“或”应当全部被解释为包括性的，除非从上下文中明确禁止这种结构。术语“包含有”或“包括有”旨在包括由术语“基本上由…组成”和“由…组成”所涵盖的实施方式。类似地，术语“基本上由…组成”旨在包括由术语“由…组成”所涵盖的实施方式。尽管具有不同的含义，但是在对本发明的整个描述中，术语“包含有”、“具有”、“包含”和“由…组成”可以彼此替换。
“大约”是指所引用的数字指示加上或减去该引用数字指示的10％。例如，术语“大约4”将包括3.6至4.4的范围。说明书中使用的表示成分数量、反应条件等的所有数字均应理解为在所有情况下均被术语“大约”修饰。因此，除非有相反的指示，否则本文中所阐述的数值参数是可以根据期望获得的所需特性而变化的近似值。至少，并且不试图将等同原则的应用限制于任何权利要求的范围，应当根据有效数字的数量和普通的舍入方法来解释每个数值参数。
除非另有明确说明，否则无论在本文中何处使用短语“例如”、“比如”、“包括有”等，均应当被理解为短语“并且无限制”。
“通常地”或“可选地”是指随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生，并且该描述包括所述事件或情况发生的示例和未发生的示例。
下面描述了一种系统，该系统在一个或更多个发动机与一个或更多个最终传动轴之间结合有扭矩和功率的选择器、分配器和发送器，而无需齿轮箱。
对元件和元件之间的联接的描述
产生旋转运动的马达动力源、马达、机器或机构——以下称为“马达”——优选地连接至太阳齿轮(中央齿轮)，并且替代性地可以通过以下方式在行星齿轮系(周转齿轮)中应用选择性的制动和/或离合器机构：通过直接连接；通过使用减速倍增器盒；通过链；借助于带和/或通过实现结合功能的任何替代装置。该马达又可以通过任何结合装置连接至另一个驱动源，该另一驱动源可以是电机——在下文中称为“EM1”——并且在电机的连接中还应用了用于选择性地联接和断开联接的离合器机构；该马达还可以联接至另一个行星齿轮系。架(将太阳齿轮与环形齿轮联接的行进齿轮)可以通过适用于轴或最终传动机构的任何装置进行联接，而无需使用齿轮箱即可实现。与选择性启用制动器和/或离合器机构相连的环形齿轮(外齿轮)可以通过任何合适的方式联接至可以是电动的第二能量源——此后称为EM2，该环形齿轮也可以通过任何联接机构以偶尔或连续的方式联接至EM1，所述任何联接机构允许环形齿轮和EM1断开联接并以不同的转速旋转或者允许环形齿轮和EM1联接并以相同的转速旋转，并且EM2还可以联接至另一行星齿轮机构。
图1示出了这样的实施方式，在该实施方式中，内燃发动机(ICE)102产生旋转运动，并且内燃发动机(ICE)102连接至中央齿轮104，并且在行星齿轮系(周转齿轮)104、106、108中可以应用选择性的制动器和/或离合器机构。ICE 102还通过连结装置连接至电机(EM1)110。在不使用齿轮箱的情况下，将中央齿轮104联接至环形齿轮108的行进齿轮106联接至最终传动机构114。与选择性启用制动器和/或离合器机构联接的外齿轮108联接至第二电机(EM2)112，第二电机(EM2)112可以偶尔或连续地通过联接机构联接至EM1 110，该联接机构允许第二电机(EM2)112和EM1 110断开联接并以不同的转速旋转或者允许第二电机(EM2)112和EM1 110联接并以相同的转速旋转，并且第二电机(EM2)112还可以联接至另一行星齿轮机构。最终传动轴(TR)114的输出和最终传动轴(TR)114指示的旋转方向等于ICE102和EM1 110的旋转方向，并且EM2 112附接至环形齿轮并能够沿任一方向旋转。
图5，马达502连接至倍增器盒524，该倍增器盒524通过离合器C2 522连接，离合器C2 522连接至电机510，电机510连接至另一倍增器盒GB2 525，该增器盒GB2 525通过离合器C3 580和C5 584连接至行星齿轮504的环形齿轮。马达502还通过离合器C1 570连接至行星齿轮504的太阳齿轮，该行星齿轮504的太阳齿轮连接至制动器S 520。马达502通过离合器C4 582与行星齿轮504的环形齿轮连接，行星齿轮504的环形齿轮连接至制动器R 528。行星齿轮504的架连接至差速器530。
在马达的一个或更多个辅助马达的情况下操作的模式
为了使车辆运动，连接至太阳齿轮和/或连接至EM1的马达投入运行。在这种情况下，根据选定的联接关系，以某个转速旋转的马达使与该马达相关联的EM1也以相同或不同的转速旋转。此时，EM1和/或EM2保持与环形齿轮分离，并且向环形齿轮施加制动，这导致架以比太阳齿轮更低的转速旋转，而环形齿轮通过所施加的制动器保持停止。由于使用新的机构可以省去使用具有齿轮箱的常规变速器，因此架的转速例如可以直接应用于车辆的差速器。
如果继续加速，则马达和/或马达的EM1的转速数将继续增加。在这种情况下，有必要减小减速，以使得在给定的马达转数的数量下，减速较小并确定架的输出转速增加。这是通过释放环形齿轮中的制动器并从环形齿轮中的零转速开始以在与太阳齿轮相同的旋转方向上增加EM2中的转速来实现的。请记住，EM2可以以与马达和EM1不同的转速运转。然后，实现架相对于太阳齿轮的转速急剧增加。同样，如果需要使车辆持续加速，则可以增加马达和/或EM1的转速，或者可以在与马达相同的方向上增加EM2的转速，或者我们也可以以相等或不同的量来增加马达和EM2的转速。如果将马达保持在一转速下，并且增加架的转速，则必须增加环形齿轮及环形齿轮相关的EM2的转速，最终将达到EM2和马达的转速相等时的时间，导致与架的三重相等(triple parity)，从而致使由马达和/或EM1传递的转速与由本发明的机构传递的转速之间存在直接关系。为了在不增加马达和/或EM1的速度的情况下进一步提高车辆的速度，或者在降低一个或更多个马达的转速的同时保持车辆的速度，EM2的转速必须超过太阳齿轮转速，从而导致在传递至最终传动轴——或最终减速轴——的转速比由马达传递的转速更高的数值。要进行反向驱动，存在两种选择，首先是停止太阳齿轮并使EM2沿与前进档相反——与马达在运行时的方向相反——的方向旋转，使环形齿轮在与前进档相反的方向上运转，或者第二种选择方案，使EM2以与马达相反的方向以高于马达的转速旋转并产生相对于架输出的反向旋转，从而使车辆反向运动。
在没有马达的辅助电机情况下的模式
在图3中示出了不利用电机的实施方式。图3表示另一示例性连接图，在该图中，在线路1 301上，马达302通过离合器303与第一行星齿轮系统305的太阳齿轮1连接，并且借助于第二连接件通过离合器309和齿轮减速器组件311与第二行星齿轮系统313的架2连接。线路2 315示出了第一行星系统305的环形齿轮1通过离合器C 317与齿轮减速器组件311的输出之间的连接；在线路3 319中，我们看到通过离合器D 321进行第二行星系统313的太阳齿轮2与第一行星系统305的环形齿轮1之间的连接；环形齿轮1中还存在制动器1 323，并且环形齿轮2中存在制动器2 325。
出于促进理解该说明的唯一目的，并且作为示例，在实施方式中，环形齿轮的直径是太阳齿轮直径的两倍，但是可以根据情况和需求在单个行星组的元件之间应用不同的比率。还被称为周转齿轮系统的行星齿轮系统是公知的，并且可以根据已知的公式来选择部件(太阳齿轮、环形齿轮、行进齿轮)的齿的尺寸和数量，以在特定条件下实现期望的传动比和输入旋转与输出旋转的比率。具有多个相互连接的行星齿轮系统的复合系统也是如此。这样，在利用一个以上的行星组(例如305、313)的实施方式中，行星组305、313在行星组305、313的元件尺寸和连接方面可以彼此相同或不同。发动机302(以下称为马达)通过离合器A303的使用而被联接至例如第一行星齿轮组305的太阳齿轮——此后称为太阳齿轮1，而架1连接至最终传动轴327，并且环形齿轮1连接至制动器R1机构323。此外，马达302借助于合适的方式、例如具有离合器B机构309的轴通过齿轮减速机构311联接至第二行星齿轮组313、更确切地联接至架2并联接至插入有另一离合器C 317的环形齿轮1。第二行星组313的太阳齿轮2具有通过第一行星组305的环形齿轮1连接的离合器321，第二行星组313的环形齿轮2连接至制动器R2 325。
在这些或类似条件下，马达302启动，并且在马达加速而使车辆运动时，通过控制单元、例如电子控制单元(ECU)的命令启用以下指令：马达302联接至太阳齿轮1，断开离合器B 309，启用制动器R1 325，使得对于发动机每转一圈，向最终传动轴的输出将为1/3圈。在继续加速时，指令例如为：马达302直接连接至太阳齿轮1，离合器A303、B309、C317闭合，停用制动器R1 323和R2 325，并且如果减速比为2:1，则存在太阳齿轮1的1rpm(每分钟转数)与环形齿轮1的1/2rpm的比率。太阳齿轮1的1rpm加上环形齿轮1的1/2rpm等于架的输出至最终传动轴327的2/3rpm。为了继续使车辆加速，其指示为：闭合离合器A303，断开离合器B 309，停用制动器R1 323，并且通过架1使太阳齿轮1被止动，从而获得马达302的1rpm与输出至最终传动轴327的1rpm的比率。为了向最终传动轴327——或最终减速轴——传递比由马达302传递的转速更高的转速，例如可以使用以下指令：闭合离合器A303、离合器B 309和离合器D 321，断开离合器C 317，停用制动器R1 323，启用制动器R2 325。在这种情况下，马达302的1rpm对应于太阳齿轮1的1rpm、架2的1/2rpm、太阳齿轮2的1 1/2rpm、环形齿轮1的11/2rpm和架1的输出至最终传动轴327的1 1/3rpm。
在仅一个电动马达情况下的操作模式
出于仅便于理解该说明的目的，并且通过示例的方式，在实施方式中，环形齿轮的直径是太阳齿轮直径的两倍，尽管在具有不同要求的不同情况下，可以出现相同或不同行星组的元件之间的不同关系。这种操作模式允许马达在连接至太阳齿轮时旋转，从而使最终传动轴接收太阳齿轮转速的1/3。为了增加太阳齿轮转速与架的输出部的转速之间的比率，在优选的构型中，通过将电动马达联接至环形齿轮，例如通过电子命令单元(ECU)以与太阳齿轮和架相同的方向管理环形齿轮的转速，可以通过止动环形齿轮从先前的状态逐渐增加电动马达的转速，然后逐渐增加架的转速，直到电动马达的转速等于马达和太阳齿轮的转速，在架和环形齿轮的转速方面，架和环形齿轮的转速是相等的，从而允许马达转速与最终传动轴的转速之间1:1的比率。如果希望获得倍增齿轮，则足以克服与相对于太阳齿轮的环形齿轮相关联的电动马达中的转速。为了产生倒档，必须使联接至环形齿轮的电动马达在与太阳齿轮和架的方向相反的方向上运转。
图6是本发明的具有单个电机的实施方式的操作模式的图形表示，在该实施方式中，太阳齿轮连接至马达并且环形齿轮连接至电机，并且环形齿轮的直径是太阳齿轮直径的两倍，该图描绘了马达和电机的转速可以被混合以获得差速器所需输出转速的不同方式。在此，在架/差速器处的期望输出转速为1000RPM。为了达到该特定行星齿轮系统的输出转速，可以通过控制单元(比如ECU)来选择马达(太阳齿轮/ICE)和电机(环形齿轮/EM)的各种速度。第一选项602具有转速为3,000rpm的马达和转速为0rpm的固定的环形齿轮。第二选项604具有转速为2,000rpm的马达和保持在500rpm的环形齿轮。第三选项606的马达和电机两者均以1,000rpm运转。第四选项608具有0rpm的固定马达和以1,500rpm运转的电机。这些选项中的每一个选项在架处产生1,000的输出转速。当然，在选项1与选项4之间存在无限数量的替代选项(对马达而言在0rpm与3,000rpm之间，对于环形齿轮而言在0rpm与1,500rpm之间)。所示关系为架转速等于环形齿轮转速的2/3加上太阳齿轮转速的1/3，这是关于部件的相对尺寸的结果(环形齿轮的直径是太阳齿轮直径的两倍)。为了使效率最大化或基于其他考虑，控制单元可以在任何时间点从这些选项中进行选择。应当理解的是，除了受系统中其他齿轮的影响外，连接至ICE的齿轮的角速度(转速)可能受到对连接的ICE进行机动化或机械/摩擦制动的影响，并且连接至电机的齿轮的角速度可能受到沿任一方向对连接的电机进行机动化(即，驱动或机动化的制动)的影响或者受到再生制动或摩擦或其他机械制动的影响。
操作模式：仅电动
图2表示示例性连接图，在该图中，ICE 202通过离合器222连接至倍增器箱224，并且还连接至行星齿轮系统204、206、208的中央齿轮204，ICE 202还连接至制动器220。倍增器盒224连接至EM1 210，该EM1 210通过另一离合器226与EM2 212连接，该EM2 212连接至制动器228和行星齿轮系统204、206、208的环形齿轮208。行星齿轮系统204、206、208的架206直接连接至最终传动轴214。最终传动轴214直接驱动差速器230，该差速器230驱动车轮232、234。倍增器箱224将空调、水/油/真空泵236连接至EM1 210和ICE 202。
在混合动力车辆构型中，类似于图2中描述的构型，在需要在马达(在此为ICE202)关闭的情况下进行操作的情况下，将启用太阳齿轮制动器(制动器S 220)，并使离合器222在马达202与EM1 210之间脱开接合；在这种情况下，可以通过一个或两个电动马达210、212来使连接至最终传动轴214的架206运动。
图4表示另一示例性连接图，在该图中，ICE 402通过离合器422(离合器2)连接至倍增器箱424，并且通过离合器(离合器1)470连接至行星齿轮系统404、406、408的中央齿轮404。倍增器盒424连接至电机(EM1)410，该电机(EM1)410通过另一个离合器(C5)426与第二电机(EM2)412连接，该第二电机通过另一个离合器476(C6)连接至另一个电机(EM3)450。中央齿轮404连接至马达的离合器(离合器1)470和制动器(制动器S)420。架406连接至最终传动轴414，并通过离合器(离合器4)474连接至电机(EM3)450。环形齿轮408连接至制动器(制动器R)460，并且通过离合器(离合器3)472连接至电机(EM2)412。
在与图4中所述的构型类似的构型中，如果仅需要电动操作，则启用太阳齿轮制动器(制动器s)420，使离合器422、472(离合器3和/或离合器2)断开连接并选择性地联接离合器426、476(C5和C6)，以使得最终传动轴414(或最终减速轴)可以与电机410、412、450(EM3和/或EM2和/或EM1)一起运动。
图5没有引入任何新元件。该图示出了优选的实施方式，该优选的实施方式引入了附加的离合器和齿轮组，从而允许根据使用要求和进入最终控制轴时所需的转速选择来进行不同构型。在能量源-ICE和EM-与行星齿轮之间观察到多个离合器和结合齿轮，从而允许根据使用要求和输入传动装置的最终轴所需的转速选择来对组件进行不同构型。如图2和图4中，ICE 502连接至行星齿轮系统504的中央/太阳齿轮并且连接至太阳齿轮制动器520，并且ICE 502经由倍增器箱524和离合器522连接至EM 510，并且EM 510连接至行星齿轮系统504的环形齿轮。行星齿轮系统504的行进齿轮连接至差速器530，差速器530连接至车轮532、534。在此，ICE 502还经由一个离合器570连接至行星齿轮系统504和太阳齿轮制动器520，并且经由另一离合器582连接至环形齿轮制动器528，并且EM 510经由第二倍增器盒525和离合器580、584连接至行星齿轮系统504，并且离合器522位于第一倍增器盒524与EM510之间，而不是位于ICE 502与第一倍增器盒524之间。
在滑行和/或制动中的再生模式
在与图2中描述的构型类似的构型中，太阳齿轮制动器220被启用，并且离合器222在马达202与EM1 210之间断开接合，并且离合器226在EM1 210与EM2 212之间接合。如果在发动机与太阳齿轮(如图3、图4和图5)之间放置离合器，则发动机202可以保持开启，否则，发动机202在每当太阳齿轮制动器220被启用时将被断开；经过最终传动轴214以使架206运动并使EM1 210和EM2 212运动，从而产生可以累积的能量。相反，如果EM1 210和EM2 212未联接在一起，则仅在EM2 212中执行制动时的能量回收。
在与图4中所述的构型类似的情况下：太阳齿轮制动器420被启用，离合器3 472未联接，在减速和/或制动时，可以通过EM3 450和/或EM2 412和/或EM1 410回收能量。
额外动力模式
例如，在两个EM模式下，为系统提供有位于EM2 212与环形齿轮制动器228之间的离合器，可以产生强烈的加速度。通过应用制动器R 228，启用环形齿轮208与EM2 212之间的离合器(类似于图4中的离合器472)，并将EM1 210与EM2 212联接，在离开停止位置开始时，两个电动马达均将辅助马达202。
本发明不限于附图中所示出的和上面详细描述的具体实施方式。本领域技术人员将认识到可以设计其他构型。本发明包括每个公开的实施方式的各种特征的每种可能的组合。本文中关于各种实施方式描述的元件中的一个或更多个元件可以以比明确描述的更多的分离或集成的方式来实现，或者甚至在某些情况下被去除或使其不可操作，这根据特定的应用是有用的，尽管已经参考特定说明性实施方式对本发明进行了描述，但是在不背离如所附权利要求书中阐述的本发明的精神和范围的情况下，可以构造本发明的改型和变型。

Claims (18)

1.一种在混合动力或轻度混合动力的机动化系统中的能够传递和回收能量的驱动机构，所述驱动机构包括：
一个或更多个行星齿轮系统，所述一个或更多个行星齿轮系统中的每个行星齿轮系统包括太阳齿轮、环形齿轮以及包括行进齿轮的架；
其中，每个行星齿轮系统的所述太阳齿轮、和/或所述环形齿轮、和/或所述架连接至一个或更多个能量源；
其中，所述一个或更多个能量源中的至少一个能量源通过齿轮装置、和/或离合器、和/或制动器而被连接至行星齿轮系统的所述太阳齿轮、和/或所述环形齿轮、和/或所述架；
其中，所述能量源中的一个或更多个能量源构造成用作所述一个或更多个行星齿轮系统中的一个或更多个行星齿轮系统的输出转数的调节器，使得由所述能量源中的所述一个或更多个能量源调节的所述一个或更多个行星齿轮系统构造成具有输入的功率和每分钟转数相对于输出的功率和每分钟转数的能够选择性变化的比率，从而使得能够分配功率并调节与最终传动轴相关的转数。
2.根据权利要求1所述的驱动机构，其中：
a)所述能量源中的每个能量源具有相同的特性；
b)所述能量源中的每个能量源具有不同的特性；或者
c)所述能量源中的一些能量源具有相同的特性，而所述能量源中的一些能量源具有不同的特性。
3.根据权利要求1所述的驱动机构，其中，所述一个或更多个行星齿轮系统中的一个或更多个行星齿轮系统包括一个或更多个附加的太阳齿轮、环形齿轮和/或架。
4.根据权利要求1所述的驱动机构，其中，经调节的所述行星齿轮系统的输入的转速和功率相对于输出的转速和功率的能够选择性变化的比率允许在无需齿轮箱的情况下使输出的每分钟转数从停止逐渐地转变成所述驱动机构能够实现的任何更高的旋转速度。
5.根据权利要求1所述的驱动机构，还包括控制单元，所述控制单元配置成对将所述一个或更多个能量源中的至少一个能量源与所述行星齿轮系统的所述太阳齿轮、所述环形齿轮和/或所述架连接的离合器和/或制动器进行控制，以对输入的功率和每分钟转数相对于输出的功率和每分钟转数的比率进行选择。
6.根据权利要求5所述的驱动机构，其中，所述控制单元还配置成对所述一个或更多个能量源的旋转速度以及所述一个或更多个行星齿轮系统的旋转速度进行控制，以在所述最终传动轴处实现期望旋转速度。
7.根据权利要求5所述的驱动机构，其中，所述控制单元还配置成从多个选项中选择所述一个或更多个能量源的旋转速度和所述一个或更多个行星齿轮系统的旋转速度，以使效率最大化。
8.根据权利要求1所述的驱动机构，其中，所述一个或更多个能量源包括一个或更多个马达，所述马达在没有传动装置的情况下通过最终控制系统经由所述行星齿轮系统中的至少一个行星齿轮系统连接至所述最终传动轴。
9.根据权利要求1所述的驱动机构，其中，所述一个或更多个能量源包括构造成交替地用作发电机以及用作发动机的一个或更多个电动马达。
10.根据权利要求1所述的驱动机构，其中，所述行星齿轮系统通过最终减速齿轮或其他最终控制系统而将所述能量源中的一些或全部能量源与所述最终传动轴结合。
11.根据权利要求1所述的驱动机构，其中，所述能量源包括一个或更多个电机，所述电机构造成在包括所述混合动力或轻度混合动力的机动化系统的车辆的减速和制动期间回收能量。
12.根据权利要求1所述的驱动机构，其中，所述能量源包括一个或更多个电机，所述电机构造成在包括所述混合动力或轻度混合动力的机动化系统的车辆停止或不需要能量来继续使车辆移位时根据所述驱动机构的另一部件的旋转运动而产生能量。
13.根据权利要求1所述的驱动机构，其中，所述能量源包括内燃发动机和一个或更多个电机，其中，所述内燃发动机连接至所述行星齿轮系统中的第一行星齿轮系统的所述太阳齿轮，并且所述一个或更多个电机通过齿轮装置、和/或一个或更多个离合器、和/或一个或更多个制动器而被连接至所述第一行星齿轮系统的所述环形齿轮，并且所述第一行星齿轮系统的所述架连接至车辆的所述差速器，其中，所述第一行星齿轮系统构造成提供所述第一行星齿轮系统的所述架的旋转速度与所述第一行星齿轮系统的所述环形齿轮和所述太阳齿轮的旋转速度之间的预定关系，所述驱动机构还包括控制单元，所述控制单元配置成对将所述电机与所述第一行星齿轮系统的所述环形齿轮连接的离合器和/或制动器进行控制，以对在所述太阳齿轮处的输入的功率和每分钟转数相对于在所述架处的输出的功率和每分钟转数的比率进行选择，同时在所述架处获得选定的输出的每分钟转数。
14.一种使用驱动机构的方法，所述驱动机构包括一个或更多个行星齿轮系统，所述一个或更多个行星齿轮系统中的每个行星齿轮系统包括一个或更多个太阳齿轮、一个或更多个环形齿轮以及包括有行进齿轮的一个或更多个架，其中每个行星齿轮系统的至少一个太阳齿轮、和/或至少一个环形齿轮、和/或至少一个架通过一组或更多组齿轮装置、和/或一个或更多个离合器、和/或一个或更多个制动器而被连接至一个或更多个能量源，所述能量源中的一个或更多个能量源构造成用作所述一个或更多个行星齿轮系统中的一个或更多个行星齿轮系统的输出转数的调节器，使得由所述能量源中的所述一个或更多个能量源调节的所述一个或更多个行星齿轮系统构造成具有输入的功率和每分钟转数相对于输出的功率和每分钟转数的能够选择性变化的比率，从而使得能够分配功率并调节与最终传动轴相关的转数，所述驱动机构还包括控制单元，所述控制单元配置成对将所述一个或更多个能量源中的至少一个能量源与所述行星齿轮系统的所述太阳齿轮、所述环形齿轮和/或所述架连接的所述离合器和/或制动器进行控制，并且所述控制单元配置成对所述一个或更多个能量源的旋转速度进行控制，使用所述驱动机构的方法包括：
对将所述一个或更多个能量源中的至少一个能量源与所述行星齿轮系统的所述太阳齿轮、所述环形齿轮和/或所述架连接的所述离合器和/或制动器进行控制，从而对输入的功率和每分钟转数相对于输出的功率和每分钟转数的比率进行选择；
对所述一个或更多个能量源的旋转速度以及所述一个或更多个行星齿轮系统的旋转速度进行控制，从而在所述最终传动轴处实现期望旋转速度；以及
从多种选项中选择所述一个或更多个能量源的旋转速度和所述一个或更多个行星齿轮系统的旋转速度，以使效率最大化。
15.一种非混合动力的机动化系统中的驱动机构，所述驱动机构包括：
一个或更多个行星齿轮系统，所述一个或更多个行星齿轮系统连接至一个或更多个能量源；
其中，所述行星齿轮系统中的第一行星齿轮系统构造成在所述能量源中的一个特定能量源以第一旋转速度操作时连接至所述特定能量源，并且所述行星齿轮系统中的至少第二行星齿轮系统构造成在所述特定能量源以不同于所述第一旋转速度的第二旋转速度操作时连接至所述特定能量源；
其中，所述第一行星齿轮系统的太阳齿轮、和/或架、和/或环形齿轮与所述至少一个第二行星齿轮系统的太阳齿轮、和/或架、和/或环形齿轮联接，使得所述第一行星齿轮系统构造成具有输入的功率和旋转速度相对于输出的功率和旋转速度的能够选择性变化的比率，并且所述第一行星齿轮系统构造成直接连接至最终传动轴。
16.根据权利要求15所述的驱动机构，其中，所述第一行星齿轮系统通过齿轮装置、和/或离合器、和/或制动器与所述至少一个第二行星齿轮系统联接。
17.根据权利要求16所述的驱动机构，还包括控制单元，所述控制单元配置成控制所述离合器和/或制动器，所述第一行星齿轮系统通过所述离合器和/或制动器而与所述至少一个第二行星齿轮系统联接，以及/或者所述控制单元配置成控制所述能量源的旋转速度，以对所述第一行星齿轮系统的输入的功率和旋转速度相对于输出的功率和旋转速度的比率进行选择，并且获得所述最终传动轴的期望旋转速度。
18.一种使用根据权利要求15所述的驱动机构的方法，所述方法包括：
在所述能量源中的一个特定能量源以所述第一旋转速度操作时，将所述一个或更多个行星齿轮系统中的所述第一行星齿轮系统连接至所述能量源中的所述特定能量源；
在所述能量源中的特定能量源以不同于所述第一旋转速度的第二旋转速度操作时，将所述行星齿轮系统中的所述第二行星齿轮系统连接至特定能量源；
将所述一个或更多个行星齿轮系统中的所述第一行星齿轮系统与所述至少一个第二行星齿轮系统联接；以及
对于所述一个或更多个行星齿轮系统中的所述第一行星齿轮系统提供输入的功率和旋转速度相对于输出的功率和旋转速度的能够选择性变化的比率；
其中，所述一个或更多个行星齿轮系统中的所述第一行星齿轮系统直接连接至所述最终传动轴。
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