CN115839393A - 电动传动系统和电动传动系统的操作方法 - Google Patents

Abstract

提供了用于电动传动系的方法和系统。在一个示例中，该电动传动系统包括具有行星齿轮组的电驱动单元，该行星齿轮组包括旋转地联接到第一电机和第二电机的第一齿轮组部件。该电驱动单元附加地包括：输出轴，该输出轴旋转地联接到该行星齿轮组中的第二齿轮组部件；第一摩擦式离合器，该第一摩擦式离合器构造成选择性地制动该行星齿轮组中的第三齿轮组部件；以及第二摩擦式离合器，该第二摩擦式离合器构造成选择性地将第一齿轮组部件联接到输出轴。

Description

电动传动系统和电动传动系统的操作方法

技术领域

本公开涉及多速电动传动系统和用于操作所述传动系统的方法。

背景技术和发明内容

诸如电动车桥的多速电驱动单元已经部署在某些电动车辆(EV)中，因为与使用单速齿轮系的电动车辆相比，多速电驱动单元具有更高的响应性并且在马达运行效率方面有所增益。在这些电驱动单元中，由于具有更多齿轮的齿轮系会产生损失，因此在可选齿轮的数量和驱动单元效率之间进行了权衡。此外，具有相对大数量的可选齿轮的以前的驱动单元可能对诸如悬架和储能系统的其他车辆系统造成封装约束。此外，一些现有的动力系在冷却系统中表现出低效率，这些冷却系统使用独立的冷却剂回路来冷却马达和驱动单元。

加斯曼(Gassmann)的US 9,435,415 B2公开了一种用于机动车辆的电动车桥。在加斯曼提出的实施例之一中，电动车桥包括具有两个行星齿轮级的可切换行星驱动器，这两个行星齿轮级并联联接。电动车桥附加地包括具有滑动套筒的切换离合器，该滑动套筒允许系统通过将系统中的两个不同的齿圈接地而在多个传动比率之间切换。

发明人已经认识到加斯曼的驱动单元以及其他以前的电动传动系的若干缺点。由于使用了多级行星齿轮减速，加斯曼的驱动单元可能会出现空间效率低下。因此，当试图将驱动单元封装到具有严格封装要求的车辆平台中时，可能会出现困难。与具有较少级数的电动车桥相比，使用多级行星减速器会增加齿轮系损失。此外，在加斯曼的系统中使用单个马达，与多马达电动车桥相比，增加了因马达劣化而导致车辆无法运行的机会。此外，在某些运行状况下，单马达电动车桥的效率可能低于多马达电动车桥的效率。

发明人已经认识到上述问题，并开发了一种电动传动系统以至少部分地克服这些问题。传动系统包括具有行星齿轮组的电驱动单元。该行星齿轮组包括第一齿轮组部件，该第一齿轮组部件旋转地联接到第一电机和第二电机。电驱动单元还包括输出轴，该输出轴旋转地联接到该行星齿轮组中的第二齿轮组部件。输出轴联接到差速器或车桥轴。该电驱动单元还包括第一摩擦式离合器，该第一摩擦式离合器构造成选择性地制动行星齿轮组中的第三齿轮组部件。该系统还包括第二摩擦式离合器，该第二摩擦式离合器构造成选择性地将第一齿轮组部件联接到输出轴。以这种方式布置多个摩擦式离合器使得电驱动单元能够在紧凑的齿轮系中有效地在两个挡位之间换挡，该紧凑的齿轮系比具有更多级数的齿轮系表现出更少的损失。此外，在系统中使用两个电机可以允许电机更有效地运行并减少传动系无法运行的机会。

此外，在一个示例中，第一电机和第二电机可以同轴布置。如果需要的话，电机的同轴布置允许提高系统的封装效率和降低传动系统的制造成本。

在又一示例中，电动传动系统还可以包括机械地驱动润滑剂泵的第三电机。在这样的示例中，润滑剂泵与电驱动单元中的一个或多个润滑剂致动部件和润滑部件以及该系统中其他地方流体连通。例如，润滑剂泵可以将油递送到电驱动单元中的齿轮和轴承和/或联接到驱动轮的一对湿式制动装置。润滑剂泵可以独立于车辆车轮速度来进行控制，因此可以调节以满足驱动单元中的润滑剂需求，并与使用牵引马达来驱动油泵的电驱动系统相比提高了驱动单元效率。

应当理解，提供以上发明内容是为了以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的概念的选择。这并不意味着识别所要求保护的主题的关键或必要特征，所要求保护的主题的范围由详细描述之后的权利要求书唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决以上或在本公开的任何部分中指出的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示出了具有电动传动系统的第一示例的车辆的一部分。

图2A-2B分别示出了在第一挡位构造和第二挡位构造中通过图1的电动传动系统的动力路径。

图2C示出了在图2A和2B中描绘的电动传动系统运行状态中将离合器位置和挡位构造关联起来的图表。

图3示出了电动传动系统的第二示例。

图4示出了电动传动系统的第三示例。

图5示出了电动传动系统的第四示例。

图6A-6C分别示出了车辆的电动传动系统中的机械连接、液压连接和电气连接。

图7示出了用于操作电动传动系统的方法。

具体实施方式

本文描述了一种具有电驱动单元的电动传动系统，当与以前的电动动力系相比，该电驱动单元会紧凑地实现至少两个速度并具有提高的效率。该电驱动单元通过使用两个电机来驱动行星布置中的太阳齿轮(例如，简单的行星齿轮组)，实现了这种紧凑且高效率的多速架构。在行星布置中，至少两个摩擦式离合器联接到不同的齿轮。第一离合器选择性地制动行星组件中的其中一个齿轮(例如，齿圈)，而第二离合器选择性地允许动力从太阳齿轮直接传递到输出轴。以这种方式，当与以前的电驱动单元(例如，具有多级行星齿轮组布置的驱动单元)相比，该电驱动单元以更高的效率紧凑地实现了多速功能。

在系统中使用摩擦式离合器使电驱动单元能够实施动力换挡操作，这减少了(例如，基本上消除了)换挡瞬变期间的扭矩中断。为了进一步提高驱动单元效率，驱动单元泵可以旋转地附接到第三电机，当与由牵引马达或内燃机(ICE)驱动的泵相比，该第三电机允许策略地且独立地泵操作以更紧密地满足驱动单元的油需求(例如，用于润滑、部件致动和/或冷却的油需求)。例如，驱动单元泵可将润滑剂分配到湿式车轮制动器或变速器的湿式离合器、行星齿轮组中的润滑齿轮和轴承，和/或驱动单元中的液压离合器致动器。更进一步地，传动系控制单元(DCU)可用于传动系统中的动力管理，特别是增加对逆变器和相应电机的动力分配以及控制离合器。DCU可以与车辆控制单元(VCU)电子通信，以允许DCU接收更宽范围的车辆运行数据，从而更有效地管理动力分配。

电驱动单元的传动比可以使驱动单元能够在第一挡位模式中以相对高的牵引力运行，同时在第二挡位模式中实现相对高的巡航速度(例如，最大速度)。例如，第一挡位模式中的电驱动单元的传动比可以在1.8-4.0范围内，第二挡位模式中的电驱动单元的传动比可以在5.0-13.0范围内。

图1描绘了具有电动传动系统102的车辆100。因此，车辆100是电动车辆(EV)，比如电池电动车辆(BEV)。由于全电动车辆的复杂性降低，并减少了潜在的部件劣化的点，因此可以特别使用。然而，在车辆包括内燃发动机(ICE)的情况下，可以采用混合动力电动车辆(HEV)实施例。此外，在一个示例中，车辆可以是非公路车辆，其尺寸和/或最大速度可以阻止其在公路上运行。例如，车辆的宽度可能大于高速公路车道和/或最大车辆速度可能小于最小高速公路速度。然而，在其他示例中，车辆可以是公路车辆，比如商用车辆或客运车辆。

电动传动系统102包括电驱动单元104，该电驱动单元旋转地联接到第一电机106和第二电机108。电机106、108中的每一个可以包括诸如转子和定子的常规部件，它们在操作期间电磁相互作用以产生动力。此外，电机可以是在再生操作期间也产生电能的马达-发电机。此外，在一个示例中，电机可以具有类似的设计和尺寸。通过这种方式，可以提高制造效率。然而，在替代示例中，电机可以具有不同的尺寸和/或部件设计。

此外，电机106、108可以是通过使用第一逆变器110和第二逆变器112提供电能的多相电机。这些逆变器和本文描述的其他逆变器设计为将直流电流(DC)转换为交流电流(AC)，并且反之亦然。因此，电机106、108以及其他电机可以是AC电机。例如，在一个用例示例中，电机106、108和逆变器110、112可以是三相装置。然而，已经设想了设计成使用三相以上来运行的马达和逆变器。逆变器110、112和电机106、108之间的电连接经由线114、116(例如，多相导线)来指示。

逆变器110、112可以从至少一个电能源118(例如，诸如牵引电池、电容器及其组合等能量存储装置，和/或交流发电机)接收DC电力。箭头120指示电能从能量源118流到电机106。替代地，每个逆变器可以从至少一个不同的能量源中获取电力。当两个逆变器都联接到一个能量源时，这些逆变器可以在类似的电压下运行。替代地，在一些示例中，如果两个逆变器联接到不同的电能源，它们可以在不同的电压下运行。

电机106、108的输出轴121、122分别具有驻留在其上的齿轮124、126。系统102还可包括机械取力器(PTO)128和对机械PTO 128提供机械动力的齿轮和离合器组件130。例如，齿轮减速器和断开离合器可以设置在齿轮和离合器组件130中。因此，齿轮和离合器组件130可以设计成将机械PTO 128与电机106和/或驱动单元输出部机械地联接和脱离。尽管机械PTO 128设计成选择性地旋转地联接到第一电机106，但第二电机108可以附加地或替代地具有机械PTO和联接至其的相关联的齿轮和离合器组件。

齿轮124、126各自联接到电驱动单元104中的行星齿轮组136的齿轮134。本文描述的齿轮包括齿，并且齿轮之间的机械附接涉及齿的啮合。行星齿轮组136可以包括将齿轮134连接到太阳齿轮142的轴140。如果需要的话，齿轮124、126可以具体地定位在电驱动单元104的不同侧144、146上，以增强封装并在电动传动系统102中提供更平衡的重量分配。

摩擦式离合器148联接到轴140并设计成选择性地旋转地联接到输出轴150。如本文所述的摩擦式离合器包括两组板，该两组板设计成在离合器打开和闭合时彼此摩擦接合和脱开。因此，通过离合器传递的扭矩量可以根据摩擦片接合的程度来调节。因此，本文描述的摩擦式离合器可以以不同的接合量操作(例如，通过离合器的接合范围连续地调节)。此外，本文描述的摩擦式离合器可以是湿式摩擦式离合器，引导润滑剂通过该湿式摩擦式离合器以增加离合器的寿命。然而，干式摩擦式离合器可用于替代实例。本文描述的摩擦式离合器148和其他摩擦式离合器可以经由液压、气动和/或机电致动器来调节。例如，液压操作的活塞可用于引起摩擦式离合器的离合器接合。然而，在其他示例中，螺线管可用于机电离合器致动。

行星齿轮组136中的太阳齿轮142联接到轴140。此外，行星齿轮组136中的行星齿轮152联接到太阳齿轮142。此外，行星齿轮152机械联接到行星齿轮组136中的齿圈154。轴156从齿圈154延伸并且具有驻留在其上的第二摩擦式离合器组件158。第二摩擦式离合器组件158可包括与摩擦式离合器162串联布置的同步器160。将同步器160与摩擦式离合器162串联放置，使得当以第二挡位运行时能够提高电驱动单元的效率。详细地说，同步器160允许轴164的一部分与离合器162断开并且当系统以第二挡位运行时自由旋转。因此，当同步器脱开时，离合器162中的板可能不旋转。相反，当同步器接合时，轴164和离合器162中的轮毂可以一致地旋转。

同步器160设计成使轴156和联接到摩擦式离合器162的轴164的速度同步，并在接合时机械地锁定轴156、164的旋转。例如，同步器160可包括具有花键、倾斜齿等的套筒，以实现上述功能。示意性地用166表示的换挡拨叉或其他合适的致动器可用于接合和脱开同步器。为了增加系统的紧凑性，摩擦式离合器148、162以及输出轴150可以同轴布置。为了允许这种同轴布置，太阳齿轮142可以包括开口168，输出轴150通过该开口延伸。此外，输出轴150包括开口169，轴173通过该开口延伸。因此，车桥轴173、输出轴150和太阳齿轮142可以同轴布置。以这种方式，当与具有不与行星组件同轴布置的输出轴的驱动单元相比，可以提高驱动单元的紧凑性。

摩擦式离合器162设计成使齿圈154接地。为了实现齿圈接地，摩擦式离合器162可以包括壳体，其中摩擦片的一部分联接到该壳体并且固定地附接到静止部件，比如电驱动单元的壳体。轴承可以定位在轴156与输出轴150之间，以使这些轴能够在某些状况下独立旋转。

输出轴150可以联接到差速器171。差速器通常包括输出接口172，这些输出接口在轮廓上设计成附接到车桥轴173、174。轴承175可以包括在差速器中并允许车桥174旋转。差速器171可以是开式差速器、限滑差速器或转矩矢量差速器。开式差速器可以包括差速器外壳，该差速器外壳具有附接到其上的星形齿轮(spider gear)，并且这些星形齿轮又与侧齿轮啮合以允许输出接口之间的速度差异。限滑差速器可以包括具有摩擦盘的离合器组件，该具有摩擦盘的离合器组件设计成约束差速器的输出接口与该接口所附接的车桥轴之间的最大速度差异。在转矩矢量差速器示例中，差速器可以包括离合器组，该离合器组可以电磁地、液压地或气动地致动，允许调节差速器所允许的速度差异。

差速器171联接到车轮、制动器以及轮毂组件176、177。轮毂允许驱动轮旋转，而制动装置(例如，湿式制动器、盘式制动器、鼓式制动器等)允许车轮速度减慢。在湿式制动器的情况下，制动器可以从泵184接收润滑剂，本文将更详细地讨论。在一个示例中，制动器可以是液压致动的。每个车轮、制动器和轮毂组件可以包括至少一个车轮、制动器和轮毂。然而，已经考虑了多轮制动器和轮毂组件。此外，制动器示出在与电驱动单元间隔开的组件中。然而，在其他示例中，制动器可能与轮毂间隔开。例如，在其他实施例中，制动器可以定位在电驱动单元内。

行星齿轮152在行星齿轮组136的行星架179上旋转。行星架179旋转地联接到输出轴150。行星齿轮组136可以是仅包括太阳齿轮142、齿圈154、行星齿轮152和行星架179的简单的行星齿轮组。通过使用简单的行星组件，与诸如多级行星组件、拉维娜行星组件等更复杂的行星组件相比，可以增加电驱动单元的紧凑性。因此，传动系统可能对其他车辆部件造成更少的空间限制，从而允许扩展系统的适用性。此外，当使用简单的行星齿轮组而不是更复杂的齿轮布置时，可以减少电驱动单元中的损失。

根据于电驱动单元的传动比，机械动力可以通过行星架179行进到输出轴150，或者从太阳齿轮142行进到输出轴。关于图2A-2B，本文更详细地讨论了在不同齿轮中通过电驱动单元的机械动力路径和在操作齿轮之间的换挡操作(例如，动力换挡操作)。

可以在系统102中提供第三电机180和逆变器182。第三电机180设计成驱动电驱动单元泵184，该电驱动单元泵产生经过电驱动单元104的流体(例如，诸如为油的润滑剂)的流动。应当理解，如本文所述的润滑剂是可用于润滑部件以及用于部件致动和/或冷却的诸如油的流体。阀186可以与电驱动单元104中接收润滑剂的部件185(在图1中示意性地示出)流体连通。润滑剂可以经由润滑剂导管、喷射部、附加阀、歧管等被引导到所需的部件。此外，部件185可包括齿轮、离合器、用于离合器致动的液压活塞等。

一旦将润滑剂从阀186引导到润滑部件，润滑剂返回到油底壳187。附加地，油底壳187可以位于电驱动单元壳体中，并且轮廓设计成收集来自电驱动单元中的润滑部件的润滑剂。泵184经由拾取导管188从油底壳187接收润滑剂。相反，泵出口189将润滑剂递送到阀186。可以理解的是，泵184、阀186和油底壳187包括在润滑系统190中。润滑系统190还可以包括用于将润滑剂引导到电驱动单元中的诸如行星齿轮组、离合器等的目标部件的导管。该泵在图1中示出为具有两个泵模块191的双泵，但是已经设想了其他泵设计。

此外，通过使用单独的电机来驱动电驱动单元泵184，电机的速度以及因此泵的速度可以调节，以跟踪电驱动单元中的润滑剂需求。例如，泵速度可以在换挡瞬变期间增加，然后当电驱动单元维持在两个离散操作齿轮之一时降低。这减少了液压损失，并且如果需要的话，允许液压系统小型化。

第三电机180和逆变器182可以以比第一电机106和第二电机108以及相应的逆变器更低的电压下运行。例如，在一个用例示例中，较低的电压可以在以下范围内：12伏(V)-144V，并且较高的电压可以在以下范围内：350V-800V。然而，在其他示例中，可以使用其他较低和较高的电压值。以这种方式，可以提高电驱动单元的效率。然而，在其他示例中，第一电机106、第二电机108和第三电机180可以在类似的电压下运行(例如，在350V-800V范围内的较高电压，或者在12V-144V范围内的较低电压)。

车辆100还可以包括具有控制器193的控制系统192，如图1所示。控制器193可以包括微型计算机，该微型计算机具有诸如处理器194(例如，微型处理器单元)、输入/输出端口、用于可执行程序和校准值的电子存储介质195(例如，只读存储器芯片、随机存取存储器、保持活动存储器、数据总线)等部件。存储介质可以用代表指令的计算机可读数据来编程，指令可由处理器执行，以执行本文所述的方法和控制技术，以及其他预期但未具体列出的变体。

控制器193可以从联接到车辆100的不同区域并且具体地为电驱动单元104的传感器196接收各种信号。例如，传感器196可以包括设计成检测诸如加速踏板和/或制动踏板的操作者致动的踏板的下压的踏板位置传感器、驱动单元输出轴处的速度传感器、能量存储装置充电状态(SOC)传感器、离合器位置传感器等。马达速度可以从由逆变器发送到电机的电力量来确定。输入装置197(例如，加速踏板、制动踏板、诸如齿轮选择器的驱动模式选择器及其组合等)还可以提供指示操作者用于车辆控制的意图的输入信号。

在接收到来自图1的各种传感器196的信号时，控制器193处理接收到的信号，并且基于接收到的信号和存储在控制器193的存储器上的指令采用车辆部件的各种致动器198来调节部件。例如，控制器193可以接收指示操作员对增加车辆加速度的请求的加速器踏板信号。作为响应，控制器193可以指令逆变器的操作以调节电机动力输出并增加从电机递送到电驱动单元104的动力。控制器193可以在某些操作状况期间设计成对离合器148、162发送指令以接合和脱开离合器。例如，可以对离合器组件发送控制指令，并且响应于接收到该指令，离合器组件中的致动器可以基于该指令调节离合器。例如，车辆中的其他可控部件并且更具体地电动传动系统可以以类似的方式在传感器信号、控制指令和致动器调节方面起作用。

控制器193可以设计成控制离合器148、162在电驱动单元的两个操作挡位之间同步换挡。此外，控制器193可以设计成基于PTO动力需求和牵引动力需求的优先级，经由齿轮和离合器组件130的操作将机械动力分配分配到机械PTO128和行星齿轮组136。例如，如果PTO动力需求比牵引动力需求具有更高的优先级，并且PTO动力需求增加，则可以操作组件130中的离合器，以将PTO和电机106与驱动单元输出脱离。相反，如果牵引动力需求比PTO动力需求具有更高的优先级，并且牵引动力需求增加，则可以操作组件130中的离合器以维持PTO和电机106与驱动单元输出的连接或重新连接。以这种方式，例如，来自电机的动力分配可以匹配由车辆操作者设置的牵引力和PTO动力的优先级。

在图1、图2A-2B和图3-5提供了坐标系199以供参考。z轴可以是竖直轴线(例如，平行于重力轴)，x轴可以是横向轴线(例如，水平轴)，和/或y轴可以是纵向轴线。

电驱动单元104具有使其能够用作双速驱动单元的两个离合器。然而，在其他实施例中，附加离合器可以添加到电驱动单元，以使其能够以更多数量的可选挡位运行。因此，在其他实施例中，电驱动单元可以具有三个或更多的速度。

在图2A和图2B所示的第一挡位和第二挡位中，动力旁通过PTO128并从电机106流到齿轮124。为了实现PTO的旁路功能，可以调节齿轮和离合器组件130以将PTO与电机106的输出轴121断开。然而，在其他示例中，来自电机106的至少一部分动力可以借助于齿轮和离合器组件130引导到机械PTO128。

图2A和2B分别示出了在第一挡位构造和第二挡位构造(称为第一挡位模式和第二挡位模式)中的经过电动传动系统102中的电驱动单元104的动力路径。动力路径具体对应于系统中的驱动模式操作(例如，正向驱动模式操作)。可以理解，电驱动单元在第一挡位模式下的传动比高于在第二挡位模式下的传动比。因此，例如，第一挡位可在起步和随后加速期间使用，而第二挡位可用于巡航运行。

具体地转到图2A，当电驱动单元104在第一挡位模式下运行时，齿圈154通过摩擦式离合器162保持静止，并且离合器148脱开。第一挡位模式下的机械动力路径(经由箭头250表示)展开如下：机械动力分别从第一电机106和第二电机108移动到齿轮124和齿轮126，从齿轮124、126移动到齿轮134，从齿轮134移动到太阳齿轮142，从太阳齿轮移动到行星齿轮152，从行星齿轮移动到行星架179，从行星架移动到输出轴150，从输出轴移动到差速器171，以及从差速器移动到车桥轴173、174。动力路径从车桥轴173、174分别行进到车轮、制动器和轮毂组件176、177中的驱动轮。

当电驱动单元104在第二挡位模式下运行时，如图2B所示，离合器148接合以允许齿轮134与输出轴150之间的机械动力传递，并且离合器162脱开。第二挡位模式下的机械动力路径(经由箭头252表示)展开如下：机械动力分别从第一电机106和第二电机108移动到齿轮124和齿轮126，从齿轮124、126移动到齿轮134，从齿轮134移动到离合器148，从离合器148移动到输出轴150，从输出轴移动到差速器171，以及从差速器移动到车桥轴173、174。动力路径从车桥轴173、174分别行进到车轮、制动器和轮毂组件176、177中的驱动轮。

图2C示出了将摩擦式离合器148、162和同步器160的构造与第一和第二挡位模式关联起来的图表260。“X”表示离合器接合，而空白区域则相反地表示离合器脱开。具体地，在第一挡位模式中，将摩擦式离合器148脱开并且摩擦式离合器162以及同步器160接合。相反，在第二挡位模式中，将摩擦式离合器148接合并且将摩擦式离合器162以及同步器160脱开。为了在第一挡位和第二挡位之间动力换挡，离合器148可以在离合器162脱开时接合。在离合器16脱开之后，同步器160可以脱开。相反，为了从第二挡位切换回第一挡位，同步器160可首先接合，随后离合器162可以在离合器148脱开时接合。可以理解，在一些示例中，同步器可以从系统中省略。当在电驱动单元中实施动力换挡时，可以基本上避免换挡期间的动力中断，从而提高换挡性能。

图3-5示出了不同的电动传动系统实施例。与图1-2B所示的电动传动系统102相比，这些传动系统实施例具有某些不同之处，并且这些不同之处在本文中会更详细地描述。然而，这些电动传动系统实施例可以与图1-2B中所示的电动传动系统102共用一些共同部件。例如，图3-5中所示的传动系统每个都包括电机106、108、行星齿轮组136和车桥轴173、174。将类似的部件类似地编号，并且为了简洁省略了系统中其他重叠部件的冗余描述。

图3具体示出了具有电驱动单元302的电动传动系统300，其中包括在该电驱动单元中的电机106、108是同轴布置的。具体地，电机106、108的输出轴304、306同轴布置。如果需要的话，电机的同轴布置可以提高驱动单元的封装效率并降低制造成本。

图4示出了具有电驱动单元402的电动传动系统400。电机106、108再次同轴布置，这允许系统实现封装效率增益。图4中所示的电驱动单元402包括轴404，该轴可旋转地联接到行星架179并选择性地联接离合器148的鼓406。因此，离合器148设计成选择性地将轴140联接到轴404使得它们共同旋转。齿轮407固定地联接到轴404。齿轮408与齿轮407啮合并联接到差速器412的壳410。车桥轴414、416分别旋转地联接到差速器412和车轮、制动器以及轮毂组件176、177。在某些车辆平台中，使用由齿轮407和齿轮408形成的齿轮减速器使得驱动单元的减速能够增加，这从封装的角度来看可能是期望的。

图5示出了具有电驱动单元502的电动传动系统500。图5所示的电驱动单元502省略了差速器。相反，轴504、506具有双重用途功能。因此，轴504、506用作驱动单元的输出轴，以及用作分别将驱动单元连接到车轮、制动器和轮毂组件176、177的车桥轴。以这种方式，传动系统可以简化并且制造和修理成本可以降低，如果需要的话。

图6A-6C示出了具有电动传动系统的车辆600的另一个示例。电动传动系统的边界经由虚线602表示。然而，在其他示例中，该系统可以包括不同的部件的组。电动传动系统602包括电驱动单元604。具有图6A-6C所示的电驱动单元602的电动传动系统604可以与图1-2B所示的电动传动系统102和电驱动单元104共用共同特征。因此省略了冗余描述。图6A-6C分别具体地示出了电动传动系统602中的部件以及其他车辆部件之间的机械连接、冷却剂连接和电连接。尽管为了清楚起见在单独的图中示出了机械连接、冷却剂连接和电连接，但是应当理解，这些连接可以存在于电动传动系统中。

如图6A-6C所示，传动系统602包括第一电机606、第二电机608和第三电机610。电动传动系统602还包括分别与第一电机606、第二电机608和第三电机610相关联的第一逆变器612、第二逆变器614和第三逆变器616。车辆600还包括泵619，该泵设计成在电驱动单元604中循环润滑剂(例如，油)。联接到电驱动单元604的阀621可用于调节从泵619到电驱动单元604的润滑剂流。传动系统602还可包括第一轮毂组件670、第二轮毂组件672、驱动轮674、676和制动装置678、680。如前所述，制动装置可以是湿式制动器，尽管已经考虑了其他合适的制动器，比如干式盘式制动器和鼓式制动器。此外，第一轮毂组件670和第二轮毂组件672可以提供用于驱动轮674、676的接口，并且在某些情况下可以各自包括附加的齿轮减速器。阀621可以附加地设计成使油流到制动装置678、680。

车辆600还可以包括辅助装置624，比如转向泵、空气调节泵、用于工作功能的液压泵等。此外，车辆可包括冷却剂回路626、较低电压电源628(例如，电池、电容器及其组合等)和较高电压电源630(例如，电池、电容器及其组合等)。传动系统602可以包括DCU632，且车辆600可以包括VCU634。然而，已经考虑了其他控制单元布置，比如用于调节传动系统602和车辆600中部件的运行的共同控制单元。每个控制单元可以包括任何已知的数据存储介质(例如，随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、保持活动存储器及其组合等)和处理器(例如，微处理器单元)，该处理器设计成执行存储在数据存储介质中的指令。因此，DCU632和/或VCU634可以执行本文描述的控制方法、技术、方案等，比如图7所示的方法。此外，DCU可以设计成协配逆变器612、614和616的操作以增加系统的效率。此外，在系统中使用DCU632可以为客户(例如，原始设备制造商(OEM))降低集成复杂性，并允许采用更集成的控制方法。例如，DCU可以协配再生制动和行车制动器的使用。在另一个示例中，当检测到轻微的部件劣化诸如速度传感器劣化时，DCU可以实施跛行模式(limp home mode)。此外，在某些情况下，如果控制器局域网(CAN)劣化，DCU可能会关闭。

热交换器636可进一步联接到(例如，直接联接到或结合到)电驱动单元604。在其他示例中，热交换器636可以联接到车辆框架637。热交换器636可包括用于在冷却剂回路和油回路之间传递热能的部件，比如相邻的冷却剂和油通路、壳体等。以这种方式，热量可以有效地从电驱动单元的润滑回路移除。使用以这种方式结合到电驱动单元的热交换器，可以为客户减少冷却剂接口的数量。可以相应地提高客户满意度。

电动PTO638、640可以进一步包括在车辆600中。电动PTO638可以包括联接到辅助装置642(例如，转向泵、空气调节泵、用于工作功能的液压泵等)的较高电压马达和逆变器641。电动PTO640可包括联接到辅助装置644的较低电压马达和逆变器643。在车辆中设置电动PTO会扩展车辆的能力和适应性。因此，该传动系统可用于更广泛的车辆平台中。此外，通过使用以不同电压运行的电动PTO，如果需要的话，可以对PTO中的马达进行精细地调节，以满足它们所附接的特定辅助装置的要求。然而，在其他示例中，电动PTO可以使用类似的电压来操作。

机械取力器(PTO)647还可以联接到电驱动单元604和辅助装置624。在传动系统中提供机械PTO647可以扩展系统的适用性。

图6A示出了传动系统602以及车辆600中的部件之间的机械连接。这些机械连接经由线650表示。机械连接可以经由轴、接头、皮带、链条及其组合等形成。如图所示，第一电机606和第二电机608旋转地联接到电驱动单元604。提供机械联接到电驱动单元的两个电机可以允许传动系统效率的提高。此外，当传动系统中存在电机冗余时，减少了传动系统由于马达劣化而变得不可操作的可能性。

电驱动单元604也可以旋转地联接到差速器605。然而，在替代示例中，可以从驱动单元中省略差速器。差速器605旋转地联接到车桥轴，这些车桥轴延伸穿过轮毂组件670、672并且分别可旋转地联接到驱动轮674、676。制动装置678、680联接到轮毂组件670、672，并设计成减慢驱动轮674、676的速度。如前所述，制动器可以是湿式制动器，尽管可以替代地使用干式盘式制动器或鼓式制动器。

第三电机610可以旋转地联接到泵619，并且该泵可以经由阀621与电驱动单元604流体连通。第三电机610可以独立于第一电机606和第二电机608运行。详细地说，可以调节第三电机610以遵循于电驱动单元的润滑剂需求。以这种方式，如果需要的话，可以在不影响电驱动单元润滑操作的情况下提高系统效率。

机械PTO647机械地联接到辅助装置624。此外，电动PTO638、640分别机械地联接到辅助装置642、644。以这种方式，可以扩展系统的PTO能力，以跨越广泛的车辆平台来满足各种辅助装置的需求。因此增加了该系统对客户的吸引力。

图6B示出了在电动传动系统602的冷却组件652中的经由线654表示的冷却剂连接。冷却剂连接可以经由引导(例如，内部和/或外部地引导)通过各种系统部件的导管、管道等来建立。冷却剂可以包括水和/或乙二醇。冷却组件654可包括可具有冷却剂泵冷却剂回路626和热交换器。如图所示，可以将冷却剂引导到并联的热交换器636、第一电机606、第二电机608、第一逆变器612和第二电机608。附加地或替代地，可以将冷却剂引导到串联的以下部件中的一个或多个：热交换器636、第一电机606、第二电机608、第一逆变器612和第二电机608。以这种方式，可以有效地冷却电机、逆变器和电驱动单元润滑剂。热交换器636设计成将热量从引导经过电驱动单元的润滑剂(例如，油)传递到冷却组件654中的冷却剂。如果需要的话，为热交换器提供油至冷却剂热传递功能允许从系统中省略液至气热交换器，比如散热器。因此，系统的尺寸、复杂性和/或制造成本可能会降低。

替代地，第一电机606和/或第二电机608以及第一逆变器612和/或第二逆变器614可以是油冷的。在这样的示例中，可以从系统中省略热交换器636。然而，在另一个示例中，逆变器可以是水冷的，并且电机可以是油冷的。在这样的示例中，可以在系统中利用热交换器636。

图6B附加地描绘了电动传动系统602中的油流动，其经由线677表示。具体地，油可以在阀621与制动装置678、680之间流动，如前所述。

图6C示出了车辆600和电动传动系统602中的电气连接和数据连接。电气连接具体分为较高电压连接(由较粗线656表示)和较低电压连接(由较细线658表示)。数据连接经由虚线660表示。较高电压连接从较高电压能量源630发出，而较低电压连接从较低电压能量源628发出。在一个用例示例中，较低电压可以在以下范围内：12V-144V，较高电压可以在以下范围内：350V-800V。然而，在其他实施例中，可以使用其他合适的较高和较低电压值。

较高电压电源630可以电气联接到第一逆变器612和第二逆变器614。同样，可以在第一电机606和第二电机608与第一逆变器612和第二逆变器614之间建立较高电压电气连接。可以在电动PTO638与传动系统602之间附加地建立较高电压连接。

较低电压电源628可以电气联接到第一逆变器612、第二逆变器614、第三逆变器616和/或DCU632。可以在第三逆变器616与第三电机610之间以及电动PTO640与传动系统602之间附加地建立较低电压连接。此外，可以在DCU632和阀621之间建立较低电压连接。

可以在VCU634与DCU632之间建立数据连接。例如，诸如车辆速度、踏板位置(例如，制动器踏板位置和/或加速器踏板位置)、驱动模式选择器位置等的运行状况数据可以从VCU传递到DCU。相反，诸如电机速度、电机温度、电源SOC、离合器位置、电驱动单元温度等的运行状况数据可以从DCU传递到VCU。以这种方式，数据可以在DCU与VCU之间共用，以增强每个控制单元的控制例程。DCU632与第一逆变器612、第二逆变器614和/或第三逆变器616之间也可以建立数据连接。此外，数据可以从电动PTO638和640传递到传动系统602。

图7示出了用于操作电动传动系统的方法700。在一个示例中，方法700可以由任何电动传动系统102、300、400、500和602或以上关于图1-6C讨论的系统的组合来执行。然而，在其它示例中，方法700可以由其他合适的电动传动系统来实施。用于执行方法700的指令可以由诸如图1中的控制器193或图6A-6C中的DCU632和/或VCU634通过执行存储在控制器的存储器上的指令并且结合从控制器处的传感器接收的信号来实施。控制器可以在不同的系统部件中采用致动器来实施下述方法步骤。

在702处，该方法包括确定运行状况。运行状况可以包括电机的速度、电驱动单元输出轴速度、车辆速度、离合器位置、踏板位置、电驱动单元负载等。

在704处，该方法判断电驱动单元是否应该在两个操作传动比之间进行动力换挡。该动力换挡判断可以基于可能触发电驱动单元中的换挡事件的电驱动单元速度和/或负载阈值来执行。

如果判断电驱动单元不应该在挡位之间进行动力换挡(在704处为“否”)，则该方法移动到706处。例如，车辆速度可以保持在高于或低于触发换挡事件的阈值的范围内。在706处，该方法包括维持当前电驱动单元运行策略。例如，可以通过维持摩擦式离合器中的一个的接合和另一个摩擦式离合器的脱开来将电驱动单元保持在其当前运行挡位。

相反，如果判断电驱动单元应该在电驱动单元的两个操作挡位之间进行动力换挡(在704处为“是”)，则方法移动到708处。例如，车辆速度可超过或下降低于触发电驱动单元换挡事件的阈值速度。在708处，该方法包括操作第一摩擦式离合器和第二摩擦式离合器以从一个传动比转换到另一个传动比。例如，当从第一挡位切换到第二挡位时，第一离合器(例如，图1中所示的离合器162)可以脱开，而第二离合器(例如，图1中所示的离合器148)接合。通过以这种方式协配(例如，同步)离合器的接合和脱开，可以减少换挡瞬变期间的动力中断，从而提高电驱动单元效率。

本文所述的电动传动系统操作方法的技术效果是在驱动单元的两个操作挡位之间有效换挡，同时减少动力中断量。因此可以提高电驱动单元效率，并且可以降低换挡瞬变期间的噪声、振动和不平顺性(NVH)，从而提高客户满意度。

图1-2B和图3-6C示出了具有各种部件的相对定位的示例构造。如果示出为彼此直接接触或直接联接，则至少在一个示例中这样的元件可以分别称为直接接触或直接联接。类似地，至少在一个示例中，示出为彼此连续或相邻的元件可以分别是彼此连续或彼此相邻的。作为示例，放置为彼此面共用接触的部件可以称为面共用接触。作为另一示例，在至少一个示例中，定位成彼此间隔开、其间仅具有间隔空间而没有其它部件的元件可以如此称呼。作为又一示例，元件示出为在彼此上方/下方、彼此相对侧或彼此左/右可以相对于彼此如此称呼。此外，如附图中所示，在至少一个示例中，最顶部元件或元件的点位可以称为部件的“顶部”，而最底部元件或元件的点位可以称为部件的“底部”。如本文所使用的，顶部/底部、上部/下部、上方/下方可以是相对于附图的竖直轴线并且用于描述附图的元件相对于彼此的定位。因此，在一个示例中，示出为在其它元件上方的元件竖直地定位在该其它元件上方。作为又一示例，在附图中描绘的元件的形状可称为具有如此形状(例如，诸如圆形的、直线的、平面的、弯曲的、圆钝的、倒角的、成角度的等等)。此外，在一个示例中，彼此同轴的元件可以被如此称呼。此外，在至少一个示例中，示出为彼此相交的元件可以称为相交元件或彼此相交。更进一步地，在一个示例中，示出为在另一个元件内或在另一个元件外的元件可以如此称呼。在其它示例中，彼此偏离的元件可以如此称呼。

在以下段落中将进一步描述本发明。在一个方面，提供了一种包括电驱动单元的电动传动系统，该电驱动单元包括：行星齿轮组，其包括旋转地联接到第一电机和第二电机的第一齿轮组部件；第一摩擦式离合器，其构造成选择性地制动该行星齿轮组中的第二齿轮组部件；以及第二摩擦式离合器，其构造成将该第一齿轮组部件选择性地联接到输出轴，其中该输出轴联接到差速器或车桥轴；其中第一摩擦式离合器和第二摩擦式离合器构造成在第一挡位构造与第二挡位构造之间切换行星齿轮组；并且其中该行星齿轮组包括旋转地联接到至少一对驱动轮的第三齿轮组部件。

在另一方面，提供了一种用于操作电动传动系统的方法，该方法包括将旋转能量从第一电机和第二电机传递到行星齿轮组的太阳齿轮；以及经由以下步骤在第一挡位构造与第二挡位构造之间切换：接合联接到该行星齿轮组的齿圈的第一摩擦式离合器；并且脱开联接到该行星齿轮组的太阳齿轮的第二摩擦式离合器；并且将旋转能量从该行星齿轮组中的行星架传递到差速器或车桥轴。在一个示例中，该方法还可以包括通过取力器(PTO)离合器的运行将旋转能量从第一电机传递到机械取力器(PTO)，该PTO离合器联接到第一电机的输出轴和PTO。在又一示例中，该方法还可以包括将电能从较低或较高电压逆变器传递到第三电机；并且将电能从较低或较高电压逆变器传递到第一电机和第二电机。

在又一个方面，提供了一种包括电驱动单元的电动传动系统，该电驱动单元包括：行星齿轮组，其具有旋转地联接到第一电机和第二电机的太阳齿轮；差速器，其旋转地联接到该行星齿轮组中的行星架；第一摩擦式离合器和同步器，其联接到该行星齿轮组中的齿圈；以及第二摩擦式离合器，其联接到太阳齿轮；以及传动系控制单元(DCU)，其包括指令，当执行该指令时，会使DCU：操作第一摩擦式离合器和第二摩擦式离合器，以在第一挡位构造与第二挡位构造之间同步换挡。

在任意方面或这些方面的组合中，电动传动系统还可包括同步器，该同步器构造成将第一摩擦式离合器从齿圈脱离。

在任意方面或这些方面的组合中，输出轴可以包括中心开口，该中心开口具有延伸穿过其中的车桥轴。

在任意方面或这些方面的组合中，电动传动系统还可以包括机械地驱动润滑剂泵的第三电机。

在任意方面或这些方面的组合中，第三电机可以从较低电压逆变器接收电力，第一电机和第二电机可以从较高电压逆变器接收电力；或者第一电机、第二电机和第三电机可以接收以类似电压运行的逆变器的电力。

在任意方面或这些方面的组合中，润滑剂泵可以与电驱动单元中的一个或多个润滑剂致动部件和润滑部件和/或联接到一对驱动轮的一对制动装置流体连通。

在任意方面或这些方面的组合中，第一电机和第二电机可以同轴布置。

在任意方面或这些方面的组合中，电动传动系统还可以包括定位在差速器与行星架之间的最终齿轮减速器。

在任意方面或这些方面的组合中，车桥轴可以联接到差速器并延伸穿过太阳齿轮中的开口。

在任意方面或这些方面的组合中，电动传动系统还可以包括热交换器，该热交换器联接到电驱动单元的壳体或车辆框架，并构造成使水基冷却剂循环通过其中。

在任意方面或这些方面的组合中，电动传动系统还可以包括联接到第一电机或第二电机的输出轴的机械取力器(PTO)。

在任意方面或这些方面的组合中，第一摩擦式离合器的接合和第二摩擦式离合器的脱开可以同步地实施。

在任意方面或这些方面的组合中，差速器和行星齿轮组可以同轴布置，并且其中该差速器可以是开式差速器、限滑差速器或转矩矢量差速器。

在另一个表示中，提供了一种电驱动桥，其包括简单的行星齿轮组，该行星齿轮组具有第一摩擦式离合器和第二摩擦式离合器，第一摩擦式离合器设计成制动该行星齿轮组中的齿圈，第二摩擦式离合器设计成将该行星齿轮组中的太阳齿轮直接旋转地联接到对差速器提供机械动力的输出轴，或直接旋转地联接到车桥轴。

要注意的是，本文包括的示例控制和估计例程可以与各种动力系、电驱动单元和/或车辆系统构造一起使用。本文公开的控制方法和例程可以作为可执行指令存储在非暂态存储器中，并且可以由控制系统执行，该控制系统包括与各种传感器、致动器结合的控制器，以及与电子控制器结合的其他传动系统和/或车辆硬件。因此，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示将被编程到车辆和/或传动系控制系统中的计算机可读存储介质的非暂态存储器中的代码。所示出的各种动作、操作和/或功能可以以所示出的顺序、并行地来执行，或者在某些情况下被省去。同样，实现本文描述的示例性示例的特征和优点的处理顺序不是必要的，而是为了便于说明和描述而提供。取决于使用的特定策略，可以重复地执行所示的动作、操作和/或功能中的一个或多个。如果需要，可以省略本文所述的一个或多个方法步骤。

尽管以上已经描述了各种实施例，但应当理解，它们是通过示例而不是限制的方式呈现的。对相关领域的技术人员来说显然的是，所公开的主题可以以其它特定的形式实施而不脱离本主题的精神。因此，上述实施例在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的。因此，本文公开的构造和例程本质上是示例性的，并且这些具体示例不应被认为是限制性的，因为许多变型是可能的。例如，以上技术可以应用于包括不同类型的推进源的动力系，该推进源包括不同类型的电机、内燃机和/或驱动单元。本公开的主题包括本文公开的各种系统和构造以及其它特征、功能和/或特性的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。

所附权利要求书特别指出了被认为是新颖且非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求书可能涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。应当将这样的权利要求书理解为包括一个或多个这样的元件的结合，既不需要也不排除两个或多个这样的元件。在本申请或相关申请中，可以通过修改本权利要求书或通过提出新权利要求书来主张所公开的特征、功能、元件和/或特性的其它组合和子组合。这类权利要求书，无论在范围上与原始权利要求书相比更宽、更窄、相等或不同，都被视为包括在本公开的主题内。

Claims (15)

1.一种电动传动系统，其包括：

电驱动单元，所述电驱动单元包括：

行星齿轮组，所述行星齿轮组包括旋转地联接到第一电机和第二电机的第一齿轮组部件；

第一摩擦式离合器，其构造成选择性地制动所述行星齿轮组中的第二齿轮组部件；以及

第二摩擦式离合器，其构造成将所述第一齿轮组部件选择性地联接到输出轴，其中所述输出轴联接到差速器或车桥轴；

其中，所述第一摩擦式离合器和所述第二摩擦式离合器构造成在第一挡位构造与第二挡位构造之间切换所述行星齿轮组；并且

其中所述行星齿轮组包括第三齿轮组部件，所述第三齿轮组部件旋转地联接到至少一对驱动轮。

2.根据权利要求1所述的电动传动系统，其特征在于，还包括同步器，所述同步器构造成将所述第一摩擦式离合器从所述第二齿轮组部件脱开。

3.根据权利要求1所述的电动传动系统，其特征在于，所述输出轴包括中心开口，所述中心开口具有延伸穿过其中的车桥轴。

4.根据权利要求1所述的电动传动系统，其特征在于，还包括机械地驱动润滑剂泵的第三电机。

5.根据权利要求4所述的电动传动系统，其特征在于：

所述第三电机接收来自较低电压逆变器的电力，而所述第一电机和所述第二电机接收来自较高电压逆变器的电力；或者

所述第一电机、所述第二电机和所述第三电机接收以类似电压运行的逆变器的电力。

6.根据权利要求4所述的电动传动系统，其特征在于，所述润滑剂泵与所述电驱动单元中的一个或多个润滑剂致动部件和润滑部件和/或联接到所述一对驱动轮的一对制动装置流体连通。

7.根据权利要求1所述的电动传动系统，其特征在于，所述第一电机和所述第二电机同轴布置。

8.根据权利要求7所述的电动传动系统，其特征在于，还包括定位在所述行星齿轮组的差速器与行星架之间的最终齿轮减速器。

9.根据权利要求1所述的电动传动系统，其特征在于，车桥轴联接到差速器并延伸穿过所述行星齿轮组的太阳齿轮中的开口。

10.根据权利要求1所述的电动传动系统，其特征在于，还包括热交换器，所述热交换器联接到所述电驱动单元的壳体或车辆框架，并构造成使水基冷却剂循环通过其中。

11.根据权利要求1所述的电动传动系统，其特征在于，还包括机械取力器(PTO)，所述机械取力器联接到所述第一电机或所述第二电机的输出轴。

12.一种用于操作电动传动系统的方法，其包括：

将旋转能量从第一电机和第二电机传递到行星齿轮组的太阳齿轮；并且

经由以下步骤在第一齿轮构造和第二齿轮构造之间切换：

将联接到所述行星齿轮组的齿圈的第一摩擦式离合器接合；并且

将联接到所述行星齿轮组的所述太阳齿轮的第二摩擦式离合器脱开；并且

将旋转能量从所述行星齿轮组中的行星架传递到差速器或车桥轴。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一摩擦式离合器的接合和所述第二摩擦式离合器的脱开是同步实施的。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括通过取力器离合器的操作将旋转能量从所述第一电机传递到机械取力器，所述取力器离合器联接到所述第一电机的输出轴和所述机械取力器。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述电动传动系统还包括机械驱动润滑剂泵的第三电机，并且所述方法还包括：

将电能从较低电压的逆变器或较高电压的逆变器传递到所述第三电机；并且

将电能从所述较低电压的逆变器或所述较高电压的逆变器传递到所述第一电机和所述第二电机。

Images