專利名稱:可變比例功率分流混合動力變速器的制作方法
技術(shù)領域:
本發(fā)明涉及混合動力機電變速器。
背景技術(shù):
用于車輛的混合動力傳動系在不同的車輛運行條件下使用不同的動力源。機電混合動力傳動系通常使用內(nèi)燃機,諸如柴油或汽油發(fā)動機,以及使用一個或多個電動機/發(fā)電機。不同的運行模式,諸如,僅發(fā)動機運行模式、僅電運行模式、和電可變(electrically-variable)運行模式,通過控制發(fā)動機和電動機/發(fā)電機以及以不同組合接合制動器和/或離合器而建立。由于各種運行模式可以用于改進燃料經(jīng)濟性,因此它們是有利的。
發(fā)明內(nèi)容
提供了一種變速器,其具有兩種不同的比例,功率以所述比例在電可變運行模式中被分流。變速器包括輸入構(gòu)件、輸出構(gòu)件、和靜止構(gòu)件。另外,變速器具有第一和第二行星齒輪組,它們每一個具有第一構(gòu)件、第二構(gòu)件和第三構(gòu)件。變速器的功率分流單元包括第一行星齒輪組以及第一電電動機/發(fā)電機和第二電動機/發(fā)電機。第一電動機/發(fā)電機具有第一轉(zhuǎn)子和第一定子,該第一轉(zhuǎn)子被連接為與第一行星齒輪組的第一構(gòu)件一起旋轉(zhuǎn),該第一定子接地連接所述靜止構(gòu)件。第二電動機/發(fā)電機具有第二轉(zhuǎn)子和第二定子,該第二轉(zhuǎn)子被連接為與第一行星齒輪組的第二構(gòu)件一起旋轉(zhuǎn),該第二定子接地連接所述靜止構(gòu)件。第一行星齒輪組的第二構(gòu)件被連接為與輸出構(gòu)件共同旋轉(zhuǎn)。變速器的比例改變單元包括第二行星齒輪組以及第一和第二扭矩傳遞機構(gòu)。第二行星齒輪組的第一構(gòu)件被連接為與輸入構(gòu)件的共同旋轉(zhuǎn),第二行星齒輪組的第三構(gòu)件接地連接靜止構(gòu)件。第一扭矩傳遞機構(gòu)可選擇性地接合,以在第二行星齒輪組的第一構(gòu)件和第一行星齒輪組的第三構(gòu)件之間建立扭矩流。第二扭矩傳遞機構(gòu)可選擇性地接合,以在第二行星齒輪組的第二構(gòu)件和第一行星齒輪組的第三構(gòu)件之間建立扭矩流。第一和第二扭矩傳遞機構(gòu)連同第二行星齒輪組由此提供輸入構(gòu)件和第二行星齒輪組的第三構(gòu)件之間的兩種不同速度比。扭矩傳遞機構(gòu)被接合,以便建立進入變速器的功率分流單元的不同速度比,由此允許電動機/發(fā)電機的轉(zhuǎn)子的速度保持在預定速度范圍內(nèi),在所述預定范圍,電動機/發(fā)電機足夠高效。本發(fā)明的上述特征和優(yōu)勢及其他特征和優(yōu)勢將從用于實施本發(fā)明的最佳模式的以下詳細描述連同附圖時顯而易見。
圖I是具有輸入分流式混合動力變速器的第一實施例的動力傳動系的示意圖;圖2是當?shù)谝慌ぞ貍鬏敊C構(gòu)被接合以建立第一功率分流運行模式時,圖I的動力傳動系的各部件的速度(以每分鐘轉(zhuǎn)速計)對車輛的速度(以每小時英里數(shù)計)的情況的不圖;和
圖3是當?shù)诙ぞ貍鬏敊C構(gòu)被接合以建立第二功率分配運行模式時,圖I的動力傳動系的各部件的速度(以每分鐘轉(zhuǎn)速計)對車輛的速度(以每小時英里數(shù)計)的情況的示圖。
具體實施例方式參考附圖,相同的附圖標記在若干幅視圖中表示相同或相似的部件。圖I示出包括發(fā)動機12和混合動力變速器14的車輛的動力傳動系10。變速器14具有輸入構(gòu)件15,發(fā)動機輸出構(gòu)件6通過阻尼機構(gòu)20連接至該輸入構(gòu)件15。如此處使用的,“發(fā)動機”包括被連接用于在輸入構(gòu)件15處提供扭矩的任何動力源,所述輸入構(gòu)件15不被電源提供動力。例如,發(fā)動機12可以是內(nèi)燃發(fā)動機,諸如汽油或柴油發(fā)動機。變速器14包括行星齒輪組30,其具有恒星齒輪構(gòu)件32、環(huán)形齒輪構(gòu)件34和承載構(gòu)件36,所述承載構(gòu)件36支撐小齒輪37,所述小齒輪37與恒星齒輪構(gòu)件32和環(huán)形齒輪構(gòu)件34嚙合。承載構(gòu)件36被連接用于與輸入構(gòu)件15共同旋轉(zhuǎn)。如此處使用的,行星齒輪組 30被稱為第二行星齒輪組。在行星齒輪組30中,承載構(gòu)件36是第一構(gòu)件,恒星齒輪構(gòu)件32是第二構(gòu)件,環(huán)形齒輪構(gòu)件34是第三構(gòu)件。變速器14具有行星齒輪組40,其具有恒星齒輪構(gòu)件42、環(huán)形齒輪構(gòu)件44和承載構(gòu)件46,所述承載構(gòu)件36支撐小齒輪47,所述小齒輪37與恒星齒輪構(gòu)件42和環(huán)形齒輪構(gòu)件44嚙合。如此處使用的,行星齒輪組40被稱為第一行星齒輪組。在行星齒輪組40中,恒星齒輪構(gòu)件42是第一構(gòu)件,環(huán)形齒輪構(gòu)件44是第二構(gòu)件,承載構(gòu)件46是第三構(gòu)件。 第一扭矩傳遞機構(gòu)50可選擇性地接合,以將來自輸入構(gòu)件15和承載構(gòu)件36的扭矩以I : I的比傳輸至承載構(gòu)件46。第二扭矩傳遞機構(gòu)52可選擇性地接合,以將來自恒星齒輪構(gòu)件32的扭矩傳輸至承載構(gòu)件46。承載構(gòu)件46的旋轉(zhuǎn)速度與輸入構(gòu)件15和承載構(gòu)件36的旋轉(zhuǎn)速度之間的比取決于行星齒輪組30的齒輪齒數(shù)。變速器14具有第一電動機/發(fā)電機60,其具有第一轉(zhuǎn)子62,所述轉(zhuǎn)子62具有轉(zhuǎn)子轂74,該轉(zhuǎn)子轂74被連接用于與恒星齒輪構(gòu)件42 —起旋轉(zhuǎn)。定子64連接至靜止構(gòu)件70,該靜止構(gòu)件70是不旋轉(zhuǎn)構(gòu)件,諸如變速器14的殼體。變速器14還具有第二電動機/發(fā)電機66,其具有第二轉(zhuǎn)子67,所述第二轉(zhuǎn)子67被連接用于與輸出構(gòu)件72和環(huán)形齒輪構(gòu)件44一起旋轉(zhuǎn)。定子68被接地連接(grounded)靜止構(gòu)件70。輸出構(gòu)件72被連接用于與最終驅(qū)動傳動裝置的齒輪構(gòu)件76共同旋轉(zhuǎn)。最終驅(qū)動傳動裝置還包括齒輪78,所述齒輪78與齒輪76嚙合并被連接用于與對車輪(未示出)進行驅(qū)動的軸17 —起旋轉(zhuǎn)。能量存儲裝置(諸如電池80)通過傳遞導體操作地連接到定子64、68??刂破?2通過功率逆變器84來控制電池80和定子64、68之間的電傳輸,所述功率逆變器將電池80提供的直流電轉(zhuǎn)變成電動機/發(fā)電機60、66的運行所需的交流電(以及當電動機/發(fā)電機60,66操作為發(fā)電機時進行反向轉(zhuǎn)變)??刂破?2可以還控制扭矩傳遞機構(gòu)50、52的接合和脫離,或分立的控制器可以用于該目的。行星齒輪組40與電動機/發(fā)電機60、66 —起稱為輸入分流(input-split)功率單元,或功率分流(power-split)單元,這是因為來自發(fā)動機12的提供在承載構(gòu)件46處的功率在行星齒輪組40處被分開,還有通過電動機/發(fā)電機60、66提供到輸出構(gòu)件72或從電動機/發(fā)電機60、66接收的功率。
行星齒輪組30與扭矩傳遞機構(gòu)50、52—起被稱為比率改變單元,這是因為通過改變扭矩傳遞機構(gòu)50或52中哪一個被接合而改變輸入構(gòu)件15對承載構(gòu)件46 (還稱為輸入構(gòu)件對輸入分流功率單元)的速度比。動力傳動系10可在多種不同運行模式中運行,取決于扭矩傳遞機構(gòu)50、52的接合狀況、發(fā)動機12的狀態(tài)(S卩,開動或關閉)、和電動機/發(fā)電機60、66的狀態(tài)(S卩,是否開動、關閉,和是否每一個都操作為電動機或發(fā)電機)。例如,如果兩個扭矩傳遞機構(gòu)50、52均脫離,貝1J控制器82可以控制兩個電動機/發(fā)電機60、66在第一僅電運行模式中用作電動機。來自電動機/發(fā)電機60的扭矩通過行星齒輪組40被加到來自電動機/發(fā)電機66的扭矩上,以在輸出構(gòu)件72處提供扭矩以及通過最終驅(qū)動傳動裝置、齒輪76、78將扭矩提供到軸17。如果扭矩傳遞機構(gòu)50、52兩者均被接合,則動力傳動系10還可在第二僅電運行模式中運行,以及控制器82控制兩個電動機/發(fā)電機50、52用作電動機。在兩個扭矩傳遞機構(gòu)50、52被接合的情況下,發(fā)動機12和行星齒輪組30被鎖止,使得它們被保持為固定并為 電動機/發(fā)電機60、66提供反作用扭矩。電動機/發(fā)電機60、66在輸出構(gòu)件72處提供扭矩,并通過最終驅(qū)動傳動裝置、齒輪76、78將扭矩提供到軸17。動力傳動系10還可在兩個不同到電可變運行模式中運行。第一電可變運行模式在發(fā)動機12運行時建立,扭矩傳遞機構(gòu)50被接合,電動機/發(fā)電機60、66運行為電動機或
發(fā)電機-這取決于在輸出構(gòu)件72和軸17處的扭矩和速度需求。在第一電可變運行模式
中,來自發(fā)動機12的扭矩提供到承載構(gòu)件46處,而沒有通過行星齒輪組30做出的倍增或減少;即,輸入構(gòu)件15以與承載構(gòu)件46相同的速度旋轉(zhuǎn)。當扭矩在恒星齒輪構(gòu)件42處被提供到第一電動機/發(fā)電機60或從其提供而來、以及在環(huán)形齒輪構(gòu)件44處被提供到第二電動機/發(fā)電機66或從其提供而來時,功率通過行星齒輪組40分流。第一電可變運行模式因此是輸入分流運行模式。第二電可變運行模式在發(fā)動機12開動時建立,扭矩傳遞機構(gòu)52被接合,電動機/
發(fā)電機60、66運行為電動機或發(fā)電機-這取決于在輸出構(gòu)件72和軸17處的扭矩和速度
需求。在第二電可變運行模式中,來自發(fā)動機12的扭矩以通過行星齒輪組30建立的傳動比而被提供在承載構(gòu)件46處。當扭矩在恒星齒輪構(gòu)件42處被提供到第一電動機/發(fā)電機60或從其提供而來、以及在環(huán)形齒輪構(gòu)件44處被提供到第二電動機/發(fā)電機66或從其提供而來時,功率通過行星齒輪組40分流。第二電可變運行模式因此是輸入分流運行模式。當傳感器表明任一轉(zhuǎn)子62、67的旋轉(zhuǎn)速度接近預定最大旋轉(zhuǎn)速度(超過該速度時,電動機/發(fā)電機60、66的效率由于增加的電力需求而降低)時,從第一電可變運行模式到第二電可變運行模式的切換可以通過從控制器82(或另外的控制器)到扭矩傳遞機構(gòu)50、52的信號來實現(xiàn)。在該實施例中,行星齒輪組30的傳動比是超速傳動比(overdriveratio),使得當扭矩傳遞機構(gòu)52接合且扭矩傳遞機構(gòu)50不接合時,承載構(gòu)件46比輸入構(gòu)件15旋轉(zhuǎn)得快(即,速度通過行星齒輪組30倍增)。因此,變速器14可以稱為可變比輸入分流混合動力變速器。相對于第一電可變運行模式,在第二電可變運行模式中扭矩被提供至承載構(gòu)件時所處的傳動比46增加了承載構(gòu)件46的旋轉(zhuǎn)速度。這允許在輸出構(gòu)件72的旋轉(zhuǎn)速度增加時,電動機/發(fā)電機60、66以比它們在第一電可變運行模式中時更低的速度運行。圖2和3示出當動力傳動系10安裝在通常車輛上時,發(fā)動機12、轉(zhuǎn)子62、67和承載構(gòu)件46的理論速度(以轉(zhuǎn)數(shù)每分鐘(rpm)計)對車輛速度(以英里每小時(mph)計)的情況。例如,參考圖2,當?shù)谝慌ぞ貍鬟f機構(gòu)50接合時,發(fā)動機12的速度在線100處示出,且在所示的車輛速度范圍上恒定為發(fā)動機12的最優(yōu)運行速度(約llOOrpm)。當車輛速度為約16mph時,第一轉(zhuǎn)子62的速度示出為線104,并從約5500rpm下降,隨后在扭矩反向(torque reversal)之后增加。第二轉(zhuǎn)子67的速度示出為線106,并從Orpm增加至約80mph下的7000rpm。承載構(gòu)件46的速度表示為線102,恒定在約llOOrpm,與發(fā)動機12的速度相同。轉(zhuǎn)子速度的大小在約18mph之后隨著車輛速度而增加。為了減少在更高車輛速度下的必需的轉(zhuǎn)子速度,當車輛速度在約30英里每小時至60英里每小時之間且可能是在40英里每小時至50英里每小時之間時(取決于行星齒輪組30、40的齒輪齒數(shù)選擇),第二扭矩傳遞裝置52接合。如能夠在 圖3中看到的,轉(zhuǎn)子62和67的速度,分別由線204和206表示,在較高車輛速度下,在扭矩傳遞機構(gòu)52接合時比在扭矩傳遞機構(gòu)50結(jié)合時更低(圖2中所示速度)。發(fā)動機12能夠保持以它的最優(yōu)運行速度運行,如由線200表示的。承載構(gòu)件46的速度,由線202表示,在第二扭矩傳遞機構(gòu)52接合時比在第一扭矩傳遞機構(gòu)50接合時(如圖2中線102所示的承載構(gòu)件46的速度)更大。輸入分流運行模式對高速行駛期間到高效運行是有益的,移位其允許減少電動機速度和降低流過通過電功率路徑的功率。即,所有機械功率不像串序運行模式的情況下那樣通過電動機/發(fā)電機60、66轉(zhuǎn)化為電功率,隨后被再次轉(zhuǎn)化為機械功率。動力傳動系10還可以被控制為使得電動機/發(fā)電機60能夠運行為電動機,以在僅電運行期間通過接合扭矩傳遞機構(gòu)50或扭矩傳遞機構(gòu)52來起動發(fā)動機12??商鎿Q地,分立的電池(未示出),諸如12伏電池,可以用于在扭矩傳遞機構(gòu)50、52兩者均脫離的情況下使發(fā)動機12啟動以及使分離的12伏啟動器電動機(未示出)啟動。當?shù)谝慌ぞ貍鬟f機構(gòu)50接合、第二扭矩傳遞機構(gòu)未接合、發(fā)動機12開動以及電動機/發(fā)電機60、66兩者均關閉時(慣性滑行),建立從輸入構(gòu)件15至輸出構(gòu)件72的第一固定比。第一固定比是直接驅(qū)動比,因為兩個行星齒輪組30、40均不活動。第一固定比對于車輛發(fā)動或低車輛速度(即,在輸出構(gòu)件72下的速度)是有利的。當?shù)诙ぞ貍鬟f機構(gòu)52接合、第一扭矩傳遞機構(gòu)50未接合、發(fā)動機12開動以及電動機/發(fā)電機60、66兩者均關閉時(慣性滑行),建立從輸入構(gòu)件15至輸出構(gòu)件72的第二固定比。在該實施例中,第二固定比率是超速傳動比,這是由于行星齒輪組30的齒數(shù)被選擇為使得承載構(gòu)件46的速度大于承載構(gòu)件36和輸入構(gòu)件15的速度。第二固定比對于至高車輛速度(即輸出構(gòu)件72處的速度)的緩和是有利的。行星齒輪組30因此提供類似于雙速傳遞情況的優(yōu)勢。盡管已經(jīng)對執(zhí)行本發(fā)明的較佳模式進行了詳盡的描述,但是本領域技術(shù)人員可得知在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)的用來實施本發(fā)明的許多替換設計和實施例。
權(quán)利要求
1.一種車輛,包括 輸入構(gòu)件; 輸出構(gòu)件; 靜止構(gòu)件; 第一和第二行星齒輪組,每一組具有第一構(gòu)件、第二構(gòu)件和第三構(gòu)件; 功率分流單元,包括第一行星齒輪組并具有 第一電動機/發(fā)電機,具有第一轉(zhuǎn)子和第一定子,該第一轉(zhuǎn)子被連接為與第一行星齒輪組的第一構(gòu)件一起旋轉(zhuǎn),該第一定子接地連接至所述靜止構(gòu)件; 第二電動機/發(fā)電機,具有第二轉(zhuǎn)子和第二定子,該第二轉(zhuǎn)子被連接為與第一行星齒輪組的第二構(gòu)件一起旋轉(zhuǎn),該第二定子接地連接所述靜止構(gòu)件;其中,第一行星齒輪組的第二構(gòu)件被連接為與輸出構(gòu)件共同旋轉(zhuǎn); 比例改變單元,包括第二行星齒輪組并具有 第一扭矩傳遞機構(gòu),可選擇性地接合,以在第二行星齒輪組的第一構(gòu)件和第一行星齒輪組的第三構(gòu)件之間建立扭矩流; 第二扭矩傳遞機構(gòu),可選擇性地接合,以在第二行星齒輪組的第二構(gòu)件和第一行星齒輪組的第三構(gòu)件之間建立扭矩流;第一和第二扭矩傳遞機構(gòu)由此提供輸入構(gòu)件和第一行星齒輪組的第三構(gòu)件之間的兩種不同速度比;其中,第二行星齒輪組的第一構(gòu)件被連接為與輸入構(gòu)件共同旋轉(zhuǎn);且其中,第二行星齒輪組的第三構(gòu)件接地連接靜止構(gòu)件。
2.如權(quán)利要求I所述的變速器,其中,當?shù)谝慌ぞ貍鬟f機構(gòu)接合時,變速器能在第一輸入分流運行模式中運行;且其中,當?shù)诙ぞ貍鬟f機構(gòu)接合時,變速器能在第二功率分流運行模式中運行。
3.如權(quán)利要求2所述的變速器,其中,當?shù)诙妱訖C/發(fā)電機運行為電動機以及扭矩傳遞機構(gòu)均沒有接合時,變速器能在第一僅電運行模式中運行;且其中,當?shù)谝缓偷诙妱訖C/發(fā)電機運行為電動機以及兩個扭矩傳遞機構(gòu)均接合時,變速器能在第二僅電運行模式中運行。
4.如權(quán)利要求I所述的變速器,其中,第一行星齒輪組的第一構(gòu)件是恒星齒輪構(gòu)件,第一行星齒輪組的第二構(gòu)件是環(huán)形齒輪構(gòu)件,第一行星齒輪組的第三構(gòu)件是承載構(gòu)件,所述承載構(gòu)件支撐小齒輪,所述小齒輪與恒星齒輪構(gòu)件和環(huán)形齒輪構(gòu)件嚙合。
5.如權(quán)利要求I所述的變速器,其中,第二行星齒輪組的第一構(gòu)件是承載構(gòu)件,第二行星齒輪組的第二構(gòu)件是恒星齒輪構(gòu)件,第二行星齒輪組的第三構(gòu)件是環(huán)形齒輪構(gòu)件;其中,所述承載構(gòu)件支撐小齒輪,所述小齒輪與恒星齒輪構(gòu)件和環(huán)形齒輪構(gòu)件嚙合。
6.如權(quán)利要求I所述的變速器,其中,第一行星齒輪組的第一構(gòu)件是恒星齒輪構(gòu)件,第一行星齒輪組的第二構(gòu)件是環(huán)形齒輪構(gòu)件,第一行星齒輪組的第三構(gòu)件是承載構(gòu)件,所述承載構(gòu)件支撐小齒輪,所述小齒輪與恒星齒輪構(gòu)件和環(huán)形齒輪構(gòu)件嚙合;且 其中,第二行星齒輪組的第一構(gòu)件是承載構(gòu)件,第二行星齒輪組的第二構(gòu)件是恒星齒輪構(gòu)件,第二行星齒輪組的第三構(gòu)件是環(huán)形齒輪構(gòu)件;其中,所述承載構(gòu)件支撐小齒輪,所述小齒輪與恒星齒輪構(gòu)件和環(huán)形齒輪構(gòu)件嚙合。
7.如權(quán)利要求I所述的變速器,其中,每一個扭矩傳遞機構(gòu)以各自不同的預定運行條件接合,所述運行條件被選擇為使得第一和第二轉(zhuǎn)子的速度保持在預定速度范圍內(nèi)。
8.如權(quán)利要求I所述的變速器,與具有經(jīng)由阻尼器而連接為與輸入構(gòu)件一起旋轉(zhuǎn)的可旋轉(zhuǎn)發(fā)動機輸出構(gòu)件的發(fā)動機結(jié)合;其中,第一和第二扭矩傳遞機構(gòu)兩者均脫離以將發(fā)動機從變速器斷開連接,以及第一和第二電動機/發(fā)電機運行為電動機以建立至少一個僅電運行模式。
9.如權(quán)利要求I所述的變速器,與具有被連接為與輸入構(gòu)件一起旋轉(zhuǎn)的可旋轉(zhuǎn)發(fā)動機輸出構(gòu)件的發(fā)動機結(jié)合;其中,第一和第二扭矩傳遞機構(gòu)兩者均被接合以鎖定第二行星齒輪組以及由此防止發(fā)動機輸出構(gòu)件的旋轉(zhuǎn),第一和第二電動機/發(fā)電機運行為電動機以建立僅電運行模式。
10.如權(quán)利要求I所述的變速器,與具有可運行為向第二行星齒輪組提供動力的可旋轉(zhuǎn)發(fā)動機輸出構(gòu)件的發(fā)動機結(jié)合; 其中,第一扭矩傳遞機構(gòu)被接合,以建立第一電可變運行模式,同時發(fā)動機開動以及電動機/發(fā)電機用作電動機或發(fā)電機;且 其中,第二扭矩傳遞機構(gòu)被接合,以建立第二電可變運行模式,同時發(fā)動機開動以及電動機/發(fā)電機用作電動機或發(fā)電機;第一和第二電可變運行模式由此是具有不同傳動比的功率分流運行模式,所述傳動比建立在輸入構(gòu)件和第一行星齒輪組的第三構(gòu)件之間。
全文摘要
一種可變比例功率分流混合動力變速器,包括第一電動機/發(fā)電機,其具有第一轉(zhuǎn)子,該第一轉(zhuǎn)子被連接為與第一行星齒輪組的第一構(gòu)件一起旋轉(zhuǎn)。第二電動機/發(fā)電機具有第二轉(zhuǎn)子,該第二轉(zhuǎn)子被連接為與第行星齒輪組的第二構(gòu)件一起旋轉(zhuǎn)。第一行星齒輪組的第二構(gòu)件被連接為與輸出構(gòu)件共同旋轉(zhuǎn)。第二行星齒輪組的第一構(gòu)件與輸入構(gòu)件一起旋轉(zhuǎn),第二行星齒輪組的第三構(gòu)件接地連接靜止構(gòu)件。第一扭矩傳遞機構(gòu)在第二行星齒輪組的第一構(gòu)件和第一行星齒輪組的第三構(gòu)件之間建立扭矩流。第二扭矩傳遞機構(gòu)在第二行星齒輪組的第二構(gòu)件和第一行星齒輪組的第三構(gòu)件之間建立扭矩流。
文檔編號B60K6/365GK102673368SQ20121007010
公開日2012年9月19日 申請日期2012年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月16日
發(fā)明者C.A.布洛克, D.L.羅比內(nèi)特 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責任公司