用于混合式傳動系的變速箱以及控制所述變速箱的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權利要求1前序部分的變速箱。本發(fā)明還涉及一種根據(jù)權利要求15前序部分的包括所述變速箱的車輛、一種根據(jù)權利要求16前序部分的用于控制所述變速箱的方法、一種根據(jù)權利要求21前序部分的用于控制所述變速箱的計算機程序、以及一種根據(jù)權利要求22前序部分的包括程序代碼的計算機程序制品。
【背景技術】
[0002]混合動力車輛能夠由主要發(fā)動機和次要發(fā)動機驅動，所述主要發(fā)動機可以是燃式發(fā)動機，所述次要發(fā)動機可以是電機。電機配備有至少一個用于存儲電能的能量存儲器、諸如電化學能量存儲器，以及調節(jié)設備，以便調節(jié)電能在能量存儲器與電機之間的流動。電機能夠取決于車輛的操作狀態(tài)以這樣的方式在作為發(fā)動機工作與作為發(fā)電機工作之間變換。當車輛制動時，電機產(chǎn)生電能，所述電能被存儲在能量存儲器中。這通常被稱作“制動能量回收”，并且其導致車輛借助于電機和燃式發(fā)動機制動。被存儲的電能此后用于車輛的操作。
[0003]行星齒輪系通常包括以允許彼此相對旋轉的方式設置的三個部件。這些部件是太陽齒輪、行星齒輪架和齒圈。知曉太陽齒輪和齒圈上的齒數(shù)允許在操作期間確定三個部件的相對轉速。行星齒輪系的各部件中的一個可以連接到燃式發(fā)動機的輸出軸。行星齒輪系的這個部件從而以等于燃式發(fā)動機的輸出軸轉速的轉速旋轉。行星齒輪系的第二部件可以連接到變速箱的輸入軸。行星齒輪系的這個部件從而以與變速箱的輸入軸相同的轉速旋轉。行星齒輪系的第三部件連接到電機的轉子，以便實現(xiàn)混合動力操作。行星齒輪系的這個部件從而以與電機的轉子相同的轉速旋轉，如果它們被直接地連接到彼此。替代地，電機可以通過具有齒數(shù)比的變速裝置連接到行星齒輪系的第三部件。在這種情況下，電機和行星齒輪系的第三部件可以以不同的轉速旋轉。由電機產(chǎn)生的轉速和轉矩中的至少一個可以以無極遞增的方式調節(jié)。在操作期間，當要給予變速箱的輸入軸期望的轉速和轉矩中的至少一個時，控制單元在給定燃式發(fā)動機的轉速的情況下計算轉速第三部件必須被驅動的轉速，以便給予變速箱的輸入軸期望的轉速?？刂茊卧獑与姍C，從而使得所述電機將計算出的轉速給予第三部件，并且從而將期望的轉速給予變速箱的輸入軸。
[0004]通過使用行星齒輪系將燃式發(fā)動機的輸出軸、電機的轉子以及變速箱的輸入軸連接在一起，能夠避免常規(guī)離合器機構。在車輛加速期間，增加的轉矩將從燃式發(fā)動機和電機被提供到變速箱并且繼而被提供到車輛的驅動輪。由于燃式發(fā)動機和電機兩者都連接到行星齒輪系，因此能夠由燃式發(fā)動機和電機提供的最大可能轉矩將會受到這些驅動單元中的任何一個限制，這些驅動單元的最大轉矩小于第二驅動單元的最大轉矩，在此已將各驅動單元之間的齒數(shù)比考慮在內。在電機的最大轉矩小于燃式發(fā)動機的最大轉矩的情況下，在此已將電機與燃式發(fā)動機之間的齒數(shù)比考慮在內，電機將不能向行星齒輪系產(chǎn)生足夠大的反作用轉矩，以及這導致燃式發(fā)動機不能將其最高轉矩傳遞到變速箱并且繼而傳遞到車輛的驅動輪。能夠被傳遞到變速箱的最高轉矩以這樣的方式受到電機的功率限制。這還通過被稱為“行星公式”的公式而明確。
[0005]常規(guī)離合器將變速箱的輸入軸從燃式發(fā)動機斷開連接，同時換檔過程在變速箱中進行，存在與使用常規(guī)離合器有關的缺點，諸如加熱離合器片，這導致離合器片磨損并且導致油耗增加。此外，常規(guī)離合器機構相對沉重并且昂貴。以及，常規(guī)離合器機構在車輛中占據(jù)相對較大空間。
[0006]專利文獻EP-B1-1126987揭示了一種具有雙行星齒輪系的變速箱。每個行星齒輪系的太陽齒輪連接到電機，以及各行星齒輪系的齒圈連接到彼此。每個行星齒輪系的行星齒輪架以這樣的方式連接到多個齒輪對，以獲得無限多的檔位。另一篇專利文獻，EP-B1-1280677，也揭示了行星齒輪系能夠如何通過被設置在燃式發(fā)動機的輸出軸處的檔位橋接。
[0007]專利文獻US-A1-20050227803揭示了一種具有兩個電機的車輛變速裝置，每一個所述電機連接到在兩個行星齒輪系中的一個中的太陽齒輪。行星齒輪系具有公共行星齒輪架，所述公共行星齒輪架連接到變速裝置的輸入軸。
[0008]專利文獻W02008/046185-A1揭示了一種具有兩個行星齒輪系的混合動力變速裝置，由此電機連接到行星齒輪系中的一個，以及雙離合器與第二行星齒輪系相互作用。兩個行星齒輪系還通過嵌齒輪變速裝置與彼此相互作用。

【發(fā)明內容】

[0009]盡管本領域中的已知解決方案是可用的，但是仍然存在的需求以開發(fā)一種變速箱，所述變速箱在不中斷轉矩的情況下?lián)Q檔、體現(xiàn)出制動能量回收裝置、具有緊湊設計、具有較高可信性和較高可靠性、體現(xiàn)出較低重量、并且在特定操作狀態(tài)下相對于電能供給自給自足。
[0010]用于車輛中的驅動裝置的可用空間通常是受限的。如果驅動裝置包括數(shù)個部件，諸如燃式發(fā)動機、電機、變速箱和行星齒輪系，則設計必須緊湊。如果將要包括其他部件，諸如制動能量回收裝置，則要實施更嚴格的要求，作為驅動裝置一部分的部件要具有緊湊設計。與此同時，作為驅動裝置一部分的部件必須被設計為具有能夠吸收必要的力和轉矩的尺寸。
[0011]在特定類型的車輛、具體是貨車和公共汽車中需要多個檔位。在這種情況下，在這種情況下，作為變速箱一部分的部件的數(shù)量增加，以及變速箱的尺寸也必須被設定為使得所述變速箱能夠吸收在這樣的重型車輛中產(chǎn)生的較大的力和轉矩。這導致變速箱的尺寸和重量增加。對于作為驅動裝置一部分的部件也需要較高可信性和較高可靠性。磨損在變速箱包含片狀離合器的情況下產(chǎn)生，所述磨損影響變速箱的可信性和使用壽命。
[0012]動能在制動能量回收期間被轉換成電能，所述電能被存儲在能量存儲器、諸如蓄能器中。影響能量存儲器的使用壽命的一個因素是能量存儲器向電機供應電流并且從所述電機接收電流的循環(huán)的數(shù)量。循環(huán)的數(shù)量越大，能量存儲器的使用壽命將會越短。
[0013]本發(fā)明的目的是提供一種在不中斷轉矩的情況下?lián)Q檔的變速箱。
[0014]本發(fā)明的另一個目的是提供一種具有制動能量回收裝置的變速箱。
[0015]本發(fā)明的另一個目的是提供一種具有緊湊設計的變速箱。
[0016]本發(fā)明的另一個目的是提供一種具有高可信性和高可靠性的變速箱。
[0017]本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于車輛的變速箱，所述變速箱體現(xiàn)出較低重量。
[0018]本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于車輛的變速箱，所述變速箱能夠被直接地連接到在變速箱的輸出軸。
[0019]本發(fā)明的另一個目的是提供一種變速箱，所述變速箱在特定操作狀態(tài)下相對于電力自給自足。
[0020]本發(fā)明的另一個目的是提供一種具有制動能量回收裝置的變速箱，所述變速箱增加被連接到制動能量回收裝置的能量存儲器的使用壽命。
[0021]本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于控制變速箱的新穎且有利的計算機程序。
[0022]本發(fā)明的另一個目的是提供一種混合式推進線中的變速箱，所述變速箱能夠在不受燃式發(fā)動機的影響的情況下被控制。
[0023]這些目的利用在技術領域中指定的變速箱實現(xiàn)，所述變速箱的特征在于，包括在權利要求1的特征部分中指定的鮮明特征。
[0024]這些目的利用在技術領域中指定的車輛實現(xiàn)，所述車輛的特征在于，包括在權利要求15的特征部分中指定的鮮明特征。
[0025]這些目的利用在技術領域中指定的用于控制變速箱的方法實現(xiàn)，所述方法的特征在于，包括在權利要求16的特征部分中指定的鮮明特征。
[0026]這些目的利用在技術領域中指定的用于控制變速箱的計算機程序實現(xiàn)，所述計算機程序的特征在于，包括在權利要求21的特征部分中指定的鮮明特征。
[0027]這些目的還利用在技術領域中指定的用于控制變速箱的計算機程序制品實現(xiàn)，所述計算機程序制品的特征在于，包括在權利要求22的特征部分中指定的鮮明特征。
[0028]通過為變速箱配置兩個行星齒輪系而獲得一種根據(jù)本發(fā)明的在不中斷轉矩的情況下?lián)Q檔的變速器。被連接到行星齒輪系的電機能夠產(chǎn)生電流或提供轉矩，或既產(chǎn)生電流又供應轉矩，取決于期望的操作狀態(tài)。電機還能夠在特定操作狀態(tài)中為彼此提供電流。利用根據(jù)本發(fā)明的變速箱，能夠避免在燃式發(fā)動機與變速箱之間的常規(guī)離合器。
[0029]能夠的被控制的第一耦連單元被設置以將第一行星齒輪系的兩個可旋轉部件以允許它們脫離接合的方式連接，以及能夠被控制的第二耦連單元被設置以將第二行星齒輪系的兩個可旋轉部件以允許它們脫離接合的方式連接。
[0030]第一和第二主軸的轉速和轉矩中的至少一個能夠以這樣的方式通過將第一和第二耦連單元中的至少一個控制到可旋轉部件的接合或解除接合狀態(tài)而受到影響。
[0031]能夠被控制的第三耦連單元可以被設置以將變速箱外殼與第一行星齒輪系的可旋轉部件以允許它們脫離接合的方式連接到彼此。能夠被控制的第四耦連單元可以被設置以將變速箱外殼與第二行星齒輪系的可旋轉部件以允許它們脫離接合的方式連接到彼此。第一和第二主軸的轉速和轉矩中的至少一個能夠以這樣的方式通過將第三和第四耦連單元中的至少一個控制到可旋轉部件的接合或解除接合狀態(tài)而受到影響。
[0032]根據(jù)一個實施方式，第一和第二耦連單元被分別設置在第一和第二行星齒輪系的行星齒輪架與太陽齒輪之間。耦連單元的任務是將相關行星齒輪架鎖定到太陽齒輪。當行星齒輪架與太陽齒輪連接到彼此時，來自燃式發(fā)動機的力將會經(jīng)過行星齒輪架、耦連單元、太陽齒輪并且繼而到達變速箱，這導致行星齒輪系不吸收任何轉矩。這意味著行星齒輪系的尺寸能夠僅適應于電機的轉矩而非燃式發(fā)動機的轉矩，這繼而意味著行星齒輪系能夠被設計為具有較小尺寸。從而，以這樣的方式獲得根據(jù)本發(fā)明的具有緊湊設計、較低重量和較低制造成本的驅動裝置。耦連單元優(yōu)選地包括在接合與解除接合狀態(tài)之間軸向地位移的環(huán)形護套。護套實質上同心地包圍變速箱的旋轉部件并且借助于力元件在接合與解除接合位置之間位移。以這樣的方式獲得具有較低重量和較低制造成本的緊湊設計。
[0033]根據(jù)一個實施方式，鎖定機構被設置以通過固定方式將燃式發(fā)動機的輸出軸與變速箱外殼連接。以這樣的方式，第一行星齒輪架也會以相對于變速箱外殼固定的方式鎖定到變速箱外殼。通過借助于鎖定機構將行星齒輪架和燃式發(fā)動機的輸出軸鎖定到變速箱外殼，變速箱、并且從而車輛將會適應于通過電機進行電操作。從而電機向變速箱的輸出軸提供轉矩。
[0034]變速箱可以配置有多個齒輪對，所述多個齒輪對包括能夠與側軸機械地接合和解除接合的嵌齒輪。以這樣的方式，獲得多個固定檔位，可以在所述多個固定檔位之間換檔而不中斷轉矩。能夠接合在側軸上的嵌齒輪還意味著獲得具有較高可信性和較高可靠性的緊湊設計。替代地，嵌齒輪驅動件能夠被設置在齒輪對處，從而使得它們能夠在第一和第二主軸中的至少一個處接合和解除接合。
[0035]齒輪對中的每一個具有適應于車輛的期望駕駛性能的齒數(shù)比。適當?shù)氖?，當最低檔已被選擇時，相對于其他齒輪對具有最高齒數(shù)比的齒輪對接合。
[0036]為了將相關行星齒輪系的太陽齒輪和行星齒輪架解除接合，第一和第二電機中的至少一個被控制，從而使得轉矩平衡存在于行星齒輪系中。當已實現(xiàn)一個轉矩平衡時，第一或第二耦連單元位移，從而使得太陽齒輪與行星齒輪架不再被機械地連接到彼此。
[0037]術語“轉矩平衡”在此用于表示如下一種情況，其中作用在被設置在行星齒輪的齒圈上的轉矩等于作用在行星齒輪系的行星齒輪架上的轉矩與行星齒輪系的齒數(shù)比率的乘積，而與此同時作用在行星齒輪系的太陽齒輪上的轉矩等于作用在行星齒輪架上的轉矩與(1-行星齒