用于混合式傳動系的變速箱和控制所述變速箱的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)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(quán)利要求14前序部分的包括所述變速箱的車輛、一種根據(jù)權(quán)利要求15前序部分的用于控制所述變速箱的方法、一種根據(jù)權(quán)利要求19前序部分的用于控制所述變速箱的計算機(jī)程序、以及一種根據(jù)權(quán)利要求20前序部分的包括程序代碼的計算機(jī)程序制品。
【背景技術(shù)】
[0002]混合動力車輛能夠由主要發(fā)動機(jī)和次要發(fā)動機(jī)驅(qū)動，所述主要發(fā)動機(jī)可以是燃燒發(fā)動機(jī)，所述次要發(fā)動機(jī)可以是電機(jī)。電機(jī)配備有至少一個用于存儲電能的能量存儲器、諸如電化學(xué)能量存儲器，以及調(diào)節(jié)設(shè)備，以便調(diào)節(jié)電能在能量存儲器與電機(jī)之間的流動。電機(jī)能夠取決于車輛的操作情形以這樣的方式在作為發(fā)動機(jī)工作與作為發(fā)電機(jī)工作之間變換。當(dāng)車輛制動時，電機(jī)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(dǎo)致車輛借助于電機(jī)和燃燒發(fā)動機(jī)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(zhuǎn)的方式設(shè)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(zhuǎn)速。行星齒輪系的各部件中的一個可以連接到燃燒發(fā)動機(jī)的輸出軸。行星齒輪系的這個部件從而以等于燃燒發(fā)動機(jī)的輸出軸轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。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(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。行星齒輪系的第三部件連接到電機(jī)的轉(zhuǎn)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(jī)的轉(zhuǎn)子相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，如果它們被直接地連接到彼此。替代地，電機(jī)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(jī)和行星齒輪系的第三部件可以以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。由電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩中的至少一個可以以無極遞增的方式調(diào)節(jié)。在操作期間，當(dāng)要給予變速箱的輸入軸期望的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩中的至少一個時，控制單元在給定燃燒發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速的情況下計算轉(zhuǎn)速第三部件必須被驅(qū)動的轉(zhuǎn)速，以便給予變速箱的輸入軸期望的轉(zhuǎn)速。控制單元啟動電機(jī)，從而使得所述電機(jī)將計算出的轉(zhuǎn)速給予第三部件，并且從而將期望的轉(zhuǎn)速給予變速箱的輸入軸。
[0004]通過使用行星齒輪系將燃燒發(fā)動機(jī)的輸出軸、電機(jī)的轉(zhuǎn)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(jī)構(gòu)。在車輛加速期間，增加的轉(zhuǎn)矩將從燃燒發(fā)動機(jī)和電機(jī)被提供到變速箱并且繼而被提供到車輛的驅(qū)動輪。由于燃燒發(fā)動機(jī)和電機(jī)兩者都連接到行星齒輪系，因此能夠由燃燒發(fā)動機(jī)和電機(jī)提供的最大可能轉(zhuǎn)矩將會受到這些驅(qū)動單元中的任何一個限制，這些驅(qū)動單元的最大轉(zhuǎn)矩小于第二驅(qū)動單元的最大轉(zhuǎn)矩，在此已將各驅(qū)動單元之間的齒數(shù)比考慮在內(nèi)。在電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩小于燃燒發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩的情況下，在此已將電機(jī)與燃燒發(fā)動機(jī)之間的齒數(shù)比考慮在內(nèi)，電機(jī)將不能向行星齒輪系產(chǎn)生足夠大的反作用轉(zhuǎn)矩，以及這導(dǎo)致燃燒發(fā)動機(jī)不能將其最高轉(zhuǎn)矩傳遞到變速箱并且繼而傳遞到車輛的驅(qū)動輪。能夠被傳遞到變速箱的最高轉(zhuǎn)矩以這樣的方式受到電機(jī)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燒發(fā)動機(jī)斷開連接，同時換檔過程在變速箱中進(jìn)行，存在與使用常規(guī)離合器有關(guān)的缺點，諸如加熱離合器片，這導(dǎo)致離合器片磨損并且導(dǎo)致油耗增加。此外，常規(guī)離合器機(jī)構(gòu)相對沉重并且昂貴。以及，常規(guī)離合器機(jī)構(gòu)在車輛中占據(jù)相對較大空間。
[0006]專利文獻(xiàn)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(jī)，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(xiàn)，EP-B1-1280677，也揭示了行星齒輪系能夠如何通過設(shè)置在燃燒發(fā)動機(jī)的輸出軸處的檔位橋接。
[0007]專利文獻(xiàn)US-A1-20050227803揭示了一種具有兩個電機(jī)的車輛變速裝置，每一個所述電機(jī)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(xiàn)WO 2008/046185-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(jī)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(nèi)容】

[0009]盡管本領(lǐng)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(zhuǎn)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(shè)計、具有較高可信性和較高可靠性、體現(xiàn)出較低重量、并且在特定操作情形下相對于電能供給自給自足。
[0010]用于車輛中的驅(qū)動裝置的可用空間通常是受限的。如果驅(qū)動裝置包括數(shù)個部件，諸如燃燒發(fā)動機(jī)、電機(jī)、變速箱和行星齒輪系，則設(shè)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(yán)格的要求，作為驅(qū)動裝置一部分的部件要具有緊湊設(shè)計。與此同時，作為驅(qū)動裝置一部分的部件必須被設(shè)計為具有能夠吸收必要的力和轉(zhuǎn)矩的尺寸。
[0011]在特定類型的車輛、尤其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(shè)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(zhuǎn)矩。這導(dǎo)致變速箱的尺寸和重量增加。對于作為驅(qū)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(zhuǎn)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(jī)供應(yīng)電流并且從所述電機(jī)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(zhuǎn)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用于車輛的變速箱，所述變速箱可以直接連接到變速箱的輸出軸。
[0016]本發(fā)明的另一個目的是提供具有緊湊設(shè)計的變速箱。
[0017]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。
[0018]本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于車輛的變速箱，所述變速箱體現(xiàn)出較低重量。
[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情形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(jī)程序。
[0022]本發(fā)明的另一個目的是提供一種混合式推進(jìn)線中的變速箱，所述變速箱能夠在不受燃燒發(fā)動機(jī)的影響的情況下被控制。
[0023]這些目的利用在技術(shù)領(lǐng)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(quán)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(shù)領(lǐng)域中指定的車輛實現(xiàn)，所述車輛的特征在于，包括在權(quán)利要求14的特征部分中指定的鮮明特征。
[0025]這些目的利用在技術(shù)領(lǐng)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(quán)利要求15的特征部分中指定的鮮明特征。
[0026]這些目的利用在技術(shù)領(lǐng)域中指定的用于控制變速箱的計算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)，所述計算機(jī)程序的特征在于，包括在權(quán)利要求19的特征部分中指定的鮮明特征。
[0027]這些目的還利用在技術(shù)領(lǐng)域中指定的用于控制變速箱的計算機(jī)程序制品實現(xiàn)，所述計算機(jī)程序制品的特征在于，包括在權(quán)利要求20的特征部分中指定的鮮明特征。
[0028]通過給包括被連接到彼此的兩個行星齒輪系在內(nèi)的變速箱提供以允許齒輪元件解除接合的方式設(shè)置在側(cè)軸處的齒輪元件，可以獲得多個檔位，其中來自行星齒輪系之一的轉(zhuǎn)矩可以傳遞到側(cè)軸且從側(cè)軸向前到被連接到其它行星齒輪的主軸，以最終將轉(zhuǎn)矩傳遞到變速箱的輸出軸。
[0029]被連接到行星齒輪系的電機(jī)能夠產(chǎn)生電流或提供轉(zhuǎn)矩，或既產(chǎn)生電流又供應(yīng)轉(zhuǎn)矩，取決于期望的操作情形。電機(jī)還能夠在特定操作情形下給彼此提供電流。
[0030]根據(jù)一個實施方式，第一行星齒輪系的第一行星齒輪架連接到第二行星齒輪系的第二太陽齒輪，第一行星齒輪系的第一太陽齒輪連接到第一主軸且第二行星齒輪系的第二行星齒輪架連接到第二主軸。以這種方式在轉(zhuǎn)矩?zé)o中斷的情況下實現(xiàn)換檔的傳動。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，變速箱設(shè)有多個齒輪對，齒輪對包括可以與側(cè)軸機(jī)械地鎖定的嵌齒輪。以這種方式獲得多個固定檔位，可以在轉(zhuǎn)矩?zé)o中斷的情況下在多個固定檔位之間換檔?？梢越雍显趥?cè)軸上的嵌齒輪也意味著獲得具有較高可靠性和較高可信性的緊湊設(shè)計。
[0032]利用根據(jù)本發(fā)明的變速箱，可以避免在燃燒發(fā)動機(jī)和變速箱之間的常規(guī)滑動離合器。
[0033]根據(jù)一個實施方式，鎖定機(jī)構(gòu)設(shè)置成以固定方式將燃燒發(fā)動機(jī)的輸出軸與變速箱外殼連接。以這種方式，第一行星齒輪架也將鎖定地固定到變速箱外殼。通過借助于鎖定機(jī)構(gòu)將燃燒發(fā)動機(jī)的輸出軸和行星齒輪架鎖定到變速箱外殼，變速箱且因此同樣車輛將變成適于由電機(jī)電操作。因此電機(jī)將轉(zhuǎn)矩提供給變速箱的輸出軸。
[0034]根據(jù)一個實施方式，第一和第二耦連單元被分別設(shè)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(wù)是將相關(guān)行星齒輪架鎖定到太陽齒輪。當(dāng)行星齒輪架與太陽齒輪連接到彼此時，來自燃燒發(fā)動機(jī)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(dá)變速箱，這導(dǎo)致行星齒輪系不吸收任何轉(zhuǎn)矩。這意味著行星齒輪系的尺寸能夠僅適應(yīng)于電機(jī)的轉(zhuǎn)矩而非燃燒發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩，這繼而意味著行星齒輪系能夠被設(shè)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(shè)計、較低重量和較低制造成本的驅(qū)動裝置。
[0035]優(yōu)選的是，耦連單元和鎖定機(jī)構(gòu)包括在接合與解除接合位置之間軸向移位的環(huán)形護(hù)套。護(hù)套基本同心地包圍變速箱的旋轉(zhuǎn)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(shè)計。
[0036]變速箱可優(yōu)選地設(shè)有多個齒輪對，所述多個齒輪對包括能夠與側(cè)軸機(jī)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(zhuǎn)矩。能夠接合在側(cè)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(shè)計。替代地，嵌齒輪驅(qū)動件能夠設(shè)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。
[0037]齒輪對中的每一個具有適應(yīng)于車輛的期望駕駛性能的齒數(shù)比。適當(dāng)?shù)氖牵?dāng)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。
[0038]為了將相關(guān)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(jī)中的至少一個被控制，從而使得轉(zhuǎn)矩平衡存在于行星齒輪系中。當(dāng)已實現(xiàn)一個轉(zhuǎn)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(jī)械地連接到彼此。
[0039]術(shù)語“轉(zhuǎn)矩平衡”在此用于表示如下一種情況，其中作用在行星齒輪的齒圈上的轉(zhuǎn)矩等于作用在行星齒輪系的行星齒輪架上的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩等于作用在行星齒輪架上的轉(zhuǎn)矩與(1-行星齒輪系的齒數(shù)比率)的乘積。在行星齒輪、太陽齒輪、齒圈和行星齒輪架的各部件中的兩個借助于耦連單元連接的情況下，當(dāng)轉(zhuǎn)矩平衡存在時，這個耦連單元不在行星齒輪系的各部件之間傳遞轉(zhuǎn)矩。以這樣的方式，耦連單元能夠以簡單方式位移，以及行星齒輪系的各部件解除接合。
【附圖說明】
[0040]本發(fā)明的實施方式