专利名称：混合动力系的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有纯电力才刻乍模式的^給动力系，其中，多个电动机
/发电才/1/[乍为电动才脉输出构件上提供转矩。
背景技术：
电力可变式变速器通常具有连接到发动机的输入构件和一个或两个连 接到行星齿轮组不同构件的电动冲A/发电机，从而获得一种或多种电力可变的才刺乍 模式、固定转速比模式以4连接电池时的纯电力(电M电的)模式。电力可 变的变速器可以通过各种方式改善车辆燃料经济性。例如，在怠速、减速和刹车 阶段期间以及j^4或轻载运转阶段期间，关掉发动机从而消除由发动机阻力引起
的效率损失。获得的制动能(其是通过再生制动获得的)或由在发动才^转期间 用作发电机的一个电动机储存的能量，在这些发动机关闭P介段期间被利用来^j^ 动机关闭保持得更久、补充发动机转矩或功率，和/或在较#^动才;1#速下运转，
或者补充辅助电源。通过电动才/V发电积在发动机开动期间的运行iM于发动积薪矩
或功率的瞬间需求进行补充，电力可变的模式，能够减小发动机的尺寸而不降低 外在的车辆性能。另外，为了特定功率需求量可将发动积运行在最佳效率点处或 附近，因为在齿轮组和电动枳v发电机的作用下，发动机与变速器的输出构件之间 的转速比是连续可变的。另外，电动才;v发电机在附属发电-MN"效率，并且电池 的电功率充当可用转矩储备，使得能拟目对低的变速器数字转速比下运转。
发明内容
本发明提供了 一种具有改iii文率的';給动力系，其在纯电力才剁乍模式下 工作，在纯电力操作模式中，多个电动机/发电机作为电动积在输出构件上提供转 矩。每个电动枳/发电机可以被独立控制，逸就允许动力系比在纯电力模式中只有 单个电动才;v发电机用作电动机的更有jt^^行。当在纯电力4^f乍模式中单个电动 才;v发电机必须为车辆提供功率时，它就必须设计成涵盖大范围的冲剁乍条件，包括 那些需要以某种峰值容量进行操作的能力的条件，在这种情况下的效率比在较典 型的^(乍务f牛下的更低。M地说，提供了一种'r洽动力系，其包括可才剁乍:hk^^接输入构件的发动机。发动机不被限制成特定类型的发动机，并且可以是内燃机、柴油机、燃料 电池等等。动力系包括具有第一、第二电动扭发电机的变速器、具有多个构件的
差动齿轮组以及可选择性地^^的转矩传递才;U勾。输入构件、输出构件、发动机 和电动积/发电枳通过转矩传递机构的不同组合方式的4^经由差动齿4Ma而选择 性地互连。电子控制器可梯^f乍i^i^^到电动初v发电机并且配置成控制电动枳/发电 机、发动机和转矩传递机构从而在输入构件与输出构件之间提供多种操作模式， 所述多种操作模式包括纯电力操作模式，其中，第一、第二电动才;v发电机中的一 个用作电动才w人而在输出构件处提供转矩，而第一、第二电动才A/发电机中的另一 个被保持成或由控制器控制成在平衡状态中自由地寻求(也就是说，因为它的转 速不受到差动齿轮组的限制)不动的或接近不动的转速以最小化损耗。另一种纯 电力4剁乍模式也是可用的，其中，发动机是关闭的，并且一种纯电力l射乍模式中，
矩:优选地， 一种纯发动才;U喿作模^A可用的，以及至少一种电力可变l剁乍;莫式， 其可以^L输/v分离、输出分离或复^^分离的，这取决于M的变速器布置。变速器可以是"插入式(plug-in)""曰^变速器，因为连接到每个电动
才/V发电机以向其提供功率或从^4妾收功率的储能装置可被配置成可^(乍:fe^接到
场外(offboard)电源以对储能装置再充电。本文中，电动才;v发电机"用作电动机，，是指它从能量储存装置接收储
存能量以向变速器提供机械功率。本文中，电动才;v发电机"用作发电机，，是指它 从变速器接收才;i^成功率以向储能装置提供能量。在本发明的范围内，电动^V发电机可以具有I^目同的最大转矩和功
率输出、飼4目同的输入电压和输入电流需求，或者可以在这些方面不同。因此， 在设计发动机以满足不同的预期运转能力和空间装配需求上提供了相当大的活性。根据下文参照附图对本发明优选实施例的详细描述,本发明的上述特征
和优点及其他特4咏优点将变得更加明显。
图l是以4x^干图(leverdiagram)形式示出的具有一个差动齿轮组的混 合动力系的第一实施例的示意图；图2是以 M干图形式示出的具有一个差动齿4MEL的vV曰洽动力系的第二 实施例的示意图；图3是以^^干图形式示出的具有一个差动齿轮组的;^^动力系的第三实施例的示意图；图4是以^^干图形式示出的具有两个差动齿4^且的混合动力系的第四 实施例的示意图；图5是以;M干图形式示出的具有一个差动齿4Ma的混合动力系的第五
实施例的示意图；以及图6是以棍图(stick diagram)形式示出的图5所示';t給动力系的示意图。
具体实施例方式参照这些附图，其中，相同的附图标记^4相同的部件，图l示出的混 合动力系10具有可才^f^4i^接'/V給变速器14的发动机12。在本发明的范围内， 发动机12可以是内燃机、柴油机、燃料电池或者^^可其他的已知动力装置。
件16,例如通lt减^^/^勾，如;已知的。混合变速器14 l有标示为M/G A的i 一电动枳V发电机18和标示为M/GB的第二电动初V发电机20，这两者都可才剁乍地 连接到差动齿轮组30。电动冲/l/发电才几18、 20 M有转子部分和定子部分，如所 已知的。电动积/发电才几18、 20中的任，何一个与动力系10的其它部件例如差动齿 專ME30的构件的连接，不论是固定连接还是选絲接，都是与电动才/L/发电机18、 20的各自转子部分的连4妄。差动齿轮组30具有连续iM接电动才;V发电机18以进行共同旋转的第 一构件32、第^f勾件34、以及连续M^接输出构件38以进行共同旋转的第^4勾 件36。差动齿IME30以一x^干图的形式示出，其构件画^ix^干上的结点，这是本领 域技术人员能理解的。差动齿轮-组优选为行星齿轮组，其具有恒星齿轮构件、环 形齿轮构件以及可旋转地支撑着多个与恒星齿轮构件和环形齿轮构件相啮合的小 齿轮的携载构件。例如，第一构件32可以是恒星齿轮构件，第二构件34可以是 环形齿轮构件，并且第三构件36可以是携^U勾件。本领域技术人员所7i^口的差动 齿轮组的很多替换实施例可以用到本发明中。例如，第一构件32可以是恒星齿轮 构件，第J^勾件34可以是支撑着7U于相互啮合的小齿轮的携I^勾件，并且第三构 件36可以是环形齿轮构件。〉V曰洽变速器14具有多个转矩传递^li勾，包括可选棒liiW給的从而使 输入构件16与电动枳/发电机20 #~"^的第一转矩传递机构40、可选择'I^4I妄 合的从而使电动积V发电机20与第二构件34 #-"^的第二转矩传递机构42、以 及可选捧1^4I矣合的从而将第二构件34接到固定壳体50例如变速器14的箱体上的第三转矩传递冲/U勾44。转矩传递才;U勾40和42可以是旋转摩擦离合器、爪形离
合器或^f可其^it当类型的转矩传递才;^勾。转矩传递才;i^勾44可以是具有固定构件 的摩擦离合器，并且可以^皮称作制动器。动力系10具有可I刺乍M^接到电动才;V发电机18、 20的车载储能装置 52，因此电动机/发电机18、 20可以向储能装置52传递功率或从^l妄收功率。电 子控制器54可^射乍iik^接到储能装置52，从而控制储能装置与电动冲;V发电机18、 20之间经由功率变换器56的来回功率的分配。控制器54 (或一个或多个独立的 控制器)还可#^乍纟^€接到发动机12和转矩传递机构40、 42、 44，并且根据车辆 ^f乍^f牛控制它们的接合和分离。本文所用的"车载"储能装置是设计成安装在车辆 上的储能装置，具有电动机/发电机的相关动力系也安装在该车辆上。车载储能装 置可以是一个或多个电池。其他车载储能装置，例如燃料电池或电容器，具有提 供或储备和分配电功率的能力，并且可以被用于与电池并用或代替电池。传感器 收集的运行数据，例如，输入构件16和输出构件18的4链，也可以提供给控制 器用于^4t用途，例如在再生制动才莫式下运4亍时。变速器14配置成使场外供电系统58可以与储能装置52相连接以对储 能装置52进行再充电。场外供电系统58通过接口 59连^f诸能装置52。接口 59 可以是插头，在这种情况中，车载充电器(未示出)将要电连接在插头与储能装 置52之间。这种变速器被称作插入式混合。替换地，接口 59可以是导电的，在 这种情况中，场外充电器可以连在场外供电系统58与接口 59之间，或者是感应 的，在这种情况中，场外感应充电器将要连在场外电源58与接口 59之间。当储 能装置52被再充满电时，经由接口 59的连接被停止，然后再充电储能装置52在 控制器54的控制下被用于向电动枳7发电机18、 20提供功率，例如以纯电力模式
/，- H- F7 rt 丄一L I— / ,L 丄丄",L — L丄《 二 + l^rr丄FT /ii — L/ Z_丄旦7仁丄4fr ! 、、
、乜M^， 乂—、,吧叨W夂吧"UfTM、;xC^^WW口J千萍阿《疋1^r"^干日"^^TH失》、入应当认识到，图2-7所示的每个动力系实施例也具有类似的储能装置
52、控制器54和变换器56以连接文中所述的发动机、电动机/发电积糸转矩传递 才M勾，虽然为了附图的清楚，没有在图2-5中示出这些，但变速器设计领域的技术 人员将4嫁易理解。图2-7的每个动力系的储能装置^配置成连接场外电源，并 且具有接口 ，如动力系10那样。发动机12与电动机/发电机18、 20通过转矩传递才;i4勾40、 42、 44的不 同组合方式的4^经由差动齿4ME 30而选择'lii也互连，从而为';f洽动力系10建 立不同的操作模式。例如，动力系IO可用来发动车辆，发动机是关闭或开动的。 如果发动机是关闭的，转矩传递机构44就接触构件34并且电动积V发电机18被操 作成电动才W人而在输出构件38处提供前进方向的转矩。当发动机12是开动的时，提供电力可变的串联〉'^^t剩乍模式，转矩传递才M勾40被4^以使本发动机12向 电动4;V发电机20提供动力，该电动机/发电机20用作发电机通过变换器56向储 能装置52提供电力，并且电动机/发电机18用作电动机，转矩传递机构44被接合。 替换地，通过^^转矩传递机构40、 42并且关闭两个电动枳7发电机18、 20而建 立起纯发动^Wf^纟莫式。动力系IO可"I射乍在纯电力才射乍模式下，其中只有电动才/V发电机18用 作电动机，并且转矩传递机构44被#^。当转矩传递机构42没有4給时，电动 才/l/发电才几20可以j呆持不动。替换地，转矩传递机构42可以被4給，并且两个电 动机/发电机18、 20立刻被控制成用作电动机，均分负载的纯电力模式，通过差动 齿轮组30向输出构件38提供动力。这就允许在纯电力4^f乍模式期间提供大量动
力，但使用的两个电动才;v发电机比提供相同动力量的单个电动枳7发电机的尺寸更
小。在第一种纯电力操作模式中，来自电动才A/发电机18的转矩经由差动齿4^且 30而加到来自固定壳体50的反作用转矩上，但是固定壳体50只能贡献转矩而不 是功率。在第二中纯电力才^f乍模式中，均分负载的纯电力模式，电动才A/发电机20 必须代替固定壳体50提供转矩。这需要来自变换器56的附加电力输入，但是电 动才/V发电机20还可以提供转速并且由jtb^供功率加到来自电动才/V发电机18的功 率上。因为单个电动机不需要涵盖宽范围的可能才^f乍务f牛，所以每个电动机/发电 机18、 20都可以被设计成其最大容量d 、于依靠只来自 一个电动才A/发电机的牵引功 率的动力系10的。通常，电动积V发电机的转矩曲线具有大体上恒定转矩的4fii范围，随
后是递减功率的转速范围，直到电动机的枳^4争速极限。通常，电动才;v发电初在
工作范围的中心点具有其最佳效率。利用差动齿轮组30的加速作用的电动枳/发电 机18与20之间的均分负载对于运转是可选择的选项，因此，电动木V发电积4皮设 计成能在更有效的工作范围内运转，其适合于最典型的车辆操作条件。在另一种 电力可变的操作模式中，转矩传递机构40和42被接合，并且电动机/发电机18和 20根据#^乍^[牛要么用作电动^1^么用作发电机，通过差动齿轮组30分离(split) 功率。这可以纟皮称作电力可变、输出分离^1乍模式。因为两个电动初V发电机18、 20都可控制g—种纯电力搮作模式中用 作电动机，两者都不需要被设计成能提供如在纯电力操怍模式中只有一个电动积/ 发电机可以用作电动机所需要的那样的大功率输出。电动才A/发电机18、 20可以设 计成具有相同或不同的最大转矩和/或功率输出、适于最佳电动机效率的转矩和/或 功率输出、输入电压需求和/或输入电流需求。当购买或构造和蓄电电动机/发电机 时，以及当动力系10与相同的电动机/发电积纽装时，具有大桐目同的转矩、功率和电流特性的电动枳/发电机18、 20的一个优点是^Lt莫经济。下文所述的图2-7的 每个动力系的电动才/(V发电机也可以设计成具有相同或不同的最大转矩和/或功率 输出、输入电压需求和/或输入电流需求。图2示出的';給动力系110具有可^^乍:fei^接'/V曰A变速器114的发动机 112。在本发明的范围内，发动机112可以是内燃机、柴油机、燃料电M者^^可 其他的已知动力装置。〉V曰^变速器114具有可才斜乍iik^接发动才/^lr出构件以进4l^走转的输入 构件116，例如通过减^^4勾，如所已知的。混合变速器114具有标示为M/G A 的第一电动才A/发电机118和标示为M/GB的第二电动机/发电机120，这两者都可 才^[乍i^i^接到差动齿轮组130。电动机/发电才几118、 120M有转子部分和定子部 分，如所已知的。电动4iV发电^U18、 120中的4壬何一个与动力系IIO的其它部件 例如差动齿^^且130的构4牛的连*接，不i仑是固定连4妄:i￡;U^#i€4妾，都是与电动 才/V发电才几118、 120的各自转子部分的连接。差动齿轮组130具有连续;M接电动才iV发电机118以进行共同旋转的 第一构件132、第二构件134、以及连续地连接输出构件138和第二电动积V发电机 120以进行共同旋转的第三构件136。差动齿4^且130以一3干图的形式示出，其构 件画^id干上的结点，这是本领域技术人员能理解的。差动齿4ME 130优选为行 星齿轮组，其具有恒星齿轮构件、环形齿轮构件以及可旋转地支撑着多个与恒星 齿轮构件和环形齿轮构件相啮合的小齿轮的携载构件。例如，第一构件132可以 是恒星齿轮构件，第二构件134可以是携载构件，并且第三构件136可以是环形 齿轮构件。';a^变速器114具有多个转矩传递才M勾，包括可选棒!4iiW給的从而使 输入构件116与第二构件134 #"^的第一转矩传递机构140、以及可选择'1^J也 接合的从而将第二构件134接到固定壳体150例如变速器114的箱体上的第二转 矩传递才M勾142。转矩传递才M勾140可以是旋转摩擦离合器、爪形离合器或^i可其 ^it当类型的转矩传递才/^勾。转矩传递4iU勾142可以是具有固定构件的摩擦离合 器，并且可以^皮称作制动器。发动机112与电动4;V发电机118、 120通过转矩传递机构140、 142的 不同组合方式的"l^经由差动齿4^且130而i^4奪'l"生地互连，乂人而为〉'f洽动力系110 建立不同的操作模式。例如，动力系110可用来发动车辆，发动机是关闭或开动 的。如果发动机是关闭的，转矩传递机构142就接触构件134并且电动初V发电机
的转矩。如果发动机112是开动的，转矩传递机构140被接合以使本发动机112向第二构件134提供功率，并且根据车辆梯作^f牛将电动积V发电机118和120独 立地控制成用作发电机，从而建立输入分离的电力可变混合操作模式。替换地， 如果转矩传递机构140被接合，就可获得纯发动冲;U乘作模式，发动机112是开动 的，并JL^电动才;V发电才几118、 120是关闭的。动力系110可操作在纯电力才剁乍模式下，其中只有电动积V发电机120 用作电动机。两个转矩传递才/U勾140、 142都没有#^,因此第^f勾件134可以任 何转速旋转。因此，电动冲/V发电机118的寿链不是由齿IMa 130决定，并且电动
才;v发电机118可以被控制成大体上不动，或者将空转轮确定为能最小化损失的大
体上接近零的平衡寿鍵。替换地，在另一种纯电力才斜乍模式中，转矩传递才M勾142 可以被接合，并且两个电动积/发电机118、 120被控制成用作电动机，通过差动齿 4Mi 130向输出构件138提供功率。图3示出的';f^动力系210具有可l^f乍^i^接'/V曰^变速器214的发动机 212。在本发明的范围内，发动机212可以是内燃机、柴油机、燃料电贼者4封可 其他的已知动力装置。';^^变速器214具有可"f^f乍iik^接发动才JUlT出构件以进^^走转的输入 构件216，例如通过减^^U勾，如所已知的。卩V給变速器214具有标示为M/G A 的第一电动积V发电机218和标示为M/GB的第二电动枳/发电机220，这两者都可 才^f乍i4i^4妻到差动齿轮组230。电动机/发电机218、 220各具有转子部分和定子部 分，如所已知的。电动积V发电机218、 220中的任何一个与动力系210的其它部件 例如差动齿轮组230的构件的连接，不^仑是固定连^妄还^^选#^^4妄，都是与电动 才A/发电机218、 220的各自转子部分的连接。差动齿4ME 230具有第一构件232、连续地^i^接输入构件216以进行共 同旋转的第二4勾件234、以及连续地ii^接输出构件238和第二电动木V发电机220 以进行共同旋转的第三构件236。差动齿轮组230以i^干图的形式示出，其构件画 ^ix^干上的结点，这是本领域技术人员能理解的。差动齿轮组230优选为行星齿 轮组，其具有恒星齿轮构件、环形齿轮构件以及可旋转地支撑着多个与恒星齿轮 构件和环形齿轮构件相啮合的小齿轮的携载构件。例如，第一构件232可以是恒 星齿轮构件，第^f勾件234可以是环形齿轮构件，并且第三构件236可以是携载 构件。发动机212与电动积/发电机218、 220通过转矩传递机构240、 242的 不同组合方式的^^经由差动齿IW且230而选^^it也互连，乂人而为〉'f洽动力系210 建立不同的才^f卡模式。例如，动力系210可用来发动车辆，发动机是关闭或开动 的。如果发动机是关闭的，转矩传递机构242就接触构件234并且电动机/发电机 220纟皮#^乍成电动枳乂人而在输出构件238处提供前进方向的转矩。如果两个转矩传 递才7l4勾240、 242清问皮4給，两个电动才;V发电冲几218、 220就老財^f乍成电动才;u人而 在输出构件238处提供前进方向的转矩。如果发动机212是开动的，转矩传递机 构240就被接合，并且根据车辆操作条件将电动初V发电机218和220独立iW空制 成用作电动机或发电机，从而建立输入分离的电力可变混^^斜乍模式。动力系210可操作在纯电力4斜乍模式下，其中只有电动积/发电机220 用作电动机。因为转矩传递才7^勾240被分离，电动才iV发电机218保持大体上不动， 而与构件232的转速无关。替换地，在另一种纯电力##才莫式中，转矩传递才M勾 240和242被接合，并且两个电动积/发电机218、 220被控制成用作电动机，通过 差动齿4W且230向输出构件238提供功率。动力系210还可才斜乍在纯发动才/W剁乍 模式下，其中，两个转矩传递机构240、 242都不4給，电动枳7发电机218和220 是关闭的，并iL^动机212向输出构件238提供功率，同时，差动齿4W且230是 不^^作用的。图4示出的〉 洽动力系310具有可^/f乍i4i^接';t曰洽变速器314的发动机 312。在本发明的范围内，发动机312可以是内燃机、柴油机、燃料电〉'M者4^f可 其他的已知动力装置。〉V曰A变速器314具有可才剁乍i^il:接发动才;air出构件以进^i走转的输入 构件316，例如通过减l^几构，如所已知的。';f洽变速器314具有标示为M/G A 的第一电动机/发电机318和标示为M/GB的第二电动机/发电机320。电动枳/发电 机318连续地^^乍成连接第一差动齿IME330,如下所述，电动初V发电机320连 续地纟剁乍成连接第二差动齿轮组360。电动积/发电机318、 320M有转子部^H口 定子部分，如所已知的。电动才A/发电机318、 320中的<射可一个与动力系310的其 它部件例如差动齿轮组330的构件的连接，不i仑是固定连4妄还是选g^接，都是 与电动机/发电机318、 320的各自转子部分的连接。差动齿^l且330具有连续i^^接第一电动才;V发电机318以进行共同旋 转的第一构件332、第二构件334以及第三构件336。差动齿轮组330以一J^干图的 形式示出，其构件画成一x^干上的结点，这是本领域技术人员能理解的。差动齿轮组330优选为行星齿轮组，其具有恒星齿轮构件、环形齿轮构件以^JT^L转地支 撑着多个与恒星齿轮构件和环形齿轮构件相啮合的小齿轮的携载构件。例如，第 一构件332可以是恒星齿轮构件，第二构件334可以是环形齿轮构件，并且第三 构件336可以是携载构件。差动齿4W且360具有三个构件，本文称作第四构件362、第五构件366 和第六构件364。第四构件362连续地连接第二电动机/发电机320以进行共同旋 转。变速器314具有连续地连接第三构件336和第五构件366与输出构件338以 进行共同旋转的互连构件370。差动齿轮组360以^^干图的形式示出，其构件画成 一y干上的结点，这^^本领域4支术人员能理解的。差动齿轮组360优选为4亍星齿4仑 组，其具有恒星齿轮构件、环形齿轮构件以及可旋转地支撑着多个与恒星齿轮构 件和环形齿轮构件相。齿合的小齿轮的携载构件。例如，第四构件362可以是恒星 齿轮构件，第五构件366可以是携载构件，并且第六构件364可以是环形齿轮构 件。';^^变速器314具有多个转矩传递才/U勾，包括可选择'14i^^^的从而使 输入构件316与第二构件334 #~"^的第一转矩传递机构340。第二4t矩传递机 构342可选择'f^y妄合的从而将第二构件334接到固定构件350例如变速器314 的箱体上。第三转矩传递机构344可选择'1^4l奏合的从而使第一电动机/发电机318 和第一构件332与第六构件364连在-"^以进行共同旋转。第四转矩传递机构346 可选择'1^4^^的从而将第六构件364接到固定构件350上。转矩传递才;U勾340 和344可以是旋转摩擦离合器、爪形离合器或^J可其^it当类型的转矩传递才M勾。 转矩传递才A4勾342和346可以是具有静止部件的摩擦离合器，并且被称作制动器。发动机312与电动枳V发电机318、 320通过转矩传递机构340、 342、 344、 346的不同组合方式的#^经由差动齿轮组330、 360而选择'1^也互连，从而 为"給动力系310建立不同的才剩乍模式。例如，动力系310可用来发动车辆，发 动机是关闭或开动的。如M动机312是关闭的，可以使用这四种操作模式中的 ^f可一种。在第一种纯电力操作模式中，只有转矩传递机构342被接合以接触构
构件338提供转矩。因为转矩传递才;U勾344、 346没有接合，第六构件364和第四 构件362的4链不是齿轮组360决定。电动枳/发电机320可以被控制^J^鍵(不 动的)或假设为能最小化损失的大体上为零的平衡转速。在第二种纯电力操作模 式中，只有转矩传递^4勾346被#^以接触构件364,并且只有电动才;V发电机320 被才剩乍成电动才;U人而通过齿4Ma 360向输出构件338提供转矩。因为转矩传递机 构340、 342、 344没有#^,第一、第二构件332、 334将寻求能最小化损失平衡專鍵，其中，电动才;v发电机3i8的净链为零或大体上为零，或者，电动4;v发电机
318可以被控制成不动。在第三种纯电力操作模式中，转矩传递才;L4勾342、 346都 被4給，并且电动才;V发电机318、 320者財皮才剩乍成电动才;U人而在输出构件338处提 供前进方向的转矩。在第四种纯电力操作模式中，只有转矩传递机构344被#^ 以将电动初V发电机318连接到构件364，并且电动扭/发电机318、 320嘲財M M 过齿轮组360向输出构件338提供前进转矩。如果发动机312是开动的，转矩传递机构340被接合，转矩传递才/l4勾 342被分离，并且根据车辆"^f乍^f牛将电动枳/发电机318控制成用作电动机或发 电机，从而建立输入分离的电力可变';t^^t刺乍模式。除转矩传递才/U勾340 O卜还 #^转矩传递机构344并JLii控制电动积/发电机320用作电动机或发电机从而建
立第^ft电力可变模式，建立复合分离的电力可变'r^操作模式，通过差动齿轮
组330、 360在输出构件338处提供功率。图5示出的卩V給动力系410具有可才斜乍;4ii接〉V給变速器414的发动机 412。在本发明的范围内，发动机412可以是内燃机、柴油机、燃料电M者^f^f可 其他的已知动力装置。';f^变速器414具有可"^f乍;Nk^接发动才Mt出构件以进^^走转的输入 构件416，例如通过减#^4勾，如所已知的。混合变速器414具有标示为M/G A 的第一电动枳/发电机418和标示为M/GB的第二电动枳/发电机420。电动扭/发电 机418和420都连续地纟射乍成连接差动齿轮组430，如下所述。电动枳/发电机418、 420各具有转子部分和定子部分，如所已知的。电动初V发电机418、 420中的任何 一个与动力系410的其它部件例如差动齿轮组430的构件的连接，不论是固定连 接还是选#^接，都是与电动才;V发电机418、 420的各自转子部分的连接。差动齿4W且430具有连续i^k^接第一电动才;V发电机418以进行共同旋 转的第一构件432、连续地连接第二电动枳/发电机420以进行共同旋转的第二询 件434、以及连续地连接输出构件438以进行共同旋转的第三构件436。差动齿轮 组430以一^干图的形式示出，其构件画成^^干上的结点，这^^4v领域4支术人员能 理解的。差动齿轮组430优选为行星齿轮组，其具有恒星齿轮构件、环形齿轮构 件以及可旋转地支撑着多个与恒星齿轮构件和环形齿轮构件相啮合的小齿轮的携 载构件。例如，第一构件432可以是恒星齿轮构件，第二构件434可以是环形齿 轮构件，并且第三构件436可以是携载构件。〉V給变速器414具有多个转矩传递^4勾，包括可选择'lt^y給的从而使 输入构件416与第二构件434连在""^的第一转矩传递机构440。第_^#矩传递机 构442可选择'1^4I妄合的从而使输入构件416与第一构件432 il^i。第三转矩传递^M勾444可选择'^^y秦合的从而将第二构件434和第二电动枳/发电机420 接到固定构件450上。第四转矩传递才/U勾446可选择'l^4^^的从而将第一构件 432和电动才;V发电机418接到固定构件450上。转矩传递才M勾440和442可以是 旋转摩擦离合器、爪形离合器或^^可其他适当类型的转矩传递才M勾。转矩传递才几 构444、 446可以是具有固定构件的摩擦离合器，并且可以被称作制动器。发动机412与电动才/V发电机418、 420通过转矩传递才/^勾440、 442、 444、 446的不同组合方式的接合经由差动齿4ME430而选棒1^也互连，从而为混 合动力系410建立不同的梯H乍模式。例如，在一种纯电力^f乍模式中，如果本发 动机412是关闭的，就可以只将电动积V发电机418用作电动机从而在转矩传递机 构444被接合的情况下在输出构件438处提供功率。电动才A/发电机420将不动。 替换地，在另一种纯电力4斜乍模式中，可以只将电动初V发电机420用作电动枳乂人
机418将不动。在又一种纯电力操作模式中，如果一个转矩传递机构都没有被接 合，电动一iV发电机418和420老財^f乍成电动才W人而在输出构件438处提供前进方 向的转矩。电动才/V发电才几418和420可以大/^相同并iUl^妾到差动齿^i且430的 构件432和434，其中，构件432和434具有大体不同的齿数，并且因此，在每个 电动机418、 420与输出438之间建立大体不同的转矩比和转速比，因此，控制器 (未示出)具有两种不同的选择来只操作一个电动机。替换地，电动枳/发电机418 和420在转矩和功率容量方面以及在适于最佳效率的转矩和功率输出方面是大体 不同的，因此，控制器(未示出)具有两种不同的选择来只操作一个电动机，每 种选择在多种动力系才剁乍^f牛的某些中是最有效的。此外，电动才A/发电机418和 420的总体类型可以不同，例如一个感应电动机/发电机和一个永》兹电动枳V发电才几， 或者是特定类型的永磁电动机/发电机，例如， 一个几乎专门依靠由永磁体产生的 转矩(例如扁平磁铁或表面磁铁类型)和一个依靠由转子中的具有大体不同特征 的永磁体和铁产生的参照转矩值(例如V磁铁类型)，每种都适合于不同的动力系 才射乍条件。电动扭/发电机的这种相同或不同还用在本文描述的其它每个实施例中。
如果发动机412是开动的，转矩传递机构440就被接合，同时根据车辆 才剁乍条件将电动枳/发电机418控制成用作电动机或发电机，从而建立输入分离的 电力可变';ft/^才喿作冲莫式。通过改为^^转矩传递4W勾442，并且控制电动机/发电 机420用作电动积或发电机从而通过差动齿轮组430在输出构件438处提供功率， 可以建立第H命入分离的电力可变模式。通过^^两个转矩传递机构440、 446， 可以在输入构件416和输出构件438之间建立固定專^i4比。固定4鍵比还可选择 为通it^^这两个转矩传递才A4勾442、 444。另一种固定4链比，直4勤专动，还可选择为通过#^这两个转矩传递机构440、 444。图6是以棍图的方式示出的混合动力系510的示意图，其表现了以;fx^干 图的形式示出的图5的一个实施例。动力系510具有可^f乍:fe^接混合变速器514 的发动机512。在本发明的范围内，发动机512可以是内燃机、柴油机、燃料电池 或者4^f可其他的已知动力装置。》V曰^变速器514具有可才刻乍i^k^接发动冲;U命出构件以进fr^转的输入 构件516，例如通过减#^几构，如所已知的。混合变速器514包括第一电动才A/发 电机518，其具有连接到固定构件550例如变速器箱上的定子部分522。电动机/ 发电机518还包括转子部分524。转子部分524具有围绕其圓周间隔分布的永》兹体 525，这样，电动才;V发电机518就是7Jo磁电动冲jV发电机。第二电动积/发电机520 具有连接到固定构件550和转子部分521上的定子部分579。转子部分521具有围 绕其圓周间隔分布的槽527,这样，电动才A/发电机520;ttA磁阻电动冲;V发电机。动力系510包括差动齿4ME530，其是行星齿轮组并且可称作行星齿轮 组530。行星齿轮组530包括恒星齿轮构件532、环形齿轮构件534以及可旋转地 支撑着一组与环形齿轮构件534和恒星齿轮构件532相啮合的小齿轮537的携载 构件536。齿轮538，本文^tM尔作输出构件，与携l^勾件536共同旋转并且啮合齿 轮539。齿轮539通过差速器541向传动轴543传递转矩。环形齿4仑构件534遵d妄电动才/V发电才几518的转子部分524以进行共同 旋转。恒星齿轮构件532连接电动积/发电机520的转子部分521以进行共同旋转。〉V給变速器514具有多个转矩传递才/U勾，包括可选择'W4I給的从而使 输入构件516与环形齿轮构件534 #~"^的第一转矩传递机构540。第^#矩传 递机构542是可选择'hiiiy妄合的从而使输入构件516与恒星齿轮构件532连在一 起。第三转矩传递机构544是可选择'l"^y妄合的从而将环形齿轮构件534和转子 部分524接到固定构件550上。第四转矩传递才;U勾546是可选择'l^iy給的从而 将恒星齿轮构件532和转子部分521接到固定构件550上。转矩传递冲iU勾540和 542可以是旋转摩擦离合器、爪形离合器或^f可其^it当类型的转矩传递才;U勾。转 矩传递4/U勾544、 546可以是具有固定构件的摩擦离合器，并且可以被称作制动器。动力系510具有可^fN4i^接到电动^V发电机518、 520的车载储能装 置552,因此电动机/发电机518、 520可以向储能装置552传递功率或从^W妄收功 率。电子控制器554可操作g接到储能装置552,从而控制储能装置与电动机/ 发电机518、 520之间经由功率变换器556的来回功率的分配。控制器554 (或一 个或多个独立的控制器)还可l剁乍;l^k^接到发动机512和转矩传递才;i4勾540、 542、 544、 546，并且根据车辆操作^f牛控制它们的接合和分离。传感器收集的运行数据，例如，输入构件516和输出构件518的转速，也可以4是供给控制器554用于 各种用途，例如在再生制动模式下运行时。变速器514配置成使场外供电系统558 可以与储能装置552相连接以对储能装置552进行再充电。场外供电系统558通 过接口 559连掩賭能装置552,并且配置成如图1所示的场外供电系统58和接口 59。因为动力系510是动力系410的一个实施例，动力系410的M组件在 动力系510中都有对应的部件。例如，行星齿轮组530对应于差动齿4Mi430。恒 星齿轮构件532对应于第一构件432,环形齿轮构件534对应于第二构件434,并 且携载构件536对应于第三构件436。电动才A/发电机518、 520分别对应于电动机 /发电机418、 420。转矩传递才;L4勾540、 542、 544、 546分别对应于转矩传递才;i4勾 440、 442 、 444、 446。输入构件516、输出构件538分别对应于输入构件416、输 出构件438。发动机512与电动才A/发电机518、 520通过转矩传递机构540、 442、 444、 546的不同组合方式的4^经由差动齿轮组530而选择'I4i也互连，从而为混 合动力系510建立不同的才剁乍模式。例如，在一种纯电力4剁乍模式中，如果发动 机512是关闭的，就可以只将电动枳V发电机520用作电动初^人而在转矩传递冲;U勾 544被接合的情况下在输出构件538处提供功率，因而电动才JV发电机518不动。 替换地，在另一种纯电力操作模式中，可以只将电动枳/发电机518用作电动才/U人
发电机520不动。如果一个转矩传递机构都没有被接合，电动才;V发电机518和520 者財喿作成电动机从而在输出构件538处提供前进方向的转矩。如果发动机512是 开动的，转矩传递才;U勾540 ;t^皮^^，同时根据车辆#^乍^^牛将电动*1/发电机520 控制成用作电动机或发电机，从而建立输入分离的电力可变〉V曰t^操作模式。通过 改为4^转矩传递机构542并且控制电动积V发电机518用作电动积威发电机从而 通过差动齿4W且530在输出构件538处提供功率，可以建立第^输入分离的电 力可变模式。当发动机512是开动的且两个电动积/发电机518、 520都关闭时，这 两种纯发动积4喿作模式都可用。第一种纯发动积换作模^A通过4給转矩传递机 构540，第4是通过4^转矩传递才il4勾542。尽管安详细描述了实施本发明的最佳方式，但熟悉本发明所涉及领域的 技术人员将看出多种替换方案和实施例，在附上的权利要求的范围内实施本发明。
权利要求
1、一种混合动力系，包括输入构件；输出构件；可操作地连接输入构件的发动机；第一和第二电动机/发电机；具有多个构件的差动齿轮组；其中，输入构件、输出构件、发动机和电动机/发电机通过转矩传递机构不同组合方式的接合经由差动齿轮组而被选择性地互连；电子控制器，其可操作地连接到电动机/发电机并且被配置成控制电动机/发电机从而在输入构件与输出构件之间提供多种操作模式，包括第一纯电操作模式，其中，发动机是关闭的，第一、第二电动机/发电机中的一个用作电动机在输出构件处提供转矩，而第一、第二电动机/发电机中的另一个能保持基本不动；和第二种纯电力操作模式，其中，发动机是关闭的并且两个电动机/发电机都用作电动机在输出构件处提供转矩。
2、 如权利要求1所述的混合动力系，其中，第一、第二电动机/ 发电机的特征在于，它们具有基本相同的最大转矩和功率输出。
3、 如权利要求1所述的混合动力系，其中，第一、第二电动机/ 发电机的特征在于，它们具有基本相同的输入电压和输入电流需求。
4、 如权利要求1所述的混合动力系，其中，第一、第二电动机/ 发电机的特征在于，它们具有不同的最大转矩和功率输出。
5、 如权利要求1所述的混合动力系，其中，第一、第二电动机/ 发电机的特征在于，它们具有不同的最大效率转矩和功率输出。
6、 如权利要求1所述的混合动力系，还包括储能装置，其可操作地连接到所述第一、第二电动机/发电机的每 一个以向所述第一、第二电动机/发电机提供功率和从其接收功率，其 中，所述储能装置被配置成能够可操作地连接到场外电源以对所述储 能装置再充电。
7、 如权利要求1所述的混合动力系，其中，所述多种操作模式包括纯电力操作模式。
8、 如权利要求1所述的混合动力系，其中，所述多种操作模式 包括如下一种操作模式，即发动机是开动的，并且第一、第二电动 机/发电机中只有一个用作电动机在输出构件处提供转矩。
9、 如权利要求1所述的混合动力系，其中，所述多种操作模式 包括如下一种操作模式，即发动机是开动的并在输出构件处提供转 矩，而且第一、第二电动机/发电机中两者都用作电动机在输出构件处 提供转矩。
10、 如权利要求1所述的混合动力系，其中，发动机、第一电动 机/发电机和第二电动机/发电机中的至少一个没有连续地连接到差动 齿轮组的构件中的任一个，并且通过转矩传递机构中的 一个的接合而 能选择性地连接到差动齿轮组的构件中的 一个以进行共同旋转。
11、 如权利要求1所述的混合动力系，还包括 固定构件；其中，差动齿轮组具有第一、第二和第三构件；其中，第一电动 机/发电机连续地连接到所述第 一 构件；其中，转矩传递机构中的第一个是可选择性地接合的从而将输入 构件连接到第二电动机/发电机；其中，转矩传递机构中的第二个是可 选择性地接合的从而将第二构件连接到固定构件上；其中，转矩传递 机构中的第三个是可选择性地接合的从而将第二电动机/发电机连接 到第二构件；其中，输出构件连接到第三构件以进行共同旋转；Jt中，換作崧i(向'括输出分离换作措i(,在输出分离換作楛式中，,，i， , t 、、 、 ' '— ，，r,， t，, i iz、、 (" ，，r ▼ ，，i , i'、 、，第一、第三转矩传递机构被接合，发动机是开动的，并且只有第一电 动机/发电机用作电动机；且其中，操作模式包括串联操作模式，在串 联操作模式中，第二、第三转矩传递机构被接合，发动机是开动的， 并且第二电动机/发电机用作发电机给用作电动机的第一电动机/发电 机提供功率。
12、 如权利要求1所述的混合动力系，还包括 固定构件；其中，差动齿轮组具有第一、第二和第三构件；其中，第一电动 机/发电机连续地连接到所述第一构件；其中，第二电动机/发电机和 输出构件连续地连接到第三构件；其中，第一转矩传递机构是可选择性地接合的从而将输入构件连接到第二构件；其中，第二转矩传递机 构是可选择性地接合的从而将第二构件连接到固定构件上；并且其 中，操作模式包括输入分离操作模式，在输入分离操作模式中，第一 转矩传递机构被接合，发动机是开动的，并且第一、第二电动机/发电 机中的至少 一个用作电动机。
13、 如权利要求1所述的混合动力系，还包括 固定构件；其中，差动齿轮组具有第一、第二和第三构件；其中，转矩传递 机构中的第 一个是可选择性地接合的从而将第 一 电动机/发电机连接 到第一构件；其中，第二转矩传递机构是可选择性地接合的从而将第 二构件连接到固定构件上；其中，发动机连续地连接到第二构件；其 中，第二电动机/发电机和输出构件连续地连接到第三构件；并且其中，操作模式包括当发动机开动时建立的输入分离操作模式， 第二转矩传递机构未被接合，第二电动机/发电机正用作电动机或发电的第一电动机/发电机。
14、 如权利要求1所述的混合动力系，其中，差动齿轮组是具有 第一、第二和第三构件的第一差动齿轮组；并且还包括固定构件；具有第四、第五和第六构件的第二差动齿轮组； 互连构件，其连续地连接第三构件、第四构件和输出构件以进行 共同旋转；其中，第一电动机/发电机连续地连接到第一构件；其中，转矩传 递机构中的第一个是可选择性地接合的从而将发动机连接到第二构 件以进行共同旋转；其中，转矩传递机构中的第二个是可选择性地接 合的从而将第二构件连接到固定构件上；其中，第二电动机/发电机连续地连接到第四构件以进行共同旋 转；其中，第三转矩传递机构是可选择性地接合的从而将第一电动机 /发电机连接到第六构件；其中，第四转矩传递机构是可选择性地接合 的从而将第六构件连接到固定构件上；其中，操作模式包括输入分离操作模式，在输入分离操作模式中， 第一转矩传递机构被接合，发动机是开动的，并且第一电动机/发电机用作电动机或发电机；且其中，操作模式包括复合分离操作模式，在 复合分离操作模式中，第一转矩传递机构被接合，发动机是开动的， 第三转矩传递机构被接合，并且第一、第二电动机/发电机中的每一个 都用作电动机或发电机。
15、 如权利要求1所述的混合动力系，还包括 固定构件；其中，差动齿轮组具有第一、第二和第三构件；其中，第一电动 机/发动机连续地连接到第一构件以进行共同旋转；其中，第二电动机 /发动机连续地连接到第二构件以进行共同旋转；其中，输出构件连续 地连接到第三构件以进行共同旋转；其中，转矩传递机构中的第 一个是可选择性地接合的从而将发动 机连接到第一电动机/发电机以进行共同旋转；其中，转矩传递机构中 的第二个是可选择性地接合的从而将发动机连接到第二电动机/发电机以进行共同旋转；其中，第三转矩传递机构是可选择性地接合的从 而将第一构件连接到固定构件上；并且其中，第四转矩传递机构是可 选择性地接合的从而将第二构件连接到固定构件。
16、 一种混合动力系，包括 输入构件；输出构件；可操作地连接输入构件的发动机；第一、第二电动机/发电机；具有第一、第二和第三构件的第一差动齿轮组；具有第四、第五和第六构件的第二差动齿轮组；固定构件；多个转矩传递机构，它们是可选择性地接合的从而将差动齿轮组 的不同构件连接到发动机、固定构件、第一电动机/发电机和第二电动 机/发电机；其中，第一电动机/发电机连续地连接到第一构件；其中，第二电 动机/发电机连续地连接到第四构件以进行共同旋转；其中，动力系提供了多种操作模式，包括纯电力操作模式，在纯 电力操作模式中，发动机是关闭的并且第二电动机/发电机用作电动机 从而在输出构件处提供转矩，而第一电动机/发电机能够保持基本不动；其中，所述多种操作模式包括纯电力操作模式，在纯电力操作模 式中，发动机是关闭的并且两个电动机/发电机都用作电动机从而在输 出构件处提供转矩；其中，所述多种操作模式包括输入分离操作模式，在输入分离操 作模式中，第一转矩传递机构被接合，发动机是开动的，并且第一电 动机/发电机用作电动才几或发电机；并且其中，所述多种操作模式包括复合分离操作模式，在复合分离操 作模式中，第一转矩传递机构被接合，发动机是开动的，第三转矩传 递机构被接合，并且每个电动机/发电机都用作电动机或发电机。
17、 如权利要求16所述的混合动力系，还包括连续地连接第三 构件、第四构件和输出构件以进行共同旋转的互连构件；其中，第一、第四构件是恒星齿轮构件；其中，第二、第六构件 是环形齿轮构件；其中，第三、第五构件是携载构件；到第二构件:进行共同旋转^ 。、'、''—'、其中，第二转矩传递机构是可选择性地接合的从而将第二构件连 接到固定构件上；其中，第三转矩传递机构是可选择性地接合的从而将第 一 电动机 /发电机连接到第六构件；其中，第四转矩传递机构是可选择性地接合的从而将第六构件连 接到固定构件上。
18、 一种混合动力系，包括 输入构件；输出构件；可才喿作地连接输入构件的发动才几； 第一、第二电动机/发电机； 具有多个构件的差动齿轮组；可选择性地接合的转矩传递机构，包括可选择性地接合的从而将 输入构件连接到差动齿轮组和一个电动机/发电机的第一转矩传递机 构；其中，输入构件、输出构件、发动才几和电动才几/发电才几通过转矩传 递机构的不同组合方式的接合经由差动齿轮组而选择性地互连；电子控制器，其可操作地连接到电动机/发电机并且配置成控制电 动机/发电机从而在输入构件与输出构件之间提供多种操作模式，包括 纯电力操作模式，在纯电力操作模式中，发动机是关闭的，两个电动 机/发电机都用作电动机从而在输出构件处提供转矩。
19、如权利要求18所述的混合动力系，其中，第一、第二电动 机/发电机中的一个依靠永磁体来产生其基本上全部的转矩，并且第 一、第二电动机/发电机中的另一个不依靠永磁体来产生其基本上全部 的转矩。
全文摘要
本发明提供了一种混合动力系，其包括可操作地连接输入构件的发动机。动力系包括具有第一、第二电动机/发电机的变速器、具有多个构件的差动齿轮组及可选择性地接合的转矩传递机构。输入构件、输出构件、发动机和电动机/发电机通过转矩传递机构的不同组合方式的接合经差动齿轮组选择性地互连。电子控制器控制电动机/发电机、发动机和转矩传递机构在输入构件与输出构件间提供多种操作模式，包括纯电力操作模式，在该模式中，发动机是关闭的，且一个电动机/发电机用作电动机在输出构件处提供转矩，另一个电动机/发电机保持基本不动，还包括另一种纯电力操作模式，在这另一种模式中，两个电动机/发电机都用作电动机在输出构件处提供转矩。
文档编号B60K6/20GK101434191SQ20081017620
公开日2009年5月20日 申请日期2008年11月14日 优先权日2007年11月14日
发明者A·G·霍尔姆斯, E·M·拉斯克, L·T·尼茨, P·J·萨瓦加恩 申请人:通用汽车环球科技运作公司