专利名称：将中间轴型变速器与电动混合系统连接的转接头的制作方法
将中间轴型变速器与电动混合系统连接的转接头相关申请的交叉引用本申请要求享受于2010年6月11日提交的美国临时申请号61/353，860和于2010年11月10日提交的美国专利申请号12/943，044的权益，这两篇文献的全文兹被引用纳入本文。
背景技术：
融合有内燃机和可供选择的动力源如电动机或液压马达的已知的车辆混合驱动系统需要有将可供选择的动力源和内燃机连接至驱动轮的连接机构。每种配置可以具有优选配置结构，但这样的配置结构可能随着车辆的使用和用途而变化。总体类型如美国专利US7463962所述的已知的电动混合系统具有联接至变速器输入轴的电动机。该配置良好适应于与具有中间轴动力流配置的变速器联用。但是，当电动机与发动机和变速器直线对准布置时，增大电动机尺寸需要花大代价对相关的动力传动系部件和安装结构做出许多显著改动。人们希望有这样一种配置结构，其容许能更灵活地改变电动机或电动机/发电机的尺寸并且也良好适应于中间轴型变速器。中间轴型变速器也被称为机械变速器或手动变速箱，这样称呼的原因部分是中间轴型变速器由车辆驾驶员手动变速换挡。中间轴自动变速器被称为机械自动变速箱或者AMT。一种被称为液压辅助起动(HLA)系统的液压混合系统已被调适用于商用车辆并且与未如此配置的车辆相比提高了燃油经济性和加速性，尤其当其被用在频繁起停和低速行驶的应用中时，例如城市公共车辆和垃圾集运车。但是，HLA系统一般与传统的自动变速器联用，该自动变速器使用变矩器来将驱动力矩从发动机传至变速器。变矩器帮助车辆从停车状态起动，而无需逐渐接合离合器，并且变矩器也当在变矩器前后有显著速比时提供力矩倍增作用。在低速运转时，变矩器损失了发动机功率的相当显著的一部分。中间轴型变速器，确切的说是配备有用于传递力矩的盘式离合器的机械自动变速箱(AMT)，在低速和起停操作时比变矩器型变速器要高效许多，并且重量比变矩器型变速器轻。但是，典型的干式摩擦离合器盘或从动盘在这样的操作条件下存在不希望有的快速磨损。此外，对于配备有AMT的车辆，从停止开始起动时的加速度一般比配备有变矩器型变速器/自动变速箱的车辆小，一部分是因为由变矩器所给予的力矩倍增好处。人们期望有这样一种配置结构，其容许将HLA系统与中间轴型变速器相结合并减小对从动盘磨损的担忧并且改善了系统的加速性以超越包含干式摩擦离合器的AMT所提供的加速性。或者，人们希望有这样一种配置结构，其容许通过一个或多个可选择接合的离合器将驱动电动机与中间轴型变速器相结
口 o发明概述本发明提供一种将可供选择的动力源连接至车辆驱动轮的通用机构，其非常良好地适应于与中间轴型变速器联用。本发明还通过消除接合摩擦离合器以起动车辆的需要来克服对离合器磨损的担忧。与典型的干式摩擦离合器起动相比，本发明还通过依赖于混合系统的辅助驱动马达来改善车辆加速性，与在商用车辆中只通过干式摩擦离合器的典型起动接合来传输动力时相t匕，这将更快速地传输更多的动力经过转接头模块给驱动轮。
图1是融合有机械自动变速器AMT和HLA的传动系的透视图。图2是图1的传动系的示意图。图3是本发明的第一替代实施例的示意图。图4是本发明的第二替代实施例的示意图。图5是本发明的第三替代实施例的示意图。图6是本发明的第四替代实施例的示意图。图7是本发明的第五替代实施例的示意图，其采用电动混合系统来代替HLA。图8是本发明的第六替代实施例的示意图，其也采用电动混合系统。图9是本发明的第七替代实施例的示意图，其也采用电动混合系统。图10是本发明第八替代实施例的示意图，其也采用电动混合系统。图11是本发明第九替代实施例的示意图，其也采用电动混合系统。图12是本发明第十替代实施例的示意图，其也采用电动混合系统。发明具体说明图1示出传动系10，它包括机械自动变速器(AMT) 12，机械自动变速器通过中间传动轴16被连接至液压辅助起动系统(HLA系统)14。另一个传动轴以下被称为驱动轴18，它在一端被连接至变速器12，以便连接到在另一端的车桥(未示出)。转接头模块20被加入变速器12，用于将HLA系统14连接至传动系。转接头模块20有利地消除了对原先设置在现有技术系统中的变速器和HLA系统之间的变速器箱体的需求。转接头模块20以少得多的硬件提供变速器箱体的大多数功能。主离合器22提供在车辆驱动发动机(未示出)和AMT 12之间的可选择接合的传动连接。图2示意示出图1的传动系的一种配置。转接头模块20设置在前箱24和副区段26之间。本发明不打算受如图所示的变速器配置的限制，除了变速器要采用输入轴、输出轴和中间轴。前箱24具有输入轴28、输出轴30和中间轴32。仅举例而言，前箱24提供四个可选前进挡(齿轮)传动比和一个倒挡(齿轮)传动比。啮合齿轮最前组提供输入轴28和中间轴32之间的传动接合。输出轴30上的齿轮与中间轴32上的齿轮啮合。滑动犬齿型离合器被用来将这些齿轮固定在轴上，所述齿轮设置在所述轴上用于获得目标传动比。副区段26，在此实施例中是副箱，通过输出轴30被连接至前箱24，其给每个前进挡传动比提供多达四个附加传动比。可在每个区段中获得的挡位数对本发明并不重要。副区段26具有中间轴34和输出轴36。中间传动轴16在旁边经过，而不是穿过副箱26。转接头模块20具有在变速器输出轴30和HLA系统输入轴38之间传输力矩的机构。该机构呈转接头齿轮组40的形式，分别包括啮合的第一齿轮和第二齿轮42、44。应理解的是，任何已知的、在相互平行的轴之间传递速度和力矩的定传动比机构可被用来替代齿轮组40，例如更复杂的齿轮组或链轮链条组合，潜在地与其它定传动比机构相组合。第一齿轮42被传动连接至HLA系统14的输入轴38。第一齿轮42如图所示直接安装至轴38，但或者可以在一个单独的轴上并通过齿轮组、传动链条链轮组合或者本领域中已知的任何其它机构来传动连接。这样的中间件可在中间轴32和HLA系统输入轴38之间提供定传动比的速度差。第二齿轮44如图所示可转动安置在副箱输出轴36上。转接头模块20也具有两个离合器，起动离合器46和再生离合器48。起动离合器46与第一齿轮42同轴并且可选择地将第一齿轮42接合至中间轴32。再生离合器48与第二齿轮44同轴并且可选择地将第二齿轮44与输出轴30传动连接。离合器46、48不一定与其各自齿轮同轴，如果采用了中间件则可能为这种情况。起动离合器46的一个重要功能是它提供在中间轴32和HLA系统输入轴38之间的可选择传动连接。再生离合器48的一个重要功能是它提供在输出轴30和HLA系统输入轴38之间的可选择传动连接。起动离合器46如图所示为滑块型或犬齿型离合器。这种离合器的优点是独立整装的，几乎不需要操作能量且允许接合时无打滑。起动离合器46可通过任何适用于轴向移动离合器套的机构来操控。这样的机构在变速器领域内是众所周知的并且包括气压操作的、液压操作的和电动操作的换挡拨叉。本领域内也公开了用于通过电磁手段来直接移位的方案。再生离合器48如图所示为盘型离合器，其是在变矩器型自动变速器中找到的典型结构。这样的离合器的优点是能在接合的同时存在有被离合器接合的多个部件之间的相对速度差。另外，盘型离合器比典型的滑动犬齿型离合器能更容易地脱接或者分离。HLA系统14包括泵/马达单元50以及高压积蓄器52和贮存器或者低压积蓄器54。HLA系统如美国专利US7，082，757所述发挥功能。在HLA “充压”或“再生”模式中，力矩被施加至HLA系统14以及泵/马达单元50两者的输入轴38，此时，泵/马达单元50按照泵模式运转。在泵模式中，泵/马达单元50从低压积蓄器54汲取液压流体并迫使液压流体进入高压积蓄器52，流体在这里被保持于相当高的压力。在HLA系统14的“释压”或“驱动”模式中，泵/马达单元50按照马达方式运转。在马达模式中，来自高压积蓄器52的加压流体作用于泵/马达单元50，以引起作用于输入轴38的力矩并造成轴38转动。流出泵/马达单元50的流体进入低压积蓄器54。力矩在HLA系统14和转接头模块20之间通过中间传动轴16来传递。以下是对本发明运行过程的描述。在第一情况或者说起动情况下，采用本发明传动系的车辆处于完全停止状态，此时车辆发动机空转，主离合器22被分离，副箱26处于合适的起动模式，并且高压积蓄器52被充满。在变速器的前箱24内的I挡的离合器被接合。起动离合器46被接合，可转动地将变速器中间轴32固定至HLA系统输入轴38。再生离合器48被分离，容许齿轮44在输出轴30上自由转动。使泵/马达50按照其马达模式运转，传输力矩至中间轴32并通过I挡的变速器齿轮组传递给输出轴30，通过副箱26和驱动轴18传递给车桥(未示出)，开动车辆。可以理解的是，变速器输入轴28借助中间轴32的转动通过在输入轴和中间轴之间的齿轮组或最前组56被反向驱动。当输入轴28大约达到空转发动机的转速时，主离合器22可被接合，驱动动力源从HLA系统14被传递至车辆发动机。起动离合器46随后可被分离。人们应该理解此顺序可被改变。例如代替使发动机空转，发动机可被完全关停。在主离合器22被接合、起动离合器46被接合且变速器前箱24处于空挡的情况下，发动机将会通过来自HLA系统14的力矩被启动，该力矩经过中间轴并通过最前组56被传输至发动机。主离合器22和起动离合器46均将被分离，在前箱24内选择起步挡，并且车辆通过接合该主离合器22而被起动。根据HL系统14的力矩能力，可能可以同时起动车辆并启动马达。在主离合器22被接合、起动离合器46被接合且变速器前箱24处于选定的起步挡的情况下，发动机将会在车辆在HLA系统动力下开动时被启动。一旦发动机处于自保持速度，则起动离合器46被分离。又或者，车辆可以只利用HLA被起动，并且发动机通过在车辆处于预定速度时接合上该主离合器22而被启动。起动离合器46将会在接合上该主离合器22之前被分离。在可供选择的起动运行模式中，在车辆停止、发动机空转且高压积蓄器52充满的情况下，主离合器22被分离，起动离合器46被分离且再生离合器48被接合。在前箱24和副箱26每个当中的齿轮组被选中并被接合。HLA系统14被用来起动车辆。输出轴30通过其选定的齿轮组反向驱动该中间轴32，中间轴又反向驱动变速器输入轴28。当输入轴28大约正以发动机空转速度转动时，主离合器22被接合，同时再生离合器48被分离，容许来自HLA的驱动力矩顺利转换至发动机驱动力矩。为了允许HLA系统14按照再生模式运转，起动离合器46被分离，再生离合器48被分离，主离合器22可被接合或分离，前箱24和副箱26均使适当的齿轮被接合上，并且车辆正以预定速度或者低于预定速度运动。将泵/马达单元50置于泵模式，并且再生离合器48被接合以将高压积蓄器再充压。由车轮转动导致的输出轴36转动通过副箱26驱动该输出轴30，该输出轴使第二齿轮44转动，第二齿轮通过第一齿轮42造成HLA系统输入轴38转动，造成马达泵50从低压积蓄器汲取流体并迫使流体进入处于高压的高压积蓄器52。这样的再充压可以响应于用于车辆减速的车辆系统指令来执行，提供了再生制动。与车辆惯性相关的动能被转换为与在高压积蓄器中的加压液压流体相关的势能。将转接头模块20安置在变速器12的前箱24和副区段26之间有利地实现了 HLA系统14被用于提供液压，以对几个不同的传动比提供帮助。可以预期到，对于某些应用，副区段26将能使中间轴32的预期速度范围保持在HLA泵/马达单元50的运转速度范围内。在这样的情况下，来自HLA系统14的动力将在整个车辆运行范围内可供使用。图3示出可选择的传动系110，其中变速器112具有被直接固定至前箱124 —端的副区段或副箱126的更常见的布置结构。转接头模块120安装在副箱126中与前箱124相对的一端。起动运转模式和再生或再充压运转模式将会与针对图2的实施例所描述的情况基本相同，不过，HLA系统114只在车辆运行速度范围的低端才能可供使用，因为在HLA输入轴138转速和连接至桥轴的传动轴118的转速之间有固定传动比。图4示出用于不具有副区段的变速器212的可选择的传动系210。这样的配置结构在轻型和中型车辆应用中是典型的。转接头模块220被连接至变速器212中与主离合器222相对的一端。第一齿轮242和起动离合器246和HLA系统输入轴238沿轴向与中间轴232对准。第二齿轮244和再生离合器248设置在输出轴230上。就像在图3的实施例中那样，只能在车辆运行速度范围的低端才能用上HLA系统214，这是因为在HLA系统输入轴238的转速和被传动连接至桥轴的输出轴230的转速之间的固定传动比。图5示出了与图2所示的几乎相同的传动系310，其包括设置在变速器312的前箱324和副区段326之间的转接头模块320。相对于图2的实施例的一个显著变化是，图5的实施例没有使HLA系统输入轴338沿轴向与中间轴332对准。相反，转接头模块320在转接头模块齿轮组340中具有第三齿轮345。第一齿轮342沿轴向对准中间轴332。起动离合器346可选择地将第一齿轮342与中间轴332相接合。第二齿轮344设置在前箱324的输出轴330上，其中再生离合器348可选择地将第二齿轮344可转动固定到输出轴330。与第一齿轮342传动啮合的第三齿轮345被可转动固定至HLA系统314的输入轴338。图6也示出了与图2所示的几乎相同的传动系410，其包括设置在变速器412的前箱424和副区段426之间的转接头模块420。相对于图2的实施例的一个显著变化是，图6的实施例没有使起动离合器与输出轴430轴向对准。相反，被用来择一地提供起动功能和再生功能的双向离合机构449处于与中间轴432的轴向对准。第一齿轮442也相对于输入轴438自由转动，除非机构449接合离合器448，而不是像图2的实施例中那样相对输入轴是固定的。因此，第二齿轮444相对于输出轴430是固定的，这与图2的实施例不同，图2的实施例具有可转动安装在该输出轴上的第二齿轮。离合机构449可选择地接合再生离合器448，以便按照再生模式将第一齿轮442可转动联接到HLA系统输入轴438。力矩在HLA系统414和输出轴430之间通过齿轮组440来传递。或者，离合机构449可选择地接合该起动离合器446，以便按照起动模式将HLA系统输入轴438与中间轴432可转动连接起来。箭头458表示在起动模式中的一个可能有的力矩路径。没有力矩通过齿轮组440来传递。图7示出了与图4所示相似的传动系510，其包括位于不具有副区段的变速器512附近的转接头模块520。相对于图4的实施例的一个显著变化是，电动混合系统560已经代替HLA系统。混合系统560用作将机械动能转换为势能的可供选择的手段。另一个区别是再生离合器548是非同步犬齿型离合器，像起动离合器546那样。另一个不太显著的区别是转接头模块520有三个齿轮，就像图5的转接头模块。混合系统560包括电动机/发电机562,代替液压泵/马达，并且具有电池564代替高压积蓄器。混合系统560还包括电力电子模块566，其可包含许多元件例如变压器和逆变器。电力电子模块566可以由集成兀件或者单独的独立兀件构成。电动机/发电机562可根据系统设计要求来缩放。用于预期应用的电动机/发电机的预期电力范围是30kW至100kW。封装设计将适应一个电动机/发电机尺寸范围的封装。电动机/发电机能力可随着电动机/发电机的长度被潜在改变。电池564也可被缩放以适应预期系统要求。可以采用包含有附加电池单元的较大电池。或者，如果期望，可以采用多个相同的电池来增强蓄电能力。图1至图7的每个实施例将需要有系统控制以便按照协调方式操作该变速器和混合系统，无论是液压型的或是电子型的。图7分别示出独立的变速器和混合电子控制单元(EOT或者多个E⑶)568和570。应该理解的是，变速器和混合E⑶568、570可被集成到单个E⑶中。变速器E⑶568通过被分别电子连接至变速器和转接头模块控制器572、574。控制器包括用于给变速器和转接头模块换挡以选择期望的传动模式的机构。这样的机构在本领域中是众所周知的并且可以包括任何电动的、液压的或者气压的操作机构或者其任何组合形式。连接可以通过线来实现，或者可以是任何已知的无线手段像蓝牙 。这样的连接提供了从E⑶568至控制器572、574传输控制信号的手段。通过使用电动混合系统560，传动系510有利地消除了在转接头模块520内的同步离合器的需要。电动机/发电机562能以足够高的精度被速度控制，以在齿轮544和输出轴530之间提供必要的低速差，从而允许接合该犬齿型离合器548而无需机械同步以加速或减慢辅助动力源，在这里是电动机/发电机562。采用了液压泵/液压马达的动力传动系统最好采用机械同步机构例如盘式离合器或者同步器型犬齿离合器，用于使转动部件的转速同步，因为泵/马达对速度控制指令的响应时间明显长于电动机的响应时间。就像利用液压系统那样，可想到多个电动混合系统替代实施例。图8-图12示出了替代配置结构的例子。图8的实施例基本上与图7的实施例相同，除了采用转接头中间齿轮676作为在模块620内的转接头齿轮组640的一部分。中间齿轮676被可转动固定至转接头第一齿轮642且与之一体转动。转接头中间齿轮676与转接头第二齿轮644传动啮合。与第一齿轮642传动啮合的转接头第三齿轮645被可转动地固定至电动机662的输入轴638。作为单个电池的替代方式使用两个电池664A和664B。图8中的在此未明确提到的附图标记对应于图7中的附图标记，除了使用前缀6代替了 5。图8的配置的特点是适合与中型级别商用车辆联用，因为它包括前箱624但没有副区段。所示出的前箱示出了五个前进速挡，但可以被设计成提供更多或更少的前进速挡。图9的实施例与图5的相似，除了图9的实施例使用电动混合系统760代替HLA系统314。变速器712的特点是适应于与重型级别的商用车辆联用，因为它包括前箱724和副区段726。转接头模块720设置在前箱724和副区段726之间并连接两者。相对于图5的另一个区别是图9的起动离合器748是滑动离合器，不过，该系统将在离合器746或者748是多盘湿式离合器的情况下运行。 在低速运行时(例如0-3英里/小时)，将主离合器722分离以使发动机与输入轴726分离，将离合器746接合以便将电动机762传动连接到中间轴732，且离合器748被分离，允许齿轮744与轴730速无关地转动。在副箱单元726内通过接合其中的一个或者两个离合器来选择合适的挡位。在过渡速度下(例如3-4英里/小时)，输入轴以几乎与主离合器722 —样的速度转动。分离该离合器746并接合该主离合器722。在中间速度范围内(例如4-18英里/小时)，接合该离合器748，其通过齿轮745、742和744将轴730传动连接至电动机762。在此模式中，电动机762可以在前箱724内的变速换挡期间里提供驱动力矩给轴730，这种变速换挡将在其它时候中断将力矩传输给轴730。通过使用其中的离合器来选择副箱单元726内的合适传动比，传动比取决于车行速度和在前箱724内的选定传动比。电动机762也可以按照制动再生器模式被操作，以作为一种减慢其中的转接头模块720离合器如此接合的车辆的手段来集取能量。在高速范围内(例如18-65英里/小时)，辅助单元726的离合器都被保持在与中间模式相同的配置形态中，除了离合器748可以被暂时分离以允许在辅助单元726内变速换挡。图10的实施例与图9的实施例相似，除了电动机862被直接加入转接头模块820中。电动机轴838与输出轴830同心并外接该输出轴。已经不需要齿轮745。在此未明确提到的图10中的附图标记对应于图9中的附图标记，除了用前缀8代替了 7。图11的实施例与图9的实施例相似，除了转接头模块920设置在副区段926的与前箱924相对的全部上。在此未明确提到的图11中的附图标记对应于图9中的附图标记，除了用前缀9代替了 7。
图12的实施例与图9的实施例相似，除了加入第二转接头模块1080，其提供第三滑动离合器1082。转接头模块1080具有用于离合器1082的第二转接头模块控制器1084。在此未明确提到的图12中的附图标记对应于图9中的附图标记，除了用前缀10代替了 7。人们应该理解，对于图7至图12的实施例，任何滑动离合器可以用多盘湿式摩擦离合器、干式摩擦离合器或者滑块同步器机构或者任何其它转动接合机构来替代，这没有超出本发明的精神和范围。也应理解的是，为了理解本发明而给出了控制器的配置形式，但它不是要作为限制条件。本发明的范围如以下权利要求所述。
权利要求
1.一种用于机动车辆的传动系，包括: 机械自动变速器，其具有输入轴、输出轴和中间轴以及设置在该输入轴和该中间轴之间的第一齿轮和设置在该中间轴和该输出轴之间的至少两个可选择接合的齿轮组； 可供选择的动力源，包括马达和能量蓄积单元； 转接头模块，可操作设置在该机械自动变速器和该马达之间并且包括转接头齿轮组，该转接头齿轮组包括第一齿轮，该第一齿轮与第二齿轮啮合，并且提供在该马达和该变速器输出轴之间的传动连接； 第一离合器，它可选择地将该马达输入轴传动连接至该中间轴；和 第二离合器，它通过转接头齿轮组可选择地将该输出轴连接至该马达输入轴。
2.根据权利要求1所述的传动系，其中，第二离合器是多盘式离合器，它允许在离合器前后有打滑情况下在相关的齿轮和轴之间传递力矩。
3.根据权利要求1所述的传动系，其特征是，第一和第二离合器均是非同步犬齿型离合器。
4.一种变速器,适应于与包括具有电动机输入轴的电动机的电动混合系统联用，该变速器包括: 输入轴； 输出轴； 中间轴； 设置在该输入轴和该中间轴之间的第一齿轮组； 设置在该中间轴和该输出轴之间的至少两个可选择接合的齿轮；和 转接头模块，可操作地包括 转接头齿轮组，该转接头齿轮组包括第一齿轮，该第一齿轮与第二齿轮啮合，并且提供在该电动机和该变速器输出轴之间的传动连接； 第一离合器，其将该电动机输入轴可选择地传动连接至该中间轴； 第二离合器，其通过该转接头齿轮组将该输出轴可选择连接至该电动机输入轴。
5.根据权利要求4所述的变速器，其中，第二离合器是多盘式离合器，它允许在离合器前后有打滑情况下在相关的齿轮和轴之间传递力矩。
6.根据权利要求4所述的变速器，其中，第一和第二离合器均是非同步犬齿型离合器。
全文摘要
本发明提供一种将可供选用的动力源连接至车辆驱动轮的通用机构，它非常好地适于与中间轴型变速器联用。本发明也通过消除接合摩擦离合器以起动车辆的需要来解决离合器磨损问题。与典型的干式摩擦离合器起动相比，本发明还通过依靠辅助马达和相关的控制系统来改善车辆加速性，与通过商用车辆中的干式摩擦离合器的典型离合器接合来传输动力时相比，这将更快速地传输更多的动力给驱动轮。
文档编号B60K6/387GK103118886SQ201180028796
公开日2013年5月22日 申请日期2011年6月10日 优先权日2010年6月11日
发明者T·A·吉尼斯 申请人:伊顿公司