具有机电致动器组件的混合动力总成及其控制方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及具有机电致动器组件的混合动力总成及其控制方法。
【背景技术】
[0002]混合动力总成包括内燃发动机以及一个或多个电机。控制器被编程以在不同车辆条件下自动改变发动机和电机的使用，以便选择最佳的动力总成操作模式。一些混合动力总成设计使用基于双电动马达的系统，用于发动机起动/停止功能以及车载动力再生。例如，传统的12VDC辅助起动机马达可以用于提供齿轮传动的(geared)发动机起动/停止控制，同时高压或辅助电压皮带传动的交流发电机-起动机(BAS)系统的使用使电机中的一个能够辅助发动机扭矩或者给一个或多个电池再充电。
【发明内容】
[0003]在此公开了一种具有一个或多个线性致动器的机械/电气或“机电”致动器组件。致动器组件可以替代上面提到的基于双电机系统使用。如本领域已知的，传统的12-15VDC辅助起动机马达在发动机曲轴起动(cranking)过程中吸取相对大量的电流，这又可引起电池电压暂时下降。另外，这种辅助起动机马达使用高传动比以在使用点，S卩，发动机飞轮处实现所需的扭矩。结果，辅助起动机马达可以招致充分高的惯性量，使得发动机起动速度受到限制。所公开的设计意在有助于解决发动机曲轴起动事件之前以及与其同时发生的这个和其他可能的性能问题。在此描述的致动器组件也可以用于其他车辆和非车辆应用中，包括需要在布置于不同的平行轴上的两个旋转齿轮元件之间的可靠的可选择性连接的任何动力或扭矩传递应用。为了说明的一致性，在此将参照各图来描述混合动力车辆应用，而不将发明范围仅限制于在此描述的特定设计。
[0004]致动器组件包括一对轴向可平移的小齿轮，在不同的示例性实施方式中，致动器组件包括一个或两个线性致动器，如示例性螺线管装置，每个线性致动器具有内部复位弹簧或其他复位机构。当在本文描述的代表性的混合动力总成中与辅助马达/发电机单元(MGU) 一起使用时，平移小齿轮可以相对于MGU的转子轴的旋转轴线离轴定位。线性致动器可以相对于小齿轮的平移轴线在轴上或离轴定位。
[0005]在另一实施方式中，线性致动器中的两个可以相对于彼此同轴布置。线性致动器选择性地被供能，以引起线性致动器的一个或多个柱塞的平移，且每个柱塞操作地连接到致动器组件的驱动系，如通过一组杆叉(lever fork)或其他适当的机械连杆。柱塞的线性运动通过杆叉传递，并最终平移且部分旋转小齿轮成与定位在致动器组件外侧的相应的第一和第二齿轮元件直接接合，例如，连接到发动机飞轮的齿圈和MGU驱动的齿轮元件。从而，在典型的发动机起动/停止实施方式中，发动机飞轮可以被选择地连接到MGU，以独立于在BAS类型的辅助起动中发动机驱动的带轮和MGU之间的任何连接而提供齿轮传动的发动机起动。
[0006]作为本设计的一部分，一旦发动机已经起动且以超过MCTJ的速度的速度运行，被动接合的超越离合器允许MGU从发动机自动断开。即，每个超越离合器自动允许小齿轮中的相应一个轴向移动远离它们相应的连接目标，即，相应的飞轮和MGU并，从相应的飞轮和MGU脱开。可选的是，可以使用仅一个超越离合器，如在发动机的飞轮侧上的超越离合器，且来自内部复位机构的复位弹簧力将其中一个小齿轮与MG U脱开。
[0007]在可选的离轴、两个线性致动器设计中，两个线性致动器可以同时发动或致动，以将致动器组件同时连接到飞轮和MGU，或者一个线性致动器装置可以在另一个之前促动，以预先接合发动机或MGU。后者的设计在驾驶员或控制器确定车辆操作参数已经充分变化使得发动机的再起动并不立即需要的改变主意起动的情况下是期望的。
[0008]在另一示例性实施方式中，混合动力总成包括发动机、MGU、皮带驱动组件、致动器组件、变速器和控制器。发动机包括曲轴、连接到飞轮且通过曲轴可旋转的飞轮、以及与飞轮一起围绕第一轴线旋转的第一齿轮元件。MGU包括转子轴，所述转子轴围绕平行于第一轴线的第二轴线可旋转，并且还包括第二齿轮元件，所述第二齿轮元件连接到转子轴的一个端部，所述转子轴具有连接到其另一端部的可控制的联接元件。选择性联接装置，如电磁离合器，设置在曲轴和MGU之间。皮带驱动组件具有连接到曲轴的第一带轮、连接到转子轴的第二带轮、以及连接第一和第二带轮以由此在选择性联接装置被接合时将来自MGU的输出扭矩，即，马达扭矩传递到曲轴的环形可旋转驱动元件。变速器通过输入离合器可操作地连接到飞轮/曲轴。
[0009]在这个实施方式中，设置在第一和第二齿轮元件之间的机电致动器组件具有第三轴线，该第三轴线平行于第一和第二轴线。所述致动器组件还具有至少一个线性致动器，如螺线管装置、机动化滚珠丝杠或者形状记忆合金(SMA)致动器，并且还包括一对小齿轮，以及一个或多个被动接合的单向飞轮或超越离合器。小齿轮沿着第三轴线可平移以选择性地接合第一和第二齿轮元件中的相应一个。在曲轴的速度超过MGU的速度时，每个超越离合器将其中一个小齿轮从第一或第二齿轮元件中的相应一个被动地脱开。控制器被编程以处理控制输入，从而确定致动器组件的控制状态，并且将控制信号发送到MGU和线性致动器，以通过所述至少一个小齿轮沿所述第三轴线的平移，命令所确定的控制状态的执行，例如，发动机曲轴起动。
[0010]还公开了一种机电致动器组件，用于具有围绕相应的第一轴线和第二轴线可旋转的第一和第二齿轮元件的系统。该致动器组件包括至少一个线性致动器、一对小齿轮和至少一个超越离合器。小齿轮沿着与所述第一和第二轴线平行的第三轴线可平移，以选择性接合第一和第二齿轮元件中的相应一个。每个超越离合器被构造成在第一齿轮元件的速度超过第二齿轮元件的速度时使小齿轮中的相应一个从所述第一或第二齿轮元件被动脱开。当使用仅一个这样的离合器时，例如，在发动机的飞轮侧，线性致动器的复位机构从MGU/第二齿轮元件脱开。
[OO11 ]根据本发明一方面，提供一种混合动力总成，包括:
[0012]发动机，所述发动机具有曲轴、连接到曲轴并且通过曲轴可旋转的飞轮、以及与飞轮一起围绕第一轴线旋转的第一齿轮元件；
[0013]马达-发电机单元(MGU)，具有转子轴以及连接到所述转子轴的第二齿轮元件，所述转子轴围绕平行于第一轴线的第二轴线可旋转；
[0014]选择性联接装置，设置在曲轴和MGU之间；
[0015]皮带传动的驱动组件，该皮带传动的驱动组件具有连接到曲轴的第一带轮、连接到转子轴的第二带轮以及连接所述第一和第二带轮的环形可旋转驱动元件，其中，所述选择性联接装置的接合将马达扭矩从MGU传递到曲轴；
[0016]变速器，所述变速器通过输入离合器可操作地连接到发动机；
[0017]机电致动器组件，该机电致动器组件设置在所述第一和第二齿轮元件之间，并具有平行于第一和第二轴线的第三轴线、至少一个线性致动器、沿着所述第三轴线可平移以选择性地接合第一和第二齿轮元件中的相应一个的一对小齿轮、以及第一超越离合器，所述第一超越离合器被构造成在所述曲轴的速度超过所述MGU的速度时将所述小齿轮中的一个从所述第一齿轮元件被动地脱开;以及
[0018]控制器，所述控制器被编程以处理一组控制输入，由此确定动力总成的所需控制状态，并将控制信号发送到MGU和至少一个线性致动器，由此通过所述至少一个小齿轮沿着所述第三轴线的平移而命令所需的控制状态的执行。
[0019]优选地，其中，所述机电致动器组件也包括第二超越离合器，该第二超越离合器被构造成在所述曲轴的速度超过所述MGU的速度时，将一对小齿轮中的另一个小齿轮从第二齿轮元件脱开。
[0020]优选地，其中，所述至少一个线性致动器包括布置在相应的第四和第五轴线上的一对线性致动器。
[0021]优选地，其中，所述至少一个线性致动器包括同轴布置在第四轴线上的一对线性致动器。
[0022]优选地，其中，所述至少一个线性致动器包括布置在平行于第三轴线的第四轴线上的单个线性致动器。
[0023]优选地，其中，所述至少一个线性致动器是从包括螺线管装置、旋转滚珠丝杠装置和形状记忆合金装置的组选取的。
[0024]优选地，其中，至少一个线性致动器中的每一个包括柱塞，当所述至少一个线性致动器被致动时，所述柱塞沿着第四轴线朝向第一齿轮元件平移，所述致动器组件包括多个杆叉，所述多个杆叉中的至少一个可操作地连接到所述柱塞，以在所述柱塞向第一齿轮元件平移时，沿着第三轴线将轴向力传递到小齿轮。
[0025]优选地，所述混合动力总成还包括自由柱塞，所述自由柱塞具有两个远侧端部，其中所述两个远侧端部各自被多个杆叉中的不同一个接合。
[0026]优选地，其中，与所述第二齿轮元件可接合的所述小齿轮嵌套在较大的齿轮元件内以形成匹配齿轮。
[0027]根据本发明另一方面，提供一种机电致动器组件，用于具有第一齿轮元件和第二齿轮元件的系统，所述第一齿轮元件围绕第一轴线可旋转，而所述第二齿轮元件围绕第二轴线可旋转，所述机电致动器