混合电动车辆的动力传动系统的制作方法
【专利摘要】一种混合电动车辆的动力传动系统。混合电动动力传动系统，可以包括：输入轴；输出轴；第一行星齿轮组，所述第一行星齿轮组在输入轴上并且包括连接至第一电动机/发电机的第一旋转元件，连接至输出轴的第二旋转元件和直接连接至输入轴的第三旋转元件；第二行星齿轮组，所述第二行星齿轮组在所述输入轴上并且包括直接连接至第二电动机/发电机并且选择性连接至第三旋转元件的第四旋转元件，连接至输出轴的第五旋转元件和连接至变速器壳的第六旋转元件；传动齿轮；和摩擦元件，所述摩擦元件选择性连接第二行星齿轮组的三个旋转元件中的两个旋转元件，选择性连接所述第三旋转元件和所述第四旋转元件，或者选择性连接所述第六旋转元件和所述变速器壳。
【专利说明】混合电动车辆的动力传动系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年7月I日提交的韩国专利申请第10-2013-0076703号的优先权，该申请的全部内容结合于此用于通过该引用的所有目的。
【技术领域】
[0003]本发明涉及一种混合车辆的动力传动系统。更具体地，本发明涉及一种混合车辆的动力传动系统，所述动力传动系统通过当分离发动机动力时给予机械动力传递路径更多重视从而最小化当转换成混合操作模式时由于电动机/发电机的扭矩变化而造成的影响并且降低电动机/发电机的电负载和容量。
【背景技术】
[0004]环境友好的车辆技术是与未来汽车制造业的存活息息相关的非常重要的技术。车辆制造商聚焦于环境友好车辆的研发从而符合环境和燃料消耗法规。
[0005]因此，车辆制造商已经研发了未来车辆例如电动车辆(EV)、混合电动车辆(HEV)和燃料电池电动车辆(FCEV )。
[0006]由于未来车辆具有技术限制例如重量和成本，车辆制造商一直注意符合废气法规并且改进燃料消耗性能的混合电动车辆，并且努力竞争以将混合电动车辆投入实际应用。
[0007]混合电动车辆是使用多于两种动力源的车辆，并且主要使用利用化石燃料的汽油发动机或柴油发动机和通过电能驱动的电动机/发电机作为混合电动车辆的动力源。
[0008]混合电动车辆使用具有相对更好的低速扭矩特征的电动机/发电机作为低速下的主动力源，并且使用具有相对更好的高速扭矩特征的发动机作为高速下的主动力源。
[0009]由于混合电动车辆在低速区域处停止使用化石燃料的发动机的操作并且使用电动机/发电机，可以改进燃料消耗并且可以减少废气。
[0010]混合电动车辆的动力传动系统分为单模式类型和多模式类型。
[0011]用于换档控制的扭矩传递装置例如离合器和制动器是不必要的，但是燃料消耗由于高速区域处的效率变差而升高，并且需要额外的扭矩倍增设备从而应用于根据单模式类型的大型车辆。
[0012]由于多模式类型在高速区域处具有高效率，并且能够自发地倍增扭矩，多模式类型可以应用于全尺寸车辆。
[0013]因此，采用多模式类型而非单模式类型作为混合电动车辆的动力传动系统，并且多模式类型也处于持续的研究之中。
[0014]多模式类型的动力传动系统包括多个行星齿轮组、作为电动机和/或发电机操作的多个电动机/发电机、控制行星齿轮组的旋转元件的多个扭矩传递装置，和用作电动机/发电机的动力源的电池。
[0015]多模式类型的动力传动系统根据行星齿轮组、电动机/发电机和扭矩传递装置的连接而具有不同的操作机构。
[0016]此外，多模式类型的动力传动系统根据行星齿轮组、电动机/发电机和扭矩传递装置的连接而具有不同的特征，例如耐用性、动力传递效率和尺寸。因此，混合电动车辆的动力传动系统的连接结构的设计也处于持续的研究之中，从而实现不具有动力损失的强劲和紧凑的动力传动系统。
[0017]公开于该【背景技术】部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
【发明内容】
[0018]本发明的各个方面提供一种混合电动车辆的动力传动系统，所述动力传动系统的优点在于:通过当分离发动机动力时给予机械动力传递路径更多重视从而最小化当转换成混合操作模式时由于电动机/发电机的扭矩变化而造成的影响并且降低电动机/发电机的电负载和容量。
[0019]另外，本发明的各个方面提供一种混合电动车辆的动力传动系统，所述动力传动系统的其它优点在于:当高速行驶时，提供车辆行驶而不消耗电动机/发电机处的电能的发动机模式从而提高燃料消耗。
[0020]根据本发明的各个方面的混合电动车辆的动力传动系统可以包括:输入轴，所述输入轴接收发动机的扭矩；输出轴，所述输出轴与所述输入轴平行设置；第一行星齿轮组，所述第一行星齿轮组设置在所述输入轴上并且包括第一旋转元件，所述第一旋转元件连接至第一电动机/发电机，第二旋转元件，所述第二旋转元件通过在外部啮合的齿轮连接至所述输出轴，和第三旋转元件，所述第三旋转元件直接连接至所述输入轴；第二行星齿轮组，所述第二行星齿轮组设置在所述输入轴上并且包括第四旋转元件，所述第四旋转元件直接连接至第二电动机/发电机并且选择性连接至所述第三旋转元件，第五旋转元件，所述第五旋转元件通过在外部啮合的齿轮连接至所述输出轴，和第六旋转元件，所述第六旋转元件选择性连接至变速器壳；传动齿轮，所述传动齿轮形成所述在外部啮合的齿轮；和摩擦元件，所述摩擦元件选择性连接所述第二行星齿轮组的三个旋转元件中的两个旋转元件，选择性连接所述第三旋转元件和所述第四旋转元件，或者选择性连接所述第六旋转元件和所述变速器壳。
[0021]所述第一行星齿轮组可以为单小齿轮行星齿轮组，并且可以包括第一太阳轮，所述第一太阳轮为所述第一旋转元件；第一行星架，所述第一行星架为所述第二旋转元件；和第一齿圈，所述第一齿圈为所述第三旋转元件。此外，所述第二行星齿轮组可以为单小齿轮行星齿轮组，并且可以包括第二太阳轮，所述第二太阳轮为所述第四旋转元件；第二行星架，所述第二行星架为所述第五旋转元件；和第二齿圈，所述第二齿圈为所述第六旋转元件。
[0022]所述第一行星齿轮组可以为双小齿轮行星齿轮组，并且可以包括第一太阳轮，所述第一太阳轮为所述第一旋转元件；第一齿圈，所述第一齿圈为所述第二旋转元件；和第一行星架，所述第一行星架为所述第三旋转元件。此外，所述第二行星齿轮组可以为单小齿轮行星齿轮组，并且可以包括第二太阳轮，所述第二太阳轮为所述第四旋转元件；第二行星架，所述第二行星架为所述第五旋转元件；和第二齿圈，所述第二齿圈为所述第六旋转元件。
[0023]所述第一行星齿轮组可以为单小齿轮行星齿轮组，并且可以包括第一太阳轮，所述第一太阳轮为所述第一旋转元件；第一行星架，所述第一行星架为所述第二旋转元件；和第一齿圈，所述第一齿圈为所述第三旋转元件。此外，所述第二行星齿轮组可以为双小齿轮行星齿轮组，并且可以包括第二太阳轮，所述第二太阳轮为所述第四旋转元件；第二齿圈，所述第二齿圈为所述第五旋转元件；和第二行星架，所述第二行星架为所述第六旋转元件。
[0024]所述传动齿轮可以包括:第一传动齿轮，所述第一传动齿轮连接所述第二旋转元件和所述输出轴；和第二传动齿轮，所述第二传动齿轮连接所述第五旋转元件和所述输出轴。
[0025]所述摩擦元件可以包括:第一离合器，所述第一离合器设置在所述第四旋转元件和所述第六旋转元件之间；第二离合器，所述第二离合器设置在所述第三旋转元件和所述第四旋转元件之间；和第一制动器，所述第一制动器设置在所述第六旋转元件和所述变速器壳之间。
[0026]所述第一制动器可以在第一 EV模式下操作；所述第一离合器可以在第二 EV模式下操作；所述第一制动器可以在第一混合操作模式下操作；所述第一离合器可以在第二混合操作模式下操作；所述第二离合器可以在第三混合操作模式下操作；所述第二离合器和所述第一制动器可以在第一发动机模式下操作；和所述第一离合器和所述第二离合器可以在第二发动机模式下操作。
[0027]第三离合器可以设置在所述发动机和所述输入轴之间。
[0028]根据本发明的各个方面的混合电动车辆的动力传动系统可以包括:输入轴，所述输入轴接收发动机的扭矩；输出轴，所述输出轴与所述输入轴平行设置；第一行星齿轮组，所述第一行星齿轮组包括第一旋转元件，所述第一旋转元件连接至第一电动机/发电机，第二旋转元件，所述第二旋转元件连接至所述输出轴，和第三旋转元件，所述第三旋转元件直接连接至所述输入轴；第二行星齿轮组，所述第二行星齿轮组包括第四旋转元件，所述第四旋转元件直接连接至第二电动机/发电机并且选择性连接至所述第三旋转元件，第五旋转元件，所述第五旋转元件连接至所述输出轴，和第六旋转元件，所述第六旋转元件选择性连接至变速器壳；第一传动齿轮，所述第一传动齿轮连接所述第二旋转元件和所述输出轴；第二传动齿轮，所述第二传动齿轮连接所述第五旋转元件和所述输出轴；和摩擦元件，所述摩擦元件选择性连接所述第二行星齿轮组的三个旋转元件中的两个旋转元件，选择性连接所述第三旋转元件和所述第四旋转元件，或者选择性连接所述第六旋转元件和所述变速器壳。
[0029]所述第一行星齿轮组可以为单小齿轮行星齿轮组，并且可以包括第一太阳轮，所述第一太阳轮为所述第一旋转元件；第一行星架，所述第一行星架为所述第二旋转元件；和第一齿圈，所述第一齿圈为所述第三旋转元件。此外，所述第二行星齿轮组可以为单小齿轮行星齿轮组，并且可以包括第二太阳轮，所述第二太阳轮为所述第四旋转元件；第二行星架，所述第二行星架为所述第五旋转元件；和第二齿圈，所述第二齿圈为所述第六旋转元件。
[0030]所述第一行星齿轮组可以为双小齿轮行星齿轮组，并且可以包括第一太阳轮，所述第一太阳轮为所述第一旋转元件；第一齿圈，所述第一齿圈为所述第二旋转元件；和第一行星架，所述第一行星架为所述第三旋转元件。此外，所述第二行星齿轮组可以为单小齿轮行星齿轮组，并且可以包括第二太阳轮，所述第二太阳轮为所述第四旋转元件；第二行星架，所述第二行星架为所述第五旋转元件；和第二齿圈，所述第二齿圈为所述第六旋转元件。
[0031]所述第一行星齿轮组可以为单小齿轮行星齿轮组，并且可以包括第一太阳轮，所述第一太阳轮为所述第一旋转元件；第一行星架，所述第一行星架为所述第二旋转元件；和第一齿圈，所述第一齿圈为所述第三旋转元件。此外，所述第二行星齿轮组可以为双小齿轮行星齿轮组，并且可以包括第二太阳轮，所述第二太阳轮为所述第四旋转元件；第二齿圈，所述第二齿圈为所述第五旋转元件；和第二行星架，所述第二行星架为所述第六旋转元件。
[0032]所述摩擦元件可以包括:第一离合器，所述第一离合器设置在所述第四旋转元件和所述第六旋转元件之间；第二离合器，所述第二离合器设置在所述第三旋转元件和所述第四旋转元件之间；和第一制动器，所述第一制动器设置在所述第六旋转元件和所述变速器壳之间。
[0033]所述第一制动器可以在第一 EV模式下操作；所述第一离合器可以在第二 EV模式下操作；所述第一制动器可以在第一混合操作模式下操作；所述第一离合器可以在第二混合操作模式下操作；所述第二离合器可以在第三混合操作模式下操作；所述第二离合器和所述第一制动器可以在第一发动机模式下操作；和所述第一离合器和所述第二离合器可以在第二发动机模式下操作。
[0034]第三离合器可以设置在所述发动机和所述输入轴之间。
[0035]通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体描述，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]图1为根据本发明的示例性动力传动系统的示意图。
[0037]图2为应用于图1的动力传动系统的摩擦元件在每个模式下的操作图表。
[0038]图3为简易显示根据图1的动力传动系统的动力传动系统中的旋转元件的连接的示意图。
[0039]图4A、图4B、图5A、图5B、图6、图7A和图7B为用于解释根据图1的动力传动系统的动力传动系统在每个模式下的操作的图。
[0040]图8为根据本发明的示例性动力传动系统的示意图。
[0041]图9为根据本发明的示例性动力传动系统的示意图。
[0042]图10为根据本发明的示例性动力传动系统的示意图。
【具体实施方式】
[0043]下面将详细参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述，应理解本说明书并非旨在将本发明限制于那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。
[0044]对于解释各个实施方案并不必要的部件的描述将被略去，并且在本说明书中同样的组成元件由同样的附图标记表示。
[0045]在具体描述中，使用序数区别具有相同术语的组成元件而不具有特定含义。
[0046]图1为根据本发明的各个实施方案的动力传动系统的示意图。
[0047]参考图1，根据本发明的各个实施方案的混合电动车辆的动力传动系统根据车辆的行驶状态改变通过输入轴IS传递的发动机ENG的扭矩，并且通过输出轴OS输出经改变的扭矩。
[0048]动力传动系统包括第一和第二行星齿轮组PGl和PG2、第一和第二电动机/发电机MGl和MG2，和摩擦元件，所述摩擦元件包括第一和第二离合器CLl和CL2和第一制动器BKl。
[0049]第一行星齿轮组PGl的一个旋转元件和第二行星齿轮组PG2的一个旋转元件通过输出轴OS连接，并且第一行星齿轮组PGl的另一个旋转元件和第二行星齿轮组PG2的另一个旋转元件彼此连接，使得第一行星齿轮组PGl和第二行星齿轮组PG2作为一个复合行星齿轮组操作。
[0050]第一电动机/发电机MGl和第二电动机/发电机MG2是独立的动力源，并且作为电动机和发电机操作。
[0051]第一电动机/发电机MGl直接连接到第一行星齿轮组PGl的另一个旋转元件，从而作为将扭矩供应到另一个旋转元件的电动机进行操作，或者作为通过另一个旋转元件的扭矩而发电的发电机进行操作。
[0052]第二电动机/发电机MG2直接连接到第二行星齿轮组PG2的另一个旋转元件，从而作为将扭矩供应到另一个旋转元件的电动机进行操作，或者作为通过另一个旋转元件的扭矩而发电的发电机进行操作。
[0053]出于该目的，第一电动机/发电机MGl和第二电动机/发电机MG2以及第一和第二行星齿轮组PGl和PG2设置在输入轴IS上，第一电动机/发电机MGl的定子和第二电动机/发电机MG2的定子固定至变速器壳H,第一电动机/发电机MGl的转子和第二电动机/发电机MG2的转子分别连接至第一行星齿轮组PGl的另一个旋转元件和第二行星齿轮组PG2的另一个旋转元件。
[0054]第一离合器CLl作为选择性直接联接装置操作。第一离合器CLl连接第二行星齿轮组PG2的三个旋转元件中的两个旋转元件，从而直接联接第二行星齿轮组PG2。
[0055]第二离合器CL2和第一制动器BKl作为选择性连接装置操作。第二离合器CL2选择性连接第一行星齿轮组PGl的另一个旋转元件和第二行星齿轮组PG2的另一个旋转元件，第一制动器BKl选择性连接第二行星齿轮组PG2的另一个旋转元件和变速器壳H。
[0056]第一和第二离合器CLl和CL2为选择性连接旋转元件和另一个旋转元件的摩擦元件，第一制动器BKl为选择性连接旋转元件和固定元件(即变速器壳)的摩擦元件。第一和第二离合器CLl和CL2和制动器BK可以为通过液压操作的常规湿式多板摩擦元件。
[0057]将更详细地描述根据本发明的各个实施方案的混合电动车辆的动力传动系统。
[0058]第一行星齿轮组PGl为单小齿轮行星齿轮组,并且包括第一旋转元件NI,所述第一旋转元件NI为第一太阳轮SI ;第二旋转元件N2，所述第二旋转元件N2为可旋转地支撑第一小齿轮Pi的第一行星架PC1，所述第一小齿轮Pl在外部与第一太阳轮SI啮合；和第三旋转兀件N3,所述第三旋转兀件N3为第一齿圈Rl,所述第一齿圈Rl在内部与第一小齿轮Pl啮合。
[0059]第二行星齿轮组PG2为单小齿轮行星齿轮组，并且包括第四旋转元件N4，所述第四旋转元件N4为第二太阳轮S2 ;第五旋转元件N5，所述第五旋转元件N5为可旋转地支撑第二小齿轮P2的第二行星架PC2，所述第二小齿轮P2在外部与第二太阳轮S2啮合；和第六旋转元件N6，所述第六旋转元件N6为第二齿圈R2，所述第二齿圈R2在内部与第二小齿轮P2啮合。
[0060]第二旋转元件N2的第一行星架PCl和第五旋转元件N5的第二行星架PC2通过输出轴OS连接，第三旋转元件N3的第一齿圈Rl和第四旋转元件N4的第二太阳轮S2选择性连接，第三旋转元件N3的第一齿圈Rl直接连接至输入轴IS。
[0061]第二旋转元件N2和第五旋转元件N5通过第一和第二传动齿轮TFl和TF2连接，所述第一和第二传动齿轮TFl和TF2分别设置在第二旋转元件N2和输出轴OS之间以及在第五旋转元件N5和输出轴OS之间。
[0062]第一和第二传动齿轮TFl和TF2分别具有在外部彼此啮合的第一和第二传动驱动齿轮TFla和TF2a以及第一和第二传动从动齿轮TFlb和TF2b。
[0063]第一传动驱动齿轮TFla连接至第二旋转元件N2，第二传动驱动齿轮TF2a连接至第五旋转兀件N5,在外部与第一和第二传动驱动TFla和TF2a哨合的第一和第二传动从动齿轮TFlb和TF2b固定设置在输出轴OS上。
[0064]此外，第一和第二传动齿轮TFl和TF2的齿轮比可以根据目标速度比而设定。
[0065]此外，第一和第二传动从动齿轮TFlb和TF2b的任一者为最终输出齿轮。最终输出齿轮通过差动装置将驱动扭矩传递至驱动轮。在图1的动力传动系统中显示了第一传动从动齿轮TFlb作为最终输出齿轮操作。
[0066]第一电动机/发电机MGl连接至第一旋转元件NI的第一太阳轮SI从而作为驱动第一太阳轮SI的电动机操作，或者作为通过第一太阳轮SI的扭矩发电的发电机操作。
[0067]第二电动机/发电机MG2连接至第四旋转元件N4的第二太阳轮S2从而作为驱动第二太阳轮S2的电动机操作，或者作为通过第二太阳轮S2的扭矩发电的发电机操作。
[0068]第一离合器CLl设置在第四旋转元件N4的第二太阳轮S2和第六旋转元件N6的第二齿圈R2之间从而直接联接第二行星齿轮组PG2。
[0069]第二离合器CL2设置在第三旋转元件N3的第一齿圈Rl和第四旋转元件N4的第二太阳轮S2之间从而选择性连接第一齿圈Rl和第二太阳轮S2。
[0070]第一制动器BKl设置在第六旋转兀件N6的第二齿圈R2和变速器壳H之间从而选择性连接第二齿圈R2和变速器壳H。
[0071]图2为应用于根据本发明的各个实施方案的动力传动系统的摩擦元件在每个模式下的操作图表。
[0072]参考图2，通过操作第一制动器BKl达到第一电动车辆(EV)模式。
[0073]通过操作第一离合器CLl达到第二 EV模式。
[0074]通过操作第一制动器BKl达到第一混合操作模式。
[0075]通过操作第一离合器CLl达到第二混合操作模式。
[0076]通过操作第二离合器CL2达到第三混合操作模式。
[0077]通过操作第二离合器CL2和第一制动器BKl达到第一发动机模式。
[0078]通过操作第一离合器CLl和第二离合器CL2达到第二发动机模式。
[0079]如上所述，根据图1的动力传动系统的动力传动系统可以实现两个EV模式、三个混合操作模式和两个发动机模式。
[0080]图3为简易显示根据本发明的各个实施方案的动力传动系统中的旋转元件的连接的示意图。
[0081]参考图3，在根据本发明的各个实施方案的动力传动系统中，第二旋转元件N2和第五旋转元件N5通过输出轴OS连接，并且第三旋转元件N3和第四旋转元件N4通过第二离合器CL2选择性连接。
[0082]此外，第一旋转元件NI连接至第一电动机/发电机MGl，第三旋转元件N3连接至发动机ENG，第四旋转元件N4连接至第二电动机/发电机MG2。
[0083]此外，第六旋转元件N6通过第一制动器BKl选择性连接至变速器壳H，并且第四旋转元件N4和第六旋转元件N6通过第一离合器CLl选择性连接。
[0084]图4A、图4B、图5A、图5B、图6、图7A和图7B为用于解释根据图1的动力传动系统的动力传动系统在每个模式下的操作的图。图4A、图4B、图5A、图5B、图6、图7A和图7B显示了输入旋转速度的变化，假设输出旋转速度恒定。
[0085]第一 EV模式
[0086]图4A为用于解释根据图1的动力传动系统的动力传动系统在第一 EV模式下的操作的图。
[0087]EV模式为在发动机的停止状态下电池的动力供应至电动机/发电机使得车辆通过电动机/发电机的动力驱动的模式。
[0088]由于发动机停止，可以提高燃料经济性，并且车辆在EV模式下可以向后移动而无需额外的倒速设备。当车辆在停止状态下起动或车辆以低速行驶时使用EV模式。需要动力源比输出构件更快旋转的降低的齿轮比从而帮助上坡起动或迅速加速。
[0089]在这些情况下，第六旋转元件N6作为固定元件通过第一制动器BKl的操作而操作，并且操作第二电动机/发电机MG2从而在第一 EV模式下将第二电动机/发电机MG2的扭矩输入至第四旋转元件N4。因此，第二电动机/发电机MG2的扭矩根据第二行星齿轮组PG2的齿轮比而变化并且输出变化的扭矩。
[0090]此时，第一行星齿轮组PGl不参与换档。然而，第三旋转元件N3与发动机一起停止并且第二旋转元件N2通过输出轴OS和传动齿轮连接至第五旋转元件N5。因此，第一和第二旋转元件NI和N2空转。
[0091]第二 EV模式
[0092]图4B为用于解释根据图1的动力传动系统的动力传动系统在第二 EV模式下的操作的图。
[0093]电动机/发电机的效率根据其旋转速度和扭矩而变化。这意味着即使供应相同量的电流，电能至机械能的转化率根据电动机/发电机的旋转速度和扭矩而不同。
[0094]在EV模式下使用的电池的电流通过在发动机中燃烧燃料而产生或者通过再生制动积累而产生，但是如何有效使用积累的能量将直接影响燃料经济性的提高。
[0095]出于该原因，越来越多地将实现多于两个换档速度的变速器安装在电动车辆上，并且有利的是混合车辆实现了具有多于两个换档速度的EV模式。因此，本发明的各个实施方案可以实现两个EV模式。
[0096]至第二 EV模式的换档过程如下。如果在车辆以第一 EV模式行驶的过程中车辆速度增加，第二电动机/发电机MG2的效率变差。此时，如果第一制动器BKl松开并且第一离合器CLl以第二电动机/发电机MG2的效率较差的点操作，达到第二 EV模式。
[0097]在该情况下，由于作为第二行星齿轮组PG2的直接联接设备的第一离合器CLl操作，第二行星齿轮组PG2变成直接联接状态。因此，第二行星齿轮组PG2的所有旋转元件N4、N5和N6以相同速度旋转并且驱动扭矩通过输出轴OS输出。
[0098]此时，第一行星齿轮组PGl不参与换档。然而，第三旋转元件N3与发动机一起停止，第一和第二旋转元件NI和N2空转。
[0099]第一混合操作模式
[0100]图5A为用于解释根据图1的动力传动系统的动力传动系统在第一混合操作模式下的操作的图。
[0101]在第一混合操作模式下，发动机的扭矩通过机械路径和电路径传递至输出构件，这种发动机扭矩的分离通过行星齿轮组进行。由于连接至行星齿轮组的发动机和电动机/发电机可以控制它们的旋转速度而无需考虑车辆速度，动力传动系统在第一混合操作模式下作为电动连续可变变速器操作。
[0102]在常规变速器中，发动机的速度和扭矩在给定的车辆速度下固定，但是在电动连续可变变速器中，发动机的速度和扭矩可以在给定的车辆速度下自由变化。因此，可以最大化发动机的驱动效率并且可以提高燃料经济性。
[0103]至第一混合操作模式的换档过程如下。第二旋转元件N2和第五旋转元件N5分别通过第一和第二传动齿轮TFl和TF2连接至输出轴OS，但是第一和第三旋转元件NI和N3在第一 EV模式下可以自由旋转(参考图4A)。
[0104]如果在该状态下使用第一电动机发电机MGl起动发动机ENG，可以控制发动机ENG和第一电动机/发电机MGl的速度而无需考虑车辆速度。
[0105]因此,如果控制发动机ENG和第一电动机/发电机MGl,发动机的扭矩和第一电动机/发电机MGl的扭矩相加并且相加的扭矩传递至输出轴OS。因此，可以产生高驱动扭矩。
[0106]此时，如图5A中所示，第一电动机/发电机MGl当负旋转时则作为发电机操作，第一电动机/发电机MGl当正旋转时则作为电动机操作(此时，发动机ENG的旋转速度降低)。
[0107]此外，第六旋转元件N6作为固定元件通过第一制动器BKl的操作而操作，驱动扭矩通过输出轴OS输出，第四旋转元件N4在第二行星齿轮组PG2中空转。
[0108]由于发动机ENG和第一电动机/发电机MGl可以在第一混合操作模式下独立控制，可以显著提高燃料经济性和驱动性能。
[0109]第二混合操作模式
[0110]图5B为用于解释根据图1的动力传动系统的动力传动系统在第二混合操作模式下的操作的图。
[0111]如果在车辆以第一混合操作模式行驶的过程中车辆速度增加，第一制动器BKl松开并且第一离合器CLl操作，从而降低第一行星齿轮组PGl的所有旋转元件的旋转速度。因此，第二混合操作模式开始。
[0112]由于作为第二行星齿轮组PG2的直接联接设备的第一离合器CLl操作，第二行星齿轮组PG2变成直接联接状态。因此，第二行星齿轮组PG2的所有旋转元件N4、N5和N6以相同速度旋转。
[0113]此时，第二旋转元件N2和第五旋转元件N5通过第一和第二传动齿轮TFl和TF2连接至输出轴OS，但是第一和第三旋转元件NI和N3可以自由旋转。
[0114]因此，发动机ENG和第一电动机/发电机MGl可以独立控制而无需考虑车辆速度。
[0115]由于发动机ENG和第一电动机/发电机MGl可以在第二混合操作模式下独立控制(与在第一混合操作模式下相同)，可以显著提高燃料经济性和驱动性能。
[0116]第三混合操作模式
[0117]图6为用于解释根据图1的动力传动系统的动力传动系统在第三混合操作模式下的操作的图。
[0118]由于连接至输出元件的电动机/发电机的旋转速度限制于车辆速度，在第三混合操作模式下电动机/发电机不能有效操作并且电动机/发电机的容量难以降低。
[0119]特别地，如果限制于车辆速度的电动机/发电机的旋转速度由于高车辆速度而较高，电动机/发电机的效率可能变差并且可能难以优化燃料经济性。
[0120]在所述条件下，连接至发动机ENG的第一行星齿轮组PGl的两个旋转元件和第二行星齿轮组PG2的两个旋转元件彼此连接，从而控制发动机ENG的旋转速度和两个电动机/发电机MGl和MG2的旋转速度而无需考虑车辆速度。因此，动力传动系统可以作为连续可变变速器操作并且可以提高燃料经济性。
[0121]如果第二离合器CL2操作，第三旋转元件N3和第四旋转元件N4连接并且以相同速度旋转。此外，由于第二旋转元件N2和第五旋转元件N5直接连接，第一行星齿轮组PGl和第二行星齿轮组PG2的旋转元件彼此限制。亦即，旋转元件的旋转速度和扭矩彼此限制。
[0122]此外，由于第一和第二电动机/发电机MGl和MG2的电能应平衡,第一和第二行星齿轮组PGl和PG2的所有旋转元件的速度和扭矩彼此关联并且动力传动系统在第三混合操作模式下作为电动连续可变变速器操作。
[0123]第一混合操作模式和第二混合操作模式可以转换成第三混合操作模式。亦即，如果第一混合操作模式和第二混合操作模式转换成第三混合操作模式，第二离合器CL2操作。之后，在第一和第二混合操作模式下可以独立控制的发动机ENG和第二电动机/发电机MG2同步并且第一制动器BKl或第一离合器CLl松开。因此，可以平稳进行至第三混合操作模式的转换。
[0124]亦即，当第一混合操作模式转换成第三混合操作模式时，发动机ENG和第二电动机/发电机MG2通过操作第二离合器CL2而同步并且第一制动器BKl松开。当第二混合操作模式转换成第三混合操作模式时，发动机ENG和第二电动机/发电机MG2通过操作第二离合器CL2而同步并且第一离合器CLl松开。
[0125]当从第一混合操作模式或第二混合操作模式转换成第三混合操作模式时，第一和第二电动机/发电机MGl和MG2的扭矩方向不改变。因此，不产生由于模式转换而造成的影响。
[0126]第一发动机模式
[0127]图7A为用于解释根据图1的动力传动系统的动力传动系统在第一发动机模式下的操作的图。
[0128]混合车辆中用于提高燃料经济性的重要技术是回收和再利用制动能量并且控制发动机的驱动点。
[0129]此外，发动机的驱动点的控制伴随着发动机的机械能至电动机/发电机的电能的转化和电动机/发电机的电能转化回电动机/发电机的机械能。
[0130]在能量转化的过程中，并非所有输入能量都被输出，并且产生能量损失。由于在任何行驶条件下，在车辆仅通过发动机驱动的发动机模式下的燃料经济性可能优于在混合模式下的燃料经济性，本发明的各个实施方案提供两个发动机模式。
[0131]亦即，在第一发动机模式下第二离合器CL2和第一制动器BKl接合。在该情况下，第三旋转元件N3和第四旋转元件N4以与发动机相同的速度旋转，第六旋转元件N6作为固定元件操作。因此，产生降低的速度比。
[0132]此时，由于第一和第二电动机/发电机MGl和MG2不需要提供扭矩，达到车辆仅通过发动机ENG驱动的第一发动机模式。
[0133]第二发动机模式
[0134]图7B为用于解释根据图1的动力传动系统的动力传动系统在第二发动机模式下的操作的图。
[0135]如果在车辆以第一发动机模式行驶的过程中车辆速度增加，第一制动器BKl松开并且第一离合器CLl操作。
[0136]在该情况下，第二行星齿轮组PG2的所有旋转元件通过第一和第二离合器CLl和CL2的操作以相同速度旋转，并且发动机ENG的扭矩输入第三和第四旋转元件N3和N4。
[0137]此外，第二旋转元件N2和第五旋转元件N5分别通过第一和第二传动齿轮TFl和TF2连接至输出轴OS。
[0138]由于此时第一和第二电动机/发电机MGl和MG2不需要提供扭矩，达到车辆仅通过发动机ENG的扭矩驱动的第二发动机模式。
[0139]根据本发明的各个实施方案，可以通过组合两个行星齿轮组PGl和PG2、三个摩擦元件CL1、CL2和BKl以及两个电动机/发电机MGl和MG2从而达到两个EV模式、三个混合操作模式和两个发动机模式。
[0140]此外，可以通过当分离发动机动力时给予机械动力传递路径更多重视从而降低电负载并且使用发动机的最大动力。此外，当起动时可以减少模式转换的数量，并且当转换模式时可以最小化所有旋转元件的旋转速度的变化。
[0141]由于在节气门全开(WOT)起动中提供足够的动力性能，抑制了至发动机模式的转换并且在第一、第二和第三混合操作模式之间的转换中可以使用发动机的最大动力。
[0142]此外，第二离合器CL2设置在第一行星齿轮组PGl的第三旋转元件N3和第二行星齿轮组PG2的第四旋转元件N4之间从而自由执行从根据本发明的各个实施方案的第一混合操作模式或第二混合操作模式变化至第三混合操作模式的模式。如果第二离合器CL2操作，在第一和第二混合操作模式下可以独立控制的发动机ENG和第二电动机/发电机MG2同步然后达到至第三混合操作模式的转换。因此，可以平稳达到模式转换。
[0143]因此，可以抑制由于第二离合器CL2的接合而造成的影响并且在模式转换前后保持第一电动机/发电机MGl和第二电动机/发电机MG2的扭矩方向。因此，可控性极佳。
[0144]在达到模式转换之后，发动机在其最大动力点下以第三混合操作模式操作，第二电动机/发电机MG2的旋转速度随着车辆速度的升高而降低。因此，车辆可以在电动机的驱动极限范围内驱动。
[0145]由于提供发动机模式，车辆可以以高速行驶而第一和第二电动机/发电机MGl和MG2无电负载。因此可以改进燃料经济性。
[0146]图8为根据本发明的各个实施方案的动力传动系统的示意图。
[0147]参考图8，在图1中第一行星齿轮组PGl为单小齿轮行星齿轮组，但是在图8中第一行星齿轮组PGl为双小齿轮行星齿轮组。
[0148]因此,第一太阳轮SI为第一旋转兀件NI,第一齿圈Rl为第二旋转兀件N2,第一行星架PCl为第三旋转元件N3。
[0149]由于图8的动力传动系统的功能与图1的动力传动系统的功能相同，除了旋转元件由第二和第三旋转元件N2和N3组成，将省去其详细说明。
[0150]图9为根据本发明的各个实施方案的动力传动系统的示意图。
[0151]参考图9，在图1中第二行星齿轮组PG2为单小齿轮行星齿轮组，但是在图9中第二行星齿轮组PG2为双小齿轮行星齿轮组。
[0152]因此，第二太阳轮S2为第四旋转元件N4，第二齿圈R2为第五旋转元件N2，第二行星架PC2为第六旋转元件N6。
[0153]由于图8的动力传动系统的功能与图1的动力传动系统的功能相同，除了旋转元件由第五和第六旋转元件N5和N6组成，将省去其详细说明。
[0154]图10为根据本发明的各个实施方案的动力传动系统的不意图。
[0155]参考图10，在图1中，作为选择性动力传递装置的离合器不设置在发动机ENG和第三旋转元件N3之间，但是在图10中，作为选择性动力传递装置的第三离合器CL3设置在发动机ENG和输入轴IS之间。
[0156]因此，第三离合器CL3在需要发动机ENG的扭矩的模式下操作，发动机ENG的扭矩传递至输入轴IS。
[0157]由于图10的动力传动系统的功能与图1的动力传动系统的功能相同，除了是否存在第三离合器CL3，将省去其详细说明。
[0158]根据本发明的各个实施方案，通过组合两个行星齿轮组、三个摩擦元件和两个电动机/发电机而达到两个EV模式，三个混合操作模式和两个发动机模式。
[0159]此外，可以通过当分离发动机动力时给予机械动力传递路径更多重视从而降低电负载并且使用发动机的最大动力。此外，当起动时可以减少模式转换的数量，并且当转换模式时可以最小化所有旋转元件的旋转速度的变化。
[0160]由于在节气门全开(WOT)起动中提供足够的动力性能，抑制了至发动机模式的转换并且在混合输入分离模式和复合分离模式之间的转换中可以使用发动机的最大动力。
[0161]此外，第二离合器设置在第一行星齿轮组的第三旋转元件和第二行星齿轮组的第四旋转元件之间从而自由执行从根据本发明的各个实施方案的第一混合操作模式或第二混合操作模式变化至第三混合操作模式的模式。如果第二离合器操作，在第一和第二混合操作模式下可以独立控制的发动机和第二电动机/发电机同步然后达到至第三混合操作模式的转换。因此，可以平稳达到模式转换。
[0162]因此，可以抑制由于第二离合器的接合而造成的影响并且在模式转换前后保持第一电动机/发电机和第二电动机/发电机的扭矩方向。因此，可控性极佳。
[0163]在达到模式转换之后，发动机在其最大动力点下以第三混合操作模式操作，第二电动机/发电机的旋转速度随着车辆速度的升高而降低。因此，车辆可以在电动机的驱动极限范围内驱动。
[0164]由于提供发动机模式，车辆可以以高速行驶而第一和第二电动机/发电机无电负载。因此可以改进燃料经济性。
[0165]为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语向后等被用于参考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性实施方案的特征。
[0166]前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不旨在成为穷举的，也并不旨在把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等价形式所限定。
【权利要求】
1.一种混合电动车辆的动力传动系统,包括: 输入轴，所述输入轴接收发动机的扭矩； 输出轴，所述输出轴与所述输入轴平行； 第一行星齿轮组，所述第一行星齿轮组在所述输入轴上并且包括第一旋转元件、第二旋转元件和第三旋转元件，所述第一旋转元件连接至第一电动机/发电机，所述第二旋转元件通过在外部啮合的齿轮连接至所述输出轴，所述第三旋转元件直接连接至所述输入轴； 第二行星齿轮组，所述第二行星齿轮组在所述输入轴上并且包括第四旋转元件、第五旋转元件和第六旋转元件，所述第四旋转元件直接连接至第二电动机/发电机并且选择性连接至所述第三旋转元件，所述第五旋转元件通过在外部啮合的齿轮连接至所述输出轴，所述第六旋转元件选择性连接至变速器壳； 传动齿轮，所述传动齿轮形成所述在外部啮合的齿轮；和 摩擦元件，所述摩擦元件选择性连接所述第二行星齿轮组的三个旋转元件中的两个旋转元件，选择性连接所述第三旋转元件和所述第四旋转元件，或者选择性连接所述第六旋转元件和所述变速器壳。
2.根据权利要求1所述的混合电动车辆的动力传动系统，其中所述第一行星齿轮组为单小齿轮行星齿轮组并且包括第一太阳轮、第一行星架和第一齿圈，所述第一太阳轮为所述第一旋转元件，所述第一行星架为所述第二旋转元件，所述第一齿圈为所述第三旋转元件，和 其中所述第二行星齿轮组为单小齿轮行星齿轮组并且包括第二太阳轮、第二行星架和第二齿圈，所述第二太阳轮为所述第四旋转元件，所述第二行星架为所述第五旋转元件，所述第二齿圈为所述第六旋转元件。
3.根据权利要求1所述的混合电动车辆的动力传动系统，其中所述第一行星齿轮组为双小齿轮行星齿轮组并且包括第一太阳轮、第一齿圈和第一行星架，所述第一太阳轮为所述第一旋转元件，所述第一齿圈为所述第二旋转元件，所述第一行星架为所述第三旋转元件，和 其中所述第二行星齿轮组为单小齿轮行星齿轮组并且包括第二太阳轮、第二行星架和第二齿圈，所述第二太阳轮为所述第四旋转元件，所述第二行星架为所述第五旋转元件，所述第二齿圈为所述第六旋转元件。
4.根据权利要求1所述的混合电动车辆的动力传动系统，其中所述第一行星齿轮组为单小齿轮行星齿轮组并且包括第一太阳轮、第一行星架和第一齿圈，所述第一太阳轮为所述第一旋转元件，所述第一行星架为所述第二旋转元件，所述第一齿圈为所述第三旋转元件，和 其中所述第二行星齿轮组为双小齿轮行星齿轮组并且包括第二太阳轮、第二齿圈和第二行星架，所述第二太阳轮为所述第四旋转元件，所述第二齿圈为所述第五旋转元件，所述第二行星架为所述第六旋转元件。
5.根据权利要求1所述的混合电动车辆的动力传动系统,其中所述传动齿轮包括: 第一传动齿轮，所述第一传动齿轮连接所述第二旋转元件和所述输出轴；和 第二传动齿轮，所述第二传动齿轮连接所述第五旋转元件和所述输出轴。
6.根据权利要求5所述的混合电动车辆的动力传动系统，其中所述摩擦元件包括: 第一离合器，所述第一离合器在所述第四旋转元件和所述第六旋转元件之间； 第二离合器，所述第二离合器在所述第三旋转元件和所述第四旋转元件之间；和 第一制动器，所述第一制动器在所述第六旋转元件和所述变速器壳之间。
7.根据权利要求6所述的混合电动车辆的动力传动系统,其中所述第一制动器在第一电动车辆模式下操作， 所述第一离合器在第二电动车辆模式下操作， 所述第一制动器在第一混合操作模式下操作， 所述第一离合器在第二混合操作模式下操作， 所述第二离合器在第三混合操作模式下操作， 所述第二离合器和所述第一制动器在第一发动机模式下操作，和 所述第一离合器和所述第二离合器在第二发动机模式下操作。
8.根据权利要求1所述的混合电动车辆的动力传动系统，其中第三离合器在所述发动机和所述输入轴之间。
9.一种混合电动车辆的动力传动系统,包括: 输入轴，所述输入轴接收发动机的扭矩； 输出轴，所述输出轴与所述输入轴平行； 第一行星齿轮组，所述第一行星齿轮组包括第一旋转元件、第二旋转元件和第三旋转元件，所述第一旋转元件连接至第一电动机/发电机，所述第二旋转元件连接至所述输出轴，所述第三旋转元件直接连接至所述输入轴； 第二行星齿轮组，所述第二行星齿轮组包括第四旋转元件、第五旋转元件和第六旋转元件，所述第四旋转元件直接连接至第二电动机/发电机并且选择性连接至所述第三旋转元件，所述第五旋转元件连接至所述输出轴，所述第六旋转元件选择性连接至变速器壳；第一传动齿轮，所述第一传动齿轮连接所述第二旋转元件和所述输出轴； 第二传动齿轮，所述第二传动齿轮连接所述第五旋转元件和所述输出轴；和摩擦元件，所述摩擦元件选择性连接所述第二行星齿轮组的三个旋转元件中的两个旋转元件，选择性连接所述第三旋转元件和所述第四旋转元件，或者选择性连接所述第六旋转元件和所述变速器壳。
10.根据权利要求9所述的混合电动车辆的动力传动系统，其中所述第一行星齿轮组为单小齿轮行星齿轮组并且包括第一太阳轮、第一行星架和第一齿圈，所述第一太阳轮为所述第一旋转元件，所述第一行星架为所述第二旋转元件，所述第一齿圈为所述第三旋转元件，和 其中所述第二行星齿轮组为单小齿轮行星齿轮组并且包括第二太阳轮、第二行星架和第二齿圈，所述第二太阳轮为所述第四旋转元件，所述第二行星架为所述第五旋转元件，所述第二齿圈为所述第六旋转元件。
11.根据权利要求9所述的混合电动车辆的动力传动系统，其中所述第一行星齿轮组为双小齿轮行星齿轮组并且包括第一太阳轮、第一齿圈和第一行星架，所述第一太阳轮为所述第一旋转元件，所述第一齿圈为所述第二旋转元件，所述第一行星架为所述第三旋转元件，和 其中所述第二行星齿轮组为单小齿轮行星齿轮组并且包括第二太阳轮、第二行星架和第二齿圈，所述第二太阳轮为所述第四旋转元件，所述第二行星架为所述第五旋转元件，所述第二齿圈为所述第六旋转元件。
12.根据权利要求9所述的混合电动车辆的动力传动系统，其中所述第一行星齿轮组为单小齿轮行星齿轮组并且包括第一太阳轮、第一行星架和第一齿圈，所述第一太阳轮为所述第一旋转元件，所述第一行星架为所述第二旋转元件，所述第一齿圈为所述第三旋转元件，和 其中所述第二行星齿轮组为双小齿轮行星齿轮组并且包括第二太阳轮、第二齿圈和第二行星架，所述第二太阳轮为所述第四旋转元件，所述第二齿圈为所述第五旋转元件，所述第二行星架为所述第六旋转元件。
13.根据权利要求12所述的混合电动车辆的动力传动系统，其中所述摩擦元件包括: 第一离合器，所述第一离合器在所述第四旋转元件和所述第六旋转元件之间； 第二离合器，所述第二离合器在所述第三旋转元件和所述第四旋转元件之间；和 第一制动器，所述第一制动器在所述第六旋转元件和所述变速器壳之间。
14.根据权利要求13所述的混合电动车辆的动力传动系统，其中所述第一制动器在第一电动车辆模式下操作， 所述第一离合器在第二电动车辆模式下操作， 所述第一制动器在第一混合操作模式下操作， 所述第一离合器在第二混合操作模式下操作， 所述第二离合器在第三混合操作模式下操作， 所述第二离合器和所述第一制动器在第一发动机模式下操作，和 所述第一离合器和所述第二离合器在第二发动机模式下操作。
15.根据权利要求9所述的混合电动车辆的动力传动系统，其中第三离合器在所述发动机和所述输入轴之间。
【文档编号】F16H61/32GK104279274SQ201310740978
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年7月1日
【发明者】李昌郁, 朴钟述 申请人:现代自动车株式会社