具有变速器的混合动力传动装置的制作方法

本发明涉及混合动力电动车辆领域。更具体地，本公开涉及一种混合动力传动装置，其具有与变速器部段串联的功率分流部段。

背景技术：

许多车辆在宽范围的车辆速度(包括前进运动和倒车运动两者)上使用。然而，某些类型的发动机仅能在窄的速度范围内高效地操作。因此，经常采用能够以各种传动比高效地传递动力的传动装置。当车辆处于低速时，传动装置通常以高传动比操作，使得其使发动机扭矩倍增以提高加速度。在高车辆速度下，以低传动比操作传动装置允许与安静、燃料高效的巡航相关联的发动机转速。

为了减少燃料消耗，一些车辆包括混合动力传动系统，其利用能量储存来补充由内燃发动机产生的动力。这些动力传动系统允许车辆在发动机关闭的情况下操作一部分时间，并且其余时间在发动机更高效的扭矩水平下操作。混合动力传动系统还能够捕获并随后使用原本将由制动系统消耗的能量。

技术实现要素：

一种混合动力传动装置包括行星齿轮组和变速器。第一行星元件(诸如齿轮架)固定地联接到输入轴。第二行星元件(诸如中心齿轮)固定地联接到第一电机。第三行星元件(诸如环形齿轮)固定地联接到第二电机和中间轴。变速器被构造为连续地调节中间轴和输出轴之间的传动比和扭矩比。变速器可包括行星球变速器(epicyclicballvariator)，诸如米尔纳(milner)变速器，其具有联接到中间轴的输入元件和固定地联接到输出轴的输出元件。在一些实施例中，输入元件固定地联接到中间轴。在其他实施例中，输入元件通过第一离合器选择性地联接到中间轴。第二离合器可将中间轴选择性地联接到输出轴。制动器可选择性地保持第二行星元件不旋转。

附图说明

图1是车辆动力传动系统的示意图。

图2是适于在图1的车辆动力传动系统中使用的传动装置的第一实施例的横截面。

图3是适于在图2的传动装置中使用的变速器的横截面。

图4是适于在图1的车辆动力传动系统中使用的传动装置的第二实施例的横截面。

具体实施方式

根据需要，本文公开了本发明的详细实施例；然而，应当理解的是，所公开的实施例仅仅是本发明的示例，本发明可以以各种和替代的形式实施。这些附图不一定按比例绘制；某些特征可能被夸大或最小化以显示特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以各种方式使用本发明的代表性基础。

如果一组可旋转元件被约束为在所有工况下绕相同轴线以相同速度旋转，则该组可旋转元件彼此固定地联接。可旋转元件可通过例如花键连接、焊接、压配合或由由一共同整块机加工而固定地联接。可能发生固定联接元件之间的旋转位移的微小变化(诸如由于间隙或轴柔量引起的位移)。相比之下，当换挡(shift)元件约束两个可旋转元件在每当其完全接合时围绕相同轴线以相同速度旋转并且可旋转元件在至少一些其他工况下在速度上自由地不同时，两个可旋转元件由换挡元件选择性地联接。通过将可旋转元件选择性地连接到外壳来保持可旋转元件不旋转的换挡元件被称为制动器。将两个或更多个可旋转元件彼此选择性地联接的换挡元件被称为离合器。换挡元件可以是主动控制的装置，诸如液压或电致动离合器或制动器，或者可以是无源装置，诸如单向离合器或制动器。如果两个可旋转元件固定地联接或选择性地联接，则两个可旋转元件是联接的。

无论任何换挡元件的状态如何，都施加称为固定速度关系的一些速度关系。仅在特定换挡元件完全接合时才施加称为选择性速度关系的其他速度关系。当轴沿一个方向旋转时，元件的速度为正，当轴在相反方向上旋转时，元件的速度为负，并且当轴静止时，元件的速度为零。当第一轴速度和第二轴速度的比率被约束为预定值时，在第一轴和第二轴之间存在比例速度关系。如果第二轴速度与第一轴速度的比率在0和1之间，则第一轴和第二轴之间的比例速度关系是减速传动关系。类似地，如果第二轴速度与第一轴速度的比率大于1，则第一轴和第二轴之间的成比例速度关系是超速关系。在轴的有序列表之间存在线性速度关系，当i)有序列表中的第一轴和最后轴被约束为具有最极端的速度时；ii)其余轴的速度各自被约束为第一轴和最后轴的速度的加权平均值；以及iii)当轴的速度不同时，它们被约束为以列出的顺序增加或减小。

图1示意性地示出了后轮驱动动力传动系统。动力由内燃发动机10提供。传动装置12调适发动机10产生的速度和扭矩以适应当前的车辆状况并将动力传输给驱动轴14。具体地，在低车辆速度和/或高动力需求下，传动装置12允许发动机以比驱动轴14更快的速度运转并且使发动机产生的扭矩倍增。在高车辆速度和低动力需求下，传动装置12建立超速传动比，使得驱动轴14比发动机10旋转得更快。差速器16将动力从驱动轴14传递到左半轴18和右半轴20。左半轴18和右半轴20分别将动力传递至左后轮22和右后轮24。差速器16通过固定的主减速比降低速度，并适应后轮22和24之间的微小速度差。在后轮驱动动力传动系统中，前轮26和28没有被提供动力。在四轮驱动动力传动系中，分动箱、前传动轴、前差速器和前半轴将动力从后轮转向到前轮。

发动机10和传动装置12响应来自控制器30的控制信号。控制器可以是单个微处理器或多个通信微处理器。控制器30基于来自换挡选择器32、加速踏板34和制动踏板36的信号确定驾驶员意图。控制器30利用未示出的其他传感器来确定车辆状态(诸如部件速度、流体温度等)。

图2是传动装置12的第一实施例的横截面视图。输入轴40适于联接到发动机10的曲轴。输出轴42适于联接到驱动轴14。功率分流混合动力部段44将动力从输入轴40传递到中间轴46。变速器48在中间轴46和输出轴42之间传递动力。

功率分流混合动力部段44包括具有齿轮架50、中心齿轮52和环形齿轮54的行星齿轮组。一组行星齿轮56被支撑以相对于齿轮架50旋转，其中每个行星齿轮与中心齿轮52和环形齿轮54两者啮合。齿轮架50固定地联接到输入轴40。中心齿轮52固定地联接到第一电机的转子58。第一电机的定子60固定到传动装置壳体62。环形齿轮54固定地联接到中间轴46并且还联接到第二电机的转子64。第二电机的定子66固定到传动装置壳体62。行星齿轮组在第一电机的转子58、输入轴40和中间轴46之间建立固定的线性速度关系。第一电机可以被称为发电机，并且第二电机可以被称为牵引马达，然而两者都是能够交替地将电力转换为机械动力并将机械动力转换为电力的可逆电机。例如，第一电机和第二电机可以是永磁同步马达。

图3是变速器48的横截面。变速器是以预定的传动比范围内的任何传动比传递机械动力的机械装置。变速器被构造为连续地调节传动比和扭矩比，这意味着这些比率可以逐渐且一致地改变，而不是经由换挡事件逐步改变。当传动比和扭矩比变化时，乘积基本上恒定，经受作为传动比的函数的寄生损失的微小变化。

变速器48是一种称为米尔纳变速器的行星球变速器。虽然其他类型的变速器可能适合于这种应用，但米尔纳型特别适合，因为输出轴与输入轴在相同的轴线上，并且变速器产生减速传动传动比。齿轮架70支撑一组行星球72。每个球接触前中心辊74和后中心辊76，并且还接触前环形辊78和后环形辊80。中心辊74和76之间以及环形辊78和80之间的轴向力施加法向力，使得可经由摩擦接触传递扭矩。比率调节臂82调节环形辊78和80的相对轴向位置以改变接触点并因此改变行星球72的有效半径。如在传动装置12中应用的，中心辊74和76是变速器输入端，齿轮架70是变速器输出端，并且环形辊78和80相对于传动装置壳体62保持静止。(在比率变化期间，在中心辊74和76之间以及环形辊78和80之间可能存在一些相对旋转。)在这种构造中，传动比可以取约1.5和约6.0之间的任何值。在美国专利6,461,268、7,125,359、7,608,006、以及8,740,743中更详细地描述了米尔纳变速器的结构和操作。

传动装置12的总传动比等于功率分流部段44的传动比和变速器48的传动比的乘积。控制器30调节功率分流部段44和变速器48两者的传动比，以便以最高效的方式实现总的传动比。在正功率操作期间(与滑行或制动相反)，传动装置可以被操作为仅利用电能、电能与发动机动力的组合、仅发动机动力、或过量的发动机动力，使得电能被存储以供后用。控制器30基于驾驶员动力需求、车辆速度和电池荷电状态来确定在给定时间点利用这些模式中的哪一种。

当仅使用电能操作时，可以停止发动机并且第二电机提供所有动力。变速器48的传动比主要基于第二马达的特性来设定。在低转子速度下，电机可被限制到最大额定扭矩。在这种低速状况下，电机功率与转子速度成比例。在较高的转子速度下，电机可被限制到最大额定功率。电机也可具有最大额定速度。在低车辆速度下，较大的减速传动变速器传动比允许第二电机在高效操作点处在功率受限状况下操作。实际上，该能力允许使用具有比原本所述应用所需的额定扭矩更低的额定扭矩的电机。在较高车辆速度下，较小的减速传动变速器传动比限制了两个电机的速度。

当以发动机动力操作时，通过以使得中心齿轮接近静止的传动比操作来优化功率分流部段的效率。在该功率分流传动比下，经由从一个电机到另一个电机的电路径传递的动力非常小。因此，变速器传动比被设定成使得功率分流段可以在该点附近操作，受到部件速度约束的影响。

在负功率(制动)操作期间，控制器操作传动装置12以优化动力的可以作为电能捕获的部分。在较高的车辆速度下，适度的制动可能超过第二电机和/或电池的最大额定功率。在这种情况下，变速器传动比被设定为确保两个马达保持在它们各自的速度限制内。任何超过此限制的制动需求都由车辆摩擦制动器处理。随着车辆速度降低，变速器比率被调节到更大的减速传动比，以使第二电机的转子保持在功率受限状况内。因此，捕获制动能量的能力相对于纯功率分流传动装置增加。由于变速器48在不中断功率流的情况下改变比率，因此在比率变化期间不存在潜在能量捕获的损失。而且，由于该比率平滑地变化而不是在离散步骤中变化，因此不需要限制能量捕获以限制乘员对换挡感觉的不满意。

图4是传动装置12的第二实施例的横截面视图。在该实施例中，中间轴46通过离合器90选择性地联接到变速器输入端，并且通过离合器92选择性地联接到变速器输出端。制动器94选择性地保持中心齿轮52不旋转。通过这些换挡元件的策略性接合，第二实施例能够在某些条件下以比第一实施例更高效的方式操作。

在低速操作期间，或者当可能频繁地改变车辆速度时，离合器90接合并且离合器92脱离。在该模式中，传动装置可以以与如上所述的第一实施例相同的方式操作。如上所述，当使用发动机动力时，有利的是设定变速器比率使得中心齿轮52的速度接近零。在这种情形下，通过接合制动器94来保持中心齿轮52静止，功率分流部分可以甚至更加地高效。这节省了在使用第一电机保持中心齿轮52静止时原本所需要的电能。

在高速公路巡航期间，离合器92接合并且离合器90脱离。在该操作模式中，绕过变速器48，从而消除了其大部分的寄生损失。所有传动比调节由功率分流部段44处理。如果在传动装置处于该模式时发生制动，则控制器可释放离合器92并接合离合器90以转变到另一操作模式。在该换挡期间限制再生制动以避免乘员不适可能是必要的。然而，在高速公路驾驶期间，激进的制动是不常见的。

第二实施例可以省略制动器94。类似地，可以在不添加离合器90和92的情况下将与制动器94相关联的附加能力添加到第一实施例。

虽然以上描述了示例性实施例，但并不意味着这些实施例描述了本发明的所有可能形式。相反，说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，并且应理解，可在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种改变。另外，可组合各种实施的实施例的特征以形成本发明的另外的实施例。

根据本发明，提供了一种混合动力传动装置，其具有：行星齿轮组，其具有固定地联接到输入轴的第一行星元件、固定地联接到第一电机的第二行星元件、以及固定地联接到第二电机和中间轴的第三行星元件；以及变速器，其被构造为连续地调节所述中间轴与输出轴之间的传动比和扭矩比。

根据实施例，第一行星元件是齿轮架，第二行星元件是中心齿轮，并且第三行星元件是环形齿轮。

根据实施例，所述变速器包括行星球变速器，所述行星球变速器具有联接到所述中间轴的输入元件和固定地联接到所述输出轴的输出元件。

根据实施例，行星球变速器是米尔纳变速器。

根据实施例，输入元件固定地联接到中间轴。

根据实施例，所述变速器还包括第一离合器，所述第一离合器被构造为将所述中间轴选择性地联接到所述输入元件。

根据实施例，上述发明的特征还在于第二离合器，所述第二离合器被构造为将中间轴选择性地联接到输出轴。

根据实施例，上述发明的特征还在于制动器，该制动器被构造为选择性地保持第二行星元件不旋转。

根据本发明，提供了一种混合动力传动装置，其具有：行星齿轮组，其具有固定地联接到输入轴的齿轮架、固定地联接到第一电机的中心齿轮、以及固定地联接到第二电机和中间轴的环形齿轮；以及变速器，其被构造为连续地调节所述中间轴与输出轴之间的传动比和扭矩比。

根据实施例，所述变速器包括行星球变速器，所述行星球变速器具有联接到所述中间轴的输入元件和固定地联接到所述输出轴的输出元件。

根据实施例，行星球变速器是米尔纳变速器。

根据实施例，输入元件固定地联接到中间轴。

根据实施例，所述变速器还包括第一离合器，所述第一离合器被构造为将所述中间轴选择性地联接到所述输入元件。

根据实施例，上述发明的特征还在于第二离合器，所述第二离合器被构造为将中间轴选择性地联接到输出轴。

根据实施例，上述发明的特征还在于制动器，所述制动器被构造为选择性地保持第二行星元件不旋转。

根据本发明，提供了一种混合动力传动装置：其具有行星齿轮组，其具有固定地联接到输入轴的第一行星元件、固定地联接到第一电机的第二行星元件、以及固定地联接到第二电机和中间轴的第三行星元件；变速器，其被构造为连续地调节变速器输入端和输出轴之间的传动比和扭矩比；第一离合器，其被构造为将中间轴选择性地联接到变速器输入端；以及第二离合器，其被构造为将中间轴选择性地联接到输出轴。

根据实施例，第一行星元件是齿轮架，第二行星元件是中心齿轮，并且第三行星元件是环形齿轮。

根据实施例，变速器是米尔纳变速器。

根据实施例，上述发明的特征还在于制动器，该制动器被构造为选择性地保持第二行星元件不旋转。