混合动力车辆发动机制动器的制作方法

本公开涉及混合动力车辆领域。更具体地，本公开涉及一种发动机制动器，用于以增加纯电动扭矩容量和再生制动能力。

背景技术：

许多车辆在包括前进和后退移动两者的很宽的车辆速度范围内使用。然而，内燃发动机仅能够在窄速度范围内高效地操作。因此，经常采用能够以各种传动比有效地传输功率的变速器。当车辆处于低速时，变速器通常以高传动比操作，使得其使发动机扭矩倍增以改善加速。在高车辆速度下，以低传动比操作变速器准许与安静、燃料高效的巡航相关联的发动机转速。

混合动力车辆变速器通过提供能量存储来改善燃料经济性。例如，在混合动力电动车辆中，能量可以存储在电池中。可以通过操作发动机来对电池充电以产生比推进瞬间所需的更多的功率。另外，在制动期间原本会耗散的能量可以被捕获并存储在电池中。存储的能量可以稍后使用，从而允许发动机产生比推进瞬间所需的更少的功率且由此消耗更少的燃料。

技术实现要素：

一种车辆动力传动系统包括内燃发动机、变速器和制动器。内燃发动机具有联接到飞轮的曲轴。飞轮包括环形齿轮，诸如起动机环形齿轮。变速器具有联接到飞轮的输入轴。变速器还可以包括行星齿轮组和两个电机。行星齿轮组具有可驱动地联接到第一电机的中心齿轮、联接到输入轴的齿轮架和可驱动地联接到差速器的环形齿轮。第二电机可驱动地连接到差速器。制动器选择性地接合环形齿轮以选择性地保持曲轴不旋转。制动器可以是电致动的。制动器可以是单向制动器。

一种车辆动力传动系统包括内燃发动机、行星齿轮组、至少两个电机以及制动器。内燃发动机具有联接到飞轮的曲轴，飞轮具有环形齿轮，诸如起动机环形齿轮。行星齿轮组具有可驱动地联接到第一电机的中心齿轮、联接到飞轮的齿轮架和可驱动地联接到差速器的环形齿轮。第二电机可驱动地连接到差速器。制动器选择性地接合环形齿轮以选择性地保持曲轴不旋转。在一些实施例中，制动器可以包括第一棘爪和螺线管。第一棘爪被支撑以在第一脱离位置和第一接合位置之间枢转。在第一接合位置，第一棘爪防止环形齿轮在第一方向上旋转。螺线管响应于电流而移动销，使得销将第一棘爪推动到第一接合位置中。第二棘爪可以被支撑以在第二脱离位置和第二接合位置之间枢转。在第二接合位置，第二棘爪防止环形齿轮在与第一方向相反的第二方向上旋转。销的延伸可以同时将第一棘爪推动到第一接合位置中，并且将第二棘爪推动到第二接合位置中。另一方面，螺线管可以响应于电流而将第一棘爪推动到第一接合位置中，并且响应于相反的电流而将第二棘爪推动到第二接合位置中。

变速器包括飞轮、输入轴和制动器。飞轮具有环形齿轮，并且适于固定到内燃发动机的曲轴。起动机马达可以驱动小齿轮，所述小齿轮被配置为选择性地接合环形齿轮以起动发动机。输入轴联接到飞轮。制动器选择性地接合环形齿轮以选择性地保持曲轴不旋转。制动器可以是电致动的。制动器可以是单向制动器。变速器还可以包括行星齿轮组和两个电机。行星齿轮组具有可驱动地联接到第一电机的中心齿轮、联接到输入轴的齿轮架和可驱动地联接到差速器的环形齿轮。第二电机可驱动地连接到差速器。

附图说明

图1是混合动力电动动力传动系统的示意图。

图2是变速器和飞轮的端视图。

图3是第一飞轮制动器的端视图。

图4是第二飞轮制动器的端视图。

图5是第三飞轮制动器的端视图。

图6是第四飞轮制动器的端视图。

具体实施方式

本文中描述了本公开的实施例。然而，应理解，所公开的实施例仅是示例，并且其他实施例可以采取各种和替代形式。附图不一定按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定部件的细节。因此，本文所公开的具体结构细节和功能细节不应被解释为是限制性的，而是仅作为用于教导本领域技术人员以不同方式利用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解，参考附图中的任一个示出和描述的各种特征可以与一个或多个其他附图中示出的特征进行组合以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，对于特定应用或实现方式，可能需要与本公开的教导一致的特征的各种组合和修改。

如果一组旋转元件在所有工况下都被约束为围绕相同轴线具有相同转速，则它们彼此固定地联接。旋转元件可以通过例如花键联接、焊接、压配合或由共同整块机加工而固定地联接。可能发生固定地联接元件之间的旋转位移的细微变化(诸如由于间隙或轴柔量引起的位移)。相比之下，当换挡元件约束两个旋转元件在每当换挡元件完全接合时围绕相同轴线具有相同转速并且所述元件在至少一些其他工况下自由地具有不同转速时，所述旋转元件由换挡元件选择性地联接。如果两个旋转元件固定地联接或选择性地联接，则它们是联接的。如果一系列齿轮和轴能够将功率从一个旋转元件传输到另一个旋转元件并且在所述两个元件之间建立固定的传动比，则所述两个旋转元件可驱动地连接。

图1示意性地示出了用于功率分流式混合动力电动车辆的运动学布置。由驱动曲轴12的发动机10提供动力。曲轴12固定地联接到飞轮14。飞轮的惯性有助于减小由于内燃发动机产生的点火脉冲引起的转速变化。环形齿轮16固定到飞轮14的外周边。在一些实施例中，由低压电池20驱动的起动机18可以驱动小齿轮22。为了起动发动机，小齿轮移动成接合环形齿轮16，然后向起动机18提供动力，以使发动机达到能够持续燃烧的转速。一旦发动机起动，小齿轮通常与环形齿轮脱离，以避免使起动机马达经受高发动机转速。如稍后将讨论的，其他部件也能够起动发动机，因此起动机马达可以不存在于所有实施例中。变速器输入轴24由飞轮14经由扭转隔离器26驱动，所述扭转隔离器26还保护变速器免受发动机扭矩脉冲的影响。飞轮和扭转隔离器通常位于密封变速箱外部。

变速器输入轴24固定地联接到行星齿轮架26。一组行星齿轮28被支撑以相对于齿轮架26旋转。中心齿轮30环形齿轮32各自被支撑以围绕与齿轮架26相同的轴线旋转，并且各自与行星齿轮28啮合。发电机34固定地联接到中心齿轮30。副轴齿轮36固定地联接到环形齿轮32并且与副轴齿轮38啮合。副轴齿轮38经由轴44固定地联接到副轴齿轮40和42。副轴齿轮46与副轴齿轮42啮合并且固定地联接到马达48。副轴齿轮40与副轴齿轮50啮合，所述副轴齿轮50是对差速器52的输入。差速器52驱动车轮54和56，从而在车辆转弯时允许轻微的速度差。

发电机34和马达48两者都是可逆的电机。两个机器都能够将电力转换成机械动力或将机械动力转换成电力。在所述示例中，每个机器都是同步交流(ac)马达。马达48由逆变器58供电。类似地，发电机34由逆变器60供电。两个逆变器都电连接到高压电池62。

这些部件中的行星齿轮组、差速器52、发电机34、马达48和副轴齿轮装置通常被称为变速器或变速驱动桥64。这些部件通常容纳在称为变速箱的壳体内。逆变器58和60通常安装到变速箱的外部，但是可以远程地安装。变速箱输入轴24和两个半轴穿过变速箱。

在一些情况下，发动机10可以产生比传递到车轮54和56的功率更多的功率，其中多余的功率储存在电池62中。在其他情况下，动力可以从电池62流出，从而准许发动机10产生比车辆瞬时需求更少的动力。例如，当推进车辆的动力来自电池62时，发动机10可以关闭。在制动操纵期间，马达48可以施加负扭矩，因此产生存储在电池62中的电能以减少发动机10的未来使用。使用马达48来以这种方式提供制动被称为再生制动。

可以在不使用起动机18的情况下通过使用发电机34来起动发动机。只要在环形齿轮32处存在反扭矩，由发电机34产生的扭矩将倾向于使发动机曲轴旋转。环形齿轮32处的反扭矩可由马达48、驻车棘爪(如果车辆静止)或车辆的惯性提供。

施加在车轮上的总扭矩是由马达48施加的扭矩、由发电机34施加的扭矩以及施加在变速器输入轴24上的扭矩的函数。由马达48产生的扭矩以固定的比率传输到车轮，其中所述比率由齿轮46、42、40和50的齿数决定。施加到环形齿轮32的扭矩也以固定的比率传输到车轮，其中所述比率由齿轮36、38、40和50的齿数确定。施加在环形齿轮32上的扭矩与施加在中心齿轮30和齿轮架26上的扭矩成比例。在大多数工况下，施加在中心齿轮30上的扭矩由发电机34产生，并且施加在齿轮架26上的扭矩由发动机10产生。然而，当发动机关闭时，其施加在齿轮架26上的扭矩限于发动机摩擦，所述发动机摩擦的扭矩容量比发动机运行时的扭矩容量小几个数量级。因此，除非增加一些其他装置，否则当发动机关闭时，发电机34不能贡献显著的车轮扭矩。

用于在发动机关闭的情况下在齿轮架26上施加扭矩的一个选择是变速器输入轴24上的制动器。注意，由于变速器输入轴不旋转，所以产生反扭矩不需要产生任何动力。在制动器完全接合在变速器输入轴24处的情况下，由发电机30产生的扭矩被传输到车轮。扭矩贡献可以是正的或负的，并且可以在车辆向前或向后移动或静止时被施加。例如，当驾驶员希望更快地推进车辆时，发电机在与车辆运动相同的方向上贡献扭矩，这需要使用电能。这对于倒档特别有用，因为发动机不能贡献持续的反向车轮扭矩。在再生制动操纵期间，发电机可以贡献与车辆移动方向相反的车轮扭矩，从而导致产生要存储在电池62中的电力。这在较低的速度下特别有用，在较低的速度下，动力传动系统回收能量的能力受到扭矩容量的限制，而不是受到电池吸收能量的能力的限制。

然而，将制动器放置在变速器输入轴24上引起许多问题。具体地，现代车辆的发动机舱往往是窄的，因此变速器的轴向长度有限。变速器输入轴上的制动器很可能会增加变速器的总体轴向长度。其次，通常在汽车变速器中使用的制动器的类型由液压压力致动。图1的变速器不包括能够产生足够的压力的液压泵和控制并将压力引导到液压控制的制动器的阀体。

电致动的制动器接合环形齿轮16解决了封装问题并且不需要增强变速器液压系统。图2示出了电磁致动制动器70的潜在位置。制动机构和致动机构安装在变速箱72的外部。制动器接合环形齿轮16以保持曲轴12、变速器输入轴24和齿轮架26不旋转。

图3示出了第一类型的电磁致动制动器70。棘爪74被可枢转地支撑。在图3所示的位置中，棘爪74接合环形齿轮16以防止环形齿轮在逆时针方向上旋转。响应于来自控制器的电流，螺线管76推动销78以迫使棘爪74进入所述接合位置。环形齿轮16的顺时针旋转可以导致棘爪74克服螺线管的力枢转，使得不阻止环形齿轮16的顺时针旋转。当电流从螺线管76移除时，弹簧和/或重力导致棘爪74枢转脱离与环形齿轮16的接合，从而释放环形齿轮16以在任一方向上旋转。

图4示出了第二类型的电磁致动制动器70。响应于来自控制器的电流，螺线管76推动销78′接合环形齿轮16。在图4中，销78′在齿轮齿之间径向地延伸。在其他实施例中，销78′可以在齿轮齿之间轴向延伸，或者以其他方式接合环形齿轮16的特征，以限制环形齿轮16的旋转。当销78′接合环形齿轮16时，环形齿轮16保持在任一方向上不旋转。当电流从螺线管76移除时，销78′缩回，从而释放环形齿轮16以在任一方向上旋转。

图5示出了第三类型的电磁致动制动器70。第一棘爪80被可枢转地支撑，使得在图5所示的接合位置中，第一棘爪80防止环形齿轮16的逆时针旋转。类似地，第二棘爪82被可枢转地支撑，使得在接合位置，第二棘爪82防止环形齿轮16的顺时针旋转。响应于来自控制器的信号，旋转螺线管84在三个位置之间移动销86。在最左侧的位置，销86推动棘爪80接合环形齿轮16，同时准许棘爪82缩回脱离接合。在中心位置，销86允许棘爪80和82两者缩回脱离接合，使得环形齿轮16在任一方向上自由旋转。在最右侧位置，销86推动棘爪82接合环形齿轮16，同时准许棘爪80缩回脱离接合。旋转螺线管可以响应于在第一方向上的电流而将销移动到最左侧的位置，并且响应于在相反方向上的电流而将销移动到最左侧的方向。销可以响应于电流的缺乏而移动到中心位置。

图6示出了第四类型的电磁致动制动器70。第一棘爪80被可枢转地支撑，使得在图6所示的接合位置中，第一棘爪80防止环形齿轮16的逆时针旋转。类似地，第二棘爪82被可枢转地支撑，使得在图6所示的接合位置，第二棘爪82防止环形齿轮16的顺时针旋转。响应于来自控制器的信号，螺线管76使销钉78延伸，迫使两个棘爪80和82枢转到接合位置。在这种情况下，环形齿轮16被保持在两个方向上不旋转。当电流退出时，销78缩回，允许棘爪80和82缩回，使得环形齿轮16在任一方向上自由旋转。

图3至图6的制动器在发动机停止的时段期间保持变速器输入轴静止。这在齿轮架26处提供反作用力，使得来自发电机34的施加在中心齿轮30处的扭矩被传输到环形齿轮32，然后传输到车轮。在图3的实施例中，制动器仅在一个方向上提供反作用力，使得发电机34只能在一个方向上贡献扭矩。例如，发电机34可能能够在车辆向前移动时针对再生制动提供反向扭矩，并且在车辆后退时针对推进提供反向扭矩。在图4和图6的实施例中，制动器在两个方向上提供反扭矩，因此发电机34也可以用于针对向前推进或反向再生制动提供正向扭矩。在图6的实施例中，制动器一次仅在一个方向上提供反扭矩，但是控制器可以选择当前条件所需的方向。

没有一个实施例使用变速箱内的空间，也没有给动力传动系统增加轴向长度。每个都可以位于围绕起动机环形齿轮的周边的可用空间中。

尽管上面描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了权利要求所涵盖的所有可能的形式。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，可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。如前所述，各种实施例的特征可以被组合以形成本发明的可能未被明确描述或示出的另外的实施例。尽管各种实施例可能已经被描述为关于一个或多个期望的特性而言提供了优点或者优于其他实施例或现有技术实现方式，但本领域普通技术人员应认识到，一个或多个特征或特性可以折衷以实现期望的总体系统属性，这取决于具体应用和实现方式。因此，被描述为关于一个或多个特性而言不如其他实施例或现有技术实现方式理想的实施例不在本公开的范围之外并且对于特定应用来说可能是期望的。

根据本发明，提供了一种车辆动力传动系统，其具有：内燃发动机，其具有联接到飞轮的曲轴，所述飞轮具有环形齿轮；变速器，其具有联接到所述飞轮的输入轴；和制动器，其被配置为选择性地接合所述环形齿轮，以选择性地保持所述曲轴不旋转。

根据实施例，所述变速器包括：行星齿轮组，所述行星齿轮组具有可驱动地连接到第一电机的中心齿轮、联接到所述输入轴的中心齿轮齿轮架(carriersun)和可驱动地连接到差速器的环形齿轮；和第二电机，其可驱动地连接到差速器。

根据实施例，本发明的特征还在于驱动小齿轮的起动机马达，其中所述小齿轮被配置为选择性地接合环形齿轮以起动发动机。

根据实施例，制动器是电致动的。

根据实施例，制动器被配置为选择性地将曲轴保持在一个方向上不旋转，同时准许在相反方向上旋转。

根据本发明，提供了一种车辆动力传动系统，其具有：内燃发动机，其具有联接到飞轮的曲轴，所述飞轮具有环形齿轮；行星齿轮组，其具有可驱动地连接到第一电机的中心齿轮、联接到所述飞轮的中心齿轮齿轮架和可驱动地连接到差速器的环形齿轮；和第二电机，其可驱动地连接到所述差速器；和制动器，其被配置为选择性地接合所述环形齿轮，以选择性地保持所述曲轴不旋转。

根据实施例，本发明的特征还在于驱动小齿轮的起动机马达，其中所述小齿轮被配置为选择性地接合环形齿轮以起动发动机。

根据实施例，制动器包括：第一棘爪，其被支撑以在第一脱离位置和第一接合位置之间枢转，其中在所述第一接合位置中，所述第一棘爪防止所述环形齿轮在第一方向上旋转；和螺线管，其被配置为响应于电流而移动销，使得所述销将所述第一棘爪推动到所述第一接合位置中。

根据实施例，本发明的特征还在于第二棘爪，其被支撑以在第二脱离位置和第二接合位置之间枢转，其中在第二接合位置中，第二棘爪防止环形齿轮在与第一方向相反的第二方向上旋转。

根据实施例，销的延伸同时将第一棘爪推动到第一接合位置中，并且将第二棘爪推动到第二接合位置中。

根据实施例，螺线管响应于电流而将第一棘爪推动到第一接合位置中，并且响应于相反的电流而将第二棘爪推动到第二接合位置中。

根据实施例，所述制动器包括螺线管，所述螺线管被配置为响应于电流而使销移动成与所述环形齿轮接合，使得所述销防止所述环形齿轮的旋转。

根据本发明，提供了一种变速器，其具有：飞轮，其具有环形齿轮并且适于固定到内燃发动机的曲轴；输入轴，其联接到所述飞轮；和制动器，其被配置为选择性地接合所述环形齿轮，以选择性地保持所述曲轴不旋转。

根据实施例，本发明的特征还在于：行星齿轮组，其具有可驱动地连接到第一电机的中心齿轮、联接到输入轴的中心齿轮齿轮架和可驱动地连接到差速器的环形齿轮；和第二电机，其可驱动地连接到差速器。

根据实施例，本发明的特征还在于驱动小齿轮的起动机马达，其中所述小齿轮被配置为选择性地接合环形齿轮以起动发动机。

根据实施例，制动器是电致动的。

根据实施例，制动器被配置为选择性地将曲轴保持在一个方向上不旋转，同时准许在相反方向上旋转。