專利名稱：用于車輛推進的系統及其制造方法
技術領域：
本發明一般地涉及電動和混合動力車輛，并且更具體而言，涉及具有無級變速器(CVT)的車輛推進系統(vehicle propulsion system)。
背景技術：
如在本領域中所已知的，當高速軸或輸入軸旋轉時，CVT能夠在一定的運行速 度范圍內連續地或無級地改變輸出軸的旋轉速度。CVT可在汽車應用中作為傳統的定比 (fixed-ratio)變速器或多齒輪傳動的自動變速器系統的替代品。與傳統變速器相比，CVT 具有優勢，因為其大且“連續的”速比覆蓋范圍，該速比覆蓋范圍例如可從1 10變化至 1 20。為了實現這種大范圍的傳動比(gear ratio)，這樣的CVT傾向于大型且技術上復 雜并且因此造價昂貴。典型地，由于輸入軸和輸出軸之間的附加摩擦，CVT效率低于傳統變 速箱，并且費用和低效性隨著尺寸而增加。然而，典型地，CVT減輕了明顯的換擋過程、提供 了更平順且更舒適的駕駛(由于連續的牽引力矩)，并且允許牽引發動機的運行點變動到 更加經濟的運行點，因此，與裝備了固定齒輪的自動變速器相比提高了發動機的燃料效率。因此期望設計一種車輛推進系統，該車輛推進系統結合CVT同時降低典型地與 CVT相關聯的尺寸、費用以及低效率。
發明內容
根據本發明的一方面，車輛推進系統包括構造成生成未調節(unconditioned)的 輸出的電機(EM)。車輛推進系統還包括具有輸入側和輸出側的無級變速器(CVT)，輸入側 以機械的方式聯結至EM，并且該無級變速器(CVT)構造成接收來自EM的未調節的輸出并在 輸出側上產生已調節(conditioned)的輸出。定比變速器以機械的方式聯結至CVT的輸出 側并且構造成接收來自CVT的已調節的輸出并且生成再調節(reconditoned)的輸出。根據本發明的另一方面，車輛包括車輛推進系統。車輛推進系統包括車輛牽引系 統和構造成產生未調節的輸出的機電裝置。車輛推進系統還包括無級變速器(CVT)，該無 級變速器(CVT)具有輸入側和輸出側，輸入側以機械的方式聯結至機電裝置，并且該無級 變速器(CVT)構造成接收未調節的輸出并且在輸出側上輸出已調節的輸出；以及定比變速 器，該定比變速器附接至CVT的輸出側。定比變速器構造成接收來自CVT的已調節的輸出 并將所期望的車輛推進系統輸出輸送至車輛牽引系統。根據本發明的又一方面，制造車輛功率系統的方法包括將電機(EM)的輸出側聯 結至無級變速器(CVT)的輸入側，并且將定比變速器聯結至CVT的輸出側。該方法還包括將 定比變速器聯結至車輛牽引系統，定比變速器構造成改變CVT的輸出并且將已改變的CVT 輸出輸送至車輛牽引系統。從下面的詳細說明和附圖中將使各種其它的特征和優點變得顯而易見。
了目前打算用于實現本發明的實施例。 其中
圖1是根據本發明的一種實施例的車輛推進系統的示意圖。
圖2是本領域中已知的CVT的示意圖。
圖3是根據本發明的另一種實施例的車輛推進系統的示意圖<
圖4是根據本發明的另一種實施例的車輛推進系統的示意圖<
部件清單
10 車輛
12 車輛推進系統
14 CVT
16 電機
18 EM的輸出
20 高速側
22 低速側
24 車輛牽引系統的輸入軸
26 車輛牽引系統
28 差速器
30 驅動軸
32 車輪
34 雙向控制器
36 功率總線(power bus)
38 電池儲存單元
40 定比變速器
42 控制線路
44 控制線路
46 混合變速器
60 啟動裝置(launching device)
62 致動系統
64 DNR套件
66 變速裝置(variator)
68 輸出齒輪裝置
70 帶
72 圓錐滑輪(conical sheave)
74 圓錐滑輪
76 輸入軸
78 輸出軸
80 輸出軸
82 內燃機(ICE)
84車輛推進系統
86車輛
88EM
90CVT
92輸入側
94EM的輸出側
96ICE的輸出側
98CVT的輸入側
100變速器
102車輛牽引系統
104定比變速器
106低速側
108電池儲存單元
110雙向控制器/
112功率總線
114畝A典 閑1=1研
116控制線路
118控制線路
120控制線路
122控制線路
124車輛推進系統
具體實施例方式圖1示出了本發明的一種實施例，并且包括具有結合了 CVT14的車輛推進系統12的 車輛10的示意圖，關于圖2描述了該CVT14的示范性的實施例。雖然本文中描述了帶驅動的 CVT，然而本領域中的技術人員將明白本發明可同等地應用于任意類型的CVT，諸如例如環面 驅動(toroidally-driverOCVT。車輛推進系統12包括產生未調節的輸出的機電裝置或電機 (EM) 16。更確切地說，EM16產生能夠借助于車輛推進系統12來驅動車輛10的輸出功率，并 且由于低速時的高扭矩能力和巡航速度(cruising speed)時的高速輸出的雙重要求，期望進 一步調節(condition)來自EM16的功率輸出以最好地滿足車輛推進系統12的總體需求。因此，EM16的輸出18聯結至CVT14的輸入側或高速側20。CVT14的輸出側或低速 側22聯結至車輛牽引系統26的輸入軸24，車輛牽引系統26包括將驅動軸30連接至車輪 32的差速器28。車輛推進系統12還包括雙向控制器/功率轉換器(power converter) 34, 其借助于功率總線36以電的方式聯結至EM16。雙向控制器34包括編程為選擇性地操作車 輛推進系統12的內存儲器(未顯示)。特別地，雙向控制器34選擇性地在EM16和電池儲 存單元38之間傳輸功率以根據需求分別給EM16提供功率或給電池儲存單元38充電。例 如，雙向控制器34可允許在再生制動時對電池儲存單元38進行再充電。在另一種實施例 中，雙向控制器34構造成例如在“插電式”電動汽車中從電網(electrical grid)(未顯示) 取得功率以對電池儲存單元38進行再充電。如下文中詳細所描述的那樣，在車輛運行時，雙向控制器34還可借助于控制線路42，44分別向CVT14和定比變速器40傳輸命令信號。在一種實施例中，取決于設計和扭矩要求，CVT14可包括例如1 10-1 20的傳 動比范圍或者其他任意傳動關系或傳動比。然而，根據本發明的示范性的實施例，車輛推 進系統12可包括混合變速器46，其包括CVT14和定比變速器40。定比變速器40定位在 CVT14的輸出側22和車輛牽引系統26之間，并且通典型地重新構造、改變或再調節EM16的 功率輸出。定比變速器40可包括單個固定傳動比(例如1 10)，或者可構造成帶有數個 可選的固定傳動比(例如1 1、1 2以及1 10)。由此，包含與CVT14相結合的定比變 速器(例如具有1 10比率的變速器40)使得CVT14能夠承擔部分的傳動比要求(例如 1:1-1: 2)，并且由此變速器40可承擔剩余的傳動比要求。因而，以結合的方式，CVT14 和定比變速器40可獲得有效的1 10-1 20的傳動比范圍，這通過引入更高效的定比變 速器40和使得CVT14更緊湊且由此比承擔整個傳動比范圍(1 10-1 20)的獨立CVT 成本低來提高總體效率。在運行中，用于起動的混合變速器46的等效傳動比設置成比傳統的定比變速器 的起動傳動比更高的固定傳動比。如在本領域所已知的那樣，當選擇用于特定系統中的EM 時，EM的尺寸(即額定功率)可基于系統所期望的EM的最大扭矩。然而，通過將混合變速 器46聯結至EM16的輸出18，混合變速器46可用于在啟動時通過增加或最大化EM16的扭 矩輸出來調節EM16的輸出。因此，當與混合變速器46相結合使用時，與單獨提供相同的起 動扭矩的EM相比可降低EM16的尺寸和/或額定功率。因此，車輛推進系統12的成本和/ 或整體尺寸可降低。在車輛運行時，一旦EM16的輸出軸18達到期望的EM運行速度，控制器34就借助 于功率總線36來選擇性地向EM16提供給定的運行電壓和/或電流以將EM16保持在期望 的EM運行速度并且產生恒定的輸送至混合變速器46的輸出。通過以這種方式控制EM16， 改善了 EM16的運行效率。控制器34然后監控實時車輛運行情況來確定所期望的輸送至車 輛牽引系統26的推進系統輸出。例如，控制器34可編程為監控實時車輛加速要求以確定 所期望的車輛推進系統12的扭矩輸出。基于所期望的推進系統輸出，控制器34操作EM16和混合變速器46以產生并輸送 已調節的輸出至車輛推進系統12。首先，控制器34選擇性地操作CVT14以調節來自EM16 的輸出并且將已調節的輸出輸送至定比變速器40。CVT14在連續的傳動比范圍內(諸如例 如在1 2和1 1之間)運行以調節來自EM16的輸出并且產生如用于車輛牽引系統26 的加速所需的可變的扭矩和速度輸出。例如，控制器34可使CVT14在所期望的傳動比范圍 (其使CVT14和/或車輛推進系統12的運行效率最大化)內運行。控制器34還可編程為 選擇性地控制混合變速器46的有效傳動比，并且由此根據操作者所選擇的性能模式(例如 使加速性能最大化的“運動模式”或者例如使車輛推進系統12的功率消耗最小化以延長電 池壽命并且/或者使燃料消耗最小化的“經濟模式”)來調節EM16的輸出。控制器34操作定比變速器40以對來自CVT14的輸出進行再調節并且將經過再調 節的輸出輸送至車輛牽引系統26的差速器28。控制器34選擇對于CVT14和定比變速器40 的聯合傳動比，以使得經過再調節的輸出滿足所期望的推進系統輸出。例如，如果定比變速 器40構造成帶有1 10傳動比并且控制器34確定需要1 20的比率以滿足所期望的推 進系統輸出，則控制器34將使CVT14以1 2的傳動比運行。可調整CVT14的傳動比(例如在1 1和1 2之間)以滿足瞬時加速要求中的任何變化。因為通過定比變速器40再 調節CVT14的已調節的輸出以產生所期望的推進系統輸出，因此混合變速器46允許CVT14 以比單獨的CVT低的傳動比運行，允許更小、復雜程度更低且成本更低的CVT單元。此外， 混合變速器46的使用使得單獨的CVT中固有的摩擦低效率最小化。通過將定比變速器40 聯結至CVT14的輸出，在車輛巡航時，可以優化的固定傳動比鎖定CVT14。圖2示出了 CVT14的一種已知實施例。CVT14包括數個主要構件啟動裝置60、致 動系統62、前進-空檔-倒車(DNR)套件64、變速裝置66以及輸出齒輪裝置68。啟動裝置 60典型地包括車輛起動時所使用的扭矩轉換器。在車輛起動后，扭矩轉換器可通過使內部 離合器接合而被鎖定。DNR套件64使得車輛能夠在空檔、前進和倒車之間轉換。DNR套件 64典型地包括行星齒輪組和離合器組，其選擇性地嚙合以使車輛在前進和倒車之間轉換并 且選擇性地脫離嚙合以使變速器置于空檔。變速裝置66包括夾緊在兩對圓錐滑輪72，74 之間的帶70，其中，一對滑輪72安裝在變速裝置66的輸入軸76上并且另一對滑輪74安裝 在變速裝置66的輸出軸78上。盡管本文中描述了帶驅動變速裝置，但是本領域中的技術 人員將明白CVT14可備選地包括其它類型的變速裝置設計，諸如例如環形的基于滾子的或 者液壓靜力學(hydrostatic)的設計。通過調整每對滑輪72，74之間的距離來確定CVT14的傳動比。致動系統62典型 地使用液壓來設定并保持所期望的傳動比。為了將CVT的輸出傳輸至車輛牽引系統，輸出 齒輪裝置68 (例如，橢圓齒輪組)定位在變速裝置66的輸出軸78和CVT14的輸出軸80之 間。在運行中，CVT14能夠通過選擇性地改變CVT14的傳動比來調節輸入功率，由此產生具 有改變的扭矩的輸出。圖3示出了本發明的另一種實施例，其將內燃機(ICE)82結合到車輛86的車輛 推進系統84中。ICE82定位在EM88和CVT90之間，CVT90可為例如圖2的CVT14的CVT。 ICE82的輸入側92聯結至EM88的輸出側94，并且ICE82的輸出側96聯結至CVT90的高速 側或輸入側98。變速器100聯結至車輛牽引系統102并且包括CVT90和定比變速器104， 該定比變速器104可聯結至CVT90的低速側或輸出側106。電池儲存單元108和雙向控制 器/轉換器110借助于功率總線112聯結至EM88。可選地，機械旁路或離合器114 (虛圖所 示)可定位在ICE82和CVT90之間，允許ICE82用于在未輸送功率至CVT90的情況下給電池 儲存單元108充電。此外，離合器114允許ICE82和EM88與車輛牽引系統102脫離連接以 使得摩擦損失最小化。雙向控制器110借助于控制線路116，118，120被連接以選擇性地操 作ICE82、可選地離合器114和CVT90。在一種實施例中，雙向控制器110構造成借助于控 制線路122選擇性地操作定比變速器104。在車輛運行時，控制器110選擇性地控制EM88、 ICE82以及變速器100以優化車輛運行。特別地，控制器110監控實時車輛運行情況和駕駛 員輸入以確定所期望的輸送至車輛牽引系統102的推進系統輸出。控制器110使ICE82在 所期望的速度范圍內運行，該速度范圍可為比作為單獨的單元而運行的相似ICE的運行速 度范圍更窄的速度范圍。通過選擇性地控制ICE82的運行速度，可使ICE82在使燃料消耗 最小化的速度范圍內運行。變速器100被操作以調節來自ICE82的輸出。特別地，如上文所描述的那樣，控制 器110同時操作CVT90和定比變速器104以實現產生所期望的推進系統輸出所需的瞬時傳 動比，由此提高變速器100的效率并允許更小且復雜程度更低的CVT單元。
控制器110還持續地監控與所期望的實時車輛推進系統輸出相對的車輛推進系 統84的實際輸出，以確定從車輛推進系統84中是否需要附加的輸出。如果需要附加的輸出 (例如增加扭矩或增加輸出速度)，則控制器110選擇性地操作EM88和/或變速器100以 產生附加的輸出，其可包括來自EM88的功率以向ICE82增加附加的助推(boost)。控制器 110還可編程為監控由于例如加速度增加或道路地形的變化所引起的瞬時或實時輸出要求 中的瞬態變化。基于實時推進系統輸出要求的任何變化，可選擇性地控制EM88以增加轉速 或輸出扭矩，并且由此提供附加的輸出以滿足實時輸出要求。當EM88未運行以提供瞬態反饋扭矩時，EM88的旋轉質量可通過作為發電機而用 于能量儲存。備選地，控制器Iio可使ICE82和CVT90之間的可選的離合器114 (虛圖所 示)接合或脫離接合以將ICE82的輸出導向電池儲存單元108以用于 根據需要向蓄電池 108充電。如果不需要附加的電池充電，控制器110可使ICE82停止運轉以允許車輛推進系 統84的電力驅動。此外，控制器110可選擇性地使ICE82停止運轉并同時操作EM88和變 速器100如關于圖1所解釋的那樣，以產生基于使用者所選擇的運行模式的所期望的車輛 推進系統輸出。圖4示出了與圖3中示出的車輛推進系統84相似的本發明的另一種實施例，但其 中，變速器100不包括定比變速器。因此，在車輛推進系統124中，控制器110操作CVT90 以選擇性地加大來自ICE82的扭矩輸出并將已調節的輸出輸送至車輛牽引系統102。因而， 可共同地控制ICE82和變速器100以輸送與帶有更高額定功率的更大的單獨ICE相同的輸 出扭矩。以相似的方式，圖1的車輛推進系統10的混合變速器46可構造成不帶有定比變 速器40，并且可控制CVT14以直接向車輛牽引系統26輸送所期望的推進系統輸出。由此，上文所描述的圖示出了使與EM或者混合EM/ICE組合一起運行的CVT的優 點最大化的車輛推進系統的實施例。在一種實施例中，EM的輸出輸送至CVT的輸入側。CVT 調節EM的輸出，產生增大的扭矩輸出以允許車輛推進系統設計成帶有較小的EM。CVT將已 調節的輸出輸送至聯結至CVT的輸出側的定比變速器。定比變速器再調節(例如進一步修 正)來自CVT的輸出，由此產生所期望的車輛推進系統輸出，同時允許車輛推進系統設計成 帶有更小，成本更低的CVT并且使CVT中固有的摩擦損失最小化。在另一種實施例中，ICE定位在EM的輸出和CVT的輸入側之間。ICE被操作以使 運行效率最大化，同時如有需要操作EM以產生附加的功率。CVT運行以調節ICE和EM的輸 出并產生增大的扭矩輸出，這允許系統設計成帶有更小，成本更低的ICE和/或EM。可選 地，CVT將已調節的輸出輸送至定比變速器，該定比變速器如上文所描述的那樣運行并再調 節來自ICE和EM的輸出，允許車輛推進系統設計成帶有更小的、復雜程度更低且更高效的 CVT。所公開的方法和器械的技術貢獻在于提供了用于操作具有CVT的車輛推進系統 的控制器執行的技術。根據本發明的一種實施例，車輛推進系統包括構造成生成未調節的輸出的電機 (EM)。車輛推進系統還包括具有輸入側和輸出側的無級變速器(CVT)，輸入側以機械的方式 聯結至EM，并且該無級變速器(CVT)構造成接收來自EM的未調節的輸出并在輸出側上產生 已調節的輸出。定比變速器以機械的方式聯結至CVT的輸出側并且構造成接收來自CVT的 已調節的輸出并且產生再調節的輸出。
根據本發明的另一種實施例，車輛包括車輛推進系統。車輛推進系統包括車輛牽 引系統和構造成產生未調節的輸出的機電裝置。車輛推進系統還包括無級變速器(CVT)， 該無級變速器(CVT)具有輸入側和輸出側，輸入側以機械的方式聯結至機電裝置，并且該 無級變速器(CVT)構造成接收未調節的輸出并且在輸出側上輸出已調節的輸出；以及定比 變速器，該定比變速器附接至CVT的輸出側。定比變速器構造成接收來自CVT的已調節的 輸出并且向車輛牽引系統輸送所期望的車輛推進系統輸出。根據發明的又一種實施例，制造車輛功率系統的方法包括將電機(EM)的輸出聯 結至無級變速器(CVT)的輸入側并且將定比變速器聯結至CVT的輸出側。該方法還包括將 定比變速器聯結至車輛牽引系統，定比變速器構造成改變CVT的輸出并且將已改變的CVT 輸出輸送至車輛牽引系統。雖然已結合僅僅有限數量的實施例描述了本發明，但可容易理解的是，本發明不 局限于這些公開的實施例。相反地，本發明可改型以結合任意數量的未在本文中描述的、但 與本發明的精神和范圍相匹配的變型、更改、替代或等效布置。此外，雖然已描述了本發明 的各種實施例，但是應理解的是，本發明的方面可僅僅包括所描述的實施例中的一些。因 此，本發明不應視為由前述說明所限制，而僅僅由所附權利要求的范圍所限制。
權利要求
一種車輛推進系統(12，84，124)，包括電機(EM)(16，88)，所述電機(EM)(16，88)構造成生成未調節的輸出；無級變速器(CVT)(14，90)，所述無級變速器(CVT)(14，90)具有輸入側(20，98)和輸出側(22，106)，所述輸入側(20，98)以機械的方式聯結至所述EM(16，88)，并且所述無級變速器(CVT)構造成接收來自所述EM(16，88)的未調節的輸出并在所述輸出側(22，106)上產生已調節的輸出；以及定比變速器(40，104)，所述定比變速器(40，104)以機械的方式聯結至所述CVT(14，90)的輸出側(22，106)并且構造成接收來自所述CVT(14，90)的已調節的輸出；并且產生再調節的輸出。
2.根據權利要求1所述的車輛推進系統(12，84，124)，其特征在于，所述定比變速器 (40,104)構造成將再調節的輸出輸送至車輛牽引系統(26，102)。
3.根據權利要求2所述的車輛推進系統(12，84，124)，其特征在于，所述車輛牽引系統 (26，102)包括聯結至所述定比變速器(40，104)的輸出的差速器(28)。
4.根據權利要求2所述的車輛推進系統(12，84，124)，其特征在于，所述車輛牽引系統 (26，102)包括驅動軸(30)和多個車輪(32)。
5.根據權利要求1所述的車輛推進系統(12，84，124)，其特征在于，所述車輛推進系統 (12,84,124)還包括以電的方式連接至所述EM(16，88)的電池儲存單元(38，108)。
6.根據權利要求1所述的車輛推進系統(12，84，124)，其特征在于，所述車輛推進系統 (12,84,124)還包括以電的方式連接至所述EM(16，88)且構造成確定所期望的推進系統輸 出的雙向控制器(34，110)。
7.根據權利要求6所述的車輛推進系統(12，84，124)，其特征在于，所述雙向控制器 (34,110)還構造成基于所期望的推進系統輸出而選擇性地操作所述EM(16，88)和所述 CVT(14,90)中的至少一個。
8.根據權利要求6所述的車輛推進系統(12，84，124)，其特征在于，所述車輛推進系 統(12，84，124)還包括以機械的方式連接在所述EM(16，88)和所述CVT (14，90)的輸入側 (20,98)之間的內燃機(ICE) (82)，所述內燃機(ICE) (82)構造成將ICE輸出輸送至所述 CVT (14,90)。
9.根據權利要求8所述的車輛推進系統(12，84，124)，其特征在于，所述雙向控制器 (34,110)還構造成基于所期望的推進系統輸出而選擇性地操作所述CVT (14，90)以調節所 述ICE輸出。
10.根據權利要求8所述的車輛推進系統(12，84，124)，其特征在于，所述車輛推進系 統(12,84,124)還包括定位在所述ICE(82)和所述CVT(14，90)的輸入側(20,98)之間的 離合器(114)。
全文摘要
本發明涉及用于車輛推進的系統及其制造方法，具體而言，車輛推進系統(12，84，124)包括構造成生成未調節的輸出的電機(EM)(16，88)。車輛推進系統(12，84，124)還包括具有輸入側(20，98)和輸出側(22，106)的無級變速器(CVT)(14，90)，輸入側以機械的方式聯結至EM(16，88)，并且該無級變速器(CVT)(14，90)構造成接收來自EM(16，88)的未調節的輸出并在輸出側(22，106)上產生已調節的輸出。定比變速器(40，104)以機械的方式聯結至CVT(14，90)的輸出側(22，106)并且構造成接收來自CVT(14，90)的已調節的輸出并且產生再調節的輸出。
文檔編號B60K1/00GK101837722SQ201010157228
公開日2010年9月22日 申請日期2010年3月17日 優先權日2009年3月17日
發明者A·F·費澤尼, P·維亞斯, Y·M·埃爾南德斯 申請人:通用電氣公司