混合電動車輛的動力傳動系統的制作方法
【專利摘要】一種混合電動車輛的動力傳動系統。混合電動動力傳動系統，可以包括：輸入軸；輸出軸；第一行星齒輪組，所述第一行星齒輪組在輸入軸上并且包括連接至第一電動機/發電機的第一旋轉元件，連接至輸出軸的第二旋轉元件和直接連接至輸入軸的第三旋轉元件；第二行星齒輪組，所述第二行星齒輪組在所述輸入軸上并且包括直接連接至第二電動機/發電機并且選擇性連接至第三旋轉元件的第四旋轉元件，連接至輸出軸的第五旋轉元件和連接至變速器殼的第六旋轉元件；傳動齒輪；和摩擦元件，所述摩擦元件選擇性連接第二行星齒輪組的三個旋轉元件中的兩個旋轉元件，選擇性連接所述第三旋轉元件和所述第四旋轉元件，或者選擇性連接所述第六旋轉元件和所述變速器殼。
【專利說明】混合電動車輛的動力傳動系統
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2013年7月I日提交的韓國專利申請第10-2013-0076703號的優先權，該申請的全部內容結合于此用于通過該引用的所有目的。
【技術領域】
[0003]本發明涉及一種混合車輛的動力傳動系統。更具體地，本發明涉及一種混合車輛的動力傳動系統，所述動力傳動系統通過當分離發動機動力時給予機械動力傳遞路徑更多重視從而最小化當轉換成混合操作模式時由于電動機/發電機的扭矩變化而造成的影響并且降低電動機/發電機的電負載和容量。
【背景技術】
[0004]環境友好的車輛技術是與未來汽車制造業的存活息息相關的非常重要的技術。車輛制造商聚焦于環境友好車輛的研發從而符合環境和燃料消耗法規。
[0005]因此，車輛制造商已經研發了未來車輛例如電動車輛(EV)、混合電動車輛(HEV)和燃料電池電動車輛(FCEV )。
[0006]由于未來車輛具有技術限制例如重量和成本，車輛制造商一直注意符合廢氣法規并且改進燃料消耗性能的混合電動車輛，并且努力競爭以將混合電動車輛投入實際應用。
[0007]混合電動車輛是使用多于兩種動力源的車輛，并且主要使用利用化石燃料的汽油發動機或柴油發動機和通過電能驅動的電動機/發電機作為混合電動車輛的動力源。
[0008]混合電動車輛使用具有相對更好的低速扭矩特征的電動機/發電機作為低速下的主動力源，并且使用具有相對更好的高速扭矩特征的發動機作為高速下的主動力源。
[0009]由于混合電動車輛在低速區域處停止使用化石燃料的發動機的操作并且使用電動機/發電機，可以改進燃料消耗并且可以減少廢氣。
[0010]混合電動車輛的動力傳動系統分為單模式類型和多模式類型。
[0011]用于換檔控制的扭矩傳遞裝置例如離合器和制動器是不必要的，但是燃料消耗由于高速區域處的效率變差而升高，并且需要額外的扭矩倍增設備從而應用于根據單模式類型的大型車輛。
[0012]由于多模式類型在高速區域處具有高效率，并且能夠自發地倍增扭矩，多模式類型可以應用于全尺寸車輛。
[0013]因此，采用多模式類型而非單模式類型作為混合電動車輛的動力傳動系統，并且多模式類型也處于持續的研究之中。
[0014]多模式類型的動力傳動系統包括多個行星齒輪組、作為電動機和/或發電機操作的多個電動機/發電機、控制行星齒輪組的旋轉元件的多個扭矩傳遞裝置，和用作電動機/發電機的動力源的電池。
[0015]多模式類型的動力傳動系統根據行星齒輪組、電動機/發電機和扭矩傳遞裝置的連接而具有不同的操作機構。
[0016]此外，多模式類型的動力傳動系統根據行星齒輪組、電動機/發電機和扭矩傳遞裝置的連接而具有不同的特征，例如耐用性、動力傳遞效率和尺寸。因此，混合電動車輛的動力傳動系統的連接結構的設計也處于持續的研究之中，從而實現不具有動力損失的強勁和緊湊的動力傳動系統。
[0017]公開于該【背景技術】部分的信息僅僅旨在加深對本發明的一般背景的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域技術人員所公知的現有技術。
【發明內容】
[0018]本發明的各個方面提供一種混合電動車輛的動力傳動系統，所述動力傳動系統的優點在于:通過當分離發動機動力時給予機械動力傳遞路徑更多重視從而最小化當轉換成混合操作模式時由于電動機/發電機的扭矩變化而造成的影響并且降低電動機/發電機的電負載和容量。
[0019]另外，本發明的各個方面提供一種混合電動車輛的動力傳動系統，所述動力傳動系統的其它優點在于:當高速行駛時，提供車輛行駛而不消耗電動機/發電機處的電能的發動機模式從而提高燃料消耗。
[0020]根據本發明的各個方面的混合電動車輛的動力傳動系統可以包括:輸入軸，所述輸入軸接收發動機的扭矩；輸出軸，所述輸出軸與所述輸入軸平行設置；第一行星齒輪組，所述第一行星齒輪組設置在所述輸入軸上并且包括第一旋轉元件，所述第一旋轉元件連接至第一電動機/發電機，第二旋轉元件，所述第二旋轉元件通過在外部嚙合的齒輪連接至所述輸出軸，和第三旋轉元件，所述第三旋轉元件直接連接至所述輸入軸；第二行星齒輪組，所述第二行星齒輪組設置在所述輸入軸上并且包括第四旋轉元件，所述第四旋轉元件直接連接至第二電動機/發電機并且選擇性連接至所述第三旋轉元件，第五旋轉元件，所述第五旋轉元件通過在外部嚙合的齒輪連接至所述輸出軸，和第六旋轉元件，所述第六旋轉元件選擇性連接至變速器殼；傳動齒輪，所述傳動齒輪形成所述在外部嚙合的齒輪；和摩擦元件，所述摩擦元件選擇性連接所述第二行星齒輪組的三個旋轉元件中的兩個旋轉元件，選擇性連接所述第三旋轉元件和所述第四旋轉元件，或者選擇性連接所述第六旋轉元件和所述變速器殼。
[0021]所述第一行星齒輪組可以為單小齒輪行星齒輪組，并且可以包括第一太陽輪，所述第一太陽輪為所述第一旋轉元件；第一行星架，所述第一行星架為所述第二旋轉元件；和第一齒圈，所述第一齒圈為所述第三旋轉元件。此外，所述第二行星齒輪組可以為單小齒輪行星齒輪組，并且可以包括第二太陽輪，所述第二太陽輪為所述第四旋轉元件；第二行星架，所述第二行星架為所述第五旋轉元件；和第二齒圈，所述第二齒圈為所述第六旋轉元件。
[0022]所述第一行星齒輪組可以為雙小齒輪行星齒輪組，并且可以包括第一太陽輪，所述第一太陽輪為所述第一旋轉元件；第一齒圈，所述第一齒圈為所述第二旋轉元件；和第一行星架，所述第一行星架為所述第三旋轉元件。此外，所述第二行星齒輪組可以為單小齒輪行星齒輪組，并且可以包括第二太陽輪，所述第二太陽輪為所述第四旋轉元件；第二行星架，所述第二行星架為所述第五旋轉元件；和第二齒圈，所述第二齒圈為所述第六旋轉元件。
[0023]所述第一行星齒輪組可以為單小齒輪行星齒輪組，并且可以包括第一太陽輪，所述第一太陽輪為所述第一旋轉元件；第一行星架，所述第一行星架為所述第二旋轉元件；和第一齒圈，所述第一齒圈為所述第三旋轉元件。此外，所述第二行星齒輪組可以為雙小齒輪行星齒輪組，并且可以包括第二太陽輪，所述第二太陽輪為所述第四旋轉元件；第二齒圈，所述第二齒圈為所述第五旋轉元件；和第二行星架，所述第二行星架為所述第六旋轉元件。
[0024]所述傳動齒輪可以包括:第一傳動齒輪，所述第一傳動齒輪連接所述第二旋轉元件和所述輸出軸；和第二傳動齒輪，所述第二傳動齒輪連接所述第五旋轉元件和所述輸出軸。
[0025]所述摩擦元件可以包括:第一離合器，所述第一離合器設置在所述第四旋轉元件和所述第六旋轉元件之間；第二離合器，所述第二離合器設置在所述第三旋轉元件和所述第四旋轉元件之間；和第一制動器，所述第一制動器設置在所述第六旋轉元件和所述變速器殼之間。
[0026]所述第一制動器可以在第一 EV模式下操作；所述第一離合器可以在第二 EV模式下操作；所述第一制動器可以在第一混合操作模式下操作；所述第一離合器可以在第二混合操作模式下操作；所述第二離合器可以在第三混合操作模式下操作；所述第二離合器和所述第一制動器可以在第一發動機模式下操作；和所述第一離合器和所述第二離合器可以在第二發動機模式下操作。
[0027]第三離合器可以設置在所述發動機和所述輸入軸之間。
[0028]根據本發明的各個方面的混合電動車輛的動力傳動系統可以包括:輸入軸，所述輸入軸接收發動機的扭矩；輸出軸，所述輸出軸與所述輸入軸平行設置；第一行星齒輪組，所述第一行星齒輪組包括第一旋轉元件，所述第一旋轉元件連接至第一電動機/發電機，第二旋轉元件，所述第二旋轉元件連接至所述輸出軸，和第三旋轉元件，所述第三旋轉元件直接連接至所述輸入軸；第二行星齒輪組，所述第二行星齒輪組包括第四旋轉元件，所述第四旋轉元件直接連接至第二電動機/發電機并且選擇性連接至所述第三旋轉元件，第五旋轉元件，所述第五旋轉元件連接至所述輸出軸，和第六旋轉元件，所述第六旋轉元件選擇性連接至變速器殼；第一傳動齒輪，所述第一傳動齒輪連接所述第二旋轉元件和所述輸出軸；第二傳動齒輪，所述第二傳動齒輪連接所述第五旋轉元件和所述輸出軸；和摩擦元件，所述摩擦元件選擇性連接所述第二行星齒輪組的三個旋轉元件中的兩個旋轉元件，選擇性連接所述第三旋轉元件和所述第四旋轉元件，或者選擇性連接所述第六旋轉元件和所述變速器殼。
[0029]所述第一行星齒輪組可以為單小齒輪行星齒輪組，并且可以包括第一太陽輪，所述第一太陽輪為所述第一旋轉元件；第一行星架，所述第一行星架為所述第二旋轉元件；和第一齒圈，所述第一齒圈為所述第三旋轉元件。此外，所述第二行星齒輪組可以為單小齒輪行星齒輪組，并且可以包括第二太陽輪，所述第二太陽輪為所述第四旋轉元件；第二行星架，所述第二行星架為所述第五旋轉元件；和第二齒圈，所述第二齒圈為所述第六旋轉元件。
[0030]所述第一行星齒輪組可以為雙小齒輪行星齒輪組，并且可以包括第一太陽輪，所述第一太陽輪為所述第一旋轉元件；第一齒圈，所述第一齒圈為所述第二旋轉元件；和第一行星架，所述第一行星架為所述第三旋轉元件。此外，所述第二行星齒輪組可以為單小齒輪行星齒輪組，并且可以包括第二太陽輪，所述第二太陽輪為所述第四旋轉元件；第二行星架，所述第二行星架為所述第五旋轉元件；和第二齒圈，所述第二齒圈為所述第六旋轉元件。
[0031]所述第一行星齒輪組可以為單小齒輪行星齒輪組，并且可以包括第一太陽輪，所述第一太陽輪為所述第一旋轉元件；第一行星架，所述第一行星架為所述第二旋轉元件；和第一齒圈，所述第一齒圈為所述第三旋轉元件。此外，所述第二行星齒輪組可以為雙小齒輪行星齒輪組，并且可以包括第二太陽輪，所述第二太陽輪為所述第四旋轉元件；第二齒圈，所述第二齒圈為所述第五旋轉元件；和第二行星架，所述第二行星架為所述第六旋轉元件。
[0032]所述摩擦元件可以包括:第一離合器，所述第一離合器設置在所述第四旋轉元件和所述第六旋轉元件之間；第二離合器，所述第二離合器設置在所述第三旋轉元件和所述第四旋轉元件之間；和第一制動器，所述第一制動器設置在所述第六旋轉元件和所述變速器殼之間。
[0033]所述第一制動器可以在第一 EV模式下操作；所述第一離合器可以在第二 EV模式下操作；所述第一制動器可以在第一混合操作模式下操作；所述第一離合器可以在第二混合操作模式下操作；所述第二離合器可以在第三混合操作模式下操作；所述第二離合器和所述第一制動器可以在第一發動機模式下操作；和所述第一離合器和所述第二離合器可以在第二發動機模式下操作。
[0034]第三離合器可以設置在所述發動機和所述輸入軸之間。
[0035]通過納入本文的附圖以及隨后與附圖一起用于說明本發明的某些原理的具體描述，本發明的方法和裝置所具有的其它特征和優點將更為具體地變得清楚或得以闡明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0036]圖1為根據本發明的示例性動力傳動系統的示意圖。
[0037]圖2為應用于圖1的動力傳動系統的摩擦元件在每個模式下的操作圖表。
[0038]圖3為簡易顯示根據圖1的動力傳動系統的動力傳動系統中的旋轉元件的連接的示意圖。
[0039]圖4A、圖4B、圖5A、圖5B、圖6、圖7A和圖7B為用于解釋根據圖1的動力傳動系統的動力傳動系統在每個模式下的操作的圖。
[0040]圖8為根據本發明的示例性動力傳動系統的示意圖。
[0041]圖9為根據本發明的示例性動力傳動系統的示意圖。
[0042]圖10為根據本發明的示例性動力傳動系統的示意圖。
【具體實施方式】
[0043]下面將詳細參考本發明的各個實施方案，這些實施方案的實例被顯示在附圖中并描述如下。盡管本發明將與示例性實施方案相結合進行描述，應理解本說明書并非旨在將本發明限制于那些示例性實施方案。相反，本發明旨在不但覆蓋這些示例性實施方案，而且覆蓋可以被包括在由所附權利要求所限定的本發明的精神和范圍之內的各種選擇形式、修改形式、等價形式及其它實施方案。
[0044]對于解釋各個實施方案并不必要的部件的描述將被略去，并且在本說明書中同樣的組成元件由同樣的附圖標記表示。
[0045]在具體描述中，使用序數區別具有相同術語的組成元件而不具有特定含義。
[0046]圖1為根據本發明的各個實施方案的動力傳動系統的示意圖。
[0047]參考圖1，根據本發明的各個實施方案的混合電動車輛的動力傳動系統根據車輛的行駛狀態改變通過輸入軸IS傳遞的發動機ENG的扭矩，并且通過輸出軸OS輸出經改變的扭矩。
[0048]動力傳動系統包括第一和第二行星齒輪組PGl和PG2、第一和第二電動機/發電機MGl和MG2，和摩擦元件，所述摩擦元件包括第一和第二離合器CLl和CL2和第一制動器BKl。
[0049]第一行星齒輪組PGl的一個旋轉元件和第二行星齒輪組PG2的一個旋轉元件通過輸出軸OS連接，并且第一行星齒輪組PGl的另一個旋轉元件和第二行星齒輪組PG2的另一個旋轉元件彼此連接，使得第一行星齒輪組PGl和第二行星齒輪組PG2作為一個復合行星齒輪組操作。
[0050]第一電動機/發電機MGl和第二電動機/發電機MG2是獨立的動力源，并且作為電動機和發電機操作。
[0051]第一電動機/發電機MGl直接連接到第一行星齒輪組PGl的另一個旋轉元件，從而作為將扭矩供應到另一個旋轉元件的電動機進行操作，或者作為通過另一個旋轉元件的扭矩而發電的發電機進行操作。
[0052]第二電動機/發電機MG2直接連接到第二行星齒輪組PG2的另一個旋轉元件，從而作為將扭矩供應到另一個旋轉元件的電動機進行操作，或者作為通過另一個旋轉元件的扭矩而發電的發電機進行操作。
[0053]出于該目的，第一電動機/發電機MGl和第二電動機/發電機MG2以及第一和第二行星齒輪組PGl和PG2設置在輸入軸IS上，第一電動機/發電機MGl的定子和第二電動機/發電機MG2的定子固定至變速器殼H,第一電動機/發電機MGl的轉子和第二電動機/發電機MG2的轉子分別連接至第一行星齒輪組PGl的另一個旋轉元件和第二行星齒輪組PG2的另一個旋轉元件。
[0054]第一離合器CLl作為選擇性直接聯接裝置操作。第一離合器CLl連接第二行星齒輪組PG2的三個旋轉元件中的兩個旋轉元件，從而直接聯接第二行星齒輪組PG2。
[0055]第二離合器CL2和第一制動器BKl作為選擇性連接裝置操作。第二離合器CL2選擇性連接第一行星齒輪組PGl的另一個旋轉元件和第二行星齒輪組PG2的另一個旋轉元件，第一制動器BKl選擇性連接第二行星齒輪組PG2的另一個旋轉元件和變速器殼H。
[0056]第一和第二離合器CLl和CL2為選擇性連接旋轉元件和另一個旋轉元件的摩擦元件，第一制動器BKl為選擇性連接旋轉元件和固定元件(即變速器殼)的摩擦元件。第一和第二離合器CLl和CL2和制動器BK可以為通過液壓操作的常規濕式多板摩擦元件。
[0057]將更詳細地描述根據本發明的各個實施方案的混合電動車輛的動力傳動系統。
[0058]第一行星齒輪組PGl為單小齒輪行星齒輪組,并且包括第一旋轉元件NI,所述第一旋轉元件NI為第一太陽輪SI ;第二旋轉元件N2，所述第二旋轉元件N2為可旋轉地支撐第一小齒輪Pi的第一行星架PC1，所述第一小齒輪Pl在外部與第一太陽輪SI嚙合；和第三旋轉兀件N3,所述第三旋轉兀件N3為第一齒圈Rl,所述第一齒圈Rl在內部與第一小齒輪Pl嚙合。
[0059]第二行星齒輪組PG2為單小齒輪行星齒輪組，并且包括第四旋轉元件N4，所述第四旋轉元件N4為第二太陽輪S2 ;第五旋轉元件N5，所述第五旋轉元件N5為可旋轉地支撐第二小齒輪P2的第二行星架PC2，所述第二小齒輪P2在外部與第二太陽輪S2嚙合；和第六旋轉元件N6，所述第六旋轉元件N6為第二齒圈R2，所述第二齒圈R2在內部與第二小齒輪P2嚙合。
[0060]第二旋轉元件N2的第一行星架PCl和第五旋轉元件N5的第二行星架PC2通過輸出軸OS連接，第三旋轉元件N3的第一齒圈Rl和第四旋轉元件N4的第二太陽輪S2選擇性連接，第三旋轉元件N3的第一齒圈Rl直接連接至輸入軸IS。
[0061]第二旋轉元件N2和第五旋轉元件N5通過第一和第二傳動齒輪TFl和TF2連接，所述第一和第二傳動齒輪TFl和TF2分別設置在第二旋轉元件N2和輸出軸OS之間以及在第五旋轉元件N5和輸出軸OS之間。
[0062]第一和第二傳動齒輪TFl和TF2分別具有在外部彼此嚙合的第一和第二傳動驅動齒輪TFla和TF2a以及第一和第二傳動從動齒輪TFlb和TF2b。
[0063]第一傳動驅動齒輪TFla連接至第二旋轉元件N2，第二傳動驅動齒輪TF2a連接至第五旋轉兀件N5,在外部與第一和第二傳動驅動TFla和TF2a哨合的第一和第二傳動從動齒輪TFlb和TF2b固定設置在輸出軸OS上。
[0064]此外，第一和第二傳動齒輪TFl和TF2的齒輪比可以根據目標速度比而設定。
[0065]此外，第一和第二傳動從動齒輪TFlb和TF2b的任一者為最終輸出齒輪。最終輸出齒輪通過差動裝置將驅動扭矩傳遞至驅動輪。在圖1的動力傳動系統中顯示了第一傳動從動齒輪TFlb作為最終輸出齒輪操作。
[0066]第一電動機/發電機MGl連接至第一旋轉元件NI的第一太陽輪SI從而作為驅動第一太陽輪SI的電動機操作，或者作為通過第一太陽輪SI的扭矩發電的發電機操作。
[0067]第二電動機/發電機MG2連接至第四旋轉元件N4的第二太陽輪S2從而作為驅動第二太陽輪S2的電動機操作，或者作為通過第二太陽輪S2的扭矩發電的發電機操作。
[0068]第一離合器CLl設置在第四旋轉元件N4的第二太陽輪S2和第六旋轉元件N6的第二齒圈R2之間從而直接聯接第二行星齒輪組PG2。
[0069]第二離合器CL2設置在第三旋轉元件N3的第一齒圈Rl和第四旋轉元件N4的第二太陽輪S2之間從而選擇性連接第一齒圈Rl和第二太陽輪S2。
[0070]第一制動器BKl設置在第六旋轉兀件N6的第二齒圈R2和變速器殼H之間從而選擇性連接第二齒圈R2和變速器殼H。
[0071]圖2為應用于根據本發明的各個實施方案的動力傳動系統的摩擦元件在每個模式下的操作圖表。
[0072]參考圖2，通過操作第一制動器BKl達到第一電動車輛(EV)模式。
[0073]通過操作第一離合器CLl達到第二 EV模式。
[0074]通過操作第一制動器BKl達到第一混合操作模式。
[0075]通過操作第一離合器CLl達到第二混合操作模式。
[0076]通過操作第二離合器CL2達到第三混合操作模式。
[0077]通過操作第二離合器CL2和第一制動器BKl達到第一發動機模式。
[0078]通過操作第一離合器CLl和第二離合器CL2達到第二發動機模式。
[0079]如上所述，根據圖1的動力傳動系統的動力傳動系統可以實現兩個EV模式、三個混合操作模式和兩個發動機模式。
[0080]圖3為簡易顯示根據本發明的各個實施方案的動力傳動系統中的旋轉元件的連接的示意圖。
[0081]參考圖3，在根據本發明的各個實施方案的動力傳動系統中，第二旋轉元件N2和第五旋轉元件N5通過輸出軸OS連接，并且第三旋轉元件N3和第四旋轉元件N4通過第二離合器CL2選擇性連接。
[0082]此外，第一旋轉元件NI連接至第一電動機/發電機MGl，第三旋轉元件N3連接至發動機ENG，第四旋轉元件N4連接至第二電動機/發電機MG2。
[0083]此外，第六旋轉元件N6通過第一制動器BKl選擇性連接至變速器殼H，并且第四旋轉元件N4和第六旋轉元件N6通過第一離合器CLl選擇性連接。
[0084]圖4A、圖4B、圖5A、圖5B、圖6、圖7A和圖7B為用于解釋根據圖1的動力傳動系統的動力傳動系統在每個模式下的操作的圖。圖4A、圖4B、圖5A、圖5B、圖6、圖7A和圖7B顯示了輸入旋轉速度的變化，假設輸出旋轉速度恒定。
[0085]第一 EV模式
[0086]圖4A為用于解釋根據圖1的動力傳動系統的動力傳動系統在第一 EV模式下的操作的圖。
[0087]EV模式為在發動機的停止狀態下電池的動力供應至電動機/發電機使得車輛通過電動機/發電機的動力驅動的模式。
[0088]由于發動機停止，可以提高燃料經濟性，并且車輛在EV模式下可以向后移動而無需額外的倒速設備。當車輛在停止狀態下起動或車輛以低速行駛時使用EV模式。需要動力源比輸出構件更快旋轉的降低的齒輪比從而幫助上坡起動或迅速加速。
[0089]在這些情況下，第六旋轉元件N6作為固定元件通過第一制動器BKl的操作而操作，并且操作第二電動機/發電機MG2從而在第一 EV模式下將第二電動機/發電機MG2的扭矩輸入至第四旋轉元件N4。因此，第二電動機/發電機MG2的扭矩根據第二行星齒輪組PG2的齒輪比而變化并且輸出變化的扭矩。
[0090]此時，第一行星齒輪組PGl不參與換檔。然而，第三旋轉元件N3與發動機一起停止并且第二旋轉元件N2通過輸出軸OS和傳動齒輪連接至第五旋轉元件N5。因此，第一和第二旋轉元件NI和N2空轉。
[0091]第二 EV模式
[0092]圖4B為用于解釋根據圖1的動力傳動系統的動力傳動系統在第二 EV模式下的操作的圖。
[0093]電動機/發電機的效率根據其旋轉速度和扭矩而變化。這意味著即使供應相同量的電流，電能至機械能的轉化率根據電動機/發電機的旋轉速度和扭矩而不同。
[0094]在EV模式下使用的電池的電流通過在發動機中燃燒燃料而產生或者通過再生制動積累而產生，但是如何有效使用積累的能量將直接影響燃料經濟性的提高。
[0095]出于該原因，越來越多地將實現多于兩個換檔速度的變速器安裝在電動車輛上，并且有利的是混合車輛實現了具有多于兩個換檔速度的EV模式。因此，本發明的各個實施方案可以實現兩個EV模式。
[0096]至第二 EV模式的換檔過程如下。如果在車輛以第一 EV模式行駛的過程中車輛速度增加，第二電動機/發電機MG2的效率變差。此時，如果第一制動器BKl松開并且第一離合器CLl以第二電動機/發電機MG2的效率較差的點操作，達到第二 EV模式。
[0097]在該情況下，由于作為第二行星齒輪組PG2的直接聯接設備的第一離合器CLl操作，第二行星齒輪組PG2變成直接聯接狀態。因此，第二行星齒輪組PG2的所有旋轉元件N4、N5和N6以相同速度旋轉并且驅動扭矩通過輸出軸OS輸出。
[0098]此時，第一行星齒輪組PGl不參與換檔。然而，第三旋轉元件N3與發動機一起停止，第一和第二旋轉元件NI和N2空轉。
[0099]第一混合操作模式
[0100]圖5A為用于解釋根據圖1的動力傳動系統的動力傳動系統在第一混合操作模式下的操作的圖。
[0101]在第一混合操作模式下，發動機的扭矩通過機械路徑和電路徑傳遞至輸出構件，這種發動機扭矩的分離通過行星齒輪組進行。由于連接至行星齒輪組的發動機和電動機/發電機可以控制它們的旋轉速度而無需考慮車輛速度，動力傳動系統在第一混合操作模式下作為電動連續可變變速器操作。
[0102]在常規變速器中，發動機的速度和扭矩在給定的車輛速度下固定，但是在電動連續可變變速器中，發動機的速度和扭矩可以在給定的車輛速度下自由變化。因此，可以最大化發動機的驅動效率并且可以提高燃料經濟性。
[0103]至第一混合操作模式的換檔過程如下。第二旋轉元件N2和第五旋轉元件N5分別通過第一和第二傳動齒輪TFl和TF2連接至輸出軸OS，但是第一和第三旋轉元件NI和N3在第一 EV模式下可以自由旋轉(參考圖4A)。
[0104]如果在該狀態下使用第一電動機發電機MGl起動發動機ENG，可以控制發動機ENG和第一電動機/發電機MGl的速度而無需考慮車輛速度。
[0105]因此,如果控制發動機ENG和第一電動機/發電機MGl,發動機的扭矩和第一電動機/發電機MGl的扭矩相加并且相加的扭矩傳遞至輸出軸OS。因此，可以產生高驅動扭矩。
[0106]此時，如圖5A中所示，第一電動機/發電機MGl當負旋轉時則作為發電機操作，第一電動機/發電機MGl當正旋轉時則作為電動機操作(此時，發動機ENG的旋轉速度降低)。
[0107]此外，第六旋轉元件N6作為固定元件通過第一制動器BKl的操作而操作，驅動扭矩通過輸出軸OS輸出，第四旋轉元件N4在第二行星齒輪組PG2中空轉。
[0108]由于發動機ENG和第一電動機/發電機MGl可以在第一混合操作模式下獨立控制，可以顯著提高燃料經濟性和驅動性能。
[0109]第二混合操作模式
[0110]圖5B為用于解釋根據圖1的動力傳動系統的動力傳動系統在第二混合操作模式下的操作的圖。
[0111]如果在車輛以第一混合操作模式行駛的過程中車輛速度增加，第一制動器BKl松開并且第一離合器CLl操作，從而降低第一行星齒輪組PGl的所有旋轉元件的旋轉速度。因此，第二混合操作模式開始。
[0112]由于作為第二行星齒輪組PG2的直接聯接設備的第一離合器CLl操作，第二行星齒輪組PG2變成直接聯接狀態。因此，第二行星齒輪組PG2的所有旋轉元件N4、N5和N6以相同速度旋轉。
[0113]此時，第二旋轉元件N2和第五旋轉元件N5通過第一和第二傳動齒輪TFl和TF2連接至輸出軸OS，但是第一和第三旋轉元件NI和N3可以自由旋轉。
[0114]因此，發動機ENG和第一電動機/發電機MGl可以獨立控制而無需考慮車輛速度。
[0115]由于發動機ENG和第一電動機/發電機MGl可以在第二混合操作模式下獨立控制(與在第一混合操作模式下相同)，可以顯著提高燃料經濟性和驅動性能。
[0116]第三混合操作模式
[0117]圖6為用于解釋根據圖1的動力傳動系統的動力傳動系統在第三混合操作模式下的操作的圖。
[0118]由于連接至輸出元件的電動機/發電機的旋轉速度限制于車輛速度，在第三混合操作模式下電動機/發電機不能有效操作并且電動機/發電機的容量難以降低。
[0119]特別地，如果限制于車輛速度的電動機/發電機的旋轉速度由于高車輛速度而較高，電動機/發電機的效率可能變差并且可能難以優化燃料經濟性。
[0120]在所述條件下，連接至發動機ENG的第一行星齒輪組PGl的兩個旋轉元件和第二行星齒輪組PG2的兩個旋轉元件彼此連接，從而控制發動機ENG的旋轉速度和兩個電動機/發電機MGl和MG2的旋轉速度而無需考慮車輛速度。因此，動力傳動系統可以作為連續可變變速器操作并且可以提高燃料經濟性。
[0121]如果第二離合器CL2操作，第三旋轉元件N3和第四旋轉元件N4連接并且以相同速度旋轉。此外，由于第二旋轉元件N2和第五旋轉元件N5直接連接，第一行星齒輪組PGl和第二行星齒輪組PG2的旋轉元件彼此限制。亦即，旋轉元件的旋轉速度和扭矩彼此限制。
[0122]此外，由于第一和第二電動機/發電機MGl和MG2的電能應平衡,第一和第二行星齒輪組PGl和PG2的所有旋轉元件的速度和扭矩彼此關聯并且動力傳動系統在第三混合操作模式下作為電動連續可變變速器操作。
[0123]第一混合操作模式和第二混合操作模式可以轉換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轉換成第三混合操作模式，第二離合器CL2操作。之后，在第一和第二混合操作模式下可以獨立控制的發動機ENG和第二電動機/發電機MG2同步并且第一制動器BKl或第一離合器CLl松開。因此，可以平穩進行至第三混合操作模式的轉換。
[0124]亦即，當第一混合操作模式轉換成第三混合操作模式時，發動機ENG和第二電動機/發電機MG2通過操作第二離合器CL2而同步并且第一制動器BKl松開。當第二混合操作模式轉換成第三混合操作模式時，發動機ENG和第二電動機/發電機MG2通過操作第二離合器CL2而同步并且第一離合器CLl松開。
[0125]當從第一混合操作模式或第二混合操作模式轉換成第三混合操作模式時，第一和第二電動機/發電機MGl和MG2的扭矩方向不改變。因此，不產生由于模式轉換而造成的影響。
[0126]第一發動機模式
[0127]圖7A為用于解釋根據圖1的動力傳動系統的動力傳動系統在第一發動機模式下的操作的圖。
[0128]混合車輛中用于提高燃料經濟性的重要技術是回收和再利用制動能量并且控制發動機的驅動點。
[0129]此外，發動機的驅動點的控制伴隨著發動機的機械能至電動機/發電機的電能的轉化和電動機/發電機的電能轉化回電動機/發電機的機械能。
[0130]在能量轉化的過程中，并非所有輸入能量都被輸出，并且產生能量損失。由于在任何行駛條件下，在車輛僅通過發動機驅動的發動機模式下的燃料經濟性可能優于在混合模式下的燃料經濟性，本發明的各個實施方案提供兩個發動機模式。
[0131]亦即，在第一發動機模式下第二離合器CL2和第一制動器BKl接合。在該情況下，第三旋轉元件N3和第四旋轉元件N4以與發動機相同的速度旋轉，第六旋轉元件N6作為固定元件操作。因此，產生降低的速度比。
[0132]此時，由于第一和第二電動機/發電機MGl和MG2不需要提供扭矩，達到車輛僅通過發動機ENG驅動的第一發動機模式。
[0133]第二發動機模式
[0134]圖7B為用于解釋根據圖1的動力傳動系統的動力傳動系統在第二發動機模式下的操作的圖。
[0135]如果在車輛以第一發動機模式行駛的過程中車輛速度增加，第一制動器BKl松開并且第一離合器CLl操作。
[0136]在該情況下，第二行星齒輪組PG2的所有旋轉元件通過第一和第二離合器CLl和CL2的操作以相同速度旋轉，并且發動機ENG的扭矩輸入第三和第四旋轉元件N3和N4。
[0137]此外，第二旋轉元件N2和第五旋轉元件N5分別通過第一和第二傳動齒輪TFl和TF2連接至輸出軸OS。
[0138]由于此時第一和第二電動機/發電機MGl和MG2不需要提供扭矩，達到車輛僅通過發動機ENG的扭矩驅動的第二發動機模式。
[0139]根據本發明的各個實施方案，可以通過組合兩個行星齒輪組PGl和PG2、三個摩擦元件CL1、CL2和BKl以及兩個電動機/發電機MGl和MG2從而達到兩個EV模式、三個混合操作模式和兩個發動機模式。
[0140]此外，可以通過當分離發動機動力時給予機械動力傳遞路徑更多重視從而降低電負載并且使用發動機的最大動力。此外，當起動時可以減少模式轉換的數量，并且當轉換模式時可以最小化所有旋轉元件的旋轉速度的變化。
[0141]由于在節氣門全開(WOT)起動中提供足夠的動力性能，抑制了至發動機模式的轉換并且在第一、第二和第三混合操作模式之間的轉換中可以使用發動機的最大動力。
[0142]此外，第二離合器CL2設置在第一行星齒輪組PGl的第三旋轉元件N3和第二行星齒輪組PG2的第四旋轉元件N4之間從而自由執行從根據本發明的各個實施方案的第一混合操作模式或第二混合操作模式變化至第三混合操作模式的模式。如果第二離合器CL2操作，在第一和第二混合操作模式下可以獨立控制的發動機ENG和第二電動機/發電機MG2同步然后達到至第三混合操作模式的轉換。因此，可以平穩達到模式轉換。
[0143]因此，可以抑制由于第二離合器CL2的接合而造成的影響并且在模式轉換前后保持第一電動機/發電機MGl和第二電動機/發電機MG2的扭矩方向。因此，可控性極佳。
[0144]在達到模式轉換之后，發動機在其最大動力點下以第三混合操作模式操作，第二電動機/發電機MG2的旋轉速度隨著車輛速度的升高而降低。因此，車輛可以在電動機的驅動極限范圍內驅動。
[0145]由于提供發動機模式，車輛可以以高速行駛而第一和第二電動機/發電機MGl和MG2無電負載。因此可以改進燃料經濟性。
[0146]圖8為根據本發明的各個實施方案的動力傳動系統的示意圖。
[0147]參考圖8，在圖1中第一行星齒輪組PGl為單小齒輪行星齒輪組，但是在圖8中第一行星齒輪組PGl為雙小齒輪行星齒輪組。
[0148]因此,第一太陽輪SI為第一旋轉兀件NI,第一齒圈Rl為第二旋轉兀件N2,第一行星架PCl為第三旋轉元件N3。
[0149]由于圖8的動力傳動系統的功能與圖1的動力傳動系統的功能相同，除了旋轉元件由第二和第三旋轉元件N2和N3組成，將省去其詳細說明。
[0150]圖9為根據本發明的各個實施方案的動力傳動系統的示意圖。
[0151]參考圖9，在圖1中第二行星齒輪組PG2為單小齒輪行星齒輪組，但是在圖9中第二行星齒輪組PG2為雙小齒輪行星齒輪組。
[0152]因此，第二太陽輪S2為第四旋轉元件N4，第二齒圈R2為第五旋轉元件N2，第二行星架PC2為第六旋轉元件N6。
[0153]由于圖8的動力傳動系統的功能與圖1的動力傳動系統的功能相同，除了旋轉元件由第五和第六旋轉元件N5和N6組成，將省去其詳細說明。
[0154]圖10為根據本發明的各個實施方案的動力傳動系統的不意圖。
[0155]參考圖10，在圖1中，作為選擇性動力傳遞裝置的離合器不設置在發動機ENG和第三旋轉元件N3之間，但是在圖10中，作為選擇性動力傳遞裝置的第三離合器CL3設置在發動機ENG和輸入軸IS之間。
[0156]因此，第三離合器CL3在需要發動機ENG的扭矩的模式下操作，發動機ENG的扭矩傳遞至輸入軸IS。
[0157]由于圖10的動力傳動系統的功能與圖1的動力傳動系統的功能相同，除了是否存在第三離合器CL3，將省去其詳細說明。
[0158]根據本發明的各個實施方案，通過組合兩個行星齒輪組、三個摩擦元件和兩個電動機/發電機而達到兩個EV模式，三個混合操作模式和兩個發動機模式。
[0159]此外，可以通過當分離發動機動力時給予機械動力傳遞路徑更多重視從而降低電負載并且使用發動機的最大動力。此外，當起動時可以減少模式轉換的數量，并且當轉換模式時可以最小化所有旋轉元件的旋轉速度的變化。
[0160]由于在節氣門全開(WOT)起動中提供足夠的動力性能，抑制了至發動機模式的轉換并且在混合輸入分離模式和復合分離模式之間的轉換中可以使用發動機的最大動力。
[0161]此外，第二離合器設置在第一行星齒輪組的第三旋轉元件和第二行星齒輪組的第四旋轉元件之間從而自由執行從根據本發明的各個實施方案的第一混合操作模式或第二混合操作模式變化至第三混合操作模式的模式。如果第二離合器操作，在第一和第二混合操作模式下可以獨立控制的發動機和第二電動機/發電機同步然后達到至第三混合操作模式的轉換。因此，可以平穩達到模式轉換。
[0162]因此，可以抑制由于第二離合器的接合而造成的影響并且在模式轉換前后保持第一電動機/發電機和第二電動機/發電機的扭矩方向。因此，可控性極佳。
[0163]在達到模式轉換之后，發動機在其最大動力點下以第三混合操作模式操作，第二電動機/發電機的旋轉速度隨著車輛速度的升高而降低。因此，車輛可以在電動機的驅動極限范圍內驅動。
[0164]由于提供發動機模式，車輛可以以高速行駛而第一和第二電動機/發電機無電負載。因此可以改進燃料經濟性。
[0165]為了方便解釋和精確限定所附權利要求，術語向后等被用于參考附圖中所顯示的這些特征的位置來描述示例性實施方案的特征。
[0166]前面對本發明具體示例性實施方案所呈現的描述是出于說明和描述的目的。前面的描述并不旨在成為窮舉的，也并不旨在把本發明限制為所公開的精確形式，顯然，根據上述教導很多改變和變化都是可能的。選擇示例性實施方案并進行描述是為了解釋本發明的特定原理及其實際應用，從而使得本領域的其它技術人員能夠實現并利用本發明的各種示例性實施方案及其不同選擇形式和修改形式。本發明的范圍意在由所附權利要求書及其等價形式所限定。
【權利要求】
1.一種混合電動車輛的動力傳動系統,包括: 輸入軸，所述輸入軸接收發動機的扭矩； 輸出軸，所述輸出軸與所述輸入軸平行； 第一行星齒輪組，所述第一行星齒輪組在所述輸入軸上并且包括第一旋轉元件、第二旋轉元件和第三旋轉元件，所述第一旋轉元件連接至第一電動機/發電機，所述第二旋轉元件通過在外部嚙合的齒輪連接至所述輸出軸，所述第三旋轉元件直接連接至所述輸入軸； 第二行星齒輪組，所述第二行星齒輪組在所述輸入軸上并且包括第四旋轉元件、第五旋轉元件和第六旋轉元件，所述第四旋轉元件直接連接至第二電動機/發電機并且選擇性連接至所述第三旋轉元件，所述第五旋轉元件通過在外部嚙合的齒輪連接至所述輸出軸，所述第六旋轉元件選擇性連接至變速器殼； 傳動齒輪，所述傳動齒輪形成所述在外部嚙合的齒輪；和 摩擦元件，所述摩擦元件選擇性連接所述第二行星齒輪組的三個旋轉元件中的兩個旋轉元件，選擇性連接所述第三旋轉元件和所述第四旋轉元件，或者選擇性連接所述第六旋轉元件和所述變速器殼。
2.根據權利要求1所述的混合電動車輛的動力傳動系統，其中所述第一行星齒輪組為單小齒輪行星齒輪組并且包括第一太陽輪、第一行星架和第一齒圈，所述第一太陽輪為所述第一旋轉元件，所述第一行星架為所述第二旋轉元件，所述第一齒圈為所述第三旋轉元件，和 其中所述第二行星齒輪組為單小齒輪行星齒輪組并且包括第二太陽輪、第二行星架和第二齒圈，所述第二太陽輪為所述第四旋轉元件，所述第二行星架為所述第五旋轉元件，所述第二齒圈為所述第六旋轉元件。
3.根據權利要求1所述的混合電動車輛的動力傳動系統，其中所述第一行星齒輪組為雙小齒輪行星齒輪組并且包括第一太陽輪、第一齒圈和第一行星架，所述第一太陽輪為所述第一旋轉元件，所述第一齒圈為所述第二旋轉元件，所述第一行星架為所述第三旋轉元件，和 其中所述第二行星齒輪組為單小齒輪行星齒輪組并且包括第二太陽輪、第二行星架和第二齒圈，所述第二太陽輪為所述第四旋轉元件，所述第二行星架為所述第五旋轉元件，所述第二齒圈為所述第六旋轉元件。
4.根據權利要求1所述的混合電動車輛的動力傳動系統，其中所述第一行星齒輪組為單小齒輪行星齒輪組并且包括第一太陽輪、第一行星架和第一齒圈，所述第一太陽輪為所述第一旋轉元件，所述第一行星架為所述第二旋轉元件，所述第一齒圈為所述第三旋轉元件，和 其中所述第二行星齒輪組為雙小齒輪行星齒輪組并且包括第二太陽輪、第二齒圈和第二行星架，所述第二太陽輪為所述第四旋轉元件，所述第二齒圈為所述第五旋轉元件，所述第二行星架為所述第六旋轉元件。
5.根據權利要求1所述的混合電動車輛的動力傳動系統,其中所述傳動齒輪包括: 第一傳動齒輪，所述第一傳動齒輪連接所述第二旋轉元件和所述輸出軸；和 第二傳動齒輪，所述第二傳動齒輪連接所述第五旋轉元件和所述輸出軸。
6.根據權利要求5所述的混合電動車輛的動力傳動系統，其中所述摩擦元件包括: 第一離合器，所述第一離合器在所述第四旋轉元件和所述第六旋轉元件之間； 第二離合器，所述第二離合器在所述第三旋轉元件和所述第四旋轉元件之間；和 第一制動器，所述第一制動器在所述第六旋轉元件和所述變速器殼之間。
7.根據權利要求6所述的混合電動車輛的動力傳動系統,其中所述第一制動器在第一電動車輛模式下操作， 所述第一離合器在第二電動車輛模式下操作， 所述第一制動器在第一混合操作模式下操作， 所述第一離合器在第二混合操作模式下操作， 所述第二離合器在第三混合操作模式下操作， 所述第二離合器和所述第一制動器在第一發動機模式下操作，和 所述第一離合器和所述第二離合器在第二發動機模式下操作。
8.根據權利要求1所述的混合電動車輛的動力傳動系統，其中第三離合器在所述發動機和所述輸入軸之間。
9.一種混合電動車輛的動力傳動系統,包括: 輸入軸，所述輸入軸接收發動機的扭矩； 輸出軸，所述輸出軸與所述輸入軸平行； 第一行星齒輪組，所述第一行星齒輪組包括第一旋轉元件、第二旋轉元件和第三旋轉元件，所述第一旋轉元件連接至第一電動機/發電機，所述第二旋轉元件連接至所述輸出軸，所述第三旋轉元件直接連接至所述輸入軸； 第二行星齒輪組，所述第二行星齒輪組包括第四旋轉元件、第五旋轉元件和第六旋轉元件，所述第四旋轉元件直接連接至第二電動機/發電機并且選擇性連接至所述第三旋轉元件，所述第五旋轉元件連接至所述輸出軸，所述第六旋轉元件選擇性連接至變速器殼；第一傳動齒輪，所述第一傳動齒輪連接所述第二旋轉元件和所述輸出軸； 第二傳動齒輪，所述第二傳動齒輪連接所述第五旋轉元件和所述輸出軸；和摩擦元件，所述摩擦元件選擇性連接所述第二行星齒輪組的三個旋轉元件中的兩個旋轉元件，選擇性連接所述第三旋轉元件和所述第四旋轉元件，或者選擇性連接所述第六旋轉元件和所述變速器殼。
10.根據權利要求9所述的混合電動車輛的動力傳動系統，其中所述第一行星齒輪組為單小齒輪行星齒輪組并且包括第一太陽輪、第一行星架和第一齒圈，所述第一太陽輪為所述第一旋轉元件，所述第一行星架為所述第二旋轉元件，所述第一齒圈為所述第三旋轉元件，和 其中所述第二行星齒輪組為單小齒輪行星齒輪組并且包括第二太陽輪、第二行星架和第二齒圈，所述第二太陽輪為所述第四旋轉元件，所述第二行星架為所述第五旋轉元件，所述第二齒圈為所述第六旋轉元件。
11.根據權利要求9所述的混合電動車輛的動力傳動系統，其中所述第一行星齒輪組為雙小齒輪行星齒輪組并且包括第一太陽輪、第一齒圈和第一行星架，所述第一太陽輪為所述第一旋轉元件，所述第一齒圈為所述第二旋轉元件，所述第一行星架為所述第三旋轉元件，和 其中所述第二行星齒輪組為單小齒輪行星齒輪組并且包括第二太陽輪、第二行星架和第二齒圈，所述第二太陽輪為所述第四旋轉元件，所述第二行星架為所述第五旋轉元件，所述第二齒圈為所述第六旋轉元件。
12.根據權利要求9所述的混合電動車輛的動力傳動系統，其中所述第一行星齒輪組為單小齒輪行星齒輪組并且包括第一太陽輪、第一行星架和第一齒圈，所述第一太陽輪為所述第一旋轉元件，所述第一行星架為所述第二旋轉元件，所述第一齒圈為所述第三旋轉元件，和 其中所述第二行星齒輪組為雙小齒輪行星齒輪組并且包括第二太陽輪、第二齒圈和第二行星架，所述第二太陽輪為所述第四旋轉元件，所述第二齒圈為所述第五旋轉元件，所述第二行星架為所述第六旋轉元件。
13.根據權利要求12所述的混合電動車輛的動力傳動系統，其中所述摩擦元件包括: 第一離合器，所述第一離合器在所述第四旋轉元件和所述第六旋轉元件之間； 第二離合器，所述第二離合器在所述第三旋轉元件和所述第四旋轉元件之間；和 第一制動器，所述第一制動器在所述第六旋轉元件和所述變速器殼之間。
14.根據權利要求13所述的混合電動車輛的動力傳動系統，其中所述第一制動器在第一電動車輛模式下操作， 所述第一離合器在第二電動車輛模式下操作， 所述第一制動器在第一混合操作模式下操作， 所述第一離合器在第二混合操作模式下操作， 所述第二離合器在第三混合操作模式下操作， 所述第二離合器和所述第一制動器在第一發動機模式下操作，和 所述第一離合器和所述第二離合器在第二發動機模式下操作。
15.根據權利要求9所述的混合電動車輛的動力傳動系統，其中第三離合器在所述發動機和所述輸入軸之間。
【文檔編號】F16H61/32GK104279274SQ201310740978
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年12月27日 優先權日:2013年7月1日
【發明者】李昌郁, 樸鐘述 申請人:現代自動車株式會社