專利名稱：包括優(yōu)化能量回收系統(tǒng)的動力傳動系的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種裝配有包括飛輪的優(yōu)化能量回收系統(tǒng)的動力傳動系。
背景技術(shù)：
降低燃料消耗是許多工業(yè)的可持續(xù)性的主要支柱，對于汽車工業(yè)和機械工業(yè)這是最重要的。大量車輛(卡車、客車、乘用車等)裝配有包括內(nèi)燃機的動力傳動系和運行車輛系統(tǒng)所必需的位于其他零件上的附件，所述內(nèi)燃機通過傳動組(例如包括離合器或變矩器，手動、自動或自動機械式變速箱，差速器，軸)驅(qū)動驅(qū)動輪。這附件中的一些通過電網(wǎng)絡供電，所述電網(wǎng)絡的能量來自由內(nèi)燃機(ICE)驅(qū)動的發(fā)電機。在商用車輛的情況中，發(fā)動機經(jīng)常是渦輪增壓的柴油發(fā)動機。類似的動力傳動系用于傳動所有類型的機械，包括建筑設(shè)備機械。 當分析用于車輛運行的能量平衡時，存在不可降低的能量需求，該能量需求來自作為車輛固有特征的拖動阻力和滾動阻力。除此部分之外，用于驅(qū)動車輛的能量的量在制動中浪費，該能量的量來自勢能動能(來自于加速時提供到車輛的能量)和勢能(來自于爬坡時提供到車輛的能量)。 —些已熟知的技術(shù)能夠限制這些損失的部分。例如，混合動力傳動系是實現(xiàn)制動能量回收的已知技術(shù)。 開始時，這些技術(shù)包括混合動力動力傳動系，該動力傳動系裝配現(xiàn)在已熟知的帶有電化學存儲器的混合動力電動車輛(HEV)。在一般水平上，HEV由將內(nèi)燃機與至少一個電機和至少一個存儲裝置(電池、超級電容、慣性輪...)結(jié)合的動力傳動系組成。這樣的系統(tǒng)能夠通過使用作為發(fā)電機的電機而在存儲裝置內(nèi)存儲制動能量的量，且然后在合適的時間使用作為馬達的電機而將此能量再引導到傳動系，以參與推進車輛。 混合動力電動車輛的一個有意義的布局是所謂的并聯(lián)混合動力布局，其中車輛的傳動組與內(nèi)燃機曲軸和電機并聯(lián)地機械聯(lián)接(直接或通過齒輪裝置、傳動帶聯(lián)接)。在減速期間，電機用作發(fā)電機以使車輛減速，且所產(chǎn)生的電力存儲在電池或超級電容器內(nèi)。在加速期間，電機作為馬達工作，且將其動力添加到內(nèi)燃機，或甚至取代內(nèi)燃機的動力。
混合動力動力傳動系在建筑設(shè)備機械的領(lǐng)域中也是已知的。 作為變體，也已知使混合動力動力傳動系帶有機電存儲裝置。作為電池的替代或補充能夠使用機電裝置，其中能量以動能形式存儲，例如存儲在也稱為飛輪的旋轉(zhuǎn)輪內(nèi)。在此方面，飛輪是專用的蓄能飛輪，它不應與內(nèi)燃機飛輪混淆，所述內(nèi)燃機飛輪的唯一目的是使發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)平滑。蓄能飛輪需要存儲足以驅(qū)動車輛的大量能量，至少作為內(nèi)燃機的補充。 在已知的布局中，飛輪機械地聯(lián)結(jié)到第一電機，所述第一電機的目的是使飛輪加速或減速，以增加或減少飛輪的動能且將所述動能轉(zhuǎn)化為電力。在并聯(lián)HEV中，來源于飛輪的電能然后能夠用在第二電機中，以驅(qū)動車輛。在減速期間，第二電機也用作發(fā)電機，以向第一電機提供電力來驅(qū)動飛輪。
與電化學電池相比，在如下情況時飛輪或許是經(jīng)濟的替代物 需要迅速放電和充電時； 需要長壽命周期時； 重量或體積受到限制時； 難以使用有毒或爆炸性材料時；和/或 難于進行環(huán)境控制時。 與超級電容器或電池相比，在必須支持工業(yè)電壓時，飛輪或許是經(jīng)濟的替代物。
當需要高能容量時，飛輪必須以高速旋轉(zhuǎn)而具有安全問題(例如飛輪由于慣性力而爆裂的問題)和技術(shù)問題(例如與軸承相關(guān)的問題)。在以上所述的裝配有飛輪的混合動力傳動系的布局中，兩個電機需要設(shè)定為回收最大動力。此外，在這樣的布局中，由系統(tǒng)回收的所有能量必須首先從機械能形式轉(zhuǎn)化為電能形式，然后從電能形式轉(zhuǎn)化到機械能形式以存儲在飛輪內(nèi)，且再次從機械能形式轉(zhuǎn)化為電能形式，然后從電能形式轉(zhuǎn)化為機械能形式以作為驅(qū)動動力使用。雖然電機具有固有的高效率比，但這些眾多的轉(zhuǎn)化必然導致能量損失。 文獻US-2007/0049443公開了另一種類型的裝配有能量回收系統(tǒng)的車輛的布局。此布局基于具有內(nèi)燃機、帶閉鎖離合器的變矩器、自動變速箱和聯(lián)接到主減速器的傳動軸的常規(guī)內(nèi)燃機傳動系。以此為基礎(chǔ)，蓄能飛輪通過三向動力分離傳動裝置聯(lián)接到變速箱的輸出軸，所述三向動力分離傳動裝置包括三個輸入/輸出聯(lián)接器，所述輸入/輸出聯(lián)接器中的第一個聯(lián)接到飛輪，第二個聯(lián)接到第一電機且第三個聯(lián)接到變速箱的傳動軸。三向動力分離傳動裝置實施為行星齒輪裝置。系統(tǒng)進一步包括第二電機，該第二電機直接與發(fā)動機輸出軸聯(lián)接?；旧?，第一電機和行星齒輪裝置形成飛輪與傳動軸之間的連續(xù)可變的傳動裝置，該傳動裝置由第一 電機電控。 與以上所述的常規(guī)布局相比，文獻US-2007/0049443的布局是更有利的，因為通過飛輪回收的能量的一部分僅機械地傳遞，這具有高的效率比。然而，此布局具有一些缺點。如能夠從文獻US-2007/0049443中的圖2的示圖最好地可見，在車輛加速或減速期間，飛輪的速度(對應于其"充能狀態(tài)")嚴重地取決于車速。為使飛輪保持在一定的速度下，或使飛輪處于所述速度，第一電機在擴展的速度范圍內(nèi)恒定地運行。第一電機僅對一個限定車輛速度處于靜止，在此時刻回收的能量完全機械地轉(zhuǎn)化。對于任何其他的速度，能量的部分電轉(zhuǎn)化，且車輛速度與限定的速度越不同，則電部分越重要。在傳動裝置輸出軸上帶有三向動力分離傳動的此布局也導致將相對大的轉(zhuǎn)矩值通過回收系統(tǒng)轉(zhuǎn)化，該回收系統(tǒng)因此需要隨之確定尺寸。 因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種用于裝配有具有飛輪的優(yōu)化能量回收系統(tǒng)的動力傳動系的新布局，使得動力傳動系的尺寸能夠降低，使得動力傳動系能夠更好地整合在車輛或機械上，且使得動力傳動系能夠具有更好的效率比。

發(fā)明內(nèi)容
為實現(xiàn)以上所陳述的目的，本發(fā)明的一個實施例提供了一種動力傳動系，該動力傳動系包括 可變傳動比傳動裝置，該可變傳動比傳動裝置具有聯(lián)接到發(fā)動機的輸入軸和聯(lián)接到從動單元的輸出軸， 三向動力分離傳動裝置，該三向動力分離傳動裝置包括三個輸入/輸出聯(lián)接器， 所述三個輸入/輸出聯(lián)接器中的第一個聯(lián)接到飛輪，且第二個聯(lián)接到電機，
其特征在于，三向動力分離傳動裝置的第三輸入/輸出聯(lián)接器機械聯(lián)接到發(fā)動機 和可變傳動比傳動裝置的輸入軸。


從如下參考附圖的詳細描述最好地理解本發(fā)明，其中
圖1是本發(fā)明的第一實施例的示意性功能圖； 圖2至圖4是類似于圖1的圖，分別示出本發(fā)明的第二、第三和第四實施例；
圖5和圖6分別是圖1的第一實施例的第一和第二可能的結(jié)構(gòu)實施方式的示意 圖； 圖7和圖8分別是圖2的第二實施例的第一和第二可能的結(jié)構(gòu)實施方式的示意 圖； 圖9是圖3的第三實施例的可能的結(jié)構(gòu)實施方式的示意圖； 圖10是示出關(guān)聯(lián)行星齒輪裝置中的三個輸入/輸出聯(lián)接器的速度關(guān)系的速度 圖； 圖lla和圖lib分別是速度圖和功能圖，示出能夠?qū)︼w輪充能的特定使用配置的 各速度和動力流； 圖12a和圖12b分別是速度圖和功能圖，示出能夠?qū)︼w輪充能的另一個使用配置 的各速度和動力流； 圖13a和圖13b分別是速度圖和功能圖，示出能夠?qū)︼w輪放能的特定使用配置的 各速度和動力流； 圖14a和圖14b分別是速度圖和功能圖，示出能夠?qū)︼w輪放能的另一個使用配置 的各速度和動力流； 圖15和圖16分別是圖2的第二實施例的其他可能的結(jié)構(gòu)實施方式的示意圖；并 且 圖17是圖3的第三實施例的其他可能的結(jié)構(gòu)實施方式的示意圖。
具體實施例方式
圖1中示出了根據(jù)本發(fā)明的動力傳動系10的主要元件，此動力傳動系合并在車輛 內(nèi)用于推進車輛。 然而，應注意的是，根據(jù)本發(fā)明的動力傳動系也可使用在其他方面，例如使用在建 筑設(shè)備機械領(lǐng)域內(nèi)，包括裝載機、挖掘機等。在這樣的情況中，從動單元可以不是(或不僅 是)車輛軸，而且也可以是用于液壓動力回路的液壓泵。 動力傳動系10首先包括發(fā)動機12。雖然本發(fā)明可實施在發(fā)動機是電動發(fā)動機的 動力傳動系內(nèi)，但在下文中將更特定地考慮其中發(fā)動機是內(nèi)燃機的情況。對于商用車輛，特 別是卡車和客車，發(fā)動機能夠是渦輪增壓活塞式柴油發(fā)動機。發(fā)動機12具有輸出軸14，該 輸出軸14聯(lián)接到可變傳動比傳動裝置18的輸入軸16，該傳動裝置18在示出的例子中是常
6規(guī)的非連續(xù)傳動比機械變速箱。此機械變速箱可以是自動機械式變速箱，即其中檔位選擇 不是手動地完成，而是通過執(zhí)行機構(gòu)完成。變速箱也可以是非連續(xù)傳動比自動變速箱。在 特定的情況中，可將可變傳動比傳動裝置實施為連續(xù)可變傳動裝置(CVT)。
在示出的例子中，發(fā)動機輸出軸14通過第一離合器20和第二離合器22聯(lián)接到變 速箱輸入軸16，兩個離合器通過中間軸24聯(lián)接。在某些情況中，例如如果變速箱具有空檔 位置，則這兩個離合器的一個能夠省卻。在此情況中，中間軸24將簡單地與發(fā)動機輸出軸 14或變速箱輸入軸16成為單體，這取決于剩下哪個離合器。在自動變速箱的情況中，離合 器的至少一個可通過變矩器替代。 變速箱18具有聯(lián)接到從動單元25的輸出軸，該從動單元25例如包括傳動軸 (propeller shaft) 26、差速器28、和驅(qū)動驅(qū)動車軸的兩個車輪32的兩個驅(qū)動軸30。從動 單元可以根據(jù)車輛而有所不同，例如具有若干傳動車軸。 包括發(fā)動機12、離合器(多個離合器)20、22、變速箱18和從動單元25的以上所 述的部件能夠考慮為形成根據(jù)本發(fā)明的動力傳動系的主傳動系。 根據(jù)本發(fā)明的一個特征，動力傳動系10裝配有能量回收系統(tǒng)，所述能量回收系統(tǒng) 包括含有三個輸入/輸出聯(lián)接器的三向動力分離傳動裝置34。此類型的裝置是常規(guī)差速 器，但在示出的例子中，此裝置實施為行星齒輪裝置34。這樣的齒輪裝置包括太陽輪37、與 太陽輪同軸的齒圈41、和與太陽輪和齒圈同軸的行星架43，其中太陽輪、齒圈和行星架相 互可圍繞其共同的軸線旋轉(zhuǎn)，且其中所述行星架43攜帶可旋轉(zhuǎn)的行星輪45，所述行星輪45 與太陽輪37和齒圈41都嚙合。太陽輪、齒圈和行星架的每個能夠考慮為行星齒輪裝置的 一個輸入/輸出。在這樣的齒輪中，三個輸入/輸出的速度相互關(guān)聯(lián)，其方式將在下文中解 釋。 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，三向動力分離傳動裝置34的第一輸入/輸出聯(lián)接器36 機械聯(lián)接到飛輪38，第二輸入/輸出40機械聯(lián)接到第一電機42，且第三輸入/輸出44機 械聯(lián)接到發(fā)動機12且聯(lián)接到變速箱18的輸入軸。能量回收系統(tǒng)能夠基本上包括行星齒輪 裝置34、飛輪38和第一電機42。 應注意的是，本發(fā)明能夠?qū)嵤槭固栞?、齒圈或行星架中的任一個作為動力分 離傳動裝置的第一、第二、第三輸入/輸出。然而，最少對于商用車輛動力傳動系，有利的布 局能夠?qū)崿F(xiàn)為使飛輪聯(lián)接到行星齒輪裝置的太陽輪，發(fā)動機聯(lián)接到行星架且第一電機聯(lián)接 到齒圈。 如從圖1中可見，動力分離傳動裝置34聯(lián)接到中間軸24，所述中間軸24在兩個 離合器之間延伸。因此，當?shù)谝浑x合器20接合時，動力分離裝置(通過傳動裝置)直接聯(lián) 接到發(fā)動機輸出軸14，且當?shù)诙x合器22接合時，動力分離裝置直接聯(lián)接到變速箱輸入軸 16。換言之，如果考慮沿主傳動系從發(fā)動機10到車輪32的動力流動的下游的一般情況，動 力分離傳動裝置34機械地聯(lián)接到可變傳動比傳動裝置18上游的主傳動系。
如上所述，飛輪38是蓄能飛輪，這不應與發(fā)動機飛輪混淆。的確，至少在活塞式內(nèi) 燃機的情況中，發(fā)動機包括其自有飛輪(在圖中未示出)，該飛輪專用于盡管活塞式發(fā)動機 所固有的不連續(xù)運行也實現(xiàn)平滑的發(fā)動機旋轉(zhuǎn)。計算顯示，對于專用于中型卡車的動力傳 動系，希望蓄能飛輪可存儲的能量的范圍在100至300瓦時(WattXhours)的量級。進一 步的計算顯示，這可以通過直徑小于500mm、重量大致在50至150公斤且可旋轉(zhuǎn)直至4500
7至9000rpms的鋼盤實現(xiàn)。這樣的飛輪可具有大致在30至100mm范圍內(nèi)的軸向厚度，且具 有大致在1500至5000kg*m2范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)動慣量。在任何情況中，蓄能飛輪38能夠與發(fā)動 機飛輪通過如下事實區(qū)分，即蓄能飛輪38的轉(zhuǎn)速不是發(fā)動機12的轉(zhuǎn)速的線性函數(shù)。
第一電機電連接到動力控制單元48，其目的是管理電機42內(nèi)的電能。動力控制單 元48電連接到電網(wǎng)絡50，該電網(wǎng)絡50具有存儲單元52(具有電池、超級電容器等形式)、 和被動電氣附件54(典型地為僅消耗來自動力單元的電能的車輛電氣系統(tǒng))。電網(wǎng)絡50也 可以包括主動電負荷56，例如直接或間接機械聯(lián)接到動力分離裝置34的輸入/輸出的一個 的電機。電網(wǎng)絡也能夠包括電阻器53(電阻器53能夠裝配有冷卻系統(tǒng))，以消耗在一定運 行模式中由第一電機所產(chǎn)生的過多的電能，在所述運行模式中電存儲單元52充滿，且其他 的電消耗器不能使用產(chǎn)生的所有電力。 —個或數(shù)個電控制器單元(未示出)管理所有部件，以使得部件如期望那樣運行。
第一電機42能夠作為馬達或發(fā)電機運行，且在其兩個旋轉(zhuǎn)方向上運行。電機42 能夠為動力分離裝置24的第二輸入/輸出40在兩個方向上提供轉(zhuǎn)矩，即阻力轉(zhuǎn)矩或驅(qū)動 轉(zhuǎn)矩。因此，電機42將從電網(wǎng)絡獲取電流或向網(wǎng)絡提供電流。計算顯示，合適的電機的額 定功率可為20至80kWh。 如在圖1上可見，能夠提供制動器46，以與第一電機42 —起在動力分離裝置34的 第二輸入/輸出40上起作用。這樣的制動器能夠是任何類型的制動器。在機械用于向動 力分離單元提供阻力轉(zhuǎn)矩的一些情況中，該制動器將用于補充或替代第一電機。使用這樣 的制動器，能夠使用更小的第一電機42，而仍產(chǎn)生本發(fā)明的大體上相同的有利結(jié)果。在所述 的例子中，制動器與第一電機并聯(lián)安裝，例如通過適合于在制動器的最佳運行速度范圍內(nèi) 驅(qū)動制動器的齒輪系安裝。如果制動器和第一電機具有相同的運行速度范圍，則制動器也 可以簡單串聯(lián)地安裝在動力分離裝置與第一電機之間的軸上。 飛輪38、第一電機42和發(fā)動機12的每個能夠通過傳動裝置、例如通過形成減速齒 輪裝置的兩個嚙合齒輪聯(lián)接到動力分離裝置34的相應的輸入/輸出。如將在下文中可見， 傳動裝置可以是另外的用作減速齒輪裝置的行星齒輪裝置、傳動帶和帶輪傳動裝置等。優(yōu) 選地，這些傳動裝置是機械裝置，它們給出了輸入與輸出之間的角速度比。這些傳動裝置能 夠具有離合器，以將輸入和輸出分離。 在圖1中示出的本發(fā)明的此第一實施例中，動力傳動系IO不具有主動載荷。如將 可見，用于使第一電機42運行的所有能量來自電存儲器52。因此必須調(diào)節(jié)動力傳動系10， 以降低電存儲器的額定值(具有電容和充電/放電功率的形式)，這通過正確地選擇傳動裝 置和行星齒輪裝置34的特征實現(xiàn)。 根據(jù)本發(fā)明的動力傳動系IO具有不同的運行模式，其中的一些在下文中參考圖 10至圖14b描述。 圖10、11a、12a、13a、14a基于行星齒輪裝置的常規(guī)的速度圖。在示出的例子中，曾 提到太陽輪37聯(lián)接到飛輪38，齒圈41聯(lián)接到第一電機42且行星架43聯(lián)接到發(fā)動機12。 在這樣的速度圖上，三個垂直的軸線S、 C、 R分別表示太陽輪37、行星架43和齒圈41相對 于由水平軸線所表示的0值的轉(zhuǎn)速。當然，速度能夠根據(jù)這些部件的每個的旋轉(zhuǎn)方向而具 有正負。特別地，齒圈和太陽輪能夠在相同或相反的方向上旋轉(zhuǎn)，這取決于行星架的轉(zhuǎn)速。 在這樣的圖中，軸線S、C、R分開，使得軸線S和C之間的距離與C和R之間的距離之比與齒圈直徑與太陽輪直徑之比成比例。在這樣的情況中，三個部件的轉(zhuǎn)速相互相關(guān)，使得它們在 其各軸線上的代表性位置對齊。換言之，使用這樣的圖，可通過知道兩個部件的速度而知道 另一個部件的速度。 在圖10中示出這樣的情況，即其中從以實線示出的運行初始位置，第一電機42不 提供轉(zhuǎn)矩。曾提到，在行星齒輪裝置34中，施加在三個輸入/輸出上的轉(zhuǎn)矩原理上如同在 杠桿上平衡。 在這樣的情況中，行星架速度(即發(fā)動機速度且因此車輛速度)的任何增大將簡 單地導致聯(lián)接到齒圈的電機速度的增大，而(聯(lián)接到太陽輪)的飛輪保持其先前速度。因 此，無動力傳遞到電網(wǎng)絡50或從電網(wǎng)絡傳遞，且無動力傳遞到飛輪38或從飛輪38傳遞。無 轉(zhuǎn)矩通過動力分離裝置34傳輸，且發(fā)動機12將所有能量提供為驅(qū)動車輛傳動裝置。
在圖lla和12a中示出發(fā)生再生制動的兩種情況。這示出在簡化的功能圖llb和 12b上(功能圖llb和12b分別對應于圖lla和圖12a的速度圖)，其中通過箭頭表示主傳 動系能夠提供動力到動力分離裝置34。此動力使車輛減速，而不使用車輛主制動器。本文 中將使用如下規(guī)則，即由主傳動系施加到動力分離裝置34的轉(zhuǎn)矩為正，并通過速度圖上向 上的箭頭表示。圖llb中表示了系統(tǒng)內(nèi)相應的動力流動。在此情況中，能夠控制第一電機 42，以促使動力分離裝置34將一些動力通過其第三輸入/輸出輸送到飛輪38，以增大飛輪 的速度，因此將此傳遞的動力轉(zhuǎn)化為以機械形式存儲的能量。因此，如在圖lla中可見，第 一電機42能夠控制成在動力分離裝置34上施加一定的轉(zhuǎn)矩。根據(jù)電機42的旋轉(zhuǎn)方向(相 反的情況在圖lla、圖12a和圖llb、圖12b中示出)，將電機42控制為發(fā)電機(其中電機42 從動力分離裝置34獲取機械動力，如在圖lib中示出，此動力轉(zhuǎn)化為電力且提供到電網(wǎng)絡 50)，或控制為馬達(其中電機42將機械動力提供到動力分離裝置34，如在圖12b中示出， 此動力由電網(wǎng)絡50提供)，以在兩種情況中在動力分離裝置上施加轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩根據(jù)以上 規(guī)則為負(見圖lla和圖12a)。以此，由飛輪38將負轉(zhuǎn)矩施加在動力分離裝置34上，這意 味著相反地由動力分離裝置34將正轉(zhuǎn)矩施加到飛輪38。因此，假定飛輪38最初在正方向 上旋轉(zhuǎn)，這意味著飛輪將加速且甚至存儲由主傳動系回收的一些另外的能量。如可見那樣， 能量回收系統(tǒng)同時機械和電地運行，且回收的能量因此通過兩個形式進行機械和電傳遞與 存儲。 回收的能量與供給動力分離裝置和電網(wǎng)絡所需的能量之間的平衡能夠通過選擇 合適的行星齒輪裝置傳動比來調(diào)節(jié)。此能量平衡能夠進一步通過換檔策略調(diào)節(jié)。例如，在 自動或自動機械式變速箱的情況中，變速箱上游速度能夠在制動期間增大且在車輛發(fā)動期 間減小，以最大化由第一電機再生的電能。 應注意到的是，當動力分離裝置34的第二輸入/輸出40(即，在此例子中為齒圈 41)上需要阻力轉(zhuǎn)矩時，第一電機42能夠被制動器46補充或替代，以提供此轉(zhuǎn)矩。這在多 種運行情況中是希望的。當電機42可用作發(fā)電機時，這例如在電池52充滿而使得不能再 充更多的電力的情況中是有意義的。在任何情況中，制動器46的存在能夠幫助降低電機的 額定值，因為阻力轉(zhuǎn)矩的至少部分能夠通過制動器46提供，這當然可以導致使用更便宜、 更輕量且體積更小的電機和電能存儲系統(tǒng)。 由制動器供給的額外的轉(zhuǎn)矩能夠使得內(nèi)燃機在車輛靜止時或在車輛以飛輪模式 運行時啟動。當在車輛靜止時發(fā)動內(nèi)燃機時，第一離合器能夠閉合而無能量損失(只要無
9轉(zhuǎn)矩施加在制動器或第一電機上，則行星架將停止)。利用制動器施加轉(zhuǎn)矩將發(fā)動內(nèi)燃機。 通過避免內(nèi)燃機連接到變速箱時在第一離合器內(nèi)實際發(fā)生的能量損失來補償制動器內(nèi)的 能量損失。當車輛以飛輪模式運行時，當發(fā)動內(nèi)燃機且使其速度與變速箱輸入速度同步時， 由制動器供給的另外的轉(zhuǎn)矩避免從動單元上的轉(zhuǎn)矩損失。這改進了駕駛舒適性。此外，制 動器適合于在飛輪放能時啟動飛輪。在這樣的情況中，來自傳動系和/或發(fā)動機的所有能 量能夠傳遞到飛輪，因為動力分離裝置的第二輸入/輸出通過制動器鎖定，所以無動力發(fā) 送到此輸入/輸出。 為從飛輪38獲得能量，必須通過在飛輪38的軸上施加阻力轉(zhuǎn)矩而使飛輪38減 速，其中相反地，飛輪38將在動力分離裝置的第一輸入/輸出36上施加驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。如上所 述，這能夠通過正確地控制第一電機42(和/或制動器46，如果制動器46存在)而實現(xiàn)。
這樣的情況在圖13b和圖14b(分別對應于圖13a和圖14a的速度圖)的簡化功 能圖中示出，其中通過箭頭表示飛輪38可提供動力到動力分離裝置34。此轉(zhuǎn)矩是飛輪減速 度的對應物。使用如下規(guī)則，即由飛輪38施加到動力分離裝置34的轉(zhuǎn)矩為正，這通過速度 圖中向上的箭頭表示。當然，目的是使得由飛輪38提供的能量的至少一部分輸送到車輛的 車輪。因此，如圖13a中可見，第一電機42需要控制成將一定的轉(zhuǎn)矩施加在動力分離裝置 34上。根據(jù)電機的旋轉(zhuǎn)方向(相反的情況在圖13a、圖14a、圖13b、圖14b中示出)，將電 機42控制為發(fā)電機(其中電機42從動力分離裝置34獲取機械動力，如在圖14b中示出， 此動力轉(zhuǎn)化為電力且提供到電網(wǎng)絡50)，或控制為馬達(其中電機42將機械動力提供到動 力分離裝置34，如在圖13b中示出，此動力由電網(wǎng)絡50提供)，以在兩種情況中在動力分離 裝置34上施加轉(zhuǎn)矩，根據(jù)以上規(guī)則該轉(zhuǎn)矩為正。以此，由主傳動系將負轉(zhuǎn)矩施加在動力分 離裝置34上，這意味著相反地，由動力分離裝置34將正轉(zhuǎn)矩施加到飛輪38。因此，假定主 傳動系最初在正方向上旋轉(zhuǎn)，這意味著主傳動系將趨向于加速且甚至從一些回收的能量收 益。如再次可見，能量回收系統(tǒng)同時機械且電地運行，且回收的能量因此通過兩個形式進行 機械和電傳遞與存儲。 圖2中示出本發(fā)明的第二實施例，所述第二實施例基本上與第一實施例相同，不 同在于另外的電機58，所述電機58通過帶有恒定傳動比的機械傳動裝置(未示出)機械地 聯(lián)接到發(fā)動機輸出軸14(或換言之與變速箱輸入軸16聯(lián)接)。此第二電機58基本上是牽 引馬達，該牽引馬達與發(fā)動機12—起形成混合動力并聯(lián)牽引動力單元，其中發(fā)動機和馬達 可一起或獨立地驅(qū)動車輛。第二電機58電聯(lián)接到電網(wǎng)絡50，使得該電機能夠從網(wǎng)絡獲取電 流或向網(wǎng)絡提供電流。因此，當?shù)谝浑妴卧?2作為發(fā)電機運行時，第二電機50能夠從電存 儲單元52或從第一電單元42獲取電流。相反地，第二電機58也能夠作為發(fā)電機運行，且 提供電流以將其存儲在電存儲單元52內(nèi)，或當?shù)谝浑妴卧?2作為馬達運行時將其使用在 第一電單元42內(nèi)。 第二電機允許飛輪和電池之間的能量傳遞，以單獨地管理二者的充能狀態(tài)(SOC)。 另外，第二電機58能夠在可以從主傳動系中機械地獲取能量的一些運行情況中輔助第一 電機42提供動力，使得能夠優(yōu)化電池的尺寸。第二電機58也能夠設(shè)定為提供能量的大部 分，以運行第一電機42，使得電池的大小能夠被最小化。極端情況中，電池可以簡單地被取 消。 在用于驅(qū)動中型卡車的情況中，這樣的第二電機的功率額定值可以大致為20至80kWh。 圖3中示出了本發(fā)明的第三實施例，所述第三實施例類似于第二實施例，不同在 于提供了第三電機60 (取代實施例2的第二電機)，所述第三電機60通過帶有恒定傳動 比的機械傳動裝置機械聯(lián)接到飛輪38 (或換言之與動力分離裝置34的第一輸入/輸出聯(lián) 接)。此第三電機60當然電連接到電網(wǎng)絡50，使得第三電機60能夠從網(wǎng)絡獲取能量或向 網(wǎng)絡提供能量，這取決于第三電機60以馬達還是發(fā)電機來運行。因此，第三電機60能夠從 電存儲單元52獲取電流(或當?shù)谝浑妴卧?2作為發(fā)電機運行時從第一電單元42獲取電 流)，以使飛輪38加速。相反地，第三電機當作為馬達運行而從從飛輪38獲取其能量時，第 三電機也能夠作為發(fā)電機運行提供電流以將其存儲在電存儲單元52內(nèi)。
如在第二實施例中，第三電機60能夠用于將能量從一個存儲裝置傳遞到另一個 存儲裝置，以獨立地管理存儲裝置的充能狀態(tài)。第三電機60也能夠幫助電池通過使用來自 飛輪38的能量的量來運行第一電機。最后，第三電機60能夠設(shè)定為提供能量的大部分，以 運行第一電機42，使得電池的大小能夠被最小化。 圖4中示出的第四實施例是第二實施例和第三實施例的簡單的組合，帶有如上所 述的第二電機58和第三電機60。此實施例具有如下優(yōu)點，即允許最優(yōu)且靈活地管理能量回 收，從而優(yōu)化能量的使用和存儲。此實施例實現(xiàn)將能量的部分以電模式傳遞到飛輪或從飛 輪傳來。 在所有以上的情況中，最優(yōu)的是具有動力分離裝置34，所述動力分離裝置34聯(lián)接 到可變傳動比傳動裝置18 "上游"的主傳動系。的確，這樣的傳動裝置18對于給定的發(fā)動 機動力輸出用于使可用于從動單元的轉(zhuǎn)矩倍增，這簡單地通過降低轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)。因此，一般 地，如果動力分離裝置34聯(lián)接到變速箱"上游"而非下游，則將通過動力分離裝置34傳遞 的轉(zhuǎn)矩值將降低。這又允許使用更小、更輕和更便宜的動力分離裝置的部件。
動力分離裝置也聯(lián)接到變速箱18的上游，其第二輸入/輸出40維持在不太大 的轉(zhuǎn)速范圍。的確，如果發(fā)動機是用于商用卡車的柴油發(fā)動機，則發(fā)動機將大致在600至 2400rpm之間運行，這代表最小和最大轉(zhuǎn)速之間相距四倍。在變速箱18下游，這樣的倍數(shù)可 以更大。由此，必須考慮到電機必須具有甚至更寬的運行范圍，因為電機必須隨主傳動系的 速度以及飛輪38的速度而根據(jù)速度圖改變，以實現(xiàn)動力分離效果。因此，第一電機42必須 能夠在寬范圍內(nèi)運行，且當然關(guān)心的是最小化運行范圍，使得能夠使用更廉價的機械。主要 益處是在電機的最佳效率點附近運行電機。 圖5至圖9非常示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明如何能夠?qū)⒛芰炕厥障到y(tǒng)在結(jié)構(gòu)上整 合在動力傳動系內(nèi)。 在圖5中示出圖1的第一功能實施例的一個可能的結(jié)構(gòu)實施例。從圖中可見，能量 回收系統(tǒng)的行星齒輪裝置34、飛輪38和第一電機42都同軸地安裝在發(fā)動機輸出軸14上， 且因此能夠包括在共同的殼體62內(nèi)，所述殼體62能夠僅是提供在常規(guī)的活塞式發(fā)動機上 的常規(guī)發(fā)動機飛輪和離合器殼體的放大。因此，能量回收系統(tǒng)能夠非常緊密地組裝，而不改 變動力傳動系相對于常規(guī)車輛的總體布局。唯一的修改基本上是發(fā)動機長度的大致15至 30厘米的略微增加。除此之外，唯一的大體積附加元件是電存儲裝置，它能夠布置在車輛上 任何部分處。在此實施例中，可見飛輪38通過輔助行星齒輪裝置64聯(lián)接到行星齒輪裝置 的太陽輪，發(fā)動機輸出軸14直接聯(lián)接到行星架43，且第一電機42直接聯(lián)接到齒圈41。實際上，在此第一實施例中，齒圈41與第一電機的轉(zhuǎn)子制成整體或至少接附到所述轉(zhuǎn)子。
圖6中示出了圖1的第一功能性實施例的另一個可能的結(jié)構(gòu)實施例。與圖6的情 況相比，飛輪、行星齒輪裝置和輔助行星齒輪裝置64簡單地視為軸向反向，其中飛輪38在 殼體62的發(fā)動機側(cè)上而非殼體的變速箱側(cè)上。更重要地，第一電機42不再整合在殼體62 內(nèi)?，F(xiàn)在，第一電機42設(shè)定為與飛輪軸線平行，且通過嚙合機構(gòu)66聯(lián)接到動力分離裝置34 的齒圈41。此布局允許使用直徑更小的第一電機42。 圖7中示出圖2的第二功能性實施例的一個可能的結(jié)構(gòu)實施例。此實施例直接從 圖5中導出，其中第二電機58也整合在相同的殼體62內(nèi)。此第二電機的轉(zhuǎn)子直接聯(lián)接到 發(fā)動機輸出軸。在圖中，第二電機示出處在殼體的發(fā)動機側(cè)上、在發(fā)動機與回收系統(tǒng)之間， 但它也可以位于能量的其他側(cè)上。 圖8中示出了圖2的第二功能性實施例的另一個可能的結(jié)構(gòu)實施例，圖中示出了 與圖7的實施例相同的差異，而與圖6和圖5的實施例之間的差異不同，即圖8的實施例是 不同軸的布置在外側(cè)的小直徑第一電機42，所述第一電機42通過齒輪裝置66聯(lián)接到行星 齒輪裝置的齒圈41。 圖9中示出圖3的第三功能性實施例的一個可能的結(jié)構(gòu)實施例。此實施例直接從 圖5的實施例導出，不同在于可見第三電機60與飛輪38 —起聯(lián)接在行星齒輪裝置64的相 同的軸上，而不存在第二電機。 圖15和圖16示出了圖2的第二功能性實施例的另一個替代實施例，其中作為將 動力分離裝置整合在飛輪殼體內(nèi)的替代，將動力分離裝置布置在殼體的外側(cè)在平行軸線 上。在這兩個實施例中，動力分離裝置34的齒圈41直接聯(lián)接到第一電機42的轉(zhuǎn)子，所述 第一電機42在此為小直徑電機，如在圖8的實施例中所示。動力分離裝置34和第一電機 42在此共軸。動力分離裝置的行星架43通過嚙合的齒輪68 (在此情況中，該齒輪68整合 在飛輪殼體62內(nèi))機械聯(lián)接到飛輪38，且太陽輪37通過另一組嚙合的齒輪70 (在此情況 中，該齒輪70布置在飛輪殼體的外側(cè))與發(fā)動機12的輸出軸14聯(lián)接。
在圖15的實施例中，第二電機58與輸出軸14同軸，第二電機58的轉(zhuǎn)子直接聯(lián)接 到輸出軸14上，且第二電機58位于飛輪殼體62內(nèi)。 在圖16的實施例中，第二電機58位于飛輪殼體的外側(cè)。第二電機58實際上是小 直徑電機，與第一電機且與動力分離裝置同軸。第二電機的轉(zhuǎn)子直接聯(lián)接到將太陽輪37聯(lián) 接到一組嚙合的齒輪70的軸，使得第二電機機械聯(lián)接到輸出軸14。 圖17中示出了圖3的第三功能性實施例的替代的結(jié)構(gòu)實施例。此實施例在動力分 離裝置和第一電機方面具有與圖15的實施例相同的布局。此實施例不具有第二電機(但 當然可以提供第二電機)，但具有第三電機60。第三電機60是小直徑電機且處于飛輪殼體 62的外側(cè)，并且不與輸出軸14或動力分離裝置34同軸。實際上，第三電機也通過一組嚙合 的齒輪聯(lián)接到飛輪38。
權(quán)利要求
動力傳動系，包括可變傳動比傳動裝置(18)，所述可變傳動比傳動裝置(18)具有聯(lián)接到發(fā)動機(12)的輸入軸(16)和聯(lián)接到從動單元(25)的輸出軸；三向動力分離傳動裝置(34)，所述三向動力分離傳動裝置(34)包括三個輸入/輸出聯(lián)接器(36、40、44)，所述三個輸入/輸出聯(lián)接器中的第一輸入/輸出聯(lián)接器聯(lián)接到飛輪(38)，并且所述三個輸入/輸出聯(lián)接器中的第二輸入/輸出聯(lián)接器聯(lián)接到電機(42)，其特征在于，所述三向動力分離傳動裝置(34)的第三輸入/輸出聯(lián)接器機械聯(lián)接到所述發(fā)動機(12)和所述可變傳動比傳動裝置(18)的所述輸入軸(16)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的動力傳動系，其特征在于，所述動力分離傳動裝置(34)是行 星齒輪裝置，所述行星齒輪裝置包括太陽輪(37)、與所述太陽輪同軸的齒圈(41)以及與所 述太陽輪和齒圈同軸的行星架(43)，其中所述太陽輪、所述齒圈和所述行星架相互間可圍 繞其共同的軸線旋轉(zhuǎn)，并且其中所述行星架攜帶可旋轉(zhuǎn)的行星輪(45)，所述行星輪(45)與 太陽輪和齒圈均嚙合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的動力傳動系，其特征在于，所述飛輪(38)通過減速齒輪 裝置聯(lián)接到所述動力分離傳動裝置(34)的第一輸入。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的動力傳動系，其特征在于，所述減速齒輪裝置包括另外的行 星齒輪裝置(64)。
5. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的動力傳動系，其特征在于，所述第一電機(42)電連接 到電氣附件(54、56)和/或電存儲裝置(52)和/或電阻器(53)。
6. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的動力傳動系，其特征在于，所述動力傳動系進一步包 括機械聯(lián)接到所述從動單元(25)的第二電機(58)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的動力傳動系，其特征在于，所述第二電機(58)機械聯(lián)接到所 述可變傳動比傳動裝置(18)的輸入(16)。
8. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的動力傳動系，其特征在于，所述可變傳動比傳動裝置 (18)是非連續(xù)傳動比變速箱(18)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的動力傳動系，其特征在于，所述非連續(xù)傳動比變速箱是機械 或自動變速箱。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的動力傳動系，其特征在于，所述非連續(xù)傳動比變速箱是自動 機械式變速箱。
11. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的動力傳動系，其特征在于，所述發(fā)動機(12)通過至 少一個離合器機構(gòu)(20、22)聯(lián)接到所述可變傳動比傳動裝置(18)的輸入。
12. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的動力傳動系，其特征在于，所述動力傳動系包括機械 聯(lián)接到所述飛輪(38)的第三電機(60)。
13. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的動力傳動系，其特征在于，所述飛輪(38)和所述三 向動力分離傳動裝置(34)同軸地整合在固定于所述發(fā)動機(12)上的殼體(62)內(nèi)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的動力傳動系，其特征在于，所述第一電機(42)同軸地安裝 在所述殼體(62)內(nèi)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的動力傳動系，其特征在于，所述第一電機(42)與所述飛輪 (38)的軸線平行地安裝。
16. 根據(jù)組合到權(quán)利要求6或7之一的權(quán)利要求13至15的任何一項所述的動力傳動 系，其特征在于，所述第二電機(58)同軸地安裝在所述殼體(62)內(nèi)。
17. 根據(jù)結(jié)合權(quán)利要求2的任一前述權(quán)利要求所述的動力傳動系，其特征在于，所述飛 輪(38)聯(lián)接到所述行星齒輪裝置(34)的所述太陽輪(37)，所述發(fā)動機(12)聯(lián)接到所述行 星架(43)，并且所述第一電機(42)聯(lián)接到所述齒圈(41)。
18. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的動力傳動系，其特征在于，制動器(46)與所述第一 電機(42)并聯(lián)或串聯(lián)地聯(lián)接到所述三向動力分離裝置的所述第二輸入/輸出聯(lián)接器(40)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種動力傳動系，該動力傳動系包括可變傳動比傳動裝置(18)，該可變傳動比傳動裝置(18)具有聯(lián)接到發(fā)動機(12)的輸入軸(16)和聯(lián)接到從動單元(25)的輸出軸；三向動力分離傳動裝置(34)，該三向動力分離傳動裝置(34)包括三個輸入/輸出聯(lián)接器(36、40、44)，所述三個輸入/輸出聯(lián)接器中的第一輸入/輸出聯(lián)接器聯(lián)接到飛輪(38)，并且所述三個輸入/輸出聯(lián)接器中的第二輸入/輸出聯(lián)接器聯(lián)接到電機(42)，其特征在于，該三向動力分離傳動裝置(34)的第三輸入/輸出聯(lián)接器機械聯(lián)接到發(fā)動機(12)和可變傳動比傳動裝置(18)的輸入軸(16)。
文檔編號B60K6/365GK101743140SQ200780053692
公開日2010年6月16日 申請日期2007年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月17日
發(fā)明者托馬斯·賈斯汀, 樊尚·薩特 申請人:雷諾卡車公司