專利名稱：用于動(dòng)力系的電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器和操作車輛的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器(electric torque converter)的動(dòng)力系(powertrain)以及一種才喿作車輛的方法。
背景技術(shù)：
具有自動(dòng)變速器的動(dòng)力系常常利用連接在內(nèi)燃機(jī)和具有可選擇的 固定傳動(dòng)比的4專動(dòng)裝置(gearing arrangement)之間的液壓專爭(zhēng)頭巨變換: 器。轉(zhuǎn)矩變換器是一種降低速度并且增加轉(zhuǎn)矩從而增加變速器的總速比 的液力耦合器。轉(zhuǎn)矩變換器允許發(fā)動(dòng)機(jī)稍微獨(dú)立于該變速器而旋轉(zhuǎn)，因 而部分地使該發(fā)動(dòng)才幾與該變速器去耦合，并且當(dāng)汽車怠速時(shí)允許該發(fā)動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)而不需要對(duì)該變速器的大制動(dòng)力。
混合電動(dòng)可變(electrically variable)動(dòng)力系包4舌發(fā)動(dòng)才幾以及 從該發(fā)動(dòng)機(jī)和一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電才幾(motor/generator)接收功率 流的變速器?；旌想妱?dòng)無(wú)級(jí)變速器(electrically variable transmission)具有差動(dòng)齒輪組，其中來(lái)自該發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和來(lái)自該電 動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的功率流過該差動(dòng)齒輪組的不同構(gòu)件?；旌想妱?dòng)無(wú)級(jí)變速 器可以包括轉(zhuǎn)矩傳遞機(jī)構(gòu)，其在各種接合(engagement)方案中可控以 提供操作模式的組合，所述操作模式包括電動(dòng)可變范圍和固定傳動(dòng)比二 者。該電動(dòng)可變范圍典型地提供平穩(wěn)操作，而該固定傳動(dòng)比提供某些條 件下(例如連續(xù)公路巡航)的最大轉(zhuǎn)矩性能和最大燃料經(jīng)濟(jì)。該電動(dòng)可 變范圍是經(jīng)由機(jī)電功率路徑而建立的，其中從發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞到輸出的一部 分功率由一個(gè)電動(dòng)才幾/發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為電力，然后由另一個(gè)電動(dòng)^幾/發(fā)電機(jī) 轉(zhuǎn)換回機(jī)械功率。固定傳動(dòng)比典型地通過將電動(dòng)機(jī)/發(fā)電才幾和發(fā)動(dòng)才幾直 接耦合在一起來(lái)提供優(yōu)良的變速器輸出轉(zhuǎn)矩和車輛加速度。在固定傳動(dòng) 比中，從變速器輸入構(gòu)件到變速器輸出構(gòu)件的功率流路徑被認(rèn)為完全通 過機(jī)械功率路徑，因?yàn)樗俣炔挥呻妱?dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)改變。

發(fā)明內(nèi)容
適于連接在發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器傳動(dòng)裝置(transmission gearingarrangement )之間的電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器可以被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)混合車輛操作 模式的液壓轉(zhuǎn)矩變換器的替換。該電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器是電氣和機(jī)械部件的 裝置，而不是液壓轉(zhuǎn)矩變換器。具體地說(shuō)，該電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器是動(dòng)力系 的一部分，該動(dòng)力系還包括該發(fā)動(dòng)機(jī)和該變速器傳動(dòng)裝置。該電動(dòng)轉(zhuǎn)矩 變換器具有轉(zhuǎn)矩變換器輸入構(gòu)件，用于從該發(fā)動(dòng)機(jī)接收功率或?qū)⒐β侍?供給該發(fā)動(dòng)機(jī)。該電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器還包括差動(dòng)齒輪組，其可以用具有第 一、第二和第三節(jié)點(diǎn)的桿圖(lever diagram)來(lái)表示，其中該轉(zhuǎn)矩變
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節(jié)點(diǎn)的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)。電池向該電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)提供功率或從該電動(dòng)機(jī)
/發(fā)電機(jī)接收功率。該第三節(jié)點(diǎn)連接到該變速器傳動(dòng)裝置的輸入構(gòu)件。
制動(dòng)器能夠選擇性地接合以將第一節(jié)點(diǎn)擋接(ground)到固定構(gòu)件。制 動(dòng)器的接合提供再生制動(dòng)模式和僅電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式，其中該電動(dòng)機(jī)/發(fā)電 機(jī)通過該差動(dòng)齒輪組連接到該變速器傳動(dòng)裝置。
優(yōu)選地，提供第一離合器以將該發(fā)動(dòng)機(jī)與其它節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)連接。 如果該電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器輸入構(gòu)件連續(xù)地連接到第 一節(jié)點(diǎn)，則該第 一 離合 器的接合鎖定該差動(dòng)齒輪組，使得在混合操作^t式中，所有元件以相同 的速度旋轉(zhuǎn)。然而，在一些實(shí)施例中，該電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器輸入構(gòu)件不是 連續(xù)地連接到第一節(jié)點(diǎn)，在這樣的情況下，提供第二離合器以選擇性地 使該轉(zhuǎn)矩變換器輸入構(gòu)件和第一節(jié)點(diǎn)接合。該制動(dòng)器和第一離合器(以 及第二離合器，如果在具體實(shí)施例中提供的話)的接合安排(schedule) 允許使用電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)冷起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、"轉(zhuǎn)矩變換器"模式以及并聯(lián) 混合模式，在"轉(zhuǎn)矩變換器"模式中來(lái)自該電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)二者 的轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)速度通過該差動(dòng)齒輪組被組合，在該并聯(lián)混合模式中來(lái)自 該電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)二者的轉(zhuǎn)矩以共同的旋轉(zhuǎn)被組合。具有該電 動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器的動(dòng)力系可能比提供相似模式能力的混合電動(dòng)可變動(dòng)力 系具有更低的裝配和部件成本，因?yàn)榛旌想妱?dòng)可變動(dòng)力系典型地需要兩 個(gè)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)。其他僅具有一個(gè)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的混合動(dòng)力系典型 地受限于直接并聯(lián)混合操作模式和僅電動(dòng)模式。
具有如上所述的電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器的車輛可以根據(jù)如下方法來(lái)操作，
動(dòng)機(jī)。雖然用這樣的方式來(lái)推動(dòng)車輛，但是至少周期性地監(jiān)控該車輛的 充電水平(level of charge)和放電率。如果操作員命令需要的功率
7量比從該電池可得到的功率量大(根據(jù)所監(jiān)控的充電水平和/或放電 率)，或者如果確定該電池已經(jīng)到達(dá)預(yù)定最小充電水平，希望在該水平 處對(duì)該電池再充電，則起動(dòng)該發(fā)動(dòng)機(jī)。在發(fā)動(dòng)機(jī)被起動(dòng)后，改變?cè)摪l(fā)動(dòng) 機(jī)和電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的操作，以便滿足操作員命令的車輛功率要求，同 時(shí)將該發(fā)動(dòng)機(jī)維持在預(yù)定最佳速度，除非它必須被操作在不同的速度水
平，所述充電水平在這里被稱為最大再充電水平，但是其不必是該電池 可以保持的最大充電水平。如果隨后該操作員命令所需要的功率的量可 以從該電池中獲得，或當(dāng)該電池到達(dá)該預(yù)定的再充電水平時(shí)，該發(fā)動(dòng)枳J 停止。上述步驟被連續(xù)重復(fù)，直到該車輛被停止(即，不僅是暫時(shí)停止 在交通信號(hào)燈處，而是當(dāng)它不再被操作員用來(lái)進(jìn)行運(yùn)輸)。那時(shí)，該電 池可以與外部電源相連接并且^皮再充電。
通過以下結(jié)合相應(yīng)附圖對(duì)用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳實(shí)施例的詳細(xì)描 述，本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)及其他特征和優(yōu)點(diǎn)將被容易理解。


圖1是具有包括電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器的動(dòng)力系的車輛的第 一 實(shí)施例的示
意圖，其以桿圖(lever diagram)的形式示出了電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器的差 動(dòng)齒輪組并且示出了使用外部電源的任選再充電；
圖2是具有包括電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器的動(dòng)力系的車輛的第二實(shí)施例的示 意圖，其以桿圖的形式示出了電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器的差動(dòng)齒輪組并且示出了 使用外部電源的任選再充電；
圖3是圖2的車輛、動(dòng)力系和外部電源的示意圖，其中以棍圖(stick diagram )形式示出了差動(dòng)齒4侖組；
圖4是示出包括在圖2和3的電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器中的轉(zhuǎn)矩傳遞機(jī)構(gòu)的 接合安排的表格；和
圖5是示出了操作車輛的方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
第一實(shí)施例
參考附圖，其中相同的參考數(shù)字指代相同的部件，圖l描繪了利用 電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器的動(dòng)力系的一種典型形式。車輛IO(示意地示出)利用具有發(fā)動(dòng)機(jī)14、變速器傳動(dòng)裝置16和連接在它們之間的電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換 器18的動(dòng)力系12。電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器18可以是液壓轉(zhuǎn)矩變換器的替換， 因?yàn)槠湮挥诎l(fā)動(dòng)機(jī)14和變速器傳動(dòng)裝置16之間的類似位置處。電動(dòng)轉(zhuǎn) 矩變換器18包括在由參考數(shù)字18表示的虛線內(nèi)的電氣和機(jī)械部件的布 置。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出構(gòu)件15直接驅(qū)動(dòng)可以具有軸性質(zhì)的電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器輸 入構(gòu)件20。在所示實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)14可以是柴油發(fā)動(dòng)才幾或其他內(nèi)燃 機(jī)。
除了轉(zhuǎn)矩變才奐器拿IT入構(gòu)1'牛20之夕卜，電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器18包4舌以具有 第一節(jié)點(diǎn)A、第二節(jié)點(diǎn)B和第三節(jié)點(diǎn)C的桿圖的形式表示的差動(dòng)齒輪組 30。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易認(rèn)識(shí)到差動(dòng)齒輪組的某些部件可以由桿圖上 的節(jié)點(diǎn)來(lái)表示。例如，在行星齒輪組中，支架構(gòu)件、太陽(yáng)齒輪構(gòu)件和環(huán) 形齒輪構(gòu)件都被表示為桿圖上的節(jié)點(diǎn)，但是由該支架構(gòu)件支撐的小齒輪 則未被表示為節(jié)點(diǎn)。此外，在復(fù)式行星齒輪組中，那些彼此連續(xù)互連以 圍繞中心軸共同旋轉(zhuǎn)的齒輪元件由單個(gè)節(jié)點(diǎn)表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易 理解將差動(dòng)齒輪組表示為桿圖的表示法。優(yōu)選地，差動(dòng)齒輪組30是行 星齒輪組，具有由節(jié)點(diǎn)B表示的太陽(yáng)齒輪構(gòu)件、由節(jié)點(diǎn)C表示的行星支 架構(gòu)件和由節(jié)點(diǎn)A表示的環(huán)形齒輪構(gòu)件，該行星支架構(gòu)件可旋轉(zhuǎn)地支撐 一組小齒輪(本桿圖中未示出)，該小齒輪與該節(jié)點(diǎn)B的太陽(yáng)齒輪構(gòu)件 和節(jié)點(diǎn)A的環(huán)形齒輪構(gòu)件二者互相嚙合?？商鎿Q地，差動(dòng)齒輪組30可
以是具有內(nèi)小齒輪組和外小齒輪組的單個(gè)行星齒輪組，其具有行星支架 構(gòu)件A、太陽(yáng)齒輪構(gòu)件B和環(huán)形齒輪構(gòu)件C。
電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器輸入構(gòu)件20連接到節(jié)點(diǎn)A。電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器18還 包括電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)40。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)40 包括轉(zhuǎn)子部分以及擋接到固定構(gòu)件(例如該電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器18的外殼) 的定子部分。該轉(zhuǎn)子部分與節(jié)點(diǎn)B連接用于旋轉(zhuǎn)。該定子部分可以從儲(chǔ) 能裝置48 (例如電池)接收電功率或者將電功率提供給儲(chǔ)能裝置48。
電子控制器50與電池48和功率逆變器(inverter ) 52進(jìn)行信號(hào)通 信，該功率逆變器52還與電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)40電通信。逆變器52在由電 池48提供或使用的直流與由電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)40提供或使用的交流之間 進(jìn)行轉(zhuǎn)換。控制器50響應(yīng)于各種輸入信號(hào)來(lái)經(jīng)由逆變器52調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī) /發(fā)電機(jī)40和電池48之間的功率流，該輸入信號(hào)包括車輛速度、操作 員命令、電池48 ;波充電的水平和電池48的放電率、以及由發(fā)動(dòng)機(jī)14提供的功率。操作員命令從操作員輸入機(jī)構(gòu)5 4 (例如加速器或制動(dòng)踏板) 發(fā)送到控制器50。電池48的充電水平和放電率由控制器50基于由一個(gè) 或多個(gè)傳感器56測(cè)量的從電池48流出的電流來(lái)確定?？刂破?0監(jiān)控 來(lái)自一個(gè)(或多個(gè))傳感器56和操作員輸入機(jī)構(gòu)54的信息，以控制電 動(dòng)才幾/發(fā)電才幾40、發(fā)動(dòng)才幾14、以及下述各個(gè)轉(zhuǎn)矩傳遞才幾構(gòu)的才喿作。
節(jié)點(diǎn)C與電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器輸出構(gòu)件60相連接以進(jìn)行共同旋轉(zhuǎn)，該 電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器輸出構(gòu)件60又與變速器傳動(dòng)裝置16的輸入構(gòu)件62相
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傳動(dòng)裝置，例如一個(gè)或多個(gè)行星齒輪組或一組相互嚙合的齒輪與傳動(dòng) 軸，其可以以固定傳動(dòng)比或若干可選擇的固定傳動(dòng)比來(lái)傳遞軸功率，在
變速器輸出構(gòu)件64中結(jié)束(culminating)。變速器輸出構(gòu)件64也可 以具有軸的性質(zhì)，其可操作地連接到車輪(未示出)，以使得動(dòng)力系12 可以驅(qū)動(dòng)該車^r。
電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器18包括以下轉(zhuǎn)矩傳遞機(jī)構(gòu)制動(dòng)器Bl和離合器Cl 和C2。制動(dòng)器Bl能夠選擇性地接合以將節(jié)點(diǎn)A、電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器輸入 構(gòu)件20和發(fā)動(dòng)機(jī)輸出構(gòu)件l5擋接到固定構(gòu)件44 (例如變速器外殼)。 因而，制動(dòng)器Bl充當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)器。制動(dòng)器Bl可以是單向(即自由回 轉(zhuǎn)(freewheeling)或超越(overrunning))離合器，或其可能是可控 單向離合器，或單向離合器與盤式制動(dòng)器或帶式制動(dòng)器并聯(lián)的組合。當(dāng) 接合時(shí)，制動(dòng)器Bl保持電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器輸入構(gòu)件20固定，以提供反作 用轉(zhuǎn)矩，從而將功率通過差動(dòng)齒輪組30從電動(dòng)機(jī)/發(fā)電才幾40傳遞到變 速器輸入構(gòu)件62,和/或?qū)⒃摴β蕪淖兯倨鬏斎霕?gòu)件62傳遞到電動(dòng)機(jī)/ 發(fā)電機(jī)40，用于再生制動(dòng)。
離合器Cl能夠選擇性地接合以將節(jié)點(diǎn)A、電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器輸入構(gòu)件 20和發(fā)動(dòng)機(jī)輸出構(gòu)件15連接到節(jié)點(diǎn)B。因?yàn)殡x合器Cl將節(jié)點(diǎn)A與節(jié)點(diǎn) B相連接以進(jìn)行共同旋轉(zhuǎn)，所以它使得所有節(jié)點(diǎn)A、 B和C以及電動(dòng)機(jī)/ 發(fā)電機(jī)40、電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器輸入構(gòu)件20和發(fā)動(dòng)機(jī)輸出構(gòu)件15以共同速 度旋轉(zhuǎn)。Cl的可替換的優(yōu)選位置是在節(jié)點(diǎn)A和C之間(當(dāng)這些節(jié)點(diǎn)表示 環(huán)形齒輪構(gòu)件和支架構(gòu)件時(shí))，以減輕離合器Cl接合時(shí)小齒輪上的轉(zhuǎn) 矩負(fù)載。離合器Cl可以由彈簧閉合(即施加或接合)并且由液壓打開 (分離)。
離合器C2能夠選擇性地接合以將節(jié)點(diǎn)C、電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器輸出構(gòu)件60和變速器傳動(dòng)輸入構(gòu)件62連接到固定構(gòu)件44。離合器C2可以可替 換地放置在電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器18的外部以將變速器輸入構(gòu)件62連接到固 定構(gòu)件(例如變速器外殼)，并且對(duì)節(jié)點(diǎn)C具有相同的影響。離合器C2 可以是電接合或液壓接合的離合器、棘爪(pawl)機(jī)構(gòu)或可切換的單向 離合器。
離合器Cl和C2以及制動(dòng)器Bl經(jīng)由傳輸導(dǎo)體(transfer conductor ) (為簡(jiǎn)單起見未示出)與控制器50進(jìn)行信號(hào)通信。控制器50控制離合
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里使用的"模式，，是通過特定的轉(zhuǎn)矩傳遞機(jī)構(gòu)或多個(gè)轉(zhuǎn)矩傳遞機(jī)構(gòu)的接 合而實(shí)現(xiàn)的特定運(yùn)行狀態(tài)，不管是包含連續(xù)速比范圍還是僅包含固定速比。
電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器18的操作和控制可以包括僅使用電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī) 40的推動(dòng)、再生制動(dòng)、發(fā)動(dòng)才幾起動(dòng)、發(fā)動(dòng)才幾重新起動(dòng)、發(fā)動(dòng)枳/[亭止、簡(jiǎn) 單的并聯(lián)操作以及功率分配操作。通過接合制動(dòng)器Bl,車輛10可以由 電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)40單獨(dú)電推動(dòng)，而發(fā)動(dòng)機(jī)14固定。離合器C1和C2將 被分離。機(jī)械功率將從電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)40流過節(jié)點(diǎn)B (太陽(yáng)齒輪構(gòu)件) 流到節(jié)點(diǎn)C (支架構(gòu)件)，并且流出到變速器傳動(dòng)裝置16和輸出構(gòu)件 64。僅來(lái)自電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)40的轉(zhuǎn)矩將通過使用來(lái)自節(jié)點(diǎn)A (環(huán)形齒輪 構(gòu)件)和制動(dòng)器Bl的反向、反作用轉(zhuǎn)矩而增加。電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)40將 以相對(duì)高速正向旋轉(zhuǎn)。如果制動(dòng)器Bl ;故設(shè)計(jì)為支持正向(forward)反 作用轉(zhuǎn)矩，則車輛10的再生制動(dòng)將使該過程顛倒。
通過接合離合器Cl并且使制動(dòng)器Bl分離，可以由電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī) 40以冷起動(dòng)(即，當(dāng)車輛10固定時(shí))來(lái)起動(dòng)發(fā)動(dòng)才幾14。電動(dòng)才幾/發(fā)電 機(jī)40和發(fā)動(dòng)機(jī)14將使用由電池48提供的功率一起旋轉(zhuǎn)，直到發(fā)動(dòng)機(jī) 14起動(dòng)。
可選地，在發(fā)動(dòng)機(jī)14的冷起動(dòng)期間離合器C2可以被接合以鎖定節(jié) 點(diǎn)C (支架構(gòu)件)，其中離合器Cl和制動(dòng)器Bl分離，來(lái)自于電動(dòng)機(jī)/ 發(fā)電才幾40的功率流過由桿(lever ) 30表示的差動(dòng)齒輪組以起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī) 14。通過利用從桿30的節(jié)點(diǎn)B提供到節(jié)點(diǎn)A的轉(zhuǎn)矩增加，電機(jī)轉(zhuǎn)矩需 求將從100°/ 的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩減少到大約40%的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，這將 大大降低所需的電池48的電池功率并且允許使用相對(duì)低成本的小型的 電動(dòng)才幾/發(fā)電才幾40。在變速器輸入構(gòu)件62旋轉(zhuǎn)的重新起動(dòng)期間(即，當(dāng)車輛10不固定 時(shí)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)14)，離合器C1將首先被分離，然后逐漸被施加，打滑 以允許發(fā)動(dòng)機(jī)14的速度增加并且電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)40的速度減小，會(huì)聚 到變速器輸入構(gòu)件62的速度。在離合器Cl隨后被鎖定的情況下，發(fā)動(dòng) 機(jī)14和電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)40可以一起以簡(jiǎn)單的并聯(lián)混合操作來(lái)推動(dòng)車輛 10,并且電動(dòng)才幾/發(fā)電才幾40可以才是供再生制動(dòng)，如下所述。
通過分離離合器Cl、分離制動(dòng)器Bl并且將發(fā)動(dòng)機(jī)14連接到節(jié)點(diǎn)B 來(lái)提供功率分配操作模式，從而允許將電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)40控制在希望的 速度，以調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)14和變速器輸入構(gòu)件62之間的速比。這需要功率 分配，其中電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)40提供功率(經(jīng)由電池48)或吸收功率以調(diào) 整該比率，同時(shí)功率還被傳遞到發(fā)動(dòng)才幾14或從發(fā)動(dòng)才幾14傳遞。該功率 分配操作類似于液壓轉(zhuǎn)矩變換器操作，除了功率被恢復(fù)并且可以被增加 而不是被耗散之外。功率分配操作允許使用發(fā)動(dòng)機(jī)14推動(dòng)車輛10來(lái)平 穩(wěn)地起動(dòng)車輛。對(duì)于使用發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的總和的最 大值來(lái)從零速度強(qiáng)烈但是相對(duì)粗暴地起動(dòng)車輛，可以使離合器Cl打滑。
電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器18的簡(jiǎn)單并聯(lián)操作和功率分配操作可以被組合以 確定從發(fā)動(dòng)機(jī)14到車輪的速比(即，從電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器輸入構(gòu)件20到 變速器傳動(dòng)裝置輸出構(gòu)件64的比)。從功率分配模式到簡(jiǎn)單并聯(lián)操作 的平穩(wěn)過渡可以通過調(diào)整電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)40的速度來(lái)逐漸調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī) 14和變速器輸入構(gòu)件62之間的速比而實(shí)現(xiàn)。在電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)40的速 度為零的點(diǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)14 (和發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸15)的速度將是變速器輸入 構(gòu)件62的速度的預(yù)定比率。通過將電池功率施加到電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)40 可以將相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)速度的變速器輸入速度增加超過該預(yù)定值，以使得 它的角速度與該發(fā)動(dòng)機(jī)速度處于相同的方向上。在電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)40(即 其轉(zhuǎn)子部分)、發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸15和變速器傳動(dòng)裝置輸入構(gòu)件62全部以 相同的速度旋轉(zhuǎn)的點(diǎn)，離合器C1可以被無(wú)縫鎖定從而實(shí)現(xiàn)"冷換擋(cold shift)"。如果操作員在需要調(diào)低速檔(如通過控制器50經(jīng)由來(lái)自操 作員輸入機(jī)構(gòu)54的信號(hào)確定的)的水平處請(qǐng)求加速，則可以增加電動(dòng) 機(jī)/發(fā)電機(jī)40上的轉(zhuǎn)矩，以將由離合器C1載有的轉(zhuǎn)矩降低到零。在那 時(shí)，離合器Cl可以被無(wú)縫分離，允許發(fā)動(dòng)機(jī)14加速到電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī) 40的速度之上。這具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，它使得電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)40的慣 性與發(fā)動(dòng)機(jī)14的慣性(即，發(fā)動(dòng)機(jī)14的飛輪部分的慣性)去耦合，這改善了車輛響應(yīng)性和加速性能，并且降低了在調(diào)高速檔期間耗散在變速 器傳動(dòng)裝置16中的能量。第二，它允許電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)40保持速度接
近于它的功率峰值，同時(shí)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)40提供來(lái)自于電池48的正功 率以幫助推動(dòng)車輛10。
或者通過接合C1，使用變速器傳動(dòng)裝置16來(lái)通過當(dāng)車輛減速時(shí)可 用的固定傳動(dòng)比調(diào)低速檔來(lái)建立再生制動(dòng)模式，或者通過接合制動(dòng)器Bl 使發(fā)動(dòng)機(jī)14制動(dòng)并且將變速器傳動(dòng)裝置16保持在相對(duì)較高的傳動(dòng)比 (例如1:1比率)來(lái)建立再生制動(dòng)模式。第二選項(xiàng)具有如下優(yōu)點(diǎn)消除 了變速器在再生轉(zhuǎn)矩較高的低車輛速度處調(diào)低速檔的需要，消除了發(fā)動(dòng) 機(jī)損耗，降低了變速器旋轉(zhuǎn)和嚙合損耗，并且提供了電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)40 和變速器傳動(dòng)裝置輸入構(gòu)件62之間的傳動(dòng)比，這改善了電機(jī)效率。
電池48配備有插座66,其適于容納經(jīng)由導(dǎo)線連接到外部功率源70 的插頭68。"外部功率源"不是車輛10的一部分，并且用于電池48的 插入式再充電。
第二實(shí)施例
利用電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器的動(dòng)力系的另一典型形式如圖2所示。車輛 110 (示意地示出)利用具有發(fā)動(dòng)機(jī)114、變速器傳動(dòng)裝置116和連接在 它們之間的電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器118 (包括虛線118內(nèi)的所有部件)的動(dòng)力 系112。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出構(gòu)件115直接驅(qū)動(dòng)可以具有軸性質(zhì)的電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換 器輸入構(gòu)件120。在所示實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)114可以是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)或其 他內(nèi)燃才幾。
除了轉(zhuǎn)矩變換器輸入構(gòu)件120之外，電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器118包括以具 有笫一節(jié)點(diǎn)D、第二節(jié)點(diǎn)E和第三節(jié)點(diǎn)F的桿圖的形式表示的差動(dòng)齒輪 組130。優(yōu)選地，該差動(dòng)齒輪組130是行星齒輪組，具有由節(jié)點(diǎn)E表示 的太陽(yáng)齒輪構(gòu)件、由節(jié)點(diǎn)F表示的行星支架構(gòu)件和由節(jié)點(diǎn)D表示的環(huán)形 齒輪構(gòu)件，該行星支架構(gòu)件可旋轉(zhuǎn)地支撐一組小齒輪(該桿圖中未示 出)，該小齒輪與該節(jié)點(diǎn)E的太陽(yáng)齒輪構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)D的環(huán)形齒輪構(gòu)件均 互相嚙合。
電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器輸入構(gòu)件120可以通過離合器C2的接合而連接到 節(jié)點(diǎn)D,如下所述。電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器118還包括電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)140。本 領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)140包括轉(zhuǎn)子部分以及擋接到
13固定構(gòu)件(例如該電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器118的外殼)的定子部分。該轉(zhuǎn)子部
分與節(jié)點(diǎn)E相連接以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。該定子部分可以從儲(chǔ)能裝置148 (例如 電池)接收電功率或者將電功率提供給儲(chǔ)能裝置148。
電子控制器150與電池148和功率逆變器152進(jìn)行信號(hào)通信，該功 率逆變器152也與電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)140進(jìn)行電通信。逆變器152在由電 池148提供或使用的直流與由電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)140提供或使用的交流之 間進(jìn)行轉(zhuǎn)換?？刂破?50響應(yīng)于各種輸入信號(hào)來(lái)經(jīng)由逆變器152調(diào)節(jié)電 動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)140和電池148之間的功率流，該輸入信號(hào)包括車輛速度、 操作員命令、電池148被充電的水平和電池148的放電率，以及由發(fā)動(dòng) 機(jī)114提供的功率。操作員命令從操作員輸入機(jī)構(gòu)154 (諸如加速器或 制動(dòng)踏板)發(fā)送到控制器150。電池148的充電水平和放電率由控制器 150基于由一個(gè)或多個(gè)傳感器156測(cè)量的從電池148流出的電流來(lái)確定。 如下所述，控制器150監(jiān)控來(lái)自一個(gè)(或多個(gè))傳感器156和操作員輸 入機(jī)構(gòu)154的信息，以控制電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)140、發(fā)動(dòng)機(jī)114以及各個(gè)轉(zhuǎn) 矩傳遞機(jī)構(gòu)的操作。電池148配備有插座166，其適于容納經(jīng)由導(dǎo)線連 接到外部功率源170的插頭168。
節(jié)點(diǎn)F與電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器輸出構(gòu)件160相連接以進(jìn)行共同旋轉(zhuǎn)，該 電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器輸出構(gòu)件160又與變速器傳動(dòng)裝置116的輸入構(gòu)件162 相連接以進(jìn)行共同旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，該變速器傳動(dòng)裝置116是固定傳動(dòng)比 的傳動(dòng)裝置，例如一個(gè)或多個(gè)行星齒輪組或一組相互嚙合的齒輪與傳動(dòng) 軸，其可以以固定的傳動(dòng)比或若干可選擇的固定傳動(dòng)比傳遞軸功率，在 變速器輸出構(gòu)件164中結(jié)束。該變速器輸出構(gòu)件164也可以具有軸的性 質(zhì)，其可操作地連接到車輪(未示出)，以使得動(dòng)力系112可以驅(qū)動(dòng)該 車輪。
電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器118包括以下轉(zhuǎn)矩傳遞機(jī)構(gòu)制動(dòng)器Bl和離合器 Cl和C2。制動(dòng)器Bl能夠選擇性地接合以將節(jié)點(diǎn)D擋接到固定構(gòu)件44 (例如變速器外殼)。制動(dòng)器B1可以是單向(即自由回轉(zhuǎn)或超越)離合 器，或其可能是可控單向離合器，或單向離合器與盤式制動(dòng)器或帶式制 動(dòng)器并聯(lián)的組合。離合器Cl能夠選擇性地接合以將節(jié)點(diǎn)E連接到電動(dòng) 轉(zhuǎn)矩變換器輸入構(gòu)件120和發(fā)動(dòng)機(jī)輸出構(gòu)件115。離合器C2能夠選擇性 地接合以將節(jié)點(diǎn)D連接到電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器輸入構(gòu)件120和發(fā)動(dòng)機(jī)輸出構(gòu) 件115。圖3以棍圖而不是桿的形式示出了圖2的實(shí)施例，其中桿圖130的 一種可能表示作為簡(jiǎn)單的行星齒輪組130A,其具有環(huán)形齒輪構(gòu)件134作 為節(jié)點(diǎn)D，太陽(yáng)齒輪構(gòu)件132作為節(jié)點(diǎn)E,以及支架構(gòu)件136作為節(jié)點(diǎn)F。 具有桿130的此實(shí)施方式的車輛被稱為車輛110A,其具有動(dòng)力系112A, 該動(dòng)力系112A具有電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器118A。支架構(gòu)件136可旋轉(zhuǎn)地支撐 多個(gè)小齒輪137,該小齒輪137與太陽(yáng)齒輪構(gòu)件132和環(huán)形齒輪構(gòu)件134 二者互相嚙合。其余部件與圖2的動(dòng)力系112的桿圖格式中用對(duì)應(yīng)參考 數(shù)字示出的那些部件相同地互連以及起作用，并且類似地進(jìn)行編號(hào)，其 中編號(hào)增加了 "A",以指定這些部件與桿圖130的特定簡(jiǎn)單行星齒輪 組130A實(shí)施方式一起使用。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)114A的輸出軸115A與轉(zhuǎn)矩 變換器輸入構(gòu)件120A相連接。轉(zhuǎn)矩變換器輸入構(gòu)件120A通過接合離合 器Cl能夠選擇性地連接到支架構(gòu)件136,并且通過接合離合器C2能夠 選擇性地連接到環(huán)形齒輪構(gòu)件134。環(huán)形齒輪構(gòu)件134通過接合制動(dòng)器 Bl選擇性地?fù)踅拥焦潭?gòu)件144A。
支架構(gòu)件136與電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器輸出構(gòu)件160A相連接以進(jìn)行共同 旋轉(zhuǎn)，該電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器輸出構(gòu)件160A又與變速器傳動(dòng)裝置116A的輸 入構(gòu)件162A相連接以進(jìn)行共同旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，該變速器傳動(dòng)裝置116A 是固定傳動(dòng)比的傳動(dòng)裝置，例如一個(gè)或多個(gè)行星齒輪組或一組相互嚙合 的齒輪與傳動(dòng)軸，其可以以固定傳動(dòng)比或若干可選擇的固定傳動(dòng)比傳遞 軸功率，在變速器輸出構(gòu)件164A中結(jié)束。
電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)140A包括擋接到固定構(gòu)件144A的定子部分142A。 電繞組143A由定子部分142A支撐，并且產(chǎn)生磁力來(lái)移動(dòng)轉(zhuǎn)子部分146A (或者如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，通過轉(zhuǎn)子部分146A的移動(dòng)在繞組 143A中建立電流)。相似的繞組存在于圖1的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)40的定子 上或者圖2的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)140的定子上，但是為了示意圖的清晰并 未示出。轉(zhuǎn)子部分146A與太陽(yáng)齒輪構(gòu)件132相連接。
電子控制器150A與電池148A、操作員輸入機(jī)構(gòu)154A和功率逆變器 152A進(jìn)行信號(hào)通信，該功率逆變器152A也與定子部分142A進(jìn)行電通信。 這些部件以與圖2的相似編號(hào)的部件相同的方式起作用。電池148A的 充電水平和放電率由控制器150A基于由一個(gè)或多個(gè)傳感器156A測(cè)量的 從電池148A流出的電流來(lái)確定。如下所述，控制器150A監(jiān)控來(lái)自一個(gè) (或多個(gè))傳感器156A和操作員輸入機(jī)構(gòu)154A的信息，以控制電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)140A、發(fā)動(dòng)才幾114A以及各個(gè)轉(zhuǎn)矩傳遞才幾構(gòu)的操作。電池148A配 備有插座166A，其適于容納經(jīng)由導(dǎo)線連接到外部功率源170A的插頭 168A。
圖4的接合安排中示出了通過其接合制動(dòng)器B1以及離合器C1和C2 以導(dǎo)致六個(gè)不同的操作模式的接合安排。首先，通過離合器CI和制動(dòng) 器B1的接合發(fā)生點(diǎn)火開關(guān)接通(key-on)"冷"起動(dòng)(即，發(fā)動(dòng)機(jī)114A 從冷態(tài)起動(dòng))。利用提供反作用力的固定構(gòu)件144A,電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)140A 轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)114A和變速器傳動(dòng)裝置116A 二者，其中變速器傳動(dòng)裝置 116A被設(shè)置在空檔或停車以使得車輛110A不移動(dòng)。
通過分離Cl和Bl以及接合C2,發(fā)動(dòng)機(jī)114A現(xiàn)在可以轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)形齒 輪構(gòu)件134。電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)140A轉(zhuǎn)動(dòng)太陽(yáng)齒輪構(gòu)件132。該太陽(yáng)齒輪 構(gòu)件132和環(huán)形齒輪構(gòu)件134上的轉(zhuǎn)矩的總和通過支架構(gòu)件136組合到 變速器傳動(dòng)裝置116A,并且經(jīng)由變速器輸出構(gòu)件164A輸出到車輪。
通過接合離合器Cl和C2 二者并且分離制動(dòng)器Bl來(lái)提供并聯(lián)混合 直接操作模式。在該模式中，來(lái)自于發(fā)動(dòng)機(jī)114A和來(lái)自于電動(dòng)機(jī)/發(fā)電 機(jī)140A (由電池148A供電)的轉(zhuǎn)矩被提供給變速器傳動(dòng)裝置116A。因 為離合器Cl和C2 二者的接合鎖定行星齒輪組130A的所有部件使得以 相同的速度旋轉(zhuǎn)，因此發(fā)動(dòng)機(jī)114A和電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)140A也以相同的 速度旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)離合器Cl和制動(dòng)器Bl被接合而離合器C2分離時(shí)，并聯(lián)混合直 接操作模式可用，并聯(lián)混合直接操作模式仍然使用來(lái)自于發(fā)動(dòng)機(jī)114A 和電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)140A 二者的轉(zhuǎn)矩來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)變速器傳動(dòng)裝置U6A,但是允 許電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)140A使用可從行星齒輪組130A獲得的轉(zhuǎn)矩增加。
如果在該并聯(lián)混合齒輪傳動(dòng)操作模式期間發(fā)生制動(dòng)，則通過分離離 合器C1同時(shí)制動(dòng)器B1保持接合來(lái)建立再生制動(dòng)模式，以使得通過將電 動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)140A操作為用于重新捕獲轉(zhuǎn)動(dòng)能(即，太陽(yáng)齒輪構(gòu)件132 的旋轉(zhuǎn))作為電池148A中的儲(chǔ)能的發(fā)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)車輪的減速?？蛇x地， 相同的接合安排(制動(dòng)器Bl接合并且離合器Cl和C2分離)允許僅電 動(dòng)驅(qū)動(dòng)，其中發(fā)動(dòng)機(jī)114A與車輪分離，并且電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)140A使用 來(lái)自于電池148A的儲(chǔ)能和可以從行星齒輪組130A獲得的轉(zhuǎn)矩增加來(lái)給 車輛IIOA提供動(dòng)力。如果在該僅電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式中需要附加的加速度， 則可以通過接合離合器Cl以重新起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)114A來(lái)重新起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)
16114A,并且允許它也給車輛IIOA提供動(dòng)力。
圖2和3的實(shí)施例均有以下優(yōu)點(diǎn)通過離合器Cl的打滑接合同時(shí) 分離離合器C2來(lái)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)114、 114A僅需要來(lái)自電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)140、 140A的對(duì)于起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)所必需的附加轉(zhuǎn)矩，而不是發(fā)動(dòng)才幾起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和由 制動(dòng)器B1提供的轉(zhuǎn)矩的總和。 一旦發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)起動(dòng)，則離合器C1可以 被完全分離，C2可以被接合，且B1可以被分離。該順序可以將電動(dòng)轉(zhuǎn) 矩變換器的操作從僅電動(dòng)操作改變?yōu)檗D(zhuǎn)矩變換器操作，其中對(duì)于來(lái)自于 電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器裝置118和118A中的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)140、 140A的轉(zhuǎn)矩 的需求逐漸降低。
現(xiàn)在參考圖5,將關(guān)于圖3的車輛110A來(lái)描述示出操作車輛200的 方法的步驟的流程圖，不過該方法可以被應(yīng)用于具有這里描述的電動(dòng)轉(zhuǎn) 矩變換器部件的所有實(shí)施例。根據(jù)存儲(chǔ)在圖3的控制器150A中的算法 執(zhí)行方法200,并且鑒于發(fā)動(dòng)機(jī)在給定的最佳速度最有效地燃燒燃料并 且可用于給電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)供電的功率受存儲(chǔ)在電池中的功率限制的事 實(shí)，將方法200設(shè)計(jì)為最有效地使用車輛上的功率源(即發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng) 機(jī)/發(fā)電機(jī))。
因此，參考圖5,方法200包括步驟202，在發(fā)動(dòng)機(jī)114A關(guān)閉的情 況下使用由電池148A供電的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電才幾140A來(lái)推動(dòng)車輛IIOA(即， 圖4的接合安排中所示的且如上所述的僅電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式)。
在步驟202期間，發(fā)生步驟204,監(jiān)控電池148A的充電水平和放電 率(即，如上所述，使用傳感器156A和控制器150A)。在監(jiān)控步驟204 中，周期性地將感測(cè)到的反饋提供給控制器150A。優(yōu)選地，充電水平和 放電率二者都被監(jiān)控，但是在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，也可以僅監(jiān)控這些中 的一個(gè)。
步驟206然后可以發(fā)生，或者基于控制器150A根據(jù)監(jiān)控步驟204 中監(jiān)控的充電水平確定電池148A已經(jīng)達(dá)到預(yù)定的最小充電水平，在該 水平處希望再充電電池148A,或者基于控制器150A從操作員輸入機(jī)構(gòu) 154A接收到操作員輸入命令控制器150A基于步驟204中確定的監(jiān)控 的充電水平或放電率來(lái)確定將需要比從電池148A可得到的功率更多的 功率，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)114A。
在步驟206中發(fā)動(dòng)機(jī)-故起動(dòng)之后，在步驟208中由控制器150A改 變電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)140A和發(fā)動(dòng)機(jī)114A的操作，以便滿足由操作員輸入機(jī)構(gòu)154A提供給控制器150A的操作員命令的車輛功率要求。步驟208 包括兩個(gè)可能的子步驟步驟210和步驟212。首先，如果監(jiān)控的電池 148A的充電水平大于預(yù)定的最小水平，則電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)140A可以用來(lái) 提供轉(zhuǎn)矩并且發(fā)動(dòng)機(jī)速度可以在步驟210中被維持在最佳速度?？蛇x地， 如果監(jiān)控的電池充電水平不大于預(yù)定的最小水平，則在步驟212中，發(fā) 動(dòng)機(jī)速度被設(shè)置為不同于該預(yù)定水平的水平，以便滿足操作員命令的車 輛功率要求，同時(shí)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)140A被控制為用作對(duì)電池148A再充
電的;^電才幾。
如果在變化步驟208期間，電池148A的充電水平足夠滿足操作員 命令的操作要求，或者是因?yàn)樘囟ǖ牟僮鲉T命令現(xiàn)在需要較小的功率量 或者是因?yàn)殡姵?48A已經(jīng)在步驟212中被再充電到最大再充電水平， 則在步驟214中，發(fā)動(dòng)機(jī)114A被停止，并且車輛110A僅僅由電動(dòng)機(jī)/ 發(fā)電機(jī)140A (使用存儲(chǔ)在電池148A中的功率)提供動(dòng)力。步驟202、 204、 206和208被連續(xù)重復(fù)，除非該車輛在步驟216中被停止。然后， 如果需要的話，可以在步驟218中將電池148A與外部電源相連接并且 在步驟220中^f吏用該外部電源對(duì)電池148A再充電。當(dāng)車輛IIOA將凈皮再 次使用時(shí)(用于推動(dòng))，該方法200回到步驟202,并且如上所述進(jìn)行 重復(fù)。
雖然已經(jīng)詳細(xì)描述了用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式，但是熟悉本發(fā)明 所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，用于實(shí)踐本發(fā)明的各種可選設(shè)計(jì)和實(shí)施 例將落入所附權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。
18
權(quán)利要求
1.一種動(dòng)力系，包括發(fā)動(dòng)機(jī)；變速器傳動(dòng)裝置，其具有輸入構(gòu)件和輸出構(gòu)件；固定構(gòu)件；電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器，其具有轉(zhuǎn)矩變換器輸入構(gòu)件，用于從該發(fā)動(dòng)機(jī)接收功率或?qū)⒐β侍峁┙o該發(fā)動(dòng)機(jī)；差動(dòng)齒輪組，其能夠用具有包括第一節(jié)點(diǎn)、第二節(jié)點(diǎn)和第三節(jié)點(diǎn)的至少三個(gè)節(jié)點(diǎn)的桿圖來(lái)表示；其中所述轉(zhuǎn)矩變換器輸入構(gòu)件能夠連接到所述第一節(jié)點(diǎn)；電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)，其連接到所述第二節(jié)點(diǎn)；電池，用于向所述電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)提供功率或者從所述電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)接收功率；其中所述第三節(jié)點(diǎn)可操作地連接到所述變速器傳動(dòng)裝置的輸入構(gòu)件；和制動(dòng)器，其能夠選擇性地接合以將所述第一節(jié)點(diǎn)擋接到該固定構(gòu)件；其中當(dāng)所述電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)被控制為作為發(fā)電機(jī)操作時(shí)，所述制動(dòng)器的選擇性接合提供再生制動(dòng)模式，以及當(dāng)所述電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)被控制為作為電動(dòng)機(jī)操作時(shí)，所述制動(dòng)器的選擇性接合提供僅電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式。
2. 如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力系，其中所述電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器具有離 合器，該離合器能夠選擇性地接合以將該轉(zhuǎn)矩變換器輸入構(gòu)件與所述第 二節(jié)點(diǎn)和第三節(jié)點(diǎn)中的 一個(gè)相連接以進(jìn)行共同旋轉(zhuǎn)。
3. 如權(quán)利要求2所述的動(dòng)力系，其中所述離合器的選擇性接合還 將所述第一節(jié)點(diǎn)和所述第三節(jié)點(diǎn)相連接以進(jìn)行共同旋轉(zhuǎn)，從而使得該第 一節(jié)點(diǎn)、第二節(jié)點(diǎn)和第三節(jié)點(diǎn)、所述轉(zhuǎn)矩變換器輸入構(gòu)件和所述變速器 傳動(dòng)裝置輸入構(gòu)件以共同速度旋轉(zhuǎn)。
4. 如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力系，其中所述制動(dòng)器的選擇性接合還 將所述發(fā)動(dòng)機(jī)擋接到所述固定構(gòu)件。
5. 如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力系，其中所述電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器具有 第一離合器，其能夠選擇性地接合以將該轉(zhuǎn)矩變換器輸入構(gòu)件與所述第三節(jié)點(diǎn)相連接以進(jìn)行共同旋轉(zhuǎn)；第二離合器，其能夠選擇性地接合以將所述轉(zhuǎn)矩變換器輸入構(gòu)件與所述第一節(jié)點(diǎn)相連接以進(jìn)行共同旋轉(zhuǎn)；以及其中在所述第二離合器分離的情況下所述第一離合器與所述制動(dòng)變速器傳動(dòng)輸入構(gòu)件二者，從而起動(dòng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)，并且一旦所述發(fā)動(dòng)機(jī) 已經(jīng)起動(dòng)，使得所述動(dòng)力系操作在并聯(lián)混合模式，其中經(jīng)由所述差動(dòng)齒 輪組增加轉(zhuǎn)矩。
6. 如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力系，其中所述電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器具有 第二離合器，其能夠選擇性地接合以將所述轉(zhuǎn)矩變換器輸入構(gòu)件與所述第一節(jié)點(diǎn)相連接以進(jìn)行共同旋轉(zhuǎn)；以及其中所述第二離合器的接合使得來(lái)自于所述發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和來(lái)自于所述電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩在所述變速器傳動(dòng)裝置的所述輸入構(gòu)件處 組合。
7. 如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力系，其中所述電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器具有 第 一 離合器，其能夠選擇性地接合以將所述轉(zhuǎn)矩變換器輸入構(gòu)件與所述第三節(jié)點(diǎn)相連接以進(jìn)行共同旋轉(zhuǎn)；第二離合器，其能夠選擇性地接合以將所述轉(zhuǎn)矩變換器輸入構(gòu)件與 所述第一節(jié)點(diǎn)相連接以進(jìn)行共同旋轉(zhuǎn)；以及其中在并聯(lián)混合直接操作模式中，所述第一離合器和第二離合器二 者的接合使得來(lái)自所述發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和來(lái)自所述電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩 在所述變速器傳動(dòng)裝置的所述輸入構(gòu)件處組合，其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)、所述 電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)和所述變速器傳動(dòng)裝置的所述輸入構(gòu)件以共同速度旋 轉(zhuǎn)。
8. 如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力系，其中所述電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器具有 第一離合器，其能夠選擇性地接合以將所述轉(zhuǎn)矩變換器輸入構(gòu)件與所述第三節(jié)點(diǎn)相連接以進(jìn)行共同旋轉(zhuǎn)；以及其中，當(dāng)在所述僅電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式期間所述制動(dòng)器被接合時(shí)，所述第入構(gòu)件，乂人而起動(dòng)所述發(fā)動(dòng)才幾。
9. 一種在車輛動(dòng)力系中適于連接在發(fā)動(dòng)機(jī)和固定傳動(dòng)比的變速器 傳動(dòng)裝置之間的電氣和機(jī)械部件的裝置，包括輸入構(gòu)件，輸出構(gòu)件，適于將功率提供給該變速器傳動(dòng)裝置或從該變速器傳動(dòng)裝置接收功率；差動(dòng)齒輪組，其能夠用具有包括第一節(jié)點(diǎn)、第二節(jié)點(diǎn)和第三節(jié)點(diǎn)的 至少三個(gè)節(jié)點(diǎn)的桿圖來(lái)表示；其中所述輸入構(gòu)件能夠連接到所述第 一 節(jié) 點(diǎn)；電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)，其連接到所述第二節(jié)點(diǎn)；電池，用于向該電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)提供功率或者從該電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)接 收功率；其中所述第三節(jié)點(diǎn)適于連接到該變速器傳動(dòng)裝置； 制動(dòng)器，適于選擇性地將所述第一節(jié)點(diǎn)擋接到固定構(gòu)件，用于降低 速度并且增加從所述第二節(jié)點(diǎn)到第三節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩；以及其中該裝置被配 置為，當(dāng)被連接在該發(fā)動(dòng)機(jī)和該固定傳動(dòng)比的變速器傳動(dòng)裝置之間時(shí)， 向該固定傳動(dòng)比的變速器傳動(dòng)裝置提供功率分配操作、僅電動(dòng)啟動(dòng)和僅 電動(dòng)驅(qū)動(dòng)。
10. 如權(quán)利要求9所述的裝置，還包括第 一 離合器，其能夠選擇性地接合以將所述輸入構(gòu)件與所述電動(dòng)機(jī) /發(fā)電機(jī)相連接以進(jìn)行共同旋轉(zhuǎn)；笫二離合器，其能夠選擇性地接合以將所述輸入構(gòu)件與所述第 一 節(jié) 點(diǎn)相連接以進(jìn)行共同旋轉(zhuǎn)；其中所述第一離合器被配置為，當(dāng)被接合時(shí)將起動(dòng)轉(zhuǎn)矩從所述電動(dòng) 機(jī)/發(fā)電機(jī)傳送到所述發(fā)動(dòng)機(jī)；以及其中在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)期間，所述制動(dòng) 器被接合并且所述第二離合器被分離。
11. 如權(quán)利要求10所述的裝置，其中當(dāng)所述車輛處于使用由所述 電池提供的功率的僅電動(dòng)驅(qū)動(dòng)操作時(shí)，所述第一離合器和所述制動(dòng)器的 所述選擇性接合提供發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。
12. 如權(quán)利要求9所述的裝置，還包括第 一 離合器，其能夠選擇性地接合以將所述輸入構(gòu)件與所述輸出構(gòu) 件相連接；第二離合器，其能夠選擇性地接合以將所述輸入構(gòu)件與所述第 一 節(jié) 點(diǎn)相連接以進(jìn)行共同旋轉(zhuǎn)；其中所述第 一 離合器被配置為，當(dāng)被接合時(shí)將起動(dòng)轉(zhuǎn)矩從所述輸出 構(gòu)件傳送到所述發(fā)動(dòng)機(jī)；以及其中在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)期間，所述制動(dòng)器被接合并且所述第二離合器被分離。
13. 如權(quán)利要求12所述的裝置，其中當(dāng)所述車輛處于使用由所述 電池提供的功率的僅電動(dòng)驅(qū)動(dòng)操作時(shí)，所述第一離合器和所述制動(dòng)器的 所述選擇性接合提供發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。
14. 一種操作車輛的方法，該車輛具有發(fā)動(dòng)才幾、電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)以 及在具有該電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的功率流裝置中的電池，所述方法包括在不起動(dòng)該發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，使用由該電池供電的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī) 來(lái)推動(dòng)該車輛；至少周期性地監(jiān)控該電池的充電水平和放電率中的至少 一個(gè)； 響應(yīng)于下列二者中的任何一個(gè)而起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)接收到基于所述監(jiān)控 確定所需要的功率量比確定能從所述電池得到的功率量大的操作員命 令，或者確定所述至少一個(gè)監(jiān)控的充電水平已經(jīng)達(dá)到預(yù)定最小水平，從 而使用該電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)和該發(fā)動(dòng)機(jī)二者來(lái)推動(dòng)該車輛；在所述起動(dòng)之后，改變?cè)撾妱?dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)和該發(fā)動(dòng)機(jī)的操作以滿足操作員命令的車輛功率要求；其中所述改變包括當(dāng)所述至少一個(gè)監(jiān)控的充電水平大于所述預(yù)定最小水平時(shí)，將發(fā)動(dòng)機(jī)速度維持在預(yù)定的最佳水平；以及當(dāng)所述至少一個(gè)監(jiān)控的充電水平不大于所述預(yù)定最小水平時(shí)，將發(fā) 動(dòng)機(jī)速度設(shè)置為不同于所述預(yù)定最佳水平的水平，以使得該發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)該 電池再充電；在發(fā)生下列二者中的任何一個(gè)時(shí)停止該發(fā)動(dòng)機(jī)接收到基于所述監(jiān) 控確定所需要的功率量被確定為可從所述電池獲得的操作員命令，或者 所述監(jiān)控的充電水平達(dá)到預(yù)定的最大再充電水平；以及重復(fù)所述推動(dòng)、起動(dòng)、改變以及停止步驟，同時(shí)繼續(xù)所述至少周期 性監(jiān)控。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，還包括 停止該車輛；可操作地將該電池與外部電源相連接；以及 4吏用該外部電源對(duì)該電池充電。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于動(dòng)力系的電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器和操作車輛的方法。電動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器具有連接到差動(dòng)齒輪組的第一節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩變換器輸入構(gòu)件，該差動(dòng)齒輪組可以用具有第一、第二和第三節(jié)點(diǎn)的桿圖來(lái)表示。電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)連接到第二節(jié)點(diǎn)。第三節(jié)點(diǎn)連接到變速器傳動(dòng)裝置的輸入構(gòu)件。制動(dòng)器能夠選擇性地接合以將第一節(jié)點(diǎn)擋接到固定構(gòu)件。制動(dòng)器的接合提供再生制動(dòng)模式和僅電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式，其中電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)通過差動(dòng)齒輪組連接到變速器傳動(dòng)裝置?？梢蕴峁╇x合器，用于發(fā)動(dòng)機(jī)的鎖定或選擇性連接，包括在僅電動(dòng)驅(qū)動(dòng)期間降低發(fā)電機(jī)起動(dòng)所需的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的裝置。操作車輛的方法在給定電池充電水平和操作員命令所可能的程度上將發(fā)動(dòng)機(jī)速度保持在最佳水平。
文檔編號(hào)B60W40/08GK101585360SQ20091014170
公開日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2009年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月21日
發(fā)明者A·G·霍爾姆斯, B·M·康倫, D·克萊門, J·D·亨德里克森, M·R·施米德特, N·K·巴克諾爾 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司