專利名稱：具有可配置馬達繞組和斷開策略的柔性混合動力系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及用于車輛的動力系統(tǒng)，且更具體地涉及用于該動力系統(tǒng)的變速器和組裝車輛的動力系統(tǒng)的方法。
背景技術：
車輛包括驅動系統(tǒng)，其可包括電維持或電耗盡(CS/⑶)混合動力推進配置(其可或可不被設計為從外部電源接收能量，即插入式混合動力)或展程全電推進配置以推動車輛。在任一配置中，驅動系統(tǒng)包括內燃機、第一電馬達、第二電馬達和變速器。展程全電動配置，用在展程電動車輛(EREV)中，必須能單獨依靠電池推進車輛直至電池電耗盡。在這時，其過渡至類似于傳統(tǒng)混合動力的操作策略，其中發(fā)動機在一些駕駛狀況下被操作以提供驅動動力和保持電池充電狀態(tài)。CS/CD混合配置一般需要發(fā)動機操作以提供全部車輛動力，且被設計為僅在較低動力上能作為電動車輛操作。通常，第一電馬達包括電馬達/發(fā)電機，且可被來自內燃機的扭矩致動以給電池充電。在混合動力推進配置中，車輛推進可來自于內燃機、第一電馬達、第二電馬達中的任一個，或其任意組合?；旌蟿恿ν七M配置一般要求較大的內燃機，且使用比使用全電推進配置的車輛更小的電池。例如，使用全電推進配置的乘用車輛可包括具有大于100KW的功率輸出的電池，而使用混合動力推進配置的車輛可僅要求具有30和40KW之間的功率輸出的電池。不同推進系統(tǒng)之間的不同操作策略導致電馬達的顯著不同使用。例如，全電推進配置的電馬達傾向于在作為電動車輛運行過程中以高速和高功率運行，而混合動力推進配置的電馬達傾向于以低速和低功率運行。另外，全電推進配置中的第二電馬達通常要求高扭矩容量以提供足夠的起步和反向爬坡性能。第二電馬達要求的高扭矩傾向于降低第二電馬達在高速時的功率和效率。因此，全電推進配置和混合動力推進配置一般使用不同的傳動動力流，且使用不同的電馬達。電馬達可在繞組匝數和/或繞組連接配置方面變化，以給使用的特定推進配置提供要求的性能特性。

發(fā)明內容
提供一種用于車輛的動力傳動系統(tǒng)。該動力傳動系統(tǒng)包括第一電馬達、第二電馬達、內燃發(fā)動機和變速器。變速器包括輸出部，其把扭矩傳輸至車輛的至少一個車輪；與輸出部、第一電馬達和內燃發(fā)動機扭矩傳輸連通的第一行星齒輪組；以及與輸出部和第二電馬達扭矩傳輸連通的第二行星齒輪組。該變速器進一步包括第一扭矩傳輸機構和第二扭矩傳輸機構。第一扭矩傳輸機構選擇性地接合和分離第二行星齒輪組。當第一扭矩傳輸機構被接合以允許第二電馬達通過第二行星齒輪組傳遞全部功率至輸出部時第一扭矩傳輸機構提供反作用扭矩至第二行星齒輪組。第二扭矩傳輸機構選擇性地聯(lián)接和斷開第一電馬達和第二行星齒輪組。還提供一種用于車輛的變速器，該車輛具有內燃發(fā)動機、第一電馬達和第二電馬達。變速器包括輸出部，其把扭矩傳輸至車輛的至少一個車輪；與輸出部、第一電馬達和內燃發(fā)動機扭矩傳輸連通的第一行星齒輪組；以及與輸出部和第二電馬達扭矩傳輸連通的第二行星齒輪組。第一行星齒輪組和第二行星齒輪組每個都被配置為分別提供用于第一電馬達和第二電馬達的至輸出部的獨立的固定比率路徑。該變速器進一步包括第一扭矩傳輸機構、第二扭矩傳輸機構和第三扭矩傳輸機構。第一扭矩傳輸機構選擇性地接合和分離第二行星齒輪組。當第一扭矩傳輸機構被接合以允許第二電馬達通過第二行星齒輪組傳遞全部功率至輸出部時第一扭矩傳輸機構提供反作用扭矩至第二行星齒輪組。第二扭矩傳輸機構選擇性地聯(lián)接和斷開第一電馬達和第二行星齒輪組。第三扭矩傳輸機構選擇性地接合和分離第一行星齒輪組。當內燃發(fā)動機關閉時當第三扭矩傳輸機構被接合以允許第一電馬達通過第一行星齒輪組傳遞全部功率至輸出部時第三扭矩傳輸機構提供反作用扭矩至第一行星齒輪組。當內燃發(fā)動機關閉時，變速器可操作于第一電模式，其中第三扭矩傳輸機構和第一扭矩傳輸機構被接合，且第二扭矩傳輸機構被脫開。當處于第一電模式中時，變速器同時接合第一電馬達和第二電馬達二者以提供車輛推進力。當內燃發(fā)動機關閉時，變速器可進一步操作于第二電模式，其中第二扭矩傳輸機構和第一扭矩傳輸機構被脫開，且第三扭矩傳輸機構被接合。當處于第二電模式中時，變速器僅以第一電馬達提供車輛推進力，且將第二電馬達從第一電馬達斷開。變速器可進一步操作于第三電模式，其中第二扭矩傳輸機構和第三扭矩傳輸機構被脫開，且第一扭矩傳輸機構被接合。當處于第三模式中時，變速器從第二電馬達提供車輛推進力。還提供一種組裝車輛的動力傳動系統(tǒng)的方法。該方法包括提供變速器。變速器包括輸出部，其把扭矩傳輸至車輛的至少一個車輪；與輸出部、第一電馬達和內燃發(fā)動機扭矩傳輸連通的第一行星齒輪組；以及與輸出部和第二電馬達扭矩傳輸連通的第二行星齒輪組。該變速器進一步包括第一扭矩傳輸機構、第二扭矩傳輸機構和第三扭矩傳輸機構。第一扭矩傳輸機構選擇性地接合和脫開第二行星齒輪組。當第一扭矩傳輸機構被接合以允許第二電馬達通過第二行星齒輪組傳遞全部功率至輸出部時第一扭矩傳輸機構提供反作用扭矩至第二行星齒輪組。第二扭矩傳輸機構選擇性地聯(lián)接和斷開第一電馬達和第二行星齒輪組。第三扭矩傳輸機構選擇性地接合和脫開第一行星齒輪組。當內燃發(fā)動機關閉時當第三扭矩傳輸機構被接合以允許第一電馬達通過第一行星齒輪組傳遞全部功率至輸出部時第三扭矩傳輸機構提供反作用扭矩至第一行星齒輪組?；旌蟿恿ν七M配置和全電推進配置中的一個被識別為要被用于推動車輛的推進配置。多個不同繞組中的一個被安裝至第一電馬達中以優(yōu)化車輛的性能。該多個繞組中的被安裝的一個是基于混合動力推進配置和全電推進配置中的哪個被識別為要被用于推動車輛。因此，該動力傳動系統(tǒng)的變速器提供動力流，其適用于混合動力推進配置，其中電馬達和內燃發(fā)動機可被單獨或組合使用以給車輛提供推進力，或在全電推進配置中，其中第一和第二電馬達被用于給車輛提供推進力，且內燃發(fā)動機被用于提供扭矩以給電池充電。由此，通過簡單地將適當的繞組安裝至第一電馬達(其適用于被使用的特定推進配置)，該動力傳動系統(tǒng)可被用于混合動力推進配合或全電推進配置，由此提供了增加的零件通用性和降低的制造成本。當結合附圖時，從下面的用于執(zhí)行如所附權利要求限定的本發(fā)明的一些最佳方式和其它實施例的具體描述可容易地明白本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點，以及其它特征和優(yōu)點。


圖1是處于第一操作模式中的車輛的動力傳動系統(tǒng)的示意性桿式圖；圖2是處于第二操作模式中的動力傳動系統(tǒng)的示意性桿式圖；圖3是處于第三操作模式中的動力傳動系統(tǒng)的示意性桿式圖。
具體實施例方式參考附圖，其中在多個視圖中相同的標號指示相同的部件，動力傳動系統(tǒng)總體地以20示出。動力傳動系統(tǒng)20是用于車輛，例如但不限于混合動力車輛，其中內燃發(fā)動機26和電馬達被用于給車輛提供動力；或全電動車輛，其中一個或多個電馬達被用于給車輛提供動力且內燃發(fā)動機26提供扭矩至發(fā)電機以給電動車輛電池30充電。參考圖1至3,動力傳動系統(tǒng)20被以桿式圖的形式示出。桿式圖是例如自動變速器的機械裝置的部件的示意性表示。每個單獨的桿表示行星齒輪組或外齒輪組。在行星齒輪組桿中，行星齒輪組的三個基本機械部件都由節(jié)點表示。因此，單個行星齒輪組桿包含三個節(jié)點一個用于恒星齒輪構件；一個用于行星齒輪支架構件；且一個用于環(huán)齒輪構件。每個行星齒輪組桿的節(jié)點之間的相對長度可被用于表示每個相應齒輪組的環(huán)齒輪與恒星齒輪比。這些桿比率繼而被用于改變變速器的齒輪比以實現適當的比率或比率遞進。各行星齒輪組的節(jié)點之間的機械聯(lián)接或互連由細水平線示出，且諸如離合器和制動器的扭矩傳輸裝置由交插指(interleaved finger)表示。如果裝置是制動器,一組指被固定。具有固定樞轉點的垂直虛線表示外齒輪組。桿式圖的格式、目的和用途的進一步解釋可在由Benford, Howard and Leising, Maurice 所著的 SAE Paper 810102,uThe Lever Analogy: ANew Tool in Transmission Analysis”，1981中找到，其全部內容通過引用合并于此。參考圖1至3，動力傳動系統(tǒng)20包括第一電馬達22、第二電馬達24和內燃發(fā)動機26和變速器28。第一電馬達22、第二電馬達24和內燃發(fā)動機26中的每個都被聯(lián)接至變速器28，變速器28選擇性地互連第一電馬達22、第二電馬達24和內燃發(fā)動機26，以提供不同的操作模式。內燃發(fā)動機26可包括任意適當尺寸和配置的發(fā)動機，例如汽油發(fā)動機或柴油發(fā)動機。動力傳動系統(tǒng)20可進一步包括電池30和控制器32，其中每一個都被聯(lián)接至第一電馬達22和第二電馬達24 二者。電池30提供功率至第一電馬達22和第二電馬達24 二者，且從發(fā)電機接收功率。應認識到，發(fā)電機可被并入第一電馬達22或第二電馬達24的至少一個中且成為其一部分?？刂破?2控制第一電馬達22和第二電馬達24的操作，且可進一步控制變速器28的操作。替換地，動力傳動系統(tǒng)20可包括專用變速器28控制器32，用于控制變速器28的操作。控制器32被配置為控制電池30、第一電馬達22和第二電馬達24之間的功率流。變速器28包括輸出部34，其傳遞扭矩至車輛的至少一個車輪。第一行星齒輪組36被布置為與輸出部34、第一電馬達22和內燃發(fā)動機26扭矩傳遞連通。第二行星齒輪組38被布置為與輸出部34和第二電馬達24扭矩傳遞連通。第一行星齒輪組36和第二行星齒輪組38各自分別提供用于第一電馬達22和第二電馬達24至輸出部34的獨立的固定比率路徑。該變速器28進一步包括第一扭矩傳輸機構40和第二扭矩傳輸機構42。另外,變速器28可進一步包括第三扭矩傳輸機構44。如果電性能的要求水平較低，第三扭矩傳輸機構44可被省略，且當電性能的該要求水平較高時第三扭矩傳輸機構44被包括。第一扭矩傳輸機構40選擇性地接合和脫開第二行星齒輪組38。當第一扭矩傳輸機構40被接合時，第一扭矩傳輸機構40提供反作用扭矩至第二行星齒輪組38以允許第二電馬達24通過第二行星齒輪組38傳輸全部動力至輸出部34。第二扭矩傳輸機構42選擇性地聯(lián)接和斷開第一電馬達22和第二行星齒輪組38。第三扭矩傳輸機構44選擇性地接合和脫開第一行星齒輪組36。當內燃發(fā)動機26關閉(即不運行或速度為零時)且當第三扭矩傳輸機構44被接合時，第三扭矩傳輸機構44提供反作用扭矩至第一行星齒輪組36以允許第一電馬達22通過第一行星齒輪組36傳輸全部動力至輸出部34。第一扭矩傳輸機構40、第二扭矩傳輸機構42和第三扭矩傳輸機構44可每個都包括但不限于一個離合器，例如旋轉摩擦離合器、單向離合器、爪形離合器或一些其他類似的扭矩傳輸機構。替換地，第一扭矩傳輸機構40、第二扭矩傳輸機構42和第三扭矩傳輸機構44可各自包括但不限于一個具有靜止部件的摩擦離合器，該靜止部件通常稱為制動器。如圖所不，第一扭矩傳輸機構40和第三扭矩傳輸機構44各自都包括制動器,且第二扭矩傳輸機構42包括離合器。參考圖1，變速器28能操作于第一電模式中。當變速器28操作于第一電模式中時，第三扭矩傳輸機構44和第一扭矩傳輸機構40都被接合,且第二扭矩傳輸機構42被脫開。當變速器28被置于第一電模式中且內燃發(fā)動機26關閉，即不運行時，第一電馬達22和第二電馬達24 二者同時提供動力至輸出部34以提供車輛推進力。參考圖2，變速器28能操作于第二電模式中。當變速器28操作于第二電模式中時，第二扭矩傳輸機構42和第一扭矩傳輸機構40都被脫開,且第三扭矩傳輸機構44被接合。當變速器28被置于第二電模式中同時內燃發(fā)動機26關閉，即不運行時，僅第一電馬達22被用于提供動力至輸出部34以提供車輛推進力，其中第二電馬達24和內燃發(fā)動機26被從第一電馬達22斷開。參考圖3，變速器28能操作于第三模式中。當變速器28操作于第三模式中時，第二扭矩傳輸機構42和第三扭矩傳輸機構44都被脫開,且第一扭矩傳輸機構40被接合。當變速器28被置于第三模式中時，僅第二電馬達24被用于提供動力至輸出部34以提供車輛推進力。除了上述三種電模式，變速器28還能操作為具有一個固定檔的雙模式輸入/復合分動變速器。輸入分動模式，通常用在低車速或高載荷時，通過接合第一扭矩傳輸機構40而實現。復合分動模式，通常用在高車速或低載荷時，通過接合第二扭矩傳輸機構42而實現。固定檔模式，通過接合第一扭矩傳輸機構40和第二扭矩傳輸機構42 二者實現,可被用于推動車輛或同步地在輸入和復合分動模式之間切換。第一電馬達22和第二電馬達24的每個都包括一組繞組46。第一電馬達22和第二電馬達24中的每個中的繞組組46的具體配置確定電馬達的扭矩/功率關系以及其他特性。例如，星形繞組配置提供具有低功率輸出34的高扭矩輸出34，而具有相同繞組匝數的三角形繞組配置提供具有高功率輸出34的低扭矩輸出34?？傊鲜龌旌蟿恿ν七M系統(tǒng)和全電推進系統(tǒng)二者的第二電馬達24使用具有高扭矩容量的電馬達，以提供足夠的起步和反向爬坡性能。但是，混合動力推進系統(tǒng)和全電推進系統(tǒng)中的第一電馬達22通常被不同地配置，其中混合動力推進系統(tǒng)要求操作于低功率輸出34和高扭矩輸出34的低速電馬達用于第一電馬達22,而全電推進系統(tǒng)要求操作于高功率輸出34和低扭矩輸出34的高速電馬達用于第一電馬達22。為了滿足混合動力推進系統(tǒng)和全電推進系統(tǒng)二者的需求，第一電馬達22被配置為接收多組不同繞組組46s中的一個。安裝在第一電馬達22中的繞組組46被選擇以優(yōu)化混合動力推進配置或全電推進配置中的一個的性能。該多個繞組組46可包括至少兩個繞組46，即第一繞組組和第二繞組組。第一繞組組被配置為操作于比第二繞組組的扭矩每安培比的至少高1. 33倍的扭矩每安培比。第一繞組組具有高扭矩每安培比，由此提供高扭矩水平和低功率水平，其特別適用于混合動力推進系統(tǒng)中，而第二繞組組具有低扭矩每安培t匕，由此提供低扭矩水平和高功率水平，其特別適用于全電推進系統(tǒng)中。不同的繞組組46的每組都被不同地配置以提供不同的扭矩/功率輸出34。例如，每組繞組組46可包括不同數量的繞組匝數。替換地，每組繞組組46都可包括不同的繞組連接配置，例如三角形繞組連接配置、星形繞組連接配置、串聯(lián)繞組連接配置、或并聯(lián)繞組連接配置。因此，動力傳動系統(tǒng)20的第一電馬達22可被優(yōu)化用于使用的具體推進系統(tǒng)(即混合動力推進系統(tǒng)或全電推進系統(tǒng))，其中變速器28的不同操作模式允許動力傳動系統(tǒng)20運行于混合動力推進系統(tǒng)或全電推進系統(tǒng)中的任一個中。還提供一種操作車輛的方法。該方法包括提供如上詳述的變速器28。該方法進一步包括識別混合動力推進配置和全電推進配置中的哪一個被用于推動車輛。多組繞組組46中的一組被選擇以安裝在第一電馬達22中?；诨旌蟿恿ν七M配置和全電推進配置中的哪個被識別為是要被用于推動車輛的那個，特定繞組組46被選擇。如上詳述，多組繞組組46中的每組繞組組46可包括不同的繞組匝數，或可包括不同的繞組連接配置，以獲得用于優(yōu)化車輛使用的推進配合所需的特定扭矩/功率輸出34。一旦選擇了要被用在第一電馬達22中的特定繞組組46，則被選擇的繞組組46被安裝至第一電馬達22。該方法進一步包括促動第一扭矩傳輸機構40、第二扭矩傳輸機構42和第三扭矩傳輸機構44中的一個，以在不同的操作模式即如上詳述的第一電模式、第二電模式和第三模式之間切換。通過促動第一扭矩傳輸機構40、第二扭矩傳輸機構42和第三扭矩傳輸機構44中的一個或多個，動力傳動系統(tǒng)20可操作于混合動力推進系統(tǒng)或全電推進系統(tǒng)中的任一個中。雖然用于執(zhí)行本發(fā)明的最佳方式已經被詳細描述，與本發(fā)明相關的本領域技術人員應認識到在所附的權利要求的范圍內的執(zhí)行本發(fā)明的各種替換設計和實施例。
權利要求
1.一種用于車輛的動力傳動系統(tǒng)，該動力傳動系統(tǒng)包括 第一電馬達； 第二電馬達； 內燃發(fā)動機；和 變速器，其包括 輸出部，其被配置為傳遞扭矩至車輛的至少一個車輪； 第一行星齒輪組，其被連接至輸出部、第一電馬達和內燃發(fā)動機； 第二行星齒輪組，其被連接至輸出部和第二電馬達； 第一扭矩傳輸機構，其被配置為選擇性地接合和脫開第二行星齒輪組，其中當第一扭矩傳輸機構被接合以允許第二電馬達通過第二行星齒輪組傳遞全部功率至輸出部時第一扭矩傳輸機構提供反作用扭矩至第二行星齒輪組；和 第二扭矩傳輸機構，其被配置為選擇性地聯(lián)接和斷開第一電馬達和第二行星齒輪組。
2.如權利要求1所述的動力傳動系統(tǒng)，其中所述變速器能操作于第一電模式中，其中第一扭矩傳輸機構被接合且第二扭矩傳輸機構被脫開，以同時接合第一電馬達和第二電馬達二者，以在內燃發(fā)動機關閉時提供車輛推進力。
3.如權利要求2所述的動力傳動系統(tǒng)，其中所述變速器能操作于第三模式中，其中第二扭矩傳輸機構被脫開且第一扭矩傳輸機構被接合以從第二電馬達提供車輛推進力。
4.如權利要求3所述的動力傳動系統(tǒng)，其中 所述變速器包括第三扭矩傳輸機構，該第三扭矩傳輸機構被配置為選擇性地接合和脫開第一行星齒輪組； 當所述內燃發(fā)動機關閉時當第三扭矩傳輸機構被接合以允許第一電馬達通過第一行星齒輪組傳遞全部功率至輸出部時第三扭矩傳輸機構提供反作用扭矩至第一行星齒輪組； 當所述變速器運行于第一電模式中時第三扭矩傳輸機構和第一扭矩傳輸機構被接合且第二扭矩傳輸機構被脫開； 當所述變速器運行于第二電模式中時第二扭矩傳輸機構和第一扭矩傳輸機構被脫開且第三扭矩傳輸機構被接合；和 其中當變速器運行于第三模式中時第二扭矩傳輸機構和第三扭矩傳輸機構被脫開且第一扭矩傳輸機構被接合。
5.如權利要求1所述的動力傳動系統(tǒng)，其中所述第一電馬達被配置為接收多個不同繞組組中的一組，以優(yōu)化混合動力推進配置或全電推進配置中的一個的性能。
6.如權利要求5所述的動力傳動系統(tǒng)，其中所述多組繞組包括第一繞組組和第二繞組組，其中第一繞組組配置為操作于比第二繞組組的扭矩對安培比至少高1. 33倍的扭矩每安培比。
7.如權利要求6所述的動力傳動系統(tǒng)，其中所述多個繞組組包括至少兩個繞組組，其中每個繞組組具有不同的繞組匝數。
8.如權利要求6所述的動力傳動系統(tǒng)，其中所述多個繞組組包括至少兩個繞組組，其中每個繞組組具有不同的繞組連接配置。
9.如權利要求8所述的動力傳動系統(tǒng)，其中所述多個繞組組包括至少一個具有三角形繞組連接配置的繞組組和至少一個具有星形繞組連接配置的繞組組。
10.如權利要求8所述的動力傳動系統(tǒng)，其中所述多個繞組組包括至少一個具有串聯(lián)繞組連接配置的繞組組和至少一個具有并聯(lián)繞組連接配置的繞組組。
全文摘要
一種動力傳動系統(tǒng)包括第一電馬達、第二電馬達和變速器。第一電馬達包括可更換繞組，以提供用于推進車輛的特定推進配置(即混合動力推進配置或全電推進配置)所要求的功率，變速器能操作于不同功率流中，以支持動力傳動系統(tǒng)操作于混合動力推進配置或全電推進配置中的任一個中。通過切換安裝至第一電馬達中的特定繞組，該同一動力傳動系統(tǒng)可被用于混合動力推進配置或全電推進配置中。
文檔編號F16H3/44GK103042909SQ20121039013
公開日2013年4月17日 申請日期2012年10月15日 優(yōu)先權日2011年10月13日
發(fā)明者B.M.康倫, P.J.薩瓦賈恩, A.G.霍爾姆斯 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責任公司