混合電動車輛的動力傳動系統的製作方法
2023-07-01 07:13:36 2
混合電動車輛的動力傳動系統的製作方法
【專利摘要】本發明涉及混合電動車輛的動力傳動系統。該混合電動車輛的動力傳動系統可包括輸入軸和輸出軸。第一行星齒輪組包括連接到第一電機/發電機的第一旋轉元件；作為輸出元件操作的第二旋轉元件；以及連接到輸入軸和第二電機/發電機的第三旋轉元件。第二行星齒輪組包括連接到第三旋轉元件和第二電機/發電機的第四旋轉元件；通過外部結網齒輪連接到第二旋轉元件的第五旋轉元件；以及連接到傳動外殼的第六旋轉元件。直接耦合裝置連接第二行星齒輪組的第四、第五以及第六旋轉元件之中的兩個旋轉元件並且傳動齒輪形成外部結網齒輪。摩擦元件將選定的旋轉元件連接到選定的傳動齒輪或者將選定的旋轉元件連接到傳動外殼。
【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]本申請要求於2012年11月28日向韓國知識產權局提交的韓國專利申請第10-2012-0136468號的優先權的權益，其全部內容通過引用結合於此。
【技術領域】
[0003]本公開涉及混合電動車輛的動力傳動系統。更具體地，本公開涉及混合電動車輛的動力傳動系統，該動力傳動系統通過在分配發動機功率時更多地注重機械動力輸送路徑來降低電負載並且使用發動機的最大功率、在啟動車輛時減少模式轉換次數、以及在轉換模式時使所有旋轉元件的轉速變化最小。
【背景技術】
[0004]環境友好型車輛對於未來的電機行業非常重要。車輛製造商注重諸如電動車輛(EV)、混合電動車輛(HEV)、以及燃料電池電動車輛(FCEV)等環境友好型車輛的發展，以滿足環境和燃料消耗規範。
[0005]就提高重量和成本而言，車輛製造商一直注重氣體排放規範和改善燃料消耗性能限制，並且正在努力使混合電動車輛商業化。
[0006]混合電動車輛使用多於兩種的動力源。使用化石燃料的氣油發動機或者柴油發動機與由電能驅動的電機/發電機是混合電動車輛的兩個主要動力源。具有相對低速扭矩特徵的電機/發電機用作低速時的主要動力源，並且具有相對高速扭矩特徵的發動機用作高速時的主要動力源。
[0007]因為混合電動車輛在低速區運行時停止使用化石燃料並且使用電機/發電機，所以可以改善燃料消耗並且可以減少廢氣。
[0008]混合電動車輛的動力傳動系統分類為單模式類型和多模式類型。
[0009]根據單模式類型，即使沒有必要使用諸如用於變速的離合器和制動器等扭矩傳送裝置，然而由於在高速區的效率退化並且大型車輛需要額外的扭矩乘法裝置，所以燃料消耗較高。
[0010]因為多模式類型在高速區效率高並且能夠自動乘以扭矩，所以多模式類型能夠應用於所有規模的車輛。現正在繼續調查作為混合電動車輛的動力傳動系統的多模式類型。
[0011]多模式類型的動力傳動系統包括多個行星齒輪組、多個電機/發電機、控制行星齒輪組的旋轉元件的多個扭矩傳送裝置、以及用作電機/發電機的動力源的電池。
[0012]多模式類型的動力傳動系統具有取決於行星齒輪組、電機/發電機以及扭矩傳送裝置的連接的不同操作機構。
[0013]此外，多模式的動力傳動系統具有諸如取決於行星齒輪組、電機/發電機以及扭矩傳送裝置的連接的耐用性、功率輸出效率以及尺寸的不同特性。因此，一直繼續研究針對混合電動車輛的動力傳動系統的連接結構的設計，以實現沒有功率損失的健壯緊湊的動力傳動系統。[0014]【背景技術】部分所公開的上述信息僅用於加強對本公開的背景部分的理解，因此，【背景技術】部分可能包含並不構成已為該國本領域的普通技術人員所知的現有技術的信息。
【發明內容】
[0015]本發明盡力提供一種混合電動車輛的動力傳動系統,具有如下優點:該動力傳動系統通過在分配發動機動力時注重機械動力傳送路徑降低電負載並且使用發動機的最大功率，減少在發動車輛時的模式轉換的數量、並且使在轉換模式時所有旋轉元件的轉速變化最小。
[0016]根據本公開的一方面的混合電動車輛的動力傳動系統可包括接收發動機扭矩的輸入軸和輸入軸平行設置的輸出軸。第一行星齒輪組設置在輸入軸上並且包括:連接到第一電機/發電機的第一旋轉元件；作為輸出元件操作的第二旋轉元件；以及直接連接到輸入軸並且選擇性地連接到第二電機/發電機的第三旋轉元件。第二行星齒輪組設置在輸出軸上，並且包括:選擇性地連接到第三旋轉元件且通過外部結網齒輪始終連接到第二電機/發電機的第四旋轉元件；通過外部結網齒輪連接到第二旋轉元件並且連接到輸出軸第五旋轉元件；以及選擇性地連接到傳動外殼的第六旋轉元件。直接耦合裝置連接第二行星齒輪組的第四、第五以及第六旋轉元件中的兩個旋轉元件，並且傳動齒輪形成外部結網齒輪。摩擦元件將選定的旋轉元件選擇性地連接到傳動齒輪或者將選定的旋轉元件選擇性地連接到傳動外殼。
[0017]在示例性實施方式中，第一行星齒輪組可以是第一單小齒輪行星齒輪組，第一單小齒輪行星齒輪組具有作為第一旋轉元件的第一太陽齒輪、作為第二旋轉元件的第一行星齒輪架以及作為第三旋轉元件的第一環形齒輪。第二行星齒輪組可以是第二單小齒輪行星齒輪組，第二單小齒輪行星齒輪組具有作為第四旋轉元件的第二太陽齒輪、作為第五旋轉元件的第二行星齒輪架以及作為第六旋轉元件的第二環形齒輪。
[0018]在示例性實施方式中，第一行星齒輪組可以是雙小齒輪行星齒輪組，雙小齒輪行星齒輪組具有作為第一旋轉元件的第一太陽齒輪、作為第二旋轉元件的第一環形齒輪以及作為第三旋轉元件的第一行星齒輪架。第二行星齒輪組可以是單小齒輪行星齒輪組，單小齒輪行星齒輪組具有作為第四旋轉元件的第二太陽齒輪、作為第五旋轉元件的第二行星齒輪架以及作為第六旋轉元件的第二環形齒輪。
[0019]在示例性實施方式中，第一行星齒輪組可以是單小齒輪行星齒輪組，單小齒輪行星齒輪組具有作為第一旋轉元件的第一太陽齒輪、作為第二旋轉元件的第一行星齒輪架以及作為第三旋轉元件的第一環形齒輪。第二行星齒輪組可以是雙小齒輪行星齒輪組，雙小齒輪行星齒輪組具有作為第四旋轉元件的第二太陽齒輪、作為第五旋轉元件的第二環形齒輪以及作為第六旋轉元件的第二行星齒輪架。
[0020]在示例性實施方式中，直接耦合裝置可以是設置在第四旋轉元件與第五旋轉元件之間的第一離合器。
[0021 ] 在示例性實施方式中，直接耦合裝置可以是設置在第四旋轉元件與第六旋轉元件之間的第一離合器。
[0022]在示例性實施方式中，直接耦合裝置可以是第五旋轉元件與第六旋轉元件之間的
第一離合器。[0023]傳動齒輪可包括設置在第二旋轉元件與第五旋轉元件之間的第一傳動齒輪和設置在第三旋轉元件與第四旋轉元件之間的第二傳動齒輪。
[0024]在示例性實施方式中，摩擦元件可包括設置在第六旋轉元件與傳動外殼之間的制動器和設置在第三旋轉元件與第二傳動齒輪之間的第二離合器。
[0025]在示例性實施方式中，摩擦元件可包括設置在第六旋轉元件與傳動外殼之間的制動器和設置在第四旋轉元件與第二傳動齒輪之間的第二離合器。
[0026]直接耦合裝置可包括第一離合器，並且摩擦元件可包括制動器和第二離合器，其中，制動器在第一電動車輛(EV)模式下操作,第一離合器在第二 EV模式下操作,制動器在第一混合操作模式下操作，第一離合器在第二混合操作模式下操作，第二離合器在第三混合操作模式下操作，第二離合器和制動器在第一發動機模式下操作，並且第一離合器和第二離合器在第二發動機模式下操作。
[0027]根據本公開的另一方面的混合電動車輛的動力傳動系統可包括接收發動機扭矩的輸入軸和與輸入軸平行設置的輸出軸。第一行星齒輪組設置在輸入軸上，並且包括:連接到第一電機/發電機的第一旋轉元件；第二旋轉元件；以及直接連接到輸入軸並且選擇性地連接到第二電機/發電機的第三旋轉元件。第二行星齒輪組設置在輸出軸上，並且包括:選擇性地連接到第三旋轉元件並且始終連接到第二電機/發電機的第四旋轉元件；連接到第二旋轉元件並且連接到輸出軸的第五旋轉元件；以及選擇性地連接到傳動外殼的第六旋轉元件。第一離合器連接第二行星齒輪組的第四、第五、以及第六旋轉元件之中的兩個旋轉元件。第一傳動齒輪設置在第二旋轉元件與第五旋轉元件之間，並且第二傳動齒輪設置在第三旋轉元件與第四旋轉元件之間。摩擦元件包括制動器和第二離合器。
[0028]在示例性實施方式中，第一行星齒輪組可以是第一單小齒輪行星齒輪組，第一單小齒輪行星齒輪組具有作為第一旋轉元件的第一太陽齒輪、作為第二旋轉元件的第一行星齒輪架以及作為第三旋轉元件的第一環形齒輪。第二行星齒輪組可以是第二單小齒輪行星齒輪組，第二單小齒輪行星齒輪組具有作為第四旋轉元件的第二太陽齒輪、作為第五旋轉元件的第二行星齒輪架以及作為第六旋轉元件的第二環形齒輪。
[0029]在示例性實施方式中，第一行星齒輪組可以是雙小齒輪行星齒輪組，雙小齒輪行星齒輪組具有作為第一旋轉元件的第一太陽齒輪、作為第二旋轉元件的第一環形齒輪以及作為第三旋轉元件的第一行星齒輪架。第二行星齒輪組可以是單小齒輪行星齒輪組，單小齒輪行星齒輪組具有作為第四旋轉元件的第二太陽齒輪、作為第五旋轉元件的第二行星齒輪架以及作為第六旋轉元件的第二環形齒輪。
[0030]在示例性實施方式中，第一行星齒輪組可以是單小齒輪行星齒輪組，單小齒輪行星齒輪組具有作為第一旋轉元件的第一太陽齒輪、作為第二旋轉元件的第一行星齒輪架、以及作為第三旋轉元件的第一環形齒輪。第二行星齒輪組可以是雙小齒輪行星齒輪組，雙小齒輪行星齒輪組具有作為第四旋轉元件的第二太陽齒輪、作為第五旋轉元件的第二環形齒輪以及作為第六旋轉元件的第二行星齒輪架。
[0031]在示例性實施方式中，第一離合器可以設置在第四旋轉元件與第五旋轉元件之間。
[0032]在示例性實施方式中，第一離合器可以設置在第四旋轉元件與第六旋轉元件之間。[0033]在示例性實施方式中，第一離合器可以設置在第五旋轉元件與第六旋轉元件之間。
[0034]在示例性實施方式中，摩擦元件可包括設置在第六旋轉元件與傳動外殼之間的制動器和設置在第三旋轉元件與第二傳動齒輪之間的第二離合器。
[0035]在示例性實施方式中，摩擦元件可包括設置在第六旋轉元件與傳動外殼之間的制動器和設置在第四旋轉元件與第二傳動齒輪之間的第二離合器。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0036]圖1是根據本發明第一示例性實施方式的動力傳動系統的示意圖。
[0037]圖2是用於根據本發明第一示例性實施方式的動力傳動系統的各個模式下的摩擦元件的操作圖表。
[0038]圖3A是根據本發明第一不例性實施方式的第一電動車輛(EV)的動力傳動系統的電平圖。
[0039]圖3B是根據本發明第一示例性實施方式的第二 EV模式下的動力傳動系統的電平圖。
[0040]圖4A是根據本發明第一示例性實施方式的第一混合操作模式下的動力傳動系統的杆圖。
[0041]圖4B是根據本發明第一示例性實施方式的第二混合操作模式下的動力傳動系統的杆圖。
[0042]圖5是根據本發明第一示例性實施方式的第三混合操作模式下的動力傳動系統的杆圖。
[0043]圖6A是根據本發明第一不例性實施方式的第一發動機模式下的動力傳動系統的杆圖。
[0044]圖6B是根據本發明第一不例性實施方式的第二發動機模式下的動力傳動系統的杆圖。
[0045]圖7是根據本發明第二示例性實施方式的動力傳動系統的示意圖。
[0046]圖8是根據本發明第三示例性實施方式的動力傳動系統的示意圖。
[0047]圖9是根據本發明第四示例性實施方式的動力傳動系統的示意圖。
[0048]圖10是根據本發明第五示例性實施方式的動力傳動系統的示意圖。
【具體實施方式】
[0049]下文中將參照附圖詳細地描述本發明的示列性實施方式。
[0050]將省去對無須用於說明示例性實施方式的組件的描述，並且本說明書中相同的組成元件以相同的參考標號表示。
[0051]在細節描述中，序號用於區分具有相同術語的組成元件，並且不具有特殊的含義。
[0052]圖1是根據本發明第一示例性實施方式的動力傳動系統的示意圖。
[0053]參照圖1，根據本發明第一不例性實施方式的混合電動車輛的動力傳動系統包括第一行星齒輪組PGl，設置在輸入軸IS上；第二行星齒輪組PG2，設置在與輸入軸IS平行的輸出軸OS上；兩個傳動齒輪TFl和TF2 ；由兩個離合器CLl和CL2與一個制動器BK組成的摩擦元件；以及兩個電機/發電機MGl和MG2。
[0054]第一行星齒輪組PGl和第二行星齒輪組PG2從輸入軸IS轉換發電機ENG輸入的扭矩以及第一電機/發電機MGl和第二電機/發電機MG2的扭矩,並且通過輸出軸OS輸出轉換後的扭矩。
[0055]輸入軸IS是輸入元件並且從發動機ENG接收扭矩。輸出軸OS是輸出元件並且通過微分裝置(未示出)將驅動扭矩輸出給驅動輪。
[0056]第一行星齒輪組PGl是單小齒輪行星齒輪組，包括作為第一旋轉元件NI的第一太陽齒輪SI以及旋轉地支撐從外部與第一太陽齒輪SI結網並且作為第二旋轉元件N2的第一行星齒輪架PC1。第一環形齒輪Rl在內部與第一小齒輪Pl結網並且是第三旋轉元件N3。
[0057]第二行星齒輪組PG2是單小齒輪行星齒輪組，包括作為第四旋轉元件N4的第二太陽齒輪S2以及旋轉地支撐從外部與第二太陽齒輪S2結網並且作為第五旋轉元件N5的第二小齒輪P2。第二環形齒輪R2在內部與第二小齒輪P2結網並且是第六旋轉元件N6。
[0058]第一行星齒輪組PGl的第三旋轉元件N3直接連接到輸入軸IS，並且第二行星齒輪組PG2的第五旋轉元件N5直接連接到輸出軸OS。
[0059]第一行星齒輪組PGl和第二行星齒輪組PG2由第一傳動齒輪TF1、第二傳動齒輪TF2、第一離合器CLl、第二離合器CL2和制動器BK組成。
[0060]第一傳動齒輪TFl和第二傳動齒輪TF2分別具有第一傳動驅動齒輪TFla、第二傳動驅動齒輪TF2a、以及在外部彼此結網的第一傳動驅動齒輪TFlb和第二傳動驅動齒輪TF2b。
[0061]第一傳動齒輪TFl從外部連接第二旋轉元件N2與第五旋轉元件N5。
[0062]第二傳動齒輪TF2從外部連接包括輸入軸IS的第三旋轉元件N3與第四旋轉元件N4。
[0063]因此，通過第一傳動齒輪TFl和第二傳動齒輪TF2彼此連接的旋轉元件按照第一傳動齒輪TFl與第二傳動齒輪TF2的齒輪比在彼此相反的方向上旋轉。
[0064]第一離合器CLl和第二離合器CL2以及制動器BK是摩擦元件並且設置如下。第一離合器CLl選擇性地連接第四旋轉元件N4與第五旋轉元件N5並且操作為第二行星齒輪組PG2的直接耦合裝置。第二離合器CL2選擇性地連接包括輸入軸IS的第三旋轉元件N3與第二傳動齒輪TF2。
[0065]第一離合器CLl是選擇性地連接第二行星齒輪組PG2的兩個旋轉元件的直接耦合裝置。因此，第二行星齒輪組PG2選擇性地變為直接耦合狀態，並且第二離合器CL2將輸入軸IS選擇性地傳送給第四旋轉元件N4。
[0066]此外，制動器BK選擇性地連接第六旋轉元件N6與傳動外殼H。
[0067]由第一離合器CU、第二離合器CL2、以及制動器BK構成的摩擦元件可以是通過液壓操作的常規潤溼型多片摩擦元件。第一電機/發電機MGl和第二電機/發電機MG2是獨立的動力源並且操作為電機和發電機。第一電機/發電機MGl連接到第一行星齒輪組PGl的第一旋轉元件NI,從而將扭矩供給第一旋轉元件NI,或者通過第一旋轉元件NI的扭矩產生電。第二電機/發電機MG2連接到第二傳動驅動齒輪TF2a，從而將扭矩供給第二傳動驅動齒輪TF2a或者通過第二傳動驅動齒輪TF2a的扭矩產生電。
[0068]第一電機/發電機MGl和第二電機/發電機MG2的定子固定到傳動外殼H,並且第一電機/發電機MGl與第二電機/發電機MG2的轉子分別連接到第一旋轉兀件NI與第二傳動驅動齒輪TF2a。
[0069]圖2是應用於根據本發明第一示例性實施方式的動力傳動系統的各個模式下的摩擦元件的操作曲線圖。
[0070]參照圖2，通過操作制動器BK實現第一電動車輛(EV)模式，通過操作第一離合器CLl實現第二 EV模式。通過操作制動器BK實現第一混合操作模式。通過操作第一離合器CLl實現第二混合操作模式。通過操作第二離合器CL2實現第三混合操作模式。通過操作第二離合器CL2和制動器BK實現第一發動機模式。並且通過操作第一離合器CLl和第二離合器CL2實現第二發動機模式。
[0071]如上所述，動力傳動系統能夠實現兩種EV模式、三種混合操作模式以及兩種發動機模式。
[0072]圖3A、圖3B、圖4A、圖4B、圖5、圖6A和圖6B是根據本發明第一示例性實施方式的動力傳動系統的杆圖，用於通過杆分析方法說明各模式。
[0073]參照圖3A、圖3B、圖4A、圖4B、圖5、圖6A和圖6B，第一行星齒輪組PGl的三條垂直線被設置為第一旋轉元件N1、第二旋轉元件N1、以及第三旋轉元件N3。第二行星齒輪組PG2的三條垂直線從左至右被設置為第六旋轉元件N6、第五旋轉元件N5、以及第四旋轉元件N4。中間水平線表示「O」轉速，上水平線表示正轉速，並且下水平線表示負轉速。
[0074]因為第一行星齒輪組PGl和第二行星齒輪組PG2通過沒有閒置齒輪的第一傳動齒輪TFl和第二傳動齒輪TF2從外部結網，所以負轉速指旋轉元件在發動機ENG的旋轉方向的反方向上旋轉。
[0075]此外，根據第一行星齒輪組PGl與第二行星齒輪組PG2的齒輪比(太陽齒輪的齒牙數/環形齒輪的齒牙數)設置第一行星齒輪組PGl和第二行星齒輪組PG2的垂直線之間的距離。
[0076]【第一EV模式】
[0077]圖3A是第一 EV模式下的杆圖。
[0078]EV模式是在發動機制動狀態下電池功率被供給電機/發電機的模式，從而使得由電機/發電機的動力驅動車輛。因為發動機被停止，所以可以增強燃料經濟性，並且在EV模式下，在沒有其他倒檔裝置的情況下能夠向後移動車輛。
[0079]當車輛在制動狀態下啟動或者車輛以低速運行時利用EV模式。需要動力源比輸出元件旋轉快的降低的齒輪比用於輔助坡道啟動或者快速加速。
[0080]通過操作制動器BK，第六旋轉元件N6作為固定元件操作，並且在第一 EV模式下，第二電機/發電機MG2將第二電機/發電機MG2的扭矩輸入給第四旋轉元件N4。因此，第二電機/發電機MG2的扭矩根據第二行星齒輪組PG2的齒輪比而變化，並且通過第五旋轉元件N5輸出驅動扭矩。
[0081]這裡，第一行星齒輪組PGl並不變速。然而，第三旋轉元件N3與發動機一起制動，並且第二旋轉元件N2通過第一傳動齒輪TFl連接到第五旋轉元件N5。因此,第一旋轉元件NI和第二旋轉元件N2閒置。
[0082]【第二EV模式】
[0083]圖3B是第二 EV模式下的杆圖。[0084]電機/發電機的效率根據其轉速及扭矩而變化。因此，即使供給的電流量相同，電能與機械能的轉換比也根據電機/發電機的轉速和扭矩而變化。
[0085]通過在發動機中燃燒燃料或者通過再生制動聚集的燃料產生EV模式下使用的電池電流。聚集能量的有效使用具有增強燃料經濟性的直接效果。
[0086]為此，在電動車輛中逐漸採用實現不止兩種變速的傳動裝置，並且實現具有不止兩種變速的EV模式的混合電動車輛具有一定優勢。因此，本發明的示列性實施方式能夠實現兩種EV模式。
[0087]變速至第二 EV模式的過程如下。如果在第一 EV模式下驅動車輛時車輛速度增加，第二電機/發電機MG2的效率下降。這裡，如果釋放制動器BK並且在第二電機/發電機MG2的效率下降時操作第一離合器CLl，則進入第二 EV模式。
[0088]因為操作作為第二行星齒輪組PG2的直接耦合裝置的第一離合器CL1，所以第二行星齒輪組PG2變成直接耦合狀態。因此，第二行星齒輪組PG2的所有旋轉元件N4、N5和N6以相同速度旋轉並且通過第五旋轉元件N5輸出驅動扭矩。
[0089]這裡，第一行星齒輪組PGl並不變速。然而，第三旋轉元件N3與發動機一起制動，並且第一旋轉元件NI和第二旋轉元件N2閒置。
[0090]【第一混合操作模式】
[0091 ] 圖4A是第一混合操作模式下的杆圖。
[0092]混合輸入分配 模式下，發動機的扭矩通過機械路徑和電路徑由行星齒輪組傳送給輸出元件。因為連接到行星齒輪組的發動機和電機/發電機控制與車輛速度無關的行星齒輪組的轉速，所以混合輸入分配模式下的動力傳動系統操作為電動連續可變傳動裝置。
[0093]在常規傳動裝置中，發動機的速度和扭矩固定為給定的車輛速度，其中在電動連續可變傳動中，在給定車輛速度時能夠自由地改變發動機的速度和扭矩。因此，可以使發動機的驅動效率最大並且可以增強燃料經濟性。
[0094]變速至第一混合操作模式的過程如下。第二旋轉元件N2通過第一傳動齒輪TFl連接到第五旋轉元件N5，從而在EV模式下第一旋轉元件NI和第二旋轉元件N2閒置。
[0095]如果發動機ENG使用第一電機/發電機MGl啟動，則能夠與車輛速度無關地控制發動機ENG和第一電機/發電機MGl的速度。
[0096]當控制發動機ENG和第一電機/發電機MGl時，對發動機的扭矩和第一電機/發電機MGl的扭矩求和。合扭矩通過第一傳動齒輪TFl傳送給作為輸出元件的第一旋轉元件N5,由此產生高驅動扭矩。
[0097]通過操作制動器BK，第六旋轉元件N6作為固定元件操作，驅動扭矩通過第五旋轉元件N5被輸出，並且第四旋轉元件N4通過接收第二行星齒輪組PG2中第二電機/發電機的扭矩而閒置。
[0098]在第一混合操作模式下能夠獨立控制發動機ENG和第一電機/發電機MG1，由此增強燃料經濟性和驅動性能。
[0099]【第二混合操作模式】
[0100]圖4B是第二混合操作模式下的杆圖。
[0101]如果在第一混合操作模式下驅動車輛時車輛速度增加，制動器BK被釋放並且第一離合器CLl降低第一行星齒輪組PGl的所有旋轉元件的轉速。從而，進入第二混合操作模式。
[0102]因為操作作為第二行星齒輪組PG2的直接耦合裝置的第一離合器CL1，所以第二行星齒輪組PG2變成直接耦合狀態。因此，第二行星齒輪組PG2的所有旋轉元件N4、N5和N6以相同速度旋轉並且通過第五旋轉元件N5輸出驅動扭矩。
[0103]類似於第一混合操作模式，能夠獨立控制第二混合操作模式下的發動機ENG和第一電機/發電機MG1，由此改善燃料經濟性和驅動性能。
[0104]【第三混合操作模式】
[0105]圖5是第三混合操作模式下的杆圖。
[0106]連接到輸出元件的電機/發電機的轉速被限定為車輛的速度，因此，在混合輸入分配模式下，限制電機/發電機的操作以及電機/發電機的能力。
[0107]具體地，如果限定為車輛速度的電機/發電機的轉速因車輛速度高而高，可以降低電機/發電機的效率和燃料經濟性。
[0108]在這些條件下，連接到發動機ENG的第一行星齒輪組PGl的兩個旋轉元件和連接到輸出軸OS的第二行星齒輪組PG2的兩個旋轉元件耦接。因此，可與車輛速度無關地控制發動機的轉速和兩個電機/發電機的轉速。因此，動力傳動系統可以作為連續可變的傳動裝置操作並且可以增強燃料經濟性。
[0109]當操作第二離合器CL2時，第三旋轉元件N3通過第二傳動齒輪TF2連接到第四旋轉元件N4。因此，第三旋轉元件N3和第四旋轉元件N4的速度和扭矩限制彼此。
[0110]為了平衡第一電機 /發電機MGl和第二電機/發電機MG2的電能,第一行星齒輪組PGl和第二行星齒輪組PG2的所有旋轉元件的速度和扭矩彼此關聯，並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傳動裝置操作。
[0111]第一混合操作模式和第二混合操作模式能夠轉換成第三混合操作模式。即，當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時，控制發動機ENG和第一電機/發電機MGl，從而使得第一行星齒輪組PGl的旋轉元件與第二行星齒輪組PG2的旋轉元件同步。然後，操作第二離合器CL2。
[0112]當第一混合操作模式轉換成第三混合操作模式時，操作第二離合器CL2並且釋放制動器BK。當第二混合操作模式轉換成第三混合操作模式時，操作第二離合器CL2並且釋放第一離合器CLl。
[0113]因為在第三混合操作模式第六旋轉元件N6不能接收扭矩，所以輸入到第四旋轉元件N4的扭矩總和與輸入到第五旋轉元件的扭矩的總和分別為「O」。
[0114]即，第二電機/發電機MG2的扭矩與從第二傳動齒輪TF2輸入的外部扭矩在第四旋轉元件N4平衡。
[0115]此外，由驅動阻抗輸入的扭矩和從第一傳動齒輪TFl輸入的外部扭矩在第五旋轉元件N5平衡。
[0116]【第一發動機模式】
[0117]圖6A是第一發動機模式下的杆圖。
[0118]用於增強燃料經濟性的混合電動車輛中的重要技術是恢復並且重新使用制動器能源和控制發動機的驅動點。發動機的控制驅動點伴隨發動機的機械能轉換成電機/發電機的電能，並且伴隨電機/發電機的電能轉換回電機/發電機的機械能。在能量轉換過程中，並非輸出所有的輸入能量，從而產生能量損失。
[0119]因為僅由發動機驅動的車輛在任何驅動條件下可具有優於混合模式的燃料經濟性，所以本發明的示列性實施方式提供了兩種發動機模式。
[0120]即，第二離合器CL2和制動器BK在第一發動機模式下嚙合。在這種情況下，發動機ENG的轉速通過第二傳動齒輪TF2傳送給第二行星齒輪組PG2，從而使得第四旋轉元件N4在發動機ENG的反向方向上旋轉，並且第六旋轉元件N6制動，從而降低齒輪比。
[0121]因為第一電機/發電機MGl和第二電機/發電機MG2並不需要提供扭矩，所以可實現僅由發動機ENG驅動車輛時的第一發動機模式。
[0122]發動機RNG的扭矩通過第二傳動齒輪TF2傳送給第四旋轉元件N4，從而將驅動阻抗傳送給第五旋轉元件N5。
[0123]此外，第六旋轉元件N6從制動器BK接收負扭矩，並且實現第一發動機模式。
[0124]【第二發動機模式】
[0125]圖6B是第二發動機模式下的杆圖。
[0126]如果在第一發動機模式下驅動車輛時車輛速度增加，則第一離合器CLl和第二離合器CL2哨合以進入第二發動機模式。
[0127]發動機ENG的 速度通過第二傳動齒輪TF2傳送給第二行星齒輪組PG2，並且第四旋轉元件N4和發動機ENG在反向方向上旋轉。第二行星齒輪組PG2的所有旋轉元件N4、N5和N6通過操作第一離合器CLl以相同的旋轉速度旋轉。
[0128]因為第二電機/發電機MG2的轉速比發動機ENG的轉速快，所以第二傳動齒輪TF2的齒輪比增加。因為第一電機/發電機MGl和第二電機/發電機MG2並不提供扭矩，所以可實現僅由發動機ENG驅動的第二發動機模式。
[0129]根據本發明的第一示例性實施方式，通過組合兩種行星齒輪組PGl和PG2、兩種傳動齒輪TFl和TF2、三種摩擦元件CL1、CL2和BK、以及兩種電機/發電機MGl和MG2能夠實現兩種EV模式、三種混合操作模式以及兩種發動機模式。
[0130]由於通過使用行星齒輪組和作為外部結網的齒輪的兩種傳動齒輪易於改變齒輪t匕，所以可以設置最佳齒輪比。可以根據目標性能改變齒輪比，從而改善啟動性能、動力傳送性能以及燃料經濟性。
[0131]因為在節氣門全開(WOT)開始時提供充分的功率性能，所以轉換成發動機模式受到限制，並且發動機的最大功率能夠用於混合輸入分配模式與複合分配模式之間的轉換。
[0132]可以降低電負載，並且通過更加注重在分配發動機動力時機械動力傳輸路徑而可以使用發動機的最大功率。此外，在啟動車輛時可以減少模式轉換的次數，並且在轉換模式時可以使所有旋轉元件的轉速的變化最小。
[0133]因為提供了發動機模式，所以車輛在沒有電機/發電機的電負載的情況下能夠以高速運行，從而改善燃料經濟性。
[0134]圖7是根據本發明第二示例性實施方式的動力傳動系統的示意圖。
[0135]參照圖7，在第二示例性實施方式中第一離合器CLl設置在第四旋轉元件N4與第六旋轉元件N6之間，而在第一示例性實施方式中第一離合器CLl設置在第四旋轉元件N4與第五旋轉元件N5之間。
[0136]因為除第一離合器CLl的位置之外，第二示例性實施方式具有與第一示例性實施方式相同的功能，所以將省去其細節描述。
[0137]圖8是根據本發明第三示例性實施方式的動力傳動系統的示意圖。
[0138]參照圖8，在第三示例性實施方式中第一離合器CLl設置在第五旋轉元件N5與第六旋轉元件N6之間，而在第一示例性實施方式中第一離合器CLl設置在第四旋轉元件N4與第五旋轉元件N5之間。
[0139]除第一離合器CLl的位置之外，因為第三示例性實施方式具有與第一示例性實施方式相同的功能，所以將省去其細節描述。
[0140]圖9是根據本發明第四示例性實施方式的動力傳動系統的示意圖。
[0141]參照圖9，在第四示例性實施方式中，第一行星齒輪組PGl是雙小齒輪行星齒輪組，而在第一示例性實施方式中，第一行星齒輪組PGl是單小齒輪行星齒輪組。
[0142]因此，第一太陽齒輪SI是第一旋轉元件NI，第一環形齒輪Rl是第二旋轉元件N2，並且第一行星齒輪架PCl是第三旋轉元件N3。
[0143]除了旋轉元件由第二旋轉元件N2和第三旋轉元件N3組成之外，第四示例性實施方式具有與第一示例性實施方式相同的功能，因此，將省去其相關描述。
[0144]圖10是根據本發明第五示例性實施方式的動力傳動系統的示意圖。
[0145]參照圖10，在第五示例性實施方式中，第二行星齒輪組PG2是雙小齒輪行星齒輪組，而在第一示例性實施方式中，第二行星齒輪組PG2是單小齒輪行星齒輪組。
[0146]第二太陽齒輪S2是第四旋轉元件N4，第二環形齒輪R2是第五旋轉元件N5，並且第二行星齒輪架PC2是第六旋轉元件N6。
[0147]除了旋轉元件由第五旋轉元件N5和第六旋轉元件N6組成外，第五示例性實施方式具有與第一示例性實施方式相同的功能，因此，將省去其相關描述。
[0148]根據本發明的示列性實施方式，通過組合兩種行星齒輪組、兩種傳動齒輪、三種摩擦元件以及兩種電機/發電機可實現兩種EV模式、三種混合輸入分配模式以及兩種發動機模式。
[0149]由於通過使用行星齒輪組和作為外部結網的齒輪的兩種傳動齒輪易於改變齒輪t匕，所以可以設置最佳齒輪比。可以根據目標性能改變齒輪比，從而改善啟動性能、動力傳送性能以及燃料經濟性。
[0150]因為在節氣門全開(WOT)開始時提供充分的動力性能，所以轉換成發動機模式受到限制，並且發動機的最大功率能夠用於混合輸入分配模式與複合分配模式之間的轉換。
[0151]可以降低電負載，並且通過更加注重在分配發動機動力時機械動力傳輸路徑而可以使用發動機的最大功率。此外，在啟動車輛時可以減少模式轉換的次數，並且在轉換模式時可以使所有旋轉元件的轉速的變化最小。
[0152]因為提供了發動機模式，所以車輛在沒有電機/發電機的電負載的情況下能夠以高速運行，從而改善燃料經濟性。
[0153]儘管已經結合目前視為實踐的示列性實施方式來描述本公開，然而，應當理解的是，本發明並不局限於所公開的實施方式，相反，而是旨在包含在所附權利要求的精神和範圍內的各種修改和等同布置。
【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，接收發動機的扭矩； 輸出軸，與所述輸入軸平行設置； 第一行星齒輪組，設置在所述輸入軸上，並且包括:連接到第一電機/發電機的第一旋轉元件；作為輸出元件操作的第二旋轉元件；以及直接連接到所述輸入軸並且選擇性地連接到第二電機/發電機的第三旋轉元件； 第二行星齒輪組，設置在所述輸出軸上，並且包括:選擇性地連接到所述第三旋轉元件並且通過外部結網齒輪始終連接到所述第二電機/發電機的第四旋轉元件；通過外部結網齒輪連接到所述第二旋轉元件並且連接到所述輸出軸的第五旋轉元件；以及選擇性地連接到傳動外殼的第六旋轉元件； 直接耦合裝置，連接所述第二行星齒輪組的所述第四旋轉元件、所述第五旋轉元件以及所述第六旋轉元件之中的兩個旋轉元件； 傳動齒輪，形成所述外部結網齒輪；以及 摩擦元件，將選定的旋轉元件選擇性地連接到選定的傳動齒輪，或者將選定的旋轉元件選擇性地連接到所述傳動外殼。
2.根據權利要求1所述的動力傳動系統，其中，所述第一行星齒輪組是第一單小齒輪行星齒輪組，所述第一單小齒輪行星齒輪組具有作為所述第一旋轉元件的第一太陽齒輪、作為所述第二旋轉元件的第一行星齒輪架以及作為所述第三旋轉元件的第一環形齒輪；並且 所述第二行星齒輪組是第二單小齒輪行星齒輪組，所述第二單小齒輪行星齒輪組具有作為所述第四旋 轉元件的第二太陽齒輪、作為所述第五旋轉元件的第二行星齒輪架以及作為所述第六旋轉元件的第二環形齒輪。
3.根據權利要求1所述的動力傳動系統，其中，所述第一行星齒輪組是雙小齒輪行星齒輪組，所述雙小齒輪行星齒輪組具有作為所述第一旋轉元件的第一太陽齒輪、作為所述第二旋轉元件的第一環形齒輪以及作為所述第三旋轉元件的第一行星齒輪架；並且 所述第二行星齒輪組是單小齒輪行星齒輪組，所述單小齒輪行星齒輪組具有作為所述第四旋轉元件的第二太陽齒輪、作為所述第五旋轉元件的第二行星齒輪架以及作為所述第六旋轉元件的第二環形齒輪。
4.根據權利要求1所述的動力傳動系統，其中，所述第一行星齒輪組是單小齒輪行星齒輪組，所述單小齒輪行星齒輪組具有作為所述第一旋轉元件的第一太陽齒輪、作為所述第二旋轉元件的第一行星齒輪架以及作為所述第三旋轉元件的第一環形齒輪；並且 所述第二行星齒輪組是雙小齒輪行星齒輪組，所述雙小齒輪行星齒輪組具有作為所述第四旋轉元件的第二太陽齒輪、作為所述第五旋轉元件的第二環形齒輪以及作為所述第六旋轉元件的第二行星齒輪架。
5.根據權利要求1所述的動力傳動系統，其中，所述直接耦合裝置是設置在所述第四旋轉元件與所述第五旋轉元件之間的第一離合器。
6.根據權利要求1所述的動力傳動系統，其中，所述直接耦合裝置是設置在所述第四旋轉元件與所述第六旋轉元件之間的第一離合器。
7.根據權利要求1所述的動力傳動系統，其中，所述直接耦合裝置是設置在所述第五旋轉元件與所述第六旋轉元件之間的第一離合器。
8.根據權利要求1所述的動力傳動系統，其中，所述傳動齒輪包括: 第一傳動齒輪，設置在所述第二旋轉元件與所述第五旋轉元件之間；以及 第二傳動齒輪，設置在所述第三旋轉元件與所述第四旋轉元件之間。
9.根據權利要求1所述的動力傳動系統，其中，所述摩擦元件包括: 制動器，設置在所述第六旋轉元件與所述傳動外殼之間；以及 第二離合器，設置在所述第三旋轉元件與所述第二傳動齒輪之間。
10.根據權利要求1所述的動力傳動系統，其中，所述摩擦元件包括: 制動器，設置在所述第六旋轉元件與所述傳動外殼之間；以及 第二離合器，設置在所述第四旋轉元件與所述第二傳動齒輪之間。
11.根據權利要求1所述的動力傳動系統，其中，所述直接耦合裝置包括第一離合器，並且所述摩擦元件包括制動器和第二離合器，以及 其中，所述制動器在第一電動車輛(EV)模式下操作， 所述第一離合器在第二 EV模式下操作， 所述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制動器在第一發動機模式下操作，以及 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。
12.—種混合電動車輛的動力傳動系統,包括: 輸入軸，接收發動機的扭矩； 輸出軸，與所述輸入軸平行設置； 第一行星齒輪組，設置在所述輸入軸上，並且包括:連接到第一電機/發電機的第一旋轉元件；第二旋轉元件；以及直接連接到所述輸入軸並且選擇性地連接到第二電機/發電機的第三旋轉元件； 第二行星齒輪組，設置在所述輸出軸上，並且包括:選擇性地連接到所述第三旋轉元件並且始終連接到所述第二電機/發電機的第四旋轉元件；連接到所述第二旋轉元件並且連接到所述輸出軸的第五旋轉元件；以及選擇性地連接到傳動外殼的第六旋轉元件； 第一離合器，連接所述第二行星齒輪組的所述第四旋轉元件、所述第五旋轉元件以及所述第六旋轉元件之中的兩個旋轉元件； 第一傳動齒輪，設置在所述第二旋轉元件與所述第五旋轉元件之間； 第二傳動齒輪，設置在所述第三旋轉元件與所述第四旋轉元件之間；以及 摩擦元件，包括制動器和第二離合器。
13.根據權利要求12所述的動力傳動系統，其中，所述第一行星齒輪組是第一單小齒輪行星齒輪組，所述第一單小齒輪行星齒輪組具有作為所述第一旋轉元件的第一太陽齒輪、作為所述第二旋轉元件的第一行星齒輪架以及作為所述第三旋轉元件的第一環形齒輪；並且 所述第二行星齒輪組是第二單小齒輪行星齒輪組，所述第二單小齒輪行星齒輪組具有作為所述第四旋轉元件的第二太陽齒輪、作為所述第五旋轉元件的第二行星齒輪架以及作為所述第六旋轉元件的第二環形齒輪。
14.根據權利要求12所述的動力傳動系統，其中，所述第一行星齒輪組是雙小齒輪行星齒輪組，所述雙小齒輪行星齒輪組具有作為所述第一旋轉元件的第一太陽齒輪、作為所述第二旋轉元件的第一環形齒輪以及作為所述第三旋轉元件的第一行星齒輪架；並且 所述第二行星齒輪組是單小齒輪行星齒輪組，所述單小齒輪行星齒輪組具有作為所述第四旋轉元件的第二太陽齒輪、作為所述第五旋轉元件的第二行星齒輪架以及作為所述第六旋轉元件的第二環形齒輪。
15.根據權利要求12所述的動力傳動系統，其中，所述第一行星齒輪組是單小齒輪行星齒輪組，所述單小齒輪行星齒輪組具有作為所述第一旋轉元件的第一太陽齒輪、作為所述第二旋轉元件的第一行星齒輪架以及作為所述第三旋轉元件的第一環形齒輪；並且 所述第二行星齒輪組是雙小齒輪行星齒輪組，所述雙小齒輪行星齒輪組具有作為所述第四旋轉元件的第二太陽齒輪、作為所述第五旋轉元件的第二環形齒輪以及作為所述第六旋轉元件的第二行星齒輪架。
16.根據權利要求12所述的動力傳動系統，其中，所述第一離合器設置在所述第四旋轉元件與所述第五旋轉元件之間。
17.根據權利要求12所述的動力傳動系統，其中，所述第一離合器設置在所述第四旋轉元件與所述第六旋轉元件之間。
18.根據權利要求12所述的動力傳動系統，其中，所述第一離合器設置在所述第五旋轉元件與所述第六旋轉元件之間。
19.根據權利要求12所述的動力傳動系統，其中，所述摩擦元件包括: 制動器，設置 在所述第六旋轉元件與所述傳動外殼之間；以及 第二離合器，設置在所述第三旋轉元件與所述第二傳動齒輪之間。
20.根據權利要求12所述的動力傳動系統，其中，所述摩擦元件包括: 制動器，設置在所述第六旋轉元件與所述傳動外殼之間；以及 第二離合器，設置在所述第四旋轉元件與所述第二傳動齒輪之間。
【文檔編號】F16H3/72GK103851142SQ201310514115
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年10月25日 優先權日:2012年11月28日
【發明者】李昌鬱, 樸鍾述 申請人:現代自動車株式會社