ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ И ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к способу запуска двигателя внутреннего сгорания в гибридной силовой передаче согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения. Изобретение также относится к транспортному средству, содержащему такую гибридную силовую передачу согласно ограничительной части пункта 10 формулы изобретения, к компьютерной программе для запуска двигателя внутреннего сгорания согласно ограничительной части пункта 11 формулы изобретения, и к компьютерному программному продукту, содержащему программный код согласно ограничительной части пункта 12 формулы изобретения.
Гибридные транспортные средства могут приводиться в движение посредством первичного двигателя, который может представлять собой двигатель внутреннего сгорания, и вторичного двигателя, который может представлять собой электрическую машину. Электрическая машина оснащена по меньшей мере одним устройством накопления энергии, таким как устройство накопления электрохимической энергии, для накопления электрической мощности, и управляющим оборудованием, чтобы управлять потоком электрической мощности между устройством накопления энергии и электрической машиной. Таким образом, электрическая машина может попеременно работать в качестве электромотора и в качестве генератора, в зависимости от рабочего режима транспортного средства. Когда транспортное средство тормозит, электрическая машина вырабатывает электрическую мощность, которая накапливается в устройстве накопления энергии. Это обычно упоминается в качестве рекуперативного торможения, которое влечет за собой то, что транспортное средство замедляется посредством электрической машины и двигателя внутреннего сгорания. Накопленная электрическая мощность используется позднее для работы транспортного средства.
Коробка передач в гибридном транспортном средстве может содержать планетарную передачу. Планетарная коробка передач обычно содержит три компонента, которые размещаются с возможностью вращения относительно друг друга, а именно, солнечное зубчатое колесо, водило зубчатых колес планетарной передачи и внутреннюю коронную шестерню. При наличии сведений относительно числа зубьев в солнечном зубчатом колесе и внутренней коронной шестерне, взаимные частоты вращения трех компонентов могут определяться в ходе работы. Один из компонентов планетарной передачи может соединяться с выходным валом в двигателе внутреннего сгорания. Таким образом, этот компонент планетарной передачи вращается с частотой вращения, соответствующей частоте вращения выходного вала в двигателе внутреннего сгорания. Второй компонент в планетарной передаче может соединяться с входным валом для трансмиссионного устройства. Таким образом, этот компонент планетарной передачи вращается с частотой вращения, идентичной частоте вращения входного вала для трансмиссионного устройства. Третий компонент в планетарной передаче используется для того, чтобы достигать гибридного режима работы, соединяется с ротором в электрической машине. Таким образом, этот компонент в планетарной передаче вращается с частотой вращения, идентичной частоте вращения ротора электрической машины, если они непосредственно соединяются между собой. Альтернативно, электрическая машина может соединяться с третьим компонентом планетарной передачи через трансмиссию, которая имеет передаточное отношение. В этом случае, электрическая машина и третий компонент в планетарной передаче могут вращаться с различными частотами вращения. Частота вращения двигателя и/или крутящий момент электрической машины могут управляться бесступенчато. В течение периодов работы, когда на входной вал для трансмиссионного устройства должна подаваться частота вращения и/или крутящий момент двигателя, устройство управления, имеющее сведения относительно частоты вращения двигателя для двигателя внутреннего сгорания, вычисляет частоту вращения, с которой должен управляться третий компонент, для того, чтобы входной вал для трансмиссионного устройства получал требуемую частоту вращения. Устройство управления активирует электрическую машину, так что она предоставляет в третий компонент вычисленную частоту вращения двигателя и, таким образом, во входной вал для трансмиссионного устройства требуемую частоту вращения.
В зависимости от конструкции трансмиссионного устройства, соединенного с планетарной передачей, может не допускаться прерывание крутящего момента между ступенями зубчатой передачи. Тем не менее, зачастую, отдельные и сложные устройства требуются в трансмиссионном устройстве, чтобы исключать или уменьшать прерывание крутящего момента, так что получается восприятие бесступенчатых переключений передач.
Посредством соединения выходного вала двигателя внутреннего сгорания, ротора электрической машины и входного вала трансмиссионного устройства с планетарной передачей, может исключаться традиционный механизм муфты. При ускорении транспортного средства, увеличенный крутящий момент должен доставляться из двигателя внутреннего сгорания и электрической машины в трансмиссионное устройство и дополнительно на ведущие колеса транспортного средства. Поскольку как двигатель внутреннего сгорания, так и электрическая машина соединяются с планетарной передачей, наибольший возможный крутящий момент, доставляемый посредством двигателя внутреннего сгорания и электрической машины, будет ограничиваться посредством одного из этих модулей привода; т.е. того из них, максимальный крутящий момент которого ниже максимального крутящего момента второго модуля привода, с учетом передаточного отношения между ними. В случае, если наибольший крутящий момент электрической машины ниже наибольшего крутящего момента двигателя внутреннего сгорания, с учетом передаточного отношения между ними, электрическая машина не имеет возможности формировать достаточно большой реактивный крутящий момент в планетарную передачу, что влечет за собой то, что двигатель внутреннего сгорания не может передавать свой наибольший крутящий момент в трансмиссионное устройство и дополнительно на ведущие колеса транспортного средства. Таким образом, наибольший крутящий момент, который может передаваться в трансмиссионное устройство, ограничен прочностью электрической машины. Это также очевидно из так называемого планетарного уравнения.
Использование традиционной муфты, которая отсоединяет входной вал коробки передач от двигателя внутреннего сгорания в ходе процессов переключения передач в коробке передач, влечет за собой такие недостатки, как нагрев дисков муфты, который приводит к износу дисков муфты и повышенному расходу топлива. Традиционный механизм муфты также является относительно тяжелым и дорогостоящим. Он также занимает относительно большое пространство в транспортном средстве.
В транспортном средстве, зачастую ограничивается пространство, доступное для узла привода. Если узел привода содержит несколько компонентов, таких как двигатель внутреннего сгорания, электрическая машина, коробка передач и планетарная передача, конструкция должна быть компактной. Если предусмотрены дополнительные компоненты, такие как рекуперативное тормозное устройство, требования для составных частей иметь компактную конструкцию являются еще более строгими. Одновременно, составные части в узле привода должны быть сконструированы с размерами, которые позволяют поглощать требуемые силы и крутящий момент.
Для некоторых типов транспортных средств, в частности, для большегрузных транспортных средств и автобусов, требуется большое число ступеней зубчатой передачи. Таким образом, увеличивается число составных частей в коробке передач, которая также должна иметь такие размеры, чтобы иметь возможность поглощать большие силы и крутящий момент, возникающие в таких большегрузных транспортных средствах. Это приводит к увеличению размера и веса коробки передач.
Также предусмотрены требования по высокой надежности и высокой безотказности компонентов, содержащихся в приводном устройстве. В случае, если коробка передач содержит многодисковые муфты, возникает износ, который оказывает влияние на надежность и ресурс коробки передач.
При рекуперативном торможении, кинетическая энергия преобразуется в электрическую мощность, которая накапливается в устройстве накопления энергии, таком как аккумуляторы. Один фактор, оказывающий влияние на ресурс устройства накопления энергии, представляет собой число циклов, в которых устройство накопления энергии предоставляет и извлекает мощность в/из электрических машин. Чем больше циклов, тем меньше ресурс устройства накопления энергии.
В некоторых рабочих режимах, желательно выключать двигатель внутреннего сгорания, с целью экономии топлива и не допускать остывания системы очистки выхлопов двигателя внутреннего сгорания. Когда ввод крутящего момента требуется в гибридной силовой передаче, либо когда устройство накопления энергии должно быть заряжено, двигатель внутреннего сгорания должен запускаться быстро и эффективно.
Документ EP-B1-1126987 показывает коробку передач со сдвоенными планетарными передачами. Каждое солнечное зубчатое колесо планетарной передачи соединяется с электрической машиной, и внутренние колеса планетарных передач соединяются между собой. Водило зубчатых колес планетарной передачи в каждой планетарной передаче соединяется с определенным числом зубчатых пар, так что получается бесконечное число ступеней зубчатой передачи. Другой документ, EP-B1-1280677, также показывает то, как планетарные передачи могут шунтироваться со ступенью зубчатой передачи, размещаемой на выходном валу двигателя внутреннего сгорания.
Документ US-A1-20050227803 показывает трансмиссию транспортного средства с двумя электрическими машинами, соединенными с соответствующими солнечными зубчатыми колесами в двух планетарных передачах. Планетарные передачи имеют общее водило зубчатых колес планетарной передачи, которое соединяется с входным валом трансмиссии.
Документ WO2008/046185-A1 показывает гибридную трансмиссию с двумя планетарными передачами, при этом одна электрическая машина соединяется с одной из планетарных передач, и сдвоенная муфта взаимодействует со второй планетарной передачей. Обе планетарные передачи также взаимодействуют между собой через зубчатую трансмиссию.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Несмотря на решения предшествующего уровня в данной области техники, имеется потребность в том, чтобы дополнительно разрабатывать гибридную силовую передачу, чтобы достигать запуска двигателя внутреннего сгорания.
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы за счет этого добиваться запуска двигателя внутреннего сгорания в гибридной силовой передаче.
Другая задача изобретения состоит в том, чтобы предоставлять новую и преимущественную компьютерную программу для запуска двигателя внутреннего сгорания.
Эти задача достигаются за счет способа, указываемого в начале, который отличается посредством признаков, указанных в отличительной части по п. 1.
Эти задача также достигаются за счет транспортного средства, указываемого в начале, которое отличается посредством признаков, указанных в отличительной части по п. 10.
Эти задача также достигаются за счет компьютерной программы для запуска двигателя внутреннего сгорания, которая отличается посредством признаков, указанных в отличительной части по п. 11.
Эти задача также достигаются за счет компьютерного программного продукта для запуска двигателя внутреннего сгорания, который отличается посредством признаков, указанных в отличительной части по п. 12.
За счет способа согласно изобретению, получается эффективный и надежный запуск двигателя внутреннего сгорания, когда первая и/или вторая электрическая машина достигает требуемого крутящего момента на выходном валу из коробки передач. Такой рабочий режим может возникать, когда гибридная силовая передача размещается в транспортном средстве, и когда транспортное средство приводится в движение посредством первой и/или второй электрической машины. Двигатель внутреннего сгорания может выключаться с целью экономии топлива или недопущения остывания системы предварительной очистки выхлопов двигателя внутреннего сгорания. Если ввод крутящего момента требуется в гибридной силовой передаче, когда транспортное средство приводится в движение, или когда устройство накопления энергии должно быть заряжено, двигатель внутреннего сгорания может запускаться быстро и эффективно посредством балансирования первой и второй электрической машины таким образом, что достигаются требуемый крутящий момент на выходном валу и требуемый крутящий момент для запуска двигателя внутреннего сгорания.
Надлежащим образом, требуемый крутящий момент на выходном валу достигается посредством первой и/или второй электрической машины по меньшей мере через одну зубчатую пару, соединенную с первой планетарной передачей, и/или по меньшей мере через одну зубчатую пару, соединенную со второй планетарной передачей.
Предпочтительно, требуемый крутящий момент на выходном валу достигается через пятую зубчатую пару, размещаемую между выходным валом и промежуточным валом, причем с этим промежуточным валом соединяются по меньшей мере одна зубчатая пара, соединенная с первой планетарной передачей, и по меньшей мере одна зубчатая пара, соединенная со второй планетарной передачей.
Согласно одному варианту осуществления способа, первое солнечное зубчатое колесо, размещаемое в первой планетарной передаче, и первое водило зубчатых колес планетарной передачи отсоединяются друг от друга, и второе солнечное зубчатое колесо, размещаемое во второй планетарной передаче, и второе водило зубчатых колес планетарной передачи отсоединяются друг от друга.
Надлежащим образом, способ также включает этап расстопорения стопорящего устройства, которое стопорит первое водило зубчатых колес планетарной передачи, размещаемое в первой планетарной передаче, посредством картера коробки передач коробки передач, перед этапом управления первой и второй электрической машиной таким образом, что достигаются требуемый крутящий момент на выходном валу и требуемый крутящий момент для запуска двигателя внутреннего сгорания.
Согласно другому варианту осуществления способа, первое солнечное зубчатое колесо, размещаемое в первой планетарной передаче, и первое водило зубчатых колес планетарной передачи стопорятся между собой; и второе солнечное зубчатое колесо, размещаемое во второй планетарной передаче, и второе водило зубчатых колес планетарной передачи отсоединяются друг от друга.
Надлежащим образом, этап включает управление первой и второй электрической машиной таким образом, что достигаются требуемый крутящий момент на выходном валу и требуемый крутящий момент для запуска двигателя внутреннего сгорания, управление второй электрической машиной таким образом, что она достигает положительного крутящего момента на выходном валу, и управление первой электрической машиной таким образом, что она достигает требуемого крутящего момента на выходном валу двигателя внутреннего сгорания, при этом первая электрическая машина также предотвращает отрицательный реактивный крутящий момент из второй электрической машины.
Согласно одному варианту осуществления способа, требуемый крутящий момент на выходном валу больше нуля.
Альтернативно, требуемый крутящий момент на выходном валу равен нулю. В случае, если гибридная силовая передача размещается в транспортном средстве, нулевой крутящий момент на выходном валу означает, что силовая передача не оказывает влияние на ускорение или замедление транспортного средства. Нулевой крутящий момент на выходном валу может быть преимущественным, если двигатель внутреннего сгорания запускается, когда транспортное средство стоит на месте.
Электрические машины, которые соединяются с планетарными передачами, могут вырабатывать мощность и/или подавать крутящий момент в зависимости от требуемого рабочего режима. Электрические машины также могут, в определенные периоды работы, подавать друг в друга мощность.
Коробка передач предпочтительно оснащена определенным числом зубчатых пар, содержащих зубчатые колеса, которые могут механически фиксироваться на и высвобождаться от промежуточного вала. Предпочтительно, первый главный вал и второй главный вал соединяются с трансмиссионным устройством, содержащим определенное число соединяемых и отсоединяемых зубчатых пар. Зубчатые пары содержат зубчатые колеса, которые являются механически стопоримыми с и отсоединяемыми от промежуточного вала. Таким образом, получается определенное число фиксированных ступеней зубчатой передачи, которые могут переключаться без прерывания крутящего момента. Зубчатые колеса, которые могут фиксироваться на промежуточном валу, также приводят к компактной конструкции с высокой надежностью и высокой безотказностью. Таким образом, зубчатая пара может отсоединяться, после чего соответствующее зубчатое колесо отсоединяется от промежуточного вала, и зубчатая пара может соединяться, после чего соответствующее зубчатое колесо соединяется с промежуточным валом. Альтернативно, сателлитные шестерни в зубчатых парах могут быть выполнены с возможностью быть стопоримыми с и отсоединяемыми от первого главного вала или второго главного вала.
Каждая из зубчатых пар имеет передаточное отношение, которое адаптировано к требуемым характеристикам приведения в движение транспортного средства. Зубчатая пара с наибольшим передаточным отношением, относительно других зубчатых пар, надлежащим образом соединяется, когда зацепляется низшая передача.
Надлежащим образом, первое водило зубчатых колес планетарной передачи в первой планетарной передаче непосредственно соединяется с двигателем внутреннего сгорания через входной вал. Альтернативно, первое водило зубчатых колес планетарной передачи соединяется с двигателем внутреннего сгорания через соединительное устройство. Второе водило зубчатых колес планетарной передачи во второй планетарной передаче предпочтительно непосредственно соединяется со вторым главным валом и, следовательно, с трансмиссионным устройством. Таким образом, достигается гибридная силовая передача, которая позволяет передавать большой крутящий момент на выходной вал и соединенные с ним ведущие колеса во всех рабочих режимах, без зависимости от электрической мощности из устройства накопления энергии.
Первое водило зубчатых колес планетарной передачи в первой планетарной передаче предпочтительно соединяется со вторым солнечным зубчатым колесом второй планетарной передачи. Первое солнечное зубчатое колесо в первой планетарной передаче предпочтительно соединен с первым главным валом, и второе водило зубчатых колес планетарной передачи во второй планетарной передаче предпочтительно соединяется со вторым главным валом. Таким образом, получается трансмиссия, которая переключает передачи без прерывания крутящего момента. Альтернативно, первое водило зубчатых колес планетарной передачи в первой планетарной передаче соединяется со второй внутренней коронной шестерней второй планетарной передачи. Альтернативно, первый главный вал соединяется с первой внутренней коронной шестерней, размещаемой в первой планетарной передаче.
Посредством соединения первого водила зубчатых колес планетарной передачи в первой планетарной передаче со вторым солнечным зубчатым колесом во второй планетарной передаче, соединения первого солнечного зубчатого колеса в первой планетарной передаче с первым главным валом и соединения второго водила зубчатых колес планетарной передачи во второй планетарной передаче со вторым главным валом, получается трансмиссия, которая переключается без прерывания крутящего момента.
За счет коробки передач согласно изобретению, могут исключаться традиционные муфты проскальзывания между двигателем внутреннего сгорания и коробкой передач.
Стопорящий механизм выполнен с возможностью фиксированным образом соединять выходной вал двигателя внутреннего сгорания с картером коробки передач. Таким образом, первое водило зубчатых колес планетарной передачи также должно фиксироваться в картере коробки передач. Посредством стопорения выходного вала двигателя внутреннего сгорания посредством стопорящего механизма и первого водила зубчатых колес планетарной передачи посредством картера коробки передач, коробка передач и, таким образом, транспортное средство становится адаптированным для электроснабжения посредством электрических машин. Таким образом, электрические машины выдают крутящий момент на выходной вал коробки передач.
Первое и второе соединительное устройство размещаются между водилом зубчатых колес планетарной передачи и солнечным зубчатым колесом соответствующих планетарных передач. Задача соединительных устройств состоит в том, чтобы стопорить соответствующие водила зубчатых колес планетарной передачи посредством солнечного зубчатого колеса. Когда водило зубчатых колес планетарной передачи и солнечное зубчатое колесо соединяются между собой, мощность из двигателя внутреннего сгорания должна проходить через водило зубчатых колес планетарной передачи, соединительное устройство, солнечное зубчатое колесо и далее в коробку передач, что влечет за собой то, что зубчатые колеса планетарной передачи не поглощают крутящий момент. Это влечет за собой то, что размер зубчатых колес планетарной передачи может быть адаптирован только к крутящему моменту электрической машины вместо крутящего момента двигателя внутреннего сгорания, что, в свою очередь, означает то, что зубчатые колеса планетарной передачи могут быть сконструированы с меньшими размерами. Таким образом, получается узел привода согласно изобретению, который имеет компактную конструкцию, низкий вес и низкие затраты на изготовление.
Чтобы расцеплять водило зубчатых колес планетарной передачи для соответствующей планетарной передачи и солнечное зубчатое колесо друг от друга, первая и/или вторая электрическая машина управляется таким образом, что равновесие крутящих моментов достигается в планетарной передаче. Равновесие крутящих моментов связано с состоянием, в котором крутящий момент действует на коронную шестерню, размещаемую в планетарной передаче, представляющий собой произведение крутящего момента, действующего на водило зубчатых колес планетарной передачи планетарной передачи, и передаточного отношения планетарной передачи, при этом одновременно крутящий момент действует на солнечное зубчатое колесо планетарной передачи, представляющий собой произведение крутящего момента, действующего на водило зубчатых колес планетарной передачи, и (1-передаточное отношение планетарной передачи). В случае, если две из составных частей планетарной передачи, т.е. солнечное зубчатое колесо, коронная шестерня или водила зубчатых колес планетарной передачи, соединяются с соединительным устройством, это соединительное устройство не передает крутящий момент между частями планетарной передачи, когда равновесие крутящих моментов преобладает. Соответственно, соединительное устройство может легко переключаться, и составные части планетарной передачи могут отсоединяться.
Соединительные устройства и стопорящие механизмы предпочтительно содержат кольцевую втулку, которая переключается аксиально между соединенным и отсоединенным состоянием. Втулка размещает, практически концентрически, вращающиеся компоненты коробки передач и перемещается между соединенным и отсоединенным состоянием посредством силового элемента. Таким образом, получается компактная конструкция с низким весом и низкими затратами на изготовление.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Ниже приводится описание, в качестве примера, предпочтительных вариантов осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 схематично показывает транспортное средство при виде сбоку двигателя внутреннего сгорания, выполненного с возможностью запускаться согласно способу, согласно настоящему изобретению,
Фиг.2 показывает схематичный вид сбоку гибридной силовой передачи с двигателем внутреннего сгорания, который выполнен с возможностью запускаться согласно способу, согласно настоящему изобретению,
Фиг.3 показывает схематичный вид гибридной трансмиссии с двигателем внутреннего сгорания, который выполнен с возможностью запускаться согласно способу, согласно настоящему изобретению, и
Фиг.4 показывает блок-схему последовательности операций способа для запуска двигателя внутреннего сгорания в гибридной силовой передаче согласно настоящему изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фиг.1 показывает схематичный вид сбоку транспортного средства 1, содержащего коробку 2 передач и двигатель 4 внутреннего сгорания, которые содержатся в гибридной силовой передаче 3. Двигатель 4 внутреннего сгорания соединяется с коробкой 2 передач, и коробка 2 передач дополнительно соединяется с ведущими колесами 6 транспортного средства 1 через карданный вал 9. Ведущие колеса 6 оснащены тормозными устройствами 7, чтобы осуществлять торможение транспортного средства 1.
Фиг.2 показывает схематичный вид сбоку гибридной силовой передачи 3 с коробкой 2 передач, содержащей входной вал 8, первую и вторую планетарную передачу 10 и 12, соответственно, первую и вторую электрическую машину 14 и 16, соответственно, промежуточный вал 18 и выходной вал 20. Гибридная силовая передача содержит двигатель 4 внутреннего сгорания, соединенный с коробкой 2 передач. Двигатель 4 внутреннего сгорания соединяется с коробкой 2 передач через входной вал 8 коробки передач. Двигатель внутреннего сгорания имеет выходной вал 97. Выходной вал 97 двигателя 4 внутреннего сгорания соединяется с входным валом коробки 2 передач. Первая планетарная передача 10 имеет первую внутреннюю коронную шестерню 22, с которой соединяется первый ротор 24 в первой электрической машине 14. Первая планетарная передача 10 также имеет первое солнечное зубчатое колесо 26 и первое водило 50 зубчатых колес планетарной передачи. Вторая планетарная передача 12 имеет вторую внутреннюю коронную шестерню 28, с которой соединяется второй ротор 30 второй электрической машины 16. Вторая планетарная передача 12 имеет второе солнечное зубчатое колесо 32 и второе водило 51 зубчатых колес планетарной передачи. Первое и второе солнечные зубчатые колеса 26 и 32, соответственно, коаксиально размещаются, что, согласно, показанному варианту осуществления, влечет за собой то, что первый главный вал 34, размещаемый на первом солнечном зубчатом колесе 26, идет внутри второго главного вала 36, который оснащен центральным отверстием 38, размещаемым на втором водиле 51 зубчатых колес планетарной передачи. Также можно размещать первый главный вал 34 параллельно с и рядом со вторым главным валом 36. Также можно размещать первое и второе солнечные зубчатые колеса 26 и 32, соответственно, параллельно и рядом друг с другом. В этом случае, промежуточный вал 18 надлежащим образом размещается между первым главным валом 34 и вторым главным валом 36, и крутящий момент может извлекаться непосредственно из промежуточного вала 18. Таким образом, промежуточный вал 18 составляет, в этом случае, выходной вал 20.
Двигатель 4 внутреннего сгорания соединен с первым водилом 50 зубчатых колес планетарной передачи, и первое водило 50 зубчатых колес планетарной передачи соединяется со вторым солнечным зубчатым колесом 32.
Первая электрическая машина 14 оснащена первым статором 40, который соединяется с транспортным средством 1 через картер 42 коробки передач, окружающий коробку 2 передач. Вторая электрическая машина 16 оснащена вторым статором 44, который соединяется с транспортным средством 1 через картер 42 коробки передач, окружающий коробку 2 передач. Первая и вторая электрическая машина 16 соединяются с устройством 46 накопления энергии, таким как аккумулятор, который, в зависимости от рабочего режима транспортного средства 1, управляет электрическими машинами 14 и 16, соответственно. В других рабочих режимах, электрические машины 14 и 16, соответственно, могут работать в качестве генераторов, при этом мощность подается в устройство 46 накопления энергии. Электронное устройство 48 управления соединяется с устройством 46 накопления энергии и управляет подачей мощности в электрические машины 14 и 16, соответственно. Предпочтительно, устройство 46 накопления энергии соединяется с электрическими машинами 14 и 16, соответственно, через переключатель 49, который соединяется с устройством 48 управления. В некоторых рабочих режимах, электрические машины 14 и 16, соответственно, также могут управлять друг другом. Электрические машины 14 и 16, соответственно, могут надлежащим образом управлять друг другом. Электрическая мощность затем направляется из одной из электрических машин 14, 16 во вторую электрическую машину 14, 16 через переключатель 49, соединенный с электрическими машинами 14, 16. Таким образом, можно добиваться баланса мощностей между электрическими машинами 14, 16. Другой компьютер 53 также может соединяться с устройством 48 управления и коробкой 2 передач.
Первая планетарная передача 10 оснащена первым водилом 50 зубчатых колес планетарной передачи, на котором монтируется первый набор зубчатых колес 52 планетарной передачи. Вторая планетарная передача 12 оснащена вторым водилом 51 зубчатых колес планетарной передачи, на котором монтируется второй набор зубчатых колес 54 планетарной передачи. Первый набор зубчатых колес 52 планетарной передачи взаимодействует с первой внутренней коронной шестерней 22 и первым солнечным зубчатым колесом 26. Второй набор зубчатых колес 54 планетарной передачи взаимодействует со второй внутренней коронной шестерней 28 и вторым солнечным зубчатым колесом 32. Входной вал 8 коробки 2 передач соединен с первым водилом 50 зубчатых колес планетарной передачи.
Первое соединительное устройство 56 размещается между первым солнечным зубчатым колесом 26 и первым водилом 50 зубчатых колес планетарной передачи. Посредством размещения первого соединительного устройства 56 таким образом, что первое солнечное зубчатое колесо 26 и первое водило 50 зубчатых колес планетарной передачи соединяются между собой и, следовательно, не могут вращаться относительно друг друга, первое водило 50 зубчатых колес планетарной передачи и первое солнечное зубчатое колесо 26 должны вращаться с равными частотами вращения.
Второе соединительное устройство 58 размещается между вторым солнечным зубчатым колесом 32 и вторым водилом 51 зубчатых колес планетарной передачи. Посредством размещения второго соединительного устройства 58 таким образом, что второе солнечное зубчатое колесо 32 и второе водило 51 зубчатых колес планетарной передачи соединяются между собой и, следовательно, не могут вращаться относительно друг друга, второе водило 51 зубчатых колес планетарной передачи и первое солнечное зубчатое колесо 32 должны вращаться с равными частотами вращения.
Предпочтительно, первое и второе соединительные устройства 56, 58 содержат первую и вторую соединительную шлицевую втулку 55 и 57, соответственно, которые являются аксиально переключаемыми на шлицевые секции, соответственно, на первом и втором водиле 50 и 51 зубчатых колес планетарной передачи и на шлицевые секции на соответствующих солнечных зубчатых колесах 26 и 32. Посредством переключения соответствующей соединительной втулки 55, 57 таким образом, что шлицевые секции соединяются через соответствующие соединительные втулки 55, 57, первое водило 50 зубчатых колес планетарной передачи и первое солнечное зубчатое колесо 26, а также второе водило 51 зубчатых колес планетарной передачи и второе солнечное зубчатое колесо 32, соответственно, становятся взаимно сцепленными между собой и не могут вращаться относительно друг друга.
Первое и второе соединительное устройство 56, 58 согласно варианту осуществления, показанному на фиг.2, размещаются между первым солнечным зубчатым колесом 26 и первым водилом 50 зубчатых колес планетарной передачи и между вторым солнечным зубчатым колесом 28 и вторым водилом 51 зубчатых колес планетарной передачи, соответственно. Тем не менее, можно размещать дополнительное или альтернативное соединительное устройство (не показано) между первой внутренней коронной шестерней 22 и первым водилом 50 зубчатых колес планетарной передачи, а также размещать дополнительное или альтернативное соединительное устройство (не показано) между второй внутренней коронной шестерней 28 и вторым водилом 51 зубчатых колес планетарной передачи.
Первое водило 50 зубчатых колес планетарной передачи в первой планетарной передаче 10, в этом варианте осуществления, фиксированным образом соединяется со вторым солнечным зубчатым колесом 32 второй планетарной передачи 12.
Трансмиссионное устройство 19, которое содержит первую зубчатую пару 60, размещаемую между первой планетарной передачей 10 и выходным валом 20, соединен с первым и вторым главным валом 34, 36. Первая зубчатая пара 60 содержит первую сателлитную шестерню 62 и первое зубчатое колесо 64, которые находятся в зацеплении между собой. Вторая зубчатая пара 66 размещается между второй планетарной передачей 12 и выходным валом 20. Вторая зубчатая пара 66 содержит вторую сателлитную шестерню 68 и второе зубчатое колесо 70, которые находятся в зацеплении между собой. Третья зубчатая пара 72 размещается между первой планетарной передачей 10 и выходным валом 20. Третья зубчатая пара 72 содержит третью сателлитную шестерню 74 и третье зубчатое колесо 76, которые находятся в зацеплении между собой. Четвертая зубчатая пара 78 размещается между второй планетарной передачей 12 и выходным валом 20. Четвертая зубчатая пара 78 содержит четвертую сателлитную шестерню 80 и четвертое зубчатое колесо 82, которые находятся в зацеплении между собой.
На первом главном валу 34, размещаются первая и третья сателлитные шестерни 62 и 74, соответственно. Первая и третья сателлитные шестерни 62 и 74, соответственно, фиксированным образом соединяются с первым главным валом 34, так что они не могут вращаться относительно первого главного вала 34. На втором главном валу 36, размещаются вторая и четвертая сателлитные шестерни 68 и 80, соответственно. Вторая и четвертая сателлитные шестерни 68 и 80, соответственно, фиксированным образом соединяются со вторым главным валом 36, так что они не могут вращаться относительно второго главного вала 36.
Промежуточный вал 18 идет практически параллельно с первым и вторым главным валом 34 и 36, соответственно. На промежуточном валу 18, монтируются первое, второе, третье и четвертое зубчатые колеса 64, 70, 76 и 82, соответственно. Первая сателлитная шестерня 62 зацепляется с первым зубчатым колесом 64, вторая сателлитная шестерня 68 зацепляется со вторым зубчатым колесом 70, третья сателлитная шестерня 74 зацепляется с третьим зубчатым колесом 76, и четвертая сателлитная шестерня 80 зацепляется с четвертым зубчатым колесом 82.
Первое, второе, третье и четвертое зубчатые колеса 64, 70, 76 и 82, соответственно, могут по отдельности фиксироваться на и высвобождаться от промежуточного вала 18 посредством первого, второго, третьего и четвертого соединительных элементов 84, 86, 88 и 90, соответственно. Соединительные элементы 84, 86, 88 и 90, соответственно, предпочтительно состоят из шлицевых секций на зубчатых колесах 64, 70, 76 и 82, соответственно, и на промежуточном валу 18, которые взаимодействуют с пятой и шестой соединительными втулками 83, 85, которые механически зацепляются со шлицевыми секциями соответствующего первого-четвертого зубчатого колеса 64, 70, 76 и 82 и промежуточного вала 18. Первый и третий соединительные элементы 84, 88 предпочтительно оснащены общей соединительной втулкой 83, и второй и четвертой соединительные элементы 86, 90 предпочтительно оснащены общей соединительной втулкой 85. В расцепленном состоянии, относительное вращение может возникать между зубчатыми колесами 64, 70, 76 и 82 и промежуточным валом 18. Соединительные элементы 84, 86, 88 и 90, соответственно, также могут состоять из фрикционных муфт. На промежуточном валу 18 также размещается пятое зубчатое колесо 92, которое зацепляется с шестым зубчатым колесом 92, 94, которое размещается на выходном валу 20 коробки 2 передач.
Промежуточный вал 18 размещается между соответствующими первой и второй планетарными передачами 10, 12 и выходным валом 20, так что промежуточный вал 18 соединяется с выходным валом 20 через пятую зубчатую пару 21, которая содержит пятое и шестое зубчатое колесо 92, 94. Пятое зубчатое колесо 92 размещается таким образом, что оно может соединяться и отсоединяться от промежуточного вала 18 посредством пятого соединительного элемента 93.
Посредством отсоединения пятого зубчатого колеса 92, которое выполнено с возможностью быть отсоединяемым от промежуточного вала 18, можно передавать крутящий момент из второй планетарной передачи 12 на промежуточный вал 18, например, через вторую зубчатую пару 66 и дополнительно передавать крутящий момент из промежуточного вала 18 на выходной вал 20, например, через первую зубчатую пару 60. Таким образом, получается число ступеней зубчатой передачи, при котором крутящий момент из одной из планетарных передач 10, 12 может передаваться на промежуточный вал 18 и далее из промежуточного вала 18 на главный вал 34, 36, соединенный со второй планетарной передачей 10, 12, в завершение, чтобы передавать крутящий момент на выходной вал 20 коробки 2 передач. Тем не менее, это предполагает то, что соединяется соединительный механизм 96, размещаемый между первым главным валом 34 и выходным валом 20, который подробнее описан ниже.
Пятое зубчатое колесо 92 может фиксироваться на и высвобождаться от промежуточного вала 18 посредством пятого соединительного элемента 93. Соединительный элемент 93 предпочтительно состоит из шлицевых секций, адаптированных на пятом зубчатом колесе 92 и промежуточном валу 18, причем эти секции взаимодействуют с девятой соединительной втулкой 87, которая механически зацепляется со шлицевыми секциями пятого зубчатого колеса 92 и промежуточного вала 18. В расцепленном состоянии, относительное вращение может возникать между пятым зубчатым колесом 92 и промежуточным валом 18. Пятый соединительный элемент 93 также может состоять из фрикционных муфт.
Передача крутящего момента из входного вала 8 коробки 2 передач на выходной вал 20 коробки 2 передач может возникать через первую или вторую планетарную передачу 10 и 12, соответственно, и промежуточный вал 18. Передача крутящего момента также может возникать непосредственно через первую планетарную передачу 10, первое солнечное зубчатое колесо 26 которой соединяется, через первый главный вал 34, с выходным валом 20 коробки 2 передач через соединительный механизм 96. Соединительный механизм 96 предпочтительно содержит седьмую соединительную шлицевую втулку 100, которая является аксиально переключаемой на первом главном валу 34 и на шлицевых секциях выходного вала 20. Посредством переключения седьмой соединительной втулки 100 таким образом, что шлицевые секции соединяются через седьмую соединительную втулку 100, первый главный вал 34 становится застопоренным посредством выходного вала 20, которые при вращении, таким образом, должны иметь идентичную частоту вращения. Посредством отсоединения пятого зубчатого колеса 92 пятой зубчатой пары 21 от промежуточного вала 18, крутящий момент из второй планетарной передачи 12 может передаваться на промежуточный вал 18 и далее из промежуточного вала 18 на первый главный вал 34, соединенный с первой планетарной передачей 10, чтобы, в завершение, передавать крутящий момент через соединительный механизм 96 на выходной вал 20 коробки 2 передач.
В ходе работы, коробка 2 передач в некоторых рабочих режимах может работать таким образом, что одно из солнечных зубчатых колес 26 и 32, соответственно, стопорится посредством первого и второго водила 50 и 51 зубчатых колес планетарной передачи, соответственно, с использованием первого и второго соединительного устройства 56 и 58, соответственно. Первый и второй главный вал 34 и 36, соответственно, затем получает частоту вращения, идентичную частоте вращения входного вала 8 коробки 2 передач, в зависимости от которой солнечное зубчатое колесо 26 и 32, соответственно, стопорится посредством соответствующих водил 50 и 51 зубчатых колес планетарной передачи. Одна или обе из электрических машин 14 и 16, соответственно, могут работать в качестве генератора для того, чтобы вырабатывать электрическую мощность в устройство 46 накопления энергии. Альтернативно, электрическая машина 14 и 16, соответственно, может предоставлять ввод крутящего момента, чтобы за счет этого увеличивать крутящий момент на выходном валу 20. В некоторые периоды работы, электрические машины 14 и 16, соответственно, подают друг в друга электрическую мощность, независимо от устройства 46 накопления энергии.
Также возможно то, что как первая, так и вторая электрическая машина 14 и 16, соответственно, вырабатывают мощность в устройство 46 накопления энергии. При торможении двигателем, водитель отпускает педаль акселератора (не показана) транспортного средства 1. Выходной вал 20 коробки 2 передач затем управляет одной или обеими электрическими машинами 14 и 16, соответственно, в то время как двигатель 4 внутреннего сгорания и электрические машины 14 и 16, соответственно, тормозят двигателем. Электрические машины 14 и 16, соответственно, в этом случае вырабатывают электрическую мощность, которая накапливается в устройстве 46 накопления энергии в транспортном средстве 1. Это рабочее состояние упоминается в качестве рекуперативного торможения. Чтобы способствовать более мощному тормозному эффекту, выходной вал 97 двигателя 4 внутреннего сгорания может стопориться, и за счет этого может не допускаться его вращение. Таким образом, только одна или обе электрические машины 14 и 16, соответственно, должны выступать в качестве тормозов и 16, чтобы вырабатывать электрическую мощность, которая накапливается в устройстве 46 накопления энергии. Стопорение выходного вала 97 двигателя 4 внутреннего сгорания также может выполняться, когда транспортное средство должно ускоряться только посредством одной или обеих электрических машин 14 и 16, соответственно. Если крутящий момент одной или обеих соответствующих электрических машин 14 и 16 преодолевает крутящий момент из двигателя 4 внутреннего сгорания, и с учетом передаточного отношения между ними, в таком случае двигатель 4 внутреннего сгорания может возможность сопротивляться большому крутящему моменту, который формируют соответствующие электрические машины 14 и 16, так что появляется необходимость стопорить выходной вал 97 двигателя 4 внутреннего сгорания. Стопорение выходного вала 97 двигателя 4 внутреннего сгорания предпочтительно выполняется посредством стопорящего устройства 102, которое размещается между первым водилом 50 зубчатых колес планетарной передачи и картером 42 коробки передачи. Посредством стопорения первого водила 50 зубчатых колес планетарной передачи и картера 42 коробки передач, выходной вал 97 двигателя 4 внутреннего сгорания также должен стопориться, поскольку выходной вал 97 двигателей 4 внутреннего сгорания соединен с первым водилом 50 зубчатых колес планетарной передачи через входной вал 8 коробки передач. Стопорящее устройство 102 предпочтительно содержит восьмую соединительную шлицевую втулку 104, которая является аксиально переключаемой на шлицевые секции первого водила 50 зубчатых колес планетарной передачи и на шлицевые секции картера коробки передач. Посредством переключения восьмой соединительной втулки 104 таким образом, что шлицевые секции соединяются через соединительную втулку 104, не допускается вращение первого водила 50 зубчатых колес планетарной передачи и, следовательно, выходного вала 97 двигателя 4 внутреннего сгорания.
Устройство 48 управления соединяется с электрическими машинами 14 и 16, соответственно, чтобы управлять соответствующими электрическими машинами 14 и 16 таким образом, что они, в течение определенных периодов работы, используют накопленную электрическую мощность для того, чтобы подавать мощность приведения в движение на выходной вал 20 коробки 2 передач, и в течение других периодов работы используют кинетическую энергию выходного вала 20 коробки 2 передач для того, чтобы извлекать и накапливать электрическую мощность. Таким образом, устройство 48 управления определяет частоту вращения и/или крутящий момент выходного вала 97 двигателя 4 внутреннего сгорания через датчики 98, размещаемые в электрических машинах 14 и 16, соответственно, и на выходном валу 20 коробки 2 передач, чтобы за счет этого собирать информацию и управлять электрическими машинами 14 и 16, соответственно, таким образом, что они работают в качестве электромоторов или генераторов. Устройство 48 управления может представлять собой компьютер с программным обеспечением, подходящий для этой цели. Устройство 48 управления также управляет потоком мощности между устройством 46 накопления энергии и соответствующими статорами 40 и 44 электрических машин 14 и 16, соответственно. В периоды, когда электрические машины 14 и 16, соответственно, работают в качестве двигателей, накопленная электрическая мощность подается из устройства 46 накопления энергии в соответствующие статоры 40 и 44. В периоды, когда электрические машины 14 и 16 работают в качестве генераторов, электрическая мощность подается из соответствующих статоров 40 и 44 в устройство 46 накопления энергии. Тем не менее, как указано выше, электрические машины 14 и 16, соответственно, могут, в течение определенных периодов работы, подавать друг в друга электрическую мощность, независимо от устройства 46 накопления энергии.
Первое и второе соединительные устройства 56 и 58, соответственно, первый, второй, третий, четвертый и пятый соединительные элементы 84, 86, 88, 90 и 93, соответственно, соединительный механизм 96 между первым главным валом 34 и выходным валом 20 и стопорящее устройство 102 между первым водилом 50 зубчатых колес планетарной передачи и картером 42 коробки передач соединяются с устройством 48 управления через соответствующие соединительные втулки. Эти компоненты предпочтительно активируются и деактивируются посредством электрических сигналов из устройства 48 управления. Соединительные втулки предпочтительно переключаются посредством непоказанных силовых элементов, таких как цилиндры с гидравлическим или пневматическим управлением. Также можно переключать соединительные втулки посредством силовых элементов с электроприводом.
Примерный вариант осуществления на фиг.2 показывает четыре сателлитные шестерни 62, 68, 74 и 80, соответственно, и четыре зубчатых колеса 64, 70, 76 и 82, соответственно, и две соответствующих планетарных передачи 10 и 12, с ассоциированными электрическими машинами 14 и 16, соответственно. Тем не менее, можно адаптировать коробку 2 передач с большим или меньшим числом сателлитных шестерен и зубчатых колес и с большим числом планетарных передач с ассоциированными электрическими машинами.
Ниже описывается переключение коробки передач "вверх" с первой на седьмую передачу, при этом коробка 2 передач размещается в транспортном средстве 1.
Входной вал 8 коробки 2 передач соединяется с выходным валом 97 двигателя 4 внутреннего сгорания транспортного средства 1. Выходной вал 20 коробки 2 передач соединяется с ведущим валом 99 в транспортном средстве 1. На холостом ходу двигателя 4 внутреннего сгорания, и когда транспортное средство 1 стоит на месте, входной вал 8 коробки 2 передач вращается одновременно с тем, как выходной вал 20 коробки 2 передач остановлен. Стопорящее устройство 102 деактивируется, так что выходной вал 97 двигателя 4 внутреннего сгорания может свободно вращаться. Поскольку входной вал 8 коробки 2 передач вращается, первое водило 50 зубчатых колес планетарной передачи также должно вращаться, что влечет за собой то, что первый набор зубчатых колес 52 планетарной передачи должен вращаться. Поскольку первое водило 50 зубчатых колес планетарной передачи соединяется со вторым солнечным зубчатым колесом 32, второе солнечное зубчатое колесо 32 и, таким образом, также второй набор зубчатых колес 54 планетарной передачи должны вращаться. За счет отсутствия подачи мощности в первую и вторую электрические машины 14 и 16, соответственно, первое и второе внутренние кольца 22 и 28, соответственно, которые соединяются с соответствующим первым и вторым ротором 24 и 30 электрических машин 14 и 16, соответственно, должны свободно вращаться, так что крутящий момент не поглощается посредством соответствующих внутренних колец 22 и 28. Первое и второе соединительные устройства 56 и 58, соответственно, отсоединяются и, таким образом, не приводятся в действие. Таким образом, крутящий момент не передается из двигателя 4 внутреннего сгорания на солнечное зубчатое колесо 26 первой планетарной передачи 10 или в водило 51 зубчатых колес планетарной передачи для второй планетарной передачи 12. Соединительный механизм 96 между первым главным валом 34 и выходным валом 20 отсоединяется, так что первый главный вал 34 и выходной вал 20 могут вращаться свободно друг относительно друга. Поскольку выходной вал 20 коробки 2 передач на этой ступени остановлен, промежуточный вал 18 также остановлен. На первой ступени, четвертое зубчатое колесо 82 и третье зубчатое колесо 76 соединяются с промежуточным валом 18 посредством четвертого и третьего соединительных элементов 90 и 88, соответственно. Первое зубчатое колесо 64 и второе зубчатое колесо 70 отсоединяются от промежуточного вала 18. Таким образом, первому зубчатому колесу 64 и второму зубчатому колесу 70 разрешается свободно вращаться относительно промежуточного вала 18. Пятое зубчатое колесо 92 пятой зубчатой пары 21 стопорится на промежуточном валу 18 посредством пятого соединительного элемента 93.
Чтобы начинать вращение выходного вала 20 коробки 2 передач для цели приведения в движение транспортного средства 1, четвертая сателлитная шестерня 80 и четвертое зубчатое колесо 82 на промежуточном валу 18 должны переводиться в состояние вращения. Это достигается посредством принудительного вращения второго водила 51 зубчатых колес планетарной передачи. Когда второе водило 51 зубчатых колес планетарной передачи вращается, второй главный вал 36 также должен вращаться, и, таким образом, четвертая сателлитная шестерня 80, которая расположена на втором главном валу 36, также вращается. Второе водило 51 зубчатых колес планетарной передачи принудительно вращается посредством управления второй внутренней коронной шестерней 28 посредством второй электрической машины 16. Посредством активации второй электрической машины 16 и управления двигателем 4 внутреннего сгорания на подходящей частоте вращения двигателя, транспортное средство 1 начинает двигаться, когда второй главный вал 36 начинает вращаться. Когда второе водило 51 зубчатых колес планетарной передачи и второе солнечное зубчатое колесо 32 достигают идентичной частоты вращения, второе солнечное зубчатое колесо 32 стопорится посредством второго водила 51 зубчатых колес планетарной передачи с использованием второго соединительного устройства 58. Как упомянуто выше, второе соединительное устройство 58 предпочтительно адаптировано таким образом, что второе солнечное зубчатое колесо 32 и второе водило 51 зубчатых колес планетарной передачи механически зацепляются между собой. Альтернативно, второе соединительное устройство 58 может быть адаптировано в качестве тормоза проскальзывания или многодисковой муфты, которая плавно соединяет второе солнечное зубчатое колесо 32 со вторым водилом 51 зубчатых колес планетарной передачи. Когда второе солнечное зубчатое колесо 32 соединяется со вторым водилом 51 зубчатых колес планетарной передачи, второе водило 51 зубчатых колес планетарной передачи должно вращаться с частотой вращения, идентичной частоте вращения выходного вала 97 двигателя 4 внутреннего сгорания. Таким образом, крутящий момент, сформированный посредством двигателя 4 внутреннего сгорания, передается на выходной вал 20 коробки 2 передач через четвертую сателлитную шестерню 80, четвертое зубчатое колесо 82 на промежуточном валу 18, пятое зубчатое колесо 92 на промежуточном валу 18 и шестое зубчатое колесо 94 на выходном валу 20 коробки 2 передач. Транспортное средство 1 в силу этого начинает трогаться с места и приводиться в движение посредством первой передачи.
Каждая из первой, второй, третьей и четвертой зубчатых пар 60, 66, 72, 78 имеет передаточное отношение, которое адаптировано к требуемым характеристикам приведения в движение транспортного средства 1. Согласно примерному варианту осуществления, показанному на фиг.2, четвертая зубчатая пара 78 имеет наибольшее передаточное отношение по сравнению с первой, второй и третьей зубчатыми парами 60, 66, 72, что приводит к соединению четвертой зубчатой пары 78, когда низшая передача зацепляется. Вторая зубчатая пара 66 передает, аналогично четвертой зубчатой паре 78, крутящий момент между вторым главным валом 36 и промежуточным валом 18 и вместо этого может обеспечиваться наибольшим передаточным отношением, по сравнению с другими зубчатыми парами 60, 72, 78, по причине чего в таком варианте осуществления вторая зубчатая пара 66 может соединяться, когда низшая передача зацепляется.
Когда промежуточный вал 18 принудительно вращается посредством четвертого зубчатого колеса 82 на промежуточном валу 18, третье зубчатое колесо 76 на промежуточном валу 18 также должно вращаться. Таким образом, промежуточный вал 18 управляет третьим зубчатым колесом 76, которое, в свою очередь, управляет третьей сателлитной шестерней 74 на первом главном валу 34. Когда первый главный вал 34 должен вращаться, первое солнечное зубчатое колесо 26 также должно вращаться, и за счет этого, в зависимости от частоты вращения выходного вала 97 двигателя 4 внутреннего сгорания и, таким образом, от частоты вращения первого водила 50 зубчатых колес планетарной передачи, оно заставляет первую внутреннюю коронную шестерню 22 и первый ротор 24 первой электрической машины 14 вращаться. В силу этого можно обеспечивать возможность первой электрической машине 14 работать в качестве генератора для того, чтобы подавать мощность в устройство 46 накопления энергии и/или подавать мощность во вторую электрическую машину 16. Также вторая электрическая машина 16 может работать в качестве генератора. Альтернативно, первая электрическая машина 14 может выдавать ввод крутящего момента посредством устройства 48 управления, управляющего первой электрической машиной 14, чтобы предоставлять крутящий момент приведения в движение.
Чтобы переключать передачи с первой передачи на вторую передачу, стопорение между вторым солнечным зубчатым колесом 32 и вторым водилом 51 зубчатых колес планетарной передачи должно прекращаться, что достигается посредством управления первой и/или второй электрической машиной 14, 16 таким образом, что равновесие крутящих моментов преобладает во второй планетарной передаче 12. Затем, второе соединительное устройство 58 управляется таким образом, что оно отсоединяет второе солнечное зубчатое колесо 32 и второе водило 51 зубчатых колес планетарной передачи друг от друга. Вторая передача соединяется, посредством устройства 48 управления, управляющего двигателем 4 внутреннего сгорания таким образом, что синхронная частота вращения возникает между первым водилом 50 зубчатых колес планетарной передачи и первым солнечным зубчатым колесом 26, чтобы достигать стопорения между первым водилом 50 зубчатых колес планетарной передачи и первым солнечным зубчатым колесом 26. Это достигается посредством управления первым соединительным устройством 56 таким образом, что первое водило 50 зубчатых колес планетарной передачи и первое солнечное зубчатое колесо 26 механически соединяются между собой. Альтернативно, первое соединительное устройство 56 может быть адаптировано в качестве тормоза проскальзывания или многодисковой муфты, которая плавно соединяет первое солнечное зубчатое колесо 26 с первым водилом 50 зубчатых колес планетарной передачи. Посредством синхронизации управления двигателем 4 внутреннего сгорания и второй и первой электрической машиной 14 и 16, соответственно, может выполняться мягкий и бесперебойный переход с первой передачи на вторую передачу.
Первый главный вал 34 теперь вращается под управлением посредством выходного вала 97 двигателя 4 внутреннего сгорания, и первый главный вал 34 теперь управляет третьей сателлитной шестерней 74. Таким образом, первое водило 50 зубчатых колес планетарной передачи управляет третьей сателлитной шестерней 74 через первое солнечное зубчатое колесо 26 и первый главный вал 34. Поскольку третье зубчатое колесо 76 находится в зацеплении с третьей сателлитной шестерней 74 и соединяется с промежуточным валом 18, третье зубчатое колесо 76 должно управлять промежуточным валом 18, который, в свою очередь, управляет пятым зубчатым колесом 92 на промежуточном валу 18. Пятое зубчатое колесо 92, в свою очередь, управляет выходным валом 20 коробки 2 передач через шестое зубчатое колесо 94, которое размещается на выходном валу 20 коробки 2 передач. Транспортное средство 1 теперь управляется посредством второй передачи.
Когда промежуточный вал 18 принудительно вращается посредством третьего зубчатого колеса 76, четвертое зубчатое колесо 82 также должно вращаться. Таким образом, промежуточный вал 18 управляет четвертым зубчатым колесом 82, которое, в свою очередь, управляет четвертой сателлитной шестерней 80 на втором главном валу 36. Когда второй главный вал 36 должен вращаться, второе водило 51 зубчатых колес планетарной передачи также должно вращаться, и за счет этого, в зависимости от частоты вращения выходного вала 97 двигателя 4 внутреннего сгорания и, таким образом, от частоты вращения в первом водиле 50 зубчатых колес планетарной передачи, оно заставляет вторую внутреннюю коронную шестерню 28 и второй ротор 30 второй электрической машины 16 вращаться. В силу этого можно обеспечивать возможность второй электрической машине 16 работать в качестве генератора для того, чтобы подавать мощность в устройство 46 накопления энергии и/или подавать мощность в первую электрическую машину 14. Вторая электрическая машина 16 также может выдавать ввод крутящего момента посредством устройства 48 управления, управляющего второй электрической машиной 16, чтобы предоставлять тяговый крутящий момент.
Чтобы переключаться со второй передачи на третью передачу, четвертое зубчатое колесо 82 на промежуточном валу 18 должно отсоединяться от промежуточного вала 18 посредством четвертого соединительного элемента 90, так что четвертое зубчатое колесо 82 может свободно вращаться относительно промежуточного вала 18. Затем, промежуточный вал 18 соединяется со вторым зубчатым колесом 70 на промежуточном валу 18 через второй соединительный элемент 86. Чтобы достигать соединения промежуточного вала 18 и второго зубчатого колеса 70 на промежуточном валу 18, предпочтительно вторая электрическая машина 16 управляется таким образом, что синхронная частота вращения возникает между промежуточным валом 18 и вторым зубчатым колесом 70 на промежуточном валу 18. Синхронная частота вращения может определяться посредством измерения частоты вращения во втором роторе 30 во второй электрической машине 16 и посредством измерения частоты вращения на выходном валу 20. Таким образом, частота вращения во втором главном валу 36 и частота вращения в промежуточном валу 18 могут определяться посредством данных передаточных отношений. Частота вращения соответствующих валов 18, 36 управляется, и когда синхронная частота вращения возникает между промежуточным валом 18 и вторым зубчатым колесом 70, промежуточный вал 18 и второе зубчатое колесо 70 соединяются посредством второго соединительного элемента 86.
Чтобы завершать переключение со второй передачи на третью передачу, стопорение между первым солнечным зубчатым колесом 26 и первым водилом 50 зубчатых колес планетарной передачи должно прекращаться, что достигается посредством управления первой и/или второй электрической машиной 14, 16 таким образом, что равновесие крутящих моментов достигается в первой планетарной передаче 10, после чего первое соединительное устройство 56 управляется таким образом, что оно расцепляет первое солнечное зубчатое колесо 26 и первое водило 50 зубчатых колес планетарной передачи друг от друга. Затем, двигатель 4 внутреннего сгорания управляется таким образом, что синхронная частота вращения возникает между вторым солнечным зубчатым колесом 32 и вторым водилом 51 зубчатых колес планетарной передачи, так что второе соединительное устройство 58 может зацепляться, чтобы за счет этого соединять второе солнечное зубчатое колесо 32 со вторым водилом 51 зубчатых колес планетарной передачи через соединительную втулку 57. Посредством синхронизации управления двигателем внутреннего сгорания 4 и второй и первой электрической машиной 14 и 16, соответственно, может выполняться мягкий и бесперебойный переход со второй на третью передачу.
Третье зубчатое колесо 76 отсоединяется посредством управления первой электрической машиной 14 таким образом, что состояние практически нулевого крутящего момента возникает между промежуточным валом 18 и третьим зубчатым колесом 76. Когда возникает состояние практически нулевого крутящего момента, третье зубчатое колесо 76 отсоединяется от промежуточного вала 18 посредством управления третьим соединительным элементом 88 таким образом, что он высвобождает третье зубчатое колесо 76 от промежуточного вала 18. Затем, первая электрическая машина 14 управляется таким образом, что синхронная частота вращения возникает между промежуточным валом 18 и первым зубчатым колесом 64. Когда возникает синхронная частота вращения, первое зубчатое колесо 64 соединяется с промежуточным валом 18 посредством управления первым соединительным элементом 84 таким образом, что он соединяет первое зубчатое колесо 64 на промежуточном валу 18. Синхронная частота вращения может определяться, поскольку частота вращения первого ротора 24 в первой электрической машине 14 измеряется, и частота вращения выходного вала 20 измеряется, после чего частоты вращения валов 18, 34 управляются таким образом, что возникает синхронная частота вращения двигателя. Таким образом, частота вращения первого главного вала 34 и частота вращения промежуточного вала 18 могут определяться посредством данных передаточных отношений.
Второй главный вал 36 теперь вращается с частотой вращения, идентичной частоте вращения выходного вала 97 двигателя 4 внутреннего сгорания, и второй главный вал 36 теперь управляет второй сателлитной шестерней 68 через второй главный вал 36. Поскольку второе зубчатое колесо 70 находится в зацеплении со второй сателлитной шестерней 68 и соединяется с промежуточным валом 18, второе зубчатое колесо 70 должно управлять промежуточным валом 18, который, в свою очередь, управляет пятым зубчатым колесом 92 на промежуточном валу 18. Пятое зубчатое колесо 92, в свою очередь, управляет выходным валом 20 коробки 2 передач через шестое зубчатое колесо 94, которое размещается на выходном валу 20 коробки 2 передач. Транспортное средство 1 теперь приводится в движение на третьей передаче.
Когда промежуточный вал 18 принудительно вращается посредством второго зубчатого колеса 70 на промежуточном валу 18, первое зубчатое колесо 64 на промежуточном валу 18 также должно вращаться. Таким образом, промежуточный вал 18 управляет первым зубчатым колесом 64, которое, в свою очередь, управляет первой сателлитной шестерней 62 на первом главном валу 34. Когда первый главный вал 34 должен вращаться, первое солнечное зубчатое колесо 26 также должно вращаться, и за счет этого, в зависимости от частоты вращения выходного вала 97 двигателя 4 внутреннего сгорания и, таким образом, от частоты вращения первого водила 50 зубчатых колес планетарной передачи, оно заставляет первую внутреннюю коронную шестерню 22 и первый ротор 24 второй электрической машины 16 вращаться. В силу этого можно обеспечивать возможность первой электрической машине 14 работать в качестве генератора для того, чтобы подавать мощность в устройство 46 накопления энергии и/или подавать мощность во вторую электрическую машину 16. Альтернативно, первая электрическая машина 14 может выдавать ввод крутящего момента посредством устройства 48 управления, управляющего первой электрической машиной 14, чтобы предоставлять крутящий момент приведения в движение.
Чтобы завершать переключение передач с третьей передачи на четвертую передачу, стопорение между вторым солнечным зубчатым колесом 32 и вторым водилом 51 зубчатых колес планетарной передачи должно прекращаться, что достигается посредством управления первой и/или второй электрической машиной 14, 16 таким образом, что равновесие крутящих моментов превалирует во второй планетарной передаче 12, после чего второе соединительное устройство 58 управляется таким образом, что оно расцепляет второе солнечное зубчатое колесо 32 и второе водило 51 зубчатых колес планетарной передачи друг от друга. Четвертая передача затем соединяется посредством устройства 48 управления, управляющего двигателем 4 внутреннего сгорания таким образом, что синхронная частота вращения возникает между первым водилом 50 зубчатых колес планетарной передачи и первым солнечным зубчатым колесом 26, чтобы достигать стопорения между первым водилом 50 зубчатых колес планетарной передачи и первым солнечным зубчатым колесом 26. Это достигается посредством управления первым соединительным устройством 56 таким образом, что первое водило 50 зубчатых колес планетарной передачи и первое солнечное зубчатое колесо 26 механически соединяются между собой. Посредством синхронизации управления двигателем 4 внутреннего сгорания и второй и первой электрической машиной 14 и 16 может выполняться мягкий и бесперебойный переход с третьей передачи на четвертую передачу.
Первый главный вал 34 теперь вращается и управляется посредством выходного вала 97 двигателя 4 внутреннего сгорания, и первый главный вал 34 теперь управляет первой сателлитной шестерней 62. Таким образом, первое водило 50 зубчатых колес планетарной передачи управляет первой сателлитной шестерней 62 через первое солнечное зубчатое колесо 26 и первый главный вал 34. Поскольку первое зубчатое колесо 64 находится в зацеплении с первой сателлитной шестерней 62 и соединяется с промежуточным валом 18, первое зубчатое колесо 64 должно управлять промежуточным валом 18, который, в свою очередь, управляет пятым зубчатым колесом 92 на промежуточном валу 18. Пятое зубчатое колесо 92, в свою очередь, управляет выходным валом 20 коробки 2 передач через шестое зубчатое колесо 94, которое размещается на выходном валу 20 коробки 2 передач. Транспортное средство 1 теперь приводится в движение на четвертой передаче.
Когда промежуточный вал 18 принудительно вращается посредством первого зубчатого колеса 64, второе зубчатое колесо 70 также должно вращаться. Таким образом, промежуточный вал 18 управляет вторым зубчатым колесом 70, которое, в свою очередь, управляет второй сателлитной шестерней 68 на втором главном валу 36. Когда второй главный вал 36 должен вращаться, второе водило 51 зубчатых колес планетарной передачи также должно вращаться, и за счет этого, в зависимости от частоты вращения выходного вала 97 двигателя 4 внутреннего сгорания и, таким образом, от частоты вращения в первом водиле 50 зубчатых колес планетарной передачи, оно заставляет вторую внутреннюю коронную шестерню 28 и второй ротор 30 второй электрической машины 16 вращаться. В силу этого можно обеспечивать возможность второй электрической машине 16 работать в качестве генератора для того, чтобы подавать мощность в устройство 46 накопления энергии и/или подавать мощность в первую электрическую машину 14. Вторая электрическая машина 16 также может выдавать ввод крутящего момента посредством устройства 48 управления, управляющего второй электрической машиной 16, чтобы предоставлять тяговый крутящий момент.
Чтобы переключать передачи с четвертой передачи на пятую передачу, первое зубчатое колесо 64 должно расцепляться от промежуточного вала 18, так что четвертая передача расцепляется. Это достигается посредством управления двигателем 4 внутреннего сгорания и первой электрической машиной 14 таким образом, что первое зубчатое колесо 64 переводится в состояние практически нулевого крутящего момента относительно промежуточного вала 18. Когда возникает состояние практически нулевого крутящего момента, первый соединительный элемент 84 расцепляется, так что первое зубчатое колесо 64 отсоединяется от промежуточного вала 18.
Затем, частота вращения первого главного вала 34 синхронизируется с частотой вращения выходного вала 20, после чего соединительный механизм 96 управляется таким образом, что он соединяет первый главный вал 34 с выходным валом 20.
Затем, двигатель 4 внутреннего сгорания и первая электрическая машина 14 управляются таким образом, что тяговый крутящий момент возникает через первый главный вал 34 и через соединительный механизм 96 и далее на выходной вал 20. Посредством уменьшения крутящего момента из второй электрической машины 16 пятый соединительный элемент 93 может переводиться в состояние практически нулевого крутящего момента относительно промежуточного вала 18. Когда возникает состояние практически нулевого крутящего момента, пятый соединительный элемент 93 расцепляется, так что пятое зубчатое колесо 92 пятой зубчатой пары 21 отсоединяется от промежуточного вала 18.
Затем, посредством второй электрической машины 16, частота вращения промежуточного вала 18 синхронизируется с частотой вращения третьего зубчатого колеса 76, после чего третий соединительный элемент 88 управляется таким образом, что он соединяет третье зубчатое колесо 76 с промежуточным валом 18. Когда это соединение завершено, тяговый крутящий момент может совместно использоваться между двигателем 4 внутреннего сгорания, первой электрической машиной 14 и второй электрической машиной 16. Затем, равновесие крутящих моментов создается в первой планетарной передаче 10, после чего первое соединительное устройство 56 отсоединяет первое водило 50 зубчатых колес планетарной передачи и первое солнечное зубчатое колесо 26 друг от друга. В завершение, второе водило 51 зубчатых колес планетарной передачи синхронизировано по частоте вращения со вторым солнечным зубчатым колесом 32, после чего второе соединительное устройство 58 соединяет второе водило 51 зубчатых колес планетарной передачи и второе солнечное зубчатое колесо 32 между собой.
Второй главный вал 36 теперь вращается под управлением выходного вала 97 двигателя 4 внутреннего сгорания, и второй главный вал 36 управляет второй сателлитной шестерней 68. Поскольку второе зубчатое колесо 70 находится в зацеплении со второй сателлитной шестерней 68 и соединяется с промежуточным валом 18 через второй соединительный элемент 86, второе зубчатое колесо 70 должно управлять промежуточным валом 18, который, в свою очередь, управляет третьим зубчатым колесом 76 на промежуточном валу 18. Третье зубчатое колесо 76, в свою очередь, управляет первым главным валом 34 через третью сателлитную шестерню 74, и выходной вал 20 коробки 2 передач в силу этого управляется через соединительный механизм 96, который соединяет первый главный вал 34 и выходной вал 20 коробки 2 передач. Транспортное средство 1 теперь приводится в движение на пятой передаче.
Чтобы переключать передачи с пятой передачи на шестую передачу, стопорение между вторым солнечным зубчатым колесом 32 и вторым водилом 51 зубчатых колес планетарной передачи должно прекращаться, что достигается посредством управления первой и/или второй электрической машиной 14, 16 таким образом, что равновесие крутящих моментов достигается во второй планетарной передаче 12, после чего второе соединительное устройство 58 управляется таким образом, что оно отсоединяет второе солнечное зубчатое колесо 32 и второе водило 51 зубчатых колес планетарной передачи друг от друга. Шестая передача затем соединяется посредством устройства 48 управления, управляющего двигателем 4 внутреннего сгорания таким образом, что синхронная частота вращения возникает между первым водилом 50 зубчатых колес планетарной передачи и первым солнечным зубчатым колесом 26, чтобы достигать стопорения между первым водилом 50 зубчатых колес планетарной передачи и первым солнечным зубчатым колесом 26. Это достигается посредством управления первым соединительным устройством 56 таким образом, что первое водило 50 зубчатых колес планетарной передачи и первое солнечное зубчатое колесо 26 механически соединяются между собой. Посредством синхронизации управления двигателем 4 внутреннего сгорания и второй и первой электрической машиной 14 и 16, соответственно, может выполняться мягкий и бесперебойный переход с пятой на шестую передачу.
Первый главный вал 34 теперь вращается под управлением выходного вала 97 двигателя 4 внутреннего сгорания, после чего первый главный вал 34 управляет выходным валом 20 коробки 2 передач через соединительный механизм 96, который соединяет первый главный вал 34 и выходной вал 20 коробки 2 передач. Транспортное средство 1 теперь приводится в движение на шестой передаче.
Чтобы переключаться с шестой на седьмую передачу, третье зубчатое колесо 76 на промежуточном валу 18 должно сначала отсоединяться от промежуточного вала 18 посредством третьего соединительного элемента 88, так что третье зубчатое колесо 76 может вращаться свободно относительно промежуточного вала 18. Затем, промежуточный вал 18 соединен с первым зубчатым колесом 64 на промежуточном валу 18 через первый соединительный элемент 84. Когда промежуточный вал 18 и первое зубчатое колесо 64 на промежуточном валу 18 имеют синхронную частоту вращения, первый соединительный элемент 84 управляется таким образом, что первое зубчатое колесо 64 и промежуточный вал 18 соединяются.
Чтобы завершать переключение с шестой передачи на седьмую передачу, стопорение между первым солнечным зубчатым колесом 26 и первым водилом 50 зубчатых колес планетарной передачи должно прекращаться, что достигается посредством управления первой и/или второй электрической машиной 14, 16 таким образом, что равновесие крутящих моментов достигается в первой планетарной передаче 10, после чего первое соединительное устройство 56 управляется таким образом, что оно расцепляет первое солнечное зубчатое колесо 26 и первое водило 50 зубчатых колес планетарной передачи друг от друга. Затем, двигатель 4 внутреннего сгорания управляется таким образом, что синхронная частота вращения возникает между вторым солнечным зубчатым колесом 32 и вторым водилом 51 зубчатых колес планетарной передачи, так что второе соединительное устройство 58 может зацепляться, чтобы за счет этого соединять второе солнечное зубчатое колесо 32 со вторым водилом 51 зубчатых колес планетарной передачи через соединительную втулку 57. Посредством синхронизации управления двигателем внутреннего сгорания 4 и второй и первой электрической машиной 14 и 16, соответственно, может выполняться мягкий и бесперебойный переход с шестой на седьмую передачу.
Второй главный вал 36 теперь вращается с частотой вращения, идентичной частоте вращения выходного вала 97 двигателя 4 внутреннего сгорания, и второй главный вал 36 управляет второй сателлитной шестерней 68. Поскольку второе зубчатое колесо 70 находится в зацеплении со второй сателлитной шестерней 68 и соединяется с промежуточным валом 18, второе зубчатое колесо 70 должно управлять промежуточным валом 18, который, в свою очередь, управляет пятым зубчатым колесом 64 на промежуточном валу 18. Первое зубчатое колесо 64, в свою очередь, управляет первым главным валом 34 через первую сателлитную шестерню 62, и выходной вал 20 коробки 2 передач в силу этого управляется через соединительный механизм 96, который соединяет первый главный вал 34 и выходной вал 20 коробки 2 передач. Транспортное средство 1 теперь приводится в движение на седьмой передаче.
Согласно вышеприведенному варианту осуществления, коробка 2 передач содержит сателлитные шестерни 62, 68, 74, 80 и зубчатые колеса 64, 70, 76, 82, размещаемые на главных валах 34, 36 и промежуточном валу 18, соответственно, чтобы передавать частоту вращения и крутящий момент. Тем не менее, можно использовать другой тип трансмиссии, к примеру, цепные и ременные приводы, чтобы передавать частоту вращения и крутящий момент в коробке 2 передач.
Трансмиссионное устройство 19 имеет четыре зубчатых пары 60, 66, 72, 78 согласно примерному варианту осуществления. Тем не менее, трансмиссионное устройство 19 может содержать любое число зубчатых пар.
Фиг.3 иллюстрирует гибридную силовую передачу 3 согласно фиг.2 в упрощенном виде, на котором некоторые компоненты исключены для ясности. G1 на фиг.3 состоит по меньшей мере из одной зубчатой пары, соединенной с первым главным валом 34, и, следовательно, с первой планетарной передачей 10, и зубчатая пара G2 состоит по меньшей мере из одной зубчатой пары, соединенной со вторым главным валом 36, и, следовательно, со второй планетарной передачей 12. Эти зубчатые пары G1, G2 также соединяются с выходным валом 20 через промежуточный вал 18. G1 и G2, соответственно, могут состоять из одной или нескольких зубчатых пар. Зубчатая пара G1, которая соединена с первым главным валом 34, например, может состоять из первой зубчатой пары 60 и/или третьей зубчатой пары 72, как описано на фиг.2. Зубчатая пара G2, которая соединена со вторым главным валом 36, например, может состоять из второй зубчатой пары 66 и/или четвертой зубчатой пары 78, как описано на фиг.2. Дополнительно, показана по меньшей мере одна зубчатая пара G3, соединенная с выходным валом 20 и промежуточным валом 18, которая может состоять из пятой зубчатой пары 21, описанной на фиг.2. G3 может состоять из одной или нескольких зубчатых пар.
Ниже описываются варианты осуществления для запуска двигателя 4 внутреннего сгорания, когда полный крутящий момент из первой и второй электрической машины 14, 16 достигает требуемого крутящего момента на выходном валу 20 коробки передач. В случае, если силовая передача 3 размещается в транспортном средстве 1, и полный крутящий момент отличается от нуля, это влечет за собой то, что первая 14 и/или вторая 16 электрическая машина управляет транспортным средством 1.
В первом варианте осуществления, первая и вторая электрическая машина 14, 16 достигают положительного крутящего момента на выходном валу 20. В случае, если силовая передача 3 размещается в транспортном средстве 1, это влечет за собой то, что первая 14 и вторая 16 электрическая машина управляют транспортным средством 1. Первое солнечное зубчатое колесо 26 и первое водило 50 зубчатых колес планетарной передачи отсоединяются, как и второе солнечное зубчатое колесо 32 и второе водило 51 зубчатых колес планетарной передачи. Зубчатая пара G1, которая соединяется с планетарной передачей 10, и зубчатая пара G2, которая соединена со второй планетарной передачей 12, соединяются с промежуточным валом 18 через соединительный элемент (см. фиг.2). По меньшей мере, одна зубчатая пара G3, которая соединяется с промежуточным валом 18 и выходным валом 20, спаривается и стопорится на промежуточному валу 18. Для того, чтобы первая и вторая электрическая машина 14, 16 достигали положительного крутящего момента на выходном валу 20, водило 50 зубчатых колес планетарной передачи и второе солнечное зубчатое колесо 32 поддерживаются неподвижными, посредством стопорения первого водила 50 зубчатых колес планетарной передачи посредством картера 42 коробки передач коробки 2 передач, через стопорящее устройство 102. Такое стопорение влечет за собой то, что выходной вал 97 двигателя 4 внутреннего сгорания стопорится и остановлен. Первая электрическая машина 14 и вторая электрическая машина 16 вращаются в идентичном направлении, так что обе из них способствуют положительному крутящему моменту на выходном валу 20. Чтобы запускать двигатель 4 внутреннего сгорания, стопорящее устройство 102 на первой ступени должно быть расстопорено, так что первому водило 50 зубчатых колес планетарной передачи и выходному валу 97 двигателя 4 внутреннего сгорания разрешается вращаться. Чтобы расстопорить стопорящее устройство 102, первая и вторая электрические машины 14, 16 управляются, соответственно, таким образом, что состояние практически нулевого крутящего момента достигается между первым водилом 50 зубчатых колес планетарной передачи и картер 42 коробки передач. Затем, стопорящее устройство 102 управляется таким образом, что переключается восьмая соединительная втулка 104, и таким образом, что первое водило 50 зубчатых колес планетарной передачи и картер 42 коробки передач более не соединяются механически между собой. Соответствующие первая и вторая электрические машины 14, 16 затем управляются таким образом, что достаточный крутящий момент TFlywheel получается на валу 97 из двигателя 4 внутреннего сгорания, в то время как одновременно предварительно определенный требуемый крутящий момент Tdrv достигается на выходном валу 20 коробки передач. То, как первая и вторая электрическая машина 14, 16, соответственно, управляются, определяется посредством балансирования между желательным крутящим моментом Tdrv на выходном валу 20 и требуемым крутящим моментом TFlywheel, чтобы запускать двигатель 4 внутреннего сгорания для выбранной шестерни. Крутящий момент TFlywheel, полученный в двигателе 4 внутреннего сгорания, определяется посредством нижеприведенного уравнения E1:
TEM1 является крутящим моментом, выдаваемым посредством первой электрической машины 14, и TEM2 является крутящим моментом, выдаваемым посредством второй электрической машины 16, S1 является числом зубьев на первом солнечном зубчатом колесе 26, R1 является числом зубьев на первой коронной шестерне 22, S2 является числом зубьев на втором солнечном зубчатом колесе, и R2 является числом зубьев на второй коронной шестерне 28. В случаях, если зубчатая пара G3, которая соединяется с промежуточным валом 18 и выходным валом 20, соединяется и стопорится на промежуточному валу 18, и соединительный механизм S6, 96, размещаемый между первым главным валом 34 и выходным валом 20, является открытым, крутящий момент Tdrv, требуемый на выходном валу 20 коробки передач, также называемый в качестве крутящего момента силовой передачи, может получаться через комбинацию крутящего момента первой и второй электрических машин 14, 16, согласно нижеприведенному уравнению E2:
G1 является передаточным отношением между первым главным валом 34 и промежуточным валом 18, G2 является передаточным отношением между вторым главным валом 36 и промежуточным валом 18, и G3 является передаточным отношением между промежуточным валом 18 и выходным валом 20.
В случаях, если зубчатая пара G3, которая соединяется с промежуточным валом 18 и выходным валом 20, отсоединяется от промежуточного вала 18, и соединительный механизм S6, 96 стопорится и за счет этого соединяет первый главный вал 34 и выходной вал 20, крутящий момент Tdrv на выходном валу 20 коробки передач определяется посредством нижеприведенного уравнения E2':
Посредством предварительно определенных значений для крутящего момента TFlywheel, требуемого для запуска двигателя 4 внутреннего сгорания, и требуемого крутящего момента Tdrv силовой передачи, могут решаться два уравнения E1, E2 или, альтернативно, E1, E2', чтобы определять то, какого крутящего момента первая и вторая электрическая машины 14, 16, соответственно, должны достигать. Соответственно, двигатель 4 внутреннего сгорания может запускаться одновременно с тем, как транспортное средство приводится в движение вперед. На первой ступени, на которой состояние практически нулевого крутящего момента должно достигаться между первым водилом 50 зубчатых колес планетарной передачи и картер 42 коробки передач, чтобы расстопорить стопорящее устройство 102, TFlywheel задается равным нулю в уравнении E1, чтобы определять то, как первая и вторая электрическая машина 14, 16, соответственно, должны управляться.
Согласно одному варианту осуществления, полный крутящий момент, которого первая и вторая электрические машины 14, 16 достигают на выходном валу 20, равен нулю. В случае, если силовая передача 3 размещается в транспортном средстве 1, силовая передача 3 не оказывает влияние на ускорение или замедление транспортного средства 1. Первое солнечное зубчатое колесо 26 и первое водило 50 зубчатых колес планетарной передачи отсоединяются, как и второе солнечное зубчатое колесо 32 и второе водило 51 зубчатых колес планетарной передачи. Зубчатая пара G1, которая соединяется с планетарной передачей 10, и зубчатая пара G2, которая соединена со второй планетарной передачей 12, соединяются с промежуточным валом 18 через соединительный элемент (см. фиг.2). Зубчатая пара G3, которая соединяется с промежуточным валом 18 и выходным валом 20, спаривается и стопорится на промежуточному валу 18. Поскольку выходной вал 20 не требует крутящего момента, первое водило 50 зубчатых колес планетарной передачи не стопорится посредством картера 42 коробки передач. Таким образом, стопорящее устройство 102 не должно обязательно быть расстопорено для запуска двигателя 4 внутреннего сгорания. Двигатель 4 внутреннего сгорания в силу этого запускается посредством управления первой и второй электрической машиной 14, 16, соответственно, таким образом, что достигается равновесие между желательным крутящим моментом Tdrv силовой передачи и крутящим моментом TFlywheel, требуемым для запуска двигателя 4 внутреннего сгорания. В этом случае, требуемый крутящий момент Tdrv силовой передачи задается равным нулю в уравнении E2. Первая электрическая машина 14 управляется надлежащим образом так, что она достигает положительного крутящего момента на выходном валу 97 двигателя 4 внутреннего сгорания, и вторая электрическая машина 16 управляется таким образом, что она уравновешивает реактивный крутящий момент первой электрической машины 14 и за счет этого не допускает необходимости крутящего момента для выходного вала 20. Соответственно, двигатель 4 внутреннего сгорания может запускаться одновременно с тем, как транспортное средство стоит на месте.
Согласно другому варианту осуществления, вторая электрическая машина 16 достигает положительного крутящего момента на выходном валу 20. В случае, если силовая передача 3 размещается в транспортном средстве 1, это влечет за собой то, что вторая электрическая машина 16 управляет транспортным средством 1. Второе солнечное зубчатое колесо 32 и второе водило 51 зубчатых колес планетарной передачи отсоединяются, в то время как первое солнечное зубчатое колесо 26 и первое водило 50 зубчатых колес планетарной передачи стопорятся. Зубчатая пара G1, которая соединена с первой планетарной передачей 10, отсоединяется от промежуточного вала 18, в то время как зубчатая пара G2, которая соединена со второй планетарной передачей 12, соединяется с промежуточным валом 18 через соединительный элемент (см. фиг.2). Зубчатая пара G3, которая соединяется с промежуточным валом 18 и выходным валом 20, спаривается и стопорится на промежуточному валу 18. Двигатель 4 внутреннего сгорания запускается посредством управления первой электрической машиной 14 таким образом, что требуемый крутящий момент TFlywheel для запуска двигателя 4 внутреннего сгорания, достигается на выходном валу 97 двигателей 4 внутреннего сгорания. Поскольку вторая электрическая машина 16 управляет выходным валом 20, реактивный крутящий момент создается из второй электрической машины 16, что приводит к отрицательному крутящему моменту на 4 выходном валу 97 двигателя внутреннего сгорания. Первая электрическая машина 14 в силу этого управляется таким образом, что реактивный крутящий момент второй электрической машины 16 уравновешивается, и таким образом, что положительный крутящий момент достигается на выходном валу 97 двигателя 4 внутреннего сгорания. Соответственно, двигатель 4 внутреннего сгорания может запускаться одновременно с тем, как транспортное средство приводится в движение вперед.
Фиг.4a показывает блок-схему последовательности операций способа, связанную со способом для запуска двигателя 4 внутреннего сгорания в гибридной силовой передаче 3, содержащей коробку 2 передач с входным валом 8 и выходным валом 20; первую планетарную передачу 10, соединенную с входным валом 8 и первым главным валом 34; вторую планетарную передачу 12, соединенную с первой планетарной передачей 10 и вторым главным валом 36; первую электрическую машину 14, соединенную с первой планетарной передачей 10; вторую электрическую машину 16, соединенную со второй планетарной передачей 12; по меньшей мере, одну зубчатую пару G1, 60, 72, соединенную с первым главным валом 34 и, таким образом, с первой планетарной передачей 10 и выходным валом 20, и по меньшей мере одну зубчатую пару G2, 66, 78, соединенную со вторым главным валом 36 и, таким образом, со второй планетарной передачей 12 и выходным валом 20, при этом двигатель 4 внутреннего сгорания, через входной вал 8, соединен с первым водилом 50 зубчатых колес планетарной передачи, расположенным в первой планетарной передаче 10, и при этом второй главный вал 36 соединен с водилом 51 зубчатых колес планетарной передачи, расположенным во второй планетарной передаче 12. Способ включает этапы:
a) определения требуемого крутящего момента TDrv на выходном валу 20;
b) определения крутящего момента TFlywheel на выходном валу 97 двигателя 4 внутреннего сгорания, требуемого для запуска двигателя 4 внутреннего сгорания;
c) управления первой электрической машиной 14 и второй электрической машиной 16 таким образом, что достигаются требуемый крутящий момент TDrv выходного вала 20 и крутящий момент TFlywheel, требуемый на выходном валу 97 двигателя 4 внутреннего сгорания.
Надлежащим образом, требуемый крутящий момент TDrv на выходном валу 20 достигается посредством первой и/или второй электрической машины 14, 16 по меньшей мере через одну зубчатую пару G1, 60, 72, которая соединена с первой планетарной передачей 10, и/или по меньшей мере одну зубчатую пару G2, 66, 78, которая соединена со второй планетарной передачей 12.
Надлежащим образом, требуемый крутящий момент TDrv достигается на выходном валу 20 через пятую зубчатую пару G3, 21, размещенную между выходным валом 20 и промежуточным валом 18, причем с этим промежуточным валом 18 соединяются по меньшей мере одна зубчатая пара G1, 60, 72, которая соединена с первой планетарной передачей 10, и по меньшей мере одна зубчатая пара G2, 66, 78, которая соединена со второй планетарной передачей 12.
Согласно одному варианту осуществления способа, первое солнечное зубчатое колесо 26, размещаемое в первой планетарной передаче 10, и первое водило 50 зубчатых колес планетарной передачи отсоединяются друг от друга, и второе солнечное зубчатое колесо 32, размещаемое во второй планетарной передаче 12, и второе водило 51 зубчатых колес планетарной передачи также отсоединяются друг от друга. Зубчатая пара G1, которая соединяется с планетарной передачей 10, и зубчатая пара G2, которая соединена со второй планетарной передачей 12, соединяются с промежуточным валом 18 через соединительный элемент (см. фиг.2). Требуемый крутящий момент TDrv на выходном валу 20 определяется на этапе a) в качестве нуля. Первая электрическая машина 14 затем надлежащим образом управляется на этапе c) таким образом, что крутящий момент TFlywheel, требуемый для запуска двигателя 4 внутреннего сгорания, достигается на выходном валу 97 двигателя 4 внутреннего сгорания, при этом одновременно вторая электрическая машина 16 управляется таким образом, что она уравновешивает отрицательный реактивный крутящий момент первой электрической машины 14, и, следовательно, достигает крутящего момента TDrv, который равен нулю на выходном валу 20 коробки передач.
Согласно другому варианту осуществления, первое солнечное зубчатое колесо 26, размещаемое в первой планетарной передаче 10, и первое водило 50 зубчатых колес планетарной передачи стопорятся между собой, и второе солнечное зубчатое колесо 32, размещаемое во второй планетарной передаче 12, и второе водило 51 зубчатых колес планетарной передачи отсоединяются друг от друга. Зубчатая пара G1, которая соединена с первой планетарной передачей 10, отсоединяется от промежуточного вала 18, в то время как зубчатая пара G2, которая соединена со второй планетарной передачей 12, соединяется с промежуточным валом 18 через соединительный элемент (см. фиг.2), и вторая электрическая машина 16 за счет этого достигает положительного крутящего момента на выходном валу 20. Требуемый крутящий момент TDrv на выходном валу 20 определяется на этапе a) как положительный крутящий момент. На этапе c), вторая электрическая машина 16 затем надлежащим образом управляется таким образом, что она достигает положительного крутящего момента на выходном валу 20, и первая электрическая машина 14 управляется таким образом, что она достигает положительного крутящего момента на выходном валу 97 двигателя 4 внутреннего сгорания, при этом первая электрическая машина 14 уравновешивает реактивный крутящий момент из второй электрической машины 16, и достигается крутящий момент TFlywheel, который требуется для запуска двигателя 4 внутреннего сгорания.
Фиг.4b показывает блок-схему последовательности операций способа, связанную со способом для запуска двигателя 4 внутреннего сгорания в гибридной силовой передаче, при этом первое солнечное зубчатое колесо 26, размещаемое в первой планетарной передаче 10, и первое водило 50 зубчатых колес планетарной передачи отсоединяются друг от друга, и второе солнечное зубчатое колесо 32, размещаемое во второй планетарной передаче 12, и второе водило 51 зубчатых колес планетарной передачи отсоединяются друг от друга. Зубчатая пара G1, которая соединяется с планетарной передачей 10, и зубчатая пара G2, которая соединена со второй планетарной передачей 12, соединяются с промежуточным валом 18 через соединительный элемент (см. фиг.2). Первая электрическая машина 14 и вторая электрическая машина 16 достигают положительного крутящего момента на выходном валу 20, и первое водило зубчатых колес планетарной передачи стопорится с картером 42 коробки передач коробки передач посредством стопорящего устройства 102. Способ запуска двигателя 4 внутреннего сгорания включает этап d), чтобы расстопорить стопорящее устройство 102, которое стопорит первое водило 50 зубчатых колес планетарной передачи, размещаемое в первой планетарной передаче 10, с картером 42 коробки передач коробки передач. Таким образом, выходному валу 97 двигателя 4 внутреннего сгорания разрешается вращаться, и, таким образом, может запускаться двигатель 4 внутреннего сгорания. Способ также включает этапы a-c, как описано на фиг.4a. Требуемый крутящий момент TDrv на выходном валу 20 определяется на этапе a) как положительный крутящий момент. Соответственно, двигатель 4 внутреннего сгорания может запускаться, когда первая и вторая электрическая машина 14, 16 достигают положительного крутящего момента на выходном валу 20.
Согласно изобретению, предоставляется компьютерная программа P, сохраненная в устройстве 48 управления и/или компьютере 53, причем компьютерная программа может содержать процедуры для запуска двигателя 4 внутреннего сгорания согласно настоящему изобретению.
Программа P может сохраняться в исполняемом виде или в сжатом виде в запоминающем устройстве M и/или в оперативном запоминающем устройстве R.
Изобретение также относится к компьютерному программному продукту, содержащему программный код, сохраненный на носителе, считываемом посредством компьютера, чтобы осуществлять этапы способа, указываемые выше, когда упомянутый программный код выполняется в устройстве 48 управления или в другом компьютере 53, соединенном с устройством 48 управления. Упомянутый программный код может сохраняться энергонезависимым способом на упомянутом носителе, считываемом посредством компьютера 53.
Компоненты и признаки, указанные выше, в изобретении могут комбинироваться между указанными различными вариантами осуществления.
Изобретение относится к способу запуска двигателя (4) внутреннего сгорания в гибридной силовой передаче (3). Способ включает этапы определения требуемого крутящего момента (TDrv) на выходном валу (20), определения крутящего момента (TFlywheel) на выходном валу (97) двигателя (4) внутреннего сгорания, требуемого для запуска двигателя (4) внутреннего сгорания и управления первой электрической машиной (14) и второй электрической машиной (16) таким образом, что достигаются требуемый крутящий момент (TDrv) на выходном валу (20) и крутящий момент (TFlywheel), требуемый на выходном валу (97) двигателя (4) внутреннего сгорания. Техническим результатом является эффективный и надежный запуск двигателя внутреннего сгорания. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.
1. Способ запуска двигателя (4) внутреннего сгорания в гибридной силовой передаче (3), содержащей коробку (2) передач с входным валом (8) и выходным валом (20); первую планетарную передачу (10), соединенную с входным валом (8) и первым главным валом (34); вторую планетарную передачу (12), соединенную с первой планетарной передачей (10) и вторым главным валом (36); первую электрическую машину (14), соединенную с первой планетарной передачей (10); вторую электрическую машину (16), соединенную со второй планетарной передачей (12); по меньшей мере одну зубчатую пару (G1, 60, 72), соединенную с первым главным валом (34) и, таким образом, с первой планетарной передачей (10) и выходным валом (20); и по меньшей мере одну зубчатую пару (G2, 66, 78), соединенную со вторым главным валом (36) и, таким образом, со второй планетарной передачей (12) и выходным валом (20), при этом двигатель (4) внутреннего сгорания, через входной вал (8), непосредственно соединен с первым водилом (50) зубчатых колес планетарной передачи, расположенным в первой планетарной передаче (10), при этом второй главный вал (36) непосредственно соединен с водилом (51) зубчатых колес планетарной передачи, расположенным во второй планетарной передаче (12), отличающийся тем, что он включает этапы, на которых:
a) определяют требуемый крутящий момент (TDrv) на выходном валу (20), причем крутящий момент (TDrv), требуемый на выходном валу (20), больше нуля;
b) определяют крутящий момент (TFlywheel), который требуется для запуска двигателя (4) внутреннего сгорания на выходном валу (97) двигателя (4) внутреннего сгорания;
c) управляют первой электрической машиной (14) и второй электрической машиной (16) таким образом, что достигаются требуемый крутящий момент (TDrv) на выходном валу (20) и крутящий момент (TFlywheel), требуемый на выходном валу (97) двигателя (4) внутреннего сгорания.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что крутящий момент (TDrv), требуемый на этапе c) на выходном валу (20), достигается посредством первой и/или второй электрической машины (14; 16) по меньшей мере через одну зубчатую пару (G1, 60, 72), которая соединена с первой планетарной передачей (10), и/или по меньшей мере одну зубчатую пару (G2, 66, 78), которая соединена со второй планетарной передачей (12).
3. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что крутящий момент (TDrv), требуемый на этапе c) на выходном валу (20), достигается через пятую зубчатую пару (G3, 21), которая расположена между выходным валом (20) и промежуточным валом (18), с которым соединена по меньшей мере одна зубчатая пара (G1, 60, 72), которая соединена с первой планетарной передачей (10), и по меньшей мере одна зубчатая пара (G2, 66, 78), которая соединена со второй планетарной передачей (12).
4. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что первое солнечное зубчатое колесо (26), расположенное в первой планетарной передаче (10), и первое водило (50) зубчатых колес планетарной передачи отсоединяются друг от друга и второе солнечное зубчатое колесо (32), расположенное во второй планетарной передаче (12), и второе водило (51) зубчатых колес планетарной передачи отсоединяются друг от друга.
5. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что он включает этап d), на котором расстопоривают стопорящее устройство (102), которое стопорит первое водило (50) зубчатых колес планетарной передачи, расположенное в первой планетарной передаче (10), посредством картера коробки передач (42) коробки передач, при этом этап d) выполняют перед этапом a).
6. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что первое солнечное зубчатое колесо (26), расположенное в первой планетарной передаче (10), и первое водило (50) зубчатых колес планетарной передачи стопорятся вместе и второе солнечное зубчатое колесо (32), расположенное во второй планетарной передаче (12), и второе водило (51) зубчатых колес планетарной передачи отсоединяются друг от друга.
7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что на этапе c) вторая электрическая машина (16) управляется таким образом, что она достигает требуемого крутящего момента (TDrv) на выходном валу (20), а первая электрическая машина (14) управляется таким образом, что она достигает крутящего момента (TFlywheel), требуемого на выходном валу (97) двигателя (4) внутреннего сгорания, при этом первая электрическая машина (14) также уравновешивает реактивный крутящий момент из второй электрической машины (16).
8. Транспортное средство, содержащее гибридную трансмиссию (3), содержащую коробку (2) передач с входным валом (8) и выходным валом (20); первую планетарную передачу (10), соединенную с входным валом (8) и первым главным валом (34); вторую планетарную передачу (12), соединенную с первой планетарной передачей (10) и вторым главным валом (36); первую электрическую машину (14), соединенную с первой планетарной передачей (10); вторую электрическую машину (16), соединенную со второй планетарной передачей (12); по меньшей мере одну зубчатую пару (G1, 60, 72), соединенную с первым главным валом (34) и, таким образом, с первой планетарной передачей (10) и выходным валом (20); и по меньшей мере одну зубчатую пару (G2, 66, 78), соединенную со вторым главным валом (36) и, таким образом, со второй планетарной передачей (12) и выходным валом (20), при этом двигатель (4) внутреннего сгорания, через входной вал (8), непосредственно соединен с первым водилом (50) зубчатых колес планетарной передачи, расположенным в первой планетарной передаче (10), причем второй главный вал (36) непосредственно соединен с водилом (51) зубчатых колес планетарной передачи, расположенным во второй планетарной передаче (12), при этом гибридная силовая передача (3) содержит электронное устройство (48) управления, выполненное с возможностью управления запуском двигателя внутреннего сгорания согласно способу по одному из пп. 1-7.
9. Электронное устройство (48) управления для управления запуском двигателя (4) внутреннего сгорания в гибридной трансмиссии (3), содержащее программный код для того, чтобы вызывать выполнение электронным устройством (48) управления этапов способа по любому из пп. 1-7.
| DE 19903936 A1, 04.05.2000 | |||
| УСТРОЙСТВО СИЛОВОЙ ПЕРЕДАЧИ | 2010 |
|
RU2486066C1 |
| СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМОМ РАБОТЫ ГИБРИДНОГО ПРИВОДНОГО АГРЕГАТА ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА И ГИБРИДНЫЙ ПРИВОДНОЙ АГРЕГАТ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЙ ЭТОТ СПОСОБ | 2007 |
|
RU2430844C2 |
| US 20050256629 A1, 17.11.2005 | |||
| US 20070125083 A1, 07.06.2007. | |||
