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CN102529672B - 使用可选择单向离合器的混合动力系系统 - Google Patents

使用可选择单向离合器的混合动力系系统 Download PDF

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CN102529672B
CN102529672B CN201110402979.1A CN201110402979A CN102529672B CN 102529672 B CN102529672 B CN 102529672B CN 201110402979 A CN201110402979 A CN 201110402979A CN 102529672 B CN102529672 B CN 102529672B
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controlled
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Abstract

本发明涉及使用可选择单向离合器的混合动力系系统。具体地，提供一种混合动力系系统，包括：输入部件；第一和第二扭矩机；包括第一、第二和第三元件的差速齿轮组；输出部件；第一、第二和第三可选择单向离合器SOWC，每个都可操作在相应停用状态和相应多个启动状态的一个中。第二扭矩机可旋转地联接到差速齿轮组的第一元件，且输出部件可旋转地联接到差速齿轮组的第二元件。第一SOWC构造成：当被控制到相应多个启动状态中的第一个启动状态时，防止差速齿轮组的第三元件沿第一旋转方向旋转；当被控制到相应多个启动状态中的第二个启动状态时，防止差速齿轮组的第三元件沿与第一旋转方向相反的第二旋转方向旋转。第一扭矩机只在第二SOWC被控制到相应多个启动状态中的一个时联接到差速齿轮组的第三元件。差速齿轮组的第三元件只在第二和第三SOWC都被控制到相应多个启动状态中的一个时联接到输入部件。

Description

使用可选择单向离合器的混合动力系系统
技术领域
本公开涉及混合动力系系统。
背景技术
本节的声明仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。
已知的混合动力系系统使用这样的扭矩机来产生可用于车辆推进的牵引扭矩，所述扭矩机使用两种或更多种能量转换过程中一个。已知的扭矩机扭矩机包括：内燃发动机，所述内燃发动机使用燃烧过程将化石燃料转换成扭矩；以及电机，所述电机使用电磁过程将所存储的电能转换成扭矩。其他已知的扭矩机可以包括例如液压供能的扭矩机和气动供能的扭矩机。
当动力系被应用到车辆时，已知的混合动力系系统使用变速器装置在扭矩机和连接到传动系的输出部件之间传输扭矩。已知的变速器装置利用差速齿轮和可选择地启动的扭矩传递离合器来控制和改变速比，以及在扭矩机和输出部件之间传输扭矩。已知的扭矩传递离合器通常包括液压启动的湿式离合器。扭矩传递离合器包括多片摩擦离合器，多片摩擦离合器具有寄生旋转损耗，所述寄生旋转损耗部分由离合器被停用时阻止离合器元件旋转的流体导致。液压系统包括液压泵和加压流体传输系统，以便传输加压的液压流体来启动扭矩传递离合器。液压系统也包括阀体，所述阀体是笨重且难于制造的。已知的液压泵是机械驱动装置，所述机械驱动装置使用来自发动机的功率。已知的混合动力系系统可以使用电动液压泵，以在进行的动力系操作期间、当发动机关闭时提供辅助液压压力。已知的是，液压回路和液压离合器元件增加了动力系系统的重量并且消耗功率。已知的单向离合器装置已经被应用于在动力系系统中有效地进行扭矩传输。已知的动力系系统包括控制系统，以监测来自车辆和操作者的各种输入，并且提供动力系的操作控制。这可以包括：控制变速器操作状态和换挡；控制扭矩产生装置；以及调节能量存储装置和扭矩机中的功率互换以便管理变速器的输出，包括扭矩和旋转速度。
发明内容
一种混合动力系系统，包括：输入部件；第一和第二扭矩机；差速齿轮组，所述差速齿轮组包括第一、第二和第三元件；输出部件；以及第一、第二和第三可选择单向离合器（SOWC），每个可操作在相应的停用状态和相应的多个启动状态的一个中。第二扭矩机可旋转地联接到差速齿轮组的第一元件，且所述输出部件可旋转地联接到所述差速齿轮组的第二元件。第一SOWC可配置成当被控制到所述相应的多个启动状态的第一个启动状态时，防止差速齿轮组的第三元件沿着第一旋转方向旋转；并且还可配置成当被控制到所述相应的多个启动状态中的第二个启动状态时，防止差速齿轮组的第三元件沿着与第一旋转方向相反的第二旋转方向旋转。所述第一扭矩机只在第二SOWC被控制到所述相应的多个启动状态中的一个时联接到所述差速齿轮组的第三元件。并且，只在第二和第三SOWC均被控制到相应的多个启动状态中的一个时，所述差速齿轮组的第三元件联接到输入部件。
本发明还包括以下方案：
方案1. 一种混合动力系系统，包括：
输入部件；
第一扭矩机和第二扭矩机；
差速齿轮组，包括第一元件、第二元件和第三元件；
输出部件；
第一可选择单向离合器、第二可选择单向离合器和第三可选择单向离合器SOWC，每个SOWC能够以相应的停用状态和相应的多个启动状态中的一个操作；
所述第二扭矩机可旋转地联接到所述差速齿轮组的第一元件；
所述输出部件可旋转地联接到所述差速齿轮组的第二元件；
所述第一SOWC被配置成，当被控制到所述相应的多个启动状态中的第一个启动状态时，防止所述差速齿轮组的第三元件沿着第一旋转方向旋转；
所述第一SOWC被配置成，当被控制到所述相应的多个启动状态中的第二个启动状态时，防止所述差速齿轮组的第三元件沿着与所述第一旋转方向相反的第二旋转方向旋转；
所述第一扭矩机只在所述第二SOWC被控制到所述相应的多个启动状态中的一个时联接到所述差速齿轮组的第三元件；以及
所述差速齿轮组的第三元件只在所述第二SOWC和第三SOWC每个被控制到所述相应的多个启动状态中的一个时联接到所述输入部件。
方案2. 根据方案1所述的混合动力系系统，其中，包括第一单扭矩机操作状态，以便沿所述第一旋转方向旋转所述输出部件，其中所述第一SOWC被控制到所述相应的多个启动状态中的第一个启动状态，并且所述第二SOWC被控制到所述相应的停用状态。
方案3. 根据方案2所述的混合动力系系统，其中，包括第二单扭矩机操作状态，以便沿所述第二旋转方向旋转所述输出部件，其中所述第一SOWC被控制到所述相应的多个启动状态中的第二个启动状态，并且所述第二SOWC被控制到所述相应的停用状态。
方案4. 根据方案1所述的混合动力系系统，其中，包括双扭矩机操作状态，以便沿所述第一旋转方向旋转所述输出部件，其中所述第一SOWC被控制到所述相应的停用状态，所述第二SOWC被控制到所述相应的多个启动状态中的一个，并且所述第三SOWC被控制到所述相应的停用状态。
方案5. 根据方案1所述的混合动力系系统，其中，包括输入协助操作状态，以便沿所述第一旋转方向旋转所述输出部件，其中所述第一SOWC被控制到所述相应的停用状态，所述第二SOWC被控制到所述相应的多个启动状态中的一个，并且所述第三SOWC被启动和控制到所述相应的多个启动状态中的一个。
方案6. 根据方案1所述的混合动力系系统，其中，包括串联操作状态，以便沿所述第一旋转方向旋转所述输出部件，其中所述第一SOWC被控制到所述相应的多个启动状态中的第一个启动状态，所述第二SOWC被控制到所述相应的停用状态，并且所述第三SOWC被控制到所述相应的多个启动状态中的一个。
方案7. 根据方案6所述的混合动力系系统，其中，对应于所述第三SOWC的所述相应的多个启动状态中的一个只从所述输入部件沿着所述第一旋转方向传输扭矩。
方案8. 根据方案1所述的混合动力系系统，其中，包括发动机起动操作状态，以便沿所述第一旋转方向旋转所述输入部件，其中所述第三SOWC被控制到所述相应的多个启动状态中的一个启动状态，所述启动状态仅沿着所述第一旋转方向将扭矩传输到所述输入部件。
方案9. 一种混合动力系系统，包括：
内燃发动机；
行星齿轮组，包括：恒星齿轮，所述恒星齿轮能够沿着第一旋转方向以及沿着与所述第一旋转方向相反的第二旋转方向旋转；行星齿轮架，所述行星齿轮架能够沿着所述第一旋转方向和所述第二旋转方向旋转；以及环形齿轮，所述环形齿轮能够沿着所述第一旋转方向和所述第二旋转方向可旋转；
车辆传动系，所述车辆传动系联接到所述行星齿轮架；
第一电机和第二电机，所述第二电机连接到所述恒星齿轮；
第一可选择单向离合器SOWC，所述第一可选择单向离合器联接在所述环形齿轮和机械地之间，所述第一SOWC包括：相应的空转状态，所述相应的空转状态在所述第一旋转方向或者所述第二旋转方向上不具有有效的扭矩容量；相应的第一单向扭矩传输状态，所述相应的第一单向扭矩传输状态在所述第一旋转方向上具有有效的扭矩容量，而在所述第二旋转方向上不具有有效的扭矩容量；以及相应的第二单向扭矩传输状态，所述相应的第二单向扭矩传输状态在所述第一旋转方向上不具有有效的扭矩容量，而在所述第二旋转方向上具有有效的扭矩容量；
第二可选择SOWC，所述第二SOWC联接在所述环形齿轮和所述第一电机之间，所述第二SOWC包括：相应的空转状态，所述相应的空转状态在所述第一旋转方向或者所述第二旋转方向上不具有有效的扭矩容量；以及相应的第一单向扭矩传输状态，所述相应的第一单向扭矩传输状态在所述第一旋转方向上具有有效的扭矩容量，而在所述第二旋转方向上不具有有效的扭矩容量；以及；
第三可选择SOWC，所述第三SOWC联接在所述第一电机和所述内燃发动机之间，所述第三SOWC包括：相应的空转状态，所述相应的空转状态在所述第一旋转方向或者所述第二旋转方向上不具有有效的扭矩容量；相应的第一单向扭矩传输状态，所述相应的第一单向扭矩传输状态在所述第一旋转方向上具有有效的扭矩容量，而在所述第二旋转方向上不具有有效的扭矩容量；以及相应的第二单向扭矩传输状态，所述相应的第二单向扭矩传输状态在所述第一旋转方向上不具有有效的扭矩容量，而在所述第二旋转方向上具有有效的扭矩容量。
方案10. 根据方案9所述的混合动力系系统，其中，所述第二SOWC进一步包括相应的锁定状态，所述相应的锁定状态在所述第一旋转方向和所述第二旋转方向上都具有有效的扭矩容量。
方案11. 根据方案9所述的混合动力系系统，其中，所述第三SOWC进一步包括相应的锁定状态，所述相应的锁定状态在所述第一旋转方向和所述第二旋转方向上都具有有效的扭矩容量。
方案12. 根据方案9所述的混合动力系系统，其中，包括第一单电机操作状态，以便在所述第一SOWC被控制到所述相应的第一单向扭矩传输状态且所述第二SOWC被控制到所述相应的空转状态时，沿着所述第一旋转方向旋转所述行星齿轮架。
方案13. 根据方案12所述的混合动力系系统，其中，包括第二单电机操作状态，以便在所述第一SOWC被控制到所述相应的第二单向扭矩传输状态且所述第二SOWC被控制到所述相应的空转状态时，沿着所述第二旋转方向旋转所述行星齿轮架。
方案14. 根据方案9所述的混合动力系系统，其中，包括双电机操作状态，以便在所述第一SOWC被控制到所述相应的空转状态、所述第二SOWC被控制到所述相应的第一单向扭矩传输状态、且所述第三SOWC被控制到所述相应的空转状态时，沿着所述第一旋转方向旋转所述行星架。
方案15. 根据方案9所述的混合动力系系统，其中，包括输入辅助操作状态，以便在所述第一SOWC被控制到所述相应的空转状态、所述第二SOWC被控制到所述相应的第一单向扭矩传输、且所述第三SOWC被启动和控制到所述相应的第一单向扭矩传输状态时，沿着所述第一旋转方向旋转所述行星架。
方案16. 根据方案9所述的混合动力系系统，其中，包括串联操作状态，以便在所述相应的第一SOWC被控制到所述第一单向扭矩传输状态、所述第二SOWC被控制到所述相应的空转状态、且所述第三SOWC被控制到相应的第一单向扭矩传输状态时，沿着所述第一旋转方向旋转所述行星架。
方案17. 一种混合动力系系统，包括：
内燃发动机；
行星齿轮组，包括：恒星齿轮，所述恒星齿轮能够沿着第一旋转方向以及沿着与所述第一旋转方向相反的第二旋转方向旋转；行星齿轮架，所述行星齿轮架能够沿着所述第一旋转方向和所述第二旋转方向旋转；以及环形齿轮，所述环形齿轮能够沿着所述第一旋转方向和所述第二旋转方向旋转；
车辆传动系，所述车辆传动系联接到所述行星齿轮架；
第一电机和第二电机，所述第二电机联接到所述恒星齿轮；
第一可选择单向离合器SOWC，所述第一SOWC联接在所述环形齿轮和机械地之间，所述第一SOWC包括：相应的空转状态，所述相应的空转状态在所述第一旋转方向或者所述第二旋转方向上不具有有效的扭矩容量；相应的第一单向扭矩传输状态，所述相应的第一单向扭矩传输状态在所述第一旋转方向上具有有效的扭矩容量，而在所述第二旋转方向上不具有有效的扭矩容量；以及相应的第二单向扭矩传输状态，所述相应的第二单向扭矩传输状态在所述第一旋转方向上不具有有效的扭矩容量，而在所述第二旋转方向上具有有效的扭矩容量；
第二可选择SOWC，所述第二SOWC联接在所述环形齿轮和所述第一电机之间，所述第二SOWC包括：相应的空转状态，所述相应的空转状态在所述第一旋转方向或者所述第二旋转方向上不具有有效的扭矩容量；以及相应的第一单向扭矩传输状态，所述相应的第一单向扭矩传输状态在所述第一旋转方向上具有有效的扭矩容量，而在所述第二旋转方向上不具有有效的扭矩容量；
第三可选择SOWC，所述第三SOWC联接在所述第一电机和所述内燃发动机之间，所述第三SOWC包括：相应的空转状态，所述相应的空转状态在所述第一旋转方向或者所述第二旋转方向上不具有有效的扭矩容量；相应的第一单向扭矩传输状态，所述相应的第一单向扭矩传输状态在所述第一旋转方向上具有有效的扭矩容量，而在所述第二旋转方向上不具有有效的扭矩容量；以及相应的第二单向扭矩传输状态，所述相应的第二单向扭矩传输状态在所述第一旋转方向上不具有有效的扭矩容量，而在所述第二旋转方向上具有有效的扭矩容量；
第一单电机操作状态，以在所述第一SOWC被控制到所述相应的第一单向扭矩传输状态且所述第二SOWC被控制到所述相应的空转状态时，沿着所述第一旋转方向旋转所述行星齿轮架；
第二单电机操作状态，以在所述第一SOWC被控制到所述相应的第二单向扭矩传输状态且所述第二SOWC被控制到所述相应的空转状态时，沿着所述第二旋转方向旋转所述行星齿轮架；
双电机操作状态，以在所述第一SOWC被控制到所述相应的空转状态、所述第二SOWC被控制到所述相应的第一单向扭矩传输状态、且所述第三SOWC被控制到所述相应的空转状态时，沿着所述第一旋转方向旋转所述行星架；
输入辅助操作状态，以在所述第一SOWC被控制到所述相应的空转状态、所述第二SOWC被控制到所述相应的第一单向扭矩传输、且所述第三SOWC被启动和控制到所述相应的第一单向扭矩传输状态时，沿着所述第一旋转方向旋转所述行星架；以及
串联操作状态，以在所述相应的第一SOWC被控制到所述第一单向扭矩传输状态、所述第二SOWC被控制到所述相应的空转状态、且所述第三SOWC被控制到相应的第一单向扭矩传输状态时，沿着所述第一旋转方向旋转所述行星架。
附图说明
现在，一个或者多个实施例将通过示例的方式参照附图来进行详细说明，其中：
图1是根据本公开的包括内燃发动机、变速器、以及第一和第二扭矩机的混合动力系系统的示意图；以及
图2示意地示出了根据本公开的示例性SOWC的一部分的剖视图。
具体实施方式
现在参照附图，其中所显示的内容只是为了图示某些示例性实施例的目的，而不是为了限制本发明，图1示意地图示了相应包括内燃发动机10、变速器40、第一和第二扭矩机20和30的混合动力系系统，并且还示意地图示了控制模块100。能量存储装置60电联接到变换器模块70，优选通过高压DC总线连接。变换器模块70分别电联接到第一、第二扭矩机20、30，以转换和传输电力，用于扭矩生成和电力生成。
内燃发动机10通过输入部件12机械联接到变速器40，并且可以包括任何合适的内燃发动机。第一和第二扭矩机20、30是将存储的能量转换为扭矩的机械，并且优选包括已知的多相电动机/发动机。第一和第二扭矩机20、30分别装备有旋转位置传感器22、32，例如旋转变压器（resolvers），以监测旋转位置和速度。
变速器40容纳在变速器箱体或者壳体55中，并且如本文中所描述地被配置成在输入部件12、第一和第二扭矩机20、30以及输出部件14之间有效进行扭矩传输。优选地，输入部件12联接到内燃发动机10的输出部件。合适的旋转位置传感器11被配置成监测输入部件12的旋转位置和速度。合适的旋转位置传感器13被配置成监测输出部件14的旋转位置和速度。优选地，变速器40的输出部件14联接传动系，以将牵引扭矩传输到一个或者多个驱动轮，或者传输到另一合适的动力装置。
变速器40优选地包括差速齿轮组42，所述差速齿轮组42在一个实施例中是行星齿轮组，其具有多个啮合地接合的元件，包括恒星齿轮44、具有多个行星齿轮和相关联的互连托架的行星架元件46、以及环形齿轮48。其他合适的差动齿轮布置也可以用于相似的效果。变速器40包括多个可选择单向离合器（SOWC），所述单向离合器包括第一SOWC 52、第二SOWC 54和第三SOWC 56，所述多个可选择单向离合器在第一和第二扭矩机20和30、以及发动机10和输出部件14之间和之中有效地进行各种扭矩传输。没有使用其他的离合机构。
第一扭矩机20可旋转地联接到旋转轴元件45。第二扭矩机30通过轴元件41可旋转地联接到恒星齿轮44。输出部件14可旋转地连接到行星架元件46。如此处所描述地，第一SOWC 52被配置成在第一旋转方向和相反的第二旋转方向的一个上将环形齿轮48的旋转机械地固接（ground）至变速器箱体55（变速器箱体用作机械地（mechanical ground））。第二SOWC 54被配置成在启动时将轴元件45连接到轴元件43，并因而在启动时将第一扭矩机20联接到环形齿轮（或齿圈）48。第二SOWC 54在停用时使第一扭矩机20与环形齿轮48脱离联接。第三SOWC 56在启动时将输入部件12联接到轴元件45，并因而在启动时将发动机10联接到第一扭矩机20。在停用时，第三SOWC 56使第一扭矩机20与输入部件12脱离联接，并因而与发动机10脱离联接。输入部件12且因此发动机10只在第二SOWC 54和第三SOWC 56都启动时才联接到环形齿轮48。第一SOWC 52、第二SOWC 54和第三SOWC 56优选是可操作地连接到控制模块100的机电启动的可选择单向离合器（SOWC）。
控制模块100信号连接至旋转位置传感器11、13、22和32中的每个。控制模块100可操作地连接到第一扭矩机20、第二扭矩机30和发动机10中的每个，以控制操作和来自它们的功率输出。控制模块100可操作地连接至第一SOWC 52、第二SOWC 54和第三SOWC 56中的每个，以控制它们的启动和停用。 
图2示意地显示了示例性机电启动的可选择单向离合器（SOWC）的一部分的剖视图，其优选包括：第一SOWC 52、第二SOWC 54和第三SOWC 56，如图1中所示。示例性SOWC相应地包括共轴的第一部件105和第二部件110，共轴的可移动选择板115间置于所述共轴的第一和第二部件105、110之间。第一部件105、第二部件110、以及可移动选择板115优选是扁平环形板。可移动选择板115包括启动元件120，其是合适的可控致动器，例如电磁螺线管装置，并且被配置成控制可移动选择板115的位置。控制模块100可操作地连接到启动元件120以实现控制。第一共轴部件105包括多个凹部150。第二共轴部件110包括对应的多个接合元件130、135，包括使用弹簧140向外偏置的支柱、斜撑或者滚子。启动元件120包括多个窗口和阻挡元件。
示例性SOWC可以被控制以通过调节可移动选择板115的位置来操作在停用状态和多个启动状态中的一个中。当可移动选择板115被控制到第一位置时，选择板115使所有的接合元件130、135物理地缩回，从而使SOWC停用，导致沿着任一旋转方向在第一和第二部件105、110之间都没有扭矩传输，即空转状态。当可移动选择板115被控制到第二位置时，选择板115的特定窗口允许接合元件130伸出，并且选择器板115中的特定阻挡元件使接合元件135缩回。这样，接合元件130接合并且与第二共轴部件110中对应的凹部150机械干涉，以沿着第一旋转方向传输扭矩，但是不在相反的第二旋转方向上传输扭矩，即单向扭矩传输状态。相似地，当可移动选择板115被控制到第三位置时，选择板115中的特定窗口允许接合元件135伸出，并且选择板115中的特定阻挡元件使接合元件130缩回。这样，接合元件135接合第二共轴部件110中对应的凹部150，以沿着第二旋转方向传输扭矩，但是不在第一旋转方向上传输扭矩，即单向扭矩传输状态。当可移动选择板115被控制到第四位置时，选择器板115中的窗口允许接合元件130和接合元件135都伸出以接合第二共轴部件110中对应的凹部150，从而在第一和第二旋转方向上都传输扭矩，即锁定状态。
第一SOWC 52、第二SOWC 54和第三SOWC 56每个都可以被配置成操作在停用状态或者多个可用启动状态中的一个这两者之一中。停用状态是空转（free-wheel）状态，其中可移动选择板115被控制到第一位置并且第一部件105与第二部件110脱离联接。当SOWC被停用时，在任一旋转方向上均无扭矩传输。
启动状态包括单向扭矩传输状态和锁定状态。单向扭矩传输状态包括：单向操作状态，其中SOWC被启动以只在一个方向上传输扭矩，第一部件105联接到第二部件110以在两个旋转方向中的一个上传输扭矩。该单向扭矩传输状态包括：第一前向控制状态（F）和第二反向控制状态（R）。第一前向控制状态（F）包括：启动SOWC，且可移动选择板115被控制到第二位置。在第一前向控制状态（F）中，当扭矩沿着第一旋转方向施加时，扭矩可以在第一部件105和第二部件110之间传输。但是，当扭矩在与第一旋转方向相反的第二旋转方向上施加时，不传输扭矩且SOWC空转。第二反向控制状态（R）包括：启动SOWC，且可移动选择板115被控制到第三位置。在第二反向控制状态（R）中，当扭矩沿着第二旋转方向施加时，扭矩可以在第一部件105和第二部件110之间传输。但是，当沿着与第二旋转方向相反的第一旋转方向施加扭矩时，不传输扭矩，且SOWC空转。第三启动状态是锁定状态，包括：SOWC被启动，且可移动选择板115被控制到第四位置。第一部件105联接到第二部件110，以在扭矩沿着两个旋转方向中的任一施加时传输扭矩。
可选地，SOWC中的一个可以配置成操作在两个状态中的一个中，这将参照图1中的SOWC 54来描述。两个状态优选地包括停用状态（标记为N）和前向控制状态（F）。这样，当扭矩沿着第一方向施加时，扭矩可以在第一部件105和第二部件110之间传输，并且当扭矩沿着第二方向传输时，则不传输扭矩并且SOWC空转。当第二SOWC 54如上所述那样配置时，用于第一扭矩机20和发动机10的与摩擦、旋转和惯性相关联的功率损耗与动力系系统脱离联系，并且只在第一扭矩机20和/或者发动机10产生被传输至变速器40的扭矩时影响动力系的性能。
控制模块100包括用于在包括停用状态和多个启动状态的操作状态之中改变第一SOWC 52、第二SOWC 54和第三SOWC 56的控制方案。如所理解地，启动或者停用任何离合器的过程需要管理受影响元件和受影响离合器的相关部件的旋转速度，并且需要管理在受影响离合器上的扭矩传输。这包括在停用受影响的离合器之前卸载所有或者一部分的被传输扭矩，且在启动受影响的离合器之前同步离合器部件的旋转速度（例如第一、第二部件105、110）。当受影响的离合器是此处所描述的SOWC中的一个时，基本上所有的被传输扭矩必须在停用离合器之前卸载。当离合器是此处所描述的SOWC时，离合器部件的旋转速度在启动之前必需被同步。控制模块100中的控制方案控制例如内燃发动机10和第一、第二扭矩机20、30的扭矩产生元件的操作，包括控制扭矩和其旋转速度以实现SOWC中的一个状态中的改变。
内燃发动机10优选配置成：响应于车辆状态和动力系操作状况，在正在进行的动力系操作期间执行自动停止和自动起动事件，以便自动地停止和重新起动操作，其中，所述车辆状态和动力系操作状况包括能量存储装置60的充电状态和操作者输入。操作者输入优选地包括对加速器踏板的操作者输入。必须理解，正在进行的动力系操作指的是这样的操作周期，期间操作者已经使用点火钥匙或者其他合适的命令（通常称为接通（key-on））来请求车辆的操作。作为非限定示例，自动起动事件被执行以在能量存储装置60的充电状态小于预定的阈值时自动地起动所述发动机10。自动起动事件包括：用于第一扭矩机20的合适控制命令，以产生扭矩来旋转发动机10；合适的控制命令，以便使第三SOWC 56以单向扭矩传输状态中的一个中启动，从而在第一扭矩机20和发动机10之间实现扭矩传输；以及合适的发动机控制命令，所述发动机控制命令与输送燃料和对燃料点火、着火、以及操作发动机10相关联。
控制模块、模块、控制器、控制单元、处理器和相似的术语指的是以下各项中任意合适的一项，或者是以下各项中一项或多项的各种组合，所述各项为：专用集成电路（ASIC）、电子电路、执行一种或多种软件或固件程序的中央处理单元（优选地，微处理器）以及相关联的内存和存储器（只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动器等）、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、合适的信号调节和缓冲电路、以及提供所描述功能的其他合适的部件。控制模块具有一组控制算法，包括驻留软件程序指令和校准，所述驻留软件程序指令和校准存储在内存中，并且被执行以提供所需的功能。所述算法优选在预设的循环期间执行。算法通过例如中央处理单元来执行，并且可操作以监测来自传感装置和其他联网控制模块的输入，以及执行控制和诊断例程来控制致动器的操作。循环可以有规律的间隔来执行，例如在正在进行的发动机和车辆操作期间每3.125、6.25、12.5、25和100毫秒。可选地，可以响应于事件的发生来执行算法。
通过选择性地启动第一SOWC 52（SOWC 1）、第二SOWC 54（SOWC 2）和第三SOWC 56（SOWC 3），可实现各种动力系操作状态，用于操作如参考图1所描述的那样配置的动力系系统，如表1中所述。
表1
在表1中，X指示被选择的SOWC以第三、锁定状态被启动，F指示被选择的SOWC以第一、前向控制状态被启动，R指示被选择的SOWC以第二、反向控制状态被启动。当没有与SOWC中的一个相关联的指示时，这表明被指定的SOWC停用，即处在停用状态中。
如此处所用地，下面关于差速齿轮组42的旋转方向包括第一旋转方向和与第一旋转方向相反的第二旋转方向。如所配置地，沿着第二方向旋转的行星架元件46对应于也沿第二方向旋转的输出部件，所述第二方向对应于与车辆的倒车运动一致的车辆传动系的旋转。相似地，沿第一方向旋转的行星架元件46对应于也沿第一方向旋转的输出部件，所述第一方向对应于与所述车辆的前进运动一致的车辆传动系的旋转。
当第一SOWC 52以第二、反向控制状态（R）启动从而将环形齿轮48沿第一旋转方向的旋转固接至变速器箱体55时，混合动力系系统以单电动机的电动车操作状态操作，以便沿着倒车方向（反向）来推进车辆，其中第二扭矩机30被控制以通过差速齿轮组42传输扭矩从而沿第二方向来旋转输出部件14。第二SOWC 54和第三SOWC 56被停用。发动机10优选是关闭的。
当第一SOWC 52以第一、前向控制状态（F）中启动从而将环形齿轮48沿第二旋转方向的旋转固接至变速器箱体55时，混合动力系系统以单电动机的电动车（EV1）操作状态操作，以便沿着前进方向推进车辆，其中第二扭矩机30被控制以通过差速齿轮组42传输扭矩，从而沿第一方向来旋转输出部件14。第二SOWC 54和第三SOWC 56被停用。发动机10优选是关闭的。
当第二SOWC 54以第一、前向控制状态（F）或第三、锁定状态（X）中的任一种来启动从而将第一扭矩机20的旋转联接到环形齿轮48时，混合动力系系统以双电动机的电动车（EV2）操作状态操作，其中第二扭矩机30被控制以通过恒星齿轮44传输扭矩并且第一扭矩机20也被控制以通过环形齿轮48传输扭矩，以便沿第一方向旋转输出部件14。第一SOWC 52和第三SOWC 56被停用。发动机10优选是关闭的。
当第二SOWC 54和第三SOWC 56以第一、前向控制状态（F）或者第三、锁定状态（X）中的任一种来启动时，混合动力系系统以发动机协助的EV（载荷共享-发动机工作）操作状态操作，其中第二扭矩机30被控制以通过恒星齿轮44传输扭矩并且发动机10和第一扭矩机20被控制以通过环形齿轮48传输扭矩，以便沿着第一方向来旋转输出部件14。第一SOWC 52被停用。发动机10优选地是工作的。当发生了导致至第一、第二扭矩机20、30的电功率流的中断的故障（例如，高电压功率损耗）时，发动机辅助的EV操作状态允许动力系操作。
当第一SOWC 52以第一、前向控制状态（F）启动时，混合动力系系统以串联（串联-发动机工作）操作状态操作，其中第二扭矩机30被控制以通过恒星齿轮44传输扭矩，以便旋转输出部件14。第二SOWC 54被停用。第三SOWC 56以第一、前向控制状态（F）或者第三、锁定状态（X）启动，并且发动机10优选工作，从而产生被传输到第一扭矩机20的动力，所述扭矩机20操作在发电状态中。
在发动机起动（Engine Start）操作状态中，第三SOWC 56以第二、反向控制状态（R）启动，以便只在第二旋转方向上传输扭矩。第一扭矩机20操作以传输扭矩，从而在第二旋转方向上旋转联接到内燃发动机10的输入部件12，以便实现发动机起动，包括在发动机自起动事件期间。在此操作状态下，第二SOWC 54被停用，并因此空转。取决于其他状况，第一SOWC 52可以以第一、前向控制状态（F）或者第二、反向控制状态（R）中的任一种启动，或者其可以停用。用于确定第一SOWC 52的操作状态的其他操作状况包括：发动机起动命令是否响应于操作者的接通命令；或者关于当前正在操作的车辆，是否存在被命令的自起动操作。第三SOWC 56以第二、反向控制状态（R）启动，以便只在第二旋转方向上传输扭矩，并且不在第一旋转方向上传输扭矩。该配置允许与初始发动机着火相关联的发动机速度大幅度突变（flaring），而不会导致相关联的扭矩扰动，包括传输至混合动力系系统中的差速齿轮42的扭矩。
所描述的混合动力系系统允许变速器（例如变速器40）只使用SOWC来进行配置以便用于扭矩传输，因而消除了对液压启动的盘式离合器和相关联的高压泵及高压液压回路的需要。低压电动液压泵可以被用于润滑。这用于减小或者消除与液压系统相关联的寄生损耗。这也用于减小动力系质量。在一个实施例中，利用这些改变，分析显示：当泵和离合器的损耗分别减小以50%和90%时，在FTP周期上存在复合燃料经济性的约8%的改进。当所述动力系系统被用于插电式混合动力电动车辆（PHEV）时，距离行程可以被提高大约4%。
控制模块100被配置成：通过使用由相关联的旋转变压器22和32以及输入、输出旋转传感器11、13作为用于控制目的反馈来控制到第一、第二扭矩机20、30的电功率，从而控制第一、第二扭矩机20、30的旋转速度和扭矩输出。
本公开已经描述了某些优选实施例以及对其的修改。但是在本领域技术人员阅读和理解了说明书时，可以认识到更多的修改和变型。因此，本公开并不旨在被局限于作为用于实现本发明而设想的最佳模式公开的特定实施例，而是本公开将包括落入所附权利要求范围内的全部实施例。

Claims (17)

1.一种混合动力系系统，包括：
输入部件；
第一扭矩机和第二扭矩机；
差速齿轮组，包括第一元件、第二元件和第三元件；
输出部件；
第一可选择单向离合器、第二可选择单向离合器和第三可选择单向离合器，每个可选择单向离合器能够以相应的停用状态和相应的多个启动状态中的一个操作；
所述第二扭矩机可旋转地联接到所述差速齿轮组的第一元件；
所述输出部件可旋转地联接到所述差速齿轮组的第二元件；
所述第一可选择单向离合器被配置成，当被控制到所述相应的多个启动状态中的第一个启动状态时，防止所述差速齿轮组的第三元件沿着第一旋转方向旋转；
所述第一可选择单向离合器被配置成，当被控制到所述相应的多个启动状态中的第二个启动状态时，防止所述差速齿轮组的第三元件沿着与所述第一旋转方向相反的第二旋转方向旋转；
所述第一扭矩机只在所述第二可选择单向离合器被控制到所述相应的多个启动状态中的一个时联接到所述差速齿轮组的第三元件；以及
所述差速齿轮组的第三元件只在所述第二可选择单向离合器和第三可选择单向离合器每个被控制到所述相应的多个启动状态中的一个时联接到所述输入部件。
2.根据权利要求1所述的混合动力系系统，其中，包括第一单扭矩机操作状态，以便沿所述第一旋转方向旋转所述输出部件，其中所述第一可选择单向离合器被控制到所述相应的多个启动状态中的第一个启动状态，并且所述第二可选择单向离合器被控制到所述相应的停用状态。
3.根据权利要求2所述的混合动力系系统，其中，包括第二单扭矩机操作状态，以便沿所述第二旋转方向旋转所述输出部件，其中所述第一可选择单向离合器被控制到所述相应的多个启动状态中的第二个启动状态，并且所述第二可选择单向离合器被控制到所述相应的停用状态。
4.根据权利要求1所述的混合动力系系统，其中，包括双扭矩机操作状态，以便沿所述第一旋转方向旋转所述输出部件，其中所述第一可选择单向离合器被控制到所述相应的停用状态，所述第二可选择单向离合器被控制到所述相应的多个启动状态中的一个，并且所述第三可选择单向离合器被控制到所述相应的停用状态。
5.根据权利要求1所述的混合动力系系统，其中，包括输入协助操作状态，以便沿所述第一旋转方向旋转所述输出部件，其中所述第一可选择单向离合器被控制到所述相应的停用状态，所述第二可选择单向离合器被控制到所述相应的多个启动状态中的一个，并且所述第三可选择单向离合器被启动和控制到所述相应的多个启动状态中的一个。
6.根据权利要求1所述的混合动力系系统，其中，包括串联操作状态，以便沿所述第一旋转方向旋转所述输出部件，其中所述第一可选择单向离合器被控制到所述相应的多个启动状态中的第一个启动状态，所述第二可选择单向离合器被控制到所述相应的停用状态，并且所述第三可选择单向离合器被控制到所述相应的多个启动状态中的一个。
7.根据权利要求6所述的混合动力系系统，其中，对应于所述第三可选择单向离合器的所述相应的多个启动状态中的一个只从所述输入部件沿着所述第一旋转方向传输扭矩。
8.根据权利要求1所述的混合动力系系统，其中，包括发动机起动操作状态，以便沿所述第一旋转方向旋转所述输入部件，其中所述第三可选择单向离合器被控制到所述相应的多个启动状态中的一个启动状态，所述启动状态仅沿着所述第一旋转方向将扭矩传输到所述输入部件。
9.一种混合动力系系统，包括：
内燃发动机；
行星齿轮组，包括：恒星齿轮，所述恒星齿轮能够沿着第一旋转方向以及沿着与所述第一旋转方向相反的第二旋转方向旋转；行星齿轮架，所述行星齿轮架能够沿着所述第一旋转方向和所述第二旋转方向旋转；以及环形齿轮，所述环形齿轮能够沿着所述第一旋转方向和所述第二旋转方向可旋转；
车辆传动系，所述车辆传动系联接到所述行星齿轮架；
第一电机和第二电机，所述第二电机连接到所述恒星齿轮；
第一可选择单向离合器，所述第一可选择单向离合器联接在所述环形齿轮和机械地之间，所述第一可选择单向离合器包括：相应的空转状态，所述相应的空转状态在所述第一旋转方向或者所述第二旋转方向上不具有有效的扭矩容量；相应的第一单向扭矩传输状态，所述相应的第一单向扭矩传输状态在所述第一旋转方向上具有有效的扭矩容量，而在所述第二旋转方向上不具有有效的扭矩容量；以及相应的第二单向扭矩传输状态，所述相应的第二单向扭矩传输状态在所述第一旋转方向上不具有有效的扭矩容量，而在所述第二旋转方向上具有有效的扭矩容量；
第二可选择单向离合器，所述第二可选择单向离合器联接在所述环形齿轮和所述第一电机之间，所述第二可选择单向离合器包括：相应的空转状态，所述相应的空转状态在所述第一旋转方向或者所述第二旋转方向上不具有有效的扭矩容量；以及相应的第一单向扭矩传输状态，所述相应的第一单向扭矩传输状态在所述第一旋转方向上具有有效的扭矩容量，而在所述第二旋转方向上不具有有效的扭矩容量；以及；
第三可选择单向离合器，所述第三可选择单向离合器联接在所述第一电机和所述内燃发动机之间，所述第三可选择单向离合器包括：相应的空转状态，所述相应的空转状态在所述第一旋转方向或者所述第二旋转方向上不具有有效的扭矩容量；相应的第一单向扭矩传输状态，所述相应的第一单向扭矩传输状态在所述第一旋转方向上具有有效的扭矩容量，而在所述第二旋转方向上不具有有效的扭矩容量；以及相应的第二单向扭矩传输状态，所述相应的第二单向扭矩传输状态在所述第一旋转方向上不具有有效的扭矩容量，而在所述第二旋转方向上具有有效的扭矩容量。
10.根据权利要求9所述的混合动力系系统，其中，所述第二可选择单向离合器进一步包括相应的锁定状态，所述相应的锁定状态在所述第一旋转方向和所述第二旋转方向上都具有有效的扭矩容量。
11.根据权利要求9所述的混合动力系系统，其中，所述第三可选择单向离合器进一步包括相应的锁定状态，所述相应的锁定状态在所述第一旋转方向和所述第二旋转方向上都具有有效的扭矩容量。
12.根据权利要求9所述的混合动力系系统，其中，包括第一单电机操作状态，以便在所述第一可选择单向离合器被控制到所述相应的第一单向扭矩传输状态且所述第二可选择单向离合器被控制到所述相应的空转状态时，沿着所述第一旋转方向旋转所述行星齿轮架。
13.根据权利要求12所述的混合动力系系统，其中，包括第二单电机操作状态，以便在所述第一可选择单向离合器被控制到所述相应的第二单向扭矩传输状态且所述第二可选择单向离合器被控制到所述相应的空转状态时，沿着所述第二旋转方向旋转所述行星齿轮架。
14.根据权利要求9所述的混合动力系系统，其中，包括双电机操作状态，以便在所述第一可选择单向离合器被控制到所述相应的空转状态、所述第二可选择单向离合器被控制到所述相应的第一单向扭矩传输状态、且所述第三可选择单向离合器被控制到所述相应的空转状态时，沿着所述第一旋转方向旋转所述行星架。
15.根据权利要求9所述的混合动力系系统，其中，包括输入辅助操作状态，以便在所述第一可选择单向离合器被控制到所述相应的空转状态、所述第二可选择单向离合器被控制到所述相应的第一单向扭矩传输、且所述第三可选择单向离合器被启动和控制到所述相应的第一单向扭矩传输状态时，沿着所述第一旋转方向旋转所述行星架。
16.根据权利要求9所述的混合动力系系统，其中，包括串联操作状态，以便在所述相应的第一可选择单向离合器被控制到所述第一单向扭矩传输状态、所述第二可选择单向离合器被控制到所述相应的空转状态、且所述第三可选择单向离合器被控制到相应的第一单向扭矩传输状态时，沿着所述第一旋转方向旋转所述行星架。
17.一种混合动力系系统，包括：
内燃发动机；
行星齿轮组，包括：恒星齿轮，所述恒星齿轮能够沿着第一旋转方向以及沿着与所述第一旋转方向相反的第二旋转方向旋转；行星齿轮架，所述行星齿轮架能够沿着所述第一旋转方向和所述第二旋转方向旋转；以及环形齿轮，所述环形齿轮能够沿着所述第一旋转方向和所述第二旋转方向旋转；
车辆传动系，所述车辆传动系联接到所述行星齿轮架；
第一电机和第二电机，所述第二电机联接到所述恒星齿轮；
第一可选择单向离合器，所述第一可选择单向离合器联接在所述环形齿轮和机械地之间，所述第一可选择单向离合器包括：相应的空转状态，所述相应的空转状态在所述第一旋转方向或者所述第二旋转方向上不具有有效的扭矩容量；相应的第一单向扭矩传输状态，所述相应的第一单向扭矩传输状态在所述第一旋转方向上具有有效的扭矩容量，而在所述第二旋转方向上不具有有效的扭矩容量；以及相应的第二单向扭矩传输状态，所述相应的第二单向扭矩传输状态在所述第一旋转方向上不具有有效的扭矩容量，而在所述第二旋转方向上具有有效的扭矩容量；
第二可选择单向离合器，所述第二可选择单向离合器联接在所述环形齿轮和所述第一电机之间，所述第二可选择单向离合器包括：相应的空转状态，所述相应的空转状态在所述第一旋转方向或者所述第二旋转方向上不具有有效的扭矩容量；以及相应的第一单向扭矩传输状态，所述相应的第一单向扭矩传输状态在所述第一旋转方向上具有有效的扭矩容量，而在所述第二旋转方向上不具有有效的扭矩容量；
第三可选择单向离合器，所述第三可选择单向离合器联接在所述第一电机和所述内燃发动机之间，所述第三可选择单向离合器包括：相应的空转状态，所述相应的空转状态在所述第一旋转方向或者所述第二旋转方向上不具有有效的扭矩容量；相应的第一单向扭矩传输状态，所述相应的第一单向扭矩传输状态在所述第一旋转方向上具有有效的扭矩容量，而在所述第二旋转方向上不具有有效的扭矩容量；以及相应的第二单向扭矩传输状态，所述相应的第二单向扭矩传输状态在所述第一旋转方向上不具有有效的扭矩容量，而在所述第二旋转方向上具有有效的扭矩容量；
第一单电机操作状态，以在所述第一可选择单向离合器被控制到所述相应的第一单向扭矩传输状态且所述第二可选择单向离合器被控制到所述相应的空转状态时，沿着所述第一旋转方向旋转所述行星齿轮架；
第二单电机操作状态，以在所述第一可选择单向离合器被控制到所述相应的第二单向扭矩传输状态且所述第二可选择单向离合器被控制到所述相应的空转状态时，沿着所述第二旋转方向旋转所述行星齿轮架；
双电机操作状态，以在所述第一可选择单向离合器被控制到所述相应的空转状态、所述第二可选择单向离合器被控制到所述相应的第一单向扭矩传输状态、且所述第三可选择单向离合器被控制到所述相应的空转状态时，沿着所述第一旋转方向旋转所述行星架；
输入辅助操作状态，以在所述第一可选择单向离合器被控制到所述相应的空转状态、所述第二可选择单向离合器被控制到所述相应的第一单向扭矩传输、且所述第三可选择单向离合器被启动和控制到所述相应的第一单向扭矩传输状态时，沿着所述第一旋转方向旋转所述行星架；以及
串联操作状态，以在所述相应的第一可选择单向离合器被控制到所述第一单向扭矩传输状态、所述第二可选择单向离合器被控制到所述相应的空转状态、且所述第三可选择单向离合器被控制到相应的第一单向扭矩传输状态时，沿着所述第一旋转方向旋转所述行星架。
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