Гибридное приводное устройство и способ управления им - RU2410250C2
Код документа: RU2410250C2
Чертежи
Описание
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
1. Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Изобретение относится к гибридному приводному устройству, в котором множество источников мощности привода связанны с возможностью передачи мощности с вращающимися элементами зубчатой передачи, способными осуществлять дифференциальное движение, и с колесами, а также к способу управления им.
2. Описание известного уровня техники
[0002] В гибридном транспортном средстве, оснащенном двигателем внутреннего сгорания и мотором-генератором в качестве нескольких источников мощности привода, можно повысить экономию топлива и уменьшить количество выхлопных газов и одновременно достигнуть наилучших эксплуатационных показателей двигателя и мотора-генератора. Пример таких гибридных транспортных средств, оснащенных двигателем внутреннего сгорания и мотором-генератором в качестве нескольких источников мощности привода, описан в публикации заявки на патент Японии JP-A-2005-125876.
[0003] Гибридное транспортное средство, описанное в публикации заявки на патент Японии JP-A-2005-125876, имеет двигатель, первый мотор-генератор и второй мотор-генератор. Кроме того, гибридное транспортное средство снабжено механизмом распределения мощности, к которому подключены двигатель, первый мотор-генератор и второй мотор-генератор. Указанный механизм распределения мощности состоит из планетарной передачи, солнечная шестерня которой, то есть элемент противодействующей силы, связана с первым мотором-генератором, водило которой, то есть входной элемент, связано с двигателем, а кольцевая шестерня, то есть выходной элемент, связана с первым промежуточным валом. Путь от первого промежуточного вала к осевым валам снабжен муфтой. В свою очередь, второй мотор-генератор соединен с первым промежуточным валом с помощью редуктора. Указанный редуктор состоит из планетарной передачи. Второй мотор-генератор находится в зацеплении с солнечной шестерней планетарной передачи, ее кольцевая шестерня находится в зацеплении с первым промежуточным валом, а ее водило неподвижно. Кроме того, второй промежуточный вал соединен с первым мотором-генератором, а путь от второго промежуточного вала к вышеупомянутым осевым валам снабжен муфтой. Далее, с помощью управления включением и разъединением двух муфт солнечная шестерня (элемент противодействующей силы) или кольцевая шестерня (выходной элемент) устройства распределения мощности могут быть избирательно соединены с осевыми валами. В результате, в соответствии с вышеупомянутой заявкой на патент удается избежать состояния, при котором велики потери при передаче мощности, например, состояния циркуляции мощности и т.п. Гибридное транспортное средство, оснащенное двигателем внутреннего сгорания, первым мотором-генератором и вторым-генератором, рассмотрено также в публикации заявки на патент Японии JP-А-2005-155891.
[0004] Однако в гибридном транспортном средстве, рассмотренном в публикации заявки на патент Японии JP-A-2005-125876, необходимо повысить эффективность передачи мощности в более широком рабочем диапазоне (диапазоне регулирования передаточного отношения при переключении скоростей).
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005] Целью настоящего изобретения является предоставление гибридного приводного устройства, способного повысить эффективность передачи мощности в широком диапазоне значений передаточного отношения при переключении скоростей, то есть отношения между скоростью вращения первого источника мощности привода и скоростью вращения ведомого элемента, а также способа управления указанным устройством.
[0006] В гибридном приводном устройстве в соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения предусмотрена зубчатая передача, имеющая первый вращающийся элемент, второй вращающийся элемент и третий вращающийся элемент, которые находятся в зацеплении с возможностью вращения дифференциально. Первый источник мощности привода связан с первым вращающимся элементом, второй источник мощности привода связан со вторым вращающимся элементом, а третий источник мощности привода связан с третьим вращающимся элементом. Кроме того, предусмотрен ведомый элемент, передающий мощность, выдаваемую с элемента зубчатой передачи, на колесо. Предусмотрены также первый путь передачи мощности, соединяющий с возможностью передачи мощности второй источник мощности привода и второй вращающийся элемент с ведомым элементом, и второй путь передачи мощности, соединяющий для передачи мощности третий источник мощности привода и третий вращающийся элемент с ведомым элементом. В указанном гибридном приводном устройстве, по меньшей мере, первый путь передачи мощности или второй путь передачи мощности снабжен трансмиссией.
[0007] Таким образом, эффективность передачи мощности можно повысить в широком рабочем диапазоне транспортного средства и, в частности, в широком диапазоне значений передаточного отношения при переключении скоростей приводного устройства.
[0008] В указанном гибридном приводном устройстве, как первый путь передачи мощности, так и второй путь передачи мощности могут быть, соответственно, снабжены трансмиссиями.
[0009] Таким образом, диапазон регулирования передаточного отношения при переключении скоростей приводного устройства может меняться как в случае, когда в качестве элемента противодействующей силы используется второй вращающийся элемент, а энергия, получаемая благодаря рекуперативному торможению второго источника мощности привода, подается на третий источник мощности привода, так и в случае, когда в качестве элемента противодействующей силы используется третий вращающийся элемент, а энергия, вырабатываемая благодаря рекуперативному торможению третьего источника мощности привода, подается на второй источник мощности привода. Следовательно, дополнительно расширяется диапазон регулирования значений передаточного отношения при переключении скоростей приводного устройства, что позволяет повысить эффективность передачи мощности.
[0010] Кроме того, трансмиссия может содержать первый промежуточный вращающийся элемент, соединенный со вторым вращающимся элементом и вторым источником мощности привода, и второй промежуточный вращающийся элемент, соединенный с третьим вращающимся элементом и третьим источником мощности привода. Первый промежуточный вращающийся элемент и второй промежуточный вращающийся элемент могут быть расположены соосно, а ось вращения первого промежуточного вращающегося элемента и второго промежуточного вращающегося элемента, а также ось вращения ведомого элемента могут быть расположены параллельно, и может быть предусмотрен механизм трансмиссии, соединяющий первый промежуточный вращающийся элемент и второй промежуточный вращающийся элемент с ведомым элементом.
[0011] Таким образом, если в качестве выходного элемента используется второй вращающийся элемент, мощность, выдаваемая со второго вращающегося элемента, передается на первый промежуточный вращающийся элемент, а мощность с первого промежуточного вращающегося элемента передается на ведомый элемент через первую ведущую шестерню и первую ведомую шестерню. С другой стороны, если в качестве выходного элемента служит третий вращающийся элемент, то мощность, выдаваемая с третьего вращающегося элемента, передается на второй промежуточный вращающийся элемент, а мощность со второго промежуточного вращающегося элемента передается на ведомый элемент через вторую ведущую шестерню и вторую ведомую шестерню. Кроме того, поскольку ось вращения первого промежуточного вращающегося элемента и второго промежуточного вращающегося элемента, а также ось вращения ведомого элемента расположены параллельно, размер приводного устройства в направлении оси вращения можно уменьшить.
[0012] В гибридном приводном устройстве первый вращающийся элемент, второй вращающийся элемент и третий вращающийся элемент, из которых состоит зубчатая передача, могут содержать солнечную шестерню и кольцевую шестерню, расположенные соосно, а также водило, на котором расположены сателлиты, находящиеся в зацеплении с солнечной шестерней и с кольцевой шестерней так, что сателлиты расположены с возможностью вращения вокруг своих осей и поворота по кругу.
[0013] Таким образом, эффективность передачи мощности можно повысить в широком рабочем диапазоне транспортного средства и, в частности, в широком диапазоне значений передаточного отношения при переключении скоростей приводного устройства.
[0014] Механизм трансмиссии и в гибридном приводном устройстве может состоять из ведущей шестерни, предусмотренной на первом промежуточном вращающемся элементе, и ведущей шестерни, предусмотренной на втором промежуточном вращающемся элементе, а также ведомых шестерен, предусмотренных на ведомом элементе, которые находятся в зацеплении, соответственно, с ведущими шестернями, при этом вторым вращающимся элементом является солнечная шестерня, и солнечная шестерня и ведущая шестерня расположены соосно.
[0015] Таким образом, размеры приводного устройства можно дополнительно уменьшить в радиальных направлениях относительно оси вращения.
[0016] Кроме того, в гибридном приводном устройстве третьим вращающимся элементом может быть кольцевая шестерня, а также может быть предусмотрен третий источник мощности привода, выполненный в форме кольца, окружающего внешнюю сторону кольцевой шестерни.
[0017] Таким образом, поскольку кольцевая шестерня планетарной зубчатой передачи и третий источник мощности привода расположены в одном и том же положении в направлении оси вращения, размер приводного устройства в направлении оси вращения может быть уменьшен.
[0018] Кроме того, в гибридном приводном устройстве зубчатая передача может быть скомпонована так, что первый вращающийся элемент служит в качестве входного элемента, и так, что второй вращающийся элемент или третий вращающийся элемент служит в качестве элемента противодействующей силы, а другой из второго или третьего вращающихся элементов служит в качестве выходного элемента, и так, что передаточное отношение при изменении скоростей вращающегося элемента, который служит в качестве входного элемента, и вращающегося элемента, который служит в качестве выходного элемента, может изменяться бесступенчато благодаря дифференциальному вращению первого вращающегося элемента, второго вращающегося элемента и третьего вращающегося элемента.
[0019] Таким образом, мощность от первого источника мощности привода подается на первый вращающийся элемент планетарной зубчатой передачи, и один из следующих элементов: второй вращающийся элемент или третий вращающийся элемент, служит в качестве элемента противодействующей силы, а другой из них - в качестве выходного элемента. Мощность с выхода выходного элемента передается на колеса через ведомый элемент. Например, в случае, когда второй вращающийся элемент служит в качестве элемента противодействующей силы, а третий вращающийся элемент служит в качестве выходного элемента, мощность, выдаваемая с третьего вращающегося элемента, передается на ведомый элемент по второму пути передачи мощности. С другой стороны, в случае, когда третий вращающийся элемент служит в качестве элемента противодействующей силы, а второй вращающийся элемент служит в качестве выходного элемента, мощность, выдаваемая со второго вращающегося элемента, передается на ведомый элемент по первому пути передачи мощности. Кроме того, рекуперативное торможение осуществляется на источнике мощности привода, который воспринимает реактивный крутящий момент первого источника мощности привода, и рекуперированная энергия подается в источник мощности привода, подключенный к вращающемуся элементу, который используется в качестве выходного элемента. Эффективность передачи мощности в случае, когда мощность первого источника мощности привода, второго источника мощности привода и третьего источника мощности привода, передаваемая на ведомый элемент, изменяется в зависимости от передаточного отношения при переключении скоростей всего приводного устройства, то есть от отношения между скоростью вращения первого источника мощности привода и скоростью вращения ведомого элемента. Далее, посредством избирательного переключения между несколькими режимами трансмиссии, предусмотренными, по меньшей мере, на одном из следующих путей: первом пути передачи мощности или втором пути передачи мощности - может быть изменен диапазон регулирования передаточного отношения трансмиссии при переключении скоростей.
[0020] Гибридное приводное устройство может также иметь следующую конструкцию. А именно, зубчатая передача может содержать планетарную зубчатую передачу с одной группой сателлитов, имеющую солнечную шестерню и кольцевую шестерню, расположенные соосно, а также водило, которое удерживает сателлиты в зацеплении с солнечной шестерней и кольцевой шестерней. Первым вращающимся элементом является водило, вторым вращающимся элементом является солнечная шестерня, и третьим вращающимся элементом является кольцевая шестерня. Трансмиссия содержит первый промежуточный вращающийся элемент и второй промежуточный вращающийся элемент. Первый промежуточный вращающийся элемент соединен с солнечной шестерней, а второй промежуточный вращающийся элемент соединен с кольцевой шестерней. Первый путь передачи мощности образован зацеплением множества первых ведущих шестерен, предусмотренных на первом промежуточном вращающемся элементе, и множества первых ведомых шестерен, предусмотренных на ведомом элементе, а второй путь передачи мощности образован зацеплением множества вторых ведущих шестерен, установленных на втором промежуточном вращающемся элементе, и множества вторых ведомых шестерен, установленных на ведомом элементе. Первая трансмиссия, предусмотренная на первом пути передачи мощности, имеет первый механизм сцепления, соединяющий одну из множества первых ведущих шестерен с одной из множества первых ведомых шестерен, а вторая трансмиссия, предусмотренная на втором пути передачи мощности, имеет второй механизм сцепления, соединяющий одну из множества вторых ведущих шестерен с одной из множества вторых ведомых шестерен.
Таким образом, первый промежуточный вращающийся элемент и ведомый элемент соединены с возможностью передачи мощности посредством управления первым механизмом сцепления. Аналогично, второй промежуточный вращающийся элемент и ведомый элемент соединены с возможностью передачи мощности посредством управления вторым механизмом сцепления.
[0021] Гибридное приводное устройство может также иметь следующую конструкцию. Зубчатая передача скомпонована из планетарной зубчатой передачи с двумя группами сателлитов, имеющей солнечную шестерню и кольцевую шестерню, расположенные соосно, первые сателлиты, находящиеся в зацеплении с солнечной шестерней, вторые сателлиты, находящиеся в зацеплении с первыми сателлитами и с кольцевой шестерней, а также водило, на которое опираются первые сателлиты и вторые сателлиты. Первым вращающимся элементом является кольцевая шестерная, вторым вращающимся элементом является солнечная шестерня, и третьим вращающимся элементом является водило. Трансмиссия содержит первый промежуточный вращающийся элемент и второй промежуточный вращающийся элемент. Первый промежуточный вращающийся элемент связан с солнечной шестерней, а второй промежуточный вращающийся элемент связан с водилом. Первый путь передачи мощности образован зацеплением множества первых ведущих шестерен, предусмотренных на первом промежуточном вращающемся элементе, и множества первых ведомых шестерен, предусмотренных на ведомом элементе, а второй путь передачи мощности образован зацеплением множества вторых ведущих шестерен, предусмотренных на втором промежуточном вращающемся элементе, и множества вторых ведомых шестерен, предусмотренных на ведомом элементе. Первая трансмиссия, предусмотренная на первом пути передачи мощности, имеет первый механизм сцепления, соединяющий одну из множества первых ведущих шестерен с одной из множества первых ведомых шестерен, а вторая трансмиссия, предусмотренная на втором пути передачи мощности, имеет второй механизм сцепления, соединяющий одну из множества вторых ведущих шестерен с одной из множества вторых ведомых шестерен.
[0022] Таким образом, посредством управления первым механизмом сцепления осуществляется с возможностью передачи мощности соединение первого промежуточного вращающегося элемента с ведомым элементом. Аналогично, посредством управления вторым устройством сцепления осуществляется с возможностью передачи мощности соединение второго промежуточного вращающегося элемента с ведомым элементом.
[0023] Гибридное приводное устройство при регулировании передаточного отношения при переключении скоростей между скоростью вращения первого источника мощности привода и скоростью вращения ведомого элемента посредством регулирования отношения при переключении скоростей между входным элементом и выходным элементом зубчатой передачи может осуществлять регулирование передаточного отношения при переключении скоростей трансмиссии параллельно с регулированием передаточного отношения при переключении скоростей зубчатой передачи, так чтобы можно было избирательно осуществлять переключение режимов работы привода, имеющих различные диапазоны регулирования передаточного отношения при переключении скоростей между скоростью вращения первого источника мощности привода и скоростью вращения ведомого элемента. Кроме того, гибридное транспортное средство может иметь средство выбора способа переключения режимов в группе из нескольких режимов, предназначенное для выбора первого способа переключения режимов для переключения между несколькими режимами привода при сохранении постоянной скорости вращения первого источника мощности привода.
[0024] Таким образом, переключение между несколькими режимами привода может выполняться при ограничении роста скорости вращения первого источника мощности привода.
[0025] Средство выбора способа переключения режимов может содержать средство, предназначенное для оценки, является ли заданная выходная мощность первого источника мощности привода высокой или низкой, а также для выбора первого способа переключения режимов в зависимости от результата оценки.
[0026] Таким образом, переключение между несколькими режимами привода может выполняться при ограничении роста скорости вращения первого источника мощности привода.
[0027] Кроме того, средство выбора способа переключения режимов может содержать средство выбора второго способа переключения режимов, которое имеет характеристику переключения между несколькими режимами привода при увеличении скорости вращения первого источника мощности привода. Средство выбора способа переключения режимов может выбрать первый способ переключения режимов, когда выходная мощность первого источника мощности привода высока, и может выбрать второй способ переключения режимов, когда выходная мощность первого источника мощности привода имеет низкое значение.
[0028] Таким образом, когда выходная мощность первого источника мощности привода высока, может быть ограничен рост скорости вращения первого источника мощности привода. Когда выходная мощность первого источника мощности привода имеет низкое значение, может быть дополнительно повышена эффективность передачи мощности.
[0029] Гибридное приводное устройство также может иметь следующую конструкцию. На первом пути передачи мощности предусмотрена первая трансмиссия, а на втором пути передачи мощности предусмотрена вторая трансмиссия. Передаточное отношение при переключении скоростей, выбранное с помощью первой трансмиссии, и передаточное отношение при переключении скоростей, выбранное с помощью второй трансмиссии, отличаются друг от друга. Третий механизм сцепления предусмотрен либо в месте между первым источником мощности привода и первым вращающимся элементом, либо в месте между вторым источником мощности привода и вторым вращающимся элементом, либо в месте между третьим источником мощности привода и третьим вращающимся элементом.
[0030] Таким образом, становится возможным подключение первого или второго механизмов сцепления, предусмотренных на первом пути передачи мощности или на втором пути передачи мощности, соответственно, и отключение механизма сцепления, предусмотренного на другом пути передачи мощности, а также выбор заданного передаточного отношения при переключении скоростей с помощью трансмиссии, предусмотренной на одном из подключенных путей передачи мощности, и останов первого источника мощности привода. Далее, если третий механизм сцепления отключен, можно отключить подключенный один из путей передачи мощности и подключить один из отключенных путей передачи мощности, в то время как первый источник мощности привода будет находиться в состоянии останова, и выбрать передаточное отношение при переключении скоростей таким, что оно будет отличаться от заданного передаточного отношения при переключении скоростей, посредством передачи, предусмотренной на вновь подключенном одном из путей передачи мощности.
[0031] Другим аспектом настоящего изобретения является способ управления гибридным приводным устройством, имеющим:
зубчатую передачу, имеющую первый вращающийся элемент, второй вращающийся элемент и третий вращающийся элемент, которые находятся в зацеплении друг с другом с возможностью дифференциального вращения;
первый источник мощности привода, связанный с первым вращающимся элементом;
второй источник мощности привода, связанный со вторым вращающимся элементом;
третий источник мощности привода, связанный с третьим вращающимся элементом;
ведомый элемент, передающий мощность, выдаваемую с элемента зубчатой передачи на колесо;
первый путь передачи мощности, соединяющий с возможностью передачи мощности второй источник мощности привода и второй вращающийся элемент с ведомым элементом;
второй путь передачи мощности, соединяющий с возможностью передачи мощности третий источник мощности привода и третий вращающийся элемент с ведомым элементом;
трансмиссию, предусмотренную, по меньшей мере, на первом пути передачи мощности или на втором пути передачи мощности. Способ управления содержит:
шаг оценки, является ли заданная выходная мощность первого источника мощности привода высокой или низкой;
шаг выполнения регулирования передаточного отношения при переключении скоростей для зубчатой передачи на основании результата оценки;
шаг выбора первого способа переключения режимов или второго способа переключения режимов на основании результата оценки;
шаг переключения передаточного отношения при переключении скоростей передачи на основании результата выбора.
[0032] С учетом этого эффективность передачи мощности можно повысить в широком рабочем диапазоне транспортного средства и, в частности, в широком диапазоне передаточного отношения при переключении скоростей приводного устройства.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0033] Изложенные выше и другие цели, особенности и преимущества настоящего изобретения будут более понятны из последующего подробного описания предпочтительных примеров осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, где для обозначения одинаковых элементов используются одни и те же позиции и на которых:
На Фиг.1 представлена концептуальная схема примера осуществления силовой передачи и системы управления для транспортного средства, имеющего гибридное приводное устройство в соответствии с настоящим изобретением;
На Фиг.2 приведена таблица, отражающая работу механизмов сцепления в режимах переключения трансмиссии 19, показанной на Фиг.1;
На Фиг.3 представлена блок-схема, отображающая пример управления, осуществляемого в гибридном приводном устройстве транспортного средства, в соответствии с настоящим изобретением;
На Фиг.4 представлена диаграмма, соответствующая процессам, выполняемым в примере управления, представленном на Фиг.3;
На Фиг.5 представлена диаграмма, соответствующая процессам, выполняемым в примере управления, представленном на Фиг.3;
На Фиг.6 представлен график, показывающий взаимосвязь между теоретической эффективностью передачи мощности и передаточным отношением при переключении скоростей для всего гибридного приводного устройства как целого в гибридном приводном устройстве, показанном на Фиг.1;
На Фиг.7 представлен график, показывающий взаимосвязь между теоретической эффективностью передачи мощности и передаточным отношением при переключении скоростей гибридного приводного устройства как целого в гибридном приводном устройстве, показанном на Фиг.1;
На Фиг.8 представлена концептуальная схема, отражающая другой пример конструкции силовой передачи и системы управления транспортного средства, оснащенного гибридным приводным устройством, в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения;
На Фиг.9 представлена еще одна концептуальная схема, отражающая другой пример конструкции силовой передачи и системы управления транспортного средства, оснащенного гибридным приводным устройством, в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения;
На Фиг.10 представлен пример диаграммы, соответствующей примеру осуществления настоящего изобретения, показанному на Фиг.9;
На Фиг.11 представлен пример диаграммы, соответствующей примеру осуществления настоящего изобретения, показанному па Фиг.9;
На Фиг.12 представлен пример диаграммы, соответствующей примеру осуществления настоящего изобретения, показанному на Фиг.9;
На Фиг.13 представлен пример диаграммы, соответствующей примеру осуществления настоящего изобретения, показанному на Фиг.9;
На Фиг.14 представлен пример диаграммы, соответствующей примеру осуществления настоящего изобретения, показанному на Фиг.9.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0034] Изобретение может быть использовано в транспортном средстве (гибридном транспортном средстве), оснащенном множеством источников мощности привода, и, в частности, имеющем первый источник мощности привода, второй источник мощности привода и третий источник мощности привода. Указанные источники мощности привода представляют собой силовые блоки, генерирующие мощность, подлежащую передаче на колеса. Следует заметить, что термин «множество» означает множество по количеству элементов. Кроме того, в качестве множества источников мощности привода возможно также использование силовых блоков, имеющих различные принципы генерирования мощности. Например, возможно, чтобы принцип генерирования мощности первым источником мощности привода, принцип генерирования мощности вторым источником мощности привода и принцип генерирования мощности третьим источником мощности привода могли быть различными. Примерами источников мощности привода, имеющих различные принципы генерирования мощности, являются двигатель, электродвигатель, гидравлический двигатель, система на основе маховика и т.д. Двигатель представляет собой силовой блок, который преобразует тепловую энергию в кинетическую энергию. Электродвигатель представляет собой силовой блок, преобразующий электроэнергию в кинетическую энергию. Гидравлический двигатель представляет собой силовой блок, преобразующий энергию (давление, расход) жидкости (масла под давлением) в механическую энергию (крутящий момент, скорость вращения). Система на основе маховика представляет собой силовой блок, который аккумулирует кинетическую энергию и отдает ее. Кроме того, предусмотрена конструкция, в которой энергия отдается и получается между одним из источников мощности привода (первым, вторым или третьим) и другим источником мощности привода.
[0035] В частности, в качестве первого источника мощности привода допустимо использовать двигатель внутреннего сгорания, который представляет собой силовой блок, генерирующий тепловую энергию посредством сжигания топлива и преобразующий тепловую энергию в кинетическую энергию. В частности, в качестве двигателя внутреннего сгорания допустимо использовать бензиновый двигатель, дизельный двигатель, двигатель, работающий на сжиженном газе, двигатель, работающий на метаноле и т.д. С другой стороны, в качестве второго источника мощности привода и третьего источника мощности привода может быть использованы электродвигатели. Электродвигатель представляет собой силовую установку, преобразующую электроэнергию в кинетическую энергию. Электродвигатель может быть электродвигателем постоянного тока или электродвигателем переменного тока. Кроме того, в качестве электродвигателя допустимо использовать мотор-генератор, снабженный также функцией генерирования электроэнергии.
[0036] В данном примере осуществления первый источник мощности привода, второй источник мощности привода и третий источник мощности привода связаны с зубчатой передачей и, в частности, с первым вращающимся элементом, со вторым вращающимся элементом и с третьим вращающимся элементом планетарной зубчатой передачи. Первый вращающийся элемент функционирует в качестве входного элемента, второй вращающийся элемент или третий вращающийся элемент служит в качестве элемента противодействующей силы, а другой из этих двух элементов функционирует в качестве выходного элемента. В частности, когда мощность первого источника мощности привода подается на входной элемент и выдается с выходного элемента, второй источник мощности привода или третий источник мощности привода воспринимает противодействующую силу первого источника мощности привода. Кроме того, также возможно, чтобы мощность от источника мощности привода, отличного от источника мощности привода, воспринимающего противодействующую силу, передавалась на ведомый элемент. Например, возможно, чтобы мотор-генератор, являющийся вторым источником мощности привода, мог выполнять рекуперативное торможение, а выработанная электроэнергия могла подаваться на другой мотор-генератор, являющийся третьим источником мощности привода, с целью выполнения тягового режима.
[0037] Трансмиссия представляет собой механизм, способный изменять передаточное отношение при переключении скоростей, которое является отношением входной скорости вращения к выходной скорости вращения. При этом могут быть использованы ступенчатая трансмиссия, допускающая ступенчатое (неплавное) изменение передаточного отношения при переключении скоростей, бесступенчатая трансмиссия, допускающая бесступенчатое (плавное) изменение передаточного отношения при переключении скоростей и т.д. В качестве ступенчатой трансмиссии могут быть использованы, например, трансмиссия с коробкой передач, трансмиссия с планетарной зубчатой передачей и т.д. С другой стороны, в качестве бесступенчатой трансмиссии могут быть использованы бесступенчатая трансмиссия тороидального типа, бесступенчатая ременная трансмиссия и т.д. К числу устройств передачи мощности в данном примере осуществления относятся зубчатый механизм передачи мощности, механизм передачи мощности с обмоткой, устройство тяговой передачи мощности и т.п.Возможно, что трансмиссия может быть предусмотрена, по меньшей мере, на первом пути передачи мощности или на втором пути передачи мощности. То есть трансмиссия может быть предусмотрена на одном из путей передачи мощности, или трансмиссия может быть предусмотрена на обоих путях передачи мощности. Кроме того, указанные два пути передачи мощности могут быть снабжены трансмиссиями в отдельности, или указанные два пути передачи мощности могут быть снабжены одной общей трансмиссией.
[0038] В данном примере осуществления в случае, когда первый путь передачи мощности снабжен первой трансмиссией, а второй путь передачи мощности снабжен второй трансмиссией, передаточное отношение при переключении скоростей, выбранное первой трансмиссией, и передаточное отношение при переключении скоростей, выбранное второй трансмиссией, отличаются друг от друга. Кроме того, в случае, когда предусмотрены первая трансмиссия и вторая трансмиссия, также может быть предусмотрен третий механизм сцепления либо на пути между первым источником мощности привода и первым вращающимся элементом, либо на пути между вторым источником мощности привода и вторым вращающимся элементом, либо на пути между третьим источником мощности привода и третьим вращающимся элементом. В данном примере осуществления третий механизм сцепления представляет собой механизм, который регулирует крутящий момент трансмиссии и имеет возможность подключать путь передачи мощности, идущий от первого источника мощности привода к первой трансмиссии и ко второй трансмиссии, и отключать путь передачи мощности, идущий от первого источника мощности привода к первой трансмиссии и ко второй трансмиссии.
[0039] Первый механизм сцепления, второй механизм сцепления, и третий механизм сцепления представляют собой механизмы, которые регулируют крутящий момент трансмиссии, другими словами, механизмы, которые подключают и отключают пути передачи мощности. Например, можно использовать муфты сцепления, электромагнитные муфты, фрикционные муфты и т.д. Первый промежуточный вращающийся элемент, второй промежуточный вращающийся элемент и ведомый элемент являются компонентами, которые передают мощность источников мощности привода на колеса. К числу указанных элементов можно отнести вращающиеся валы (полые валы, сплошные валы), соединительные барабаны, зубчатые колеса и т.д. Кроме того, в данном примере осуществления случай, когда выходная мощность первого источника мощности привода является высокой, и случай, когда выходная мощность первого источника мощности привода является низкой, указывают на относительное отношение «высокий-низкий» между выходными мощностями первого источника мощности привода. Опорное значение, которое служит границей между высоким значениями и низким значениями выхода, представляет собой расчетное значение и может быть фиксированным или переменным. Кроме того, ось вращения каждого вращающегося элемента может быть ориентирована либо в продольном направлении транспортного средства или поперечном направлении транспортного средства. Данный пример осуществления применим к транспортным средствам с двумя ведущими колесами, в которых мощность каждого источника мощности привода передается на передние колоса или на задние колеса, а также применим к транспортным средствам с четырьмя ведущими колесами, в которых мощность каждого источника мощности привода передается на передние и на задние колеса.
ПРИМЕР 1 ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0040] Далее будет описан конкретный пример осуществления со ссылкой на чертежи. На Фиг.1 приведен пример конструкции силовой передачи транспортного средства 1. Транспортное средство 1, представленное на Фиг.1, является гибридным транспортным средством типа FF (двигатель спереди, привод на передние колеса; привод на передние колеса от двигателя, расположенного спереди). В транспортном средстве 1, представленном на Фиг.1, в качестве источников мощности привода установлены двигатель 2, являющийся двигателем внутреннего сгорания, а также мотор-генератор MG1 и мотор-генератор MG2. Двигатель 2 представляет собой силовой блок, сжигающий топливо и преобразующий тепловую энергию в кинетическую энергию. Двигатель 2 имеет устройство впуска/выпуска, устройство впрыска топлива и т.д. Выходные параметры двигателя, то есть скорость вращения и крутящий момент двигателя можно регулировать, например, посредством регулирования угла открытия электронной дроссельной заслонки, количества впрыскиваемого топлива, времени впрыска топлива и т.д. Кроме того, каждый из моторов-генераторов MG1, MG2 является устройством вращения, имеющим как функцию преобразования электрической энергии в кинетическую энергию в тяговом режиме, так и регенеративную функцию, с помощью которой кинетическая энергия преобразуется в электроэнергию.
[0041] Предусмотрено устройство 3 распределения мощности, к которому подключены с возможностью передачи мощности двигатель 2 и моторы-генераторы MG1 и MG2. Устройство 3 распределения мощности состоит из планетарной передачи с одной группой сателлитов. В частности, устройство 3 распределения мощности имеет солнечную шестерню 4, кольцевую шестерню 5, которая расположена соосно с солнечной шестерней 4 вокруг нее, сателлиты 6, находящиеся в зацеплении с солнечной шестерней 4 и с кольцевой шестерней 5, а также водило 7, на которое опираются сателлиты с возможностью вращения вокруг своих осей, а также поворота по кругу. Таким образом, солнечная шестерня 4, кольцевая шестерня 5 и водило 7 скомпонованы с возможностью дифференциального вращения друг относительно друга.
[0042] Далее будут рассмотрены структуры для подключения двигателя 2 и моторов-генераторов MG1, MG2 к вращающимся элементам устройства 3 распределения мощности. Во-первых, водило 7 подключено с возможностью передачи мощности к коленчатому валу 8 двигателя 2. Кроме того, предусмотрен входной вал 9, который вращается вместе с солнечной шестерней 4. Входной вал 9 расположен вместе с коленчатым валом 8 двигателя 2. Входной вал 9 снабжен ведомой шестерней 10. С другой стороны, мотор-генератор MG1 имеет статор 11 и ротор 12. Статор 11 прикреплен к корпусу (не показан). Вращающийся вал 13 соединен с ротором 12 так, что ось А1 вращения вращающегося вала 13 и ось В1 вращения входного вала 9 располагаются параллельно. В данном примере осуществления оси А1 и В1 вращения расположены поперек транспортного средства 1. Кроме того, вращающийся вал 13 снабжен ведущей шестерней 14. Ведущая шестерня 14 и ведомая шестерня 10 находятся в зацеплении друг с другом. Ведущая шестерня 14 и ведомая шестерня 10 образуют механизм понижения скорости. В частности, в случае, когда крутящий момент мотора-генератора MG1 передается на входной вал 9, скорость вращения входного вала 9 ниже (уменьшена) по сравнению со скоростью вращения вращающегося вала 13. Мотор-генератор MG2 имеет статор 15 и ротор 16. Мотор-генератор MG2 выполнен в форме кольца, окружающего с внешней стороны устройство 3 распределения мощности (с его внешней стороны в радиальных направлениях относительно оси В1 вращения). Мотор-генератор MG2 и устройство 3 распределения мощности расположены между двигателем 2 и мотором-генератором MG1 в направлении оси вращения входного вала 9. Статор 15 прикреплен к корпусу. Кроме того, ротор 16 соединен с кольцевой шестерней 5 с возможностью вращения вместе.
[0043] Предусмотрен входной вал 17, соединенный с ротором 16 мотора-генератора MG2. Входной вал 17 выполнен полым. Входной вал 9 расположен внутри входного вала 17. То есть два входных вала 9, 17 расположены с возможностью взаимного вращения вокруг общей оси В1 вращения. Кроме того, входной вал 9 длиннее входного вала 17. Противоположный вал 18 предусмотрен с возможностью вращения вокруг оси С1 вращения, расположенной параллельно оси А1 вращения. Между двумя входными валами 9, 17 и противоположным валом 18 предусмотрена трансмиссия 19. Трансмиссия 19 сконструирована с возможностью изменения отношения скорости вращения, то есть передаточного отношения при изменении скоростей между входными валами 9, 17 и противоположным валом 18. Трансмиссия 19 имеет зубчатую пару 20 первой скорости, зубчатую пару 21 второй скорости, зубчатую пару 22 третьей скорости и зубчатую пару 23 четвертой скорости. Зубчатая пара 20 первой скорости имеет ведущую шестерню 25 первой скорости и ведомую шестерню 26 первой скорости, находящиеся в зацеплении друг с другом. Кроме того, зубчатая пара 22 третьей скорости имеет ведущую шестерню 27 третьей скорости и ведомую шестерню 28 третьей скорости, находящиеся в зацеплении друг с другом. Ведущая шестерня 25 первой скорости и ведущая шестерня 27 третьей скорости предусмотрены с возможностью вращения вместе с входным валом 17.
[0044] Ведомая шестерня 26 первой скорости и ведомая шестерня 28 третьей скорости прикреплены к промежуточному валу 18 с возможностью вращения относительно него. Кроме того, зубчатая пара 21 второй скорости имеет ведущую шестерню 29 второй скорости и ведомую шестерню 31 второй скорости, находящиеся в зацеплении друг с другом. Зубчатая пара 23 четвертой скорости имеет ведущую шестерню 30 четвертой скорости и ведомую шестерню 32 четвертой скорости, находящиеся в зацеплении друг с другом. Ведущая шестерня 29 второй скорости и ведущая шестерня 30 четвертой скорости связаны с входным валом 9 с возможностью совместного вращения. С другой стороны, ведомая шестерня 31 второй скорости и ведомая шестерня 32 четвертой скорости прикреплены к противоположному валу 18 с возможностью вращения относительно него. Что касается передаточных отношений при изменении скоростей промежуточного вала 18 к входным валам 9, 17, передаточное отношение при изменении скоростей для зубчатой пары 20 первой скорости является наибольшим, а передаточное отношение при переключении скоростей для зубчатой пары 21 второй скорости меньше, чем передаточное отношение при переключении скоростей зубчатой пары 20 первой скорости, передаточное отношение при переключении скоростей для зубчатой пары 22 третьей скорости меньше, чем передаточное отношение при переключении скоростей зубчатой пары 21 второй скорости, и передаточное отношение при переключении скоростей зубчатой пары 23 четвертой скорости меньше, чем передаточное отношение при переключении скоростей зубчатой пары 22 третьей скорости.
[0045] Далее будет описан механизм сцепления, который соединяет с возможностью передачи мощности зубчатые пары (с 20 по 23) скоростей с первой по четвертую с противоположным валом 18 и отсоединять их от него. Прежде всего, предусмотрен первый механизм S1 сцепления. С помощью указанного первого механизма S1 сцепления осуществляется управление состоянием передачи мощности зубчатой парой 20 первой скорости и зубчатой парой 22 третьей скорости. Указанный первый механизм S1 сцепления имеет конструкцию, которая соединяет с возможностью передачи мощности либо ведомую шестерню 26 первой скорости или ведомую шестерню 28 третьей скорости с противоположным валом 18, либо не дает возможности ни ведомой шестерне 26 первой скорости, ни ведомой шестерне 28 третьей скорости находиться в состоянии, где возможна передача мощности на противоположный вал 18. В качестве первого механизма S1 сцепления можно, например, использовать муфту зацепления, такую как кулачковая муфта и т.д. В данном примере осуществления используется механизм сцепления, имеющий механизм синхронизации (синхронизирующий механизм), который уравнивает скорость вращения ведомой шестерни 26 первой скорости или ведомой шестерни 28 третьей скорости со скоростью вращения противоположного вала 18.
[0046] Кроме того, предусмотрен второй механизм S2 сцепления. С помощью указанного второго механизма S2 сцепления осуществляется управление состоянием передачи мощности зубчатой парой 21 второй скорости и зубчатой парой 23 четвертой скорости. Указанный второй механизм S2 сцепления имеет конструкцию, которая с возможностью передачи мощности соединяет либо ведомую шестерню 31 второй скорости или ведомую шестерню 32 четвертой скорости с противоположным валом 18, либо не дает возможности ни ведомой шестерне 31 второй скорости, ни ведомой шестерне 32 четвертой скорости находиться в состоянии, где возможна передача мощности на противоположный вал 18. В качестве второго устройства сцепления S2 можно, например, использовать муфту зацепления, такую как кулачковую муфту и т.д. В данном примере используется устройство сцепления, включающее в себя механизм синхронизации (устройство синхронизации), который уравнивает скорость вращения ведомой шестерни второй скорости 31 или ведомой шестерни четвертой скорости 32 со скоростью вращения промежуточного вала 18.
[0047] Далее будет описана зубчатая передача 33 для движения назад, предусмотренная между входным валом 17 и противоположным валом 18. Прежде всего, параллельно входному валу 17 предусмотрен промежуточный вал 34 для движения назад. Указанный промежуточный вал 34 для движения назад снабжен промежуточной шестерней 35 для движения назад, так что вал 34 и шестерня 35 вращаются вместе, и дополнительно снабжен промежуточной шестерней 36 для движения назад, которая вращается относительно промежуточного вала 34 для движения назад. Промежуточная шестерня 36 для движения назад находится в зацеплении с ведущей шестерней 25 первой скорости. Кроме того, противоположный вал 18 снабжен ведущими шестернями 37 последней ступени. Предусмотрена шестерня 38 сцепления, которая входит в зацепление с промежуточной шестерней 35 для движения назад и с ведущими шестернями 37 последней ступени. Кроме того, предусмотрен механизм SR сцепления для движения назад. С помощью механизма SR сцепления для движения назад производится управление состоянием передачи мощности промежуточной шестерни 36 для движения назад по отношению к промежуточному валу 34 для движения назад. Указанный механизм SR сцепления для движения назад имеет конструкцию, которая соединяет с возможностью передачи мощности промежуточную шестерню 36 для движения назад с промежуточным валом 34 для движения назад, и при которой промежуточная шестерня 36 для движения назад находится в состоянии, в котором невозможна передача мощности промежуточному валу 34 для движения назад. В качестве механизма SR сцепления для движения назад можно использовать, например, муфту зацепления, такую как кулачковая муфта и т.д. В данном примере осуществления используется механизм сцепления, имеющий механизм синхронизации (синхронизирующий механизм), который уравнивает скорость вращения промежуточной шестерни 36 для движения назад со скоростью вращения промежуточного вала 34 для движения назад. Кроме того, предусмотрен исполнительный механизм 39, управляющий первым и вторым механизмами SI, S2 сцепления, и механизмом SR сцепления для движения назад. В качестве исполнительного механизма 39 можно использовать исполнительный механизм с гидравлическим управлением, с электромагнитным управлением и т.д.
[0048] Предусмотрена кольцевая шестерня 40, которая находится в зацеплении с ведущими шестернями 37 последней ступени. Ведущие шестерни 37 последней ступени и кольцевая шестерня 40 образуют редуктор последней ступени. Кроме того, кольцевая шестерня 40 сконструирована с возможностью вращения вместе с картером 50 дифференциала. Картер 50 дифференциала и колеса (передние колеса) 51 соединены с возможностью передачи мощности с ведущим валом 52. Далее, предусмотрено устройство электропитания, которое выдает электроэнергию на вышеупомянутые моторы-генераторы и получает энергию с них. Устройство 53 электропитания имеет устройство аккумулирования электроэнергии (не показано), например, аккумуляторную батарею и т.д. В качестве устройства аккумулирования электроэнергии может быть использован аккумулятор или конденсатор. Это устройство аккумулирования электроэнергии и моторы-генераторы MG1, MG2 связаны между собой посредством инвертора (не показан). Кроме того, устройство 53 электропитания в дополнение к устройству аккумулирования электроэнергии также может быть снабжено системой топливных элементов (не показана). Система топливных элементов представляет собой систему, в которой электродвижущая сила вырабатывается путем реакции водорода и кислорода, и которая способна выдавать генерируемую электроэнергию на моторы-генераторы MG1, MG2 или заряжать устройство аккумулирования электроэнергии. Кроме того, устройство 53 электропитания имеет электрическую схему, соединяющую мотор-генератор MG1 и мотор-генератор MG2. Таким образом, электроэнергия может выдаваться и приниматься непосредственно между мотором-генератором MG1 и мотором-генератором MG2 без прохождения через устройство аккумулирования электроэнергии.
[0049] Далее будет описана система управления транспортного средства. В качестве контроллера предусмотрено электронное устройство 54 управления. Электронное устройство 54 управления принимает входные детектирующие сигналы от различных датчиков и переключателей и подобных, например, запрос на ускорение, запрос на торможение, скорость вращения двигателя, скорости вращения моторов-генераторов MG1, MG, скорости вращения входных валов 9, 17, скорость вращения промежуточного вала 18 и т.д. Электронное устройство 54 управления выдает сигнал управления двигателем 2, сигналы управления моторами-генераторами MG1, MG, сигналы, отображающие состояние генерирования электроэнергии, состояние зарядки, состояние разрядки и т.д. электронного устройства 53 управления, сигнал управления исполнительным механизмом 39 и т.д.
[0050] В транспортном средстве 1, показанном на Фиг.1, выполняется управление, при котором крутящий момент двигателя подается на водило 7 устройства 3 распределения мощности, а сила противодействия крутящего момента двигателя воспринимается одним из моторов-генераторов. В частности, в случае, когда противодействующая сила воспринимается мотором-генератором MG1, связанным с солнечной шестерней 4, кольцевая шестерня 5 служит в качестве выходного элемента устройства 3 распределения мощности. С другой стороны, в случае, когда противодействующая сила воспринимается мотором-генератором MG2, связанным с кольцевой шестерней 5, солнечная шестерня 4 используется в качестве выходного элемента устройства 3 распределения мощности. В случае, когда мотор-генератор, который воспринимает силу противодействия крутящего момента двигателя, вращается в прямом направлении, мотор-генератор переходит в режим рекуперативного торможения. В другом случае, когда мотор-генератор, который воспринимает силу противодействия крутящего момента двигателя, вращается в обратном направлении, этот мотор-генератор переходит в тяговый режим.
[0051] В случае, когда мотор-генератор, воспринимающий реактивный крутящий момент, переходит в режим рекуперативного торможения, генерируемая электроэнергия может аккумулироваться в устройстве аккумулирования электроэнергии или может быть подано на другой мотор-генератор для работы этого мотора-генератора в тяговом режиме. С другой стороны, в случае, когда мотор-генератор, воспринимающий реактивный крутящий момент, переходит в тяговый режим, возможно, чтобы электроэнергия, накопленная в устройстве аккумулирования электроэнергии, могла быть передана на мотор-генератор, воспринимающий противодействующую силу, или чтобы другой мотор-генератор мог работать в режиме рекуперативного торможения, и вырабатываемая электроэнергия могла быть подана на мотор-генератор, воспринимающий противодействующую силу. Далее, в устройстве 3 распределения мощности, если регулируется скорость вращения мотора-генератора, воспринимающего противодействующую силу крутящего момента двигателя, отношение между скоростью вращения двигателя и скоростью вращения выходного элемента можно регулировать бесступенчато (плавно) благодаря дифференциальному вращению солнечной шестерни 4, кольцевой шестерни 5 и водила 7. То есть устройство 3 распределения мощности работает в качестве бесступенчатой трансмиссии.
[0052] Далее будет описано управление трансмиссией 19. Будут описаны положения движения вперед и положение движения назад, которые можно выбирать в качестве режимов управления трансмиссией 19. Положение движения вперед представляет собой положение, используемое для создания движущей силы в таком направлении, чтобы транспортное средство 1 перемещалось вперед. В положении движения вперед можно избирательно осуществлять переключение между режимом 1 переключения передач (1-м), режимом 2 переключения передач (2-ым), режимом 3 переключения передач (3-м) и режимом 4 переключения передач (4-ым). Режим 1 переключения передач 1 и режим 3 переключения передач представляют собой режимы переключения передач, каждый из которых выбирается, когда крутящий момент двигателя должен передаваться от кольцевой шестерни 5 на входной вал 17. В случае, когда выбран режим 1 переключения передач или режим 3 переключения передач, реактивный крутящий момент воспринимается мотором-генератором MG1. Далее это будет описано более подробно. В случае, когда выбирается режим 1 переключения передач, первое устройство S1 сцепления вводится в зацеплении для соединения противоположного вала 18 и ведомой шестерни 26 первой скорости, и прекращается передача мощности между противоположным валом 18 и ведомой шестерней 28 третей скорости. Кроме того, второй механизм S2 сцепления отключается, чтобы прекратить передачу мощности ведомой шестерни 31 второй скорости и передачу мощности ведомой шестерни 32 четвертой скорости по отношению к противоположному валу 18. Таким образом, в случае, когда режимом управления трансмиссией 19 выбран режим 1 переключения передач, крутящий момент с выхода кольцевой шестерни 5 устройства 3 распределения мощности передается на противоположный вал 18 через зубчатую пару 20 первой скорости.
[0053] В случае, когда выбирается режим 3 переключения передач, первый механизм S1 сцепления вводится в зацепление с целью связи противоположного вала 18 и ведомой шестерни 28 третьей скорости и прекращения передачи мощности между противоположным валом 18 и ведомой шестерней 26 первой скорости. Кроме того, второй механизм S2 сцепления выключается, чтобы прекратить передачу мощности ведомой шестерней 31 второй скорости и передачу мощности ведомой шестерней 32 четвертой скорости по отношению к противоположному валу 18. Таким образом, в случае, когда в качестве режима управления трансмиссией 19 выбран режим 3 переключения передач, крутящий момент с выхода кольцевой шестерни 5 устройства 3 распределения мощности передается на противоположный вал 18 через зубчатую пару 22 третьей скорости.
[0054] Далее будут описаны режим 2 переключения передач и режим 4 переключения передач. Режим 2 переключения передач и режим 4 переключения передач являются режимами, которые выбираются, когда крутящий момент двигателя должен передаваться от солнечной шестерни 4 на входной вал 9. В случае, когда выбран режим 2 переключения передач или режим 4 переключения передач, реактивный крутящий момент воспринимается мотором-генератором MG2. Далее это будет описано более подробно. В случае, когда выбирается режим 2 переключения передач, второй механизм S2 сцепления вводится в зацепление с целью соединения противоположного вала 18 и ведомой шестерни 31 второй скорости и прекращения передачи мощности между противоположным валом 18 и ведомой шестерней 32 четвертой скорости. Кроме того, первый механизм S1 сцепления отключается, чтобы прекратить передачу мощности ведомой шестерней 26 первой скорости и ведомой шестерней 28 третьей скорости по отношению к противоположному валу 18. Таким образом, в случае, когда в качестве режима управления трансмиссией 19 выбран режим 2 переключения передач, крутящий момент с выхода солнечной шестерни 4 устройства 3 распределения мощности передается на противоположный вал 18 через зубчатую пару 21 второй скорости.
[0055] С другой стороны, в случае, когда выбран режим 4 переключения передач, второй механизм S2 сцепления вводится в зацепление для связи противоположного вала 18 и ведомой шестерни 32 четвертой скорости и прекращения передачи мощности между противоположным валом 18 и ведомой шестерней 31 второй скорости. Кроме того, первый механизм S1 сцепления отключается, чтобы прекратить передачу мощности ведомой шестерней 26 первой скорости и ведомой шестерней 28 третьей скорости по отношению к противоположному валу 18. Таким образом, в случае, когда в качестве режима управления трансмиссией 19 выбран режим 4 переключения передач, крутящий момент с выхода солнечной шестерни 4 устройства 3 распределения мощности передается на противоположный вал 18 через зубчатую пару 23 четвертой скорости. В этой связи в любом из вышеупомянутых положений движения вперед устройство SR сцепления для движения назад отключается, чтобы прекратить передачу мощности между промежуточной шестерней 36 для движения назад и промежуточным валом 34 для движения назад. Таким образом, в трансмиссии 19 путем избирательного переключения между множеством режимов переключения передач можно ступенчато изменять передаточное отношение при переключении скоростей, то есть отношение между скоростью вращения входного вала 9 или входного вала 17 и скоростью вращения противоположного вала 18.
[0056] С другой стороны, положение движения назад представляет собой положение, которое используется для создания движущей силы в таком направлении, чтобы транспортное средство 1 двигалось назад. В случае, когда выбрано положение движения назад, механизм SR сцепления для движения назад входит в зацепление, чтобы связать промежуточную шестерню 36 для движения назад и промежуточный вал 34 для движения назад. Кроме того, в случае, когда выбрано положение движения назад, первый механизм S1 сцепления и второй механизм S2 сцепления отключаются, чтобы прекратить передачу мощности зубчатой парой 26 первой скорости, зубчатой парой 31 второй скорости, зубчатой парой 28 третьей скорости и зубчатой парой 32 четвертой скорости по отношению к противоположному валу 18. Более того, в случае, когда выбрано положение движения назад, мотор-генератор MG2 вращается в прямом направлении и работает в тяговом режиме, а его крутящий момент передается на ведомые шестерни 37 последней ступени противоположного вала 18 через зубчатую передачу 33 для движения назад.
[0057] В этой связи, направление вращения противоположного вала 18 в случае, когда выбрано положение движения назад, противоположно направлению вращения промежуточного вала для случая, когда выбрано положение движения вперед. На Фиг.2 показаны действия первого механизма S1 сцепления, второго механизма S2 сцепления и устройства SR сцепления для движения назад в различных режимах переключения передач.
На Фиг.2, символ "х" показывает отключенное состояние механизма сцепления, а символ "О" показывает состояние зацепления механизма сцепления. Вышерассмотренным способом крутящий момент передается на противоположный вал 18, и затем крутящий момент передается на колеса через ведущий вал, тем самым создавая движущую силу. В транспортном средстве, представленном на Фиг.1, «передаточное отношение при переключении скоростей приводного устройства (силовой передачи)», выраженное в виде отношения скорости вращения двигателя и скорости вращения противоположного вала 18, может регулироваться посредством осуществления регулирования передаточного отношения при переключении скоростей устройства 3 распределения мощности и регулирования передаточного отношения при переключении скоростей трансмиссии 19.
[0058] Далее будет описано множество режимов работы привода, используемых для регулирования «передаточного отношения при переключении скоростей приводного устройства» и переключение указанных режимов работы привода. Во-первых, в каждом из режимов привода используется различный режим переключения передач. В данном примере осуществления могут избирательно использоваться режимы привода с 1 по 4. В частности, когда выбран режим 1 работы привода, используется режим 1 переключения передач; когда выбран режим 2 работы привода, используется режим 2 переключения передач; когда выбран режим 3 работы привода, используется передача 3, когда выбран режим 4 работы привода, используется режим 4 переключения передач. Затем в качестве способов переключения режимов работы привода с 1 по 4 используются первый способ переключения режимов работы привода и второй способ переключения режимов работы привода.
[0059] После этого будут рассмотрены технические особенности первого способа переключения режимов привода и второго способа переключения режимов привода со ссылкой на блок-схему Фиг.3. Прежде всего, сигнал, поступающий на электронное устройство управления, обрабатывается с целью определения требуемой движущей силы, требуемого выходного параметра двигателя и т.д. (шаг S1). Например, определяются требуемая запрашиваемая движущая сила на основании скорости транспортного средства и степени нажатия педали газа (запрос ускорения), а также вращения двигателя и требуемый крутящий момент двигателя определяются в соответствии с оптимальной кривой экономичного расхода топлива таким образом, чтобы получить оптимальный уровень экономии топлива. Путем регулирования передаточного отношения при переключении скоростей устройства 3 распределения мощности фактическая скорость вращения двигателя может быть приведена к значениям, близким к значению требуемой скорости вращения двигателя. Кроме того, путем регулирования угла открытия электронной дроссельной заслонки и т.п. фактический крутящий момент двигателя может быть приведен к значениям, близким к значению требуемого крутящего момента двигателя. В дополнение, данные, необходимые для выполнения обработки на шаге S1, представляются в форме таблицы и заранее сохраняются в электронном устройстве 54 управления.
[0060] После шага S1 оценивается, является ли значение требуемого выхода двигателя высоким (шаг S2). Если на шаге S2 получена положительная оценка, выбирается первый способ переключения режима работы привода (шаг S3), и на этом данная подпрограмма управления заканчивается. С другой стороны, если на шаге S2 получена отрицательная оценка, выбирается второй способ переключения режима работы привода (шаг S4), и на этом данная подпрограмма управления заканчивается. Первый способ переключения режимов работы привода представляет собой способ, в котором если скорость транспортного средства постоянна, то можно осуществлять избирательное переключение между множеством режимов привода при сохранении постоянной скорости вращения двигателя (без ее изменения). Далее со ссылкой на диаграмму Фиг.4 будет рассмотрен конкретный пример случая, когда переключение режимов среди множества режимов привода выполняется первым способом. На диаграмме Фиг.4 по горизонтальной оси показано взаимное положение вращающихся элементов в устройстве 3 распределения мощности, а также взаимное положение вращающихся элементов в трансмиссии 19, а по вертикальной оси отображена скорость вращения и направление вращения каждого элемента вращения. В устройстве 3 распределения мощности двигатель 2 расположен между мотором-генератором MG1 и мотором-генератором MG2. В трансмиссии 19 ведущая шестерня 25 первой скорости и ведущая шестерня 29 второй скорости находятся, по существу, в одном и том же положении, а ведущая шестерня 27 третьей скорости и ведущая шестерня 30 четвертой скорости расположены между ведущей шестерней 25 первой скорости/ведущей шестерней 29 второй скорости и противоположным валом 18.
[0061] На диаграмме Фиг.4 отображен процесс переключения режима привода 2, в котором используется передача 2, на режим работы привода 3, в котором используется режим 3 переключения передач. Прежде всего, в случае, когда выбран режим 3 переключения передач, второй механизм S2 сцепления входит в зацепление так, как показано в верхней части Фиг.4. Кроме того, двигатель 2, мотор-генератор MG1 и мотор-генератор MG2 вращаются в прямом направления, а противоположный вал 18 вращается в обратном направлении. Следует заметить, что прямое направление вращения - это направление вращения двигателя 2, а обратное направление вращения - это направление вращения, противоположное направлению вращения двигателя 2. В случае, когда режим должен быть переключен из режима 2 переключения передач в режим 3 переключения передач, первый механизм S1 сцепления входит в зацепление для связи ведомой шестерни 28 третьей скорости с противоположным валом 18, в то время как второй механизм S2 сцепления находится в зацеплении, как показано в средней части Фиг.4.
[0062] В случае, когда ведомая шестерня 28 третьей скорости и противоположный вал 18 связаны, как указано выше, скорость вращения двигателя не изменяется в процессе соединения ведомой шестерни 28 третьей скорости и противоположного вала 18, при условии, что скорость вращения ведомой шестерни 28 третьей скорости и скорость вращения противоположного вала 18 заранее установлены равными (синхронизированы). Далее, как показано в нижней части Фиг.4, второй механизм S2 сцепления отключается. Кроме того, в первом способе переключения режимов привода можно также выполнять переход от режима 3 привода к режиму 2 привода, переход от режима 1 привода к режиму 2 привода, переход от режима 2 привода к режиму 1 привода, переход от режима 3 привода к режиму 4 привода, переход от режима 4 привода к режиму 3 привода.
[0063] Далее будет описан второй способ переключения режимов работы привода. Это способ, в котором когда скорость транспортного средства постоянна, переход от одного из множества режимом привода к другому выполняется в процессе изменения скорости вращения двигателя. Далее будет описан конкретный пример переключения режимов привода со ссылкой на диаграмму Фиг.5. На диаграмме Фиг.5 отображен процесс переключения режима 2 привода, в котором используется режим 2 переключения передач, па режим привода 3, в котором используется режим 3 переключения передач. Прежде всего, в случае, когда выбран режим 2 переключения передач, второй механизм S2 сцепления входит в зацепление, двигатель 2 и мотор-генератор MG1 вращаются в прямом направления, а противоположный вал 18 вращается в обратном направлении, как показано в верхней части Фиг.5.
[0064] В случае, когда должен выполняться переход от режима привода 2 к режиму привода 3, первый механизм S1 сцепления входит в зацепление, в то время как второй механизм S2 сцепления остается в зацеплении, как показано на Фиг.5. Таким образом, на стадии перед соединением с ведомой шестерней 28 третьей скорости и противоположным валом 18, ведомая шестерня 28 третьей скорости вращается в обратном направлении, а противоположный вал 18 вращается в прямом направлении, как показано пунктирной линией в средней части Фиг.5. Затем, как показано сплошной линией в средней части Фиг.5, мотор-генератор MG2 управляется для вращения ведомой шестерни 28 третьей скорости в прямом направлении вращения и производится управление уравниванием скорости вращения ведомой шестерни 28 третьей скорости со скоростью вращения противоположного вала 18. При выполнении вышеупомянутых операций управления скорость транспортного средства является постоянной, и поэтому скорость вращения двигателя растет, как показано сплошной линией в средней части Фиг.5.
[0065] Далее, как показано в нижней части Фиг.5, второй механизм S2 сцепления отключается, и скорость вращения мотора-генератора MG1 уменьшается, чтобы вернуть скорость вращения двигателя к величине, указанной в верхней части Фиг.5, Кроме того, во втором способе переключения режимов работы привода можно также выполнять переход от режима 3 привода к режиму 2 привода, переход от режима 1 привода к режиму 2 привода, переход от режима 2 привода к режиму 1 привода, переход от режима 3 привода к режиму 4 привода, переход от режима 4 привода к режиму 3 привода.
[0066] Далее будут описаны различия между первым и вторым способами переключения режимов работы привода со ссылкой на Фиг.6 и 7. На Фиг.6 представлен характеристический график, отображающий первый способ переключения режима работы привода, а на Фиг.7 представлен характеристический график, отображающий второй способ переключения режима работы привода. На Фиг.6 и 7 по горизонтальной оси отображено передаточное отношение (i) при переключении скоростей, представляющее собой отношение скорости вращения двигателя и скорости вращения противоположного вала 18, а по вертикальной оси отображена теоретическая эффективность передачи. Теоретическая эффективность передачи - это та часть мощности двигателя 2, которая передается на противоположный вал 18. Теоретическая эффективность передачи предусматривает, что электроэнергия не передается и не принимается между источником 53 электропитания и мотором-генератором MG1 или MG2.
[0067] Предполагается, что в случае, когда мотор-генератор MG1 остановлен, теоретическая эффективность передачи равна 1,0. Если теоретическая эффективность передачи меньше 1,0, это означает, что количество электричества, проходящего через источник электропитания 53, увеличивается благодаря преобразованию энергии двигателя 2 в электроэнергию или преобразованию электроэнергии в энергию мотора-генератора, то есть это означает, что зависимость транспортного средства 1 от электроэнергии в целом становится больше (выше). Кроме того, на Фиг.6 и 7 показаны характеристические кривые режимов с 1 по 4 приводов. Характеристические кривые, соответствующие отдельным режимам работы привода, имеют выпуклые вверх горообразные участки. Эффективности передач механической энергии в указанных пиках характеристических кривых, соответствующих отдельным режимам работы привода, все равны 1,0. В случае, когда мотором-генератором MG1 или MG2 осуществляется тяговый режим или режим рекуперативного торможения, выполняется преобразование электрической энергии в механическую и обратно, и следовательно, теоретическая эффективность имеет значение меньше 1,0.
[0068] Что касается пика характеристической кривой каждого режима работы привода, левая боковая область представляет собой область, где мотор-генератор MG1
вращается в обратном направлении и подвергается тяговому режиму, а правая боковая область представляет собой область, где мотор-генератор MG1 вращается в прямом направлении и подвергается режиму рекуперативного торможения. Как показано на Фиг.6 и 7, диапазон регулирования передаточного отношения (i) при переключении скоростей в каждом режиме работы привода различен. В частности, диапазон регулирования передаточного отношения (i) при переключении скоростей в режиме 2 привода является областью передаточного отношения при переключении скоростей, и который меньше, чем диапазон регулирования передаточного отношения (i) при переключении скоростей в режиме 1 работы привода. Кроме того, диапазон регулирования передаточного отношения (i) при переключении скоростей в режиме 3 работы привода является областью передаточного отношения при переключении скоростей, и который меньше, чем диапазон регулирования передаточного отношения (i) при переключении скоростей, соответствующий режиму 2 работы привода. Кроме того, диапазон регулирования передаточного отношения (i) при переключении скоростей в режиме 4 работы привода является областью передаточного отношения при переключении скоростей, и который меньше, чем диапазон регулирования передаточного отношения (i) при переключении скоростей, соответствующий режиму 3 работы привода.
[0069] Как описано выше, на пути передачи мощности, простирающемся от моторов-генераторов MG1 и MG2 к противоположному валу 18, предусмотрена трансмиссия 19. Данная трансмиссия 19 служит для регулирования передаточных отношений между скоростями вращения моторов-генераторов MG1, MG2 и скоростью вращения промежуточного вала 18. Таким образом, посредством избирательного переключения между режимами с 1 по 4 привода можно расширить диапазон выбора передаточного отношения (i) при переключении скоростей для приводного устройства и в то же время можно увеличить количество передаваемой механической энергии и уменьшить количество передаваемой электроэнергии. Таким образом, повышается эффективность передачи мощности всего приводного устройства. Следовательно, можно уменьшить требуемые значения крутящих моментов моторов-генераторов MG1, MG2, а также могут быть уменьшены конструктивные размеры моторов-генераторов MG1, MG2.
[0070] В любом, как в первом, так и во втором способах переключения режимов работы привода первый механизм S1 сцепления и второй механизм S2 сцепления во время переключения режима работы привода находятся в зацеплении. Таким образом, в процессе изменения режима работы привода можно уменьшить крутящий момент, передаваемый на колеса 51. Следовательно, можно избежать состояния низкой движущей силы и плавно выполнять изменение режима работы привода. Кроме того, при переходе к шагу S3 скорость вращения двигателя не изменяется одновременно с изменением режима работы привода. Таким образом, при изменении передаточного отношения при переключении скоростей приводного устройства можно добиться плавного изменения передачи. Кроме того, во втором способе переключения режимов привода теоретическая эффективность передачи может поддерживаться на высоком уровне, как показано на Фиг.7, независимо от выбранного режима работы привода. Кроме того, когда требуемое выходное значение двигателя является низким, скорость вращения двигателя также имеет низкое значение. Поэтому, если скорость вращения двигателя возрастает в процессе изменения режима работы привода, скорость вращения привода изменяется лишь на малую величину, и скорость вращения привода не повышается слишком сильно, и водителю не причиняется дискомфорт.
[0071] В силовой передаче Фиг.1, двигатель 2, мотор-генератор MG2 и входные валы 9, 17 расположены соосно, и входные валы 9, 17 и противоположный вал 18 расположены параллельно. Кроме того, вращающийся вал 13 мотора-генератора MG1 расположен параллельно входному валу 9, а область, в которой расположена трансмиссия 19, и область, в которой расположен мотор-генератор MG1, частично перекрываются в направлении оси вращения. Благодаря такой конструкции можно уменьшить пространство для размещения компонентов в направлении оси вращения и всю длину, улучшив тем самым возможности их встраиваемости в транспортное средство. Кроме того, поскольку входные валы 9, 17 и вращающийся вал 13 мотора-генератора MG1 расположены параллельно, можно дополнительно сократить общую длину. Далее, поскольку мотор-генератор MG2 имеет форму кольца, окружающего с внешней стороны устройство 3 распределения мощности, можно дополнительно уменьшить объем пространства для размещения компонентов в направлении оси вращения.
[0072] Далее, поскольку мотор-генератор MG2 предусмотрен в форме кольца, окружающего с внешней стороны устройство 3 распределения мощности, радиус ротора 16 настолько большой, что легко можно получить высокий крутящий момент, передаваемый на входной вал 17. Кроме того, поскольку трансмиссия 19 имеет тип структуры с параллельными осями, межосевое расстояние между входными валами 9, 17 и противоположным валом 18 можно сделать небольшим. Таким образом, поскольку вращающийся вал 13 мотора-генератора MG1 расположен параллельно с входными валами 9, 17, возможности встраивания всего приводного устройства в транспортное средство не ухудшаются. Кроме того, поскольку ведомые шестерни 26, 28, 31, 32 установлены на один вал, а именно противоположный вал 18, возможно ограничить рост размеров встроенного устройства в радиальных направлениях относительно оси. Благодаря этому дополнительно можно улучшить компактность приводного устройства и улучшить его встраиваемость в транспортное средство. Кроме того, если в качестве первого механизма S1 сцепления, второго механизма S2 сцепления и механизма сцепления SR для движения назад используются кулачковые муфты, то есть муфты зацепления, устраняются потери на скольжение во фрикционных муфтах, и можно добиться снижения затрат.
ПРИМЕР 2 ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0073] Далее будет рассмотрен другой пример конструкции устройства 3 распределения мощности со ссылкой на Фиг.8. Устройство 3 распределения мощности, представленное на Фиг.8, выполнено в виде планетарной зубчатой передачи с двумя группами сателлитов. В частности, устройство 3 распределения мощности имеет солнечную шестерню 4 и кольцевую шестерню 5, которые расположены соосно, сателлиты 55, которые находятся в зацеплении солнечной шестерней, сателлиты 56, которые находятся в зацеплении с сателлитами 55 и с кольцевой шестерней 5, а также водило 57, которое поддерживает сателлиты 55, 56 с возможностью вращения вокруг своих осей и поворота по кругу как одно целое. Далее, двигатель 2 связан с возможностью передачи мощности с кольцевой шестерней 5, водило 57 связано с ротором 16 мотора-генератора MG2 и с входным валом 17, а солнечная шестерня 4 связана с входным валом 9. На Фиг.8 также мотор-генератор MG2 расположен в виде кольца, окружающего с внешней стороны устройство 3 распределения мощности. Другие конструкции, показанные на Фиг.8, являются такими же, что и показанные на Фиг.1.
[0074] В устройстве 3 распределения мощности, представленном на Фиг.8, крутящий момент двигателя подается на вход кольцевой шестерни 5, а реактивный крутящий момент может восприниматься или мотором-генератором MG1, или мотором-генератором MG2. В частности, в случае когда кольцевая шестерня 5 служит в качестве входного элемента, а солнечная шестерня 4 и мотор-генератор MG1 служат в качестве элементов, создающих противодействующую силу, водило 57 служит в качестве выходного элемента. Крутящий момент с выхода водила 57 передается на входной вал 17. С другой стороны, в случае, когда кольцевая шестерня 5 служит в качестве входного элемента, а мотор-генератор MG2 и водило 57 служат в качестве элементов, создающих противодействующую силу, в качестве выходного элемента служит солнечная шестерня 4. Крутящий момент с выхода солнечной шестерни 4 передается на входной вал 9.
[0075] В силовой передаче, представленной на Фиг.3, режим переключения передач может выполняться таким же способом, как и в силовой передаче, представленной на Фиг.1. В частности, в случае, когда выбирается положение перемещения вперед и выбирается режим 1 переключения передач или режим 3 переключения передач, осуществляется управление, при котором сила противодействия крутящего момента двигателя воспринимается мотором-генератором MG1. В случае, когда выбирается положение движения вперед и выбирается режим 2 переключения передач или режим 4 переключения передач, осуществляется управление, при котором сила противодействия крутящего момента двигателя воспринимается мотором-генератором MG2. Кроме того, в случае, когда выбирается положение движения назад, осуществляется управление, в котором сила противодействия крутящего момента двигателя воспринимается мотором-генератором MG1. Далее, в случае, когда выбирается положение движения вперед или положение движения назад, управление введением в зацепление/отключением первого и второго механизмов S1, S2 сцепления и механизма SR сцепления для движения назад в определенных режимах переключения передач являются такими же, что и в силовой передаче, представленной на Фиг.1. В случае, когда используется устройство 3 распределения мощности, показанное на Фиг.8, относительные положения вращающихся элементов, связанных с устройством 3 распределения мощности, показанные на диаграммах Фиг.4 и 5, являются таким же, как и в устройстве 3 распределения мощности, представленном на Фиг.1. Далее, в силовой передаче, представленной на Фиг.8, также может быть реализован пример управления, представленного на Фиг.3, что даст, по существу, такой же эффект, что и в случае силовой передачи, представленной на Фиг.1.
[0076] Далее будет рассмотрена соответствующая взаимосвязь между конструкцией, представленной на Фиг.1, и конструкцией в соответствии с настоящим изобретением. Водило 7 может рассматриваться как первый вращающийся элемент в настоящем изобретении, солнечная шестерня 4 может рассматриваться как второй вращающийся элемент в настоящем изобретении, кольцевая шестерня 5 может рассматриваться как третий вращающийся элемент в настоящем изобретении, устройство 3 распределения мощности может рассматриваться как зубчатая передача и планетарная зубчатая передача с одной группой сателлитов в настоящем изобретении. В настоящем изобретении двигатель 2 может рассматриваться как первый источник мощности привода, мотор-генератор MG1 может рассматриваться как второй источник мощности привода в настоящем изобретении, а мотор-генератор MG2 может рассматриваться как третий источник мощности привода в настоящем изобретении. Противоположный вал 18 можно рассматривать как ведомый элемент в настоящем изобретении, входной вал 9 можно рассматривать как первый путь передачи мощности в настоящем изобретении, а входной вал 17 можно рассматривать как второй путь передачи мощности в настоящем изобретении. Трансмиссия 19 может рассматриваться как трансмиссия, соответствующая настоящему изобретению. Трансмиссия 19 снабжена трансмиссиями, предусмотренными, соответственно, на первом пути передачи мощности и втором пути передачи мощности.
[0077] Кроме того, в настоящем изобретении входной вал 9 может рассматриваться в качестве первого промежуточного вращающегося элемента, а входной вал 17 может рассматриваться в качестве второго промежуточного вращающегося элемента в настоящем изобретении, ось вращения В1 может рассматриваться в качестве «оси вращения первого промежуточного вращающегося элемента и второго промежуточного вращающегося элемента» в настоящем изобретении, ось вращения С1 может рассматриваться в качестве «оси вращения ведомого элемента» в настоящем изобретении. Устройства зубчатой передачи, такие как зубчатые пары с первой по четвертую скоростей 20-23, могут рассматриваться как устройства трансмиссии в соответствии с настоящим изобретением. Далее будет рассмотрена соответствующая взаимосвязь между конструкцией, представленной на Фиг.8, и конструкцией в соответствии с настоящим изобретением. В настоящем изобретении устройство 3 распределения мощности может рассматриваться как зубчатая передача и планетарная зубчатая передача с двумя группами сателлитов в соответствии с настоящим изобретением, кольцевая шестерня 5 может рассматриваться как первый вращающийся элемент в соответствии с настоящим изобретением, солнечная шестерня 4 может рассматриваться как второй вращающийся элемент в соответствии с настоящим изобретением, водило 57 может рассматриваться как третий вращающийся элемент в соответствии с настоящим изобретением, сателлиты 55 могут рассматриваться как первая группа сателлитов в соответствии с настоящим изобретением, и сателлиты 56 могут рассматриваться как вторая группа сателлитов в соответствии с настоящим изобретением. Соответствующая взаимосвязь между другой конструкцией, представленной на Фиг.8, и конструкцией в соответствии с настоящим изобретением является той же самой, что и соответствующая взаимосвязь между конструкцией, представленной на Фиг.1, и конструкцией в соответствии с настоящим изобретением.
[0078] Далее будет рассмотрена соответствующая взаимосвязь между функциональным средством, представленным на Фиг.3, и конструкцией в соответствии с настоящим изобретением. Шаг S3 может рассматриваться в качестве первого способа переключения режимов, шаг S4 может рассматриваться в качестве второго способа переключения режимов, а шаги с 1 по 4 могут рассматриваться в качестве средства выбора способа переключения режимов в соответствии с изобретением. Кроме того, передаточное отношение (i) при переключении скоростей, рассмотренное со ссылкой на Фиг.6 и 7, может рассматриваться в качестве «передаточного отношения при переключении скоростей между скоростью вращения первого источника мощности привода и скоростью вращения ведомого элемента» в соответствии с настоящим изобретением, и режимы привода с 1 по 4 могут рассматриваться как «множество режимов привода» в соответствии с настоящим изобретением.
ПРИМЕР 3 ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0079] Далее будет рассмотрен пример 3 осуществления настоящего изобретения со ссылкой на Фиг.9. В конструкции примера 3, одни и те же конструкции, что и в примерах 1 и 2, обозначены такими же позициями позиции. Устройство 3 распределения мощности, представленное на Фиг.9, состоит из такой же планетарной зубчатой передачи с двумя группами сателлитов, что в примере 2. Кроме того, трансмиссия 19, представленная на Фиг.9, выполнена в таком же виде, что и трансмиссия 19, рассмотренная в связи с примером 1. Далее будут рассмотрены различия между конструкцией, представленной в примере 3, и конструкциями, представленными в примерах 1 и 2. Мотор-генератор MG1 расположен соосно с входным валом 9. То есть вращающийся вал 13 мотора-генератора MG1 вращается вокруг оси В1. На вращающемся валу 13 выполнены ведущая шестерня 29 второй скорости, входящая в состав зубчатой пары 21 второй скорости, и ведущая шестерня 30 четвертой скорости, входящая в состав зубчатой пары 23 четвертой скорости.
[0080] Кроме того, в примере 3 в дополнение к первому и второму механизмам S1 и S2 сцепления предложен третий механизм S3 сцепления. Третий механизм S3 сцепления представляет собой механизм, который предназначен для регулирования крутящего момента силовой передачи между двигателем 2 и трансмиссией 19. В частности, третий механизм S3 сцепления способен соединять с возможностью передачи мощности входной вал 9 с вращающимся валом 13 и отключать силовую передачу между входным валом 9 и вращающимся валом 13. В данном примере путем управления мотором-генератором 1 или мотором-генератором 2 скорость вращения входного вала 9 можно уравнять со скоростью вращения выходного вала 13, чтобы обеспечить зацепление с третьим механизмом S3 сцепления или его отключение. Третий механизм S3 сцепления сконструирован с возможностью управления им исполнительным механизмом 39, как в первом механизме S1 сцепления, так и во втором механизме S2 сцепления. Кроме того, в примере 3 предусмотрен мотор-генератор MG2, расположенный вокруг внешней части входного вала 17. То есть мотор-генератор MG2 и устройство 3 распределения мощности расположены в различных положениях относительно направления оси вращения. Кстати, на Фиг.9 зубчатая передача 33 для движения назад, рассмотренная в примере 1, опущена.
[0081] В примере 3 компоненты, аналогичные соответствующим компонентам примеров 1 и 2, работают аналогично подобным же компонентам примеров 1 и 2. В примере 3 путем введения в зацепление с третьим механизмом S3 сцепления и повышения крутящего момента между входным валом 9 и выходным валом 13 можно выполнять операции управления, рассмотренные в связи с примером 1. В данном случае противоположный вал 18 и ведомая шестерня 31 второй скорости могут быть связаны с целью установки второй скорости, или противоположный вал 18 и ведомая шестерня 32 четвертой скорости могут быть связаны с целью установки четвертой скорости. Например, можно выполнять операции управления трансмиссией 19, рассмотренной в связи с примером 1. В примере 3 также взаимосвязь между каждым режимом переключения передач трансмиссии 19 и действием каждого механизма сцепления такая же, как отображена на Фиг.2. Кроме того, в примере 3 также могут быть выполнены операции управления, отображенные на Фиг.3. В этом случае применимы диаграммы Фиг.4 и 5. Кроме того, в примере 3 применимы также характеристики, изображенные на Фиг.6 и 7.
[0082] Далее будут рассмотрены операции управления трансмиссией 19, управления двигателем 2 и управления моторами-генераторами MG1, MG2, которые могут выполняться в случае, когда в примере 3 выбрано положение движения вперед. Во-первых, будет рассмотрено со ссылкой на диаграмму Фиг.10 управление, выполняемое в случае, когда выбран режим 1 переключения передач в момент, когда транспортное средство трогается с места. В случае, когда выбран режим 1 переключения передач, входит в зацепление первый механизм S1 сцепления, а второй механизм S2 сцепления выключается. Кроме того, как показано на Фиг.10, двигатель 2 вращается в прямом направлении, а мотор-генератор MG1 вращается в прямом направлении и переходит в режим рекуперативного торможения, воспринимая силу противодействия крутящего момента двигателя. Мотор-генератор MG2 останавливается и переходит в тяговый режим, при котором генерируется крутящий момент с прямым направлением вращения. В частности, в качестве выходного элемента используется водило 57 устройства 3 распределения мощности.
[0083] После этого скорость транспортного средства возрастает, а скорость вращения мотора-генератора MG1 уменьшается. Когда скорость вращения мотора-генератора MG1 становится равной скорости вращения, соответствующей ранее выбранной скорости транспортного средства и передаточному отношению при переключении скоростей зубчатой пары 21 второй скорости, можно перейти от режима 1 переключения передач к режиму 2 переключения передач. Таким образом, в случае перехода от режима 1 переключения передач к режиму 2 переключения передач первый механизм S1 сцепления и второй механизм S2 сцепления входят в зацепление, и оба генератора MG1, MG2 переходят в режим холостого хода, как это показано на диаграмме Фиг.11. То есть каждый мотор-генератор MG1, MG2 переходит в состояние с отсутствием нагрузки, когда он не работает ни в тяговом режиме, ни в режиме рекуперативного торможения. Затем первый механизм S1 сцепления отключается, а второй механизм S2 сцепления остается в состоянии зацепления, следовательно, включается режим 2 переключения передач. Когда включен режим 2 переключения передач, мотор-генератор MG2 вращается в прямом направлении и переходит в режим рекуперативного торможения, воспринимая силу противодействия крутящего момента двигателя, при этом солнечная шестерня 4 устройства 3 распределения мощности используется в качестве выходного элемента. В свою очередь мотор-генератор MG1 переходит в тяговый режим.
[0084] Когда после включения режима 2 переключения передач скорость транспортного средства возрастает, скорость вращения мотора-генератора MG2 становится равной скорости вращения, соответствующей скорости транспортного средства и передаточному отношению зубчатой пары 22 третьей скорости при этой передаче, а первый механизм S 1 сцепления входит в зацепление. В частности, входят в зацепление первый механизм S1 сцепления и второй механизм S2 сцепления. Кроме того, моторы-генераторы MG1 и MG2 работают в режиме холостого хода, как показано на диаграмме Фиг.13. Затем второй механизм S2 сцепления отключается, а первый механизм S1 сцепления остается в состоянии зацепления, следовательно, включается режим 3 переключения передач. Когда включен режим 3 переключения передач, мотор-генератор MG2 вращается в прямом направлении и переходит в режим рекуперативного торможения, воспринимая силу противодействия крутящего момента двигателя, при этом водило 57 устройства 3 распределения мощности служит в качестве выходного элемента. В свою очередь, мотор-генератор MG2 переходит в тяговый режим.
[0085] Когда после включения режима 3 переключения передач скорость транспортного средства возрастает, скорость вращения мотора-генератора MG1 становится равной скорости вращения, соответствующей скорости транспортного средства при этой передаче и передаточному отношению зубчатой пары 23 четвертой скорости, а второй механизм S2 сцепления входит в зацепление. В частности, входят в зацепление первый механизм S 1 сцепления и второй механизм S2 сцепления. При этом оба мотора-генератора MG1 и MG2 работают в режиме холостого хода. Затем первый механизм S1 сцепления отключается, а второй механизм S2 сцепления остается в состоянии зацепления, следовательно, включается режим 4 переключения передач. Когда включен режим 4 переключения передач, мотор-генератор MG2 переходит в режим рекуперативного торможения, воспринимая силу противодействия крутящего момента двигателя, при этом солнечная шестерня 4 устройства 3 распределения мощности служит в качестве выходного элемента. В свою очередь, мотор-генератор MG1 переходит в тяговый режим. В этой связи в примере 3 также есть возможность выполнить переключение с режима 4 переключения передач на режим 3 переключения передач, с режима 3 переключения передач на режим 2 переключения передач и режима 2 переключения передач на режим 1 переключения передач.
[0086] Далее в примере 3 будет рассмотрен рабочий режим EV (electric motor vehicle mode - режим электродвигателя транспортного средства), в котором мотор-генератор транспортного средства 1 работает в тяговом режиме и без передачи крутящего момента двигателя на колеса 51. Когда выбран рабочий режим EV, третий механизм S3 сцепления отключен. Затем, например, второй механизм S2 сцепления может находиться в состоянии зацепления с выходным валом 13 и противоположным валом 18, а мотор-генератор MG1 может перейти в тяговый режим и генерировать крутящий момент в прямом направлении вращения, как показано на Фиг.14. При этом первый механизм S1 сцепления отключен, а мотор-генератор MG2 и двигатель 2 остановлены. Кроме того, в случае, когда транспортное средство 1 двигается накатом в режиме, основанном на крутящем моменте первого мотора-генератора MG1, мотор-генератор MG1 работает в режиме рекуперативного торможения.
[0087] Далее в примере 3 будет рассмотрен другой рабочий режим EV электродвигателя транспортного средства, при котором мотор-генератор MG2 транспортного средства 1 работает в тяговом режиме и без передачи крутящего момента двигателя на колеса 51. В данном случае третий механизм S3 сцепления отключен. Далее, первый механизм S1 сцепления может находиться в зацеплении с входным валом 17 и с противоположным валом 18, а мотор-генератор MG2 может перейти в тяговый режим, генерируя крутящий момент в прямом направлении вращения. При этом второй механизм S2 сцепления отключен, а мотор-генератор MG1 и двигатель 2 остановлены. Кроме того, в случае, когда транспортное средство 1 двигается накатом в режиме, основанном на крутящем моменте второго мотора-генератора MG2, мотор-генератор MG2 работает в режиме рекуперативного торможения.
[0088] Далее будет рассмотрен случай переключения режима управления передачей крутящего момента мотора-генератора MG1 на колеса 51 на режим управления передачей крутящего момента мотора-генератора MG2 на колеса 51. В этом случае остановленный мотор-генератор переходит в тяговый режим, и скорость вращения мотора-генератора уравнивается со скоростью вращения, соответствующей скорости транспортного средства и передаточному отношению, создаваемому посредством введения устройства сцепления в зацепление при данной передаче, устройство сцепления входит в зацепление, а устройство сцепления, которое было в зацеплении, отключается. Таким образом, можно выполнить переключение передачи с первой на вторую скорость и с третьей на четвертую скорость в то время, как двигатель 2 остается в состоянии останова, а третий механизм S3 сцепления отключен в обоих случаях переключения передач.
[0089] Далее будет рассмотрено управление передачей крутящих моментов двух моторов-генераторов MG1, MG2 на колеса 51. В этом случае находятся в зацеплении первый механизм S1 сцепления и второй механизм S2 сцепления, а третий механизм S3 сцепления отключен. Моторы-генераторы MG1, MG2 переходят в тяговый режим, а двигатель 2 остается в состоянии останова. Таким образом, может быть увеличена движущая сила. Таким образом, поскольку в примере 3 имеется возможность отключения третьего механизма S3 сцепления, крутящий момент, по крайней мере, одного из моторов-генераторов может быть передан на колеса 51 в то время, когда двигатель 2 остановлен. В частности, в случае, когда крутящий момент мотора-генератора передается на колеса 51, можно избежать вращения от привода (с неполным сцеплением) двигателя 2 и, следовательно, уменьшить возможность снижения эффективности передачи мощности. Кроме того, в случае, когда крутящий момент одного мотора-генератора передается на колеса 51, можно избежать вращения от привода (с неполным сцеплением) другого мотора-генератора и, следовательно, уменьшить возможность снижения эффективности передачи мощности. Следовательно, даже в случае, когда транспортное средство 1 буксирует другое транспортное средство, можно достигнуть тягового усилия, сравнимого с тем, которое имеет транспортное средство, снабженное только одним источником движущей силы.
[0090] Аналогично примерам 1 и 2, пример 3 составлен так, что крутящие моменты моторов-генераторов MG1, MG2 передаются на колеса 51 через трансмиссию 19. Поэтому в связи с тем, что крутящий момент увеличивается, когда скорость вращения уменьшается из-за трансмиссии 19, можно уменьшить максимальные требуемые крутящие моменты моторов-генераторов MG1, MG2. Кроме того, поскольку устройство 3 распределения мощности и трансмиссия 19 используются в сочетании друг с другом, можно уменьшить максимальные скорости вращения моторов-генераторов MG1 и MG2 путем регулирования передаточного отношения трансмиссии 19.
[0091] Кроме того, в примере 3 предусмотрены устройство 3 распределения мощности и трансмиссия 19, и можно регулировать передаточные отношения при переключении скоростей устройства 3 распределения мощности и трансмиссии 19, а также можно выполнять переключение, делая выбор между мотором-генератором, воспринимающим силу противодействия, и мотором-генератором, соединенным с выходным элементом. Следовательно, можно ограничить так называемую циркуляцию мощности, то есть эффект, при котором мотор-генератор, воспринимающий силу противодействия крутящего момента двигателя, переходит в тяговый режим (в частности, в обратном направлении вращения), режим рекуперативного торможения выполняется на моторе-генераторе, подключенном к выходному элементу устройства 3 распределения мощности, а электроэнергия, получаемая в режиме рекуперативного торможения, подается на мотор-генератор, работающий в тяговом режиме. Следовательно, в случае, когда энергия передается с двигателя 2 на колеса 51, можно уменьшить возможность снижения эффективности передачи мощности. Кроме того, поскольку, как показано на Фиг.9, устройство 3 распределения мощности состоит из планетарной зубчатой передачи с двумя группами сателлитов, моторы-генераторы MG1 и MG2 расположены отдельно на противоположных сторонах двигателя 2 в соответствии с диаграммами, представленными на Фиг.10 и последующих фигурах. Таким образом, в двух случаях - с одним или с другим мотором-генератором, воспринимающим силу противодействия крутящего момента двигателя, можно получить, по существу, равные величины реактивных крутящих моментов. Поэтому в качестве моторов-генераторов MG1 и MG2 можно использовать моторы-генераторы, по существу, с одними и теми же функциями и структурой.
[0092] В связи с этим в примере 3 первый механизм S1 сцепления, второй механизм S2 сцепления и третий механизм S3 сцепления могут быть многодисковыми сцеплениями, работающими в масляной ванне, с уменьшенными потерями на трение. Кроме того, как показано на Фиг.9, можно также расположить мотор-генератор MG2 так, что он будет окружать устройство 3 распределения мощности (его внешнюю часть в радиальных направлениях относительно оси вращения В1). Кроме того, несмотря на то, что на Фиг.9 показано, что третий механизм сцепления, который встроен в трансмиссию между двигателем 2 и трансмиссией 19, расположен между солнечной шестерней 4 и трансмиссией 19, можно также расположить третий механизм сцепления между кольцевой шестерней 5 и двигателем 2 или между водилом 57 и входным валом 17. Такая конструкция позволяет достичь, по существу, такого же эффекта, как и тот, что рассмотрен выше.
[0093] Кроме того, несмотря на то, что на Фиг.9 показано, что устройство 3 распределения мощности состоит из планетарной зубчатой передачи с двумя группами сателлитов, по существу, те же самые функции и результаты, что рассмотрены со ссылкой на Фиг.9, можно получить в транспортном средстве, устройство распределения мощности которого состоит из планетарной передачи с одной группой сателлитов, рассмотренной в связи с примером 1 (Фиг.1), если в транспортном средстве третий механизм сцепления расположен между ведущей шестерней 29 второй скорости и солнечной шестерней входного вала 9. Кроме того, в конструкции, представленной на Фиг.1, также может быть предусмотрен третий механизм сцепления, расположенный между двигателем 2 и водилом 7 или между кольцевой шестерней 5 и ротором 16 мотора-генератора MG2. В случае, когда применяется указанная конструкция, можно получить те же функции и результаты, что рассмотрены выше со ссылкой на Фиг.9. Кроме того, можно также выполнить устройство 3 распределения мощности, показанное на Фиг.9, из планетарной зубчатой передачи типа Ravigneaux. В данном случае можно получить, по существу, те же результаты, что рассмотрены выше. Кроме того, соответствующая взаимосвязь между конструкцией, рассмотренной в связи с примером 3, и конструкцией в соответствии с настоящим изобретением является той же самой, что и соответствующая взаимосвязь между конструкциями примера 1 и примера 2 и конструкцией в соответствии с настоящим изобретением.
[0094] В связи с этим, несмотря на то, что каждая из трансмиссий, отображенных на Фиг.1, 8 и 9, представляет собой ступенчатую трансмиссию, предназначенную для ступенчатого переключения четырех видов различных передаточных отношений для передач с 1 по 4, можно также осуществить пример управления, пример которого представлен на Фиг.3, в транспортном средстве, оснащенном ступенчатой трансмиссией, предназначенной для ступенчатого переключения трех, пяти или более видов различных ступеней переключения скоростей. В данном случае могут выбираться передачи, соответствующие номерам ступеней переключения передач. Кроме того, пример управления, представленный на Фиг.3, может быть также реализован в транспортном средстве, в котором в качестве трансмиссии используется бесступенчатая трансмиссия. В связи с этим, хотя в предыдущих примерах осуществления настоящего изобретения положение устройства переключения передач может выбираться, когда выбрано положение движения вперед, трансмиссия может представлять собой также трансмиссию, в которой положение устройства переключения передач может выбираться, когда выбрано положение движения назад.
[0095] Хотя изобретение рассмотрено со ссылкой на предпочтительные примеры его осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничено указанными примерами осуществления или конструкциями настоящего изобретения. Напротив, изобретение предназначено для охвата различных модификаций и эквивалентных структур. Кроме того, несмотря на то, что различные элементы предпочтительных примеров осуществления настоящего изобретения показаны в различных сочетаниях и конфигурациях и являются примерными, другие сочетания и конфигурации, содержащие большее или меньшее количество элементов или только одиночный элемент, находятся также в пределах сущности и объема настоящего изобретения.
Реферат
Изобретение относится к гибридным приводным устройствам. Устройство содержит зубчатую передачу, имеющую первый вращающийся элемент, второй вращающийся элемент и третий вращающийся элемент, двигатель внутреннего сгорания, первый мотор-генератор, второй мотор- генератор, ведомый элемент, первый путь передачи мощности, второй путь передачи мощности. Двигатель внутреннего сгорания связан с первым вращающимся элементом. Первый мотор-генератор связан со вторым вращающимся элементом. Второй мотор-генератор связан с третьим вращающимся элементом. Первый путь передачи мощности и второй путь передачи мощности снабжены трансмиссией. Способ включает оценку значения заданного выхода первого источника мощности привода, выполнение регулирования передаточного отношения при переключении скоростей зубчатой передачи в зависимости от результата оценки, выбор способа переключения режимов. Технический результат заключается в повышении эффективности передачи мощности. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 14 ил., 1 табл.
