专利名称：具有两种固定速比的单模式输入分配式机电变速器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机电变速器，该变速器可在动力分配式可变速比和两种固定速比之间进行选择性运行。该变速器有两个电动机/发电机和两个扭矩传递机构，并且提供了一种单模式和输入分配。
背景技术：
目前大多数车辆用内燃机、尤其是往复活塞式内燃机进行驱动。这种发动机效率高、结构紧凑、重量轻、并且用于将燃料形式的高度集中能量转换成有用的机械能的机构比较便宜。一种能与内燃机一起使用的且能降低燃料消耗和减少废气排放的新型变速器对于公众来说是非常有益的。
对车辆尤其是内燃机车辆的多种多样的需求使得这些发动机在正常工作状态以外增加了燃料消耗和废气排放。一般，车辆通过这样一种由小电动机或者小蓄电池在冷状态启动的发动机驱动，然后迅速承受推进和附加设备的载荷。这样的发动机也在较宽的速度范围和较宽的负荷范围内工作，一般其平均负荷大约为最大动力输出的1/5。
车辆变速器将发动机的机械能传递给传动系统的其余部分，如固定的最终传动齿轮装置、车轴和车轮。机械变速器一般允许发动机工作时一定程度上的自由度，通常通过交替地选择五或六种不同的传动比、一个空档选择，该空档选择运行发动机在车辆静止下运行附件，并且离合器或者变矩器使车辆在传动比之间平顺过渡，并用发动机使车辆从停止状态进行启动。变速器齿轮选择一般允许动力从发动机传递到传动系统其它部分，同时实现增大扭矩比、减小速比，或者作为超速行驶减小扭矩比、增大速比，或者颠倒比率。
电力发电机可以将发动机的机械能转换成电能，电动机又能将电能以不同的扭矩和速度转换成机械能用于车辆传动系统的其余部分。这种设计使发动机和传动系统其余部分之间的扭矩和速比在电机允许范围内连续变化。用作一种动力源的蓄电池还可以添加到这种装置中，形成串联混合电力传动系统。
串联混合系统使发动机允许发动机在一定程度上独立于用于推动车辆的扭矩、速度和动力运行，因而可以控制发动机以改善其排放和效率。这种系统允许连接到发动机的电机作为马达来起动发动机。这种系统还允许连接到传动系的其余部分的电机作为发电机通过再生制动来恢复电池的能量，以防止车辆减速。串联电力传动系统的难点在于要有足够的电机把发动机的所有动力从机械能转换成发电机的电能，再把电能转换成驱动电动机的机械能，这就必须考虑这些电机的成本和重量问题，另外还要防止在这些转换中有用能量的损失。
动力分配变速器可以采用一般理解为“差动齿轮装置”的装置来实现输入和输出之间扭矩比和速比的连续变化。电力可变变速器可以使用差动齿轮装置把部分动力传递通过一对电动机/发电机来进行转换。其余动力则通过纯机械方式沿另一条平行线路流动。
本领域技术人员熟知的一种差动齿轮装置的形式是行星齿轮组。行星齿轮在差动齿轮的发明中常常是优选的实施方式，其具有结构紧凑、行星齿轮组各部件之间可以实现不同扭矩比、速比的优点。其它形式的差动齿轮装置包括一种装置中的伞齿轮或者其它齿轮，在该装置中，齿轮组的至少一个部件的转速总是另外两个部件转速的加权平均。
混合电动车辆传动系统还包括一个或多个电能储存设备。典型的是化学蓄电池，但也包括电容或者机械装置，如电动飞轮。电能储存设备允许从传动系统到车辆的机械输出动力不同于从发动机到传动系统的机械输入动力。而电池或其它设备则用于发动机起动传动系和车辆再生制动。
车辆的电动可变变速器可以简单地把机械能从发动机输入端传递到最终传动输出装置。为此，由一个电动机/发电机产生的电能就平衡电能损失和另一个电动机/发电机消耗的电能。使用上述蓄电池能使一个电动机/发电机产生的电能大于或小于另一个电动机/发电机消耗的电能。电池的电能有时使两个电动机/发电机起到电动机作用，尤其辅助发动机使车辆加速。两个电机有时又能作为发电机工作，以给蓄电池充电，尤其是在车辆再生制动时。
串联混合变速器的一种成功的替代品是单模式输入分配式电动可变变速器，该变速器已在1996年9月24出版的Michael Roland Schmidt的美国专利5,558,595中公开，该专利与本申请共同转让，因而作为参考文献全文引用。该变速器使用一个输入部件从车辆动力源如内燃机接收动力，并通过动力输出装置如输出部件来传递动力以驱动车辆。第一电动机/发电机和第二电动机/发电机与储能设备例如电池相连，这样，储能设备就能从第一和第二电动机/发电机获取动力，以及向第一和第二电动机/发电机提供能量。控制单元调节储能设备与电动机/发电机、也就是第一和第二电动机/发电机之间的能量流。在一种典型的单模式输入分配式混合变速器中，可能没有提供固定速比，电能必须通过两个电动机/发电机循环，电动机/发电机或者作为电动机或者作为发电机工作，以保证在输出部件处提供动力以驱动车辆。
发明内容
对一种单模式输入分配式变速器的改变使得在合理的成本下获得最大燃料经济性。特别是变速器采用了一种变矩机构，其可称作锁止离合器，其例如当车辆在坡度较低路面行驶时，通过迫使发动机低速转动而保持车辆高速行驶实现在巡行期间固定的速比。这里锁止巡行离合器在此称作C2离合器或者第一变矩机构。优选还设置一个第二变矩机构或者锁止离合器，当该离合器啮合时，可以在变速器的输入部件和输出部件之间产生一第二固定速比。这里第二锁止离合器称作C1离合器，C1离合器在加速和需要发动机提供全部动力时进行适当啮合。这里的“固定速比”是指输入给变速器的机械能是通过机械方式传递到输出部件，而到电动机/发电机没有能量流。选择性实现固定速比在接近发动机全动力工作的电动可变变速器对于给定容量可以更小和更轻。在发动机无需使用电动机/发电机就能接近其最佳速度的条件下运行时，固定速比运行的燃料消耗也较低。通过选择变速器中差动齿轮组或者齿轮部件合适的齿数比可以实现各种固定速比和可变速比范围。
当C1或C1离合器之一啮合时，变速器产生一个固定速比，电能不需要通过第一或第二电动机/发电机循环使输出部件转动。但需要时也可将电能用于电动机/发电机中补充发动机动力，这在下面将作更详细地描述。
特别地，所提出的机电变速器具有一个从动力源如内燃机接收动力的输入部件，还有一输出部件。提供第一和第二电动机/发电机以及一个第一差动齿轮组，该第一差动齿轮组有第一、第二、第三部件。第一差动齿轮组优选是行星齿轮组，但也可采用其它齿轮装置，如伞齿轮或偏轴差动齿轮。每个行星齿轮组的第一、第二或第三部件可以是恒星齿轮部件，环形齿轮部件或者其上有多个小齿轮转动的行星齿轮架其中一个。小齿轮同时与恒星齿轮部件和环形齿轮部件啮合。输入部件始终可操作地连接到第一差动齿轮组的第一部件上。第一电动机/发电机始终可操作地与第一差动齿轮组的第二部件相连，以构成输入分配动力流。第一差动齿轮组的第三部件始终可操作地与第二电动机/发电机和输出部件相连，从而该变速器的特征在于以单一模式运行。这里使用的“单一模式”或者“一种模式”是指只用一种特别的连接方案实现在速比的连续变化范围内运行。第一变矩机构(也就是C2)可操作地连接到第一差动齿轮组的第二部件上，C2离合器可选择地啮合以连接第一差动齿轮组的第二部件和静止部件，因而在输入部件和输出部件之间构成第一固定速比。
第二变矩机构(也就是C1离合器)可选择地啮合，从而使第一行星齿轮组的任意两个部件连接起来。优选C1离合器将第一行星齿轮组的第二部件与第一行星齿轮组的第三部件连接在一起。C1离合器的啮合将第一行星齿轮组的所有部件锁定在输入部件的转速，以在输入部件和输出部件之间建立第二固定速比。C1和C2离合器并非同时啮合。
在本发明的一个方面中，第一差动齿轮组是行星齿轮组，并且第一差动齿轮组的第一部件是行星齿轮架，第一差动齿轮组的第二部件是环形齿轮部件，并且第一差动齿轮组的第三部件是恒星齿轮部件。
在本发明的另一个方面中，中间轴可操作地连接到输出部件。第一差动齿轮组的第三部件和第二电动机/发电机连接到该中间轴，用于与该中间轴共同转动。
在本发明的另一个方面中，一组相互啮合的齿轮包括一第一啮合齿轮，其与第一电动机/发电机始终相互连接以用于共同转动，还包括一第二啮合齿轮通过第一啮合齿轮始终可操作地连接到第一差动齿轮组的第二部件，并与第一啮合齿轮始终啮合。
在本发明的另一个方面中，输入部件和第二电动机/发电机排列成绕第一转动轴线转动。偏离第一转动轴线的第一副轴设有绕第一副轴转动的第一电动机/发电机。作为替代方案，输入部件和输出部件也可以排列成构成一共同转动轴线，并且第一电动机/发电机和第二电动机/发电机绕该共同转动轴线同心布置。在后一种情况中，上述第一啮合齿轮组可以是第二差动齿轮组如行星齿轮组，该行星齿轮有一个围绕恒星齿轮部件的环形齿轮部件，以及多个可转动地支承在行星齿轮架上的小齿轮，并且可同时与环形齿轮部件和恒星齿轮部件啮合。第一啮合齿轮为环形齿轮部件，第二啮合齿轮为小齿轮部件中的一个。行星齿轮架始终连接到第一行星齿轮组的第二部件，并且恒星齿轮始终与静止部件连接。
在本发明的另一方面中，可以设置另一啮合齿轮组，其具有一个通过另一啮合部件与第二电动机/发电机以及第一差动齿轮组的第三部件可操作地连接的啮合齿轮。该啮合齿轮与另一啮合齿轮相互啮合，由此把扭矩传递给输出部件。上述实施方式中，输入部件和输出部件共轴排列，第一和第二电动机/发电机绕输入输出部件形成的转动轴线同心分布。后一组啮合齿轮组可以是差动齿轮组如行星齿轮组。在这种情况下，第一啮合齿轮为恒星齿轮部件，并且第二啮合齿轮为小齿轮部件中的一个，而行星齿轮架始终与输出部件相连。环形齿轮部件始终与静止部件连接。
本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点由对用于实施本发明的最佳方式的详细描述并同时参考附图将变得显而易见。
图1是用于实施本发明方案的一种单模式输入分配式机电变速器的示意图；图2是用于实施本发明方案的单模式输入分配式机电变速器的另一实施例的示意图；图3是C1锁止离合器接合时，每个电动机/发电机、发动机和输出部件相对于车速(单位为英里每小时(mph))的转速(单位为每分钟转数(rpm))的示意图表；图4是C1锁止离合器瞬时拉动条件下并且接合时，每个电动机/发电机、发动机、电池和输出部件相对于车速(单位为英里每小时(mph))的动力(单位为马力(hp))的示意图表；图5是C2锁止离合器接合时，每个电动机/发电机、发动机和输出部件相对于车速(单位为英里每小时(mph))的转速(单位为每分钟转数(rpm))的示意图表；
图6是连续巡行条件下并且C2锁止离合器接合时每个电动机/发电机、发动机和输出部件相对于车速(单位为英里每小时(mph))的动力(单位为马力(hp))的示意图表。
具体实施例方式
图1所示为用于实施本发明的方案的一种单模式输入分配式机电变速器代表性实施方式，并且总体用附图标记10表示。混合变速器10有一输入部件17，其实际上可以是由发动机12直接驱动的轴。发动机12可以是化石燃料发动机，如内燃机或柴油机，其适用于以恒定的转数(转每分(rpm))提供可用的动力输出。泵18可以由输入部件17驱动，用于为整个变速器10提供润滑油和冷却液。从输入部件17经过整个变速器10的动力流如下所述在输出部件19处用于给最终传动装置16提供动力。
变速器10包括一第一行星齿轮组20，该第一行星齿轮组包括一恒星齿轮部件22、一围绕行星齿轮部件22的环形齿轮部件24以及一行星齿轮架总成部件26，行该行星齿轮架总成部件包括可转动地安装在行星齿轮架部件29上并且与环形齿轮部件24和恒星齿轮部件22啮合的多个小齿轮27(这里也称作小齿轮部件)。输入部件17始终与行星齿轮架部件29连接以向其提供动力。
变速器10另外还包括一第二行星齿轮组30，该第二行星齿轮组包括一恒星齿轮部件32、一围绕该恒星齿轮部件32的环形齿轮部件34以及行星齿轮架总成部件36，该行星齿轮架总成部件包括多个小齿轮37，小齿轮37可转动地支承在行星齿轮架部件39上，并且同时与环形齿轮部件34和恒星齿轮部件32啮合。行星齿轮架部件39始终通过相互连接的部件70与环形齿轮部件24相连，该相互连接的部件70是可转动的套轴70。
另外，变速器10还包括一第三行星齿轮组40，该第三行星齿轮组40包括一个恒星齿轮部件42、一围绕该恒星齿轮部件42的环形齿轮部件44和一个行星齿轮架总成部件46，该行星齿轮架总成部件46包括多个可转动地安装在行星齿轮架部件49上、且与环形齿轮部件44和恒星齿轮部件42连接的小齿轮47。恒星齿轮22始终通过相互连接的部件72与恒星齿轮42相连，该相互连接的部件72是中间轴。恒星齿轮部件42和小齿轮部件47也可以是与行星齿轮架部件啮合的啮合齿轮，行星齿轮架部件支撑小齿轮部件始终与输出部件19相连。环形齿轮部件44和恒星齿轮部件32始终与静止部件连接，该静止部件即变速器壳体60。
对输入部件17和输出部件19进行排列以形成一通过其中的转动轴线，在图1中输入部件17和输出部件19沿着示意所示的连线延伸。第一和第二电动机/发电机80、82(这里分别指单元A和单元B)绕输入部件17和输出部件19形成的共同转动轴线布置，其中输入部件和输出部件绕着该转动轴线旋转。本领域技术人员熟知，每个电动机/发电机80、82包括一个固定在静止部件如变速器外壳60上的定子以及一个可转动的转子。第一电动机/发电机80的转子固定在环形齿轮部件34上以与其共同转动。第二电动机/发电机82的转子固定在中间轴72上以便与其一起转动。
从前面的描述可以看出，变速器10可选择地接收发动机12的动力。变速器10还接收蓄电设备86如电池组的动力。其它能储存和释放电能的蓄电设备也可以取代电池组，这并不违背本发明的精神。电池组可以包括一个或多个电池。蓄电设备86的马力输出对本发明并非关键因素，但为了更好地理解混合变速器10，假定所述变速器10的蓄电设备86的输出动力约为54(hp)。蓄电设备86的尺寸取决于再生需求，当地情况如坡度和温度，还有其它要求如排放、动力辅助和电力范围。
蓄电设备86通过导线88A和88B与电子控制单元(ECU)84通信。ECU84通过导线88C和88D与第一电动机/发电机通信，类似地通过导线88E和88F与第二电动机/发电机82通信。此外ECU84还与其它车辆电气部件87通信，例如电动助力转向系统和电动助力制动系统等。ECU84通过导线88G和88H与这些车辆电气部件通信。优选是，其它电气部件87的最大电动力需求不大于2(hp)。
ECU84响应各种输入信号，如车速，操作指令，蓄电设备86的充电程度，发动机12提供的动力，这样就能调节电动机/发电机80和82与蓄电设备86之间的动力流。ECU84可以控制每个电动机/发电机80和82作为电动机或者发电机工作。ECU84也调节流入和流出蓄电设备86的动力流。
输入部件17始终连接到第一行星齿轮组20的行星齿轮架部件29，从而发动机通过使行星齿轮架部件29沿与输入部件17相同的方向转动来向其提供动力。如上所述，环形齿轮部件24通过连接部件70始终与行星齿轮架部件39连接。环形齿轮部件34始终与第一电动机/发电机80连接。这样，当第一电动机/发电机80作为电动机工作时，它驱动环形齿轮部件34。作为替代方案，当电动机/发电机80由ECU84控制作为发电机工作时，环形齿轮部件34的转动就给第一电动机/发电机80提供动力。环形齿轮部件24的动力和速度因此取决于第一电动机/发电机80的工作状态是电动机还是发电机。每种情况下，发动机12和第一电动机/发电机80提供的动力或者提供给第一电动机/发电机80的动力通过第一行星齿轮组20进行分配，从而调节提供给中间轴72的速度和动力。特别是，第二电动机/发电机82始终与中间轴72相连，并受ECU84控制作为电动机工作，由此提供动力并驱动中间轴72；或者作为发电机工作，由此由中间轴72的转动驱动。动力最终经过行星齿轮组40流入输出部件19。
当第一变矩机构50(C2锁止离合器)啮合时，行星齿轮架部件39固定到变速器壳体60。这样，随着与恒星齿轮部件32和行星齿轮架部件39都保持静止，整个行星齿轮组30都处于静止状态，并且第一电动机/发电机80不影响通过变速器10的动力流。环形齿轮部件24也通过使用C2锁止离合器50固定到静止部件60。因此环形齿轮部件24作为响应部件允许动力流从输入部件17通过行星齿轮架部件29经由行星齿轮组20传递到中间轴72。中间轴72的转动给恒星齿轮部件42提供动力，该恒星齿轮部件42接着又驱动行星齿轮架部件49和输出部件19，从而给最终传动装置16提供动力。特别是，如果没有向第二电动机/发电机82提供动力(即ECU84不提供电流)，输出部件19与输入部件17的速比将是固定的，并且是纯机械传动，其速比大小仅取决于行星齿轮组20和40的环形齿轮/恒星齿轮齿数比。作为替代方案，ECU84也可以通过操作C2锁止离合器控制第二电动机/发电机82作为发电机工作给蓄电设备86充电，或者作为电动机工作给中间轴72增加动力。
现在参考图2，其中示出了一种处于本发明范围内的机电变速器110的一种作为替代方案的实施例。从发动机12经过输入部件17到输出部件19以及最终驱动装置16的动力流如上所述。变速器110包括一第一行星齿轮组120，它有一恒星齿轮部件122，一围绕该恒星齿轮部件122的环形齿轮部件124，以及一包括行星齿轮架部件129的行星齿轮架总成部件126，该行星齿轮架部件可转动地支撑着多个小齿轮部件127，小齿轮部件127同时与环形齿轮部件124和恒星齿轮部件122啮合。行星齿轮架部件129始终与输入部件17相连。一第一啮合齿轮组包括一与第二啮合齿轮137相互啮合第一啮合齿轮134。第二啮合齿轮137通过啮合部件170始终与环形齿轮部件124连接。第一电动机/发电机180通过第一副轴173始终与第一啮合齿轮134连接以与其共同旋转。一第二啮合齿轮组包括啮合齿轮142，其始终与啮合部件172连接以与其共同旋转。齿轮142与另一齿轮147啮合。第二电动机/发电机182始终与中间轴172和齿轮142连接以共同转动。
值得注意的是，输入部件17和中间轴172共轴排列，以形成第一转动轴线，第二电动机/发电机182绕着该转动轴线旋转。第一电动机/发电机180偏离公共转动轴线，并且绕第一副轴173转动，齿轮134始终与该副轴173连接，以用于共同转动。此外，齿轮147与第二副轴174连接以用于共同转动，该第二副轴174也连接齿轮部件143用于与其共同转动。齿轮部件143与输出部件19相互啮合以向该输出部件19提供动力。
电子控制单元(ECU)184同时分别连接第一和第二电动机/发电机180、182以及蓄电设备186(这里也称作电池组)，该蓄电设备186可包括一个或多个电池。ECU184响应各种输入信号，如上关于ECU84用于调节电动机/发电机80、82和蓄电设备186之间的动力流所述。ECU184还控制其它车辆电气部件187，以使蓄电设备186向其提供动力。ECU通过导线188A和188B与蓄电设备186通信。ECU184通过导线188C和188D与第一电动机/发电机180通信。ECU184通过导线188E和188F与第二电动机/发电机182通信。ECU还通过导线188G和188H和其它电气部件187通信。
驱动动力从发动机12传递给输入部件17，该输入部件17又向行星齿轮架部件129提供动力。然后动力经第一行星齿轮组120通过中间轴172传递，并在通过齿轮部件143提供给输出部件19之前通过啮合齿轮142和147传递给副轴174。差动部件111布置在输出部件19和最终传动装置16之间，该最终传动装置适于位于前轮驱动装置中。
第一电动机/发电机180选择性地由ECU184控制起电动机的作用驱动齿轮部件134，从而通过经由啮合齿轮134和137向环形齿轮部件124提供动力向行星齿轮组120补充发动机12提供的动力。作为替代方案，第一电动机/发电机180也可以由ECU184控制作为发电机工作，在这种情况下其由齿轮部件134驱动，同样，第二电动机/发电机182选择性地由ECU184控制起电动机的作用，其连同由发动机12通过行星齿轮组120提供的动力驱动齿轮部件142。作为替代方案，第二电动机/发电机182也可以由ECU184控制作为发电机工作，在这种情况下其由齿轮部件142驱动。
应用C2锁止离合器150将副轴173、齿轮部件134和第一电动机/发电机180固定到变速器壳体160上。齿轮部件137和环形齿轮部件124也通过C2锁止离合器150固定。这样，环形齿轮部件124就成为动力由发动机12通过行星齿轮组120的响应部件提供时的响应部件。当使用C2锁止离合器150时，在输出部件19处就实现了一个固定的前进速比。在使用C2锁止离合器时，也可以控制第二电动机/发电机182作为电动机工作来补充发动机动力，或者作为发电机工作。
当C1锁止离合器啮合而不是C2锁止离合器啮合时，环形齿轮部件124与恒星齿轮部件122连接用于共同转动时，此时使得整个第一行星齿轮组120、齿轮部件142以及齿轮部件137以输入部件17的速度转动。这样啮合齿轮部件142和147和143到输出部件19就实现了一个第二固定前进速比。使用C1锁止离合器152时，第一和第二电动机/发电机180、182或者其中一个、或者两者都可以受控制作为电动机或者发电机工作。因此当分别使用C1或C2锁止离合器152、150中的任何一个时，电动机/发电机180、182都可以作为电动机或者发电机工作，但它们与发动机传12完全无关地向输出部件19提供动力流，因此可以使电动机/发电机180、182两者都作为电动机工作、两者都作为发电机工作、或者以其任意组合方式工作。
现在参考图3，曲线90描述发动机转速(单位为转每分钟(rpm))相对于车速(单位为英里每小时(mph))的示意图。图3-6描述了图1和图2两种实施例的特征。图1的实施例的部件的附图标记也在讨论图3-6时使用，图2的实施例的相同部件附图标记同样使用。曲线91描述了第一电动机/发电机80(单元A)的速度相对于车速，曲线92描述了第二电动机/发电机82(单元B)的转速相对于车速。最后，曲线93所示为输出部件的速度(rpm)相对于车速(mph)。垂直标线94和95之间的车速范围表示C1锁止离合器52接合时的车速。因此从约9英里每小时(标线94)到63英里每小时(标线95)，C1锁止离合器52接合。图3的图表中，ECU84在应用C1锁止离合器52时控制第一电动机/发电机80作为电动机工作，这可以从曲线91表示的第一电动机/发电机80的速度增长与车速增长的关系中明显看出。在使用C1锁止离合器52前(也就是垂直标线94的左侧)，第一电动机/发电机80受控制作为发电机工作。同样，在C1锁止离合器断开后(也就是垂直标线95的右侧)，(即车辆经过一段高度加速后，需要瞬时牵引时)，第一电动机/发电机80受控制作为发电机工作。
对于第二电动机/发电机82(单元B)的速度相对于车速的关系，其从曲线92可以明显看出，第二电动机/发电机82在所述整个车速范围内都作为电动机工作。曲线93所示输出部件19的速度在所述整个车速范围都以恒定比率增加。
对于发动机的特性，曲线90示出了其速度，C1锁止离合器52接合前，发动机速度首先下降。一旦C1锁止离合器52接合后(也就是在曲线90和垂直标线94相交处)，发动机速度随着车速增加而增大，直到C2锁止离合器52在垂直标线95处又断开，此时，发动机速度先是下降而后又开始缓慢增加。值得注意的是，在C1锁止离合器52接合期间，发动机速度90等于第二电动机/发电机82的速度。例如，在图1实施例中，当使用C1锁止离合器52时，环形齿轮部件24始终与恒星齿轮部件22相连，这要求行星齿轮组20的所有部件转速相同。由于行星齿轮架部件29始终与输入部件17连接，行星齿轮组20以发动机速度(即输入部件17的速度)转动。相应地，如图3所示，在C1锁止离合器52接合期间，中间轴72和单元B82也以发动机速度转动。
图4表示为达到图3所示的车速，由发动机12、第一和第二电动机/发电机80、82、储能设备86(电池组)和输出部件19中的每一个供给的动力。曲线95表示储能设备86(电池组)提供的动力。曲线96表示发动机12提供的动力，曲线97表示第一电动机/发电机80提供的动力，曲线98表示第二电动机/发电机82提供的动力，并且曲线99表示在变速器输出部件19处提供的动力。垂直标线100和101之间的车速范围表示此时C1离合器52接合。从图4明显看出，在C1锁止离合器52接合期间，发动机由于操作者输入、比如在车辆牵引、超车等情况下踩下加速器踏板使车辆加速时提供的动力变大。曲线99表示输出部件19处的供给的动力在C1锁止离合器52接合期间急剧增大。在该速度范围期间，第一电动机/发电机80作为电动机被提供的动力相对较小，如曲线97所示。如曲线98所示，在C1锁止离合器52接合期间，第二电动机/发电机82并不通过ECU84由储能设备86提供动力。从图4明显看出，在C1锁止离合器52接合期间，发动机动力主要用于车辆加速所需的高输出动力。
现在来看图5，其表示发动机12、第一和第二电动机/发电机80、82和输出部件19的运转速度(单位为转每分钟(rpm))相对于车速(单位为英里每小时(mph))的关系。曲线102代表发动机12的速度，曲线103代表第一电动机/发电机80的速度，曲线104代表第二电动机/发电机82的速度，曲线105代表输出部件19的速度。垂直标线106和107之间的车速范围表示此时C2锁止离合器50接合。该车速范围大约从33(mph)到72(mph)。C2锁止离合器50设计成当车辆巡行时接合，并且使车辆保持高速行驶而发动机12被强制以较低速度运转。如图5所示，在使用C2锁止离合器50期间，发动机速度102和输出部件速度105相同。这可能是由于曲线103表示的第一电动机/发电机80的速度在使用C2锁止离合器50期间始终保持为零，而此时第二电动机/发电机82作为发电机工作。
现在来看图6，其表示在使用C2离合器期间(垂直标线115和117之间的车速范围)，发动机提供的用于使输出部件动力(曲线113表示)稳定增加的动力(曲线108表示)稍微减少，并且单元A80不提供动力(曲线109)，而单元B82提供相对较小的动力(曲线111)，第二电动机/发电机82如根据图5所述受控制作为发电机工作。
值得注意的是，在使用C1锁止离合器52或者C2锁止离合器50中任何一个期间，在输出部件19和输入部件17和输出部件19之间获得固定的速比。
以上详细描述了本发明的最佳实施方式，但熟知本发明相关内容的本领域技术人员可以在从属权利要求范围内得出各种不同的设计方案和具体实施方式
来实施本发明。
权利要求
1.一种机电变速器，其包括一输入部件，用于从动力源接收动力；一输出部件；第一和第二电动机/发电机；一第一差动齿轮组，具有第一部件、第二部件和第三部件；所述输入部件始终可操作地与所述第一差动齿轮组的所述第一部件连接；所述第一电动机/发电机始终可操作地与所述第一差动齿轮组的所述第二部件连接，以建立一输入分配式动力流；所述第一差动齿轮组的所述第三部件始终可操作地与所述第二电动机/发电机和所述输出部件连接，从而所述变速器的特征在于一种提供连续可变的速比范围的单一模式；一第一扭矩传递机构始终可操纵地与所述第一差动齿轮组的所述第二部件连接，并可选择性啮合地将所述第一差动齿轮组的所述第二部件与静止部件连接，这样在所述输入部件和所述输出部件之间建立一第一固定速比。
2.如权利要求1所述的机电变速器，还包括一第二扭矩传递机构，其与所述第一差动齿轮组的所述部件中的任意两个选择性地啮合，以将所述第一差动齿轮组的速度在所述输入部件的速度时锁定，这样在所述输入部件和所述输出部件之间建立一第二固定速比。
3.如权利要求1所述的机电变速器，还包括一中间轴，其可操作地与所述输出部件相连；所述第一差动齿轮组的所述第三部件和所述第二电动机/发电机与所述中间轴连接以用于共同转动。
4.如权利要求1所述的机电变速器，其特征在于所述第一差动齿轮组为行星齿轮组，具有一围绕恒星齿轮部件的环形齿轮部件和多个可转动地支撑在行星齿轮架部件上的小齿轮部件，所述小齿轮部件同时与环形齿轮部件和恒星齿轮部件啮合。
5.如权利要求4所述的机电变速器，其中所述第一差动齿轮组的所述第一部件为所述行星齿轮架部件，所述第一差动齿轮组的所述第二部件为所述环形齿轮部件，并且所述第一差动齿轮组的所述第三部件为所述恒星齿轮部件。
6.如权利要求1所述的机电变速器，还包括一相互啮合的齿轮组，包括一第一和一第二啮合齿轮，所述第一啮合齿轮始终与所述第一电动机/发电机相互连接用于共同转动，所述第二啮合齿轮通过所述第一连接部件始终可操作地与所述第一行星齿轮组的第二部件连接，并始终与所述第一啮合齿轮相互啮合。
7.如权利要求6所述的机电变速器，其中所述相互啮合的齿轮组是第二差动齿轮组，所述第二差动齿轮组为行星齿轮组，具有围绕恒星齿轮部件的环形齿轮部件以及多个可旋转地支撑在行星齿轮架部件上的小齿轮部件，所述小齿轮部件同时与所述环形齿轮部件和恒星齿轮部件啮合；其中所述第一啮合齿轮为环形齿轮部件，所述第二啮合齿轮为所述小齿轮部件中的一个，所述行星齿轮架部件始终与所述第一行星齿轮组的所述第二部件相互连接；并且其中所述恒星齿轮部件始终与所述静止部件连接。
8.如权利要求1所述的机电变速器，其中所述输入部件和所述输出部件排列构成一公共转动轴线，并且其中所述第一和第二电动机/发电机两者都围绕所述公共转动轴线同心布置。
9.如权利要求1所述的机电变速器，其中所述输入部件和所述第二电动机/发电机排列成绕一第一转动轴线转动；所述机电变速器还包括一偏离所述第一转动轴线的第一副轴；所述第一电动机/发电机绕所述第一副轴转动。
10.如权利要求1所述的机电变速器，还包括一连接部件；一相互啮合的齿轮组，其包括一第一啮合齿轮和一第二啮合齿轮，所述第一啮合齿轮始终与所述第二电动机/发电机相互连接，并通过所述连接部件与第一差动齿轮组的所述第三部件相互连接，所述第一啮合齿轮还与所述第二啮合齿轮相互啮合，从而将扭矩传递到所述输出部件。
11.如权利要求10所述的机电变速器，其中所述啮合齿轮组是第二差动齿轮组，所述第二差动齿轮组为行星齿轮组，包括一围绕恒星齿轮部件的环形齿轮部件以及多个可旋转地支撑在行星齿轮架部件上的小齿轮部件，所述小齿轮部件同时与所述环形齿轮部件和所述恒星齿轮部件啮合；其中所述第一啮合齿轮为所述恒星齿轮部件，其中所述第二啮合齿轮是所述小齿轮部件中的一个，其中所述行星齿轮架部件始终与所述输出部件连接，并且其中所述环形齿轮始终与所述静止部件连接。
12.一种机电变速器，其包括一输入部件，用于从动力源接收动力；一输出部件；第一和第二电动机/发电机；一第一差动齿轮组，具有第一部件，第二部件和第三部件；所述输入部件始终可操作地与所述第一差动齿轮组的所述第一部件连接；所述第一电动机/发电机始终可操作地与所述第一差动齿轮组的所述第二部件连接，以建立一输入分配式动力流；所述第二电动机/发电机始终可操作地与所述第一差动齿轮组的所述第三部件和所述输出部件连接，从而所述变速器的特征在于提供连续可变的速比范围的单一模式；一第一扭矩传递机构始终可操纵地与所述第一差动齿轮组的所述第二部件连接，并可选择性啮合地将所述第一差动齿轮组的所述第二部件与一静止部件连接，这样将所述电动机/发电机在零速时锁止，并在所述输入部件和输出部件之间建立一第一固定前进速比；一第二扭矩传递机构与所述第一差动齿轮组的所述部件中的两个可操纵地连接，并可选择性啮合地将所述第一差动齿轮组处于所述输入部件的速度时进行锁止，在所述输入部件和所述输出部件之间建立一第二固定前进速比。
13.如权利要求12所述的机电变速器，还包括一第一啮合齿轮组，包括一第一啮合齿轮和一第二啮合齿轮，所述第一啮合齿轮始终与所述第一电动机/发电机相互连接以用于共同转动，所述第二啮合齿轮始终可操作地与所述第一行星齿轮组的所述第二部件连接以用于与其共同转动，并始终与所述第一啮合齿轮相互啮合。
14.如权利要求12所述的机电变速器，还包括一中间轴，其可操作地与所述输出部件相连；所述第一差动齿轮组的所述第三部件和所述第二电动机/发电机与所述中间轴连接以用于共同转动。
15.如权利要求13所述的机电变速器，还包括一第二啮合齿轮组，包括一第三和一第四啮合齿轮，所述第三啮合齿轮始终可操作地与所述第二电动机/发电机连接，并与所述第四啮合齿轮相互啮合，从而将扭矩传递给所述输出部件。
16.如权利要求12所述的机电变速器，其中所述输入部件和所述输出部件排列构成一公共转动轴线，并且其中所述第一和第二电动机/发电机两者都绕所述公共转动轴线同心布置。
17.如权利要求12所述的机电变速器，其中所述输入部件和所述第二电动机/发电机排列成绕一第一转动轴线转动；所述机电变速器还包括一偏离所述第一转动轴线的第一副轴；其中所述第一电动机/发电机绕所述第一副轴转动。
18.一种机电变速器，其包括一输入部件，用于从动力源接收动力；一输出部件；第一和第二电动机/发电机；一第一行星齿轮组，包括一环形齿轮部件；一由所述环形齿轮部件围绕的恒星齿轮部件；以及一行星齿轮架部件，其可转动地支撑多个小齿轮部件，所述小齿轮部件同时与所述环形齿轮部件和所述恒星齿轮部件啮合；所述输入部件始终可操作地与所述行星齿轮架部件连接，所述第一电动机/发电机始终可操作地与所述环形齿轮部件连接，所述恒星齿轮部件始终可操作地与所述第二电动机/发电机及所述输出部件连接；一第一扭矩传递机构，其始终可操纵地与所述环形齿轮部件连接，并可选择性地啮合以将所述环形齿轮部件与一静止部件连接，这样在所述输入部件和所述输出部件之间建立一第一固定速比；以及一第二扭矩传递机构，其可选择性啮合地与所述恒星齿轮部件、所述环形齿轮部件和所述行星齿轮架部件中的任意两个连接，以此在所述输入部件和所述输出部件之间建立一第二固定速比。
全文摘要
一种单模式输入分配式电动可变变速器，包括两个电动机/发电机，一个变矩机构，该变矩机构始终可操作地与第一差动齿轮组的第二部件连接，并可选择性啮合地将第一差动齿轮组的第二部件与静止部件连接，从而在变速器的输入部件和输出部件之间实现固定速比。优选是，设置另一个变矩器，用于将差动齿轮组的任意两个部件与另一部件锁定，从而在输入部件和输出部件之间实现第二固定速比。
文档编号F16H61/14GK1936362SQ20061013953
公开日2007年3月28日 申请日期2006年9月22日 优先权日2005年9月22日
发明者M·R·施密特 申请人:通用汽车公司