具有两个行星齿轮组和离合输入的电气可变式变速器的制作方法

专利名称：具有两个行星齿轮组和离合输入的电气可变式变速器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电气可变式变速器(electrically variable transmission), 其带有釆用功率分流的可变速度比范围(range)和采用固定速度比的选 择性操作，并且具有两个行星齿轮组、两个电动机(motor)/发电机 (generator)和四个或五个4丑矩传递装置。
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背景技术：
目前，内燃机，尤其是往复式活塞型内燃机推进大多数的车辆。 这类发动机是用于将燃料形式的高浓缩能量转换成有效机械动力的 相对高效、小型、轻质和低廉的机构。可与内燃机一同使用并能降低
15燃料消耗和污染物排放的新颖变速器系统对于公众大有裨益。
车辆通常对内燃机所提出的需求会发生很大的变动，这使得燃料 的消耗和排放超出了这类发动机的理想情况。通常，车辆是由发动机 来推进，此种发动机通过小型电动机和相对较小的电池从冷状态发 动，然后被快速地置于来自推进设备和附属设备的负载下。此种发动
20 机还在很大范围的速度下和在很大范围的负载下进行操作，并且通常 平均在约其1/5最大动力输出下进行操作。
车辆变速器通常将机械动力从发动机传递至驱动系统的其余部 分，例如，固定的主减速器齿轮装置、轴和车轮。典型的机械变速器 允许发动机操作具有一定的自由度，这通常是通过如下来实现的五
25 个或六个不同驱动比的交替选择；空档的选择，其允许发动机在车辆 静止的情况下操作附件；以及离合器或扭矩变换器，其用于在各驱动 比之间进行平稳的过渡以及当发动机转动时从固定状态起动车辆。变 速器档位的选择通常允许动力以扭矩倍增比和减速比、以扭矩减小比和速度倍增比(其称为超速比)或倒档比传递至驱动系统的其余部分。
发电机可将来自发动机的机械动力转变成电力，并且电动机可以 以不同的扭矩和速度又将电力返回地转变成用于车辆驱动系统其余 部分的机械动力。这种布置允许发动机与驱动系统其余部分之间的扭
5 矩比和速度比在电才几(electricmachinery)的极限内进4亍连续的变化。可 将用作推进动力来源的电池添加至该布置，从而形成串联式(series)混 合电气驱动系统。
该串联式混合系统允许在发动机与推进车辆所需的扭矩、速度和 动力存在一定独立性的情况下进行操作，因此可控制发动机来改善排 10 放和效率。该系统允许电机附接至发动机来作为起动发动机的电动 机。该系统还允许电机附接至驱动系的其余部分来作为发电机，从而 通过蓄电(regenerative)制动将由于车辆减慢而产生的能量回收到电池 内。串联式电驱动装置受到以下两点的困扰足以在发电机中将所有 发动机动力从机械能转变成电能和在驱动电动机中将电能转变成机 15 械能的电机的重量和成本；这些转换过程中所损失的有效能量。
功率分流变速器可使用通常理解为"差动齿轮装置，，来实现输入 与输出之间可连续变化的扭矩和速度比。电气可变式变速器可使用差 动齿轮装置以通过一对电动机/发电机输送其传动动力的 一部分。变速 器动力的其余部分流过另一条固定的比率或比率可交替选择的全机 20 械、直接的平行路径。
如本领域技术人员熟知， 一种差动齿轮装置可以是行星齿轮组。 行星齿轮装置通常是差动齿轮发明中使用的优选实施例，其具有小型 并且可在行星齿轮组所有部件中实现不同扭矩和速度比的优点。然 而，通过在齿轮组的至少一个元件的转速始终为两个其它元件速度的 25 加权平均的布置中使用锥形齿轮或其它齿轮，就可在不需行星齿轮的 情况下构造本发明。
混合电动车辆变速系统还包括一个或多个电能储存装置。典型的 装置是化学蓄电池，但还可包括电容性装置或机械装置(例如，电气驱动飞轮)。电能储存装置允许从变速系统到车辆的机械输出动力不同于 从发动机到变速系统的机械输入动力。该电池或其它装置还允许发动 机利用变速系统来进行发动并允许蓄能车辆制动。
车辆中的电气可变式变速器可简单地将机械动力从发动机输入 5 传递到主减速器输出。为此， 一个电动机/发电机所产生的电力会平衡 电力损失和另 一个电动机/发电机所消耗的电力。通过使用以上提及的 蓄电池， 一个电动机/发电机所产生的电力可大于或小于另一个电动机 /发电机所消耗的电力。有时，来自该电池的电力可允许两个电动机/ 发电机都来作为电动机，尤其用于帮助发动机进行车辆加速。有时， 10 两个电动才几都可作为发电才几以对电池充电，尤其在蓄能车辆制动的时 候。
串联式混合变速器的成功替代者是两个范围、输入分流和复合分
流的电气可变式变速器，其目前生产用于交通巴士，如授予Michael Roland Schmidt的于1999年8月3日公布的与本申请案共同转让的美
15 国专利No. 5,931,757，中所公开，并且该专利以全文引用的方式并入本 文中。此种变速器利用输入装置来接受来自车辆发动机的动力并利用 动力输出装置来传递动力以驱动车辆。第一电动机/发电机和第二电动 机/发电机连接至储能装置(例如，电池)，以便储能装置可接受来自第 一电动机/发电机和第二电动机/发电机的动力并且可将动力供应至笫
20 —电动机/发电机和第二电动机/发电机。控制单元在储能装置和电动 机/发电机之中以及在第 一 电动机/发电机与第二电动机/发电机之间调 节动力流。
可通过使用具有第一扭矩传递装置和第二扭矩传递装置性质的 离合器来选择性地实现以第一可变速度比操作模式还是以第二可变 25 速度比操作模式进行操作。在第一模式中，通过施加第一离合器形成 输入-动力-分流速度比范围，并且变速器的输出速度与 一个电动机/发 电机的速度成比例。在第二模式中，通过施加第二离合器形成复合-动力-分流速度比范围，并且变速器的输出速度与任一 电动机/发电机的速度都不成比例，而是这两个电动机/发电机速度的代数线性組合。 可通过施加两个离合器来选择性地实现固定变速比的操作。该变速器
在空档模式下的操作可通过释放两个离合器而选择性地实现，从而使 发动机和两个电动机/发电机与变速器输出脱离。该变速器在其第一操 5 作模式下包括至少一个机械点而在其第二操作模式下包括至少两个 机械点。
美国专利No. 6,527,658公开了 一种利用两个行星齿轮组、两个电 动机/发电机和两个离合器来提供输入分流操作模式、复合分流操作模 式、空档操作模式和倒档操作才莫式的电气可变式变速器，该美国专利
10 授予Holmes等人，于2003年3月4日公布，与本申请案共同转让并 以全文引用的方式并入本文中。两个行星齿轮组都可为简单的行星齿 轮组，或者一个可单独地复合。电控部件调节储能装置和两个电动机 /发电机之中的动力流。这个变速器提供电气可变式变速器(EVT)操作 的两个范围或模式，从而选择性地提供输入-动力-分流速度比范围和
15复合-动力-分流速度比范围。还可选择性地实现一个固定的速度比。
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发明内容
本发明提供一个电气可变式变速器系列，其提供胜过在混合车辆 中使用的常规自动变速器的数个优点，这些优点包括改进的车辆加速 性能、经由蓄能制动以及仅电动方式的空转和发动而得到改进的燃料 经济性以及吸引的市场特征。本发明的目的是对于给定的发动机提供 尽可能最佳的能量效率和排放。另外，还寻求变速器的最优性能、容 量、封装尺寸和比率覆盖范围。
本发明的电气可变式变速器系列提供低容积、低成本的电气可变 式变速器机构，其包括第一差动齿轮组和第二差动齿轮组、电池、两
扭矩传递装置。优选地，该差动齿轮组是行星齿轮组，例如简单齿轮 组或复合齿轮组(其包括拉威挪齿轮组)，但也可实施其它齿轮布置(例如，相对于偏离轴线的锥形齿轮或差动齿轮装置)。
在本说明书中，第一行星齿轮组或第二行星齿轮组可以以任何次 序(即，从左到右，从右到左)计为第一至第二。
这两个行星齿轮组中的每一个都具有三个部件。每个行星齿轮组 5 的第一部件、第二部件或第三部件可为太阳齿轮、环形齿4仑或托架中 的任一个，或者可选为小齿轮。
每个托架可以是单小齿轮托架(简单)或双小齿轮托架(复合)。
输入轴与行星齿轮组的任一部件都不持续地连接。输出轴与行星 齿轮组中的部件持续地连接。 10 第一扭矩传递装置使第一行星齿轮组的部件与输入部件选择性 地连接。
任选的第二扭矩传递装置使第二行星齿轮组的部件与输入部件 选择性地连接。
第三(或第二)扭矩传递装置使第一行星齿轮组的部件与第二行星 15齿轮组的部件或与固定部件(变速器外壳/壳体)选择性地连接。
第四(或第三)扭矩传递装置与电动机/发电机中的一个平行连接 以选择性地防止该电动机/发电机旋转。
任选的第五(或第四)扭矩传递装置与电动机/发电机中的另 一个 平行连接以选择性地防止其旋转。 20 第一电动机/发电机安装至变速器壳体(或地(ground))并持续地安 装至第一行星齿轮组的部件。可选地，第一电动机/发电机经由齿式离 合器(或等效地通过一对离合器)选择性地连接至包括输入部件的变速 器的一对部件中的一个。
第二电动机/发电机安装至变速器壳体并且持续地连接至第一行 25星齿轮组或第二行星齿轮组的部件。该第二电动机/发电机可包括偏齿 轮装置(offset gearing)。
这些可选扭矩传递装置的接合产生带有可连续变化的速度范围 (其包括倒档)和多达两个机械固定的前进速度比的EVT。"固定速度比，，是输入至变速器的机械动力以机械方式传递至输出并且电动机/ 发电机中不存在任何动力流(即，几乎为零)的操作情况。电气可变式 变速器可为近似全发动机动力的操作选择性地实现数个固定速度比， 并且在给定的最大容量下可更小型和更轻。当在发动机速度可接近最 5 佳状态而不使用电动机/发电机的情况下操作时，固定比率操作还可使 得燃料消耗较低。通过适合地选择行星齿轮组的齿数比，可实现各种
固定速度比和可变比率范围(ratio spread)。
本文公开的电气可变式变速器系列的每个实施例都具有变速器
输入和输出都不直接连接至电动机/发电机的架构。这允许降低电动机 10 /发电机在实现所希望车辆性能时所要求的尺寸和成本。
这些扭矩传递装置及第 一 电动机/发电机和第二电动机/发电机可
操作，以在电气可变式变速器中提供五种操作模式，其包括电池倒档
模式、EVT倒档模式、倒档和前进档起动模式、可连续变化的变速范
围模式以及固定比率模式。 15 结合附图参阅如下关于实施本发明的最佳方式的详细说明，本发
明的上述特征和优点及其它特征和优点便显而易见。


图la是动力系的示意图，其包括具有本发明系列部件的电气可变 20 式变速器；
图lb是绘示图la所示动力系的某些操作特性的操作模式表和固 定比率模式表；
图2a是动力系的示意图，其具有包含本发明的另 一个系列部件的 电气可变式变速器； 25 图2b是绘示图2a所示动力系的某些操作特性的操作模式表和固
定比率^f莫式表；
图3a是动力系的示意图，其具有包含本发明的另 一个系列部件的 电气可变式变速器；图3b是绘示图3a所示动力系的某些操作特性的操作模式表和固 定比率模式表；
图4a是动力系的示意图，其具有包含本发明的另 一个系列部件的 电气可变式变速器； 5 图4b是绘示图4a所示动力系的某些操作特性的操作模式表和固
定比率模式表；
图5a是动力系的示意图，其具有包含本发明的另 一个系列部件的 电气可变式变速器；
图5b是绘示图5a所示动力系的某些操作特性的操作模式表和固 10 定比率模式表；
图6a是动力系的示意图，其具有包含本发明的另 一个系列部件的 电气可变式变速器；
图6b是绘示图6a所示动力系的某些操作特性的操作模式表和固 定比率纟莫式表；
15 图7a是动力系的示意图，其具有包含本发明的另一个系列部件的
电气可变式变速器；及
图7b是绘示图7a所示动力系的某些操作特性的操作模式表和固 定比率模式表。
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具体实施例方式
参照图la,显示了动力系10，其包括连接至改进型电气可变式 变速器(EVT)(其总体由数字14表示)的一个优选实施例的发动机12。 变速器14设计成用于接收其来自发动机12的驱动动力的至少一部 分。如图所示，发动机12具有用作变速器14的输入部件17的输出
25轴。瞬态扭矩阻尼器(未显示)还可实施在发动机12与变速器输入部件 17之间。
在这个所示实施例中，发动机12可以是矿物燃料发动机，例如，柴油机。
无论发动机12采用何种手段连接至变速器输入部件17，变速器 输入部件都可操作地连接至变速器14中的行星齿轮组。 变速器14的输出部件19连接至主减速器16。 5 变速器14利用了优选地具有行星齿轮组20和30的性质的两个
差动齿轮组。行星齿轮组20使用通常称为环形齿轮的外齿轮部件24。 环形齿轮部件24外接于通常称为太阳齿轮的内齿轮部件22。托架部 件26以可旋转的方式支撑多个行星齿轮27，以《更每个行星齿轮27以 啮合的方式接合第一行星齿轮组20的外环形齿轮部件24和内太阳齿 10 4仑部件22。
行星齿轮组30也具有通常也称为环形齿轮的外齿轮部件34，外 齿轮部件34外接于同样通常称为太阳齿轮部件的内齿轮部件32。多 个行星齿轮组37也以可旋转的方式安装在托架部件36中，以便每个 行星齿轮部件37同时以啮合的方式接合行星齿轮組30的外环形齿轮 15部件34和内太阳齿轮部件32。
第一优选实施例10还包括第一电动机/发电机80和笫二电动机/ 发电机82。第一电动机/发电机80的定子固定至变速器外壳60。第一 电动机/发电机80的转子固定至行星齿轮组20的环形齿轮部件24。
第二电动机/发电机82的定子也固定至变速器外壳60。第二电动 20 机/发电机82的转子固定至行星齿轮组30的太阳齿轮部件32。
第一扭矩传递装置(例如，输入离合器50)使行星齿轮组20的托 架部件26与输入部件17选择性地连接。第二扭矩传递装置(例如，输 入离合器52)使行星齿轮组30的环形齿轮部件34与输入部件17选择 性地连接。第三扭矩传递装置(例如，制动器54)使行星齿轮组20的太 25 阳齿轮部件22与变速器外壳60选择性地连接。第四扭矩传递装置(例 如，制动器55)与电动机/发电机80平行连接以选择性地制动其旋转。 第五扭矩传递装置(例如，制动器57)与电动机/发电机82平行连接以 选择性地制动其旋转。第一扭矩传递装置50、第二扭矩传递装置52、第三扭矩传递装置54、第四扭矩传递装置55和第五扭矩传递装置57 用于帮助选择混合型变速器14的操作模式，这将在下文完整地解释。 变速器14的输出驱动部件19固定至行星齿轮组30的托架部件36。
5 现在返回到关于动力源的阐述，#>据前述说明并参照图la,明显
的是，变速器14从发动机12选择性地接收动力。混合型变速器还从 可操作地连接至控制器88的电力源86接收动力。电力源86可以是 一个或多个电池。可使用能够提供或储存和配送电力的其它电力源(例 如，燃料电池)来替代电池，这并不会改变本发明的原理。
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通常的操作者虑因素
主要控制装置之一是熟知的驱动范围选择器(未显示)，其指挥电 子控制单元(ECU88)对变速器进行配置以便实现停车、倒档、空档或 前进驱动范围。第二主要控制装置和第三主要控制装置是加速器踏板 15 (未显示)和制动器踏板(也未显示)。ECU从这三个主要控制源获得的 信息被称为"操作者需求"。ECU还从多个传感器(输入和输出)获得 关于如下状态的信息扭矩传递装置(其被施加或被释放)、发动机输 出扭矩、(多个)标准电池或其容量水平以及所选车辆构件温度。ECU 确定所需要的信息，然后适当地调节变速器的或与变速器相关联的选 20择性操作构件以响应操作者的需求。
本发明可使用简单行星齿轮组或复合行星齿轮组。在简单行星齿 轮组中，单组行星齿轮通常支撑为以便在本身可旋转的托架上旋转。
在简单行星齿轮组中，当太阳齿轮保持固定并且动力施加至简单 行星齿轮组的环形齿轮时，行星齿轮将响应于施加至环形齿轮的动力 25而旋转并且因此围绕固定太阳齿轮圆周地"行走"，从而实现托架沿 着与环形齿4仑旋转方向相同的方向旋转。
当简单行星齿轮組的任何两个部件沿同 一方向并以同 一速度旋 转时，第三部件会被迫使以同一速度并沿同一方向转动。例如，当太阳齿轮和环形齿轮沿同 一方向并以同 一速度旋转时，行星齿轮并不绕 其自身轴线旋转，而是作为楔子将整个单元锁定在一起，从而实现所 谓的直接驱动。也就是说，托架与太阳齿轮和环形齿轮一同旋转。
然而，当两个齿轮部件沿同一方向但以不同速度旋转时，第三齿 5 轮部件的旋转方向通常可简单地由视觉分析来确定，但在许多情况下 所述方向并不明显并且只有知道行星齿轮组的所有齿轮部件上存在 的齿数才能准确地确定。
只要托架被阻止不能自由旋转并且动力施加至太阳齿轮或环形 齿轮，则行星齿轮部件都会作为空转轮。这样，从动部件以与主动部 10 件相反的方向旋转。因此，在很多变速器布置中，当选择倒档驱动范 围时，用作制动器的扭矩传递装置会被摩擦地致动而接合托架并因而 阻止其旋转，以便施加至太阳齿轮的动力将沿相反方向转动环形齿
轮。因此，如果环形齿轮可操作地连接至车辆的驱动轮，则此种布置 便能够使车轮的旋转方向反向，并且因而使车辆自身的方向反向。 15 在一组简单的行星齿轮中，如果已知太阳齿轮、行星托架和环形
齿轮中任何两个转速，则第三部件的速度便可使用简单的规则来确 定。托架的转速始终与太阳齿轮和环形齿轮经过其各自齿数加权后的 速度成比例。例如，在同一齿轮组中，环形齿轮可具有两倍于太阳齿
轮的齿数。托架的速度是2/3环形齿轮速度与1/3太阳齿轮速度的和。 20如果这三个部件中的一个以相反方向旋转，则在数学计算中该部件速
度的算术符号就是负的。
如果不考虑这些齿轮的质量、这些齿轮的加速度或齿轮组内的摩 擦(在设计良好的变速器中所有这些影响都相对较小)，则太阳齿轮、 托架和环形齿4仑上的扭矩可彼此简单地相关。施加至简单4亍星齿4仑组
25 太阳齿轮的扭矩必须平衡施加至环形齿轮的扭矩，这些扭矩与这些齿 轮中每一个上的齿数成比例。例如，对在齿轮组中其齿数两倍于太阳 齿轮的环形齿轮施加的扭矩必须两倍于施加至太阳齿轮的扭矩，并且 必须沿同一方向施加。施加至托架的扭矩必须在量值上等于太阳齿轮上的扭矩与环形齿轮上的扭矩之和并且在方向上与其相反。
相比于筒单行星齿轮组，在复合行星齿轮组中，利用内组行星齿
轮和外组行星齿轮可实现环形齿轮与行星托架的角色互换。例如，如
果太阳齿轮保持固定，则行星托架将沿与环形齿轮相同的方向旋转， 5 但带有内组行星齿轮和外组行星齿轮的行星托架将比环形齿轮更快
i也运动而不是更'f曼;也运动。
在具有啮合的内组行星齿轮和外组行星齿轮的复合行星齿轮组
中，环形齿轮的速度与太阳齿轮和行星托架分别经过行星齿轮所填充
的太阳齿轮齿数和行星齿轮所填充的行星托架齿数加权后的速度成 10 比例。例如，环形齿轮与太阳齿轮之间被行星齿轮填充的差可能与同
一齿轮组中太阳齿轮上的齿数同样多。在那种情况下，环形齿轮的速
度将为2/3托架速度与1/3太阳齿轮速度之和。如果太阳齿轮或行星 托架沿相反方向旋转，则在数学计算中该速度的算术符号为负。
如果太阳齿轮保持固定，则带有内组行星齿轮和外组行星齿轮的 15托架将沿与该齿轮组的旋转环形齿轮相同的方向转动。另一方面，如 果太阳齿轮保持固定并且托架被驱动，则内齿轮组中接合太阳齿轮的 行星齿轮将沿太阳齿轮滚动或"行走"，从而沿与托架旋转相同的方 向转动。外齿轮組中的与内齿轮组的小齿轮啮合的小齿轮将沿相反方
向转动，因而迫使啮合的环形齿轮沿相反方向转动，但只是相对于与 20 环形齿轮以啮合的方式接合的行星齿轮。外齿轮组中的行星齿轮沿托 架的方向携带。外齿轮组中的小齿轮在其自身轴线上旋转的效应与外 齿轮组中的行星齿轮由于托架运动而引起的轨道运动的更大效应组 合在一起，因此环形齿轮沿与托架相同的方向旋转但不如托架那么 快。
25 如果此种复合行星齿轮组中的托架保持固定并且太阳齿轮旋转，
则环形齿轮将以较小的速度并且沿与太阳齿轮相同的方向旋转。如果 简单行星齿轮组的环形齿轮保持固定并且太阳齿轮旋转，则支撑单组 行星齿轮的托架将以较小速度并且沿与太阳齿轮相同的方向旋转。因此，我们可容易地观察到，相比于简单行星齿轮组中使用的单组行星 齿轮，托架与环形齿轮之间的角色互换是由使用彼此啮合的内组行星 齿轮和外组行星齿轮而引起的。
电气可变式变速器的正常动作是将机械动力从输入传递到输出。 5 作为此传递动作的一部分，其两个电动机/发电才几中的一个作为电力的 发电机。另一电动机/发电机作为电动机并使用该电力。随着输出的速 度从零增加到高速，这两个电动机/发电机80、 82逐渐地互换角色作 为发电机与电动才几，并且可如此互换多次。这些互换发生在积4成点周 围，在这些机械点基本上所有从输入到输出的动力都是以机械的方式 10 传递并且基本上没有动力以电的方式传递。
在混合型电动可变式变速系统，电池86还可供应电力至变速器， 或变速器可供应动力至电池。如果电池供应大量电力至变速器(例如， 用于车辆加速)，则两个电动机/发电机都可作为电动机。如果变速器 供应电力至电池(例如，用于蓄能制动)，则两个电动机/发电机都可作 15 为发电机。非常靠近操作的机械点时，由于系统中的电损失，两个电
动机/发电机还都可作为发电机而电力输出较小。
与变速器的正常动作相反，变速器实际上可用于将机械动力从输 出传递至输入。这在车辆中可用来补充车辆的制动器并增强或补充车 辆的蓄能制动，尤其是在长距离的下行斜坡时。如果以此方式使流过
20 变速器的动力反向，则电动机/发电^/L的角色将与正常动作中的角色相 反。
具体的操作考虑因素
本文中公开的每个实施例具有可分组为5种操作模式的13至15 25种功能要求(其与附图所示的每个操作模式表的13至15行相对应)。 这5种操作模式将在下文阐述并且可通过参照伴随每个变速器符号图 的各自操作模式表(例如，图lb、 2b、 3b等的操作模式表)更好地理解。
第一操作模式是"电池倒档模式"，其与每个操作模式表的第一行(电池倒档)相对应，例如，图lb的操作模式表的第一行。在此模式 中，发动机关闭，并且连接至发动机的变速器元件不受发动机扭矩的
控制，然而可能存在某些因发动机旋转惯性而引起的残余扭矩。EVT
由电动机/发电机中的一个使用来自电池的能量来驱动，从而致使车辆
5 倒行。根据动能配置，在此模式中，另一电动机/发电机可旋转或可不 旋转，并且可传递扭矩或可不传递扭矩。如果另一电动机/发电机旋转，
则其用来产生〗诸存于电池中的能量。在图lb的实施例中，在电池倒 档模式中，离合器50、 52和制动器54、 55处于接合状态，电动机/ 发电机80被制动并且电动机/发电机82作为电动机以-1.00单位扭矩
10 进行操作，并且例如实现了-4.00的扭矩比。在每个操作^莫式表中，在 电动机/发电机列80和82中的扭矩值附近的(M)是表示该电动机/发电 机作为电动机，而没有(M)则表示该电动机/发电机作为发电机。这些 列中的"X"说明相应的电动机由制动器55或57制动。
第二操作模式是"EVT倒档模式"(或机械倒档模式)，其与每个
15 操作模式表的第二行(EVT倒档)相对应，例如图lb的操作模式表的第 二行。在此模式中，EVT由发动机驱动并且由电动机/发电机中的一 个驱动。另一电动机/发电机以发电机模式操作并将100%的产生能量 返回地传递到驱动电动机。最终的效果是驱动车辆倒行。参照图lb， 例如，在EVT倒档模式中，离合器50、 52和制动器54处于接合状态，
20 并且发电机80具有-4.36单位的扭矩，电动机82具有-2.08单位的扭 矩，并且实现对应于1单位的发动机扭矩的-8.33输出扭矩。
第三操作模式包括"倒档和前进档起动模式"(其也称为"扭矩 变换器倒档和前进档模式，，)，其与每个操作模式表的第三行和第四行 (扭矩变换器倒档和扭矩变换器前进档)相对应，例如，图lb的操作模
25 式表的第三行和第四行。在此才莫式中，EVT由发动机驱动并且由电动 机/发电机中的一个驱动。发电机单元中所产生的能量的可选部分储存 在电池内，而剩余能量传递到电动机。在图1中，这个部分约为99%。 变速器输出速度与发动机速度的比(变速比)约为+/-0.001(正号表示车辆向前爬行，而负号表示车辆向后爬行)。参照图lb,在倒档和前进
档起动模式中，离合器50、 52和制动器54处于接合状态。在扭矩变 换器倒档模式中，电动机/发电机80作为具有-3.76单位扭矩的发电机， 电动机/发电机82作为具有-1.75单位扭矩的电动机，并实现-7.00的扭 5 矩比。在扭矩变换器前进档模式中，电动机/发电机80作为具有1.65 单位扭矩的电动机，电动机/发电机82作为具有1.25单位扭矩的发电 机，并且实现5.00的扭矩比。
第四操作模式是"可连续变化的变速范围模式"，其包括范围1.1 操作点、范围1.2操作点、范围1.3操作点、范围1.4操作点、范围
10L5操作点、范围1.6操作点、范围1.7操作点以及范围1.8操作点， 其与操作点表的第5-第12行相对应，例如图lb的操作点表的第5-第12行。在此模式中，EVT由发动机以及电动机/发电机中的一个作 为电动机进行操作的电动机/发电机来驱动。另 一 电动机/发电机作为 发电机进行操作并将100%产生的能量返回地传递到电动机。由范围
15 1.1、 1.2…等代表的操作点是EVT所提供的连续前进速度比中的离散 点。例如，在图lb中，实现了从4.69至0.54的扭矩比范围，其中离 合器50、 52和制动器54处于接合状态。
第五操作模式包括"固定比率"模式(F1)，其与操作模式表第13 行相对应，例如，图lb的操作模式表的第13行。在此搡作模式中，
20 变速器类似于常规自动变速器地操作，其中两个扭矩传递装置处于接 合状态以形成离散比率。伴随每个图示的离合表只显示一个固定比率 前进速度，但可获得额外的固定比率。参照图lb,在固定比率F1中， 离合器52和制动器57处于接合状态以实现1.34的固定扭矩比。因此， 图lb的电动机/发电机列80或82中的每个"X"都表示制动器55或
2557分别处于接合状态，并且电动机/发电机不旋转。
扭矩传递机构50、 52和54并不用于切换模式，因为这是单模式 设计，然而这些扭矩传递机构在静止充电情况期间(当发动机将与输出 脱离连接并单纯用于对电池进4亍充电时)可为有用的。这同 一才喿作也适用于其它显示的实施例。例如，扭矩传递机构52(图1)、 252(图3)和 452(图5)将在该静止充电模式期间脱离。此外，扭矩传递机构152、 154(图2); 352、 354(图4); 552、 554(图6)将由于该固定充电操作而 脱离。
5 在某些设计中，可使离合元件的滑动速度同步，以便可实现最小
扭矩扰动的换档(称之为"冷"换档)。这还用来实现双过渡换档期间(两 个接合的离合器及两个脱离的离合器)的高级控制。
如上所述，扭矩传递装置的接合状态表显示于图lb的操作模式 表及固定比率模式表中。图lb还提供可利用图lb中以举例方式给出 10的环形齿轮/太阳齿轮齿数比获得的扭矩比的实例。NR1/NS1值是行星 齿轮组20的齿数比，而NR2/Ns2值是行星齿轮组30的齿数比。
第二示例性实施例的说明
参照图2a，显示了动力系110，其包括连接至改进型电气可变式 15变速器(其总体由数字114表示)的另一实施例的发动机12。变速器114 设计成用于接收来自发动机12的驱动动力的至少一部分。
在这个所示实施例中，发动机12同样可以是矿物燃料发动机， 例如，容易地适合于提供其通常以恒定的每分钟转速(RPM)传递的可 用动力输出的柴油机。如图所示，发动机12具有用作变速器14的输 20 入部件17的输出轴。瞬态扭矩阻尼器(未显示)还可实施在发动机12 与变速器输入部件17之间。
无论发动机12采用何种手段连接至变速器输入部件17，变速器 输入部件17都可操作地连接至变速器14中的行星齿轮组。变速器114 的输出部件19连接至主减速器16。 25 变速器114利用优选地具有行星齿轮组120和130的性质的两个
差动齿轮组。行星齿轮组120使用通常称为环形齿轮的外齿轮部件
托架部件126以可旋转的方式支撑多个行星齿轮127，以便每个行星齿轮127以啮合的方式接合第一行星齿轮组120的外环形齿轮部件 124和内太阳齿轮部件122。
行星齿轮组130同样具有也通常称为环形齿轮的外齿轮部件 134，外齿轮部件134外接于同样通常称为太阳齿轮的内齿轮部件132。 5 多个行星齿轮137也以可旋转的方式安装在托架部件136中，以便每 个行星齿轮部件137同时以啮合的方式接合行星齿轮组130的外环形 齿轮部件134和内太阳齿l仑部件132。
变速器输出部件19与行星齿轮组130的托架部件136相连接。
变速器114还包括第一电动机/发电机180和第二电动机/发电机 10 182。第一电动机/发电机180的定子固定至变速器外壳160。第一电 动机/发电机180的转子固定至行星齿轮组120的托架部件126。
第二电动机/发电机182的定子也固定至变速器外壳160。第二电 动机/发电机182的转子固定至行星齿轮组120的太阳齿轮部件122。
第一扭矩传递装置(例如，输入离合器150)使行星齿轮组120的 15 环形齿轮部件124与输入部件17选择性地连接。第二扭矩传递装置(例 如，输入离合器152)使行星齿轮组130的环形齿轮部件134与输入部 件17选择性地连接。第三扭矩传递装置(例如，离合器154)使行星齿 轮组120的太阳齿轮部件122与行星齿轮组130的太阳齿轮部件132 选择性地连接。第四扭矩传递装置(例如，制动器155)与电动才几/发电 20 机180平行连接以选择性地制动其旋转。第一扭矩传递装置150、第 二扭矩传递装置152、第三扭矩传递装置154、第四扭矩传递装置155 用于帮助选择混合型变速器114的操作模式。
现在返回到关于动力源的阐述，根据前述说明并参照图2a，明显 的是，变速器114从发动机12选择性地接收动力。混合型变速器还 25 与可操作地连接至控制器188的电力源186交换动力。电力源186可 以是一个或多个电池。可使用能够提供或储存和配送电力的其它电力 源(例如，燃料电池)来替代电池，而并不会改变本发明的原理。
如前文所述，每个实施例具有可分组为5种操作模式的13至15种功能要求(其与附图所示的每个操作模式表的13至15行相对应)。
第一操作模式是"电池倒档模式"，其与图2b的操作模式表的第一
行(电池倒档)相对应。在此模式中，发动机关闭，并且连接至发动机
的变速器元件实际上变成受发动机惯性扭矩影响的飞轮。EVT由电动 5机/发电机中的一个使用来自电池的能量来驱动，从而致使车辆倒行。 在此才莫式中，另一电动才几/发电;f几可旋转或可不旋转。如图2b所示， 在此模式中，离合器150、 152、 154和制动器155处于接合状态，电 动机/发电机180被制动并且电动机182具有-1.00单位的扭矩，并且 例如实现了-9.42的输出扭矩。
10 第二操作模式是"EVT倒档模式"(或机械倒档模式)，其与图2b
的操作模式表的第二行(EVT倒档)相对应。在此模式中，EVT由发动 机驱动并且由电动机/发电机中的一个驱动。另 一电动才几/发电才几以发 电机模式操作并将100%的产生能量返回地传递到驱动电动机。最终 的效果是驱动车辆倒行。在此模式中，离合器150、 152和154处于
15 接合状态，发电机180具有-8.79单位的扭矩，电动机182具有-0.54 单位的扭矩，并且实现了对应于1单位的输入扭矩的-8.33输出扭矩。 第三操作模式包括"倒档和前进档起动模式，，，其与每个操作模 式表的第三行和第四行(扭矩变换器倒档和扭矩变换器前进档)相对 应，例如，图2b的操作模式表的第三行和第四行。在此模式中，EVT
20 由发动机驱动并且由电动机/发电机中的一个驱动。发电机单元中所产 生的能量的可选部分储存在电池内，而剩余能量传递到电动机。在此 模式中，离合器150、 152和制动器154处于接合状态，并且电动机/ 发电机180作为具有-7.59单位扭矩的发电机，电动机/发电机182作 为具有_0.40单位扭矩的电动机，并实现-7.00的扭矩比。在扭矩变换
25器前进档中，电动机/发电机180作为具有3.12单位扭矩的电动机， 电动机/发电机182作为具有0.87单位扭矩的发电机，并且实现5.00 的扭矩比。对于这些扭矩比，发电机能量的约99%储存在电池中。 第四操作模式包括范围U模式、范围1.2模式、范围1.3模式、范围1.4模式、范围1.5才莫式、范围1.6模式、范围1.7模式以及范围
1.8模式，其与图2b的操作模式表的第5-第12行相对应。在此模式 中，EVT由发动机以及电动机/发电机中的一个作为电动机进行操作 的电动机/发电机来驱动。另 一电动机/发电机作为发电机进行操作并 5 将100%的产生能量返回地传递到电动机。由范围1.1、 1.2...等代表的 操作点是EVT所提供的连续前进速度比中的离散点。例如，在图2b 中，实现了从4.69至0.54的扭矩比范围，其中离合器150、 152和154 处于接合状态。
第五操作模式包括"固定比率，，模式(F1)以及"固定倒档比，，模 10 式(R1),其与图2b的操作模式表的第13-14行相对应。在此操作模式 中，变速器类似于常规自动变速器地操作，其中两个或四个扭矩传送 装置处于接合状态以形成离散比率。在倒档固定比率R1中，离合器 150、 152、 154和制动器155处于接合状态以实现-3.20的固定比率。 在前进固定比率F1中，离合器152和154处于接合状态以实现1.50 15 的固定比率。
如上所述，扭矩传递装置的接合状态表显示于图2b的操作模式 表以及固定比率模式表中。图2b还提供可利用图2b中以举例方式给 出的环形齿轮/太阳齿轮齿数比获得的扭矩比的实例。NR1/NS1值是行 星齿轮組120的齿数比，而NR2/Ns2值是行星齿轮组130的齿数比。 20 此外，图2b的图表描述了利用所给的齿数比示例所获得的比阶(ratio step)。例如，倒档扭矩比与第一 固定前进扭矩比之间的阶比(step ratio) 是-2.13。
第三示例性实施例的说明 25 参照图3a，显示了动力系210,其包括连接至改进型电气可变式
变速器(其总体由数字214表示)的一个优选实施例的发动机12。变速 器214设计成用于接收其来自发动机12的驱动动力的至少一部分。 如图所示，发动机12具有用作变速器214的输入部件17的输出轴。
23瞬态扭矩阻尼器(未显示)还可实施在发动机12与变速器214的输入部
件17之间。
无论发动机12采用何种手段连接至变速器输入部件17,变速器 输入部件都可操作地连接至变速器214中的行星齿轮组。变速器214 5的输出部件19连接至主减速器16。
变速器214利用了优选地具有行星齿轮组220和230的性质的两 个差动齿轮组。行星齿轮组220使用通常称为环形齿轮的外齿轮部件 224。环形齿轮部件224外接于通常称为太阳齿轮的内齿轮部件222。 托架部件226以可旋转的方式支撑多个行星齿轮227、 228，以便每个 10 行星齿轮227同时接合外环形齿轮部件224和行星齿轮228并且以啮 合的方式接合第一行星齿轮组220的内太阳齿轮部件222和相应的行 星齿轮227。
行星齿轮组230也具有外接于内太阳齿轮部件232的外环形齿轮 部件234。多个行星齿轮237也以可旋转的方式安装在托架部件236 15中，以便每个行星齿轮237同时以啮合的方式接合行星齿轮组230的 外环形齿轮部件234和内太阳齿轮部件232。 变速器输出部件19连接至托架部件236。
变速器214还包括第一电动机/发电机280和第二电动机/发电机 282。第一电动机/发电机280的定子固定至变速器外壳260。第一电 20动机/发电机280的转子固定至托架部件226。
第二电动机/发电机282的定子也固定至变速器外壳260。第二电 动机/发电机282的转子固定至太阳齿轮部件232。
第一扭矩传递装置(例如，输入离合器250)使环形齿轮部件224 与输入部件17选择性地连接。第二扭矩传递装置(例如，输入离合器 25 252)使环形齿轮部件234与输入部件17选择性地连接。第三扭矩传递 装置(例如，制动器254)使太阳齿轮部件222与变速器外壳260选择性 地连接。第四扭矩传递装置(例如，制动器255)与电动机/发电机280 平行连接以选择性地制动其旋转。第五扭矩传递装置(例如，制动器PV爽狞。第一扭矩 传递装置250、第二扭矩传递装置252、第三扭矩传递装置254、第四 扭矩传递装置255和第五扭矩传递装置257用于帮助选择混合型变速 器214的操作模式。
混合型变速器214从发动机12接收动力，并且从可操作地连接 至控制器288的电力源286接收动力。
图3b的操作模式表示出了变速器214的五种操作模式的离合器 接合、电动机/发电机状态以及输出/输入比。这些模式包括如前所 述的"电池倒档模式"(电池倒档)、"EVT倒档模式"(EVT倒档)、 "倒档和前进档起动模式"(扭矩变换器倒档和扭矩变换器前进档)、 "范围1.1、 1.2、 1.3…模式，，以及"固定比率模式(F1)"。
如上所述，扭矩传递装置的接合状态表显示于图3b的操作模式 表和固定比率模式表中。图3b还提供可利用图3b中以举例方式给出 的环形齿轮/太阳齿轮齿数比获得的扭矩比的实例。NR1/NS1值是行星 齿轮组220的齿数比，而NR2/Ns2值是行星齿轮组230的齿数比。
第四示例性实施例的说明
参照图4a，显示了动力系310,其包括连接至改进型电气可变式 变速器(其总体由数字314表示)的另 一实施例的发动机12。变速器314 20设计成用于接收来自发动机12的驱动动力的至少一部分。
如图所示，发动机12具有用作变速器314的输入部件17的输出 轴。瞬态扭矩阻尼器(未显示)还可实施在发动机12与变速器的输入部 件17之间。
无论发动机12采用何种手段连接至变速器输入部件17,变速器 25 输入部件17都可操作地连接至变速器314中的行星齿轮组。变速器 314的输出部件19连接至主减速器16。
变速器314利用两个行星齿轮组320和330。行星齿轮组320使 用外接于内太阳齿轮部件322的外环形齿轮部件324。托架部件326以可旋转的方式支撑多个行星齿轮327,以便每个行星齿轮327以啮 合的方式接合第一行星齿轮组320的外环形齿轮部件324和内太阳齿 專仑部件322。
5 部件334。多个行星齿轮337、 338也以可旋转的方式安装在托架部件 336中，以便每个行星齿轮部件337同时接合外环形齿轮部件334和 每个行星齿轮部件338，并且以啮合的方式接合内太阳齿轮部件332 和相应的行星齿轮337。
变速器输出部件19与环形齿轮部件334相连接。 10 变速器314还包括第一电动机/发电机380和第二电动机/发电机
382。第一电动机/发电机380的定子固定至变速器外壳360。第一电 动机/发电机380的转子固定至托架部件326。
第二电动机/发电机382的定子也固定至变速器外壳360。第二电 动机/发电机382的转子固定至太阳齿轮部件332。 15 第一扭矩传递装置(例如，输入离合器350)使环形齿轮部件324
与输入部件17选择性地连接。第二扭矩传递装置(例如，输入离合器 352)使托架部件336与输入部件17选择性地连接。第三扭矩传递装置 (例如，离合器354)使太阳齿轮部件322与太阳齿轮部件332选择性地 连接。第四扭矩传递装置(例如，制动器355)与电动机/发电机380平 20 行连接以选择性地制动其旋转。第一扭矩传递装置350、第二扭矩传 递装置352、第三扭矩传递装置354和第四扭矩传递装置355用于帮 助选择混合型变速器314的操作模式。
混合型变速器314从发动机12接收动力，并且还与可操作地连 接至控制器388的电力源386交换动力。 25 图4b的操作模式表示出了变速器314的五种操作模式的离合器
接合、电动机/发电机状态以及输出/输入比。这些模式包括如前所 述的"电池倒档模式'，(电池倒档)、"EVT倒档模式"(EVT倒档)、 "倒档和前进档起动模式，，(扭矩变换器倒档和扭矩变换器前进档)、
26可连续变化的变速范围模式("范围U、 1.2、 1.3...)，，以及"固定比
率模式(R1和F1)"。
如上所述，扭矩传递装置的接合状态表显示于图4b的操作模式 表和固定比率模式表中。图4b还提供可利用图4b中以举例方式给出 5 的环形齿轮/太阳齿轮齿数比获得的扭矩比的实例。Niu/N^值是行星 齿轮组320的齿数比，而NR2/Ns2值是行星齿轮组330的齿数比。此 夕卜，图4b的图表描述了利用所给的齿数比示例所获得的比阶。例如， 倒档固定扭矩比与第 一固定前进档扭矩比之间的阶比是-2.13。
10第五示例性实施例的说明
参照图5a，显示了动力系410,其包括连接至改进型电气可变式 变速器(其总体由数字414表示)的另 一实施例的发动机12。变速器414 设计成用于接收其来自发动机12的驱动动力的至少一部分。
如图所示，发动机12具有用作变速器414的输入部件17的输出 15轴。瞬态扭矩阻尼器(未显示)还可实施在发动机12与变速器输入部件 17之间。
无论发动机12采用何种手段连接至变速器输入部件17，变速器 输入部件17都可操作地连接至变速器414的行星齿轮组。变速器414 的输出部件19连接至主减速器16。 20 变速器414利用两个行星齿轮组420和430。行星齿轮组420使
用外接于内太阳齿轮部件422的外环形齿轮部件424。托架部件426 以可旋转的方式支撑多个行星齿轮427，以便每个行星齿轮427以啮 合的方式接合第一行星齿轮组420的外环形齿轮部件424和内太阳齿 4仑部件422。
部件434。多个行星齿轮437也以可旋转的方式安装在托架部件436 中，以便每个行星齿轮437同时以啮合的方式接合行星齿轮组430的 外环形齿轮部件434和内太阳齿轮部件432。
27变速器输出部件19与托架部件436持续地连接。 变速器414还包括第一电动机/发电机480和第二电动机/发电机 482。第一电动机/发电机480的定子固定至变速器外壳460。第一电 动机/发电机480的转子经由扭矩传递装置(例如，齿式离合器492)可 5 选择性地连接至环形齿轮部件434或环形齿轮部件424。齿式离合器 492受控为在位置"A"与"B"之间交替。第一电动机/发电机480 的转子通过偏齿轮装置490连接至齿式离合器492。
第二电动机/发电机482的定子也固定至变速器外壳460。第二电 动机/发电机482的转子固定至太阳齿轮部件432。 10 第一扭矩传递装置(例如，输入离合器450)使托架部件426与输
入部件17选择性地连接。第二扭矩传递装置(例如，输入离合器452) 使环形齿轮部件434与输入部件17选择性地连接。第三扭矩传递装 置(例如，制动器454)使太阳齿轮部件422与变速器外壳460选择性地 连接。第四扭矩传递装置(例如，制动器455)与电动机/发电机480平 15行连接以选择性地制动其旋转。第五扭矩传递装置(例如，制动器457)
装置450、第二扭矩传递装置452、第三扭矩传递装置454、第四扭矩 传递装置455、第五扭矩传递装置457和齿式离合器492用于帮助选 择变速器414的操作模式。混合型变速器414从发动机12接收动力，
20并且还从可操作地连接至控制器488的电力源486接收动力。
图5b的操作模式表示出了变速器414的五种操作模式的离合器 接合、电动机/发电机状态以及输出/输入比。这些模式包括如前所 述的"电池倒档模式"(电池倒档l、电池倒档2)、 "EVT倒档模式" (EVT倒档)、"倒档和前进档起动模式"(扭矩变换器倒档和扭矩变换
25器前进档)、可连续变化的变速范围模式("范围1.1、 1,2、 1.3…)"以 及"固定比率模式(F1)"。
如上所述，扭矩传递装置的接合状态表显示于图5b的操作模式 表和固定比率模式表中。图5b还提供可利用图5b中以举例方式给出的环形齿轮/太阳齿轮齿数比获得的扭钜比的实例。NR1/NS1值是行星
齿轮组420的齿数比，而NR2/Ns2值是行星齿轮組430的齿数比。
第六示例性实施例的说明 5 参照图6a，显示了动力系510，其包括连接至改进型电气可变式
变速器(其总体由数字514表示)的另一实施例的发动机12。变速器514 设计成用于接收其来自发动机12的驱动动力的至少一部分。
如图所示，发动机12具有用作变速器514的输入部件17的输出 轴。瞬态扭矩阻尼器(未显示)还可实施在发动机12与变速器输入部件 10 17之间。
无论发动机12采用何种手段连接至变速器输入部件17,变速器 输入部件17都可操作地连接至变速器514的行星齿轮组。变速器514 的输出部件19连接至主减速器16。
变速器514利用两个行星齿轮组520和530。行星齿轮组520使 15 用太阳齿轮部件522。多个行星齿轮527以可旋转的方式安装在托架 部件526中，以便每个行星齿轮部件527同时以啮合的方式接合行星 齿轮组520的外环形齿轮部件524和内太阳齿轮部件522。
行星齿轮组530具有外接于内太阳齿轮部件532的外环形齿轮部 件534。托架部件536以可旋转的方式支撑多个行星齿轮537,以便 20 每个行星齿轮部件537同时以啮合的方式接合行星齿轮组530的外环 形齿轮部件534和内太阳齿轮部件532。
变速器输出部件19与托架部件536持续地连接。
变速器514还包括第一电动机/发电机580和第二电动机/发电机 582。第一电动机/发电机580的定子固定至变速器外壳560。第一电 25 动机/发电机580的转子经由扭矩传递装置(例如，齿式离合器592)可 选择性地连接至托架部件526或输入部件17。齿式离合器592受控为 在位置"A，，与"B"之间交替。第一电动机/发电机580的转子通过 偏齿轮装置590连接至齿式离合器592。第二电动机/发电机582的定子也固定至变速器外壳560。第二电 动机/发电机582的转子固定至太阳齿轮部件522。
第一扭矩传递装置(例如，输入离合器550)使环形齿轮部件524 与输入部件17选择性地连接。第二扭矩传递装置(例如，输入离合器 5 552)使环形齿轮部件534与输入部件17选择性地连接。第三扭矩传递 装置(例如，制动器554)使太阳齿轮部件522与太阳齿轮部件532选择 性地连接。第四扭矩传递装置(例如，制动器555)与电动机/发电机580 平行连接以选择性地制动其旋转。第五扭矩传递装置(例如，制动器
10 传递装置550、第二扭矩传递装置552、第三扭矩传递装置554、第四 扭矩传递装置555、第五扭矩传递装置557和齿式离合器592用于帮 助选择混合型变速器514的操作模式。
混合型变速器514从发动机12接收动力，并且还与可操作地连 接至控制器588的电力源586互换动力。
15 图6b的操作模式表示出了变速器514的五种操作模式的离合器
接合、电动机/发电机状态以及输出/输入比。这些模式包括如前所 述的"电池倒档模式"(电池倒档l、电池倒档2)、 "EVT倒档模式" (EVT倒档)、"倒档和前进档起动模式"(扭矩变换器倒档和扭矩变换 器前进档)、可连续变化的变速范围模式("范围1.1、 1.2、 1.3...)，，以
20及"固定比率模式(R1、 Fl)"。
如上所述，扭矩传递装置的接合状态表显示于图6b的操作模式 表和固定比率模式表中。图6b还提供可利用图6b中以举例方式给出 的环形齿轮/太阳齿轮齿数比获得的扭矩比的实例。NR1/NS1值是行星 齿轮组520的齿数比，而NR2/Ns2值是行星齿轮组530的齿数比。此
25夕卜，图4b的图表描述了利用所给的齿数比示例所获得的比阶。例如， 倒档扭矩比与第 一 固定扭矩比之间的阶比是-2.13 。
第七示例性实施例的说明
30参照图7a,显示了动力系610，其包括连接至改进型电气可变式 变速器(其总体由数字614表示)的另一实施例的发动机12。变速器614 设计成用于接收其来自发动机12的驱动动力的至少一部分。
如图所示，发动机12具有用作变速器614的输入部件17的输出 5 轴。瞬态扭矩阻尼器(未显示)还可实施在发动机12与变速器输入部件 17之间。
无论发动机12采用何种手段连接至变速器输入部件17,变速器 输入部件17都可操作地连接至变速器614的行星齿轮组。变速器614 的输出部件19连接至主减速器16。 10 变速器614利用两个行星齿轮组620和630。行星齿轮组620使
用外接于内太阳齿轮部件622的外环形齿轮部件624。托架部件626 以可旋转的方式支撑多个行星齿轮627,以便每个行星齿轮627以啮 合的方式接合第一行星齿轮组620的外环形齿轮部件624和内太阳齿 專仑部件622。
15 行星齿轮组630还具有外接于内太阳齿轮部件632的外环形齿轮
部件634。多个行星齿轮627同样以可旋转的方式安装在托架部件636 中，以便每个行星齿轮部件637同时以啮合的方式接合行星齿轮组630 的外环形齿轮部件634和内太阳齿轮部件632。 变速器输出部件19与托架部件636相连接。
20 变速器614还包括第一电动机/发电机680和第二电动机/发电机
682。第一电动机/发电机680的定子固定至变速器外壳660。第一电 动机/发电机680的转子固定至太阳齿轮部件622。
第二电动机/发电机682的定子也固定至变速器外壳660。第二电 动机/发电机682的转子固定至太阳齿轮部件632。
25 第一扭矩传递装置(例如，输入离合器650)使托架部件626与输
入部件17选择性地连接。第二扭矩传递装置(例如，输入离合器652) 使环形齿轮部件634与输入部件17选择性地连接。第三扭矩传递装 置(例如，制动器654)使环形齿轮部件624与托架部件636选择性地连接。第四扭矩传递装置(例如，制动器655)与电动机/发电机680平行 连接以选择性地制动其旋转。第五扭矩传递装置(例如，制动器657)
装置650、第二扭矩传递装置652、第三扭矩传递装置654、第四扭矩 5传递装置655和第五扭矩传递装置657用于帮助选择变速器614的操 作模式。
混合型变速器614从发动机12接收动力，并且还与可操:作地连 接至控制器688的电力源686互换动力。
图7b的操作模式表示出了变速器614的五种操作模式的离合器 10 接合、电动机/发电机状态以及输出/输入比。这些模式包括如前所 述的"电池倒档模式"(电池倒档)、"EVT倒档模式"(EVT倒档)、 "倒档和前进档起动模式"(扭矩变换器倒档和扭矩变换器前进档)、 "可连续变化的变速范围模式"(范围1.1、 1.2、 l丄..)以及"固定比 率模式"(Fl、 F2)。 15 如上所述，扭矩传递装置的接合状态表显示于图7b的操作模式
表和固定比率模式表中。图7b还提供可利用图7b中以举例方式给出 的环形齿轮/太阳齿轮齿数比获得的扭矩比的实例。NR1/NS1值是行星 齿轮组620的齿数比，而NR2/Ns2值是行星齿轮组630的齿数比。此 夕卜，图7b的图表描述了利用所给的齿数比示例所获得的比阶。例如， 20第一固定前进档扭矩比与第二固定前进档扭矩比之间的阶比是1.99。 在权利要求书中，语言"被持续地连接"或"持续地连接"是指 直接连接或适当地齿轮连接，例如，相对于偏轴线的齿轮装置。此外， "固定部件"或"地"可包括变速器外壳(壳体)或(多个)任何其它非旋 转构件。此外，当提到扭矩传递机构将某物连接至齿轮组的部件时， 25 其还可连接至使其与该部件连接的互联部件。
尽管公开了本发明的多个优选实施例，但应理解的是，本技术领 域技术人员易于对本发明原理作出很多改变。因此，本发明范围并非 限定于所显示和描述的细节，而是意图包含在权利要求书范围内的所 有变化和修改。
权利要求
1.一种电气可变式变速器，其包括从发动机接收动力的输入部件；输出部件；第一电动机/发电机和第二电动机/发电机；第一差动齿轮组和第二差动齿轮组，其各具有第一部件、第二部件和第三部件；所述输入部件不与所述齿轮组的任何部件持续地连接，并且所述输出部件与所述齿轮组的部件持续地连接；所述第一电动机/发电机与所述第一齿轮组的部件持续地连接，或者与所述第一齿轮组或第二齿轮组的部件或所述输入部件选择性地连接；所述第二电动机/发电机与所述第一齿轮组或第二齿轮组的部件持续地连接；第一扭矩传递装置，其使所述第一齿轮组的部件与所述输入部件选择性地连接；第二扭矩传递装置，其使所述第二齿轮组的部件与所述输入部件选择性地连接；第三扭矩传递装置，其使所述第一齿轮组的部件与所述第二齿轮组的部件或固定部件选择性地连接；第四扭矩传递装置，其与所述第一电动机/发电机和第二电动机/发电机中的一个电动机/发电机平行连接以选择性地防止所述一个电动机/发电机旋转；其中，所述第一扭矩传递装置、第二扭矩传递装置、第三扭矩传递装置和第四扭矩传递装置可接合，以提供具有可连续变化的速度比范围和至少一个固定前进速度比的电气可变式变速器。
2. 如权利要求1所述的电气可变式变速器，其特征在于，所述第一差动齿轮组和第二差动齿轮组是行星齿轮组。
3. 如权利要求2所述的电气可变式变速器，其特征在于，所述行 星齿轮组中的每一个的托架是单小齿轮托架。
4. 如权利要求2所述的电气可变式变速器，其特征在于，所述行 5 星齿轮组的至少 一个托架是双'J 、齿轮托架。
5. 如权利要求1所述的电气可变式变速器，其特征在于，所述电 气可变式变速器还包括第五扭矩传递装置，其与所述电动机/发电机中 的另 一个电动机/发电机平行连接以选择性地防止所述另 一个电动机/ 发电机旋转。
6.如权利要求5所述的电气可变式变速器，其特征在于，所述第一扭矩传递装置、第二扭矩传递装置、第三扭矩传递装置、第四扭矩 传递装置和第五扭矩传递装置以及所述第一电动机/发电机和第二电 动机/发电机可操作，以在所述电气可变式变速器中提供五种操作模 式，其包括电池倒档模式、EVT倒档模式、倒档和前进档起动模式、 15 可连续变化的变速范围模式以及固定比率模式。
7. —种电气可变式变速器，其包括 从发动机接收动力的输入部件； 输出部件；第一电动机/发电机和第二电动机/发电机； 20 第一差动齿轮组和第二差动齿轮组，其各具有第一部件、第二部件和第三部件；所述输入部件不与所述齿轮组的任何部件持续地连接，并且所述 输出部件与所述齿轮组的部件持续地连接；所述第一电动机/发电机与所述第一齿轮组的部件持续地连接，或 25 者经由齿式离合器与所述第一齿轮组或第二齿轮组的部件或所述输 入部件选择性地连接；所述第二电动机/发电机与所述第一齿轮组或第二齿轮组的部件 选择性地连接；第一扭矩传递装置、第二扭矩传递装置、第三扭矩传递装置和第 四扭矩传递装置用于使所述第一齿轮组和第二齿轮组的所述部件与 所述输入部件或所述行星齿轮组的其它部件选择性地互连，所述第一 扭矩传递装置、第二扭矩传递装置、第三扭矩传递装置和第四:l丑矩传 5 递装置可接合，以提供在所述输入部件与所述输出部件之间具有可连 续变化的速度比范围和至少一个固定前进速度比的电气可变式变速 器。
8. 如权利要求7所述的电气可变式变速器，其特征在于，所述第 一差动齿轮组和第二差动齿轮组是行星齿轮组，并且所述第一扭矩传 递装置使所述第一行星齿轮组的部件与所述输入部件选择性地连^妄。
9. 如权利要求8所述的电气可变式变速器，其特征在于，所述第 二扭矩传递装置使所述第二行星齿轮组的部件与所述输入部件选4爭 性地连接。
10. 如权利要求9所述的电气可变式变速器，其特征在于，所述 15 第三扭矩传递装置使所述第一齿轮组的部件与所述第二齿轮组的部件或所述固定部件选择性地连接。
11. 如权利要求IO所述的电气可变式变速器，其特;f正在于，所述 第四扭矩传递装置与所述电动机/发电机中的一个电动机/发电机平行 连接以选择性地防止所述一个电动机/发电机旋转。
12.如权利要求11所述的电气可变式变速器，其特征在于，所述电气可变式变速器还包括第五扭矩传递装置，其与所述电动机/发电机 中的另 一个电动机/发电机平行连接以选择性地防止所述另 一个电动 机/发电机旋转。
13. 如权利要求7所述的电气可变式变速器，其特征在于，所述 25 行星齿轮組中的每一个的托架是单小齿轮托架。
14. 如权利要求7所述的电气可变式变速器，其特征在于，所述 行星齿轮組的至少一个托架是双小齿轮托架。
15. —种电气可变式变速器，其包括,人发动机接收动力的输入部件； 输出部件；第 一 电动机/发电机和第二电动机/发电机； 第一差动齿轮组和第二差动齿轮组，其各具有第一部件、第二部 件和第三部件；所述输入部件不与所述齿轮组的任何部件持续地连接，并且所述 输出部件与所述齿轮组的部件持续地连接；所述第一电动机/发电机与所述第一齿轮组的部件持续地连接，或 者与所述第一齿轮组或第二齿轮组的部件或所述输入部件选择性地 连接；所述第二电动机/发电机与所述第一齿轮组或第二齿轮组的部件 持续地连接；第一扭矩传递装置，其使所述第一齿轮组的部件与所述输入部件 选择性地连接； 第二扭矩传递装置，其使所述第一齿轮组的部件与所述第二齿轮组的部件或固定部件选择性地连接；第三扭矩传递装置，其与所述第一电动机/发电机和第二电动机/ 发电机中的一个电动机/发电机平行连接以选择性地防止所述一个电 动机/发电机旋转； 其中，所述第一扭矩传递装置、第二扭矩传递装置和第三扭矩传递装置可接合，以提供具有可连续变化的速度比范围和至少一个固定前进速度比的电气可变式变速器。
16.如权利要求15所述的电气可变式变速器，其特征在于，所述电气可变式变速器还包括第四扭矩传递装置，其与所述电动机/发电机 25中的另 一个电动机/发电机平行连接以选择性地防止所述另 一个电动机/发电机旋转。
全文摘要
本发明的电气可变式变速器系列提供低容积、低成本的电气可变式变速器机构，其包括第一差动齿轮组和第二差动齿轮组、电池、可互换用作电动机或发电机的两个电机、四个或五个可选的扭矩传递装置以及可能的齿式离合器。这些可选的扭矩传递装置进行接合，以获得带有可连续变化的速度范围(其包括倒档)和至少一个机械固定的前进速度比的EVT。这些扭矩传递装置以及第一电动机/发电机和第二电动机/发电机可操作，以在电气可变式变速器中提供五种操作模式，其包括电池倒档模式、EVT倒档模式、倒档和前进档起动模式、可连续变化的变速范围模式以及固定比率模式。
文档编号F16H3/72GK101495773SQ200780009225
公开日2009年7月29日 申请日期2007年3月7日 优先权日2006年3月17日
发明者M·拉哈文, N·K·布克诺尔 申请人:通用汽车环球科技动作公司