专利名称：双路式可电气式调节的变速箱的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括位于输入轴和输出轴之间的四个节点和三个并联动力路径的变速箱，其中这三个并联动力路径包括两个机械的动力路径和一个电气的动力路径。
背景技术：
可电气式调节的变速箱(EVT)通过差动齿轮装置来将输入轴和输出轴之间的机械动力分用到机械的动力路径和电气的动力路径上。机械的动力路径可包括离合器和附加齿轮。电气的动力路径可采用两个电力装置，各装置可作为电动机或发电机来工作。可将EVT与蓄电池一起结合到混合型电动车辆的推进系统内。
混合型车辆或混合型推进系统采用了电源如电池，以及发动机的动力源。电池通过电子控制装置(ECU)连接到电驱动器上，其中ECU可根据需要来分配电力。ECU还可连接到发动机和车辆上，以确定操作特征或操作需求，这样，电力装置就可作为电动机或发电机来正确工作。当电力装置作为发电机来工作时，其可接收来自车辆或发动机的动力并将动力存储在电池中，或者提供该动力以操作位于车辆或变速箱上的另一电气装置或另一电力装置。
已经提出了大量的可电气调节的变速箱以用于车辆的操作。在以下专利中描述了可电气调节的变速箱的实例于1996年9月24日授权给Schmidt并转让给本发明受让人的美国专利No.5558589；于2000年7月8日授权给Schmidt等人并转让给本发明受让人的美国专利No.6090005；以及于1999年8月3日授权给Schmidt并转让给本发明受让人的美国专利No.5931757。上述美国专利No.5931757限定了用于并联混合型电力推进系统的可调的双模式输入分用的机电变速箱的结构和操作。美国专利No.5558589公开了双模式复合分用的车辆的机电变速箱，于1996年9月24日授权给Schmidt等人的美国专利No.5558595公开了单模式输入分用的变速箱。这些以及其它专利介绍了各种可电气调节的变速箱。
具有结合了多于一种工作模式的可电气调节的变速箱的一个好处是，每一工作模式均大致在电力装置之一保持固定的时候结合有至少一个机械点，从而降低了电力输入并可提供纯机械的动力流路径，其当然要比纯电气的动力流路径效率更高。
在以下专利中描述了其它的混合型动力变速箱于1996年11月5日授权给Schmidt的美国专利No.5571058；于1996年11月26日授权给Schmidt的美国专利No.5577973；于1996年9月24日授权给Sherman的美国专利No.5558173；以及于1996年9月24日授权给Sherman的美国专利No.5558175，上述所有专利均转让给本发明的受让人。
发明内容
提供了一种车辆变速箱。该变速箱包括输入件、输出件、固定件、四个节点、第一电动机/发电机、第二电动机/发电机和能量储存装置。第一节点可操作地连接到输入件上。一个可旋转的互连件在第一节点和第二节点之间形成了机械的第一动力路径。一个可旋转的互连件将第一节点和第三节点互连。一个可旋转的互连件将第三节点和第四节点互连，并形成了与第一动力路径并联的机械的第二动力路径。一个可旋转的互连件将第四节点和第二节点可操作地互连。
第一电动机/发电机可操作地连接到第三节点上，并且第二电动机/发电机可操作地连接到第四节点上。能量存储装置将第一电动机/发电机和第二电动机/发电机可操作地互连，以便使能量存储装置和第一及第二电动机/发电机在第三节点和第四节点之间至少部分地形成了与第一和第二动力路径并联的电气的第三动力路径。
第三和第四节点、第一和第二电动机/发电机以及能量存储装置在设计和功能上基本上类似于EVT。增设第一和第二节点以及并联于EVT的第一机械的动力路径使得能够重复使用各种EVT模式。因此，通过增设第一节点和第二节点以及第一动力路径，双模式EVT就可变为四模式EVT。因此，与现有技术相比机械点增加，进而提高了效率并降低了电动机的扭矩。通过简单的输入分用动力流构造还可实现相等的前进档和倒档性能。
从实施本发明的最佳方式的下述详细介绍中并结合附图，可以容易地清楚本发明的上述特点和优点，以及其它的特点和优点。
图1是根据本发明的车辆变速箱的示意性图示；图2是处于车辆变速箱的示例性操作中的图1所示变速箱部件的速度的图解表示；图3是备选变速箱构造的示意性图示；图4是处于车辆变速箱的示例性操作中的图3所示变速箱部件的速度的图解表示；图5是另一备选变速箱构造的示意性图示；以及图6是处于车辆变速箱的示例性操作中的图5所示变速箱部件的速度的图解表示。
具体实施例方式
参见图1，标号10整体上标示了包括变速箱11的混合型电动传动系。变速箱11包括第一节点12、第二节点14、第三节点16和第四节点18。在本发明的上下文中，“节点”是三个或更多动力路径的连接处，可通过它在动力路径之间分配动力。例如，“节点”可以从动力路径中接收动力，并在两个单独的动力路径之间分配动力。同样，“节点”可以从两个动力路径中接收动力，并传递动力到第三动力路径。可起到节点作用的设备的实例包括带恒星齿轮、垫圈和托架的行星齿轮组、双路离合器、差速器、Ravigneaux齿轮组等。动力路径可包括输入轴、输出轴、电动机/发电机和可旋转的互连件等。
第一节点12可操作地连接到输入件即输入轴20上，其在所介绍的实施例中还是发动机22的输出轴。发动机22可采用各种不同的形式，但如下所述，发动机22优选设计成可在车辆起动阶段之后的车辆前行期间用于恒速的操作。
第一节点12在所示实施例中是双路离合器，但在要求得到保护的本发明范围内其可具有其它的构造。例如，第一节点12可包括减速行星齿轮组。输出件即输出轴24可操作地连接到第二节点14上，其在所示实施例中可以是复合行星齿轮组。变速箱11的输出轴24还可以可操作地连接到车辆驱动轮(未示出)上。
第一可旋转的互连件即轴26将第一节点12和第二节点14互连，并形成了从输入轴20到输出轴24的机械的第一动力路径。
第三节点16包括行星齿轮组28，而第四节点18包括行星齿轮组30。变速箱11还包括与齿轮组28，30相连的第一电机32和第二电机34，即电动机/发电机。如图所示，电机32和电机34与齿轮组28和30同轴地对齐。提供了储电装置如电池36，以用于在电动机模式中操作时向电机32和/或电机34供应电流，而在发电模式中操作时接收来自电机32和/或电机34的充电电流。包括基于微处理器的控制器和适合的反相电路的电子控制装置(ECU)38可使电池36连接到电机32和34上，并响应于包括驾驶员扭矩需求信号(未示出)和输出轴速度信号(未示出)在内的各种输入信号来对其进行控制。在一个优选实施例中，电机32，34构造成感应电机，然而也可采用其它形式的构造。因此，所示电机32具有与ECU38电连接的固定定子32a和安装在套轴40上的转子32b。同样，所示电机34具有与ECU38电连接的固定定子34a和安装在套轴42上的转子34b。
除了行星齿轮组28，30之外，变速箱11还包括一对可选择性接合的摩擦离合器46，48。在常用形式中，每一行星齿轮组28，30包括外接于内(恒星)齿轮的外齿轮(齿圈)，以及可旋转地安装在托架上的多个行星齿轮，这样，行星齿轮与外齿轮和内齿轮均啮合式接合。因此，齿轮组28包括齿圈50、恒星齿轮52和安装在托架56上的一组行星齿轮54；齿轮组30包括齿圈58、恒星齿轮60和安装在托架64上的一组行星齿轮62。
第二互连件66使第一节点12和齿圈50互连，在所述实施例中，第一节点12提供了轴20到齿圈50的直接连接。行星托架56和64互连以便与第三互连件即套筒68共同旋转。这样，套筒68就将第三节点16和第四节点18互连，并且提供了从输入轴20到输出轴24的机械的第二并联动力路径。
恒星齿轮52经由套轴40与电机32的转子32b相连，并且恒星齿轮60经由套轴42与电机34的转子34b相连。离合器46可选择地使齿圈58连接到固定件即变速箱壳体70上。离合器48使齿圈58可选择地连接到套轴40上。因此，当离合器48接合时，套轴40还形成了第三和第四节点之间的机械的动力路径。在要求得到保护的本发明范围内，将两个节点互连的“互连件”可以与也可以不与一个或多个其它的互连件协同操作来将这两个节点互连。另外，在要求得到保护的本发明范围内，动力路径可以被也可以不被可选择性接合的扭矩传递装置如离合器48断开。
电机32，34经由电池36电互连。因此，电机32，34和电池36部分地形成了处于第三节点16和第四节点18之间的电气的第三并联动力路径。第一、第二和第三动力路径彼此并联，并形成了处于输入轴20和输出轴24之间的通过变速箱11的动力路径。
第二节点14包括复合行星齿轮组74，其具有恒星齿轮48、齿圈82、与恒星齿轮78啮合式接合的第一组行星齿轮86，以及与第一组行星齿轮86和齿圈82啮合式接合的第二组行星齿轮90。第一行星齿轮86和第二组行星齿轮90可旋转地安装在行星托架94上。套筒68连接到恒星齿轮78上以便与其一起旋转，而轴26连接到齿圈82以便与其一起旋转。离合器98可选择性地接合，以使齿圈82与壳体70相连。行星式锁止离合器102选择性地与行星托架94和齿圈82相连。行星托架94连接到输出轴24上。
应当注意的是，包括第三节点16、第四节点18、电机32，34和电池36的变速箱11的子系统106在构造及功能上与2002年11月12日授权给Holmes等人的美国专利No.6478705中所介绍的可电气调节的变速箱基本上类似，上述专利通过引用整体地结合到本文中。通过重复利用EVT模式，便可使用复合行星齿轮组74来向如’705专利所述的EVT提供附加的模式，并提供相同的前进档/倒档输出扭矩。
图2是变速箱11的示例性操作中的各种变速箱部件的速度相对于输出轴速度的图解表示。参考图1和2，输入轴20的速度用线110表示，电机32的速度用线114表示，电机34的速度用线118表示，恒星齿轮78的速度用线122表示。在CVT操作的第一前进范围或模式126中，即在达到输出轴速度130之前，第一节点12的双路离合器打开，离合器46接合，离合器48脱开，而离合器102接合。齿轮组28以差动模式工作，而齿轮组30以扭矩增大模式工作。为简化介绍，输入轴速度110以及相应的发动机速度在变速箱的整个操作期间基本上是恒定的。ECU使电机32的速度从负数开始，并随着输出轴速度的增加而增加。同时，电机34的速度从零开始，并随着输出轴速度的增加而增加。恒星齿轮78的速度与输出轴的速度成比例增加。这种前进档或倒档中的第一模式的操作与在第二节点14处所选择的相同。
在输出轴速度130处，电机32的速度为零时，变速箱从第一CVT范围或模式126转换到第二CVT范围或模式134。在此点处，由于离合器46的接合而使恒星齿轮52和齿圈58的速度基本上相同，因此离合器48接合(而离合器46脱开)，并且实质上不会产生扭矩扰动而从第一模式变化到第二模式。在第二模式中，电机32的速度随着输出轴速度的增加继续增加，而电机34的速度随着输出轴速度的增加而减少。恒星齿轮78的速度继续增加。一旦获得了1∶1的传动比，在速度138处，第一节点12处的双路离合器同步地接合而离合器102同步地脱开，由于变速箱路径中的所有零件以相同的速度旋转，所以可以开始第三模式142的操作。一旦双路离合器接合，恒星齿轮78的输出会慢下来，其可经第一模式和第二模式而有效地往回起作用。当电机32的速度在输出速度150处为零时，第四模式146就会开始，其中离合器48脱开而离合器46接合。
变速箱11还具有倒档模式154的特征。在零输出速度时，行星式锁止离合器102或离合器98被选定。复合行星齿轮组74的传动比使得当将齿圈82固定时可实现负的整体传动比。这样，EVT路径可如同在前进档的第一模式中一样地精确操作，进而可提供相同的倒档功能。
参考图3，其中相似的标号表示与图1中相似的部件，图中示意性地显示了具有备选EVT子系统106’的备选变速箱11’。子系统106’不包括图1中的离合器46，48；相反，齿圈58’刚性地安装到壳体70上。子系统106’还包括可选择地使托架56连接到轴68上以便与其一起旋转的托架锁定件154。离合器158使托架56与壳体70选择性相连。托架锁定件154和离合器158可允许由电机32来起动发动机，并且与第三节点16处的机械输出脱离。子系统106’仅提供了一种模式的输入分用。子系统106’的操作与1996年9月24日授权给Schmidt等人的美国专利No.5558595所介绍的EVT基本上相似，上述专利通过引用整体地结合到本文中。
参考图4，其示意性地显示了图3中的变速箱的示例性操作。为了简化介绍，使由线166所示的输入轴速度基本上保持恒定。在第一前进模式170中，双路离合器打开，行星式锁止离合器102被采用。在发动机22运转时，离合器154也是接合的。若发电机关闭，离合器158可以接合，以使装置32可提供快速起动方式。线174所表示的电机32的速度是负的，并且在速度上随着输出轴速度的增加而增加。线178所表示的电机34的速度从零开始，并随着输出轴速度的增加而增加。在输出轴速度180处即当电机32的速度与输入轴20的速度相等时，采用双路离合器来开始第二模式182的操作，此时，离合器102同步地释放而节点12处的双路离合器同步地接合。如第一实施例中的那样，变速箱子系统106’接着使恒星齿轮78放慢以提高输出速度。应当指出，图3中变速箱的操作产生了三个机械点186。也可以类似第一实施例所述的方式来实现倒档模式187。
参考图5，其示意性地显示了另一备选传动系10”的构造。图5中的传动系10”与图1中的传动系10基本上相同，不同之处是第四节点18”的行星齿轮组30”是复合式的。更具体地说，第一组行星齿轮62a与恒星齿轮60啮合，第二组行星齿轮62b与第一组行星齿轮62a和齿圈58啮合。第一组行星齿轮62a和第二组行星齿轮62b可旋转地安装在与轴68相连的托架64’上。在图6中示意性地显示了传动系10”的一个示例性操作，电机32的速度相对于输出轴的速度用线194表示，电机34的速度相对于输出轴的速度用线190表示。在第一模式198中，行星式锁止离合器102接合，而双路离合器12打开，离合器46接合而离合器48脱开。两个电机32，34均在负速度下运转，其中，电机32以负值开始运转，并随着输出速度的增加而增加，电机34以零速度开始，并随着输出速度的增加而降低。
当电机32的速度在输出速度200处等于零时，离合器48接合而离合器46脱开，以开始传动系操作的第二模式202，其中电机32的速度继续增加，而电机34的速度随着输出轴速度的增加而增加。当电机32和电机34的速度在输出速度203处相等时，双路离合器12接合而离合器102脱开，以便开始第三模式204，其中电机32，34的速度随着输出轴速度的增加而降低。当电机32的速度在输出速度205处达到零时，离合器48脱开而离合器46接合，以便开始第四模式206。应当指出，传动系10”的结构和图6中所示的操作提供了六个机械点186。倒档模式208以与图1和图2中所介绍的实施例相似的方式来实现。
尽管已经具体介绍了实施本发明的最佳方式，然而熟悉本发明所属领域的技术人员将会认识到属于所附权利要求的范围内的用来实施本发明的各种替代性设计和实施例。
权利要求
1.一种用于车辆的变速箱，包括输入件；输出件；可操作地连接到所述输入件上的第一节点；可操作地连接到所述输出件上的第二节点；第三节点；第四节点；多个可旋转的互连件，所述可旋转的互连件中的一个在所述第一节点和第二节点之间至少部分地形成了机械的第一动力路径；所述可旋转的互连件中的一个将所述第一节点和第三节点可操作地互连；所述可旋转的互连件中的一个将所述第三节点和第四节点可操作地互连，并且至少部分地形成了机械的第二动力路径；所述可旋转的互连件中的一个将所述第四节点和第二节点可操作地互连；可操作地连接到所述第三节点上的第一电动机/发电机，可操作地连接到所述第四节点上的第二电动机/发电机；以及能量存储装置，其将第一电动机/发电机和第二电动机/发电机可操作地互连，以便所述能量存储装置和所述第一及第二电动机/发电机可在所述第三和第四节点之间至少部分地形成电气的第三动力路径。
2.根据权利要求1所述的变速箱，其特征在于，所述第三节点包括具有第一、第二和第三零件的第一行星齿轮组；其中所述第一行星齿轮组的第一零件可操作地连接到所述第一节点上以接收从其传来的机械动力，所述第一行星齿轮组的第二零件可操作地连接到所述第四节点上以向其传递机械动力，并且所述第一电动机/发电机可操作地连接到所述第一行星齿轮组的第三零件上。
3.根据权利要求2所述的变速箱，其特征在于，所述第四节点包括具有第一、第二和第三零件的第二行星齿轮组；其中所述第二行星齿轮组的第一零件可操作地连接到所述第一行星齿轮组上以接收从其传来的机械动力，所述第二电动机/发电机可操作地连接到所述第二行星齿轮组的第二零件上，并且所述第二行星齿轮组的第三零件可操作地连接到所述第二节点上以向其传递机械动力。
4.根据权利要求1所述的变速箱，其特征在于，所述第二节点是具有恒星件、齿圈件和托架的复合行星齿轮组。
5.根据权利要求4所述的变速箱，其特征在于，所述变速箱还包括固定件；构造成可将所述齿圈件和固定件选择性互连的第一扭矩传递机构；以及可将所述托架和齿圈件选择性互连的第二扭矩传递件；其中，所述恒星件可操作地连接到所述第四节点上；所述输出件可操作地连接到所述托架上。
6.一种变速箱，包括输入件；输出件；固定件；可操作地连接到所述输入件上的第一节点；第二节点，其可操作地连接到所述输出件上，并包括具有恒星齿轮、齿圈和复合行星齿轮的复合行星齿轮组，所述复合行星齿轮可旋转地安装到托架上，并与所述恒星齿轮和齿圈啮合式接合；第三节点；第四节点；多个可旋转的互连件，所述可旋转的互连件中的一个在所述第一节点和第二节点之间至少部分地形成了机械的第一动力路径；所述可旋转的互连件中的一个将所述第一节点和第三节点可操作地互连；所述可旋转的互连件中的一个将所述第三节点和第四节点可操作地互连，并且至少部分地形成了机械的第二动力路径；所述可旋转的互连件中的一个将所述第四节点和第二节点可操作地互连；可操作地连接到所述第三节点上的第一电动机/发电机，可操作地连接所述第四节点上的第二电动机/发电机；以及能量存储装置，其将所述第一电动机/发电机和第二电动机/发电机可操作地互连，以便使所述能量存储装置和第一及第二电动机/发电机在所述第三和第四节点之间至少部分地形成电气的第三动力路径；构造成将所述齿圈与托架可选择地相连的行星式锁止离合器；以及构造成将所述齿圈与固定件可选择地相连的倒档离合器。
7.一种变速箱，包括输入件；输出件；固定件；可操作地连接到所述输入件上的双路离合器；具有恒星齿轮、齿圈和复合行星齿轮的第一行星齿轮组，所述复合行星齿轮可旋转地安装到所述托架上，并与所述恒星齿轮和齿圈啮合式接合，所述第一行星齿轮组可操作地连接到所述输出件上；第二行星齿轮组和第三行星齿轮组；多个可旋转的互连件，所述可旋转互连件中的一个在所述双路离合器和第一行星齿轮组之间至少部分地形成了机械的第一动力路径；所述可旋转互连件中的一个将所述双路离合器和第二行星齿轮组可操作地互连；所述可旋转互连件中的一个将所述第二和第三行星齿轮组可操作地互连，并且至少部分地形成了机械的第二动力路径；所述可旋转互连件中的一个将所述第一和第三行星齿轮组可操作地互连；可操作地连接到所述第二行星齿轮组上的第一电动机/发电机；可操作地连接所述第三行星齿轮组上的第二电动机/发电机；以及能量存储装置，其将所述第一电动机/发电机和第二电动机/发电机可操作地互连，以便所述能量存储装置和第一及第二电动机/发电机在所述第二和第三行星齿轮组之间至少部分地形成电气的第三动力路径；构造成将所述齿圈与托架可选择地相连的行星式锁止离合器；以及构造成将所述齿圈与固定件可选择地相连的倒档离合器。
全文摘要
一种可电气调节的变速箱，包括输入轴、输出轴、两个电动机/发电机和四个节点，在这四个节点之间形成了三个并联的动力路径。动力路径中的两个是机械的路径，另一个是电气的路径。电动机/发电机提供了可无级式调节的速度比；节点处的动力路径的操纵提供了多个用于提高效率且缩小电动机尺寸的可无级式调节的工作模式。该变速箱还采用输入分用来提供了相等的前进档/倒档系统。
文档编号B60K6/365GK1727738SQ20051008824
公开日2006年2月1日 申请日期2005年7月29日 优先权日2004年7月29日
发明者D·克莱门, M·R·施密德特 申请人:通用汽车公司