专利名称：具有三个互连行星齿轮组的电动变速器的制作方法
技术领域：
本发明涉及可在功率分流的变速度比范围内和固定的速度比下 选择性操作的电动变速器，其具有三个行星齿轮组，两个电动机/发 电机和四个或五个扭矩传递装置。
背景技术：
内燃机，尤其那些往复式活塞类型的内燃器目前用来驱动大多 数车辆。这种发动机是相对效率较高、紧凑、重量轻且较廉价的装 置，其将燃料形式的高浓缩能量转换成有用的机械功率。可以与内 燃机一起使用并且可以减少燃料消耗和污染排放物的新颖变速器系 统将为公众带来很大的好处。
车辆对内燃机的各种广泛需求增加了燃料消耗，并使排放物超 出了这类发动机的理想状况。车辆通常由这种发动机驱动，其由小 型电动机和相对较小的蓄电池从冷状态起动，之后快速地处于牵引 和辅助设备的负荷之下。这种发动机也可在较宽的速度范围内和较 宽的负荷范围内操作，并且通常在其最大功率输出的大约五分之一 的平均值下操作。
车辆变速器通常将机械功率从发动机传送到传动系统的其余部 分，例如固定的末级传动齿轮、车轴或车轮。典型的机械变速器通 常通过五种或六种不同传动比的交替选择而允许发动机操作上的一 些自由度，空档选择允许发动机在车辆停止时操作辅助装置，离合 器或扭矩转换器用于传动比之间的平滑过渡，并在发动机旋转下从 静止状态起动车辆。变速器齿轮选择通常允许将发动机功率以扭矩 倍增和减速的比率，以扭矩减小和速度倍增的比率，即超速档，或
以倒档比而传送到传动系统的其余部分。
电动机/发电机可将机械功率从发动机转换成电功率，并且还可 将电功率以不同的扭矩和速度转换回到用于车辆传动系统其余部分 的机械功率。这种装置允许在电机的限制范围内，实现发动机和传 动系统其余部分之间的扭矩和速度比的连续变化。用作用于推进的 动力源的电储存蓄电池可添加到这种设置中，从而形成串联混合
(series hybrid)电动驱动系统。
串联混合系统允许发动机一定程度地独立于推进车轮所需的扭 矩、速度和功率而工作，因此可控制发动机以用于改善排放和效率。
过再生式制动将来自车轮减速的能量回收到蓄电池中。串联电驱动 装置的缺点在于将全部发动机功率在发动机中从机械形式转化成电 形式以及在驱动电动机中将机械功率转化成电功率的足够电机的重 量和成本，以及在这些转化中损失的有用能量。
功率分流变速器可使用通常被理解为"差速齿轮传动"的装置，以 便在输入和输出之间实现连续可变的扭矩和速度比。电动变速器可 使用差速齿轮传动装置来发送其通过一对电动机/发电机所传递的功 率。它的功率的其余部分流过另一并行的路径，其是全机械的和直 接的固定比，或者是可选择的。
本领域中众所周知的差速齿轮传动装置可构成行星齿轮组。行 星齿轮装置通常是差速齿轮传动装置发明中采用的优选实施例，其 优点在于其紧凑性，以及在行星齿轮组的全部部件中具有不同的扭 矩和速度比。然而，也可以没有行星齿轮的形式来构造该发明，而 是采用伞齿轮或其它齿轮设置，其中，齿轮组的至少一个元件的转 速总是两个其它元件的加权平均速度。
混合电动车辆变速器系统还包括 一 个或多个电能储存装置。典 型的装置是化学电储存蓄电池，但也可包括电容式装置或机械装置，
例如电驱动的飞轮。电储存允许从发动机至变速器系统的机械输入 功率改变至从变速器系统至车辆的机械输出功率。蓄电池或其它装
置也允许发动^L用变速器系统起动以及用于再生式(regenerative)车辆制动。
车辆中的电动变速器可简单地将机械功率从发动机输入传递至 最终的传动输出功率。为此， 一个电动机/发电机所产生的电功率平 衡了电损耗和其它电动机/发电机所消耗的电功率。通过使用上述电 储存蓄电池， 一个电动机/发电机所产生的电功率可大于或小于另一 电动才几/发电^li所消井毛的电功率。来自于蓄电池的电功率有时可允^午 电动机/发电机两者同时用作电动机，尤其是帮助发动机进行车辆加 速。这两个电动机有时都可用作发电机，以便对蓄电池重新充电， 尤其是在再生式车辆制动时。
一种用于串联混合变速器的成功的代用品是现在为运输巴士生 产的两个范围的输入-分流和复合-分流电动变速器，其被公开在与本 申请共同转让的于1999年8月3日公告的授予Michael Roland Schmidt 的美国专利No.5,931，757中，该美国专利通过引用而完整地结合于 本文中。这种变速器利用输入装置来接收来自车辆发动机的功率， 并利用功率输出装置来输出功率以驱动车辆。第一和第二电动机/发 电机连接在能量存储设备例如蓄电池上，使得能量存储设备可接收 来自第一和第二电动机/发动机的功率，和为第一和第二电动机/发动
机提供功率。控制单元调节能量存储设备和电动机/发电机之间以及 第一和第二电动机/发电机之间的功率流动。
在第一或第二变速度比操作模式下的操作可通过利用具有第一 和第二扭矩传递装置的离合器而选择性地实现。在第一模式中，输
入功率分流速度比范围通过应用第一离合器而形成，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。在第二4莫式中，复合 功率分流速度比范围通过应用第二离合器而形成，并且变速器的输 出速度与电动机/发电机的任一速度不成比例，而是这两个电动机/发
电机的速度的代数线性組合。在固定的传动速度比下的操作可选择 性地通过应用这两个离合器而实现。变速器在空档模式中的操作可 选择性地通过释放这两个离合器，使发动机及这两个电动机/发电机 与变速器输出分离而实现。变速器包括至少一个在其第一操作模式 下的机械点和至少两个在其第二操作模式下的机械点。
于2003年3月4日授予Holmes等人的与本申请共同转让并通 过引用而完整地结合于本文中的美国专利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，以提供输 入分流、复合分流、空档和倒档操作模式的电动变速器。这两个行 星齿轮组可以是简单的，或者其中一个可以单独地是复合式的。电 控制部件调节在能量存储设备和两个电动机/发电机之间的功率流 动。这种变速器提供了两个范围或电动变速器(EVT)操作模式，选择 性地提供了 一种输入功率分流速度比范围和复合功率分流速度比范 围。还可选择性地实现一种固定的速度比。
发明概要
本发明提供了 一系列的电动变速器，其提供了超越混合动力车 辆中所使用的传统自动变速器的几个优点，包括改进的车辆加速度 性能，通过再生制动和仅电空转及起动而改进的燃料经济性能，以 及具有吸引力的市场特征。本发明的一个目的是为给定的发动机提 供最好的可能的能量效率和排放物。另外，还为变速器寻求最佳性 能、容量、包装尺寸和速度比覆盖范围。
本发明的电动变速器系列提供了低容量、低成本的电动变速器 系列，其包括第一、第二和第三差速齿轮组，蓄电池，两个可互换 地用作电动机或发电机的电机，以及三个可选择的扭矩传递装置(两 个离合器以及两个或三个制动器)。差速齿轮组优选是行星齿轮组， 但也可利用其它齿轮装置，例如偏轴的伞齿轮或差速齿轮装置。
在本说明书中，第一、第二或第三行星齿轮组可以任何顺序(即，
从左至右，从右至左，等等)从第一计数到第三。
这三个行星齿轮组各具有三个部件。各个行星齿轮组的第一、
第二或第三部件可以是太阳齿轮、环形齿轮或托架(carrier)的任何其 中一个部件。
各个托架可以是单个小齿轮型托架(简单)或双小齿轮型托架(复合)。
输入轴持续地(continuously)与行星齿轮组的至少 一个部件相连。 输出轴持续地与行星齿轮组的另 一部件相连。
第一互连部件持续地将第一行星齿轮组的第一部件和第二行星 齿轮组的第 一部件连接起来。
第二互连部件持续地将第一行星齿轮组的第二部件与第二行星 齿轮组的第二部件以及与第三行星齿轮组的第二部件连接起来。
第一扭矩传递装置选择性地将第一或第二行星齿轮组的部件与 第一或第三行星齿轮组的另一部件连接起来。
第二扭矩传递装置选择性地将第三行星齿轮组的部件与第一、 第二或第三行星齿轮组的另 一 部件连接起来，这对部件不同于第一 扭矩传递装置所连接的部件。
第三扭矩传递装置选择性地将第二或第三行星齿轮组的部件与 固定部件(变速箱)连接起来。
第四扭矩传递装置与其中一个所述电动机/发电机并行(in parallel) 连接，用于选择性地防止所述电动机/发电机的旋转。
可选的第五扭矩传递装置与所述电动机/发电机中的另一个并行 连接，以用于选择性地防止其旋转。
第 一 电动机/发电机安装在变速箱上(或接地)，并且持续地连接在 第一互连部件上。
第二电动机/发电机安装在变速箱上(或接地)，并且持续地连接在 第二或第三行星齿轮组的部件上。
这四个或五个可选择的扭矩传递装置(两个离合器以及两个或三
个制动器)可单独或两两组合地相接合，从而产生具有连续可变速度
比范围(包括倒档)和四个机械固定的前进速度比的EVT。"固定速度
比"是其中将变速器的机械动力输入机械地传送至输出，并且在电 动机/发电机中没有功率流动(即几乎为零)时的操作状态。可选择性地
其对于给定的最大容量可能较小并且较轻。当在不利用电动机/发电 机，发动机速度可能接近其最佳性能的条件下进行操作时，固定速 度比操作还可导致较低的燃料消耗。各种固定速度比和可变速度比 可通过恰当地选择行星齿轮组的齿数比而实现。
本文所公开的电动变速器系列的各个实施例具有其中变速器输 入和输出都不直接连接在电动机/发电机上的架构。这允许减少所需 要的电动机/发电机的尺寸和成本，以达到所需的车辆性能。
第一、第二，第三和第四(或者还有第五)扭矩传递装置，电 动机制动器以及第一和第二电动机/发电机可操作，而在所述电动变
速器中提供五个操作模式，包括蓄电池倒档模式，EVT倒档模式， 倒档和前进起动才莫式，连续变速范围^lt式，以及固定比模式。
从以下结合附图对实现本发明的最佳模式的详细描述中，将很 容易清楚本发明的上述特征和优点，以及其它特征和优点。
附图简介
图la是包括电动变速器的动力系的示意图，这种电动变速器包 含本发明的一系列部件；
图lb是描述图la中所示的动力系的一些操作特征的操作模式表 和固定比模式表；
图2a是具有电动变速器的动力系的示意图，这种电动变速器包 含本发明的另一系列部件；
图2b是描述图2a中所示的动力系的一些操作特征的操作模式表 和固定比模式表；图3a是具有电动变速器的动力系的示意图，这种电动变速器包 含本发明的另一系列部件；
图3b是描述图3a中所示的动力系的一些操作特征的操作坤莫式表 和固定比模式表；
图4a是具有电动变速器的动力系的示意图，这种电动变速器包 含本发明的另一系列部件；
图4b是描述图4a中所示的动力系的一些操作特征的操作模式表 和固定比模式表；
图5a是具有电动变速器的动力系的示意图，这种电动变速器包 含本发明的另一系列部件；
图5b是描述图5a中所示的动力系的一些操作特征的操作模式表 和固定比模式表；
图6a是具有电动变速器的动力系的示意图，这种电动变速器包 含本发明的另一系列部件；
图6b是描述图6a中所示的动力系的一些操作特征的操作才莫式表 和固定比模式表；
图7a是具有电动变速器的动力系的示意图，这种电动变速器包 含本发明的另一系列部件；
图7b是描述图7a中所示的动力系的一些操作特征的操作才莫式表 和固定比模式表。
优选实施例的描述
参看图la，其显示了动力系(powertrain)10，动力系10包括发动 机12，其连接在总体上以标号14表示的改进的电动变速器(EVT)的 一个优选实施例上。变速器14设计成可接受其来自于发动机12的 驱动功率的至少一部分。如图所示，发动机12具有输出轴，其用作 变速器14的输入部件17。在发动机12和变速器的输入部件17之间 还可提供瞬时扭矩阻尼器(未显示)。
在所描述的实施例中，发动机12可以是化石燃料发动机，例如 柴油发动机，其适合于通常以恒定的每分钟转数(RPM)提供其可用功 率输出。
不管发动机12连接到变速器输入部件17上的方法如何，变速 器输入部件17都可操作地连接在变速器14的行星齿轮组20上。
变速器14的输出部件19连接在主减速器(final drive)16上。
变速器14利用三个差速齿轮组，其优选具有行星齿轮组20,30 和40的性质。行星齿轮组20利用通常指定为环形齿轮的外齿轮部 件24。环形齿轮24与通常指定为太阳齿轮内齿轮部件22外接。托 架26可旋转地支撑多个行星齿轮27，使得各个行星齿轮27啮合式 地与第一行星齿轮组20的外环形齿轮部件24和内太阳齿轮部件22 相4妄合。输入部件17固定在行星齿轮组20的环形齿轮部件24上。
行星齿轮组30也具有通常也被指定为环形齿轮的外齿轮部件 34,其与也通常被指定为太阳齿轮的内齿轮部件32外接。多个行星 齿轮37还可旋转地安装在托架36中，使得各个行星齿轮部件37同 时地且啮合式地与行星齿轮组30的外环形齿轮部件34和内太阳齿 轮部件32相接合。
行星齿轮组40也具有通常也被指定为环形齿轮的外齿轮部件 44，其与也通常^L指定为太阳齿轮的内齿轮部件42外接。多个行星 齿轮47还可旋转地安装在托架46中，使得各个行星齿轮部件47同 时地且啮合式地与行星齿轮组40的外环形齿轮部件44和内太阳齿 轮部件42相接合。
第一互连部件70持续地将行星齿轮组20的托架26与行星齿轮 组30的托架36连接起来。第二互连部件72持续地将行星齿轮组20 的太阳齿轮22与行星齿轮组30的环形齿轮34连接起来，并与行星 齿轮组40的太阳齿轮42连接起来。第二互连部件可以是单件式或 两件式的构件。
第一优选实施例10还分别包括第一和第二电动机/发电机80和
82。第一电动机/发电机80的定子固定在变速器外壳60上。第一电 动机/发电机80的转子固定在第一互连部件70上。
第二电动机/发电机82的定子也固定在变速器外壳60上。第二 电动机/发电机82的转子固定在太阳齿轮32上。
第一扭矩传递装置，例如离合器50选择性地将行星齿轮组20 的环形齿轮24连接到行星齿轮组20的太阳齿轮22上。第二扭矩传 递装置，例如离合器52选择性地将行星齿轮组30的太阳齿轮32与 行星齿轮组40的环形齿轮44连接起来。第三扭矩传递装置，例如 制动器54选择性地将行星齿轮组40的环形齿轮44与变速器外壳60 连接起来。也就是说，通过操作地连接在不可旋转的外壳60上而选 择性地固定环形齿轮44，以免其旋转。第四扭矩传递装置55与电动 机/发电机80并行地连接，用于选择性地制动电动机/发电机80的旋 转。第五扭矩传递装置57与电动机/发电机82并行地连接，用于选 择性地制动电动机/发电机82的旋转。图lb的相应电动机/发电机的 列中的"X"表示制动器55,57接合。如以下更完整地解释的那样， 第一、第二、第三、第四和第五扭矩传递装置50，52,54,55和57用于 帮助选择混合变速器14的操作模式。
变速器14的输出驱动部件19固定在行星齿轮组40的托架46上。
现在返回到动力源的描述中，从前面描述，尤其参照图la应该 懂得，变速器14可选择性地接受来自发动机12的功率。混合变速 器还接受来自电功率源86的功率，电功率源86可操作地连接在控 制器88上。电功率源86可以是一个或多个蓄电池。其它具有提供 或存储并分配电功率能力的电功率源，例如燃料电池，其可用来替 代蓄电池，而不会改变本发明的构思。
总体操作描述
其中 一个主要控制装置是众所周知的驱动范围选择器(未显示)，
其指示电子控制单元(ECU88)设置变速器，以用于停车、倒档、空档
或前进驱动范围。第二和第三主要控制装置组成了油门踏板(未显示)
和刹车踏板(也未显示)。ECU从这两个主要控制源获得的信息被指定 为"驾驶员指令，，。ECU还从多个传感器(输入以及输出)中获得相关 状态信息扭矩传递装置(施加状态或释放状态)；发动机输出扭矩； 统一的蓄电池，容量水平；和所选定的车辆构件的温度。ECU确定 需要什么，之后操纵变速器的选择性操作的构件，或相关构件，以 便恰当地响应驾驶员指令。
本发明可使用简单的或复合的行星齿轮组。在简单的行星齿轮 组中，单个行星齿轮组通常地支撑在本身可旋转的托架上，以便旋 转。
在简单的行星齿轮组中，当太阳齿轮保持固定并且功率施加于 简单行星齿轮组的环形齿轮时，行星齿轮随着功率施加于环形齿轮 而旋转，并因而围绕固定的太阳齿轮圆周方向"行走，，，从而实现 托架在与环形齿轮旋转方向相同的方向上的旋转。
当简单的行星齿轮组的任何两个部件在相同方向并以相同速度 旋转时，第三部件被迫以相同速度和相同方向旋转。例如，当太阳 齿轮和环形内齿轮在相同方向上以相同速度旋转时，行星齿轮并不 绕其自身轴线旋转，而是用作楔锁(wedge)，以锁定整个单元来实现 所谓的直接驱动。也就是说，托架随太阳齿轮和环形内齿轮一起旋 转。
三齿轮部件旋转方向通常可简单地通过目测分析来确定，但是在许 多情况下，该方向将不是显而易见的，并且只能通过知道存在于行 星齿轮组的齿轮部件中的齿数来确定。
只要限制托架自由旋转，并将功率施加于太阳齿轮或环形内齿 轮，那么行星齿轮部件将用作惰轮。那样，从动部件将在与驱动部 件相反的方向上旋转。这样，在许多变速器装置中，当选择倒档传
动范围时，用作制动器的扭矩传递装置受到摩擦激励，而与托架相 接合，并从而限制其旋转，使得施加于太阳齿轮的功率将使环形内 齿轮在相反方向上旋转。因而，如果环形内齿轮操作地连接在车辆 的主动轮上，那么这种装置能够使主动轮的旋转方向反转，并因此 使车辆本身方向反转。
在简单的行星齿轮组中，如果太阳齿轮、行星齿轮托架和环形 齿轮的其中任何两个转速是己知的，那么利用简单的规则可确定第 三部件的速度。托架的转速始终与太阳齿轮和环形齿轮的速度成比 例，受到其相应的齿数加权影响。例如，环形齿轮可具有相同齿轮 组中的太阳齿轮的两倍多的齿。那么托架的速度是环形齿轮速度的 三分之二和太阳齿轮速度的三分之一之和。如果这三个部件的其中 一个部件在相反方向上旋转时，那么在数学计算中，算术符号对于 该部件的速度是负的。
如果这种数学计算是在没有考虑齿轮的质量，齿轮的加速度， 或齿轮组中的摩擦下进行的，那么太阳齿轮，托架和环形齿轮上的 扭矩还可简单地彼此相关，所有这些因素在良好设计的变速器中具 有相对较小的影响。施加于简单行星齿轮组的太阳齿轮上的扭矩必 须与施加于环形齿轮上的扭矩平衡，其与这些齿轮的齿数成比例。 例如，施加于带有齿轮组中的太阳齿轮两倍多齿的环形齿轮上的扭 矩，其必须两倍于施加于太阳齿轮上的扭矩，并且必须施加于相同 的方向。施加于托架上的扭矩必须在大小上等于太阳齿轮上的扭矩 与环形齿轮上的扭矩之和，并且在方向上相反。
同简单的行星齿轮组相比，在复合行星齿轮组中，利用内行星 齿轮组和外行星齿轮组可实现环形齿轮和行星托架在角色上的互 换。例如，如果太阳齿轮保持固定，行星托架将在与环形齿轮相同 的方向上旋转，但行星托架和内外行星齿轮组将比环形齿轮移动更 快，而非更慢。
在具有啮合的内行星齿轮组和外行星齿轮组的复合行星齿轮组
中，环形齿轮的速度与太阳齿轮和行星托架的速度成比例，分别受 到太阳齿轮上的齿数和行星齿轮所填充的齿数的加权影响。例如， 在行星齿轮所填充的环形齿轮和太阳齿轮之间的差异可以是与同一 齿轮组中的太阳齿轮上的齿一样多的。在那种情况下，环形齿轮的 速度将是托架速度的三分之二与太阳齿轮速度的三分之一之和。如 果太阳齿轮或行星托架在相反方向上旋转，那么在数学计算中，算 术符号对于该速度是负的。
如果太阳齿轮保持固定，那么托架和内外行星齿轮组将在与该 齿轮组中的旋转的环形齿轮相同的方向上旋转。另一方面，如果太 阳齿轮保持固定，并且托架是从动的，那么内齿轮组中与太阳齿轮 相接合的行星齿轮沿着太阳齿轮而滚动或"行走"，在与托架旋转 的相同方向上旋转。与内齿轮组中的小齿轮相啮合的外齿轮组中的 小齿轮将在相反方向上旋转，因而迫使啮合的环形齿轮在相反方向 上，但只相对于行星齿轮旋转，该行星齿轮与环形齿轮啮合式地接 合。外齿轮组的行星齿轮支撑在沿着托架的方向上。外齿轮组中的 小齿轮围绕其轴线的旋转效应和外齿轮组中的行星齿轮的更大的轨 道运动效应由于托架运动而组合起来，使得环形齿轮在与托架相同 的方向上旋转，但没有托架那么快。
如果这种复合行星齿轮组中的托架保持固定并且太阳齿轮旋转 时，那么环形齿轮将以较小的速度，并在与太阳齿轮相同的方向上 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 转时，那么支撑单个行星齿轮组的托架将以较小的速度，并且在与 太阳齿轮相同的方向上旋转。这样人们可以很容易观察到托架和环 形齿轮之间的角色互换，同使用简单行星齿轮组中的单组行星齿轮 比较而言，这是通过使用内行星齿轮组和外行星齿轮组彼此啮合而 引起的。
电动变速器的正常角色是将机械动力从输入传递至输出。作为 这种变速器角色的一部分，其两个电动机/发电机的其中一个用作电
功率发电机。另一电动机/发电机用作使用该电功率的电动机。随着 输出速度从零增加到高速度，这两个电动机/发电机80,82逐渐互换 发电机和电动机的角色，并且可不止一次地这样做。这些互换发生 在基本上所有的功率都机械地从输入传递至输出，并且基本上没有 电传递功率的机械点周围。
在一种混合电动变速器系统中，蓄电池86还可将功率供给变速
器，或者变速器可将功率供给蓄电池。如果蓄电池为变速器提供基
本电功率，例如用于车辆加速，那么电动机/发电机都可用作电动机。 如果变速器为蓄电池提供电功率，例如用于再生制动，那么电动机/ 发电机都可用作发电机。在非常靠近操作的机械点时，由于系统中 的电损耗，电动机/发电机还可用作带有小电功率输出的发电机。
与变速器的正常作用相反，变速器实际上可用于机械功率从输 出传递至输入。这可在车辆中用来补充车辆制动，并且增强或补充 车辆的再生制动，尤其在很长的向下坡度上时。如果功率以这种方 式反向流过变速器时，电动机/发电机的角色将与其在正常操作中的 角色相反。
特定的操作描述
这里所述的各个实施例具有十六个功能要求(与图中所显示的各
个操作模式表的16行相对应)，其可组成五个操作模式。以下通过参
照相应的附带各变速器符号图的操作模式表，例如图lb,2b，3b等等
操作才莫式表来描述这五个操作一莫式，并可获得最好的理解。
第一操作模式是"蓄电池倒档模式"，其与各个操作模式表，
例如图lb的操作模式表的第一行(Batt Rev)相对应。在这个模式中， 发动机关闭，并且连接在发动机上的变速器元件不受发动机扭矩的 控制，但是可能由于发动机的转动惯量而存在一些残余扭矩。其中 一个电动机/发电机利用蓄电池能量驱动EVT，导致车辆反向移动。 根据运动学配置，另一电动机/发电机可以或不以这种模式旋转，并
且可以或不传递扭矩。如果其旋转，那么其用于产生存储在蓄电池 中的能量。在图lb的实施例中，在蓄电池倒档模式中，制动器54
和55接合，电动机/发电机82具有0.29单位的扭矩。作为示例获得 了-7.50的扭矩比。在各个操作模式表中，靠近电动机/发电机列80 和82中扭矩值的(M)表明电动机/发电机用作电动机，并且(M)的缺失 表明电动机/发电机用作发电机；同样，"X"表示相应的制动器55,57 接合。
第二操作模式是"EVT倒档模式，，(或混合动力倒档模式)，其与 各个操作模式表，例如图lb的操作模式表的第二行(EVT Rev)相对 应。在这个模式下，EVT被发动机和其中一个电动机/发电机驱动。 另一电动机/发电机在发电机模式下操作，并将所产生的能量100%传 递回给驱动电动机。实际效应是反向驱动车辆。例如参看图lb，在 EVT倒档模式中，制动器54接合，发电机80具有-4.59单位的扭矩， 电动机82具有0.74单位的扭矩，并且获得-8.34的输出扭矩，其与1 单位的发动机扭矩相对应。
第三操作模式包括"倒档和前进起动模式"(也被称为"扭矩变 换器倒档和前进模式")，其与各个操作模式表，例如图lb的操作模 式表的第三和第四行(TCRev和TCFor)相对应。在这个才莫式下，EVT
被发动机和其中 一 个电动机/发电机驱动。由发电机单元所产生的可 选择的一部分能量存储在蓄电池中，并且将剩余能量传递给电动机。
在
图1中，这一部分大约为99%。变速器输出速度对发动机速度的 比值(传动速度比)大约为+/-0.001(正号表示车辆向前移动，负号表示 车辆向后移动)。参看图lb，在倒档起动模式中，制动器54接合， 并且电动机/发电机80用作发电机(带有-3.97单位的扭矩)，电动机/ 发电机82用作电动机(带有0.59单位的扭矩)，并且获得-7.00的扭矩 比。在前进起动模式中，制动器54接合，并且电动机/发电机80用 作电动机(带有1.37单位的扭矩)，电动机/发电机82用作发电机(带 有_0.77单位的扭矩)，并且获得4.69的扭矩比。
第四操作模式是"连续变速范围模式"，其包括范围1.1，范围
1.2,范围1.3,范围1.4,范围2.1，范围2.2，范围2.3和范围2.4操 作点，其与各个操作点表，例如图lb的操作点表的行5-12相对应。 在这个^f莫式下，EVT被发动机以及其中一个用作电动机的电动机/发 电机所驱动。另一电动机/发电机用做发电机，并将所产生的能量100% 传递回给电动机。由范围1.1，1.2…等等代表的操作点是EVT所提供 的前进速度比连续区域中的离散的点。例如在图lb中，在制动器54 接合的条件下获得4.69至1.86的扭矩比范围，并且在离合器52接 合的条件下获得1.36至0.54的扭矩比范围。
第五操作模式包括"固定比，，模式(F1， F2， F3和F4),其与各 个操作模式表(即操作模式表)，例如图lb的操作模式表的行13-16 相对应。在这个模式下，变速器类似传统的自动变速器一样操作， 其中两个扭矩传递装置接合，产生离散的传动比，或一个扭矩传递 装置可接合，而一个电动机/发电机被制动。或者，所有三个扭矩传 递装置都可以分离，而电动机/发电机都被制动。各图中附带的离合 器表显示了仅仅4个固定的前进速度比，但额外的固定比是可采用 的。参看图lb，在固定比F1中，离合器50和制动器54接合，从而 获得2.93的固定扭矩比。在固定比F2中，制动器54和57接合，从 而获得1.69的固定比。因此，图lb的电动机/发电机82列中的各个 "X"表示制动器57接合，并且电动机/发电机82不旋转。在固定比 F3中，离合器50和52接合，从而获得1.00的固定比。在固定比F4 中，离合器52接合，并且电动机/发电机80被制动器55制动，以获 得0.42的固定比。
变速器14能够在所谓的单模式或双模式下操作。在单模式中， 接合的扭矩传递装置对于前进速度比(由离散点范围1.1,1.2,1.3和1.4 代表)的整个连续区域都保持相同。在双模式中，接合的扭矩传递装 置在一些中间速度比(例如，图1中的范围2.1)上进行切换。根据机 械配置，这种扭矩传递装置接合上的变化具有降低变速器中元件速 度的优点。
在一些设计中，可以使离合器元件的滑差速度同步，从而可在 最小的扭矩干扰条件下实现换档(被称为"冷，，换档)。例如，图la的 变速器具有在范围1.4和2.1之间的冷换档。这还用作在双转向换档
期间进行高级控制的使能器(enabler)(两个接近式离合器和两个分离式 离合器)。
如上所述，在图lb的操作模式表和固定比模式表中显示了用于 扭矩传递装置的接合安排表(schedule)。图lb还提供利用图lb中作 为示例给出的环形齿轮/太阳齿轮齿数比而获得的扭矩比的一个示 例。Nj^/Ns值是行星齿轮组20的齿数比；NR/N^值是行星齿轮组30 的齿数比；并且1^3/^3值是行星齿轮组40的齿数比。另外，图lb
steps)。例如，在第一和第二固定前进扭矩比之间的步进比(step ratio) 为1.73，在第二和第三固定前进扭矩比之间的步进比为1.69，在第 二和第三固定前进扭矩比之间的步进比为2.38,和步进比范围为 4.73。
第二示范性实施例的描述
参看图2a，其显示了动力系110,动力系110包括发动机12， 其连接在总体上以标号114表示的改进的电动变速器的一个优选实 施例上。变速器114设计成可接受其来自于发动机12的驱动功率的 至少一部分。
在所描述的实施例中，发动机12也可以是化石燃料发动机，例 如柴油发动机，其适合于通常以恒定的每分钟转数(RPM)提供其可用 功率输出。如图所示，发动机12具有输出轴，其用作变速器114的 输入部件17。在发动机12和变速器的输入部件17之间还可提供瞬 时扭矩阻尼器(未显示)。
不管发动机12连接到变速器输入部件17上的方法如何，变速
器输入部件17都可操作地连接在变速器114的行星齿轮组上。变速
器114的输出部件19连接在主减速器16上。
变速器114利用三个差速齿轮组，其优选具有行星齿轮组120,130 和140的性质。行星齿轮组120利用通常指定为环形齿轮的外齿轮 部件124。环形齿轮124与通常指定为太阳齿轮内齿轮部件122外接。 托架126可旋转地支撑多个行星齿轮127，使得各个行星齿轮127啮 合式地与第一行星齿轮组120的外环形齿轮部件124和内太阳齿轮 部件122相接合。
行星齿轮组130也具有通常也被指定为环形齿轮的外齿轮部件 134，其与也通常被指定为太阳齿轮的内齿轮部件132外接。多个行 星齿轮137还可旋转地安装在托架136中，使得各个行星齿轮部件137 同时地且啮合式地与行星齿轮组130的外环形齿轮部件134和内太 阳齿轮部件132相接合。
行星齿轮组140也具有通常也被指定为环形齿轮的外齿轮部件 144,其与也通常被指定为太阳齿轮的内齿轮部件142外接。多个行 星齿轮147还可旋转地安装在托架146中，使得各个行星齿轮部件147 同时地且啮合式地与行星齿轮组140的外环形齿轮部件144和内太 阳齿轮部件142相接合。
变速器输入部件17与行星齿轮组120的托架126相连接，并且 变速器输出部件19与行星齿轮组140的托架146相连4妻。第一互连 部件170持续地将行星齿轮组120的太阳齿轮122与行星齿轮组130 的太阳齿轮132连接起来。第二互连部件172持续地将行星齿轮组120 的环形齿轮124与行星齿轮组130的托架136连接起来，并且与行 星齿轮组140的环形齿轮144连接起来。
变速器114还分别包括第一和第二电动机/发电才几180和182。 第一电动机/发电机180的定子固定在变速器外壳160上。第一电动 机/发电机180的转子固定在行星齿轮组120的太阳齿轮122上。
第二电动机/发电机182的定子也固定在变速器外壳160上。第
二电动机/发电机182的转子固定在太阳齿轮142上。
第一扭矩传递装置，例如离合器150选择性地将行星齿轮组120 的托架126连接到行星齿轮组120的太阳齿轮122上。第二扭矩传 递装置，例如离合器152选择性地将行星齿轮組130的环形齿轮134 与行星齿轮组140的托架146连接起来。第三扭矩传递装置，例如 制动器154选择性地将行星齿轮组130的环形齿轮134与变速器外 壳160连接起来。也就是说，通过操作地连接在不可旋转的外壳160 上而选择性地固定环形齿轮134，以免其旋转。第四扭矩传递装置如 制动器155与电动机/发电机180并行地连接，用于选择性地制动电 动机/发电机180的旋转。第五扭矩传递装置如制动器157与电动机/ 发电机182并行地连接，用于选择性地制动电动机/发电机182的旋 转。如以下更完整地解释的那样，第一、第二、第三、第四和第五 扭矩传递装置150,152,154,155和157用于帮助选择混合变速器114 的操作模式。
现在返回到动力源的描述中，从前面描述，尤其参照图2a应该 懂得，变速器114可选择性地接受来自发动机12的功率。混合变速 器还与电功率源186交换功率，电功率源186可操作地连接在控制 器188上。电功率源186可以是一个或多个蓄电池。其它具有提供 或存储并分配电功率能力的电功率源，例如燃料电池，可用来替代 蓄电池，而不会改变本发明的构思。
如之前所述，各个实施例具有十六个功能要求(与图中所显示的 各个操作片莫式表的16行相对应)，其可组成五个操作才莫式。第一操作 模式是"蓄电池倒档模式"，其与图2b的操作模式表的第 一行(Batt Rev) 相对应。在这个模式下，发动机关闭，并且有效地允许连接在发动 机上的变速器元件由于发动机惯性扭矩而空转。其中一个电动机/发 电机利用蓄电池能量驱动EVT,导致车辆反向移动。另一电动机/发 电机可以在或不在这个模式下旋转。如图2b中所示，作为示例，在 这个模式下，制动器152和157接合，电动机/发电机180具有-0.29
单位的扭矩，电动机/发电机182被制动，并且获得-3.67的输出扭矩，
其对应于1单位的输入扭矩。
第二操作模式是"EVT倒档模式"(或混合动力倒档才莫式)，其与 图2b的操作模式表的第二行(EVTRev)相对应。在这个模式下，EVT 被发动机和其中一个电动机/发电机驱动。另 一电动机/发电机在发电 才A^莫式下操作，并将所产生的能量100%传递回给驱动电动机。实际 效应是反向驱动车辆。在这个模式下，制动器152接合，发电机180 具有-0.83单位的扭矩，电动机182具有-1.85单位的扭矩，并且获得 与1个单位的输入扭矩相对应的-8.34的输出扭矩。
第三操作模式包括"倒档和前进起动模式"，其与各个操作模 式表，例如图2b的操作模式表的笫三和第四行(TC Rev和TC For)相 对应。在这个冲莫式下，EVT被发动机和其中一个电动机/发电机驱动。 由发电机单元所产生的可选择的一部分能量存储在蓄电池中，并且 将剩余能量传递给电动机。在TC倒档起动模式中，离合器152接合， 并且电动机/发电机180用作发电机(带有-0.72单位的扭矩)，电动机/ 发电机182用作电动机(带有-1.57单位的扭矩)，并且获得-7.00的扭 矩比。在TC前进起动模式中，离合器152接合，并且电动机/发电 机180用作电动机(带有0.51单位的扭矩)，电动机/发电机182用作 发电机(带有2.33单位的扭矩)，并且获得4.69的扭矩比。对于这些 扭矩比，大约99%的发电机能量储存在蓄电池中。
第四操作模式包括"范围U，范围1.2,范围1.3,范围1.4，范 围2.1,范围2.2,范围2.3和范围2.4"模式，其与图2b的操作模式 表的行5-12相对应。在这个斗莫式下，EVT被发动机以及其中一个用 作电动机的电动机/发电机驱动。另一电动机/发电机用啦文发电机，并 将所产生的能量100%传递回给电动机。由范围1.1,1.2...等等代表的 操作点是EVT所提供的前进速度比连续区域中的离散的点。例如在 图2b中，在离合器152接合的条件下获得4.69至0.54的比的范围。
第五操作模式包括"固定比"模式(F1,F2,F3和F4)，其与图2b
的操作模式表的行13-16相对应。在这个模式下，变速器类似传统的 自动变速器一样操作，其中两个扭矩传递装置接合，产生离散的传
动比。在固定比F1中，制动器154和157接合，从而获得3.16的固 定比。在固定比F2中，离合器150和制动器157接合，以获得1.67 的固定比。在固定比F3中，制动器155和157接合，从而获得1.00 的固定比。在固定比F4中，离合器152和制动器155接合，以获得 0.53的固定比。
如上所述，在图2b的操作模式表和固定比模式表中显示了用于 扭矩传递装置的接合安排表。图2b还提供利用图2b中作为示例给 出的环形齿轮/太阳齿轮齿数比而获得的扭矩比的一个示例。NR1/NS1 值是行星齿轮组120的齿数比；Nr2/Ns2值是行星齿轮组130的齿数 比；并且NR/Ns3值是行星齿轮组140的齿数比。另外，图2b的图 表描述了利用给定的齿数比样本而获得的步进比的步。例如，在第 一和第二固定前进扭矩比之间的步进比为1.89,在第二和第三固定 前进扭矩比之间的步进比为1.43,并且第三和笫四固定前进扭矩比 之间的步进比为2.21。
第三示范性实施例的描述
参看图3a,其显示了动力系210，动力系210包括发动机12, 其连接在总体上以标号214表示的改进的电动变速器的一个优选实 施例上。变速器214设计成用于接受其来自于发动机12的驱动功率 的至少一部分。如图所示，发动机12具有输出轴，其用作变速器214 的输入部件17。在发动机12和变速器214的输入部件17之间还可 提供瞬时扭矩阻尼器(未显示)。
不管发动机12连接到变速器输入部件17上的方法如何，变速 器输入部件17都可操作地连接在变速器214的行星齿轮组上。变速 器214的输出部件19连接在主减速器16上。
变速器214利用三个差速齿轮组，其优选具有行星齿轮组220,230 和240的性质。行星齿轮组220利用通常指定为环形齿轮的外齿轮 部件224。环形齿轮224与通常指定为太阳齿轮内齿轮部件222外接。 托架226可旋转地支撑多个行星齿轮227,使得各个行星齿轮227啮 合式地与第一行星齿轮组220的外环形齿轮部件224和内太阳齿轮 部件222相接合。
行星齿轮组230还具有外环形齿轮部件234,其与内太阳齿轮部 件232外接。多个行星齿轮237还可旋转地安装在托架236中，使 得各个行星齿轮237同时地且啮合式地与行星齿轮组230的外环形 齿轮234和内太阳齿轮部件232相接合。
行星齿轮组240还具有外环形齿轮部件244，其与内太阳齿轮部 件242外接。多个行星齿轮247还可旋转地安装在托架246中，使 得各个行星齿轮部件247同时地且啮合式地与行星齿轮组240的外 环形齿轮部件244和内太阳齿轮部件242相接合。
变速器输入部件17与托架226相连接，并且变速器输出部件19 连接在托架246上。第一互连部件270持续地将行星齿轮组220的 太阳齿轮222与行星齿轮组230的太阳齿轮232连接起来。第二互 连部件272将行星齿轮组220的环形齿轮224与行星齿轮组230的 托架236相连接，并且与行星齿轮组240的环形齿轮244连接起来。
变速器214还分别包括第一和第二电动机/发电机280和282。 第一电动机/发电机280的定子固定在变速器外壳260上。第一电动 机/发电机280的转子固定在行星齿轮组220的太阳齿轮222上。
第二电动机/发电机282的定子也固定在变速器外壳260上。第 二电动机/发电机282的转子固定在环形齿轮234上。
第一扭矩传递装置，例如离合器250选择性地将行星齿轮组220 的托架226与行星齿轮组220的太阳齿轮222连接起来。第二扭矩 传递装置，例如离合器252选择性地将行星齿轮组230的环形齿轮234 与行星齿轮组240的太阳齿轮242连接起来。第三扭矩传递装置， 例如制动器254选择性地将行星齿轮组240的太阳齿轮242与变速
器外壳260连接起来。第四扭矩传递装置如制动器255与电动机/发 电机280并行地连接，用于选择性地制动电动机/发电机280的旋转。 第五扭矩传递装置如制动器257与电动机/发电机282并行地连接， 用于选择性地制动电动机/发电机282的旋转。如以下更完整地解释 的那样，第一、第二、第三、第四和第五扭矩传递装置250,252,254,255 和257用于帮助选择混合变速器214的操作模式。
混合变速器214还接受来自发动机12以及电功率源286的功率， 电功率源286可操作地连接在控制器288上。
图3b的操作模式表显示了对于变速器214的五个操作模式的离 合器4妻合，电动才儿/发电机状态，以及输出/输入比。如之前所述，这 些模式包括"蓄电池倒档模式"(Batt Rev)， "EVT倒档模式"(EVT Rev)，"倒档和前进起动模式，，(TCRev和TCFor)，"范围1.1,1.2,1.3... 模式"和"固定比模式"(F1,F2,F3,F4)。
如上所述，在图3b的操作模式表和固定比模式表中显示了用于 扭矩传递装置的接合安排表。图3b还提供利用图3b中作为示例给 出的环形齿轮/太阳齿轮齿数比而获得的扭矩比的 一个示例。NR1/NS1 值是行星齿轮组220的齿数比；NM/NS2值是行星齿轮组230的齿数 比；并且NR3/NS3值是行星齿轮组240的齿数比。另外，图3b的图 表描述了利用给定的齿数比样本而获得的步进比的步。例如，在第 一和第二固定前进扭矩比之间的步进比为1.89,在第二和第三固定 前进扭矩比之间的步进比为1.43，并且第三和第四固定前进扭矩比 之间的步进比为1.89。
第四示范性实施例的描述
参看图4a，其显示了动力系310,动力系310包括发动机12, 其连接在总体上以标号314表示的改进的电动变速器的一个优选实 施例上。变速器314设计成用于接受其来自于发动机12的驱动功率 的至少一部分。
如图所示，发动机12具有输出轴，其用作变速器314的输入部
件17。在发动机12和变速器的输入部件17之间还可提供瞬时扭矩 阻尼器(未显示)。
不管发动机12连接到变速器输入部件17上的方法如何，变速 器输入部件17都可操作地连接在变速器314的行星齿轮组上。变速 器314的输出部件19连接在主减速器16上。
变速器314利用三个行星齿轮组320,330和340。行星齿專仑组320 采用了外环形齿轮部件324，其与内太阳齿轮部件322外接。托架326 可旋转地支撑多个行星齿轮327，使得各个行星齿轮327啮合式地与 第一行星齿轮组320的外环形齿轮部件324和内太阳齿轮部件322 相接合。
行星齿轮组330还具有外环形齿轮部件334，其与内太阳齿轮部 件332外接。多个行星齿轮337还可旋转地安装在托架336中，使 得各个行星齿轮部件337同时地且啮合式地与行星齿轮组330的外 环形齿轮部件334和内太阳齿轮部件332相接合。
行星齿轮组340还具有外环形齿轮部件344，其与内太阳齿轮部 件342外接。多个行星齿轮347还可旋转地安装在托架346中，使 得各个行星齿轮部件347同时地且啮合式地与行星齿轮组340的外 环形齿轮部件344和内太阳齿轮部件342相接合。
变速器输入部件17与行星齿轮组320的托架326相连接，并且 变速器输出部件19与行星齿轮组340的托架346相连接。第一互连 部件370持续地将行星齿轮组320的太阳齿轮322与行星齿轮组330 的太阳齿轮332连接起来。第二互连部件372持续地将行星齿轮组320 的环形齿轮324与行星齿轮组330的托架336连接起来，并且与行 星齿轮组340的环形齿轮334连接起来。
变速器314还分别包括第一和第二电动机/发电机380和382。 第一电动机/发电机380的定子固定在变速器外壳360上。第一电动 机/发电机380的转子固定在行星齿轮组320的太阳齿轮322上。第
二电动机/发电机382的定子也固定在变速器外壳360上。第二电动 机/发电机382的转子固定在行星齿轮组340的太阳齿轮342上。
第一扭矩传递装置，例如离合器350选择性地将太阳齿轮322 与托架326连接起来。第二扭矩传递装置，例如离合器352选择性 地将环形齿轮334与太阳齿轮342连接起来。第三扭矩传递装置， 例如制动器354选择性地将环形齿轮334与变速器外壳360连接起 来。第四扭矩传递装置如制动器355与电动机/发电机380并行地连 接，用于选择性地制动电动机/发电机380的旋转。第五^l丑矩传递装 置如制动器357与电动机/发电机382并行地连接，用于选择性地制 动电动机/发电机382的旋转。如以下更完整地解释的那样，笫一、 第二、第三、第四和第五扭矩传递装置350,352,354,355和357用于 帮助选择混合变速器314的操作模式。
混合变速器314还接受来自发动机12的功率，并且还与电功率 源386交换功率，电功率源386可操作地连接在控制器388上。
图4b的操作模式表显示了对于变速器314的五个操作模式的离 合器接合，电动机/发电机状态，以及输出/输入比。如之前所述，这 些模式包括"蓄电池倒档模式"(Batt Rev)， "EVT倒档模式，，(EVT Rev)，"倒档和前进起动模式"(TC Rev和TC For),"连续变速范 围模式，，(范围1.1,1.2,1.3...)和"固定比模式"(F1,F2,F3，F4)。
如上所述，在图4b的操作模式表和固定比模式表中显示了用于 扭矩传递装置的接合安排表。图4b还提供利用图4b中作为示例给 出的环形齿轮/太阳齿轮齿数比而获得的扭矩比的 一个示例。NR1/NS, 值是行星齿轮组320的齿数比；Nr2/NS2值是行星齿轮组330的齿数 比；并且NR3/NS3值是行星齿轮组340的齿数比。另外，图4b的图 表描述了利用给定的齿数比样本而获得的步进比的步。例如，在第 一和第二固定前进扭矩比之间的步进比为1.89，在笫二和第三固定 前进扭矩比之间的步进比为1.43，并且第三和第四固定前进4丑矩比 之间的步进比为1.89。在固定比之间的每个单步前进换档是一个移
位换档。
第五示范性实施例的描述
参看图5a，其显示了动力系410，动力系410包括发动机12, 其连接在总体上以标号414表示的改进的电动变速器的一个优选实 施例上。变速器414设计成用于接受其来自于发动机12的驱动功率 的至少一部分。
如图所示，发动机12具有输出轴，其用作变速器414的输入部 件17。在发动机12和变速器的输入部件17之间还可提供瞬时扭矩 阻尼器(未显示)。
不管发动机12连接到变速器输入部件17上的方法如何，变速 器输入部件17都可操作地连接在变速器414的行星齿轮组上。变速 器414的输出部件19连接在主减速器16上。
变速器414利用三个行星齿轮组420,430和440。行星齿轮组420 采用了外环形齿轮部件424，其与内太阳齿轮部件422外接。托架426 可旋转地支撑多个行星齿轮427，使得各个行星齿轮427啮合式地与 第一行星齿轮组420的外环形齿库仑部件424和内太阳齿轮部件422 相接合。
行星齿轮组430还具有外环形齿轮部件434,其与内太阳齿轮部 件432外接。多个行星齿轮437还可旋转地安装在托架436中，使 得各个行星齿轮部件437同时地且啮合式地与行星齿轮组430的外 环形齿轮部件434和内太阳齿轮部件432相接合。
行星齿轮组440还具有外环形齿轮部件444，其与内太阳齿轮部 件442外接。多个行星齿轮447还可旋转地安装在托架446中，使 得各个行星齿轮部件447同时地且啮合式地与行星齿轮组440的外 环形齿轮部件444和内太阳齿轮部件442相接合。
变速器输入部件17持续地与托架426相连接，并且变速器输出 部件19持续地与托架446相连接。第一互连部件470将太阳齿轮422
与太阳齿轮432连接起来。第二互连部件472持续地将环形齿轮424 与托架436连接、并与环形齿轮444连接起来。
变速器414还分别包括第一和第二电动机/发电机480和482。 第一电动机/发电机480的定子固定在变速器外壳460上。第一电动 机/发电机480的转子固定在太阳齿轮422上。
第二电动机/发电机482的定子也固定在变速器外壳460上。第 二电动机/发电机482的转子固定在太阳齿轮442上。
第一扭矩传递装置，例如离合器450将太阳齿轮422与托架426 选择性地连接起来。第二扭矩传递装置，例如离合器452选择性地 将环形齿轮434与托架446连接起来。第三扭矩传递装置，例如制 动器454选择性地将环形齿轮434与变速器外壳460连接起来。第 四扭矩传递装置如制动器455与电动机/发电机480并行连接，用于 选择性地制动电动机/发电机480的旋转。第五扭矩传递装置如制动 器457与电动机/发电机482并行连接，用于选择性地制动电动机/发 电机482的旋转。如以下更完整地解释的那样，第一、第二、第三、 第四和第五扭矩传递装置450，452,454,455，457用于帮助选择混合变 速器414的操作模式。混合变速器414还接受来自发动机12以及电 功率源486的功率，电功率源486可操作地连接在控制器488上。
图5b的操作模式表显示了对于变速器414的五个操作模式的离 合器接合，电动机/发电机状态，以及输出/输入比。如之前所述，这 些模式包括"蓄电池倒档模式"(Batt Rev)， "EVT倒档模式"(EVT Rev),"倒档和前进起动模式"(TC Rev和TC For),"连续变速范 围模式"(范围1.1,1.2,1.3…)和"固定比模式"(F1,F2,F3，F4)。
变速器414是双模式变速器，其提供了在4.69至0.54之间的速 度比。
如上所述，在图5b的操作模式表和固定比模式表中显示了用于 扭矩传递装置的接合安排表。图5b还提供利用图5b中作为示例给 出的环形齿轮/太阳齿轮齿数比而获得的扭矩比的 一个示例。NR1/NS1
值是行星齿轮組420的齿数比；Nr2/NS2值是行星齿轮组430的齿数 比；并且NR3/NS3值是行星齿轮组440的齿数比。另外，图5b的图 表描述了利用给定的齿数比样本而获得的步进比的步。例如，在第 一和第二固定前进扭矩比之间的步进比为1.89，在第二和第三固定 前进扭矩比之间的步进比为1.43,并且第三和笫四固定前进扭矩比 之间的步进比为2.21。在固定比之间的每个单步前进换档是一个移 位换档。
第六示范性实施例的描述
参看图6a,其显示了动力系510，动力系510包括发动机12, 其连接在总体上以标号514表示的改进的电动变速器的一个优选实 施例上。变速器514设计成用于接受其来自于发动机12的驱动功率 的至少一部分。
如图所示，发动机12具有输出轴，其用作变速器514的输入部 件17。在发动机12和变速器的输入部件17之间还可提供瞬时扭矩 阻尼器(未显示)。
不管发动机]2连接到变速器输入部件17上的方法如何，变速 器输入部件17都可操作地连接在变速器514的行星齿轮组上。变速 器514的输出部件19连接在主减速器16上。
变速器514利用三个行星齿轮组520,530和540。行星齿轮组520 采用了外环形齿轮部件524,其与内太阳齿轮部件522外接。托架526 可旋转地支撑多个行星齿轮527，使得各个行星齿轮527啮合式地与 第一行星齿轮组520的外环形齿轮部件524和内太阳齿轮部件522 相接合。
行星齿轮组530还具有外环形齿轮部件534，其与内太阳齿轮部 件532外接。多个行星齿轮537还可旋转地安装在托架536中，使 得各个行星齿轮部件537同时地且啮合式地与行星齿轮组530的外 环形齿轮部件534和内太阳齿轮部件532相接合。
行星齿轮组540还具有外环形齿轮部件544,其与内太阳齿轮部 件542外接。多个行星齿轮547还可旋转地安装在托架546中，使 得各个行星齿轮部件547同时地且啮合式地与行星齿轮组540的外 环形齿轮部件544和内太阳齿轮部件542相接合。
变速器输入部件17持续地与托架526相连接，并且变速器输出 部件19持续地与托架546相连接。第一互连部件570持续地将太阳 齿轮522与太阳齿轮532连接起来。第二互连部件572持续地将环 形齿轮524与托架536以及与太阳齿轮542连接起来。
变速器514还分别包括第一和第二电动机/发电机580和582。 第一电动机/发电机580的定子固定在变速器外壳560上。第一电动 机/发电机580的转子固定在太阳齿轮522上。
第二电动机/发电机582的定子也固定在变速器外壳560上。第 二电动机/发电机582的转子固定在环形齿轮534上。
第一扭矩传递装置，例如离合器550选择性地将环形齿轮534 与环形齿轮544连接起来。第二扭矩传递装置，例如离合器552选 择性地将托架536与环形齿轮544连接起来。第三扭矩传递装置， 例如制动器554选择性地将环形齿轮544与变速器外壳560连接起 来。第四扭矩传递装置如制动器555与电动机/发电机580并行地连 接，用于选择性地制动电动机/发电机580的旋转。第五扭矩传递装 置如制动器557与电动机/发电机582并行地连接，用于选择性地制 动电动机/发电机582的旋转。如以下更完整地解释的那样，第一、 第二、第三、第四和第五扭矩传递装置550,552,554,555和557用于 帮助选择混合变速器514的操作模式。
混合变速器514还接受来自发动机12的功率，并且还与电功率 源586交换功率，电功率源586可操作地连接在控制器588上。
图6b的操作模式表显示了对于变速器514的五个操作模式的离 合器接合，电动机/发电机状态，以及输出/输入比。如之前所述，这 些模式包括"蓄电池倒档模式"(Batt Rev),"EVT倒档模式"(EVTRev)，"倒档和前进起动模式"(TC Rev和TC For),"连续变速范 围模式"(范围U,1.2，1.3…)和"固定比模式"(F1,F2,F3，F4)。
如上所述，在图6b的操作模式表和固定比模式表中显示了用于 扭矩传递装置的接合安排表。图6b还提供利用图6b中作为示例给 出的环形齿轮/太阳齿轮齿数比而获得的扭矩比的 一 个示例。NR1/NS, 值是行星齿轮组520的齿数比；Nr2/Ns2值是行星齿轮组530的齿数 比；并且NR3/NS3值是行星齿轮组540的齿数比。另外，图6b的图 表描述了利用给定的齿数比样本而获得的步进比的步。例如，在第 一和第二固定前进扭矩比之间的步进比为1.73，在第二和第三固定 前进扭矩比之间的步进比为1.69，并且第三和第四固定前进扭矩比 之间的步进比为2.38。在固定比之间的每个单步前进换档是一个移 位换档。
第七示范性实施例的描述
参看图7a,其显示了动力系610，动力系610包括发动机12, 其连接在总体上以标号614表示的改进的电动变速器的一个优选实 施例上。变速器614设计成用于接受其来自于发动机12的驱动功率 的至少一部分。
如图所示，发动机12具有输出轴，其用作变速器614的输入部 件17。在发动机12和变速器的输入部件17之间还可提供瞬时扭矩 阻尼器(未显示)。
不管发动机12连接到变速器输入部件17上的方法如何，变速 器输入部件17都可操作地连接在变速器614的行星齿轮组上。变速 器614的输出部件19连接在主减速器16上。
变速器614利用三个行星齿轮組620,630和640。行星齿轮组620 釆用了外环形齿轮部件624,其与内太阳齿轮部件622外接。托架626 可旋转地支撑多个行星齿轮627，使得各个行星齿轮627啮合式地与 第一行星齿轮组620的外环形齿轮部件624和内太阳齿轮部件622 相4妻合。
行星齿轮组630还具有外环形齿轮部件634，其与内太阳齿轮部 件632外接。多个行星齿轮637还可旋转地安装在托架636中，使 得各个行星齿轮部件637同时地且啮合式地与行星齿轮组630的外 环形齿轮部件634和内太阳齿轮部件632相接合。
行星齿轮组640还具有外环形齿轮部件644,其与内太阳齿轮部 件642外接。多个行星齿轮647还可旋转地安装在托架646中，使 得各个行星齿轮部件647同时地且啮合式地与行星齿轮组640的外 环形齿轮部件644和内太阳齿轮部件642相接合。
变速器输入部件17持续地与环形齿轮624相连接，并且变速器 输出部件19持续地与托架646相连接。第一互连部件670持续地将 托架626与托架636连接起来。第二互连部件672持续地将太阳齿 轮622与环形齿轮634并且与太阳齿轮642连4妻起来。
变速器614还分别包括第一和第二电动机/发电机680和682。 第一电动机/发电机680的定子固定在变速器外壳660上。第一电动 机/发电机680的转子固定在托架626上。
第二电动机/发电机682的定子也固定在变速器外壳660上。第 二电动机/发电机682的转子固定在太阳齿轮632上。
第一扭矩传递装置，例如离合器650选择性地将环形齿轮624 与托架626连接起来。第二扭矩传递装置，例如离合器652选择性 地将托架646与环形齿轮644连接起来。第三扭矩传递装置，例如 制动器654选择性地将环形齿轮644与变速器外壳660连接起来。 第四扭矩传递装置如制动器655与电动机/发电机682并行地连接， 用于选择性地制动电动机/发电机682的旋转。如以下更完整地解释 的那样，第一、第二、第三、第四扭矩传递装置650,652,654,655用 于帮助选择混合变速器614的操作模式。
混合变速器614还接受来自发动机12的功率，并且还与电功率 源686交换功率，电功率源686可操作地连接在控制器688上。
图7b的操作模式表显示了对于变速器614的五个操作模式的离 合器接合，电动机/发电机状态，以及输出/输入比。如之前所述，这
些模式包括"蓄电池倒档模式，，(Batt Rev), "EVT倒档模式"(EVT Rev),"倒档和前进起动模式"(TC Rev和TC For),"连续变速范 围模式"(范围1.1,1.2,1.3…)和"固定比模式"(F1,F2,F3,F4)。
如上所述，在图7b的操作模式表和固定比模式表中显示了用于 扭矩传递装置的接合安排表。图7b还提供利用图7b中作为示例给 出的环形齿轮/太阳齿轮齿数比而获得的扭矩比的一个示例。NR1/NSI 值是行星齿轮组620的齿数比；N^/Ns2值是行星齿轮组630的齿数 比；并且NR3/NS3值是行星齿轮组640的齿数比。另外，图7b的图
一和第二固定前进扭矩比之间的步进比为1.73，在笫二和第三固定 前进扭矩比之间的步进比为1.69,并且第三和第四固定前进扭矩比 之间的步进比为1.61。
第八示范性实施例的描述
参看图8a，其显示了动力系710，动力系710包括发动机12， 其连接在总体上以标号714表示的改进的电动变速器的一个优选实 施例上。变速器714设计成用于接受其来自于发动机12的驱动功率 的至少一部分。
如图所示，发动机12具有输出轴，其用作变速器714的输入部 件17。在发动机12和变速器的输入部件17之间还可装备瞬时扭矩 阻尼器(未显示)。
不管发动机12连接到变速器输入部件17上的方法如何，变速 器输入部件17都可操作地连接在变速器714的行星齿轮组上。变速 器714的输出部件19连接在主减速器16上。
变速器714利用三个行星齿轮组720,730和740。行星齿4仑组720 采用了外环形齿轮部件724,其与内太阳齿轮部件722外接。托架726
可旋转地支撑多个行星齿轮727，使得各个行星齿轮727啮合式地与 第一行星齿轮组720的外环形齿轮部件724和内太阳齿轮部件722 相接合。
行星齿轮组730还具有外环形齿轮部件734，其与内太阳齿轮部 件732外接。多个行星齿轮737还可旋转地安装在托架736中，使 得各个行星齿轮部件737同时地且啮合式地与行星齿轮组730的外 环形齿轮部件734和内太阳齿轮部件732相接合。
行星齿轮组740还具有外环形齿轮部件744，其与内太阳齿轮部 件742外接。多个行星齿轮747,748还可旋转地安装在托架746中， 使得各个行星齿轮部件748啮合式地与行星齿轮组740的外环形齿 轮部件744相接合，并且各个行星齿轮747部件啮合式地与行星齿 轮组740的内太阳齿轮部件742相接合。
变速器输入部件17持续地与环形齿轮724相连接，并且变速器 输出部件19持续地与环形齿轮744相连接。第一互连部件770持续 地将托架726与托架736连4娄起来。第二互连部件772持续地将太 阳齿轮722与环形齿轮734、与环形齿轮734以及与太阳齿轮742连 接起来。
变速器714还分别包括第一和第二电动机/发电机780和782。 第一电动机/发电机780的定子固定在变速器外壳760上。第一电动 机/发电机780的转子固定在托架726上。
第二电动机/发电机782的定子也固定在变速器外壳760上。第 二电动机/发电机782的转子固定在太阳齿轮732上。
第一扭矩传递装置，例如离合器750选择性地将环形齿轮724 与托架726连接起来。笫二扭矩传递装置，例如离合器752选择性 地将托架746与太阳齿轮732连接起来。第三扭矩传递装置，例如 制动器754选择性地将托架746与变速器外壳760连接起来。第四 扭矩传递装置如制动器755与电动机/发电机780并行地连接，用于 选择性地制动电动机/发电才几780的4t转。第五4丑矩传递装置如制动
器757与电动机/发电机782并行地连接，用于选择性地制动电动机/ 发电机782的旋转。如以下更完整地解释的那样，第一、第二、第 三、第四和第五扭矩传递装置750,752,754,755和757用于帮助选择 混合变速器714的操作模式。
混合变速器714还接受来自发动机12的功率，并且还与电功率 源786交换功率，电功率源786可操作地连接在控制器788上。
图8b的操作模式表显示了对于变速器714的五个操作模式的离 合器接合，电动机/发电机状态，以及输出/输入比。如之前所述，这 些模式包括"蓄电池倒档模式"(Batt Rev)， "EVT倒档模式"(EVT Rev),"倒档和前进起动模式"(TC Rev和TC For)，"连续变速范 围模式"(范围1.1，1.2,1.3…)和"固定比模式"(F1,F2,F3,F4)。
如上所述，在图8b的操作模式表和固定比模式表中显示了用于 扭矩传递装置的接合安排表。图8b还提供利用图8b中作为示例给 出的环形齿轮/太阳齿轮齿数比而获得的扭矩比的一个示例。NRI/NS1 值是行星齿轮组720的齿数比；N^/N^值是行星齿轮组730的齿数 比；并且NR3/NS3值是行星齿轮组740的齿数比。另外，图8b的图 表描述了利用给定的齿数比样本而获得的步进比的步。例如，在第 一和第二固定前进扭矩比之间的步进比为1.73，在第二和第三固定 前进扭矩比之间的进比为1.69，并且第三和第四固定前进扭矩比之 间的步进比为2.38。在固定比之间的每个单步前进换档是一个移位 换档。
在权利要求中，语言"持续地与...连接"或"持续地将...连接"指直 接连接或成比例的齿轮传动连接，例如利用齿轮装置连接到偏轴上。
虽然已经公开了本发明的各种优选实施例，但是应该懂得，本 发明的构思容易受到本领域中的技术人员所想到许多变化。因此， 本发明范围并不受限于所显示和所介绍的细节，而是包括落在所附 权利要求范围内的所有变型和改型。
权利要求
1.一种电动变速器，包括用以接受发动机功率的输入部件；输出部件；第一和第二电动机/发电机；第一、第二和第三差速齿轮组，其各具有第一、第二和第三部件；所述输入部件持续地与所述齿轮组的至少其中一个部件相连接，并且所述输出部件持续地与所述齿轮组的另一部件相连接；持续地将所述第一齿轮组的所述第一部件与所述第二齿轮组的所述第一部件连接起来的第一互连部件；持续地将所述第一齿轮组的所述第二部件与所述第二齿轮组的所述第二部件连接并与所述第三齿轮组的所述第二部件连接起来的第二互连部件；所述第一电动机/发电机持续地与所述第一互连部件相连接；所述第二电动机/发电机持续地与所述第二或第三齿轮组的部件相连接；选择性地将所述第一或第二齿轮组的部件与所述第一或第三齿轮组的另一部件连接起来的第一扭矩传递装置；选择性地将所述第三齿轮组的部件与所述第一、第二或第三齿轮组的另一部件连接起来的第二扭矩传递装置，由所述第二扭矩传递装置连接起来的这对部件不同于由所述第一扭矩传递装置连接起来的那对部件；和选择性地将所述第二或第三齿轮组的部件接地的第三扭矩传递装置；与所述第一和第二电动机/发电机的其中一个并行连接以用于选择性地制动其旋转的第四扭矩传递装置；其中，所述第一、第二、第三和第四扭矩传递装置可单独或成对地接合，从而提供具有连续可变的速度比范围和四个固定的前进速度比的电动变速器。
2. 根据权利要求1所述的电动变速器，其特征在于，所述第一、 第二和第三差速齿轮组是行星齿轮组。
3. 根据权利要求2所述的电动变速器，其特征在于，各个所述 行星齿轮组的托架是单个小齿轮型托架。
4. 根据权利要求2所述的电动变速器，其特征在于，所述行星 齿轮组的至少 一个托架是双'J 、齿轮型托架。
5. 根据权利要求1所述的电动变速器，其特征在于，还包括第 五扭矩传递装置，例如电动机制动器，其与所述第一和第二电动机/ 发电机的另 一个并行地连接，以用于选择性地制动其旋转。
6. 根据权利要求1所述的电动变速器，其特征在于，还包括分 别与所述第一和第二电动机/发电机并行连接的第四和第五扭矩传递 装置，例如电动机制动器，其用于选择性地防止所述第一和第二电 动机/发电机的旋转，以用于建立所述固定比。
7. 根据权利要求1所述的电动变速器，其特征在于，所述第一、 第二、第三和第四扭矩传递装置以及所述第一和第二电动机/发电机 可操作，而在所述电动变速器中提供五个操作模式，包括蓄电池倒 档模式，EVT倒档模式，倒档和前进起动模式，连续变速范围模式， 以及固定比模式。
8. —种电动变速器，包括用以接受发动机功率的输入部件； 输出部件；第一和第二电动机/发电机；第一、第二和第三差速齿轮组，其各具有第一、第二和第三部件；所述输入部件持续地与所述齿轮组的至少其中 一 个部件相连 接，并且所述输出部件持续地与所述齿轮组的另 一部件相连接；持续地将所述第一齿轮组的所述第一部件与所述第二齿轮组的所述第一部件连接起来的第一互连部件；持续地将所述第一齿轮组的所述第二部件与所述第二齿轮组的 所述第二部件连接并与所述第三齿轮组的所述第二部件连接起来的第二互连部件；所述第一电动机/发电机持续地与所述第一互连部件相连接； 所述第二电动机/发电机持续地与所述第二或第三齿轮组的部件相连接；和用于选择性地将所述第一、第二或第三齿轮组的所述部件接地 连接或者与所述行星齿轮组的其它部件互连起来的第一、第二、第 三和第四扭矩传递装置，所述第一、第二、第三和第四扭矩传递装置可单独或成对地接合，从而提供一种在所述输入部件和所述输出 部件之间具有连续可变的速度比范围和四个固定的前进速度比的电 动变速器。
9. 根据权利要求8所述的电动变速器，其特征在于，所述第一、 第二和第三差速齿轮组是行星齿轮组，并且所述第一扭矩传递装置 选择性地将所述第一或第二行星齿轮组的部件与所述第一或第三行 星齿轮组的另 一部件连接起来。
10. 根据权利要求9所述的电动变速器，其特征在于，所述第 二扭矩传递装置选择性地将所述第三行星齿轮组的部件与所述第 一、第二或第三行星齿轮组的另一部件连接起来，由所述第二扭矩 传递装置连接的这对部件与所述第一扭矩传递装置连接的那对部件 是不同的。
11. 根据权利要求10所述的电动变速器，其特征在于，所述第 三扭矩传递装置选择性地将所述第二或第三行星齿轮组的部件与固 定部件连接起来(接地连接)。
12. 根据权利要求11所述的电动变速器，其特征在于，所述第 四扭矩传递装置与所述第一和第二电动机/发电机的其中一个并行连 接，以用于选择性地制动其旋转。
13. 根据权利要求12所述的电动变速器，其特征在于，各个所 述行星齿轮组的托架是单个小齿轮型托架。
14. 根据权利要求12所述的电动变速器，其特征在于，所述行 星齿轮组的至少 一个托架是双小齿轮型托架。
15. 根据权利要求12所述的电动变速器，其特征在于，还包括 第五扭矩传递装置，例如电动机制动器，其与所述第一和第二电动 机/发电机中的另 一个并行连接，以用于选择性地制动其旋转。
16. —种电动变速器，包括用以接受发动机功率的输入部件； 输出部件；第 一和第二电动机/发电机；第一、第二和第三差速齿轮组，其各具有第一、第二和第三部件；所述输入部件持续地与所述齿轮组的至少其中 一 个部件相连 接，并且所述输出部件持续地与所述齿轮组的另一部件相连接；持续地将所述第一齿轮组的所述第一部件与所述第二齿轮组的 所述第一部件连接起来的第一互连部件；持续地将所述第一齿轮组的所述第二部件与所述第二齿轮组的 所述第二部件连接并与所述第三齿轮组的所述第二部件连接起来的 第二互连部件；所述第一电动机/发电机持续地与所述第一互连部件相连接； 所述第二电动机/发电机持续地与所述笫二或第三齿轮组的部件 相连接；和用于选择性地将所述第一、第二或第三齿轮组的所述部件与固 定部件或与所述行星齿轮组的其它部件互连起来的第一、第二、第 三、第四和第五扭矩传递装置；其中，所述第一、第二、笫三、第四和第五扭矩传递装置可单 独或两两组合地相接合，从而提供一种在所述输入部件和所述输出 部件之间具有连续可变的速度比范围和四个固定的前进速度比的电 动变速器。
全文摘要
本发明的电动变速器系列提供了低容量、低成本的电动变速器系列，其包括第一、第二和第三差速齿轮组，蓄电池，两个可互换地用作电动机或发电机的电机，以及四个或五个可选择的扭矩传递装置(两个离合器以及两个或三个制动器)。这四个或五个可选择的扭矩传递装置可单独或两两组合地相接合，从而产生具有连续可变速度比范围(包括倒档)和四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和第二电动机/发电机可操作，而在电动变速器中提供五个操作模式，包括蓄电池倒档模式，EVT倒档模式，倒档和前进起动模式，连续变速范围模式，以及固定比模式。
文档编号B60K6/365GK101371061SQ200580048883
公开日2009年2月18日 申请日期2005年12月12日 优先权日2005年1月4日
发明者J·D·亨德里克森, M·拉加范, N·K·巴克诺 申请人:通用汽车公司