专利名称：可变比例动力分流混合动力变速器的制作方法
技术领域：
本发明涉及混合动力机电变速器。
背景技术：
用于车辆的混合动力传动系统在不同车辆运行条件下利用不同的动力源。机电混合动力传动系(electro-mechanical hybrid powertrain)通常具有内燃发动机(如柴油发动机或汽油发动机)和一个或多个电动机/发电机。通过以不同的组合来接合制动器和 /或离合器和通过控制发动机和电动机/发电机来建立不同的运行模式，例如仅发动机运行模式，仅电运行模式，和电无级变速(electrically-variable)运行模式。各种运行模式都是有利的，因为它们可用于改善燃料经济性。
发明内容
提供一种变速器，其具有两个不同的比，在所述两个不同比下动力在电无级变速运行模式被分流。变速器包括输入构件，输出构件，和行星齿轮组，该行星齿轮组具有第一构件，第二构件，和第三构件。第一电动机/发电机具有第一转子，该第一转子连接为用于与行星齿轮组的第一构件一起旋转。第二电动机/发电机，具有第二转子，该第二转子连接为用于与行星齿轮组的第二构件一起旋转。第一组相互啮合的齿轮具有第一齿轮比，且第二组相互啮合的齿轮具有与第一齿轮比不同的第二齿轮比。第一扭矩传递机构选择性地接合以在行星齿轮组和输入构件和输出构件中之一之间通过第一组相互哨合的齿轮建立扭矩流。第二扭矩传递机构选择性地接合以在行星齿轮组和输入构件和输出构件中之一之间通过第二组相互啮合的齿轮建立扭矩流。由此，变速器能在第一扭矩传递机构接合、发动机开动、且电动机/发电机用作电动机或发电机时以第一输出分流电无级变速运行模式运行。变速器还能在第二扭矩传递机构接合、发动机开动、电动机/发电机用作电动机或发电机时以第二输出分流电无级变速运行模式运行。由于这些组相互啮合的齿轮和扭矩传递机构，第一和第二输出分流电无级变速运行模式具有输入构件和行星齿轮组之间或行星齿轮组和输出构件之间的不同齿轮比。齿轮比可被选择为允许电动机/发电机的速度保持在预定速度范围，在该范围电动机/发电机最有效。当结合附图时，从下面的用于执行如所附权利要求限定的本发明的一些较佳方式和其它实施例的具体描述可容易地明白本发明的上述特征和优点，以及其它特征和优点。
图I是动力传动系的示意图，其具有输入分流混合动力变速器的第一实施例；图2是当第一扭矩传递机构接合以建立第一动力分流运行模式时图I的动力传动系各个部件的以每分钟转数表示的速度对以英里每小时表示的车辆速度的关系；图3是当第二扭矩传递机构接合以建立第二动力分流运行模式时图I的动力传动系各个部件的以每分钟转数表示的速度对以英里每小时表示的车辆速度的关系；
图4是动力传动系的示意图，其具有混合动力变速器的第二实施例，其是输出分流变速器；和图5是动力传动系的示意图，其具有混合动力变速器的第三实施例，其是复合分流变速器。
具体实施例方式参见附图，其中几幅图中相同的附图标记指示相同的部件，图I显示了用于车辆的动力传动系10,其包括发动机12和混合动力变速器(hybrid transmission) 14。变速器 14具有输入构件16，发动机输出构件连接或可连接到该输入构件。如在本文所用的，“发动机”包括任何动力源，其被连接为用于在输入构件16处提供扭矩，该输入构件不通过电功率获得动力。例如，发动机12可以是内燃发动机,如柴油发动机或汽油发动机。第一扭矩传递机构18可选择性地接合，以将扭矩通过缓冲器20传递到第一输入轴22。第二扭矩传递机构24可选择性地接合，以将扭矩通过缓冲器26传递到第二输入轴 28。第一和第二输入轴22，28是同心的。扭矩传递机构18，24可以是同步器或摩擦离合器。 同步器具有比摩擦离合器更少的液压需求，且由此可用于改善系统效率。在任意情况下，扭矩传递机构18，24选择性地通过控制信号接合，该控制信号从电子控制器接收(例如下述的控制器82)或从分开的变速器控制器接收。传递轴(transfer shaft) 36基本平行于输入轴22，28。第一组相互啮合的齿轮包括齿轮38和齿轮40，该齿轮38连接为用于与第一输入轴22 —起旋转，该齿轮40连接为用于与传递轴36 —起旋转并与齿轮38哨合。第一组相互哨合的齿轮38,40建立从输入构件 16到传递轴36的第一齿轮比。第二组相互啮合的齿轮包括连接为与第二输入轴28 —起旋转的齿轮32和连接为与传递轴36 —起旋转并与齿轮32啮合的齿轮34。第二组相互啮合的齿轮32，34建立从输入构件16到传递轴36的第二齿轮比。第三组相互啮合的齿轮包括连接为用于与传递轴36 —起旋转的齿轮42和与齿轮 36啮合的齿轮44。变速器14包括行星齿轮组50，所述行星齿轮组具有第一构件一即太阳轮构件52，第二构件一即环形齿轮构件54，和第三构件一即承载器构件56，该承载器构件支撑小齿轮57，该小齿轮与太阳轮构件52和环形齿轮构件54 二者啮合。齿轮44连接为用于与承载器构件56 —起旋转。由此，第三组相互啮合的齿轮42，44在传递轴36和承载器构件56之间传递扭矩。变速器14具有第一电动机/发电机60,该第一电动机/发动机具有第一转子62, 该第一转子具有转子毂58，该转子毂连接为用于与太阳轮构件52 —起旋转。定子64接地到(grounded)固定构件70,该固定构件是不旋转的构件,如变速器14的壳体。变速器14 还具有带第二转子67的第二电动机/发电机66，该第二转子具有第二转子毂69，该第二转子毂连接为用于与环形齿轮构件54—起旋转。定子68接地到固定构件70。另一毂72连接第二转子67，用于与最终驱动齿轮结构的齿轮构件76共同旋转。最终驱动齿轮构造还包括齿轮78，其与齿轮76啮合并连接为用于与输出构件30 —起旋转。能量储存装置(如电池80)操作性地被传递导体连接到定子64，68。控制器82通过功率逆变器84控制电池80和64，68之间的电传递，该功率逆变器将电池80提供的直流电改变为电动机/发电机60，66运行所需的交流电(且当电动机/发电机60，66运行为发电机时则反过来)。动力传动系10根据扭矩传递机构18，24的接合状态，发动机12的状态(即开动或关闭)，以及电动机/发电机60，66的状态(即是否开、关且其每一个是否运行为电动机或发电机)而运行在多种不同的运行模式下。例如，如果扭矩传递机构18，24 二者脱开，则控制器82可控制电动机/发电机60,66 二者，以在第一仅电运行模式下用作电动机。来自电动机/发电机60的扭矩通过行星齿轮组50被加到来自电动机/发电机66的扭矩，以通过最终驱动齿轮结构——即齿轮76，78——而在输出构件处提供扭矩。如果扭矩传递机构18，24 二者接合且控制器82控制电动机/发电机60，66 二者用作电动机，则动力传动系10还可运行在第二仅电运行模式。通过扭矩传递机构18，24 二者接合，发动机12和承载器构件56通过一组相互啮合的齿轮32、34和38、40而被锁闭，从而它们保持静止且为电动机/发电机60,66提供反作用扭矩。电动机/发电机60,66通过最终驱动齿轮结构——即齿轮76，78——而在输出构件30处提供扭矩。动力传动系10还运行在两个不同的电无级变速运行模式下。在发动机12开动， 扭矩传递机构18接合,且电动机/发电机60,66运行为电动机或发电机(取决于输出构件 30处的扭矩和速度)时建立第一电无级变速运行模式。在第一电无级变速运行模式下，以通过第一相互啮合的齿轮组一即齿轮32和34、以及第三相互啮合的齿轮组一即齿轮 42和44建立的齿轮比在承载器构件56处提供来自发动机12的扭矩。当在太阳轮构件52 处扭矩被提供到第一电动机/发电机60或扭矩从该第一电动机/发电机60提供而来时以及在环形齿轮构件54处扭矩被提供到第二电动机/发电机66或扭矩从该第二电动机/发电机66提供而来时，动力(power)通过行星齿轮组50分流(split)。第一电无级变速运行模式由此是是输入分流运行模式。在发动机12开动，扭矩传递机构24接合，且电动机/发电机60，66运行为电动机或发电机(取决于输出构件30处的扭矩和速度)时建立第二电无级变速运行模式。在第二电无级变速运行模式下，以通过第二相互啮合的齿轮组一即齿轮38和40、以及第三相互啮合的齿轮组——齿轮42和44建立的齿轮比而在承载器构件56处提供来自发动机12 的扭矩。当在太阳轮构件52处扭矩被提供到第一电动机/发电机60或扭矩从该第一电动机/发电机60提供而来时或在环形齿轮构件54处扭矩被提供到第二电动机/发电机66 或扭矩从该第二电动机/发电机66提供而来时，动力通过行星齿轮组50分流。第二电无级变速运行模式由此是输入分流运行模式。当传感器表明任意转子62，67的旋转速度接近预定最大旋转速度(超过该速度电动机/发电机60,66的效率将由于增加的电功率需求而降低)时，可以通过从控制器82 (或其他控制器)到扭矩传递机构18，24的控制信号来实现从第一电无级变速运行模式变换到第二电无级变速运行模式。第一相互啮合齿轮组的齿轮比(即齿轮40的齿数对齿轮38齿数的比)大于第二相互啮合齿轮组的齿轮比(即齿轮34的齿数对齿轮32齿数的比)。输入构件16的速度通过第一相互啮合的齿轮组——即齿轮38，40减小，而通过第二相互啮合的齿轮组一即齿轮32，34而增加。由此，变速器14可被称为可变比例的输入分流混合动力变速器。相对于第一电无级变速运行模式，第二电无级变速运行模式中扭矩被提供到承载器构件56时所处的齿轮比使得承载器构件56的旋转速度增加。这允许电动机/发电机 60,66以比它们在第一电无级变速运行模式下更低的速度运行，因为输出构件30的速度增加。图2和3显示了发动机12，转子62，67和承载器构件56的以每分钟转数(rpm)表示的理论速度对动力传动系10安装在通常车辆中时以英里每小时(mph)表示的车辆速度的情况。例如，参见图2，当第一扭矩传递机构18接合时，发动机12的速度显示在线100且在所示的车辆速度范围内恒定为发动机12的最优运行速度，即约llOOrpm。第一转子62的速度显示在线104，且从约5500rpm减小，随后当车辆处于18mph时在扭矩反向之后增加。第二转子67的速度显示为线102且从Orpm增加到在约80mph时的7000rpm。承载器构件56 速度在约1500rpm时相对较低。转子速度大小在约18mph之后随着车辆的速度增加。为了减小较高车辆速度下必要的转子速度，第二扭矩传递机构24在车辆速度为约30英里每小时到60英里每小时之间时接合，且很可能在40英里每小时到50英里每小时之间时接合，这取决于对齿轮32，34，38，40，42和44所作的齿轮齿计数(tooth count) 的选择。如图3所示，较高车辆速度下，转子62和67的速度(分别由线112和110代表) 在扭矩传递机构24接合时在比在扭矩传递机构18接合时(图2所示的速度)时小。发动机12能保持运行在其最优运行速度，如线108所示。承载器构件56的速度(由线114所示)在第二扭矩传递机构24接合时比扭矩传递机构18接合(承载器构件56的速度如图 2的线106所示)时更大。动力传动系10也可被控制，从而电动机/发电机60能运行为电动机，以在仅电运行模式过程中通过接合扭矩传递机构18或扭矩传递机构24来启动发动机12。替换地，单独的电池(未示出)，如12瓦电池，可用于在扭矩传递机构18，24 二者脱开时启动发动机 12和单独的12瓦启动器电机(未示出)。参见图4,显不了具有混合动力变速器214的动力传动系210的另一实施例,其具有通过两个不同齿轮比实现的电无级变速输出分流运行模式，允许转子62，67的速度保持在预定运行范围。动力传动系210的与上述动力传动系10部件相同的部件用相同的附图标记代表。通过缓冲器20输入构件16持续连接以与承载器构件56 —起旋转。比例改变的齿轮组和扭矩传递机构位于变速器214的输出端。第一相互哨合的齿轮组包括齿轮138 和齿轮140，该齿轮138连接为用于与第一输出轴128共同旋转，该齿轮140连接为用于与传递轴141共同旋转，该传递轴与转子67和环形齿轮构件54连接。齿轮140与齿轮138 啮合。第二相互啮合的齿轮组包括齿轮132和齿轮134，该齿轮132连接为用于与第二输出轴122 —起旋转，该齿轮134连接为用于与传递轴141，转子67和环形齿轮构件54共同旋转。齿轮134与齿轮132啮合。传递轴141通常平行于输出轴122，128。第一扭矩传递机构118选择性地接合，以连接第一输出轴128，用于与在输出构件 30处的最终驱动齿轮结构的齿轮142共同旋转。最终驱动齿轮结构包括与齿轮144啮合的齿轮142和以与齿轮144相同的速度旋转并啮合于齿轮78的齿轮76，该齿轮78以与输出构件30相同的速度旋转。第二扭矩传递机构124选择性地接合，以连接第二输出轴122，用于与齿轮142共同旋转。当第一扭矩传递机构118接合时，扭矩从转子67以第一齿轮比传递到齿轮142，该第一齿轮比通过第一相互啮合的齿轮组138，140建立。当第二扭矩传递机构124接合时，扭矩从转子67以第二齿轮比传递到齿轮142,该第二齿轮比通过第二相互啮合的齿轮组132,134建立。转子67的速度通过第一相互啮合的齿轮组138，140减小，并通过第二相互啮合的齿轮组132，134增加。当发动机12开动且电动机/发电机60，66被控制为用作电动机或发动机时，第一扭矩传递机构118可被接合以在相对低的车辆速度下(即输出构件30的相对低的速度)建立第一电无级变速运行模式，存在由于第一组相互啮合的齿轮138，14建立的第一齿轮比导致的速度减小。输出构件30的速度增加时，第一扭矩传递机构118可被接合，且第二扭矩传递机构124接合。电动机/发电机60，66能持续在预定速度范围内运行，同时由于第二组相互啮合的齿轮132，134建立的第二齿轮比，输出构件30的速度可相对于第一电无级变速运行模式增加。由此，动力传动系210可被称为可变比例输出分流混合动力变速器。动力传动系210还可以运行在第一仅电运行模式，其中电动机/发电机66运行为电动机，或可运行在在第二仅电运行模式，其中电动机/发电机60，66 二者被控制为运行为电动机，在这两种情况下发动机12关闭，由此在输出构件30处提供扭矩。参见图5,显示了动力传动系310的另一实施例,其将动力传动系10和动力传动系210的部件组合,从而动力传动系310运行成复合分流(compound-split)电无级变速器 314，具有可变动力分流输入比例和可变动力分流输出比例。尽管可以以与变速器210相同的方式运行，但是扭矩传递机构118可被称为第三扭矩传递机构，且扭矩传递机构124可被称为第四扭矩传递机构。齿轮组138,140可被称为具有第三齿轮比的第三相互啮合的齿轮组，且齿轮组132，134可被称为具有第四齿轮比的第四相互啮合的齿轮组。通过四个不同的扭矩传递机构，存在可以提供在输入构件16和承载器构件56 之间的两种不同比例，且存在可以提供在环形齿轮构件54和输出构件30之间的两种不同比例。电动机/发电机60，66的运行速度范围可由此被限制为电动机/发电机60，66 最有效时的速度，从电动机/发电机60到电动机/发电机66存在最小量的再循环功率 (recirculating power) 复合分流运行模式对于高速驱动过程中高效运行来说是有利的，因为其允许减小电动机速度并减小经过电功率路径的功率。即，所有机械动力并不被转换为电功率，而是再次通过电动机/发电机60，66转换为机械动力，如在串序运行模式 (series operating mode)中那样。虽然用于执行本发明的较佳方式已经被详细描述，与本发明相关的本领域技术人员应认识到在所附的权利要求的范围内的执行本发明的各种替换设计和实施例。
权利要求
1.一种变速器，包括输入构件；输出构件；行星齿轮组，具有第一构件，第二构件，和第三构件；第一电动机/发电机，具有第一转子，该第一转子连接为用于与行星齿轮组的第一构件一起旋转；第二电动机/发电机，具有第二转子，该第二转子连接为用于与行星齿轮组的第二构件一起旋转；第一组相互哨合的齿轮，具有第一齿轮比；第二组相互啮合的齿轮，具有与第一齿轮比不同的第二齿轮比；第一扭矩传递机构，能选择性地接合，以在输入构件与输出构件中之一和行星齿轮组之间通过第一组相互啮合的齿轮建立扭矩流；和第二扭矩传递机构，能选择性地接合，以在输入构件与输出构件中之一和行星齿轮组之间通过第二组相互啮合的齿轮建立扭矩流。
2.如权利要求I所述的变速器，其中输入构件和输出构件中之一是输入构件；其中第一和第二扭矩传递机构在输入构件和行星齿轮组的第三构件之间建立扭矩流；且还包括第一输入轴；其中第一扭矩传递机构能选择性地接合以连接输入构件，用于与第一输入轴共同旋转；第二输入轴，与第一输入轴同心；其中第二扭矩传递机构能选择性地接合以连接输入构件，用于与第二输入轴共同旋转；第一传递轴，基本与第一输入轴和第二输入轴平行；且其中第一组相互啮合的齿轮在第一输入轴和第一传递轴之间传递扭矩，且第二组相互啮合的齿轮在第二输入轴和第一传递轴之间传递扭矩。
3.如权利要求2所述的变速器，还包括第三组相互啮合的齿轮，具有第三齿轮比；第四组相互啮合的齿轮，具有第四齿轮比；第三扭矩传递机构，能选择性地接合，以在第二电动机/发电机和输出构件之间通过第三组相互啮合的齿轮建立扭矩流；和第四扭矩传递机构，能选择性地接合，以在第二电动机/发电机和输出构件之间通过第四组相互啮合的齿轮建立扭矩流。
4.如权利要求3所述的变速器，还包括第二传递轴，连接为用于与第二电动机/发电机共同旋转；第一输出轴；其中第三组相互啮合的齿轮将扭矩从第二传递轴传递到第一输出轴；其中第三扭矩传递机构能选择性地接合，以将扭矩从第一输出轴传递到输出构件；第二输出轴，与第一输出轴同心；其中第四组相互啮合的齿轮将扭矩从第二传递轴传递到第二输出轴；且其中第四扭矩传递机构能选择性地接合，以将扭矩从第二输出轴传递到输出构件。
5.如权利要求I所述的变速器，其中输入构件和输出构件中之一为输出构件；其中第一扭矩传递机构和第二扭矩传递机构每一个能接合以在行星齿轮组的第二构件和输出构件之间建立扭矩流；且还包括传递轴，连接为用于与第二电动机/发电机共同旋转；最终驱动齿轮结构，与输出构件连接；第一输出轴；其中第一组相互啮合的齿轮在传递轴和第一输出轴之间传递扭矩； 第二输出轴，与第一输出轴同心；其中第二组相互哨合的齿轮在传递轴和第二输出轴之间传递扭矩；其中第一扭矩传递机构能选择性地接合，以在第一输出轴和最终驱动齿轮结构之间传递扭矩；和其中第二扭矩传递机构能选择性地接合，以在第二输出轴和最终驱动齿轮结构之间传递扭矩。
6.如权利要求I所述的变速器，其中扭矩传递机构在预定运行条件下接合，该预定运行条件被选择为使得第一和第二转子的速度保持在预定速度范围内。
7.如权利要求1，其中至少一个扭矩传递机构是同步器。
8.如权利要求I所述的变速器，其中行星齿轮组的第一构件是太阳齿轮构件，行星齿轮组的第二构件是环形齿轮构件，且行星齿轮组的第三构件是承载器构件，该承载器构件支撑多个小齿轮，所述小齿轮与太阳轮构件和环形齿轮构件二者啮合。
9.一种变速器包括输入构件；输出构件；行星齿轮组，具有第一构件，第二构件，和第三构件；第一电动机/发电机，具有第一转子，该第一转子连接为用于与行星齿轮组的第一构件一起旋转；第二电动机/发电机，具有第二转子，该第二转子连接为用于与行星齿轮组的第二构件一起旋转；第一输入轴；第二输入轴，与第一输入轴同心；传递轴，基本平行于第一和第二输入轴；第一组相互哨合的齿轮，具有第一齿轮比，包括第一齿轮，该第一齿轮连接为用于与第一输入轴一起旋转并与第二齿轮啮合，该第二齿轮连接为用于与传递轴一起旋转；第二组相互啮合的齿轮，具有与第一齿轮比不同的第二齿轮比，包括第三齿轮，该第三齿轮连接为用于与第二输入轴一起旋转并与第四齿轮啮合，该第四齿轮连接为用于与传递轴一起旋转；第三组相互啮合的齿轮，包括第五齿轮，该第五齿轮连接为用于与传递轴一起旋转并与第六齿轮啮合，该第六齿轮连接为用于与行星齿轮组的第三构件一起旋转；第一扭矩传递机构，能选择性地接合以连接输入构件，用于与第一输入轴共同旋转，由此在行星齿轮组的第三构件和输入构件之间通过第一组和第三组相互啮合的齿轮建立扭矩流；和第二扭矩传递机构，能选择性地接合以连接输入构件，用于与第二输入轴共同旋转， 由此在行星齿轮组的第三构件和输入构件之间通过第二组和第三组相互啮合的齿轮建立扭矩流，变速器由此能在第一扭矩传递机构接合、发动机开动、电动机/发电机用作电动机或发电机时以第一输入分流电无级变速运行模式运行，且在第二扭矩传递机构接合、发动机开动、且电动机/发电机用作电动机和发电机时以第二输入分流电无级变速运行模式运行，第一和第二输入分流电无级变速运行模式具有输入构件和行星齿轮组之间的不同齿轮比。
10.一种变速器，包括输入构件；输出构件；行星齿轮组，具有第一构件，第二构件，和第三构件；第一电动机/发电机，具有第一转子，该第一转子连接为用于与行星齿轮组的第一构件一起旋转；第二电动机/发电机，具有第二转子，该第二转子连接为用于与行星齿轮组的第二构件一起旋转；第一输出轴；第二输出轴，与第一输出轴同心；传递轴，基本与第一和第二输出轴平行并连接为用于与行星齿轮组的第二构件一起旋转;第一组相互哨合的齿轮，具有第一齿轮比，包括第一齿轮，该第一齿轮连接为用于与第一输出轴一起旋转并与第二齿轮啮合，该第二齿轮连接为用于与传递轴一起旋转；第二组相互啮合的齿轮，具有与第一齿轮比不同的第二齿轮比，包括第三齿轮，该第三齿轮连接为用于与第二输出轴一起旋转并与第四齿轮啮合，该第四齿轮连接为用于与传递轴一起旋转；第一扭矩传递机构，能选择性地接合以在第一输出轴和输出构件之间提供扭矩流；和第二扭矩传递机构，能选择性地接合以在第二输出轴和输出构件之间提供扭矩流，变速器由此在第一扭矩传递机构接合、发动机开动、且电动机/发电机用作电动机或发电机时以第一输出分流电无级变速运行模式运行，且在第二扭矩传递机构接合、发动机开动、电动机/发电机用作电动机或发电机时以第二输出分流电无级变速运行模式运行，第一和第二输出分流电无级变速运行模式具有行星齿轮组和输出构件之间的不同齿轮比。
全文摘要
变速器包括输入构件，输出构件，和行星齿轮组，该行星齿轮组具有第一，第二，和第三构件。第一电动机/发电机具有第一转子，其连接为与第一构件一起旋转。第二电动机/发电机具有第二转子，其连接为与第二构件一起旋转。第一组相互啮合的齿轮具有第一齿轮比，且第二组相互啮合的齿轮具有与第一齿轮比不同的第二齿轮比。第一扭矩传递机构能接合以在行星齿轮组和输入构件与输出构件中之一之间通过第一组相互啮合的齿轮建立扭矩流。第二扭矩传递机构能接合以在行星齿轮组和输入构件和输出构件中之一之间通过第二组相互啮合的齿轮建立扭矩流。
文档编号B60K6/365GK102529677SQ201110405238
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月8日 优先权日2010年12月8日
发明者C.A.布洛克, D.L.罗比内特 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司