具有两个行星齿轮组的电动变速器的制作方法

专利名称：具有两个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(power-split)的可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(electrically variable transmission),其具有两个行星齿轮组、两个电动机/发电机和五个扭 矩传递装置。
背景技术：
内燃机，尤其是那些往复式活塞类型的内燃器目前驱动大多数 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，例如固定的主减速器齿轮、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持续变化。用作用于推进的 功率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。 这种系统允许连接在发动机上的电机用作起动发动机的电动机。这 种系统也允许连接在传动列其余部分上的电机用作发电机，从而通 过再生式(regenerative)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
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"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是，差速齿轮装置可构成行星齿轮组。行 星齿轮装置通常是差速齿轮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，齿轮组至少一个元件的转速总是 两个其它元件的加4又平均速度。
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。电能储存装置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机用变速器系统起动以及用于再生式车辆制 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 电动机/发电机所消耗的电功率。来自于蓄电池的电功率有时可允许 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^皮公开在与本
申请共同受让的于1999年8月3日公告的授予Michael Roland Schmidt 的美国专利No.5，931,757中，其通过引用而完整地结合在本文中。 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。第一电动机/发电机和第二电动 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 接收来自笫 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 电动机/发电机和第二电动机/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。在第二模式中，复合-功率-分流速度比范围通过应用笫二离合器而形成，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，但是这两个电动机/发 电机的速度的代数线性组合。在固定的变速器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^^莫式下的机械点。
于2003年3月4日授予Holmes等人的与本申请共同受让，并 通过引用而完整地结合在本文中的美国专利No.6,527,658，其公开了 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，或者其中一个可以是个别复合式的。 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。

发明内容
本发明提供了 一系列电动变速器，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激励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 机构，其包括第一差速齿轮組和第二差速齿轮组，蓄电池，两个可 互换地用作电动机或发电机的电机，以及五个可选择的扭矩传递装 置(两个离合器和三个制动器)。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，第一或第二行星齿轮组可以任何顺序(即，从左 至右，从右至左)从第一计数到第二。
这两个行星齿轮组各具有三个部件。各个行星齿轮组的笫一，
第二或第三部件可以是太阳齿轮、环形齿轮或托架(carrier),或备选 小齿轮的任何其中一个部件。
各个托架可以是单个小齿轮型的托架(简单)或双小齿轮型的托架 (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。
笫 一扭矩传递装置选择性地将第 一行星齿轮组的部件与笫二行
星齿轮组的 一个部件连接起来。
第二扭矩传递装置选择性地将第一行星齿轮组的部件与第二行
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4妄的部件。
笫三扭矩传递装置选择性地将第一或第二行星齿轮组的部件和
固定部件(地/变速器外壳)连接起来。
第四扭矩传递装置并行地与其中一个电动机/发电机相连，以使_ 选择性地防止电动机/发电机的旋转。
第五扭矩传递装置可与另一电动机/发电机并行连接以便选择性 地防止其旋转。
第一电动机/发电机安装在变速器外壳(或接地部件)上，并且持续 地连接在第 一或第二行星齿轮组的部件上。
第二电动机/发电机安装在变速器外壳上，并且持续地连接在第 二行星齿轮组的部件上，这个部件不同于与第一电动机/发电机持续 地相连接的部件。
这五个可选择的扭矩传递装置(两个离合器和三个制动器)单独或 两个或三个组合地相接合，从而产生带有一个连续可变速度范围 (continuously variable range of speeds)(包括倒档)和多达三个才几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。可选择性地获得几个用于接近全发动机功率操
作的固定速度比的电动变速器，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比
(tooth ratio)而实现。
本文所公开的电动变速器系列的各个实施例具有变速器输入和 输出都不直接连接在电动机/发电机上的架构。这容许减少所需要的 电动机/发电机的尺寸和成本，以达到所需的车辆性能。
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 可操作地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，连续可变变速范围模式 (continuously variable transmission mode), 以及固定比才莫式。
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。


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模式表 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冲莫式表 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^^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；
图8a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；和
图8b是描述图8a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。
具体实施例方式
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利用两个差速齿轮组，其优选具有行星齿轮组20和30 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。 环形齿轮部件24与通常指定为太阳齿轮的内齿轮部件22外接。托 架部件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相接合。
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^支指定为太阳齿轮部件的内齿轮部件32外接。多个 行星齿轮37还可旋转地安装在托架部件36中，使得各个行星齿轮 部件37同时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。
第一优选实施例10还分别包括第一电动机/发电机和第二电动机 /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的转子固定在行星齿轮组20的太阳齿轮 部件22上。
笫二电动机/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的转子固定在行星齿轮组30的太阳齿轮部件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的太阳齿轮22连接到行星齿轮组30的环形齿轮部件34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20的环形齿轮24 与行星齿轮组30的太阳齿轮部件32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組30的环形齿轮部件34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部件34，以免其旋转。笫四扭矩传递 装置，例如制动器55与电动机/发电机80并行连接以便选择性地制 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 并行连接以便选择性地制动其旋转。如以下更全面地解释的那样， 第一、第二、笫三、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(hybrid transmission) 14的操作沖莫式。
变速器输入部件17与行星齿轮组20的托架部件26相连接。变 速器14的输出驱动部件19固定在行星齿轮组30的托架部件36上。
现在返回到功率源的描述中，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。其它能够提供 或存储并分配电功率的电功率源，例如燃料蓄电池，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、空挡 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"操作员要求"。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(应用或释放的)；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 应操作员要求。
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。
在筒单的行星齿轮组中，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。
当筒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(wedges)，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。
然而，当两个齿轮部件在相同方向上，但以不同速度旋转时，
许多情况下，该方向将不是明显的，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空转齿轮(idler)。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，那么利用筒单的规则可确定第 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。施加于筒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作用上的交 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多达相 同齿轮组中的太阳齿轮上的齿。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速度太阳齿轮的三分之一的和如果太阳齿 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少的速度，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 环形齿轮之间的作用交换，同使用简单行星齿轮组中的单组行星齿 轮比较而言，其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。
电动变速器的正常作用是将机械动力从输入传递至输出。作为 这种变速器作用的一部分，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逐渐交换 发电机和电动机作用，并且可不止一次地这样做。这些交换发生在 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/发电冲几都可用作电动机。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/发电机的作用将与其在正常作用中相 反。
特定的操作描述
这里所述的各个实施例具有十四或十五个功能要求(与图中所显 示的各个操作模式表的14或15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;^莫式表，例如图lb，
2b， 3b等等操作模式表来描述这五个操作模式，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4莫式中，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 动配置，另一电动机/发电机可以或不以这种才莫式旋转，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。 如图lb的实施例中所示，作为示例，在蓄电池倒档^t式下，制动器 54接合，电动机/发电机80具有零扭矩，电动机82具有-1.00单位的 扭矩，并且获得与1单位的发动机输入扭矩相对应的-2.88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中的扭矩值的(M)
18指示电动机/发电机用作电动机，并且(M)的缺失指示电动机/发电机 用作发电机。
第二操作模式是"EVT倒档模式"(或机械倒档模式)，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，离合器52和制动器54接合，发电机80具有-0.35单位的 扭矩，电动机82具有-3.55单位的扭矩，并且获得与1单位的发动机 扭矩相对应的-8.33的输出扭矩。
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 的笫三和第四行(TC Rev和TC For)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。由发电才几单元所产生的可选 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(变速器速度比)大约为+A0.001(正号表示车辆向前移动，负号表 示车辆向后移动)。参看图lb,在倒档和前进起动下，离合器52和 制动器54是接合的。在TC倒档^f莫式中，电动机/发电机80用作带 有-0.35单位扭矩的发电机，电动机/发电机82用作带有-3.09单位扭 矩的电动机，并且获得-7.00的扭矩比。在TC前进才莫式中，电动机/ 发电机80用作带有-0.35单位扭矩的发电机，电动机/发电机82用作 带有0.98单位扭矩的电动机，并且获得4.69的扭矩比。
第四操作模式是"连续可变变速范围模式"，其包括范围1.1，范
围1.2,范围1.3,范围1.4，范围2丄范围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。 在这个才莫式下，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 的前进速度比持续区域中的离散的点。例如在图lb中，在离合器52 和制动器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50和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和F3)，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13-14相对应。在 这个模式中，变速器类似于传统的自动变速器一样操作，其中三个 扭矩传递装置接合，以产生离散的传动比。各图中附带的离合器表 只显示了 2固定比前进速度，但额外的固定比是可采用的。参看图lb, 在固定比Fl中，离合器52和制动器54,55接合，从而获得1.88的 固定扭矩比。因此，图lb的电动机/发电机80,82列中的各个"X"表 示相应的制动器57接合，并且电动机/发电机80或82不旋转。在固 定比F2中，离合器50,52和制动器57接合，从而获得0.53的固定 比。
变速器14能够在所谓的单;f莫式或双片莫式下操作。在单才莫式中， 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)的整个持续区域都保持相同。在双;漠式中，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 度的优势。
在一些设计中，可以使离合器元件转差速度同步，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， 2a, 3a， 4a和5a的变速器具有在范围1.4和2.1之间的冷4灸档。这还用 作在双转向换档期间进行高级控制的赋能器(enabler)(如两个接近式离 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一览表。图lb还提供利用图lb中作为示例给 出的环形齿轮/太阳齿轮齿比而获得的扭矩比的一个示例。NR1/NS1值是行星齿轮组20的齿比，并且>^/]^2值是行星齿轮组30的齿比。 另外，图lb的图表描述了利用给定的齿比样本而获得的比档位(ratio step)。例如，在笫一及笫二固定前进扭矩比之间的档位比(step ratio) 为3.55。
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利用两个差速齿轮组，其优选具有行星齿轮组120 和130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。环形齿轮部件124与通常指定为太阳齿轮的内齿轮部件122 外接。托架部件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部件136中，使得各个行星齿轮 部件137同时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。
变速器输入部件17与行星齿轮组120的托架部件126相连接， 并且变速器输出部件19与行星齿轮组130的托架部件136相连接。
变速器114还分别包括第一电动机/发电机和第二电动机/发电机 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的太阳齿轮部 件122上。
第二电动冲几/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的转子固定在行星齿轮组130的环形齿轮部件 134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 的托架部件126连接到行星齿轮组130的环形齿轮部件134上。第 二扭矩传递装置，例如离合器152选择性地将行星齿轮组120的环 形齿轮124与行星齿轮组130的太阳齿轮部件132连接起来。笫三 扭矩传递装置，例如制动器154选择性地将行星齿轮组130的太阳 齿轮部件132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上而选择性地固定太阳齿轮部件132,以 免其旋转。第四扭矩传递装置，例如制动器155与电动机/发电机180 并行连接(connected in parallel),以便选择性地制动其旋转。笫五扭 矩传递装置，例如制动器157与电动机/发电机182并行连接以便选 择性地制动其旋转。第一、第二、第三、第四和笫五扭矩传递装置 150,152,154,155和157用于帮助选择混合变速器114的操作才莫式。
现在返回到功率源的描述中，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，例如燃料蓄电池，其可用来 替代蓄电池，而不会改变本发明的构思。如之前所述，各个实施例具有十四或十五个功能要求(与图中所
显示的各个操作^f莫式表的14或15行相对应)，其可组成五种操作才莫 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。在这个才莫式下，发动机关闭，并且有效地 容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/发电机可以或不在这个模式下旋转。如图2b中所示，作 为示例在这个才莫式下，制动器154接合，电动机/发电机180具有零 扭矩，电动机182具有-1.00单位的扭矩，并且获得-1.50的输出扭矩。
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 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。在这个才莫式下，离合器152和制动器154接合， 发电机180具有-0.25单位的扭矩，电动机182具有-5.55单位的扭矩， 并且获得与1个单位的输入扭矩相对应的-8.33的输出扭矩。
笫三操作模式包括"倒档和前进起动模式"，其与各个操作模式 表，例如图2b的操作才莫式表的笫三和第四行(TC Rev和TC For)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。 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。在这个模式下，离合器152和制动器154 接合，并且电动机/发电机180用作(在倒档和前进模式下带有-0.25单 位扭矩的)发电机，电动机/发电机182在TC倒档模式下用作带有-4.67 单位扭矩的电动机，并且在TC前进才莫式下用作带3.13单位扭矩的 电动机，并且获得-7.00(TC倒档才莫式)或4.69(TC前进;f莫式)的扭矩比。 对于这些扭矩比，所产生的能量大约99%存储在蓄电池中。
第四操作模式包括"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'，才莫式，其与图2b的才喿作才莫式表的行5-12相对应。在这个才莫式下，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/发电机用做发电才几， 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持续区域中的离散的点。例如 在图2b中，在离合器152和制动器154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150和152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和F3)，其与图2b的操作 模式表的行13-15相对应。在这个才莫式中，变速器类似于传统的自动 变速器一样操作，其中三个扭矩传递装置接合，以产生离散的传动 比。在固定比F1中，离合器152和制动器154及155接合，从而获 得2,24的固定比。在固定比F2中，离合器150和制动器155及157 接合，从而获得1.50的固定比。在固定比F3中，离合器150,152和 制动器155接合，从而获得0.90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一览表。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的齿比，并且NR2/Nw值是行星齿轮组130的齿比。 另外，图2b的图表描述了利用给定的齿比样本而获得的比档位。例 如，在第一和第二固定前进扭矩比之间的档位比为1.49，在第二和 第三固定前进扭矩比之间的档位比为1.67。
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设计成用于接受它的来自于发动机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利用两个差速齿轮组，其优选具有行星齿轮组220 和230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。环形齿轮部件224与通常指定为太阳齿轮的内齿轮部件222 外接。托架部件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237,238还可旋转地安装在托架部件236 上，使得各个行星齿轮部件237啮合式地与太阳齿轮部件232相接 合，并且使各个行星齿轮238啮合式地与环形齿轮部件234相接合， 而行星齿轮237和238彼此啮合式地相接合。
变速器输入部件17与托架部件226相连接，并且变速器输出部 件19连接在环形齿轮部件234上。
变速器214还分别包括笫一电动机/发电机和第二电动机/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的太阳齿轮部 件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的转子固定在行星齿轮组230的太阳齿轮部件 232上。
第三扭矩传递装置，例如离合器250选择性地将行星齿轮组220 的托架部件226与行星齿轮组230的托架部件236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220的环形 齿轮部件224与行星齿轮组230的太阳齿轮部件232连接起来。第三扭矩传递装置，例如制动器254选择性地将托架部件236与变速 器外壳260连接起来。第四扭矩传递装置，例如制动器255与电动 机/发电机280并行连接以便选择性地制动其旋转。笫五扭矩传递装 置，例如制动器257与电动机/发电机282并行连接以便选择性地制 动其旋转。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的操作才莫式。
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"(TCRev和TCFor),"范围1.1，1.2,1.3... 冲莫式"和"固定比才莫式"(F1,F2和F3)。
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一览表。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的齿比，并且NR2/TS^值是行星齿轮组230的齿比。 另外，图3b的图表描述了利用给定的齿比样本而获得的比档位。例 如，在第一和第二固定前进扭矩比之间的档位比为1.49,在第二和 第三固定前进扭矩比之间的档位比为1.67。
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设计成用于接受它的来自于发动机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利用两个行星齿轮组320和330。行星齿轮组320采 用了外环形齿轮部件324，其与内太阳齿轮部件322外接。托架部件 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 地与笫一行星齿轮组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部件336中， 使得各个行星齿轮部件337同时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。
变速器输入部件17与行星齿轮组320的托架部件326相连接， 并且变速器输出部件19与行星齿轮组330的托架部件336相连接。
变速器314还分别包括第一电动机/发电机和第二电动机/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。 笫一电动机/发电机380的转子固定在行星齿轮组320的太阳齿轮部 件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。笫二电动机/发电机382的转子固定在行星齿轮组330的太阳齿 轮部件332上。
第一扭矩传递装置，例如离合器350选择性地将行星齿轮组320 的托架部件326与行星齿轮组330的环形齿轮部件334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部件324 与太阳齿轮部件332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部件334与变速器外壳360连接起来。第四扭 矩传递装置，例如制动器355与电动机/发电机380并行连接以便选 择性地制动其旋转。第五扭矩传递装置，例如制动器357与电动机/发电机382并行连接以便选择性地制动其旋转。笫一、第二、第三、 笫四和第五扭矩传递装置350,352,354,355和357用于帮助选择变速 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),"连续可变变速范 围模式"(范围1.1，1.2,1.3...)和"固定比模式"(F1， F2, F3)。
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一览表。图4b还提供利用图4b中作为示例给 出的环形齿轮/太阳齿轮齿比而获得的扭矩比的一个示例。NR1/NS1值 是行星齿轮组320的齿比，并且>^/^2值是行星齿轮组330的齿比。 另外，图4b的图表描述了利用给定的齿比样本而获得的比档位。例 如，在第一和第二固定前进扭矩比之间的档位比为1.86，在第二和 第三固定前进扭矩比之间的档位比为1.54。
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设计成用于接受它的来自于发动机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利用两个行星齿轮组420和430。行星齿轮组420釆 用了外环形齿轮部件424,其与内太阳齿轮部件422外接。托架部件 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的外环形齿轮部件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部件436中， 使得各个行星齿轮部件437同时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。
变速器输入部件17持续地与托架部件426相连接，并且变速器 输出部件19持续地与托架部件436相连^t妄。
变速器414还分别包括笫一电动机/发电机和第二电动机/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的转子固定在环形齿轮部件434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部件432上。
第一扭矩传递装置，例如离合器450选择性地将托架部件426 与环形齿轮部件434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部件424与太阳齿轮部件432连接起来。第三 扭矩传递装置，例如制动器454选择性地将太阳齿轮部件422与变 速器外壳460连接起来。第四扭矩传递装置，例如制动器455与电 动机/发电机480并行连接以便选择性地制动其旋转。第五扭矩传递 装置，例如制动器457与电动机/发电机482并行连接以便选择性地 制动其旋转。第一、第二、第三、第四和第五扭矩传递装置 450,452,454,455和457用于帮助选择变速器414的操作斗莫式。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),"连续可变变速范 围模式"(范围1.1,1.2,1.3...)和"固定比模式"(F1， F2, F3)。
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一览表。图5b还提供利用图5b中作为示例给 出的环形齿轮/太阳齿轮齿比而获得的扭矩比的一个示例。NR1/NS1值 是行星齿轮组420的齿比，并且NR2/N^值是行星齿轮组430的齿比。 另外，图5b的图表描述了利用给定的齿比样本而获得的比档位。例 如，在第一和第二固定前进扭矩比之间的档位比为1.86,在第二和 第三固定前进扭矩比之间的档位比为1.54。
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设计成用于接受它的来自于发动机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利用两个行星齿轮组520和530。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。托架部件 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部件536中， 使得各个行星齿轮部件537同时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。
变速器输入部件17持续地与托架部件526相连接，并且变速器 输出部件19持续地与托架部件536相连接。
变速器514还分别包括第一电动机/发电机和第二电动机/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的转子固定在环形齿轮部件534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的转子固定在太阳齿轮部件532上。
第一扭矩传递装置，例如离合器550选择性地将托架部件526 与环形齿轮部件534连接起来。第二扭矩传递装置，例如离合器552 选择性地将环形齿轮部件524与太阳齿轮部件532连接起来。笫三 扭矩传递装置，例如制动器554选择性地将太阳齿轮部件522与变 速器外壳560连接起来。第四扭矩传递装置，例如制动器555与电 动机/发电机580并行连接以便选择性地制动其旋转。第五扭矩传递 装置，例如制动器557与电动机/发电机582并行连接以便选择性地 制动其旋转。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的操作才莫式。
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，，(EVT Rev)，"倒档和前进起动模式，，(TC Rev和TC For)，"连续可变变速范 围模式"(范围1.1,1.2，1.3…)和"固定比模式"(F1， F2， F3)。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一览表。图6b还提供利用图6b中作为示例给
出的环形齿轮/太阳齿轮齿比而获得的扭矩比的一个示例。NR1/NS1值 是行星齿轮组520的齿比，并且NR2/Nw值是行星齿轮组530的齿比。 另外，图6b的图表描述了利用给定的齿比样本而获得的比档位。例 如，在第一和第二固定前进扭矩比之间的档位比为1.86,在第二和 笫三固定前进扭矩比之间的档位比为1.54。
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设计成用于接受它的来自于发动机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利用两个行星齿轮组620和630。行星齿轮组620采 用了外环形齿轮部件624,其与内太阳齿轮部件622外接。托架部件 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相接合。
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部件636中， 使得各个行星齿轮部件637同时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。变速器输入部件17与行星齿轮组620的托架部件626相连接， 并且变速器输出部件19与行星齿轮组630的托架部件636相连接。
变速器614还分别包括第一电动机/发电机和第二电动机/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的转子固定在行星齿轮组620的太阳齿轮部 件622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的转子固定在行星齿轮组630的太阳齿 轮部件632上。
第一扭矩传递装置，例如离合器650选择性地将托架部件626 与环形齿轮部件634连接起来。第二扭矩传递装置，例如离合器652 选择性地将环形齿轮部件624与太阳齿轮部件632连接起来。笫三 扭矩传递装置，例如制动器654选择性地将环形齿轮部件634与变 速器外壳660连接起来。第四扭矩传递装置，例如制动器655与电 动机/发电机680并行连接以便选择性地制动其旋转。第五扭矩传递 装置，例如制动器657与电动机/发电机682并行连接以便选择性地 制动其旋转。笫一、第二、第三、第四和第五扭矩传递装置 650,652,654,655和657用于帮助选择变速器614的操作才莫式。
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)，"连续可变变速范 围模式"(范围1.1,1.2,1.3...)和"固定比模式，，(Fl, F2， F3)。
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一览表。图7b还提供利用图7b中作为示例给 出的环形齿轮/太阳齿轮齿比而获得的扭矩比的一个示例。NR1/NS1值 是行星齿轮组620的齿比，并且NR2/Nc值是行星齿轮组630的齿比。另外，图7b的图表描述了利用给定的齿比样本而获得的比档位。例
如，在第一和第二固定前进扭矩比之间的档位比为1.86,在第二和 第三固定前进扭矩比之间的档位比为1.54。
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(EVT)上。变速 器714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714的行星齿轮部件上。
变速器714的输出部件19连接在主减速器16上。
变速器714利用两个差速齿轮组，其优选具有行星齿轮组720 和730的性质。行星齿轮组720利用通常指定为环形齿轮的外齿轮 部件724。环形齿轮724与通常指定为太阳齿轮内齿轮部件722外接。 托架部件726可旋转地支撑多个行星齿轮727,使得各个行星齿轮727 啮合式地与内太阳齿轮部件722及环形齿轮部件724相4矣合。
行星齿轮组730也具有通常也被指定为环形齿轮的外齿轮部件 734,其与也通常被指定为太阳齿轮的内齿轮部件732外接。多个行 星齿轮737,738还可旋转地安装在托架部件736上，使得各个行星齿 轮部件737啮合式地与太阳齿轮部件732相接合，并且各个行星齿 轮738与外环形齿轮部件734,以及相应的行星齿轮737相接合。
输入部件17固定在行星齿轮组720的托架部件726上。输出部
34件19持续地与行星齿轮组730的环形齿轮部件734相连接。
该实施例710还分别包括第一电动机/发电机和笫二电动机/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的转子通过偏心齿轮装置790而连接在 太阳齿轮部件722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的转子通过在位置"A"和"B"之间交替移动的爪 形离合器792而选择性地交替地连接在托架736或太阳齿轮部件732 上。第二电动机/发电机782的转子通过偏心齿轮装置792而持续地 连接在爪形离合器794上。
第一扭矩传递装置，例如离合器750选择性地将托架部件726 与托架部件736连接起来。笫二扭矩传递装置，例如离合器752选 择性地将环形齿轮部件724与太阳齿轮部件732连接起来。第三扭 矩传递装置，例如制动器755选择性地制动电动机/发电机780的转 子。第四扭矩传递装置，例如制动器757选择性地制动电动对凡/发电 机782的转子。第一，第二，第三和第四扭矩传递装置750,752,755 和757以及爪形离合器792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),"连续可变变速范 围模式"(范围1.1,1.2,1.3...)和"固定比模式"(F1,F2和F3)。
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一览表。图8b还提供利用图8b中作为示例给 出的环形齿轮/太阳齿轮齿比而获得的扭矩比的一个示例。NR1/NS1值是行星齿轮组720的齿比，并且NK2/Nc值是行星齿轮组730的齿比。 另外，图8b的图表描述了利用给定的齿比样本而获得的比档位。例 如，在笫一及第二固定前进扭矩比之间的档位比为1.49。
在权利要求中，用语"持续地将...连接"或"持续地与...连接"指直 接连接或成比例的传动连接(geared connection),例如利用齿轮装置连 接到偏轴上。另外，"固定部件"或"接地部件"可包括变速器外壳(变速 箱)或任何其它不旋转的构件。另外，当说到扭矩传递机构将某物件 连接到齿轮组的部件上时，该物件也可连接在互连部件上，该互连 部件将该物件连接在所述部件上。
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的影响。 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；第一电动机/发电机和第二电动机/发电机；第一差速齿轮组和第二差速齿轮组，其各具有第一部件、第二部件和第三部件；所述输入部件持续地与所述齿轮组的其中至少一个部件相连接，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；所述第一电动机/发电机持续地与所述第一齿轮组或第二齿轮组的一部件相连接；所述第二电动机/发电机持续地与所述第二齿轮组的一部件相连接，该部件不同于与所述第一电动机/发电机持续地相连接的所述部件；选择性地将所述第一齿轮组的一个部件与所述第二齿轮组的一个部件连接起来的第一扭矩传递装置；选择性地将所述第一齿轮组的一个部件与所述第二齿轮组的一个部件连接起来的第二扭矩传递装置，这对由所述第二扭矩传递装置连接起来的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；选择性地将所述第一齿轮组或第二齿轮组的部件接地连接的第三扭矩传递装置；与所述第一电动机/发电机和第二电动机/发电机的其中一个并行连接以便选择性地防止其旋转的第四扭矩传递装置；与所述第一电动机/发电机和第二电动机/发电机中的另一个并行连接以便选择性地防止其旋转的第五扭矩传递装置；其中，所述第一、第二、第三、第四和第五扭矩传递装置可接合起来，从而提供一种带有连续可变的速度比范围和多达三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，所述第一差速齿轮组和第二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的托架。
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小齿轮型的托架。
5. 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、第四和第五扭矩传递装置以及所述笫一电动机/发电机 和笫二电动机/发电机可操作地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， 连续可变变速范围模式，以及固定比模式。
6. —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 电动机/发电机和第二电动机/发电机；笫一差速齿轮组和第二差速齿轮组，其各具有第一部件、笫二 部件和第三部件；所述输入部件持续地与所述齿轮组的其中至少一个部件相连 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；所述第一电动机/发电机持续地与所述笫一齿轮组或第二齿轮组 的一部件相连4^;所述第二电动机/发电机持续地与所述第二齿轮组的一部件相连 接，该部件不同于与所述第一电动机/发电机持续地相连^t矣的所述部 件；和用于选择性地将所述第一齿轮组或第二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连接起来的第一、第二、第三、第四和第五扭矩传递装置，所述第一、笫二、第三、第四和第 五扭矩传递装置可单独地或两个或三个组合地接合起来，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 围和多达三个固定的前进速度比的电动变速器。
7. 根据权利要求6所述的电动变速器，其特征在于，所述第一 扭矩传递装置选择性地将所述第一行星齿轮组的一部件与所述第二 行星齿轮组的 一部件连接起来。
8. 根据权利要求7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一行星齿轮组的一部件与所述第二 行星齿轮组的一部件连接起来，由所述第二扭矩传递装置连接的这 对部件不同于由所述第 一扭矩传递装置连接的那对部件。
9. 根据权利要求8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笫一或第二行星齿轮组的部件与所述 固定部件连接起来。
10. 根据权利要求9所述的电动变速器，其特征在于，所述第 四扭矩传递装置与所述电动机/发电机的其中一个并行连接，用于选 择性地防止其旋转。
11. 根据权利要求10所述的电动变速器，其特征在于，所述第 五扭矩传递装置与所述电动机/发电机的另 一个并行连接，用于选择 性地防止其旋转。
12. 根据权利要求11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的托架。
13. 根据权利要求11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的托架。
14. 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 电动机/发电机和第二电动机/发电机；第一差速齿轮组和第二差速齿轮组，其各具有第一部件、第二部件和第三部件；所述输入部件持续地与所述齿轮组的其中至少一个部件相连 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；所述第一电动机/发电机持续地与所述第一行星齿轮组的部件相 连接；所述第二电动机/发电机能够通过爪形离合器而选择性地与所述 第二齿轮组的其中两个所述部件交替地连接起来；选择性地将所述第 一齿轮组的 一个部件与所述第二齿轮组的一 个部件连接起来的第 一扭矩传递装置；选择性地将所述第一齿轮组的一个部件与所述第二齿轮组的一 个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；选择性地将所述第一齿轮组或第二齿轮组的部件接地连接的第 三扭矩传递装置；与所述第一电动机/发电机和第二电动机/发电机的其中一个并行 连接以便选择性地防止其旋转的第四扭矩传递装置；与所述第一电动机/发电机和第二电动机/发电机的另一个并行连 接以便选择性地防止其旋转的第五扭矩传递装置；和其中，所述第一、第二、第三、第四和第五扭矩传递装置可接 合起来，从而提供一种带有连续可变的速度比范围和多达三个固定 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机构，其包括第一差速齿轮组和第二差速齿轮组、蓄电池、两个可互换地用作电动机或发电机的电机，以及五个可选择的扭矩传递装置(两个离合器和三个制动器)。这些可选择的扭矩传递装置可单独或两个或三个组合地接合起来，从而产生带有一个连续可变速度范围(包括倒档)和多达三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/发电机可操作地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，连续可变变速范围模式，以及固定比模式。
文档编号F16H3/72GK101317026SQ200680021833
公开日2008年12月3日 申请日期2006年3月17日 优先权日2005年4月22日
发明者J·D·亨德里克森, M·拉哈文, N·K·布克诺尔 申请人:通用汽车环球科技运作公司