具有两个行星齿轮组、两个固定互连件和离合输入的多模式电动变速器的制作方法

专利名称：具有两个行星齿轮组、两个固定互连件和离合输入的多模式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可变速度比范围内和在固定的速度比 下选择性地操作的电动变速器，其具有两个行星齿轮组，两个电动机/ 发电机，齿式离合器和四个或五个转矩传递装置。
背景技术：
内燃机，尤其是那些往复式活塞类型的内燃机，目前用来驱动大部 分车辆。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可利用的机械功率。可以与内燃机一 起使用并且可以减少燃料消耗和污染物排放的新型变速器系统将为公 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，离合器或转矩转换器用 于传动比之间的平滑过渡，并随着发动机的旋转从静止状态起动车辆。 变速器齿轮的选择通常允许将发动机功率以转矩倍增和减速的比率，或 以转矩减小和速度倍增的比率，即以超速档，或以倒档比，而传送到传 动系统的其余部分。发电机可将机械功率从发动机转换成电功率，而电动机可将电功率这种设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 间的转矩和速度比的连续变化。用作动力源而用于推进的电储存蓄电池 可添加到这种设置中，从而形成串联混合电动驱动系统。串联混合系统允许发动机一定程度地独立于推进车辆所需的转矩、 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 许连接在传动系其余部分上的电机用作发电机，从而通过再生式制动将 来自车辆减速的能量回收到蓄电池中。串联电驱动装置的缺点在于，将机中将电功率转化成机械功率的足够/的电机的重量-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转矩和速度比。电动变速器可使用差速 齿轮来发送其通过一对电动机/发电机所传递的功率的一小部分。它的 功率的其余部分流过另一并联路径，其为全机械的和直接固定比的，或 者是可选择的。本领域普通技术人员所公知的是，差速齿轮的一种形式是可以构成 行星齿轮组。行星齿轮装置通常是差速齿轮装置的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 的转矩和速度比。但是，也可以不用行星齿轮来构造该发明，而是采用 伞齿轮或其他齿轮设置方式，其中，齿轮组的至少一个元件的转速总是 其它两个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。电能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。蓄电池或其他装置也允许发动 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 电损耗和其他电动机/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/发电机两者都用作电动机，尤其是帮助发动机进行车辆加速。这两个电动机 有时也可都用作发电机，以便对蓄电池重新充电，尤其是在再生式车辆 制动时。一种串联混合变速器的成功的替代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受让的于1999年8月3日授予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笫二电动机/发 电机的功率，和为第一和第二电动机/发电机提供功率。控制单元调节 能量存储设备和电动机/发电机之间以及第 一和笫二电动机/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 第二转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，但是是这两个电动机/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为复合式的。电控制部件调节 在能源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。还可选择性地实现了一种固定的速度比。 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佳的可能的能量效 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，齿式离合器和4个或5个可选择的转矩传递装置。优 选地，差速齿轮组是行星齿轮组，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，第一和第二行星齿轮组可以按任意顺序计为第一到 第二(也就是，从左到右，或从右到左皆可)。各个行星齿轮组都具有三个部件。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，或选择小齿轮中的任何一 个部件。各个托架可以是单个小齿轮托架(简单)或双小齿轮托架(复合)。输入轴不与行星齿轮组的任何部件连续地相连。输出轴与行星齿轮 组的部件连续地连接。第一互连部件将第一行星齿轮组的第一部件连续地连接至第二行 星齿轮组的第一部件。第二互连部件将第二行星齿轮组的第二部件连续地连接至第一行 星齿轮组的第二部件或者静止部件(接地/变速箱)。第一转矩传递装置将第一或第二行星齿轮组的部件与输入部件选 择性地连接。第二转矩传递装置地将第一或第二行星齿轮组的部件与输入部件 选择性连接，这个部件不同于由第一转矩传递装置所连接的那个部件。第三转矩传递装置将第二行星齿轮组的部件与第一行星齿轮组的 部件、与静止部件(接地/变速箱)或与输入部件选择性地连接。第四转矩传递装置与电动机/发电机之一并联，用于选择性地防止 电动机/发电机的旋转。可选的第五转矩传递装置与另一电动机/发电机并联，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)，并且连续地连接在 第一或第二行星齿轮组的部件上。第二电动机/发电机安装在变速箱上，并且连续地连接在齿式离合 器的部件上。齿式离合器允许电动机/发电机选择性地连接到行星齿轮 组的一对部件中的一个。可选择的转矩传递装置单独或两两组合地相接合，从而产生带有一个连续可变速范围(包括倒档)和四个机械固定的前进速度比的EVT。 也可提供倒档固定速度比。"固定速度比"是将输入到变速器的机械动 力机械地传送至输出，并且在电动机/发电机中没有功率流动(也就是 几乎为零)的操作状态。可选择性地实现用于接近全发动机功率操作的 几个固定速度比的电动变速器，对于给定的最大容量可能较小并且较 轻。在未采用电动机/发电机而发动机转速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保证较低的燃料消耗。各种固定速 度比和可变速度比可通过适当地选择行星齿轮组的齿数比而实现。本发明所公开的电动变速器系列的各个实施例都具有变速器输入 和输出都不直接连接在电动机/发电机上的构造。这可以降低电动机/发 电机的尺寸和成本，以达到所需的车辆性能。转矩传递装置以及第一和第二电动机/发电机可操作的用于在电动 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。根据以下结合附图对实现本发明的最佳模式的详细描述，本发明的 上述特征和优点，以及其他的特征和优点将会是显而易见的。附图简要说明图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模式表和 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模式表和 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；图8b是描述图8a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9a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；以及图9b是描述图9a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。
具体实施方式
参看图la,其示出了动力系10，动力系10包括发动机12，其连接 在总体上用附图标记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设计成可接收其来自于发动机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之间还可提供瞬时转矩阻尼 器(未示出)。在所描述的实施例中，发动机12可以是矿物燃料发动机，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。无论发动机12以何种方式连接到变速器输入部件17，变速器输入 部件17都可操作地连接在变速器14内的行星齿轮组上。变速器14的输出部件19连接在最终驱动器16上。变速器14采用了两个差速齿轮组，其优选具有行星齿轮组20和30 的性质。行星齿轮组20采用了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的内齿轮部件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。第一互连部件70连续地将行星齿轮组20的太阳齿轮部件22与行 星齿轮组30的太阳齿轮部件32连接。第二互连部件72连续地将行星 齿轮组20的环形齿轮部件24与行星齿轮组30的环形齿轮部件34连接。第一优选实施例10还分别包括第一和第二电动机/发电才几80和 82。第一电动机/发电机80的定子固定在变速箱60上。第一电动机/发 电机80的转子固定在行星齿轮组30的太阳齿轮部件32上。第二电动机/发电机82的定子也固定在变速箱60上。第二电动机/ 发电机82的转子通过转矩传递装置，例如齿式离合器92，选择性地连 接到行星齿轮组30的托架部件36或者行星齿轮组20的环形齿轮部件 24。齿式离合器92被控制在位置"A"和"B，，之间切换。第二电动机/发电机82的转子通过偏移齿轮90连接到齿式离合器92。第一转矩传递装置，例如输入离合器50，选择性地将行星齿轮组 20的太阳齿轮部件22与输入部件17连接。第二转矩传递装置，例如输 入离合器52，选择性地将行星齿轮组20的环形齿轮部件24与输入部件 17连接。第三转矩传递装置，例如输入离合器54，选择性地将托架部 件26与输入部件17连接。第四转矩传递装置，例如制动器55，与电动 机/发电机80并联连接，用以选择性地防止其旋转。第五转矩传递装置， 例如制动器57，与电动机/发电机82并联连接，用以选择性地防止其旋 转。第一、第二、第三、第四、第五转矩传递装置50， 52，54， 55， 57和 齿式离合器92用于帮助选择混合变速器14的操作模式，下面将会进行 更加充分地介绍。变速器14的输出驱动部件19固定在行星齿轮组30的托架36上。 现在返回到动力源的描述中，从前述说明内容看它应是显而易见 的，尤其是参照图la,变速器14选择性地接收来自发动机12的功率。 混合变速器还接收来自电功率源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。其他能够提供 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。总的操作描述其中一个主要控制装置是公知的驱动范围选择器(未图示)，其指 示电子控制单元(ECU88)来设置变速器，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(未图示)和 刹车踏板(也未图示)。ECU从这三个主要控制源所获得的信息被指定为 "操作者指令"。ECU也从多个传感器(输入以及输出)获得关于转矩传 递装置(无论是使用的或释放的)状态；发动机输出转矩；单一蓄电池， 或电池组，容量水平；以及所选择的车辆构件的温度的相关信息。ECU 确定需要什么，然后操纵变速器的选择性操作的构件或者相关的构件， 以正确地响应操作者的指令。本发明可以使用简单的或复合的行星齿轮组。在简单的行星齿轮组 中，单个行星齿轮通常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，并且功率应用于简单行星齿轮组的环形齿轮时，行星齿轮随着功率应用于环形齿轮而旋 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，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齿轮一起旋转。然而，当这两个齿轮部件在相同方向上以不同的速度旋转时，第三 齿轮部件的旋转方向通常可以筒单地通过目测分析来确定，但是在许多 情况下，该方向并不明显，并且只能通过获知行星齿轮组的所有齿轮部 件上的齿数来准确确定。只要限制托架自由旋转，并将功率应用于太阳齿轮或环形齿轮，那 么行星齿轮部件将用作惰轮。这样一来，从动部件将在与驱动部件相反 的方向上旋转。从而，在许多变速器装置中，当选择倒档传动范围时， 用作制动器的转矩传递装置受到摩擦起动，而与托架相接合，并从而限 制其旋转，使得应用于太阳齿轮的功率将使环形齿轮在相反方向上旋 转。因此，如果环形齿轮可操作地连接在车辆的主动轮上，那么这种设 置就能够使主动轮的旋转方向颠倒，并由此使车辆自身方向颠倒。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 的其中任何两个的转速是已知的，那么利用简单的规则即可确定第三部 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 其各自齿数的加权影响。例如，环形齿轮的齿数可能是同一齿轮组中太 阳齿轮齿数的两倍。那么托架的速度就是环形齿轮速度的三分之二与太 阳齿轮速度的三分之一的和。如果这三个部件的其中一个沿相反方向旋 转，那么在数学计算中，该部件速度的算术符号是负的。如果这种数学计算是在不考虑齿轮的质量、齿轮的加速度、或者齿 轮组中的摩擦的情况下进行的，那么太阳齿轮、托架和环形齿轮上的转 矩可以简单地彼此相关，所有这些因素在设计良好的变速器中只具有相 对轻微的影响。应用于简单行星齿轮组的太阳齿轮上的转矩必须与应用 于环形齿轮上的转矩平衡，其与这些齿轮的每一个的齿数成比例。例如，必须两倍于应用到太阳齿轮上的转矩，并且必须应用于相同的方向。应 用于托架的转矩在大小上必须等于太阳齿轮上的转矩与环形齿轮上的 转矩之和，并且在方向上相反。与筒单的行星齿轮组相比，在复合行星齿轮组中，利用内和外行星 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，而不是更慢。在具有啮合的内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与相同齿轮组中的太阳齿轮上的齿一样 多。在这种情况下，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，该速度的算术符号是负的。如果太阳齿轮保持固定，那么托架和内外行星齿组将在与该齿轮组 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，从而迫使啮合的环形齿轮在相反方向上但只相对于与环形齿轮啮合 式地接合的行星齿轮旋转。外齿轮组的行星齿轮在沿着托架的方向上受 到支撑。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， 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，那么支撑单个行星齿轮组的托架将以较小的速度并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相比，这是通过使用内和外行星齿 轮彼此啮合而引起的。电动变速器的正常作用是将机械动力从输入传递到输出。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。另一个电动机/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，这两个电动机/发电机80， 82逐渐地交换发电机和 电动机的角色，而且可以不止一次地这样做。这些交换发生在基本上所 有的功率都机械地从输入传递到输出，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 速器给蓄电池提供电功率，比如用于再生制动，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/发电机还可以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，该变速器实际上可用于将机械功率从输 出传递到输入。这可在车辆中用于补充车辆制动，并且增强或补充车辆 的再生制动，尤其在长距离的下坡时。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时相反。特定的操作描述这里所述的各个实施例具有十六或十七个功能要求(与图中所示的 各个操作模式表的16行或17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等的操作模式表来描述这五个操作模式并得以更好的理解。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。在此模式下，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转矩的控制，但 是可能由于发动机的转动惯量而存在一些残余转矩。其中一个电动机/ 发电机利用蓄电池能量驱动EVT，从而使车辆反向移动。根据运动配置， 另 一 电动机/发电机可以或不以这种模式旋转，并且可以或不传递转矩。 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，在蓄电池倒档模式下，制动器57接合用于制动电动机/发电机82 的旋转，电动机80具有-l. 00的转矩，作为示例而获得-3. 50的转矩比。 在各个操作模式表中，靠近电动机/发电机列80和82中的转矩值的(M)表示电动机/发电机用作电动机，没有(M)则表示电动机/发电机用作 发电机。这些列中的"X"表示相应的电动机被制动，例如被制动器55 或57制动。第二操作模式是"EVT倒档模式"(或机械倒档模式)，其与各个操 作模式表，例如图lb的操作模式表的第二行(EVTRev)相对应。在此 模式下，EVT由发动机和其中一个电动机/发电机驱动。另一个电动机/ 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倒档模式下， 离合器52接合，电动机80有-2. 38单位的转矩，发电机82有-6. 95单 位的转矩，并且获得-8. 33的输出转矩，与1单位的发动机转矩相对应。第三操作模式包括"倒档和前进起动模式"(也称为"转矩转换器 倒档和前进模式")，其与每个操作模式表，例如图lb的操作模式表的 第三和第四行(TCRev和TCFor)相对应。在此模式下，EVT ^t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内，并将其余的能量传递给发电机。在

图1中，这 一部分约为99%。变速器的输出速度与发动机转速的比值(变速器速度 比)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，在倒档和前进起动模式中，离合器52接合。在TC倒档模式 中，电动机/发电机80用作具有-2. 00单位的转矩的电动机，电动机/ 发电机82用作具有-6. 00单位的转矩的发电机，并能获得-7. 00的转矩 比。在TC前进模式下，电动机/发电机80用作具有1. 34单位的转矩的 发电机，电动机/发电机82用作具有2. 35单位的转矩的电动机，并能 获得4.69的转矩比。第四操作模式是"连续变速范围模式"，其包括范围l.l，范围1.2， 范围1.3，范围1.4,范围1.5，范围2.1，范围2.2，和范围2.3操作 点，其与各个操作点表，例如图lb的操作点表的第5-12行相对应。 在此模式下，EVT被发动机以及其中一个电动机/发电机用作电动机驱 动。另一个电动机/发电机用作发电机，并将所产生的能量100%传递回 给电动机。由范围1.1、 1.2……等所代表的操作点是EVT所提供的前进 速度比连续区域中的不连续点。例如在图lb中，在离合器52接合且齿 式离合器92设置在位置A时，获得4. 69至1. 36的转矩比范围，并且 在离合器52接合且齿式离合器92设置在位置B时，获得1. 00至0. 54的转矩比范围。第五操作模式包括"固定比"模式(Fl， F2， F3和F4),其与各 个操作模式表(即操作模式表)，例如图lb的操作模式表的第13-16 行相对应。在此模式下，变速器类似于传统的自动变速器一样操作，其 中两个转矩传递装置接合，以产生不连续的传动比。各图中附带的离合 器表只显示了 4个固定比的前进速度，但也可以采用其它的固定比。参 看图lb,在固定比Fl时，离合器50和制动器57结合，以获得3. 50 的固定转矩比。因此，图lb中的电动机/发电机80或82的列中的各个 "X"表示制动器55或57分别接合，而且电动机/发电机不旋转。在固 定比F2时，离合器52和制动器55接合，以获得l. 8的固定比。在固 定比F3时，离合器54和制动器55接合，以获得1.00的固定比。在固 定比F4时，离合器54和制动器57接合，以获得O. 60的固定比。本发明的各种实施例都能在所谓的双重模式或三重模式下操作。在 双重模式中，齿式离合器用于在一些中间速度比(例如，图1中的范围 2.1)时切换模式。在三重模式中，接合的转矩传递装置从第一模式切 换到第二模式(例如，图2中的范围2. 1)操作，齿式离合器用于从第 二模式切换到第三模式(例如，图2中的范围3.1)。根据机械配置，这 种转矩传递装置接合上的变化具有降低变速器中的元件速度的优势。在某些设计中，可以使离合器元件转差速度同步，从而可以在最小 的转矩干扰下实现换挡(被称为"冷"换挡)。这也可以用作在双转向换 挡期间进行高级控制的启用器(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转 矩传递装置的接合一览表。图lb还提供了利用图lb中作为示例给出的 环形齿轮/太阳齿轮齿数比而获得的转矩比的一个示例。^/Ns,的值是行 星齿轮组20的齿数比；且^2/&2的值是行星齿轮组30的齿数比。此夕卜， 图lb的图表描述了利用给定的齿数比样本而获得的步进比。例如，第 一和第二固定前进转矩比之间的步进比率是1.46,第二和第三固定前进 转矩比之间的步进比率是1. 25，第三和第四固定前进转矩比之间的步进 比率是1.45,而且比率范围是2. 64。第二示范性实施例的说明参考图2a，图示了动力系110，包括发动机12，其连接在总体上用 附图标记114表示的改进的电动变速器的一个优选例上。变速器114设 计成可接收其来自于发动机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也可以是矿物燃料发动机，如柴 油发动机，其很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之间还可提供瞬时转矩阻 尼器(未示出)。不论发动机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连接在最终驱动器16上。变速器114采用两个差速齿轮组，其优选具有行星齿轮组120和130 的性质。行星齿轮组120使用通常指定为环形齿轮的外齿轮部件124。 环形齿轮部件124与通常被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及内太阳齿轮部件 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， 其与也经常被指定为太阳齿轮部件的内齿轮部件132外接。多个行星齿 轮137还可旋转地安装在托架部件136内，使得每个行星齿轮部件137 同时且啮合式地与行星齿轮組130的外环形齿轮部件134及内太阳齿轮 部件132相接合。变速器输出部件19与行星齿轮组130的环形齿轮部件134连接。 第一互连部件170连续地连接行星齿轮组120的太阳齿轮部件122和行 星齿轮组130的太阳齿轮部件132。第二互连部件172连续地连接行星 齿轮组120的托架部件126和行星齿轮组130的环形齿轮部件134。变速器114还分别包括第一和第二电动机/发电机180和182。第一 电动机/发电机180的定子固定到变速箱160。第一电动机/发电机180 的转子固定到行星齿轮组120的环形齿轮部件124。第二电动机/发电机182的定子也固定到变速箱160。第二电动机/ 发电机182的转子通过转矩传递装置，例如通过齿式离合器192，选择 性地连接到行星齿轮组120的托架部件126或者太阳齿轮部件122。齿式离合器192被控制在位置"A"和位置"B，，之间切换。第二电动机/ 发电机182的转子通过偏移齿轮190连接到齿式离合器192。第一转矩传递装置，如输入离合器150，选择性地将行星齿轮组120 的太阳齿轮部件122与输入部件17连接。第二转矩传递装置，如输入 离合器152，选择性地将行星齿轮组130的托架部件136与输入部件17 连接。第三转矩传递装置，如制动器154,选择性地将行星齿轮组130 的托架部件136与变速箱160连接。也就是说，托架部件136通过可操 作地连接在不可旋转的壳体160上而被选择性地固定以避免旋转。第四 转矩传递装置，如制动器55，与电动机/发电机180并联连接，用以选 择性地制动其旋转。第五转矩传递装置，如制动器157，与电动机/发电 机182并联连接，用以选择性地制动其旋转。第一、第二、第三、第四、 第五转矩传递装置150， 152， 154， 155， 157和齿式离合器192都用来帮助 选择混合变速器114的操作模式。现在返回到对动力源的描述中，由前述说明，尤其是参考图2a来 看它应是显而易见的，变速器114可选择性地接收来自发动机12的功 率。混合变速器也与电功率源186交换功率，电功率源186可操作地连 接到控制器188。电功率源186可以是一个或多个蓄电池。其他具有提 供或存储并分配电功率能力的电功率源，例如燃料蓄电池，可以用于替 代蓄电池，而不会改变本发明的构思。如上所述，各个实施例都具有十六或十七个功能要求(与图中所示 的各个操作模式表的16行或17行相对应)，其可组成五个操作模式。 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。在此模式下，发动机关闭，并且有效地允许连接 到发动机的变速器元件由于发动机惯性转矩而空转。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所示，作为示例在该模式下， 制动器157接合用于防止电动机/发电机182的旋转，电动机180具有 -1. OO单位的转矩，并可获得-3. 50的输出转矩。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(EVTRev)相对应。在此模式下，EVT由发动机和 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。在该模式下，离合器150接合，电动机180具有-5.99单位的转 矩，发电机182具有-3.40单位的转矩，并且获得-8. 33的输出转矩， 其与1单位的输入转矩相对应。第三操作模式包括"倒档和前进起动模式"，其与每个操作模式表例 如图2b的操作模式表的第三和第四行(TC Rev和TC For)相对应。在 此模式下，EVT被发动机和其中一个电动机/发电机驱动。在发电机单元 中产生的可选择的一部分能量存储在蓄电池内，并且将剩余的能量传递 给电动机。在该模式中，离合器150接合，而且电动机/发电机180用 作具有-5. 00单位的转矩的电动机，电动机/发电机182用作具有-3. 00 单位的转矩的发电机，并能获得-7. 00的转矩比。在TC前进模式下，电 动机/发电机180用作具有3. 35单位的转矩的发电机，电动机/发电机 182用作具有0.34单位的转矩的电动机，并能获得4. 69的转矩比。对 于这些转矩比，所产生能量的大约99%存储在蓄电池中。第四操作模式包括"范围1. 1、范围l. 2、范围l. 3、范围1.4、范 围2.1、范围3.1、范围3.2、范围3.3"模式，其与图2b的操作模式 表的第5-12行相应。在此模式下，EVT由发动机以及其中一个用作电 动机的电动机/发电机所驱动。另一个电动机/发电机用作发电机，并将所产生能量的100%传递回给电动机。由范围1.1、 1.2......等表示的操作点在EVT所提供的前进速度比的连续区域中都是不连续点。例如 在图2b中，在离合器150接合并且齿式离合器192设置在位置A时， 能获得从4. 69到1.86的转矩比范围，在离合器152接合并且齿式离合 器192设置在位置B时，能获得从l. OO到0.54的转矩比范围。第五操作模式包括"固定比"模式(Fl、 F2、 F3和F4)，其与图 2b的操作模式表的第13-17行相对应。在此模式下，变速器像传统的 自动变速器一样操作，其中两个转矩传递装置接合以产生不连续的速度 比。在固定比F1时，离合器150和制动器155接合以获得3.50的固定 比。在固定比F2时，离合器152和制动器157接合以获得1.83的固定 比。在固定比F3时，离合器150和152接合以获得1. 00的固定比。在 固定比F4时，离合器152和制动157接合以获得0. 67的固定比。在固 定比Rl时(倒档)，离合器150和制动器154接合以获得-2. 00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转矩传递装置的接合一览表。图2b还提供了利用图2b中作为示例给出的 环形齿轮/太阳齿轮齿数比而获得的转矩比的一个示例。Nu/Ns,的值是行 星齿轮组120的齿数比；^2/&2的值是行星齿轮组130的齿数比。此外， 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。例如，在 第一和第二固定前进转矩比之间的步进比率是1. 91，在第二和第三固定 前进转矩比之间的步进比率是1. 83,并且在第三和第四固定前进转矩比 之间的步进比率是1.49，且比率范围是5. 22。第三示范性实施例的说明参考图3a，图示了动力系210，包括发动机12，其连接到总体上以 附图标记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设计成可接收来自于发动机12的驱动功率的至少一部分。如图所 示，发动机12具有用作变速器214的输入部件17的输出轴。在发动机 12和变速器214的输入部件17之间还可提供瞬时转矩阻尼器(未图示)。不论发动机12以何种手段连接到变速器输入部件17,变速器输入 部件17都可操作地连接到变速器214的行星齿轮组上。变速器214的 输出部件19连接在最终驱动器16上。变速器214采用两个差速齿轮组，其优选具有行星齿轮组220和230 的性质。行星齿轮组220使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同时 啮合式地与第一行星齿轮组"0的外环形齿轮部件224及内太阳齿轮部 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也可旋转地安装在托架部件236内，使得 各个行星齿轮部件237同时且啮合式地与行星齿轮组230的外环形齿轮 部件234及内太阳齿轮部件232相接合。变速器输出部件19连接到托架部件236。第一互连部件270将太阳 齿轮部件222与太阳齿轮部件232连续地连接。第二互连部件272将环 形齿轮部件224与环形齿轮部件234连续地连接。变速器214还包括第一和第二电动机/发电才几280和282。第一电动 机/发电机280的定子固定到变速箱260。第一电动机/发电机280的转子可通过转矩传递装置，例如通过齿式离合器292选择性地连接到太阳 齿轮部件232或者托架部件236。齿式离合器292被控制在位置"A"和 "B"之间切换。第一电动机/发电机280的转子通过偏移齿轮290连接 到齿式离合器292。第二电动机/发电机282的定子也固定到变速箱260。第二电动机/ 发电机282的转子固定到环形齿轮部件224。第一转矩传递装置，如输入离合器250，将太阳齿轮部件222与输 入部件17选择性地连接。第二转矩传递装置，如输入离合器252，将环 形齿轮部件224与输入部件17选择性地连接。第三转矩传递装置，如 输入离合器254，将托架部件226与输入部件17选择性地连接。第四转 矩传递装置，如制动器255，与电动机/发电机280并联连接，用于选择 性地制动其旋转。第五转矩传递装置，如制动器257，与电动机/发电机 282并联连接，用于选择性地制动其旋转。第一、第二、第三、第四、 第五转矩传递装置250， 252， 254， 255， 257和齿式离合器292都用来帮助 选择混合变速器214的操作模式。混合变速器214接收来自发动机12以及电功率源286的功率，电 功率源286可操作地连接到控制器288。图3b的操作模式表显示了对于变速器214的五种操作模式的离合 器接合、电动机/发电机状态和输出/输入比。这些模式包括如前所述的 "蓄电池倒档模式"(BattRev)、 "EVT倒档模式"(EVT rev )、"倒档和 前进起动模式"(Tc rev和Tc for)、"范围l.l、 1.2、 1. 3…模式"和" 固定比模式"(Fl、 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转 矩传递装置的接合一览表。图3b还提供了利用图3b中作为示例给出的 环形齿轮/太阳齿轮齿数比而获得的转矩比的一个示例。N^/Ns,的值是行 星齿轮组220的齿数比；且 2/&2的值是行星齿轮组230的齿数比。此 外，图3b的图表描述了利用给定的齿数比样本而获得步进比。例如， 在第一和第二固定前进转矩比之间的步进比率是1.46，在第二和第三固 定前进转矩比之间的步进比率是1. 25，在第三和第四固定前进转矩比之 间的步进比率是1.45,且比率范围是2. 64。第四示范性实施例的说明参看图4a，图示了动力系310，包括发动机12，其连接在总体上用 附图标记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设计成可接收来自于发动机12的驱动功率的至少一部分。如图所示，发动机12具有用作变速器314的输入部件17的输出轴。 在发动机12和变速器314的输入部件17之间还可提供瞬时转矩阻尼器 (未图示)。不论发动机12以何种方式连接到变速器输入部件17，变速器输入 部件17都可操作地连接到变速器314的行星齿轮组上。变速器314的 输出部件19连接在主变速器16上。变速器314使用两个行星齿轮组320和330。行星齿轮组320采用 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啮合式地与第一 行星齿轮组320的外环形齿轮部件324及内太阳齿轮部件322相接合。行星齿轮组330也具有与内太阳齿轮部件332外接的外环形齿轮部 件334。多个行星齿轮337也可旋转地安装在托架部件336内，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及内太阳齿轮部件332相接合。变速器输出部件19与环形齿轮部件334连接。第一互连部件370 将太阳齿轮部件322与太阳齿轮部件332连续地连接。第二互连部件372 将托架部件326与环形齿轮部件334连续地连接。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的定子固定到变速箱360。第一电动机/发电机380 的转子通过转矩传递装置，例如通过齿式离合器392选择性地连接到托 架部件326或者环形齿轮部件324。齿式离合器392被控制在位置"A" 和"B"之间切换。第一电动机/发电机380的转子通过偏移齿轮390连 接到齿式离合器392。第二电动机/发电机382的定子也固定到变速箱360。第二电动机/ 发电机382的转子固定到太阳齿轮部件322。第一转矩传递装置，如输入离合器350，将太阳齿轮部件322与输 入部件17选择性地连接。第二转矩传递装置，如输入离合器352，将托 架部件336与输入部件17选择性地连接。第三转矩传递装置，如输入 离合器354，将环形齿轮部件334与输入部件17选择性地连接。第四转矩传递装置，如制动器355,与电动机/发电机380并联连接，用以选择 性地制动其旋转。第五转矩传递装置，如制动器357，与电动机/发电机 382并联连接，用以选择性地制动其旋转。第一、第二、第三、第四、 第五转矩传递装置350， 352， 354， 355， 357和齿式离合器392都用于帮助 选择混合变速器314的操作模式。混合变速器314接收来自发动机12的功率，并且也与电功率源386 交换功率，电功率源386可操作地连接到控制器388。图4b的操作模式表说明了变速器314的五种操作模式的离合器接 合、电动机/发电机状态和输出/输入比。这些模式包括如前所述的"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"(Fl、 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转矩传 递装置的接合一览表。图4b还提供了利用图4b中作为示例给出的环形 齿轮/太阳齿轮齿数比而获得的转矩比的一个示例。NM/N^的值是行星齿 轮组320的齿数比；且^2/&2的值是行星齿轮组330的齿数比。此外， 图4b的图表描述了利用给定的齿数比样本而获得步进比。例如，在第 一和第二固定前进转矩比之间的步进比率是1. 91，在第二和第三固定前 进转矩比之间的步进比率是1. 83，在第三和第四固定前进转矩比之间的 步进比率是1.49，且比率范围是5. 22。第五示范性实施例的说明参看图5a，图示了动力系410，包括发动机12，其连接在总体上用 附图标记414指示的改进的电动变速器的一个优选例上。变速器414设 计为可接收来自于发动机12的驱动功率的至少一部分。如图所示，发动机12具有用作变速器414的输入部件17的输出轴。 在发动机12和变速器414的输入部件17之间还可提供瞬时转矩阻尼器 (未图示)。不论发动机12以何种手段连接到变速器输入部件17，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连接在最终驱动器16上。变速器414利用两个行星齿轮组420和430。行星齿轮组420使用外环形齿轮部件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及内太阳齿轮部件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、 438也可旋转地安装在托架部件436内。 行星齿轮部件437啮合式地与外环形齿轮部件434相接合，且行星齿轮 部件438啮合式地与内太阳齿轮部件432及行星齿轮组430的各个行星 齿轮部件437相接合。变速器输出部件19与托架部件436连续地连接。第一互连部件470 将太阳齿轮部件422与太阳齿轮部件432连续地连接。第二互连部件 472将托架部件426与托架部件436连续地连接。变速器414还分别包括第一和第二电动机/发电机480和482。笫一 电动机/发电机480的定子固定到变速箱460。第一电动机/发电机480 的转子固定到环形齿轮部件424。第二电动机/发电机482的定子也固定到变速箱460。第二电动机/ 发电机482的转子通过转矩传递装置，例如通过齿式离合器492可选择 地连接到行星齿轮组420的托架部件426或者太阳齿轮部件422。齿式 离合器492被控制来在位置"A"和"B"之间切换。第二电动机/发电 机482的转子通过偏移齿轮490连接到齿式离合器492。第一转矩传递装置，如输入离合器450，将太阳齿轮部件422与输 入部件17选择性地连接。第二转矩传递装置，如输入离合器452，将环 形齿轮部件434与输入部件17选择性地连接。第三转矩传递装置，如 输入离合器"4，将托架部件436与输入部件17选择性地连接。第四转 矩传递装置，如制动器455，与电动机/发电机480并联连接，用以选择 性地制动其旋转。第五转矩传递装置，如制动器457，与电动机/发电机 482并联连接，用以选择性地制动其旋转。第一、笫二、第三、第四、 第五转矩传递装置450， 452， 454， 455， 457和齿式离合器492都用来帮助 选择变速器414的操作模式。混合变速器414还接收来自发动机12以 及电功率源486的功率，电功率源486可操作地连接到控制器488。图5b的操作模式表显示了对于变速器414的五种操作模式的离合 器接合、电动机/发电机状态和输出/输入比。这些模式包括如前所述的 "蓄电池倒档模式"(BattRev)、 "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"(Fl、 F2、 F3、 F4 )。如上所述，在图5b的操作模式表和固定比模式表中显示了转矩传 递装置的接合一览表。图5b还提供了利用图5b中作为示例给出的环形 齿轮/太阳齿轮齿数比而获得的转矩比的一个示例。N^/Ns,的值是行星齿 轮组420的齿数比；且N^/Ns2的值是行星齿轮组430的齿数比。此外， 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。例如，第 一和第二固定前进转矩比之间的步进比率是1. 91，第二和第三固定前进 转矩比之间的步进比率是1. 83,第三和第四固定前进转矩比之间的步进 比率是1.49，且比率范围是5. 22。第六示范性实施例的说明参看图6a，图示了动力系510，包括发动机12，其连接在总体上用 附图标记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设计成可接收来自于发动机12的驱动功率的至少一部分。如图所示，发动机12具有用作变速器514的输入部件17的输出轴。 在发动机12和变速器514的输入部件17之间还可提供瞬时转矩阻尼器 (未图示)。不论发动机12以何种手段连接到变速器输入部件17，变速器输入 部件17都可操作地连接到变速器514内的行星齿轮组。变速器514的 输出部件19连接到最终驱动器16。变速器514利用两个行星齿轮组520和530。行星齿轮组520使用 太阳齿轮部件522。托架部件526可旋转地支撑多个行星齿轮527、 528。 行星齿轮527啮合式地与太阳齿轮部件522和各个行星齿轮528相接合。 行星齿轮528与行星齿轮537是一体的(即它们由长的小齿轮构成)。行星齿轮组530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内，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。变速器输出部件19与环形齿轮部件534连续地连接。托架部件526 与托架部件536连续地连接。这种整体连接在此是指互连部件570。长 的小齿轮528和537的整体连接在此是指互连部件572。变速器514还分别包括了第一和第二电动机/发电机580和582。第 一电动机/发电机580的定子固定到变速箱560。第一电动机/发电机580 的转子通过转矩传递装置，例如通过齿式离合器592可选择性地连接到 环形齿轮部件534或者托架部件526。齿式离合器592被控制在位置"A" 和"B"之间切换。第一电动机/发电机580的转子通过偏移齿轮590连 接到齿式离合器592。第二电动机/发电机582的定子也固定到变速箱560。第二电动机/ 发电机582的转子固定到太阳齿轮部件522。第一转矩传递装置，如输入离合器550，将托架部件536与输入部 件17选择性地连接。第二转矩传递装置，如输入离合器552,将太阳齿 轮部件532与输入部件17选择性地连接。第三转矩传递装置，如制动 器554，将太阳齿轮部件532与变速箱560选择性地连接。第四转矩传 递装置，如制动器555，与电动机/发电机580并联连接，用以选择性地 制动其旋转。第五转矩传递装置，如制动器557，与电动机/发电机582 并联连接，用以选择性地制动其旋转。第一、第二、第三、第四、第五 转矩传递装置550， 552， 554， 555， 557和齿式离合器592都用来帮助选择 混合变速器514的操作模式。混合变速器514还接收来自发动机12的功率，并且还与电功率源 586交换功率，电功率源586可操作地连接到控制器588。图6b的操作模式表显示了变速器514的五种操作模式的离合器接 合、电动机/发电机状态和输出/输入比。这些模式包括如前所述的"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6b的操作模式表和固定比模式表中显示了转矩传 递装置的接合时间一览表。图6b还提供了利用图6b中作为示例给出的 环形齿轮/太阳齿轮齿数比而获得的转矩比的一个示例。NM/Ns!的值是行 星齿轮组520的齿数比；^2/&2的值是行星齿轮组530的齿数比。此外， 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。例如，第 一和第二固定前进转矩比之间的步进比率是1. 67，且比率范围是4. 00。第七示范性实施例的说明参看图7a，图示了动力系610，包括发动机12，其连接在总体上用 附图标记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设计成可接收来自于发动机12的驱动功率的至少一部分。如图所示，发动机12具有用作变速器614的输入部件17的输出轴。 在发动机12和变速器的输入部件17之间还可提供瞬时转矩阻尼器(未 图示)。不论发动机12以何种手段连接到变速器输入部件17，变速器输入 部件17都可操作地连接到变速器614的行星齿轮组。变速器614的输 出部件19连接到最终驱动器16。变速器614使用两个行星齿轮组620和630。行星齿轮组620使用 与内太阳齿轮部件622外接的外环形齿轮部件624。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还具有与内太阳齿轮部件632外接的外环形齿轮部 件634。多个行星齿轮637也可旋转地安装在托架部件636内，使得各 个行星齿轮部件637同时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。变速器输出部件19与托架部件636连接。第一互连部件670将太 阳齿轮部件622与太阳齿轮部件632连续地连接。笫二互连部件672 将环形齿轮部件634与变速箱660连续地连接。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的定子固定到变速箱660。第一电动机/发电机680 的转子通过转矩传递装置，例如通过齿式离合器692可选择性地连接到 托架部件636或者托架部件626。齿式离合器692被控制在位置"A"和 "B"之间切换。笫一电动机/发电机680的转子通过偏移齿轮690连接 到齿式离合器692。第二电动机/发电机682的定子也固定到变速箱660。第二电动机/ 发电机682的转子固定到环形齿轮部件624。第一转矩传递装置，如输入离合器650，将环形齿轮部件624与输 入部件17选择性地连接。笫二转矩传递装置，如输入离合器652，将托 架部件626与输入部件17选择性地连接。第三转矩传递装置，如离合 器654，将环形齿轮部件624与托架部件636选择性地连接。第四转矩传递装置，如制动器655，与电动机/发电机682并联连接，用以选择性 地制动其旋转。第一、第二、第三、第四转矩传递装置650， 652， 654， 655 和齿式离合器692都用来帮助选择变速器614的操作模式。混合变速器614还接收来自发动机12的功率，并且还与电功率源 686交换功率，电功率源686可操作地连接到控制器688。图7b的操作模式表显示了变速器614的五种操作模式的离合器接 合、电动机/发电机状态和输出/输入比。这些模式包括如前所述的"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转 矩传递装置的接合一览表。图7b还提供了利用图7b中作为示例给出的 环形齿轮/太阳齿轮的齿数比而获得的转矩比的一个示例。NR1/NS1的值是 行星齿轮组620的齿数比；且^2/1^2的值是行星齿轮组630的齿数比。 此外，图7b的图表描述了利用给定的齿数比样本而获得的步进比。例 如，第一和第二固定前进转矩比之间的步进比率是2. 16，且比率范围是 4. 02。第八示范性实施例的说明参看图8a，图示了动力系710,包括发动机12,其连接在总体上用 附图标记714表示的改进的电动变速器的一个优选例上。变速器714设 计成可接收其来自于发动机12的驱动功率的至少一部分。如图所示，发动机12具有用作变速器714的输入部件17的输出轴。 在发动机12和变速器的输入部件17之间还可设置瞬时转矩阻尼器(未 图示)。不论发动机12以何种手段连接到变速器输入部件17，变速器输入 部件17都可操作地连接到变速器714内的行星齿轮组。变速器714的 输出部件19连接到最终驱动器16。变速器714使用两个行星齿轮组720和730。行星齿轮组720使用 与内太阳齿轮部件722外接的外环形齿轮部件724。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还具有与内太阳齿轮部件732外接的外环形齿轮部 件734。多个行星齿轮737也可旋转地安装在托架部件736内，使得各 个行星齿轮部件737同时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。变速器输出部件19与托架部件736连续地连接。第一互连部件770 将太阳齿轮部件722与太阳齿轮部件732连续地连接。第二互连部件 772将环形齿轮部件734与变速箱760连续地连接。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的定子固定到变速箱760。第一电动机/发电机780 的转子通过转矩传递装置，，例如通过齿式离合器792可选择性地连接 到托架部件736或者托架部件726。齿式离合器792被控制在位置"A" 和"B，，之间切换。第一电动机/发电机780的转子通过偏移齿轮790连 接到齿式离合器792。笫二电动机/发电机782的定子也固定到变速箱760。第二电动机/ 发电机782的转子固定到环形齿轮部件724。第一转矩传递装置，如输入离合器750，将环形齿轮部件724与输 入部件17选择性地连接。第二转矩传递装置，如输入离合器752，将托 架部件726与输入部件17选择性地连接。第三转矩传递装置，如离合 器754，将环形齿轮部件724与托架部件736选择性地连接。第四转矩 传递装置，如制动器755,与电动机/发电机782并联连接，用以选择性 地制动其旋转。第一、第二、第三、第四转矩传递装置750， 752， 754， 755 和齿式离合器792都用来帮助选择变速器714的操作模式。混合变速器 714接收来自发动机12的功率，并且也接收来自电功率源786的功率， 电功率源786可操作地连接到控制器788。图8b的操作模式表显示了变速器714的五种操作模式的离合器接 合、电动机/发电机状态和输出/输入比。这些模式包括如前所述的"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"(Fl、 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转 矩传递装置的接合一览表。图8b还提供了利用图8b中作为示例给出的 环形齿轮/太阳齿轮齿数比而获得的转矩比的一个示例。N^/^的值是行星齿轮组720的齿数比；^2/&2的值是行星齿轮组730的齿数比。此外， 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。例如，第 一和第二固定前进转矩比之间的步进比率是2. 16，且比率范围是4. 02。第九示范性实施例的说明参看图9a，图示了动力系810，包括发动机12，其连接在总体上用 附图标记814表示的改进的电动变速器的一个优选例上。变速器814设 计成可接收来自发动机12的驱动功率的至少一部分。如图所示，发动机12具有用作变速器814的输入部件17的输出轴。 在发动机12和变速器的输入部件17之间还可提供瞬时转矩阻尼器(未 图示)。不论发动机12以何种手段连接到变速器输入部件17，变速器输入 部件17都可操作地连接到变速器814内的行星齿轮组。变速器814的 输出部件19连接到最终驱动器16。变速器814使用两个行星齿轮组820和830。行星齿轮组820使用 与内太阳齿轮部件822外接的外环形齿轮部件824。托架部件826可旋 转地支撑多个行星齿轮827,使得各个行星齿轮827啮合式地与第一行 星齿轮组820的外环形齿轮部件824和内太阳齿轮部件822相接合。行星齿轮组830也具有与内太阳齿轮部件832外接的外环形齿轮部 件834。多个行星齿轮837也可旋转地安装在托架部件836内，使得各 个行星齿轮部件837同时且啮合式地与行星齿轮组830的外环形齿轮部 件834和内太阳齿轮部件832相接合。变速器输出部件19与托架部件826连续地连接。第一互连部件870 将环形齿轮部件824与托架部件836连续地连接。第二互连部件872将 太阳齿轮部件832与变速箱860连续地连接。变速器814还分别包括第一和第二电动机/发电机880和882。笫一 电动机/发电机880的定子固定到变速箱860。第一电动机/发电机880 的转子固定到太阳齿轮部件822。第二电动机/发电机882的定子也固定到变速箱860。第二电动机/ 发电机882的转子通过转矩传递装置，例如通过齿式离合器892可选择 性地连接到环形齿轮部件824或者托架部件826。齿式离合器892被控 制在位置"A"和"B"之间切换。第二电动机/发电机882的转子通过偏移齿轮890连接到齿式离合器892。笫一转矩传递装置，如输入离合器850，将环形齿轮部件834与输 入部件17选择性地连接。第二转矩传递装置，如输入离合器852，将托 架部件836与输入部件17选择性地连接。第三转矩传递装置，如离合 器854，将托架部件826与环形齿轮部件834选择性地连接。第四转矩 传递装置，如制动器855，与电动机/发电机880并联连接，用于选择性 地制动其旋转。第五转矩传递装置，如制动器857，与电动机/发电机 882并联连接，用于选择性地制动其旋转。第一、第二、第三、第四、 第五转矩传递装置850， 852， 854， 855， 857和齿式离合器892都用于帮助 选择变速器814的操作模式。混合变速器814还接收来自发动机12的功率，并且也与电功率源 886交换功率，电功率源886可操作地连接到控制器888。图9b的操作模式表显示了变速器814的五种操作模式的离合器接 合、电动机/发电机状态和输出/输入比。这些模式包括如前所述的"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"(Fl、 F2、 F3、 F4 )。如上所述，在图9b的操作模式表和固定比模式表中显示了用于转 矩传递装置的接合一览表。图9b还提供了利用图9b中作为示例给出的 环形齿轮/太阳齿轮齿数比而获得的转矩比的一个示例。N^/Ns,的值是行 星齿轮组820的齿数比；^2/&2的值是行星齿轮组830的齿数比。此外， 图9b的图表描述了利用给定的齿数比样本而获得的步进比。例如，第 一和第二固定前进转矩比之间的步进比率是1. 55，且比率范围是4. 05。在权利要求书中，语言"连续地连接至"或者"连续地连接"是指 直接连接或者成比例的齿轮传动连接，例如利用齿轮装置连接到偏轴 上。此外，"静止部件"或"接地"可以包括变速箱(外壳)或任何其 它非旋转的组件或构件。并且，当声称使用转矩传递机械装置将某些部 件连接到齿轮组的部件时，也可能是通过连接到互连部件而实现互连。虽然已经公开了本发明的各种优选实施例，但是应当理解，本发明 的构思容易受到对本领域普通技术人员显而易见的众多变形的影响。因 此，本发明的范围并不局限于所图示和所介绍的细节，而是包括落在所 附权利要求范围内的所有变形和改进。
权利要求
1、一种电动变速器，包括用以接收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；第一和第二差速齿轮组，其各具有第一、第二和第三部件；所述输入部件不与所述齿轮组的任何部件连续地连接，而所述输出部件与所述齿轮组的部件连续地连接；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续地连接的第一互连部件；将所述第二齿轮组的所述第二部件与所述第一齿轮组的所述第二部件或者与静止部件连续地连接的第二互连部件；所述第一电动机/发电机与所述第一或第二齿轮组的部件连续地连接；所述第二电动机/发电机与所述第一或第二齿轮组的所述部件中的两个部件选择性地连接；将所述第一或第二齿轮组的部件与所述输入部件选择性地连接的第一转矩传递装置；将所述第一或第二齿轮组的部件与所述输入部件选择性地连接的第二转矩传递装置，这个部件不同于由所述第一转矩传递装置连接的那个部件；将所述第二齿轮组的部件与所述第一齿轮组的部件、与静止部件、或者与所述输入部件选择性地连接的第三转矩传递装置；与所述第一或第二电动机/发电机之一并联连接，用于选择性地防止其旋转的第四转矩传递装置；与另一所述电动机/发电机并联连接，用于选择性地防止其旋转的第五转矩传递装置；其中所述第一、第二、第三、第四和第五转矩传递装置是可接合的，从而提供一种带有连续可变速度比范围和四个固定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，其中所述第一和第二差速 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，其中每个所述行星齿轮组 的托架都是单个小齿轮托架。
4、 根据权利要求2所述的电动变速器，其中所述行星齿轮组的至 少一个托架是双小齿轮托架。
5、 根据权利要求1所述的电动变速器，其中所述第一、第二、第 三、第四和第五转矩传递装置和所述第一和第二电动机/发电机可操作 用于在所述电动变速器中提供五种操作模式，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。
6、 一种电动变速器，包括用以接收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；第一和第二差速齿轮組，其各具有第一、第二和第三部件；所述输入部件不与所述齿轮组的任何部件连续地连接，而所述输出 部件与所述齿轮组的部件连续地连接；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 部件连续地连接的第一互连部件；将所述第二齿轮组的所述第二部件与所述第一齿轮组的所述第二部件或者与静止部件连续地连接的第二互连部件；所述第一电动机/发电机与所述第一或第二齿轮组的部件连续地连接；所述第二电动机/发电机与所述第一或第二齿轮组的所述部件中的 两个部件选择性地连接；用于将所述第一和第二齿轮组的所述部件与所述输入部件、与静止 部件、或者与所述行星齿轮组的其他部件选择性地互连的第一、第二、 第三和第四转矩传递装置，所述第一、第二、第三和笫四转矩传递装置 是可接合的，从而提供一种电动变速器，在所述输入部件和所述输出部 件之间具有连续可变速度比范围和多个固定前进速度比。
7、 根据权利要求6所述的电动变速器，其中所述第一和第二差速齿轮组是行星齿轮组，并且所述第一转矩传递装置将所述第一或第二行 星齿轮组的部件与所述输入部件选择性地连接。
8、 根据权利要求7所述的电动变速器，其中所述第二转矩传递装置将所述第一或第二行星齿轮组的部件与所述输入部件选择性地连接， 这个部件不同于由所述第一转矩传递装置连接的那个部件。
9、 根据权利要求8所述的电动变速器，其中所述第三转矩传递装 置将所述第二齿轮组的部件与所述第一齿轮组的部件、与静止部件、或 者与所述输入部件选择性地连接。
10、 根据权利要求9所述的电动变速器，进一步包括与所述电动机 /发电机之一并联连接，用于选择性地防止其旋转的第四转矩传递装置。
11、 根据权利要求10所述的电动变速器，进一步包括与另一所述 电动机/发电机并联连接，用于选择性地防止其旋转的第五转矩传递装 置。
12、 根据权利要求7所述的电动变速器，其中每个所述行星齿轮组 的托架都是单个小齿轮托架。
13、 根据权利要求7所述的电动变速器，其中所述行星齿轮组的至 少一个托架是双小齿轮托架。
14、 一种电动变速器，包括用以接收发动机功率的输入部件； 输出部件；笫一和第二电动机/发电才几；第一和第二差速齿轮组，其各具有第一、第二和第三部件； 所述输入部件不与所述齿轮组的任何部件连续地连接，而所述输出部件与所述齿轮组的部件连续地连接；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 部件连续地连接的第一互连部件；将所述第二齿轮组的所述第二部件与所述第一齿轮组的所述第二 部件或者与静止部件连续地连接的第二互连部件；所述第一电动机/发电机与所述笫一或第二齿轮组的部件连续地连接；所述笫二电动机/发电机通过齿式离合器与所述第一或第二齿轮组 的所述部件中的两个部件选择性地连接；将所述第一或第二齿轮组的部件与所述输入部件选择性地连接的 第一转矩传递装置；将所述第一或第二齿轮组的部件与所述输入部件选择性地连接的 第二转矩传递装置，这个部件不同于由所述第一转矩传递装置连接的那个部件；将所述第二齿轮组的部件与静止部件选择性地连接的第三转矩传递装置；与所述第一或第二电动机/发电机之一并联连接，用于选择性地防 止其旋转的笫四转矩传递装置；与另一所述电动机/发电机并联连接，用于选择性地防止其旋转的 第五转矩传递装置；其中所述第一、第二、第三、第四和第五转矩传递装置是可接合的， 从而提供一种带有连续可变速度比范围和四个固定前进速度比的电动 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，以及最多五个可选择的转矩传递装置，和齿式离合器。这些可选择的转矩传递装置单独或两两组合地相结合，从而产生带有连续可变速范围(包括倒档)和最多四个机械固定的前进速度比的EVT。这些转矩传递装置以及第一和第二电动机/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，连续变速范围模式，以及固定比模式。
文档编号F16H3/44GK101273217SQ200680035751
公开日2008年9月24日 申请日期2006年7月31日 优先权日2005年9月29日
发明者M·拉哈文, N·K·布克诺尔 申请人:通用汽车环球科技运作公司