专利名称：具有机械倒档的三行星式电气可变式变速器的制作方法
技术领域：
其带有采用功率分流的可变速度比范围(range)和采用固定速度比的选 择性操作，并且具有三个差动齿轮组、两个电动机(motor)/发电机 (generator)和五个或六个扭矩传递装置。
背景技术：
目前，内燃机，尤其是往复式活塞型内燃机推进大多数的车辆。 这类发动机是用于将燃料形式的高浓缩能量转换成有效机械动力的 相对高效、小型、轻质和低廉的机构。
车辆通常对内燃机所提出的需求会发生很大的变动，这使得燃料 的消耗和排放超出了这类发动机的理想情况。通常，车辆是由发动机 来推进，此种发动机通过小型电动机和相对较小的电池从冷状态发 动，然后被快速地置于来自推进设备和附属设备的负载下。此种发动 机还在很大范围的速度下和在很大范围的负载下进行操作，并且通常 平均在约其1/5最大动力输出下进行操作。
车辆变速器通常将机械动力从发动机传递至驱动系统的其余部 分，例如，固定的主减速器齿轮装置、轴和车轮。典型的机械变速器 允许发动机操作具有一定的自由度，这通常是通过如下来实现的五 个或六个不同驱动比的交替选择；空档的选择，其允许发动机在车辆 静止的情况下操作附件；以及离合器或扭矩变换器，其用于在各驱动 比之间进行平稳的过渡以及当发动机转动时从固定状态起动车辆。变 速器档位的选择通常允许动力以扭矩倍增比和减速比、以扭矩减小比 和速度倍增比(其称为超速比)或倒档比传递至驱动系统的其余部分。发电机可将来自发动机的机械动力转变成电力，并且电动机可以 以不同的扭矩和速度又将电力返回地转变成用于车辆驱动系统其余 部分的机械动力。这种布置允许发动机与驱动系统其余部分之间的扭
矩比和速度比在电机(dectric machinery)的极限内进行连续的变化。可 将用作推进动力来源的电池添加至该布置，从而形成串联式(series)混 合电气驱动系统。
该串联式混合系统允许在发动机与推进车辆所需的扭矩、速度和 动力存在一定独立性的情况下进行操作，因此可控制发动机来改善排 放和效率。该系统允许电机附接至发动机来作为起动发动机的电动 机。该系统还允许电机附接至驱动系的其余部分来作为发电机，从而 通过蓄电(regenemtive)制动将由于车辆减慢而产生的能量回收到电池 内。串联式电驱动装置受到以下两点的困扰足以在发电机中将所有 发动机动力从机械能转变成电能和在驱动电动机中将电能转变成机 械能的电机的重量和成本；这些转换过程中所损失的有效能量。
功率分流变速器可使用通常理解为"差动齿轮装置"来实现输入 与输出之间可连续变化的扭矩和速度比。电气可变式变速器可使用差 动齿轮装置以通过一对电动机/发电机输送其传动动力的一部分。变速 器动力的其余部分流过另一条固定比率或比率可交替选择的全机械、 直接的平行路径。
如本领域技术人员熟知， 一种差动齿轮装置可以是行星齿轮组。 行星齿轮装置通常是差动齿轮发明中使用的优选实施例，其具有小型 并且可在行星齿轮组所有部件中实现不同扭矩和速度比的优点。然 而，通过在齿轮组的至少一个元件的转速始终为两个其它元件速度的 加权平均的布置中使用锥形齿轮或其它齿轮，就可在不需行星齿轮的 情况下构造本发明。
混合电动车辆变速系统还包括一个或多个电能储存装置。典型的 装置是化学蓄电池，但还可包括电容性装置或机械装置(例如，电气驱 动飞轮)。电能储存装置允许从变速系统到车辆的机械输出动力不同于
8从发动机到变速系统的机械输入动力。该电池或其它装置还允许发动 机利用变速系统来进行发动并允许蓄能车辆制动。
车辆中的电气可变式变速器可简单地将机械动力从发动机输入 传递到主减速器输出。为此， 一个电动机/发电机所产生的电力会平衡 电力损失和另 一个电动机/发电机所消耗的电力。通过使用以上提及的 蓄电池， 一个电动机/发电机所产生的电力可大于或小于另一个电动机 /发电机所消耗的电力。有时，来自该电池的电力可允许两个电动机/ 发电机都来作为电动机，尤其用于帮助发动机进行车辆加速。有时， 两个电动机都可作为发电机以对电池充电，尤其在蓄能车辆制动的时 候。
串联式混合变速器的成功替代者是两个范围、输入分流和复合分
流的电气可变式变速器，其目前生产用于交通巴士，如授予Michael Roland Schmidt的于1999年8月3日公布的与本申请案共同转让的美 国专利No. 5,931 ，757,中所公开，并且该专利以全文引用的方式并入本 文中。此种变速器利用输入装置来接受来自车辆发动机的动力并利用 动力输出装置来传递动力以驱动车辆。第一电动机/发电机和第二电动 机/发电机连接至储能装置(例如，电池)，以便储能装置可接受来自第 一电动机/发电机和第二电动机/发电机的动力并且可将动力供应至第 一电动机/发电机和第二电动机/发电机。控制单元在储能装置和电动 机/发电机之中以及在第 一 电动机/发电机与第二电动机/发电机之间调 节动力流。
"复合分流"指的是传动输入和传动输出两者都不直接连接至电 动机/发电机。复合分流式架构包括一种具有两个机械点的模式，每一 机械点是在这些电动机/发电机中的一个到达零速度时获得。这允许减 小为实现所希望的车辆性能而需要的电动机/发电机的尺寸和成本。
"输出分流"指的是电动机/发电机直接连接至输入。这种才莫式可用于 起动车辆。"输入分流"指的是电动机/发电机直接连接至输出部件。
这可用于捕获制动期间的蓄电能量且可用于当需要时向发动机提供扭矩辅助。
可通过使用具有第一扭矩传递装置和第二扭矩传递装置性质的 离合器来选择性地实现以第一可变速度比操作模式或第二可变速度 比操作模式进行操作。在第一模式中，通过施加第一离合器形成输入
-动力-分流速度比范围，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，通过施加第二离合器形成复合-动力-分流速度比范围，并且变速器的输出速度与任一电动机/发电机的速度 都不成比例，而是这两个电动机/发电机速度的代数线性组合。可通过 施加两个离合器来选择性地实现固定变速比的操作。该变速器在空档 模式下的操作可通过释放两个离合器而选择性地实现，从而使发动机 和两个电动机/发电机与变速器输出脱离。该变速器在其第 一操作模式 下包括至少 一个机械点而在其第二操作模式下包括至少两个机械点。
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来提供输入分流操作模式、复合分流操作模 式、空档操作模式和倒档操作模式的电气可变式变速器，该美国专利 授予Holmes等人，于2003年3月4日公布，与本申请案共同转让并 以全文引用的方式并入本文中。两个行星齿轮组都可为简单的行星齿 轮组，或者一个可单独地复合。电控部件调节储能装置和两个电动机 /发电机之中的动力流。这个变速器提供电气可变式变速器(EVT)操作 的两个范围或模式，从而选择性地提供输入-动力-分流速度比范围和 复合-动力-分流速度比范围。还可选择性地实现一个固定的速度比。
发明内容
本发明提供一个电气可变式变速器系列，其提供胜过在混合车辆 中使用的常规自动变速器的数个优点，这些优点包括改进的车辆加速 性能、经由蓄能制动以及仅电动方式的空转和发动而得到改进的燃料 经济性以及吸引的市场特征。本发明的目的是对于给定的发动机提供 尽可能最佳的能量效率和排放。另外，还寻求变速器的最优性能、容量、封装尺寸和比率覆盖范围。
本发明的电气可变式变速器系列提供低容积、低成本的电气可变 式变速器机构，其包括三个或四个差动齿轮组、电池、两个可互换地
优选地，该差动齿轮组是行星齿轮组，例如简单齿轮组或复合齿轮组 (其包括拉威挪齿轮组)，但也可实施其它齿轮布置(例如，相对于偏离 轴线的锥形齿轮或差动齿轮装置)。
在本说明书中，第一行星齿轮组、第二行星齿轮组、第三行星齿 轮组或第四行星齿轮组可以以任何次序(即，从左到右，从右到左等) 计为第一至第四。
这三个或四个行星齿轮组中的每一个都具有三个部件。每个行星 齿轮组的第一部件、第二部件或第三部件可为太阳齿轮、环形齿轮或 托架部件中的任一个，或者可选为小齿轮。
每个托架部件可以是单小齿轮托架部件(简单)或双小齿轮托架部 件(复合)。
输入轴与行星齿轮组的至少 一个部件持续地和/或选择性地连接。 输出轴与行星齿轮组中的另 一部件持续地连接。
第一互连部件使第一行星齿轮组的第一部件与第二行星齿轮组 的第一部件持续地连接。
第二互连部件使第二行星齿轮组的第二部件与第一行星齿轮组 或第三行星齿轮组的第二部件持续地连接。
任选的第三互连部件使第三行星齿轮组的第一部件与第一行星 齿轮组的第二部件或与第二行星齿轮组的第三部件持续地连接。
任选的第四互连部件使第四齿轮组的第 一部件与第三行星齿轮 组的第二部件持续地连接。
任选的第五互连部件使第四行星齿轮组的第二部件与固定部件
(变速器外壳/壳体)持续地连接。
第一扭矩传递装置使第一行星齿轮组或第二行星齿轮组的部件与输入部件或第三行星齿轮组的部件选择性地连接。
第二扭矩传递装置使第三行星齿轮组的部件与第一行星齿轮组、
第二行星齿轮组或第三行星齿轮组的部件选择性地连接。
第三扭矩传递装置使第二行星齿轮组或第三行星齿轮组的部件
与固定部件选择性地连接。
第四扭矩传递装置使第一行星齿轮组或第二行星齿轮组的部件 与固定部件或与第四行星齿轮组的部件选择性地连接。
第五扭矩传递装置与电动机/发电机中的一个平行连接以选择性 :地防止该电动才几/发电枳41转。
任选的第六扭矩传递装置使第一行星齿轮组的部件与输入部件 或与第三行星齿轮组的部件选择性地连接。
第一电动机/发电机安装至变速器壳体(或地(ground))并持续地安
装至第 一行星齿轮组或第二行星齿轮组的部件。第 一电动机/发电机连
接可包括偏齿轮装置(offset gearing)。
第二电动机/发电机安装至变速器壳体并且持续地连接至第二行
星齿轮组或第三行星齿轮组的部件。该第二电动机/发电机可包括偏齿 轮装置。
这五个或六个可选扭矩传递装置进行接合，以产生带有可连续变 化的速度范围(其包括倒档)、至少四个机械固定的前进速度比以及至 少一个机械固定倒档速度比的EVT。"固定速度比"是输入至变速器
动力流(即，几乎为零)的操作情况。电气可变式变速器可为近似全发 动机动力的操作选择性地实现数个固定速度比，并且在给定的最大容 量下可更小型和更轻。当在发动机速度可接近最佳状态而不使用电动 机/发电机的情况下操作时，固定比率操作还可使得燃料消耗较低。通 过适合地选择行星齿轮组的齿数比，可实现各种固定速度比和可变比 率范围(ratio spread)。
本文公开的电气可变式变速器系列的每个实施例都具有变速器输入和输出都不直接连接至电动机/发电机的架构。这允许降低电动机 /发电机在实现所希望车辆性能时所要求的尺寸和成本。
这些扭矩传递装置及第一电动机/发电机和第二电动机/发电机可 操作，以在电气可变式变速器中提供六种操作模式，其包括电池倒档
模式、EVT倒档模式、倒档和前进档起动模式、可连续变化的变速范 围模式、前进固定比率模式以及机械倒档模式。
适当地，制动器可实施为常规的基于摩擦的制动器、齿式离合器、 单向离合器、可选单向离合器等。适当地，旋转的离合器可实施为常 规的基于摩擦的离合器、齿式离合器、单向离合器、可选单向离合器 等。
结合附图参阅如下关于实施本发明的最佳方式的详细说明，本发 明的上述特征和优点及其它特征和优点便显而易见。
图1 a是动力系的示意图，其包括具有本发明系列部件的电气可变 式变速器；
图lb是绘示图la所示动力系的某些操作特性的操作模式表和固 定比率模式表；
图2a是动力系的示意图，其具有包含本发明的另 一个系列部件的 电气可变式变速器；
图2b是绘示图2a所示动力系的某些操作特性的操作模式表和固 定比率模式表；
图3a是动力系的示意图，其具有包含本发明的另 一个系列部件的 电气可变式变速器；
图3b是绘示图3a所示动力系的某些操作特性的操作模式表和固 定比率模式表；
图4a是动力系的示意图，其具有包含本发明的另 一个系列部件的 电气可变式变速器；图4b是绘示图4a所示动力系的某些操作特性的操作模式表和固 定比率模式表；
图5a是动力系的示意图，其具有包含本发明的另 一个系列部件的 电气可变式变速器；
图5b是绘示图5a所示动力系的某些操作特性的操作模式表和固 定比率模式表；
图6a是动力系的示意图，其具有包含本发明的另 一个系列部件的 电气可变式变速器；
图6b是绘示图6a所示动力系的某些操作特性的操作模式表和固 定比率模式表。
具体实施例方式
参照图la,显示了动力系10,其包括连接至改进型电气可变式 变速器(EVT)(其总体由数字14表示)的一个优选实施例的发动机12。 变速器14设计成用于接收其来自发动机12的驱动动力的至少一部 分。如图所示，发动机12具有用作变速器14的输入部件17的输出 轴。瞬态扭矩阻尼器(未显示)还可实施在发动机12与变速器14的输 入部件17之间。
在这个所示实施例中，发动机12可以是矿物燃料发动机，例如， 柴油机。
无论发动机12采用何种手段连接至变速器输入部件17,变速器 输入部件17都可操作地连接至变速器14中的行星齿轮组。变速器14 的输出部件19连接至主减速器16。
变速器14利用了优选地具有行星齿轮组20、 30和40的性质的 三个差动齿轮组。行星齿轮组20使用通常称为环形齿轮的外齿轮部 件24。环形齿轮部件24外接于通常称为太阳齿轮的内齿轮部件22。 托架部件26以可旋转的方式支撑多个行星齿轮27，以便每个行星齿轮27以啮合的方式接合第一行星齿轮组20的外环形齿轮部件24和 内太阳齿轮部件22。
行星齿轮组30也具有通常也称为环形齿轮的外齿轮部件34，外 齿轮部件34外接于同样通常称为太阳齿轮部件的内齿^^件32。多 个行星齿4&组37也以可旋转的方式安装在托架部件36中，以^更每个 行星齿轮部件37同时以啮合的方式接合行星齿轮组30的外环形齿轮 部件34和内太阳齿轮部件32。
行星齿轮组40也具有通常也称为环形齿轮的外齿轮部件44,外 齿轮部件44外接于同样通常称为太阳齿轮部件的内齿轮部件42。多 个行星齿轮组47也以可旋转的方式安装在托架部件46中，以便每个 行星齿轮部件47同时以啮合的方式接合行星齿轮组40的外环形齿轮 部件44和内太阳齿轮部件42。
第一互连部件70使行星齿轮组20的托架部件26与行星齿轮组 30的托架部件36持续地连接。第二互连部件72使行星齿轮组30的 太阳齿轮部件32与行星齿轮组40的太阳齿轮部件42持续地连接。 第三互连部件74使行星齿轮组20的太阳齿轮部件22与行星齿轮组 30的环形齿轮部件34持续地连接。
第一优选实施例10还包括第一电动机/发电机80和第二电动机/ 发电机82。第一电动机/发电机80的定子固定至变速器外壳60。第一 电动机/发电机80的转子固定至行星齿轮组30的环形齿轮部件34。
第二电动机/发电机82的定子也固定至变速器外壳60。第二电动 机/发电机82的转子固定至行星齿轮组40的太阳齿轮部件42。
第一扭矩传递装置(例如，输入离合器50)使行星齿轮组20的托 架部件26与输入部件17和行星齿轮组20的环形齿轮部件24选择性 地连接。第二扭矩传递装置(例如，输入离合器52)使行星齿轮组30 的环形齿轮部件34与行星齿轮组40的环形齿轮部件44选择性地连 接。第三扭矩传递装置(例如，制动器54)使行星齿轮组40的环形齿轮 部件44与变速器外壳60选择性地连接。第四扭矩传递装置(例如，制动器55)使托架部件26与变速器外壳60选择性地连接。第五扭矩传 递装置(例如，制动器57)与电动机/发电机82平行连接以选择性地制 动其旋转。第一扭矩传递装置50、第二扭矩传递装置52、第三扭矩 传递装置54、第四扭矩传递装置55和第五扭矩传递装置57用于帮助 选择混合型变速器14的操作模式，这将在下文完整地解释。
变速器14的输入驱动部件17固定至行星齿轮组20的环形齿專仑 部件24。变速器14的输出驱动部件19固定至行星齿轮组40的托架 部件46。
现在返回到关于动力源的阐述，根据前述说明并参照图la，明显 的是，变速器14从发动机12选择性地接收动力。混合型变速器还从 可操作地连接至控制器88的电力源86接收动力。电力源86可以是 一个或多个电池。可使用能够提供或储存和配送电力的其它电力源(例 如，燃料电池)来替代电池，这并不会改变本发明的原理。
通常的搡作考虑因素
主要控制装置之一是熟知的驱动范围选择器(未显示)，其指挥电 子控制单元(ECU88)对变速器进行配置以便实现停车、倒档、空档或 前进驱动范围。第二主要控制装置和第三主要控制装置是加速器踏板 (未显示)和制动器踏板(也未显示)。ECU从这三个主要控制源获得的 信息被称为"操作者需求"。ECU还从多个传感器(输入和输出)获得 关于如下状态的信息扭矩传递装置(其被施加或被释放)、发动机输 出扭矩、(多个)标准电池或其容量水平以及所选车辆构件温度。ECU 确定所需要的信息，然后适当地调节变速器的或与变速器相关联的选 择性操作构件以响应操作者的需求。
本发明可使用简单行星齿轮组或复合行星齿轮组。在简单行星齿 轮组中，单组行星齿轮通常支撑为以便在本身可旋转的托架部件上旋 转。
在简单行星齿轮组中，当太阳齿轮保持固定并且动力施加至简单行星齿轮组的环形齿轮时，行星齿轮将响应于施加至环形齿轮的动力 而旋转并且因此围绕固定太阳齿轮圆周地"行走"，从而实现托架部 件沿着与环形齿轮旋转方向相同的方向旋转。
当简单行星齿轮组的任何两个部件沿同 一方向并以同 一速度旋 转时，第三部件会被迫使以同一速度并沿同一方向转动。例如，当太 阳齿轮和环形齿轮沿同 一方向并以同 一速度旋转时，行星齿轮并不绕 其自身轴线旋转，而是作为楔子将整个单元锁定在一起，从而实现所 谓的直接驱动。也就是说，托架部件与太阳齿轮和环形齿轮一同旋转。
然而，当两个齿轮部件沿同一方向但以不同速度旋转时，第三齿 轮部件的旋转方向通常可简单地由视觉分析来确定，但在许多情况下 所述方向并不明显并且只有知道行星齿轮组的所有齿轮部件上存在 的齿数才能准确地确定。
只要托架部件被阻止不能自由旋转并且动力施加至太阳齿轮或 环形齿轮，则行星齿轮部件都会作为空转轮。这样，从动部件以与主 动部件相反的方向旋转。因此，在很多变速器布置中，当选择倒档驱 动范围时，用作制动器的扭矩传递装置会被摩擦地致动而接合托架部 件并因而阻止其旋转，以便施加至太阳齿轮的动力将沿相反方向转动 环形齿轮。因此，如果环形齿轮可操作地连接至车辆的驱动轮，则此 种布置便能够使车轮的旋转方向反向，并且因而使车辆自身的方向反 向。
在一组简单的行星齿轮中，如果已知太阳齿轮、行星托架部件和 环形齿轮中任何两个转速，则第三部件的速度便可使用简单的规则来 确定。托架部件的转速始终与太阳齿轮和环形齿轮经过其各自齿数加 权后的速度成比例。例如，在同一齿轮组中，环形齿轮可具有两倍于
太阳齿轮的齿数。托架部件的速度是2/3环形齿轮速度与1/3太阳齿 轮速度的和。如果这三个部件中的一个以相反方向旋转，则在数学计 算中该部件速度的算术符号就是负的。
如果不考虑这些齿轮的质量、这些齿轮的加速度或齿轮组内的摩擦(在设计良好的变速器中所有这些影响都相对较小)，则太阳齿轮、 托架部件和环形齿轮上的扭矩可彼此简单地相关。施加至简单行星齿 轮组太阳齿轮的扭矩必须平衡施加至环形齿轮的扭矩，这些扭矩与这 些齿轮中每一个上的齿数成比例。例如，对在齿轮组中其齿数两倍于
太阳齿轮的环形齿轮施加的扭矩必须两倍于施加至太阳齿轮的扭矩， 并且必须沿同一方向施加。施加至托架部件的扭矩必须在量值上等于 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与其相反。
相比于简单行星齿轮组，在复合行星齿轮组中，利用内组行星齿 轮和外组行星齿轮可实现环形齿轮与行星托架部件的角色互换。例 如，如果太阳齿轮保持固定，则行星托架部件将沿与环形齿轮相同的 方向旋转，但带有内组行星齿轮和外组行星齿轮的行星托架部件将比 环形齿轮更快地运动而不是更慢地运动。
在具有啮合的内组行星齿轮和外组行星齿轮的复合行星齿轮组 中，环形齿轮的速度与太阳齿轮和行星托架部件分别经过行星齿轮所 填充的太阳齿轮齿数和行星齿轮所填充的行星托架部件齿数加权后 的速度成比例。例如，环形齿轮与太阳齿轮之间被行星齿轮填充的差 可能与同一齿轮组中太阳齿轮上的齿数同样多。在那种情况下，环形
齿轮的速度将为2/3托架部件速度与1/3太阳齿轮速度之和。如果太 阳齿轮或行星托架部件沿相反方向旋转，则在数学计算中该速度的算 术符号为负。
如果太阳齿轮保持固定，则带有内组行星齿轮和外组行星齿轮的 托架部件将沿与该齿轮组的旋转环形齿轮相同的方向转动。另 一方 面，如果太阳齿轮保持固定并且托架部件被驱动，则内齿轮组中接合 太阳齿轮的行星齿轮将沿太阳齿轮滚动或"行走"，从而沿与托架部 件旋转相同的方向转动。外齿轮组中的与内齿轮组的小齿轮啮合的小 齿轮将沿相反方向转动，因而迫使啮合的环形齿轮沿相反方向转动， 但只是相对于与环形齿轮以啮合的方式接合的行星齿轮。外齿轮组中 的行星齿轮沿托架部件的方向携带。外齿轮组中的小齿轮在其自身轴线上旋转的效应与外齿轮组中的行星齿轮由于托架部件运动而引起 的轨道运动的更大效应组合在一起，因此环形齿轮沿与托架部件相同 的方向旋转但不如托架部件那么快。
如果此种复合行星齿轮组中的托架部件保持固定并且太阳齿轮 旋转，则环形齿轮将以较小的速度并且沿与太阳齿轮相同的方向旋 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，则 支撑单组行星齿轮的托架部件将以较小速度并且沿与太阳齿轮相同 的方向旋转。因此，我们可容易地观察到，相比于简单行星齿轮组中 使用的单组行星齿轮，托架部件与环形齿轮之间的角色互换是由使用 彼此啮合的内组行星齿轮和外组行星齿轮而引起的。
电气可变式变速器的正常动作是将机械动力从输入传递到输出。 作为此传递动作的一部分，其两个电动才几/发电^/L中的一个作为电力的 发电机。另一电动机/发电机作为电动机并使用该电力。随着输出的速
度从零增加到高速，这两个电动机/发电机80、 82逐渐地互换角色作
为发电机与电动机，并且可如此互换多次。这些互换发生在机械点周 围，在这些机械点基本上所有从输入到输出的动力都是以机械的方式 传递并且基本上没有动力以电的方式传递。
在混合型电动可变式变速系统，电池86还可供应电力至变速器， 或变速器可供应动力至电池。如果电池供应大量电力至变速器(例如， 用于车辆加速)，则两个电动机/发电机都可作为电动机。如果变速器 供应电力至电池(例如，用于蓄能制动)，则两个电动机/发电机都可作 为发电机。非常靠近操作的机械点时，由于系统中的电损失，两个电 动机/发电机还都可作为发电机而电力输出较小。
与变速器的正常动作相反，变速器实际上可用于将机械动力从输 出传递至输入。这在车辆中可用来补充车辆的制动器并增强或补充车 辆的蓄能制动，尤其是在长距离的下行斜坡时。如果以此方式使流过 变速器的动力反向，则电动机/发电机的角色将与正常动作中的角色相 反。具体的搡作考虑因素
本文中公开的每个实施例具有可分组为6种操作模式的17种功 能要求(其与附图所示的每个操作模式表的17行相对应)。这6种操作 模式将在下文阐述并且可通过参照伴随每个变速器符号图的各自操 作模式表(例如，图lb、 2b、 3b等的操作模式表)更好地理解。
第一操作模式是"电池倒档模式"，其与每个操作模式表的第一 行(电池倒档)相对应，例如，图lb的操作模式表的第一行。在此模式 中，发动机关闭，并且连接至发动机的变速器元件不受发动机扭矩的 控制，然而可能存在某些因发动机旋转惯性而引起的残余扭矩。EVT 由电动机/发电机中的一个使用来自电池的能量来驱动，从而致使车辆 倒行。根据动能配置，在此模式中，另一电动机/发电机可旋转或可不 旋转，并且可传递扭矩或可不传递扭矩。如果另一电动机/发电才几旋转， 则其用来产生储存于电池中的能量。在图lb的实施例中，在电池倒 档模式中，制动器54处于接合状态，发电机80的扭矩为零并且电动 机82具有-1.00的扭矩，并且例如实现了-3.25的扭矩比。在每个操作 模式表中，在电动机/发电机列80和82中的扭矩值附近的(M)是表示 该电动机/发电机作为电动机，而没有(M)则表示该电动机/发电机作为 发电机。
第二操作模式是"EVT倒档模式"(或混合倒档模式)，其与每个 操作模式表的第二行(EVT倒档)相对应，例如图lb的操作模式表的 第二行。在此模式中，EVT由发动机驱动并且由电动机/发电才几中的 一个驱动。另一电动机/发电机以发电机模式操作并将100%的产生能 量返回地传递到驱动电动机。最终的效果是驱动车辆倒行。参照图lb， 例如，在EVT倒档模式中，制动器54处于接合状态，并且发电机80 具有-0.39单位的扭矩，电动机82具有-3.17单位的扭矩，并且实现对 应于1单位的发动机扭矩的-8.33输出扭矩。
第三操作模式包括"倒档和前进档起动模式"(其也称为"扭矩变换器倒档和前进档模式，，)，其与每个操作模式表的第三行和第四行 (扭矩变换器倒档和扭矩变换器前进档)相对应，例如，图lb的操作模
式表的第三行和第四行。在此模式中，EVT由发动机驱动并且由电动
机/发电机中的一个驱动。发电机单元中所产生的能量的可选部分储存
在电池内，而剩余能量传递到电动机。在图1中，这个部分约为99%。
辆向前爬行，而负号表示车辆向后爬行)。参照图lb,在倒档和前进 档起动模式中，制动器54处于接合状态。在扭矩变换器倒档模式中， 电动机/发电机80作为具有-0.51单位扭矩的发电机，电动机/发电机 82作为具有-2.84单位扭矩的电动机，并实现-7.00的扭矩比。在扭矩 变换器前进档模式中，电动机/发电机80作为具有-0.39单位扭矩的发 电机，电动机/发电机82作为具有0.83单位扭矩的电动机，.并且实现 4.69的4丑矩比。
第四操作模式是"可连续变化的变速范围模式"，其包括范围1.1 操作点、范围1.2操作点、范围1.3操作点、范围1.4操作点、范围 2.1操作点、范围2.2操作点、范围2.3操作点以及范围2.4操作点， 其与每个操作点表的第5-第12行相对应，例如图lb的操作点表的第 5-第12行。在此模式中，EVT由发动机以及电动机/发电机中的一个 作为电动机进行操作的电动机/发电机来驱动。另 一电动机/发电机作 为发电机进行操作并将100%产生的能量返回地传递到电动机。由范 围1.1、 1.2…等代表的操作点是EVT所提供的连续前进速度比中的离 散点。例如，在图lb中，实现了从4.69至1.86的比率范围，其中制 动器54处于接合状态，且实现了从1.36至0.54的比率范围，其中离 合器52处于接合状态。
第五操作模式包括"固定比率，，模式(F1、 F2、 F3和F4)，其与 每一操作模式表(即，操作模式表)的第14-17行相对应，例如，图lb 的操作模式表的第14-17行。在此操作模式中，变速器类似于常规自 动变速器地操作，其中两个或三个扭矩传递装置处于接合状态以形成离散比率。伴随每个图示的离合表只显示四个固定比率前进速度，但
可获得额外的固定比率。参照图lb,在固定比率F1中，离合器50和 制动器54处于接合状态以实现3.26的固定扭矩比。在固定比率F2中， 离合器52和制动器54处于接合状态以实现2.00的固定比率。在固定 比率F3中，离合器50和52处于接合状态以实现1.00的固定比率。 在固定比率F4中，离合器52和制动器57处于接合状态以实现0.75 的固定比率。因此，图lb的电动机/发电机列80中的每个"X"都表 示制动器57处于接合状态，并且电动机/发电机82不旋转。
第六操作模式包括"机械倒档"模式，其与每个操作模式表(即， 操作模式表)的第13行相对应，例如图lb中的第13行。在此操作模 式中，变速器类似于常规自动变速器地操作，其中两个或三个扭矩传 递装置处于接合状态以形成固定比率倒档速度。参照图lb，在机械倒 档模式中，离合器52和制动器55处于接合状态以实现-3.16的固定比 率。
动力系10可以以"电量消耗模式"操作。对于本发明来说，"电量 消耗模式"是一种主要由电动机/发电机为车辆提供动力，使得当车辆 到达其目的地时电池86被耗尽或几乎耗尽的模式。换句话说，在电 量消耗模式期间，发动机12仅在必须确保电池86在到达目的地之前 没有被耗尽的程度下进行操作。传统的混合动力车辆以"电量保持模 式"操作，其中如果电池电量水平下降到预定水平(例如25%)以下时，
发动机自动地运行，以对电池充电。因此，通过以电量消耗模式操作，
水平的某些或所有燃料。应当理解，如果电池86可在到达目的地之 后通过将其插入到能量源(未示出)中进行再充电，则混合动力车辆的 动力系优选地仅以电量消耗模式操作。
此外，还可使用各种燃料为发动机12提供动力，以改善具体应 用的效率的节省燃料。这些燃料可包括(例如)汽油、柴油、乙醇、二 曱醚等。变速器14可以所谓的双模式进行操作。在双模式中，处于接合
状态的扭矩传递装置在某一中间的速度比下(例如，图1中的范围2.1)
进行切换。取决于机械配置，扭矩传递装置接合状态的改变具有可降 低变速器中元件速度的优点。
如上所述，扭矩传递装置的接合状态表显示于图lb的操作模式 表及固定比率模式表中。图lb还提供可利用图lb中以举例方式给出
的环形齿轮/太阳齿轮齿数比获得的扭矩比的实例。NR1/NS1值是行星 齿轮组20的齿数比；NR2/Ns2值是行星齿轮组30的齿数比。而NR3/NS3 值是行星齿轮组40的齿数比。此外，图lb中的图标还描述了利用所 给的齿数比示例所获得的比阶(mtiostep)。例如，第一固定前进扭矩比 与第二固定前进扭矩比之间的阶比(stepmtio)是1.63，第二固定前进扭 矩比与第三固定前进扭矩比之间的阶比是2.00，第三固定前进扭矩比 与第四固定前进扭矩比之间的阶比是1.79，且比率范围是5.82。
第二示例性实施例的说明
参照图2a，显示了动力系110,其包括连接至改进型电气可变式 变速器(其总体由数字114表示)的另 一实施例的发动机12。变速器114 设计成用于接收来自发动机12的驱动动力的至少一部分。
在这个所示实施例中，发动机12同样可以是矿物燃料发动机， 例如，容易地适合于提供其通常以恒定的每分钟转速(RPM)传递的可 用动力输出的柴油机。如图所示，发动机12具有用作变速器14的输 入部件17的输出轴。瞬态扭矩阻尼器(未显示)还可实施在发动机12 与变速器114的输入部件17之间。
无论发动机12采用何种手段连接至变速器输入部件17，变速器 输入部件17都可操作地连接至变速器14中的行星齿轮组。变速器114 的输出部件19连接至主减速器16。
变速器114利用优选地具有行星齿轮组120、 130和140的性质 的三个差动齿轮组。行星齿轮组120使用通常称为环形齿轮的外齿轮
23部件124。环形齿轮部件124外接于通常称为太阳齿轮的内齿轮部件 122。托架部件126以可旋转的方式支撑多个行星齿轮127,以便每个 行星齿轮127以啮合的方式接合第一行星齿轮组120的外环形齿轮部 件124和内太阳齿轮部件122。
行星齿轮组130同样具有也通常称为环形齿轮的外齿轮部件 134,外齿轮部件134外接于同样通常称为太阳齿轮的内齿轮部件132。 多个行星齿轮137也以可旋转的方式安装在托架部件136中，以便每 个行星齿轮部件137同时以啮合的方式接合行星齿轮组130的外环形 齿轮部件134和内太阳齿轮部件132。
行星齿轮组140同样具有也通常称为环形齿轮的外齿轮部件
多个行星齿轮147也以可旋转的方式安装在托架部件146中，以便每 个行星齿轮部件147同时以啮合的方式接合行星齿轮组140的外环形 齿轮部件144和内太阳齿轮部件142。
变速器输入部件17与行星齿轮组120的环形齿轮部件124连接。 变速器输出部件19与行星齿轮组140的托架部件146连接。第一互 连部件170使行星齿轮组120的托架部件126与行星齿轮组130的托 架部件136持续地连接。第二互连部件172使行星齿轮组130的太阳 齿轮部件132与行星齿轮组140的太阳齿轮部件142持续地连接。第 三互连部件174使行星齿轮组120的太阳齿轮部件122与行星齿轮组 130的环形齿轮部件134持续地连接。
变速器114还包括第一电动机/发电机180和第二电动机/发电机 182。第一电动机/发电机180的定子固定至变速器外壳160。第一电 动机/发电机180的转子固定至行星齿轮组130的环形齿轮部件134。
第二电动机/发电机182的定子也固定至变速器外壳160。第二电 动机/发电机182的转子固定至行星齿轮组140的太阳齿轮部件142。
第一扭矩传递装置(例如，离合器150)使行星齿轮组120的托架 部件126与输入部件17以及行星齿轮组120的环形齿4仑部件124选择性地连接。第二扭矩传递装置(例如，离合器152)使行星齿轮组130 的环形齿轮部件134与行星齿轮组140的环形齿轮部件144选择性地 连接。第三扭矩传递装置(例如，制动器154)使行星齿轮組140的环形 齿轮部件144与变速器外壳160选择性地连接。第四扭矩传递装置(例 如，制动器155)使行星齿轮组130的托架部件136与变速器外壳160 选择性地连接。第五扭矩传递装置(例如，制动器157)与电动机/发电 机182平行连接以选择性地制动其旋转。第一扭矩传递装置150、第 二扭矩传递装置152、第三扭矩传递装置154、第四扭矩传递装置155 和第五扭矩传递装置157用于帮助选择混合型变速器114的操作模 式。
现在返回到关于动力源的阐述，根据前述说明并参照图2a，明显 的是，变速器114从发动机12选择性地接收动力。混合型变速器还 与可操作地连接至控制器188的电力源186交换动力。电力源186可 以是一个或多个电池。可使用能够提供或储存和配送电力的其它电力 源(例如，燃料电池)来替代电池，而并不会改变本发明的原理。
如前文所述，每个实施例具有可分组为6种操作模式的17种功 能要求(其与附图所示的每个操作模式表的17行相对应)。第一操作模 式是"电池倒档模式，，，其与图2b的操作模式表的第一行(电池倒档) 相对应。在此模式中，发动机关闭，并且连接至发动机的变速器元件 实际上变成受发动机惯性扭矩影响的飞轮。EVT由电动机/发电机中 的一个使用来自电池的能量来驱动，从而致使车辆倒行。在此模式中， 另一电动机/发电机可旋转或可不旋转。如图2b所示，在此模式中， 制动器154处于接合状态，电动机/发电机180具有O.OO单位的扭矩， 并且电动才几182具有-1.00单位的4a矩，并且例如实现了-3.25的输出 扭矩。
第二操作模式是"EVT倒档模式"(或混合倒档模式)，其与图2b 的操作模式表的第二行(EVT倒档)相对应。在此模式中，EVT由发动 机驱动并且由电动机/发电机中的一个驱动。另 一电动机/发电机以发电机模式操作并将100%的产生能量返回地传递到驱动电动机。最终 的效果是驱动车辆倒行。在此模式中，制动器154处于接合状态，发 电机180具有-0.39单位的扭矩，电动机182具有-3.17单位的扭矩， 并且实现了对应于1单位的输入扭矩的-8.33输出扭矩。
第三操作模式包括"倒档和前进档起动模式"，其与每个操作模 式表的第三行和第四行(扭矩变换器倒档和扭矩变换器前进档)相对 应，例如，图2b的操作模式表的第三行和第四行。在此模式中，EVT 由发动机驱动并且由电动机/发电机中的一个驱动。发电机单元中所产 生的能量的可选部分储存在电池内，而剩余能量传递到电动机。在扭 矩变换器倒档中，制动器154处于接合状态，并且电动机/发电机180 作为具有-0.51单位扭矩的发电机，电动机/发电机182作为具有-2.84 单位扭矩的电动机，并实现-7.00的扭矩比。在扭矩变换器前进档中， 制动器154处于接合状态，电动机/发电机180作为具有-0.39单位扭 矩的发电机，电动机/发电机182作为具有0.83单位扭矩的电动机， 并且实现4.69的扭矩比。对于这些扭矩比，发电机能量的约99%储存 在电池中。
第四操作模式包括范围U模式、范围1.2模式、范围1.3模式、 范围1.4模式、范围2.1模式、范围2.2模式、范围2.3模式以及范围 2.4模式，其与图2b的操作模式表的第5-第12行相对应。在此模式 中，EVT由发动机以及电动机/发电机中的一个作为电动机进行操作 的电动机/发电机来驱动。另 一电动机/发电机作为发电机进行操作并 将100%的产生能量返回地传递到电动机。由范围1.1、 1.2...等代表的 操作点是EVT所提供的连续前进速度比中的离散点。例如，在图2b 中，实现了从4.69至1.86的比率范围，其中制动器154处于接合状 态，且实现从1.36至0.54的比率范围，其中离合器152处于接合状 态。
第五操作模式包括"固定比率"模式(F1、 F2、 F3和F4),其与 图2b中操作模式表的第14-17行相对应。在此操作模式中，变速器类似于常规自动变速器地操作，其中两个扭矩传递装置处于接合状态以
形成离散传动比。在固定比率F1中，离合器150和制动器154处于 接合状态以实现3.26的固定扭矩比。在固定比率F2中，离合器152 和制动器154处于接合状态以实现2.00的固定比率。在固定比率F3 中，离合器150和152处于接合状态以实现1.00的固定比率。在固定 比率F4中，离合器152和制动器157处于接合状态以实现0.56的固 定比率。
第六操作模式包括"机械倒档，，模式，其与图2b中操作模式表 的第13行相对应。在此操作模式中，变速器类似于常规自动变速器 地操作，其中两个扭矩传递装置处于接合状态以形成固定比率倒档速 度。参照图2b，在机械倒档模式中，离合器152和制动器155处于接 合状态以实现-3.16的固定比率。
如上所述，扭矩传递装置的接合状态表显示于图2b的操作模式 表以及固定比率模式表中。图2b还提供可利用图2b中以举例方式给 出的环形齿轮/太阳齿轮齿数比获得的扭矩比的实例。NR1/NS1值是行 星齿轮组120的齿数比，而NR2/Ns2值是行星齿轮组130的齿数比。 而N^/Ns3值是行星齿轮组140的齿数比。此外，图2b的图表描述了 利用所给的齿数比示例所获得的比阶。例如，第一固定前进档扭矩比 与第二固定前进档扭矩比之间的阶比是1.63，并且比率范围为5.82。
第三示例性实施例的说明
参照图3a，显示了动力系210,其包括连接至改进型电气可变式 变速器(其总体由数字214表示)的另 一实施例的发动机12。变速器214 设计成用于接收其来自发动机12的驱动动力的至少一部分。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。瞬态扭 矩阻尼器(未显示)还可实施在发动机12与变速器214的输入部件17 之间。
无论发动机12采用何种手段连接至变速器输入部件17，变速器输入部件都可操作地连接至变速器214中的行星齿轮组。变速器214 的输出部件19连接至主减速器16。
变速器214利用优选地具有行星齿轮组220、 230和240的性质 的三个差动齿轮组。行星齿轮组220使用通常称为环形齿轮的外齿轮 部件224。环形齿轮部件224外接于通常称为太阳齿轮的内齿轮部件 222。托架部件226以可旋转的方式支撑多个行星齿轮227，以便每个 行星齿轮227以啮合的方式接合第一行星齿轮组220的外环形齿轮部 件224和内太阳齿^^部件222。
行星齿轮组230同样具有外接于内太阳齿轮部件232的外环形齿 轮部件234。多个行星齿轮237也以可旋转的方式安装在托架部件236 中，以便每个行星齿轮部件237同时以啮合的方式接合行星齿轮组230 的外环形齿轮部件234和内太阳齿轮部件232。
行星齿轮組240同样具有外接于内太阳齿轮部件242的外环形齿 轮部件244。多个行星齿轮247也以可旋转的方式安装在托架部件246 中，以便每个行星齿轮部件247同时以啮合的方式接合行星齿轮组240 的外环形齿轮部件244和内太阳齿轮部件242。
变速器输出部件19连接至托架部件236。第一互连部件27(H吏太 阳齿轮部件222与太阳齿轮部件232持续地连接。第二互连部件272 使托架部件236与太阳齿轮部件242连接。第三互连部件274使环形 齿轮部件224与托架部件246连接。
变速器214还分别包括第一电动机/发电机280和第二电动机/发 电机282。第一电动机/发电机280的定子固定至变速器外壳260。第 一电动机/发电机280的转子固定至太阳齿轮部件222。第二电动机/ 发电机282的定子也固定至变速器外壳260。第二电动机/发电4几280 的转子固定至环形齿轮部件244。
第一扭矩传递装置(例如，输入离合器150)使太阳齿轮部件222 与输入部件17选择性地连接。第二扭矩传递装置(例如，离合器252) 使环形齿轮部件244与托架部件246选择性地连接。第三扭矩传递装置(例如，输入离合器254)使托架部件226与输入部件17选择性地连 接。第四扭矩传递装置(例如，制动器255)使环形齿轮部件234与变速 器外壳260选择性地连接。第五扭矩传递装置(例如，制动器256)使托 架部件226与变速器外壳260选择性地连接。第六扭矩传递装置(例如， 制动器257)与电动机/发电机280平行连接以选择性地制动其旋转。第 一扭矩传递装置250、第二扭矩传递装置252、第三扭矩传递装置254、 第四扭矩传递装置255、第五扭矩传递装置256和第六扭矩传递装置 25用于帮助选择混合型变速器214的操作模式。
混合型变速器214从发动机12接收动力，并且从可操作地连接 至控制器288的电力源286接收动力。
图3b的操作模式表示出了变速器214的六种操作模式的离合器 接合、电动机/发电机状态以及输出/输入比。这些模式包括如前所 述的"电池倒档模式"(电池倒档)、"EVT倒档模式"(EVT倒档)、 "倒档和前进档起动模式"(扭矩变换器倒档和扭矩变换器前进档)、 "范围1.1、 1.2、 1.3…模式，，、"固定比率模式(F1、 F2、 F3和F4) 以及机械倒档"。
如上所述，扭矩传递装置的接合状态表显示于图3b的操作模式 表和固定比率模式表中。图3b还提供可利用图3b中以举例方式给出 的环形齿轮/太阳齿轮齿数比获得的扭矩比的实例。NR1/NS1值是行星 齿轮组220的齿数比；Nr2/Ns2值是行星齿轮组230的齿数比；且 N^/Ns3值是行星齿轮组240的齿数比。此外，图3b的图表描述了利 用所给的齿数比示例所获得的比阶。例如，第一固定前进档扭矩比与 第二固定前进档扭矩比之间的阶比是2,29，且比率范围是5.33。
第四示例性实施例的i兌明
参照图4a,显示了动力系310,其包括连接至改进型电气可变式 变速器(其总体由数字314表示)的另一实施例的发动机12。变速器314 设计成用于接收来自发动机12的驱动动力的至少一部分。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。瞬态扭矩阻尼器(未显示)还可实施在发动机12与变速器的输入部 件17之间。
无论发动机12采用何种手段连接至变速器输入部件17,变速器 输入部件17都可操作地连接至变速器314中的行星齿轮组。变速器 314的输出部件19连接至主减速器16。
变速器314利用四个行星齿轮组320、 330、 340和390。行星齿 轮组320使用外接于内太阳齿轮部件322的外环形齿轮部件324。托 架部件326以可旋转的方式支撑多个行星齿轮327，以便每个行星齿 轮327以啮合的方式接合第一行星齿轮组320的外环形齿轮部件324 和内太阳齿轮部件322。
行星齿轮组330也具有外接于内太阳齿轮部件332的外环形齿轮 部件334。多个行星齿轮337也以可旋转的方式安装在托架部件336 中，以便每个行星齿轮部件337同时以啮合的方式接合行星齿轮组330 的外环形齿轮部件334和内太阳齿轮部件332。
行星齿轮组340也具有外接于内太阳齿轮部件342的外环形齿轮 部件344。多个行星齿轮347也以可旋转的方式安装在托架部件346 中，以便每个行星齿轮部件347同时以啮合的方式接合行星齿轮组340 的外环形齿轮部件344和内太阳齿轮部件342。
行星齿轮组390也具有外接于内太阳齿轮部件392的外环形齿轮 部件394。多个行星齿轮397也以可旋转的方式安装在托架部件396 中，以便每个行星齿轮部件397同时以啮合的方式接合行星齿轮组390 的外环形齿轮部件394和内太阳齿轮部件392。
变速器输入部件17与托架部件326连接。变速器输出部件19与 环形齿轮部件394连接。第一互连部件370使太阳齿轮部件322与太 阳齿轮部件332持续地连接。第二互连部件372使托架部件336与太 阳齿轮部件342持续地连接。第三互连部件374使环形齿轮部件324 与托架部件346持续地连接。第四互连部件376使托架部件336与环
30形齿轮部件394持续地连接。第五互连部件378使托架部件396与变 速器外壳360持续地连接。
变速器314还分别包括第一电动机/发电机380和第二电动冲几/发 电机382。第一电动机/发电机380的定子固定至变速器外壳360。第 一电动机/发电机380的转子固定至行星齿轮组320的太阳齿轮部件 322。第二电动机/发电机382的定子也固定至变速器外壳360。第二 电动机/发电机382的转子固定至行星齿轮组340的环形齿轮部件344。
第一扭矩传递装置(例如，离合器350)使环形齿轮部件324与输 入部件17并与托架部件326选择性地连接。第二扭矩传递装置(例如， 离合器352)使环形齿轮部件344与托架部件346选择性地连接。第三 扭矩传递装置(例如，离合器354)使太阳齿轮部件392与托架部件346 选择性地连接。第四扭矩传递装置(例如，制动器355)使环形齿轮部件 334与变速器外壳360选择性地连接。第五扭矩传递装置(例如，制动
矩传递装置350、第二扭矩传递装置352、第三扭矩传递装置354和 第四扭矩传递装置355和第五扭矩传递装置357用于帮助选择变速器 314的操作模式。
混合型变速器314从发动机12接收动力，并且还与可操作地连 接至控制器388的电力源386交换动力。
图4b的操作模式表示出了变速器314的六种操作模式的离合器 接合、电动机/发电机状态以及输出/输入比。这些模式包括如前所 述的"电池倒档模式"(电池倒档)、"EVT倒档模式"(EVT倒档)、 "倒档和前进档起动模式"(扭矩变换器倒档和扭矩变换器前进档)、 可连续变化的变速范围模式("范围1.1、 1.2、 1.3...)，，、"固定比率 模式(F1、 F2、 F3和F4)以及机械倒档"。
如上所述，扭矩传递装置的接合状态表显示于图4b的操作模式 表和固定比率模式表中。图4b还提供可利用图4b中以举例方式给出 的环形齿轮/太阳齿轮齿数比获得的扭矩比的实例。NR1/NS1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，而 nr3/Ns3值是行星齿轮组390的齿数比。此外，图4b的图表描述了利 用所给的齿数比示例所获得的比阶。例如，第一固定前进档扭矩比与 第二固定前进档扭矩比之间的阶比是2,29，并且比率范围为5.33。
第五示例性实施例的说明
参照图5a,显示了动力系410，其包括连接至改进型电气可变式 变速器(其总体由数字414表示)的另一实施例的发动机12。变速器414 设计成用于接收其来自发动机12的驱动动力的至少一部分。
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。瞬态扭矩阻尼器(未显示)还可实施在发动机12与变速器414的输 入部件17之间。
无论发动机12采用何种手段连接至变速器输入部件17，变速器 输入部件17都可操作地连接至变速器414的行星齿轮组。变速器414 的输出部件19连接至主减速器16。
变速器414利用三个行星齿轮组420、 430和440。行星齿轮组 420使用外接于内太阳齿轮部件422的外环形齿轮部件424。托架部 件426以可旋转的方式支撑多个行星齿轮427,以便每个行星齿轮427 以啮合的方式接合第一行星齿轮组420的外环形齿轮部件424和内太 阳齿轮部件422。
行星齿轮组430使用内太阳齿轮部件432。多个行星齿轮437、 438以可旋转的方式安装在托架部件436中，以便每个行星齿轮部件 437同时以啮合的方式接合行星齿轮组430的内太阳齿轮部件432和 相应的行星齿轮部件438。行星齿轮438与行星齿轮427成整体(即， 其由长的小齿轮形成)。
部件444。多个行星齿轮447也以可旋转的方式安装在托架部件446 中，以便每个行星齿轮部件447同时以啮合的方式接合行星齿轮组440
32的外环形齿轮部件444和内太阳齿轮部件442。
变速器输入部件17与环形齿轮部件424持续地连接。变速器输 出部件19与托架部件446持续地连接。托架部件426与托架部件436 持续连接(即，成整体)。这个整体连接在本文中称为互连部件470。第
长的小齿轮427和438的整体连接在本文中称为第三互连部件474。
变速器414还分别包括第一电动机/发电机480和第二电动机/发 电机482。第一电动机/发电机480的定子固定至变速器外壳460。第 一电动机/发电机480的转子固定至太阳齿轮部件422。第二电动机/ 发电机482的定子也固定至变速器外壳460。第二电动机/发电机482 的转子固定至太阳齿轮部件442。
第一扭矩传递装置(例如，离合器450)使托架部件436与输入部 件17并与环形齿轮部件424选择性地连接。第二扭矩传递装置(例如， 离合器452)使太阳齿轮部件422与环形齿轮部件444选择性地连接。 第三扭矩传递装置(例如，制动器454)使环形齿轮部件444与变速器外 壳460选择性地连接。第四扭矩传递装置(例如，制动器455)使托架部 件426与变速器外壳460选择性地连接。第五扭矩传递装置(例如，制
扭矩传递装置450、第二扭矩传递装置452、第三扭矩传递装置454、 第四扭矩传递装置455和第五扭矩传递装置457用于帮助选择变速器 414的操作模式。混合型变速器414从发动机12接收动力，并且还从 可操作地连接至控制器488的电力源486接收动力。
图5b的操作模式表示出了变速器414的六种操作模式的离合器 接合、电动机/发电机状态以及输出/输入比。这些模式包括如前所 述的"电池倒档模式，，(电池倒档)、"EVT倒档模式"(EVT倒档)、 "倒档和前进档起动模式"(扭矩变换器倒档和扭矩变换器前进档)、 可连续变化的变速范围模式("范围1.1、 1.2、 1.3...)"、"固定比率 模式(F1、 F2、 F3和F4)，，以及才几械倒档。如上所述，扭矩传递装置的接合状态表显示于图5b的操作模式
表和固定比率模式表中。图5b还提供可利用图5b中以举例方式给出 的环形齿轮/太阳齿轮齿数比获得的扭矩比的实例。NR1/NS1值是行星 齿轮组420的齿数比；NR2/Ns2值是行星齿轮组430的齿数比，而 NR3/Ns3值是行星齿轮组440的齿数比。此外，图5b的图表描述了利 用所给的齿数比示例所获得的比阶。例如，第一固定前进档扭矩比与 第二固定前进档扭矩比之间的阶比是1.63,且比率范围是5.82。
第六示例性实施例的说明
参照图6a，显示了动力系510,其包括连接至改进型电气可变式 变速器(其总体由数字514表示)的另一实施例的发动机12。变速器514 设计成用于接收其来自发动机12的驱动动力的至少一部分。
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。瞬态扭矩阻尼器(未显示)还可实施在发动机12与变速器514的输 入部件17之间。
无论发动机12采用何种手段连接至变速器输入部件17，变速器 输入部件17都可操作地连接至变速器514的行星齿轮组。变速器514 的输出部件19连接至主减速器16。
变速器514利用三个行星齿轮组520、 530和540。行星齿轮组 520使用外接于内太阳齿轮部件522的外环形齿轮部件524。托架部 件526以可旋转的方式支撑多个行星齿轮527,以便每个行星齿轮527 以啮合的方式接合第一行星齿轮组520的外环形齿轮部件524和内太 阳齿轮部件522。
行星齿轮组530也具有外接于内太阳齿轮部件532的外环形齿轮 部件534。多个行星齿轮537也以可旋转的方式安装在托架部件536 中，以便每个行星齿轮部件537同时以啮合的方式接合行星齿轮组530 的外环形齿轮部件534和内太阳齿轮部件532。
行星齿轮组540也具有外接于内太阳齿轮部件542的外环形齿轮部件544。多个行星齿轮547也以可旋转的方式安装在托架部件546 中，以便每个行星齿轮部件547同时以啮合的方式接合行星齿轮组540 的内太阳齿轮部件542和外环形齿轮部件544。
变速器输入部件17与环形齿轮部件524持续地连接。变速器输 出部件19与托架部件546持续地连接。第一互连部件570使托架部 件526与托架部件536持续地连接。第二互连部件572使太阳齿轮部 件522与环形齿轮部件534持续地连接。
变速器514还分别包括第一电动机/发电机580和第二电动机/发 电机582。第一电动机/发电机580的定子固定至变速器外壳560。第 一电动机/发电机580的转子固定至环形齿轮部件534。第二电动机/ 发电机582的定子也固定至变速器外壳560。第二电动机/发电机582 的转子固定至太阳齿轮部件532。
第一扭矩传递装置(例如，离合器550)使托架部件536与太阳齿 轮部件542选择性地连接。第二扭矩传递装置(例如，离合器552)使环 形齿轮部件534与环形齿轮部件544选择性地连接。第三扭矩传递装 置(例如，离合器554)使太阳齿轮部件532与太阳齿轮部件542选择性 地连接。第四扭矩传递装置(例如，制动器555)使环形齿轮部件544 与变速器外壳560选择性地连接。扭矩传递装置556可以是空程(单向) 离合器。第五扭矩传递装置(例如，制动器556)使托架部件526与变速 器外壳560选择性地连接。第六扭矩传递装置(例如，制动器557)与电 动机/发电机582平行连接以选择性地制动其旋转。第一扭矩传递装置 550、第二扭矩传递装置552、第三扭矩传递装置554、第四扭矩传递 装置555、第五扭矩传递装置556、第六扭矩传递装置557用于帮助 选择变速器514的操作模式。
混合型变速器514从发动机12接收动力，并且还与可操作地连 接至控制器588的电力源586交换动力。
图6b的操作模式表示出了变速器514的六种操作模式的离合器 接合、电动机/发电机状态以及输出/输入比。这些模式包括如前所述的"电池倒档模式"(电池倒档)、"EVT倒档模式"(EVT倒档)、 "倒档和前进档起动模式"(扭矩变换器倒档和扭矩变换器前进档)、 可连续变化的变速范围模式("范围1.1、 1.2、 1.3...)"、"固定比率 模式(F1、 F2、 F3、 F4、 F5、 F6、 F7和F8)"以及额外的机械倒档比 率(R2)。
如上所述，扭矩传递装置的接合状态表显示于图6b的操作模式 表和固定比率模式表中。图6b还提供可利用图6b中以举例方式给出 的环形齿轮/太阳齿轮齿数比获得的扭矩比的实例。NR1/NS1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，而 NR3/Ns3值是行星齿轮组540的齿数比。此外，图4b的图表描述了利 用所给的齿数比示例所获得的比阶。例如，第一固定前进档扭矩比与 第二固定前进档扭矩比之间的阶比是1.61，且比率范围是5.82。
在权利要求书中，语言"被持续地连接"或"持续地连接"是指 直接连接或适当地齿轮连接，例如，相对于偏轴线的齿轮装置。此外， "固定部件，，或"地"可包括变速器外壳(壳体)或(多个)任何其它非旋 转构件。此外，当提到扭矩传递机构将某物连接至齿轮组的部件时， 其还可连接至使其与该部件连接的互连部件。应进一步理解，来自本 发明不同实施例的不同特征可组合在权利要求书的范围内。
尽管公开了本发明的多个优选实施例，但应理解的是，本技术领 域技术人员易于对本发明原理作出很多改变。因此，本发明范围并非 限定于所显示和描述的细节，而是意图包含在权利要求书范围内的所 有变化和^修改。
权利要求
1. 一种电气可变式变速器，其包括从发动机接收动力的输入部件；输出部件；第一电动机/发电机和第二电动机/发电机；第一差动齿轮组、第二差动齿轮组和第三差动齿轮组，其各具有第一部件、第二部件和第三部件；所述输入部件与所述齿轮组的至少一个部件持续地或选择性地连接，所述输出部件与所述齿轮组的另一部件持续地连接；第一互连部件，其使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持续地连接；第二互连部件，其使所述第二齿轮组的所述第二部件与所述第一齿轮组或第三齿轮组的所述第二部件持续地连接；所述第一电动机/发电机与所述第一齿轮组或第二齿轮组的部件持续地连接；所述第二电动机/发电机与所述第二齿轮组或第三齿轮组的部件持续地连接；第一扭矩传递装置，其使所述第一齿轮组或第二齿轮组的部件与所述输入部件或所述第三齿轮组的部件选择性地连接；第二扭矩传递装置，其使所述第三齿轮组的部件与所述第一齿轮组、第二齿轮组或第三齿轮组的另一部件选择性地连接；第三扭矩传递装置，其使所述第二齿轮组或第三齿轮组的部件与固定部件选择性地连接；第四扭矩传递装置，其使所述第一齿轮组或第二齿轮组的部件与所述固定部件选择性地连接；第五扭矩传递装置，其与所述第一电动机/发电机和第二电动机/发电机中的一个电动机/发电机平行连接，以选择性地防止所述一个电动机/发电机旋转；并且其中，所述第一扭矩传递装置、第二扭矩传递装置、第三扭矩传递装置、第四扭矩传递装置和第五扭矩传递装置可接合，以提供具有可连续变化的速度比范围、至少四个固定前进速度比和至少一个机械倒档速度比的电气可变式变速器。
2. 如权利要求1所述的电气可变式变速器，其特征在于，所述第 一差动齿轮组、第二差动齿轮组和第三差动齿轮组是行星齿轮组。
3. 如权利要求2所述的电气可变式变速器，其特征在于，所述行 星齿轮组中的每一个的托架部件是单小齿轮托架部件。
4. 如权利要求2所述的电气可变式变速器，其特征在于，所述行 星齿轮组的至少一个托架部件是双小齿轮托架部件。
5. 如权利要求1所述的电气可变式变速器，其特征在于，所述扭 矩传递装置以及所述第一电动机/发电机和第二电动机/发电机可操: 作，以在所述电气可变式变速器中提供六种操作模式，其包括电池倒 档模式、EVT倒档模式、倒档和前进档起动模式、可连续变化的变速 范围模式、固定比率模式以及机械倒档比率模式。
6. 如权利要求1所述的电气可变式变速器，其特征在于，所述电 气可变式变速器还包括第三互连部件，其使所述第三齿轮组的所述第 一部件与所述第一齿轮组的所述第二部件或所述第二齿轮组的所述第三部件持续地连接。
7. 如权利要求6所述的电气可变式变速器，其特征在于，所述电 气可变式变速器还包括第六扭矩传递装置，其使所述第一齿轮组的部 件与所述输入部件或所述第三齿轮组的部件选择性地连接。
8. 如权利要求1所述的电气可变式变速器，其特征在于，所述电 气可变式变速器还包括第四差动齿轮组，其具有第一部件、第二部件和第三部件； 第三互连部件，其使所述第三齿轮组的所述第一部件与所述第一 齿轮组的所述第二部件或所述第二齿轮组的所述第三部件持续地连接；第四互连部件，其使所述第四齿轮组的所述第一部件与所述第三 齿轮组的所述第二部件持续地连接；以及第五互连部件，其使所述第四齿轮组的所述第二部件与所述固定 部件持续地连接。
9. 一种电气可变式变速器，其包括 从发动机接收动力的输入部件； 输出部件；第一电动机/发电机和第二电动机/发电机；第一差动齿轮组、第二差动齿轮组和第三差动齿轮组，其各具有 第一部件、第二部件和第三部件；所述输入部件与所述齿轮组的至少一个部件持续地或选择性地 连接，所述输出部件与所述齿轮组的另 一部件持续地连接；第 一互连部件，其使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持续地连接；第二互连部件，其使所述第二齿轮组的所述第二部件与所述第一 齿轮组或第三齿轮组的所述第二部件持续地连接；所述第一电动机/发电机与所述第一齿轮组或第二齿轮组的部件 持续地连接；所述第二电动机/发电机与所述第二齿轮组或第三齿轮组的部件 持续地连接；第一扭矩传递装置、第二扭矩传递装置、第三扭矩传递装置、第 四扭矩传递装置和第五扭矩传递装置，其用于使所述第一齿轮组、第 二齿轮组或第三齿轮组的所述部件与固定部件或所述行星齿轮组的 其他部件选^^性地连接，所述第一扭矩传递装置、第二扭矩传递装置、 第三扭矩传递装置、第四扭矩传递装置和第五扭矩传递装置可接合， 以提供在所述输入部件与所述输出部件之间具有可连续变化的速度 比范围、至少四个固定前进速度比和至少 一个倒档速度比的电气可变式变速器。
10. 如权利要求9所述的电气可变式变速器，其特征在于，所述 第 一差动齿轮组、第二差动齿轮组和第三差动齿轮组是行星齿轮组， 并且所述第一扭矩传递装置使所述第一行星齿轮组或第二行星齿轮 组的部件与所述第三齿轮组的部件或所述输入部件选择性地连接。
11. 如权利要求IO所述的电气可变式变速器，其特征在于，所述 第二扭矩传递装置使所述第三行星齿轮组的部件与所述第一齿轮组、第二齿轮组或第三齿轮组的部件选择性地连接。
12. 如权利要求11所述的电气可变式变速器，其特征在于，所述第三扭矩传递装置使所述第二齿轮组或第三齿轮组的部件选择性地 连接至所述固定部件。
13.如权利要求12所述的电气可变式变速器，其特征在于，所述 第四扭矩传递装置使所述第一齿轮组或第二齿轮组的部件与所述固 定部件或第四齿轮组的部件选择性地连接。
14. 如权利要求13所述的电气可变式变速器，其特征在于，所述 第五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 的一个电动机/发电机平行连接，以选择性地防止所述一个电动机/发 电机旋转。
15. 如权利要求14所述的电气可变式变速器，其特征在于，所述电气可变式变速器还包括第三互连部件，其使所述第三齿轮组的所述 第一部件与所述第一齿轮组的所述第二部件或所述第二齿轮组的所述第三部件持续地连接。
16. 如权利要求15所述的电气可变式变速器，其特征在于，所述 电气可变式变速器还包括第六扭矩传递装置，其使所述第一齿轮组的 部件与所述输入部件或所述第三齿轮组的部件选^f奪性连接。
17. 如权利要求9所述的电气可变式变速器，其特征在于，所述 电气可变式变速器还包括第四齿轮组,其具有第一部件、第二部件和第三部件；第三互连部件，其使所述第三齿轮组的所述第一部件与所述第一 齿轮组的所述第二部件或所述第二齿轮组的所述第三部件持续地连接；第四互连部件，其使所述第四齿轮组的所述第一部件与所述第三 齿轮组的所述第二部件持续地连接；以及第五互连部件，其使所述第四齿轮组的所述第二部件持续地连接 至所述固定部件。
全文摘要
本发明的电气可变式变速器系列提供低容积、低成本的电气可变式变速器机构，其包括第一差动齿轮组、第二差动齿轮组和第三差动齿轮组、电池、可互换地用作电动机或发电机的两个电机、以及五个或六个可选的扭矩传递装置。这些可选的扭矩传递装置进行接合，以提供带有可连续变化的速度范围(其包括倒档)、四个或更多个机械固定前进速度比以及至少一个机械倒档速度比的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，以在电气可变式变速器中提供六种操作模式，其包括电池倒档模式、EVT倒档模式、倒档和前进档起动模式、可连续变化的变速范围模式、固定前进档模式以及机械倒档模式。
文档编号F16H3/72GK101523081SQ200780010140
公开日2009年9月2日 申请日期2007年3月7日 优先权日2006年3月24日
发明者A·G·霍尔姆斯, J·A·迪默, J·D·亨德里克森, J·E·莱尔曼, J·M·马圭尔, M·拉哈文, N·K·布克诺尔, T·辛格 申请人:通用汽车环球科技运作公司