專利名稱：具有兩種固定速比的單模式輸入分配式機電變速器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種機電變速器，該變速器可在動力分配式可變速比和兩種固定速比之間進行選擇性運行。該變速器有兩個電動機/發電機和兩個扭矩傳遞機構，并且提供了一種單模式和輸入分配。
背景技術：
目前大多數車輛用內燃機、尤其是往復活塞式內燃機進行驅動。這種發動機效率高、結構緊湊、重量輕、并且用于將燃料形式的高度集中能量轉換成有用的機械能的機構比較便宜。一種能與內燃機一起使用的且能降低燃料消耗和減少廢氣排放的新型變速器對于公眾來說是非常有益的。
對車輛尤其是內燃機車輛的多種多樣的需求使得這些發動機在正常工作狀態以外增加了燃料消耗和廢氣排放。一般，車輛通過這樣一種由小電動機或者小蓄電池在冷狀態啟動的發動機驅動，然后迅速承受推進和附加設備的載荷。這樣的發動機也在較寬的速度范圍和較寬的負荷范圍內工作，一般其平均負荷大約為最大動力輸出的1/5。
車輛變速器將發動機的機械能傳遞給傳動系統的其余部分，如固定的最終傳動齒輪裝置、車軸和車輪。機械變速器一般允許發動機工作時一定程度上的自由度，通常通過交替地選擇五或六種不同的傳動比、一個空檔選擇，該空檔選擇運行發動機在車輛靜止下運行附件，并且離合器或者變矩器使車輛在傳動比之間平順過渡，并用發動機使車輛從停止狀態進行啟動。變速器齒輪選擇一般允許動力從發動機傳遞到傳動系統其它部分，同時實現增大扭矩比、減小速比，或者作為超速行駛減小扭矩比、增大速比，或者顛倒比率。
電力發電機可以將發動機的機械能轉換成電能，電動機又能將電能以不同的扭矩和速度轉換成機械能用于車輛傳動系統的其余部分。這種設計使發動機和傳動系統其余部分之間的扭矩和速比在電機允許范圍內連續變化。用作一種動力源的蓄電池還可以添加到這種裝置中，形成串聯混合電力傳動系統。
串聯混合系統使發動機允許發動機在一定程度上獨立于用于推動車輛的扭矩、速度和動力運行，因而可以控制發動機以改善其排放和效率。這種系統允許連接到發動機的電機作為馬達來起動發動機。這種系統還允許連接到傳動系的其余部分的電機作為發電機通過再生制動來恢復電池的能量，以防止車輛減速。串聯電力傳動系統的難點在于要有足夠的電機把發動機的所有動力從機械能轉換成發電機的電能，再把電能轉換成驅動電動機的機械能，這就必須考慮這些電機的成本和重量問題，另外還要防止在這些轉換中有用能量的損失。
動力分配變速器可以采用一般理解為“差動齒輪裝置”的裝置來實現輸入和輸出之間扭矩比和速比的連續變化。電力可變變速器可以使用差動齒輪裝置把部分動力傳遞通過一對電動機/發電機來進行轉換。其余動力則通過純機械方式沿另一條平行線路流動。
本領域技術人員熟知的一種差動齒輪裝置的形式是行星齒輪組。行星齒輪在差動齒輪的發明中常常是優選的實施方式，其具有結構緊湊、行星齒輪組各部件之間可以實現不同扭矩比、速比的優點。其它形式的差動齒輪裝置包括一種裝置中的傘齒輪或者其它齒輪，在該裝置中，齒輪組的至少一個部件的轉速總是另外兩個部件轉速的加權平均。
混合電動車輛傳動系統還包括一個或多個電能儲存設備。典型的是化學蓄電池，但也包括電容或者機械裝置，如電動飛輪。電能儲存設備允許從傳動系統到車輛的機械輸出動力不同于從發動機到傳動系統的機械輸入動力。而電池或其它設備則用于發動機起動傳動系和車輛再生制動。
車輛的電動可變變速器可以簡單地把機械能從發動機輸入端傳遞到最終傳動輸出裝置。為此，由一個電動機/發電機產生的電能就平衡電能損失和另一個電動機/發電機消耗的電能。使用上述蓄電池能使一個電動機/發電機產生的電能大于或小于另一個電動機/發電機消耗的電能。電池的電能有時使兩個電動機/發電機起到電動機作用，尤其輔助發動機使車輛加速。兩個電機有時又能作為發電機工作，以給蓄電池充電，尤其是在車輛再生制動時。
串聯混合變速器的一種成功的替代品是單模式輸入分配式電動可變變速器，該變速器已在1996年9月24出版的Michael Roland Schmidt的美國專利5,558,595中公開，該專利與本申請共同轉讓，因而作為參考文獻全文引用。該變速器使用一個輸入部件從車輛動力源如內燃機接收動力，并通過動力輸出裝置如輸出部件來傳遞動力以驅動車輛。第一電動機/發電機和第二電動機/發電機與儲能設備例如電池相連，這樣，儲能設備就能從第一和第二電動機/發電機獲取動力，以及向第一和第二電動機/發電機提供能量。控制單元調節儲能設備與電動機/發電機、也就是第一和第二電動機/發電機之間的能量流。在一種典型的單模式輸入分配式混合變速器中，可能沒有提供固定速比，電能必須通過兩個電動機/發電機循環，電動機/發電機或者作為電動機或者作為發電機工作，以保證在輸出部件處提供動力以驅動車輛。
發明內容
對一種單模式輸入分配式變速器的改變使得在合理的成本下獲得最大燃料經濟性。特別是變速器采用了一種變矩機構，其可稱作鎖止離合器，其例如當車輛在坡度較低路面行駛時，通過迫使發動機低速轉動而保持車輛高速行駛實現在巡行期間固定的速比。這里鎖止巡行離合器在此稱作C2離合器或者第一變矩機構。優選還設置一個第二變矩機構或者鎖止離合器，當該離合器嚙合時，可以在變速器的輸入部件和輸出部件之間產生一第二固定速比。這里第二鎖止離合器稱作C1離合器，C1離合器在加速和需要發動機提供全部動力時進行適當嚙合。這里的“固定速比”是指輸入給變速器的機械能是通過機械方式傳遞到輸出部件，而到電動機/發電機沒有能量流。選擇性實現固定速比在接近發動機全動力工作的電動可變變速器對于給定容量可以更小和更輕。在發動機無需使用電動機/發電機就能接近其最佳速度的條件下運行時，固定速比運行的燃料消耗也較低。通過選擇變速器中差動齒輪組或者齒輪部件合適的齒數比可以實現各種固定速比和可變速比范圍。
當C1或C1離合器之一嚙合時，變速器產生一個固定速比，電能不需要通過第一或第二電動機/發電機循環使輸出部件轉動。但需要時也可將電能用于電動機/發電機中補充發動機動力，這在下面將作更詳細地描述。
特別地，所提出的機電變速器具有一個從動力源如內燃機接收動力的輸入部件，還有一輸出部件。提供第一和第二電動機/發電機以及一個第一差動齒輪組，該第一差動齒輪組有第一、第二、第三部件。第一差動齒輪組優選是行星齒輪組，但也可采用其它齒輪裝置，如傘齒輪或偏軸差動齒輪。每個行星齒輪組的第一、第二或第三部件可以是恒星齒輪部件，環形齒輪部件或者其上有多個小齒輪轉動的行星齒輪架其中一個。小齒輪同時與恒星齒輪部件和環形齒輪部件嚙合。輸入部件始終可操作地連接到第一差動齒輪組的第一部件上。第一電動機/發電機始終可操作地與第一差動齒輪組的第二部件相連，以構成輸入分配動力流。第一差動齒輪組的第三部件始終可操作地與第二電動機/發電機和輸出部件相連，從而該變速器的特征在于以單一模式運行。這里使用的“單一模式”或者“一種模式”是指只用一種特別的連接方案實現在速比的連續變化范圍內運行。第一變矩機構(也就是C2)可操作地連接到第一差動齒輪組的第二部件上，C2離合器可選擇地嚙合以連接第一差動齒輪組的第二部件和靜止部件，因而在輸入部件和輸出部件之間構成第一固定速比。
第二變矩機構(也就是C1離合器)可選擇地嚙合，從而使第一行星齒輪組的任意兩個部件連接起來。優選C1離合器將第一行星齒輪組的第二部件與第一行星齒輪組的第三部件連接在一起。C1離合器的嚙合將第一行星齒輪組的所有部件鎖定在輸入部件的轉速，以在輸入部件和輸出部件之間建立第二固定速比。C1和C2離合器并非同時嚙合。
在本發明的一個方面中，第一差動齒輪組是行星齒輪組，并且第一差動齒輪組的第一部件是行星齒輪架，第一差動齒輪組的第二部件是環形齒輪部件，并且第一差動齒輪組的第三部件是恒星齒輪部件。
在本發明的另一個方面中，中間軸可操作地連接到輸出部件。第一差動齒輪組的第三部件和第二電動機/發電機連接到該中間軸，用于與該中間軸共同轉動。
在本發明的另一個方面中，一組相互嚙合的齒輪包括一第一嚙合齒輪，其與第一電動機/發電機始終相互連接以用于共同轉動，還包括一第二嚙合齒輪通過第一嚙合齒輪始終可操作地連接到第一差動齒輪組的第二部件，并與第一嚙合齒輪始終嚙合。
在本發明的另一個方面中，輸入部件和第二電動機/發電機排列成繞第一轉動軸線轉動。偏離第一轉動軸線的第一副軸設有繞第一副軸轉動的第一電動機/發電機。作為替代方案，輸入部件和輸出部件也可以排列成構成一共同轉動軸線，并且第一電動機/發電機和第二電動機/發電機繞該共同轉動軸線同心布置。在后一種情況中，上述第一嚙合齒輪組可以是第二差動齒輪組如行星齒輪組，該行星齒輪有一個圍繞恒星齒輪部件的環形齒輪部件，以及多個可轉動地支承在行星齒輪架上的小齒輪，并且可同時與環形齒輪部件和恒星齒輪部件嚙合。第一嚙合齒輪為環形齒輪部件，第二嚙合齒輪為小齒輪部件中的一個。行星齒輪架始終連接到第一行星齒輪組的第二部件，并且恒星齒輪始終與靜止部件連接。
在本發明的另一方面中，可以設置另一嚙合齒輪組，其具有一個通過另一嚙合部件與第二電動機/發電機以及第一差動齒輪組的第三部件可操作地連接的嚙合齒輪。該嚙合齒輪與另一嚙合齒輪相互嚙合，由此把扭矩傳遞給輸出部件。上述實施方式中，輸入部件和輸出部件共軸排列，第一和第二電動機/發電機繞輸入輸出部件形成的轉動軸線同心分布。后一組嚙合齒輪組可以是差動齒輪組如行星齒輪組。在這種情況下，第一嚙合齒輪為恒星齒輪部件，并且第二嚙合齒輪為小齒輪部件中的一個，而行星齒輪架始終與輸出部件相連。環形齒輪部件始終與靜止部件連接。
本發明的上述特征和優點以及其它特征和優點由對用于實施本發明的最佳方式的詳細描述并同時參考附圖將變得顯而易見。
圖1是用于實施本發明方案的一種單模式輸入分配式機電變速器的示意圖；圖2是用于實施本發明方案的單模式輸入分配式機電變速器的另一實施例的示意圖；圖3是C1鎖止離合器接合時，每個電動機/發電機、發動機和輸出部件相對于車速(單位為英里每小時(mph))的轉速(單位為每分鐘轉數(rpm))的示意圖表；圖4是C1鎖止離合器瞬時拉動條件下并且接合時，每個電動機/發電機、發動機、電池和輸出部件相對于車速(單位為英里每小時(mph))的動力(單位為馬力(hp))的示意圖表；圖5是C2鎖止離合器接合時，每個電動機/發電機、發動機和輸出部件相對于車速(單位為英里每小時(mph))的轉速(單位為每分鐘轉數(rpm))的示意圖表；
圖6是連續巡行條件下并且C2鎖止離合器接合時每個電動機/發電機、發動機和輸出部件相對于車速(單位為英里每小時(mph))的動力(單位為馬力(hp))的示意圖表。
具體實施例方式
圖1所示為用于實施本發明的方案的一種單模式輸入分配式機電變速器代表性實施方式，并且總體用附圖標記10表示。混合變速器10有一輸入部件17，其實際上可以是由發動機12直接驅動的軸。發動機12可以是化石燃料發動機，如內燃機或柴油機，其適用于以恒定的轉數(轉每分(rpm))提供可用的動力輸出。泵18可以由輸入部件17驅動，用于為整個變速器10提供潤滑油和冷卻液。從輸入部件17經過整個變速器10的動力流如下所述在輸出部件19處用于給最終傳動裝置16提供動力。
變速器10包括一第一行星齒輪組20，該第一行星齒輪組包括一恒星齒輪部件22、一圍繞行星齒輪部件22的環形齒輪部件24以及一行星齒輪架總成部件26，行該行星齒輪架總成部件包括可轉動地安裝在行星齒輪架部件29上并且與環形齒輪部件24和恒星齒輪部件22嚙合的多個小齒輪27(這里也稱作小齒輪部件)。輸入部件17始終與行星齒輪架部件29連接以向其提供動力。
變速器10另外還包括一第二行星齒輪組30，該第二行星齒輪組包括一恒星齒輪部件32、一圍繞該恒星齒輪部件32的環形齒輪部件34以及行星齒輪架總成部件36，該行星齒輪架總成部件包括多個小齒輪37，小齒輪37可轉動地支承在行星齒輪架部件39上，并且同時與環形齒輪部件34和恒星齒輪部件32嚙合。行星齒輪架部件39始終通過相互連接的部件70與環形齒輪部件24相連，該相互連接的部件70是可轉動的套軸70。
另外，變速器10還包括一第三行星齒輪組40，該第三行星齒輪組40包括一個恒星齒輪部件42、一圍繞該恒星齒輪部件42的環形齒輪部件44和一個行星齒輪架總成部件46，該行星齒輪架總成部件46包括多個可轉動地安裝在行星齒輪架部件49上、且與環形齒輪部件44和恒星齒輪部件42連接的小齒輪47。恒星齒輪22始終通過相互連接的部件72與恒星齒輪42相連，該相互連接的部件72是中間軸。恒星齒輪部件42和小齒輪部件47也可以是與行星齒輪架部件嚙合的嚙合齒輪，行星齒輪架部件支撐小齒輪部件始終與輸出部件19相連。環形齒輪部件44和恒星齒輪部件32始終與靜止部件連接，該靜止部件即變速器殼體60。
對輸入部件17和輸出部件19進行排列以形成一通過其中的轉動軸線，在圖1中輸入部件17和輸出部件19沿著示意所示的連線延伸。第一和第二電動機/發電機80、82(這里分別指單元A和單元B)繞輸入部件17和輸出部件19形成的共同轉動軸線布置，其中輸入部件和輸出部件繞著該轉動軸線旋轉。本領域技術人員熟知，每個電動機/發電機80、82包括一個固定在靜止部件如變速器外殼60上的定子以及一個可轉動的轉子。第一電動機/發電機80的轉子固定在環形齒輪部件34上以與其共同轉動。第二電動機/發電機82的轉子固定在中間軸72上以便與其一起轉動。
從前面的描述可以看出，變速器10可選擇地接收發動機12的動力。變速器10還接收蓄電設備86如電池組的動力。其它能儲存和釋放電能的蓄電設備也可以取代電池組，這并不違背本發明的精神。電池組可以包括一個或多個電池。蓄電設備86的馬力輸出對本發明并非關鍵因素，但為了更好地理解混合變速器10，假定所述變速器10的蓄電設備86的輸出動力約為54(hp)。蓄電設備86的尺寸取決于再生需求，當地情況如坡度和溫度，還有其它要求如排放、動力輔助和電力范圍。
蓄電設備86通過導線88A和88B與電子控制單元(ECU)84通信。ECU84通過導線88C和88D與第一電動機/發電機通信，類似地通過導線88E和88F與第二電動機/發電機82通信。此外ECU84還與其它車輛電氣部件87通信，例如電動助力轉向系統和電動助力制動系統等。ECU84通過導線88G和88H與這些車輛電氣部件通信。優選是，其它電氣部件87的最大電動力需求不大于2(hp)。
ECU84響應各種輸入信號，如車速，操作指令，蓄電設備86的充電程度，發動機12提供的動力，這樣就能調節電動機/發電機80和82與蓄電設備86之間的動力流。ECU84可以控制每個電動機/發電機80和82作為電動機或者發電機工作。ECU84也調節流入和流出蓄電設備86的動力流。
輸入部件17始終連接到第一行星齒輪組20的行星齒輪架部件29，從而發動機通過使行星齒輪架部件29沿與輸入部件17相同的方向轉動來向其提供動力。如上所述，環形齒輪部件24通過連接部件70始終與行星齒輪架部件39連接。環形齒輪部件34始終與第一電動機/發電機80連接。這樣，當第一電動機/發電機80作為電動機工作時，它驅動環形齒輪部件34。作為替代方案，當電動機/發電機80由ECU84控制作為發電機工作時，環形齒輪部件34的轉動就給第一電動機/發電機80提供動力。環形齒輪部件24的動力和速度因此取決于第一電動機/發電機80的工作狀態是電動機還是發電機。每種情況下，發動機12和第一電動機/發電機80提供的動力或者提供給第一電動機/發電機80的動力通過第一行星齒輪組20進行分配，從而調節提供給中間軸72的速度和動力。特別是，第二電動機/發電機82始終與中間軸72相連，并受ECU84控制作為電動機工作，由此提供動力并驅動中間軸72；或者作為發電機工作，由此由中間軸72的轉動驅動。動力最終經過行星齒輪組40流入輸出部件19。
當第一變矩機構50(C2鎖止離合器)嚙合時，行星齒輪架部件39固定到變速器殼體60。這樣，隨著與恒星齒輪部件32和行星齒輪架部件39都保持靜止，整個行星齒輪組30都處于靜止狀態，并且第一電動機/發電機80不影響通過變速器10的動力流。環形齒輪部件24也通過使用C2鎖止離合器50固定到靜止部件60。因此環形齒輪部件24作為響應部件允許動力流從輸入部件17通過行星齒輪架部件29經由行星齒輪組20傳遞到中間軸72。中間軸72的轉動給恒星齒輪部件42提供動力，該恒星齒輪部件42接著又驅動行星齒輪架部件49和輸出部件19，從而給最終傳動裝置16提供動力。特別是，如果沒有向第二電動機/發電機82提供動力(即ECU84不提供電流)，輸出部件19與輸入部件17的速比將是固定的，并且是純機械傳動，其速比大小僅取決于行星齒輪組20和40的環形齒輪/恒星齒輪齒數比。作為替代方案，ECU84也可以通過操作C2鎖止離合器控制第二電動機/發電機82作為發電機工作給蓄電設備86充電，或者作為電動機工作給中間軸72增加動力。
現在參考圖2，其中示出了一種處于本發明范圍內的機電變速器110的一種作為替代方案的實施例。從發動機12經過輸入部件17到輸出部件19以及最終驅動裝置16的動力流如上所述。變速器110包括一第一行星齒輪組120，它有一恒星齒輪部件122，一圍繞該恒星齒輪部件122的環形齒輪部件124，以及一包括行星齒輪架部件129的行星齒輪架總成部件126，該行星齒輪架部件可轉動地支撐著多個小齒輪部件127，小齒輪部件127同時與環形齒輪部件124和恒星齒輪部件122嚙合。行星齒輪架部件129始終與輸入部件17相連。一第一嚙合齒輪組包括一與第二嚙合齒輪137相互嚙合第一嚙合齒輪134。第二嚙合齒輪137通過嚙合部件170始終與環形齒輪部件124連接。第一電動機/發電機180通過第一副軸173始終與第一嚙合齒輪134連接以與其共同旋轉。一第二嚙合齒輪組包括嚙合齒輪142，其始終與嚙合部件172連接以與其共同旋轉。齒輪142與另一齒輪147嚙合。第二電動機/發電機182始終與中間軸172和齒輪142連接以共同轉動。
值得注意的是，輸入部件17和中間軸172共軸排列，以形成第一轉動軸線，第二電動機/發電機182繞著該轉動軸線旋轉。第一電動機/發電機180偏離公共轉動軸線，并且繞第一副軸173轉動，齒輪134始終與該副軸173連接，以用于共同轉動。此外，齒輪147與第二副軸174連接以用于共同轉動，該第二副軸174也連接齒輪部件143用于與其共同轉動。齒輪部件143與輸出部件19相互嚙合以向該輸出部件19提供動力。
電子控制單元(ECU)184同時分別連接第一和第二電動機/發電機180、182以及蓄電設備186(這里也稱作電池組)，該蓄電設備186可包括一個或多個電池。ECU184響應各種輸入信號，如上關于ECU84用于調節電動機/發電機80、82和蓄電設備186之間的動力流所述。ECU184還控制其它車輛電氣部件187，以使蓄電設備186向其提供動力。ECU通過導線188A和188B與蓄電設備186通信。ECU184通過導線188C和188D與第一電動機/發電機180通信。ECU184通過導線188E和188F與第二電動機/發電機182通信。ECU還通過導線188G和188H和其它電氣部件187通信。
驅動動力從發動機12傳遞給輸入部件17，該輸入部件17又向行星齒輪架部件129提供動力。然后動力經第一行星齒輪組120通過中間軸172傳遞，并在通過齒輪部件143提供給輸出部件19之前通過嚙合齒輪142和147傳遞給副軸174。差動部件111布置在輸出部件19和最終傳動裝置16之間，該最終傳動裝置適于位于前輪驅動裝置中。
第一電動機/發電機180選擇性地由ECU184控制起電動機的作用驅動齒輪部件134，從而通過經由嚙合齒輪134和137向環形齒輪部件124提供動力向行星齒輪組120補充發動機12提供的動力。作為替代方案，第一電動機/發電機180也可以由ECU184控制作為發電機工作，在這種情況下其由齒輪部件134驅動，同樣，第二電動機/發電機182選擇性地由ECU184控制起電動機的作用，其連同由發動機12通過行星齒輪組120提供的動力驅動齒輪部件142。作為替代方案，第二電動機/發電機182也可以由ECU184控制作為發電機工作，在這種情況下其由齒輪部件142驅動。
應用C2鎖止離合器150將副軸173、齒輪部件134和第一電動機/發電機180固定到變速器殼體160上。齒輪部件137和環形齒輪部件124也通過C2鎖止離合器150固定。這樣，環形齒輪部件124就成為動力由發動機12通過行星齒輪組120的響應部件提供時的響應部件。當使用C2鎖止離合器150時，在輸出部件19處就實現了一個固定的前進速比。在使用C2鎖止離合器時，也可以控制第二電動機/發電機182作為電動機工作來補充發動機動力，或者作為發電機工作。
當C1鎖止離合器嚙合而不是C2鎖止離合器嚙合時，環形齒輪部件124與恒星齒輪部件122連接用于共同轉動時，此時使得整個第一行星齒輪組120、齒輪部件142以及齒輪部件137以輸入部件17的速度轉動。這樣嚙合齒輪部件142和147和143到輸出部件19就實現了一個第二固定前進速比。使用C1鎖止離合器152時，第一和第二電動機/發電機180、182或者其中一個、或者兩者都可以受控制作為電動機或者發電機工作。因此當分別使用C1或C2鎖止離合器152、150中的任何一個時，電動機/發電機180、182都可以作為電動機或者發電機工作，但它們與發動機傳12完全無關地向輸出部件19提供動力流，因此可以使電動機/發電機180、182兩者都作為電動機工作、兩者都作為發電機工作、或者以其任意組合方式工作。
現在參考圖3，曲線90描述發動機轉速(單位為轉每分鐘(rpm))相對于車速(單位為英里每小時(mph))的示意圖。圖3-6描述了圖1和圖2兩種實施例的特征。圖1的實施例的部件的附圖標記也在討論圖3-6時使用，圖2的實施例的相同部件附圖標記同樣使用。曲線91描述了第一電動機/發電機80(單元A)的速度相對于車速，曲線92描述了第二電動機/發電機82(單元B)的轉速相對于車速。最后，曲線93所示為輸出部件的速度(rpm)相對于車速(mph)。垂直標線94和95之間的車速范圍表示C1鎖止離合器52接合時的車速。因此從約9英里每小時(標線94)到63英里每小時(標線95)，C1鎖止離合器52接合。圖3的圖表中，ECU84在應用C1鎖止離合器52時控制第一電動機/發電機80作為電動機工作，這可以從曲線91表示的第一電動機/發電機80的速度增長與車速增長的關系中明顯看出。在使用C1鎖止離合器52前(也就是垂直標線94的左側)，第一電動機/發電機80受控制作為發電機工作。同樣，在C1鎖止離合器斷開后(也就是垂直標線95的右側)，(即車輛經過一段高度加速后，需要瞬時牽引時)，第一電動機/發電機80受控制作為發電機工作。
對于第二電動機/發電機82(單元B)的速度相對于車速的關系，其從曲線92可以明顯看出，第二電動機/發電機82在所述整個車速范圍內都作為電動機工作。曲線93所示輸出部件19的速度在所述整個車速范圍都以恒定比率增加。
對于發動機的特性，曲線90示出了其速度，C1鎖止離合器52接合前，發動機速度首先下降。一旦C1鎖止離合器52接合后(也就是在曲線90和垂直標線94相交處)，發動機速度隨著車速增加而增大，直到C2鎖止離合器52在垂直標線95處又斷開，此時，發動機速度先是下降而后又開始緩慢增加。值得注意的是，在C1鎖止離合器52接合期間，發動機速度90等于第二電動機/發電機82的速度。例如，在圖1實施例中，當使用C1鎖止離合器52時，環形齒輪部件24始終與恒星齒輪部件22相連，這要求行星齒輪組20的所有部件轉速相同。由于行星齒輪架部件29始終與輸入部件17連接，行星齒輪組20以發動機速度(即輸入部件17的速度)轉動。相應地，如圖3所示，在C1鎖止離合器52接合期間，中間軸72和單元B82也以發動機速度轉動。
圖4表示為達到圖3所示的車速，由發動機12、第一和第二電動機/發電機80、82、儲能設備86(電池組)和輸出部件19中的每一個供給的動力。曲線95表示儲能設備86(電池組)提供的動力。曲線96表示發動機12提供的動力，曲線97表示第一電動機/發電機80提供的動力，曲線98表示第二電動機/發電機82提供的動力，并且曲線99表示在變速器輸出部件19處提供的動力。垂直標線100和101之間的車速范圍表示此時C1離合器52接合。從圖4明顯看出，在C1鎖止離合器52接合期間，發動機由于操作者輸入、比如在車輛牽引、超車等情況下踩下加速器踏板使車輛加速時提供的動力變大。曲線99表示輸出部件19處的供給的動力在C1鎖止離合器52接合期間急劇增大。在該速度范圍期間，第一電動機/發電機80作為電動機被提供的動力相對較小，如曲線97所示。如曲線98所示，在C1鎖止離合器52接合期間，第二電動機/發電機82并不通過ECU84由儲能設備86提供動力。從圖4明顯看出，在C1鎖止離合器52接合期間，發動機動力主要用于車輛加速所需的高輸出動力。
現在來看圖5，其表示發動機12、第一和第二電動機/發電機80、82和輸出部件19的運轉速度(單位為轉每分鐘(rpm))相對于車速(單位為英里每小時(mph))的關系。曲線102代表發動機12的速度，曲線103代表第一電動機/發電機80的速度，曲線104代表第二電動機/發電機82的速度，曲線105代表輸出部件19的速度。垂直標線106和107之間的車速范圍表示此時C2鎖止離合器50接合。該車速范圍大約從33(mph)到72(mph)。C2鎖止離合器50設計成當車輛巡行時接合，并且使車輛保持高速行駛而發動機12被強制以較低速度運轉。如圖5所示，在使用C2鎖止離合器50期間，發動機速度102和輸出部件速度105相同。這可能是由于曲線103表示的第一電動機/發電機80的速度在使用C2鎖止離合器50期間始終保持為零，而此時第二電動機/發電機82作為發電機工作。
現在來看圖6，其表示在使用C2離合器期間(垂直標線115和117之間的車速范圍)，發動機提供的用于使輸出部件動力(曲線113表示)穩定增加的動力(曲線108表示)稍微減少，并且單元A80不提供動力(曲線109)，而單元B82提供相對較小的動力(曲線111)，第二電動機/發電機82如根據圖5所述受控制作為發電機工作。
值得注意的是，在使用C1鎖止離合器52或者C2鎖止離合器50中任何一個期間，在輸出部件19和輸入部件17和輸出部件19之間獲得固定的速比。
以上詳細描述了本發明的最佳實施方式，但熟知本發明相關內容的本領域技術人員可以在從屬權利要求范圍內得出各種不同的設計方案和具體實施方式
來實施本發明。
權利要求
1.一種機電變速器，其包括一輸入部件，用于從動力源接收動力；一輸出部件；第一和第二電動機/發電機；一第一差動齒輪組，具有第一部件、第二部件和第三部件；所述輸入部件始終可操作地與所述第一差動齒輪組的所述第一部件連接；所述第一電動機/發電機始終可操作地與所述第一差動齒輪組的所述第二部件連接，以建立一輸入分配式動力流；所述第一差動齒輪組的所述第三部件始終可操作地與所述第二電動機/發電機和所述輸出部件連接，從而所述變速器的特征在于一種提供連續可變的速比范圍的單一模式；一第一扭矩傳遞機構始終可操縱地與所述第一差動齒輪組的所述第二部件連接，并可選擇性嚙合地將所述第一差動齒輪組的所述第二部件與靜止部件連接，這樣在所述輸入部件和所述輸出部件之間建立一第一固定速比。
2.如權利要求1所述的機電變速器，還包括一第二扭矩傳遞機構，其與所述第一差動齒輪組的所述部件中的任意兩個選擇性地嚙合，以將所述第一差動齒輪組的速度在所述輸入部件的速度時鎖定，這樣在所述輸入部件和所述輸出部件之間建立一第二固定速比。
3.如權利要求1所述的機電變速器，還包括一中間軸，其可操作地與所述輸出部件相連；所述第一差動齒輪組的所述第三部件和所述第二電動機/發電機與所述中間軸連接以用于共同轉動。
4.如權利要求1所述的機電變速器，其特征在于所述第一差動齒輪組為行星齒輪組，具有一圍繞恒星齒輪部件的環形齒輪部件和多個可轉動地支撐在行星齒輪架部件上的小齒輪部件，所述小齒輪部件同時與環形齒輪部件和恒星齒輪部件嚙合。
5.如權利要求4所述的機電變速器，其中所述第一差動齒輪組的所述第一部件為所述行星齒輪架部件，所述第一差動齒輪組的所述第二部件為所述環形齒輪部件，并且所述第一差動齒輪組的所述第三部件為所述恒星齒輪部件。
6.如權利要求1所述的機電變速器，還包括一相互嚙合的齒輪組，包括一第一和一第二嚙合齒輪，所述第一嚙合齒輪始終與所述第一電動機/發電機相互連接用于共同轉動，所述第二嚙合齒輪通過所述第一連接部件始終可操作地與所述第一行星齒輪組的第二部件連接，并始終與所述第一嚙合齒輪相互嚙合。
7.如權利要求6所述的機電變速器，其中所述相互嚙合的齒輪組是第二差動齒輪組，所述第二差動齒輪組為行星齒輪組，具有圍繞恒星齒輪部件的環形齒輪部件以及多個可旋轉地支撐在行星齒輪架部件上的小齒輪部件，所述小齒輪部件同時與所述環形齒輪部件和恒星齒輪部件嚙合；其中所述第一嚙合齒輪為環形齒輪部件，所述第二嚙合齒輪為所述小齒輪部件中的一個，所述行星齒輪架部件始終與所述第一行星齒輪組的所述第二部件相互連接；并且其中所述恒星齒輪部件始終與所述靜止部件連接。
8.如權利要求1所述的機電變速器，其中所述輸入部件和所述輸出部件排列構成一公共轉動軸線，并且其中所述第一和第二電動機/發電機兩者都圍繞所述公共轉動軸線同心布置。
9.如權利要求1所述的機電變速器，其中所述輸入部件和所述第二電動機/發電機排列成繞一第一轉動軸線轉動；所述機電變速器還包括一偏離所述第一轉動軸線的第一副軸；所述第一電動機/發電機繞所述第一副軸轉動。
10.如權利要求1所述的機電變速器，還包括一連接部件；一相互嚙合的齒輪組，其包括一第一嚙合齒輪和一第二嚙合齒輪，所述第一嚙合齒輪始終與所述第二電動機/發電機相互連接，并通過所述連接部件與第一差動齒輪組的所述第三部件相互連接，所述第一嚙合齒輪還與所述第二嚙合齒輪相互嚙合，從而將扭矩傳遞到所述輸出部件。
11.如權利要求10所述的機電變速器，其中所述嚙合齒輪組是第二差動齒輪組，所述第二差動齒輪組為行星齒輪組，包括一圍繞恒星齒輪部件的環形齒輪部件以及多個可旋轉地支撐在行星齒輪架部件上的小齒輪部件，所述小齒輪部件同時與所述環形齒輪部件和所述恒星齒輪部件嚙合；其中所述第一嚙合齒輪為所述恒星齒輪部件，其中所述第二嚙合齒輪是所述小齒輪部件中的一個，其中所述行星齒輪架部件始終與所述輸出部件連接，并且其中所述環形齒輪始終與所述靜止部件連接。
12.一種機電變速器，其包括一輸入部件，用于從動力源接收動力；一輸出部件；第一和第二電動機/發電機；一第一差動齒輪組，具有第一部件，第二部件和第三部件；所述輸入部件始終可操作地與所述第一差動齒輪組的所述第一部件連接；所述第一電動機/發電機始終可操作地與所述第一差動齒輪組的所述第二部件連接，以建立一輸入分配式動力流；所述第二電動機/發電機始終可操作地與所述第一差動齒輪組的所述第三部件和所述輸出部件連接，從而所述變速器的特征在于提供連續可變的速比范圍的單一模式；一第一扭矩傳遞機構始終可操縱地與所述第一差動齒輪組的所述第二部件連接，并可選擇性嚙合地將所述第一差動齒輪組的所述第二部件與一靜止部件連接，這樣將所述電動機/發電機在零速時鎖止，并在所述輸入部件和輸出部件之間建立一第一固定前進速比；一第二扭矩傳遞機構與所述第一差動齒輪組的所述部件中的兩個可操縱地連接，并可選擇性嚙合地將所述第一差動齒輪組處于所述輸入部件的速度時進行鎖止，在所述輸入部件和所述輸出部件之間建立一第二固定前進速比。
13.如權利要求12所述的機電變速器，還包括一第一嚙合齒輪組，包括一第一嚙合齒輪和一第二嚙合齒輪，所述第一嚙合齒輪始終與所述第一電動機/發電機相互連接以用于共同轉動，所述第二嚙合齒輪始終可操作地與所述第一行星齒輪組的所述第二部件連接以用于與其共同轉動，并始終與所述第一嚙合齒輪相互嚙合。
14.如權利要求12所述的機電變速器，還包括一中間軸，其可操作地與所述輸出部件相連；所述第一差動齒輪組的所述第三部件和所述第二電動機/發電機與所述中間軸連接以用于共同轉動。
15.如權利要求13所述的機電變速器，還包括一第二嚙合齒輪組，包括一第三和一第四嚙合齒輪，所述第三嚙合齒輪始終可操作地與所述第二電動機/發電機連接，并與所述第四嚙合齒輪相互嚙合，從而將扭矩傳遞給所述輸出部件。
16.如權利要求12所述的機電變速器，其中所述輸入部件和所述輸出部件排列構成一公共轉動軸線，并且其中所述第一和第二電動機/發電機兩者都繞所述公共轉動軸線同心布置。
17.如權利要求12所述的機電變速器，其中所述輸入部件和所述第二電動機/發電機排列成繞一第一轉動軸線轉動；所述機電變速器還包括一偏離所述第一轉動軸線的第一副軸；其中所述第一電動機/發電機繞所述第一副軸轉動。
18.一種機電變速器，其包括一輸入部件，用于從動力源接收動力；一輸出部件；第一和第二電動機/發電機；一第一行星齒輪組，包括一環形齒輪部件；一由所述環形齒輪部件圍繞的恒星齒輪部件；以及一行星齒輪架部件，其可轉動地支撐多個小齒輪部件，所述小齒輪部件同時與所述環形齒輪部件和所述恒星齒輪部件嚙合；所述輸入部件始終可操作地與所述行星齒輪架部件連接，所述第一電動機/發電機始終可操作地與所述環形齒輪部件連接，所述恒星齒輪部件始終可操作地與所述第二電動機/發電機及所述輸出部件連接；一第一扭矩傳遞機構，其始終可操縱地與所述環形齒輪部件連接，并可選擇性地嚙合以將所述環形齒輪部件與一靜止部件連接，這樣在所述輸入部件和所述輸出部件之間建立一第一固定速比；以及一第二扭矩傳遞機構，其可選擇性嚙合地與所述恒星齒輪部件、所述環形齒輪部件和所述行星齒輪架部件中的任意兩個連接，以此在所述輸入部件和所述輸出部件之間建立一第二固定速比。
全文摘要
一種單模式輸入分配式電動可變變速器，包括兩個電動機/發電機，一個變矩機構，該變矩機構始終可操作地與第一差動齒輪組的第二部件連接，并可選擇性嚙合地將第一差動齒輪組的第二部件與靜止部件連接，從而在變速器的輸入部件和輸出部件之間實現固定速比。優選是，設置另一個變矩器，用于將差動齒輪組的任意兩個部件與另一部件鎖定，從而在輸入部件和輸出部件之間實現第二固定速比。
文檔編號F16H61/14GK1936362SQ20061013953
公開日2007年3月28日 申請日期2006年9月22日 優先權日2005年9月22日
發明者M·R·施密特 申請人:通用汽車公司