專利名稱：具有雙重機(jī)械路徑和固定減速比的單模式、復(fù)合－分流式變速器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有雙重機(jī)械路徑的復(fù)合-分流式變速器，其中一條路徑提供減速比。
背景技術(shù)：
目前內(nèi)燃機(jī)，特別是往復(fù)運(yùn)動(dòng)活塞式內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)大部分車輛。這種發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)高效、緊湊、輕量，且是低廉的機(jī)構(gòu)，通過這種發(fā)動(dòng)機(jī)將燃料形式的高濃縮能量轉(zhuǎn)換為可用的機(jī)械功率。典型地，內(nèi)燃機(jī)被小型電動(dòng)機(jī)和相對(duì)小的電存儲(chǔ)電池從冷狀態(tài)起動(dòng)，接著迅速放置到來自驅(qū)動(dòng)和附件裝置的負(fù)載下。這種發(fā)動(dòng)機(jī)還能在寬范圍的速度和寬范圍的負(fù)載下工作，通常平均在其最大功率輸出的大約五分之一下工作。
車輛變速器通常將來自發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率輸送到傳動(dòng)系的其它部件，例如固定的最終傳動(dòng)齒輪裝置、軸或車輪。典型的機(jī)械變速器通常通過可選地選擇5或6個(gè)不同傳動(dòng)比、空檔選擇和離合器或變矩器來允許發(fā)動(dòng)機(jī)工作中的一些自由度，空檔選擇允許發(fā)動(dòng)機(jī)在車輛靜止的情況下操作附件，離合器或變矩器用于實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比之間的平滑過度以及在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下從靜止起動(dòng)車輛。變速器齒輪選擇通常允許來自發(fā)動(dòng)機(jī)的功率在扭矩增加速度降低的比值下例如已知的低速傳動(dòng)、在直接傳動(dòng)比下、在扭矩降低速度增加的比值下例如已知的超速傳動(dòng)、或者在倒檔比下輸送到傳動(dòng)系的其它部件。
發(fā)電機(jī)能將來自發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率轉(zhuǎn)化為電功率，電動(dòng)機(jī)能將電功率轉(zhuǎn)化為傳動(dòng)系其它部件在不同扭矩和速度下的機(jī)械功率。這種布置允許在電機(jī)的限制下發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系其它部件之間扭矩比和速度比的連續(xù)變化，用作驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源的電存儲(chǔ)電池加入到這種布置，形成串聯(lián)混合電動(dòng)傳動(dòng)系。
串聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)允許發(fā)動(dòng)機(jī)在不考慮扭矩、速度和驅(qū)動(dòng)車輛所需的功率的情況下工作，因此控制發(fā)動(dòng)機(jī)以改進(jìn)排放和效率。這種系統(tǒng)允許連接發(fā)動(dòng)機(jī)的電機(jī)用作電動(dòng)機(jī)來起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。這種系統(tǒng)還允許連接傳動(dòng)系其它部件的電機(jī)用作發(fā)電機(jī)，通過再生制動(dòng)將車輛減速產(chǎn)生的能量回收到電池中。串聯(lián)電驅(qū)動(dòng)存在以下問題足夠?qū)⑺械陌l(fā)動(dòng)機(jī)功率從機(jī)械形式轉(zhuǎn)化為發(fā)電機(jī)中的電形式以及從電形式轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)中的機(jī)械形式的電機(jī)的重量和成本，以及這些轉(zhuǎn)化中可用能量的損失。
使用功率分流變速器實(shí)現(xiàn)輸入和輸出之間連續(xù)可變的扭矩比和速度比，功率分流變速器通常理解為差速齒輪組。電動(dòng)可變變速器使用差速齒輪組，以便通過一對(duì)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)發(fā)送差速齒輪組傳輸功率的一部分。其余的功率流經(jīng)另一個(gè)固定比值或者可選的選擇比值的并列路徑，該路徑是純機(jī)械和直達(dá)的。
正如熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員公知的，差速齒輪組的一種形式包括行星齒輪組。行星齒輪裝置通常是差速齒輪傳動(dòng)發(fā)明中使用的優(yōu)選實(shí)施例，具有如下優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)緊湊，以及在行星齒輪組的所有構(gòu)件之間可提供不同的扭矩比和速度比。但是，其它類型的差速齒輪組例如錐齒輪或者其它齒輪可布置為齒輪組至少一個(gè)元件的轉(zhuǎn)速總是其它兩個(gè)元件的速度的加權(quán)平均。
混合電動(dòng)車輛變速器系統(tǒng)還包括一個(gè)或多個(gè)電能存儲(chǔ)裝置。典型的裝置是化學(xué)電存儲(chǔ)電池，除了電容和機(jī)械裝置之外，還可包括例如電驅(qū)動(dòng)飛輪。電能存儲(chǔ)允許從變速器系統(tǒng)到車輛的機(jī)械輸出功率不同于從發(fā)動(dòng)機(jī)到變速器系統(tǒng)的機(jī)械輸入功率。電池或其它裝置還允許利用變速器系統(tǒng)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，以及允許車輛再生制動(dòng)。
車輛中的混合動(dòng)力變速器可簡(jiǎn)單地將來自發(fā)動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械功率傳輸?shù)阶罱K傳動(dòng)輸出。因此，由一個(gè)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電功率平衡電損耗和由另一個(gè)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)消耗的電功率。通過使用上述電存儲(chǔ)電池，由一個(gè)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電功率可大于或者小于由另一個(gè)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)消耗的電功率。來自電池的電功率有時(shí)允許兩個(gè)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)都用作電動(dòng)機(jī)，特別是在車輛加速時(shí)輔助發(fā)動(dòng)機(jī)。兩個(gè)電動(dòng)機(jī)有時(shí)都用作發(fā)電機(jī)，為電池充電，特別是在車輛再生制動(dòng)時(shí)。
串聯(lián)混合動(dòng)力變速器的成功替代品是兩范圍、輸入-分流和復(fù)合-分流式電動(dòng)可變變速器，現(xiàn)在制造用于運(yùn)輸巴士，美國(guó)專利5,931,757已經(jīng)公開了這種電動(dòng)可變變速器，該專利的
公開日為1999年8月3日，發(fā)明人為Michael Roland Schmidt，其專利權(quán)人與本申請(qǐng)相同，因而其全文并入此處作為參考。這種變速器使用接收來自車輛發(fā)動(dòng)機(jī)功率的輸入裝置和輸送功率以驅(qū)動(dòng)車輛的功率輸出裝置。第一和第二電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)連接能量存儲(chǔ)裝置，例如電池，以致能量存儲(chǔ)裝置能接收來自第一和第二電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的能量以及將能量提供給第一和第二電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)。控制單元調(diào)節(jié)能量存儲(chǔ)裝置和電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)之間以及第一和第二電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)之間的功率流。“輸入-分流”指的是發(fā)動(dòng)機(jī)功率輸送到變速器的輸入構(gòu)件，接著通過差速齒輪組通常分流到電功率路徑(包括起作用的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的路徑)和機(jī)械功率路徑(不包括起作用的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的路徑)復(fù)合-分流指的是，除了實(shí)現(xiàn)輸入-分流的差速齒輪組之外，功率通過另一個(gè)差速齒輪組流到輸出構(gòu)件，以致沿著分離的電路徑和機(jī)械路徑通過變速器的功率流流經(jīng)該輸出差速齒輪組，在輸出構(gòu)件處合并。
通過使用本質(zhì)上是第一和第二扭矩傳遞裝置的離合器，有選擇地實(shí)現(xiàn)在第一或第二可變速比工作模式下工作。在第一模式中，通過應(yīng)用第一離合器形成輸入-分流速度比范圍，變速器的輸出速度與一個(gè)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的速度成比例。在第二模式中，通過應(yīng)用第二離合器形成復(fù)合-分流速度比范圍，變速器的輸出速度不與任一個(gè)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的速度成比例，但是是兩個(gè)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)速度的代數(shù)線性組合。通過應(yīng)用兩個(gè)離合器，有選擇地實(shí)現(xiàn)在固定變速器速度比下工作。通過釋放兩個(gè)離合器、斷開發(fā)動(dòng)機(jī)和兩個(gè)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)與變速器輸出的連接，有選擇地實(shí)現(xiàn)空檔模式下的變速器操作。變速器在第一工作模式下并入至少一個(gè)機(jī)械點(diǎn)，在第二工作模式下并入至少兩個(gè)機(jī)械點(diǎn)。
美國(guó)專利6,527,658
公開日為2003年3月4日，發(fā)明人為Holmes等，專利權(quán)人與本申請(qǐng)的專利權(quán)人相同，因而其全文并入此處作為參考，該專利公開了一種電動(dòng)可變變速器，該電動(dòng)可變變速器使用兩個(gè)行星齒輪組、兩個(gè)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)和兩個(gè)離合器，以提供輸入-分流、復(fù)合-分流、空檔和倒檔工作模式。兩個(gè)行星齒輪組可以是簡(jiǎn)單的，或者一個(gè)行星齒輪組是單獨(dú)復(fù)合的。控制單元調(diào)節(jié)能量存儲(chǔ)裝置和兩個(gè)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)之間的功率流。這種變速器提供電動(dòng)可變變速器(EVT)工作的兩個(gè)范圍或兩個(gè)模式，有選擇地提供輸入-分流速度比范圍和復(fù)合-分流速度比范圍。還可有選擇地實(shí)現(xiàn)一個(gè)固定速度比。
混合動(dòng)力系統(tǒng)以多種方式改善車輛燃料經(jīng)濟(jì)性。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)可以在怠速時(shí)、在減速和制動(dòng)期間、以及在低速或者輕負(fù)荷工作期間關(guān)閉，以便消除因發(fā)動(dòng)機(jī)阻力導(dǎo)致的效率損失。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作期間收集的制動(dòng)能量(通過再生制動(dòng))或者由用作發(fā)電機(jī)的電動(dòng)機(jī)之一存儲(chǔ)的能量在發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉的這些期間可以使用。在接通發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)可變模式的操作中電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)補(bǔ)充對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩或功率的瞬時(shí)需求，這允許在不明顯降低車輛性能的情況下減小發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸。另外，對(duì)于給定的功率需求發(fā)動(dòng)機(jī)可以在最佳經(jīng)濟(jì)點(diǎn)或者最佳經(jīng)濟(jì)點(diǎn)附近工作。電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)能收集制動(dòng)過程中車輛的動(dòng)能，該動(dòng)能用于保持發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉更長(zhǎng)時(shí)間，補(bǔ)充發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩或功率和/或在較低發(fā)動(dòng)機(jī)下工作，或者補(bǔ)充附件功率供給。另外，電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)在產(chǎn)生附件功率方面非常高效，來自電池的電功率用于可用扭矩儲(chǔ)備，允許在相對(duì)低的變速器速度比數(shù)值下工作。
單模式、輸入-分流系統(tǒng)在加速過程中要求大部分發(fā)動(dòng)機(jī)功率流經(jīng)電路徑，因而增加電動(dòng)機(jī)功率需求，潛在地要求存儲(chǔ)電池和電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)之間的DC-DC變換器，以便提供足夠的電壓。另外，輸入-分流設(shè)計(jì)中的輸出電動(dòng)機(jī)必須還具有高的額定扭矩；通常，為發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的一倍或兩倍，這取決于可用齒輪比。
雙模式、復(fù)合-分流式系統(tǒng)通常實(shí)現(xiàn)寬比值范圍，但是要求離合器和模式變換，同時(shí)具有相關(guān)的旋轉(zhuǎn)損失和附件功率需求。

發(fā)明內(nèi)容
提供一種單模式、復(fù)合-分流式變速器，其具有兩個(gè)機(jī)械功率路徑。一個(gè)機(jī)械功率路徑主要在低速度比下起作用，同時(shí)另一個(gè)路徑主要在高速度比下起作用。在用于高速度比的路徑中可利用減速比，降低電路徑功率需求。另外，減速比允許兩個(gè)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)都具有相對(duì)低的扭矩設(shè)計(jì)。
具體地，本發(fā)明范圍內(nèi)的電動(dòng)機(jī)械變速器具有輸入構(gòu)件、輸出構(gòu)件、第一和第二電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)、第一和第二差速齒輪組和減速齒輪。差速齒輪組可以是行星齒輪組，每個(gè)差速齒輪組具有第一、第二和第三構(gòu)件，由桿式圖中第一和第二桿的第一、第二和第三節(jié)點(diǎn)表示。減速齒輪可操作地(機(jī)械地)連接輸出構(gòu)件，構(gòu)造為提供速度比的降低。第一桿的第一節(jié)點(diǎn)可操作地連接輸入構(gòu)件，且持續(xù)連接第二桿的第一節(jié)點(diǎn)，以便與第二桿的第一節(jié)點(diǎn)一起旋轉(zhuǎn)。第一桿的第二節(jié)點(diǎn)可操作地連接輸出構(gòu)件，與第二桿或減速齒輪無關(guān)，即不通過第二桿或減速齒輪連接(即，減速齒輪提供的減速比對(duì)輸出構(gòu)件的速度沒有影響)。第一桿的第三節(jié)點(diǎn)持續(xù)連接第一電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)，第二桿的第三節(jié)點(diǎn)持續(xù)連接第二電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)。因而提供的復(fù)合-分流式電動(dòng)可變變速器具有兩個(gè)機(jī)械功率路徑第一路徑由第一桿的第一和第二節(jié)點(diǎn)建立，與第二桿或減速齒輪無關(guān)，以及第二路徑由第一桿的第一節(jié)點(diǎn)、第二桿的第一和第二節(jié)點(diǎn)以及減速齒輪建立。減速齒輪提供減速比，該減速比僅對(duì)第二路徑產(chǎn)生影響。
減速齒輪可設(shè)置為第三差速齒輪組的第一構(gòu)件或第一節(jié)點(diǎn)，第三差速齒輪組還具有第二和第三構(gòu)件，以形成具有3個(gè)節(jié)點(diǎn)的第三桿。在這種情況下，輸出構(gòu)件和第三桿的第二節(jié)點(diǎn)持續(xù)連接第三桿的第二節(jié)點(diǎn)，第三桿的第三節(jié)點(diǎn)連接到固定構(gòu)件。
可選地，減速齒輪預(yù)傳遞軸一起旋轉(zhuǎn)，傳遞軸與輸入構(gòu)件和第一和第二電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸線軸向間隔。在該實(shí)施例中，第二傳遞齒輪也連接傳遞軸，以便與傳遞軸一起旋轉(zhuǎn)，第二傳遞齒輪與第二差速齒輪組的第二構(gòu)件互相嚙合。
第二電動(dòng)機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)用于提供電起動(dòng)模式(當(dāng)用作電動(dòng)機(jī)時(shí))和再生制動(dòng)模式(當(dāng)用作發(fā)電機(jī)時(shí))。第二電動(dòng)機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)用作電動(dòng)機(jī)時(shí)還驅(qū)動(dòng)倒檔模式。
在本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了制動(dòng)器，制動(dòng)器有選擇地接合，以使輸入構(gòu)件連接到固定構(gòu)件。在這種實(shí)施例中，制動(dòng)器提供反作用扭矩，因而第一電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)可用于用作電動(dòng)機(jī)以輔助電起動(dòng)模式或倒檔模式下的第二電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)，或者用作發(fā)電機(jī)以輔助再生制動(dòng)模式下的二電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)。
結(jié)合附圖，根據(jù)下面對(duì)實(shí)施本發(fā)明的最佳方式的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述特征和優(yōu)勢(shì)以及其它特征和優(yōu)勢(shì)將變得顯而易見。


圖1是以桿式圖形式描述的、在本發(fā)明范圍內(nèi)的電動(dòng)機(jī)械變速器的示意圖； 圖2是采用棒狀圖形式的圖1變速器第一實(shí)施例的示意圖； 圖3是采用棒狀圖形式的圖1變速器第二實(shí)施例的示意圖； 圖4是采用棒狀圖形式的圖1變速器第三實(shí)施例的示意圖； 圖5是顯示在節(jié)氣門大開的加速過程中本發(fā)明范圍內(nèi)的變速器各個(gè)部件的速度相對(duì)于車速的圖表； 圖6是顯示在定速巡航的過程中圖5中的部件速度相對(duì)于車速的圖表；和 圖7是描述本發(fā)明范圍內(nèi)的變速器的電功率需求相對(duì)于其它類型電動(dòng)機(jī)械變速器的電功率需求的圖表。
具體實(shí)施例方式參考附圖，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件，圖1顯示通常用數(shù)字10表示的電動(dòng)可變變速器(EVT)的一個(gè)實(shí)施例，發(fā)動(dòng)機(jī)11連接該變速器。變速器10設(shè)計(jì)為接收來自發(fā)動(dòng)機(jī)11的至少一部分驅(qū)動(dòng)功率。發(fā)動(dòng)機(jī)11具有用作變速器10的輸入構(gòu)件12的輸出軸。變速器10的輸出構(gòu)件14連接最終傳動(dòng)單元(未顯示)，以將驅(qū)動(dòng)功率輸送到車輛車輪。變速器10在圖1中由桿式圖16表示，熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員很容易理解該圖。表示第一差速齒輪組的第一桿20包括第一節(jié)點(diǎn)A、第二節(jié)點(diǎn)B和第三節(jié)點(diǎn)C。第一差速齒輪組優(yōu)選為行星齒輪組。節(jié)點(diǎn)A、B和C表示第一行星齒輪組的第一、第二和第三構(gòu)件，優(yōu)選為架構(gòu)件、環(huán)形齒輪構(gòu)件和太陽齒輪構(gòu)件，但是沒有必要按照以上順序。
變速器10還包括表示第二差速齒輪組的第二桿30，其包括第一節(jié)點(diǎn)D、第二節(jié)點(diǎn)E和第三節(jié)點(diǎn)F。第二差速齒輪組優(yōu)選為行星齒輪組。節(jié)點(diǎn)D、E和F表示第二行星齒輪組的第一、第二和第三構(gòu)件，第一、第二和第三構(gòu)件為環(huán)形齒輪構(gòu)件、架構(gòu)件和太陽齒輪構(gòu)件，但是沒有必要按照以上順序。
變速器10還包括第三桿40，其包括第一節(jié)點(diǎn)G、第二節(jié)點(diǎn)H和第三節(jié)點(diǎn)I。熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人會(huì)認(rèn)識(shí)到第三桿40可以表示差速齒輪組，例如行星齒輪組，或者表示平行旋轉(zhuǎn)軸上的嚙合齒輪，下文將參考圖4討論。節(jié)點(diǎn)G表示桿40的構(gòu)件，其用作減速齒輪，當(dāng)功率流入節(jié)點(diǎn)G且在節(jié)點(diǎn)H流出到輸出構(gòu)件14時(shí)提供速度比的減小。速度比的減小取決于桿40表示的齒輪構(gòu)件的選擇齒數(shù)。
輸入構(gòu)件12還持續(xù)連接節(jié)點(diǎn)A?；ミB構(gòu)件50持續(xù)連接節(jié)點(diǎn)B和節(jié)點(diǎn)H?；ミB構(gòu)件52持續(xù)連接節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)D。互連構(gòu)件54持續(xù)連接節(jié)點(diǎn)E和節(jié)點(diǎn)G。輸出構(gòu)件14持續(xù)連接節(jié)點(diǎn)H。額外的最終傳動(dòng)齒輪(未顯示)連接在節(jié)點(diǎn)H和輸出構(gòu)件14之間。
第一電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)60(指定為MG1)持續(xù)連接節(jié)點(diǎn)C。第二電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)62(指定為MG2)持續(xù)連接節(jié)點(diǎn)F。電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)60、62分別連接節(jié)點(diǎn)C和F確定了作為EVT的變速器，即，混合動(dòng)力變速器，該混合動(dòng)力變速器具有連接差速齒輪組構(gòu)件的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)，以通過齒輪組建立連續(xù)可變比值。圖1未顯示的電池和控制器以與圖2-4所述相同的方式連接電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)60、62，該電池和控制器用于分別通過節(jié)點(diǎn)C和F有選擇地提供或接收功率。
可選扭矩傳輸機(jī)構(gòu)，制動(dòng)器70有選擇地將輸入構(gòu)件連接到固定構(gòu)件，例如變速器殼體72。因?yàn)橹苿?dòng)器70可選，所以在圖1中以虛線顯示。節(jié)點(diǎn)I持續(xù)連接變速器殼體72。
第一機(jī)械功率路徑包括節(jié)點(diǎn)A、節(jié)點(diǎn)B、互連構(gòu)件50和節(jié)點(diǎn)H。第二機(jī)械功率路徑包括節(jié)點(diǎn)A、節(jié)點(diǎn)D、節(jié)點(diǎn)E、節(jié)點(diǎn)G和節(jié)點(diǎn)H。
工作描述起動(dòng)，前進(jìn)檔模式 系統(tǒng)能在發(fā)動(dòng)機(jī)11關(guān)閉或運(yùn)行的情況下起動(dòng)車輛。如果發(fā)動(dòng)機(jī)11關(guān)閉，MG2 62用于通過由桿30表示的第二行星齒輪組提供的減速齒輪比和由桿40憑借減速齒輪(節(jié)點(diǎn)G所示)提供的減速比起動(dòng)車輛。發(fā)動(dòng)機(jī)11維持零速度，MG1 60沿著相反的方向旋轉(zhuǎn)，提供反作用扭矩，以保持發(fā)動(dòng)機(jī)11的零速度。如果存在制動(dòng)器70，則不必由MG1 60提供反作用扭矩，MG1 60可用作電動(dòng)機(jī)以幫助MG2 62提供驅(qū)動(dòng)扭矩。為了起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)11，當(dāng)電動(dòng)機(jī)MG2 62提供反作用扭矩和驅(qū)動(dòng)車輛的扭矩時(shí)，MG1 60減速到零速度。在該過程中，MG2 62減速，向路面提供它的慣性能。這使發(fā)動(dòng)機(jī)11加速到能供給燃料的速度。一旦發(fā)動(dòng)機(jī)11運(yùn)行，發(fā)動(dòng)機(jī)功率通過桿20表示的第一行星齒輪組和MG1 60分流，MG1 60產(chǎn)生功率，同時(shí)MG2 62為電動(dòng)機(jī)。
驅(qū)動(dòng)，前進(jìn)檔模式 功率通過機(jī)械路徑和電力路徑傳輸?shù)捷敵鰳?gòu)件14。系統(tǒng)在復(fù)合-分流模式下工作。只要電動(dòng)機(jī)MG1 60和MG2 62具有正速度，功率流就沿著前進(jìn)方向(非循環(huán))。當(dāng)電動(dòng)機(jī)MG1 60速度為負(fù)值時(shí)，MG2 62用作發(fā)電機(jī)，向電動(dòng)機(jī)MG1 60提供功率。對(duì)于低比值操作，MG2 62以相對(duì)高的速度旋轉(zhuǎn)。這提供了以下優(yōu)勢(shì)旋轉(zhuǎn)的MG2 62中存儲(chǔ)的慣性能用于在補(bǔ)充能量(tip-in)情況下(即，當(dāng)希望加速時(shí))輔助電池功率。在這種設(shè)計(jì)下可獲得極好的瞬態(tài)響應(yīng)和快速“降檔”。對(duì)于高比值操作，MG2 62的速度變成負(fù)值，功率流沿著相反(循環(huán))方向?？蛇x地，MG2 62保持在零速度附近，電池功率通過MG1 60提供。
通過平衡發(fā)動(dòng)機(jī)11、電動(dòng)機(jī)MG1 60、和電動(dòng)機(jī)MG2 62的扭矩提供希望的減速度比，實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)。當(dāng)車速變得足夠低時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)11可關(guān)閉，通過作為發(fā)電機(jī)的MG2 62用作主制動(dòng)的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)以及MG1 60用作電動(dòng)機(jī)提供反作用扭矩，實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步減速。如果存在制動(dòng)器70，則簡(jiǎn)化發(fā)動(dòng)機(jī)從開到關(guān)的轉(zhuǎn)換控制，因?yàn)槟芤允芸氐幕瑒?dòng)方式操作制動(dòng)器，以便直接在發(fā)動(dòng)機(jī)軸處施加扭矩，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)減速到希望的速度。同樣，MG1 60不再需要提供反作用扭矩，因而能幫助制動(dòng)。
驅(qū)動(dòng)，倒檔模式 系統(tǒng)能在發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉或運(yùn)行的情況下以倒檔模式工作。發(fā)動(dòng)機(jī)11運(yùn)行時(shí)的倒檔操作包括大的循環(huán)功率，同時(shí)MG1 60發(fā)電，還提供反作用扭矩，MG2 62用作電動(dòng)機(jī)反方向地驅(qū)動(dòng)車輛。這趨向于限制倒檔模式中輸送到道路的功率。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)11關(guān)閉時(shí)，使用電池功率，循環(huán)功率減少，但是仍然需要MG1 60提供反作用扭矩。制動(dòng)器70的使用消除了在發(fā)動(dòng)機(jī)11關(guān)閉時(shí)需要反方向的循環(huán)功率，允許MG1 60幫助驅(qū)動(dòng)車輛。
這種設(shè)計(jì)相對(duì)其它EVT設(shè)計(jì)的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)在于電功率流在寬范圍的比值內(nèi)是向前(非循環(huán))的。EVT中的電循環(huán)功率(或者功率循環(huán))指的是機(jī)械路徑運(yùn)送超過100％的輸出功率的情況。在正常向前的電功率流情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)功率被分流，一部分通過電傳輸，其余的部分通過機(jī)械傳輸。當(dāng)在較高速度比下工作時(shí)，MG2 62的速度變成負(fù)值，反轉(zhuǎn)電功率流的方向，因此機(jī)械路徑必須運(yùn)送完整的輸出功率加上電功率。在這種情況下，認(rèn)為電功率在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)。因而，電路徑的扭矩和功率必須大于100％的輸出扭矩和功率，以便容納循環(huán)功率。
第一實(shí)施例 圖1中以桿式圖形式表示的變速器10能通過許多設(shè)計(jì)可選的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)，這些實(shí)施例包括圖2和3中的棒狀圖表示的實(shí)施例，它們都是縱向設(shè)計(jì)。圖2顯示變速器100，其設(shè)計(jì)為接收來自發(fā)動(dòng)機(jī)11的至少一部分驅(qū)動(dòng)功率。發(fā)動(dòng)機(jī)11具有用作變速器100的輸入構(gòu)件12的輸出軸。變速器100的輸出構(gòu)件14連接最終傳動(dòng)單元(未顯示)，以將驅(qū)動(dòng)功率輸送到車輛車輪。變速器100包括3個(gè)簡(jiǎn)單的行星齒輪組。第一行星齒輪組120包括太陽齒輪構(gòu)件122(指定為S1)、環(huán)形齒輪構(gòu)件124(指定為R1)和架構(gòu)件127，架構(gòu)件127可旋轉(zhuǎn)地支撐若干行星齒輪129(指定為P1)，這些行星齒輪129與太陽齒輪構(gòu)件122和環(huán)形齒輪構(gòu)件124嚙合接合。
變速器100還包括第二行星齒輪組130，第二行星齒輪組130包括太陽齒輪構(gòu)件132(指定為S2)、環(huán)形齒輪構(gòu)件134(指定為R2)和架構(gòu)件137，架構(gòu)件137支撐若干行星齒輪139(指定為P2)，這些行星齒輪139與環(huán)形齒輪構(gòu)件134和太陽齒輪構(gòu)件132嚙合接合。
變速器100還包括第三行星齒輪組140，第三行星齒輪組140包括太陽齒輪構(gòu)件142(指定為S3)、環(huán)形齒輪構(gòu)件144(指定為R3)和架構(gòu)件147，架構(gòu)件147可旋轉(zhuǎn)地支撐若干行星齒輪149(指定為R3)，這些行星齒輪149與環(huán)形齒輪構(gòu)件144和太陽齒輪構(gòu)件142嚙合接合。
輸入構(gòu)件12持續(xù)連接架構(gòu)件127。互連構(gòu)件150將環(huán)形齒輪構(gòu)件124持續(xù)連接到架構(gòu)件147和輸出構(gòu)件14?；ミB構(gòu)件152持續(xù)連接架構(gòu)件127和環(huán)形齒輪構(gòu)件134?；ミB構(gòu)件154持續(xù)連接架構(gòu)件137和環(huán)形齒輪構(gòu)件144。輸出構(gòu)件14持續(xù)連接架構(gòu)件147。
第一電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)160(指定為MG1)持續(xù)連接太陽齒輪構(gòu)件122。第二電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)162(指定為MG2)持續(xù)連接太陽齒輪構(gòu)件132。電池164在控制器166的控制下有選擇地向MG1 160和/或MG2 162提供功率或者接收來自MG1 160和/或MG2 162的功率。在不改變本發(fā)明概念的情況下，也可使用具有存儲(chǔ)電功率和分配電功率能力的其它電存儲(chǔ)裝置代替電池164。電池164的尺寸取決于再生需求、地域問題例如坡度和溫度、以及其它需求例如排放、動(dòng)力輔助和電動(dòng)范圍。
控制器166信號(hào)連通電池164，還信號(hào)連通MG1 160和MG2162。另外，控制器166與其它車輛電子部件(未顯示)通信，例如電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向和電動(dòng)助力制動(dòng)系統(tǒng)等。
控制器166響應(yīng)于多種輸入信號(hào)調(diào)節(jié)電池164和電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)MG1 160、MG2 162之間的功率流量，輸入信號(hào)包括車速、駕駛員需求、電池164的充電水平和發(fā)動(dòng)機(jī)11施加的功率?？刂破?66通過分別經(jīng)由功率逆變器168和169施加適當(dāng)?shù)碾妷汉碗娏鳎倏v電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)160和162中的每一個(gè)用作電動(dòng)機(jī)或者用作發(fā)電機(jī)。逆變器168、169調(diào)節(jié)電池164和電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)MG1 160、MG2 162之間的功率流量，以便在電池164使用的直流功率和電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)MG1 160、MG2 162使用和/或產(chǎn)生的交流功率之間轉(zhuǎn)換。熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員很容易理解功率逆變器的作用。
可選扭矩傳輸機(jī)構(gòu)，制動(dòng)器170，有選擇地將輸入構(gòu)件12連接到固定構(gòu)件，例如變速器殼體172。因?yàn)橹苿?dòng)器170可選，所以在圖2中以虛線顯示。太陽齒輪構(gòu)件142持續(xù)連接變速器殼體172。
棒狀圖變速器100和圖1桿式圖之間的關(guān)系如下行星齒輪組120對(duì)應(yīng)于桿20，行星齒輪組130對(duì)應(yīng)于桿30，以及行星齒輪組140對(duì)應(yīng)于桿40。具體地，架構(gòu)件127是節(jié)點(diǎn)A，環(huán)形齒輪構(gòu)件124是節(jié)點(diǎn)B，以及太陽齒輪構(gòu)件122是節(jié)點(diǎn)C。環(huán)形齒輪構(gòu)件134是節(jié)點(diǎn)D，架構(gòu)件137是節(jié)點(diǎn)E，以及太陽齒輪構(gòu)件132是節(jié)點(diǎn)F。環(huán)形齒輪構(gòu)件144是節(jié)點(diǎn)G(減速齒輪通過齒輪組140提供固定減速比)，架構(gòu)件147是節(jié)點(diǎn)H，以及太陽齒輪構(gòu)件142是節(jié)點(diǎn)I。第一機(jī)械路徑包括架構(gòu)件127、環(huán)形齒輪構(gòu)件124、互連構(gòu)件150和架構(gòu)件147。第二機(jī)械路徑包括架構(gòu)件127、互連構(gòu)件152、環(huán)形齒輪構(gòu)件134、架構(gòu)件137、互連構(gòu)件154、環(huán)形齒輪構(gòu)件144和架構(gòu)件147。第二機(jī)械路徑中實(shí)現(xiàn)的減速比(即，環(huán)形齒輪構(gòu)件144處的速度輸入與架構(gòu)件147處的速度輸出的比值)根據(jù)下面公式獲得RR2＝1+S/R其中RR2是第二機(jī)械路徑中的減速比，R是環(huán)形齒輪構(gòu)件144的齒數(shù)，S是太陽齒輪構(gòu)件142的齒數(shù)。
變速器100與上述變速器10一樣工作，以實(shí)現(xiàn)起動(dòng)模式、前進(jìn)檔驅(qū)動(dòng)模式、倒檔驅(qū)動(dòng)模式和再生制動(dòng)。
第二實(shí)施例 體現(xiàn)圖1桿式圖16的圖3的棒狀圖類似于圖2的棒狀圖，除了改變減速齒輪連接以得到更高的減速比。圖3顯示變速器200，其設(shè)計(jì)為接收來自發(fā)動(dòng)機(jī)11的至少一部分驅(qū)動(dòng)功率。發(fā)動(dòng)機(jī)11具有用作變速器200的輸入構(gòu)件12的輸出軸。變速器200的輸出構(gòu)件14連接最終傳動(dòng)單元(未顯示)，以將驅(qū)動(dòng)功率輸送到車輛車輪。變速器200包括3個(gè)簡(jiǎn)單的行星齒輪組。第一行星齒輪組220包括太陽齒輪構(gòu)件222(指定為S1)、環(huán)形齒輪構(gòu)件224(指定為R1)和架構(gòu)件227，架構(gòu)件227可旋轉(zhuǎn)地支撐若干行星齒輪229(指定為P1)，這些行星齒輪229與太陽齒輪構(gòu)件222和環(huán)形齒輪構(gòu)件224嚙合接合。
變速器200還包括第二行星齒輪組230，第二行星齒輪組230包括太陽齒輪構(gòu)件232(指定為S2)、環(huán)形齒輪構(gòu)件234(指定為R2)和架構(gòu)件237，架構(gòu)件237支撐若干行星齒輪239(指定為P2)，這些行星齒輪239與環(huán)形齒輪構(gòu)件234和太陽齒輪構(gòu)件232嚙合接合。
變速器200還包括第三行星齒輪組240，第三行星齒輪組240包括太陽齒輪構(gòu)件242(指定為S3)、環(huán)形齒輪構(gòu)件244(指定為R3)和架構(gòu)件247，架構(gòu)件247可旋轉(zhuǎn)地支撐若干行星齒輪249(指定為R3)，這些行星齒輪249與環(huán)形齒輪構(gòu)件244和太陽齒輪構(gòu)件242嚙合接合。
輸入構(gòu)件12持續(xù)連接架構(gòu)件227。互連構(gòu)件250將環(huán)形齒輪構(gòu)件224持續(xù)連接到架構(gòu)件247和輸出構(gòu)件14。互連構(gòu)件252持續(xù)連接架構(gòu)件227和環(huán)形齒輪構(gòu)件234。互連構(gòu)件254持續(xù)連接架構(gòu)件237和太陽齒輪構(gòu)件242。輸出構(gòu)件14持續(xù)連接架構(gòu)件247。
第一電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)260(指定為MG1)持續(xù)連接太陽齒輪構(gòu)件222。第二電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)262(指定為MG2)持續(xù)連接太陽齒輪構(gòu)件232。電池264在控制器266的控制下有選擇地向MG1 260和/或MG2 262提供功率或者接收來自MG1 260和/或MG2 262的功率。在不改變本發(fā)明概念的情況下，也可使用具有存儲(chǔ)電功率和分配電功率能力的其它電存儲(chǔ)裝置代替電池264。電池264的尺寸取決于再生需求、地域問題例如坡度和溫度、以及其它需求例如排放、動(dòng)力輔助和電動(dòng)范圍。
控制器266信號(hào)連通電池264，還信號(hào)連通MG1 260和MG2262。另外，控制器266與其它車輛電子部件(未顯示)通信，例如電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向和電動(dòng)助力制動(dòng)系統(tǒng)等。
控制器266響應(yīng)于多種輸入信號(hào)調(diào)節(jié)電池264和電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)MG1 260、MG2 262之間的功率流量，輸入信號(hào)包括車速、駕駛員需求、電池264的充電水平和發(fā)動(dòng)機(jī)11施加的功率。控制器266通過分別經(jīng)由功率逆變器268和269施加適當(dāng)?shù)碾妷汉碗娏?，操縱電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)260和262中的每一個(gè)用作電動(dòng)機(jī)或者用作發(fā)電機(jī)。逆變器268、269調(diào)節(jié)電池264和電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)MG1 260、MG2 262之間的功率流量，以便在電池264使用的直流功率和電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)MG1 260、MG2 262使用和/或產(chǎn)生的交流功率之間轉(zhuǎn)換。熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員很容易理解功率逆變器的作用。
可選扭矩傳輸機(jī)構(gòu)，制動(dòng)器270，有選擇地將輸入構(gòu)件12連接到固定構(gòu)件，例如變速器殼體272。因?yàn)橹苿?dòng)器270可選，所以在圖3中以虛線顯示。環(huán)形齒輪構(gòu)件244持續(xù)連接變速器殼體272。
棒狀圖變速器200和圖1桿式圖之間的關(guān)系如下行星齒輪組220對(duì)應(yīng)于桿20，行星齒輪組230對(duì)應(yīng)于桿30，以及行星齒輪組240對(duì)應(yīng)于桿40。具體地，架構(gòu)件227是節(jié)點(diǎn)A，環(huán)形齒輪構(gòu)件224是節(jié)點(diǎn)B，以及太陽齒輪構(gòu)件222是節(jié)點(diǎn)C。環(huán)形齒輪構(gòu)件234是節(jié)點(diǎn)D，架構(gòu)件237是節(jié)點(diǎn)E，以及太陽齒輪構(gòu)件232是節(jié)點(diǎn)F。太陽齒輪構(gòu)件242是節(jié)點(diǎn)G(減速齒輪通過齒輪組240提供固定減速比)，架構(gòu)件247是節(jié)點(diǎn)H，以及環(huán)形齒輪構(gòu)件242是節(jié)點(diǎn)I。第一機(jī)械路徑包括架構(gòu)件227、環(huán)形齒輪構(gòu)件224、互連構(gòu)件250和架構(gòu)件247。第二機(jī)械路徑包括架構(gòu)件227、互連構(gòu)件252、環(huán)形齒輪構(gòu)件234、架構(gòu)件237、互連構(gòu)件254、太陽齒輪構(gòu)件244、行星齒輪249和架構(gòu)件247。第二機(jī)械路徑中實(shí)現(xiàn)的減速比(即，太陽齒輪構(gòu)件242處的速度輸入與架構(gòu)件247處的速度輸出的比值)根據(jù)下面公式獲得RR2＝1+R/S其中RR2是第二機(jī)械路徑中的減速比，R是環(huán)形齒輪構(gòu)件244的齒數(shù)，S是太陽齒輪構(gòu)件242的齒數(shù)。
因?yàn)榄h(huán)形齒輪構(gòu)件齒數(shù)與太陽齒輪構(gòu)件齒數(shù)的比值(R/S)大于太陽齒輪構(gòu)件齒數(shù)與環(huán)形齒輪構(gòu)件齒數(shù)的比值(S/R)，所以圖3變速器200的第二機(jī)械路徑實(shí)現(xiàn)的減速比總是大于圖2變速器100的第二機(jī)械路徑實(shí)現(xiàn)的減速比。變速器200與上述變速器10一樣工作，以實(shí)現(xiàn)起動(dòng)模式、前進(jìn)檔驅(qū)動(dòng)模式、倒檔驅(qū)動(dòng)模式和再生制動(dòng)。
第三實(shí)施例 圖4是本發(fā)明范圍內(nèi)電動(dòng)機(jī)械變速器300的另一個(gè)實(shí)施例。變速器300具有橫向設(shè)計(jì)，使用帶有傳遞齒輪的傳遞軸，傳遞齒輪包括減速齒輪，以提供第二機(jī)械功率路徑中的減速比。因而，圖1的第三桿40被下述傳遞軸和傳遞齒輪代替。
變速器300設(shè)計(jì)為接收來自發(fā)動(dòng)機(jī)11的至少一部分驅(qū)動(dòng)功率。發(fā)動(dòng)機(jī)11具有用作變速器300的輸入構(gòu)件12的輸出軸。變速器300的輸出構(gòu)件14連接最終傳動(dòng)單元(未顯示)，以將驅(qū)動(dòng)功率輸送到車輛車輪。變速器300包括2個(gè)簡(jiǎn)單的行星齒輪組。第一行星齒輪組320包括太陽齒輪構(gòu)件322(指定為S1)、環(huán)形齒輪構(gòu)件324(指定為R1)和架構(gòu)件327，架構(gòu)件327可旋轉(zhuǎn)地支撐若干行星齒輪329(指定為P1)，這些行星齒輪329與太陽齒輪構(gòu)件322和環(huán)形齒輪構(gòu)件324嚙合接合。
變速器300還包括第二行星齒輪組330，第二行星齒輪組330包括太陽齒輪構(gòu)件332(指定為S2)、環(huán)形齒輪構(gòu)件334(指定為R2)和架構(gòu)件337，架構(gòu)件337支撐若干行星齒輪339(指定為P2)，這些行星齒輪339與環(huán)形齒輪構(gòu)件334和太陽齒輪構(gòu)件332嚙合接合。
變速器300還包括具有減速傳遞齒輪382的傳遞軸380，傳遞齒輪382連接傳遞軸380，以便與傳遞軸380一起旋轉(zhuǎn)。減速傳遞齒輪382與架構(gòu)件337互相嚙合，以便與架構(gòu)件337一起旋轉(zhuǎn)。架構(gòu)件337在其外圓周上形成有齒，這些齒與帶齒的減速傳遞齒輪382互相嚙合。可選地，與架構(gòu)件337同軸的、帶有外齒的額外齒輪安裝在架構(gòu)件337的端部，以致額外齒輪與減速傳遞齒輪382互相嚙合。第二傳遞齒輪384也連接傳遞軸380，以便與傳遞軸380一起旋轉(zhuǎn)。第二傳遞齒輪384與環(huán)形齒輪構(gòu)件324互相嚙合，環(huán)形齒輪構(gòu)件324在其外圓周上形成有齒?？蛇x地，與環(huán)形齒輪構(gòu)件324同軸的額外齒輪可安裝在環(huán)形齒輪構(gòu)件324附近，在這種情況下額外齒輪與第二傳遞齒輪384互相嚙合。最終傳動(dòng)齒輪組386包括齒輪388，齒輪388連接傳遞軸380，以便與傳遞軸380一起旋轉(zhuǎn)。最終傳動(dòng)齒輪組386還包括齒輪389，齒輪389與齒輪388互相嚙合，連接輸出構(gòu)件14，以便與輸出構(gòu)件14一起旋轉(zhuǎn)。
輸入構(gòu)件12持續(xù)連接架構(gòu)件327?；ミB構(gòu)件352持續(xù)連接架構(gòu)件327和環(huán)形齒輪構(gòu)件334。輸出構(gòu)件14通過傳遞齒輪384、傳遞軸380和最終傳動(dòng)齒輪組386可操作地連接環(huán)形齒輪構(gòu)件324。
第一電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)360(指定為MG1)持續(xù)連接太陽齒輪構(gòu)件322。第二電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)362(指定為MG2)持續(xù)連接太陽齒輪構(gòu)件332。電池364在控制器366的控制下有選擇地向MG1 360和/或MG2 362提供功率或者接收來自MG1 360和/或MG2 362的功率。在不改變本發(fā)明概念的情況下，也可使用具有存儲(chǔ)電功率和分配電功率能力的其它電存儲(chǔ)裝置代替電池364。電池364的尺寸取決于再生需求、地域問題例如坡度和溫度、以及其它需求例如排放、動(dòng)力輔助和電動(dòng)范圍。
控制器366信號(hào)連通電池364，與MG1 360和MG2 362通信。另外，控制器366與其它車輛電子部件(未顯示)通信，例如電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向和電動(dòng)助力制動(dòng)系統(tǒng)等。
控制器366響應(yīng)于多種輸入信號(hào)調(diào)節(jié)電池364和電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)MG1 360、MG2 362之間的功率流量，輸入信號(hào)包括車速、駕駛員需求、電池364的充電水平和發(fā)動(dòng)機(jī)11施加的功率。控制器366通過分別經(jīng)由功率逆變器368和369施加適當(dāng)?shù)碾妷汉碗娏?，操縱電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)360和362中的每一個(gè)用作電動(dòng)機(jī)或者用作發(fā)電機(jī)。逆變器368、369調(diào)節(jié)電池364和電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)MG1 360、MG2 362之間的功率流量，以便在電池364使用的直流功率和電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)MG1 360、MG2 362使用和/或產(chǎn)生的交流功率之間轉(zhuǎn)換。熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員很容易理解功率逆變器的作用。
棒狀圖變速器300和圖1桿式圖之間的關(guān)系如下行星齒輪組320對(duì)應(yīng)于桿20，行星齒輪組330對(duì)應(yīng)于桿30，以及傳遞齒輪382、384對(duì)應(yīng)于桿40，如下所述。具體地，架構(gòu)件327是節(jié)點(diǎn)A，環(huán)形齒輪構(gòu)件324是節(jié)點(diǎn)B，以及太陽齒輪構(gòu)件322是節(jié)點(diǎn)C。環(huán)形齒輪構(gòu)件334是節(jié)點(diǎn)D，架構(gòu)件337是節(jié)點(diǎn)E，以及太陽齒輪構(gòu)件332是節(jié)點(diǎn)F。熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員會(huì)認(rèn)識(shí)到帶有外齒的架構(gòu)件337與減速傳遞齒輪382的互相嚙合由桿40表示，同時(shí)減速傳遞齒輪382表示節(jié)點(diǎn)G。桿40的減速比由互相嚙合的架構(gòu)件337和減速傳遞齒輪382替代實(shí)現(xiàn)。傳遞齒輪384是節(jié)點(diǎn)H?；ハ鄧Ш系凝X輪(架構(gòu)件337和減速傳遞齒輪382，或者環(huán)形齒輪構(gòu)件324和傳遞齒輪384)安裝在平行旋轉(zhuǎn)軸上的事實(shí)由接地的節(jié)點(diǎn)I表示。在輸出構(gòu)件14以與環(huán)形齒輪構(gòu)件324相同的方向旋轉(zhuǎn)的情況下，傳遞齒輪嚙合對(duì)324與384以及388與389一起實(shí)現(xiàn)最終傳動(dòng)減速。在輸出構(gòu)件14以與架構(gòu)件337相同的方向旋轉(zhuǎn)的情況下，第二傳遞齒輪嚙合對(duì)337與382以及388與389一起實(shí)現(xiàn)最終傳動(dòng)減速。因?yàn)楸３株P(guān)系(齒輪382的齒數(shù))/(架337的齒數(shù))＞(齒輪332的齒數(shù))/(環(huán)384的齒數(shù))，所以從架337到輸出構(gòu)件14的減速比會(huì)大于從環(huán)324到輸出構(gòu)件14的減速比。熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員會(huì)認(rèn)識(shí)到((齒輪382的齒數(shù))/(架337的齒數(shù)))/((齒輪384的齒數(shù))/(環(huán)324的齒數(shù)))的比值等于桿40表示的減速齒輪的比值。熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員還認(rèn)識(shí)到(齒輪384的齒數(shù))/(環(huán)324的齒數(shù))*(齒輪389的齒數(shù))/(齒輪388的齒數(shù))等于最終傳動(dòng)比。
第一機(jī)械路徑包括架構(gòu)件327、環(huán)形齒輪構(gòu)件324、傳遞齒輪384、傳遞軸380和最終傳動(dòng)齒輪組386。第二機(jī)械路徑包括架構(gòu)件327、互連構(gòu)件352、環(huán)形齒輪構(gòu)件334、架構(gòu)件337、減速傳遞齒輪382、傳遞軸380和最終傳動(dòng)齒輪組386。第二機(jī)械路徑中實(shí)現(xiàn)的減速比(即，架構(gòu)件337處的速度輸入與傳遞軸380處的速度輸出的比值)取決于帶有外齒的架構(gòu)件337的齒數(shù)和減速傳遞齒輪382的齒數(shù)。變速器300與上述變速器10一樣工作，以實(shí)現(xiàn)起動(dòng)模式、前進(jìn)檔驅(qū)動(dòng)模式、倒檔驅(qū)動(dòng)模式和再生制動(dòng)。
對(duì)于圖4，示意性齒數(shù)比為R1/S1＝3；R2/S2＝3；傳遞齒輪384/R1＝1，傳遞齒輪382/架構(gòu)件337＝2，最終傳動(dòng)齒輪組386＝3。假定這些比值，圖5顯示在節(jié)氣門大開的加速過程中電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)速度，圖6顯示在定速巡航過程中電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)速度。圖7顯示與具有相同比值的雙模式變速器相比，具有這些齒輪比的變速器300的電路徑功率。
具體地，圖5的曲線顯示在節(jié)氣門大開的加速過程中相對(duì)于車速的輸入速度490(輸入構(gòu)件12的速度)、輸出速度491(輸出構(gòu)件14的速度)、MG1速度492(MG1 360的速度)和MG2速度493(MG2 362的速度)。
圖6的曲線顯示在定速巡航過程中相對(duì)于車速的輸入速度590(輸入構(gòu)件12的速度)、輸出速度591(輸出構(gòu)件14的速度)、MG1速度592(MG1 360的速度)和MG2速度593(MG2 362的速度)。
圖7的曲線顯示當(dāng)在零電池功率下工作時(shí)，在一定范圍的變速器齒輪比內(nèi)相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)功率的電路徑功率(即，電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)MG1 360和MG2 362提供的功率占發(fā)動(dòng)機(jī)11提供的功率的百分?jǐn)?shù))。變速器齒輪比是輸入構(gòu)件12的速度與輸出構(gòu)件14的速度的比值。單模式、寬比值、復(fù)合-分流式變速器300的相對(duì)電路徑功率由曲線694表示。典型的雙模式、輸入-分流、復(fù)合-分流式電動(dòng)可變變速器的相對(duì)電路徑功率由曲線695和696指示。曲線695表示第一模式(其中功率流為輸入-分流布置)，曲線696表示第二模式(其中功率流為復(fù)合-分流布置)。因而，假定線697的垂直邊界線指示希望的比值范圍(比值范圍為5.4)，典型的雙模式變速器要求電路徑功率必須為發(fā)動(dòng)機(jī)功率的42％(參見點(diǎn)699)。單模式、寬比值、復(fù)合-分流式變速器300要求電路徑功率必須為發(fā)動(dòng)機(jī)功率的33％(參見點(diǎn)698)。因此，圖7闡述變速器300(或者本發(fā)明范圍內(nèi)的任何單模式、寬比值、復(fù)合-分流式變速器)允許降低電動(dòng)機(jī)功率需求，以及相關(guān)地降低電動(dòng)機(jī)尺寸和電池電壓需求。
盡管已經(jīng)詳細(xì)描述了實(shí)施本發(fā)明的最佳方式，但是熟悉本發(fā)明所涉及技術(shù)領(lǐng)域的人員會(huì)認(rèn)識(shí)到在后附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)用于實(shí)踐本發(fā)明的各種可選設(shè)計(jì)和實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)機(jī)械變速器，包括輸入構(gòu)件；輸出構(gòu)件；第一和第二電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)；第一和第二差速齒輪組，每個(gè)差速齒輪組具有第一、第二和第三構(gòu)件，第一和第二差速齒輪組分別由桿式圖中的第一桿和第二桿表示，每個(gè)所述桿具有對(duì)應(yīng)于所述第一、第二和第三構(gòu)件的第一、第二和第三節(jié)點(diǎn)；減速齒輪，其可操作地連接所述輸出構(gòu)件，構(gòu)造為提供速度比的降低；其中所述第一桿的所述第一節(jié)點(diǎn)可操作地連接所述輸入構(gòu)件，且持續(xù)連接所述第二桿的所述第一節(jié)點(diǎn)，以便與所述第二桿的所述第一節(jié)點(diǎn)一起旋轉(zhuǎn)；其中所述第一桿的所述第二節(jié)點(diǎn)可操作地連接所述輸出構(gòu)件，同時(shí)不通過所述第二桿或所述減速齒輪連接；其中所述第二桿的所述第二節(jié)點(diǎn)持續(xù)連接所述減速齒輪，以便與所述減速齒輪一起旋轉(zhuǎn)；和其中所述第一桿的所述第三節(jié)點(diǎn)持續(xù)連接所述第一電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)，所述第二桿的所述第三節(jié)點(diǎn)持續(xù)連接所述第二電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)，因而變速器的特征在于單模式、復(fù)合-分流式電動(dòng)可變變速器，在所述輸入構(gòu)件和所述輸出構(gòu)件之間具有兩個(gè)機(jī)械功率路徑，所述減速比僅在一個(gè)所述機(jī)械功率路徑中起作用。
2.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)械變速器，其特征在于，所述第一機(jī)械路徑包括所述第一桿的所述第一和第二節(jié)點(diǎn)，不包括所述第二桿或所述減速構(gòu)件；以及其中所述第二機(jī)械路徑包括所述第一桿的所述第一節(jié)點(diǎn)，所述第二桿的所述第一和第二節(jié)點(diǎn)、和所述減速齒輪。
3.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)械變速器，還包括制動(dòng)器，其有選擇地使所述輸入構(gòu)件連接到固定構(gòu)件，從而為所述第一電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)提供反作用扭矩。
4.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)械變速器，其特征在于，所述減速齒輪是第三差速齒輪組的第一構(gòu)件，第三差速齒輪組還具有第二構(gòu)件和第三構(gòu)件，可由具有對(duì)應(yīng)的第一、第二和第三節(jié)點(diǎn)的第三桿表示；其中所述輸出構(gòu)件和所述第一桿的所述第二節(jié)點(diǎn)都持續(xù)連接所述第三桿的所述第二節(jié)點(diǎn)；以及其中所述第三桿的所述第三節(jié)點(diǎn)連接到固定構(gòu)件。
5.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)械變速器，還包括傳遞軸；其中所述減速齒輪連接所述傳遞軸，以便與所述傳遞軸一起旋轉(zhuǎn)；和第二傳遞齒輪，其連接所述傳遞軸，以便與所述傳遞軸一起旋轉(zhuǎn)，第二傳遞齒輪與所述第二差速齒輪組的所述第二構(gòu)件互相嚙合。
6.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)械變速器，其特征在于，用作電動(dòng)機(jī)的所述第二電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)通過所述第二差速齒輪組和所述減速齒輪提供電起動(dòng)模式。
7.如權(quán)利要求6所述的電動(dòng)機(jī)械變速器，還包括制動(dòng)器，其有選擇地接合，以使所述輸入構(gòu)件連接到固定構(gòu)件，從而為所述第一電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)提供反作用扭矩；其中當(dāng)所述制動(dòng)器接合時(shí)，在所述電起動(dòng)模式下，所述第一電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)用作電動(dòng)機(jī)，以提供驅(qū)動(dòng)扭矩來輔助所述第二電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)。
8.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)械變速器，其特征在于，用作發(fā)電機(jī)的所述第二電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)通過所述第二差速齒輪組和所述減速齒輪降低所述輸出構(gòu)件的速度來提供再生制動(dòng)。
9.如權(quán)利要求8所述的電動(dòng)機(jī)械變速器，還包括制動(dòng)器，其有選擇地接合，以使所述輸入構(gòu)件連接到固定構(gòu)件，從而為所述第一電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)提供反作用扭矩；其中當(dāng)所述制動(dòng)器接合時(shí)，在再生制動(dòng)情況下，所述第一電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)用作發(fā)電機(jī)，以輔助所述第二電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)。
10.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)械變速器，其特征在于，所述第二電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)用作電動(dòng)機(jī)，以提供倒檔模式。
11.如權(quán)利要求10所述的電動(dòng)機(jī)械變速器，還包括制動(dòng)器，其有選擇地接合，以使所述輸入構(gòu)件連接到固定構(gòu)件，從而為所述第一電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)提供反作用扭矩；其中當(dāng)所述制動(dòng)器接合時(shí)，在提供所述倒檔模式的情況下，所述第一電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)用作電動(dòng)機(jī)，以輔助所述第二電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)。
12.一種電動(dòng)機(jī)械變速器，包括輸入構(gòu)件；輸出構(gòu)件；第一和第二電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)；第一、第二和第三差速齒輪組，每個(gè)差速齒輪組具有第一、第二和第三構(gòu)件；固定構(gòu)件；其中所述第一差速齒輪組的所述第一構(gòu)件可操作地連接所述輸入構(gòu)件，且持續(xù)連接所述第二差速齒輪組的所述第一構(gòu)件，以便與所述第二差速齒輪組的所述第一構(gòu)件一起旋轉(zhuǎn)；其中所述第一差速齒輪組的所述第二構(gòu)件持續(xù)連接所述第三差速齒輪組的所述第二構(gòu)件；其中所述輸出構(gòu)件持續(xù)連接所述第三差速齒輪組的所述第二構(gòu)件，其中所述第三差速齒輪組的所述第三構(gòu)件連接到所述固定構(gòu)件，因而所述第一差速齒輪組的所述第一和第二構(gòu)件以及所述第三差速齒輪組的所述第二構(gòu)件限定從所述輸入構(gòu)件到所述輸出構(gòu)件的第一機(jī)械路徑；其中所述第二差速齒輪組的所述第二構(gòu)件持續(xù)連接所述第三差速齒輪組的所述第一構(gòu)件，以便與所述第三差速齒輪組的所述第一構(gòu)件一起旋轉(zhuǎn)，其中所述第三差速齒輪組構(gòu)造為提供減速比，該減速比降低從所述第二差速齒輪組的所述第二構(gòu)件到所述第三差速齒輪組的所述第二構(gòu)件的速度，因而所述第一差速齒輪組的所述第一構(gòu)件、所述第二差速齒輪組的所述第一和第二構(gòu)件、所述第三差速齒輪組的所述第一構(gòu)件限定所述輸入構(gòu)件和所述輸出構(gòu)件之間的第二機(jī)械路徑；和其中所述第一差速齒輪組的所述第三構(gòu)件持續(xù)連接所述第一電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)，所述第二差速齒輪組的所述第三構(gòu)件持續(xù)連接所述第二電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)；因而變速器的特征在于單模式、復(fù)合-分流式電動(dòng)可變變速器，具有所述第一和第二機(jī)械功率路徑，所述減速比僅在一個(gè)所述機(jī)械功率路徑中起作用。
13.如權(quán)利要求12所述的電動(dòng)機(jī)械變速器，其特征在于，所述第一、第二和第三差速齒輪組是簡(jiǎn)單的行星齒輪組，每個(gè)差速齒輪組具有太陽齒輪構(gòu)件、環(huán)形齒輪構(gòu)件和架構(gòu)件，架構(gòu)件可旋轉(zhuǎn)地支撐一組行星齒輪，行星齒輪與太陽齒輪構(gòu)件和環(huán)形齒輪構(gòu)件互相嚙合。
14.如權(quán)利要求12所述的電動(dòng)機(jī)械變速器，還包括制動(dòng)器，其有選擇地接合，以使所述輸入構(gòu)件連接到固定構(gòu)件，從而為所述第一電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)提供反作用扭矩。
15.一種單模式、復(fù)合-分流式電動(dòng)機(jī)械變速器包括兩個(gè)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)和兩個(gè)行星齒輪組，具有第一和第二機(jī)械功率路徑，所述第一機(jī)械功率路徑在低速度比下起作用，所述第二機(jī)械功率路徑在高速度比下起作用，所述變速器包括可用減速齒輪，因而使所述第二電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)具有相對(duì)低的扭矩需求。
16.如權(quán)利要求15所述的電動(dòng)機(jī)械變速器，其特征在于，所述行星齒輪組每個(gè)具有第一、第二和第三構(gòu)件，所述變速器還包括輸出構(gòu)件，其中所述減速齒輪可操作地連接所述輸出構(gòu)件，構(gòu)造為提供速度比的降低；傳遞軸，其中所述減速齒輪連接所述傳遞軸，以便與傳遞軸一起旋轉(zhuǎn)；和第二傳遞齒輪，其連接所述傳遞軸，以便與傳遞軸一起旋轉(zhuǎn)，第二傳遞齒輪與所述第二行星齒輪組的所述第二構(gòu)件互相嚙合。
17.如權(quán)利要求15所述的電動(dòng)機(jī)械變速器，還包括輸出構(gòu)件；固定構(gòu)件；其中所述減速齒輪是第三行星齒輪組的第一構(gòu)件，第三行星齒輪組還具有第二構(gòu)件和第三構(gòu)件；其中所述輸出構(gòu)件和所述第二行星齒輪組的一個(gè)所述構(gòu)件都持續(xù)連接所述第三行星齒輪組的所述第二構(gòu)件，以便與所述第三行星齒輪組的所述第二構(gòu)件一起旋轉(zhuǎn)；其中所述第三行星齒輪組的所述第三構(gòu)件連接到所述固定構(gòu)件。
全文摘要
提供一種單模式、復(fù)合－分流式變速器，其具有兩個(gè)機(jī)械功率路徑。一個(gè)機(jī)械功率路徑主要在低速度比下起作用，同時(shí)另一個(gè)路徑主要在高速度比下起作用。在用于高速度比的路徑中可利用減速比，降低電路徑功率需求。另外，減速比允許兩個(gè)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)都具有相對(duì)低的扭矩設(shè)計(jì)。
文檔編號(hào)F16H61/32GK101070904SQ20071010289
公開日2007年11月14日 申請(qǐng)日期2007年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月11日
發(fā)明者B·M·康倫 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司