四模式混合動力變速器的制造方法
【專利摘要】一種混合動力變速器,包括輸入構(gòu)件和輸出構(gòu)件。變速器包括第一和第二電動機/發(fā)電機,和第一、第二和第三行星齒輪組。輸入構(gòu)件持續(xù)連接為與第一行星齒輪組的構(gòu)件共同旋轉(zhuǎn)。輸出構(gòu)件持續(xù)連接為與第三行星齒輪組的構(gòu)件共同旋轉(zhuǎn)。互連構(gòu)件持續(xù)連接為與第一、第二和第三行星齒輪組每一個的構(gòu)件共同旋轉(zhuǎn)。多個扭矩傳遞機構(gòu)包括扭矩傳遞機構(gòu),所述扭矩傳遞機構(gòu)選擇性地可接合以將互連構(gòu)件連接到行星齒輪組的另一構(gòu)件。電動機/發(fā)電機和扭矩傳遞機構(gòu)選擇性地以不同組合接合,以提供四個僅電運行模式。
【專利說明】四模式混合動力變速器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明通常包括具有兩個電動機/發(fā)電機和三個行星齒輪組的混合動力變速器?!颈尘凹夹g(shù)】
[0002]用于車輛的混合動力傳動系在不同車輛運行條件下利用不同的動力源。具有電可變變速器(其可提供輸入分流運行模式和復合分流運行模式)的混合動力傳動系通常具有兩個或三個行星齒輪組和一個或多個電動機/發(fā)電機。不同的運行模式通過以不同組合接合制動器和/或離合器和控制發(fā)動機和電動機/發(fā)電機而建立。各種功率分流運行模式是有利的,因為它們可以被用于通過允許發(fā)動機運行在其最燃料高效速度下而改善燃料經(jīng)濟性?;旌蟿恿鲃酉狄部梢赃\行在僅電運行模式,其中僅一個或多個電動機/發(fā)電機提供功率到變速器。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]提供一種混合動力傳動系,其具有變速器,所述變速器提供四個僅電運行模式,包括高速度僅電運行。具體說,混合動力變速器包括輸入構(gòu)件和輸出構(gòu)件。變速器包括第一和第二電動機/發(fā)電機,和第一、第二和第三行星齒輪組。輸入構(gòu)件持續(xù)連接為與第一行星齒輪組的一構(gòu)件共同旋轉(zhuǎn)。如在本文使用的,“共同旋轉(zhuǎn)”意味著以同一速度旋轉(zhuǎn)。輸出構(gòu)件持續(xù)為與第三行星齒輪組的一構(gòu)件共同旋轉(zhuǎn)。第一電動機/發(fā)電機持續(xù)連接為用于與第一行星齒輪組的一構(gòu)件共同旋轉(zhuǎn)。第二電動機/發(fā)電機持續(xù)連接為用于與第二行星齒輪組的一構(gòu)件共同旋轉(zhuǎn)。互連構(gòu)件持續(xù)連接為與第一、第二、和第三行星齒輪組每一個的相應(yīng)構(gòu)件共同旋轉(zhuǎn),所述相應(yīng)構(gòu)件不連接為與輸入構(gòu)件、輸出構(gòu)件或任一電動機/發(fā)電機共同旋轉(zhuǎn)。多個扭矩傳遞機構(gòu)每一個選擇性地可接合,以將其中一個行星齒輪組中的一構(gòu)件連接到其中一個行星齒輪組的另一構(gòu)件或靜止構(gòu)件。如在本文使用的,靜止構(gòu)件是在變速器運行期間不旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件。例如,靜止構(gòu)件可以是變速器殼體。
[0004]多個扭矩傳遞機構(gòu)包括扭矩傳遞機構(gòu),所述扭矩傳遞機構(gòu)選擇性地可接合,以提供與第三行星齒輪組的構(gòu)件的共同旋轉(zhuǎn)且因此提供從互連構(gòu)件到輸出構(gòu)件的直接驅(qū)動。電動機/發(fā)電機和扭矩傳遞機構(gòu)可選擇性地以不同組合接合,以提供通過一個或兩個電動機/發(fā)電機提供功率的四個僅電運行模式。如在本文使用的,“僅電”運行模式是這樣的運行模式,其中僅依賴于電力的動力源(例如電動機)用于為變速器提供功率。僅電運行模式包括相對高扭矩的運行模式和相對高速度的運行模式,以及一個電動機運行和兩個電動機運行。僅電運行模式中的一個是兩個電動機的僅電運行模式,具有通過第三行星齒輪組的直接驅(qū)動,適用于相對高速度、低扭矩的僅電運行。
[0005]四個電可變運行模式也可使用,包括輸入分流和復合分流運行。
[0006]在下文結(jié)合附圖進行的對實施本發(fā)明的較佳模式做出的詳盡描述中能容易地理解上述的本發(fā)明的特征和優(yōu)點以及其他的特征和優(yōu)點?!緦@綀D】
【附圖說明】
[0007]圖1在桿系圖中顯示了變速器的混合動力傳動系的示意性橫截面視圖。
[0008]圖2是用于扭矩傳遞機構(gòu)的接合一覽表,以建立圖1的變速器的各種運行模式。
【具體實施方式】
[0009]參見附圖,其中相同的附圖標記幾幅圖中指示相同的部件,圖1顯示了動力傳動系10,其包括發(fā)動機12和具有輸入構(gòu)件16和輸出構(gòu)件18的電可變變速器(electrically-variable transmission) 14。輸入構(gòu)件16連接為與發(fā)動機12共同旋轉(zhuǎn),且輸出構(gòu)件18連接為與最終驅(qū)動機構(gòu)(未示出)共同旋轉(zhuǎn),以傳送牽引扭矩到車輛車輪。變速器14包括三個行星齒輪組20、30、和40,五個扭矩傳遞機構(gòu)60、62、64、66和68和兩個電動機/發(fā)電機70、80。扭矩傳遞機構(gòu)60、62、64、66和68和電動機/發(fā)電機70、80可控制為提供四個僅電運行模式和四個電可變運行模式,如在本文所述的。變速器14也可以被控制為提供額外的僅電運行模式、扭矩轉(zhuǎn)換運行模式和兩個固定比例運行模式,如在本文所述的。變速器14配置為使得第三行星齒輪組40可提供減速齒輪比或直接驅(qū)動比(directdrive ratio),取決于哪個扭矩傳遞機構(gòu)被接合,允許高扭矩和高速度運行。
[0010]行星齒輪組20包括恒星齒輪構(gòu)件22、環(huán)齒輪構(gòu)件24、和承載構(gòu)件26。承載構(gòu)件26可旋轉(zhuǎn)地支撐多個小齒輪27,所述小齒輪與恒星齒輪構(gòu)件22和環(huán)齒輪構(gòu)件24以嚙合關(guān)系設(shè)置。在所示的實施例中,環(huán)齒輪構(gòu)件24具有93個齒且恒星齒輪構(gòu)件22具有47個齒,為行星齒輪組20建立1.98的有效齒輪比,雖然也可以使用其他的齒數(shù)。
[0011]行星齒輪組30包括恒星齒輪構(gòu)件32、環(huán)齒輪構(gòu)件34、和承載構(gòu)件36所述承載構(gòu)件可旋轉(zhuǎn)地支撐多個小齒輪37,所述小齒輪以與恒星齒輪構(gòu)件32和環(huán)齒輪構(gòu)件34的嚙合關(guān)系設(shè)置。環(huán)齒輪構(gòu)件34具有93個齒且恒星齒輪構(gòu)件32具有47個齒,為行星齒輪組30建立1.98的有效齒輪比,雖然也可以使用其他的齒數(shù)。
[0012]行星齒輪組40包括恒星齒輪構(gòu)件42、環(huán)齒輪構(gòu)件44、和承載構(gòu)件46。承載構(gòu)件46可旋轉(zhuǎn)地支撐第一組小齒輪47以及第二組小齒輪48。第一組小齒輪47以與恒星齒輪構(gòu)件42和第二組小齒輪48的嚙合關(guān)系設(shè)置。第二組小齒輪48以與第一組小齒輪47和環(huán)齒輪構(gòu)件44的嚙合關(guān)系設(shè)置。由此,行星齒輪組40是復合的恒星齒輪構(gòu)件-小齒輪-小齒輪-環(huán)齒輪構(gòu)件的齒輪組,本文中稱為S-P-P-R齒輪組。環(huán)齒輪構(gòu)件44具有107個齒且恒星齒輪構(gòu)件42具有47個齒。例如行星齒輪組40這樣的S-P-P-R齒輪組的有效齒輪比是:
[0013](Ne/Ns) -1;環(huán)齒輪構(gòu)件44的齒數(shù)對恒星齒輪構(gòu)件42的齒數(shù)比,減I。
[0014]在S-P-P-R齒輪組40中,環(huán)齒輪構(gòu)件44的速度為恒星齒輪構(gòu)件42和承載構(gòu)件46速度的加權(quán)平均值。進入恒星齒輪構(gòu)件42的扭矩和進入承載構(gòu)件46的扭矩相加以得出從環(huán)齒輪構(gòu)件44而出的扭矩。使用S-P-P-R齒輪組的目的是提供這樣的齒輪組,其與沿與它的兩個構(gòu)件相同的方向應(yīng)用的相似量的扭矩平衡:恒星齒輪構(gòu)件42和承載構(gòu)件46。由此,在本發(fā)明的另一方面,針對第三行星齒輪組40的這些構(gòu)件制造的連接結(jié)構(gòu)可彼此更換且可使用相同的運行模式。
[0015]互連構(gòu)件50持續(xù)連接承載構(gòu)件26、承載構(gòu)件36和恒星齒輪構(gòu)件42?;ミB構(gòu)件50可以是單個部件,例如具有徑向延伸的轂部分的主軸,如所示的?;ミB構(gòu)件50可以替換地為兩個分開的部件,一個連將承載器構(gòu)件26和36連接,而另一個將承載構(gòu)件36與恒星齒輪構(gòu)件42連接。沒有包括其他的互連構(gòu)件,因為行星齒輪組20、30或40的其他構(gòu)件沒有被持續(xù)連接為共同旋轉(zhuǎn)。
[0016]電可變變速器14還包括兩個電動機/發(fā)電機70和80。電動機/發(fā)電機70包括環(huán)形轉(zhuǎn)子部分72,其通過轉(zhuǎn)子轂和套管軸連接為與恒星齒輪構(gòu)件22共同旋轉(zhuǎn),所述套管軸同中心地圍繞互連構(gòu)件50。電動機/發(fā)電機70具有環(huán)形定子74,所述環(huán)形定子圍繞轉(zhuǎn)子72。電繞組76從定子74的端部延伸。
[0017]電動機/發(fā)電機80包括環(huán)形轉(zhuǎn)子部分82,其通過轉(zhuǎn)子轂和套管軸連接為與恒星齒輪構(gòu)件32共同旋轉(zhuǎn),所述套管軸同中心地圍繞互連構(gòu)件50。電動機/發(fā)電機80具有環(huán)形定子84,所述環(huán)形定子圍繞轉(zhuǎn)子82。電繞組86從定子84的端部延伸。
[0018]電動機/發(fā)電機70、80可以從能量存儲裝置90接收電功率或提供電功率到能量存儲裝置90,能量存儲裝置例如是一個或多個電池或燃料電池。電子控制器92與能量存儲裝置90和功率逆變器94信號通信,所述功率逆變器還與電動機/發(fā)電機70、80的定子部分電連通??刂破?2對各種輸入信號做出響應(yīng),所述輸入信號包括車輛速度、操作者要求、電池90被充電的水平和通過發(fā)動機12提供的功率??刂破?2調(diào)節(jié)電動機/發(fā)電機70、80和能量存儲裝置90之間的經(jīng)由逆變器94的功率流動,所述逆變器在能量存儲裝置90所提供或利用的直流電和電動機/發(fā)電機70、80的定子74、84所提供或利用的交流電之間進行轉(zhuǎn)換。
[0019]電可變變速器14還包括多個扭矩傳遞機構(gòu)60、62、64、66和68。第一扭矩傳遞機構(gòu)60是制動器,其選擇性地可接合以將承載構(gòu)件46固定到靜止構(gòu)件69,例如變速器的殼體。第二扭矩傳遞機構(gòu)62是離合器,其選擇性地可接合以將恒星齒輪構(gòu)件42連接為與承載構(gòu)件46共同旋轉(zhuǎn)。第三扭矩傳遞機構(gòu)64是制動器,其選擇性地可接合以將環(huán)齒輪構(gòu)件34固定到靜止構(gòu)件69。第四扭矩傳遞機構(gòu)66是離合器,離合器選擇性地可接合,以將恒星齒輪構(gòu)件22和電動機/發(fā)電機70的轉(zhuǎn)子72連接為與環(huán)齒輪構(gòu)件34共同旋轉(zhuǎn)。第五扭矩傳遞機構(gòu)68是制動器,其選擇性地可接合,以將環(huán)齒輪構(gòu)件24固定到靜止構(gòu)件69。如此,扭矩傳遞機構(gòu)68還將輸入構(gòu)件16和發(fā)動機12連接到靜止構(gòu)件69且可以由此被稱為發(fā)動機制動器。
[0020]通過以各種組合接合扭矩傳遞機構(gòu)和控制電動機/發(fā)電機70、80,變速器14提供四個僅電運行模式,四個電可變運行模式,兩個固定傳動比,電扭矩轉(zhuǎn)換運行模式,和額外的可選僅電運行模式(第五僅電運行模式)。所有這些運行模式是“向前”運行模式,其中在輸出構(gòu)件18處提供沿使得具有動力傳動系10的車輛沿向前方向運動的方向的推進。在一個實施例中,扭矩傳遞機構(gòu)60、62、64、66和68可以是摩擦板離合器或另一類型的離合器,其能傳遞反向扭矩(reverse torque),在這種情況下,四個僅電運行模式可在一個或兩個電動機-發(fā)電機70、80被控制為運行為發(fā)電機時用于再生制動,且與提供向前推進時相比在一個或兩個電動機-發(fā)電機70、80被控制為沿相反方向旋轉(zhuǎn)時可用于反向推進。扭矩傳遞機構(gòu)60、62、64、66和68的接合一覽表以及發(fā)動機12的狀態(tài)顯不在圖2的表格中。各種運行模式標號為100-122且以不同的行表示。發(fā)動機12和扭矩傳遞機構(gòu)在不同的列中列出的相應(yīng)附圖標記示出。對于發(fā)動機12不對輸入構(gòu)件16提供功率的每一個運行模式,虛線出現(xiàn)在標記了 12的列下出現(xiàn)。在發(fā)動機12連接到輸入構(gòu)件16且提供功率到輸入構(gòu)件16時,箭頭出現(xiàn)在標記為12的列中。在與給定運行模式(行)和給定扭矩傳遞機構(gòu)(列)對應(yīng)的單元格列出的“X”表示扭矩傳遞機構(gòu)在該運行模式期間接合。在沒有“X”列出的情況下,扭矩傳遞機構(gòu)不在運行模式期間接合。
[0021]為了建立第一僅電運行模式,在圖2示出為模式100,扭矩傳遞機構(gòu)60和68接合。輸入構(gòu)件16和環(huán)齒輪構(gòu)件24固定連接到靜止構(gòu)件16且發(fā)動機12關(guān)閉。第一電動機/發(fā)電機70被控制為用作電動機且電動機/發(fā)電機80不被提供功率。在環(huán)齒輪構(gòu)件24和承載構(gòu)件46固定的情況下,行星齒輪組20和40啟用。在行星齒輪組的每一個構(gòu)件連接到另一行星齒輪組的構(gòu)件、連接到輸入構(gòu)件、連接到輸出構(gòu)件、連接到電動機/發(fā)電機或連接到發(fā)動機時,行星齒輪組“啟用(active)”,從而它能承載扭矩。扭矩通過行星齒輪組20和40從電動機/發(fā)電機70提供到輸出構(gòu)件18。在扭矩傳遞機構(gòu)60接合的情況下,第三行星齒輪組40從恒星齒輪構(gòu)件42到環(huán)齒輪構(gòu)件44減少速度且倍增扭矩。
[0022]為了從第一僅電運行模式變換(shift)以建立第二僅電運行模式,如圖2中模式102示出的,扭矩傳遞機構(gòu)60和68保持接合且扭矩傳遞機構(gòu)64接合。環(huán)齒輪構(gòu)件24、承載構(gòu)件46和環(huán)齒輪構(gòu)件34被固定,且發(fā)動機12關(guān)閉。因為扭矩傳遞機構(gòu)64接合,所以第二行星齒輪組30也啟用,且電動機/發(fā)電機80也被控制為用作電動機,從而第一電動機/發(fā)電機70和第二電動機/發(fā)電機80提供扭矩到變速器14。在扭矩傳遞機構(gòu)60接合的情況下,第三行星齒輪組40在第二僅電運行模式中提供減速比。
[0023]為了從第二僅電運行模式102變換到第三僅電運行模式,如圖2的模式104示出的,扭矩傳遞機構(gòu)68保持接合,而扭矩傳遞機構(gòu)60和64脫開且扭矩傳遞機構(gòu)62接合。這種變換可以被稱為熱變換(hot shift)的順序做出,其中扭矩傳遞機構(gòu)62在扭矩傳遞機構(gòu)60脫開之前在接合期間在載荷下轉(zhuǎn)差,從而扭矩在變換期間提供到輸出構(gòu)件18。在僅扭矩傳遞機構(gòu)62和68接合的情況下,行星齒輪組20和40啟用且行星齒輪組30停用。扭矩傳遞機構(gòu)62連接恒星齒輪構(gòu)件42,以與承載構(gòu)件46共同旋轉(zhuǎn)。因而,第三行星齒輪組40用作直接驅(qū)動,而沒有互連構(gòu)件50和輸出構(gòu)件18之間的扭矩倍增或減少。僅電動機/發(fā)電機70在恒星齒輪構(gòu)件22處提供功率到變速器14。因為直接驅(qū)動從互連構(gòu)件50提供到輸出構(gòu)件18,代替速度減少,所以與第一和第二僅電運行模式相比,第三僅電運行模式適用于更高速度和更低扭矩需求。
[0024]為了從第三僅電運行模式104變換到第四僅電運行模式,如圖2中的模式106示出的,扭矩傳遞機構(gòu)62和68保持接合且扭矩傳遞機構(gòu)64接合。環(huán)齒輪構(gòu)件24和環(huán)齒輪構(gòu)件34固定,且發(fā)動機12關(guān)閉。因為扭矩傳遞機構(gòu)64接合,所以第二行星齒輪組30也啟用。除了電動機/發(fā)電機70,電動機/發(fā)電機80也被控制為用作電動機,從而第一電動機/發(fā)電機70和第二電動機/發(fā)電機80提供扭矩到變速器14。在扭矩傳遞機構(gòu)62接合的情況下,在第四僅電運行模式中第三行星齒輪組40在互連構(gòu)件50和輸出構(gòu)件18之間提供直接驅(qū)動比。
[0025]第一和第三僅電運行模式100、104分別是在第三行星齒輪組40的速度減少和直接驅(qū)動輸出范圍中的一個電動機的僅電運行模式。第二和第四僅電運行模式102、106分別是在第三行星齒輪組40的速度減少和直接驅(qū)動輸出范圍中的兩個電動機的僅電運行模式。電動機/發(fā)電機70用在一個電動機的運行模式且電動機/發(fā)電機70和80用在兩個電動機的運行模式。[0026]為了完成通過動力傳動系10推動的車輛的僅電運行,變速器14可響應(yīng)于來自輸出構(gòu)件18的速度和扭矩的需求而在第一、第二、第三、和第四僅電運行模式中變換。對于低速度和低扭矩,具有通過第三行星齒輪組40實現(xiàn)的速度減少功能的一個電動機運行模式,即第一僅電運行模式是最有用的。對于低速度和高扭矩,第二僅電運行模式(具有速度減少的兩個電動機運行模式)是最有用的。對于高速度和低扭矩,具有通過第三行星齒輪組40實現(xiàn)的直接驅(qū)動的一個電動機運行模式,即第三僅電運行模式是最有用的。對于高速度和高扭矩,具有直接驅(qū)動的兩個電動機的運行模式,即第四僅電運行模式是最有用的。
[0027]變速器14可通過接合或脫開單個扭矩傳遞機構(gòu)60或62而在一個電動機的僅電運行模式(100或104)和兩個電動機的僅電運行模式(102或104)之間變換,如圖2顯示的。變速器14可通過接合單個扭矩傳遞機構(gòu)和脫開單個扭矩傳遞機構(gòu)、通過第三行星齒輪組40而在速度減少和直接驅(qū)動之間變換。這兩種變換是相對易于完成的。如果扭矩傳遞機構(gòu)60和62是摩擦裝置(例如分別是濕式板離合器和濕式板離合器-制動器),則通過第三行星齒輪組40的速度減少和直接驅(qū)動之間的單次轉(zhuǎn)變(single transition)的變換(在模式102和模式104之間變換)是相對易于完成的,同時能提供扭矩到輸出構(gòu)件14而沒有中斷。
[0028]在扭矩傳遞機構(gòu)60、66和68接合時一種額外的兩個電動機僅電運行模式108可用,如圖2示出的。第三行星齒輪組40處在該運行模式的減少輸出范圍中。運行模式108可通過從第二電可變運行模式(如本文所述的)變換、通過將輸入構(gòu)件16的速度減少到零和隨后接合扭矩傳遞機構(gòu)68 (發(fā)動機制動器)而實現(xiàn)。在運行模式108中,第一和第二行星齒輪組20和30通過互連構(gòu)件50和扭矩傳遞機構(gòu)66的動作而復合在一起,從而第二電動機/發(fā)電機80的轉(zhuǎn)子82沿與輸出構(gòu)件18相反的方向旋轉(zhuǎn)。
[0029]根據(jù)圖2的接合一覽表,變速器14可以被控制為建立四個電可變運行模式110-116。電可變運行模式中的兩個是輸入分流運行模式且電可變運行模式中的兩個是復合分流運行模式。通常,輸入分流模式使用齒輪傳動以通過與輸入構(gòu)件16緊密相關(guān)的速度而將從輸入構(gòu)件16到輸出構(gòu)件18的、通過變速器14的功率流動分流,而復合分流模式使用齒輪傳動以通過與輸入構(gòu)件16和輸出構(gòu)件18實質(zhì)上同樣緊密相關(guān)的速度而將通過變速器14的功率流動分流。即在輸入分流模式中,輸入構(gòu)件16的速度不與電動機/發(fā)電機70、80中的任一個的速度直接地成比例,但是輸出構(gòu)件18的速度與電動機/發(fā)電機80的速度直接成比例。在復合分流模式中,輸入構(gòu)件16的速度或輸出構(gòu)件18的速度都不與電動機/發(fā)電機70、80中的任一的速度直接成比例。
[0030]第一電可變運行模式110通過在發(fā)動機12開動的情況下接合扭矩傳遞機構(gòu)60和64而建立。為了從第一僅電運行模式100變換到第一電可變運行模式110,扭矩傳遞機構(gòu)68被釋放,且來自電動機/發(fā)電機70的扭矩的一部分通過行星齒輪組20施加到輸入構(gòu)件16,以啟動發(fā)動機12。扭矩傳遞機構(gòu)64也接合,從而行星齒輪組30啟用。除了電動機/發(fā)電機70外這允許電動機/發(fā)電機80被使用,以建立輸入分流運行模式。從發(fā)動機12輸送的功率和從電動機/發(fā)電機70輸送或輸送到電動機/發(fā)電機70的功率通過第一行星齒輪組20分流且被提供到承載構(gòu)件26。
[0031]扭矩傳遞機構(gòu)60和64接合,發(fā)動機12從空轉(zhuǎn)速度加速到期望速度,且隨后電動機/發(fā)電機70的速度(運行為發(fā)電機)減小,且電動機/發(fā)電機80的速度(運行為電動機)增加。這種運行將繼續(xù),傳動比(transmission ratio)減少,直到電動機/發(fā)電機70的速度為零,建立機械點。這是第一向前電可變運行模式的結(jié)束,因為在該具體比例下,變速器可在傳動比的逐漸變化中最容易地變換到下一個運行模式。第一電可變運行模式是輸入分流類型的功率傳遞。
[0032]在運行的第一機械點處,電動機/發(fā)電機70的速度為零,環(huán)齒輪構(gòu)件34靜止,因為被扭矩傳遞機構(gòu)64所保持,且電動機/發(fā)電機80的速度也為零。在該點,扭矩傳遞機構(gòu)64和66的狀態(tài)可以以同步狀態(tài)互換,從而沒有與機構(gòu)的接合或脫開相關(guān)的打滑。還應(yīng)注意在該運行點,變速器14以基本上機械的功率流動的方式(因此使用術(shù)語“機械點”)運行,通過電動機/發(fā)電機70、80傳遞的軸功率是可以忽略的。在傳動比減小時第一機械點是第一電可變模式中運行的結(jié)束且是第二電可變模式中運行的開始。
[0033]第二電可變運行模式112通過接合扭矩傳遞機構(gòu)60和66而建立。在從輸入構(gòu)件16到輸出構(gòu)件18的機械功率的傳遞過程中,即沒有考慮從能量存儲裝置90添加的功率,電動機/發(fā)電機80的運行從運行為電動機改變到運行為發(fā)電機。也是在該互換點,沒有添加的電功率,電動機/發(fā)電機70的運行從發(fā)電機模式改變到電動機模式。在整個第二電可變中發(fā)動機12的速度可保持在期望速度,或其可按照期望改變。為了獲得從一個模式到另一模式的同步變換的優(yōu)勢,優(yōu)選的是,輸入構(gòu)件16的速度對輸出構(gòu)件18的速度的比保持在第一機械點的速度比和第二機械點的速度比之間,而變速器14運行在第二電可變模式。
[0034]在第二電可變運行模式中,S卩112,所有的行星齒輪組20、30、40啟用,且第三行星齒輪組40提供從互連構(gòu)件50到輸出構(gòu)件18的速度減少。第二電可變運行模式112是復合分流運行模式。
[0035]在第一機械點,在該實施例中其是第二電可變模式的開始,電動機/發(fā)電機70可提供用于對提供到輸入構(gòu)件16的扭矩的反作用所必要的所有扭矩,而沒有使用或供應(yīng)機械功率,因為電動機/發(fā)電機70靜止。在第二機械點,其是在第二電可變模式的結(jié)束時,電動機/發(fā)電機80可供應(yīng)用于對提供到輸入構(gòu)件16的扭矩的反作用所必要的所有扭矩,而沒有使用或供應(yīng)機械功率,因為電動機/發(fā)電機80靜止。在這兩個點之間,電動機/發(fā)電機70和80共享提供反作用扭矩的任務(wù),從而該載荷可通過第二電可變模式而從電動機/發(fā)電機70逐漸傳遞到電動機/發(fā)電機80。在沒有電池功率和電附件載荷的情況下,該載荷被傳遞從而通過電動機/發(fā)電機80產(chǎn)生的電功率被電動機/發(fā)電機70消耗,如此實際結(jié)果就是將功率從輸入構(gòu)件16傳遞到輸出構(gòu)件18。
[0036]為了在第二電可變運行模式期間繼續(xù)讓輸出構(gòu)件18(和其上安裝了變速器14的車輛)加速,第二電可變運行模式是復合分流模式,電動機/發(fā)電機70的速度(運行為電動機)沿向前方向從零增加且電動機/發(fā)電機80(運行為發(fā)電機)的速度減小。電動機/發(fā)電機70和發(fā)動機12對承載構(gòu)件26賦予正或向前旋轉(zhuǎn),且電動機/發(fā)電機80在恒星齒輪構(gòu)件32處提供旋轉(zhuǎn)的反作用構(gòu)件。通過電動機/發(fā)電機80產(chǎn)生的電能可用于對能量存儲裝置90,或用于提供電功率以驅(qū)動電動機/發(fā)電機70,或?qū)崿F(xiàn)以上兩種功能,這取決于電動機/發(fā)電機70處所需的功率量和能量存儲裝置90的充電水平。
[0037]動力傳動系10繼續(xù)在第二電可變模式運行直到電動機/發(fā)電機80的速度已經(jīng)減小到零且電動機/發(fā)電機70的速度已經(jīng)增加到最大值。在該點,電動機/發(fā)電機80具有零速度,其等于承載構(gòu)件46的速度,因為被扭矩傳遞機構(gòu)60保持靜止。這是第二機械點。變速器可繼續(xù)在第二向前的電可變運行模式中將其比例減少,或變換到第三或第四向前的電可變運行模式。
[0038]第三電可變模式114通過接合扭矩傳遞機構(gòu)62和64而建立,同時發(fā)動機12開動。從第二電可變運行模式112變換到第三電可變運行模式114是熱變換,需要扭矩傳遞機構(gòu)轉(zhuǎn)差,因為扭矩傳遞機構(gòu)62接合且扭矩傳遞機構(gòu)60釋放時。進而,從第二電可變運行模式112變換到第三電可變運行模式114需要同時進行扭矩傳遞機構(gòu)66的脫開和扭矩傳遞機構(gòu)64的接合。如果發(fā)動機12的速度在該變換期間保持恒定,則電動機/發(fā)電機70的速度還必須在熱變換的速度階段改變。第三行星齒輪組40在第三電可變運行模式中提供互連構(gòu)件50和輸出構(gòu)件18之間的直接驅(qū)動,因為承載構(gòu)件46以與恒星齒輪構(gòu)件42相同的速度旋轉(zhuǎn),使得行星齒輪組40的所有構(gòu)件以相同速度旋轉(zhuǎn)。第三行星齒輪組40提供第二電可變運行模式和第三電可變運行模式之間的2.28的比例階梯(ratio step).[0039]第三向前電可變模式114也是輸入分流運行模式。電動機/發(fā)電機80的速度與輸出構(gòu)件18的速度成比例。在第三向前電可變模式114期間,電動機/發(fā)電機70運行為發(fā)電機且電動機/發(fā)電機80運行為電動機。電動機/發(fā)電機70的速度量值減小而電動機/發(fā)電機80的速度增加。在第三向前電可變運行模式期間,電動機/發(fā)電機70供應(yīng)電功率到變速器14,其可用于為作為電動機的電動機/發(fā)電機80提供功率和/或提供能量到與之連接的能量存儲裝置90,以增加電池存儲電荷。第三向前電可變運行模式可繼續(xù)直到輸出構(gòu)件達到其最大速度點,用于該模式的慣常使用,此時電動機/發(fā)電機80的速度為零,即第三機械點。
[0040]在發(fā)動機12開動時第四電可變運行模式116通過接合扭矩傳遞機構(gòu)62和66建立。第四行星齒輪組40在第四電可變運行模式116中提供從互連構(gòu)件50到輸出構(gòu)件18的直接驅(qū)動,因為承載構(gòu)件46以與恒星齒輪構(gòu)件42相同的速度旋轉(zhuǎn),使得行星齒輪組40的所有構(gòu)件以相同速度旋轉(zhuǎn)。第四電可變運行模式116也是復合分流運行模式,其中在傳動比從該模式的一個機械點改變到另一機械點時,提供反作用扭矩以從輸入構(gòu)件16傳遞扭矩和功率輸出構(gòu)件18的任務(wù)逐漸從一個電動機/發(fā)電機70改變到另一電動機/發(fā)電機80。在扭矩傳遞機構(gòu)62接合且扭矩傳遞機構(gòu)60釋放時,從第二電可變運行模式112變換到第四電可變運行模式需要熱變換,讓扭矩傳遞機構(gòu)轉(zhuǎn)差,但是其他扭矩傳遞機構(gòu)64、66的接合狀態(tài)不改變。如果發(fā)動機速度12在該變換期間保持恒定,則電動機/發(fā)電機70、80的速度也必須在熱變換的速度階段期間改變。
[0041]四個電可變運行模式包括相對高的扭矩(電可變運行模式110和112)和相對高的速度(僅電運行模式114和116)。高扭矩電可變運行模式110和112在輸出構(gòu)件18處形成相對高的扭矩。高速度的電可變運行模式114和116在輸出構(gòu)件18處形成相對高的速度。另外,輸入分流和復合分流運行可在高扭矩運行模式和高速度運行模式下使用。由此,在所示實施例中,第一或第二電可變運行模式110和112和第三或第四電可變運行模式114和116之間的比例階梯為2.28(第三行星齒輪組40的齒輪比)。第一電可變運行模式110和第三電可變運行模式114之間的變換是單次轉(zhuǎn)變,即需要單個扭矩傳遞機構(gòu)62的接合和單個扭矩傳遞機構(gòu)60的脫開。同樣,第二電可變運行模式112和第四電可變運行模式116之間的變換是單次轉(zhuǎn)變變換。發(fā)動機速度可以通過改變電動機/發(fā)電機70、80的速度且由此通過以相反的方式將輸入構(gòu)件16和互連構(gòu)件50之間的速度比改變相同的比例階梯而在這些變換期間保持恒定。即在扭矩傳遞機構(gòu)60、62變換時,互連構(gòu)件50和輸出構(gòu)件18之間的比例改變2.28:1或1:2.28。電動機/發(fā)電機70、80和向前齒輪組20、30可用于將比例從輸入構(gòu)件16到互連構(gòu)件50的比例分別改變1:2.28或2.28:1,從而輸入構(gòu)件16和輸出構(gòu)件18之間的總比例基本上保持恒定。
[0042]在發(fā)動機12開動時且僅扭矩傳遞機構(gòu)60被接合時,電動機/發(fā)電機70被控制為用作發(fā)電機或用作電動機且電動機/發(fā)電機80不被提供功率,變速器14處在電扭矩轉(zhuǎn)換模式118。在電扭矩轉(zhuǎn)換模式118,發(fā)動機12和電動機/發(fā)電機70通過行星齒輪組20提供扭矩組合運行模式。如果電動機/發(fā)電機70的速度保持相對較低且電動機/發(fā)電機70運行為發(fā)電機,則電動機/發(fā)電機70引發(fā)的損失是最小的且電扭矩轉(zhuǎn)換運行模式可持續(xù)相對長的時間段。進而,如果發(fā)動機12停止且扭矩傳遞機構(gòu)68接合,則變速器14從電扭矩轉(zhuǎn)換運行模式118變換到第一僅電運行模式100。
[0043]變速器14還提供兩個固定比例的運行模式120、122。在電動機/發(fā)電機70的速度為零時,第一固定比例運行模式120通過接合扭矩傳遞機構(gòu)60、64和66而優(yōu)選在第一和第二向前電可變模式110、112之間建立的第一機械點處提供。在電動機/發(fā)電機70的速度為零時,第二固定比例模式通過接合扭矩傳遞機構(gòu)62、64和66而優(yōu)選在第三機械點處建立。
[0044]而且,因為行星齒輪組的具體比例,尤其是所示實施例中第一和第二行星齒輪組
20、30的比例,電動機/發(fā)電機70所需的最大扭矩與電動機/發(fā)電機80所需的相同,允許它們具有相同尺寸。進而,基本上相同的比例擴展(ratio spread)在第二和第三電可變模式112、114中建立。
[0045]存在扭矩傳遞機構(gòu)的接合的其他組合,其將允許其他的運行條件。例如,扭矩傳遞機構(gòu)64和66可同時地接合,電動機/發(fā)電機80被用作電動機以供應(yīng)功率到互連構(gòu)件50且由此提供用于發(fā)動機12的啟動扭矩。如果所有四個扭矩傳遞機構(gòu)60、62、64和66同時接合,則輸入軸16和輸出軸18被有效地固定且因此沒有功率可被傳遞,由此產(chǎn)生〃停車制動"配置。所有扭矩傳遞機構(gòu)的同時脫開提供機械中性狀態(tài)。具體地,扭矩傳遞機構(gòu)60和62的同時脫開在輸出構(gòu)件18上提供基本為零的扭矩。
[0046]盡管已經(jīng)對執(zhí)行本發(fā)明的較佳模式進行了詳盡的描述,但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可得知在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)的用來實施本發(fā)明的許多替換設(shè)計和實施例。
【權(quán)利要求】
1.一種混合動力變速器,包括: 輸入構(gòu)件和輸出構(gòu)件; 第一和第二電動機/發(fā)電機; 第一、第二、和第三行星齒輪組;其中輸入構(gòu)件持續(xù)連接為用于與第一行星齒輪組的一構(gòu)件共同旋轉(zhuǎn);其中輸出構(gòu)件持續(xù)連接為用于與第三行星齒輪組的一構(gòu)件共同旋轉(zhuǎn);其中第一電動機/發(fā)電機持續(xù)連接為用于與第一行星齒輪組的另一構(gòu)件共同旋轉(zhuǎn);其中第二電動機/發(fā)電機持續(xù)連接為用于與第二行星齒輪組的一構(gòu)件共同旋轉(zhuǎn); 互連構(gòu)件,持續(xù)連接為與第一、第二、和第三行星齒輪組每一個的相應(yīng)構(gòu)件共同旋轉(zhuǎn),所述相應(yīng)構(gòu)件不連接為與輸入構(gòu)件、輸出構(gòu)件或任一電動機/發(fā)電機共同旋轉(zhuǎn); 多個扭矩傳遞機構(gòu),每一個選擇性地可接合,以將其中一個行星齒輪組中的一構(gòu)件連接到其中一個行星齒輪組的另一構(gòu)件和靜止構(gòu)件中的一個;其中多個扭矩傳遞機構(gòu)包括這樣的扭矩傳遞機構(gòu),所述扭矩傳遞機構(gòu)選擇性地可接合以將互連構(gòu)件連接到第三行星齒輪組的另一構(gòu)件;和其中電動機/發(fā)電機和扭矩傳遞機構(gòu)能選擇性地以不同組合接合,以在輸入構(gòu)件和輸出構(gòu)件之間提供四個僅電運行模式。
2.如權(quán)利要求1所述的混合動力變速器,其中扭矩傳遞機構(gòu)能以不同組合選擇性地接合,以在輸入構(gòu)件和輸出構(gòu)件之間提供四個電可變運行模式,包括在一個或兩個電動機/發(fā)電機被提供功率且在輸入構(gòu)件處提供功率時的兩個輸入分流運行模式和兩個復合分流運行模式。
3.如權(quán)利要求2所述的混合動力變速器,其中第三行星齒輪組在兩個輸入分流運行模式中的一個和在兩個復合分流運行模式中的一個下提供減速比,且在兩個輸入分流運行模式的另一個和兩個復合分流運行模式的`另一個下,通過接合所述扭矩傳遞機構(gòu)以將互連構(gòu)件連接到第三行星齒輪組中的所述另一構(gòu)件,從而提供直接驅(qū)動比。`
4.如權(quán)利要求1所述的混合動力變速器,其中在僅電運行模式中的一個下接合的所有扭矩傳遞機構(gòu)與在接下來的一個僅電運行模式下接合的扭矩傳遞機構(gòu)不同。
5.如權(quán)利要求1所述的混合動力變速器,其中多個扭矩傳遞機構(gòu)包括另一扭矩傳遞機構(gòu),所述另一扭矩傳遞機構(gòu)選擇性地可接合,以將第三行星齒輪組的所述另一構(gòu)件固定到靜止構(gòu)件;和其中當功率在輸入構(gòu)件處被提供時,僅所述另一扭矩傳遞機構(gòu)被接合且第一電動機/發(fā)電機被提供功率,以提供電扭矩轉(zhuǎn)換運行模式。
6.如權(quán)利要求1所述的混合動力變速器,其中每一個行星齒輪組具有環(huán)齒輪構(gòu)件、承載構(gòu)件和恒星齒輪構(gòu)件;其中第一行星齒輪組的與輸入構(gòu)件持續(xù)連接的構(gòu)件是第一行星齒輪組的環(huán)齒輪構(gòu)件;其中第三行星齒輪組的與輸出構(gòu)件持續(xù)連接的構(gòu)件是第三行星齒輪組的環(huán)齒輪構(gòu)件;其中第一行星齒輪的持續(xù)連接為與第一電動機/發(fā)電機共同旋轉(zhuǎn)的所述另一構(gòu)件是第一行星齒輪組的恒星齒輪構(gòu)件;其中第二行星齒輪組的持續(xù)連接為與第二電動機/發(fā)電機共同旋轉(zhuǎn)的所述另一構(gòu)件是第二行星齒輪組的恒星齒輪構(gòu)件; 其中第一行星齒輪組的持續(xù)連接為與互連構(gòu)件共同旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件是第一行星齒輪組的承載構(gòu)件;其中第二行星齒輪組的持續(xù)連接為與互連構(gòu)件共同旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件是第二行星齒輪組的承載構(gòu)件;且其中第三行星齒輪組的持續(xù)連接為與互連構(gòu)件共同旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件是第三行星齒輪組的恒星齒輪構(gòu)件。
7.如權(quán)利要求6所述的混合動力變速器,其中多個扭矩傳遞機構(gòu)包括:第一扭矩傳遞機構(gòu),選擇性地可接合,以將第三行星齒輪組的承載構(gòu)件固定到靜止構(gòu)件; 第二扭矩傳遞機構(gòu),選擇性地可接合,以將互連構(gòu)件連接為與第三行星齒輪組的承載構(gòu)件共同旋轉(zhuǎn); 第三扭矩傳遞機構(gòu),選擇性地可接合,以將第二行星齒輪組的環(huán)齒輪構(gòu)件固定到靜止構(gòu)件; 第四扭矩傳遞機構(gòu),選擇性地可接合,以將第一行星齒輪組的恒星齒輪構(gòu)件連接為與第二行星齒輪組的環(huán)齒輪構(gòu)件共同旋轉(zhuǎn);和 第五扭矩傳遞機構(gòu),選擇性地可接合,以將第一行星齒輪組的環(huán)齒輪構(gòu)件固定到靜止構(gòu)件。
8.如權(quán)利要求7所述的混合動力變速器,其中變速器能運行為在第一、第四和第五扭矩傳遞機構(gòu)接合時提供第五僅電運行模式。
9.如權(quán)利要求1所述的混合動力變速器,其中在四個僅電運行模式中,其中電動機/發(fā)電機能控制為在四個僅電運行模式中沿提供向前推進和反向推進的任一方向旋轉(zhuǎn)。
10. 如權(quán)利要求1所述的混合動力變速器,其中行星齒輪組的比例配置為使得電動機/發(fā)電機每一個具有相同的最大扭矩。
【文檔編號】F16H3/66GK103486206SQ201310223432
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月12日
【發(fā)明者】A.G.霍姆斯, B.M.康倫 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責任公司