本發(fā)明涉及一種混合變速器，作為同時使用引擎(engine)與電動機/發(fā)電機的混合變速器，所述混合變速器使用動力分配器(splitter)，并且將行星齒輪裝置用作動力分配裝置，所述行星齒輪裝置結(jié)合雙重行星齒輪、兩個太陽齒輪(sungear)、一個環(huán)形齒輪(ringgear)。

背景技術(shù)：

本發(fā)明涉及一種混合變速器，其為混合動力車的變速器，具有第一馬達(motor)/發(fā)電機及第二馬達/發(fā)電機，第一馬達/發(fā)電機及第二馬達/發(fā)電機與動力分配器的旋轉(zhuǎn)軸直接連接或介入齒輪來連接，第一馬達/發(fā)電機主要起到發(fā)電機的作用，第二馬達/發(fā)電機起到輔助動力源的作用，能夠有效地進行運轉(zhuǎn)。

通常，用于車輛的變速器具有四段～六段的變速齒輪，最近甚至開發(fā)出超過前進10段的變速器。其在保持車輛的加速能力和爬坡能力的同時有效地向行駛裝置傳遞引擎的動力，由此想要盡可能地提升燃料消耗效率是努力的一環(huán)。換句話說，在停止狀態(tài)下出發(fā)時、或低速下的急加速時、或陡坡爬坡時以高減速運行，如果能夠定速行駛或僅以較低加速性能也能夠行駛，則以較低的減速比進行運行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

現(xiàn)有的混合動力車輛變速器基本上包括：引擎、產(chǎn)生輔助動力和發(fā)電兼用的馬達/發(fā)電機、對這些動力源進行統(tǒng)一從而向輸出軸傳遞動力的動力分配器或另外的變速器、對發(fā)電的電力進行存儲并向馬達供給電力的電池、以及對這些進行統(tǒng)一控制的控制部等。根據(jù)如何對這樣的構(gòu)成要素進行組合并連接能夠用幾種形式區(qū)分混合變速器，并且根據(jù)構(gòu)成方法雖然具有優(yōu)缺點，但是大部分出現(xiàn)如下情況：在中低速下較為有效，但是在高速行駛中效率相對下降，或者與其相反地，高速行駛的效率雖然好，但是低速行駛中效率下降。

此外，這樣的結(jié)構(gòu)中，從引擎至到達行駛部為止，以低減速比連接，從而緊急加速時或在斜坡上爬坡時輸出扭矩不足，從而行駛性能受到較大阻礙，為了克服所述缺點，第二馬達/發(fā)電機為了提供不足的行駛動力(或扭矩)，采用高輸出的馬達/發(fā)電機，因內(nèi)部空間的制約，高輸出的馬達/發(fā)電機帶有減速器且小型化。但是缺點在于，以高速行駛時，第二馬達/發(fā)電機高速空轉(zhuǎn)，從而阻力損失(dragloss)增加，進而使得效率下降，并且在以更高的速度行駛時作用為限制要素。此外，長時間在山間道路等斜坡爬坡時，在電池放電后爬坡也變困難。

本發(fā)明為了解決所述問題而提出，除了混合模式之外提供一種能夠機械變速行駛的固定段變速模式，以便即使不積蓄第二馬達/發(fā)電機的輸出及扭矩容量，也能夠確保充分的加速性能及爬坡能力，所述第二馬達/發(fā)電機起到輔助動力源作用，尤其，在無法運行引擎的出發(fā)和低速區(qū)間的ev模式下也確保充分的加速性能。

本發(fā)明的混合變速器通過以雙重行星齒輪為核心的動力分配器及設(shè)置于所述動力分配器的旋轉(zhuǎn)軸的一個以上的制動器和離合器來實現(xiàn)電行駛模式、混合模式、固定變速段模式，從而即使不積蓄混合變速器的輔助動力源的輸出也賦予充分的加速性能和爬坡能力。

本發(fā)明的混合變速器包括動力分配器(splitter)，所述動力分配器包括：兩個太陽齒輪；雙重行星齒輪，其兩端分別以一體的形式形成有齒輪，從而與所述兩個太陽齒輪嚙合；行星齒輪軸，其支撐所述雙重行星齒輪；載體，其收納所述兩個太陽齒輪、所述雙重行星齒輪及所述行星齒輪軸；第一環(huán)形齒輪，其與所述雙重行星齒輪中一側(cè)的行星齒輪嚙合。

所述第一環(huán)形齒輪包括使得第一環(huán)形齒輪的旋轉(zhuǎn)停止/解除的第三制動器。

引擎、第一馬達/發(fā)電機及第二馬達/發(fā)電機分別與所述動力分配器的兩個太陽齒輪及載體連接，根據(jù)引擎性能和混合動力車輛的目標性能可以改變連接組合。

動力分配器的輸出軸優(yōu)選為載體，雖然優(yōu)選地，引擎與第一馬達/發(fā)電機分別與兩個太陽齒輪中的一個連接，第二馬達/發(fā)電機與動力分配器的輸出軸直接連接，但是也可以加入減速齒輪來連接。

第一制動器及第二制動器設(shè)置于所述動力分配器的三個輸入輸出旋轉(zhuǎn)要素，即，設(shè)置于除了兩個太陽齒輪和載體中行駛輸出部之外的兩個軸，并且所述動力分配器的兩個太陽齒輪與載體及環(huán)形齒輪的四個旋轉(zhuǎn)要素中兩個旋轉(zhuǎn)要素之間設(shè)置有使得所述動力分配器一體化的第二離合器。在本發(fā)明的第一實施例中以兩個太陽齒輪之間設(shè)置第二離合器為例，在第二實施例中與在第一實施例中一樣，以在兩個太陽齒輪之間設(shè)置第二離合器，或在輸出軸與太陽齒輪之間設(shè)置第二離合器為例。

此外，根據(jù)需要，主離合器或單向離合器作為第一離合器，為了向所述動力分配器傳遞或切斷引擎的動力，設(shè)置于引擎與動力分配器的引擎動力輸入軸之間。

本發(fā)明的混合變速器通過自動組合第一制動器、第二制動器、第三制動器、第一離合器、第二離合器，從而能夠以混合模式、電行駛模式及固定變速段模式等多重模式進行運轉(zhuǎn)，并以適合于行駛條件的模式行駛，換句話說，在市區(qū)行駛時使得燃油效率最大化的同時，高速行駛時也能夠以高效率行駛，因此在行駛?cè)俣葏^(qū)間能夠?qū)崿F(xiàn)有效運轉(zhuǎn)。

為了提高緊急加速性能及陡坡爬坡性能，豐田(toyota)的混合車輛中作為輔助動力源的第二馬達/發(fā)電機40的輸出變大，為了解決輸出變大的同時第二馬達/發(fā)電機的尺寸變大的問題，雖然使得旋轉(zhuǎn)速度極端地升高，但是在本發(fā)明中，使得固定變速段模式實現(xiàn)，從而即使沒有另外的減速器，第二馬達/發(fā)電機40的輸出和大小也能夠保持較小，由此如在公知的混合動力車輛中所示，高速行駛時能夠避免因以較高速度進行旋轉(zhuǎn)的第二馬達/發(fā)電機致使阻力損失變大。

根據(jù)需要，第二馬達/發(fā)電機選擇性地與主軸或輸出軸連接，從而高速變速段模式的全速度區(qū)間上能夠表現(xiàn)出最大的加速性能。

高速行駛時也能夠充電以便引擎動力充裕，結(jié)合第二離合器，從而使得動力分配器一體化，從而使得第一馬達/發(fā)電機30和第二馬達/發(fā)電機40一體化，進而能夠進行驅(qū)動，從而即使以電模式也能夠進行高速行駛，因此即使高速也能夠使得燃料節(jié)省效果最大化。

在超過電動機的熱容量的負荷所產(chǎn)生的行駛區(qū)間上僅通過固定變速段模式也能夠行駛，從而能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定而安靜的行駛。

尤其，如果在由于長距離傾斜爬坡而使得電池放電的狀態(tài)下也以固定變速段模式行駛，則即使在繼續(xù)傾斜爬坡時也能夠僅通過引擎的運轉(zhuǎn)而不費力地繼續(xù)爬坡，從而即使在多種駕駛條件下也能夠滿足駕駛員的要求性能。

下坡駕駛時，在電池滿電的狀態(tài)下，無法繼續(xù)充電的情況下，能夠通過固定變速段模式來操作引擎制動器。

如第二實施例所示，如果根據(jù)需要第二馬達/發(fā)電機能夠選擇性地與主軸或輸出軸結(jié)合，則在高速的固定變速模式下能夠使得瞬間的加速力得到最大利用。

附圖說明

圖1是展現(xiàn)第一實施例的混合動力車的變速器構(gòu)成的概念圖。

圖2是不包括第一離合器(clutch)cl1的第一實施例的混合變速器的概念圖。

圖3是包括第一離合器cl1的第一實施例的混合變速器的概念圖。

圖4展現(xiàn)第一實施例的變形的混合變速器分配器(splitter)的一個例子。

圖5展現(xiàn)在載體(carrier)和太陽齒輪(sungear)之間增加了環(huán)形齒輪(ringgear)減速器的混合變速器的例子。

圖6展現(xiàn)圖4的變形的分配器的太陽齒輪、環(huán)形齒輪、空轉(zhuǎn)輪(idler)、行星齒輪的配置。

圖7是表示不包括第一離合器cl1的第一實施例的變速要素和模式的關(guān)系的表。

圖8是表示包括第一離合器cl1的第一實施例的變速要素和模式的關(guān)系的表。

圖9是表示ev1模式的概念圖。

圖10是ev1模式下的水平圖(leverdiagram)。

圖11是表示ev2模式的概念圖。

圖12是ev2模式下的水平圖。

圖13是表示ev3模式的概念圖。

圖14是ev3模式下的水平圖。

圖15是表示ev4模式的概念圖。

圖16是ev4模式下的水平圖。

圖17是表示hv模式的概念圖。

圖18是hv模式下的水平圖。

圖19是表示mv1模式的概念圖。

圖20是表示mv2模式的概念圖。

圖21是表示mv3模式的概念圖。

圖22是示出在固定變速段模式(mv模式)下行駛速度與引擎旋轉(zhuǎn)速度的關(guān)系的一個例子的表。

圖23是表示在本發(fā)明的混合變速器的分配器中增加環(huán)形齒輪及制動器(brake)的例子的概念圖。

圖24是表示具有動力分配器的本發(fā)明的混合變速器的構(gòu)成的概念圖，所述動力分配器包括三重行星齒輪和三個環(huán)形齒輪。

圖25是以與分配器區(qū)分的形式將本發(fā)明的混合變速器的兩個馬達/發(fā)電機配置于一側(cè)的概念圖。

圖26是使得本發(fā)明的混合變速器適用于后輪驅(qū)動的概念圖。

圖27是在本發(fā)明的混合變速器中集中配置兩個馬達/發(fā)電機，并適用于后輪驅(qū)動的混合變速器的一個例子。

圖28展現(xiàn)了圖27的變形的又另一個構(gòu)成。

圖29是將第二馬達/發(fā)電機連接于主軸的第二實施例的混合變速器的概念圖。

圖30是相比于第一馬達/發(fā)電機，將第二馬達/發(fā)電機更靠近引擎配置的第二實施例的混合變速器的概念圖。

圖31是表示第一實施例及第二實施例中的固定變速段模式下的最大加速時的所需扭矩(torque)和輸出扭矩的相對關(guān)系的圖表。

圖32是體現(xiàn)使得第二馬達/發(fā)電機同時或選擇性地與主軸或輸出軸進行連接的方法的混合變速器的概念圖。

具體實施方式

就附圖中所賦予的標號而言，如果相應(yīng)構(gòu)成要素具有相同的功能，則在其他的附圖中也賦予相同的標號。

以下，參照附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。

但是，本發(fā)明并非受到實施例的限定。此外，構(gòu)成以下實施例的構(gòu)成要素可以使用具有相同目的功能的要素，所述相同目的功能是本領(lǐng)域內(nèi)具有通常知識的人員能夠想到的且具有各種形態(tài)。

換句話說，就制動器而言，干/濕式盤式制動器(discbrake)、電力電磁式制動器、帶式制動器(bandbrake)、內(nèi)部擴張式制動器、犬牙式制動器(dogbrake)等能夠使得旋轉(zhuǎn)要素以靜置狀態(tài)進行限制或自由地解除的制動器可得以使用，并且就操作方式而言，可以使用液壓式、機械式、電(磁)式操作式、彈簧與液壓式或彈簧與電磁操作器具等的組合來進行使用，就離合器而言，也能夠使用干/濕式盤式離合器、犬牙式離合器(dogclutch)、電磁式離合器等公知的各種形式的離合器。

與引擎連接的主軸11的一末端連接有油泵，從而向混合變速器的旋轉(zhuǎn)部至齒輪嚙合部供給潤滑油、壓力油?；蛘撸ㄟ^未示出于附圖的另外的電動馬達也能夠驅(qū)動油泵，或者，將油泵與未示出于附圖的引擎定時齒輪(timinggear)的pto軸連接，從而也能夠供給潤滑油乃至液壓油。

就使用犬牙式離合器而言，如果通過離合器得到結(jié)合的兩個旋轉(zhuǎn)要素在通過控制裝置使得兩個旋轉(zhuǎn)要素的旋轉(zhuǎn)速度同步后進行結(jié)合，則能夠順利地使得離合器結(jié)合。另外，即使是使用其他的離合器器具的情況，如果在結(jié)合時使得速度同步，則可以使得沖擊或磨損最小化且能夠進行結(jié)合。

本發(fā)明的第一實施例的構(gòu)成概念圖示出于圖1。

在圖1的構(gòu)成中，控制部通過未示出于附圖的多種傳感器來收集車輛的各種運行數(shù)據(jù)，以此為基礎(chǔ)，控制部通過未示出于附圖的逆變器(inverter)等，根據(jù)駕駛者的意圖，并通過控制最佳的變速比和引擎旋轉(zhuǎn)速度及馬達/發(fā)電機，從而控制車輛行駛速度。

引擎e/g作為動力源，通過旋轉(zhuǎn)軸11傳遞動力。第一馬達/發(fā)電機30、第二馬達/發(fā)電機40及動力分配器20設(shè)置于旋轉(zhuǎn)軸11及動軸上，通過旋轉(zhuǎn)軸11所傳遞的引擎e/g動力通過與動力分配器20的載體(carrier)23構(gòu)成為一體的輸出軸51向行駛軸傳遞，從而得以行駛。輸出軸51通過最終減速齒輪(finalreductiongear)及差速裝置向行駛軸傳遞動力，或也能夠在載體23直接通過差速裝置傳遞動力，其能夠適用于后輪驅(qū)動車輛。

圖2及圖3示出了圖1中除了控制部及行駛部之外的其余部分。如圖2所示，本發(fā)明的混合變速器包括主軸11、動力分配器20、第二離合器cl2、第一制動器b1、第二制動器b2、第三制動器b3及第一馬達/發(fā)電機30和第二馬達/發(fā)電機40、以及輸出軸51。

第一制動器b1與主軸11連接，從而能夠限制主軸11的旋轉(zhuǎn)，并且第二制動器b2與太陽齒輪22及第一馬達/發(fā)電機30的轉(zhuǎn)子32軸連接，從而能夠限制太陽齒輪22及轉(zhuǎn)子32的旋轉(zhuǎn)，第三制動器b3與第一環(huán)形齒輪27連接，從而能夠限制第一環(huán)形齒輪27的旋轉(zhuǎn)。

圖3除了增加第一離合器cl1之外，其他與圖2的構(gòu)成相同。

動力分配器20包括：太陽齒輪21及太陽齒輪22；與所述太陽齒輪21嚙合的齒輪25及與所述太陽齒輪22嚙合的齒輪26；將所述齒輪25及所述齒輪26作為兩端的雙重行星齒輪24；作為所述雙重行星齒輪24的旋轉(zhuǎn)中心軸的行星齒輪軸28；載體23，其收納所述太陽齒輪21及所述太陽齒輪22和所述雙重行星齒輪24，并支撐所述行星齒輪軸28；與所述雙重行星齒輪24的齒輪25嚙合的第一環(huán)形齒輪27。所述第一環(huán)形齒輪27也可形成為與所述雙重行星齒輪24的齒輪26嚙合。

就本發(fā)明的混合變速器而言，連接動力分配器20的兩個太陽齒輪之間的齒輪系(geartrain)為雙數(shù)。就在圖2及圖3的本發(fā)明的實施例中所表示的混合變速器的動力分配器20而言，雖然連接太陽齒輪21及太陽齒輪22之間的齒輪系為兩個，但是如圖4的動力分配器的構(gòu)成所示，根據(jù)需要，加入空轉(zhuǎn)輪(idler)及空轉(zhuǎn)輪2從而可具有四個或四個以上的雙數(shù)個齒輪系。此時，雙數(shù)個的空轉(zhuǎn)輪并非一定以在兩側(cè)分別具有相同的個數(shù)的形式設(shè)置。

例如，就雙重行星齒輪24而言，位于兩端的齒輪的齒數(shù)不同時，齒輪制造較為苛刻，在加入空轉(zhuǎn)輪1及空轉(zhuǎn)輪2來構(gòu)成時，使得齒輪25的齒數(shù)與齒輪26的齒數(shù)相同，由此能夠簡化雙重行星齒輪的制造過程。但是，此時第一環(huán)形齒輪27與直接連接于太陽齒輪21的空轉(zhuǎn)輪1連接，或與直接連接于太陽齒輪22的空轉(zhuǎn)輪2連接。圖6示出了圖4中所示的空轉(zhuǎn)輪1與太陽齒輪21、齒輪25及第一環(huán)形齒輪27連接的例子。

圖5與圖4一樣，使得雙重行星齒輪24的兩端的齒輪25及齒輪26的齒數(shù)相同，但未加入空轉(zhuǎn)輪齒輪，在太陽齒輪22和行星齒輪26之間增加行星齒輪裝置，從而使得具有相同的效果。根據(jù)圖五對其進行說明，所增加的環(huán)形齒輪101以一體式設(shè)置于載體23，太陽齒輪22以與所增加的行星齒輪103相嚙合的形式進行旋轉(zhuǎn)，并且所增加的太陽齒輪104以一體式設(shè)置于載體102，并與行星齒輪26嚙合。通過這樣的構(gòu)成，即使不加入如圖4所示的空轉(zhuǎn)輪1及空轉(zhuǎn)輪2也能夠獲得與圖2至圖4的目標相同的效果。

第一馬達/發(fā)電機30及第二馬達/發(fā)電機40分別具有馬達和發(fā)電機的功能，并且通過逆變器與電池(battery)連接。就起到馬達作用的情況而言，使得電池的電力轉(zhuǎn)換為機械旋轉(zhuǎn)動力，并且就起到發(fā)電機作用的情況而言，使得所輸入的動力轉(zhuǎn)換為電力，從而起到對電池進行充電的作用。根據(jù)情況的不同，通過發(fā)電機得到發(fā)電的電力直接向作為輔助動力源的馬達供給，由此也能夠減少因電池充放電所致的效率下降。

加速時或傾斜爬坡時等，引擎e/g動力之外額外需要輔助動力的情況下，第一馬達/發(fā)電機30及第二馬達/發(fā)電機40中一個起到發(fā)電機的作用，另一個作為馬達起到動力輔助裝置的作用的情況下，根據(jù)所需負荷的大小起到馬達作用的馬達/發(fā)電機加上電池的電力與發(fā)電機所發(fā)的電力，從而也能夠使得機械動力產(chǎn)生。

就第二離合器cl2而言，通過使得主軸11和太陽齒輪22連接或分離，使得動力分配器20一體化或解除，從而抑制或允許包括主軸11、第一馬達/發(fā)電機30、第二馬達/發(fā)電機40的載體23及第一環(huán)形齒輪27的相對運動，由此能夠使得模式變換。

所述第二離合器cl2以能夠使得主軸11和載體23之間連接或分離的形式設(shè)置，或者也可以以能夠使得太陽齒輪22和載體23之間連接或分離的形式設(shè)置。

第一馬達/發(fā)電機30具有定子31和轉(zhuǎn)子32，第二馬達/發(fā)電機40具有定子41和轉(zhuǎn)子42。

轉(zhuǎn)子32以與太陽齒輪22構(gòu)成為一體的形式進行旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子42以與載體23構(gòu)成為一體的形式進行旋轉(zhuǎn)。

第一制動器b1、第二制動器b2、第三制動器b3分別使得主軸11、太陽齒輪22、第一環(huán)形齒輪27停止或斷開，從而能夠進行模式變換。

圖7及圖8展現(xiàn)了第一離合器cl1、第二離合器cl2及第一制動器、第二制動器、第三制動器的結(jié)合與斷開所致的模式變換。

在圖7及圖8中，“○”表示該離合器或制動器的結(jié)合狀態(tài)，空欄表示該離合器或制動器的斷開狀態(tài)。

就ev模式而言，作為引擎e/g停止狀態(tài)的電行駛模式，在具有第一離合器cl1的混合變速器的情況下第一離合器cl1斷開的狀態(tài)下進行操作，或者在不具有第一離合器cl1的混合變速器的情況下第一制動器b1結(jié)合的狀態(tài)下進行操作。

如圖2所示，不具有第一離合器cl1的混合變速器的ev模式僅存在第一制動器b1結(jié)合狀態(tài)的ev1模式，如圖3所示，具有第一離合器cl1的混合變速器中可存在ev1模式至ev5模式的五個模式。

混合模式hv可存在一個hv模式，固定變速段模式可存在mv1模式至mv3模式三個模式，并且其在圖2及圖3的混合變速器中相同。

圖9至圖21中展現(xiàn)各個不同模式離合器及制動器的結(jié)合或開放狀態(tài)的混合變速器概念圖及水平圖(leverdiagram)。附圖中“●”表示該離合器或該制動器為結(jié)合狀態(tài)，沒有所述“●”表示離合器或制動器為斷開狀態(tài)。

就不具有第一離合器cl1的混合變速器而言，與具有第一離合器cl1的混合變速器結(jié)合有第一離合器cl1的狀態(tài)相同，因此以下如圖3所示，以具有第一離合器cl1的混合變速器為對象進行說明。

安裝有本發(fā)明的混合變速器的車輛可選擇混合行駛、電模式下行駛、固定變速段下行駛來進行行駛。

圖22是示出第一實施例中固定變速段模式下的各個不同模式行駛速度和引擎e/g旋轉(zhuǎn)速度的關(guān)系的圖表。如在此圖表中所見，固定變速段為三個模式。

ev1模式

如圖9所示，在ev1模式下，如果結(jié)合第一制動器b1，則太陽齒輪21為停止狀態(tài)，與輸出軸51結(jié)合為一體的第二馬達/發(fā)電機40成為主動力源，從而能夠進行行駛，第一馬達/發(fā)電機30進行逆方向空轉(zhuǎn)，第一環(huán)形齒輪27進行正方向空轉(zhuǎn)。如果行駛中遇到坡路，進行加速的情況下，當主動力源的驅(qū)動力無法達到行駛所需負荷時，或者產(chǎn)生過度的熱從而第二馬達/發(fā)電機的溫度超過設(shè)定值時，將進行空轉(zhuǎn)的第一馬達/發(fā)電機30用作輔助動力源，從而使得負荷分散，進而能夠抑制產(chǎn)生過度的熱，并能夠補充不足的驅(qū)動力。

在ev1模式下，第一馬達/發(fā)電機30與第二馬達/發(fā)電機40的轉(zhuǎn)數(shù)不同，動力分配器內(nèi)部的齒輪進行相對運動，因此產(chǎn)生齒輪摩擦損失等，從而效率部分降低。由此，ev1模式僅在不具有第一離合器cl1的混合變速器中有意義。但是，就具有第一離合器cl1的混合變速器而言，為了ev模式行駛中驅(qū)動引擎e/g，為了結(jié)合第一離合器cl1，主軸11的速度為0，從而進行同步后，結(jié)合第一離合器cl1是優(yōu)選的，因此ev1模式作為用于結(jié)合第一離合器cl1的過渡模式有意義。

圖10是ev1模式時的水平圖。在包括圖10的所有水平圖中，s1表示太陽齒輪21，s2表示太陽齒輪22，b1、b2，b3分別表示第一制動器、第二制動器、第三制動器，r表示第一環(huán)形齒輪27，c表示載體23，out表示輸出。(b1)、(b2)、(b3)表示斷開狀態(tài)，沒有()的b1、b2、b3表示結(jié)合狀態(tài)。此外，(eg)表示發(fā)動機停止狀態(tài)，eg表示發(fā)動機運行中。

在本發(fā)明的所有水平圖中，將主軸11的旋轉(zhuǎn)方向定為正方向(+)，并且驅(qū)動扭矩以灰色箭頭表示，負荷扭矩以黑色箭頭表示，將正方向旋轉(zhuǎn)時的驅(qū)動扭矩定為正(+)的扭矩，并且在附圖中表示為向上的箭頭。正方向旋轉(zhuǎn)時的負荷扭矩定為負(-)的扭矩。實心灰色箭頭表示主驅(qū)動扭矩、虛線形態(tài)的灰色箭頭表示輔助驅(qū)動扭矩。

圖11表示ev2的狀態(tài)。ev2在第一離合器cl1斷開的狀態(tài)下，動力分配器20的全部驅(qū)動要素因第二離合器cl2而成為一體并進行旋轉(zhuǎn)。因此，第一馬達/發(fā)電機30及第二馬達/發(fā)電機40根據(jù)要素負荷，第一馬達/發(fā)電機30及第二馬達/發(fā)電機40中一個或兩個全部作為動力源能夠進行行駛驅(qū)動。并且動力分配器20內(nèi)的齒輪不進行相對運動，動力分配器20內(nèi)的齒輪摩擦損失不存在，因此為最優(yōu)選的ev模式。但是，空轉(zhuǎn)的馬達/發(fā)電機使得阻力損失(draggingloss)產(chǎn)生，因此根據(jù)負荷及所需的旋轉(zhuǎn)速度對兩個馬達/發(fā)電機適當?shù)剡M行驅(qū)動是有效的。

圖12是從ev2模式變化為ev1模式的水平圖。實線是ev2模式的水平圖，虛線是ev1模式的水平圖。如在ev1模式的說明中所提及的，以ev2模式行駛中，達到電池放電限度等必須驅(qū)動引擎e/g的情況下，優(yōu)選地，在結(jié)合第一離合器cl1前，主軸11的旋轉(zhuǎn)速度為0。此時，太陽齒輪22及第一馬達/發(fā)電機30的轉(zhuǎn)子32得到逆旋轉(zhuǎn)，并且第一環(huán)形齒輪27向正旋轉(zhuǎn)方向得到增速。

ev2模式下，使得主軸11的旋轉(zhuǎn)速度減速至停止狀態(tài)，具有兩種方法。第一個方法，斷開第二離合器cl2后，將第一馬達/發(fā)電機30作為發(fā)電機進行運轉(zhuǎn)直到停止時為止，之后以逆旋轉(zhuǎn)驅(qū)動第一馬達/發(fā)電機30。第二個方法，斷開第二離合器后，使得第一制動器b1操作，從而使得主軸11停止。實際上，根據(jù)情況適當?shù)鼗煊盟鰞煞N方法是優(yōu)選的。

圖13展現(xiàn)ev3模式的狀態(tài)。如圖13中所示，在ev3模式下，第一離合器cl1斷開。在結(jié)合第二制動器b2的狀態(tài)下，第二馬達/發(fā)電機40用作動力源，從而能夠行駛。此時，第一馬達/發(fā)電機30為停止狀態(tài)，因此不存在第一馬達/發(fā)電機30的阻力損失。但是，第一離合器cl1為斷開狀態(tài)，因此即使不結(jié)合第二制動器b2，因第二馬達/發(fā)電機40而行駛時，不僅不存在阻礙，而且第一馬達/發(fā)電機30的阻力所致的扭矩、動力分配器內(nèi)部的齒輪摩擦及耐油性等所致的扭矩相同，由此以形成平衡的形式進行旋轉(zhuǎn)，同時因第二馬達/發(fā)電機40而行駛，因此最終成為ev5模式。

圖14是ev3模式下的水平圖。所述水平圖中虛線表示為了從ev3模式向hv模式或mv模式轉(zhuǎn)換，想要驅(qū)動引擎e/g時，通過對第一離合器cl1進行同步并結(jié)合的過渡期，表現(xiàn)出向ev1模式轉(zhuǎn)換時的旋轉(zhuǎn)要素的轉(zhuǎn)數(shù)變化。

圖15展現(xiàn)ev4模式的狀態(tài)。ev4模式中，在斷開第一離合器cl1，結(jié)合第三制動器b3的狀態(tài)下，將第一馬達/發(fā)電機30作為主動力源，從而進行行駛驅(qū)動。第二馬達/發(fā)電機40在需要的情況下可作為輔助動力源進行操作。如果制動器b3結(jié)合，則第一環(huán)形齒輪17停止，從而動力分配器20起到包括太陽齒輪21、行星齒輪24及第一環(huán)形齒輪27和載體23的行星齒輪減速器的作用，減速比大，從而初始加速時加速力變大，因此能夠解決作為混合動力車輛的不滿要素中的一個的初始加速力不足的問題。

圖16是ev4模式下的水平圖。如在所述圖中所示，將停止的第一環(huán)形齒輪27作為樞紐(pivot)，從而第一馬達/發(fā)電機30的扭矩作用點最遠。換句話說，通過較高減速比向輸出軸51傳遞的驅(qū)動扭矩非常大，并且在需要的情況下，甚至能夠加上第二馬達/發(fā)電機40的驅(qū)動力，因此可以說初始加速力足夠充分。

ev5模式為斷開所有制動器和離合器的狀態(tài)。此時的主動力源為第二馬達/發(fā)電機40，第一馬達/發(fā)電機30進行空轉(zhuǎn)。

最優(yōu)選的ev模式為ev2模式，為了ev模式行駛中驅(qū)動引擎e/g，換句話說，為了向混合模式轉(zhuǎn)換或向固定變速段模式轉(zhuǎn)換，作為向ev1模式轉(zhuǎn)換的過渡期ev模式，ev5模式有意義。

圖17展現(xiàn)hv模式的狀態(tài)。就hv模式而言，作為混合模式，在結(jié)合第一離合器cl1的狀態(tài)下，如果第二離合器cl2及所有制動器b1、b2、b3為斷開狀態(tài)，則成為hv模式。在混合模式下，引擎e/g是主動力源，并且根據(jù)行駛條件，雖然第一馬達/發(fā)電機30主要起到發(fā)電機的作用，第二馬達/發(fā)電機40起到馬達的功能，但是根據(jù)負荷條件及引擎旋轉(zhuǎn)速度，兩個馬達/發(fā)電機中的一個或兩個全部作為發(fā)電機或輔助動力源，能夠執(zhí)行驅(qū)動馬達的功能。

圖18是hv模式的水平圖。在引擎e/g速度為一定狀態(tài)，即，在燃料消耗率最優(yōu)的引擎e/g速度下，車速vh是第一馬達/發(fā)電機30的旋轉(zhuǎn)速度為0的速度，在引擎e/g速度為一定的狀態(tài)，即，在燃料消耗率為最優(yōu)的引擎e/g速度下，如果車速vm是能夠以hv模式行駛的最高速度，則區(qū)間a是第一馬達/發(fā)電機30作為發(fā)電機起作用的區(qū)間，區(qū)間b是第一馬達/發(fā)電機30作為驅(qū)動馬達起作用的區(qū)間。區(qū)間a及區(qū)間b的范圍根據(jù)從輸出軸51至驅(qū)動輪的減速比、動力分配器20內(nèi)的太陽齒輪21及太陽齒輪22之間的減速比而不同。

在區(qū)間a和區(qū)間b相交的點，即，第一馬達/發(fā)電機30的旋轉(zhuǎn)速度為0的點上，第一馬達/發(fā)電機30當然不會產(chǎn)生發(fā)電和驅(qū)動力。

mv模式是固定變速段模式，在不存在第一馬達/發(fā)電機30及第二馬達/發(fā)電機40的干預的情況下，將引擎e/g用作動力源，從而能夠進行行駛。當然，第一馬達/發(fā)電機30及第二馬達/發(fā)電機40根據(jù)情況的不同起到發(fā)電機或輔助驅(qū)動馬達的作用，或者結(jié)合用于向mv2模式轉(zhuǎn)換的第二離合器cl2時，能夠執(zhí)行使得主軸11和太陽齒輪22的旋轉(zhuǎn)速度同步的功能。以ev模式或hv模式長時間傾斜爬坡時，因馬達/發(fā)電機的發(fā)熱而限制驅(qū)動力，或者電池為放電狀態(tài)，則公知的混合動力車具有難以繼續(xù)爬坡的情況，加速性能也存在限制。本發(fā)明的混合變速器中發(fā)生這樣的限制時，在沒有電動力支持的情況下，僅能夠以固定變速段模式進行操作并行駛。

圖22中示出因固定變速段模式所致的引擎e/g旋轉(zhuǎn)速度和行駛速度的關(guān)系的一個例子。由此，在固定變速段模式下，可期待本發(fā)明的混合變速器與具有三個變速段的手動或自動變速器發(fā)揮出相同的作用。

如圖19所示，mv1模式下結(jié)合第一離合器cl1，并結(jié)合制動器b3，從而第一環(huán)形齒輪17停止，由此能夠進行行駛。mv1模式下動力分配器20起到包括太陽齒輪21、行星齒輪25、第一環(huán)形齒輪27、載體23的行星齒輪減速器的作用，并且成為三個固定變速段中減速比最大的固定變速段。

如圖20所示，在mv2模式下，通過結(jié)合第一離合器cl1及第二離合器cl2，動力分配器20在形成為一體的狀態(tài)下能夠行駛，并且作為具有1:1的減速比的固定變速段，成為三個固定變速段中減速比居中的固定變速段。在mv2模式下，動力分配器20內(nèi)的齒輪不進行相對運動，從而動力分配器20內(nèi)不存在齒輪摩擦損失。

如圖21所示，在mv3模式下，在結(jié)合第一離合器cl1的狀態(tài)下，第二制動器b2結(jié)合，由此能夠進行行駛。在mv3模式下，變速器為超速傳動(overdrive)狀態(tài)，從而成為三個固定變速段中速度最高的固定變速段。此時，第一馬達/發(fā)電機30為停止狀態(tài)，因此在加速時需要額外動力的情況下，只有第二馬達/發(fā)電機40起到輔助動力源的作用。

圖23是在第一實施例添加第二環(huán)形齒輪29和第四制動器b4，所述第二環(huán)形齒輪29與動力分配器的雙重行星齒輪24的齒輪26相嚙合，所述第四制動器b4結(jié)合/斷開所述第二環(huán)形齒輪29。所述添加的構(gòu)成要素能夠執(zhí)行與第一環(huán)形齒輪27及第三制動器相同的功能。換句話說，能夠起到添加的ev模式及mv模式的作用是不言而喻的。通過所述方法，如果取代雙重行星齒輪而選擇三重、四重行星齒輪，則能夠?qū)崿F(xiàn)更加細分化的ev模式及mv模式，這也是不言而喻的。在圖24中，具有三重行星齒輪，并且三重行星齒輪的全部齒輪分別具有環(huán)形齒輪和太陽齒輪及制動器。

圖25涉及在本發(fā)明的混合變速器中將第一馬達/發(fā)電機30和第二馬達/發(fā)電機40集中設(shè)置于一處的方法。這樣做時，可以將與電相關(guān)的要素和機械要素分離并進行設(shè)置，因此具有易于模塊化的優(yōu)點。

圖26至圖28示出將本發(fā)明的混合變速器的旋轉(zhuǎn)軸的方向配置為車輛的前后方向的方法。所述配置主要可以適用于后輪驅(qū)動車輛，這表示本發(fā)明的混合變速器也能順利地適用于后輪驅(qū)動車輛。

圖29及圖30是本發(fā)明的第二實施例，第二馬達/發(fā)電機設(shè)置于與引擎連接的主軸，從而針對所述第二馬達/發(fā)電機的產(chǎn)生扭矩，在ev模式及固定變速段模式下能夠利用動力分配器(splitter)的減速及增速功能。

在第一實施例中，第二馬達/發(fā)電機與輸出軸51連接為一體，從而其動力(或扭矩)以規(guī)定的減速比向驅(qū)動輪傳遞，因此在ev模式及固定變速段模式下出發(fā)時，以及在無法運轉(zhuǎn)引擎的低速區(qū)間，難以獲得滿足較高加速能力所需的扭矩。

在第二實施例中，通過使得第二馬達/發(fā)電機與主軸連接，從而即使第二馬達/發(fā)電機40的輸出和尺寸保持較小，在ev模式及固定變速段模式下出發(fā)時，以及在無法運行引擎的低速區(qū)間，也能夠獲得較高的輸出扭矩。

第二實施例中，因為只改變設(shè)置第二馬達/發(fā)電機的對象軸，因此實現(xiàn)ev模式、混合模式及固定變速段模式的制動器及離合器的操作與第一實施例相同。

圖31是表示第一實施例及第二實施例中的固定變速段模式下的最大加速時的所需扭矩(torque)和輸出扭矩的相對關(guān)系。

在圖31中，①是第一實施例中的作為固定變速段模式的mv1模式區(qū)間上從停止狀態(tài)至引擎運行之前的mg2所致的驅(qū)動扭矩，②是所述mv1模式下引擎運行后的引擎及mg2所致的驅(qū)動扭矩。③是第二實施例中的作為固定變速段模式的mv1模式區(qū)間上從停止狀態(tài)至引擎運行之前mg2所致的驅(qū)動扭矩，④是第二實施例中的作為固定變速段模式的mv1模式下引擎運行之后的引擎及mg2所致的驅(qū)動扭矩。⑤是第二實施例中的作為固定變速段模式的mv2模式區(qū)間上引擎及mg1、mg2所致的驅(qū)動扭矩，其與第一實施例中的作為固定變速模式的mv2模式區(qū)間上相同。⑥是第二實施例中的作為固定變速段模式的mv3模式區(qū)間上引擎及mg2所致的驅(qū)動扭矩，⑨與第一實施例中的作為固定變速段模式的mv3模式區(qū)間上相同。⑦與⑧表示作為僅驅(qū)動引擎的車輛，假設(shè)為理想的無級變速器來計算的情況的輸出扭矩曲線。點a是固定變速段模式mv2區(qū)間上的輸出曲線⑤與滑動(slip)扭矩線⑦的延長線相交的點。

以最大加速對車輛進行加速時，直至a點車輛的加速受到滑動扭矩的限制，之后根據(jù)曲線⑤及曲線⑥加速。通過所述圖表，安裝有第二實施例中的混合變速器的車輛從停止狀態(tài)直至驅(qū)動引擎的時間點為止，與安裝有第一實施例中的混合變速器的車輛相比，能夠表現(xiàn)出強烈的加速性能，另外，與安裝有相同輸出的引擎的普通變速器車輛相比，能夠表現(xiàn)出更加優(yōu)秀的加速性能。

固定變速段模式mv3區(qū)間開始的點雖然根據(jù)引擎及馬達/發(fā)電機的輸出、齒輪齒數(shù)比、車輛重量等設(shè)計因素而不同，但是第二實施例中大致為130～140km/h區(qū)間。

固定變速段模式mv3區(qū)間上，與作為第一實施例中的固定變速段模式的mv3模式區(qū)間相比，加速性能雖然不足，但是與安裝有一般的傳動裝置(transmission)的車輛相比，并沒有大幅下降，并且實際上雖然是足以承受的程度，但是具有缺點，因此作為用于解決其的方案，如圖32所示，mv3模式下將離合器cl2設(shè)置于主軸11和輸出軸51之間，以便能夠使得第二馬達/發(fā)電機40的轉(zhuǎn)子41與輸出軸51連接，并將第二馬達/發(fā)電機40的轉(zhuǎn)子41以能夠在主軸11上自由的形式設(shè)置，將離合器cl3設(shè)置于主軸11與第二馬達/發(fā)電機40的轉(zhuǎn)子41之間。依據(jù)圖32對其進行詳細說明，在mv1模式下，套管(sleeve)100在位置上連接集線器(hub)1和集線器2，從而使得第二馬達/發(fā)電機與主軸11連接，由此達到最大加速扭矩，如果套管100向位置移動，則使得集線器1、集線器2及集線器3同時連接，從而動力分配器成為一體，實現(xiàn)mv2模式，如果套管100向位置移動，則集線器2與集線器3連接，從而第二馬達/發(fā)電機40與載體，即，與輸出軸51連接，從而在mv3模式下，最大輸出扭矩遵循圖8所示的曲線⑨。