带至少一个制动器和三个离合器的多模式电气可变变速器的制作方法

专利名称：带至少一个制动器和三个离合器的多模式电气可变变速器的制作方法
技术领域：
本发明涉及可在功率分流的可变速比范围内和固定的速比
两者下选择性操作的电气可变变速器，其具有三个行星齿轮组、两个
电动机/发电机和四个或五个扭矩传递装置。
背景技术：
内燃机，尤其那些往复活塞型的内燃机目前驱动大多数车 辆。这种发动机是相对效率较高、紧凑、重量轻且廉价的机构，通过 其而将燃料形式的高浓缩能量转换成有用的机械功率。可以与内燃机 一起使用并且可以减少燃料消耗和污染排放物的新颖变速器系统将 为公众带来很大的好处。车辆对内燃机的典型的各种广泛需求使燃料消耗和排放增 加到超出了这类发动机的理想状况。车辆通常由这种发动机驱动，其 由小型电动机和相对较小的蓄电池从冷状态起动，之后快速地处于牵 引和辅助设备的负荷之下。这种发动机也可在宽的速度范围内和宽的 负荷范围内操作，并且通常在其最大功率输出的大约五分之一的平均 值下操作。车辆变速器通常将机械功率从发动机传送到传动系统的其 余部分，例如固定的主减速器齿轮机构、车轴或车4仑。典型的机械变 速器通常通过五种或六种不同传动比、空档选择以及离合器或扭矩转 换器的交替选择而允许发动机操作上的某些自由度，空档选择允许发 动机在车辆停止时操作辅助装置，离合器或扭矩转换器用于传动比之 间的平滑过渡，并在发动机旋转时从静止状态起动车辆。变速器齿轮 选择通常允许将来自发动机的功率以扭矩倍增和速度减小的比率、以称为超速传动的扭矩减'J 、和速度倍增的比率、或以倒档比而传送到传 动系统的其余部分。发电机可将来自发动机的机械功率转换成电功率，且电动 机可将该电功率以不同的扭矩和速度转换回到用于车辆传动系统其 余部分的机械功率。这种布置允许在电机的限制范围内，实现发动机 和传动系统其余部分之间的扭矩比和速度比的连续变化。用作用于推 进的动力源的电储存蓄电池可添加到这种布置中，从而形成串联混合 型电动驱动系统。串联混合系统允许发动机一定程度地独立于推进车辆所需 的扭矩、速度和功率而工作，因此可控制发动机以用于改善排放和效 率。这种系统允许连接在发动机上的电机用作用以起动发动机的电动 机。这种系统还允许连接在传动系其余部分上的电机用作发电机，从 而通过再生式制动将来自车辆减速的能量回收到蓄电池中。串联电驱 动装置所承受的是将全部发动机功率在发电机中从机械功率转化成
重量和成本，以及在这些转化中损失的有用能量。功率分流变速器可使用通常被理解为"差速齿轮装置"的装 置，以便在输入和输出之间实现连续可变的扭矩和速度比。电气可变 变速器可使用差速齿轮装置来发送其通过一对电动机/发电机所传递 的功率的一部分。它的功率的其余部分流过另一并行的路径，其是全 机械的和直接的固定比，或者是可交替地选择的。本领域技术人员所熟知的是，差速齿轮装置的一种形式可 构成行星齿轮组。行星齿轮装置通常是以差速的方式由齿轮驱动的本 发明中所采用的优选实施例，其优点在于其紧凑性，以及在行星齿轮 组的全部部件中的不同扭矩和速度比。然而，也可以不带有行星齿轮 的来构造该发明，例如通过在布置中采用伞齿l^或其它齿l^，其中， 齿轮组至少 一个元件的转速总是两个其它元件的速度的加;f又平均。混合型电动车辆变速器系统还包括一个或多个电能储存装置。典型的装置是化学电储存蓄电池，但也可包括电容式装置或机械 装置，例如电驱动的飞轮。电储存允许从发动机至变速器系统的机械 输入功率转变到从变速器系统至车辆的机械输出功率。蓄电池或其它 装置也允许发动机用变速器系统起动以及用于再生式车辆制动。[OOIO]车辆中的电气可变变速器可简单地将机械功率从发动机输入传递至最终的传动输出。为此， 一个电动机/发电机所产生的电功率 平衡了电损耗和另一个电动机/发电机所消耗的电功率。通过使用上述 电储存蓄电池， 一个电动才几/发电机所产生的电功率可大于或小于另一 电动机/发电机所消耗的电功率。来自于蓄电池的电功率有时可允许两 个电动机/发电机用作电动机，尤其是帮助发动机进行车辆加速。这两 个电动机有时都可用作发电机，以便对蓄电池重新充电，尤其是在再 生式车辆制动时。
—种已知的混合型变速器是现在为调整公共车而生产的两范围输入分流和复合分流的电气可变变速器。这种变速器利用输入装 置来接受来自车辆发动机的功率，并利用功率输出装置来输出功率以 驱动车辆。第 一和第二电动机/发电机连接在能量存储装置例如蓄电池上，使得能量存储设备可接受来自第一和第二电动机/发动机的功率， 和为第 一和第二电动机/发动机提供功率。控制单元调节能量存储设备 和电动机/发电机之间以及第一和第二电动机/发电机之间的功率流。
第一或第二可变速度比操作模式下的操作可通过利用具有 第一和笫二扭矩传送装置的离合器而有选择地实现。在第一才莫式中，输入-功率-分流速度比范围通过应用第一离合器而形成，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。在第二才莫式中，复合 -功率-分流速度比范围通过应用笫二离合器而形成，并且变速器的输 出速度与电动机/发电机中任一个的速度都不成比例，但是是这两个电 动机/发电机的速度的代数线性组合。在固定的变速器速度比下的操作 可通过应用这两个离合器而有选择地实现。变速器在空档模式中的操 作可有选择地通过释放这两个离合器，使发动机及这两个电动机/发电机与变速器输出分离而实现。变速器包括至少一个在其第 一操作模式 下的机械点和至少两个在其第二操作才莫式下的机械点。
"复合分流"意味着变速器的输入和输出都不直接连接在 电动机/发电机上。 一种复合分流架构包括一种带两个机械点的模式， 当电动机/发电机的其中一个达到零速度时，就达到这两个机械点中的 各机械点。这容许减少所需要的电动机/发电机的尺寸和成本，以达到 所需的车辆性能。"输出分流"意味着电动机/发电机直接连接在输入 上。这种模式可用于起动车辆。"输入分流"意味着电动机/发电机直 接连接在输出部件上。这用于在制动期间捕获再生能量，并用于根据 需要而提供有助于发动机的扭矩。
另一种已知的电气可变变速器具有两个行星齿轮组、两个 电动机/发电机和两个离合器，以提供输入分流、复合分流、空档和倒 档操作模式。这两个行星齿轮组可以是筒单的，或者其中一个可以是 单独地复合式的。电控制部件调节在能量存储设备和两个电动机/发电 机之间的功率流。这种变速器提供了两个范围或电气可变变速器(EV T) 操作模式，从而有选择地提供了 一种输入-功率-分流速度比范围和复 合-功率-分流速度比范围。还可有选择地实现一种固定的速度比。发明概述
本发明提供了 一系列电气可变变速器，其提供了优于混合 动力车辆中所使用的传统自动变速器的几个优点，包括改进的车辆加 速度性能，通过再生制动和仅电空转及起动而改进的燃料经济性，以 及具有吸引力的市场特征。本发明的目的是为给定的发动机提供尽可 能好的能量效率和排;故。另外，还为变速器寻求最佳性能、容量、封 装尺寸和速度比覆盖范围。
本发明的电气可变变速器系列提供了低容量、低成本的电 气可变变速器机构，其包括三个差速齿轮组、蓄电池、两个可互换地 用作电动机或发电机的电机、以及四个或五个可选择的扭矩传递装9置。差速齿轮组优选是行星齿轮组，例如简单齿轮组或复合齿轮组(包括拉维尼奥型(Ravigneaux)齿轮组)，但也可利用其它齿轮布置，例如 偏离轴线的伞齿轮或差速齿轮装置。
在本说明书中，第一行星齿轮组、第二行星齿轮组或第三 行星齿轮组可以任何顺序(即，从左至右，从右至左等等)从第一计数 到第三。
这三个行星齿轮组各具有三个部件。各个行星齿轮组的第 一部件、第二部件或第三部件可以是太阳齿轮、环形齿轮或托架部件 的其中任何一个部件，或备选地为小齿轮。
各个托架部件可以或者是单小齿轮托架部件(简单)或者是 双小齿轮托架部件(复合)。
输入轴有选择地与行星齿轮组中的至少一个部件相连接。 输出轴持续地与行星齿轮组中的至少一个部件相连接。
第 一扭矩传递装置有选择地使第 一行星齿轮组的部件与第 二行星齿轮组的部件连接。
第二扭矩传递装置有选择地使第 一行星齿轮組或第二行星 齿轮组的部件与输入部件连接。
第三扭矩传递装置有选择地使第二行星齿轮组的部件与输 入部件连接。
第四扭矩传递装置有选择地使第一行星齿轮组的部件与固 定部件(变速器外壳/壳体)连接。
可选的第五扭矩传递装置有选择地使第一行星齿轮组的另 一部件与固定部件(变速器外壳/壳体)连接。
笫一互连部件持续地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连接。
第二互连部件使第 一行星齿轮组的第二部件与笫三行星齿 轮组的第 一部件持续地连接。
笫三互连部件持续地使第二行星齿轮组的第二部件与第三行星齿轮组的第二部件连接。
第一电动机/发电机安装在变速器外壳上，并且持续地连接在第一行星齿轮組的部件上。第一电动机/发电机还可包含偏置的齿轮 装置。
第二电动机/发电机安装在变速器外壳上，并且持续地连接 在第二行星齿轮组的部件上。第二电动机/发电机连接可包含偏置的齿 轮装置。
这些可选择的扭矩传递装置可组合地进行接合，以产生一 种EVT,该EVT带有无级变速范围(包括倒档)和五种机械地固定的速 度比，即四种固定的前进速度比和一种固定的倒档速度比。"固定速 度比"是其中将输入到变速器中的机械功率以机械的方式传送至输 出，并且在电动机/发电^L中不存在功率流(即几乎为零)时的操作状态。 可有选择地获得用于接近全发动机功率的操作的若干固定速度比的 电气可变变速器，对于给定的最大容量可以较小且较轻。当在不利用 电动机/发电机、发动机速度可能接近其最优值的条件下进行操作时， 固定速度比操作还可导致4交低的燃料消耗。各种固定速度比和可变比 范围可通过恰当地选择行星齿轮组的齿数比而实现。
所公开的电气可变变速器系列的各个实施例都具有复合分 流和输出分流的架构。在复合分流模式中，变速器输入或输出直接连 接到电动机/发电机上，从而容许减少实现所需车辆性能所要求的电动 机/发电机的尺寸和成本。在输出分流才莫式中，电动机/发电机中的一 个直接连接在变速器输入上。
扭矩传递装置和笫一及第二电动机/发电机可操作，以便在 电气可变变速器中提供五种操作模式，包括蓄电池倒档模式、EVT倒 档模式、倒档和前进起动模式、无级变速范围模式以及固定比模式。
从以下结合附图对实现本发明的最佳才莫式进行的详细描述 中，将很容易明晰本发明的上述特征和优势，以及其它特征和优势。图纸简要说明
图la是包括包含了本发明的部件系列的电气可变变速器的 动力系的示意图lb是描述图la中所示的动力系的某些操作特征的操作 模式表和固定比模式表；
图2a是具有包含本发明的另 一部件系列的电气可变变速器 的动力系的示意图；[(K)38]图2b是描述图2a中所示的动力系的某些操作特征的操作 模式表和固定比模式表；
图3a是具有包含本发明的另 一部件系列的电气可变变速器 的动力系的示意图3b是描述图3a中所示的动力系的某些操作特征的操作 才莫式表和固定比才莫式表；
图4a是具有包含本发明的另 一部件系列的电气可变变速器 的动力系的示意图4b是描述图4a中所示的动力系的某些操作特征的操作 模式表和固定比模式表；
图5a是具有包含本发明的另 一部件系列的电气可变变速器 的动力系的示意图；[f)044]图5b是描述图5a中所示的动力系的某些操作特征的操作 模式表和固定比模式表；
图6a是具有包含本发明的另 一部件系列的电气可变变速器 的动力系的示意图；且[C)046]图6b是描述图6a中所示的动力系的某些操作特征的操作 模式表和固定比模式表。优选实施例的描述
参看图la，其显示了动力系IO,该动力系包括发动机12,12优选实施例上。变速器14设计成以便接受其来自发动机12的驱动功
率的至少一部分。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。在发动机12和变速器的输入部件17之间还可装备 瞬时扭矩减振器(未显示)。在所描述的实施例中，发动机12可以是化石燃料发动机， 例如柴油发动机，其很适于提供其通常以恒定的每分钟转数(RPM)来 传输的可用功率输出。不管发动机12以何种方式连接到变速器输入部件17上， 变速器输入部件17都可操作地连接到变速器14中的行星齿轮组上。 变速器14的输出部件19连接到主减速器16上。变速器14利用优选具有行星齿轮组20,30和40的性质的三 个差速齿轮组。行星齿轮组20采用通常被称为环形齿轮的外齿轮部 件24。环形齿轮部件24通常包围被称为太阳齿轮的内齿轮部件22。 托架部件26可旋转地支撑多个行星齿轮27,使得各个行星齿轮27以 啮合的方式与第一行星齿轮组20的外部环形齿轮部件24及内部太阳 齿轮部件22两者接合。行星齿轮组30也具有通常也被称为环形齿轮的外齿轮部件 34,其包闺也通常被称为太阳齿轮部件的内齿轮部件32。多个行星齿 轮37也可旋转地安装在:^架部件36中，使得各个行星齿轮部件37 同时且以啮合的方式与行星齿轮组30的外部环形齿轮部件34及内部 太阳齿轮部件32两者接合。行星齿轮组40也具有通常也被称为环形齿轮的外齿轮部件 44，其包围也通常被称为太阳齿轮的内齿轮部件42。多个行星齿轮 47也可旋转地安装在托架部件46中，使得各个行星齿轮部件47同时 且以啮合的方式与行星齿轮组40的外部环形齿轮部件44及内部太阳 齿轮部件42两者接合。第一优选实施例10还分别包括第一和第二电动机/发电机
1380和82。第一电动机/发电机80的定子固定到变速器外壳60上。第 一电动机/发电机80的转子固定到行星齿轮组20的太阳齿轮部件22 上。第二电动机/发电机82的定子也固定在变速器外壳60上。 第二电动机/发电机82的转子固定在行星齿轮组30的太阳齿轮部件 32上。第一扭矩传递装置，例如离合器50，有选择地使行星齿轮 组20的托架部件26与行星齿轮组30的太阳齿轮部件32连接。第二 扭矩传递装置，例如输入离合器52，有选择地使行星齿轮组30的托 架部件36与输入部件17连接。第三扭矩传递装置，例如输入离合器 54，有选择地使行星齿轮组30的太阳齿轮部件32与输入部件17连 接。第四扭矩传递装置，例如制动器55，有选择地使行星齿轮组20 的托架部件26与变速器外壳60连接。第五扭矩传递装置，例如制动 器57，有选择地使行星齿轮组20的太阳齿轮部件22与变速器外壳 60连接。如将在以下更充分地阐述的那样，采用第一、第二、第三、 第四和第五扭矩传递装置50,52,54，55和57以有助于选择混合型变速 器14的操作模式。变速器14的输出驱动部件19固定在行星齿轮组40的托架 部件46上。现在返回到动力源的描述中，从前面的描述尤其是参照图 la，应该明白的是，变速器14可有选择地接受来自发动机12的功率。 混合型变速器还接受来自电功率源86的功率，电功率源86可操作地 连接在控制器88上。电功率源86可以是一个或多个蓄电池。其它具 有提供或存储并分配电功率能力的电功率源，例如燃料电池，可替代 蓄电池而使用而不改变本发明的构思。
总体操作构思主要控制装置中的一个是众所周知的驱动范围选择器(未显示)，其指示电子控制单元(控制器或ECU88)针对停车、倒档、空档
或前进驱动范围中的任一种来配置变速器。第二主要控制装置和笫三
主要控制装置组成了加速器踏板(未显示)和刹车踏板(也未显示)。ECU 从这三个主要控制源获得的信息被称为"操作员需求"。ECU还从多 个传感器(输入以及输出)中获得关于如下状态的信息扭矩传送装置 (应用或释放的)；发动机输出扭矩；联合蓄电池，容量水平；以及所 选定的车辆构件的温度。ECU确定需要什么，之后恰当地:燥纵变速器 的选择性地操作的构件或操作与变速器相关的构件，以对操作员需求 做出响应。本发明可使用简单的或复合的行星齿轮组。在简单行星齿 轮组中，单个行星齿轮组通常支撑在本身可旋转的托架部件上以便旋 转。在简单行星齿轮组中，当太阳齿轮保持固定且功率应用于 简单行星齿轮组的环形齿轮时，行星齿轮响应于应用到环形齿轮的功 率而旋转，并因而围绕固定的太阳齿轮沿周边"行走"，从而致使托 架部件在与环形齿轮旋转所沿的方向相同的方向上旋转。当简单行星齿轮组的任何两个部件在相同方向上且以相同 速度旋转时，第三部件被迫以相同的速度且沿相同的方向转动。例如，
轮并不绕其自身轴线旋转，而是用作楔件而将整个单元锁定在一起， 以实现所谓的直接驱动。也就是说，托架部件随太阳齿轮和环形齿轮 而旋转。然而，当两个齿轮部件在相同方向上但以不同速度旋转时， 第三齿轮部件旋转方向通常可简单地通过目视分析来确定，^旦是在许 多情况下该方向将不明显，并且只能通过获知存在于行星齿轮组的所 有齿轮部件上的齿数来准确地确定。只要限制托架部件自由旋转，并将功率应用于太阳齿轮或 环形齿轮中的任一个上，行星齿轮部件就将用作惰轮。这样，从动部
15件沿着与驱动部件相反的方向旋转。因此，在许多变速器布置中，当 选择倒挡传动范围时，用作制动器的扭矩传送装置以磨擦的方式一皮促 动以接合托架部件，并从而限制其旋转，使得应用于太阳齿轮的功率 将使环形齿轮在相反方向上旋转。因而，如果环形齿轮可操作地连接 在车辆的主动轮上，则这种布置能够使主动轮的旋转方向反转，且从 而使车辆本身的方向反转。在简单行星齿4^组中，如果太阳齿轮、行星托架部件和环
形齿轮的任何两个旋转速度是己知的，则可利用简单的规则来确定第
三部件的速度。托架部件的旋转速度始终与太阳齿轮和环形齿轮的速
度成比例，受到它们的相应的齿数的影响。例如，环形齿轮可具有同
一齿轮组中的太阳齿轮的两倍多的齿。则托架部件的速度是环形齿轮
速度的三分之二和太阳齿l^速度的三分之一之和。如果这三个部件的 其中一个部件在相反方向上旋转，则在数学计算中，该部件的速度的
算术符号是负的。如果这是在没有考虑齿轮的质量，齿轮的加速度，或齿轮 组内的摩擦(所有这些因素在设计良好的变速器中都具有较小的影响) 时进行的，那么太阳齿轮、托架部件和环形齿轮上的扭矩也可简单地 彼此关联。施加在简单行星齿轮组的太阳齿轮上的扭矩必须与施加在 环形齿轮上的扭矩平衡，其与这些齿轮中的各齿轮上的齿数成比例。 例如，施加在具有两倍于该组中的太阳齿轮的齿数的环形齿轮的扭矩 必须是施加在该太阳齿轮上的4丑矩的两倍，并且必须施加在相同的方 向上。施加在托架部件上的扭矩必须在大小上等于太阳齿轮上的扭矩 与环形齿轮上的扭矩之和，并且在方向上相反。同简单行星齿轮组相比，在复合行星齿轮組中，利用内行 星齿轮组和外行星齿轮组实现了环形齿轮和行星托架部件在作用上 的互换。例如，如果太阳齿轮保持固定，行星托架部件将在与环形齿 轮相同的方向上旋转，但行星托架部件与内行星齿轮组及外行星齿轮 組将比环形齿轮运动得更快，而非更'隄。
在具有啮合的内和外行星齿轮组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的速度成比例，分别受到太 阳齿轮上的齿数和行星齿轮所填充的齿数的影响。例如，由行星齿轮 所填充的太阳齿轮和环形齿轮之间的差异可以是多达同 一齿轮组中 的太阳齿轮上的齿。在那种情况下，环形齿轮的速度将是托架部件速 度的三分之二与太阳齿轮速度的三分之一的和。如果太阳齿轮或行星 托架部件在相反方向上旋转，则在数学计算中该速度的算术符号是负 的。如果太阳齿轮将要保持固定，则托架部件和内外行星齿轮 组将与该组中的旋转的环形齿轮沿相同的方向旋转。另一方面，如果 太阳齿轮将保持固定且托架部件将被驱动，则内齿轮组中与太阳齿轮 接合的行星齿轮沿着太阳齿轮而滚动或"行走"，在与托架部件旋转 的相同方向上旋转。外组中与内组中的小齿轮相啮合的小齿轮将在相 反方向上旋转，从而迫使啮合的环形齿轮在相反方向上，但只相对于 行星齿轮旋转,环形齿轮与该行星齿轮以啮合的方式接合。外组中的 行星齿轮沿着托架部件的方向而传送。小齿轮在外齿轮组中围绕其自 身轴线的旋转效应和行星齿轮在外齿轮组中由于托架部件而引起的 更大的轨道运动效应组合起来，使得环形齿轮在与托架部件相同的方 向上旋转，但没有托架部件那么快。如果这种复合行星齿轮组中的托架部件将保持固定，并且 太阳齿轮将旋转，则环形齿轮将以较小的速度，并在与太阳齿轮相同 的方向上旋转。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，则支撑单个行星齿轮组的托架部件将以较小的速度，并且 在与太阳齿轮相同的方向上旋转。这样，同使用简单行星齿轮组中的 单组行星齿轮比较而言，人们可以很容易观察到托架部件和环形齿轮 之间的、通过使用彼此啮合的内行星齿轮组和外行星齿轮组而产生的 作用互换。电气可变变速器的正常作用是将机械功率从输入传递至输出。作为这种变速器作用的一部分，其两个电动机/发电机的其中一个 用作电功率发电机。另一电动机/发电机用作使用该电功率的电动机。
随着输出速度从零增加到高速，这两个电动机/发电机80,82逐渐交换
发电机和电动机作用，并且可不止一次地这样做。这些交换发生在从 输入到输出的基本上所有功率都以机械的方式传递、并且基本上没有 功率以电的方式传递的机械点周围。在混合电气可变变速器系统中，蓄电池86也可将功率供给 变速器，或者变速器可将功率供给蓄电池。如果蓄电池为变速器提供 例如用于车辆加速的基本电功率，那么电动机/发电机两者都可用作电 动机。如果变速器为蓄电池提供例如用于再生制动的电功率，那么电 动机/发电机两者都可用作发电机。在非常靠近操作的机械点时，由于 系统中的电损耗，电动机/发电机两者还可用作带有小电功率输出的发 电机。与变速器的正常作用相反，变速器实际上可用于将机械功 率从输出传递至输入。这可在车辆中实现以补充车辆制动，并且增强 或补充车辆的再生制动，尤其在很长的向下坡度上时。如果经过变速 器的功率流以这种方式反向，则电动机/发电机的作用将与正常作用中 的作用相反。
具体操作构思本文所述的各个实施例具有可归类为五种操作才莫式的十七 个功能要求(与图中所显示的各个操作模式表的17行相对应)。这五种 操作模式在下文进行了描述，并且可通过参照伴随各变速器符号图的 相应的操作模式表，例如图lb， 2b， 3b等的操作才莫式表，而获得最 好的理解。第一操作才莫式是"蓄电池倒档模式"，其与各个操作才莫式 表(例如图lb的操作模式表)的第一行(蓄电池倒档)相对应。在这种模 式中，发动机关闭，并且连接在发动机上的变速器元件不受发动机扭矩控制，但是可能由于发动机的转动惯量而存在某些残余扭矩。EVT 由电动机/发电机中的一个利用来自蓄电池的能量驱动，从而导致车辆 反向移动。取决于动态配置，另一电动机/发电机可以或不以这种模式 旋转，并且可传递或可不传递扭矩。如果其旋转，则其用于产生存储 在蓄电池中的能量。在图lb的实施例中，在蓄电池倒档才莫式下，制
动器55和57接合，作为示例，发电机80具有零扭矩，电动机82具 有0.28的扭矩，并且获得了-2.50的扭矩比。在各个操作才莫式表中， 电动机/发电机列80和82中靠近扭矩值的(M)表示电动机/发电机用作 电动机，且不存在(M)表示电动机/发电机用作发电机。第二操作冲莫式是"EVT倒档才莫式"(或机械倒档才莫式)，其 与各个操作模式表，例如图lb的操作模式表的第二行(EVT倒档)相对 应。在这种模式下，EVT由发动机驱动，且由电动机/发电机中的一 个驱动。另一电动机/发电机以发电机才莫式运行，并将所产生的能量 100%传回驱动电动机。净效应是反向驱动车辆。例如，参看图lb， 在EVT倒档模式中，离合器52和制动器55接合,发电机80具有0.80 单位的扭矩，电动机82具有0.28单位的扭矩，并且对应于1单位的 发动机扭矩获得了-2.50的输出扭矩。第三操作模式包括"倒档和前进起动模式"(也被称为"扭 矩变换器倒档和前进才莫式")，其与各个操作模式表，例如图lb的操 作才莫式表的第三和第四行(TC倒档和TC前进)相对应。在这种才莫式 下，EVT由发动机驱动，且由电动机/发电机中的一个驱动。在发电 机单元中所产生能量的可选的一部分存储在蓄电池中，并且将剩余能 量传送给电动机。在

图1中，这一部分大约为99%。变速器输出速度 对发动机速度的比值(变速器速度比)大约为+A0.001(正号表示车辆向 前緩慢移动，负号表示车辆向后緩慢移动)。参看图lb,在TC倒档才莫 式中，离合器52和制动器55接合，电动机/发电机80用作具有0.84 单位扭矩的发电机，并且电动机/发电机82用作具有0.31单位扭矩的 电动机，并获得-2.75的扭矩比。在TC前进模式中，离合器52和制
19动器55接合，电动机/发电机80用作具有-0.35单位扭矩的电动机， 并且电动机/发电机82用作具有-0.53单位扭矩的发电机，并获得4.69 的扭头巨比。第四操作模式是"无级变速范围模式"，其包括与各个操 作点表，例如图lb的操作点表的行5-12相对应的范围1.1、范围1.2、 范围1.3、范围1.4、范围2.1、范围2.2、范围3.1和范围3.2操作点。 在这种才莫式下，EVT由发动机以及电动机/发电机中用作电动机的一 个来驱动。另一电动机/发电机用做发电机，并将所产生的能量100% 传回电动机。由范围1.1,1.2…等等代表的操作点是EVT所提供的前进 速度比连续区域中的离散的点。例如，在图lb中，在离合器52和制 动器55接合的条件下获得4.69至1.86的扭矩比范围。在离合器50 和52接合的条件下获得1.36的扭矩比。在离合器50,52和54接合的 条件下获得1.00的扭矩比。在离合器50和54接合的条件下获得0.74 至0.54的扭矩比范围。第五操作模式包括"固定比，，模式(Rl, Fl, F2， F3和F4), 其与例如图lb的操作模式表的操作模式表的行13-17相对应。在这种 ;漠式下，变速器以类似于传统自动变速器的方式进行操作，其中三个 扭矩传递装置接合，以产生离散的传动比。各图中附带的离合表只显 示了四个固定前进比速度和一个固定倒档比速度，但还可获得额外的 固定比。参看图lb,在固定倒档比R1中，离合器54和制动器55，57 接合，以获得-8.75的固定扭矩比。在固定前进比F1中，离合器52,54 和制动器55接合，以获得3.50的固定扭矩比。在固定前进比F2中， 离合器50,52和制动器55接合，以获得2.50的固定比。在固定前进 比F3中，离合器50,52和54接合，以获得1.00的固定比。在固定前 进比F4中，离合器50,54和制动器57接合，以获得0.86的固定比。动力系IO还可在"电量耗尽;f莫式"下运转。出于本发明的 目的，"电量耗尽模式"是这样的模式，其中主要由电动机/发电机为 车辆提供动力，使得当车辆到达其目的地时，蓄电池86祐L耗尽或几乎耗尽。换句话说，在电量耗尽模式期间，发动机12只在必须确保 蓄电池在到达目的地之前没有纟皮4毛尽的程度下进行操作。传统的混合
动力车辆在"电量维持;f莫式"下运行，其中如果蓄电池电量水平下降 到预定的水平以下(例如25%)时，发动机自动地运行，以对蓄电池充 电。因此，通过在电量肆毛尽才莫式下操作，混合动力车辆可保留某些或 所有否则将被消耗掉的燃料，以保持传统混合动力车辆中25%的蓄电 池电量水平。应该懂得如果蓄电池86可在到达目的地之后通过将其 插入到某种能源(未显示)中进行再充电，则车辆动力系优选只在电量
耗尽模式下进行操作。另外，发动机12可利用各种类型的燃料来驱动，以提高特 定应用的效率和燃料经济性。这些燃料可包括例如汽油、柴油、乙醇、 二甲醚等等。变速器14能够在三种模式下进行操作。在模式之间，接合 的扭矩传递装置在某些中间速度比(例如，图1中的范围2.1)上进行切 换。具体地说，在第一才莫式下，制动器55和离合器52是接合的。在 第二才莫式下，离合器50和52是接合的，并且制动器55是分离的。 在这种布置中，离合器52将发动机功率传送给变速器。在第三模式 下，离合器50和54是接合的，并且离合器52是分离的。在离合器 50，52和54接合的条件下实现直接驱动模式。这种多模式设计容许在 不同的操作模式之间切换，例如，从复合分流切换至输出分流。根椐 机械构造，扭矩传递装置接合上的这种变化具有降低变速器中元件速 度的优势。另外，对于电起动，制动器55接合，并利用电动冲/V发电机 82起动系统。制动器57可保持接合，或者在分离时，电动机/发电机 80提供额外的输出扭矩。类似地，在前进VT操作期间，当离合器50和52两者都 接合时，离合器54可接合，以便将整个齿轮系锁定在直接驱动模式 下，并因而将电动机/发电机的扭矩和发动机的扭矩加起来，以达到最大的输出扭矩。如上所述，在图lb的固定比模式表和操作模式表中显示了 用于扭矩传递装置的接合方案。图lb还提供了可利用在图lb中作为 示例而给出的环形齿轮/太阳齿轮齿数比而获得的扭矩比的 一个示例。 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；并且NR3/Ns3值是行星齿轮组40的齿数比。另外，图lb的 图表描述了利用给定的齿数比样本而获得的比阶(ratiostep)。例如，固 定的倒档扭矩比和第一固定前进扭矩比之间的阶比(step ratio)是-2.50, 第 一和第二固定前进扭矩比之间的阶比是1.40，第二和第三固定前进 扭矩比之间的阶比是2.50,第三和第四固定前进扭矩比之间的阶比是 1.16,并且比率范围(mtiospread)是4.06。
第二示例性实施例的描述参看图2a,其显示了动力系110，该动力系包括连接到大 体上以标号114表示的改进的电气可变变速器的另 一实施例上的发动 机12。变速器114设计成以便接受其来自于发动机12的驱动功率的 至少一部分。在所描述的实施例中，发动机12还可以是化石燃料发动机， 例如柴油发动机，其很适于提供其通常以恒定的每分钟转数(RPM)来 传输的可用功率输出。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。在发动机12和变速器的输入部件17之间还可 装备瞬时扭矩减振器(未显示)。不管发动机12以何种方式连接到变速器输入部件17上， 变速器输入部件17都可操作地连接变速器114中的行星齿轮组上。 变速器114的输出部件19连接在主减速器16上。变速器114利用优选具有行星齿轮组120,130和140的性质 的三个差速齿轮组。行星齿轮组120采用通常被称为环形齿轮的外齿 轮部件124。环形齿轮部件124包围通常被称为太阳齿轮的内齿轮部件122。托架部件126可旋转地支撑多个行星齿轮127，使得各个行 星齿轮127以啮合的方式与第一行星齿轮组120的外部环形齿轮部件 124及内部太阳齿轮部件122两者接合。行星齿轮组130也具有通常也^皮称为环形齿轮的外齿轮部 件134,其包围也通常被称为太阳齿轮的内齿轮部件132。多个行星 齿轮137也可旋转地安装在托架部件136中，使得各个行星齿轮部件 137同时且以啮合的方式与行星齿轮组130的外部环形齿轮部件134 及内部太阳齿轮部件132两者接合。行星齿轮组140也具有通常也^^皮称为环形齿轮的外齿轮部 件144，其包围也通常被称为太阳齿轮的内齿轮部件142。多个行星 齿轮147,148也可旋转地安装在托架部件146上，使得各个行星齿轮 部件147以啮合的方式与内部太阳齿轮部件142接合，并且各个行星 齿轮部件148同时且以啮合的方式与行星齿轮组140的外部环形齿轮 部件144及相应的行星齿轮147接合。变速器输出部件19与行星齿轮组140的环形齿轮部件144 相连4姿。第一互连部件170持续地使行星齿轮组120的环形齿轮部 件124与行星齿轮组130的托架部件136连接。第二互连部件172持 续地使行星齿轮组120的托架部件126与行星齿轮组140的托架部件 146连接。第三互连部件174持续地使行星齿轮组130的环形齿轮部 件134与行星齿轮组140的太阳齿轮部件142连接。第二电动机/发电机182的定子也固定在变速器外壳160上。 第二电动机/发电机182的转子固定在行星齿轮组130的太阳齿轮部件 132上。
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第一扭矩传递装置，例如离合器150,有选择地使行星齿轮 组120的托架部件126与行星齿轮组130的太阳齿轮部件132相连接。 第二扭矩传递装置，例如输入离合器152，有选择地使行星齿轮组130 的托架部件136与输入部件17连接。第三扭矩传递装置，例如输入 离合器154，有选择地使行星齿轮组130的太阳齿轮部件132与输入 部件17连接。第四扭矩传递装置，例如制动器155，有选择地使行星 齿轮组120的托架部件126与变速器外壳160连接。第五扭矩传递装 置，例如制动器157，有选择地使行星齿轮组120的太阳齿轮部件122 与变速器外壳160连接。釆用第一、第二、第三、第四和第五扭矩传 递装置150,152,154,155和157以有助于选择混合型变速器114的操作 模式。现在返回到动力源的描述中，从前面的描述并且特别地参 照图2a应该懂得，变速器114可有选择地接受来自发动机12的功率。 混合型变速器还与可操作地连接在控制器188上的电功率源186交换 功率。电功率源186可以是一个或多个蓄电池。可使用具有提供或存 储并分配电功率的能力的其它电功率源(例如燃料电池)来替代蓄电 池，而不会改变本发明的构思。如之前所述，各个实施例具有可归类为五种操作才莫式的十 七个功能要求(与图中所显示的各个操作模式表的17行相对应)。第一 操作模式是"蓄电池倒档模式"，其与图2b的操作模式表的第一行(蓄 电池倒档)相对应。在这种才莫式下，发动机关闭，并且有效地容许连接 在发动机上的变速器元件由于发动机惯性扭矩而空转。EVT由电动机 /发电机中的一个利用来自蓄电池的能量驱动，从而导致车辆反向运 动。另一电动机/发电机可以或不在这种模式下旋转。如图2b中所示， 在这种才莫式下，作为示例，制动器155和157接合，发电机180具有 零扭矩，电动机182具有0.28单位的扭矩，并且获得-2.50的输出扭 矩。第二操作冲莫式是"EVT倒档才莫式"(或机械倒档才莫式)，其与图2b的操作模式表的第二行(EVT倒档)相对应。在这种模式下， EVT由发动机驱动，且由电动机/发电机中的一个驱动。另一电动机/ 发电机在发电积4莫式下操作，并将所产生的能量100%传回驱动电动 机。净效应是反向驱动车辆。在这种;f莫式下，离合器152和制动器155 接合，发电机180具有0.80单位的扭矩，电动机182具有0.28单位 的扭矩，并且对应于1单位的输入扭矩获得了-2.50的输出扭矩。第三操作模式包括"倒档和前进起动模式"，其与各个操 作模式表(例如图2b的操作模式表)的第三行和第四行(TC倒档和TC 前进)相对应。在这种沖莫式下，EVT由发动机和电动机/发电机中的一 个来驱动。由发电机单元所产生的能量的可选择的一部分存储在蓄电 池中，并且将剩余能量传送到电动机。在TC倒档模式中，离合器152 和制动器155接合，电动机/发电机180用作具有0.84单位扭矩的发 电机，电动机/发电机182用作具有0.31单位扭矩的电动机，并获得 -2.75的扭矩比。在TC前进模式中，离合器152和制动器155接合， 电动机/发电机180用作具有-0.35单位扭矩的电动机，电动机/发电机 182用作具有-0.53单位扭矩的发电机，并获得4.69的扭矩比。对于这 些扭矩比，所产生的能量的大约99%存储在蓄电池中。第四操作模式包括与图2b的操作模式表的行5-12相对应 的"范围l.l、范围1.2、范围1.3、范围1.4、范围2.1、范围2.2、范 围3.1和范围3.2"模式。在这种模式下，EVT由发动机以及电动机/ 发电机中用作电动机的一个来驱动。另一电动机/发电机用做发电机， 并将所产生的能量100%传回电动机。由范围1.1,1.2...等等代表的操作 点是EVT所提供的前进速度比连续区域中的离散点。例如，在图2b 中，在离合器152和制动器155接合的条件下获得了 4.69至1.86的 比率范围，在离合器150和152接合的条件下获得自1.36的比率，在 离合器150,152和154接合的条件下获得1.00的比率，且在离合器150 和154接合的条件下获得0.74至0.54的比率范围。第五操作模式包括"固定比"模式(R1,F1,F2,F3，F4),其
25与图2b的操作模式表的行13-17相对应。在这种模式下，变速器以类 似于传统自动变速器的方式进行操作，其中三个扭矩传递装置接合，
以产生离散的传动比。在固定倒档比Rl中，离合器154和制动器 155，157接合，以获得-8.75的固定比。在固定前进比Fl中，离合器 152，154和制动器155接合，以获得3.50的固定比。在固定前进比F2 中，离合器150,152和制动器155接合，以获得2.50的固定比。在固 定前进比F3中，离合器150,152和154接合，以获得1.00的固定比。 在固定前进比F4中，离合器150,154和制动器157接合，以获得0.86 的固定比。如上所述，在图2b的操作模式表和固定比模式表中显示 了用于扭矩传递装置的接合方案。图2b还提供了可利用图2b中作为
NRI/NS1值是行星齿轮组120的齿数比；Nr2/Ns2值是行星齿轮组130 的齿数比；并且nr3/Ns3值是行星齿轮组140的齿数比。另外，图2b 的图表描述了利用给定的齿数比样本而获得的比阶。例如，第一和笫 二固定前进扭矩比之间的阶比为1.40，并且比率范围为4.06。
笫三示例性实施例的描述参看图3a,其显示了动力系210，该动力系包括连接在大 体上以标号214表示的改进的电气可变变速器的另一实施例上的发动 机12。变速器214设计成用于接受其来自于发动机12的驱动功率的 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。在发动机12和变速器214的输入部件17之间还可装备 瞬时扭矩减振器(未显示)。不管发动机12以何种方式连接到变速器输入部件17上， 变速器输入部件17都可操作地连接在变速器214中的行星齿轮组上。 变速器214的输出部件19连接在主减速器16上。变速器214利用优选具有行星齿轮组220,230和240的性质的三个差速齿轮组。行星齿轮组220采用通常被称为环形齿轮的外
齿轮部件224。环形齿轮部件224包围通常被称为太阳齿轮的内齿轮 部件222。托架部件226可旋转地支撑多个行星齿轮227，使得各个 行星齿轮227以啮合的方式与第一行星齿轮组220的外部环形齿轮部 件224及内部太阳齿轮部件222两者接合。行星齿轮组230也具有外部环形齿4^部件234，其包围内 部太阳齿轮部件232。多个行星齿轮237也可旋转地安装在托架部件 236中，使得各个行星齿轮237同时且以啮合的方式与行星齿轮组230 的外部环形齿轮部件234及内部太阳齿轮部件232两者接合。行星齿轮组240也具有外部环形齿轮部件244，其包围内 部太阳齿轮部件242。多个行星齿轮247可旋转地安装在托架部件246 中，使得各个行星齿轮部件247同时且以啮合的方式与行星齿轮组240 的外部环形齿轮部件244及内部太阳齿轮部件242两者接合。变速器输出部件19连接在托架部件246上。第一互连部 件270持续地使环形齿轮部件224与托架部件236连接。第二互连部 件272持续地使托架部件226与环形齿轮部件244连接。第三互连部 件274持续地使环形齿轮部件234与太阳齿轮部件242连接。变速器214还分别包括第一和第二电动机/发电机280和 282。第一电动机/发电机280的定子固定在变速器外壳260上。第一 电动机/发电机280的转子固定在太阳齿轮部件222上。第二电动机/ 发电机282的定子也固定在变速器外壳260上。第二电动机/发电机 282的转子固定在太阳齿轮部件232上。第一扭矩传递装置，例如离合器250，有选择地使托架部 件226与太阳齿轮部件232连接。第二扭矩传递装置，例如输入离合 器252，有选择地使托架部件236与输入部件17连接。第三扭矩传递 装置，例如输入离合器254,有选择地使太阳齿轮部件232与输入部 件17连接。第四扭矩传递装置，例如制动器255，有选择地使托架部 件226与变速器外壳260连接。第五扭矩传递装置，例如制动器257,有选择地使太阳齿轮部件222与变速器外壳260连接。采用第一、第二、第三、第四和第五^l矩传递装置250,252，254,255和257，以有助于选择混合型变速器214的操作模式。混合型变速器214接受来自发动机12的功率，并且还接受来自可操作地连接在控制器288上的电功率源286的功率。图3b的操作模式表显示了对于变速器214的五种操作模式的离合接合、电动机/发电机状态以及输出/输入比。如之前所述，这些模式包括"蓄电池倒档模式"(蓄电池倒档)、"EVT倒档模式"(EVT倒档)、"倒档和前进起动模式"(TC倒档和TC前进)、"范围1.1,1.2,1.3...模式"和"固定比模式，，(R1, Fl， F2, F3, F4)。如上所述，在图3b的操作模式表和固定比模式表中显示了用于扭矩传递装置的接合方案。图3b还提供了可利用图3b中作为
NR1/NSi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；并且NR3/Ns3值是行星齿轮组240的齿数比。另外，图3b的图表描述了利用给定的齿数比样本而获得的比阶。例如，第一和第二固定前进扭矩比之间的阶比为1.40，并且比率范围为4.06。
第四示例性实施例的描述参看图4a，其显示了动力系310，该动力系包括连接在大体上以标号314表示的改进的电气可变变速器的另一实施例上的发动机12。变速器314设计成用于接受其来自于发动机12的驱动功率的至少一部分。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。在发动机12和变速器的输入部件17之间还可装备瞬时扭矩减振器(未显示)。不管发动机12以何种方式连接到变速器输入部件17上，变速器输入部件17都可操作地连接在变速器314中的行星齿轮组上。
28变速器314的输出部件19连接在主减速器16上。变速器314利用三个行星齿轮组320,330和340。行星齿轮组320采用了外部环形齿轮部件324，其包围内部太阳齿轮部件322。托架部件326可旋转地支撑多个行星齿轮327,使得各个行星齿轮327以啮合的方式与第一行星齿轮组320的外部环形齿轮部件324及内部太阳齿轮部件322两者接合。行星齿轮组330也具有包围内部太阳齿轮部件332的外部环形齿轮部件334。多个行星齿轮337也可旋转地安装在托架部件336中，使得各个行星齿轮部件337同时且以啮合的方式与行星齿轮组330的外部环形齿轮部件334及内部太阳齿轮部件332两者接合。行星齿轮组340也具有包围内部太阳齿轮部件342的外部环形齿轮部件344。多个行星齿轮347也可旋转地安装在托架部件346中，使得各个行星齿轮部件347同时且以啮合的方式与行星齿轮组340的外部环形齿轮部件344及内部太阳齿轮部件342两者接合。变速器输出部件19与托架部件346相连接。第一互连部件370持续地使环形齿轮部件324与托架部件336连接。第二互连件372持续地使托架部件326与环形齿轮部件344连接。第三互连部件374持续地使环形齿轮部件334与太阳齿轮部件342连接。变速器314还分别包括第一和第二电动机/发电机380和382。第一电动机/发电机380的定子固定在变速器外壳360上。第一电动机/发电机380的转子固定在太阳齿轮部件322上。第二电动机/发电机382的定子也固定在变速器外壳360上。第二电动机/发电机382的转子固定在太阳齿轮部件332上。第一扭矩传递装置，例如离合器350，有选择地使托架部件326与太阳齿轮部件332连接。第二扭矩传递装置，例如输入离合器352,有选择地使托架部件336与输入部件17连接。第三扭矩传递装置，例如输入离合器354,有选择地使太阳齿轮部件332与输入部件17连接。第四扭矩传递装置，例如制动器355，有选择地使托架部件326与变速器外壳360连接。采用第一、第二、笫三和第四扭矩传 递装置350,352,354和355,以有助于选择变速器314的操作才莫式。混合型变速器314接受来自发动机12的功率，并且还与 可操作地连接在控制器388上的电功率源386交换功率。图4b的操作模式表显示了对于变速器314的五种操作模 式的离合接合、电动机/发电机状态以及输出/输入比。如之前所述， 这些模式包括"蓄电池倒档模式"(蓄电池倒档)、"EVT倒档模式" (EVT倒档)、"倒档和前进起动纟莫式，，(TC倒档和TC前进)、"无级 变速范围模式"(范围U,1.2,1.3…)和"固定比模式"(Rl， Fl， F2， F3, F4)。参看图5a，其显示了动力系410，该动力系包括连接在大 体上以标号414表示的改进的电气可变变速器的另 一实施例上的发动 机12。变速器414设计成用于接受其来自于发动机12的驱动功率的 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。在发动机12和变速器的输入部件17之间还可装备瞬时扭 矩减振器(未显示)。不管发动机12以何种方式连接到变速器输入部件17上， 变速器输入部件17都可操作地连接在变速器414中的行星齿轮组上。
30变速器414的输出部件19连接在主减速器16上。变速器414利用三个行星齿轮组420,430和440。行星齿 轮组420釆用了包围内部太阳齿轮部件422的外部环形齿轮部件424。 托架部件426可旋转地支撑多个行星齿轮427，使得各个行星齿轮427 以啮合的方式与第一行星齿轮组420的外部环形齿轮部件424及内部 太阳齿轮部件422两者接合。行星齿轮组430也具有包围内部太阳齿轮部件432的外部 环形齿轮部件434。多个行星齿轮437也可旋转地安装在托架部件436 中，使得各个行星齿轮部件437同时且以啮合的方式与行星齿轮组430 的外部环形齿轮部件434及内部太阳齿轮部件432两者接合。行星齿轮组440也具有包围内部太阳齿轮部件442的外部 环形齿轮部件444。多个行星齿轮447也可旋转地安装在托架部件446 中，使得各个行星齿轮部件447同时且以啮合的方式与行星齿轮组440 的外部环形齿轮部件444及内部太阳齿轮部件442两者接合。变速器输出部件19与托架部件446相连接。第一互连部 件470持续地使环形齿轮部件424与托架部件436连接。第二互连部 件472持续地使托架部件426与环形齿轮部件444连接。笫三互连部 件474持续地使环形齿轮部件434与太阳齿轮部件442连接。变速器414还分别包括第一和第二电动机/发电机480和 482。第一电动机/发电机480的定子固定在变速器外壳460上。第一 电动机/发电机480的转子固定在太阳齿轮部件422上。第二电动机/ 发电机482的定子也固定在变速器外壳460上。第二电动机/发电才几 482的转子固定在太阳齿轮部件432上。第一扭矩传递装置，例如离合器450，有选择地使托架部 件426与太阳齿轮部件432连接。笫二扭矩传递装置，例如输入离合 器452，有选择地使托架部件436与输入部件17连接。第三扭矩传递 装置，例如输入离合器454,有选择地使太阳齿轮部件432与输入部 件17连接。第四扭矩传递装置，例如制动器455，有选择地使托架部件426与变速器外壳460连接。第五扭矩传递装置，例如制动器457，有选择地使太阳齿轮部件422与变速器外壳460连接。采用第一、第二、第三、第四和第五扭矩传递装置450,452,454,455和457，以有助于选择变速器414的操作模式。混合型变速器414接受来自发动机12的功率，并且还与可操作地连接在控制器488上的电功率源486交换功率。图5b的操作模式表显示了对于变速器414的五种操作模式的离合接合、电动机/发电机状态以及输出/输入比。如之前所述，这些模式包括"蓄电池倒档模式"(蓄电池倒档)、"EVT倒档模式"(EVT倒档)、"倒档和前进起动才莫式"(TC倒档和TC前进)、"无级变速范围模式"(范围1.1,1.2,1.3...)和"固定比模式"(Rl， Fl， F2,F3， F4)。如上所述，在图5b的操作模式表和固定比模式表中显示了用于扭矩传递装置的接合方案。图5b还提供了可利用图5b中作为示例而给出的环形齿轮/太阳齿轮齿数比而获得的扭矩比的 一个示例。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；且nr3/Ns3值是行星齿轮组440的齿数比。另外，图5b的图表描述了利用给定的齿数比样本而获得的比阶。例如在第一和第二固定前进扭矩比之间的阶比为1.40且比率范围为4.06。
第六示例性实施例的描述参看图6a，其显示了动力系510,该动力系包括连接在大体上以标号514表示的改进的电气可变变速器的另一实施例上的发动机12。变速器514设计成用于接受其来自于发动机12的驱动功率的至少一部分。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。在发动机12和变速器的输入部件17之间还可装备瞬时扭矩减振器(未显示)。
不管发动机12以何种方式连接到变速器输入部件17上，变速器输入部件17都可操作地连接在变速器514中的行星齿轮组上。变速器514的输出部件19连接在主减速器16上。变速器514利用三个行星齿轮组520,530和540。行星齿轮組520釆用了外部环形齿轮部件524，其包围内部太阳齿轮部件522。托架部件526可旋转地支撑多个行星齿轮527，使得各个行星齿4仑527以啮合的方式与第一行星齿^^组520的外部环形齿轮部件524及内部太阳齿轮部件522两者接合。行星齿轮组530也具有外部环形齿轮部件534，其包围内部太阳齿轮部件532。多个行星齿轮537也可旋转地安装在托架部件536中，使得各个行星齿轮部件537同时且以啮合的方式与行星齿轮组530的外部环形齿轮部件534及内部太阳齿轮部件532两者接合。行星齿4^组540也具有外部环形齿轮部件544,其包围内部太阳齿轮部件542。多个行星齿轮547也可旋转地安装在托架部件546中，使得各个行星齿轮部件547同时且以啮合的方式与行星齿轮组540的外部环形齿轮部件544及内部太阳齿轮部件542两者接合。变速器输出部件19与托架部件546相连接。第一互连部件570持续地使环形齿轮部件524与托架部件536连接。第二互连部件572持续地使托架部件526与环形齿轮部件544连接。笫三互连部件574持续地使环形齿轮部件534与太阳齿轮部件542连接。变速器514还分别包括笫一和第二电动机/发电机580和582。第一电动机/发电机580的定子固定在变速器外壳560上。第一电动机/发电机580的转子固定在太阳齿轮部件522上。第二电动机/发电机582的定子也固定在变速器外壳560上。第二电动机/发电机582的转子固定在太阳齿轮部件532上。第一扭矩传递装置，例如离合器550，有选择地使托架部件526与太阳齿轮部件532连接。第二扭矩传递装置，例如输入离合器552,有选择地使托架部件536与输入部件17连接。笫三扭矩传递
33装置，例如输入离合器554，有选择地使太阳齿轮部件532与输入部 件17连接。第四扭矩传递装置，例如制动器555,有选择地使托架部 件526与变速器外壳560连接。采用第一、笫二、第三和第四扭矩传 递装置550,552,554和555以有助于选择混合型变速器514的操作冲莫式。混合型变速器514接受来自发动机12的功率，并且还与 可操作地连接在控制器588上的电功率源586交换功率。图6b的操作模式表显示了对于变速器514的五种操作模 式的离合接合、电动机/发电机状态以及输出/输入比。如之前所述， 这些模式包括"蓄电池倒档模式"(蓄电池倒档)、"EVT倒档模式" (EVT倒档)、"倒档和前进起动一莫式"(TC倒档和TC前进)、"无级 变速范围模式"(范围U,1.2,1.3…)和"固定比模式"(R1, Fl， F2， F3, F4)。如上所述，在图6b的操作模式表和固定比模式表中显示 了用于扭矩传递装置的接合方案。图6b还提供了可利用图6b中作为 示例而给出的环形齿轮/太阳齿轮齿数比而获得的扭矩比的一个示例。 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；且nr3/Ns3值是行星齿轮组540的齿数比。另外，图6b的 图表描述了利用给定的齿数比样本而获得的比阶。例如，在第一和第 二固定前进扭矩比之间的阶比为1.40且比率范围为4.06。在权利要求中，语言"持续地连接"或"持续地使...连接" 指直接连接或成比例的齿轮传动连接，例如以齿轮的方式连接到偏置 的轴上。另外，"固定部件"或"接地"可包括变速器外壳(壳体)或任何其 它不旋转的构件。另外，当表述扭矩传递机构使某物连接到齿轮组的 部件上时，其还可连接到使其与那个部件连接的互连部件上。还应该 懂得，在所附的权利要求的范围内可组合来自于本发明不同实施例中 的不同特征。虽然公开了本发明的各种优选实施例，但是应该懂得，本发明的概念容易受到对本领域技术人员而言显而易见的许多变化的影响。因此，本发明范围并不受限于所显示和所描述的细节，而是意图包括落在所附的权利要求范围内的所有变型和修改。
权利要求
1.一种电气可变变速器，包括用以从发动机接受功率的输入部件；输出部件；第一电动机/发电机和第二电动机/发电机；各自具有第一部件、第二部件和第三部件的第一差速齿轮组、第二差速齿轮组和第三差速齿轮组；所述输入部件有选择地与所述齿轮组的至少一个部件相连接，并且所述输出部件持续地与所述齿轮组的另一部件相连接；持续地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连接的第一互连部件；持续地使所述第一齿轮组的所述第二部件与所述第三齿轮组的所述第一部件连接的第二互连部件；持续地使所述第二齿轮组的所述第二部件与所述第三齿轮组的所述第二部件连接的第三互连部件；所述第一电动机/发电机持续地与所述第一齿轮组的部件相连接；所述第二电动机/发电机持续地与所述第二齿轮组的部件相连接；有选择地使所述第一齿轮组的部件与所述第二齿轮组的部件连接的第一扭矩传递装置；有选择地使所述第一齿轮组的或所述第二齿轮组的部件与所述输入部件连接的第二扭矩传递装置；有选择地使所述第二齿轮组的部件与所述输入部件连接的第三扭矩传递装置；有选择地使所述第一齿轮组的部件与固定部件连接的第四扭矩传递装置；且其中，所述第一扭矩传递装置、所述第二扭矩传递装置、所述第三扭矩传递装置和所述第四扭矩传递装置可以接合，以便提供带有无级变速速比范围、四种固定的前进速度比和一种固定的倒档速度比的电气可变变速器。
2. 根据权利要求1所述的电气可变变速器，其特征在于，所述 第 一差速齿轮组、所述第二差速齿轮组和所述第三差速齿轮组是行星 齿轮组。
3. 根椐权利要求2所述的电气可变变速器，其特征在于，所述 行星齿轮组其中各齿轮组的托架部件是单小齿轮托架部件。
4. 根据权利要求2所述的电气可变变速器，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. 根据权利要求1所述的电气可变变速器，其特征在于，所述 第一扭矩传递装置、所述第二扭矩传递装置、所述第三扭矩传递装置 和所述第四扭矩传递装置以及所述第一电动机/发电机和所述第二电 动机/发电机可操作，以在所述电气可变变速器中提供五种操作模式， 包括蓄电池倒档模式、EVT倒档模式、倒档和前进起动模式、无级变 速范围模式以及固定比模式。
6. 根据权利要求1所述的电气可变变速器，其特征在于，还包括第五扭矩传递装置，其有选择地使所述第一齿轮组的部件与所述 固定部件连接。
7. —种电气可变变速器，包括用以从发动机接受功率的输入部件； 输出部件；第 一 电动机/发电机和第二电动机/发电机；各自具有第一部件、第二部件和第三部件的第一差速齿轮组、第 二差速齿轮组和第三差速齿轮组；所述输入部件有选择地与所述齿轮组的至少 一个部件相连冲妻，并 且所述输出部件持续地与所述齿轮组的另 一部件相连接；持续地使所述第 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连4妄的第一互连部件；持续地使所述第一齿轮组的所述第二部件与所述第三齿轮组的所述第一部件连接的第二互连部件；持续地使所述第二齿轮组的所述第二部件与所述第三齿轮组的所述第二部件连^妄的第三互连部件；所述第 一 电动机/发电机持续地与所述第 一齿轮组的部件相连接； 所述第二电动机/发电机持续地与所述第二齿轮组的部件相连接；和用于有选择地使所述第一齿轮组、所述第二齿轮组或所述第三齿 轮组的所述部件与固定部件或与所述齿轮组的其它部件相连接的第 一、第二、第三和第四扭矩传递装置，所述第一、第二、第三和第四 扭矩传递装置可以接合，以便在所述输入部件和所述输出部件之间提 供带有无级变速速比范围、四种固定的前进速度比和一种固定的倒档 速度比的电气可变变速器。
8. 根据权利要求7所述的电气可变变速器，其特征在于，所述 第一差速齿轮组、所述第二差速齿轮组和所述第三差速齿轮组是行星 齿轮组，并且所述第一扭矩传递装置有选择地使所述第一行星齿轮组 的部件与所述第二行星齿轮组的部件连接。
9. 根据权利要求8所述的电气可变变速器，其特征在于，所述 第二扭矩传递装置有选择地使所述第一齿轮组的或所述第二齿轮组 的部件与所述输入部件连接。
10. 根椐权利要求9所述的电气可变变速器，其特征在于，所述 第三扭矩传递装置有选择地使所述第二齿轮组的部件与所述输入部 件连接。
11. 根据权利要求10所述的电气可变变速器，其特征在于，所 述第四扭矩传递装置有选择地使所述第一齿轮组的部件与所述固定 部件连接。
12. 根据权利要求11所述的电气可变变速器，其特征在于，还包括第五扭矩传递装置，其有选择地使所述第一行星齿轮组的另一部 件与所述固定部件连接。
13. 根据权利要求8所述的电气可变变速器，其特征在于，所述 行星齿轮组其中各齿轮组的托架部件是单小齿轮托架部件。
14. 根据权利要求8所述的电气可变变速器，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。
全文摘要
本发明的电气可变变速器系列提供了低容量、低成本的电气可变变速器机构，其包括三个差速齿轮组、蓄电池、两个可互换地用作电动机或发电机的电机、以及四个或五个可选择的扭矩传递装置。这些可选择的扭矩传递装置接合，以产生一种EVT，该EVT带有无级变速范围和五个固定的速度比，即四个机械地固定的前进速度比和一个倒档速度比。这些扭矩传递装置和第一及第二电动机/发电机可操作，以便在该电气可变变速器中提供五种操作模式，包括蓄电池倒档模式、EVT倒档模式、倒档和前进起动模式、无级变速范围模式、以及固定比模式。
文档编号F16H3/72GK101517266SQ200780035861
公开日2009年8月26日 申请日期2007年9月18日 优先权日2006年9月28日
发明者B·M·康伦, M·拉哈文 申请人:通用汽车环球科技运作公司