本發(fā)明涉及一種特別用于車(chē)輛的多速變速器，其包括：功率分配裝置、連接或可連接到原動(dòng)機(jī)的變速器的輸入軸、輸出軸、兩個(gè)可換擋的副變速器，每個(gè)提供多個(gè)不同的齒輪比，以及連接到或可連接到所述功率分配裝置的至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其中兩個(gè)副變速器可交替地連接到輸出軸，以及控制系統(tǒng)，其將所述電機(jī)與電池和輔助電消耗器連接。此外，本發(fā)明涉及一種用于操作這種多速變速器的方法。

文獻(xiàn)us8,771,139b2描述了具有發(fā)動(dòng)機(jī)和多個(gè)變速齒輪對(duì)的功率傳送單元，所述多個(gè)變速齒輪對(duì)中每一個(gè)具有不同的齒輪比，并且從發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的功率被傳送到所述多個(gè)變速齒輪對(duì)。功率傳送單元包括差速機(jī)構(gòu)，其具有執(zhí)行差速動(dòng)作的三個(gè)旋轉(zhuǎn)元件，并且其中第一旋轉(zhuǎn)元件與發(fā)動(dòng)機(jī)連接。電動(dòng)機(jī)與三個(gè)旋轉(zhuǎn)元件中的第二旋轉(zhuǎn)元件連接。多個(gè)變速齒輪對(duì)包括與第一旋轉(zhuǎn)元件和輸出構(gòu)件連接的第一齒輪對(duì)，以及與三個(gè)旋轉(zhuǎn)元件中的第三旋轉(zhuǎn)元件和輸出構(gòu)件連接的第二齒輪對(duì)。

美國(guó)專(zhuān)利第7,575,529b2號(hào)描述了一種電動(dòng)可變變速器，其中變速器沿著雙動(dòng)力路徑提供電動(dòng)可變功率流，并且提供電動(dòng)可變反向操作模式。變速器包括具有彼此可操作地互連的至少四個(gè)齒輪元件的復(fù)合差速齒輪組。變速器輸入構(gòu)件和單個(gè)馬達(dá)/發(fā)電機(jī)通過(guò)差速齒輪組選擇性地向變速器輸出構(gòu)件提供功率。變速器包括多個(gè)相互嚙合的齒輪，其包括與輸出構(gòu)件一起旋轉(zhuǎn)的連接的一個(gè)倒檔齒輪和多個(gè)倒擋齒輪，用于將差速齒輪組與輸出構(gòu)件可操作地連接。扭矩傳送機(jī)構(gòu)可選擇性地接合，以在多種操作模式下在輸入構(gòu)件和輸出構(gòu)件之間提供功率流，所述多種操作模式包括利用換向齒輪的并聯(lián)混合電動(dòng)可變的操作模式。

已知的混合動(dòng)力變速器的電動(dòng)馬達(dá)/發(fā)電機(jī)被構(gòu)成用于具有與發(fā)動(dòng)機(jī)功率相當(dāng)?shù)?、高的正軸功率和負(fù)軸功率的四象限操作。馬達(dá)/發(fā)電機(jī)必須被設(shè)計(jì)為大尺寸的，馬達(dá)/發(fā)電機(jī)的控制是復(fù)雜且昂貴的。

本發(fā)明的目的是避免這些缺點(diǎn)，并提供緊湊且價(jià)格低廉的多速變速器。本發(fā)明的另外目的是在換擋期間實(shí)現(xiàn)扭矩減小的降低。

根據(jù)本發(fā)明，該目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，電機(jī)以如下方式連接到功率分配裝置并且通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，使得其允許通過(guò)施加不同的軸扭矩水平在第一副變速器的輸入軸上或在第二副變速器的輸入軸上將扭矩值降低為零，并且電機(jī)的內(nèi)部發(fā)熱容量超過(guò)所述控制系統(tǒng)中的電源線(xiàn)的功率容量，其中在第一副變速器或第二副變速器的輸入軸上降為零的降低的扭矩由至少來(lái)自電機(jī)和來(lái)自原動(dòng)機(jī)的扭矩的平衡引起。

在本發(fā)明的所有實(shí)施例中，電機(jī)以如下方式連接到功率分配裝置，使得由其在一個(gè)方向上施加的扭矩導(dǎo)致第一副變速器的輸入軸上的扭矩減小，以及在第二副變速器的輸入軸上的扭矩增加。如果通過(guò)電機(jī)施加的扭矩是反向的，則這導(dǎo)致第二副變速器的輸入軸上的扭矩減小，以及第一副變速器的輸入軸上的扭矩增加。對(duì)于來(lái)自原動(dòng)機(jī)的任何給定的扭矩值，當(dāng)?shù)谝桓弊兯倨鞯妮斎胼S上沒(méi)有扭矩，電機(jī)上存在一個(gè)特定的扭矩時(shí)，并且當(dāng)?shù)诙弊兯倨鞯妮斎胼S上沒(méi)有扭矩時(shí)，電機(jī)上存在另一個(gè)特定扭矩。

與現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)施例相比，功率電子器件和電池可被設(shè)計(jì)成具有降低的容量。電機(jī)可被設(shè)計(jì)成較小。這實(shí)現(xiàn)更低的成本、重量和包裝。與常規(guī)的amt(自動(dòng)變速器)相比，可在沒(méi)有任何摩擦離合器和同步器的情況下進(jìn)行設(shè)計(jì)。

根據(jù)本發(fā)明的變速器具有扭矩填充能力。這意味著可至少部分地補(bǔ)償換檔操作期間的扭矩減小。由此，電機(jī)以如下方式通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，使得其允許通過(guò)施加正功率或負(fù)功率在第一副變速器的輸入軸上或在第二副變速器的輸入軸上將扭矩值降低為零。從電池獲得正功率。不超過(guò)來(lái)自具有輔助電消耗器的電池的瞬時(shí)功率消耗的負(fù)功率的一(小)部分被傳送到電池和輔助電消耗器。負(fù)功率的剩余部分作為熱量在電機(jī)中消散。

電機(jī)提供扭矩反作用，并且同時(shí)提供電功率，從而將一部分換檔損失轉(zhuǎn)換為電能?？刂葡到y(tǒng)的功率容量比具有扭矩填充換檔的常規(guī)的混合動(dòng)力變速器小幾倍。

熱量消散的部分至少為50％。

在眾所周知的混合動(dòng)力變速器中，混合動(dòng)力系中的電驅(qū)動(dòng)器的效率在85％至90％之上，其中能量的10％至15％在電機(jī)和控制系統(tǒng)中消散。對(duì)于本發(fā)明，為了避免昂貴的電子器件和大的電池，優(yōu)選地，應(yīng)該消散95％至99％。實(shí)際上，熱量消散的一部分可以在50％和99％之間的范圍內(nèi)。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在變速器將功率從輸入軸傳遞到輸出軸時(shí)，通過(guò)僅將負(fù)的軸功率施加到電機(jī)，功率分配裝置的連接以及功率分配裝置和副變速器的齒輪比的組合允許在第一副變速器的輸入軸上或在第二副變速器的輸入軸上將扭矩值降低為零。當(dāng)電機(jī)的控制系統(tǒng)和/或電機(jī)僅限于電機(jī)的負(fù)的軸功率操作時(shí)，可實(shí)現(xiàn)最低的成本、重量和包裝，因此電機(jī)只能在負(fù)的軸功率下操作?？珊雎圆挥?jì)設(shè)計(jì)具有正的功率操作的電機(jī)。這種設(shè)計(jì)將實(shí)現(xiàn)較小的電機(jī)。此外，功率電子器件和電池的減小的容量將實(shí)現(xiàn)降低的成本、重量和包裝，以及電機(jī)的非常緊湊和小的布局，從而節(jié)省成本和重量。

然而，存在以這種方式選擇齒輪比的機(jī)會(huì)，即在某些模式下，需要來(lái)自電動(dòng)機(jī)用于扭矩分配的小的正功率來(lái)進(jìn)行扭矩分配，即當(dāng)轉(zhuǎn)子速度被反轉(zhuǎn)時(shí)。這個(gè)小功率低于控制系統(tǒng)的峰值容量。

因此，電機(jī)控制系統(tǒng)的功率容量應(yīng)僅限于提供發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)功能、電源功能，以向常規(guī)的低電壓電池充電，并且當(dāng)其不傳送功率流時(shí)，在副變速器中換檔期間使副變速器中的軸速度同步。對(duì)于典型應(yīng)用，電機(jī)控制系統(tǒng)的功率容量應(yīng)為發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率的1％至5％。

在扭矩填充的換檔期間，相對(duì)高水平的負(fù)功率應(yīng)被施加到電機(jī)的軸，最高達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)功率的50％。為了避免控制系統(tǒng)的過(guò)載，負(fù)功率的主要部分應(yīng)在電機(jī)的電感器中作為熱功率消散。在優(yōu)選的實(shí)施例中，電機(jī)的電樞是具有線(xiàn)圈的定子，其連接到ac逆變器，并且電感器是具有鼠籠的轉(zhuǎn)子。在另一個(gè)可能的實(shí)施例中，電感器是具有鼠籠的定子，電樞是具有線(xiàn)圈的轉(zhuǎn)子，其通過(guò)滑動(dòng)刷和接觸環(huán)而連接到ac逆變器。

通過(guò)轉(zhuǎn)子的熱容量和自然空氣冷卻，轉(zhuǎn)子的強(qiáng)制空氣冷卻或轉(zhuǎn)子的強(qiáng)制液體冷卻可提供電機(jī)所需的發(fā)熱容量。

在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)、供電和軸同步模式下，電機(jī)像最先進(jìn)的感應(yīng)逆變器-饋電機(jī)一樣操作。在扭矩填充換檔期間，相比于常規(guī)的電機(jī)，其在生成模式下以較高的滑移比操作。在松鼠籠中消散大部分的軸功率。對(duì)于輕型應(yīng)用，鼠籠和周?chē)镜臒崛萘靠捎脕?lái)在扭矩填充換檔期間吸收熱能。對(duì)于重型應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)電感器的強(qiáng)制冷卻(例如液體冷卻)。

本發(fā)明的變速器和方法可用于通過(guò)扭矩減小進(jìn)行卸載的副變速器中的齒輪脫離、軸速度同步和齒輪接合，其中可避免摩擦離合器。

此外，其可用于起動(dòng)具有變速器的車(chē)輛?？稍诓皇褂萌魏沃麟x合器或扭矩變換器的情況下提供精確的發(fā)動(dòng)控制。

此外，其可用于使用變速器來(lái)制動(dòng)車(chē)輛。該功能可替換重型應(yīng)用中常規(guī)的變速器緩速器(例如，流體動(dòng)力學(xué)或渦流)。該功能需要轉(zhuǎn)子的強(qiáng)制液體冷卻。

根據(jù)本發(fā)明的多速變速器也可用于起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，其方式是從電池獲取功率并將其傳送到曲軸以使曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)中電源線(xiàn)的電力容量不需要超過(guò)用電機(jī)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)所需的功率。

當(dāng)該電機(jī)用于改變副變速器中一個(gè)的輸入軸的速度，當(dāng)該副變速器不傳送功率流時(shí)，可免去同步器，其中該速度變化獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)速度進(jìn)行。

在功率分配裝置的低成本和最簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)的實(shí)施例中，規(guī)定了功率分配裝置是作為求和差分(summingdifferential)的三連桿行星齒輪組，其具有第一連桿、第二連桿和第三連桿。這種設(shè)計(jì)可用于具有部分扭矩填充的變速器中。在該實(shí)施例的第一布局中，規(guī)定了變速器的輸入軸可接合到第一連桿，第一副變速器的輸入軸可接合到第一連桿，第二副變速器的輸入軸連接到第三連桿，并且電機(jī)連接到所述三連桿行星齒輪組的第二連桿，其中優(yōu)選地，第二連桿和第三連桿之間的速度比對(duì)于停止的第一連桿是負(fù)的。在該低成本實(shí)施例的第二布局中，規(guī)定了變速器的輸入軸可接合到第三連桿，第一副變速器的輸入軸連接到第一連桿，第二副變速器的輸入軸可接合到第三連桿，并且電機(jī)連接到所述齒輪組的第二連桿，其中優(yōu)選地，第二連桿和第三連桿之間的速度比對(duì)于停止的第一連桿來(lái)說(shuō)是負(fù)的。這些低成本實(shí)施例可被設(shè)計(jì)成沒(méi)有任何摩擦離合器和同步器，其中提供了完全扭矩填充能力。

當(dāng)電機(jī)被鎖定時(shí)，將速度減小從變速器輸入軸提供到第一副變速器的輸入軸，從而增加變速器的總的齒輪比。

在具有減少數(shù)量的部件的簡(jiǎn)單的和低成本的實(shí)施例中，變速器和/或第一副變速器的輸入軸恒定地連接到第一連桿。另選地，特別是對(duì)于混合動(dòng)力應(yīng)用，變速器的輸入軸經(jīng)由輸入離合器可接合到第一連桿。對(duì)于需要更高扭矩填充率的高性能應(yīng)用，第一副變速器的輸入軸可經(jīng)由中間離合器、例如摩擦離合器接合到第一連桿。

此外，對(duì)于低成本應(yīng)用，變速器附加地可包括用于鎖定功率分配的鎖止離合器，例如被布置在第一連桿和第三連桿之間。通過(guò)這種可選的鎖止離合器，通過(guò)雙重使用第二副變速器可提供附加的檔位。

在本發(fā)明的先進(jìn)實(shí)施例中，規(guī)定了變速器的輸入軸經(jīng)由第一離合器可接合到第一連桿，并且經(jīng)由第三離合器可接合到第三連桿，第一副變速器的輸入軸經(jīng)由第二離合器可接合第一連桿，并且經(jīng)由第四離合器可接合到第三連桿，第二副變速器的輸入軸連接到輸入軸，并且電機(jī)連接到所述齒輪組中的第二連桿，其中優(yōu)選地，第二連桿和第三連桿之間的速度比對(duì)于停止的第一連桿是負(fù)的。因此，借助內(nèi)燃機(jī)和第一副變速器的選擇性連接，可獲得更多的檔位，或者改善扭矩填充能力。所述第一離合器、所述第二離合器、所述第三離合器和所述第四離合器中的至少一個(gè)離合器可被實(shí)現(xiàn)為爪形離合器。

在上述所述實(shí)施例中的每一個(gè)中，第一連桿可以是行星架，第二連桿可以是太陽(yáng)齒輪，并且第三連桿可以是齒圈。該連接給出了為-1.4至-4的內(nèi)部比率，從而提供了為1.25至1.7的可能的變速器齒輪速比差。

在本發(fā)明的另外的實(shí)施例中，規(guī)定了功率分配裝置是用作求和差分的五連桿行星齒輪組，其具有第一連桿、第二連桿、第三連桿、第四連桿和第五連桿，其中優(yōu)選地，變速器的輸入軸可接合到第一連桿，第一副變速器的輸入軸連接到第二連桿，第二副變速器的輸入軸連接到第三連桿，并且第一電機(jī)可接合到所述齒輪組的第四連桿。在本發(fā)明的有利實(shí)施例中，規(guī)定了第二連桿和第三連桿之間的速度比對(duì)于停止的第一連桿是負(fù)的，第四連桿和第五連桿之間的速度比對(duì)于停止的第一連桿是負(fù)的，第四連桿與第二連桿的速度比對(duì)于停止的第一連桿大于一，并且第五連桿與第三連桿的速率比對(duì)于停止的第一連桿來(lái)說(shuō)大于一。五連桿功率分配裝置提供兩倍更多的檔位，或者借助副變速器中相同數(shù)量的齒輪和換檔元件改善扭矩填充能力。

更優(yōu)選地，變速器附加地包括連接到第五連桿的第二電機(jī)，并且第一電機(jī)恒定地連接到第四連桿。為了降低成本，可使用成一體的電機(jī)和功率電子器件?？蛇x地，可使用ecvt(電子無(wú)級(jí)變速器)-在小的負(fù)載和速度下的能力。另選地，變速器附加地包括電制動(dòng)器，該電制動(dòng)器連接到第五連桿，并且第一電機(jī)恒定地連接到第四連桿。對(duì)于電制動(dòng)器，可使用簡(jiǎn)單的dc變換器代替ac逆變器。一個(gè)電機(jī)(第一電機(jī))足以提供起動(dòng)器和交流發(fā)電機(jī)功能。優(yōu)選地，電制動(dòng)器被實(shí)現(xiàn)為渦流制動(dòng)器。但也可使用其他電制動(dòng)器。

作為電制動(dòng)器的替代方案，變速器可包括連接到第五連桿的摩擦制動(dòng)器，并且其中第一電機(jī)恒定地連接到第四連桿。

第一電機(jī)經(jīng)由第一選擇離合器可接合到第四連桿，并且經(jīng)由第二選擇離合器可接合到第五連桿。以這種方式，第四連桿和/或第五連桿可連接到單個(gè)電機(jī)，即第一電機(jī)。使用單個(gè)電機(jī)具有可降低成本和重量的優(yōu)點(diǎn)。在非常簡(jiǎn)單的實(shí)施例中，第一選擇離合器和/或第二選擇離合器可被設(shè)計(jì)為爪形離合器。此外，變速器附加地可包括可控的制動(dòng)器，例如簡(jiǎn)單的爪形制動(dòng)器，其將第五連桿連接到變速器外殼。制動(dòng)器可提供一個(gè)或兩個(gè)附加的檔位。

在五連桿功率分配裝置的另外的實(shí)施例中，規(guī)定了五連桿行星齒輪組是改型的拉維娜(ravigneaux)齒輪組，其中優(yōu)選地，第一連桿是行星架，第二連桿和第三連桿是齒圈，第四連桿和第五連桿是太陽(yáng)齒輪，第二連桿和第四連桿經(jīng)由第一排行星齒輪嚙合，第三連桿和第五連桿借助第二排行星齒輪嚙合，并且所述第一排行星齒輪和所述第二排行星齒輪相互嚙合。行星齒輪的排中的至少一個(gè)可包括雙嚙合行星齒輪。另選地，五連桿行星齒輪組可包括具有四倍嚙合的行星齒輪的排，其中四個(gè)嚙合件相應(yīng)地與第一連桿、第二連桿、第三連桿和第四連桿嚙合，并且其中第五連桿連接到行星架。第一連桿、第二連桿、第三連桿和第四連桿可以是太陽(yáng)齒輪或齒圈。

在五連桿功率分配裝置的每個(gè)實(shí)施例中，輸入軸可恒定地連接到第一連桿。輸入軸和第一連桿之間的固定連接適用于具有減少數(shù)量的部件的低成本應(yīng)用。另選地，特別是對(duì)于混合動(dòng)力應(yīng)用(啟用e驅(qū)動(dòng)模式)，輸入軸經(jīng)由輸入離合器可接合到第一連桿。

結(jié)合本發(fā)明，變速器附加地可包括多個(gè)控制元件，控制元件使所述副變速器的各連桿互連，以傳送功率流，其中控制元件中的至少一個(gè)可被配置為爪形離合器。所述副變速器中的至少一個(gè)可被設(shè)計(jì)為具有平行的一個(gè)輸入軸和一個(gè)輸出軸的雙軸齒輪箱或具有平行的一個(gè)輸入軸和兩個(gè)輸出軸的三軸變速箱，兩個(gè)輸出軸與最后的齒輪恒定地嚙合。另選地，所述副變速器中的至少一個(gè)可以是具有同軸的輸入軸和輸出軸的三軸變速箱，其中優(yōu)選地，檔位中的一個(gè)是直接檔位。另選地，所述副變速器中的至少一個(gè)可以是行星齒輪箱，優(yōu)選地，檔位中的一個(gè)是直接檔位。直接檔位具有最佳效率的優(yōu)點(diǎn)。

在每個(gè)實(shí)施例中，在任一個(gè)副變速器的輸入軸上降為零的降低的扭矩值由來(lái)自至少一個(gè)電機(jī)和來(lái)自原動(dòng)機(jī)、以及可選地來(lái)自制動(dòng)器和第二電機(jī)的扭矩的平衡引起。

下面將參考附圖更詳細(xì)地解釋本發(fā)明，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的具有三連桿(連接件)功率分配裝置的多速變速器的示意圖；

圖2示意性地示出了在第一操作狀態(tài)下的該變速器；

圖3示意性地示出了在第二操作狀態(tài)下的該變速器；

圖4示意性地示出了在第三操作狀態(tài)下的該變速器；

圖5示意性地示出了在第四操作狀態(tài)下的該變速器；

圖6示意性地示出了在第五操作狀態(tài)下的該變速器；

圖7是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的具有三連桿功率分配裝置的多速變速器的示意圖；

圖8示意性地示出了在第一操作狀態(tài)下的該變速器；

圖9示意性地示出了在第二操作狀態(tài)下的該變速器；

圖10示意性地示出了在第三操作狀態(tài)下的該變速器；

圖11示意性地示出了在第四操作狀態(tài)下的該變速器；

圖12示意性地示出了在第五操作狀態(tài)下的該變速器；

圖13是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的具有五連桿功率分配裝置的多速變速器的示意圖；

圖14是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的具有五連桿功率分配裝置的多速變速器的示意圖；

圖15是根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的具有五連桿功率分配裝置的多速變速器的示意圖；

圖16是根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的具有五連桿功率分配裝置的多速變速器的示意圖；

圖17是根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的具有五連桿功率分配裝置的多速變速器的示意圖；

圖18示意性地示出了在第一操作狀態(tài)下的具有五連桿功率分配裝置的變速器；

圖19示意性地示出了在第二操作狀態(tài)下的具有五連桿功率分配裝置的變速器；

圖20示意性地示出了在第三操作狀態(tài)下的具有五連桿功率分配裝置的變速器；

圖21示意性地示出在第四操作狀態(tài)下的具有五連桿功率分配裝置的變速器；

圖22示意性地示出了在第五操作狀態(tài)下的具有五連桿功率分配裝置的變速器；

圖23示意性地示出了在第六操作狀態(tài)下的具有五連桿功率分配裝置的變速器；

圖24示意性地示出在第七操作狀態(tài)下的具有五連桿功率分配裝置的變速器；

圖25是根據(jù)本發(fā)明的第八實(shí)施例的具有五連桿功率分配裝置的多速變速器的示意圖；

圖26是根據(jù)本發(fā)明的第九實(shí)施例的具有五連桿功率分配裝置的多速變速器的示意圖；以及

圖27示出了應(yīng)用本發(fā)明方法的換擋期間客車(chē)的加速時(shí)間序列曲線(xiàn)。

圖1至圖13每個(gè)示出了用于車(chē)輛的多速變速器10，其包括功率分配裝置11、輸入軸12、輸出軸13、第一可換擋副變速器14和第二可換擋副變速器15，其中副變速器14,15中的每一個(gè)提供多個(gè)不同的齒輪比。變速器10還包括連接到功率分配裝置11的旋轉(zhuǎn)電機(jī)16。電機(jī)16例如是具有鼠籠式電感器的多相感應(yīng)電機(jī)。根據(jù)無(wú)刷式變型，電感器是可動(dòng)轉(zhuǎn)子，電樞是固定的定子，并且電樞的繞組經(jīng)由固定的電連接件而連接到多相雙向ac/dc功率逆變器?？色@得更好的冷卻條件，其中不可動(dòng)的電感器被設(shè)計(jì)為固定定子；電樞是可動(dòng)轉(zhuǎn)子，并且電樞的繞組經(jīng)由電刷和環(huán)的滑動(dòng)接觸電而連接到多相雙向ac/dc功率逆變器。電感器能夠消散全機(jī)械制動(dòng)功率。電感器可包括用于強(qiáng)制冷卻的裝置，例如用于液體冷卻的至少一個(gè)冷卻通道。兩個(gè)副變速器14,15可交替地連接到輸出軸13。電機(jī)16電連接到控制系統(tǒng)26和電池27，例如低電壓電池。電機(jī)16的控制系統(tǒng)26可包括多相雙向ac/dc功率逆變器。電機(jī)16的制動(dòng)功率容量超過(guò)多相雙向ac/dc變換器的功率容量。電機(jī)16的內(nèi)部熱量消散功率高于通過(guò)電機(jī)16的控制系統(tǒng)26的電功率流。圖1、圖7和圖13中的每一個(gè)示出了具有功率分配裝置11的實(shí)施例，其每一個(gè)被配置為具有第一連桿(連接件)1、第二連桿(連接件)2和第三連桿(連接件)3的三連桿(連接件)行星齒輪組17。變速器10的輸入軸12連接到原動(dòng)機(jī)18，例如內(nèi)燃機(jī)。在圖1至圖6所示的第一實(shí)施例中，變速器10的輸入軸12經(jīng)由可切換的輸入離合器19接合到行星齒輪組17的第一連桿1或可接合到行星齒輪組17的第一連桿1。在圖7至圖12所示的第二實(shí)施例中，變速器10的輸入軸12經(jīng)由可切換的第一離合器19接合到行星齒輪組17的第三連桿3或可接合到行星齒輪組17的第一連桿3。第一副變速器14的輸入軸20經(jīng)由可切換離合器21接合到第一連桿1或可接合到第一連桿1。第二副變速器15的輸入軸22連接到第三連桿3。電機(jī)16連接到行星齒輪組17的第二連桿2，其中第二連桿2和第三連桿3之間的速度比對(duì)于停止的第一連桿1來(lái)說(shuō)是負(fù)的。

例如，第一連桿1可以是行星架，第二連桿2可以是太陽(yáng)齒輪，并且第三連桿3可以是齒圈。該連接實(shí)現(xiàn)為-1.4至-4的內(nèi)部比率，從而提供了為1.25至1.7的可能的變速器齒輪速比差。

可選地，輸入離合器19可被布置在原動(dòng)機(jī)18和行星齒輪17之間。變速器10的輸入軸12經(jīng)由輸入離合器19分別可接合到第一連桿1(圖1至圖6)或第三連桿3(圖7至圖12)。例如對(duì)于混合動(dòng)力應(yīng)用，這種連接實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的電力驅(qū)動(dòng)模式。另選地，對(duì)于具有減少數(shù)量的部件的低成本應(yīng)用，變速器10的輸入軸12可恒定地連接到第一連桿1。

此外，可選地，中間離合器21可分別布置在第一連桿1和第一副變速器14的輸入軸20之間(圖1至圖6)，或第三連桿3和第二副變速器15的輸入軸20之間(圖7至圖12)。這實(shí)現(xiàn)高性能和更高的扭矩填充率。對(duì)于具有減少數(shù)量的部件的低成本應(yīng)用，第一副變速器14或第二副變速器15可分別恒定地連接到第一連桿1。

借助在行星齒輪組17的第一連桿1和第三連桿3之間的可選的鎖止離合器23，通過(guò)雙重使用第二副變速器可提供附加的檔位。此外，可選的互連件24可被布置在第一副變速器14和第二副變速器15之間。

圖8至圖10示出了圖7所示的變速器10的第二實(shí)施例的行星齒輪組17的操作中的變化。圖8示出了使用第一副變速器14的車(chē)輛的駛離的情況，其中原動(dòng)機(jī)18驅(qū)動(dòng)輸入軸12。當(dāng)電機(jī)16的制動(dòng)功率25被消散時(shí)，電機(jī)16以負(fù)扭矩進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。圖9示出了具有旋轉(zhuǎn)電機(jī)16的增加的負(fù)扭矩的類(lèi)似的情況。第三連桿3的速度n3遠(yuǎn)大于第一連桿1的速度n1：n3>>n1。圖10示出了具有停止的第一電機(jī)16和n3>n1的操作情況。

圖11和圖12示出了通過(guò)第一電機(jī)16的扭矩分配控制。在圖11中，通過(guò)第一電機(jī)16控制，零扭矩施加到第一副變速器14。因此，在第一副變速器14中有可能進(jìn)行換檔。在圖12中，電機(jī)16以如下方式在負(fù)扭矩下操作，即、使零扭矩施加到第二副變速器15。因此，在第二副變速器15中有可能進(jìn)行換檔。扭矩填充由第一副變速器14提供。電機(jī)16提供扭矩反作用并消散制動(dòng)功率25。

圖13示出了變速器10的第三實(shí)施例，其中變速器10的輸入軸12經(jīng)由第一輸入離合器19a可接合到第一連桿1，并且經(jīng)由第二輸入離合器19b可接合到第三連桿3。第一副變速器14的輸入軸20經(jīng)由第一中間離合器21a可接合到第一連桿1，并且經(jīng)由第二中間離合器21b可接合到第三連桿3。第二副變速器15的輸入軸22連接到變速器10的輸入軸12。離合器19a，19b，21a，21b可被配置為爪形離合器。第二連桿2和第三連桿3之間的速度比對(duì)于停止的第一連桿1來(lái)說(shuō)是負(fù)的。

第三實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于，通過(guò)選擇性地連接內(nèi)燃機(jī)18和第一副變速器14，可獲得更多的檔位，或者改善扭矩填充能力。如上所述，例如，第一連桿1可以是行星架，第二連桿2可以是太陽(yáng)齒輪，并且第三連桿3可以是齒圈。該連接實(shí)現(xiàn)為-1.4至-4的內(nèi)部比率，從而提供了為1.25至1.7的可能的變速器齒輪速比差。

圖14至圖17分別示出了用于車(chē)輛的多速變速器110，其包括功率分配裝置111、輸入軸112、輸出軸113、第一可換擋副變速器114和第二可換擋副變速器115，其中副變速器114,115中的每一個(gè)提供多個(gè)不同的齒輪比。變速器110還包括連接到功率分配裝置111的旋轉(zhuǎn)的第一電機(jī)116。兩個(gè)副變速器114,115可交替地連接到輸出軸113。第一電機(jī)116電連接到控制系統(tǒng)126和電池127。電機(jī)116、控制系統(tǒng)126和電池127類(lèi)似于前述實(shí)施例。圖14至圖17中的每一個(gè)示出了具有功率分配裝置111的實(shí)施例，其每一個(gè)被配置為具有第一連桿105、第二連桿102、第三連桿103、第四連桿104和第五連桿105的五連桿行星齒輪組117。變速器110的輸入軸112連接到原動(dòng)機(jī)118，例如內(nèi)燃機(jī)。變速器110的輸入軸112經(jīng)由可切換的輸入離合器119接合到五連桿行星齒輪組117的第一連桿101，或者可接合到五連桿行星齒輪組117的第一連桿101。第一副變速器114的輸入軸120接合到第二連桿102。第二副變速器115的輸入軸122連接到第三連桿103。第一電機(jī)116連接到五連桿行星齒輪組117的第四連桿104，其中第二連桿102和第三連桿103之間的速度比對(duì)于停止的第一連桿101來(lái)說(shuō)是負(fù)的，第四連桿104和第五連桿105之間的速度比對(duì)于停止的第一連桿101來(lái)說(shuō)是負(fù)的，第四連桿104與第二連桿102的速度比對(duì)于停止的第一連桿101來(lái)說(shuō)大于一，第五連桿105與第三連桿103的速度比對(duì)于停止的第一連桿101來(lái)說(shuō)大于一。

使用在行星齒輪組117的第一連桿101和第二連桿102之間的可選的鎖止離合器123，可鎖定第一連桿101和第二連桿102。

在圖14所示的變速器110的第四實(shí)施例中，變速器110另外包括連接到五連桿行星齒輪組117的第五連桿105的第二電機(jī)116a。第二電機(jī)116a電連接到第二控制系統(tǒng)126a和電池127。功率電子器件和電機(jī)116,116a可成一體。兩個(gè)電機(jī)116,116a在小的負(fù)載和速度下實(shí)現(xiàn)ecvt(電子無(wú)級(jí)變速器)的能力。

圖15示出了類(lèi)似于圖14的變速器110的第五實(shí)施例，其中第二電機(jī)116a被連接到五連桿行星齒輪組117的第五連桿105的電制動(dòng)器116b代替。電制動(dòng)器116b電連接到第二控制系統(tǒng)126b，例如dc變換器和電池127。電制動(dòng)器的dc變換器比電機(jī)的ac逆變器簡(jiǎn)單得多。例如，電制動(dòng)器116b是渦流制動(dòng)器。當(dāng)然，其他類(lèi)型的電制動(dòng)器也是可能的。

作為第二電機(jī)116a或電制動(dòng)器116b的替代方案，變速器110附加地可包括摩擦制動(dòng)器116c，其連接到五連桿行星齒輪組117的第五連桿105。包括這種摩擦制動(dòng)器116c在內(nèi)的第六實(shí)施例在圖16中示出。摩擦制動(dòng)器節(jié)省成本和包裝。第一電機(jī)116a足以提供起動(dòng)機(jī)和交流發(fā)電機(jī)功能。

圖17示出了具有類(lèi)似于圖14至圖16的五連桿行星齒輪組117的變速器110的第七實(shí)施例，其中電機(jī)116經(jīng)由第一選擇離合器128可接合到行星齒輪組117的第四連桿104，并且經(jīng)由第二選擇離合器129可接合到行星齒輪組117的第五連桿105。單個(gè)電機(jī)116降低成本和重量。如圖17中虛線(xiàn)所示，變速器110附加地可包括可控的制動(dòng)器130，以便提供一個(gè)或兩個(gè)附加的檔位。根據(jù)具有非常簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)的變型形式，第一選擇離合器128、第二選擇離合器129和/或制動(dòng)器130被配置為爪形離合器。

圖18至圖24示出了圖14所示的實(shí)施例的五連桿行星齒輪組117的操作中的變型形式。但是圖18至圖24也可應(yīng)用于圖15至圖17所示的實(shí)施例，其中電制動(dòng)器116b或摩擦制動(dòng)器116c代替第二電機(jī)116a。

圖18示出了使用第一副變速器114的車(chē)輛的駛離的情況，其中原動(dòng)機(jī)118驅(qū)動(dòng)輸入軸112。第一電機(jī)116是風(fēng)轉(zhuǎn)式的(windmilling)；第二電機(jī)116a在第二電機(jī)116a的制動(dòng)功率125被消散時(shí)在負(fù)扭矩下旋轉(zhuǎn)。圖19示出了類(lèi)似的加速情況，其中第四連桿104被第一電機(jī)116停止。第三連桿103的速度n103大于第二連桿102的速度n102。圖20示出了通過(guò)第二電機(jī)116a停止的第五連桿105的操作情況，其中第二連桿102的速度n102大于第三連桿103的速度n103：n102>n103。圖21示出了使用第二副變速器115的車(chē)輛的駛離情況，其中當(dāng)?shù)谝浑姍C(jī)116的制動(dòng)功率125消散時(shí)，第二電機(jī)116a是風(fēng)轉(zhuǎn)式的，并且第一電機(jī)116在負(fù)扭矩下旋轉(zhuǎn)。

圖22至圖24示出了通過(guò)第一電機(jī)116,116a的扭矩分配控制。在圖22中，通過(guò)第一電機(jī)116控制，零扭矩被施加到第一副變速器114。因此，在第一副變速器114中有可能進(jìn)行換檔。在圖23中，扭矩在第一副變速器114和第二副變速器115之間分離(分配)。在行星齒輪組117的第四連桿104和第五連桿105處沒(méi)有發(fā)生扭矩反作用。圖24示出了通過(guò)第二電機(jī)116a控制，零扭矩被施加到第二副變速器115的情況。因此，在第二副變速器115中有可能進(jìn)行換檔。

圖25和26示出了變速器110的第八實(shí)施例和第九實(shí)施例，每個(gè)具有類(lèi)似于圖14至圖17的五連桿行星齒輪組117，其中行星齒輪組是改型的拉維娜(ravigneaux)齒輪組，其中第一連桿101是行星架，第二連桿102和第三連桿103是齒圈，第四連桿104和第五連桿105是太陽(yáng)齒輪。第二連桿102和第四連桿104經(jīng)由第一排行星齒輪嚙合，第三連桿103和第五連桿與第二排行星齒輪嚙合，其中第一排行星齒輪和第二排行星齒輪是相互嚙合的。變速器110的輸入軸112經(jīng)由可切換的輸入離合器和/或雙質(zhì)量飛輪恒定地連接到五連桿行星齒輪組117的第一連桿101或可接合到五連桿行星齒輪組117的第一連桿101。

在圖25所示的第八實(shí)施例中，行星齒輪排中的至少一個(gè)包括雙嚙合行星齒輪。

在圖26所示的第九實(shí)施例中，五連桿齒輪組117包括具有四倍嚙合的行星齒輪的排，其中四個(gè)嚙合件相應(yīng)地與第一連桿101、第二連桿102、第三連桿103和第四連桿104嚙合，并且第五連桿105連接到行星架。第一連桿101、第二連桿102、第三連桿103和第四連桿104可被配置為太陽(yáng)齒輪或齒圈。

在每個(gè)實(shí)施例中，電機(jī)16,116,116a通過(guò)控制系統(tǒng)26,126,126a以如下方式進(jìn)行控制，以使得其允許通過(guò)施加不同水平的負(fù)的軸功率在第一副變速器14,114的輸入軸20、120上或在第二副變速器15,115的輸入軸22,122上將扭矩值下降為零，同時(shí)變速器10,110將功率從輸入軸12,112傳送到輸出軸13,113。

圖27示出了在高速度和內(nèi)燃機(jī)的完全開(kāi)放的節(jié)氣門(mén)操作下的加速時(shí)間序列曲線(xiàn)，其中在4檔位至5檔位換擋期間，將應(yīng)用本發(fā)明的裝置和方法的車(chē)輛的加速度a1，a2與具有常規(guī)的自動(dòng)機(jī)械變速器的加速度a3進(jìn)行比較。線(xiàn)a1表示60％扭矩填充，線(xiàn)a2表示換擋期間的100％扭矩填充。曲線(xiàn)清楚地示出了了本發(fā)明的改進(jìn)，即在換檔期間扭矩減小的顯著降低。