專利名稱：利用選擇性固定比率操作的電可變傳動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及既在功率分配可變傳動比范圍上，又在多達(dá)6個固定速率比上具有選擇性操作的電可變傳動裝置。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機，特別是往復(fù)式活塞內(nèi)燃機，目前驅(qū)動著大部分車輛。這樣的發(fā)動機是用以把燃料形式的高度集中的能量轉(zhuǎn)化為機械功率的效率相對較高、緊湊、重量輕、成本較低的機械。能夠與內(nèi)燃機配合使用的可以減少消耗和污染物排放的新型傳動系統(tǒng)，可能對公眾具有巨大利益。
通常車輛對內(nèi)燃機提出的所需的多樣性增大了燃料消耗和污染物排放，超出這樣的發(fā)動機的理想狀態(tài)。一般，車輛由這樣的發(fā)動機驅(qū)動，它用小型電動機和電力存儲量相對較小的電池組從冷卻狀態(tài)啟動，然后被迅速置于推進(jìn)和輔助設(shè)備的負(fù)載狀態(tài)。這樣的發(fā)動機也在很寬的速度范圍和負(fù)載范圍內(nèi)，一般平均在其最大功率約1/5的功率下運行。
車輛傳動裝置一般把來自發(fā)動機的機械功率傳遞到驅(qū)動系統(tǒng)的其余部分。諸如固定的最終驅(qū)動齒輪、軸和車輪。一般的機械傳動裝置允許在發(fā)動機運行上有某種自由度，一般通過以下方式來實現(xiàn)所述自由度交替地選擇5個或6個不同的傳動比、一個在車輛靜止的情況下允許發(fā)動機操作輔助設(shè)備并允許離合器或轉(zhuǎn)矩變換器在各傳動比之間平滑過渡和在發(fā)動機旋轉(zhuǎn)的情況下使車輛從靜止中啟動的中性選擇。傳動裝置齒輪選擇一般允許來自發(fā)動機的功率以轉(zhuǎn)矩倍增而速度減小的比率、以被稱為超速傳動的轉(zhuǎn)矩減小而速度倍增的比率，或以相反的比率傳遞到驅(qū)動系統(tǒng)的其余部分。
發(fā)電機可以把來自發(fā)動機的機械功率轉(zhuǎn)變?yōu)殡姽β剩妱訖C可以反向把電功率轉(zhuǎn)變成車輛驅(qū)動系統(tǒng)的其余部分的不同轉(zhuǎn)矩和速度。這種配置允許在發(fā)動機和驅(qū)動系統(tǒng)其余部分之間在電力機械的限額內(nèi)連續(xù)地改變轉(zhuǎn)矩和速度的比率?？梢园延米魍屏β试吹拇鎯﹄娏Φ碾姵亟M加到這樣的配置中，形成一種串聯(lián)混合式電力驅(qū)動系統(tǒng)。
所述串聯(lián)混合式系統(tǒng)允許發(fā)動機在某種程度上獨立于轉(zhuǎn)矩、速度和推進(jìn)車輛所需的功率而運行，以便針對排放物和效率的改進(jìn)而控制發(fā)動機。這種系統(tǒng)允許安裝在發(fā)動機上的電力機械起啟動發(fā)動機的電動機的作用。所述系統(tǒng)還允許安裝在傳動系上的電力機械起發(fā)電機的作用，通過再生制動從車輛減速中把能量回收到電池組。要在發(fā)電機中把發(fā)動機的全部功率從機械功率轉(zhuǎn)換為電力，并在驅(qū)動電動機中從電力轉(zhuǎn)換為機械功率，需要有足夠大的電力機械，串聯(lián)電力傳動的缺點是重量大、成本高和這些轉(zhuǎn)換中有用能量的損失。
一種功率分配的傳動裝置可以使用一般理解為”差動齒輪裝置”的來實現(xiàn)輸入和輸出之間的連續(xù)可變的轉(zhuǎn)矩和速度的比率。電可變傳動裝置可以利用差動齒輪裝置通過一對電動機/發(fā)電機來發(fā)送它傳輸?shù)囊徊糠止β?。其功率的其余部分通過另一條平行的，亦即全機械的和直接的、固定比率的，或可替代選擇的路徑流動。
本專業(yè)技術(shù)人員眾所周知的差動齒輪裝置的一種形式可以是行星齒輪組。行星齒輪裝置一般是差動齒輪裝置發(fā)明中采用的推薦的實施例，其優(yōu)點是緊湊和在行星齒輪組中所有部件之間不同的轉(zhuǎn)矩和速度的比率。但是，不用行星齒輪組也可以構(gòu)造本發(fā)明，諸如在一種配置中利用傘齒輪或其他齒輪，其中齒輪組中至少一個零件的旋轉(zhuǎn)速度總是另外兩個零件速度的加權(quán)平均。
混合式電力車輛傳動系統(tǒng)還包括一個或多個電能貯存裝置。典型的裝置是化學(xué)電力貯存電池組，但也可以包括電動飛輪等電容式裝置或機械裝置。電能貯存裝置允許傳動系統(tǒng)向車輛輸出的機械功率不同于發(fā)動機向傳動系統(tǒng)輸入的機械功率。電池組或其他裝置還考慮到利用傳動系統(tǒng)的發(fā)動機啟動并且考慮到車輛的再生制動。
車輛中的電可變傳動裝置可以簡單地把來自發(fā)動機輸入的機械功率傳送到最終驅(qū)動輸出。為了做到這一點，由一個電動機/發(fā)電機產(chǎn)生的電功率與由另一個電動機/發(fā)電機消耗的電力損失和電功率保持平衡。車輛中的混合式電可變傳動裝置包括電能貯存裝置電池組，所以一個電動機/發(fā)電機產(chǎn)生的電功率可以大于或小于另一個消耗的電功率。來自電池組的電功率有時允許兩個電動機/發(fā)電機都起電動機的作用，特別是協(xié)助發(fā)動機使車輛加速。兩個電動機有時可以都起發(fā)電機的作用，特別是在車輛再生制動時對電池組進(jìn)行充電。
串聯(lián)混合式傳動裝置的成功的代替方案是現(xiàn)在為客運公共汽車生產(chǎn)的雙范圍、輸入分配和組合分配的電可變傳動裝置。這樣一種傳動裝置利用輸入裝置從車輛發(fā)動機接收功率，并且利用功率輸出裝置來傳遞功率以便驅(qū)動車輛。第一和第二電動機/發(fā)動機可以連接到能量貯存裝置，諸如電池組，使得能量貯存裝置可以從第一和第二電動機/發(fā)電機接收功率并向其提供功率?？刂蒲b置調(diào)節(jié)能量貯存裝置和電動機/發(fā)電機中間以及第一和第二電動機/發(fā)電機之間的功率流。
可以通過利用具有第一和第二動力傳遞裝置性質(zhì)的離合器來選擇性地實現(xiàn)第一或第二可變傳動比運行方式下的運行。在第一方式下，通過應(yīng)用第一離合器來形成輸入功率分配速率比范圍，而傳動裝置的輸出速度與一個電動機/發(fā)電機的速度成正比。在第二方式下，通過應(yīng)用第二離合器來形成組合功率分配速率比范圍，而傳動裝置的輸出速度不與任何一個電動機/發(fā)電機的速度成正比，而是兩個電動機/發(fā)電機速度的代數(shù)線性組合?？梢酝ㄟ^同時應(yīng)用兩個離合器來選擇性地實現(xiàn)固定傳動速率比下的運行。可以通過同時釋放兩個離合器使發(fā)動機和兩個電動機/發(fā)電機與傳動裝置的輸出分離，來選擇性地實現(xiàn)中性方式下的傳動運行。
雙范圍、輸入分配和組合分配電可變傳動裝置可以用兩組行星齒輪裝置或三組行星齒輪裝置構(gòu)造。另外，某些實施例可以利用三個動力傳遞裝置(兩個選擇傳動裝置所需的運行方式，而第三個選擇性地使傳動裝置與發(fā)動機分離)。在其他實施例中，三個動力傳遞裝置全都可以利用來選擇所需的運行方式。
2003年3月4日發(fā)布的與本申請共同轉(zhuǎn)讓的Holmes等人的美國專利No.6,527,658公開了一種電可變傳動裝置，它利用兩個行星齒輪組、兩個電動機/發(fā)電機和兩個離合器來提供輸入分配、組合分配、中性和倒退運行方式。兩個行星齒輪組可以都是簡單的或者一個是單獨組合的。電控制構(gòu)件調(diào)節(jié)能量貯存裝置和兩個電動機/發(fā)電機中間的功率流。所述傳動裝置提供電可變傳動裝置(EVT)運行的兩個范圍或方式，選擇性地提供輸入功率分配速率比范圍和組合功率分配速率比范圍。也可以選擇性地實現(xiàn)一個固定速率比。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過提供附加離合器以增強傳動裝置的運行、允許附加的固定速率比并且允許附加的組合功率分配速率比范圍，來改進(jìn)上面引述的先有技術(shù)傳動裝置。本發(fā)明的一個目的是，為給定的發(fā)動機提供可能的最佳能量效率和排放物。另外，力求實現(xiàn)傳動裝置的最優(yōu)性能、容量、包裝尺寸和變速范圍。
固定速率比是這樣一種運行狀態(tài)，即，傳動裝置的機械功率輸入以機械方式傳遞到輸出，而不需要通過電動機/發(fā)電機的功率流?？梢赃x擇性地實現(xiàn)幾個固定的運行速率比，接近發(fā)動機全功率運行的電可變傳動裝置，對于給定的最大容量而言，可以比較小也比較輕。當(dāng)在不使用電動機/發(fā)電機的情況下發(fā)動機的速度接近其最佳速度時，固定比率運行還可以導(dǎo)致較低的燃料消耗。
與兩個速度范圍(C1和C2)中每一個只具有一個離合器的先有技術(shù)電可變傳動裝置相比，本發(fā)明減少通過電力路徑的功率流，減少電力組件成本和功率損失。通過提供第三個離合器(C3)，這些電動機中的一個從而鎖定在傳動裝置機殼上，以便和C2的應(yīng)用一起提供附加的固定速率比，以允許高速巡航，同時改進(jìn)傳動效率。
可以以”鎖定離合器”或”直接驅(qū)動離合器”的形式提供第四離合器(C4)，以便把一個行星齒輪組的零件鎖定在一起。所述離合器允許所述傳動裝置在兩個附加的固定速率比下傳遞轉(zhuǎn)矩和速度低比率，C1和C4嚙合并通過另一個行星齒輪組減速；和直接驅(qū)動比率，C2和C4嚙合。與通過電動機/發(fā)電機動作和單獨使用C1或C2的類似比率相比，C4離合器的動作在這些固定比率下允許所述傳動裝置傳遞更大的轉(zhuǎn)矩和功率。C4離合器使卡車或類似的車輛能夠為傳遞或拖拉和牽引重負(fù)載而實現(xiàn)最大功率。C4能夠把較小的電力組件與高功率發(fā)動機一起使用，對個人卡車來說這是一種可行的組合。
可以額外增加第四離合器(C4B)來提供六個固定比率。
另外，可以增加第五離合器(C5)來使從發(fā)動機到輸出的機械路徑分離，并允許只嚙合電力路徑。可以在不干擾輸出的情況下實現(xiàn)啟動或停止發(fā)動機等造成的輸入速度突然或預(yù)期不到的改變。C5離合器使使用一個電動機/發(fā)電機驅(qū)動車輛前進(jìn)和倒退，而同時使另一個電動機/發(fā)電機與發(fā)動機分離成為可能。當(dāng)利用發(fā)動機在輸入分配下驅(qū)動車輛倒退時，會出現(xiàn)有害的轉(zhuǎn)矩反應(yīng)，于是釋放C5離合器可以改善車輛的連續(xù)倒退級(grade)能力。
本發(fā)明的一個方面提供一種新型電可變傳動裝置，如上所述，復(fù)雜性顯著地小于先有技術(shù)已知的電可變傳動裝置。
本發(fā)明的另一方面提供一種新型電可變傳動裝置，如上所述，與先有技術(shù)已知的電可變傳動裝置相比，制造成本可以明顯降低。本發(fā)明可以通過利用附加離合器提供多達(dá)6個固定速率比，因而允許較小的電力組件，并且只利用兩個行星齒輪組，最小的組合功率分配來實現(xiàn)這一點。
閱讀以下詳細(xì)的說明，本發(fā)明的這些和其他方面，及其對于現(xiàn)有和先有技術(shù)形式的優(yōu)點將變得明顯。
借助于一般介紹性描述，體現(xiàn)本發(fā)明的概念的電可變傳動裝置具有輸入部件，用以從發(fā)動機接收功率；和輸出部件，用以向推進(jìn)所述車輛的傳動構(gòu)件傳遞功率。存在第一和第二電動機/發(fā)電機以及第一和第二行星齒輪組。每一個行星齒輪組具有內(nèi)齒輪部件和外齒輪部件，它們與多個可旋轉(zhuǎn)地安裝在托架上的行星齒輪部件嚙合。輸入部件連續(xù)地連接到第一行星齒輪組的一個部件，而輸出部件連續(xù)地連接到第二行星齒輪組的一個部件。一個電動機/發(fā)電機連續(xù)地連接到第一行星齒輪組的另一個部件并選擇性地連接到第二行星齒輪組的一個部件。第二電動機/發(fā)電機連續(xù)地連接到第二行星齒輪組的余下的一個部件，并連續(xù)地連接到第一行星齒輪組的余下的一個部件?；蛘?，第二電動機/發(fā)電機可以選擇性地連接到第一行星齒輪組余下的一個部件。
第一動力傳遞裝置(C1)選擇性地使第二行星齒輪組的一個部件接地，而第二動力傳遞裝置(C2)選擇性地把第二行星齒輪組的所述同一部件連接到第一行星齒輪組的內(nèi)齒輪部件以及電動機/發(fā)電機的轉(zhuǎn)子。
任選的第三動力傳遞裝置(C3)選擇性地把第一和第二行星齒輪組的所述余下的部件和第二電動機/發(fā)電機接地?；蛘?，任選的第三動力傳遞裝置(C3)可以選擇性地把第一行星齒輪組的所述余下的部件接地。
任選的第四動力傳遞裝置(C4)選擇性地把所述傳動裝置的至少兩個部件連接在一起，使得第一行星齒輪組的各部件以同一速度旋轉(zhuǎn)。所述任選的第四動力傳遞裝置可以選擇性地把第一行星齒輪子組的一個部件連接到第一行星齒輪子組的另一個部件?；蛘撸芜x的第四動力傳遞裝置(C4)可以選擇性地把第一和第二行星齒輪組的所述余下的部件和第二電動機/發(fā)電機連接到第一行星齒輪組中連接輸入部件的部件。在一個實施例中，實現(xiàn)上述兩個第四動力傳遞裝置(C4A和C4B)。
任選的第五動力傳遞裝置(C5)選擇性地把第一行星齒輪組的所述余下的部件與第二行星齒輪組的余下的部件和第二電動機/發(fā)電機分離。相應(yīng)地，第一行星齒輪組的余下部件可以選擇性地或連續(xù)地既連接到第二行星齒輪組的余下的部件，又連接到第二電動機/發(fā)電機，因C5離合器是否存在而定。
本發(fā)明的另一方面提供一種電可變傳動裝置，它包括輸入部件，用于從發(fā)動機接收功率；輸出部件；第一和第二電動機/發(fā)電機；以及第一和第二差動齒輪嚙合行星齒輪組，其中每一組都具有第一、第二和第三齒輪部件。輸入部件連續(xù)地連接到第一行星齒輪組的第一部件，而輸出部件連續(xù)地連接到第二行星齒輪組的第一部件。第一電動機/發(fā)電機連續(xù)地連接到第一行星齒輪組的第二部件，并選擇性地連接到第二行星齒輪組的第二部件。第二電動機/發(fā)電機連續(xù)地連接到第二行星齒輪組的第三部件。第一動力傳遞裝置選擇性地使第二行星齒輪組的第二部件接地。第二動力傳遞裝置選擇性地把第二行星齒輪組的第二部件連接到第一行星齒輪組的第一部件。第三動力傳遞裝置選擇性地使第一行星齒輪組的第三部件接地。第四動力傳遞裝置選擇性地把第一行星齒輪組的第一或第二部件連接到第二行星齒輪組的第三部件。第四動力傳遞裝置選擇性地把第一行星齒輪組的第三部件連接到第二行星齒輪組的第三部件。所述各動力傳遞裝置可以以兩個或三個的組合形式嚙合在一起，以便提供5個或6個可用的固定速率比。
這些行星齒輪組的第一、第二和第三部件可以包括環(huán)形齒輪、太陽輪和托架，以任意順序排列。最好，第一行星齒輪組的第一、第二和第三部件分別為環(huán)形齒輪、太陽輪和托架，而第二行星齒輪組的第一、第二和第三部件分別為托架、環(huán)形齒輪和太陽輪。
各動力傳遞裝置選擇性地嚙合，以便隨著傳動速度的提高，依次提供輸入分配方式、組合分配方式和輸出分配方式。這個順序是最適當(dāng)?shù)?，因為它將功率回流減至最小。
每一種功率分配方式具有功率前饋運行的比率范圍和功率回流運行的一個或多個比率范圍。在所希望的功率前饋運行下，電動機/發(fā)電機中的功率在從輸入到輸出方向上流動，與通過齒輪裝置從輸入到輸出的功率流平行。在不希望的功率回流運行下，電動機/發(fā)電機中的功率在從輸出到輸入方向上流動，從而形成功率回流，通過齒輪裝置的功率流大于輸入功率或輸出功率。
速率比的輸入分配范圍對于相對于輸入速度而言的低輸出速度是最有用的，因為輸入分配范圍從零輸出速度直至某個比率具有功率前饋運行，然后在較高輸出速度下具有功率回流。運行的輸出分配范圍對于相對于輸入速度而言的高輸出速度是最有用的，因為輸出分配范圍在低于某個比率時具有功率回流運行，然后在較高的輸出速度下具有功率前饋運行。
本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點以及其他特征和優(yōu)點從以下聯(lián)系附圖對本發(fā)明的最優(yōu)實施方式的描述中很容易看出。


圖1是示意的變速桿換檔圖(stick diagram)，表示以前輪驅(qū)動傳動裝置實現(xiàn)的電可變傳動裝置，其中實現(xiàn)了四個動力傳遞裝置，以便提供四個固定比率；圖2是一個圖表，圖解說明圖1傳動裝置不同運行狀態(tài)下的離合器的嚙合和電動機/發(fā)電機操作；圖3是示意的變速桿換檔圖，表示以后輪驅(qū)動傳動裝置實現(xiàn)的電可變傳動裝置的另一種形式，其中實現(xiàn)了四個動力傳遞裝置，以便提供四個固定比率；圖4是示意的變速桿換檔圖，表示以后輪驅(qū)動傳動裝置體現(xiàn)本發(fā)明概念的電可變傳動裝置的推薦的形式，其中實現(xiàn)了五個動力傳遞裝置，以便提供五或六個固定比率；圖5是一個圖表，圖解說明對于圖4的提供六個可用的固定速率比的傳動裝置不同運行狀態(tài)的離合器嚙合；圖6是示意的變速桿換檔圖，表示本發(fā)明另一個實施例，提供另一種三范圍輸入-組合-輸出分配的電可變傳動裝置，具有五個固定速率比；圖7是一個圖表，圖解說明圖6的提供五個固定速率比的傳動裝置不同運行狀態(tài)下的離合器嚙合；圖8是示意的變速桿換檔圖，表示本發(fā)明另一個實施例，提供另一種三范圍輸入-組合-輸出分配的電可變傳動裝置，具有六個單過渡(single transition)固定速率比；以及圖9是一個圖表，圖解說明圖8的提供六個固定速率比的傳動裝置不同運行狀態(tài)下的離合器嚙合。
具體實施例方式
2003年3月4日公布的Holmes等人的美國專利No.6,527,658公開了一種利用兩個行星齒輪組、兩個電動機/發(fā)電機和兩個離合器，以便提供輸入分配、組合分配、中性和倒退運行方式的電可變傳動裝置。所述專利附此作參考。本發(fā)明提供一種相對類似的結(jié)構(gòu)，具有三個或四個附加離合器，以便潛在地改善性能。
具有4個固定比率的相關(guān)電可變傳動裝置(EVT)配置的描述首先特別參照圖1，電可變傳動裝置總體用號碼10標(biāo)示。傳動裝置10用來從發(fā)動機12接收至少一部分驅(qū)動功率。如圖所示，發(fā)動機12具有輸出軸14，后者也用作包括輸入離合器17的瞬時轉(zhuǎn)矩阻尼器16的前向輸入部件。瞬時轉(zhuǎn)矩阻尼器16在本專業(yè)是眾所周知的，但是任何一種具體的瞬時轉(zhuǎn)矩阻尼器16均可采用，其輸出部件用作傳動裝置10的輸入部件18，下面還將更充分地描述。
在所描述的實施例中，發(fā)動機12可以是諸如柴油機等礦物燃料發(fā)動機，它已廣泛用來提供它的可用功率輸出，一般在恒定的每分轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)下提供。
不論采用任何裝置把發(fā)動機12連接到所述傳動裝置的輸入部件18，所述傳動裝置的輸入部件18都在運行時連接到所述傳動裝置10中的行星齒輪組20上。
傳動裝置10利用兩個差動齒輪組(最好具有行星齒輪組性質(zhì))。第一行星齒輪組20采用通常稱為環(huán)形齒輪的輸出齒輪部件22。環(huán)形齒輪22包圍通常稱為太陽輪的內(nèi)齒輪部件24。托架26可旋轉(zhuǎn)地支持多個行星齒輪28、29，使得第一行星齒輪組20的每一個行星齒輪28都嚙合外部環(huán)形齒輪部件22，而每一個行星齒輪29都嚙合內(nèi)部太陽輪24。
第二行星齒輪組32也具有外齒輪部件34(往往也稱為環(huán)形齒輪)，它包圍內(nèi)齒輪部件36(往往也稱為太陽輪)。第二行星齒輪組32的多個行星齒輪38也可旋轉(zhuǎn)地安裝在托架40上，使得每一個行星齒輪部件38同時既嚙合外部環(huán)形齒輪部件34，又嚙合內(nèi)部太陽輪部件36。
行星齒輪組20是組合式的，而行星齒輪組32是簡單的。第二行星齒輪組32的內(nèi)部太陽輪36通過中心軸42結(jié)合到第一行星齒輪組20的托架26。第一推薦實施例10還包括第一和第二電動機/發(fā)電機46和48。第一電動機/發(fā)電機46的定子50固定在傳動裝置外殼54的一般呈環(huán)形的內(nèi)表面52上。第一電動機/發(fā)電機46的轉(zhuǎn)子56固定在套軸58上。第一行星齒輪組20內(nèi)部太陽輪24固定在套軸58的前端，所述套軸58的相反一端以徑向伸展的法蘭盤60終結(jié)，法蘭盤60構(gòu)成與離合器裝置的結(jié)合界面，下面還將描述。
第二電動機/發(fā)電機48的定子66固定在傳動裝置外殼54一般呈環(huán)形的內(nèi)表面52上。第二電動機/發(fā)電機48的轉(zhuǎn)子68固定在中心軸42上，象這樣進(jìn)一步將第一和第二行星齒輪組20和32組合在一起。
兩個行星齒輪組20和32以及兩個電動機/發(fā)電機46和48可以同軸取向，圍繞軸向布置的中心軸42。這種配置保證了傳動裝置10的總體輪廓，亦即外圍尺寸最小。
第二行星齒輪組32的環(huán)形齒輪34選擇性地，諸如通過具有動力傳遞裝置62(C1)性質(zhì)的第一離合器裝置，接地到外殼54。就是說，接地的環(huán)形齒輪34通過操作連接到不旋轉(zhuǎn)的外殼54而選擇性地固定不旋轉(zhuǎn)。第二行星齒輪組32的環(huán)形齒輪34還選擇性地，諸如通過具有動力傳遞裝置64(C2)性質(zhì)的第二離合器裝置，連接到徑向伸展的法蘭盤60。第一和第二動力傳遞裝置62和64采用來協(xié)助混合式傳動裝置10的運轉(zhuǎn)方式選擇，下面還將更充分地描述。
第三動力傳遞裝置65(C3)選擇性地把t托架26、太陽輪36和轉(zhuǎn)子68連接到傳動裝置的外殼54。因此，這個動力傳遞裝置允許第二電動機/發(fā)電機48鎖定到傳動裝置外殼，這在所述動力傳遞裝置64(C2)也嚙合時提供附加的可用固定比率。
以”鎖定”離合器的形式設(shè)置第四動力傳遞裝置67(C4)，以便把環(huán)形齒輪部件22鎖定到托架26。這個動力傳遞裝置允許傳動裝置在兩個附加的固定速率比下傳輸轉(zhuǎn)矩和功率低比率，動力傳遞裝置62(C1)和67(C4)嚙合；以及直接驅(qū)動比率，動力傳遞裝置64(C2)和67(C4)嚙合。這允許傳動裝置在這些固定比率下比僅僅通過C1或C2)離合器和電動機/發(fā)電機的動作在類似的比率下傳輸更大的轉(zhuǎn)矩和功率。所述鎖定離合器使得用于個人卡車等的超車、拖拉、牽引的最大功率能夠迅速實現(xiàn)，而同時提供四個可用的固定比率，并在第一方式中至少一個機械點下和在第二方式中的至少兩個機械點下運行，亦即三個機械點，在三種單獨的車輛速度中的每一種一個。
傳動裝置10的輸出驅(qū)動部件70固定在第二行星齒輪組32的托架40上。輸出驅(qū)動部件70可以提供外圍齒輪齒(未示出)以便嚙合由變速箱(未示出)提供的齒輪(未示出)，后者可以起兩個主動軸的差動作用。這種配置最好用于前輪驅(qū)動車輛。還應(yīng)意識到，輸出驅(qū)動部件70可以把輸出功率通過鏈傳動或其他類似的機械連接傳遞給分動器。
現(xiàn)在回到能源的描述，從上述可見，并特別參照圖1，傳動裝置10選擇性地從發(fā)動機12接收功率。正如剛才解釋的，混合式傳動裝置還從電源82接收功率。電源82可以是一個或多個電池組。其他電源，諸如燃料電池，其提供、貯存和分配電功率的能力可以用來代替電池組，而不必改變本發(fā)明的概念。正如聯(lián)系發(fā)動機12和電動機/發(fā)電機46和48的描述所解釋的那樣，應(yīng)該類似地理解，電源的馬力輸出對本發(fā)明并非關(guān)鍵。
電源82通過電傳輸導(dǎo)線86A和86B與電控制單元(ECU)84連通。ECU 84通過電傳輸導(dǎo)線86C和86D與第一電動機/發(fā)電機46連通，而且ECU 84類似地通過電傳輸導(dǎo)線86E和86F與第二電動機/發(fā)電機48連通。
正如從前一章可以看出的，特殊的結(jié)構(gòu)部件、組件或裝置可以用于一個以上的部位。當(dāng)一般地標(biāo)示結(jié)構(gòu)部件、組件或裝置的類型時，采用共同的號碼標(biāo)示。但是，當(dāng)單獨識別這些結(jié)構(gòu)部件、組件或裝置中的一個時，借助于與用來一般地識別結(jié)構(gòu)部件、組件或裝置的號碼結(jié)合的后綴字母標(biāo)識。于是，在本說明書和附圖中，有六條電傳輸導(dǎo)線，它們一般地用號碼86識別，但具體的單條電傳輸導(dǎo)線識別為86A、86B、86C、86D、86E和86F。在整個說明書中都采用這樣的后綴約定。
一般運行考慮初級控制裝置之一是眾所周知的驅(qū)動范圍選擇器(未示出)，它指導(dǎo)傳統(tǒng)的電控制單元(ECU 84)以便配置或者用于?？俊⒌雇?、中性或者用于前進(jìn)驅(qū)動范圍的傳動裝置。第二和第三初級控制裝置是加速踏板(未示出)和剎車踏板(未示出)。ECU從這三個初級控制裝置獲得的信息稱為”司機要求”。ECU還從多個傳感器(輸入的和輸出的)獲得作為狀態(tài)的信息動力傳遞裝置(或者施加或者釋放)；發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩；統(tǒng)一電池或電池組；容量等級；以及車輛選定組件的溫度。ECU確定需要什么，然后操縱選擇性操作的傳動裝置組件或與傳動裝置相關(guān)，以便響應(yīng)司機的要求。
既采用簡單行星齒輪組又采用組合行星齒輪組。在簡單行星齒輪組中一般支持單一組行星齒輪在本身可旋轉(zhuǎn)的托架上旋轉(zhuǎn)。
在簡單行星齒輪組中，當(dāng)太陽輪保持靜止時，功率施加在簡單行星齒輪組的環(huán)形齒輪上，行星齒輪響應(yīng)施加在環(huán)形齒輪上的功率而旋轉(zhuǎn)，于是圍繞固定的太陽輪”行走”，使托架按照與環(huán)形齒輪旋轉(zhuǎn)方向相同的方向旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)簡單行星齒輪組的任何兩個部件在相同的方向上以相同的速度旋轉(zhuǎn)時，第三部件被迫以相同的速度朝著相同的方向旋轉(zhuǎn)。例如，當(dāng)太陽輪和環(huán)形齒輪向相同的方向以相同的速度旋轉(zhuǎn)時，行星齒輪不繞自己的軸旋轉(zhuǎn)，而起楔子的作用，把整個單元鎖定在一起，實現(xiàn)所謂直接傳動。就是說，托架隨著太陽輪和環(huán)形齒輪而旋轉(zhuǎn)。
但是，當(dāng)兩個齒輪部件在相同的方向上但以不同的速度旋轉(zhuǎn)時，第三齒輪部件的旋轉(zhuǎn)方向往往可以簡單地由目視分析確定，但在許多情況下，旋轉(zhuǎn)方向并非顯而易見的，而只有知道行星齒輪組的所有齒輪部件上的齒數(shù)才能精確確定。
無論何時，只要托架被抑制不能自由旋轉(zhuǎn)并且功率或者施加在太陽輪上或者施加在環(huán)形齒輪上，行星齒輪起惰輪的作用。這樣，從動部件朝著與驅(qū)動部件相反的方向旋轉(zhuǎn)。于是，在許多傳動裝置配置中，當(dāng)選擇倒退驅(qū)動范圍時，起制動器的作用的動力傳遞裝置靠摩擦力起作用，嚙合托架，從而抑制其旋轉(zhuǎn)，使得施加在太陽輪上的功率朝相反方向回到環(huán)形齒輪。于是，若環(huán)形齒輪運行時連接到車輛的主動輪，則這樣一種配置能夠翻轉(zhuǎn)驅(qū)動車輪的旋轉(zhuǎn)方向，并從而翻轉(zhuǎn)車輛本身的行走方向。
在簡單行星齒輪組中，若太陽輪、行星齒輪和環(huán)形齒輪中的任何兩個旋轉(zhuǎn)速度已知，則第三個部件的速度可用簡單的規(guī)則確定。托架的旋轉(zhuǎn)速度總是與太陽輪和環(huán)形齒輪的速度成正比，用它們各自的齒數(shù)加權(quán)。例如，在同一齒輪組中，環(huán)形齒輪的齒數(shù)可以是太陽輪齒數(shù)的兩倍。于是，托架的速度是環(huán)形齒輪速度的2/3和太陽輪速度的1/3之和。若這三個部件中的一個朝相反方向旋轉(zhuǎn)，則在數(shù)學(xué)計算中所述部件速度的算術(shù)符號是負(fù)的。
太陽輪、托架和環(huán)形齒輪上的轉(zhuǎn)矩也可以簡單地彼此相關(guān)，若這樣做時不考慮齒輪的質(zhì)量、齒輪的加速度或齒輪組內(nèi)的摩擦力，所有這些因素對設(shè)計良好的傳動裝置影響相對很小。施加在簡單行星齒輪組中太陽輪上的轉(zhuǎn)矩必須與施加在環(huán)形齒輪上的轉(zhuǎn)矩平衡(所述各轉(zhuǎn)矩與這些齒輪的齒數(shù)成正比)。例如，在所述齒輪組中環(huán)形齒輪的齒數(shù)是太陽輪齒數(shù)的兩倍，則施加在環(huán)形齒輪上的轉(zhuǎn)矩必須是施加在太陽輪上的轉(zhuǎn)矩的兩倍，而且必須施加在同一方向。施加在托架上的轉(zhuǎn)矩與太陽輪上的轉(zhuǎn)矩和環(huán)形齒輪上的轉(zhuǎn)矩之和，必須在量值上相等，方向相反。
在組合行星齒輪組中，與簡單行星齒輪組相比，行星齒輪的內(nèi)組和外組的利用在環(huán)形齒輪和行星托架的作用上進(jìn)行交換。例如，若太陽輪保持靜止，則行星托架將與環(huán)形齒輪同向旋轉(zhuǎn)，但具有行星齒輪內(nèi)組和外組的行星托架行走得比環(huán)形齒輪快，而不是比它慢。
在具有嚙合行星齒輪內(nèi)組和外組的組合行星齒輪組中，環(huán)形齒輪的速度與太陽輪的速度和行星托架的速度成正比，分別用太陽輪的齒數(shù)和由行星齒輪填充的齒數(shù)加權(quán)。例如，由行星齒輪填充的環(huán)形齒輪和太陽輪之間的齒數(shù)差是同組中太陽輪上齒數(shù)的兩倍。在所述情況下，環(huán)形齒輪的速度將是托架速度的2/3和太陽輪速度的1/3之和。若太陽輪或行星托架朝相反方向旋轉(zhuǎn)，則在數(shù)學(xué)計算中所述速度的算術(shù)符號是負(fù)的。
若太陽輪保持靜止，則具有行星齒輪內(nèi)組和外組的托架朝著與所述組環(huán)形齒輪旋轉(zhuǎn)方向相同的方向旋轉(zhuǎn)。另一方面，若太陽輪要保持靜止，而托架被驅(qū)動，則內(nèi)組中與太陽輪嚙合的行星齒輪沿著太陽輪滾動或”行走″，沿著與所述托架旋轉(zhuǎn)的方向相同的方向旋轉(zhuǎn)。與內(nèi)組中的小齒輪嚙合的外組中的小齒輪朝相反的方向旋轉(zhuǎn)，于是，迫使嚙合的環(huán)形齒輪朝相反的方向旋轉(zhuǎn)，但只相對于與所述環(huán)形齒輪嚙合的行星齒輪。內(nèi)組中的行星齒輪被帶動沿著托架的方向旋轉(zhuǎn)。外組中的小齒輪在它們自己的軸上旋轉(zhuǎn)的作用和外組中行星齒輪由于托架的運動而發(fā)生的軌道運動的更大作用結(jié)合，于是環(huán)形齒輪向著與托架相同的方向旋轉(zhuǎn)，但不如托架快。
若在這樣的組合行星齒輪組中，托架要保持靜止，而太陽輪被轉(zhuǎn)動，則環(huán)形齒輪將以較低的速度在與太陽輪相同的方向上旋轉(zhuǎn)。若簡單行星齒輪組中的環(huán)形齒輪要保持靜止，而太陽輪被旋轉(zhuǎn)，則支持單一組行星齒輪的托架將以較低的速度在與太陽輪相同的方向上旋轉(zhuǎn)。于是，很容易觀察到，與簡單行星齒輪組中單一組行星齒輪的用法相比，托架和環(huán)形齒輪之間的作用發(fā)生交換，這是彼此嚙合的行星齒輪的內(nèi)組和外組的使用引起的。
電可變傳動裝置的正常作用是把機械功率從輸入端傳遞到輸出端。作為所述傳動裝置動作的一部分，它的兩個電動機/發(fā)電機中的一個起發(fā)電機的作用，產(chǎn)生電力。另一個電動機/發(fā)電機起電動機的作用，并使用電功率。隨著輸出速度從零增大到高速，兩個電動機/發(fā)電機逐漸交換作為發(fā)電機和電動機的作用，而且這種交換可以發(fā)生一次以上。這些交換發(fā)生在機械點附近，在這里基本上所有從輸入端到輸出端的功率都以機械方式傳遞，而沒有顯著的功率以電力的方式傳遞。
在混合式電可變傳動系統(tǒng)中，電能貯存裝置電池組也向傳動裝置供應(yīng)功率，或者傳動裝置向電池組供應(yīng)功率。若電池組向傳動裝置供應(yīng)大量的電功率，使得車輛加速，則兩個電動機/發(fā)電機都起電動機的作用。若傳動裝置正在向電池組供應(yīng)電功率，諸如再生制動，則兩個電動機/發(fā)電機都起發(fā)電機的作用。非常接近運行的機械點時，兩個電動機/發(fā)電機還可以起發(fā)電機的作用，同時輸出少量電功率。因為在所述系統(tǒng)中有損失。
與傳動裝置的正常作用相反，傳動裝置可能實際上用來從輸出端向輸入端傳遞機械功率。為了補充車輛制動和增強或補充車輛的再生制動，特別是在長距離下坡(long downward grading)時，在車輛中會這樣做。若通過傳動裝置的功率流這樣反向，則電動機/發(fā)電機的作用與正常作用時相反。
圖1電可變傳動裝置(EVT)的操作圖2是一個圖表，圖解說明圖1所示傳動裝置10不同運行狀態(tài)下動力傳遞裝置62、64、65和67的離合器嚙合以及電動機/發(fā)電機46和48的電動機/發(fā)電機操作。
在方式1倒退時，嚙合動力傳遞裝置62，發(fā)動機12握緊環(huán)形齒輪部件22(只用電力驅(qū)動)，第二電動機/發(fā)電機48驅(qū)動太陽輪部件36，后者使托架40旋轉(zhuǎn)以便驅(qū)動輸出70，而同時通過太陽輪部件24和托架26驅(qū)動第一電動機/發(fā)電機46，同時太陽輪被發(fā)動機12保持靜止。相應(yīng)地，在相反方向上驅(qū)動電動機/發(fā)電機48，并且驅(qū)動電動機/發(fā)電機46。發(fā)動機12可以反向運行，也可以不反向運行。
相應(yīng)地，如上所述，若車輛司機選擇倒退運行(倒車)，則動力傳遞裝置62嚙合到地，第二行星齒輪組32的外部環(huán)形齒輪34嚙合到外殼54。為了進(jìn)一步響應(yīng)司機的要求，ECU 84翻轉(zhuǎn)饋送到第二電動機/發(fā)電機48定子66的電源極性。于是，電動機/發(fā)電機48中定子68的合成旋轉(zhuǎn)與第一或輸入分配運行方式中向前推進(jìn)相關(guān)的旋轉(zhuǎn)反向。在這些條件下，第二行星齒輪組32的內(nèi)部太陽輪36逆著接地的外部環(huán)形齒輪34驅(qū)動行星齒輪組32中的托架40，以便實現(xiàn)托架40和輸出驅(qū)動部件70相對于這些部件在向前推進(jìn)時的旋轉(zhuǎn)的后向旋轉(zhuǎn)。于是，實現(xiàn)倒退方式的運行。
在方式1前進(jìn)時，除電動機/發(fā)電機在電氣上與方式1倒退相反的旋轉(zhuǎn)方向運行外，應(yīng)用與上述方式1倒退相同的條件。
在1檔(gear 1)，通過嚙合動力傳遞裝置62和67而同時不通過電動機/發(fā)電機46、48傳遞功率來實現(xiàn)第一固定比率。
在電可變方式1，嚙合動力傳遞裝置62，并實現(xiàn)輸入分配方式，因為功率在環(huán)形齒輪22進(jìn)入第一行星齒輪組并在經(jīng)由托架26、太陽輪部件36和托架40的機械路徑和經(jīng)由太陽輪24、電動機/發(fā)電機46、電動機/發(fā)電機48、太陽輪部件36和托架40的電氣路徑之間分配。電動機/發(fā)電機46由太陽輪部件24驅(qū)動，而電動機/發(fā)電機46協(xié)助處于驅(qū)動方式(亦即，它起電動機的作用)的電動機/發(fā)電機48。于是，傳動裝置10利用第一行星齒輪組20的環(huán)形齒輪22接收發(fā)動機12和同一行星齒輪組的托架26提供的功率，以便由作為電動機運行的電動機/發(fā)電機48向中心軸42提供功率。同時，傳動裝置10利用第二行星齒輪組32倍增通過第二行星齒輪組32的太陽輪36接收的轉(zhuǎn)矩，并逆著接地環(huán)形齒輪34強加的反應(yīng)，施加在托架40上，傳遞給輸出驅(qū)動部件70。
在電可變方式2，僅僅嚙合動力傳遞裝置64，因而實現(xiàn)組合分配運行。電動機/發(fā)電機46處于驅(qū)動方式，而電動機/發(fā)電機48被驅(qū)動。在所述組合分配方式下，所述傳動裝置利用同樣的兩個行星齒輪組20和32在輸入部件18、兩個電動機/發(fā)電機46和48和輸出部件70中間提供齒輪嚙合，使得功率流在所述傳動裝置的輸入和輸出上都分成機械路徑和電力路徑。
在2檔，通過嚙合動力傳遞裝置62和64，而同時不通過電動機/發(fā)電機46、48傳遞功率，來實現(xiàn)第二固定比率。
在3檔，通過嚙合動力傳遞裝置64和67而同時不通過電動機/發(fā)電機46、48傳遞功率，來實現(xiàn)1∶1的直接傳動的第三固定比率。
在4檔，通過嚙合動力傳遞裝置64和65而同時不通過電動機/發(fā)電機46、48傳遞功率，來實現(xiàn)第四固定比率。
還存在中性方式，其中，來自發(fā)動機12的輸入部件18和兩個電動機/發(fā)電機46和48，通過允許第二行星齒輪組32的一個部件自由自轉(zhuǎn)，有效地與輸出驅(qū)動部件70脫離。就是說，兩個動力傳遞裝置62和64都分離，于是允許第二行星齒輪組32的外部環(huán)形齒輪部件34自由自轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)中性方式。
圖3電可變傳動裝置(EVT)的描述專門參照圖3，另一個相關(guān)的電可變傳動裝置總體標(biāo)示為110。圖3的運行組件與圖1的大體上類似，所以在圖1和圖3中的類似組件用類似的標(biāo)號標(biāo)示。在圖3中，圖1的傳動裝置重新配置為后軸驅(qū)動配置。它包括四個動力傳遞裝置，并按照圖2的圖表運行。
圖3的傳動裝置110可以部分地從發(fā)動機112接收輸入功率。在所描述的實施例中發(fā)動機112也是諸如柴油機等礦物燃料發(fā)動機，它被廣泛采用來一般在恒定的每分轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)下傳遞可用的功率輸出。如圖所示，發(fā)動機112具有輸出軸114，后者也可以用作包括輸入離合器117的瞬時轉(zhuǎn)矩阻尼器116的前向輸入部件。瞬時轉(zhuǎn)矩阻尼器116的輸出部件用作傳動裝置110的輸入部件118。
無論發(fā)動機112用任何裝置連接到傳動裝置的輸入部件118，輸入部件118都在操作上連接到傳動裝置110的行星齒輪組120。
傳動裝置110利用兩個行星齒輪組。第一個是組合行星齒輪組120，它也采用外部環(huán)形齒輪部件122，通常稱為環(huán)形齒輪。環(huán)形齒輪122也圍繞通常稱為太陽輪的內(nèi)齒輪部件124運行。但是，在行星齒輪組120內(nèi)的托架組合件126可旋轉(zhuǎn)地支持兩組行星齒輪128和129。多個行星齒輪129中的每一個都同時嚙合內(nèi)部太陽輪124。每一個行星齒輪129都嚙合一個并且僅僅一個相鄰的行星齒輪128。每一個行星齒輪128都同時嚙合外部環(huán)形齒輪部件122。每一個行星齒輪128本身又嚙合一個并且僅僅一個相鄰的行星齒輪129。
輸入部件118固定在組合行星齒輪組120的環(huán)形齒輪部件122上。
第二行星齒輪組132是簡單行星齒輪組，它具有往往也稱為環(huán)形齒輪的外部環(huán)形齒輪部件134，后者圍繞往往也稱為太陽輪的內(nèi)齒輪部件運行。如簡單行星齒輪組中通常的情況一樣，第二行星齒輪組132的多個行星齒輪138也可旋轉(zhuǎn)地安裝在托架140上，使得每一個行星齒輪部件138同時既嚙合外部的太陽輪部件134又嚙合內(nèi)部太陽輪部件136，但是小齒輪部件138不彼此嚙合。
另外，第二行星齒輪組32的內(nèi)部太陽輪136通過中心軸142連接到組合行星齒輪組120的托架組合件126，在這一點上第一和第二行星齒輪組120和132相互組合。就是說，中心軸142前端端接徑向伸展的法蘭盤144，后者固定組合行星齒輪組120的托架組合件126。
第二推薦實施例110還分別包括第一和第二電動機/發(fā)電機146和148。電動機/發(fā)電機146的定子150固定在傳動裝置外殼154的一般呈環(huán)形的內(nèi)表面152上。第一電動機/發(fā)電機146的轉(zhuǎn)子156固定在套軸158上。第一行星齒輪組120的內(nèi)部太陽輪124也固定在套軸158上。
第二行星齒輪組132的環(huán)形齒輪134可以選擇性地接地至外殼154，例如通過第一動力傳遞裝置162(C1)。就是說，接地的環(huán)形齒輪34選擇性地通過工作連接到不能旋轉(zhuǎn)的外殼154而被固定成不能旋轉(zhuǎn)。第二行星齒輪組132的環(huán)形齒輪134也選擇性地連接到徑向擴展的法蘭盤160上，例如通過第二動力傳遞裝置164(C2)。第一和第二動力傳遞裝置162和164用來協(xié)助選擇混合式傳動裝置110的運行方式。
托架126通過動力傳遞裝置165(C3)選擇性地接地到傳動裝置外殼。托架120還通過動力傳遞裝置167(C4)選擇性地連接到環(huán)形齒輪部件122。
第二電動機/發(fā)電機148的定子166也固定在傳動裝置外殼154的一般呈環(huán)形的內(nèi)表面152上。第二電動機/發(fā)電機148的轉(zhuǎn)子168固定在組合行星齒輪組120的托架126上。
兩個行星齒輪組120和132以及兩個電動機/發(fā)電機146和148可以同軸定向，圍繞在軸向布置的中心軸142和輸入部件118周圍。這種配置保證傳動裝置110的總體輪廓，亦即可以把外圍尺寸減到最小。
傳動裝置110的輸出驅(qū)動部件170固定在第二行星齒輪組132的托架140上。
電源182通過電傳輸導(dǎo)線186A和186B與電控制單元(ECU)184連通。ECU 184通過電傳輸導(dǎo)線186C和186D與第一電動機/發(fā)電機146連通，并且ECU 184類似地通過電傳輸導(dǎo)線186E和186F與第二電動機/發(fā)電機148連通。
傳動裝置110的運行與上面參照圖2描述的傳動裝置10相同.
本發(fā)明推薦實施例的描述翻到圖4，其中表示按照本發(fā)明的傳動裝置210。所述傳動裝置功能上和結(jié)構(gòu)上類似于圖1和3的傳動裝置10和110，只是增加了第五離合器。第五離合器(C5)使輸入和輸出分離，以改善倒檔分級能力并且使發(fā)動機平滑啟動和停止成為可能。第五離合器還使輸出功率分配方式(EVT)方式成為可能，并提供5個或6個固定比率(其中一個是不實際的)。。
8如圖所示，傳動裝置210包括輸入部件218，后者從發(fā)動機接收功率并通過環(huán)形齒輪部件222向第一行星齒輪組220傳遞功率。
傳動裝置210利用兩個行星齒輪組。第一行星齒輪組是組合行星齒輪組220，它使用通常稱為環(huán)形齒輪的外齒輪部件222。環(huán)形齒輪222也圍繞通常稱為太陽輪的內(nèi)齒輪部件224運行。但是在行星齒輪組220中，托架組合件226可旋轉(zhuǎn)地支持兩組行星齒輪228和229。多個行星齒輪229中的每一個同時嚙合內(nèi)部太陽輪224。每一個行星齒輪229嚙合一個并且僅僅一個相鄰的行星齒輪228。每個行星齒輪228同時嚙合外部環(huán)形齒輪222。每個行星齒輪228本身嚙合一個并且僅僅一個相鄰的行星齒輪229。
第二行星齒輪組232是簡單行星齒輪組，它具有往往也稱為環(huán)形齒輪的外齒輪部件234，后者圍繞往往也稱為太陽輪的內(nèi)齒輪部件236。與簡單行星齒輪組中通常的情況一樣，第二行星齒輪組232的多個行星齒輪228也可旋轉(zhuǎn)地安裝在托架240上，使得每個行星齒輪238同時既嚙合外部環(huán)形齒輪，又嚙合內(nèi)部太陽輪236，但小齒輪部件238彼此不嚙合。
傳動裝置210還包括第二電動機/發(fā)電機246和248。第一電動機/發(fā)電機246的定子250固定在傳動裝置外殼254的一般呈環(huán)形的內(nèi)表面上。第一電動機/發(fā)電機246的轉(zhuǎn)子256固定在第一行星齒輪組220的內(nèi)部太陽輪224上。
第二行星齒輪組232的環(huán)形齒輪234可以選擇性地例如通過第一動力傳遞裝置262(C1)接地到外殼254。就是說，接地的環(huán)形齒輪234選擇性地通過工作連接到不可旋轉(zhuǎn)的外殼254上而被固定成不旋轉(zhuǎn)。第二行星齒輪組232的環(huán)形齒輪234也選擇性地例如通過第二動力傳遞裝置264(C2)連接到太陽輪部件224。第一和第二動力傳遞裝置262和264用來協(xié)助混合式傳動裝置210選擇運行方式。
托架226選擇性地通過動力傳遞裝置265(C3)接地到傳動裝置的外殼。太陽輪部件224也選擇性地通過動力傳遞裝置267(C4)連接到太陽輪部件236。
第五動力傳遞裝置269(C5)選擇性地連接到具有行星齒輪部件236的托架226。
第二電動機/發(fā)電機248的定子266也固定在傳動裝置外殼254的一般呈環(huán)形的內(nèi)表面252上。第二電動機/發(fā)電機248的轉(zhuǎn)子固定在行星齒輪組232的太陽輪部件236上。
兩個行星齒輪組220和232以及兩個電動機/發(fā)電機可以圍繞軸向布置的中心軸242同軸定向。這種配置保證傳動裝置210的總體輪廓，亦即外部尺寸最小。
傳動裝置210的輸出驅(qū)動部件270固定在第二行星齒輪組232的托架240上。
圖5的圖表圖解說明用于圖4的傳動裝置的不同運行狀態(tài)的離合器嚙合狀態(tài)。例如，在唯電力方式(electric only mode)(E1)下，嚙合離合器262和267。兩個電動機工作以便在它們的組合轉(zhuǎn)矩和功率限度以及電池組限度內(nèi)驅(qū)動車輛前進(jìn)或后退，不用輸入或鎖定離合器。在唯電力方式(E2)下，嚙合離合器264和267。
在串聯(lián)混合方式(S1)下，嚙合離合器262和265(離合器267和265之間的離合器分離(clutch-clutch shift)之后)，來自發(fā)動機的功率經(jīng)由第一行星齒輪組220進(jìn)入第一電動機/發(fā)電機246，進(jìn)入第二電動機/發(fā)電機248，通過第二行星齒輪組232到達(dá)輸出270。串聯(lián)混合方式(S1)可以用于發(fā)動機啟動和停止。
在可變比率方式(V1)下，嚙合離合器262和269，以便在輸入分配方式下提供電可變比率(在離合器265和269之間分離后)。
固定齒輪(F1)和離合器262、267及269嚙合，實現(xiàn)第一固定比率。固定齒輪(F2)和離合器262、264及269嚙合，實現(xiàn)第二固定比率。離合器262、265及267嚙合，實現(xiàn)第三固定比率。離合器264、267及269嚙合，實現(xiàn)第四固定比率。離合器264、265及269嚙合，實現(xiàn)第五固定比率。離合器264、265及267嚙合，實現(xiàn)第六固定比率。
在可變比率方式(V2)下。離合器264和269嚙合，以便在組合分配方式下提供電可變比率。
當(dāng)離合器264和265嚙合，其中第一電動機/發(fā)電機246以固定比率齒輪嚙合，而且第二電動機/發(fā)電機248對第二行星齒輪組232提供速率比調(diào)整時，輸出分配范圍(V3)配備有電可變比率。通過斷開離合器269來實現(xiàn)所述輸出分配范圍，這允許發(fā)動機速度下降而不會產(chǎn)生功率回流，使高超速驅(qū)動更有效。在用于慣性轉(zhuǎn)動(coastdown)的同步離合器分離的情況下從所述輸出分配范圍轉(zhuǎn)入串聯(lián)混合方式是可行的。
上述本發(fā)明提供從輸入速度到輸出速度的連續(xù)可變比率，使得它可以有效地用作具有各種各樣的操作要求的汽車以及公共交通車輛的傳動裝置。發(fā)動機速度可以保持恒定或者獨立于車輛速度而改變?？梢酝降厍袚Q至選定的運行方式，而不浪費能量，使得換檔可以不知不覺地瞬間完成，不磨損傳動部件。
第二推薦實施例的描述在再一個實施例中，可以通過操作來修改圖4的傳動裝置210取消離合器265(C3)，重新定位離合器267(C4)，使它在電氣上把轉(zhuǎn)子256連接到托架226，而同時仍舊提供輸入分配、組合分配和輸出分配運行方式。在這種配置中，離合器262(C1)和267(C4)嚙合，可實現(xiàn)串聯(lián)混合式運行(S1)。離合器262(C1)和269(C5)嚙合，可實現(xiàn)可變比率方式運行(V1)。固定齒輪(F1)而且離合器262、267和269嚙合，可實現(xiàn)第一固定比率。固定齒輪(F2)而且離合器262、264和269嚙合，可實現(xiàn)第二固定比率。固定齒輪(F3)而且離合器264、267和269嚙合，可實現(xiàn)第三固定比率。離合器264和269嚙合，以便在組合分配方式下提供電可變比率，即可實現(xiàn)可變比率方式運行(V2)。當(dāng)離合器264和267嚙合時，輸出分配范圍(V3)配備有電可變比率。
第三推薦實施例的描述翻到圖6，其中示出按照本發(fā)明另一個推薦實施例的傳動裝置310。除了圖4的離合器267重新定位以外，所述傳動裝置在功能上和結(jié)構(gòu)上類似圖4的傳動裝置210。
如圖所示，傳動裝置310包括輸入部件318，后者從發(fā)動機312接收功率并通過環(huán)形齒輪部件322向第一行星齒輪組320提供功率。
傳動裝置310使用兩個行星齒輪組。第一個是組合行星齒輪組320，它利用通常稱為環(huán)形齒輪的外齒輪部件322。環(huán)形齒輪322也圍繞通常稱為太陽輪的內(nèi)齒輪部件324。但是，在所述行星齒輪組320中，托架組合件326可旋轉(zhuǎn)地支持兩組行星齒輪328和329。多個行星齒輪329中的每一個都同時嚙合內(nèi)部太陽輪324。每一個行星齒輪329嚙合一個并且僅僅一個相鄰的行星齒輪328。每個行星齒輪328同時嚙合外部環(huán)形齒輪部件322。每個行星齒輪328本身嚙合一個并且僅僅一個相鄰的行星齒輪329。
第二行星齒輪組322是簡單行星齒輪組，而且它具有往往稱為環(huán)形齒輪的外齒輪部件，后者圍繞往往稱為太陽輪的內(nèi)齒輪部件336。與簡單行星齒輪組中通常的情況一樣，第二行星齒輪組332也有多個行星齒輪可旋轉(zhuǎn)地安裝在托架340上，使得每個行星齒輪部件同時既嚙合外部環(huán)形齒輪部件338又嚙合內(nèi)部太陽輪部件336，但是小齒輪部件338彼此不嚙合。
傳動裝置310也包括第一和第二電動機/發(fā)電機346和348。第一電動機/發(fā)電機346的定子350固定在傳動裝置外殼354的一般呈環(huán)形的內(nèi)表面352上。第一電動機/發(fā)電機346的轉(zhuǎn)子356固定在第一行星齒輪組320的內(nèi)部太陽輪324上。
第二行星齒輪組332的環(huán)形齒輪334可以選擇性地例如通過第一動力傳遞裝置362(C1)接地到外殼354。就是說，通過工作連接到不可旋轉(zhuǎn)的外殼354，接地的環(huán)形齒輪334被選擇性地固定成不能旋轉(zhuǎn)。第二行星齒輪組332的環(huán)形齒輪334還選擇性地例如通過動力傳遞裝置364(C2)連接到太陽輪部件324。
托架326通過動力傳遞裝置365(C3)選擇性地接地到傳動裝置外殼。太陽輪部件336也選擇性地通過動力傳遞裝置367(C4)連接到環(huán)形齒輪部件322。
第五動力傳遞裝置369(C5)選擇性地連接到具有太陽輪部件336的托架326。
動力傳遞裝置362、364、365、367和369最好全都是爪型離合器。
第二電動機/發(fā)電機348的定子366也固定在傳動裝置外殼354的一般呈環(huán)形的內(nèi)表面352上。第二電動機/發(fā)電機的轉(zhuǎn)子348固定在所述行星齒輪組332的太陽輪部件336上兩個行星齒輪組320和332以及兩個電動機/發(fā)電機346和348可以圍繞著軸向布置的中心軸342同軸定向。這種配置可使總體輪廓，亦即外圍尺寸減到最小。
傳動裝置310的輸出驅(qū)動部件370固定在第二行星齒輪組332的托架340上。
圖7的圖表圖解說明圖6的傳動裝置的不同運行狀態(tài)的離合器嚙合。這些動力傳遞裝置的嚙合類似于參照圖5所描述的。只是固定比率嚙合已經(jīng)改變，而且比率E1、E2和F6已經(jīng)取消。
如圖7所示，在離合器362、367和369嚙合的情況下在固定齒輪(F1)中實現(xiàn)第一固定比率。在離合器362、364和369嚙合的情況下在固定齒輪(F2)中實現(xiàn)第二固定比率。在離合器364、367和369嚙合的情況下在固定齒輪(F3)中實現(xiàn)第三固定比率。在離合器364、365和369嚙合的情況下在固定齒輪(F4)中實現(xiàn)第四固定比率。利用離合器364、365和367實現(xiàn)第五固定比率。
其余運行方式和上面參照圖5描述的相同。所述第三EVT范圍(V3)(輸出分配頂方式)使得可以壓縮輸入分配和組合分配范圍，在不利用固定比率運行的情況下限制電動機/發(fā)電機346和348使用的功率量。固定比率運行提供燃料節(jié)約，特別是F4和F5(超速驅(qū)動)。為倒退和發(fā)動機啟動和停止設(shè)置串聯(lián)運行。通常，或者嚙合C3(365)或者嚙合C5(369)，以便允許冷啟動。
第四推薦實施例的描述翻到圖8，圖中示出按照另一個推薦實施例的傳動裝置410。除加上離合器469外，這種傳動裝置功能上和結(jié)構(gòu)上類似于圖6的傳動裝置310。
如圖所示，傳動裝置410包括輸入部件418，后者從發(fā)動機412接收功率并通過環(huán)形齒輪部件422向第一行星齒輪組420提供功率。
傳動裝置410利用兩個行星齒輪組。第一個是組合行星齒輪組420，它利用通常稱為環(huán)形齒輪的外齒輪部件422。環(huán)形齒輪422也圍繞通常稱為太陽輪的內(nèi)齒輪部件424。但是，在所述行星齒輪組420中，托架組合件426可旋轉(zhuǎn)地支持兩組行星齒輪428和429。多個行星齒輪429中的每一個同時嚙合內(nèi)部太陽輪424。每一個行星齒輪429嚙合一個并且僅僅一個相鄰的行星齒輪428。每個行星齒輪428同時嚙合外部環(huán)形齒輪部件422。每個行星齒輪428本身嚙合一個并且僅僅一個相鄰的行星齒輪429。
第二行星齒輪組432是簡單行星齒輪組，而且它具有往往稱為環(huán)形齒輪的外齒輪部件434，后者圍繞往往也稱為太陽輪的內(nèi)齒輪部件436。與簡單行星齒輪組中通常的情況一樣，多個行星齒輪438可旋轉(zhuǎn)地安裝在托架440上，使得每個行星齒輪部件438同時既嚙合外部環(huán)形齒輪部件434，又嚙合內(nèi)部太陽輪部件436，但是小齒輪部件438彼此不嚙合。
傳動裝置410還包括第一和第二電動機/發(fā)電機446和448。第一電動機/發(fā)電機446的定子450固定在傳動裝置外殼454的一般呈環(huán)形的內(nèi)表面452上。第一電動機/發(fā)電機446的轉(zhuǎn)子456固定在第一行星齒輪組420的內(nèi)部太陽輪424上。
第二行星齒輪組432的太陽輪434可以選擇性地例如通過動力傳遞裝置462(C1)接地到外殼454。就是說，接地的環(huán)形齒輪434選擇性地通過工作連接到不可旋轉(zhuǎn)的外殼454而被固定不旋轉(zhuǎn)。第二行星齒輪組432的環(huán)形齒輪434也選擇性地例如通過動力傳遞裝置464(C2)連接到太陽輪部件424。
托架426通過動力傳遞裝置465(C3)選擇性地接地到傳動裝置外殼。太陽輪部件436也選擇性地通過動力傳遞裝置467(C4A)連接到環(huán)形齒輪部件422。
第五動力傳遞裝置469(C5)選擇性地把托架426連接到太陽輪部件436。第六動力傳遞裝置471(C4B)選擇性地把太陽輪部件424連接到太陽輪部件436。
動力傳遞裝置462、464、465、467、469和471最好全都是爪型離合器。
第二電動機/發(fā)電機448的定子466也固定在傳動裝置外殼454的一般呈環(huán)形的內(nèi)表面452上。第二電動機/發(fā)電機448的轉(zhuǎn)子468固定在所述行星齒輪組432的太陽輪部件436上。
兩個行星齒輪組420和432以及兩個電動機/發(fā)電機446和448可以圍繞軸向布置的中心軸442同軸定向。這種配置可使傳動裝置410總體輪廓，亦即外圍尺寸減到最小。
傳動裝置410的輸出驅(qū)動部件470固定在第二行星齒輪組432的托架440上。
圖9的圖表圖解說明圖8的傳動裝置不同運行狀態(tài)的離合器嚙合狀態(tài)。這些動力傳遞裝置的嚙合類似于參照圖7所描述的。只是加上第六固定比率(F6)。在第六固定比率(F6)，嚙合離合器464、465和469。所有固定比率換檔都是單過渡換檔。
在所述設(shè)計中有第七個固定比率，但它要求雙過渡換檔，因而是不可行的。
結(jié)論本發(fā)明每一個實施例都提供電可變傳動裝置，它包括輸入部件，用于從發(fā)動機接收功率；輸出部件；第一和第二行星齒輪組，其中每一組都具有第一、第二和第三齒輪部件；第一和第二電動機/發(fā)電機，它們連接到所述行星齒輪組的部件；以及至少五個動力傳遞裝置，它們也連接到行星齒輪組的部件。動力傳遞裝置可以以兩個或三個為一組的組合形式選擇性地嚙合在一起，以便提供五個或六個可用固定速率比，并且隨著傳動裝置輸出速度的增大，順序地提供輸入分配方式、組合分配方式和輸出方式。
盡管只公開了本發(fā)明的四個推薦實施例，但是應(yīng)該明白，本發(fā)明的概念很容易改變，這對本專業(yè)的技術(shù)人員來說是顯而易見的。因此，本發(fā)明的范圍不限于所表示和描述的細(xì)節(jié)，而是準(zhǔn)備包括落在后附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的改變或修改。
在權(quán)利要求書中，語言”連續(xù)地連接”是指直接連接或成正比的齒輪連接，諸如齒輪到位移軸的連接。
權(quán)利要求
1.一種電可變傳動裝置，它包括輸入部件，用于從發(fā)動機接收功率；輸出部件；第一和第二行星齒輪組，其中每一組都具有第一、第二和第三齒輪部件；第一和第二電動機/發(fā)電機，它們連接到所述行星齒輪組的各部件；以及五個選擇性動力傳遞裝置，它們也連接到所述行星齒輪組的各部件，其中，所述動力傳遞裝置可以以兩個或三個為一組的組合形式選擇性地嚙合在一起，以便隨著所述傳動裝置輸出速度增大而順序地提供輸入分配方式、組合分配方式和輸出分配方式，并提供六個可用的固定速率比。
2.一種電可變傳動裝置，它包括輸入部件，用于從發(fā)動機接收功率；輸出部件；第一和第二電動機/發(fā)電機；第一和第二行星齒輪組，其中每一組都具有第一、第二和第三齒輪部件，所述輸入部件連續(xù)地連接到所述第一行星齒輪組的所述第一部件，并且所述輸出部件連續(xù)地連接到所述第二行星齒輪組的所述第一部件；所述第一電動機/發(fā)電機連續(xù)地連接到所述第一行星齒輪組的所述第二部件；所述第二電動機/發(fā)電機連續(xù)地連接到所述第二行星齒輪組的所述第三部件；第一動力傳遞裝置，它選擇性地把所述第二行星齒輪組的所述第二部件接地；第二動力傳遞裝置，它選擇性地把所述第二行星齒輪組的所述第二部件連接到所述第一行星齒輪組的所述第二部件；第三動力傳遞裝置，它選擇性地把所述第一行星齒輪組的所述第三部件接地；第四動力傳遞裝置，它選擇性地把所述第一行星齒輪組的所述第一或第二部件連接到所述第二行星齒輪組的所述第三部件；以及第五動力傳遞裝置，它選擇性地把所述第一行星齒輪組的所述第三部件連接到所述第二行星齒輪組的所述第三部件；其中，所述動力傳遞裝置可以以兩個或三個為一組的組合形式選擇性地嚙合在一起，以便提供至少五個可用的固定速率比。
3.如權(quán)利要求2所述的電可變傳動裝置，其中所述第一行星齒輪組的所述第一、第二和第三部件分別包括環(huán)形齒輪、太陽輪和托架，而所述第二行星齒輪組的所述第一、第二和第三部件分別包括托架、環(huán)形齒輪和太陽輪。
4.如權(quán)利要求3所述的電可變傳動裝置，其中所述第一行星齒輪組是組合行星齒輪組，而所述第二行星齒輪組是簡單行星齒輪組。
5.如權(quán)利要求2所述的電可變傳動裝置，其中所述第一、第四和第五動力傳遞裝置嚙合實現(xiàn)第一固定速率比；所述第一、第二和第五動力傳遞裝置嚙合實現(xiàn)第二固定速率比；所述第一、第三和第四動力傳遞裝置嚙合實現(xiàn)第三固定速率比；所述第二、第四和第五動力傳遞裝置嚙合實現(xiàn)第四固定速率比；所述第二、第三和第五動力傳遞裝置嚙合實現(xiàn)第五固定速率比；以及所述第二、第三和第四動力傳遞裝置嚙合實現(xiàn)第六固定速率比。
6.如權(quán)利要求2所述的電可變傳動裝置，其中所述第一、第四和第五動力傳遞裝置嚙合實現(xiàn)第一固定速率比；所述第一、第二和第五動力傳遞裝置嚙合實現(xiàn)第二固定速率比；所述第二、第四和第五動力傳遞裝置嚙合實現(xiàn)第三固定速率比；所述第二、第三和第五動力傳遞裝置嚙合實現(xiàn)第四固定速率比；以及所述第二、第三和第四動力傳遞裝置嚙合實現(xiàn)第五固定速率比。
7.如權(quán)利要求2所述的電可變傳動裝置，其中所述第一、第四和第五動力傳遞裝置嚙合實現(xiàn)第一固定速率比；所述第一、第二和第五動力傳遞裝置嚙合實現(xiàn)第二固定速率比；所述第二、第四和第五動力傳遞裝置嚙合實現(xiàn)第三固定速率比；所述第二、第三和第五動力傳遞裝置嚙合實現(xiàn)第四固定速率比；所述第二、第三和第四動力傳遞裝置嚙合實現(xiàn)第五固定速率比；以及所述第二、第三和第六動力傳遞裝置嚙合實現(xiàn)第六固定速率比。
8.一種電可變傳動裝置，它包括輸入部件，用于從發(fā)動機接收功率；輸出部件；第一和第二電動機/發(fā)電機；第一和第二行星齒輪組，其中每一組都具有第一、第二和第三齒輪部件；所述輸入部件連續(xù)地連接到所述第一行星齒輪組的所述第一部件，而所述輸出部件連續(xù)地連接到所述第二行星齒輪組的所述第一部件；所述第一電動機/發(fā)電機連續(xù)地連接到所述第一行星齒輪組的所述第二部件；所述第二電動機/發(fā)電機連續(xù)地連接到所述第二行星齒輪組的所述第三部件；第一動力傳遞裝置，它選擇性地把所述第二行星齒輪組的所述第二部件接地；第二動力傳遞裝置，它選擇性地把所述第二行星齒輪組的所述第二部件連接到所述第一行星齒輪組的所述第二部件；第三動力傳遞裝置，它選擇性地把所述第一行星齒輪組的所述第三部件接地；第四動力傳遞裝置，它選擇性地把所述第一行星齒輪組的所述第二部件連接到所述第二行星齒輪組的所述第三部件；以及第五動力傳遞裝置，它選擇性地把所述第一行星齒輪組的所述第三部件連接到所述第二行星齒輪組的所述第三部件，其中，所述動力傳遞裝置可以以兩個或三個為一組的組合形式選擇性地嚙合在一起，以便提供至少六個可用的固定速率比。
9.如權(quán)利要求8所述的電可變傳動裝置，其中所述第一行星齒輪組的所述第一、第二和第三部件分別包括環(huán)形齒輪、太陽輪和托架，而所述第二行星齒輪組的所述第一、第二和第三部件分別包括托架、環(huán)形齒輪和太陽輪。
10.如權(quán)利要求8所述電可變傳動裝置，其中所述第一行星齒輪組是組合行星齒輪組，而所述第二行星齒輪組是簡單行星齒輪組。
11.如權(quán)利要求8所述的電可變傳動裝置，其中所述第一、第四和第五動力傳遞裝置嚙合實現(xiàn)第一固定速率比；所述第一、第二和第五動力傳遞裝置嚙合實現(xiàn)第二固定速率比；所述第一、第三和第四動力傳遞裝置嚙合實現(xiàn)第三固定速率比；所述第二、第四和第五動力傳遞裝置嚙合實現(xiàn)第四固定速率比；所述第二、第三和第五動力傳遞裝置嚙合實現(xiàn)第五固定速率比；以及所述第二、第三和第四動力傳遞裝置嚙合實現(xiàn)第六固定速率比。
12.如權(quán)利要求8所述的電可變傳動裝置，其中所述第一、第四和第五動力傳遞裝置嚙合實現(xiàn)第一固定速率比；所述第一、第二和第五動力傳遞裝置嚙合實現(xiàn)第二固定速率比；所述第二、第四和第五動力傳遞裝置嚙合實現(xiàn)第三固定速率比；所述第二、第三和第五動力傳遞裝置嚙合實現(xiàn)第四固定速率比；所述第二、第三和第四動力傳遞裝置嚙合實現(xiàn)第五固定速率比；以及所述第二、第三和第六動力傳遞裝置嚙合實現(xiàn)第六固定速率比。
13.如權(quán)利要求8所述的電可變傳動裝置，其中還包括第六動力傳遞裝置，選擇性地把所述第二行星齒輪組的所述第三部件連接到所述第一行星齒輪組的所述第一部件。
全文摘要
一種電可變傳動裝置包括輸入部件，用于從發(fā)動機接收功率；輸出部件；第一和第二電動機/發(fā)電機；以及第一和第二差動嚙合的行星齒輪組，每一個行星齒輪組都具有第一、第二和第三齒輪部件。輸入部件連續(xù)地連接到第一行星齒輪組的第一部件，而輸出部件連續(xù)地連接到第二行星齒輪組的第一部件。第一電動機/發(fā)電機連續(xù)地連接到第一行星齒輪組的第二部件并選擇性地連接到第二行星齒輪組的第二部件。第二電動機/發(fā)電機連續(xù)地連接到第二行星齒輪組的第三部件。五個或六個動力傳遞裝置選擇性地把所述各行星齒輪組的各部件彼此連接或接地。動力傳遞裝置可以以兩個或三個為一組的組合形式嚙合在一起，以便提供五個或六個固定速率比。
文檔編號F16H3/72GK1743698SQ200510099828
公開日2006年3月8日 申請日期2005年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月1日
發(fā)明者A·G·霍爾姆斯, M·R·施米德特, D·克萊門, J·D·亨德里克森, H·索烏爾 申請人:通用汽車公司