CN102734400B - 单模式复合动力分配混合变速器 - Google Patents

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Abstract

混合机电变速器具有输入构件、输出构件和静止构件。变速器具有行星齿轮组，其具有第一太阳齿轮、第二太阳齿轮、支架、第一组游星齿轮、第二组游星齿轮、和环齿轮。支架支撑游星齿轮组。第一组游星齿轮与第一太阳齿轮且与环齿轮啮合。第二组游星齿轮与第二太阳齿轮且与第一组游星齿轮啮合。输入构件被与环齿轮连接。输出构件被与第一太阳齿轮连接。第一电动机/发电机具有转子，其被与支架连接。第二电动机/发电机具有转子，其被与第二太阳齿轮连接。第一扭矩传输机构可被选择性地接合以将输入构件固接至静止构件。

Description

单模式复合动力分配混合变速器
技术领域
本发明涉及混合机电变速器。
背景技术
车辆的混合动力***在不同的车辆运行状况下使用不同的动力源。机电混合动力***通常具有内燃发动机，例如柴油或汽油发动机，以及一个或多个电动机/发电机。不同的运行模式，例如仅发动机运行模式、仅电运行模式和电可变运行模式是通过接合不同组合的制动器和/或离合器以及控制发动机和电动机/发电机而建立的。上述各种运行模式是有利的，因为它们可被用于改善燃料经济性。
发明内容
提供一种混合机电变速器，其可建立动力分配、电可变运行模式。当安装在车辆上时，通过降低发生在高车速时的电再循环量，变速器可导致超过已知的混合动力分配变速器的增加的燃料经济性和效率。变速器具有输入构件，输出构件，和静止构件，例如变速器壳体。如这里使用的，“静止”表示不旋转。变速器具有行星齿轮组，其具有第一太阳齿轮构件、第二太阳齿轮构件、支架构件、第一组游星齿轮、第二组游星齿轮、和环齿轮构件。这种行星齿轮组被本领域技术人员称为拉维尼奥(Ravigneaux)行星齿轮组。支架构件支撑第一组游星齿轮和第二组游星齿轮以相对于支架构件且相对于彼此旋转。第一组游星齿轮与第一太阳齿轮构件且与环齿轮构件啮合。第二组游星齿轮与第二太阳齿轮构件且与第一组游星齿轮啮合。输入构件被连接以与环齿轮构件一起旋转。输出构件被连接以与第一太阳齿轮构件一起旋转。第一电动机/发电机具有第一转子，其被连接以与支架构件一起旋转。第二电动机/发电机具有第二转子，其被连接以与第二太阳齿轮构件一起旋转。第一扭矩传输机构可被选择性地接合以将输入构件固接至静止构件。
当具有输出构件的发动机***作地连接至变速器的输入构件处时，发动机和变速器提供仅一个电可变运行模式，其在输出构件处具有前进扭矩用于车辆的前进推进。如这里使用的，“电可变运行模式”是建立的一种模式，其中至少一个电动机/发电机被与发动机一起使用以在输入构件和输出构件之间实现连续可变的扭矩和速度比。不同的电可变运行模式由扭矩传输机构的不同组合建立。由于变速器具有仅一个扭矩传输机构，仅单一电可变运行模式可被建立，且变速器可被称为单模式复合动力分配变速器。当发动机工作、扭矩传输机构没有被接合且倒退或前进扭矩通过控制电动机/发电机作为电动机或发电机运行而被在输出构件处提供时，该单一、电可变运行模式被提供。当扭矩传输机构被接合且一个或两个电动机/发电机被控制作为电动机运行以在输出构件处提供扭矩时，仅电运行模式被提供。
通过输入构件、输出构件，具有两个太阳齿轮构件、两组游星齿轮、环齿轮构件的行星齿轮组的配置，以及如所述连接的第一和第二电动机/发电机，电动机/发电机的转子的速度在输出构件的高速时保持相对较低，由此通过减小电再循环，与许多其他动力分配混合变速器相比，在提高的车速时，电动机效率可被改善且变速器可提供改善的燃料经济性和效率。另外，由于没有扭矩传输机构被接合以建立电可变动力分配运行模式，与要求一个或多个扭矩传输机构建立动力分配电可变运行模式的变速器相比，空转损耗可被降低。而且，通过与提供动力分配电可变运行模式的其它变速器相比更少的扭矩传输机构和潜在的更少的行星齿轮组，变速器可具有更低的成本。依赖于扭矩传输机构的设计，其可为湿式、干式或机械设计，对于变速器内的高压油泵的需要可被减少。通过干式或机械扭矩传输机构，低压油泵可被用于提供用于行星齿轮组和电动机/发电机的飞溅冷却流。而且，与其他变速器相比，由于当发动机运行时旋转和静止构件的所有机械接口的非零扭矩负荷，变速器可具有降低的咔哒噪音。
当结合附图时，从下面的用于执行如所附权利要求限定的本发明的一些最佳方式和其它实施例的具体描述可容易地明白本发明的上述特征和优点，以及其它特征和优点。
附图说明
图1是具有发动机和第一实施例的动力分配混合变速器的动力传动系的示意图；
图2是杠杆图(lever diagram)形式的图1的变速器的示意图；
图3是电运行模式中的图1的动力传动系的各个部件的以每分钟转数计的速度对以每小时英里数计的车速的图表；
图4是具有每分钟1200转数的发动机速度的动力分配运行模式中的图1的动力传动系的各个部件的以每分钟转数计的速度对以每小时英里数计的车速的图表；以及
图5是具有每分钟4000和1800之间转数的各个运行速度的发动机的动力分配运行模式中的图1的动力传动系的各个部件的以每分钟转数计的速度对以每小时英里数计的车速的图表。
具体实施方式
参考附图，其中相似的标号贯穿多个视图中指示相似的部件，图1示出了用于车辆的动力传动系10，其包括发动机12和混合变速器14。变速器14具有输入构件15，发动机输出构件16通过阻尼机构20而被连接至该输入构件15。如这里使用的，“发动机”包括被连接以在没有被以电动力提供动力的输入构件15处提供扭矩的任意动力源。例如，发动机12可为内燃发动机，例如汽油或柴油发动机，等。
变速器14包括行星齿轮组30，其被本领域技术人员称为拉维尼奥(Ravigneaux)行星齿轮组。行星齿轮组30具有第一太阳齿轮构件32、第二太阳齿轮构件33、环齿轮构件34和行星支架构件36。行星齿轮组30还包括与太阳齿轮构件32和环齿轮构件34啮合的第一组游星齿轮37、和与第一组行星齿轮37和太阳齿轮构件33啮合的第二组游星齿轮38。游星齿轮37、38还可被称为行星齿轮。两组游星齿轮37、38与支架构件36一起旋转，且还相对于支架构件36以相对于彼此固定的齿轮比旋转。太阳齿轮构件32可被称为大太阳齿轮构件，太阳齿轮构件33可被称为小太阳齿轮构件，因为太阳齿轮构件32的直径大于太阳齿轮构件33的直径。第一组游星齿轮37可被称为外游星齿轮，第二组游星齿轮38可被称为内游星齿轮，因为与游星齿轮38相比，第一组游星齿轮37由支架构件36支撑在距太阳齿轮构件32、33的旋转轴线更大距离处以供旋转。电动机/发电机60、77和行星齿轮组30的仅在旋转轴线(例如输出构件17的轴线)上方那些部分电动机(如下讨论)被示出。
变速器14包括扭矩传输机构50，其为制动离合器，该离合器能被选择性地接合以将输入构件15连接至静止构件70，例如变速器14的壳体，从而输入构件15被保持静止(即不旋转)。当未接合时扭矩传输机构50不影响输入构件15的旋转。扭矩传输机构50可为湿式、干式或机械类型的扭矩传输机构，其由液压、机械或机电类型的促动器(未示出)施加。
变速器14具有第一电动机/发电机60，其具有第一转子62。支架构件36被连接以与第一转子62一起旋转。第一电动机/发电机60具有固接(grounded)至静止构件70的定子64。替换地，独立于静止构件70的静止构件可被使用。变速器14还具有第二电动机/发电机66，其具有第二转子67，该第二转子具有第二转子毂69，其被连接以与太阳齿轮构件33一起旋转。电动机/发电机66具有固接至静止构件70或至单独的静止构件的定子68。
能量储存装置，例如电池80，通过传输导体操作地连接至定子64、68。控制器82通过功率变换器84控制电池80和定子64、68之间的电传输，该变换器将电池80提供的直流电改变为电动机/发电机60、66的运行所需的交流电(且当电动机/发电机60、66被作为发电机运行时反之亦然)。
参考图2，变速器14被示出为杠杆图的形式，行星齿轮组30作为四节点杆。环齿轮构件34是第一节点，太阳齿轮构件32是第二节点，太阳齿轮构件33是第三节点，支架构件36是第四节点。变速器14的杠杆图示示出了，由于行星齿轮组30是拉维尼奥齿轮组，示出为四个节点的四个部件可以不同速度旋转，导致杆上的不同扭矩。在杠杆图中，每个节点处施加的扭矩被表示为箭头，该箭头具有与扭矩的大小对应的大小且沿与扭矩的方向对应的方向推在该节点处的杠杆上。杠杆必须被平衡。因此，出于效率目的同时仍满足扭矩平衡要求，变速器14的互连被工程师设计为实现期望的发动机和电动机速度。
动力传动系10能运行于仅电运行模式，其在扭矩传输机构50被接合且发动机12关闭时提供前进推动力。在该模式中，电动机/发电机60运行为电动机以提供扭矩至支架构件36或从其接收扭矩，而电动机/发电机66运行为电动机或发电机以提供扭矩至太阳齿轮构件33或从其接收扭矩，由此平衡图2的杠杆中的行星齿轮组30，其中环齿轮构件34保持静止，且输出构件17沿提供前进推动力给车辆的方向旋转。电动机/发电机60、66具有相同的功率，具有不同的速度和扭矩。
动力传动系10提供仅电运行模式，其在扭矩传输机构50被接合、发电机12被关闭、且转子62、67的旋转方向和速度被控制为导致输出构件17沿倒退旋转方向(即导致车辆的车轮沿倒退方向旋转的旋转方向)旋转时提供倒退推动力。
当扭矩传输机构50未被接合、发电机12工作以在输入构件15处提供扭矩、电动机/发电机60被控制以保持支架构件36静止且电动机/发电机66被运行为沿旋转方向(其导致输出构件17沿倒退旋转方向旋转)的电动机时，在输出构件17处具有倒退扭矩以倒退推动车辆的混合动力复合分配电可变运行模式可以被建立。
当扭矩传输机构50未被接合、发动机12工作以提供扭矩给输入构件15且电动机/发电机60、66被根据需要作为电动机或发电机运行以平衡行星齿轮组30上的扭矩时，动力传动系10还运行于混合动力复合分配电可变运行模式以在输出构件17处提供前进扭矩用于车辆的前进推动，如关于图2所述。
该单一、电可变运行模式是复合分配运行模式，其为动力分配运行模式中的一种类型。复合分配模式使得两个电动机/发电机60、66被齿轮连接以使得它们的速度是输入构件15和输出构件17的速度的线性组合，但是其中两者都不与输入构件15的速度或输出构件17的速度中的任一直接成比例。拉维尼奥齿轮组30的构件的配置建立速度的该组合。
图3-5示出了当动力传动系10被安装在车辆上且输出构件17驱动车轮时发电机12和电动机/发电机60、66的转子62、67的以每分钟转数(rpm)计的理论速度对以每小时英里数(mph)计的车速。例如，在图3中，在仅电(向前推进)运行模式中。当扭矩传输机构50被接合时，发电机12被关闭且发动机输出构件16和变速器输入构件15被保持静止。发动机12的速度被表示为线100。第一电动机/发电机60被控制以运行为电动机，从而转子62和支架构件36的速度随车速增加(即随着输出构件17的速度的增加)而增加。转子62的速度被表示为线104。第二电动机/发电机66被控制以运行为电动机，其中转子67和太阳齿轮构件33的旋转方向与转子62和支架构件36的旋转方向相反。转子67的速度被表示为线106且大小也随车速增加(即随着输出构件17的速度增加)而增加。
图4以线200示出了以每分钟转数计的发动机输出构件16的速度对以每小时英里数计的车速、以线204示出了以每分钟转数计的转子62的速度对以每小时英里数计的车速、且以线206示出了以每分钟转数计的转子67的速度对以每小时英里数计的车速。图4示出了混合动力分配运行模式，其中扭矩传输机构50未被接合且其中发动机12被控制以在所示的车速范围以约1200rpm运行。对于发动机12的燃料经济性，1200rpm的发动机速度可为预定的理想运行速度。
图5以线300示出了以每分钟转数计的发动机输出构件16的速度对以每小时英里数计的车速、以线304示出了以每分钟转数计的转子62的速度对以每小时英里数计的车速、且以线306示出了以每分钟转数计的转子67的速度对以每小时英里数计的车速。图5示出了混合动力分配运行模式，其中扭矩传输机构50未被接合且其中发动机12被控制以在从0至30mph的车速时运行于约4000rpm，在55mph及以上的车速时运行于1800rpm，且在30mph和55mph之间的车速时在400rpm和1800rpm之间顺滑地切换。
在图5中，在较低车速时发动机12的速度表示提供足够扭矩以起动车辆所需的速度。在较高车速(例如55mph和以上)时发动机12的速度表示例如用于高速巡航的较低的扭矩，高效巡航速度。当发动机12的速度变化时两个转子62、67的速度必然变化以通过行星齿轮组30平衡扭矩。如图5所指，两个转子62、67在较高车速时处于相对较低速度，例如55mph或更大。较低转子速度与这些速度时的相对较低电再循环相对应。例如，在图5中的55mph的车速处所指的运行状况下，变速器14中的电再循环可为机械动力(即在输入构件15处供应的动力的量)的约百分之37，而在典型的动力分配混合变速器中的电再循环在1200和1800rpm之间的发动机速度时可高达机械动力的百分之65。
因此，变速器14提供复合动力分配电可变运行模式，其可增加燃料经济性、降低变速器中的电再循环、和最小化空转损耗。与使用多个行星齿轮组和扭矩传输机构来建立电可变动力分配运行模式的其它变速器相比，变速器14具有相对较低数目的部件。
虽然用于执行本发明的最佳方式已经被详细描述，与本发明相关的本领域技术人员应认识到在所附的权利要求的范围内的执行本发明的各种替换设计和实施例。

Claims (10)

1.一种变速器，包括：
输入构件；
输出构件；
静止构件；
行星齿轮组，其具有第一太阳齿轮构件、第二太阳齿轮构件、支架构件、第一组游星齿轮、第二组游星齿轮、和环齿轮构件；其中支架构件支撑第一组游星齿轮和第二组游星齿轮以相对于支架构件和相对于彼此旋转，其中第一组游星齿轮与第一太阳齿轮构件且与环齿轮构件啮合；其中第二组游星齿轮与第二太阳齿轮构件且与第一组游星齿轮啮合；
其中输入构件被连接以与环齿轮构件一起旋转；
其中输出构件被连接以与第一太阳齿轮构件一起旋转；
第一电动机/发电机，具有第一转子，所述第一转子被连接以与支架构件一起旋转；
第二电动机/发电机，具有第二转子，所述第二转子被连接以与第二太阳齿轮构件一起旋转，以及
仅一个扭矩传输机构，其操作地连接到行星齿轮组；其中，所述仅一个扭矩传输机构能被选择性地接合以将输入构件固接至静止构件。
2.如权利要求1所述的变速器，其组合有发动机，该发动机具有操作地与所述输入构件连接的可旋转发动机输出构件；其中扭矩传输机构被脱离接合，发动机工作，且根据需要，第一电动机/发电机被运行为电动机或为发电机，并且第二电动机/发动机被运行为电动机或发电机，使得在复合动力分配电可变运行模式中在输出构件处提供前进扭矩。
3.如权利要求1所述的变速器，其组合有发动机，该发动机具有操作地与所述输入构件连接的可旋转发动机输出构件；其中扭矩传输机构被接合，发动机关闭，且第一电动机/发电机被运行为电动机，并且第二电动机/发电机被根据需要运行为电动机或发电机，使得在仅电运行模式中在输出构件处提供前进扭矩。
4.如权利要求1所述的变速器，其组合有发动机，该发动机具有操作地与所述输入构件连接的可旋转发动机输出构件；其中扭矩传输机构被脱离接合，发动机工作，第一电动机/发电机根据需要被运行为电动机或为发电机以保持支架构件静止，且第二电动机/发电机被运行为电动机，使得在复合动力分配电可变运行模式中在输出构件处提供倒退扭矩。
5.如权利要求1所述的变速器，其组合有发动机，该发动机具有操作地与所述输入构件连接的可旋转发动机输出构件；其中扭矩传输机构被接合，发动机关闭，且根据需要，第一电动机/发电机被运行为电动机或为发电机，并且第二电机/发电机被运行为电动机或发电机，使得在仅电推动模式中在输出构件处提供倒退扭矩。
6.一种用于车辆的动力传动系，包括：
发动机；
变速器，具有：
操作地连接至发动机的输入构件；
输出构件；
静止构件；
行星齿轮组，其具有第一太阳齿轮构件、第二太阳齿轮构件、支架构件、第一组游星齿轮、第二组游星齿轮、和环齿轮构件；其中支架构件支撑第一组游星齿轮和第二组游星齿轮以相对于支架构件和相对于彼此旋转，其中第一组游星齿轮与第一太阳齿轮构件且与环齿轮构件啮合；其中第二组游星齿轮与第二太阳齿轮构件且与第一组游星齿轮啮合；
其中输入构件被连接以与环齿轮构件一起旋转；
其中输出构件被连接以与第一太阳齿轮构件一起旋转；
第一电动机/发电机，具有第一转子，所述第一转子被连接以与支架构件一起旋转；
第二电动机/发电机，具有第二转子，所述第二转子被连接以与第二太阳齿轮构件一起旋转；
仅一个扭矩传输机构，操作地连接至所述行星齿轮组；其中所述仅一个扭矩传输机构能被选择性地接合以将环齿轮构件固接至静止构件；以及
其中所述动力传动系***作以建立仅一个电可变运行模式。
7.如权利要求6所述的动力传动系，其中所述仅一个电可变运行模式是动力分配电可变运行模式，其在扭矩传输机构被脱离接合、发动机工作且电动机/发电机被每个都根据需要运行为电动机或为发电机时被建立，从而在输出构件处提供前进扭矩。
8.如权利要求7所述的动力传动系，其中，当扭矩传输机构被脱离接合、发动机运行、扭矩被提供至第一电动机/发电机以保持支架构件静止、且第二电动机/发电机被运行为电动机从而在输出构件处提供倒退扭矩时，动力传动系***作在动力分配电可变运行模式以在输出构件处提供倒退扭矩。
9.如权利要求6所述的动力传动系，其中，在扭矩传输机构被接合、发动机关闭且电动机/发电机中的一个运行为电动机、其他电动机/发电机被根据需要运行为电动机或为发电机从而在输出构件处提供前进扭矩时，动力传动系***作以建立在输出构件处具有前进扭矩的仅电运行模式。
10.如权利要求6所述的动力传动系，其中，在扭矩传输机构被接合、发动机关闭且电动机/发电机中的一个运行为电动机、其他电动机/发电机被都根据需要运行为电动机或为发电机从而在输出构件处提供倒退扭矩时，动力传动系***作以建立在输出构件处具有倒退扭矩的仅电推动模式。
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