CN1656330A - 混合动力传动*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种混合动力传动***(20)，包括：具有旋转输出的第一原动机(22)、具有旋转输出的第二原动机(26)以及包括主轴(44)的变速器，该主轴至少支撑有两个主轴齿轮(64、66、70、72、74)。变速器包括第一独立中间轴(40)，其驱动式连接第一原动机(22)，并包括至少一个支撑于其上与相应主轴齿轮(64、66、70)啮合的变速齿轮。第二独立中间轴(42)驱动式连接第二原动机(26)，并包括至少一个支撑于其上并与相应主轴齿轮啮合的变速齿轮。第一和第二中间轴(40、42)上的变速齿轮与主轴(44)齿轮配合，以提供第一和第二中间轴各自与主轴之间的至少一齿轮速比。换档控制机构(98)选择式接合和脱离第一和第二中间轴以随主轴旋转。

Description

混合动力传动***
技术领域
本发明一般地涉及动力传动***，特别涉及采用至少两个原动机和一个双独立中间轴变速器的混合动力传动***。
背景技术
采用两个和两个以上原动机驱动车辆的混合动力车辆动力传动***在本领域是众所周知的。现有的混合动力传动***利用了结合电动机操作的内燃机，从而向车辆的车轮传递驱动扭矩。
已经研制出所谓的“并联混合式”动力传动***，其在车辆发动机和变速器之间直列式地连接电动机。在一种公知的并联混合动力***中，电动机转子直接连接发动机输出轴。在这种并联混合动力传动系中，主离合器必须以常规方式工作而使发动机与变速器脱开。这样使用常规离合器使得不能进行变速器的动力换档，即，不能在保持变速器输出轴上的驱动扭矩时使变速器变速，而保持变速器输出轴上的驱动扭矩时使变速器变速可以使驾驶员感觉最舒适并便于车辆平稳、迅速加速所以是优选的。这种并联混合动力传动***的另一种局限性是其需要高扭矩、低速电动机来匹配发动机的较低速度。
在另一种公知的并联混合动力传动***中，内燃机产生的扭矩输出和电动机产生的扭矩输出在扭矩合成机构如行星齿轮系中合并。合并的扭矩输出接着通过常规变速器传递给驱动轮。这种动力传动系的局限性是，发动机和电动机的输出扭矩必须得到精确控制，以便在稳定状态运转期间彼此平衡。这种动力传动系的另一局限性是，车辆的再生制动需要复杂的硬件和控制***。
发明内容
提供一种混合动力车辆动力传动***，包括具有旋转输出的第一原动机、具有旋转输出的第二原动机和具有主轴的变速器，该主轴上支撑有至少两个主轴齿轮。变速器还包括第一独立中间轴，该第一独立中间轴以传动方式连接第一原动机并包括至少一个支撑于其上的变速齿轮，该变速齿轮与相应的主轴齿轮连接。第二独立中间轴以传动方式连接第二原动机并包括至少一个支撑于其上的变速齿轮，该变速齿轮与相应的主轴齿轮连接。第一和第二中间轴上的变速齿轮与主轴齿轮配合以提供第一和第二中间轴各自与主轴之间的至少一种齿轮速比。该特征使主轴得以单独与第一原动机驱动的中间轴旋转接合、单独与第二原动机驱动的中间轴旋转接合或者与两个中间轴共同旋转接合。一换档控制机构选择式使主轴接合和脱开以与第一和第二中间轴旋转。
本发明的一个特征是，第一和第二原动机驱动中间轴中的任一个(原动机驱动中间轴)可以选择式工作，以在车辆的驱动轮上保持(施加)扭矩，同时另一原动机驱动中间轴与主轴进行齿轮交换。该特征有利地提高换档质量，并实现变速器的自动动力换档。本发明的另一特征是，第二原动机能够工作以提供单独动力，用于发动和推进车辆而不使用主离合器。第二原动机还能够工作以提供车辆倒车操作期间的单独驱动力，由此不需要在变速器中设置倒车惰轮。此外，第二原动机和第一原动机的动力输出可以组合以驱动车辆。
在本发明的另一特征中，可以操作第二原动机，以在车辆减速期间通过使能量存储装置再充电来回收能量。此外，通过可选择式接合的过桥齿轮组，第二原动机可以直接连接第一原动机，而不依赖于主轴。该特征可使第一原动机驱动第二原动机，以便对能量存储装置再充电，或者产生车辆停靠时车上和车下使用的辅助动力。在第一原动机起发动机作用时，该特征还可使第二原动机得以作为起动机工作。
本领域的技术人员参照附图阅读以下对优选实施例的详细描述时，将清楚理解本发明另外的各方面和各种优点。
附图说明
在阅读以下详细描述、权利要求和附图时将更清楚连接本发明的特征和创造性方面，下面对附图进行简要说明：
图1是根据本发明的混合动力传动***的图解表示；
图2是根据本发明实施例的混合动力传动***的示意图；
图3是用于将第一变速器中间轴固定以独立于主轴与第二变速器中间轴旋转的过桥齿轮组的透视剖面图；
图4是第一原动机和第二原动机的输出速度与车辆速度特性的关系曲线图，示出了示例性换档顺序(shift sequence)的分散换档点；
图5是本发明换档控制机构与变速器主轴的齿轮相关的透视图；
图6是图5所示换档控制机构的部分俯视图；
图7是单独和组合的第一原动机和第二原动机的输出扭矩与输出速度特性的示例性关系曲线图；
图8是根据本发明另一实施例的混合动力传动***的示意图；
图9是图8所示混合动力传动***另一实施例的示意图；
图10是图9所示混合动力传动***另一实施例的示意图；
图11是根据本发明另一实施例的混合动力传动***的示意图；
图12是图11所示混合动力传动***另一实施例的示意图。
具体实施方式
下面参照附图，详细描述本发明优选实施例。参照图1，混合动力传动***20包括第一原动机22，如火花点火式内燃机和压缩点火式内燃机；换档/变换齿轮式变速器24和第二原动机26，如电动机/发电机或液压马达/泵。混合动力传动***20以有选择的方式设有主离合器28(如虚线所示)，如主摩擦离合器，能够有选择地对其操作而使第一原动机22脱离变速器24。
电子控制单元(ECU)30装在动力传动***20中，用于控制第一原动机22、第二原动机26和变速器24。ECU 30最好包括常规可编程数字计算机(未示)，将数字计算机构造成接受各种输入信号，包括但不限于第一和第二原动机22和26的运转速度、变速器输入速度、所选择的变速器速比、变速器输出速度和车辆速度，以便控制动力传动***20的操作。例如，可以对ECU 30编程以便当第一原动机22起内燃机作用时向第一原动机22输送燃料。但是，应当理解本发明目的并不限于任何特殊类型或配置的ECU 30或控制动力传动***20操作的任何特殊控制逻辑。
当第二原动机26起电动机/发电机或液压马达/泵的作用时，动力传动***20包括能量存储装置31，以提供操作第二原动机26所需的能量。能量存储装置31可以在当第二原动机26起电动机/发动机时，包括例如电池、一组电池或电容器，或者作为选择，当第二原动机26起液压马达/泵的作用时包括液压蓄能器。当要求第二原动机26的操作时，可以对ECU 30编程，以便有选择地并以可变方式提供与能量存储装置31相连通的第二原动机26。
参照图2，详细描述动力传动***20的优选实施例。在实施例中，第一原动机22以传动方式连接第一变速器输入轴32，第一变速器输入轴32以同心方式设置在由第二原动机26驱动的第二变速器输入轴34内。在动力传动***20工作时，第一变速器输入轴32独立于第二输入轴34旋转。当第二原动机26起电动机/发动机作用时，如图2所示，连接第二输入轴34以便随转子36旋转，转子36由定子38以电动方式驱动，这在本领域是公知的。如上所述，第二原动机26的工作不限于电动机/发电机的工作，向第二变速器输入轴32应用旋转动力的其它手段，如液压马达/泵，落入本发明的范围内。
再如图2所示，变速器24分别包括由变速器壳(未示)旋转支撑的第一和第二独立中间轴40和42和也由变速器壳旋转支撑的主轴44。主轴44和中间轴40、42的轴线大体平行，第一变速器输入轴32的轴线大体与主轴44的轴线同轴。尽管图2中示出的第一和第二中间轴40、42与主轴44大体等距离，但是第一和第二中间轴40、42之一的位置可以更靠近主轴44，以便齿轮速比和齿轮数总体上最经济。此外，如图1所示，对独立中间轴40、42的机械输入可以如上所述为同心的，或如下所述为直接的。
第一中间轴40经第一变速器输入轴32和头套式齿轮(头部齿轮，headset gear)43由第一原动机22旋转驱动，在第一原动机22和主轴44之间提供第一扭矩路径。第二中间轴42经第二变速器输入轴34和头套式齿轮45由第二原动机26旋转驱动，在第二原动机26和主轴44之间提供第二扭矩路径。在所示的实施例中，第一中间轴40上支撑多个变速齿轮(ratiogear)48、50、52和54，而第二中间轴42上支撑变速齿轮58、60和62。变速齿轮64、66和70旋转支撑在主轴44上，并持续与分别设置在第一中间轴40上的变速齿轮48、50和52啮合。类似地，变速齿轮72和74旋转支撑在主轴44上，并持续与分别设置在第二中间轴42上的变速齿轮58和60啮合。所述的术语“齿轮”用于表示图2中所示有齿的轮，以及在第一和第二中间轴40、42和主轴44中直接制造轮的有齿特征。
尽管第一中间轴40和主轴44能够配置有任意数量的齿轮和相应“速度”，但是变速齿轮48、50和52提供第一中间轴40上的三个“速度”。尽管第二中间轴42和主轴44能够配置有任意数量的齿轮和相应“速度”，但是变速齿轮58和60提供第二中间轴42上的两个“速度”。当第一原动机22起发动机作用而第二原动机26起可变用途电动机作用时，第二中间轴42通常需要较少变速齿轮或“速度”，因为电动机扭矩速度曲线形状比发动机的通常更适用于车辆牵引。
根据第二原动机26的输出特性，如扭矩速度特性，第二变速器输入轴34的旋转会需要最好经行星齿轮机构或齿轮系76的减速。固定齿轮系76的行星齿轮78，以便绕太阳齿轮80旋转，太阳齿轮80安置成随第二变速器输入轴34旋转。行星齿轮78连接头套式齿轮82并驱动其旋转，头套式齿轮82经变速齿轮56与第二中间轴42持续啮合。需要时，该齿轮减速将第二原动机26的运转速度降低到第一原动机22的运转范围内。如果不需要减速，第二变速器输入轴34会直接通过头套式齿轮45驱动第二中间轴42。
变速器24还包括可轴向移动的离合器84、86和88，如异步双作用犬牙/牙嵌式离合器，通过花键接合主轴44以便随其旋转。离合器84可通过常规换档拨叉(未示)沿第一轴向有选择地移动，以便固定主轴44而随第一变速器输入轴32旋转。另外，离合器84可选择地沿与第一轴向相反的第二轴向移动，以便固定变速齿轮64而随主轴44旋转。离合器86可选择地沿相反方向移动，以便将变速齿轮66或变速齿轮70旋转固定于主轴44。离合器88可以选择地沿相反轴向移动，以便将变速齿轮72或变速齿轮74旋转固定于主轴44。
离合器90可以选择地移动，以便固定第一中间轴40而随第二中间轴42旋转。如图2和3所示，第二中间轴42上的变速齿轮62与旋转支撑在主轴44上的第一过桥齿轮92啮合。详细参照图3，第一过桥齿轮92的横截面通常呈L形，具有带花键表面93，花键表面93由“L”底部沿径向向外延伸，以支撑离合器90。大体类似于变速齿轮62的变速齿轮54与旋转支撑在变速齿轮92上的第二过桥齿轮94啮合。第二过桥齿轮94的横截面也大体呈L形，具有带花键表面95，带花键表面95由“L”底部沿径向向外延伸。带花键表面93的位置沿轴向邻接花键表面95，并包括与带花键表面95数量相同的花键，以便使离合器90的一部分得以沿轴向移动到带花键表面93上。
在正常运转条件下，离合器90脱开而使齿轮92和94呈彼此独立的自由轮/无负荷运转。但是，当要求第一中间轴40和第二中间轴42固定旋转时，离合器90沿轴向移动以接合第二过桥齿轮94而使其随第一过桥齿轮92旋转。其中一个优点为，当第一原动机22起发动机作用时，固定第一中间轴40而随第二中间轴42旋转，这允许第二原动机26起动发动机。另外，由于第一和第二过桥齿轮92、94的旋转独立于主轴44的旋转，因此第一原动机22可以用于驱动第二原动机26，以便使能量存储装置31再充电，而车辆不行驶。
参照图2，当离合器88固定变速齿轮74随主轴44旋转时，变速齿轮60和74建立第二中间轴42和主轴44之间的“低”齿轮速比。因为采用动力传动***20的车辆最好单独借助第二原动机26的动力由停泊发动，所以“低”齿轮速比为来自第二原动机26的给定扭矩输入提供最高扭矩输出，这将使车辆发动并进行最初的加速。该速比还为第二中间轴42提供最高转速，当由车轮反向传动时，能够使用第二中间轴42在车辆进行再生制动期间迅速对能量存储装置31再充电。当离合器88固定变速齿轮72随主轴44旋转时，变速齿轮58和72建立第二中间轴42和主轴44之间的“高”齿轮速比。
当离合器86固定变速齿轮70随主轴44旋转时，变速齿轮52和70建立第一中间轴40和主轴44之间的第一和最低齿轮速比。该速比为第一原动机22的给定扭矩输入提供最高扭矩输出。当离合器84固定变速齿轮64随主轴44旋转时，变速齿轮48和64建立第一中间轴40和主轴44之间的第四和最高齿轮速比。第四速比为给定输入速度提供最大输出速度，允许在公路行驶期间具有良好的车辆燃料经济性。当相应离合器86和84固定齿轮66和第一变速器输入轴32随主轴44旋转，配合齿轮50、66和主轴44与第一变速器输入轴32之间的直接驱动连接分别建立第二和第三齿轮速比。这些速比，将有助于使车辆由第一齿轮速比的低速加速而达到第四齿轮速比的高速。
现有技术变速器***的局限性在于，在换档交换事件中，传递给车轮的输出扭矩显著减小或减小到零。因为能够独立操作中间轴40、42以向主轴44提供扭矩，所以当通过车辆驾驶员或ECU 30请求第一中间轴40和主轴44之间的齿轮速比交换(gear ratio interchange)时，可以有选择地操作第二原动机26而保持主轴44上直至车辆驱动轮的扭矩。类似地，当通过车辆驾驶员或ECU 30请求第二中间轴42和主轴44之间的齿轮速比交换时，可以有选择地操作第一原动机22而保持主轴44上直至车辆驱动轮的扭矩。动力传动***20还可使第一原动机22和第二原动机26“跟踪”主轴44的速度，即，以稍微小于保持主轴44上扭矩所需速度的速度驱动式旋转其相应中间轴40、42。允许第一和第二原动机22和26“跟踪”主轴44使得可以在车辆驾驶员和/或ECU 30预计需要变速器24换档时进行快速齿轮速比交换。
参照图4，示例性地表示了当变速器24通过齿轮速比E1-E4操作时第一原动机22的输出速度与车辆速度特性(的关系)。类似地，示例性地表示了当变速器24通过不同的齿轮速比M1-M3操作时第二原动机26的输出速度与车辆速度特性。在第一原动机换档间隔内在主轴44上保持扭矩是在主轴44上由第二原动机26提供的最大扭矩支持的。第二中间轴42上的换档点与第一中间轴40上的换档点散布，使得在第二原动机齿轮速比交换期间通过第一原动机22向主轴44施加合适水平的扭矩。在换档交换期间利用第一原动机22或第二原动机26的输出来保持主轴44上的扭矩，最大程度减小了驱动轮上的扭矩中断。该特征提高了动力传动***20的换档平稳度和换档质量，并实现变速器24的自动动力换档。
现有技术变速器***的另一局限性是，传动系扭矩必须在主轴和原动机驱动的变速齿轮之间即刻减小，以使换档致动器脱开牙嵌式离合器和变速齿轮。由于能够独立操作中间轴40、42来向主轴44提供扭矩，因此可以有选择地操作第一原动机22和第二原动机26，以实现“扭矩断开”，便于离合器84、86和88与相应变速齿轮脱开。例如，本领域众所周知，四象限电动机驱动控制的工作特性允许电动机扭矩输出中的迅速变化，而电动机输出速度中没有明显变化。因此，当第二原动机26起电动机作用时，能够经四象限电动机驱动控制操作该电动机，以即刻减小施加在变速齿轮72和74上的扭矩，允许离合器88得以与其脱离。
类似地，通过ECU 30可以有选择地控制第一原动机22以即刻降低施加在第一变速器输入轴32和变速齿轮64、66和70上的扭矩，使离合器84或86得以由此脱离。另外，可以有选择地操作第二原动机26以通过变速齿轮58和72或变速齿轮60和74即刻提高施加于主轴44的扭矩，使离合器84或86得以由主轴44上的相应第一原动机驱动的变速齿轮脱离。
如上所述，ECU 30根据接收和评价各种输入信号向动力传动***20的各个组成部分发送命令。这些命令可包括向换档控制装置(未示)发出的速比交换命令，该换档控制装置间接移动离合器84、86、88和90以建立第一和第二中间轴40、42与主轴44之间的齿轮速比。换档控制装置可以是常规装置，如X-Y机电换档致动器***，或通过换档控制机构98控制每个离合器84、86、88和90的轴向位置的任何其它合适装置。
参照图5和6，换档控制机构98(还如图1所示)最好包括具有换挡拨叉轴(shift bar)或变速叉轴(shift rail)的换挡拨叉轴组件，总体上由构件100表示，其带有一用于随其轴向移动的换挡拨叉。换档控制机构98通常安置在可以与主变速器壳(未示)成一体或与其连接的换挡拨叉轴壳104内。换挡拨叉轴壳104限定向上延伸的开口106，通过该开口容纳换档指(换挡杆)108的下部。尽管根据要求数量的齿轮速比或变速器24中齿轮配置能够使用任意数量的变速叉轴100，但是在本发明的优选实施例中，安装四个变速叉轴110、111、112和113在换挡拨叉轴组件内做轴向移动。互锁机构109，如本领域公知的那些机构，设置在变速叉轴110和111之间，以便防止变速叉轴110、111之一在另一处于沿轴向移离空档位置的位置时进行移动。类似地，互锁机构109设置在变速叉轴112、113之间，以防止变速叉轴112、113之一在另一处于沿轴向移离空档位置的位置时进行移动。但是，与常规换挡拨叉轴组件不同，互锁机构不设置在变速叉轴111和112之间，以允许每个中间轴40和42的独立控制。
如图5所示，变速叉轴110上带有移动离合器90的换挡拨叉114，变速叉轴111上带有移动离合器88的换挡拨叉116，变速叉轴112上带有移动离合器86的换挡拨叉118，变速叉轴113上带有移动离合器84的换挡拨叉120。换挡拨叉114、116、118和120以及其分别连接离合器90、88、86和84的方式在本领域是公知的，这里不做更详细的描述。
换档控制机构98还包括换档块组件122，该换档块组件包括固定在变速叉轴110上的第一换档块件124、固定在变速叉轴111上的第二换档块件126、固定在变速叉轴112上的第三换档块件128和固定在变速叉轴113上的第四换档块件130。在空档位置，如图5和6所示，换档块件124、126、128和130限定一个通常横向延伸的槽132，沿箭头134方向延伸。在齿轮速比交换期间，换档指108可以沿贯穿槽132的大致横向移动，以使换档指108与接触面134和136对准，接触面134和136由换档块件124、126、128、和130各自上的槽132限定。此外，在每个换档块件124、126、128、和130之间形成总体上轴向延伸的通道137，其宽度大于换档指108的宽度。如果需要，换档指108可以在每个通道137内沿总体上轴向延伸，以便选择任何换档块件124、126、128、和130，即使当一个或多个换档块件沿轴向移离空档位置时。
为了固定第一中间轴40随第二中间轴42旋转，换档指108横向移过槽132而与换档块件124上的表面134、136对准，如图6所示。换档指108接着沿箭头138方向轴向移动以接触表面136，并轴向移动变速叉轴110、换档拨叉114和离合器90。类似地，为了接合和脱离与第二中间轴42和第二原动机26相关联的高度和低速，换档指108移动成与换档块件126上的表面134、136对准。换档指108接着沿箭头138方向进行轴向移动以接触表面134和136之一，从而轴向移动变速叉轴111、换档拨叉116和离合器88。
为了接合或脱离与第一中间轴40和第一原动机22相关联的第一和第二速度，换档指108横向移动成与换档块件128上的表面134、136对准。换档指108接着沿箭头138的方向轴向移动以接触表面134或136之一，从而轴向移动变速叉轴112、换档拨叉118和离合器86。类似地，为接合或脱离与第一中间轴40和第一原动机22相关联的第三和第四速度，换档指108横向移动成与换档块件130上的表面134、136对准。换档指108接着沿箭头138的方向轴向移动以接触表面134或136之一，从而轴向移动变速叉轴113、换档拨叉120和离合器84。
还可以以导致换档块件124、126、128和130之一以上同时处于非空档位置的方式，操作换档控制机构98。例如，如上所述，可以有选择地操作第二原动机26以实现第一中间轴40和主轴44之间的扭矩断开。在第一中间轴40和主轴44之间应用扭矩断开允许离合器84或86脱离主轴44上的相应第一原动机驱动的变速齿轮。当要求这种齿轮速比交换时，通过轴向移动离合器88来固定主轴44随变速齿轮72和74之一旋转，第二原动机26能够即刻提高施加在主轴44上的扭矩。在该实例中，当固定第一原动机驱动的变速齿轮之一随主轴44旋转时，换档块件128和130会处于非空档位置。为接合离合器88，换档指108能够通过换档块件128和130之间的通道137移向使其得以在槽132内横向移至换档块126的位置。换档指108接着能够沿箭头138的方向轴向移动，以便轴向移动变速叉轴111、换档拨叉116和离合器88，从而固定齿轮72、74之一随主轴44旋转。
在另一实例中，可以要求同时操作第一和第二原动机22和26，同时变速齿轮64、66、70之一或第一变速器输入轴32接合以驱动主轴44。例如，当变速叉轴112工作在引起离合器86得以与主轴44上的变速齿轮66接合的位置时，可以将变速叉轴111推动到引起离合器88接合变速齿轮72而随主轴44旋转的位置。
尽管描述的变速器24中的齿轮变换是受控于变速叉轴组件，但是动力传动***20不限于此。作为选择，可以以液压方式操作离合器84、86、88和90，而不使用变速叉轴型控制机构。离合器84、86、88和90还可以设置在第一和第二中间轴40、42上，可以一种方式(大体类似于变速齿轮接合在主轴44上的方式)接合和脱离旋转支撑在中间轴40、42上的变速齿轮。
在第一原动机22和变速器24之间没有主离合器28的情况下，采用动力传动***20的车辆通常单独借助第二原动机26的动力发动。如上所述，当第一原动机22起发动机作用时，可以在发动车辆之前起动发动机，这要求离合器90固定过桥齿轮92以随第二过桥齿轮94旋转。作为选择，能够在车辆仅借助第二原动机26的动力发动和行驶一段距离后，起动发动机。在发动机升高速度后，第一中间轴40在ECU 30的控制下与主轴44同步并固定以随其旋转。
一旦发动，能够借助第一原动机22、第二原动机26和这些部件组合的动力驱动车辆前行。参照图7，当第一原动机22和第二原动机26固定而随主轴44驱动旋转时，每个原动机的扭矩曲线进行互补以便产生令人满意的总扭矩-速度曲线。如果第二原动机26失灵，第一原动机22还可用于使车辆安全停靠。但是，除非动力传动***20设有主离合器28，否则不能单独借助第一原动机22的动力再次发动车辆。
如果要求车辆进行倒车，则通过离合器88固定变速齿轮74随主轴44旋转，并使第二原动机26沿与其正常向前旋转的方向相反的方向旋转。作为选择，如果需要，在倒车操作中，可以接合主轴88上的变速齿轮72。在车辆倒车期间，第一原动机22不向主轴44输出扭矩。
第二原动机26还可以用于为车辆提供“防反转”特征，即应用扭矩以帮助车辆驾驶员在交通阻塞或某一坡度上保持车辆停靠。根据车辆的重量和要保持的坡度，起电动机作用的第二原动机26的全扭矩滑动(full torqueslip)将低于电动机全速(full motor speed)的大致1-2％。采用电动机提供“防反转”扭矩比采用起发动机作用的第一原动机22更有效，第一原动机需要至少大约25％全扭矩滑动来保持在某一坡度。
在车辆制动期间，第二原动机26可选择性地由主轴44通过第二中间轴42驱动，而作为发电机或者液压泵来对能量存储装置31再充电。作为“再生制动”，该制动补充了常规的摩擦制动来减小车辆的速度。在再生制动期间，为进行合适的能量回收，ECU 30选择式控制第一原动机22、第二原动机26和变速器24的操作。例如，在车辆制动期间，离合器88可以轴向移动以固定变速齿轮72和74随主轴44旋转。主轴44的旋转接着用于驱动第二中间轴42和第二原动机26。当作为发电机操作时，第二原动机对电池或电池组再充电。当作为液压泵操作时，第二原动机26对液压蓄能器再蓄能。为避免拖延并提高再生制动的再生效率，第一原动机22可以有选择地脱离主轴44。但是，在下陡坡期间，可以对ECU 30编程以使第一原动机22在车辆制动中保持与主轴44接合，以便保持车辆的稳定性。
本发明的另一特征在于，第一原动机22可以用于驱动作为发电机或液压泵的第二原动机26以对能量存储装置31再充电。当车辆停靠时，可以选择式致动离合器90以固定第一过桥齿轮92随第二过桥齿轮94旋转，以便连接第二中间轴42随第一中间轴40旋转，如上所述。由于四象限电动机驱动的特性，在通过接合变速齿轮72和74之一随主轴44旋转而使车辆巡行时，还对起电池、电池组或电容器作用的能量存储装置31再充电。当第二原动机26起发电机作用时，第一原动机22可用于选择式驱动第二原动机26，以便通过现有的驱动逆变器为车上和车下电子设备供应dc和ac电力。类似地，当第二原动机26起液压泵作用时，第一原动机22可用于选择式驱动第二原动机26，以便为车上和车下液压设备提供液力。
参照图8，详细描述动力传动***20的另一实施例。在该实施例中，设置有一动力传动***20，其包括第一原动机222，如火花点火式和压缩点火式内燃机；换档变速器224和第二原动机226，如电动机/发电机或液压马达/泵。变速器224包括由变速器壳(未示)旋转支撑的一对中间轴240和242和也由变速器壳旋转支撑的主轴244。第一和第二中间轴240和242、主轴244和其上支撑的各种变速齿轮大体类似于第一实施例中描述的那些部件，这里不对其作更详细的描述。
第一原动机222驱动连接变速器输入轴232，变速器输入轴232通过头套式齿轮296连接第一中间轴240。与图2所示的动力传动***20不同，第二原动机226的输出直接连接第二中间轴242的第一端227，在第二原动机226和第二中间轴242之间不使用头套式齿轮。在该实施例中，第二原动机226最好设置在变速器壳的外部(未示)，并通过变速器壳壁连接第二中间轴242。第一原动机22、第二原动机226和变速器224的操作大体类似于第一实施例中所述的操作，这里不作更详细的描述。
参照图9和10，详细描述动力传动***220的可供选择的实施例。在图9所示的实施例中，第二原动机226的输出直接连接第二中间轴242在第一原动机222和变速器224之间的第二端229。当第一原动机222和变速器224之间的空间是有限的时，第二原动机226可以沿横向安置成靠近变速器224，并通过头套式齿轮231和245连接第二中间轴242，如图10所示。尽管未示出，但是当沿横向安置成靠近变速器224时，通过使头套式齿轮231与变速齿轮262啮合，第二原动机226还可以驱动式连接第二中间轴242的第一端227。第一原动机222、第二原动机226和变速器224的操作大体类似于第一实施例中描述的操作，这里不对其作更详细说明。
参照图11，详细描述动力传动***20的另一实施例。在该实施例中，设置有一动力传动***320，其包括第一原动机322，如火花点火式和压缩点火式内燃机；换档变速器324和第二原动机326，如电动机/发电机或液压马达/泵。变速器324包括主轴344和一对同轴对准的横向靠近主轴344旋转支撑的中间轴340和342。由第一原动机322旋转驱动的第一中间轴340上支撑有多个变速齿轮348、350和352。由第二原动机226旋转驱动的第二中间轴342上支撑有变速齿轮358、360和362。为减小第一中间轴340和第二中间轴342的配合长度，第二中间轴342的一部分可旋转支撑在第一中间轴340内，如图11所示，或反之亦然。
在上述实施例中，变速齿轮364、366和370旋转支撑在主轴344上，并连续与第一中间轴340上的变速齿轮348、350和352分别啮合。类似地，变速齿轮372和374旋转支撑在主轴344上并连续与第二中间轴342上的变速齿轮358和360分别啮合。
根据需要，第一中间轴340可以选择式固定而随第二中间轴342旋转。在上述实施例中，第二中间轴342包括连续与第一过桥齿轮392啮合的齿轮362，第一过桥齿轮392旋转支撑在主轴344上。第一中间轴340包括连续与第二过桥齿轮394啮合的齿轮354，第二过桥齿轮394旋转支撑在第一过桥齿轮392上。当要求第一中间轴340随第二中间轴342固定旋转时，离合器388沿轴向移动以固定第二过桥齿轮394随第一过桥齿轮392旋转。第一原动机322、第二原动机326和变速器324的操作大体类似于上述实施例中描述的操作，这里不对其作更详细说明。
参照图12，详细描述动力传动***320的另一实施例。在该实施例中，第一中间轴340和第二中间轴342大体类似于图11中所示的那些部件，至少一点除外，即，第二中间轴342同轴延伸穿过第一中间轴340，并连接靠近第二中间轴342第二端329的第二原动机326。第一原动机322驱动式连接第一变速器输入轴332，第一变速器输入轴332同心设置在由第二原动机326驱动的第二变速器输入轴334内。根据第二原动机326的输出特性，第二变速器输入轴334可选地通过行星齿轮机构或齿轮系376旋转连接第二中间轴342。作为选择，第二原动机326可以横向安置成靠近变速器324，并通过头套式齿轮331连接第二中间轴342(均由虚线表示)，或以与图9所示类似的方式直接接合第二中间轴342第二端329。
由以上说明应该清楚理解，混合动力传动***20具有比现有技术动力传动***特别是常规发动机/变速器***更优越的许多优点。其中一个优点为，与第二中间轴42配合的第二原动机26可以用于在第一中间轴40和主轴44之间的换档顺序中保持主轴44上的扭矩。类似地，与第一中间轴40配合作的第一原动机22可以用于在第二中间轴42和主轴44之间的换档顺序中保持主轴44上的扭矩。在换档交换期间利用第一原动机22和第二原动机26的输出扭矩以保持主轴44上的扭矩最大程度减小了驱动轮上的扭矩中断，这提高了动力传动***20的换档平滑性和换档质量，并可实现变速器24的自动动力换档。
另一优点是，通过缩小发动机相对于发动机发动和加速单独所需尺寸的尺寸，作为电机工作的第二原动机26可以用于补充在加速期间由第一原动机22提供的扭矩，以提高燃料经济性。另一优点是，第二原动机26可以用于发动车辆，由此不需要主离合器28。另外，可以采用第二原动机26作为电机来驱动车辆倒车，由此不需要倒车惰轮传动装置，从而降低了变速器的复杂性。
另一优点是可以操作第二原动机26作为电机，以便起动作为起动电动机的第一原动机22，由此减小常规起动机所需的质量和空间。比现有技术动力传动***更优越的另一优点是实质上消除了当车辆借助第一原动机22的持续动力巡行时由第二原动机26延迟导致在动力系上施加的不良附加(寄生)载荷。
另一优点是，可以操作第二原动机26作为电机来实现在齿轮速比交换中第一和第二中间轴40、42和主轴44之间的扭矩中断。类似地，可以操作第一原动机22来实现在速比交换中第二中间轴42和主轴44之间的扭矩中断。
另外，当操作为发电机或液压泵时，第二原动机26可以选择式操作，以在刹车中回收电能或液压能，从而提高燃料经济性。另一优点是，通过在第一中间轴40和第二中间轴42之间设置过桥齿轮组，当车辆停靠或车辆行驶时能量存储装置31可以再充电。另一优点是，第二原动机26能够操作为发电机或液压泵，当车辆停靠或行驶时向车上或车下电气装置或液压装置提供动力。
尽管已经描述了本发明的某些优选实施例，但是本发明不限于所述和所示的示例，这些示例仅用于说明实现本发明的最佳方式。本领域的技术人员将认识到，根据本发明的教导可以做出修改和改变，并且这种修改和改变落入由权利要求限定的本发明精神和范围内。

Claims (47)

1、一种动力传动***，包括：
一具有旋转输出的第一原动机；
一具有旋转输出的第二原动机；以及
一换档变速器，它包括：一在其上至少支撑有两个主轴齿轮的主轴；一连接第一原动机并包括至少一个与相应主轴齿轮啮合的变速齿轮的第一独立中间轴；一连接第二原动机并具有至少一个与相应主轴齿轮啮合的变速齿轮的第二独立中间轴，该第一和第二中间轴上的变速齿轮与主轴齿轮配合，以提供第一和第二中间轴各自与主轴之间的至少一齿轮速比；以及一选择式固定主轴以随所述第一和第二中间轴旋转的换档控制机构。
2、如权利要求1所述的动力传动***，其特征在于，还包括连接所述第一原动机和所述第一中间轴的第一变速器输入轴。
3、如权利要求2所述的动力传动***，其特征在于，还包括所述第一原动机和所述第一变速器输入轴之间的主离合器。
4、如权利要求2所述的动力传动***，其特征在于，还包括连接所述第二原动机和所述第二中间轴的第二变速器输入轴。
5、如权利要求4所述的动力传动***，其特征在于，所述第一变速器输入轴同心设置在所述第二变速器输入轴内。
6、如权利要求4所述的动力传动***，其特征在于，在与所述第二中间轴连接之前所述第二变速器输入轴的旋转经历一速度变化。
7、如权利要求6所述的动力传动***，其特征在于，一行星齿轮机构设置在所述第二变速器输入轴和所述第二中间轴之间，以改变所述第二变速器输入轴的速度。
8、如权利要求1所述的动力传动***，其特征在于，所述第一中间轴上支撑有至少两个变速齿轮。
9、如权利要求8所述的动力传动***，其特征在于，所述第二原动机可选择式操作与所述第二中间轴配合，以便在所述第一中间轴和所述主轴之间的齿轮速比交换期间保持所述主轴上的扭矩。
10、如权利要求8所述的动力传动***，其特征在于，选择式接合所述主轴上的齿轮，以便提供所述第一和第二中间轴各自与所述主轴之间的至少两种传动速比，并通过所述换档控制机构进行选择式交换，以便由第一速比至第二速比改变传动速比；所述第二原动机可选择式操作，以便实现所述第一和第二中间轴各自与所述主轴之间的扭矩中断，以便于其间的齿轮速比交换。
11、如权利要求1所述的动力传动***，其特征在于，所述第二中间轴上至少支撑有两个变速齿轮。
12、如权利要求11所述的动力传动***，其特征在于，所述第一原动机可选择式操作与所述第一中间轴配合，以便在所述第二中间轴和所述主轴之间的齿轮速比交换期间保持所述主轴上的扭矩。
13、如权利要求11所述的动力传动***，其特征在于，选择式接合所述主轴上的齿轮，以便提供所述第二中间轴与所述主轴之间的至少两种传动速比，并通过所述换档控制机构进行选择式交换，以便由第一速比至第二速比改变传动速比；所述第一原动机可选择式操作，以便实现所述第二中间轴与所述主轴之间的扭矩中断，以便于其间的齿轮速比交换。
14、如权利要求1所述的动力传动***，其特征在于，所述主轴齿轮可旋转地支撑在所述主轴上。
15、如权利要求1所述的动力传动***，其特征在于，所述变速齿轮可旋转地支撑在所述第一和第二中间轴上。
16、如权利要求1所述的动力传动***，其特征在于，还包括选择式固定所述第一中间轴以随所述第二中间轴旋转的过桥齿轮组。
17、如权利要求16所述的动力传动***，其特征在于，所述过桥齿轮组包括可旋转地支撑在所述主轴上并连接所述第一和第二中间轴之一的第一过桥齿轮，和可旋转地支撑在所述第一过桥齿轮上并连接另一中间轴的第二过桥齿轮。
18、如权利要求17所述的动力传动***，其特征在于，所述过桥齿轮组还包括由所述换档控制机构操作的离合器，其用于选择式固定所述第一过桥齿轮以随所述第二过桥齿轮旋转。
19、如权利要求1所述的动力传动***，其特征在于，所述换档控制机构包括变速叉轴组件。
20、如权利要求19所述的动力传动***，其特征在于，所述变速叉轴组件包括：
至少两个可独立移动、总体上横向隔开并总体上纵向延伸的变速叉轴，它们被安装用于沿相反方向轴向滑离空档位置，所述变速叉轴各自带有使所述变速器中至少一个齿轮接合和脱离的换档拨叉；以及
由每个变速叉轴承载的换档块件，每个换档块件限定一对纵向隔开并总体上横向相对延伸的表面，该表面间的宽度足以使换挡杆沿总体上横向通过，该换挡杆可***纵以接合换档块的总体上横向延伸的相对表面之一，以便沿轴向移动相应的变速叉轴，该换档块件还在其间限定了总体上轴向延伸的通道，该通道的宽度足以使该换挡杆沿一总体上轴向通过。
21.如权利要求20所述的动力传动***，其特征在于，所述变速叉轴之一可选择式由所述空档位置移至至少一个轴向移置位置，同时另一变速叉轴处于由所述空档位置轴向移置的位置。
22.如权利要求20所述的动力传动***，其特征在于，每个换档块件可选择式由所述空档位置移至引起下列之一的轴向移置位置：
(i)所述主轴被接合随所述第一中间轴旋转，
(ii)所述主轴被接合随所述第二中间轴旋转，以及
(iii)所述第一中间轴被接合随所述第二中间轴旋转。
23.如权利要求20所述的动力传动***，其特征在于，所述变速叉轴组件包括多个变速叉轴，每个变速叉轴带有接合和脱离所述变速器中至少一齿轮速比的换档拨叉和随其移动的换档块件。
24.如权利要求23所述的动力传动***，所述变速叉轴中至少之一可选择式由空档位置移至至少一个轴向移置位置，同时其它变速叉轴中至少之一处于由所述空档位置轴向移置的位置。
25.如权利要求1所述的动力传动***，其特征在于，所述第二中间轴包括面对所述第一原动机的前端和面向与所述前端相反方向的后端；所述第二原动机连接所述第二中间轴的所述前端和所述后端之一。
26.如权利要求25所述的动力传动***，其特征在于，所述第二原动机的输出直接连接所述第二中间轴。
27.如权利要求25所述的动力传动***，其特征在于，所述第二原动机安置成横向靠近所述变速器，并通过至少一个头套式齿轮连接所述第二中间轴。
28.如权利要求1所述的动力传动***，其特征在于，所述第二中间轴与所述第一中间轴以同轴方式对准。
29.如权利要求28所述的动力传动***，其特征在于，所述第二中间轴的一部分穿过所述第一中间轴延伸至面向所述第一原动机的前端；所述第二原动机连接所述第二中间轴的前端。
30.一种动力传动***，包括：
具有旋转输出的第一原动机；
具有旋转输出的第二原动机；以及
变速器，它包括：主轴、在所述第一原动机与所述主轴之间限定的用于将所述第一原动机的旋转输出传递给所述主轴的第一扭矩路径，和在所述第二原动机与所述主轴之间限定的用于将所述第二原动机的旋转输出独立地传递给所述主轴的第二扭矩路径。
31.如权利要求30所述的动力传动***，其特征在于，所述第一扭矩路径由第一中间轴限定，所述第二扭矩路径由第二中间轴限定。
32.如权利要求31所述的动力传动***，其特征在于，所述第一和第二中间轴上各自支撑有至少一个变速齿轮，其与相应主轴齿轮啮合以提供所述第一和第二中间轴各自与所述主轴之间的至少一种齿轮速比。
33.如权利要求32所述的动力传动***，其特征在于，所述第二原动机可选择式操作与所述第二中间轴配合，以在所述第一中间轴和所述主轴之间的齿轮速比交换期间保持所述主轴上的扭矩。
34.如权利要求32所述的动力传动***，其特征在于，所述主轴上的齿轮随之选择式接合，以便提供所述第一和第二中间轴各自与所述主轴之间的至少两种传动速比，并通过所述换档控制机构进行选择式交换，以便由第一速比至第二速比改变所述传动速比；所述第二原动机可选择式操作，以便实现所述第一和第二中间轴各自与所述主轴之间的扭矩中断，以便于其间的齿轮速比交换。
35.如权利要求32所述的动力传动***，其特征在于，所述第一原动机可选择式操作与所述第一中间轴配合，以在所述第二中间轴和所述主轴之间的齿轮速比交换期间保持所述主轴上的扭矩。
36.如权利要求32所述的动力传动***，其特征在于，选择式接合所述主轴上的齿轮，以便提供所述第二中间轴与所述主轴之间的至少两种传动速比，并通过所述换档控制机构进行选择式交换，以便由第一速比至第二速比改变所述传动速比；所述第一原动机可选择式操作，以便实现所述第二中间轴与所述主轴之间的扭矩中断，以便于其间的齿轮速比交换。
37.如权利要求31所述的动力传动***，其特征在于，所述第二中间轴包括面对所述第一原动机的前端和面向与所述前端相反的方向的后端；所述第二原动机连接所述第二中间轴的所述前端和所述后端之一。
38.如权利要求37所述的动力传动***，其特征在于，所述第二原动机的输出直接连接所述第二中间轴。
39.如权利要求37所述的动力传动***，其特征在于，所述第二原动机安置成横向靠近所述变速器，并通过至少一个头套式齿轮连接所述第二中间轴。
40.如权利要求31所述的动力传动***，其特征在于，所述第二中间轴与所述第一中间轴同轴对准。
41.如权利要求40所述的动力传动***，其特征在于，所述第二中间轴的一部分穿过所述第一中间轴延伸到面向所述第一原动机的前端；所述第二原动机连接所述第二中间轴的前端。
42.一种用于包括第一原动机和第二原动机的车辆动力传动系中的变速器，包括：
一其上支撑有至少两个主轴齿轮的主轴；
一连接所述第一原动机并包括至少一个与相应主轴齿轮啮合的变速齿轮的第一独立中间轴；
一连接所述第二原动机并具有至少一个与相应主轴齿轮啮合的变速齿轮的第二独立中间轴，所述第一和第二中间轴上的变速齿轮与主轴齿轮配合以提供所述第一和第二中间轴各自与所述主轴之间的至少一种齿轮速比；以及
一选择式固定所述主轴以随所述第一和第二中间轴旋转的换档控制机构。
43.一种用于变速杆操作的换档变速器的换档控制机构，包括：
换挡拨叉轴组件，它包括：至少两个可独立移动、总体上横向隔开并总体上纵向延伸的变速叉轴，所述变速叉轴被安装用于沿相反方向轴向滑离空档位置，所述变速叉轴各自带有使所述变速器中至少一个齿轮接合和脱离的换档拨叉；和
由每个变速叉轴承载的换档块件，每个换档块件限定一对纵向隔开并总体上横向相对延伸的表面，该表面间的宽度足以使换挡杆沿总体上横向通过，该换挡杆可***纵以接合换档块的总体上横向延伸的相对表面之一，以便沿轴向移动相应的变速叉轴，该换档块件还在其间限定了总体上轴向延伸的通道，该通道的宽度足以使该换挡杆沿一总体上轴向通过。
44.如权利要求43所述的换档控制机构，其特征在于，所述变速叉轴之一可选择式由所述空档位置移至至少一个轴向移置位置，同时另一变速叉轴处于由所述空档位置轴向移置的位置。
45.如权利要求43所述换档控制机构，其特征在于，所述变速器包括主轴、第一中间轴和第二中间轴；每个换档块件可选择式由所述空档位置移至引起下列之一的轴向移置位置：
(iv)所述主轴被接合随所述第一中间轴旋转，
(v)所述主轴被接合随所述第二中间轴旋转，以及
(vi)所述第一中间轴被接合随所述第二中间轴旋转。
46.如权利要求43所述换档控制机构，其特征在于，所述换挡拨叉轴组件包括多个变速叉轴，每个变速叉轴带有接合和脱离所述变速器中至少一齿轮速比的换档拨叉和随其移动的换档块件。
47.如权利要求46所述换档控制机构，其特征在于，所述变速叉轴中至少之一可选择式由空档位置移至至少一个轴向移置位置，同时其它变速叉轴中至少之一处于由所述空档位置轴向移置的位置。
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