串聯操作模式和複合分配操作模式間同步轉換的混合變速器的製作方法

2023-04-27 04:54:01

專利名稱：串聯操作模式和複合分配操作模式間同步轉換的混合變速器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有串聯和複合分配(compound-split)操作模式這兩者的混合變速器。
背景技術：
車輛的混合動力系在不同的車輛工作狀態下使用不同的動力源。電-機械混合動力系通常具有內燃發動機(如，柴油發動機或汽油發動機)以及一個或多個電動機/發電機。不同的操作模式(如，僅發動機工作的操作模式、僅電動機工作的操作模式、和混合操作模式)，是通過以不同的組合來接合制動器和/或離合器並控制發動機和電動機/發電機而建立的。多種操作模式是有利的，因為它們可用來提高燃料經濟性。然而，混合動力系所需的額外部件(如，電動機/發電機、制動器和/或離合器)會提高總的車輛成本和封裝空間要求。

發明內容
本發明提供一種混合變速器，該混合變速器被配置成在混合串聯操作模式與複合分配操作模式之間同步地轉換，而不會滑轉任何扭矩傳遞機構。該變速器包括可操作地與發動機相連的輸入構件、輸出構件、以及多個可選擇性接合的扭矩傳遞機構。還提供了齒輪傳動裝置、以及可操作地與齒輪傳動裝置相連的第一和第二電動機/發電機。接合扭矩傳遞機構中的第一扭矩傳遞機構，從而在輸入構件與輸出構件之間建立混合串聯操作模式； 接合扭矩傳遞機構中的第二扭矩傳遞機構，從而在輸入構件與輸出構件之間建立複合分配操作模式。在混合串聯操作模式與複合分配操作模式之間的轉換是同步的，而不會滑轉扭矩傳遞機構，並且該轉換在發動機開啟時進行。本文中所使用的「同步地」表示沒有任何扭矩傳遞機構的顯著滑轉，使得控制器可以在大致相同的時間命令一個或多個扭矩傳遞機構發生分離以及一個或多個其它扭矩傳遞機構發生接合。在轉換期間離合器的接合或分離狀態的反饋不像在受控滑轉的情況中那樣是必需的，因此簡化了離合器控制算法和液壓供給系統。在車輛高速行駛期間可以採用複合分配操作模式，從而使與串聯操作相關聯尤其是與高速電動機相關聯的電損耗最小化。因為複合分配模式使用行星齒輪組，所以電動機可在相對較低的轉速下運行。通過實現同步轉換並且避免滑轉，可以容易地選擇這兩種模式中的任一模式並且使損耗最小化。該轉換在與固定檔位點(fixed gear point)相對應的變速器扭矩比下進行，其中基本上所有的從輸入到輸出的功率均可以通過機械方式傳遞， 而沒有顯著的功率通過電的方式傳遞。本發明還涉及以下技術方案。方案1. 一種可操作地與發動機相連的混合變速器，包括 可操作地與所述發動機相連的輸入構件；輸出構件；
多個可選擇性接合的扭矩傳遞機構； 齒輪傳動裝置；
可操作地與所述齒輪傳動裝置相連的第一和第二電動機/發電機； 其中，接合第一扭矩傳遞機構，從而在所述輸入構件與所述輸出構件之間建立混合串聯操作模式；
其中，接合第二扭矩傳遞機構，從而在所述輸入構件與所述輸出構件之間建立複合分配操作模式；並且
其中，所述混合串聯操作模式與所述複合分配操作模式之間的轉換是同步的，而不會滑轉所述扭矩傳遞機構。方案2.如方案1所述的混合動力系，其中，所述多個可選擇性接合的扭矩傳遞機構僅包括所述第一扭矩傳遞機構和所述第二扭矩傳遞機構。方案3.如方案1所述的混合動力系，其中，所述齒輪傳動裝置包括多個行星齒輪組，各行星齒輪組具有多個齒輪構件；其中，在所述串聯操作模式中，從第一組齒輪構件到第二組齒輪構件的功率流是經由通過所述電動機/發電機的電路徑；並且其中，在所述複合分配操作模式中，從所述第一組齒輪構件到所述第二組齒輪構件的功率流是經由通過接合所述第二扭矩傳遞機構所建立的機械路徑。方案4.如方案3所述的混合動力系，其中，所述行星齒輪組包括第一、第二和第三行星齒輪組；其中，所述輸入構件與所述第一行星齒輪組的第一構件相連以便共同旋轉； 其中，所述第一電動機/發電機與所述第一行星齒輪組的第二構件以及與所述第二行星齒輪組的第一構件相連以便共同旋轉；並且其中，所述第一行星齒輪組的第三構件通過所述第一扭矩傳遞機構的接合而選擇性地固接到所述靜止構件，並且持續地與所述第三行星齒輪組的第一構件相連以便共同旋轉；
其中，所述第二電動機/發電機持續地與所述第二行星齒輪組的第二構件以及所述第三行星齒輪組的第二構件相連以便共同旋轉；其中，所述輸出構件持續地與所述第三行星齒輪組的第三構件相連以便共同旋轉；並且其中，所述第二扭矩傳遞機構可選擇性地接合， 從而將所述第二行星齒輪組的第三構件與互連的所述第一行星齒輪組的第三構件和所述第三行星齒輪組的第一構件相連以便共同旋轉。方案5.如方案4所述的混合動力系，其中，所述第一行星齒輪組的第一構件是齒圈構件，所述第一行星齒輪組的第二構件是太陽齒輪構件，所述第一行星齒輪組的第三構件是齒輪架構件；並且其中，所述第三行星齒輪組的第一構件是齒圈構件，所述第三行星齒輪組的第二構件是太陽齒輪構件，所述第三行星齒輪組的第三構件是齒輪架構件。方案6.如方案5所述的混合動力系，其中，所述第二行星齒輪組的第一構件是齒圈構件，所述第二行星齒輪組的第二構件是太陽齒輪構件，所述第二行星齒輪組的第三構件是齒輪架構件。方案7.如方案5所述的混合動力系，其中，所述第二行星齒輪組的第一構件是太陽齒輪構件，所述第二行星齒輪組的第二構件是齒圈構件，所述第二行星齒輪組的第三構件是齒輪架構件。方案8.如方案4所述的混合動力系，其中，所述第一行星齒輪組的第一構件是齒輪架構件，所述第一行星齒輪組的第二構件是齒圈構件，所述第一行星齒輪組的第三構件是太陽齒輪構件；其中，所述第二行星齒輪組的第一構件是太陽齒輪構件，所述第二行星齒輪組的第二構件是齒圈構件，所述第二行星齒輪組的第三構件是齒輪架構件；並且其中，所述第三行星齒輪組的第一構件是齒輪架構件，所述第三行星齒輪組的第二構件是太陽齒輪構件，所述第三行星齒輪組的第三構件是齒圈構件。方案9.如方案4所述的混合動力系，其中，所述第一行星齒輪組的第一構件是齒輪架構件，所述第一行星齒輪組的第二構件是太陽齒輪構件，所述第一行星齒輪組的第三構件是齒圈構件；其中，所述第二行星齒輪組的第一構件是太陽齒輪構件，所述第二行星齒輪組的第二構件是齒輪架構件，所述第二行星齒輪組的第三構件是齒圈構件；並且其中，所述第三行星齒輪組的第一構件是齒輪架構件，所述第三行星齒輪組的第二構件是太陽齒輪構件，所述第三行星齒輪組的第三構件是齒圈構件。方案10.如方案3所述的混合動力系，其中，所述第一扭矩傳遞機構的接合可操作地將所述第一組齒輪構件中的一個構件連接到所述靜止構件；並且其中，所述第二扭矩傳遞機構的接合可操作地將所述第一組齒輪構件中的一個構件連接到所述第二組齒輪構件中的一個構件以便以恆定比率旋轉。方案11.如方案3所述的混合動力系，其中，所述第一扭矩傳遞機構的接合可操作地將所述第二組齒輪構件中的一個構件連接到所述靜止構件；並且其中，所述第二扭矩傳遞機構的接合可操作地將所述第二組齒輪構件中的一個構件連接到所述第二組齒輪構件中的另一個構件以便以恆定比率旋轉。方案12.如方案3所述的混合動力系，其中，所述第一扭矩傳遞機構的接合可操作地將所述第一組齒輪構件中的一個和所述第二組齒輪構件中的一個構件與所述靜止構件相連。方案13.如方案1所述的混合動力系，其中，當所述第一扭矩傳遞機構被接合且所述第二扭矩傳遞機構未接合時，所述第一電動機/發電機可操作以起動所述發動機。方案14. 一種可操作地與發動機相連的混合變速器，包括 可操作地與所述發動機相連的輸入構件；
輸出構件； 靜止構件；
第一和第二可選擇性接合的扭矩傳遞機構；
第一、第二和第三行星齒輪組，各行星齒輪組具有第一構件、第二構件和第三構件；其中，所述變速器沒有其它行星齒輪組； 第一和第二電動機/發電機；
其中，所述輸入構件與所述第一行星齒輪組的第一構件相連以便共同旋轉；其中，所述第一電動機/發電機與所述第一行星齒輪組的第二構件相連以便共同旋轉；其中，所述第一行星齒輪組的第三構件通過所述第一扭矩傳遞機構的接合而選擇性地固接到所述靜止構件；
其中，所述第二電動機/發電機持續地與所述第二和第三行星齒輪組之一的第二構件相連以便共同旋轉；其中，所述輸出構件持續地與所述第三行星齒輪組的第三構件相連以便共同旋轉；第一互連構件持續地將所述第一行星齒輪組的第二構件與所述第二行星齒輪組的第一構件相連以便共同旋轉；
第二互連構件持續地將所述第一行星齒輪組的第三構件與所述第三行星齒輪組的第一構件相連以便共同旋轉；
第三互連構件持續地將所述第二行星齒輪組的第二構件與所述第三行星齒輪組的第二和第三構件中的一個構件相連以便共同旋轉；
其中，所述第一扭矩傳遞機構可選擇性地接合，從而將所述第一行星齒輪組的第三構件固接到所述靜止構件；
其中，所述第二扭矩傳遞機構可選擇性地接合，從而將所述第二行星齒輪組的第三構件與所述第二互連構件相連以便共同旋轉；其中，接合所述第一扭矩傳遞機構，從而在所述輸入構件與所述輸出構件之間建立混合串聯操作模式；
其中，接合所述第二扭矩傳遞機構，從而在所述輸入構件與所述輸出構件之間建立複合分配操作模式；並且
其中，所述混合串聯操作模式與所述複合分配操作模式之間的轉換是同步的，而不會滑轉所述扭矩傳遞機構。方案15.如方案14所述的混合變速器，其中，所述第一行星齒輪組的第一構件是齒圈構件，所述第一行星齒輪組的第二構件是太陽齒輪構件，並且所述第一行星齒輪組的第三構件是齒輪架構件；並且其中，所述第三行星齒輪組的第一構件是齒圈構件，所述第三行星齒輪組的第二構件是太陽齒輪構件，並且所述第三行星齒輪組的第三構件是齒輪架構件。方案16.如方案14所述的混合變速器，其中，所述第二行星齒輪組的第一構件是齒圈構件，所述第二行星齒輪組的第二構件是太陽齒輪構件，所述第二行星齒輪組的第三構件是齒輪架構件。方案17.如方案14所述的混合變速器，其中，所述第二行星齒輪組的第一構件是太陽齒輪構件，所述第二行星齒輪組的第二構件是齒圈構件，所述第二行星齒輪組的第三構件是齒輪架構件。方案18.如方案14所述的混合變速器，其中，所述第一行星齒輪組的第一構件是齒輪架構件，所述第一行星齒輪組的第二構件是齒圈構件，所述第一行星齒輪組的第三構件是太陽齒輪構件；其中，所述第二行星齒輪組的第一構件是太陽齒輪構件，所述第二行星齒輪組的第二構件是齒圈構件，所述第二行星齒輪組的第三構件是齒輪架構件；並且其中， 所述第三行星齒輪組的第一構件是齒輪架構件，所述第三行星齒輪組的第二構件是太陽齒輪構件，所述第三行星齒輪組的第三構件是齒圈構件。方案19.如方案14所述的混合變速器，其中，所述第一行星齒輪組的第一構件是齒輪架構件，所述第一行星齒輪組的第二構件是太陽齒輪構件，所述第一行星齒輪組的第三構件是齒圈構件；其中，所述第二行星齒輪組的第一構件是太陽齒輪構件，所述第二行星齒輪組的第二構件是齒輪架構件，所述第二行星齒輪組的第三構件是齒圈構件；並且其中， 所述第三行星齒輪組的第一構件是齒輪架構件，所述第三行星齒輪組的第二構件是太陽齒輪構件，第三行星齒輪組的第三構件是齒圈構件。方案20. —種可操作地與發動機連接的混合變速器，包括輸入構件，其可操作地與所述發動機連接； 輸出構件； 靜止構件；
僅兩個可選擇性接合的扭矩傳遞機構； 包含九個可旋轉的齒輪元件的齒輪傳動裝置；
第一和第二電動機/發電機；其中，所述第一電動機/發電機持續地與所述九個齒輪元件中的第一和第二齒輪元件相連以便共同旋轉；其中，所述第二電動機/發電機持續地與所述九個齒輪元件中的第三和第四齒輪元件中的至少一個相連以便共同旋轉；其中，所述輸入構件和所述輸出構件分別持續地與所述九個齒輪元件中的第五和第六齒輪元件相連以便共同旋轉；其中，所述九個齒輪元件中的第五和第六齒輪元件不與所述電動機/發電機中的任何一個持續地相連以便共同旋轉；
其中，接合第一扭矩傳遞機構，從而將所述九個齒輪元件中的第七和第八齒輪元件連接到所述靜止構件，從而在所述輸入構件與所述輸出構件之間建立混合串聯操作模式；
其中，接合第二扭矩傳遞機構，從而將所述齒輪元件中的第九齒輪元件與所述第七和第八齒輪元件相連以便共同旋轉，從而在所述輸入構件與所述輸出構件之間建立複合分配操作模式；並且
其中，所述混合串聯操作模式與所述複合分配操作模式之間的轉換是同步的，而不會滑轉所述扭矩傳遞機構。從以下對用以實施本發明的最佳方式的詳細描述中，並結合附圖，將容易地了解本發明的上述特徵和優勢以及其它特徵和優勢。


圖1是混合動力系的第一實施例的示意性符號圖。圖2是圖1的動力系的、電動機轉速與變速器輸入的比率以及電動機扭矩與變速器扭矩的比率和變速器扭矩比之間的關係圖。圖3是混合動力系的第二實施例的示意性符號圖。圖4是圖3的動力系的、電動機轉速與變速器輸入的比率以及電動機扭矩與變速器扭矩的比率和變速器扭矩比之間的關係圖。圖5是混合動力系的第三實施例的示意性符號圖。圖6是圖5的動力系的、電動機轉速與變速器輸入的比率以及電動機扭矩與變速器扭矩的比率和變速器扭矩比之間的關係圖。圖7是混合動力系的第四實施例的示意性符號圖。圖8是圖7的動力系的、電動機轉速與變速器輸入的比率以及電動機扭矩與變速器扭矩的比率和變速器扭矩比之間的關係圖。
具體實施例方式參照附圖，圖1中示出了混合動力系10，該混合動力系包括可操作地連接到混合變速器14的發動機12。發動機輸出構件(如曲軸)與變速器14的輸入構件16可操作地連接以隨之旋轉。本文中所使用的「發動機」包括被連接成在輸入構件16處提供扭矩的任何動力源，輸入構件16未由儲存於電池60中的電力提供動力。例如，發動機包括內燃發動機、柴油發動機、旋轉發動機等。在串聯混合操作模式和複合分配混合操作模式下，動力系 10均可操作以在變速器14的輸出構件17處提供牽引扭矩，如下所述。變速器14具有三個行星齒輪組20、30和40，各行星齒輪組均為簡單行星齒輪組。 行星齒輪組20具有太陽齒輪構件22、齒圈構件M和齒輪架構件26。可旋轉地被支承於齒輪架構件26上的小齒輪27與齒圈構件M和太陽齒輪構件22均嚙合。行星齒輪組30具有太陽齒輪構件32、齒圈構件34和齒輪架構件36。可旋轉地被支承於齒輪架構件36上的小齒輪37與齒圈構件34和太陽齒輪構件32均嚙合。行星齒輪組40具有太陽齒輪構件42、 齒圈構件44和齒輪架構件46。可旋轉地被支承於齒輪架構件46上的小齒輪47與齒圈構件44和太陽齒輪構件42均嚙合。輸入構件16與齒圈構件M持續地相連以便共同旋轉。 輸出構件17與齒輪架構件46持續地相連以便共同旋轉。變速器包括第一電動機/發電機50A和第二電動機/發電機50B。電動機/發電機50A具有轉子52A，轉子52A與齒圈構件34相連以便共同旋轉；以及定子54A，定子54A 固接到靜止構件80 (如變速器殼體)。第二電動機/發電機50B具有轉子52B和定子MB。 定子54B固接到靜止構件80。能量存儲裝置(如，電池60)利用傳輸導體可操作地連接到定子54A、54B。控制器62控制電池60與定子54A、54B之間通過功率逆變器64進行的電轉換；功率逆變器64將由電池所提供的直流電轉變成電動機/發電機50A、50B運行所需的交流電(當電動機/發電機50A、50B作為發電機運行時，則相反)。太陽齒輪構件22與齒圈構件34持續地相互連接以便共同旋轉，並且利用互連構件70與轉子52A相連。齒輪架構件沈利用互連構件72與齒圈構件44持續地相連以便共同旋轉。太陽齒輪構件32、42利用互連構件74相連以便共同旋轉。轉子52B的轉子轂也與互連構件74相連以便共同旋轉，使得太陽齒輪構件32和42以與轉子52B相同的速度旋轉。變速器14僅包括兩個扭矩傳遞機構。制動器Bl可選擇性地接合，從而將齒輪架構件26固接到靜止構件80。離合器Cl可選擇性地接合，而將互連構件72因而將齒輪架構件沈和齒圈構件44與齒輪架構件36相連以便共同旋轉。通過控制電動機/發電機50A、 50B以及離合器Cl和制動器Bi，可獲得三個不同的操作模式用於向前推進。電動機/發電機50A、50B還可在再生制動模式中捕獲制動能量，並且可被控制成由冷起動或者由停止/ 起動(即，當被暫時關閉而車輛在另一種模式下工作時)起動發動機12。通過接合制動器Bl、不接合離合器Cl (即，如果以前被接合則使其分離)、控制電動機/發電機50A使其起發電機的作用、並且控制電動機/發電機50B使其起電動機的作用來建立串聯操作模式。因為制動器Bl被接合，所以齒輪架構件沈和齒圈構件44是靜止的。來自發動機12的扭矩以行星齒輪組20所建立的傳動比被提供給轉子52A。該扭矩被轉變為電能，該電能被存儲於電池60中或者經由64被直接傳遞至電動機/發電機50B以給電動機/發電機50B提供電力使其起電動機的作用，從而在太陽齒輪構件42處提供扭矩。 該扭矩通過行星齒輪組40被倍增，並且被提供在輸出構件17處。因為齒輪架構件36不連接到任何其它構件或靜止構件，所以行星齒輪組30在串聯操作模式中是不起作用的。串聯操作模式需要兩組齒輪構件，這兩組齒輪構件被布置成使得提供給連接到第二組齒輪構件的一個構件上的電動機/發電機的電力決定第二組齒輪構件的旋轉速度。第一組齒輪構件將發動機12與第一電動機/發電機50A相連，第二組齒輪構件將第二電動機/發電機50B與輸出構件17相連。串聯操作模式是有利的，因為在發動機12與輸出構件17之間沒有純機械功率流路徑。因此，在利用電動機/發電機50A、50B使發動機12再起動的輸出扭矩中，旋轉損失(spin loss)和中斷率(disruption)是較低的。在串聯操作模式中，第一組齒輪構件包括提供從發動機12到電動機/發電機50A的功率流路徑的那些齒輪構件(即，齒圈構件對、齒輪架構件26、互連的太陽齒輪構件22和齒圈構件34)。第二組齒輪構件包括提供從第二電動機/發電機50B到輸出構件17的功率流路徑的那些齒輪構件(即，互連的太陽齒輪構件32和42、齒輪架構件46、齒圈構件44、和齒輪架構件 36(在串聯操作模式中自由旋轉))。此外，為了保持電動機尺寸相對較小，在串聯模式中驅動輸出構件17的電動機/發電機50B應當具有到輸出構件17的齒輪傳動比。這就需要有固接的構件，在此情況下為齒圈構件44。
當接合離合器Cl且不接合制動器Bl (即，如果以前是接合的則使其分離)時，提供複合分配操作模式。複合分配操作模式對於高速行駛期間的有效率操作是有利的，因為它允許降低電動機轉速並且降低經過電力路徑的功率。亦即，不是將所有的機械功率轉變成電力然後再經電動機/發電機50A、50B轉變成機械功率，而在串聯操作模式中則是這種情況。複合分配操作模式需要四個行星齒輪構件，這四個行星齒輪構件不相互連接以便共同旋轉，而是利用差動齒輪裝置相互連接(即，與輸入構件16相連以隨其旋轉的一個構件(齒圈構件M)、與電動機/發電機50A相連以隨其旋轉的構件(互連的構件22、34)、與電動機/發電機50B相連以隨其旋轉的構件(互連的太陽齒輪構件32、42)、和與輸出構件 17相連以隨其旋轉的構件(齒輪架構件46))。第五構件，即齒輪架構件36，在串聯操作模式中不與任何其它齒輪組構件相連，因而如在以上描述的串聯操作模式中所需的那樣，有助於將這四個所需構件分為第一組和第二組。然後，可以接合離合器Cl而轉換為複合分配操作模式，使得構件26、36和44相互連接，從而作為單個第五構件而工作，並且在向串聯操作模式轉換期間可被固接，同時仍然允許其它四個構件運動，正如串聯操作模式所要求的， 從而滿足複合分配操作模式的要求，即，存在利用差動齒輪裝置而相互連接的四個構件。在複合分配操作模式中，發動機12在齒圈構件M處提供扭矩，電動機/發電機 50A向太陽齒輪構件22和齒圈構件34提供扭矩或者從太陽齒輪構件22和齒圈構件34接收扭矩。來自發動機12和電動機/發電機50A的扭矩通過行星齒輪組20被合併，再流向互連的齒輪架構件沈、齒輪架構件36和齒圈構件44。在互連的太陽齒輪構件32、42處向電動機/發電機50B提供扭矩或者由電動機/發電機50B提供扭矩。在齒圈構件44處所提供的來自發動機12的扭矩以及在太陽齒輪構件42處從電動機/發電機50B所接收的或向電動機/發電機50B所提供的扭矩，通過行星齒輪組40被分配，從而在齒輪架構件46和輸出構件17處提供扭矩。因此，扭矩在行星齒輪組20處被分配(輸入分配)並且在行星齒輪組40處被再次分配(輸出分配)，從而使該操作模式成為複合分配操作模式。從串聯操作模式向複合分配操作模式的轉換可通過控制電動機/發電機50A使齒輪架構件36的速度與齒輪架構件沈的速度相等(在串聯操作模式中，齒輪架構件沈的速度為零)而隨著離合器Cl與制動器Bl的同步轉換而發生。零轉速的齒輪構件(齒輪架構件沈和齒輪架構件36)必須不同於串聯操作所需的四個齒輪構件，因為在串聯操作模式中所有這些齒輪構件必須是旋轉的。然後，可以接合離合器Cl，同時釋放制動器Bi。無需滑轉離合器Cl，因為在齒輪架構件沈與齒輪架構件36之間沒有速度差異。因此，沒有由於滑轉所造成的機械損失。此外，可以在此同步速度下接合離合器Cl，同時制動器Bl仍然保持接合，從而建立固定比率操作模式。例如，如果行星齒輪組20和30的齒圈構件與太陽齒輪構件的比率為1. 5並且行星齒輪組40的齒圈構件與太陽齒輪構件的比率為2. 0，則如果離合器Cl和制動器Bl均被接合，那麼在輸入構件16與輸出構件17之間將形成1. 55的固定傳動比。當接合了制動器Bl時，如果發動機停止，則可以控制電動機/發電機50A使其作為電動機而運行，以起動發動機12。因為未接合離合器Cl，所以行星齒輪組30是不起作用的(不攜載扭矩)並且在起動發動機12時扭矩不被傳遞至輸出構件17。在串聯操作模式和複合分配操作模式下，均可以控制電動機/發電機50B使其作為發電機而運行，從而在車輛制動期間將輸出構件17處的部分扭矩轉變成電能。參照圖2，圖示說明了複合分配操作模式，其中將電動機/發電機50A(電動機A) 的扭矩與輸入構件16的扭矩之比率跟輸入構件16的扭矩與輸出構件17的扭矩之比率之間的關係圖示為曲線90。將電動機/發電機50B(電動機B)的扭矩與輸入構件16的扭矩之比率跟輸入構件16的扭矩與輸出構件17的扭矩之比率之間的關係圖示為曲線92。將電動機/發電機50A的轉速與輸入構件16的轉速之比率跟輸入構件16的扭矩與輸出構件17 的扭矩之比率之間的關係圖示為曲線94。將電動機/發電機50B的轉速與輸入構件16的轉速之比率跟輸入構件16的扭矩與輸出構件17的扭矩之比率之間的關係圖示為曲線96。圖2代表了動力系10的複合分配操作模式，假設沒有使用電池的電力，因而電動機/發電機50A和50B是功率平衡的(即，電動機/發電機50A的轉速與扭矩的乘積等於電動機/發電機50B的轉速與扭矩的乘積)。在點A處，在接合制動器Bl的串聯模式中，可以接合離合器Cl，但是它在初期將不攜載扭矩和功率，因為齒輪架構件沈和互連構件72是靜止的。從串聯模式向複合分配模式的轉換在恆定的變速器扭矩比1. 55下發生(點A至點B)，同時電動機/發電機50A減小扭矩，由此卸載制動器Bl上的扭矩並且將扭矩加載於離合器Cl上。與此同時，這使從發動機12直接傳遞至輸出構件17的機械功率的份額從零 (串聯模式)增加至機械功率與電功率之間的某一中間分配(intermediate split)。當制動器Bl被完全卸載時，它脫離接合，並且變速器可以提高比率或者降低比率(ratio up or down)。在圖2所示的操作中，在從串聯操作模式向複合分配操作模式進行的恆定比率轉換之後，變速器14在複合分配模式中開始在扭矩比方面降低比率(即，朝向圖2中的左邊)。 可替代地，電動機/發電機50A的扭矩可以通過向下移動到圖2中的點C而減小到零。在此點，變速器14處於具有100%機械功率傳遞且沒有電損耗的固定檔位模式(fixed gear mode)。注意到，在複合分配模式中，有兩個其它的點D和E，在這兩個點處也有100%的機械功率傳遞，因為電動機/發電機50A或50B中的一個是靜止的。然而，在這些點，在靜止的電動機處電動機扭矩是非零的，其消耗來自電池60的電力。圖3示出了混合動力系110的另一個實施例，混合動力系110包括混合變速器 114並且在串聯混合操作模式和複合分配混合操作模式中均可操作以在輸出構件17處提供牽引扭矩，如下所述。給與圖1和圖2中的部件相同的部件標上相同的附圖標記。變速器114具有三個行星齒輪組120、130和140，各行星齒輪組均為簡單行星齒輪組。行星齒輪組120具有太陽齒輪構件122、齒圈構件IM和齒輪架構件126。可旋轉地被支承於齒輪架構件126上的小齒輪127與齒圈構件IM和太陽齒輪構件122均嚙合。行星齒輪組130具有太陽齒輪構件132、齒圈構件134和齒輪架構件136。可旋轉地被支承於齒輪架構件136上的小齒輪137與齒圈構件134和太陽齒輪構件132均嚙合。行星齒輪組 140具有太陽齒輪構件142、齒圈構件144和齒輪架構件146。可旋轉地被支承於齒輪架構件146上的小齒輪147與齒圈構件144和太陽齒輪構件142均嚙合。輸入構件16與齒圈構件IM持續地相連以便共同旋轉。輸出構件17與齒輪架構件146持續地相連以便共同旋轉。變速器114包括第一電動機/發電機150A和第二電動機/發電機150B。電動機 /發電機150A具有轉子152A，轉子152A與齒圈構件134相連以便共同旋轉；以及定子 154A，定子154A被固接到靜止構件80。第二電動機/發電機150B具有轉子152B和定子 154B。定子154B被固接到靜止構件80。電池60利用傳輸導體可操作地連接到定子154A、 154B。控制器62控制電池60與定子154A、154B之間通過功率逆變器64進行的電轉換。太陽齒輪構件122與太陽齒輪構件132持續地相互連接以便共同旋轉，並且利用互連構件170與轉子152A相連。齒輪架構件1 利用互連構件172與齒圈構件144持續地相連以便共同旋轉。齒圈構件134和電動機/發電機152B利用互連構件174與太陽齒輪構件142相連以便共同旋轉。變速器114僅包括兩個扭矩傳遞機構Bl和Cl。在此實施例中，可選擇性地接合制動器Bi，從而將齒輪架構件126固接到靜止構件80。可選擇性地接合離合器Cl，從而將互連構件172因而將齒輪架構件1 和齒圈構件144與齒輪架構件136相連以便共同旋轉。 通過控制電動機/發電機150A、150B以及離合器Cl和制動器Bi，可獲得三種不同的操作模式用於向前推進。電動機/發電機150A、150B還可以在再生制動模式下捕獲制動能量，並且可以被控制成從冷起動或者從停止/起動(即，當被暫時關閉而車輛在另一種模式下工作時)起動發動機12。通過接合制動器Bl、不接合離合器Cl (即，如果以前是接合的則使其分離)、控制電動機/發電機150A使其起發電機的作用、並且控制電動機/發電機150B使其起電動機的作用，而建立串聯操作模式。因為制動器Bl被接合，所以齒輪架構件1 和齒圈構件144 是靜止的。來自發動機12的扭矩被以行星齒輪組120所建立的傳動比提供至轉子152A。 該扭矩被轉換成電能，該電能被存儲於電池60中或者經由64被直接傳遞至電動機/發電機150B以給電動機/發電機150B提供電力使其起電動機的作用，從而在太陽齒輪構件142 處提供扭矩。該扭矩通過行星齒輪組140被倍增，並且被提供在輸出構件17處。因為齒輪架構件136不連接到任何其它構件或者靜止構件80，所以行星齒輪組130在串聯操作模式中是不起作用的。如上所述，串聯操作模式需要兩組齒輪構件，這兩組齒輪構件相互連接以便通過所述兩個電動機/發電機之間的電連接進行功率傳遞。一組齒輪構件將發動機12與第一電動機/發電機150A相連，另一組齒輪構件將第二電動機/發電機150B與輸出構件17相連。在串聯操作模式中，第一組齒輪構件提供從發動機12到電動機/發電機150A的功率流(即，齒圈構件124、齒輪架構件126、和互連的太陽齒輪構件122、132)。第二組齒輪構件包括提供從電動機/發電機150B到輸出構件17的功率流路徑的那些齒輪構件(即，互連的齒圈構件134和太陽齒輪構件142、齒輪架構件146、和齒圈構件144)。此外，為了保持電動機尺寸相對較小，在串聯模式中驅動輸出構件17的電動機/發電機150B應當具有到輸出構件17的齒輪傳動比。這需要有固接的構件，在此情況下為齒圈構件144。
當離合器Cl被接合併且制動器Bl不被接合(即，如果先前接合就使其分離)時，提供複合分配操作模式。複合分配操作模式需要四個行星齒輪組構件，這四個構件不相互連接以便共同旋轉，而是通過差動齒輪裝置相互連接(即，與輸入構件16相連以隨其旋轉的一個構件(齒圈構件124)、與電動機/發電機150A相連以隨其旋轉的構件(互連的構件 122,132)、與電動機/發電機150B相連以隨其旋轉的構件(互連的構件134、142)、和與輸出構件17相連以隨其旋轉的構件(齒輪架構件146))。第五構件，即齒輪架構件136，在串聯操作模式中不與任何其它齒輪組構件相連，因而如在以上描述的串聯操作模式中所需的那樣，有助於將這四個所需的構件分成第一組和第二組。然後，可以接合離合器Cl從而轉換成複合分配操作模式，使得構件126、136和144相互連接，從而作為單個第五構件而工作，並且在向串聯操作模式轉換期間可以被固接，同時仍然允許其它四個構件運動，正如串聯操作模式所要求的，從而滿足複合分配操作模式的要求，即存在利用差動齒輪裝置而互連的四個構件。在複合分配操作模式中，發動機12在齒圈構件IM處提供扭矩，電動機/發電機 50A向太陽齒輪構件122和太陽齒輪構件132提供扭矩或者接收來自太陽齒輪構件122和太陽齒輪構件132的扭矩。來自發動機12的扭矩和來自電動機/發電機150A的扭矩通過行星齒輪組120合併後而流到互連的齒輪架構件126、齒輪架構件136和齒圈構件144。在互連的齒圈構件134和太陽齒輪構件142處，向電動機/發電機50B提供扭矩或者由電動機/發電機50B提供扭矩。在齒圈構件144處所提供的來自發動機12的扭矩以及在太陽齒輪構件142處從電動機/發電機150B所接收的扭矩或者向電動機/發電機150B提供的扭矩，通過行星齒輪組140被分配，從而在齒輪架構件146和輸出構件17處提供扭矩。因此， 扭矩在行星齒輪組120處被分配(輸入分配)並且在行星齒輪組140處被再次分配(輸出分配)，從而使該操作模式成為複合分配操作模式。從串聯操作模式向複合分配操作模式的轉換可以通過控制電動機/發電機150A 使齒輪架構件136的轉速與齒輪架構件126的轉速相等(在串聯操作模式中，齒輪架構件 126的轉速是零)而隨著離合器Cl與制動器Bl的同步轉換而發生。處於零速度的齒輪構件(齒輪架構件126和齒輪架構件136)必須不同於串聯操作所需的四個齒輪構件，因為在串聯操作模式中所有這些齒輪構件必須是旋轉的。然後可以接合離合器Cl，同時釋放制動器Bi。無需滑轉離合器Cl，因為齒輪架構件126與齒輪架構件136之間沒有速度差異。因此，沒有由於滑轉所造成的機械損失。此外，可以在此同步速度下接合離合器Cl，同時Bl仍然保持接合，從而建立固定比率操作模式。例如，如果行星齒輪組120的齒圈構件與太陽齒輪構件的比率為3. 0、行星齒輪組130的齒圈構件與太陽齒輪構件的比率為1. 5、並且行星齒輪組140的齒圈構件與太陽齒輪構件的比率為2. 0，那麼如果離合器Cl和制動器Bl均被接合，則在輸入構件16與輸出構件17之間將形成1. 50的固定傳動比。當制動器Bl被接合時，如果發動機12停止，則可以將電動機/發電機150A控制成作為電動機運行，從而起動發動機12。因為離合器Cl未被接合，所以行星齒輪組130是不起作用的(不攜載扭矩)，並且在發動機12被起動時扭矩不被傳遞至輸出構件17。
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在串聯操作模式和複合分配操作模式期間，均可以將電動機/發電機150B控制成作為發電機運行，從而在車輛制動期間將輸出構件17處的部分扭矩轉變成電能。參照圖4，圖示了複合分配操作模式，其中電動機/發電機150A(電動機A)的扭矩和輸入構件16的扭矩之比率與輸入構件16的扭矩和輸出構件17扭矩之比率之間的關係圖示為曲線190。將電動機/發電機150B(電動機B)的扭矩和輸入構件16的扭矩之比率與輸入構件16的扭矩和輸出構件17的扭矩之比率之間的關係圖示為曲線192。將電動機 /發電機150A的轉速和輸入構件16的轉速之比率與輸入構件16的扭矩和輸出構件17的扭矩之比率之間的關係圖示為曲線194。將電動機/發電機150B的轉速和輸入構件16的轉速之比率與輸入構件16的扭矩與輸出構件17的扭矩之比率之間的關係圖示為曲線196。 與圖1的變速器14相比，在複合分配模式中，變速器114具有更高的轉速和更低的扭矩。圖4代表了動力系110的複合分配操作模式，假設沒有使用電池的電力，因而電動機/發電機150A和150B是功率平衡的(即，電動機/發電機150A的轉速與扭矩的乘積等於電動機/發電機150B的轉速與扭矩的乘積)。在點A處，在制動器Bl被接合的串聯模式中，可以接合離合器Cl，但是它在初期將不攜載扭矩和功率，因為齒輪架構件1 和互連構件172是靜止的。從串聯模式向複合分配模式的轉換在恆定的變速器扭矩比1.5下發生 (點A至點B)，同時電動機/發電機150A降低扭矩，由此卸載制動器Bl上的扭矩並且將扭矩加載於離合器Cl上。與此同時，這使從發動機12直接傳遞至輸出構件17的機械功率的份額從零(串聯模式)增加到機械功率與電功率之間的某一中間分配。當制動器Bl被完全卸載時，它脫離接合，並且變速器114可以提高比率或者降低比率。在圖4所示的操作中， 在從串聯操作模式向複合分配操作模式進行的恆定比率轉換之後，變速器114在複合分配模式中開始降低比率(即，朝向圖4中的左邊)。可替代地，電動機/發電機150A的扭矩可以通過向下移動到圖4中的點C而減小到零。在此點，變速器114處於具有100%機械功率傳遞並且沒有電損耗的固定檔位模式。注意到，在複合分配模式中，有其它兩個點D和點 E，在這兩個點處也有100%的機械功率傳遞，因為電動機/發電機150A或150B中的一個是靜止的。然而，在這些點，在靜止的電動機處，電動機扭矩是非零的，其消耗來自電池60的電力。圖5示出了混合動力系210的另一個實施例，混合動力系210包括混合變速器214 並且在串聯混合操作模式和複合分配混合操作模式中均可操作以在輸出構件17處提供牽引扭矩，如下所述。給與圖1和圖2中的部件相同的部件標上相同的附圖標記。變速器214具有三個行星齒輪組220、230和M0，各行星齒輪組均為簡單行星齒輪組。行星齒輪組220具有太陽齒輪構件222、齒圈構件2M和齒輪架構件226。可旋轉地被支承於齒輪架構件2 上的小齒輪227與齒圈構件2 和太陽齒輪構件222均嚙合。行星齒輪組230具有太陽齒輪構件232、齒圈構件234和齒輪架構件236。可旋轉地被支承於齒輪架構件236上的小齒輪237與齒圈構件234和太陽齒輪構件232均嚙合。行星齒輪組 240具有太陽齒輪構件M2、齒圈構件244和齒輪架構件M6。可旋轉地被支承於齒輪架構件246上的小齒輪247與齒圈構件244和太陽齒輪構件242均嚙合。輸入構件16與齒輪架構件2 持續地相連以便共同旋轉。輸出構件17與齒圈構件244持續地相連以便共同旋轉。變速器214包括第一電動機/發電機250A和第二電動機/發電機250B。電動機/發電機250A具有轉子252A，轉子252A與齒圈構件2 相連以便共同旋轉；以及定子 254A，定子254A固接到靜止構件80。第二電動機/發電機250B具有轉子252B，轉子252B 與齒圈構件234相連以便共同旋轉；以及定子254B。定子254B被固接到靜止構件80。電池60利用傳輸導體可操作地連接到定子254A、2MB。控制器62控制電池60與定子254A、 254B之間通過功率逆變器64進行的電轉換。齒圈構件2M與太陽齒輪構件232持續地彼此連接以便共同旋轉，並且利用互連構件270與轉子252A相連。太陽齒輪構件222利用互連構件272與齒輪架構件246持續地相連以便共同旋轉。齒圈構件234和電動機/發電機252B利用互連構件274與太陽齒輪構件242相連以便共同旋轉。變速器214僅包括兩個扭矩傳遞機構Bl和Cl。在此實施例中，可選擇性接合制動器Bl從而將齒輪架構件M6固接至靜止構件80。可選擇性地接合離合器Cl，從而將互連構件272因而將太陽齒輪構件222和齒圈構件246與齒輪架構件236相連以便共同旋轉。 通過控制電動機/發電機250A、250B以及離合器Cl和制動器Bl，可獲得三個不同的操作模式用於向前推進。電動機/發電機250A、250B還可在再生制動模式中捕獲制動能量，並且可以被控制成從冷起動或者從停止/起動(即，當被暫時關閉而車輛在另一種模式下工作時)起動發動機12。通過接合制動器Bi、不接合離合器Cl (即，如果以前被接合則使其分離)、控制電動機/發電機250A使其起發電機的作用、並且控制電動機/發電機250B使其起電動機的作用，而建立串聯操作模式。因為制動器Bl被接合，所以太陽齒輪構件222和齒輪架構件246 是靜止的。來自發動機12的扭矩以由行星齒輪組220所建立的傳動比提供至轉子252A。 該扭矩被轉變成電能，該電能存儲於電池60中或者經由64被直接傳遞給電動機/發電機 250B，從而給電動機/發電機250B提供電力使其起電動機的作用，從而在太陽齒輪構件M2 處提供扭矩。該扭矩通過行星齒輪組240被倍增，並且被提供在輸出構件17處。因為齒輪架構件236不連接到任何其它構件或者靜止構件80，所以行星齒輪組230在串聯操作模式中是不起作用的。如上所述，串聯操作模式需要兩組齒輪構件，這兩組齒輪構件相互連接以便僅通過所述兩個電動機/發電機之間的電連接而進行功率傳遞。一組齒輪構件將發動機12與第一電動機/發電機250A相連，另一組齒輪構件將第二電動機/發電機250B與輸出構件17 相連。在串聯操作模式中，第一組齒輪構件提供從發動機12到電動機/發電機250A的功率流路徑(即，齒輪架構件226、太陽齒輪構件222、以及互連的齒圈構件2 和太陽齒輪構件232)。第二組齒輪構件提供從電動機/發電機250B到輸出構件17的功率流路徑(即， 互連的齒圈構件234和太陽齒輪構件M2、齒輪架構件M6、齒圈構件M4、和齒輪架構件 236，在串聯操作模式中齒輪架構件236自由旋轉)。此外，為了保持電動機尺寸相對較小， 在串聯模式中驅動輸出構件17的電動機/發電機250B應當具有到輸出構件17的齒輪傳動比。這需要固接的構件，在此情況下為齒輪架構件對6。當接合離合器Cl且不接合制動器Bl (即，如果以前接合則使其分離)時，提供複合分配操作模式。複合分配操作模式需要四個行星齒輪組構件，這四個行星齒輪組構件不彼此連接以便共同旋轉，而是經差動齒輪裝置相互連接(即，與輸入構件16相連以隨其旋轉的一個構件(齒輪架構件226)、與電動機/發電機250A相連以隨其旋轉的構件(互連的構件224、232)、與電動機/發電機250B相連以隨其旋轉的構件(互連的構件234J42)、和與輸出構件17相連以隨其旋轉的構件(齒圈構件M4))。第五構件，即齒輪架構件236，在串聯操作模式中不與任何其它齒輪組構件相連，因而如在以上描述的串聯操作模式中所需的那樣，有助於將這四個所需的構件分為第一組和第二組。然後，可以接合離合器Cl從而轉換成複合分配操作模式，使得構件222、236和246互連，從而作為單個第五構件而工作， 並且在向串聯操作模式轉換期間可以被固接，同時仍然允許其它四個構件運動，正如串聯操作模式所要求的，從而滿足複合分配操作模式的要求，即存在利用差動齒輪裝置而互連的四個構件。在複合分配操作模式中，發動機12在齒輪架構件2 處提供扭矩，電動機/發電機250A向齒圈構件2M和太陽齒輪構件232提供扭矩或者從齒圈構件2M和太陽齒輪構件232接收扭矩。來自發動機12的扭矩與來自電動機/發電機250A的扭矩通過行星齒輪組120合併後流到互連的太陽齒輪構件222、齒輪架構件236和齒輪架構件M6。在互連的齒圈構件234和太陽齒輪構件242處，由電動機/發電機250B提供扭矩或者向電動機/發電機250B提供扭矩。在齒輪架構件246處所提供的來自發動機12的扭矩與在太陽齒輪構件242處從電動機/發電機250B所接收的扭矩或者向電動機/發電機250B提供的扭矩，通過行星齒輪組240被分配，從而在齒圈構件244和輸出構件17處提供扭矩。因此，扭矩在行星齒輪組220處被分配(輸入分配)並且在行星齒輪組240處被再次分配(輸出分配)， 從而使該操作模式成為複合分配操作模式。從串聯操作模式向複合分配操作模式的轉換可通過控制電動機/發電機250A使齒輪架構件236的轉速與齒輪架構件246的轉速相等(在串聯操作模式中，齒輪架構件M6 的轉速是零速度)而隨著離合器Cl與制動器Bl的同步轉換而發生。處於零轉速的齒輪構件(齒輪架構件236和齒輪架構件M6)必須不同於串聯操作所需的四個齒輪構件，因為在串聯操作模式中所有這些齒輪構件必須是旋轉的。然後，可以接合離合器Cl，同時釋放制動器Bi。無需滑轉離合器Cl，因為在齒輪架構件236與齒輪架構件246之間沒有速度差異。 因此，沒有由於滑轉所造成的機械損失。此外，可以在此同步速度下接合離合器Cl，同時Bl仍然保持接合，從而建立固定比率操作模式。例如，如果行星齒輪組220的齒圈構件與太陽齒輪構件的比率為2. 0、行星齒輪組230的齒圈構件與太陽齒輪構件的比率為1. 5、行星齒輪組240的齒圈構件與太陽齒輪構件的比率為2. 3，那麼如果離合器Cl和制動器Bl均被接合，則在輸入構件16與輸出構件17之間將形成1. 80的固定傳動比。當接合了制動器Bl時，如果發動機12停止，則可以控制電動機/發電機250A使其作為電動機而運行，從而起動發動機12。因為未接合離合器Cl，所以行星齒輪組230是不起作用的(不攜載扭矩)並且在起動發動機12時扭矩不被傳遞至輸出構件17。在串聯操作模式和複合分配操作模式期間，均可以控制電動機/發電機250B使其作為發電機而運行，從而在車輛制動期間將輸出構件17處的部分扭矩轉變為電能。參照圖6，圖示了複合分配操作模式，其中電動機/發電機250A(電動機Α)的扭矩和輸入構件16的扭矩之比率與輸入構件16的扭矩和輸出構件17的扭矩之比率之間的關係圖示為曲線四0。將電動機/發電機250B(電動機B)的扭矩和輸入構件16的扭矩之比率與輸入構件16的扭矩和輸出構件17的扭矩之比率之間的關係圖示為曲線四2。將電動機/發電機250A的轉速和輸入構件16的轉速之比率與輸入構件16的扭矩與輸出構件 17的扭矩之比率之間的關係圖示為曲線四4。將電動機/發電機250B的轉速和輸入構件 16的轉速之比率與輸入構件16的扭矩和輸出構件17的扭矩之比率之間的關係圖示為曲線 2960與圖1的變速器14相比，在複合分配模式中，變速器214具有更高的電動機轉速和更低的電動機扭矩。圖6表示動力系210的複合分配操作模式，假設沒有使用電池的電力，因而電動機 /發電機250A和250B是功率平衡的(即，電動機/發電機250A的轉速和扭矩的乘積等於電動機/發電機250B的轉速和扭矩的乘積)。在點A處，在制動器Bl被接合的串聯模式中，可以接合離合器Cl，但是它在初期將不攜載扭矩和功率，因為齒輪架構件246和互連構件272是靜止的。從串聯模式到複合分配模式的轉換在恆定的變速器扭矩比1.8下發生 (點A至點B)，同時電動機/發電機250A降低扭矩，由此卸載制動器Bl上的扭矩並將扭矩加載於離合器Cl上。與此同時，這使從發動機12直接傳遞給輸出17的機械功率的份額從零(串聯模式)增加至機械功率與電功率之間的某一中間分配。當制動器Bl被完全卸載時，它脫離接合，並且變速器214可以提高比率或者降低比率。在圖6所示的操作中，在從串聯操作模式到複合分配操作模式進行的恆定比率轉換之後，變速器214在複合分配模式中開始在扭矩比方面降低比率(即，朝向圖6的左邊)。可替代地，電動機/發電機250A的扭矩可通過向上移動至圖6中的點C而降低到零。在此點，變速器214處於具有100%機械功率傳遞並且沒有電損耗的固定檔位模式。注意到，在複合分配模式中有其它兩個點D和點E，在這兩個點處也有100%的機械功率傳遞，因為電動機/發電機250A或250B中的一個是靜止的。然而，在這些點，在靜止的電動機處電動機扭矩是非零的，其消耗來自電池60的電力。圖7示出了混合動力系310的另一個實施例，混合動力系310包括混合變速器 314並且在串聯混合操作模式和複合分配混合操作模式中均可操作以在輸出構件17處提供牽引扭矩，如下所述。將與圖1和圖2中的部件相同的部件標上相同的附圖標記。變速器314具有三個行星齒輪組320、330和340，各行星齒輪組均為簡單行星齒輪組。行星齒輪組320具有太陽齒輪構件322、齒圈構件3M和齒輪架構件326。可旋轉地被支承於齒輪架構件3 上的小齒輪327與齒圈構件3 和太陽齒輪構件322均嚙合。行星齒輪組330具有太陽齒輪構件332、齒圈構件334和齒輪架構件336。可旋轉地被支承於齒輪架構件336上的小齒輪337與齒圈構件334和太陽齒輪構件332均嚙合。行星齒輪組 340具有太陽齒輪構件342、齒圈構件344和齒輪架構件346。可旋轉地被支承於齒輪架構件346上的小齒輪347與齒圈構件344和太陽齒輪構件342均嚙合。輸入構件16持續地與齒輪架構件3 相連以便共同旋轉。輸出構件17持續地與齒圈構件344相連以便共同旋轉。變速器314包括第一電動機/發電機350A和第二電動機/發電機350B。電動機 /發電機350A具有轉子352A，轉子352A與太陽齒輪構件332相連以便共同旋轉；以及定子354A，定子354A固接到靜止構件80。第二電動機/發電機350B具有轉子352B和定子 354B。定子354B固接到靜止構件80。電池60利用傳輸導體可操作地連接到定子354A、 354B。控制器62控制電池60與定子354A、354B之間通過功率逆變器64進行的電轉換。太陽齒輪構件322與太陽齒輪構件332持續地彼此連接以便共同旋轉，並且利用
18互連構件370與轉子352A相連。齒圈構件3M利用互連構件372持續地與齒輪架構件346 相連以便共同旋轉。齒圈構件344和齒輪架構件336利用互連構件374與輸出構件17相連以便共同旋轉。變速器314僅包括兩個扭矩傳遞機構Bl和Cl。在此實施例中，可選擇性地接合制動器Bi，從而將齒輪架構件346和齒圈構件3 固接到靜止構件80。可選擇性地接合離合器Cl，從而將互連構件372因而將齒圈構件3M和齒輪架構件346與齒圈構件334相連以便共同旋轉。通過控制電動機/發電機350A、350B以及離合器Cl和制動器Bi，可獲得三個不同的操作模式用於向前推進。電動機/發電機350A、350B還可在再生制動模式中捕獲制動能量，並且可被控制成從冷起動或者從停止/起動(即，當被暫時關閉而車輛在另一種模式下工作時)起動發動機12。串聯操作模式是通過如下方式而建立的接合制動器Bl、不接合離合器Cl ( S卩，如果以前是接合的則使其分離)，控制電動機/發電機350A使其起發電機的作用，並且控制電動機/發電機350B使其起電動機的作用。因為制動器Bl被接合，所以齒圈構件3 和齒輪架構件346是靜止的。來自發動機12的扭矩以由行星齒輪組320建立的傳動比提供給轉子352A。該扭矩被轉變成電能，該電能儲存於電池60中或者經由64而被直接傳遞至電動機/發電機350B以給電動機/發電機350B提供電力使其起電動機的作用，從而在太陽齒輪構件342處提供扭矩。該扭矩通過行星齒輪組340被倍增，並且被提供在輸出構件17 處。因為齒圈構件334不連接到任何其它構件或者靜止構件80，所以行星齒輪組330在串聯操作模式中是不起作用的。如上所述，串聯操作模式需要兩組齒輪構件，這兩組齒輪構件相互連接以便僅利用所述兩個電動機/發電機之間的電連接而進行功率傳遞。一組齒輪構件建立從發動機12 到第一電動機/發電機350A的功率流路徑，而另一組齒輪構件建立從第二電動機/發電機 350B到輸出構件17的功率流路徑。在串聯操作模式中，第一組的齒輪構件包括齒輪架構件 326、互連的太陽齒輪構件322和太陽齒輪構件332、以及齒圈構件324。第二組齒輪構件包括太陽齒輪構件342、互連的齒圈構件344和齒輪架構件336、齒輪架構件346、以及齒圈構件334，在串聯操作模式中齒圈構件334自由旋轉。此外，為了保持電動機尺寸相對較小，在串聯模式中驅動輸出構件17的電動機/發電機350B應當具有到輸出構件17的齒輪傳動比。這需要一個固接的構件，在此情況下是齒輪架構件346。當離合器Cl被接合且制動器Bl不被接合(S卩，如果先前接合則使其分離)時，提供複合分配操作模式。複合分配操作模式需要四個行星齒輪組構件，這四個行星齒輪組構件不相互連接以便共同旋轉，而是利用差動齒輪裝置相互連接(即，與輸入構件16相連以隨其旋轉的一個構件(齒輪架構件326)、與電動機/發電機350A相連以隨其旋轉的構件 (互連的構件322、332)、與電動機/發電機350B相連以隨其旋轉的構件(太陽齒輪構件 342)、和與輸出構件17相連以隨其旋轉的構件(互連的齒圈構件344和齒輪架構件336))。 第五構件，即齒圈構件334，在串聯操作模式中不與任何其它的齒輪組構件相連，因而如在以上描述的串聯操作模式中所需的那樣，有助於將這四個所需構件分成第一組和第二組。 然後，可以接合離合器Cl從而轉換成複合分配操作模式，使得構件3M、334和346互連從而作為單個第五構件而工作，並且在向串聯操作模式轉換期間可以被固接，同時仍然允許其它四個構件運動，正如串聯操作模式所要求的，從而滿足複合分配操作模式的要求，即存在利用差動齒輪裝置而互連的四個構件。在複合分配操作模式中，發動機12在齒輪架構件3 處提供扭矩，電動機/發電機350A向太陽齒輪構件322和太陽齒輪構件332提供扭矩或者接收來自太陽齒輪構件322 和太陽齒輪構件332的扭矩。來自發動機12的扭矩與來自電動機/發電機350A的扭矩通過行星齒輪組320合併後，流到互連的齒圈構件3 和齒輪架構件346。在太陽齒輪構件 342處將扭矩提供給電動機/發電機350B或者由電動機/發電機350B提供扭矩。在齒輪架構件346處所提供的來自發動機12的扭矩以及在太陽齒輪構件342處提供給電動機 /發電機350B或者從電動機/發電機350B所接收的扭矩，通過行星齒輪組340被分配，從而在齒圈構件344和輸出構件17處提供扭矩。因此，扭矩在行星齒輪組320處被分配(輸入分配)，並且在行星齒輪組340處被再次分配(輸出分配)，從而使該操作模式成為複合分配操作模式。從串聯操作模式到複合分配操作模式的轉換可以通過控制電動機/發電機350A 使齒圈構件334的速度與齒圈構件324的速度相等(在串聯操作模式中，齒圈構件324的速度為零速度)而隨著離合器Cl與制動器Bl的同步轉換而發生。處於零速度的齒輪構件 (齒圈構件3M和齒圈構件334)必須不同於串聯操作中所需的四個齒輪構件，因為在在串聯操作模式中所有這些齒輪構件必須是旋轉的。因此，同步轉換可以通過如下方式而完成 在串聯操作模式中時通過控制電動機/發電機350A的轉速而使齒圈構件324的轉速與齒圈構件334的轉速相等。然後，可以接合離合器Cl，同時釋放制動器Bi。無需滑轉離合器 Cl，因為在齒圈構件3M與齒圈構件334之間沒有速度差異。因此，沒有由於滑轉所導致的機械損失。此外，可以在此同步速度下接合離合器Cl同時Bl仍然保持接合，從而建立固定比率操作模式。例如，如果行星齒輪組320的齒圈構件與太陽齒輪構件的比率為2. 0、行星齒輪組330的齒圈構件與太陽齒輪構件的比率為1. 5、行星齒輪組340的齒圈構件與太陽齒輪構件的比率為2. 3，那麼如果離合器Cl和制動器Bl均被接合，則在輸入構件16與輸出構件 17之間將形成1. 40的固定傳動比。當制動器Bl被接合時，如果發動機12停止，則可以控制電動機/發電機350A而使其作為電動機運行，從而起動發動機12。因為離合器Cl未被接合，所以行星齒輪組330 是不起作用的(不攜載扭矩)，並且在起動發動機12時扭矩不被傳遞至輸出構件17。在串聯操作模式和複合分配操作模式期間，均可以控制電動機/發電機350B使其作為發電機而運行，從而在車輛制動期間將在輸出構件17處的部分扭矩轉變為電能。參照圖8，圖示了複合分配操作模式，其中電動機/發電機350A(電動機Α)的扭矩和輸入構件16的扭矩之比率與輸入構件16的扭矩和輸出構件17的扭矩之比率之間的關係圖示為曲線390。將電動機/發電機350B(電動機B)的扭矩和輸入構件16的扭矩之比率與輸入構件16的扭矩和輸出構件17的扭矩之比率之間的關係圖示為曲線392。將電動機/發電機350A的轉速和輸入構件16的轉速之比率與輸入構件16的扭矩和輸出構件 17的扭矩之比率之間的關係圖示為曲線394。將電動機/發電機350B的轉速和輸入構件 16的轉速之比率與輸入構件16的扭矩和輸出構件17的扭矩之比率之間的關係圖示為曲線 396。與圖1的變速器14相比，在複合分配模式中，變速器314—般具有更高的電動機轉速和更低的電動機扭矩。
圖8代表了動力系310的複合分配操作模式，假設沒有使用電池的電力，因而電動機/發電機350A和350B是功率平衡的(即，電動機/發電機350A的轉速和扭矩的乘積等於電動機/發電機350B的轉速和扭矩的乘積)。在點A處，在制動器Bl被接合的串聯模式中，可以接合離合器Cl，但是它將不攜載扭矩，因為齒輪架構件346和互連構件372是靜止的。從串聯模式到複合分配模式的轉換在恆定的變速器扭矩比1. 4下進行(點A到點B)， 同時電動機/發電機350A降低扭矩，由此卸載制動器Bl上的扭矩並將扭矩加載於離合器 Cl上。當使扭矩從點A轉至點B，電動機/發電機350A進行扭矩反轉。與此同時，這使從發動機12直接傳遞至輸出構件17的機械功率的份額，從零(串聯模式)增加至機械功率與電功率之間的某一中間分配。當制動器Bl被完全卸載時，它脫離接合，並且變速器314 可以提高比率或者降低比率。在圖8所示的操作中，在從串聯操作模式到複合分配操作模式的恆定比率轉換之後，在複合分配模式中變速器314開始降低比率(S卩，朝向圖8中的左邊)。可替代地，電動機/發電機350A的扭矩可以保持在零處，即僅從圖8中的點A移動到點C。在此點，變速器314處於具有100%機械功率傳遞並且沒有電損耗的固定檔位模式中。注意到，在複合分配模式中，有兩個其它的點D和E，在這兩個點處也有100%的機械功率傳遞，因為電動機/發電機350A或350B中的一個是靜止的。然而，在這些點處，在靜止的電動機處電動機扭矩是非零的，其消耗來自電池60的電力。雖然已經詳細描述了用於實施本發明的最佳方式，但是本發明相關領域的技術人員將認識到用於在所附權利要求的範圍內實施本發明的各種替代的設計和實施例。
權利要求
1.一種可操作地與發動機相連的混合變速器，包括可操作地與所述發動機相連的輸入構件；輸出構件；多個可選擇性接合的扭矩傳遞機構；齒輪傳動裝置；可操作地與所述齒輪傳動裝置相連的第一和第二電動機/發電機；其中，接合第一扭矩傳遞機構，從而在所述輸入構件與所述輸出構件之間建立混合串聯操作模式；其中，接合第二扭矩傳遞機構，從而在所述輸入構件與所述輸出構件之間建立複合分配操作模式；並且其中，所述混合串聯操作模式與所述複合分配操作模式之間的轉換是同步的，而不會滑轉所述扭矩傳遞機構。
2.如權利要求1所述的混合動力系，其中，所述多個可選擇性接合的扭矩傳遞機構僅包括所述第一扭矩傳遞機構和所述第二扭矩傳遞機構。
3.如權利要求1所述的混合動力系，其中，所述齒輪傳動裝置包括多個行星齒輪組，各行星齒輪組具有多個齒輪構件；其中，在所述串聯操作模式中，從第一組齒輪構件到第二組齒輪構件的功率流是經由通過所述電動機/發電機的電路徑；並且其中，在所述複合分配操作模式中，從所述第一組齒輪構件到所述第二組齒輪構件的功率流是經由通過接合所述第二扭矩傳遞機構所建立的機械路徑。
4.如權利要求3所述的混合動力系，其中，所述行星齒輪組包括第一、第二和第三行星齒輪組；其中，所述輸入構件與所述第一行星齒輪組的第一構件相連以便共同旋轉；其中， 所述第一電動機/發電機與所述第一行星齒輪組的第二構件以及與所述第二行星齒輪組的第一構件相連以便共同旋轉；並且其中，所述第一行星齒輪組的第三構件通過所述第一扭矩傳遞機構的接合而選擇性地固接到所述靜止構件，並且持續地與所述第三行星齒輪組的第一構件相連以便共同旋轉；其中，所述第二電動機/發電機持續地與所述第二行星齒輪組的第二構件以及所述第三行星齒輪組的第二構件相連以便共同旋轉；其中，所述輸出構件持續地與所述第三行星齒輪組的第三構件相連以便共同旋轉；並且其中，所述第二扭矩傳遞機構可選擇性地接合， 從而將所述第二行星齒輪組的第三構件與互連的所述第一行星齒輪組的第三構件和所述第三行星齒輪組的第一構件相連以便共同旋轉。
5.如權利要求4所述的混合動力系，其中，所述第一行星齒輪組的第一構件是齒圈構件，所述第一行星齒輪組的第二構件是太陽齒輪構件，所述第一行星齒輪組的第三構件是齒輪架構件；並且其中，所述第三行星齒輪組的第一構件是齒圈構件，所述第三行星齒輪組的第二構件是太陽齒輪構件，所述第三行星齒輪組的第三構件是齒輪架構件。
6.如權利要求5所述的混合動力系，其中，所述第二行星齒輪組的第一構件是齒圈構件，所述第二行星齒輪組的第二構件是太陽齒輪構件，所述第二行星齒輪組的第三構件是齒輪架構件。
7.如權利要求5所述的混合動力系，其中，所述第二行星齒輪組的第一構件是太陽齒輪構件，所述第二行星齒輪組的第二構件是齒圈構件，所述第二行星齒輪組的第三構件是齒輪架構件。
8.如權利要求4所述的混合動力系，其中，所述第一行星齒輪組的第一構件是齒輪架構件，所述第一行星齒輪組的第二構件是齒圈構件，所述第一行星齒輪組的第三構件是太陽齒輪構件；其中，所述第二行星齒輪組的第一構件是太陽齒輪構件，所述第二行星齒輪組的第二構件是齒圈構件，所述第二行星齒輪組的第三構件是齒輪架構件；並且其中，所述第三行星齒輪組的第一構件是齒輪架構件，所述第三行星齒輪組的第二構件是太陽齒輪構件，所述第三行星齒輪組的第三構件是齒圈構件。
9.一種可操作地與發動機相連的混合變速器，包括 可操作地與所述發動機相連的輸入構件；輸出構件； 靜止構件；第一和第二可選擇性接合的扭矩傳遞機構；第一、第二和第三行星齒輪組，各行星齒輪組具有第一構件、第二構件和第三構件；其中，所述變速器沒有其它行星齒輪組； 第一和第二電動機/發電機；其中，所述輸入構件與所述第一行星齒輪組的第一構件相連以便共同旋轉；其中，所述第一電動機/發電機與所述第一行星齒輪組的第二構件相連以便共同旋轉；其中，所述第一行星齒輪組的第三構件通過所述第一扭矩傳遞機構的接合而選擇性地固接到所述靜止構件；其中，所述第二電動機/發電機持續地與所述第二和第三行星齒輪組之一的第二構件相連以便共同旋轉；其中，所述輸出構件持續地與所述第三行星齒輪組的第三構件相連以便共同旋轉；第一互連構件持續地將所述第一行星齒輪組的第二構件與所述第二行星齒輪組的第一構件相連以便共同旋轉；第二互連構件持續地將所述第一行星齒輪組的第三構件與所述第三行星齒輪組的第一構件相連以便共同旋轉；第三互連構件持續地將所述第二行星齒輪組的第二構件與所述第三行星齒輪組的第二和第三構件中的一個構件相連以便共同旋轉；其中，所述第一扭矩傳遞機構可選擇性地接合，從而將所述第一行星齒輪組的第三構件固接到所述靜止構件；其中，所述第二扭矩傳遞機構可選擇性地接合，從而將所述第二行星齒輪組的第三構件與所述第二互連構件相連以便共同旋轉；其中，接合所述第一扭矩傳遞機構，從而在所述輸入構件與所述輸出構件之間建立混合串聯操作模式；其中，接合所述第二扭矩傳遞機構，從而在所述輸入構件與所述輸出構件之間建立複合分配操作模式；並且其中，所述混合串聯操作模式與所述複合分配操作模式之間的轉換是同步的，而不會滑轉所述扭矩傳遞機構。
10.一種可操作地與發動機連接的混合變速器，包括 輸入構件，其可操作地與所述發動機連接；輸出構件； 靜止構件；僅兩個可選擇性接合的扭矩傳遞機構； 包含九個可旋轉的齒輪元件的齒輪傳動裝置；第一和第二電動機/發電機；其中，所述第一電動機/發電機持續地與所述九個齒輪元件中的第一和第二齒輪元件相連以便共同旋轉；其中，所述第二電動機/發電機持續地與所述九個齒輪元件中的第三和第四齒輪元件中的至少一個相連以便共同旋轉；其中，所述輸入構件和所述輸出構件分別持續地與所述九個齒輪元件中的第五和第六齒輪元件相連以便共同旋轉；其中，所述九個齒輪元件中的第五和第六齒輪元件不與所述電動機/發電機中的任何一個持續地相連以便共同旋轉；其中，接合第一扭矩傳遞機構，從而將所述九個齒輪元件中的第七和第八齒輪元件連接到所述靜止構件，從而在所述輸入構件與所述輸出構件之間建立混合串聯操作模式；其中，接合第二扭矩傳遞機構，從而將所述齒輪元件中的第九齒輪元件與所述第七和第八齒輪元件相連以便共同旋轉，從而在所述輸入構件與所述輸出構件之間建立複合分配操作模式；並且其中，所述混合串聯操作模式與所述複合分配操作模式之間的轉換是同步的，而不會滑轉所述扭矩傳遞機構。
全文摘要
本發明涉及串聯操作模式和複合分配操作模式間同步轉換的混合變速器。具體提供了一種混合變速器，其被配置成在混合串聯操作模式與複合分配操作模式之間同步轉換，而不會滑轉任何扭矩傳遞機構。該變速器包括可操作地與發動機相連的輸入構件、輸出構件、以及多個可選擇性接合的扭矩傳遞機構。還提供了齒輪傳動裝置、以及可操作地與齒輪傳動裝置相連的第一和第二電動機/發電機。接合第一扭矩傳遞機構，從而在輸入構件與輸出構件之間建立混合串聯操作模式；接合第二扭矩傳遞機構，從而在輸入構件與輸出構件之間建立複合分配操作模式。在混合串聯操作模式與複合分配操作模式之間的轉換是同步的而不會滑轉扭矩傳遞機構，且該轉換在發動機開啟時進行。
文檔編號F16H3/72GK102192281SQ20111005720
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月10日 優先權日2010年3月10日
發明者A·G·霍爾姆斯, N·K·巴克諾爾 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司