太阳城集团

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混合动力变速器.pdf

摘要
申请专利号:

太阳城集团CN201110415031.X

申请日:

2011.12.13

公开号:

CN102537236B

公开日:

2015.01.28

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||实质审查的生效号牌文件类型代码:1604号牌文件序号:101322545741IPC(主分类):F16H 3/72专利申请号:201110415031X申请日:20111213|||公开
IPC分类号: F16H3/72 主分类号: F16H3/72
申请人: 通用汽车环球科技运作有限责任公司
发明人: A.G.霍尔姆斯; N.K.巴克诺
地址: 美国密歇根州
优先权: 2010.12.13 US 12/966,383
专利代理机构: 北京市柳沈律师事务所 11105 代理人: 葛青
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法律状态
申请(专利)号:

太阳城集团CN201110415031.X

授权太阳城集团号:

102537236B||||||

法律状态太阳城集团日:

2015.01.28|||2012.09.05|||2012.07.04

法律状态类型:

太阳城集团授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

太阳城集团本发明提供了一种混合动力变速器,其包括混合动力串联运行模式以及复合分流运行模式。变速器包括操作性地连接至发动机的输入构件、输出构件、以及多个选择性可接合的扭矩传递机构。也提供了齿轮结构以及操作性地连接至齿轮结构的第一和第二电动机/发电机。齿轮结构包括第一、第二和第三行星齿轮组,其每一个都包括第一、第二和第三构件。一对互连构件连接行星齿轮组中的一组的构件中相应的两个构件,以和行星齿轮组中另一组的构件中相应的两个构件共同旋转。另一个互连构件连接行星齿轮组中所述一组的构件中的另一个构件,以和行星齿轮组中又一组的构件中的一个构件共同旋转。

权利要求书

1.一种混合动力变速器,其被操作性地与发动机连接,该变速器包括:
输入构件,操作性地与发动机连接;
输出构件;
多个可选择性接合的扭矩传递机构;
齿轮结构,其包括第一、第二和第三行星齿轮组,所述行星齿轮组中的
每一个都包括第一构件、第二构件和第三构件;
一对互连构件,连接所述行星齿轮组中的一组的所述构件中相应的两个
构件,以和所述行星齿轮组中另一组的所述构件中相应的两个构件共同旋
转;
另一个互连构件,连接所述行星齿轮组中所述一组的所述构件中的另一
个构件,以和所述行星齿轮组中又一组的所述构件中的一个构件共同旋转,
其中所述互连构件中没有一个连接全部三个所述行星齿轮组以进行共同旋
转;
第一电动机/发电机,和第一行星齿轮组操作性地连接;
第二电动机/发电机,和第二行星齿轮组操作性地连接;
其中扭矩传递机构中的第一个被接合,以建立输入构件和输出构件之间
的混合动力串联运行模式;和
其中扭矩传递机构中的第二个被接合,以建立输入构件和输出构件之间
的复合分流运行模式。
2.如权利要求1所述的变速器,其中混合动力串联运行模式和复合分
流运行模式之间的切换是同步的,而没有使第一扭矩传递机构和第二扭矩传
递机构中的任意一个发生滑差。
3.如权利要求1所述的混合动力传动系,其中多个选择性可接合扭矩
传递机构仅包括第一扭矩传递机构和第二扭矩传递机构。
4.如权利要求1所述的混合动力传动系,其中在串联运行模式中,从
行星齿轮组的第一构件组至行星齿轮组的第二构件组的功率流动是经由通
过电动机/发电机的电路径的;且其中在复合分流运行模式中,从行星齿轮组
的第一构件组至行星齿轮组的第二构件组的功率流动是经由通过接合第二
扭矩传递机构所建立的机械路径的。
5.如权利要求1所述的混合动力传动系,其中输入构件和输出构件中
的一个被连接,以和第一行星齿轮组的第一构件共同旋转;其中第一电动机
/发电机被连接,以和第一行星齿轮组的第二构件共同旋转;其中第一行星齿
轮组的第三构件通过第一扭矩传递机构的接合被选择性地接地至静态构件,
且被持续地连接以和第二行星齿轮组的第一构件共同旋转;
其中第二电动机/发电机被持续地连接,以和第二行星齿轮组的第三构
件以及第三行星齿轮组的第二构件共同旋转;其中输入构件和输出构件的另
一个被持续地连接,以和第三行星齿轮组的第一构件共同旋转;且其中第二
扭矩传递机构可被选择性地接合,以连接第一行星齿轮组的第二构件,以和
第三行星齿轮组的第三构件共同旋转。
6.如权利要求5所述的混合动力传动系,其中第一行星齿轮组的第一
构件是承载构件,第一行星齿轮组的第二构件是太阳齿轮构件,且第一行星
齿轮组的第三构件是环齿轮构件;其中第二行星齿轮组的第一构件是承载构
件,第二行星齿轮组的第二构件是环齿轮构件,第二行星齿轮组的第三构件
是太阳齿轮构件;且其中第三行星齿轮组的第一构件是承载构件,第三行星
齿轮组的第二构件是太阳齿轮构件,第三行星齿轮组的第三构件是环齿轮构
件。
7.如权利要求5所述的混合动力传动系,其中第一行星齿轮组的第一
构件是承载构件,第一行星齿轮组的第二构件是太阳齿轮构件,且第一行星
齿轮组的第三构件是环齿轮构件;其中第二行星齿轮组的第一构件是环齿轮
构件,第二行星齿轮组的第二构件是承载构件,且第二行星齿轮组的第三构
件是太阳齿轮构件;且其中第三行星齿轮组的第一构件是承载构件,第三行
星齿轮组的第二构件是太阳齿轮构件,且第三行星齿轮组的第三构件是环齿
轮构件。
8.如权利要求5所述的混合动力传动系,其中第一行星齿轮组的第一
构件是承载构件,第一行星齿轮组的第二构件是太阳齿轮构件,且第一行星
齿轮组的第三构件是环齿轮构件;其中第二行星齿轮组的第一构件是承载齿
轮构件,第二行星齿轮组的第二构件是环齿轮构件,且第二行星齿轮组的第
三构件是太阳齿轮构件;且其中第三行星齿轮组的第一构件是承载构件,第
三行星齿轮组的第二构件是环齿轮构件,且第三行星齿轮组的第三构件是太
阳齿轮构件。
9.如权利要求5所述的混合动力传动系,其中第一行星齿轮组的第一
构件是承载构件,第一行星齿轮组的第二构件是太阳齿轮构件,且第一行星
齿轮组的第三构件是环齿轮构件;其中第二行星齿轮组的第一构件是承载齿
轮构件,第二行星齿轮组的第二构件是环齿轮构件,且第二行星齿轮组的第
三构件是太阳齿轮构件;且其中第三行星齿轮组的第一构件是承载构件,第
三行星齿轮组的第二构件是太阳齿轮构件,且第三行星齿轮组的第三构件是
环齿轮构件。
10.如权利要求5所述的混合动力传动系,其中第一行星齿轮组的第一
构件是承载构件,第一行星齿轮组的第二构件是太阳齿轮构件,且第一行星
齿轮组的第三构件是环齿轮构件;其中第二行星齿轮组的第一构件是环齿轮
构件,第二行星齿轮组的第二构件是承载构件,且第二行星齿轮组的第三构
件是太阳齿轮构件;且其中第三行星齿轮组的第一构件是承载构件,第三行
星齿轮组的第二构件是太阳齿轮构件,且第三行星齿轮组的第三构件是环齿
轮构件。

说明书

混合动力变速器

技术领域

本发明涉及一种混合动力变速器,其包括串联和复合分流(a series and a 
compound split)运行模式。

背景技术

车辆用的混合动力传动系在不同的车辆运行状况下使用不同的动力源。
机电混合动力传动系通常包括内燃发动机,诸如柴油发动机或是汽油发动
机,以及一个或多个电动机/发电机。不同的运行模式,诸如仅发动机运行模
式、仅电运行模式以及混合动力运行模式通过将制动器和/或离合器以不同的
组合接合以及对发动机和电动机/发电机进行来建立。各个运行模式是有优势
的,因为其能够被用来改善燃油经济性。然而,混合动力传动系所需的额外
的部件,例如电动机/发电机、制动器和/或离合器,这可能增加整体的车辆
成本以及封装空间需求。

发明内容

提供了一种混合动力变速器,其包括混合动力串行模式以及复合分流运
行模式。变速器包括操作性地连接至发动机的输入构件,输出构件,以及多
个选择性可接合的扭矩传递机构。也提供了齿轮结构以及操作性地连接至齿
轮结构的第一和第二电动机/发电机。齿轮结构包括第一、第二和第三行星齿
轮组,其每一个都包括第一、第二和第三构件。一对互连构件连接行星齿轮
组中的一组的构件中相应的两个构件,以和行星齿轮组中另一组的构件中相
应的两个构件共同旋转。另一个互连构件连接行星齿轮组中所述一组的构件
中的另一个构件,以和行星齿轮组中又一组的构件中的一个构件共同旋转。
所述互连构件中没有一个连接全部三个行星齿轮组以进行共同旋转。第一电
动机/发电机被操作性地连接至第一行星齿轮组。第二电动机/发电机被操作
性地连接至第二行星齿轮组。扭矩传递机构中的第一个被接合,以在输入构
件和输出构件之间建立混合动力串联运行模式。扭矩传递机构中的第二个被
接合,以在输入构件和输出构件之间建立复合分流运行模式。

由于上述的扭矩传递机构以及互连构件,混合动力串联运行模式和复合
分流运行模式之间的切换可以是同步的,而不需使扭矩传递机构发生滑差,
且可在发动机工作的同时发生。如此处使用的,“同步”指的是不存在任何
接合的扭矩传递机构的显著滑差,从而一个或多个扭矩传递机构的脱开以及
一个或多个其他扭矩传递机构的接合可在基本相同的太阳城集团被控制器所命令。
在受控滑差的情形中,在切换过程中离合器的接合或脱开状态的反馈并不是
必须,因此简化离合器控制算法以及液压给送系统。

复合分流运行模式可在高车辆速度中使用,以最小化和串联运行相关的
电损失,特别在电动机处于高速下时。由于复合分流模式使用行星齿轮组,
所以电动机可运行在相对低的速度下。通过允许同步切换以及避免滑差,任
一模式都可被方便地选定,且损失被最小化。切换以对应于固定齿轮点的传
递扭矩比发生,其中如果两个离合器都保持在使用状态且电动机/发电机的功
率被移除,则可以实现从输入构件至输出构件的基本全部功率被机械地传
递,而没有显著的通过电传递的功率。

当接合附图时,本发明的上述特征以及优势和其他特征和优势从下文中
太阳城集团用于实施本发明的较佳实施例的详细描述是方便地明显的。

附图说明

图1是示出了混合动力传动系的第一实施例的示意性杆式图;

图2是示出了电动机速度和扭矩对变速器输入速度和扭矩的比相对于图
1中的动力传动系的变速器扭矩比的图;

图3是示出了混合动力传动系的第二实施的示意性杆式图;

图4是示出了电动机速度和扭矩对变速器输入速度和扭矩的比相对于图
3中的动力传动系的变速器扭矩比的图;

图5是示出了混合动力传动系的第三实施例的示意性杆式图;

图6是示出了电动机速度和扭矩对变速器输入速度和扭矩的比相对于图
5中的动力传动系的变速器扭矩比的图;

图7是示出了混合动力传动系的第四实施例的示意性杆式图;

图8是示出了电动机速度和扭矩对变速器输入速度和扭矩的比相对于图
7中的动力传动系的变速器扭矩比的图;

图9是示出了混合动力传动系的第五实施例的示意性杆式图;

图10是示出了电动机速度和扭矩对变速器输入速度和扭矩的比相对于
图9中的动力传动系的变速器扭矩比的图;

图11是示出了混合动力传动系的第六实施例的示意性杆式图;和

图12是示出了电动机速度和扭矩对变速器输入速度和扭矩的比相对于
图11中的动力传动系的变速器扭矩比的图。

具体实施方式

参见附图,图1示出了混合动力传动系(hybrid powertrain)10,其包括
可操作地连接至混合动力传动系14的发动机10。发动机输出构件,诸如曲
轴,被操作性地连接,以和变速器14的输入构件16一起旋转。此处使用时,
“发动机”包括任何被连接为在输入构件16处提供扭矩的动力源,该输入
构件不被存储在电池60中的电力提供动力。例如,发动机包括内燃发动机、
柴油发动机、旋转发动机。动力传动系10可运行为以串联混合动力运行模
式以及复合分流混合动力运行模式两种模式在变速器14的输出构件17处提
供牵引扭矩,如下文所述。

变速器14包括三个行星齿轮组20、30和40,其中每一个都是简单的行
星齿轮组。行星齿轮组20包括太阳齿轮构件22,环齿轮构件24以及承载构
件26。可旋转地支撑在承载构件26上的小齿轮27与环齿轮构件24以及太
阳齿轮构件22两者啮合。行星齿轮组30包括太阳齿轮构件32,环齿轮构件
34以及承载构件36。可旋转地支撑在承载构件36上的小齿轮37与环齿轮
构件34以及太阳齿轮构件32两者啮合。行星齿轮组40包括太阳齿轮构件
42,环齿轮构件44以及承载构件46。可旋转地支撑在承载构件46上的小齿
轮47与环齿轮构件44以及太阳齿轮构件42两者啮合。输入构件16被持续
地连接,以和承载构件26共同旋转。输出构件17被持续地连接,以和承载
构件26共同旋转。

变速器包括第一电动机/发电机50以及第二电动机/发电机51。电动机/
发电机50包括被连接为与太阳齿轮构件22共同旋转的转子52以及接地
(ground)至诸如变速器壳体的静态部件80的定子54。第二电动机/发电机
51包括转子53以及定子55。定子55被接地至静态部件80。能量存储设备,
诸如电池60,被传递导体操作性地连接至定子54、55。控制器62通过功率
逆变器模块64控制电池60和定子54、55之间的电传递,所述逆变器模块
将由电池60提供的直流电变换成电动机/发电机50、51运行所需的交流电(当
电动机/发电机51可作为发电机运行时则反过来)。逆变器模块64可收纳两
个独立的逆变器,每一个电动机/发电机50、51各用一个。

环齿轮构件24以及承载构件36通过第一互连构件70持续地连接,以
彼此共同旋转。环齿轮构件34通过第二互连构件72持续地连接,以和承载
构件46共同旋转。太阳齿轮构件32、42通过第三互连构件74连接,以共
同旋转。转子53的转子轮毂也被连接,以和互连构件74共同旋转,从而太
阳齿轮构件32和42以和转子53相同的速度旋转。互连构件70、72、74中
没有一个连接全部三个行星齿轮组20、30、40;即,互连构件70、72、74
每一个仅互连两个不同的行星齿轮组的两个构件。此外,互连构件72以及
74是一对互连构件,其每一个都将行星齿轮组30的相应构件互连至行星齿
轮组40的相应构件,从而行星齿轮组30的两个不同构件被连接,以和行星
齿轮组40的两个不同构件共同旋转。如此处使用的,行星齿轮组20是第一
行星齿轮组,行星齿轮组30是第二行星齿轮组,而行星齿轮组40是第三行
星齿轮组。在行星齿轮组20中,承载构件26是第一构件,太阳齿轮构件22
是第二构件,而环齿轮构件24是第三构件。在行星齿轮组30中,承载构件
36是第一构件,环齿轮构件是第二构件,而太阳齿轮构件32是第三构件。
在行星齿轮组40中,承载构件46是第一构件,太阳齿轮构件42是第二构
件,而环齿轮构件44是第三构件。

变速器14仅包括两个扭矩传递机构。制动器56可被选择性地接合,以
通过将互连构件70接地而将承载构件36和环齿轮构件24接地至静态构件
80。离合器58可被选择性地接合,以将太阳齿轮构件22和电动机/发电机
50连接,以与环齿轮构件44进行共同旋转。通过控制电动机/发电机50、51,
离合器58和制动器56,多个不同运行模式可用于向前推进。电动机/发电机
50、51也可在再生制动模式中捕获制动能量,且可被控制为从冷启动或从停
止/启动(即,当暂时关闭而车辆被以另一模式运行时)启动发动机12。

串联运行模式(series operating mode)通过接合制动器56而不接合离合
器58(即,如果此前接合的话将其脱开)、控制电动机/发电机50作为发电
机运转、以及控制电动机/发电机51作为电机运转而建立。在制动器56接合
的情况下,承载构件36和环齿轮构件24是静态的。来自发动机12的扭矩
以由行星齿轮组20建立的齿轮比供应至转子52。扭矩被转换成电能(其被
存储在电池60中)或是经由逆变器64直接传递至电动机/发电机51,以向
电动机/发电机提供动力使其作为电动机运转,在太阳齿轮构件32处提供扭
矩。扭矩通过行星齿轮组30倍增且被提供在输出构件17处提供。由于环齿
轮构件44未被连接至任何其他构件或静态构件80,所以行星齿轮组40在串
联运行模式中未激活。

串联运行模式需要两组齿轮构件,其被布置成使得第二组的旋转速度决
定于提供至与第二组中的构件连接的电动机/发电机的电功率。第一组将发动
机和第一电动机/发电机50连接,而第二组将第二电动机/发电机51和输出
构件17连接。串联运行模式是有益的,这是因为在发动机12和输出构件17
之间不存在纯机械功率(mechanical power)流动路径。因此,在输出扭矩中
用于使用电动机/发电机50、51重启发动机12造成的旋转损失和中断较低。
在串联运动模式中,第一齿轮构件组包括那些提供从发动机12至电动机/发
电机51(即,承载构件26、太阳齿轮构件22、和互连的环齿轮构件24以及
承载构件36)的功率流动路径的齿轮构件。第二齿轮构件组包括那些提供从
第二电动机/发电机51至输出构件17(即,互连的太阳齿轮构件32、42,承
载构件36,和承载构件46)的功率流动路径的齿轮构件。此外,为了保持
电动机尺寸相对小,在串联模式中对输出构件17进行驱动的电动机/发电机
51应具有至输出构件17的齿轮传动比(geared ratio)。这需要接地的构件,
在此情形中为承载构件36。

当离合器58被接合而制动器56未被接合(即,如果此前接合的话则将
其脱开)时提供复合分流运行模式。复合分流运行模式对高速驾驶期间的高
效运行是有利的,这是因为其允许减低电动机速度和降低通过电功率路径的
功率。即,全部机械功率都未如在串联运行模式中的情形一样被转换成电功
率并随后通过电动机/发电机50、51再次转换成机械功率。

复合分流运行模式需要四个行星齿轮构件,它们未被连接为彼此共同旋
转,而是被通过差动齿轮结构(即,一个被连接以和输入构件16一起旋转的
构件(承载构件26)、被连接以和电动机/发电机50一起旋转的构件(太阳
齿轮构件22),被连接以和电动机/发电机51一起旋转的构件(互连的太阳
齿轮构件32、42),以及被连接以和输出构件17一起旋转的构件(互连的承
载构件46和环齿轮构件34))互相连接。第五构件(环齿轮构件44)在串
联运行模式中未被连接至任何其他的齿轮组构件,且由此有助于将四个所需
的构件分成第一组和第二组,如以上所述在串联运行模式中必须的。离合器
58可随后被接合以转换至复合分流运行模式,从而太阳齿轮构件22和环齿
轮构件44被互连,以作为单个构件运转,且互连的换齿轮构件24和承载构
件36在切换至串联运行模式的过程中可用于被接地,而仍然允许其他四个
构件移动,如在串联运行模式中所需要的,由此满足存在有四个被差动齿轮
结构互连的构件的复合分流运行模式的需要。

在复合分流运行模式中,发动机12在承载构件26处提供扭矩,且电动
机/发电机50提供扭矩至太阳齿轮构件22以及环齿轮构件44,或从太阳齿
轮构件22以及环齿轮构件44处接收扭矩。来自发动机12以及电动机/发电
机50的扭矩被通过行星齿轮组20结合,以流动至环齿轮构件44。扭矩在互
连的太阳齿轮构件32、42处由电动机/发电机51提供或提供至电动机/发电
机51。在环齿轮构件44处提供的扭矩以及在太阳齿轮构件42处接收自电动
机/发电机51或提供给电动机/发电机51的扭矩通过行星齿轮组40分流,以
在承载构件46和输出构件17处提供扭矩。因此,扭矩在行星齿轮组20处
被分流(输入分流),且在行星齿轮组40处再次被分流(输出分流),使得
运行模式成为复合分流运行模式。

通过控制电动机/发电机50以将太阳齿轮构件22的速度变成和环齿轮构
件44相同的速度,从串联运行模式到复合分流运行模式的切换可随着离合
器58和制动器56的同步切换而发生。受控制以处于相同速度的齿轮构件(环
齿轮构件44和太阳齿轮构件22)必须和串联运行所需的四个齿轮构件不同,
这是因为在串联运行模式中所有的这些齿轮构件必须旋转。离合器58可随
后被接合,而制动器56被松开。不需要滑差离合器58,因为太阳齿轮构件
22和环齿轮构件44之间不存在速度差分。因此,不存在由滑差造成的机械
损失。

此外,离合器58可以以该同步速度接合,而制动器56保持接合,建立
固定比例运行模式。例如,如果行星齿轮组20和40的环齿轮构件对太阳齿
轮构件的比是1.5,且行星齿轮组30的环齿轮构件对太阳齿轮构件的比是
3.0,则如果离合器58和制动器56两者被接合,当电动机/发电机50和51
不传递功率时,将在输入构件16和输出构件17之间产生1.47的固定齿轮比。

如果发动机12停止,制动器56被接合,且电动机/发电机51被作为电
机运行以向前推动,则建立仅电运行模式。

当制动器56被接合时,如果发动机12停止,电动机/发电机50可被控
制以作为电动机运行,来启动发动机12。由于离合器58未被接合且电动机/
发电机51关闭,所以发动机12在启动时行星齿轮组30和40未激活(不承
载扭矩)且扭矩未被传递至输出构件17。

在串联运行模式和复合分流运行模式两者中,电动机/发电机51可被控
制作为发电机运行,以在车辆制动期间将输出构件17处的一些扭矩转换成
电能。

参见图2,显示了复合分流运行模式,电动机/发电机50的扭矩对输入
构件16的扭矩之间的比相对于(versus)输出构件17的扭矩对输入构件16
的扭矩的比之间的关系被示出为曲线90。电动机/发电机51的扭矩对输入构
件16的扭矩的比相对于输出构件17的扭矩对输入构件16的扭矩的比之间
的关系被示出为曲线92。电动机/发电机50的速度对输入构件16的速度的
比相对于输出构件17的扭矩对输入构件16的扭矩的比之间的关系被示出为
曲线94。电动机/发电机51的速度对输入构件16的速度的比相对于输出构
件17的扭矩和输入构件16的扭矩的比之间的关系被示出为曲线96。

图2代表假设没有使用电池功率时动力传动系10的复合分流运行模式,
且因此电动机/发电机50和51是功率平衡的(即,电动机/发电机50的速度
和扭矩的乘积等于电动机/发电机51的速度和扭矩的乘积)。在点91处,在
制动器56被接合的串联模式中,离合器58可被接合。从串联模式至复合分
流模式的转换发生在恒定传动扭矩比1.40(点91至93),其中电动机/发电
机50逐渐反置扭矩,且由此卸载制动器56上的扭矩而在离合器58上加载
扭矩。同时,这将从发动机12直接传递至输出17的机械功率的分数从零(串
联模式)增加至机械功率和电功率之间的某中间分流。当制动器56被完全
卸载时,其被脱开且变速器可比例上升或是下降。在由图2代表的操纵方式
中,变速器14在从串联运行模式至复合分流运行模式的恒定比例转换之后
在复合分流模式中开始降低扭矩比例(即,朝向图2中的左边)。可替换地,
可通过在图2中下移至点95来将电动机/发电机50扭矩降低至零。在该点,
变速器14处在固定齿轮模式中,其中100%的机械功率传递,且没有电损失。
应注意,在复合分流模式中,存在有两个其他的点97和99,其中也存在100%
的机械功率传递,因为电动机/发电机50或51中的一个是静态的。但是,在
所述点处,电动机扭矩在静态电动机处是非零的,所述静态电动机消耗来自
电池60的电功率。

图3示出了另一实施例的混合动力传动系110,其包括混合动力变速器
114,且可运行为在串联混合动力运行模式和复合分流混合动力运行模式中
都在输出构件17处提供牵引扭矩,如下文所述。和图1和2中相同或大致
类似的部件将以相同的附图标记标示。动力传动系110和变速器114和图1
中的动力传动系10以及变速器14相同,只是输入构件16和输出构件17的
位置被变换,从而输入构件16被连接为与承载构件26共同旋转,而输出构
件17被连接为与承载构件26共同旋转。

通过接合制动器56、不接合离合器58(即,如果此前接合的话将其脱
开)、控制电动机/发电机51以作为发电机运转且控制电动机/发电机50作为
电机运转来建立串联运行模式。在制动器56接合的情况下,承载构件36和
环齿轮构件24是静态的。来自发动机12的扭矩以由行星齿轮组30建立的
齿轮比供应至转子53。扭矩被转换成电能(其被存储在电池60中),或经由
逆变器64直接传递至电动机/发电机50,以向电动机/发电机50提供功率,
从而作为电动机运转,在太阳齿轮构件22处提供扭矩。扭矩通过行星齿轮
组20倍增,且被提供在输出构件17处。由于环齿轮构件44未被连接至任
何其他构件或静态构件80,行星齿轮组40在串联运行模式中未激活。

如上所述,串联运行模式需要两组齿轮构件被彼此连接,以通过两个电
动机/发电机之间的电连接传递功率。一组将发动机12和第二电动机/发电机
51连接,而另一组将第一电动机/发电机50和输出构件17连接。在串联运
行模式中,第一齿轮构件组提供从发动机12至电动机/发电机51的功率流动
路径(即,互连的承载构件46和环齿轮构件34,互连的太阳齿轮构件32
和太阳齿轮构件42,以及接地的承载构件36)。第二齿轮构件组包括那些提
供从电动机/发电机50至输出构件17的功率流动路径的齿轮构件(即,太阳
齿轮构件22,接地的环齿轮构件24以及承载构件26)。此外,为了保持电
机尺寸相对小,在串联模式中对输出构件17进行驱动的电动机/发电机51
应具有至输出构件17的齿轮传动比。这需要接地构件,在此情形中为环齿
轮构件24。

当离合器58被接合而制动器56未被接合(即,如果此前接合的话将其
脱开)时提供复合分流运行模式。复合分流运行模式需要四个行星齿轮构件,
它们未被连接为彼此共同旋转,而是通过差动齿轮结构(即,一个被连接以
和输入构件16一起旋转的构件(承载构件46)、被连接以和电动机/发电机
51一起旋转的构件(互连的太阳齿轮构件32和太阳齿轮构件42)、被连接
以和电动机/发电机50一起旋转的构件(互连的太阳齿轮构件22和环齿轮构
件44),以及被连接以和输出构件17一起旋转的构件(承载构件26))互相
连接。第五构件(环齿轮构件44)在串联运行模式中未被连接至任何其他的
齿轮组构件,且由此有助于将四个所需的构件分成第一组和第二组,如以上
所述在串联运行模式中需要的。离合器58可随后被接合以转换至复合分流
运行模式,从而环齿轮构件44和太阳齿轮构件22被互连,以作为单个构件
运转,且互连的承载构件36和环齿轮构件24在切换值串联运行模式的过程
中可用于被接地,而仍然允许其他四个构件移动,如在串联运行模式中所需
要的,由此满足存在有四个被差动齿轮结构互连的构件的复合分流运行模式
需要。

在复合分流运行模式中,发动机12在承载构件46处提供扭矩,而电动
机/发电机51提供扭矩至太阳齿轮构件42,或从太阳齿轮构件42处接收扭
矩。来自发动机12以及电动机/发电机51的扭矩通过行星齿轮组40结合,
以流动至互连的承载构件36和环齿轮构件24。扭矩在太阳齿轮构件22处由
电动机/发电机50提供,或提供至电动机/发电机50。在太阳齿轮构件22处
提供的来自行星齿轮组40的扭矩以及在太阳齿轮构件22处接收自电动机/
发电机51或提供给电动机/发电机51的扭矩通过行星齿轮组20分流,以在
承载构件26和输出构件17处提供扭矩。因此,扭矩在行星齿轮组40处被
分流(输入分流),且在行星齿轮组20处再次被分流(输出分流),使得运
行模式成为复合分流运行模式。

通过控制电动机/发电机50以将太阳齿轮构件22的速度变成和环齿轮构
件44相同的速度,从串联运行模式到复合分流运行模式的切换可随着离合
器58和制动器56的同步切换而发生。受控制以处于相同速度的齿轮构件(太
阳齿轮构件22和环齿轮构件44)必须和串联运行所需的四个齿轮构件不同,
这是因为在串联运行模式中所有的这些齿轮构件必须旋转。离合器58可随
后被接合,而制动器56被松开。不需要滑差离合器58,因为太阳齿轮构件
22和环齿轮构件44之间不存在速度差分。因此,不存在由滑差造成的机械
损失。

此外,离合器58可以以此同步速度接合,而制动器56保持接合,建立
固定比例运行模式。例如,如果行星齿轮组20的环齿轮构件对太阳齿轮构
件的比是3.0,且行星齿轮组30的环齿轮构件对太阳齿轮构件的比是1.5,
且行星齿轮组40的环齿轮构件对太阳齿轮构件的比是1.75,则如果离合器
58和制动器56两者被接合,当电动机/发电机50和51不传递功率时,将在
输入构件16和输出构件17之间产生1.65的固定齿轮比。

当制动器56被接合时,如果发动机12停止,电动机/发电机51可被控
制以作为电动机运行,来启动发动机12。由于离合器58未被接合且电动机/
发电机50关闭,所以发动机12在启动时行星齿轮组20和40未激活(不承
载扭矩)且扭矩未被传递至输出构件17。此外,通过制动器56接合,当发
动机12被启动时,没有扭矩可从输入行星齿轮组20传递其他的齿轮组30、
40。

在串联运行模式和复合分流运行模式两者中,电动机/发电机50可被控
制以作为发电机运行,以在车辆制动期间将输出构件17处的一些扭矩转换
成电能。在复合分流运行模式中,电动机/发电机51也可作为发动机,以在
车辆制动期间将机械功率转换成电功率。

参见图4,显示了复合分流运行模式,电动机/发电机50的扭矩对输入
构件16的扭矩之间的比相对于输出构件17的扭矩对输入构件16的扭矩的
比之间的关系被示出为曲线190。电动机/发电机51的扭矩对输入构件16的
扭矩的比相对于输出构件17的扭矩对输入构件16的扭矩的比之间的关系被
示出为曲线192。电动机/发电机50的速度对输入构件16的速度的比相对于
输出构件17的扭矩对输入构件16的扭矩的比之间的关系被示出为曲线194。
电动机/发电机50的速度对输入构件16的速度的比相对于输出构件17的扭
矩对输入构件16的扭矩的比之间的关系被示出为曲线196。

图4代表假设没有使用电池功率时动力传动系110的复合分流运行模
式,且因此电动机/发电机50和51是功率平衡的(即,电动机/发电机50的
速度和扭矩的乘积等于电动机/发电机51的速度和扭矩的乘积)。在点191
处,在制动器56被接合的串联模式中,离合器58可被接合。从串联模式至
复合分流模式的转换发生在恒定传动扭矩比1.65(点191至193),其中电动
机/发电机51减小扭矩,且由此卸载制动器56上的扭矩而在离合器58上加
载扭矩。同时,这将从发动机12直接传递至输出17的机械功率的分数从零
(串联模式)增加至机械功率和电功率之间的某中间分流。当制动器56被
完全卸载时,其被脱开且变速器可比例上升或是下降。在由图4代表的操纵
方式中,变速器114在从串联运行模式至复合分流运行模式的恒定比例转换
之后在复合分流模式中开始降低扭矩比例(即,朝向图4中的左边)。可替
换地,在制动器56仍被施加的情况下,通过移动至图4中的点195将电动
机/发电机51的扭矩降低至零。在该点,变速器114在固定齿轮模式中,其
中100%的机械功率传递,且没有电损失。应注意,复合分流模式中,存在
有两个其他的点197和199,其中也存在100%的机械功率传递,因为电动
机/发电机50或51中的一个是静态的。但是,在所述点,电动机扭矩在静态
电动机处是非零的,所述静态电动机消耗来自电池60的电功率。

变速器114特别有利,因为其可在发动机12关闭、制动器56接合且离
合器58脱开的仅电运行模式中运行。当电动机/发电机50被控制作为电动机
在该运行模式中运转时,仅行星齿轮组20的构件旋转(即,太阳齿轮构件
22和承载构件26)。行星齿轮组30和行星齿轮组40的构件不旋转。因此使
得旋转损失最小化。

图5示出了混合动力传动系210的另一个实施例,其包括混合动力变速
器214,且可运转为在串联混合动力运行模式和复合分流混合动力运行模式
中都在输出构件17处提供牵引扭矩,如下文所述。和图1和2中相同或大
致类似的部件将被以相同的附图标记标示。

变速器214包括三个行星齿轮组220、230、240。行星齿轮组220是双
行星齿轮组,而行星齿轮组230和240是简单行星齿轮组。行星齿轮组220
包括太阳齿轮构件222,环齿轮构件224以及承载构件226。可旋转地支撑
在承载构件226上的小齿轮227和太阳齿轮构件222啮合。可旋转地支撑在
承载构件226上的小齿轮228和小齿轮构件227以及环齿轮构件224啮合。
行星齿轮组230包括太阳齿轮构件232,环齿轮构件234以及承载构件236。
可旋转地支撑在承载构件236上的小齿轮237和环齿轮构件234以及太阳齿
轮构件232两者啮合。行星齿轮组240包括太阳齿轮构件242,环齿轮构件
244以及承载构件246。可旋转地支撑在承载构件246上的小齿轮247和环
齿轮构件244以及太阳齿轮构件242两者啮合。输入构件16被持续地连接,
以和承载构件226共同旋转。输出构件17被持续地连接,以和承载构件246
共同旋转。

变速器214包括第一电动机/发电机250,以及第二电动机/发电机251。
电动机/发电机250包括被连接以和太阳齿轮构件222共同旋转的转子252,
和接地至静态构件80的定子254。第二电动机/发电机251包括被连接以和
太阳齿轮构件242和太阳齿轮构件232共同旋转的转子253,和接地至静态
构件80的定子255。电池60被传递导体操作性地连接至定子254、255。控
制器62通过功率逆变器64控制在电池60和定子254、255之间的电传递。

环齿轮构件224和环齿轮构件234通过第一互连构件270持续地连接,
以彼此共同旋转。承载构件236通过第二互连构件272持续地连接,以和承
载构件246以及和输出构件17共同旋转。太阳齿轮构件232和太阳齿轮构
件242通过第三互连构件274连接,以彼此以及和电动机/发电机251共同旋
转。互连构件270、272、274中没有一个连接全部三个行星齿轮组220、230、
240;即,互连构件270、272、274每一个仅互连两个不同的行星齿轮组的
两个构件。此外,互连构件272以及274是一对互连构件,其每一个都将行
星齿轮组230的相应构件互连至行星齿轮组240的相应构件,从而行星齿轮
组230的两个不同构件被连接,以和行星齿轮组240的两个不同构件共同旋
转。如此处使用的,行星齿轮组220是第一行星齿轮组,行星齿轮组230是
第二行星齿轮组,而行星齿轮组240是第三行星齿轮组。在行星齿轮组220
中,承载构件226是第一构件,太阳齿轮构件222是第二构件,而环齿轮构
件224是第三构件。在行星齿轮组230中,环齿轮构件234是第一构件,承
载构件236是第二构件,而太阳齿轮构件232是第三构件。在行星齿轮组240
中,承载构件246是第一构件,太阳齿轮构件242是第二构件,而环齿轮构
件244是第三构件。

变速器214仅包括两个扭矩传递机构56和58。在该实施例中,制动器
56可被选择性地接合,以通过将互连构件270接地来将环齿轮构件224和环
齿轮构件234接地至静态构件80。离合器58可被选择性地接合,以将环齿
轮构件244连接为和太阳齿轮构件222以及电动机/发电机250共同旋转。通
过控制电动机/发电机250、251、离合器58和制动器56,多个不同运行模式
可用于向前推进。电动机/发电机250、251也可在再生制动模式中捕获制动
能量,且可被控制为从冷启动或从停止/启动(即,当暂时关闭而车辆被以另
一模式运行时)启动发动机12。

通过接合制动器56、不接合离合器58(即,如果此前接合的话将其脱
开)、控制电动机/发电机250以作为发电机运转且控制电动机/发电机251作
为电动机运转来建立串联运行模式。在制动器56接合的情况下,环齿轮构
件224和环齿轮构件234是静态的。来自发动机12的扭矩以由行星齿轮组
220建立的齿轮比供应至转子252。扭矩被转换成电能(其被存储在电池60
中),或经由逆变器64直接传递至电动机/发电机251,以向电动机/发电机
251提供功率使其作为电机运转,在太阳齿轮构件232处提供扭矩。扭矩通
过行星齿轮组230倍增,且提供在输出构件17处。由于环齿轮构件244未
被连接至任何其他构件或静态构件80,行星齿轮组240在串联运行模式中未
激活。

如上所述,串联运行模式需要两组齿轮构件彼此连接,以仅通过两个电
动机/发电机之间的电连接传递功率。一组将发动机12和第一电动机/发电机
250连接,而另一组将第二电动机/发电机251和输出构件17连接。在串联
运行模式中,第一齿轮构件组提供从发动机12至电动机/发电机250的功率
流动路径(即,承载构件226、接地的环齿轮构件224、和太阳齿轮构件222)。
第二齿轮构件组提供从电动机/发电机251至输出构件17的功率流动路径
(即,太阳齿轮构件232、接地的环齿轮构件234以及承载构件236)。此外,
为了保持电机尺寸相对小,在串联模式中对输出构件17进行驱动的电动机/
发电机251应具有至输出构件17的齿轮传动比。这需要接地构件,在此情
形中为环齿轮构件234。

当离合器58被接合而制动器56未被接合(即,如果此前接合的话将其
脱开)时提供复合分流运行模式。复合分流运行模式需要四个行星齿轮组构
件,其未被连接为彼此共同旋转,而是通过差动齿轮结构(即,一个被连接
以和输入构件16一起旋转的构件(承载构件226)、被连接以和电动机/发电
机250一起旋转的构件(太阳齿轮构件222),被连接以和电动机/发电机251
一起旋转的构件(互连的太阳齿轮构件232、242),以及被连接以和输出构
件17一起旋转的构件(互连的承载构件236、246))彼此连接。第五构件(环
齿轮构件244)在串联运行模式中未被连接至任何其他的齿轮组构件,且由
此有助于将四个所需的构件分成第一组和第二组,如以上所述在串联运行模
式中必须的。离合器58可随后被接合以转换至复合分流运行模式,从而太
阳齿轮构件222和环齿轮构件244被互连,以作为单个构件,由此满足存在
有四个被差动齿轮结构互连的构件的复合分流运行模式的需要。

在复合分流运行模式中,发动机12在承载构件226处提供扭矩,而电
动机/发电机250提供扭矩至太阳齿轮构件222,或从太阳齿轮构件222处接
收扭矩。来自发动机12以及电动机/发电机250的扭矩通过行星齿轮组220
结合,以流动至互连的环齿轮构件224和环齿轮构件234。扭矩在互连的太
阳齿轮构件232和太阳齿轮构件242处由电动机/发电机251提供,或提供至
电动机/发电机251。在环齿轮构件234处提供的来自发动机12的扭矩和电
动机/发电机250的扭矩以及在太阳齿轮构件232处接收自电动机/发电机251
或提供给电动机/发电机251的扭矩通过行星齿轮组230分流,以在承载构件
236和输出构件17处提供扭矩。因此,扭矩在行星齿轮组220处分流(输入
分流),且在行星齿轮组230处再次被分流(输出分流),使得运行模式成为
复合分流运行模式。

通过控制电动机/发电机250以将太阳齿轮构件222的速度变为和环齿轮
构件244相同的速度,从串联运行模式到复合分流运行模式的切换可随着离
合器58和制动器56的同步切换而发生。离合器58可随后被接合,而制动
器56被松开。不需要让离合器58存在滑差,因为太阳齿轮构件222和环齿
轮构件244之间不存在速度差分。因此,不存在由滑差造成的机械损失。

此外,离合器58可以以此同步速度接合,而离合器56仍然保持接合,
建立固定比例运行模式。例如,如果行星齿轮组220的环齿轮构件对太阳齿
轮构件的比是1.75,且行星齿轮组230的环齿轮构件对太阳齿轮构件的比率
是3.0,且行星齿轮组240的环齿轮构件对太阳齿轮构件的比率是1.5,则如
果离合器58和制动器56两者被接合,当电动机/发电机250和251不传递功
率时,将在输入构件16和输出构件17之间产生1.33的固定齿轮比。

如果发动机12停止,制动器56被接合,且电动机/发电机251被作为电
动机运行以向前推动时建立仅电运行模式。

当制动器56被接合时,如果发动机12停止,电动机/发电机250可被控
制以作为电动机运行,以启动发动机12。由于离合器58未接合,行星齿轮
组240未激活(不承载扭矩)。而且,电动机/发电机251可以关闭,从而在
发动机12正启动时行星齿轮组230未激活且扭矩不被传输至输出构件17。

在串联运行模式和复合分流运行模式两者中,电动机/发电机251可被控
制以作为发电机运行,以在车辆致动期间将在输出构件17处的一些扭矩转
换成电能。

参见图6,显示了复合分流运行模式,电动机/发电机250的扭矩对输入
构件16的扭矩之间的比相对于输入构件16的扭矩对输出构件17的扭矩的
比之间的关系被示出为曲线290。电动机/发电机251的扭矩对输入构件16
的扭矩的比相对于输出构件17的扭矩和输入构件16的扭矩的比之间的关系
被示出为曲线292。电动机/发电机250的速度对输入构件16的速度的比相
对于输出构件17的扭矩对输入构件16的扭矩的比之间的关系被示出为曲线
294。电动机/发电机251的速度对输入构件16的速度的比相对于输出构件
17的扭矩对输入构件16的扭矩的比之间的关系被示出为曲线296。

图6代表动力传动系210的复合分流运行模式,假设未使用电源,且
因此电动机/发电机250和251功率平衡(即,电动机/发电机250的速度和扭
矩的乘积等于电动机/发电机251的速度和扭矩的乘积)。在点291处,在制
动器56被接合的串联模式中,离合器58可被接合。从串联模式至复合分流
模式的转变发生在恒定变速扭矩比1.33处(点291至点293),其中电动机/
发电机250降低扭矩并由此在制动器56上卸载扭矩且在离合器58上加载扭
矩。同时,这将从发动机12直接传递至输出17的机械能的分数从零(串联
模式)增加至机械功率和电功率之间的某中间分流。当制动器56被完全卸
载时,其被脱开,且变速器214可比例上升或下降。在由图6代表的操纵方
式中,变速器214在从串联运行模式至复合分流运行模式的恒定比例转换之
后在复合分流模式中开始降低扭矩比例(即,朝向图6中的左边)。可替换
地,可通过移动至图6中的点295来将电动机/发电机250扭矩降低至零。在
该点,变速器214处在固定齿轮模式中,其中100%机械功率传递,且没有
电损失。应注意,在复合分流模式中,存在有两个其他的点297和299,其
中也存在100%的机械功率传递,这是因为电动机/发电机250或251中的一
个是静态的。但是,在这些点,电动机扭矩在静态电动机处是非零的,所述
静态电动机消耗来自电池60的电功率。

图7示出了混合动力传动系310的另一实施例,其包括混合动力变速器
314,且可运行以在串联混合动力运行模式和复合分流混合动力运行模式中
都在输出构件17处提供牵引扭矩,如下文所述。和图1和2中相同或大致
类似的部件将被以相同的附图标记标示。

变速器314包括三个行星齿轮组320、330和340,其中每一个都是简
单的行星齿轮组。行星齿轮组320包括太阳齿轮构件322,环齿轮构件324
以及承载构件326。可旋转地支撑在承载构件326上的小齿轮327与环齿轮
构件324以及太阳齿轮构件322两者啮合。行星齿轮组330包括太阳齿轮构
件332,环齿轮构件334以及承载构件336。可旋转地支撑在承载构件336
上的小齿轮337与环齿轮构件334以及太阳齿轮构件332两者啮合。行星齿
轮组340包括太阳齿轮构件342,环齿轮构件344以及承载构件346。可旋
转地支撑在承载构件346上的小齿轮347与环齿轮构件344以及太阳齿轮构
件342两者啮合。输入构件16被持续地连接,以和环齿轮构件324共同旋
转。输出构件17被持续地连接,以和承载构件336共同旋转。

变速器314包括第一电动机/发电机350,以及第二电动机/发电机351。
电动机/发电机350包括被连接以和太阳齿轮构件322共同旋转的转子352,
和接地至静态构件80的定子354。第二电动机/发电机351包括转子353以
及定子355。定子355被接地至静态构件80。电池60被传递导体操作性地
连接至定子354、355。控制器62通过功率逆变器64控制在电池60和定子
354、355之间的电传递。

承载构件326和环齿轮构件334被第一互连构件370持续地连接,以彼
此共同旋转。承载构件336被第二互连构件372持续地连接,以和承载构件
346以及输出构件17共同旋转。太阳齿轮构件332和环齿轮构件334被第三
互连构件374连接,以和转子353共同旋转。互连构件370、372、374中没
有一个连接全部三个行星齿轮组320、330、340;即,互连构件370、372、
374每一个仅互连两个不同的行星齿轮的两个构件。此外,互连构件372以
及374是一对互连构件,其每一个都将行星齿轮组330的相应构件互连至行
星齿轮组340的相应构件,从而行星齿轮组330的两个不同构件被连接,以
和行星齿轮组340的两个不同构件共同旋转。如在此处使用的,行星齿轮组
320是第一行星齿轮组,行星齿轮组330是第二行星齿轮组,而行星齿轮组
340是第三行星齿轮组。在行星齿轮组320中,环齿轮构件324是第一构件,
太阳齿轮构件322是第二构件,而承载构件326是第三构件。在行星齿轮组
330中,环齿轮构件334是第一构件,承载构件336是第二构件,而太阳齿
轮332是第三构件。在行星齿轮组340中,承载构件346是第一构件,环齿
轮构件344是第二构件,而太阳齿轮构件342是第三构件。

变速器314仅包括两个扭矩传递机构56和58。在该实施例中,制动器
56可被选择性地接合,以通过将互连构件370接地来将承载构件326和环齿
轮构件334接地至静态构件80。离合器58可被选择性地接合,以连接太阳
齿轮构件342和承载构件346,以和太阳齿轮构件322以及转子352共同旋
转。通过控制电动机/发电机350、351、离合器58和制动器56,多个不同运
行模式可用于向前推进。电动机/发电机350、351也可在再生制动模式中捕
获制动能量,且可被控制以从冷启动或从停止/启动(即,当暂时关闭而车辆
被以另一模式运行时)启动发动机12。

通过接合制动器56、不接合离合器58(即,如果此前接合的话将其脱
开),控制电动机/发电机350以作为发电机运转,且控制电动机/发电机351
作为电动机运转来,从而建立串联运行模式。在制动器56接合的情况下,
环齿轮构件334和承载构件326是静态的。来自发动机12的扭矩被以由行
星齿轮组320建立的齿轮比供应至转子352。扭矩被转换成电能(其被存储
在电池60中)或经由逆变器64直接传递至电动机/发电机351,以向电动机
/发电机351提供功率,作为电动机运转,在太阳齿轮构件332处提供扭矩。
扭矩通过行星齿轮组330倍增,且被提供在输出构件17处。由于太阳齿轮
构件342未被连接至任何其他构件或静态构件80,行星齿轮组340在串联运
行模式中是未激活的。

如上所述,串联运行模式需要两组齿轮构件彼此连接,以仅通过两个电
动机/发电机之间的电连接传递功率。一组建立从发动机12至第一电动机/
发电机350的功率流动路径,而另一组建立从第二电动机/发电机351至输出
构件17的功率流动路径。在串联运行模式中,第一组的齿轮构件包括环齿
轮构件324、承载构件326以及太阳齿轮构件322。第二组的齿轮构件组包
括太阳齿轮构件332、承载构件336以及环齿轮构件334。此外,为了保持电
动机尺寸相对小,在串联模式中对输出构件17进行驱动的电动机/发电机351
应具有至输出构件17的齿轮传动比。这需要接地构件,在此情形中为环齿
轮构件334。

当离合器58被接合而制动器56未被接合(即,如果此前接合的话将其
脱开)时提供复合分流运行模式。复合分流运行模式需要四个行星齿轮构件,
它们未被连接为彼此共同旋转,而是被通过差动齿轮结构(即,一个被连接
以和输入构件16一起旋转的构件(环齿轮构件324)、被连接以和电动机/
发电机350一起旋转的构件(太阳齿轮构件322),被连接以和电动机/发电
机351一起旋转的构件(太阳齿轮构件332)以及被连接以和输出构件17
一起旋转的构件(互连的承载构件336和环齿轮构件346))互相连接。第五
构件(太阳齿轮构件342)在串联运行模式中未被连接至任何其他的齿轮组
构件,且由此有助于将四个所需的构件分成第一组和第二组,如以上所述在
串联运行模式中必须的。离合器58可随后被接合以转换至复合分流运行模
式,从而太阳齿轮构件342和太阳齿轮构件322被互连,以作为单个第五构
件运转,而仍然允许其他四个构件移动,如在串联运行模式中所需要的,由
此满足存在有四个被差动齿轮结构互连的构件的复合分流运行模式的需要。

在复合分流运行模式中,发动机12在环齿轮构件324处提供扭矩,而
电动机/发电机350提供扭矩至太阳齿轮构件322和太阳齿轮构件342,或从
太阳齿轮构件322和太阳齿轮构件342处接收扭矩。来自发动机12以及电
动机/发电机350的扭矩被通过行星齿轮组320组合,以流动至互连的环齿轮
构件334以及承载构件326。扭矩在太阳齿轮构件332处由电动机/发电机351
提供,或提供至电动机/发电机351。在环齿轮构件334处提供的扭矩以及在
太阳齿轮构件332处接收自电动机/发电机351或提供给电动机/发电机351
的扭矩通过行星齿轮组330分流,以在承载齿轮构件336和输出构件17处
提供扭矩。因此,扭矩在行星齿轮组320处被分流(输入分流),且在行星
齿轮组330处再次被分流(输出分流),使得运行模式成为复合分流运行模
式。

通过控制电动机/发电机350以将太阳齿轮构件322的速度变为和太阳
齿轮构件342相同的速度,从串联运行模式至复合分流运行模式的切换可随
着离合器58和制动器56的同步切换而发生。离合器58可随后被接合,而
制动器56被松开。不需要使得离合器58存在滑差,因为太阳齿轮构件322、
342之间不存在速度差分。因此,不存在由滑差造成的机械损失。

此外,离合器58可以以该同步速度被接合,而制动器56保持接合,建
立固定比例运行模式。例如,如果行星齿轮组320的环齿轮构件对太阳齿轮
构件的比是1.75,且行星齿轮组330的环齿轮构件对太阳齿轮构件的比是
3.0,且行星齿轮组340的环齿轮构件对太阳齿轮构件的比率是1.5,则如果
离合器58和制动器56两者被接合,当电动机/发电机350和351不传递功率
时,将在输入构件16和输出构件17之间产生2.00的固定齿轮比。

如果发动机12停止,制动器56被接合,且电动机/发电机351被作为
电动机运行以向前推动,则建立仅电运行模式。

当制动器56被接合时,如果发动机12停止,电动机/发电机350可被
控制以作为电动机运行,来启动发动机12。由于离合器58未被接合且电动
机/发电机351关闭,从而转子353可自由飞转,所以在发动机12正启动时
行星齿轮组330和340未激活(不承载扭矩)且扭矩不被传递至输出构件17。

在串联运行模式和复合分流运行模式两者中,电动机/发电机351可被
控制以作为发电机运行,以在车辆致动期间将输出构件17处的一些扭矩转
换成电能。在复合分流运行模式中,电动机/发电机350也可作为发电机运转,
以将机械功率转换成电功率。

参见图8,显示了复合分流运行模式,电动机/发电机350的扭矩对输入
构件16的扭矩之间的比相对于输出构件17的扭矩对输入构件16的扭矩的
比之间的关系被示出为曲线390。电动机/发电机351的扭矩对输入构件16
的扭矩的比相对于输出构件17的扭矩对输入构件16的扭矩的比之间的关系
被示出为曲线392。电动机/发电机350的速度对输入构件16的速度比相对
于输出构件17的扭矩对输入构件16的扭矩的比之间的关系被示出为曲线
394。电动机/发电机351的速度对输入构件16的速度比相对于输出构件17
的扭矩对输入构件16的扭矩的比之间的关系被示出为曲线396。

图8代表动力传动系310的复合分流模式,假设未使用电源,且因此
电动机/发电机350和351功率平衡(即,电动机/发电机350的速度和扭矩的
乘积等于电动机/发电机351的速度和扭矩的乘积)。在点391处,在制动器
56被接合的串联模式中,离合器58可被接合。从串联模式至复合分流模式
的转变发生在恒定变速扭矩比2.0处(点391至点393),其中电动机/发电机
351降低扭矩并由此在制动器56上卸载扭矩,且在离合器58上加载扭矩。
同时,这将从发动机12直接传递至输出17的机械能的分数从零(串联模式)
增加至机械功率和电功率之间的某中间分流。当制动器56被完全卸载时,
其被脱开,且变速器314可比例上升或下降。在由图8代表的操纵方式中,
变速器314在从串联运行模式至复合分流运行模式的恒定比例转换之后在复
合分流模式中开始降低比率(即,朝向图8中的左边)。可替换地,可仅在
图8中从点391移动至点395时将电动机/发电机351扭矩保持为零。在该点,
变速器314处在固定齿轮模式中,其中100%机械功率传递,且没有电损失。
应注意,在复合分流模式中,存在有两个其他的点397和399,其中也存在
100%的机械功率传递,这是因为电动机/发电机350或351中的一个是静态
的。但是,在这些点,电动机扭矩在静态电机处是非零的,所述静态电动机
消耗来自电池60的电功率。

图9示出了另一实施例的混合动力传动系410,其包括混合动力变速器
414,且可运行以在串联混合动力运行模式和复合分流混合动力运行模式中
都在输出构件17处提供牵引扭矩,如下文所述。和图1和2中相同或大致
类似的部件将被以相同的附图标记标示。

变速器414包括三个行星齿轮组420、430和440,其中每一个都是简
单的行星齿轮组。行星齿轮组420包括太阳齿轮构件422,环齿轮构件424
以及承载构件426。可旋转地支撑在承载构件426上的小齿轮427和环齿轮
构件424以及太阳齿轮构件422两者啮合。行星齿轮组430包括太阳齿轮构
件432,环齿轮构件434以及承载构件436。可旋转地支撑在承载构件436
上的小齿轮437和环齿轮构件434以及太阳齿轮构件432两者啮合。行星齿
轮组440包括太阳齿轮构件442,环齿轮构件444以及承载构件446。可旋
转地支撑在承载构件446上的小齿轮447和环齿轮构件444以及太阳齿轮构
件442两者啮合。输入构件16被持续地连接,以和承载构件426共同旋转。
输出构件17被持续地连接,以和承载构件446共同旋转。

变速器414包括第一电动机/发电机450,以及第二电动机/发电机451。
电动机/发电机450包括被连接以和太阳齿轮构件422共同旋转的转子452,
和接地至静态构件80的定子454。第二电动机/发电机451包括被连接以和
太阳齿轮构件432以及环齿轮构件444共同旋转的转子453,以及包括定子
455。定子455被接地至静态构件80。电池60被传递导体操作性地连接至定
子454、455。控制器62通过功率逆变器64控制在电池60和定子454、455
之间的电传递。

环齿轮构件424以及承载构件436通过第一互连构件470持续地连接,
以彼此共同旋转。环齿轮构件434通过第二互连构件472持续地连接,以和
承载构件446以及输出构件17共同旋转。太阳齿轮构件432和环齿轮构件
444被第三互连构件474连接,以和转子453共同旋转。互连构件470、472、
474中没有一个连接全部三个行星齿轮组420、430、440;即,互连构件470、
472、474每一个仅互连两个不同的行星齿轮的两个构件。此外,互连构件
472以及474是一对互连构件,其每一个都将行星齿轮组430的相应构件互
连至行星齿轮组440的相应构件,从而行星齿轮组430的两个不同构件被连
接,以和行星齿轮组440的两个不同构件共同旋转。如在此处使用的,行星
齿轮组420是第一行星齿轮组,行星齿轮组430是第二行星齿轮组,而行星
齿轮组440是第三行星齿轮组。在行星齿轮组420中,承载构件426是第一
构件,太阳齿轮构件422是第二构件,而环齿轮构件424是第三构件。在行
星齿轮组430中,承载构件436是第一构件,环齿轮构件434是第二构件,
而太阳齿轮构件432是第三构件。在行星齿轮组440中,承载构件446是第
一构件,环齿轮构件444是第二构件,而太阳齿轮构件442是第三构件。

变速器414仅包括两个扭矩传递机构56和58。在该实施例中,制动器
56可被选择性地接合,以通过将互连构件470接地来将承载构件436和环齿
轮构件424接地至静态构件80。离合器58可被选择性地接合,以连接太阳
齿轮构件442,从而和太阳齿轮构件422以及转子452共同旋转。通过控制
电动机/发电机450、451、离合器58和制动器56,多个不同运行模式可用于
向前推进。电动机/发电机450、451也可在再生制动模式中捕获制动能量,
且可被控制以从冷启动或从停止/启动(即,当暂时关闭而车辆被以另一模式
运行时)启动发动机12。

通过接合制动器56、不接合离合器58(即,如果此前接合的话将其脱
开),控制电动机/发电机450以作为发电机运转,且控制电动机/发电机451
作为电动机运转,从而建立串联运行模式。在制动器56接合的情况下,环
齿轮构件424和承载构件436是静态的。来自发动机12的扭矩被以由行星
齿轮组420建立的齿轮比供应至转子452。扭矩被转换成电能(其被存储在
电池60中)或经由逆变器64直接传递至电动机/发电机451,以向电动机/
发电机451提供功率,作为电动机运转,在太阳齿轮构件432处提供扭矩。
扭矩被通过行星齿轮组430倍增,且被提供在环齿轮构件434以及输出构件
17处。由于太阳齿轮构件442未被连接至任何其他构件或静态构件80,行
星齿轮组440在串联运行模式中是未激活的。

如上所述,串联运行模式需要两组齿轮构件彼此连接,以仅通过两个电
动机/发电机之间的电连接传递功率。一组建立从发动机12至第一电动机/
发电机450的功率流动路径,而另一组建立从第二电动机/发电机451至输出
构件17的功率流动路径。在串联运行模式中,第一组的齿轮构件包括承载
构件426、环齿轮构件424以及太阳齿轮构件422。第二组的齿轮构件包括
太阳齿轮构件432、承载构件436以及环齿轮构件434。此外,为了保持电机
尺寸相对小,在串联模式中对输出构件17进行驱动的电动机/发电机451应具
有至输出构件17的齿轮传动比。这需要接地构件,在此情形中为环齿轮构
件434。

当离合器58被接合而制动器56未被接合(即,如果此前接合的话将其
脱开)时提供复合分流运行模式。复合分流运行模式需要四个行星齿轮构件,
它们未被连接为彼此共同旋转,而是被通过差动齿轮结构(即,一个被连接
以和输入构件16共同旋转的构件(承载构件426)、被连接以和电动机/发电
机450共同旋转的构件(太阳齿轮构件422),被连接以和电动机/发电机451
共同旋转的构件(太阳齿轮构件432),以及被连接以和输出构件17共同旋
转的构件(互连的环齿轮构件434和承载构件446))互相连接。第五构件(太
阳齿轮构件442)在串联运行模式中未被连接至任何其他的齿轮组构件,且
由此有助于将四个所需的构件分成第一组和第二组,如以上所述在串联运行
模式中必须的。离合器58可随后被接合以转换至复合分流运行模式,从而
太阳齿轮构件422和太阳齿轮构件442被互连,以作为单个构件运转,且满
足存在有四个被差动齿轮结构互连的构件的复合分流运行模式的需要。

在复合分流运行模式中,发动机12在承载构件426提供扭矩,而电动
机/发电机450提供扭矩至太阳齿轮构件422以及太阳齿轮构件442,或从太
阳齿轮构件422以及太阳齿轮构件442处接收扭矩。来自发动机12以及电
动机/发电机450的扭矩通过行星齿轮组420组合,以流动至互连的环齿轮构
件424以及承载构件436。扭矩在太阳齿轮构件432处由电动机/发电机451
提供,或提供至电动机/发电机451。在承载构件436处提供的扭矩以及在太
阳齿轮构件432处从电动机/发电机451处接收或提供至电动机/发电机451
的扭矩通过行星齿轮组430分流,以在环齿轮构件434以及输出构件17处
提供扭矩。因此,扭矩在行星齿轮组420处被分流(输入分流),且在行星
齿轮组430处再次被分流(输出分流),使得运行模式成为复合分流运行模
式。

通过控制电动机/发电机450以将太阳齿轮构件422的速度变为和太阳
齿轮构件442相同的速度,从串联运行模式至复合分流运行模式的切换可随
着离合器58和制动器56的同步切换而发生。离合器58可随后被接合,而
制动器56被松开。不需要使得离合器58存在滑差,因为太阳齿轮构件422、
442之间不存在速度差分。因此,不存在由滑差造成的机械损失。

此外,离合器58可以以该同步速度被接合,而制动器56保持接合,建
立固定比例运行模式。例如,如果行星齿轮组420的环齿轮构件对太阳齿轮
构件的比是2.25,且行星齿轮组430的环齿轮构件对太阳齿轮构件的比是
3.0,且行星齿轮组440的环齿轮构件对太阳齿轮构件的比是1.5,则如果离
合器58和制动器56两者被接合,当电动机/发电机450和451不传递功率时,
将在输入构件16和输出构件17之间产生2.15的固定齿轮比。

如果发动机12停止,制动器56被接合,且电动机/发电机451被作为
电动机运行以向前推动时,则建立仅电运行模式。

当制动器56被接合时,如果发动机12停止,电动机/发电机450可被
控制以作为电动机运行,来启动发动机12。由于离合器58未被接合且电动
机/发电机451关闭,从而转子453可自由飞转,所以在发动机12正启动时
行星齿轮组430和440未激活(不承载扭矩)且扭矩不被传递至输出构件17。

在串联运行模式和复合分流运行模式两者中,电动机/发电机451可被
控制以作为发电机运行,以在车辆致动期间将输出构件17处的一些扭矩转
换成电能。在复合分流运行模式中,电动机/发电机450可取决于传动比作为
电动机或发电机运行。

参见图10,显示了复合分流运行模式,电动机/发电机450的扭矩对输
入构件16的扭矩之间的比相对于输出构件17的扭矩对输入构件16的扭矩
的比之间的关系被示出为曲线490。电动机/发电机451的扭矩对输入构件16
的扭矩的比相对于输出构件17的扭矩对输入构件16的扭矩的比之间的关系
被示出为曲线492。电动机/发电机450的速度对输入构件16的速度的比相
对于输出构件17的扭矩对输入构件16的扭矩的比之间的关系被示出为曲线
494。电动机/发电机451的速度对输入构件16的速度的比相对于输出构件
17的扭矩对输入构件16的扭矩的比之间的关系被示出为曲线496。

图10代表动力传动系410的复合分流模式,假设未使用电源,且因此
电动机/发电机450和451功率平衡(即,电动机/发电机450的速度和扭矩的
乘积等于电动机/发电机451的速度和扭矩的乘积)。在点491处,在制动器
56被接合的串联模式中,离合器58可被接合。从串联模式至复合分流模式
的转变发生在恒定变速扭矩比2.15处(点491至点493),电动机/发电机451
降低扭矩并由此在制动器56上卸载扭矩,且在离合器58上加载扭矩。同时,
这将从发动机12直接传递至输出17的机械能的分数从零(串联模式)增加
至机械功率和电功率之间的某中间分流。当制动器56被完全卸载时,其被
脱开,且变速器414可比例上升或下降。在由图10代表的操纵方式中,变
速器414在从串联运行模式至复合分流运行模式的恒定比例转换之后在复合
分流模式中开始降低比例(即,朝向图10中的左边)。可替换地,可在图10
中从点491移动至点495时将电动机/发电机450扭矩保持为零。在该点,变
速器414处在固定齿轮模式中,其中100%机械功率传递,且没有电损失。
应注意,复合分流模式中,存在有两个其他的点497和499,其中也存在100%
的机械功率传递,因为电动机/发电机450或451中的一个是静态的。但是,
在这些点,电动机扭矩在静态电机处是非零的,所述静态电机消耗来自电池
60的电功率。

图11示出了另一实施例的混合动力传动系510,其包括混合动力变速
器514,且可运行以在串联混合动力运行模式和复合分流混合动力运行模式
中都在输出构件17处提供牵引扭矩,如下文所述。和图1和2中相同或大
致类似的构件将被以相同的附图标记标示。动力传动系510和变速器514和
图5中的动力传动系210以及变速器214相同,只是输入构件16和输出构
件17的位置被调换,从而输入构件16被连接以和承载构件246共同旋转,
而输出构件17被连接以和承载构件226共同旋转。

通过接合制动器56、不接合离合器58(即,如果此前接合的话将其脱
开),控制电动机/发电机251以作为发电机运转,且控制电动机/发电机250
作为电动机运转,从而建立串联运行模式。在制动器56接合的情况下,环
齿轮构件224和环齿轮构件234是静态的。来自发动机12的扭矩被以由行
星齿轮组240建立的齿轮比供应至转子253。扭矩被转换成电能(其被存储
在电池60中)或经由逆变器64直接传递至电动机/发电机250,以向电动机
/发电机250提供功率,以作为电动机运转,在太阳齿轮构件222处提供扭矩。
扭矩通过行星齿轮组220倍增,且被提供在输出构件17处。由于环齿轮构
件244未被连接至任何其他构件或静态构件80,行星齿轮组240在序列运行
模式中未激活。

如上所述,串联运行模式需要两组齿轮构件彼此连接,以仅通过两个电
动机/发电机之间的电连接传递功率。一组将发动机12和第二电动机/发电机
251连接,而另一组将第一电动机/发电机250和输出构件17连接。在串联
运行模式中,第一齿轮构件组提供从发动机12至电动机/发电机251的功率
流动路径(即,承载构件236,接地的环齿轮构件234,和太阳齿轮构件232)。
第二齿轮构件组提供从电动机/发电机250至输出构件17的功率流动路径
(即,太阳齿轮构件2322,接地的环齿轮构件224以及承载构件226)。此
外,为了保持电动机尺寸相对小,在串联模式中对输出构件17进行驱动的电动
机/发电机250应具有至输出构件17的齿轮传动比。这需要接地构件,在此
情形中为环齿轮构件224。

当离合器58被接合而制动器56未被接合(即,如果此前接合的话将
其脱开)时提供复合分流运行模式。复合分流运行模式需要四个行星齿轮构
件,它们未被连接为彼此共同旋转,而是通过差动齿轮结构(即,一个被连
接以和输入构件16共同旋转的构件(承载构件246)、被连接以和电动机/
发电机251共同旋转的构件(互连的太阳齿轮构件232、242),被连接以和
电动机/发电机250共同旋转的构件(太阳齿轮构件222),以及被连接以和
输出构件17共同旋转的构件(承载构件226))互相连接。第五构件(环齿
轮构件244)在串联运行模式中未被连接至任何其他的齿轮组构件,且由此
有助于将四个所需的构件分成第一组和第二组,如以上所述在串联运行模式
中必须的。离合器58可随后被接合以转换至复合分流运行模式,从而太阳
齿轮构件222和环齿轮构件244被互连,以作为单个构件运转,由此满足存
在有四个被差动齿轮结构互连的构件的复合分流运行模式的需要。

在复合分流运行模式中,发动机12在承载构件226处提供扭矩,而电
动机/发电机251提供扭矩至太阳齿轮构件232和234,或从太阳齿轮构件232
和234处接收扭矩。来自发动机12以及电动机/发电机251的扭矩通过行星
齿轮组230组合,以流动至互连的环齿轮构件224和环齿轮构件234。扭矩
在太阳齿轮构件222处由电动机/发电机250提供,或提供至电动机/发电机
250。在环齿轮构件224处的自发动机12和电动机/发电机251提供的扭矩以
及在太阳齿轮构件222处的来自或提供至电动机/发电机250的扭矩通过行星
齿轮组220分流,以在承载构件226和输出构件17处提供扭矩。因此,扭
矩在行星齿轮组240处被分流(输入分流),且在行星齿轮组220处再次被
分流(输出分流),使得运行模式成为复合分流运行模式。

通过控制电动机/发电机250以将太阳齿轮构件222的速度变为和环齿
轮构件244相同的速度,从串联运行模式到复合分流运行模式的切换可随着
离合器58和制动器56的同步切换而发生。离合器58可随后被接合,而制
动器56被松开。不需要使得离合器5发生滑差8,因为太阳齿轮构件222
和环齿轮构件244之间不存在速度差分。因此,不存在由滑差造成的机械损
失。

此外,离合器58可以以该同步速度被接合,而制动器56保持接合,建
立固定比例运行模式。例如,如果行星齿轮组220的环齿轮构件对太阳齿轮
构件的比是1.5,且行星齿轮组230的环齿轮构件对太阳齿轮构件的比是3.0,
且行星齿轮组240的环齿轮构件对太阳齿轮构件的比是1.6,则如果离合器
58和制动器56两者被接合,当电动机/发电机250和251不传递功率时,将
在输入构件16和输出构件17之间产生1.71的固定齿轮比。

如果发动机12停止,制动器56被接合,且电动机/发电机250被作为
电动机运行以向前推动时,建立仅电运行模式。

当制动器56被接合时,如果发动机12停止,电动机/发电机251可被
控制以作为电动机运行,从而启动发动机12。由于离合器58未接合,行星
齿轮组未激活(不承载扭矩)。而且,电动机/发电机250可以关闭,从而在
发动机12正启动时行星齿轮组220未激活且扭矩不被传递至输出构件17。

在串联运行模式和复合分流运行模式两者中,电动机/发电机250可被
控制以作为发电机运行,以在车辆致动期间将在输出构件17处的一些扭矩
转换成电能。

参见图12,显示了复合分流运行模式,电动机/发电机250的扭矩对输
入构件16的扭矩之间的比对输出构件17的扭矩对输入构件16的扭矩的比
之间的关系被示出为曲线590。电动机/发电机251的扭矩对输入构件16的
扭矩的比相对于输出构件17的扭矩对输入构件16的扭矩的比之间的关系被
示出为曲线592。电动机/发电机250的速度对输入构件16的速度的比相对
于输出构件17的扭矩对输入构件16的扭矩的比之间的关系被示出为曲线
594。电动机/发电机251的速度对输入构件16的速度的比相对于输出构件
17的扭矩对输入构件16的扭矩的比之间的关系被示出为曲线596。

图12代表动力传动系510的复合分流模式,假设未使用电源,且因此
电动机/发电机250和251功率平衡(即,电动机/发电机250的速度和扭矩的
乘积等于电动机/发电机251的速度和扭矩的乘积)。在点591处,在制动器
56被接合的串联模式中,离合器58可被接合。从串联模式至复合分流模式
的转变发生在恒定变速扭矩比1.71处(点591至点593),其中电动机/发电
机251降低扭矩并由此在制动器56上卸载扭矩,且在离合器58上加载扭矩。
同时,这将从发动机12直接传递至输出17的机械能的分数从零(串联模式)
增加至机械功率和电功率之间的某中间分流。当制动器56被完全卸载时(在
点593处),其被脱开,且变速器514可比例上升或下降。在由图12代表的
操纵方式中,变速器514在从串联运行模式至复合分流运行模式的恒定比例
转换之后在复合分流模式中开始降低扭矩比例(即,朝向图12中的左边)。
可替换地,通过制动器56处的扭矩被重新加载(且方向相反),可通过在图
12中从点593移动至点595来将电动机/发电机251扭矩降低至零。在该点,
变速器514处在固定齿轮模式中,其中100%机械功率传递,且没有电损失。
应注意,在复合分流模式中,存在有两个其他的电597和599,其中也存在
100%的机械功率传递,因为电动机/发电机250或251中的一个是静态的。
但是,在这些点,电动机扭矩在静态电机处是非零的,所述静态电机消耗来
自电池60的电功率。

尽管行星齿轮组20、30、40;220、230、240;320、330、340;以及
420、430、440被示出且描述为简单行星齿轮组,但是复合行星齿轮组以及
双小齿轮行星齿轮组可在本发明所要求的范围内被使用。

尽管对用于实施本发明的较佳模式进行了详尽的描述,对本发明所涉及
的领域熟悉的技术人员应理解所附的要求书范围内用于实施本发明的各种
可替换涉及以及实施例。

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