CN101144520A - 使用单个电机/发电机具有齿轮式倒档模式的混合电动变速器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有单个电机/发电机的电动变速器，提供沿双重动力路径的电动可变动力流并提供电动可变倒档操作模式。所述变速器包括具有最少四个可操作地相互连接的齿轮元件的复合差速齿轮组。变速器输入元件和所述单个电机/发电机选择性地通过所述差速齿轮组提供至变速器输出元件的动力。所述变速器包括多个啮合齿轮，包括换向齿轮和与所述输出元件连接进而一同转动的齿轮，用于可操作地将所述差速齿轮组和所述输出元件连接。扭矩传递机构选择性地接合以在多种工况下在输入元件和输出元件提供功率流，包括利用所述换向齿轮的并联混合的电动变速倒档工况。提供一种变速器的操作方法，所述变速器允许在所述变速器不同的齿轮部分之间换档。

Description

使用单个电机/发电机具有齿轮式倒档模式的混合电动变速器
技术领域
[0001]发明涉及具有单个电机/发电机，以及倒档齿轮的混合电动变速器，并且变速器可以在混合电动变速模式操作。
背景技术
[0002]混合电动变速动力系统包括发动机和变速器，变速器接收来自发动机和来自一或多个电机/发电机的功率流。混合电动变速器具有差速齿轮组，来自发动机的动力和送达或来自电机/发电机的动力流经差速齿轮组的不同的元件。混合的电动变速器可以包括扭矩传递机构，扭矩传递机构可在各种啮合方案中控制以提供操作模式的结合，包括电动变速范围和固定传动比。所述电动变速范围通常提供最佳的具有平稳运转的发动机转速，而固定传动比提供在一定条件下，例如连续的高速公路行驶中的极限转矩性能和最大的燃料经济性。所述电动变速范围通过电动机械动力路径实现，其中从发动机传递到输出轴的动力的一部分被通过电机/发电机变为电能然后又通过电机/发电机变成机械动力。固定传动比通常通过直接地连接电机/发电机和发动机提供优秀的变速器输出轴扭矩和车辆加速度。在固定传动比中，所述动力流通路径从变速器输入元件到变速器输出元件被认为是完全经过机械动力路径，因为未通过电机/发电机改变速度。
发明内容
[0003]电动变速器具有提供动力分配的电机/发电机，电动可变功率沿双动力路径流动并提供电动可变倒档操作模式。如此，无级变速器的操作舒适和EVT低成本和紧凑的特性都能通过使用用于驱动的单个电机/发电机获得。所述变速器包括具有最少四个可操作地相互连接的齿轮元件的复合差速齿轮组。变速器输入元件和电机/发电机选择性地通过第一和第二齿轮元件提供动力至变速器输出元件。所述变速器包括多个包含倒档齿轮的互啮合齿轮，用于可操作地分别通过第一和第二传动轴将第三和第四齿轮元件与输出元件连接。优选至少第三和第四齿轮元件中的一个可以可操作地连接到输出元件，具有至少两个不同的在所述元件和输出元件之间的传动比。扭矩传递机构选择性地结合以在多种工况下在输入元件和输出元件之间提供功率流，包括利用所述倒档齿轮的并联混合的电动变速倒档工况。
[0004]这里使用的＂齿轮元件＂是差速齿轮组的元件，其可以通过杆图上的节点表示。例如，在行星齿轮组中，保持架元件、中心齿轮元件和齿圈元件全部表示为杆图中的节点，但通过保持架元件支撑的小齿轮不用节点表示。此外，在复合式行星齿轮组中，那些连续地彼此相互连接的齿轮元件用一个节点表示。本领域技术人员很容易理解杆图形式的复合差速齿轮组。
[0005]这里使用的＂模式＂是具体的操作状态，无论是连续传动比的范围或只是固定传动比，通过具体的扭矩传递机构或扭矩传递机构的组合的啮合来获得。
[0006]所述扭矩传递机构可以包括锁止离合器，其连接差速齿轮组的齿轮元件中的两个使其一同转动，借此导致整个差速齿轮组以同样的速度转动，从而将来自输入元件的功率流导引至输出元件。
[0007]所述扭矩传递机构可以包括第一和第二电机离合器，其选择性地将电机/发电机连接至不同的相应的齿轮元件。所述电机离合器允许，其中，在操作模式换档期间松开电机/发电机以分离电机惯量，如此允许容易地换档，包括手动换档的可能性。
[0008]在本发明的一方面，制动器选择性地接合以将差速齿轮组的齿轮元件的一个部分地固定(即，制动)。这对通过差速齿轮组提供变换的传动比(通过制动器的滑动速度确定)来说是合适的，此时制动齿轮元件提供反作用力矩。
[0009]在本发明另一方面，提供来选择性地将齿轮接合至一个传动轴的离合器在提供来选择性地将另一齿轮接合至不同传动轴的离合器啮合后被松开，如此允许在电动变速操作模式之间同步的换档。被用来制动中心齿轮元件的制动器改变将要与离合器接合的传动轴的速度直到所述轴的速度是这样，即平稳换档是可能的。因为通过差速齿轮组提供的传动比通过打滑制动器改变，其他的固定传动比的从一个传动比到下一个的步骤不由换档可能发生时刻决定。这样，本发明还提供通过制动器打滑操作变速器的方法，如上所述。
[0010]本发明的上述特征和优点以及其他的特征和优点从下面论述中将变得更加明显，所述论述是结合附图对实现本发明的最佳方式进行的论述。
附图说明
[0011]图1是包括在本发明范围内第一变速器的第一动力系统的示意图；
[0012]图2是一表格，该表格表明了为了获得变速器的各种操作模式图1所述变速器的扭矩传递机构的接合时间表；
[0013]图3是包括在本发明范围内第二变速器的第二动力系统的示意图；
[0014]图4是包括在本发明范围内第三变速器的第三动力系统的示意图。
具体实施方式
第一实施例
[0015]参见所述附图，其中相同的附图标记指的是相同的部分，图1显示了用于车辆11(示意性的显示)的动力系统10。动力系统10包括连接到电控变速器(EVT)的一个实施例的发动机12，所述电控变速器(EVT)通常由附图标记14表示。所述变速器14设计成接收来自发动机12的驱动力的至少一部分。发动机12具有与变速器14的输入元件16连接的输出轴。终端驱动件17可操作地连接到变速器14的输出元件19。
[0016]变速器14包括复合差速齿轮组20。所述差速齿轮组20是娜维拉(Ravigneaux)型齿轮组，当然，在本发明的范围中其他类型的差速齿轮装置也可以用使。具体地说，差速齿轮组20包括中心齿轮元件22、齿圈元件24和保持架元件26，保持架元件26可旋转地支撑第一系列小齿轮27，第一系列小齿轮27与中心齿轮元件22和齿圈元件24以及第二系列小齿轮28啮合。保持架元件26还可旋转地支撑第二系列小齿轮28，第二系列小齿轮28与中心齿轮元件32和齿圈元件34以及第一系列小齿轮27啮合。本领域技术人员将会认识到所述差速齿轮组20表示成五节点杆图，杆图的每个结点表示下列齿轮元件：中心齿轮元件22，中心齿轮元件32，保持架元件26，齿圈元件24和齿圈元件34。
[0017]输入元件16与保持架元件26不间断地连接。单个电机/发电机40可选择性地与中心齿轮元件22和中心齿轮元件32连接。齿圈元件24和34起到差速齿轮组的两独立的输出元件的作用，部分地形成经过变速器14的两独立的动力路径，如下所述。
[0018]电机发电机40包括固定至固定构件44，例如变速箱壳的定子部分42。电机/发电机40的转子部分46可选择性地通过离合器CA，CB分别连接到中心齿轮元件22，32。定子42可以接收来自或提供至储能装置48例如一电池的电力。电子控制器50与电池48和功率变换器52信号连通，功率变换器52还与定子46电连通。所述控制器50响应于各种输入信号通过变换器52调节电机/发电机40和电池48之间的功率流，所述输入信号包括车辆速度，操作者需求，电池48的荷电水平和由发动机12提供的动力，变换器52在电池48提供或利用的直流电和定子提供或利用的交流电之间转换。
[0019]变速器14进一步地包括传动轴56，58，中间轴60和多个选择性地将传动轴56，58与中间轴60连接的互相啮合的齿轮，如下所述。齿圈元件24持续连接至传动轴56。齿圈元件34持续连接至传动轴58。中间轴60通过输出齿轮组齿轮与输出元件19持续连接，该输出齿轮组齿轮包括通常和中间轴60一起转动的齿轮62和通常与输出元件19一起转动的与齿轮62啮合的齿轮64。多个啮合齿轮选择性地从传动轴56，58传递扭矩至中间轴60。第一啮合齿轮组包括啮合齿轮66和68。齿轮66围绕传动轴56同心地转动且通过离合器C1的选择性的接合与传动轴56选择性地连接进而一起转动。齿轮68与中间轴60一起旋转。第二啮合齿轮组包括啮合齿轮70和72。齿轮70围绕传动轴58同心地转动且通过离合器C2的选择性的接合与传动轴58选择性地连接进而一起转动。齿轮72与中间轴60一同旋转。第三啮合齿轮组包括啮合齿轮74和76。齿轮74围绕传动轴56同心地转动且通过离合器C3的选择性的接合与传动轴56选择性地连接进而一起转动。齿轮76与中间轴60一同旋转。第四啮合齿轮组包括啮合齿轮78和80。齿轮78围绕传动轴58同心地转动且通过离合器C2的选择性的接合与传动轴5 8选择性地连接进而一起转动。齿轮80与中间轴60一同旋转。第五啮合齿轮组包括啮合齿轮82和84。齿轮82围绕传动轴56同心地转动且通过离合器C5的选择性的接合与传动轴56选择性地连接进而一起转动。齿轮84与中间轴60一同旋转。倒档齿轮组包括啮合齿轮86，88和90。齿轮86围绕传动轴58同心地转动且通过离合器CR的选择性的接合与传动轴58选择性地连接进而一起转动。齿轮88与中间轴60一同转动。倒档齿轮90与齿轮86和88啮合以便齿轮86和88以同样的方向转动。倒档齿轮90支撑在独立的轴或支撑结构(未显示)上并围绕与传动轴56，58和中间轴60平行的轴转动。离合器C6可选择性地接合以便将齿轮64与输出元件19直接连接进而与中间轴58共同转动。
[0020]除了九个离合器CA，CB，C1，C2，C3，C4，C5，C6和CR之外，变速器14还包括制动器B1和B2，制动器B1和B2选择性地将中心齿轮元件32，22分别固定或部分固定(即，制动)至所述固定构件44。相应地，所述变速器14具有十一个扭矩-传递机构。所述扭矩-传递机构可操作地连接到控制器50，控制器50控制它们的接合以提供图2的接合状态中所述的工作模式。离合器CA和CB优选弹簧作用盘式离合器。离合器C1，C2，C3，C4，C5和C6优选爪形离合器，爪形离合器是双稳定的，那就是说，包括保持每个离合器在“接合”位置或“分离”位置而没有来自操作者或者控制系统的进一步地动作的弹簧机构，这些对熟悉手动变速器设计的人员来说是可以理解的。
[0021]如图2所述，动力系统10提供几个纯电动工作模式，其中动力仅仅由电机/发电机40提供，例如接通发动机起动，发动机-关闭换向传动，和发动机-关闭前进驱动。许多电动可变操作模式被提供，包括：通过发动机12和来自电池48和电机/发电机40的电驱动/制动的EVT倒档范围驱动，使用电机/发电机对电池充电的EVT1-6档和使用电动驱动/制动的EVT1-6档。在这些称为“驱动/制动”的EVT范围中，电机/发电机40起到电机的作用以在推进期间增加传递到变速器14的扭矩。如果在这些模式期间发生制动，电机/发电机被控制为发电机以通过电动机转子46吸收扭矩进而降低输出元件19的速度和制动所述车辆11将一个中心齿轮元件(即，依赖于中心齿轮元件22或32的机械动力离合器CA或CB被接合)的转速转换成存储在电池48中的电力。类似地，在这些成为“充电”的EVT范围中，电动/发发电机40被控制操作为发电机以给电池48充电。然而，动力分离变速器领域的技术人员会认识到，充电还可能发生在被认为是“驱动/制动”的那些范围内，特别是如果经过变速器的传动比足够高进而使电机/发电机从所述模式正常方向反向，当用发动机驱动所述车辆启动时这会发生。固定的倒档传动比和十一个独立的前进档传动比将根据图2的接合图表获得。固定传动比变速器领域的技术人员会认识到，通过结合可操作地连接到传动轴56的离合器和可操作地连接到另一个传动轴58的离合器的动作，其他固定的前进传动比也是可能的，传动比不在图2所示的序列中。此外，更多的前进和倒档固定传动比也是可能的，通过结合可操作连接到一个传动轴(56或58)的离合器和一个制动器(CA或CB)两者的动作。
[0022]被认为是“接通发动机的起动和空转”的工作模式通过接合两个电机离合器CA和CB获得。电能从电池48供应到电机/发电机40，电机/发电机40作为电机在同样的方向转动中心齿轮元件22，32。所述传动轴相对自由地转动，因为没有其他的扭矩-传递机构被接合，所以输出元件19不转动。小齿轮27，28由于中心齿轮元件22，32而转动，并导致保持架元件26，和输入元件16转动。这依次导致发动机输出元件(连接到变速器输入元件16)的转动，进而转动发动机以启动发动机12。
[0023]图2中所示的三个倒档操作模式需要反向离合器CR的接合。首先，EVT倒档范围通过接合CB和CR两者获得。扭矩通过发动机12提供给保持架元件26并通过电机/发电机40提供给中心齿轮元件22。保持架元件传递扭矩至齿圈元件34，齿圈元件34沿传动轴58提供机械动力经过换向齿轮组，齿轮86，换向齿轮90和齿轮88，至中间轴60经过输出齿轮组(齿轮62和64)至输出元件19。所述输入元件16，保持架元件26，齿圈元件34和齿轮86都沿相同的方向转动，换向齿轮与所述方向相反，齿轮88和62因此与输入元件16相同的方向转动。齿轮64和所述输出元件19如此以与发动机12相反的方向转动，提供一倒档操作模式。制动器B1可以使用以制动所述中心齿轮元件32，从而提供一反转力矩，其允许扭矩从输入元件16传递至输出元件19并补充或替代中心齿轮元件22上的来自电机/发电机的扭矩。另一种方式，所述控制器50可以控制制动器B1以便其打滑，从而允许在传动轴56，58上的离合器的同步换档，如下所述。
[0024]固定倒档齿轮模式通过接合CA，CB和CR获得。在这种布置里，行星齿轮组20的所有元件和输入元件16以及电机/发电机40以同样的速度转动。扭矩通过倒档齿轮组(齿轮86，换向齿轮90和齿轮88)，中间轴60和输出齿轮组(齿轮62和齿轮64)被传递到输出元件19。
[0025]纯电动倒档模式通过接合离合器CB和离合器C1和CR获得。电机/发电机40提供机械动力至中心齿轮元件22。小齿轮27，28分别提供机械动力至齿圈元件24和34。齿圈元件24和第一啮合齿轮组(齿轮66和齿轮68)具有这样的尺寸，即提供与齿圈元件34和所述倒档齿轮组(齿轮86，换向齿轮90和齿轮88)相同的至中间轴60的转速。换向齿轮90使所述转动方向反向以便齿轮88以与齿轮68相同同样的速度和方向转动。这导致输入元件16和发动机12静止而电机/发电机40可以控制来在每个方向驱动输出元件19。这样，第一和第二动力路径(齿圈元件24和传动轴56是第一动力路径，齿圈元件34和传动轴58是第二动力路径)利用经过第一齿轮组(齿轮66和齿轮68)的第一档速比和经过换向齿轮组(齿轮86，换向齿轮90和齿轮88)的倒档速比产生一零发动机转速，不需要对发动机输出轴制动，这样允许电机/发电机40独立地控制输出元件19的速度和在两方向上驱动车辆11。当离合器C1，C3和C5中的任意离合器被接合时，包括齿圈元件24和传动轴56的第一动力路径被使用。当任何离合器C2，C4，C6和CR中的任意离合器被接合时，包括齿圈元件34和传动轴58第二动力路径被使用。
[0026]随着发动机12和电机/发电机40经过差速齿轮组20连接到传动轴56，58，可以获得多个电动变速操作模式。所述EVT模式利用分配经过差速齿轮组20的功率流量，发动机12提供至差速齿轮20的动力且电机/发电机40向差速齿轮组20提供或接收来自差速齿轮组20的动力。倒档齿轮组( 86，90，88)获得并联的混合电子变速倒档模式，其允许发动机12使用单个电机/发电机40驱动车辆反向而不需要来自电池48的额外功率。包括倒档齿轮的混合电动变速倒档操作模式的存在允许在使用发动机在反向驱动车辆时选择传递能量至电池或从电池获取能量，在电池充满或为空时使用单个电机/发电机控制变速器传动比并提供转矩，以便所述车辆可以反向运行。
[0027]变速器14可以在具有扭柜-传递机构同步换档的电动变速操作模式之间变换，扭矩-传递机构可选择性地与传动轴56和58接合。例如，从操作模式＂EVT范围1充电＂到＂EVT范围2驱动/制动＂的换档可以通过松开C1而接合C2完成，两离合器的每一个都具有在其接合元件间的零相对速度。也就是说，在使用差速齿轮组20的一个齿圈元件24通过接合的离合器C1经过一个传动轴56提供动力至输出19的同时，变速器的传动比可以被调节以便另一个传动轴58的速度改变，从而提供连接到传动轴58的释放的离合器C2之间的零相对速度，其通常被称为离合器C2的“同步”换档。应当理解在这些EVT操作模式的任何一个期间B2可能部分地接合(即，滑动，同时被称为是＂动态地制动＂)进而降低中心齿轮元件22的速度，这样影响输入件16，齿圈元件34和传动轴58的速度，但不影响齿圈元件24和传动轴56的速度。通过电机/发电机40，制动器B1和B2，或两者的动作，中心齿轮元件22和32可用来控制经过差速齿轮组20的传动比，进而为了效率和功率允许发动机12的速度被调节。当传动轴58被降低至合适的速度时，离合器C2可接合而C1可被松开而不会导致在输出元件19的速度方面不受欢迎的变化，因为换档是完全同步的，换档本身不改变变速器传动比，而且代替用于变速器传动比变化经过某个范围的换档准备，同时保持电机/发电机的良好操作。
[0028]这样，参见图1的变速器，操作变速器14的方法包括滑动制动器B2以改变中心齿轮元件22的转速，借此改变传动轴58的转速。在制动器B2的滑动期间，当传动轴58已经降至一合适的速度时，所述方法包括接合扭矩传递机构，例如离合器C2，以连接齿轮(齿轮70)从而齿轮与所述传动轴58一同转动，借此通过第一动力路径(齿圈元件34和传动轴58)传递扭矩经过啮合齿轮70，72至中间轴60并最终至输出元件19。紧随离合器C2的啮合后，并在制动器B2的滑动期间，所述方法然后包括松扭矩传递机构，例如C1，以松开与传动轴56一同转动的齿轮(齿轮74)借此停止扭矩通过第二动力路径(齿圈元件24和传动轴56)的传递。应当理解，在输出元件19上提供制动转矩的情况下，B1可以滑动而不是B2，且所述方法应用在无论电动机转矩是否被用来降低其中一个中心齿轮元件22，32的速度。
[0029]或通过接合电机离合器CA和CB以及一个与传动轴56，58结合的离合器，或通过接合电机离合器CA和CB中的一个以及布置在传动轴56，58上的两个离合器，可以获得几个＂固定＂传动比操作模式。这些使用三个离合器的接合组合有效地在其所有元件中锁住差速齿轮组20至明确的传动比位置，从而提供在输入元件16与输出元件19之间的固定传动比。
第二实施例
[0030]图3显示了用于车辆111的动力系统100(示意性显示)。动力系统100包括连接到电控变速器(EVT)的一个实施例的发动机12，所述电控变速器(EVT)通常由附图标记114表示。所述变速器114设计成接收来自发动机112的驱动功率的至少一部分。发动机12具有与变速器114的输入元件116连接的输出轴。终端驱动件117可操作地连接到变速器114的输出元件119。
[0031]变速器114包括复合差速齿轮组120。所述差速齿轮组120具有四个齿轮元件并可以表示为四节点杆图，中心齿轮元件122，保持架元件126，和齿圈元件124以及134与所述四节点相对应。保持架元件126可旋转地支撑第一系列小齿轮127，第一系列小齿轮127与中心齿轮元件122和齿圈元件124以及第二系列小齿轮128啮合。保持架元件126也可旋转地支撑第二系列小齿轮128，第二系列小齿轮128与第一系列小齿轮127和齿圈元件134以及第一系列小齿轮127啮合。
[0032]输入元件16与保持架元件126连续地连接。单个电机/发电机140连续连接至中心齿轮元件122。齿圈元件124和134起到差速齿轮组120的两独立的输出元件的作用，差速齿轮组120部分地形成经过变速器114的两独立的动力路径，如下所述。
[0033]电机发电机140包括固定至固定构件144，例如变速箱壳的定子部分142。电机/发电机140的转子部分146连续连接到中心齿轮元件122。
[0034]定子142可以接收来自或提供至储能装置148例如电池的电力。电子控制器150与电池148和功率变换器152信号连通，功率变换器152还与定子146电连通。控制器150与上述图1所述控制器50的方法相同，通过所述变换器152调节电机/发电机140和电池148之间的功率流。
[0035]齿圈元件124持续连接至传动轴156。齿圈元件134持续连接至传动轴158。中间轴160通过输出齿轮组齿轮与输出元件119持续连接，该输出齿轮组齿轮包括和中间轴160一起转动的齿轮162和与输出元件119一起转动的与齿轮162啮合的齿轮164。多个啮合齿轮选择性地从传动轴156，158传递扭矩至中间轴160。第一啮合齿轮组包括啮合齿轮166和168。齿轮166围绕传动轴156同心地转动且通过离合器C1的选择性的接合与传动轴156选择性地连接进而一起转动。齿轮168与中间轴160一同旋转。第二啮合齿轮组包括啮合齿轮170和172。齿轮170围绕传动轴158同心地转动且通过离合器C2的选择性的接合与传动轴158选择性地连接进而一起转动。齿轮172与中间轴160一同旋转。第三啮合齿轮组包括啮合齿轮174和176。齿轮174围绕传动轴1 56同心地转动且通过离合器C3的选择性的接合与传动轴156选择性地连接进而一起转动。齿轮176与中间轴160一同旋转。倒档齿轮组包括啮合齿轮186，188和190。齿轮186 围绕传动轴158同心地转动且通过离合器CR的选择性的接合与传动轴158选择性地连接进而一起转动。齿轮188与中间轴160一同旋转。换向齿轮190与齿轮186和188啮合以便齿轮186和188以同样的方向转动。换向齿轮190支撑在独立的轴或支撑结构(未显示)上并围绕与传动轴156，158和中间轴160平行的轴转动。离合器C4选择性地接合以便将齿轮164与输出元件19直接连接进而与中间轴158共同转动。
[0036]除了离合器C1，C2，C3，C4和CR之外，变速器114包括锁止离合器CL，锁止离合器CL选择性地连接齿圈元件124和134进而共同转动，从而导致整个行星齿轮组120以共同的速度转动。假设动力由发动机112和电机/发电机140两者提供，所述发动机112和所述电机/发电机140还在直接并联混合操作模式下以同样的速度转动。最后，输入离合器IC选择性地接合以连接发动机112至输入元件116，从而电机/发电机140可操作地连接到输出件119而不用发动机。相应地，所述变速器114具有七个扭矩传递机构。所述扭矩传递机构可操作地被连接到控制器150，其控制它们的接合以提供各种操作模式。
[0037]动力系统100提供几个纯电动工作模式，其中动力仅仅由电机/发电机140提供，例如接通发动机的起动，发动机关闭换向驱动，和发动机关闭前进驱动。多个电动变速操作模式被提供，其中发动机112提供动力而电机/发电机140提供动力至或接收来自差速齿轮组120的动力，包括EVT倒车范围，EVT前进范围，其中电机/发电机作为发电机给电池148充电或作为电机增加至中心齿轮元件122的机械动力。在这些模式期间如果制动发生，电机/发电机140可控制来将中心齿轮元件122的转速转换成电力存储在电池148中，电动机转子146吸收扭矩帮助降低了输出元件119的速度并制动车辆111。类似地，在一些EVT范围中，电动/发发电机140被控制操作为发电机以给电池148充电。EVT前进范围通过接合离合器IC和离合器C1，C2，C3和C4中的任何一个实现。EVT倒车范围通过接合离合器IC和离合器CR获得。固定传动比通过接合离合器IC，离合器CL和离合器C1，C2，C3，C4和CR中的任何一个实现。可选择地，CL可松开且输送到定子142的电力可以切断以获得经过差速齿轮组120固定传动比，IC和离合器C1，C2，C3和C4中的任意两个接合以获得其他特定的在输入元件116和输出元件119之间的固定传动比。
[0038]电动变速倒档操作模式通过接合离合器IC和离合器CR获得。电机/发电机140操作为电机或发电机且发动机112工作时，扭矩从齿圈元件134沿传动轴158传递经过倒档齿轮组(齿轮186，齿轮190和齿轮188)，到中间轴160并随后经过齿轮162和164至输出元件119。所述换向齿轮190，所述传动轴158和中间轴160以正向转动以便输出元件119沿反向转动。
[0039]提供纯电动工作模式，其中电机/发电机140发出动力经过差速齿轮组120到达传动轴156，并通过接合的离合器C1经过齿轮166以及168经过齿轮162和164输出元件119。在该模式中，所述差速齿轮组120通过离合器CL被固定以共同转动。如果，例如，因加速需要额外的扭矩，通过接合所述输入离合器IC，所述发动机112可以启动。
[0040]包括齿圈元件124和传动轴156的第一动力路径当离合器C1和C3的任何一个被接合时使用。包括齿圈元件134和传动轴158的第二动力路径当离合器C2，C4和CR中任何一个被结合时使用。
第三实施例
[0041]图4显示了用于车辆211的动力系统200(示意性显示)。动力系统200包括连接到电控变速器(EVT)的一个实施例的发动机212，所述电控变速器(EVT)通常由附图标记214表示。所述变速器214设计成接收来自发动机212的驱动功率的至少一部分。发动机212具有与变速器214的输入元件216连接的输出轴。终端驱动件217可操作地连接到变速器214的输出元件219。
[0042]变速器214包括复合差速齿轮组220。所述差速齿轮组220具有五个齿轮元件并可以表示为五节点杆图，中心齿轮元件222，中心齿轮元件232，保持架元件226，和齿圈元件224以及234与所述五节点相对应。所述保持架元件226可旋转地支撑一组小齿轮227，小齿轮227与中心齿轮元件222和齿圈元件224啮合。所述保持架元件226也可旋转地支撑第二系列小齿轮228，小齿轮228与小齿轮227和齿圈元件234啮合。
[0043]输入元件216与保持架元件226持续连接。单个电机/发电机240包括固定至固定构件244，例如变速箱壳的定子部分242。所述电机/发电机240还包括转子部分246，其选择性地通过电机离合器CA连接到中心齿轮元件232上。所述转子部分246还选择性地通过电机离合器CB连接到中心齿轮元件234上。齿圈元件224和234起到差速齿轮组220的两独立的输出元件的作用，差速齿轮组220部分地形成经过变速器214的两独立的动力路径，如下所述。
[0044]定子242可以接收来自或提供至储能装置248例如电池的电力。电子控制器250与电池248和功率变换器252信号连通，功率变换器252还与定子242电连通。控制器250与上述图1所述控制器50的方法相同通过所述变换器252调节电机/发电机240和电池248之间的功率流。
[0045]齿圈元件224持续连接至传动轴256。齿圈元件234持续连接至传动轴258。中间轴260通过输出齿轮组齿轮与输出元件219持续连接，该输出齿轮组齿轮包括和中间轴260一起转动的齿轮262和与输出元件219一起转动的与齿轮262啮合的齿轮264。多个啮合齿轮选择性地从传动轴256，258传递扭矩至中间轴260。第一啮合齿轮组包括啮合齿轮266和268。齿轮266围绕传动轴256同心地转动且通过离合器C1的选择性的接合与传动轴256选择性地连接进而一起转动。齿轮268与中间轴260一同旋转。第二啮合齿轮组包括啮合齿轮270和272。齿轮270围绕传动轴258同心地转动且通过离合器C2的选择性的接合与传动轴25 8选择性地连接进而一起转动。齿轮272与中间轴260一同旋转。第三啮合齿轮组包括啮合齿轮274和276。齿轮274围绕传动轴256同心地转动且通过离合器C3的选择性的接合与传动轴256选择性地连接进而一起转动。齿轮276与中间轴260一同旋转。倒档齿轮组包括啮合齿轮286，288和290。齿轮286围绕传动轴258同心地转动且通过离合器CR的选择性的接合与传动轴258选择性地连接进而一起转动。齿轮288与中间轴260一同旋转。倒档齿轮290与齿轮286和288啮合以便齿轮286和288以同样的方向转动。换向齿轮290支撑在独立的轴或独立的结构(未显示)上并围绕与传动轴256，258和中间轴260平行的轴线转动。离合器C4选择性地接合以便将齿轮264与输出元件219直接连接进而与中间轴258共同转动。
[0046]除离合器C1，C2，C3，C4，CA，CB和CR之外，输入离合器IC选择性地接合以将发动机212连接至输入元件216。最后，电机制动器B2选择性地将转子246与固定构件244固定。相应地，变速器214具有九个扭矩传递机构IC，CA，CB，B2，C1，C2，C3，C4和CR。所述扭矩传递机构可操作地被连接到控制器250，其控制它们的接合以提供各种操作模式。
[0047]动力系统200提供几个纯电动工作模式，其中动力仅仅由电机/发电机240提供，例如接通发动机的起动，发动机关闭换向驱动，和发动机关闭前进驱动。多个电动变速操作模式被提供，其中发动机212和电机/发电机240都提供动力，包括EVT倒车范围，EVT前进范围，其中电机/发电机作为发电机给电池248充电，或作为电机增加至中心齿轮元件122的机械动力或提供用于制动的扭矩。在这些模式期间如果发生制动，电机/发电机240可以被控制以通过电机转子246吸收扭矩进而降低车辆211和输出元件219的速度将一个中心齿轮元件(即，依赖于离合器CA或CB被接合，中心齿轮元件222或232的机械动力)的转速转换成存储在电池248中的电力。类似地，在某些EVT范围中，电机/发电机240被控制作为发电机以给电池248充电。EVT前进范围固定传动比通过接合离合器IC，或CA或CB以及C1，C2，C3，C4中的任何一个实现。EVT倒车范围通过接合离合器IC，或CA或CB以及离合器CR获得。固定传动比通过接合离合器IC，CA和CB两者以及离合器C1，C2，C3，C4和CR中的任何一个获得，或只是CA和CB中的一个和保持前进档传动比离合器中的两个，例如C1和C2，C2和C3，C3和C4，这类似于根据图2中变速器200所示的接合时间表。可选择地，B2可与CA或CB一起接合以制动转子246和中心齿轮元件222和232中的一个，如此当与前进或倒档齿轮齿数比离合器(C1，C2，C3，C4或者CR)中的一个联合使用时，经过差速齿轮组220提供一固定传动比。
[0048]电动变速倒档操作模式通过接合离合器IC，离合器CB和离合器CR获得。当电机/发电机240操作为电机或发电机且发动机212工作时，扭矩从齿圈元件224沿传动轴258传递经过倒档齿轮组(齿轮286，齿轮290和齿轮288)，至中间轴260并随后经过齿轮262和264至输出元件219。由于所述换向齿轮290，所述传动轴258和中间轴260以正向转动以便输出元件219沿反向转动。
[0049]通过接合离合器CA和CB以及离合器C1提供纯电动工作模式，以便电机/发电机240提供动力经过差速齿轮组220至传动轴256和通过接合离合器C1经过齿轮266以及268，再经过齿轮262和264至输出元件219。在该模式中，所述差速齿轮组220被锁定以共同转动。如果，例如，因加速需要额外的扭矩，通过接合所述输入离合器IC，所述发动机可以启动。
[0050]包括齿圈元件224和传动轴256的第一动力路径当离合器C1和C3中的任何一个被接合时使用。包括齿圈元件234和传动轴258的第二动力路径当离合器C2，C4和CR中的任何一个被接合时使用。
[0051]尽管已经详细描述了实现本发明的最佳方式，但所属技术领域技术人员应当认识到，实现本发明的各种可选择的设计和实施方案都落在随附的权利要求的范围之内。

Claims (19)

1.一种用于具有发动机的车辆的变速器，包括：
用于接收来自所述发动机的动力的输入元件；
输出元件；
电机/发电机；
差速齿轮组，具有可操作地相互连接的第一，第二，第三和第四齿轮元件；其中所述输入元件和所述电机/发电机分别通过第一和第二齿轮元件向所述输出元件提供动力；
包括换向齿轮的多个啮合齿轮和与所述输出元件连接并一同转动的齿轮；
多个选择性地接合的扭矩传递机构；
第一和第二传动轴分别连接到所述第三和第四齿轮元件，通过选择接合不同的所述扭矩传递机构，经过不同的的所述啮合齿轮，每个传动轴都可操作地连接到所述输出元件，借此在所述第三和第四齿轮元件和所述输出元件之间分别形成可选择的第一和第二动力路径；和
其中所述变速器提供多种操作模式，包括使用所述换向齿轮的电动变速倒档模式。
2.如权利要求1所述的变速器，其中所述扭矩传递机构中的两个选择性地将所述电机/发电机和所述齿轮元件中的两个分别连接。
3.如权利要求1所述的变速器，其中所述电机/发电机与差速齿轮组的所述元件的一个持续连接。
4.如权利要求1所述的变速器，其中所述扭矩传递机构包括制动器，该制动器选择性地接合以将所述电机/发电机固定至固定构件。
5.如权利要求1所述的变速器，其中所述差速齿轮组是复合行星齿轮组，具有行星保持架元件，第一中心齿轮元件，第二中心齿轮元件，第一齿圈元件和第二齿圈元件；其中所述行星保持架元件具有第一系列行星小齿轮和第二系列行星小齿轮，第一系列行星小齿轮与所述第一中心齿轮元件和第一齿圈元件啮合，第二系列行星小齿轮与所述第二中心齿轮元件和第二齿圈元件啮合；其中所述第一系列行星小齿轮与第二系列行星小齿轮啮合。
6.如权利要求5所述的变速器，进一步包括：
可操作地与所述输出元件相连接的中间轴；
其中所述传动轴可操作地通过所述中间轴与所述输出元件连接；其中所述电机/发电机通过不同的扭矩传递机构分别选择性地连接至所述第一中心齿轮元件和所述第二中心齿轮元件；  其中所述输入元件与所述保持架元件连接以共同转动；并且其中所述输出元件分别沿所述第一和所述第二动力路径可选择地、可操作地连接至所述第一齿圈元件和所述第二齿圈元件。
7.如权利要求1所述的变速器，其中所述扭矩传递机构的一个是选择性地接合以将所述发动机与所述输入元件连接的离合器。
8.如权利要求1所述的变速器，  其中所述扭矩传递机构的一个是锁止离合器，其选择性地连接所述齿轮元件中的两个以使它们一同转动。
9.如权利要求1所述的变速器，  其中所述电机/发电机的特征在于没有任何其他的可用于驱动的电机/发电机。
10.如权利要求1所述的变速器，其中所述差速齿轮组具有第五齿轮元件，其中所述扭矩传递机构中的一个是选择性地将所述电机/发电机和所述第二齿轮元件连接的第一电机离合器；其中所述扭矩传递机构中的另一个是选择性地将所述电机/发电机和所述第五齿轮元件连接的第二电机离合器；其中所述第一和第二电机离合器在至少一些所述操作模式的变换期间是松开的以分离所述电机/发电机的惯量，借此实现扭矩传递机构的手动换档。
11.如权利要求1所述的变速器，其中所述差速齿轮组具有第五齿轮元件，  其中所述扭矩传递机构中的一个是选择性地将所述电机/发电机和所述第二齿轮元件连接的第一电机离合器；其中所述扭矩传递机构中的另一个是选择性地将所述电机/发电机和所述第五齿轮元件连接的第二电机离合器；和其中第三扭矩传递机构是选择性地接合以将所述发动机和所述输入元件连接的输入离合器。
12.如权利要求11所述的变速器，其中在所述输入离合器被接合时，所述第一和第二电机离合器中的一个被接合，来自所述发动机和来自所述电机/发电机的动力借此通过所述差速齿轮组和所述传动轴组合成混合的并联操作模式。
13.如权利要求11所述的变速器，  其中所述操作模式包括纯电动驱动模式，其特征在于所述第一和第二电机离合器中的一个接合而所述第三扭矩传递机构松开；并且其中所述第一和第二电机离合器中的一个保持接合而所述第三扭矩传递机构被接合以在纯电动驱动模式后再启动所述发动机。
14.如权利要求11所述的变速器，其中所述扭矩传递元件中的一个是制动器，所述制动器选择性地动态接合以将所述第二和所述第五齿轮元件中的一个部分固定至固定构件，其中所述扭矩传递机构中的一个选择性地与所述传动轴中的一个接合且所述扭矩传递机构中的另一个选择性地与所述传动轴中的另一个分离，这都发生在所述制动器滑动以从第一混合并联操作模式到第二混合并联操作模式变换的期间。
15.如权利要求11所述的变速器，其中所述操作模式包括以所述第一和所述第二电机离合器中的一个接合和松开所述第三扭矩传递机构以防止功率在所述发动机和所述输入元件之间流通为特征的再生制动模式，在所述再生制动模式期间，所述电机/发电机被控制为起到发电机的作用以将机械能转换成电能。
16.如权利要求1所述的变速器，其中所述多种操作模式中的至少三个的特征在于从所述输入元件到所述输出元件是电动可变的传动比。
17.一种用于具有发动机的车辆的变速器，包括：
用于接收来自所述发动机的动力的输入元件；
输出元件；
电机/发电机；
具有四个可操作地相互彼此连接的齿轮元件的差速齿轮组；其中所述输入元件可操作地与所述齿轮元件的第一个连接，所述电机/发电机可操作地与所述齿轮元件的第二个连接；
第一和第二传动元件持续地与所述第三和第四齿轮元件分别连接以部分地分别在所述差速齿轮组和所述输出元件之间形成第和第二动力路径；
多个啮合齿轮，包括可操作地使用扭矩传递机构选择性地接合而可操作地连接以提供在所述第一传动元件和所述输出元件之间用于前进旋转的传动比的第一齿轮组，和可操作地使用另一个扭矩传递机构选择性地接合而可操作地连接以提供在所述第二传动元件和所述输出元件之间用于反向旋转的传动比的第二齿轮组，和
其中，用于前进转动的传动比和用于反向转动的传动比是这样，即当所述扭矩传递机构都接合时，所述输入元件是静止的而所述输出元件的转动和速度由所述电机/发电机的转动和速度决定。
18.如权利要求17所述的变速器，其中所述变速器的特征在于没有任何其他的用于驱动的电机/发电机。
19.一种具有至少部分地由第一和第二传动轴确定的双动力路径的变速器的操作方法，每个所述传动轴通过不同的建立不同传动比的啮合齿轮组可操作地连接至中间轴，其中所述传动轴和变速器输入元件分别连接到差速齿轮组的不同的元件，所述方法包括：
使连接到所述差速齿轮组另一元件的第一扭矩传递机构滑动以借此改变第一传动轴的转速；
在所述滑动期间，接合第二扭矩传递机构以连接第一齿轮和第一传动轴并使其一同转动，借此通过经过啮合齿轮组的一组的第一动力路径传递扭矩；和
在所述滑动期间和所述接合后，松开第三扭矩传递机构以分离与第二传动轴一同转动的齿轮，以借此通过经过另一所述接合齿轮组的第二动力路径传递扭矩。
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