自動(dòng)的電手動(dòng)變速器的制造方法
【專利摘要】自動(dòng)的電手動(dòng)變速器（EMT）具有輸入構(gòu)件、輸出構(gòu)件和至少一個(gè)軸。該輸入構(gòu)件和所述至少一個(gè)軸可繞第一旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。副軸與所述至少一個(gè)軸大體平行，且可繞第二旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。輸出構(gòu)件可操作地連接為與副軸旋轉(zhuǎn)。變速器控制器控制多個(gè)扭矩傳遞機(jī)構(gòu)的接合，以選擇性地建立從所述至少一個(gè)軸通過多對(duì)嚙合齒輪至傳動(dòng)軸的不同齒輪比。電馬達(dá)和行星齒輪組與第一旋轉(zhuǎn)軸線同心。電馬達(dá)可提供扭矩給行星齒輪組的構(gòu)件。
【專利說明】自動(dòng)的電手動(dòng)變速器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體包括變速器，其具有扭矩傳遞機(jī)構(gòu)，諸如同步器，以將不同齒輪對(duì)接合來建立不同的齒輪比。
【背景技術(shù)】
[0002]自動(dòng)的手動(dòng)變速器使用計(jì)算機(jī)來控制換擋，而不是司機(jī)操作離合器來控制換擋。不像自動(dòng)變速器，自動(dòng)的手動(dòng)變速器通常具有至發(fā)動(dòng)機(jī)的離合連接，而不是扭矩-轉(zhuǎn)換器連接。因?yàn)樗緳C(jī)不控制變速器的換擋，在換擋期間，從發(fā)動(dòng)機(jī)通過變速器的功率流的臨時(shí)中斷可以比在手動(dòng)變速器中更令人吃驚。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]自動(dòng)的電手動(dòng)變速器(EMT)具有輸入構(gòu)件、輸出構(gòu)件和至少一個(gè)軸。該輸入構(gòu)件和所述至少一個(gè)軸可繞第一旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。副軸被設(shè)置為與所述至少一個(gè)軸大體平行，且可繞第二旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。輸出構(gòu)件可操作地連接為與副軸旋轉(zhuǎn)。EMT具有多個(gè)可選擇地接合的扭矩傳遞機(jī)構(gòu)和至少三對(duì)嚙合齒輪。每對(duì)嚙合齒輪可操作為在所述至少一個(gè)軸和副軸之間提供不同的齒輪比。至少一些對(duì)嚙合齒輪需要相應(yīng)一個(gè)扭矩傳遞機(jī)構(gòu)與多對(duì)嚙合齒輪的齒輪中的一個(gè)的接合，以便扭矩從所述至少一個(gè)軸傳遞到副軸。變速器控制器可操作為控制扭矩傳遞機(jī)構(gòu)的接合，以選擇性地建立至少一些齒輪比。電馬達(dá)與第一旋轉(zhuǎn)軸線同心。行星齒輪組也與第一旋轉(zhuǎn)軸線同心，且具有第一構(gòu)件、第二構(gòu)件和第三構(gòu)件。第一構(gòu)件通過至少一對(duì)嚙合齒輪可操作地連接到副軸。第一離合器可選擇地接合，以操作性地連接輸入構(gòu)件與第一構(gòu)件。第二構(gòu)件連接為與電馬達(dá)共同旋轉(zhuǎn)。
[0004]EMT是相對(duì)低成本、容易封裝的變速器。如在此解釋的，電馬達(dá)可用于扭矩輔助，且在一個(gè)實(shí)施例中，用于在齒輪比切換期間的扭矩填充。
[0005]本教導(dǎo)的上述特征和優(yōu)勢(shì)及其他特征和優(yōu)勢(shì)將從用于實(shí)施本教導(dǎo)的最佳模式的以下詳細(xì)描述連同附圖時(shí)顯而易見。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0006]圖1是混合動(dòng)力傳動(dòng)系的第一實(shí)施例的不意性側(cè)視圖，其具有在電手動(dòng)變速器(EMT)上的第一實(shí)施例；
[0007]圖2是混合動(dòng)力傳動(dòng)系的第二實(shí)施例的示意性側(cè)視圖，其具有根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的替換方面的在EMT上的第二實(shí)施例；
[0008]圖3是混合動(dòng)力傳動(dòng)系的第三實(shí)施例的示意性側(cè)視圖，其具有根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的替換方面的在EMT上的第三實(shí)施例；
[0009]圖4是圖3的混合動(dòng)力傳動(dòng)系的第三實(shí)施例的一個(gè)構(gòu)造的橫截面視圖；
[0010]圖5是對(duì)于圖3和4的動(dòng)力傳動(dòng)系的以每分鐘轉(zhuǎn)速(rpm)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)速度和馬達(dá)速度對(duì)以每小時(shí)公里(kph)計(jì)的車輛速度的圖表；[0011]圖6是圖3和4的動(dòng)力傳動(dòng)系的各部件在以kph計(jì)的不同車輛速度時(shí)的以牛頓-米(N-m)計(jì)的扭矩的圖表。
【具體實(shí)施方式】
[0012]參考附圖，其中在幾幅圖中相同的附圖標(biāo)記用于標(biāo)識(shí)相似或相同的構(gòu)件，圖1示出混合動(dòng)力傳動(dòng)系10。混合動(dòng)力傳動(dòng)系10包括發(fā)動(dòng)機(jī)(E) 12和電手動(dòng)變速器(EMT) 14。EMT14類似于手動(dòng)變速器設(shè)置，但在電子控制器40的控制下自動(dòng)換擋，電馬達(dá)(M) 16作為附加功率源可用。因此，盡管變速器14不是手動(dòng)變速器，其稱為自動(dòng)電手動(dòng)變速器。
[0013]發(fā)動(dòng)機(jī)12可以是內(nèi)燃機(jī)或任何類型的原動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)12具有曲軸17，曲軸連接為驅(qū)動(dòng)EMT14的輸入構(gòu)件18。多個(gè)相互嚙合的齒輪對(duì)設(shè)置在傳動(dòng)軸20和平行的副軸22上。具體地，齒輪24、26和28安裝在傳動(dòng)軸20上并與之旋轉(zhuǎn)。傳動(dòng)軸20和輸入構(gòu)件18是同軸的，且二者繞第一旋轉(zhuǎn)軸線23旋轉(zhuǎn)。齒輪30、32和34安裝在副軸22上并繞之旋轉(zhuǎn)，但沒有被連接為與副軸22旋轉(zhuǎn)。副軸22繞第二旋轉(zhuǎn)軸線25旋轉(zhuǎn)。齒輪24與齒輪30嚙合，以形成第一齒輪對(duì)，第一齒輪對(duì)在副軸22和傳動(dòng)軸20之間提供第一齒輪比。齒輪26與齒輪32嚙合，以形成第二齒輪對(duì)，第二齒輪對(duì)在副軸22和傳動(dòng)軸20之間提供第二齒輪比。齒輪28與齒輪34嚙合，以形成第三齒輪對(duì)，第三齒輪對(duì)在副軸22和傳動(dòng)軸20之間提供第三齒輪比。
[0014]雙側(cè)同步器A和單側(cè)同步器B安裝在副軸22上并與之旋轉(zhuǎn)。同步器A和B此處還稱為扭矩傳遞機(jī)構(gòu)。盡管同步器用于所示實(shí)施例中，其他類型的適當(dāng)扭矩傳遞機(jī)構(gòu)可以被使用。同步器A和B被變速器控制器(TC)40控制，其與齒輪30、32或34選擇性地接合。具體地，同步器A可在圖1中通過TC40被向左移動(dòng)，以接合齒輪30，從而齒輪30操作性地與副軸22連接，以與副軸22相同的速度旋轉(zhuǎn)，以建立第一齒輪比。同步器A可在圖1中通過TC40被向右移動(dòng)，以接合齒輪34，從而齒輪34操作性地與副軸22連接，以與副軸22相同的速度旋轉(zhuǎn)，以建立第三齒輪比。同步器B可在圖1中通過TC40被向左移動(dòng)，以接合齒輪32，從而齒輪32操作性地與副軸22連接，以與副軸22相同的速度旋轉(zhuǎn)，以建立第二齒輪比，其數(shù)值在第一和第三齒輪比之間。
[0015]傳動(dòng)軸20還支撐第一齒輪42,該第一齒輪42與傳動(dòng)軸20繞第一旋轉(zhuǎn)軸線23旋轉(zhuǎn)。同步器A支撐在同步器A的可移動(dòng)套筒46上的第二齒輪44。第二齒輪44沒有被構(gòu)造為與第一齒輪42嚙合，但當(dāng)同步器A處于空檔(neutral)位置、不與齒輪30或齒輪34接合時(shí)與第一齒輪42對(duì)齊。惰輪48被軸承支撐在變速器殼體(未示出)上，以繞第三旋轉(zhuǎn)軸線50旋轉(zhuǎn)。惰輪48實(shí)際上以與齒輪42、44形成三角形形式設(shè)置，從而旋轉(zhuǎn)軸線50和旋轉(zhuǎn)軸線23、25形成三角形。惰輪48可通過變速器控制器TC40移動(dòng)，以與齒輪42、44 二者嚙合。因?yàn)槎栎?8，副軸22的旋轉(zhuǎn)方向與傳動(dòng)軸20的旋轉(zhuǎn)方向相同。齒輪對(duì)24、30 ;26、32 ；和28、34被設(shè)置為在齒輪52處提供向前旋轉(zhuǎn)，該齒輪52與副軸22旋轉(zhuǎn)并用作變速器14的輸出構(gòu)件。齒輪52還稱為輸出構(gòu)件52。齒輪系42、44、48在齒輪52處提供反向旋轉(zhuǎn)。具有傳動(dòng)齒輪53和差速器55的最終傳動(dòng)件54被輸出構(gòu)件52驅(qū)動(dòng)，以在輪軸56A、56B處提供扭矩。
[0016]電馬達(dá)16通過行星齒輪組60操作性地連接至傳動(dòng)軸20。電馬達(dá)16在行星齒輪組60和嚙合齒輪對(duì)24、30 ;26、32和28、34之間軸向地定位。電馬達(dá)16具有環(huán)形轉(zhuǎn)子16A和環(huán)形定子16B，定子16B圍繞轉(zhuǎn)子16A且連接至固定構(gòu)件70，諸如變速器殼體。固定構(gòu)件70稱為靜止件，因?yàn)槠洳豢衫@旋轉(zhuǎn)軸線23旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子16A與旋轉(zhuǎn)軸線23和傳動(dòng)軸20同心并可繞之旋轉(zhuǎn)。馬達(dá)控制器(C)72控制馬達(dá)16，以通過從能量存儲(chǔ)裝置(ESD)74提供被存儲(chǔ)電能至定子16B的繞組而用作馬達(dá)，該能量存儲(chǔ)裝置諸如電池模塊。功率電子器件76將電能從能量存儲(chǔ)裝置74以定子16B所需的方式提供至定子16B。例如，如果馬達(dá)16使用交流電流，功率電子器件76可以是功率逆變器(I)，功率逆變器(I)將直流電流轉(zhuǎn)換為定子16B的三相繞組所需的交流電流，該交流電流沿傳送導(dǎo)體78提供。在其他實(shí)施例中，功率電子器件76可調(diào)節(jié)電能，以提供直流電流給需要它的馬達(dá)。
[0017]行星齒輪組60包括太陽(yáng)齒輪構(gòu)件62，其稱為第二構(gòu)件。太陽(yáng)齒輪構(gòu)件62是套筒齒輪，允許傳動(dòng)軸20通過太陽(yáng)齒輪構(gòu)件62的中心環(huán)面。行星齒輪組60包括支架構(gòu)件66，其在此稱為第一構(gòu)件，其可旋轉(zhuǎn)地支撐小齒輪65，所述小齒輪與太陽(yáng)齒輪構(gòu)件62和環(huán)形齒輪構(gòu)件64嚙合。支架構(gòu)件66連接為與傳動(dòng)軸20共同旋轉(zhuǎn)。如在此所用的，“共同旋轉(zhuǎn)”或“連接為共同旋轉(zhuǎn)”的兩個(gè)部件被物理連接，從而它們可彼此以相同速度旋轉(zhuǎn)。環(huán)形齒輪構(gòu)件64稱為行星齒輪組60的第三構(gòu)件。在其他實(shí)施例中，第一、第二和第三構(gòu)件可不同地設(shè)置。例如，在其他實(shí)施例中，第一構(gòu)件可以是環(huán)形齒輪構(gòu)件，第二構(gòu)件可以是太陽(yáng)齒輪構(gòu)件等。轉(zhuǎn)子16A通過轉(zhuǎn)子轂67連接為與太陽(yáng)齒輪構(gòu)件62共同旋轉(zhuǎn)。
[0018]EMT14包括多個(gè)可選擇地接合的扭矩傳遞機(jī)構(gòu)80、82、84，其單獨(dú)或以不同組合接合，以與發(fā)動(dòng)機(jī)12、電馬達(dá)16或二者在輸入構(gòu)件18和輸出構(gòu)件52之間建立各種操作模式。第一離合器80可稱為發(fā)動(dòng)機(jī)斷開離合器，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)12在第一離合器80沒有被接合時(shí)從EMT14斷開。第一離合器80可選擇地接合以連接輸入構(gòu)件18，用于與支架構(gòu)件66共同旋轉(zhuǎn)。第二離合器82可選擇地接合以連接環(huán)形齒輪構(gòu)件64，用于與支架構(gòu)件66共同旋轉(zhuǎn)，從而從轉(zhuǎn)子16A通過行星齒輪組60到傳動(dòng)軸20建立直接驅(qū)動(dòng)。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的，當(dāng)行星齒輪組(諸如行星齒輪組60)的兩個(gè)構(gòu)件被連接成以相同速度旋轉(zhuǎn)，所有三個(gè)構(gòu)件以相同速度旋轉(zhuǎn)。第二離合器82可替代地設(shè)置為連接環(huán)形齒輪構(gòu)件64以與太陽(yáng)齒輪構(gòu)件62共同旋轉(zhuǎn)，或連接太陽(yáng)齒輪構(gòu)件62以與支架構(gòu)件66共同旋轉(zhuǎn)。最后，制動(dòng)器84可選擇地接合以將環(huán)形齒輪構(gòu)件64連接至固定構(gòu)件70。
[0019]盡管沒有在圖中清晰示出，離合器80、82和制動(dòng)器84操作性地連接至變速器控制器40并被其控制。離合器80、82和制動(dòng)器84可被變速器控制器40液壓地促動(dòng)，諸如被通過閥體(未示出)的液壓流體流控制，以接合離合器80、82或制動(dòng)器84中的一個(gè)或多個(gè)。替換地，離合器80、82和制動(dòng)器84可在變速器控制器40的控制下被電促動(dòng)，或在變速器控制器40的控制下被任何其他適當(dāng)方法促動(dòng)。
[0020]電馬達(dá)16可用于在電發(fā)動(dòng)模式中發(fā)動(dòng)具有動(dòng)力傳動(dòng)系10的車輛。離合器80沒有被接合，從而發(fā)動(dòng)機(jī)12從EMT14斷開。在第一電模式中，制動(dòng)器84被接合，從而電馬達(dá)16通過行星齒輪組60以行星齒輪組60建立的比提供扭矩至傳動(dòng)軸20。同步器A在圖1中向左移動(dòng)。電馬達(dá)16被控制為開啟，驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸20以通過相互嚙合的齒輪24、30在輸出構(gòu)件52處提供扭矩。替換地，離合器82可代替制動(dòng)器84被接合，從而電馬達(dá)16通過行星齒輪組60以直接驅(qū)動(dòng)比在傳動(dòng)軸20處提供扭矩。
[0021]當(dāng)離合器80被接合時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)12單獨(dú)可用于發(fā)動(dòng)具有動(dòng)力傳動(dòng)系10的車輛。此夕卜，當(dāng)離合器80和82 二者被接合、同步器A在圖1中被向左移動(dòng)、和電馬達(dá)16被控制為開啟時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)12和電馬達(dá)16 二者可用于發(fā)動(dòng)具有動(dòng)力傳動(dòng)系10的車輛。
[0022]通過將同步器A與齒輪30以第一齒輪比接合、通過將同步器A與齒輪34以導(dǎo)致副軸22更高速度的第三齒輪比接合、或通過將同步器B與齒輪32以導(dǎo)致副軸22的在第一齒輪比和第三齒輪比的速度之間的速度的第二齒輪比接合，三個(gè)不同前進(jìn)齒輪比可在傳動(dòng)軸20和副軸22之間建立。
[0023]電馬達(dá)16可用于增加扭矩以補(bǔ)充發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，諸如在從一種齒輪比切換為另一齒輪比之后。具體地，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)12開啟且離合器80被接合時(shí)，電馬達(dá)16可還被控制為，從同步器的接合移動(dòng)剛剛發(fā)生之后的輸出構(gòu)件52的速度至大于預(yù)定速度的輸出構(gòu)件52的速度是開啟的，在該預(yù)定速度處，如果制動(dòng)器84被接合或離合器82被接合，換擋發(fā)生。例如，如果變速器控制器TC40被編程為，在大約50公里每小時(shí)(kph)的車輛速度(且在輸出構(gòu)件52的相應(yīng)的預(yù)定速度)時(shí)，將同步器A從左移動(dòng)到空擋位置和將同步器B移動(dòng)至左，以從第一齒輪比切換為第二齒輪比，電馬達(dá)16可以開啟且在傳動(dòng)軸20處從在同步器B接合齒輪32之后的某一預(yù)定速度到大于50kph的某一預(yù)定速度期間增加扭矩。
[0024]倒檔齒輪比可通過控制惰輪48以與齒輪42和齒輪44兩者嚙合而建立在輸入構(gòu)件18和輸出構(gòu)件52之間。無(wú)論是否發(fā)動(dòng)機(jī)12或馬達(dá)16或二者正提供驅(qū)動(dòng)扭矩，倒檔齒輪比都可被建立。替換地，如果電馬達(dá)16被構(gòu)造為沿轉(zhuǎn)子16A的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向用作馬達(dá)，則電馬達(dá)16可簡(jiǎn)單地通過控制電馬達(dá)沿相反旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)而提供倒檔速度比，扭矩通過相互嚙合的齒輪24、30傳遞(如果同步器A向左移動(dòng))。因?yàn)樵摵笠粌H電倒檔會(huì)被存儲(chǔ)在能量存儲(chǔ)裝置74中的電能的量限制，通過倒檔齒輪組42、48、44提供的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的倒檔可最有利。
[0025]圖2是具有EMT114的動(dòng)力傳動(dòng)系110的另一實(shí)施例的示意性圖示。EMT114具有與EMT14相同的許多部件。與相對(duì)于EMT14描述相同的EMT114的部件具有相同的附圖標(biāo)記，且按照相對(duì)于圖1的EMT14的描述作用。EMTl 14包括行星齒輪組160，該行星齒輪組160是雙行星類型齒輪組。行星齒輪組160包括太陽(yáng)齒輪構(gòu)件162，其連接為與轉(zhuǎn)子16A共同地旋轉(zhuǎn)。太陽(yáng)齒輪構(gòu)件162是套筒，允許輸入構(gòu)件118通過太陽(yáng)齒輪構(gòu)件162的中心。行星齒輪組160包括環(huán)形齒輪構(gòu)件164，該環(huán)形齒輪構(gòu)件164在第一離合器180被接合時(shí)與輸入構(gòu)件118共同旋轉(zhuǎn)。行星齒輪組160包括支架構(gòu)件166，該支架構(gòu)件166可旋轉(zhuǎn)地支撐第一組小齒輪165和第二組小齒輪167，第一組小齒輪與太陽(yáng)齒輪構(gòu)件162嚙合，第二組小齒輪與第一組小齒輪165和與環(huán)形齒輪構(gòu)件164嚙合。環(huán)形齒輪構(gòu)件164稱為行星齒輪組160的第一構(gòu)件，太陽(yáng)齒輪構(gòu)件162稱為行星齒輪組160的第二構(gòu)件，支架構(gòu)件166稱為行星齒輪組160的第三構(gòu)件。
[0026]除了同步器A和B，EMT114包括兩個(gè)離合器180、182和制動(dòng)器184。輸入構(gòu)件118被連接為，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)斷開離合器180被接合時(shí)，與環(huán)形齒輪構(gòu)件64和傳動(dòng)軸120共同旋轉(zhuǎn)。傳動(dòng)軸120和輸入構(gòu)件118是同軸的，且二者繞第一旋轉(zhuǎn)軸線23旋轉(zhuǎn)。第二離合器182可選擇地接合以連接環(huán)形齒輪構(gòu)件164，用于與支架構(gòu)件166共同旋轉(zhuǎn)，通過行星齒輪組160提供直接驅(qū)動(dòng)。第二離合器182可替代地設(shè)置為連接環(huán)形齒輪構(gòu)件164以與太陽(yáng)齒輪構(gòu)件162共同旋轉(zhuǎn)，或連接太陽(yáng)齒輪構(gòu)件162以與支架構(gòu)件166共同旋轉(zhuǎn)。制動(dòng)器184可選擇地接合以將支架構(gòu)件166連接至固定構(gòu)件70。
[0027]與相對(duì)于圖1的動(dòng)力傳動(dòng)系所述相同的操作模式是可行的，離合器180以與離合器80相同的模式接合，離合器182以與離合器82相同的模式接合，以及以與制動(dòng)器84相同的模式接合的制動(dòng)器184被接合用于圖1的EMT14。盡管沒有在圖中清晰示出，離合器180、182和制動(dòng)器184操作性地連接至變速器控制器40并被其控制。
[0028]與EMT14相比，行星齒輪組160在電馬達(dá)16和嚙合齒輪對(duì)24、30 ;28、34和26、32之間軸向地定位。由于該設(shè)置，輸入構(gòu)件118被電馬達(dá)16同心地圍繞。
[0029]圖3是具有EMT214的動(dòng)力傳動(dòng)系210的另一實(shí)施例的示意性圖示。EMT214具有與EMT14相同的許多部件。與相對(duì)于EMT14描述相同的部件具有相同的附圖標(biāo)記,且按照相對(duì)于圖1的EMT14的描述作用。
[0030]類似于圖1的行星齒輪組60的行星齒輪組260繞旋轉(zhuǎn)軸線23同心地設(shè)置。行星齒輪組260包括太陽(yáng)齒輪構(gòu)件262，該太陽(yáng)齒輪構(gòu)件連續(xù)地連接為與轉(zhuǎn)子16A共同旋轉(zhuǎn)。行星齒輪組260具有環(huán)形齒輪構(gòu)件264和支架構(gòu)件266。支架構(gòu)件266可旋轉(zhuǎn)地支撐小齒輪265。小齒輪265與太陽(yáng)齒輪構(gòu)件262和環(huán)形齒輪構(gòu)件264 二者嚙合。支架構(gòu)件266在此稱為行星齒輪組260的第一構(gòu)件。太陽(yáng)齒輪構(gòu)件262在此稱為行星齒輪組260的第二構(gòu)件。環(huán)形齒輪構(gòu)件264在此稱為行星齒輪組260的第三構(gòu)件。
[0031]太陽(yáng)齒輪構(gòu)件262被構(gòu)造為環(huán)形套筒，從而傳動(dòng)軸220和內(nèi)軸221可通過太陽(yáng)齒輪構(gòu)件262的中心環(huán)面。內(nèi)軸221可稱為第二傳動(dòng)軸。傳動(dòng)軸220是套筒軸，且同心地圍繞內(nèi)軸221。傳動(dòng)軸220和內(nèi)軸221 二者繞旋轉(zhuǎn)軸線23旋轉(zhuǎn)。齒輪226連接到傳動(dòng)軸220，以與傳動(dòng)軸220相同的速度旋轉(zhuǎn)。齒輪226與齒輪232嚙合，且建立第二齒輪對(duì)。齒輪226是環(huán)形套筒，允許內(nèi)軸221通過齒輪226中的中央開口。齒輪24、28和42被連接以與內(nèi)軸221相同的速度旋轉(zhuǎn)。第一對(duì)嚙合齒輪24、30提供內(nèi)軸221和副軸22之間的第一數(shù)值齒輪比。第二對(duì)嚙合齒輪226、232提供傳動(dòng)軸220和副軸22之間的第二數(shù)值齒輪比。齒輪232連續(xù)地連接以與副軸22旋轉(zhuǎn)。因此，不需要同步器來將齒輪232接合至副軸22。第三對(duì)嚙合齒輪28、34提供內(nèi)軸221和副軸22之間的第三數(shù)值齒輪比。
[0032]除了同步器A，多個(gè)可選擇地接合的扭矩傳遞機(jī)構(gòu)280、281、282、283在EMT214中提供。離合器280被設(shè)置為，可選擇地接合以連接輸入構(gòu)件18，用于與支架構(gòu)件266和傳動(dòng)軸220共同旋轉(zhuǎn)。離合器280在此稱為發(fā)動(dòng)機(jī)斷開離合器或第一離合器。離合器281被設(shè)置為，可選擇地接合以連接輸入構(gòu)件18，用于與內(nèi)軸221共同旋轉(zhuǎn)。離合器282被設(shè)置為，可選擇地接合以連接支架構(gòu)件266，用于與太陽(yáng)齒輪構(gòu)件262共同旋轉(zhuǎn)。第二離合器282可替代地設(shè)置為連接環(huán)形齒輪構(gòu)件264以與太陽(yáng)齒輪構(gòu)件262共同旋轉(zhuǎn)，或連接環(huán)形齒輪構(gòu)件264以與支架構(gòu)件266共同旋轉(zhuǎn)。如在此所用的，離合器282稱為第二離合器，離合器281稱為第三離合器。制動(dòng)器283可選擇地接合以將環(huán)形齒輪構(gòu)件264接地至固定構(gòu)件70。盡管沒有在圖中清晰示出，離合器280、281和282以及制動(dòng)器283操作性地連接至變速器控制器40并被其控制。圖4是具有與圖3中的桿式視圖相同的部件的變速器214的橫截面視圖。
[0033]發(fā)動(dòng)機(jī)12、電馬達(dá)16、同步器A和B和扭矩傳遞機(jī)構(gòu)280、281、282和283可被控制為提供多種不同操作模式。
[0034]當(dāng)離合器281被接合和在圖3中同步器A向左移動(dòng)以將齒輪30與傳動(dòng)軸22接合時(shí)，EMT214可以第一齒輪比被發(fā)動(dòng)機(jī)12發(fā)動(dòng)。替換地，當(dāng)離合器280被接合時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)12可被用于發(fā)動(dòng)具有動(dòng)力傳動(dòng)系210的車輛，將扭矩從輸入構(gòu)件18傳遞至傳動(dòng)軸220并通過嚙合齒輪226、232至副軸22。
[0035]另外，電馬達(dá)16可還開啟且通過第二組嚙合齒輪226、232在輸出構(gòu)件52處增加附加扭矩，或在制動(dòng)器283被接合時(shí)以低齒輪比驅(qū)動(dòng)，或在離合器282接合時(shí)通過行星齒輪組260直接驅(qū)動(dòng)。此外，如果制動(dòng)器283被接合且離合器280和281都不接合時(shí)，電馬達(dá)16可單獨(dú)用于發(fā)動(dòng)EMT214。在該情況下，馬達(dá)16通過第二組嚙合齒輪226、232驅(qū)動(dòng)輸出構(gòu)件52。如果電馬達(dá)16以此方式單獨(dú)地發(fā)動(dòng)EMT214，發(fā)動(dòng)機(jī)12則可“沖擊起動(dòng)(bump start)”，其被稱為“快速起動(dòng)”，通過在圖3中預(yù)先選擇同步器A向右以將齒輪34與副軸22接合，且然后接合離合器281，建立從內(nèi)軸221至副軸22的第三齒輪比。
[0036]圖5是以每分鐘轉(zhuǎn)速(rpm)計(jì)垂直軸線上的發(fā)動(dòng)機(jī)速度對(duì)以每小時(shí)公里計(jì)水平軸線上的車輛速度(kph)的圖表。車輛速度是示例車輛的速度，動(dòng)力傳動(dòng)系210安裝在車輛上。動(dòng)力傳動(dòng)系210的許多可用操作模式在此相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)速度和車輛速度的范圍描述，得到操作模式在其上建立。另外，圖5的圖表示出電馬達(dá)16在齒輪比切換期間和之后補(bǔ)償發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的能力，與具有在變速器214的換擋之間可用的附加速度比的手動(dòng)變速器相比，消除了在三速變速器214中的換擋之間的機(jī)械優(yōu)勢(shì)的一些損失。
[0037]在圖5中，線300表示，當(dāng)圖3和4的動(dòng)力傳動(dòng)系210處于第一齒輪比，且離合器281被接合、同步器A向圖3中左邊移動(dòng)從而扭矩被傳遞通過第一組嚙合齒輪24、30時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)速度與車輛速度的示例比。線302表示，當(dāng)圖3和4的動(dòng)力傳動(dòng)系210處于第二齒輪t匕，且離合器280被接合從而扭矩被傳遞通過第二組嚙合齒輪226、232時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)速度與車輛速度的示例比。線304示出，當(dāng)圖3和4的動(dòng)力傳動(dòng)系210處于第三齒輪比，且離合器281被接合、同步器A向圖3中右邊移動(dòng)從而扭矩被傳遞通過第三組嚙合齒輪28、34時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)速度與車輛速度的示例比。線306示出，當(dāng)圖3和4的動(dòng)力傳動(dòng)系210處于倒檔齒輪t匕，且離合器281被接合、惰輪48移動(dòng)為與齒輪42、44嚙合，且同步器A處于圖3中空擋位置從而扭矩被傳遞通過倒檔嚙合齒輪組42、48、44時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)速度與車輛速度的示例比。
[0038]在圖5中，線308和310示出發(fā)動(dòng)機(jī)速度與車輛速度的附加比，其在圖3和4的三速EMT214中不可用，但在具有兩個(gè)附加向前速度比的典型傳統(tǒng)變速器中可用。例如，傳統(tǒng)手動(dòng)變速器可具有五個(gè)可用的發(fā)動(dòng)機(jī)速度對(duì)車輛速度的比300、308、302、310、304，其與五個(gè)固定的齒輪比相關(guān)聯(lián)，其中，EMT214的第二比302將是傳統(tǒng)變速器的第三比，且EMT214的第三比304是傳統(tǒng)變速器的第五比。如圖5明顯所示，與在傳統(tǒng)手動(dòng)變速器中從比300換擋到比308相比，在EVT214中，沿?fù)Q擋線311以大約50kph的車輛速度從比300換擋到比302時(shí)存在機(jī)械優(yōu)勢(shì)312的損失。類似地，與在傳統(tǒng)手動(dòng)變速器中從速度比302換擋到速度比310相比，在EVT214中，沿?fù)Q擋線313以大約145kph的車輛速度從比302換擋到比304時(shí)存在機(jī)械優(yōu)勢(shì)314的損失。
[0039]EMT214具有能夠使用由電馬達(dá)16提供的扭矩輔助的優(yōu)勢(shì)，以幫助減少與齒輪比之間的幾乎不固定的齒輪比和較寬的速率步驟(ratio st印)相關(guān)的機(jī)械優(yōu)勢(shì)的損失。例如，在50kph的車輛速度之前的一速度(與輸出構(gòu)件52的預(yù)定速度相關(guān)聯(lián)的車輛速度，此時(shí)，從第一齒輪比300到第二齒輪比302的換擋發(fā)生)時(shí)，電馬達(dá)16可被控制為開啟。制動(dòng)器283被接合，從而扭矩倍增通過行星齒輪組260從電馬達(dá)16提供到傳動(dòng)軸220。當(dāng)車輛速度達(dá)到大約50kph時(shí)，在換擋線311處，離合器281被斷開，且離合器280被接合。同步器A可移動(dòng)到其空擋位置。電馬達(dá)16在換擋期間被保持開啟，并升至超過換擋線311的更高車輛速度(對(duì)應(yīng)于線309)以補(bǔ)充發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，由此實(shí)質(zhì)上替代傳統(tǒng)手動(dòng)變速器的第二檔(線308)和EMT214的的第二檔(線302)之間的損失的機(jī)械優(yōu)勢(shì)312。這可稱為通過電馬達(dá)16 “填充的”扭矩，或使用電馬達(dá)16用于“扭矩填充”。線315指示馬達(dá)16的操作影響的換擋后發(fā)動(dòng)機(jī)速度。
[0040]圖6是以牛頓-米計(jì)的扭矩對(duì)kph計(jì)的車輛速度的圖表，用于具有按照?qǐng)D5的圖表被控制換擋的動(dòng)力傳動(dòng)系210的車輛。曲線402表示由發(fā)動(dòng)機(jī)12提供在輸出構(gòu)件52處的扭矩。曲線404表示在僅電操作模式中制動(dòng)器283接合而發(fā)動(dòng)機(jī)12關(guān)閉時(shí)可由電馬達(dá)16提供在輸出構(gòu)件52處的扭矩。曲線406示出，如果發(fā)動(dòng)機(jī)12和電馬達(dá)16 二者在大范圍的發(fā)動(dòng)機(jī)速度時(shí)，可被提供在輸出構(gòu)件52處的最大扭矩。在具有如圖5所示的五個(gè)齒輪比的傳統(tǒng)手動(dòng)變速器中被相同發(fā)動(dòng)機(jī)12提供的扭矩示出為曲線408，且順從曲線402的大部分。如部分410所示，在每個(gè)預(yù)定速度(在該預(yù)定速度時(shí)，換擋在EMT214中發(fā)生)之前和之后的車輛速度(和輸出構(gòu)件52的相關(guān)聯(lián)速度)的范圍上，電馬達(dá)16被控制為開啟。這使得，當(dāng)僅發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩小于將被發(fā)動(dòng)機(jī)12通過具有圖5所示的附加齒輪比的傳統(tǒng)手動(dòng)變速器提供的扭矩時(shí)，電馬達(dá)16增加扭矩。如圖5所示，在EMT214中發(fā)生換擋時(shí)的預(yù)定車輛速度對(duì)應(yīng)于大約6500rpm的發(fā)動(dòng)機(jī)速度,其可以是預(yù)定的最大發(fā)動(dòng)機(jī)速度。輸出構(gòu)件52的預(yù)定速度通過公式對(duì)應(yīng)于預(yù)定的最大發(fā)動(dòng)機(jī)速度，該公式取決于行星齒輪組260的齒輪齒數(shù)、嚙合齒輪組的齒輪比和輪胎尺寸。
[0041]再次參考圖5，電馬達(dá)16可以高于發(fā)動(dòng)機(jī)12的速度操作。電馬達(dá)16在EMT214中的齒輪比切換周圍的車輛速度的一范圍上增加扭矩輔助的使用還可通過線316指示，該線316表示電馬達(dá)16的轉(zhuǎn)子16A的速度。在大約85kph的車輛速度時(shí)，電馬達(dá)16在高比模式中達(dá)到額定的速度限制(即，當(dāng)制動(dòng)器283被接合時(shí)的電馬達(dá)16的操作速度)，且制動(dòng)器283然后被斷開，從而馬達(dá)16在EMT214中從功率流斷開，且可自由地旋轉(zhuǎn)到較低速度，如線309所示。替換地，電馬達(dá)16可保持開啟，且離合器283被接合，從而電馬達(dá)16可以較低速度借助通過行星齒輪組260的直接驅(qū)動(dòng)而操作。在后一情況下，當(dāng)制動(dòng)器283被斷開時(shí)，電馬達(dá)16可被控制以簡(jiǎn)單地用作發(fā)動(dòng)機(jī)，以使轉(zhuǎn)子16A減速到新目標(biāo)速度，新目標(biāo)速度與離合器282的接合相關(guān)，而不是在離合器282中吸收能量。在直接驅(qū)動(dòng)模式中，電馬達(dá)16將仍被用于補(bǔ)充發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，直到馬達(dá)16的額定最大速度(例如，大約llOOOrpm，如圖5所示)，此速度在直接驅(qū)動(dòng)模式中直到超過最大期望車輛速度時(shí)才被達(dá)到。
[0042]在大約145kph時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)12再次達(dá)到其預(yù)定的額定速度，且通過斷開離合器280、接合離合器281并將同步器A向圖3中右邊移動(dòng)而沿?fù)Q擋線313換擋到第三齒輪比。從換擋線313之前的一些車輛速度(諸如130kph的車輛速度)至超過換擋線313的車輛速度，電馬達(dá)16可被控制為開啟，以補(bǔ)充發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩并充當(dāng)與線310關(guān)聯(lián)的沒有的比(其在傳統(tǒng)手動(dòng)變速器中可用)。電馬達(dá)16可保持開啟，以補(bǔ)充發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩直到預(yù)定的最大車輛速度，如果期望或直到馬達(dá)達(dá)到其預(yù)定的最大速度，指示為在與圖5的線319相對(duì)應(yīng)的車輛速度時(shí)發(fā)生。電馬達(dá)16在EMT214中從第二向第三檔位的齒輪比切換周圍的車輛速度時(shí)增加扭矩輔助的使用還可通過線318指示，該線318表示電馬達(dá)16的轉(zhuǎn)子16A的速度。圖6中在145kph的車輛速度周圍的區(qū)域410還指示由電馬達(dá)16增加的補(bǔ)充扭矩。
[0043]盡管已經(jīng)對(duì)執(zhí)行本教導(dǎo)的許多方面的較佳模式進(jìn)行了詳盡的描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可得知在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)的用來實(shí)踐本教導(dǎo)的許多替換方面。
【權(quán)利要求】
1.一種變速器，包括: 輸入構(gòu)件； 輸出構(gòu)件； 至少一個(gè)軸；其中，該輸入構(gòu)件和所述至少一個(gè)軸可繞第一旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)； 副軸，被設(shè)置為與所述至少一個(gè)軸大體平行，且可繞第二旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)；其中，輸出構(gòu)件可操作地連接為與副軸旋轉(zhuǎn)； 多對(duì)嚙合齒輪；其中，每對(duì)嚙合齒輪可操作為在所述至少一個(gè)軸和副軸之間提供不同的齒輪比； 多個(gè)可選擇地接合的扭矩傳遞機(jī)構(gòu)；其中，至少一些對(duì)嚙合齒輪需要相應(yīng)一個(gè)扭矩傳遞機(jī)構(gòu)與相應(yīng)一對(duì)嚙合齒輪的接合，以傳遞扭矩到副軸； 變速器控制器，可操作為控制扭矩傳遞機(jī)構(gòu)的接合，以選擇性地建立至少一些齒輪比； 電馬達(dá)，與第一旋轉(zhuǎn)軸線同心； 行星齒輪組，與第一旋轉(zhuǎn)軸線同心；其中，行星齒輪組具有第一構(gòu)件、第二構(gòu)件和第三構(gòu)件； 第一離合器，可選擇地接合，以操作性地連接輸入構(gòu)件與第一構(gòu)件；并且其中，第一構(gòu)件通過至少一對(duì)嚙合齒輪可操作地與副軸連接，第二構(gòu)件連接為與電馬達(dá)共同旋轉(zhuǎn)；電馬達(dá)可被操作為增加扭矩到第二構(gòu)件并從第二構(gòu)件接收扭矩。
2.如權(quán)利要求1所述的 變速器，其中，所述至少一個(gè)軸包括連接為與第二構(gòu)件共同旋轉(zhuǎn)的傳動(dòng)軸，且還包括: 第二離合器，其可選擇地接合以將行星齒輪組的一個(gè)構(gòu)件與行星齒輪組的另一構(gòu)件連接，以當(dāng)?shù)诙x合器被接合時(shí)建立從電馬達(dá)到傳動(dòng)軸的直接驅(qū)動(dòng)。
3.如權(quán)利要求2所述的變速器，結(jié)合可操作地連接至輸入構(gòu)件的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，電馬達(dá)被控制為，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)車輛且第一和第二離合器二者被接合時(shí)，開啟以在傳動(dòng)軸處增加扭矩。
4.如權(quán)利要求2所述的變速器，進(jìn)一步包括: 制動(dòng)器，可選擇地接合以防止行星齒輪組的第三構(gòu)件旋轉(zhuǎn)；和 其中，電馬達(dá)可操作為，當(dāng)制動(dòng)器接合時(shí)，通過行星齒輪組發(fā)動(dòng)變速器。
5.如權(quán)利要求1所述的變速器，其中，所述至少一個(gè)軸包括傳動(dòng)軸和內(nèi)軸，所述傳動(dòng)軸是套筒軸，所述內(nèi)軸與傳動(dòng)軸同心；且還包括: 另一離合器，可選擇地接合，以連接輸入構(gòu)件與內(nèi)軸共同旋轉(zhuǎn)；和其中，所述多對(duì)嚙合齒輪中的至少一對(duì)操作性地與內(nèi)軸連接，且所述多對(duì)嚙合齒輪中的至少另一對(duì)操作性地與傳動(dòng)軸連接。
6.如權(quán)利要求5所述的變速器，結(jié)合可操作地連接至輸入構(gòu)件的發(fā)動(dòng)機(jī)；其中，扭矩傳遞機(jī)構(gòu)是同步器；且還包括: 制動(dòng)器，可選擇地接合以防止行星齒輪組的第三構(gòu)件旋轉(zhuǎn)； 其中，當(dāng)制動(dòng)器接合時(shí)，變速器通過電馬達(dá)發(fā)動(dòng)；和 其中，通過預(yù)先選擇一個(gè)同步器以將操作性地連接至內(nèi)軸的所述多對(duì)嚙合齒輪中的一對(duì)齒輪與副軸接合和將所述另 一離合器接合同時(shí)制動(dòng)器保持接合，在變速器被電馬達(dá)發(fā)動(dòng)之后，發(fā)動(dòng)機(jī)被起動(dòng)。
7.如權(quán)利要求1所述的變速器，其中，電馬達(dá)在行星齒輪組和所述多對(duì)嚙合齒輪之間軸向地定位。
8.如權(quán)利要求1所述的變速器，結(jié)合可操作地連接至輸入構(gòu)件的發(fā)動(dòng)機(jī)；其中，當(dāng)?shù)谝浑x合器接合時(shí)，變速器通過發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)。
9.如權(quán)利要求1所述的變速器，進(jìn)一步包括: 制動(dòng)器，可選擇地接合以防止行星齒輪組的第三構(gòu)件旋轉(zhuǎn)； 第二離合器，其可選擇地接合以將行星齒輪組的一個(gè)構(gòu)件與行星齒輪組的另一構(gòu)件連接，以當(dāng)?shù)诙x合器被接合時(shí)建立從電馬達(dá)到傳動(dòng)軸的直接驅(qū)動(dòng)；和 其中，電馬達(dá)被控制為，當(dāng)制動(dòng)器被接合時(shí)在第一模式中通過行星齒輪組且當(dāng)?shù)诙x合器被接合時(shí)在第二模式中，驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸。
10.一種變速器，包括: 輸入構(gòu)件； 輸出構(gòu)件； 傳動(dòng)軸，構(gòu)造為套筒軸； 內(nèi)軸，與傳動(dòng)軸同心且被其包圍；其中，輸入構(gòu)件、傳動(dòng)軸和內(nèi)軸可繞第一旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn); 副軸，被設(shè)置為與傳動(dòng)軸大體平行，且可繞第二旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)；其中，輸出構(gòu)件可操作地連接為與副軸旋轉(zhuǎn)； 多個(gè)可選擇地接合的同步器； 至少三對(duì)嚙合齒輪，可操作為將扭矩傳遞至副軸；其中，當(dāng)一個(gè)同步器被接合時(shí)，所述多對(duì)嚙合齒輪的一對(duì)可操作為從內(nèi)軸到副軸建立第一齒輪比，所述多對(duì)嚙合齒輪的另一對(duì)提供傳動(dòng)軸和副軸之間的不同齒輪比。 變速器控制器，可操作為控制同步器的接合； 電馬達(dá)，與第一旋轉(zhuǎn)軸線同心； 行星齒輪組，與第一旋轉(zhuǎn)軸線同心，且具有連接為與傳動(dòng)軸共同旋轉(zhuǎn)的第一構(gòu)件、連接為與電馬達(dá)共同旋轉(zhuǎn)的第二構(gòu)件、和第三構(gòu)件； 第一離合器，可選擇地接合，以將輸入構(gòu)件與行星齒輪組的第一構(gòu)件連接； 第二離合器，其可選擇地接合以連接行星齒輪組的一個(gè)構(gòu)件，以與行星齒輪組的另一構(gòu)件共同旋轉(zhuǎn)，以從電馬達(dá)通過行星齒輪組到傳動(dòng)軸提供直接驅(qū)動(dòng)比。 第三離合器，可選擇地接合，以將輸入構(gòu)件與內(nèi)軸連接；和 制動(dòng)器，可選擇地接合，以保持第三構(gòu)件固定。
【文檔編號(hào)】F16H3/44GK103807370SQ201310566131
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2013年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月14日
【發(fā)明者】S.H.維特科普, C.S.羅斯 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司