具有電動機-發(fā)電機的自動化的手動變速器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有電動機-發(fā)電機的自動化的手動變速器。變速器包括輸入軸，可繞第一旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)；和副軸，大致布置為與輸入軸平行且可繞第二旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。輸出構(gòu)件操作地連接至副軸，以與副軸一致地旋轉(zhuǎn)。多對互相嚙合的齒輪被包括，每對具有相應(yīng)的可同步齒輪和相應(yīng)的固定齒輪，所述可同步齒輪繞輸入軸和副軸中的一個旋轉(zhuǎn)，所述固定齒輪安裝至輸入軸和副軸中的另一個，以與其一致地旋轉(zhuǎn)。電動機具有轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子與第一旋轉(zhuǎn)軸線通心且可繞第一旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。第一同步器可選擇性地接合，以同步轉(zhuǎn)子與輸入軸的旋轉(zhuǎn)。第二同步器可選擇性地接合，以同步轉(zhuǎn)子與繞輸入軸旋轉(zhuǎn)的可同步齒輪中的一個的旋轉(zhuǎn)。
【專利說明】具有電動機-發(fā)電機的自動化的手動變速器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本本發(fā)明總體包括具有扭矩傳輸機構(gòu)的變速器，所述扭矩傳輸機構(gòu)諸如同步器，所述同步器接合不同齒輪對，以建立不同的傳動比。

【背景技術(shù)】
[0002]自動化的手動變速器使用計算機而不是駕駛員操作的離合器來控制擋位的切換。與自動變速器不同，自動化的手動變速器通常具有至發(fā)動機的離合式連接，而不是變矩器連接。由于駕駛員不控制變速器的切換，因此在換擋期間由于變速器造成的來自發(fā)動機的功率流的臨時中斷可能比手動變速器更令人驚訝。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本文公開的變速器是較低成本、可容易封裝的變速器。如本文說明的，電動機可用于扭矩輔助、發(fā)動機起動、再生制動、和傳動比切換期間的扭矩填充。變速器包括輸入軸，可繞第一旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)；和副軸，大致布置為與輸入軸平行且可繞第二旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。輸出構(gòu)件操作地連接至副軸，以與副軸一致地旋轉(zhuǎn)。多個互相嚙合的齒輪對被包括，每對具有相應(yīng)的可同步齒輪和相應(yīng)的固定齒輪，所述可同步齒輪繞輸入軸和副軸中的一個旋轉(zhuǎn)，所述固定齒輪安裝至輸入軸和副軸中的另一個，以與其一致地旋轉(zhuǎn)。當相應(yīng)的可同步齒輪與輸入軸或副軸操作地接合時，每一個互相嚙合的齒輪對建立副軸的扭矩對輸入軸的扭矩的不同傳動比。
[0004]電動機具有轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子與第一旋轉(zhuǎn)軸線同心且可繞第一旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。多個可選擇性接合的同步器包括第一同步器和第二同步器。每一個互相嚙合的齒輪對需要至少一個同步器的接合，以將相應(yīng)的可同步齒輪與輸入軸或副軸中的相應(yīng)的一個同步。第一同步器可選擇性地接合，以同步轉(zhuǎn)子與輸入軸的旋轉(zhuǎn)。第二同步器可選擇性地接合，以同步轉(zhuǎn)子與繞輸入軸旋轉(zhuǎn)的可同步齒輪中的一個的旋轉(zhuǎn)。電動機由此可操作為當?shù)谝煌狡鹘雍蠒r在輸入軸施加扭矩。變速器控制器可操作為控制同步器的接合。
[0005]當結(jié)合附圖時，本發(fā)明的上述特征和優(yōu)勢及其他特征和優(yōu)勢將從用于實施本發(fā)明的最佳模式的以下詳細描述變得顯而易見。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1是混合動力傳動系的示意性側(cè)視圖，其中車輪輪軸以截斷視圖示出；
[0007]圖2是被包括在圖1的混合動力傳動系中的混合動力變速器的示意性局部剖視圖和截斷圖；
[0008]圖3是針對圖1和2的動力傳動系的以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)計的發(fā)動機速度和馬達速度對以千米每小時(kph)計的車輛速度的圖表。

【具體實施方式】
[0009]參考附圖，相同的附圖標記用于在若干幅視圖中表示相同或相似的部件，圖1示出具有發(fā)動機12和混合動力變速器14的混合動力傳動系10。這里，如所討論的，變速器14僅具有單個電動機-發(fā)電機16，且可控制以提供三個固定傳動比，每個傳動比可僅由發(fā)動機12提供動力，或可在來自電動機-發(fā)電機16的用于在升擋之后填充扭矩空洞的扭矩輔助下由發(fā)動機提供動力，可僅由電動機-發(fā)電機16提供動力，可使用電動機-發(fā)電機16起動發(fā)動機12，以及可提供再生制動和電動機充電操作模式。圖2是具有與圖1的桿式圖中相同部件的變速器14的剖視圖。
[0010]變速器14可稱為三速自動化的手動變速器(AMT)、自動手動變速器(MTA)、或三速電動手動變速器(EMT)，因為其類似于三速手動變速器布置，但擋位切換在電控制器18的控制下被自動化。不需要如手動變速器所需要的那樣壓下離合器來切換擋位。變速器控制器18控制同步器以同步部件的速度和接合部件以影響換擋，如在此描述的。
[0011]發(fā)動機12可以是內(nèi)燃發(fā)動機或任何其他類型的原動機。發(fā)動機12具有曲軸20，當離合器24被接合時，所述曲軸20可以與變速器14的輸入軸22連接。離合器24可稱為發(fā)動機斷開離合器，因為其允許在未接合時發(fā)動機12從變速器14斷開。曲軸20和輸入軸22繞第一旋轉(zhuǎn)軸線26旋轉(zhuǎn)。
[0012]副軸28布置為平行于輸入軸22且繞第二旋轉(zhuǎn)軸線30旋轉(zhuǎn)。輸出構(gòu)件32是固定齒輪，其安裝至副軸28以與副軸一致地旋轉(zhuǎn)。如這里所用，當兩個部件物理地連接為使得它們必須以相同速度一起旋轉(zhuǎn)時，兩個部件“一致地旋轉(zhuǎn)”且連接“用于共同旋轉(zhuǎn)”。輸出構(gòu)件32與另一齒輪34嚙合，該另一齒輪是包括差動器38的最終驅(qū)動件36的一部分。差動器38提供用于輸出構(gòu)件32至車輪輪軸40A、40B的驅(qū)動扭矩的路徑，所述車輪輪軸40A、40B可用于前車輪或后輪。最終驅(qū)動件36和車輪輪軸40A、40B繞第三旋轉(zhuǎn)軸線41旋轉(zhuǎn)且建立第三旋轉(zhuǎn)軸線41，該第三旋轉(zhuǎn)軸線41大致與第一旋轉(zhuǎn)軸線26和第二旋轉(zhuǎn)軸線30平行。在整個動力傳動系10示出的軸承42定位在可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件和靜止構(gòu)件之間，以為可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件提供支撐。軸承42是環(huán)形的。
[0013]多對互相嚙合的齒輪布置在輸入軸2和副軸28上。具體地，齒輪44和46安裝在輸入軸22上且與輸入軸22 —致地旋轉(zhuǎn)。齒輪44和46稱為固定齒輪，因為它們一直固定至輸入軸22，以與輸入軸22 —致地旋轉(zhuǎn)。齒輪48安裝在輸入軸22上且繞輸入軸22旋轉(zhuǎn)，但沒有一直連接以與輸入軸22 —起旋轉(zhuǎn)。即，除非同步器74和76被接合，齒輪48才圍繞輸入軸22旋轉(zhuǎn)，如在此所述的。齒輪50是固定齒輪，其安裝在副軸28上并與副軸28 —致地旋轉(zhuǎn)。齒輪52和54安裝在副軸28上且繞副軸28旋轉(zhuǎn)，但沒有一直連接以與副軸22 —起旋轉(zhuǎn)。
[0014]齒輪48、52和54稱為可同步齒輪，因為每一個可通過受控同步器而同步,從而以被同步的方式與變速器14的另一部件接合，如在此描述的。當齒輪54通過同步器78與副軸28接合時，齒輪44與齒輪54嚙合，以形成第一對齒輪，該第一對齒輪提供副軸28的扭矩對輸入軸22的扭矩的第一傳動比。
[0015]當同步器74和76接合時，齒輪48與齒輪50嚙合，以形成第二對齒輪，該第二對齒輪提供副軸28的扭矩對輸入軸22的扭矩的第二傳動比，如在此描述的。當齒輪52通過同步器78與副軸28接合時，齒輪46與齒輪52嚙合，以形成第三對齒輪，該第三對齒輪提供副軸28的扭矩對輸入軸22的扭矩的第三傳動比。如本文所用，“傳動比”是副軸28的扭矩對輸入軸22的扭矩的比。對應(yīng)于每個傳動比的速度比與每個傳動比相關(guān)。如本文所用，“速度比”是輸入軸22的旋轉(zhuǎn)速度對副軸28的旋轉(zhuǎn)速度的比。如由圖1中的齒輪的相對尺寸所指示的，第一傳動比具有比第二傳動比更大的數(shù)值，第二傳動比具有比第三傳動比更大的數(shù)值。第一傳動比可稱為在變速器14中建立第一擋位。第二傳動比可稱為第二擋位，且表示至比第一傳動比更低數(shù)值的傳動比(和更高速度比)的升擋。第三傳動比可稱為第三擋位，且表示從第二傳動比至比第二傳動比更低數(shù)值的傳動比(和更高速度比)的升擋。
[0016]電動機-發(fā)電機16包括環(huán)形轉(zhuǎn)子(R) 56和環(huán)形定子(S) 60，所述轉(zhuǎn)子56支撐在轉(zhuǎn)子轂58上，所述定子60徑向地圍繞轉(zhuǎn)子56且固接至靜止構(gòu)件62，諸如變速器殼體。靜止軸64支撐轉(zhuǎn)子56，以經(jīng)由軸承42繞靜止軸64旋轉(zhuǎn)。靜止軸64與輸入軸22對準，使得轉(zhuǎn)子56繞第一旋轉(zhuǎn)軸線26旋轉(zhuǎn)。
[0017]具有集成電動機控制器66和功率電子設(shè)備68的電動機控制模塊65操作地連接至定子60和能量存儲裝置77，諸如電池。電動機控制器66通過將被存儲的電能從能量存儲裝置70提供至定子60的繞組而控制電動機-發(fā)電機16用作電動機。功率電子設(shè)備68可包括功率逆變器，以將電能以定子60所需要的形式從能量存儲裝置70提供至定子60。例如，如果電動機-發(fā)電機16使用交流電，則功率電子設(shè)備68可包括將直流電流轉(zhuǎn)換為定子60的三相繞組需要的交流電流的功率逆變器，所述交流電流沿傳遞導(dǎo)體72供應(yīng)。在其他實施例中，功率電子設(shè)備68可調(diào)節(jié)電能，以將直流電流提供至需要其的電動機。電動機控制器66可以操作地與變速器控制器18和任何其他動力傳動系控制器連接，以根據(jù)由控制器18的處理器執(zhí)行的被存儲算法響應(yīng)來自控制器18的控制信號，以便響應(yīng)于車輛操作條件來實施期望的操作模式。
[0018]第一同步器74安裝在輸入軸22上且與輸入軸22 —致地旋轉(zhuǎn)。第一同步器74是單側(cè)同步器，且可向左移動以沿其被鍵合的輸入軸22滑動，從而接合轉(zhuǎn)子轂58，由此同步轉(zhuǎn)子56和輸入軸22的旋轉(zhuǎn)。
[0019]第二同步器76安裝在輸入軸22上，且繞第一旋轉(zhuǎn)軸線26旋轉(zhuǎn)，但沒有被連接為與輸入軸22 —致地旋轉(zhuǎn)。相反地，第二同步器76被安裝為與可同步齒輪48 —致地旋轉(zhuǎn)，該可同步齒輪48也繞第一旋轉(zhuǎn)軸線26旋轉(zhuǎn)但不與輸入軸22 —致地旋轉(zhuǎn)。換句話說，齒輪48和同步器76兩個均作為套筒布置在輸入軸22上。第二同步器76是單側(cè)同步器，可向左移動以接合轉(zhuǎn)子轂58，來同步齒輪48和轉(zhuǎn)子56的旋轉(zhuǎn)。
[0020]如果第一同步器74接合而第二同步器76沒有接合，則當電動機-發(fā)電機16用作電動機時，扭矩可從電動機-發(fā)電機16傳遞至輸入軸22，而當電動機-發(fā)電機16用作發(fā)電機時，扭矩可從輸入軸22傳遞至電動機-發(fā)電機16。
[0021]如果第一同步器74沒有接合而第二同步器76接合，則扭矩可從電動機-發(fā)電機16通過第二組互相嚙合的齒輪48、50傳遞至副軸28，而不影響輸入軸22的旋轉(zhuǎn)。
[0022]如果第一同步器74和第二同步器76兩者均接合，則可同步齒輪48操作地連接至輸入軸22，以通過轉(zhuǎn)子轂58和同步器74、76與輸入軸22 —致地旋轉(zhuǎn)，且扭矩以第二傳動比從輸入軸22傳遞至副軸28。當?shù)谝缓偷诙狡?4、76兩者均接合時，發(fā)動機12、電動機-發(fā)電機16、或兩者可添加扭矩至輸入軸22。
[0023]雙側(cè)同步器78安裝在副軸28上且與副軸28 —致地旋轉(zhuǎn)。雙側(cè)同步器78也稱為雙同步器。雙側(cè)同步器78可向左移動以沿其被鍵合的副軸28滑動，從而通過同步可同步齒輪52與副軸28的旋轉(zhuǎn)來接合可同步齒輪52，造成以第三傳動比從輸入軸22通過第三齒輪對46、52至副軸28的扭矩傳遞。雙側(cè)同步器78可向右移動以沿副軸28滑動，從而通過同步可同步齒輪54與副軸28的旋轉(zhuǎn)來接合可同步齒輪54，造成以第一傳動比從輸入軸22通過第一對齒輪44、54至副軸28的扭矩傳遞。
[0024]輸入軸22還支撐第一齒輪80，該第一齒輪80安裝在輸入軸22上且繞第一旋轉(zhuǎn)軸線26與輸入軸22 —致地旋轉(zhuǎn)。換句話說，第一齒輪80固定至輸入軸22。同步器78將第二齒輪82支撐在同步器78的可移動套筒84上。第二齒輪82不與第一齒輪80接觸。換句話說，第二齒輪82沒有構(gòu)造為當同步器78處于其沒有與齒輪52或54接合的空擋位置時與第一齒輪80嚙合，但該第二齒輪82與第一齒輪80對準。惰齒輪86由軸承42支撐，以繞軸88旋轉(zhuǎn)，所述軸88可以是非旋轉(zhuǎn)軸，建立旋轉(zhuǎn)軸線89。惰齒輪86實際上以與齒輪80、82呈三角形形式布置，使得旋轉(zhuǎn)軸線89和旋轉(zhuǎn)軸線26、30形成三角形。惰齒輪86可通過變速器控制器18移動，以與齒輪80、82兩者均嚙合。由于惰齒輪86，副軸28的旋轉(zhuǎn)方向與輸入軸22的旋轉(zhuǎn)方向相同。齒輪對44、54 ;48、50以及46、52布置為在齒輪34處提供正向旋轉(zhuǎn)，齒輪34與副軸28 —起旋轉(zhuǎn)并用作變速器14的輸出構(gòu)件。齒輪系80、86、82在齒輪34處提供相對的反向旋轉(zhuǎn)。
[0025]變速器控制器18控制第一同步器74、第二同步器76、第三同步器78和惰齒輪86。盡管為了清楚在圖中沒有示出，但是離合器24也操作地連接至變速器控制器18或分立的控制器且被變速器控制器18或分立的控制器控制。離合器24可被變速器控制器18液力地促動，諸如通過控制流動經(jīng)過閥本體(未示出)的液壓流體來促動，以接合離合器24?；蛘?，離合器24可在變速器控制器18的控制下被電促動，或在變速器控制器18的控制下以任何其他適當?shù)姆椒ū淮賱印?br> [0026]當僅第一同步器74接合且離合器24接合時，電動機-發(fā)電機16可被控制為用作電動機，以將扭矩添加至輸入軸22，使得電動機-發(fā)電機16起動發(fā)動機12。一旦發(fā)動機12起動，變速器14可通過向右移動雙同步器78以將可同步齒輪54與副軸28接合而以第一擋位啟動。在該啟動期間，如果期望僅發(fā)動機啟動的話，則第一同步器74可斷開接合，或第一同步器74可保持接合以允許電動機-發(fā)電機16被控制用作電動機，在輸入軸22處添加扭矩，以在啟動中輔助發(fā)動機12?；蛘?，當離合器24斷開接合、第一同步器74接合、以及雙同步器78向右移動以將齒輪54與副軸28接合時，電動機-發(fā)電機16可被控制用作電動機，以提供純電動啟動(即，驅(qū)動扭矩經(jīng)由電動機-發(fā)電機16而不是發(fā)動機12被提供至輸出構(gòu)件28)，和/或在啟動后繼續(xù)，從而以第一擋位(即，驅(qū)動扭矩經(jīng)由電動機-發(fā)電機16而不是發(fā)動機12被提供至輪軸40A、40B)提供純電動操作模式(即，零排放車輛(“ZEV”)模式)。
[0027]變速器控制器18被編程為在副軸28的一預(yù)定速度下將變速器14從第一擋位換擋至第二擋位，以及在副軸28的另一(更高)預(yù)定速度下從第二擋位換擋至第三擋位。為了準備從第一擋位換擋至第二擋位，在離合器24接合且雙同步器78以第一傳動比向右移動時，電動機-發(fā)電機16可開始操作，以經(jīng)由第二同步器76與第二齒輪48接合，以通過齒輪對48、50提供動力。離合器24斷開接合，且雙同步器78從可同步齒輪54斷開接合，以將齒輪54從輸入軸22斷開聯(lián)接。一旦雙同步器78與齒輪54完全斷開接合，純電動(ZEV)第二擋位模式被建立，通過第二齒輪對48、50進行從電動機-發(fā)電機16至副軸28的扭矩傳遞。在純電動(ZEV)第二擋位模式期間，第一同步器74可接合，以同步轉(zhuǎn)子56與輸入軸22的旋轉(zhuǎn)。發(fā)動機速度則與輸入軸22同步，而離合器24接合，使得發(fā)動機12將扭矩添加至輸入軸22。如果第一同步器74接合以同步轉(zhuǎn)子56與輸入軸22的旋轉(zhuǎn)，則發(fā)動機12和電動機-發(fā)電機16的扭矩可通過第二齒輪對48、50被結(jié)合。如果在第一同步器74、第二同步器76和離合器24接合時電動機-發(fā)電機16沒有被提供動力，則純發(fā)動機第二擋位操作模式被建立。從第二擋位至第一擋位的發(fā)動機開動時的降擋可以類似的方式通過來自電動機-發(fā)電機16的扭矩輔助完成。
[0028]在純發(fā)動機第二擋位操作模式(其中同步器74、76和離合器24接合)期間，變速器14可被準備用于通過控制電動機-發(fā)電機16用作電動機將扭矩經(jīng)由齒輪對48、50添加至副軸28、以及通過在圖1中使同步器78向左側(cè)移動以利用發(fā)動機12以借助經(jīng)由齒輪對46、52添加扭矩將副軸28帶入第三傳動比，而換擋至第三擋位。第二同步器76可隨后斷開接合，電動機-發(fā)電機16沒有被提供動力和/或同步器76斷開接合，且發(fā)動機12可以通過第三齒輪對46、52以純發(fā)動機第三擋位操作模式驅(qū)動副軸28。如果當變速器14處于純發(fā)動機第三擋位操作模式時期望額外的電動機扭矩，則第一同步器74可接合，以使得第一電動機-發(fā)電機16用作電動機以添加扭矩至輸入軸22，通過電動機附接建立純發(fā)動機操作模式。如果期望，當?shù)谝煌狡?4接合、第二同步器76沒有接合、雙同步器78向左移動以接合齒輪52并同步齒輪54與副軸28的旋轉(zhuǎn)、以及離合器24斷開連接時，第三擋位純電動(ZEV)操作模式可被建立，其中僅電動機-發(fā)電機16通過添加扭矩至輸入軸22來驅(qū)動變速器14，所述扭矩通過第三齒輪對46、52傳遞至副軸28。從第三擋位至第二擋位的降檔(發(fā)動機開動或惰行)可以類似的方式在來自電動機-發(fā)電機16的扭矩輔助下實現(xiàn)。
[0029]變速器14可被控制為利用變速器控制器18和電動機控制器66提供再生制動操作模式。當車輛操作狀況指示輪軸40A、40B應(yīng)被減慢時，如果同步器76或兩個同步器74和78接合使得扭矩傳遞在輸入軸22和副軸28之間發(fā)生時，電動機-發(fā)電機16可被控制為用作發(fā)電機，由此將副軸28處的一些扭矩轉(zhuǎn)換為能量存儲裝置70中的被存儲的能量，且使副軸28減慢且最終使輪軸40A、40B減慢。無論發(fā)動機12是否操作地連接至輸入軸22，再生制動模式都可發(fā)生。即，分離式離合器24可接合或斷開接合。
[0030]當發(fā)動機12開動、分離式離合器24接合、以及電動機-發(fā)電機16被控制器66控制為用作發(fā)電機時，變速器14可還被控制為以充電模式提高能量存儲裝置70的充電狀態(tài)，由此將輸入軸22的一些扭矩轉(zhuǎn)換為能量存儲裝置70中被存儲的電能。
[0031]圖3是豎軸上的以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)計的發(fā)動機速度和電動機速度對水平軸上的以千米每小時(kph)計的車輛速度的圖表。車輛速度是其上安裝動力傳動系10的示例車輛的車輛速度。動力傳動系10的許多可用操作模式在此關(guān)于操作模式建立其上的車輛速度和發(fā)動機速度的范圍被描述。另外，圖3的圖表示出在傳動比切換期間以及之后電動機16補充發(fā)動機扭矩的能力，與具有在變速器14的速度比之間的額外速度比的手動變速器相比，消除了三速變速器14中換擋之間的機械效益的一些損失。
[0032]在圖3中，線100表示當圖1和2的動力傳動系10處于第一傳動比(其中離合器24接合，且同步器78向右移動使得扭矩通過第一組互相嚙合的齒輪44、54被傳遞)時發(fā)動機速度對車輛速度的示例比。在豎軸上以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)標示發(fā)動機12的速度。在水平軸上以千米每秒(kph)標示具有動力傳動系10的示例車輛的車輛速度。線102表示當圖1和2的動力傳動系10處于第二傳動比(其中離合器24接合，且同步器74、76接合使得扭矩通過第二組互相嚙合的齒輪48、50被傳遞)時發(fā)動機速度對車輛速度的示例比。線104表示當圖1和2的動力傳動系10處于第三傳動比(其中離合器24接合，且同步器78向左移動使得扭矩通過第三組互相嚙合的齒輪46、52被傳遞)時發(fā)動機速度對車輛速度的示例比。線106表示當圖1和2的動力傳動系10處于倒擋傳動比(其中離合器24接合，惰齒輪移動進入與齒輪80、82的嚙合接合86，且同步器78處于空擋位置使得扭矩通過倒擋組互相嚙合的齒輪80、82、86被傳遞)時發(fā)動機速度對車輛速度的示例比。
[0033]在圖3中，線108和110表示在圖1和2的三速變速器14中不可用的發(fā)動機速度對車輛速度的額外的比，但其在具有兩個額外前進速度比的典型傳統(tǒng)變速器中可用。例如，傳統(tǒng)手動變速器可具有與五個固定傳動比相關(guān)的五個可用的發(fā)動機速度對車輛速度比100、108、102、110、104，在該情況下，變速器14的第二速度比102應(yīng)是傳統(tǒng)變速器的第三速度比，變速器14的第三速度比104應(yīng)是傳統(tǒng)變速器的第五速度比。如在圖3中顯見的，在約50kph的車輛速度下，與傳統(tǒng)手動變速器中從速度比100至速度比108的換擋相比，變速器14中沿換擋線111從速度比100至速度比102的換擋中存在機械效益損失112。類似地，在約145kph的車輛速度下，與傳統(tǒng)手動變速器中從速度比102至速度比110的換擋相比，變速器14中沿換擋線113從速度比102至速度比104的換擋中存在機械效益損失114。
[0034]變速器14具有能夠使用由電動機16提供的扭矩輔助的優(yōu)點，以幫助減少與較少固定傳動比和傳動比之間較寬的速度比步長相關(guān)的機械效益損失。例如，電動機16可被控制為在50kph的車輛速度(與輸出構(gòu)件32的從第一傳動比100至第二傳動比102的換擋發(fā)生時的預(yù)定速度相關(guān)的車輛速度)之前的速度下開動。當車輛速度達到約50kph時，在換擋線111處，當電動機-發(fā)電機16與齒輪48的速度同步時，同步器76接合，以通過馬達發(fā)電機16為變速器14提供動力。離合器24斷開接合。同步器78從齒輪54斷開接合，且移動至其空擋位置，并且同步器74接合。發(fā)動機速度與輸入軸22的速度同步，且離合器24重新接合。電動機-發(fā)電機16在換擋期間保持開動，并到達超過換擋線111的更高的車輛速度(對應(yīng)于線109)以補充發(fā)動機扭矩，由此大致取代傳統(tǒng)手動變速器的第二擋位(線108)和變速器14的第二擋位(線102)之間損失的機械效益112。這可稱為通過電動機16“填充”扭矩，或?qū)㈦妱訖C16用于“扭矩填充”。線115表示被電動機16的操作影響的換擋后發(fā)動機速度。線120表示電動機-發(fā)電機16的轉(zhuǎn)子56的速度。在約75kph的車輛速度下，轉(zhuǎn)子56達到其最大額定速度，且同步器74斷開接合，使得電動機-發(fā)電機16從變速器14中的功率流斷開連接，且可自由地旋轉(zhuǎn)至由線109表示的較低速度。
[0035]相應(yīng)地，電動機-發(fā)電機16在變速器14中發(fā)生檔位切換所處的每一個預(yù)定速度之前和之后的車輛速度(和輸出構(gòu)件32的相關(guān)速度)范圍上被控制開動。這使得電動機-發(fā)電機16能夠在發(fā)動機扭矩獨自將小于應(yīng)由發(fā)動機12通過具有圖3中所示的附加傳動比108和110的傳統(tǒng)手動變速器提供的扭矩時添加扭矩。如在圖3中顯見的，變速器14中發(fā)生換擋時所在的預(yù)定車輛速度與大約6500rpm的發(fā)動機速度對應(yīng),該速度可以是預(yù)定最大發(fā)動機速度。輸出構(gòu)件32的預(yù)定速度通過一公式與預(yù)定最大發(fā)動機速度對應(yīng)，該公式取決于輪胎尺寸和互相嚙合的齒輪組的傳動比。
[0036]在約145kph處,發(fā)動機12再次達到其預(yù)定額定速度,且通過為電動機-發(fā)電機16提供動力、使同步器74斷開接合、以及將同步器78在圖1和2中向左移動而沿換擋線113換擋至第三傳動比104。發(fā)動機速度與輸入軸22同步，且離合器24重新接合。同步器76可保持接合，且電動機-發(fā)電機16可被控制為從換擋線113之前的某一車輛速度(諸如130kph的車輛速度)至超過換擋線113的一車輛速度開動，以補充發(fā)動機扭矩和模擬應(yīng)在傳統(tǒng)手動變速器中可用的與線110相關(guān)的漏失比。如果期望或直到電動機-發(fā)電機16到達其預(yù)定最大速度，如在與圖3中線119對應(yīng)的車輛速度下發(fā)生時所示的，則電動機-發(fā)電機16可保持開動以補充發(fā)動機扭矩直到預(yù)定最大車輛速度。線122表示電動機-發(fā)電機16的轉(zhuǎn)子56的速度。在約225kph的車輛速度下，轉(zhuǎn)子56再次達到其最大額定速度，且同步器74斷開接合，使得電動機-發(fā)電機16從變速器14中的功率流斷開連接，且可自由地旋轉(zhuǎn)至由線119表示的一較低速度。
[0037]變速器14僅需要三組互相嚙合的齒輪對44、54 ;48、50 ;46、52以提供三個前進t匕，僅需要三個同步器74、76、78，并且僅需要單個與發(fā)動機12同軸布置的電動機-發(fā)電機
16。還通過了附加的倒擋齒輪組80、82、86。變速器14具有相對較短的總軸向長度，允許在許多應(yīng)用中的封裝。純電動(ZEV)操作模式在每一個傳動比中可用，扭矩支持可從電動機-發(fā)電機16獲得以填充否則將在純發(fā)動機模式的換擋器件發(fā)生的比率間隙，并且電動機-發(fā)電機16也可用以起動發(fā)動機12并增大啟動扭矩。再生制動模式和能量存儲裝置70通過發(fā)動機12充電也可獲得，如上所述的。
[0038]盡管已經(jīng)對執(zhí)行本發(fā)明的較佳模式進行了詳盡的描述，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)的用來實施本發(fā)明的許多替換設(shè)計和實施例。
【權(quán)利要求】
1.一種變速器，包括: 輸入軸，可繞第一旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)； 副軸，大致布置為與輸入軸平行且可繞第二旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)； 輸出構(gòu)件，操作地連接至副軸，以與副軸一致地旋轉(zhuǎn)； 多對互相嚙合的齒輪；其中，每一對互相嚙合的齒輪包括相應(yīng)的可同步齒輪和相應(yīng)的固定齒輪，所述可同步齒輪繞輸入軸和副軸中的一個旋轉(zhuǎn)，所述固定齒輪安裝至輸入軸和副軸中的另一個，以與其一致地旋轉(zhuǎn)；當相應(yīng)的可同步齒輪與輸入軸和副軸中的所述一個操作地接合時，每一對互相嚙合的齒輪建立副軸的扭矩對輸入軸的扭矩的不同傳動比；電動機，具有轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子與第一旋轉(zhuǎn)軸線同心且可繞第一旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)； 多個可選擇性接合的同步器，包括第一同步器和第二同步器； 其中，每一對互相嚙合的齒輪需要至少一個同步器的接合，以將相應(yīng)的可同步齒輪與輸入軸和副軸中的所述一個同步；其中，第一同步器可選擇性地接合，以同步轉(zhuǎn)子與輸入軸的旋轉(zhuǎn)，其中，第二同步器可選擇性地接合，以同步轉(zhuǎn)子與所述可同步齒輪中的繞輸入軸旋轉(zhuǎn)的一個的旋轉(zhuǎn)；電動機由此可操作為當?shù)谝煌狡鹘雍蠒r在輸入軸處施加扭矩；和變速器控制器，可操作為控制同步器的接合。
2.如權(quán)利要求1所述的變速器，其中，所述多對互相嚙合的齒輪包括提供第一傳動比、第二傳動比和第三傳動比的第一對、第二對和第三對互相嚙合的齒輪，所述第一傳動比、第二傳動比和第三傳動比具有副軸的扭矩對輸入軸的扭矩的相應(yīng)的減小的數(shù)值比；且其中，第二同步器可選擇性地接合以同步轉(zhuǎn)子與第二對互相嚙合的齒輪的可同步齒輪的旋轉(zhuǎn)。
3.如權(quán)利要求1所述的變速器，其中，所述多對互相嚙合的齒輪包括提供第一傳動比、第二傳動比和第三傳動比的第一對、第二對和第三對互相嚙合的齒輪，所述第一傳動比、第二傳動比和第三傳動比具有副軸的扭矩對輸入軸的扭矩的相應(yīng)的減小的數(shù)值比；且 其中所述多個可選擇性地接合的同步器包括雙同步器，該雙同步器可選擇性地接合以同步第一對互相嚙合的齒輪的可同步齒輪與輸入軸和副軸中的一個的旋轉(zhuǎn)，或者，可選擇性地接合以同步第三對互相嚙合的齒輪的可同步齒輪與輸入軸和副軸中的所述一個的旋轉(zhuǎn)。
4.如權(quán)利要求3所述的變速器，其中，雙同步器同步第一對互相嚙合的齒輪的可同步齒輪與副軸的旋轉(zhuǎn)，或者，同步第三對互相嚙合的齒輪的可同步齒輪與副軸的旋轉(zhuǎn)。
5.如權(quán)利要求3所述的變速器，進一步包括: 第一齒輪，安裝至輸入軸，以繞第一旋轉(zhuǎn)軸線與輸入軸一致地旋轉(zhuǎn)； 第二齒輪，安裝至雙同步器，以與雙同步器和副軸一致地旋轉(zhuǎn)，且與第一齒輪同軸地對準但不與第一齒輪接觸；和 惰齒輪，可軸向移動以與第一齒輪和第二齒輪兩者嚙合，從而將扭矩以輸入軸和副軸之間的倒檔速度比從輸入軸傳遞至副軸。
6.如權(quán)利要求1所述的變速器，與可操作地連接至輸入軸以在輸入軸處添加扭矩的發(fā)動機結(jié)合；且 其中，當發(fā)動機操作地連接至輸入軸時，在從所述傳動比中的一個升檔至所述傳動比中數(shù)值較低的一個期間，第一同步器被接合，且電動機被提供動力以添加扭矩至輸入軸。
7.如權(quán)利要求1所述的變速器，與發(fā)動機結(jié)合；且進一步包括: 離合器，可選擇性地接合，以將發(fā)動機操作地連接至輸入軸；且其中，當離合器斷開接合時，第一同步器和同步器中的任何其他一個被接合且電動機被提供動力以添加扭矩至輸入軸，由此建立純電動操作模式。
8.如權(quán)利要求1所述的變速器，與可操作地連接以在輸入軸處添加扭矩的發(fā)動機結(jié)合；且 其中，當發(fā)動機開動且操作地連接至輸入軸時，第一同步器和同步器中的任何其他一個被接合且電動機被提供動力以用作發(fā)電機，由此以再生制動操作模式減少副軸處的扭矩。
9.如權(quán)利要求1所述的變速器，與可操作地連接以在輸入軸處添加扭矩的發(fā)動機結(jié)合；且進一步包括: 能量存儲裝置，操作地連接至電動機； 其中，當發(fā)動機開動并操作地連接至輸入軸時，第一同步器被接合，且電動機被提供動力以用作發(fā)電機，發(fā)動機由此為能量存儲裝置充電。
10.如權(quán)利要求1所述的變速器，與可操作地連接以在輸入軸處添加扭矩的發(fā)動機結(jié)合；且 其中，當發(fā)動機操作地連接至輸入軸時，第一同步器被接合，且電動機被提供動力由此添加扭矩至輸入軸并起動發(fā)動機。
【文檔編號】F16H3/087GK104214283SQ201410241001
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月30日
【發(fā)明者】C.S.羅斯, S.H.威特科普 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責(zé)任公司