包括用于变速箱的输入分离和辅助装置驱动系统的传动系

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技术领域\n本发明涉及一种用于传动系中的可电气式调节的变速箱的输入 分离和辅助装置驱动系统，其中，辅助装置传动机构连接在可电气 式调节的变速箱和发动机之间，使得在发动机不运转时可由变速箱 中的电动机来驱动辅助装置。\n背景技术\n车辆变速箱的目的是提供空档、至少一个倒车档，以及一个或 多个可将来自发动机和/或其它动力源的动力传递到驱动件中的前进 档，其中驱动件将来自车辆的牵引力传递到车辆在其上行驶的地面 上。因此根据需要，驱动件可以是前轮、后轮或履带，以便提供所 需的性能。\n串联推进系统是其中能量沿着从发动机到电存储装置然后再到 可施加动力以使驱动件旋转的电动机上的路径来传送的系统。在串 联推进系统中，在发动机和驱动件之间没有直接的机械连接。\n适于接收来自发动机或电动机或这两者的输出动力的变速箱至 今在很大程度上依赖于串联的混合型推进系统的设计。这种系统被 设计成具有用于较少排放物和最佳燃料经济性的相对较低动力的辅 助动力装置(APU)。然而，这种小型APU和甚至较大的能量存储装 置的结合不能适应较高平均动力的车辆，或者不能解决需要连续恒 速操作的负载循环的问题。使用典型的串联混合型变速箱配置无法 实现所需高效率下的陡坡及持续的较高平均经济行驶速度。\n因此，需要提供一种可在较宽范围的工作条件下以高效率来操 作的动力系统。所需的可电气式调节的变速箱应当兼备用于所需低 平均动力负载循环即低速起动/停车负载循环的串联混合型变速箱的 优点，以及用于高平均输出动力、高速负载循环的并联混合型变速 箱的优点。在并联设置中，发动机所提供的动力以及电源所提供的 动力独立地连接到驱动件上。\n另外，完善两种模式或两个整体式动力分用(split)齿轮系的概念， 其中各模式可供车载计算机同步地选择以将来自发动机和/或电动机/ 发电机的动力传送到输出轴上，其结果是形成了具有非常广泛的应 用范围的混合型变速箱。\n通过使用可调的双模式、输入和复合分用的并联混合型电力机 械变速箱可实现所需的有益效果。这种变速箱利用输入件来接收来 自车辆发动机的动力，并利用动力输出件来传递动力以驱动车辆。 第一和第二电动机/发电机动力控制器连接到能量存储装置如电池组 上，以便使能量存储装置可从第一和第二电动机/发电机中接收动力 以及向其供应动力。由控制单元来调节能量存储装置和电动机/发电 机之间以及第一和第二电动机/发电机之间的动力流。\n可调的双模式输入分用的并联混合型电力机械变速箱还可使用 至少一个行星齿轮装置。该行星齿轮装置具有内齿轮件和外齿轮件， 其中各齿轮件均与多个行星齿轮件相啮合。输入件可操作地连接到 行星齿轮装置中的一个齿轮件上，并提供了将动力输出件可操作地 连接到行星齿轮装置内的另一齿轮件上的机构。电动机/发电机中的 一个连接到行星齿轮装置内的其余齿轮件上，并提供了将电动机/发 电机中的另一个可操作地连接到输出轴上的机构。\n可采用扭矩传递装置来选择地实现第一或第二模式的操作。在 此以前，在一个模式中，变速箱的输出速度与电动机/发电机中的一 个的速度大致上成比例，在第二个模式中，变速箱的输出速度与电 动机/发电机中的另一个的速度大致上成比例。\n在可调的双模式输入分用的并联混合型电力机械变速箱的一些 实施例中使用了第二行星齿轮装置。另外，一些实施例可使用三个 扭矩传递装置，两个用来选择变速箱所需的工作模式，第三个可选 择性地使变速箱与发动机脱开。在其它一些实施例中，可利用所有 三个扭矩传递装置来选择变速箱的所需工作模式。\n再次参考单排行星齿轮装置，行星齿轮件通常支撑在本身可旋 转的托架上以进行旋转。当恒星齿轮保持静止且动力施加于齿圈上 时，行星齿轮件响应于施加在齿圈上的动力而旋转，然后绕着固定 的恒星齿轮沿圆周“行走”，以实现托架在与齿圈旋转方向相同的 方向上的旋转。\n当单排行星齿轮装置的任两个零件沿相同方向并以相同速度旋 转时，将会驱使第三零件以相同速度沿相同方向转动。例如，当恒 星齿轮和齿圈沿相同方向并以相同速度旋转时，行星齿轮不再绕它 们自身轴线旋转，而是充当楔块来整个单元锁在一起，以实现所公 知的直接驱动。也就是说，托架随恒星齿轮和齿圈一起旋转。\n然而，当两个齿轮件沿相同方向但以不同速度旋转时，通常仅 通过目视分析便可确定第三齿轮件的旋转方向，但在很多情况下该 方向不明显，只有知道在行星齿轮装置的齿轮件中所存在的齿数才 可确定。\n当托架的自由旋转被限制且动力施加到恒星齿轮或者齿圈上 时，行星齿轮件充当惰轮。这样，从动件沿着与驱动件相反的方向 旋转。因此，在许多变速箱装置中，当选定了倒车档时，用作制动 器的扭矩传递装置便被摩擦式促动以与托架接合，从而限制了其旋 转，使得施加在恒星齿轮上的动力将使齿圈沿相反方向转动。因此， 如果齿圈可操作地连接到车辆的驱动轮上，那么这种设置能够使驱 动轮的旋转方向反向，进而改变车辆本身的方向。\n如本领域内的技术人员所理解的那样，采用了动力分用装置的 变速箱系统可以接收来自两个供应源的动力。采用一个或多个行星 齿轮装置可允许两个或多个齿轮系或模式，通过它们将来自变速箱 输入件的动力传递到其输出件上。\n于1996年9月24日授权给通用汽车公司的美国专利No.5558589 公开了一种可调的双模式输入分用的并联混合型电力机械变速箱， 其中在第一模式中存在有“机械点”，在第二模式中存在有两个机 械点，该专利通过引用结合于本文中。于1999年8月3日授权给通 用汽车公司的美国专利No.5931757公开了一种双模式复合分用的电 力机械变速箱，其在第一模式中具有一个机械点，在第二模式中具 有两个机械点，该专利通过引用结合于本文中。\n在第一或第二模式中的变速箱工作期间中的任何时候，当电动 机/发电机中的任一个静止时就会出现机械点。无机械点是不利的， 因为当电动机/发电机中的一个处于机械点即静止时，从发动机到输 出的动力传递会出现最大的机械效率。然而，在可调的双模式输入 分用的并联混合型电力机械变速箱中，通常在第二模式中存在一个 点，在此时电动机/发电机中的一个并不旋转，以便使所有的发动机 动力可机械式地传递到输出处。\n可电气式调节的变速箱提供了可以关闭发动机且经由电动机/发 电机中之一来驱动车辆的能力，以降低怠速时的燃料消耗，减少排 放物，降低噪音，以及允许乘客在建筑物内下车等等。在这些情况 下，车辆必须保持可以驱动辅助装置如水泵、空气泵、液力转向泵 和空调器的能力。可通过增设辅助装置用高压驱动电动机来执行这 些功能。除了辅助电动机之外还需要控制器和高压配线，而它们会 进一步增加成本与重量。\n发明内容\n本发明提供了一种车辆传动系，其具有经由辅助装置传动机构 连接到发动机上的可电气式调节的变速箱。因此，当发动机未运转 时，可采用该可电气式调节的变速箱的电动机/发电机来经由辅助装 置传动机构而驱动辅助装置。还可在发动机上设置输入扭矩传递装 置和扭矩隔离器，以便使发动机与变速箱分离并提供对传动系统扰 动的缓冲，从而使辅助装置和变速箱不会接收到源于发动机振动的 扰动。\n更具体地说，本发明提供了一种车辆传动系，其包括：发动机； 可操作地连接到发动机输出件上的输入扭矩传递装置，其中该输入 扭矩传递装置包括扭矩隔离器；以及多个可操作地连接到扭矩传递 装置上的相互啮合的辅助装置传动机构。该辅助装置传动机构可分 别与多个辅助装置相连以驱动这些辅助装置。混合型机电变速箱包 括可操作地连接到传动结构之一上的输入轴。变速箱包括第一和第 二电动机/发电机、多个齿轮装置，以及多个用于选择变速箱的工作 模式和速度的扭矩传递机构。当发动机未运转时，可选择性地操作 电动机/发电机中之一，以便驱动辅助装置传递机构。\n发动机和变速箱可并联地设置，或者端对端地同轴设置。\n扭矩隔离器可操作地连接在发动机和辅助装置传动机构之间， 以便在连接到辅助装置传动机构上的辅助装置由发动机来驱动时， 可通过扭矩隔离器来使辅助装置与发动机扰动隔离开。辅助装置选 自液力转向部件、空调部件、空气压缩机和水泵等。\n辅助装置传动机构相对于发动机和变速箱横向地延伸。辅助装 置传动机构可操作地连接到包括有多个快速变换齿轮的动力输出装 置上，其中所述快速变换齿轮可以互换，以改变到从动辅助装置中 的输出传动比。\n该传动系的特征是无变矩器，并且输入扭矩传递装置可如起动 离合器来操作，从而选择性地与发动机和变速箱相连和分离。\n该混合型机电变速箱可包括多种不同配置中的任一种。\n从实施本发明的最佳方式的下述详细介绍中并结合附图，可以 容易地清楚本发明的上述特点和优点，以及其它的特点和优点。\n附图说明\n图1显示了传动系的示意图，其包括并联设置的且由根据本发 明的多个辅助装置传动机构连接起来的发动机和混合型机电变速 箱；以及\n图2显示了传动系的示意图，其包括同轴设置的发动机和混合 型机电变速箱，以及根据本发明的一个备选实施例的多个辅助装置 传动机构。\n具体实施方式\n参考图1，其显示了根据本发明的第一实施例的传动系10。在 该实施例中，发动机12和混合型机电变速箱14并联地设置以改善 装配长度。在公共汽车后部的应用中，这种并联设置可为乘客就坐 提供额外的空间。\n在发动机不运转时，这种混合型机电变速箱14使得车辆能够以 电气方式来驱动。可以选择这种模式来降低怠速时的燃料消耗，减 少排放物，允许乘客在建筑物内下车，以及降低噪音等等。在这种 应用中，甚至在发动机关闭时，仍然需要驱动辅助装置如空气泵、 水泵、液力转向系统和空调器等。因此，传动系10提供了多个相互 啮合的辅助装置传动机构16，其可由发动机12或变速箱14的电动 机/发电机来驱动，从而驱动辅助装置18，它们可以包括液力转向部 件、空调器、空气压缩机和水泵等。例如，辅助装置传动机构16还 可驱动传动泵20。\n辅助装置传动机构16包括相互啮合的齿轮22，24，26，28，30，其优 选为奇数数目的齿轮，以便保持正确的输出旋转。齿轮24与快速变 换式动力输出齿轮32，34接合，以用于驱动一个或多个辅助装置18。 快速变换齿轮32，34可以选择性地与齿轮36，38(或与其它齿轮)互 换，以用于改变到一个或多个选定辅助装置18中的输出传动比。可 将快速变换式动力输出齿轮32，34，36，38设于可拆式罩盖之下，以便 于这种齿轮互换。齿轮32，34，36，38优选具有不同的齿数，以便实现 不同的传动比。\n如图1所示，输入扭矩传递装置40如输入离合器连接到发动机 12的输出件42上。输入扭矩传递装置40并不用来改变或控制混合 型变速箱的工作模式。相反，输入扭矩传递装置40允许发动机12 相对于混合型变速箱14的选择性接合和分离。\n输入扭矩传递装置40包括可以缓冲由发动机12在传动系10上 产生的扰动的扭矩隔离器44。于1991年4月23日授权给通用汽车 公司的美国专利No.5009301公开了扭矩隔离器的实例，该专利通过 引用整体地结合于本文中。\n通过将扭矩隔离器44设置在发动机12的附近，辅助装置18便 可被有效地隔离了传动系的扰动。在现有技术的采用了变矩装置的 自动变速箱中由发动机来驱动辅助装置，这使得无法对辅助装置提 供缓冲。\n然而，图1所示混合型变速箱14以示例的方式来说明，任何混 合型变速箱均可在相应之处结合本发明来一起使用。例如，所示混 合型变速箱14是双模式复合分用的混合型机电变速箱，其具有可操 作地连接到齿轮28上的输入轴46和可操作地与车辆驱动轮相关联 的输出轴48。在输入轴46和输出轴48之间，变速箱14包括第一电 动机/发电机50和第二电动机/发电机52，以及第一行星齿轮装置54、 第二行星齿轮装置56和第三行星齿轮装置58。第一行星齿轮装置54 包括齿圈60、行星齿轮托架组件62和恒星齿轮64。第二行星齿轮 装置56包括齿圈66、行星齿轮托架组件68和恒星齿轮70。第三行 星齿轮装置58包括齿圈72、行星齿轮托架组件74和恒星齿轮76。 第一离合器80可选择性地使齿圈72与变速箱壳体82相连，以提供 变速箱14的第一工作模式。第二离合器84可选择性地使行星齿轮 托架组件62，68与行星齿轮托架组件74和输出轴48相连，以提供变 速箱14的第二工作模式。第三离合器86可选择性地使恒星齿轮70 与变速箱壳体82相连。第四离合器88可选择性地使恒星齿轮64与 恒星齿轮70相连。第一互连件90可使恒星齿轮64与齿圈66相连。 第二互连件92可使恒星齿轮70与恒星齿轮76相连。第三互连件94 可使行星齿轮托架组件62与行星齿轮托架组件68相连。\n本文将不提供变速箱14的完整操作描述，由于其操作对于本发 明来说不是关键性的，因此其可被多种混合型变速箱代替。例如， 于2003年12月19日提交并转让给通用汽车公司的美国临时申请No. 60/531528介绍了类似功能的混合型变速箱，该申请通过引用整体地 结合于本文中。\n因此，当传动系20仅处于电模式下且发动机12未运转时，可 采用电动机/发电机50并通过辅助装置传动机构16来驱动辅助装置 18。同样，当发动机12运转时，驱动辅助装置18经由输入扭矩传 递装置40和扭矩隔离器44并通过辅助装置传动机构16来驱动，这 样就可以通过扭矩隔离器44来缓冲发动机的扰动。\n下面来看图2，其显示了根据本发明的一个备选实施例的传动系 110。在图2中采用类似的标号来表示与图1中类似的部件。如图2 所示，与图1中所示的并联设置相反，发动机12’和变速箱14’端对 端地同轴设置。变速箱14’与图1中所示的相同，故在此不进行重复 介绍。同样，在本发明的范围内，可以用任何混合型机电变速箱来 替代该变速箱14’。变速箱14’的输入轴46’可连接到辅助装置传动机 构16’或辅助装置皮带/链条驱动轴112上，这可根据整体机组的要求 来最优化地确定。\n在图2中的方框17内所示的实施例中，安装于变速箱上的辅助 装置18’可利用包括有齿轮24’，26’，28’和30’的辅助装置传动机构。齿 轮28’连接到变速箱14’的输入轴46’上。由动力输出用快速变换齿轮 32’，34’来驱动辅助装置18’。发动机12’经由输入扭矩传递装置40’和 扭矩隔离器44’连接到辅助装置传动机构16’上。\n或者，如图2所示，在优选实施例中，辅助装置传动机构26’可 以连接到平行于发动机12’的驱动轴线而延伸的辅助装置驱动轴112 上，并且可操作地与发动机12’的辅助装置传动皮带114接合，以用 于驱动辅助装置传动皮带114。在这种配置中不需要对辅助装置传动 皮带114和辅助装置的位置进行重设(与传统的发动机/传动皮带设 置相比而言)，并且在发动机12’不运转时，可以采用变速箱14’的 电动机/发电机50’来驱动安装在发动机上的皮带/链条所驱动的辅助 装置18”，在这种构造中该辅助装置18”位于发动机之前的其传统位 置中。或者，发动机12’可以直接驱动辅助装置传动皮带114，进而 驱动辅助装置18”。同样，由于隔离器44’设置在发动机12’的附近， 因此可使辅助装置18’，18”和变速箱14’与来自发动机的扰动隔离开。\n尽管已经具体介绍了实施本发明的最佳方式，然而熟悉本发明 所涉及领域的人员将会认识到属于所附权利要求的范围内的用来实 施本发明的各种替代性设计和实施例。