CN102086921A - 机电变速器中的同步器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机电变速器中的同步器。具体提供了一种机电变速器，其包括：多个变速器部件和至少一个同步器，所述同步器被配置为选择性地接合和分离至少两个变速器部件以实现变速器中某一速度范围内的操作。同步器还包括：多个与变速器部件之一相关联的输入部件和多个输出部件，所述输出部件包括配置为当同步器被启用时接合至少一个输入部件而当同步器被停用时与该输入部件分离的离合机构。

Description

机电变速器中的同步器
技术领域
本发明涉及混合动力车变速器中所使用的扭矩传递装置。
背景技术
混合驱动动力系利用电动机来替代、增加、回收来自其他驱动能量源(例如内燃发动机)的能量。可以通过将电动机经由变速装置(例如变速齿轮组)附接到传动系而利用该电动机。以这种方式使用电动机使得车辆控制系统能够利用旨在提高车辆燃料效率的各种控制方案。然而，本领域普通技术人员将会意识到，任何通过齿轮组而附接到传动系的机械系统均会增加由摩擦引起的总损耗，并且由于旋转惯量的增加因而需要更多的能量来进行加速。无论电动机是否在使用中，电动机以及与附接到传动系相关联的齿轮会随旋转传动系一同旋转。由于使不用的电动机旋转所引起的这些低效率或者寄生损失会降低使用混合驱动动力系的总燃料效率。
控制系统监测来自车辆和驾驶员的各种输入并提供动力系的操作控制(包括：控制变速器的工作状态和换挡、控制扭矩生成装置、以及调节储能装置和扭矩机器之间的能量交换从而管理变速器的输出(包括扭矩和旋转速度))。当把动力系应用于车辆时，公知的多模式混合变速器可以利用差动齿轮装置、扭矩传递离合器和扭矩机器将动力传递给可以连接到传动系的输出构件。扭矩传递离合器通常包括改变变速器中的速度比的湿式离合器，液压系统则被用来控制湿式离合器。液压系统复杂、价格昂贵，并且需要许多部件，包括特别是体积大且难以制造的阀体。
发明内容
一种机电变速器，包括：输入构件、输出构件、以及多个行星齿轮和扭矩传递装置、以及选择性地接合和分离变速器的输入部件和输出部件的同步器。所述同步器包括：活塞，其在同步器被启用时顺序地施加同步力和离合力；锁环(blocker)构件；输入锥体，其与输入部件相关联并在锁环构件内部径向延伸；输出锥体，其与输出部件相关联并在锁环构件内部径向延伸且半径与输入锥体不同；套筒构件，其与活塞构件相联接并且压缩锁环构件，从而在输入锥体和输出锥体之间产生摩擦力，从而响应于同步力而使输入部件与输出部件同步并且相继响应于所述离合力而将输出部件接合到输入部件；以及偏置构件，当同步器被停用时，其在与同步力和离合力相反的方向上对活塞和套筒构件提供偏置力，从而使输出部件与输入部件分离。
本发明还涉及以下技术方案：
方案1.一种机电变速器，包括输入部件、输出部件、以及多个行星齿轮和扭矩传递装置，所述机电变速器还包括同步器，所述同步器选择性地接合和分离所述变速器的输入部件和输出部件，所述同步器包括：
活塞，当所述同步器被启用时，所述活塞相继施加同步力和离合力；
锁环构件；
输入锥体，其与所述输入部件相关联，并在所述锁环构件内径向延伸；
输出锥体，其与所述输出部件相关联，并在所述锁环构件内径向延伸并且半径不同于所述输入锥体；
套筒构件，其与所述活塞构件相联接并且压缩所述锁环构件，从而在所述输入锥体和所述输出锥体之间产生摩擦力，从而响应于所述同步力而使所述输入部件与所述输出部件同步并相继响应于所述离合力而使所述输出构件与所述输入部件接合；以及
偏置构件，当所述同步器被停用时，所述偏置构件在与所述同步力和所述离合力相反的方向上向所述活塞和所述套筒构件提供偏置力，从而使所述输出部件与所述输入部件分离。
方案2.如方案1所述的机电变速器，其中，所述活塞构件、所述套筒构件和所述偏置构件与所述输出部件相关联。
方案3.如方案1所述的机电变速器，其中，所述输入部件独立于所述输出部件而旋转。
方案4.如方案3所述的机电变速器，其中，所述输出部件对应于固定变速器壳体，所述输入部件对应于与所述行星齿轮中的一个相关联的齿轮构件。
方案5.如方案1所述的机电变速器，其中，所述输出部件对应于与所述多个行星齿轮中的一个相关联的第一组齿轮构件，所述输入部件对应于与所述多个行星齿轮组中的一个相关联的第二组齿轮构件。
方案6.如方案1所述的机电变速器，还包括：控制模块，其监测所述输入部件和所述输出部件的旋转速度，并且当监测的旋转速度被同步时，选择性地启用和停用所述同步器。
方案7.一种双模式复合分流混合机电变速器，包括：
多个变速器部件；
同步器，其选择性地接合和分离至少两个所述变速器部件，从而实现所述变速器中某一速度范围内的操作，所述同步器还包括：
多个输入部件，其与所述变速器部件中的一个相关联；以及
多个输出部件，其包括当所述同步器被启用时与所述输入部件中的一个接合而当所述同步器被停用时与所述输入部件分离的离合机构。
方案8.如方案7所述的机电变速器，其中，所述输入部件独立于所述输出部件而一起旋转。
方案9.如方案7所述的机电变速器，其中，所述输出部件独立于所述输入部件而一起旋转。
方案10.如方案7所述的机电变速器，其中，所述输出部件是静止的，而所述输入部件旋转。
方案11.如方案7所述的机电变速器，其中，所述输入部件是静止的，而所述输出部件旋转。
方案12.如方案7所述的机电变速器，其中，所述变速器部件中的一个包括变速器壳体。
方案13.如方案7所述的机电变速器，其中，所述变速器部件中的至少一个包括使用第一、第二、和第三齿轮构件的行星齿轮组。
方案14.如方案7所述的机电变速器，其中，所述输入部件和所述输出部件包括输入和输出同步锥体，用于当所述同步器被启用时，使所述输入部件和所述输出部件的旋转速度同步。
方案15.如方案14所述的机电变速器，其中，所述输出部件还包括：与套筒构件联接的活塞，所述活塞施加同步力以平移所述套筒构件并压缩所述输出同步锥体从而在所述输入和输出同步锥体之间产生摩擦。
方案16.如方案14所述的机电变速器，其中，所述输入部件和所述输出部件要求在所述同步器的启用和同步之前，旋转速度位于彼此的相同附近范围内。
方案17.如方案16所述的机电变速器，其中，所述附近为小于或等于50RPM。
方案18.如方案7所述的机电变速器，其中，在接合之前，必须使所述输入部件和所述输出部件的旋转速度同步至旋转速度之间的差大致为零。
方案19.如方案7所述的机电变速器，其中，当所述同步器被启用时与所述输入部件中的一个接合而当所述同步器被停用时与所述输入部件分离的所述离合机构包括：
活塞，当所述同步器被启用时，所述活塞施加离合力；
套筒构件，其与所述活塞构件联接，并响应于所述离合力选择性地接合所述输入部件中的一个；以及
偏置构件，当所述同步器被停用时，所述偏置构件选择性地使所述套筒构件与所述输入部件分离。
方案20.一种利用同步器选择性地接合和分离变速器内的输入部件和输出部件的旋转的方法，所述方法包括：
监测所述输入部件和所述输出部件的旋转速度；
当所述同步器基于监测的旋转速度而被启用时，施加同步力以使所述输入部件和所述输出部件的旋转速度同步；
当所述同步器被启用时，在所述同步之后施加离合力从而使所述输入部件和所述输出部件接合；
监测在接合的所述输入部件和所述输出部件之间传递的扭矩；以及
基于所述监测的扭矩，利用偏置力使所述输出部件与所述输入部件分离。
方案21.如方案20所述的方法，其中，当在所述输入部件和所述输出部件之间传递的所述扭矩大致为零时，停用所述同步器。
附图说明
现在将以示例的方式并参照附图对一个或多个实施例进行描述，其中：
图1是根据本发明的示例性双模式、复合分流(compound-split)的机电变速器的示意图。
图2是根据本发明的图1中所示变速器的固定比率表。
图3A和图3B是根据本发明的用于选择性地接合和分离至少两个变速器部件以改变图1所示变速器中的速度范围的同步器的示意图。
图4是根据本发明的图1的示例性变速器的每个电动机/发电机以及发动机的转速(转/分钟(RPM))相对于车辆速度(英里/小时(MPH))的关系图。
图5A和图5B示出了根据本发明的利用图3A和图3B的同步器选择性地接合和分离至少两个变速器部件的示例性算法。
图6示出了根据本发明的图3A和图3B的同步器的分解视图。
具体实施方式
现在参照附图，其中图示仅仅是为了说明某些示例性实施例，而不是为了限制实施例，图1示意性地示出了混合变速器10，其具有内燃发动机14、第一电动机/发电机56、第二电动机/发电机72、以及三个行星齿轮子集24、26、28。
本文所使用的术语“控制模块”表示如下电路的任何合适的一种或各种组合：专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的中央处理单元(优选为微处理器)和相关联的记忆存储器(只读存储器、可编程只读存储器、随机存取存储器、硬盘驱动器等)、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、适当的信号调节和缓冲电路、以及其他提供所述功能的合适元件。控制模块具有一组控制算法，该控制算法包括存储在存储器内并被执行而提供期望功能的常驻软件程序指令和校准。优选地，在预设循环周期中执行该算法。算法由例如中央处理单元执行，并可操作以监测来自传感装置和其他联网控制模块的输入，并执行控制和诊断程序以控制致动器的操作。循环周期可以在发动机工作和车辆运行期间以有规律的间隔(例如每3.125、6.25、12.5、25、100毫秒)执行。可替代地，可响应于事件的发生而执行算法。
电动机/发电机56和72与变速器控制模块(TCM)76电互连，变速器控制模块76则与储能源74通信，储能源7 4通常包括多个电池。TCM 76向电动机/发电机56和72以及电池74分配动力并且分配来自电动机/发电机56和72以及电池74的动力，并且向电动机/发电机传送控制信号，该控制信号用于控制电动机/发电机56和72的速度和扭矩。
混合变速器10应用三个行星齿轮子集24、26、28。第一行星齿轮子集24具有通常被称为环形齿轮的外齿轮构件30，外齿轮构件30围绕通常被称为太阳齿轮的内齿轮构件32。多个行星齿轮构件34可旋转地安装在齿轮架36上，使得每个行星齿轮构件34与外齿轮构件30和内齿轮构件32均啮合地接合。
第二行星齿轮子集26具有通常被称为环形齿轮的外齿轮构件38，外齿轮构件38围绕通常被称为太阳齿轮的内齿轮构件40。多个行星齿轮构件42可旋转地安装在齿轮架44上，使得每个行星齿轮构件42与外齿轮构件38和内齿轮构件40均啮合地接合。
第三行星齿轮子集28具有通常被称为环形齿轮的外齿轮构件46，外齿轮构件46围绕通常被称为太阳齿轮的内齿轮构件48。多个行星齿轮构件50可旋转地安装在齿轮架52上，使得每个行星齿轮构件50与外齿轮构件46和内齿轮构件48均啮合地接合。
虽然全部的三个行星齿轮组24、26、28本身均为简单行星齿轮组，但第一行星齿轮组24与第二行星齿轮组26复合，即第一行星齿轮组24的内齿轮构件32例如通过毂盘齿轮(hub plate gear)54结合到第二行星齿轮组26的外齿轮构件38。结合的第一行星齿轮组24的内齿轮构件32和第二行星齿轮组26的外齿轮构件38持续地连接到第一电动机/发电机56。
行星齿轮组24与行星齿轮组26进一步复合，即第一行星齿轮组24的齿轮架36例如通过轴60结合到第二行星齿轮组26的齿轮架44。这样，第一行星齿轮组24与第二行星齿轮组26各自的齿轮架36和44相结合。轴60也选择性地连接到第三行星齿轮组28的齿轮架52，例如通过被配置为同步器200(示于图3A、图3B和图6)的扭矩传递装置62，如下文中更充分解释的，扭矩传递装置62用于协助选择混合变速器10的操作模式。操作模式包括第一模式(模式1)、第二模式(模式2)和固定传动比。
第三行星齿轮组28的齿轮架52直接连接到变速器输出构件64。当把混合变速器10应用于陆地车辆时，输出构件64可以连接到车轴，车轴则可终止于驱动构件。驱动构件可以是使用它们的车辆的前轮或后轮，或者它们可以是轨道车辆的驱动齿轮。
第二行星齿轮组26的内齿轮构件40例如通过围绕轴60的套轴66连接到第三行星齿轮组28的内齿轮构件48。第三行星齿轮组28的外齿轮构件46通过扭矩传递装置70选择性地连接到“地(ground)”(由变速器壳体68表示)。被配置为同步器200(示于图3A、图3B和图6)的扭矩传递装置70，亦如下文中解释的，用于协助选择混合变速器10的操作模式(即模式1、模式2或固定传动比)。套轴66也持续地连接到第二电动机/发电机72。全部的行星齿轮组24、26、28以及两个电动机/发电机56和72均例如围绕轴向布置的轴60同轴取向。还要注意的是，电动机/发电机56和72都具有环状结构，从而允许它们围绕所述三个行星齿轮组24、26、28，使得行星齿轮组24、26、28布置在电动机/发电机56和72的径向内侧。这种结构确保使变速器10的总包络(即周向尺寸)最小化。
被配置为同步器200(示于图3A、图3B和图6)的扭矩传递装置73选择性地使太阳齿轮40接“地”(即与变速器壳体68连接)。被配置为同步器200(示于图3A、图3B和图6)的扭矩传递装置75通过选择性地使太阳齿轮40与齿轮架44连接，来接合行星齿轮组24、26和电机56、72以及输入12而作为一个组旋转。在示例性实施例中，全部的扭矩传递装置62、70、73、75均被配置为同步器200，每个同步器都包括离合机构250，用以提供输入和输出变速器部件之间的接合，如图3A、图3B和图6中所示。
储电装置74通过传输导体78A和78B与变速器控制模块(TCM)76通信。TCM 76通过传输导体78C和78D与第一电动机/发电机56通信，TCM 76类似地通过传输导体78E和78F与第二电动机/发电机72通信。
从前面段落中可了解，可以将特定的结构构件、部件或装置应用在多于一个的位置上。当一般地提及该类型的结构构件、部件或装置时，将采用共同的数字标号。然而，当对如此标识的结构构件、部件或装置中的一个进行单独标识时，将借助字母后缀来对它进行标记，该字母后缀与用于一般性标识该结构构件、部件或装置的数字标号结合使用。因此，存在至少六个一般性地由数字78标识的传输导体，但是在说明书和附图中特定的单独传输导体被标识为78A、78B、78C、78D、78E、78F。在说明书全文中均采用该相同的后缀约定。
驱动齿轮80可由输入构件12呈现。如图所示，驱动齿轮80将输入构件12固定地连接到第一行星齿轮组24的外齿轮构件30，因此，驱动齿轮80接收来自发动机14和/或电动机/发电机56和/或72的动力。驱动齿轮80与空转齿轮82啮合地接合，空转齿轮82则与固定到轴86一端的分动齿轮(transfer gear)84啮合地接合。轴86的另一端可以固定到单独或者共同地标示为88的变速器流体泵和/或PTO单元。
为了对使本发明的构思具体化的变速器的操作提供全面的解释，将针对优选实施例来描述用于实现满足各种操作条件下的驾驶员需求所需要的输出动力和速度的操作模式(即，模式1、模式2或固定传动比)。这样，以下的描述描述了由数字10标识的具体变速器的全功率运行状态。
再次重申，示例性变速器10为双模式、复合分流的机电车用变速器。换句话说，输出构件64通过变速器10内的两个不同的齿轮系接收动力。所述齿轮系中的第一个包括模式1，当扭矩传递装置70(即图3A、图3B和图6中所示的同步器200)被启用以使第三行星齿轮组28的外齿轮构件46“接地”时，选定模式1。所述齿轮系中的第二个包括模式2，当扭矩传递装置70(即图3A、图3B和图6中所示的同步器200)被释放并且扭矩传递装置62(即图3A、图3B和图6中所示的同步器200)同时被启用从而将轴60连接到第三行星齿轮组28的齿轮架52时，选定模式2。
本领域技术人员将会理解，TCM 76的作用是在每个操作模式中提供从相对较慢到相对较快的输出速度范围。在每个操作模式中具有从慢到快的输出速度范围的两个齿轮系(即模式1和模式2)的组合允许变速器10推进车辆从静止状态到公路速度，同时满足本发明的其他目的。此外，TCM 76协调变速器10的操作，以允许模式1和模式2之间的同步换挡。如上所述，优选实施例的操作将被描述为其涉及全功率运行，因为这种方式将全面地描述总体的操作概念。
在以下的描述中，还要注意，第一和第二操作模式(即模式1和模式2)是指变速器功能由扭矩传递装置62或70中的一个控制以及由电动机/发电机56和72的受控速度和扭矩来控制的情况，其中扭矩传递装置62和70均可被配置为同步器200(示于图3A、图3B和图6)。而且，下面将描述某些操作范围，其中通过额外地应用扭矩传递装置62、73或75中的一个来获得固定比操作。
当选择性地控制向每个燃烧室进行的主燃料喷射时，额外地应用扭矩传递装置62、73或75中的一个，从而获得输入速度与输出速度的固定比。于是，电动机/发电机56、72的旋转将取决于由额外扭矩传递装置62、73或75之一的接合所限定的机构的内旋转，并且与输入速度成比例。电动机/发电机56、72仍然可以起电动机或发电机的作用；然而，它们完全独立于发动机14而输出动力流，因而使它们均成为电动机、均用作发电机、或者它们的任意组合。这允许，例如在以第一固定比加速期间，发动机14的动力和作为电动机从储能装置74接收动力的两个单元，加入到通过行星齿轮组28到输出64推进车辆的行列中。
还需注意，任何时候都可以通过在操作模式期间关闭扭矩传递装置62、73或75，来将变速器10的功能从固定传动比的操作切换为模式1或2。以固定传动比、模式1或模式2操作是由控制变速器10的TCM 76中的算法确定的。
图2以表格的形式描述了变速器10的操作，包括具体扭矩传递装置C170、C2 62、C3 73、和C4 75的启用。这包括模式1、模式2、以及第一、第二、第三、第四固定比。还需注意，模式1和模式2可与操作比交叠，选择再次取决于驾驶员的输入以及车辆对该输入的响应。当C1和C4(扭矩传递装置70和75)接合时，第一固定比的范围落入模式1的操作内；当C2和C1(扭矩传递装置62和70)接合时，第二固定比的范围落入模式1内。当C2和C4(扭矩传递装置62和75)接合时，第三固定比的范围在模式2期间可用；当C2和C3(扭矩传递装置62和73)接合时，第四固定比的范围在模式2期间可用。如上所述，C1、C2、C3和C4中的任何一个可以包括图3A、图3B和图6中所示的同步器200。
在模式1中，当TCM 76确定驾驶员期望从静止状态向前移动并加速时，扭矩传递装置20被可操作地接合以将发动机14连接到混合变速器10，当车辆通过以下将更全面描述的速度范围向前移动时，扭矩传递装置20仍然被应用。未应用配置为同步器200的扭矩传递装置62，其保持分离状态。配置为同步器200的扭矩传递装置70进行了接合。在这种情况下，发动机14向第一行星齿轮组24的外齿轮构件30施加驱动动力，使得外部构件30与输入构件12(从而与发动机14)一致地旋转。第一电动机/发电机56在相同的方向上使第一行星齿轮组24的内齿轮构件32和第二行星齿轮组26的外齿轮构件38同时旋转，因而在相同的方向上驱动齿轮架36，这实现了第二行星齿轮组26的内齿轮构件40的旋转。
第二电动机/发电机72在模式1中作为电动机而运行，这样电动机/发电机72在使第三行星齿轮组28的内齿轮构件48旋转的方向上驱动套轴66，从而使第三行星齿轮组28的行星齿轮50相对于第三行星齿轮28的外齿轮构件46而旋转。外齿轮构件46通过“接地”而固定，因此齿轮架52在需要实现车辆向前运动的方向上驱动输出构件64。
由作为电动机而运行的第二电动机/发电机72的旋转所实现的套轴66的旋转也使第二行星齿轮组26的内齿轮构件40旋转。由于配置为同步器200的扭矩传递装置62保持分离，因此第一和第二行星齿轮组24、26各自的齿轮架36和44可自由地旋转，但是只是一致地旋转，因为这两个齿轮架36和44是复合的。结果，由发动机14实现的第一行星齿轮组24的外齿轮构件30的旋转以及由第二电动机/发电机72实现的内齿轮构件40的旋转，迫使第一行星齿轮组24的内齿轮构件32和结合的第二行星齿轮组26的外齿轮构件38以至少最初使第一电动机/发电机56用作发电机的方向和速度驱动第一电动机/发电机56。
在正常操作中，在低速下仅配置为同步器200的扭矩传递装置70将会被接合，但是如果需要最大功率，那么配置为同步器200的扭矩传递装置75也被接合。可以与配置为同步器200的扭矩传递装置75一起开启电机56、72，以获得最大的可用马力，并且可以降低电动机/发电机56、72的功率从而降低运行温度。被配置为同步器200的扭矩传递装置75还为发动机14和电动机/发电机56、72提供同时推进车辆达到最大加速的能力。
换挡到模式1中的第二固定传动比时，使配置为同步器200的扭矩传递装置75分离，同时使配置为同步器200的扭矩传递装置62和70接合。全部的三个齿轮组24、26、28均工作，传动比为1.7∶1，在配置为同步器200的扭矩传递装置62和70为了完全机械操作而接合期间，可以关闭电动机/发电机56、72。在第二固定传动比期间，电机56、72可以凭惯性转动(freewheel)，并且无扭矩存在。当为进入高效模式2而使配置为同步器200的扭矩传递装置70分离并使配置为同步器200的扭矩传递装置62保持接合时，模式1结束。
在第二模式期间可用第三和第四固定比。第三固定比可以通过都作为同步器200运行的扭矩传递装置62和75的同时接合而确立，其将所有齿轮组锁定为1∶1，使得输出64以与输入12相同的速度旋转。第四固定比通过都作为同步器200运行的扭矩传递装置62和73的接合而确立，其中第一和第二行星齿轮组24和26工作，电动机/发电机56和72可惯性转动，而无扭矩存在。因此，本发明的变速器10提供了三个机械点和四个可用的固定比，由此使电动机/发电机56和72内的电损耗最小化，同时经由配置为同步器200的扭矩传递装置75的接合而快速地在第一模式中提供最大功率。
可替代地，作为同步器200运行的扭矩传递装置75可以位于行星齿轮组24和26上的其它地方。例如，被配置为同步器200的扭矩传递装置75可以连接第二行星齿轮组26的太阳齿轮40和环形齿轮48。作为另外的替代方案，锁止离合器可以连接第一行星齿轮组24的齿轮架36和环形齿轮30。
图4是借助图1中所示变速器10而获得的每个电动机/发电机56和72以及发动机14的转速(转/分钟(RPM))相对于车辆速度(英里/小时(MPH))的关系图。曲线22是发动机14的转速(转/分钟(RPM))相对于包含有发动机14和混合变速器10的车辆的速度(英里/小时(MPH))的关系曲线。为方便起见，需要注意，曲线22是由可见标绘点构成的连续线。曲线90是第一电动机/发电机56的旋转速度(RPM)的曲线，也是相对于车辆的速度(MPH)。这条曲线可以因标绘点表现为小方决而容易地辨别。曲线92是第二电动机/发电机72的旋转速度(RPM)相对于车辆速度(MPH)的关系曲线。这条曲线可以因标绘点表现为小圆圈而容易地辨别。
变速器10的模式1从指示发动机转速(RPM)的横坐标延伸到直线94，直线94与该横坐标平行绘制并定义变速器10从模式1向模式2的转换。在所述的代表性实施例中，模式1从车辆静止延伸到大约21MPH的前进速度。当速度大于约21MPH时，变速器在模式2中运行。
如前所述，第二电动机/发电机72在从零到大约21MPH的模式1中作为电动机而运行。然而，在模式1中，第一电动机/发电机56直到由曲线90上的标绘点96所表示的大约16MPH为止都作为发电机而运行，之后作为电动机而运行。第一电动机/发电机56的运行的前述转换是引起两个电动机/发电机56、72的速度在车辆的各个运行速度下反转的行星齿轮子集中的各个齿轮上的齿数的结果。
通过分离配置为同步器200的扭矩传递装置70，同时应用配置为同步器200的扭矩传递装置62，来实现从第一操作模式向第二操作模式的转换。在模式2起初，第一电动机/发电机56从作为电动机运行转换为作为发电机运行。由于变速器10的运行从模式1向模式2的转换出现在直线94处，因此第一电动机/发电机56从电动机向发电机的转换出现在曲线90上的点100处，点100还描绘了曲线90与直线94的交点。在变速器10在模式2下运行同时车辆获得从大约21MPH到大约25MPH的速度期间，第一电动机/发电机56继续作为发电机而运行。当车辆速度大约为25MPH时，第一电动机/发电机56从作为发电机运行转换回作为电动机运行。这种转换由曲线90上的点102表示。之后第一电动机/发电机56继续作为电动机运行。
在模式2开始时，第二电动机/发电机72继续作为电动机运行。事实上，第二电动机/发电机72作为电动机运行一直到车辆速度达到约33.6MPH，如曲线92上的标绘点104所示，在这个点其转换为作为发电机运行，并且之后继续作为发电机运行。
采用之前所述的变速器10的结构以及内外齿轮构件上之前所述的齿数，当在第二模式中运行时，变速器10提供两个机械点。也就是说，第一电动机/发电机56在由曲线90上的点106所标示的大约27MPH时为零转速。此外，第二电动机/发电机72在由曲线92上的点108所标示的约62MPH时为零转速。因此，变速器10在模式2中提供两个机械点。
应该明白，前面所述的机械点的确切位置不仅是由行星齿轮子集的内外齿轮构件的齿数确定，还由输入轴12的旋转速度确定。因此，采用第一示例性实施例中内外齿轮构件所公开的齿数，输入轴12速度的增加将使机械点的位置向更高的车辆速度偏移，反过来，输入构件12速度的降低将使机械点向更低的车辆速度偏移。
在本发明的示例性实施例中，如上所述，扭矩传递装置62和70都配置为同步器200。然而，预想的实施例可以包括配置为同步器200的扭矩传递装置70，而扭矩传递装置62被配置为选择性单向离合装置(SOWC)，扭矩传递装置62被配置为同步器200，而扭矩传递装置70被配置为SOWC。同样地，还可以意识到，替代实施例包括配置为同步器200的扭矩传递装置62，而扭矩传递装置70为公知的湿式离合器，或者可替代地，扭矩传递装置70被配置为同步器200(图3A、3B和6所示)，而扭矩传递装置62被配置为公知的湿式离合器。此外，扭矩传递装置73和75可以配置为同步器200、SOWC、公知的湿式离合器、或者它们的任意组合。
SOWC可以应用于一些变速器中以降低寄生损失。公知的SOWC在应用时可以在相邻的同轴旋转装置之间传递扭矩。相邻的旋转装置中的每个装置都具有圈(race)。一个圈与另一个旋转装置的圈径向同心定向并且相对；或者这两个圈彼此轴向相对。多种可控扭矩传递装置，例如滚子(roller)、楔块(sprag)、摇杆(rocker)、或支柱(strut)，连接到所述圈中的一个圈并与另一圈相对定位。相对的圈包括多个与可控扭矩传递装置相对应的表面接收部件。通过将可控扭矩传递装置控制为与表面接收部件相作用并连接以锁定相邻旋转装置的旋转从而在它们之间传递扭矩，来应用公知的可选单向离合装置。当相邻旋转装置中的一个在第一方向上旋转时，扭矩被传递给另一相邻旋转装置。当相邻旋转装置在与第一方向相反的第二方向上旋转时，无扭矩传递，允许旋转装置凭惯性转动。
同步器可以用于显著降低寄生损失，从而提高燃料经济性。与离合机构相关联的同步器可以用来接合两个旋转的变速器部件，从而使它们以相同的速度旋转，同时避免操作模式改变(即，改变为模式1、模式2、或者固定传动比)过程中的变速器撞击(transmission bump)或者显著的冲击载荷。当变速器改变操作模式(即，改变为模式1、模式2、或者固定传动比)时，可以选择性地启用同步器以使特定变速器部件接合或“接地”，停用同步器以使特定变速器部件分离或“不接地”。
在本发明的示例性实施例中，图3A和图3B示出了示例性同步器200。如上所述，同步器200可以用于使两个旋转的变速器10的部件平滑地接合，以使它们以相同的速度旋转，同时避免操作模式改变过程中的变速器撞击或者显著的冲击载荷。类似地，同步器200可以使一个旋转的变速器部件“接地”至变速器10内的固定部件(即变速器壳体)。参照图3A，可以把同步器200选择性地停用在分离状态下，其中当变速器10改变操作模式(即，模式1、模式2、或者固定传动比)时，相应的变速器部件独立地旋转，因而被允许进行惯性转动。参照图3B，可以选择性地启用同步器200，其中相应的变速器部件接合至另一个变速器部件，从而在它们之间传递动力。应当理解，示例性同步器200与接合两个旋转变速器部件的扭矩传递装置(与扭矩传递装置62相似)相对应。然而，示例性同步器200可以类似地配置为与用于将旋转变速器部件“接地”至固定变速器部件的扭矩传递装置(与“接地”至变速器壳体68的扭矩传递装置70相似)相对应。将会变得显而易见的是，示例性同步器200与配置为提供输入和输出变速器部件之间的接合的离合机构250相关联。
仍然参照图3A和3B，当变速器改变操作模式(即模式1、模式2、或者固定传动比)时，示例性同步器200通过使相应变速器部件(即输入和输出变速器部件)之间的旋转速度大致匹配来确保平滑接合。同步器200包括：输出部件，其优选地包括旋转壳体组件202、偏置构件203、活塞构件204、活塞平衡构件206、套筒构件208、锁环构件210、和输出锥体214；以及输入部件，其优选地包括：输入锥体212、输入构件216、和输入齿217。此外，如本文中更详细论述的，离合机构250包括：与所述输出部件相关联的套筒构件208、偏置构件203、活塞平衡构件206、活塞构件204，其中示例性实施例中的离合机构250为爪形离合器装置。
再次参照图3A，当同步器200处于分离状态时，在同步器200的输入部件和输出部件之间没有动力传递。当同步器分离时，包括旋转壳体组件202、偏置构件203、活塞构件204、活塞平衡构件206、套筒构件208、以及输出锥体214的输出部件都以相同的速度一起旋转。包括输入构件216、输入齿217、以及输入锥体212的输入部件一起旋转，但是独立于输出部件。在替代实施例中，当输入部件一起以相同的速度旋转时，输出部件全部静止。在另一个替代实施例中，当输入部件静止时，输出部件全部以相同的速度一起旋转。
参照图3B，同步器200可选择地被启用并处于接合状态，其中动力在同步器200的输入部件和输出部件之间传递。在示例性实施例中，同步器200对应于扭矩传递装置62，其中输入部件与轴60相关联，同步器200的输出部件与第三行星齿轮组28的齿轮架52相关联。可替代地，输入部件可以与齿轮架52相关联，而输出部件可以与轴60相关联。在另一示例性实施例中，同步器200对应于扭矩传递装置70，其中输入部件与行星齿轮组28的外齿轮构件46相关联，而输出部件与变速器壳体68相关联。可替代地，输入部件可以被配置为与变速器壳体68相关联，而输出部件可与外齿轮构件46相关联。
同步器200的选择性致动可以由TCM 76提供，其中输入部件和输出部件之间的旋转速度首先被同步，接着，与同步器200相关联的离合机构250实现输入部件和输出部件之间的接合。具体地，TCM 76命令活塞构件204向套筒构件208施加同步力220，从而导致套筒构件208向输入部件纵向转移并压缩锁环构件210。套筒构件208和锁环构件210之间的压缩分别在输入锥体212和输出锥体214之间产生摩擦，从而分别使输入部件和输出部件的输入速度和输出速度同步。当输入部件和输出部件同步(即旋转速度相等)时，输入部件和输出部件之间的离合器滑移实际上为零。从而，在测量的输入部件和输出部件之间的离合器滑移大致为零这一期间，发生了有效接合输入和输出部件的平滑转换。本领域普通技术人员应认识到，当离合器滑移为零时，离合器保持扭矩也为零。同步器200的使用使得所述输入部件和输出部件的旋转速度能够仅在彼此的相同附近范围内，其中同步器200提供输入部件和输出部件之间旋转速度的同步，从而形成并维持大致为零的离合器滑移，以实现变速器部件(即输入部件和输出部件)之间最佳的平滑接合。
在TCM 76确定输入部件和输出部件的输入速度和输出速度分别被有效地同步(即离合器滑移大致为零)之后，与同步器200相关联的离合机构250被启用，其中提供由活塞构件204向套筒构件208施加的离合力222。离合力222使套筒构件208向输入构件216纵向转移，从而使与输入构件216相关联的输入齿217与套筒构件208相接合。当套筒构件208和输入齿217之间的接合完成并且套筒构件208接触内卡环218时，套筒构件208的纵向转移终止。
类似地，当选择性地停用时，与同步器200相关联的离合机构250被配置为分离并且从所述输出部件中释放输入部件。偏置构件203提供偏置力228以使活塞构件204和套筒构件208返回至图3A所示的分离状态。应该认识到，为了停用所述同步器200及其相关联的所述离合机构250，从而分离所述输入部件和输出部件，必须使所述输入部件和输出部件之间传递的扭矩降低至大致为零。
在本发明的示例性实施例中，图6中示出了图3A和图3B所述的同步器200的分解图。同步器200包括：第一旋转壳体构件202a、偏置构件203、活塞构件204、活塞平衡构件206、外保持环207、套筒构件208、第二旋转壳体构件202b、锁环构件210、输入锥体212、输出锥体214、输入构件216、和内卡环218。在上述的实施例中，应了解，配置为同步器200的扭矩传递装置62涉及监测以下两个旋转变速器部件的旋转速度，即：第三行星齿轮组28的轴60和齿轮架52。为了获得轴60和齿轮架52之间的最佳平滑接合，旋转速度必须大致相同，因此期望这两个变速器部件之间的离合器滑移大致为零。当TCM 76确定轴60和齿轮架52的旋转速度位于彼此的附近范围内时，同步器200利用离合机构250施加同步力220以使轴60和齿轮架52的旋转速度相匹配来实现同步。在非限制性的示例中，当旋转速度之间的差异小于50RPM时，旋转变速器部件的旋转速度被认为在彼此的相同附近范围内。当轴60和齿轮架52的旋转速度相匹配时，可以形成并维持大致为零的离合器滑移，以实现轴60和齿轮架52之间的最佳平滑接合，其中所述接合是由施加离合力222的离合机构250所提供。在非限制性的示例中，离合机构250为爪形离合器装置。
当操作模式从模式1中的第一固定传动比转换为模式1中的第二固定传动比时，期望轴60和齿轮架52之间接合。同步器200在模式2以及第三和第四固定传动比期间维持轴60和齿轮架52之间的接合。类似地，在操作模式从模式1中的第二固定传动比转换为模式1中的第一固定传动比期间，与同步器200相关联的离合机构250被停用从而使齿轮架52与轴60分离。可以意识到，齿轮架52与轴60的分离需要在可以提供分离之前使齿轮架52和轴60之间所传递的扭矩降低至大致为零。
在另一示例性实施例中，应了解，配置为同步器200的扭矩传递装置70涉及监测一个旋转变速器部件(即第三行星齿轮组28的外齿轮构件46)的旋转速度。为了外齿轮构件46和固定变速器壳体68之间的平滑接合，外齿轮构件46的旋转速度必须大致为零，以形成外齿轮构件46和变速器壳体68之间期望的大致为零的离合器滑移。当TCM 76确定外齿轮构件46的旋转速度位于零附近时，同步器200提供外齿轮构件46旋转速度的同步以匹配固定变速器壳体68，其中同步器200利用离合机构250施加同步力220。在非限制性的示例中，当速度小于50RPM时，认为外齿轮构件46的旋转速度在零附近。当外齿轮构件46的旋转速度与变速器壳体68相匹配时(即0RPM时)，可以形成并维持大致为零的离合器滑移，以实现外齿轮构件46和变速器壳体68之间的最佳平滑接合，其中该接合通过施加由与同步器200相关联的离合机构250所提供的离合力222来提供。在非限制性的示例中，离合机构250为爪形离合器装置。
期望外齿轮构件46和变速器壳体68之间接合以将外齿轮构件46“接地”至变速器壳体68。在车辆启动、倒档模式期间以及当车辆处于空档或者停车时，期望外齿轮构件46“接地”。在模式1中的第一固定传动比和第二固定传动比期间，同步器200维持外齿轮构件46的“接地”。类似地，当操作模式从第二固定传动比转换为模式2时，与同步器200相关联的离合机构250被停用从而使输出齿轮构件46与变速器壳体68分离，从而允许输出齿轮构件46被释放并惯性转动。应了解，输出齿轮构件46与变速器壳体68的分离需要使输出齿轮构件46的扭矩在提供分离之前降低至大致为零。并且，在操作模式从模式2转换到模式1中的第二固定传动比的制动再生期间，期望把输出齿轮构件46“接地”到变速器壳体68。
参照图1、图3A-B、图5A-B和图6，图中示出了利用同步器200提供输入部件和输出部件之间选择性接合和分离的算法500和520。输入部件和输出部件包括但不限于：上述的外齿轮构件46、壳体68、齿轮架52、和轴60。应当了解，算法500由TCM 76执行。
参照图5A，图中详细描述了提供输入部件和输出部件之间接合的示例性算法500。在方框502中，监测将由同步器200接合的输入部件和输出部件的旋转速度。在方框504中，算法500确定旋转速度是否在彼此的相同附近范围内。如果旋转速度不在彼此的相同附近范围内，则算法500继续在方框502内监测旋转速度。如果输入部件和输出部件的旋转速度位于彼此的相同附近范围内，则算法500在方框506内施加同步力220。在方框508中，监测输入部件和输出部件的旋转速度，一直到旋转速度相等。当算法500确定变速器部件的两个旋转速度相等时，算法500施加离合力222以使两个变速器部件彼此接合，由此在它们之间传递扭矩。
参照图5B，图中详细描述了用于分离两个变速器部件的示例性算法520。如上所述，明白的是，在同步器200可被停用并且可提供分离之前，输入部件和输出部件之间传递的扭矩量必须降低至大致为零。在方框522中，监测输入部件和输出部件之间传递的扭矩。在方框524中，算法520确定所监测的传递的扭矩是否已经降低至大致为零。如果扭矩不大致为零，则算法返回至方框522。如果监测的输入部件和输出部件之间的扭矩大致为零，那么停用同步器200，其中偏置力228使所述输入部件和输出部件彼此分离。
本发明描述了某些优选的实施例及其修改。在阅读和理解本说明书的基础上，其他人可以想到其他的变更和修改。因此，意图不是将本发明限制于作为实施本发明的最佳方式而公开的具体实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的全部实施例。

Claims (10)

1.一种机电变速器，包括输入部件、输出部件、以及多个行星齿轮和扭矩传递装置，所述机电变速器还包括同步器，所述同步器选择性地接合和分离所述变速器的输入部件和输出部件，所述同步器包括：
活塞，当所述同步器被启用时，所述活塞相继施加同步力和离合力；
锁环构件；
输入锥体，其与所述输入部件相关联，并在所述锁环构件内径向延伸；
输出锥体，其与所述输出部件相关联，并在所述锁环构件内径向延伸并且半径不同于所述输入锥体；
套筒构件，其与所述活塞构件相联接并且压缩所述锁环构件，从而在所述输入锥体和所述输出锥体之间产生摩擦力，从而响应于所述同步力而使所述输入部件与所述输出部件同步并相继响应于所述离合力而使所述输出构件与所述输入部件接合；以及
偏置构件，当所述同步器被停用时，所述偏置构件在与所述同步力和所述离合力相反的方向上向所述活塞和所述套筒构件提供偏置力，从而使所述输出部件与所述输入部件分离。
2.如权利要求1所述的机电变速器，其中，所述活塞构件、所述套筒构件和所述偏置构件与所述输出部件相关联。
3.如权利要求1所述的机电变速器，其中，所述输入部件独立于所述输出部件而旋转。
4.如权利要求3所述的机电变速器，其中，所述输出部件对应于固定变速器壳体，所述输入部件对应于与所述行星齿轮中的一个相关联的齿轮构件。
5.如权利要求1所述的机电变速器，其中，所述输出部件对应于与所述多个行星齿轮中的一个相关联的第一组齿轮构件，所述输入部件对应于与所述多个行星齿轮组中的一个相关联的第二组齿轮构件。
6.如权利要求1所述的机电变速器，还包括：控制模块，其监测所述输入部件和所述输出部件的旋转速度，并且当监测的旋转速度被同步时，选择性地启用和停用所述同步器。
7.一种双模式复合分流混合机电变速器，包括：
多个变速器部件；
同步器，其选择性地接合和分离至少两个所述变速器部件，从而实现所述变速器中某一速度范围内的操作，所述同步器还包括：
多个输入部件，其与所述变速器部件中的一个相关联；以及
多个输出部件，其包括当所述同步器被启用时与所述输入部件中的一个接合而当所述同步器被停用时与所述输入部件分离的离合机构。
8.如权利要求7所述的机电变速器，其中，所述变速器部件中的至少一个包括使用第一、第二、和第三齿轮构件的行星齿轮组。
9.如权利要求7所述的机电变速器，其中，所述输入部件和所述输出部件包括输入和输出同步锥体，用于当所述同步器被启用时，使所述输入部件和所述输出部件的旋转速度同步。
10.如权利要求7所述的机电变速器，其中，所述输入部件和所述输出部件包括输入和输出同步锥体，用于当所述同步器被启用时，使所述输入部件和所述输出部件的旋转速度同步，所述输入部件和所述输出部件要求在所述同步器的启用和同步之前，旋转速度位于彼此的相同附近范围内。
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