具有机械偏置离合器的变速器 【技术领域】
本发明涉及用于机动车辆的变速器。技术背景 汽车变速器通常具有液压致动的、 可选择性地接合的扭矩传递机构， 其被称为离 合器。所述离合器可以是固定类型离合器 ( 即制动器 ) 或旋转类型离合器。通常， 当离合 器接合时， 空隙隔开的摩擦板组和反作用板组被放置成彼此接触， 从而导致共同旋转 ( 在 旋转类型离合器的情形中 ) 或导致与相应板组连接的部件的固接 (grounding)( 在固定类 型离合器的情形中 )。
液压致动离合器具有固有的旋转损耗 (spin loss)， 该损耗会降低燃料经济性。 旋 转损耗是由于离合器中的流体增大了与离合器板连接的部件的旋转阻力而导致的。
另外， 直到可从变速器泵获得足够的流体压力， 液压致动离合器才可接合。通常， 主变速器泵由与变速器连接的发动机驱动， 或者由可旋转的变速器元件驱动， 从而由发动
机间接驱动。当发动机关闭时 ( 例如在某些混合工作模式下 )， 或者当发动机输出元件以 相对较低的速度旋转时， 主泵不能提供足够的应用压力。因此， 有时候提供辅助泵 ( 例如电 泵 )， 特别是在混合变速器中， 以便当来自主泵的压力不足时， 提供液压压力。 发明内容
提供了一种构造成用于从发动机接收动力的变速器， 其具有机械偏置离合器， 例 如 “常闭” 离合器或 “常开” 离合器， 以便即使当来自发动机驱动的泵的液压动力不可获得 时或者该液压动力压力不足时， 也允许在需要离合器分别维持闭合或开启状态的模式下工 作。所述变速器包括可与所述发动机连接的输入元件、 输出元件和固定元件。变速器齿轮 传动装置 ( 例如一个或多个行星齿轮组， 但是不限于这些 ) 可操作地连接在所述输入元件 与所述输出元件之间。所述齿轮传动装置包括多个可旋转的齿轮元件。如在此使用的， “齿 轮元件” 包括非行星类型的互相啮合的齿轮、 或行星齿轮组元件， 例如环形齿轮元件、 支撑 小齿轮的承载元件、 或恒星齿轮元件。所述离合器具有接合状态和非接合状态。
不同实施例可以出于不同目的使用这种离合器。例如， 所述离合器在接合状态时 可以在一个齿轮元件与另一个齿轮元件之间、 在一个齿轮元件与固定元件之间、 或在发动 机与变速器之间传递扭矩。所述离合器在非接合状态时不传递扭矩。
所述离合器包括机械元件， 例如贝氏弹簧， 所述机械元件可选择性地移动到偏置 位置， 在该偏置位置所述机械元件构造成将所述离合器保持在接合状态 ( 如果是常闭离合 器 ) 或非接合状态 ( 如果是常开离合器 )， 而无需施加动力， 所述动力至少包括液压动力、 气动力和电动力。 杆可以连接在所述机械元件与可被致动以移动所述机械元件的液压阀之 间。所述杆提供机械利益 (mechanical advantage)， 其允许所述液压阀以较小的液压压力 即可使所述机械元件移动。
在各种变速器实施例中可以使用一个或多个这种离合器。所述离合器在混合机电变速器中是特别有用的， 因为即使在发动机关闭因此不能提供动力给液压泵的工作模式 中， 它也可以保持接合并传递扭矩。另外， 常闭离合器降低了旋转损耗， 因为不需要流体压 力来维持所述接合状态。旋转损耗的减少会导致燃料经济性的提高。
本发明还涉及以下技术方案 ：
方案 1. 一种构造成用来从发动机接收动力的变速器， 包括 ：
能够与所述发动机连接的输入元件 ；
输出元件 ；
固定元件 ；
变速器齿轮传动装置， 其可操作地连接在所述输入元件与所述输出元件之间， 并 且包括多个可旋转的齿轮元件 ；
离合器， 其具有接合状态和非接合状态 ； 其中， 所述离合器在接合状态时在一个齿 轮元件与另一个齿轮元件之间、 在所述一个齿轮元件与所述固定元件之间、 或在所述发动 机与所述变速器之间传递扭矩 ； 而在非接合状态时不传递扭矩 ； 并且
其中， 所述离合器包括能够选择性地移动到偏置位置的机械元件， 在所述偏置位 置所述机械元件构造成将所述离合器保持在接合状态和非接合状态之一下， 而无需施加动 力， 所述动力至少包括液压动力、 气动力和电动力。
方案 2. 如方案 1 所述的变速器， 其中， 所述机械元件是贝氏弹簧。
方案 3. 如方案 1 所述的变速器， 还包括 ：
液压致动阀， 其可操作地与所述机械元件连接并且能够被致动为将所述机械元件 机械移动到所述偏置位置。
方案 4. 如方案 3 所述的变速器， 其中， 所述阀还能够被致动为将所述机械元件移 动到第二位置， 所述机械元件构造成保持在该第二位置， 而无需施加动力， 所述动力至少包 括液压动力、 气动力和电动力。
方案 5. 如方案 1 所述的变速器， 还包括 ：
第一可旋转轴， 其持续地与所述一个齿轮元件连接 ；
其中， 所述离合器包括壳体、 持续地与所述壳体连接的第一组板、 以及持续地与所 述第一可旋转轴连接的第二组板， 并且其中， 当所述离合器处于接合状态时， 所述第二组板 通过所述机械元件选择性地与所述第一组板接合。
方案 6. 如方案 5 所述的变速器， 还包括 ：
第二可旋转轴， 其持续地与所述另一个齿轮元件连接并且持续地与所述壳体连 接。
方案 7. 如方案 5 所述的变速器， 还包括 ：
液压致动阀， 其可操作成将所述机械元件机械移动到所述偏置位置， 在所述偏置 位置所述第一组板和所示第二组板互相接合 ；
第二可旋转轴， 其持续地与所述另一个齿轮元件连接 ；
其中， 所述壳体还包括持续地与所述壳体连接的第三组板、 以及持续地与所述第 二可旋转轴连接的第四组板 ； 并且
其中， 所述阀还能够被致动成将所述机械元件移动到第二偏置位置， 在所述第二 偏置位置所述第一组板与所述第二组板不接合， 而所述第三组板与所述第四组板接合。方案 8. 如方案 1 所述的变速器， 其中， 所述变速器是具有至少一个电动机 / 发电 机的混合机电变速器， 所述至少一个电动机 / 发电机可操作地与所述变速器齿轮传动装置 连接。
方案 9. 如方案 8 所述的变速器， 还包括 ：
由所述输出元件驱动的变速器泵 ； 并且其中， 所述变速器的特征在于， 没有任何在 所述发动机不运转时被供以动力的附加泵。
方案 10. 如方案 1 所述的变速器， 还包括 ：
第一和第二电动机 / 发电机 ； 其中， 所述变速器齿轮传动装置包括行星齿轮组， 所 述行星齿轮组具有第一、 第二和第三齿轮元件， 所述齿轮元件包括所述一个齿轮元件 ； 其 中， 所述离合器是第一离合器 ；
第二和第三离合器 ；
其中， 所述离合器中的一个能够选择性地接合为将所述第一齿轮元件固接到所述 固定元件 ；
其中， 所述离合器中的另一个能够选择性地接合为连接所述第一电动机 / 发电机 从而随所述第一齿轮元件共同旋转 ； 其中， 所述离合器中的再一个能够选择性地接合为将所述发动机与所述第一电动 机 / 发电机连接 ；
其中， 所述输出元件被持续地连接以随所述第二齿轮元件共同旋转 ； 并且其中， 所 述第二电动机 / 发电机被持续地连接以随所述第三齿轮元件共同旋转。
方案 11. 如方案 10 所述的变速器， 其中， 当所述能够选择性地接合为将所述第一 齿轮元件固接到所述固定元件的离合器接合、 而其他离合器未接合时， 所述变速器能够在 第一仅靠电力的模式下工作 ； 其中， 当所述能够选择性地接合为将所述第一齿轮元件固接 到所述固定元件的离合器接合、 所述能够选择性地接合为连接所述第一电动机 / 发电机从 而随所述第一齿轮元件共同旋转的离合器未接合、 并且所述能够选择性地接合为将所述第 一电动机 / 发电机与所述发动机连接的离合器接合时， 所述变速器能够在系列混合模式下 工作 ；
其中， 当所述将第一齿轮元件固接到所述固定元件的离合器未接合、 而其他离合 器接合时， 所述变速器能够在电可变输出分割模式下工作 ； 并且
其中， 当所述连接第一电动机 / 发电机以随所述第一齿轮元件共同旋转的离合器 接合、 而其他离合器未接合时， 所述变速器能够在第二仅靠电力的模式下工作。
方案 12. 如方案 11 所述的变速器， 其中， 所述能够选择性地接合为将所述第一齿 轮元件固接到所述固定元件的离合器是第一离合器。
方案 13. 如方案 11 所述的变速器， 其中， 所述能够选择性地接合为将所述第一电 动机 / 发电机与所述发动机连接的离合器是第一离合器。
方案 14. 如方案 11 所述的变速器， 其中， 所述能够选择性地接合为将所述第一齿 轮元件固接到所述固定元件的离合器是第一离合器 ； 并且其中， 所述能够选择性地接合为 将所述第一电动机 / 发电机与所述发动机连接的离合器包括能够选择性地移动到偏置位 置的另一个机械元件， 在所述偏置位置所述另一个机械元件构造成将所述能够选择性地接 合为将所述第一电动机 / 发电机与所述发动机连接的离合器保持在接合状态， 而无需施加
动力， 所述动力至少包括液压动力、 气动力和电动力。
方案 15. 如方案 1 所述的变速器， 还包括 ：
第一和第二电动机 / 发电机 ；
其中， 所述变速器齿轮传动装置包括第一、 第二和第三行星齿轮组， 每个行星齿轮 组具有第一、 第二和第三齿轮元件， 所述齿轮元件包括恒星齿轮元件、 承载元件和环形齿轮 元件， 包括所述一个齿轮元件和所述另一个齿轮元件 ；
包括所述离合器在内的五个离合器 ；
互连元件， 其持续地连接以随每个所述行星齿轮组的第一齿轮元件共同旋转， 所 述第一齿轮元件既不与所述输入元件、 所述输出元件、 所述电动机 / 发电机中的任一个连 接， 也不与所述离合器中的任一个连接 ；
其中， 所述离合器中的第一个能够选择性地接合为将所述第三行星齿轮组的第二 齿轮元件固接到所述固定元件 ；
其中， 所述离合器中的第二个能够选择性地接合为连接所述第二行星齿轮组的第 二齿轮元件以随所述第三行星齿轮组的第二齿轮元件共同旋转 ；
其中， 所述离合器中的第三个能够选择性地接合为将所述第二行星齿轮组的第三 齿轮元件固接到所述固定元件 ； 其中， 所述离合器中的第四个能够选择性地接合为连接所述第一行星齿轮组的第 二齿轮元件以随所述第二行星齿轮组的第三齿轮元件共同旋转 ；
其中， 所述离合器中的第五个能够选择性地接合为将所述第一行星齿轮组的第三 齿轮元件固接到所述固定元件 ；
其中， 所述输入元件被持续地连接以随所述第一行星齿轮组的第三齿轮元件共同 旋转 ； 其中， 所述输出元件被持续地连接以随所述第三行星齿轮组的第三齿轮元件共同旋 转； 其中， 所述第一电动机 / 发电机被持续地连接以随所述第一行星齿轮组的第二齿轮元 件共同旋转 ； 并且其中， 所述第二电动机 / 发电机被持续地与所述第二行星齿轮组的第二 齿轮元件连接。
方案 16. 一种构造成用来从发动机接收动力的变速器， 包括 ：
输入元件和输出元件 ；
变速器齿轮传动装置， 其包括多个互相啮合的齿轮元件 ；
固定元件 ；
多个离合器， 其能够以不同组合选择性地接合为在所述输入元件与所述输出元件 之间建立不同的工作模式 ； 其中， 所述离合器中的每一个均能够选择性地接合为在所述输 入元件、 所述输出元件和所述齿轮元件中的不同元件之间传递扭矩， 或者将所述输入元件 和所述齿轮元件之一固接到所述固定元件 ；
其中， 所述多个离合器包括至少一个具有接合状态和非接合状态的常闭离合器 ； 其中， 所述常闭离合器包括机械元件， 并且能够通过所述机械元件移动到偏置位置而选择 性地接合， 在所述偏置位置所述机械元件构造成将所述离合器保持在接合状态， 而无需施 加动力， 所述动力至少包括液压动力、 气动力和电动力。
方案 17. 如方案 16 所述的变速器， 还包括 ：
第一和第二电动机 / 发电机 ； 其中， 所述变速器齿轮传动装置是具有第一、 第二和
第三齿轮元件的行星齿轮组 ； 其中， 所述多个离合器包括第一离合器、 第二离合器和第三离 合器 ； 其中， 所述常闭离合器是第一离合器 ；
其中， 所述第一、 第二和第三离合器中的一个能够选择性地接合为将所述第一齿 轮元件固接到所述固定元件 ；
其中， 所述第一、 第二和第三离合器中的另一个能够选择性地接合为连接所述第 一电动机 / 发电机以随所述第一齿轮元件共同旋转 ；
其中， 所述第一、 第二和第三离合器中的再一个能够选择性地接合为将所述发动 机与所述第一电动机 / 发电机连接 ；
其中， 所述输出元件被持续地连接以随所述第二齿轮元件共同旋转 ； 并且其中， 所 述第二电动机 / 发电机被持续地连接以随所述第三齿轮元件共同旋转。
方案 18、 如方案 16 所述的变速器， 还包括 ：
第一和第二电动机 / 发电机 ；
其中， 所述变速器齿轮传动装置包括第一、 第二和第三行星齿轮组， 每个行星齿轮 组均具有第一、 第二和第三齿轮元件 ；
其中， 所述多个离合器包括五个离合器， 所述五个离合器包括所述常闭离合器 ； 互连元件， 其持续地连接以随每个所述行星齿轮组的第一齿轮元件共同旋转， 所 述第一齿轮元件既不与所述输入元件、 所述输出元件、 所述电动机 / 发电机中的任一个连 接， 也不与所述离合器中的任一个连接 ；
其中， 所述离合器中的第一个能够选择性地接合为将所述第三行星齿轮组的第二 齿轮元件固接到所述固定元件 ；
其中， 所述离合器中的第二个能够选择性地接合为连接所述第二行星齿轮组的第 二齿轮元件以随所述第三行星齿轮组的第二齿轮元件共同旋转 ；
其中， 所述离合器中的第三个能够选择性地接合为将所述第二行星齿轮组的第三 齿轮元件固接到所述固定元件 ；
其中， 所述离合器中的第四个能够选择性地接合为连接所述第一行星齿轮组的第 二齿轮元件以随所述第二行星齿轮组的第三齿轮元件共同旋转 ；
其中， 所述离合器中的第五个能够选择性地接合为将所述第一行星齿轮组的第三 齿轮元件固接到所述固定元件 ；
其中， 所述输入元件被持续地连接以随所述第一行星齿轮组的第三齿轮元件共同 旋转 ； 其中， 所述输出元件被持续地连接以随所述第三行星齿轮组的第三齿轮元件共同旋 转； 其中， 所述第一电动机 / 发电机被持续地连接以随所述第一行星齿轮组的第二齿轮元 件共同旋转 ； 并且其中， 所述第二电动机 / 发电机被持续地与所述第二行星齿轮组的第二 齿轮元件连接。
结合附图时， 从下面对实施本发明的最佳方式的详细描述中， 本发明的上述特征 和优点及其他特征和优点是显而易见的。
附图说明 图 1A 是处于接合状态的常闭离合器的第一实施例的示意性截面图， 该离合器是 单固定类型离合器， 其以假想线示出为处于非接合状态 ；
图 1B 是示出为处于非接合状态的、 图 1A 所示常闭离合器的示意性截面图 ；
图 2 是图 1A 和图 1B 的离合器中所包含的贝氏弹簧的顶视图 ；
图 3 是在线 3-3 处截取的、 图 2 的贝氏弹簧的截面视图 ；
图 4 是处于接合状态的常闭离合器的第二实施例的示意性截面图， 该离合器是单 固定类型离合器， 其以假想线示出为处于非接合状态 ；
图 5 是处于接合状态的常闭离合器的第三实施例的示意性截面图， 该离合器是单 固定类型离合器， 其以假想线示出为处于非接合状态 ；
图 6 是处于接合状态的常闭离合器的第四实施例的示意性截面图， 该离合器是单 旋转类型离合器， 其以假想线示出为处于非接合状态 ；
图 7 是常闭离合器的第五实施例的示意性截面图， 该离合器是双固定类型离合 器， 其中示出为第一离合器处于接合状态， 且以假想线示出为第一离合器处于非接合状态， 而第二离合器处于接合状态 ；
图 8 是具有常闭离合器的变速器的第一实施例的示意图 ；
图 9 的表格示出了图 8 的离合器的工作模式和接合安排 ；
图 10 是具有常闭离合器的变速器的第二实施例的示意图 ； 以及
图 11 的表格示出了图 10 的离合器的工作模式和接合安排。 具体实施方式
示例性机械偏置离合器的实施例
参考图 1A， 机械偏置离合器 10 显示为处于接合状态 ( 即闭合状态 )。 离合器 10 可 以被称为常闭离合器， 并且包括连接到固定元件 14( 例如汽车变速器中的变速器壳体 ) 的 壳体 12。离合器 10 被称为固定类型离合器， 因为它可工作以将旋转元件 ( 例如轴 16) 固接 到固定元件 14。
离合器 10 包括用花键联接到轴 16 的第一组板 18。板 18 与用花键联接到壳体 12 的第二组板 20 相互隔开。板 18 可以具有摩擦衬片， 并且可以被称为摩擦板， 而板 20 可以 被称为反作用板。反作用板 22 邻近堆叠的板 18、 20 设置。在接合状态下， 反作用板 22 被 推靠至堆叠的板 18、 20 以使它们互相接触。因此， 在板 18、 20 之间的摩擦力防止板 18 的旋 转， 从而允许板 18、 壳体 12 和固定元件 14 针对施加到轴 16 的任何扭矩均充当反作用板。
通过选择性地施加有差别的液压压力到具有由活塞支撑件 30 连接的两个活塞 26、 28 的液压反平衡阀 24， 使离合器 10 运动到图 1A 所示的闭合状态或者说接合状态。如 图 1A 所示， 将具有压力 P1 的流体施加到第一环状阀腔室 32， 同时将具有较小压力 P2 的流 体施加到第二环状阀腔室 34， 使得活塞 26、 28 位于图 1A 所示的位置。活塞 26、 28 以及活塞 支撑件 30 是环状的 ； 因此， 每个腔室 32、 34 仅需要一个流体入口 / 出口。
多个杆 36 沿周向安装在壳体 12 周围， 每个杆在各自的枢转点 P 处可枢转地固定 到所述壳体的内壁 37。每个杆 36 具有一个至少部分延伸进入形成在活塞支撑件 30 内的 相应槽 38 中的端部。虽然在图 1A 的截面图中仅有两个杆 36 是可见的， 但是许多其他相同 的杆沿周向间隔布置在壳体 12 周围。每个杆 36 的相对端部被连接以便与机械元件一起 移动， 在这个实施例中所述机械元件是大体环形圆锥状或盘状双稳弹簧 40， 例如贝氏弹簧。 特别地， 杆 36 在相对接近弹簧 40 的外圆周 44( 在图 2 中示出 ) 处铰接。弹簧 40 在内圆周46( 在图 2 中示出 ) 处被固定到壳体 12 的中心壁 42。中心壁 42 限定开口 48， 轴 16 延伸通 过该开口 48。弹簧 40 在图 2 和 3 中最佳示出并且包括具有内直径 ID 的内圆周 46、 具有外 直径 OD 的外圆周 44。在未受力状态下， 所述弹簧具有在外圆周 44 与内圆周 46 之间的高度 h 和厚度 t。选择弹簧 40 的尺寸来确保能够通过杆 36 使弹簧 40 发生形变以将外圆周 44 相对于固定到壳体壁 42 的固定内圆周 46 从图 1A 的第一位置移动到图 1B 的第二位置。
因此， 当通过相对于液压压力 P1 增大液压压力 P2， 控制腔室 32、 34 内的液压压力 以使支撑元件 30 从图 1A 的第一位置移动到图 1B 的位置时， 杆 36 在点 P 处枢转， 从而导致 弹簧 40 移动到图 1B 的位置， 该位置显示为 40A 并且被称为非接合状态或常开位置。一旦 处于该位置弹簧 40 就被偏置以维持图 1B 的位置。所述杆构造成使得枢转点 P 与活塞支撑 件 30 之间的部分明显比枢转点 P 与弹簧 40 的外圆周 44 之间的部分更长。
因 而，杆 36 提 供 了 机 械 利 益，从 而 减 小 了 离 合 器 停 用 压 力 (deactivationpressure) 并且提高了离合器增益。 也就是说， 与在弹簧 40 不通过枢转杆而 直接与活塞支撑件 30 连接的情形下所需要的致动力相比， 杆 36 允许以更小的致动力 ( 即， 分别施加到第一活塞 26 和第二活塞 28 的表面区域的更小液压压力 ) 来使弹簧 40 移动。 例 如， 如果将杆 36 设计成机械利益为 2， 那么它们会将保持给定大小的扭矩所需压力的大小 减为一半。然而， 应该认识到， 在可替代实施例中， 离合器 10 可以构造成没有杆 36， 在该情 况下将需要更大的致动力来移动弹簧 40。 可选的压缩型平衡弹簧 50 安装在壳体 12 与弹簧 40 之间。弹簧 50 可以沿周向间 隔布置并固定于弹簧 40 的与板 18、 20 相反的一侧。当弹簧 40 处于图 1A 的接合状态时， 弹 簧 50 施加至少一些压缩力以增大 “夹紧力” ， 即保持弹簧 40 抵靠应用板 22 的总力。当弹簧 40 处于图 1B 的非接合状态时， 弹簧 50 被进一步压缩， 并且施加力到弹簧 40 上以促使弹簧 40 趋向接合状态。弹簧 50 构造成使得在非接合状态下施加到弹簧 40 的力不足以将弹簧 40 移动到接合状态， 但会减少将弹簧 40 从非接合状态移动到接合状态所需要的液压压力。
一旦处在图 1A 的第一位置或处在图 1B 的第二位置， 如同针对贝氏弹簧所理解的 那样， 弹簧 40 就被自偏置以保持在那个位置， 需要施加力以便被移动到替代位置。弹簧 40 的自偏置性质不依赖于阀 24 内液压压力的存在。因而， 离合器 10 构造成弹簧 40 可以利用 液压压力移动到图 1A 的位置， 并且保持在那个位置， 从而即使当液压压力不可获得或者不 足以克服弹簧 40 的力时， 离合器 10 也保持在接合状态。因此， 如果离合器 10 用在车辆变 速器中， 则即使当与变速器连接的发动机关闭或没有以高得足以向提供压力给阀 24 的发 动机驱动式液压泵供以动力的速度运转时， 离合器 10 也将保持在接合状态。例如， 如果变 速器由处于电力模式的电动机 / 发电机供以动力， 则离合器 10 将保持在接合状态， 而不需 要辅助泵来提供液压压力给所述阀， 这正是不是常闭离合器的离合器通常所需要的。 而且， 一旦处于图 1B 的非接合状态， 离合器 10 就将保持在那个状态下， 直到施加了足以克服自偏 置弹簧 40 的液压压力。因此， 离合器 10 可以实施为 “常开” 离合器。
参考图 4， 示出了常闭离合器 110 的另一个实施例。 离合器 110 在各个方面与上面 描述的离合器 10 相似， 除了壳体 112 构造成允许轴 116 穿过离合器 110 以及与离合器 110 附接的固定元件 114。 这种结构对于变速器内的特定应用是特别有用的， 例如当轴 116 是必 须朝向发动机延伸穿过变速器壳体 ( 例如固定元件 114) 的变速器输入元件时。
参考图 5， 示出了常闭离合器 210 的另一个实施例。 离合器 210 在各个方面与上面
描述的离合器 10 相似， 除了壳体 212 构造成使得轴 216 在离合器 210 的与轴 16 所穿过的 那侧相反的一侧穿过固定元件 214。 在可替代实施例中， 第二可选择性接合的固定类型离合 器可以安装到壳体 212 的表面 219。 所述第二离合器将是典型的固接离合器， 其具有一组连 接到壳体 212 的板以及另一组连接到可旋转轴的板。所述第二离合器将可通过来自液压泵 的加压流体进行接合， 而不必是常闭离合器。 在另一个可替代实施例中， 表面 219， 而不是图 5 所示的相对表面， 可以连接到固定元件 214。
参考图 6， 示出了单旋转类型常闭离合器 310。旋转轴 317 持续地连接到离合器壳 体 312 并且与离合器壳体 312 一起旋转。如同关于图 1A 和 1B 的离合器 10 所描述的那样， 通过第一组离合器板 18 和第二组离合器板 20 的接合， 轴 316 可选择性地连接以便与壳体 312 共同旋转， 从而与轴 317 共同旋转。因此， 当离合器 310 处于接合状态 ( 常闭状态 ) 时， 轴 316 和 317 以相同速度旋转。液压切换阀 (toggle valve)24、 杆 36、 贝氏弹簧 40、 可选的 压缩平衡弹簧 50 的构造及功能与关于图 1A 和 1B 描述的相同。
参考图 7， 示出了双固定类型常闭离合器 410。离合器 410 包括壳体 412， 壳体 412 持续地固接到固定元件 414。壳体 412 形成第一可旋转轴 416 和第二可旋转轴 417 通过的 开口 448。轴 416、 417 是同心的， 其中轴 417 是套轴。当离合器 410 安装在变速器中时， 轴 416、 417 每个分别与变速器中的不同齿轮元件、 电动机 / 发电机、 输入元件等连接。双离合 器 410 包括第一离合器 421 和第二离合器 423， 这两者均用作常闭离合器， 所述离合器交替 处于接合状态。第一离合器 421 包括与第一轴 416 持续连接的第一组板 418。第二组板与 壳体 412 持续连接。液压切换阀 424 经由一组杆 436 控制弹簧 440 的位置， 如上面关于相 似的阀 24、 弹簧 40 和杆 436 所描述的。在图 7 中， 弹簧 440 显示为处于第一位置， 压靠在应 用板 422 上以将离合器 421 保持在接合的、 常闭状态， 从而将轴 416 固接到壳体 412。
控制液压阀 424 以将差压施加到活塞 426、 428， 从而移动活塞支撑件 430 和通过开 口 438 捕获的杆 436， 使得杆 436 围绕枢转点 PP 枢转以将弹簧移动到假想线所示的第二位 置 440A。活塞 426、 428 和活塞支撑件 430 是环形的， 并且所述两个离合器 421、 423 只需要 一种液压控制。
一组销 452 沿周向间隔布置在壳体 412 的一部分的周围并且由壳体 412 的一部分 保持。销 452 可在将它们保持在其中的开口 454 内相对于壳体 412 滑动。销 452 具有间 隔的凸缘或其他延伸部， 所述凸缘或其他延伸部被定位成与壳体 412 干涉以限制销 452 在 开口 454 内的平移并且将销 452 保持到壳体 412。所述销构造成当弹簧 440 移动到第二位 置 440A 时， 弹簧 440 将销 452 推靠至应用板 429 以使第二离合器 423 接合。特别地， 一组 板 425 与轴 417 持续连接。一组板 427 与壳体 412 持续连接。当销 452 向应用板 429 施加 力时， 板 425 与板 427 接合， 以将轴 417 连接到壳体 412。因为弹簧 440 一旦位于第二位置 440A 便不需要阀 424 内的液压压力就能保持第二位置 440A， 所以当弹簧 440 处于第二位置 440A 时， 离合器 423 是处于接合状态的常闭离合器。离合器 410 不使用像图 1A 和 1B 的弹 簧 50 那样的平衡弹簧， 因为这样将减小弹簧 440 在第二位置 440A 时经由销 452 施加到板 425、 427 的夹紧力。
如果壳体 412 没有固接到固定元件 414， 离合器 410 将是双旋转类型常闭离合器， 因为当离合器板 418 和 420 接合时， 壳体 412 将可与轴 416 一起旋转， 除此以外具有与本文 所描述的相同的功能。可替代地， 可以修改离合器 410 使得轴 417 被固接， 而不是固接到壳体 412。在那种情况下， 所述离合器将包括固定类型离合器 423， 而第二离合器 421 将是旋 转类型离合器。
示例性变速器实施例
参考图 8， 示出了混合动力系 510， 其包括发动机 512 和混合机电变速器 514。变 速器 514 包括通常被固定元件 516( 例如变速器壳体 ) 环绕的多个部件， 在图 8 中仅以片断 图示出， 但是本领域的技术人员能够很好地理解。变速器 514 包括输入元件 517 和输出元 件 519， 这两个元件是可旋转的轴或毂。输入元件 517 被持续地连接以随第一电动机 / 发 电机 520( 在附图中称为电机 A) 的转子共同旋转。变速器 514 还包括第二电动机 / 发电机 522( 在附图中称为电机 B)。所述两个电动机 / 发电机 520、 522 经由功率逆变器连接到电 力存储设备， 例如电池。控制器控制所述逆变器使得所述电力存储设备中储存的电能可以 被供应给任一电动机 / 发电机， 以使所述电动机 / 发电机用作电动机， 或者使得在发电机模 式下电动机 / 发电机的扭矩转化为被储存的电能。所述控制器、 逆变器和能量储存设备没 有示出， 但是本领域的技术人员能够很好地理解。
变速器 514 还包括以杆的形式示出的行星齿轮组 530， 其具有第一齿轮元件 532、 第二齿轮元件 534 和第三齿轮元件 536， 从而建立了三个节点。齿轮元件 532、 534 和 536 以任意顺序包括恒星齿轮元件、 环形齿轮元件以及承载元件， 所述承载元件支撑与恒星齿 轮元件和环形齿轮元件相互啮合的小齿轮。输出元件 519 被持续地连接以随第二齿轮元件 534 一起旋转。第二电动机 / 发电机 522 被持续地连接以随第三齿轮元件 536 一起旋转。 变速器 514 包括三个离合器 550、 552 和 554。离合器 550 是可选择性地接合为将 第一齿轮元件 532 固接到固定元件 516 的固定类型离合器。离合器 552 是可选择性地接合 为连接第一电动机 / 发电机 520 以随第一齿轮元件 532 共同旋转的旋转类型离合器。离合 器 554 是可选择性地接合为连接发动机 512 的输出元件以随输入元件 517 共同旋转的旋转 类型离合器。
参考图 9， 动力系 510 可在通过控制和操作发动机 512、 电动机 / 发电机 520 和 522、 以及离合器 550、 552 和 554 所建立的各种工作模式下工作。 例如， 通过使第一离合器 550 接 合为将第一齿轮元件 532 固接到固定元件 516， 来建立适合于相对较低的输出元件旋转速 度、 从而适合于相对较低的车辆速度的仅靠电力的工作模式 ( 在图 9 中称为 “EV- 低速” )。 第二电动机 / 发电机 522 被控制为用作电动机， 从而提供扭矩给第三齿轮元件 536 以使输 出元件 519 以取决于行星齿轮组 530 的传动比的、 相对于第一齿轮元件 536 的相对速度旋 转。在所示实施例中， 离合器 550 是单常闭固定类型离合器， 例如图 1A 的离合器 10。在低 速时， 弹簧 40 的弹簧力供应足够的接合力给离合器板以将离合器 550 维持在接合状态 ( 即 常闭位置 )， 而不需要液压压力。随着输出速度的增大， 液压泵 560 起动 (primed)。泵 560 经由齿轮或齿轮系 562 与输出元件 519 齿轮连接， 所述齿轮或齿轮系 562 提高泵 560 相对 于输出轴 519 的速度。所述泵 560 与离合器 550 流体连通， 并且当输出元件 519 的速度增 大时， 提供附加的流体压力以将离合器 550 维持在接合状态。
通过在常闭离合器 550 也已接合的情况下使离合器 554 接合， 动力系 510 还可在 混合系列工作模式 ( 在图 9 中称为 “系列发动机开启” ) 下工作。发动机 512 供应动力给电 动机 / 发电机 520， 所述电动机 / 发电机 520 被控制为用作发电机， 从而提供电能给能量储 存设备 ( 未示出 )。控制器控制所述能量储存设备以随后提供电能给电动机 / 发电机 522，
所述电动机 / 发电机 522 被控制为用作电动机， 从而提供扭矩给齿轮元件 536。 在相对较低 的速度时， 将常闭离合器 550 保持在接合状态的弹簧力足以将齿轮元件 532 固接到固定元 件 516， 从而提供反作用扭矩。 随着输出元件 519 速度的增大， 泵 560 起动， 其随后提供液压 压力给离合器 560 以产生离合器 550 的附加应用力以及在齿轮元件 532 处的反作用扭矩。
通过使离合器 552 和 554 都接合并且将与离合器 550 关联的液压阀切换到常开 位置 ( 例如， 如由图 1A 的离合器 10 的第二位置所示 )， 动力系 510 还可在混合输出分割 (output-split) 工作模式下工作。发动机 512 因此在第一齿轮元件 532 处提供扭矩， 正如 当电动机 / 发电机 520 被控制成这样做时能够做到的那样， 而电动机 / 发电机 522 被控制 为用作电动机或用作发电机以分别向 / 从齿轮元件 536 添加或接收扭矩。来自发动机 512 和电动机 / 发电机 522 的扭矩因此通过行星齿轮组 530 在齿轮元件 534 处结合。因为离合 器 550 处于非接合状态， 所以没有液压压力施加到离合器 550， 从而离合器 550 处的旋转损 耗被最小化。
动力系 510 还可在另一种仅靠电力的工作模式下工作， 该模式在图 9 中称为 “EV- 高速” ， 适合于车辆和输出元件 519 的相对较高速度。为了建立这种工作模式， 离合器 550 保持在非接合 ( 常开 ) 位置， 而使离合器 552 接合为将电动机 / 发电机 520 连接到齿 轮元件 532。将电动机 / 发电机 520 或 522 中的一个控制成作为电动机工作， 而将电动机 / 发电机 520 或 522 中的另一个控制成作为电动机或发电机工作， 当需要在与它连接的齿轮 元件 532 处或 536 处提供反作用扭矩时。因此， 扭矩被提供给输出元件 519。最后， 当离合 器 550 处于非接合 ( 常开 ) 状态并且离合器 552 和 554 不接合时， 动力系 510 处于空档状 态， 并且输出元件 519 处于零速度下。
以上在离合器 550 是常闭离合器并且离合器 552 和 554 是常开离合器的配置中描 述了动力系 510。在可替代配置中， 离合器 550 和 552 可以是常开离合器， 而离合器 554 可 以是旋转类型的常闭离合器， 例如图 6 的离合器 310， 其中轴 316 和 317 对应于发动机输出 元件和输入元件 517。 在离合器 550 是常闭离合器的各种配置中， 齿轮元件 532 可以是恒星 齿轮元件、 环形齿轮元件或承载元件。
在又一种可替代的配置中， 所述两个离合器 550 和 554 可以都是常闭离合器， 而离 合器 552 是常开离合器。
参考图 10， 示出了示例性混合动力系 610 的另一个实施例， 其包括发动机 612 和混 合机电变速器 614。变速器 614 包括通常被固定元件 616( 例如变速器壳体 ) 环绕的多个部 件， 在图 10 中仅以片断图示出， 但是本领域的技术人员能够很好地理解。变速器 614 包括 输入元件 617 和输出元件 619， 这两个元件是可旋转的轴或毂。 变速器 614 还包括第一电动 机 / 发电机 620 和第二电动机 / 发电机 622。这两个电动机 / 发电机 620、 622 经由功率逆 变器连接到电力存储设备， 例如电池。控制器控制所述逆变器使得储存的电能可以被供应 给任一电动机 / 发电机， 以使所述电动机 / 发电机用作电动机， 或使得在发电机模式中电动 机 / 发电机的扭矩转化为被储存的电能。所述控制器、 逆变器和能量储存设备没有示出， 但 是本领域的技术人员能够很好地理解。
变速器 614 还包括以杆的形式示出的三个行星齿轮组 630、 640 和 650， 每个行星齿 轮组均具有第一齿轮元件、 第二齿轮元件和第三齿轮元件， 从而建立三个节点。 行星齿轮组 630 具有第一齿轮元件 632、 第二齿轮元件 634 和第三齿轮元件 636。齿轮元件 632、 634 和636 以任意顺序包括恒星齿轮元件、 环形齿轮元件以及承载元件， 所述承载元件支撑与恒星 齿轮元件和环形齿轮元件相互啮合的小齿轮。行星齿轮组 640 具有第一齿轮元件 642、 第 二齿轮元件 644 和第三齿轮元件 646。齿轮元件 642、 644 和 646 以任意顺序包括恒星齿轮 元件、 环形齿轮元件以及承载元件， 所述承载元件支撑与恒星齿轮元件和环形齿轮元件相 互啮合的小齿轮。行星齿轮组 650 具有第一齿轮元件 652、 第二齿轮元件 654 和第三齿轮 元件 656。齿轮元件 652、 654 和 656 以任意顺序包括恒星齿轮元件、 环形齿轮元件以及承 载元件， 所述承载元件支撑与恒星齿轮元件和环形齿轮元件相互啮合的小齿轮。输入元件 617 被持续地连接以随第三齿轮元件 636 一起旋转。输出元件 619 被持续地连接以随第三 齿轮元件 656 一起旋转。第一电动机 / 发电机 620 被持续地连接以随第二齿轮元件 634 一 起旋转。第二电动机 / 发电机 622 被持续地连接以随第二齿轮元件 644 一起旋转。
变速器 614 包括五个离合器 660、 662、 664、 666 和 668。离合器 660 是可选择性地 接合为将第二齿轮元件 654 固接到固定元件 616 的固定类型离合器。离合器 662 是可选择 性地接合为将第二齿轮元件 644 与第二电动机 / 发电机 622 连接从而随第二齿轮元件 654 共同旋转的旋转类型离合器。离合器 664 是可选择性地接合为将第三齿轮元件 646 固接到 固定元件 616 的固定类型离合器。离合器 666 是可选择性地接合为连接第二齿轮元件 634 和第一电动机 / 发电机 620 从而随第三齿轮元件 646 共同旋转的旋转类型离合器。离合器 668 是可选择性地接合为将输入元件 617 固接到固定元件 616 的固定类型离合器。
液压泵 672 经由齿轮或齿轮系 670 与输出元件 619 齿轮连接， 所述齿轮或齿轮系 670 提高泵 672 相对于输出轴 619 的速度。泵 672 与离合器 660、 662、 664、 666 和 668 流体 连通， 并且当输出元件 619 的速度增大时， 提供附加的流体压力以将一个或多个所述离合 器维持在接合状态， 如在图 11 的不同工作模式下所选定的那样。
参考图 11， 动力系 610 可在通过控制和操作发动机 612、 电动机 / 发电机 620、 622、 以及离合器 660、 662、 664、 666 和 668 所建立的各种工作模式下工作。例如， 当离合器 664 接合， 并且电动机 / 发电机 620 或电动机 / 发电机 622 中的一个作为电动机工作以提供扭 矩给输入元件 617 从而提供扭矩给发动机 612， 而所述电动机 / 发电机中的另一个提供反作 用扭矩时， 建立了空档工作模式， 也称为发动机起动模式， 从该模式可以起动发动机。离合 器 664 可以是常闭单固定类型离合器， 例如图 1A 的离合器 10， 其中轴 16 连接到第三齿轮元 件 646， 从而允许当泵 672 由于输出元件 619 处于低速而不能提供大的液压压力时， 实施发 动机起动模式。
当离合器 660 接合时， 在输出元件 619 处提供的发动机扭矩的大小由电动机 / 发 电机 620、 622 作为电动机还是作为发电机工作来控制， 类似于液力变矩器的功能， 这称为 第一电力变矩器模式 ETC1。当离合器 662 接合并且电动机 / 发电机 620、 622 中的一个或 两个控制在输出元件 619 处提供的发动机扭矩的大小时， 建立了另一个电力变矩器模式 ETC2。离合器 660 可以是像图 1A 的离合器 10 那样的常闭固定类型离合器， 并且 / 或者离 合器 662 可以是像图 6 的离合器 310 那样的常闭旋转类型离合器， 其中轴 316 和 317 连接 到齿轮元件 644 和 654。在所述任一种情况中， 在运行电力变矩器模式的相对较低速度下， 处于常闭接合状态的弹簧 40 将具有足够的接合力来传递扭矩。
变速器 610 还可工作以提供四个不同的电可变工作模式 EVT1、 EVT2、 EVT3 和 EVT4。 在第一电可变工作模式 EVT1 中， 离合器 660、 664 接合并且发动机供应扭矩， 而电动机 / 发电机 620、 622 被控制成作为电动机或发电机工作， 当需要满足操作者需求时。离合器 660、 664 中的任一者或这两者可以是像图 1A 的离合器 10 那样的常闭固定类型离合器。其他电 可变工作模式 EVT2、 EVT3 和 EVT4 分别受离合器 660 和 666、 离合器 662 和 666 以及离合器 662 和 664 的接合的影响。 视情况而定， 任意或所有离合器可以是固定或旋转类型的常闭离 合器。
动力系 610 可以在两种不同的仅靠电力的工作模式下工作， 在所述模式下发动机 612 关闭， 并且电动机 / 发电机 620、 622 每个均被控制成用作电动机或用作发电机以在输 出元件 619 处提供扭矩。在第一种仅靠电力的工作模式 EVT1 E OFF 中， 离合器 660、 664 和 668 接合。离合器 668 保持住输入元件 617 并且发动机输出轴静止， 从而在齿轮元件 636 处 提供反作用扭矩， 而电动机 / 发电机 620 被控制成作为电动机工作。在齿轮元件 646 和 654 处也提供反作用扭矩。 在第二种仅靠电力的工作模式 EVT3 E OFF 中， 电动机 / 发电机 620、 622 其中之一作为发电机工作， 从而在与它连接的相应齿轮元件处提供反作用扭矩， 而电动 机 / 发电机 620、 622 中的另一个被控制成用作电动机， 以在输出元件 619 处提供扭矩。
采用动力系 610 还可获得三种不同的固定传动比。例如， 第一固定传动比 FG1 通 过接合离合器 660、 664 和 666 来建立。电动机 / 发电机 620 被固接而电动机 / 发电机 622 凭惯性运转 (freewheel)。第二固定传动比 FG2 通过接合离合器 660、 662 和 666 来建立。 电动机 / 发电机 622 被固接而电动机 / 发电机 620 凭惯性运转。第三固定传动比 FG3 通过 接合离合器 662、 664 和 666 来建立。电动机 / 发电机 620 被固接而电动机 / 发电机 622 凭 惯性运转。在固定传动比中， 发动机 612 提供扭矩给输出元件 619。电动机 / 发电机 620、 622 不影响输出元件 619 的速度。
图 8 和 10 的动力系 510、 610 仅表示具有包括至少一个常闭离合器的变速器的动 力系的两个示例性实施例。 图 1A、 图 1B 和图 4-7 所示常闭离合器中的一个或多个可以使用 在变速器中以降低旋转损耗和液压压力需求， 从而提高燃料经济性。
虽然已经详细描述了实施本发明的最佳方式， 但是对本发明涉及的领域熟悉的技 术人员将认识到在所附权利要求范围内的、 用于实践本发明的各种替代性设计和实施例。