带有单个电动机/发电机的混合机电变速器以及控制方法

摘要

提供了一种机电变速器，其具有仅仅单个电动机/发电机、至少一个差速齿轮组和两个扭矩传递机构。第一扭矩传递机构可选择性地接合，以便建立第一连续可变操作模式，并且第二扭矩传递机构可选择性地接合，以便建立第二连续可变操作模式，两个操作模式的之间同步切换是可实现的。提供了控制方法，其中，分析车辆操作特性，以便基于可得到的电动机扭矩和电动机功率并基于最大能量效率，根据操作模式和比率，来识别目标操作状态。变速器被控制成尽可能地接近这种操作模式，并且在与电动机/发电机相连的蓄电池的充电蓄积或耗尽时，利用为零的净蓄电池使用来偏离最佳扭矩操作。

说明书

技术领域

本发明涉及具有单个电动机/发电机的电动变速器及其控制方法。

背景技术

内燃机，尤其那些往复式活塞类型的内燃器目前驱动大多数车辆。这种发动机是相对效率较高、紧凑、重量轻且较廉价的装置，其将燃料形式的高浓缩能量转换成有用的机械功率。可以与内燃机一起使用并且可以减少燃料消耗和排放物的新颖变速器系统将为公众带来很大的好处。

车辆对内燃机的各种广泛需求增加了燃料消耗并使排放物超出了这类发动机的理想状况。车辆通常由这种发动机驱动，其由小型电动机和相对较小的蓄电池从冷状态起动，之后快速地处于牵引和辅助设备的负荷之下。这种发动机也可在较宽的速度范围内和较宽的负荷范围内操作，并且通常在其最大功率输出的大约五分之一的平均值下操作。

车辆变速器通常将机械功率从发动机传送到传动系统的其余部分，例如固定的末级传动齿轮、车轴或车轮。典型的机械变速器通常通过五种或六种不同传动比的交替选择而允许发动机操作上的某些自由度，空档选择允许发动机在车辆停止时操作辅助装置，离合器或扭矩转换器用于传动比之间的平滑过渡，并在发动机旋转下从静止状态起动车辆。变速器齿轮选择通常允许将发动机功率以扭矩倍增和减速的比率，以扭矩减小和速度倍增的比率，即超速档，或以倒档比，而传送到传动系统的其余部分。

电动机/发电机可将机械功率从发动机转换成电功率，并且还可将电功率以不同的扭矩和速度转换回到用于车辆传动系统其余部分的机械功率。这种装置允许在电机的限制范围内，实现发动机和传动系统其余部分之间的扭矩和速度比的连续变化。用作用于推进的动力源的电储存蓄电池可添加到这种设置中，从而形成串联混合(hybrid)电动驱动系统。

串联混合系统允许发动机一定程度地独立于推进车轮所需的扭矩、速度和功率而工作，因此可控制发动机以用于改善排放和效率。这种系统允许连接在发动机上的电机用作起动发动机的电动机。这种系统也允许连接在传动列其余部分上的电机用作发电机，从而通过再生式制动将来自车轮减速的能量回收到蓄电池中。串联电驱动装置的缺点在于将全部发动机功率在发动机中从机械形式转化成电形式以及在驱动电动机中将机械功率转化成电功率的足够电机的重量和成本，以及在这些转化中损失的有用能量。

功率分流变速器可使用通常理解的″差速齿轮装置″，以便在输入和输出之间实现连续可变的扭矩和速度比。电动变速器可使用差速齿轮装置来发送其通过一对电动机/发电机所传递的功率。它的功率的其余部分流过另一并行的路径，其是全机械的和直接的固定比，或者是可选择的。

本领域中众所周知的是，差速齿轮装置可构成行星齿轮组。行星齿轮装置通常是差速齿轮装置发明中采用的优选实施例，其优点在于其紧凑性，以及在行星齿轮组的全部部件中具有不同的扭矩和速度比。然而，也可以没有行星齿轮的形式来构造该发明，而是采用伞齿轮或其它齿轮设置，其中，齿轮组至少一个元件的转速总是两个其它元件的加权平均速度。

混合电动车辆变速器系统还包括一个或多个电能储存装置。典型的装置是化学电储存蓄电池，但也可包括电容式装置或机械装置，例如电驱动的飞轮。电储存允许从发动机至变速器系统的机械输入功率改变至从变速器系统至车辆的机械输出功率。蓄电池或其它装置也允许发动机用变速器系统起动以及用于再生式车辆制动。

车辆中的电动变速器可简单地将机械功率从发动机输入传递至最终的传动输出功率。为此，一个电动机/发电机所产生的电功率平衡了电损耗和其它电动机/发电机所消耗的电功率。通过使用上述电储存蓄电池，一个电动机/发电机所产生的电功率可大于或小于另一电动机/发电机所消耗的电功率。来自于蓄电池的电功率有时可允许电动机/发电机两者同时用作电动机，尤其是帮助发动机进行车辆加速。这两个电动机有时都可用作发电机，以便对蓄电池重新充电，尤其是在再生式车辆制动时。

发明内容

提供了成本降低的紧凑的混合机电变速器，其仅仅具有单个电动机/发电机。可实现这样一种机电变速器，其例如排放物减少且燃料经济性改进，同时还可能因取消了第二电动机/发电机而降低了成本。另外，这里的混合机电变速器实现了在连续可变操作模式之间的同步切换。(本文所用的“模式”是特定的操作状态，无论是包含由特定扭矩传递机构接合实现的连续范围的速度比或仅仅是固定速度比)。换句话说，变速器提供了可变范围之间的同步切换，因此最大程度地优化了切换感觉和乘客舒适度。同步切换意味着，在用于进入速度比的扭矩传递机构接合时，用于离开速度比的扭矩传递机构被释放，而各扭矩传递机构的两个操作部件的相对速度非常低(基本上为零)。由于仅仅采用了单个电动机/发电机，因此它提供功率(当用作电动机时)和用于接受功率(当用作发电机时)的能力就受到蓄电池的能量储存容量的限制，单个电动机/发电机从蓄电池中接受功率以便为变速器提供动力，或者电动机/发电机将从变速器接受的功率传递至蓄电池。因此，如下所述的方法允许根据蓄电池的局限性以最佳的能量效率来控制变速器。

具体而言，属于本发明范围内的机电变速器包括用于从发动机接受功率的输入部件和用于从变速器传递功率的输出部件。变速器还包括单个电动机/发电机。“单个电动机/发电机”意味着，变速器的特征在于，没有影响输入部件和输出部件之间的功率流的任何其它电动机/发电机。变速器还包括具有多个部件的至少一个差速齿轮组，所述多个部件包括第一、第二和第三部件。差速齿轮组可为简单的行星齿轮组、复合行星齿轮组，或者可采用多个行星齿轮组。输入部件和电动机/发电机各自可持续地或选择性地借助于扭矩传递机构，而与差速齿轮组的不同部件操作式地相连。

至少两个连续可变操作模式通过变速器来实现。第一扭矩传递机构可选择性地接合，以便建立具有第一优选速度比范围的第一连续可变操作模式。第二扭矩传递机构可选择性地接合，以便建立连续可变操作模式，其特征在于第二优选速度比范围。优选的是，第一扭矩传递机构将单个电动机/发电机与差速齿轮组的其中一个部件相连，并且第二扭矩传递机构的接合将单个电动机/发电机与差速齿轮组的另一部件相连。输出部件的速度是输入部件速度和电动机/发电机速度的组合。本领域技术人员可以很好地理解，在连续可变操作模式中，功率由发动机提供，并且还从电动机/发电机流出或流至电动机/发电机。具有一个以上的连续可变操作模式，这会降低控制通过变速器从输入部件至输出部件的速度比所需的电动机/发电机功率。

提供了在连续可变操作模式之间的同步切换，其为第一和第二扭矩传递机构中的一个接合和第一和第二扭矩传递机构中的另一个脱离接合，以便基本同时地以及当各个第一和第二扭矩传递机构的两个构件的相对速度基本为零时，在相应的连续可变操作模式之间进行切换。这种同步切换操作与最接近的现有技术的变速器形成对比，其中整个切换事件包括在至少一个扭矩传递机构上的较大相对速度。优选的是，固定速度比的数量也可通过接合其它扭矩传递机构来实现，如下进一步所述。这些固定速度比中的一些使输出部件相对于输入部件之间的方向反向，并且连续可变操作模式可用于反转输出部件的方向。

差速齿轮组和输入部件、输出部件，单个电动机/发电机和各种扭矩传递机构的互连通过杠杆(lever)模拟来得以最好地理解。具体而言，在本发明的范围内，差速齿轮组由具有至少三个节点，即第一、第二和第三节点的杠杆图的第一杠杆来代表。当仅仅采用了一个简单的行星齿轮组时，杠杆仅具有这三个节点。在这种情形下，第一扭矩传递机构是离合器，并且可选择性地接合，以便将输入部件与第一节点相连。第二扭矩传递机构也是离合器，并且可选择性地接合以便将输入部件与第二节点相连接。电动机/发电机与第三节点操作式地相连。第三离合器可选择性地接合，以便将输出部件与第二节点操作式地相连。第四离合器可选择性地接合，以便将输出部件与第一节点操作式地相连。第一制动器可选择性地接合，以便将第三节点接地在固定不动的部件例如变速器外壳上。第一和第三离合器的接合建立了第一连续可变操作模式，而第二和第四离合器的接合建立了第二连续可变操作模式。此外，另外的离合器和制动器允许固定的操作模式。例如，第一和第三离合器以及制动器的接合建立了第一固定的前进速度比。第一或第二离合器以及第三及第四离合器这两者的接合建立了第二固定的前进速度比。或者，可通过第一和第二离合器这两者和第三及第四离合器的其中仅仅一个的接合，来建立第二固定的前进速度比。第二和第四离合器以及制动器的接合建立了第三固定的前进速度比。

或者，除了简单的行星齿轮组之外，变速器可采用复合的行星齿轮组，例如Simpson齿轮组，带四节点杠杆的杠杆图来表示，所述四节点杠杆具有第一、第二、第三及第四节点。在这种情形下，输入部件与第一节点持续地相连，并且输出部件与第二节点持续地相连。第一扭矩传递机构的接合将电动机/发电机与第三节点相连，而第二扭矩传递机构的接合将电动机/发电机与第四节点相连。

在具有四节点杠杆的在一个实施例中，第一和第二扭矩传递机构分别是第一和第二离合器。第一制动器可选择性地接合，以便将第三节点接地在固定不动的部件上，并且第二制动器可选择性地接合，以便将第四节点接地在固定不动的部件上。第一制动器的接合建立了第一固定的前进速度比，而第一离合器和第二离合器的接合建立了第二固定的前进速度比。第二制动器的接合建立了第三固定的前进速度比。

在一个备选实施例中，变速器的差速齿轮装置其特征可在于五节点杠杆，其包括如上所述的四个节点和一个另外的第五节点。在属于本发明范围内的变速器的一个实施例中，第一和第二扭矩传递机构分别是第一和第二离合器，第一制动器可选择性地接合，以便将第五节点与固定不动的部件操作式地相连，并且第二制动器可选择性地接合，以便将第三节点与固定不动的部件操作式地相连。另外，第三制动器可选择性地接合，以便将第四节点与固定不动的部件操作式地相连。四个固定的前进速度比是可实现的。具体而言，第一制动器的接合将建立第一固定的前进速度比。第二制动器的接合建立了第二固定的前进速度比。第一和第二离合器这两者的接合建立了第三固定的前进速度比。第三制动器的接合建立了第四固定的前进速度比。单纯电动模式(其中变速器仅由电动机/发电机提供功率)可通过增加第四制动器来实现，所述第四制动器可选择性地接合，以便将输入部件与固定不动的外壳相连接。

操作如上所述的机电变速器的方法包括，首先确定预选择的车辆操作特性的值，此时车辆的特征在于第一操作状态。车辆操作状态可以为车辆速度，车辆负荷，操作员命令(例如加速器输入)，电动机速度和电动机扭矩。第一操作状态是变速器可实现的其中一个操作模式，例如其特征在于一定速度比范围的连续可变操作模式，或者固定比模式。在确定了所述值之后，根据储存在电子控制装置中的算法或查表来对其进行分析，以便由此而识别目标操作状态，其包括，识别其中一个连续可变操作模式和特定的速度比，此时，假设确定了车辆操作特性，则车辆的特征在于最佳能量效率。例如，在恒定的车辆速度、车辆负荷和操作员命令下，该方法确定最有效率的模式和速度比，假定可得到电动机速度和电动机扭矩的话。接下来，如果第一操作状态(即当前操作状态)的操作模式不同于目标操作状态的操作模式，那么该方法包括，使未在第一操作状态下接合的建立了识别操作模式的全部扭矩传递机构形成接合，并且使未在识别的操作模式下接合的建立了第一操作状态的全部扭矩传递机构脱离接合，从而建立目标操作状态的操作模式。一旦建立了目标操作状态的操作模式，该方法就包括，控制蓄电池和电动机/发电机之间的功率流，以便达到在目标操作状态下识别的速度比目标，其或者是刚刚接近，或者实际上已经达到，这取决于可得到的蓄电池充电水平。控制步骤导致蓄电池逐渐地达到它的最大或最小功率水平(这取决于功率是由蓄电池提供或由蓄电池接受)，直到来自于或到达蓄电池的净功率流为零，此时，变速器其特征将在于识别的操作模式的扭矩传递机构接合所建立的固定速度比。因此，该方法首先寻求最有效率的操作状态，然后在蓄电池充电积聚或消耗时，朝着固定速度比逐渐地脱离最有效率的操作状态。

本发明的以上特征和优点以及其它特征和优点可以从以下结合附图对本发明最佳实施方式的描述中显而易见。

附图说明

图1是属于本发明范围内的混合机电变速器的一个实施例的示意图，其通过三节点杠杆以杠杆图形式来表示；

图2是属于本发明范围内的混合机电变速器的另一实施例的示意图，通过四节点杠杆以杠杆图形式来表示；

图3是属于本发明范围内的三节点混合机电变速器的另一实施例的示意图，其包括制动器，以便实现固定的倒档速度比；

图4是属于本发明范围内的可通过四节点杠杆图来表示的混合机电变速器的另一实施例的示意图，其包括制动器，以便实现固定的倒档速度比；

图5是属于本发明范围内的混合机电变速器的另一实施例的示意图，通过五节点杠杆以杠杆图形式来表示；

图6是属于本发明范围内的通过五节点杠杆图来表示的混合机电变速器的另一实施例的示意图，其包括两个另外的离合器，以便实现固定的倒档速度比；

图7A是通过图2中的四节点杠杆所表示的变速器的符号图形式的示意图，所述变速器具有输出副轴设置；

图7B是真值表，显示了接合的扭矩传递机构在图7A的变速器中实现各种操作模式；

图8A是图2中的杠杆图所表示的另一四节点混合机电变速器的符号图形式的示意图，所述变速器具有同轴的布置；

图8B是真值表，显示了接合的扭矩传递机构在图8A的变速器中实现各种操作模式；

图9A是图5中的五节点杠杆图所表示的混合机电变速器的符号图形式的示意图，所述变速器具有同轴的布置；

图9B是真值表，显示了接合的扭矩传递机构在图9A的变速器中实现各种操作模式；和

图10是流程图，显示了控制混合机电变速器的方法。

具体实施方式

参见附图，其中相类似的标号用于表示相类似的构件，图1显示了动力传动系10，其包括连接在标号14所表示的机电变速器的一个实施例上的发动机12。变速器14设计成用于接受它的来自于发动机12的驱动功率的至少一部分。发动机12具有输出轴，其可连接在变速器14的输入部件17上。输入部件17借助于第一离合器C1选择性地连接在杠杆20的第一节点A所代表的变速器14的齿轮组部件上。当C1接合时，发动机12操作式地连接在杠杆20的节点A上。杠杆20代表简单的行星齿轮组，并且可这样来称呼引用。杠杆20分别地包括第一节点A以及第二和第三节点B和C。节点A、B和C代表行星齿轮组20的第一、第二和第三部件，优选为环形齿轮部件、托架部件和太阳齿轮部件。或者，输入部件17借助于第二扭矩传递机构或离合器C2选择性地连接在节点B上，以便将发动机12操作式地连接在节点B上。第三扭矩传递机构或离合器C3选择性地将输出部件19连接在第二节点B上。输出部件19与最终传动机构操作式地相连，以便为车辆的车轮(未示出)提供动力，如本领域技术人员所最佳地理解的那样。或者，输出部件19可通过第四扭矩传递机构或离合器C4选择性地连接在节点A上。单个电动机/发电机18操作式地连接在第三节点C上，以用于将功率提供至杠杆或从这里接受功率。制动器B1可选择性地接合，以便将节点C与变速器外壳60相连接。

可通过变速器14来实现两个连续可变操作模式和三个固定比操作模式。具体而言，第一连续可变操作模式通过接合离合器C1和C3来实现。第二持续地各种操作模式通过接合离合器C2和C4来实现。第一连续可变操作模式和第二持续地操作模式之间的切换可通过释放C1和C3、同时接合C2和C4来实现。这种切换通过箭头在图1中显示出。这种切换可以是同步的，也就是说，当节点A和B所代表的部件的速度相同，并且当正好在切换之前、之中和之后全部离合器C1、C2、C3和C4的相对速度基本上为零时，可以实现这种切换。

为了建立第一固定的前进比，制动器B1在第一连续可变操作模式过程中(即在C1和C3接合时)是接合的。为了建立第二固定的前进速度比，C1或C2以及C3和C4这两者是接合的，或者C1和C2以及C3和C4中的仅仅一个是接合的。全部离合器C1、C2、C3和C4的接合还导致在第二固定的前进速度比下操作。为了建立第三固定的前进速度比，制动器B1在第二连续可变操作模式过程中(即在离合器C2和C4接合时)是接合的。

参见图2，动力传动系100具有由杠杆120所代表的复合行星变速器114，杠杆120是具有四个节点的复合行星齿轮组：第一节点A、第二节点B、第三节点C和第四节点D。发动机12借助于输入部件17与第二节点B持续地相连，并且输出部件19与第三节点C持续地相连。单个电动机/发电机118借助于第一扭矩传递机构C1选择性地连接在第三节点C上，或者借助于离合器C2连接在第四节点D上。制动器B1将第三节点C与变速器外壳160选择性地相连，并且制动器B2将第四节点D与变速器外壳160选择性地相连。如同图1所示变速器14中的三节点杠杆20一样，带四节点杠杆120的变速器114实现了两个连续可变操作模式和三个固定比操作模式。变速器114只需要两个离合器和两个制动器来实现这五个操作模式。第一连续可变操作模式利用离合器C1的接合来实现，以便将电动机/发电机118连接在节点C上。第二连续可变操作模式利用离合器C2的接合来实现，以便将电动机/发电机118连接在节点D上。当节点C和D的速度相同时，第一连续可变操作模式和第二连续可变操作模式之间的切换可通过释放离合器C1同时接合离合器C2而同步地实现。第一固定的前进速度比利用制动器B1的接合来实现。第二固定的前进速度比利用离合器C1和离合器C2这两者的接合来实现。第三固定的前进速度比利用制动器B2的接合来实现。电动机/发电机118可通过接合离合器C1或C2操作式地相连在杠杆120上，而用于任何操作模式中，以用于帮助发动机驱动车辆或产生用于蓄电池和辅助功率的电力。此外，在车辆和发动机通过使离合器C1和C2脱离接合而停止时，电动机可自身旋转以用于这种例如驱动机械车辆的有用用途。

图3显示，可在动力传动系10’的变速器14’上实现倒档。变速器14’具有杠杆20’(具有节点A’，B’和C’)所代表的简单的行星齿轮组，以及单个电动机/发电机18’。发动机12借助于输入部件17持续地连接在节点B’上。输出部件19持续地连接在节点A’上。通过将电动机/发电机18’定位成使得它可通过离合器C5而连接在节点C’上，这样来实现连续可变操作模式。另外，通过接合制动器B5来实现倒档固定速度比，制动器B5将节点C’接地在变速器外壳60’上。

图4显示，可通过动力传动系100’的四节点杠杆120’(即复合的行星齿轮组)所代表的变速器114’，来实现倒档。发动机12借助于输入部件17连接在第一节点A’上，并且输出部件19连接在第二节点B’上。制动器B1将第三节点C’选择性地连在变速器外壳160’上。电动机/发电机118’借助于离合器C5选择性地连接在第四节点D’上，以便实现连续可变操作模式。为了实现固定的倒档速度比，制动器B5将节点D’选择性地相连在变速器外壳160’上。通过对发动机12和输出19之间的杠杆120’进行制动，就实现了固定的倒档速度比。

参见图5，显示了具有带五节点杠杆220的变速器214的动力传动系200，五节点杠杆220代表两个或多个互连的行星齿轮组。五节点杠杆包括第一节点A、第二节点B、第三节点C、第四节点D和第五节点E。发动机12借助于输入部件17持续地连接在第一节点A上。输出部件19与第二节点B持续地相连。电动机/发电机218可借助于第一扭矩传递机构C1与第三节点C选择性地相连。或者，电动机/发电机218可借助于第二扭矩传递机构C2选择性地连接在第四节点D上。在一个备选实施例中，第一扭矩传递机构C1将电动机/发电机218连接在第五节点E而非第三节点C上。这种备选的设置将要求电动机/发电机218与图5所示的选择性连接相比，能够产生更多的扭矩。第一制动器B1将第五节点E选择性地连接在变速器外壳260上。第二制动器B2将第三节点C选择性地连接在变速器外壳260上，并且第三制动器B3将第五节点D选择性地连接在变速器外壳260上。

利用C1的接合来建立第一连续可变操作模式，并且利用C2的接合来建立第二连续可变操作模式。可通过接合C2同时脱离接合C1来实现操作模式之间的切换，或反之亦然。除了两个连续可变操作模式之外，变速器214还可实现四个固定的前进速度比。第一固定的前进速度比利用制动器B1的接合来建立，并且可使用离合器C1或离合器C2来连接电动机/发电机，从而与输入和输出一起旋转。第二固定的前进速度比利用制动器B2的接合来建立，并且离合器C2可用于连接电动机/发电机。第三固定的前进速度比利用离合器C1和C2这两者的接合来建立。第四固定的前进速度比利用制动器B3的接合来建立，并且离合器C1可用于连接电动机/发电机。

参见图6，对图5的动力传动系200进行了稍微的修改，以便实现具有包括五节点杠杆220’的变速器214’的动力传动系200’，这是通过增加如下所述允许倒档的固定的前进速度比的第三离合器C3和第四离合器C4来实现的。离合器C1将电动机/发电机218’与节点C选择性地相连。离合器C2将电动机/发电机218’与节点D选择性地相连。制动器B1将节点E与变速器外壳260’选择性地相连。制动器B2将电动机/发电机218’与节点C选择性地相连。制动器B3将节点D与变速器外壳260’选择性地相连。如果C3是接合的，则发动机12借助于输入部件17操作式地连接在节点A上，并且关于图5如上所述的第一和第二连续可变操作模式以及三个固定的前进速度比可通过接合其它如上所述建立这些相应速度比所要求的扭矩传递机构来实现。然而，如果C3是脱离接合的并且C4与B1一起接合，就实现了倒档固定速度比。可通过接合C2和C4来实现连续可变操作模式。

参见图7A，显示了具有机电变速器314的动力传动系310，其包括与第二行星齿轮组330互连以形成四节点杠杆(如下所述)的第一行星齿轮组320。发动机12连接在输入部件17上。电动机/发电机318包括相连接以便与轴350一起旋转的转子部分381，以及接地在变速器外壳360上的定子部分382。电子控制装置(ECU)380操作式地连接在功率变换器384和电储存装置或蓄电池386这两者上。电子控制装置380和变换器384借助于传输导体388A相连通。电子控制装置380和蓄电池386借助于传输导体388B相连通。蓄电池386通过功率变换器384操作式地连接在电动机/发电机318上，而功率变换器384借助于传输导体388C和388D分别连接在电动机/发电机318和蓄电池386上。ECU380也可与电动机/发电机318或其它车辆电气元件(未示出)相连通，例如电力转向和电力制动系统，等等。

ECU380响应于各种输入信号，包括车辆速度、操作员命令、蓄电池386充电水平、发动机12所施加的功率以及车辆速度，来调节电动机/发电机318和蓄电池386之间的功率流。ECU380可通过变换器384来操纵电动机/发电机318，以便用作电动机或发电机。ECU380也借助于功率变换器384，来调节进入蓄电池386中的功率流以及从蓄电池386至电动机318的功率流。

第一行星齿轮组320包括太阳齿轮部件322、环形齿轮部件324和托架部件329，托架部件329包括与太阳齿轮部件322和环形齿轮部件324两者啮合式地接合的多个小齿轮327。

第二行星齿轮组330包括太阳齿轮部件332、环形齿轮部件334和托架部件339。托架部件339包括与太阳齿轮部件332和环形齿轮部件334两者啮合式地接合的多个小齿轮337。托架部件339借助于互连部件370与环形齿轮部件324持续地相连，并且环形齿轮部件334借助于互连部件372与托架部件329持续地相连。

齿轮352和356围绕轴350旋转。第一扭矩传递机构即离合器C1可选择性地接合，以便齿轮352与轴350操作式地相连。齿轮352与齿轮354相互啮合，齿轮354连接在太阳齿轮部件332上并且与其一起旋转。第二扭矩传递机构C2可选择性地接合，以便齿轮356与轴350操作式地相连。齿轮356与齿轮358相互啮合，而齿轮358与中间轴361相连以便一起旋转。

分动齿轮362与环形齿轮部件324和托架部件339相连以便旋转，并且与分动齿轮364相互啮合，而分动齿轮364与第一传动轴366相连以便旋转。第二分动齿轮368也与第一传动轴366相连以便一起旋转，并且与操作式地连接在输出部件19或主动轴上的差速机构或最终传动机构390相互啮合，如本领域技术人员所理解的那样。

第一制动器B1可选择性地接合，以便将齿轮354与变速器外壳360相连接，并且第二制动器B2可选择性地接合，以便将齿轮358与变速器外壳360相连接。

相对于图2的杠杆图而言，互连的环形齿轮部件334和托架部件329用作第一节点A。互连的环形齿轮部件324和托架部件339用作第二节点B。太阳齿轮部件332用作第三节点C。太阳齿轮部件322用作第四节点D。

参见图7B，真值表显示了可通过图7A所示变速器314实现的五个操作模式。接合的扭矩传递机构被标为“ON”。具体而言，第一连续可变操作模式V1允许第一可变速度比范围，并且通过第一离合器C1的接合来实现。利用第一离合器C1的接合，电动机通过轴350操作式地相连在太阳齿轮部件332上。发动机12通过输入部件17操作式地相连在托架部件229上。输出部件19的速度是输入部件17的速度和电动机/发电机轴350的速度的组合。来自于电动机/发电机的功率流与发动机12在托架部件339处增加的功率会合，并且通过相互啮合的齿轮362，364，368和最终传动机构390而提供至输出部件19。如果电动机/发电机318被控制成在第一连续可变操作模式V1下作为发电机来操作，那么其中一些来自于发动机12的功率流就通过接合的离合器C1和轴350而从托架部件339通过太阳齿轮部件332而被引导至电动机/发电机318，然后在ECU380的控制下引导至蓄电池386。

再次参见图7B，第二连续可变操作模式V2通过离合器C2的接合来实现。输出部件19的速度是输入部件17的速度和电动机/发电机轴350的速度的组合。为了从第一可变的操作模式V1切换至第二可变的操作模式V2，在离合器C2接合时，离合器C1脱离接合。类似地，为了从模式V2切换至模式V1，在离合器C1接合时，离合器C2脱离接合。在第二连续可变操作模式V2中，功率从发动机12流至托架部件329。借助于接合的离合器C2，功率从电动机/发电机318通过轴350流至相互啮合的齿轮356和358。功率然后沿着中间轴361流至太阳齿轮部件322，在这里，所述功率在托架部件329处被添加至从发动机12流出的功率中。功率然后借助于互连部件370从环形齿轮部件324流至托架部件339。功率可被传输通过齿轮362，364，368和最终传动机构390而到达输出部件19。如果电动机/发电机318被控制成在模式V2下作为发电机来操作，那么，由发动机12增加的功率就从托架部件329通过太阳齿轮部件322、齿轮358和356和轴350被引导至电动机/发电机，并且在ECU380的控制下被引导至蓄电池386。

如图7B所示，利用制动器B1和离合器C2的接合，而建立了第一固定的前进速度比F1。发动机12提供功率给输入部件17，而输入部件17连接在托架部件329上。托架部件329以与环形齿轮部件334相同的速度旋转。电动机/发电机318操作式地连接在太阳齿轮部件322上，并且相对于输入部件17或输出部件19在固定速度比下旋转。它的扭矩和功率对于调节通过变速器314的速度比不是必需的，但它可用作电动机，以便通过使用来自于蓄电池386的功率来帮助发动机12，或者用作发电机，以便从输出部件19中吸取功率并将其储存在蓄电池386中。太阳齿轮部件332借助于制动器B1而接地在固定不动的外壳360上。托架部件339和环形齿轮部件324通过齿轮362，364，368和370而连接在输出部件19上。行星齿轮组320和330这两者的环形齿轮/太阳齿轮的齿数比影响固定速度比的数值。

利用离合器C1和C2的接合来建立第二固定的前进速度比F2。离合器C1和C2分别将齿轮部件352和356与轴350相连起来。通过这样做，太阳齿轮部件322和332互连，以便彼此以固定速度比而旋转，但并非在相同的速度下，如果齿轮部件356与齿轮部件358之比不同于齿轮部件352与齿轮部件354之比的话。因为托架部件327是与环形齿轮部件334互连的，托架部件339与环形齿轮部件324持续地相连，并且太阳齿轮部件322和332操作式地相连，因此就实现了固定的前进速度比，如本领域技术人员所最佳地理解的那样。

利用离合器C1和制动器B2的接合来建立第三固定的前进速度比。制动器B2通过接地齿轮358而将太阳齿轮部件322接地在变速器外壳360上。发动机12借助于输入部件17连接在托架部件329上。电动机/发电机318通过离合器C1的接合并经由轴350和齿轮352和354而连接在太阳齿轮部件332上。电动机/发电机318相对于输入部件17或输出部件19在固定速度比下旋转。它的扭矩和功率对于调节通过变速器314的速度比而言不是必需的，但它可用作电动机，以便通过使用来自于蓄电池386的功率来帮助发动机12，或者用作发电机，以便从输出部件19中吸取功率并将其储存在蓄电池386中。输出部件19操作式地连接在环形齿轮部件324，如上所述。环形齿轮部件324以与托架部件329相同的速度而旋转。托架部件339以与环形齿轮部件324相同的速度旋转。这种设置导致在输入部件17和输出部件19之间形成固定速度比。

互连的托架部件329和环形齿轮部件334用作图2所示四节点杠杆120的第一节点A。互连的环形齿轮部件324和托架部件339用作图2的第二节点B。太阳齿轮部件332用作图2的第三节点C，并且太阳齿轮部件322用作图2的第四节点D。

参见图8A，动力传动系410具有机电变速器414，其包括与第二行星齿轮组430互连的第一行星齿轮组420，以便形成四节点杠杆(如下所述)。发动机12连接在输入部件17上。电动机/发电机418包括转子部分481，其与套轴450以及接地在变速器外壳460上的定子部分482相连，以便一起旋转。ECU480操作式地连接在变换器484和电储存装置或蓄电池486这两者上。ECU480和变换器484借助于传输导体488A相连通。ECU480和蓄电池486借助于传输导体488B相连通。蓄电池486通过功率变换器484操作式地连接在电动机/发电机418上，功率变换器484分别借助于传输导体488C和488D而连接在电动机/发电机418和蓄电池486上。ECU480也可与电动机/发电机418或其它车辆电气元件(未示出)相连通，其它车辆电气元件例如为电力转向系统和电力制动器系统，等等。

ECU480响应于各种输入信号，包括车辆速度、操作员命令、蓄电池486的充电水平、发动机12所施加的用来调节电动机/发电机418和蓄电池486之间的功率流的功率。ECU480可通过变换器484来操纵电动机/发电机418，以便用作电动机或发电机。ECU480也借助于功率变换器484，来调节进入蓄电池486中的功率流以及从蓄电池486至电动机418的功率流。

第一行星齿轮组420包括太阳齿轮部件422、环形齿轮部件424和托架部件429，而托架部件429包括与太阳齿轮部件422和环形齿轮部件424两者啮合式地接合的多个小齿轮427。

行星齿轮组430包括太阳齿轮部件432、环形齿轮部件434和托架部件439。托架部件439包括与太阳齿轮部件432和环形齿轮部件434两者啮合式地接合的多个小齿轮437。托架部件439借助于互连部件470与环形齿轮部件424持续地相连，并且环形齿轮部件434借助于互连部件472与托架部件429持续地相连。

第一扭矩传递机构、即离合器C1，可选择性地接合，以便通过使套轴450与太阳齿轮部件432相连，而将电动机/发电机418与太阳齿轮部件432操作式地相连。

第二扭矩传递机构、即离合器C2，可选择性地接合，以便使电动机/发电机418与内轴461操作式地相连，并由此而连接在太阳齿轮部件422上，而太阳齿轮部件422与内轴461相连而一起旋转。内轴461与套轴450同轴地对准。当接合时，离合器C2将套轴450与内轴461相连以便共同旋转。

第一制动器B1可选择性地接合，以便太阳齿轮部件432与变速器外壳460相连接。第二制动器B2可选择性地接合，以便通过将内轴461接地在变速器外壳460上，而使太阳齿轮部件422与变速器外壳460相连接。

相对于图2的四节点杠杆图而言，互连的环形齿轮部件434和托架部件429用作第一节点A。互连的托架部件439和环形齿轮部件424用作第二节点B。太阳齿轮部件432用作第三节点C。太阳齿轮部件422用作第四节点D。

参见图8B，真值表显示了由图8A的变速器414实现的五个操作模式。在真值表8B中，接合的扭矩传递机构被标为“ON”。具体而言，第一连续可变操作模式V1允许第一可变速度比范围，并且通过第一离合器C1的接合来实现。第二连续可变操作模式V2通过离合器C2的接合来实现。为了从第一可变的操作模式V1切换至第二可变的操作模式V2，在离合器C2接合时，离合器C1脱离接合。类似地，为了从模式V2切换至模式V1，在离合器C1接合时，离合器C2脱离接合。第一固定的前进速度比F1利用制动器B1和离合器C2的接合来建立。第二固定的前进速度比F2利用离合器C1和C2这两者的接合来建立。第三固定的前进速度比利用制动器B2和离合器C1的接合来建立。如同针对图7A的变速器314所述的第一和第三固定速度比一样，离合器C1和C2可分别接合，以便允许电动机/发电机418添加或去掉功率，但不会影响速度比。根据上述对图7A所示变速器314的各种模式中的功率流的描述，本领域技术人员可以理解，功率从发动机12和电动机/发电机418流出，以便建立每一个连续可变操作模式V1和V2，并且功率从发动机12流出，以便建立固定比模式F1，F2和F3。例如，在第一连续可变操作模式V1中，通过互连部件472从发动机12通过托架部件429流至环形齿轮部件434的功率被添加在托架部件439处，以便借助于接合的离合器C1使功率从电动机/发电机418流至太阳齿轮部件432。功率然后借助于互连部件470从托架部件439流至输出部件19，这从图8A的示意图中是显而易见的。功率可借助于皮带或链条从输出部件19传输至偏心传动轴，以便为具有变速器414的车辆(车辆未示出)的车轮提供功率。如果电动机/发电机418被控制成在第一可变的模式V1下作为发电机来操作，那么由发动机12提供给托架部件439的其中一些功率就通过相互啮合的小齿轮部件437和太阳齿轮部件432并通过套轴450而被转运给电动机/发电机418。本领域技术人员将很容易理解，另外的模式V2、F1、F2和F3是如何在图8A的变速器414中实现的。

参见图9A，动力传动系510具有机电变速器514，其包括与第二行星齿轮组530互连的第一行星齿轮组520以便形成五节点杠杆(如下所述)。发动机12与输入部件17相连。电动机/发电机518包括转子部分581，其与套轴550以及安装在变速器外壳560上的定子部分582相连，以便一起旋转。ECU580操作式地连接在功率变换器584和电储存装置或蓄电池586这两者上。ECU580和变换器584借助于传输导体588A相连通。ECU580和蓄电池586借助于传输导体588B相连通。蓄电池586通过功率变换器584操作式地连接在电动机/发电机518上，功率变换器584分别借助于传输导体588C和588D而连接在电动机/发电机518和蓄电池586上。ECU580也可与电动机/发电机518或其它车辆电气元件(未示出)相连通，例如电力转向系统和电力制动系统，等等。ECU580响应于各种输入信号，包括车辆速度、操作员命令、蓄电池586的充电水平、发动机12所施加的功率，其中，发动机12所施加的功率用来调节电动机/发电机518和蓄电池586之间的功率流。ECU580可通过变换器584来操纵电动机/发电机518，以便用作电动机或发电机。ECU580也借助于功率变换器584，来调节进入蓄电池586中的功率流以及从蓄电池586至电动机518的功率流。

第一行星齿轮组520包括太阳齿轮部件522、环形齿轮部件524和托架部件529，托架部件529可旋转地支撑第一组小齿轮527和第二组小齿轮528这两者(如虚线所示)。第一组小齿轮527与太阳齿轮部件522、环形齿轮部件524和第二组小齿轮528啮合式地接合。第二行星齿轮组530包括太阳齿轮部件532和环形齿轮部件534。第二组小齿轮528与太阳齿轮部件532、环形齿轮部件534和第一组小齿轮527啮合式地接合。公共托架部件529是具有第一和第二组小齿轮527和528的双小齿轮类型的托架，因为第一和第二组小齿轮彼此啮合式地接合并且与第一行星齿轮组520和第二行星齿轮组530的其它部件啮合式地接合，所以齿轮组520和530是复合的。相对于图5的五节点杠杆图而言，环形齿轮部件524用作第一节点A。托架部件529用作第二节点B。太阳齿轮部件522用作第三节点C。太阳齿轮部件532用作第四节点D。环形齿轮部件534用作第五节点E。

第一扭矩传递机构、即离合器C1可选择性地接合，以便通过连接套轴550将电动机/发电机518与太阳齿轮部件522操作式地相连，电动机/发电机518连接于套轴550上，以便随同与套轴550同轴的内轴561共同旋转，并且与太阳齿轮部件522相连以便共同旋转。

第二扭矩传递机构、即离合器C2，可选择性地接合，以便通过使套轴550与太阳齿轮部件532相连以便共同旋转，从而将电动机/发电机518与太阳齿轮部件532操作式地相连。第一制动器B1可选择性地接合，以便将环形齿轮部件534接地在变速器外壳560上。第二制动器B2可选择性地接合，以便将太阳齿轮部件522接地在变速器外壳560上。第三制动器B3可选择性地接合，以便将太阳齿轮部件532接地在变速器外壳560上。第四制动器B4可选择性地接合，以便将输入轴17接地在变速器外壳560上。

参见图9B，真值表显示了可由图9A的变速器514实现的七种操作模式。在各操作模式中接合的扭矩传递机构被标为“ON”，或“OR”，如果备选的接合是可能的话。具体而言，单纯电动模式E1利用制动器B4和离合器C1的接合来建立。利用制动器B4的接合，输入部件17接地在变速器外壳560上。因此，输出部件19由电动机/发电机518独自提供功率，从而形成了单纯电动模式。

第一连续可变操作模式V1利用离合器C1的接合来建立。利用离合器C1的接合，当电动机/发电机518被控制成用作电动机时，来自于电动机/发电机518的功率在太阳齿轮部件532处被添加到来自发动机12的通过输入部件17在环形齿轮部件524处添加的功率中。因此，来自于两个源、即发动机12和电动机/发电机518的功率流过小齿轮527和528，而到达托架部件529，并由此而到达输出部件19。

第二连续可变操作模式V2利用离合器C2的接合来建立。在离合器C2接合时，来自于电动机/发电机518的功率在太阳齿轮部件532处被添加至变速器齿轮装置。来自于发动机12的功率在环形齿轮部件524处被添加进来。因此，来自于两个单独的源、即发动机12和电动机/发电机518的功率通过小齿轮527和528的相互啮合的齿轮组而被添加至托架部件529，并由此而添加至输出部件19。

也可通过变速器514实现四个固定的前进速度模式。具体而言，第一固定的前进速度比利用制动器B1的接合和离合器C1或离合器C2的接合来建立。第二固定的前进速度比F2利用制动器B2和离合器C2的接合来建立。离合器C2的接合允许电动机/发电机518添加或去掉功率，但不会影响速度比。第三固定的前进速度比利用离合器C1和C2这两者的接合来建立。第四固定的前进速度比利用制动器B3和离合器C1的接合来建立。离合器C1的接合允许电动机/发电机518添加或去掉功率，但不会影响速度比。本领域技术人员容易理解，在图9B的真值表中所示的各模式中，功率流过变速器514。

图10显示了操作机电变速器的方法600，所述机电变速器具有例如以上图1至图8B的任何实施例中所述的单个电动机/发电机。ECU，例如如图7A，8A和9A所示的ECU，用来执行方法600的步骤。方法600起始于步骤601，其中，ECU确定当前车辆操作特性的预选值，此时车辆其特征在于当前操作状态。当前操作状态包括这样的模式，其中变速器正在工作，无论是连续可变操作模式或固定比模式，还是变速器的特定的当前速度比。当前操作状态也可包括特定的当前电动机速度和电动机扭矩。车辆操作特性可包括车辆速度、车辆负荷和车辆操作员输入，例如加速、转向和制动输入。车辆操作特性可被转继到ECU，以便ECU通过位于车辆相关部位如车轮、发动机、电动机/发电机等上的传感器来完成确定步骤，如本领域技术人员所最佳地理解的那样。

接下来，方法600包括分析步骤602，其中ECU分析所确定的值，以便识别目标操作状态。识别的目标操作状态包括可由变速器实现的其中一个连续可变模式以及处于所识别的连续可变模式范围内的特定速度比。可根据储存的算法或通过将所确定的值与储存的参考值进行比较以便由此而识别目标操作状态，这样来进行分析。目标操作状态是其中变速器可操作的最有效率的模式和速度比，假定电动机速度和电动机扭矩是可得到的并且处于其它车辆操作特性例如车辆速度、车辆负荷和车辆操作员输入之下，假设在整个方法600中，车辆速度、车辆负荷和车辆操作员输入保持恒定。电子控制装置然后在步骤603中确定当前操作状态是否不同于识别的目标操作状态。如果状态相同，那么变速器继续在当前操作状态中运行，并且方法600回到步骤601。然而，如果状态是不同的，那么在步骤604中，ECU改变接合的扭矩传递机构，以便建立目标操作状态的模式。这就包括，使在当前操作状态中未接合的用于建立目标操作状态的操作模式的全部扭矩传递机构形成接合，并且使在目标操作状态的操作模式中未接合的建立了第一操作状态的全部扭矩传递机构脱离接合，从而建立目标操作状态的操作模式。一旦扭矩传递机构根据步骤604形成接合，那么在步骤605中，ECU控制与电动机/发电机相连的蓄电池(例如图7A的蓄电池386)之间的功率流，以便实现目标操作状态的速度比。换句话说，功率从蓄电池流至电动机/发电机(如果要求电动机/发电机在目标操作状态用作电动机)，或者从电动机/发电机流至蓄电池(如果要求电动机/发电机在目标操作状态中用作发电机)。在这种控制方案下，电动机速度将受到调节，使得变速器接近和优选达到目标操作状态的目标速度比。根据在进行步骤605时蓄电池的充电水平，可以不实现目标速度比。也就是说，蓄电池可在实现目标速度比之前达到最大充电水平，或者在实现目标速度比之前可达到最小充电水平。当在蓄电池中达到最大或最小充电水平时，功率不可能再流至电动机/发电机中或从中流出，并且变速器通过在步骤604中接合的扭矩传递机构所确定的固定比模式来操作。

虽然已经详细介绍了用于实现本发明的最佳模式，但是，所述领域中的技术人员可以想到属于所附权利要求范围内的用于实施本发明的各种备选设计和实施例。