具有相等的前进和倒档输入分流模态特性的双模电可变传动装置

摘要

一种电可变传动装置，包括功率源、三个差动齿轮组、每个都被连接至齿轮组中至少一个上的第一和第二电动机/发电机、和转矩传递装置。输入部件通过差动齿轮组从所述功率源传输功率给输出部件。所述转矩传递装置可选择地被啮合以提供对于所给定的输入速度具有相等的前进和倒档速比的输入分流式第一电可变模式和复合功率分流式第二电可变模式。在前进和倒档电可变模式中，从功率源所提供的转矩被加到从第二电动机/发电机所提供的转矩上。

说明书

技术领域

本发明涉及可选择地运行在功率分流式可变速比范围和固定速比的电可变传动装置，该电可变传动装置具有三个行星齿轮组、两个电动机/发电机和多个转矩传递装置以达到相等的前进(forward)和倒档(reverse)的速度范围。

背景技术

内燃机、特别是往复活塞式内燃机，目前驱动着大部分的车辆。这种发动机是相对高效、紧凑、质量轻、成本低的装置，通过该装置将燃料形式的高浓缩能量转换为有用的机械功率。一种可与内燃机配合使用并能降低燃料消耗和排放的新型传动系统，可给公众带来巨大利益。

车辆对内燃机要求的广泛变化增加了燃料消耗和排放，超出了这种发动机的理想状况。典型地，车辆由这样一种发动机驱动，该发动机利用小型电动机和相对较小的蓄电池从冷状态起动，然后被迅速置于推进和辅助设备的负载之下。这种发动机也在宽的速度范围和宽的负载范围中运行，并且典型地在其最大功率输出的约1/5的平均值时运行。

车辆传动装置一般把来自发动机的机械功率传送到驱动系统的其余部分，诸如固定的终端驱动齿轮装置，车轴和车轮。典型的机械传动装置允许在发动机运行中有一些自由度，通常通过交替地选择5个或6个不同的驱动比，在车辆静止时允许发动机操作辅助设备并允许离合器或转矩转换器在各驱动比之间平滑过渡和在发动机旋转时使车辆从静止中起动的空档选择。传动装置齿轮典型地选择允许来自发动机的功率以转矩倍增与速度下降的比率、以被称为超速传动的转矩减小与速度倍增的比率、或以倒档比率被传送到驱动系统的其余部分。

发电机能够将来自发动机的机械功率转变为电功率，而电动机能够以不同的转矩和速度将该电功率反向转变为机械功率用于车辆驱动系统的其余部分。这种装置允许在发动机和驱动系统的其余部分之间在电力机械的限额内连续地改变转矩与速度的比率。可以把用作推力功率源的蓄电池加到这个装置中，形成串联混合电驱动系统。

串联混合系统允许发动机在某种程度上独立于转矩、速度和推进车辆所需的功率而运行，因而发动机可以被控制用于改善的排放和效率。该系统允许安装在发动机上的电机作为电动机工作以起动发动机。该系统还允许安装在传动链的其余部分上的电机作为发电机工作，通过再生制动把来自车辆减速的能量回收到电池。串联电驱动遭受重量、在发电机中把全部发动机功率从机械的转变成电的和在驱动电动机中从电的转化为机械的足够的电机械的成本、和这些转换中有用能量的损耗。

功率分流式传动装置能够使用一种通常被理解为“差动齿轮装置”，以得到在输入和输出之间的可连续变化的转矩与速度的比率。电可变传动装置能够利用差动齿轮装置来发送其通过一对电动机/发电机所传输的一部分功率。其功率的其余部分通过固定比率的、或可代替地可选择比率的全机械的和直的另一平行路径流动。

如本领域技术人员所熟知的，差动齿轮装置的一种形式可以组成行星齿轮组。行星齿轮装置以其紧凑性和在行星齿轮组中所有部件之间具有不同的转矩与速度的比率的优点通常是差动齿轮发明中所使用的优选实施例。然而，不用行星齿轮也可以构造本发明，诸如通过在齿轮组的至少一个零件的旋转速度总是另外两个零件速度的加权平均值的装置中使用锥齿轮或其他齿轮。

混合式电动车辆传动系统还包括一个或多个的电能储存装置。典型的装置是化学蓄电池，但还可以包括诸如电驱动飞轮的电容式或机械式装置。电能储存装置允许从传动系统到车辆的机械输出功率不同于从发动机到传动系统的机械输入功率。该电池或其他装置还考虑由传动系统起动发动机和再生车辆制动。

车辆中的电可变传动装置能简单地将机械功率从发动机输入端传送到终端驱动装置输出端。为了做到这一点，由一个电动机/发电机所产生的电功率平衡电损耗和由其他电动机/发电机所消耗的电功率。通过使用上述蓄电池，由一个电动机/发电机所产生的电功率可以大于或小于由其他电动机/发电机所消耗的电功率。电池的电功率有时可以允许电动机/发电机两者都作为电动机工作，尤其是在车辆加速时来辅助发动机。两个电动机有时都可以作为发电机工作以特别是在再生车辆制动时给电池充电。

串联混合式传动装置的成功替代方案是现在为公共交通车所制造的双范围、输入分流式(input-split)和复合分流式(compound-split)电可变传动装置，其公开在1999年8月3日发表的与本申请共同转让的Michael R.Schmidt的专利号为No.5931757的美国专利中，其全部内容在此被结合参考。这样一种传动装置利用输入装置从车辆发动机接收功率，并且利用功率输出装置输出功率以驱动车辆。第一和第二电动机/发电机被连接到能量储存装置(诸如电池)，以便能量储存装置可以从第一和第二电动机/发电机接收功率并向其提供功率。控制单元调节在能量储存装置和电动机/发电机之中以及第一和第二电动机/发电机之间的功率流。

利用具有第一和第二转矩传递装置性质的离合器可以选择性地实现第一和第二可变速比运行模式下的运行。在第一模式中，通过应用第一离合器来形成输入功率分流式速比范围，并且传动装置的输出速度与一个电动机/发电机的速度成比例。在第二模式中，通过应用第二离合器来形成复合功率分流式速比范围，并且传动装置的输出速度不与任何一个电动机/发电机的速度成比例，而是两个电动机/发电机速度的代数线性组合。通过应用两个离合器可以选择性地实现固定传动速比(speed ratio)下的运行。通过释放两个离合器、使发动机和两个电动机/发电机与传动装置输出端分离可以选择性地实现传动装置在空档模式下的运行。传动装置在其第一运行模式中结合至少一个机械点，而在其第二运行模式中结合至少两个机械点。

2003年3月4日发表的、与本申请共同转让的、Holmes等人的美国专利No.6527658公开了一种电可变传动装置，其全部内容在此被结合参考，该电可变传动装置利用两个行星齿轮组、两个电动机/发电机和两个离合器来提供输入分流式、复合分流式、空档和倒档运行模式。两个行星齿轮组可以是简单的或者一个可以是单独复合的。电控制部件调节在能量储存装置和两个电动机/发电机之中的功率流。此传动装置提供电可变传动装置(EVT)运行的两个范围或模式，选择性地提供输入功率分流式速比范围和复合功率分流式速比范围。也可以选择性地实现一个固定速比。

发明内容

本发明提供一种用于混合式车辆中的比传统自动传动装置具有一些优点的电可变传动装置，所述优点包括改善的车辆加速性能、改善的起动、和增强的倒档功率容量。本发明的一个目的是为给定的发动机提供可能的最佳能量效率和排放。此外，力求实现传动装置的最佳性能、容量、包装尺寸和比率范围。

本发明的电可变传动装置具有第一、第二和第三差动齿轮组、两个可互相交换地作为电动机或发电机工作的电机、和多个可选择的转矩传递装置。优选地，该差动齿轮组是行星齿轮组，但是也可以实施其他的齿轮配置，诸如对于偏移轴的锥齿轮或差动齿轮装置。该转矩传递装置可选择性地是可啮合的，以提供具有前进和倒档速比范围的输入分流式第一电可变模式。对于所给定的输入速度，该前进和倒档范围具有相等的前进和倒档速比(也即在所给定的发动机速度、所给定的第一电动机/发电机速度和所给定的第二电动机/发电机速度时，前向速比等于倒档速比(虽然方向相反))。基本相等的固定前进和倒档速比也是可以实现的。第一齿轮组以这样一种方式被相互连接在输入部件和第二电动机/发电机之间，该方式能使第二电动机/发电机和其他齿轮组中的一个之间的连接部件以与所述输入部件相同的方向旋转。这确保了从功率源所提供的转矩将在输出部件处被加到第二电动机/发电机所提供的转矩上。

在此说明书中，该第一、第二和第三行星齿轮组可以从左到右数或从右到左数。

每个行星齿轮组都具有三个部件。每个行星齿轮组的第一、第二或第三部件可以是太阳齿轮部件、环形齿轮部件或行星架装配部件的架部件中的任何一个。

根据每个齿轮组的预期比率，每个架部件可以是单小齿轮架(简单)或双小齿轮架(组合)中的一个。

输入部件连续地与齿轮组中的一个的部件连接，优选与第一行星齿轮组的第一部件连接。输出部件连续地与齿轮组中的一个的另外的部件连接，优选与第二或第三行星齿轮组之一的一个部件连接。

优选地，互连部件连续地连接第二行星齿轮组的部件和第三行星齿轮组的部件。

第一电动机/发电机被安装到传动箱(或地)并且连续地被连接到第一行星齿轮组的部件、优选地第二部件上。

第二电动机/发电机被安装到传动箱并且连续地被连接到第三行星齿轮组的部件、优选地第三部件上。

可选的转矩传递装置被单独啮合或以两个或三个的组合啮合，从而得到具有连续可变速度范围(包括倒档)并且可达六个机械固定的前向速比的EVT。“固定速比”是一种运行工况，其中至传动装置的机械功率输入以机械方式被传递到输出端，而在电动机/发电机中不需要功率流(即，几乎为零)。对于给定的最大容量，可选择性地实现几个固定的速比用于接近发动机全功率运行的电可变传动装置可以比较小且比较轻。当在不使用电动机/发电机而发动机的速度可以接近其最佳值的工况下运行时，固定比率运行还可以导致较低的燃料消耗。通过适当地选择行星齿轮组的齿比，可以实现多种固定速比和可变比率扩展。

所公开的电可变传动装置的每个实施例都具有一种结构，其中传动输入端和输出端都不直接连接到电动机/发电机。这使得所要求的电动机/发电机的尺寸减小和成本降低，以实现预期的车辆性能。

转矩传递装置的第一、第二、第三(和可选择的第四、第五和第六)个和第一和第二电动机/发电机可运行，以在电可变传动装置中提供各种运行状态，其中包括能量存储前进和倒档推进状态(即，“电池模式”)、EVT倒档输入分流模式、固定比率倒档模式、和EVT输入分流第一前进模式(模式I)和复合分流第二模式(模式II)(模式I和模式II都包括连续可变的范围)、输入与输出的速比几乎与倒档固定状态的相等的固定速率前进状态、和多种其他前进固定比率状态。对于所给定的输入速度，在EVT倒档、电池倒档、固定倒档、固定前进起动和EVT前进起动的情况下输出部件/输入部件或者适用的电动机/发电机与输出部件的速度或转矩比率基本上是相等的。EVT前进和倒档起动模式是输入分流模式。复合分流式第二电可变前进模式也可被提供。

结合附图，从实施本发明最佳方式的以下的详细描述轻易地明白本发明的上述特性和优点以及其他的特性和优点。

附图说明

图1是包括本发明的电可变传动装置的第一个实施例的动力系的示意图。

图2是图1的动力系的不同部件的部件速度相对输出速度的图表。

图3是包括本发明的电可变传动装置的第二个实施例的动力系的示意图；和

图4是图3的传动装置的不同部件的部件速度相对输出速度的图表。

具体实施方式

参考附图，其中同样的附图标记表示同样的部件，图1示出动力系10，包括连接到一般用数字14表示的电可变传动装置(EVT)的一个实施例的发动机12。该传动装置14被设计以接收来自发动机12的其驱动功率的至少一部分。发动机12具有一输出轴，该输出轴用作该传动装置14的输入部件17。也可在发动机12和传动装置14的输入部件17之间实施瞬时转矩阻尼器(未示出)。

在所述实施例中，发动机12可以是一种矿物燃料发动机，诸如适用于得到其典型地以每分钟恒定转数(rmp)所传输的可用功率输出的柴油发动机。

不管以什么方式将发动机12连接到传动装置输入部件17，该传动装置输入部件17可操作地被连接到第一节点20。在本发明的上下文中，“节点”是指更多功率路径中的三个的交叉点，功率可以通过该交叉点在功率路径之间或之中分配。例如，节点可以从一个功率路径接收功率并将该功率在两个单独的功率路径之间或之中分配。类似地，节点可以从两个功率路径接收功率，并将功率传输到第三功率路径。在图1中，行星齿轮组20起到这个功率分配节点的作用。可用作节点的装置的例子包括具有太阳齿轮部件、环形齿轮部件和行星架装配部件的行星齿轮组、双路径离合器、差动器、拉维娜式(Ravigneaux)齿轮组等。功率路径可以包括输入轴、输出轴、电动机/发电机、可旋转的互相连接部件等。该传动装置14还包括第二节点30和第三节点40。在本发明范围内，节点20、30、40优选地是行星齿轮组。因此，本说明书的其余部分可以将节点称为行星齿轮组。

该行星齿轮组20使用通常称为环形齿轮部件的外齿轮部件24。该环形齿轮部件24外切通常被称为太阳齿轮部件的内齿轮部件22。行星架装配部件26包括以旋转方式支承多个行星齿轮部件27的架部件29，使得每个行星齿轮部件27都啮合第一行星齿轮组20的环形齿轮部件24和太阳齿轮部件22。输入部件17被固定在行星齿轮组20的架部件29上。

行星齿轮组30也具有通常也被称为环形齿轮部件的外部齿轮部件34，该外部齿轮部件34外切通常也被称为太阳齿轮部件的内齿轮部件32。多个行星齿轮部件37也以旋转的方式被安装在行星架装配部件36的架部件39上，使得每个行星齿轮部件37同时地啮合行星齿轮组30的环形齿轮部件34和太阳齿轮部件32。

行星齿轮组40也具有通常也被称为环形齿轮部件的外部齿轮部件44，该外部齿轮部件44外切通常也被称为太阳齿轮部件的内齿轮部件42。多个行星齿轮部件47也以旋转的方式被安装在行星架装配部件46的架部件49上，使得每个行星齿轮部件47都同时地啮合行星齿轮组40的环形齿轮部件44和太阳齿轮部件42。

互连部件70将太阳齿轮部件32和太阳齿轮部件42连续地连接在一起。此外，互连部件72将环形齿轮部件34和行星架部件49连续地相互连接在一起。

该传动装置14也分别结合第一和第二电动机/发电机80和82。电动机/发电机80、82也称为单元A和单元B。相应电动机/发电机80、82的定子80a、82a被固定在传动装置外壳60上。单元A的转子80b被固定到太阳齿轮部件22上。单元B的转子82b通过连接部件71被固定到环形齿轮部件44上。行星齿轮组20被设计(通过齿轮齿数和发动机12到行星架装配部件26的连接)并且单元B 82被控制，使得连接部件71以与发动机12相同的方向旋转。输出部件19被固定在架部件39上。

转矩传递装置(制动器)50(示意性示为MI F)的应用(即，啮合)将行星齿轮组40的部件(太阳齿轮部件42)和固定的传动装置外壳60相连接，如以下所述，通过使输出部件19以推进终端驱动装置16的方向转动和使车辆以前进驱动方向转动而实现前进比率。类似地，转矩传递装置(制动器52)(示意性示为MI R)的应用将第三行星齿轮组40的部件(行星架装配部件46)和传动装置外壳60啮合，从而使输出部件19以与输出部件19和终端驱动装置16的倒档方向相关联的相反方向旋转，从而产生车辆倒档方向。值得注意的是，如果使制动器50和制动器52两者同时啮合，则传动装置外壳60保持行星齿轮30和40两者静止。这样，如果车辆停在斜坡上，则使制动器50和52啮合将允许传动装置外壳60提供反作用转矩来防止转矩(由于重力)被施加到输出部件时发生滚动。由于电动机/发电机两者都不被用于执行这种制动功能，所以电负载被降低。

同样应该注意的是，运行的“模式”涉及输入与输出之比被单元A和单元B的速度控制的情况，而“比率”意思是输入和输出之间的固定速比。

因为图1的传动装置14的第二电动机/发电机82被控制使得总是以与在模式I前进或模式I倒档中发动机12相同的方向转动，所以起动可以发生在前进或倒档范围模式I中。通过将模式I前进(MI F)制动器50和离合器56啮合来实现模式I前进比率。类似地，通过将模式I倒档(MI R)制动器52和离合器56啮合来实现模式I倒档。因为第一行星齿轮组20在模式I前进或模式I倒档中以同样的方式被使用，所以在这两种模式之间在转矩性能方面的差异是由齿轮组30和40的齿轮齿数所决定的。如本领域技术人员应该理解的那样，对于给定的输入速度，这些齿数可以被选择以得到相等的前进和倒档转矩性能。当输出部件19处于零速度(即，处于空转)时，制动器50、52可以被同步换档。如以下参考图2的图表最佳所示和所述的一样，因为在零输出速度时，单元B 82以在零RPM运行，所以这是有可能的。当单元B 82处于零RPM时，行星齿轮组30、40的齿轮元件的所有元件速度都是零速度。由于三个行星齿轮组中的两个30、40在空转时被保持在零转速，所以该同步换档降低了空转速度摩擦旋转损耗。

单元A/单元B/发动机锁定离合器

为了进一步提供较高的加速和效率性能，如图1所示，操作单元A/单元B/发动机锁定离合器(54)被加到传动装置14中。锁定离合器54可以被啮合以将单元A 80与发动机12和与架部件29连接来分别将单元A和单元B 80、82两者与发动机12一起锁定用于共同旋转，以允许这三个全部作为驱动源运行以给连接部件71提供联合转矩。(因为当离合器54被啮合时单元A 80被连接到太阳齿轮部件22和架部件29两者上，为了共同旋转，该行星齿轮组20将锁定单元A 80、单元B 82和发动机12锁定在一起，以允许联合的起动功率)。这就允许起动发生在EVT模式I前进或在EVT模式I倒档中。在EVT模式中起动和同步换档至第一固定模式确保对于消耗器平滑转换入和到该高性能运行模式的释放。这个传动装置能在前进或倒档中执行这个EVT为第一固定模式。注意的是，离合器54(与离合器56啮合)提供前进和倒档机械锁定的第一运行范围，其中发动机、单元A和单元B被锁定，并且前进和倒档速比分别由MI F和MI R啮合制动器50、52选择。其他的固定范围也是可以得到的。

电模式/发动机关闭分离和发动机起动制动

传动装置14还可以提供可选择的附加功能以允许仅利用能量储存装置或电功率源86(而不是通过发动机12所提供的能量)(诸如推进电动机/发电机80，82之一的电池)来起动发动机和驱动车辆。如本领域技术人员应该理解的那样，能量通过控制器88在电池86和电动机/发电机80、82之间传输。电功率源86可以是一个或者多个电池。诸如燃料电池和超电容器的其他电功率源具有提供、或储存和分配的能力，在不改变本发明原理的情况下，电功率源可以由电池替代。对ECU 88编程以确保单元B 82以一个方向旋转，使得来自单元B 82的转矩在连接部件71处被加到来自发动机12的转矩上。

值得注意的是，电起动和电驱动可以彼此独立地被提供以避免有害的振动交互作用。特别地，分离装置56(优选地为诸如离合器的转矩传递装置)可以被脱开，以使环形齿轮24脱离，并因此使发动机12从单元B 82和连接部件71上脱离开。当转矩传递装置56被分开，单元B 82可用于将转矩提供给连接部件71，并通过与前进或倒档相应的齿轮组30、40将转矩提供给输出部件19。本领域技术人员所公认的是，当转矩传递装置56被啮合时，单元B连接行星齿轮组20的环形齿轮部件24。因为架部件29与发动机12连接，太阳齿轮部件22与单元A 80连接，所以行星齿轮组20有三个齿轮部件全部啮合，因此被激活以通过行星齿轮组30或40给发动机提供转矩(根据选择前进模式I制动器50或倒档模式I制动器52)来将转矩通过输出部件19提供给终端驱动装置16。然而当分离转矩传递装置56不被啮合时，行星齿轮组20不被激活，发动机转矩从输出部件19上被脱离。在那个情况中，单元B 82可用于给输出部件19提供驱动转矩。

传动装置14可以具有制动器58，其可以被啮合以在单元A 80和发动机12之间提供机械的固定比率连接，并在传动装置外壳60处提供反作用转矩以允许单元A 80起发动机12的起动器的作用。应用制动器58通过单元A 80提供电起动的能力通过消除第二节点功率流以确保最大转矩被提供来开始起动，并且需要最小功率。图1中的这种配置也为发动机12的输入轴提供三到四倍于单元A的转矩以提供非常快的起动。当分离转矩传递装置56被脱离时，制动器58被啮合以通过单元A 80以这种方式起动发动机12。从而，分离转矩传递装置56确保通过单元B 82的电驱动独立于通过单元A 80的对发动机12的电起动。当行星齿轮组30和40的惯性能量在通过单元A 80进行发动机12的电起动期间不在单元A 80和发动机12之间的机械路径上时，这导致以所需最低起动能量的平滑起动。

传动装置14可被用于换档能量的再生发动机惯性恢复。这通过对控制器88编程来完成，使得单元A 80用作发电机来获取发动机旋转能量，其中当离合器啮合在换档期间发生改变时该发动机旋转能量暂时未被利用。

图1示出一个转矩传递装置59(诸如离合器)，其可被啮合以将节点20的元件和第二和第三节点30、40的元件连接在一起。通过离合器59的、节点20至节点40的连接建立了第二电可变模式、模式II。离合器59可以被称为模式II离合器并与发动机12输入端串联。当模式II离合器59被啮合时，MI F制动器50被同步脱离，得到复合功率分流式前进电可变模式II。这样，通过连接输入差动器(即节点或齿轮组20)和倒档比率模块(即，节点40)，在模式I结束时通过离合器模式II 59的啮合，第二电可变模式被建立，并且作为实现更高的车辆推进速度和确保低电功率损耗的高效方式使用。

第一转矩传递装置、模式I前进(MI F)制动器50选择性地连接太阳齿轮部件42和传动装置外壳60。第二转矩传递装置、模式I倒档(MI R)制动器52选择性地连接架部件49和传动装置外壳60。第三转矩传递装置、离合器54选择性地连接单元A 80与发动机12以及与架部件29。第四转矩传递装置、分离离合器56选择性地连接第二电动机/发电机82和环形齿轮部件24。第五转矩传递装置、制动器58选择性地连接环形齿轮部件24和传动装置外壳60。最后，第六转矩传递装置、模式II离合器59通过互连部件72选择性地连接输入部件17和架部件49。使用转矩传递装置50、52、56、58和59来参与选择混合传动装置14的操作状态，同样将在下文给予更充分的说明。当离合器56被啮合时在两个其他的离合器被啮合的情况下传动装置的运行产生该传动装置的输入与输出的固定速比，且在发动机运行时是可以被选择的。

总体运行考虑

用于自动传动装置的初级控制装置之一是众所周知的驱动范围选择器(未示出)，其指导电子控制单元(控制器或ECU 88)来针对停车、倒档、空挡、或前进的驱动范围来配置传动装置。第二和第三初级控制装置由加速踏板(未示出)和制动踏板(也未示出)组成。由ECU 88从这三个初级控制源获得的信息被称为“操作器要求(operator demand)”。ECU 88还从多个传感器(输入的和输出)获得关于以下方面的状态的信息，即转矩传递装置(被应用的或者释放的)；发动机输出转矩；统一标准电池或电池组，电容电平；以及所选车辆组件的温度。ECU 88确定需要什么，然后操纵传动装置的或者与传动装置有关的可选择操作的组件来适当地响应操作员要求。

传动装置可以采用简单的或者复合的行星齿轮组。在简单行星齿轮组中，行星架装配部件包括单组行星齿轮部件，所述行星齿轮部件一般被支持用于在本身可旋转的架部件上旋转。

在简单行星齿轮组中，当太阳齿轮部件保持静止，功率被施加给简单行星齿轮组的环形齿轮部件时，行星齿轮部件响应于被施加给环形齿轮部件的功率而旋转，于是围绕固定的太阳齿轮部件沿圆周“行走”，以使得架部件按照与环形齿轮部件旋转方向相同的方向旋转。

当简单行星齿轮组的任何两个部件在相同的方向上以相同的速度旋转时，第三部件被迫以相同的速度朝着相同的方向旋转。例如，当太阳齿轮部件和环形齿轮部件向相同的方向以相同的速度旋转时，行星齿轮部件不绕其自己的轴旋转，而是起楔子的作用来把整个单元锁定在一起，以实现所谓的直接驱动。也就是说，架部件随着太阳齿轮和环形齿轮一起旋转。

但是，当两个齿轮部件在相同的方向上但以不同的速度旋转时，第三齿轮部件旋转的方向往往可以简单地由目视分析确定，但在许多情况下，方向并非显而易见的，而只能通过知道行星齿轮组的所有齿轮部件上的现有齿数才能被正确确定。

只要架部件被抑制而不能自由旋转并且功率被施加给太阳齿轮部件或者环形齿轮部件，行星齿轮部件就起惰轮的作用。这样，从动部件朝着与驱动部件相反的方向旋转。于是，在许多传动装置中，当选择倒档驱动范围时，起制动器作用的转矩传递装置摩擦起动以啮合架部件，并且因此抑制其旋转致使被施加给太阳齿轮部件的功率将使环形齿轮部件朝相反方向旋转。于是，若环形齿轮部件运行时连接到车辆的驱动轮，则这种配置能够使驱动轮的旋转方向反向，从而使车辆本身的方向反向。

在简单行星齿轮部件组中，若太阳齿轮部件、架部件和环形齿轮部件中的任何两个旋转速度已知，则第三个部件的速度可用简单的规则确定。架部件的旋转速度总是与太阳齿轮部件和环形齿轮部件的速度成比例，用它们各自的齿数加权。例如，在同一组中，环形齿轮部件的齿数可以是太阳齿轮部件齿数的两倍。于是，架部件的速度是环形齿轮部件速度的2/3和太阳齿轮部件速度的1/3之和。若这三个部件中的一个朝相反方向旋转，则在数学计算中所述部件速度的算术符号是负的。

太阳齿轮部件、架部件和环形齿轮部件上的转矩也可以简单地彼此相关，若这样做而不考虑齿轮的质量、齿轮的加速度或齿轮组内的摩擦力，所有这些在设计良好的传动装置中影响相对很小。施加在简单行星齿轮组中的太阳齿轮部件上的转矩必须使施加在环形齿轮部件上的转矩平衡，与这些齿轮中每一个的齿数成比例。例如，在所述组中环形齿轮部件的齿数是太阳齿轮部件齿数的两倍，施加在环形齿轮部件上的转矩必须是施加在太阳齿轮部件上的转矩的两倍，而且必须在同一方向被施加。施加在行星架装配部件上的转矩与太阳齿轮部件上的转矩和环形齿轮部件上的转矩之和必须量值相等而方向相反。

在复合行星齿轮组中，与简单行星齿轮组相比，行星齿轮部件的内组和外组的利用与环形齿轮部件和架部件在作用上进行互换。例如，若太阳齿轮部件保持静止，架部件将与环形齿轮部件同向旋转，但具有行星齿轮内组和外组的架部件旋转得比环形齿轮部件快，而不是更慢。

在具有啮合行星齿轮内组和外组的复合行星齿轮组中，环形齿轮部件的速度与太阳齿轮部件的速度和架部件的速度成比例，分别用太阳齿轮部件的齿数和由行星齿轮部件填充的齿数加权。例如，环形齿轮部件和由行星齿轮部件填充的太阳齿轮部件之间的差可能与同组中太阳齿轮部件上齿数同样多。在所述情况下，环形齿轮部件的速度将是架部件速度的2/3和太阳齿轮部件速度的1/3之和。若太阳齿轮部件或架部件朝相反方向旋转，则在数学计算中所述速度的算术符号是负的。

若太阳齿轮部件保持静止，则具有行星齿轮部件内组和外组的架部件将朝着与所述组中旋转的环形齿轮部件相同的方向旋转。另一方面，若太阳齿轮部件保持静止，而架部件被驱动，则内组中与太阳齿轮部件啮合的行星齿轮部件沿着太阳齿轮部件滚动或“行走”，沿着与所述架部件旋转的方向相同的方向旋转。与内组中的小齿轮啮合的在外组中的小齿轮将朝相反的方向旋转，于是迫使啮合的环形齿轮部件朝相反的方向旋转，但只相对于与所述环形齿轮部件啮合的行星齿轮部件。外组中的行星齿轮部件沿着架部件的方向被带动。外组中的小齿轮的旋转对其自己的轴影响和外组中行星齿轮部件由于架部件的运动而发生的轨道运动的较大影响被结合，于是环形齿轮部件向着与架部件相同的方向旋转，但不与架部件一样快。

在这样的复合行星齿轮组中，若架部件保持静止，而太阳齿轮部件被转动，则环形齿轮部件将以较低的速度在与太阳齿轮部件相同的方向上旋转。若简单行星齿轮组中的环形齿轮部件保持静止，而太阳齿轮部件被旋转，则支持单一组行星齿轮部件的架部件将以较低的速度在与太阳齿轮部件相同的方向上旋转。于是与简单行星齿轮组中单一组行星齿轮部件的用法相比，可以很容易观察到架部件和环形齿轮部件之间的作用互换，该互换是由彼此啮合的行星齿轮部件的内组和外组的使用引起的。

电可变传动装置的正常作用是把机械功率从输入端传递到输出端。作为这个传动装置作用的一部分，它的两个电动机/发电机中的一个起电功率的发电机的作用。另一个电动机/发电机起电动机的作用，并且使用所述电功率。随着输出速度从零增大到高速，两个电动机/发电机80、82逐渐交换作为发电机和电动机的作用，而且可以交换不止一次。这些交换发生在机械点附近，在这里基本上所有从输入端到输出端的功率都以机械方式传递，而没有基本功率以电力的方式传递。

在混合式电可变传动系统中，电池86也可以向传动装置供电，或者传动装置向电池供电。若电池向传动装置供应基本电功率，例如使车辆加速，则两个电动机/发电机都起电动机的作用。若传动装置向电池供电，例如用于再生制动，则两个电动机/发电机都起发电机的作用。由于系统中的电损耗，在非常接近运行的机械点处，两个电动机/发电机还可以起具有小电功率输出的发电机的作用。

与传动装置的正常作用相反，传动装置可以实际上被用来从输出端向输入端传递机械功率，这在车辆中可以实现以补充车辆制动和增强或补充车辆的再生制动，特别是在长距离下坡(long downward grading)时。若通过传动装置的功率流以这样的方式反向，则电动机/发电机的作用将与正常操作时的作用相反。

具体运行考虑

这里(图1和图3)所描述的每一个实施例都有许多运行状态。这些运行状态描述如下。

第一运行状态是“能量储存供应倒档推进模式。”在这个模式中，虽然由于发动机的旋转惯性还有一些残余的转矩，但发动机关闭并且连接到发动机的传动元件不被发动机转矩所控制。该EVT利用来自能量储存装置的能量通过电动机/发电机中的一个驱动，导致车辆反向移动。依据运动学配置，其他的电动机/发电机在这种模式中可以或者不可以旋转，并可以或不可以传递转矩。如果它旋转，它将被用于产生储存在电池中的能量。在图1的实施例中，在电池反向状态，制动器52被啮合，电动机/发电机80具有零转矩，并且电动机/发电机82通过激活的齿轮组30和40提供倒档转矩比。

第二运行状态是“EVT倒档模式。”在这个驱动EVT倒档模式中，功率被发动机和电动机/发电机中的一个供给传动装置。另一个电动机/发电机运行在发电机模式，并且将所产生的能量反馈给控制模块88，该控制模块88可以传输其功率到电池或者驱动电动机。净效应是倒档驱动车辆。参考图1，在EVT倒档模式中，制动器52和离合器56被啮合。在离合器56被啮合的情况下，齿轮组20被激活，单元A 80起发电机的作用，并且单元B 82在与输入部件17相反的(倒档)方向上给终端驱动装置16提供动力。在所述单元B中，这个齿轮示意性地是唯一的，并且发动机转矩都是正的，从而给齿轮组30和40提供附加的转矩输入，于是给输出部件19提供倒档机械优势。

第三运行状态包括倒档和前进固定低比率运行。在这个状态中，传动装置被发动机和/或电动机/发电机两者所驱动。参考图1，在倒档和前进模式中，离合器54、56和50或52(依据前进或倒档起动是否被期望)被啮合。在这个模式中，电动机/发电机中任一个如所期望的一样可以独立地作为电动机或发电机运行。

第四运行状态是“连续可变传动范围模式”，其包括关于图2和图4所示的和所述的EVT范围。在这个模式中，该EVT被发动机以及作为电动机运行的电动机/发电机中一个所驱动。另一个电动机/发电机通常作为发电机运行并将所产生的能量反馈给控制模块88。第二单元是作为电动机还是发电机的实际运行依赖于电池功率、内部速度、发动机功率、和许多其他的因素。对于给定的输入速度，在EVT所提供的前进速比的连续区域中，由EVT前进模式代表的运行点是离散的点。

第五运行状态包括“固定比率”模式。在这个模式中，传动装置象传统的自动传动装置一样运行，其中三个转矩传递装置啮合以产生离散的传动比。在离合器56被啮合并且在单元B上附加制动的情况下，在输入部件17和输出部件19之间提供达到6个前进和1个倒档固定的机械比率。

传动装置14能够以所谓的单或双模式运行。在单模式中，啮合的转矩传递装置在前进速比的整个连续区域上保持相同。在双模式中，啮合的转矩传递装置在某中间速比时被转换(例如，图2的线120)。依据机械配置，转矩传递装置啮合中的这种变化有利于降低传动装置中的元件速度和提高功率流和效率。

在这个传动装置中，有可能使离合器元件的滑动速度同步，以便在最小转矩扰动时能实现换档(所谓的“冷”换档)。例如，图1的传动装置在范围134和138之间(即，在线120上的输出速度处)具有冷换档。架部件39的速度在线120上和发动机12的速度相同。在这种条件下，离合装置可以同步应用。这个装置、即MII离合器59没有能量损耗并因此没有温度上升，因而有术语“冷”换档。

再参考图1，传动装置14的行星齿轮组20，30和40的齿轮齿比可以与所预期的不同以便获得所期望的速比。传动装置14可以获得至少6个前进速比(如果制动器(未示出)被加到单元B或者单元B作为电磁制动器运行)和一个固定倒档、一个电可变倒档、和一个电池倒档速比。例如，假定行星齿轮组20的齿比(既N_R1/S_R1)是1.954(对于环形齿轮部件24和太阳齿轮部件22的齿数分别为86和44)，行星齿轮组30的N_R2/S_R2的值是2.774(对于环形齿轮部件34和太阳齿轮部件32的齿数分别为86和31)，并且行星齿轮组40的N_R3/S_R3的值是1.954(对于环形齿轮部件44和太阳齿轮部件42的齿数分别为86和44)，于是单元B相对于输出部件19的为-1.931的倒档速比可以通过啮合离合器52和56获得。同样地，单元B相对于输出部件19的为2.057的基本上相等的前进速比可以通过啮合离合器50和56获得。第一电可变前进速比在模式I中被获得，并且是第一输入分流式可变起动运行模式。

为了获得具有更高速度和效率的运行模式、复合分流模式II，当离合器50脱开时离合器59可以同时被啮合。此外，当离合器59、58和56被啮合时，就实现了高效的机械固定运行模式。

在能量储存推进前进或倒档状态下起动发动机是由从控制器88被供应给单元A的功率所完成的。当离合器56从单元B脱开时，由单元B提供动力的这些电前进和倒档速比是可用的。可用于本发明实施例的速比变化的更详细的例子分别被提供在关于图1和3的相应的传动装置的图2和4的图表中。

图2是在传动装置14的示例性运行中，各种传动组件的速度相对于输出轴速度的图形描述。参考图1和2，发动机12(和输入轴17)的速度用线110表示，电动机/发电机80的速度用线112表示，电动机/发电机82的速度用线114表示。在EVT运行的第一前进范围或模式130中、即在输出轴速度114之前，离合器50和56被啮合。行星齿轮组20以差动模式运行，行星齿轮组30和40以转矩倍增模式。输入轴速度110和相应的发动机速度在传动装置整个运行中基本是恒定的以简化描述。控制器88使第一电动机/发电机80的速度在大约8800rpm时起动，并随着输出轴速度的增加而降低。同时，第二电动机/发电机82的速度在为零时起动，并随着输出轴速度的增加而增加。架部件39和49(在图2中未示出)的速度在零rpm时起动，并与输出轴速度成比例地增加。从图2的图表中明显可见，对于给定的输入或元件速度，电动机/发电机的速度在模式130中和在倒档电可变模式146中是相等的(虽然方向相反)，当离合器56保持啮合时通过啮合离合器50(对于前进)或离合器52(对于倒档)来选择。

在输出轴速度114处，电动机/发电机82(单元B)的速度超过发动机12的速度，而电动机/发电机80(单元A)的速度降到发动机12的速度之下。由130和134一起所指示的速度范围构成了模式I前进运行范围。在输出速度120接近2200rpm时，模式II离合器59的差动速度为零，传动装置14从第一EVT范围或模式I(包括速度范围130、134)换档到第二EVT范围或模式II(包括速度范围138和142)。对于该实例，虽然，单元A碰巧也处于零速度，但其可能依赖于齿轮组中的数字值。在输出轴速度120处，由于离合器50和56的啮合，发动机12的速度和架部件49的速度基本相同，这样在基本上不导致转矩扰动的情况下离合器59被啮合(而离合器50脱开)，以从第一电可变模式(模式I)切换到第二电可变模式(模式II)中。在模式II中，电动机/发电机80的速度随着输出轴速度的增加连续增加，并且电动机/发电机82的速度随着输出轴速度的增加而降低。

该传动装置14的特征还在于倒档模式146。在零输出速度时，离合器52和56可以被啮合。激活的行星齿轮组20、30和40的比率是这样一个负的比率，在值上与在EVT前进模式130、134中通过激活的齿轮组20、30所达到的比率的值基本上是相同的。这样，在前进第一模式中，EVT路径可以被精确地运行，从而具有相等的倒档特性。通过啮合离合器52、54和56来实现机械的(固定的)倒档比率等于行星齿轮组30和40的环形齿轮/太阳齿轮的齿比。

传动装置14可以以三种不同的方式实现倒档速比：通过固定比率、电可变比率或者发动机分离“电池倒档”比率。通过离合器54和56及制动器52的啮合实现固定倒档比率。在离合器54啮合的情况下，由于电动机/发电机80连接到太阳齿轮部件22和架部件29两者上，所以齿轮组20是停止的。在零输出速度时，单元B 82的速度是零(如在图2的典型速度图表中所注释的)。这样，发电机转矩流通过第三齿轮组40达到倒档固定比率。

在MI R制动器52和离合器56啮合的情况下，电可变倒档比率(EVT倒档)被实现。这允许单元B 82给环形齿轮部件44提供动力，而发动机12给架部件49提供动力并且在输出部件19处从架部件39提供输出比率。

当离合器56不被啮合时，电池倒档比率被实现，使得发动机12被断开，而离合器52被啮合，允许单元B 82反过来给输出部件19提供动力。

通过离合器50和56的啮合，模式I电可变第一前进范围速比(对于给定的输入速度)被实现。当来自输入轴17的转矩经过激活的行星齿轮组20流动时，模式I电可变第一前进范围速比是输入分流比率。通过同步啮合离合器54以将单元A 80连接到架部件29，并因而锁定行星齿轮组20、单元A和单元B80、82和发动机12，从而通过在组合的行星齿轮组30、40处所提供的固定低速比来驱动传动装置。

当单元A 80的速度是零时，通过啮合离合器50和56来实现模式I电可变第二前进范围比率(对于给定的输入速度)。当离合器50和离合器59两者都被啮合时，在换档点获得模式I-模式II固定换档比。当单元A 80的速度等于零时，对于给定的输入速度，模式II电可变第一前进范围比率在离合器59和离合器56啮合的情况下被实现。

在除了离合器59和56之外啮合离合器54的情况下，为1.00的固定直接比率被实现。当在太阳齿轮部件22和架部件29处提供单元A 80的速度时，行星齿轮组20被锁定。当离合器50和52都脱开时，行星齿轮组30和40都不被激活。这样，发动机速度能高效地在输出部件19处被提供，从而所达到的比率为1.00。

对于给定的输入速度，当单元B 82的速度等于零rpm时，在仅啮合离合器59和56的情况下实现模式II电可变第二前进范围速比。通过随后加上制动器58的啮合，提供固定前进速比。

这样提供了六个前进比率，即模式I电可变第一范围前进比率、第二范围前进比率、模式I-模式II换档比率、直接比率、和模式II电可变第一和第二前进范围速比。如果单元A和B被制动，那么上面所提到的模式I电可变第二前进比率、模式II电可变第一前进比率和模式II电可变第二前进比率可以变成固定的比率。这样，通过啮合转矩传递装置56和58以锁定单元B，和通过增加制动器以制动单元A，这些比率变成固定的比率；这样，对于特定的传动装置运用，必要时可以提供6个固定的前进比率。这也可依据单元A 80、单元B82、发动机12的单元速度在图2所示的输出速度范围上为零的次数(即，图2的在零(X轴)处单元速度的交叉点的数量)。

第二示例性实施例

参考图3，描述了具有传动装置14’的动力系10’的第二完整的示例性优选实施例。传动装置14’利用优选地具有行星齿轮组20’、30’和40’性质的三个差动齿轮组。行星齿轮组20’使用外切太阳齿轮部件22’的环形齿轮部件24’。行星架装配部件26’包括架部件29’，该架部件以旋转方式支撑多个行星齿轮27’，使得每个行星齿轮27’啮合环形齿轮部件24’和太阳齿轮部件22’两者。输入部件17被固定到该架部件29上。

行星齿轮组30’具有外切太阳齿轮部件32’的环形齿轮部件34’。多个行星齿轮组37’以旋转的方式被安装在行星架装配部件36’的架部件39’上，这样每个行星齿轮部件37’同时啮合环形齿轮部件34’和太阳齿轮部件32’。

行星齿轮组40’也具有外切太阳齿轮部件42’的环形齿轮部件44’。多个行星齿轮组47’以旋转的方式被安装在行星架装配部件46’的架部件49’上，这样每个行星齿轮部件47’同时啮合环形齿轮部件44’和太阳齿轮部件42’。

互连部件70’连续地连接太阳齿轮部件32’和42’。此外，互连部件72’连续地互相连接环形齿轮部件34’和架部件49’。

传动装置14’也结合第一和第二电动机/发电机80’和82’，所述电动机/发电机每个都具有相应的被固定到传动装置外壳60’的定子80a’、82a’。单元A的转子80b’被固定到环形齿轮部件24’。单元B的转子82a’被固定到太阳齿轮部件22’并也被固定到环形齿轮部件44’。行星齿轮组20’被设计(通过齿轮齿数和发动机12到架部件29’的连接)以使得连接部件71’在与发动机12相同的方向上旋转。

第一转矩传递装置(诸如前进模式制动器MI F 50’)可选择性地与太阳齿轮部件42’啮合(并从而通过互连部件70’啮合到太阳齿轮部件32’)以通过传动装置外壳60’将太阳齿轮部件42’接地。第二转矩传递装置(诸如倒档制动器MI R 52’)选择性地连接架部件49’和传动装置外壳60’。最后，第三转矩传递装置(诸如离合器59’)选择性地使发动机12与环形齿轮部件34’连接并从而通过互连部件72’与架部件49’连接。离合器59’也被称为模式II离合器。传动装置14’不具有执行锁定、发动机起动反应、和分别由传动装置14的离合器54、58和56所执行的单元B分离功能的转矩传递装置。

从图3中明显可知，传动装置14’选择性地从发动机12接收功率。混合式传动装置14’还从电池或者电功率源86’接收功率，所述电池或者电功率源可操作地被连接到控制器或者ECU 88’。正如本领域技术人员所理解的，能量通过控制器88’在电池86’和电动机/发电机80’、82’之间传送。电功率源86’可是一个或者多个电池。诸如燃料电池的其他电功率源具有提供、或储存和分配的能力，电源可以被用来代替电池，而不改变本发明构思。ECU 88’被编程以确保单元B 82’以一个方向旋转，使得来自单元B 82’的转矩在连接部件71处被加到来自发动机12的转矩上。

图4是在传动装置14’的示例性运行中，各种传动组件的速度相对于输出轴速度的的图形描述。参考图3和4，发动机12(和输入轴17)的速度用线110’表示，电动机/发电机80’的速度用线112’表示，电动机/发电机82’的速度用线114’表示。在EVT运行的第一前进范围或模式130’中、即在输出轴速度120’之前，转矩传递装置50’和56’被啮合。齿轮组20’以差动模式运行，齿轮组30’以转矩倍增模式运行。输入轴速度110’、和相应的发动机速度在传动装置的整个运行中基本上是恒定的以简化描述。控制器88’使第一电动机/发电机80’的速度在大约为4500rpm时起动，并随着输出轴速度的增加而降低。同时，第二电机82’的速度在零时起动，并随着输出轴速度的增加而增加。架部件39’和49’(在图4中未示出)的速度与输出轴速度成比例地增加。从图4的图表明显可见，对于给定的输入或组件速度，电动机/发电机的速度在模式130’中和在倒档模式146’中是相等的(虽然方向相反)，通过在离合器56’保持啮合时啮合离合器50’(对于前进)或离合器52’(对于倒档)来选择。

在输出轴速度114’处，电动机/发电机82’(单元B)的速度超过发动机12的速度，而电动机/发电机80’(单元A)的速度降到发动机12的速度之下。由130’和134’一起所指示的速度范围构成了模式I前进运行范围。在输出轴速度120’处，传动装置从EVT模式I(包括速度范围130’、134’)换档到包括速度范围138’、142’的EVT模式II。在输出轴速度120’处，由于离合器50’和56’的啮合，发动机12和架部件49’的速度基本相同，这样在基本上不导致转矩扰动的情况下离合器59’被啮合(而离合器50’脱开)，以从第一电可变模式(模式I)切换到第二电可变模式(模式II)。在模式II中，电动机/发电机80’的速度随着输出轴速度的增加连续增加，并且电动机/发电机82’的速度随着输出轴速度的增加而降低。

该传动装置14’的特征还在于EVT倒档模式146’。在零输出速度时，离合器52’和56’可以被啮合。激活的行星齿轮组20’和40’的比率是这样一个负的比率，对于给定的输入速度在值上与在EVT前进模式I 130’、134’中通过激活的齿轮组20’、30’所达到的比率的值基本上是相同的。这样，在EVT前进模式I中，EVT路径可以被精确地运行，从而具有相等的倒档特性。

虽然实施本发明的最好模式已经被祥细描述，但相关领域技术人员应该认识在所附权利要求的范围内用于实践本发明的各种可代替的设计和实施例。