具有两个行星齿轮组和两个电动机/发电机的输出分流式电动变速器

摘要

一种与发动机一起使用的电动变速器包括输入构件、输出构件以及固定构件，输入构件构造成与发动机操作性地互连。电动变速器还包括第一和第二电动机/发电机、第一和第二行星齿轮组，每个行星齿轮组都具有各自的第一、第二和第三构件。电动变速器还包括能够选择性地接合的第一、第二和第三扭矩传递机构。通过第三扭矩传递机构的接合，输入构件能够持续地或选择性地与第一行星齿轮组的第一构件连接以便一起转动。输出构件与第二行星齿轮组的第一构件连接以便一起转动。电动机/发电机是可控制的并且扭矩传递机构是能够选择性地接合的，以建立至少一种纯电动模式、串联模式、输出分流模式以及至少一种空档模式。

说明书

技术领域

本发明涉及能够在输出分流模式(output-split mode)下操作并且具有两个行星齿轮组和两个电动机/发电机的电动变速器。

背景技术

电动变速器(EVT)通常具有连接到发动机的输入构件，还具有一个或两个电动机/发电机，这些电动机/发电机连接到行星齿轮组的不同构件从而实现电动操作模式、固定速比模式以及纯电动(电池供电)模式中的一种或多种。“电动”模式是一种操作模式，在该模式下，变速器输入构件与输出构件之间的速比由一个电动机/发电机的速度决定。

电动变速器(EVT)能够以多种方式提高车辆的燃料经济性。例如，在减速和制动期间以及在相对低速或者车辆轻负载操作期间，发动机在空转时可以被关闭从而消除由于发动机阻滞而产生的效率损失。在这些“发动机关闭”期间，利用通过再生制动获得的制动能量或者通过在发动机运转时用作发电机的一个电动机储存的能量来延长发动机关闭的期间或持续时间，从而补充发动机的扭矩或者功率，以便在较低发动机速度下操作车辆，并且/或者补充辅助能量供应源。发动机的扭矩或功率的瞬时需求能够在“发动机运转”期间通过电动机/发电机得到补充，使得可以缩小发动机尺寸而不会明显降低车辆性能。另外，电动机/发电机在辅助能量产生方面效率非常高，并且来自电池的电能充当可供使用的扭矩储备，使得能够在相对较低的变速器速比下进行操作。

电动模式可以分类为输入分流模式(input-split mode)、输出分流模式(output-split mode)、复合分流模式(compound-split mode)或串联模式(series mode)。输入分流模式齿轮连接一个电动机/发电机，使其速度与变速器输出成正比变化，同时齿轮连接另一个电动机/发电机，使其速度是输入构件与输出构件的速度的线性组合。输出分流模式齿轮连接一个电动机/发电机，使其速度与变速器输入构件的速度成正比变化，同时齿轮连接另一个电动机/发电机，使其速度是输入构件与输出构件的速度的线性组合。复合分流模式齿轮连接两个电动机/发电机，使两个电动机/发电机的速度是输入构件与输出构件的速度的线性组合，但是任一个电动机/发电机的速度都既不与输入构件的速度也不与输出构件的速度成正比。串联模式齿轮连接一个电动机/发电机，使其速度与变速器输入构件的速度成正比变化，同时齿轮连接另一个电动机/发电机，使其速度与变速器输出构件的速度成正比变化。当在串联模式下操作时，输入构件与输出构件之间没有直接的机械能量传输路径，因而所有能量都必须以电力方式传输。

在串联推进系统中，能量的路径是从发动机到电力储存装置，然后到电动机/发电机，电动机/发电机应用能量从而转动传动构件。换言之，在串联推进系统中，发动机与传动构件之间没有直接的机械连接，这与平行推进系统不同。

现有的电动变速器(EVT)结构主要是单一模式输入分流或双模式。对于具有小型发动机和大型电池的插电式混合动力应用而言，这些结构并不是最优的，其中大部分操作是在发动机关闭时进行的。例如，单一模式输入分流要求输出电动机/发电机被设计为适合全部车辆速度范围。因而，电动机/发电机可能需要被设计为适应高的电动机最高速度以提供所需的电动机能力并且/或者在最高速度时提供合理的损失。还可能需要高的系统电压(例如600伏)以使系统能够运行。在这种类型的系统中，车辆高速行进时电动机/发电机和变速器的旋转损失也相对较高，从而降低了公路燃料经济性。双速变速器可能用于输出电动机从而以增加机械复杂性为代价而缩小电动机/发电机的速度范围。当发动机关闭时增加损失的第二个来源是，输入发电机通常以几倍于输出速度的速度旋转却不能用于车辆推进。并且，在单一模式输入分流中，大部分发动机能量在发动机高速运转时通过电力路径流动。

对于在发动机关闭时进行高速操作而言，双模式结构并不是最优的。输入电动机(电动机/发电机A)可能在发动机关闭时以几倍于输出速度的速度旋转，却不能用于推进，从而造成高旋转损失同时在发动机关闭时限制了车辆的最高速度。具有双模式变速器的动力系还可能具有作为第一和第二电动模式之间的同步点的固定档位。这要求当在车辆高速行进时发动机从运转到关闭转换或者从关闭到运转转换时发动机的速度必须突增至固定档位的同步速度。并且，电动机/发电机通常适于大小大致相等，这使得难以使用大量的可用电池能量来满足驾驶者的瞬间需求，除非增大两个电动机的尺寸。

发明内容

插电式混合动力变速器通常与小型发动机和大型电池一起使用，并且大部分时间都在发动机关闭的情况下工作。本发明提供一种电动变速器，该变速器具体地克服了现有的带有小型发动机和大型电池的插电式混合动力电动变速器的不足之处。

与发动机一起使用的电动变速器包括输入构件、输出构件以及固定构件，输入构件构造成与发动机操作性地互连。电动变速器还包括第一和第二电动机/发电机以及第一和第二行星齿轮组，每个行星齿轮组都具有各自的第一、第二和第三构件。电动变速器还包括能够选择性地接合的第一、第二和第三扭矩传递机构。通过第三扭矩传递机构的接合，输入构件能够持续地或选择性地与所述第一行星齿轮组的第一构件连接以便一起转动。所述输出构件与所述第二行星齿轮组的第一构件连接以便一起转动。所述第一电动机/发电机与所述第一行星齿轮组的第二构件连接以便一起转动。所述第二电动机/发电机与所述第二行星齿轮组的第二构件连接以便一起转动。所述第一行星齿轮组的第三构件在至少一个转动方向上通过第一单向离合器或持续地被接地(grounded)至固定构件。所述第二行星齿轮组的第三构件通过接合所述第一扭矩传递机构被选择性地接地至固定构件。所述第二行星齿轮组的所述第三构件能够被选择性地连接以便通过接合所述第二扭矩传递机构与所述第一行星齿轮组的所述构件中的一个一起转动。所述电动机/发电机是可控制的并且所述扭矩传递机构能够选择性地接合以建立纯电动模式、串联模式、输出分流模式中的至少一种以及至少一种空档模式。在一些实施方式中，第一单向离合器将所述第一行星齿轮组的所述第三构件接地至所述固定构件，可能包括第二单向离合器从而当在双电动机纯电动模式下所述第二扭矩传递机构被接合并且两个电动机/发电机都在提供扭矩时向所述第一行星齿轮组的第一构件提供反作用扭矩。在一些实施方式中，所述第一行星齿轮组的所述第三构件被持续地接地至所述固定构件，单向离合器可连接在所述输入构件和所述第一电动机/发电机之间从而能够通过所述第一电动机/发电机起动发动机而不需关闭其他离合器中的任何一个。

各种实施方式中的每个都至少具有如下优点中的一些优点：(i)不需要为了起动发动机而关闭液压离合器；能够改进冷起动性能；(ii)由于借助有利的传动比而不是直接驱动，所以在冷起动条件下摇动(crank)发动机所需的扭矩减少了；(iii)由于电动机速度增加，发电机效率得到改进；(iv)在具有或不具有可获得的全部电池能量的情况下，可以在串联模式和负载分担模式之间进行无缝、无能量切换；以及(v)归因于第一电动机/发电机和发动机之间的传动比，相对于现有设计在负载分担模式(即输出分流模式)下牵引能力得到增强。

(1)一种与发动机一起使用的电动变速器，所述电动变速器包括：输入构件，所述输入构件构造成与所述发动机操作性地互连；输出构件；固定构件；第一和第二电动机/发电机；第一和第二行星齿轮组，每个所述行星齿轮组都具有各自的第一、第二和第三构件；以及能够选择性接合的第一、第二和第三扭矩传递机构；其中，所述输入构件能够通过所述第三扭矩传递机构的接合而持续地或选择性地与所述第一行星齿轮组的第一构件连接以便一起转动；其中，所述输出构件与所述第二行星齿轮组的第一构件连接以便一起转动；其中，所述第一电动机/发电机与所述第一行星齿轮组的第二构件连接以便一起转动；其中，所述第二电动机/发电机与所述第二行星齿轮组的第二构件连接以便一起转动；其中，所述第一行星齿轮组的第三构件通过第一单向离合器在至少一个转动方向上或者持续地被接地至所述固定构件；其中，所述第二行星齿轮组的第三构件通过所述第一扭矩传递机构的接合被选择性地接地至所述固定构件；其中，所述第二行星齿轮组的第三构件能够通过所述第二扭矩传递机构的接合选择性地与所述第一行星齿轮组的一个构件连接以便一起转动；并且其中，所述电动机/发电机是可控制的并且所述扭矩传递机构是能够选择性接合的，以建立至少一种纯电动模式、串联模式、输出分流模式以及至少一种空档模式。

(2)如方案(1)所述的电动变速器，其中，所述第一单向离合器将所述第一行星齿轮组的第三构件在一个转动方向上接地至所述固定构件；并且其中，当所述第一电动机/发电机在前向方向上旋转时，所述第一单向离合器为所述第一行星齿轮组的第三构件提供反作用扭矩以使所述第一电动机/发电机能够起动所述发动机，而无需接合所述扭矩传递机构中的任何一个。

(3)如方案(2)所述的电动变速器，其中，在发动机起动期间，所述第一电动机/发电机通过所述第一行星齿轮组以数值大于1的传动比齿轮连接至所述发动机。

(4)如方案(1)所述的电动变速器，其中，在所述至少一种纯电动模式、所述串联模式、所述输出分流模式以及所述至少一种空档模式中的至少一种模式期间，所述第一电动机/发电机通过所述第一行星齿轮组以数值大于1的传动比齿轮连接至所述发动机。

(5)如方案(1)所述的电动变速器，其中，所述第一和第三扭矩传递机构被接合，所述第二扭矩传递机构未接合，并且电能由所述第二电动机/发电机提供，从而当所述发动机关闭时建立所述至少一种电动模式并且当所述发动机运转时建立所述串联模式。

(6)如方案(1)所述的电动变速器，其中，所述第二和第三扭矩传递机构被接合，而所述第一扭矩传递机构未接合，从而建立所述输出分流模式。

(7)如方案(1)所述的电动变速器，进一步包括：能量储存装置，所述能量储存装置连接至所述电动机/发电机以便向所述电动机/发电机提供能量或者从所述电动机/发电机接收能量；其中，所述第三扭矩传递机构被接合，而所述第一和第二扭矩传递机构未接合，从而建立所述至少一种空档模式，在所述空档模式下，所述第一电动机/发电机用作由所述发动机驱动的发电机从而对所述能量储存装置充电。

(8)如方案(1)所述的电动变速器，其中，所述第一行星齿轮组的第三构件被持续地接地至所述固定构件；并且其中，第一单向离合器连接在所述输入构件和所述第一电动机/发电机之间，从而能够通过所述第一电动机/发电机起动所述发动机，而无需关闭其它扭矩传递机构中的任何一个。

(9)如方案(1)所述的电动变速器，其中，所述至少一种纯电动模式包括双电动机纯电动模式，并且所述电动变速器进一步包括：第二单向离合器，所述第二单向离合器构造成当所述第二扭矩传递机构被接合并且两个电动机/发电机在所述双电动机纯电动模式下提供扭矩时为所述第一行星齿轮组的第一构件提供反作用扭矩。

(10)如方案(1)所述的电动变速器，其中，在所述第三扭矩传递机构保持接合从而使所述第一电动机/发电机保持与所述发动机操作性连接的情况下，所述串联模式和所述输出分流模式之间的切换是同步的。

(11)一种与发动机一起使用的电动变速器，所述电动变速器包括：输入构件，所述输入构件构造成与所述发动机操作性地互连；输出构件；固定构件；第一和第二电动机/发电机；第一和第二行星齿轮组，每个所述行星齿轮组都具有各自的第一、第二和第三构件；其中，每个所述电动机/发电机连接至所述行星齿轮组中不同的一个，并且所述输入构件和所述输出构件选择性地或持续地分别连接至所述第一行星齿轮组的一个构件和所述第二行星齿轮组的一个构件；第一、第二和第三扭矩传递机构，所述第一、第二和第三扭矩传递机构能够选择性地接合从而将所述行星齿轮组的至少一些构件与所述固定构件、所述输入构件或所述行星齿轮组的另一些构件中的一个连接起来；以及第一单向离合器，所述第一单向离合器操作性地连接至所述第一电动机/发电机，从而当所述扭矩传递机构中的任一个都未接合时使所述第一电动机/发电机能够起动所述发动机；并且其中，所述电动机/发电机是可控制的并且所述扭矩传递机构能够以不同的组合选择性地接合，从而建立单电动机纯电动模式、双电动机纯电动模式、串联模式、输出分流模式以及至少一种空档模式。

(12)如方案(11)所述的电动变速器，进一步包括：第二单向离合器，所述第二单向离合器被接地至所述固定构件以便在所述双电动机纯电动模式期间向所述第一行星齿轮组的与所述输入构件连接的构件提供反作用扭矩，从而使所述第一电动机/发电机能够提供反作用扭矩。

(13)如方案(12)所述的电动变速器，其中，所述第一行星齿轮组提供所述第一电动机/发电机与所述发动机之间的数值大于1的传动比。

(14)一种与发动机一起使用的电动变速器，所述电动变速器包括：输入构件，所述输入构件构造成与所述发动机操作性地互连；输出构件；固定构件；第一和第二电动机/发电机；第一和第二行星齿轮组，每个所述行星齿轮组都具有各自的第一、第二和第三构件；其中，每个所述电动机/发电机连接至所述行星齿轮组中不同的一个，并且所述输入构件和所述输出构件选择性地或持续地分别连接至所述第一行星齿轮组的一个构件和所述第二行星齿轮组的一个构件；第一、第二和第三扭矩传递机构，所述第一、第二和第三扭矩传递机构能够选择性地接合从而将所述行星齿轮组的至少一些构件与所述固定构件、所述输入构件或所述行星齿轮组的另一些构件中的一个连接起来；以及单向离合器，所述单向离合器被接地至所述固定构件以便在所述双电动机纯电动模式期间向所述第一行星齿轮组的与所述输入构件连接的构件提供反作用扭矩，从而使所述第一电动机/发电机能够提供反作用扭矩；其中，所述电动机/发电机是可控制的并且所述扭矩传递机构能够以不同的组合选择性地接合，从而建立单电动机纯电动模式、双电动机纯电动模式、串联模式、输出分流模式以及至少一种空档模式，使得能够在所述扭矩传递机构不滑动的情况下并且当所述第一电动机/发电机通过所述第一行星齿轮组与所述发动机保持操作性连接时发生从所述输出分流模式向所述串联模式的切换。

本发明的上述以及其他特征和优点将通过下文结合附图对执行本发明的最佳模式的详细描述而变得清楚。

附图说明

图1是以杠杆图的形式示出的电动变速器的第一实施方式的示意图；

图2是以第一符号图的形式示出的图1中的电动变速器的第一变型的示意图；

图3是以第二符号图的形式示出的图1中的电动变速器的示意图；

图4是以杠杆图的形式示出的电动变速器的第二实施方式的示意图；

图5是以第一符号图的形式示出的图4中的电动变速器的第一变型的示意图；

图6是以杠杆图的形式示出的电动变速器的第三实施方式的示意图；

图7是以第一符号图的形式示出的图6中的电动变速器的第一变型的示意图；

图8是以杠杆图的形式示出的电动变速器的第四实施方式的示意图；

图9是以第一符号图的形式示出的图8中的电动变速器的第一变型的示意图；

图10是以杠杆图的形式示出的电动变速器的第五实施方式的示意图；

图11是以第一符号图的形式示出的图10中的电动变速器的第一变型的示意图；

图12是以杠杆图的形式示出的电动变速器的第六实施方式的示意图；

图13是以第一符号图的形式示出的图12中的电动变速器的第一变型的示意图；

图14是以杠杆图的形式示出的电动变速器的第七实施方式的示意图；

图15是以第一符号图的形式示出的图14中的电动变速器的第一变型的示意图；以及

图16是以第二符号图的形式示出的图14中的电动变速器的第二变型的示意图。

具体实施方式

参考附图，在几幅图中相同的附图标记代表相同的部件，图1示出了混合动力系10，混合动力系10具有连接到电动变速器14的发动机12。如下文所述，变速器14被设计为在其各种运转模式中的多种模式下接收来自发动机12的至少一部分传动能量。变速器14既适用于前轮驱动(FWD)横向布置又适用于后轮驱动(RWD)纵向布置。

发动机12具有输出轴或构件，所述输出轴或构件用作变速器14的输入构件16。主减速器单元(final drive unit)或组件17操作性地连接到变速器14的输出轴或构件18以提供能量至主减速器19。

变速器14包括具有第一构件22、第二构件24以及第三构件26的第一行星齿轮组20，第一行星齿轮组20被描绘为一个有三个节点的杆，第一构件22、第二构件24和第三构件26被描绘为节点。参考本文提供的动力系的各种实施方式，如同示出的和描述的所有杠杆一样，这些构件可以是齿圈构件、太阳轮构件以及行星架构件，但不必是按照这种特定的顺序。正如本文所使用的，一个“节点”是变速器的一个部件，诸如齿圈构件、行星架构件或者太阳轮构件，其特征在于转动的速度以及其能够作为由其他部件施加到该部件的扭矩以及该部件施加到其他部件的扭矩的交叉点。可以与给定节点相互作用的其他部件包括在同一杠杆上作为其他节点出现的同一行星齿轮组的其他同轴构件、在另一个杠杆上出现的其他行星齿轮组的构件、诸如变速器壳体的固定构件50以及诸如输入构件16或输出构件18的其他变速器构件。

变速器14包括具有第一构件32、第二构件34以及第三构件36的第二行星齿轮组30，第二行星齿轮组30被描绘为一个有三个节点的杠杆，第一构件32、第二构件34和第三构件36被描绘为节点。

主减速器组件17是由具有第一构件42、第二构件44以及第三构件46的三个节点的杠杆表示的行星齿轮组40。替代性地，主减速器组件可以是一个或多个平行轴齿轮组(未示出)，和/或链传动机构(未示出)。

变速器14具有多重的互连关系。电动机/发电机60(也被标记为M/GA)的转子与行星齿轮组20的第二构件24持续连接以随其一起转动。第三构件26被接地至固定构件50。行星齿轮组30的第一构件32持续地连接至输出构件18以随其一起转动。第二构件34与另一个电动机/发电机62(也被标记为M/GB)持续连接以随其转子一起转动。第一构件42与主减速器19持续连接。第二构件44与输出构件18持续连接。第三构件46与固定构件50持续连接。

变速器14还具有几个能够选择性接合的扭矩传递机构，如下文所述，所述扭矩传递机构提供各种车辆操作模式。扭矩传递机构C1，下文简称为制动器或离合器C1，其能够选择性地接合从而将第三构件36接地至固定构件50。扭矩传递机构C2也是旋转离合器，下文简称为离合器C2，其能够选择性地接合从而将第一构件22连接至第三构件36。扭矩传递机构C3是旋转离合器，下文简称为离合器C3，其能够选择性地接合从而将输入构件16与第一构件22连接。

动力系10优选地具有车载能量储存装置70，下文简写为ESD70，其能够选择性地连接至各个电动机/发电机60、62中的每个以便电动机/发电机60、62可以选择性地将能量传递至ESD70或者从ESD70接收能量。正如本文所使用的，“车载”能量储存装置是安装在车辆(未示出)上的任何能量储存装置，所述车辆上还安装有动力系10以及电动机/发电机60、62。例如，ESD70可以是一个或多个电池或者电池组。其它诸如燃料电池或电容器的能够提供和/或储存和分配足量电能的车载能量储存装置也可以与电池一起使用或者替代电池使用。

根据需要，标记为CONT的电子控制单元或控制器72选择性地连接至ESD70以控制到ESD70的功率分配或者控制来自ESD70的功率分配。由传感器收集的操作数据-诸如输入构件16和输出构件18的速度，可以提供至控制器72，用于多种需要诸如当在再生制动模式下操作时。正如本领域技术人员将了解的，再生制动能力可以通过使用控制器72平衡在制动期间来自发动机12、电动机/发电机60(M/GA)、电动机/发电机62(M/GB)的扭矩而实现，从而提供输出构件18的期望的减速率。

ESD70优选地连接至标记为INV的直流-交流功率变换器74，并且当用于插电式混合动力车辆时还优选地构造为通过标记为POWER的车外能量供应系统76再充电。正如本文所使用的，“车外”能量供应系统是未与动力系10一同安装在车辆(未示出)上的、不与变速器14是一体的、仅在其再充电期间诸如在插电式混合车辆应用时操作性地连接至ESD70的能量供应系统。正如本领域技术人员将了解的，为了对ESD70再充电，可以使用能够在ESD70与车外能量供应系统76之间建立连通性的不同的车外能量供应系统。例如，可以使用包含车外充电器、导电接触面和车载整流器的系统、包含车外感应充电器、感应接触面和车载整流器的系统、或者包含插头形接触面和车载充电器的系统。

根据表I的离合器接合安排，结合电动机/发电机60、62的控制以及发动机12的运转和关闭状态，动力系10能够操作从而提供五种操作模式。

表I

 离合器C1  离合器C2  离合器C3  模式  ×  ×  单电动机纯电动(EV)(发电机关  闭)/串联(发动机运转)  ×  ×  电动变速器(EVT)/负载分担(输  出分流)  空档  ×  空档，电池充电  ×  双电动机纯电动(EV)

在车辆静止的情况下，动力系10处于单电动机纯电动模式。电动机/发电机B62用于发动车辆。车辆可以用电动机/发电机B62进行电力驱动。在纯电动(EV)以及串联模式中，车辆的最高速度受电动机/发电机B62的最大速度限制。车辆也可以使用电动机/发电机B62进行制动。变速器14的关键优点是，当车辆在单电动机纯电动模式下操作时没有滑动离合器，使得在这种模式下效率最大化。单电动机纯电动操作以及串联操作需要相同的接合离合器(即相同的模式)，并且在车辆低速或者高负载情况下是可以使用的。该模式可以在发动机运转(串联模式)或者关闭(单电动机纯电动模式)时操作。

空档是一种将电动机/发电机B62从输出件脱开的模式。如果离合器C3在空档时关闭，则电动机60连接至发动机从而使能量储存装置70能够充电。

在车辆高速行进时，电动机/发电机B62将在单电动机纯电动模式下高速运转。对一些类型的电动机而言，这可能导致在轻负载情况下的低效操作。为了其它原因而减少电动机损失或者降低电动机/发电机B62的速度，系统可以在双电动机纯电动模式下操作。为了将单电动机纯电动模式转换为双电动机纯电动模式，打开离合器C3，然后打开离合器C1同时关闭离合器C2并且电动机/发电机A60支配的扭矩反作用于电动机/发电机B62的扭矩。然后将电动机/发电机A60加速至一定速度，该速度提供期望的电动机A60和B62之间的能量比并且/或者将电动机60、62之间的损失降到最低。因为电动机/发电机A60和B62的扭矩都与输出扭矩成比例，所以电动机/发电机A60的速度与电动机/发电机B62的速度的比决定了电动机60、62之间的能量分配。因为对两个而不是一个电动机进行冷却使得产生了更高的冷却能力，所以这种模式对于分担电动机A60和B62之间的损失、提供改进的持续的功率能力也是有帮助的。双电动机纯电动模式使两个电动机/发电机60、62能够作用于一部分车辆推进扭矩，使得电动机/发电机60、62的速度能够改变以便在电动机A和B之间分流能量以及将电动机和变速器的损失降到最低。

如果期望在处于单电动机纯电动模式时起动发动机12，则电动机/发电机A60支配正扭矩，这促使发动机12在正方向增加速度。一旦发动机12达到操作速度，它就开始产生扭矩。然后电动机/发电机A60能够转换到负扭矩以便用作发电机在串联模式下操作系统。在串联模式下，发动机12驱动电动机/发电机A60并且变换器74处于控制器72的控制下，电动机/发电机A60用作发电机并且通过能量储存装置70为电动机/发电机B62提供能量。因为电动机/发电机B62能够满足车辆全部的牵引需求，对发动机或催化剂暖机而言允许具有最大灵活性，以便使燃料经济性最大化并使冷起动排放最小化。

如果期望在双电动机EV模式下起动发动机12，动力系10可通过关闭离合器C3直接转换到输出分流模式，从而使发动机12起动。替代性地，动力系10可同时切换到单电动机EV模式(关闭离合器C1和离合器C3，同时打开离合器C2)并且发动机12可如上所述地被起动。

为了进行巡航，动力系10可通过释放离合器C1并应用离合器C2而从串联模式切换到输出分流、EVT/负载分担模式。这可作为存在负载的常规的离合器-离合器切换而被执行。替代性地，离合器C3可被释放以便在切换期间允许对发动机12和电动机/发电机A60的速度进行独立控制。这使得在切换期间电动机/发电机A60的惯性和扭矩能够反作用于电动机/发电机B62的扭矩，而无需降低发动机速度，从而增大输出扭矩。

在EVT/负载分担模式下，动力系10操作为输出分流模式。电动机/发电机A60产生一部分发动机扭矩，该发动机扭矩传递至电动机/发电机B62。动力系10在电动机/发电机B62的速度为零的比率下具有机械点(mechanical point)。对低于该值的比率而言，动力流将在前向方向上。由于系统处于输出分流模式，发动机12和电动机扭矩可在低于该机械点的比率下以叠加方式组合。例如，在1∶1的变速器比率下，电动机/发电机和发动机的速度都等于输出速度，因而电动机/发电机A60、电动机/发电机B62以及发动机的动力可以被组合以提供高的车辆性能。负载分担是能够在高车辆速度或低负载下使用的高范围输出分流模式。

动力系10能够简单地通过以受控方式将发动机速度减为零而容易地转换到发动机关闭的单电动机EV模式，从而将电动机/发电机A60用作发电机。动力系10还能够通过同时改变为合适的比率然后打开离合器C2并关闭离合器C1而从负载分担模式转换到发动机关闭的单电动机EV模式。

本文描述了具有变速器的动力系的各种实施方式。对于所述及所示的每个动力系而言，各种模式是根据表I中的离合器接合安排来实现的，对应的部件如参考图1中的动力系10所述的产生作用。所述各种实施方式提供优于之前的电动变速器的一个或多个不同的优点，并且特别适用于纯电动模式中的扩展范围。此处描述的实施方式的各种特征在下面的表II中被总结，所述特征对应的实施方式在每一列中示出。这些特征在表II之后被概述，更具体地说是参照它们所对应的实施方式被描述。

表II

不关闭离合器的冷启动

总的来说，设计一种在冷的周围温度条件下能够产生压力从而应用离合器的液压离合器系统是更困难的。由于传动流体的粘滞性增加，所以可能需要大型的辅助泵从而提供所述功能。另外，为了产生所需压力和流速从而应用离合器可能会有明显的延迟。如果系统能够无需关闭离合器就启动，则能够降低液压需求，这能够减少辅助泵的费用和质量。

串联模式期间的电动机/发电机A的比率

如果电动机/发电机A60以大于1的比率齿轮连接至发动机，则电动机/发电机A60的速度将会增加并且扭矩将会减小。这能够使电动机/发电机A60更有效地操作并且能够降低电动机/发电机A60的扭矩需求，从而能够减小电动机的尺寸。

双电动机EV模式期间的电动机/发电机A的比率

如果在双电动机EV操作期间电动机/发电机A60以一定比率齿轮连接，则由于当处于该操作模式时电动机/发电机A60的扭矩受到限制，所以对于给定的电动机/发电机A60的扭矩而言该模式的牵引能力得到增加。

冷启动期间的电动机/发电机A的比率

如果在发动机12的冷启动期间电动机/发电机A60以数值大于1的传动比齿轮连接，则因为电动机的损失与电动机的扭矩的平方成比例，所以起动发动机12的电池功率将降低。

负载分担/牵引能力增大期间的电动机/发电机A的比率

如果在负载分担操作期间电动机/发电机A60以一定比率齿轮连接，则因为当处于该操作模式时电动机/发电机A60的扭矩以及发动机的扭矩的总数受到限制，所以对于给定的电动机/发电机A60的扭矩而言电动机的牵引能力得到增加。

切换期间的电动机/发电机A的连续发电能力

在一些混合动力系的设计中，为了从负载分担切换至串联模式，电动机/发电机A60必须在切换期间即刻从发动机12脱开，或者为了保持反作用扭矩和提供输出扭矩离合器C2必须滑动。所述两种操作方式在切换期间损害了系统的在能量平衡状态下的操作能力，如果电池能量受到限制(即归因于冷的电池温度)则在降档期间所述操作方式带来的损害能够造成扭矩下降。在提出的一些实施方式中(图8-9和图14-16，即具有单向离合器D2的实施方式)，动力系10能够在档位操纵期间通过电力路径持续地传递能量，从而消除切换期间的扭矩下降。

动力系10的符号图实施方式在图2中示出为动力系10A。在该实施方式中，电动机/发电机A60以一定比率齿轮连接至发动机12以降低扭矩需求。变速器14A包括行星齿轮组20A，行星齿轮组20A与行星齿轮组20相对应并且具有第一构件22A、第二构件24A和第三构件26A，第一构件22A是行星架构件，第二构件24A是太阳轮构件，第三构件26A是齿圈构件。第一构件22A支撑与第二构件24A和第三构件26A啮合的小齿轮27A。行星齿轮组30A与行星齿轮组30相对应并且具有第一构件32A、第二构件34A和第三构件36A，第一构件32A是架构件，第二构件34A是太阳轮构件，第三构件36A是齿圈构件。第一构件32A支撑与第二构件34A和第三构件36A啮合的小齿轮37A。与图1中的行星齿轮组40相对应的主减速器行星齿轮组可能会使用，但是未在图中示出。

动力系10的符号图实施方式在图3中示出为动力系10B，其中变速器14B包括行星齿轮组20B，行星齿轮组20B是由第一构件22B、第二构件24B和第三构件26B组合而成的齿轮组，第一构件22B是齿圈构件，第二构件24B是太阳轮构件，第三构件26B是行星架构件。行星架构件26B支撑两组小齿轮27B、28B转动，小齿轮27B与太阳轮构件24B以及小齿轮28B啮合，并且小齿轮28B与齿圈构件22B以及小齿轮27B啮合。行星齿轮组30B与行星齿轮组30相对应并且具有第一构件32B、第二构件34B和第三构件36B，第一构件32B是行星架构件，第二构件34B是太阳轮构件，第三构件36B是齿圈构件。第一构件32B支撑与第二构件34B和第三构件36B啮合的小齿轮37B。与图1中的行星齿轮组40相对应的主减速器行星齿轮组可能会使用，但是未在该图中示出。

针对本发明权利要求范围内的动力系的另一个实施方式，图4示出了一个杠杆图，图5示出了相应的符号图。参考图4，动力系10C包括变速器14C，在变速器14C中，电动机/发电机A60以不同的方式连接至行星齿轮组20C以执行电动机/发电机A的传动比(即电动机/发电机A60和发动机12之间的比率)。变速器14C包括具有第一构件22C、第二构件24C和第三构件26C的行星齿轮组20C，行星齿轮组20C被描述为有三个节点的杆，第一构件22C、第二构件24C和第三构件26C被描述为节点。行星齿轮组30C具有第一构件32C、第二构件34C和第三构件36C，行星齿轮组30C被描述为有三个节点的杆，第一构件32C、第二构件34C和第三构件36C被描述为节点。

动力系10C的符号图实施方式在图5中示出为动力系10D。变速器14D包括行星齿轮组20D，行星齿轮组20D与行星齿轮组20C相对应并且具有第一构件22D、第二构件24D和第三构件26D，第一构件22D是齿圈构件，第二构件24D是太阳轮构件，第三构件26D是行星架构件。第三构件26D支撑与第二构件24D和第一构件22D啮合的小齿轮27D。行星齿轮组30D与行星齿轮组30C相对应并且具有第一构件32D、第二构件34D和第三构件36D，第一构件32D是行星架构件，第二构件34D是太阳轮构件，第三构件36D是齿圈构件。第一构件32D支撑与第二构件34D和第三构件36D啮合的小齿轮37D。与图4中的行星齿轮组40相对应的主减速器行星齿轮组可能会使用，但是未在该图中示出。

针对本发明权利要求范围内的动力系的另一个实施方式，图6示出了一个杠杆图，图7示出了相应的符号图。参考图6，除了动力系10E增加了单向离合器D1以使得不需要关闭其它离合器C1、C2和C 3就能进行冷启动之外，动力系10E与图4中的动力系10C相似。动力系10E包括变速器14E，变速器14E具有被描述为具有三个节点的杆的行星齿轮组20E，行星齿轮组20E具有被描述为节点的第一构件22E、第二构件24E和第三构件26E。第二行星齿轮组30E被描述为三个节点的杆，其具有被描述为节点的第一构件32E、第二构件34E和第三构件36E。当电动机/发电机A60在与输入构件16的前向旋转相对应的方向上快于输入构件16旋转时，单向离合器D1接合，但是当输入构件16快于电动机/发电机A60旋转时，单向离合器D1超限运动(overrun)。相应地，通过转动输入构件16并通过单向离合器D1附连连接到其上的发动机输出构件，电动机/发电机A能够用来起动发动机12。

动力系10E的符号图实施方式在图7中示出为动力系10F。变速器14F包括行星齿轮组20F，行星齿轮组20F与行星齿轮组20E相对应并且具有第一构件22F、第二构件24F和第三构件26F，第一构件22F是齿圈构件，第二构件24F是太阳轮构件，第三构件26F是行星架构件。第三构件26F支撑与第二构件24F和第一构件22F啮合的小齿轮27F。行星齿轮组30F与行星齿轮组30E相对应并且具有第一构件32F、第二构件34F和第三构件36F，第一构件32F是行星架构件，第二构件34F是太阳轮构件，第三构件36F是齿圈构件。第一构件32F支撑与第二构件34F和第三构件36F啮合的小齿轮37F。与图6中的行星齿轮组40相对应的主减速器行星齿轮组可能会使用，但是未在该图中示出。

针对本发明权利要求范围内的动力系的另一个实施方式，图8示出了一个杠杆图，图9示出了相应的符号图。在该实施方式中增加了两个单向离合器。如上所述，不需要关闭任何其他离合器单向离合器D1就能使发动机12起动。第二个单向离合器D2提供反作用点，使得电动机/发电机A60能够在处于双电动机EV模式操作期间提供反作用扭矩。参考图8，动力系10G包括变速器14G，变速器14G具有被描述为三个节点的杆的行星齿轮组20G，行星齿轮组20G具有被描述为节点的第一构件22G、第二构件24G和第三构件26G。行星齿轮组30G被描述为三个节点的杆，其具有被描述为节点的第一构件32G、第二构件34G和第三构件36G。当电动机/发电机A60以至少与第一构件22G的特定比率旋转时，单向离合器D1接合，从而以节点24G和22G之间的比率将构件26G接地并且提供反作用点以通过节点22G起动发动机12。当电动机/发电机A60未以所需的将构件26G接地的比率旋转时，单向离合器D1超限运动。当在离合器C2在双电动机EV模式下关闭并且发动机12关闭的情况下电动机/发电机A60被控制以便连同电动机/发电机B62一起提供动力时，单向离合器D2将第一构件22G接地至固定构件50。

动力系10G的符号图实施方式在图9中示出为动力系10H。变速器14H包括行星齿轮组20H，行星齿轮组20H与行星齿轮组20G相对应并且具有第一构件22H、第二构件24H和第三构件26H，第一构件22H是行星架构件，第二构件24H是太阳轮构件，第三构件26H是齿圈构件。第一构件22H支撑与第二构件24H和第三构件26H啮合的小齿轮27H。行星齿轮组30H与行星齿轮组30G相对应并且具有第一构件32G、第二构件34G和第三构件36G，第一构件32G是行星架构件，第二构件34G是太阳轮构件，第三构件36G是齿圈构件。第一构件32G支撑与第二构件34G和第三构件36G啮合的小齿轮37G。与图8中的行星齿轮组40相对应的主减速器行星齿轮组可能会使用，但是未在该图中示出。

针对本发明权利要求范围内的动力系的另一个实施方式，图10示出了一个杠杆图，图11示出了相应的符号图。该实施方式包括单向离合器D1，如上所述，不需要关闭其他离合器C1、C2或C3中的任何一个，单向离合器D1就能使发动机12起动。参考图10，动力系10I包括变速器14I，变速器14I具有被描述为三个节点的杆的行星齿轮组20I，行星齿轮组20I具有被描述为节点的第一构件22I、第二构件24I和第三构件26I。第二个行星齿轮组30I被描述为三个节点的杆，其具有被描述为节点的第一构件32I、第二构件34I和第三构件36I。当电动机/发电机A60以至少与第一构件22I的特定比率旋转时单向离合器D1接合，从而以节点24I和22I之间的比率将构件26I接地并且提供反作用点以便通过节点22I起动发动机12。当电动机/发电机A60未以所需的将构件26I接地的比率旋转时单向离合器D1超限运动。仅在发动机起动期间电动机/发电机A60和第一构件22I之间的传动比能够起作用，并且在负载分担、EVT输出分流模式下发动机12运转时离合器C 3被关闭。

动力系10I的符号图实施方式在图11中示出为动力系10J。变速器14J包括行星齿轮组20J，行星齿轮组20J与行星齿轮组20I相对应并且具有第一构件22J、第二构件24J和第三构件26J，第一构件22J是齿圈构件，第二构件24J是太阳轮构件，第三构件26J是行星架构件。第三构件26J支撑与第二构件24J和第一构件26J啮合的小齿轮27J。行星齿轮组30J与行星齿轮组30I相对应并且具有第一构件32J、第二构件34J和第三构件36J，第一构件32J是行星架构件，第二构件34J是太阳轮构件，第三构件36J是齿圈构件。第一构件32J支撑与第二构件34J和第三构件36J啮合的小齿轮37J。与图10中的行星齿轮组40相对应的主减速器行星齿轮组可能会使用，但是未在该图中示出。

表II

  附加离合器  80/D1  离合器C1  离合器C2  离合器C3  模式  ×  ×  ×  单电动机纯  电动(EV)(发  动机关闭)  ×  ×  EVT/负载分  担(输出分  流)  ×  ×  EVT/负载分  担(输出分  流)  ×  ×  串联(发动机  运转)  空档  ×  空档，电池充  电  ×  双电动机纯  电动(EV)

针对本发明权利要求范围内的动力系的另一个实施方式，图12示出了一个杠杆图，图13示出了一个相应的符号图。根据表II中的离合器接合安排连同电动机/发电机60、62的控制以及发动机12的运转或关闭状态，所述实施方式能够提供七种操作模式。在该实施方式中，如上所述，不需要关闭其它离合器C1、C2、C3中的任何一个，单向离合器D1就能够使发动机12起动。参考图12，动力系10K包括变速器14K，变速器14K具有被描述为有三个节点的杆的行星齿轮组20K，行星齿轮组20K具有被描述为节点的第一构件22K、第二构件24K和第三构件26K。第二个行星齿轮组30K被描述为有三个节点的杆，其具有被描述为节点的第一构件32K、第二构件34K和第三构件36K。当电动机/发电机A60以至少与第一构件22K的特定负比率旋转时，单向离合器D1接合，从而以节点24K和22K之间的比率将构件26K接地并且提供反作用点以便通过节点22K起动发动机12。当电动机/发电机A60未以所需的将构件26K接地的比率旋转时，单向离合器D1超限运动。在离合器C2打开的情况下，在起动期间或者当电动机/发电机A60用作电动机而在负载分担模式(EVT输出分流模式)下行驶时，构件22K和构件24K之间的传动比能够起作用。替代性地，动力系10K还能够以发动机12与电动机/发电机A60之间的1∶1的比率运行，同时离合器C2和C3接合。可选的能够选择性锁定的摩擦离合器或齿式离合器80被增加至单向离合器D1以便将构件26K选择性地锁定到固定构件50，使动力系10K能够处于串联模式，即当发动机12驱动电动机/发电机A60用作发电机以提供能量至ESD70时提供作用于构件26K的反作用扭矩，而ESD又为电动机/发电机B62提供能量。

动力系10K的符号图实施方式在图13中示出为动力系10L。变速器14L包括行星齿轮组20L，行星齿轮组20L与行星齿轮组20K相对应并且具有第一构件22L、第二构件24L和第三构件26L，第一构件22L是齿圈构件，第二构件24L是太阳轮构件，第三构件26L是行星架构件。第三构件26L支撑与第二构件24L和第一构件22L啮合的小齿轮27L。行星齿轮组30L与行星齿轮组30K相对应并且具有第一构件32L、第二构件34L和第三构件36L，第一构件32L是行星架构件，第二构件34L是太阳轮构件，第三构件36L是齿圈构件。第一构件32L支撑与第二构件34L和第三构件36L啮合的小齿轮37L。与图12中的行星齿轮组40相对应的主减速器行星齿轮组可能会使用，但是未在该图中示出。

针对本发明权利要求范围内的动力系的另一个实施方式，图14示出了一个杠杆图，图15和16示出了两种可能的对应符号图。如上所述，不需要关闭其他离合器C1、C2或C3中的任何一个，单向离合器D1就能使发动机12起动。在处于双电动机EV模式操作期间，第二个单向离合器D2使电动机/发电机A60能够提供反作用扭矩。动力系10M、10N和10P允许在串联模式和负载分担、输出分流EVT模式(通过打开C1关闭C2，同时保持C3接合)之间进行切换而无需异步切换或者使电动机/发电机A60从发动机12脱开，这在低电池电压条件下提供了改进的操作。参考图14，动力系10M包括变速器14M，变速器14M具有被描述为有三个节点的杆的行星齿轮组20M，行星齿轮组20M具有被描述为节点的第一构件22M、第二构件24M和第三构件26M。第二个行星齿轮组30M被描述为有三个节点的杆，其具有被描述为节点的第一构件32M、第二构件34M和第三构件36M。当电动机/发电机A60以至少与第一构件22M的特定负比率旋转时，单向离合器D1接合，从而以节点24M和22M之间的比率将构件26M接地并且提供反作用点以便使发动机12能够通过节点22M被起动。当电动机/发电机A60未以所需的将构件26M接地的比率旋转时，单向离合器D1超限运动。电动机/发电机A60和第一构件22M之间的传动比仅在发动机起动期间起作用。构件24M和构件26M之间的传动比在电动机/发电机A60用作电动机而在双电动机EV模式下传动期间才起作用。动力系10M在负载分担、EVT输出分流模式下以发动机12和电动机/发电机A60之间的1∶1比率运行，同时离合器C2和C3被接合。

动力系10M的符号图实施方式在图15中示出为动力系10N。变速器14N包括行星齿轮组20N，行星齿轮组20N与行星齿轮组20M相对应并且具有第一构件22N、第二构件24N和第三构件26N，第一构件22N是齿圈构件，第二构件24N是太阳轮构件，第三构件26N是行星架构件。第三构件26N支撑与第二构件24N和第一构件22N啮合的小齿轮27N。行星齿轮组30N与行星齿轮组30M相对应并且具有第一构件32N、第二构件34N和第三构件36N，第一构件32N是行星架构件，第二构件34N是太阳轮构件，第三构件36N是齿圈构件。第一构件32N支撑与第二构件34N和第三构件36N啮合的小齿轮37N。与图12中的行星齿轮组40相对应的主减速器行星齿轮组可能会使用，但是未在该图中示出。

动力系10M的符号图实施方式在图16中示出为动力系10P。变速器14P包括行星齿轮组20P，行星齿轮组20P与行星齿轮组20M相对应并且具有第一构件22P、第二构件24P和第三构件26P，第一构件22P是齿圈构件，第二构件24P是太阳轮构件，第三构件26P是行星架构件。第三构件26P支撑与第二构件24P和第一构件22P啮合的小齿轮27P。行星齿轮组30P与行星齿轮组30M相对应并且具有第一构件32P、第二构件34P和第三构件36P，第一构件32P是行星架构件，第二构件34P是太阳轮构件，第三构件36P是齿圈构件。第一构件32P支撑与第二构件34P和第三构件36P啮合的小齿轮37P。与图12中的行星齿轮组40相对应的主减速器行星齿轮组可能会使用，但是未在该图中示出。

尽管已经对执行本发明的最佳模式进行了详细描述，但是本领域技术人员将会认识到所附权利要求范围内的实施本发明的各种替代性设计和实施方式。