CN103261737A - 用于电动车辆和燃料电池混合动力车辆的无液压多档变速器及其换档系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多档变速器，其包括太阳轮、与太阳轮常啮合的至少一个高速行星轮、和高速环齿轮，其中高速行星轮绕太阳轮进行轨道运行。多档变速器还包括：至少一个低速行星轮，其与高速行星轮联接并且与低速环齿轮常啮合；以及支架，其与高速行星轮和低速行星轮旋转地接合，使得高速行星轮或低速行星轮控制支架的旋转。多档变速器还包括：变速器壳体，其围绕高速环齿轮和低速环齿轮；以及离合器，其定位成靠近高速环齿轮和低速环齿轮，其中离合器将高速环齿轮或低速环齿轮选择性地与变速器壳体联接。

Description

用于电动车辆和燃料电池混合动力车辆的无液压多档变速器及其换档系统

技术领域

本发明整体涉及用于车辆的变速器，更具体地，本发明涉及无液压多档变速器。

背景技术

在由电动马达驱动的机动车辆中，期望使用多档变速器来以高效率操作电动马达。以高效率操作电动马达可以在车辆的重量、加速或等级方面提供性能优点。

此前，在具有电动马达的车辆中尝试使用多档变速器包括采用利用液压致动的离合器构件进行换档的变速器。使用液压致动的离合器通常需要增大变速器的尺寸，以适应离合器的特征。另外，与致动离合器构件所需的液压泵相关的发动机存在显著的寄生损失。这些寄生损失通常导致车辆的燃料经济性下降。

因此，需要齿轮传动结构，其能够用于具有电动马达的车辆的无液压多档变速器及其换档系统。

发明内容

在一个实施例中，多档变速器包括太阳轮、与太阳轮常啮合的至少一个高速行星轮、和高速环齿轮，其中高速行星轮绕太阳轮进行轨道运行。多档变速器还包括：至少一个低速行星轮，其与高速行星轮联接并且与低速环齿轮常啮合；以及支架，其与高速行星轮和低速行星轮旋转地接合，使得高速行星轮或低速行星轮控制支架的旋转。多档变速器还包括：变速器壳体，其围绕高速环齿轮和低速环齿轮；以及离合器，其定位成靠近高速环齿轮和低速环齿轮，其中离合器将高速环齿轮或低速环齿轮选择性地与变速器壳体联接。

在另一个实施例中，用于电动车辆的动力传动系统包括电动马达和多档变速器。多档变速器包括：变速器壳体，其连接到电动马达；太阳轮，其位于变速器壳体中且与电动马达联接；高速齿轮组，其与太阳轮常啮合；低速齿轮组，其连接到高速齿轮组；以及离合器，其被布置和构造成将多档变速器的操作模式选择性地从一个操作模式改变到不同的操作模式。操作模式可以包括高速模式、低速模式和空档状态。离合器将低速齿轮组与变速器壳体接合，以将多档变速器置于低速模式。

在另一个实施例中，用于具有多档变速器的电动车辆的动力传动系统，包括：电动马达；变速器壳体，其连接到电动马达；和太阳轮，其位于变速器壳体中且与电动马达联接。动力传动系统还包括：高速齿轮组，其与太阳轮常啮合；低速齿轮组，其连接到高速齿轮组；和离合器，其被布置和构造成将高速齿轮组和低速齿轮组选择性地联接到变速器壳体，以用于改变选择性地与车辆的输出轴连接的支架的控制。

参考附图，根据以下的详细说明，将会更加完全地理解本文所述实施例提供的这些和额外的特征。

附图说明

附图中所示的实施例是图示和示例性的，并不用来限制权利要求所限定的主题。在结合附图阅读的情况下可以理解所示实施例的以下详细说明，其中类似的结构用相同的附图标记表示，并且其中：

图1示出了根据本文所示和所述的一个或多个实施例的用于车辆的动力传动系统的示意图；

图2示出了根据本文所示和所述的一个或多个实施例的用于车辆的动力传动系统的示意图；

图3示出了根据本文所示和所述的一个或多个实施例的变速器的速度图示的示意图；

图4示出了根据本文所示和所述的一个或多个实施例的马达效率图谱的示意图；

图5示出了根据本文所示和所述的一个或多个实施例的用于车辆的动力传动系统的示意图；

图6示出了根据本文所示和所述的一个或多个实施例的用于车辆的具有电磁牙嵌式离合器的动力传动系统的示意图；

图7示出了根据本文所示和所述的一个或多个实施例的离合器的示意图；

图8示出了根据本文所示和所述的一个或多个实施例的用于车辆的具有球坡道牙嵌式离合器的动力传动系统的示意图；

图9示出了根据本文所示和所述的一个或多个实施例的离合器的示意图；以及

图10示出了根据本文所示和所述的一个或多个实施例的用于车辆的具有可选单向离合器的动力传动系统的示意图。

具体实施方式

图1总体上示出了用于电气地提供动力的车辆（例如电动车辆或燃料电池混合动力车辆）的多档变速器的换档系统。该系统总体上包括电动马达以及与该马达常啮合的一组高速和低速行星轮。行星轮安装在支架上，该支架联接到差速器，差速器通过一组输出轴为车辆的车轮提供扭矩。高速和低速环齿轮布置成分别与高速和低速行星轮常啮合。离合器布置在环齿轮和变速器壳体之间。在此所用的，离合器指的是，通过干涉而不是摩擦将两个特征联接起来以防止它们相对于彼此旋转的机械装置。离合器的例子包括但不限于：互锁花键牙嵌式离合器、机械同步器和可选单向离合器（SOWC）。在此所用的，离合器不包括采用摩擦板将相对于彼此旋转的两个特征联接的装置。

当以选择的速度模式操作时，离合器将环齿轮接合到变速器壳体，将环齿轮保持为零转速。当进行换档时，离合器从之前选择的环齿轮脱开。然后，电动马达加速或减速，使得新选择的环齿轮的转速接近零。当新选择的环齿轮接近零速度时，离合器接合该新选择的环齿轮，并且使该新选择的环齿轮与变速器壳体联接，从而使多档变速器以第二速度模式操作。在此所用的，接合指的是将所述齿轮组的至少一个构件与变速器壳体联接，以机械地防止该齿轮组旋转，从而多档变速器以与接合的齿轮组相关联的特定操作模式进行操作。通过使用电动马达减缓适当环齿轮的转速，变速器能够在不使用摩擦离合器的情况下平滑地换档。在本文中，将参考附图更详细地描述用于电动车辆和燃料电池混合动力车辆的多档变速器的换档系统和方法的各种实施例。

参见图1，其示意性地示出了用于电动车辆或燃料电池混合动力车辆的动力传动系统100的一个实施例。动力传动系统100总体上包括电动马达110和多档变速器120。电动马达110与多档变速器120的太阳轮130联接。太阳轮130与包括至少一个高速行星轮140的高速齿轮组135常啮合。高速行星轮140与包括至少一个低速行星轮142的低速齿轮组137联接。高速行星轮140和低速行星轮142以相同的速度旋转。在图1的实施例中，高速行星轮140和低速行星轮142均为同一个小齿轮部件的一部分。在这个实施例中，高速行星轮140和低速行星轮142安装在支架160上，并且绕太阳轮130进行轨道运行。支架160连接到差速器170，该差速器170向至少一个输出轴180提供扭矩。高速行星轮140与为高速齿轮组135的一部分的高速环齿轮150常啮合。低速行星轮142与为低速齿轮组137的一部分的低速环齿轮152常啮合。

离合器200可以定位成靠近变速器壳体300，使得离合器200可以将高速环齿轮150或低速环齿轮152选择性地与变速器壳体300接合。在稳态操作中，当高速或低速环齿轮150、152中的一个与变速器壳体300接合时，高速或低速环齿轮150、152中的另一个的旋转不受约束。例如，当离合器200将高速环齿轮150与变速器壳体300接合时，低速环齿轮152不受约束地绕低速行星轮142旋转。当离合器200将低速环齿轮152与变速器壳体300接合时，高速环齿轮150不受约束地绕高速行星轮140旋转。

因为高速和低速行星轮140、142联接在一起且安装到支架160，所以当输出轴180旋转时，高速和低速行星轮140、142绕太阳轮130以大致相同的速率进行轨道运行。输出轴180的转速与车辆的速度相关。在恒定车辆速度下，支架160以及高速和低速行星轮140、142可以以恒定的转速旋转。

如果多档变速器120以低速模式操作，那么离合器200将低速环齿轮152联接到变速器壳体300，使得低速齿轮组137控制支架160旋转。可以要求升档，以将多档变速器120从以低速模式操作改变到以高速模式操作。离合器200从低速环齿轮152脱开，使得低速环齿轮152不再与变速器壳体300接合。在低速环齿轮152和高速环齿轮150均不与变速器壳体300接合的情况下，电动马达110不向支架160和输出轴180提供扭矩，动力传动系统100处于“空档”状态，或者处于电动马达110不能向输出轴180传递扭矩的操作状况。当处于该空档状态时，可以控制电动马达110以减速高速环齿轮150，使得高速环齿轮150的转速接近零。通过降低电动马达110和太阳轮130的转速，电动马达110减缓高速环齿轮150的转速。当高速环齿轮150已经被减速到适当的速度时，离合器200可以接合高速环齿轮150且将高速环齿轮150与变速器壳体300联接，使得高速齿轮组135控制支架160旋转，由此以高速模式操作变速器。

如果多档变速器120以高速模式操作，那么离合器200将高速环齿轮150联接到变速器壳体300，使得高速齿轮组135控制支架160旋转。可以要求降档，以将多档变速器120从以高速模式操作改变到以低速模式操作。离合器200从高速环齿轮150脱开，使得高速环齿轮150不再与变速器壳体300接合。在低速环齿轮152和高速环齿轮150均不与变速器壳体300接合的情况下，电动马达110不向支架160和输出轴180提供扭矩，动力传动系统100再次处于空档状态。当处于该空档状态时，可以控制电动马达110以减速低速环齿轮152，使得低速环齿轮152的转速接近零。通过增加电动马达110和太阳轮130的转速，电动马达110减缓低速环齿轮152的转速。当低速环齿轮152已经被减速到适当的速度时，离合器200可以接合低速环齿轮152且将低速环齿轮152与变速器壳体300联接，使得低速齿轮组137控制支架160旋转，由此以低速模式操作变速器。

当车辆处于空档状态时，电动马达110能够改变高速环齿轮150和低速环齿轮152两者的转速，原因是高速和低速环齿轮150、152与高速和低速行星轮140、142以及太阳轮130常啮合。当动力传动系统100处于空档状态时，对于给定的输出轴180转速，支架160使得高速和低速行星轮140、142以恒定的速率绕太阳轮130进行轨道运行。因此，给定支架160的转速，当动力传动系统100处于空档状态时，电动马达110可以控制高速和低速环齿轮150、152两者的转速。

能够控制高速和低速环齿轮150、152两者的转速，这允许在不使用摩擦离合器的情况下选择多档变速器120的低速模式到高速模式。这对于整体车辆效率可能具有显著的优点，原因是摩擦离合器通常以液压压力进行操作。为了向离合器致动器提供液压压力，车辆的马达必须向液压泵提供动力，以维持最低水平的液压压力。这种动力可以表示马达的寄生损失，这可能导致动力传动系统100的效率下降。当能量使用增多时，驾驶员可以看到这种寄生损失。对于电动车辆和燃料电池混合动力车辆而言，使用液压系统可能尤其存在问题，原因是当停止时，这种车辆的驱动马达通常也停止。为了向液压泵提供动力，第二电动马达可以添加到车辆，从而增加了车辆的成本和复杂性。

如图1示意性地所示，动力传动系统100可以以“单轴”结构结合在车辆中。电动马达110和太阳轮130可以与输出轴180同轴地布置。例如在四轮驱动的车辆中，动力传动系统100可以使用这种设计，其中动力传动系统100允许电动马达110沿着输出轴180安装。如图2示意性地所示，动力传动系统100可以被构造成使得输出轴180将扭矩传递到远离电动马达110的位置处的驱动轮。例如在后轮驱动的车辆中，动力传动系统100可以使用这种设计。

上述行星轮传动结构可以修改，以适应于各种应用和包装限制。在多档变速器120的一个实施例中，低速行星轮142可以被构造成与太阳轮130直接啮合。在另一个实施例中，多档变速器120可以布置有多个环齿轮，使得多档变速器120可以具有与环齿轮数量相等的操作速度。

图3示出了用于具有两速行星轮组的车辆的动力传动系统100的一个实施例的速度曲线图的示意图。该速度曲线图图形地示出了多个操作点处动力传动系统100的操作。如图所示，在距离竖向线130A一定距离处画出与行星轮组的速比对应的竖向线。标记为“A”、“B”和“C”的线与竖向线的交点表示行星轮组的各部件的转速。

图3所示的速度曲线图可以用来示出多档变速器120的内部部件如何在稳态操作期间起作用。例如，在多档变速器120的一个实施例中，可以防止低速环齿轮152旋转，例如与变速器壳体300接合。可以画出速度线“A”，使得其穿过表示低速环齿轮152的线152A与零速度线（标记为0的水平线）的交点。在图3中标记为“操作点1”的这个点反映了低速环齿轮152具有零转速。当电动马达110的转速增大时，画出速度线，使得其沿着线130A在正向y方向上增加，同时仍然穿过操作点1。该速度线和表示其它齿轮的竖向线之间的交点反映了这些齿轮的转速。具体地，支架160的转速由标记为160A的竖向线表示，由此差速器170和输出轴180的转速由标记为160A的竖向线表示。该交点可以与车辆速度直接相关，而与多档变速器120处于高速模式还是低速模式无关。当电动马达110的转速增加且速度线继续穿过操作点1时，支架160的转速可以以固定的比率增加，由此车辆速度可以以固定的比率增加。

该速度曲线图还可以用来反映多档变速器120的内部部件如何在换档操作期间起作用。图3中示出了变速的一个实施例。初始，多档变速器120以低速模式操作。在这个实施例中，在低速模式中防止低速环齿轮152旋转，并且速度线穿过操作点1。对于以最高转速（线A）操作的电动马达110，要求进行换档。离合器200从低速环齿轮152脱开，这使得低速环齿轮152从变速器壳体300脱开，并且允许低速环齿轮152旋转，从而将动力传动系统100置于空档状态。在图3所示的实施例中，假设当动力传动系统100处于空档状态时车辆继续以恒定速度行驶。因为车辆继续以恒定惯性运动，所以由线160A表示的支架160继续以恒定的转速旋转，如“换档点”所示。然后，电动马达110的转速下降。当电动马达110的转速下降时，速度线“转”过换档点，直到速度线穿过“操作点2”的这个点，该操作点2是表示高速环齿轮150的线150A与零速度线的交点，（用线B示出）。当高速环齿轮150的转速接近零时，高速环齿轮150可以由离合器200接合，这将高速环齿轮150与变速器壳体300联接，从而防止高速环齿轮150旋转。现在，多档变速器120以高速模式操作。电动马达110的转速可以增大，直到其到达其最大马达转速（用线C示出）。对于给定的电动马达110转速，变速器以高速模式操作时支架160的转速可以比变速器以低速模式操作时支架160的转速高（即比较线A和C与线160A的交点）。

使用具有电动马达110的多档变速器120可以允许电动马达110以比其可能具有单速变速器时更高的效率进行操作。如图4中示例性马达效率图谱所示，电动马达110在某些操作条件下可能比在其它操作条件下更加高效。更加高效将允许电动马达110使用较少的电能输出相同的功率（扭矩乘以速度）。如本文所述，提供具有多档变速器120的车辆允许电动马达110以比电动马达110设置有单速变速器的情况更低的转速和更高的扭矩进行操作。在一个实施例中，动力传动系统100的增大的效率可以允许使用较小的电池或较小的电动马达110，而车辆具有相同的性能特性。在另一个实施例中，动力传动系统100的增大的效率可以允许在使用相同的电动马达110的情况下车辆具有增加的性能和/或车辆等级。

图5示出了动力传动系统100的示意图。动力传动系统100包括控制器400，当要求换档时，该控制器的逻辑控制电动马达110和多档变速器120。控制器400向电动马达110提供改变转速的命令，向多档变速器120提供以低速模式或高速模式操作的命令。如果要求换档，控制器400命令离合器200将高速齿轮组135或低速齿轮组137的当前选择的环齿轮从变速器壳体300脱开。在高速环齿轮150和低速环齿轮152均从变速器壳体300脱开的情况下，动力传动系统100处于中立条件。控制器400命令电动马达110改变其转速，使得高速齿轮组135或低速齿轮组137的新选择的环齿轮的转速接近零。控制器400能够基于来自至少一个速度传感器402的输入而确定新选择的环齿轮的转速。当控制器400确定新选择的环齿轮的转速接近零时，控制器400命令离合器200将新选择的环齿轮与变速器壳体300接合。因此，多档变速器120将以新的速度模式操作。

在一个实施例中，控制器400可以允许控制电动马达110，以提高多档变速器120的换档性能。控制器400能够控制电动马达110的转速，以减少和最小化多档变速器120中“换档冲击”的发生，或整个动力传动系统100的扭矩中断。通过能够精确地确定新选择的环齿轮的转速，当离合器200将新选择的环齿轮与变速器壳体300联接时，控制器400能够将新选择的环齿轮保持为接近零的转速。由此，离合器200能够将新选择的环齿轮与变速器壳体300联接，而不中断通过动力传动系统100的扭矩，因此降低了多档变速器120的换档冲击。

在另一个实施例中，控制器400能够辅助离合器200脱开之前选择的环齿轮。在某些操作条件下，多档变速器120的齿轮传动可能是小负荷的，例如在车辆以恒定速度在平坦道路上行驶的情况下。对于这些操作条件，离合器200可以容易地从之前选择的环齿轮脱开，以完成多档变速器120的换档。控制器400可以估计车辆的操作条件，并且命令离合器200脱开之前选择的环齿轮，同时车辆的惯性使得车辆继续向前行驶。对于多档变速器120的齿轮传动为高负荷的操作条件（例如在最大车辆加速度或减速度期间），离合器200可能没有足够的力来克服齿轮传动的负荷条件。对于这些操作条件，控制器400可以主要在电动马达110的转速方面进行改变。电动马达110的转速的这种改变可以在惯性使车辆前进时帮助利用车辆的惯性来至少部分地卸掉齿轮传动的负荷。

在一个实施例中，控制器400可以被构造成根据给定的车辆速度要求多档变速器120进行升档和降档。控制器400可以操作动力传动系统100，使得电动马达110将其最大量的时间用在其最高效的操作条件中。在另一个实施例中，控制器400可以被构造成根据已知的驾驶条件要求多档变速器120进行升档和降档，以避免通常车辆速度下的换档模式。例如，控制器400可以被构造成在车辆速度稍小于高速公路速度时要求升档和降档，以最小化车辆在这些速度下操作时的升档和降档，并且提高车辆在这些条件下的响应。

在一个实施例中，控制器400可以是专门用来管理多档变速器120的操作的独立式控制单元。在另一个实施例中，控制器400可以结合到发动机控制单元中。在另一个实施例中，控制器400可以结合到车身控制模块中。

在一个实施例中，动力传动系统100可以包括至少一个速度传感器402，速度传感器用来计算每个环齿轮的转速。在一个实施例中，动力传动系统100可以包括用以确定太阳轮130和支架160的转速的速度传感器。测量太阳轮130的转速的速度传感器402可以测量与太阳轮130联接的电动马达110的转速。测量支架160的转速的速度传感器402可以测量与支架160联接的差速器170或输出轴180的转速。通过测量这些部件的转速，可以计算高速环齿轮150和低速环齿轮152的转速。

参见图6中示意性地示出的动力传动系统100的实施例，动力传动系统100包括与变速器壳体300联接的电动马达110。电动马达110与输出轴112联接，输出轴自身通过太阳轮130与多档变速器120联接。太阳轮130上的齿轮与高速齿轮组135的高速行星轮140上的齿轮啮合，高速行星轮140与低速齿轮组137的低速行星轮142联接。高速行星轮140和低速行星轮142分别与高速环齿轮150和低速环齿轮152常啮合。高速和低速行星轮140、142安装在支架160上，并且被置于轴承146上，例如轴颈轴承，以允许高速和低速行星轮140、142在支架160上旋转。支架160与差速器170联接，该差速器170向至少一个输出轴180提供扭矩。

离合器200可以将高速或低速环齿轮150、152与变速器壳体300联接，该变速器壳体300多档变速器120的各种速度模式。图6所示的离合器200使用电磁致动器220来改变电枢202的轴向位置。电枢202上的外部花键204与变速器壳体300中的一系列内部花键304接合。匹配的外部和内部花键204、304允许电枢202沿轴向平移，但是防止电枢202旋转。在另一个实施例中，通过设置在键槽中的至少一个键可以约束电枢202而使其不能在变速器壳体300内旋转。当电枢202处于右侧位置（如图6所示）中时，电枢202上的右侧花键特征结构206与高速环齿轮150上的花键特征结构151接合。因为变速器壳体300中的内部花键304防止电枢202旋转，所以同样防止高速环齿轮150旋转。在电枢202处于该位置的情况下，高速齿轮组135控制支架160旋转，且多档变速器120以高速模式操作。在这种操作模式中，来自电动马达110的扭矩被施加到太阳轮130，使得高速行星轮140旋转并进行轨道运行。这种轨道运动使得支架160旋转，继而使得差速器170旋转，并且使得扭矩施加到输出轴180。

当电枢202处于左侧位置（未示出）中时，电枢202上的左侧花键特征结构208与低速环齿轮152上的花键特征结构158接合。在电枢202处于该位置的情况下，低速齿轮组137控制支架160旋转，且多档变速器120以低速模式操作。在这种操作模式中，来自电动马达110的扭矩被施加到太阳轮130，使得高速行星轮140旋转。低速行星轮142以与高速行星轮140相同的速度旋转。因为低速环齿轮152与变速器壳体300联接，所以低速行星轮142绕太阳轮130进行轨道运行。这种轨道运动使得支架160旋转，继而使得差速器170旋转，并且使得扭矩施加到输出轴180。

如图7所示，电磁致动器220使电枢202沿着向左侧的方向移动。当电磁致动器220通电时，电磁致动器220向电枢202施加吸引力，以将电枢202沿着箭头“L”的方向拉到左侧。电磁致动器220形成磁通路径，如“路径M”所示。当电磁致动器220没有通电时，复位弹簧将电枢202移动到右侧。

参见图8和9中示意性地示出的动力传动系统100的实施例，多档变速器120可以使用球-坡道联接件240作为离合器200。球-坡道联接件240使用旋转致动器244以改变驱动坡道板242的旋转取向。驱动坡道板242可以具有为部分螺旋形的多个窗口。多个球246被插入到这些窗口中并且接触选择器板241。选择器板241上的外部花键204与变速器壳体300上的内部花键304啮合。匹配的外部和内部花键204、304允许选择器板241沿轴向平移，但是限制选择器板241旋转。当旋转致动器244使驱动坡道板242沿一个方向旋转时，球246改变在驱动坡道板242中的位置，以在螺旋窗口中较浅地运动。当球246在驱动坡道板242的螺旋窗口中较浅地定位时，选择器板241处于右侧位置中。在该位置中，选择器板241上的右侧花键特征结构206可以与高速环齿轮150上的花键特征结构151接合。在这种取向中，选择器板241使得多档变速器120以高速模式操作，使得高速齿轮组135控制支架160旋转。

当旋转致动器244使得驱动坡道板242沿相反方向旋转时，球246运动到螺旋窗口中较深的位置。当球246在驱动坡道板242的螺旋窗口中较深地定位时，复位弹簧305使选择器板241向左侧滑动，使得选择器板241处于左侧位置中。在该位置中，选择器板241上的左侧花键特征结构208可以与低速环齿轮152上的花键特征结构158接合。在这种取向中，选择器板241使得多档变速器120以低速模式操作，使得低速齿轮组137控制支架160旋转。

参见图10中示意性地示出的动力传动系统100的实施例，多档变速器120可以使用SOWC270作为离合器200。单向离合器可以被认为是机械二极管，其允许相邻的部件仅仅沿一个方向相对于彼此行进。SOWC是单向离合器，其能够被控制，以使得能够允许或防止相邻的部件之间的行进。对于本文所述的动力传动系统100，SOWC的例子是可获取自密歇根萨吉诺的装置工业公司（Means Industries）的可控机械二极管（Controllable Mechanical Diode）。SOWC可以使用一系列选择器锁，这些选择器锁从袋形板延伸并且与凹口板联接以防止凹口板旋转。选择器板控制选择器锁的运动。选择器板可以具有一系列窗口，这些窗口控制选择器锁是否可以延伸，而由此使袋形板与凹口板联接。当选择器锁缩回时，凹口板自由旋转。

如图10所示，SOWC270包括袋形板280、高速选择器板276、高速凹口板274、低速选择器板296和低速凹口板294。高速凹口板274具有与高速齿轮组135的高速环齿轮150上的花键特征结构151啮合的一系列花键272。低速凹口板294具有与低速齿轮组137的低速环齿轮152上的花键特征结构158啮合的一系列花键292。多个选择器锁可以从袋形板280中的凹部282延伸。袋形板280具有与变速器壳体300上的一系列内部花键304匹配的一系列外部花键284。匹配的外部和内部花键284、304防止袋形板280旋转。

当以低速模式操作图10所示的多档变速器120以使得低速齿轮组137控制支架160旋转时，低速选择器板296可以处于“打开”位置，使得选择器锁能够从袋形板280中的凹部282传递到低速凹口板292。高速选择器板276可以处于“关闭”位置，使得选择器锁不能从袋形板280传递到高速凹口板274。因此，高速凹口板274和高速环齿轮150自由旋转。

当要求多档变速器120升档时，低速选择器板296旋转到“关闭”位置，使得选择器锁从低速凹口板292脱开。然后，电动马达110的转速降低，以使得高速齿轮组135的高速环齿轮150和高速凹口板274接近零速度。当高速环齿轮150和高速凹口板274接近零速度时，高速选择器板276旋转到“打开”位置，以允许多个选择器锁延伸，从而联接袋形板280和高速凹口板274，并防止高速凹口板274和高速环齿轮150旋转。然后，多档变速器120将以高速模式操作，使得高速齿轮组135控制支架160旋转。

在一个实施例中，SOWC270可以由伺服机构致动。在另一个实施例中，SOWC270可以由电磁致动器致动。在另一个实施例中，SOWC270可以由液压致动器致动。

通过增加相应的行星轮、环齿轮和SOWC部件，使用SOWC270可以允许动力传动系统100以多种速度模式操作。

现在应当理解，用于电动车辆和燃料电池混合动力车辆的无液压多档变速器可以包括离合器，该离合器用于将高速齿轮组或低速齿轮组选择性地与变速器壳体接合。在多档变速器以空档状态操作的情况下，电动马达的转速可以增大或减小，使得新选择的齿轮组的环齿轮的转速接近零。通过降低环齿轮的转速，可以使用离合器而不使用利用摩擦构件的离合器，来实现平滑的换档。车辆动力传动系统可以包括控制器，该控制器可以加速或减缓电动马达的转速，以减缓适当环齿轮的转速。

要注意的是，术语“基本上”和“大约”在本文中可以用来表示不确定性的固有程度，这些不确定性可以归因于任何定量比较、数值、测量或其它表示。这些术语在本文中还用来表示这样的程度，即定量表示可以从所述基准改变，而不会导致讨论的主题的基本功能的改变。

虽然在本文中已经图示和描述了具体实施例，但是应当理解，在不脱离要求保护的主题的精神和范围的情况下，可以做出各种其它的改变和修改。此外，尽管本文中已经描述了要求保护的主题的各方面，但是这些方面不必组合使用。因此，期望的是所附的权利要求覆盖所有的处于要求保护的主题的范围内的这些改变和修改。

Claims (20)

1.一种多档变速器，其包括：

太阳轮；

高速行星轮，所述高速行星轮与所述太阳轮和高速环齿轮常啮合，其中所述高速行星轮绕所述太阳轮进行轨道运行；

低速行星轮，所述低速行星轮与所述高速行星轮联接，并且与低速环齿轮常啮合；

支架，所述支架与所述高速行星轮和所述低速行星轮旋转地接合，使得所述高速行星轮或所述低速行星轮控制所述支架的旋转；

变速器壳体，所述变速器壳体围绕所述高速环齿轮和所述低速环齿轮；以及

离合器，所述离合器定位成靠近所述高速环齿轮和所述低速环齿轮，

其中所述离合器将所述高速环齿轮或所述低速环齿轮选择性地与所述变速器壳体联接。

2.根据权利要求1所述的多档变速器，其还包括差速器齿轮组和至少一个输出轴，其中所述支架与所述差速器齿轮组联接，并且所述差速器齿轮组与所述至少一个输出轴联接。

3.根据权利要求1所述的多档变速器，其还包括至少一个输出轴，其中所述支架与所述至少一个输出轴联接。

4.根据权利要求1所述的多档变速器，其还包括控制器，以及与所述控制器电子地连接的第一速度传感器和第二速度传感器，其中所述控制器根据所述第一速度传感器和所述第二速度传感器的测量值确定所述高速环齿轮和所述低速环齿轮的转速。

5.根据权利要求1所述的多档变速器，其中当所述离合器将所述低速环齿轮与所述变速器壳体联接时，所述多档变速器以低速模式操作，并且当所述离合器将所述高速环齿轮与所述变速器壳体联接时，所述多档变速器以高速模式操作。

6.根据权利要求5所述的多档变速器，其中当从所述低速模式改变到所述高速模式时，所述离合器将所述低速环齿轮脱开而使所述多档变速器处于空档状态，所述高速环齿轮的转速被减缓以使其接近零，并且所述离合器与所述高速环齿轮接合，当从所述高速模式改变到所述低速模式时，所述离合器将所述高速环齿轮脱开而使所述多档变速器处于空档状态，所述低速环齿轮的转速被减缓以使其接近零，并且所述离合器与所述低速环齿轮接合。

7.根据权利要求1所述的多档变速器，其中所述离合器通过干涉作用将所述高速环齿轮和所述低速环齿轮与所述变速器壳体联接。

8.根据权利要求7所述的多档变速器，其中所述离合器包括电枢和电磁致动器、球-坡道联接件或可选单向离合器之一。

9.一种用于电气地提供动力的车辆的动力传动系统，其包括：

电动马达；

多档变速器，所述多档变速器包括：

变速器壳体，所述变速器壳体连接到所述电动马达；

太阳轮，所述太阳轮位于所述变速器壳体中并且与所述电动马达联接；

高速齿轮组，所述高速齿轮组与所述太阳轮常啮合；

低速齿轮组，所述低速齿轮组连接到所述高速齿轮组；以及

离合器，所述离合器被布置和构造成将所述多档变速器的操作模式选择性地从一个操作模式改变到不同的操作模式，这些操作模式包括高速模式、低速模式和空档状态，所述离合器将所述低速齿轮组与所述变速器壳体接合，以将所述多档变速器置于所述低速模式。

10.根据权利要求9所述的动力传动系统，其中所述离合器将所述高速齿轮组与所述变速器壳体接合，以将所述多档变速器置于所述高速模式。

11.根据权利要求10所述的动力传动系统，其中所述离合器将所述高速齿轮组和所述低速齿轮组两者从所述变速器壳体脱开，以将所述多档变速器置于所述空档状态。

12.根据权利要求11所述的动力传动系统，其中所述高速齿轮组包括：

高速行星轮，所述高速齿轮组与所述太阳轮常啮合；以及

高速环齿轮，所述高速环齿轮与所述高速行星轮常啮合，并且所述低速齿轮组包括：

低速行星轮，所述低速行星轮与所述高速行星轮联接；以及

低速环齿轮，所述低速环齿轮与所述低速行星轮常啮合。

13.根据权利要求12所述的动力传动系统，其中当所述多档变速器处于所述空档状态时，所述电动马达的转速控制所述高速环齿轮的转速和所述低速环齿轮的转速。

14.根据权利要求13所述的动力传动系统，其中当所述多档变速器被选择成改变到所述高速模式时，在所述离合器接合所述高速齿轮组之前，所述高速环齿轮的转速接近零，并且当所述多档变速器被选择成改变到所述低速模式时，在所述离合器接合所述低速齿轮组之前，所述低速环齿轮的转速接近零。

15.根据权利要求14所述的动力传动系统，其中当所述多档变速器被选择成从所述低速模式改变到所述高速模式时，所述电动马达的转速下降，同时所述多档变速器处于所述空档状态，并且当所述多档变速器被选择成从所述高速模式改变到所述低速模式时，所述电动马达的转速升高，同时所述多档变速器处于所述空档状态。

16.一种用于具有多档变速器的电气地提供动力的车辆的动力传动系统，其包括：

电动马达；

变速器壳体，所述变速器壳体与所述电动马达联接；

太阳轮，所述太阳轮位于所述变速器壳体中并且与所述电动马达联接；

高速齿轮组，所述高速齿轮组与所述太阳轮常啮合；

低速齿轮组，所述低速齿轮组连接到所述高速齿轮组；以及

离合器，所述离合器被布置和构造成将所述高速齿轮组和所述低速齿轮组选择性地与所述变速器壳体接合，以改变与所述车辆的输出轴操作地连接的支架的控制。

17.根据权利要求16所述的动力传动系统，其中所述高速齿轮组包括：

高速行星轮，所述高速齿轮组与所述太阳轮常啮合；以及

高速环齿轮，所述高速环齿轮与所述高速行星轮常啮合，并且其中所述低速齿轮组包括：

低速行星轮，所述低速行星轮与所述高速行星轮联接；以及

低速环齿轮，所述低速环齿轮与所述低速行星轮常啮合。

18.根据权利要求17所述的动力传动系统，其还包括用以控制所述电动马达和所述离合器的操作的控制器，所述控制器包括逻辑，所述逻辑

命令所述离合器将所述低速环齿轮从所述变速器壳体脱开，以将所述多档变速器置于空档状态，

命令所述电动马达改变转速，使得所述高速环齿轮的转速接近零，

确定所述高速环齿轮的转速是否接近零，以及

命令所述离合器将所述高速环齿轮与所述变速器壳体接合，以将所述多档变速器置于高速模式。

19.根据权利要求18所述的动力传动系统，其中所述控制器还包括逻辑，所述逻辑

命令所述离合器将所述高速环齿轮从所述变速器壳体脱开，以将所述多档变速器置于所述空档状态，

命令所述电动马达改变转速，使得所述低速环齿轮的转速接近零，

确定所述低速环齿轮的转速是否接近零，以及

命令所述离合器将所述低速环齿轮与所述变速器壳体接合，以便以低速模式操作所述多档变速器。

20.根据权利要求19所述的动力传动系统，其还包括至少两个速度传感器，其中每个速度传感器都向所述控制器发送电信号，所述控制器解释该电信号，以确定所述低速环齿轮和所述高速环齿轮的转速。

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