CN114483907A - 具有多速变速器的车辆系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于车辆变速器的方法和系统。在一个示例中，变速器系统包括旋转地联接到输入轴和输出轴的中间轴，其中，输入轴构造成接收来自电机的旋转输入。该系统还包括联接到中间轴的第一齿轮，以及多个离合器，这些离合器联接到输入轴和输出轴并构造成：在第一模式下，在联接到输入轴的第二齿轮、第一齿轮和联接到输出轴的第三齿轮之间直接传递动力，在第二模式下，在第二齿轮、第一齿轮和/或第三齿轮之间间接传递动力。

Description

具有多速变速器的车辆系统

技术领域

本公开涉及一种车辆中的电动驱动桥，并且更具体地，涉及一种用于驱动桥的多速变速器。

背景技术

电动车辆和混合电动车辆使用利用来自电源的能量的电动机来向车辆提供驱动或增强驱动。已经尝试在一些车辆中部署电动驱动桥，部分原因是它们比马达与车桥间隔开的车辆具有更大的适应性。然而，发明人已经认识到，先前的电驱动桥和其它类型的变速器已经表现出与可用齿轮和封装相关的缺点。某些传动系设计在可用齿轮的数量和封装效率之间进行了权衡。例如，一些电动传动系以牺牲变速箱的紧凑性为代价，扩大了可用的挡位范围。其它传动系降低了齿轮的选择能力，以提高系统的封装效率。大型电动车辆电池组可能会加剧这些动力变速器系统封装挑战。

发明内容

为了克服上述挑战中的至少一些，提供了一种变速器系统。在一个示例中，变速器系统包括可旋转地联接到输入轴和输出轴的中间轴。输入轴构造成接收来自电机的旋转输入。变速器系统另外包括联接到中间轴的第一齿轮和联接到输入轴和输出轴的多个离合器。离合器设计成在第一模式中在联接到输入轴的第二齿轮、第一齿轮和联接到输出轴的第三齿轮之间直接传递动力。在第二模式中，离合器构造成在第二齿轮、第一齿轮和/或第三齿轮之间间接地传递动力。这样，第一齿轮在不同的操作条件期间起到小齿轮和空转齿轮的作用。中间轴上齿轮的双重用途允许系统中可用齿轮数量的空间有效扩展。

在另一示例中，多个离合器包括联接到输入轴的第一离合器和第二离合器以及联接到输出轴的第三离合器。在该示例中，可以主动控制第二离合器和第三离合器，以使系统在第一和第二操作模式之间转换。因此，这种紧凑型离合器装置的协调控制可用于将系统切换到不同的活动挡位。

应当理解，提供以上发明内容是为了以简化的形式介绍在详细描述中进一步描述的概念的选择。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或必要特征，所要求保护的主题的范围由所附权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决以上或在本公开的任何部分中指出的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1是包括变速器系统的第一实施例的车辆的示意图。

图2A-2D示出了图1中示出的变速器系统的不同操作挡位的动力路径。

图2E示出了在第一实施例中指示在不同操作挡位中系统离合器的构造的表格。

图3A-3D示出了变速器系统的第二实施例的不同操作齿轮的动力路径。

图3E示出了在第二实施例中指示在不同操作挡位中系统离合器的构造的表格。

图4示出了用于控制变速器系统的方法。

图5示出了用例变速器系统控制策略的时序图。

具体实施方式

本文描述了具有三个或更多个可选挡位的变速器系统。系统中离合器的紧凑布局允许系统实现更大的传动比选择，而不会过度影响系统的空间效率。在一个示例中，变速器系统包括布置在输入轴上的第一离合器和第二离合器以及布置在输出轴上的第三离合器。中间轴布置在输入轴和输出轴之间，并带有与其联接的齿轮。离合器设计成通过中间齿轮修改系统的动力路径。在第一模式中，中间轴上的齿轮充当空转齿轮，其中动力在输入和输出轴上的齿轮与中间轴上的齿轮之间直接流动。在第二模式中，中间轴上的齿轮充当小齿轮，其中动力在输入和输出轴上的齿轮与中间轴上的齿轮之间间接流动。因此，如果期望，中间轴齿轮具有两用功能，其增加系统的可用传动比，而不会过度增加系统的尺寸和复杂性。第二模式可以是系统的活动挡位为第一挡位、第二挡位或在一些情况下第三挡位的模式。反之，第二模式可以是系统的活动挡位为第三挡位或四速变速器情况下的第四挡位的模式。这样，变速器能够在相对紧凑的封装中实现三个或更多的可选挡位。如果期望，增加系统中可用挡位的数量允许提高车辆性能和效率。

在另一示例中，多个离合器可以包括联接到输入轴的第一离合器和第二离合器以及联接到输出轴的第三离合器。离合器的协调操作可用于切换到三个活动挡位中的一个中，或者在一些示例中，四个活动挡位。例如，在一个实施例中，第一离合器可以是单向离合器，第二离合器可以是摩擦离合器，而第三离合器可以是摩擦离合器或齿形离合器。在第一模式中，第一离合器和第三离合器可以接合。离合器接合允许动力通过中间轴上的齿轮从输入轴齿轮上的齿轮直接传递到输出轴齿轮。在其它挡位中，动力路径旁路绕过第一离合器或第三离合器，以实现中间轴上的齿轮的双重使用。当第二离合器构造成摩擦离合器时，离合器可以经由活塞致动器致动，活塞致动器可以从路由通过输入轴的导管接收流体。以这种方式在内部路由活塞致动液压系统提高了系统的空间效率。另外在一个示例中，活塞致动器可以是静液压平衡活塞，其便于快速离合器致动。

图1示意性地示出了具有设计成具有多个传动比的变速器系统的第一实施例的车辆。图2A-2D示出了变速器系统的第一实施例中不同挡位的动力路径，其有助于以紧凑的布置扩展系统的可用挡位。图2E示出了对应于系统的第一实施例中不同挡位中的离合器的构造的图表。图3A-3D示出了变速器系统的第二实施例中不同挡位的动力路径，其中单向摩擦离合器联接到输入轴和输出轴中的每一个，其同样允许使用紧凑的离合器布置使系统在不同的主动齿轮之间切换。图3E示出了对应于系统的第二实施例中不同挡位中的离合器的构造的图表。图4示出了使用多个轴向偏置齿轮轴上的紧凑离合器布置在不同齿轮之间切换的方法。图5示出了用于在两个活动挡位之间无缝切换的用例变速器操作策略的时序图。

图1示出了具有系统102的车辆100的示意图，该系统102具有变速器104和电机106(例如，电动马达-发电机)。图1的符号图提供了车辆、变速器和对应部件的拓扑结构。此外，图1所示的系统102是部署在电驱动桥中的系统。然而，该系统可用于不同类型的车辆，比如使用内燃机作为动力源的车辆。

电机106电联接到能量储存装置108(例如，电池、电容器、其组合等)。箭头110表示在系统操作的不同模式期间可能发生的、电机106与能量储存装置108之间的能量传递。电机106可以包括用于产生旋转输出(例如，前向和反向的驱动旋转输出)和/或电能的常规部件，该电能用于对能量储存装置108再充电，常规部件诸如是与定子电磁交互以提供前述能量传递功能的转子。

电机106包括转子轴112，第一轴承114和第二轴承116联接到转子轴112。轴承114、116以及本文所述的其它轴承可包括诸如内座圈、外座圈、滚子元件(例如，球轴承、圆柱滚子、圆锥圆柱滚子等)的部件。应当理解，轴承的尺寸和/或构造可以基于它们所附接的部件的预期转速、封装约束等来选择。因此，在一些情况下，轴承的至少一部分的尺寸和/或构造可能会有所不同。然而，轴承的至少一部分可具有相似的尺寸和/或构造。

第二轴承116示出为定位在电机内。然而，已经考虑了关于电机的其它轴承布置，比如具有替代数量、类型和/或位置的轴承的布置。

在不同的实施例中，车辆可以采用多种形式，比如轻型、中型或重型车辆。车辆100因此可以是混合动力车辆，其中电机106和内燃机(未示出)都用于引起动力发电。例如，在混合动力车辆构造的一个用例中，在特定状况下，内燃发动机可以有助于对能量储存装置108再充电。在混合动力车辆构造的另一个用例中，内燃发动机可以构造成对差速器168或变速器104中的其他适当位置提供旋转能量。在混合动力车辆构造的又一个用例中，发动机可以对另一驱动桥(未显示)提供旋转输入。此外，在其他示例中，车辆可以是其中省去内燃发动机的纯电动车辆(BEV)。

电机106的转子轴112联接到输入轴118。例如，转子轴112可以与输入轴118的端部过渡配合、滑动配合、机械附接、花键接合等。

轴承120联接到输入轴118。这样，轴承120支承(例如，轴向和/或径向支承)并促进输入轴118的旋转。第一离合器122和第二离合器124联接到输入轴118。第一离合器122可以是设计成在接合和脱开构造中操作的单向离合器。在接合构造中，动力在其联接到的部件之间流动，而在脱开构造中，动力流动被抑制。

在一个示例中，第一离合器122可以是楔块离合器。在这样的示例中，楔块离合器包括安装在承载环上的多个楔块机构123。楔块机构可以是弹簧加载的并且具有带有弯曲接合表面的不对称轮廓。外座圈可以至少部分地周向围绕楔块机构并且输入轴118上的内座圈可以位于楔块机构的径向内侧。当接合时，楔块机构的弯曲表面接合外座圈和内座圈，以将动力从输入轴118传递到第一齿轮126。楔块离合器在脱开构造中具有相对低的阻力(例如，基本上为零阻力)并且提供强大而稳健的接合机构。然而，已经设想了其它类型的单向离合器，比如具有棘爪和止动器的单向离合器。本文描述的齿轮按其介绍的顺序依次编号，并且编号不表示齿轮尺寸。然而，在其它示例中，齿轮可以具有不同的编号方案。此外，不同齿轮的相对尺寸可以从图1中提供的系统102的图示中确定。

单向离合器122设计成以接合构造和脱开构造操作，在接合构造中动力从内座圈传递到外座圈，在脱开构造中，动力不在内座圈和外座圈之间传递。当内座圈在第一方向上旋转时可发生接合构造，而当内座圈在与第一方向相反的第二方向上旋转或超越(overrun)时可发生脱开构造。因此应当理解，单向离合器基于变速器中的操作条件在不同构造之间被动地转换并且不被主动控制。然而，在替代示例中，第一离合器可以是主动控制的离合器，比如摩擦离合器。

第一齿轮126旋转地联接到第二齿轮128。如本文所讨论的，齿轮之间的旋转联接表示齿轮经由包括配合齿的啮合的机械联接。第二齿轮128联接到中间轴130。因此，例如，第二齿轮128与中间轴可以焊接、压配合、花键接合或一体形成。中间轴上的其它齿轮可以使用上述技术中的任何一种附连到轴。轴承131支承中间轴130并使中间轴130能够旋转。

第二离合器124可以是具有多个摩擦盘132的摩擦离合器，摩擦盘132设计成以不同的构造彼此摩擦地接合和脱开。详细地说，摩擦离合器可以是湿式离合器，其中润滑剂引导通过摩擦盘，以冷却和润滑盘组。当第二离合器124闭合(接合)时，动力从输入轴流到联接到离合器的第三齿轮134，然后流到中间轴130上的第四齿轮136。相反，当第二离合器124打开(脱开)时，输入轴118和第三齿轮134之间的动力流停止发生。

致动器138也设置在系统102中并且设计成主动地打开和闭合第二离合器124(例如，摩擦离合器)。所示示例中的致动器138是液压致动器。具体地，在一个示例中，液压致动器可以是静液压平衡活塞，其允许可靠地致动第二离合器。在液压致动实施例中，液压导管140(例如，润滑剂导管)引导通过并且横穿输入轴118以紧凑地将加压流体引导到致动器138。液压导管还可以向离合器中的盘组供应润滑剂。使液压导管140引导通过输入轴118还提供了更受保护的导管布置，该导管布置更不易受外部冲击的影响，比如来自道路碎片的冲击的影响。液压系统以142示意性地表示。液压系统142可以包括常规部件，比如液压储器、一个或多个液压泵、一个或多个阀等，以允许将加压流体递送到第二离合器124的致动器138。

第五齿轮144也位于中间轴130上。第五齿轮144直接联接到第六齿轮146，第六齿轮146附连到第三离合器148。另外，第二齿轮128联接到第七齿轮150，第七齿轮150附连到第三离合器148。第三离合器148位于输出轴149上并且设计成选择性地将动力从第六齿轮146和第七齿轮150流到输出轴149。

在所示实施例中，第三离合器148是多面齿形离合器。多面齿形离合器设计成以第一构造操作，其中动力通过第七齿轮150流到输出轴149。因此，在多面齿形离合器的第一构造中，动力传递发生在第二齿轮128、第七齿轮150、然后是输出轴149之间。相反，在多面齿形离合器的第二构造中，动力借助离合器中的配合接口从第六齿轮146流到输出轴149。因此，在齿形离合器的第二构造中，系统的动力路径经由离合器中的另一个配合接口行进通过第五齿轮144、第六齿轮146和输出轴149。

为了实现前述功能，多面齿形离合器可包括在离合器的相对轴向侧上的齿形表面152。这些带齿表面可以轴向移动(例如，在图1的参考框架中左右移动)以引起相应齿轮(第六齿轮146或第七齿轮150)上的齿之间的接合。致动器153可用于以这种方式切换齿形离合器。致动器153可以是液压致动器、电子致动器(例如，螺线管)、气动致动器、它们的组合等。齿形离合器还可以包括同步机构154，以允许在转变到不同离合器构造时平滑接合。详细地说，在一个示例中，同步机构154提供输出轴齿轮上的离合器齿和中间轴齿轮上的齿之间的速度匹配。例如，该机构可包括锥形离合器和阻挡环以实现该同步啮合功能。同步器可减少(例如，消除)剧烈切换的机会，但也可增加系统成本。然而，在其它实施例中，第三离合器可以是具有盘组的摩擦离合器，比如在图3A-3D中描绘并在本文中更详细地描述的变速器的实施例中。

输出轴149在从第三离合器148接收动力之后又将动力传递到下游部件。具体地，在所示示例中，输出轴149联接到行星齿轮组158的太阳齿轮156。然而，已经设想了该系统的其它系统布置，比如输出轴下游的非行星齿轮减速器。轴承160支承并促进输出轴149的旋转。行星齿轮组158提供紧凑的齿轮减速并且包括具有与齿圈165和太阳齿轮156啮合的行星齿轮164的行星架162。系统中的轴承166促进旋转行星架的旋转，并且太阳齿轮可具有联接到其上的轴承。在所示实施例中，齿圈165接地到马达壳体167。然而，在其它实施例中，行星齿轮组中的诸如行星架之类的其它齿轮可以接地，以实现另一合适的传动比。

行星架162旋转地联接到差速器168，该差速器向车桥172的车桥轴170提供动力。车桥轴170可以布置成与输出轴149同轴。具体地，在一个示例中，输出轴149可周向围绕车桥轴170的一部分。这样，增加了系统的紧凑性。然而，可以使用车桥轴和输出轴的替代布置。

车桥轴170联接到在驱动表面178上的驱动轮176。差速器168可包括容纳齿轮装置的壳体174，齿轮装置比如是小齿轮、星形齿轮等，以实现前述扭矩传递。详细地说，在一个示例中，差速器168可以是电子锁定差速器。在另一示例中，差速器168可以是电子限滑差速器或者扭矩矢量双离合器。在其它示例中，可以使用开式差速器(open differential)。关于锁定差速器示例，当解锁时，该锁定差速器可以允许驱动轮176以不同的速度旋转，并且反之，当锁定时，该锁定差速器可以迫使驱动轮以相同的速度旋转。以这种方式，在某些行驶状况下，变速器构造可以适于增加牵引力。在限滑差速器的情况下，该差速器允许约束联接到驱动轮176的轴170之间的速度偏差。

在一个示例中，车桥172可以是梁式车桥。梁式车桥，其在本领域中也称为实心车桥或刚性车桥，可以是具有这样的机械部件的车桥，这些机械部件在结构上相互支承，并且在联接到车桥的驱动轮之间延伸。因此，当铰接时，联接到车桥的轮子可以一致地移动。例如，在一个实施例中，梁式车桥可以是在侧向轴线上跨接驱动轮的、结构连续的车桥。在另一实施例中，梁式车桥可以包括接收来自差速器中的不同齿轮的旋转输入并且在结构上由差速器支承的同轴的轴。

车辆100还可以包括带有控制器182的控制系统180。控制器182包括处理器184和存储器186。存储器186可以保持存储在其中的指令，当由处理器执行时，这些指令使控制器182执行在本文中描述的各种方法、控制技术等。处理器184可以包括微处理器单元和/或其它类型的电路。存储器186可包括已知的数据存储介质，比如随机存取存储器、只读存储器、保持活动(keep alive)存储器、其组合等。存储器186可以包括非暂时性存储器。

控制器182可以从定位在车辆100和变速器系统102中不同位置的传感器188接收各种信号。这些传感器可以包括电机速度传感器160、能量储存装置温度传感器162、能量储存装置充电状态传感器164、轮速传感器166等。控制器182还可以将控制信号发送到联接在车辆100和变速器系统102中的不同位置处的各种致动器189。例如，控制器182可以将信号发送到电机106和能量储存装置108，以调节电机的转速和/或方向。控制器182还可以向第二离合器124和第三离合器148发送信号以切换到不同的活动挡位(例如，第一挡、第二挡、第三挡，并且在一些情况下为第四挡)。例如，第二离合器124可以闭合并且第三离合器148可以在本文更详细地描述的第一挡位模式中置于第二构造中。车辆和变速器系统中的其它可控部件根据命令信号和致动器调节以的类似方式起作用。例如，电机106可以从控制器182接收命令信号并且响应于接收到命令调节旋转输出。

车辆100还可以包括输入装置194(例如，诸如排挡杆、换挡杆等的挡位选择器、控制台仪表板、触摸界面、触摸面板、键盘、它们的组合等)。响应于驾驶员输入的输入装置194可以产生指示针对变速器的期望传动比的模式请求。例如，在用例示例中，驾驶员可以将挡位选择器切换到挡位模式(例如，第一挡位模式、第二挡位模式等)以在控制器处产生挡位切换请求。作为响应，控制器命令变速器部件(例如，第二离合器124和第三离合器148)，以开始过渡到第一挡位模式。其它挡位切换瞬变可能以类似的方式发生。然而，还设想了更多机械换挡策略以及自动切换策略。控制器可以例如基于车辆速度和/或负载而将变速器自动地置于第一挡位模式或者第二挡位模式。系统102也可以在再生模式和反向模式下操作。在再生模式中，使用电机106从变速器中提取能量，并且可将其传递到能量储存装置108。例如，电机106可以置于发电机模式，其中从驱动轮传递至发电机的至少一部分旋转能量借助于变速器转换成电能。

图2A-2D示出了系统102，其中变速器104以离散的活动挡位操作。挡位被称为第一挡位、第二挡位、第三挡位和第四挡位。在这种情况下，挡位的顺序编号可以表示相对传动比。例如，可以在相对较低速度的车辆操作期间使用第一挡位，而在较高速度的车辆操作期间可以使用第二挡位、第三挡位并且在一些情况下可以使用第四挡位。然而，应当理解，诸如联接到轴的齿轮的其它系统部件的序号不表示这些部件的相对尺寸。

图2A示出了变速器104以第一挡位操作的系统102。在第一挡位中，第一离合器122(例如，单向离合器)被超越，第二离合器124(例如，摩擦离合器)闭合，并且第三离合器148处于第二构造，其中第五齿轮144和第六齿轮146之间的啮合将动力传递到输出轴149。在一个示例中，当将第三离合器148转变到第二构造时，如图1所示的同步机构154可以提供离合器齿轮和输出轴之间的速度匹配。这样，第三离合器平滑接合，并且减少了离合器接合期间发生NVH的机会。

在第一挡位模式下，系统的动力路径展开如下：动力从上游电机(例如，图1中示出的电机106)传递到输入轴118。接下来，动力路径移动通过超越的第一离合器122(例如，单向离合器)并经由第二离合器124到达第三齿轮134。然后动力从第三齿轮134流到中间轴130上的第四齿轮136，并从中间轴130中间轴流到第五齿轮144。接下来，动力从第五齿轮144传递到第六齿轮146，然后借助第三离合器148传递到输出轴149。动力从输出轴149传递到下游部件，比如太阳齿轮(例如，图1所示的太阳齿轮156)、差速器(例如，图1所示的差速器168)、车桥轴(例如，图1所示的车桥轴170)和驱动轮(例如，图1中所示的驱动轮176)。

在图2B所示的第二挡位中，第一离合器122接合，第二离合器124打开，并且第三离合器148处于第二构造。因此，在第二挡位中，动力从电机流到输入轴118，并通过第一离合器122(例如，单向离合器)从输入轴流到第一齿轮126。动力路径然后通过联接到中间轴130的第二齿轮128移动。接下来，动力路径通过中间轴130移动到第五齿轮144，并从第五齿轮移动到第六齿轮146。随后，动力从第六齿轮146通过第三离合器148流到输出轴149。同样，动力从输出轴传递到下游部件。

在图2C所示的第三挡位中，第一离合器122(例如，单向离合器)超越，第二离合器124闭合，并且第三离合器148处于第一构造，其中第二齿轮128和第七齿轮150之间的啮合将动力传递到输出轴149。如前所述，第三离合器可包括用于当离合器转变为第一构造时的速度匹配的同步机构。

在第三挡位中，动力通过第一离合器122(例如，单向离合器)从电机流到输入轴118，第一离合器122超越到第二离合器124。接下来，动力通过第二离合器124流到第三齿轮134，并且从第三齿轮到中间轴130上的第四齿轮136。然后动力路径移动到第二齿轮128并且从第二齿轮移动到第七齿轮150。接下来，动力路径通过第三离合器148移动到输出轴149，并从输出轴移动到下游部件。

在图2D中所示的第四挡位中，第一离合器122(例如，单向离合器)接合，第二离合器124打开，并且第三离合器148处于第一构造。因此，在第四挡位中，动力路径展开如下：动力从电机传递到输入轴118。动力通过第一离合器122从输入轴118流到第一齿轮126和中间轴130上的第二齿轮128。然后动力路径通过第二齿轮128和第七齿轮150之间的界面通过第三离合器148移动到输出轴149。

图2E示出了总结第一离合器122、第二离合器124和第三离合器148的构造的表格，而图2A-2D所示的系统102以不同的活动挡位操作。在第一挡位、第二挡位和第三挡位模式中，图2A-2C所示的中间轴130上的第二齿轮128用作小齿轮，其中动力分别在输入轴118、中间轴130和输出轴148之间间接流动。相反，在图2D所示的第四挡位模式中，动力直接在径向对齐的齿轮(即，第一齿轮126、第二齿轮128和第七齿轮150)之间的输入轴118、中间轴130和输出轴148之间流动。在第四挡位中，中间轴上的第二齿轮128用作空转齿轮。因此，中间轴130上的齿轮128具有两用功能，其能够扩大系统中的挡位范围，同时保持紧凑的轮廓。此外，在其它实施例中，该系统可以设计成以三个活动挡位操作，其中可以省略图2B和2C所示的第二挡位或第三挡位模式。

图3A-3D示出了具有变速器302的系统300的另一个实施例。变速器302包括与如图1-2D所示的变速器104类似的许多部件。这些组件共享共用的编号，并且为简洁起见，省略了对这些部件的重复描述。然而，变速器302在输出轴149上包括不同的离合器布置。第三离合器304和第四离合器306具体设置在输出轴149上。详细地说，第三离合器304是摩擦离合器，其包括类似于摩擦离合器124的摩擦盘功能。第四离合器306是与单向离合器122类似地起作用的单向离合器。因此，第四离合器可以是不被主动控制的被动离合器。另外，第六齿轮146联接到第四离合器306，并且第四离合器选择性地联接到输出轴149。第七齿轮150联接到第三离合器304，并且第三离合器选择性地联接到输出轴149。

图3A示出处于第一挡位的变速器302。在第一挡位中，第一离合器122超越，第二离合器124闭合，第三离合器304打开，并且第四离合器306接合。第一挡位中的动力路径依次移动通过以下部件：输入轴118、第二离合器124、第三齿轮134、第四齿轮136、中间轴130、第五齿轮144、第六齿轮146、第四离合器306和输出轴149。

图3B示出了处于第二挡位的变速器302。在第二挡位中，第一离合器122接合，第二离合器124打开，第三离合器304打开，并且第四离合器306接合。第二挡位中的动力路径依次移动通过以下部件：输入轴118、第一离合器122、第一齿轮126、第二齿轮128、中间轴130、第五齿轮144、第六齿轮146、第四离合器306和输出轴149。

图3C示出了处于第三挡位的变速器302。在第三挡位中，第一离合器122超越，第二离合器124闭合，第三离合器304闭合，并且第四离合器306超越。第三挡位中的动力路径依次移动通过以下部件：输入轴118、第二离合器124、第三齿轮134、第四齿轮136、中间轴130、第二齿轮128、第七齿轮150、第三离合器304和输出轴149。

图3D示出了处于第四挡位的变速器302。在第四挡位中，第一离合器122结合，第二离合器124打开，第三离合器304闭合，并且第四离合器306超越。第四挡位中的动力路径依次移动通过以下部件：输入轴118、第一离合器122、第一齿轮126、第二齿轮128、第七齿轮150、第三离合器304和输出轴149。

图3E示出了总结第一离合器122、第二离合器124和第三离合器304的构造的表格，而图3A和3B所示的系统300以不同的活动挡位操作。系统300同样实现驻留在中间轴130上的第二齿轮128的两用功能，其中在一种模式下动力直接流过齿轮，而在其它模式下，流动通过齿轮的动力是迂回的。因此，该系统可以在空间高效的封装中以三个或四个离散齿轮操作。

图4示出了用于变速器系统的操作的方法400。方法400具体对应于如图3A-3D所示的变速器系统300的操作。然而，方法400可以由图1-2D所示的变速器系统102来执行，或者在其它示例中，可以经由其它合适的系统来实现。此外，如先前所讨论的，方法400可以由包括处理器和存储器的控制器来实现。

在402处，该方法包括确定操作条件。操作条件可以包括输入装置位置(例如，换挡杆位置)、离合器构造、车辆速度、车辆负载、发动机速度、环境温度等。可经由传感器输入、建模、查找表和/或其它合适的技术来确定操作条件。

接下来在404处，做出选择系统的活动挡位的决定。比如可以响应于驾驶员输入来执行确定。例如，驾驶员可以与挡位切换装置或其它合适的输入装置交互以将系统转换到四个活动挡位之一。然而，在其它示例中，可以使用自动换挡策略。例如，可以基于车辆速度和/或负载实现到不同挡位的转换。如前所述，活动挡位可以从成组四个挡位中选择。

如果选择了第一挡位，则该方法进行到406，其中第一挡位被激活。第一挡位的激活包括在408处闭合第二离合器，并在410处打开第三离合器。替代地，在图1-2D所示的变速器系统102的实施例中，在框406处，第二离合器可以闭合，并且可以将第三离合器置于第二构造。另外，在一些示例中，将第三离合器置于第二构造可以包括操作离合器中的同步机构以提供转变到第二构造时的速度匹配。

当离合器已经处于闭合或打开构造时，打开或闭合离合器包括使离合器保持在当前操作状态。此外，第二离合器可以被液压致动和润滑。在这样的示例中，润滑剂可以流过输入轴中的通道以用于离合器致动以及盘组润滑。还应当理解，在任何挡位模式中，可以操作电动马达-发电机以产生传递到变速器输入轴的旋转输出。

如果选择了第二挡位，则该方法移动到412，其中第二挡位被激活。在第二挡位中，第二离合器在414处打开并且第三离合器在416处打开。替代地，在图1-2D所示的变速器系统102的实施例中，在框406处，第二离合器可以打开，并且可以将第三离合器置于第二构造。

如果选择了第三挡位，则该方法移动到418，其中第三挡位被激活。在第三挡位中，第二离合器在420处闭合，并且第三离合器在422处闭合。替代地，在图1-2D所示的变速器系统102的实施例中，在框418处，第二离合器可以闭合，并且可以将第三离合器置于第一构造。另外，在一些示例中，将第三离合器置于第一构造可以包括操作离合器中的同步机构以提供转变到第一构造时的速度匹配。

如果选择了第四挡位，则该方法移动到424，其中第四挡位被激活。在第四挡位中，第二离合器在426处打开并且第三离合器在428处打开。替代地，在图1-2D所示的变速器系统102的实施例中，在框424处，第二离合器可以打开，并且可以将第三离合器置于第一构造。因此，在任一实施例中的第四挡位模式中，动力直接行进通过第一齿轮、第二齿轮和第七齿轮，而在其它挡位模式中，动力间接流过第一齿轮、第二齿轮和/或第七齿轮。

方法400允许离合器在不同的选定挡位之间转换。因此，扩展了系统中可用齿轮的数量。由于系统中可用挡位数量的增加，可以提高车辆性能和效率。

图5示出了变速器系统的用例控制策略的时序图500，比如图3A-3D中所示的变速器系统。然而，应当理解，在图1-2D中所示的系统102中的换挡瞬变期间可以使用类似的策略来操作离合器。在时序图的每个图形中，在横坐标上表示时间。曲线502和504的纵坐标分别表示第二离合器和第三离合器(例如，离合器122和离合器304)的操作状态(即，“打开”和“闭合”)。曲线506的纵坐标表示系统的活动挡位。

在t1处，变速器从第三挡位切换到第四挡位。响应于该换挡位切换，第二离合器打开并且第三离合器保持在闭合构造中。在图1-2D所示的变速器系统的实施例中，第二离合器打开并且第三离合器保持在第二构造。将理解的是，具体的离合器控制策略在实践中可能更加细微。例如，第二离合器中的离合器压力可以不那么突然地斜降以允许更平滑地过渡到第四挡位以展开并减少在挡位切换期间出现不希望的噪音、振动和不平顺性(NVH)的可能性。其它齿轮转换可以类似的方式发生。例如，一个离合器的离合器压力可以斜升而另一个离合器中的压力斜降，反之亦然，以提供更平滑和不间断的传动动力流。

本文的变速器系统和操作方法的技术效果是在紧凑的封装中扩展了系统的可用传动比。因此，变速器的操作挡位可以更接近地匹配车辆当前操作条件的所期望的挡位范围。

图1-2D和3A-3D示出了具有各种部件的相对定位的示例构造。如果示出彼此直接接触或直接联接，那么至少在一个示例中，这种元件可分别称为直接接触或直接联接。类似地，至少在一个示例中，彼此相邻或临近示出的元件可以分别彼此相邻或临近。作为示例，放置为彼此面共用接触的组件可以称为面共用接触。作为另一示例，在至少一个示例中，定位成彼此间隔开、其间仅具有间隔而没有其它部件的元件可以被如此称呼。作为又一示例，彼此上/下、彼此相对侧或彼此左/右地示出的元件可以相对于彼此如此称呼。此外，如附图中所示，在至少一个示例中，最顶上的元件或元件的位置可称为部件的“顶部”，而最底下的元件或元件的位置可称为部件的“底部”。如本文所使用的，顶部/底部、上部/下部、上方/下方可以是相对于附图的竖直轴线并且用于描述附图中的元件相对于彼此的定位。这样，在一个示例中，在其它元件上方示出的元件竖直地定位在其它元件上方。作为又一示例，在附图中描绘的元件的形状可称为具有如此形状(例如，诸如圆形的、直线的、平面的、弯曲的、圆滑的、倒角的、成角度的，等等)。此外，在一个示例中，彼此同轴的元件可以被如此称呼。此外，在至少一个示例中，示出为彼此相交的元件可以被称为相交元件或彼此相交。更进一步，在一个示例中，示出为在另一个元件内或在另一个元件外的元件可以如此称呼。在其它示例中，彼此偏离的元件可以如此称呼。

在以下段落中将进一步描述本发明。在一个方面，提供了一种变速器系统，该变速器系统包括旋转地联接到输入轴和输出轴的中间轴，其中，输入轴构造成接收来自电机的旋转输入；联接到中间轴的第一齿轮；以及多个离合器，这些离合器联接到输入轴和输出轴并构造成：在第一模式中，在联接到输入轴的第二齿轮、第一齿轮和联接到输出轴的第三齿轮之间直接传递动力；并且在第二模式中，在第二齿轮、第一齿轮和/或第三齿轮之间间接传递动力。

在另一方面，提供了一种用于操作变速器系统的方法，该方法包括：在变速器系统以第一模式操作的同时，操作多个离合器以通过第一齿轮直接传递动力，该第一齿轮联接到布置在输入轴和输出轴之间的中间轴；并且在变速器系统以第二模式操作的同时，操作多个离合器以通过第一齿轮间接传递动力。在一个示例中，该方法还可包括使润滑剂通过输入轴流到联接到输入轴的第一离合器中的活塞致动器。

在又一方面，提供了一种电驱动桥中的变速器系统，该变速器系统包括旋转地联接到输入轴和输出轴的中间轴，其中，输入轴构造成接收来自电机的旋转输入；联接到中间轴的第一齿轮，联接到输入轴的第二齿轮，联接到输出轴的第三齿轮；联接到输入轴的第一离合器和第二离合器；联接到输出轴的第三离合器；以及控制器，该控制器包括存储在非暂时性存储器中的可执行指令，该指令使得控制器：以第一模式操作第一离合器、第二离合器和第三离合器，其中动力在第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮之间直接传递；并且以第二模式操作第一离合器、第二离合器和第三离合器，其中动力在第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮之间间接传递。

在任何方面或方面的组合中，多个离合器可包括联接到输入轴的第一离合器和第二离合器以及联接到输出轴的第三离合器。

在任何方面或方面的组合中，第三离合器可以是齿形离合器。

在任何方面或方面的组合中，第一离合器可以是单向离合器并且第二离合器可以是第一摩擦离合器。

在任何方面或方面的组合中，第三离合器可以是第二摩擦离合器。

在任何方面或方面的组合中，变速器系统还可包括润滑剂导管，该润滑剂导管横穿输入轴并将润滑剂递送到第一摩擦离合器。

在任何方面或方面的组合中，第一摩擦离合器可经由静液压平衡活塞致动。

在任何方面或方面的组合中，第二模式可以是第一挡位、第二挡位或第三挡位模式中的一个，并且第一模式可以是第四挡位模式。

在任何方面或方面的组合中，电机可以是电机。

在任何方面或方面的组合中，在第一模式中，动力可以从联接到输入轴的第二齿轮直接传递到第一齿轮，并且从第一齿轮直接传递到联接到输出轴的第三齿轮；并且在第二模式中，动力可以在第一挡位、第二挡位和/或第三挡位之间间接传递。

在任何方面或方面的组合中，在第一模式中，联接到输入轴的第一离合器可以接合，并且联接到输入轴的第二离合器可以脱开。

在任何方面或方面的组合中，第一离合器可以是单向离合器并且第二离合器可以是第一摩擦离合器，并且其中，在第一模式中，联接到输出轴的第三离合器可以接合。

在任何方面或方面的组合中，第三离合器可以是第二摩擦离合器或齿形离合器。

在任何方面或方面的组合中，第一离合器可以是单向离合器并且第二离合器可以是摩擦离合器。

在任何方面或方面的组合中，变速器系统还可包括润滑剂导管，该润滑剂导管横穿输入轴并为摩擦离合器中的活塞致动器提供润滑剂。

在任何方面或方面的组合中，第三离合器可以是齿形离合器。

在任何方面或方面的组合中，第三离合器可以是摩擦离合器并且变速器系统还可以包括联接到输出轴的单向离合器。

在另一种表示方式中，提供了一种电驱动桥齿轮箱，其包括定位在输入轴和输出轴上并且彼此轴向偏移的两个主动控制的离合器，其中，两个主动控制的离合器设计成将齿轮箱放置在第一状态和第二状态，在第一状态中，动力在径向对齐的第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮之间直接流动，在第二状态中，动力通过径向对齐的第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮中的一个间接流动到输出轴。

如本文所使用的，除非另外指明，否则术语“基本上”被解释为表示该范围的正负百分之五。

尽管以上已描述了各种实施例，但应当理解，它们作为示例而非限制呈现。对相关领域的技术人员来说显而易见的是，所公开的主题可以以其它特定的形式实施而不脱离本主题的精神。因此，上述实施例在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的。

要注意的是，本文包括的示例控制和估计例程可以与各种动力系统和/或车辆系统构造一起使用。本文公开的控制方法和例程可以作为可执行指令存储在非暂时性存储器中，并且可以由包括与各种传感器、致动器和其它车辆硬件结合的控制器的控制系统来执行。此外，方法的若干部分可以是在现实世界中采取的用以改变装置状态的物理动作。本文描述的特定例程可以代表任何数量的诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等的处理策略中的一个或多个。这样，所示出的各种动作、操作和/或功能可以以所示出的顺序、并行地来执行，或者在某些情况下被省去。同样，实现本文描述的示例性示例的特征和优点的处理顺序不是必要的，而是为了便于说明和描述而提供。取决于被使用的特定策略，可以重复地执行所示的动作、操作和/或功能中的一个或多个。此外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示待被编程到车辆控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码，其中所描述的动作通过在包括各种硬件部件并且与电子控制器结合在一起的系统中执行指令来执行。如果需要，可以省略本文所述的一个或多个方法步骤。

可以理解，本文公开的构造和例程本质上是示例性的，并且这些具体示例不应被认为是限制性的，因为可以进行多种变化。例如，以上技术可以应用于包括不同类型的推进源的动力系统，所述推进源包括不同类型的电机和变速器。本公开的主题包括本文公开的各种系统和构造以及其它特征、功能和/或特性的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。

所附权利要求书特别指出了被认为是新颖且非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求书可能涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。应当将这样的权利要求书理解为包括一个或多个这样的元件的结合，既不需要也不排除两个或多个这样的元件。在本申请或相关申请中，可以通过修改本权利要求书或通过提出新权利要求书来主张所公开的特征、功能、元件和/或特性的其它组合和子组合。这样的权利要求书，无论是在范围上与原始权利要求书相比更宽、更窄、相同或不同，都被认为包括在本公开的主题范围内。

Claims (15)

1.一种变速器系统，包括：

中间轴，所述中间轴旋转地联接到输入轴和输出轴，其中，所述输入轴构造成接收来自电机的旋转输入；

第一齿轮，所述第一齿轮联接到所述中间轴；以及

多个离合器，所述多个离合器联接到所述输入轴和所述输出轴并构造成：

在第一模式中，在联接到所述输入轴的第二齿轮、所述第一齿轮和联接到所述输出轴的第三齿轮之间直接传递动力；并且

在第二模式中，在所述第二齿轮、所述第一齿轮和/或所述第三齿轮之间间接传递动力。

2.根据权利要求1所述的变速器系统，其特征在于，所述多个离合器包括联接到所述输入轴的第一离合器和第二离合器以及联接到所述输出轴的第三离合器。

3.根据权利要求2所述的变速器系统，其特征在于，所述第三离合器是齿形离合器。

4.根据权利要求2所述的变速器系统，其特征在于，所述第一离合器是单向离合器并且所述第二离合器是第一摩擦离合器。

5.根据权利要求4所述的变速器系统，其特征在于，所述第三离合器是第二摩擦离合器。

6.根据权利要求5所述的变速器系统，其特征在于，还包括润滑剂导管，所述润滑剂导管横穿所述输入轴并将润滑剂递送到所述第一摩擦离合器。

7.根据权利要求6所述的变速器系统，其特征在于，所述第一摩擦离合器经由静液压平衡活塞致动。

8.根据权利要求1所述的变速器系统，其特征在于，所述第二模式是第一挡位、第二挡位或第三挡位模式中的一个，并且所述第一模式是第四挡位模式。

9.根据权利要求1所述的变速器系统，其特征在于，所述电机是马达-发电机。

10.一种变速器系统的操作方法，包括：

在所述变速器系统以第一模式操作的同时，操作多个离合器以通过第一齿轮直接传递动力，所述第一齿轮联接到布置在输入轴和输出轴之间的中间轴；并且

在所述变速器系统以第二模式操作的同时，操作所述多个离合器以通过所述第一齿轮间接传递动力。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：

在所述第一模式中，动力从联接到所述输入轴的第二齿轮直接传递到所述第一齿轮，并从所述第一齿轮直接传递到联接到所述输出轴的第三齿轮；并且

在所述第二模式中，动力在所述第一挡位、所述第二挡位和/或所述第三挡位之间间接传递。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在所述第一模式中，联接到所述输入轴的第一离合器接合，而联接到所述输入轴的第二离合器脱开。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一离合器是单向离合器，而所述第二离合器是第一摩擦离合器，并且其中，在所述第一模式中，联接到所述输出轴的第三离合器接合。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第三离合器是第二摩擦离合器或齿形离合器。

15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括使润滑剂通过所述输入轴流到活塞致动器，所述活塞致动器在联接到所述输入轴的第一离合器中。

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