车辆变速器及操作方法

相关申请的交叉引用

不适用。

技术领域

本发明总体上涉及一种车辆传动系或驱动系统，并且更具体地涉及一种使用电动马达的驱动系统。

背景技术

车辆传动系或驱动系统通常包含多个离合器元件。现有的传动系被配置为同心且平行的轴线架构，包括电动马达。

在汽车技术领域中，使用电动马达和行星传动系的机动车辆传动系包括可控或可选式耦合组件，例如单向离合器。这些耦合组件可以进行电磁操作和磁性控制。

这些单向离合器通常包括第一构件和第二构件以及至少一个锁定元件(例如，支柱、棘爪等)。锁定元件在使锁定元件从第一构件伸出并接合第二构件的展开位置与使锁定元件不从第一构件伸出的非展开位置之间移动。由此，第一构件和第二构件彼此脱离。

可以在双向超越棘爪式离合器的美国专利第5,927,455号、平面超越耦合器的美国专利第6,244,965号以及用于自动变速器的可选式单向离合器组件的美国专利第6,290,044号中找到单向离合器的例子。美国专利第7,258,214号和第7,344,010号公开了超越耦合组件，并且美国专利第7,484,605号公开了超越径向耦合组件或离合器。它们各自的公开内容都通过引用并入本文。前述内容不是排他性的；可以使用并且公知其他的可选式或单向离合器。前述内容是可用于本文公开的车辆驱动系统的单向离合器的例子。

发明内容

一种车辆驱动系统包括齿轮组和电动马达。齿轮组具有第一前进速度和第二前进速度，并且电动马达能在第一方向和第二方向上操作，其中电动马达在第一方向上的操作使齿轮组以第一前进速度操作，并且电动马达在第二方向上的操作使齿轮组以第二前进速度操作。

通过下文提供的详细说明，本发明的另外的应用领域将变得显而易见。详细说明和具体例子虽然指出了本发明的优选实施方式，但仅用于说明的目的，并非用于限制本发明的范围。

附图说明

通过详细说明和附图将更全面地理解本发明，在附图中：

图1是用于机动车辆的车辆驱动系统的示意图。

图2是与图1的车辆驱动系统一起使用的多速变速器的示例齿轮组的示意图。

图2A是图2所示的齿轮组的杠杆图。

图3A是可控机械二极管的侧视图。

图3B是可控机械二极管的剖视立体图。

图4A是可控机械二极管的局部视图，示出了支柱位于它们相应的槽中。

图4B是可控机械二极管的局部视图，示出了支柱从它们相应的槽中伸出。

图5是示出与多个可控机械二极管状态关联的支柱位置的表格。

图6是驻车状态下的2速变速器的示意性剖视图。

图6A是图6所示的变速器的齿轮组的杠杆图。

图7是空档状态下的2速变速器的示意性剖视图。

图7A是图7所示的变速器的齿轮组的杠杆图。

图8是在允许动力接通和再生的情况下以第一前进档操作的2速变速器的示意性剖视图。

图8A是图8所示的变速器的齿轮组的杠杆图。

图9是在允许动力接通和再生的情况下处于第一倒车档的2速变速器的示意性剖视图。

图9A是图9所示的变速器的齿轮组的杠杆图。

图10是从第一前进档切换到第二前进档的2速变速器的示意性剖视图。

图10A是图10所示的变速器的齿轮组的杠杆图。

图11是从第一前进档切换到第二前进档期间的2速变速器以及第一CMD26和第二CMD28的示意性剖视图。

图11A是图11所示的变速器的齿轮组的杠杆图。

图12是从第一前进档切换到第二前进档并且在允许动力接通和再生的情况下以第二前进档操作的2速变速器的示意性剖视图。

图12A是图12所示的变速器的齿轮组的杠杆图。

图13A至图13E是变速器的齿轮组的杠杆图。

图14是根据本发明的一个方面的行星齿轮组的另一个实施方式的示意图。

图14A是图14所示的变速器的齿轮组的杠杆图。

图15A至图15F是图14所示的变速器的齿轮组的杠杆图。

图16是根据本发明的2速变速器的一个替代实施方式的示意图。

图16A是根据本发明的2速变速器的另一个替代实施方式的示意图。

图17是根据本发明的2速变速器的另一个替代实施方式的示意图。

图17A是图17所示的变速器的齿轮组的杠杆图。

图18是根据本发明的2速变速器的另一个替代实施方式的示意图。

图18A是图18所示的变速器的齿轮组的杠杆图。

具体实施方式

下面对优选实施方式的说明在本质上仅仅是示例性的，并且不以任何形式用于限制本发明、其应用或其用途。

图1是总体上用附图标记8表示的电动车辆驱动系统的示意图。车辆驱动系统8包括具有两个旋转输出方向的电动马达10。例如，马达输出轴在两个预定方向上旋转：顺时针或逆时针。

变速器12通过差速器16将电动马达10连接至车轮14。电动马达10作为马达以动力模式操作，即从电池18接收电能并将其转换为机械能。电动马达10在动力模式下的马达输出将输入提供给变速器12。变速器12将输出提供给车轮14。车辆控制单元20与电动马达10、变速器12和电池18接合并控制电动传动系的功能方面。

在动力模式中，电动马达10从电池18接收电能并将其转换为机械能。该机械能是针对变速器12的顺时针或逆时针的旋转输入。

在再生模式中，电动马达10作为发电机操作，即从变速器12接收机械能并将其转换为电能。当电动车辆以再生模式操作时，电动马达10将电流供应给电池18，同时产生充当制动器的反扭矩。换句话说，在减速时，车轮14的手动旋转使电动马达10转动，基本上将其转变为产生对电池充电的电力的发电机。

图2示意性示出了变速器12的一个例子，其作为包括两个简单的行星齿轮组22、24以及两个可控机械二极管(CMD)26、28的2速变速器。如图2所示，位于行星齿轮组22、24的每一侧上的可控机械二极管26、28进行操作来选择性地将行星齿轮组22、24的部分耦合至总体上用附图标记30表示的变速器壳体。

行星齿轮组22、24的部分与变速器壳体30的选择性耦合控制变速器12的输出。车辆控制单元20直接控制可控机械二极管(CMD)26、28，其中可控机械二极管(CMD)26、28各自响应于来自车辆控制单元20的控制信号而在多种模式之间转换。

可控机械二极管(CMD)可以包括可选式单向离合器。可选式单向离合器是允许选择不同模式的离合器。在一个例子中，至少一种离合器模式必须是单向离合器。离合器可以是静态的(离合器的1个圈不能旋转)或动态的(两个离合器圈都可以旋转)。由于单向离合器的同步特性，单向离合器模式允许平滑的切换。虽然公开了CMD，但是也可以使用其他的可选式离合器，例如动态可控离合器(DCC)以及其他的致动器行程离合器。

图3A至图3B示意性示出了可控机械二极管(CMD)26、28的一个例子。每个可控机械二极管(CMD)都是位于具有内部花键38的环形板36的相对两侧上的一对单向离合器(OWC)32、34。单向离合器32包括支柱40，该其可在一个旋转方向上进行操作来接合环形板36。单向离合器34包括支柱42，其可在相反的旋转方向上进行操作来接合环形板36。

图4A至图4B示出了单向离合器32，其包括安装在单向离合器32的壳体44的侧表面48上的凹部或槽46中的多个可向外枢转的支柱40。图4A示出了邻近壳体44的侧表面48定位的选择器板50，其将支柱40保留或保持在壳体44上的凹部或槽46中。通过臂54耦合至选择器板50的致动器52(参见图3A至图3B)使选择器板50在逆时针方向上(箭头64)移动或旋转，以将选择器板50上的相应的开口58与对应的支柱40对齐。当选择器板50上的开口58和对应的支柱40对齐时，支柱40延伸穿过并超出开口58。

图4B示出了选择器板50相对于单向离合器32的壳体44的一个位置。在该位置中，支柱40延伸超出选择器板50、接合环形板36并且防止环形板36在逆时针方向上(箭头64)旋转。为了防止环形板36旋转，支柱40接合环形板36上的开口或凹部(未被示出)。在选择器板50如图4B所示定位的情况下，邻近选择器板50定位的环形板36可在顺时针方向上(箭头66)旋转。由于支柱42越过环形板36的凹部，因此环形板36在顺时针方向上(箭头66)旋转。以这种方式，扭矩能在一个方向上(逆时针)传递，而不能在相反方向上(顺时针)传递。

CMD用于在驱动构件将扭矩在一个方向上传递到从动构件时使得支柱被锁定在从动耦合板的凹部中。当扭矩传递被中断时，从动耦合板超越驱动耦合板。在本文中使用时，术语“超越”是指支柱直立、能够进行接合并且板在非锁定方向上旋转的状态，即类似于在踏板静止的情况下向前行驶的自行车；术语“空转”或“自由”是指支柱落下、不能进行接合并且板36在任一方向上旋转的状态，即类似于脱离的爪形离合器；术语“锁定”是指支柱直立并且保持扭矩的状态，即类似于接合的爪形离合器。在超越状态下，支柱越过从动板的凹部，从而形成适于在一个方向上传递扭矩并同时允许在相反方向上进行空转相对运动的平面耦合组件。支柱选择器板50被定位为允许进行空转运动。

如图3A和图3B所示，CMD26包括作用在环形板36的每一侧上的两个单向离合器32、34。CMD26、28各自是四模式CMD，这些模式为0/0、0/1、1/0和1/1。四模式CMD在1/1中在两个方向上都提供锁定，在0/1或1/0中在一个方向上提供锁定，或者在0/0中在两个方向上都不提供锁定。例如，环形板36可以在一侧上锁定，在两侧上锁定或在两侧上都不锁定。在解锁或自由的0/0模式中，两个单向离合器32、34都是空转的。支柱选择器板50覆盖支柱40、42，从而防止与环形板36接合。在模式1/1中，支柱选择器板50露出支柱40、42，从而允许支柱与环形板36接合并且通过防止板相对于单向离合器32、34的相应的壳体在顺时针方向和逆时针方向上旋转来锁定环形板36。模式0/1和1/0露出单向离合器32、34的支柱，从而仅允许在一个方向上旋转。

在本文中使用时，术语“离合器”应被解释为包括离合器或制动器，其中一个板可驱动地连接至变速器的扭矩传递元件，而另一个板可驱动地连接至另一个扭矩传递元件或锚固到壳体上并保持静止。术语“耦合器”、“离合器”和“制动器”可以互换使用。

图示的车辆变速器12使用单向离合器和电动马达。变速器12提供可用的特征，诸如驻车锁定、坡道保持和空档。变速器12包括第一档和第二档。术语“第一档”和“第二档”适用于具有不同传动比的前进档。2速电动车辆变速器12具有两个前进速度，第一前进速度与第一档关联并且第二前进速度与第二档关联。

变速器12使用4节点行星齿轮组22、24、电动马达10以及两个4模式CMD26、28，从而利用马达方向的变化在第一前进档和第二前进档之间切换或从第二前进档切换到第一前进档。例如，当变速器12处于第一前进档时，电动马达10对于车辆前进方向逆时针旋转。当变速器12处于第二前进档时，电动马达10对于车辆前进方向顺时针旋转。

使用CMD26、28允许通过脱离单向离合器和落在单向离合器上进行快速切换。CMD26、28可以在两个方向上锁定，以在第一档和第二档中动力接通和再生。CMD26、28允许在第一档中或在无需转换到第一档的情况下在第二档中将变速器直接设置为驻车、空档或坡道保持。CMD26、28在第一档和第二档中都能实现反向。

与改变电动马达10的旋转方向有关的2速变速器12提供了一种2速电动车辆。改变电动马达10的旋转方向使车辆能够以第一档和第二档前进和倒车。

电动马达10在逆时针方向和顺时针方向上旋转并向输入轴62提供动力。对应地，输入轴62在逆时针方向和顺时针方向上(箭头64、66)旋转。如本文所公开的，电动马达10的旋转方向和CMD26、28的选定模式产生输出轴68处的不同的输出。

如图2所示，输入轴62通过第一太阳齿轮(S1)70和第二太阳齿轮(S2)72向第一行星齿轮组22和第二行星齿轮组24提供输入。第一行星齿轮组22包括多个总体上用附图标记74表示的第一行星齿轮、第一行星齿轮架(PC1)76和第一环或环形齿轮(A1)78。第二行星齿轮组24包括多个总体上用附图标记80表示的第二行星齿轮、第二行星齿轮架(PC2)82和第二环或环形齿轮(A2)84。当电动马达10在箭头64、66表示的任一方向上向输入轴62提供动力时，相应的第一太阳齿轮(S1)70和第二太阳齿轮(S2)72在相同的方向上旋转。输出轴68连接至第一行星齿轮架(PC1)76并且与其一起旋转。术语“齿轮组”广义地指用于传递运动的齿轮机构，并且在一个例子中包括形成组合的一组齿轮。

图2A是示出与第一档关联的第一杠杆L1和与第二档关联的第二杠杆L2的杠杆图。每个杠杆都具有四个节点，即，输入S1 70和S2 72、与A178关联的第一CMD26、与PC282关联的第二CMD28以及输出PC1 76、A2 84。根据输入S1、S2以及齿轮组接地的位置、第一CMD或第二CMD，杠杆图表示PC1、A2处的输出。

CMD26、28各自具有多个支柱位置，例如，直立或落下/被覆盖。图5是示出与多种状态关联的支柱位置的表格。命名法(_/_)是指旋转方向，即顺时针和逆时针(CW/CCW)中的第一个_是指顺时针方向，并且第二个_是指逆时针方向。如图所示，1表示：支柱直立；锁定或超越；并且0表示：支柱落下/被覆盖；在任一方上都是自由的。例如，(1/1)：两个支柱设置都直立，在CW或CCW旋转中都锁定；(1/0)：锁定CW旋转，或在CCW旋转的情况下超越；(0/1)：锁定CCW旋转，或在CW旋转的情况下超越；并且(0/0)：两个支柱组都落下/被覆盖，在CW或CCW旋转中都是自由的。

在一个例子中，变速器12包括连接至第一环或环形齿轮(A1)78的第一CMD26。该连接可以是花键连接，其中环形板36的花键接合第一环或环形齿轮(A1)78上的互补花键。CMD26的壳体44固定到变速器壳体30上并保持静止。与第一CMD26一样，第二CMD28也使其壳体44固定到变速器壳体30上并保持静止。第二CMD28的环形板36连接至第二行星齿轮架(PC2)82。图2示出了位于输出轴68/第一行星齿轮架(PC1)76与第一环或环形齿轮(A1)78之间的轴承86，以及位于输入轴62与第二行星齿轮架(PC2)82之间的轴承87。如图所示，第一环或环形齿轮(A1)78围绕输出轴68旋转，并且第二行星齿轮架(PC2)82围绕输入轴62旋转。

输出轴68的输出、旋转速度和方向可以根据CMD26、28各自选定的模式来控制，这控制了第一环或环形齿轮(A1)78和第二行星齿轮架(PC2)82的旋转。

图6至图12示出了包括两个简单的行星齿轮组22、24和两个CMD26、28的变速器12的一个例子，其中动力路径(即变速器12的第一档或第二档)由电动马达10的旋转方向和CMD26、28各自的选定模式控制。

图6示出了处于驻车状态的变速器。变速器通过将两个CMD26、28置于1/1模式或锁定-锁定位置来实现这个状态/位置。箭头64、66上的×表示输入轴62和输出轴68都不能逆时针或顺时针旋转。锁定第一环或环形齿轮(A1)78和第二行星齿轮架(PC2)82防止了第一行星齿轮组22和第二行星齿轮组24的其余部件的旋转，从而防止了向或从车轮14进行任何输出或输入。杠杆图6A示出了变速器12在车辆处于驻车状态时在输出节点110处产生输出。

图7示出了处于空档状态的变速器。变速器通过将两个CMD26、28都置于0/0模式或自由-自由位置(解锁-解锁)来实现这个状态/位置。将第一环或环形齿轮(A1)78和第二行星齿轮架(PC2)82解锁提供了第一行星齿轮组22和第二行星齿轮组24的其余部件的自由旋转。具体地，将第一环或环形齿轮(A1)78置于自由或解锁位置允许第一环或环形齿轮(A1)78随着第一行星齿轮架(PC1)76围绕第一太阳齿轮(S1)70旋转而旋转。随着第一行星齿轮架(PC1)76对应地使第二环或环形齿轮(A1)84旋转，第二行星齿轮架(PC2)由于其自由或解锁状态而围绕第二太阳齿轮72(S2)旋转，其中没有力、扭矩或旋转通过输入轴62施加或施加到输入轴62。杠杆图7A示出了变速器12在车辆处于空档状态时在输出节点110处产生输出。

图8示出了在允许动力接通和再生的情况下置于第一前进档的变速器。变速器通过将邻近输出轴68的第一CMD26置于1/1模式或锁定-锁定位置以锁定和防止第一环或环形齿轮(A1)78的移动来实现这个状态。电动马达10在逆时针方向上的旋转使输入轴62在逆时针方向上(箭头64)旋转。其中，通过相应的第一行星齿轮74实现的太阳齿轮(S1)70的旋转使第一行星齿轮架(PC1)76和对应的输出轴68在逆时针方向上旋转。

第一行星齿轮架(PC1)76的旋转对应地使第二环或环形齿轮(A2)84旋转。由于第二CMD28被置于0/0模式或自由-自由位置(解锁-解锁)，因此第二行星齿轮架(PC2)82自由旋转。允许第二行星齿轮架(PC2)82旋转补偿了第二环或环形齿轮(A2)84和第二太阳齿轮(S2)72之间的旋转差异。

虚线90示出了从输入轴62到输出轴68的动力流/路径。因为第一CMD26处于1/1模式或锁定-锁定位置，所以在再生阶段期间车轮使输出轴旋转并且通过相同的动力流/路径(虚线90)驱动输入轴，其中电动马达10作为发电机操作。例如，第一CMD26在两个方向上锁定，即，从电动马达10到车轮14的方向和从车轮14到电动马达10的方向。

图8A的杠杆图示出了变速器12在允许动力接通和再生的情况下在车辆处于第一前进档时在输出节点110处产生输出。杠杆图示出了输入基于第一太阳齿轮(S1)的输入而使杠杆向右移动，其中杠杆围绕第一CMD26/第一环或环形齿轮(A1)枢转并且在第一行星齿轮架(PC1)76处产生输出。在第一前进档中，当输入轴62使第一太阳齿轮(S1)70在逆时针方向上旋转时，第一CMD26将第一环或环形齿轮(A1)78保持/固定为静止，其中在输出节点110处产生输出。

图9示出了在允许动力接通和再生的情况下置于第一倒车档的变速器。变速器通过将被表示为邻近输出轴68的第一CMD26置于1/1模式或锁定-锁定位置以锁定和防止第一环或环形齿轮(A1)78的移动来实现这个状态。因此，当输入轴沿顺时针方向(箭头66)旋转时，通过相应的第一行星齿轮74实现的第一太阳齿轮(S1)70的旋转使第一行星齿轮架(PC1)76和输出轴68在顺时针方向上(箭头66)旋转，并且车辆与图8的前进运动相反地反向移动。

图9A的杠杆图示出了变速器12在允许动力接通和再生的情况下在车辆处于第一倒车档时在输出节点110处产生输出。杠杆图示出了输入基于第一太阳齿轮(S1)的输入而使杠杆向左移动，其中杠杆围绕第一CMD26/第一环或环形齿轮(A1)枢转并且在第一行星齿轮架(PC1)76处产生输出。在第一倒车档中，当输入轴62使第一太阳齿轮(S1)70在顺时针方向上旋转时，第一CMD26将第一环或环形齿轮(A1)78保持/固定为静止，其中在输出节点110处产生输出。

图8示出了处于第一前进档的变速器12，其中输入轴62在逆时针方向上(箭头64)旋转。第一CMD26处于1/1模式或锁定-锁定位置。这个模式将第一环或环形齿轮(A1)保持静止。第一太阳齿轮(S1)70在逆时针方向上(箭头64)旋转。在这个构造中，第一行星齿轮架(PC1)在逆时针方向上(箭头64)旋转，并使输出轴68旋转。第二CMD28处于0/0模式、自由-自由或解锁-解锁位置。

变速器12的第一档(图8)和第二档(图12)可以是前进档；它们在接合时使车辆向前移动。变速器12是在第一档和第二档都作为前进档操作时在它们之间切换的2速变速器。例如，当在前进方向上以第一档操作时，变速器12可以切换到第二档，这使车辆继续向前运动并向前推进车辆。因此，变速器12是可在第一前进档和第二前进档之间切换的2速变速器。

图12示出了以第二前进档操作的变速器12。从输入轴62到输出轴68的动力流/路径跟随虚线94。除了从输入轴62到输出轴68的不同的动力流/路径之外，当以第二前进档操作时，电动马达10在顺时针方向上旋转并且对应地使输入轴62在顺时针方向上(箭头66)旋转。这与以第一前进档操作时电动马达10的逆时针旋转相反。虽然电动马达10的旋转被公开为针对第一前进档为逆时针并且针对第二前进档为顺时针，但这仅是一个例子。可以切换相应的旋转方向。本发明不应限制于此，而是包括使一个前进档在一个马达方向的情况下操作或在该方向上操作并且使第二个或另一个前进档在另一个或相反的马达方向的情况下操作或在该方向上操作。

如本文更全面阐述的那样，当电动马达10改变方向时，发生第一档到第二档或第二档到第一档的切换。如所公开的那样，当电动马达10在逆时针方向上(箭头64)旋转时变速器12以第一前进档操作，并且当电动马达10在顺时针方向上(箭头66)旋转时变速器12以第二前进档操作。当马达旋转方向改变时、即从顺时针变为逆时针或从逆时针变为顺时针时，2速变速器在第一前进档和第二前进档之间切换。

图12示出了在电动马达10顺时针旋转的情况下从第一前进档切换到第二前进档并以第二前进档操作的变速器12。如图所示，输入轴62在顺时针方向上(箭头66)旋转。第二CMD28处于1/1模式或锁定-锁定。这个模式使第二行星齿轮架(PC2)保持静止。第二太阳齿轮(S2)72在顺时针方向上(箭头66)与输入轴62一起旋转。当第二CMD28处于1/1模式或锁定-锁定时，第二环或环形齿轮(A2)84在与第二太阳齿轮(S2)72的旋转方向相反的逆时针方向上旋转。第二环或环形齿轮(A2)84和第一行星齿轮架(PC1)76固定在一起/一起旋转并将输出提供给输出轴68。因为第一环或环形齿轮(A1)78是解锁的或自由的、允许移动，所以其由于第一行星齿轮架(PC1)76的第一太阳齿轮(S1)70和行星齿轮74的输入而旋转。第一环或环形齿轮(A1)78与第二环或环形齿轮(A2)84和第一行星齿轮架(PC1)76的组合旋转导致输出轴68处的输出增加。

图12A的杠杆图示出了变速器12在允许动力接通和再生的情况下在车辆处于第二前进档时在输出节点110处产生输出。杠杆图示出了输入基于第二太阳齿轮(S2)72的顺时针输入而使杠杆(线104)向左移动，其中杠杆围绕第二CMD26/第二行星齿轮架(PC2)82枢转并且在第一行星齿轮架(PC1)76和第二环或环形齿轮(A2)84处产生输出。在第二前进档中，当输入轴62使第二太阳齿轮(S2)72在顺时针方向上旋转时，第二CMD28将第二行星齿轮架(PC2)82保持/固定为静止，其中在输出节点110处产生输出。

如图8所示，当使电动马达10逆时针旋转时，变速器12沿着动力流/路径(虚线90)以第一前进档操作。图12示出在使电动马达10顺时针旋转时变速器12沿着动力流/路径(虚线94)以第二前进档操作。在第二档中，通过将电动马达10的旋转方向改变为逆时针，车辆可以反向(在车辆向后行驶的方向上)被驱动。在第一CMD26和第二CMD28置于图12所示的模式的情况下，改变马达的旋转方向将向前或向后改变车辆方向。当变速器12处于第二前进档或倒车档时，第二CMD28被置于1/1模式的锁定-锁定状态，并且第一CMD26处于0/0模式的自由-自由的解锁-解锁状态。

图10至图11示出了切换过程的例子，即2速变速器是如何基于电动马达10的旋转方向而从第一前进档切换到第二前进档或从第二前进档切换到第一前进档的。如示例性实施方式中所示，从第一前进档到第二前进档或从第二前进档到第一前进档的切换以1个步骤完成，即当在动力接通的车辆前进方向上落在单向离合器上时将马达方向从逆时针改变为顺时针。这可以用副轴或行星传动装置并且利用静态或动态的可选式离合器来完成。

图10和图11示出了在通过改变电动马达10的旋转方向(从逆时针到顺时针或从顺时针到逆时针)而从第一前进档切换到第二前进档期间用于第一CMD26和第二CMD28的模式。在切换时，穿过变速器12的动力流/路径从图8所示的第一前进档的动力流/路径(虚线90)改变到图12所示的第二档的动力流/路径(虚线94)。当马达改变方向以进行切换时，档位脱离单向离合器并且在动力接通的方向上落在不同的单向离合器上。在动力换档设计中，车辆在升档期间具有前进扭矩(没有扭矩中断)。在非动力换档设计中，马达在升档时通常需要减速以与输出速度同步、接合离合器并随后恢复动力接通扭矩以使车辆加速。

图10示出了变速器12沿着由虚线90示出的动力流/路径在第一前进档中提供输出，其中电动马达10仍然在逆时针方向上(箭头64)施加旋转输入。在第一前进档中，第一CMD26处于1/1模式或锁定-锁定位置。一个方向保持用于动力接通的车辆前进方向的扭矩，而另一个方向保持用于再生和车辆倒车方向的扭矩。在发生第一档到第二档的切换之前，处于1/1模式的第一CMD26进入1/0模式(单向离合器模式)，并且第二CMD28从0/0模式(自由-自由位置)进入1/0模式(单向离合器模式)。在这种情况下，车辆仍然可以前进，由电动马达10推进。

当电动马达10从正rpm(例如，逆时针方向)转变为负rpm(例如，顺时针方向)时，两个单向离合器都进入超越模式，如图13A的杠杆图所示，其中杠杆围绕输出部(PC1，A2)枢转。在本文中使用时那样，正和负与电动马达10的旋转方向或输出的变化有关。图13A示出了正的逆时针旋转输入和负的顺时针旋转输入。超越模式涉及设置在直立位置的支柱，其中板在非锁定方向上旋转，其中在相反方向上的旋转与扭矩传递关联。在超越模式或状态下，当驱动构件将扭矩在一个方向上传递到从动构件时，支柱将被锁定在从动耦合板的凹部中。如果从动耦合板超越驱动耦合板，则扭矩传递被中断，并且支柱将越过从动板的凹部。以这种方式，单向离合器组件适于在一个方向上传递扭矩，同时允许耦合板在相反方向上进行超越相对运动。

图10示出了置于1/0模式的第一CMD26，防止了第一环或环形齿轮(A1)78在顺时针方向上的旋转，允许在输出轴68处在逆时针方向上(箭头64)的扭矩传递，并且允许第一CMD26的环形板36和第一环或环形齿轮(A1)78在逆时针方向上(箭头64)进行空转相对运动。如图所示，第一环或环形齿轮(A1)78被置于超越状态，其中第一环或环形齿轮(A1)78可在逆时针方向上比输出轴68更快地旋转。将第一CMD26置于1/0模式锁定了第一环或环形齿轮(A1)在顺时针方向上的旋转，同时允许第一环或环形齿轮(A1)在逆时针方向上(与输出轴68相同的方向)的旋转。图10示出了第一档中的动力接通，其中第一CMD26将第一环或环形齿轮(A1)78保持静止、防止顺时针运动/旋转，从而实现沿虚线90所示的动力流/路径的动力传递。

图10示出了第二CMD28置于1/0模式，防止了第二行星齿轮架(PC2)82在顺时针方向上的旋转，允许在输出轴68处在逆时针方向上(箭头64)的扭矩传递，并且允许第二CMD28的环形板36和第二行星齿轮架(PC2)82在逆时针方向上(箭头64)的空转相对运动。如图所示，第二行星齿轮架(PC2)82被置于超越状态，其中第二行星齿轮架(PC2)82可在逆时针方向上(箭头64)比输出轴68更快地旋转。将第二CMD28置于1/0模式允许使第二行星齿轮架(PC2)82在逆时针方向上(箭头64，与输出轴68相同的方向)旋转，同时锁定/防止第二行星齿轮架(PC2)82在顺时针方向上(箭头66)旋转。在这种情况下，将第二CMD置于1/0模式使变速器12准备好从第一前进档切换到第二前进档。在这种情况下，车辆仍然可以通过电动马达10向前推进。

图10和图11示出了当电动马达10以及对应的输入轴62从图10的正逆时针旋转(箭头64)转变为图11的负顺时针旋转(箭头66)时的第一CMD26和第二CMD28的相应的超越和锁定状态位置。

图13A的杠杆图示出了沿X轴100的第一太阳齿轮(S1)和第二太阳齿轮(S2)的输入、旋转方向和速度。逆时针旋转在Y轴或节点轴102的正/右侧，而顺时针旋转在Y轴或节点轴的负/左侧。

图13A的实线104(也在图6A中示出)示出了处于第一档的齿轮组、用于切换到第二档的设置、在第一档可进行动力接通以及第一CMD26和第二CMD28的模式。实线104从第一CMD、第一环或齿轮(A1)(即，第一CMD节点106)穿过第一行星齿轮架/第二环或环形齿轮(PC1/A2)的输出点108(即，输出节点110)延伸到第一太阳齿轮(S1)的输入点112(即，输入节点114)。第二CMD、第二行星齿轮架(PC2)(即，第二CMD节点116)具有位于线104上的点118。在开始由杠杆臂(线104)表示的切换之前，点107(线104和y轴102的交点)处的逆时针旋转的旋转速度为0rpm。当第一CMD26处于超越模式时，其实际上不发生超越，即如图10中的与第一CMD26关联的术语“超越”所示。与第二CMD28(节点116)关联的点118处的逆时针旋转的旋转速度大于0rpm，产生图10中的与第二CMD28关联的由术语“超越”表示的超越状态。

图13A的实线136(也在图11中示出)示出了处于第二档的齿轮组、在第二档可进行动力接通、从第一档切换到第二档以及第一CMD26和第二CMD28的模式。实线136从第二太阳齿轮(S2)的输入点134(即，输入节点114)延伸穿过第二CMD、第二行星齿轮架(PC2)(即，第二CMD节点116)，具有位于线136上的点138(线136和y轴102的交点)。实线136延伸穿过第一行星齿轮架/第二环或环形齿轮(PC1/A2)的输出点108(即，输出节点110)到达第一CMD、第一环或齿轮(A1)的点140(即，第一CMD节点106)。在由杠杆臂/线136表示的操作状态下，紧接在从第一档切换到第二档之后，点138处的逆时针旋转的旋转速度为0rpm，同时第二CMD28处于超越模式，其实际上不发生超越，即如图11中的与第二CMD28关联的术语“超越”所示。输出点140处的逆时针旋转的旋转速度大于0rpm，产生图11中的与第一CMD26关联的由术语“超越”表示的超越状态。

因为从第一档到第二档或从第二档到第一档的切换发生在一秒内并且可以发生在小于500ms内，所以输出(即，切换操作/程序期间第一行星齿轮架/第二环或环形齿轮组合(PC1/A2)76、84的旋转速度)保持基本上恒定。典型地，切换操作/程序花费约250ms的非常少的时间，并且输出点108处的旋转速度不会显著地改变。然而，因为第一CMD26和第二CMD28被置于超越状态下，所以它们可以在切换操作/程序期间适应输出点108处的旋转速度的变化(减小或增大)。

图13A、图13C和图13D示出了在电动马达10的旋转速度和方向改变时的过渡杠杆图/线。因为在切换操作/程序期间输出点108保持相对恒定，所以图13A的杠杆臂围绕输出点108旋转。在电动马达10和对应的输入轴62的旋转速度和方向改变时，杠杆臂从第一档状态(线104，图10、图13A)转变到第二档状态(线136，图11、图13A)。随着输入轴62的旋转速度在逆时针方向上减小，输入点112沿着X轴100移动，并且杠杆臂围绕输出点108枢转。当杠杆臂到达第一虚线120时，第二CMD、第二行星齿轮架(PC2)的点122(即，第二CMD节点116)处的逆时针旋转的旋转速度虽然小于点118处的旋转速度，但仍然超过0rpm，产生第二CMD28处持续的超越状态。由第一虚线120示出的杠杆臂示出了第一CMD26、第一环或齿轮(A1)的点124(即，第一CMD节点106)处的输出现在超过0rpm，产生第一CMD26处的超越状态。

当马达输入到达旋转输入点128时，杠杆臂围绕输出点108枢转到达由第二虚线126表示的位置。旋转输入点128靠近从逆时针马达旋转到顺时针马达旋转的转变点(x轴100和y轴102的交点)，即输入节点114，其中输入从逆时针变为顺时针并且从第一太阳齿轮(S1)转换到第二太阳齿轮(S2)。杠杆臂/线126示出第二CMD、第二行星齿轮架(PC2)的点131(即，第二CMD节点116)处的逆时针旋转和旋转速度仍然超过0rpm，并且第一CMD26、第一环或齿轮(A1)的点130(即，第一CMD节点)也超过0rpm，产生第一CMD26和第二CMD28处的超越状态。

图13A的虚线132示出了杠杆臂朝向与实线136表示的杠杆臂关联的第二档输入点134的进一步发展。随着输入从第一太阳齿轮(S1)(即，输入点112)移动到第二太阳齿轮(S2)(即，输入点134)(箭头142)，线120、126和132围绕输出点108枢转，示出了第一CMD26、第一环或齿轮(A1)(即，第一CMD节点106)的超越速度从0rpm增加(箭头144)，以及第二CMD、第二行星齿轮架(PC2)(即，第二CMD节点116)的超越速度朝向0rpm减小。如图所示，在第一档和第二档之间的切换期间，当马达输入在第一太阳齿轮(S1)的输入点112和第二太阳齿轮(S2)的输入点134之间移动时，第一CMD26和第二CMD28都处于超越状态。

在输入点134处，第二CMD28在第二CMD节点116处接合，使得输入轴62处的增加的顺时针旋转在输出点108处产生增加的输出。随着杠杆臂试图穿过第二CMD节点116，第二CMD28的单向离合器的以较高的rpm开始的超越速度将降低，直到其追赶上由图13A和图13E(杠杆图)的实线136表示的杠杆臂为止。随着马达开始负的顺时针的rpm，第二CMD28的超越离合器追赶上旋转的第二行星齿轮架(PC2)82，从而通过在动力接通的车辆前进方向上落在单向离合器上来防止顺时针旋转。

一旦在1/0单向离合器(即，第二CMD28)上保持扭矩，第二CMD28就打开第二选择器板，从而将单向离合器(1/0)变为锁定-锁定离合器(1/1)。随着变速器12现在处于第二前进档，第二CMD28在两个方向上保持扭矩，一个方向用于动力接通的车辆前进方向，另一个方向用于再生或反向车辆方向。第一CMD26的支柱被置于0/0构造中或被覆盖/可自由进行顺时针或逆时针旋转。

变速器12可以通过将两个CMD26、28置于1/1模式(锁定-锁定)来实现驻车状态。变速器12可以直接被置于驻车状态，而不考虑变速器12是否处于第一前进档或第二前进档。另外，变速器12可以直接从驻车档移动到第一前进档或第二前进档。所公开的变速器12也可以直接从第一前进档或第二前进档移动到倒车档。利用所公开的2速变速器，在将2速变速器置于驻车档或倒车档之前，不必从第二前进档切换到第一前进档。第一CMD26和第二CMD28还在第一前进档或第二前进档中提供坡道保持功能，以用于上坡和下坡的坡道保持，因为每个支柱组被独立地控制。如图3所示，通过将CMD26、28各自置于0/0模式或自由-自由位置来实现空档。

如所公开的，当变速器准备好进行切换时，电动马达快速地从正rpm变为负rpm。图6至图12示出了与逆时针方向关联的正rpm和与顺时针方向关联的负rpm。如所解释的，这些方向可以颠倒或反转。图13A至图13E示出了变速器12进行从第一前进档到第二前进档的切换程序时的杠杆图。图13B是处于第一前进档的2速变速器13的杠杆图。图13C示出了2速变速器从第一前进档切换到第二前进档的杠杆图，其中杠杆围绕输出节点(PC1、A2)枢转，其中在rpm减小时，第一CMD26在节点A1处处于1/0模式并且第二CMD28在节点PC2处处于1/0模式。图13D示出了第一CMD26进入0/0模式的杠杆图。第二CMD28(即，节点PC2)在其经过零(0)rpm之后追赶上杠杆。图13E示出了一种杠杆图，其中现在处于第二前进档中，第二CMD28在动力接通的车辆前进方向和再生或反向车辆方向上都保持扭矩。

车辆驱动系统8的一个例子包括使用电动马达10，其具有马达转子惯性：0.03kgm

图14示出了变速器12的替代例，其使用具有关联的CMD的拉维娜式齿轮组来实现基于马达旋转方向的变化进行切换的多速变速器。如图所示，输入轴250通过第二太阳齿轮(S2)254将输入提供给总体上用附图标记252表示的拉维娜式齿轮组。拉维娜式齿轮组252包括多个总体上用附图标记256表示的行星齿轮、行星齿轮架(PC)258和环或环形齿轮(A1)260。当电动马达10在箭头262、264所示的任一方向上向输入轴250提供动力时，第二太阳齿轮(S2)254在相同方向上旋转。输出轴268连接至行星齿轮架(PC)258并且与其一起旋转。行星齿轮架(PC)258围绕输出轴268被可旋转地安装在轴承273上。第一太阳齿轮(S1)270围绕输入轴250被可旋转地安装在轴承272上。如图14中所示，位于拉维娜式齿轮组252的每一侧上的可控机械二极管CMD26、28进行操作来选择性地将拉维娜式齿轮组252的部分耦合至总体上用附图标记30表示的变速器壳体。

图14A是示出与第一前进档关联的第一杠杆L1和与第二前进档关联的第二杠杆L2的杠杆图，其中杠杆的水平力和速度关系与齿轮组的扭矩和旋转速度关系相同。每个杠杆具有四个节点，即第二太阳齿轮(S2)254处的输入、与第一太阳齿轮(S1)关联的第一CMD26、与环或环形齿轮(A)260关联的第二CMD28以及行星齿轮架(PC)258处的输出。根据输入(S2)以及齿轮组接地的位置、第一CMD26或第二CMD28，杠杆图表示行星齿轮架(PC)258处的输出。

图15A至图15F是示出CMD26、28各自在各个节点处的相应的模式的另外的杠杆图。杠杆图15A示出了当车辆处于驻车状态时在输出节点(即，行星齿轮架(PC)258)处的变速器输出。变速器12通过将两个CMD26、28置于1/1模式或锁定-锁定位置来实现这个状态/位置。锁定第一太阳齿轮(S1)270和行星齿轮架(PC)258防止了拉维娜式齿轮组252的其余部件的旋转，从而防止了向车轮14或从车轮14进行任何输出或输入。

图15B的杠杆图示出了当变速器12处于空档状态时在输出节点(即，行星齿轮架(PC)258)处的变速器输出。变速器12通过将两个CMD26、28置于0/0模式或自由-自由位置(解锁-解锁)来实现这个状态/位置。将环或环形齿轮(A)260和行星齿轮架(PC)258解锁提供了拉维娜式齿轮组252的其余部件的自由旋转，其中，在第二太阳齿轮(S2)254处没有力、扭矩或旋转通过输入轴250或向输入轴250施加。

杠杆图15C示出了在允许动力接通和再生的情况下在车辆处于第一前进档时在输出节点(即，行星齿轮架(PC)258)处的变速器12的输出。杠杆图示出了基于第二太阳齿轮(S2)的输入向右移动杠杆，其中杠杆围绕第一CMD/第一太阳齿轮(S1)270枢转并且在输出节点(即，行星齿轮架(PC)258)处产生输出。在第一前进档中，当输入轴250使第二太阳齿轮(S2)254在逆时针方向上旋转时，第一CMD26将第一太阳齿轮(S1)保持/固定为静止，其中在输出节点(即，行星齿轮架(PC)258)处产生输出。

杠杆图15D示出了在允许动力接通和再生的情况下在车辆处于第一倒车档时在输出轴268处的变速器12的输出。杠杆图示出了输入基于第二太阳齿轮(S2)254的输入向左移动杠杆，其中杠杆围绕第一CMD26/第一太阳齿轮(S1)270枢转并且在输出节点(即，行星齿轮架(PC)258)处产生输出。在第一倒车档中，当输入轴250使第二太阳齿轮(S2)254在顺时针方向上旋转时，第一CMD26将第一太阳齿轮(S1)270保持/固定为静止，其中在输出节点(即，行星齿轮架(PC)258)处产生输出。

杠杆图15E示出了在允许动力接通和再生的情况下在车辆处于第二前进档时在输出节点(即，行星齿轮架(PC)258)处的变速器12的输出。杠杆图示出了输入基于第二太阳齿轮(S2)254的顺时针输入向左移动杠杆，其中杠杆围绕第二CMD28/环或环形齿轮(A)260枢转并且在输出节点(即，行星齿轮架(PC)258)处产生输出。在第二前进档中，第二CMD28处于1/1模式或锁定-锁定位置，并且第一CMD26处于0/0模式或自由-自由位置(解锁-解锁)，其中第一太阳齿轮(S1)270在逆时针方向上自由旋转并且在输出节点(即，行星齿轮架(PC)258)处产生输出。

杠杆图15F示出了从第一前进档切换到第二前进档的2速变速器，其中杠杆围绕输出节点(即，行星齿轮架(PC)258)枢转，其中第二CMD28在环或环形齿轮(A)260处处于1/0模式并且第一CMD26在第一太阳齿轮(S1)270处处于1/0模式。随着rpm减小，第二太阳齿轮(S1)处的输入从图15C所示的位置向左移动，并且在逆时针方向上达到零输入，即零(0)rpm，其中第一CMD26进入0/0模式并且第二CMD28在环或环形齿轮(A)260处在杠杆通过零(0)rpm之后追赶上杠杆，参见图15E。如图15E所示，在变速器12处于第二前进档的情况下，处于1/1模式的第二CMD28在动力接通的车辆前进方向和再生或反向车辆方向上都保持扭矩。

图16至图18示出了使用不同的齿轮布置或构造的变速器12的替代实施方式。每个实施方式都基于马达旋转的变化从第一前进档切换到第二前进档。

图16示出了使用副轴构造的变速器12的替代例。副轴构造包括第一或输入轴200和第二或输出轴202。第一轴200包括输入齿轮204、206。第二或输出轴202包括输出齿轮208、210。中间齿轮212定位在输入齿轮204和输出齿轮208之间。在214处示意性看到的动态可控离合器(DCC)是离合器的两个圈都可以旋转的离合器，其进行操作来选择性地将输入齿轮204、206中的一个耦合至第一或输入轴200并且对应地驱动第二或输出轴202。动态可控离合器214是多模式离合器；在一个例子中，是四模式离合器。

图16A示出了使用与图16所示类似的副轴构造的变速器12的另一个例子。如图所示，在齿轮208和210之间添加第二4模式动态可控离合器(DCC)215，从而能够与输出轴202选择性地耦合或分离。添加第二4模式动态可控离合器(DCC)215将未使用的动力流方向从齿轮系中去除以提高效率。

图17示出了使用简单的或单一的行星齿轮组220、第一离合器组件222和第二离合器组件224的变速器12的另一个替代例。第一离合器组件222是可控机械二极管(CMD)，其选择性地将行星齿轮架(PC)226耦合至壳体228。第二离合器组件224是具有内圈(DCC-IR)238和外圈(DCC-OR)240的动态可控离合器(DCC)。内圈(DCC-IR)238连接至行星齿轮架(PC)226，并且外圈(DCC-OR)240连接至输入轴230。第二离合器组件224或动态可控离合器(DCC)选择性地将输入轴230耦合至行星齿轮架(PC)226。输出轴232连接至环或环形齿轮(A)234。

图17A的杠杆图示出了在变速器12处于第一前进档和第二前进档时在输出节点(即，环或环形齿轮(A)234)处的变速器12的输出。杠杆图示出了输入基于输入轴230和对应的太阳齿轮(S)236的输入在第一前进档中向左移动杠杆，其中杠杆围绕第一离合器组件或CMD222枢转并且在输出节点(即，环或环形齿轮(A)234)处产生输出。在第一前进档中，当输入轴230使太阳齿轮(S)236在顺时针方向上旋转时，第一离合器组件或CMD222将行星齿轮架226保持/固定为静止，其中在输出节点(即，环或环形齿轮(A)234)处产生输出。杠杆图示出了输入基于输入轴230和对应的太阳齿轮(S)236的输入在第二前进档中向右移动杠杆。当处于第一前进档时，输出轴232处的输出根据传动比相对于输入轴230处的输入发生变化。在第二前进档中，第二离合器组件或DCC 224保持/固定输入轴230和行星齿轮架(PC)226，其中输入轴230和行星齿轮架226一起旋转。环或环形齿轮(A)234与输入轴230和行星齿轮架226一起旋转。当处于第二前进档时，输出轴232处的输出等于输入轴230处的输入。

图18示出了使用简单的或单一的行星齿轮组220、第一离合器组件222和第二离合器组件224的变速器12的另外的替代例。图18的例子与图17所示的例子的不同之处在于输入和输出被颠倒。输入轴230连接至环或环形齿轮(A)234，其中输出轴232连接至简单的或单一的行星齿轮组220的太阳齿轮(S)236。类似于先前的实施方式，第一离合器组件222是可控机械二极管(CMD)，其选择性地将行星齿轮架(PC)226耦合至壳体228，并且第二离合器组件224是具有内圈(DCC-IR)238和外圈(DCC-OR)240的动态可控离合器(DCC)。内圈(DCC-IR)238连接至行星齿轮架(PC)226，并且外圈(DCC-OR)240连接至输出轴232。第二离合器组件224或动态可控离合器(DCC)选择性地将输出轴232耦合至行星齿轮架(PC)226。

图18A的杠杆图示出了在变速器12处于第一前进档和第二前进档时在输出轴232处的变速器12的输出。杠杆图示出了逆时针旋转的输入基于输入轴230和对应的环或环形齿轮(A)234的输入在第一前进档中向右移动杠杆。在第一前进档中，第二离合器组件或DCC224保持/固定输出轴232和行星齿轮架226，其中输出轴232和行星齿轮架226一起旋转。环或环形齿轮(A)234与输入轴230和行星齿轮架226一起旋转。如图所示，在第一前进档中，输出节点处的输出(输出轴232处的输出)等于输入轴230/环或环形齿轮形(A)234处的输入。杠杆图示出了输入基于输入轴230和对应的环或环形齿轮(A)234的输入在第一前进档中向右移动杠杆。在第二前进档中，基于输入轴230和对应的环或环形齿轮(A)234的输入，杠杆围绕CMD222枢转，并且在输出节点(即，太阳齿轮(S)236)和对应的输出轴232处产生输出。在第二前进档中，当输入轴230使环或环形齿轮(A)234在顺时针方向上旋转时，CMD222将行星齿轮架226保持/固定为静止，其中在太阳齿轮(S)处产生输出。杠杆图示出了顺时针旋转的输入在第二前进档中向左移动杠杆。杠杆图示出，在第二前进档中，输出节点(即，太阳齿轮(S)236)处的输出根据传动比而相对于输入轴230处的输入发生变化。

示例性实施方式的2速变速器使用两个可控单向离合器并且不使用摩擦离合器来实现用于电动车辆的2速变速器。改变电动马达10的旋转方向使得在切换期间能够使动力传递脱离单向离合器并且在动力接通的方向上落在不同的单向离合器上。这使变速器容易控制，具有低的阻力损失，并且具有小的包装。

前述内容适用于3、4和5速变速器。2速变速器使用4节点行星齿轮组。当将该设计用于3、4或5速变速器时，3速变速器将使用5节点行星齿轮组，4速变速器将使用6节点行星齿轮组，并且5速变速器将使用7节点行星齿轮组等等。3速变速器的另一个例子将动态可控离合器(DCC)添加到4节点行星齿轮组。

4节点行星齿轮组的另一个例子包括改变外部节点处的输入和内部节点处的输出。例如，使用图2A的杠杆图，代替输入(即，作为第一太阳齿轮(S1)70和第二太阳齿轮(S2)72的输入节点114)，输入节点114移动到第一环或齿轮(A1)78。对应地，第一CMD节点106(即，第一CMD26)移动到第一太阳齿轮和第二太阳齿轮(S1、S2)70、72。输出节点110从第一行星齿轮架/第二环或环形齿轮(PC1、A2)76、84移动到第二行星齿轮架(PC2)82。对应地，第二CMD节点116移动到第一行星齿轮架/第二环或环形齿轮(PC1、A2)76、84。前述的输入和输出构造也与拉维娜式齿轮组一起工作。

示例性的2速变速器可以用作高/低变速器，因为驻车、坡道保持和倒车可以直接通过第一档或第二档实现。所公开的实施方式的2速变速器可以在停留在第一或第二档时具有全部功能。如果需要，高扭矩密度和类似的设计可实现3速。

本发明的说明本质上仅仅是示例性的。因此，不脱离本发明主旨的变型应落入本发明的范围内。这些变型不应视为脱离本发明的精神和范围。