具体实施方式

现在将详细参照本发明的各个实施例，实施例的示例在附图中示出并在下面描述。虽然将结合本发明的示例性实施例描述本发明，但是将理解的是，本描述并不旨在将本发明限制于那些示例性实施例。另一方面，本发明不仅旨在涵盖本发明的示例性实施例，而且还涵盖可以包括在由所附权利要求书限定的本发明的思想和范围内的各种替换方案、修改方案、等同方案和其它实施例。

在下文中，参照附图描述根据本发明的示例性实施例的用于电动车辆的变速器及其控制方法。

参照图1，根据本发明的示例性实施例的用于电动车辆的变速器包括：第一行星齿轮组PG1；第一马达MG1，将动力输入到第一行星齿轮组PG1的第一转动元件；差速器DF，接收从第一行星齿轮组PG1的第二转动元件输出的动力；第二马达MG2，将动力提供到第一行星齿轮组PG1的第三转动元件；以及复式行星齿轮组CG，安装在差速器DF的差速器壳体和作为差速器DF的输出轴中的任意一个的被选择输出轴之间，以将从第二马达MG2提供的动力分配给差速器壳体和被选择输出轴，并且使分配给差速器壳体和被选择输出轴的扭矩的方向彼此相反。

也就是说，根据本发明的示例性实施例，通过第一行星齿轮组PG1改变从第一马达MG1输入的动力的输出速度，然后可以通过差速器DF输出动力，第二马达MG2将适当扭矩施加到第一行星齿轮组PG1的第三转动元件以实现平稳换挡而不出现换挡冲击，并且从第二马达MG2提供的动力通过复式行星齿轮组CG分配以实施扭矩矢量控制功能。

注意的是，差速器DF的输出轴分别设有右输出轴OR和左输出轴OL，并且右输出轴OR和左输出轴OL中被选择以接收从第二马达MG2提供的动力的输出轴被称为“被选择输出轴”。虽然图1示出右输出轴OR是被选择输出轴的情况，但是根据本发明的示例性实施例，左输出轴OL当然也可以成为被选择输出轴。

可以将第三转动元件固定到变速器壳体CS的第一离合器CL1和可以将三个转动元件中的两个彼此直接连接的第二离合器CL2连接到第一行星齿轮组PG1。

也就是说，第一行星齿轮组PG1包括作为输入元件直接连接到第一马达MG1的第一太阳齿轮S1、作为输出元件直接连接到差速器DF的第一行星架C1和连接到第一离合器CL1的第一环形齿轮R1，并且第二离合器CL2可以将第一太阳齿轮S1和第一环形齿轮R1彼此连接。

在第一行星齿轮组PG1中，可以执行在第一离合器CL1接合以固定第一环形齿轮R1的状态下通过第一马达MG1驱动第一太阳齿轮S1时通过第一行星架C1降低动力的输出速度并且通过差速器DF输出动力的状态和第一离合器CL1释放并且第二离合器CL2接合以使第一行星齿轮组PG1的全部转动元件一起转动使得从第一马达MG1传递的动力通过差速器DF原样输出的状态之间的切换，因此可以以等于或小于预定速度的速度输出输入动力。

同时，第二马达MG2可以通过第三离合器CL3连接到第一行星齿轮组PG1的第一环形齿轮R1，以选择性地将动力传递到第一环形齿轮R1。

复式行星齿轮组CG包括：第二行星齿轮组PG2，包括直接连接到差速器DF的差速器壳体的第一转动元件和接收来自第二马达MG2的动力的第二转动元件；以及第三行星齿轮组PG3，包括直接连接到第二行星齿轮组PG2的第三转动元件的第三转动元件、固定到变速器壳体CS的第二转动元件以及直接连接到被选择输出轴的第一转动元件。

也就是说，根据图1的示例性实施例，可以认为形成复式行星齿轮组CG的第二行星齿轮组PG2被构造为将从第二马达MG2提供的动力分配给差速器壳体和被选择输出轴，并且第三行星齿轮组PG3被构造为使分配给被选择输出轴的动力的方向反向，以使分配给差速器壳体和被选择输出轴的扭矩的方向彼此相反。

作为第二行星齿轮组PG2的第二转动元件的第二行星架C2通过第四离合器CL4连接到第二马达MG2，并且作为第三行星齿轮组PG3的第二转动元件的第三行星架C3固定到变速器壳体CS。

此外，第二行星齿轮组PG2的第二太阳齿轮S2的齿数与第二行星齿轮组PG2的第二环形齿轮R2的齿数的比值和第三行星齿轮组PG3的第三太阳齿轮S3的齿数与第三行星齿轮组PG3的第三环形齿轮R3的齿数的比值被设置为彼此相同。

根据本发明的示例性实施例，第二行星齿轮组PG2和第三行星齿轮组PG3由齿轮的齿数彼此相同的基本相同的行星齿轮组来实施。

注意的是，图1中的控制器CLR可以控制第一马达MG1、第二马达MG2、第一离合器CL1、第二离合器CL2、第三离合器CL3和第四离合器CL4，并且可以由变速器控制单元(TCU)等来实施。

图13示出根据本发明的另一示例性实施例的用于电动车辆的变速器。变速器是包括两个或更多个马达、两个或更多个离合器以及一个或多个行星齿轮组并且具有两个或更多个挡位的用于电动车辆的变速器，并且具有以下构造：第一马达MG1连接到第一行星齿轮组PG1的第一转动元件，第一行星齿轮组PG1的第三转动元件通过第一离合器CL1选择性地连接到变速器壳体CS，第一行星齿轮组PG1的第二转动元件连接到输出轴OUT，第二马达MG2始终连接到第一行星齿轮组PG1的第三转动元件，包括连接第一行星齿轮组PG1的任意两个元件的第二离合器CL2，并且可以通过第二马达MG2进行变速器控制。

实际上，可以认为根据图13的示例性实施例的构造与根据图1的示例性实施例的构造的不同在于，去除了复式行星齿轮组CG，并且第二马达MG2直接连接到第一行星齿轮组PG1。第一行星齿轮组的第一转动元件是第一太阳齿轮S1，第二转动元件是第一行星架C1，并且第三转动元件是第一环形齿轮R1。

图14示出根据本发明的又一示例性实施例的用于电动车辆的变速器。实际上，根据图14的示例性实施例的构造与根据图13的示例性实施例的构造彼此基本相同。根据图14的示例性实施例的构造与根据图13的示例性实施例的构造的不同仅在于，第二马达MG2通过减速器始终连接到第一行星齿轮组PG1的第三转动元件。

除了上述不同之外，图13和图14的示例性实施例与图1的示例性实施例基本相同，因此将省略对图13和图14的示例性实施例的详细描述。

将描述执行如图1所示构造的根据本发明的示例性实施例的用于电动车辆的变速器的变速器控制的过程。

参照图3、图4、图5和图6，变速器从低速挡(第一挡)换挡到高速挡(第二挡)的控制方法包括：在第一离合器CL1接合并且第一马达MG1驱动的低速挡行驶状态下，控制器CLR在控制第二马达MG2将与第一离合器CL1支撑第一行星齿轮组PG1的第三转动元件的扭矩相同的扭矩提供到第一行星齿轮组PG1的第三转动元件之后，释放第一离合器CL1(S10)；控制器CLR在维持第一马达MG1的扭矩和第二马达MG2的扭矩恒定的同时，减小第一马达MG1的速度并增大第二马达MG2的速度，以使第一行星齿轮组PG1的三个转动元件的速度彼此同步(S20)；以及控制器CLR在接合第二离合器CL2之后，在维持第一马达MG1的速度的同时释放第二马达MG2的扭矩以形成高速挡行驶状态(S30)。

在下文中，将更详细地描述该过程。

在对应于低速挡的第一速度状态下，在第一离合器CL1接合的状态下，从第一马达MG1提供到第一太阳齿轮S1的动力的输出速度降低，动力通过第一行星架C1输出到差速器DF，因此第一离合器CL1固定第一行星齿轮组PG1的第一环形齿轮R1。

此时，如图4所示，第一马达MG1将相对小于T_MG1b的扭矩T_MG1a提供到第一太阳齿轮S1。

为了换挡到对应于高速挡的第二速度状态，施加到第一环形齿轮Rl以释放第一离合器CL1的同时维持固定第一环形齿轮R1的状态的扭矩被称为“第一离合器扭矩T_CL1”。控制第二马达MG2产生第一离合器扭矩T_CL1，然后释放第一离合器CL1，使得第二马达MG2的扭矩改变而第一马达MG1的速度不变的第一扭矩阶段开始。

因此，第一马达MG1的扭矩和第二马达MG2的扭矩维持，第一马达MG1的速度减小并且第二马达MG2的速度增大以使第一行星齿轮组PG1的全部转动元件的转速同步的惯性阶段开始。

因此，当第二离合器CL2接合时，由于第一行星齿轮组PG1的全部转动元件彼此啮合以整体转动，因此从第一马达MG1提供的动力以1：1的变速比输出到差速器DF，并且在这种状态下，维持第一马达MG1的速度并且释放第二马达MG2的扭矩的第二扭矩阶段开始，从而完成向对应于高速挡的第二速度状态的换挡。

在第二扭矩阶段中，如上所述，维持第一马达MG1的速度并且释放第二马达MG2的扭矩，使得第一马达MG1的扭矩增大。

第一马达MG1的扭矩可以增大到图4中的T_MG1b。可以认为，图4所示的换挡过程描述如下过程：根据本发明的示例性实施例的变速器从输出作为第一速度状态下的最大扭矩的T_MG1a的状态换挡到输出作为第二速度状态下的最大扭矩的T_MG1b的状态，从而实现第一马达MG1的等动力曲线上的两点之间的换挡。

注意的是，第二离合器CL2提供以维持第一行星齿轮组PG1的全部转动元件彼此啮合以整体转动的状态的扭矩被称为第二离合器扭矩T_CL2。

上述的换挡过程可以由图6中的曲线图表示。如图15所示，在根据现有技术的普通变速器中，通过差速器DF输出的扭矩在对应于根据本发明的示例性实施例的第一扭矩阶段的时段减小，使得换挡质量劣化。然而，如图6所示，在根据本发明的示例性实施例的变速器中，输出扭矩在换挡前后维持而没有显著变化，从而可以确保优良的换挡质量而不出现换挡冲击。

此外，在根据现有技术的用于电动车辆的变速器的情况下，由于离合器在换挡中起主要作用而引起的发热成为开发变速器中的最大问题。然而，在本发明的示例性实施例中，第二马达MG2在换挡中起主要作用，从而可以防止换挡冲击和离合器发热，并且也可以显著提高离合器和变速器的耐久性。

同时，在第一扭矩阶段中，在将扭矩从第二马达MG2提供到第一行星齿轮组的第三转动元件之前接合第三离合器CL3，并且在第二扭矩阶段中，在接合第二离合器CL2之后释放第三离合器CL3。

也就是说，仅在换挡时第三离合器CL3可以被接合以将第二马达MG2的动力提供到第一行星齿轮组PG1以执行上述动作，并且在其他状态下第三离合器CL3可以被释放，并且根据需要第四离合器可以被接合以控制第二马达MG2以实现扭矩矢量控制功能。

扭矩矢量控制是一种主动控制从差速器DF输出到两侧的输出轴的驱动扭矩以有效地减少车辆的高速弯道行驶或右驱动轮和左驱动轮相对于地面的摩擦系数彼此不同的不平道路行驶时的转向不足等，从而提高车辆的操纵性能和稳定性的技术。在图1的示例性实施例中，在接合第四离合器CL4之后，控制器CLR可以控制第二马达MG2将相反方向的扭矩施加到差速器壳体和被选择输出轴，以执行扭矩矢量控制。

同时，参照图7至图9，变速器从高速挡(第二挡)换挡到低速挡(第一挡)的控制方法包括：在第二离合器CL2接合并且第一马达MG1驱动的高速挡行驶状态下，控制器CLR在维持第一马达MG1的速度同时，在将第二马达MG2的扭矩增大到第一离合器扭矩之后释放第二离合器CL2(S50)；控制器CLR在维持第一马达MG1的扭矩和第二马达MG2的扭矩恒定的同时，将第二马达MG2的速度减小到0并且增大第一马达MG1的速度(S60)；以及控制器CLR在接合第一离合器CL1之后释放第二马达MG2的扭矩以形成低速挡行驶状态(S70)。

在下文中，将更详细地描述该过程。

在对应于高速挡的第二速度状态下，接合第二离合器CL2并且第一行星齿轮组PG1的全部转动元件都以相同速度转动。在这种状态下，为了换挡到第一速度，控制器CLR在维持第一马达MG1的速度的同时将第二马达MG2的扭矩增大到第一离合器扭矩T_CL1。

也就是说，增大第二马达MG2的扭矩以使第二马达MG2提供对应于第一离合器扭矩T_CL1的扭矩以通过固定第一环形齿轮R1实现第一速度状态，该第一离合器扭矩T_CL1是待施加到第一环形齿轮R1的扭矩。

第一马达MG1的扭矩随着第二马达MG2的扭矩增大而减小，使得如上所述当第二马达MG2的扭矩增大时，维持第一马达MG1的速度。

实际上，本过程对应于变速器控制中的第一扭矩阶段，并且表示为图8中的第一马达MG1的扭矩从T_MG1b减小到T_MG1a。

当第二马达MG2的扭矩增大到第一离合器扭矩时，释放第二离合器CL2。

因此，第一马达MG1的扭矩和第二马达MG2的扭矩维持恒定，第二马达MG2的速度减小到0并且第一马达MG1的速度增大的惯性阶段开始。

当第二马达MG2的速度变为0时，接合第一离合器CL1以固定第一环形齿轮R1，然后释放第二马达MG2的扭矩以开始第二扭矩阶段，从而完成从高速挡换挡到低速挡。

即使在上述换挡过程中，输出扭矩也维持基本恒定，使得不出现换挡冲击并且可以确保优良的换挡质量，最终有助于提高车辆的适销性。此外，由于在换挡时涉及的离合器不发热，因此离合器和变速器的耐久性提高。

即使在这种情况下，在第一扭矩阶段中，在将扭矩从第二马达MG2提供到第一环形齿轮R1之前接合第三离合器CL3，并且在第二扭矩阶段中，在释放第二马达MG2的扭矩之后释放第三离合器CL3。

如上所述，根据本发明的示例性实施例的用于电动车辆的变速器提供两种变速比(低速挡和高速挡)，从而即使在使用具有相对较小容量的第一马达MG1的情况下，在通过减小车辆的重量提高能量效率的同时实现需要相对较高扭矩的最大爬坡性能以及需要相对高速动力的最大速度性能。

此外，在第二马达MG2产生第一离合器扭矩T_CL1或第二离合器扭矩T_CL2之后，第一离合器CL1和第二离合器CL2接合和释放的情况下，理论上可以实现几乎不发生摩擦并且几乎不发热的状态。因此，可以防止变速器和离合器发热并提高耐久性。

同时，图10、图11和图12是描述通过图1的变速器实现扭矩矢量控制功能的示图。图10是示出图1的变速器中的每个部分在第四离合器CL4接合并且第二马达MG2停止的状态下的转速的表。

也就是说，在不驱动第二马达MG2因而第二马达MG2的速度为0的情况下，差速器DF的左输出轴OL的速度和右输出轴OR的速度均为3000。

注意的是，在第二环形齿轮R2的齿数为60，第二太阳齿轮S2的齿数为30，第三环形齿轮R3的齿数为60并且第三太阳齿轮S3的齿数为30的假设下确定每个部分的转速。

图11是示出图1的变速器中的每个部分在第四离合器CL4接合并且第二马达MG2以100RPM的速度驱动的状态下的转速的表。

也就是说，在以100RPM驱动第二马达MG2的情况下，差速器DF的左输出轴OL的速度变为3300，右输出轴OR的速度变为2700。因此，从差速器DF的差速器壳体到右侧的速度偏差和从差速器DF的差速器壳体到左侧的速度偏差中的每一个都变为300RPM，从而实现扭矩矢量控制。

图12是通过利用第二行星齿轮组和第三行星齿轮组的杠杆图将图10的状态和图11的状态彼此比较来描述扭矩矢量控制功能的示图。在图12中，表示图10的状态的实线以及表示图11的状态的虚线示出执行扭矩矢量控制。

注意的是，图12示出连接到差速器DF的右输出轴OR的第三太阳齿轮S3的速度相对于连接到差速器壳体的第二太阳齿轮S2的速度减小300RPM的情况，因此虽然未被示出，但是差速器DF的左输出轴根据差速器DF的构造和动作，相对于差速器壳体的速度增加300RPM。

如上所述，在根据本发明的示例性实施例的变速器中，第二马达MG2在第三离合器CL3接合的状态下参与换挡以实现平稳换挡，并且在第四离合器CL4接合的状态下实施扭矩矢量控制功能，从而可以提高在车辆的高速弯道行驶时的行驶稳定性。

同时，除了扭矩矢量控制以外，根据示例性实施例的图13和图14的变速器的换挡控制与图1的变速器的换挡控制基本相同，因此将省略图13和图14的变速器的换挡控制的详细描述。

根据本发明的示例性实施例，可以提供多个变速比以减小马达的容量，实现车辆所需的最大爬坡性能和最大速度性能，利用相对简单构造和较小重量来提高车辆的能量效率，增大一次充电的行驶距离，防止换挡冲击，显著减少发热并实现扭矩矢量控制以提高车辆的高速弯道行驶性能。

为了方便解释和在所附权利要求书中的准确限定，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“向上”、“向下”、“向上地”、“向下地”、“前”、“后”、“后部”、“内部”、“外部”、“向内地”、“向外地”、“内部的”、“外部的”、“内”、“外”、“向前地”和“向后地”用于参照图中所示的示例性实施例的特征的位置来描述这些特征。将进一步理解的是，术语“连接”或其衍生词既指直接连接也指间接连接。

已经出于说明和描述的目的呈现了本发明的特定示例性实施例的前述描述。前述描述并非旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确形式，并且显然根据上述教导可以进行许多修改和变化。选择并描述示例性实施例以解释本发明的某些原理及其实际应用，以使本领域技术人员能够制造和利用本发明的各个示例性实施例以及其各种替换方案和修改方案。本发明的范围旨在由所附权利要求书及其等同方案限定。