多段速度変速機であって、太陽歯車と、前記太陽歯車および高速リングギアと常時噛み合っている高速遊星ギアであって、前記太陽歯車の周りを周回する高速遊星ギアと、前記高速遊星ギアに結合され且つ低速リングギアと常時噛み合っている低速遊星ギアと、キャリアであって、前記高速遊星ギアまたは前記低速遊星ギアのいずれかにより該キャリアの回転が制御されるように前記高速遊星ギアおよび前記低速遊星ギアと回転可能に係合されるキャリアと、前記高速リングギアおよび前記低速リングギアを取り囲む変速機ケースと、前記高速リングギアおよび前記低速リングギアに近接して位置するクラッチであって、前記高速リングギアまたは前記低速リングギアを前記変速機ケースと選択的に結合するクラッチとを備える、多段速度変速機。差動ギアセットと、少なくとも1つの出力シャフトとを更に備え、前記キャリアは前記差動ギアセットに結合され、該差動ギアセットは前記少なくとも1つの出力シャフトに結合されている、請求項1に記載の多段速度変速機。出力シャフトを更に備え、前記キャリアは前記少なくとも1つの出力シャフトに結合されている、請求項1に記載の多段速度変速機。コントローラと、該コントローラに電子的に接続されている第1速度センサおよび第2速度センサとを更に備え、前記コントローラは、前記第1速度センサおよび前記第2速度センサの測定値に基づいて、前記高速リングギアおよび前記低速リングギアの回転速度を決定する、請求項1に記載の多段速度変速機。当該多段速度変速機は、前記クラッチが前記低速リングギアを前記変速機ケースに結合しているときは低速モードで作動し、且つ、前記クラッチが前記高速リングギアを前記変速機ケースに結合しているときは高速モードで作動する、請求項1に記載の多段速度変速機。当該多段速度変速機が前記低速モードから前記高速モードへ変化するとき、前記クラッチは前記低速リングギアとの係合を解除して当該多段速度変速機をニュートラル状態にし、前記高速リングギアの回転速度はゼロに近づくように減少され、前記クラッチは前記高速リングギアと係合し、当該多段速度変速機が前記高速モードから前記低速モードへ変化するとき、前記クラッチは前記高速リングギアとの係合を解除して当該多段速度変速機を前記ニュートラル状態にし、前記低速リングギアの回転速度はゼロに近づくように減少され、前記クラッチは前記低速リングギアと係合する、請求項5に記載の多段速度変速機。前記クラッチは前記高速リングギアおよび前記低速リングギアを締り嵌めにより前記変速機ケースに結合する、請求項1に記載の多段速度変速機。前記クラッチは、アーマチャおよび電磁アクチュエータと、ボールランプ連結器と、選択可能一方向クラッチとのうちのいずれか1つを備える、請求項7に記載の多段速度変速機。電動車両用パワートレインシステムであって、電気モータおよび多段速度変速機を備え、前記多段速度変速機は、前記電気モータに接続された変速機ケースと、前記変速機ケース内に位置し、前記電気モータに結合されている太陽歯車と、前記太陽歯車と常時噛み合っている高速ギアセットと、前記高速ギアセットに接続されている低速ギアセットと、前記多段速度変速機の作動モードを、1つの作動モードから、高速モードと低速モードとニュートラル状態とを含む異なる作動モードに選択的に変更するように配置され且つ構成されているクラッチであって、前記多段速度変速機を前記低速モードにすべく前記低速ギアセットを前記変速機ケースと係合させるクラッチとを備える、パワートレインシステム。前記クラッチは、前記多段速度変速機を前記高速モードにすべく、前記高速ギアセットを前記変速機ケースと係合させる、請求項9に記載のパワートレインシステム。前記クラッチは、前記多段速度変速機を前記ニュートラル状態にすべく、前記高速ギアセットおよび前記低速ギアセットの両方と前記変速機ケースとの係合を解除する、請求項10に記載のパワートレインシステム。前記高速ギアセットは、前記太陽歯車と常時噛み合っている高速遊星ギアと、前記高速遊星ギアと常時噛み合っている高速リングギアとを備え、前記低速ギアセットは、前記高速遊星ギアに結合されている低速遊星ギアと、前記低速遊星ギアと常時噛み合っている低速リングギアとを備える、請求項11に記載のパワートレインシステム。前記多段速度変速機が前記ニュートラル状態の間、前記電気モータの回転速度によって前記高速リングギアの回転速度および前記低速リングギアの回転速度が制御される、請求項12に記載のパワートレインシステム。前記多段速度変速機が前記高速モードへ変化するように選択されると、前記高速リングギアの回転速度は、前記クラッチが前記高速ギアセットと係合する前にゼロに近づき、前記多段速度変速機が前記低速モードへ変化するように選択されると、前記低速リングギアの回転速度は、前記クラッチが前記低速ギアセットと係合する前にゼロに近づく、請求項13に記載のパワートレインシステム。前記多段速度変速機が前記低速モードから前記高速モードへ変化するように選択されると、前記電気モータの回転速度は、前記多段速度変速機が前記ニュートラル状態にある間に減少され、前記多段速度変速機が前記高速モードから前記低速モードへ変化するように選択されると、前記電気モータの回転速度は、前記多段速度変速機が前記ニュートラル状態にある間に増大される、請求項14に記載のパワートレインシステム。多段速度変速機を有する電動車両用パワートレインシステムであって、電気モータと、前記電気モータに結合されている変速機ケースと、前記変速機ケース内に位置し、前記電気モータに結合されている太陽歯車と、前記太陽歯車と常時噛み合っている高速ギアセットと、前記高速ギアセットに接続されている低速ギアセットと、前記車両の出力シャフトに作動可能に接続されているキャリアの制御を変更するために、前記高速ギアセットおよび前記低速ギアセットを前記変速機ケースと選択的に係合させように配置され且つ構成されているクラッチとを備える、パワートレインシステム。前記高速ギアセットは前記太陽歯車と常時噛み合っている高速遊星ギアと、前記高速遊星ギアと常時噛み合っている高速リングギアとを備え、前記低速ギアセットは前記高速遊星ギアに結合されている低速遊星ギアと、前記低速遊星ギアと常時噛み合っている低速リングギアとを備える、請求項16に記載のパワートレインシステム。前記電気モータおよび前記クラッチの作動を制御するコントローラを更に備え、前記コントローラは、前記クラッチに、前記低速リングギアと前記変速機ケースとの係合を解除して前記多段速度変速機をニュートラル状態にするように命令し、前記電気モータに、回転速度を変更して前記高速リングギアの回転速度をゼロに近づけるように命令し、前記高速リングギアの回転速度がゼロに近づいているかを判別し、且つ前記クラッチに、前記高速リングギアを前記変速機ケースと係合させて前記多段速度変速機を高速モードにするように命令する論理を含む、請求項17に記載のパワートレインシステム。前記コントローラは、前記クラッチに、前記高速リングギアと前記変速機ケースとの係合を解除して前記多段速度変速機を前記ニュートラル状態にするように命令し、前記電気モータに、回転速度を変更して前記低速リングギアの回転速度をゼロに近づけるように命令し、前記低速リングギアの回転速度がゼロに近づいているかを判別し、且つ前記クラッチに、前記低速リングギアを前記変速機ケースと係合させて前記多段速度変速機を低速モードで作動させるように命令する論理を更に含む、請求項18に記載のパワートレインシステム。少なくとも2つの速度センサを更に備え、前記速度センサはそれぞれ電子信号を前記コントローラに送り、該コントローラは、前記電子信号を解釈して、前記低速リングギアおよび前記高速リングギアの回転速度を決定する、請求項19に記載のパワートレインシステム。従って、電気モータを有する車両用の油圧フリー多段速度変速機と、この変速機のギアチェンジをするためのシステムとを可能にする歯車列構造に対する必要性が存在する。1つの実施形態においては、多段速度変速機は、太陽歯車と、太陽歯車と常時噛み合っている少なくとも1つの高速遊星ギアと、高速リングギアとを備え、高速遊星ギアは、太陽歯車の周りを周回する。多段速度変速機は、また、高速遊星ギアに結合され、低速リングギアと常時噛み合っている少なくとも1つの低速遊星ギアと、高速遊星ギアまたは低速遊星ギアのいずれかによりキャリアの回転が制御されるように高速遊星ギアおよび低速遊星ギアと回転可能に係合しているキャリアとを備える。多段速度変速機は、さらに、高速リングギアおよび低速リングギアを取り囲む変速機ケースと、高速リングギアおよび低速リングギアに近接して位置するクラッチであって、高速リングギアまたは低速リングギアを変速機ケースに選択的に結合するクラッチとを備える。他の実施形態においては、電動車両用パワートレインシステムは電気モータおよび多段速度変速機を備える。多段速度変速機は、電気モータに接続された変速機ケースと、変速機ケース内に位置し、電気モータに結合されている太陽歯車と、太陽歯車と常時噛み合っている高速ギアセットと、高速ギアセットに接続されている低速ギアセットと、多段速度変速機の作動モードを、1つの作動モードから他の作動モードに選択的に変更するように配置され且つ構成されているクラッチとを備える。作動モードは高速モードと低速モードとニュートラル状態とを含むことができる。クラッチは、低速ギアセットを変速機ケースと係合させて、多段速度変速機を低速モードにする。他の実施形態においては、多段速度変速機を有する電動車両用パワートレインシステムは、電気モータと、電気モータに接続されている変速機ケースと、変速機ケース内に位置し、電気モータに結合されている太陽歯車とを備える。パワートレインシステムは、さらに、太陽歯車と常時噛み合っている高速ギアセットと、高速ギアセットに接続されている低速ギアセットと、車両の出力シャフトに作動可能に接続されているキャリアの制御を変更するために、高速ギアセットおよび低速ギアセットを変速機ケースに選択的に結合するように配置され且つ構成されているクラッチとを備える。本明細書において開示される実施形態により提供されるこれら特徴および追加の特徴は、図面と共に下記の詳細な記述を考慮すれば、より深く理解されよう。図に示される実施形態は、本質的に例であり、請求項で定義される主題を限定するものではない。例としての実施形態の下記の詳細な記述は、下記の図面と共に読めば理解できよう。類似の構造は類似の参照番号によって示されている。図1は、電気車両または燃料電池ハイブリッド車両のような電動車両の多段速度変速機のギアチェンジのためのシステムの1つの実施形態の概略を示している。システムは一般的に、電気モータと、モータと常時噛み合っている1組の高速遊星ギアおよび低速遊星ギアと、を備えている。遊星ギアは、1組の出力シャフトを通して、車両の車輪にトルクを提供する差動装置に結合されているキャリア上に搭載されている。高速リングギアおよび低速リングギアが高速遊星ギアおよび低速遊星ギアとそれぞれ常時噛み合って配置されている。クラッチが、リングギアと変速機ケースとの間に配置されている。本明細書において使用されているように、クラッチとは、2つの要素を結合して、摩擦によってではなく、締り嵌めinterferenceによりその2つの要素が互いに対して回転することを禁止する機械的装置を意味している。クラッチの例としては、それに制限されるわけではないが、インターロッキングスプラインドッグクラッチ、機械的シンクロナイザ同期装置、および選択可能一方向クラッチSOWCがある。本明細書において使用されているように、クラッチは、互いに対して回転する2つの要素を結合するために摩擦板を使用する装置を含んでいない。選択された速度モードで作動するとき、クラッチは、リングギアを変速機ケースと係合させて、リングギアの回転速度をゼロに保持する。ギアチェンジが指令されると、クラッチは、それまで選択されていたリングギアとの結合を解除する。そして電気モータは、新たに選択されたリングギアの回転速度がゼロに近づくように加速または減速する。新たに選択されたリングギアがゼロ速度に近づくと、クラッチは、新たに選択されたリングギアと係合して、それを変速機ケースに結合し、それにより、多段速度変速機を第2速モードで作動させる。本明細書において使用されているように、係合するということは、多段速度変速機が、係合されたギアセットに関連付けられた特定の作動モードで作動するように、記述されたギアセットの少なくとも1つの部材を変速機ケースに結合することで、ギアセットの回転を機械的に禁止することを意味している。電気モータを使用して、適切なリングギアの回転速度を減じることにより、変速機は摩擦クラッチを使用することなくスムーズにギアチェンジができるようになる。電気車両および燃料電池ハイブリッド車両用の多段速度変速機のギアチェンジのためのシステムおよび方法の種々の実施形態を、添付図面を参照して、以下、より詳細に記述する。図1を参照すると、電気車両または燃料電池ハイブリッド車両との使用のためのパワートレインシステム100の1つの実施形態が模式的に示されている。パワートレインシステム100は一般的に、電気モータ110と、多段速度変速機120とを備えている。電気モータ110は多段速度変速機120の太陽歯車130に結合されている。太陽歯車130は、少なくとも1つの高速遊星ギア140を備える高速ギアセット135と常時噛み合っている。高速遊星ギア140は、少なくとも1つの低速遊星ギア142を備えている低速ギアセット137に結合されている。高速遊星ギア140および低速遊星ギア142は同じ速度で回転する。図1の実施形態においては、高速遊星ギア140および低速遊星ギア142は共に同じピニオンギア構成要素の一部である。本実施形態においては、高速遊星ギア140および低速遊星ギア142は、キャリア160上に搭載され、太陽歯車130の周りを周回する。キャリア160は、少なくとも1つの出力シャフト180にトルクを提供する差動装置170に接続されている。高速遊星ギア140は、高速ギアセット135の一部である高速リングギア150と常時噛み合っている。低速遊星ギア142は、低速ギアセット137の一部である低速リングギア152と常時噛み合っている。クラッチ200は変速機ケース300に近接して位置してもよく、それにより、クラッチ200は、高速リングギア150または低速リングギア152を変速機ケース300と選択的に係合できる。定常状態の作動においては、高速リングギア150および低速リングギア152の1つが変速機ケース300と係合されているときは、高速リングギア150および低速リングギア152の他方は制約なく回転する。例えば、クラッチ200が高速リングギア150を変速機ケース300と係合させたときは、低速リングギア152は低速遊星ギア142の周りを制約なく回転する。クラッチ200が低速リングギア152を変速機ケース300と係合させたときは、高速リングギア150は高速遊星ギア140の周りを制約なく回転する。高速遊星ギア140および低速遊星ギア142は、互いに結合されてキャリア160上に搭載されているので、出力シャフト180が回転するときにほぼ同じ速度で太陽歯車130の周りを周回する。出力シャフト180の回転速度は車両の速度と相関する。一定の車両速度においては、キャリア160と、高速遊星ギア140および低速遊星ギア142とは一定の回転速度で回転できる。多段速度変速機120が低速モードで作動していれば、クラッチ200は、低速ギアセット137がキャリア160の回転を制御するように、低速リングギア152を変速機ケース300に結合する。多段速度変速機120を低速モードの作動から高速モードの作動に変更するように高速ギアへのチェンジを指令できる。クラッチ200は、低速リングギア152が変速機ケース300と係合されていない状態にするために、低速リングギア152との係合を解除する。低速リングギア152も高速リングギア150も変速機ケース300と係合されていないときは、電気モータ110はキャリア160および出力シャフト180にトルクを提供せず、パワートレインシステム100は、ニュートラル状態、または電気モータ110がトルクを出力シャフト180に伝達できない作動条件になる。このニュートラル状態の間、電気モータ110を、高速リングギア150の回転速度がゼロに近づくように、高速リングギア150の速度を下げるように制御できる。電気モータ110は、電気モータ110および太陽歯車130の回転速度を下げることにより、高速リングギア150の回転速度を下げる。高速リングギア150がいったん適切な速度に下げられると、クラッチ200は、高速ギアセット135が、キャリア160の回転を制御し、それにより変速機を高速モードで作動させるように、高速リングギア150と係合して高速リングギア150を変速機ケース300に結合できる。多段速度変速機120が高速モードで作動していれば、クラッチ200は、高速ギアセット135がキャリア160の回転を制御するように、高速リングギア150を変速機ケース300に結合する。多段速度変速機120を高速モードの作動から低速モードの作動へ変更するように低速ギアへのチェンジを指令できる。クラッチ200は、高速リングギア150が変速機ケース300に結合されていない状態にするために、高速リングギア150との係合を解除する。低速リングギア152も高速リングギア150も変速機ケース300と係合されていないときは、電気モータ110はキャリア160および出力シャフト180にトルクを提供せず、パワートレインシステム100は再びニュートラル状態になる。このニュートラル状態の間、電気モータ110を、低速リングギア152の回転速度がゼロに近づくように、低速リングギア152の速度を下げるように制御できる。電気モータ110は、電気モータ110および太陽歯車130の回転速度を上げることにより、低速リングギア152の回転速度を下げる。低速リングギア152がいったん適切な速度に下げられると、クラッチ200は、低速ギアセット137が、キャリア160の回転を制御して、それにより変速機を低速モードで作動させるように、低速リングギア152と係合して低速リングギア152を変速機ケース300に結合できる。車両がニュートラル状態のときは、高速リングギア150および低速リングギア152が、高速遊星ギア140と低速遊星ギア142と太陽歯車130とに常時噛み合っているので、電気モータ110は、高速リングギア150および低速リングギア152の両方の回転速度を変更できる。パワートレインシステム100がニュートラル状態の間は、キャリア160は、高速遊星ギア140および低速遊星ギア142を、所与の出力シャフト180の回転速度に対して一定の速度で、太陽歯車130の周りを周回させる。このため、キャリア160の回転速度が与えられれば、パワートレインシステム100がニュートラル状態のときは、電気モータ110は、高速リングギア150および低速リングギア152の両方の回転速度を制御できる。高速リングギア150および低速リングギア152の回転速度を制御できるということにより、摩擦クラッチを使用することなく、多段速度変速機120の低速モードから高速モードへの選択が可能となる。これは、摩擦クラッチが典型的には油圧により作動されるので、車両全体の効率に対して重要な利点となり得る。クラッチアクチュエータに油圧を提供するためには、車両のモータは、動力を油圧ポンプに提供して、油圧の最小限レベルを維持しなければならない。この動力は、モータに対する寄生損失となり、パワートレインシステム100の効率低下にもなり得る。運転手は、この寄生損失を、エネルギーの使用量の増加として知ることができる。油圧システムの使用は、停止中は、そのような車両の駆動モータも典型的には停止するので、電気車両および燃料電池ハイブリッド車両にとっては特別な問題となり得る。動力を油圧ポンプに提供するためには、車両に第2の電気モータを追加することもあり得るので、車両のコストと複雑さとを増すことになる。図1に模式的に示されているように、パワートレインシステム100は、単一軸配置において車両に統合されてもよい。電気モータ110および太陽歯車130は出力シャフト180と同軸に配置されてもよい。パワートレインシステム100のこの配置は、例えば、パワートレインシステム100が電気モータ100を出力シャフト180に沿って搭載することを可能にする前輪駆動車両において使用できる。図2に模式的に示されているように、パワートレインシステム100は、出力シャフト180が、トルクの向きを決めることで、電気モータ110から離れた場所において車輪を駆動するように構成されてもよい。パワートレインシステム100のこの配置は、例えば、後輪駆動車両に使用できる。上述の遊星ギア装置は、種々の適用およびパッケージングの制限に適合するように変形可能である。多段速度変速機120の1つの実施形態においては、低速遊星ギア142は太陽歯車130と直接噛み合うように構成されてもよい。他の実施形態においては、多段速度変速機120は、リングギアと等価な数の作動速度を有することができるように、複数のリングギアと共に配置されてもよい。図3は、2速遊星ギアセットを有する車両用のパワートレインシステム100の1つの実施形態の速度図の模式図を示している。速度グラフは、種々の作動点におけるパワートレインシステム100の作動を図示している。ここで描かれているように、垂直線は、遊星ギアセットの速度比に対応する垂直線130Aから距離を置いて描かれている。A、B、およびCとして示されている線と垂直線との交点は、遊星ギアセットの構成要素の回転速度を表している。図3に示されている速度図は、定常状態での作動の間に、多段速度変速機120の内部構成要素がどのように振る舞うかを例示している。例えば、多段速度変速機120の1つの実施形態においては、低速リングギア152は、変速機ケース300と係合されることなどにより、回転が禁止されてもよい。速度線Aは、低速リングギア152を表している線152Aと、ゼロ速度線、つまり0で示されている水平線との交点を通るように描かれうる。この点、つまり図3で作動点1として示されている点は、低速リングギア152がゼロの回転速度を有していることを反映している。電気モータ110の回転速度が増大するにつれ、速度線は、依然として作動点1を通りながら、線130Aに沿って、正のy方向に増大するように描かれる。この速度線と、他のギアを表している垂直線との交点はこれらギアの回転速度を反映している。特に、キャリア160の回転速度、従って、差動装置170および出力シャフト180の回転速度は160Aとして示されている垂直線により表わされている。この交点は、多段速度変速機120が高速モードであっても低速モードであってもそれとは関係なく、車両の速度に直接相関がある。電気モータ110の回転速度が増大し、且つ速度線が作動点1を通過し続けると、キャリア160の回転速度、従って、車両の速度は一定の率で増大する。速度図はまた、ギアチェンジの作動の間に、多段速度変速機120の内部構成要素がどのように振る舞うのかを反映するためにも使用されることができる。ギアチェンジの1つの実施形態が図3に示されている。多段速度変速機120は、最初は低速モードで作動している。この実施形態においては、低速リングギア152は低速モードでの回転が禁止され、速度線は作動点1を通る。電気モータ110が最高回転速度で作動しているときに線A、ギアチェンジが指令される。クラッチ200は低速リングギア152との係合を解除し、それにより、低速リングギア152と変速機ケース300との結合が解除され、低速リングギア152は回転が可能になり、パワートレインシステム100はニュートラル状態になる。図3で示されている実施形態においては、車両は、パワートレインシステム100がニュートラル状態の間、一定の速度で進行し続けると仮定されている。車両が一定の慣性で移動し続けるので、線160Aで表わされているキャリア160は、シフト点により示されているように一定の回転速度で回転し続ける。そして、電気モータ110はその回転速度を低下させる。電気モータ110がその回転速度を低下させるにつれ、速度線は、高速リングギア150を表している線150Aと、ゼロ速度線の交点である作動点2を速度線が通過するような点まで、シフト点を通って旋回するpivot線Bとして示されている。いったん高速リングギア150の回転速度がほぼゼロになると、高速リングギア150は、高速リングギア150の回転が禁止されるように、クラッチ200により係合され、これにより変速機ケース300に結合される。これで、多段速度変速機120は高速モードで作動されることになる。電気モータ110は、その最大モータ回転速度に到達するまで線Cで示されているように、その回転速度を増大できる。電気モータ110の所与の回転速度に対しては、キャリア160の回転速度は、変速機が高速モードで作動しているときは、変速機が低速モードで作動しているときよりも大きくてもよいつまり、線AおよびCの線160Aとの交点を比較されたい。多段速度変速機120を電気モータ110と共に使用することは、電気モータ110を、単一速度変速機と共に使用するときよりもより効率よく作動させることが可能になる。図4の例としてのモータ効率マップに示されているように、電気モータ110は、ある作動条件においては他の作動条件よりも、より効率的であり得る。より効率的であるということにより、電気モータ110が、より少ない電気エネルギーを使用して、同じ動力トルクと速度との積を出力することが可能になる。ここで記述されるように、車両に多段速度変速機120を設けることは、電気モータ110を単一速度変速機と共に設けた場合よりも、より低速の回転速度と、より高いトルクでの作動とを可能にする。1つの実施形態においては、パワートレインシステム100の高められた効率は、車両の同じ性能特性において、より小さいバッテリまたはより小さい電気モータ110の使用を可能にする。他の実施形態においては、パワートレインシステム100の高められた効率は、同じ電気モータ110を使用する車両の高められた加速性能および/または車両走行距離を可能にする。パワートレインシステム100の模式図が図5に示されている。パワートレインシステム100は、ギアチェンジが指令されたときに、電気モータ110および多段速度変速機120を制御する論理を有しているコントローラ400を備えている。コントローラ400は、電気モータ110に命令を送って回転速度を変更し、且つ多段速度変速機120に命令を送って低速モードまたは高速モードで作動させる。ギアチェンジが指令されると、コントローラ400は、高速ギアセット135または低速ギアセット137の現在選択されているリングギアと変速機ケース300との係合を解除するようにクラッチ200に命令する。高速リングギア150および低速リングギア152の両方と変速機ケース300との係合が解除されると、パワートレインシステム100はニュートラル状態になる。コントローラ400は、電気モータ110にその回転速度を変更するように命令して、高速ギアセット135または低速ギアセット137の新たに選択されているリングギアの回転速度がゼロに近づくようにする。コントローラ400は、少なくとも1つの速度センサ402からの入力に基づいて、新たに選択されているリングギアの回転速度を決定できる。コントローラ400は、新たに選択されたリングギアの回転速度がゼロに近づいていると判別すると、新たに選択されたリングギアを変速機ケース300と係合するようにクラッチ200に指令する。このようにして、多段速度変速機120は新しい速度モードで作動するようになる。1つの実施形態においては、コントローラ400は、多段速度変速機120のギアチェンジ性能を改良すべく電気モータ110の制御を可能にする。コントローラ400は、多段速度変速機120におけるシフトショックの発生、またはパワートレインシステム100全体におけるトルクの断絶を削減しまたは最小限にするために、電気モータ110の回転速度を制御可能であってもよい。新たに選択されたリングギアの回転速度を精度よく決定できることにより、コントローラ400は、クラッチ200が新たに選択されたリングギアを変速機ケース300に結合している間、新たに選択されたリングギアをゼロに近づいている回転速度に保持することが可能である。そうすることにより、クラッチ200は、パワートレインシステム100を介してのトルクの流れを断絶することなく新たに選択されたリングギアを変速機ケース300に結合することが可能であり、それゆえ、多段速度変速機120のシフトショックを削減できる。他の実施形態においては、コントローラ400は、クラッチ200が今まで選択されていたリングギアとの係合を解除することを支援できてもよい。ある作動条件では、例えば車両が平坦な道路上を一定の速度で進行しているようなときは、多段速度変速機120の伝動装置にかかる負荷を軽くすることができる。このような作動条件に対しては、クラッチ200は、今まで選択されていたリングギアとの係合を容易に解除して、多段速度変速機120のギアチェンジを行うことができる。コントローラ400は、車両の慣性により車両が前進している間に、車両の作動条件を評価して、クラッチ200に、今まで選択されていたリングギアとの係合を解除するように命令できる。多段速度変速機120の伝動装置に高い負荷がかかるような作動条件例えば、車両の最大加速時または減速時に対しては、クラッチ200は、伝動装置の負荷条件に打ち勝つために十分な力を有していなくてもよい。これらの作動条件に対しては、コントローラ400は、電気モータ110の回転速度を少し変更してもよい。電気モータ110の回転速度のこの変更は、慣性により車両が前進するので、伝動装置の負荷を少なくとも部分的になくすべく車両の慣性を使用することを支援できる。1つの実施形態においては、コントローラ400は、所与の車両速度に基づいて、多段速度変速機120を高速ギアにチェンジしまたは低速ギアにチェンジするように指令するように構成されてもよい。コントローラ400は、最も効率的な作動条件において電気モータ110が最大の時間を消費するようにパワートレインシステム100を作動してもよい。他の実施形態においては、コントローラ400は、共通の車両速度における速度モードのギアチェンジを回避するために、既知の駆動条件に基づいて、多段速度変速機120を高速ギアにチェンジしまたは低速ギアにチェンジするように指令するように構成されてもよい。例えば、コントローラ400は、高速道路での速度よりも少し遅い車両速度において高速ギアへのチェンジまたは低速ギアへのチェンジを指令することで、車両がこれら速度で作動している間、高速ギアへのチェンジまたは低速ギアへのチェンジを最小にして、これら条件における車両の応答性を改良するように構成されてもよい。1つの実施形態においては、コントローラ400は、多段速度変速機120の作動の管理専用のスタンドアロンの制御装置であってもよい。他の実施形態においては、コントローラ400はエンジン制御装置に統合されてもよい。他の実施形態においては、コントローラ400は車体制御モジュールに統合されてもよい。1つの実施形態においては、パワートレインシステム100は、各リングギアの回転速度を計算するために使用される少なくとも1つの速度センサを備えてもよい。1つの実施形態においては、パワートレインシステム100は、太陽歯車130およびキャリア160の回転速度を決定する速度センサを備えてもよい。太陽歯車130の回転速度を測定する速度センサ402は、太陽歯車130に結合されている電気モータ110の回転速度を測定できる。キャリア160の回転速度を測定する速度センサ402は、共にキャリア160に結合されている差動装置170または出力シャフト180の回転速度を測定できる。これら構成要素の回転速度を測定することにより、高速リングギア150および低速リングギア152の回転速度を計算できる。図6に模式的に示されているパワートレインシステム100の実施形態を参照すると、パワートレインシステム100は、変速機ケース300に結合されている電気モータ110を備えている。電気モータ110は、自身が太陽歯車130を介して多段速度変速機120に結合されている出力シャフト112に結合されている。太陽歯車130上の伝動装置は高速ギアセット135の高速遊星ギア140上の伝動装置と噛み合わされており、高速ギアセット135は低速ギアセット137の低速遊星ギア142に結合されている。高速遊星ギア140および低速遊星ギア142は高速リングギア150および低速リングギア152とそれぞれ常時噛み合っている。高速遊星ギア140および低速遊星ギア142は、キャリア160上に搭載され且つジャーナルベアリングのようなベアリング146の上方に設置されて、キャリア160上での高速遊星ギア140および低速遊星ギア142の回転を可能にする。キャリア160は、少なくとも1つの出力シャフト180にトルクを提供する差動装置170に結合されている。クラッチ200は高速リングギア150または低速リングギア152を変速機ケース300に結合でき、変速機ケース300は多段速度変速機120の種々の速度モードと係合する。図6に示されているクラッチ200は、アーマチャ202の軸方向の位置を変更するために電磁アクチュエータ220を使用する。アーマチャ202上の外部スプライン204は変速機ケース300内の一連の内部スプライン304と係合している。噛み合っている外部スプライン204および内部スプライン304により、アーマチャ202は軸方向に平行移動が可能になるが、アーマチャ202の回転は禁じられている。他の実施形態においては、キー溝に置かれた少なくとも1つのキーにより、変速機ケース300内でのアーマチャ202の回転を制約できる。アーマチャ202が正しい位置にあるときは図6に示されているように、アーマチャ202上の右側スプライン要素206は高速リングギア150上のスプライン要素151と係合する。アーマチャ202は変速機ケース300内の内部スプライン304により回転が禁止されているので、高速リングギア150もまた回転が禁止されている。アーマチャ202がこの位置にあるときは、高速ギアセット135はキャリア160の回転を制御し、多段速度変速機120は高速モードで作動する。この作動モードにおいては、電気モータ110からのトルクが太陽歯車130に加えられ、それにより、高速遊星ギア140が回転し且つ周回する。この周回運動により、キャリア160を回転させ、それにより、差動装置170を回転させ、トルクが出力シャフト180に加えられる。アーマチャ202が左側の位置図示せずのときは、アーマチャ202上の左側スプライン要素208は低速リングギア152上のスプライン要素158と係合する。アーマチャ202がこの位置のときに、低速ギアセット137はキャリア160の回転を制御し、多段速度変速機120は低速モードで作動する。この作動モードにおいては、電気モータ110からのトルクが太陽歯車130に加えられ、それにより、高速遊星ギア140を回転させる。低速遊星ギア142は高速遊星ギア140と同じ速度で回転する。低速リングギア152は変速機ケース300に結合されているので、低速遊星ギア142は太陽歯車130の周りを周回する。この周回運動により、キャリア160を回転させ、それにより、差動装置170を回転させ、トルクが出力シャフト180に加えられる。図7に示されているように、電磁アクチュエータ220はアーマチャ202を左側に向かう方向にシフトさせる。電磁アクチュエータ220が通電されている間は、電磁アクチュエータ220は、引力をアーマチャ202に加え、アーマチャ202を矢印Lの方向に左側に引き付ける。電磁アクチュエータ220は経路Mで示されている磁束経路を作成する。電磁アクチュエータ220が通電されなくなると、戻りバネはアーマチャ202を右側にシフトさせる。図8および9に模式的に示されているパワートレインシステム100の実施形態を参照すると、多段速度変速機120は、ボールランプ連結器240をクラッチ200として使用できる。ボールランプ連結器240は回転式アクチュエータ244を使用して、駆動ランププレート242の回転方向を変更する。駆動ランププレート242は、部分的螺旋形状を有する複数のウィンドウを有することができる。複数のボール246がこれらウィンドウに挿入されてセレクタプレート241と接触する。セレクタプレート241上の外部スプライン204は変速機ケース300上の内部スプライン304と噛み合わされている。噛み合っている外部スプライン204および内部スプライン304により、セレクタプレート241は軸方向に平行移動が可能になるが、回転は制約される。回転式アクチュエータ244が駆動ランププレート242を一方向に回転すると、ボール246は、駆動ランププレート242内で位置を変え、螺旋ウィンドウ内でより浅く移動する。ボール246が駆動ランププレート242の螺旋ウィンドウ内で浅く位置すると、セレクタプレート241は正しい場所になる。この位置において、セレクタプレート241上の右側スプライン要素206は高速リングギア150上のスプライン要素151と係合できる。この向きにおいて、セレクタプレート241は、多段速度変速機120を高速モードで作動させ、それにより高速ギアセット135にキャリア160の回転を制御させるようにする。回転式アクチュエータ244が、駆動ランププレート242を反対方向に回転すると、ボール246は螺旋ウィンドウ内のより深い部分へ移動する。ボール246が駆動ランププレート242の螺旋ウィンドウ内の深くに位置すると、戻りバネ305はセレクタプレート241を左に向けてスライドさせ、それにより、セレクタプレート241は左側の位置になる。この位置において、セレクタプレート241上の左側スプライン要素208は低速リングギア152上のスプライン要素158と係合できる。この向きにおいて、セレクタプレート241は、多段速度変速機120を低速モードで作動させ、低速ギアセット137にキャリア160の回転を制御させるようにする。図10に模式的に示されているパワートレインシステム100の実施形態を参照すると、多段速度変速機120はSOWC270をクラッチ200として使用してもよい。一方向クラッチは、隣接する部品を互いに対して一方向のみに進行させる機械的ダイオードとして考えることができる。SOWCは、隣接する部品間の進行を許可または禁止するように制御可能な一方向クラッチである。ここで記述されたパワートレインシステム100に対しては、SOWCの例は、ミシガン州のSaginawにある、MeansIndustriesから入手可能な制御可能機械的ダイオードControllableMechanicalDiodeである。SOWCは、ポケットプレートから延伸し、ノッチプレートと係合してノッチプレートの回転を禁止する一連のセレクタロックを使用できる。セレクタロックの動きはセレクタプレートにより制御される。セレクタプレートは、セレクタロックが延伸してそれによりポケットプレートをノッチプレートに結合できるかを制御する一連のウィンドウを有することができる。セレクタロックを後退させると、ノッチプレートは自由に回転できる。図10に示されているように、SOWC270は、ポケットプレート280と、高速セレクタプレート276と、高速ノッチプレート274と、低速セレクタプレート296と、低速ノッチプレート294とを備えている。高速ノッチプレート274は、高速ギアセット135の高速リングギア150上のスプライン要素151と噛み合わされている一連のスプライン272を有している。低速ノッチプレート294は、低速ギアセット137の低速リングギア152上のスプライン要素158と噛み合わされている一連のスプライン292を有している。複数のセレクタロックはポケットプレート280内の凹部282から延伸できる。ポケットプレート280は、変速機ケース300上の一連の内部スプライン304と噛み合っている一連の外部スプライン284を有している。噛み合っている外部スプライン284および内部スプライン284により、ポケットプレート280は回転が禁止される。図10に示されている多段速度変速機120を低速モードで作動して、それにより低速ギアセット137にキャリア160の回転を制御させるようにするときは、低速セレクタプレート296は開位置にあってもよく、それにより、セレクタロックは、ポケットプレート280内の凹部282から低速スプライン292に通過可能となる。高速セレクタプレート276は閉位置にあってもよく、それにより、セレクタロックは、ポケットプレート280から高速ノッチプレート274へ通過できない。従って、高速ノッチプレート274および高速リングギア150は自由に回転できる。多段速度変速機120の高速ギアへのチェンジが指令されると、低速セレクタプレート296は、閉位置へ回転し、セレクタロックの低速ノッチプレート294との係合を強制的に解除させる。そして、電気モータ110はその回転速度を減少させ、それにより、高速ギアセット135の高速リングギア150と、高速ノッチプレート274とはゼロ速度に近づく。高速リングギア150および高速ノッチプレート274がゼロ速度に近づくと、高速セレクタプレート276は、開位置に回転して、複数のセレクタロックの延伸を可能にして、それにより、ポケットプレート280と高速ノッチプレート274とを結合して、高速ノッチプレート274および高速リングギア150の回転を禁止する。その後、多段速度変速機120は、高速ギアセット135がキャリア160の回転を制御するように、高速モードで作動する。1つの実施形態においては、SOWC270はサーボ機構により作動されてもよい。他の実施形態においては、SOWC270は電磁アクチュエータにより作動されてもよい。更に他の実施形態においては、SOWC270は油圧アクチュエータにより作動されてもよい。SOWC270の使用によって、パワートレインシステム100は、対応する遊星ギアと、リングギアと、SOWC構成要素とを追加することにより、複数の速度モードで作動することができる。電気車両および燃料電池ハイブリッド車両用の油圧フリー多段速度変速機は、高速ギアセットおよび低速ギアセットの1つを変速機ケースと選択的に係合させるためのクラッチを備えてもよいことは理解されよう。ニュートラル状態で作動している多段速度変速機では、電気モータの回転速度を増大または減少させることが可能で、それにより、新たに選択されたギアセットのリングギアの回転速度はゼロに近づく。リングギアの回転速度を減少させることにより、クラッチを使用して、また摩擦部材を使用するクラッチを使用せずに、スムーズなギアチェンジが達成できる。パワートレインシステムは、電気モータの回転速度を増大または減少させて適切なリングギアの回転速度を減少できるコントローラを備えてもよい。実質的にとほぼという用語を、ここでは、任意の量的比較、値、測定値、または他の表現に帰着可能な不確定性の固有な程度を表現するために使用できるということは留意されたい。また、これら用語を、本明細書において、本主題の基本的な機能における変更という結果にならずに、量的表現が、明白に規定された基準から変化してもよい程度を表現するためにも使用できる。特別な実施形態が本明細書において例示され且つ記述されたが、種々の他の変更および変形が、請求の範囲に記載されている主題の思想および範囲を逸脱することなく可能であることが理解されるべきである。更に、請求の範囲に記載されている主題の種々の形態が本明細書において記述されたが、そのような形態は、組み合わせて使用される必要はない。従って、付随する請求項は、請求の範囲に記載されている主題の範囲内のそのような変更および変形のすべてを含むものである。