具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案以及有益的技术效果更加清楚明白，以下将结合附图以及多个示例性实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而不是用于限定本发明的保护范围。

图1示出根据本发明的一示例性实施例的变速系统100的结构示意图。变速系统100包括动力输入轴10、变速齿轮机构20和位于动力输入轴10与变速齿轮机构20之间且与动力输入轴10和变速齿轮机构20运动学耦合的换挡执行装置30。换挡执行装置30配置成能改变变速齿轮机构20的传动比和/或传动方向，以使得变速系统100具有多种速度状态。

换挡执行装置30包括用于改变变速齿轮机构20中的至少一个传动部件的传动状态的换挡执行机构。换挡执行机构配置成可根据驾驶员意图操作的，以能在至少两个姿态之间切换。当换挡执行机构处于所述至少两个姿态中的第一姿态时，能使变速齿轮机构20呈现第一传动比，例如如图2所示；当换挡执行机构处于所述至少两个姿态中的不同于第一姿态的第二姿态时，能使所述变速齿轮机构20呈现不同于第一传动比的第二传动比，例如如图3所示。

进一步而言，所述换挡执行机构包括用于改变变速齿轮机构20中的第一传动部件21的传动状态的第一换挡执行机构40。第一换挡执行机构40配置成能使第一传动部件21在不可旋转的第一传动状态与充当变速齿轮机构20的输入件的第二传动状态之间切换。

第一换挡执行机构40包括位于动力输入轴10与第一传动部件21之间的第一离合装置41和位于第一传动部件21与静止部件60之间的第三离合装置43。第一换挡执行机构40配置成使第一离合装置41和第三离合装置43以相反的状态操作。也就是说，第一换挡执行机构40配置成：当第三离合装置43处于接合状态时，第一离合装置41则必然处于断开状态时，此时，第一传动部件21处于不可旋转的第一传动状态；相反地，当第一离合装置41处于接合状态时，第三离合装置43则必然处于断开状态，此时，第一传动部件21处于充当变速齿轮机构20的输入件的第二传动状态，因为第一传动部件21借助于第一离合装置41与动力输入轴10传动连接。

根据一示例性实施例，通过使第一离合装置41的可轴向运动的摩擦件412与第三离合装置43的可轴向运动的摩擦件432刚性连接来使第一离合装置41和第三离合装置43以相反的状态协作地操作。在这种情况下，第一离合装置41的不可轴向运动的另外的摩擦件411位于摩擦件412的一个轴向侧，而第三离合装置43的不可轴向运动的另外的摩擦件431位于摩擦件432的相反的轴向侧。

进一步而言，第一离合装置41包括与动力输入轴10运动学耦合的第一主动部411和配属于第一主动部411的、能相对于第一主动部411轴向运动的第一从动部412。第一从动部412与第一传动部件21刚性连接。第一、三离合装置41和43的合断状态受控于第一从动部412的轴向运动。具体而言，当第一从动部412沿第一轴向方向D1运动至第一停止位置P1(图1中以虚线框示出)时，第一从动部412与第一主动部411脱开而使得第一离合装置41断开，同时摩擦件432与另外的摩擦件431摩擦接合而使得第三离合装置43被接合，从而使得与第一从动部412刚性连接的第一传动部件21以不可相对旋转的方式、也即旋转锁合的方式与静止部件60接合，由此第一传动部件21的旋转被静止部件60抑制。采用这种方式，使得第一传动部件21来到不可旋转的第一传动状态。此外，当第一从动部412沿与第一轴向方向D1相反的第二轴向方向D2运动至第二停止位置(图中未示出)时，第一从动部412与第一主动部411以不可相对旋转的方式接合而使得第一离合装置41来到接合状态，同时摩擦件432与另外的摩擦件431脱开而使得第三离合装置43被断开，从而使得第一传动部件21与静止部件60脱开，由此静止部件60对第一传动部件21旋转抑制被解除，此时，第一传动部件21由于经由第一离合装置41与动力输入轴10传动连接而充当变速齿轮机构20的输入件。

在此需要说明的是，在本发明的上下文中，术语“旋转锁合”应当理解为两个部件在旋转的意义上是互相锁合的，也即两者相对于彼此执行旋转运动。

根据本发明的一示例性实施例，静止部件60构造成齿轮变速箱的壳体。

进一步而言，所述换挡执行机构还包括用于改变变速齿轮机构20中的第二传动部件22的传动状态的第二换挡执行机构50。第二换挡执行机构50配置成能使第二传动部件22在与第一传动部件21旋转锁合的第二传动状态和与第一传动部件21解除旋转锁合的第一传动状态之间切换。

第二换挡执行机构50包括位于动力输入轴10与第二传动部件22之间的第二离合装置41’和位于第二传动部件22与第一传动部件21之间的第四离合装置54。第一换挡执行机构50配置成使第二离合装置41’和第四离合装置54以相反的状态操作。也就是说，第二换挡执行机构50配置成：当第二离合装置41’处于接合状态时，第四离合装置54则必然处于断开状态，从而使第二传动部件22处于与第一传动部件21解除旋转锁合的第一传动状态；相反地，当第二离合装置41’处于断开状态时，第四离合装置54则必然处于接合状态，此时，第二传动部件22处于与第一传动部件21旋转锁合的第二传动状态。并且，第二传动部件22无论处于其第一传动状态还是第二传动状态，均充当变速齿轮机构20的输入件，这是因为第二传动部件22总是借助于第二离合装置41’、或者第四离合装置54和第一离合装置41与动力输入轴10传动连接。

与第一换挡执行机构40类似地，例如，通过使第二离合装置41’的可轴向运动的摩擦件412’与第四离合装置54的可轴向运动的摩擦件542刚性连接来使第二离合装置41’和第四离合装置54以相反的状态协作地操作。在这种情况下，第二离合装置41’的不可轴向运动的另外的摩擦件411’位于摩擦件412’的一个轴向侧，而第四离合装置54的另外的摩擦件541位于摩擦件542的相反的轴向侧。

在根据本发明的一示例性实施例中，第四离合装置54的两个相对设置的摩擦件541和542均是可运动的，其中，摩擦件541与第一从动部412固定以能够随第一从动部412轴向运动，而摩擦件542与第二从动部412’固定以能够随第二从动部412’轴向运动。并且，通过使第二从动部412’具有比第一从动部412更大的运动行程而使得摩擦件542的轴向运动方向决定第四离合装置54的合断状态。

根据本发明的一示例性实施例，第一换挡执行机构40和第二换挡执行机构50配置成以协作的方式操作，以使得当第一换挡执行机构40的第一离合装置41被接合时，第二换挡执行机构50的第二离合装置41’被断开，而第二离合装置41’被接合时，第一离合装置41被断开。

进一步而言，第二离合装置41’包括与动力输入轴10运动学耦合的第二主动部411’和配属于第二主动部411’的、能相对于第二主动部411’轴向运动的第二从动部412’。第二从动部412’与第二传动部件22刚性连接。第二、四离合装置41’和54的合断状态受控于第二从动部412’的轴向运动。具体而言，当第二从动部412’沿第一轴向方向D1运动至第三停止位置(图中未示出)时，第二从动部412’与第二主动部411’以不可相对旋转的方式、也即旋转锁合的方式接合而使得第二离合装置41’被接合，同时摩擦件542与另外的摩擦件541脱开而使得第四离合装置54被断开，从而使得第二传动部件22与第一传动部件21解除旋转锁合，此时，只有第二从动部412’充当变速齿轮机构20的输入件。此外，当第二从动部412’沿第二轴向方向D2运动至第四停止位置P4(图1中以虚线框示出)时，第二从动部412’与第二主动部411’运动学脱耦而使得第二离合装置41’来到断开状态，同时摩擦件542与另外的摩擦件541接合而使得第四离合装置54被接合，从而使得第一传动部件21与第二传动部件22旋转锁合，此时，第一传动部件21和第二传动部件22一体旋转地充当变速齿轮机构20的输入件。

根据本发明的一示例性实施例，第一离合装置41构造成可以通过使第一主动部411和第一从动部412中的一个至少部分地接收在另一个中而使两者旋转锁合。尤其，第一主动部411和第一从动部412中的一个构造成具有套筒的形式而另一个构造成具有对应形状的滑动体，所述滑动体能力锁合和/或形状锁合地接收在套筒内。特别地，套筒和滑动体具有锥形的形状，此时滑动体在接收在套筒内时能以其外周向侧面与滑动体的内周向面借助于摩擦力力锁合地接合。在图1示出的具体示例中，第一主动部411构造成锥形的套筒，而第一从动部412构造成锥形的滑动体，并且第一主动部411和第一从动部412轴向对准地布置，以使得第一从动部412能以其窄端侧滑入第一主动部411的宽端侧。

以上对第一主动部411和第一从动部412的结构和布置的说明同样适用于第二主动部411’和第二从动部412’。

根据本发明的一示例性实施例，第一换挡执行机构40具有用于推动第一从动部412相对于第一主动部411轴向运动并由此促使与第一从动部412刚性连接的摩擦件432相对于另外的摩擦件431轴向运动的第一电磁致动部45。第一电磁致动部45可包括附接于第一从动部412的第一磁体451、以及附接于第一主动部411的第二磁体452，其中，第一磁体451和第二磁体452布置成使其磁极在轴向上面向彼此。示例性地，第一磁体451可以至少部分地接收在第一从动部412内。进一步而言，第一磁体451例如配置成包括例如缠绕在铁芯上的第一线圈453的电磁体，第二磁体例如配置成永磁体。在这种情况下，通过向第一线圈453供给第一电流或与第一电流反向的第二电流能使第一磁体451与第二磁体452之间相应地产生排斥力和吸引力，从而促使第一从动部412远离或朝向第一主动部411地轴向运动。

替代地，第一磁体451和第二磁体452还可以分别具有其它合适的配置，例如第一和第二磁体均配置成电磁体、或者第一磁体配置成永磁体和第二磁体配置成电磁体。

根据本发明的一示例性实施例，第一离合装置41还具有第一复位弹簧46，第一复位弹簧46配置成用于驱使第一从动部412返回位于第一停止位置P1与第二停止位置之间的第一中性位置(即图1中的第一从动部所处的位置)，在第一从动部412处于第一中性位置时，第一和第三离合装置均被断开。由此，当通过使第一电磁致动部45中的电磁体断电而使得第一电磁致动部45不工作时，第一从动部412能借助于第一复位弹簧46的回位力返回并保持于第一中性位置。

示例性地，第一复位弹簧46的一端固连至第一主动部411，另一端固连至第一从动部412。在第一主动部411和第一从动部412中的一个构造成具有套筒的形式的情况下，第一复位弹簧46例如可以被至少部分地接收在套筒内。

以上对第一电磁致动部45及其第一磁体451、第二磁体452和第一线圈453以及第一复位弹簧46的说明同样适用于第二离合装置41’的第二电磁致动部45’及其第一磁体451’、第二磁体452’和第二线圈453’以及第二复位弹簧46’。

根据本发明的一示例性实施例，第一离合装置41和第二离合装置41’具有公共的第二磁体452。在这种情况下，第二磁体452在轴向上位于第一主动部411与第二主动部411’之间并与第一主动部411与第二主动部411’固定连接，以使得第二磁体452的一个磁极朝向第一主动部411而另一个磁极朝向第二主动部411’。并且，第一线圈453和第二线圈453’配置成在通电状态下总是具有相反的磁场反向，以使得第一离合装置41和第二离合装置41’总是具有相反的合断状态。为此，在附图示出的示例中，第一线圈453和第二线圈453’彼此串联连接并具有相同的螺旋方向和相反的轴向缠绕方向。替代地，第一离合装置41和第二离合装置41’也可以分别具有各自的第二磁体。

特别地，第一主动部411与第二主动部411’通过连接装置80与彼此旋转锁合地连接。连接装置80一方面通过至少部分地接收在与动力输入轴10运动学耦合的第二传动齿轮12内而旋转锁合地固定至第二传动齿轮12，另一方面第二磁体452与连接装置80刚性连接。

进一步而言，变速系统100还包括用于控制换挡执行装置30的控制装置70。根据本发明的一示例性实施例，控制装置70包括用于控制第一线圈453和第二线圈453’的电流方向的开关电路71、例如全桥电路。如图4所示，全桥电路71包括四个控制开关S1、S2、S3和S4。全桥电路71配置成至少具有以下三种开关状态：四个开关S1、S2、S3和S4皆被断开的第一开关状态，开关S2和S3被闭合且S1和S4被断开的第二开关状态，以及开关S1和S4被闭合且S2和S3被断开的第三开关状态。

本发明的一示例性实施例，变速系统100的动力输出轴15例如借助于第一锥齿轮16和第二锥齿轮17与差速结构200传动连接。在变速系统100用于车辆传动系的情况下，差速结构200的输出半轴13和14与车轮的轮毂连接。

根据本发明的换挡执行机构、换挡执行装置30以及变速系统100可以彼此独立地或总体地适用于各种场合下的传动系，而不仅仅局限于车辆的传动系。

下面结合图2-3来解释根据本发明的一示例性实施例的用于操作换挡执行装置30的方法。在该实施例中，变速齿轮机构20构造成由太阳轮22、至少一个行星轮23、行星架24和齿圈21构成的行星轮机构，并且，第一传动部件21和第二传动结构22分别构造成行星轮机构的齿圈和太阳轮，而行星架充当行星轮机构的输出件。

在一方面，通过使全桥电路71来到四个开关S1、S2、S3和S4皆被断开的第一开关状态而使得变速系统100处于空挡状态。具体而言，在这种情况下，第一线圈453和第二线圈453’皆没有电流通过而使得第一线圈453和第二线圈453’没有因电流的磁效应而与第二磁体452产生相互作用力。此时，第一和第二从动部412和412’分别借助于第一和第二复位弹簧46和46’的回位力而分别处以各自的中性位置处。由此，第一主动部411与第一从动部412以及第二主动部411’与第二从动部412’均脱开。那么，动力输入轴10经由第一和第二传动齿轮11和12以及连接装置80带着第一和第二主动部411和411’空转，而没有把动力传递给行星轮机构20。

在另一方面，通过使全桥电路71处于开关S2和S3被闭合且S1和S4被断开的第二开关状态而使得变速系统100来到第一速度状态。具体而言，在这种情况下，电流先流过第一线圈453后流过第二线圈453’。根据安培定律，第一线圈453的右端作用为N极而左端作用为S极，并且第二线圈453’的右端作用为S极而左端作用为N极。在第一线圈453与第二磁体452之间的磁性排斥力的作用下，第一线圈453带着与其固定的第一从动部412抵抗第一复位弹簧46的弹簧力地向左移动，进而第一从动部412带动与其刚性连接的齿圈21和第三离合装置43的摩擦件432向左移动至第一停止位置P1，以使得摩擦件432与另外的摩擦件431接合，从而齿圈21的运动被静止部件60抑制。在另一方面，在第二线圈453’与第二磁体452之间的磁性吸引力的作用下，第二线圈453’带着与其固定的第二从动部412’抵抗第二复位弹簧46’的弹簧力地向左移动，进而第二从动部412’带动与其刚性连接的第四离合装置54的摩擦件542向左移动，直至第二从动部412’滑入第二主动部411’并与第二主动部411’借助于摩擦力旋转锁合(对应于附图中未示出的第三停止位置)，以使得与第二从动部412’连接的太阳轮22被第二主动部411’驱动而用作行星轮机构的输入件。由于此时齿圈21是固定不动的，因而此时行星轮机构的传动比是1/(p+1)，其中，p为行星排的特征参数，其值为齿圈齿数与太阳轮齿数的比值。因而，此时变速系统100处于低速档，因为1/(p+1)<1。

在又一方面，通过使全桥电路71处于开关S2和S3被断开且S1和S4被闭合的第三开关状态而使得变速系统100来到第二速度状态。具体而言，在这种情况下，电流先流过第二线圈453’后流过第一线圈453。根据安培定律，第一线圈453的右端作用为S极而左端作用为N极，并且第二线圈453’的右端作用为N极而左端作用为S极。在第一线圈453与第二磁体452的磁性吸引力的作用下，第一线圈453带着第一从动部412并由此带动着摩擦件432抵抗第一复位弹簧46的弹簧力地向右移动，直至第一从动部412滑入第一主动部411内以与第一主动部411借助于摩擦力旋转锁合(对应于附图中未示出的第二停止位置)且第三离合装置43断开，从而使得齿圈21与静止部件60脱开而被第一主动部411驱动，以用作行星轮机构的输入件。在另一方面，在第二线圈453’与第二磁体452的磁性排斥力的作用下，第二线圈453’带着与其固定的第二从动部412’抵抗第二复位弹簧46’的弹簧力地向右移动，进而第二从动部412’带动与其刚性连接的摩擦件542向右移动至第四停止位置P4，以使得摩擦件542与另外的摩擦件541接合，从而使得太阳轮22与齿圈21旋转锁合。在太阳轮22和齿圈21作为行星轮机构的一体旋转的输入件的情况下，行星轮机构的传动比是1。因而，此时变速系统100处于具有比上述低速档大的速度的高速档。

特别地，换挡执行机构配置成使第二线圈453’的匝数多于第一线圈453的匝数。采用这种方式，可以在第二开关状态下使第四离合装置54的与第二从动部412’固定连接的摩擦件542向左移动的距离比与第一从动部412固定连接的另外的摩擦件541向左移动的距离大，从而确保第四离合装置54在第二开关状态下是断开的；并且，还可以在第三开关状态下使摩擦件542向右移动的距离比另外的摩擦件541向右移动的距离大，从而确保第四离合装置54在第三开关状态下被接合。

上文对于第一离合装置41的特征的说明均彼此独立地或组合地适用于第二离合装置41'。

尽管一些实施例已经被说明，但是这些实施例仅仅是以示例的方式予以呈现，而没有旨在限定本发明的范围。所附的权利要求和它们的等价形式旨在覆盖落在本发明范围和精神内的所有改型、替代和改变。