CN106104077A - 变速器和用于操作其的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种变速器(1)，该变速器包括至少两个分变速器(2，3)、摩擦离合器(6)、连接到摩擦离合器(6)的发动机输出轴(7)、来自于摩擦离合器(6)的第一变速器输入轴(9)、绕过摩擦离合器(6)并且直接连接到发动机输出轴(7)的第二变速器输入轴(10)和变速器输出轴(8)，这至少两个分变速器具有各自的分变速器轴(4，5)和单独的挡位(11‑17，11a‑17a，11b‑17b)并且能彼此独立地换挡。变速器输出轴(8)可通过至少一个分变速器轴(4，5)经由各自的形状闭合的、力驱动的换挡元件(19b‑22b，26，28)操作连接到发动机输出轴(7)，当驱动力被移除时，该换挡元件停止作用。

Description

变速器和用于操作其的方法
技术领域
本发明涉及一种具有至少两个分变速器的变速器，这至少两个分变速器具有各自的分变速器轴并且能彼此独立地换挡，以及涉及一种用于操作这种变速器的方法。
背景技术
根据总体的现有技术，已知极为广泛多样的类型的变速器。所述变速器遍布从手动换挡变速器到自动换挡变速器，再到双离合器变速器或自动变矩器变速器。
双离合器变速器的示例在DE 198 53 824A1中进行了描述。所述双离合器变速器最初被研发以对自动变矩器提供一种有成本效益的替代方案，该自动变矩器到目前为止构成了自动变速器的大部分。
然而，双离合器变速器具有各种缺点，其中高结构性支出应当被最先和首要地提及。由于该事实，在常规的驾驶模式期间，当齿轮接合两个分变速器时，一个离合器总是必须保持为开放并且另一个离合器为闭合，需要具有极高体积流量的液力泵用于驱动和润滑，除了结构性支出之外该液力泵还降低了配备有这种双离合器变速器的机动车的效率，因为连续的体积流量导致了额外的燃料消耗。
已知的双离合器变速器的另外的缺点在于离合器的复杂构造，因为该离合器必须能够在几分之一秒之内从开放状态变换到闭合状态，反之亦然。由于在所有的情况下都必须避免当齿轮接合时两个离合器都处于其闭合状态，设置用于转换离合器的驱动元件也必须被以相应可靠的方式来设计。事实上，尤其如果离合器意在被设计为无润滑离合器，所述离合器的系列制造已被证明是非常大的挑战，并且因此仅极少数的公司实际上能够连续生产所述离合器。
与最初的目的相反，情况导致了双离合器变速器的价格并没有可观地低于自动变矩器变速器的价格。
不论该高支出，双离合器变速器在各个区段中还不能总是达到变矩器变速器的切换性能。例如，通过将变速器划分为两个分变速器，从第四挡位仅可进行换挡到第三挡位或第五挡位，而不能到第二挡位，如果该变速器自身有必要降挡两个挡位以得到所期望的加速度，这会导致问题，例如当接近接合时。
DE 103 38 558A1描述了一种所讨论的类型的变速器和一种对应的方法。DE 19924 501A1也提出了类似的现有技术。然而，已知的方案没有考虑到将驱动通过摩擦离合器变换到直接驱动并且回到摩擦离合器的阶段，因此这尤其是有问题的，因为在该阶段中，有必要同时进行两次变换，即结束直接驱动和接合离合器。这在操作这些变速器期间会导致相当大的问题。出于这些原因，这些方案不适于系列使用并且因此没有在实践中进一步实行。
另外的可没有牵引力干扰换挡的变速器例如在JP 60 57033A、DE 958 081C和JP2005 195115A中进行了描述。
发明内容
本发明的目标是提供一种变速器，该变速器具有良好的换挡性能，可以相对低的支出和以相对优惠的成本进行生产以及适于系列使用。
根据本发明，该目标由权利要求1中所提出的特征来实现。
在根据本发明的变速器的情况下，至少两个变速器输入轴之一因此绕过摩擦离合器并且直接连接到发动机输出轴。结果，仅需要一个摩擦离合器并且相比于已知的双离合器变速器，可免除一个摩擦离合器。这对根据本发明的变速器构成了实质上的简化，并且因此实质上可比已知的双离合器变速器或自动变矩器变速器更为有成本效益地生产所述变速器。然而，以根据本发明的变速器可实现高换挡舒适性，因为通过合适的配置，实际上相当于在换挡操作期间不发生牵引力干扰。
此外，与已知的双离合器变速器相反，可免除复杂的执行器布置，因为不需要使摩擦离合器连续地保持为开放。这也产生了安全性优点，因为在已知的解决方案中，如果执行器布置使摩擦离合器保持在开放状态失败，两个齿轮可能同时换挡，这相应地可能导致严重的损坏。另外，根据本发明的解决方案的另外的优点在于以下事实：通过免除对应的液力泵，还可降低燃料的消耗。
由于以下事实：根据本发明，使用形状配合的(form-fitting)、力驱动的换挡元件以将变速器输出轴带至通过分变速器轴中的至少一个与发动机输出轴进行操作连接，实现了有实用性的和适于系列使用的解决方案，相比于已知的解决方案还可以高度具有成本效益的方式来实现该解决方案。此外，该解决方案确保了一旦驱动力被去除则换挡元件停止作用，并且因此对应的挡位被自动分离或释放。结果，可靠地防止了在两个分变速器中，两个不同的挡位接合并且连接到发动机输出轴或者连接到变速器输出轴，否则这会对变速器导致相当大的损坏，或者导致交通安全性恶化。
在本发明的有利的进展方案中，可假设至少第二分变速器的单独的挡位被指定为各自形状配合的、力驱动的换挡元件。结果，单独的挡位可以非常简单的方式接合并且当齿轮变换时自动地分离或停止作用。此外，变速器的结构性支出由此可被保持在限值之内，并且因此所述变速器的成本可进一步削减。
在本发明的另一个进展方案中，如果假设第二变速器输入轴可通过各自的传动装置和操作连接到该传动装置的形状配合的、力驱动的换挡元件被带至与至少两个分变速器轴进行操作连接，则产生了进一步的可能性，这可以非常简单和有成本效益的方式来实现，用于使用形状配合的和力驱动的换挡元件，该换挡元件将变速器输出轴带至与发动机输出轴进行操作连接。通过传动装置和与其操作连接的换挡元件，直接连接到发动机输出轴的第二变速器输入轴可以非常简单的方式连接到所期望的分变速器，其中相应地对换挡元件而言能够被以相对简单和因此有成本效益的方式来设计。
此外，根据本发明可假设传动装置被设计为齿轮对。齿轮是被引入到变速器的构造中并且极为可靠地运行的部件。
如果形状配合的换挡元件被设计为爪形离合器，则产生了该换挡元件的同样地结构上简单和可靠的实施例。
在该连接中，非常可靠的并且可以简单的方式产生的实施例可以在于：形状配合的换挡元件具有两个离合器半部，这两个离合器半部具有凸出部和与凸出部接合的凹口。
如果凸出部在凹口的方向上逐渐变细，则产生了本发明的进展方案，该进展方案对使形状配合的换挡元件自动开放而言是高度有利的。
此外，如果面对凹口的凸出部的那些侧边在换挡元件的张紧侧具有345°的角度，则确保了对该换挡元件进行的简单的驱动和可靠的开放。
如果所述变速器输入轴被一个在另一个中同轴地布置，则产生了用于对第一变速器输入轴和第二变速器输入轴进行手动布置的结构上简单的可能性。
对本发明进行的进一步有利的细化在于，三个或多个分变速器设有各自的分变速器轴，其中第二变速器输入轴可通过各自的传动装置和与该传动装置操作连接的换挡元件被带至与三个或多个分变速器轴进行操作连接。在变速器的这种实施例的情况下，首先可实现更多数量的挡位，其次由于更多数量的分变速器，在齿轮变换期间变速器可改换到的更多可选择的挡位是可实现的。这对齿轮的即将发生的或所计划的变换而言导致了更大的变化可能性，因为与已知的双离合器变速器相反，齿轮还可被跳过。
在本发明的进一步有利的细化中，可假设两个变速器输入轴每个连接到至少两个额外的具有不同变速比的传动装置。通过这些至少两个额外的具有不同变速比的传动装置，待改换的挡位的数量可被加倍，这尤其当根据本发明的变速器被使用在商用车辆中时可提供显著的优点。
按照在权利要求12中所详述的方法，达成了目标。
按照根据本发明的方法，在另一个齿轮与连接到摩擦离合器的分变速器接合的阶段之中，因此通过将第二变速器输入轴刚性地或直接地连接到发动机输出轴来进行驱动。在闭合摩擦离合器期间，与直接连接到发动机输出轴的分变速器接合的挡位被分离，该摩擦离合器被必要地用在换挡操作中，以对两个待改换的挡位之间的旋转速度的差异进行补偿。在每次换挡操作期间，这里从直接连接进行变换，变换到通过摩擦离合器的连接。取决于至少两个分变速器的设计，这里可能甚至能够从一个挡位变换到其它任一挡位。在通过至少一个分变速器轴经由形状配合的、力驱动的换挡元件来对发动机输出轴进行直接驱动期间，换挡元件通过适合的驱动力来进行作用。在驱动力停止之后，换挡元件停止作用。虽然原则上能够直接操作变速器输出轴，即，通过绕过摩擦离合器，但是对于比仅换挡操作期间更长的时长而言，这是不需要的。
在根据本发明的方法的有利的进展方案中，可假设在换挡操作和挡位与直接连接到发动机输出轴的分变速器的接合刚刚完成之后(directly after)，摩擦离合器开放并且唯一地通过直接连接到发动机输出轴的变速器输入轴来驱动变速器输出轴。结果，可能能够实现更为快速的换挡时间并且能够保护摩擦离合器。
对其进行替代地，可假设仅在立即将进行换挡操作之前(immediately before ashifting operation)，挡位与直接连接到发动机输出轴的分变速器接合，并且，在直接连接到发动机输出轴的分变速器的换挡操作刚刚完成之后，挡位被分离。在该过程中，不需要驱动被指定到各自的挡位的换挡元件，以确保不自动释放各自的挡位。
附图说明
本发明的示例性实施例大体上在下文参照附图示出。
在附图中：
图1示出了根据本发明的处于第一换挡状态的变速器的第一实施例；
图2示出了来自图1的处于第二换挡状态的变速器；
图3示出了来自图1的处于第三换挡状态的变速器；
图4示出了来自图1的处于第四换挡状态的变速器；
图5示出了来自图1的处于第五换挡状态的变速器；
图6示出了来自图1的处于第六换挡状态的变速器；
图7示出了来自图1的处于第七换挡状态的变速器；
图8示出了来自图1的处于第八换挡状态的变速器；
图9示出了来自图1的处于第九换挡状态的变速器；
图10示出了来自图1的处于第十换挡状态的变速器；
图11示出了来自图1的处于第十一换挡状态的变速器；
图12示出了来自图1的处于第十二换挡状态的变速器；
图13示出了来自图1的处于第十三换挡状态的变速器；
图14示出了根据本发明的处于第一换挡状态的变速器的第二实施例；
图15示出了来自图14的处于第二换挡状态的变速器；
图16示出了来自图14的处于第三换挡状态的变速器；
图17示出了来自图14的处于第四换挡状态的变速器；
图18示出了来自图14的处于第五换挡状态的变速器；
图19示出了来自图14的处于第六换挡状态的变速器；
图20示出了来自图14的处于第七换挡状态的变速器；
图21示出了来自图14的处于第八换挡状态的变速器；
图22示出了来自图14的处于第九换挡状态的变速器；
图23示出了来自图14的处于第十换挡状态的变速器；
图24示出了来自图14的处于第十一换挡状态的变速器；
图25示出了第一实施例中的形状配合的换挡元件的细节；
图26示出了第二实施例中的形状配合的换挡元件的细节；
图27示出了第三实施例中的形状配合的换挡元件的细节；
图28示出了第四实施例中的形状配合的换挡元件的细节；
图29示出了第五实施例中的形状配合的换挡元件的细节；
图30示出了图表，其中随时间示出了在向上换挡期间第一说明性扭矩分布图；
图31示出了图表，其中随时间示出了在向上换挡期间第二说明性扭矩分布图；
图32示出了图表，其中随时间示出了在向上换挡期间第三说明性扭矩分布图；
图33示出了图表，其中随时间示出了在向上换挡期间第四说明性扭矩分布图；
图34示出了图表，其中随时间示出了在向上换挡期间第五说明性扭矩分布图；
图35示出了图表，其中随时间示出了在向下换挡期间第一说明性扭矩分布图；
图36示出了根据本发明的变速器的第三实施例；
图37示出了根据本发明的变速器的第四实施例；以及
图38示出了根据本发明的变速器的第五实施例。
具体实施方式
图1示出了变速器1的第一实施例，该变速器在当前的情况下具有两个分变速器2和3，这两个分变速器在下文被称为第一分变速器2和第二分变速器3。
在示出了变速器1的各种换挡状态的图1至图13中，第一分变速器2在不同情况下被示出在顶部处，第二分变速器3在不同情况下被示出在底部处，但这应当被视为是纯说明性的。两个分变速器2和3具有各自的分变速器轴4和5，其中由参考标记4指代的分变速器轴4被指定到第一分变速器2，并且因此在下文也被称为第一分变速器轴4，而由参考标记5指代的分变速器轴被指定到第二分变速器3，并且因此在下文也被称为第二分变速器轴5。如在下文更详尽地说明的，两个分变速器2和3能彼此独立地换挡，即，两个分变速器2和3的各自的挡位可被彼此独立地接合。原则上，因此在不同情况下对一个挡位或一个“齿轮”而言能够与两个分变速器2和3接合。
变速器1此外具有摩擦离合器6，该摩擦离合器如同变速器1的所有其它部件，仅在附图中高度示意性地示出，并且用作跨越(span)连接到摩擦离合器的发动机输出轴7与变速器输出轴8之间的旋转速度的差异，该旋转速度的差异产生于在两个挡位之间进行变换的期间，该变速器输出轴通向变速器1之外并且以未示出的方式连接到其中安装了变速器1的机动车的驱动器。摩擦离合器6可以是多盘离合器、干式离合器或另一种以本身已知的方式形成的离合器。
此外，变速器1具有来自于摩擦离合器6的第一变速器输入轴9，和绕过摩擦离合器6并且直接连接到发动机输出轴7的第二变速器输入轴10。如从图1的示意性图示所显现的，第二变速器输入轴10被同轴地布置在被设计为中空轴的第一变速器输入轴9中。为使第二变速器输入轴10通过，摩擦离合器6可设有凹口(未示出)。
虽然在附图中示意性地示出了使用于安装第一分变速器轴4、第二分变速器轴5、发动机输出轴7、变速器输出轴8、第一变速器输入轴9和第二变速器输入轴10的轴承，但是对它们没有进行详尽描述并且也没设有参考标记，因为它们在本发明中没有发挥重要的作用。
连接本文中所有所描述的变速器1的实施例的构思在于，第一分变速器2的分变速器轴4可被带至与第一变速器输入轴9和/或与第二变速器输入轴10进行操作连接，以及第二分变速器3的分变速器轴5可被带至与与第二变速器输入轴10和/或第一变速器输入轴9进行操作连接。
在图1至图13中示出的变速器1的实施例的情况下，发动机输出轴7可通过摩擦离合器6和第一变速器输入轴9经由闭合摩擦离合器6来连接到第一分变速器2的第一分变速器轴4。在摩擦离合器6开放的情况下，该连接被中断。相反，第二分变速器3的第二分变速器轴5通过第二变速器输入轴10直接连续地连接到发动机输出轴7。
在图1至图13中示出的示例性实施例中，第一分变速器2具有七个用于各自的前进档的挡位和一个倒档的挡位。第一挡位由参考标记11a指代，第二挡位由参考标记12a指代，第三挡位由参考标记13a指代，第四挡位由参考标记14a指代，第五挡位由参考标记15a指代，第六挡位由参考标记16a指代，第七挡位由参考标记17a指代，以及用于倒档的挡位由参考标记18a指代。第二分变速器3具有相同的用于七个前进档和倒档的挡位，这些挡位由参考标记11b至18b指代。在当前的情况下，挡位11a至18a和挡位11b至18b每个均涉及以本身已知的方式的齿轮对。
第一分变速器2的所有挡位11a至18a和第二分变速器3的所有挡位11b至18b可通过各自的换挡元件来驱动。在该连接中，第一挡位11a被指定换挡元件19a，第二挡位12a和第三挡位13a被指定共用换挡元件20a，第四挡位14a和第五挡位15a被指定共用换挡元件21a，第六挡位16a和第七挡位17a被指定共用换挡元件22a。在第二分变速器3的情况下，以相似的方式进行指定，将换挡元件19b指定到第一挡位11b，将共用换挡元件20b指定到两个挡位12b和13b，将共用换挡元件21b指定到两个挡位14b和15b，以及将共用换挡元件22b指定到两个挡位16b和17b。换挡元件19a、19b、20a、20b、21a、21b、22a和22b每个均被设计为形状配合的、力驱动的换挡元件，当驱动这些换挡元件的驱动力停止时，这些换挡元件停止作用。例如，形状配合的换挡元件19a、19b、20a、20b、21a、21b、22a和22b可以是爪形离合器，对该爪形离合器在后续参照图25更详尽地进行说明。
现将通过参照图1至图13的示例的方式来描述用于具有两个分变速器2和3的变速器1的换挡操作，在每个该分变速器2和3中均具有所有的挡位11a至18a和11b至18b。
图1示出了变速器的不作用状态，其中挡位不与两个分变速器2和3中的任何一个接合。
相反，在图2的图示中，被指定到第一分变速器2的第一挡位11a的换挡元件19a移动到该换挡元件的驱动第一挡位11a的位置，并且因此在第一分变速器2中，第一挡位11a接合。相反，在第二分变速器3中，没有齿轮接合。因为摩擦离合器6开放，发动机输出轴7不连接到变速器输出轴8，并且不对变速器输出轴8进行驱动。换挡元件19a的变换的位置由换挡元件19a被粗线示出的事实所表明。因为第二分变速器轴5总是连接到发动机输出轴7，发动机输出轴7、设在发动机输出轴7与第二分变速器轴5之间的齿轮对23和第二分变速器轴5在所有的图1至图13中同样地以加粗的方式示出。这用于在不同情况下表明变速器的哪些部件已被驱动或者正被驱动。齿轮对23位于第二分变速器轴5与发动机输出轴7之间的事实不改变关于以下事实的任何事物：第二分变速器轴5如上文所描述的直接连接到发动机输出轴7，因为意在通过术语“直接”来说明连接不是通过摩擦离合器6来进行的。
在图3的变速器1的状态下，摩擦离合器6闭合或者接合，因此通过发动机输出轴7、摩擦离合器6、第一变速器输入轴9、将第一变速器输入轴9连接到第一分变速器2的分变速器轴4的齿轮对24、第一分变速器轴4、第一挡位11a和变速器输出轴8来进行驱动。因此除了在图2中以加粗的方式标记的部件之外，同样地在图3中以加粗的方式来标记提及的部件。如上文所说明的，摩擦离合器6以本身已知的方式接管了这里的使变速器输出轴8的旋转速度适合发动机输出轴7的旋转速度的任务。
在图4的换挡状态下，除了第一分变速器2中的接合的第一挡位11a之外，通过对换挡元件19b进行驱动，在第二分变速器3中第一挡位11b也被接合。因为第二分变速器轴5通过齿轮对23直接连接到发动机输出轴7，在此情况下可通过第一分变速器2以及第二分变速器3来对变速器输出轴8进行驱动。这相应地通过实线来示出。因为两个分变速器2和3中的两个第一挡位19a和19b具有完全相同的变速比，这种通过两个分变速器2和3对变速器输出轴8进行的双重驱动是简单可行的。
在图5的换挡状态下，摩擦离合器6被释放或开放，因此第一分变速器轴4不再连接到发动机输出轴7。在此情况下，因此经由发动机输出轴7仅通过第二分变速器轴5来对变速器输出轴8进行驱动。这因此涉及对变速器输出轴8进行直接驱动而不使用摩擦离合器6。这相应地通过对应的粗线来示出。
根据图6，在通过对关联的换挡元件19a进行对应的驱动来使第一分变速器2中的摩擦离合器6开放之后，第一挡位11a也被释放，并且因此在第一分变速器2中，没有齿轮是接合的。
在图7的换挡状态中，此外通过第二分变速器轴5和第二分变速器3的第一挡位11b来对变速器输出轴8进行驱动。然而，与图6相反，在第一分变速器2中，第二挡位12a通过经由换挡元件20a进行的驱动已经接合了。然而，因为摩擦离合器6不闭合，对于对变速器输出轴8进行驱动而言，这是不相干的。相反，以该方式提供了变速器1从第二分变速器3的第一挡位11b到第一分变速器1的第二挡位12a的变换。如提及的，因为此外还通过第二分变速器3来进行驱动，使用于驱动的对应的部件相应地以加粗的方式进行标记。
在图8的变速器1的换挡状态下，换挡元件19b在摩擦离合器8闭合的同时停止作用，并且因此在第二分变速器3中，第一挡位11b分离，第二分变速器3处于空挡位置。经由闭合摩擦离合器6和同时地分离或释放第二分变速器3中的第一挡位11b，通过第一分变速器2来对变速器输出轴8进行驱动。在当前的情况下，因此通过发动机输出轴7、摩擦离合器6、第一变速器输入轴9、齿轮对24、第一分变速器轴4和第二挡位12a来使对变速器输出轴8进行的驱动进行到变速器输出轴8。提及的部件相应地以加粗的方式来示出。如提及的，在该状态下，不通过第二分变速器3的第二分变速器轴5来驱动变速器输出轴8，因为第二分变速器3处于空挡位置。
在图9的换挡状态下，在第二分变速器3中，第二挡位12b通过换挡元件20已被激活或接合了。这原则上类似地发生到图4的换挡状态，其中第一挡位11b已通过换挡元件19b与第二分变速器3接合。变速器输出轴8因此相应地通过第一分变速器轴4和第二分变速器轴5连接到发动机输出轴7。如在在先的附图中，涉及驱动中的部件以加粗的方式来标记。
类似于图5的过程，根据图10，摩擦离合器6被释放并且对机动车进行的驱动仅通过第二分变速器轴5和第二挡位12b直接地进行到变速器输出轴8，而不使用摩擦离合器。
之后，如图11所示，换挡元件20a被带至其空挡位置，因此在第一分变速器轴4中没有齿轮对处于接合，第一分变速器2处于空挡位置。这相应地类似于图6的过程而发生。
在图12的换挡状态下，换挡元件20a已被带至其驱动第一分变速器2的第三挡位13a的位置上。因此，在第二分变速器3中，第二挡位12b是接合的，并且在第一分变速器2中，第三挡位13a是顺次接合的，类似于图7，以提供对变速器1从第二分变速器3的第二挡位12b到第一分变速器1的第三挡位13a所进行的变换。因为摩擦离合器6仍是分离的，所以还是仅通过第二分变速器轴5和第二挡位12b来继续对变速器输出轴8进行驱动。
最后，进行在图13中示出的挡位，在该图中第二分变速器3的换挡元件20b与闭合摩擦离合器6同时地被释放，因此，在第二分变速器3中，第二挡位12b分离，以及因为第三挡位13a已经与第二分变速器3接合，对机动车进行的驱动通过摩擦离合器6、第一分变速器轴4和第三挡位13a来进行到变速器输出轴8。可以相似的方式来执行另外的换挡操作，其中以相反的顺序来执行降挡。
通过控制设备(在附图中未示出)来使所有的换挡操作可以本身已知的方式自动化进行，因此未详尽描述。
原则上，在换挡操作和对应的挡位与第二分变速器3的接合刚刚完成之后，能够释放摩擦离合器6并且能够仅通过直接地驱动第二变速器输入轴10来驱动变速器输出轴8。然而，之后有必要驱动被指定到各自的挡位11b至17b的换挡元件19b至22b，以确保不自动释放各自的挡位11至17。由此也能够达到更为快速的换挡时间并且能够可能地保护摩擦离合器6。在下文所描述的变速器1的实施例中这也是可想得到的。取决于使用所描述的策略中的哪一种，仅使用于换挡操作的分变速器2或3的部件可能地可以更小的尺寸来形成。
图14至图25示出了变速器1的替代实施例。变速器1再次具有两个分变速器2和3、摩擦离合器6、发动机输出轴7、变速器输出轴8、第一变速器输入轴9和第二变速器输入轴10，这两个分变速器具有各自的分变速器轴4和5。然而，相反于根据图1至图13的实施例，两个分变速器2和3不具有所有的挡位。因为所有的挡位仅呈现一次，所述挡位已经在图14至图25的实施例中以参考标记11至18指代过了。在当前的情况下，第二挡位12、第四挡位14、第六挡位16和用于倒挡的挡位18在第一分变速器2中呈现，而第一挡位11、第三挡位13、第五挡位15和第七挡位17被布置在第二分变速器3中。出于换挡顺序的原因，对挡位11至18进行的到两个分变速器2和3的这种指定被证实是适宜的，但是当然也能够以另一种方式将挡位11至18指定到两个分变速器2和3。
在该实施例中也为了在不同情况下通过摩擦离合器6驱动一个分变速器2或3以及直接通过发动机输出轴7来驱动另一个分变速器3或2，第二变速器输入轴10可被带至通过第一传动装置25和操作地连接到该第一传动装置的换挡元件26与第一分变速器轴4进行操作连接，以及被带至通过另外的传动装置27和操作地连接到其的换挡元件28与第二分变速器轴5进行操作连接。以简单的方式，连接到摩擦离合器6的第一变速器输入轴9可被带至通过第一传动装置29和操作地连接到该第一传动装置的换挡元件30与第一分变速器轴4进行操作连接，以及被带至通过另外的传动装置31和被指定到其的换挡元件32与第二分变速器轴5进行操作连接。操作地连接到传动装置25和27的换挡元件26和28这里也被设计为形状配合的、力驱动的换挡元件，当作用在其上的驱动力停止时，该换挡元件停止作用。如上文已提及的，所述形状配合的换挡元件26和28可以是爪形离合器，如上文所提及的，参照图25更详尽地对该爪形离合器进行描述。在当前的情况下，传动装置25、27、29和31被设计为齿轮对，其中齿轮中的一个被布置在第一变速器输入轴9上或者在第二变速器输入轴10上，另一个齿轮被布置在第一分变速器轴4上或者在第二分变速器轴5上。
在图14至图24中示出的变速器1的情况下，能够通过摩擦离合器6和两个变速器输入轴9或10中的一个交替地将发动机输出轴8连接到两个分变速器2或3中的一个，以及能够通过两个变速器输入轴10或9中的另一个将另一个分变速器3或2直接地连接到发动机输出轴7。
以如参照图1至图13所描述的简单的方式，挡位11至18还设有各自的换挡元件，该换挡元件能够接合或分离单独的挡位11至18。在当前的情况下，第一挡位11和第三挡位13被指定了共用换挡元件33，用于倒挡的挡位18和第二挡位12被指定了共用换挡元件34，第四挡位14和第六挡位16被指定了共用换挡元件35，第五挡位15和第七挡位17被指定了共用换挡元件36。可以本身已知的方式来设计提及的换挡元件33至36，如提及的，用作接合或释放各自的挡位11至18。相反于参照图1至图13所描述的变速器1以及其中的被设计为形状互补的换挡元件的换挡元件19b至22b，参照图14至图24描述的变速器1的换挡元件33至36设有同步啮合机构及类似物。相反于作用在传动装置25和27(连接到第二变速器输出轴10)上的换挡元件26和28，作用在传动装置29和31(连接到第一变速器输入轴9)上的两个换挡元件30和32也设有同步啮合机构。
与参照图1至图13相似地，现将参照图14至图25以示例的方式来说明该实施例的具有两个分变速器2和3的变速器1中的换挡操作。
图14示出了变速器1的不作用状态，在该状态下挡位不与两个分变速器2和3中的任何一个接合。
在图15的换挡状态下，两个传动装置29和31的两个换挡元件30和32被驱动，使得来自于摩擦离合器6的第一变速器输入轴9连接到两个分变速器轴4和5。摩擦离合器6这里可在开放或闭合位置，因为挡位不与两个分变速器2或3中的任何一个接合。该状态可被称为基本位置。
在图16的换挡状态下，第一挡位11通过被指定到第一挡位11的换挡元件33与第二分变速器3接合。因为摩擦离合器6也继续开放，然而变速器输出轴8不被发动机输出轴7驱动。
作为通过摩擦离合器6、第一变速器输入轴9、传动装置31、第二分变速器轴5和第一挡位11对变速器输出轴8产生驱动的结果，摩擦离合器按照图17是闭合的。在该情况下，因此以第一挡位11来驱动与移动机动车。
在图18的换挡状态下，换挡元件28被指定到传动装置27，该传动装置已被驱动以将传动装置27带至接合并且因此除了已通过摩擦离合器6和第一变速器输入轴9存在的驱动之外，此外还以通过直接连接到发动机输出轴7的第二变速器输入轴10来驱动第二分变速器轴5。除上文描述的通过摩擦离合器6、第一变速器输入轴9和传动装置31对第二分变速器轴5进行驱动之外，在该情况下因此还通过直接连接到发动机输出轴7的第二变速器输入轴10和传动装置27对变速器输出轴8进行驱动。
在图19的换挡状态下，摩擦离合器6是开放的并且对变速器输出轴8进行的到发动机输出轴7的驱动仅通过第二变速器输入轴10、传动装置27、第二分变速器轴5和第一挡位11来进行。相应地，类似于上文描述的图5的换挡状态，这涉及对变速器输出轴8进行的直接驱动，而不使用摩擦离合器6。
在图20的换挡状态下，换挡元件32是开放的或者被带至其空挡位置，因此第一变速器输入轴9即使在摩擦离合器6的闭合状态下将不再连接到第二分变速器轴5。
图21示出了以下换挡状态：其中第二挡位12通过换挡元件34与第一分变速器2接合。因为摩擦离合器6继续为开放，然而该第二挡位12不连接到变速器输出轴8。相反，这在后续的步骤中起到准备的作用，以将变速器1改换到第二挡位12。
该后续的步骤在图22中示出了，其中，原则上，类似于图8的过程，摩擦离合器是闭合的并且同时作用在传动装置27上的换挡元件28是开放的，以使得绕过摩擦离合器6并且直接连接到发动机输出轴7的第二变速器输入轴10与第二分变速器轴5之间的连接中断。通过如上文提及的参照图25所描述的形状配合的、力驱动的换挡元件28的实施例来确保对换挡元件28进行的该自动释放。
在图23的换挡状态下，通过对换挡元件33进行的对应的驱动，第二分变速器3中的第一挡位11分离，并且也如同在图22的情况下，因此仅通过摩擦离合器6、第一变速器输入轴9、传动装置29、第一分变速器轴4和第二挡位12对变速器输出轴8进行驱动。
在图24的换挡状态下，传动装置31被对其进行的驱动带至与换挡元件32进行接合。由此提供了对变速器进行的到第三挡位13的后续的变换，该第三挡位被指定到第二分变速器3。
可以图14至图24中示出的变速器1的实施例来执行的进一步的换挡操作与上文描述的在从第一挡位11变换到第二挡位12期间的换挡操作类似地产生，其中以相反的顺序执行降挡。
图25以示例的方式示出了爪形离合器，该爪形离合器可用于参照图1至图13进行描述的变速器1的第一实施例的换挡元件19b、20b、21b和22b，以及用于参照图14至图24进行描述的变速器1的第二实施例的换挡元件26和28。可见的是，这是具有两个离合器半部的爪形离合器的一部分，其中一个离合器半部38的凸出部37与第二离合器半部40的凹口39接合，其中在凸出部37与凹口39之间具有形状配合的连接件。对这种凸出部37与凹口39进行的增加优选地围绕爪形离合器的周界设置。凸出部37和凹口39具有相互对应的倾斜表面，以以下的这种方式对该表面的角度进行定向或选择：当驱动力停止时，两个离合器半部38和40从彼此释放并且不是夹紧到彼此的。为此，凸出部37在凹口39的方向上逐渐变细。相应地，凹口39在凸出部37的方向上变宽。在爪形离合器的张紧侧由“α”所指代的角度可取决于待传递的扭矩在3°与45°之间，该角度是在示出的示例性实施例中的凸出部37和凹口39的左端部处的角度。在张紧侧的更大的角度α需要更大的力，以保持爪形离合器处于其闭合状态。因此优选的角度是在3°与10°之间。这也有利于释放爪形离合器以及产生更大的换挡舒适性。
在图25中示出的示例性实施例中，在爪形离合器的推力侧的“β”所指代的角度，即，在示出的示例性实施例中的凸出部37或凹口39的右端部处的角度，基本等于角度α，即该角度可同样地在3°与10°之间。在图25中以夸大的尺寸示出了两个角度α和β，以将所述角度呈现得更加清楚。从上离合器半部38作用到下离合器半部40上并且由扭矩触发的力在图25中以FT指代，在轴向方向上作用的力以FA指代，并且合力以FR指代。
通过作用在轴向方向上的分力FA、通过作用在两个离合器半部38和40上的并且由于上文描述的角度α和作为结果的倾斜表面而产生的力来对两个离合器半部38和40进行从彼此的自动释放。作用在两个离合器半部38和40中的至少一个上的力优选地是由液力施加的。当然，代替对应的液力缸，也可使用电动机，以电动地调节换挡元件。
可用于换挡元件19b、20b、21b、22b、26和28的爪形离合器的替代实施例在图26中进行了说明。同时，在该实施例中，在各自的凸出部37的张紧侧的角度α可与根据图25的角度α相同，在各自的凸出部37的推力侧的角度β基本可以更大，并且例如可在45°与60°之间。
图27、28和29示出了可用于换挡元件19b、20b、21b、22b、26和28的爪形离合器的各个实施例。如可见的，凸出部37和对应的凹口39可以是对称的或者是非对称的形状。当然，凸出部37和对应的凹口39的其它实施例也是可以想到的。所有实施例的通用特征是，它们适于构成形状配合的、力驱动的换挡元件19b至22b、26和28，当驱动力停止时该换挡元件停止作用，并且使用该换挡元件，变速器输出轴8可被带至通过分变速器轴4、5中的至少一个与发动机输出轴7进行操作连接。
也可将代替爪形离合器的、适合的齿接件使用于换挡元件19b、20b、21b和22b或者26和28。此外，原则上也可想到不将换挡元件19b、20b、21b和22b或者26和28设计为形状配合的、力驱动的换挡元件，而是去使用一种设备，该设备将对应的换挡元件带至其不驱动各自的挡位的位置。
使用这种换挡元件19b、20b、21b、22b、26和28的、作为具有凸出部37和凹口39的爪形离合器的实施例，可模拟自由轮，因为在变换到更高挡位的期间，低级的齿轮翻转并且在摩擦离合器6闭合的期间分离。结果是产生了非常高的换挡舒适性。原则上，在液力驱动爪形离合器的情况下，也可使用两个不同的压力等级，以使得能够对齿轮进行更简单的变换。
图30至图34示出了在从挡位11至16向上换挡到本文描述的变速器1中的一个的挡位12至17中的一个期间的各个说明性扭矩分布图。施加到第一变速器输入轴9或第二变速器输入轴10的扭矩这里在不同情况下作为随以毫秒为单位的时间的最大扭矩的百分比被标绘出来。用“A”标示的标绘图示出了直接连接到发动机输出轴7的变速器输入轴9或10的在不同情况下的扭矩分布图，同时用“B”标示的标绘图示出了连接到摩擦离合器6的变速器输入轴9或10的扭矩分布图。
在图30的分布图的情况下，可见的是，仅当扭矩不再施加在直接连接到发动机输出轴7的变速器输入轴9或10处时，建立在连接到摩擦离合器6的变速器输入轴9或10处的扭矩。在就可能的问题而言是非常谨慎或稳健的该过程的情况下，产生了大约50ms的变换时间。
在图31的过程的情况下，在完全的扭矩仍施加在直接连接到发动机输出轴7的变速器输入轴9或10处时，摩擦离合器6已被带至进行接合。在图1至图13的实施例中被指定到对应的齿轮的换挡元件19b、20b、21b、22b，或者在图14至图24的实施例中被指定到直接连接到发动机输出轴7的变速器输入轴9或10的换挡元件26或28，相应地仅当摩擦离合器6处于接合时停止作用。这里涉及了较不稳健的变换策略，其中换挡时间大约为35ms。
在图32中示出了最优的换挡策略。这里摩擦离合器6在直接连接到发动机输出轴7的变速器输入轴9或10处的扭矩减小之前已经处于接合了。这样结果是，在连接到摩擦离合器6的变速器输入轴9或10处达成了从直接连接到发动机输出轴7的变速器输入轴9或10的扭矩开始减小直到所期望的扭矩为止大约为10ms的换挡时间，由于向上换挡到更高的挡位所以该期望的扭矩更低。在该短暂的换挡时间中，原则上牵引力没有中断。
如从图33的换挡策略显而易见的，为了绕过向上换挡期间的可能的问题，对直接连接到发动机输出轴7的变速器输入轴9或10的扭矩而言，甚至能够在换挡操作之前减小。这通过减小具有发动机输出轴7的驱动发动机的扭矩来进行，该驱动发动机例如可以是内燃机，但也可以是电动机。
图34中示出了向上换挡期间的说明性扭矩分布图的进一步的图表。通过用“A”指代的标绘图再次示出了直接连接到发动机输出轴7的变速器输入轴9或10的扭矩分布图，以及通过由“B”指代的标绘图示出了连接到摩擦离合器6的变速器输入轴9或10处的扭矩分布图。用“C”标示的标绘图指代在变速器输出轴8处的扭矩分布图。可见的是，通过由在摩擦离合器6换挡期间的直接驱动进行的驱动，完全不发生牵引力中断，以及施加到变速器输出轴8的扭矩线性地下降，并且没有从较低挡位的更高等级到较高挡位的更低等级的干扰。
图35示出了图表，其中示出了在从挡位12至17之一向下换挡到本文描述的变速器1中的一个的挡位11至16之一期间的说明性扭矩分布图。该换挡策略原则上对应于在图32中示出的在向上换挡期间的，即达成了非常短的换挡时间的换挡策略。通过标绘图“A”再次示出了直接连接到发动机输出轴7的变速器输入轴9或10处的扭矩，以及通过标绘图“B”示出了在连接到摩擦离合器6的变速器输入轴9或10处的扭矩。当然，上文参照图30、31、32和33所描述的换挡策略也可转移到在向下换挡期间的换挡策略。
在根据图36的变速器1的实施例中，除了在图14至图24中示出的实施例的两个分变速器2和3之外，还有第三分变速器41。这里再次提供了挡位11至18，其中第一挡位11和用于倒挡的挡位18被直接布置在发动机输出轴7上。第四挡位14和第七挡位17被布置在第一分变速器2的第一分变速器轴4上，第三挡位13和第六挡位16被布置在第二分变速器3的第二分变速器轴5上，第二挡位12和第五挡位15被布置在第三分变速器41的第三分变速器轴42上。
如参照图14至图24所描述的，这里也提供了传动装置25、27、29和31，其中换挡元件26、28、30和32被指定到该传动装置。另外，对第三分变速器41而言，连接到第二变速器输入轴10或者与其配合的传动装置43设有被指定到该传动装置的换挡元件44，连接到第一变速器输入轴9的传动装置45设有被指定到该传动装置的换挡元件46。在该实施例中，第一变速器输入轴9因此可被带至通过传动装置29、31和45以及被指定到该传动装置的换挡元件30、32和46与第三分变速器轴4、5和41进行操作连接。第二变速器输入轴10可被带至通过传动装置25、27和43以及被指定到该传动装置的换挡元件26、29和44与第三分变速器轴4、5和41进行操作连接。
当然，如在图31中示出的，第三分变速器41不与两个分变速器2和3进行平面布置，而是从页面的平面进行空间地偏移。这由箭头“C”所标示。原则上，三个分变速器2、3和41以三角形的方式布置。
类似于图14至图24的实施例，这里挡位11至17中的每个也被指定对应的换挡元件。提供换挡元件47以驱动第一分变速器2的两个挡位14和17，提供换挡元件48以驱动第二分变速器3的两个档位13和16，提供另外的换挡元件49以驱动第三分变速器41的两个挡位12和15。对换挡元件47、48和49进行操作的方式对应于在图14至图24中示出的变速器1的实施例的换挡元件33至36的方式。
在图36中示出的变速器1具有三个原则上可类似于变速器1进行操作的分变速器2、3和41，该变速器在图14至图24中示出，具有两个分变速器2和3。然而，在每次换挡操作期间，对齿轮进行变换的更大的选择范围是可实现的，因为可从分变速器2、3和41中的每个进行变换到其它每个分变速器2、3和41，即，两个分变速器总是可用的，在其中可对齿轮进行变换。结果是，可实现对齿轮进行变换的更大的灵活性。除了第三分变速器41之外，还可想到的是提供另外的分变速器。
图37示出了变速器1的进一步的实施例。这是在图14至图24中示出的变速器1的实施例的变型，但在该变型中两个变速器输入轴9和10每个均连接到两个额外的具有不同传动比的传动装置。原则上，在图14至图24的实施例中展现的传动装置25、27、29和31在不同情况下由两个传动装置替代。
具体地，第二变速器输入轴10在不同情况下被指定两个具有低传动比的传动装置50和51和两个具有更高传动比的传动装置52和53。可通过布置在传动装置50和52之间的换挡元件54来对该传动装置进行变换。与其类似地，可通过布置在传动装置51和53之间的换挡元件55来对该传动装置进行变换。同时两个传动装置50和52被指定到第一分变速器2的第一分变速器轴4，两个传动装置51和53被指定到第二分变速器3的第二分变速器轴5。此外，第一变速器输入轴9被指定各自的具有低传动比的传动装置56和57和各自的具有更高传动比的传动装置58和59。如同传动装置50、51、52和53，可通过换挡元件60在两个传动装置56与58之间进行变换，以及通过换挡元件61在两个传动装置57与59之间进行变换，以从较低的传动比变换到较高的传动比，反之亦然。
通过根据图37的变速器1的该设计，待改换的挡位的数量可以加倍。这里能够将单独的挡位11至18与额外的传动装置50至53和56至59以系列变速器的方式或者以分离变速器的方式相结合。当然，在该实施例中被展现在不同情况下具有不同的传动比的传动装置50至53和56至59也可与参照图1至图13描述的变速器1共同使用。
图38示出了变速器1的进一步的实施例，该变速器适合于机动车中的某种构造空间条件。原则上，图38的实施例是在图14至图24中示出的变速器1的实施例的变型，并且因此相互对应的部件设有同一参考标记。变速器的某些部件，诸如，例如换挡元件26和28，这里被布置在变速器1之内的位置处，在该位置处该换挡元件不需要任何额外的构造空间，即，在该位置处具有构造空间，因为所述位置不被其它部件使用。结果是，整个变速器1的长度和宽度都可减小。两个变速器输出轴8从这里通到分速器箱62，该分速器箱的功能本身是已知的并且因此在这里不进行更详尽的描述。

Claims (14)

1.一种变速器(1)，所述变速器具有至少两个分变速器(2，3)、摩擦离合器(6)、连接到所述摩擦离合器(6)的发动机输出轴(7)、来自于所述摩擦离合器(6)的第一变速器输入轴(9)、绕过所述摩擦离合器(6)并且直接连接到所述发动机输出轴(7)的第二变速器输入轴(10)，并具有变速器输出轴(8)，所述至少两个分变速器各自具有分变速器轴(4，5)和单独的挡位(11-17，11a-17a，11b-17b)并且能彼此独立地换挡，
其特征在于，
所述变速器输出轴(8)能够被带至通过至少一个所述分变速器轴(4，5)经由各自的形状配合的、力驱动的换挡元件(19b-22b，26，28)与所述发动机输出轴(7)操作连接，当驱动力停止时，所述换挡元件停止作用。
2.根据权利要求1所述的变速器，
其特征在于，
至少所述第二分变速器(3)的所述单独的挡位(11b-18b)被指定了各自的形状配合的、力驱动的换挡元件(19b-22b)。
3.根据权利要求1所述的变速器，
其特征在于，
所述第二变速器输入轴(10)能够被带至通过各自的传动装置(25，27)以及操作地连接到该传动装置的形状配合的、力驱动的换挡元件(26，28)与所述至少两个分变速器轴(4，5)进行操作连接。
4.根据权利要求3所述的变速器，
其特征在于，
所述传动装置(25，27)被设计为齿轮对。
5.根据权利要求1至4中的一项所述的变速器，
其特征在于，
所述形状配合的换挡元件(19b-22b，26，28)被设计为爪形离合器。
6.根据权利要求5所述的变速器，
其特征在于，
所述形状配合的换挡元件(19b-22b，26，28)具有两个离合器半部(38，40)，所述两个离合器半部具有凸出部(37)和与所述凸出部接合的凹口(39)。
7.根据权利要求6所述的变速器，
其特征在于，
所述凸出部(37)在所述凹口(39)的方向上逐渐变细。
8.根据权利要求7所述的变速器，
其特征在于，
所述凸出部(37)的面向所述凹口(39)的那些侧边在所述换挡元件(19b-22b，26，28)的张紧侧具有3°-45°的角度。
9.根据权利要求1至8中的一项所述的变速器，
其特征在于，
所述第一变速器输入轴(9)和所述第二变速器输入轴(10)被一个在另一个中同轴地布置。
10.根据权利要求1至9中的一项所述的变速器，
其特征在于，
三个或多个分变速器(2，3，41)设有各自的分变速器轴(4，5，42)，其中所述第二变速器输入轴(10)能够被带至通过各自的传动装置(25，27，43)和与该传动装置操作连接的换挡元件(26，28，44)与所述三个或多个分变速器轴(4，5，42)进行操作连接。
11.根据权利要求1至10中的一项所述的变速器，
其特征在于，
所述两个变速器输入轴(9，10)各自连接到至少两个具有不同传动比的传动装置(50-53，56-59)。
12.一种用于操作根据权利要求1至10中的一项所述的变速器(1)的方法，其中，所述变速器输出轴(8)被带至通过至少一个所述分变速器轴(4，5)经由各自的形状配合的、力驱动的换挡元件(19b-22b)与所述发动机输出轴(7)进行操作连接，当驱动力停止时该换挡元件停止作用，其中，在挡位(11-17，11a-17a，11b-17b)与连接到所述摩擦离合器(6)的所述分变速器(2，3)接合并且所述摩擦离合器(6)开放的状态下，所述变速器输出轴(8)被直接通过变速器输入轴(9，10)来驱动，所述变速器输入轴绕过所述摩擦离合器(6)并且直接连接到所述发动机输出轴(7)，以及其中，当所述摩擦离合器(6)闭合时，与直接连接到所述发动机输出轴(7)的所述分变速器(2，3)接合的所述挡位(11-17，11a-17a，11b-17b)被分离。
13.根据权利要求12所述的方法，
其特征在于，
在换挡操作和挡位(11-17，11a-17a，11b-17b)与直接连接到所述发动机输出轴(7)的所述分变速器(2，3)的接合刚刚完成之后，所述摩擦离合器(6)开放并且唯一地通过直接连接到所述发动机输出轴(7)的所述变速器输入轴(9，10)来驱动所述变速器输出轴(8)。
14.根据权利要求13所述的方法，
其特征在于，
仅在立即将进行换挡操作之前，挡位(11-17，11a-17a，11b-17b)与直接连接到所述发动机输出轴(7)的所述分变速器(2，3)接合，并且，在直接连接到所述发动机输出轴(7)的所述分变速器(2，3)的换挡操作刚刚完成之后，所述挡位(11-17，11a-17a，11b-17b)被分离。
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