CN112943871A - 用于车辆变速器的换挡系统和操作该换挡系统的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于车辆变速器的换挡系统包括输入构件和能选择的单向离合器，单向离合器能旋转地耦接至输入构件。能选择的单向离合器在第一离合器位置、第二离合器位置和第三离合器位置之间能移动。换挡系统还包括耦接至输入构件并且在第一断开位置和第二断开位置之间能移动的断开件，及与输入构件一起选择性地能旋转的输出构件。换挡系统还包括用于选择性地能旋转地耦接输入构件和输出构件的换挡组件。换挡组件包括耦接至输入构件的输入毂，输入毂具有与断开件能接合的能断开部件，且具有离合器接合部件。离合器片耦接至离合器接合部件并且在接合位置和分离位置之间能移动。离合器片托架耦接至离合器片和输出构件以从离合器接合部件将扭矩传输至输出构件。

Description

用于车辆变速器的换挡系统和操作该换挡系统的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年12月10日提交的美国临时专利申请号62/946,156和2020年10月14日提交的美国临时专利申请号63/091,775的优先权和所有权益，在此通过引用以其整体明确地并入本文中。

技术领域

本发明总体上涉及一种用于车辆变速器的换挡系统，并且涉及操作该换挡系统的方法。

背景技术

本领域中已知的常规车辆通常包括具有旋转输出的马达，该旋转输出将旋转输入提供至车辆变速器中。马达通常是内燃机或电动马达，并且生成被选择性地传递至车辆变速器的旋转输出，该车辆变速器继而将旋转扭矩传递至车辆的一个或多个车轮。车辆变速器通过一系列预定的齿轮组来改变由马达生成的旋转速度和扭矩，由此在齿轮组之间的变化使得车辆能够针对给定的马达速度以不同的车速行驶。马达一般是在连接至车辆的车轮的车轴中耦接至车辆变速器的电动马达。

将旋转输入提供至车辆变速器中通常需要换挡系统，以将扭矩选择性地传递至车辆变速器的部件。常见的换挡系统包括围绕轴线能旋转的输入构件（例如，来自马达的旋转输出）、耦接至输入构件的断开件、以及与输入构件一起围绕轴线选择性地能旋转的输出构件（例如，将旋转输入提供至车辆变速器）。通常还需要换挡组件以便选择性地能旋转地耦接输入构件和输出构件。

本领域中已知的换挡系统经常遭受高的阻力损失，这降低了马达与车辆变速器之间的扭矩传递效率。另外，常见的换挡系统通过与断开件的连接在马达和车辆变速器的部件之间产生粗糙的接合，从而导致车辆的振动和不舒适的驾驶体验。

因此，期望提供一种用于车辆变速器的改进的换挡系统。

发明内容

一种用于车辆变速器的换挡系统包括输入构件，所述输入构件在第一端部和与第一端部间隔开的第二端部之间沿着轴线延伸。车辆变速器具有齿轮组，该齿轮组包括第一齿轮比和不同于第一齿轮比的第二齿轮比。所述输入构件围绕所述轴线能旋转。所述换挡系统还包括能旋转地耦接至输入构件的能选择的单向离合器。能选择的单向离合器在第一离合器位置、第二离合器位置和第三离合器位置之间能移动。

在第一离合器位置中，能选择的单向离合器配置成允许在第一旋转方向或者与第一旋转方向相反的第二旋转方向上通过齿轮组的第一齿轮比和第二齿轮比中的一个从输入构件来传输扭矩。在第二离合器位置中，能选择的单向离合器配置成允许在第一旋转方向上通过齿轮组的第一齿轮比和第二齿轮比中的一个从输入构件来传输扭矩，并且防止在第二旋转方向上通过齿轮组的第一齿轮比和第二齿轮比中的一个从输入构件来传输扭矩。在第三离合器位置中，能选择的单向离合器配置成防止在第一旋转方向或者第二旋转方向上通过齿轮组的第一齿轮比和第二齿轮比中的一个从输入构件来传输扭矩。

换挡系统还包括耦接至输入构件的断开件。断开件在第一断开位置和第二断开位置之间能移动。输出构件与输入构件间隔开，并且输出构件与输入构件一起围绕轴线选择性地能旋转，以选择性地通过齿轮组的第一齿轮比和第二齿轮比中的另一个来传输扭矩。

换挡系统还包括换挡组件，用于选择性地能旋转地耦接输入构件和输出构件。换挡组件包括耦接至输入构件的输入毂。输入毂具有与断开件能接合的能断开部件，并且当断开件处于第一断开位置中时，输入毂的能断开部件与断开件分离，并且当断开件处于第二断开位置中时，输入毂的能断开部件与断开件接合。

输入毂具有离合器接合部件。换挡组件还包括多个离合器片，所述多个离合器片耦接至输入毂的离合器接合部件。多个离合器片在接合位置和分离位置之间能移动。在接合位置中，离合器片彼此接合。在分离位置中，离合器片彼此分离。换挡组件还包括离合器片托架，该离合器片托架耦接至多个离合器片和输出构件，以便从输入毂的离合器接合部件通过多个离合器片和离合器片托架将扭矩传输至输出构件。

因此，换挡系统导致低的阻力损失，这增加了马达与车辆变速器之间的扭矩传递效率。此外，换挡系统通过换挡组件（即，通过与断开件的连接以及与多个离合器片的接合）在马达和车辆变速器之间产生平滑的接合，从而导致更少的振动和更舒适的驾驶体验。此外，当不需要通过换挡组件来传输扭矩时，能选择的单向离合器通过使换挡组件能旋转地解耦而允许换挡系统实现低旋转损失。与单速变速器相比，由能选择的单向离合器和换挡组件的组合所允许的低旋转损失允许车辆变速器的第一齿轮比和第二齿轮比实现净能量节省。

附图说明

本发明的其他优点将容易了解，因为当连同附图考虑时参考以下详细描述，本发明将变得更好理解，其中：

图1A是车辆变速器的示意图，该车辆变速器包括换挡系统，该换挡系统具有电动马达、输入构件、能选择的单向离合器以及换挡组件，能选择的单向离合器能旋转地耦接至输入构件并围绕输入构件设置以用于通过第一齿轮比选择性地传输扭矩，该换挡组件耦接至输入构件以用于通过第二齿轮比选择性地传输扭矩；

图1B是包括副轴的车辆变速器的示意图，其中能选择的单向离合器能旋转地耦接至输入构件，并且换挡组件耦接至副轴；

图2A是车辆变速器的示意图，其中能选择的单向离合器能旋转地耦接至副轴并围绕副轴设置，并且换挡组件耦接至输入构件；

图2B是车辆变速器的示意图，其中能选择的单向离合器能旋转地耦接至副轴并围绕副轴设置，并且换挡组件耦接至副轴；

图3是用于车辆变速器的换挡系统的换挡规律（shifting schedule）的示意图，其中X/X表示第一离合器位置，X/O表示第二离合器位置，O/O表示第三离合器位置，O/X表示第四离合器位置，DP1表示第一断开位置，DP2表示第二断开位置，ENG表示换挡组件的离合器片的接合位置，并且D-ENG表示离合器片的分离位置；

图4A是能选择的单向离合器的透视图，其中能选择的单向离合器是固定种类的，并且其中能选择的单向离合器具有内座圈、外座圈、彼此沿周向间隔开的多个棘爪、以及耦接至棘爪的致动器环；

图4B是能选择的单向离合器的透视图，其中能选择的单向离合器是旋转种类的；

图4C是图4B的能选择的单向离合器的截面图；

图5A是具有施加片和多个离合器片的换挡组件的截面图，其中断开件处于第一断开位置中，在该第一断开位置，断开件与换挡组件的输入毂分离，并且施加片处于第一片位置中，在该第一片位置，多个离合器片处于接合位置中；

图5B是换挡组件的截面图，其中断开件处于第一断开位置中，在该第一断开位置，断开件与输入毂分离，并且施加片处于第二片位置中，在该第二片位置，多个离合器片处于分离位置中；

图5C是换挡组件的截面图，其中断开件处于第二断开位置中，在该第二断开位置，断开件与输入毂接合，并且施加片处于第二片位置中，在该第二片位置，多个离合器片处于分离位置中；

图5D是换挡组件的截面图，其中断开件处于第二断开位置DP2中，在该第二断开位置，断开件与输入毂接合，并且施加片处于第一断开位置中，在该第一断开位置，多个离合器片处于接合位置中；

图6A是换挡组件的截面图，其中断开件为同步器，并且其中断开件处于第一断开位置中，在该第一断开位置，断开件与输入毂分离，并且施加片处于第一片位置中，在该第一片位置，多个离合器片处于接合位置中；

图6B是换挡组件的截面图，其中断开件为同步器，并且其中断开件处于第一断开位置中，在该第一断开位置，断开件与输入毂分离，并且施加片处于第二片位置中，在该第二片位置，多个离合器片处于分离位置中；

图6C是换挡组件的截面图，其中断开件为同步器，并且其中断开件处于第二断开位置中，在该第二断开位置，断开件与输入毂接合，并且施加片处于第二片位置中，在该第二片位置，多个离合器片处于分离位置中；

图6D是换挡组件的截面图，其中断开件为同步器，并且其中断开件处于第二断开位置中，在该第二断开位置，断开件与输入毂接合，并且施加片处于第一断开位置中，在该第一断开位置，多个离合器片处于接合位置中；

图7A是换挡组件的截面图，其中断开件处于第一断开位置中，在该第一断开位置，断开件与输入毂分离，并且施加片处于第一片位置中，在该第一片位置，多个离合器片处于接合位置中；

图7B是换挡组件的截面图，其中断开件处于第一断开位置中，在该第一断开位置，断开件与输入毂分离，并且施加片处于第二片位置中，在该第二片位置，多个离合器片处于分离位置中；

图7C是换挡组件的截面图，其中断开件处于第二断开位置中，在该二断开位置，断开件与输入毂接合，并且施加片处于第二片位置中，在该第二片位置，多个离合器片处于分离位置中；

图7D是换挡组件的截面图，其中断开件处于第二断开位置中，在该第二断开位置，断开件与输入毂接合，并且施加片处于第一断开位置中，在该第一断开位置，多个离合器片处于接合位置中；以及

图8是操作换挡系统的方法的流程图，其中该方法针对在第一齿轮比和第二齿轮比之间转换扭矩的传输。

具体实施方式

参考附图，其中遍及若干视图，相同的标号指示相同的部件，在图1A-2B中以示意图提供了车辆变速器10。车辆变速器10具有齿轮组12，齿轮组包括第一齿轮比14和不同于第一齿轮比14的第二齿轮比16。在图1A-2B中示出了用于车辆变速器10的换挡系统18。

换挡系统18包括输入构件20，该输入构件在第一端部22和与第一端部22间隔开的第二端部24之间沿着轴线A延伸。输入构件20围绕轴线A能旋转。作为非限制性示例，输入构件20可以是轴或齿轮。换挡系统18还包括能选择的单向离合器26，所述能选择的单向离合器能旋转地耦接至输入构件20，并且能选择的单向离合器26在第一离合器位置（在图3中表示为X/X）、第二离合器位置（在图3中表示为X/O）和第三离合器位置（在图3中表示为O/O）之间能移动。

在第一离合器位置X/X中，如图3中所示，能选择的单向离合器26配置成允许在第一旋转方向D1或与第一旋转方向相反的第二旋转方向D2上通过齿轮组12的第一齿轮比14和第二齿轮比16中的一个从输入构件20来传输扭矩。在第一离合器位置X/X中，能选择的单向离合器26处于锁定/锁定配置中。在这种锁定/锁定配置中，可以在第一旋转方向D1上通过第一齿轮比14和第二齿轮比16中的一个从输入构件20来传输扭矩。还将了解的是，可以在第二旋转方向D2上通过第一齿轮比14和第二齿轮比16中的一个将扭矩传输至输入构件20。换句话说，在第一离合器位置X/X中，可以在第一旋转方向D1或第二旋转方向D2上传输扭矩。将了解的是，第一旋转方向D1可以是顺时针方向，而第二旋转方向D2可以是逆时针方向。可替代地，将了解的是，第一旋转方向D1可以是逆时针方向，而第二旋转方向D2可以是顺时针方向。

在第二离合器位置X/O中，如图3中所示，能选择的单向离合器26配置成允许在第一旋转方向D1上通过齿轮组12的第一齿轮比14和第二齿轮比16中的一个从输入构件20来传输扭矩，并且防止在第二旋转方向D2上通过齿轮组12的第一齿轮比14和第二齿轮比16中的一个从输入构件20来传输扭矩。在第二离合器位置X/O中，能选择的单向离合器26处于锁定/自由配置中。在这种锁定/自由配置中，可以在第一旋转方向D1上通过第一齿轮比14和第二齿轮比16中的一个从输入构件20来传输扭矩。然而，防止在第二旋转方向D2上通过第一齿轮比14和第二齿轮比16中的一个将扭矩传输至输入构件20。这种锁定/自由配置通常被认为使能选择的单向离合器26超限运转，并且有助于从通过第一齿轮比14传输扭矩转换成通过第二齿轮比16传输扭矩，或者通过第二齿轮比16传输扭矩转换成通过第一齿轮比14传输扭矩。因此，第二离合器位置X/O可以被称为换挡准备。

在第三离合器位置O/O中，如图3中所示，能选择的单向离合器26配置成防止在第一旋转方向D1或第二旋转方向D2上通过齿轮组12的第一齿轮比14和第二齿轮比16中的一个从输入构件20来传输扭矩。在第三离合器位置O/O中，能选择的单向离合器26处于自由/自由配置中。在这种自由/自由配置中，防止在第一旋转方向D1上通过第一齿轮比14和第二齿轮比16中的一个从输入构件20来传输扭矩。在这种自由/自由配置中，还防止在第二旋转方向D2上通过第一齿轮比14和第二齿轮比16中的一个将扭矩传输至输入构件20。该自由/自由配置通过使第一齿轮比14和第二齿轮比16中的一个与输入构件20能旋转地解耦来限制换挡系统18上的阻力损失。

换挡系统18还包括耦接至输入构件20的断开件28。断开件28在第一断开位置DP1（如图3、5A、5B、6A、6B、7A和7B中所示）与第二断开位置DP2（如图3、5C、5D、6C、6D、7C和7D中所示）之间能移动。换挡系统18包括与输入构件20间隔开的输出构件30，并且输出构件30与输入构件20一起围绕轴线A选择性地能旋转，以选择性地通过齿轮组12的第一齿轮比14和第二齿轮比16中的另一个来传输扭矩。

换挡系统18还包括换挡组件32，用于选择性地能旋转地耦接输入构件20和输出构件30。换挡组件32包括耦接至输入构件20的输入毂34。输入毂34具有与断开件28能接合的能断开部件36，并且当断开件28处于第一断开位置DP1中时，输入毂34的能断开部件36与断开件28分离，并且当断开件28处于第二断开位置DP2中时，输入毂34的能断开部件36与断开件28接合。

断开件28能旋转地断开输入构件20和能断开部件36，因此能旋转地断开输入构件20和输入毂34。在一个实施例中，断开件28是断开式离合器。可替代地，在另一个实施例中，断开件28是同步器。在断开件28是同步器的实施例中，同步器可具有同步器环、同步器锥、同步器毂和同步器接合套。在又一个实施例中，断开件28是爪形离合器。

输入毂34具有离合器接合部件38。换挡组件32包括耦接至输入毂34的离合器接合部件38的多个离合器片40。多个离合器片40在接合位置ENG和分离位置D-ENG之间能移动。在接合位置ENG中，如图3、5A、5D、6A、6D、7A和7D中所示，离合器片40彼此接合。在分离位置D-ENG中，如图3、5B、5C、6B、6C、7B和7C中所示，离合器片40彼此分离。换挡组件32还包括离合器片托架42，该离合器片托架耦接至多个离合器片40和输出构件30，以通过多个离合器片40和离合器片托架42将扭矩从输入毂34的离合器接合部件42传输至输出构件30。

换挡系统18导致低的阻力损失（drag loss），这增加了马达与车辆变速器10之间的扭矩传递效率。此外，换挡系统18通过换挡组件32（即，通过与断开件28的连接和多个离合器片40的接合）在马达与车辆变速器10之间产生平滑的接合，从而导致更少的振动和更舒适的驾驶体验。此外，当不需要通过换挡组件32传输扭矩时，能选择的单向离合器26通过使换挡组件32能旋转地解耦而允许换挡系统18实现低旋转损失。与单速变速器相比，由能选择的单向离合器26和换挡组件32的组合所允许的低旋转损失允许车辆变速器10的第一齿轮比14和第二齿轮比16实现净能量节省。

将了解的是，马达可以是内燃机或可以是电动马达。还将了解的是，马达可以耦接至车辆的后车轴。在一个实施例中，马达是电动马达，并且能旋转地耦接至车辆的后车轴并且配置成使车辆的后车轴旋转以推动车辆。

如图4A–4C中所示，能选择的单向离合器26可以具有内座圈44和围绕内座圈44设置的外座圈46。换句话说，内座圈44和外座圈46可以彼此同心。在一个实施例中，如图1A和1B中所示，能选择的单向离合器26的内座圈44和外座圈46可以围绕输入构件20设置并与输入构件20轴向对齐。能选择的单向离合器26的内座圈44可以与输入构件20能旋转地耦接。在非限制性示例中，内座圈44可以被用花键连接至输入构件20，使得输入构件20的旋转导致能选择的单向离合器26的内座圈44旋转。另外或可替代地，能选择的单向离合器26的内座圈44可以螺栓连接至输入构件20，或以其他方式机械地紧固至输入构件20。

能选择的单向离合器26还可以具有设置在内座圈44和外座圈46之间的至少一个棘爪48。该棘爪48选择性地能旋转地耦接内座圈44和外座圈46。在非限制性示例中，棘爪48可以是能旋转的以接合内座圈44和外座圈46两者，以防止内座圈44和外座圈46之间的相对旋转。将了解的是，棘爪48可允许在第一旋转方向D1上内座圈44和外座圈46之间的旋转耦接，同时防止在第二旋转方向D2上内座圈44和外座圈46之间的旋转耦接。可替代地，将了解的是，棘爪48可允许在第二旋转方向D2上内座圈44和外座圈46之间的旋转耦接，同时防止在第一旋转方向D1上内座圈44和外座圈46之间的旋转耦接。棘爪48还可以防止或允许在第一旋转方向D1和第二旋转方向D2两者上内座圈44和外座圈46之间的旋转耦接。

至少一个棘爪48可以进一步被限定为彼此沿周向间隔开的多个棘爪50。能选择的单向离合器26还可包括致动器环52，该致动器环耦接至多个棘爪50，用于将内座圈44和外座圈46选择性地能旋转地锁定在一起。致动器环52可以与棘爪50物理接触，以使得致动器环52的移动、例如旋转导致棘爪50的移动、例如旋转。致动器环52可以由小电动马达或螺线管电致动。小电动马达或螺线管可以耦接至能选择的单向离合器26的外座圈46。还将了解的是，致动器环52可以是液压、气动或以其他方式致动的。

换挡组件32还可包括耦接至多个离合器片40的偏置构件54，以将多个离合器片40朝接合位置ENG偏置。换句话说，多个离合器片40可以是正常闭合的并且在接合位置ENG中静止。因为由于偏置构件54将多个离合器片40朝接合位置ENG偏置，换挡组件32的多个离合器片40在静止时处于接合位置ENG中，所以换挡组件32是能量有效的，并且因此换挡系统18也是能量有效的。换言之，因为无需来自电子致动器或液压致动器的动力来将多个离合器片40保持在接合位置ENG中，所以换挡组件32是能量有效的，并且因此换挡系统18是能量有效的。

换挡组件32还可包括耦接至偏置构件54的施加片56。施加片56在第一片位置和第二片位置之间能移动，在第一片位置，多个离合器片40处于接合位置ENG中，在第二片位置，施加片56与偏置构件54接合并且多个离合器片40处于分离位置D-ENG中。

在一个实施例中，施加片56和断开件28彼此独立地能移动。施加片56可以从第一片位置移动至第二片位置，从而导致多个离合器片40从接合位置ENG移动至分离位置D-ENG，而与断开件28是否处于第一位置断开位置DP1或第二断开位置DP2中无关，并且不影响断开件28的位置。同样地，断开件28可以从第一断开位置DP1移动至第二断开位置DP2，从而导致输入毂34被接合，而与施加片56是否处于第一片位置或第二片位置中无关，并且不影响施加片56的位置。

在施加片56和断开件28彼此独立能移动的实施例中，换挡系统18还可包括第一致动器和第二致动器，所述第一致动器耦接至断开件28，以独立于施加片56将断开件28从第一断开位置DP1移动至第二断开位置DP2，所述第二致动器耦接至施加片56，以独立于断开件28将施加片56从第一片位置移动至第二片位置。将了解的是，第一致动器和第二致动器可以通过但不限于机械致动、电致动、液压致动或气动致动来移动。

在一些实施例中，当断开件28处于第二断开位置DP2中并且施加片56处于第一片位置中时，输入构件20能旋转地耦接至输出构件30。换句话说，当施加片56处于第一片位置中时并且当断开件28处于第二断开位置DP2中时，输入构件20可以能旋转地耦接至输出构件30，在第一片位置，偏置构件54能够将多个离合器片40朝接合位置ENG偏置，在第二断开位置DP2，断开件28与输入毂34接合。在这些位置中，扭矩能够从输入构件20通过输入毂34、多个离合器片40和离合器片托架42传输至输出构件30。

在一些实施例中，当断开件28处于第一断开位置DP1中且/或当施加片56处于第二片位置中时，输入构件20与输出构件30能旋转地解耦。换句话说，当断开件28处于第一断开位置DP1中、施加片56处于第二片位置中、或者断开件28处于第一断开位置DP1中且施加片56处于第二片位置中时，输入构件20与输出构件30能旋转地解耦。在这些位置中，扭矩不能从输入构件20传递至输出构件30。

在仅当断开件28处于第二断开位置DP2中并且施加片56处于第一片位置中时，在输入构件20能旋转地耦接至输出构件30的实施例中，断开件28和多个离合器片40彼此串联设置。换言之，如果断开件28处于断开件28与输入毂34分离的第一断开位置DP1中，或者施加片56处于多个离合器片40分离的第二片位置中，则输入构件20与输出构件30能旋转地解耦。因此，当串联设置时，两个断开件28必须与输入毂34接合，并且多个离合器片40必须彼此接合以将扭矩直接从输入构件20传递至输出构件30。

输入毂34的能断开部件36和输入毂34的离合器接合部件42可以彼此成为一体。可替代地，输入毂34的能断开部件36和输入毂34的离合器接合部件42可以是分开的部件。在一些实施例中，输入毂34的离合器接合部件42可以通过使用键、突舌或螺栓能旋转地连接至输入毂34的能断开部件36。将了解的是，输入毂34可以是多于两个的部件，并且可以包括第三部件或更多个部件，以将扭矩从输入构件20传输至多个离合器片40。

在一些实施例中，如图5A-6D中所示，换挡组件32还包括中间施加片58，所述中间施加片耦接至施加片56使得施加片56设置在中间施加片58和偏置构件54之间。在第一片位置中施加片56通过中间施加片58能接触以接合多个离合器片40。在这种实施例中，中间施加片58将力传输至施加片56，并因此传输至偏置构件54，以使偏置构件54移动并导致多个离合器片40处于分离位置D-ENG中。将了解的是，中间施加片58一般也可以称为释放片。

尽管不是必需的，但是换挡组件32还可以包括设置在偏置构件54和离合器接合部件42之间的支撑环60以便支撑多个离合器片40。支撑环60可以围绕轴线A设置，并且与输入构件20或输出构件30一起能旋转。如图7A-7D中所示，支撑环60可以沿着轴线A与多个离合器片40间隔开，并且能旋转地耦接至离合器片托架42。

在一些实施例中，如图7A-7D中所示，偏置构件54沿着轴线A与输入毂34的离合器接合部件42和离合器片托架42间隔开，使得输入毂34的离合器接合部件42设置在偏置构件54和离合器片托架42之间。在这种实施例中，支撑环60设置在偏置构件54和多个离合器片40之间，设置在偏置构件54和输入毂34的离合器接合部件42之间。

在其他实施例中，如图7A-7D中所示，输入毂34的离合器接合部件42沿着轴线A与偏置构件54和离合器片托架42间隔开，使得偏置构件54设置在输入毂34的离合器接合部件42和离合器片托架42之间。在这种实施例中，支撑环60设置在偏置构件54和离合器接合部件42之间。

在一些实施例中，偏置构件54是蝶形弹簧。然而，将了解的是，偏置构件54可以是任何类型的弹簧，包括但不限于波形弹簧、螺旋弹簧和圆锥形弹簧。

如图5A-6D中所示，输出构件30可以沿着轴线A与输入构件20间隔开。在输出构件30沿着轴线A与输入构件20间隔开的实施例中，输入构件20可以是轴，并且输出构件30也可以是轴。在这种实施例中，输出构件30可以是换挡系统18的唯一输出。

将了解的是，在图5A-6D中所图示的实施例中，施加片56可沿着轴线从第一片位置平移至第二片位置，以使偏置构件54沿着轴线平移。在这样做时，多个离合器片40从接合位置ENG移动至分离位置D-ENG。

如图7A-7D中所示，输出构件30可以与输入构件20径向间隔开并且围绕输入构件20设置。在输出构件30与输入构件20径向间隔开并且围绕输入构件20设置的实施例中，输出构件30可以是换挡系统18的至少两个输出中的一个。除了输出构件30本身之外的另一个输出可以是输入构件20。换言之，如果断开件28处于第一断开位置DP1中或施加片56处于第二片位置中，输入构件20仍然能够传递扭矩。将了解的是，在输出构件30与输入构件20径向间隔开并且围绕输入构件20设置的实施例中，输出构件30可以是齿轮。

将了解的是，在图7A-7D中所图示的实施例中，当施加片56的最靠近输入构件20的部分沿着轴线A平移时，偏置构件54可围绕偏置构件54的枢转点枢转。在这样做时，施加片56的距输入构件20最远的部分远离多个离合器片40移动，并且多个离合器片40从接合位置ENG移动至分离位置D-ENG。将了解的是，示出了在该处偏置构件54可以枢转的枢转点，其中支撑环60和附加背片两者均与偏置构件54接触。支撑环60和附加背片的接触区域（其中支撑环60和/或附加背片接触偏置构件54）可以被硬化以防磨损。

在一些实施例中，如图3中所示，能选择的单向离合器26还能移动至第四位置，在第四位置，能选择的单向离合器26配置成允许在第二旋转方向D1上通过齿轮组12的第一齿轮比14和第二齿轮比16中的一个从输入构件20来传输扭矩，并且防止在第一旋转方向D1上通过齿轮组12的第一齿轮比14和第二齿轮比16中的一个从输入构件20来传输扭矩。在这些实施例中，能选择的单向离合器26通常被称为四模式离合器。还将了解的是，能选择的单向离合器26也可以被称为多模式离合器模块。多模式离合器模块的示例在美国专利号9,151,345（于2014年6月2日提交并于2015年10月6日公告）和美国专利号9,726,236（于2014年1月27日提交并于2017年8月8日公告）中描述，其公开内容均通过引用以其整体并入。

在能选择的单向离合器26能移动至第四离合器位置（在图3中表示为O/X）的实施例中，换挡系统18可以允许电动马达再生。更具体地，换挡系统18可以允许再生制动。可以通过处于第四离合器位置O/X中的能选择的单向离合器26和/或换挡组件从第一齿轮比14和第二齿轮比16中的一个将扭矩传递至电动马达。在这种情况下，电动马达可以是将输入构件20的旋转移动转换成电能的发电机。

车辆变速器还可包括副轴62，副轴与输入构件20间隔开并且围绕轴线A能旋转。将了解的是，副轴62也可被称为并置轴62。能选择的单向离合器26可被配置成通过第一齿轮比14从输入构件20将扭矩传输至副轴62。换挡组件32可被配置成通过第二齿轮比16从输出构件30将扭矩传输至副轴62。将了解的是，输出构件30可以是轴、齿轮、或者甚至是副轴62本身。

将了解的是，如图1A和1B中所示，能选择的单向离合器26的内座圈44和外座圈46可以围绕输入构件20设置并与输入构件20轴向对齐。还将了解的是，在能选择的单向离合器26的内座圈44和外座圈46围绕输入构件20设置并与输入构件20轴向对齐的实施例中，换挡组件32可以如图1A中所示耦接至输入构件20，或者如图1B中所示耦接至副轴62。

在另一个实施例中，如图2A和2B中所示，能选择的单向离合器26的内座圈44和外座圈46围绕副轴62设置并与副轴62轴向对齐。在这种实施例中，输入构件20直接从马达延伸至换挡组件32。然而，将了解的是，在能选择的单向离合器26围绕输入构件20设置并与输入构件20轴向对齐、或者围绕副轴62设置并与副轴62轴向对齐的一个或两个实施例中，输入构件20可以是实心的、不分的并且是整体的。还将了解的是，在能选择的单向离合器26的内座圈44和外座圈46围绕副轴62设置并与副轴62轴向对齐的实施例中，换挡组件32可以如图2A中所示耦接至输入构件20，或者如图2B中所示耦接至副轴62。

还提供了一种操作换挡系统18的方法。所述方法包括以下步骤：将能选择的单向离合器26从第一离合器位置X/X移动至第二离合器位置X/O，在第一离合器位置X/X，能选择的单向离合器26配置成允许在第一旋转方向D1或与第一旋转方向相反的第二旋转方向D2上通过第一齿轮比14和第二齿轮比16中的一个从输入构件20来传输扭矩，在第二离合器位置X/O，能选择的单向离合器26配置成允许在第一旋转方向D1上通过第一齿轮比14和第二齿轮比16中的一个从输入构件20来传输扭矩，并且防止在第二旋转方向D2上通过第一齿轮比14和第二齿轮比16中的一个从输入构件20来传输扭矩。在图3中通过换挡规律（特别通过要素A和B）指示了将能选择的单向离合器26从第一离合器位置X/X移动至第二离合器位置X/O的步骤。

所述方法还包括：将多个离合器片40从其中离合器片40彼此接合的接合位置ENG移动至其中离合器片40彼此分离的分离位置D-ENG。在图3中通过换挡规律（特别通过要素C）指示了将离合器片40从接合位置ENG移动至分离位置D-ENG的步骤。

所述方法还包括以下步骤：将断开件28从第一断开位置DP1移动至第二断开位置DP2，在第一断开位置DP1，输入毂34的能断开部件36与断开件28分离，在第二断开位置DP2，输入毂34的能断开部件36与断开件28接合。通过图3中的换挡规律（特别通过要素D）指示了将断开件28从第一断开位置DP1移动至第二断开位置DP2的步骤。

所述方法还包括以下步骤：将能选择的单向离合器26从第二离合器位置X/O移动至第三离合器位置O/O，在该第三离合器位置，能选择的单向离合器26被配置成防止在第一旋转方向D1或第二旋转方向D2上通过第一齿轮比14和第二齿轮比16中的一个从输入构件20来传输扭矩，以使通过第一齿轮比14和第二齿轮比16中的一个从输入构件20来传输扭矩转换成通过第一齿轮比14和第二齿轮比16中的另一个从输入构件20来传输扭矩。通过图3中的换挡规律（特别通过要素F）指示了将能选择的单向离合器26从第二离合器位置X/O移动至第三离合器位置O/O的步骤。

在一个实施例中，将能选择的单向离合器26从第一离合器位置X/X移动至第二离合器位置X/O的步骤在将多个离合器片40从接合位置ENG移动至分离位置D-ENG的步骤之前。另外，将多个离合器片40从接合位置ENG移动至分离位置D-ENG的步骤可以在将断开件28从第一断开位置DP1移动至第二断开位置DP2的步骤之前。以此方式，断开件28可平滑地接合输入毂34的能断开部件36，因为处于分离位置D-ENG中的离合器片40使输入构件20与输出构件30能旋转地解耦。

此外，将断开件28从第一断开位置DP1移动至第二断开位置DP2的步骤可以在将能选择的单向离合器26从第二离合器位置X/O移动至第三离合器位置O/O的步骤之前。所述方法还可包括以下步骤：如通过图3中的换挡规律（特别通过要素E）所指示的，将多个离合器片40从分离位置D-ENG移动至接合位置ENG。换句话说，离合器片40可以重新接合。在离合器片40正常闭合的实施例中，将离合器片40从接合位置ENG移动至分离位置D-ENG的步骤导致离合器片处于静止并且能够通过换挡组件32由第一齿轮比14和第二齿轮比16中的另一个来传输扭矩。以此方式，允许通过换挡组件32由第一齿轮比14和第二齿轮比16中的另一个来传输扭矩。如以上所讨论，能选择的单向离合器26然后可以从第二离合器位置X/O移动至第三离合器位置O/O，以使输入构件20与能选择的单向离合器26能旋转地解耦，并且防止通过第一齿轮比14和第二齿轮比16中的一个来传输扭矩。

将断开件28从第一断开位置DP1移动至第二断开位置DP2的步骤可以在将多个离合器片40从分离位置D-ENG移动至接合位置ENG的步骤之前。换句话说，在离合器片40重新接合之前，断开件28可以与输入毂34的能断开部件36接合。在断开件28处于第二断开位置DP2中之后，重新接合离合器片40使得输入构件20和输出构件30平滑地能旋转地耦接，从而允许通过第一齿轮比14和第二齿轮比16中的另一个来传输扭矩。图3中的换挡规律由要素A指示了允许通过第一齿轮比14和第二齿轮比16中的一个来传输扭矩，并且由要素G指示了允许通过第一齿轮比14和第二齿轮比16中的另一个来传输扭矩。

将了解的是，第一齿轮比14和第二齿轮比16中的一个可以是第一齿轮比14或第二齿轮比16。还将了解的是，第一齿轮比14和第二齿轮比16中的另一个可以是第一齿轮比14或第二齿轮比16。换句话说，能选择的单向离合器26可以配置成通过第一齿轮比14来传输扭矩，或者可以配置成通过第二齿轮比16来传输扭矩。因此，换挡组件32可以配置成通过对应的第一齿轮比14或第二齿轮比16来传输扭矩。在能选择的单向离合器26被配置成通过第一齿轮比14来传输扭矩的实施例中，换挡组件32配置成通过第二齿轮比16来传输扭矩。可替代地，在能选择的单向离合器被配置成通过第二齿轮比16来传输扭矩的实施例中，换挡组件32配置成通过第一齿轮比14来传输扭矩。还将了解的是，通过第一齿轮比14的扭矩增大或扭矩减小可以大于或可以小于通过第二齿轮比16的扭矩增大或扭矩减小。

以说明性的方式描述了本发明，并且应当理解，所使用的术语旨在具有描述性词语的性质而非具有限制性词语的性质。鉴于以上教导，本发明的许多修改和变化是可行的，并且本发明可以以不同于具体描述的方式进行实践。

Claims (14)

1.一种换挡系统，用于具有齿轮组的车辆变速器，所述齿轮组包括第一齿轮比和不同于所述第一齿轮比的第二齿轮比，所述换挡系统包括：

输入构件，所述输入构件在第一端部和与所述第一端部间隔开的第二端部之间沿着轴线延伸，其中所述输入构件围绕所述轴线能旋转；

能选择的单向离合器，所述能选择的单向离合器能旋转地耦接至所述输入构件，其中所述能选择的单向离合器在以下各项之间能移动，

第一离合器位置，在所述第一离合器位置，所述能选择的单向离合器被配置成允许在第一旋转方向或者与所述第一旋转方向相反的第二旋转方向上通过所述齿轮组的所述第一齿轮比和第二齿轮比中的一个从所述输入构件来传输扭矩；

第二离合器位置，在所述第二离合器位置，所述能选择的单向离合器被配置成允许在所述第一旋转方向上通过所述齿轮组的所述第一齿轮比和第二齿轮比中的一个从所述输入构件来传输扭矩，并且防止在所述第二旋转方向上通过所述齿轮组的所述第一齿轮比和第二齿轮比中的一个从所述输入构件来传输扭矩；及

第三离合器位置，在所述第三离合器位置，所述能选择的单向离合器被配置成防止在所述第一旋转方向或所述第二旋转方向上通过所述齿轮组的所述第一齿轮比和第二齿轮比中的一个从所述输入构件来传输扭矩；

断开件，所述断开件耦接至所述输入构件并且在第一断开位置和第二断开位置之间能移动；

输出构件，所述输出构件与所述输入构件间隔开，所述输出构件与所述输入构件一起围绕所述轴线选择性地能旋转，以通过所述齿轮组的所述第一齿轮比和第二齿轮比中的另一个来选择性地传输扭矩；以及

换挡组件，所述换挡组件用于选择性地能旋转地耦接所述输入构件和所述输出构件，所述换挡组件包括；

输入毂，所述输入毂耦接至所述输入构件，其中所述输入毂具有与所述断开件能接合的能断开部件，其中当所述断开件处于所述第一断开位置中时，所述输入毂的所述能断开部件与所述断开件分离，并且其中当所述断开件处于所述第二断开位置中时，所述输入毂的所述能断开部件与所述断开件接合，并且其中所述输入毂具有离合器接合部件；

多个离合器片，所述多个离合器片耦接至所述输入毂的所述离合器接合部件，其中所述多个离合器片在接合位置和分离位置之间能移动，在所述接合位置，所述离合器片彼此接合，在所述分离位置，所述离合器片彼此分离；以及

离合器片托架，所述离合器片托架耦接至所述多个离合器片和所述输出构件，以便从所述输入毂的所述离合器接合部件通过所述多个离合器片和所述离合器片托架将扭矩传输至所述输出构件。

2.根据权利要求1所述的换挡系统，其中，所述能选择的单向离合器具有内座圈和围绕所述内座圈设置的外座圈。

3.根据权利要求2所述的换挡系统，其中，所述能选择的单向离合器的所述内座圈和所述外座圈围绕所述输入构件设置并且与所述输入构件轴向对齐。

4.根据权利要求2和3中任一项所述的换挡系统，其中，所述能选择的单向离合器的所述内座圈与所述输入构件能旋转地耦接。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的换挡系统，其中，所述能选择的单向离合器具有设置在所述内座圈和所述外座圈之间的至少一个棘爪。

6.根据权利要求5所述的换挡系统，其中，所述至少一个棘爪还被限定为彼此沿周向间隔开的多个棘爪，并且其中，所述能选择的单向离合器还包括致动器环，所述致动器环耦接至所述多个棘爪，用于将所述内座圈和所述外座圈选择性地能旋转地锁定在一起。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的换挡系统，其中，所述换挡组件还包括偏置构件，所述偏置构件耦接至所述多个离合器片，以将所述多个离合器片朝所述接合位置偏置。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的换挡系统，其中，所述能选择的单向离合器还能移动至第四位置，在所述第四位置，所述能选择的单向离合器被配置成允许在所述第二旋转方向上通过所述齿轮组的所述第一齿轮比和第二齿轮比中的一个从所述输入构件来传输扭矩，并且防止在所述第一旋转方向上通过所述齿轮组的所述第一齿轮比和第二齿轮比中的一个从所述输入构件来传输扭矩。

9.一种车辆变速器，所述车辆变速器包括根据权利要求1-3中任一项所述的换挡系统，其中，所述车辆变速器还包括所述齿轮组，所述齿轮组包括所述第一齿轮比和不同于所述第一齿轮比的所述第二齿轮比。

10.根据权利要求9所述的车辆变速器，还包括与所述输入构件间隔开并且围绕所述轴线能旋转的副轴，其中所述能选择的单向离合器配置成通过所述第一齿轮比从所述输入构件将扭矩传输至所述副轴。

11.根据权利要求10所述的车辆变速器，其中，所述能选择的单向离合器的所述内座圈和所述外座圈围绕所述副轴设置并且与所述副轴轴向对齐。

12.根据权利要求10所述的车辆变速器，其中，所述换挡组件配置成通过所述第二传动比从所述输出构件将扭矩传输至所述副轴。

13.一种操作根据权利要求1-3中任一项所述的换挡系统的方法，所述方法包括以下步骤：

将所述能选择的单向离合器从第一离合器位置移动至第二离合器位置，在所述第一离合器位置，所述能选择的单向离合器被配置成允许在第一旋转方向或与所述第一旋转方向相反的第二旋转方向上通过所述第一齿轮比和第二齿轮比中的一个从所述输入构件来传输扭矩，在所述第二离合器位置，所述能选择的单向离合器被配置成允许在所述第一旋转方向上通过所述第一齿轮比和第二齿轮比中的一个从所述输入构件来传输扭矩，并且防止在所述第二旋转方向上通过所述第一齿轮比和第二齿轮比中的一个从所述输入构件来传输扭矩；

将所述多个离合器片从接合位置移动至分离位置，在所述接合位置，所述离合器片彼此接合，在所述分离位置，所述离合器片彼此分离；

将所述断开件从第一断开位置移动至第二断开位置，在所述第一断开位置，所述输入毂的所述能断开部件与所述断开件分离，在所述第二断开位置，所述输入毂的所述能断开部件与所述断开件接合；并且

将所述能选择的单向离合器从所述第二离合器位置移动至第三离合器位置，在所述第三离合器位置，所述能选择的单向离合器被配置成防止在所述第一旋转方向或所述第二旋转方向上通过所述第一齿轮比和第二齿轮比中的一个从所述输入构件来传输扭矩，以便将通过所述第一齿轮比和第二齿轮比中的一个从所述输入构件来传输扭矩转换成通过所述第一齿轮比和第二齿轮比中的另一个从所述输入构件来传输扭矩。

14.根据权利要求13所述的方法，

其中，将所述能选择的单向离合器从所述第一离合器位置移动至所述第二离合器位置的步骤在将所述多个离合器片从所述接合位置移动至所述分离位置的步骤之前；

其中，可选地，将所述多个离合器片从所述接合位置移动至所述分离位置的步骤在将所述断开件从所述第一断开位置移动至所述第二断开位置的步骤之前；

其中，可选地，将所述断开件从所述第一断开位置移动至所述第二断开位置的步骤在将所述能选择的单向离合器从所述第二离合器位置移动至所述第三离合器位置的步骤之前；并且

其中，可选地，所述方法还包括以下步骤：将所述多个离合器片从所述分离位置移动至所述接合位置，其中将所述断开件从所述第一断开位置移动至所述第二断开位置的所述步骤可选地在将所述多个离合器片从所述分离位置移动至所述接合位置的步骤之前。

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