CN103410943B - 定轴式齿轮传动与带式无级传动相结合的混合变速装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定轴式齿轮传动与带式无级传动相结合的混合变速装置，包括定轴式齿轮传动机构、带式无级传动机构、变速箱控制器；定轴式齿轮传动机构包括输入轴、输出轴和中间轴，输入轴上设有三个离合器，中间轴上设有带式无级传动机构和传动齿轮，输出轴上设有两个离合器，动力经输入轴上任一离合器、与离合器对应的输入齿轮、传动齿轮或带式无级传动机构传递到中间轴，再通过传动齿轮、输出轴上任一离合器、与离合器对应的输出齿轮传递到输出轴。本发明通过TCU在城市工况下进行两级无级变速，在高速行驶工况时切换到固定前进档，使发动机持续工作在经济区域，有效避免高速工况下带式传动所需的较大夹紧力导致的额外能量损失，降低油耗。

Description

定轴式齿轮传动与带式无级传动相结合的混合变速装置

技术领域

本发明涉及一种传递动力的机械传动装置，具体属于一种结合定轴式齿轮传动机构和带式无级传动机构的混合型变速装置。

背景技术

目前，液力自动变速器(AT)和无级变速器(CVT)是市场上的两种主流自动变速装置，由于二者具有不同的结构以及工作原理，因此它们在不同的方面具有各自的优势，当然相比之下也各有劣势。

无级变速器采用工作直径可变的主动带轮、从动带轮相配合传递动力，可以实现连续变化的速比，其传动效率较低，在城市变速不稳定工况下油耗表现优异。但是，在高速稳定的工况下，由于发动机持续地输出较大的扭矩和功率，因此传动带与主动带轮、从动带轮之间需要长时间维持较大的摩擦力，以防止传动带与带轮之间出现打滑的现象，而这种摩擦力来自于从动带轮施加在传动带上的夹紧力，为了维持传动带较大的夹紧力，从动带轮的液压缸就需要保持较高的油压，因为从动带轮液压缸的工作能量来源于由发动机带动的油泵，所以在这个过程中，增加了油泵消耗的能量，导致采用无级变速器的整车在高速稳定工况下存在油耗偏高的缺陷。

液力自动变速器大多为基于行星齿轮机构的拉维娜结构或辛普森结构，4速的液力自动变速器由于各档位的速比设定差别较大，因此无法保证发动机长时间地工作在经济区，存在油耗高的缺陷。为了达到节油的目的，液力自动变速器开始出现6速AT(爱信、通用、福特)到9速AT(采埃孚)甚至10速AT(现代)的多档化发展趋势，但是过多的档位导致行星齿轮结构越来越复杂，其设计和制造的成本也大幅提高，难度逐渐加大。

除上述行星齿轮式液力自动变速器外，还有少部分(本田车型，5速)采用类似于手动档的齿轮式传动结构的定轴式液力自动变速器。传统定轴式液力自动变速器结构如图1所示，包括第一离合器C1、第二离合器C2、第三离合器C3、第四离合器C4、第五离合器C5、输入轴14、中间轴13、输出轴12、第一齿轮至第九齿轮1-9，其中第四齿轮4、第七齿轮7和第九齿轮9安装于输入轴14上，第二齿轮2、第六齿轮6和第八齿轮8安装在中间轴13上，第一齿轮1和第五齿轮5安装在输出轴12上。第四齿轮4与一第三齿轮3啮合，第三齿轮3与第二齿轮2啮合，第二齿轮2与第一齿轮1啮合，第七齿轮7与第六齿轮6啮合，第六齿轮6与第五齿轮5啮合，第九齿轮9与第八齿轮8啮合。第一离合器C1设置于第一齿轮1和输出轴12之间，使第一齿轮1与输出轴12连接或者分离；第二离合器C2设置于第五齿轮5和输出轴12之间，使第五齿轮5与输出轴12连接或者分离；第三离合器C3设置于第四齿轮4和输入轴14之间，使第四齿轮4与输入轴14连接或者分离；第四离合器C4设置于第七齿轮7和输入轴14之间，使第七齿轮7与输入轴14连接或者分离；第五离合器C5设置于第九齿轮9和输入轴14之间，使第九齿轮9与输入轴14连接或者分离。相对于行星齿轮式机构，该定轴式齿轮结构简单，但同样因为无法实现连续的速比，且档位相对较少，故在城市工况下也不具备油耗方面的优势。同时，与行星齿轮式结构相比，这种定轴式齿轮传动机构空间利用不够紧凑，在体积与重量方面没有优势，因此难以简单地通过叠加更多档位来实现更密集的速比设定及更宽广的速比范围。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种定轴式齿轮传动与带式无级传动相结合的混合变速装置，可以在低速时实现无级变速，保证速比连续变化，在高速时降低油耗，提高传动效率。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种定轴式齿轮传动与带式无级传动相结合的混合变速装置，包括定轴式齿轮传动机构、带式无级传动机构、变速箱控制器；

所述定轴式齿轮传动机构包括输入轴、输出轴和中间轴；

所述输入轴上设有第三离合器、第四离合器和第五离合器三个离合器，其中第三离合器对应的输入齿轮为第四齿轮，第四离合器对应的输入齿轮为第七齿轮，第五离合器对应的输入齿轮为第九齿轮；所述第三离合器设于第四齿轮和输入轴之间，使第四齿轮与输入轴连接或者分离；所述第四离合器设于第七齿轮和输入轴之间，使第七齿轮与输入轴连接或者分离；所述第五离合器设于第九齿轮和输入轴之间，使第九齿轮与输入轴连接或者分离；

所述输出轴上设有第一离合器和第二离合器两个离合器，其中第一离合器对应的输出齿轮为第一齿轮，第二离合器对应的输出齿轮为第五齿轮；所述第一离合器设于第一齿轮和输出轴之间，使第一齿轮与输出轴连接或者分离；所述第二离合器设于第五齿轮和输出轴之间，使第五齿轮与输出轴连接或者分离；

中间轴上设有带式无级传动机构和传动齿轮，所述传动齿轮包括第二齿轮和第六齿轮，其中第四齿轮与一第三齿轮相啮合，该第三齿轮与第二齿轮相啮合，第二齿轮与第一齿轮相啮合，第七齿轮与第六齿轮相啮合，第六齿轮与第五齿轮相啮合；所述带式无级传动机构包括无级变速器、与第九齿轮相啮合的第八齿轮，其中第八齿轮与无级变速器的主动带轮固定在同一轴上，无级变速器的从动带轮固定在中间轴上；

输入轴上的动力通过输入轴上任一个离合器、与离合器相对应的输入齿轮、与输入齿轮相配合的传动齿轮或带式无级传动机构传递到中间轴上，中间轴上的动力通过传动齿轮、输出轴上任一个离合器及与离合器对应的输出齿轮传递到输出轴上；

所述变速箱控制器，用于控制输入轴上的任一个离合器结合且其余两个离合器分离，以及输出轴上的任一个离合器结合且另一个离合器分离。

进一步的，在车辆处于频繁起停或加减速的不稳定行驶工况时，所述变速箱控制器控制第五离合器结合并且第三离合器和第四离合器分离，使第九齿轮与输入轴连接，输入轴上的动力通过第九齿轮、第八齿轮、无级变速器传递到中间轴上；在车辆处于高速稳定行驶工况时，所述变速箱控制器控制第四离合器结合并且第三离合器和第五离合器分离，使第七齿轮与输入轴连接，输入轴上的动力通过第七齿轮、第六齿轮传递到中间轴上；在车辆处于倒档工况时，所述变速箱控制器控制第三离合器结合并且第四离合器和第五离合器分离，使第四齿轮与输入轴连接，输入轴上的动力通过第四齿轮、第三齿轮、第二齿轮传递到中间轴上；在上述三种工况下，变速箱控制器控制第一离合器结合且第二离合器分离，中间轴上的动力则通过第二齿轮、第一齿轮传递到输出轴上，变速箱控制器控制第一离合器分离且第二离合器结合，中间轴上的动力则通过第六齿轮、第五齿轮传递到输出轴上。

其中，所述输入轴与发动机的输出轴直接相连，或者通过液力变矩器与发动机的输出轴相连。

本发明的有益之处在于：

1)通过变速箱控制器可以控制车辆在频繁起停、加减速的城市工况下进行无级变速传动，使发动机持续工作在经济区域；在车辆处于高速行驶工况时，通过变速箱控制器切换到固定前进档，降低发动机转速，使其工作在较经济区域，由于此时采用齿轮传动机构，可有效地避免高速工况下带式传动所需的较大夹紧力导致的额外能量损失，从而达到降低油耗的目的；

2)采用带式无级传动加定轴式齿轮传动的混合结构，可以避免传统复杂的行星齿轮式结构，降低了设计和制造的难度，减少了零部件的数量；

3)采用两级带式传动，在总速比范围不变的前提下，可以减小带轮和传送带的尺寸，进一步减小带式传动机构的体积。

附图说明

图1是现有的定轴式液力自动变速箱的结构示意图；

图2是本发明的混合变速装置的结构示意图；

图3是图2所示的混合变速装置处于一个倒档的传动示意图；

图4是图2所示的混合变速装置处于另一个倒档的传动示意图；

图5是图2所示的混合变速装置处于一个可变速比档位的传动示意图；

图6是图2所示的混合变速装置处于另一个可变速比档位的传动示意图；

图7是图2所示的混合变速装置处于一个固定前进档的传动示意图；

图8是图2所示的混合变速装置处于另一个固定前进档的传动示意图。

其中附图标记说明如下：

1为第一齿轮；2为第二齿轮；3为第三齿轮；4为第四齿轮；5为第五齿轮；6为第六齿轮；7为第七齿轮；8为第八齿轮；9为第九齿轮；10为发动机；11为液力变矩器；12为输出轴；13为中间轴；14为输入轴；15为无级变速器；C1为第一离合器；C2为第二离合器；C3为第三离合器；C4为第四离合器；C5为第五离合器。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供的定轴式齿轮传动与带式无级传动相结合的混合变速装置，包括定轴式齿轮传动机构、带式无级传动机构、变速箱控制器；

所述定轴式齿轮传动机构包括输入轴14、输出轴12和中间轴13，其中输入轴14上设有三个离合器，每个离合器对应一个输入齿轮，中间轴13上设有带式无级传动机构和传动齿轮，输出轴12上设有两个离合器，每个离合器对应一个输出齿轮；

输入轴14上的动力通过输入轴14上任一个离合器、与离合器相对应的输入齿轮、与输入齿轮相配合的传动齿轮或带式无级传动机构传递到中间轴13上，中间轴13上的动力通过传动齿轮、输出轴12上任一个离合器及与离合器对应的输出齿轮传递到输出轴12上；

所述变速箱控制器，用于控制输入轴4上的任一个离合器结合且其余两个离合器分离，以及输出轴12上的任一个离合器结合且另一个离合器分离。

其中，如图2所示，所述输入轴14上的三个离合器分别为第三离合器C3、第四离合器C4和第五离合器C5，其中第三离合器C3对应的输入齿轮为第四齿轮4，第四离合器C4对应的输入齿轮为第七齿轮7，第五离合器C5对应的输入齿轮为第九齿轮9；

所述第三离合器C3设于第四齿轮4和输入轴14之间，使第四齿轮4与输入轴14连接或者分离；所述第四离合器C4设于第七齿轮7和输入轴14之间，使第七齿轮7与输入轴14连接或者分离；所述第五离合器C5设于第九齿轮9和输入轴14之间，使第九齿轮9与输入轴14连接或者分离；

所述输出轴12上的两个离合器分别为第一离合器C1和第二离合器C2，其中第一离合器C1对应的输出齿轮为第一齿轮1，第二离合器C2对应的输出齿轮为第五齿轮5；

所述第一离合器C1设于第一齿轮1和输出轴12之间，使第一齿轮1与输出轴12连接或者分离；所述第二离合器C2设于第五齿轮5和输出轴12之间，使第五齿轮5与输出轴12连接或者分离；

所述中间轴13上的传动齿轮包括第二齿轮2和第六齿轮6，其中第四齿轮4与一第三齿轮3相啮合，该第三齿轮3与第二齿轮2相啮合，第二齿轮2与第一齿轮1相啮合，第七齿轮7与第六齿轮6相啮合，第六齿轮6与第五齿轮5相啮合；

所述中间轴13上的带式无级传动机构包括无级变速器15、与第九齿轮9相啮合的第八齿轮8，其中第八齿轮8与无级变速器15的主动带轮固定在同一轴上，无级变速器15的从动带轮固定在中间轴13上。

输入轴14与发动机10的输出轴直接相连，或者通过液力变矩器11与发动机10的输出轴相连。输入轴14上的不同离合器与输出轴12上的离合器组合所能形成的档位如表1所示。

表1离合器-档位对应逻辑关系

根据表1可知，当第三离合器C3结合时，通过第一离合器C1结合或者第二离合器C2结合可形成两个倒档R1、R2；当第三离合器C5结合时，通过第一离合器C1结合或者第二离合器C2结合可形成两个可变速比档位CVT1、CVT2；当第四离合器C4结合时，通过第一离合器C1结合或者第二离合器C2结合可形成两个固定前进档D1、D2。

本发明中混合变速装置的工作原理是：

1)在车辆处于频繁起停或加减速的不稳定行驶工况(城市工况)时，变速箱控制器控制第五离合器C5结合并且第三离合器C3和第四离合器C4分离，使第九齿轮9与输入轴14连接；

如果变速箱控制器控制第一离合器C1结合且第二离合器C2分离，此时形成第一可变速比档位CVT1，如图5所示，动力通过输入轴14→第五离合器C5→第九齿轮9→第八齿轮8→无级变速器15→中间轴13→第二齿轮2→第一齿轮1→第一离合器C1传递到输出轴12上；

如果变速箱控制器控制第一离合器C1分离且第二离合器C2结合，此时形成第二可变速比档位CVT2，如图6所示，动力通过输入轴14→第五离合器C5→第九齿轮9→第八齿轮8→无级变速器15→中间轴13→第六齿轮6→第五齿轮5→第二离合器C2传递到输出轴12上；

2)在车辆处于高速稳定行驶工况时，变速箱控制器控制第四离合器C4结合并且第三离合器C3和第五离合器C5分离，使第七齿轮7与输入轴14连接；

如果变速箱控制器控制第一离合器C1结合且第二离合器C2分离，此时形成第一固定前进档D1，如图3所示，动力通过输入轴14→第四离合器C4→第七齿轮7→第六齿轮6→中间轴13→第二齿轮2→第一齿轮1→第一离合器C1传递到输出轴12上；

如果变速箱控制器控制第一离合器C1分离且第二离合器C2结合，此时形成第二固定前进档D2，如图4所示，动力通过输入轴14→第四离合器C4→第七齿轮7→第六齿轮6→第五齿轮5→第二离合器C2传递到输出轴12上；

3)在车辆处于倒档工况时，变速箱控制器控制第三离合器C3结合并且第四离合器C4和第五离合器C5分离，使第四齿轮4与输入轴14连接；

如果变速箱控制器控制第一离合器C1结合且第二离合器C2分离，此时形成第一倒档R1，如图7所示，动力通过输入轴14→第三离合器C3→第四齿轮4→第三齿轮3→第二齿轮2→第一齿轮1→第一离合器C1传递到输出轴12上；

如果变速箱控制器控制第一离合器C1分离且第二离合器C2结合，此时形成第二倒档R2，如图8所示，动力通过输入轴14→第三离合器C3→第四齿轮4→第三齿轮3→第二齿轮2→中间轴13→第六齿轮6→第五齿轮5→第二离合器C2传递到输出轴12上。

由上述可知，通过变速箱控制器(TCU)与相应的执行机构(液压模块及电磁阀)可以进行档位的切换与速比的控制。在车辆频繁起停或加减速时，通过TCU控制变速箱工作在CVT模式，并通过切换第一离合器C1/第二离合器C2，实现两级无级变速。由于采用了两级无级变速，齿轮比有大小两个不同取值，因此，在总速比(带轮比×齿轮比)范围不变的前提下，可使带轮、传送带尺寸适当减小，从而减小带式无级传动机构的体积。当车速高于一定阈值进入高速稳定行驶工况后，TCU控制变速箱进入AT模式，在D1、D2两个固定前进档之间切换，由于采用齿轮传动，所以在降低高速行驶时的发动机转速、提高发动机燃油经济性的同时，可以避免高速行驶时带式传动产生的动力损失，从而降低高速行驶状态的油耗。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，该实施例仅仅是本发明的较佳实施例，其并非对本发明进行限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下通过任何修改、等同替换、改进等所获得的所有其它实施例，均应视为在本发明所保护的技术范畴内。

Claims (4)

1.一种定轴式齿轮传动与带式无级传动相结合的混合变速装置，其特征在于，包括定轴式齿轮传动机构、带式无级传动机构、变速箱控制器；

所述定轴式齿轮传动机构包括输入轴、输出轴和中间轴；

所述输入轴上设有第三离合器、第四离合器和第五离合器三个离合器，其中第三离合器对应的输入齿轮为第四齿轮，第四离合器对应的输入齿轮为第七齿轮，第五离合器对应的输入齿轮为第九齿轮；所述第三离合器设于第四齿轮和输入轴之间，使第四齿轮与输入轴连接或者分离；所述第四离合器设于第七齿轮和输入轴之间，使第七齿轮与输入轴连接或者分离；所述第五离合器设于第九齿轮和输入轴之间，使第九齿轮与输入轴连接或者分离；

所述输出轴上设有第一离合器和第二离合器两个离合器，其中第一离合器对应的输出齿轮为第一齿轮，第二离合器对应的输出齿轮为第五齿轮；所述第一离合器设于第一齿轮和输出轴之间，使第一齿轮与输出轴连接或者分离；所述第二离合器设于第五齿轮和输出轴之间，使第五齿轮与输出轴连接或者分离；

中间轴上设有带式无级传动机构和传动齿轮，所述传动齿轮包括第二齿轮和第六齿轮，其中第四齿轮与一第三齿轮相啮合，该第三齿轮与第二齿轮相啮合，第二齿轮与第一齿轮相啮合，第七齿轮与第六齿轮相啮合，第六齿轮与第五齿轮相啮合；所述带式无级传动机构包括无级变速器、与第九齿轮相啮合的第八齿轮，其中第八齿轮与无级变速器的主动带轮固定在同一轴上，无级变速器的从动带轮固定在中间轴上；

输入轴上的动力通过输入轴上任一个离合器、与离合器相对应的输入齿轮、与输入齿轮相配合的传动齿轮或带式无级传动机构传递到中间轴上，中间轴上的动力通过传动齿轮、输出轴上任一个离合器及与离合器对应的输出齿轮传递到输出轴上；

所述变速箱控制器，用于控制输入轴上的任一个离合器结合且其余两个离合器分离，以及输出轴上的任一个离合器结合且另一个离合器分离。

2.根据权利要求1所述的定轴式齿轮传动与带式无级传动相结合的混合变速装置，其特征在于，

在车辆处于频繁起停或加减速的不稳定行驶工况时，所述变速箱控制器控制第五离合器结合并且第三离合器和第四离合器分离，使第九齿轮与输入轴连接，输入轴上的动力通过第九齿轮、第八齿轮、无级变速器传递到中间轴上；

在车辆处于高速稳定行驶工况时，所述变速箱控制器控制第四离合器结合并且第三离合器和第五离合器分离，使第七齿轮与输入轴连接，输入轴上的动力通过第七齿轮、第六齿轮传递到中间轴上；

在车辆处于倒档工况时，所述变速箱控制器控制第三离合器结合并且第四离合器和第五离合器分离，使第四齿轮与输入轴连接，输入轴上的动力通过第四齿轮、第三齿轮、第二齿轮传递到中间轴上；

在上述三种工况下，变速箱控制器控制第一离合器结合且第二离合器分离，中间轴上的动力则通过第二齿轮、第一齿轮传递到输出轴上，变速箱控制器控制第一离合器分离且第二离合器结合，中间轴上的动力则通过第六齿轮、第五齿轮传递到输出轴上。

3.根据权利要求1或2所述的定轴式齿轮传动与带式无级传动相结合的混合变速装置，其特征在于，所述输入轴与发动机的输出轴直接相连。

4.根据权利要求1或2所述的定轴式齿轮传动与带式无级传动相结合的混合变速装置，其特征在于，所述输入轴通过液力变矩器与发动机的输出轴相连。