CN102421619B - 变速器系统 - Google Patents

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Abstract

一种变速器系统，其具有第一输入轴；具有由所述第一输入轴选择性驱动的第一离合器鼓轮的第一离心式离合器；第二输入轴；具有由所述第二输入轴选择性驱动的第二离合器鼓轮的第二离心式离合器。所述第一和第二离合器鼓轮通过固定齿数比转动地连接。在一个实施方式中，所述第一和第二离合器鼓轮同轴。自由轮离合器允许所述第二输入轴与所述第二离合器鼓轮之间在第一方向上的相对转动但是阻止所述第二输入轴与所述第二离合器鼓轮之间在第二方向上的相对转动。该变速器系统可以构成混合动力单元的一部分。所述混合动力单元可以构成车辆的一部分，所述车辆包括内燃机形式的第一动力单元和电动机/发电机形式的第二动力单元。内燃机可以经由自由轮离合器在发电模式中驱动电动机/发电机以对相关的电池再充电。可以通过在发电模式中经由自由轮离合器驱动电动机/发电机来制动所述车辆。电动机/发电机可以经由自由轮离合器在倒退方向上驱动所述车辆。

Description

变速器系统
技术领域
本发明涉及一种变速器系统，尤其涉及与混合动力汽车一起使用的变速器系统。
背景技术
混合动力汽车因汽车设有多于一个的原动机而为公众所知。一般一个原动机是内燃机，另一个原动机是电动机。根据主要条件电动机单独操作来推进车辆，或者内燃机单独操作来推进车辆或者电动机与内燃机共同推进车辆。
US5193634示出了这样一种混合动力汽车推进系统。在这种情况下内燃机驱动连接到离心式离合器的无级变速器(CVT)，在所述离合器接合时，其驱动车辆的车轮。在一个实施方式中，电动机可以经由自由轮离合器驱动所述车轮。在第二实施方式中，电动机可以经由离心式离合器驱动所述车轮。
但是该系统不允许内燃机作为发电机来驱动电动机从而给相关的电池再充电。其也不允许所述车轮作为发电机来驱动电动机。
发明内容
因此，根据本发明，提供了一种变速器系统，其具有第一输入轴，
第一离心式离合器，其具有安装在所述第一输入轴上的第一驱动部件和由所述第一驱动部件选择性驱动的第一离合器鼓轮，
第二输入轴，
第二离心式离合器，其具有安装在所述第二输入轴上的第二驱动部件和由所述第二驱动部件选择性驱动的第二离合器鼓轮，
所述第一离合器鼓轮转动地连接到所述第二离合器鼓轮，
自由轮(自由回转)离合器，其允许所述第二输入轴与所述第二离合器鼓轮之间在第一方向上的相对转动但是阻止所述第二输入轴与所述第二离合器鼓轮之间在第二方向上的相对转动，所述自由轮离合器能够实现第一和第二离合器鼓轮驱动所述第二输入轴，其中当第二输入轴连接到电动机/发电机时，所述电动机/发电机可以在需要时作为电动机操作以驱动第二输入轴并且可以在需要时作为由所述第二输入轴驱动的发电机操作。
此外，所述第二输入轴可以由所述第一输入轴驱动。当在车辆中设置这样的系统时，所述第二输入轴可以由后轮并且通过使用作为发电机的电动机/发电机来驱动，可以实现车辆的制动同时重新获得制动能并将其存储在电池中。
附图说明
现仅以示例的方式参照附图对本发明进行描述，其中：
图1是根据本发明的车辆的视图，所述车辆包括根据本发明的混合动力单元，所述混合动力单元包括根据本发明的变速器系统，
图2是图1的平面图，
图3是图1的变速器系统的截面视图，以及
图4是图1的沿着箭头A的方向上的一部分的视图。
具体实施方式
参照图1-4，示出了一种车辆10，在该种情况下是两轮机动脚踏两用车。该机动脚踏两用车包括前轮11和后轮12。混合动力单元14驱动该车辆。该混合动力单元包括发动机16(在该种情况下是内燃机)和电动机/发电机18。变速器系统20经由驱动装置连接到后轮12，在该种情况下所述驱动装置是链22的形式。
变速器系统20可以选择性地由电动机/发电机18驱动。该变速器系统20还可以选择性地由所述发动机16驱动，在该种情况下是经由无级变速器(CVT)24由所述发动机16驱动。CVT是众所周知的并且包括CVT主动带轮26、CVT带28和CVT从动带轮30。这种CVT系统在机动脚踏两用车上是众所周知的，US2003/0092529示出了这样一种CVT系统的一个示例。但是，概略地说所述CVT从动带轮30具有两个凸缘31A，31B(见图3)，这两个凸缘经由弹簧32压在一起使带轮的有效直径扩展。所述CVT主动带轮26包括两个凸缘，这两个凸缘可以用过作用在斜坡上的球推在一起。当发动机的速度增加时，这些球向外离心使CVT主动带轮26的两个带轮26压在一起，从而增加主动带轮26的有效直径，因此减小从动带轮30的有效直径。因此，当发动机16以相对低的速度运行时，主动带轮26的有效直径相比于从动带轮30的有效直径相对较小。但是，当发动机以相对高的速度运行时，主动带轮26的有效直径增加，从动带轮30的有效直径减小。通过示例，在一个实施方式中，CVT的最低速比是2.4，即主动带轮26转动2.4转，从动带轮30转动一转。高速比是0.8，即主动带轮26的0.8转的转动造成从动带轮30一转的转动。
图3结合CVT24的一部分更详细地示出了变速器系统20。
该变速器系统20包括第一输入轴40、第二输入轴42、第一离心式(CF)离合器44、第二离心式离合器46以及自由轮(freewheeling)离合器48。
CVT24包括具有两块壳体50，具有第一半体50A和第二半体50B。第一和第二半体通过螺钉51紧固到一起。(当看图3时)第一输入轴40的左端紧固在衬套53中，衬套53安装在轴承54中，轴承54紧固在第一半体50A的轴承室内。第一输入轴40还安装在轴承55中，轴承55安装在第二半体50B的轴承室内。从动带轮30牢固转动地紧固(即转动地固定)到第一输入轴40以便于在需要时能够使CVT带28驱动所述第一输入轴40。
所述壳体50紧固到车辆10。
第二输入轴42包括容纳在第一输入轴40的凹槽61内的凸出部60。所述凹槽61包括两个针辊轴承56，所述针辊轴承56可转动地支撑凸出部60，从而在第二输入轴42的左端(当看图3时)上支撑第二输入轴42。第二输入轴42的右端支撑在轴承62上，轴承62由(示意性地示出的)车辆支撑。
第一离心式离合器44包括第一离合器鼓轮64。第二离心式离合器46包括第二离合器鼓轮66。第一离合器鼓轮64经由螺钉68紧固到第二离合器鼓轮66。第一离合器鼓轮64的左侧由轴承65支撑，轴承65支撑在第一输入轴40上。第二离合器鼓轮66的右侧由正如下面要进一步描述的自由轮离合器48支撑。第二离合器鼓轮66包括延伸部70，在该延伸部70上安装链轮71，链轮71驱动链22。
安装在第一输入轴40的右端上的是第一离心式离合器44的第一驱动部74。所述第一驱动部74包括包括板75A，在所述板75A上安装销76A。离合器闸块77A可枢转地安装在所述销76A上。弹簧(未示出)径向向内偏压闸块的工作表面(未示出)，使其远离第一离合器鼓轮64的内表面。当第一输入轴40的速度增加时，离心力会径向向外偏压离合器闸块77A的工作表面直到其接合第一离合器鼓轮64的内表面从而接合第一离心式离合器时。
第二离心式离合器46也包括以与第一驱动部74类似的方式操作的驱动部79。因此，该驱动部79包括板75B，在所述板75B上安装有销76B。离合器闸块77B可枢转地安装在所述销76B上，弹簧(未示出)偏压离合器闸块77B的工作表面，以使其远离第二离合器鼓轮66的内表面。当第二输入轴42的速度增加时，离心力克服所述弹簧的偏压，从而使闸块77B的工作表面能够接合第二离合器鼓轮66的内表面，从而接合第二离心式离合器。
自由轮离合器(也称作超越离合器或单向离合器)48本身是众所周知的。自由轮离合器的操作原理是其允许外部部件关于内部部件在一个方向上自由地转动但阻止外部部件关于内部部件在相反的方向上转动。自由轮离合器48具有外部部件80和内部部件81。图4示出了沿着箭头A(见图1和图3)的方向上的车辆的视图。自由轮离合器48配置成允许内部部件81关于外部部件80顺时针转动但阻止内部部件81关于外部部件80的逆时针转动。因此，当车辆10在前进方向B运动时，因为单向离合器阻止内部部件81关于外部部件80的逆时针运动，那内部部件81也会在顺时针方向上运动。换言之，当车辆在前进方向运动时，内部部件81必须至少像外部部件80一样快地在顺时针方向上转动。
电动机/发电机包括直接连接到第二输入轴42的右端的动力轴19(见图3)。该电动机电连接到电能存储装置，在该种情况下是电池17。
变速器系统20的操作如下：
在电动机/发电机静止并且发动机以空档速度运行的情况下，CVT齿数比会是2.4:1，因此输入轴会比发动机转动的更慢。在该速度下，第一离心式离合器44将不接合，因而发动机动力将不会传递到后轮。因此，在发动机空转的情况下，第一输入轴40将会转动。但是，第一离合器鼓轮64、第二离合器鼓轮66和第二输入轴42都将静止。
随着发动机速度增加，第一输入轴速度将增加，首先是由于发动机速度的增加，其次是由于CVT齿数比的改变。因此，将会使离合器闸块77A转动并径向向外离心以便于接合并转动第一离合器鼓轮64，从而使第二离合器鼓轮转动，进而使链轮71转动，从而驱动后轮。需要指出的是当使第二离合器鼓轮66转动时，其进而将使自由轮离合器的外部部件80转动，正如上面提到的，这是因为自由轮离合器配置成所述内部部件81至少像外部部件80一样快地转动(当在看图4时顺时针转动时)，然后自由轮离合器48将使第二输入轴以与第一输入轴相同的速度转动。正如上面提到的，电动机/发电机动力轴19直接连接到第二输入轴42，因此在这些情况下电动机转子将转动。但是，在这些情况下，电动机既不作为发电机起作用，因而不吸收动力，其也不作为电动机起作用，因而不传递动力。在这些情况下车辆仅由发动机推进，尽管电动机转子在转动(但是当电动机/发电机作为发电机起作用以对电池再充电时见下文)。
车辆可以备选地由电动机/发电机单独推进。因此，在这些情况下，当看图4时，电动机/发电机直接使第二输入轴42在顺时针方向上转动。当第二输入轴42以低速转动时，第二离心式离合器将脱开。此外，自由轮离合器将在自由回转模式中操作，即当看图4时，内部部件81将以与电动机/发电机相同的速度转动但外部部件将静止。当电动机/发电机的速度增加时第二离心式离合器的离合器闸块77B将向外离心并接合第二离合器鼓轮66的内表面，使第二离心式离合器接合从而推进所述车辆。在这些情况下，发动机、CVT和第一输入轴都将静止并且第一离心式离合器将脱开。
当需要使车辆变慢时，可以由后轮12驱动所述电动机/发电机。因此，当车辆10在前进方向B上以稳定速度行驶时，发动机16可以静止，电动机/发电机作为发动机操作来驱动车辆。当需要制动时，可以将电动机/发电机切换到发电模式，使第二输入轴42制动。但是，车辆的惯性将继续使后轮12在顺时针方向(当看图4时)转动，从而使外部部件80也在顺时针方向上转动。自由轮离合器配置成外部部件80的转动造成内部部件81的顺时针转动，从而在发电模式中驱动电动机/发电机并使车辆的动能能够转换成电能，然后将所述电能存储在电池17中。
所述变速器系统还可以实现倒退。因此，在发动机静止并且车辆静止的情况下可以在倒退方向上给电动机/发电机提供动力，这将导致自由轮离合器接合。倒退在双轮车上是有用的，例如当从停车位倒出时。
正如上面提到的，可以单独使用发动机动力、或单独使用电力或使用二者的结合来操纵车辆。但是，表1示出了车辆的典型操作模式。
表一
在车辆静止的情况下，电池既不充电也不放电。
在车辆使用电动机从静止运动的情况下，当第二输入轴速度逐渐增大时，第二离心式离合将逐渐接合，从而使第二离合器鼓轮以与第二输入轴相同的速度转动。在这些情况下，外部部件80将以与内部部件81相同的速度转动，尽管自由轮离合器不传递任何动力。
典型地，在这些情况下，在车速在0km/h与50km/h之间的情况下，由电动机单独给车辆提供动力。
车速在50km/h之上，将使用发动机。如果在该速度之上电池需要再充电，那可以将电动机/发电机切换到发电模式。但是，如果电池已充满电，那第二输入轴将同时以与第一输入轴相同的速度转动，电动机/发电机将切换成没有动力吸收。
对于最大功率，可以使用发动机来驱使车辆并可以使用电动机/发电机来驱使车辆。
在低于50km/h的车速下，当电池电量低，可以打开发动机以便于驱使车辆同时驱动在发电模式中驱动电动机/发电机以对电池再充电。
在制动期间(在发动机打开或关闭的情况下)，可以将电动机/发电机切换到发电模式从而将车辆的动能转化成存储在电池中的电能。
因为倒退一般是低速进行的，所以在倒退方向上以低速仅驱动第二输入轴，因此第二离心式离合器将不接合。
如上所述，将变速器系统连接到后轮的驱动装置是链22。在另一个实施方式中，可以使用备选的驱动装置，比如驱动带或驱动轴。
各个元件关于彼此的物理位置提供了紧凑的装置。因此，如图1中所示，发动机定位在变速器系统20之前，特别是CVT主动带轮26定位在CVT从动带轮30之前。电动机/发电机18、变速器系统20和CVT从动带轮均定位在从动轮12与发动机16之间。当考虑图2时，链22定位在由后轮12的中心定义的平面的右侧上，CVT24定位到该平面的左侧。当考虑图3时，驱动装置(链22)定位在所述链的右侧上的电动机/发电机与均在所述链22的左侧上的第一离合器鼓轮64、第二离合器鼓轮66和自由轮离合器48之间。
合适的控制系统被提供来控制发动机和电动机/发电机。控制单元将控制发动机的操作模式与电动机/发电机的操作模式，尤其如表1的各种操作模式中示出的。控制器将监控或估计电池电量并根据需要将电动机/发电机的操作模式设定到发动机模式或发电机模式。在需要时所述控制器还在倒退方向上驱动所述电动机。
图3示出了变速器系统20的一种变型，其额外包括离合器90(示意性地示出)。在该种情况下所述离合器90是摩擦离合器，其具有由弹簧装置(比如贝氏弹簧垫圈)偏压到一起的摩擦盘。离合器的一侧连接到第一输入轴40，离合器的另一侧连接到第二输入轴42。根据第一输入轴40与第二输入轴42的相对速度，所述离合器90设计成能够滑动。因此，当发动机静止并且车辆由电动机/发电机驱动时，所述离合器90将滑动。当车辆由发动机驱动时，如上所述，由于接合的自由轮离合器的操作，第二输入轴42将以与第一输入轴40相同的速度转动，因而离合器90没有发生滑动。离合器90的优点是其允许发动机向处于发电模式中的电动机/发电机提供动力同时车辆静止。因此，在发动机空转并且车辆静止的情况下，发动机每转动2.4转CVT从动带轮30转动一转。在该速度下，第一离心式离合器44不接合。但是，离合器90可以传递足够的扭矩以转动第二输入轴42，在电动机/发电机处于发电模式的情况下可以对电池再充电。在这些情况下，第二输入轴42将以与第二输入轴40相同的速度转动，这是在第二离心式离合器46将不接合的速度下。
如上所述，第一和第二离合器鼓轮经由螺钉68紧固在一起，即它们由固定齿数比紧固在一起，在该示例中是一比一。在另一个实施方式中，第一和第二离合器可以由除了一比一齿数比之外的齿数比连接。特别地，第一和第二离合器可以由可变齿数比连接。
如上所述，电能存储装置是电池，尽管在另一个实施方式中，可以使用电能存储装置的备选形式，比如电容器。

Claims (29)

1.一种变速器系统，其具有：
两个输入轴，其中，第一输入轴通过发动机驱动，第二输入轴能够通过第一输入轴或者电动机/发电机驱动，
第一离心式离合器，其具有安装在所述第一输入轴上的第一驱动部件和由所述第一驱动部件选择性驱动的第一离合器鼓轮，
第二离心式离合器，其具有安装在所述第二输入轴上的第二驱动部件和由所述第二驱动部件选择性驱动的第二离合器鼓轮，
所述第一离合器鼓轮转动地连接到所述第二离合器鼓轮，以及
自由轮离合器，其允许所述第二输入轴与所述第二离合器鼓轮之间在第一方向上的相对转动，但是阻止所述第二输入轴与所述第二离合器鼓轮之间在第二方向上的相对转动，所述自由轮离合器能够实现第一和第二离合器鼓轮驱动所述第二输入轴，
其中，当第二输入轴连接到电动机/发电机时，所述电动机/发电机可以在需要时作为电动机操作以驱动第二输入轴，并且可以在需要时作为由所述第二输入轴驱动的发电机操作。
2.根据权利要求1所述的变速器系统，其特征在于，所述第一输入轴与所述第二输入轴同心。
3.根据权利要求2所述的变速器系统，其特征在于，所述变速器系统包括第一输入轴和第二输入轴的其中一个的凹槽中的轴承，所述凹槽用于容纳第一输入轴和第二输入轴的另一个的凸出部。
4.根据权利要求1所述的变速器系统，其特征在于，第一离合器鼓轮转动地通过固定齿数比连接到第二离合器鼓轮。
5.根据权利要求4所述的变速器系统，其特征在于，所述固定齿数比是一比一。
6.根据权利要求1所述的变速器系统，其特征在于，所述第一离合器鼓轮与所述第二离合器鼓轮同心。
7.根据权利要求1所述的变速器系统，其特征在于，所述第一离合器鼓轮与所述第二离合器鼓轮转动地紧固。
8.根据权利要求1所述的变速器系统，其特征在于，所述自由轮离合器与所述第二离合器鼓轮和第二输入轴同心。
9.根据权利要求8所述的变速器系统，其特征在于，所述第一输入轴与所述第二输入轴同心，所述第二离合器鼓轮在轴向上定位在所述第一离合器鼓轮与所述自由轮离合器之间。
10.根据权利要求1所述的变速器系统，其特征在于，所述变速器系统包括在第一输入轴与第二输入轴之间可操作地直接传递扭矩的另一个离合器。
11.根据权利要求10所述的变速器系统，其特征在于，所述另一个离合器是摩擦离合器。
12.根据权利要求10所述的变速器系统，其特征在于，所述另一个离合器与所述第一输入轴同心。
13.根据权利要求10所述的变速器系统，其特征在于，所述另一个离合器与所述第二输入轴同心。
14.一种包括前述权利要求中任一项所述的变速器系统的混合动力单元，其包括可操作地连接到第一输入轴的第一动力单元和可操作地连接到第二输入轴的电动机/发电机。
15.根据权利要求14所述的混合动力单元，其特征在于，所述电动机/发电机包括与第二输入轴同心的输出轴。
16.根据权利要求14或15所述的混合动力单元，其特征在于，所述第一动力单元是内燃机。
17.根据权利要求16所述的混合动力单元，其特征在于，所述第一动力单元通过无级变速器连接到第一输入轴。
18.根据权利要求17所述的混合动力单元，其特征在于，所述无级变速器具有第一无级带轮，所述第一无级带轮经由带连接到第二无级带轮，并且第一无级带轮与第一动力单元的输出轴同心和/或第二无级带轮与第一输入轴同心。
19.一种包括根据权利要求14-18中任一项所述的混合动力单元的车辆，其包括由所述第一离合器鼓轮和所述第二离合器鼓轮中的至少一个驱动的从动轮。
20.根据引用权利要求18时的权利要求19所述的车辆，其特征在于，第二无级带轮定位在所述第一动力单元与所述从动轮之间。
21.根据权利要求19或20所述的车辆，其特征在于，所述第一离合器鼓轮和所述第二离合器鼓轮中的所述至少一个经由定位在由所述从动轮定义的平面的一侧上的驱动装置驱动所述从动轮，所述无级变速器定位在所述平面的另一侧上。
22.根据权利要求19或20所述的车辆，其特征在于，所述第一离合器鼓轮和所述第二离合器鼓轮的所述至少一个经由定位在电动机/发电机与第一离合器鼓轮、第二离合器鼓轮和自由轮离合器中的至少一个之间的驱动装置驱动所述从动轮。
23.根据权利要求22所述的车辆，其特征在于，所述驱动装置定位在电动机/发电机与第一离合器鼓轮、第二离合器鼓轮和自由轮离合器中的至少两个之间。
24.根据权利要求22所述的车辆，其特征在于，所述驱动装置定位在电动机/发电机与第一离合器鼓轮、第二离合器鼓轮和自由轮离合器中的三个之间。
25.一种操作根据权利要求19-22中任一项所述的车辆的方法，所述方法包括在发电模式中操作所述电动机/发电机以及经由所述自由轮离合器通过所述第一动力单元驱动所述电动机/发电机。
26.一种制动根据权利要求19-22中任一项所述的车辆的方法，所述方法包括以下步骤：以一速度驱动所述车辆、通过在发电模式中操作电动机/发电机来制动所述车辆以及经由自由轮离合器通过从动轮驱动电动机/发电机来将车辆减慢。
27.一种驱动根据权利要求19-22中任一项所述的车辆的方法，所述方法包括在前进方向上驱动所述车辆的步骤，并且包括通过在倒退方向上操作电动机/发电机来使车辆倒退以经由自由轮离合器在倒退方向上驱动所述从动轮的步骤。
28.一种操作根据权利要求19-22中任一项所述的车辆的方法，所述方法包括提供另一个可操作地从第一输入轴驱动第二输入轴的离合器的步骤，该方法包括在发电模式中操作电动机/发电机以及经由所述另一个离合器通过第一动力单元驱动电动机/发电机。
29.根据权利要求28所述的方法，所述方法包括确保所述从动轮静止的步骤。
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