CN102720810B - 自动变速器、包含该自动变速器的车辆及其换挡方法 - Google Patents

Abstract

自动变速器，包括输入轴、行星齿轮机构和输出齿轮，所述行星齿轮机构包括太阳轮、行星架和齿圈，其中，所述自动变速器还包括相互嵌套使用的离合器和制动器，所述制动器包括第一主动鼓和第一被动鼓，所述第一被动鼓固定在自动变速器的壳体上，所述行星架与所述制动器的第一主动鼓连接，太阳轮固定安装在所述输入轴上，所述太阳轮还通过所述离合器与所述制动器的第一主动鼓连接，所述齿圈与所述输出齿轮固定连接。本发明还提供了包含该自动变速器的车辆及其换挡方法。本发明的自动变速器、包含该自动变速器的车辆及其换挡方法，通过制动器、离合器和行星齿轮机构的配合实现了低速挡和高速挡，因而体积较小、结构比较简单。

Description

自动变速器、包含该自动变速器的车辆及其换挡方法

技术领域

本发明涉及一种自动变速器、包含该自动变速器的车辆及其换挡方法。

背景技术

电动汽车作为新能源汽车的代表，因其具有零排放、低能耗、低成本、低噪音等优点，已成为当前汽车界的主要发展方向。

作为电动汽车动力源的电机，本身具有无机调速的能力，但为了提高电动汽车的动力性及经济性，也需要一定挡位的变速器对电机的输出动力进行调节。

目前，电动汽车的变速器主要是由燃油汽车的变速器“变形”而来或者只用减速器。燃油汽车的变速器尤其是自动变速器虽然性能优越，但是，一方面其体积、重量较大，直接应用于电动汽车会使用整车的重量增加太多；另一方面，由于电机的特性与发动机不同，电动汽车没有必要使用燃油汽车变速器那么复杂的结构，直接使用的话会造成不必要的能量损耗，降低了电动汽车的能量利用效率。

发明内容

本发明为解决现有变速器应用于电动汽车时体积较大、结构复杂的技术问题，提供一种体积较小、结构简单的自动变速器、包含该自动变速器的车辆及其换挡方法。

本发明一方面提供了一种自动变速器，包括输入轴、行星齿轮机构和输出齿轮，所述行星齿轮机构包括太阳轮、行星架和齿圈，其中，所述自动变速器还包括相互嵌套使用的离合器和制动器，所述制动器包括第一主动鼓和第一被动鼓，所述制动器的第一被动鼓固定在自动变速器的壳体上，所述行星架与所述制动器的第一主动鼓连接，所述太阳轮固定安装在所述输入轴上，所述太阳轮还通过所述离合器与所述制动器的第一主动鼓连接，所述齿圈与所述输出齿轮固定连接。

进一步地，所述离合器为湿式离合器，所述制动器为湿式制动器，所述离合器包括第二主动鼓和第二被动鼓，所述离合器的第二主动鼓与所述输入轴固定连接，所述离合器的第二被动鼓和所述制动器的第一主动鼓固定连接。

所述离合器的第二被动鼓和所述制动器的第一主动鼓一体成型。

所述输出齿轮空套在所述输入轴上，所述输出齿轮与所述齿圈花键连接。

本发明另一方面还提供了一种车辆，包括动力源、差速器和主减速齿轮，其中，所述车辆还包括上述的自动变速器，所述动力源与所述自动变速器的输入轴固定连接，所述自动变速器的输出齿轮与所述主减速齿轮啮合，所述主减速齿轮与所述差速器连接以输出动力。

本发明再一方面还提供了一种车辆的换挡方法，其中，所述车辆为上述的车辆，所述换挡方法包括：分别控制离合器和制动器实现低速挡、高速挡和空挡。

进一步地，所述低速挡是这样实现的：控制所述离合器分离，控制所述制动器结合。

所述高速挡是这样实现的：控制所述离合器结合，控制所述制动器分离。

所述空挡是这样实现地：控制所述离合器分离，控制所述制动器分离。

所述动力源为电机，所述电机的输出轴与所述自动变速器的输入轴固定连接，所述换挡方法还包括：控制电机反转，当控制所述离合器分离，控制所述制动器结合时实现低速倒挡；当控制所述离合器结合，控制所述制动器分离时实现高速倒挡。

本发明的自动变速器、包含该自动变速器的车辆及其换挡方法，通过制动器、离合器和行星齿轮机构的配合实现了低速挡和高速挡，因而体积较小、结构比较简单。

附图说明

图1是本发明一种实施方式提供的自动变速器的剖视示意图；

图2是本发明一种实施方式提供的车辆的结构简图；

图3是本发明一种实施方式提供的车辆处于低速挡时的示意简图，其中，粗实线表示动力传递路线；

图4是本发明一种实施方式提供的车辆处于高速挡时的示意简图，其中，粗实线表示动力传递路线；

图5是本发明一种实施方式提供的车辆处于空挡时的示意简图，其中，粗实线表示动力传递路线。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

由于电机在全转速范围内，大功率、大扭矩和经济性区域比较宽泛，往往不需要传统燃油车上的那种多挡变速器，但一挡变速器又略显不足，因此采用两挡或三挡变速器更适合电动汽车的动力输出需要。

根据本发明的一种实施方式，如图1所示，一种自动变速器，包括输入轴1、行星齿轮机构4和输出齿轮2，行星齿轮机构4包括太阳轮19、行星架5和齿圈3，其中，该自动变速器还包括相互嵌套使用的离合器15和制动器9，制动器9包括第一主动鼓8和第一被动鼓6，制动器9的第一被动鼓6固定在自动变速器的壳体12上，行星架5与制动器9的主动鼓连接，太阳轮19固定安装在输入轴1上，太阳轮19还通过离合器15与制动器9的第一主动鼓8连接，齿圈3与输出齿轮2固定连接。

行星架5与制动器9的第一主动鼓8可以通过各种合适的方式固定连接如可以通过花键连接实现。

一般地，为了安装支持输入轴1等零部件，自动变速器包括壳体12，输入轴1、行星齿轮机构4、输出齿轮2、离合器15和制动器9均安装在壳体12内。

公知地，行星齿轮机构4包括太阳轮19、行星架5和齿圈3，太阳轮19和齿圈3之间通过多个如3个行星轮构成连接，行星架5与所有的行星轮连接，在太阳轮19、行星架5和齿圈3三者中，固定一者，剩余两者中即可一者输入动力，一者输出动力；而如果三者中的两者连接在一起时，整个行星齿轮机构即形成为一个整体，此时不会起到减速作用，即此时，行星齿轮机构4的传动比为1；当三者中有两者没有固定的话，其中一者输入动力，整个行星齿轮机构4无法输出动力。

本领域技术人员可以根据需要合理设置行星齿轮机构4的尺寸，并且选择固定太阳轮19、行星架5和齿圈3三者的一者，从而形成合适的传动比。

太阳轮19、行星架5和齿圈3三者中任意一者的固定均可通过各种合适的装置实现，如利用制动器实现等。

根据本发明的一种实施方式，行星齿轮机构4选择利用制动器9来固定行星架5，从而形成一个较大的传动比。而为了再增加一个传动比，在尽量降低自动变速器尺寸的前提下，本发明选择利用离合器15与行星齿轮机构4配合实现。

制动器9和离合器15可以根据需要选择各种合适的类型来实现，为了更好的适应经常换挡的需要，进一步地，离合器15为湿式离合器，制动器9为湿式制动器。

一般地，离合器15和制动器9均包括主动鼓和被动鼓，如离合器15包括第二主动鼓18、第二被动鼓13、离合器片17、第二回位弹簧16和第二液压缸14，离合器片17可以包括多个第二摩擦片和多个第二对偶片（图中未示出），第二摩擦片花键连接在第二主动鼓18上，第二对偶片花键连接在第二被动鼓13上，第二液压缸14进油时，第二摩擦片和第二对偶片在液压缸14的推动下接触压紧，从而使得第二主动鼓18和第二被动鼓13连接在一起进而传递动力。在此过程中，第二回位弹簧16也会被压缩，当第二液压缸14回油时，在第二回位弹簧16的作用下，第二摩擦片和第二对偶片分离，从而使得第二主动鼓18和第二被动鼓13断开连接。

类似的，制动器9包括第一主动鼓8、第一被动鼓6、制动器片7、第一回位弹簧10和第一液压缸11，制动器片7可以包括多个第一摩擦片和多个第一对偶片（图中未示出），第一摩擦片花键连接在第一主动鼓8上，第一对偶片花键连接在第一被动鼓6上，第一液压缸11进油时，第一摩擦片和第一对偶片在液压缸11的推动下接触压紧，从而使得第一主动鼓8和第一被动鼓6连接在一起进而传递动力。在此过程中，第一回位弹簧10也会被压缩，当第一液压缸11回油时，在第一回位弹簧10的作用下，第一摩擦片和第一对偶片分离，从而使得第一主动鼓8和第一被动鼓6断开连接。

即通过控制离合器15的第二液压缸14的动作如进油或回油即可实现离合器15的结合或分离；通过控制制动器9的第一液压缸11的动作如进油或回油即可实现制动器9的结合或分离。

离合器15和制动器9可以设置在自动变速器壳体12（图1中仅示出了部分壳体）内部的合适位置上。

根据本发明的一种实施方式，离合器15的第二主动鼓18与输入轴1固定连接，离合器15的第二被动鼓13和制动器9的第一主动鼓8固定连接。

离合器15的第二主动鼓18与输入轴1固定连接如通过花键连接，由于太阳轮19也固定在输入轴1上，又由于，离合器15的第二被动鼓13和制动器9的第一主动鼓8固定连接，所以，离合器15的第二主动鼓18与太阳轮19固定连接在一起。即，太阳轮19通过离合器15实现了与制动器9的第一主动鼓8的连接。

离合器15的第二被动鼓13和制动器9的第一主动鼓8固定连接可以通过各种合适的方式实现，如螺栓连接、一体成型等。

为了降低离合器15和制动器9占用的空间，进一步地，离合器15的第二被动鼓13和制动器9的第一主动鼓8一体成型。如离合器15的第二被动鼓13可以为环形结构，在离合器15的第二被动鼓13的环形结构内壁上设置离合器片17，在环形结构的外周壁上设置制动器片7，离合器15的第二被动鼓13与制动器9的第一主动鼓8集成为一体。即，离合器15的第二被动鼓13也是制动器9的第一主动鼓8，此时，离合器15和制动器9之间就形成了相互嵌套使用的关系。

为了合理布置输出齿轮2，根据本发明的一种实施方式，输出齿轮2空套在输入轴1上。且可以位于靠近动力源（图1中未示出）的一侧，从而有效减少该自动变速器的尺寸尤其是轴向尺寸。

输出齿轮2可以通过各种合适的方式与齿圈3连接，如可以通过花键与齿圈3连接。

本发明的自动变速器，选择行星齿轮机构4作为传动比的实现装置，通过行星齿轮机构4与制动器9和离合器15的配合，从而可以使得行星齿轮机构输出一个大的传动比和数值为1的传动比，进而使得车辆可以形成两个挡位，从而提高动力源如电机的动力性。

同时，制动器9和离合器15集成在一起形成相互嵌套使用的方式，从而有效降低所占空间尤其是可以缩短自动变速器的轴向空间，有利于简化结构、缩小该自动变速器的体积。

为了实现离合器15的支撑，离合器15的第二主动鼓18与输入轴1花键连接，离合器15的第二被动鼓13支撑在自动变速器的壳体12上。

根据本发明的一种实施方式，如图2所示，本发明还提供了一种车辆，包括动力源23、差速器22和主减速齿轮21，其中，该车辆还包括上述的自动变速器，动力源23与自动变速器的输入轴1固定连接，自动变速器的输出齿轮2与主减速齿轮21啮合，主减速齿轮21与差速器22连接以输出动力。

主减速齿轮21和输出齿轮2啮合从而形成主传动比，与行星齿轮机构4的传动比配合，从而形成车辆整体的传动比。

主减速齿轮21可以通过各种合适的方式与差速器22连接，如可以通过螺栓与差速器22连接。

差速器22在向两边半轴传递动力的同时，允许两边半轴以不同的转速旋转，满足两边车轮20尽可能以纯滚动的形式作不等距行驶，减少轮胎与地面的摩擦。

本发明再一方面还提供了一种车辆的换挡方法，其中，车辆为上述的车辆，该换挡方法包括：分别控制离合器15和制动器9实现低速挡、高速挡和空挡。

进一步地，根据本发明的一种实施方式，如图3所示，低速挡是这样实现的：控制离合器15分离，控制制动器9结合。即，控制离合器15的第二液压缸14回油，此时离合器15分离；控制制动器9的第一液压缸11进油，此时制动器9结合。行星架5由于与制动器9连接，所以行星架5被制动器9制动固定，此时动力源23的动力通过输入轴1、太阳轮19、齿圈3和输出齿轮2到达主减速齿轮21，进而通过差速器22到达车轮20，车辆以低速挡行驶。在此过程中，行星齿轮机构4起到减速作用。

进一步地，根据本发明的一种实施方式，如图4所示，高速挡是这样实现的：控制离合器15结合，控制制动器9分离。即，控制制动器9的第一液压缸11回油，此时制动器9分离；控制离合器15的第二液压缸14进油，此时离合器15结合。由于行星架5与制动器9的第一主动鼓8固定连接，太阳轮19与离合器15的第二主动鼓18固定连接，离合器15的第二被动鼓13与制动器9的第一主动鼓8一体，所以太阳轮19和行星架5连接在一起，行星齿轮机构4等效为一个整体，以1的传动比传递动力。即动力源23的动力经输入轴1、行星齿轮机构4和输出齿轮2到达主减速齿轮21，进而通过差速器22到达车轮20，车辆以高速挡行驶。在此过程中，行星齿轮机构4不起减速作用。

进一步地，根据本发明的一种实施方式，如图5所示，空挡是这样实现地：控制离合器15分离，控制制动器9分离。即，控制离合器15的第二液压缸14回油，此时离合器15分离；控制制动器9的第一液压缸11回油，此时制动器9分离。所以，行星架5由于制动器9分离而自由转动；太阳轮19由于离合器15分离而不与行星架5连接，即太阳轮19也自由转动。所以，此时，行星齿轮机构4不会输出动力，动力源23的动力到达输入轴1后无法输出，从而实现了车辆的空挡。

进一步地，动力源23为电机，电机的输出轴与自动变速器的输入轴1固定连接，该换挡方法还包括：控制电机反转：当控制离合器15分离，控制制动器9结合时实现低速倒挡；控制离合器15结合，控制制动器9分离时实现高速倒挡。

由于电机可以正转和反转，控制电机正转即可使得车辆以低速挡或高速挡前进；控制电机反转即可实现车辆的倒挡。

当电机反转时，控制离合器15分离，控制制动器9结合时即可实现低速倒挡，此时反向的动力沿低速挡的传递路线到达车轮；控制离合器15结合，控制制动器9分离时即可实现高速倒挡，此时反向的动力沿高速挡的传递路线到达车轮。

在实际使用时，本领域技术人员可以根据需要选择上述的低速倒挡挡位和/或者高速倒挡挡位作为车辆的倒挡挡位。根据本发明的一种实施方式，车辆的倒挡挡位为上述的低速倒挡挡位，该倒挡是这样实现的：控制电机反转，控制离合器15分离，控制制动器9结合，此时，反转的动力通过输入轴1、太阳轮19、齿圈3和输出齿轮2到达主减速齿轮21，进而通过差速器22到达车轮20，实现倒挡。

本发明的自动变速器、包含该自动变速器的车辆及其换挡方法，通过制动器、离合器和行星齿轮机构的配合尤其是制动器和离合器的相互嵌套使用实现了低速挡和高速挡，因而使得该自动变速器的体积较小、结构比较简单。

同时，将制动器的主动鼓和离合器的被动鼓集成为一体形成相互嵌套使用的关系，使得制动器的主动鼓同时也是离合器的被动鼓，从而可以有效降低该自动变速器的轴向尺寸，有利于缩小自动变速器的体积，简化结构，降低重量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.自动变速器，包括输入轴、行星齿轮机构和输出齿轮，所述行星齿轮机构包括太阳轮、行星架和齿圈，其特征在于，所述自动变速器还包括相互嵌套使用的离合器和制动器，所述制动器包括第一主动鼓和第一被动鼓，所述制动器的第一被动鼓固定在自动变速器的壳体上，所述行星架与所述制动器的第一主动鼓连接，所述太阳轮固定安装在所述输入轴上，所述太阳轮还通过所述离合器与所述制动器的第一主动鼓连接，所述齿圈与所述输出齿轮固定连接。

2.如权利要求1所述的自动变速器，其特征在于，所述离合器为湿式离合器，所述制动器为湿式制动器，所述离合器包括第二主动鼓和第二被动鼓，所述离合器的第二主动鼓与所述输入轴固定连接，所述离合器的第二被动鼓和所述制动器的第一主动鼓固定连接。

3.如权利要求2所述的自动变速器，其特征在于，所述离合器的第二被动鼓和所述制动器的第一主动鼓一体成型。

4.如权利要求2所述的自动变速器，其特征在于，所述输出齿轮空套在所述输入轴上，所述输出齿轮与所述齿圈花键连接。

5.一种车辆，包括动力源、差速器和主减速齿轮，其特征在于，所述车辆还包括权利要求1-4中任意一项所述的自动变速器，所述动力源与所述自动变速器的输入轴固定连接，所述自动变速器的输出齿轮与所述主减速齿轮啮合，所述主减速齿轮与所述差速器连接以输出动力。

6.一种车辆的换挡方法，其特征在于，所述车辆为权利要求5中所述的车辆，所述换挡方法包括：分别控制离合器和制动器实现低速挡、高速挡和空挡。

7.如权利要求6所述的换挡方法，其特征在于，所述低速挡是这样实现的：控制所述离合器分离，控制所述制动器结合。

8.如权利要求6所述的换挡方法，其特征在于，所述高速挡是这样实现的：控制所述离合器结合，控制所述制动器分离。

9.如权利要求6所述的换挡方法，其特征在于，所述空挡是这样实现地：控制所述离合器分离，控制所述制动器分离。

10.如权利要求6所述的换挡方法，其特征在于，所述动力源为电机，所述电机的输出轴与所述自动变速器的输入轴固定连接，所述换挡方法还包括：控制电机反转，当控制所述离合器分离，控制所述制动器结合时实现低速倒挡；当控制所述离合器结合，控制所述制动器分离时实现高速倒挡。