CN103133613A - 双模式无级变速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及双模式无级变速器。一种无级变速器，包括具有两个前进模式和一个倒档模式的齿轮箱。所述齿轮箱包括多个齿轮构件，还包括至少三个扭矩传递装置，例如离合器和制动器，其有选择地用于接合所述齿轮构件的各种组合，使得一特定组合与所述两个前进模式和所述倒档模式之一相关联。

Description

双模式无级变速器

相关申请

本申请要求于2011年11月21日提交的美国临时申请No. 61/562,143的权益，其内容通过引用包含于本文。

技术领域

本发明涉及无级变速器。更具体地，本发明涉及具有两个模式的无级变速器。

背景技术

这一部分的内容仅仅提供与本公开有关的背景信息，可能会或可能不会构成现有技术。

无级变速器（CVT）通常包括联接在旋转动力源（例如发动机或电机）与主减速单元之间的变速机的齿轮传动机构。该变速机包括能够无级或连续改变输入速度相对于输出速度的比率（变速机传动比）的旋转输入盘和旋转输出盘。CVT提供的总速度比为变速机传动比和相应齿轮传动机构的函数。所述输出盘包括一体形成的齿轮齿，该齿轮齿与相应的齿轮啮合并驱动该齿轮。该齿轮转而功能地联接至输出轴或副轴，该输出轴或副轴功能地联接至主减速单元。

CVT设计通常具有单一的前进模式，限制了传动比的范围。因此，本领域需要一种允许大的传动比范围的CVT设计。

发明内容

一种无级变速器，包括具有两个前进模式和一个倒档模式的齿轮箱。所述齿轮箱包括多个齿轮构件，还包括至少三个扭矩传递装置，例如离合器和制动器，其有选择地用于接合所述齿轮构件的各种组合，使得一特定组合与所述两个前进模式和所述倒档模式之一相关联。

本发明提供下列技术方案。

技术方案1. 一种双模式无级变速器（CVT），包括：

变速机；和

通过输入传动齿轮联接至所述变速机的齿轮箱，该齿轮箱包括绕着轴定位的第一行星齿轮组和第二行星齿轮组、以及一组扭矩传递构件，

其中所述扭矩传递构件有选择地用于接合所述第一行星齿轮组和所述第二行星齿轮组的齿轮构件的各种组合，使得一特定组合与两个前进模式或一倒档模式之一相关联。

技术方案2. 如技术方案1的双模式CVT，其中所述第一行星齿轮组包括中心齿轮构件、行星齿轮架构件和齿圈构件。

技术方案3. 如技术方案2的双模式CVT，其中所述中心齿轮构件通过第一互联构件联接至所述输入传动齿轮，所述齿圈构件通过第二互联构件联接至中间传动齿轮，所述行星齿轮架构件联接至所述轴并支撑与所述中心齿轮构件和所述齿圈构件相互啮合的一组行星齿轮。

技术方案4. 如技术方案3的双模式CVT，其中所述第二行星齿轮组包括中心齿轮构件、行星齿轮架构件和齿圈构件。

技术方案5. 如技术方案4的双模式CVT，其中所述第二行星齿轮组的中心齿轮构件通过第三互联构件联接至所述输入传动齿轮，所述第二行星齿轮组的齿圈构件联接至第四互联构件，所述行星齿轮架构件联接至所述轴并支撑与所述第二行星齿轮组的中心齿轮构件和齿圈构件相互啮合的一组行星齿轮。

技术方案6. 如技术方案5的双模式CVT，其中所述一组扭矩传递构件包括第一扭矩传递构件、第二扭矩传递构件和第三扭矩传递构件。

技术方案7. 如技术方案6的双模式CVT，其中所述第一扭矩传递构件为制动器，所述第二扭矩传递构件为离合器，所述第三扭矩传递构件为制动器。

技术方案8. 如技术方案6的双模式CVT，其中当所述CVT操作于第一前进模式时，所述第一扭矩传递构件将所述第三互联构件联接至固定构件，以保持所述第二行星齿轮组的中心齿轮构件固定，从而引起所述输入扭矩从所述变速机通过所述输入传动齿轮传递至所述第二行星齿轮组的齿圈构件。

技术方案9. 如技术方案6的双模式CVT，其中当所述CVT操作于第二前进模式时，所述第二扭矩传递构件接合，以联接所述第一行星齿轮组和第二行星齿轮组中的一个或两个的两个或更多齿轮构件，从而引起所述第一行星齿轮组的构件和所述第二行星齿轮组的构件以相同的速度旋转。

技术方案10. 如技术方案6的双模式CVT，其中当所述CVT操作于倒档模式时，所述第三扭矩传递构件接合，以保持所述第一行星齿轮组的行星齿轮架构件，使得所述输入扭矩从所述变速机通过所述输入传动齿轮传递至所述第一行星齿轮组的中心齿轮构件，输出扭矩从所述第一行星齿轮组的齿圈构件传递至所述中间传动齿轮。

技术方案11. 一种双模式无级变速器（CVT），包括：

变速机；和

通过输入传动齿轮联接至所述变速机的齿轮箱，该齿轮箱包括绕着轴定位的行星齿轮组、以及一组扭矩传递构件，

其中所述扭矩传递机构有选择地用于接合所述行星齿轮组的齿轮构件的各种组合，使得特定的组合与两个前进模式或一倒档模式之一相关联。

技术方案12. 如技术方案11的双模式CVT，其中所述行星齿轮组包括第一中心齿轮构件、第二中心齿轮构件、齿圈构件和行星架构件。

技术方案13. 如技术方案12的双模式CVT，其中所述第一中心齿轮构件通过第一互联构件联接至所述输入传动齿轮，所述第二中心齿轮构件联接至第二互联构件，所述齿圈构件通过第三互联构件联接至所述轴，所述行星架构件通过第四互联构件联接至所述中间传动齿轮并支撑第一小齿轮构件和第二小齿轮构件。

技术方案14. 如技术方案13的双模式CVT，其中所述第一小齿轮构件与所述第一中心齿轮构件和所述第二小齿轮构件都相互啮合，所述第二小齿轮构件与所述齿圈构件、所述第二中心齿轮构件和所述第一小齿轮构件相互啮合。

技术方案15. 如技术方案13的双模式CVT，其中所述一组扭矩传递构件包括第一扭矩传递构件、第二扭矩传递构件和第三扭矩传递构件。

技术方案16. 如技术方案15的双模式CVT，其中当所述CVT操作于第一前进模式时，所述第一扭矩传递构件接合，以将所述第二中心齿轮构件联接至固定构件，使得所述输入扭矩从所述变速机通过所述输入传动齿轮传递至所述第一中心齿轮构件。

技术方案17. 如技术方案15的双模式CVT，其中当所述CVT操作于第二前进模式时，所述第二扭矩传递构件接合，使得所述输入扭矩从所述变速机通过所述输入传动齿轮传递至齿轮构件之一，且其它两个齿轮构件通过旋转离合器连接在一起。

技术方案18. 如技术方案15的双模式CVT，其中当所述CVT操作于倒档模式时，所述第三扭矩传递构件接合，以保持所述齿圈构件固定，使得所述输入扭矩从所述变速机传递至所述第一中心齿轮构件，引起所述第一小齿轮构件和所述第二小齿轮构件旋转，并且所述第二小齿轮构件反抗固定的齿圈构件，引起所述行星架构件旋转，从而引起所述中间传动齿轮旋转。

从下面提供的描述可清楚其它特征、优点和应用方面。应当理解，该描述和具体实例仅用于示例性目的，不意欲限制本公开的范围。

附图说明

本文所示附图仅用于示例性目的，不意欲以任何方式限制本公开的范围。附图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出本发明的原理。此外，附图中，在整个视图中，相同的附图标记指代相同的零件。附图中：

图1为根据本发明原理的机动车辆的动力系的示意图；

图2为图1中所示动力系的齿轮箱的特写视图；

图3为图1中所示根据本发明原理的动力系的另一齿轮箱的特写视图；和

图4为示出图1中所示动力系的输出速度比相对于变速机速度比的关系的曲线图。

具体实施方式

下面的描述实质上仅仅是示例性的，不意欲限制本公开、应用或使用。

现在参考图1，体现本发明原理的动力系标记为10。动力系10总地包括与变速器14互连的发动机12。发动机12可为传统的内燃机或电机，或任何其它类型的原动机，这都不脱离本公开的范围。发动机12通过例如挠性板或其它连接装置或起动装置（未示出）（例如流体动力装置或启动离合器）向变速器14提供驱动扭矩。

变速器14为环式无级变速器（CVT）。变速器14包括通常为铸件的金属壳体16，该壳体封装并保护变速器14的各个部件。壳体16包括定位和支撑这些部件的许多孔、通道、肩部和突缘。一般而言，变速器14包括变速器输入轴20和变速器输出轴22。构造成在变速器输入轴20和变速器输出轴22及变速机26之间提供前进挡和倒档或传动比的齿轮箱24连接在变速器输入轴20与变速器输出轴22之间。变速器输入轴20与发动机12功能性互连，并从发动机12接收输入扭矩或动力。变速器输出轴22优选与主减速单元25连接，该主减速单元25包括例如传动轴、差速器组件、和连接至车轮的传动轴等。变速器输入轴20联接至齿轮箱24并向其提供驱动扭矩。

齿轮箱24一般包括一个或多个齿轮组、离合器和/或制动器及轴。变速机26被图示为环形座圈滚动式变速机。但是，应当清楚，可使用各种其它类型的变速机，都不脱离本发明的范围。变速机26包括第一输入盘28和第二输入盘30。第一输入盘28包括环形外表面或第一输入座圈28A，第二输入盘30包括环形外表面或第二输入座圈30A。第一和第二输入座圈28A、30A之间布置有输出盘32。输出盘32包括环形外表面或第一输出座圈32A和环形外表面或第二输出座圈32B。第一输出座圈32A布置成与第一输入座圈28A相对，第二输出座圈32B布置成与第二输入座圈30A相对。第一输入座圈28A与第一输出座圈32A共同限定第一环形腔38，第二输入座圈30A与第二输出座圈32B共同限定第二环形腔40。各盘28、30、32共用由变速机轴42限定的共同旋转轴线。变速机轴42功能性地互连至变速器输入轴20，从而从发动机12接收驱动扭矩。输入盘28和30旋转地联接至变速机轴42，并通过多个辊子50和52传递驱动扭矩至输出盘32。

例如，第一腔38包括多个辊子50，第二腔40包括多个辊子52。通常，第一和第二腔38和40均包括两个或三个辊子50和52，但是应当清楚，可使用任意数量的辊子，都不脱离本发明的范围。每个辊子50、52都安装成绕着辊子轴线旋转，并在其相关联的输入和输出盘28、30和32的环形座圈28A、32A、32B和30A上滚动，以将扭矩从输入盘28和30传递至输出盘32。变速机扭矩比的改变通过辊子50、52的进动实现，使得辊子的轴线能够转动，以改变辊子轴线相对于变速机轴线的倾斜度。辊子50、52的进动导致辊子50、52在座圈28A、32A、32B和30A上行进的路线的半径的变化，从而导致输入盘28和30与输出盘32之间变速机传动比的变化。变速机输出齿轮60联接至远端部分54。变速机输出传动齿轮60与齿轮箱24啮合。齿轮箱24通过输出传动齿轮62与变速器输出轴22功能性互联，并将驱动扭矩从变速机26和变速机输出传动齿轮60供给至变速器输出轴22，从而供给至主减速单元25。

齿轮箱24包括绕着轴63定位的第一行星齿轮组64和第二行星齿轮组66。第一行星齿轮组64包括中心齿轮构件68、行星齿轮架构件70和齿圈构件72。中心齿轮构件68通过第一轴或互联构件74联接至输入传动齿轮60。齿圈构件72通过第二轴或互联构件78联接至中间传动齿轮76。行星齿轮架构件70联接至轴63，并可旋转地支撑一组构造成与中心齿轮构件68和齿圈构件72都互相啮合的行星齿轮80。

第二行星齿轮组66包括中心齿轮构件82、行星齿轮架构件84和齿圈构件86。中心齿轮构件82连接至第三轴或互联构件88，齿圈构件86连接至第四轴或互联构件90。行星齿轮架构件84联接至轴63，并可旋转地支撑一组构造成与中心齿轮构件82和齿圈构件86都互相啮合的行星齿轮85。

第一扭矩传递构件如制动器92有选择地将第三轴或互联构件88联接至固定构件或变速器壳体16。第二扭矩传递构件如离合器94有选择地将第三轴或互联构件88与第四轴或互联构件90联接。第三扭矩传递机构如制动器96有选择地将固定构件或变速器壳体16联接至轴63。在图2所示特定实施方案中，制动器92操作成接合第一前进模式，离合器94操作成接合第二前进模式，制动器96操作成接合变速器14的倒档模式。

当变速器14以上述三个模式之一操作时，输入扭矩从变速机26通过输入传动齿轮60传递至齿圈箱24。齿轮箱24转而通过中间传动齿轮76、轴或互联构件98和输出传动齿轮62将输出扭矩传递至主减速单元25。

在倒档模式中，制动器96接合，以保持行星齿轮架构件70固定。输入扭矩通过第一轴或互联构件74从变速机26经由输入传动齿轮60传递至中心齿轮构件68。输出扭矩从齿圈构件72传递至中间传动齿轮76。

当变速器14操作于第一前进模式（低模式）时，制动器92接合以保持中心齿轮构件82固定。输入扭矩从变速机26经由输入传动齿轮60传递至齿圈构件86。因此，行星齿轮架构件84由此通过行星齿轮85设定的旋转速度以保持中心齿轮构件82和驱动行星齿轮构件86为基础。这样，行星齿轮架构件70的旋转速度与行星齿轮架构件84的相同，并且齿轮箱24的输出旋转速度等于行星齿轮架构件70的速度相对于中心齿轮68的速度的比。

当变速器14操作于第二前进模式（高模式）时，离合器94接合。这将齿圈构件86联接至中心齿轮构件82，使得所述一组行星齿轮85具有与行星齿轮架构件84相同的旋转速度，导致中心齿轮构件68具有与所述一组行星齿轮80相同的旋转速度。

现在参考图3，示出了用于变速器14的齿轮箱100的另一布置。齿轮箱100包括绕着轴63定位的行星齿轮组101。行星齿轮组101包括齿圈构件172、第一中心齿轮构件168、第二中心齿轮构件185和行星架构件170。第一中心齿轮构件168通过第一轴或互联构件174联接至输入传动齿轮60。第二中心齿轮构件185联接至第二轴或互联构件188。齿圈构件172通过第三轴或互联构件190联接至轴63。行星架构件170通过第四轴或互联构件191联接至中间传动齿轮76，并可旋转地支撑第一小齿轮构件192和第二小齿轮构件194。第一小齿轮构件192构造成与第一中心齿轮构件168和第二小齿轮构件194都相互啮合。第二小齿轮构件194构造成与齿圈构件172、第二中心齿轮构件185和第一小齿轮构件192相互啮合。

第一扭矩传递构件如制动器92有选择地将第二轴或互联构件188联接至固定构件或变速器壳体16。第二扭矩传递构件如离合器94有选择地将第四轴或互联构件191与轴63联接。第三扭矩传递机构如制动器96有选择地将固定构件或变速器壳体16联接至轴63。在图3所示特定实施方案中，制动器92操作成接合第一前进模式（低模式），第二离合器94操作成接合第二前进模式（高模式），制动器96操作成接合变速器14的倒档模式。

当变速器14以上述三个模式之一操作时，输入扭矩从变速机26通过输入传动齿轮60传递至齿圈箱100。齿轮箱100转而通过中间传动齿轮76、轴或互联构件98和输出传动齿轮62将输出扭矩传递至主减速单元25。

在倒档模式中，制动器96接合，以防止齿圈构件172旋转。输入扭矩从变速机26传递至第一中心齿轮构件168，引起第一小齿轮构件192和第二小齿轮构件194旋转。第二小齿轮构件194反抗固定的齿圈构件172，引起行星架构件170旋转，从而引起中间传动齿轮76旋转。

当变速器14操作于第一前进模式（低模式）时，制动器92接合以将其联接至第二中心齿轮构件185，保持第二中心齿轮构件185固定。输入扭矩从变速机26通过输入传动齿轮60传递到第一中心齿轮构件168。旋转的第一齿轮构件168转动第一小齿轮构件192和第二小齿轮构件194。小齿轮构件194反抗固定的第二中心齿轮构件185，引起行星架构件170旋转，从而引起中间传动齿轮76旋转。

当变速器14操作于第二前进模式（高模式）时，离合器94接合。输入扭矩从变速机26通过输入传动齿轮60传递到第一中心齿轮构件168。行星架构件170和齿圈构件172通过旋转离合器连接在一起。因此，行星架构件170和齿圈构件172以与第一中心齿轮构件168相同的速度一起旋转。旋转的行星架构件170引起中间传动齿轮76旋转。

图4中示出上述双模式齿轮箱24和100的特征，其示出了随变速器传动比变化的变速机传动比。线200和线201分别为低模式的下边界和上边界，而线202和线203分别为高模式的上边界和下边界，区域204是两个模式重叠的地方。因此，人们可以容易地看出，双模式齿轮箱的使用相对于单模式的使用极大地扩展了变速器的性能。注意，变速器不限于上述这两个齿轮箱。本领域的技术人员应清楚，还存在布置齿轮和离合器的其它方式，在变速机后提供必要的传动比。

本发明的描述实质上仅仅是示例性的，不脱离本发明要点的变型也在本发明的范围内。这种变型不被认为脱离本发明的实质和范围。

Claims (10)

1.一种双模式无级变速器（CVT），包括：

变速机；和

通过输入传动齿轮联接至所述变速机的齿轮箱，该齿轮箱包括绕着轴定位的第一行星齿轮组和第二行星齿轮组、以及一组扭矩传递构件，

其中所述扭矩传递构件有选择地用于接合所述第一行星齿轮组和所述第二行星齿轮组的齿轮构件的各种组合，使得一特定组合与两个前进模式或一倒档模式之一相关联。

2.如权利要求1的双模式CVT，其中所述第一行星齿轮组包括中心齿轮构件、行星齿轮架构件和齿圈构件。

3.如权利要求2的双模式CVT，其中所述中心齿轮构件通过第一互联构件联接至所述输入传动齿轮，所述齿圈构件通过第二互联构件联接至中间传动齿轮，所述行星齿轮架构件联接至所述轴并支撑与所述中心齿轮构件和所述齿圈构件相互啮合的一组行星齿轮。

4.如权利要求3的双模式CVT，其中所述第二行星齿轮组包括中心齿轮构件、行星齿轮架构件和齿圈构件。

5.如权利要求4的双模式CVT，其中所述第二行星齿轮组的中心齿轮构件通过第三互联构件联接至所述输入传动齿轮，所述第二行星齿轮组的齿圈构件联接至第四互联构件，所述行星齿轮架构件联接至所述轴并支撑与所述第二行星齿轮组的中心齿轮构件和齿圈构件相互啮合的一组行星齿轮。

6.如权利要求5的双模式CVT，其中所述一组扭矩传递构件包括第一扭矩传递构件、第二扭矩传递构件和第三扭矩传递构件。

7.如权利要求6的双模式CVT，其中所述第一扭矩传递构件为制动器，所述第二扭矩传递构件为离合器，所述第三扭矩传递构件为制动器。

8.如权利要求6的双模式CVT，其中当所述CVT操作于第一前进模式时，所述第一扭矩传递构件将所述第三互联构件联接至固定构件，以保持所述第二行星齿轮组的中心齿轮构件固定，从而引起所述输入扭矩从所述变速机通过所述输入传动齿轮传递至所述第二行星齿轮组的齿圈构件。

9.如权利要求6的双模式CVT，其中当所述CVT操作于第二前进模式时，所述第二扭矩传递构件接合，以联接所述第一行星齿轮组和第二行星齿轮组中的一个或两个的两个或更多齿轮构件，从而引起所述第一行星齿轮组的构件和所述第二行星齿轮组的构件以相同的速度旋转。

10.一种双模式无级变速器（CVT），包括：

变速机；和

通过输入传动齿轮联接至所述变速机的齿轮箱，该齿轮箱包括绕着轴定位的行星齿轮组、以及一组扭矩传递构件，

其中所述扭矩传递机构有选择地用于接合所述行星齿轮组的齿轮构件的各种组合，使得特定的组合与两个前进模式或一倒档模式之一相关联。

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