CN103256367B - 液力机械式多离合器变速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及液力机械式多离合器变速器。液力机械式多离合器变速器，包括主输入轴、主输出轴、液力变矩器、多离合器和双行星排汇流机构，液力变矩器的变矩器输入端是与主输入轴传动连接，多离合器包括离合输入端、至少三根同轴设置的离合输出轴和离合机构；所述双行星排汇流机构的第一行星排包括第一太阳轮输入轴、第一行星架输入轴，所述第二行星排包括第二齿圈输入轴，所述第二行星架与所述第一齿圈是同轴传动连接，所述第二太阳轮与所述主输出轴同轴传动连接，所述第一太阳轮输入轴、第一行星架输入轴和第二齿圈输入轴与对应的离合输出轴之间分别对应设有变速齿轮组，并分别对应设有制动器。该变速器结构紧凑且档位较多。

Description

液力机械式多离合器变速器

技术领域

本发明涉及液力机械式多离合器变速器。

背景技术

液力机械式多离合器变速器液力变矩器能够在一定范围内自动地实现变矩比和传动比的无级变化，但存在着变矩能力和效率之间的矛盾，因此常与齿轮式变速器组成的液力机械式变速器来满足车辆的使用要求。例如申请号为201210003996.2公开的一种液力双离合器自动选换档系统，包括向选换档系统输入扭矩的主输入轴、向选换档系统外输出扭矩的主输出轴、液力变矩器和变速传动装置，变速传动装置包括双离合器变速器和齿轮传动部分，双离合器变速器具有奇数档离合输出轴和偶数档离合输出轴，齿轮传动部分包括两根中间轴、按设定的选换档规律设置在各离合输出轴和对应的各中间轴之间的1～6档主动齿轮和从动齿轮、倒档输出轴、对应的倒档主动齿轮、倒档中间齿轮、倒档从动齿轮，液力变矩器的输入端与主输入轴传动连接、输出端与双离合器变速器的输入端传动连接，各主动齿轮和从动齿轮通过对应的拨叉选择性地结合从而实现前进档1～6档及倒档的选换档，该系统的各档工作时，液力变矩器能够对外部载荷进行自动调节和适应，使车辆操纵更简单运行更平稳，但是，该液力双离合器自动选换档系统的齿轮变速器采用的是三轴式的双离合器变速器，其零部件较多，结构复杂，径向尺寸较大，组装维护不便，零部件成本和组装成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构紧凑且档位较多的液力机械式多离合器变速器。

本发明采用的技术方案是：液力机械式多离合器变速器，包括主输入轴、主输出轴和液力变矩器，液力变矩器的变矩器输入端是与主输入轴传动连接，还包括多离合器和双行星排汇流机构，所述多离合器包括与液力变矩器的变矩器输出端同轴传动连接的离合输入端、至少三根同轴设置的离合输出轴和用于选择离合输入端与其中一根离合输出轴传动连接的离合机构；所述双行星排汇流机构包括第一行星排和第二行星排，所述第一行星排包括第一太阳轮、第一行星轮、第一齿圈和第一行星架，还包括向第一太阳轮输入扭矩的第一太阳轮输入轴、向第一行星架输入扭矩的第一行星架输入轴，所述第二行星排包括第二太阳轮、第二行星轮、第二齿圈和第二行星架，还包括向第二齿圈输入扭矩的第二齿圈输入轴，所述第二行星架与所述第一齿圈是同轴传动连接，所述第二太阳轮与所述主输出轴同轴传动连接，所述第一太阳轮输入轴、第一行星架输入轴和第二齿圈输入轴与对应的离合输出轴之间分别对应设有用于在多离合器与第一太阳轮输入轴、第一行星架输入轴或第二齿圈输入轴之间传递扭矩的变速齿轮组，所述第一太阳轮输入轴、第一行星架输入轴和第二齿圈输入轴上还分别设有用于将对应轴制动的制动器。

所述第一太阳轮输入轴、第一行星架输入轴和第二齿圈输入轴与对应的离合输出轴之间的变速齿轮组均为一组，分别为第一太阳轮变速齿轮组、第一行星架变速齿轮组和第二齿圈变速齿轮组，各组变速齿轮组均包括一对相互啮合传动的主动齿轮和从动齿轮。

所述液力机械式多离合器变速器设有用于控制所述多离合器和各制动器动作的离合器制动器操纵机构。

所述液力机械式多离合器变速器包括对应所述主输入轴、主输出轴、各离合输出轴、第一太阳轮输入轴、第一行星架输入轴和第二齿圈输入轴设置的用于检测各根轴的转速的转速传感器，还包括用于获取所述转速传感器的转速信息并根据转速信息控制所述离合器制动器操纵机构动作的电子控制单元，转速传感器的信号输出端与电子控制单元的信号输入端通信连接，电子控制单元与所述离合器制动器操纵机构控制连接。

采用本发明的上述技术方案，多离合器通过各根离合输出轴和对应的变速齿轮组，能够分别向双行星排汇流机构中的第一太阳轮输入轴、第一行星架输入轴和第二齿圈输入轴传递种数等于对应的变速齿轮组组数的转速，再通过各对应制动器的制动，使第一太阳轮、第一行星架和第二齿圈均具有制动状态，即转速为零，第一太阳轮输入轴、第一行星架输入轴和第二齿圈输入轴的转速由多离合器相对独立的控制，互不影响，设第一太阳轮输入轴对应的变速齿轮组组数为x，第一行星架输入轴对应的变速齿轮组组数为y，第二齿圈输入轴对应的变速齿轮组组数为z，则第一太阳轮具有（x+1）种转速，第一太阳轮具有（y+1）种转速，第二齿圈具有（z+1）种转速，第一行星排将第一太阳轮和第一行星架的转速汇流后经第一齿圈输出给第二行星架，第二行星排将第二行星架获得的转速和第二齿圈的转速汇流后经第二太阳轮输出给主输出轴，从而最终获得转速种数等于（x+1）*（y+1）*（z+1）种转速，各档转速再配合液力变矩器能够实现平稳变速，并且多离合器和双行星排汇流机构结构紧凑，液力机械式多离合器变速器只需两轴即可完成扭矩的传输和速度的改变，结构简单。

附图说明

图1：本发明液力机械式多离合器变速器的一个实施例的传动结构原理图。

图中各附图标记对应的名称为：1-第三离合输出轴1，2-Ⅲ档主动齿轮，3-转速传感器，4-Ⅱ档主动齿轮，5-第二离合输出轴，6-Ⅰ档主动齿轮，7-壳体，8-第一离合输出轴，9-第一离合器，10-第二离合器，11-第三离合器，12-多离合器壳，13-变矩器输出轴，14-液力变矩器，15-主输入轴，16-发动机，17-离合器制动器操纵机构，18-第一太阳轮输入轴，19-Ⅰ档从动齿轮19，20-第一制动器20，21-第一行星架输入轴21，22-第二制动器22，23-Ⅱ档从动齿轮，24-第三制动器，25-第二齿圈输入轴，26-Ⅲ档从动齿轮，27-第一行星架，28-第一行星轮，29-第一齿圈，30-第二齿圈，31-第一太阳轮，32-第二行星轮，33-第二行星架，34-第二太阳轮，35-主输出轴，36-电子控制单元。

具体实施方式

本发明液力机械式多离合器变速器的一个实施例如图1所示，液力机械式多离合器变速器，包括壳体7、主输入轴15、主输出轴35、液力变矩器14、多离合器和双行星排汇流机构，液力变矩器14具有供扭矩输入的变矩器输入端和输出扭矩的变矩器输出端，变矩器输入端和主输入轴15是同轴传动连接，还包括由对应的离合器制动器操纵机构17、转速传感器3和电子控制单元36等构成的变速器控制系统。

所述多离合器包括多离合器壳12、离合输入端、同轴设置的第一离合输出轴8、第二离合输出轴5、第三离合输出轴1和用于选择离合输入端与其中一根离合输出轴传动连接的离合机构，其中第三离合输出轴1是实心轴形式，第一离合输出轴8和第二离合输出轴5是同轴套设在第三离合输出轴1上的轴套形式；液力变矩器14的变矩器输出端为变矩器输出轴13，离合输入端与变矩器输出轴13同轴传动连接。离合输入端、离合机构和每个离合输出轴相当于一个离合器，所述多离合器包括对应第一离合输出轴8、第二离合输出轴5和第三离合输出轴1的第一离合器9、第二离合器10和第三离合器11。

所述双行星排汇流机构包括第一行星排和第二行星排，所述第一行星排包括第一太阳轮31、第一行星轮28、第一齿圈29和第一行星架27，还包括向第一太阳轮31输入扭矩的第一太阳轮输入轴18、向第一行星架27输入扭矩的第一行星架输入轴21。所述第二行星排包括第二太阳轮34、第二行星轮32、第二齿圈30和第二行星架33，还包括向第二齿圈30输入扭矩的第二齿圈输入轴25。所述第二行星架33与所述第一齿圈29是同轴传动连接，所述第二太阳轮34与所述主输出轴35是同轴传动连接。其中第一太阳轮输入轴18是实心轴形式，第一行星架输入轴21和第二齿圈输入轴25是同轴套设在第一太阳轮输入轴18上的轴套形式。

所述第一太阳轮输入轴18、第一行星架输入轴21和第二齿圈输入轴25与对应的离合输出轴之间分别对应设有用于在多离合器与第一太阳轮输入轴18、第一行星架输入轴21或第二齿圈输入轴25之间传递扭矩的变速齿轮组，分别为第一太阳轮变速齿轮组、第一行星架变速齿轮组和第二齿圈变速齿轮组。第一太阳轮变速齿轮组包括成对设置的Ⅰ档主动齿轮6、Ⅰ档从动齿轮19，第一行星架变速齿轮组包括成对设置的Ⅱ档主动齿轮4、Ⅱ档从动齿轮23，第二齿圈变速齿轮组包括成对设置的Ⅲ档主动齿轮2、Ⅲ档从动齿轮26，各变速齿轮组中成对的主动齿轮和从动齿轮是相互啮合传动，Ⅰ档主动齿轮6、Ⅱ档主动齿轮4、Ⅲ档主动齿轮2分别固设在对应的第一离合输出轴8、第二离合输出轴5和第三离合输出轴1上，Ⅰ档从动齿轮19、Ⅱ档从动齿轮23、Ⅲ档从动齿轮26分别固设在对应的第一太阳轮输入轴18、第一行星架输入轴21和第二齿圈输入轴25上。所述第一太阳轮输入轴18、第一行星架输入轴21和第二齿圈输入轴25上还分别设有用于将对应轴制动的第一制动器20、第二制动器22和第三制动器24。

离合器制动器操纵机构17与各离合器和各制动器是控制连接，用于控制对应的各离合器和各制动器动作。所述液力机械式多离合器变速器还包括对应所述主输入轴15、主输出轴35、各离合输出轴、第一太阳轮输入轴18、第一行星架输入轴21、第二齿圈输入轴25和变矩器输出轴13设置的用于检测各根轴的转速的转速传感器3，电子控制单元36用于获取所述转速传感器3的转速信息并根据转速信息控制所述离合器制动器操纵机构17动作，转速传感器3的信号输出端与电子控制单元36的信号输入端通信连接，电子控制单元36与所述离合器操纵机构和制动器是控制连接。其中电子控制单元36即ECU，是本领域通过离合器制动器操纵机构而控制离合器操纵机构和制动器动作的常规手段，实施例中对应的具体结构是本领域技术人员能够实现的，此处不再赘述。

工作时，电子控制单元36能够对变速器的运行状态进行识别与判断，根据设定的选换档规律，当需要选换档操作时，通过离合器制动器操纵机构17分别控制各离合器与各制动器的动作，实现自动变速。

前行星排汇流机构的第一齿圈29输出转速由前行星排汇流机构中的第一太阳轮31转速和第一行星架27转速决定，第一制动器20、第二制动器22、第一离合器9、第二离合器10的状态可以控制第一太阳轮31和第一行星架27的转速。第一齿圈29与第二行星架33固接而传动连接，第三制动器24和第三离合器11控制第二齿圈30的转速。第一齿圈29共可实现4个转速输出，第二齿圈30共可实现2个转速输入，该传动装置共可实现4×2=8个档位输出。

液力机械式多离合器变速器工作时，各档的传递路线相似，传递原理相同。各档的传动比的确定与各离合器和制动器的状态有关。下文具体讲述停车档、某一前进档、某一倒档时的各离合器和制动器的状态和传动比的确定，其余各档如附表所示。

双行星排汇流机构在行星排汇流过程中满足行星排特性方程：

n_t+αn_q＝(1+α)n_j

其中，n_t为太阳轮的转速，n_q为齿圈转速，n_j为行星架转速。

假设第一太阳轮变速齿轮组的传动比为i₁，第一行星架变速齿轮组的传动比为i₂，第二齿圈变速齿轮组的传动比为i₃，前行星排的特性参数为α₁，后行星排的特性参数为α₂，离合器输出转速为n₀。则：

停车档：第一制动器20、第二制动器22、第三制动器24都工作，第一离合器9、第二离合器10、第三离合器11都分离。对于前行星排汇流机构，n_t1＝0，n_j1＝0，由特性方程知，n_q1＝0，对于后行星排汇流机构，n_j2＝0，n_q2＝0，由特性方程知，n_t2＝0。传动比i＝0。

前进档某一档：第一制动器20、第三制动器24工作，第二制动器22不工作，第一离合器9、第三离合器11分离，第二离合器10结合。对于前行星排汇流机构，n_t1＝0，由特性方程知，对于后行星排汇流机构，n_q2＝0，由特性方程知， $n_{t2}=\frac{(1+{\mathrm{\α}}_2)(1+{\mathrm{\α}}_1)}{{\mathrm{\α}}_1{i}_2}{n}_0.$ 传动比 $i=\frac{{\mathrm{\α}}_1{i}_2}{(1+{\mathrm{\α}}_2)(1+{\mathrm{\α}}_1)}.$

倒档某一档：第一制动器20、第二制动器22工作，第三制动器24不工作，第一离合器9、第二离合器10分离，第三离合器11结合。对于前行星排汇流机构，n_t1＝0，n_j1＝0，由特性方程知，n_q1＝0。对于后行星排汇流机构，n_j2＝0，由特性方程知， $n_t=-\frac{{\mathrm{\α}}_2}{i_3}{n}_0.$ 传动比为 $i=-\frac{i_3}{{\mathrm{\α}}_2}.$

各档传动比及离合器制动器状态如下表所示。其中：制动器栏中“+”代表制动器工作，“-”代表制动器不工作；离合器栏中“+”代表离合器结合，“–”代表离合器分离。

在上述实施例中，所述第一太阳轮输入轴18、第一行星架输入轴21和第二齿圈输入轴25与对应的离合输出轴之间的变速齿轮组均为一组，在本发明的其他实施例中，为了获得更多的转速，各离合输出轴对应的变速齿轮组也可以设置为两组以上，此时可以对应地设置同步器或拨叉等使两组变速齿轮组在同一时刻仅一组处于传动连接状态，采用同步器或拨叉实现上述控制可参考现有技术中的同步器或拨叉，是本领域技术人员能够实现的，此处不再赘述。另外，多离合器中的离合输出轴还可以设置成四根以上，例如设置四根，并且其中两根均对应第一太阳轮输入轴18设置且各自与第一太阳轮输入轴18之间设置一组变速齿轮组，就可以通过控制多离合器使太阳轮选择性地与对应的两根离合输出轴之一传动，实现两种第一太阳轮转速。

Claims (4)

1.液力机械式多离合器变速器，包括主输入轴、主输出轴和液力变矩器，液力变矩器的变矩器输入端是与主输入轴传动连接，其特征在于：还包括多离合器和双行星排汇流机构，所述多离合器包括与液力变矩器的变矩器输出端同轴传动连接的离合输入端、至少三根同轴设置的离合输出轴和用于选择离合输入端与其中一根离合输出轴传动连接的离合机构；所述双行星排汇流机构包括第一行星排和第二行星排，所述第一行星排包括第一太阳轮、第一行星轮、第一齿圈和第一行星架，还包括向第一太阳轮输入扭矩的第一太阳轮输入轴、向第一行星架输入扭矩的第一行星架输入轴，所述第二行星排包括第二太阳轮、第二行星轮、第二齿圈和第二行星架，还包括向第二齿圈输入扭矩的第二齿圈输入轴，所述第二行星架与所述第一齿圈是同轴传动连接，所述第二太阳轮与所述主输出轴同轴传动连接，所述第一太阳轮输入轴、第一行星架输入轴和第二齿圈输入轴与对应的离合输出轴之间分别对应设有用于在多离合器与第一太阳轮输入轴、第一行星架输入轴或第二齿圈输入轴之间传递扭矩的变速齿轮组，所述第一太阳轮输入轴、第一行星架输入轴和第二齿圈输入轴上还分别设有用于将对应轴制动的制动器。

2.根据权利要求1所述的液力机械式多离合器变速器，其特征在于：所述第一太阳轮输入轴、第一行星架输入轴和第二齿圈输入轴与对应的离合输出轴之间的变速齿轮组均为一组，分别为第一太阳轮变速齿轮组、第一行星架变速齿轮组和第二齿圈变速齿轮组，各组变速齿轮组均包括一对相互啮合传动的主动齿轮和从动齿轮。

3.根据权利要求1或2所述的液力机械式多离合器变速器，其特征在于：所述液力机械式多离合器变速器设有用于控制所述多离合器和各制动器动作的离合器制动器操纵机构。

4.根据权利要求3所述的液力机械式多离合器变速器，其特征在于：所述液力机械式多离合器变速器包括对应所述主输入轴、主输出轴、各离合输出轴、第一太阳轮输入轴、第一行星架输入轴和第二齿圈输入轴设置的用于检测各根轴的转速的转速传感器，还包括用于获取所述转速传感器的转速信息并根据转速信息控制所述离合器制动器操纵机构动作的电子控制单元，转速传感器的信号输出端与电子控制单元的信号输入端通信连接，电子控制单元与所述离合器制动器操纵机构控制连接。