CN103527736B

CN103527736B - 有级过渡式无级变速传动方案

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Publication number: CN103527736B
Application number: CN201310501524.4A
Authority: CN
Inventors: 王亚
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-10-23
Filing date: 2013-10-23
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2033-10-23
Also published as: CN103527736A

Abstract

本发明是一种无级变速的传动方案，其主要包括：金属带式无级变速单元、前进挡及倒挡行星齿轮机构、副变速行星齿轮机构、变速器输入轴与输出轴之间的过渡挡齿轮机构。在变速器输入轴与输出轴之间有两条传动路径，一条为无级变速单元与副变速机构串联路径；一条为过渡挡齿轮传动路径。第二条路径只是短暂作用。副变速机构换挡前，两路传动比相同，由无级变速单元路径向过渡挡齿轮路径过渡。本次过渡完成后，变换无级变速器传动比，两路传动比又相同，由过渡挡齿轮路径向无级变速单元路径过渡，这次过渡完成后，无级变速单元传动比才能变化。至此完成换挡。换挡过程中，两路径有同时传动时刻，不存在动力中断，而且各离合器及制动器主从动摩擦片间没有相对转动，无冲击，扩大了变速器整体变速比。

Description

有级过渡式无级变速传动方案

技术领域

本发明涉及一种无级变速器的传动布置方案，适用于多种不同变速原理的无级变速单元（本说明书中以金属带式无级变速单元为例），是一种能在无动力中断的情况下通过简单的齿轮组和离合器扩大变速比的无级变速装置。

背景技术

目前，市场上无级变速器大部分上为金属带式无级变速器，少部分应用摆销链式无级变速器。它们虽然技术相对成熟，但是也存在一系列共性的问题。例如，承载扭矩不高、传动带偏斜、起步问题等等。以上两种变速器均为摩擦式变速器，承载能力受摩擦力限制，加上带轮的最小作用半径相对较小，导致传递转矩不高。对于直母线带轮来说，变速比越大，传动带偏斜越大，大的偏斜量会导致金属带受力恶化和金属带效率降低等问题，因而导致无级变速器的变速比一般小于6.25。传递转矩和变速比几乎成为了当代无级变速器最重要的性能指标。

发明内容

为了克服变速比和承载转矩相对较小的问题，本发明提供了一种方案，实现了无级变速单元与有级副变速器的完美匹配，保证副变速器换挡前后变速器整体传动比没有任何变化，而且在换挡过程中没有任何动力中断，实现了完全无“漏洞”换挡。不仅扩大了变速器变速比，还在一定程度上提高了承载转矩。

附图说明

说明书附图1是有级过渡式无级变速器的结构示例简图。图中：V、无级变速传动路径；G、过渡挡传动路径；Va、无级变速单元；Vf、副变速器；1、过渡挡双联堕轮；2、变速器输入轴；3、过渡挡主动齿轮；4、过渡挡离合器；5、金属带；6、主动轮；7、从动轮；8、副变速器两挡行星齿轮组；9、二挡离合器；10、一挡制动器；11、倒挡制动器；12、前进挡离合器；13、前进挡及倒挡行星齿轮组；14、过渡挡从动齿轮；15、变速器输出轴。

具体实施方式

这套无级变速传动装置适用于任何形式的无级变速单元，而且对于副变速器的结构没有限制，既可以为固定轴式也可以为行星齿轮式。在本例中运用金属带式无级变速单元和行星齿轮式副变速器进行说明。故本例中的无级变速传动装置由金属带式无级变速单元Va、副变速器Vf、变速器输入轴1与变速器输出轴15之间的过渡挡传动路径G组成。传动的路径分两条：一条为由无级变速单元Va与副变速器Vf串联而成的无级变速传动路径V；一条为变速器输入轴1与变速器输出轴15之间的过渡挡传动路径G。这两条传动路径是并联的。

靠近从动轮7的行星齿轮组为副变速器两挡行星齿轮组8（单行行星排），作用为实现两个不同传动比的前进挡。副变速器两挡行星齿轮组8的太阳轮与从动轮7相连，副变速器两挡行星齿轮组8的行星架与前进挡及倒挡行星齿轮组13的太阳轮相连。一挡制动器10锁定副变速器两挡行星齿轮组8的齿圈与变速器壳体，实现1挡；二挡离合器9锁定副变速器两挡行星齿轮组8的行星架和副变速器两挡行星齿轮组8的齿圈，实现2挡。前进挡及倒挡行星齿轮组13为双行行星齿轮组，前进挡及倒挡行星齿轮组13的行星架与变速器输出轴15相连，前进挡离合器12锁定前进挡及倒挡行星齿轮组13的行星架和前进挡及倒挡行星齿轮组13的齿圈，实现前进挡；倒挡制动器11锁定前进挡及倒挡行星齿轮组13的齿圈与变速器壳体，实现倒挡。

当无级变速单元Va是有相对滑动的摩擦式无级变速单元时，无级变速单元Va存在相对滑动现象，而且滑移量的大小与承载转矩大小呈非线性的正相关。滑移发生在金属带5的摩擦片与带轮（包括主动轮6和从动轮7）之间，这就使得无级变速单元Va实际传动比x与理论传动比i不等。在发动机提供动力时，无级变速单元Va实际传动比x大于理论传动比i；在发动机起辅助制动作用时，无级变速单元Va实际传动x比小于理论传动比i。在下文中，无级变速传动路径V传动比为无级变速单元Va实际传动比x与副变速器Vf传动比（分两个不同的前进挡i₁和i₂）的乘积。

副变速器Vf为具备2个前进挡和1个倒挡的行星齿轮式变速器。副变速器Vf在前进挡1挡时，变速器整体理论传动比的变化范围为由i₁i_max到i₁i_min；副变速器Vf在前进挡2挡时，变速器整体理论传动比的变化范围为由i₂i_max到i₂i_min。副变速器Vf两个前进挡的传动比相差较大，如果运用扭矩重叠换挡会使相应的摩擦片负荷过大。本文方案的核心就在于解决副变速器Vf前进挡切换的问题，以实现全工作范围内的无“漏洞”传动。为此，我们希望副变速器Vf在2个不同前进挡位时，存在变速器整体实际传动比相等的情况，即要求i₂i_max>i₁i_min。如前所述，本方案在变速器输入轴2与变速器输出轴15之间并联一组名为“过渡挡传动路径G”的齿轮传动，传动比为i₃。副变速器Vf为前进挡1挡、无级变速单元Va实际传动比x在i_min附近时，有i₁x=i₃；副变速器Vf为前进挡2挡、无级变速单元Va实际传动比x在i_max附近时，有i₂x=i₃。这样副变速器Vf无论是进行前进挡升挡还是进行前进挡降挡，无级变速传动路径V传动比都存在与过渡挡传动路径G传动比i₃相等的时刻。利用这两个传动比相等的时刻进行前进挡位的切换，就可实现副变速器Vf无“漏洞”前进挡切换。过渡挡传动路径G可以起到一个临时挡位的作用，本文称其为“过渡挡”。过渡挡传动路径G主要由过渡挡离合器4、过渡挡主动齿轮3、过渡挡双联堕轮1和过渡挡从动齿轮14等组成。并且其传动顺序为：变速器输入轴2连接过渡挡离合器4的一端，过渡挡离合器4的另一端连接过渡挡主动齿轮3，过渡挡主动齿轮3经过过渡挡双联堕轮1后连接过渡挡从动齿轮14，过渡挡从动齿轮14连接变速器输出轴15。

副变速器Vf在前进挡升挡过程中，发动机一般提供动力。副变速器Vf前进挡升挡的具体过程为：副变速器Vf换挡前，副变速器Vf为前进挡1挡。当转速传感器检测到过渡挡主动齿轮3转速与变速器输入轴2转速相等（即i₁x=i₃）时，先接合过渡挡离合器4，然后副变速器Vf的一挡制动器10分离，完成由无级变速传动路径V到过渡挡传动路径G的切换。过渡挡传动路径G单独传动后，无级变速单元Va理论传动比i向i_max方向变换，当转速传感器检测到从动轮7转速与变速器输出轴15转速相等时，接合二挡离合器9，这时两条路径同时传动且不能断开过渡挡离合器4。由于无级变速单元Va为摩擦式无级变速单元，需要通过增大滑移量来对其进行加载，所以在两路同时传动时，尽管无级变速单元Va实际传动比x一直为过渡挡传动路径G传动比i₃，我们还要使无级变速单元Va理论传动比i向i_min方向变化，来使滑移量增大。进而，无级变速单元Va承载的转矩逐步增大，过渡挡传动路径G传递的转矩逐步减小。到过渡挡传动路径G传递的转矩基本为零时，断开过渡挡离合器4即完成升挡。

副变速器Vf在前进挡降挡过程中，发动机既可能提供动力，又有可能是提供阻力。

当发动机提供动力时，相对滑移使无级变速单元Va实际传动比x大于理论传动比i。副变速器Vf前进挡降挡的相应特征为：由无级变速传动路径V到过渡挡传动路径G的切换与如前所述的副变速器Vf前进挡升挡过程基本相同，不同的是无级变速单元Va理论传动比i变化的方向。当转为过渡挡传动路径G单独传动时，无级变速单元Va理论传动比i向i_min方向变换，当转速传感器检测到副变速器两挡行星齿轮组（8）的齿圈转速为0（即i₁x=i₃）时，接合一挡制动器10。随后，同如前所述的副变速器Vf前进挡升挡原理一样，逐渐加载无级变速单元Va，不过由于无级变速单元Va为摩擦式无级变速单元，其相对滑动特性使无级变速单元Va实际传动比x有增大的趋势，无级变速单元Va理论传动比i仍为向i_min的方向变化。加载完毕后，断开过渡挡离合器4即可完成降挡。

当发动机起辅助制动作用，相对滑移使无级变速单元Va实际传动比x小于理论传动比i。副变速器Vf前进挡降挡的相应特征为：如果设置成i₂i_max=i₃，则无级变速传动路径V传动比没有与过渡挡传动路径G传动比i₃相等的时刻。但是由于发动机产生的阻力矩相对较小，相对滑移量很小，使得两条路径的实际传动比相差也很小，而且路径转换是由无级变速传动路径V到过渡挡传动路径G，可以用扭矩重叠换挡完成路径切换。如果设置成i₂i_max>i₃，则无级变速传动路径V传动比有与过渡挡传动路径G传动比i₃相等的时刻，用扭矩重叠换挡完成路径切换即可。由过渡挡传动路径G向无级变速传动路径V切换的过程与发动机提供动力条件下的副变速器Vf前进挡降挡过程大体相同，不同的是无级变速单元Va的加载过程。由于在发动机起辅助制动作用时，无级变速单元Va实际传动比x有缩小的趋势，无级变速单元Va理论传动比i向i_max方向变化。加载完毕后，断开过渡挡离合器4即可完成降挡。

当无级变速单元Va为无相对滑动的啮合式无级变速单元时，无级变速单元Va实际传动比x即为无级变速单元Va理论传动比i（即i=x）。副变速器Vf进行前进挡切的具体过程为：在副变速器Vf进行前进挡切换前，无级变速单元Va实际传动比x和副变速器Vf的一个前进挡传动比的乘积与过渡挡传动路径G传动比i₃相等，此时首先接合过渡挡离合器4，然后副变速器Vf分离为空挡，过渡挡传动路径G单独传动。过渡挡传动路径G单独传动之后，无级变速单元Va理论传动比i向反方向变换，直至无级变速单元Va理论传动比i和副变速器Vf的另一个前进挡传动比的乘积与过渡挡传动路径G传动比i₃相等，然后副变速器Vf另一个前进挡的摩擦片接合，分离过渡挡离合器4后即可完成副变速器Vf前进挡的切换。

本方案在扩大了变速器整机的总变速比的同时，缩小了无级变速单元Va的变速比。对于目前常用的无级变速单元Va而言，在带轮最大直径不变的情况下，可以增大带轮最小作用半径，缩小了偏斜量，使承载转矩有质的提高。

x为无级变速单元的实际传动比；i为无级变速单元的理论传动比；i_max为无级变速单元的最大理论传动比；i_min为无级变速单元的最小理论传动比；i₁为副变速器一挡传动比；i₂为副变速器二挡传动比；i₃为过渡挡齿轮机构传动比。

Claims

1.一种无级变速传动装置，由变速器输入轴（2）到变速器输出轴（15）的动力传动可通过无级变速传动路径（V）和过渡挡传动路径（G）两条并联路径实现，所述无级变速传动路径（V）由无级变速单元（Va）和副变速器（Vf）串联而成，所述副变速器（Vf）存在2个前进挡和1个倒挡，其特征在于：在所述无级变速传动路径（V）中，所述无级变速单元（Va）分别连接所述变速器输入轴（2）和所述副变速器（Vf），所述副变速器（Vf）分别连接所述无级变速单元（Va）和所述变速器输出轴（15）；当所述副变速器（Vf）分别处于2个不同的前进挡时，所述无级变速传动路径（V）实际传动比都存在与所述过渡挡传动路径（G）实际传动比相等的情况；所述过渡挡传动路径（G）只有在所述副变速器（Vf）进行前进挡位切换时才暂时传动；所述副变速器（Vf）前进挡切换过程分为由所述无级变速传动路径（V）向所述过渡挡传动路径（G）切换和由所述过渡挡传动路径（G）到所述无级变速传动路径（V）切换两个过程。

2.据权利要求1所述的无级变速传动装置，其特征在于：所述副变速器（Vf）主要由副变速器两挡行星齿轮组（8）、二挡离合器（9）、一挡制动器（10）和前进挡及倒挡行星齿轮组（13）、倒挡制动器（11）、前进挡离合器（12）组成；所述副变速器（Vf）的输入轴为所述副变速器两挡行星齿轮组（8）的太阳轮，所述副变速器两挡行星齿轮组（8）的行星架连接所述前进挡及倒挡行星齿轮组（13）的太阳轮，所述前进挡及倒挡行星齿轮组（13）的行星架连接变速器输出轴（15）；所述二挡离合器（9）的两端分别连接所述副变速器两挡行星齿轮组（8）的齿圈和所述副变速器两挡行星齿轮组（8）的行星架，所述一挡制动器（10）的两端分别连接所述副变速器两挡行星齿轮组（8）的齿圈和变速器壳体，所述倒挡制动器（11）的两端分别连接前进挡及倒挡行星齿轮组（13）的齿圈和变速器壳体，所述前进挡离合器（12）的两端分别连接所述前进挡及倒挡行星齿轮组（13）的齿圈和所述前进挡及倒挡行星齿轮组（13）的行星架。

3.据权利要求1所述的无级变速传动装置，其特征在于：所述过渡挡传动路径（G）主要由过渡挡离合器（4）、过渡挡主动齿轮（3）、过渡挡双联堕轮（1）和过渡挡从动齿轮（14）组成；所述变速器输入轴（2）连接过所述过渡挡离合器（4）的一端，所述过渡挡主动齿轮（3）连接所述过渡挡离合器（4）的另一端；所述过渡挡主动齿轮（3）连接所述过渡挡双联堕轮（1），所述过渡挡双联堕轮（1）连接所述过渡挡从动齿轮（14）。

4.用于操控如权利要求1至3任一项所述的无级变速传动装置的方法，其特征在于，由所述无级变速传动路径（V）向所述过渡挡传动路径（G）切换过程为：在所述副变速器（Vf）换挡前，所述无级变速单元（Va）实际传动比和所述副变速器（Vf）一个挡传动比的乘积与所述过渡挡传动路径（G）传动比相等，此时首先接合所述过渡挡离合器（4）；对于无相对滑动的无级变速单元来说，所述副变速器（Vf）直接分离为空挡，所述过渡挡传动路径（G）单独传动；对于有相对滑动的无级变速单元来说，所述无级变速单元（Va）在卸载后所述副变速器（Vf）才分离为空挡，所述过渡挡传动路径（G）单独传动。

5.用于操控如权利要求1至3任一项所述的无级变速传动装置的方法，其特征在于，由所述过渡挡传动路径（G）向所述无级变速传动路径（V）切换过程为：所述过渡挡传动路径（G）单独传动之后，所述无级变速单元（Va）传动比向反方向变换，直至所述无级变速单元（Va）实际传动比和所述副变速器（Vf）另一个挡传动比的乘积与所述过渡挡传动路径（G）传动比相等，然后所述副变速器（Vf）另一个挡摩擦片接合；对于无相对滑动的无级变速单元来说，所述过渡挡离合器（4）直接分离，完成换挡；对于有相对滑动且相对滑动量与载荷呈正相关的无级变速单元来说，所述过渡挡离合器（4）暂不分离，两路同时作用，在所述无级变速单元（Va）实际传动比不变的情况下，变化所述无级变速单元（Va）理论传动比，所述无级变速单元（Va）相对滑动量逐渐增加，所述无级变速单元（Va）逐渐加载，直至所述过渡挡传动路径（G）载荷基本为零，所述过渡挡离合器（4）分离，完成换挡。