CN104179903B

CN104179903B - 自动变速器

Info

Publication number: CN104179903B
Application number: CN201410290472.5A
Authority: CN
Inventors: 皮特·谭伯格; 王书翰; 于新涛; 李娟娟; 魏文书; 刘祥伍
Original assignee: Shengrui Transmission Co Ltd
Current assignee: Shengrui Transmission Co Ltd
Priority date: 2014-06-25
Filing date: 2014-06-25
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2034-06-25
Also published as: CN104179903A

Abstract

本发明公开了一种自动变速器，包括并排设置于同一个变速器箱体内的位于传动侧的第一轴系和位于从动侧的第二轴系以及三个正齿轮组、三行星齿轮组、四个离合器和两个制动器，这两个轴系通过三个正齿轮组所属的多个动力路径相连。只用六个换挡单元就实现了至少九个前进挡和至少一个倒挡，且常用挡位的挡间比介于1.091～1.297之间，总传动比范围达到8.016，换挡平顺，结构保持紧凑，改善了车辆的行驶动态性能也进一步降低了油耗，使用经济，且有利于保护环境。该自动变速器适合混合动力驱动并具有适合发动机自动启停的功能。

Description

自动变速器

技术领域

本发明涉及一种自动变速器，尤其涉及一种适合在乘用车的动力传动系统中作为主传动装置使用的自动变速器。

背景技术

在乘用车领域，自动变速器(AT)仍然是主流的变速器结构。早前的自动变速器(AT)大多采用多级行星齿轮组结构，不是挡位少就是结构过于复杂。后来，两个轴系、正齿轮组和行星齿轮组组合使用的自动变速器结构开始出现。中国发明专利CN101275630B，就描述了这样一种可动力换挡的多级变速器。

根据该专利，该变速器包括并排设置在一个共用的变速器箱体内的两个轴系、三个正齿轮组、三个行星齿轮组和多个换挡单元，其中，第一轴系包括第一轴以及第三轴、第四轴和第五轴，第二轴系包括第二轴以及第六轴、第七轴和第八轴，其中第三轴和第六轴通过第一个正齿轮组连接，第四轴和第七轴通过第二个正齿轮组连接，第五轴和第八轴通过第三个正齿轮组连接，第一行星齿轮组设置在第一轴系上，包括第一个太阳齿轮、第一个齿圈和第一个行星架，第二行星齿轮组设置在第二轴系上，包括第二个太阳齿轮、第二个齿圈和第二个行星架，第三行星齿轮组设置在第二轴系上，包括第三个太阳齿轮、第三个齿圈和第三个行星架。在该变速器中设置了五个换挡元件，即四个离合器和一个制动器，由此能够使各个变速器单元之间相互连接或者与变速器箱体连接，以便在每个挡位能够限定具有特定传动比和扭矩传递的明确的运动状态和动力路径，实现了用尽可能少的变速级和换挡元件对至少八个前进挡和至少一个倒挡进行动力切换，长度短、结构紧凑并且实现了高效率，其不仅在前置横向应用时效果明显，在纵向应用时也同样出色，尤其适用于多轴驱动的车辆。因此，中国发明专利CN101275630B对自动变速器(AT)的贡献是毋庸置疑的。

但是，当今，车辆为了进一步减少油耗和改善行驶动态性能需要更多的和更小传动分配的挡位。减少油耗的目的不仅仅来自用户自身的经济需要，而且也是实现减排目标的重要手段，随着越来越严格的乘用车排放标准的实施，对变速器的性能将会提出更高的要求。

发明内容

本发明正是为了顺应上述需求和要求而提出的。本发明所要解决的技术问题是：提供一种自动变速器，以用尽可能少的变速级和换挡元件对尽可能多的前进挡和至少一个倒挡进行动力切换，该变速器不仅轴向长度短、结构紧凑、效率高，而且通过提供更多的和更小传动比分配的挡位，进一步降低了油耗并改善了车辆的行驶动态性能。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种自动变速器，包括：并排设置在一个共用的变速器箱体内的两个轴系、三个正齿轮组、三行星齿轮组和若干个换挡单元；所述第一轴系位于传动侧，包括第一轴、第三轴、第四轴、第五轴和第六轴，动力从所述第一轴输入；所述第二轴系位于从动侧，包括第二轴、第七轴、第八轴、第九轴和第十轴，动力从所述第二轴输出；所述第六轴和所述第十轴通过第一正齿轮组连接，第一正齿轮组包括第一主动齿轮和第一被动齿轮，所述第一主动齿轮固定于所述第六轴上，所述第一被动齿轮固定于所述第十轴上；所述第四轴和所述第七轴通过第二正齿轮组连接，第二正齿轮组包括第二主动齿轮和第二被动齿轮，所述第二主动齿轮固定于所述第四轴上，所述第二被动齿轮固定于所述第七轴上；所述第五轴和所述第八轴通过第三正齿轮组连接，所述第三正齿轮组包括第三主动齿轮和第三被动齿轮，所述第三主动齿轮固定于所述第五轴上，所述第三被动齿轮固定于所述第八轴上；所述第一行星齿轮组设置在第一轴系上，包括第一太阳齿轮、第一齿圈和第一行星架，所述第一太阳齿轮固定于所述第三轴上；所述第二行星齿轮组设置在第二轴系上，包括第二太阳齿轮、第二齿圈和第二行星架，所述第二齿圈固定于所述第九轴上；所述第三行星齿轮组设置在第二轴系上，包括第三太阳齿轮、第三齿圈和第三行星架；所述第一轴与所述第一行星架固定连接；所述第二轴与所述第三行星架固定连接；所述第四轴与所述第一齿圈固定连接；所述第七轴与所述第二太阳齿轮固定连接，所述第八轴与所述第三太阳齿轮固定连接；所述第二轴与所述第二行星架固定连接；所述第十轴与所述第三齿圈固定连接；所述换挡单元包括：连接在所述第一太阳齿轮和所述变速器箱体之间的第一制动器；连接在所述第二齿圈和所述变速器箱体之间的第二制动器；连接在所述第五轴和所述第一行星架的之间第一离合器；连接在所述第八轴和所述第二齿圈之间的第二离合器；连接在所述第四轴和所述第五轴之间的第三离合器；连接在所述第六轴和所述第一太阳齿轮之间的第四离合器。

优选的，所述轴系中的任一轴与一电机连接。

优选的，所述第五轴或第八轴与一电机连接。

优选的，包括：液压系统，所述液压系统包括液压动力单元、液压动力控制及执行单元和信号控制单元，所述液压动力单元包括一个电泵和一个由发动机驱动的机械泵，所述电泵的吸油通道与所述机械泵的吸油通道并联，所述电泵的出油通道与所述机械泵的出油通道并联，所述电泵的吸油通道与所述机械泵的吸油通道上分别设有一单向阀，所述信号控制单元包括一控制电泵的电机启停的控制器。

本发明与现有技术相比，具有以下优点效果：

1)由于在第二齿圈和变速器箱体之间增设了第二制动器，从而为提供更多的换挡逻辑提供了可能。仅仅通过在这一特定位置增设一个第二制动器，就可以实现至少九个前进挡和至少一个倒挡，通过简单的换挡逻辑有效减小了怠排损失，提高了变速器的传动效率。而且常用挡位之间的挡间比都在1.091～1.297之间，非常小，动力切换更为平顺，不仅有利于改善车辆的行驶动态性能而且也能进一步降低油耗，使用更经济，也更有利于保护环境。同时，简单的改变也会使变速器的整体结构依然保持紧凑。

2)总传动比范围可达8.016，而公知的变速器，其总传动比范围一般在7左右，这就意味着，采用本发明所公开的结构可以达到更高的车速。

3)轴系中的任何一个轴都可以跟电机连接，并可以提供多个优选的轴使变速器和电机连接，从而获得混合动力系统。由于这些优选的轴在低档位时对输入轴有比较高的传动比，因此一个小的电机就可以有足够的力矩用于快速启动发动机。同时，这些轴同样对输出轴有比较高的传动比，使连接到它们上的电机可以高效地帮助正常的驱动工作。

4)本发明具有适合发动机自动启停的功能。液压系统中增设一电泵,电泵的吸油通道与机械泵的吸油通道并联，电泵的出油通道与机械泵的出油通道并联,这样的结构对原液压系统不需做大的改动，而且可以减小机械泵。当发动机停转、机械泵不工作时，在一控制器的触发下，电泵通电运行，从而使液压油进入液压系统的液压动力单元，保证电机在启动发动机时、自动变速器能够正常工作。发动机启停系统可以使车辆在行驶过程中临时停车(例如等红灯)而踩制动踏板时使发动机自动熄火，当需要继续前进的时候，只要松开刹车轻点油门，或者转动方向盘，发动机又会马上自动点火自动重启。发动机启停系统会大幅降低车辆的燃油消耗，特别适合拥堵的城市道路。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明自动变速器第一实施例的结构示意图；

图2是图1所示实施例的换挡逻辑、变速级的示例性传动比和传动比范围；

图3是本发明自动变速器第二实施例的结构示意图；

图4是图3所示第二实施例中液压系统的原理图；

图中：

0-变速器箱体；1-第一轴；2-第二轴；3-第三轴；4-第四轴；5-第五轴；6-第六轴；7-第七轴；8-第八轴；9-第九轴；10-第十轴；

TG610-第一正齿轮组；TG47-第二正齿轮组；TG58-第三正齿轮组；

G6-第一主动齿轮；G10-第一被动齿轮；

G4-第二主动齿轮；G7-第二被动齿轮；

G5-第三主动齿轮；G8-第三被动齿轮；

PG1-第一行星齿轮组；PG2-第二行星齿轮组；PG3-第三行星齿轮组；

Ho1-第一齿圈；Pt1-第一行星架；So1-第一太阳齿轮；

Ho2-第二齿圈；Pt2-第二行星架；So2-第二太阳齿轮；

Ho3-第三齿圈；Pt3-第三行星架；So3-第三太阳齿轮；

B1-第一制动器；B2-第二制动器；C1-第一离合器；C2-第二离合器；C3-第三离合器；C4-第四离合器；

in-输入轴；out-输出轴；FD-差速器；EM-电机；

P-机械泵；EP-电泵。

具体实施方式

实施例用于进一步说明本发明的技术构思，而不限制本发明的保护范围。

第一实施例：

如图1所示，一种自动变速器，可以实现至少九个前进挡和至少一个倒挡。变速器的输入轴in通过起步单元与第一轴1相连用于输入动力，变速器的输出轴out通过差速器FD与第二轴2相连用于输出动力。所述起步单元可以是起步离合器也可以是液力变矩器等。

该变速器包括并排设置在一个共用的变速器箱体0内的两个轴系、三个正齿轮组、三行星齿轮组和六个换挡单元。在本技术领域中，具有相同轴线的轴及设置在这些轴上的部件组成一个轴系。

第一轴系位于传动侧，包括所述第一轴1以及第三轴3、第四轴4、第五轴5和第六轴6，第二轴系位于从动侧，包括所述的第二轴2以及第七轴7、第八轴8第九轴9和第十轴10。

第六轴6和第十轴10通过第一正齿轮组TG610连接，第一正齿轮组TG610包括第一主动齿轮G6和第一被动齿轮G10，第一主动齿轮G6固定于第六轴6上，第一被动齿轮G10固定于第十轴10上。

第四轴4和第七轴7通过第二正齿轮组TG47连接，第二正齿轮组TG47包括第二主动齿轮G4和第二被动齿轮G7，第二主动齿轮G4固定于第四轴4上，第二被动齿轮G7固定于第七轴7上。

第五轴5和第八轴8通过第三正齿轮组TG58连接，第三正齿轮组TG58包括第三主动齿轮G5和第三被动齿轮G8，第三主动齿轮G5固定于第五轴5上，第三被动齿轮G8固定于第八轴8上。

第一行星齿轮组PG1设置在第一轴系上，包括第一太阳齿轮So1、第一齿圈Ho1和第一行星架Pt1，第一太阳齿轮So1固定于第三轴3上。第二行星齿轮组PG2设置在第二轴系上，包括第二太阳齿轮So2、第二齿圈Ho2和第二行星架Pt2，第二齿圈Ho2固定于所述第九轴9上。第三行星齿轮组PG3设置在第二轴系上，包括第三太阳齿轮So3、第三齿圈Ho3和第三行星架Pt3。

该变速器的各个机构单元具有以下固定连接：

第一轴1与第一行星齿轮组PG1的第一行星架Pt1连接；

第二轴2与第三行星齿轮组PG3的第三行星架Pt3连接；

第四轴4与第一行星齿轮组PG1的第一齿圈Ho1连接；

第八轴8与第三行星齿轮组PG3的第三太阳齿轮So3连接；

第二轴2与第二行星齿轮组PG2的第二行星架Pt2连接；

第七轴7与第二行星齿轮组PG2的第二太阳齿轮So2连接；

第十轴10与第三行星齿轮组PG3的第三齿圈Ho3连接。

所述六个换挡单元包括两个制动器和四个离合器，用于实现动力切换，分别是：

用于连接第一太阳齿轮(So1)和变速器箱体0的第一制动器B1；

用于连接第二齿圈Ho2和变速器箱体0的第二制动器B2；

用于连接第五轴5和第一行星架Pt1的第一离合器C1；

用于连接第八轴8和第二齿圈Ho2的第二离合器C2；

用于连接第四轴4和第五轴5的第三离合器C3；

用于连接第六轴6和第一太阳齿轮So1的第四离合器C4。

如图2所示，换挡逻辑显示了如何使用这些换挡单元的组合实现一个倒挡和九个前进挡的动力切换，每一个挡位所确定的实际上是一条动力路径。在换挡逻辑图中，空白表示打开，斜线表示闭合。每个档位切换到邻近的挡位或者越级换挡能够通过简单换挡实现，也就是说，换挡只需通过放开一个换挡单元且闭合另一个换挡单元就能完成。只有在特殊情况下，换挡采用放开两个换挡元件而闭合另外两个换挡元件的方式进行，简单换挡当然比其它换挡方式更快、更舒服。

对于每个行驶挡位，六个换挡单元中必须有三个闭合，这与变速器的自由度有关。本实施例具有四个自由度，要获得确定的运动学关系，也即所有轴之间有确定的传动比，需要消除三个自由度，通过使用换挡单元把轴和轴之间、或者轴与变速器箱体之间连接在一起，可以消除自由度。这就是每个档位必须有三个换挡单元闭合的原因。一个倒挡和九个前进挡是本实施例逻辑组合的优选方式，根据组合的数学原理，还可以产生更多的逻辑组合，根据现有技术，本领域的普通技术人员能够知道这些组合中哪些是有用的。

图2中还示出了实施例各个变速级的传动比，就数值而言，这六个变速级的传动比是示例性的，借助这六个变速级的传动比还能够得到其它更多的实现可能性。例如增大或减小正齿轮组的传动比x倍，就能得到或增大同样倍数的总传动比。

通过上述动力路径和变速级的传动比可以计算出各个挡位的传动比、挡间比以及总传动比范围，这些都显示在图2中了。从图2可以看出，常用挡位之间的挡间比都在1.091～1.297之间，非常小，在换挡时，更小传动比分配意味着动力切换更为平顺，而动力切换的平顺性是自动变速器所极力推崇的，因为这可以改善车辆的行驶动态性能并进一步降低油耗。总传动比范围达到了8.016，而公知的变速器，其总传动比范围一般在7左右，这就意味着，采用本发明所公开的结构可以达到更快的车速。

根据组合的数学原理，通过增加离合器或制动器的数量，来提供更多的换挡逻辑，从而提供更多的挡位输出，这是本领域的普通技术人员所熟知的。但是，需要特别说明的是，1)在众多的变速器单元中在何处增设连接关系以形成新的动力路径？(本发明至少包括三个正齿轮组和三行星齿轮组，每个正齿轮组各自分成两个转动构件，每行星齿轮组又各自分成三个转动构件)2)进一步的，如何保证足够数量的有用的传动比，并使挡间比足够小？3)进一步的，如何在增加输出挡位的同时，使变速器的整体结构依然紧凑？这些问题，本领域的普通技术人员难以通过有限次的试验和常规推理而得到解决。从这个意义上说，上述数据，恰恰体现了本发明对现有技术所做出的贡献。

借助换挡逻辑和各个变速级的传动比，本领域技术人员还能够根据现有技术计算出所有变速器单元的扭矩负荷和所有挡位下所有轴上的功率流。分析得出的结论是，对于从第一轴至第二轴的总动力传递，在所有挡位下，不会通过三个正齿轮组中的任何一个从第二轴系回传至第一轴系。在常用挡位下，动力通过两个或三个正齿轮组传递，总负荷低，因而变速器能够设计的比较紧凑。

第二实施例：

图3示出的是本发明的另一种应用形式，称之为混合动力传动方案。为了简便和便于理解，以下仅就与第一实施例的不同点加以描述。

电机EM通过一个附加的正齿轮组与第五轴5连接，在这种情况下，电机EM被布置成与两个轴系都平行。

第一轴1沿整个第一轴系的轴线延伸，其两端支撑在变速器箱体0上。在这种情况下，第一轴1的两端都可以与发动机或电机EM连接。这一技术方案使本发明的变速器可以有大量的不同应用设计方案。这样的结构同样适用于第一实施例。

第二轴2沿整个第二个轴系的轴线延长，其两端支撑在变速器箱体0上。在这种情况下，第二轴2两端法兰都可以与电机EM连接。这一技术方案也使本发明的变速器可以有大量的不同应用设计方案。这样的结构同样适用于第一实施例。

轴系中的任何一个轴都可以与电机连接。其中，第五轴5或者第八轴8特别适合与电机EM连接，因为这些轴在低挡位时对输入轴in有比较高的传动比。这样，一个小的电机就可以有足够的力矩用于快速启动发动机。同时，这些轴同样对输出轴out也有比较高的传动比，使连接到它们上的电机可以高效地帮助正常的驱动工作。当车辆纯电动驱动时，可以通过起步单元断开自动变速器与发动机的连接。这样，就可以关闭发动机，也不需要拖动发动机。

图4示出的是第二实施例自动变速器的液压系统原理图(当然，本方案也适合于第一实施例)，这套系统是专为适应发动机启停系统而设置的，该液压系统包括液压动力单元、液压动力控制及执行单元和信号控制单元，图中主要示出的是液压系统的液压动力单元。液压动力单元包括一个由发动机驱动的机械泵P，其将液压油从液压油箱经过滤清器泵入液压动力控制及执行单元(例如离合器的控制油缸)，从而控制离合器的开启和闭合。同时，增设一电泵EP,电泵EP的吸油通道与机械泵P的吸油通道并联，电泵EP的出油通道与机械泵P的出油通道并联,这样一来，当发动机停转、机械泵P不工作时，在信号控制单元的一个控制器的触发下，电泵EP通电运行，从而使液压油进入液压系统的液压动力单元，保证电机EM在启动发动机时自动变速器能够正常工作。在机械泵P和电泵EP的出油通道上分别设置一个单向阀,以防止机械泵P和电泵EP在工作时液压油回流。

车辆在行驶过程中临时停车(例如等红灯)而踩制动踏板时，车速降为0且持续一段时间后,发动机在ECU(发动机控制单元)的控制下自动熄火；在发动机转速下降的过程中转速低于一定值后，控制器启动电泵EP以恒定速度持续运转。当需要继续前进时，只要松开刹车轻点油门，或者转动方向盘，发动机又会马上自动点火重启；发动机启动后转速高于一定限值时，控制器控制电泵EP停止工作。发动机启停系统会大幅降低车辆的燃油消耗，特别适合拥堵的城市道路。

本发明不局限于上述实施例提到的结构、原理和方法，一切本领域的普通技术人员不经过创造性的劳动就可以进行的等效变换都将落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种自动变速器，包括：

并排设置在一个共用的变速器箱体(0)内的两个轴系、三个正齿轮组、三个行星齿轮组和若干个换挡单元，所述两个轴系包括第一轴系和第二轴系，所述三个正齿轮组包括第一正齿轮组、第二正齿轮组和第三正齿轮组，所述三个行星齿轮组包括第一行星齿轮组、第二行星齿轮组和第三行星齿轮组；

所述第一轴系位于传动侧，包括第一轴(1)、第三轴(3)、第四轴(4)、第五轴(5)和第六轴(6)，动力从所述第一轴(1)输入；

所述第二轴系位于从动侧，包括第二轴(2)、第七轴(7)、第八轴(8)、第九轴(9)和第十轴(10)，动力从所述第二轴(2)输出；

所述第六轴(6)和所述第十轴(10)通过第一正齿轮组(TG610)连接，所述第一正齿轮组(TG610)包括第一主动齿轮(G6)和第一被动齿轮(G10)，所述第一主动齿轮(G6)固定于所述第六轴(6)上，所述第一被动齿轮(G10)固定于所述第十轴(10)上；

所述第四轴(4)和所述第七轴(7)通过第二正齿轮组(TG47)连接，所述第二正齿轮组(TG47)包括第二主动齿轮(G4)和第二被动齿轮(G7)，所述第二主动齿轮(G4)固定于所述第四轴(4)上，所述第二被动齿轮(G7)固定于所述第七轴(7)上；

所述第五轴(5)和所述第八轴(8)通过第三正齿轮组(TG58)连接，所述第三正齿轮组(TG58)包括第三主动齿轮(G5)和第三被动齿轮(G8)，所述第三主动齿轮(G5)固定于所述第五轴(5)上，所述第三被动齿轮(G8)固定于所述第八轴(8)上；

所述第一行星齿轮组(PG1)设置在第一轴系上，包括第一太阳齿轮(So1)、第一齿圈(Ho1)和第一行星架(Pt1)，所述第一太阳齿轮(So1)固定于所述第三轴(3)上；

所述第二行星齿轮组(PG2)设置在第二轴系上，包括第二太阳齿轮(So2)、第二齿圈(Ho2)和第二行星架(Pt2)，所述第二齿圈(Ho2)固定于所述第九轴(9)上；

所述第三行星齿轮组(PG3)设置在第二轴系上，包括第三太阳齿轮(So3)、第三齿圈(Ho3)和第三行星架(Pt3)；

所述第一轴(1)与所述第一行星架(Pt1)固定连接；

所述第二轴(2)与所述第二行星架(Pt2)固定连接；

所述第二轴(2)与所述第三行星架(Pt3)固定连接；

所述第四轴(4)与所述第一齿圈(Ho1)固定连接；

所述第七轴(7)与所述第二太阳齿轮(So2)固定连接；

所述第八轴(8)与所述第三太阳齿轮(So3)固定连接；

所述第十轴(10)与所述第三齿圈(Ho3)固定连接；

所述换挡单元包括：

连接在所述第一太阳齿轮(So1)和所述变速器箱体(0)之间的第一制动器(B1)；

连接在所述第五轴(5)和所述第一行星架(Pt1)之间的第一离合器(C1)；

连接在所述第八轴(8)和所述第二齿圈(Ho2)之间的第二离合器(C2)；

连接在所述第四轴(4)和所述第五轴(5)之间的第三离合器(C3)；

连接在所述第六轴(6)和所述第一太阳齿轮(So1)之间的第四离合器(C4)；

其特征在于，该变速器还包括

连接在所述第二齿圈(Ho2)和所述变速器箱体(0)之间的第二制动器(B2)。

2.如权利要求1所述的自动变速器，其特征在于，所述第一轴系和所述第二轴系中的任一轴与一电机(EM)连接。

3.如权利要求1所述的自动变速器，其特征在于，所述第五轴(5)或第八轴(8)与一电机(EM)连接。

4.如权利要求1、2或3所述的自动变速器，其特征在于，所述第一轴(1)沿整个所述第一轴系的轴线延伸，其两端支撑在所述变速器箱体(0)上。

5.如权利要求1、2或3所述的自动变速器，其特征在于，所述第二轴(2)沿整个所述第二轴系的轴线延伸，其两端支撑在所述变速器箱体(0)上。

6.如权利要求1、2或3所述的自动变速器，其特征在于，包括：液压系统，所述液压系统包括液压动力单元、液压动力控制及执行单元和信号控制单元，所述液压动力单元包括一个电泵(EP)和一个由发动机驱动的机械泵(P)，所述电泵(EP)的吸油通道与所述机械泵(P)的吸油通道并联，所述电泵(EP)的出油通道与所述机械泵(P)的出油通道并联，所述电泵(EP)的吸油通道与所述机械泵(P)的吸油通道上分别设有一单向阀，所述信号控制单元包括一控制所述电泵(EP)中的电机启停的控制器。