CN105697668B - 一种无缝隙换挡的汽车自动变速箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无缝隙换挡的汽车自动变速箱，包括输入轴、输出轴和换挡机构，所述换挡机构包括换挡电机、换挡鼓，并在每个挡位分别设有拨叉、传输齿轮以及三位双向可控的超越离合器，该超越离合器与所述传输齿轮相互啮合，所述超越离合器和所述传输齿轮分别设置在所述输入轴或所述输出轴上；换挡时，所述换挡电机驱动所述换挡鼓旋转，换挡鼓每旋转一个预设角度，则带动对应挡位的超越离合器在空转状态、正向驱动反向超越状态、反向驱动正向超越状态之间进行切换，其通过每个挡位设置三位双向可控的超越离合器，换挡时目标挡先进入驱动状态后当前挡才进入空转状态，换挡过程无需打开与发动机耦合的离合器，实现机械的无缝隙换挡。

Description

一种无缝隙换挡的汽车自动变速箱

技术领域

本发明涉及汽车变速箱技术领域，特别是一种无缝隙换挡的汽车自动变速箱。

背景技术

为提高操控性及舒适性，大部分的内燃机小轿车均采用自动变速箱，目前市面上的轿车大多采用如下三种主流的变速箱：1.液力变矩加行星齿轮的A T自动变速箱。2.双离合变速箱。3.锥轮无级变速箱。而三款自动变速箱均有各自的优缺点，具体如下：

(1).A T自动变速箱采用液力变矩器与变速箱之间是柔性耦合而非硬性传动，这样就提高了起步的舒适性但却降低了传动效率，所以这种变速箱在加速性能及能耗控制上是不如硬性传动的另外两款自动变速箱，为了降低综合油耗及换挡的平顺性，往往要提高变速箱挡位的数量，现在一些高挡轿车采用8到9挡的变速箱，但这也大大提高变速箱的复杂程度和制造成本，维护的难度及成本也相应增加，控制程序因复杂的控制逻辑也相对不稳定。

(2).双离合变速箱是近几年得以在家庭轿车上广泛应用的，因是采用摩擦离合器与变速箱硬性耦合的，所以传动效率上比较高，这样在加速性能上及能耗控制上都优于A T自动变速箱，而且这款变速箱换挡的间隙很短，这样也就降低了换挡过程的动力损耗及降低了换挡的顿挫感。但这些优点也造就了一些难以逾越的缺点，在低速行驶时如塞车停停走走时，由于低速挡传动比低，发动机的传动力和阻力对车身影响都比较大，这时会因为频繁踩放油门而造成车身的顿挫，为了解决此问题，有些制造商会将1挡换2挡的时机点提前，也就是提前从1挡切换到2挡，但此时由于发动机的转速与车速不同步，所以变速箱的控制程序就让离合器处于半离合状态，长期的半离合导致离合器的快速磨损及发热，这样也就容易造成了这种变速箱的低速不稳定性，再加上这种变速箱离合器的行程很短(前面提到这种变速箱换挡速度很快且结构上的限制故行程很短)，也就造成起步舒适性低容易出现抖动现象。在制造的复杂度及成本上略低于A T自动变速箱，同样控制逻辑也相对比较复杂。

(3).锥轮无级变速箱的优点在于它没有实际的物理挡位，所以不存在换挡间隙，在整个加速过程当中很平顺，从逻辑上是最优秀的一种变速方式，但由于它的传动是靠链带与锥轮之间的摩擦力产生的，这也就对链带及锥轮的配合精度、材质、耐磨要求都很高，传动扭矩不宜做太大，而且实际应用中容易出现打滑现象，不太适宜快速的加减速。

综上所述，这几款变速箱都有各自的优点但也都有各自的重要缺陷。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供了一种无缝隙换挡的汽车自动变速箱，其通过在每个挡位设置三位双向可控的超越离合器，换挡时目标挡先进入驱动状态后当前挡才进入空转状态，并且，可采用内压杠杆式的摩擦片离合器与发动机耦合，以提高起步的平顺性，换挡过程无需再打开所述摩擦片离合器，整个换挡过程实现机械的无缝隙换挡。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种无缝隙换挡的汽车自动变速箱，其包括输入轴、输出轴和换挡机构，所述换挡机构包括换挡电机、换挡鼓，并在每个挡位分别设有拨叉、传输齿轮以及三位双向可控的超越离合器，该超越离合器与所述传输齿轮相互啮合，所述超越离合器设置在所述输入轴或所述输出轴的其中之一轴上，所述传输齿轮设置在所述输入轴或所述输出轴的其中另一轴上；换挡时，所述换挡电机驱动所述换挡鼓旋转，换挡鼓每旋转一个预设角度，则带动对应挡位的拨叉轴向运动，拨叉进一步带动所述超越离合器上的拨叉环运动，使得所述超越离合器在空转状态、正向驱动反向超越状态、反向驱动正向超越状态之间进行切换。

优选的，所述输入轴上设置进倒挡拨叉环，及对应的1挡传输齿轮和倒挡传输齿轮；所述进倒挡拨叉环与所述输入轴为周向相对固定轴向相对滑动配合；所述1挡传输齿轮和所述倒挡传输齿轮与所述输入轴为轴向相对固定周向相对滚动配合；所述进倒挡拨叉环内表面设有套齿，所述1挡传输齿轮和所述倒挡传输齿轮上设有与所述进倒挡拨叉环对应的套齿；所述1挡传输齿轮与所述输出轴上的所述1挡超越离合器啮合；所述倒挡传输齿轮通过方向转换齿轮与所述输出轴上的所述1挡超越离合器啮合。

优选的，所述拨叉上设有拨叉导向柱，所述换挡鼓的表面设有与该拨叉导向柱位置相对应且滑动配合的拨叉导向槽。

优选的，所述换挡鼓的拨叉导向槽是根据变速箱的换挡逻辑进行设置，所述换挡逻辑为：

空挡时，所述进倒挡拨叉环位于中间位置，所有所述超越离合器处于空转状态；

前进时，所述1挡超越离合器为正向驱动状态，2挡超越离合器为反向驱动状态，所述进倒挡拨叉环再套入所述1挡的传输齿轮；

升挡时，首先3挡进入反向驱动状态，后2挡进入正向驱动状态，最后1挡进入空转状态；

依次类推，直到要进入最高挡时，最高挡直接进入驱动状态，后当前挡进入空转状态；

降挡为升挡的逆过程，首先目标挡进入正向驱动状态，后当前挡进入反向驱动状态，最后比当前挡高一挡的再进入空转状态；

依次类推，直到当前挡是1挡时，所述换挡机构不再降挡，而是打开与发动机耦合的离合器；

从前进挡进入空挡时，首先所述进倒挡拨叉环脱开所述1挡的传输齿轮，并位于中间位置，所述1挡超越离合器和所述2挡超越离合同时进入空转状态；

倒挡时，所述1挡超越离合器为反向驱动状态，所述2挡超越离合器为反向驱动状态，所述进倒挡拨叉环再套入倒挡的传输齿轮，倒挡的传输齿轮通过所述方向转换齿轮驱动所述1挡超越离合器。

优选的，所述超越离合器包括齿圈、星轮、斜槽轮、拨叉环，所述齿圈与所述传输齿轮相互啮合配合，所述拨叉环与所述拨叉相互拨动配合；并在所述星轮与所述齿圈之间套设有滚柱支架，滚柱支架的周向上设有均匀布置的滚柱，滚柱与滚柱支架之间装接有预紧用的橡胶圈，且所述星轮的外表面设有与所述滚柱相对应匹配的楔形槽；还包括固定装接在所述星轮的侧面的斜槽轮以及与斜槽轮滑动导向配合的拨叉环，驱动所述拨叉环并带动所述滚柱支架及其滚柱相对所述星轮周向转动一定角度：所述拨叉环位于中间位置时，所述滚柱位于所述星轮的楔形槽的中间，所述滚柱与所述齿圈无接触，所述齿圈相对所述星轮处于空转状态；所述拨叉环沿轴向正向或反向运动时，带动所述滚柱支架及其滚柱相对所述星轮正向或反向转动一定角度，使得所述滚柱楔紧配合在所述星轮的楔形槽与所述齿圈的内壁之间，所述齿圈相对所述星轮处于正向驱动反向超越状态或者反向驱动正向超越状态。

优选的，所述滚柱支架设有支架固定柱，该支架固定柱伸出所述滚柱支架并与所述拨叉环传动配合连接。

优选的，所述支架固定柱伸出所述滚柱支架的部分还套设有固定柱螺母，所述拨叉环的端面上设有与所述固定柱螺母相对应的插接孔，所述插接孔的内壁设有滑动槽，所述固定柱螺母的外壁设有滚珠槽，所述支架固定柱及固定柱螺母与所述拨叉环的插接孔通过滚珠滑动连接配合。

优选的，所述滚柱支架包括两个支撑环，支撑环之间通过支架固定柱连接，且两个支撑环上对称设置有用于安装滚柱的支撑孔，所述滚柱通过所述橡胶圈装接在所述支撑孔之间。

优选的，所述斜槽轮与所述星轮固定设置在所述输入轴或所述输出轴上，所述斜槽轮的外表面设有斜槽，所述拨叉环的内表面设有与所述斜槽滑动配合的斜槽导向柱，驱动所述拨叉环进行轴向运动时，所述斜槽导向柱在所述斜槽中滑动，使得所述拨叉环通过所述斜槽轮的斜槽把所述轴向运动转换成相对于斜槽轮边轴向移动边周向转动的运动，并带动所述滚柱支架及其滚柱相对所述星轮周向转动。

优选的，还包括与汽车的动力机构耦合连接的内压式摩擦片离合器，所述内压式摩擦片离合器将所述动力机构的动力传输至所述换挡机构；其中，所述内压式摩擦片离合器包括离合器驱动电机、离合杠杆、压簧、压盘、摩擦片，所述动力机构设有飞轮，所述摩擦片设置在所述压盘与所述飞轮之间，所述离合器驱动电机驱动所述离合杠杆运动，所述离合杠杆将驱动力通过所述压簧传递给压盘，压盘通过所述摩擦片与所述飞轮接合或分离，实现所述摩擦片离合器的离合控制。

本发明的有益效果是：

(1)、本发明通过在每个挡位设置三位双向可控的超越离合器，加挡时因目标挡传动比较高，当目标挡和当前挡同时进入驱动状态时，机构转由目标挡驱动而当前挡自然进入了超越状态，所以换挡时是目标挡先进入驱动状态后当前挡才进入空转状态，过程无需打开与发动机耦合的离合器，从而实现机械的无缝隙换挡过程；

(2)、本发明当行驶过程中突然放开油门，发动机并不会象其它硬性耦合的变速箱直接阻挡汽车的惯性而是高一挡位的齿轮来阻挡，由于高一挡对汽车惯性的阻力更小，从而降低了顿挫感，提高了舒适性，并且充分利用了汽车自身的惯性，从而达到类似液力变矩器的柔性阻挡效果，特别在低速挡更为明显；

(3)、本发明在整个换挡过程与发动机耦合的离合器不需打开和接合，换挡鼓只需转动预设的角度，换挡全过程只需控制电机的正转或反转，不存在挡位的错乱，换挡时不存在离合器与油门的配合，控制逻辑简单，；

(4)、本发明换挡过程所需要的时间很短，加挡时只有在发动机减速瞬间才停止了对汽车的驱动，动力充分利用，通过调校后可使换挡时发动机减速到加速的过程在极短的时间完成，整个换挡过程动力的损耗极小，这样也就提高整个加速过程，增加换挡平顺性，降低工况油耗，特别城市道路频繁加减速时更加明显；

(5)、本发明具有反向锁止功能，前进起步时1挡处于正向驱动状态，2挡处于反向驱动状态，当汽车要后溜时1挡和2挡的齿轮因不同的变速比而互相咬死，从而起到反向锁止的作用，倒挡起步时1挡处于反向驱动状态，2挡也处于反向驱动状态，当汽车要前溜时，输入轴被迫反向转动，因此时2挡处于反向驱动状态，输入轴又通过2挡齿轮驱动输出轴，从而迫使输出轴锁止。这样在较大的坡度上起步，就算不踩油门发动机没有足够的扭矩带动汽车时仍然不会反向下溜；

(6)、本发明可采用内压式摩擦片离合器，从而加大离合器行程而提高了起步的舒适性，因换挡过程不需打开离合器，所以离合器行程加大不存在影响换挡时间，且采用硬耦合的方式，传动效率高；

(7)、本发明的超越离合器包括齿圈、星轮、斜槽轮、拨叉环、滚柱支架及滚柱，通过驱动所述拨叉环并带动所述滚柱支架及其滚柱相对所述星轮周向转动一定角度，从而控制所述齿圈相对所述星轮在空转状态、正向驱动反向超越状态、反向驱动正向超越状态之间切换，实现三位双向可控；

(8)、本发明的滚柱与滚柱支架之间装接有预紧用的橡胶圈，与传统的弹簧预紧结构相比，占用空间更小，从而能够在有限的空间内大大增加了滚柱的数量，结构简单紧凑能够实现体积小、扭矩大，空转时滚柱与齿圈无接触，能够实现高速空转，提高了离合器的整体性能和适用范围，从而能实现在汽车自动变速箱上的使用。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的汽车自动变速箱的内压式摩擦片离合器的结构示意图；

图2为本发明的汽车自动变速箱的换挡机构的组装结构示意图之一；

图3为本发明的汽车自动变速箱的换挡机构的组装结构示意图之二；

图4为本发明的汽车自动变速箱的换挡机构的组装结构示意图之三；

图5为本发明的汽车自动变速箱的换挡机构的拨叉结构示意图；

图6为本发明的汽车自动变速箱的换挡机构的换挡鼓结构示意图；

图7为本发明的三位双向可控的超越离合器的剖视结构图；

图8为本发明的三位双向可控的超越离合器的立体结构图之一；

图9为本发明的三位双向可控的超越离合器的立体结构图之二；

图10为本发明的三位双向可控的超越离合器的立体结构图之三；

图11为本发明的三位双向可控的超越离合器的拨叉环结构图；

图12为本发明的三位双向可控的超越离合器的空转状态示意图；

图13为本发明的超越离合器的正向超越反向驱动状态示意图；

图14为本发明的超越离合器的正向驱动反向超越状态示意图；

图中：

100-内压式摩擦片离合器；

110-离合器驱动电机；120-离合杠杆；130-压簧；140-压盘；150-摩擦片；

200-换挡机构；

210-换挡电机；220-换挡鼓；221-拨叉导向槽；

230-拨叉；231-拨叉导向柱；232-拨叉滑动套；233-拨叉弧形支脚；

240-传输齿轮；241-1挡传输齿轮；249-倒挡传输齿轮

250-超越离合器；251-齿圈；252-星轮；2521-楔形槽；

253-斜槽轮；2531-斜槽；

254-拨叉环；2541-插接孔；2542-斜槽导向柱；2543-环形槽；2544-滑动槽；

2548-套齿；2549-进倒挡拨叉环；

255-滚柱支架；2551-支架固定柱；2552-固定柱螺母；2553-滚珠槽

256-滚柱；257-橡胶圈；

260-拨叉导杆；270-方向转换齿轮；

300-动力机构；310-飞轮；

400-输入轴；500-输出轴；510-变速箱输出齿轮；520-差速器输出齿轮。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图7所示，本发明提供一种无缝隙换挡的汽车自动变速箱，其包括输入轴400、输出轴500和换挡机构200，所述换挡机构200包括换挡电机210、换挡鼓220，并在每个挡位分别设有拨叉230、传输齿轮240以及三位双向可控的超越离合器250，该超越离合器250与所述传输齿轮240相互啮合，所述超越离合器250设置在所述输入轴400或所述输出轴500的其中之一轴上，所述传输齿轮240设置在所述输入轴400或所述输出轴500的其中另一轴上，所述输出轴500上设有变速箱输出齿轮510，该变速箱输出齿轮510与差速器输出齿520相互啮合将汽车的动力机构300的动力传输至汽车轮轴；本实施例中，1挡超越离合器和2挡超越离合器设置在所述输出轴500上，其对应的传输齿轮设置在所述输入轴400上；3挡超越离合器、4挡超越离合器、5挡超越离合器和6挡超越离合器设置在所述输入轴400上，其对应的传输齿轮设置在所述输出轴500上。换挡时，所述换挡电机210驱动所述换挡鼓220旋转，换挡鼓220每旋转一个预设角度，则带动对应挡位的拨叉230轴向运动，拨叉230进一步带动所述超越离合器250上的拨叉环254运动，使得所述超越离合器250在空转状态、正向驱动反向超越状态、反向驱动正向超越状态之间进行切换。

如图1所示，本实施例中，还包括与汽车的动力机构300耦合连接的摩擦片离合器100，所述摩擦片离合器100将所述动力机构300的动力传输至所述换挡机构200，所述摩擦片离合器100包括离合器驱动电机110、离合杠杆120、压簧130、压盘140、摩擦片150，所述动力机构300设有飞轮310，所述摩擦片150设置在所述压盘140与所述飞轮310之间，所述离合器驱动电机110驱动所述离合杠杆120运动，所述离合杠杆120将驱动力通过所述压簧130传递给压盘140，压盘140通过所述摩擦片150与所述飞轮310接合或分离，实现所述摩擦片离合器100的离合控制。本实施例中，采用杠杆内压的方式来增加离合器从接触到完全结合的行程，这样起步时就能得到比较高的平顺性，起步时C P U根据油门踏板的深度决定离合器结合的速度，如怠速起步时离合器结合得比较慢，以使发动机不至于熄火，如需快速起步时，当放开刹车深踩油门踏板时，离合器会快速结合。因换挡过程不需打开离合器，所以离合器行程增大不存在影响换挡时间，这样也就解决了有些变速箱换挡快与换挡平顺之间的矛盾了。

本实施例中，如图4所示，所述输入轴400上设置进倒挡拨叉环2549，及对应的1挡传输齿轮241和倒挡传输齿轮249；所述进倒挡拨叉环2549与所述输入轴400为周向相对固定轴向相对滑动配合；所述1挡传输齿轮241和所述倒挡传输齿轮249与所述输入轴400为轴向相对固定周向相对滚动配合；所述进倒挡拨叉环2549内表面设有套齿2548，所述1挡传输齿轮241和所述倒挡传输齿轮249上设有与所述进倒挡拨叉环2549对应的套齿2548；所述1挡传输齿轮241与所述输出轴500上的对应的1挡超越离合器250啮合；所述倒挡传输齿轮249通过方向转换齿轮270与所述输出轴500上的所述1挡超越离合器250啮合，其中，方向转换齿轮270与所述1挡传输齿轮241或所述1挡超越离合器250均不同轴，而是单独设置在与输入轴400和输出轴500平行的另一轴上。

本实施例中，所述拨叉230上设有拨叉导向柱231，所述换挡鼓220的表面设有与该拨叉导向柱231位置相对应且滑动配合的拨叉导向槽221；其中，所述换挡鼓220的拨叉导向槽221是根据变速箱的换挡逻辑进行设置。

本实施例中，所述换挡逻辑为：

空挡时，所述进倒挡拨叉环位于中间位置，所有所述超越离合器处于空转状态；

前进时，所述1挡超越离合器为正向驱动状态，所述2挡超越离合器为反向驱动状态，所述进倒挡拨叉环再套入所述1挡的传输齿轮；

升挡时，首先3挡进入反向驱动状态，后2挡进入正向驱动状态，最后1挡进入空转状态；

依次类推，直到要进入最高挡时，最高挡直接进入驱动状态，后当前挡进入空转状态；

降挡为升挡的逆过程，首先目标挡进入正向驱动状态，后当前挡进入反向驱动状态，最后比当前挡高一挡的再进入空转状态；

依次类推，直到当前挡是1挡时，所述换挡机构不再降挡，而是打开与发动机耦合的离合器；

从前进挡进入空挡时，首先所述进倒挡拨叉环脱开所述1挡的传输齿轮，并位于中间位置，所述1挡超越离合器和所述2挡超越离合同时进入空转状态；

倒挡时，所述1挡超越离合器为反向驱动状态，所述2挡超越离合器为反向驱动状态，所述进倒挡拨叉环再套入倒挡的传输齿轮，倒挡的传输齿轮通过所述方向转换齿轮驱动所述1挡超越离合器。

所述换挡鼓220的拨叉导向槽221上设有对应挡位的定位传感器，所述换挡鼓220旋转所述预设角度后到达所述对应挡位的定位传感器的位置则自动停止转动；还包括至少一拨叉导杆260，每个拨叉230的上部设有拨叉滑动套232，该拨叉滑动套232滑动套接在所述拨叉导杆260上，且所述拨叉滑动套232与所述拨叉导向柱231位置相对应；所述拨叉230的下部设有拨叉弧形支脚233，所述拨叉环254的外侧面设有与所述拨叉弧形支脚233传动配合连接的环形槽2543。

由于汽车变速箱对传动扭矩以及转速要求都比较高，如一台最大能输出300N/M的发动机驱动的变速箱，在输出轴上的超越离合器250因减速比必须能承受大致800N/M的扭矩，汽车在高速运时发动机的转速可达到5000RPM，此时有些挡位的超越离合器250的齿圈251与轴之间的转速差会超过5000RPM；而普通的超越离合器250要达到这么大的扭矩往往体积很大，额定转速远远达不到要求，如果要做到三位双向可控的话那体积就更大了。

据此，本发明所述的超越离合器250是采用三位双向可控的超越离合器250，如图7至图14所示，其包括齿圈251、星轮252、斜槽轮253、拨叉环254，所述齿圈251与所述传输齿轮240相互啮合配合，所述拨叉环254与所述拨叉230相互拨动配合；并在所述星轮252与所述齿圈251之间套设有滚柱支架255，滚柱支架255的周向上设有均匀布置的滚柱256，滚柱256与滚柱支架255之间装接有预紧用的橡胶圈257，且所述星轮252的外表面设有与所述滚柱256相对应匹配的楔形槽2521；还包括固定装接在所述星轮252的侧面的斜槽轮253以及与斜槽轮253滑动导向配合的拨叉环254，驱动所述拨叉环254并带动所述滚柱支架255及其滚柱256相对所述星轮252周向转动一定角度：所述拨叉环254位于中间位置时，所述滚柱256位于所述星轮252的楔形槽2521的中间，所述滚柱256与所述齿圈251无接触，所述齿圈251相对所述星轮252处于空转状态；所述拨叉环254沿轴向正向或反向运动时，带动所述滚柱支架255及其滚柱256相对所述星轮252正向或反向转动一定角度，使得所述滚柱256楔紧配合在所述星轮252的楔形槽2521与所述齿圈251的内壁之间，所述齿圈251相对所述星轮252处于正向驱动反向超越状态或者反向驱动正向超越状态。

本实施例中，所述滚柱支架255设有支架固定柱2551，该支架固定柱2551伸出所述滚柱支架255并与所述拨叉环254传动配合连接。其中，所述支架固定柱2551伸出所述滚柱支架255的部分还套设有固定柱螺母2552，所述拨叉环254的端面上设有与所述固定柱螺母2552相对应的插接孔2541，所述插接孔2541的内壁设有滑动槽2544，所述固定柱螺母2552的外壁设有滚珠槽2553，所述支架固定柱2551及固定柱螺母2552与所述拨叉环254的插接孔2541通过滚珠2553滑动连接配合。并且，所述滚柱支架255包括两个支撑环，支撑环之间通过支架固定柱2551连接，且两个支撑环上对称设置有用于安装滚柱256的支撑孔，所述滚柱256通过所述橡胶圈257装接在所述支撑孔之间。所述滚柱支架255通过支撑轴承转动装接在所述星轮252与所述齿圈251之间。

本实施例中，所述斜槽轮253与所述星轮252固定设置在所述输入轴400或所述输出轴500上，所述斜槽轮253的外表面设有斜槽2531，所述拨叉环254的内表面设有与所述斜槽2531滑动配合的斜槽导向柱2542，驱动所述拨叉环254进行轴向运动时，所述斜槽导向柱2542在所述斜槽2531中滑动，使得所述拨叉环254通过所述斜槽轮253的斜槽2531把所述轴向运动转换成相对于斜槽轮253边轴向移动边周向转动的运动，并带动所述滚柱支架255及其滚柱256相对所述星轮252周向转动。

为了实现高扭矩而体积小，必须增加滚柱256的数量，本发明的预紧结构不像传统的超越离合器250采用弹簧预紧，而是采用橡胶圈257，且本实施例中，所述橡胶圈257采用耐高温、耐油、耐老化的氟橡胶，橡胶圈257的直径与滚柱256差不多，占空间很小，所以滚柱256的数量可增加很多，以齿圈251内径为60MM为例，可做到18个滚柱256，在低速挡需要更大的扭矩，可将齿圈251的内径适当做大，这样既增加受力点的力矩又可增加滚柱256的数量，增加超越离合器250的宽度也可增加额定扭矩。

本发明的超越离合器250的工作原理简述如下：

本发明所述的三位双向可控，即正向驱动反向超越状态、空转状态、反向驱动正向超越状态：拨叉环254在中间位置时，滚柱256在星轮252的楔形槽2521中间，此时滚柱256与齿圈251无接触，齿圈251与星轮252靠齿圈251两边的轴承支撑着，彼此之间的相对运动无障碍，且负载只有齿圈251自身的重量，所以可实现高速空转。当拨叉环254往里推时，挂入正向驱动状态，拨叉环254里的斜槽导向柱2542顺着斜槽2531环上的斜槽2531相对星轮252逆时针转动一定的角度，拨叉环254带动连接着滚柱支架255上的三根支架固定柱2551旋转，此时整个滚柱支架255相对星轮252逆时针转动一定的角度，滚柱256相对星轮252左移并通过滚柱256两头的橡胶圈257预紧在星轮252的楔形槽2521的左边，此时驱动齿圈251逆时针运转时，滚柱256被齿圈251与星轮252楔紧，迫使星轮252从动，而当齿圈251的转速低于星轮252时，星轮252就处于超越状态。当拨叉环254从中间位置往外拉时，挂入反向驱动状态，拨叉环254相对星轮252顺时针转动一定的角度，滚柱256预紧在星轮252的楔形槽2521的右边，此时齿圈251转速高时处于超越状态，当齿圈251低转速而星轮252处于惯性高转速时，滚柱256被楔紧，星轮252驱动齿圈251同步运动；从而实现超越离合器250的方向可控、体积小、扭矩大、高速空转的性能。

综上，本发明的汽车自动变速箱的工作原理简述如下：

汽车起步时，首先踩住刹车踏板，挡杆挂到前进挡上，此时变速箱换挡鼓220的换挡电机210驱动换挡鼓220顺时针转动一预设的角度，换挡鼓220上的拨叉导向槽221带动拨叉230相应移动，进倒挡的拨叉环254套入1挡输入轴齿轮,1挡拨叉环254向里压，使1挡超越离合器250挂入驱动状态，2挡拨叉环254向外拉，使2挡超越离合器250挂入反向驱动状态，其余挡位处于空挡状态。当刹车踏板传感器检测到刹车踏板放开时，反馈给C P U，C P U根据油门传感器的信号制定摩擦片离合器100结合的速度，离合器驱动电机110驱动离合杠杆120推动压簧130，压簧130传力给压盘140，摩擦片离合器100与发动机飞轮310摩擦力越来越大，汽车平稳起步。行驶时，C P U根据油门踏板的深度及发动机的转速制定换挡的时机，发动机转速到达换挡时机点时进行升挡。

升挡时，各个挡位的运行状态如下：首先，3挡挂入反向驱动状态，接着2挡挂入空挡状态，然后发动机短暂停止供油，此时发动机转速快速下降，由于汽车惯性1挡的超越离合器250处于超越状态，1挡并没阻挡汽车的惯性。然后，2挡挂入驱动状态，发动机再根据当前油门踏板深度进行正常供油，汽车继续加速，由于2挡的传动比高于1挡，所以1挡仍处于超越状态，然后1挡进入空挡状态，换挡过程完毕；2挡升3挡及更高的挡位等同于以上过程，只有切换到最高挡位是没有更高的反向驱动挡。整个过程摩擦片离合器100不需打开和结合，换挡鼓220只需转动预设的角度，所需要的时间很短，而且只有在发动机减速瞬间才停止了对汽车的驱动，动力充分利用，通过调校后可使换挡时发动机减速到加速的过程缩短，这样整个换挡过程动力的损耗极小。并且，现有的部分自动变速箱在突然放开油门时为了发动机的速度与车速尽量匹配，往往自动加了一挡，当又要快速加速深踩油门时又得降一挡下来，这样从机动性的角度来看就显得不合理，而本文所述变速箱因发动机采用高一挡来阻挡车惯性，所以在突然放开油门时不需增加一挡，当又要快速加速深踩油门时不需降一挡下来，而是直接加速。

减速时根据刹车踏板的深度制定降挡时机点，没踩刹车踏板时降挡时机点会相对滞后，发动机对车惯性的阻力小，在不需刹车时车溜得更远，如深踩刹车踏板时，C P U会让降挡时机点大大提前，这样发动机对车惯性就起到一定的阻力，即提高了刹车效果，对接下来的加速又提前了准备，适合快速机动的要求，长下坡时CP U根据刹车踏板的深度自动降挡，能对车起到一定的减速效果。

降挡过程是升挡的逆过程，即，降挡时换挡鼓220反转一个角度；比如当前驱动挡是5挡，这时5挡处于正向驱动状态，6挡处于反向驱动状态，当踩刹车或汽车自然减速到降挡时机点时，由于发动机处于被汽车惯性驱动的状态，所以此时汽车的惯性正通过6挡的超越离合器250反向驱动着发动机，而5挡的超越离合器250正处于超越状态，降挡时机到时，首先4挡先挂入驱动状态，但此时4挡并未驱动而是处于超越状态，然后5挡挂入空挡再到反向驱动状态，此时由于5挡比6挡的传动比低，反向驱动下变成5挡的传动比较高，所以取代6挡反向驱动，6挡处于超越状态，发动机转速会相应被提高，然后6挡挂入空挡，降挡完毕；其余挡位过程相同，只有在降到1挡时如果汽车接近停止，1挡并无挂入空挡，而是摩擦片离合器100打开，变速箱仍处于前进挡的初始状态。

当挡杆推到“N”挡时，首先进倒挡拨叉环254与1挡输入轴齿轮脱开,1挡及2挡的超越离合器250均挂入空挡。当挡杆推到“R”挡时，进倒挡的拨叉环254挂入倒挡输入轴齿轮，1挡及2挡的拨叉环254拉出，均使超越离合器250挂入反向驱动状态，这时汽车只能倒退，而无法前进，就算汽车处于下坡、摩擦片离合器100未闭合且无刹车的状态，汽车也不会前溜。考虑到变速箱1挡及2挡反向锁止时可能会造成超越离合器250里的滚柱256楔紧而无法顺利脱开，故进倒挡的拨叉环254设计为先于1挡和2挡脱开，这样1挡的超越离合器250就处于自由状态，锁止状态解除，超越离合器250里的滚柱256非楔紧状态，拨叉230顺利将超越离合器250挂入空挡。

因此，本发明的变速箱的整个换挡过程机械实现无间隙换挡，所以降低了换挡过程的动力损耗，这样体现的结果是加速过程更快了，而且采用硬性传动，传动效率也等同手动挡变速箱，这样既提高加速性能油耗上又得以控制。在低速挡频繁加减油时就算发动机突然减速当前挡位处于超越状态没有直接阻挡车的惯性，而是高一挡位来阻挡，这样发动机与车身起到一定的缓冲且高一挡的传动比相对较高阻力也就较小，这样也就没有像普通双离合变速箱等其它直接传动的变速箱的顿挫感，综上所述，采用本专利所述变速箱能保证起步及低速挡时的舒适性，降低低速时频繁踩放油门导致动力的损耗，又能提高换挡速度，从而提高整个加速过程，能耗比自然也就提高，而且这种结构的变速箱有自锁功能，也就是上坡时挂前进挡不会后溜，下坡时挂倒挡不会前溜，在控制逻辑上比较简单，整个换挡过程只通过一个电机带动换挡鼓220转动一定的角度即可。

综上所述，本发明的汽车自动变速箱有以下几个特点:

(1).可平顺起步，也可做弹射式的快速起步，采用硬性耦合，传动效率高；

(2).低速挡踩放油门不会明显顿挫；

(3).换挡零机械缝隙，整个加速过程更平顺、更快速；

(4).降低工况油耗，特别城市道路频繁加减速时更加明显；

(5).程序可通过刹车踏板深度来快速降挡让发动机阻挡汽车惯性从而降低刹车距离，长下坡时能给汽车一定的阻力；

(6).具有反向锁止功能，在较大的坡度上起步，就算不踩油门发动机没有足够的扭矩带动汽车时仍然不会反向下溜；

(7).控制逻辑简单，换挡全过程只需控制电机的正转反转，不存在挡位的错乱，换挡时不存在油门需跟离合器分合之间配合的问题；

(8).结构简单，体积及重量都可控，制作成本也可控。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于系统实施例和终端实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。并且，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种无缝隙换挡的汽车自动变速箱，其特征在于，包括输入轴、输出轴和换挡机构，所述换挡机构包括换挡电机、换挡鼓，并在每个挡位分别设有拨叉、传输齿轮以及三位双向可控的超越离合器，该超越离合器与所述传输齿轮相互啮合，所述超越离合器设置在所述输入轴或所述输出轴的其中之一轴上，所述传输齿轮设置在所述输入轴或所述输出轴的其中另一轴上；换挡时，所述换挡电机驱动所述换挡鼓旋转，换挡鼓每旋转一个预设角度，则带动对应挡位的拨叉轴向运动，拨叉进一步带动所述超越离合器上的拨叉环运动，使得所述超越离合器在空转状态、正向驱动反向超越状态、反向驱动正向超越状态之间进行切换；

其中，所述超越离合器包括齿圈、星轮、斜槽轮、拨叉环，所述齿圈与所述传输齿轮相互啮合配合，所述拨叉环与所述拨叉相互拨动配合；并在所述星轮与所述齿圈之间套设有滚柱支架，滚柱支架的周向上设有均匀布置的滚柱，且所述星轮的外表面设有与所述滚柱相对应匹配的楔形槽；还包括固定装接在所述星轮的侧面的斜槽轮以及与斜槽轮滑动导向配合的拨叉环，驱动所述拨叉环并带动所述滚柱支架及其滚柱相对所述星轮周向转动一定角度：所述拨叉环位于中间位置时，所述滚柱位于所述星轮的楔形槽的中间，所述滚柱与所述齿圈无接触，所述齿圈相对所述星轮处于空转状态；所述拨叉环沿轴向正向或反向运动时，带动所述滚柱支架及其滚柱相对所述星轮正向或反向转动一定角度，使得所述滚柱楔紧配合在所述星轮的楔形槽与所述齿圈的内壁之间，所述齿圈相对所述星轮处于正向驱动反向超越状态或者反向驱动正向超越状态。

2.根据权利要求1所述的一种无缝隙换挡的汽车自动变速箱，其特征在于：所述输入轴上设置进倒挡拨叉环，及对应的1挡传输齿轮和倒挡传输齿轮；所述进倒挡拨叉环与所述输入轴为周向相对固定轴向相对滑动配合；所述1挡传输齿轮和所述倒挡传输齿轮与所述输入轴为轴向相对固定周向相对滚动配合；所述进倒挡拨叉环内表面设有套齿，所述1挡传输齿轮和所述倒挡传输齿轮上设有与所述进倒挡拨叉环对应的套齿；所述1挡传输齿轮与所述输出轴上的对应的1挡超越离合器啮合；所述倒挡传输齿轮通过方向转换齿轮与所述输出轴上的所述1挡超越离合器啮合。

3.根据权利要求2所述的一种无缝隙换挡的汽车自动变速箱，其特征在于：所述拨叉上设有拨叉导向柱，所述换挡鼓的表面设有与该拨叉导向柱位置相对应且滑动配合的拨叉导向槽。

4.根据权利要求3所述的一种无缝隙换挡的汽车自动变速箱，其特征在于：所述换挡鼓的拨叉导向槽是根据变速箱的换挡逻辑进行设置，所述换挡逻辑为：

空挡时，所述进倒挡拨叉环位于中间位置，所有所述超越离合器处于空转状态；

前进时，1挡超越离合器为正向驱动状态，2挡超越离合器为反向驱动状态，所述进倒挡拨叉环再套入所述1挡的传输齿轮；

升挡时，首先3挡进入反向驱动状态，后2挡进入正向驱动状态，最后1挡进入空转状态；

依次类推，直到要进入最高挡时，最高挡直接进入驱动状态，后当前挡进入空转状态；

降挡为升挡的逆过程，首先目标挡进入正向驱动状态，后当前挡进入反向驱动状态，最后比当前挡高一挡的再进入空转状态；

依次类推，直到当前挡是1挡时，所述换挡机构不再降挡，而是打开与发动机耦合的离合器；

从前进挡进入空挡时，首先所述进倒挡拨叉环脱开所述1挡的传输齿轮，并位于中间位置，所述1挡超越离合器和所述2挡超越离合同时进入空转状态；

倒挡时，所述1挡超越离合器为反向驱动状态，所述2挡超越离合器为反向驱动状态，所述进倒挡拨叉环再套入倒挡的传输齿轮，倒挡的传输齿轮通过所述方向转换齿轮驱动所述1挡超越离合器。

5.根据权利要求1所述的一种无缝隙换挡的汽车自动变速箱，其特征在于：所述滚柱支架设有支架固定柱，该支架固定柱伸出所述滚柱支架并与所述拨叉环传动配合连接。

6.根据权利要求5所述的一种无缝隙换挡的汽车自动变速箱，其特征在于：所述支架固定柱伸出所述滚柱支架的部分还套设有固定柱螺母，所述拨叉环的端面上设有与所述固定柱螺母相对应的插接孔，所述插接孔的内壁设有滑动槽，所述固定柱螺母的外壁设有滚珠槽，所述支架固定柱及固定柱螺母与所述拨叉环的插接孔通过滚珠滑动连接配合。

7.根据权利要求1所述的一种无缝隙换挡的汽车自动变速箱，其特征在于：所述斜槽轮与所述星轮固定设置在所述输入轴或所述输出轴上，所述斜槽轮的外表面设有斜槽，所述拨叉环的内表面设有与所述斜槽滑动配合的斜槽导向柱，驱动所述拨叉环进行轴向运动时，所述斜槽导向柱在所述斜槽中滑动，使得所述拨叉环通过所述斜槽轮的斜槽把所述轴向运动转换成相对于斜槽轮边轴向移动边周向转动的运动，并带动所述滚柱支架及其滚柱相对所述星轮周向转动。

8.根据权利要求1至7任一项所述的一种无缝隙换挡的汽车自动变速箱，其特征在于：还包括与汽车的动力机构耦合连接的内压式摩擦片离合器，所述内压式摩擦片离合器将所述动力机构的动力传输至所述换挡机构；其中，所述内压式摩擦片离合器包括离合器驱动电机、离合杠杆、压簧、压盘、摩擦片，所述动力机构设有飞轮，所述摩擦片设置在所述压盘与所述飞轮之间，所述离合器驱动电机驱动所述离合杠杆运动，所述离合杠杆将驱动力通过所述压簧传递给压盘，压盘通过所述摩擦片与所述飞轮接合或分离，实现所述摩擦片离合器的离合控制。