CN108317227B - 两速变速器 - Google Patents

Abstract

一种汽车工程技术领域的两速变速器，包括：行星齿轮机构，设置有太阳轮、行星架和齿圈；所述太阳轮、行星架和齿圈中其中一个作为输入构件，另一个作为输出构件，还有一个作为支撑构件；输入构件与输入轴固定连接，输出构件与输出轴固定连接；机械换挡系统，设置有第一离合器和第一制动器；第一离合器与输入构件、输出构件和支撑构件中任意两个构件连接；第一制动器与支撑构件连接；液压换挡系统，设置有第二离合器；第二离合器与输入构件、输出构件和支撑构件中任意两个构件连接。本发明同时布置机械换挡系统和液压换挡系统，通过液压换挡系统进行挡位变换，在挡位变换后再通过机械换挡系统保持挡位，使得汽车兼备换挡舒适和高效节能的特点。

Description

两速变速器

技术领域

本发明涉及的是一种车辆工程领域的技术，具体是一种两速变速器。

背景技术

在汽车变速器中，换挡系统主要有机械换挡系统和液压换挡两类，机械换挡系统的动力来源于电机或人力，通常仅在换挡过程中需要动力，在换挡完成后依靠机械结构的自锁维持换挡系统的状态。液压换挡系统的动力来源于油泵产生高压油来推动活塞产生推力，在换挡完成后依靠保持高压油的油压维持换挡系统的状态。

机械换挡系统由于仅在换挡过程中需要动力，换挡完成后即可停止动力需求，具有能耗低的优点，但由于结构限制，通常用于开关式换挡机构如犬牙式离合器、可控单向离合器等，在带式制动器等应用上虽然可以实现一定转矩范围内转矩传递的连续变化，但转矩变化的平稳性远低于液压换挡系统。

液压换挡系统通过调整高压油的压力调整活塞获得的压力，使得换挡过程中的冲击能够被平稳的吸收，如多片湿式离合器。

在手动变速器(MT)、机械式自动变速器(AMT)等结构的变速器主要采用机械换挡系统，具有系统损耗小、传递效率高、结构简单等优点，但也同时存在换挡冲击大，换挡过程动力有中断等缺点。

在自动变速器(AT)中基本采用液压换挡系统，如多片湿式离合器、多片湿式制动器等，具有换挡平稳的优点，但存在结构复杂、传递效率低等缺点。

目前汽车变速器的驻车系统主要采用棘轮棘爪式驻车机构，属于开关式驻车机构，当车辆在坡道上驻车时，驻车机构和动力总成悬置在整车重力的作用受力，当驻车系统解锁时，驻车机构和动力总成悬置在驻车时产生的势能将会一下子释放出来，从而产生较大的噪音，影响舒适性。

当车辆在坡道上起步时，由于车辆制动力消除到动力系统开始驱动之间会存在时间差，因此车辆在重力作用下会出现溜车现象。为了防止溜车现象，目前主要采取两个方法，第一个方法是要求驾驶员利用手制动器制动来手动消除这个时间差，但该方法对驾驶员要求较高，第二个方法是增加坡道辅助系统，通过延迟车辆制动力消除的时间来消除这个时间差，但增加额外的坡道辅助系统会增加成本，而且坡道辅助系统延迟车辆制动力消除的时间有限，对车辆姿态有较高要求，在实际应用中会出现失效现象。

目前汽车领域特别是新能源汽车，一方面对于节能的要求越来越高，另一方面对于舒适性的要求也越来越高，机械换挡或液压换挡均无法满足上述需求。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种两速变速器，同时布置机械换挡系统和液压换挡系统，通过液压换挡系统进行挡位变换，在挡位变换后再通过机械换挡系统保持挡位，使得汽车兼备换挡舒适和高效节能的特点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种两速变速器，包括：

行星齿轮机构，设置有太阳轮、行星架和齿圈；所述太阳轮、行星架和齿圈中其中一个作为输入构件，另一个作为输出构件，还有一个作为支撑构件；所述输入构件与输入轴固定连接，输出构件与输出轴固定连接；

机械换挡系统，设置有第一离合器和第一制动器；所述第一离合器与输入构件、输出构件和支撑构件中任意两个构件连接；所述第一制动器与支撑构件连接；

液压换挡系统，设置有第二离合器；所述第二离合器与输入构件、输出构件和支撑构件中任意两个构件连接。

所述第一制动器与变速器壳体固定连接。

优选地，所述液压换挡系统还设有第二制动器；所述第二制动器与支撑构件连接。

所述第二制动器与变速器壳体固定连接。

所述两速变速器还设有主减速器和差速器，所述主减速器分别与输出轴、差速器固定连接。

优选地，所述主减速器包括构成圆柱齿轮副的主动齿轮和从动齿轮，主动齿轮固定在输出轴上，从动齿轮固定在差速器上；对应地，差速器旋转轴线与输入轴轴线异轴线设置。

优选地，所述主减速器为行星齿轮机构，所述行星齿轮机构包括太阳轮、行星架和齿圈，太阳轮、行星架和齿圈中任一个与输出轴固定连接，另一个与差速器固定连接，还有一个与变速器壳体固定连接；对应地，差速器旋转轴线与输入轴轴线共轴线。

技术效果

与现有技术相比，本发明在换挡时先采用液压换挡系统进行挡位变换，使得换挡过程平稳无冲击，在挡位变换完成后采用机械换挡系统进行挡位保持，依靠机械换挡系统自身的自锁维持挡位，不需要消耗能源，消除了液压换挡系统维持挡位耗能大的缺点，使得两速变速器同时具有换挡舒适和高效节能的优点；另外，通过液压换挡系统缓慢的释放，使得驻车时产生的势能逐渐释放，消除了传统驻车系统释放时产生的噪音。

附图说明

图1a为实施例1中的一个结构示意图；

图1b为实施例1中的一个结构示意图；

图1c为实施例1中的一个结构示意图；

图2a为实施例2中的一个结构示意图；

图2b为实施例2中的一个结构示意图；

图2c为实施例2中的一个结构示意图；

图3a为实施例3中的一个结构示意图；

图3b为实施例3中的一个结构示意图；

图中：第一行星齿轮机构1、输入轴2、输出轴3、第一离合器4、第二离合器5、第一制动器6、第二制动器7、主减速器8、差速器9、第一太阳轮11、第一行星架12、第一齿圈13、主动齿轮81、从动齿轮82、第二太阳轮85、第二行星架86、第二齿圈87。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细描述。

实施例1

如图1a所示，本实施例包括由第一太阳轮11、第一行星架12、第一齿圈13和若干第一行星齿轮14构成的第一行星齿轮机构1；由于行星齿轮机构1的特性，根据速比的需要，第一太阳轮11、第一行星架12和第一齿圈13均可分别作为输入构件、支承构件或输出构件，本实施例以第一太阳轮11作为输入构件、第一行星架12作为输出构件、第一齿圈13作为支撑构件为例进行说明。

所述第一太阳轮11与两速变速器的输入轴2固定连接，第一行星架12与两速变速器的输出轴3固定连接。

本实施例包括机械换挡系统，所述机械换挡系统设置有第一离合器4和第一制动器6，所述第一制动器6与两速变速器壳体固定连接并与第一齿圈13固定连接，当第一制动器6闭合时，第一齿圈13相对于两速变速器的壳体静止。

优选地，所述第一离合器4与第一太阳轮11、第一行星架12、第一齿圈13中任意两个构件固定连接；当第一离合器4闭合时，第一行星齿轮机构1的内部各构件也相对静止；

进一步优选地，所述第一离合器4一端与第一齿圈13固定连接，另一端与第一行星架12固定连接。

所述第一离合器4可以是同步器、犬牙式离合器、可控单向离合器、可控双向离合器等机械式开合部件中的任意一种。

所述第一制动器6可以采用同步器、犬牙式离合器、可控单向离合器和可控双向离合器等机械式开合部件中的任意一种，也可以采用在一定转矩范围内连续可调的带式制动器，这些部件的特点都是在维持挡位的时候依靠机械换挡系统自身的自锁性能维持机械状态进而维持制动器的状态。

本实施例包括液压换挡系统，所述液压换挡系统设置有第二离合器5。

优选地，所述第二离合器5与第一太阳轮11、第一行星架12、第一齿圈13中任意两个构件固定连接，基于行星齿轮机构的特性，当第二离合器5闭合时，行星齿轮机构1的内部各构件相对静止。

进一步优选地，第二离合器5的两端分别与第一太阳轮11、第一行星架12固定连接。

优选地，第二离合器5一端与输入轴2固定连接，另一端与第一行星架12固定连接，由于输入轴2与第一太阳轮11固定连接，因此等效于第二离合器5的一端与第一太阳轮11固定连接，另一端与第一行星架12固定连接，在这种结构下，第二离合器5闭合时，行星齿轮机构1的内部各构件也相对静止。

所述第二离合器5可以采用多片湿式离合器等由液压驱动的、在一定转矩传递范围内连续可调的部件。

本实施例中两速变速器各挡位与换挡机构各部件状态关系如下：

挡位	第一离合器4	第二离合器5	第一制动器6
				2挡	闭合	分离	分离
1挡	分离	分离	闭合
				空挡	分离	分离	分离
驻车	闭合	分离	闭合

从状态关系可以看出，作为液压换挡系统组成部件的第二离合器5在挡位维持阶段是处于分离状态的。

本实施例的换挡操作过程如下：

1)车辆停车状态下：变速器处于驻车挡位，此时第二离合器5处于分离状态，第一离合器4和第一制动器6处于闭合状态；

2)车辆起步状态下：先闭合第二离合器5，再分离第一离合器4，第一离合器4分离后再分离第二离合器5，变速器从驻车挡位进入1挡，由于第二离合器5采用的是多片湿式离合器，所以驻车时整车产生的势能能够缓慢释放，消除因驻车释放冲击产生的噪音；

3)车速较高状态下：闭合第二离合器5的同时分离第一制动器6，通过第二离合器5和第一制动器6的半联动滑摩控制实现无动力中断换挡，在第二离合器5完全闭合后再闭合第一离合器4，闭合第一离合器4后再分离第二离合器5，变速器进入2挡；

4)变速器从2挡进入到1挡及从1挡进入到空挡对上述过程反向操作即可；

5)变速器从驻车挡进入空挡：闭合第二离合器5，再分离第一离合器4，之后再同时分离第二离合器5和第一制动器6，变速器即由驻车挡进入空挡；

6)变速器从1挡进入空挡：分离第一制动器6，变速器即由1挡进入空挡；

7)变速器从2挡进入空挡：闭合第二离合器5，再分离第一离合器4，之后再分离第二离合器5，变速器即由2挡进入空挡。

从上述换挡操作过程可以看出，本实施例所述两速变速器在进行换挡切换时为平稳切换，没有转矩的突变，使得变速器具有很好的舒适性，并且在挡位保持阶段完全由机械换挡系统维持，消除了液压换挡系统在挡位保持过程中需要消耗能量的问题，使得变速器具有高效节能的优点。

更佳地，两速变速器的驻车系统通过液压换挡系统消除了常规棘轮棘爪换挡系统在驻车和解锁时整车势能产生的冲击，从而消除了驻车系统释放时产生的冲击。

更佳地，两速变速器在由驻车挡进入1挡的过程中，在第一离合器4分离后，当动力源向变速器开始传递动力后再分离第二离合器5，可以消除车辆制动力消除与动力系统开始驱动之间的时间差，从而消除了车辆在坡道起步时的溜车现象。由于不需要驾驶员手动控制手制动器，对车辆姿态和动力系统开始工作的时间也没有要求，更不需要增加额外的传感器和控制系统，具有明显的成本优势和可靠性优势。

作为本实施例的一种改进，本实施例还设有主减速器8和差速器9。

所述差速器9为锥齿轮差速器、圆柱齿轮行星齿轮差速器和蜗杆式差速器中的任意一种。

如图1b所示，为采用圆柱齿轮副的主减速器8，包括主动齿轮81和从动齿轮82，主动齿轮81固定在输出轴3上，从动齿轮82固定在差速器9上；对应地，差速器旋转轴线与输入轴轴线异轴线设置。

如图1c所示，为采用行星齿轮结构的主减速器8，包括第二太阳轮85、第二行星架86和第二齿圈87，第二太阳轮85、第二行星架86和第二齿圈87中任意一个构件作为主减速器8的输入构件与输出轴3固定连接，另一个构件作为输出构件与差速器9固定连接，还有一个构件作为支撑构件与两速变速器壳体固定连接。

优选地，所述第二太阳轮85作为输入构件与输出轴3固定连接，第二行星架86作为输出构件与差速器9固定连接，第三齿圈87作为支撑构件与两速变速器壳体固定连接；此结构中输入轴2、第一行星齿轮机构1、第二太阳轮85和差速器9的旋转轴线均在同一轴线上。

如图1c所示，主减速器8采用行星齿轮结构，若动力源为电机，特别当电机轴为空心轴时，差速器9靠近电机侧的输出轴可以同时穿过电机轴、输入轴2、第一行星齿轮机构1和主减速器8，使得两速变速器的输入和输出同轴；相对于图1b采用圆柱齿轮副的主减速器8，在体积和重量上均大幅减小，从而进一步降低了整车的能量消耗，提高动力总成的节能效果。

实施例2

如图2a所示，本实施例与实施例1的区别在于液压换挡机构还设有第二制动器7，所述第二制动器7可以采用多片湿式离合器等液压驱动部件。

所述第二制动器7与其他部件的固定连接关系和第一制动器6相同，均与两速变速器壳体固定连接并与第一齿圈13固定连接；当第二制动器7闭合时，第一齿圈13相对于两速变速器的壳体静止。

本实施例中机械换挡系统包括第一离合器4和第一制动器6，液压换挡系统包括第二离合器5和第二制动器7，且第一离合器4和第二离合器5功能相同，均使得第一行星齿轮机构1的内部各构件相对静止，第一制动器6和第二制动器7的功能相同，均控制第一行星齿轮机构1中的支撑构件与两速变速器壳体固定连接的打开和闭合。

本实施例中两速变速器各挡位与换挡机构各部件状态关系如下：

挡位	第一离合器4	第二离合器5	第一制动器6	第二制动器7
					2挡	闭合	分离	分离	分离
1挡	分离	分离	闭合	分离
					空挡	分离	分离	分离	分离
驻车	闭合	分离	闭合	分离

与实施例1相同，本实施例中作为液压换挡系统组成部件的第二离合器5在挡位维持阶段是处于分离状态的。

实施例中作为液压换挡系统组成部件的第二制动器7在挡位维持阶段是处于分离状态的。

本实施例的换挡操作过程如下：

1)车辆停车状态下：变速器处于驻车挡位，此时第二离合器5和第二制动器7处于分离状态，第一离合器4和第一制动器6处于闭合状态；

2)车辆起步状态下：先闭合第二离合器5，再分离第一离合器4，第一离合器4分离后再分离第二离合器5，变速器从驻车挡位进入1挡，由于第二离合器5采用的是多片湿式离合器，所以驻车时整车产生的势能能够缓慢释放，消除因驻车释放冲击产生的噪音；

3)车速较高状态下：闭合第二制动器7，然后分离第一制动器6，之后闭合第二离合器5并分离第二制动器7，通过第二离合器5和第二制动器7的半联动滑摩控制实现无动力中断换挡，第二离合器5完全闭合后再闭合第一离合器4，闭合第一离合器4后再分离第二离合器5，变速器进入2挡；

4)变速器从2挡进入到1挡及从1挡进入到空挡对上述过程反向操作即可；

5)变速器从驻车挡进入空挡：分别闭合第二离合器5和第二制动器7，然后再分离第一离合器4和第一制动器6，之后同时分离第二离合器5和第二制动器7，变速器即由驻车挡进入空挡；

6)变速器从1挡进入空挡：闭合第二制动器7，然后分离第一制动器6，再分离第二制动器7，变速器即由1挡进入空挡；

7)变速器从2挡进入空挡：第二离合器5闭合，第一离合器4分离，然后第二离合器5分离，变速器即由2挡进入空挡。

由于液压换挡系统中增加了采用多片湿式制动器或同类技术的第二制动器7，相对于实施例1中仅采用带式制动器的第一制动器5，转矩变化的范围更大，转矩变化的平稳性更好，因此相对于实施例1具有更好的舒适性，特别在1挡变2挡、2挡变1挡的变化上更容易降低无动力中断换挡过程中的冲击，提升换挡平稳度。

更佳地，两速变速器的驻车系统通过液压换挡系统进行释放，消除了常规棘轮棘爪换挡系统在驻车和解锁时整车势能产生的冲击，从而消除了驻车系统释放时产生的冲击。

更佳地，两速变速器在由驻车挡进入1挡的过程中，在第一离合器4分离后，当动力源向变速器开始传递动力后再分离第二离合器5，可以消除车辆制动力消除与动力系统开始驱动之间的时间差，从而消除了车辆在坡道起步时的溜车现象。由于不需要驾驶员手动控制手制动器，对车辆姿态和动力系统开始工作的时间也没有要求，更不需要增加额外的传感器和控制系统，具有明显的成本优势和可靠性优势。

作为本实施例的一种改进，本实施例还设有主减速器8和差速器9。

所述差速器9为锥齿轮差速器、圆柱齿轮行星齿轮差速器和蜗杆式差速器中的任意一种。

如图2b所示，为采用圆柱齿轮副的主减速器8，包括主动齿轮81和从动齿轮82，主动齿轮81固定在输出轴3上，从动齿轮82固定在差速器9上；对应地，差速器旋转轴线与输入轴轴线异轴线设置。

如图2c所示，为采用行星齿轮结构的主减速器8，包括第二太阳轮85、第二行星架86和第二齿圈87，第二太阳轮85、第二行星架86和第二齿圈87中的任意一个构件作为主减速器8的输入构件与输出轴3固定连接，另一个构件作为输出构件与差速器9固定连接，还有一个构件作为支撑构件与两速变速器壳体固定连接。

优选地，所述第二太阳轮85作为输入构件与输出轴3固定连接，第二行星架86作为输出构件与差速器9固定连接，第三齿圈87作为支撑构件与两速变速器壳体固定连接；此结构中输入轴2、第一行星齿轮机构1、第二太阳轮85和差速器9的旋转轴线均在同一轴线上。

如图2c所示，主减速器8采用行星齿轮机构结构，若动力源为电机，特别当电机轴为空心轴时，差速器9靠近电机侧的输出轴可以同时穿过电机轴、输入轴2、第一行星齿轮机构1和主减速器8，使得两速变速器的输入和输出同轴；相对于图2b采用圆柱齿轮副的主减速器8，在体积和重量上均大幅减小，从而进一步降低了整车的能量消耗，提高动力总成的节能效果。

实施例3

如图3a所示，本实施例包括由第一太阳轮11、第一行星架12、第一齿圈13和若干第一行星齿轮14构成的第一行星齿轮机构1；与实施例1的不同之处在于，本实施例中第一齿圈13作为输入构件，第一行星架12作为输出构件，第一太阳轮11作为支撑构件。

所述太阳轮11可绕轴线旋转的固定支撑在输出轴3上。

所述第二离合器5的一端与第一齿圈13固定连接，另一端与第一行星架12固定连接；所述第二离合器5闭合时，第一行星齿轮机构1的内部各构件相对静止；当然第二离合器5的两端与第一太阳轮11、第一行星架12、第一齿圈13中任意两个构件固定连接均可实现同样的功能。

所述第一离合器4的一端与第一太阳轮11固定连接，另一端与第一行星架12固定连接；当第一离合器4闭合时，第一行星齿轮机构1的内部各构件也相对静止；当然第一离合器4的两端与第一太阳轮11、第一行星架12、第一齿圈13中任意两个构件固定连接均可实现同样的功能。

本实施例中挡位变换的控制过程和实施例1相同。

作为本实施例的一种改进，所述两速变速器还设有主减速器8和差速器9，所述主减速器8分别与输出轴3、差速器9固定连接，如图3b所示。

所述差速器9为锥齿轮差速器、圆柱齿轮行星齿轮差速器和蜗杆式差速器中的任意一种。

优选地，所述主减速器8包括构成圆柱齿轮副的主动齿轮81和从动齿轮82，主动齿轮81固定在输出轴3上，从动齿轮82固定在差速器9上；对应地，差速器旋转轴线与输入轴轴线异轴线设置。

需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种两速变速器，其特征在于，包括：

行星齿轮机构，设置有太阳轮、行星架和齿圈；所述太阳轮、行星架和齿圈中其中一个作为输入构件，另一个作为输出构件，还有一个作为支撑构件；所述输入构件与输入轴固定连接，输出构件与输出轴固定连接；

机械换挡系统，设置有第一离合器和第一制动器；所述第一离合器与输入构件、输出构件和支撑构件中任意两个构件连接；所述第一制动器与支撑构件连接；

液压换挡系统，设置有第二离合器；所述第二离合器与输入构件、输出构件和支撑构件中任意两个构件连接；

车辆停车状态下：变速器处于驻车挡位，此时第二离合器和第二制动器处于分离状态，第一离合器和第一制动器处于闭合状态；

车辆起步状态下：先闭合第二离合器，再分离第一离合器，第一离合器分离后再分离第二离合器，变速器从驻车挡位进入1挡，第二离合器采用的是多片湿式离合器；

车速较高状态下：闭合第二制动器，然后分离第一制动器，之后闭合第二离合器并分离第二制动器，通过第二离合器和第二制动器的半联动滑摩控制实现无动力中断换挡，第二离合器完全闭合后再闭合第一离合器，闭合第一离合器后再分离第二离合器，变速器进入2挡。

2.根据权利要求1所述两速变速器，其特征是，所述液压换挡系统还设有第二制动器；所述第二制动器与支撑构件连接。

3.根据权利要求1或2所述两速变速器，其特征是，所述两速变速器还设有主减速器和差速器，所述主减速器分别与输出轴、差速器固定连接。

4.根据权利要求3所述两速变速器，其特征是，所述主减速器包括构成圆柱齿轮副的主动齿轮和从动齿轮，主动齿轮固定在输出轴上，从动齿轮固定在差速器上；对应地，差速器旋转轴线与输入轴轴线异轴线设置。

5.根据权利要求3所述两速变速器，其特征是，所述主减速器为行星齿轮机构；所述行星齿轮机构包括太阳轮、行星架和齿圈，太阳轮、行星架和齿圈中任一个与输出轴固定连接，另一个与差速器固定连接，还有一个与变速器壳体固定连接；对应地，差速器旋转轴线与输入轴轴线共轴线。