CN201240263Y

CN201240263Y - 一种基于行星机构的分汇流式多挡自动变速系统

Info

Publication number: CN201240263Y
Application number: CNU2008200507675U
Authority: CN
Inventors: 罗玉涛; 谭迪
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2008-07-16
Filing date: 2008-07-16
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2018-07-16

Abstract

本实用新型公开了一种基于行星机构的分汇流式多挡自动变速系统，该系统在发动机和DCT系统之间设有分汇流机构，分汇流机构包括行星机构、制动器和离合器；发动机通过发动机输出轴分别与行星机构的太阳轮和齿圈连接，在连接发动机输出轴与行星机构的太阳轮或齿圈的传动轴上设有离合器和制动器，行星机构的行星架与DCT系统输入轴连接。该变速器通过行星机构、离合器和制动器配合使用可以由(m+n)对齿轮副实现2*(m+n)个挡位，其中m为DCT系统一中间轴的齿轮数，n为另一中间轴的齿轮数。同时该自动变速器可以通过预先挂挡实现动力换挡。

Description

一种基于行星机构的分汇流式多挡自动变速系统

技术领域

本实用新型涉及机械传动系统中的自动变速系统，特别是涉及一种基于行星机构的分汇流式多挡自动变速系统。

技术背景

当今车辆自动变速技术的三个重要研究方向是：液力机械式自动变速器，即AT(Automated Transmission)；无级变速器，即CVT(Continuously Variable Transmission)；电控机械式自动变速器，即AMT(Automated Mechanical Transmission)。

最早在汽车上实现自动变速的是液力机械式自动变速器(AT)，它是目前应用最广泛的汽车自动变速器。AT具有不切断动力换档、起步平顺、液力变矩器对阻力自适应的优点，但存在构造复杂、制造工艺要求高、液力变矩器传动效率低等缺点。无级传动CVT优点是驾驶简便、提高车辆燃油经济性的理想装置，是最具发展前途的自动变速装置，但CVT存在的主要问题是传动带的强度和寿命问题，目前只应用于轻型轿车。电控机械式自动变速器(AMT)是一种新型的自动变速系统，其通过对手动固定轴式变速器和干式摩擦离合器的改造从而实现选档、换档以及离合器和油门的自动操纵。它是一种在传动效率和生产成本等方面优于传统自动变速器(AT)的自动变速器，由于其具有目前汽车工业发展所要求的高燃油经济性、低排放和保护现有手动变速器生产投资的优点，受到了各大汽车厂的重视。

但是AMT的工作原理决定了它在换挡过程中首先要分离离合器，然后将变速器摘空挡，再选挡、换挡，最后接合离合器。这样，当离合器分离后，直到离合器再重新接合之前，发动机的动力将不能被传递到车轮去驱动车辆运行，所以换挡过程中产生了动力传递的中断，车辆必然产生减速度，换挡时间长，给车辆的加速性、舒适性等带来不利影响。

为了既可以充分利用AMT所具有的优点，又可以消除其中断动力换挡的缺点，人们研究出一种双离合器自动变速器(Dual Clutch Transmission，简称DCT)。从原理上讲，DCT系统是将2套离合器——齿轮变速系统交替使用，其中一套负责1挡、3挡、5挡等奇数挡的变速；另一套负责2挡、4挡和6挡等偶数挡和倒挡的变速。DCT系统的原理如图4所示。一根中间轴上空套有前进挡齿轮1、3、5；另一根中间轴上空套有前进挡齿轮2、4和倒挡齿轮。DCT将变速器的挡位按奇、偶数分别布置在与两个离合器所连接的输入轴上，通过预先接合同步器及离合器的滑磨控制来实现动力换挡过程。例如：当车辆以1挡行驶时，若电控单元判断车辆即将要升入2挡，通过控制同步器执行机构，提前将2挡被动齿轮与同步器2进行啮合，此时离合器2仍处于分离状态，2挡还不传递动力；当达到2挡换挡时刻时，通过控制离合器执行机构，使离合器1的分离动作和离合器2的接合动作同时发生，保证了换挡过程中发动机的转矩被连续传递到车轮，其余升、降挡过程与此类似。

虽然DCT系统实现了动力换挡，但像所有自动变速器一样：系统能获得的速比数受到齿轮对数限制，即：系统的速比数与齿轮对数相等。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有双离合器变速器的缺点，提供一种用极少的齿轮对数实现更多的速比，同时使之具有双离合器式自动变速器动力换挡的优点的基于行星机构的分汇流式多挡自动变速系统。

本实用新型在不改变现有双离合器式自动机械变速器的基础上，只增设了行星机构及一个制动器和一个离合器。

本实用新型的目的通过如下技术方案实现：

一种基于行星机构的分汇流式多挡自动变速系统，该系统的发动机与DCT系统连接，DCT系统输出轴与驱动桥连接，驱动桥通过两根半轴与两个驱动轮连接；在发动机和DCT系统之间设有分汇流机构，分汇流机构包括单行星排行星机构、制动器和离合器；发动机通过发动机输出轴分别与行星机构的太阳轮和齿圈连接，在连接发动机输出轴与行星机构的太阳轮或齿圈的传动轴上设有离合器和制动器，行星机构的行星架与DCT系统输入轴连接；控制单元分别与发动机输出轴转速传感器、DCT系统输入轴转速传感器和DCT系统输出轴转速传感器信号连接，控制单元还分别与离合器、制动器和DCT系统连接。

所述的行星机构的行星架与DCT系统输入轴连接，行星机构的太阳轮直接与发动机输出轴连接，行星机构的齿圈与离合器连接，离合器通过传动轴和发动机输出轴连接，制动器与行星机构的齿圈连接。

所述的发动机输出轴直接和行星机构的齿圈连接，离合器的一端与太阳轮连接，另一端与发动机输出轴连接，制动器与太阳轮连接；行星机构的行星架与DCT系统输入轴连接。

如图1所示，本实用新型的工作原理如下：本实用新型采用具有两个自由度的行星机构7作为动力传动元件，行星机构的太阳轮与齿圈分别与发动机输出轴2相连作为动力输入端，行星机构7的行星架作为输出端与DCT系统的输入轴8连接；且在发动机1与行星机构7的太阳轮或齿圈连接的传动轴上设置一个离合器4和一个制动器6，从动力传递顺序的角度来看，制动器6置于离合器4之后，用来控制一端的输入状态。由汽车的控制单元10根据汽车当前的运行状况，通过对三个离合器(其中两个为现有DCT系统构件)和一个制动器的控制，来实现不同的配合动作以达到不同需求的。其他具体的连接关系同实施例1。根据制动器6和离合器4的不同工作状态，可分为两种情况：

(1)制动器6工作，离合器4不工作

此种情况下，行星机构其中一个输入端被固定，其转速为零，行星机构变为定轴轮系，其传动比为输出元件的与输入元件的齿轮齿数比。此时可根据DCT系统不同的离合器接合选择不同的挡位，得到不同的速比(有几对啮合齿轮就有几对不同的速比)。

(2)制动器6松开，离合器4接合工作

此种情况时，行星机构的两个输入端被绑定，具有相同的转速，而根据行星机构的特点可知：如果行星机构其中的两个元件以相同的转速运动，则第三个元件也会以相同的转速运转。因此，此时的行星机构是以发动机的输出转速转动的，其传动比为1。同理，此时可根据DCT系统不同的离合器接合，选择不同的挡位，得到不同的速比(有几对啮合齿轮就有几对不同的速比)。

相对于现有技术，本实用新型具有如下优点和友谊效果：

(1)该变速器通过增设行星机构、一个离合器及一个制动器，可以由(m+n)对齿轮副实现2*(m+n)个挡位数(其中m为DCT系统一中间轴的齿轮数，n为另一中间轴的齿轮数)，大大提高了其动力性和燃油经济性。

(2)由上述的两种工作情况得到的速比的大小，在顺序换挡时，我们可以实现两种工作状态只交替一次的最优方案，使其控制更为方便、简单。

(3)行星机构的结构决定了其具有固定的转矩比，因此我们可以选择具有最小转矩的元件作为制动端元件，具有最大转矩的元件作为输出元件，即使控制容易，又可得到最大的输出转矩。

(4)可直接利用现有的DCT系统，又使其成本降低，加工制造方便。

(5)由于使用了现有DCT的双离合器结构，可以实现动力换挡性能，从而大大提高了车辆的动力性和驾乘舒适性。

(6)本实用新型变速器可以由(m+n)对齿轮实现2*(m+n)个挡位速比，因此使它可以广泛应用于对挡位数有各种不同要求的车型。

(7)在挡位数要求一定的情况下，可以大大减少齿轮的数量，从而缩小了其体积和重量，使更容易在车辆上布置。

附图说明

图1为本实用新型的通用原理示意图。

图2为实施例1的原理示意图。

图3为实施例2的原理示意图。

图4为现有DCT变速器的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1：五前进挡的双离合器式自动变速器轿车的变速器改造

如图2所示：在五前进挡的双离合器式自动变速器轿车的发动机和DCT系统之间增设分汇流机构9，包括单行星排行星机构7、一个制动器6和一个离合器4。其中，行星机构7的行星架与DCT系统输入轴8连接，行星机构7的太阳轮直接与发动机输出轴2连接，行星机构7的齿圈与离合器4连接，离合器4通过传动轴3和发动机输出轴2连接，制动器6通过传动轴5与行星机构7的齿圈连接，用于控制齿圈的运动。发动机1与发动机输出轴2连接。行星机构后面部分的布置则和现有的DCT系统一样，即DCT系统输出轴13与驱动桥15连接，驱动桥15通过两根半轴16与两个驱动轮14连接。控制单元10分别与发动机输出轴转速传感器11、DCT系统输入轴转速传感器17和DCT系统输出轴转速传感器18信号连接，控制单元10还分别与分汇流机构9中的离合器4、制动器6和DCT系统12连接。发动机输出轴2、DCT系统输入轴8和DCT系统输出轴13的转速由发动机输出轴转速传感器11、DCT系统输入轴转速传感器17和DCT系统输出轴转速传感器18检测后，将电信号传给控制单元10，控制单元控制离合器4、制动器6和DCT系统12，实现换挡。即通过对车辆当前运行状况的分析，控制单元10控制离合器、制动器配合动作，并驱动换挡驱动机构换挡，其不同的配合使用情况可得到不同的传动比。

控制单元是整个变速系统的控制部分的核心，通过采集发动机输出轴转速传感器11、DCT系统输入轴转速传感器17、DCT系统输出轴转速传感器18的信号，进行控制程序运算，分别对分汇流机构9中的离合器4、制动器6和DCT系统12进行控制。行星机构7可以是单行星排机构，也可以是复合行星排机构。离合器4可以是普通的干式离合器，也可以是湿式离合器，可以是单片式的，也可以是多片式的，也可以是电磁或其他类型的离合器。制动器5可以是普通的干式制动器，也可以是湿式制动器，可以是单片式的，也可以是多片式的，可以是鼓式的，也可以式碟片式或带式的，还可以是电磁或其他类型的制动器。

DCT系统采用图4所示的系统，为双离合器自动变速箱，其中一根中间轴上空套有前进挡齿轮1、3、5；另一根中间轴上空套有前进挡齿轮2、4和倒挡齿轮。n_s为太阳轮转速；n_r为齿圈转速；行星排特性参数k＝n_s/n_r；i_11’、i_22’、i_33’、i_44’、i_55’(从大到小排列)分别为所采用的DCT变速器五对齿轮的传动比。

以下是本实施例中制动器、离合器不同配合使用情况的速比分析：

1、在制动器6工作，离合器4不工作的情况时：

(1)DCT系统中离合器之一41(如图4所示)接合，动力从发动机1经行星机构7的太阳轮、行星架传递给DCT系统12中间轴，通过啮合齿轮将动力传递给DCT系统输出轴13最终输出，此时DCT系统：

a、1挡齿轮与相应同步器接合可得传动比：i₁＝(1+k)*i_11’；

b、3挡齿轮与相应同步器接合可得传动比：i₃＝(1+k)*i_33’；

c、5挡齿轮与相应同步器接合可得传动比：i₅＝(1+k)*i_55’；

(2)DCT系统中离合器之二42(如图4所示)接合，动力从发动机1经行星机构7的太阳轮、行星架传递给DCT系统12中间轴，通过啮合齿轮将动力传递给DCT系统输出轴13最终输出，此时DCT系统：

a、2挡齿轮与相应接合套接合可得传动比：i₂＝(1+k)*i_22’；

b、4挡齿轮与相应接合套接合可得传动比：i₄＝(1+k)*i_44’；

2、在制动器6松开，离合器4接合工作时：

(1)DCT系统中离合器1(如图4所示)接合，动力从发动机1经行星机构7传递给DCT系统12中间轴，通过啮合齿轮将动力传递给输出轴13最终输出，此时DCT系统：

a、1挡齿轮与相应同步器接合可得传动比：i_1’＝i_11’；

b、3挡齿轮与相应同步器接合可得传动比：i₃’＝i_33’；

c、5挡齿轮与相应同步器接合可得传动比：i₅’＝i_55’；

(2)DCT系统中离合器2(如图4所示)接合，动力从发动机经行星机构传递给DCT系统中间轴，通过啮合齿轮将动力传递给输出轴13最终输出，此时DCT系统：

a、2挡齿轮与相应接合套接合可得传动比：i₂’＝i_22’；

b、4挡齿轮与相应接合套接合可得传动比：i₄’＝i_44’；

当车辆以传动比i₁工作时，此时制动器4和DCT系统离合器1同时工作，行星机构7的齿圈被制动，行星轮系变为定轴轮系，发动机1输出的功率由太阳轮、行星架，经DCT系统离合器之一41、DCT系统中间轴和一挡齿轮副，最终由DCT系统输出轴13输出；档位的变换则是控制单元根据车辆运行状况来决定的，若此时控制单元判断车辆需要以传动比i₂工作，则可通过控制换挡驱动机构，预先将齿轮2与相应同步器进行接合，此时DCT系统离合器之二42处于分离状态，与之相连的中间轴还不传递动力，待达到一定换挡时刻时，使DCT系统离合器之二42接合，同时离合器之一41分离，经过这一过程后，变速器便完成换挡程序，此时动力则由发动机经太阳轮、行星架、DCT系统离合器之二42、中间轴、2挡齿轮副由DCT系统输出轴13输出；若控制单元判断车辆需要以传动比i₁’工作，即：需离合器4和DCT系统离合器之一41工作，当达到换挡时刻时，只需控制离合器4和制动器6同时动作，即：离合器4接合，制动器6结束制动。此时行星机构7三元件被绑定以发动机输出转速转动，并将动力传递个变速箱中间轴，通过啮合齿轮将动力输出，由于行星机构的传动比发生变化，因此可得到不同的速比输出。其它的换挡原理与上述相同，不一一列举。

由此可见只用4对齿轮就可实现8个挡位的功能，这是其它变速器所无法比拟；其次，本实用新型变速器可通过预先挂挡实现动力换挡。同时还可根据各种汽车对动力性和经济性的不同要求，选用不同数量的挡位使用。

实施例2：五前进挡的双离合器式自动变速器轿车的变速器另一种改造

如图3所示：在一辆五前进挡的双离合器式自动变速器轿车的变速器上进行另一种形式改造。其结构布置与图2基本相同，不同之处在于改变了行星机构的两个输入端的连接方式。发动机输出轴2直接和行星机构7的齿圈连接，离合器4的一端与太阳轮连接，另一端与发动机输出轴连接，制动器6与太阳轮连接，用于控制太阳轮的运动状态；行星机构7的行星架与DCT系统输入轴8连接。本实施实例的工作原理与实施例1基本相同，此处不再累述。

由于行星机构内在的杠杆比决定了其三个元件的转矩关系是一定的，即：M_s:M_r:M_c＝1:k:[—(1+k)]，其中的M_s、M_r、M_c分别为太阳轮、齿圈和行星架的转矩，k为行星架的特征参数，等于齿圈与太阳轮的齿数比。所以以本实施例的方式连接，用于控制太阳轮运动状况的制动器6的制动力矩可达到最小，且输出的力矩可达到最大(这里的最小最大还需要结合上述比例式稍微分析)；虽然实施例1的连接方式会使制动力矩增大，但是为了使换挡过程的精度更高，更容易控制，选择在顺序换挡过程中制动器6和离合器4只交替工作一次的实施实例1作为最优方案，其可实现i₁>i₂>i₃>i₄>i₅>i_1’>i_2’>i_3’>i_4’>i_5’的速比排列顺序。

Claims

1、一种基于行星机构的分汇流式多挡自动变速系统，该系统的发动机与DCT系统连接，DCT系统输出轴与驱动桥连接，驱动桥通过两根半轴与两个驱动轮连接，其特征在于：在发动机和DCT系统之间设有分汇流机构，分汇流机构包括行星机构、制动器和离合器；发动机通过发动机输出轴分别与行星机构的太阳轮和齿圈连接，在连接发动机输出轴与行星机构的太阳轮或齿圈的传动轴上设有离合器和制动器，行星机构的行星架与DCT系统输入轴连接；控制单元分别与发动机输出轴转速传感器、DCT系统输入轴转速传感器和DCT系统输出轴转速传感器信号连接，控制单元还分别与离合器、制动器和DCT系统连接。

2、根据权利要求1所述的基于行星机构的分汇流式多挡自动变速系统，其特征在于：所述行星机构的太阳轮直接与发动机输出轴连接，行星机构的齿圈与离合器连接，离合器通过传动轴和发动机输出轴连接，制动器与行星机构的齿圈连接。

3、根据权利要求1所述的基于行星机构的分汇流式多挡自动变速系统，其特征在于：所述的发动机输出轴直接和行星机构的齿圈连接，离合器的一端与太阳轮连接，另一端与发动机输出轴连接，制动器与太阳轮连接；行星机构的行星架与DCT系统输入轴连接。

4、根据权利要求1-3任一项所述的基于行星机构的分汇流式多挡自动变速系统，其特征在于：所述的行星机构为单行星机构或复合行星机构。

5、根据权利要求1-3任一项所述的基于行星机构的分汇流式多挡自动变速系统，其特征在于：所述的DCT系统为双离合器自动变速箱。

6、根据权利要求1-3任一项所述的基于行星机构的分汇流式多挡自动变速系统，其特征在于：所述的制动器或者离合器为干式、湿式或电磁制动器或离合器。

7、根据权利要求1-3任一项所述的基于行星机构的分汇流式多挡自动变速系统，其特征在于：所述的制动器或者离合器为可以为单片或多片的制动器或离合器。