CN109185401A - 一种二档双向超越主副轴纠缠同步变速箱及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二档双向超越主副轴纠缠同步变速箱设计原理及其控制方法，该变速箱包括输入主轴、输出副轴、低速挡主动齿轮、低速挡从动齿轮、高速挡主动齿轮、高速挡从动齿轮、正向单向器、反向单向器、解除轴承、高速挡同步器、倒挡同步器、卡接器以及若干电磁阀；本发明的控制方法充分利用驱动和拖弋的矛盾，并通过采用正反两个单向器以及三个同步器的互相配合，巧妙地将输入主轴和输出副轴形成互为驱动和拖曳的纠缠状态，从而实现平顺变挡。本发明独特设计，大大改善了电动汽车的变挡的平顺度，提高了电动汽车的综合用电效率，提升电动汽车的行驶里程及坡道起步能力。
Description
技术领域
本发明属于电动汽车变速箱技术领域，具体涉及一种二档双向超越主副轴纠缠同步变速箱及其控制方法。
背景技术
迄今为止，电动汽车多数采用电机直驱的方法来实现高低速的覆盖驱动，因此在一般情况下，电动汽车均为“大马拉小车”的模式，电机的效率并没有得到充分发挥。造成电动汽车电机效率不高的因素是多方面的，这其中最主要原因在于变档技术，这也是汽车行业的一大难题。
传统燃油汽车是采用离合器进行变档，然而离合器的结构复杂，价格昂贵，并且不适用于电动汽车。由于电机驱动的电动汽车没有怠速的问题，因此电机在空转和带载荷情况下转速差距巨大，电流差距也非常大。而且现有的各种电机均不能完全兼顾低速和高速下的运行效率，同时，电机的特性还决定了其在低速大扭力和高转速低扭力之间存在矛盾。这些都是至今缺少能够完美解决电动汽车变档的变速机构的原因。
现在市面上比较流行的中低速电动车二档变速箱，如基于传统设计的离合器结构变速机构、活齿变速机构、超越离合变速机构等等，但上述这些传统的电动汽车变速机构，在变速的过程中都存在卡顿现象，即便有些变速机构中通过采用电机测器测量速度来进行同步，但由于存在测量误差，卡顿现象依旧没有得到完美的解决。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种二档双向超越主副轴纠缠同步变速箱及其控制方法，以改善电动汽车的变挡的平顺度，提高电动汽车的综合用电效率，提升电动汽车的行驶里程及坡道起步能力。
为达到上述技术目的及效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种二档双向超越主副轴纠缠同步变速箱，包括上下平行设置的输入主轴和输出副轴，所述输入主轴上通过正向单向器套设有一个可转动的低速挡主动齿轮，所述输入主轴上通过反向单向器套设有一个可转动的高速挡主动齿轮，所述输出副轴上套设有一个与所述输出副轴同步转动的低速挡从动齿轮，所述输出副轴上通过解除轴承套设有一个可自由转动的高速挡从动齿轮；所述低速挡主动齿轮与所述低速挡从动齿轮上下啮合，形成变速箱的低速挡齿轮组，所述高速挡主动齿轮与所述高速挡从动齿轮上下啮合，形成变速箱的高速挡齿轮组；
所述输入主轴上还套设有与所述输入主轴同步转动的倒挡同步器和高速挡同步器，所述倒挡同步器通过花键轴可横向来回移动地设置在所述低速挡主动齿轮的一侧，负责卡接所述正向单向器以实现所述低速挡主动齿轮与所述输入主轴能够同步反向旋转，所述高速挡同步器通过花键轴可横向来回移动地设置在所述高速挡主动齿轮的一侧，负责卡接所述反向单向器以实现所述高速挡主动齿轮与所述输入主轴能够同步正向旋转；
所述输出副轴上还套设有与所述输出副轴同步转动的卡接器，所述卡接器通过花键轴可横向来回移动地设置在所述高速挡从动齿轮的一侧，负责卡接所述解除轴承以实现所述高速挡从动齿轮与所述输出副轴能够同步正反向旋转。
进一步的，所述低速挡主动齿轮的直径＜所述高速挡主动齿轮的直径＜所述高速挡从动齿轮的直径＜所述低速挡主动齿轮的直径。
进一步的，所述低速挡主动齿轮与低速挡从动齿轮的速比为6-12。
进一步的，所述高速挡主动齿轮与高速挡从动齿轮的速比为2.5-4。
进一步的，所述倒挡同步器、所述高速挡同步器和所述卡接器分别受对应的电磁阀控制。
进一步的，所述正向单向器的有效带力旋转方向与所述输入主轴传递前进动力时的旋转方向相同，所述反向单向器的有效带力旋转方向与所述输入主轴传递前进动力时的旋转方向相反。
进一步的，当变速箱处于低速挡位时，所述卡接器与所述解除轴承卡接，所述倒挡同步器与所述正向单向器脱离，所述高速挡同步器与所述反向单向器脱离；当变速箱处于高速挡位时，所述卡接器与所述解除轴承卡接，所述倒挡同步器与所述正向单向器脱离，所述高速挡同步器与所述反向单向器卡接；当变速箱处于倒车档位时，所述卡接器与所述解除轴承脱离，所述倒挡同步器与所述正向单向器卡接，所述高速挡同步器与所述反向单向器脱离。
进一步的，将所述低速挡主动齿轮在所述输入主轴上的设置方式由通过所述正向单向器的设置方式替换为随所述输入主轴同步转动的设置方式，同时将所述低速挡从动齿轮在所述输出副轴上的设置方式由随所述输出副轴同步转动的设置方式替换为通过所述正向单向器的设置方式，所述正向单向器的有效带力旋转方向与所述输出副轴传递前进动力时的旋转方向相同，并且将所述倒挡同步器从所述输入主轴上改装到所述输出副轴上，改装后的所述倒挡同步器位于所述低速挡从动齿轮的一侧，负责卡接所述正向单向器以实现所述低速挡从动齿轮与所述输出副轴的固定连接。
进一步的，将所述高速挡主动齿轮在所述输入主轴上的设置方式由通过所述反向单向器的设置方式替换为通过所述解除轴承的设置方式，同时将所述高速挡从动齿轮在所述输出副轴上的设置方式由通过所述解除轴承的设置方式替换为通过所述反向单向器的设置方式，所述反向单向器的有效带力旋转方向与所述输出副轴传递前进动力时的旋转方向相反，并且将所述高速挡同步器从所述输入主轴上改装到输出副轴上，同时将所述卡接器从所述输出副轴上改装到输入主轴上，改装后的所述高速挡同步器位于所述高速挡从动齿轮的一侧，负责卡接所述反向单向器以实现所述高速挡从动齿轮与所述输出副轴的固定连接，改装后的所述卡接器位于所述高速挡主动齿轮的一侧，负责卡接所述解除轴承以实现所述高速挡主动齿轮与所述输入主轴的固定连接。
一种二档双向超越主副轴纠缠同步变速箱的设计原理及控制方法，包括以下步骤：
1）当车辆处于停车状态时，倒挡同步器与位于低速挡主动齿轮上的正向单向器松开，高速挡同步器与位于高速挡主动齿轮上的反向单向器松开，卡接器与位于高速挡从动齿轮上的解除轴承卡接，将高速挡从动齿轮与输出副轴连接成一个整体；
2）当车辆起步时，电机正向启动，带动输入主轴正向旋转，此时输入主轴通过正向单向器带力，使得低速挡主动齿轮一同与输入主轴正向旋转，低速挡主动齿轮通过与之啮合的低速挡从动齿轮带动输出副轴反向转动，实现低速动力输出，车辆从低速挡起步，进入低速前进状态；与此同时，由于输入主轴的正向旋转，反向单向器被反向超越，输入主轴相当于在高速挡主动齿轮中保持空转，因此保证了高速挡主动齿轮无法通过与之啮合的高速挡从动齿轮带动输出副轴正向旋转，从而避免干涉输出副轴的反向旋转；
3）当车辆由低速挡切换到高速挡之前，司机松开电门，电机暂时断电停止正向旋转，电机通过能量回馈开始减速，扭力传递开始反转，输入主轴与输出副轴出现驱动和拖曳的纠缠状态；一方面，出于惯性原因，输出副轴通过低速挡从动齿轮反过来拖曳低速挡主动齿轮正向旋转，此时正向单向器被正向超越，使得低速挡主动齿轮相当于在输入主轴上保持超越空转；另一方面，出于惯性原因，输出副轴通过高速挡从动齿轮反过来拖曳高速挡主动齿轮正向旋转，此时高速挡主动齿轮通过反向单向器带力，使得输入主轴一同与高速挡主动齿轮正向旋转；
4）当高速挡主动齿轮拖曳输入主轴实现正向同步旋转后，高速挡同步器在对应电磁阀的控制下与反向单向器卡接，将高速挡主动齿轮与输入主轴连接成一个整体，完成从低速挡到高速挡的变挡；然后电机再次供电正向启动，输入主轴通过高速挡同步器带动高速挡主动齿轮正向旋转，高速挡主动齿轮通过与之啮合的高速挡从动齿轮带动输出副轴反向旋转，实现高速动力输出，车辆进入高速前进状态，此时正向单向器仍旧被输入主轴正向超越，低速挡主动齿轮保持超越空转；
5）当车辆因减速或爬坡需要从高速挡退回低速挡时，司机同样松开电门，电机暂时断电停止正向旋转，紧接着高速挡同步器在对应电磁阀的控制下与反向单向器脱离，使得高速挡主动齿轮与输入主轴形成的一体化结构解除，完成从高速挡到低速挡的变挡；然后电机再次正向启动，带动输入主轴正向旋转，此时输入主轴通过正向单向器带力，使得低速挡主动齿轮一同与输入主轴正向旋转，低速挡主动齿轮通过与之啮合的低速挡从动齿轮带动输出副轴反向转动，实现低速动力输出，车辆回到低速前进状态；
6）当车辆需要倒车时，首先将车辆停下，然后倒挡同步器在对应电磁阀的控制下与正向单向器卡接，将低速挡主动齿轮与输入主轴连接成一个整体，同时卡接器在对应电磁阀的控制下与解除轴承松开，将高速挡从动齿轮与输出副轴形成的一体化结构解除，完成从低速挡到倒挡的变挡；然后电机开始反向启动，带动输入主轴反向旋转，此时输入主轴通过倒挡同步器带动低速挡主动齿轮反向旋转，低速挡主动齿轮通过与之啮合的低速挡从动齿轮带动输出副轴正向旋转，完成低速反向动力输出，车辆进入低速倒车状态；与此同时，虽然输入主轴的反向旋转会使得反向单向器带力，进而带动高速挡主动齿轮一同反向旋转，但由于高速挡从动齿轮与输出副轴解除了一体化结构原因，高速挡主动齿轮只能带动高速挡从动齿轮在输出副轴上保持空转，从而避免干涉输出副轴的低速正向旋转；
7）当车辆从倒挡切换到停车状态时，首先将车辆停下，然后卡接器在对应电磁阀的控制下重新与解除轴承卡接，将高速挡从动齿轮与输出副轴重新连接成一个整体，同时倒挡同步器在对应电磁阀的控制下重新与正向单向器松开，将低速挡主动齿轮与输入主轴形成的一体化结构接触，进而完成从倒挡到停车状态的变挡，等待熄火或重新挂挡。
进一步的，完成从低速挡到高速挡以及从高速挡到低速挡的变挡过程所消耗的时间不超过1秒。
进一步的，当车辆出于惯性原因，致使所述输出副轴依次通过所述高速挡从动齿轮、所述高速挡主动齿轮、所述反向单向器拖曳所述输入主轴正向旋转时，所述输入主轴可通过拖曳电机转动产生电力，为车辆动力锂电池进行能量回馈。
本发明的有益效果如下：
本发明采用独特设计，充分利用驱动和拖弋的矛盾，通过正反两个单向器以及同步器的采用，巧妙地将输入主轴和输出副轴形成互为驱动和拖曳的纠缠状态，从而实现自然动态下的平顺变挡，特别是变档过程中巧妙通过输出轴对电机的能量回馈来控制电机在拖曳状态下的减速并带力单向器实现同步，不仅大大提高了电动汽车的综合用电效率，提升电动汽车的行驶里程及坡道起步能力，而且在整个动作过程中仅自然变化电机转速而不对输出轴造成冲击，成功解决了变档器变档过程中的冲击、顿挫类的世界性难题。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
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，构成本申请的一部分，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为本发明变速箱的高速挡齿轮组和低速挡齿轮组的位置关系示意图。
图2为本发明变速箱的第一种实施例的正面结构示意图；
图3为本发明变速箱的第二种实施例的正面结构示意图；
图4为本发明变速箱的第三种实施例的正面结构示意图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
实施例1
参见图1和图2所示，一种二档双向超越主副轴纠缠同步变速箱，包括上下平行设置的输入主轴1和输出副轴2；所述输入主轴1上通过正向单向器7套设有一个可转动的低速挡主动齿轮3，所述输入主轴1上通过反向单向器8套设有一个可转动的高速挡主动齿轮4，所述正向单向器7的有效带力旋转方向与所述输入主轴1传递前进动力时的旋转方向相同，所述反向单向器8的有效带力旋转方向与所述输入主轴1传递前进动力时的旋转方向相反；所述输出副轴2上套设有一个与所述输出副轴2同步转动的低速挡从动齿轮5，所述输出副轴2上通过解除轴承9套设有一个可自由转动的高速挡从动齿轮6。
所述低速挡主动齿轮3的直径＜所述高速挡主动齿轮4的直径＜所述高速挡从动齿轮6的直径＜所述低速挡主动齿轮3的直径；其中，所述低速挡主动齿轮3与所述低速挡从动齿轮5上下啮合，形成变速箱的低速挡齿轮组，所述高速挡主动齿轮4与所述高速挡从动齿轮6上下啮合，形成变速箱的高速挡齿轮组；并且所述低速挡主动齿轮3与低速挡从动齿轮5的速比为6-12，所述高速挡主动齿轮4与高速挡从动齿轮6的速比为2.5-4。
所述输入主轴1上还套设有与所述输入主轴1同步转动的倒挡同步器10和高速挡同步器11，所述倒挡同步器10通过花键轴设置在所述低速挡主动齿轮3的一侧，且受对应的电磁阀控制，可在所述输入主轴1上横向地来回移动，负责卡接所述正向单向器7以实现所述低速挡主动齿轮3与所述输入主轴1能够同步反向旋转，所述高速挡同步器11通过花键轴设置在所述高速挡主动齿轮4的一侧，且受对应的电磁阀控制，可在所述输入主轴1上横向地来回移动，负责卡接所述反向单向器8以实现所述高速挡主动齿轮4与所述输入主轴1能够同步正向旋转。
所述输出副轴2上还套设有与所述输出副轴2同步转动的卡接器12，所述卡接器12通过花键轴设置在所述高速挡从动齿轮6的一侧，且受对应的电磁阀控制，可在所述输出副轴2上横向地来回移动，负责卡接所述解除轴承9以实现所述高速挡从动齿轮6与所述输出副轴2能够同步正反向旋转。
当变速箱处于低速挡位时，所述卡接器12与所述解除轴承9卡接，所述倒挡同步器10与所述正向单向器7脱离，所述高速挡同步器11与所述反向单向器8脱离；当变速箱处于高速挡位时，所述卡接器12与所述解除轴承9卡接，所述倒挡同步器10与所述正向单向器7脱离，所述高速挡同步器11与所述反向单向器8卡接；当变速箱处于倒车档位时，所述卡接器12与所述解除轴承9脱离，所述倒挡同步器10与所述正向单向器7卡接，所述高速挡同步器11与所述反向单向器8脱离。
一种二档双向超越主副轴纠缠同步变速箱的控制方法，包括以下步骤：
1当车辆处于停车状态时，倒挡同步器10与位于低速挡主动齿轮3上的正向单向器7松开，高速挡同步器11与位于高速挡主动齿轮4上的反向单向器8松开，卡接器12与位于高速挡从动齿轮6上的解除轴承9卡接，将高速挡从动齿轮6与输出副轴2连接成一个整体；
2当车辆起步时，电机正向启动，带动输入主轴1正向旋转，此时输入主轴1通过正向单向器7带力，使得低速挡主动齿轮3一同与输入主轴1正向旋转，低速挡主动齿轮3通过与之啮合的低速挡从动齿轮5带动输出副轴2反向转动，实现低速动力输出，车辆从低速挡起步，进入低速前进状态；与此同时，由于输入主轴1的正向旋转，反向单向器8被反向超越，输入主轴1相当于在高速挡主动齿轮4中保持空转，因此保证了高速挡主动齿轮4无法通过与之啮合的高速挡从动齿轮6带动输出副轴2正向旋转，从而避免干涉输出副轴2的反向旋转；
3当车辆由低速挡切换到高速挡之前，司机松开电门，电机暂时断电停止正向旋转，电机通过能量回馈开始使车辆减速，扭力传递开始反转，输入主轴1与输出副轴2出现驱动和拖曳的纠缠状态；一方面，出于惯性原因，输出副轴2通过低速挡从动齿轮5反过来拖曳低速挡主动齿轮3正向旋转，此时正向单向器7被正向超越，使得低速挡主动齿轮3相当于在输入主轴1上保持超越空转；另一方面，出于惯性原因，输出副轴2通过高速挡从动齿轮6反过来拖曳高速挡主动齿轮4正向旋转，此时高速挡主动齿轮4通过反向单向器8带力，使得输入主轴1一同与高速挡主动齿轮4正向旋转；在这段时间，所述输入主轴1可通过拖曳电机转动产生电力，为车辆动力锂电池进行能量回馈；
4当高速挡主动齿轮4拖曳输入主轴1实现正向同步旋转后，高速挡同步器11在对应电磁阀的控制下与反向单向器8卡接，将高速挡主动齿轮4与输入主轴1连接成一个整体，完成从低速挡到高速挡的变挡，整个动作在1秒内完成；然后电机再次供电正向启动，输入主轴1通过高速挡同步器11带动高速挡主动齿轮4正向旋转，高速挡主动齿轮4通过与之啮合的高速挡从动齿轮6带动输出副轴2反向旋转，实现高速动力输出，车辆进入高速前进状态，此时正向单向器7仍旧被输入主轴1正向超越，低速挡主动齿轮3保持超越空转；
5当车辆因减速或爬坡需要从高速挡退回低速挡时，司机同样松开电门，电机暂时断电停止正向旋转，紧接着高速挡同步器11在对应电磁阀的控制下与反向单向器8脱离，使得高速挡主动齿轮4与输入主轴1形成的一体化结构解除，完成从高速挡到低速挡的变挡，整个动作在1秒内完成；然后电机再次正向启动，带动输入主轴1正向旋转，此时输入主轴1通过正向单向器7带力，使得低速挡主动齿轮3一同与输入主轴1正向旋转，低速挡主动齿轮3通过与之啮合的低速挡从动齿轮5带动输出副轴2反向转动，实现低速动力输出，车辆回到低速前进状态；
6当车辆需要倒车时，首先将车辆停下，然后倒挡同步器10在对应电磁阀的控制下与正向单向器7卡接，将低速挡主动齿轮3与输入主轴1连接成一个整体，同时卡接器12在对应电磁阀的控制下与解除轴承9松开，将高速挡从动齿轮6与输出副轴2形成的一体化结构解除，完成从低速挡到倒挡的变挡；然后电机开始反向启动，带动输入主轴1反向旋转，此时输入主轴1通过倒挡同步器10带动低速挡主动齿轮3反向旋转，低速挡主动齿轮3通过与之啮合的低速挡从动齿轮5带动输出副轴2正向旋转，完成低速反向动力输出，车辆进入低速倒车状态；与此同时，虽然输入主轴1的反向旋转会使得反向单向器8带力，进而带动高速挡主动齿轮4一同反向旋转，但由于高速挡从动齿轮6与输出副轴2解除了一体化结构原因，高速挡主动齿轮4只能带动高速挡从动齿轮6在输出副轴2上保持空转，从而避免干涉输出副轴2的低速正向旋转；
7当车辆从倒挡切换到停车状态时，首先将车辆停下，然后卡接器12在对应电磁阀的控制下重新与解除轴承9卡接，将高速挡从动齿轮6与输出副轴2重新连接成一个整体，同时倒挡同步器10在对应电磁阀的控制下重新与正向单向器7松开，将低速挡主动齿轮3与输入主轴1形成的一体化结构接触，进而完成从倒挡到停车状态的变挡，等待熄火或重新挂挡。
实施例2
参见图1和图3所示，一种二档双向超越主副轴纠缠同步变速箱，包括上下平行设置的输入主轴1和输出副轴2；所述输入主轴1上套设有一个与所述输入主轴1同步转动的低速挡主动齿轮3，所述输入主轴1上通过反向单向器8套设有一个可转动的高速挡主动齿轮4，所述反向单向器8的有效带力旋转方向与所述输入主轴1传递前进动力时的旋转方向相反；所述输出副轴2上通过正向单向器7套设有一个可转动的低速挡从动齿轮5，所述正向单向器7的有效带力旋转方向与所述输出副轴2传递前进动力时的旋转方向相同，所述输出副轴2上通过解除轴承9套设有一个可自由转动的高速挡从动齿轮6。
所述低速挡主动齿轮3的直径＜所述高速挡主动齿轮4的直径＜所述高速挡从动齿轮6的直径＜所述低速挡主动齿轮3的直径；其中，所述低速挡主动齿轮3与所述低速挡从动齿轮5上下啮合，形成变速箱的低速挡齿轮组，所述高速挡主动齿轮4与所述高速挡从动齿轮6上下啮合，形成变速箱的高速挡齿轮组；并且所述低速挡主动齿轮3与低速挡从动齿轮5的速比为6-12l，所述高速挡主动齿轮4与高速挡从动齿轮6的速比为2.5-4l。
所述输入主轴1上还套设有与所述输入主轴1同步转动的高速挡同步器11，所述高速挡同步器11通过花键轴设置在所述高速挡主动齿轮4的一侧，且受对应的电磁阀控制，可在所述输入主轴1上横向地来回移动，负责卡接所述反向单向器8以实现所述高速挡主动齿轮4与所述输入主轴1能够同步正向旋转；
所述输出副轴2上还套设有与所述输出副轴2同步转动的倒挡同步器10和卡接器12，所述倒挡同步器10通过花键轴设置在所述低速挡从动齿轮5的一侧，且受对应的电磁阀控制，可在所述输出副轴2上横向地来回移动，负责卡接所述正向单向器7以实现所述低速挡从动齿轮5与所述输出副轴2能够同步反向旋转，所述卡接器12通过花键轴设置在所述高速挡从动齿轮6的一侧，且受对应的电磁阀控制，可在所述输出副轴2上横向地来回移动，负责卡接所述解除轴承9以实现所述高速挡从动齿轮6与所述输出副轴2能够同步正反向旋转。
当变速箱处于低速挡位时，所述卡接器12与所述解除轴承9卡接，所述倒挡同步器10与所述正向单向器7脱离，所述高速挡同步器11与所述反向单向器8脱离；当变速箱处于高速挡位时，所述卡接器12与所述解除轴承9卡接，所述倒挡同步器10与所述正向单向器7脱离，所述高速挡同步器11与所述反向单向器8卡接；当变速箱处于倒车档位时，所述卡接器12与所述解除轴承9脱离，所述倒挡同步器10与所述正向单向器7卡接，所述高速挡同步器11与所述反向单向器8脱离。
实施例3
参见图1和图4所示，一种二档双向超越主副轴纠缠同步变速箱，包括上下平行设置的输入主轴1和输出副轴2；所述输入主轴1上套设有一个与所述输入主轴1同步转动的低速挡主动齿轮3，所述输入主轴1上通过解除轴承9套设有一个可自由转动的高速挡主动齿轮4；所述输出副轴2上通过正向单向器7套设有一个可转动的低速挡从动齿轮5，所述输出副轴2上通过反向单向器8套设有一个可转动的高速挡从动齿轮6，所述正向单向器7的有效带力旋转方向与所述输出副轴2传递前进动力时的旋转方向相同，所述反向单向器8的有效带力旋转方向与所述输出副轴2传递前进动力时的旋转方向相反。
所述低速挡主动齿轮3的直径＜所述高速挡主动齿轮4的直径＜所述高速挡从动齿轮6的直径＜所述低速挡主动齿轮3的直径；其中，所述低速挡主动齿轮3与所述低速挡从动齿轮5上下啮合，形成变速箱的低速挡齿轮组，所述高速挡主动齿轮4与所述高速挡从动齿轮6上下啮合，形成变速箱的高速挡齿轮组；并且所述低速挡主动齿轮3与低速挡从动齿轮5的速比为6-12，所述高速挡主动齿轮4与高速挡从动齿轮6的速比为2.5-4。
所述输入主轴1上还套设有与所述输入主轴1同步转动的卡接器12，所述卡接器12通过花键轴设置在所述高速挡主动齿轮4的一侧，且受对应的电磁阀控制，可在所述输入主轴1上横向地来回移动，负责卡接所述解除轴承9以实现所述高速挡主动齿轮4与所述输出副轴2能够同步正反向旋转。
所述输出副轴2上还套设有与所述输出副轴2同步转动的倒挡同步器10和高速挡同步器11，所述倒挡同步器10通过花键轴设置在所述低速挡从动齿轮5一侧，且受对应的电磁阀控制，可在所述输出副轴2上横向地来回移动，负责卡接所述正向单向器7以实现所述低速挡从动齿轮5与所述输出副轴2能够同步反向旋转，所述高速挡同步器11通过花键轴设置在所述高速挡从动齿轮6的一侧，且受对应的电磁阀控制，可在所述输出副轴2上横向地来回移动，负责卡接所述反向单向器8以实现所述高速挡从动齿轮6与所述输出副轴2能够同步正向旋转。
当变速箱处于低速挡位时，所述卡接器12与所述解除轴承9卡接，所述倒挡同步器10与所述正向单向器7脱离，所述高速挡同步器11与所述反向单向器8脱离；当变速箱处于高速挡位时，所述卡接器12与所述解除轴承9卡接，所述倒挡同步器10与所述正向单向器7脱离，所述高速挡同步器11与所述反向单向器8卡接；当变速箱处于倒车档位时，所述卡接器12与所述解除轴承9脱离，所述倒挡同步器10与所述正向单向器7卡接，所述高速挡同步器11与所述反向单向器8脱离。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种二档双向超越主副轴纠缠同步变速箱，其特征在于：包括上下平行设置的输入主轴（1）和输出副轴（2）；所述输入主轴（1）上通过正向单向器（7）套设有一个可转动的低速挡主动齿轮（3），所述输入主轴（1）上通过反向单向器（8）套设有一个可转动的高速挡主动齿轮（4）；所述正向单向器（7）的有效带力旋转方向与所述输入主轴（1）传递前进动力时旋转的方向相同，所述反向单向器（8）的有效带力旋转方向与所述输入主轴（1）传递前进动力时的旋转方向相反；所述输出副轴（2）上套设有一个与所述输出副轴（2）同步转动的低速挡从动齿轮（5），所述输出副轴（2）上通过解除轴承（9）套设有一个可自由转动的高速挡从动齿轮（6）；所述低速挡主动齿轮（3）与所述低速挡从动齿轮（5）上下啮合，形成变速箱的低速挡齿轮组，所述高速挡主动齿轮（4）与所述高速挡从动齿轮（6）上下啮合，形成变速箱的高速挡齿轮组；
所述输入主轴（1）上还套设有与所述输入主轴（1）同步转动的倒挡同步器（10）和高速挡同步器（11），所述倒挡同步器（10）通过花键轴可横向来回移动地设置在所述低速挡主动齿轮（3）的一侧，负责卡接所述正向单向器（7）以实现所述低速挡主动齿轮（3）与所述输入主轴（1）的固定连接，所述高速挡同步器（11）通过花键轴可横向来回移动地设置在所述高速挡主动齿轮（4）的一侧，负责卡接所述反向单向器（8）以实现所述高速挡主动齿轮（4）与所述输入主轴（1）的固定连接；
所述输出副轴（2）上还套设有与所述输出副轴（2）同步转动的卡接器（12），所述卡接器（12）通过花键轴可横向来回移动地设置在所述高速挡从动齿轮（6）的一侧，负责卡接所述解除轴承（9）以实现所述高速挡从动齿轮（6）与所述输出副轴（2）的固定连接。
2.根据权利要求1所述的二档双向超越主副轴纠缠同步变速箱，其特征在于：所述低速挡主动齿轮（3）的直径＜所述高速挡主动齿轮（4）的直径＜所述高速挡从动齿轮（6）的直径＜所述低速挡主动齿轮（3）的直径。
3.根据权利要求2所述的二档双向超越主副轴纠缠同步变速箱，其特征在于：所述低速挡主动齿轮（3）与低速挡从动齿轮（5）的速比为6-12。
4.根据权利要求2所述的二档双向超越主副轴纠缠同步变速箱，其特征在于：所述高速挡主动齿轮（4）与高速挡从动齿轮（6）的速比为2.5-4。
5.根据权利要求1所述的二档双向超越主副轴纠缠同步变速箱，其特征在于：所述倒挡同步器（10）、所述高速挡同步器（11）和所述卡接器（12）分别受对应的电磁阀控制。
6.根据权利要求1所述的二档双向超越主副轴纠缠同步变速箱，其特征在于：当变速箱处于低速挡位时，所述卡接器（12）与所述解除轴承（9）卡接，所述倒挡同步器（10）与所述正向单向器（7）脱离，所述高速挡同步器（11）与所述反向单向器（8）脱离；当变速箱处于高速挡位时，所述卡接器（12）与所述解除轴承（9）卡接，所述倒挡同步器（10）与所述正向单向器（7）脱离，所述高速挡同步器（11）与所述反向单向器（8）卡接；当变速箱处于倒车档位时，所述卡接器（12）与所述解除轴承（9）脱离，所述倒挡同步器（10）与所述正向单向器（7）卡接，所述高速挡同步器（11）与所述反向单向器（8）脱离。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的二档双向超越主副轴纠缠同步变速箱，其特征在于：将所述低速挡主动齿轮（3）在所述输入主轴（1）上的设置方式由通过所述正向单向器（7）的设置方式替换为随所述输入主轴（1）同步转动的设置方式，同时将所述低速挡从动齿轮（5）在所述输出副轴（2）上的设置方式由随所述输出副轴（2）同步转动的设置方式替换为通过所述正向单向器（7）的设置方式，所述正向单向器（7）的有效带力旋转方向与所述输出副轴（2）传递前进动力时的旋转方向相同，并且将所述倒挡同步器（10）从所述输入主轴（1）上改装到所述输出副轴（2）上，改装后的所述倒挡同步器（10）位于所述低速挡从动齿轮（5）的一侧，负责卡接所述正向单向器（7）以实现所述低速挡从动齿轮（5）与所述输出副轴（2）的固定连接。
8.根据权利要求7所述的二档双向超越主副轴纠缠同步变速箱，其特征在于：将所述高速挡主动齿轮（4）在所述输入主轴（1）上的设置方式由通过所述反向单向器（8）的设置方式替换为通过所述解除轴承（9）的设置方式，同时将所述高速挡从动齿轮（6）在所述输出副轴（2）上的设置方式由通过所述解除轴承（9）的设置方式替换为通过所述反向单向器（8）的设置方式，所述反向单向器（8）的有效带力旋转方向与所述输出副轴（2）传递前进动力时的旋转方向相反，并且将所述高速挡同步器（11）从所述输入主轴（1）上改装到输出副轴（2）上，同时将所述卡接器（11）从所述输出副轴（2）上改装到输入主轴（1）上，改装后的所述高速挡同步器（11）位于所述高速挡从动齿轮（6）的一侧，负责卡接所述反向单向器以实现所述高速挡从动齿轮（6）与所述输出副轴（2）的固定连接，改装后的所述卡接器（11）位于所述高速挡主动齿轮（4）的一侧，负责卡接所述解除轴承（9）以实现所述高速挡主动齿轮（4）与所述输入主轴（1）的固定连接。
9.一种如权利要求1-6中任意一项所述的二档双向超越主副轴纠缠同步变速箱的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
当车辆处于停车状态时，倒挡同步器（10）与位于低速挡主动齿轮（3）上的正向单向器（7）松开，高速挡同步器（11）与位于高速挡主动齿轮（4）上的反向单向器（8）松开，卡接器（12）与位于高速挡从动齿轮（6）上的解除轴承（9）卡接，将高速挡从动齿轮（6）与输出副轴（2）连接成一个整体；
当车辆起步时，电机正向启动，带动输入主轴（1）正向旋转，此时输入主轴（1）通过正向单向器（7）带力，使得低速挡主动齿轮（3）一同与输入主轴（1）正向旋转，低速挡主动齿轮（3）通过与之啮合的低速挡从动齿轮（5）带动输出副轴（2）反向转动，实现低速动力输出，车辆从低速挡起步，进入低速前进状态；与此同时，由于输入主轴（1）的正向旋转，反向单向器（8）被反向超越，输入主轴（1）相当于在高速挡主动齿轮（4）中保持空转，因此保证了高速挡主动齿轮（4）无法通过与之啮合的高速挡从动齿轮（6）带动输出副轴（2）正向旋转，从而避免干涉输出副轴（2）的反向旋转；
当车辆由低速挡切换到高速挡之前，司机松开电门，电机暂时断电停止正向旋转，电机通过能量回馈开始减速，扭力传递开始反转，输入主轴（1）与输出副轴（2）出现驱动和拖曳的纠缠状态；一方面，出于惯性原因，输出副轴（2）通过低速挡从动齿轮（5）反过来拖曳低速挡主动齿轮（3）正向旋转，此时正向单向器（7）被正向超越，使得低速挡主动齿轮（3）相当于在输入主轴（1）上保持超越空转；另一方面，出于惯性原因，输出副轴（2）通过高速挡从动齿轮（6）反过来拖曳高速挡主动齿轮（4）正向旋转，此时高速挡主动齿轮（4）通过反向单向器（8）带力，使得输入主轴（1）一同与高速挡主动齿轮（4）正向旋转；
当高速挡主动齿轮（4）拖曳输入主轴（1）实现正向同步旋转后，高速挡同步器（11）在对应电磁阀的控制下与反向单向器（8）卡接，将高速挡主动齿轮（4）与输入主轴（1）连接成一个整体，完成从低速挡到高速挡的变挡；然后电机再次供电正向启动，输入主轴（1）通过高速挡同步器（11）带动高速挡主动齿轮（4）正向旋转，高速挡主动齿轮（4）通过与之啮合的高速挡从动齿轮（6）带动输出副轴（2）反向旋转，实现高速动力输出，车辆进入高速前进状态，此时正向单向器（7）仍旧被输入主轴（1）正向超越，低速挡主动齿轮（3）保持超越空转；
当车辆因减速或爬坡需要从高速挡退回低速挡时，司机同样松开电门，电机暂时断电停止正向旋转，紧接着高速挡同步器（11）在对应电磁阀的控制下与反向单向器（8）脱离，使得高速挡主动齿轮（4）与输入主轴（1）形成的一体化结构解除，完成从高速挡到低速挡的变挡；然后电机再次正向启动，带动输入主轴（1）正向旋转，此时输入主轴（1）通过正向单向器（7）带力，使得低速挡主动齿轮（3）一同与输入主轴（1）正向旋转，低速挡主动齿轮（3）通过与之啮合的低速挡从动齿轮（5）带动输出副轴（2）反向转动，实现低速动力输出，车辆回到低速前进状态；
当车辆需要倒车时，首先将车辆停下，然后倒挡同步器（10）在对应电磁阀的控制下与正向单向器（7）卡接，将低速挡主动齿轮（3）与输入主轴（1）连接成一个整体，同时卡接器（12）在对应电磁阀的控制下与解除轴承（9）松开，将高速挡从动齿轮（6）与输出副轴（2）形成的一体化结构解除，完成从低速挡到倒挡的变挡；然后电机开始反向启动，带动输入主轴（1）反向旋转，此时输入主轴（1）通过倒挡同步器（10）带动低速挡主动齿轮（3）反向旋转，低速挡主动齿轮（3）通过与之啮合的低速挡从动齿轮（5）带动输出副轴（2）正向旋转，完成低速反向动力输出，车辆进入低速倒车状态；与此同时，虽然输入主轴（1）的反向旋转会使得反向单向器（8）带力，进而带动高速挡主动齿轮（4）一同反向旋转，但由于高速挡从动齿轮（6）与输出副轴（2）解除了一体化结构原因，高速挡主动齿轮（4）只能带动高速挡从动齿轮（6）在输出副轴（2）上保持空转，从而避免干涉输出副轴（2）的低速正向旋转；
当车辆从倒挡切换到停车状态时，首先将车辆停下，然后卡接器（12）在对应电磁阀的控制下重新与解除轴承（9）卡接，将高速挡从动齿轮（6）与输出副轴（2）重新连接成一个整体，同时倒挡同步器（10）在对应电磁阀的控制下重新与正向单向器（7）松开，将低速挡主动齿轮（3）与输入主轴（1）形成的一体化结构接触，进而完成从倒挡到停车状态的变挡，等待熄火或重新挂挡。
10.根据权利要求9所述的二档双向超越主副轴纠缠同步变速箱的控制方法，其特征在于：完成从低速挡到高速挡以及从高速挡到低速挡的变挡过程所消耗的时间不超过1秒。
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Application publication date: 20190111 Assignee: Zhiyi New Energy Development Co.,Ltd. Assignor: Fan Chaohui Contract record no.: X2021990000816 Denomination of invention: A two-speed two-way overrunning main and auxiliary shaft entanglement synchronous gearbox and its control method License type: Exclusive License Record date: 20211224 |
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