CN1224786C - 汽车自动变速器 - Google Patents

Abstract

一种自动变速器，包括：一个主变速器，其包括：一个输入轴；具有一个中心齿轮、多个行星齿轮和一个环齿轮的一行星齿轮组，每个齿轮都是斜齿轮；环齿轮和中心齿轮分别连接到输入轴和经由一个单向联轴器连接到一个静止部件；用于行星齿轮的齿轮架连接到一个主输出轴上；一个离心离合器根据由配重产生的离心力和由斜齿轮产生的推力使所述输入轴和所述主输出轴接合或分离；以及一个同主输出轴相连的副变速器，用于在两种或更多种变速情形下控制换档。通过选择性地组合离心离合器的离合状态，为副变速器的每种变速情形形成多种变速档位。

Description

汽车自动变速器

技术领域：

本发明涉及一种车辆自动变速器，它由两个变速器相连接组成。

背景技术：

JP-B-5-67831描述了这种自动变速器的一个例子。

该例是一种自动变速器，其中一个主变速器和一个副变速器相互串联，主变速器实现多种变速状态的转换，副变速器实现高速状态和低速状态的转换。由此通过主、副变速器中各自变速状态的组合形成多种变速档位。

在换档的过程中，有这样一种情况，即两个变速器以彼此相反的方向改变档位。

举例来说，若要通过一个档位将整个变速器向上换档到高速侧(high-speed side)，就会出现这样一种情况，即主变速器换到高速档，而副变速器换到低速档。然而，万一主、副变速器的换档时间在相反方向上严重地重叠或偏离，就达不到良好的驾驶感觉。

为解决这个问题，上述公开文本中描述的本例包括一个反向换档检测装置、一个延时设定装置和一个换档命令输出装置。该反向换档检测装置检测主、副变速器以彼此相反的方向进行换档的情况。该延时设定装置在反向换档发生时，根据预定的条件设定用于将两个变速器中的一个的换档相对于另一个的换档延迟的一个延时。该换档命令输出装置向两个变速器中的一个发出换档执行命令，并在所述设定的延时经过后向另一个变速器发出换档执行命令。通过这种结构，可以通过将两个变速器中的一个的换档相对于另一个的换档延迟而避免驾驶感觉劣化。

因此，根据现有技术的自动变速器，所述反向换档检测装置、延时设定装置和换档命令输出装置都是必需的，且主、副变速器都需要进行控制。其结果是，换档时需要控制的因素增多，控制变得极其复杂，从而导致生产成本很高。

发明内容：

本发明就是鉴于这种情况而设计的。本发明的目的是提供一种汽车自动变速器，其中换档时需要控制的因素减少，因此使控制***得以简化，从而可能降低生产成本。

为达到此目的，根据本发明的第一方面，提供一种汽车自动变速器，其包括一个具有同发动机相连的输入轴的主变速器，并有一组行星齿轮，该组行星齿轮由一个中心齿轮、多个行星齿轮和一个环齿轮组成，并且所有齿轮都是斜齿轮。在这组行星齿轮中，中心齿轮和环齿轮中的一个同输入轴连接在一起，另一个经过一固定部件连接到一个单向联轴器。其中用于支承行星齿轮的一个托架连接到一个主输出轴上。一个离心离合器适合于通过由重力引起的离心力的作用使输入轴和主输出轴连接，并通过斜齿轮的推力使输入轴和主输出轴脱离。副变速器机构同主变速器的主输出轴相连，用以在两种或更多种变速情形下控制换档。该汽车自动变速器包括一个换档控制部件，用于为副变速器的每一种变速情形将主变速器的离心离合器的离合状态进行选择性组合，从而形成多种变速档位。

因为主变速器的离心离合器适合于通过由重力引起的离心力的作用连接，并通过由斜齿轮产生的推力脱离，所以由行星齿轮组构成的各种变速档位可以自动转换。

结果，由于主变速器根据驾驶条件只通过控制副变速器进行换档操作来自动选择档位，因此变速时需要控制的因素减少，由此使控制***得以简化，结果降低了生产成本。

根据本发明的第二方面，提供一种如本发明第一方面所述的汽车自动变速器，其中在发动机和输入轴之间设有一个变矩器，通过换档控制部件切断副变速器的功率传输，就可以使自动变速器处于空档状态。

变矩器的设定不需要任何额外的特定机构，如用于从静止状态加速的离合器，就能产生自动变速器的空档状态，并因此可实现从静止状态开始的平滑加速。另外，比率的范围可通过变矩器的转矩放大功能得以降低，因此可能减轻换档时产生的震动。

根据本发明的第三方面，提供一种如本发明第一或第二方面所述的自动变速器，其中主输出轴制成中空轴，以便主输出轴以同轴方式套在输入轴的外周上，且其中副输出轴与主输出轴平行设置。副变速器由在主、副输出轴之间顺序排列的一系列齿轮组成，其中连接左右轮的差速齿轮能够与朝向发动机的副输出轴的轴端相连。

通过将中空的主输出轴以同轴方式套在输入轴的外周上，可将副变速器设置在发动机和主变速器之间，其中发动机与输入轴相连，主变速器与主输出轴相连。通过使差速齿轮连接到与主输出轴平行的副输出轴的朝向发动机的一端，由该较短的副输出轴将差速齿轮设置在车辆的横向中心位置。

附图说明：

图1所示为根据本发明第一实施例的自动变速器的结构示意图；

图2所示为根据本发明第一实施例的自动变速器的各档离合器状态的表格；

图3所示为不同档位下发动机速度V和减速阀阀门开度θth的关系图；

图4示出换档过程中需控制的因素数量的图表；

图5所示为根据本发明第二实施例的自动变速器的结构示意图；

图6所示为对图5中自动变速器的改进；

图7所示为根据本发明第三实施例的自动变速器的结构示意图。

具体实施方式：

参见图1至4，下面将描述根据本发明的第一实施例。

图1示出根据本发明一个实施例设计为发动机前置前轮驱动(FF型车)的自动变速器1的结构示意图。

内燃机(未示出)横向设置在车体前部左手侧，其输出通过变矩器2和闭锁离合器(lockup clutch)3转送给延伸到右侧的输入轴4。

包括一个主轴的输入轴4向右延伸一定长度，一行星齿轮组10设置在如此延伸的输入轴4的右端。

行星齿轮组10包括环齿轮11、中心齿轮12和行星齿轮13，这些齿轮都是斜齿轮。环齿轮11整体地同输入轴4相连，同时，包括中空轴和设置在行星齿轮13的托架14上用于将该托架连接在该主输出轴上的多个键槽装配件(spline-fit)的主输出轴15以延伸至位于其右侧的变矩器2的方式同轴地套在输入轴4的外周上，从而提供由输入轴4和主输出轴15构成的双轴结构。

行星齿轮组10的中心齿轮12由主输出轴15转动地支承，并通过一单向联轴器16连接到静止侧。该中心齿轮12还同选速离合器19相连，后者可以固定到静止侧。

在行星齿轮组10中，一个离心离合器18设置在行星齿轮架14和环齿轮11之间，由此构成了主变速器M1。其中该离心离合器18适合于由设置在行星齿轮13的齿轮架14上的离心配重17所产的离心力来驱动。

一旦输入轴4开始转动，环齿轮11也随之整体地转动，行星齿轮13围绕着中心齿轮12旋转的同时绕它们各自的轴转动，通过单向联轴器16禁止中心齿轮12朝某一方向转动，由此行星齿轮架14能同主输出轴15一起转动。

在该行星齿轮组10中，当离心离合器18处于分离(released)状态时，主输出轴15以比输入轴4低的速度转动(行星齿轮架14比环齿轮11转得慢)。

即，此时的转速比(输出速度/输入速度)小于1。

相反，当离心离合器18处于接合状态，输入轴4和行星齿轮架14固定在一起，由此输入轴4的转动以1比1的转速比传递给主输出轴15。

另外，当汽车开动时，在环齿轮11上产生推力，这一推力是由同行星齿轮架14一起旋转的离心配重17随后所产生的离心力造成的。而经由啮合的斜齿轮由一扭矩在环齿轮11上产生一推力，该扭矩是从内燃机经过输入轴4输入到环齿轮11上的。于是离心离合器18根据这两种推力接合和/或分离。

当由同行星齿轮架14一起旋转的离心配重17所产生的离心力造成的推力大于从内燃机对环齿轮11输入的扭矩时，离心离合器18接合；反之，当扭矩大于离心力时，离心离合器18分离。

当试图制动发动机时，同时离心离合器18处于接合状态，由于输入轴4和主输出轴15以1比1的转速比转动，所以可有效地制动发动机。相反，如果离心离合器18处于分离状态，由于连接到中心齿轮12的单向联轴器16处于自由状态，所以通过接合选速器离合器19以卡紧中心齿轮12来对发动机制动。

由平行轴齿轮组20构成的副变速器M2设置于主变速器M1和变矩器2之间。

在副变速器M2中，副输出轴35与同轴设置的输入轴4和主输出轴15平行，且该输入轴和主输出轴按如下方式设置：由输入轴4转动和可滑动地支持第一低速齿轮21，由主输出轴15转动和可滑动地支持第一主中速齿轮(intermediate gear)23以及第一高速齿轮25。另一方面，牢牢固定在副输出轴35上的第二低速齿轮22和第二中速齿轮24以及由该副输出轴转动地支持的第二高速齿轮26分别同第一低速齿轮21、第一中速齿轮23和第一高速齿轮25啮合。

然后在主输出轴15上设置用于第一低速齿轮21的低量程离(lowrange)合器27，用于第一中速齿轮23的中量程离合器28和用于第一高速齿轮25的高量程离合器29。

另外，主倒档齿轮30同第一高速齿轮25整体设置在一起，且该主倒档齿轮30同中速齿轮31啮合，该中速齿轮31然后同由副输出轴35转动地支持的第二倒档齿轮32啮合。在副输出轴35上设有前进倒退选速器离合器33，用于使副输出轴35可选择地同第二倒档齿轮32和第二高速齿轮26啮合。

副输出轴35比位于左侧的第二低速齿轮22延伸到更左侧一些。差速齿轮机构37的一个输出齿轮37a同设置在副输出轴35一端的一个输出齿轮36相啮合，由此驱动力通过差速齿轮机构37传递给前轮。

在上述的自动变速器1中，包括行星齿轮组10和离心离合器18的主变速器M1设置在输入轴4的右端。该输入轴4从内燃机端向右延伸，该内燃机经由一个变矩器2安装在FF型车车体的左手侧。包括一个平行轴齿轮组20和三个离合器27、28、29的副变速器M2设置在位于输入轴4右端的主变速器M1和变矩器2之间，于是该副变速器M2就位于输入轴4中间略靠右的位置。

于是，在上述副变速器M2位于输入轴4中间略靠右的位置的结构中，输出齿轮36设置在副输出轴35的左端，该副输出轴35是一根较短的轴，其向左侧伸出，以便差速齿轮机构37的输出齿轮37a同输出齿轮36可啮合在一起。因此，输出齿轮36可以造得更短，而差速齿轮机构37可以设置在最想要的车体大致的横向中心位置。由此可能既使副输出轴更短一些，又提供了一种平衡良好的结构。

上述的自动变速器1通过啮合主变速器M1的离心离合器18和选择性地啮合副变速器M2的三个离合器27、28、29形成了第一至第六速共六档速度。

即，如图2所示，在仅副变速器M2三个离合器中的低速离合器27处于啮合(接合)状态的情况下，当主变速器M1的离心离合器18处于分离状态(低速L，速度比小于1)时形成第1档，且当主变速器M1的离心离合器18处于接合状态(高速H，速度比等于1)时形成第2档。

同理，在副变速器M2的中速离合器28处于啮合(接合)状态的情况下，当主变速器M1的离心离合器18处于分离状态(低速L)时建立第3档，且当离心离合器18处于接合状态(高速H)时建立第4档。此外在副变速器M2的高速离合器29处于啮合(接合)状态的情况下，当离心离合器18处于分离状态(低速L)时形成第5档，且当离心离合器18处于接合状态(高速H)时形成第6档。

注意，当副变速器M2的所有三个离合器27，28，29都处于分离状态(解脱)时就是空档。

另外，当前进倒退选速器离合器33挂到倒档且高速离合器29处于接合状态时，副输出轴35反向转动，于是车辆就能反向运动。

这六档之间的换档是由一个换档控制装置根据如图3所示的发动机速度V和减速阀阀门开度θth的V-θth曲线图进行控制的。

然而，当换档控制装置根据储存发动机输入速度V和减速阀阀门开度θth的V-θth图，在与副变速器M2的三个离合器27、28、29相关的第2档到3档、及第4档到5档之间进行换档控制时，离心离合器18的接合或分离以及所有档位都是自动实现的。

也就是说，与主变速器M1的离心离合器18有关的从第1档到第2档，从第3档到第4档、及从第5档到第6档之间的换档，都是通过事先设定离心配重17的重量，以及依照V-θth图设定斜齿轮的相关的推力而自动完成的。当从第2档换到第3档、及从第4档换到第5档时，离心离合器18根据副变速器M2的三个离合器27、28、29的接合或分离自动进行接合或分离。

例如从第2档换到第3档，当低速离合器27受控分离，而中速离合器28受控接合时，主中速齿轮23同第二中速齿轮24啮合，且主输出轴15低速旋转，由此离心离合器18自动从接合状态(H)变换到分离状态(L)。

于是，因为当副变速器M2的三个离合器27、28、29受控接合和分离时，主变速器M1的离心离合器18被自动驱动，这就获得了一段自然的换档时间，从而产生了非常好的驾驶感觉。

图4示出了一表格，将JP-B-5-67831中所述的现有技术的例子与根据本发明的自动变速器中需要同时控制的用于换档的因素的数量进行了对比。

当从第1档转换到第2档(从第3档到第4档、从第5档到第6档)时，使用现有技术的例子需控制两个因素：将副变速器从低速状态分离以及对其接合以进入高速状态。相对比而言，根据本发明的实施例，不需要控制任何因素，因为主变速器M1是自动变速的。

另外，在从第2档换到第3档(从第4档换到第5档)时，使用现有技术的例子需控制四个因素：主变速器第一齿轮的分离，主变速器第二齿轮的接合，副变速器从高速状态的分离，以及副变速器进入低速状态的接合。相对比而言，利用本发明的实施例，只需控制二个因素：副变速器M2的低速离合器27的分离，及副变速器M2的中速离合器28的接合。

因此，利用根据本发明的自动变速器，在换档时只需控制很少的因素，且控制***得以简化，因而可能降低制造成本。

另外，甚至通过换低档(kickdown)从第4档换到第2档，当副变速器M2的离合器27和28的改变受控时，主变速器M1被设计为自动调整到第二档状态(高速H)，因而可能实现平稳换低档。

如上所述，当副变速器M2的所有三个离合器27、28、29都处于分离状态时就可形成空档。因此，由于不再需要诸如起动机离合器那样的特定装置来设定变矩器2，所以起动时很平缓，且通过使用变矩器2的转矩放大功能，可使齿轮转速比的值更小，因此可以减轻由于换档而造成的震动。

在本发明第一实施例的自动变速器1中，副变速器M2中的平行轴齿轮组20由至少一组行星齿轮构成，且当使用这种行星齿轮组时，由于没有产生推力，故副变速器M2可以小型化。

下面将参照图5说明根据本发明第二实施例的自动变速器51。

自动变速器51同样是为内燃机横向安装的FF车辆设计的，与上述自动变速器1相比不同之处在于，自动变速器51的主变速器M1和副变速器M2横向安装在与自动变速器1中的位置相反的位置上，其它特征都一样。

因此，在介绍自动变速器51时，相同的部件使用相同的参照标记。

设置在自动变速器52左边的内燃机(未示出)的输出通过变矩器2转送给延伸到右边的输入轴52。该输入轴52与输入轴4长度不同，并整体地同与变矩器2相邻设置的主变速器M1的行星齿轮组10的一个环齿轮11相连。

同行星齿轮组10中行星齿轮13的齿轮架14相连的主输出轴53以与输入轴52同轴的方式延伸至更右边，副变速器M2的一平行轴齿轮组20安装在主输出轴53和副输出轴54之间，其中副输出轴54与主输出轴53平行。

副输出轴54向左延伸，且动力通过一个输出齿轮36传递给差速齿轮机构37。

因为内燃机、主变速器M1和副变速器M2从左到右依次排列，输入轴52和主输出轴53不必制成双轴结构，因此可以提供一个简化的轴结构。

但是如果差速齿轮机构37横向设置在车体中心位置，则副输出轴54变长，如图5所示。

控制***的基本构造同自动变速器1的是一样的，且在换档过程中需控制的因素很少，于是控制***得以简化，因而降低了制造成本。

在本自动变速器51的中，当试图小型化副变速器M2时，可由至少由一组行星齿轮来构成副变速器M2的平行轴齿轮组20。

这种结构可适用于以内燃机、主变速器M1和副变速器M2这种顺序排列的发动机前置后轮驱动型或FR型车辆。

即，如图6所示，内燃机轴向安装在车体前部，一个对前述本发明的自动变速器进行改进得到的自动变速器61设置在该内燃机后部，以便主变速器M1和副变速器M2依次排列。

副输出轴62延伸至后部，而不是前部，经过锥形齿轮63、64，差速齿轮机构65可安装在后部，由此该差速齿轮机构65可以很方便地安装在车体后部，这就为发动机安装在车辆前部而后轮用作驱动轮的FR型车辆提供了具有合适的主、副变速器设计的自动变速器61。

下面将参照图7说明根据本发明第三实施例的自动变速器71。

与自动变速器51相似，自动变速器71同样是为内燃机横向安装在车体前部左侧的FF型车辆设计的，且该自动变速器71配置成当其邻近内燃机安装时，内燃机、主变速器和副变速器从左到右依次排列。但副变速器M2的一部分配置成位于副输出轴侧。

相同的部件将采用相同的参考标记。

副变速器M2位于主输出轴73和副输出轴74之间，其中主输出轴73同主变速器M1的行星齿轮13的齿轮架14相连，副输出轴74与主输出轴73平行。该自动变速器71的一组低速齿轮21和22、一组中速齿轮23和24，以及低速和中速离合器27和28同上述自动变速器51的一样，但是其高速齿轮组和高速离合器的结构有所不同。

即，第一高速齿轮75整体地连接到主输出轴73，该第一高速齿轮75与由副输出轴74转动地支承的第二高速齿轮76啮合，该第二高速齿轮76同与主中间轴80整体连接的第三高速齿轮77啮合。

副中间轴81为中空轴，其以同轴方式由主中间轴80可转动地支承。与副中间轴81制成整体的第四高速齿轮78与由副输出轴74转动地支承的第五高速齿轮79啮合。

安装在主中间轴80和副中间轴81末端的高速离合器82实现主中间轴80和副中间轴81的接合和分离。选择离合器83实现第五高速齿轮79和副输出轴74的接合和分离。

第一倒档齿轮85同副中间轴81整体接合在一起，且该第一倒档齿轮85同中速齿轮86啮合，该中速齿轮86同由副输出轴74转动地支承的第二倒档齿轮87啮合。选择离合器83实现第二倒档齿轮87和副输出轴74的接合和分离，从而构成一个倒档机构。

根据本发明该实施例的自动变速器71的结构如上所述，并且由于其高速齿轮组76、77、78、79的一部分以及倒档机构都移到副输出轴74一侧，所以自动变速器71的横向宽度通常能够减小。

注意，本自动变速器的控制***的基本构造同上述几个实施例是一样的，且在换档过程中需控制的因素很少，由此控制***得以简化，因而有望降低制造成本。

尽管在此只具体描述了本发明的几个实施例，但很显然还可对这些实施例做出多种改变而不背离本发明的范围。

Claims (7)

1.一种车辆自动变速器，包括：

一个主变速器，包括：

连接到发动机的一个输入轴；

具有一个中心齿轮、多个行星齿轮和一个环齿轮的一行星齿轮组，每个齿轮都是斜齿轮，其中所述中心齿轮和所述环齿轮中的一个同所述输入轴连接，另一个经由一个单向联轴器连接到一个静止部件上；且其中，行星齿轮的一个齿轮架连接到一个主输出轴上；和

一个离心离合器，适合于根据由一个配重产生的离心力和由所述斜齿轮产生的推力使所述输入轴和所述主输出轴接合或分离；

同所述主变速器的所述主输出轴相连的副变速器，用于对换档到两种或多种变速情形进行控制；和

一个换档控制部件，用于通过选择性地组合所述主变速器的所述离心离合器的接合状态和分离状态，为所述副变速器的每一种所述变速情形形成多种变速档位。

2.根据权利要求1所述的车辆自动变速器，进一步包括：

设置在所述发动机和所述输入轴之间的变矩器，

其中所述换档控制部件切断所述副变速器的动力传输以形成所述自动变速器的空档状态。

3.根据权利要求1所述的车辆自动变速器，其中，所述主输出轴被制成为中空轴，以便所述主输出轴同轴地设置在所述输入轴的外周上；

其中，一个副输出轴与所述主输出轴平行设置；

其中，所述副变速器包括设置在所述主输出轴和所述副输出轴之间的多个齿轮的齿轮系；及

其中，连接到左右轮的差速齿轮的一个输入齿轮与设置在所述副输出轴的一端的一个输出齿轮相啮合。

4.根据权利要求1所述的自动车辆变速器，其中，所述离心离合器适合于通过由所述配重产生的离心力的作用使所述输入轴和所述主输出轴接合，以及通过由所述斜齿轮产生的推力使所述输入轴和所述主输出轴分离。

5.根据权利要求1所述的车辆自动变速器，其中，所述离心离合器设置在所述行星齿轮的所述齿轮架和所述中心齿轮及所述环齿轮中同所述输入轴相连接的一个之间。

6.根据权利要求5所述的车辆自动变速器，其中，所述离心离合器的所述配重安装在所述行星齿轮的所述齿轮架上。

7.根据权利要求5所述的车辆自动变速器，其中，具有所述离心离合器的所述行星齿轮的所述齿轮架与所述主输出轴通过花键相接合。

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