有级过渡式无级变速传动方案的制作方法
【专利摘要】本发明是一种无级变速的传动方案，其主要包括：金属带式无级变速单元、前进挡及倒挡行星齿轮机构、副变速行星齿轮机构、变速器输入轴与输出轴之间的过渡挡齿轮机构。在变速器输入轴与输出轴之间有两条传动路径，一条为无级变速单元与副变速机构串联路径；一条为过渡挡齿轮传动路径。第二条路径只是短暂作用。副变速机构换挡前，两路传动比相同，由无级变速单元路径向过渡挡齿轮路径过渡。本次过渡完成后，变换无级变速器传动比，两路传动比又相同，由过渡挡齿轮路径向无级变速单元路径过渡，这次过渡完成后，无级变速单元传动比才能变化。至此完成换挡。换挡过程中，两路径有同时传动时刻，不存在动力中断，而且各离合器及制动器主从动摩擦片间没有相对转动，无冲击，扩大了变速器整体变速比。
【专利说明】有级过渡式无级变速传动方案
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无级变速器的传动布置方案，适用于多种不同变速原理的无级变速单元(本说明书中以金属带式无级变速单元为例)，是一种能在无动力中断的情况下通过简单的齿轮组和离合器扩大变速比的无级变速装置。
【背景技术】
[0002]目前，市场上无级变速器大部分上为金属带式无级变速器，少部分应用摆销链式无级变速器。它们虽然技术相对成熟，但是也存在一系列共性的问题。例如，承载扭矩不高、传动带偏斜、起步问题等等。以上两种变速器均为摩擦式变速器，承载能力受摩擦力限制，加上带轮的最小作用半径相对较小，导致传递转矩不高。对于直母线带轮来说，变速比越大，传动带偏斜越大，大的偏斜量会导致金属带受力恶化和金属带效率降低等问题，因而导致无级变速器的变速比一般小于6.25。传递转矩和变速比几乎成为了当代无级变速器最重要的性能指标。
【发明内容】
[0003]为了克服变速比和承载转矩相对较小的问题，本发明提供了一种方案，实现了无级变速单元与有级副变速器的完美匹配，保证副变速器换挡前后变速器整体传动比没有任何变化，而且在换挡过程中没有任何动力中断，实现了完全无“漏洞”换挡。不仅扩大了变速器变速比，还在一定程度上提高了承载转矩。
[0004]这套传动方案适用于任何形式的无级变速单元，而且对于副变速机构的结构没有限制，既可以为固定轴式也可以为行星齿轮式。在本例中运用金属带式无级变速单元和行星齿轮式副变速机构进行说明。故本例中的无级变速器由金属带式无级变速单元、副变速器行星齿轮组、前进挡及倒挡行星齿轮组、变速器输入轴I与输出轴14之间的过渡挡齿轮机构组成。传动的路径分两条:一条为无级变速单元与副变速器串联的无级变速路径；一条为变速器输入轴与变速器输出轴之间由齿轮组和离合器构成的过渡挡路径。这两条路径是并联的。
[0005]靠近从动轮7的行星齿轮组为副变速器两挡行星齿轮组8 (单行行星排)，作用为实现两个不同传动比的前进挡。此行星排太阳轮与从动轮7相连，行星架与前进挡及倒挡行星齿轮组13的太阳轮相连。一挡制动器10锁定齿圈与变速器壳体，实现I挡；二挡离合器9锁定行星架和齿圈，实现2挡。前进挡及倒挡行星齿轮组13为双行行星齿轮组，行星架与变速器输出轴相连，前进挡离合器12锁定行星架和齿圈，实现前进挡；倒挡制动器11锁定齿圈与变速器壳体，实现倒挡。
[0006]摩擦式无级变速单元都会存在相对滑动现象，而且滑移量的大小与承载转矩大小呈非线性的正相关。对于金属带式无级变速单元，滑移发生在金属带摩擦片与带轮之间。这就使得金属带式无级变速单元的实际传动比X与理论传动比i不等。在发动机提供动力时，无级变速单元实际传动比X大于理论传动比i ;在发动机起辅助制动作用时，无级变速单元实际传动X比小于理论传动比i。
[0007]副变速器为两挡行星齿轮式变速器，在一挡时变速器整体理论传动比的变化范围为由到Limin，在二挡时变速器整体理论传动比的变化范围为由i2imax到i2imin。令副变速器在两个不同挡位时，存在变速器整体实际传动比相等的情况，即我们可以利用副变速器换挡前后传动比相等的特性来换挡。但是这个换挡过程在没有动力中断的情况下是不能实现的，而且由于两挡的传动比相差较大，运用扭矩重叠换挡会使相应的摩擦片负荷过大。本文方案的核心就在于解决这个换挡过程的问题，实现了全工作范围内的无“漏洞”传动。本方案在此基础上，在输入轴与输出轴之间并联一组齿轮传动，传动比为i3。副变速器为一挡、无级变速单元传动比在imin附近时，有ilX=i3 ;副变速器为二挡、无级变速单元传动比在imax附近时，有i2x=i3。这样副变速器无论是在升挡、还是在降挡，无级变速路径都存在与过渡挡路径传动比相等的时刻。利用这两个传动比相等的时刻进行换挡，就可实现副变速器无“漏洞”换挡。过渡齿轮组可以起到一个临时挡位的作用，本文称其为“过渡挡”。
[0008]在升挡过程中发动机一般提供动力，升挡的过程为:副变速器换挡前，副变速器为I挡。当转速传感器检测到过渡挡主动齿轮的转速与变速器输入轴转速相等(即ilX=i3)时，可先接合过渡挡离合器摩擦片，然后副变速器一挡制动器再分离，完成由无级变速路径到过渡挡路径的切换(此过程可以理解为大重叠角的扭矩重叠换挡，摩擦片不存在滑转)。然后，无级变速单元理论传动比i向imax方向变换，当转速传感器检测到从动带轮转速与变速器输出轴转速相等(即i2x=i3)时，先接合二挡离合器摩擦片，这时两条路径同时作用而不能断开过渡挡传动路径。由于在过渡挡传动路径单独作用时，无级变速单元变化传动比的过程中是不受转矩作用的，相对滑移量基本为零。所以在从动带轮转速与变速器输出轴转速相等时，即使两条路径同时作用，相对滑移量为零也不会使无级变速路径承受相对大的载荷，所以两路可以同时作用，换挡摩擦片不存在滑转。无级变速单元带轮与传动带之间的相对滑动特性使无级变速单元实际传动比有扩大的趋势，所以在两路同时作用时，我们使无级变速单元理论传动比i向i—方向变化，但此时实际传动比X—直为过渡挡传动比i3，故相对滑移量由基本为零逐步增大，无级变速单元承载的转矩逐步增大，过渡挡齿轮传递的转矩逐步减小。到过渡挡齿轮传递的转矩基本为零时，可以断开过渡挡离合器，实现升挡。
[0009]降挡过程发动机既可能提供动力，又有可能是提供阻力。
[0010]当发动机提供动力时，相对滑移使无级变速单元的实际传动比X大于理论传动比
i。降挡过程为:由无级变速单元路径到过渡挡齿轮路径的切换与升挡相同，不同的是无级变速单元的传动比变化方向。当转为过渡挡齿轮路径单独作用时，无级变速单元的理论传动比i向imin方向变换，当转速传感器检测到从动带轮转速与变速器输出轴转速相等(即I1X=I3)时，接合一挡制动器摩擦片。然后同升挡的原理一样逐渐加载无级变速器单元，不过由于无级变速单元带轮与传动带之间的相对滑动特性使无级变速单元实际传动比有扩大的趋势，理论传动比i的变化方向仍为向imin方向变化。加载完毕后，切断过渡挡路径，完成降挡。
[0011]当发动机起辅助制动作用，相对滑移使无级变速单元的实际传动比X小于理论传动比i。副变速器的降挡过程为:如果设置成i2imax=i3，则无级变速路径实际传动比没有与过渡挡路径传动比相等的时刻。但是由于发动机产生的阻力矩相对较小，相对滑移量很小，使得两条路径的实际传动比相差也很小，而且路径转换是由无级变速路径到过渡挡路径，可以用扭矩重叠换挡完成路径切换。如果设置成i2imax>i3，则无级变速路径实际传动比有与过渡挡路径传动比相等的时刻，用扭矩重叠换挡完成路径切换即可。当转为过渡挡路径单独作用时，无级变速单元的理论传动比i向imin方向变换，当转速传感器检测到从动带轮转速与变速器输出轴转速相等(即ilX=i3)时，接合一挡制动器摩擦片，然后在两摩擦片同时接合的情况下逐渐加载无级变速器单元。但由于在发动机起制动作用时，无级变速单元实际传动比有缩小的趋势，理论传动比i向imax方向变化。加载完毕后，切断过渡挡路径，完成降挡。
[0012]对于无相对滑动的啮合式无级变速单元来说，实际传动比即为理论传动比。换挡过程为:在副变速机构换挡前，无级变速单元传动比和副变速机构的一个挡传动比的乘积与过渡挡齿轮组的传动比相等，此时首先接合过渡挡摩擦片，然后副变速机构分离为空挡，过渡挡传动路径单独作用。过渡挡路径单独作用之后，无级变速单元传动比向反方向变换，直至无级变速单元传动比和副变速机构的另一个挡传动比的乘积与过渡挡齿轮组的传动比相等，然后副变速机构另一个挡摩擦片接合，之后分离过渡挡离合器，完成换挡。
[0013]本方案在扩大了变速器整机的总变速比的同时，缩小了无级变速单元的变速比。对于目前常用的无级变速单元而言，在带轮最大直径不变的情况下，可以增大带轮最小作用半径，缩小了偏斜量，使承载转矩有质的提高。
[0014]说明书附图图1是有级过渡式无级变速器的结构示例简图。图中:1——过渡挡双联堕轮；2——变速器输入轴；3——过渡挡主动齿轮；4——过渡挡离合器；5——金属带；6——主动轮及液压控制缸；7——从动轮及液压控制缸；8——副变速器两挡行星齿轮组；9一一二挡离合器； 10——挡制动器；11—倒挡制动器；12——前进挡离合器；13——前进挡及倒挡行星齿轮组；14——过渡挡主动齿轮及输出轴。
[0015]X为无级变速单元的实际传动比；i为无级变速单元的理论传动比；imax为无级变速单元的最大理论传动比；imin为无级变速单元的最小理论传动比山为副变速器一挡传动比；i2为副变速器二挡传动比；i3为过渡挡齿轮机构传动比。
【权利要求】
1.本发明为一种无级变速器的传动方案，包括无级变速单元、前进挡及倒挡转换机构、副变速机构(行星齿轮式或固定轴式)、变速器输入轴与输出轴之间的过渡挡齿轮机构，其特征在于:在变速器输入轴与输出轴之间存在过渡挡齿轮机构(包括齿轮组及离合器，过渡挡挡位数比副变速机构挡位数小一)。
2.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于:输入轴与输出轴之间的过渡挡传动路径与无级变速单元和副变速机构串联的无级变速传动路径并联，两条传动路径实际传动比在副变速机构换挡前后存在相等的情况，只有在副变速机构换挡时过渡挡传动路径才短暂传动，且在副变速机构换挡时，两条传动路径存在同时传动的短暂时刻，换挡过程分为由无级变速传动路径向过渡挡传动路径切换和由过渡挡传动路径到无级变速传动路径切换两个过程。
3.根据权利要求2所述，由无级变速传动路径向过渡挡传动路径切换过程的特征在于:在副变速机构换挡前，无级变速单元实际传动比和副变速机构的一个挡传动比的乘积与过渡挡齿轮组的传动比相等(或相差很小)，此时首先接合过渡挡离合器，然后副变速机构分离为空挡，过渡挡传动路径单独作用。
4.根据权利要求2所述，由过渡挡路径到无级变速路径切换的特征在于:过渡挡路径单独作用之后，无级变速单元传动比向反方向变换，直至无级变速单元实际传动比和副变速机构的另一个挡传动比的乘积与过渡挡齿轮组的传动比相等，然后副变速机构另一个挡摩擦片接合，对于无相对滑动的无级变速单元来说，之后分离过渡挡离合器，完成换挡；对于有相对滑动且相对滑动量与载荷呈正相关的无级变速单元来说，过渡挡离合器暂不分离，两路同时作用，在无级变速单元实际传动比不变的情况下，变化无级变速单元理论传动比(发动机提供动力时，相对滑动使无级变速单元实际传动比有增大的趋势，调小理论传动比；发动机提供阻力时，相对滑动使无级变速单元实际传动比有减小的趋势，增大理论传动比)，无级变速单元相对滑动量逐渐增加，无级变速单元逐渐加载，直至过渡挡路径载荷基本为零，过渡挡齿轮组离合器分离，完成换挡。
【文档编号】F16H37/06GK103527736SQ201310501524
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月23日 优先权日:2013年10月23日
【发明者】王亚 申请人:王亚