节能车用变速箱的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及机械工程【技术领域】，特别涉及一种节能车用变速箱。该节能车用变速箱，包括发动机、离合器、前驱球笼轴、后驱球笼轴，动力输入轴、传动齿轮系、差速器，其特征在于：所述节能车用变速箱还包括第一级CVT和第二级CVT，所述第一级CVT包括第一级主动固定轮、第一级主动活动轮、第一级从动活动轮、第一级升速油缸、第一级降速油缸、和第一级钢带；所述第二级CVT包括第二级主动活动轮、第二级从动固定轮、第二级从动活动轮、第二级升速油缸、第二级降速油缸、和第二级钢带；所述第一级CVT和第二级CVT通过双面齿轮串联。本实用新型是一种根据路况变化的实现自动或手动变速的节能变速箱，其最大变速比可达49，保证发动机始终在额定功率点工作，节能环保。
【专利说明】节能车用变速箱
【技术领域】
[0001]本发明属于机械工程【技术领域】，特别涉及一种节能车用变速箱。
【背景技术】
[0002]现有技术中的汽车变速箱因其变速范围小，不能涵盖汽车的全部变速范围，只是改变汽车力矩，用于汽车的辅助变速。而现有技术汽车的变速方式是以改变原动机的转速达到平滑无级变速的，内燃机改变供油电动机的电压使得其转速改变，这都是恒力距变速，当这种变速的力矩达不到要求时，要采用恒功率变速的机械变速箱变速，以便增加或减少力矩作为辅助变速，其中无论是有级齿轮变速箱或无级的CVT变速箱都是恒功率变速。
[0003]发动机和电动机的机械特性曲线中的耗能率最低点，也就是额定功率点，即额定力矩与额定转速的工作点。而现有的汽车变速方式使得汽车大部分行驶时间都不能在额定功率点工作，所以其耗能率高于最经济能耗率，例如耗能情况比较好的小排量汽车，每公里的耗油情况是:奥拓标称4升，实际行驶时5.5升，奇瑞QQ标称4.2升，实际行驶时6?10升，波罗标称4.6升，实际行驶时扩13升，排量越大差值也越大，且都在30%以上，尤其大排量的高等汽车乃至翻翻。
[0004]汽车出厂时没有给出最经济油耗指标，但根据奇瑞Xl论坛的实验数据表明最经济油耗要比标称油耗低2飞％，也就是说汽车的实际油耗比经济油耗多出32%以上，这不仅浪费了资源，而且这32%以上的油未充分燃烧，生成黑烟，其中主要成分PM2.5严重污染了大气，据媒体报道:汽车尾气是我国目前空气污染的第一污染源。
【发明内容】
[0005]本发明为了弥补现有技术的缺陷，提供了一种能够使发动机保持在额定功率下工作，降低耗油量、减少PM2.5排放的节能车用变速箱。
[0006]本发明是通过如下技术方案实现的:
[0007]一种节能车用变速箱，包括发动机、离合器、前驱球笼轴、后驱球笼轴，动力输入轴、传动齿轮系、差速器，其特征在于:所述节能车用变速箱还包括第一级CVT和第二级CVT，所述第一级CVT包括第一级主动固定轮、第一级主动活动轮、第一级从动活动轮、第一级升速油缸、第一级降速油缸、和第一级钢带；所述第二级CVT包括第二级主动活动轮、第二级从动固定轮、第二级从动活动轮、第二级升速油缸、第二级降速油缸、和第二级钢带；所述第一级从动活动轮与第二级主动活动轮之间有固定双面锥轮，固定双面锥轮分别与第一级主动活动轮、第二级从动活动轮齿合，所述固定双面锥轮与第一级从动活动轮之间连接有第一级钢带、与第二级主动活动轮之间连接有第二级钢带。
[0008]所述动力输入轴上装有扭矩传感器，用以测量汽车行驶阻力矩的变化。
[0009]所述扭矩传感器与扭矩显示表B相连，扭矩显示表B位于车辆仪表盘上，表盘内设有相应的发动机在额定转矩札的下固定电压，当扭矩传感器3传来实际工作转矩M的电压与额定转矩下的电压相等时，指针为零，当实际工作扭矩电压小于札相应电压指针向左，汽车要升速，当实际工作扭矩电压大于相应札电压时指针向右，汽车要减速。
[0010]所述第一级升速油缸与第二级升速油缸并联，升速时可同时充油，降速时可同时放油，第一级降速油缸与第二级降速油缸并联，升速时可同时放油，降速时可同时充油，保证汽车稳速行驶，达到节能状态。
[0011]在完全手动操作时，所述升速油缸与降速油缸通过标准三位主令开关控制充、放油，所述标准三位主令开关安装在油门脚踏板上或安装在仪表盘上。
[0012]当自动操作时，为了进一步保证行车安全，所述两个升速油缸与两个降速油缸还可通过手动操作四位丁字指令开关控制充、放油。
[0013]本发明的有益效果是:本发明的最大传速比可达到49，该变速比已涵盖全部汽车的变速范围，以本发明作为汽车的主变速方式，由于是恒功率的机械变速，可且根据路面阻力矩变化实现自动或手动变速，使得汽车在正常行驶中，发动机始终在额定功率点工作，油燃烧最完全，燃油耗最低，节能环保。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
[0015]附图1为本发明一种节能车用变速箱原理示意图；
[0016]附图2为本发明一种节能车用变速箱的液压传动原理示意图；
[0017]附图3为本发明一种节能车用变速箱的电器控制原理的示意图；
[0018]附图4为本发明一种节能车用变速箱的扭矩显示表的结构示意图；
[0019]附图5为本发明一种节能车用变速箱的自动变速流程控制框图；
[0020]图中，I发动机，2第一级主动固定轮，3扭矩传感器，4第一级主动活动轮，5离合器，6固定双面锥轮，7第一级降速油缸，8第一级从动活动轮，9第二级降速油缸，10第二级从动活动轮，13前驱球笼轴，14差速器，15后驱球笼轴，17倒档，19第二级从动固定轮，20第二级主动活动轮，21第二级升速油缸，22第二级钢带，23第一级升速油缸，24动力输入轴，25第一级钢带，26三位四通电磁阀，EpE2电磁阀线圈，K1三位主令开关，K2四位丁字主令开关，B扭矩显示表，传动齿轮11、12、16、18。
【具体实施方式】
[0021]附图1为本发明的一种具体实施例。该节能车用变速箱，包括发动机1、离合器5、前驱球笼轴13、后驱球笼轴15,动力输入轴、传动齿轮11、12、16、18,差速器,其特征在于:所述节能车用变速箱还包括第一级CVT和第二级CVT，所述第一级CVT包括第一级主动固定轮2、第一级主动活动轮4、第一级从动活动轮8、第一级升速油缸23、第一级降速油缸7、和第一级钢带25 ;所述第二级CVT包括第二级主动活动轮20、第二级从动固定轮19、第二级从动活动轮10、第二级升速油缸21、第二级降速油缸9、和第二级钢带22 ;所述第一级从动活动轮8与第二级主动活动轮20之间有双面齿轮6，双面齿轮6分别与第一级主动活动轮
4、第二级从动活动轮10齿合，所述双面齿轮6与第一级从动活动轮8之间连接有第一级钢带25、与第二级主动活动轮20之间连接有第二级钢带22。传动齿轮18、16、11、12是根据车辆工作要求设计固定速比，动力输入轴24上装有扭矩传感器3，测量汽车行驶阻力矩的变化，以便使节能变速箱能达到节能的目的，这是因为:
[0022].\Γ,二.?/ιι
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[0023]上式中凡为发动机的额定功率，Me是额定转矩，ne是额定转速，Μ、η是动力输入轴
[0024]24的工作转矩和工作转速，是由实际工作负荷来决定的。根据恒功率变速原理:
[0025]Mn=M η, =Λ'(
[0026]公式中Μ。、!!。分别是汽车的驱动轮的转矩和转速，Μ。是由路面阻力所决定，路况变化，Mc也随之变化；若η。不变，则相应的工作扭矩M必然要变，此时发动机工作点就会离开额定点，所以必须改变η。，以保证.1Ii=X,即发动机始终在额定功率下工作，本发明是在轴24上装有扭矩传感器3，并与附图4所示的扭矩显示表B相连，扭矩显示表B位于汽车仪表盘上，表盘内设有相应的发动机在额定转矩的下固定电压，当扭矩传感器3传来实际工作转矩M的电压与额定转矩下的电压相等时，指针为零，当实际工作扭矩电压小于虬相应电压指针向左，汽车要升速，即汽车驱动轮的转速η。要增大，当相应工作扭矩电压大于相应札电压时指针向右，汽车要减速，即汽车驱动轮的转速η。要减小。
[0027]根据扭矩显示表B指针的偏转情况，按附图3所示的电器控制原理进行人工操作，如汽车在发动之后以每小时5公里起步行驶，若此时路况平坦阻力小，发动机在欠负荷下工作很费油，此时工作扭矩M在低于额定状态工作，扭矩显示表B指针在升速区，操作者应按表盘的指示扳动三位主令开关K1接通E1，开始升速，此时第一级升速油缸23和第二级升速油缸21同时充油，第一级降速油缸7和第二级降速油缸9同时放油，第一级主动活动轮4和第二级主动活动轮20的工作直径会变大，第一级从动活动轮8和第二级从动固定轮19的工作直径变小，第一级CVT和第二级CVT同时在升速，当升速到扭矩显示表B指针回到零位时，将开关K1搬到中间位，此时升速油缸21、23和减速油缸7、9同时充油，保证汽车在该速度稳行驶，达到节能状态。当遇到上坡，路面阻力增大，此时扭矩显示表B指针在减速区，操作者应扳动三位主令开关K1接通E2，开始减速，第一级降速油缸7和第二级降速油缸9同时充油，第一级升速油缸23和第二级升速油缸21同时放油，第一级主动活动轮4和第二级主动活动轮20的工作直径会变小，而第一级从动活动轮8和第二级从动固定轮19的工作直径变大，随着速度降低，扭矩显示表B指针逐渐回到零，此时把开关K1搬到中间位，汽车在稳速行驶，达到节能状态。
[0028]目前单级CVT的最大传速比已达到7，由于本发明的节能车用变速箱的第一级CVT和第二级CVT为串联方式，其最大传速比可达到49，根据目前的高速公路限速每小时110公里，汽车的经济最高时速定为每小时125公里，最低5公里，则单级CVT传速比为5即可满足；对于电动车，目前标准最高时速为80公里，最低5公里，则单级CVT的传速比取4即可满足。上述K1为标准三位主令开关，该开关可装到汽车油门的脚踏板上，用右脚控制变速，与现有汽车操作习惯完全相同；也可装到仪表盘上，由右手操作，这样改变后驾驶员的右脚只管刹车，不会产生油门当刹车的操作错误。
[0029]上述操作为人工操作，效果如何很大程度依赖于人，适用于路况简单的情况。当路况复杂时，操作频率变高，若采用人工操作容易产生疲劳，耽误操作，因此本发明还提供一种以节能为条件的真正意义的自动变速控制方案，该方案自动控制流程图如附图5所示，说明如下:
[0030]如附图5所示，首先扭矩传感器3将实际工作扭矩M对应的电压信号V也即输入电压传入电压比较装置，该装置可将输入电压V与额定力矩3/;对应的额定电压?<:进行比较。当Γ F ,则两电路之间流从流向V经三极管放大后输出到执行装置的中间继电器接通E1，汽车升速，当F、,电流从V流向G ,经过另一个三极管放大后输入执行装置，另一个中间继电器接通&汽车减速，当F: m,比较装置无信号输出，电磁阀在中间位。由实际工作扭矩M的变化，比较装置会给出变速的指令，使第一级CVT和第二级CVT同时开始变速，M也随之改变，当改变到.W =.V.也即Γ = ?〈时，比较装置输出信号消失，电磁阀回到中间位，此时，4个油缸都充油汽车稳速工作。
[0031]但汽车行驶过程中，不能只考虑节能，更重要是要根据路况保证安全第一，例如汽车在下坡时，发动机欠负荷运行，扭矩显示表B指示的是升速，但是此时为了安全必须减速，因此如附图5所示，加入人工操作，正常路面时利用自动变速，当出现不良路况时利用人工操作，该部分人工操作选用四位丁字指令开关K2,其开关中间是零位，此时E1与E2失电，同时自动变速系统的执行电路断开；向下时接通自动变速系统的执行电路，向左是增速，向右是减速。在正常路况使用自动变速，以减轻驾驶者的疲劳，在特殊情况采用人工操作，以保安全。
[0032]本发明用于电动车时其节能效果也非常显著，虽然电动机的机械特性曲线比较平，变速方面产生的直接节能不如内燃机，但是由于直流电机在正常额定电压供电时，外力因素使其转速超过额定转速，电机可由电动机变发电机，向电池充电，根据这一特性，电动车在下坡停车或减速时，尽可能少用刹车，而提前减速。减速时，将从电机到地面的降速比变大，保证汽车以原速度前进，惯性产生动能，地面阻力成主动力，原来变大的电机到地面减速比，成为地面到电动机的升速比，地面的阻力矩使电动超出额定转速变为发电机，向电池充电。当在城区行驶，频繁的升速减速交替，惯性产生的动能充电，在山区地形行驶下坡时，车辆的位能驱电机发电向电池充电，使得电池充电放电交替，可使电动车的续航里程增大，这是电动车节能的独特之处，是内燃机汽车所不具备的。
【权利要求】
1.一种节能车用变速箱,包括发动机(I)、离合器(5)、前驱球笼轴(13)、后驱球笼轴(15)，动力输入轴(24)、传动齿轮(11、12、16、18)，差速器，其特征在于:所述节能车用变速箱还包括第一级CVT和第二级CVT，所述第一级CVT包括第一级主动固定轮(2)、第一级主动活动轮(4)、第一级从动活动轮(8)、第一级升速油缸(23)、第一级降速油缸(7)、和第一级钢带(25);所述第二级CVT包括第二级主动活动轮(20)、第二级从动固定轮(19)、第二级从动活动轮(10)、第二级升速油缸(21)、第二级降速油缸(9)和第二级钢带(22);所述第一级从动活动轮(8)与第二级主动活动轮(20)之间有固定双面锥轮(6)，固定双面锥轮(6)分别与第一级主动活动轮(4)、第二级从动活动轮(10)齿合，所述双面齿轮(6)与第一级从动活动轮(8)之间连接有第一级钢带(25)、与第二级主动活动轮(20)之间连接有第二级钢带(22)上。
2.根据权利要求1所述的一种节能车用变速箱，其特征是:所述动力输入轴(24)上装有扭矩传感器(3)。
3.根据权利要求2所述的一种节能车用变速箱，其特征是:所述扭矩传感器(3)与扭矩显示表B相连，扭矩显示表B位于车辆仪表盘上。
4.根据权利要求1所述的一种节能车用变速箱，其特征是:所述第一级升速油缸(23)与第二级升速油缸(21)并联，第一级降速油缸(7)与第二级降速油缸(9)并联。
5.根据权利要求4所述的一种节能车用变速箱，其特征是:所述两个升速油缸(21、23)与两个降速油缸(7、9)通过标准三位主令开关K1控制充、放油，所述标准三位主令开关K1安装在油门脚踏板上或安装在仪表盘上。
6.根据权利要求4所述的一种节能车用变速箱，其特征是:所述升速油缸(21、23)与降速油缸(7、9)还可通过手动操作四位丁字指令K2开关控制充、放油。
【文档编号】F16H61/468GK203979366SQ201420314585
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年6月13日 优先权日:2014年6月13日
【发明者】岑益南 申请人:岑益南