用于动力系统的变速器的制作方法

本发明总地涉及一种用于车辆的动力系统的变速器。
背景技术：
：车辆动力系统包括联接于变速器的内燃发动机。该发动机提供旋转输出。变速器将来自发动机输出的旋转速度和扭矩进行转换，并且将该扭矩传递至车辆的最终驱动件。该变速器可包括固定传动比变速器，或者无级变速器或无限变速式变速器(CVT)。固定齿轮比变速器可操作以在预定数量的固定传动比之间改变。固定传动比变速器可使用一个或多个扭矩传递机构、例如离合器和/或制动器，以连接和/或断开齿轮组的不同部件来限定不同的传动比。固定传动比变速器可用传动比数量是有限的。典型的是，固定传动比变速器可包括3和6个之间的不同传动比。无级变速器可操作以在最大传动比和最小传动比之间无级地改变无限数量的有效传动比。无级变速器的示例包括但不限于包括两个可调节直径滑轮的带式无级变速器或者使用一对相对的辊子机构的环式无级变速器，该对相对的辊子机构在一对相对的盘状件之间传递扭矩和旋转。技术实现要素：提供一种用于动力系统的变速器。该变速器包括变速器输入构件和变速器输出构件。该无级变速单元包括选择性地联接于变速器输入构件的变速器输入，以及连续地连接到变速器输出构件的变速器输出。固定传动比单元包括具有环形齿轮的行星齿轮组、由行星架支撑的多个行星齿轮，以及太阳齿轮。环形齿轮、行星齿轮以及太阳齿轮设置成彼此啮合。环形齿轮、行星架以及太阳齿轮的每个均限定行星齿轮组的第一节点、第二节点或第三节点的一个。固定传动比单元包括固定输入和固定输出。固定输入连续地连接到变速器输入构件以及行星齿轮组的第一节点、第二节点或第三节点的一个。固定输出连续地连接到变速器输出构件，并且选择性地连接于行星齿轮组的第一节点、第二节点或第三节点的一个。还提供一种用于车辆的动力系统。该动力系统包括发动机以及变速器。该变速器联接于发动机，并且可操作以接收来自发动机的扭矩。该变速器包括变速器输入构件和变速器输出构件。该变速器输入构件连接于发动机，并且可操作以接收来自发动机的扭矩。该无级变速单元包括变速器输入，以及连续地连接到变速器输出构件的变速器输出。第一扭矩传递机构将变速器输入与变速器输入构件互连。第一扭矩传递机构可操作以选择性地连接或断开其间处于扭矩连通的变速器输入和变速器输入构件。固定传动比单元包括具有环形齿轮的行星齿轮组、由行星架支撑的多个行星齿轮，以及太阳齿轮。环形齿轮、行星齿轮以及太阳齿轮设置成彼此啮合。固定传动比单元包括固定输入和固定输出。固定输入连续地连接到变速器输入构件，以及环形齿轮、行星架或太阳齿轮的一个。固定输出连续地连接到变速器输出构件，并且选择性地连接于环形齿轮、行星架或太阳齿轮的相应一个。第二扭矩传递机构将环形齿轮、行星架或太阳齿轮的相应一个和固定传动比单元的固定输出互连。该第二扭矩传递机构可操作以选择性地连接其间处于扭矩连通的环形齿轮、行星架或太阳齿轮与固定传动比单元的固定输出或者将它们断开。第三扭矩传递机构将环形齿轮、行星架或太阳齿轮的相应一个和固定传动比单元的固定输出互连。该第三扭矩传递机构可操作以选择性地连接其间处于扭矩连通的环形齿轮、行星架或太阳齿轮与固定传动比单元的固定输出或者将它们断开。第四扭矩传递机构将环形齿轮、行星架或太阳齿轮的相应一个和固定传动比单元的非旋转部件互连。该第四扭矩传递机构可操作以选择性地连接其间处于扭矩连通的环形齿轮、行星架或太阳齿轮与固定传动比单元的非旋转部件或者将它们断开。第五扭矩传递机构将环形齿轮、行星架或太阳齿轮的相应一个和固定传动比单元的非旋转部件互连。该第五扭矩传递机构可操作以选择性地连接其间处于扭矩连通的环形齿轮、行星架或太阳齿轮与固定传动比单元的非旋转部件或者将它们断开。因此，该变速器能以固定传动比模式操作，其中来自发动机的动力通过脱离接合第一扭矩传递机构而经由变速器的固定传动比单元从变速器输入构件引导至变速器输出构件，或者该变速器能以CVT模式操作，其中，来自发动机的动力通过接合第一扭矩传递机构而经由变速器的无级变速单元从变速器输入构件引导至变速器输出构件。该变速器可配置成利用变速器的固定传动比来提供可用于起动车辆的低速驱动传动比，并且之后切换成变速器的无级变速单元来持续操作。当结合附图时，本教示的上述特征和优点以及其它特征和优点能易于从用于执行上述教示的最佳模式的以下详细描述中显而易见。附图说明图1是车辆的动力系统的示意平面图。图2是车辆的动力系统的替代构造的示意平面图。具体实施方式本领域的那些普通技术人员将认识到的是，诸如“之上”、“之下”、“向上”、“向下”、“顶部”、“端部”等等的术语描述性地用于附图，并且并不代表对由所附权利要求所限定的本发明范围的限制。此外，这些教示在这里可在功能和/或逻辑框块部件和/或各种处理步骤上进行描述。应意识到的是，这些框块部件可由任何数量的配置成执行特定功能的硬件、软件和/或固件构成。参照附图，其中类似的附图标记指代若干视图中的类似部件，用于车辆的动力系统通常以附图标记20示出。该动力系统20包括发动机22、变速器24以及最终驱动件26。该发动机22可例如包括汽油或柴油发动机，其可操作以产生扭矩和提供旋转输出。变速器24联接于发动机22，并且可操作以接收来自发动机22的扭矩，并且将该扭矩传递至最终驱动件26。该最终驱动件26可例如包括车辆的车桥或驱动轮。图1和图2各自包括相同的部件并且以相同的方式操作。图1和图2中示出的两个实施例的不同之处仅仅在于，本文所描述的不同部件的相对布置或定位。虽然变速器24的示例性实施例大体在附图中示作配置成用在用于机动车辆的动力系统20中，但应理解的是，变速器24的其它实施例可配置成用在其他系统中，包括但不限于轮船、牵引机、ATV、发电机、泵等等。变速器24包括无级变速单元28以及固定传动比单元30。无级变速单元28可替代地称为无级变速器或无限变速式变速器24或简称为变速器。无级变速单元28可操作以在最大传动比和最小传动比之间无级地改变无限数量的有效传动比。如图所示，无级变速单元28的示例性实施例包括带驱动式变速器，其包括经由可循环旋转的装置36可旋转地联接与第二可调节直径滑轮(即，第二滑轮34)的第一可调节直径滑轮(即，第一滑轮32)。第一滑轮32可旋转地联接于无级变速单元28的变速器输入38，而第二滑轮34可旋转地联接于无级变速单元28的变速器输出40。无级变速单元28的其它元件及其操作对于本领域那些技术人员是已知的，并且在这里不进行详细地描述。无级变速单元28能以一些其他方式构造，并且可例如包括环形变速器或者一些其他合适的变速器构造。带驱动变速器和环形变速器对于本领域那些技术人员是已知的，并且在这里不进行详细地描述。固定传动比单元30可操作以在预定数量的固定传动比之间改变。无级变速单元28设置成与固定传动比单元30平行。无级变速单元28和固定传动比单元30操作成在发动机22和最终驱动件26之间传递呈扭矩形式的机械动力和旋转速度。下文将更详细地描述固定传动比单元的构造。控制器42联接于变速器24，并且可操作以控制变速器24的部件。控制器42监测变速器24的操作，并控制各个致动器以影响无级变速单元28和固定传动比单元30的操作。控制器42可控制这里描述的动力系统20的每个部件。控制器42监测传感器输入并且执行控制例程以确定用于致动器的参数，从而控制各个动力系统20部件的操作。能监测诸如加速器踏板和相关联的加速器踏板位置传感器之类的驱动器输入装置，以确定操作者扭矩请求。各个传感器适当地定位成用于感测和提供信号，例如包括监测变速器输入构件44的旋转的输入速度传感器、监测变速器单元38的变速器速度传感器以及变速器输出构件46的旋转的输出速度传感器。输入速度传感器和输出速度传感器可以是任何合适的旋转位置/速度感测装置，例如霍尔效应传感器。控制器42可包括数字处理能力，其基于诸如车辆速度和发动机22的扭矩之类的输入信号来发出控制信号。控制器42可由类似的术语指代，例如但不限于控制模块、模块、控制件、控制单元、处理器等等。控制器42可包括专用集成电路(ASIC)、电子电路、中央处理单元(例如执行一个或多个软件或固件程序或例程的微处理器以及相关联的存储器和存储装置(只读、可编程只读、随机访问、硬驱动等等))、组合逻辑电路、输入/输出电流以及装置、信号调节和缓冲电路以及其它提供期望功能性地部件的任何一个或各种组合。软件、固件、程序、指令、控制例程、代码、算法以及类似的术语可包括任何控制42可执行的指令组，包括校准和查询表。每个控制器42执行控制例程以提供期望的功能，包括监测来自感测装置和其它联网控制器的输入并且执行控制和诊断例程来控制致动器的操作。例程能以规律的间隔、例如每隔100微秒来执行。控制器42、致动器和/或传感器以及动力系统20的各个部件之间的通信可使用直接有限链路、联网通信总线链路、无线链路或任何其它合适的通信链路来实现。如上所述，变速器24包括变速器输入构件44和变速器输出构件46。变速器输入构件44连接于发动机22，并且可操作以接收来自发动机22的扭矩。变速器输出构件46连接于最终驱动件26，并且可操作以将扭矩传递至最终驱动件26。如上所述，无级变速单元28包括变速器输入38和变速器输出40。变速器输出40连续地连接于变速器输出构件46。因此，变速器输出40总是随着变速器输出构件46旋转，并且无法从变速器输出构件46旋转地断开。变速器输入38选择性地联接于变速器输入构件44。更确切地说，第一扭矩传递机构48将变速器输入38与变速器输入构件44互连。因此，由于第一扭矩传递机构48连接两个旋转部件、即变速器输入构件44和变速器输入38，该第一扭矩传递机构48可称为离合器。第一扭矩传递机构48能选择性地接合以连通变速器单元38和变速器输入构件44之间的扭矩。附加地，第一扭矩传递机构48能选择性地断开以断开变速器单元38和变速器输入构件44之间的扭矩连通。如本文所使用的，术语“选择性地”用于描述这里所描述的不同扭矩传递机构的任何控制器/可控制的操作状态，包括启用状态和/或停用状态，或者接合状态和/或脱离接合状态。如这里所使用的，扭矩传递机构是能够选择性地在两个部件之间传递扭矩的装置。当启用或接合时，该扭矩传递机构在两个部件之间传递扭矩和/或旋转。当停用或脱离接合时，该扭矩传递机构并不在相应的部件之间传递扭矩和/或旋转。该扭矩传递机构可包括和/或称为“离合器”或“制动器”。术语“离合器”在这里限定为使用摩擦、机械过盈或一些其他合适的力传递系统来联接部件、包括可旋转地联接的同轴装置并连通它们之间的扭矩和旋转的装置。术语“制动器”在这里限定为使用摩擦、机械过盈或一些其他合适的力传递系统来联接部件、包括一个非旋转部件并连通它们之间的扭矩的装置。该非旋转部件可例如包括变速器24的壳体。固定传动比单元30包括具有环形齿轮52的行星齿轮组50、由行星架54支撑的多个行星齿轮，以及太阳齿轮56。环形齿轮52、行星齿轮以及太阳齿轮56设置成彼此啮合。环形齿轮52、行星架54以及太阳齿轮56的每个均限定行星齿轮组50的第一节点、第二节点或第三节点的一个。如本文参照附图中示出的示例性实施例所描述的那样，太阳齿轮56限定为第一节点，行星架54限定为第二节点，而环形齿轮52限定为第三节点。然而，应理解的是，第一节点、第二节点以及第三节点可限定为包括行星齿轮组50的其它部件。固定传动比单元30包括固定输入58和固定输出60。固定输入58连续地连接到变速器输入构件54，以及行星齿轮组50的第一节点、第二节点或第三节点的一个。因此，固定输入58总是随着变速器输入构件44以及该固定输入58所连接于的行星齿轮组50的第一节点、第二节点或第三节点的一个，并且无法从变速器输入构件44或者该固定输入58所连接于的行星齿轮组50的第一节点、第二节点或第三节点的一个旋转地断开。如图所示，固定传动比单元30的固定输入58连续地连接于行星齿轮组50的太阳齿轮56，即该行星齿轮组50的第一节点。然而，应当认识到的是，固定输入58可连接到行星齿轮组50的其他部件中的一个，即行星架54或环形齿轮52。固定传动比单元30的固定输出50连续地连接于变速器输出构件46，并且选择性地连接于行星齿轮组50的第一节点、第二节点或第三节点的一个。因此，固定输出60总是随着变速器输出构件46旋转，并且无法从变速器输出构件46旋转地断开。然而，固定输出60选择性地连接于行星齿轮组50的第一节点、第二节点或第三节点的一个，以使得固定输出60能可旋转地连接于该固定输出60选择性地连接于行星齿轮组50的第一节点、第二节点或第三节点的一个或者从中旋转地断开。第二扭矩传递机构62将行星齿轮组50的第一节点、第二节点或第三节点的相应一个与固定传动比单元30的固定输出60互连。因此，由于第二扭矩传递机构62连接两个旋转部件、即行星齿轮组50的其中一个节点和固定输出60，因而该第二扭矩传递机构62可称为离合器。第二扭矩传递机构62能选择性地接合，以连通行星齿轮组50的第一节点、第二节点或第三节点的相应一个与固定传动比单元30的固定输出60之间的扭矩。第二扭矩传递机构62能选择性地断开，以断开行星齿轮组50的第一节点、第二节点或第三节点的相应一个与固定传动比单元30的固定输出60之间的扭矩连通。如图所示，第二扭矩传递机构62直接地连接于行星齿轮组50的行星架54，即行星齿轮组50的第二节点。然而，应当认识到的是，第二扭矩传递机构62可替代地连接到行星齿轮组50的其他部件中的一个，即太阳齿轮56或环形齿轮52。第三扭矩传递机构64将行星齿轮组50的第一节点、第二节点或第三节点的一个与固定传动比单元30的固定输出60之间互连。因此，由于第三扭矩传递机构64连接两个旋转部件、即行星齿轮组50的其中一个节点和固定输出60，因而该第三扭矩传递机构64可称为离合器。第三扭矩传递机构64能选择性地接合以连通行星齿轮组50的第一节点、第二节点或第三节点的一个与固定传动比单元30的固定输出60之间的扭矩。第三扭矩传递机构64能选择性地断开以断开行星齿轮组50的第一节点、第二节点或第三节点的一个与固定传动比单元30的固定输出60之间的扭矩连通。如图所示，第三扭矩传递机构64直接地连接于行星齿轮组50的环形齿轮52，即行星齿轮组50的第三节点。然而，应当认识到的是，第三扭矩传递机构64可替代地连接到行星齿轮组50的其他部件中的一个，即太阳齿轮56或行星架54。因此，如图所示，固定传动比单元30的示例性实施例包括固定输出60，该固定输出选择性地连接于行星齿轮组50的行星架54(即，第二节点)和行星齿轮组50的环形齿轮52(即，第三节点)。更确切地说，第二扭矩传递机构62选择性地连接固定输出60和行星齿轮组50的行星架54，而第三扭矩传递机构64选择性地连接固定输出60和行星齿轮组50的环形齿轮52。如上所述，固定输出60和变速器输出构件46连续地连接在一起用以共同旋转。固定输出60和变速器输出构件46能以任何合适的方式连接用以一起旋转。例如并且如图所示，循环旋转的构件66将变速器输出构件46和固定传动比单元30的固定输出60连续地互连。循环旋转的构件66可例如包括循环链条或其他类似的装置。替代地，固定输出60和变速器输出构件46能以一些其他的方式、例如通过它们之间的带齿啮合来连接以旋转。第四扭矩传递机构68将行星齿轮组50的第一节点、第二节点或第三节点中的相应一个与固定传动比变速器24单元的非旋转部件互连。因此，由于第四扭矩传递机构68将非旋转部件连接到行星齿轮组50的节点，所以第四扭矩传递机构68可被称作制动器。该非旋转部件可例如包括变速器24的壳体。第四扭矩传递机构68能选择性地接合，以连通行星齿轮组50的第一节点、第二节点或第三节点的相应一个与固定传动比变速器24单元的非旋转部件之间的扭矩。第四扭矩传递机构68能断开，以断开行星齿轮组50的第一节点、第二节点或第三节点中的相应一个与固定传动比变速器24单元的非旋转部件之间的扭矩连通。如图所示，第四扭矩传递机构68直接地连接于行星齿轮组50的行星架54，即行星齿轮组50的第二节点。然而，应当认识到的是，第四扭矩传递机构68可替代地连接到行星齿轮组50的其他部件中的一个，即太阳齿轮56或环形齿轮52。附加地，应当认识到的是，第二扭矩传递机构62和第四扭矩传递机构68都直接连接到行星齿轮组50的相同节点，即第二节点，如本文所限定的，该第二节点为行星齿轮组50的行星架54。第五扭矩传递机构70将行星齿轮组50的第一节点、第二节点或第三节点中的相应一个与固定传动比变速器24单元的非旋转部件互连。因此，由于第五扭矩传递机构70将非旋转部件连接到行星齿轮组50的节点，所以第五扭矩传递机构70可被称作制动器。第五扭矩传递机构70可选择性地接合以连通行星齿轮组50的第一节点、第二节点或第三节点中的相应一个与固定传动比变速器24单元的非旋转部件之间的扭矩。第五扭矩传递机构70可脱离接合以断开行星齿轮组50的第一节点、第二节点或第三节点中的相应一个与固定传动比变速器24单元的非旋转部件之间的扭矩连通。如图所示，第五扭矩传递机构70直接地连接到行星齿轮组50的环形齿轮52，即行星齿轮组50的第三节点。然而，应当认识到的是，第五扭矩传递机构70可以替代地连接到行星齿轮组50的其他部件中的一个，即太阳齿轮56或行星架54。另外，应当认识到的是，第三扭矩传递机构64和第五扭矩传递机构70都直接连接到行星齿轮组50的相同节点，即第三节点，如本文所限定的，该第三节点为行星齿轮组50的环形齿轮52。当第一扭矩传递机构48被接合或启用以在变速器输入构件44与变速器输入38之间传递扭矩时，变速器24以无级变速模式操作以通过无级变速单元28在变速器输入构件44与变速器输出构件46之间传递扭矩。当以无级变速模式操作时，第二扭矩传递机构62和第三扭矩传递机构64优选地被脱离接合或停用，以防止变速器输出构件46与行星齿轮组50之间通过固定传动比单元30的固定输出60的扭矩连通。然而，如果第四扭矩传递机构68和/或第五扭矩传递机构70分别被脱离接合或停用，则当以无级变速模式操作时，第二扭矩传递机构62或第三扭矩传递机构64中的一个可被接合或启用。当第一扭矩传递机构48被脱离接合或停用以不在变速器输入构件44与变速器输入38之间传递扭矩时，变速器24以固定传动比模式操作以通过固定传动比单元30在变速器输入构件44与变速器输出构件46之间传递扭矩。当以固定传动比模式操作时，第二扭矩传递机构62、第三扭矩传递机构64、第四扭矩传递机构68和第五扭矩传递机构70根据需要被接合或脱离接合以实现所需的固定传动比。下面的表1示出了当变速器24以固定传动比模式操作时第二扭矩传递机构62、第三扭矩传递机构64、第四扭矩传递机构68和第五扭矩传递机构70的不同状态，即被接合或脱离接合，以实现不同的可用传动比。应当认识到的是，对于表1中所示的所有可用传动比，当变速器24以固定传动比模式操作时，第一扭矩传递机构48被停用或脱离接合以不在变速器输入构件44与变速器输入38之间传递扭矩。这样，从表1中省略了第一扭矩传递机构48，因为它在固定传动比模式期间总是被脱离接合。表1中所示的各种模式包括：“倒档”模式、“空档”模式、第一固定传动比“1”，以及第二固定传动比“2”。在格子中的“X”表示特殊的扭矩传递机构被接合或启用以传递扭矩并实现以相关联固定传动比的操作。在标记为“C2”的栏中示出了第二扭矩传递机构62，在标记为“C3”的栏中示出了第三扭矩传递机构64，在标记为“B4”的栏中示出了第四扭矩传递机构68，以及在标记为“B5”的栏中示出了第五扭矩传递机构70。在标记为“传动比”的栏中示出了每种模式的具体传动比。表1模式传动比B4B5C3C2倒档-2.6XX空档013.6XX21XX在操作期间，变速器24可以以固定传动比模式操作以起动车辆。第一固定传动比“1”和/或第二固定传动比“2”提供用于起动车辆的高效传动比。在车辆达到所需速度之后，变速器24可以被切换至以无级变速模式操作，从而获得与无级变速器24相关联的效率优势。通过以这种方式操作变速器24，如果使用带式无级变速器24，则无级变速单元28在起动期间可以与变速器输入构件44脱离接合，从而减小了在各可移动轮盘之间固定带必需的所需夹紧压力。减小的夹紧压力减少了与带式无级变速器24相关联的损耗，这提高了燃料效率。具体实施方式和附图或视图支持并描述了本发明，但是本发明的范围仅由权利要求书限定。尽管已经详细描述了用于实现所要求保护的教导的最佳模式和其他实施例中的一些，但是存在用于实施所附权利要求书中限定的公开内容的各种可选设计和实施例。当前第1页1 2 3