专利名称：具有可选择单向离合器的前轮驱动自动变速器的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有可选择单向离合器的六挡前轮驱动(FWD)自动变速器，所述可选 择单向离合器有选择地在一个或多个预定操作模式中接合。
背景技术：
在某些前轮驱动(FWD)车辆变速器中，例如在本领域内公知的这类具有三个齿轮 组和五个扭矩传递元件或离合器的六挡FWD自动变速器中，在发动机制动第一挡、手动低 挡和变速器倒挡操作模式中可应用五个离合器之一。因此，这种离合器功能上称为“低挡和 倒挡离合器”，并有选择地接合或分离以启用上面所列的操作模式。低挡和倒挡离合器的输 入构件也可有选择地连接至传统的单向离合器，以有选择地防止接合时变速器的其中两个 齿轮组的构件的相对旋转。在所有其它前进挡中，S卩，在上述传统六挡FWD自动变速器的第二至第六挡中，由 于变速器中四个其它离合器中的一个或多个的应用或接合，反作用扭矩并未作用在单向离 合器上。因此，所述单向离合器自由旋转或“空转”，即，低挡和倒挡离合器的输入输出构件 之间存在相对运动。此外，这种旋转的相对速度有随着各连续挡位变化而增大的趋势。如本领域所公知的，只要多盘式离合器的输入输出构件之间存在相对运动，分离 的多盘式离合器就会产生拖曳或旋转损失。所述旋转损失又会降低燃料经济性。由于在上 述FWD变速器的所有前进挡中，除了发动机制动第一挡和手动低挡之外，低挡和倒挡离合 器是分离的，并且由于大多数时间这种变速器操作于这些前进速比之一，所以当低挡和倒 挡离合器分离时出现适度的但是可测量的旋转损失量。
发明内容
因此，提供了一种具有六挡FWD自动变速器的前轮驱动(FWD)车辆。所述变速器包 括五个扭矩传递机构或离合器及三个齿轮组。所述变速器包括阀体组件(VBA)和作为五个 离合器之一的双模式可选择单向离合器(SOffC)。在本发明的范围内，所述SOWC替代所述低 挡和倒挡离合器及上述传统的单向离合器，而传统的VBA被修改成包括适于在所述SOWC的 两个模式，前进挡和倒挡，在发动机制动第一挡、倒挡和手动变速器低速挡之间选择的SOWC 控制机构。当变速器控制算法指令或发信号通知模式改变或换挡至发动机制动第一挡、倒挡 或手动低挡之一时，增压流体进入活塞孔。所述活塞从所述活塞孔的顶部移到所述活塞孔 的底部，从而压缩所述复位弹簧，同时将致动器机构移动到第二位置。当所述变速器算法指 令或发信号通知模式改变或换挡至除了手动低挡和发动机制动挡之外的第二至第二挡及 第一挡之一时，增压流体排出活塞孔，所述复位弹簧将所述活塞移到所述活塞孔的顶部。所述VBA位于所述变速器的旋转扭矩元件的侧面，并与所述变速器壳体的横向或 侧向表面对齐并固定在其横向或侧向表面上。所述VBA的控制机构部分包括在所述VBA侧 面上或内的孔状外壳，所述孔状外壳限定了活塞孔以及弹簧孔。所述活塞孔包含有液压致动活塞，所述液压致动活塞的移动最终使互连的致动器机构或连杆移动，该致动器机构或 连杆控制所述SOWC内的选择器盘的旋转运动。所述活塞孔的中心线垂直于所述变速器的 旋转轴线，并理想地位于与所述SOWC的选择器盘的旋转弧相同的平面内，但是在本发明的 范围内也可使用其它平面结构。
所述活塞与所述致动器连杆持续接触或连接至所述致动器连杆，该致动器连杆可 构造为盘、杆或任何其它适当的连杆。所述致动器连杆通过保持或接合变速杆而接合所述 SOffC的选择器盘，所述变速杆连接至选择器盘或为其附属物。能量存储装置(例如压缩弹簧 或其它类型的复位弹簧)在活塞上施加回复/偏压力以将所述活塞偏压在第一位置内，作用 于VBA的流体压力使所述活塞移到第二位置。所述第一位置对应于所述SOWC的选择器盘 的第一角位置，其仅在一个或多个预定前进操作模式期间保持，即除发动机制动第一挡和 手动低挡的第一至第六挡。所述第二位置对应于选择器盘的第二角位置，其仅在一个或多 个其它操作模式期间保持，即发动机制动第一挡、倒挡和手动低速挡。还提供了一种用于减小六挡FWD自动变速器中的旋转损失的方法。所述变速器具 有通过集成进VBA的选择机构控制的S0WC，所述SOWC代替传统的低挡和倒挡离合器组件及 单向离合器。所述方法包括检测、感测或以其它方式确定发信号通知请求变速器换挡至倒 挡、发动机制动或手动低速挡的换挡指令，并响应于所述换挡指令允许增压流体进入上述 VBA0增压流体沿一个方向移动所述活塞，从而移动所述SOWC的变速杆，以将所述变速器的 传动构件锁止至固定构件。这样，减小了变速器中的旋转损失。结合附图，从下面对实现本发明最佳模式的详细描述，可容易理解本发明的上述 特征和优点以及其它特征和优点。
图1为根据本发明的车辆的示意图2为根据本发明的六挡FWD自动变速器的局部剖切图； 图3为图2中变速器的示意性分解透视图； 图4为图2和图3中变速器的一部分的剖切图；以及 图5为可与图2-4的变速器一起使用的控制机构的示意性透视图。
具体实施例方式参考附图，其中统共几个附图中相同的附图标记指代相同或相似的部件，从图1 开始，车辆10包括发动机(E) 12，例如汽油机、柴油机或其它燃料型内燃机，但是在本发明 范围内可使用其它动力源。例如，发动机12还可以或者可选地构造为燃料电池或电池驱动 型电机，或者传统内燃机的其它替代动力源。发动机12通过输入构件或轴11连接至自动 变速器(T)14。变速器14向输出构件或轴13传递旋转力或扭矩，输出构件或轴13最后通 过一组车轮17推进车辆10。参考图2，变速器14具有三个齿轮组，为简便起见，这三个齿轮组在图2中标记为 Gl、G2和G3。变速器14还具有五个离合器，为简便起见，其中四个标记为C1-C4，第五个离 合器构造为双模式可选择单向离合器(SOWC) 16。齿轮组Gl、G2和G3分别为输出齿轮组、 输入齿轮组和反作用齿轮组。齿轮组G1-G3、离合器C1-C4和SOWC 16可有选择地单独或以各种组 合接合和分离，以提供六挡前轮驱动(FWD)功能，如本领域技术人员所理解的。变速器14包括外壳或壳体20以及具有集成SOWC控制机构24的阀体组件(VBA) 22，如下面参考图4和图5所描述的。如本文所使用的，术语“集成”指的是SOWC控制机构 24和VBA 22的相对结构，控制机构24为VBA 22的一部分或整体部分。控制机构24基于 变速器14的一个或多个预定操作模式有选择地控制或致动SOWC 16，如下所述。本领域的技术人员会理解，SOWC在基本操作上类似于传统的单向离合器。但是， 根据设计细节，SOWC还能够在给定的“传动”构件(例如输入座圈或第一联接盘)与第二独 立的“从动”构件(例如沿一个或两个旋转方向的输出座圈或第二联接盘)之间提供机械连 接。同样依赖于设计，SOWC可沿一个或两个旋转方向超速运行(overrun)。通常，SOWC含 有选择器还或盘，当选择器环或盘被移至第二或第三位置时，其控制或选择SOWC的不同操 作模式。用于锁止SOWC (例如图1的SOWC 16)的机械装置是变化的并且是公知的。例如， SOWC可使用滚子、楔块、摇杆、支柱或其它适合的扭矩传递元件，在SOWC 16的输入和输出 座圈或构件之间设有多个这类元件。依据使用的SOWC的具体类型或形式及所需旋转方向， SOWC的每个座圈都可包含有唯一的表面特征，例如窗口或支柱孔，每个特征都适于接合位 于其中的一个或多个扭矩传递元件，以有选择地启用各种离合器操作模式。特别地，在图2的变速器14中，SOWC 16具有输入座圈或传动构件26和输出座圈 或从动构件28。从动构件28附接于或接地至壳体20，例如通过使用多个花键33与壳体20 中的配套花键37接合。传动构件26连接至反作用齿轮组G3，例如但不限于，行星齿轮组的 行星架构件。SOWC 16在传动构件26与从动构件28之间有选择地沿一个旋转方向传递扭 矩。反转传动构件26的旋转方向会使传动构件26能够相对于从动构件28自由旋转。VBA 22位于SOWC 16的轴线或中心线27的附近并在其横向上，即临近SOWC 16 的轴线或中心线27，如图2中所详细示出的，使得进入VBA 22的流体压力沿一个方向移动 SOffC 16的变速杆40，最后使SOWC 16接合在双模式SOWC 16的倒挡模式中。流体压力从 VBA 22的排出沿另一方向移动变速杆40，最后分离SOWC 16，从而除了手动低挡和发动机 制动第一挡之外，启用可与变速器14的第一至第六挡一起使用的前进挡操作模式。因此， SOffC 16可接合在三个变速器操作模式中倒挡、手动低速挡(即，当操作员将变速杆移到 “L”位置时)和发动机制动第一挡(S卩，在变速杆处于“D”位置和变速器14使图1的车辆10 从第一挡的停顿起动至大致5英里每小时时出现短暂时间)。参考图3，图2中变速器14的一部分的分解图示出了 VBA 22、壳体20和SOWC 16 的大体方位。VBA 22及其控制机构24位于壳体20的横向侧面31的附近(见图2)，壳体20 包括由壳体20限定的腔室，以最小化封装空间。壳体20包括具有中心线或轴线27的中心 孔或主孔23，SOffC 16至少部分地位于该主孔23中，所述中心线或轴线27为变速器14的 旋转轴线。从动构件28被接地或连接至壳体20，例如通过使从动构件28的不同花键33与 壳体20在主孔23中的多个配套花键37相接合。SOffC 16的延伸部、臂或变速杆40 —体地形成有或者可操作地连接本领域已知类 型的选择器环或盘(未示出)，并径向向外地延伸通过壳体20中的槽41。变速杆40可构造 有下述的成形端44，钙成形端的形状、尺寸或其它方面构造成与控制机构24的致动器连杆 50 (例如杆、盘或其它适当的连杆)接合。图3和图4中示出了盘式实施例，而图5示出了另一杆状结构，根据可用封装限制，每个都可在本发明范围内使用。SOWC 16可包括用于在 期望公差内将SOWC 16紧固在壳体20中的保持环48。参考 图4，以局部剖切透视图示出了 VBA 22，示出了其控制机构24部分的内部细 节。如上所述，控制机构24为VBA 22的整体一部分，并包括孔状外壳56。孔状外壳56与 VBA 22的侧向或横向表面57—体地形成或者以其它方式连接至VBA 22的侧向或横向表面 57, VBA 22具有通常表现VBA 22的单独功能部分或端部的弹簧端62和活塞端64。在活塞 端64处为含有应用活塞66的活塞孔58，在弹簧端62处为含有复位弹簧76的弹簧孔59。活塞孔58加工成以紧密配合但是可自由移动的方式接收应用活塞66。活塞66通 过图4中箭头I所示增压流体通过入口 68的进入被有选择地沿着箭头A的方向致动。同 样，出口 74设在活塞孔58的下端78中，以允许任意捕集的流体排出，如箭头0所示，从而 防止活塞66变得液压地锁止。止动特征70 (例如但是不限于缓冲器或止动销)防止活塞 66阻止液压流体流进入口 68。在本发明的范围内，类似的特征也可集成进活塞孔塞72中 而不是活塞66。活塞66与致动器机构50直接持续接触和/或可操作地连接至致动器机构50，该 机构本身连接至变速杆40，最后连接至SOWC 16，如图5中最佳所示和如下所述。由于封装 的限制，致动器连杆50、活塞66和复位弹簧76可位于图4中所示的不同平面内，或者可选 地共面，如图5中所示。无论如何构造，活塞66沿着箭头A方向的移动沿着相同方向推动 或移动致动器连杆50。当进入流体压力中断时，弹簧孔59内的复位弹簧76沿着箭头B的 方向推动或移动活塞66，该移动将流体排出或放出返回通过入口 68。活塞66的行程长度优选稍小于变速杆40在弹簧孔59的中心线87处的总旋转角 度的弦长(见图5)。如果活塞行程大于所述弦长，那么SOWC 16中的某些部件(例如选择器 盘(未示出))将变成活塞66沿箭头A方向的应用力、以及复位弹簧76沿箭头B方向的回复 力的反作用构件。通过最小化传递至SOWC 16的反作用力，降低了磨损，潜在地延长了 SOWC 16的寿命。相反，如果活塞行程远小于前述弦长，那么SOWC 16中的模式变化可能无法完全 地或者最佳地执行。仍参考图4，致动器连杆50在示例性结构中图示为扁杆或盘，并通过布置在活塞 孔58中的导向销72可滑动地支撑于一端91A。致动器连杆50还通过设在弹簧孔59内的 弹簧座79可滑动地支撑于另一端91B。由致动器连杆50限定的槽、孔或其它适当的保持特 征32接收图2和图5中变速杆40的成形端44，使得活塞66沿箭头A方向的任何移动沿着 相同方向移动致动器连杆50。该运动最后移动变速杆40，从而致动或换挡SOWC 16 (见图 2和图5)。复位弹簧76被径向地保持在弹簧孔59中，复位弹簧76构造为螺旋压缩型弹簧或 其它适当的复位机构。可使用保持凸缘80及一个或多个紧固件35来紧固弹簧支撑壳体 52，图4中示出了保持凸缘80的一部分。弹簧支撑壳体52适当地构造成防止弹簧支撑壳 体52被复位弹簧76的反作用力而移位，例如通过使用法兰29。复位弹簧76与致动器连杆50上的弹簧座79和弹簧孔59的底部45接触。复位 弹簧76的弹簧力推动致动器连杆50与活塞66接触。活塞66在活塞孔58中移动，直到活 塞66上的止动特征70 (例如缓冲器或销)接触活塞孔塞72为止。孔塞72封闭活塞孔58 的一端，并被塞保持环90固定在适当的位置。活塞孔塞72还用作限制沿向上方向(S卩，箭头B方向)的活塞行程的硬止动。塞保持环90还可为复位弹簧76的弹簧力提供第二反作 用构件。一起参考图4和图5，当SOWC 16需要模式改变时和特别地要应用或接合SOWC 16 时，来自变速器泵(未示出)或专用泵的增压流体被引入流体控制通道88，然后通过入口 68 进入活塞孔68。当沿着箭头A方向作用在活塞66上的任何液压力超过复位弹簧76沿着箭 头B方向提供的回复力时，活塞66和致动器连杆50 —起朝着VBA 22的弹簧端62移动，直 到活塞66接触在活塞孔58底部的壁82为止。因为变速杆40的成形端44与保持特征32 接合或保持在保持特征32中，所以SOWC 16的变速杆40和选择器盘(未示出)每个都绕着 SOffC 16 (见图5)的旋转轴线27旋转至第二角位置96，从而实施SOWC 16中的所需模式变 化或换挡。一旦位于第二角位置96，SOWC 16就设置或接合成倒挡/前进低挡模式，其中传 动构件26与从动构件28 (见图2、图3和图5)之间沿任一旋转方向都不可能存在相对运 动。为了使SOWC 16恢复至它的其它模式，即，前进挡模式，增压流体从流体控制通道 88排出。当复位弹簧76提供的回复力超过排出流体的力时，活塞66和致动器连杆50沿着 箭头B的方向朝着VBA 22的活塞端64移动。参考图5，孔状外壳56具有在与SOWC 16的选择器盘(未示出)的旋转弧相同的平 面内的中心线89。SOWC 16的选择器盘(未示出)的第一和第二角位置94和96距SOWC 16 的水平中心线或轴线85的距离基本相等。为便于组装进壳体20 (见图2)中，变速杆40和 /或其成形端44可构造成可从选择器盘(未示出)和SOWC 16移除。例如，变速杆40可插 入选择器盘中的凹槽或狭槽中，一旦变速杆40被紧固或保持至致动器机构50就不能移动。这样，减小了变速器在第一至第六挡变速器操作模式中的旋转损失。此外，因为消 除了所有传统低挡和倒挡离合器部件，例如离合器盘组件、离合器应用活塞和离合器复位 弹簧，所以减小了变速器的重量和封装空间。SOWC 16的倒挡模式替换了低挡和倒挡离合器 的功能，而SOWC 16的前进挡模式以与其所替换的单向离合器相同的方式运转。尽管已经详细描述了实现本发明的最佳模式，但是本发明所属领域的技术人员应 当认识到在所附权利要求范围内实现本发明的各种可选设计和实施方式。
权利要求
1.一种前轮驱动(FWD)车辆，包括具有三个齿轮组和五个离合器的六挡变速器，所述五个离合器包括具有传动构件和固 定构件的双模式可选择单向离合器(SOWC)，其中所述五个离合器可有选择地接合，以将所 述三个齿轮组的构件连接至所述固定构件，从而启用所述变速器的倒挡和六个挡，所述六 个挡包括发动机制动第一挡、手动低速挡、第一挡和五个前进高速挡； 增压流体源；和阀体组件(VBA)，具有可操作以控制所述SOWC从而在所述SOWC的两个模式之间选择的 集成式控制机构，所述控制机构包括第一孔和第二孔，其中所述第一孔与所述增压流体源流体连通； 应用活塞，其位于所述第一孔内并可在该第一孔中移动； 复位弹簧，其位于所述第二孔内并可在该第二孔中压缩； 致动器连杆，其与所述应用活塞和所述复位弹簧持续接触；以及 变速杆，其可操作地连接至所述SOWC和所述致动器连杆中的每一个，所述变速杆可操 作，以响应于所述应用活塞的移动方向在所述SOWC的两个模式之间选择；其中所述增压流体源沿着一个方向移动所述应用活塞和致动器连杆，从而将所述传动 构件锁止到所述固定构件，从而选择发动机制动第一挡、倒挡和手动低速挡中的一个；并且 其中所述复位弹簧沿着另一个方向移动所述应用活塞和致动器连杆，以在所述第一挡 和所述五个前进高速挡中的一个期间将所述传动构件与所述固定构件解锁。
2.如权利要求1的车辆，其中所述固定构件为所述SOWC的被标引至所述变速器的固定 壳体的从动构件。
3.如权利要求1的车辆，其中所述变速杆包括适于接合所述致动器连杆以随其一起移 动的成形端。
4.如权利要求1的车辆，其中所述第一孔的中心线垂直于所述变速器的旋转轴线。
5.如权利要求1的车辆，其中所述应用活塞、所述复位弹簧和所述致动器连杆共面。
6.如权利要求1的车辆，还包括在所述第一孔内适于限制所述致动器连杆的轴向行程 的硬止动。
7.如权利要求1的车辆，其中所述致动器连杆包括适于将所述变速杆保持至所述致动 器连杆的保持特征。
8.如权利要求1的车辆，其中所述VBA位于所述固定壳体下侧的附近并可操作地连接 到其上。
9.一种前轮驱动(FWD)自动变速器，具有五个离合器和三个齿轮组，提供了倒挡和六 个前进挡，这六个前进挡包括发动机制动第一挡、手动低速挡、不同的第一挡和五个前进高 速挡，所述FWD变速器包括固定壳体；双模式可选择单向离合器(S0WC)，其具有标引至所述固定壳体的从动构件、可旋转的 传动构件、及变速杆，所述SOWC可为所述变速器的五个离合器中的一个；和阀体组件(VBA)，其位于所述固定壳体附近并在所述固定壳体下方，所述VBA具有适于 在所述SOWC的两个模式之间选择的集成式控制机构，并包括 第一孔和第二孔；应用活塞，其位于所述第一孔内并可在该第一孔中移动，所述活塞可通过允许增压流 体进入第一孔而沿第一方向移动，从而选择所述SOWC的第一模式，其中所述第一模式将所 述传动构件锁止至所述从动构件，以允许所述发动机制动第一挡、手动低速挡和所述倒挡 中的一个；复位弹簧，其位于所述第二孔内并可在该第二孔中压缩，且适于沿着第二方向偏压所 述应用活塞，从而选择所述SOWC的第二模式，其中所述第二模式允许所述传动构件相对于 所述从动构件自由旋转，以允许所述不同的第一挡和所述五个前进高速挡中的一个；和致动器连杆，其与所述应用活塞和所述变速杆中的每一个都持续接触，所述致动器连 杆适于响应于所述应用活塞在所述第一孔中的移动而移动所述变速杆。
10.如权利要求9的变速器，其中所述变速杆从所述SOWC径向向外延伸，并包括适于接 合所述致动器连杆使得所述变速杆随所述致动器连杆一起移动的成形端。
11.如权利要求10的变速器，其中所述成形端构造为叉，并且其中所述致动器连杆包 括构造为一对凸缘的保持特征，所述叉位于所述一对凸缘之间。
12.如权利要求11的变速器，其中所述变速杆可从所述SOWC拆卸，以便于所述变速器 的组装。
13.如权利要求9的变速器，其中所述第一孔的中心线垂直于所述变速器的旋转轴线。
14.一种减小六挡前轮驱动(FWD)自动变速器中的旋转损失的方法，所述六挡FWD自动 变速器具有固定壳体、阀体组件(VBA)和五个扭矩传递机构，其中所述VBA具有可操作用于 移动致动器连杆的液压活塞，所述五个扭矩传递机构包括具有变速杆的双模式可选择单向 离合器(S0WC)，所述方法包括确定换挡指令，该换挡指令发信号通知请求变速器换挡至发动机制动第一挡、倒挡和 手动低挡之一；以及响应于所述换挡指令而允许增压流体进入VBA，从而沿一个方向移动所述液压活塞，并 从而使所述变速杆从第一位置移至第二位置；其中所述变速杆到所述第二位置的移动将传动构件锁止到固定构件上。
15.如权利要求14的方法，还包括确定另一换挡指令，该另一换挡指令发信号通知请求变速器从发动机制动第一挡、倒 挡和手动低挡之一换挡至不同第一挡和前进高速挡之一；和将流体从所述VBA排出，从而沿另一方向移动所述液压活塞，并从而使所述变速杆旋 转至所述第一位置；其中所述第一位置将所述传动构件与所述固定构件解锁。
16.如权利要求15的方法，其中所述变速器包括固定壳体，并且其中所述SOWC的从动 构件被标引至所述固定壳体。
全文摘要
一种车辆，包括具有壳体的前轮驱动(FWD)自动变速器、标引至所述壳体的可选择单向离合器(SOWC)、增压流体和阀体组件(VBA)。所述VBA具有与所述流体连通的活塞、复位弹簧、和与所述活塞以及所述SOWC的变速杆的每个都持续接触或连接的致动器盘。流体沿一个方向移动所述活塞和盘以锁止所述SOWC，启用倒挡模式，所述弹簧沿着另一方向移动所述活塞和盘，以在前进挡模式解锁所述SOWC。一种方法，通过仅在倒挡操作模式期间将双模式SOWC定位在壳体中、将VBA定位在壳体附近外部和允许增压流体进入所述VBA以接合所述SOWC来防止FWD变速器中的旋转损失。
文档编号F16D25/00GK102105714SQ200980128599
公开日2011年6月22日 申请日期2009年7月1日 优先权日2008年7月22日
发明者A·L·巴托斯, C·J·李, F·萨米 申请人:通用汽车环球科技运作公司