电控自动变速箱的制作方法

所属技术领域

本发明涉及汽车机械领域中的平行轴式变速箱。

背景技术：

现有技术的自动变速器，多以电磁阀控制液压油路的电液一体化方式实施挡位切换；传动机构则多为液力变矩器+行星齿轮机构或+平行轴齿轮结构。

虽然现有技术的变速箱，可根据汽车运行状态及传感数据，经行车电脑ecu操控电磁阀实施变速而具备智能化，但因操控环节、方式等，而使其传动效率、使用或制作成本不尽人意。

现有技术的自动变速箱主要分为：液力自动变速箱(at)、机械自动变速箱(amt)、无级自动变速箱(cvt)、双离合自动变速箱(dct)。

at自动变速箱，主要由液力变矩器、行星齿轮和液压操纵系统组成，通过液力传动和齿轮组合变速、变矩；但因液压传动而反应迟缓、费油。

无级变速的cvt变速箱，换挡平顺，但因带传动承受扭矩有限，且变挡须经逐级挡传动而提速响应迟缓。

弃用液力变矩器的dct，通过双离合的换挡方式，提升自动变速箱的传动效率，换挡速度快；但干式离合、换挡顿挫的缺陷依然存在。

由上知，自动变速器的基本元素为：齿轮及电控液压离合装置。若省却液压环节，由ecu直接操控电磁离合装置实施变速箱的挡位切换，应为最简单直接的操控方式。

技术实现要素：
：

本发明提供一种平行轴结构的电控自动变速箱，及为之实施而由电控滚柱锁止离合器构成的拾速塔轮轴。

本发明电控自动变速箱包括，变速箱壳体、输入轴、塔齿轴、拾速塔轮轴、输出轴、倒挡惰轮轴及操控挡位切换的伺服电机等。

所述变速箱的各传动齿轮(副)，皆由单向电控滚柱锁止离合器或单向轴承(单向离合器)与传动轴相连。

电控滚柱锁止离合器的电控部分，为镶嵌于传动轴内的伺服电机；车载电脑ecu的控制线路，经高速集电环与之相连；ecu经伺服电机操控电控滚柱锁止离合器，实施挡位切换。

低速高扭的伺服电机，是操控各单元滚柱锁止离合器的电控装置，由于，伺服电机皆处高速、高温的工作环境，故要求伺服电机应具有适应性。

输入轴、塔齿轴、输出轴处于同一轴线，拾速塔轮轴为变速传动的中间轴；倒挡的惰轮固结于变速箱壳体。

塔齿轴，系不同齿数齿轮组合而成的多级齿轮轴。塔齿轴的一端经双向电控滚柱锁止离合器与输入轴(连接发动机曲轴)相连；ecu经伺服电机切断或接通与发动机的连接，匹配发动机自动启停及变速箱相关功能。

塔齿轴的另端，经两部传动方向相反的单向电控滚柱锁止离合器与输出轴相连。设置在塔齿轴空心内腔的伺服电机1，控制塔齿轴两端与输入、输出轴相连的滚柱锁止离合器，操控直驱挡的离合。

直驱挡传动时，塔齿轴一端与发动机相连的双向滚柱锁止离合器结合；另一端与发动机同向或者反向传动的单向电控滚柱锁止离合器，交替结合或分离；发动机则可等速直驱车辆前行，或者以怠速、停机等拖拽车辆减速。

拾速塔轮轴，系本发明的核心部件。拾速塔轮轴为筒轴，两端铰接于变速箱壳体，轴外设置有基挡、变压挡齿轮组。拾速塔轮轴与各基挡、变压挡的外齿轮，经强制滚柱、锁止滚柱、定位弹簧等，组成各挡的单向电控滚柱锁止离合器或单向轴承。

拾速塔轮轴，内腔设置伺服电机2、基挡拨挡轴、星排联动器、变压挡拨挡轴。ecu操控伺服电机可使基挡拨挡轴旋转，实施各基挡、变压挡的离合转换，并使同轴旋转的基挡、变压挡组合成复合挡，以最佳速比适配车速的增、减。

操控基挡、变压挡离合转换的拨挡轴，由星排联轴器分隔在拾速塔轮的两侧。基挡外齿轮与所啮合塔齿轴的齿轮，构成基挡齿轮副；变压挡外齿轮，与输出轴上的外齿轮构成变压挡齿轮副。

各基挡外齿轮作为从动轮，自塔齿轴各对应齿轮拾取传动；各变压挡外齿轮为主动轮，将拾速塔轮轴经各基挡拾取的传动，调变后传递至输出轴上所啮合的前进挡或倒挡，驱动车辆运行。

变压挡齿数最少(或直径最小)的外齿轮，经滚柱、顶簧等部件，与内圈即拾速塔轮轴构成现有技术的单向轴承(单向离合器)；除该变压挡外，其余基挡、变压挡外齿轮，皆经电控滚柱锁止离合器融入拾速塔轮轴。

拾速塔轮轴，为各基挡电控滚柱锁止离合器外圈的从动件，同时也为各变压挡电控滚柱锁止离合器或单向轴承的主动件；变压挡外齿轮转矩与发动机转向相反，其驱动输出轴的转向与发动机相同(倒挡除外)。

拾速塔轮轴端部的伺服电机2，经其转轴(拨挡轴)驱动基挡、变压挡凸轮拨档器旋动，实施基挡、变压挡滚柱锁止离合器的离合转换。当转子拨挡轴顺时向旋转，可使各基挡的滚柱锁止离合器逐一离合，使基态(车辆驻停时，基1挡离合器结合)的基1挡逐挡转换为最高挡。

当伺服电机2的转子拨挡轴旋转超过360°时，基挡则由最高挡切换为基1挡，完成一次基挡循环变换。基挡拨挡轴顺时向旋动，变速箱实施升挡；反之，变速箱降档。

伺服电机2的转子拨挡轴，既操控各基挡离合器的离合切换，又经星排联动器对各变压挡实施离合转换。

星排联动器为行星齿轮机构(简称星排)，其设在拾速塔轮轴内腔；星排联动器的内齿圈为拾速塔轮轴内壁，星排的太阳轮、行星架分别与基挡拨挡轴、变压挡拨挡轴固结。

星排联动器(太阳轮与行星架转速之比)应符合：基挡拨挡轴每旋转360°(各基挡循环变换一次)，变压挡随基挡拨挡轴的旋转变换一挡；基挡拨挡轴每旋转一周，可使每一变压挡皆对应各基挡形成一组复合挡。

变压挡的降档，由伺服电机2驱动转子拨挡轴逆时向旋动；同样以各基挡循环变换一次，星排联动器使变压挡降低一挡(至基1挡后，升为最高挡然后继续降档)。

变压挡拨挡器处于虚拟挡位时，各变压挡的滚柱锁止离合器皆分离，此时拾速塔轮轴上外齿轮齿数最少(传动比最大)的变压挡传动；并与各基挡组成低速高扭的一组复合挡，驱使车辆起步、加速。

传动比最大的变压挡为变压1挡，其最小齿数的外齿轮经单向轴承融入拾速塔轮轴；变压1挡的外齿轮同时啮合输出轴上低速前进挡及倒挡齿轮，可使变速箱以低速高扭的前进挡或倒挡传动。

输出轴内腔的伺服电机3操控前进挡、倒挡的滚柱锁止离合器的转换。

车辆起步，伺服电机1旋转使基态时分离的发动机与塔齿轴连接的滚柱锁止离合器结合，则塔齿轴所啮合拾速塔轮轴的基1挡外齿轮传动，经变压1挡齿轮副传递至输出轴(低速前进挡)，形成基1挡与变压1挡(即1-1挡)的复合传动。

随车速逐渐提升，ecu据感应数据指令伺服电机2驱动基挡拨挡轴，历经基态时的基1挡，基2、基3挡…逐级升高(传动比逐挡减小)以匹配车速的提升。若基挡最高挡的传动比，依然不能匹配车速所需时，ecu则指令使伺服电机2继续驱动拨挡轴旋转(达360°)，使基挡由最高挡降为基1挡；与此同时经星排联轴器驱使旋转的变压挡拨挡轴，恰使变压挡由虚拟1挡(变压1挡传动)转换为变压2挡；形成基1挡与变压2挡即复合挡1-2挡传动。之后，随车速的提升，ecu操控的伺服电机2旋转，经基2挡、3挡……的逐级变换，至基挡拨挡轴旋转达720°时，变压挡由变压2挡升至虚拟2挡，各变压挡单向电控滚柱锁止离合器无传动(较大传动比的变压1挡滞后传动；同时伺服电机1驱使相关离合器挂入直驱挡，替代了变压2挡(离合器已分离)并使变压1挡的单向轴承分离；变速箱的传动转换为由发动机、输入轴、塔齿轴、输出轴传动。

若车速继续增加，ecu认为仍需变速箱升档时，即指令伺服电机2驱动基挡拨挡轴继续再旋转360°达1080°后，变压挡拨挡轴使虚拟2挡转换为变压3挡，形成基1挡与变压3挡的复合传动，复合挡1-3挡的传动比小于直驱挡，而顶替直驱挡传动；之后伺服电机1逆时向旋转，退出直驱挡。基挡重复上述由基1、基2、基3……挡的升档过程，使复合挡的速比逐渐缩小，以匹配车速的提升。

变压2挡的外齿轮(或齿数)大于变压1挡，两变压挡共用拾速塔轮轴，故角速度相同。当两挡齿轮副同时驱动输出轴时，变压2挡则高于变压1挡旋转，使变压1挡外齿轮受输出轴上齿轮副的作用，超速(超越驱动其旋转的拾速塔轮轴的转速)旋转，使得变压1挡外齿轮与拾速塔轮轴构成的单向轴承自动分离，不再传动。

上述情形说明，两变压挡同时传动时，传动比较小的变压挡自动上位顶替较大速比的传动，不存在传动干涉、传动力间断问题。

变压1挡单向轴承的外齿轮，较经滚柱锁止离合器融入拾速塔轮轴的外齿轮为更小，其做为低速前进挡及倒挡齿轮副中的主动齿轮，可提供较大扭矩。

输出轴内设置可操控低速前进挡、倒挡、停车挡离合转换的伺服电机3，其信号动力线经集电环与ecu相连。

r挡即倒挡，系在低速前进挡齿轮副之间增加惰轮构成，形成与发动机转向相反的转矩，驱动输出轴使车辆倒行。

p挡即停车挡滚柱锁止离合器，设置于输出轴内腔，经双向滚柱锁止离合器与变速箱壳体支座相连；非驻车时该离合器分离，其具有的轴承功能，基于变速箱壳体支座支撑输出轴旋转。当伺服电机3驱动转子拨挡轴使p挡滚柱锁止离合器结合时，输出轴与变速箱被锁止一体，使车辆止动。

上述结构，使得伺服电机3操控的d挡(前进挡)、r挡、p挡三挡滚柱锁止离合器的离合关系为，挂入r挡时，d、p挡滚柱锁止离合器分离；挂入d挡时，r、p挡的滚柱锁止离合器分离，以确保各档传动互不干涉。

拾速塔轮轴经滚柱等将各基挡、变压挡外齿轮融入一体，构成单向电控滚柱锁止离合器及单向轴承；利用星排联动器可使基挡、变压挡逐一复合传动是实现本发明的核心。由ecu经低速高扭微型伺服电机控制的单向或双向滚柱锁止离合器，是变速箱挡位切换、实施变速传动的根本。

将拾速塔轮均分为若干单元，各单元分别套有内径、宽度相同的外齿轮，经强制滚柱、锁止滚柱等与拾速塔轮轴构成基挡或者变压挡的滚柱锁止离合器。各外齿轮由兼做滚子的锁止滚柱，基于内圈(拾速塔轮轴)轴壁上铣制的坡道支撑旋转。

在星排联轴器一侧的基挡区域，沿拾速塔轮轴壁360°范围，螺旋状错位镂空孔洞，孔洞的大小可置放强制滚柱，使之裸露但不能落入拾速塔轮轴内腔。各基挡相邻单元镂空孔洞圆周方向错位角，为360°÷基挡单元个数；轴线方向错位距离，为相邻单元的间距。在星排联轴器另侧的变压挡区域，各相邻单元变压挡镂空孔洞的错位角为360°÷(变压挡单元数+2)，2代表虚拟挡位数。

当变压挡的凸轮拨档器处于第一个虚拟挡时，各变压挡的滚柱锁止离合器皆处于分离状态，故拾速塔轮轴经单向轴承驱动变压1挡外齿轮传动。

当变压挡凸轮拨档器处于变压2挡与第二个虚拟挡临界区域，并挂入直驱挡时，变压2挡、直驱挡传动。由于变压2挡的传动比大于直驱挡，两挡同时驱动输出轴的结果是，变压2挡的单向电控滚柱锁止离合器分离，而由直驱挡驱动。随变压挡凸轮拨档器越过两挡临界，驻留虚拟2挡时，变压挡无传动，经拾速塔轮轴的传动被切断，仅直驱挡传动。

在各基挡、变压挡单元拾速塔轮轴壁上，圆周均距铣制不低于3个置放锁止滚柱的坡道(具体数由需内、外圈传递转矩大小确定)，坡道的坡度应满足强制滚柱处于基态(强制滚柱无位移)，锁止滚柱基于该坡道支撑外齿轮旋转，且不能自锁。各挡单元皆有一坡道贯通镂空孔洞，使坡道上的锁止滚柱与镂空孔洞内的强制滚柱相切；同单元内相邻的锁止滚柱，由界于内外圈之间的弧形支杆支撑(首、尾锁止滚柱除外)；支杆端部的弧形板支撑各锁止滚柱旋转。当强制滚柱离心移动，驱使首位锁止滚柱位移时，弧形支杆则顶持各锁止滚柱，使之沿各自坡道楔入内、外圈狭窄处。

锁压弹板，基于拾速塔轮轴在镂空孔洞外缘与强制滚柱相切，切线与强制滚柱的径向位移方向成γ夹角；该角度满足，当强制滚柱受凸轮拨挡器顶持离心位移时，锁压弹板与强制滚柱作用形变弹力的分力，使强制滚柱最大限度顶持经弧形支杆串联的各锁止滚柱，楔入各自坡道内外圈间的狭窄处；使受夹持的锁止滚柱，在内外圈旋动力矩作用下，将内外圈锁止为一体，而使所述离合器结合。

锁止坡道的坡度，应略大于单向轴承设计中滚柱自锁时的坡度，以使强制滚柱对坡道上锁止滚柱顶持的合力，符合单向轴承锁止的条件，顺利锁止内外圈；且当撤销强制滚柱的顶持力后，内、外圈对锁止滚柱所产生的挤出力，可顺利使锁止滚柱旋出锁止位置，使所述离合器分离。

本发明单向滚柱锁止离合器中锁止滚柱坡道的坡度、锁压弹板对锁止滚柱的弹性系数等，参照单向轴承设计(化学工业出版社，第五版《机械设计手册》第2卷第六册第三章)。

伺服电机转轴即拨挡轴的正反向旋转，皆可使凸轮拨挡器的斜坡触及裸露于拾速塔轮轴内腔的强制滚柱，使强制滚柱沿拨挡器斜坡移至拨挡器弧顶面，顶持强制滚柱沿镂空孔洞突破锁压弹板的弹性压斥力离心位移。

为使裸露的强制滚柱顺利移动至凸轮弧形顶面，凸轮弧形顶面前后(以旋向参照)斜坡的坡度，应满足伺服电机可顺利驱动凸轮拨挡器，将处于凹谷处的强制滚柱置于凸轮弧形顶面；凸轮拨档器斜坡坡度及伺服电机旋动力矩的大小应满足前述的要求。

设置在拾速塔轮空心腔内的凸轮拨挡器的弧面，所对应的圆心角为360°÷拨档器可控离合器数量+θ，θ为拨档重叠角；θ的大小为拨档器的弧形面，可触及相邻单元错位的强制滚柱，并使之离心位移，使两相邻单元离合器结合的最小值。

上述结构离合器的锁止滚柱所处坡道的坡向，与现有技术的单向轴承(单向离合器)的结构及功能相同。即所述滚柱锁止离合器，为单向离合器，其结合时仅能单向传动、具有可超越性。

通常，拾速塔轮轴保有一基挡传动，其他基挡的滚柱锁止离合器皆分离，在各自啮合的塔齿轴驱动下，各外齿轮以不同速比绕拾速塔轮轴空旋。

单向电控滚柱锁止离合器，适用于拾速塔轮轴与各基挡、变压挡(除变压1挡)；输出轴上啮合变压1挡外齿轮的低速前进挡、倒挡。

双向电控滚柱锁止离合器，适用于输入轴(发动机)与塔齿轴；停车挡与输出轴。

单向轴承(单向离合器)，适用于变压1挡外齿轮与拾速塔轮轴；变压2挡、3挡……的齿轮副与输出轴。

双向电控滚柱锁止离合器，由单向电控滚柱锁止离合器的一个离合控制点变为多个，即有多个强制滚柱及镂空孔洞；使单向滚柱锁止离合器的单一坡道，变为两条以强制滚柱为中的对称坡道，且锁止滚柱数量加倍。固定于双向滚柱锁止离合器内圈与前、后锁止滚柱相切的v型复位弹板，替代了单向滚柱锁止离合器的弧形支杆、锁压弹板。

上述结构的双向滚柱锁止离合器，至少应有3个强制滚柱即3个离合器控制点；当外力作用使各强制滚柱沿镂空孔洞离心位移时，即可驱使其前后相切的两锁止滚柱突破v型弹板的弹力，沿各自坡道楔入内、外圈的狭窄处；进而在内外圈夹持的旋入力矩(内外圈相对旋动的力偶使锁止滚柱旋进狭窄处)作用下，将外圈与内圈锲紧锁止使所述离合器结合。

当上述离合器内圈主动时，后锁止滚柱将内、外圈先行锁止；而处于略大于自锁角坡道的前锁止滚柱，受内、外圈旋出力(内外圈相对旋动的力偶使锁止滚柱旋出狭窄处)作用，谐振着退出狭窄处，始终无法锁止内外圈。前锁止滚柱因内外圈相对旋动获得的旋出力，经相切的强制滚柱施压于后锁止滚柱，助力强制滚柱对后锁止滚柱的顶持，使强制滚柱只要具备离心位移即可驱使后锁止滚柱锁止内外圈。

随凸轮拨档器旋转顶持强制滚柱的离心位移增加，对前、后两锁止滚柱压力加大，使前锁止滚柱处于伺服锁止的状态(当传动部件反向旋动，前、后锁止滚柱即换位，而瞬间锁止内外圈)，使所述离合器具备双向锁止功能。

操控双向电控滚柱锁止离合器结合或分离的凸轮拨挡器为多个凸峰、凹谷，且有一定弹性的空心曲面体；该弹性凸轮拨档器的空心内腔，经支板与拨挡轴相连。此弹性结构的凸轮拨档器，使强制滚柱施加于锁止滚柱顶持力具有弹性，解决了刚性拨档器无法满足锁止滚柱需增加或减少位移量，以适配离合器的锁止问题，避免离合器的工作失灵。

拨档器凸峰、凹谷所对应的圆心角的大小，取决于共用拨挡轴的凸轮拨档器，所操控的滚柱锁止离合器类型、数量、工况。

如本发明实施例，设置在塔齿轴内腔的凸轮拨档器，由同一伺服电机操控一个双向、两个单向滚柱锁止离合器的结合或分离，实施直接挡驱动或发动机拖拽车辆减速。各离合器的工况要求：(1)双向滚柱锁止离合器结合，两部单向滚柱锁止离合器皆分离(塔齿轴经拾速塔轮轴传动)；(2)双向滚柱锁止离合器结合，两单向滚柱锁止离合器一结合、一分离(直驱挡传动)；(3)双向滚柱锁止离合器结合，两单向滚柱锁止离合器一分离、一结合(发动机拖拽车辆减速)；(4)双向滚柱锁止离合器分离，两单向滚柱锁止离合器皆分离(切断发动机驱动力)。

双向及两单向滚柱锁止离合器凸轮拨档器的凸峰弧面，对应圆心角的大小，应使强制滚珠的位移驱使各离合器达到上述工况要求，才能使ecu操控的伺服电机旋动获得所需的传动效应。

有益效果：

应用电控滚柱锁止离合器的本发明，由行车电脑ecu直控伺服电机实施挡位切换，省却现有技术需压力油操控变速箱换挡的环节，可使变速箱操控更简捷，且体积缩小、挡位增多、效率提高，制造和使用成本降低。同时，因各传动齿轮副与传动轴皆设置单向离合装置，使得挡位切换顺畅无顿挫感及传动力间断。

附图及说明：

图1是实施例16速电控自动变速箱传动机构示意图；

图2是双向电控滚柱锁止离合器①的结构图；

图3是单向电控滚柱锁止离合器②、②’的结构图；

图3-1是塔齿轴11与输出轴12经离合器②、②’连接示意图；

图3-2是现有技术单向轴承(单向离合器)离、合结构示意图；

图4是直驱挡电控滚柱锁止离合器①、②、②’传动关系示意图；

图5是拾速塔轮轴与基3挡外齿轮23组成的单向电控滚柱锁止离合器③的结构示意图；

图6是拾速塔轮轴5个基挡电控滚柱锁止离合器工作关系图；

图7是星排联动器结构剖面示意图；

图8是拾速塔轮轴4个变压挡(含2虚拟挡)的滚柱锁止离合器④的强制滚柱圆周错位关系图；

图9是p、d1、r挡滚柱锁止离合器⑥、⑤离、合工作关系图；

图9-1、9-2、9-3是挂入p挡时，离合器⑥、⑤工况图；

图9-4、9-5、9-6是挂入r挡时，离合器⑥、⑤工况图；

图9-7、9-8、9-9是挂入d1挡时，离合器⑥、⑤工况图；

图9-10、9-11、9-12变速箱输出切断时，离合器⑥、⑤工况图；

图中：①、②、②’、③、④、⑤、⑥、电控滚柱锁止离合器；⑦星排联动器；⑧、⑨、⑩伺服电机；单向轴承；10输入轴；10’套轴；11塔齿轴；11’镂空孔；11”锁止坡道；12输出轴；13拾速塔齿轮轴；14惰轮轴；15直驱离合轴；16基挡拨挡轴；17变压挡拨挡轴；18倒挡停车挡拨挡轴；15’、15”、16’、17’、18’凸轮拨挡器；16”、17”、18”、66凸轮坡道；19集电环；20变速箱壳体；21、22、23、24、25基挡外齿轮；26、27、28变压挡外齿轮；21’、22’、23’、24’、25’塔齿轴齿轮；26’、27’、28’、29’输出轴外齿轮；29”倒挡惰轮；30强制滚柱；31、32锁止滚柱；31’、32’锁止坡道；33锁压弹板；34、64拨挡器凸峰；34’拨挡器凹谷；40、40’、50、60、60’、60”强制滚柱；41、51、61锁止滚柱；42、52锁压弹板；43、53弧形支杆；43’、53’弧形托板；44、45、46、47、54、55强制滚柱；47’离合临界线；62弹簧顶销；67内圈；68外圈；161星排联动器太阳轮；171星排联动器星轮；t触点切线；z凸轮斜面引线；γ触点切线t与z的夹角；α圆心角；v、v’轮轴旋速；θ、θ’挡位重叠角；d1低速前进挡；f1、f2挤出力；f1’、f2’分力；u、u’主动件旋速；t锁止点切线；t’锁止坡道延长线；β锁止角。

具体实施方式：

(一)电控滚柱锁止离合器

1、双向电控滚柱锁止离合器及实施方式

图1中，b轴线的①、⑥为双向电控滚柱锁止离合器，以离合器①为例，阐述双向电控滚柱锁止离合器及具体实施方式。

图1、图2示，变速箱输入轴10与套轴10’固结；塔齿轴11、套轴10’为电控滚柱锁止离合器①的内、外圈，即离合器①的两传动部件。由图2可知，双向电控滚柱锁止离合器①，由外圈10’、内圈11、置放于锁止坡道31’、32’的锁止滚柱31、32，及与滚子31、32相切的强制滚柱30、锁压弹板33组成。

上述离合器①的结构，使其基态(强制滚柱30无离心位移)时具有轴承功能；体现在受锁压弹板33、强制滚柱30的合力维系，锁止滚柱31、32基于所在内圈11的锁止坡道31’、32’上，支撑外圈10’旋转。锁压弹板33及大于自锁角坡度的锁止坡道31’、32’，约束着高速旋转的锁止滚柱31、32及强制滚柱30的离心位移，助力各锁止滚柱随强制滚柱30顶持力的撤销及时退出锁止部位。

图1、图2中，当设置在塔齿轴11内腔的伺服电机⑧，驱动其转轴即直驱离合轴15，带动凸轮拨挡器15’旋转角度α时，强制滚柱30则在凸轮拨挡器15’的旋动力矩驱使下，触及并沿凸轮拨挡器15’的坡面由凹谷34’逐渐滚转至凸峰34位置；此情使强制滚柱30在内圈11的镂空孔洞11’内离心位移，驱使锁止滚柱31、32沿各自坡道31’、32’楔入内圈11、外圈10’的狭窄处；受内、外圈夹持及其旋入力偶的作用，锁止滚柱31或32将内圈11、外圈10’锁止为一体，使内圈11随外圈10’以发动机的转速v旋转。

离合器①结合初期，外圈10’与内圈11的相对旋动及离合器结合后内外圈转矩传动中，内外圈各锁止点对大于自锁角坡道31’、32’上的锁止滚柱31、32皆产生挤出力，该沿前后坡道退出狭窄处的挤出力的分力f1、f2方向相反，通过强制滚柱30相互作用。因外圈10’以转速v顺时向旋转，其与内圈11的相对旋动形成的力偶，使锁止滚柱31、32皆顺时向旋动，而沿坡道31’旋入、32’旋出(锲入、退出)内外圈；使得锁止滚柱32获得的挤出力大于31，即f2＞f1。

f2的存在，使强制滚柱30仅需自凸轮拨档器15’处，获得突破锁压弹板33形变的弹力及挤出力的分力f1’、f2’，即可将锁止滚柱31、32推送至内外圈的狭窄处，内外圈对锁止滚柱32产生的挤出力f2，抵消锁止滚柱31的旋出力抵消f1后，助力强制滚柱30驱使前锁止滚柱31楔入内、外圈锁止部位，使所述离合器顺利结合。

图2中，强制滚柱30在凸轮拨挡器15’的顶持下，克服锁压弹板33的形变弹力、挤出的分力，驱使前锁止滚柱31楔入并将内、外圈锁止；后锁止滚柱32虽受强制滚柱30顶持，但因内外圈旋动力偶的作用使其旋出锁止点，而处于伺服锁止状态；即一旦传动元件(外圈或内圈)旋向改变时，前、后锁止滚柱31、32位置转换，锁止滚柱32变为前锁止滚柱，瞬时锁止内、外圈。

图2中，电控滚柱锁止离合器①的强制滚柱30的设置数量，不应低于3个，具体数量由所述离合器①内、外圈锁止时所需传动力矩的大小决定。

凸轮拨挡器15’为多边形弹性壳体；其弹性力应能驱使强制滚柱30突破锁压弹板33及挤出力的约束离心位移，驱使锁止滚柱31、32楔入内、外圈(11、10’)狭窄处锁止内外圈；且还应满足当锁止滚柱31或32楔入锁止点的位移，与顶持其位移的强制滚柱30的位移不匹配时，凸轮拨挡器15’的弹性形变予以调整适配。

凸轮拨挡器15’的弹性结构，使顶持锁止滚柱31、32的强制滚柱30具有弹性位移功能，避免刚性拨挡器顶持强制滚柱位移过量或不足，导致所述离合器①工作失灵的现象发生。

凸轮拨挡器15’的弧形凸峰34及凹谷34’所对应的圆心角的大小，由滚柱锁止离合器的锁止点数量、凸轮拨挡器可操控的离合器数量、离合器的类型、及各离合器工况要求等确定。

本实施例中，双向电控滚柱锁止离合器①的凸轮拨档器15’的凸峰34所对应的圆心角为其凹谷34’的3倍(见图2)。

凸轮拨挡器15’凹谷34’至凸峰34的前后斜面66(见图2)，是为减小伺服电机⑧的拨挡轴15的旋动阻力，使凸轮拨档器15’顺利将强制滚柱30由凹谷拨顶至凸峰设计；伺服电机的正反旋皆可利用其坡度，使强制滚柱30自凹谷顺利滑升至凸峰，使所操控的离合器顺利结合。

伺服电机⑧与ecu的数据及动力线路，经设置在塔齿轴11上的高速集电环19连接，以操控塔齿轴11内腔高速旋转的伺服电机⑧的旋动。

图2中，伺服电机⑧顺(或逆)时旋转α角度，使强制滚柱30由凸轮拨档器15’的凹谷34’移动至凸峰34时，强制滚柱30的离心位移驱使锁止滚柱31(或32)楔入内外圈狭窄处，在外圈10’(或内圈11)旋转与内圈11(或外圈10’)的相对旋动产生的旋入扭矩，夹持锁止滚柱31(或32)沿其坡道顺(或逆)时旋转，驱使楔入狭窄处的锁止滚柱31(或32)锲紧内外圈至锁止。

即电控滚柱锁止离合器①结合，其内或外圈主动时皆可传动，而具有双向传动功能。

2、单向电控滚柱锁止离合器及具体实施方式

单向电控滚柱锁止离合器的主动部件只能一个方向传动，向另一方向传动时，两传动部件自动分离。

图1中，b轴线滚柱锁止离合器②、②’、⑤、a轴线拾速塔轮轴13与各基挡、变压挡外齿轮组合而成的滚柱锁止离合器③、④皆为单向电控滚柱锁止离合器。

图1示，单向电控滚柱锁止离合器②、②’置放于b轴线塔齿轴11内腔，用于与输出轴12的离、合连接。

图3中，图a-a、b-b分别为滚柱锁止离合器②、②’的结构剖面图；由图可知，所述离合器②、②’的结构相同、安装方向相反。可以看出，所述离合器②、②’与现有技术单向轴承(单向离合器)的结构相似。

一对反向安装的单向滚柱锁止离合器②、②’若同时结合时，具有双向滚柱锁止离合器①的功能；此处，取用单向电控滚柱锁止离合器单独使用时的功能。

以离合器②为例，单向电控滚柱锁止离合器及具体实施方式：

单向电控滚柱锁止离合器②，由外圈12、内圈11、强制滚柱40、锁止滚柱41、弧形支杆43、锁压弹板42、凸轮拨档器15”等组成(详见图3)。

单向电控滚柱锁止离合器②，与即现有技术的滚柱式单向轴承(单向离合器)图3-2对比可知：(1)两者的锁止滚柱皆处于略大于自锁角的内圈星轮坡道上，皆具有单向传动的特性；(2)单向轴承弹簧顶销62的功能，由本发明离合器②的凸轮拨档器15”、强制滚柱40锁压弹板42替代，即凸轮拨档器15”顶持强制滚柱40的分力、锁压弹板42形变产生的弹力，为驱使锁止滚柱41楔入并锁止内外圈的基本力；(3)单向轴承分离或结合，依赖离合传动部件的工况改变，而本发明的离合器②由伺服电机驱动凸轮拨档器15”旋转，操控所述离合器的分离或结合。

在所述离合器②的内圈11，径向镂空制作一个可置放强制滚柱40的孔洞，孔洞的大小使强制滚柱40裸露，但不能落入内圈腔内。沿内圈11的圆周均距铣切出数道置放锁止滚柱41的坡道11”(将内圈制作成星轮)，坡道11”之一应贯穿镂空孔洞，以使坡道上的锁止滚柱41与受锁压弹板42压抑处于基态的强制滚柱40相切；此基态状的离合器②由基于内圈星轮坡道11”上的各锁止滚柱41，支撑外圈旋转而具有轴承功能。内、外圈即11、12之间的弧形支杆43固定各锁止滚柱间距，以确保强制滚柱40离心位移时与锁压弹板42共同作用，驱使首位锁止滚柱41顶持各锁止滚柱41楔入内外圈11、12的驱使狭窄处，使离合器结合。

上述内圈星轮坡道11”及锁止滚柱41的数量，由离合器内外圈锁止时需传动力矩的大小确定。坡道11”的坡度，应满足伺服电机⑧驱动的凸轮拨档器15”通过顶持强制滚柱40、锁压弹板42顺利使各锁止滚柱41楔入内外圈狭窄处并将之锁止为前提；且还应满足，坡道上的锁止滚柱41不能自锁，及当强制滚柱40的顶持力撤去后，内外圈的相对旋动或传动对各锁止滚柱41产生的挤出力，使各锁止滚柱退出锁止部位。锁止坡道的坡度设计，参见化学工业出版社，第五版《机械设计手册》第2卷第六册第三章第307页，单向轴承设计的相关参数。

3、操控单向轴承离合的实施方式及在本发明中的应用

图3-2现有技术的单向轴承(单向离合器)，其较本发明的单向电控滚柱锁止离合器径级小、结构简单使用更加可靠；配合本发明电控滚柱锁止离合器的使用，可实时操控单向轴承的离、合，以替代单向电控滚柱锁止离合器获得更大的传动比。

图1中，a轴线的单向轴承b轴线的单向轴承为单向轴承在本发明变速箱的应用部位；尤其是单向轴承可由变压挡离合器④的转换操控其离、合。

图1中，单向轴承内圈与拾速塔轮轴13固结，外圈即为外齿轮26；因外齿轮26的齿数为变压挡中最少，故主动轮时为最大传动比的变压1挡；其他变压挡外齿轮如27、28，因齿数较多相应其主动时传动比较小，被称为变压2、3挡。

若传动比较小的变压2挡与变压1挡，同时驱动输出轴12上各自的齿轮副26’、27’时，则拾速塔轮轴13经变压2挡驱动输出轴12的转速，高于变压1挡经单向轴承的驱动。较高转速的输出轴12经外齿轮26’驱使单向轴承的外齿轮26超越本为主动部件拾速塔轮轴13逆时向旋转，使得单向轴承处可超越工况而自动分离。

上述变压1、2挡同时驱动输出轴12时，若变压挡拨档器驱使变压2挡的离合器④分离，即变压2挡不传动；则驱动输出轴12旋转的仅为变压1挡。即当速比较小的变压挡滚柱锁止离合器④分离时，单向轴承传动，而一旦速比小于变压1挡的变压挡传动，则变压1挡的单向轴承自动分离；使得单向轴承的离、合传动具有可操控性。

当图1中，a轴线的外齿轮27、28与b轴线外齿轮27’、28’构成齿轮副，外齿轮27’、28’皆经单向轴承驱动输出轴12旋转。若伺服电机⑨经拨挡轴16、17驱动凸轮拨档器17’同时挂入外齿轮27、28所在变压挡(使两挡的离合器④结合)，则两变压2、3挡同时传动。因齿轮副27的传动比大于齿轮副28，即外齿轮28’驱动输出轴12的转速大于27’；使得外齿轮27’的单向轴承的内圈(输出轴12)的转速大于其外圈(外齿轮27’)而超速旋转，该单向轴承则自动分离，输出轴12则由齿轮副27自动切换成齿轮副28驱动，即变压2挡自动升至变压3挡。

由上可知，单向轴承融入传动齿轮、轴，确保升档自动、无传动力间断。

(二)星排联轴器的实施方式

星排联轴器⑦设置在a轴线拾速塔轮轴13内腔；利用星排联轴器⑦，可使a轴线伺服电机⑨操控各基挡、变压挡的滚柱锁止离合器③、④实施离合转换，使各基挡、变压挡一一形成复合挡，驱动输出轴12旋转。图1、图7示显示，星排联轴器⑦的内齿圈、太阳轮、行星架，分别与拾速塔轮轴13、基挡的拨挡轴16、变压挡的拨挡轴17固结。

前述星排(行星齿轮机构)的三传动构件，皆随拾速塔轮轴13同步旋转，处于同一运动系；故以拾速塔轮轴13为参照的运动分析与静止系相同。

为使同一部伺服电机⑨操控的拾速塔轮轴13上的各基挡(外齿轮21、22、23、24、25、26所在挡)与各变压挡(外齿轮26、27、28所在挡)逐一形成复合挡，星排联动器⑦应使各基挡每循环变换一次，变压挡变换一挡。

例如：拾速塔轮轴13的变压挡设有二挡，则基挡拨挡轴16旋转1周(各基挡变换1次)后，经星排联动器⑦使变压挡拨挡轴17旋转，使得变压挡变换一挡(由变压1挡升至2挡)；若基挡拨挡轴16旋转2周(基挡循环变换2次)后，星排联动器使变压挡拨挡轴17旋转1圈(经变压1挡、2挡传动后回归变压1挡)。

对应本实施例16速自动变速箱的5个基挡、4个变压挡(含2个虚拟挡)。5个基挡的单向滚柱锁止离合器③，沿拾速塔轮轴13长度及圆周方向错位设置，其长度方向的错位，应满足各基挡外齿轮相互无传动干涉；其圆周方向错位，应使各裸露出基挡离合器内圈(拾速塔轮轴)的强制滚柱相互错位的圆心角360°÷5＝72°。

融入拾速塔轮轴13的变压挡单向滚柱锁止离合器④，有2个实挡、2个虚拟挡；沿拾速塔轮轴13圆周方向相互错位圆心角为90°(360°÷4)，其中两虚拟挡各占90°区域。

基1挡、变压1挡(虚拟1挡)的强制滚柱，在拾速塔轮轴13轴壁裸露的位置应满足，基挡、变压挡的凸轮拨档器16’、17’，使基1挡、变压1挡同时传动(基1挡的单向电控滚柱锁止离合器③、变压1挡的单向轴承结合)，且还应满足各基挡自基1挡循环变换一圈，变压挡自变压1挡变换一挡。

就本实施例，每一变压挡对应5个基挡的变换，皆可组成5个不同传动比的复合挡。

使星排联动器⑦内齿圈的齿数，制作为其太阳轮的3倍；依照行星齿轮机构运动特性，当太阳轮旋转一圈，则其行星架旋转1/4圈，即90°。如此，当基挡拨挡轴16驱动基挡拨挡器16’旋转360°，使各基挡逐一切换；经星排联动器⑦拨挡轴16使得变压挡拨挡轴17，带动其凸轮拨挡器17’旋转90°，使变压挡跳转为另一挡。

由上可知，星排联动器⑦使拾速塔轮轴13的基挡与变压挡具备逐一组成复合挡的条件。

若基挡拨挡轴16旋转四圈，实施基1至5挡的四次循环变换，相应变压挡恰完成1至4挡的逐一变换。

当变压挡的凸轮拨档器17’处于虚拟1挡的90°区域(图8中虚拟强制滚柱55所在区域)，单向轴承所在的变压1挡传动；对应基挡拨档器16’的一次360°旋转，拨档器17’跨越虚拟1挡的90°区域，顶持强制滚柱50使外齿轮27的离合器③结合，输出轴12的驱动由虚拟1挡(变压1挡传动)转换为变压2挡。

上述，经星排联动器⑦使变压挡处于虚拟1、2挡时，各变压挡离合器④皆分离，其为拾速塔轮轴13经单向轴承(变压1挡)传动、直驱挡(发动机→塔齿轴→输出轴)传动的必要条件。

(四)拾速塔轮轴基挡、变压挡复合传动实施方式

图1中，拾速塔轮轴13与外齿轮21、22、23、24、25分别组成基1、2、3、4、5挡的滚柱锁止离合器③；与外齿轮26组成变压1挡的单向齿轮与外齿轮27、28则组成变压2、3挡的滚柱锁止离合器④。

各基挡外齿轮与所啮合的塔齿轴11的齿轮，组成基1、2、3、4、5挡齿轮副；各变压挡外齿轮26、27、28与输出轴12上所啮合的齿轮组成变压1、2、3挡齿轮副。

变压1挡的齿轮副，在输出轴12上体现为两个，即d1挡外齿轮26’及r挡外齿轮29’，其分别经单向电控滚柱锁止离合器⑤与输出轴12融入一体；ecu操控的伺服电机⑩驱动拨挡轴18及凸轮拨档器18’，操控d1或r挡的切换，驱动输出轴12顺时或逆时旋转(参见图1、图9-1、9-2)。

图5为将各基挡外齿轮21、22、23、24、25与拾速塔齿轮轴13融为一体的电控滚柱锁止离合器③的结构示意图(以外齿轮23所在的基3挡的离合器③的剖面为示例)。

图5显示，离合器③由外圈(外齿轮23)、内圈(拾速塔齿轮轴13)、强制滚柱40、锁压弹板42、若干锁止滚柱41及支撑锁止滚柱的弧形支杆43组成；拾速塔齿轮轴13内的拨挡轴16及其凸轮拨挡轴16’，操控各基挡离合器③的离合转换。

凸轮拨挡器16’长度触及裸露于拾速塔轮轴13内腔的各基挡离合器③的强制滚柱44、45、40、46、47；凸轮拨挡器16’的弧形凸面，对应的圆心角为360°/基挡个数。本发明5个基挡的实施例，拨挡器弧面凸轮对应圆心角为360°/5＝72°(见图6-1)。

实践中，为使凸轮拨档器16’同时与相邻两挡离合器③的强制滚柱作用，使两挡同时传动，凸轮拨档器弧面对应的圆心角为72°+θ。θ的大小为凸轮拨档器16’顶持相邻两挡强制滚柱使两挡同时传动的最小值。图5-1、5-2中，凸轮拨挡器16’前或后坡道16”与强制滚柱在初始触点切线的夹角γ应＜45°，以减小伺服电机⑨驱动凸轮拨挡器16’顶持强制滚柱40位移的阻力。

离合器③中，驱使并维持各锁止滚柱41锁止或支撑内外圈工作的为强制滚柱40、锁压弹板42、弧形支杆43、锁止坡道13’。强制滚柱40受凸轮拨挡器16’顶持使锁压弹板42形变，而产生弹性反作用力，该力的分力与凸轮拨挡器16’顶持强制滚柱40位移力的作用，驱使并通过首位锁止滚柱41，经弧形支杆43使各锁止滚柱沿各自坡道13’楔入内圈(拾速塔轮轴13)与外圈(外齿轮23)的狭窄处；在外齿轮23主动(由啮合的塔齿轴11驱动逆时向旋转)作用下，使各锁止滚柱旋紧将内、外圈锁止一体(锁止实施方式同前述滚柱锁止离合器①)；基3挡齿轮副(塔齿轴11啮合的外齿轮23)将发动机的转矩，经基3挡锁止的离合器③传至拾速塔轮轴13，驱动拾速塔轮轴13以基3挡的速比旋转。

图5-2中，当基3挡离合器③的外圈23低于其内圈拾速塔轮轴13的转速(传动比较小的基挡驱动拾速塔轮轴13旋转所致)，即内圈(拾速塔轮轴13)的逆时向转速v大于外圈(外齿轮23)转速时，似同内圈静止外圈以v’的速度顺时向旋转，其使离合器③的各锁止滚柱41获得顺时向旋转力矩，该旋出内外圈狭窄处的力矩驱使各锁止滚柱41反作用于强制滚柱40，欲退出锁止部位；因凸轮拨档器16’的刚性顶持，使得强制滚柱40无法沿镂空孔洞返回，各锁止滚柱旋出力的合力经强制滚柱40迫使锁压弹板42弹性形变，退出锁止点，该挡的滚柱锁止离合器③分离。此情似同现有技术单向轴承的超越工况。

上述情形说明，当某基挡离合器③的内圈拾速塔齿轮轴13，逆时向超速旋转时，该档的离合器③自动分离，而具有单向传动性。亦即，两基挡同时传动时，传动比较小的基挡自行顶替传动比较大的基挡传动。拾速塔轮轴13与各基挡外齿轮，组成的滚柱锁止离合器③的方法及实施方式：在滚柱锁止离合器③的传动部件--拾速塔轮轴13上，对应各基挡、变压挡单元区位，螺旋错位各镂空一个用于置放强制滚柱的孔洞；所述孔洞沿轴线方向错位间距，应使基挡外齿轮传动无干涉；沿圆周方向错位角度，为360°÷基挡(变压挡)数，参见图6-1、图8。

图6-1、6-2示，基1、2、3、4、5挡滚柱锁止离合器③的各强制滚柱44、45、40、46、47相互错位72°。

滚柱锁止离合器③的上述结构，使凸轮拨挡器16’的弧形凸面宽度，可触及相邻两基挡强制滚柱并使之离心位移，使两挡的离合器③皆结合而传动；即凸轮拨挡器16’旋转至相邻挡临界面47’(升或降挡)时，其略大于强制滚柱错位角θ的凸轮拨挡器，顶持相邻两挡离合器的强制滚柱，驱使相邻挡离合器皆锁止，使两挡同时在挡传动。

如基3挡(基挡外齿轮23所在挡)切换为基4挡(外齿轮24所在挡)时，在基3、4挡临界面47’，凸轮拨挡器16’的坡道16”引渡基3、4挡的强制滚柱40、46至凸轮拨档器16’的凸峰，使两强制滚柱40、46的离心位移，将两基挡的滚柱锁止离合器③锁止，而使两挡同时传动(见图6-2)。

图1示，两基挡外齿轮23、24皆啮合塔齿轴11，基3挡外齿轮23的直径(或齿数)大于基4挡的外齿轮24；基3、4挡同时传动时，塔齿轴11驱动基3挡外齿轮23的转速小于同时驱动的外齿轮24。

上述情形，若外齿轮23、24的滚柱锁止离合器③皆分离，则基挡外齿轮23、24以不同的转速绕离合器③的内圈拾速塔轮轴13空旋，且前者转速小于后者。若基挡外齿轮23、24融入拾速塔轮轴13的离合器③皆结合，则两齿轮23、24共同驱使拾速塔轮轴13逆时向旋转(发动机顺时向旋转所致)。滞后旋转的基3挡外齿轮23阻尼经单向滚柱锁止离合器③关联的内圈拾速塔轮轴13旋转，使得离合器③具备超越条件内外圈不再传动而自动分离，切断了经基3挡离合器③对拾速塔轮轴13的驱动，由基4挡的驱动顶替。

上述基3、4挡即低挡升为较高速挡，变速箱体现为挡位切换平顺、无驱动力间断。

若高挡降为较低速挡，以基3挡降为基2挡为例：图1、图6中，伺服电机⑨驱动拨挡轴16逆时向旋转72°+θ，则凸轮拨挡器16’由驱使基3、4挡共同传动位置，经驱动基3挡独自传动后，转由基3、2挡共同传动；凸轮拨挡器16’顶持强制滚柱40、45促使基3、2挡的滚柱锁止离合器③结合使基2、3挡同时传动(见图6-3)。如前所述，两基挡外齿轮(被动)共同传动的实质是，传动比较小的基挡外齿轮23传动，基挡2的外齿轮22的传动滞后而被内圈(拾速塔轮轴13)转速超越，驱使其锁压弹板42形变而自动分离，内外圈不再传动。当拨挡轴16继续逆时向旋动，强制滚柱40失去顶持，基3挡的离合器③解锁分离传动被切断，相应内圈拾速塔轮轴13转速降低，接近基2挡外齿圈22转速时，基2挡滚柱锁止离合器③失去可超越条件，弹性形变的锁压弹板42驱使强制滚柱40使各锁止滚柱41回归锁止部位自动结合，接替离合器③分离退出传动的基3挡。

车辆需降速时，因暂缓加油使发动机转速降低，相应ecu控制的变速箱自动降挡以与车速匹配，此是上述高挡切换为低挡，无顿挫感及动力间断的因素之一。

拾速塔轮轴13与各变压挡外齿轮组成滚柱锁止离合器④的方法及实施方式：图8为变压挡外齿轮27、28与拾速塔齿轮轴13融为一体的电控滚柱锁止离合器④的结构示意图(以外齿轮27所在变压2挡离合器④的剖面为例)。

图8中，55、50、55’、54分别为虚拟1(变压1挡)、变压2、虚拟2(直驱)、变压3挡离合器④的强制滚柱。其中，55、55’为虚拟强制滚柱(无实体存在)，主要为匹配变压1挡、直驱挡传动设置。各变压挡离合器④的强制滚柱55、50、55’、54在拾速塔轮轴13上的镂空孔洞螺旋错位角度，与各基挡离合器③的强制滚柱错位角度相同，即为360°÷(2+2)＝90°(2个变压挡、2个虚拟挡)。

操控变压挡离合器④离合的凸轮拨挡器17’弧面所对应的圆心角为90°+θ’；即凸轮拨挡器17’每顺或逆时旋转90°，即可驱使变压挡升或降1挡。如：凸轮拨挡器17’自虚拟1挡(变压1挡)强制滚柱起顺时向旋转360°，则可使各变压挡离合器④(含虚拟挡)循环变换一次，即由虚拟1挡(变压1挡)、变压2挡、虚拟2挡、变压3挡回归虚拟1挡区域。

θ’角度，应满足凸轮拨挡器17’的弧面，可覆盖相邻两变压挡离合器④的强制滚柱，使两变压挡离合器④皆锁止传动；且θ’角度，还应满足当基挡拨挡器16’自基1挡，顺时旋转360°由最高挡(基5挡)降至基1挡时，经星排联动器⑦驱动的变压挡凸轮拨挡器17’(含θ’角)恰使变压挡升1挡(如虚拟1挡切换为变压2挡，或变压2挡切换为虚拟2挡)且同步。

由于，基挡拨挡轴16经星排联动器⑦变换的转速＝变压挡拨挡轴17的4倍，因此，θ’应为θ角度的4倍，以达到基挡拨档器16’每旋转360°由最高挡降为最低挡与变压挡升挡同步；使变压挡升档后重新组合的复合传动比小于升挡前，确保变速箱升档传动连续、无动力间断。

图8中，虚拟1、2挡对应的虚拟强制滚柱为55、55’；变压2、3挡对应的强制滚柱为50、54。当凸轮拨挡器17’处于虚拟挡强制滚柱55位置的90°区域时，变压2、3挡无传动；各基挡的传动由拾速塔轮轴13与外齿轮26组成的单向轴承传递至输出轴，即变压1挡传动。

顺时向旋转的凸轮拨挡器17’自虚拟1挡区域，转换为顶持强制滚柱50时，变压2挡(外齿轮27所在挡)传动，其间凸轮拨挡器17’在虚拟1挡与变压2挡档位分界线时，变压1、2挡同时传动；因变压2挡的传动比小于变压1挡，变压2挡自动替代变压1挡驱动输出轴旋转；随凸轮拨档器17’的旋转退出虚拟挡区域，由变压2挡独自传动。

由图8不难发现，电控滚柱锁止离合器④、③的结构相同，即亦具有单向离合器功能。

伺服电机⑨驱动的凸轮拨档器16’使某基挡滚柱锁止离合器③结合时，拾速塔轮轴13则由该档齿轮副自塔齿轴11拾取传动；并由结合的滚柱锁止离合器④或单向轴承所在变压挡齿轮副构成复合挡驱动输出轴12旋转；变压挡的传动即为复合传动。随伺服电机⑨的旋转，拾速塔轮轴13经各基挡齿轮副拾取不同的传动比，经速比不同的变压挡齿轮副传递至输出轴12，驱动车辆运行。

(五)直驱挡传动实施方式

直驱挡传动部件，设置在图1中的b轴线；图1中，输入轴10、输出轴12分别经滚柱锁止离合器①及②、②’与塔轮轴11相连，当滚柱锁止离合器①、②或②’结合时，直驱挡传动。

图1中，操控直驱挡的伺服电机⑧设置于塔齿轴11的内腔，其转子拨挡轴15上固结的凸轮拨档器15’、15”分别操控着滚柱锁止离合器①、②或②’的结合或分离，使发动机可直驱车辆前行或拖拽车辆减速。发动机直驱车辆或拖拽车辆减速，系直驱挡滚柱锁止离合器①、②、②’离合转换的结果。

车辆驻停时，变速箱各滚柱锁止离合器基态工况：(1)离合器①、②、②’分离；(2)基1挡(外齿轮21)的离合器③结合其余基挡的离合器③分离，变压挡处于1挡(虚拟挡)；(3)p挡离合器⑥结合，离合器⑤、分离。

图3中，图a-a、b-b分别为电控滚柱锁止离合器②、②’的结构剖面图；结合图1、图5可知，电控滚柱锁止离合器②、②’为结构相同安装方向相反的单向电控滚柱锁止离合器，其实施方式与拾速塔轮轴13上的单向电控滚柱锁止③、④相同。

前述，滚柱锁止离合器①为双向电控滚柱锁止离合器，图4-1示，滚柱锁止离合器①的凸轮拨档器15’的凹谷34’、凸峰34对应的圆心角分别为α及3α；滚柱锁止离合器①共有6个锁止单元即4α×6＝360°由此可知，α＝15°。

图1中，伺服电机⑧驱动直驱挡拨挡轴15顺时旋动15°，使基态时分离的离合器①结合(见图4-4)；则发动机经输入轴10、套轴10’驱动塔齿轴11旋转。此时，离合器②、②’依然处于基态时的分离状态。

上述情形，变速箱以传动路径a传动，即：发动机→输入轴10(10’)→离合器①→塔齿轴11→基挡外齿轮21、22、23、24、25之的离合器③→拾速塔轮轴13→单向轴承或离合器④→变压挡外齿轮26、27(不含28)之一→外齿轮26’、27’(不含28’)、29’之一→离合器或⑤或者单向轴承→输出轴12，驱动车辆运行。

若伺服电机驱使直驱挡拨挡轴15逆时向旋转15°，则滚柱锁止离合器①复又回至基态的分离状态(见图4-1)，此时，发动机与变速箱的连接被切断；离合器①、②、②’的工况，见图4-1、4-2、4-3、4-4、4-5、4-6。

上述滚柱锁止离合器①的离合，使得发动机与变速箱连接可按需切断或接通，以匹配发动机自启动功能及变速箱挡位切换。

当ecu指令的伺服电机⑧顺时旋动30°，基态时分离的离合器①、②则结合②’依然分离(见图4-7、4-8、4-9)，变速箱的传动分两路进行。

第一路，为上述传动路径a，以该路径传动的各挡传动比皆大于1。

第二路，为直驱挡传动：发动机→输入轴10(10’)→离合器①→塔齿轴11→离合器②→输出轴12，驱动车辆运行；该挡传动比＝1。

由于第二路直驱挡传动比为1，小于第一路的传动比，两路同时驱动输出轴12顺时向旋转的实质为直驱挡驱动。即直驱挡的传动，超越路经a中由外齿轮26’或27’经单向滚柱锁止离合器或单向轴承对输出轴12的驱动，传动路径a中的单向滚柱锁止离合器或单向轴承自动分离，亦或导致拾速塔轮轴13上的单向轴承或变压2挡的单向滚柱锁止离合器④自动分离；即变速箱转换为直驱挡顺畅、且无动力间断。

直驱挡的传动比小于传动路径a中最小速比10挡即复合挡(5-2)，又略大于经拾速塔轮轴13传动的基1挡及变压3挡(复合挡1-3)的传动比，故将直驱挡称为11挡，复合挡1-3称为12挡。

车辆滑行，需发动机拖拽车辆减速时，ecu指令伺服电机⑧在直驱挡传动基础上，使直驱拨档轴15继续顺时旋动15°，使得离合器②分离，离合器①、②’结合(见图4-10、4-11、4-12)；由直驱挡由离合器②传动转换为离合器②’传动，形成拖拽挡。

发动机的顺时向转矩，经结合传动的双向滚柱锁止离合器①、塔齿轴11、及结合传动的单向滚柱锁止离合器②，驱动输出轴12旋转；此情使得车辆惯性驱使输出轴12的顺时向转矩，回传发动机时因单向滚柱锁止离合器②处于可超越工况自动分离而切断，故由滚柱锁止离合器②切换反向安装的单向滚柱锁止离合器②’，以实施发动机怠速拖拽、阻尼车辆的减速。

当ecu指令伺服电机⑧在图4-10位置，继续顺时旋动15°(或30°)，离合器①、②、②’皆分离(或使离合器①结合，变速箱经由拾速塔轮轴13复合传动)，见图4-13、4-14、4-15(或4-16、4-17、4-18)。若变速箱需退出直驱挡时，ecu则指令伺服电机⑧驱使直驱拨挡轴经凸轮拨档器15”按上述挂挡方式逆向旋转。

直驱挡凸轮拨档器15’、15”的结构，使得直驱挡离合器①、②、②’的离合相协调。

旋转的凸轮拨档器15”触及离合器②的强制滚柱30并使离合器②结合(①结合、②’分离)时直驱挡的前进挡传动；若需转换为拖拽挡时，发动机供油暂停，发动机(塔齿轴11)的转速降低，即塔齿轴11必然低于输出轴12的顺时向转速(车辆惯性所致)，使得连接塔齿轴11及输出轴12的滚柱锁止离合器②自动分离；即直驱挡的拖拽挡挂挡、退档平顺。伺服电机⑧操控下离合器①、②及②’具有：a、离合器①、②、②’同时分离(变速箱空挡，无驱动力)；b、离合器①结合②及②’分离(变速箱经路径a传动)；c、离合器①、②结合②’分离(发动机直驱车辆)；d、离合器①、②’结合②分离(发动机拖拽车辆减速)。此是确保直驱挡传动的前提。

图1、图2及图4-1、4-2、4-3中，操控离合器①的凸轮拨挡器为15’操控离合器②、②’的为凸轮拨档器15”；两凸轮拨档器，共用的直驱离合轴15，且两凸轮拨挡器的凸峰34、凹谷34’有重叠、错位，使得两凸轮拨档器同轴旋转，按设置分别控制离合器①、②、②’结合或分离。

图3中，凸轮拨档器15”的直驱挡凸轮d、拖拽挡凸轮t的弧形凸峰64对应的圆心角皆为α，离合器②、②’的凸轮拨档器15”相同。离合器①的拨档器15’、与离合器②、②’的拨档器15”，共用同一拨挡轴15。

图4-1显示，离合器①分离时，其各锁止单元强制滚柱30，皆处于拨档器15’的凹谷34’位置；离合器②分离，凸轮拨档器15”的d凸轮距离强制滚柱40的圆心角为2α(见图3a-a剖面、图4-2)；离合器②’分离，据其强制滚柱40距拖拽挡凸轮t的凸峰64为3α(见图4-3)。

当伺服电机⑧驱动其直驱离合轴15顺时向旋转α时，离合器①结合(变速箱获得驱动力)；离合器②、②’依然分离，但其拨档器15”的d、t凸峰64分别旋近强制滚柱40、40’圆心角α，距离合器②、②’结合点相距离α、2α(见图4-5、图4-6)。

伺服电机⑧继续旋转α角度时，离合器①、②皆结合，离合器②’与结合点相距α角度。此时，直驱挡传动，即发动机经输入轴10、离合器①、塔齿轴11、离合器②驱动输出轴12旋转。

伺服电机⑧继续旋转α角度时，离合器①结合，离合器②分离，皆离合器②’结合。此时，发动机具备拖拽车辆减速的条件；其传动路径为：输出轴12、离合器②’、塔齿轴11、离合器①、输入轴10至发动机。

伺服电机⑧再继续旋转α角度时，离合器①、②、②’皆分离(见图4-13、4-14、4-15)。

如变速箱无需离合器退回基态，ecu可驱使伺服电机⑧使直驱挡拨挡轴15，在图4-13、4-14的状态下，前旋、后旋顺利实施接通、切断发动机驱动。亦可按需前旋挂入直驱挡、后旋挂入拖拽挡。此位置，拨档器15”，对离合器②、②’的操作简便易行，无需跨挡变换。

(六)变速箱具体实施方式

1、变速箱传动路径

前述基态时各滚柱锁止离合器工况：(1)离合器①、②、②’分离；(2)基1挡(外齿轮21)的离合器③结合，其余基挡的离合器③分离，变压挡拨挡轴处虚拟1挡；(3)p挡离合器⑥结合，⑤、分离。

图1中，当ecu指令伺服电机⑧驱动直驱拨挡轴15顺时旋动15°，滚柱锁止离合器①结合、②、②’分离时，则发动机的转矩经塔齿轴11及所啮合的基挡外齿轮21、22、23、24、25之一的基挡离合器③传至拾速塔轮轴13，并经拾速塔轮轴13的单向轴承或变压挡离合器④，传递至外齿轮26或27、28之一驱动输出轴12旋转。

上述传动为路径b：发动机→输入轴10(10’)→离合器①→塔齿轴11→基挡外齿轮21、22、23、24、25之一的离合器③→拾速塔轮轴13→单向轴承或各离合器④→变压挡外齿轮26、27、28之一→外齿轮26’、27’、28’、29’之一→离合器或⑤或者单向轴承→输出轴12，驱动车辆运行。

ecu据各传感数据指令伺服电机⑧、⑨、⑩所控制各滚柱锁止离合器的离、合实施上述路径b的传动。

变速箱以1(或2)挡起步，ecu据信号即指令伺服电机⑩、⑧、⑨旋转，使基态时的离合器结合、离合器⑥、⑤分离；基态的离合器①结合，②、②’分离；指令伺服电机⑨在360°以内旋转，实施基1(或基2)至基5挡变换。前述伺服电机⑩的旋转先解锁p挡的同时，伺服电机操控各离合器的结合或分离。

经传动路径b的上述传动，可使变速箱输出1(或2)至5挡，即复合挡1-1(或2-1)至5-1挡。该传动为路径一：发动机→输入轴10(10’)→离合器①→塔齿轴11→基挡外齿轮21至25的离合器③→拾速塔轮轴13→单向轴承的外齿轮26→离合器的外齿轮26’或29’→输出轴12，驱动车辆运行。

若伺服电机⑨自基1挡顺时旋转超过360°低于720°时，基1至基5挡进行第二次升挡循环；则经星排联动器⑦驱动变压1挡(基态虚拟1挡)升至变压2挡(外齿轮27所在挡)，使变速箱输出6挡至10挡(即复合挡1-2至5-2挡)。该传动为路径二：发动机→输入轴10(10’)→离合器①→塔齿轴11→基挡外齿轮21至25的离合器③→拾速塔轮轴13→离合器④的外齿轮27→单向轴承→输出轴12，驱动车辆运行。

经变压1挡外齿轮26的传动路径一，自动转换为经变压2挡外齿轮27传动的路径二，系因齿轮副27的传动比小于齿轮副26，即传动路径二驱动输出轴12的转速，大于传动路径一的驱动，使得外齿轮26的单向轴承自动分离，不再驱动输出轴12旋转。

2、变速箱具体实施方式

操纵杆自停车挡p位置，拨入d或d1挡，ecu获得信号即指令各相应伺服电机旋转，车辆以1挡或2挡(复合挡1-1或2-1)起步，变速箱以路径一实施传动。

随车辆正常加速，ecu指令伺服电机旋转相应角度，并适时组合挡位与车速相匹配。变速箱以路径一或二传动，可输出1至10挡(复合挡1-1挡至5-2挡)，实施方式见(四)拾速塔轮轴的基挡、变压挡传动实施方式。

车辆继续正常加速，变速箱10挡传动比不能与车速最佳匹配时，ecu即指令伺服电机⑧旋转挂入直接挡即11挡，同时，伺服电机⑨驱动拨挡轴16经星排联轴器⑦，使拨挡轴17的凸轮拨档器17”处于虚拟变压2挡区域，即传动比较小的11挡自动替代10挡传动后，10挡经拾速塔轮轴13的传动被切断，仅直驱挡即发动机经离合器①、塔齿轴11、离合器②、输出轴12传动。

ecu据车辆各传感参数，认为11挡非车辆加速所需最佳挡时，即指令伺服电机⑨驱动拨挡轴16旋转360°，经星排联轴器⑦使凸轮拨档器17”旋出虚拟2挡区域至变压3挡区域，外齿圈28的离合器④结合，齿轮副28、28’及其单向轴承驱动输出轴12旋转，伴随拾速塔轮轴13的基1至基5挡的切换，变速箱可输出12至16挡(复合挡1-3至5-3)。

前述12挡的传动比小于直驱挡即11挡，两挡共同驱动输出轴12旋转的结果，使直驱挡的单向电控滚柱锁止离合器②自动分离；变压3挡齿轮副28传动后，ecu操控伺服电机⑧逆时向旋转15°，使直驱挡退挡。具体实施方式见(五)直驱挡传动实施方式及(四)拾速塔轮轴基挡、变压挡复合传动实施方式。

车辆滑行，需发动机拖拽车辆减速时，主动刹车使车辆减速，ecu据各传感数据指令伺服电机⑧使直驱挡拨挡轴15、凸轮拨档器15”旋转挂入拖拽挡，利用发动机怠速或停机阻尼车辆前行而减速；具体实施见(五)直驱挡传动实施方式。

倒挡r、停车挡p具体实施方式

图1示，倒挡、停车挡设置在b轴线输出轴12的空心内腔。滚柱锁止离合器⑤或⑥分别为倒挡r、停车挡p外圈与输出轴12相连的专用电控离合装置，变速箱的p挡、r挡皆由伺服电机⑩操控。

倒挡，系在变压挡齿轮副之间增加惰轮29”而构成；对应拾速塔轮轴13的若干个基挡的转换，可有若干个传动比的倒挡。停车挡滚柱锁止离合器⑥的外圈为变速箱壳体支座20，当该离合器结合时，其内圈(输出轴12)与支座固结一体而止动。

图9为控制p挡、d1挡(低速前进挡)、r挡滚柱锁止离合器⑥、⑤、离合切换的结构示意图。

图9-1、9-2、9-3，分别为p、d1、r挡滚柱锁止离合器⑥、⑤的结构剖面图，其中，离合器⑥与双向电控滚柱锁止离合器①的结构一致；离合器⑤与滚柱锁止离合器②、②’的结构相同。

图9-1、9-2、9-3显示，p挡、d1挡、r挡的滚柱锁止离合器⑥、⑤的外圈分别为变速箱壳体20、外齿轮26’、29’，内圈同为输出轴12；p挡离合器⑤的凸轮拨挡器为18’，d1挡、r挡的离合器⑤共用凸轮拨挡器19’；三滚柱锁止离合器，由伺服电机⑩经拨挡轴18操控凸轮拨挡器18’及19’实施离合转换。

图9-1、9-2、9-3分别为p挡、d1挡、r挡的滚柱锁止离合器⑥、⑤基态(驻车)时的离合状态，即离合器⑥结合p挡将输出轴12与变速箱壳体20锁止为一体；离合器⑤分离。

图9-4、9-5、9-6为变速箱r挡传动时，p挡、d1挡、r挡的滚柱锁止离合器⑥、⑤的离合状态。驾驶员将拨档杆拨入r挡，ecu即指令伺服电机⑩驱使拨挡轴18逆时向旋转角度α，凸轮拨档器18’退出对p挡离合器⑥的强制滚柱60的顶持，解除车辆的停车挡约束(图9-4)；凸轮拨档器19’的凸轮d1由距强制滚柱60’α变为2α弧度(图9-5)；凸轮拨档器19’的凸轮r顶持r挡离合器⑤的强制滚柱60”，使离合器⑤结合(图9-6)。a轴线的变压1挡外齿轮26(变压挡凸轮拨档器17’处于虚拟1挡区域)经惰轮29”驱动r挡外齿轮29’逆时向旋转，经结合的离合器⑤驱动输出轴12使车辆后行(见图1)。

图1中，当挂入r挡时，与输出轴12关联的滚柱锁止离合器②、②’、⑥、皆分离；倒挡齿轮副带动输出轴12上的单向轴承的外齿轮27’、28’逆时向旋转，驱使与之啮合的变压挡外齿轮27、28顺时向转动；由于变压挡凸轮拨档器17’处于虚拟1挡区域，变压挡外齿轮27、28的滚柱锁止离合器④皆分离而处于轴承状态(参见图8)；即挂入r挡时并无传动干涉。

驾驶员将拨档杆拨入d挡，退出倒挡r，ecu即指令伺服电机⑩驱使拨挡轴18顺时向旋转2α弧度，退出r挡并经p挡挂、退挡后，由凸轮拨档器19’的凸轮d1顶持60’使离合器结合挂入前进挡(见图1)，离合器⑥、⑤分离，拾速塔轮轴13经变压1挡外齿圈26的齿轮副及离合器驱动输出轴12顺时向旋转，见图9-4、9-5、9-6及图9-7、9-8、9-9。

上述传动时与输出轴12关联的滚柱锁止离合器②、②’、⑥、⑤皆分离；因变压挡凸轮拨挡器处于虚拟1挡，使得外齿轮27、28的电控滚柱锁止离合器④分离，相应其齿轮副外齿轮27’、28’无传动，其与输出轴12连接的单向轴承处于可超越的工况自动分离，即由变压1挡的驱动输出轴12的传动无干涉。

为减少变速箱齿轮磨损，ecu可据相关传感数据及设置，指令伺服电机⑩驱动拨挡轴18使凸轮拨挡器18’、19’在滚柱锁止离合器传动的位置，顺时向旋转α弧度，则离合器⑥、⑤皆分离(见图9-10、9-11、9-12)切断与输出轴12的传动；同时ecu指令伺服电机⑧逆时向旋转α弧度，切断发动机的驱动(见图2)，此时，变速箱各齿轮无传动。