汽車自動變速器的制作方法

專利名稱：汽車自動變速器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種車輛自動變速器，它由兩個變速器相連接組成。
背景技術：
JP-B-5-67831描述了這種自動變速器的一個例子。
該例是一種自動變速器，其中一個主變速器和一個副變速器相互串聯，主變速器實現多種變速狀態的轉換，副變速器實現高速狀態和低速狀態的轉換。由此通過主、副變速器中各自變速狀態的組合形成多種變速檔位。
在換檔的過程中，有這樣一種情況，即兩個變速器以彼此相反的方向改變檔位。
舉例來說，若要通過一個檔位將整個變速器向上換檔到高速側(high-speed side)，就會出現這樣一種情況，即主變速器換到高速檔，而副變速器換到低速檔。然而，萬一主、副變速器的換檔時間在相反方向上嚴重地重疊或偏離，就達不到良好的駕駛感覺。
為解決這個問題，上述公開文本中描述的本例包括一個反向換檔檢測裝置、一個延時設定裝置和一個換檔命令輸出裝置。該反向換檔檢測裝置檢測主、副變速器以彼此相反的方向進行換檔的情況。該延時設定裝置在反向換檔發生時，根據預定的條件設定用于將兩個變速器中的一個的換檔相對于另一個的換檔延遲的一個延時。該換檔命令輸出裝置向兩個變速器中的一個發出換檔執行命令，并在所述設定的延時經過后向另一個變速器發出換檔執行命令。通過這種結構，可以通過將兩個變速器中的一個的換檔相對于另一個的換檔延遲而避免駕駛感覺劣化。
因此，根據現有技術的自動變速器，所述反向換檔檢測裝置、延時設定裝置和換檔命令輸出裝置都是必需的，且主、副變速器都需要進行控制。其結果是，換檔時需要控制的因素增多，控制變得極其復雜，從而導致生產成本很高。

發明內容
本發明就是鑒于這種情況而設計的。本發明的目的是提供一種汽車自動變速器，其中換檔時需要控制的因素減少，因此使控制系統得以簡化，從而可能降低生產成本。
為達到此目的，根據本發明的第一方面，提供一種汽車自動變速器，其包括一個具有同發動機相連的輸入軸的主變速器，并有一組行星齒輪，該組行星齒輪由一個中心齒輪、多個行星齒輪和一個環齒輪組成，并且所有齒輪都是斜齒輪。在這組行星齒輪中，中心齒輪和環齒輪中的一個同輸入軸連接在一起，另一個經過一固定部件連接到一個單向聯軸器。其中用于支承行星齒輪的一個托架連接到一個主輸出軸上。一個離心離合器適合于通過由重力引起的離心力的作用使輸入軸和主輸出軸連接，并通過斜齒輪的推力使輸入軸和主輸出軸脫離。副變速器機構同主變速器的主輸出軸相連，用以在兩種或更多種變速情形下控制換檔。該汽車自動變速器包括一個換檔控制部件，用于為副變速器的每一種變速情形將主變速器的離心離合器的離合狀態進行選擇性組合，從而形成多種變速檔位。
因為主變速器的離心離合器適合于通過由重力引起的離心力的作用連接，并通過由斜齒輪產生的推力脫離，所以由行星齒輪組構成的各種變速檔位可以自動轉換。
結果，由于主變速器根據駕駛條件只通過控制副變速器進行換檔操作來自動選擇檔位，因此變速時需要控制的因素減少，由此使控制系統得以簡化，結果降低了生產成本。
根據本發明的第二方面，提供一種如本發明第一方面所述的汽車自動變速器，其中在發動機和輸入軸之間設有一個變矩器，通過換檔控制部件切斷副變速器的功率傳輸，就可以使自動變速器處于空檔狀態。
變矩器的設定不需要任何額外的特定機構，如用于從靜止狀態加速的離合器，就能產生自動變速器的空檔狀態，并因此可實現從靜止狀態開始的平滑加速。另外，比率的范圍可通過變矩器的轉矩放大功能得以降低，因此可能減輕換檔時產生的震動。
根據本發明的第三方面，提供一種如本發明第一或第二方面所述的自動變速器，其中主輸出軸制成中空軸，以便主輸出軸以同軸方式套在輸入軸的外周上，且其中副輸出軸與主輸出軸平行設置。副變速器由在主、副輸出軸之間順序排列的一系列齒輪組成，其中連接左右輪的差速齒輪能夠與朝向發動機的副輸出軸的軸端相連。
通過將中空的主輸出軸以同軸方式套在輸入軸的外周上，可將副變速器設置在發動機和主變速器之間，其中發動機與輸入軸相連，主變速器與主輸出軸相連。通過使差速齒輪連接到與主輸出軸平行的副輸出軸的朝向發動機的一端，由該較短的副輸出軸將差速齒輪設置在車輛的橫向中心位置。


圖1所示為根據本發明第一實施例的自動變速器的結構示意圖；圖2所示為根據本發明第一實施例的自動變速器的各檔離合器狀態的表格；圖3所示為不同檔位下發動機速度V和減速閥閥門開度θth的關系圖；圖4示出換檔過程中需控制的因素數量的圖表；圖5所示為根據本發明第二實施例的自動變速器的結構示意圖；圖6所示為對圖5中自動變速器的改進；圖7所示為根據本發明第三實施例的自動變速器的結構示意圖。
具體實施例方式參見圖1至4，下面將描述根據本發明的第一實施例。
圖1示出根據本發明一個實施例設計為發動機前置前輪驅動(FF型車)的自動變速器1的結構示意圖。
內燃機(未示出)橫向設置在車體前部左手側，其輸出通過變矩器2和閉鎖離合器(lockup clutch)3轉送給延伸到右側的輸入軸4。
包括一個主軸的輸入軸4向右延伸一定長度，一行星齒輪組10設置在如此延伸的輸入軸4的右端。
行星齒輪組10包括環齒輪11、中心齒輪12和行星齒輪13，這些齒輪都是斜齒輪。環齒輪11整體地同輸入軸4相連，同時，包括中空軸和設置在行星齒輪13的托架14上用于將該托架連接在該主輸出軸上的多個鍵槽裝配件(spline-fit)的主輸出軸15以延伸至位于其右側的變矩器2的方式同軸地套在輸入軸4的外周上，從而提供由輸入軸4和主輸出軸15構成的雙軸結構。
行星齒輪組10的中心齒輪12由主輸出軸15轉動地支承，并通過一單向聯軸器16連接到靜止側。該中心齒輪12還同選速離合器19相連，后者可以固定到靜止側。
在行星齒輪組10中，一個離心離合器18設置在行星齒輪架14和環齒輪11之間，由此構成了主變速器M1。其中該離心離合器18適合于由設置在行星齒輪13的齒輪架14上的離心配重17所產的離心力來驅動。
一旦輸入軸4開始轉動，環齒輪11也隨之整體地轉動，行星齒輪13圍繞著中心齒輪12旋轉的同時繞它們各自的軸轉動，通過單向聯軸器16禁止中心齒輪12朝某一方向轉動，由此行星齒輪架14能同主輸出軸15一起轉動。
在該行星齒輪組10中，當離心離合器18處于分離(released)狀態時，主輸出軸15以比輸入軸4低的速度轉動(行星齒輪架14比環齒輪11轉得慢)。
即，此時的轉速比(輸出速度/輸入速度)小于1。
相反，當離心離合器18處于接合狀態，輸入軸4和行星齒輪架14固定在一起，由此輸入軸4的轉動以1比1的轉速比傳遞給主輸出軸15。
另外，當汽車開動時，在環齒輪11上產生推力，這一推力是由同行星齒輪架14一起旋轉的離心配重17隨后所產生的離心力造成的。而經由嚙合的斜齒輪由一扭矩在環齒輪11上產生一推力，該扭矩是從內燃機經過輸入軸4輸入到環齒輪11上的。于是離心離合器18根據這兩種推力接合和/或分離。
當由同行星齒輪架14一起旋轉的離心配重17所產生的離心力造成的推力大于從內燃機對環齒輪11輸入的扭矩時，離心離合器18接合；反之，當扭矩大于離心力時，離心離合器18分離。
當試圖制動發動機時，同時離心離合器18處于接合狀態，由于輸入軸4和主輸出軸15以1比1的轉速比轉動，所以可有效地制動發動機。相反，如果離心離合器18處于分離狀態，由于連接到中心齒輪12的單向聯軸器16處于自由狀態，所以通過接合選速器離合器19以卡緊中心齒輪12來對發動機制動。
由平行軸齒輪組20構成的副變速器M2設置于主變速器M1和變矩器2之間。
在副變速器M2中，副輸出軸35與同軸設置的輸入軸4和主輸出軸15平行，且該輸入軸和主輸出軸按如下方式設置由輸入軸4轉動和可滑動地支持第一低速齒輪21，由主輸出軸15轉動和可滑動地支持第一主中速齒輪(intermediate gear)23以及第一高速齒輪25。另一方面，牢牢固定在副輸出軸35上的第二低速齒輪22和第二中速齒輪24以及由該副輸出軸轉動地支持的第二高速齒輪26分別同第一低速齒輪21、第一中速齒輪23和第一高速齒輪25嚙合。
然后在主輸出軸15上設置用于第一低速齒輪21的低量程離(lowrange)合器27，用于第一中速齒輪23的中量程離合器28和用于第一高速齒輪25的高量程離合器29。
另外，主倒檔齒輪30同第一高速齒輪25整體設置在一起，且該主倒檔齒輪30同中速齒輪31嚙合，該中速齒輪31然后同由副輸出軸35轉動地支持的第二倒檔齒輪32嚙合。在副輸出軸35上設有前進倒退選速器離合器33，用于使副輸出軸35可選擇地同第二倒檔齒輪32和第二高速齒輪26嚙合。
副輸出軸35比位于左側的第二低速齒輪22延伸到更左側一些。差速齒輪機構37的一個輸出齒輪37a同設置在副輸出軸35一端的一個輸出齒輪36相嚙合，由此驅動力通過差速齒輪機構37傳遞給前輪。
在上述的自動變速器1中，包括行星齒輪組10和離心離合器18的主變速器M1設置在輸入軸4的右端。該輸入軸4從內燃機端向右延伸，該內燃機經由一個變矩器2安裝在FF型車車體的左手側。包括一個平行軸齒輪組20和三個離合器27、28、29的副變速器M2設置在位于輸入軸4右端的主變速器M1和變矩器2之間，于是該副變速器M2就位于輸入軸4中間略靠右的位置。
于是，在上述副變速器M2位于輸入軸4中間略靠右的位置的結構中，輸出齒輪36設置在副輸出軸35的左端，該副輸出軸35是一根較短的軸，其向左側伸出，以便差速齒輪機構37的輸出齒輪37a同輸出齒輪36可嚙合在一起。因此，輸出齒輪36可以造得更短，而差速齒輪機構37可以設置在最想要的車體大致的橫向中心位置。由此可能既使副輸出軸更短一些，又提供了一種平衡良好的結構。
上述的自動變速器1通過嚙合主變速器M1的離心離合器18和選擇性地嚙合副變速器M2的三個離合器27、28、29形成了第一至第六速共六檔速度。
即，如圖2所示，在僅副變速器M2三個離合器中的低速離合器27處于嚙合(接合)狀態的情況下，當主變速器M1的離心離合器18處于分離狀態(低速L，速度比小于1)時形成第1檔，且當主變速器M1的離心離合器18處于接合狀態(高速H，速度比等于1)時形成第2檔。
同理，在副變速器M2的中速離合器28處于嚙合(接合)狀態的情況下，當主變速器M1的離心離合器18處于分離狀態(低速L)時建立第3檔，且當離心離合器18處于接合狀態(高速H)時建立第4檔。此外在副變速器M2的高速離合器29處于嚙合(接合)狀態的情況下，當離心離合器18處于分離狀態(低速L)時形成第5檔，且當離心離合器18處于接合狀態(高速H)時形成第6檔。
注意，當副變速器M2的所有三個離合器27，28，29都處于分離狀態(解脫)時就是空檔。
另外，當前進倒退選速器離合器33掛到倒檔且高速離合器29處于接合狀態時，副輸出軸35反向轉動，于是車輛就能反向運動。
這六檔之間的換檔是由一個換檔控制裝置根據如圖3所示的發動機速度V和減速閥閥門開度θth的V-θth曲線圖進行控制的。
然而，當換檔控制裝置根據儲存發動機輸入速度V和減速閥閥門開度θth的V-θth圖，在與副變速器M2的三個離合器27、28、29相關的第2檔到3檔、及第4檔到5檔之間進行換檔控制時，離心離合器18的接合或分離以及所有檔位都是自動實現的。
也就是說，與主變速器M1的離心離合器18有關的從第1檔到第2檔，從第3檔到第4檔、及從第5檔到第6檔之間的換檔，都是通過事先設定離心配重17的重量，以及依照V-θth圖設定斜齒輪的相關的推力而自動完成的。當從第2檔換到第3檔、及從第4檔換到第5檔時，離心離合器18根據副變速器M2的三個離合器27、28、29的接合或分離自動進行接合或分離。
例如從第2檔換到第3檔，當低速離合器27受控分離，而中速離合器28受控接合時，主中速齒輪23同第二中速齒輪24嚙合，且主輸出軸15低速旋轉，由此離心離合器18自動從接合狀態(H)變換到分離狀態(L)。
于是，因為當副變速器M2的三個離合器27、28、29受控接合和分離時，主變速器M1的離心離合器18被自動驅動，這就獲得了一段自然的換檔時間，從而產生了非常好的駕駛感覺。
圖4示出了一表格，將JP-B-5-67831中所述的現有技術的例子與根據本發明的自動變速器中需要同時控制的用于換檔的因素的數量進行了對比。
當從第1檔轉換到第2檔(從第3檔到第4檔、從第5檔到第6檔)時，使用現有技術的例子需控制兩個因素將副變速器從低速狀態分離以及對其接合以進入高速狀態。相對比而言，根據本發明的實施例，不需要控制任何因素，因為主變速器M1是自動變速的。
另外，在從第2檔換到第3檔(從第4檔換到第5檔)時，使用現有技術的例子需控制四個因素主變速器第一齒輪的分離，主變速器第二齒輪的接合，副變速器從高速狀態的分離，以及副變速器進入低速狀態的接合。相對比而言，利用本發明的實施例，只需控制二個因素副變速器M2的低速離合器27的分離，及副變速器M2的中速離合器28的接合。
因此，利用根據本發明的自動變速器，在換檔時只需控制很少的因素，且控制系統得以簡化，因而可能降低制造成本。
另外，甚至通過換低檔(kickdown)從第4檔換到第2檔，當副變速器M2的離合器27和28的改變受控時，主變速器M1被設計為自動調整到第二檔狀態(高速H)，因而可能實現平穩換低檔。
如上所述，當副變速器M2的所有三個離合器27、28、29都處于分離狀態時就可形成空檔。因此，由于不再需要諸如起動機離合器那樣的特定裝置來設定變矩器2，所以起動時很平緩，且通過使用變矩器2的轉矩放大功能，可使齒輪轉速比的值更小，因此可以減輕由于換檔而造成的震動。
在本發明第一實施例的自動變速器1中，副變速器M2中的平行軸齒輪組20由至少一組行星齒輪構成，且當使用這種行星齒輪組時，由于沒有產生推力，故副變速器M2可以小型化。
下面將參照圖5說明根據本發明第二實施例的自動變速器51。
自動變速器51同樣是為內燃機橫向安裝的FF車輛設計的，與上述自動變速器1相比不同之處在于，自動變速器51的主變速器M1和副變速器M2橫向安裝在與自動變速器1中的位置相反的位置上，其它特征都一樣。
因此，在介紹自動變速器51時，相同的部件使用相同的參照標記。
設置在自動變速器52左邊的內燃機(未示出)的輸出通過變矩器2轉送給延伸到右邊的輸入軸52。該輸入軸52與輸入軸4長度不同，并整體地同與變矩器2相鄰設置的主變速器M1的行星齒輪組10的一個環齒輪11相連。
同行星齒輪組10中行星齒輪13的齒輪架14相連的主輸出軸53以與輸入軸52同軸的方式延伸至更右邊，副變速器M2的一平行軸齒輪組20安裝在主輸出軸53和副輸出軸54之間，其中副輸出軸54與主輸出軸53平行。
副輸出軸54向左延伸，且動力通過一個輸出齒輪36傳遞給差速齒輪機構37。
因為內燃機、主變速器M1和副變速器M2從左到右依次排列，輸入軸52和主輸出軸53不必制成雙軸結構，因此可以提供一個簡化的軸結構。
但是如果差速齒輪機構37橫向設置在車體中心位置，則副輸出軸54變長，如圖5所示。
控制系統的基本構造同自動變速器1的是一樣的，且在換檔過程中需控制的因素很少，于是控制系統得以簡化，因而降低了制造成本。
在本自動變速器51的中，當試圖小型化副變速器M2時，可由至少由一組行星齒輪來構成副變速器M2的平行軸齒輪組20。
這種結構可適用于以內燃機、主變速器M1和副變速器M2這種順序排列的發動機前置后輪驅動型或FR型車輛。
即，如圖6所示，內燃機軸向安裝在車體前部，一個對前述本發明的自動變速器進行改進得到的自動變速器61設置在該內燃機后部，以便主變速器M1和副變速器M2依次排列。
副輸出軸62延伸至后部，而不是前部，經過錐形齒輪63、64，差速齒輪機構65可安裝在后部，由此該差速齒輪機構65可以很方便地安裝在車體后部，這就為發動機安裝在車輛前部而后輪用作驅動輪的FR型車輛提供了具有合適的主、副變速器設計的自動變速器61。
下面將參照圖7說明根據本發明第三實施例的自動變速器71。
與自動變速器51相似，自動變速器71同樣是為內燃機橫向安裝在車體前部左側的FF型車輛設計的，且該自動變速器71配置成當其鄰近內燃機安裝時，內燃機、主變速器和副變速器從左到右依次排列。但副變速器M2的一部分配置成位于副輸出軸側。
相同的部件將采用相同的參考標記。
副變速器M2位于主輸出軸73和副輸出軸74之間，其中主輸出軸73同主變速器M1的行星齒輪13的齒輪架14相連，副輸出軸74與主輸出軸73平行。該自動變速器71的一組低速齒輪21和22、一組中速齒輪23和24，以及低速和中速離合器27和28同上述自動變速器51的一樣，但是其高速齒輪組和高速離合器的結構有所不同。
即，第一高速齒輪75整體地連接到主輸出軸73，該第一高速齒輪75與由副輸出軸74轉動地支承的第二高速齒輪76嚙合，該第二高速齒輪76同與主中間軸80整體連接的第三高速齒輪77嚙合。
副中間軸81為中空軸，其以同軸方式由主中間軸80可轉動地支承。與副中間軸81制成整體的第四高速齒輪78與由副輸出軸74轉動地支承的第五高速齒輪79嚙合。
安裝在主中間軸80和副中間軸81末端的高速離合器82實現主中間軸80和副中間軸81的接合和分離。選擇離合器83實現第五高速齒輪79和副輸出軸74的接合和分離。
第一倒檔齒輪85同副中間軸81整體接合在一起，且該第一倒檔齒輪85同中速齒輪86嚙合，該中速齒輪86同由副輸出軸74轉動地支承的第二倒檔齒輪87嚙合。選擇離合器83實現第二倒檔齒輪87和副輸出軸74的接合和分離，從而構成一個倒檔機構。
根據本發明該實施例的自動變速器71的結構如上所述，并且由于其高速齒輪組76、77、78、79的一部分以及倒檔機構都移到副輸出軸74一側，所以自動變速器71的橫向寬度通常能夠減小。
注意，本自動變速器的控制系統的基本構造同上述幾個實施例是一樣的，且在換檔過程中需控制的因素很少，由此控制系統得以簡化，因而有望降低制造成本。
盡管在此只具體描述了本發明的幾個實施例，但很顯然還可對這些實施例做出多種改變而不背離本發明的范圍。
權利要求
1.一種車輛自動變速器，包括一個主變速器，包括連接到發動機的一個輸入軸；具有一個中心齒輪、多個行星齒輪和一個環齒輪的一行星齒輪組，每個齒輪都是斜齒輪，其中所述中心齒輪和所述環齒輪中的一個同所述輸入軸連接，另一個經由一個單向聯軸器連接到一個靜止部件上；且其中行星齒輪的一個齒輪架連接到一個主輸出軸上；和一個離心離合器，適合于根據由一個配重產生的離心力和由所述斜齒輪產生的推力使所述輸入軸和所述主輸出軸接合或分離；同所述主變速器的所述主輸出軸相連的副變速器，用于在兩種或多種變速情形下控制換檔；和一個換檔控制部件，用于通過選擇性地組合所述主變速器的所述離心離合器的接合狀態和分離狀態，為所述副變速器的每一種所述變速度情形形成多種變速檔位。
2.根據權利要求1所述的車輛自動變速器，進一步包括設置在所述發動機和所述輸入軸之間的變矩器，其中所述換檔控制部件切斷所述副變速器的動力傳輸以形成所述自動變速器的空檔狀態。
3.根據權利要求1所述的車輛自動變速器，其中所述主輸出軸被制成中空軸，以便所述主輸出軸同軸地設置在所述輸入軸的外周上；其中一個副輸出軸與所述主輸出軸平行設置；其中所述副變速器包括設置在所述主輸出軸和所述副輸出軸之間的多個齒輪；及其中一個連接到左右輪的差速齒輪沿所述副輸出軸的軸向連接至所述副輸出軸發動機側一端。
4.根據權利要求1所述的自動車輛變速器，其中所述離心離合器適合于通過由所述配重產生的離心力的作用使所述輸入軸和所述主輸出軸接合，以及通過由所述斜齒輪產生的推力使所述輸入軸和所述主輸出軸分離。
5.根據權利要求1所述的車輛自動變速器，其中所述離心離合器設置在所述行星齒輪的所述齒輪架和所述中心齒輪及同所述輸入軸相連接的所述環齒輪中的一個之間。
6.根據權利要求5所述的車輛自動變速器，其中所述離心離合器的所述配重安裝在所述行星齒輪的所述齒輪架上。
7.根據權利要求5所述的車輛自動變速器，其中具有所述離心離合器的所述行星齒輪的所述齒輪架與所述主輸出軸通過花鍵相接合。
全文摘要
一種自動變速器,包括:一個主變速器,其包括:一個輸入軸;具有一個中心齒輪、多個行星齒輪和一個環齒輪的一行星齒輪組,每個齒輪都是斜齒輪;環齒輪和中心齒輪分別連接到輸入軸和經由一個單向聯軸器連接到一個靜止部件;用于行星齒輪的齒輪架連接到一個主輸出軸上;一個離心離合器根據由配重產生的離心力和由斜齒輪產生的推力使所述輸入軸和所述主輸出軸接合或分離;以及一個同主輸出軸相連的副變速器,用于在兩種或更多種變速情形下控制換檔。通過選擇性地組合離心離合器的離合狀態,為副變速器的每種變速情形形成多種變速檔位。
文檔編號F16H3/089GK1386991SQ0212024
公開日2002年12月25日 申請日期2002年5月21日 優先權日2001年5月21日
發明者熊谷賴範, 高橋司, 楢木哲生 申請人:本田技研工業株式會社