無級分檔變速器的制作方法

專利名稱：無級分檔變速器的制作方法
技術領域：
本發明涉及與無級變速器或者CVT結合使用的多檔變速器。特別地，本發明涉及CVT在發動機與多檔變速器之間的使用。
背景技術：
貨車，尤其是重型貨車通常采用具有多達至少18種不同轉矩增大比的多檔中間軸型機械變速器。需要許多速比來保證滿載的貨車進行多種必需的任務，包括根據需要在前進檔或倒檔低速機動行駛以在貨區周圍移動以及裝貨和卸貨、從完全停車開始加速、滑行時加速以及在坡路上保持原速等。大量的檔位意味著經常需要換檔。手動換檔以及選擇正確的檔位需要豐富的操作經驗以便始終以最佳方式進行。用于重型貨車的變速器正日益被自動化。然而，即使具有許多速比以及自動換檔，但當車輛在給定的速比下時，發動機轉速隨著車輛速度而變化。這就意味著發動機的工作參數必須進行折衷以適應預定的發動機工作速度范圍。可被調整成在單一發動機轉速下工作的發動機能被調整成以更高的效率工作。換檔降低了車輛的工作效率，因為在換檔期間當發動機暫時與驅動輪脫開連接時車輛速度會下降，從而需要使車輛恢復到其目標速度。
希望提供一種具有完整的速比范圍但換檔的需要又最少的變速器。還希望提供具有一較窄的預期工作速度范圍的發動機以使該發動機的工作參數最優化。使用CVT受到的一個限制是它們有限的轉矩傳遞承載能力。對待CVT的轉矩傳遞承載能力較低的一個方法是減少由CVT承受的轉矩。通過將來自發動機的驅動轉矩分成兩部分，并且僅使部分轉矩通過CVT可實現上述方法。通常使用一行星齒輪系統重組CVT和直接轉矩。這種動力分配裝置的結果是盡管它提供了一種較高的轉矩傳遞承載能力的CVT系統，但該系統具有一較窄的轉矩增大比范圍。轉矩增大比較小的問題已經通過將CVT動力分配系統與多級速比傳動器相組合而克服。US專利No.5,167,591示出一種這樣的系統，因此本發明通過參考包括了該專利的教導。該專利示出一與分檔變速器相結合的轉矩分配行星齒輪裝置的應用。然而，考慮到用于重型貨車的發動機的高輸出轉矩、已知CVT系統特別是CVT帶型系統的有限的轉矩傳遞承載能力，需要進一步減小轉矩。還希望提供一種用于這種系統的緊湊的成套裝置。

發明內容
本發明的系統通過使用CVT擴展自動化的齒輪機構中各檔位的工作范圍而有利地減少了換檔需求。通過使CVT僅承受發動機高轉矩的一部分，則即使CVT的轉矩傳遞承載能力有限也能實現上述目的。一減速傳動齒輪組降低通過CVT的轉矩，然后使轉矩從CVT通過一可恢復該轉矩的增速傳動齒輪組。將來自發動機的轉矩分開，然后在一行星齒輪組中重組可進一步保護CVT。該行星齒輪組用于混合或者組合來自發動機的直接轉矩分量和來自CVT的轉矩。
用于機動車輛的無級變速器包括一電子控制單元、一自動化齒輪機構、一變換器(variator)、一輸入齒輪組、一輸入固定速比元件和一輸出固定速比元件。電子控制單元構造成包括用于控制變速器的邏輯規則，所述邏輯規則包括發出變速器控制指令。自動化齒輪機構具有提供多個選擇性地接合的速比的檔位，并響應于來自電子控制單元的指令接合所述多個速比中的一個。齒輪機構具有一齒輪機構輸入軸和一齒輪機構輸出軸。變換器具有一變換器輸入軸和一變換器輸出軸。該變換器構造成響應于來自電子控制單元的指令在變換器軸之間連續地改變輸入轉矩與輸出轉矩的比率。變換器輸出軸傳動地連接到齒輪機構輸入軸。輸入齒輪組傳動地連接到變換器輸入軸。輸入固定速比元件構造成減小從輸入齒輪組到變換器的轉矩，并可操作地設置在輸入齒輪組和變換器輸入軸之間。輸出固定速比元件構造成增大來自變換器的轉矩，并且可操作地設置在變換器輸出軸和齒輪機構輸入軸之間。
用于機動車輛的無級變速器包括一電子控制單元、一自動化齒輪機構、一變換器和一行星混合器齒輪組。電子控制單元構造成包括用于控制變速器的邏輯規則，所述邏輯規則包括發出變速器控制指令。自動化齒輪機構具有提供多個選擇性地接合的速比的檔位，并響應于來自電子控制單元的指令接合所述速比中的一個。齒輪機構具有一齒輪機構輸入軸和一齒輪機構輸出軸。變換器具有一變換器輸入軸和一變換器輸出軸，并且構造成響應于來自電子控制單元的指令在變換器的軸之間連續地改變輸入轉矩與輸出轉矩的比率。行星混合器齒輪組包括一齒圈、一太陽齒輪和一行星架。行星架保持多個行星齒輪，所述行星齒輪設置在齒圈和太陽齒輪之間。齒圈固定到一混合器(行星齒輪組)輸入軸。太陽齒輪可傳動地連接到變換器輸出軸。行星架固定在一可傳動地連接到自動化齒輪機構輸入軸的混合器輸出軸上。


圖1是一傳動系統的示意圖，該系統包括一發動機、一CVT和一分檔變速器；圖2是本發明的傳動系統不同工作參數的多層曲線圖，闡釋了第一組變速器的特性；圖3是本發明的傳動系統不同工作參數的多層曲線圖，闡釋了第二組變速器的特性；圖4是與一齒輪機構組合的CVT模塊的透視圖和剖視圖的組合；圖5是圖4中的CVT模塊和齒輪機構的一部分的放大視圖；
圖6是圖4中的CVT模塊經由第一軸線和第二軸線剖開的剖視圖；圖7是圖4中的CVT模塊經由第一軸線和第三軸線剖開的剖視圖；圖8是圖7中CVT模塊的透視圖；圖9是圖8中CVT模塊裝上離合器殼的透視圖；圖10是圖9中CVT模塊裝上變換器殼的透視圖；以及圖11是組合的CVT模塊和齒輪機構組件的外視圖。
具體實施例方式
參見圖1，示出了包括一無級變速器12和一電子控制的內燃機14的車輛傳動系10。無級變速器12通過一通常處于接合狀態的主摩擦離合器16與內燃機14相連。變速器12包括一CVT模塊18和一自動化中間軸型的機械變速齒輪機構20。
示例性的齒輪機構20是本發明的受讓人Eaton公司銷售的AutoShift類型。齒輪機構20的一個示例為一七檔模型(型號是TO-11607-ASX和TO-14607-ASX)。諸如示例性的齒輪機構20的機構或變速器在現有技術中是眾所周知的，可參見US專利No.3,105,395、3,283,613和4,754,665；所述公開資料在此被結合作為參考。應看到，任何特征為多個固定速比、自動換檔并具有必要的轉矩傳遞承載能力的變速器都適于代替所述示例性齒輪機構20。例如，圖2中的曲線圖基于一理論上的五檔變速器。可以想象的是，根據車輛的轉矩和速度要求，可采用具有較多或較少速比的齒輪機構。但是，不管選擇的齒輪機構結構如何，所選齒輪機構必須具有與CVT模塊18的速比范圍相匹配的固定速比，這將在下面詳細說明。
變速器12和發動機14分別具有一電子控制單元(ECU)22和24。ECU22和24可互相通信，并且可以通過多路數據總線28和30與一系統ECU26通信。總線28設置在系統ECU26和變速器ECU22之間。總線30設置在系統ECU26和發動機ECU24之間。ECU22、ECU24和ECU26可為US專利No.4,595,986中所示的類型，該公開文獻在此被結合作為參考。所述ECU可根據預定的邏輯規則有效地處理來自下文將討論的各種傳感器的輸入，以便發送指令輸出信號到其它ECU以及到變速器換檔控制器32、發動機控制器34和/或顯示單元和/或其它系統。發動機控制器34控制向發動機加燃料(燃油)以及其它參數。數據總線28和30符合適當的工業標準數據傳輸協議，例如SAE J-1922、SAE J-1939、ISO 11898、ISO11783等。
代表發動機轉矩、發動機轉速以及變速器輸出軸轉速的信息將會通過設置在多個傳感器和ECU之間的導線36傳遞到ECU22和24。所述傳感器包括發動機曲軸轉速傳感器38、CVT模塊輸入軸轉速傳感器40、CVT模塊輸出軸轉速和齒輪機構輸入軸轉速傳感器42、齒輪機構輸出軸傳感器44、用于燃料踏板47的位置傳感器46、主摩擦離合器位置傳感器以及各種發動機和變速器參數傳感器。導線36還傳遞指令信號到各系統控制器和致動器，包括齒輪機構換檔控制器32、發動機控制器34和主摩擦離合器致動器48。在該示例性實施例中，主摩擦離合器傳感器與致動器48成一體，但是也可獨立于致動器48。由于控制器32和34以及致動器48通常包含閉環系統的一部分，所以可規定導線36用于既處理控制信號也處理反饋信號。可選擇地，也可設置單獨的導線(圖中未示出)。此外，如果需要，控制器32和34也可包括集成的位置傳感器。
離合器致動器48響應變速器ECU22的控制信號來控制主離合器16。這種系統都是眾所周知的。參見US專利No.4,081,065和4,361,060，所述公開在此被結合作為參考。作為一種選擇方案，主離合器16還可為如US專利No.6,502,476所公開的不需要致動器的離心離合器，所述公開在此被結合作為參考。主離合器16不必每次換檔時都分離。可將如US專利No.4,850,236中所公開的燃料調制(modulation)用于齒輪機構20的換檔而不用釋放主離合器。
一換檔選擇器49允許車輛駕駛員選擇操作模式，并且提供代表所選模式的信號。可能的模式包括停車、倒車、空檔和前進。換檔選擇器49包括多個可由車輛操作者選擇的速比范圍按鈕。換檔選擇器49還可采取其它的未示出的形式，例如一種在對應于速比范圍的位置之間前后移動的常規自動變速器換檔桿。
一輸入軸制動器50安裝在變速器齒輪機構20上以便如現有技術中已知的有利于快速升檔。輸入軸制動器50可響應來自于變速器ECU22的控制信號。
CVT模塊18具有作為主要元件的一變換器52和一行星齒輪混合器或齒輪組54。發動機14的發動機曲軸56通過主摩擦離合器16可選擇地傳動連接到一CVT模塊輸入軸58或者混合器輸入軸58。輸入軸58圍繞第一轉動軸線59轉動，該軸58居中在該軸線59上。一齒圈60固定到輸入軸58。一變換器輸入齒輪組62傳動地連接輸入軸58和變換器52。輸入齒輪組62包括一固定到輸入軸58上的輸入主動齒輪64和一固定到一變速器輸入軸68上的輸入從動齒輪66。輸入軸68可轉動地固定到第一變換器帶輪70以用于與其一起轉動。齒輪66、軸68和帶輪70居中在一第二轉動軸線69上并圍繞該軸線69轉動，該第二轉動軸線69與第一轉動軸線59平行但從其偏移。
第一變換器鏈輪70通過一傳動帶或鏈74傳動地連接到一第二變換器鏈輪72。在一優選實施例中，傳動鏈74為Audi A6汽車中的MultitronicTM無級變速器所采用的類型。MultitronicTM的變速器使用由德國LuK或其附屬公司或分支機構所供應的鏈輪、鏈和液壓鏈輪控制器。這種元件被下列US專利所公開和教導5,169,365；5,201,687；5,217,412；5,295,915；5,538,481；5,667,448；5,725,447；6,017,286；6,068,565；6,123,634；6,129,188；6,171,207；6,174,253；6,186,917；6,190,274；6,234,925；6,270,436；6,293,887；6,322,466；6,336,878；6,336,880；6,346,058；6,358,167；6,358,181；6,361,456；6,361,470和6,416,433,所述專利都由LuK公司或者其分支機構或附屬公司擁有；所述公開在此被結合作為參考。鏈輪70和72都具有相對的錐狀凸緣，所述凸緣能可選擇地沿軸線互相靠近或遠離。鏈和鏈輪間的接合半徑由所述凸緣之間的距離確定。凸緣之間的距離越小，有效的鏈輪直徑就越大。因為鏈輪74的長度以及鏈輪70和72之間的中心距都是固定的，所以一個鏈輪有效直徑的變化必須與另一鏈輪有效直徑的變化相協調。盡管圖中所示的鏈輪70和72大小相同，但這不是必須的，尤其是當認為有利于主要在超速傳動或者低速傳動下工作時。凸緣的位移最終由變速器ECU22發出的指令控制。可以看到，變換器52的類型僅為示例性的。可采用的可選變換器52類型包括其它類型的直徑可變的帶和帶輪變換器、泵/馬達變換器、螺旋管型變換器以及其它所有能夠連續適當地改變轉矩和速度的機械裝置。
一個實施例中的鏈輪70和72的總速比大約是6∶1。為此，鏈輪70和72既可產生轉矩增大比為2.45∶1的低速傳動狀態，又可產生轉矩增大比為1∶2.45的超速傳動狀態。在鏈輪70和72具有相同有效直徑的直接狀態下，轉矩增大比為1∶1。低速傳動狀態是在鏈輪70處于直徑最小的狀態—此時該鏈輪70的凸緣相隔較遠，而鏈輪72處于最大直徑狀態—此時該鏈輪72的凸緣相距較近的情況下實現的。超速傳動狀態下是在鏈輪70處于最大直徑狀態—此時該鏈輪70的凸緣相距較近，而鏈輪72處于最小直徑狀態—此時該鏈輪72的凸緣相隔較遠的情況下實現的。
一液壓控制器76把來自ECU22的電子控制信號通過導線36傳遞給流經液壓聯接通路78的受壓液壓流體。來自液壓控制器76的受壓液壓流體推動凸緣運動。推動凸緣運動的方法也可選擇其它的，比如電動機等。
一變換器輸出軸80連接第二變換器鏈輪72和變換器輸出齒輪組82。輸出齒輪組82包括一輸出主動齒輪84和一輸出從動齒輪86。軸80、鏈輪72和主動齒輪84都圍繞一第三轉動軸線87轉動，轉動軸線87與第一轉動軸線59和第二轉動軸線69平行但不共線。由齒輪組62和82實現的功能也可用其它具有恒定速比的機械裝置實現，比如鏈輪和鏈組合、帶和帶輪以及其它合適的裝置。輸出從動齒輪86通過一連接轂90傳動地連接到行星齒輪系統54的太陽齒輪88。在太陽齒輪88和齒圈60之間至少有兩個行星齒輪92。轉動地安裝行星齒輪92的行星架94連接行星齒輪92。
一CVT模塊輸出軸96或者混合器輸出軸96可轉動地固定到一齒輪機構輸入軸98或與該軸形成一體，以繞軸線59轉動。轂90以及齒輪86和88都以軸96為中心且同樣繞軸線59轉動。一齒輪機構輸出軸100從齒輪機構20向外延伸與一驅動軸(圖中未示出)或中間傳動軸(圖中未示出)連接。輸入軸98和輸出軸100之間的相對轉速比取決于齒輪機構20中選擇的檔位。由于齒圈60由輸入軸58驅動、太陽齒輪86由變換器52驅動以及輸出軸96由行星架94驅動，因而行星齒輪組54能夠有效地減少通過變換器52傳遞的轉矩。
無級變速器12以下面的方式工作。駕駛員首先通過換檔選擇器49選擇一種想要的行駛模式。選擇“前進”模式提供向前運動。車輛處于停車狀態時優選該模式。汽車上裝有制動踏板(圖中未示出)和燃料踏板47。踩下制動踏板能夠致動車輛制動器，有助于使汽車處于停車狀態或者使正在行駛的車輛停下來。在停車狀態駕駛員可以把腳放在制動踏板上。如果要使汽車加速，駕駛員需將右腳移到燃料踏板并踩下。控制器22向主摩擦離合器16發出接合指令，這樣來自發動機14的轉矩就可以通過離合器16傳遞給輸入軸58。然后該轉矩被分為兩部份，第一部分傳給齒圈60，第二部分通過齒輪組62傳給變換器52。通過主動齒輪64和齒圈60傳遞的轉矩之和等于通過離合器16傳遞的轉矩。從齒輪64輸出的轉矩在到達變換器52之前通過齒輪組62的速比進一步降低。通過先由行星齒輪組54分離轉矩并由齒輪組62進一步降低轉矩以降低到達變換器52的轉矩，然后通過第二齒輪組82提升變換器輸出的轉矩，這樣就有利地允許利用轉矩傳遞承載能力相對較低的變換器來在恒定發動機轉速下在較寬的速度范圍使汽車工作。在低速傳動狀態，變換器會使轉矩增大。從變換器52傳出的轉矩由齒輪組82速比放大，然后傳給太陽齒輪88。太陽齒輪88和齒圈60的組合轉矩通過行星齒輪92行星架94。行星架94的轉矩連接到輸入軸98。然后齒輪機構20通過所選擇檔位的速比增加轉矩以在輸出軸100產生最終的輸出轉矩。
為了發動汽車，變換器52使得第一變換器鏈輪70的凸緣相對較遠而第二變換器鏈輪72的凸緣相對較近，以提供最大的變換器轉矩增大系數；齒輪機構20處于一檔，提供由離合器16傳遞的發動機轉矩的最大齒輪機構轉矩放大系數。變換器52和齒輪機構20一起提供發動機14和輸出軸100之間的必需的轉矩增大系數，以使車輛啟動。
圖2表明在一車速范圍內發動機轉速和車輛中各個不同轉動部件的轉速之間的關系。在這里，當速度這一詞用于轉動的軸或元件時，是指該軸或元件的轉速。發動機轉速是指發動機曲軸56的轉速。輸入軸58的轉速102在離合器16處于接合狀態時與發動機轉速相等。
最初，齒輪機構20處于提供可用前進檔中最大的轉矩增大系數的一檔，再加上變換器52在其承受范圍內也提供最大的轉矩增大系數，這樣當車輛加速時，輸入軸58的轉速102、變換器輸入軸68的轉速104、變換器輸出軸80的轉速106以及CVT模塊輸出軸96的轉速108都隨著車輛速度110直線增加。但是，當輸入軸轉速102增加到最佳發動機轉速112時，這種情況發生了變化。在最佳發動機轉速112時，輸入軸轉速102達到穩定狀態或保持穩定。當輸入軸轉速102達到穩定狀態時，CVT模塊輸出軸96進而車輛的加速是通過改變變換器52的速比來維持的。
當輸入軸轉速102達到穩定狀態時，等于輸入軸轉速102乘以齒輪組62的速比的變換器輸入軸轉速104也達到穩定狀態。在圖2的實施例中，齒輪組62的速比大約是1.6，即軸68的轉速比軸58的轉速大60％，相反地從軸58傳遞到軸68的轉矩要減少。
在達到穩定狀態之初ECU22開始調整鏈輪70和72的直徑，以維持加速。以變換器輸入軸轉速104轉動的鏈輪70的直徑增加，同時鏈輪72的直徑減小，以增加鏈輪72的速度。通過變換器輸出齒輪組82的傳遞，鏈輪72的速度降低，同時轉矩相應增加。在圖2的實施例中，齒輪組82的速比近似為0.5∶1，即轂90和太陽齒輪88的速度是變速器輸出軸轉速106的一半。
太陽齒輪88的速度增加會引起行星齒輪92并進而引起行星架92繞轉動軸線59轉動的速度增加。當齒圈60和太陽齒輪88以相同的速度轉動時，行星架94的轉動與齒圈60和太陽齒輪88的轉動一致；當太陽齒輪88比齒圈60轉動慢時，行星架94也比齒圈60轉動慢，但比太陽齒輪88轉動得快；當太陽齒輪88比齒圈60轉動快時，行星架94也比齒圈60轉動快。
太陽齒輪88的速度變化和行星架94的速度變化間的相對關系取決于太陽齒輪88和齒圈60之間的相對直徑大小，這可根據以下等式得出θC＝(rRθR+rSθS)/(rR+rS)其中θC是行星架94的轉速；rR是齒圈60的半徑；θR是齒圈60的轉速；rS是太陽齒輪88的半徑；θS是太陽齒輪88的轉速。
在圖2的示例中，齒圈的半徑與太陽齒輪的半徑之比(rR/rS)為2.5。
當變換器52從最大低速傳動狀態過渡到最大超速傳動狀態時，變換器輸出軸轉速106從大約1000轉每分鐘的低點增加到大約6000轉每分鐘的高點；CVT模塊輸出軸轉速108從大約1200轉每分鐘增加到大約1900轉每分鐘。當達到高點113且變換器52處于最大超速傳動狀態時，齒輪機構20換到二檔。換到二檔后，變換器輸出軸轉速106降回到1000轉每分鐘，而CVT模塊輸出軸轉速108降回到1200轉每分鐘。然后變換器重新開始新一輪的循環，從最大低速傳動狀態過渡到最大超速傳動狀態。如果必要，這個過程可以重復進行到三、四、五檔，直到汽車達到需要的行駛速度。
齒輪機構20的速比必須和變換器52的范圍一致，而且要考慮齒輪組62、82和54的速比。對于圖2中的理想傳動，齒輪機構的速比是以大概60％為一個分級均勻變化的，與變換器提供的變化范圍相適應。
在另一個示例性實施例中，是一個18檔齒輪變速器，它可以進行17此換檔，或者說大約為18％且范圍在17％至22％之間的檔位間距，以提一個從低端的12.19∶1到高端的0.73∶1總速比范圍，該變速器可以用一個與CVT模塊18組合的能提供60％的范圍的六檔齒輪機構20或變速器來代替。該六檔變速器的檔位級變大約為60％，與一CVT模塊結合后能提供與該18檔變速器相同速比范圍。一個具有速比為10.48，6.55，4.10，2.56，1.60和1.0的變速器，與一提供60％的范圍的CVT模塊結合，能夠提供從13.26到79的總速比范圍。如果一個齒輪系統被選擇為支持CVT模塊18的100％的范圍，那么可以利用一四級齒輪機構20；此時，檔位級變為100％，而CVT模塊處理不同檔位之間的速度增加，包括一檔之下的低速傳動和四檔之上的超速傳動。速比大約是8.00，4.00，2.00和1.00。
換檔時應謹慎以最大可能地減小能量和速度的損失。圖2中的示例只是理想情況，而且有些不現實，因為沒有為換檔期間車輛速度的降低留有余地。但在傳動系10中，用不同的方法獲得必要的轉矩降低還是可行的。通過這樣一種方法，主摩擦離合器16被分離以允許齒輪機構20通過控制器32換到空檔狀態，就像在換檔時駕駛員用離合器踏板釋放轉矩一樣。一種可選擇的斷開轉矩的方法是利用現有技術中眾所周知的類似于手動執行無離合器或浮動換檔的方法操縱發動機燃料供應。在無離合器的方法中，來自于變速器ECU22的指令指揮ECU24發布一個零轉矩指令給控制器34，如果需要的話，還可以讓ECU24發出轉矩脈沖確保轉矩足夠低以使嚙合齒輪分離。一旦轉矩被斷開，并且齒輪機構20處于空檔狀態，必須實現同步以完成換檔。有別于現有技術中依靠操縱發動機轉速或改變輸入軸98的轉速的方法，本發明利用變換器52調整輸入軸轉速至一同步轉速，而發動機和輸入軸轉速維持在最佳目標轉速112。在升檔時，也可以用輸入軸制動器50輔助變換器52降低輸入軸和與輸入軸一起轉動的元件的轉速。
圖3的曲線更為準確地闡述了在可用部件的限制下傳動系10的運行情況。圖3中的傳動系統構造成，如果需要，能夠補償在換檔過程可能出現的車輛速度的降低。在該系統中應用了一種具有在上文討論過的示例性的Eaton AutoShift變速器的特征的機構。
齒輪機構20的配置如果和圖3中的系統的特點一致的話，那么它就有以下從第一到第七的七個速比9.24，5.35，3.22，2.04，1.37，1.0和0.75；這些速比產生的檔位之間的級變為73％，66％，58％，49％，37％和33％。如果采用平均級變的話，則它們全是52％。不是采用平均級變，這些級變以速比漸增的方式設置成從73％到33％。這樣的結果是，齒輪機構20的單個速比可用的車輛速度范圍在檔與檔之間的改變小于采用均勻級變時的改變。而且速比漸增級變比均勻級變能夠更均勻和更規則地分割齒輪機構的換檔點。作為逐級變化的結果，在高檔用到的變換器范圍較小，這可以通過變換器輸出軸轉速106的最大值的降低得到證明。在七檔，變換器輸出軸的轉速增加并超過在前幾個檔位中的速度，因為沒有其余的高檔可以換入。車輛行駛的最大速度，也即在變速器最大超速傳動點的速度，可能達到95英里每小時(150千米每小時)。只有發動機轉速和輸入軸轉速102’允許超過112’的時候，車輛才可能達到較高的速度。而且，如圖3所示，與車輛速度較低時相比，在較高的車輛速度，變換器在較窄的速度范圍內工作。
圖3與圖2的區別之處還在于，輸入軸轉速在開始從零急劇上升之后不是保持恒定。點114和112’之間的階段表明在變換器調整開始之后，輸入軸轉速繼續增大，并且和圖2沒有真實相等的地方。雖然輸入軸轉速102’與變換器輸出軸轉速106’部分重疊，這只是巧合，基于變換器輸入齒輪組速比和行星齒輪系統速比才發生這種重疊。CVT輸出軸轉速108’大致在點114處表現出輕微的不連續。這可能是由于在變換器調整開始前輸入軸轉速102’降低造成的。齒輪組62的速度放大率是2.5∶1，即當輸入軸轉速102’為2500轉每分鐘時，變換器輸入軸轉速104’為4000轉每分鐘；變換器輸出齒輪組82的速度放大率是0.4∶1，即變換器輸入齒輪組62的速度放大率的倒數。齒圈的半徑rR與太陽齒輪的半徑rR之比是1.5∶1；齒輪機構的速比是9.24，5.35，3.22，2.04，1.37，1.0和0.75。與CVT模塊18一起能夠提供從11.09到0.5的速比范圍，總范圍為23∶1。
圖3和圖2的另一個不同在于換到五檔之后；在換到五檔時輸入軸轉速102’和變換器輸入軸104’都有些小的下降。這反映出車輛在高速穩定行駛狀態下對轉矩降低的需求。
以圖3為模型的傳動系10采用一總速比范圍為6∶1的變換器，該變速器能提供的低速傳動轉矩放大率是2.45∶1，超速傳動轉矩放大率是1∶2.45。從速度106’的曲線圖可以明顯地看出，并沒有用到變換器52的全部范圍。盡管在一檔中基本全部的超速傳動范圍被使用以達到點113’，但在二檔開始并沒有用到低速傳動的全部范圍。這樣為傳動系10提供了轉矩儲備，可用于完成升檔。但在圖2的布局中并沒有此設置。提供轉矩儲備有利于維持發動機轉速不變，即便發生如在陡坡上換檔時容易發生的車輛速度輕微下降。圖3中的其它的升檔過程保留有相似的儲備。這種傳動系統具有充足的低端轉矩能力。可以在齒輪機構處于二檔時就發動車輛，而且在車輛速度達到13英里每小時之前不需要換到三檔。類似地，在超速傳動狀態，變換器52也沒有用到可用的全部范圍。在一檔之后，尤其是在較高檔，變換器用到的速比遠遠小于最大可用速比1∶2.45。
圖4-11提供了安裝在齒輪機構20’上的CVT模塊18’的詳細透視圖。CVT模塊18’被一體化裝在離合器殼116’內。一離合器摩擦片(圖中未示出)將被裝在CVT模塊輸入軸58’上。
圖4是CVT模塊18’和齒輪機構20’的組合圖，圖中CVT模塊18’安裝在齒輪機構20’的左邊。圖4中的圖像相對于圖1的圖像是倒置的，圖4中的控制器32在底部。代表性地，控制器32朝向頂部。變速器ECU22位于齒輪機構20’的遠側，CVT模塊輸入軸58’、組合的CVT模塊輸出軸和齒輪機構輸入軸96’和98’以及齒輪機構輸出軸100’都安裝在第一轉動軸線59’上且以該軸線為中心。變換器輸入軸68’安裝在第二轉動軸線69’上且以該軸線為中心，與輸入軸58’平行但不共線，并且通過齒輪組62’傳動地連接到軸58’。
輸入齒輪組62’的輸入主動齒輪64’固定到齒圈60’的外徑上，這在圖5中表現得更為清楚。軸58’通過球軸承118由離合器殼116轉動地支撐。從動齒輪66’固定到軸68’上。第一變換器鏈輪70’安裝在軸68’上，其可移動凸緣的制動機構的一部分剖開顯示。一變換器殼120與離合器殼116結合封閉變換器52’。行星架94保持行星齒輪92’。行星架固定到組合的軸96’和軸98’上。這種配置方式有利地提供了CVT模塊18’的元件的一種緊湊的布置。
圖6以與圖5基本一致的方位表示CVT模塊18’，只是在離合器殼116的外側不同。圖7是CVT模塊18’沿著第一軸線59和第三軸線87剖開的剖視圖。第二變換器鏈輪72’剖開顯示。輸出傳動齒輪組82’包括輸出主動齒輪84’和輸出從動齒輪86’。
CVT模塊18’的透視圖以另一種角度顯示在圖8中。圖9以與圖8相同的方位示出CVT模塊18’，只是安裝了離合器殼116。圖10示出圖9中的裝配體上又安裝了變換器殼120。圖11是完整的CVT模塊18’和齒輪機構20’的裝配體的外視圖。
本發明并不由前面對于本發明具體實施例的描述來限定。本發明的范圍在后續的權利要求書中加以闡述。
權利要求
1.一種用于機動車輛的無級變速器，包括一構造成包括用于控制變速器的邏輯規則的電子控制單元，其中所述邏輯規則包括發出變速器控制指令；一具有提供選擇性地接合的多個速比的檔位并響應于來自所述電子控制單元的指令接合所述多個速比中的一個速比的自動化齒輪機構，該齒輪機構具有一齒輪機構輸入軸和一齒輪機構輸出軸；一具有一變換器輸入軸和一變換器輸出軸并構造成響應于來自所述電子控制單元的指令連續改變所述變換器軸之間的輸入轉矩與輸出轉矩的比率的變換器，所述變換器輸出軸傳動地連接到所述齒輪機構輸入軸；一傳動地連接到所述變換器輸入軸的輸入齒輪組；一構造成使從所述輸入齒輪組到所述變換器的轉矩減小并且可操作地設置在所述輸入齒輪組與所述變換器輸入軸之間的輸入固定速比元件；以及一構造成使來自所述變換器的轉矩增大并且可操作地設置在所述變換器輸出軸與所述齒輪機構輸入軸之間的輸出固定速比元件。
2.根據權利要求1所述的無級變速器，其特征在于，所述輸入齒輪組是一包括一齒圈、一太陽齒輪和一行星架的行星混合器齒輪組，該行星架保持多個設置在所述齒圈與所述太陽齒輪之間的行星齒輪，所述齒圈、所述太陽齒輪和所述行星架中的至少一個傳動地連接到所述變換器輸入軸。
3.根據權利要求1所述的無級變速器，其特征在于，所述自動化齒輪機構的速比為漸增的速比。
4.一種用于機動車輛的無級變速器，包括一構造成包括用于控制變速器的邏輯規則的電子控制單元，所述邏輯規則包括發出變速器控制指令；一具有提供選擇性地接合的多個速比的檔位并響應于來自所述電子控制單元的指令接合所述多個速比中的一個速比的自動化齒輪機構，該齒輪機構具有一齒輪機構輸入軸和一齒輪機構輸出軸；一具有一變換器輸入軸和一變換器輸出軸并構造成響應于來自所述電子控制單元的指令連續改變所述變換器軸之間的輸入轉矩與輸出轉矩的比率的變換器；一包括一齒圈、一太陽齒輪和一保持多個行星齒輪的行星架的行星混合器齒輪組，所述行星齒輪設置在所述齒圈與所述太陽齒輪之間，所述齒圈固定到一混合器輸入軸，所述太陽齒輪傳動地連接到所述變換器輸出軸，并且所述行星架固定到一傳動地連接到所述自動化齒輪機構輸入軸上的混合器輸出軸。
5.根據權利要求4所述的無級變速器，其特征在于，還包括一構造成使從所述輸入齒輪組到所述變換器的轉矩減小并且可操作地設置在所述混合器輸入軸與所述變換器輸入軸之間的輸入固定速比元件；和一構造成使來自所述變換器的轉矩增大并且可操作地設置在所述變換器輸出軸與所述太陽齒輪之間的輸出固定速比元件。
6.根據權利要求5所述的無級變速器，其特征在于，所述輸入固定速比元件是通過一與所述混合器輸入軸同軸且固定到所述混合器輸入軸的輸入主動齒輪接合一與所述變換器輸入軸同軸且固定到所述變換器輸入軸的輸入從動齒輪來提供的；所述輸出固定速比元件是通過一與所述變換器輸出軸同軸且固定到所述變換器輸出軸的輸出主動齒輪接合一與所述太陽齒輪同軸且固定到所述太陽齒輪的輸出從動齒輪來提供的。
7.根據權利要求6所述的無級變速器，其特征在于，所述輸入主動齒輪固定在所述齒圈的外徑上。
8.根據權利要求6所述的無級變速器，其特征在于，所述輸入從動齒輪和所述輸出主動齒輪都設置在所述變換器鄰近所述自動化齒輪機構的一側上，所述輸出從動齒輪設置在所述行星架與所述自動化齒輪機構之間。
9.根據權利要求7所述的無級變速器，其特征在于，所述輸入從動齒輪和所述輸出主動齒輪都設置在所述變換器鄰近所述自動化齒輪機構的一側上，所述輸出從動齒輪設置在所述行星架與所述自動化齒輪機構之間。
全文摘要
本發明涉及無級分檔變速器，包括具有控制變速器的邏輯規則的電子控制單元，該邏輯規則包括發出變速器控制指令；具有提供選擇性地接合的多個速比的檔位并根據電子控制單元的指令接合多個速比中的一個速比的自動化齒輪機構，該齒輪機構具有齒輪機構輸入軸和齒輪機構輸出軸；具有變換器輸入軸和變換器輸出軸并根據電子控制單元的指令連續改變變換器軸之間的輸入轉矩與輸出轉矩的比率的變換器，變換器輸出軸傳動地連接到齒輪機構輸入軸；傳動地連接到變換器輸入軸的輸入齒輪組；使從輸入齒輪組到變換器的轉矩減小并且可操作地設置在輸入齒輪組與變換器輸入軸之間的輸入固定速比元件；以及使來自變換器的轉矩增大并且可操作地設置在變換器輸出軸與齒輪機構輸入軸之間的輸出固定速比元件。
文檔編號F16H61/686GK1711435SQ200380102808
公開日2005年12月21日 申請日期2003年10月31日 優先權日2002年11月1日
發明者T·J·莫爾舍克 申請人:伊頓公司