本發(fā)明涉及一種串聯(lián)在汽車用機(jī)械無級(jí)變速裝置后的行星齒輪式副變速器，該副變速器具有1個(gè)空擋、1個(gè)停車擋、2個(gè)前進(jìn)擋和1個(gè)倒擋。

背景技術(shù)：

以往在公布的CN 103527736 A中，本申請(qǐng)人提出了“有級(jí)過渡式無級(jí)變速傳動(dòng)”的換擋方法。前述的換擋方法可以為副變速器的換擋元件創(chuàng)造出等轉(zhuǎn)速的有利條件，從而使副變速器的換擋能夠非常順利地進(jìn)行。不過在前述的傳動(dòng)方案中，要求副變速器串聯(lián)在無級(jí)變速裝置和過渡擋從動(dòng)齒輪之間，這樣就對(duì)副變速器有一定的要求。

首先，一般傳統(tǒng)無級(jí)變速器的行星齒輪式正倒擋轉(zhuǎn)換裝置（DNR）大多布置在無級(jí)變速裝置和動(dòng)力輸入軸之間，其承受的最大轉(zhuǎn)矩值為發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩值。副變速器串聯(lián)在無級(jí)變速裝置之后會(huì)導(dǎo)致其承受的最大轉(zhuǎn)矩相對(duì)于傳統(tǒng)的行星齒輪式正倒擋轉(zhuǎn)換裝置（DNR）較大，所以要求副變速器的承載能力應(yīng)該相對(duì)較大。

其次，副變速器串聯(lián)在無級(jí)變速裝置之后，要求其尺寸不能太大。如果副變速器的軸向尺寸過大，再加上過渡擋從動(dòng)齒輪的加持，會(huì)造成變速器整體的軸向尺寸過大，這顯然與小型化的大趨勢(shì)相違背。對(duì)于布置在前置前驅(qū)車型上的無級(jí)變速器而言，其主減速器一般為兩級(jí)圓柱齒輪式減速器。這就要求副變速器靠近主減速器一端的徑向尺寸要小，否則會(huì)導(dǎo)致主減速器的布置困難。綜上，對(duì)于尺寸方面的要求而言，希望副變速器的軸向和縱向尺寸都要相對(duì)較小。

最后，要求副變速器至少具有1個(gè)空擋、2個(gè)前進(jìn)擋和1個(gè)倒擋。在已公布的CN 103453103 A 中，行星齒輪式正倒擋轉(zhuǎn)換裝置（DNR）布置在了動(dòng)力輸入軸與無級(jí)變速裝置之間；2擋式副變速器只具備2個(gè)前進(jìn)擋，布置在了無級(jí)變速裝置和輸出軸之間，結(jié)構(gòu)明顯復(fù)雜。在已公布的CN 103527736 A中，副變速器集成了1個(gè)空擋、1個(gè)倒擋和2個(gè)前進(jìn)擋，布置在了無級(jí)變速裝置和過渡擋從動(dòng)齒輪之間，但是其是通過運(yùn)用2個(gè)行星排來實(shí)現(xiàn)的，加上2個(gè)濕式多片摩擦片式離合器和2個(gè)濕式多片摩擦片式制動(dòng)器，其徑向和軸向尺寸必然很大。

為了盡可能減少軸向和徑向尺寸，本申請(qǐng)人公布了副變速器方案CN 104948680 A。在CN 104948680 A中，運(yùn)用1個(gè)行星排實(shí)現(xiàn)了1個(gè)空擋、1個(gè)倒擋和2個(gè)前進(jìn)擋；其尺寸明顯得到改善。但是前述方案是通過一根軸向移動(dòng)的花鍵軸來改變傳動(dòng)連接形式的，而且此花鍵軸的徑向尺寸受到限制，所以其承受的轉(zhuǎn)矩不能太大。所以，縱然其能提高無級(jí)變速裝置的承載能力，但是副變速器的承載能力又成了薄弱項(xiàng)。

綜上所述，對(duì)于應(yīng)用“有級(jí)過渡式無級(jí)變速傳動(dòng)”換擋理念的無級(jí)變速器來說，串聯(lián)在無級(jí)變速裝置的副變速器，還不能同時(shí)滿足承載轉(zhuǎn)矩和尺寸兩方面的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明基于上述要求，開發(fā)出了承載轉(zhuǎn)矩更大并且尺寸更小的副變速器，使“有級(jí)過渡式無級(jí)變速傳動(dòng)”的整體方案得以實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明基于1個(gè)內(nèi)外嚙合單行星排能夠?qū)崿F(xiàn)1個(gè)倒擋和2個(gè)前進(jìn)擋。包括空擋和停車擋在內(nèi)，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)5種連接形式。本發(fā)明的核心思想在于：輸出軸的切換。

在空擋、停車擋及前進(jìn)擋時(shí)，輸出軸動(dòng)力連接行星架；在倒擋時(shí)，輸出軸動(dòng)力連接齒圈。副變速器的動(dòng)力輸入軸為無級(jí)變速裝置從動(dòng)輪，無級(jí)變速裝置從動(dòng)輪與行星排的太陽輪制成一體或形成常動(dòng)力連接。

在空擋時(shí)，太陽輪為輸入軸，行星架與輸出軸形成動(dòng)力連接，齒圈不受轉(zhuǎn)動(dòng)約束。

在停車擋時(shí)，太陽輪為輸入軸，行星架與輸出軸形成連接同時(shí)，行星架還與殼體連接在一起；通過行星架間接把輸出軸與殼體連接在一起，從而實(shí)現(xiàn)停車擋。

在前進(jìn)擋1擋時(shí)，太陽輪為輸入軸，行星架與輸出軸形成動(dòng)力連接，齒圈與殼體固定在一起。

在前進(jìn)擋2擋時(shí)，太陽輪為輸入軸，行星架與輸出軸形成動(dòng)力連接，齒圈與行星架形成動(dòng)力連接，使行星排的太陽輪、齒圈和行星架固定在一起，三者同步旋轉(zhuǎn)。

在倒擋時(shí)，太陽輪為輸入軸，齒圈與輸出軸形成動(dòng)力連接，行星架與殼體固定在一起。

為實(shí)現(xiàn)上述5個(gè)擋位（前進(jìn)擋1擋、前進(jìn)擋2擋、倒擋、空擋和停車擋）不同的連接形式，本發(fā)明通過布置3個(gè)換擋元件來實(shí)現(xiàn)。這3個(gè)換擋元件中有1個(gè)是制動(dòng)器，能夠斷開和接合殼體和齒圈；這個(gè)制動(dòng)器可以是形狀鎖合式制動(dòng)器也可以是濕式多片摩擦片式制動(dòng)器。其余2個(gè)換擋元件均為形狀鎖合式換擋元件，其中1個(gè)形狀鎖合式換擋元件能夠使輸出軸選擇性地動(dòng)力連接行星架或齒圈；另外1個(gè)形狀鎖合式換擋元件能夠使行星架選擇性地動(dòng)力連接殼體或齒圈。

附圖說明

附圖1是制動(dòng)器B為形狀鎖合式制動(dòng)器時(shí)，本副變速器Vf的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖2是制動(dòng)器B為形狀鎖合式制動(dòng)器時(shí)，副變速器Vf的大小示意圖；圖中細(xì)實(shí)線輪廓為副變速器Vf的外輪廓（包括過渡擋從動(dòng)齒輪4）。

附圖3是制動(dòng)器B為濕式多片摩擦片式制動(dòng)器時(shí)，本副變速器Vf的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖4是制動(dòng)器B為濕式多片摩擦片式制動(dòng)器時(shí)，副變速器Vf的大小示意圖；圖中細(xì)實(shí)線輪廓為副變速器Vf的外輪廓（包括過渡擋從動(dòng)齒輪4）。

附圖5是有級(jí)過渡式無級(jí)變速傳動(dòng)方案的結(jié)構(gòu)示意圖。

在所有的附圖中，標(biāo)號(hào)所代表的總成或零件都是一致的。其中，1、太陽輪；2、齒圈；3、行星架；4、過渡擋從動(dòng)齒輪；5、無級(jí)變速裝置從動(dòng)輪；6、輸出軸；7、過渡擋中間齒輪；8、過渡擋主動(dòng)齒輪；9、輸入軸；10、過渡擋離合器；B、制動(dòng)器；SE1和SE2均為形狀鎖合式換擋元件；Va、無級(jí)變速傳動(dòng)裝置；Vf、副變速器；G、過渡擋傳動(dòng)路徑；K、殼體。

具體實(shí)施方案

本副變速器Vf的制動(dòng)器B既可以是形狀鎖合式制動(dòng)器也可以是濕式多片摩擦片式制動(dòng)器。制動(dòng)器B的功能是斷開和接合殼體K和齒圈 2；制動(dòng)器B的結(jié)構(gòu)形式并不改變副變速器Vf的傳動(dòng)連接形式和制動(dòng)器B的功能。本說明書將就這2種情況進(jìn)行討論。在本說明書的前半部分，將以制動(dòng)器B為形狀鎖合式制動(dòng)器的情況為主來進(jìn)行討論；在本說明書的末尾，將闡述運(yùn)用濕式多片摩擦片式制動(dòng)器B的緣由。

如附圖1，無級(jí)變速裝置從動(dòng)輪5與行星排的太陽輪1制成一體或形成常傳動(dòng)連接；過渡擋從動(dòng)齒輪4與輸出軸6常傳動(dòng)連接；形狀鎖合式換擋元件SE1能夠使行星架3選擇性地連接殼體K或齒圈2；制動(dòng)器B能夠斷開和接合殼體K和齒圈 2；形狀鎖合式換擋元件SE2能夠使輸出軸6選擇性地連接行星架3或齒圈2。齒圈2與太陽輪1的齒數(shù)之比在1.6到1.9之間，行星齒輪的個(gè)數(shù)可以為3、4、5或6。

形狀鎖合式換擋元件SE1為不帶同步功能的形狀鎖合式換擋元件，其與行星架3的連接端在行星架3的左側(cè)，其與行星架3的連接端在其的中間，其與殼體K的連接端布置在其左側(cè)，其與齒圈2的連接端布置在其右側(cè)；而且形狀鎖合式換擋元件SE1受相應(yīng)的撥叉控制。形狀鎖合式換擋元件SE1有3種工作狀態(tài)：形狀鎖合式換擋元件SE1動(dòng)力連接行星架3和殼體K；形狀鎖合式換擋元件SE1動(dòng)力連接行星架3和齒圈2；形狀鎖合式換擋元件SE1保持空擋狀態(tài)，行星架3不與殼體K和齒圈2中任意一者連接，以實(shí)現(xiàn)空擋。

制動(dòng)器B為帶同步功能的形狀鎖合式換擋元件（制動(dòng)器B為濕式多片摩擦片式制動(dòng)器的情況會(huì)在本說明書末尾進(jìn)行討論），其布置在形狀鎖合式換擋元件SE1與過渡擋從動(dòng)齒輪4的軸向空間之間，而且制動(dòng)器B也受相應(yīng)的撥叉控制。

形狀鎖合式換擋元件SE2為不帶同步功能的形狀鎖合式換擋元件；其與行星架3的連接端在行星架3的右側(cè)，而且其與行星架3的連接端在其左側(cè)；其與齒圈2的連接端布置在其右側(cè)，其與輸出軸6的連接端在其中間。與形狀鎖合式換擋元件SE1不同的是，形狀鎖合式換擋元件SE2的控制是通過布置在行星架3內(nèi)部的若干小型活塞實(shí)現(xiàn)的。小型活塞的數(shù)目一般與行星齒輪的數(shù)目相同。在前進(jìn)擋、停車擋以及空擋的條件下，形狀鎖合式換擋元件SE2在回位彈簧的作用下連接輸出軸6和行星架3；在倒擋條件下，通過相應(yīng)小型活塞的推力作用使輸出軸6和齒圈2形成動(dòng)力連接。與形狀鎖合式換擋元件SE1不同，形狀鎖合式換擋元件SE2只有2種工作狀態(tài)：形狀鎖合式換擋元件SE2動(dòng)力連接輸出軸6和行星架3；形狀鎖合式換擋元件SE2動(dòng)力連接輸出軸6和齒圈2。形狀鎖合式換擋元件SE2并不存在空擋的工作狀態(tài)。所述工作狀態(tài)是指副變速器Vf的5個(gè)擋位（前進(jìn)擋1擋、前進(jìn)擋2擋、倒擋、空擋和停車擋）。

至此，通過以上部件和各部件間的布置位置可以使本副變速器Vf實(shí)現(xiàn)5種不同擋位的傳動(dòng)連接形式。

一般而言，換擋元件主要分形狀鎖合式和摩擦接合式兩種。摩擦接合式相對(duì)于形狀鎖合式的最大優(yōu)勢(shì)就在于其兩個(gè)接合端在接合前一刻允許有轉(zhuǎn)速差。但是摩擦接合式也有一定的缺點(diǎn)。以濕式多片摩擦片式離合器為例，隨著承載轉(zhuǎn)矩的提高，摩擦片的片數(shù)要增加，這樣軸向距離會(huì)增大；此外，濕式多片摩擦片式離合器還需要占軸向和縱向空間都較大的活塞驅(qū)動(dòng)等等。可以說承載相同的轉(zhuǎn)矩，形狀鎖合式換擋元件要比摩擦接合式換擋元件尺寸小得多，但是限制其應(yīng)用的因素就是其在接合前不能有轉(zhuǎn)速差。

本發(fā)明在條件允許的情況下，盡可能多地使用了形狀鎖合式換擋元件。在本發(fā)明中，之所以副變速器Vf的換擋元件可以都在采用形狀鎖合式換擋元件，是因?yàn)椤坝屑?jí)過渡式無級(jí)變速傳動(dòng)”的換擋方法使副變速器Vf在換擋動(dòng)作前已經(jīng)消除了換擋元件兩端的轉(zhuǎn)速差。這種優(yōu)勢(shì)尤為明顯地體現(xiàn)在前進(jìn)擋切換的過程中。

倒擋和空擋的切換，則是巧妙地運(yùn)用了車速為零時(shí)刻的狀態(tài)和過渡擋離合器10（過渡擋離合器10為濕式多片摩擦片式離合器）的存在，如附圖5所示。

由空擋向倒擋切換前，行星架3連接輸出軸6，齒圈2空轉(zhuǎn)。對(duì)于行星排而言，只要太陽輪1、齒圈2和行星架3三者中的兩者運(yùn)動(dòng)確定，整個(gè)行星排的運(yùn)動(dòng)就能確定。當(dāng)車速為零時(shí)，行星架3的轉(zhuǎn)速也就為零；這時(shí)如果過渡擋離合器10能夠接合，則太陽輪1的轉(zhuǎn)速也為零，此時(shí)齒圈2的轉(zhuǎn)速也就為零。所以當(dāng)車速為零時(shí)，在過渡擋離合器10接合的前提下，可以先使形狀鎖合式換擋元件SE2由連接行星架3和輸出軸6的狀態(tài)轉(zhuǎn)為連接齒圈2和輸出軸6，再使形狀鎖合式換擋元件SE1由分離的狀態(tài)轉(zhuǎn)為連接行星架3和殼體K即可。這就完成了由空擋向倒擋的切換。在此過程中，過渡擋離合器10的接合力不能過大，以恰好使輸入軸9不能轉(zhuǎn)動(dòng)為宜。

由倒擋向空擋切換前，輸出軸6連接齒圈2，行星架3連接殼體K。如果要使行星架3與輸出軸6相連，應(yīng)提前使行星架3與殼體K先分開；這樣，狀態(tài)就變?yōu)檩敵鲚S6連接齒圈2，行星架3空轉(zhuǎn)。當(dāng)車速為零時(shí)，在過渡擋離合器10接合的前提下，使形狀鎖合式換擋元件SE2由連接齒圈2和輸出軸6的狀態(tài)轉(zhuǎn)為連接行星架3和輸出軸6即可。這就完成了由倒擋向空擋的切換。

為了使車輛能夠在低速行駛的過程中轉(zhuǎn)化為空擋，而且能夠在低速行駛的過程中由空擋掛入前進(jìn)擋1擋，本發(fā)明使制動(dòng)器B（形狀鎖合式換擋元件）具有同步功能。制動(dòng)器B（形狀鎖合式換擋元件）可以是簡(jiǎn)單的常壓式同步器，也可以是稍顯復(fù)雜的慣性式同步器。

附圖2為制動(dòng)器B為形狀鎖合式制動(dòng)器時(shí)，副變速器Vf的大小示意圖。附圖2中，細(xì)實(shí)線輪廓為副變速器Vf最大的外輪廓（包括過渡擋從動(dòng)齒輪4），本副變速器Vf運(yùn)動(dòng)部件的徑向尺寸還要比其外輪廓小。如附圖2可以看出，本副變速器Vf（包括過渡擋從動(dòng)齒輪4）的軸向尺寸和徑向尺寸都在合理的范圍內(nèi)，并不會(huì)對(duì)布置二級(jí)圓柱齒輪式主減速裝置的布置產(chǎn)生阻礙。

一般而言，自動(dòng)變速器都盡量地工作在最小傳動(dòng)比工況，這時(shí)后備功率小，燃油消耗率低，但是其動(dòng)力性也比較差。如果此時(shí)要進(jìn)行急加速，則必然要進(jìn)行強(qiáng)制降擋以換取良好的動(dòng)力性，才能快速地完成加速。

如前所述，自動(dòng)變速器都盡量地工作在最小傳動(dòng)比工況。如果此時(shí)車輛本身進(jìn)行緊急制動(dòng)，則隨著車速的快速降低，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也會(huì)快速降低，如果變速器的傳動(dòng)比不快速升高的話，很容易造成發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過低而熄火。

綜上，變速器整體傳動(dòng)比需要具備快速升高的能力，以使其滿足各個(gè)工況的需求。由“有級(jí)過渡式無級(jí)變速傳動(dòng)”的換擋方法可知，要使有級(jí)過渡式無級(jí)變速器整機(jī)的傳動(dòng)比由最小附近變到最大附近，無級(jí)變速裝置Va的傳動(dòng)比變化要經(jīng)歷3個(gè)階段：由最小附近到最大附近（降到過渡擋傳動(dòng)路徑G工作的工況），由最大附近到最小附近（尋找同速點(diǎn)），由最小附近到最大附近。這可能是比較慢的，至于到底時(shí)間是多少還得通過實(shí)驗(yàn)和仿真等手段來進(jìn)行研究。在這里不作具體的定論。所以，為了防止在副變速器Vf的制動(dòng)器B為形狀鎖合式制動(dòng)器時(shí)，有級(jí)過渡式無級(jí)變速器整體傳動(dòng)比不具備快速變大的能力，本發(fā)明也申請(qǐng)保護(hù)了副變速器Vf的制動(dòng)器B為濕式多片摩擦片式制動(dòng)器的情況。

當(dāng)副變速器Vf的制動(dòng)器B為濕式多片摩擦片式制動(dòng)器時(shí)，副變速器Vf的結(jié)構(gòu)示意圖如附圖3所示。附圖4為制動(dòng)器B為濕式多片摩擦片式制動(dòng)器時(shí)，副變速器Vf的大小示意圖。附圖4中，細(xì)實(shí)線輪廓為副變速器Vf最大的外輪廓（包括過渡擋從動(dòng)齒輪4），本副變速器Vf運(yùn)動(dòng)部件的徑向尺寸還要比其外輪廓小。如附圖4可以看出，當(dāng)制動(dòng)器B為濕式多片摩擦片式制動(dòng)器時(shí)，本副變速器Vf（包括過渡擋從動(dòng)齒輪4）的軸向尺寸和徑向尺寸同樣都在合理的范圍內(nèi)，也不會(huì)對(duì)布置二級(jí)圓柱齒輪式主減速裝置的布置產(chǎn)生阻礙。

濕式多片摩擦片式制動(dòng)器B的加入，可以使有級(jí)過渡式無級(jí)變速器能夠?qū)崿F(xiàn)快速地傳動(dòng)比增大，但是其成本會(huì)有所增加。

傳統(tǒng)無級(jí)變速器的行星齒輪式正倒擋轉(zhuǎn)換裝置（DNR）只能實(shí)現(xiàn)1個(gè)前進(jìn)擋、1個(gè)倒擋和空擋。本副變速器Vf雖然只有1個(gè)內(nèi)外嚙合式行星排，除了能實(shí)現(xiàn)基本的功能（2個(gè)前進(jìn)擋、1個(gè)倒擋和空擋）外，還能利用現(xiàn)有部件實(shí)現(xiàn)停車擋，這就避免了重新設(shè)計(jì)停車擋相關(guān)元件的需要，從而使結(jié)構(gòu)更加的簡(jiǎn)單。