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技术领域

本发明属于汽车传动技术领域，具体涉及一种四挡助力变速箱及其换挡过程控制方法。

背景技术

机械式自动变速箱(AMT)以手动变速箱为基础，通过增加选换挡执行机构和离合器执 行机构及相应的传感器和控制单元，实现自动换挡。机械式自动变速箱有效解决了手动变速 器不能自动换挡以及自动变速器传动效率低的问题，结构简单，成本低，传动效率高。但换 挡过程中动力中断的固有缺陷并没有得到根本的解决，而且带来了换挡过程中换挡冲击以及 起步不平顺的问题，影响车辆的动力性和乘坐的舒适性，严重制约了其发展及产业化空间。

动力中断是AMT结构性的固有缺陷，仅仅通过控制算法的改进无法从本质上解决。双 离合器自动变速器(DCT)技术的出现为传动系统带来了曙光，是对AMT技术的一种升级， 可以实现动力换挡，而且换挡舒适性也得到极大地提高，但该系统结构复杂，关键零部件对 设计、加工制造技术要求非常高，导致DCT技术门槛以及成本很高，限制了其广泛应用的 潜力。

为了消除动力中断，hitachi公司提出了带assist clutch(助力离合器)的AMT，换挡过程 中，通过assist clutch的滑摩，补偿中断的驱动动力。然而这种机构补偿能力有限：以5挡变 速器为例，如果对所有的换挡过程均能有效补偿动力，动力补偿离合器需安装于最高挡位5 挡，使其在所有换挡过程中主动盘转速高于被动盘转速，从而为换挡过程提供驱动力矩(而 不是拖动力矩)。然而最高挡位的动力补偿对低挡换挡的补偿能力是较弱的，如果5挡速比为 1，1挡速比为4，那么对于1挡—2挡之间的切换，补偿动力大约为四分之一，而且此时的 动力补偿离合器的转速差非常大，增加补偿扭矩意味着滑摩功的急剧上升。

发明内容

为了解决现有技术在补偿驱动动力中断时滑模损失较大的问题，本发明提了一种采用相 邻速比挡位助力方式的四挡助力变速箱及其换挡过程控制方法。

所述四挡助力变速箱主要包括：输入轴1、离合器压盘2、离合器摩擦片3、齿轮Ⅰ4、 双联齿轮A(左齿5，右齿6)、双联齿轮B(左齿8，右齿9)、输出轴10、齿轮Ⅱ11、双联 齿轮C(右齿13，左齿14)、齿轮Ⅲ16、齿轮Ⅳ17和单向轴承18；

离合器摩擦片3、齿轮Ⅰ4、双联齿轮A和双联齿轮B均空套在输入轴1上；双联齿轮A 和双联齿轮B之间设有同步器Ⅰ7与输入轴1连接，齿轮Ⅰ4与离合器摩擦片3连接；

齿轮Ⅱ11、双联齿轮C和齿轮Ⅳ17均空套在输出轴10上；同步器Ⅱ12位于双联齿轮C 与齿轮Ⅱ11之间并与输入轴10连接，同步器Ⅲ15位于双联齿轮C与齿轮Ⅲ16之间与齿轮Ⅳ 17连接并空套在输出轴10上；齿轮Ⅲ16空套在齿轮Ⅳ17和同步器Ⅲ15的连接上，单向轴承 18与输出轴10连接并位于齿轮Ⅳ17与输出轴10之间，以实现当齿轮Ⅳ17的旋转速度大于 输出轴10的旋转速度时，齿轮Ⅳ17上的动力可以传递到输出轴10上，当齿轮Ⅳ17的旋转速 度小于输出轴10时，齿轮Ⅳ17上的动力无法传递到输出轴10上；

同步器Ⅰ7、同步器Ⅱ12和同步器Ⅲ15均存在与三种结合状态：中间位置状态、向左滑 动结合状态和向右滑动结合状态；

齿轮Ⅰ4与齿轮Ⅳ17啮合，双联齿轮A左齿5与齿轮Ⅲ16啮合，双联齿轮A右齿6与 双联齿轮C左齿14啮合，双联齿轮B左齿8与双联齿轮C右齿13啮合，双联齿轮B右齿9 与齿轮Ⅱ11啮合。

本发明可以提供四个有效挡位，下面具体描述一下各个挡位的动力传递路线：

该变速箱1挡工作时，同步器Ⅰ7向右滑动结合，同步器Ⅱ12向左滑动结合，同步器Ⅲ 15保持中间脱离状态。动力源输出动力通过输入轴1，同步器Ⅰ7，双联齿轮B左齿8，双联 齿轮C右齿13，同步器Ⅱ12传递到输出轴10上。

该变速箱2挡工作时，同步器Ⅰ7向右滑动结合，同步器Ⅱ12向右滑动结合，同步器Ⅲ 15保持中间脱离状态。动力源输出动力通过输入轴1，同步器Ⅰ7，双联齿轮B右齿9，齿轮 Ⅱ11，同步器Ⅱ12传递到输出轴10上。

该变速箱3挡工作时，同步器Ⅰ7向左滑动结合，同步器Ⅱ12向右滑动结合，同步器Ⅲ 15保持中间脱离状态。动力源输出动力通过输入轴1，同步器Ⅰ7，双联齿轮A右齿6，双联 齿轮C左齿14，双联齿轮C右齿13，双联齿轮B左齿8，双联齿轮B右齿9，齿轮Ⅱ11，同 步器Ⅱ12传递到输出轴10上。

该变速箱4挡工作时，同步器Ⅲ15向左滑动结合，同步器Ⅱ12向右滑动结合，同步器Ⅰ 7保持中间脱离状态，离合器压盘2与离合器摩擦片3结合。动力源输出动力通过输入轴1， 离合器压盘2，离合器摩擦片3，齿轮Ⅰ4，齿轮Ⅳ17，同步器Ⅲ15，齿轮Ⅲ16，双联齿轮A 左齿5，双联齿轮A右齿6，双联齿轮C左齿14，双联齿轮C右齿13，双联齿轮B左齿8， 双联齿轮B右齿9，齿轮Ⅱ11，同步器Ⅱ12传递到输出轴10上。

所述变速器的换挡控制过程具体如下：

从1挡升入2挡时，离合器压盘2与离合器摩擦片3逐渐结合，动力源输出的动力，一 部分通过1挡动力路线传递到输出轴10，另一部分动力通过输入轴1，离合器压盘2，离合 器摩擦片3，齿轮Ⅰ4，齿轮Ⅳ17，单向轴承18传递到输出轴10上。随着离合器压盘2与离 合器摩擦片3结合程度的加深，通过1挡传递的动力逐渐减小，当减小为零时，同步器Ⅱ12 脱开，同步器Ⅱ12向右滑动结合，离合器压盘2与离合器摩擦片3逐渐分开，挂入2挡。动 力源输出动力通过输入轴1，同步器Ⅰ7，双联齿轮B右齿9，齿轮Ⅱ11，同步器Ⅱ12传递到 输出轴10上。

从2挡升入3挡时，同步器Ⅲ15向右滑动结合，离合器压盘2与离合器摩擦片3逐渐结 合，动力源输出的动力，一部分通过2挡动力路线传递到输出轴10，另一部分动力通过输入 轴1，离合器压盘2，离合器摩擦片3，齿轮Ⅰ4，齿轮Ⅳ17，同步器Ⅲ15，双联齿轮C右齿 13，双联齿轮B左齿8，双联齿轮B右齿9，齿轮Ⅱ11，同步器Ⅱ12传递到输出轴10上。随 着离合器压盘2与离合器摩擦片3结合程度的加深，通过2挡传递的动力逐渐减小，当减小 为零时，同步器Ⅰ7脱开，同步器Ⅰ7向左滑动结合，离合器压盘2与离合器摩擦片3逐渐分 开，同步器Ⅲ15脱开，挂入3挡。动力源输出动力通过输入轴1，同步器Ⅰ7，双联齿轮B 右齿9，齿轮Ⅱ11，同步器Ⅱ12传递到输出轴10上。

从3挡升入4挡时，同步器Ⅲ15向左滑动结合，离合器压盘2与离合器摩擦片3逐渐结 合，动力源输出的动力，一部分通过3挡动力路线传递到输出轴10，另一部分动力通过输入 轴1，离合器压盘2，离合器摩擦片3，齿轮Ⅰ4，齿轮Ⅳ17，同步器Ⅲ15，齿轮Ⅲ16，双联 齿轮A左齿5，双联齿轮A右齿6，双联齿轮C左齿14，双联齿轮C右齿13，双联齿轮B 左齿8，双联齿轮B右齿9，齿轮Ⅱ11，同步器Ⅱ12传递到输出轴10。随着离合器压盘2与 离合器摩擦片3结合程度的加深，通过3挡传递的动力逐渐减小，当减小为零时，同步器Ⅰ7 脱开，离合器压盘2与离合器摩擦片3完全结合，挂入4挡。动力源输出动力通过输入轴1， 离合器压盘2，离合器摩擦片3，齿轮Ⅰ4，齿轮Ⅳ17，同步器Ⅲ15，齿轮Ⅲ16，双联齿轮A 左齿5，双联齿轮A右齿6，双联齿轮C左齿14，双联齿轮C右齿13，双联齿轮B左齿8， 双联齿轮B右齿9，齿轮Ⅱ11，同步器Ⅱ12传递到输出轴10上。

本发明有益效果：

1、采用相邻速比挡位助力，可以减少离合器滑磨损失，减少能量损耗。

2、本发明只采用一个离合器就能够实现车辆起步以及无动力中断换挡，零件数少，成本 低。

3、本发明可实现4个有效挡位。

附图说明

图1为本发明主体结构；

图2为本发明1挡下动力传递路线；

图3为本发明2挡下动力传递路线；

图4为本发明3挡下动力传递路线；

图5为本发明4挡下动力传递路线；

图6为本发明助力Ⅰ挡动力传递路线；

图7为本发明助力Ⅱ挡动力传递路线；

图8为本发明助力Ⅲ挡动力传递路线；

以上附图中的标记如下：包括输入轴1，离合器压盘2，离合器摩擦片3，齿轮Ⅰ4，双 联齿轮A左齿5，双联齿轮A右齿6，同步器Ⅰ7，双联齿轮B左齿8，双联齿轮B右齿9， 输出轴10，齿轮Ⅱ11，同步器Ⅱ12，双联齿轮C右齿13，双联齿轮C左齿14，同步器Ⅲ15， 齿轮Ⅲ16，齿轮Ⅳ17，单向轴承18。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步阐述。

如图1所示，本发明中所述四挡助力变速箱主要包括：输入轴1、离合器压盘2、离合器 摩擦片3、齿轮Ⅰ4、双联齿轮A(左齿5，右齿6)、双联齿轮B(左齿8，右齿9)、输出轴 10、齿轮Ⅱ11、双联齿轮C(右齿13，左齿14)、齿轮Ⅲ16、齿轮Ⅳ17和单向轴承18。

离合器摩擦片3、齿轮Ⅰ4、双联齿轮A和双联齿轮B均空套在输入轴1上；双联齿轮A 和双联齿轮B之间设有同步器Ⅰ7与输入轴1连接，齿轮Ⅰ4与离合器摩擦片3连接。

齿轮Ⅱ11、双联齿轮C和齿轮Ⅳ17均空套在输出轴10上；同步器Ⅱ12位于双联齿轮C 与齿轮Ⅱ11之间并与输入轴10连接，同步器Ⅲ15位于双联齿轮C与齿轮Ⅲ16之间与齿轮Ⅳ 17连接并空套在输出轴10上；齿轮Ⅲ16空套在齿轮Ⅳ17和同步器Ⅲ15的连接上，单向轴承 18与输出轴10连接并位于齿轮Ⅳ17与输出轴10之间，以实现当齿轮Ⅳ17的旋转速度大于 输出轴10的旋转速度时，齿轮Ⅳ17上的动力可以传递到输出轴10上，当齿轮Ⅳ17的旋转速 度小于输出轴10时，齿轮Ⅳ17上的动力无法传递到输出轴10上。

齿轮Ⅰ4与齿轮Ⅳ17啮合，双联齿轮A左齿5与齿轮Ⅲ16啮合，双联齿轮A右齿6与 双联齿轮C左齿14啮合，双联齿轮B左齿8与双联齿轮C右齿13啮合，双联齿轮B右齿9 与齿轮Ⅱ11啮合。

同步器Ⅰ7、同步器Ⅱ12和同步器Ⅲ15均存在与三种结合状态：中间位置状态、向左滑 动结合状态和向右滑动结合状态。

本发明可以提供四个有效挡位，下面结合附图具体描述各个挡位的动力传递路线：

如图2所示，当本发明1挡工作时，同步器Ⅰ7向右滑动结合，同步器Ⅱ12向左滑动结 合，其余脱开。动力源输出动力通过输入轴1，同步器Ⅰ7，双联齿轮B左齿8，双联齿轮C 右齿13，同步器Ⅱ12传递到输出轴10上。

如图3所示，当本发明2挡工作时，同步器Ⅰ7向右滑动结合，同步器Ⅱ12向右滑动结 合，其余脱开。动力源输出动力通过输入轴1，同步器Ⅰ7，双联齿轮B右齿9，齿轮Ⅱ11， 同步器Ⅱ12传递到输出轴10上。

如图4所示，当本发明3挡工作时，同步器Ⅰ7向左滑动结合，同步器Ⅱ12向右滑动结 合，其余脱开。动力源输出动力通过输入轴1，同步器Ⅰ7，双联齿轮A右齿6，双联齿轮C 左齿14，双联齿轮C右齿13，双联齿轮B左齿8，双联齿轮B右齿9，齿轮Ⅱ11，同步器Ⅱ 12传递到输出轴10上。

如图5所示，当本发明4挡工作时，同步器Ⅲ15向左滑动结合，同步器Ⅱ12向右滑动结 合，其余脱开，离合器压盘2与离合器摩擦片3结合。动力源输出动力通过输入轴1，离合 器压盘2，离合器摩擦片3，齿轮Ⅰ4，齿轮Ⅳ17，同步器Ⅲ15，齿轮Ⅲ16，双联齿轮A左齿 5，双联齿轮A右齿6，双联齿轮C左齿14，双联齿轮C右齿13，双联齿轮B左齿8，双联 齿轮B右齿9，齿轮Ⅱ11，同步器Ⅱ12传递到输出轴10上。

下面结合图3～图8具体描述一下本发明的换挡过程。

当需要从1挡升入2挡时，离合器压盘2与离合器摩擦片3逐渐结合，动力源输出的动 力，一部分通过1挡动力路线传递到输出轴10，另一部分动力通过输入轴1，离合器压盘2， 离合器摩擦片3，齿轮Ⅰ4，齿轮Ⅳ17，单向轴承18传递到输出轴10上，如图6。随着离合 器压盘2与离合器摩擦片3结合程度的加深，通过1挡传递的动力逐渐减小，当减小为零时， 同步器Ⅱ12脱开，同步器Ⅱ12向右滑动结合，离合器压盘2与离合器摩擦片3逐渐分开，挂 入2挡。动力源输出动力通过输入轴1，同步器Ⅰ7，双联齿轮B右齿9，齿轮Ⅱ11，同步器 Ⅱ12传递到输出轴10上，如图3。

当需要从2挡升入3挡时，同步器Ⅲ15向右滑动结合，离合器压盘2与离合器摩擦片3 逐渐结合，动力源输出的动力，一部分通过2挡动力路线传递到输出轴10，另一部分动力通 过输入轴1，离合器压盘2，离合器摩擦片3，齿轮Ⅰ4，齿轮Ⅳ17，同步器Ⅲ15，双联齿轮C 右齿13，双联齿轮B左齿8，双联齿轮B右齿9，齿轮Ⅱ11，同步器Ⅱ12传递到输出轴10 上，如图7。随着离合器压盘2与离合器摩擦片3结合程度的加深，通过2挡传递的动力逐 渐减小，当减小为零时，同步器Ⅰ7脱开，同步器Ⅰ7向左滑动结合，离合器压盘2与离合器 摩擦片3逐渐分开，同步器Ⅲ15脱开，挂入3挡。动力源输出动力通过输入轴1，同步器Ⅰ7， 双联齿轮B右齿9，齿轮Ⅱ11，同步器Ⅱ12传递到输出轴10上，如图4。

当需要从3挡升入4挡时，同步器Ⅲ15向左滑动结合，离合器压盘2与离合器摩擦片3 逐渐结合，动力源输出的动力，一部分通过3挡动力路线传递到输出轴10，另一部分动力通 过输入轴1，离合器压盘2，离合器摩擦片3，齿轮Ⅰ4，齿轮Ⅳ17，同步器Ⅲ15，齿轮Ⅲ16， 双联齿轮A左齿5，双联齿轮A右齿6，双联齿轮C左齿14，双联齿轮C右齿13，双联齿 轮B左齿8，双联齿轮B右齿9，齿轮Ⅱ11，同步器Ⅱ12传递到输出轴10，如图8。随着离 合器压盘2与离合器摩擦片3结合程度的加深，通过3挡传递的动力逐渐减小，当减小为零 时，同步器Ⅰ7脱开，离合器压盘2与离合器摩擦片3完全结合，挂入4挡。动力源输出动 力通过输入轴1，离合器压盘2，离合器摩擦片3，齿轮Ⅰ4，齿轮Ⅳ17，同步器Ⅲ15，齿轮 Ⅲ16，双联齿轮A左齿5，双联齿轮A右齿6，双联齿轮C左齿14，双联齿轮C右齿13， 双联齿轮B左齿8，双联齿轮B右齿9，齿轮Ⅱ11，同步器Ⅱ12传递到输出轴10上，如图5。

从以上换挡过程中可以看出本发明在换挡过程中能够实现相邻速比挡位助力，在无动力 中断的同时，能够减少离合器的滑磨损失。

表1为各组啮合齿轮的齿数比。

表1

表1中齿轮Ⅱ11齿数与双联齿轮B右齿9齿数之比为N1、双联齿轮C右齿13齿数与双 联齿轮B左齿8齿数之比为N2、双联齿轮C左齿14齿数与双联齿轮A右齿6齿数之比为 N3、齿轮Ⅲ16齿数与双联齿轮A左齿5齿数之比为N4，齿轮Ⅳ17齿数与齿轮Ⅰ4齿数之比 为N5。

表2为本发明各个挡位的速比分配。

表2

表2中I1为1挡速比，I2为2挡速比，I3为3挡速比，I4为4挡速比，I1-2为助力Ⅰ挡 速比，I2-3为助力Ⅱ挡速比，I3-4为助力Ⅲ挡速比。