CN101319704B - 八速变速器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及八速变速器。具体而言，本发明的变速器具有可用于动力系的多个部件，以提供八个前进速度比和一个倒档速度比。这种变速器包括四个行星齿轮组，其具有五个扭矩传递机构，两个固定的互连部件以及一个接地部件。该动力系包括发动机和持续地连接在至少一个行星齿轮部件上的扭矩变换器，以及持续地与另一行星齿轮部件相连接的输出部件。这五个扭矩传递机构提供了在各种齿轮部件之间的互连，并且组合地进行操作，以建立八个前进速度比和一个倒档速度比。

Description

八速变速器
相关申请的交叉引用
本申请要求享有于2007年4月6日提交的美国临时申请No.60/910,465的权益，该美国临时申请通过引用而完整地结合在本文中。
技术领域
本发明涉及一种具有四个行星齿轮组的动力传动装置，这些行星齿轮组由五个扭矩传递装置控制，以提供八个前进速度比和一个倒档速度比。
背景技术
客车包括由发动机、多级变速器和差速传动或主减速器组成的动力系。多级变速器通过容许发动机在其扭矩范围内多次操作而提高了车辆的整个操作范围。变速器中可得到的前进速度比的数量确定了发动机扭矩范围重复的次数。早前的自动变速器具有两个速度范围。这严格地限制了车辆的整个速度范围，并因此需要相对较大的发动机，其可产生较宽的速度和扭矩范围。这导致发动机在巡航期间操作在某个比燃料消耗点上，而非最有效点。因此，手动换档(副轴变速器)是最常用的。
随着三速和四速自动变速器的到来，自动换档(行星齿轮)变速器提高了汽车大众化的普及性。这些变速器改进了车辆的操作性能和燃料经济性。速度比的数量增加将减少在速度比之间的步长，并因此通过在正常车辆加速下使操作员基本察觉不到速度比替换而改进变速器的换档质量。
六速变速器提供了几个超越四速和五速变速器的优势，包括改进的车辆加速度和改进的燃料经济性。虽然许多货车采用具有六个或更多前进速度比的动力传动装置(变速器)，但是由于这些变速器的尺寸和复杂性，客车仍然制造成带有三速和四速自动变速器，以及相对较少的五速或六速装置。
七速、八速和九速变速器在加速度和燃料经济性方面提供了超越六速变速器的进一步改进。然而，类似于上面论述的六速变速器，七速、八速和九速变速器的发展由于复杂性、尺寸和成本而被排除在外。
发明内容
本发明提供一种改进的变速器，其具有四个受控制的行星齿轮组，以提供八个前进速度比和一个倒档速度比。
本发明的变速器系列具有四个行星齿轮组，其各包括第一、第二和第三部件，这些部件可包括任何顺序的太阳齿轮、环形齿轮或行星齿轮架组件部件。
在本说明书和权利要求中引用第一、第二、第三和第四齿轮组时，这些齿轮组可以图中任何顺序(即，从左至右，或从右至左，等等)从“第一”计数到“第四”。另外，对于各齿轮组，各齿轮组的第一、第二或第三部件可以图中任何顺序(即，从上至下，或从下至上，等等)从“第一”计数到“第三”。
各个齿轮架部件可以是单个小齿轮型齿轮架部件(简单)或双小齿轮型齿轮架部件(复合)。具有长的小齿轮的实施例也是可行的。
第一互连部件将第一行星齿轮组的第三部件与所述第二行星齿轮组的第三部件持续地连接起来。
第二互连部件持续地将第一行星齿轮组的第二部件与第二行星齿轮组的第二部件，并与第三行星齿轮组的第三部件连接起来。
输入部件持续地与第四行星齿轮组的第一部件或与第三行星齿轮组的第二部件相连接。输出部件持续地与第三行星齿轮组的第一部件或与第四行星齿轮组的第二部件相连接。
第一行星齿轮组的第一部件持续地与固定部件(变速器外壳/变速器壳)相连接。
第一扭矩传递装置选择性地将第一行星齿轮组的第三部件与第四行星齿轮组的第二部件连接起来。
第二扭矩传递装置选择性地将第四行星齿轮组的第三部件与第一行星齿轮组的第二部件或与第二行星齿轮组的第一部件连接起来。
第三扭矩传递装置选择性地将第四行星齿轮组的第三部件与第二行星齿轮组的第一部件或与第三行星齿轮组的第二部件连接起来。
第四扭矩传递装置选择性地将第四行星齿轮组的第一部件与第三行星齿轮组的第一或第二部件连接起来。
第五扭矩传递装置选择性地将第三行星齿轮组的一个部件与第四行星齿轮组的一个部件连接起来。
这五个扭矩传递装置可选择性地三个成一组组合地接合起来，以产生八个前进速度比和一个倒档速度比。
各种速度比和速度比范围可通过恰当地选择行星齿轮组的齿数比而实现。
从以下结合附图对实现本发明的最佳模式的详细描述中，将很容易清楚本发明的上述特征和其它特征及优势。
附图说明
图1a是包括根据本发明的行星变速器的动力系的示意图；
图1b是显示图1a中所示的动力系的一些操作特征的真值表和图表；
图1c是杠杆图形式显示的图1a动力系的示意图；
图2a是包括行星变速器的动力系的示意图，这种行星变速器包含本发明的另一系列部件；
图2b是描述图2a中所示的动力系的一些操作特征的操作模式表和固定比模式表；和
图2c是杠杆图形式显示的图2a动力系的示意图。
具体实施方式
参照附图，图1a中显示了动力系10，其具有传统的发动机和扭矩变换器12，行星变速器14，和传统的主减速器机构16。发动机12可利用各种类型的燃料来驱动，以提高特定应用的效率和燃料经济性。这种燃料可包括，例如汽油；柴油；乙醇；二甲醚等等。
行星变速器14包括持续地与发动机12相连接的输入部件17，行星齿轮装置18，以及持续地与主减速器机构16相连接的输出部件19。行星齿轮装置18包括四个行星齿轮组20，30，40和50。
行星齿轮组20包括太阳齿轮部件22，环形齿轮部件24和行星齿轮架组件部件26。行星齿轮架组件部件26包括多个可旋转地安装在齿轮架部件29上，并设置成与太阳齿轮部件22及环形齿轮部件24构成啮合关系的小齿轮27。
行星齿轮组30包括太阳齿轮部件32，环形齿轮部件34和行星齿轮架组件部件36。行星齿轮架组件部件36包括多个可旋转地安装在齿轮架部件39上，并设置成与环形齿轮部件34及太阳齿轮部件32构成啮合关系的小齿轮37。
行星齿轮组40包括太阳齿轮部件42，环形齿轮部件44和行星齿轮架组件部件46。行星齿轮架组件部件46包括多个安装在齿轮架部件49上，并设置成与环形齿轮部件44及太阳齿轮部件42构成啮合关系的小齿轮47。
行星齿轮组50包括太阳齿轮部件52，环形齿轮部件54和行星齿轮架组件部件56。行星齿轮架组件部件56包括多个安装在齿轮架部件59上，并设置成与环形齿轮部件54及太阳齿轮部件52构成啮合关系的小齿轮57。
该行星齿轮装置还包括五个扭矩传递机构80，82，84，85和86。扭矩传递机构80，82，84，85和86都是旋转类型的扭矩传递机构，通常称为离合器。
输入部件17持续地与行星齿轮组50的太阳齿轮部件52相连接。输出部件19持续地与行星齿轮组40的太阳齿轮部件42相连接。太阳齿轮部件22持续地与变速器外壳60相连。
第一互连部件70持续地将行星齿轮组20的环形齿轮部件24与行星齿轮组30的环形齿轮部件34连接起来。第二互连部件72持续地将行星齿轮组20的行星齿轮架组件部件26与行星齿轮组30的行星齿轮架组件部件36，并与行星齿轮组40的环形齿轮部件44连接起来。
第一扭矩传递装置，例如离合器80，其选择性地通过互连部件70而将行星齿轮组20的环形齿轮部件24和环形齿轮部件34与行星齿轮组50的行星齿轮架组件部件56连接起来。第二扭矩传递装置，例如离合器82，其选择性地通过互连部件72而将行星齿轮组20的行星齿轮架组件部件26，行星齿轮组30的行星齿轮架组件部件36和行星齿轮组40的环形齿轮部件44与行星齿轮组50的环形齿轮部件54连接起来。第三扭矩传递装置，例如离合器84，其选择性地将行星齿轮组30的太阳齿轮部件32与行星齿轮组50的环形齿轮部件54连接起来。第四扭矩传递装置，例如离合器85，其选择性地将行星齿轮组40的行星齿轮架组件部件46与行星齿轮组50的太阳齿轮部件52连接起来。第五扭矩传递装置，例如离合器86，其选择性地将行星齿轮组40的行星齿轮架组件部件46与行星齿轮组50的行星齿轮架组件部件56连接起来。
如图1b中所示，尤其此处所公开的真值表中所示，扭矩传递机构可选择性地三个成一组组合地接合起来，以提供八个前进速度比和一个倒档速度比，所有都带单跃迁连续换档并包括四个超速传动比。
如上所述，在图1b的真值表中显示了用于扭矩传递机构的接合一览表。图1b的图表描述了上述变速器中所达到的比阶(ratio step)。例如，在第一和第二前进速度比之间的阶比(step ratio)是1.35，而在倒档速度比和第一前进速度比之间的阶比为-0.70。
参看图1c，其以杠杆图形式显示了图1a中所示的动力系10的实施例。杠杆图是机械装置例如自动变速器的构件的示意图。各个单独的杠杆代表一个行星齿轮组，其中行星齿轮组的三个基本的机械构件各由一个节点表示。因此，单个杠杆包含三个节点：一个用于太阳齿轮部件，一个用于行星齿轮架部件，以及一个用于环形齿轮部件。在各杠杆的节点之间的相对长度可用于代表各个相应的齿轮组的环形-太阳杠杆比。这些杠杆比则用于改变变速器的齿轮比，以取得合适的比和比级数。在各种行星齿轮组的节点之间的机械联接或相互连接由细的水平线所示，并且扭矩传递装置例如离合器和制动器由交错的指状体表示。如果装置是制动器，那么就将一组指状体接地。在Benford，Howard和Leising，Maurice的SAE论文810102，″The Lever Analogy：ANew Tool in Transmission Analysis″中可找到杠杆图的格式、目的和用途的进一步说明。
动力系10包括持续地与发动机12相连接的输入部件17，持续地与主减速器16相连接的输出部件19，具有三个节点：第一节点22A，第二节点26A和第三节点24A的第一行星齿轮组20A；具有三个节点：第一节点32A，第二节点36A和第三节点34A的第二行星齿轮组30A；具有三个节点：第一节点42A，第二节点46A和第三节点44A的第三行星齿轮组40A；以及具有三个节点：第一节点52A，第二节点56A和第三节点54A的第四行星齿轮组50A。
输入部件17持续地连接在节点52A上。输出部件19持续地连接在节点42A上。节点22A持续地与变速器外壳60相连接。
节点24A持续地与节点34A相连接。节点26A持续地与节点36A及节点44A相连接。
第一扭矩传递装置，例如离合器80，其选择性地将节点24A与节点56A连接起来。第二扭矩传递装置，例如离合器82，其选择性地将节点26A及36A与节点54A连接起来。第三扭矩传递装置，例如离合器84，其选择性地将节点32A与节点54A连接起来。第四扭矩传递装置，例如离合器85，其选择性地将节点46A与节点52A连接起来。第五扭矩传递装置，例如离合器86，其选择性地将节点46A与节点56A连接起来。
为了建立传动比，对于各个齿轮状态使三个扭矩传递装置接合起来。接合的扭矩传递装置在每个相应的行中由“X”代表。例如，为了建立倒档齿轮，使离合器84，85和86接合起来。离合器84使节点32A与节点54A接合起来。离合器85使节点46A与节点52A接合起来。离合器86使节点46A与节点56A接合起来。类似地，按照图1b通过离合器接合的不同组合可获得八个前进速度比。
动力系10可与混合动力车辆共享构件，并且这种组合可在“电量消耗模式”下操作。对于本发明的目的，“电量消耗模式”是一种主要由电动机/发电机为车辆提供动力，使得当车辆到达其目的地时，蓄电池被耗尽或几乎耗尽的模式。换句话说，在电量消耗模式期间，发动机12只是在必须确保蓄电池在到达目的地之前没有被耗尽的程度下进行操作。传统的混合动力车辆以“电量维持模式”进行操作，其中如果蓄电池电量水平下降到预定的水平以下(例如，25％)时，发动机自动地运行，以对蓄电池充电。因此，通过在电量消耗模式下操作，混合动力车辆可保留某些或所有将被消耗燃料，以保持25％的传统混合动力车辆中的蓄电池电量水平。应该懂得，如果蓄电池可在到达目的地之后，通过将其***到某一能源中进行再充电，那么混合动力车辆的动力系优选只在电量消耗模式下进行操作。
第二典型实施例的描述
参看图2a，其显示了动力系110，其包括连接到总体由标号114指定的行星变速器的另一实施例上的传统的发动机和扭矩变换器12，以及传统的主减速器16。
行星变速器114包括持续地与发动机12相连接的输入部件17，行星齿轮装置118，以及持续地与主减速器机构16相连接的输出部件19。行星齿轮装置118包括四个行星齿轮组120，130，140和150。
行星齿轮组120包括太阳齿轮部件122，环形齿轮部件124和行星齿轮架组件部件126。行星齿轮架组件部件126包括多个可旋转地安装在齿轮架部件129上的小齿轮127，128。小齿轮127设置成与太阳齿轮部件122构成啮合关系。小齿轮128设置成与环形齿轮部件124及相应的小齿轮127构成啮合关系。
行星齿轮组130包括太阳齿轮部件132，环形齿轮部件134和行星齿轮架组件部件136。行星齿轮架组件部件136包括多个可旋转地安装在齿轮架部件139上，并设置成与环形齿轮部件134及太阳齿轮部件132构成啮合关系的小齿轮137。
行星齿轮组140包括太阳齿轮部件142，环形齿轮部件144和行星齿轮架组件部件146。行星齿轮架组件部件146包括多个安装在齿轮架部件149上，并设置成与环形齿轮部件144及太阳齿轮部件142构成啮合关系的小齿轮147。
行星齿轮组150包括太阳齿轮部件152，环形齿轮部件154和行星齿轮架组件部件156。行星齿轮架组件部件156包括多个安装在齿轮架部件159上，并设置成与环形齿轮部件154及太阳齿轮部件152构成啮合关系的小齿轮157。
该行星齿轮装置还包括五个扭矩传递装置180，182，184，185和186。扭矩传递机构180，182，184，185和186都是旋转类型的扭矩传递机构，通常称为离合器。
输入部件17持续地与行星齿轮组140的行星齿轮架组件部件146相连接。输出部件19持续地与行星齿轮组150的行星齿轮架组件部件156相连接。太阳齿轮部件122持续地与变速器外壳160相连。
第一互连部件170持续地将行星齿轮组120的环形齿轮部件124与行星齿轮组130的环形齿轮部件134连接起来。第二互连部件172持续地将行星齿轮组120的行星齿轮架组件部件126与行星齿轮组130的行星齿轮架组件部件136，并与行星齿轮组140的环形齿轮部件144连接起来。
第一扭矩传递装置，例如离合器180，其选择性地通过互连部件170而将行星齿轮组120的环形齿轮部件124和行星齿轮组130的环形齿轮部件134与行星齿轮组150的行星齿轮架组件部件156连接起来。第二扭矩传递装置，例如离合器182，其选择性地将行星齿轮组130的太阳齿轮部件132与行星齿轮组150的环形齿轮部件154连接起来。第三扭矩传递装置，例如离合器184，其选择性地将行星齿轮组140的行星齿轮架组件部件146与行星齿轮组150的环形齿轮部件154连接起来。第四扭矩传递装置，例如离合器185，其选择性地将行星齿轮组140的太阳齿轮部件142与行星齿轮组150的太阳齿轮部件152连接起来。第五扭矩传递装置，例如离合器186，其选择性地将行星齿轮组140的太阳齿轮部件142与行星齿轮组150的环形齿轮部件154连接起来。
如图2b中所示，尤其此处所公开的真值表中所示，这些扭矩传递机构可选择性地三个成一组组合地接合起来，以提供八个前进速度比和一个倒档速度比，所有都带单个过渡连续换档并包括两个超速传动比。
如上所述，在图2b的真值表中显示了用于扭矩传递机构的接合一览表。图2b的图表描述了上述变速器中所达到的比阶。例如，在第一和第二前进速度比之间的阶比是1.51，而在倒档速度比和第一前进速度比之间的阶比为-0.63。
参看图2c，其以杠杆图形式显示了图2a中所示的动力系110的实施例。动力系110包括持续地与发动机12相连接的输入部件17，持续地与主减速器16相连接的输出部件19，具有三个节点：第一节点122A，第二节点126A和第三节点124A的第一行星齿轮组120A；具有三个节点：第一节点132A，第二节点136A和第三节点134A的第二行星齿轮组130A；具有三个节点：第一节点142A，第二节点146A和第三节点144A的第三行星齿轮组140A；以及具有三个节点：第一节点152A，第二节点156A和第三节点154A的第四行星齿轮组150A。
输入部件17持续地与节点146A相连接。输出部件19持续地与节点156A相连接。节点122A持续地与变速器外壳160相连接。
节点124A持续地与节点134A相连接。节点126A持续地与节点136A相连接。节点136A持续地与节点144A相连接。
第一扭矩传递装置，例如离合器180，其选择性地将节点124A与节点156A连接起来。第二扭矩传递装置，例如离合器182，其选择性地将节点132A与节点154A连接起来。第三扭矩传递装置，例如离合器184，其选择性地将节点146A与节点154A连接起来。第四扭矩传递装置，例如离合器185，其选择性地将节点142A与节点152A连接起来。第五扭矩传递装置，例如离合器186，其选择性地将节点142A与节点154A连接起来。
为了建立传动比，对于各个齿轮状态使三个扭矩传递装置接合起来。接合的扭矩传递装置在每个相应的行中由“X”代表。例如，为了建立倒档齿轮，使离合器180，182和185接合起来。离合器180使节点124A与节点156A接合起来。离合器182使节点132A与节点154A接合起来。离合器185使节点142A与节点152A接合起来。类似地，按照图2b通过离合器接合的不同组合可获得八个前进速度比。
虽然已经详细介绍了用于实现本发明的最佳模式，但是与本发明相关领域的技术人员应该懂得，在所附权利要求的范围内，可制作各种备选设计和实施例来实施本发明。

Claims (4)

1.一种多级变速器，包括：
输入部件；
输出部件；
第一、第二、第三和第四行星齿轮组，其各具有太阳齿轮部件、行星齿轮架组件部件和环形齿轮部件；
所述输入部件持续地与所述第四行星齿轮组的所述太阳齿轮部件互连，并且所述输出部件持续地与所述第三行星齿轮组的所述太阳齿轮部件互连；
所述第一行星齿轮组的所述太阳齿轮部件持续地与固定部件相连接；
持续地将所述第一行星齿轮组的所述环形齿轮部件与所述第二行星齿轮组的所述环形齿轮部件连接起来的第一互连部件；
持续地将所述第一行星齿轮组的所述行星齿轮架组件部件与所述第二行星齿轮组的所述行星齿轮架组件部件，并与所述第三行星齿轮组的所述环形齿轮部件连接起来的第二互连部件；
选择性地将所述第一行星齿轮组的所述环形齿轮部件与所述第四行星齿轮组的所述行星齿轮架组件部件连接起来的第一扭矩传递装置；
选择性地将所述第一行星齿轮组的所述行星齿轮架组件部件与所述第四行星齿轮组的所述环形齿轮部件连接起来的第二扭矩传递装置；
选择性地将所述第二行星齿轮组的所述太阳齿轮部件与所述第四行星齿轮组的所述环形齿轮部件连接起来的第三扭矩传递装置；
选择性地将所述第三行星齿轮组的所述行星齿轮架组件部件与所述第四行星齿轮组的所述太阳齿轮部件连接起来的第四扭矩传递装置；
选择性地将所述第三行星齿轮组的所述行星齿轮架组件部件与所述第四行星齿轮组的所述行星齿轮架组件部件连接起来的第五扭矩传递装置；
所述扭矩传递装置可三个成一组组合地接合，以便在所述输入部件和所述输出部件之间建立八个前进速度比和一个倒档速度比。
2.根据权利要求1所述的变速器，其中，所述固定部件是变速器壳体。
3.一种多级变速器，包括：
输入部件；
输出部件；
第一、第二、第三和第四行星齿轮组，其各具有太阳齿轮部件、行星齿轮架组件部件和环形齿轮部件；
所述输入部件持续地与所述第三行星齿轮组的所述行星齿轮架组件部件互连，并且所述输出部件持续地与所述第四行星齿轮组的所述行星齿轮架组件部件互连；
持续地将所述第一行星齿轮组的所述环形齿轮部件与所述第二行星齿轮组的所述环形齿轮部件连接起来的第一互连部件；
持续地将所述第一行星齿轮组的所述行星齿轮架组件部件与所述第二行星齿轮组的所述行星齿轮架组件部件，并与所述第三行星齿轮组的所述环形齿轮部件连接起来的第二互连部件；
所述第一行星齿轮组的所述太阳齿轮部件持续地与固定部件相连接；
选择性地将所述第一行星齿轮组的所述环形齿轮部件与所述第四行星齿轮组的所述行星齿轮架组件部件连接起来的第一扭矩传递装置；
选择性地将所述第二行星齿轮组的所述太阳齿轮部件与所述第四行星齿轮组的所述环形齿轮部件连接起来的第二扭矩传递装置；
选择性地将所述第三行星齿轮组的所述行星齿轮架组件部件与所述第四行星齿轮组的所述环形齿轮部件连接起来的第三扭矩传递装置；
选择性地将所述第三行星齿轮组的所述太阳齿轮部件与所述第四行星齿轮组的所述太阳齿轮部件连接起来的第四扭矩传递装置；
选择性地将所述第三行星齿轮组的所述太阳齿轮部件与所述第四行星齿轮组的所述环形齿轮部件连接起来的第五扭矩传递装置；
所述五个扭矩传递装置可三个成一组组合地接合，以便在所述输入部件和所述输出部件之间建立八个前进速度比和一个倒档速度比。
4.根据权利要求3所述的变速器，其中，所述固定部件是变速器壳体。
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