CN101230897B - 多档变速器 - Google Patents

Abstract

提供了一种变速器，具有输入元件、输出元件、四个行星齿轮组、多个联接元件和多个扭矩传递装置。每个行星齿轮组都包括第一、第二和第三元件。扭矩传递装置包括离合器和制动器。

Description

多档变速器

本申请要求于2007年1月11日提交的美国临时申请No.60/879,956的优先权。上述申请的内容通过参考并入本文。

技术领域

本发明总地涉及具有多个行星齿轮组和多个扭矩传递装置的多档变速器，尤其涉及具有8个或更多的档位、4个行星齿轮组和多个扭矩传递装置的变速器。

背景技术

这部分的内容仅仅提供与本发明相关的背景信息，而不构成现有技术。

典型的多档变速器使用摩擦离合器、行星齿轮装置及固定互相连接的组合来获得多个传动比。行星齿轮组的数量和物理布置通常根据包装、成本和所需的传动比来确定。

尽管现有的变速器实现了它们的预期目的，但是对具有改进的性能(尤其是根据效率、响应性和平顺性的观点来看)以及改进封装(主要是减小尺寸和重量)的新型和改进的变速器结构的需求实质上是不变的。因此，需要一种改进的节省成本的紧凑型多档变速器。

发明内容

提供一种变速器，具有输入元件、输出元件、4个行星齿轮组、多个联接元件和多个扭矩传递装置。每个行星齿轮组都包括第一、第二和第三元件。扭矩传递装置为例如离合器和制动器。

变速器的实施例包括：输入元件；输出元件；第一、第二、第三和第四行星齿轮组，每个行星齿轮组都具有第一、第二和第三元件；第一互连元件，该第一互连元件将所述第一行星齿轮组的第一元件与所述第四行星齿轮组的第一元件持续地互连；第二互连元件，该第二互连元件将所述第一行星齿轮组的第三元件与所述第二行星齿轮组的第二元件持续地互连；第三互连元件，该第三互连元件将所述第二行星齿轮组的第一元件与所述第三行星齿轮组的第一元件持续地互连；和第四互连元件，该第四互连元件将所述第三行星齿轮组的第三元件与所述第四行星齿轮组的第二元件持续地互连。五个扭矩传递机构可有选择地接合，以将所述第一、第二和第三元件中的一个与所述第一、第二、第三元件和固定元件中的另一个互连。所述扭矩传递机构可在至少三个扭矩传递机构的多种组合中有选择地接合，以在所述输入元件与所述输出元件之间建立至少8个前进档和至少一个倒档。

在本发明的一方面，所述五个扭矩传递机构的第一个可有选择地接合，以将所述第一行星齿轮组的第二元件与所述第二行星齿轮组的第一元件和所述第三行星齿轮组的第一元件之中的至少一个互连。

在本发明的另一方面，所述五个扭矩传递机构的第二个可有选择地接合，以将所述第一行星齿轮组的第三元件与所述第二行星齿轮组的第一元件和所述第三行星齿轮组的第一元件之中的至少一个互连。

在本发明的另一方面，所述五个扭矩传递机构的第三个可有选择地接合，以将所述第二行星齿轮组的第三元件与所述第四行星齿轮组的第二元件和所述第三行星齿轮组的第三元件之中的至少一个互连。

在本发明的另一方面，所述五个扭矩传递机构的第四个可有选择地接合，以将所述第四行星齿轮组的第一元件与所述固定元件互连。

在本发明的另一方面，所述五个扭矩传递机构的第五个可有选择地接合，以将所述第四行星齿轮组的第三元件与所述固定元件互连。

在本发明的另一方面，所述第一元件为中心齿轮，所述第二元件为行星架元件，所述第三元件为齿圈。

在本发明的另一方面，所述输入元件与所述第一行星齿轮组的第二元件持续地互连，所述输出元件与所述第三行星齿轮组的第二元件持续地互连。

在本发明的另一方面，所述扭矩传递机构中的两个为制动器，所述扭矩传递机构中的三个为离合器。

在本发明的另一方面，所述固定元件为变速器壳体。

变速器的另一实施例包括：输入元件；输出元件；第一、第二、第三和第四行星齿轮组，每个行星齿轮组都具有中心齿轮、行星架元件和齿圈，其中所述输入元件与所述第一行星齿轮组的行星架元件持续地互连，所述输出元件与所述第三行星齿轮组的行星架元件持续地互连；第一互连元件，该第一互连元件将所述第一行星齿轮组的中心齿轮与所述第四行星齿轮组的中心齿轮持续地互连；第二互连元件，该第二互连元件将所述第一行星齿轮组的齿圈与所述第二行星齿轮组的行星架元件持续地互连；第三互连元件，该第三互连元件将所述第二行星齿轮组的中心齿轮与所述第三行星齿轮组的中心齿轮持续地互连；第四互连元件，该第四互连元件将所述第三行星齿轮组的齿圈与所述第四行星齿轮组的行星架元件持续地互连。第一扭矩传递机构可有选择地接合，以将所述第一行星齿轮组的行星架元件与所述第二行星齿轮组的中心齿轮和所述第三行星齿轮组的中心齿轮之中的至少一个互连；第二扭矩传递机构可有选择地接合，以将所述第一行星齿轮组的齿圈与所述第二行星齿轮组的中心齿轮和所述第三行星齿轮组的中心齿轮之中的至少一个互连；第三扭矩传递机构可有选择地接合，以将所述第二行星齿轮组的齿圈与所述第四行星齿轮组的行星架元件和所述第三行星齿轮组的齿圈之中的至少一个互连；第四扭矩传递机构可有选择地接合，以将所述第四行星齿轮组的中心齿轮与固定元件互连；第五扭矩传递机构可有选择地接合，以将所述第四行星齿轮组的齿圈与所述固定元件互连。所述扭矩传递机构可在至少三个扭矩传递机构的多种组合中有选择地接合，以在所述输入元件与所述输出元件之间建立至少8个前进档和至少一个倒档。

参考下面的描述和附图，可清楚理解本发明的其它目的、方面和优点，其中在附图中，相同的附图标记指的是相同的组件、元件或特征。

附图说明

这里所述附图仅仅是示意性目的，而不是以任何方式限制本发明的范围。

图1为根据本发明的8档变速器实施例的杆状图；

图2为根据本发明的8档变速器实施例的简图；和

图3为示出图1和2中所示变速器的各可用前进档和倒档或传动比中，各种扭矩传递元件的接合状态的真值表。

具体实施方式

下面的描述实质上仅仅是示意性的，而不是限制本公开、应用或其使用。

首先，应当理解，本发明的8档自动变速器在4个行星齿轮组共用的元件之间具有永久性的机械连接布置。这些机械连接通常连接或涉及变速器实施例。第一行星齿轮组的第一组件或元件永久性地联接到第二行星齿轮组的第一组件或元件。第一行星齿轮组的第二组件或元件永久性地联接到第三行星齿轮组的第一组件或元件。第二行星齿轮组的第二组件或元件永久性地联接到第四行星齿轮组的第一组件或元件。最后，第三行星齿轮组的第二组件或元件永久性地联接到第四行星齿轮组的第二组件或元件。

现在参考图1，以杆状图形式示出了8档变速器10的实施例。杆状图为机械装置(例如自动变速器)的组件的示意图。每个单独的杆表示一个行星齿轮组，其中行星齿轮组的3个基本机械组件各由节点表示。因此，一个杆包含三个节点：一个表示中心齿轮，一个表示行星齿轮架，一个表示齿圈。各杆节点之间的相对长度可用来表示各齿轮组的齿圈相对于中心齿轮的比。而这些杆长比用来改变变速器的传动比，以获得适当的传动比和传动比级数。各行星齿轮组的节点之间的机械联接或互连由细水平线表示，扭矩传递装置(例如，离合器和制动器)显示为交错的指形物。如果该装置为制动器，那么该指形物的一边接地。在SAEPaper 810102中、Benford和Leising的“The Lever Analogy：A New Tool inTransmission Analysis”内可找到杆图的形式、目的及使用的进一步说明，其内容通过参考并入本文。

变速器10包括输入轴或元件12、第一行星齿轮组14(具有三个节点：第一节点14A、第二节点14B和第三节点14C)、第二行星齿轮组16(具有三个节点：第一节点16A、第二节点16B和第三节点16C)、第三行星齿轮组18(具有三个节点：第一节点18A、第二节点18B和第三节点18C)、第四行星齿轮组20(具有三个节点：第一节点20A、第二节点20B和第三节点20C)、和输出轴或元件22。

输入轴12联接到第一行星齿轮组14的第二节点14B上。输出轴22联接到第三行星齿轮组18的第二节点18B上。第一行星齿轮组14的第一节点14A联接到第四行星齿轮组20的第三节点20C上。第一行星齿轮组14的第三节点14C联接到第二行星齿轮组16的第三节点16C上。第二行星齿轮组16的第一节点16A联接到第三行星齿轮组18的第三节点18C上。第三行星齿轮组18的第一节点18A联接到第四行星齿轮组20的第二节点20B上。

第一离合器26将第一行星齿轮组14的第二节点14B有选择地连接到第二行星齿轮组16的第一节点16A上。第二离合器28将第二行星齿轮组16的第一节点16A有选择地连接到第一行星齿轮组14的第三节点14C和第二行星齿轮组16的第三节点16C上。第三离合器30将第二行星齿轮组16的第二节点16B有选择地连接到第三行星齿轮组18的第一节点18A和第四行星齿轮组20的第二节点20B上。第一制动器32将第四行星齿轮组20的第一节点20A有选择地连接到地、固定元件或变速器壳体40上。第二制动器34将第四行星齿轮组20的第三节点20C有选择地连接到地、固定元件或变速器壳体40上。

现在参考图2，符号图示出了根据本发明的8档变速器10的实施例的示意布局。在图2中，继续使用图1中杆图的编号。离合器、制动器及联接对应地表示，而行星齿轮组的节点现在显示为行星齿轮组的组件，例如中心齿轮、齿圈、行星齿轮和行星齿轮架。

例如，第一行星齿轮组14包括中心齿轮元件14A、可旋转地支撑一组行星齿轮14D的行星齿轮架元件14B、和齿圈元件14C。各行星齿轮14D构造成与中心齿轮元件14A和齿圈元件14C互相啮合。中心齿轮元件14A与第一轴或互连元件42连接以共同旋转。行星齿轮架元件14B与输入元件12连接以共同旋转。齿圈元件14C与第二轴或互连元件44连接以共同旋转。

第二行星齿轮组16包括中心齿轮元件16A、可旋转地支撑一组互相啮合的行星齿轮16D和16E的行星架元件16C、和齿圈元件16B。行星齿轮16D和16E构造成互相啮合并与中心齿轮元件16A和齿圈元件16B啮合。中心齿轮元件16A与第三轴或互连元件46和第四轴或互连元件48连接以共同旋转。行星架元件16C与第二互连元件44连接以共同旋转。齿圈元件16B与第五轴或互连元件50连接以共同旋转。

第三行星齿轮组18包括中心齿轮元件18C、可旋转地支撑一组行星齿轮18D的行星架元件18B、和齿圈元件18A。各行星齿轮18D构造成与中心齿轮元件18C和齿圈元件18A互相啮合。中心齿轮元件18C与第四互连元件48连接以共同旋转。行星架元件18B与输出元件22连接以共同旋转。齿圈元件18A与第六轴或互连元件52连接以共同旋转。

第四行星齿轮组20包括中心齿轮元件20C、可旋转地支撑一组行星齿轮20D的行星架元件20B、和齿圈元件20A。各行星齿轮20D构造成与中心齿轮元件20C和齿圈元件20A互相啮合。中心齿轮元件20C与第七轴或互连元件54和第一互连元件42连接以共同旋转。行星架元件20B与第六互连元件52连接以共同旋转。齿圈元件20A与第八轴或互连元件56连接以共同旋转。

输入轴或元件12优选持续地连接到发动机(未示出)或液力变矩器(未示出)的涡轮上。输出轴或元件22优选持续地连接到主减速器单元或分动箱(未示出)上。

扭矩传递机构或离合器26、28、30和制动器32、34允许轴或互连元件、行星齿轮组元件和变速器壳体40的有选择性互相连接。例如，第一离合器26可有选择地接合，以将输入元件12连接到第三互连元件46上。第二离合器28可有选择地接合，以将第二互连元件44连接到第三互连元件46上。第三离合器30可有选择地接合，以将第五互连元件50连接到第六互连元件52上。第一制动器32可有选择地接合，以将第八互连元件56接地或变速器壳体40上，从而限制齿圈20A相对于地或变速器壳体40的旋转。第二制动器34可有选择地接合，以将第七互连元件54接地或变速器壳体40上，从而限制中心齿轮20C和中心齿轮14A相对于地或变速器壳体40的旋转。

现在参考图2和3，描述8档变速器10的实施例的操作。应当理解，变速器10能够以至少8个前进档或扭矩比及至少一个倒档或扭矩比将扭矩从输入轴或元件12传递到输出轴或元件22。各前进档和倒档或扭矩比通过一个或多个扭矩传递机构(即，第一离合器26、第二离合器28、第三离合器30、第一制动器32和第二制动器34)的接合来实现，如下所述。图3为示出被促动或接合以获得各种档状态的扭矩传递机构或元件的各种组合的真值表。还示出了各种档位状态的实际数值传动比和传动比步长，但是应当理解，这些数值仅仅是示意性的，它们可在很大的范围上调整，以适应变速器10的各种应用和操作标准。图3中还示了使用本发明实施例可获得的传动比的实例。当然，依据所选的齿轮直径、齿轮齿数和齿轮构造，可获得其它传动比。

为建立倒档，接合或促动第一制动器32、第二制动器34和第三离合器30。第一制动器32将第八互连元件56接地或变速器壳体40上，以限制齿圈20A相对于地或变速器壳体40的旋转。第二制动器34将第七互连元件54接地或变速器壳体40上，以限制中心齿轮20C和中心齿轮14A相对于地或变速器壳体40的旋转。第三离合器30将第五互连元件50连接到第六互连元件52上。同样，通过不同组合的离合器和制动器接合，可获得8个前进档，如图3中所示。

应当理解，前面8档变速器10的操作和档位状态的描述假定，首先，在给定档位状态中未明确引用的离合器和制动器无效或分离，其次，在换档期间，即改变档位状态期间，在至少相邻的档位状态之间，在两个档位状态中都接合或促动的离合器或离合器将保持接合或促动。

本发明的描述实质上仅仅是示意性的，不脱离本发明要旨的变形也属于本发明的范围。这种变形并不认为脱离了本发明的宗旨和范围。

Claims (11)

1.一种变速器，包括：

输入元件；

输出元件；

第一、第二、第三和第四行星齿轮组，每个行星齿轮组都具有第一、第二和第三元件；

第一互连元件，该第一互连元件将所述第一行星齿轮组的第一元件与所述第四行星齿轮组的第一元件持续地互连；

第二互连元件，该第二互连元件将所述第一行星齿轮组的第三元件与所述第二行星齿轮组的第二元件持续地互连；

第三互连元件，该第三互连元件将所述第二行星齿轮组的第一元件与所述第三行星齿轮组的第一元件持续地互连；

第四互连元件，该第四互连元件将所述第三行星齿轮组的第三元件与所述第四行星齿轮组的第二元件持续地互连；和

五个扭矩传递机构，这五个扭矩传递机构可有选择地接合，以将所述第一、第二和第三元件中的一个与所述第一、第二、第三元件和固定元件中的另一个互连；

其中所述扭矩传递机构可在至少三个扭矩传递机构的多种组合中选择性地接合，以在所述输入元件与所述输出元件之间建立至少8个前进档和至少一个倒档，并且

其中所述第一元件为中心齿轮，所述第二元件为行星架元件，所述第三元件为齿圈。

2.如权利要求1所述的变速器，其中所述五个扭矩传递机构的第一个可有选择地接合，以将所述第一行星齿轮组的第二元件与所述第二行星齿轮组的第一元件和所述第三行星齿轮组的第一元件中的至少一个互连。

3.如权利要求2所述的变速器，其中所述五个扭矩传递机构的第二个可有选择地接合，以将所述第一行星齿轮组的第三元件与所述第二行星齿轮组的第一元件和所述第三行星齿轮组的第一元件中的至少一个互连。

4.如权利要求3所述的变速器，其中所述五个扭矩传递机构的第三个可有选择地接合，以将所述第二行星齿轮组的第三元件与所述第四行星齿轮组的第二元件和所述第三行星齿轮组的第三元件中的至少一个互连。

5.如权利要求4所述的变速器，其中所述五个扭矩传递机构的第四个可有选择地接合，以将所述第四行星齿轮组的第一元件与所述固定元件互连。

6.如权利要求5所述的变速器，其中所述五个扭矩传递机构的第五个可有选择地接合，以将所述第四行星齿轮组的第三元件与所述固定元件互连。

7.如权利要求1所述的变速器，其中所述输入元件与所述第一行星齿轮组的第二元件持续地互连，所述输出元件与所述第三行星齿轮组的第二元件持续地互连。

8.如权利要求1所述的变速器，其中所述扭矩传递机构中的两个为制动器，所述扭矩传递机构中的三个为离合器。

9.如权利要求1所述的变速器，其中所述固定元件为变速器壳体。

10.一种变速器，包括：

输入元件；

输出元件；

第一、第二、第三和第四行星齿轮组，每个行星齿轮组都具有第一、第二和第三元件，其中所述输入元件与所述第一行星齿轮组的第二元件持续地互连，所述输出元件与所述第三行星齿轮组的第二元件持续地互连；

第一互连元件，该第一互连元件将所述第一行星齿轮组的第一元件与所述第四行星齿轮组的第一元件持续地互连；

第二互连元件，该第二互连元件将所述第一行星齿轮组的第三元件与所述第二行星齿轮组的第二元件持续地互连；

第三互连元件，该第三互连元件将所述第二行星齿轮组的第一元件与所述第三行星齿轮组的第一元件持续地互连；

第四互连元件，该第四互连元件将所述第三行星齿轮组的第三元件与所述第四行星齿轮组的第二元件持续地互连；

第一扭矩传递机构，该第一扭矩传递机构可有选择地接合，以将所述第一行星齿轮组的第二元件与所述第二行星齿轮组的第一元件和所述第三行星齿轮组的第一元件中的至少一个互连；

第二扭矩传递机构，该第二扭矩传递机构可有选择地接合，以将所述第一行星齿轮组的第三元件与所述第二行星齿轮组的第一元件和所述第三行星齿轮组的第一元件中的至少一个互连；

第三扭矩传递机构，该第三扭矩传递机构可有选择地接合，以将所述第二行星齿轮组的第三元件与所述第四行星齿轮组的第二元件和所述第三行星齿轮组的第三元件中的至少一个互连；

第四扭矩传递机构，该第四扭矩传递机构可有选择地接合，以将所述第四行星齿轮组的第一元件与固定元件互连；和

第五扭矩传递机构，该第五扭矩传递机构可有选择地接合，以将所述第四行星齿轮组的第三元件与所述固定元件互连；

其中所述扭矩传递机构可在至少三个扭矩传递机构的多种组合中选择性地接合，以在所述输入元件与所述输出元件之间建立至少8个前进档和至少一个倒档，并且

其中所述第一元件为中心齿轮，所述第二元件为行星架元件，所述第三元件为齿圈。

11.如权利要求10所述的变速器，其中所述固定元件为变速器壳体。

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