CN101275634A - 8档变速器 - Google Patents

Abstract

变速器具有多个元件，其可用在动力系中，以提供八个前进档和一个倒档。变速器包括四个行星齿轮组，具有五个扭矩传递装置，三个固定互连元件和一个接地元件。动力系包括与至少一个行星齿轮元件持续连接的发动机和液力变矩器，以及与另一行星齿轮元件持续连接的输出元件。所述五个扭矩传递装置在各种齿轮元件之间提供互连，并以三个扭矩传递装置的组合进行操作，以提供至少八个前进档和至少一个倒档。

Description

8档变速器

本申请要求于2007年3月30日提交的美国临时申请No.60/909,148的优先权，该申请的全部内容通过参考并入本文。

技术领域

本发明涉及具有四个行星齿轮组的动力变速器，其中所述四个行星齿轮组由五个扭矩传递装置控制，以提供八个前进档和一个倒档。

背景技术

客车包括动力系，该动力系包括发动机、多档变速器、及差速器或主减速器。多档变速器通过允许发动机多次运行通过其扭矩范围来提高车辆的总运行范围。变速器中可用的前进档的数目确定了发动机扭矩范围重复的次数。早期的自动变速器具有两个速度范围。这严重地限制了车辆的总速度范围，从而需要比较大的发动机来提供宽的速度和扭矩范围。这导致在巡航期间，发动机运行在特定的燃料消耗点上，而不是最有效的点上。因此，手动换档(中间轴变速器)是最流行的。

随着三档和四档自动变速器的出现，自动换档(行星齿轮)变速器在驾车族中逐渐普及。这些变速器提高了车辆的运行性能和燃料经济性。传动比数目的增加减小了传动比之间的传动比步长，从而在正常车辆加速下，使操作员基本无法感觉到档位变换，提高了变速器的换档质量。

六档变速器提供了超过四档和五档变速器的几个优点，包括改进车辆加速和提高燃料经济性。虽然许多卡车使用具有六个或更多前进档的动力变速器，但由于这些变速器的尺寸和复杂程度，客车仍使用三档和四档自动变速器制造，较少的使用五档或六档装置。

七档、八档和九档变速器提供了超过六档变速器的更多加速和燃料经济性的改进。但是，如同上述六档变速器，由于其复杂程度、尺寸和成本，妨碍了七档、八档和九档变速器的发展。

发明内容

本发明提供了一种改进的变速器，其具有控制成提供至少八个前进档和至少一个倒档的四个行星齿轮组。

本发明的变速器系列具有四个行星齿轮组，每个行星齿轮组都包括第一、第二和第三元件，这三个元件可包括中心齿轮、齿圈或行星架总成元件，顺序任意。

在本说明书和权利要求书中提及第一、第二、第三和第四齿轮组时，附图中这些齿轮组可以任意顺序(例如，从左至右、从右至左等)计数为“第一”至“第四”。另外，附图中各齿轮组的第一、第二或第三元件可以任意顺序(例如，从上到下、从下到上等)计数为“第一”至“第三”。

各行星架元件可为单小齿轮行星架元件(简单式)或双小齿轮行星架元件(复合式)。采用长小齿轮的实施方式也是可能的。

第一互连元件将第一行星齿轮组的第三元件与第二行星齿轮组的第二元件持续地连接。

第二互连元件将第一行星齿轮组的第二元件与第二行星齿轮组的第三元件持续地连接。

第三互连元件将第三行星齿轮组的第一元件与第四行星齿轮组的第一元件持续地连接。

第一行星齿轮组的第一元件与固定元件(变速器壳体/变速箱)持续地连接。

输入元件与第三行星齿轮组的第三元件持续地连接。输出元件与第四行星齿轮组的第三元件持续地连接。

第一扭矩传递装置(如离合器)有选择地将第一行星齿轮组的第三元件与第三行星齿轮组的第三元件连接。

第二扭矩传递装置(如离合器)有选择地将第一行星齿轮组的第三元件与第三行星齿轮组的第二元件连接。

第三扭矩传递装置(如离合器)有选择地将第一行星齿轮组的第二元件与第四行星齿轮组的第二元件连接。

第四扭矩传递装置(如离合器)有选择地将第二行星齿轮组的第一元件与第三行星齿轮组的第一元件连接。

第五扭矩传递装置(如离合器)有选择地将第三行星齿轮组的第二元件与第四行星齿轮组的第三元件连接。

这五个扭矩传递装置可有选择地以三个扭矩传递装置的组合进行接合，以建立至少八个前进档和至少一个倒档。

通过适当地选择行星齿轮组的齿数比，可实现多种速比和速比跨度。

结合附图，通过下面对实现本发明最佳模式的描述，可容易理解本发明的上述特征以及其它特征和优点。

附图说明

图1a为包括根据本发明的行星齿轮变速器的动力系的示意图；

图1b为示出图1a中所示动力系的一些运行特性的真值表；以及

图1c为图1a中动力系杆图形式的示意图。

具体实施方式

参考附图，图1a中示出了动力系10，具有传统的发动机和液力变矩器12、行星齿轮变速器14和传统的主减速器机构16。发动机12可使用各种形式的燃料来驱动，以改善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、酒精、二甲醚等。

行星齿轮变速器14包括与发动机12持续连接的输入元件17、行星齿轮装置18、和与主减速器机构16持续连接的输出元件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包括中心齿轮元件22、齿圈元件24、和行星架总成元件26。行星架总成元件26包括多个小齿轮27，这些小齿轮27可旋转地安装在行星架元件29上，并布置成与中心齿轮元件22和齿圈元件24都成啮合关系。

行星齿轮组30包括中心齿轮元件32、齿圈元件34、和行星架总成元件36。行星架总成元件36包括多个小齿轮37，这些小齿轮37可旋转地安装在行星架元件39上，并布置成与齿圈元件34和中心齿轮元件32都成啮合关系。

行星齿轮组40包括中心齿轮元件42、齿圈元件44、和行星架总成元件46。行星架总成元件46包括多个小齿轮47，这些小齿轮47安装在行星架元件49上，并布置成与齿圈元件44和中心齿轮元件42都成啮合关系。

行星齿轮组50包括中心齿轮元件52、齿圈元件54、和行星架总成元件56。行星架总成元件56包括多个小齿轮57，这些小齿轮57安装在行星架元件59上，并布置成与齿圈元件54和中心齿轮元件52都成啮合关系。

行星齿轮装置还包括五个扭矩传递机构80、82、84、85和86。扭矩传递装置80、82、84、85和86为旋转式扭矩传递机构，通常称为离合器。

输入元件17与行星齿轮组40的齿圈元件44持续地连接。输出元件19与行星齿轮组50的齿圈元件54持续地连接。行星齿轮组20的中心齿轮元件22与变速器壳体60持续地连接。

第一互连元件70将行星齿轮组20的齿圈元件24与行星齿轮组30的行星架总成元件36持续地连接。第二互连元件72将行星齿轮组20的行星架总成元件26与行星齿轮组30的齿圈元件34持续地连接。第三互连元件74将行星齿轮组40的中心齿轮元件42与行星齿轮组50的中心齿轮元件52持续地连接。

第一扭矩传递装置(如离合器80)有选择地将行星齿轮组20的齿圈元件24与行星齿轮组40的齿圈元件44连接。第二扭矩传递装置(如离合器82)有选择地通过互连元件70将行星齿轮组20的齿圈元件24与行星齿轮组40的行星架总成元件46连接。第三扭矩传递装置(如离合器84)有选择地通过互连元件72将行星齿轮组20的行星架总成元件26与行星齿轮组50的行星架总成元件56连接。第四扭矩传递装置(如离合器85)有选择地将行星齿轮组30的中心齿轮元件32与行星齿轮组40的中心齿轮元件42连接。第五扭矩传递装置(如离合器86)有选择地将行星齿轮组40的行星架总成元件46与行星齿轮组50的齿圈元件54连接。

如图1b所示，特别是其中所示的真值表，扭矩传递机构有选择地以三个扭矩传递装置的组合进行接合，以提供至少八个前进档和至少一个倒档，所有这些档位为单转换逐级换档，并且包括两个超速档。

如上所述，图1b的真值表中示出了扭矩传递机构的接合策略。图1b的图表描述了上述变速器中获得的传动比步长。例如，第一前进档与第二前进档之间的传动比步长比为1.57，而倒档与第一前进档之间的传动比步长比为-0.62。

参考图1c，以杆图的形式示出了图1a中的动力系10的实施例。杆图为机械装置(如自动变速器)的组件的示意图。每个单独的杆都表示一个行星齿轮组，其中行星齿轮组的三个基本机械组件各由节点表示。因此，一个杆包含三个节点：一个表示中心齿轮元件，一个表示行星齿轮架元件，一个表示齿圈元件。各杆节点之间的相对长度可用于表示各相应齿轮组的齿圈相对于中心齿轮的传动比。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系列。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，那么一组该指形物接地。在SAE Paper 810102中，由Benford、Howard和Leising，Maurice所著的“The Lever Analogy：A New Toolin Transmission Analysis”，1981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。

动力系10包括：与发动机12持续连接的输入元件17；与主减速器16持续连接的输出元件19；第一行星齿轮组20A，具有三个节点：第一节点22A、第二节点26A和第三节点24A；第二行星齿轮组30A，具有三个节点：第一节点32A、第二节点36A和第三节点34A；第三行星齿轮组40A，具有三个节点：第一节点42A、第二节点46A和第三节点44A；及第四行星齿轮组50A，具有三个节点：第一节点52A、第二节点56A和第三节点54A。

输入元件17与节点44A持续地连接。输出元件19与节点54A持续地连接。节点22A与变速器壳体60持续地连接。

第一扭矩传递装置(如离合器80)有选择地将节点24A与节点44A连接。第二扭矩传递装置(如离合器82)有选择地将节点24A与节点46A连接。第三扭矩传递装置(如离合器84)有选择地将节点26A与节点56A通过节点34A连接。第四扭矩传递装置(如离合器85)有选择地将节点32A与节点42A连接。第五扭矩传递装置(如离合器86)有选择地将节点46A与节点54A连接。

为建立传动比，对于每个档位状态有三个扭矩传递装置接合。在图1b各相应行中，接合的扭矩传递装置由“X”表示。例如，为建立倒档，离合器84、85和86接合。离合器84将节点26A和34A与节点56A接合。离合器85将节点32A与节点42A接合。离合器86将节点46A与节点54A接合。同样，按照图1c，通过不同组合的离合器接合可获得八个前进档。

动力系10可与混合动力车辆共用一些组件，并且这种组合可操作于“电量消耗模式”。对于本发明来说，“电量消耗模式”为车辆主要由电动机/发电机驱动的模式，使得当车辆达到其目的地时，电池被耗尽或几乎被耗尽。换句话说，在电量消耗模式期间，发动机12只运行在确保电池在达到目的地之前不被耗尽的程度。传统的混合动力车辆运行于“电量保持模式”，其中如果电池电量水平降低至低于预定水平(例如，25％)，那么发动机自动运行以给电池重新充电。因此，通过运行于电量消耗模式，混合动力车辆可节约传统混合动力车辆中为保持25％的电池电量水平而消耗掉的一部分或全部燃料。应当理解，如果在达到目的地之后，通过将电池插入电源可给其重新充电的话，那么混合动力车辆动力系优选只运行于电量消耗模式。

尽管已经详细描述了实现本发明的最佳模式，但是本发明所属领域的技术人员应当认识到在所附权利要求范围内实现本发明的各种可选设计和实施方式。

Claims (12)

1.一种多档变速器，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，其将所述第一行星齿轮组的所述第三元件与所述第二行星齿轮组的所述第二元件持续地连接；

第二互连元件，其将所述第一行星齿轮组的所述第二元件与所述第二行星齿轮组的所述第三元件持续地连接；

第三互连元件，其将所述第三行星齿轮组的所述第一元件与所述第四行星齿轮组的所述第一元件持续地连接；

所述第一行星齿轮组的所述第一元件与固定元件持续地连接；以及

五个扭矩传递装置，用于将所述行星齿轮组的所述元件与所述行星齿轮组的其它元件有选择地连接，所述五个扭矩传递装置以三个扭矩传递装置的组合进行接合，以在所述输入元件与所述输出元件之间建立至少八个前进档和至少一个倒档。

2.如权利要求1所述的变速器，其中所述五个扭矩传递装置的第一个可操作，以有选择地将所述第一行星齿轮组的所述第三元件与所述第三行星齿轮组的所述第三元件连接。

3.如权利要求2所述的变速器，其中所述五个扭矩传递装置的第二个可操作，以有选择地将所述第一行星齿轮组的所述第三元件与所述第三行星齿轮组的所述第二元件连接。

4.如权利要求3所述的变速器，其中所述五个扭矩传递装置的第三个可操作，以有选择地将所述第一行星齿轮组的所述第二元件与所述第四行星齿轮组的所述第二元件连接。

5.如权利要求4所述的变速器，其中所述五个扭矩传递装置的第四个可操作，以有选择地将所述第二行星齿轮组的所述第一元件与所述第三行星齿轮组的所述第一元件连接。

6.如权利要求5所述的变速器，其中所述五个扭矩传递装置的第五个可操作，以有选择地将所述第三行星齿轮组的所述第二元件与所述第四行星齿轮组的所述第三元件连接。

7.如权利要求1所述的变速器，其中所述第一、第二、第三、第四和第五扭矩传递装置包括旋转式离合器。

8.如权利要求1所述的变速器，其中所述第一、第二、第三和第四行星齿轮组的所述第一、第二和第三元件分别包括中心齿轮元件、行星架总成元件和齿圈元件。

9.如权利要求1所述的变速器，其中所述输入元件与所述第三行星齿轮组的所述第三元件持续地互连，所述输出元件与所述第四行星齿轮组的所述第三元件持续地互连。

10.一种多档变速器，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；

所述输入元件与所述第三行星齿轮组的所述第三元件持续地互连；

所述输出元件与所述第四行星齿轮组的所述第三元件持续地互连；

所述第一行星齿轮组的所述第一元件与固定元件持续地连接；

第一互连元件，其将所述第一行星齿轮组的所述第三元件与所述第二行星齿轮组的所述第二元件持续地连接；

第二互连元件，其将所述第一行星齿轮组的所述第二元件与所述第二行星齿轮组的所述第三元件持续地连接；

第三互连元件，其将所述第三行星齿轮组的所述第一元件与所述第四行星齿轮组的所述第一元件持续地连接；

第一扭矩传递装置，其有选择地将所述第一行星齿轮组的所述第三元件与所述第三行星齿轮组的所述第三元件连接；

第二扭矩传递装置，其有选择地将所述第一行星齿轮组的所述第三元件与所述第三行星齿轮组的所述第二元件连接；

第三扭矩传递装置，其有选择地将所述第一行星齿轮组的所述第二元件与所述第四行星齿轮组的所述第二元件连接；

第四扭矩传递装置，其有选择地将所述第二行星齿轮组的所述第一元件与所述第三行星齿轮组的所述第一元件连接；

第五扭矩传递装置，其有选择地将所述第三行星齿轮组的所述第二元件与所述第四行星齿轮组的所述第三元件连接；并且

所述扭矩传递装置以三个扭矩传递装置的组合进行接合，以在所述输入元件与所述输出元件之间建立至少八个前进档和至少一个倒档。

11.一种多档变速器，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中心齿轮元件、行星架总成元件和齿圈元件；

所述输入元件与所述第三行星齿轮组的所述齿圈元件持续地互连；

所述输出元件与所述第四行星齿轮组的所述齿圈元件持续地互连；

所述第一行星齿轮组的所述中心齿轮元件与固定元件持续地连接；

第一互连元件，其将所述第一行星齿轮组的所述齿圈元件与所述第二行星齿轮组的所述行星架总成元件持续地连接；

第二互连元件，其将所述第一行星齿轮组的所述行星架总成元件与所述第二行星齿轮组的所述齿圈元件持续地连接；

第三互连元件，其将所述第三行星齿轮组的所述中心齿轮元件与所述第四行星齿轮组的所述中心齿轮元件持续地连接；

第一扭矩传递装置，其有选择地将所述第一行星齿轮组的所述齿圈元件与所述第三行星齿轮组的所述齿圈元件连接；

第二扭矩传递装置，其有选择地将所述第一行星齿轮组的所述齿圈元件与所述第三行星齿轮组的所述行星架总成元件连接；

第三扭矩传递装置，其有选择地将所述第一行星齿轮组的所述行星架总成元件与所述第四行星齿轮组的所述行星架总成元件连接；

第四扭矩传递装置，其有选择地将所述第二行星齿轮组的所述中心齿轮元件与所述第三行星齿轮组的所述中心齿轮元件连接；

第五扭矩传递装置，其有选择地将所述第三行星齿轮组的所述行星架总成元件与所述第四行星齿轮组的所述齿圈元件连接；并且

所述扭矩传递装置以三个扭矩传递装置的组合进行接合，以在所述输入元件与所述输出元件之间建立至少八个前进档和至少一个倒档。

12.如权利要求11所述的变速器，其中所述第一和第二扭矩传递装置的所述选择性连接经由所述第一互连元件进行，所述第三扭矩传递装置的所述选择性连接经由所述第二互连元件进行。

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