CN101275648A - 八速变速器 - Google Patents

Abstract

一种八速变速器，具有可用于动力系的多个构件，以便提供八个前进速度比和一个倒档速度比。该变速器包括具有五个转矩传送机构、三个固定互连件以及接地构件的四个行星齿轮组。该动力系包括持续地连接到行星齿轮构件中的至少一个的发动机和转矩变换器，以及与行星齿轮构件中的另一个持续连接的输出构件。该五个转矩传送机构在各种齿轮构件和变速器壳体之间提供互连，且结合三个进行工作，以便建立至少八个前进速度比和至少一个倒档速度比。

Description

八速变速器

本申请要求享有2007年3月30日递交的美国临时申请号60/909,140的权益，其通过引用整体地结合到本文中。

技术领域

本发明涉及具有四个行星齿轮组的动力变速器，该四个行星齿轮组由五个转矩传送装置控制，以便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、多级变速器和差动传动或末级传动构成的动力系。该多级变速器通过准许发动机在其扭矩范围内多次运行而增加该车辆的总体运行范围。变速器中可用的前进速度比的数量决定了发动机转矩范围重复的次数。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体速度范围并从而需要可以产生较宽速度和转矩范围的相对大型的发动机。这导致发动机在巡回期间是在特定的燃料消耗点而不是在最高效点工作。因此，人工换档(副轴变速器)是最常用的。

随着三速和四速自动变速器的出现，自动换挡(行星齿轮)变速器在驾车人中变得流行起来。这些变速器提高了车辆的工作性能和燃料燃烧效率。速度比数量的增加减少了速度比之间的步距，并从而通过使得该速度比转换在正常车辆加速条件下实质上被操作者觉察不到而提高了变速器的换档质量。

六速变速器提供了优于四速和五速变速器的多个优点，包括改进的车辆加速和提高的燃料燃烧效率。虽然许多卡车采用具有六个或更多前进速度比的动力变速器，但是由于这些变速器的尺寸和复杂性，客车仍然被制造成具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和燃料燃烧效率方面提供了比六速变速器更进一步地完善。然而，就像上述讨论到的六速变速器那样，由于复杂性、尺寸和成本而阻碍了七速、八速和九速变速器的发展。

发明内容

本发明提供了一种改进的变速器，该变速器具有受控的四个行星齿轮组，以便提供至少八个前进速度比和至少一个倒档速度比。

本发明的变速器族具有四个行星齿轮组，其中的每组都包括第一构件、第二构件和第三构件，这些构件可以任何次序包括太阳齿轮、环形齿轮或行星架组合构件。

参照本说明和权利要求中的第一齿轮组、第二齿轮组、第三齿轮组和第四齿轮组，在附图中这些组可以任何次序(即从左到右、从右到左等)被视为″第一″至″第四″。此外对于每个齿轮组，附图中各齿轮组的第一构件、第二构件或第三构件可以任何次序(即从上到下、从下到上等)被视为″第一″至″第三″。

各个架构件可以是单个的小齿轮架构件(简单)或者成双的小齿轮架构件(合成)。具有长的小齿轮的实施例也成为可能。

第一互连构件将第一行星齿轮组的第二构件与第三行星齿轮组的第三构件持续连接。

第二互连构件将第二行星齿轮组的第一构件与第三行星齿轮组的第三构件持续连接。

第三互连构件将第三行星齿轮组的第一构件与第四行星齿轮组的第一构件持续连接。

第一行星齿轮组的第一构件与固定构件(变速器壳体/机壳)持续连接。

输入构件与第四行星齿轮组的第二构件持续连接。输出构件与第二行星齿轮组的第二构件持续连接。

诸如制动器的第一转矩传送装置将第四行星齿轮组的第三构件与固定构件(变速器壳体/机壳)选择性地连接。

诸如离合器的第二转矩传送装置将第一行星齿轮组的第三构件与第三行星齿轮组的第二构件选择性地连接。

诸如离合器的第三转矩传送装置将第一行星齿轮组的第二构件与第四行星齿轮组的第二构件选择性地连接。

诸如离合器的第四转矩传送装置将第二行星齿轮组的第三构件与第三行星齿轮组的第二构件选择性地连接。

诸如离合器的第五转矩传送装置将第二行星齿轮组的第三构件与第四行星齿轮组的第三构件选择性地连接。

该五个转矩传送机构选择性地结合三个进行啮合，以便产生至少八个前进速度比和至少一个倒档速度比。各换档为单次转变换档，而且提供了三个超速传动比。

各种速度比和速比分布可通过合适地选择行星齿轮组的槽齿比(tooth ratio)而实现。

当结合附图并根据以下实现本发明最佳方式的详细说明，可容易地明白本发明以上所述的特征以及其它特征和优点。

附图说明

图1a为根据本发明包括行星变速器的动力系的示意图；

图1b为描述图1a所示动力系的一些工作特性的真值表和图表；和

图1c为以杆式图的形式描述图1a动力系的示意图。

具体实施方式

参照附图，图1a示出了具有常规的发动机和转矩变换器12、行星变速器14和常规的末级传动机构16的动力系10。发动机12可通过利用各种型式的燃料而供以动力，以便改进具体应用的效率和燃料燃烧效率。这样的燃料例如可包括汽油；柴油；乙醇；二甲醚等。

行星变速器14包括与发动机12持续连接的输入构件17、行星齿轮布置18和与末级传动机构16持续连接的输出构件19。行星齿轮布置18包括四个行星齿轮组20、30、40和50。

行星齿轮组20包括太阳齿轮构件22、环形齿轮构件24和行星架组合构件26。行星架组合构件26包括可转动地安装在架构件29上、并与太阳齿轮构件22和环形齿轮构件24都成啮合关系设置的多个小齿轮27。

行星齿轮组30包括太阳齿轮构件32、环形齿轮构件34和行星架组合构件36。行星架组合构件36包括可转动地安装在架构件39上、并与环形齿轮构件34和太阳齿轮构件32都成啮合关系设置的多个小齿轮37。

行星齿轮组40包括太阳齿轮构件42、环形齿轮构件44和行星架组合构件46。行星架组合构件46包括可转动地安装在架构件49上、并与环形齿轮构件44和太阳齿轮构件42都成啮合关系设置的多个小齿轮47。

行星齿轮组50包括太阳齿轮构件52、环形齿轮构件54和行星架组合构件56。行星架组合构件56包括可转动地安装在架构件59上、并与环形齿轮构件54和太阳齿轮构件52都成啮合关系设置的多个小齿轮57。

行星齿轮布置还包括五个转矩传送机构80、82、84、85和86。转矩传送装置80为通常称为制动器或反作用离合器的固定式转矩传送机构。转矩传送装置82、84、85和86为通常称为离合器的转动型转矩传送机构。

输入构件17与行星齿轮组50的行星架组合构件56持续连接。输出构件19与行星齿轮组30的行星架组合构件36持续连接。

行星齿轮组20的太阳齿轮构件22与变速器壳体60持续连接。

第一互连构件70将行星齿轮组20的行星架组合构件26与行星齿轮组40的环形齿轮构件44持续连接。第二互连构件72将行星齿轮组30的太阳齿轮构件32与行星齿轮组40的环形齿轮构件44持续连接。第三互连构件74将行星齿轮组40的太阳齿轮构件42与行星齿轮组50的太阳齿轮构件52持续连接。

诸如制动器80的第一转矩传送装置将行星齿轮组50的环形齿轮构件54与变速器壳体60选择性地连接。诸如离合器82的第二转矩传送装置将行星齿轮组20的环形齿轮构件24与行星齿轮组40的行星架组合构件46选择性地连接。诸如离合器84的第三转矩传送装置将行星齿轮组20的行星架组合构件26与行星齿轮组50的行星架组合构件56选择性地连接。诸如离合器85的第四转矩传送装置将行星齿轮组30的环形齿轮构件34与行星齿轮组40的行星架组合构件46选择性地连接。诸如离合器86的第五转矩传送装置将行星齿轮组30的环形齿轮构件34与行星齿轮组50的环形齿轮构件54选择性地连接。

如图1b所示且尤其是其中公开的真值表，转矩传送机构选择性地结合三个进行啮合，以便提供至少八个前进速度比和至少一个倒档速度比，悉数具有单次转变顺序换档并且包括三个超速传动比。

如同上文中所阐述的那样，图1b的真值表示出了转矩传送机构的啮合进度表。图1b的图表中描述了获得以上所述变速器的分级比。例如，尽管倒档速度比和第一前进比之间的分级比(step ratio)为0.76，但第一和第二前进速度比之间的分级比为1.53。

参照图1c，以杆式图的形式示出了图1a中所描述的动力系10的实施例。杆式图为诸如自动变速器的机械装置的部件的示意图。各个单独的杆表示行星齿轮组，其中，行星齿轮的三个基本机械构件各自由节点表示。因此，单个杆含有三个节点：一个用于太阳齿轮构件、一个用于行星齿轮架构件和一个用于环形齿轮构件。各个杆节点之间的相对长度可用于表示各个相应齿轮组的环-太阳比(ring-to-sunratio)。这些杆比随后被用于改变变速器的齿轮比，以便获得适当比和比级数。各种行星齿轮组的节点之间的机械耦合或互连由细的、水平直线表示，而诸如离合器和制动器的转矩传送装置表示成交错的指状物。如果该装置为制动器，则指状物的一组接地。在1981年的作者为Benford，Howard和Leising，Maurice的SAE论文810102的″杆模拟：一种变速器分析中的新工具″中，可找到该杆式图的形式、目的和使用的进一步解说，在此通过引用将其完整地结合到本文中。

动力系10包括与发动机12持续连接的输入构件17、与末级传动16持续连接的输出构件19、具有三个节点的第一行星齿轮组20A：第一节点22A、第二节点26A和第三节点24A；具有三个节点的第二行星齿轮组30A：第一节点32A、第二节点36A和第三节点34A；具有三个节点的第三行星齿轮组40A：第一节点42A、第二节点46A和第三节点44A；和具有三个节点的第四行星齿轮组50A：第一节点52A、第二节点56A和第三节点54A。

输入构件17与节点56A持续连接。输出构件与节点36A持续连接。节点22A与变速器壳体60持续连接。

节点26A与节点32A和44A持续连接。节点42A与节点52A持续连接。

诸如制动器80的第一转矩传送装置将节点54A与变速器壳体60选择性地连接。诸如离合器82的第二转矩传送装置将节点24A与节点46A选择性地连接。诸如离合器84的第三转矩传送装置将节点26A与节点56A选择性地连接。诸如离合器85的第四转矩传送装置将节点34A与节点46A选择性地连接。诸如离合器86的第五转矩传送装置将节点34A与节点54A选择性地连接。

为了建立速比，三个转矩传送装置为各个齿轮状态而啮合。已啮合的转矩传送装置以各个相应行中的″X″表示。例如，为了建立倒档齿轮，制动器80、离合器85和离合器86啮合。制动器80将节点54A与变速器壳体60啮合。离合器85将节点34A与节点46A啮合。离合器86将节点34A与节点54A啮合。同样地，通过按照图1c中离合器啮合的不同组合获得了八个前进速度比。

动力系10可与混合动力车辆一起共用部件，而这样的组合可以″充电-耗尽的模式″工作。对本发明来说，″充电-耗尽模式″是指其中主要通过电动马达/发电机对车辆供以动力的模式，以便当车辆达到其目的地时电池耗尽或差不多耗尽。换句话说，在充电-耗尽模式期间，发动机12仅在必需的一定程度上工作，以便确保在达到目的地之前电池未被耗尽。常规的混合动力车辆以″充电-维持模式″工作，其中，如果电池充电水平降低到预定水平的程度(例如25％)，则发动机自动运转，以便对电池重新充电。因此，通过以充电-耗尽模式工作，混合动力车辆可以保存燃料的一些或全部，不同地在常规的混合动力车辆中，该燃料为了保持25％的电池充电水平而将会消耗完。应理解的是，混合动力车辆动力系仅优选在如果达到目的地后通过将电池插入能量源中可对其再充电，则以充电-耗尽模式工作。

尽管已经详细地描述了用于实现本发明的最佳方式，但对于那些熟悉本发明相关领域的人员而言将会认识到用于实施本发明的各种备选设计和实施例仍将落入所附权利要求的范畴内。

Claims (11)

1.一种多速变速器，包括：

输入构件；

输出构件；

第一行星齿轮组、第二行星齿轮组、第三行星齿轮组和第四行星齿轮组，各自具有第一构件、第二构件和第三构件；

第一互连构件，将所述第一行星齿轮组的所述第二构件与所述第三行星齿轮组的所述第三构件持续连接；

第二互连构件，将所述第二行星齿轮组的所述第一构件与所述第三行星齿轮组的所述第三构件持续连接；

第三互连构件，将所述第三行星齿轮组的所述第一构件与所述第四行星齿轮组的所述第一构件持续连接；

所述第一行星齿轮组的所述第一构件与固定构件持续连接；和

五个转矩传送装置，用于将所述行星齿轮组的所述构件与固定构件或所述行星齿轮组的其它构件选择性地互连，所述五个转矩传送装置结合三个进行啮合，以便创建至少八个前进速度比和至少一个倒档速度比。

2.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述五个转矩传送装置中的第一个是可操作的，用于将所述第四行星齿轮组的所述第三构件与固定构件选择性地连接。

3.根据权利要求2所述的变速器，其特征在于，所述五个转矩传送装置中的第二个是可操作的，用于将所述第一行星齿轮组的所述第三构件与所述第三行星齿轮组的所述第二构件选择性地连接。

4.根据权利要求3所述的变速器，其特征在于，所述五个转矩传送装置中的第三个是可操作的，用于将所述第一行星齿轮组的所述第二构件与所述第四行星齿轮组的所述第二构件选择性地连接。

5.根据权利要求4所述的变速器，其特征在于，所述五个转矩传送装置中的第四个是可操作的，用于将所述第二行星齿轮组的所述第三构件与所述第三行星齿轮组的所述第二构件选择性地连接。

6.根据权利要求5所述的变速器，其特征在于，所述五个转矩传送装置中的第五个是可操作的，用于将所述第二行星齿轮组的所述第三构件与所述第四行星齿轮组的所述第三构件选择性地连接。

7.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述五个转矩传送装置中的一个包括制动器；而所述五个转矩传送装置中其它的转矩传送装置包括离合器。

8.根据权利要求6所述的变速器，其特征在于，所述第一行星齿轮组、第二行星齿轮组、第三行星齿轮组和第四行星齿轮组的所述第一构件、第二构件和第三构件分别包括太阳齿轮构件、行星架组合构件和环形齿轮构件。

9.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述输入构件与所述第四行星齿轮组的所述第二构件持续地相互连接，而所述输出构件与所述第二行星齿轮组的所述第二构件持续地相互连接。

10.一种多速变速器，包括：

输入构件；

输出构件；

第一行星齿轮组、第二行星齿轮组、第三行星齿轮组和第四行星齿轮组，各自具有第一构件、第二构件和第三构件；

所述输入构件与所述第四行星齿轮组的所述第二构件持续地相互连接；

所述输出构件与所述第二行星齿轮组的所述第二构件持续地相互连接；

所述第一行星齿轮组的所述第一构件与固定构件持续连接；

第一互连构件，将所述第一行星齿轮组的所述第二构件与所述第三行星齿轮组的所述第三构件持续连接；

第二互连构件，将所述第二行星齿轮组的所述第一构件与所述第三行星齿轮组的所述第三构件持续连接；

第三互连构件，将所述第三行星齿轮组的所述第一构件与所述第四行星齿轮组的所述第一构件持续连接；

第一转矩传送装置，将所述第四行星齿轮组的所述第三构件与所述固定构件选择性地连接；

第二转矩传送装置，将所述第一行星齿轮组的所述第三构件与所述第三行星齿轮组的所述第二构件选择性地连接；

第三转矩传送装置，将所述第一行星齿轮组的所述第二构件与所述第四行星齿轮组的所述第二构件选择性地连接；

第四转矩传送装置，将所述第二行星齿轮组的所述第三构件与所述第三行星齿轮组的所述第二构件选择性地连接；

第五转矩传送装置，将所述第二行星齿轮组的所述第三构件与所述第四行星齿轮组的所述第三构件选择性地连接；并且

所述转矩传送机构结合三个进行啮合，以便在所述输入构件和所述输出构件之间创建至少八个前进速度比和至少一个倒档速度比。

11.一种多速变速器，包括：

输入构件；

输出构件；

第一行星齿轮组、第二行星齿轮组、第三行星齿轮组和第四行星齿轮组，各自具有太阳齿轮构件、行星架组合构件和环形齿轮构件；

所述输入构件与所述第四行星齿轮组的所述行星架组合构件持续地相互连接；

所述输出构件与所述第二行星齿轮组的所述行星架组合构件持续地相互连接；

所述第一行星齿轮组的所述太阳齿轮构件与固定构件持续连接；

第一互连构件，将所述第一行星齿轮组的所述行星架组合构件与所述第三行星齿轮组的所述环形齿轮构件持续连接；

第二互连构件，将所述第二行星齿轮组的所述太阳齿轮构件与所述第三行星齿轮组的所述环形齿轮构件持续连接；

第三互连构件，将所述第三行星齿轮组的所述太阳齿轮构件与所述第四行星齿轮组的所述太阳齿轮构件持续连接；

第一转矩传送装置，将所述第四行星齿轮组的所述环形齿轮构件与所述固定构件选择性地连接；

第二转矩传送装置，将所述第一行星齿轮组的所述环形齿轮构件与所述第三行星齿轮组的所述行星架组合构件选择性地连接；

第三转矩传送装置，将所述第一行星齿轮组的所述行星架组合构件与所述第四行星齿轮组的所述行星架组合构件选择性地连接；

第四转矩传送装置，将所述第二行星齿轮组的所述环形齿轮构件与所述第三行星齿轮组的所述行星架组合构件选择性地连接；

第五转矩传送装置，将所述第二行星齿轮组的所述环形齿轮构件与所述第四行星齿轮组的所述环形齿轮构件选择性地连接；并且

所述转矩传送机构结合三个进行啮合，以便在所述输入构件和所述输出构件之间创建至少八个前进速度比和至少一个倒档速度比。

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