CN101319716B - 八速变速器 - Google Patents

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Abstract

本发明变速器具有多个部件，其可用于动力系，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、三个固定的互连部件以及两个接地部件。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，并且以两个组合的方式进行操作，以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
技术领域
本发明涉及一种具有四个行星齿轮组的动力变速器，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、多速变速器和差速或主减速器组成的动力系。多速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(中间轴变速器)是最通用的。
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比阶大小(stepsize)，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。
本发明的变速器系列具有四个行星齿轮组，其各包括第一部件、第二部件和第三部件，这些部件可包括任何顺序的恒星齿轮、环形齿轮或行星托架组件。
在本说明书和权利要求中引用第一齿轮组、第二齿轮组、第三齿轮组和第四齿轮组时，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，各齿轮组的第一部件、第二部件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”。
各个托架部件可以是单个小齿轮托架部件(简单)或双小齿轮托架部件(复合)。具有长的小齿轮的实施例也是可行的。
第一互连部件持续地将第二行星齿轮组的第一部件与第三行星齿轮组的第一部件连接。
第二互连部件持续地将第三行星齿轮组的第三部件与第四行星齿轮组的第一部件连接。
第三互连部件持续地将第三行星齿轮组的第二部件与第四行星齿轮组的第二部件连接。
第一行星齿轮组的第一部件和第二行星齿轮组的第二部件持续地与固定部件(变速器外壳/机壳)相连接。
输入部件持续地与第一行星齿轮组的第二部件相连接。输出部件持续地与第四行星齿轮组的第三部件相连接。
第一扭矩传递装置，例如离合器，其选择性地将第一行星齿轮组的第二部件与第二行星齿轮组的第一部件连接。
第二扭矩传递装置，例如离合器，其选择性地将第一行星齿轮组的第二部件与第三行星齿轮组的第三部件连接。
第三扭矩传递装置，例如离合器，其选择性地将第一行星齿轮组的第三部件与第三行星齿轮组的第三部件连接。
第四扭矩传递装置，例如离合器，其选择性地将第一行星齿轮组的第三部件与第三行星齿轮组的第二部件连接。
第五扭矩传递装置，例如离合器，其选择性地将第二行星齿轮组的第三部件与第三行星齿轮组的第二部件连接。
这五个扭矩传递机构可选择性地以两个组合的方式进行接合，以产生至少八个前进速度比和至少一个倒档速度比。各个轴都是单跃迁换档。
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，将很容易明晰本发明的上述特征和其它特征及优点。
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中所示的动力系的某些操作特征的真值表和图表；且
图1c是杠杆图形式显示的图1a动力系的示意图。
具体实施方式
参照图纸，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包括恒星齿轮部件22、环形齿轮部件24和行星托架组件26。行星托架组件26包括多个可旋转地安装在托架部件29上的小齿轮27，28。小齿轮27设置成与恒星齿轮部件22构成啮合关系，并且小齿轮28设置成与环形齿轮部件24及相应的小齿轮27构成啮合关系。
行星齿轮组30包括恒星齿轮部件32、环形齿轮部件34和行星托架组件36。行星托架组件36包括多个可旋转地安装在托架部件39上，并设置成与环形齿轮部件34及恒星齿轮部件32构成啮合关系的小齿轮37。
行星齿轮组40包括恒星齿轮部件42、环形齿轮部件44和行星托架组件46。行星托架组件46包括多个安装在托架部件49上，并设置成与环形齿轮部件44及恒星齿轮部件42构成啮合关系的小齿轮47。
行星齿轮组50包括恒星齿轮部件52、环形齿轮部件54和行星托架组件56。行星托架组件56包括多个安装在托架部件59上，并设置成与环形齿轮部件54及恒星齿轮部件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装置80，82，84，85和86。扭矩传递装置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20的行星托架组件26相连接。输出部件19持续地与行星齿轮组50的环形齿轮部件54相连接。
行星齿轮组20的恒星齿轮部件22和行星齿轮组30的行星托架组件36持续地与变速器外壳60相连接。
第一互连部件70持续地将行星齿轮组30的恒星齿轮部件32与行星齿轮组40的恒星齿轮部件42连接起来。第二互连部件72持续地将行星齿轮组40的环形齿轮部件44与行星齿轮组50的恒星齿轮部件52连接起来。第三互连部件74持续地将行星齿轮组40的行星托架组件46与行星齿轮组50的行星托架组件56连接起来。
第一扭矩传递装置，例如离合器80，其选择性地将行星齿轮组20的行星托架组件26与行星齿轮组30的恒星齿轮部件22及行星齿轮组40的恒星齿轮部件42通过互连部件70而连接起来。第二扭矩传递装置，例如离合器82，其选择性地将行星齿轮组20的行星托架组件26与行星齿轮组40的环形齿轮部件44及行星齿轮组50的恒星齿轮部件52通过互连部件72而连接起来。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20的环形齿轮部件24与行星齿轮组40的环形齿轮部件44及行星齿轮组50的恒星齿轮部件52通过互连部件72而连接起来。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20的环形齿轮部件24与行星齿轮组40的行星托架组件46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30的环形齿轮部件34与行星齿轮组40的行星托架组件46及行星齿轮组50的行星托架组件56通过互连部件74而连接起来。
如图1b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以两个组合的方式进行接合，以提供至少八个前进速度比和至少一个倒档速度比，所有都带单跃迁换档。
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)为1.59，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：一个用于恒星齿轮部件，一个用于行星齿轮托架部件，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-恒星杠杆比。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(ratio progression)。在各种行星齿轮组的节点之间的机械联接或相互连接由薄的水平线表示，并且扭矩传递装置例如离合器和制动器由交错的指状物表示。如果装置是制动器，那么就将一组指状物接地。在Benford，Howard和Leising，Maurice的SAE论文810102，1981年的″The Lever Analogy：A New 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，该论文通过引用而完整地结合在本文中。
动力系10包括输入部件17、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持续地与节点26A相连接。输出部件19持续地与节点54A相连接。节点22A及36A持续地与变速器外壳60相连接。
节点32A通过互连部件70而持续地与节点42A相连接。节点44A通过互连部件72而持续地与节点52A相连接。节点46A通过互连部件74而持续地与节点56A相连接。
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而将节点26A与节点32A及节点42A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而将节点26A与节点44A及节点52A连接起来。第三扭矩传递装置，例如离合器84，其选择性地通过互连部件72而将节点24A与节点44A及节点52A连接起来。第四扭矩传递装置，例如离合器85，其选择性地通过互连部件74而将节点24A与节点46A及节点56A连接起来。第五扭矩传递装置，例如离合器86，其选择性地通过互连部件74而将节点34A与节点46A及节点56A连接起来。
为了建立传动比，对于各个齿轮状态可使两个扭矩传递装置接合。接合的扭矩传递装置由图1中的每个相应的行中的“X”代表。例如，为了建立倒档齿轮，使离合器80和86接合。离合器80使节点26A与32A及42A相接合。离合器86使节点34A与46A及56A相接合。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“电量损耗模式”下操作。对于本发明的目的，“电量损耗模式”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，在电量损耗模式期间，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，通过在电量损耗模式下操作，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，通过将其插入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损耗模式下进行操作。
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附属权利要求的范围内，可制作各种备选设计和实施例来实践本发明。

Claims (9)

1.一种多速变速器，包括：
输入部件；
输出部件；
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，其各具有第一部件、第二部件和第三部件，其中所述第一部件、第二部件和第三部件分别是恒星齿轮部件、行星托架组件和环形齿轮部件；
第一互连部件，其持续地将所述第二行星齿轮组的所述第一部件与所述第三行星齿轮组的所述第一部件连接；
第二互连部件，其持续地将所述第三行星齿轮组的所述第三部件与所述第四行星齿轮组的所述第一部件连接；
第三互连部件，其持续地将所述第三行星齿轮组的所述第二部件与所述第四行星齿轮组的所述第二部件连接；
所述第一行星齿轮组的所述第一部件和所述第二行星齿轮组的所述第二部件持续地与固定部件相连接；和
五个扭矩传递装置，用于选择性地将所述行星齿轮组的所述部件与所述行星齿轮组的其它部件互连，所述五个扭矩传递装置以两个组合的方式进行接合，以便在所述输入部件和所述输出部件之间建立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，所述五个扭矩传递装置的其中第一个扭矩传递装置可操作用于选择性地将所述第一行星齿轮组的所述第二部件与所述第二行星齿轮组的所述第一部件连接。
3.根据权利要求2所述的变速器，其特征在于，所述五个扭矩传递装置的其中第二个扭矩传递装置可操作用于选择性地将所述第一行星齿轮组的所述第二部件与所述第三行星齿轮组的所述第三部件连接。
4.根据权利要求3所述的变速器，其特征在于，所述五个扭矩传递装置的其中第三个扭矩传递装置可操作用于选择性地将所述第一行星齿轮组的所述第三部件与所述第三行星齿轮组的所述第三部件连接。
5.根据权利要求4所述的变速器，其特征在于，所述五个扭矩传递装置的其中第四个扭矩传递装置可操作用于选择性地将所述第一行星齿轮组的所述第三部件与所述第三行星齿轮组的所述第二部件连接。
6.根据权利要求5所述的变速器，其特征在于，所述五个扭矩传递装置的其中第五个扭矩传递装置可操作用于选择性地将所述第二行星齿轮组的所述第三部件与所述第三行星齿轮组的所述第二部件连接。
7.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述第一扭矩传递装置、第二扭矩传递装置、第三扭矩传递装置、第四扭矩传递装置和第五扭矩传递装置都包括离合器。
8.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述输入部件持续地与所述第一行星齿轮组的所述第二部件互连，并且所述输出部件持续地与所述第四行星齿轮组的所述第三部件互连。
9.一种多速变速器，包括：
输入部件；
输出部件；
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，其各具有恒星齿轮部件、行星托架组件和环形齿轮部件；
所述输入部件持续地与所述第一行星齿轮组的所述行星托架组件互连；
所述输出部件持续地与所述第四行星齿轮组的所述环形齿轮部件互连；
所述第一行星齿轮组的所述恒星齿轮部件和所述第二行星齿轮组的所述行星托架组件持续地与固定部件相连接；
第一互连部件，其持续地将所述第二行星齿轮组的所述恒星齿轮部件与所述第三行星齿轮组的所述恒星齿轮部件连接；
第二互连部件，其持续地将所述第三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恒星齿轮部件连接；
第三互连部件，其持续地将所述第三行星齿轮组的所述行星托架组件与所述第四行星齿轮组的所述行星托架组件连接；
第一扭矩传递装置，其选择性地将所述第一行星齿轮组的所述行星托架组件与所述第二行星齿轮组的所述恒星齿轮部件连接；
第二扭矩传递装置，其选择性地将所述第一行星齿轮组的所述行星托架组件与所述第三行星齿轮组的所述环形齿轮部件连接；
第三扭矩传递装置，其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三行星齿轮组的所述环形齿轮部件连接；
第四扭矩传递装置，其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三行星齿轮组的所述行星托架组件连接；
第五扭矩传递装置，其选择性地将所述第二行星齿轮组的所述环形齿轮部件与所述第三行星齿轮组的所述行星托架组件连接；且
所述扭矩传递机构以两个组合的方式进行接合，以便在所述输入部件和所述输出部件之间建立至少八个前进速度比和至少一个倒档速度比。
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