CN101344142A

CN101344142A - 9级变速器

Info

Publication number: CN101344142A
Application number: CNA2008101283869A
Authority: CN
Inventors: A·W·菲利普斯; S·H·维特科普; J·M·哈特; C·E·凯里
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-07-09
Filing date: 2008-07-08
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2028-07-08
Also published as: US7695398B2; DE102008031970A1; US20090017964A1; CN101344142B; DE102008031970B4

Abstract

本发明涉及一种9级变速器，其具有多个部件，可用于动力系，以提供九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、六个扭矩传递装置和三个固定的互连部件。该动力系包括发动机和持续地连接在其中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。这六个扭矩传递装置提供了在各种齿轮部件之间以及与变速器外壳的相互连接，并以三个的组合进行操作，以建立九个前进速度比和一个倒档速度比。

Description

9级变速器

技术领域

[0001]本发明涉及一种具有四个行星齿轮组的动力变速器，这些行星齿轮组由六个扭矩传递装置控制，以提供九个前进速度比和一个倒档速度比。

背景技术

[0002]客车包括由发动机、多级变速器和差速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)是最通用的。

[0003]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。

[0004]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。

[0005]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

[0006]本发明的一个目的是提供一种改进的变速器，其具有四个受控制的行星齿轮组，以提供九个前进速度比和一个倒档速度比。

[0007]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。

[0008]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”。

[0009]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。

[0010]第一互连部件持续地将第一行星齿轮组的第三部件与第二行星齿轮组的第二部件连接起来。

[0011]第二互连部件持续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，并与第四行星齿轮组的第三部件连接起来。

[0012]第三互连部件持续地将第一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起来。

[0013]输入部件持续地与第四行星齿轮组的第一部件相连接。输出部件持续地与第三行星齿轮组的第三部件互连。

[0014]第一扭矩传递装置，例如制动器，其有选择地将第一行星齿轮组的第一部件与固定部件(变速器外壳/外罩)连接起来。

[0015]第二扭矩传递装置，例如制动器，其有选择地将第四行星齿轮组的第二部件与固定部件(变速器外壳/外罩)连接起来。

[0016]第三扭矩传递装置，例如离合器，其有选择地将第一行星齿轮组的第一部件与第二行星齿轮组的第一部件连接起来。

[0017]第四扭矩传递装置，例如离合器，其有选择地将第一行星齿轮组的第二部件与第四行星齿轮组的第一部件连接起来。

[0018]第五扭矩传递装置，例如离合器，其有选择地将第一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起来。

[0019]第六扭矩传递装置，例如离合器，其有选择地将第二行星齿轮组的第三部件与第二行星齿轮组的第一部件连接起来。

[0020]这六个扭矩传递装置可有选择地三个一组地进行接合，以产生九个前进速度比和一个倒档速度比。

[0021]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。

[0022]从以下结合附属图纸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势。

附图说明

[0023]图1a是包括根据本发明的行星变速器的动力系的示意图；

[0024]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；且

[0025]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

[0026]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。

[0027]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。

[0028]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，并设置成与恒星齿轮部件22及环形齿轮部件24构成啮合关系的小齿轮27。

[0029]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，并设置成与恒星齿轮部件32及环形齿轮部件34构成啮合关系的小齿轮37。

[0030]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。

[0031]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上的小齿轮57，58。小齿轮58设置成与环形齿轮部件54构成啮合关系，并且小齿轮57设置成与恒星齿轮部件52及相应的小齿轮58构成啮合关系。

[0032]行星齿轮装置还包括六个扭矩传递装置80，82，84，85，86和87。这些扭矩传递装置80和82是固定型扭矩传递装置，通常称为制动器或反作用离合器。扭矩传递装置84，85，86和87是旋转型扭矩传递装置，通常称为离合器。

[0033]输入部件17持续地与行星齿轮组50的恒星齿轮部件52相连接。输出部件19持续地与行星齿轮组40的环形齿轮部件44相连接。

[0034]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的行星托架组件36连接起来。第二互连部件72持续地将行星齿轮组30的环形齿轮部件34与行星齿轮组40的行星托架组件46，并与行星齿轮组50的环形齿轮部件54连接起来。第三互连部件74持续地将行星齿轮组20的恒星齿轮部件22与行星齿轮组40的恒星齿轮部件42连接起来。

[0035]第一扭矩传递装置，例如制动器80，其有选择地通过互连部件74而将行星齿轮组20的恒星齿轮部件22及行星齿轮组40的恒星齿轮部件42与变速器外壳60连接起来。第二扭矩传递装置，例如制动器82，其有选择地将行星齿轮组50的行星托架组件56与变速器外壳60连接起来。第三扭矩传递装置，例如离合器84，其有选择地通过互连部件74而将行星齿轮组20的恒星齿轮部件22及行星齿轮组40的恒星齿轮部件42与行星齿轮组30的恒星齿轮部件32连接起来。第四扭矩传递装置，例如离合器85，其有选择地将行星齿轮组20的行星托架组件26与行星齿轮组50的恒星齿轮部件52连接起来。第五扭矩传递装置，例如离合器86，其有选择地将行星齿轮组20的行星托架组件26与行星齿轮组50的行星托架组件56连接起来。第六扭矩传递装置，例如离合器87，其有选择地通过互连部件72而将行星齿轮组30的环形齿轮部件34、行星齿轮组40的行星托架组件46及行星齿轮组50的恒星齿轮部件54与行星齿轮组30的恒星齿轮部件32连接起来。

[0036]如图1b中所示，尤其此处所公开的真值表中所示，这些扭矩传递装置可有选择地三个一组地进行接合，以提供九个前进速度比和一个倒档速度比，所有这些速度比都可利用单跳变换档(singletransmission shift)来实现，且其中具有三个超速传动比。

[0037]如上所述，在图1b的真值表中显示了用于扭矩传递装置的接合一览表。图1b的图表描述了上述变速器中所达到的比阶(ratiostep)。例如，在第一前进速度比和第二前进速度比之间的阶比是1.32，而在倒档速度比和第一前进速度比之间的阶比为-0.75。

[0038]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，还有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，以获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细的水平线表示，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(ground)(此处指扭矩不再传递，类似于电路中“接地”则电流为0)。在Benford，Howard和Leising，Maurice的1981年SAE论文810102，″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，其通过引用而完整地结合在本文中。

[0039]动力系10包括持续地与发动机12相连接的输入部件17；持续地与主减速器机构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。

[0040]输入部件17持续地与节点52A相连接。输出部件19持续地与节点44A相连接。

[0041]节点24A通过互连部件70而持续地与节点36A相连接。节点34A通过互连部件72而持续地与节点46A及54A相连接。节点22A通过互连部件74而持续地与节点42A相连接。

[0042]第一扭矩传递装置，例如制动器80，其有选择地通过互连部件74而将节点22A及42A与变速器外壳60连接起来。第二扭矩传递装置，例如制动器82，其有选择地将节点56A与变速器外壳60连接起来。第三扭矩传递装置，例如离合器84，其有选择地通过互连部件74而将节点32A与节点42A及节点22A连接起来。第四扭矩传递装置，例如离合器85，其有选择地将节点26A与节点52A连接起来。第五扭矩传递装置，例如离合器86，其有选择地将节点26A与节点56A连接起来。第六扭矩传递装置，例如离合器87，其有选择地通过互连部件72而将节点32A与节点34A，46A及节点54A连接起来。

[0043]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。接合的扭矩传递装置由图1b中的每个相应的行中的“X”代表。例如，为了建立倒档齿轮比，使制动器82和离合器84及85接合。制动器82使节点56A与变速器外壳60接合。离合器84通过互连部件74而使节点22A及42A与节点32A相接合。离合器85使节点26A与节点52A相接合。类似地，按照图1b通过不同的离合器的接合组合可获得九个前进速度比。

[0044]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消耗模式下进行操作。

[0045]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

1.一种多级变速器，其包括：

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；

第一互连部件，其持续地将所述第一行星齿轮组的所述第三部件与所述第二行星齿轮组的所述第二部件连接起来；

第二互连部件，其持续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，并与所述第四行星齿轮组的所述第三部件连接起来；

第三互连部件，其持续地将所述第一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起来；和

六个扭矩传递装置，其用于有选择地将所述行星齿轮组的所述部件与固定部件，或与所述行星齿轮组的其它部件互连，所述六个扭矩传递装置以三个的组合进行接合，以在所述输入部件和所述输出部件之间建立至少九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，所述六个扭矩传递装置中的第一扭矩传递装置是可操作的，以有选择地将所述第一行星齿轮组的所述第一部件与所述固定部件连接起来。

3.根据权利要求2所述的变速器，其特征在于，所述六个扭矩传递装置中的第二扭矩传递装置是可操作的，以有选择地将所述第四行星齿轮组的所述第二部件与所述固定部件连接起来。

4.根据权利要求3所述的变速器，其特征在于，所述六个扭矩传递装置中的第三扭矩传递装置是可操作的，以有选择地将所述第一行星齿轮组的所述第一部件与所述第二行星齿轮组的所述第一部件连接起来。

5.根据权利要求4所述的变速器，其特征在于，所述六个扭矩传递装置中的第四扭矩传递装置是可操作的，以有选择地将所述第一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一部件连接起来。

6.根据权利要求5所述的变速器，其特征在于，所述六个扭矩传递装置中的第五扭矩传递装置是可操作的，以有选择地将所述第一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起来。

7.根据权利要求6所述的变速器，其特征在于，所述六个扭矩传递装置中的第六扭矩传递装置是可操作的，以有选择地将所述第二行星齿轮组的所述第三部件与所述第二行星齿轮组的所述第一部件连接起来。

8.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和所述第二扭矩传递装置包括制动器，并且所述第三扭矩传递装置、所述第四扭矩传递装置、所述第五扭矩传递装置和所述第六扭矩传递装置包括离合器。

9.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述第一行星齿轮组、所述第二行星齿轮组、所述第三行星齿轮组和所述第四行星齿轮组的所述第一部件、所述第二部件和所述第三部件分别包括恒星齿轮部件、行星托架组件和环形齿轮部件。

10.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四行星齿轮组的所述第一部件相连接，并且所述输出部件持续地与所述第三行星齿轮组的所述第三部件相连接。

11.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述第四行星齿轮组的所述第二部件是双小齿轮托架。

12.一种多级变速器，其包括：

输入部件；

输出部件；

所述输入部件持续地与所述第四行星齿轮组的所述第一部件相连接，并且所述输出部件持续地与所述第三行星齿轮组的所述第三部件相连接；

第三互连部件，其持续地将所述第一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起来；

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一部件与固定部件连接起来；

第二扭矩传递装置，其有选择地将所述第四行星齿轮组的所述第二部件与所述固定部件连接起来；

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一部件与所述第二行星齿轮组的所述第一部件连接起来；

第四扭矩传递装置，其有选择地将所述第一行星齿轮组的所述第二部件与所述第四行星齿轮组的所述第一部件连接起来；

第五扭矩传递装置，其有选择地将所述第一行星齿轮组的所述第二部件与所述第四行星齿轮组的所述第二部件连接起来；

第六扭矩传递装置，其有选择地将所述第二行星齿轮组的所述第三部件与所述第二行星齿轮组的所述第一部件连接起来；且

所述六个扭矩传递装置以三个的组合进行接合，以便在所述输入部件和所述输出部件之间建立至少九个前进速度比和至少一个倒档速度比。

13.根据权利要求12所述的变速器，其特征在于，所述第一行星齿轮组、所述第二行星齿轮组、所述第三行星齿轮组和所述第四行星齿轮组的所述第一部件、所述第二部件和所述第三部件分别包括恒星齿轮部件、行星托架组件和环形齿轮部件。

14.一种多级变速器，其包括：

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四行星齿轮组的所述恒星齿轮部件互连，并且所述输出部件持续地与所述第三行星齿轮组的所述环形齿轮部件互连；

第一互连部件，其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行星托架组件连接起来；

第二互连部件，其持续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，并与所述第四行星齿轮组的所述环形齿轮部件连接起来；

第三互连部件，其持续地将所述第一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起来；

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恒星齿轮部件与固定部件连接起来；

第二扭矩传递装置，其有选择地将所述第四行星齿轮组的所述行星托架组件与所述固定部件连接起来；

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恒星齿轮部件与所述第二行星齿轮组的所述恒星齿轮部件连接起来；

第四扭矩传递装置，其有选择地将所述第一行星齿轮组的所述行星托架组件与所述第四行星齿轮组的所述恒星齿轮部件连接起来；

第五扭矩传递装置，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起来；

第六扭矩传递装置，其有选择地将所述第二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恒星齿轮部件连接起来；且

所述六个扭矩传递装置以三个的组合进行接合，以便在所述输入部件和所述输出部件之间建立九个前进速度比和一个倒档速度比。