CN101344155B - 十速变速器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及十速变速器，具体而言，变速器具有多个部件，这些部件可用于动力系中以提供十个前进速度比和一个倒档速度比。该变速器包括三个行星齿轮组、六个扭矩传递装置和两个固定的互连部件。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，以及持续地与另一个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运行，以建立十个前进速度比和一个倒档速度比。

Description

十速变速器
技术领域
本发明涉及一种具有三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，以提供十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、多级变速器和差速减速器或主减速器(finaldrive)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运行而提高了车辆的整个运行范围。变速器中可得到的前进速度比的数量决定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整个速度范围，并因此需要可产生宽速度和扭矩范围的相对较大的发动机。这导致发动机在巡航期间运行在某个并非最有效点的特定的燃料消耗点上。因此，手动换档(副轴变速器)是最通用的。
随着三速和四速自动变速器的出现，自动换档(行星齿轮)变速器随着汽车的大众化而提高了普及性。这些变速器改进了车辆的操作性能和燃料经济性。速度比的数量增加减少了速度比之间的步长，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。
六速变速器提供了相对四速和五速变速器的若干优势，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，但客车仍然制造成带有三速和四速自动变速器，而由于五速或六速装置的尺寸和复杂性，采用它们的客车相对较少。
相对六速变速器，七速、八速、九速和十速变速器在加速度和燃料经济性方面提供了进一步的改进。然而，类似于上面论述的六速变速器，七速、八速、九速和十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
本发明的一个目的是提供一种改进的变速器，其具有三个受控制的行星齿轮组，以提供十个前进速度比和一个倒档速度比。
本发明的变速器系列具有三个行星齿轮组，其各包括第一部件、第二部件和第三部件，这些部件可按任何顺序包括恒星齿轮、环形齿轮或行星托架组件部件。
各个托架部件可以是单小齿轮托架部件(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一行星齿轮组的第三部件与第二行星齿轮组的第一部件相连接。
第二互连部件持续地将第二行星齿轮组的第二部件与第三行星齿轮组的第三部件相连接。
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二行星齿轮组的第二部件互连。
第一扭矩传递装置，例如制动器，其选择性地将第一行星齿轮组的第一部件与固定部件(变速器外壳/壳体)相连接。
第二扭矩传递装置，例如制动器，其选择性地将第二行星齿轮组的第三部件与固定部件(变速器外壳/壳体)相连接。
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二部件与第三行星齿轮组的第一部件相连接。
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一部件与第三行星齿轮组的第一部件相连接。
第五扭矩传递装置，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相连接。
第六扭矩传递装置，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相连接。
这六个扭矩传递装置能够选择性地以三个的组合接合，以产生十个前进速度比和一个倒档速度比。
各种速度比和速度比范围(ratio spread)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势。
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运行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。
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包括三个行星齿轮组20，30和40。
行星齿轮组20包括恒星齿轮部件22、环形齿轮部件24和行星托架组件部件26。行星托架组件部件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24两者构成啮合关系的小齿轮27。
行星齿轮组30包括恒星齿轮部件32、环形齿轮部件34和行星托架组件部件36。行星托架组件部件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34两者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和行星托架组件部件46。行星托架组件部件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42两者构成啮合关系的小齿轮47。
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。
输入部件17持续地与行星齿轮组20的行星托架组件部件26相连接。输出部件19持续地与行星齿轮组30的行星托架组件部件36相连接。
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的恒星齿轮部件32相连接。第二互连部件72持续地将行星齿轮组30的行星托架组件部件36与行星齿轮组40的环形齿轮部件44相连接。
第一扭矩传递装置，例如制动器80，其选择性地将行星齿轮组20的恒星齿轮部件22与变速器外壳60相连接。第二扭矩传递装置，例如制动器82，其选择性地将行星齿轮组30的环形齿轮部件34与变速器外壳60相连接。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的行星托架组件部件26与行星齿轮组40的恒星齿轮部件42相连接。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的恒星齿轮部件22与行星齿轮组40的恒星齿轮部件42相连接。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70而将行星齿轮组20的环形齿轮部件24以及行星齿轮组30的恒星齿轮部件32与行星齿轮组40的行星托架组件部件46相连接。第六扭矩传递装置，例如离合器87，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的行星托架组件部件46相连接。
如图1b中所示，尤其如此处所公开的真值表中所示，这些扭矩传递装置选择性地以三个的组合进行接合，以提供十个前进速度比和一个倒档速度比，所有速度比都具有单跃迁换档(single transition shift)及四个超速传动比。
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(ratio step)。例如，在第一和第二前进速度比之间的阶比(step ratio)是1.47，而在倒档速度比和第一前进速度比之间的阶比为-0.64。
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。每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。这些杠杆比又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)。在Benford，Howard和Leising，Maurice的1981年SAE论文810102，″The Lever Analogy：A New Tool in TransmissionAnalysis″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；第一行星齿轮组20A，其具有三个节点：第一节点22A、第二节点26A和第三节点24A；第二行星齿轮组30A，其具有三个节点：第一节点32A、第二节点36A和第三节点34A；以及第三行星齿轮组40A，其具有三个节点：第一节点42A、第二节点46A和第三节点44A。
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36A相连接。
节点24A通过互连部件70而持续地与节点32A相连接。节点36A通过互连部件72而持续地与节点44A相连接。
第一扭矩传递装置，例如制动器80，其选择性地将节点22A与变速器外壳60相连接。第二扭矩传递装置，例如制动器82，其选择性地将节点34A与变速器外壳60相连接。第三扭矩传递装置，例如离合器84，其选择性地将节点26A与节点42A相连接。第四扭矩传递装置，例如离合器85，其选择性地将节点22A与节点42A相连接。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70而将节点24A及节点32A与节点46A相连接。第六扭矩传递装置，例如离合器87，其选择性地将节点34A与节点46A相连接。
为了建立传动比，对于每个传动状态使三个扭矩传递装置相接合。接合的扭矩传递装置由图1b中的各相应的行中的“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87接合。制动器82使节点34A与变速器外壳60接合。离合器84使节点26A与节点42A相接合。离合器87使节点34A与节点46A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十个前进速度比。
动力系10可与混合动力车辆共享构件，并且这种组合可在“电量耗尽模式”下运行。对于本发明的目的，“电量耗尽模式”是一种这样的模式，在这种模式下主要由电动机/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。换句话说，在电量耗尽模式期间，发动机12只是运行到确保蓄电池在到达目的地之前不被耗尽所必需的程度。传统的混合动力车辆以“电量维持模式”运行，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，发动机自动运行以对蓄电池充电。因此，通过在电量耗尽模式下运行，混合动力车辆可保留某些或所有否则将被消耗以保持25％的传统混合动力车辆中的蓄电池电量水平的燃料。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以电量耗尽模式运行。
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将认识到属于所附权利要求书的范围内的各种实践本发明的备选设计和实施例。

Claims (3)

1.一种多级变速器，包括：
输入部件；
输出部件；
各具有恒星齿轮部件、行星托架组件部件和环形齿轮部件的第一行星齿轮组、第二行星齿轮组和第三行星齿轮组；
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恒星齿轮部件相连接；
第二互连部件，其持续地将所述第二行星齿轮组的所述行星托架组件部件与所述第三行星齿轮组的所述环形齿轮部件相连接；
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恒星齿轮部件与固定部件相连接；
第二扭矩传递装置，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固定部件相连接；
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行星托架组件部件与所述第三行星齿轮组的所述恒星齿轮部件相连接；
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相连接；
第五扭矩传递装置，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部件相连接；
第六扭矩传递装置，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部件相连接；并且
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十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，所述第一扭矩传递装置和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、第四扭矩传递装置、第五扭矩传递装置和第六扭矩传递装置包括离合器。
3.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行星托架组件部件相连接，并且所述输出部件持续地与所述第二行星齿轮组的所述行星托架组件部件相连接。
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