CN101344156A - 九级变速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种九级变速器，其具有多个部件，这些部件可用于动力系以提供九种前进速度比和一种倒档速度比。该变速器包括：四个行星齿轮组、六个扭矩传递装置和四个固定互连。该动力系包括持续地连接到行星齿轮部件中的一个上的发动机及扭矩变换器和与行星齿轮部件中的另一个持续地连接的输出部件。六个扭矩传递装置在不同的齿轮部件和变速器壳体之间提供互连，并且以三个的组合操作，以建立九种前进速度比和一种倒档速度比。

Description

九级变速器

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，该四个行星齿轮组由六个扭矩传递装置所控制，以提供九种前进速度比和一种倒档速度比。

背景技术

客车包括由发动机、多级变速器和差动装置或主减速器组成的动力系。多级变速器通过允许发动机在其扭矩范围内多次操作而提高车辆的整个操作范围。可在变速器中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，并因此需要可产生较宽的速度和扭矩范围的较大的发动机。这导致发动机在运行期间在某个比燃料消耗点上操作，而不是在最有效点上操作。因此，手动换档(中间轴变速器)是最常见的。

随着三级和四级自动变速器的出现，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小在速度比之间的步长(step size)，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互换而改进变速器的换档性能。

六速变速器具有超过四速和五速变速器的多个优点，包括改进的车辆加速和改进的燃料经济性。虽然许多货车采用具有六种或更多个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，客车仍然制造为具有三级和四级自动变速器，以及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经济性方面提供超过六速变速器的进一步改进。然而，类似于上述的六速变速器，由于复杂性、尺寸和成本而排除七速、八速和九速变速器的发展。

发明内容

本发明的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，以提供九种前进速度比和一种倒档速度比。

本发明的变速器系列具有四个行星齿轮组，其各包括第一、第二和第三部件，这些部件可包括任何顺序的太阳齿轮，环形齿轮，或行星托架组合部件。

在本说明书和权利要求中引用第一、第二、第三和第四齿轮组时，这些齿轮组可以图中任何顺序(即，从左至右，从右至左等等)从“第一”计数到“第四”。另外，对于各个齿轮组，各个齿轮组的第一、第二或第三部件可以图中任何顺序(即，从上至下，从下至上等等)从“第一”计数到“第三”。

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。

第一互连部件使第一行星齿轮组的第二部件与第二行星齿轮组的第三部件持续地连接。

第二互连部件使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持续地连接。

第三互连部件使第三行星齿轮组的第二部件与第四行星齿轮组的第三部件持续地连接。

第四互连部件使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持续地连接。

输入部件与第四行星齿轮组的第一部件持续地连接。输出部件与第四行星齿轮组的第二部件持续地互连。

第一扭矩传递装置，诸如制动器，使第一行星齿轮组的第一部件与固定部件(变速器壳体/外壳)选择性地连接。

第二扭矩传递装置，诸如制动器，使第一行星齿轮组的第二部件与固定部件(变速器壳体/外壳)选择性地连接。

第三扭矩传递装置，诸如制动器，使第二行星齿轮组的第二部件与固定部件(变速器壳体/外壳)选择性地连接。

第四扭矩传递装置，诸如离合器，使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选择性地连接。

第五扭矩传递装置，诸如离合器，使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选择性地连接。

第六扭矩传递装置，诸如离合器，使第二行星齿轮组的第一部件与第四行星齿轮组的第一部件选择性地连接。

六个扭矩传递装置可以以三个的组合选择性地接合，以产生九种前进速度比和一种倒档速度比。

通过合适地选择行星齿轮组的齿数比可实现各个速度比和速度比范围(ratio spread)。

当结合附图时，通过用于实施本发明的最佳方式的以下详细说明，本发明的上述特征和其它的特征及优点将容易地显而易见。

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所示的动力系的某些操作特性的真值表和图表；和

图1c是以杠杆图(lever diagram)形式描绘的图1a的动力系的示意图。

具体实施方式

参考附图，在图1a中示出动力系10，其具有传统的发动机及扭矩变换器12、行星变速器14和传统的主减速器机构16。可利用各种类型的燃料来对发动机12供应能量，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；乙醇；二甲醚等等。

行星变速器14包括与发动机12持续地连接的输入部件17、行星齿轮设备18和与主减速器机构16持续地连接的输出部件19。行星齿轮设备18包括四个行星齿轮组20，30，40和50。

行星齿轮组20包括太阳齿轮部件22、环形齿轮部件24和行星托架组合部件26。行星托架组合部件26包括多个小齿轮27，它们可旋转地安装在托架部件29上，并且布置成与太阳齿轮部件22和环形齿轮部件24处于啮合关系。

行星齿轮组30包括太阳齿轮部件32、环形齿轮部件34和行星托架组合部件36。行星托架组合部件36包括多个小齿轮37，它们可旋转地安装在托架部件39上，并且布置成与太阳齿轮部件32和环形齿轮部件34处于啮合关系。

行星齿轮组40包括太阳齿轮部件42、环形齿轮部件44和行星托架组合部件46。行星托架组合部件46包括多个小齿轮47，它们安装在托架部件49上，并且布置成与环形齿轮部件44和太阳齿轮部件42处于啮合关系。

行星齿轮组50包括太阳齿轮部件52，环形齿轮部件54和行星托架组合部件56。行星托架组合部件56包括多个小齿轮57，它们安装在托架部件59上，并且布置成与环形齿轮部件54和太阳齿轮部件52处于啮合关系。

行星齿轮设备还包括六个扭矩传递装置80，82，84，85，86和87。扭矩传递装置80，82和84是固定式扭矩传递装置，通常称为制动器或者反作用离合器。扭矩传递装置85，86和87是旋转式扭矩传递装置，通常称为离合器。

输入部件17与行星齿轮组50的太阳齿轮部件52持续地连接。输出部件19与行星齿轮组50的行星托架组合部件56持续地连接。

第一互连部件70使行星齿轮组20的行星托架组合部件26与行星齿轮组30的环形齿轮部件34持续地连接。第二互连部件72使行星齿轮组30的太阳齿轮部件32与行星齿轮组40的太阳齿轮部件42持续地连接。第三互连部件74使行星齿轮组40的行星托架组合部件46与行星齿轮组50的环形齿轮部件54持续地连接。第四互连部件76使行星齿轮组20的环形齿轮部件24与行星齿轮组40的环形齿轮部件44持续地连接。

第一扭矩传递装置，诸如制动器80，使行星齿轮组20的太阳齿轮部件22与变速器壳体60选择性地连接。第二扭矩传递装置，诸如制动器82，使行星齿轮组20的行星托架组合部件26与变速器壳体60选择性地连接。第三扭矩传递装置，诸如制动器84，使行星齿轮组30的行星托架组合部件36与变速器壳体60选择性地连接。第四扭矩传递装置，诸如离合器85，使行星齿轮组20的环形齿轮部件24及行星齿轮组40的环形齿轮部件44经由互连部件76与行星齿轮组30的行星托架组合部件36选择性地连接。第五扭矩传递装置，诸如离合器86，使行星齿轮组20的行星托架组合部件26与行星齿轮组50的行星托架组合部件56选择性地连接。第六扭矩传递装置，诸如离合器87，使行星齿轮组30的太阳齿轮部件32及行星齿轮组40的太阳齿轮部件42经由互连部件72与行星齿轮组50的太阳齿轮部件52选择性地连接。

如图1b所示，尤其如图1b中公开的真值表所示，扭矩传递装置以三个扭矩传递装置的组合选择性地接合，以提供九种前进速度比和一种倒档速度比，所有的速度比都具有单过渡连续换档，其中一个为超速档。

如上所述，用于扭矩传递装置的接合表示于图1b的真值表中。图1b的图表描述上述变速器中获得的比阶(ratio step)。例如，第一前进速度比和第二前进速度比之间的比阶是1.40，而倒档速度比和第一前进比之间的比阶是-0.64。

参考图1c，图1a中描绘的动力系10的实施例以杠杆图形式示出。杠杆图是诸如自动变速器的机械装置的构件的示意图。每个单独的杠杆表示一个行星齿轮组，其中，行星齿轮的三个基本的机械构件均由节点表示。因此，单个杠杆包括三个节点：一个用于太阳齿轮部件，一个用于行星齿轮托架部件，和一个用于环形齿轮部件。各个杠杆的节点之间的相对长度可用于表示各个相应齿轮组的环形-太阳比。这些杠杆比又用于改变变速器的齿轮比，以便实现合适的比率和比率递变(ratio progression)。各种行星齿轮组的节点之间的机械联接或互连以细水平线表示，并且诸如离合器和制动器的扭矩传递装置表示为交错的指状物。如果该装置为制动器，则将一组指状物接地(grounded)。在Benford，Howard和Leising，Maurice的1981年的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，该论文因此通过引用而完全结合于本发明中。

动力系10包括输入部件17，输出部件19，第一行星齿轮组20A，第二行星齿轮组30A，第三行星齿轮组40A和第四行星齿轮组50A。输入部件17与发动机12持续地连接；输出部件19与主减速器机构16持续地连接；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；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。

输入部件17与节点52A持续地连接。输出部件19与节点56A持续地连接。

节点26A与节点34A经由互连部件70持续地连接。节点32A与节点42A经由互连部件72持续地连接。节点46A与节点54A经由互连部件74持续地连接。节点24A与节点44A经由互连部件76持续地连接。

第一扭矩传递装置，诸如制动器80，使节点22A与变速器壳体60选择性地连接。第二扭矩传递装置，诸如制动器82，使节点26A及34A经由互连部件70与变速器壳体60选择性地连接。第三扭矩传递装置，诸如制动器84，使节点36A与变速器壳体60选择性地连接。第四扭矩传递装置，诸如离合器85，使节点24A及44A经由互连部件76与节点36A选择性地连接。第五扭矩传递装置，诸如离合器86，使节点26A与节点56A选择性地连接。第六扭矩传递装置，诸如离合器87，使节点32A及42A经由互连部件72与节点52A选择性地连接。

三个扭矩传递装置对于各种齿轮状态进行接合以建立速度比。接合的扭矩传递装置在图1b的各行中用“X”表示。例如，制动器84和离合器86及87接合以建立倒车档。制动器84使节点36A与变速器壳体60接合。离合器86使节点26A与节点56A接合。离合器87使节点32A及42A经由互连部件72与节点52A接合。同样地，九种前进速度比通过按照图1b的离合器接合的不同组合来实现。

动力系10可与混合动力车辆共享部件，并且这种组合可以以“电量消耗模式”操作。对于本发明来说，“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仅在必须确保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“电量保持模式”操作，其中如果电池电量水平下降到预定水平(例如25％)以下时，发动机自动地运行，以对电池充电。因此，通过以电量消耗模式操作，混合动力车辆可节约在传统混合动力车辆中将用于维持25％电池电量水平的某些或所有燃料。应当理解，如果电池可在到达目的地之后通过将其插入到能量源中进行再充电，则混合动力车辆的动力系优选地仅以电量消耗模式操作。

虽然已经详细地描述了用于实施本发明的最佳方式，但是本发明所涉及的本领域技术人员将认识到的是，用于实践本发明的各种可选设计和实施例在权利要求的范围内。

Claims (13)

1.一种多级变速器，其包括：

输入部件；

输出部件；

第一、第二、第三和第四行星齿轮组，其各具有第一、第二和第三部件；

第一互连部件，其使所述第一行星齿轮组的第二部件与所述第二行星齿轮组的第三部件持续地连接；

第二互连部件，其使所述第二行星齿轮组的第一部件与所述第三行星齿轮组的第一部件持续地连接；

第三互连部件，其使所述第三行星齿轮组的第二部件与所述第四行星齿轮组的第三部件持续地连接；

第四互连部件，其使所述第一行星齿轮组的第三部件与所述第三行星齿轮组的第三部件持续地连接；以及

六个扭矩传递装置，其用于使所述行星齿轮组的所述部件与固定部件或者与所述行星齿轮组的其它部件选择性地互连，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种前进速度比和至少一种倒档速度比。

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可操作，以使所述第一行星齿轮组的所述第一部件与所述固定部件选择性地连接。

3.根据权利要求2所述的变速器，其特征在于：所述六个扭矩传递装置中的第二扭矩传递装置可操作，以使所述第一行星齿轮组的所述第二部件与所述固定部件选择性地连接。

4.根据权利要求3所述的变速器，其特征在于：所述六个扭矩传递装置中的第三扭矩传递装置可操作，以使所述第二行星齿轮组的所述第二部件与所述固定部件选择性地连接。

5.根据权利要求4所述的变速器，其特征在于：所述六个扭矩传递装置中的第四扭矩传递装置可操作，以使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：所述六个扭矩传递装置中的第五扭矩传递装置可操作，以使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选择性地连接。

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可操作，以使所述第二行星齿轮组的所述第一部件与所述第四行星齿轮组的所述第一部件选择性地连接。

8.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于：所述第一、第二和第三扭矩传递装置包括制动器，所述第四、第五和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、第二、第三和第四行星齿轮组的所述第一、第二和第三部件分别包括太阳齿轮部件、行星托架组合部件和环形齿轮部件。

10.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于：所述输入部件与所述第四行星齿轮组的所述第一部件持续地连接，所述输出部件与所述第四行星齿轮组的所述第二部件持续地连接。

11.一种多级变速器，其包括：

输入部件；

输出部件；

第一、第二、第三和第四行星齿轮组，其各具有第一、第二和第三部件；

所述输入部件与所述第四行星齿轮组的所述第一部件持续地连接，所述输出部件与所述第四行星齿轮组的所述第二部件持续地连接；

第一互连部件，其使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三部件持续地连接；

第二互连部件，其使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持续地连接；

第三互连部件，其使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三部件持续地连接；

第四互连部件，其使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持续地连接；

第一扭矩传递装置，其使所述第一行星齿轮组的所述第一部件与固定部件选择性地连接；

第二扭矩传递装置，其使所述第一行星齿轮组的所述第二部件与所述固定部件选择性地连接；

第三扭矩传递装置，其使所述第二行星齿轮组的所述第二部件与所述固定部件选择性地连接；

第四扭矩传递装置，其使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选择性地连接；

第五扭矩传递装置，其使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选择性地连接；

第六扭矩传递装置，其使所述第二行星齿轮组的所述第一部件与所述第四行星齿轮组的所述第一部件选择性地连接；以及

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种前进速度比和至少一种倒档速度比。

12.根据权利要求11所述的变速器，其特征在于：所述第一、第二、第三和第四行星齿轮组的所述第一、第二和第三部件分别包括太阳齿轮部件、行星托架组合部件和环形齿轮部件。

13.一种多级变速器，其包括：

输入部件；

输出部件；

第一、第二、第三和第四行星齿轮组，其各具有太阳齿轮部件、行星托架组合部件和环形齿轮部件；

所述输入部件与所述第四行星齿轮组的所述太阳齿轮部件持续地互连，所述输出部件与所述第四行星齿轮组的所述行星托架组合部件持续地互连；

第一互连部件，其使所述第一行星齿轮组的所述行星托架组合部件与所述第二行星齿轮组的所述环形齿轮部件持续地连接；

第二互连部件，其使所述第二行星齿轮组的所述太阳齿轮部件与所述第三行星齿轮组的所述太阳齿轮部件持续地连接；

第三互连部件，其使所述第三行星齿轮组的所述行星托架组合部件与所述第四行星齿轮组的所述环形齿轮部件持续地连接；

第四互连部件，其使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持续地连接；

第一扭矩传递装置，其使所述第一行星齿轮组的所述太阳齿轮部件与固定部件选择性地连接；

第二扭矩传递装置，其使所述第一行星齿轮组的所述行星托架组合部件与所述固定部件选择性地连接；

第三扭矩传递装置，其使所述第二行星齿轮组的所述行星托架组合部件与所述固定部件选择性地连接；

第四扭矩传递装置，其使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合部件选择性地连接；

第五扭矩传递装置，其使所述第一行星齿轮组的所述行星托架组合部件与所述第四行星齿轮组的所述行星托架组合部件选择性地连接；

第六扭矩传递装置，其使所述第二行星齿轮组的所述太阳齿轮部件与所述第四行星齿轮组的所述太阳齿轮部件选择性地连接；以及

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九种前进速度比和一种倒档速度比。

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