CN101358638A - 十速变速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及十速变速器。变速器具有多个构件，其可利用在动力总成内以提供十个前进速比和一个后退速比。变速器包括四个行星齿轮组，六个转矩传递设备和四个固定的互连件。动力总成包括连续地连接到行星齿轮构件的一个的发动机和转矩变换器，和与行星齿轮构件的另一个连续地连接的输出构件。六个转矩传递设备提供了多种齿轮构件和变速器壳体之间的互连，且以三个为组合运行以建立十个前进速比和一个后退速比。

Description

十速变速器

技术领域

本发明涉及具有四个行星齿轮组的动力变速器，行星齿轮组由六个转矩传递设备控制以提供十个前进速比和一个后退速比。

背景技术

乘用车包括动力总成，包括发动机、多速变速器和差速器或最终驱动件。多速变速器通过允许发动机多次运行通过其转矩范围而增加了车辆的总体运行范围。在变速器内可获得的前进速比的个数确定了发动机转矩范围被重复的次数。早期的自动变速器具有两个转速范围。这严重地限制了车辆的总体速度范围且因此要求了可能产生宽的速度和转矩范围的相对大的发动机。这导致发动机在巡航期间在特定的燃料消耗点运行而非在最有效的点运行。因此，手动换档(副轴变速器)最流行。

随着三速和四速自动变速器的出现，自动换档(行星齿轮)变速器在公众驾车中的流行性增加。这些变速器改进了车辆的运行性能和燃料经济性。速比的个数的增加降低了速比之间的步长且因此通过在正常车辆加速中使得操作者大致不可感觉到速比交换而改进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数个优点，包括改进的车辆加速性和改进的燃料经济性。虽然许多卡车使用了具有六个或更多的前进速比的动力变速器，但乘用车仍制造为带有三速和四速的自动变速器且相对地较少带有五速或六速设备，原因是这些变速器的尺寸和复杂性。

七速、八速和九速变速器提供了在加速性和燃料经济性方面比六速变速器的进一步的改进。然而，类似于以上所述的六速变速器，七速、八速、九速和十速变速器的开发已经由于复杂性、尺寸和成本而被排除。

发明内容

本发明的目的是提供具有四个受控为提供十个前进速比和一个后退速比的行星齿轮组的改进的变速器。

本发明的变速器族具有四个行星齿轮组，每个行星齿轮组包括第一、第二和第三构件，该构件可以以任何次序包括太阳轮、齿圈或行星架组件构件。

在此说明书中和权利要求书中参考第一、第二、第三和第四齿轮组时，这些齿轮组可以在附图中从“第一”至“第四”以任何次序计数(即，从左到右，从右到左等)。另外，每个齿轮组的第一、第二或第三构件可以在附图中以任何次序对于每个齿轮组从“第一”到“第三”计数(即，从顶部到底部，从底部到顶部，等)。

每个行星架构件可以是单小齿轮行星架构件(简单型)或双小齿轮行星架构件(复合型)。带有长的小齿轮的实施例也是可以的。

第一互连构件连续地将第一行星齿轮组的第三构件与第二行星齿轮组的第二构件连接。

第二互连构件连续地将第一行星齿轮组的第二构件与第二行星齿轮组的第三构件连接。

第三互连构件连续地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连接。

第四互连构件连续地将第三行星齿轮组的第二构件与第四行星齿轮组的第三构件连接。

输入构件连续地与第三行星齿轮组的第二构件连接。输出构件连续地与第一行星齿轮组的第三构件连接。

第一转矩传递设备(例如制动器)选择地将第一行星齿轮组的第二构件与静止构件(变速器壳体/外壳)连接。

第二转矩传递设备(例如制动器)选择地将第三行星齿轮组的第一构件与静止构件(变速器壳体/外壳)连接。

第三转矩传递设备(例如离合器)选择地将第一行星齿轮组的第一构件与第四行星齿轮组的第二构件连接。

第四转矩传递设备(例如离合器)选择地将第一行星齿轮组的第一构件与第四行星齿轮组的第一构件连接。

第五转矩传递设备(例如离合器)选择地将第二行星齿轮组的第一构件与第四行星齿轮组的第二构件连接。

第六转矩传递设备(例如离合器)选择地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连接。

六个转矩传递设备选择地以三个为组合可接合以产生十个前进速比和一个后退速比。

通过合适地选择行星齿轮组的齿数比可以实现多种速比和速比跨度(ratio spread)。

本发明的以上的特征和其他特征和优点从如下的对执行本发明的最佳模式的详细描述中参考附图容易地显见。

附图说明

图1a是包括根据本发明的行星齿轮变速器的动力总成的示意性表示。

图1b是描绘了图1a中示出的动力总成的运行特征的一些的真值表和图；和

图1c是以杆状图形式描绘的图1a的动力总成的示意性表示。

具体实施方式

参考附图，在图1a中示出了动力总成10，动力总成10具有常规的发动机和转矩转换器12，行星齿轮变速器14和常规的最终驱动机构16。发动机12可以使用多种类型的燃料驱动以改进具体应用的效率和燃料经济性。这样的燃料可以例如包括汽油、柴油、乙醇、二甲醚等。

行星齿轮变速器14包括与发动机12连续地连接的输入构件17，行星齿轮设备18和与最终驱动机构16连续地连接的输出构件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包括太阳轮构件22、齿圈构件24和行星架组件构件26。行星架组件构件26包括可旋转地安装在行星架构件29上且布置为与齿圈构件24和太阳轮构件22具有啮合关系的多个小齿轮27。

行星齿轮组30包括太阳轮构件32、齿圈构件34和行星架组件构件36。行星架组件构件36包括可旋转地安装在行星架构件39上且布置为与齿圈构件34和太阳轮构件32具有啮合关系的多个小齿轮37。

行星齿轮组40包括太阳轮构件42、齿圈构件44和行星架组件构件46。行星架组件构件46包括安装在行星架构件49上且布置为与齿圈构件44和太阳轮构件42具有啮合关系的多个小齿轮47。

行星齿轮组50包括太阳轮构件52、齿圈构件54和行星架组件构件56。行星架组件构件56包括安装在行星架构件59上且布置为与齿圈构件54和太阳轮构件52具有啮合关系的多个小齿轮57。

行星齿轮设备也包括六个转矩传递设备80、82、84、85、86和87。转矩传递设备80和82是静止类型的转矩传递设备，通常称为制动器或反作用离合器。转矩传递设备84、85、86和87是旋转类型的转矩传递设备，通常称为离合器。

输入构件17连续地与行星齿轮组40的行星架组件构件46连接。输出构件19连续地与行星齿轮组20的齿圈构件24通过将在下文中描述的互连构件70连接。

第一互连构件70连续地将行星齿轮组20的齿圈构件24与行星齿轮组30的行星架组件构件36连接。第二互连构件72连续地将行星齿轮组20的行星架组件构件26与行星齿轮组30的齿圈构件34连接。第三互连构件74连续地将行星齿轮组30的太阳轮构件32与行星齿轮组40的齿圈构件44连接。第四互连构件76连续地将行星齿轮组40的行星架组件构件46与行星齿轮组50的齿圈构件54连接。

第一转矩传递设备(例如制动器80)选择地将行星齿轮组20的行星架组件构件26和行星齿轮组30的齿圈构件34通过互连构件72与变速器壳体60连接。第二转矩传递设备(例如制动器82)选择地将行星齿轮组40的太阳轮构件42与变速器壳体60连接。第三转矩传递设备(例如离合器84)选择地将行星齿轮组20的太阳轮构件22与行星齿轮组50的行星架组件构件56连接。第四转矩传递设备(例如离合器85)选择地将行星齿轮组20的太阳轮构件22与行星齿轮组50的太阳轮构件52连接。第五转矩传递设备(例如离合器86)选择地将行星齿轮组30的太阳轮构件32和行星齿轮组40的齿圈构件44通过互连构件74与行星齿轮组50的行星架组件构件56连接。第六转矩传递设备(例如离合器87)选择地将行星齿轮组40的太阳轮构件42与行星齿轮组50的太阳轮构件52连接。

如在图1b中示出且特别地在此披露为真值表，转矩传递设备选择地以三个为组合接合以提供十个前进速比和一个后退速比，所有这些带有单转换顺序换档和四个超速传动比。

如在以上阐明，用于转矩传递设备的接合方案在图1b的真值表中示出。图1b的图描绘了在以上所述的变速器内获得的传动比步长。例如，在第一和第二前进速比之间的步长比为1.61，而在后退速比和第一前进速比之间的步长比为-0.62。

参考图1c，图1a中描绘的动力总成10的实施例以杆状图的形式图示。杆状图是例如自动变速器的机械设备的部件的示意性表示。每个单独的杆表示了行星齿轮组，其中行星齿轮组的三个基本机械部件每个以节点表示。因此，单一的杆包括了三个节点：一个代表太阳轮构件，一个代表行星架构件，且一个代表齿圈构件。在每个杆的节点之间的相对长度可以用于表示每个各齿轮组的齿圈与太阳轮比。这些杆比又用于改变变速器的传动比，以实现合适的传动比和传动比渐进。在多种行星齿轮组的节点之间的机械联接或互连以细的水平线图示，且例如离合器和制动器的转矩传递设备以交叉的指状物表示。如果设备是制动器，则指状物的一组接地。对于杆状图的格式、目的和使用的进一步的解释可参见Benford，Howard和Leising，Maurice的SAEPaper 810102，“The Lever Analogy：A New Tool in TransmissionAnalysis”，1981，在此通过参考将其完整合并。

动力总成10包括连续地与发动机12连接的输入构件17，连续地与最终驱动机构16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连续地与节点46A和54A连接。输出构件19连续地与节点24A和36A连接。

节点24A连续地与节点36A通过互连构件70连接。节点26A连续地与节点34A通过互连构件72连接。节点32A连续地与节点44A通过互连构件74连接。节点46A连续地与节点54A通过互连构件76连接。

第一转矩传递设备(例如制动器80)选择地将节点34A和26A通过互连构件72与变速器壳体60连接。第二转矩传递设备(例如制动器82)选择地将节点42A与变速器壳体60连接。第三转矩传递设备(例如离合器84)选择地将节点22A与节点56A连接。第四转矩传递设备(例如离合器85)选择地将节点22A与节点52A连接。第五转矩传递设备(例如离合器86)选择地将节点32A和44A通过互连构件74与节点56A连接。第六转矩传递设备(例如离合器87)选择地将节点42A与节点52A连接。

为建立传动比，三个转矩传递设备对于每个档位状态接合。接合的转矩传递设备在图1b的每个各自行中以“X”表示。例如，为建立后退档位，制动器80和离合器84和85接合。制动器80将节点26A和34A与变速器壳体60接合。离合器84将节点22A与节点56A接合。离合器85将节点22A与节点52A接合。类似的，十个前进速比通过离合器接合的不同组合实现，如在图1b中可见。

动力总成10可以与混合动力车辆共享部件，且这样的组合可以在“充电-耗尽模式”中运行。为本发明的目的，“充电-耗尽模式”是其中车辆主要通过电动马达/发电机驱动的模式，使得当车辆达到其目的地时电池被耗尽或几乎被耗尽。换言之，在充电-耗尽模式期间，发动机12仅运行到保证电池在到达目的地前不耗尽的程度。常规的混合动力车辆以“充电-维持模式”运行，其中如果电池充电水平低于预先确定的水平(例如25％)，则发动机自动运行以对电池充电。因此，通过以充电-耗尽模式运行，混合动力车辆可以保留否则将为了维持常规混合动力车辆中的25％的电池充电水平而消耗的燃料的一些或全部。应认识到的是混合动力车辆动力总成优选地仅在如果电池可以在到达目的地后通过插入到能量源而被再次充电时才以充电-耗尽模式运行。

虽然已经详细描述了用于执行本发明的最佳模式，但本发明所隶属的领域的一般技术人员将认识到在附带的权利要求的范围内的用于实行本发明的多种替代设计和实施例。

Claims (13)

1.一种多速变速器，包括：

输入构件；

输出构件；

第一、第二、第三和第四行星齿轮组，每个具有第一、第二和第三构件；

将所述的第一行星齿轮组的所述的第三构件与所述的第二行星齿轮组的所述的第二构件连续地连接的第一互连构件；

将所述的第一行星齿轮组的所述的第二构件与所述的第二行星齿轮组的所述的第三构件连续地连接的第二互连构件；

将所述的第二行星齿轮组的所述的第一构件与所述的第三行星齿轮组的所述的第三构件连续地连接的第三互连构件；

将所述的第三行星齿轮组的所述的第二构件与所述的第四行星齿轮组的所述的第三构件连续地连接的第四互连构件；和

用于将所述的行星齿轮组的所述的构件与静止构件或与所述的行星齿轮组的其他构件选择地互连的六个转矩传递设备，所述的六个转矩传递设备以三个为组合接合以在所述的输入构件和所述的输出构件之间建立至少十个前进速比和至少一个后退速比。

2.根据权利要求1所述的变速器，其中所述的六个转矩传递设备的第一个可运行以选择地将所述的第一行星齿轮组的所述的第二构件与所述的静止构件连接。

3.根据权利要求2所述的变速器，其中所述的六个转矩传递设备的第二个可运行以选择地将所述的第三行星齿轮组的所述的第一构件与所述的静止构件连接。

4.根据权利要求3所述的变速器，其中所述的六个转矩传递设备的第三个可运行以选择地将所述的第一行星齿轮组的所述的第一构件与所述的第四行星齿轮组的所述的第二构件连接。

5.根据权利要求4所述的变速器，其中所述的六个转矩传递设备的第四个可运行以选择地将所述的第一行星齿轮组的所述的第一构件与所述的第四行星齿轮组的所述的第一构件连接。

6.根据权利要求5所述的变速器，其中所述的六个转矩传递设备的第五个可运行以选择地将所述的第二行星齿轮组的所述的第一构件与所述的第四行星齿轮组的所述的第二构件连接。

7.根据权利要求6所述的变速器，其中所述的六个转矩传递设备的第六个可运行以选择地将所述的第三行星齿轮组的所述的第一构件与所述的第四行星齿轮组的所述的第一构件连接。

8.根据权利要求1所述的变速器，其中所述的第一和第二转矩传递设备包括制动器，且所述的第三、第四、第五和第六转矩传递设备包括离合器。

9.根据权利要求1所述的变速器，其中所述的第一、第二、第三和第四行星齿轮组的所述的第一、第二和第三构件分别包括太阳轮构件、行星架组件构件和齿圈构件。

10.根据权利要求1所述的变速器，其中所述的输入构件与所述的第三行星齿轮组的所述的第二构件连续地连接，且所述的输出构件与所述的第一行星齿轮组的所述的第三构件连续地连接。

11.一种多速变速器，包括：

输入构件；

输出构件；

第一、第二、第三和第四行星齿轮组，每个具有第一、第二和第三构件；

所述的输入构件与所述的第三行星齿轮组的所述的第二构件连续地连接；且所述的输出构件与所述的第一行星齿轮组的所述的第三构件连续地连接；

将所述的第一行星齿轮组的所述的第三构件与所述的第二行星齿轮组的所述的第二构件连续地连接的第一互连构件；

将所述的第一行星齿轮组的所述的第二构件与所述的第二行星齿轮组的所述的第三构件连续地连接的第二互连构件；

将所述的第二行星齿轮组的所述的第一构件与所述的第三行星齿轮组的所述的第三构件连续地连接的第三互连构件；

将所述的第三行星齿轮组的所述的第二构件与所述的第四行星齿轮组的所述的第三构件连续地连接的第四互连构件；

将所述的第一行星齿轮组的所述的第二构件与静止构件选择地连接的第一转矩传递设备；

将所述的第三行星齿轮组的所述的第一构件与所述的静止构件选择地连接的第二转矩传递设备；

将所述的第一行星齿轮组的所述的第一构件与所述的第四行星齿轮组的所述的第二构件选择地连接的第三转矩传递设备；

将所述的第一行星齿轮组的所述的第一构件与所述的第四行星齿轮组的所述的第一构件选择地连接的第四转矩传递设备；

将所述的第二行星齿轮组的所述的第一构件与所述的第四行星齿轮组的所述的第二构件选择地连接的第五转矩传递设备；

将所述的第三行星齿轮组的所述的第一构件与所述的第四行星齿轮组的所述的第一构件选择地连接的第六转矩传递设备；和

所述的六个转矩传递设备以三个为组合接合以在所述的输入构件和所述的输出构件之间建立至少十个前进速比和至少一个后退速比。

12.根据权利要求11所述的变速器，其中所述的第一、第二、第三和第四行星齿轮组的所述的第一、第二和第三构件分别包括太阳轮构件，行星架组件构件和齿圈构件。

13.一种多速变速器，包括：

输入构件；

输出构件；

第一、第二、第三和第四行星齿轮组，每个具有太阳轮构件、行星架组件构件和齿圈构件；

所述的输入构件与所述的第三行星齿轮组的所述的行星架组件构件连续地互连；且所述的输出构件与所述的第一行星齿轮组的所述的齿圈构件连续地互连；

将所述的第一行星齿轮组的所述的齿圈构件与所述的第二行星齿轮组的所述的行星架组件构件连续地连接的第一互连构件；

将所述的第一行星齿轮组的所述的行星架组件构件与所述的第二行星齿轮组的所述的齿圈构件连续地连接的第二互连构件；

将所述的第二行星齿轮组的所述的太阳轮构件与所述的第三行星齿轮组的所述的齿圈构件连续地连接的第三互连构件；

将所述的第三行星齿轮组的所述的行星架组件构件与所述的第四行星齿轮组的所述的齿圈构件连续地连接的第四互连构件；

将所述的第一行星齿轮组的所述的行星架组件构件与静止构件选连接的第一转矩传递设备；

将所述的第三行星齿轮组的所述的太阳轮构件与所述的静止构件选择地连接的第二转矩传递设备；

将所述的第一行星齿轮组的所述的太阳轮构件与所述的第四行星齿轮组的所述的行星架组件构件选择地连接的第三转矩传递设备；

将所述的第一行星齿轮组的所述的太阳轮构件与所述的第四行星齿轮组的所述的太阳轮构件选择地连接的第四转矩传递设备；

将所述的第二行星齿轮组的所述的太阳轮构件与所述的第四行星齿轮组的所述的行星架组件构件选择地连接的第五转矩传递设备；

将所述的第三行星齿轮组的所述的太阳轮构件与所述的第四行星齿轮组的所述的太阳轮构件选择地连接的第六转矩传递设备；和

所述的六个转矩传递设备以三个为组合接合以在所述的输入构件和所述的输出构件之间建立至少十个前进速比和至少一个后退速比。

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