CN101392818A - 八级变速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种八级变速器，其具有可用于动力系以提供八种前进速度比和一种倒档速度比的多个部件。该变速器包括三个行星齿轮组、五个扭矩传递装置、一个固定互连、三个外齿轮组和主减速器齿轮组。动力系包括持续地连接到一个行星齿轮部件上的发动机及扭矩变换器和与一个外齿轮组持续地连接的输出部件。五个扭矩传递装置在各种行星齿轮部件及外齿轮部件、输入轴和变速器壳体之间提供互连，并且以三个的组合进行操作，以建立八种前进速度比和一种倒档速度比。

Description

八级变速器

技术领域

本发明涉及一种用于前轮驱动构造的动力变速器，其具有由五个扭矩传递装置所控制以提供八种前进速度比和一种倒档速度比的三个行星齿轮组、三个外齿轮组和主减速器(final drive)齿轮组。

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速度比差值(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互换而改进变速器的换档性能。

六级变速器具有超过四级和五级变速器的多个优点，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种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，以及较少的五级或六级装置。

七级、八级和九级变速器在加速和燃料经济性方面提供超过六级变速器的进一步改进。然而，类似于上述的六级变速器，由于复杂性、尺寸和成本而排除七级、八级和九级变速器的发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于前轮驱动构造的改进的变速器，其具有被控制为用于提供八种前进速度比和一种倒档速度比的三个行星齿轮组、三个外齿轮组和主减速器齿轮组。

本发明的变速器系列具有沿第一轴线和第二轴线布置的三个行星齿轮组，其中各个行星齿轮组包括第一、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、第二和第三齿轮组时，这些齿轮组可以以图中任何顺序(即，从左至右，从右至左等等)从“第一”计数到“第三”。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。

互连部件使第二行星齿轮组的第三部件与第三行星齿轮组的第一部件持续地连接。

三个外齿轮组布置为用于在第一轴线与第二轴线之间传递扭矩，并且各包括相互啮合的第一外齿轮和第二外齿轮。主减速器外齿轮组连接到输出部件上。

输入部件与第一行星齿轮组的第二部件持续地连接。输出部件与主减速器外齿轮组的第二外齿轮(从动齿轮)持续地连接。

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)有选择地连接。

第二扭矩传递装置，诸如离合器，使第三外齿轮组的第一外齿轮与输入部件有选择地连接。

第三扭矩传递装置，诸如离合器，使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有选择地连接。

第四扭矩传递装置，诸如离合器，使第二外齿轮组的第一外齿轮与第三外齿轮组的第一外齿轮有选择地连接。

第五扭矩传递装置，诸如离合器，使第一外齿轮组的第二外齿轮与第三行星齿轮组的第三部件有选择地连接。

五个扭矩传递装置可以以三个的组合而有选择地接合，以形成八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和外齿轮组的齿数比可实现各种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和扭矩变换器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。

前轮驱动行星变速器14包括与发动机12持续地连接的输入部件17、行星齿轮装置18和与主减速器机构16持续地连接的输出部件19。行星齿轮装置18包括三个行星齿轮组20，30，40、三个外齿轮组50，54，58和主减速器齿轮组62。行星齿轮组和外齿轮组20，30，40，50，54和58沿第一轴线91和第二轴线93布置。

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上并布置成与环形齿轮部件24和太阳齿轮部件22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。

外齿轮组50包括相互啮合的第一外齿轮51和第二外齿轮52。外齿轮组54包括相互啮合的第一外齿轮55和第二外齿轮56。外齿轮组58包括相互啮合的第一外齿轮59和第二外齿轮60。外齿轮组50，54，58布置为用于在第一轴线91与第二轴线93之间传递扭矩。

主减速器外齿轮组62包括外主动齿轮63和外从动齿轮64。

行星齿轮装置还包括五个扭矩传递装置80，82，83，84和85。扭矩传递装置80是固定式扭矩传递装置，通常称为制动器或反作用离合器。扭矩传递装置82，83，84和85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20的行星托架组合部件26持续地连接。输出部件19与主减速器齿轮组62的外从动齿轮64持续地连接。

第一互连部件70使行星齿轮组30的环形齿轮部件34与行星齿轮组40的太阳齿轮部件42持续地连接。

行星齿轮组20的太阳齿轮部件22与第一外齿轮组50的第一外齿轮51持续地连接。行星齿轮组20的环形齿轮部件24与第二外齿轮组54的第一外齿轮55持续地连接。行星齿轮组30的太阳齿轮部件32与第二外齿轮组54的第二外齿轮56持续地连接。行星齿轮组40的太阳齿轮部件42与第三外齿轮组58的第二外齿轮60持续地连接。行星齿轮组40的行星托架组合部件46与主减速器齿轮组62的外主动齿轮63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90有选择地连接。第二扭矩传递装置，诸如离合器82，使第三外齿轮组58的第一外齿轮59与输入部件17有选择地连接。第三扭矩传递装置，诸如离合器83，使行星齿轮组30的行星托架组合部件36与行星齿轮组40的环形齿轮部件44有选择地连接。第四扭矩传递装置，诸如离合器84，使第二外齿轮组54的第一外齿轮55与第三外齿轮组58的第一外齿轮59有选择地连接。第五扭矩传递装置，诸如离合器85，使第一外齿轮组50的第二外齿轮52与行星齿轮组40的环形齿轮部件44有选择地连接。

如图1b所示，尤其如其中公开的真值表所示，扭矩传递装置以三个的组合而有选择地接合，以提供八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，其中两个为超速档。

如上所述，用于扭矩传递装置的接合表在图1b的真值表中示出。图1b的图表描述上述变速器中获得的比阶(ratio step)。例如，第一前进速度比与第二前进速度比之间的比阶是1.50，而倒档速度比与第一前进比之间的比阶是-0.31。

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。各单独的杠杆表示行星齿轮组，其中行星齿轮的三个基本机械构件均由节点表示。因此，单杠杆包含三个节点：用于太阳齿轮部件的一个节点、用于行星齿轮托架部件的一个节点、和用于环形齿轮部件的一个节点。各杠杆的节点之间的相对长度可用于表示各相应的齿轮组的环形齿轮与太阳齿轮(ring-to-sun)比。这些杠杆又用于改变变速器的齿数比，以便获得合适的比率和比率递变(ratio progression)。不同行星齿轮组的节点之间的机械联接和互连由细的水平线示出，而诸如离合器和制动器的扭矩传递装置表示成交错指状物。如果装置为制动器，则一组指状物接地(grounded)。具有接地支点的垂直虚线表示外齿轮组。在由Benford，Howard和Leising，Maurice于1981年发表的“The LeverAnalogy：A New Tool in Transmission Analysis”的SAE论文810102中可找到杠杆图的形式、用途和使用的其它说明，因此该论文通过引用而全部结合于本发明中。

动力系10包括与发动机12持续地连接的输入部件17、与主减速器机构16持续地连接的输出部件19、第一行星齿轮组20A、第二行星齿轮组30A和第三行星齿轮组40A。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。动力系10还包括第一外齿轮组50A、第二外齿轮组54A、第三外齿轮组58A和主减速器齿轮组62A。第一外齿轮组50A具有两个外齿轮：第一外齿轮51A和第二外齿轮52A；第二外齿轮组54A具有两个外齿轮：第一外齿轮55A和第二外齿轮56A；第三外齿轮组58A具有两个外齿轮：第一外齿轮59A和第二外齿轮60A；主减速器齿轮组62A具有两个外齿轮：外主动齿轮63A和外从动齿轮64A。

输入部件17与节点26A持续地连接。输出部件19与外齿轮64A持续地连接。

节点34A经由互连部件70与节点42A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90有选择地连接。第二扭矩传递装置，诸如离合器82，使外齿轮59A与输入部件17有选择地连接。第三扭矩传递装置，诸如离合器83，使节点36A与节点44A有选择地连接。第四扭矩传递装置，诸如离合器84，使外齿轮55A与外齿轮59A有选择地连接。第五扭矩传递装置，诸如离合器85，使外齿轮52A与节点44A有选择地连接。

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的各个相应行中用“X”表示。例如，制动器80和离合器83，85接合以建立倒车档。制动器80使节点22A与变速器壳体90相接合。离合器83使节点36A与节点44A相接合。离合器85使外齿轮52A与节点44A相接合。同样地，通过按照图1b的离合器接合的不同组合来实现八种前进速度比。

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 (14)

1.一种多级变速器，其包括：

输入部件；

输出部件；

第一、第二和第三行星齿轮组，其各具有第一、第二和第三部件，所述齿轮组沿第一轴线和第二轴线布置；

互连部件，其使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一部件持续地连接；

三个外齿轮组，其布置为用于在所述第一轴线与第二轴线之间传递扭矩，所述三个外齿轮组各包括相互啮合的第一外齿轮和第二外齿轮；和

五个扭矩传递装置，其用于使所述行星齿轮组的所述部件或所述三个外齿轮组的所述第一外齿轮和第二外齿轮彼此有选择地互连，并且用于使所述行星齿轮组的所述部件或所述三个外齿轮组的所述第一外齿轮和第二外齿轮与固定部件、所述输入部件或所述行星齿轮组的其它部件有选择地互连，所述五个扭矩传递装置以三个的组合相接合，以在所述输入部件与所述输出部件之间建立至少八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，所述五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有选择地连接。

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中的第二扭矩传递装置可操作，以使所述第三外齿轮组的所述第一外齿轮与所述输入部件有选择地连接。

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第三行星齿轮组的所述第三部件有选择地连接。

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中的第四扭矩传递装置可操作，以使所述第二外齿轮组的所述第一外齿轮与所述第三外齿轮组的所述第一外齿轮有选择地连接。

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中的第五扭矩传递装置可操作，以使所述第一外齿轮组的所述第二外齿轮与所述第三行星齿轮组的所述第三部件有选择地连接。

7.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述第一行星齿轮组的所述第一部件与所述第一外齿轮组的所述第一外齿轮持续地连接；所述第一行星齿轮组的所述第三部件与所述第二外齿轮组的所述第一外齿轮持续地连接；所述第二行星齿轮组的所述第一部件与所述第二外齿轮组的所述第二外齿轮持续地连接；所述第三行星齿轮组的所述第一部件与所述第三外齿轮组的所述第二外齿轮持续地连接；并且所述第三行星齿轮组的所述第二部件与主减速器外齿轮组的外主动齿轮持续地连接。

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。

9.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一行星齿轮组的所述第二部件持续地连接，并且所述输出部件与主减速器外齿轮组的外从动齿轮持续地连接。

10.一种多级变速器，其包括：

输入部件；

输出部件；

第一、第二和第三行星齿轮组，其各具有第一、第二和第三部件，所述齿轮组沿第一轴线和第二轴线布置；

互连部件，其使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一部件持续地连接；

三个外齿轮组，其布置为用于在所述第一轴线与第二轴线之间传递扭矩，所述三个外齿轮组各包括相互啮合的第一外齿轮和第二外齿轮；

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有选择地连接；

第二扭矩传递装置，其使所述第三外齿轮组的所述第一外齿轮与所述输入部件有选择地连接；

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第三行星齿轮组的所述第三部件有选择地连接；

第四扭矩传递装置，其使所述第二外齿轮组的所述第一外齿轮与所述第三外齿轮组的所述第一外齿轮有选择地连接；

第五扭矩传递装置，其使所述第一外齿轮组的所述第二外齿轮与所述第三行星齿轮组的所述第三部件有选择地连接；和

所述五个扭矩传递装置以三个的组合相接合，以在所述输入部件与所述输出部件之间建立至少八种前进速度比和至少一种倒档速度比。

11.根据权利要求10所述的变速器，其特征在于，所述第一、第二和第三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。

12.根据权利要求10所述的变速器，其特征在于，所述第一行星齿轮组的所述第一部件与所述第一外齿轮组的所述第一外齿轮持续地连接；所述第一行星齿轮组的所述第三部件与所述第二外齿轮组的所述第一外齿轮持续地连接；所述第二行星齿轮组的所述第一部件与所述第二外齿轮组的所述第二外齿轮持续地连接；所述第三行星齿轮组的所述第一部件与所述第三外齿轮组的所述第二外齿轮持续地连接；并且所述第三行星齿轮组的所述第二部件与主减速器外齿轮组的外主动齿轮持续地连接。

13.根据权利要求10所述的变速器，其特征在于，所述输入部件与所述第一行星齿轮组的所述第二部件持续地连接，并且所述输出部件与主减速器外齿轮组的外从动齿轮持续地连接。

14.一种多级变速器，其包括：

输入部件；

输出部件；

第一、第二和第三行星齿轮组，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，所述齿轮组沿第一轴线和第二轴线布置；

互连部件，其使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太阳齿轮部件持续地连接；

三个外齿轮组，其布置为用于在所述第一轴线与第二轴线之间传递扭矩，所述三个外齿轮组各包括相互啮合的第一外齿轮和第二外齿轮；

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有选择地连接；

第二扭矩传递装置，其使所述第三外齿轮组的所述第一外齿轮与所述输入部件有选择地连接；

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第三行星齿轮组的所述环形齿轮部件有选择地连接；

第四扭矩传递装置，其使所述第二外齿轮组的所述第一外齿轮与所述第三外齿轮组的所述第一外齿轮有选择地连接；

第五扭矩传递装置，其使所述第一外齿轮组的所述第二外齿轮与所述第三行星齿轮组的所述环形齿轮部件有选择地连接；和

所述五个扭矩传递装置以三个的组合相接合，以在所述输入部件与所述输出部件之间建立至少八种前进速度比和至少一种倒档速度比。

Images