CN101392820A - 八级变速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种八级变速器，其具有可用于传动系中以提供八个前进速度比和一个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、一个固定的互连部件、三个外齿轮组以及主传动齿轮组。所述传动系包括持续地连接到该行星齿轮部件中的一个行星齿轮部件上的发动机和扭矩变换器，以及与外齿轮组中的一个外齿轮组持续地相连接的输出部件。该五个扭矩传递装置提供各个行星齿轮部件、外齿轮部件及变速器壳体之间的互连，并以三个的组合来操作，以建立八个前进速度比和一个倒档速度比。

Description

八级变速器

技术领域

[0001]本发明涉及一种用在前轮驱动布置中的、具有三个行星齿轮组、三个外齿轮组和主传动齿轮组(final drive gear set)的动力变速器，这些行星齿轮组、外齿轮组和主传动齿轮组由五个扭矩传递装置所控制，以提供八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、多级变速器以及差速器或主传动器所组成的传动系。多级变速器通过允许发动机在其扭矩范围内多次运行而提高车辆的总体运行范围。变速器中可得到的前进速度比的数量决定了发动机扭矩范围被重复的次数。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总体速度范围并因此而需要可产生较宽速度范围和较宽扭矩范围的相对大型的发动机。这导致在巡航时发动机运行在特定的燃料消耗点上而不是最高效点上。因此，手动换挡(副轴变速器)是最通用的。

[0003]随着三级自动变速器和四级自动变速器的出现，自动换挡(行星齿轮)变速器在驾车人群中的通用程度得以提升。这些变速器改善了车辆的行驶性能和燃油经济性。增加了的速度比数量缩小了速度比之间的速比级差的大小(step size)并因此通过使得正常的车辆加速下速度比的交替基本上不为操作者所察觉而改善变速器的换挡质量。

[0004]六级变速器提供了若干超越四级变速器和五级变速器的优点，包括改善了的车辆加速度和改善的燃油经济性。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，客车仍制造成带有三级自动变速器或四级自动变速器而相对较少地采用五级装置或六级装置。

[0005]在加速度和燃油经济性方面，七级变速器、八级变速器和九级变速器提供了超越六级变速器的进一步的改善。然而，类似于上面所讨论的六速变速器，七级变速器、八级变速器和九级变速器的开发由于复杂性、尺寸和成本等原因而较难实现。

发明内容

[0006]本发明的目的是提供一种前轮驱动布置中的、改进的变速器，该变速器具有受控制的三个行星齿轮组、三个外齿轮组以及主传动齿轮组，以提供八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沿着第一轴和第二轴而定位的三个行星齿轮组，该三个行星齿轮组中的每个行星齿轮组都包括第一部件、第二部件和第三部件，这些部件可以任何次序包括太阳齿轮，环形齿轮或行星托架组件式部件。

[0008]当在本说明及权利要求中提及第一齿轮组、第二齿轮组和第三齿轮组时，这些齿轮组可以图中任何次序(即，从左到右，从右到左等)从“第一”数到“第三”。另外，对于各齿轮组，每个齿轮组的第一部件、第二部件和第三部件都可以图中的任何次序(即，从上到下，从下到上等)从“第一”数到“第三”。

[0009]各个托架部件可以是单小齿轮托架部件(简单式)或双小齿轮托架部件(复合式)。带有长的小齿轮的实施例也是可能的。

[0010]互连部件使第一行星齿轮组的第一部件与第二行星齿轮组的第三部件持续地相连接。

[0011]三个外齿轮组被定位用于在第一轴和第二轴之间传递扭矩，且三个外齿轮组各具有互相啮合的第一外齿轮和第二外齿轮。主传动齿轮组连接到输出部件上。

[0012]输入部件与第一行星齿轮组的第三部件持续地相连接。输出部件与主传动齿轮组的第二外齿轮(从动齿轮)持续地相连接。

[0013]第一扭矩传递装置，例如制动器，有选择地使第二行星齿轮组的第一部件与固定部件(变速器壳体/外壳)相连接。

[0014]第二扭矩传递装置，例如离合器，有选择地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相连接。

[0015]第三扭矩传递装置，例如离合器，有选择地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相连接。

[0016]第四扭矩传递装置，例如离合器，有选择地使第二外齿轮组的第二外齿轮与第三行星齿轮组的第一部件相连接。

[0017]第五扭矩传递装置，例如离合器，有选择地使第二外齿轮组的第二外齿轮与第三行星齿轮组的第二部件相连接。

[0018]五个扭矩传递装置可以以三个的组合而有选择地接合，以获得八个前进速度比和一个倒档速度比。

[0019]各种速度比和速度比范围可以通过适当地选择行星齿轮组的齿数比来实现。

[0020]结合附图，从以下对实现本发明的最好的方式的详细描述中，将很容易明白本发明的上述特征以及其它的特征和优点。

附图说明

[0021]图1a为包括根据本发明的行星变速器的传动系的示意图；

[0022]图1b为显示了图1a中所示传动系的操作特性的真值图表；而

[0023]图1c为以杠杆图形式显示的图1a的传动系的示意图。

具体实施方式

[0024]参看附图，图1a中显示了传动系10，该传动系具有常规的发动机及液力变矩器12、行星变速器14和常规的主传动机构16。发动机12可利用各种类型的燃料来供以动力，以改善具体应用下的效率和燃油经济性。这样的燃料可以包括例如汽油、柴油、乙醇和二甲醚等等。

[0025]该前轮驱动行星变速器14包括与发动机12持续地相连接的输入部件17、行星齿轮装置18以及与主传动机构16持续地相连接的输出部件19。行星齿轮装置18包括三个行星齿轮组20，30，40，三个外齿轮组50，54，58，和主传动齿轮组62。该三个行星齿轮组20，30，40，和三个外齿轮组50，52，58，被沿着第一轴和第二轴91，93定位，如图1a中所示。

[0026]行星齿轮组20包括太阳齿轮部件22、环形齿轮部件24和行星托架组件式部件26。该行星托架组件式部件26包括多个小齿轮27，这些小齿轮27可转动地安装在托架部件29上并布置成与环形齿轮部件24及太阳齿轮部件22二者都啮合的关系。

[0027]行星齿轮组30包括太阳齿轮部件32、环形齿轮部件34和行星托架组件式部件36。该行星托架组件式部件36包括多个小齿轮37，这些小齿轮37可转动地安装在托架部件39上并布置成与太阳齿轮部件32及环形齿轮部件34二者都啮合的关系。

[0028]行星齿轮组40包括太阳齿轮部件42、环形齿轮部件44和行星托架组件式部件46。该行星托架组件式部件46包括多个安装在托架部件49上的小齿轮47。这些小齿轮47被布置成与环形齿轮部件44和太阳齿轮部件42两者都啮合的关系。

[0029]第一外齿轮组50包括互相啮合的第一外齿轮和第二外齿轮51和52。第二外齿轮组54包括互相啮合的第一外齿轮和第二外齿轮55和56。第三外齿轮组58包括互相啮合的第一外齿轮和第二外齿轮59和60。三个外齿轮组50，54，58定位成可在第一轴和第二轴91，93之间传递扭矩。

[0030]主传动外齿轮组62包括外驱动齿轮63和外从动齿轮64。

[0031]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为固定型扭矩传递装置，通常称作制动器或反作用离合器(reaction clutch)。扭矩传递装置82，83，84和85为转动型扭矩传递装置，通常称作离合器。

[0032]输出部件17与行星齿轮组20的环形齿轮部件24持续地相连接。输出部件19与主传动齿轮组62的从动外齿轮64持续地相连接。

[0033]互连部件70使行星齿轮组20的太阳齿轮部件22与行星齿轮组30的环形齿轮部件34持续地相连接。

[0034]行星齿轮组20的行星托架组件式部件26与第二外齿轮组54的第一外齿轮55持续地相连接。行星齿轮组30的太阳齿轮部件32与第一外齿轮组50的第一外齿轮51持续地相连接。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持续地相连接。行星齿轮组30的行星托架组件式部件36与第三外齿轮组58的第一外齿轮59持续地相连接。行星齿轮组40的行星托架组件式部件46与主传动外齿轮组62的外驱动齿轮63持续地相连接。

[0035]第一扭矩传递装置，例如制动器80，有选择地使行星齿轮组30的太阳齿轮部件32与变速器壳体90相连接。第二扭矩传递装置，例如离合器82，有选择地使第一外齿轮组50的第二外齿轮52与行星齿轮组40的环形齿轮部件44相连接。第三扭矩传递装置，例如离合器83，有选择地使行星齿轮组20的环形齿轮部件24与行星齿轮组30的行星托架组件式部件36相连接。第四扭矩传递装置，例如离合器84，有选择地使第二外齿轮组54的第二外齿轮56与行星齿轮组40的太阳齿轮部件42相连接。第五扭矩传递装置，例如离合器85，有选择地使第二外齿轮组54的第二外齿轮56与行星齿轮组40的行星托架组件式部件46相连接。

[0036]如图1b中所示，尤其是如其中所公开的真值表中所示，这些扭矩传递装置以三个的组合来有选择地接合，以提供八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顺次换档(single transmission sequential shift)来实现，且其中具有两个超速传动比(overdrive ratio)。

[0037]如上所述，在图1b的真值表中示出了扭矩传递装置的接合一览表。图1b的图表描述了在上述变速器中所获得的速比级差(ratiostep)。例如，第一前进速度比和第二前进速度比之间的速比级差值(stepratio)为1.54，而倒档速度比和第一前进速度比之间的速比级差值为-0.61。

[0038]参看图1c，以杠杆图的形式示出了图1a中所描绘的传动系10的实施例。杠杆图是对机械装置、如自动变速器等的部件的示意性的表示。每个单独的杠杆代表一个行星齿轮组，其中，行星齿轮的三个基本机械构件各通过一个节点来表示。因此，单个杠杆包括三个节点：一个代表太阳齿轮部件，一个代表行星齿轮托架部件而一个代表环形齿轮部件。每个杠杆的节点之间的相对长度可用于表示每个齿轮组各自的环形齿轮/太阳齿轮比值(ring-to-sun ratio)。这些杠杆比值(lever ratios)又用于使变速器的齿轮比多样化以获得适当的比值和比值递变。不同行星齿轮组的节点之间的机械联接部件或机械互连部件以细的水平线来表示而扭矩传递装置例如离合器和制动器则表示成交错的指状物。若该装置为制动器，则将指状物中的一套接地(grounded)。带有接地枢轴点的垂直虚线代表外齿轮组。在SAE论文810102、由Benford，Howard和Leising，Maurice在1981年所发表的“TheLever Analogy:A New Tool in Transmission Analysis”一文中，可找到关于杠杆图的格式、目的和使用的进一步解释。该文章通过引用整体地结合在本文中。

[0039]该传动系10包括与发动机12持续地相连接的输入部件17、与主传动机构16持续地相连接的输出部件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，其中，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。该传动系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，和主传动齿轮组62A，其中，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，主传动齿轮组62A具有两个外齿轮：第一外齿轮63A和第二外齿轮64A。

[0040]输出部件17与节点24A持续地相连接。输出部件19与节点64A持续地相连接。

[0041]节点22A经由互连部件70与节点34A持续地相连接。

[0042]第一扭矩传递装置，例如制动器80，有选择地使节点32A与变速器壳体90相连接。第二扭矩传递装置，例如离合器82，有选择地使节点44A与外齿轮52A相连接。第三扭矩传递装置，例如离合器83，有选择地使节点24A与节点36A相连接。第四扭矩传递装置，例如离合器84，有选择地使外齿轮56A与节点42A相连接。第五扭矩传递装置，例如离合器85，有选择地使外齿轮56A与节点46A相连接。

[0043]对于每个齿轮状态，三个扭矩传递装置接合，以建立速度比。接合的扭矩传递装置在图1b中每个各自的行中通过“X”来表示。例如，为建立倒车档(reverse gear)，将制动器80及离合器82，85接合。制动器80使节点32A与变速器壳体90相接合。离合器82使外齿轮52A与节点44A相接合。离合器85使外齿轮56A与节点46A相接合。同样地，通过按照图1b的离合器接合的不同组合实现了八个前进速度比。

[0044]该传动系10可以与混合动力车辆共用部件，并且这样的组合可以在“电量消耗模式”下运行。就本发明而言，“电量消耗模式”是这样一种模式：该模式中，车辆主要由电动机/发电机供以动力，使得当车辆到达目的地时，蓄电池被耗尽或几乎耗尽。换言之，在电量消耗模式下，发动机12只是在确保蓄电池在到达目的地之前不被耗尽的程度下进行操作。常规的混合动力车辆以“电量维持模式”运行，在该模式中，如果蓄电池荷电水平下降到预定的水平(例如25％)以下时，发动机自动运行以对蓄电池充电。因此，通过以电量消耗模式运行，混合动力车辆可以保存燃料中的一些或全部，否则在常规的混合动力车辆中这些燃料将为了维持25％的蓄电池荷电水平而被消耗。应懂得的是，如果在到达目的地之后可通过将蓄电池插入某一能量源中而对其充电，则混合动力车辆传动系可优选地仅以电量消耗模式运行。

[0045]尽管已详细描述了用于实施本发明的最佳方式，但本领域的技术人员将会认识到，用于实施本发明的各种备选设计和实施例会落入所述权利要求范围内。

Claims (14)

1、一种多级变速器，其包括：

输入部件；

输出部件；

第一行星齿轮组、第二行星齿轮组和第三行星齿轮组，它们均具有第一部件、第二部件和第三部件，所述齿轮组沿着第一轴和第二轴定位；

互连部件，其使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三部件持续地相连接；

三个外齿轮组，其定位成可在所述第一轴和第二轴之间传递扭矩，所述三个外齿轮组各具有互相啮合的第一外齿轮和第二外齿轮；以及

五个扭矩传递装置，其用于有选择地使所述行星齿轮组的所述部件或所述三个齿轮组的所述第一外齿轮、所述第二外齿轮相互地互连、与固定部件互连、或者与所述行星齿轮组的其它部件互连，所述五个扭矩传递装置以三个的组合来接合，以在所述输入部件和所述输出部件之间建立至少八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，所述五个扭矩传递装置中的第一扭矩传递装置是可操作的，以便有选择地使所述第二行星齿轮组的所述第一部件与所述固定部件相连接。

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是可操作的，以便有选择地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相连接。

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是可操作的，以便有选择地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相连接。

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是可操作的，以便有选择地使所述第二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一部件相连接。

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是可操作的，以便有选择地使所述第二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二部件相连接。

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二部件与所述第二外齿轮组的所述第一外齿轮持续地相连接；所述第二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相连接；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相连接；所述第二行星齿轮组的所述第二部件与所述第三外齿轮组的所述第一外齿轮持续地相连接；所述第三行星齿轮组的所述第二部件与主传动外齿轮组的外驱动齿轮持续地相连接。

8、根据权利要求1所述的变速器，其中所述第一行星齿轮组、所述第二行星齿轮组和所述第三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太阳齿轮部件、行星托架组件式部件和环形齿轮部件。

9、根据权利要求1所述的变速器，其中所述输入部件与所述第一行星齿轮组的所述第三部件持续地相连接，而所述输出部件与主传动外齿轮组的第二外齿轮持续地相连接。

10、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、第二行星齿轮组和第三行星齿轮组，它们均具有第一部件、第二部件和第三部件，所述齿轮组被沿着第一轴和第二轴定位；

互连部件，其使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三部件持续地相连接；

三个外齿轮组，其定位成可在所述第一轴和第二轴之间传递扭矩，所述三个外齿轮组各具有互相啮合的第一外齿轮和第二外齿轮；

第一扭矩传递装置，其有选择地使所述第二行星齿轮组的所述第一部件与固定部件相连接；

第二扭矩传递装置，其有选择地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相连接；

第三扭矩传递装置，其有选择地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相连接；

第四扭矩传递装置，其有选择地使所述第二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一部件相连接；

第五扭矩传递装置，其有选择地使所述第二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二部件相连接；且

所述五个扭矩传递装置以三个的组合来接合，以在所述输入部件和所述输出部件之间建立至少八个前进速度比和至少一个倒档速度比。

11、根据权利要求10所述的变速器，其中所述第一行星齿轮组、所述第二行星齿轮组和所述第三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太阳齿轮部件，行星托架组件式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二部件与所述第二外齿轮组的所述第一外齿轮持续地相连接；所述第二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相连接；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相连接；所述第二行星齿轮组的所述第二部件与所述第三外齿轮组的所述第一外齿轮持续地相连接；而所述第三行星齿轮组的所述第二部件与主传动外齿轮组的驱动齿轮持续地相连接。

13、根据权利要求10所述的变速器，其中所述输入部件与所述第一行星齿轮组的所述第三部件持续地相连接，而所述输出部件与主传动外齿轮组的第二外齿轮持续地相连接。

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、第二行星齿轮组和第三行星齿轮组，它们均具有太阳齿轮部件、行星托架组件式部件和环形齿轮部件，所述齿轮组被沿着第一轴和第二轴定位；

互连部件，其使所述第一行星齿轮组的所述太阳齿轮部件与所述第二行星齿轮组的所述太阳齿轮部件持续地相连接；

三个外齿轮组，其定位成可在所述第一轴和第二轴之间传递扭矩，所述三个外齿轮组各具有互相啮合的第一外齿轮和第二外齿轮；

第一扭矩传递装置，其有选择地使所述第二行星齿轮组的所述太阳齿轮部件与固定部件相连接；

第二扭矩传递装置，其有选择地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相连接；

第三扭矩传递装置，其有选择地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件式部件相连接；

第四扭矩传递装置，其有选择地使所述第二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太阳齿轮部件相连接；

第五扭矩传递装置，其有选择地使所述第二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行星托架组件式部件相连接；且

所述五个扭矩传递装置以三个的组合来接合，以在所述输入部件和所述输出部件之间建立至少八个前进速度比和至少一个倒档速度比。

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