CN101408239B - 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的多个部件以提供八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，其各具有六个扭矩传递装置，两个固定的互连部件以及一个接地部件。所述传动系包括持续地连接到这些行星齿轮部件中的至少一个行星齿轮部件上的液力变矩器和发动机，以及与这些行星齿轮部件中的另一个行星齿轮部件持续地相连接的输出部件。该六个扭矩传递装置提供各个齿轮部件及变速器壳体之间的互连，并以组合形式来操作，以建立至少八个前进速度比和至少一个倒档速度比。

Description

八级变速器

本申请要求于2007年4月4日申请的、编号为No.60/910,009的美国临时专利申请的权益，其通过引用整体地结合到本文中。

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

客车包括由发动机，多级变速器，和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扩大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在最高效点上。因此，手动换挡(副轴变速器)是最通用的。

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。

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和改善的燃油经济性。虽然许多货车采用具有六个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。

在加速和燃油经济性方面，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受到阻碍。

发明内容

本发明的优选实施例提供了一种改进的变速器，该变速器具有三个受控的行星齿轮组，以提供至少八个前进速度比和至少一个倒档速度比。

本发明的变速器系列具有三个行星齿轮组，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部件、环形齿轮部件或行星托架组件式部件。

当在本说明中提及第一齿轮组、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”。

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。

第一互连部件持续地使第二行星齿轮组的太阳齿轮部件与第三行星齿轮组的太阳齿轮部件相连接。

第二互连部件持续地使第二行星齿轮组的行星托架组件式部件与第三行星齿轮组的行星托架组件式部件相连接；

第一行星齿轮组的行星托架部件与固定部件(变速器外壳/外罩)持续地相连接。

输入部件与第一行星齿轮组的太阳齿轮部件持续地相连接。输出部件与第三行星齿轮组的环形齿轮部件持续地相连接。

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太阳齿轮部件与固定部件(变速器壳体/外壳)相连接。

第二扭矩传递装置，例如制动器，有选择地使第二行星齿轮组的行星托架组件式部件与固定部件(变速器外壳/外罩)相连接。

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太阳齿轮部件与第二行星齿轮组的太阳齿轮部件相连接。

第四扭矩传递装置，例如离合器，有选择地使第一行星齿轮组的太阳齿轮部件与第二行星齿轮组的行星托架组件式部件相连接。

第五扭矩传递装置，例如离合器，有选择地使第一行星齿轮组的环形齿轮部件与第二行星齿轮组的环形齿轮部件相连接。

第六扭矩传递装置，例如离合器，有选择地使第一行星齿轮组的环形齿轮部件与第二行星齿轮组的太阳齿轮部件相连接。

六个扭矩传递装置可以以两个的组合而有选择地接合，以获得至少八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可以通过适当地选择行星齿轮组的齿数比来实现。该变速器在前轮驱动布置中尤其地有用。同样，它全都使用单跳变换挡，且提供两个超速传动比。

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

图1a为包括有根据本发明的行星变速器的传动系的示意图；

图1b为显示了图1a中所示传动系的操作特性的真值表；而

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

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12及液力变矩器、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。

该行星变速器14包括行星齿轮装置18、与发动机12持续地相连接的输入部件17以及与主减速机构16持续地相连接的输出部件19。该行星齿轮装置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包括多个可转动地安装在托架部件29上的小齿轮27，28。小齿轮27被布置成与太阳齿轮部件22相啮合。小齿轮28被布置成与环形齿轮部件24和各自的小齿轮27两者都相啮合。

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，这些小齿轮可转动地安装在托架部件39上并布置成与环形齿轮部件34及太阳齿轮部件32二者都啮合。

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包括多个小齿轮47，这些小齿轮安装在托架部件49上并布置成与环形齿轮部件44及太阳齿轮部件42二者都啮合。

输入部件17与行星齿轮组20的太阳齿轮部件22持续地相连接。输出部件19与行星齿轮组40的环形齿轮部件44持续地相连接。行星托架组件式部件26与变速器壳体60持续地相连接。

第一互连部件70持续地使行星齿轮组30的太阳齿轮部件32与行星齿轮组40的太阳齿轮部件42相连接。第二互连部件72持续地使行星齿轮组30的行星托架组件式部件36与行星齿轮组40的行星托架组件式部件46相连接。

行星齿轮装置还包括六个扭矩传递装置50，52，54，55，56和57。扭矩传递装置50和扭矩传递装置52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54，55，56和57为转动型扭矩传递装置，通常称作离合器。

第一扭矩传递装置，例如制动器50，有选择地使行星齿轮组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70而与变速器壳体60相连接，并与行星齿轮组20的行星托架组件式部件26相连接。第二扭矩传递装置，例如制动器52，有选择地使行星齿轮组30的行星托架组件式部件36及行星齿轮组40的行星托架组件式部件46经由互连部件72而与变速器壳体60相连接。第三扭矩传递装置，例如离合器54，有选择地使行星齿轮组20的太阳齿轮部件22经由互连部件70而与行星齿轮组30的太阳齿轮部件32及行星齿轮组40的太阳齿轮部件42相连接。第四扭矩传递装置，例如离合器55，有选择地使行星齿轮组20的太阳齿轮部件22经由互连部件72而与行星齿轮组30的行星托架组件式部件36及行星齿轮组40的行星托架组件式部件46相连接。第五扭矩传递装置，例如离合器56，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的环形齿轮部件34相连接。第六扭矩传递装置，例如离合器57，有选择地使行星齿轮组20的环形齿轮部件24经由互连部件70而与行星齿轮组30的太阳齿轮部件32及行星齿轮组40的太阳齿轮部件42相连接。

如图1b中所示，尤其是如其中所公开的真值表所示，这些扭矩传递装置以两个的组合来有选择地接合，以提供至少八个前进速度比和至少一个倒档速度比，所有这些速度比都利用单跳变顺序换档(single transmission sequential shift)来提供，且其中包括两个超速传动比。

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齿轮比和速比级差(ratio step)。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(step ratio)为1.70，而倒档速度比和第一前进速度比之间的速比级差值为-0.65。

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部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 ratio)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或机械互连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，则使指状物中的一套接地(grounded)。在SAE论文810102、由Benford，Howard和Leising，Maurice在1981年所发表的“The Lever 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。

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。

输入部件17与节点22A持续地相连接。输出部件19与节点44A持续地相连接。节点26A与变速器壳体60持续地相连接。

节点32A经由互连部件70与节点42A持续地相连接。节点36A经由互连部件72与节点46A持续地相连接。

第一扭矩传递装置，例如制动器50，有选择地使节点32A及节点42A与变速器壳体60相连接，且与节点26A相连接。第二扭矩传递装置，例如制动器52，有选择地使节点36A及节点46A与变速器壳体60相连接。第三扭矩传递装置，例如离合器54，有选择地使节点22A与节点32A相连接。第四扭矩传递装置，例如离合器55，有选择地使节点22A经由互连部件72而与节点36A及节点46A相连接。第五扭矩传递装置，例如离合器56，有选择地使节点24A与节点34A相连接。第六扭矩传递装置，例如离合器57，有选择地使节点24A与节点32A相连接。

对于每个齿轮状态，两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每个各自的行中通过“X”来表示。例如，为建立倒车档(reverse gear)，使制动器52和离合器54接合。制动器52使节点36A及节点46A与变速器壳体60相接合。离合器54使节点22A与节点32A相接合。同样地，通过按照图1c的离合器接合的不同组合实现了八个前进速度比。

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只运行至如下程度，即，确保蓄电池在到达目的地之前不被耗尽。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部分燃料将为了维持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。

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 (1)

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，它们均具有太阳齿轮部件、行星托架组件式部件和环形齿轮部件；

所述输入部件与所述第一行星齿轮组的所述太阳齿轮部件持续地互连；而所述输出部件与所述第三行星齿轮组的所述环形齿轮部件持续地互连；

所述第一行星齿轮组的所述行星托架组件式部件与固定部件持续地相连接；

第一互连部件，其持续地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相连接；

第二互连部件，其持续地使所述第二行星齿轮组的所述行星托架组件式部件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；

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所述固定部件相连接；

第二扭矩传递装置，其有选择地使所述第二行星齿轮组的所述行星托架组件式部件与所述固定部件相连接；

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相连接；

第四扭矩传递装置，其有选择地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行星托架组件部件相连接；

第五扭矩传递装置，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环形齿轮部件相连接；

第六扭矩传递装置，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太阳齿轮部件相连接；

所述第一和第二扭矩传递装置为制动器，所述第三、第四、第五和第六扭矩传递装置为离合器，所述第一、第二、第三、第四、第五和第六扭矩传递装置以两个的组合来接合，以在所述输入部件和所述输出部件之间建立八个前进速度比和一个倒档速度比。

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