CN101429995A - 具有至少十个速度比的多级变速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有至少十个速度比的多级变速器。具体而言，本发明涉及一种变速器，其具有输入部件、输出部件、四个行星齿轮组、多个联接部件和多个扭矩传递装置。每个行星齿轮组均包括第一部件、第二部件和第三部件。扭矩传递装置包括离合器和制动器。该扭矩传递装置可以以至少三个的组合而有选择地接合，以在输入部件和输出部件之间建立至少十个前进速度比和至少一个倒档速度比。

Description

具有至少十个速度比的多级变速器

相关申请的交叉引用

本申请要求享有于2007年11月06日提交的美国临时申请号60/985,892的权益。上述申请的公开内容通过引用结合到本文中。

技术领域

本发明大体上涉及一种具有多个行星齿轮组和多个扭矩传递装置的多级变速器，且更具体地涉及一种具有十级或更多级速度、四个行星齿轮组和多个扭矩传递装置的变速器。

背景技术

本部分中的陈述仅提供与本发明相关的背景信息，并且可构成或可不构成现有技术。

典型的多级变速器使用摩擦离合器、行星齿轮装置和固定互连的组合，以实现多个齿轮比。行星齿轮组的数量和物理布置通常由组装、成本和所需速度比来确定。

尽管当前的变速器实现了它们预期的目的，但是基本不断地需要新的改进的变速器构造，其体现了尤其从效率、响应性、平稳性的立场考虑的改进的性能，以及改进的组装，主要是减小的尺寸和重量。因而，需要一种改进的、经济有效且紧凑的多级变速器。

发明内容

提供的是一种变速器，其具有输入部件、输出部件、四个行星齿轮组、多个联接部件以及多个扭矩传递装置。各行星齿轮组均包括第一部件、第二部件和第三部件。扭矩传递装置例如是离合器和制动器。

在本发明的另一个方面中，变速器包括输入部件、输出部件、第一行星齿轮组、第二行星齿轮组、第三行星齿轮组和第四行星齿轮组，这些行星齿轮组均具有太阳齿轮、托架部件和环形齿轮。输入部件与第四行星齿轮组的托架部件持续地互连。输出部件与第三行星齿轮组的托架部件持续地互连。另外，第一互连部件使第一行星齿轮组的环形齿轮与第二行星齿轮组的环形齿轮持续地互连，第二互连部件使第一行星齿轮组的环形齿轮与第三行星齿轮组的托架部件持续地互连，第三互连部件使第一行星齿轮组的托架部件与第二行星齿轮组的太阳齿轮持续地互连，以及第四互连部件使第三行星齿轮组的太阳齿轮与第四行星齿轮组的环形齿轮持续地互连。此外，第一扭矩传递装置可有选择地接合，以将第一行星齿轮组的托架部件与第四行星齿轮组的托架部件和输入部件中的至少一个互连，第二扭矩传递装置可有选择地接合，以将第一行星齿轮组的太阳齿轮与第四行星齿轮组的太阳齿轮互连，第三扭矩传递装置可有选择地接合，以将第二行星齿轮组的太阳齿轮与第三行星齿轮组的环形齿轮互连，第四扭矩传递装置可有选择地接合，以将第二行星齿轮组的托架部件与第三行星齿轮组的环形齿轮互连，第五扭矩传递装置可有选择地接合，以将第三行星齿轮组的环形齿轮与固定部件互连，以及第六扭矩传递装置可有选择地接合，以将第四行星齿轮组的太阳齿轮与固定部件互连。扭矩传递装置可以以至少三个的组合而有选择地接合，以在输入部件和输出部件之间建立至少十个前进速度比和至少一个倒档速度比。

因此，本发明的一个目的在于提供一种具有四个行星齿轮组的变速器。

本发明的另一个目的在于提供一种具有至少十个前进速度和至少一个倒档速度的变速器。

本发明的再一个目的在于提供一种具有四个行星齿轮组、多个联接部件和多个扭矩传递装置的变速器。

通过参考以下的说明和附图，本发明的其它目的、方面和优点将变得显而易见，在附图中，相似的附图标记表示相同的构件、元件或特征。

附图说明

文中所述的附图仅仅是为了说明目的，而绝非意图以任何方式限制本公开内容的范围。

图1为根据本发明的十级变速器的一个实施例的杠杆图；

图2为根据本发明的十级变速器的一个实施例的简图；和

图3为表示在图1和图2所示变速器的各个可得到的前进速度和倒档速度或齿轮比中的各种扭矩传递元件接合状态的真值表。

具体实施方式

以下说明实质上仅仅是示例性的，而并不意图限制本公开内容、应用或用途。

首先，应当意识到，本发明的十级自动变速器的实施例具有位于四个行星齿轮组的元件之间的永久机械连接的布置。第一行星齿轮组的第一构件或元件永久地联接到第二行星齿轮组的第一构件或元件上以及第三行星齿轮组的第一构件或元件上。第一行星齿轮组的第二构件或元件永久地联接到第二行星齿轮组的第二构件或元件上。第三行星齿轮组的第二构件或元件永久地联接到第四行星齿轮组的第二构件或元件上。

现参看图1，以杠杆图的形式示出了十级变速器10的一个实施例。杠杆图是诸如自动变速器的机械装置的构件的示意图。各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机械构件各由一个节点表示。因此，单个杠杆包含三个节点：一个表示太阳齿轮，一个表示行星齿轮托架，一个表示环形齿轮。在各杠杆的节点间的相对长度可用于表示各个相应齿轮组的环形-太阳杠杆比。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(ratioprogression)。在各种行星齿轮组的节点间的机械联接或互连用细水平线示出，而诸如离合器和制动器的扭矩传递装置则以交错的指状物表示。杠杆图的形式、目的和用途的进一步说明可在Benford和Leising的SAE论文810102，“The Lever Analogy：A New Tool in TransmissionAnalysis”中找到，因此该论文通过引用结合到本文中。

变速器10包括输入轴或输入部件12、第一行星齿轮组14、第二行星齿轮组16、第三行星齿轮组18、第四行星齿轮组20以及输出轴或输出部件22，其中，第一行星齿轮组具有三个节点：第一节点14A、第二节点14B和第三节点14C；第二行星齿轮组具有三个节点：第一节点16A、第二节点16B和第三节点16C；第三行星齿轮组具有三个节点：第一节点18A、第二节点18B和第三节点18C；第四行星齿轮组具有三个节点：第一节点20A、第二节点20B、第三节点20C。

输入部件12联接到第四行星齿轮组20的第三节点20C上。输出部件22联接到第三行星齿轮组18的第一节点18A上。第一行星齿轮组14的第一节点14A联接到第二行星齿轮组16的第一节点16A以及第三行星齿轮组18的第一节点18A上。第一行星齿轮组14的第二节点14B联接到第二行星齿轮组16的第二节点16B上。第三行星齿轮组18的第二节点18B联接到第四行星齿轮组20的第二节点20B上。

第一离合器26有选择地将第一行星齿轮组14的第二节点14B与第四行星齿轮组20的第三节点20C相连接。第二离合器28有选择地将第一行星齿轮组14的第三节点14C与第四行星齿轮组20的第一节点20A相连接。第三离合器30有选择地将第二行星齿轮组16的第二节点16B与第三行星齿轮组18的第三节点18C相连接。第四离合器32有选择地将第二行星齿轮组16的第三节点16C与第三行星齿轮组18的第三节点18C相连接。第一制动器34有选择地将第三行星齿轮组18的第三节点18C连接到固定部件或变速器外壳50上。第二制动器36有选择地将第四行星齿轮组20的第一节点20A连接到固定部件或变速器外壳50上。

现参看图2，符号图(stick diagram)表示根据本发明的十级变速器10实施例的示意图。在图2中，延续了图1的杠杆图的编号。相应地示出了离合器和联接器(coupling)，而行星齿轮组的节点现在显示为行星齿轮组的构件，例如太阳齿轮、环形齿轮、行星齿轮和行星齿轮托架。

例如，行星齿轮组14包括太阳齿轮部件14C、环形齿轮部件14A和行星齿轮托架部件14B，该行星齿轮托架部件可转动地支承第一组行星齿轮14D(仅示出其中一个)和第二组行星齿轮14E(仅示出其中一个)。太阳齿轮部件14C与第一轴或中间部件42相连接，以便共同转动。环形齿轮部件14A与第二轴或中间部件44以及第三轴或中间部件46相连接，以便共同转动。行星托架部件14B与第四轴或中间部件48以及第五轴或中间部件52相连接，以便共同转动。第一组行星齿轮14D均构造成与太阳齿轮部件14C和第二组行星齿轮14E二者相互啮合。第二组行星齿轮14E均构造成与环形齿轮部件14A和第一组行星齿轮14D二者相互啮合。

行星齿轮组16包括太阳齿轮部件16B、环形齿轮部件16A和行星齿轮托架部件16C，该行星齿轮托架部件可转动地支承一组行星齿轮16D(仅示出其中一个)。太阳齿轮部件16B与第五轴或中间部件52以及第六轴或中间部件54相连接，以便共同转动。环形齿轮部件16A与第二轴或中间部件44相连接，以便共同转动。行星托架部件16C与第七轴或中间部件56相连接，以便共同转动。行星齿轮16D均构造成与太阳齿轮部件16B和环形齿轮部件16A二者相互啮合。

行星齿轮组18包括太阳齿轮部件18B、环形齿轮部件18C和行星齿轮托架部件18A，该行星齿轮托架部件可转动地支承一组行星齿轮18D(仅示出其中一个)。行星齿轮18D均构造成与太阳齿轮部件18B和环形齿轮部件18C二者相互啮合。太阳齿轮部件18B与第八中间部件58相连接，以便共同转动。行星齿轮部件18C与第九轴或中间部件60相连接，以便共同转动。行星齿轮托架部件18A与第三轴或中间部件46以及与输出轴或输出部件22相连接，以便共同转动。

行星齿轮组20包括太阳齿轮部件20A、环形齿轮部件20B和行星齿轮托架部件20C，该行星齿轮托架部件可转动地支承一组行星齿轮20D(仅示出其中一个)。行星齿轮20D均构造成与太阳齿轮部件20A和环形齿轮部件20B二者相互啮合。太阳齿轮部件20A与第十轴或中间部件62相连接，以便共同转动。环形齿轮部件20B与第八轴或中间部件58相连接，以便共同转动。行星托架部件20C与第十一中间部件64以及与输入轴或输入部件12相连接，以便共同转动。

输入轴或输入部件12持续地连接到发动机(未示出)或扭矩变矩器的涡轮(未示出)上。输出轴或输出部件22与最终传动单元或分动箱(未示出)持续地连接。

扭矩传递机构或离合器26、28、30、32以及制动器34和制动器36允许轴或互连部件、行星齿轮组的部件以及外壳有选择的互连。例如，第一离合器26可有选择地接合，以将第四轴或中间部件48与第十一轴或中间部件64相连接。第二离合器28可有选择地接合，以将第一轴或中间部件42与第十轴或中间部件62相连接。第三离合器30可有选择地接合，以将第六轴或中间部件54与第九轴或中间部件60相连接。第四离合器32可有选择地接合，以将第七轴或中间部件56与第九轴或中间部件60相连接。第一制动器34可有选择地接合，以将第九轴或中间部件60与固定部件或变速器外壳50相连接，从而限制部件60相对于变速器外壳50的转动。第二制动器36可有选择地接合，以将第十轴或中间部件62与固定部件或变速器外壳50相连接，从而限制部件62相对于变速器外壳50的转动。

现参看图2和图3，将描述十级变速器10的一个实施例的操作。应意识到的是，变速器10能够以其中带有四个超速传动比的至少十个前进速度比或扭矩比和至少一个倒档速度比或扭矩比将扭矩从输入轴或输入部件12传递到输出轴或输出部件22。各个前进和倒档速度或扭矩比通过接合扭矩传递机构(即第一离合器26、第二离合器28、第三离合器30、第四离合器32、第一制动器34和第二制动器36)中的一个或多个扭矩传递机构而获得，这将在下文进行解释。图3为表示促动的或接合的以获得各种齿轮状态的扭矩传递机构的各种组合的真值表。方框中的“X”表示接合了特定的离合器或制动器以便获得所需的齿轮状态。“O”表示特定扭矩传递装置(即制动器或离合器)是接合的或活动的，但未承载扭矩。尽管显示了各种齿轮状态实际数字的齿轮比，但应当认识到这些数值只是示范性的，并且它们可在极大范围内做出调整以适应变速器10的各种应用和操作标准。图3中还示出了可利用本发明的实施例而获得的齿轮比的示例。当然，根据所选齿轮直径、齿轮齿数和齿轮构造可获得其它的齿轮比。

为了建立倒档齿轮，接合或促动第一离合器26、第四离合器32和第一制动器34。第一离合器26将第四轴或中间部件48与第十一轴或中间部件64相连接。第四离合器32将第七轴或中间部件56与第九轴或中间部件60相连接。第一制动器34将第九轴或中间部件60与固定元件或变速器外壳50相连接，以便限制部件60相对于变速器外壳50的转动。同样地，通过离合器和制动器接合的不同组合，获得了十个前进比，如图3中所示。

可以理解的是，前述对十级变速器10的齿轮状态和操作的说明假定了：首先，在给定的齿轮状态下没有特别指出的所有离合器都是不活动的或脱离接合的；其次，在换挡过程中也就是改变齿轮状态期间，在至少相邻的齿轮状态之间，在两种齿轮状态下都接合或促动的离合器将保持接合或促动。

本发明的说明实质上仅仅是示例性的，并且旨在使不脱离本发明要点的变型属于本发明的范围内。这些变型并不认为是脱离了本发明的精神和范围。

Claims (16)

1.一种变速器，包括：

输入部件；

输出部件；

第一行星齿轮组、第二行星齿轮组、第三行星齿轮组和第四行星齿轮组，其均具有第一部件、第二部件和第三部件；

第一互连部件，其将所述第一行星齿轮组的第一部件与所述第二行星齿轮组的第一部件持续地互连；

第二互连部件，其将所述第一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互连；

第三互连部件，其将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二部件持续地互连；

第四互连部件，其将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二部件持续地互连；以及

六个扭矩传递装置，其可以有选择地接合，以使所述第一部件、所述第二部件和所述第三部件中的一个与所述第一部件、所述第二部件、所述第三部件和固定部件中的至少另一个互连；以及

其中，所述扭矩传递装置可以以至少三个的组合而有选择地接合，以在所述输入部件和所述输出部件之间建立至少十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，所述六个扭矩传递装置中的第一扭矩传递装置可有选择地接合，以将所述第一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和所述输入部件中的至少一个互连。

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有选择地接合，以将所述第一行星齿轮组的第三部件与所述第四行星齿轮组的第一部件互连。

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有选择地接合，以将所述第二行星齿轮组的第二部件与所述第三行星齿轮组的第三部件互连。

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有选择地接合，以将所述第二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互连。

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有选择地接合，以将所述第三行星齿轮组的第三部件与所述固定部件互连。

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有选择地接合，以将所述第四行星齿轮组的第一部件与所述固定部件互连。

8.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第三部件、所述第二行星齿轮组的第二部件、所述第三行星齿轮组的第二部件以及所述第四行星齿轮组的第一部件为太阳齿轮，所述第一行星齿轮组的第二部件、所述第二行星齿轮组的第三部件、所述第三行星齿轮组的第一部件以及所述第四行星齿轮组的第三部件为托架部件，以及所述第一行星齿轮组的第一部件、所述第二行星齿轮组的第一部件、所述第三行星齿轮组的第三部件以及所述第四行星齿轮组的第二部件为环形齿轮。

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四行星齿轮组的第三部件持续地互连，且其中，所述输出部件与所述第三行星齿轮组的第一部件持续地互连。

10.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两个扭矩传递装置为制动器，并且所述六个扭矩传递装置中的四个扭矩传递装置为离合器。

11.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述固定部件为变速器外壳。

12.一种变速器，包括：

输入部件；

输出部件；

第一行星齿轮组、第二行星齿轮组、第三行星齿轮组和第四行星齿轮组，其均具有第一部件、第二部件和第三部件，其中，所述输入部件与所述第四行星齿轮组的第三部件持续地互连，且其中，所述输出部件与所述第三行星齿轮组的第一部件持续地互连；

第一互连部件，其将所述第一行星齿轮组的第一部件与所述第二行星齿轮组的第一部件持续地互连；

第二互连部件，其将所述第一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互连；

第三互连部件，其将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二部件持续地互连；

第四互连部件，其将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二部件持续地互连；

第一扭矩传递装置，其有选择地接合，以将所述第一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和所述输入部件中的至少一个互连；

第二扭矩传递装置，其可有选择地接合，以将所述第一行星齿轮组的第三部件与所述第四行星齿轮组的第一部件互连。

第三扭矩传递装置，其可有选择地接合，以将所述第二行星齿轮组的第二部件与所述第三行星齿轮组的第三部件互连。

第四扭矩传递装置，其可有选择地接合，以将所述第二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互连。

第五扭矩传递装置，其可有选择地接合，以将所述第三行星齿轮组的第三部件与所述固定部件互连；

第六扭矩传递装置，其可有选择地接合，以将所述第四行星齿轮组的第一部件与所述固定部件互连；以及

其中，所述扭矩传递装置可以以至少三个的组合而有选择地接合，以在所述输入部件和所述输出部件之间建立至少十个前进速度比和至少一个倒档速度比。

13.根据权利要求12所述的变速器，其特征在于，所述第一行星齿轮组的第三部件、所述第二行星齿轮组的第二部件、所述第三行星齿轮组的第二部件以及所述第四行星齿轮组的第一部件为太阳齿轮，所述第一行星齿轮组的第二部件、所述第二行星齿轮组的第三部件、所述第三行星齿轮组的第一部件以及所述第四行星齿轮组的第三部件为托架部件，以及所述第一行星齿轮组的第一部件、所述第二行星齿轮组的第一部件、所述第三行星齿轮组的第三部件以及所述第四行星齿轮组的第二部件为环形齿轮。

14.根据权利要求12所述的变速器，其特征在于，所述固定部件为变速器外壳。

15.一种变速器，包括：

输入部件；

输出部件；

第一行星齿轮组、第二行星齿轮组、第三行星齿轮组和第四行星齿轮组，其均具有太阳齿轮、托架部件和环形齿轮，其中，所述输入部件与所述第四行星齿轮组的托架部件持续地互连，所述输出部件与所述第三行星齿轮组的托架部件持续地互连；

第一互连部件，其将所述第一行星齿轮组的环形齿轮与所述第二行星齿轮组的环形齿轮持续地互连；

第二互连部件，其将所述第一行星齿轮组的环形齿轮与所述第三行星齿轮组的托架部件持续地互连；

第三互连部件，其将所述第一行星齿轮组的托架部件与所述第二行星齿轮组的太阳齿轮持续地互连；

第四互连部件，其将所述第三行星齿轮组的太阳齿轮与所述第四行星齿轮组的环形齿轮持续地互连；

第一扭矩传递装置，其可有选择地接合，以将所述第一行星齿轮组的托架部件与所述第四行星齿轮组的托架部件和所述输入部件中的至少一个互连；

第二扭矩传递装置，其可有选择地接合，以将所述第一行星齿轮组的太阳齿轮与所述第四行星齿轮组的太阳齿轮互连；

第三扭矩传递装置，其可有选择地接合，以将所述第二行星齿轮组的太阳齿轮与所述第三行星齿轮组的环形齿轮互连；

第四扭矩传递装置，其可有选择地接合，以将所述第二行星齿轮组的托架部件与所述第三行星齿轮组的环形齿轮互连；

第五扭矩传递装置，其可有选择地接合，以将所述第三行星齿轮组的环形齿轮与所述固定部件互连；

第六扭矩传递装置，其可有选择地接合，以将所述第四行星齿轮组的太阳齿轮与所述固定部件互连；

其中，所述扭矩传递装置可以以至少三个的组合而有选择地接合，以在所述输入部件和所述输出部件之间建立至少十个前进速度比和至少一个倒档速度比。

16.根据权利要求15所述的变速器，其特征在于，所述固定部件为变速器外壳。

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