CN101782134B - 具有三个行星齿轮组的多级变速器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有三个行星齿轮组的多级变速器。更具体地，本发明提供一种变速器，其具有输入构件、输出构件、三个行星齿轮组、多个联接构件和多个扭矩传递装置。每个所述行星齿轮组包括第一、第二和第三构件。扭矩传递装置包括离合器和制动器。

Description

具有三个行星齿轮组的多级变速器
技术领域
本发明总体上涉及具有多个行星齿轮组和多个扭矩传递装置的多级变速器，更具体地涉及具有七个速度、三个行星齿轮组和多个扭矩传递装置的变速器。
背景技术
本节的陈述仅提供与本发明相关的背景信息，可能构成也可能不构成现有技术。
典型的多级变速器使用摩擦离合器、行星齿轮设备和固定连接件的组合来获得多个传动比。行星齿轮组的数量和实体设置通常取决于封装、成本和期望的速比。
尽管目前的变速器能达到其预期目的，但是对于特别是在效率、响应性和平稳性方面表现出改进的性能以及表现出改进的封装、大幅减小的尺寸和重量的改进型变速器构造的需求仍旧存在。因此，需要一种改进的、低成本的紧凑型多级变速器。
发明内容
本发明提供一种变速器，其具有输入构件、输出构件、三个行星齿轮组、多个互连构件和多个扭矩传递装置。每个所述行星齿轮组包括第一、第二和第三构件。扭矩传递装置例如是离合器和制动器。
在该变速器的一个实施方式中，所述输入构件持续地互连到所述第二行星齿轮组的恒星齿轮构件，而所述输出构件持续地互连到所述第一行星齿轮组的齿圈构件和所述第二行星齿轮组的行星架构件。
进一步，第一互连构件将所述第一行星齿轮组的恒星齿轮构件持续地互连到固定构件。第二互连构件将所述第一行星齿轮组的行星架构件持续地互连到所述第三行星齿轮组的齿圈构件。
另外，第一扭矩传递机构能够选择性地接合，以将所述第二行星齿轮组的恒星齿轮构件和所述输入构件中的至少一个互连到所述第三行星齿轮组的恒星齿轮构件。第二扭矩传递机构能够选择性地接合，以将所述第三行星齿轮组的恒星齿轮构件互连到所述第三行星齿轮组的行星架构件。第三扭矩传递机构能够选择性地接合，以将所述输入构件和所述第二行星齿轮组的恒星齿轮构件中的至少一个互连到所述第三行星齿轮组的行星架构件。第四扭矩传递机构能够选择性地接合，以将所述第二行星齿轮组的齿圈构件互连到所述第三行星齿轮组的行星架构件。第五扭矩传递机构能够选择性地接合，以将所述第三行星齿轮组的恒星齿轮构件互连到所述固定构件。第六扭矩传递机构能够选择性地接合，以将所述第三行星齿轮组的行星架构件互连到所述固定构件。
所述扭矩传递机构能够以至少两个进行组合的方式选择性地接合，从而在所述输入构件和所述输出构件之间建立至少七个前进档速比和至少一个倒档速比。
在该变速器的另一个实施方式中，输入构件持续地互连到所述第二行星齿轮组的恒星齿轮构件，而所述输出构件持续地互连到所述第二行星齿轮组的行星架构件。
进一步，第一互连构件将所述第一行星齿轮组的恒星齿轮构件持续地互连到固定构件。第二互连构件将所述第一行星齿轮组的齿圈构件持续地互连到所述第二行星齿轮组的齿圈构件。第三互连构件将所述第一行星齿轮组的行星架构件持续地互连到所述第三行星齿轮组的齿圈构件。
另外，第一扭矩传递机构能够选择性地接合，以将所述第二行星齿轮组的恒星齿轮构件和所述输入构件中的至少一个互连到所述第三行星齿轮组的恒星齿轮构件。第二扭矩传递机构能够选择性地接合，以将所述第二行星齿轮组的恒星齿轮构件和所述输入构件中的至少一个互连到所述第三行星齿轮组的行星架构件。第三扭矩传递机构能够选择性地接合，以将所述第一行星齿轮组的齿圈构件和所述第二行星齿轮组的齿圈构件中的至少一个互连到所述第三行星齿轮组的行星架构件。第四扭矩传递机构能够选择性地接合，以将所述第二行星齿轮组的行星架构件互连到所述第三行星齿轮组的恒星齿轮构件。第五扭矩传递机构能够选择性地接合，以将所述第三行星齿轮组的行星架构件互连到所述固定构件。
并且，所述扭矩传递机构能够以至少两个进行组合的方式选择性地接合，从而在所述输入构件和所述输出构件之间建立至少七个前进档速比和至少一个倒档速比。
因此，本发明的一个目的在于提供一种具有至少七个前进档速度和至少一个倒档速度的变速器。
通过参照下面的描述和附图，本发明进一步的目的、方面和优点将变得明显，在附图中，相似的附图标记指代相同的部件、元件或特征。
附图说明
这里描述的附图仅用于说明目的，并且不以任何方式限制本发明的范围。
图1为根据本发明的七级变速器的一个实施方式的杠杆图；
图2为根据本发明的七级变速器的一个实施方式的示意图；
图3为示出各种不同的扭矩传递机构在图1和图2所示的变速器的可用前进档和倒档速度或传动比中的接合状态的真值表；
图4为根据本发明的七级变速器的另一个实施方式的杠杆图；
图5为根据本发明的七级变速器的另一个实施方式的示意图；以及
图6为示出各种不同的扭矩传递机构在图4和图5所示的变速器的可用前进档和倒档速度或传动比中的接合状态的真值表。
具体实施方式
下面的描述本质上仅为示例性的，并非旨在限制本发明、其应用或用途。
现在参见图1，该图以杠杆图形式示出了七级变速器10。杠杆图是诸如自动变速器的机械装置的部件的示意性表示。每个独立杠杆表示一个行星齿轮组，其中每个行星齿轮组的三个基本机械部件由节点表示。因此，单个杠杆包括三个节点：一个表示恒星齿轮、一个表示行星齿轮架，一个表示齿圈。每个杠杆的节点之间的相对长度可用于表示每个相应齿轮组的齿圈-恒星齿轮比率。这些杠杆比率反过来被用于改变变速器的传动比，以获得合适的比率和比率级进(ratioprogression)。各种不同的行星齿轮组的节点之间的机械联接或互连由细的水平线图示，诸如离合器和制动器的扭矩传递装置由交错指针表示。杠杆图的形式、目的和使用的更多的解释可在SAE论文810102(Paper 810102)中由Benford和Leising做出的“杠杆模拟法：一种用于变速器分析的新型工具”中找到，该文献的全部内容通过引用合并于本申请中。
变速器10包括：输入轴或构件12；具有三个节点-第一节点14A、第二节点14B和第三节点14C的第一行星齿轮组14；具有三个节点-第一节点16A、第二节点16B和第三节点16C的第二行星齿轮组16；具有三个节点-第一节点18A、第二节点18B和第三节点18C的第三行星齿轮组18；以及输出轴或构件20。
输入轴或构件12联接到第二行星齿轮组16的第一节点16A。输出轴或构件20联接到第一行星齿轮组14的第一节点14A和第二行星齿轮组16的第二节点16B。第一行星齿轮组14的第二节点14B联接到第三行星齿轮组18的第三节点18C。第一行星齿轮组14的第三节点14C联接到地或变速器壳体。
第一离合器26选择性地将输入轴或构件12和第二行星齿轮组16的第一节点16A连接到第三行星齿轮组18的第一节点18A。第二离合器28选择性地将第三行星齿轮组18的第二节点18B连接到第三行星齿轮组18的第一节点18A。第三离合器30选择性地将输入轴或构件12和第二行星齿轮组16的第一节点16A连接到第三行星齿轮组18的第二节点18B。第四离合器32选择性地将第二行星齿轮组16的第三节点16C连接到第三行星齿轮组18的第二节点18B。第一制动器34选择性地将第三行星齿轮组18的第一节点18A连接到地、固定构件或变速器壳体50。第二制动器36选择性地将第三行星齿轮组18的第二节点18B连接到地、固定构件或变速器壳体50。
现在参见图2，该符号图示出了根据本发明的七级变速器10的实施方式的示意性布局。在图2中，继续使用图1中的杠杆图的附图标记。离合器、制动器和联接被对应地示出，然而，行星齿轮组的节点现在表示为行星齿轮组的部件，例如恒星齿轮、齿圈、行星齿轮和行星齿轮架。
例如，行星齿轮组14包括恒星齿轮构件14C、齿圈构件14A和可旋转地支撑一组行星齿轮14D(仅示出了一个)的行星齿轮架构件14B。恒星齿轮构件14C连接到与变速器壳体50相连的第一轴或互连构件42，从而限制了恒星齿轮构件14C的旋转。齿圈构件14A连接为与输出轴20共同旋转。行星架构件14B连接为与第二轴或互连构件44共同旋转。每个行星齿轮14D构造为与恒星齿轮构件14C和齿圈构件14A都啮合。
行星齿轮组16包括恒星齿轮构件16A、齿圈构件16C和可旋转地支撑一组行星齿轮16D(仅示出了一个)的行星齿轮架构件16B。恒星齿轮构件16A连接为与输入轴或构件12共同旋转。齿圈构件16C连接为与第三轴或互连构件46共同旋转。行星架构件16B连接为与输出轴或构件20共同旋转。每个行星齿轮16D构造为与恒星齿轮构件16A和齿圈构件16C都啮合。
行星齿轮组18包括恒星齿轮构件18A、齿圈构件18C和可旋转地支撑一组行星齿轮18D(仅示出了一个)的行星齿轮架构件18B。恒星齿轮构件18A连接为与第四轴或互连构件48和第五轴或互连构件52共同旋转。齿圈构件18C连接为与第二轴或互连构件44共同旋转。行星架构件18B连接为与第六轴或互连构件54和第七轴或互连构件56共同旋转。每个行星齿轮18D构造为与恒星齿轮构件18A和齿圈构件18C都啮合。
输入轴或构件12持续地连接到发动机(未示出)或变矩器(未示出)的涡轮。输出轴或构件20持续地连接到主减速器单元或分动箱(未示出)。
扭矩传递机构或离合器26、28、30、32以及制动器34和36允许选择性地将轴或互连构件、行星齿轮组的构件和变速器壳体相互连接。例如，第一离合器26能够选择性地接合，以将第四轴或互连构件48连接到输入轴或构件12。第二离合器28能够选择性地接合，以将第五轴或互连构件52连接到第七轴或互连构件56。第三离合器30能够选择性地接合，以将输入轴或构件12连接到第六轴或互连构件54。第四离合器32能够选择性地接合，以将第三轴或互连构件46连接到第六轴或互连构件54。第一制动器34能够选择性地接合，以将第五轴或互连构件52连接到固定构件或变速器壳体50，从而限制第五互连构件52相对于变速器壳体50的旋转。第二制动器36能够选择性地接合，以将第七轴或互连构件56连接到固定构件或变速器壳体50，从而限制第七互连构件52相对于变速器壳体50的旋转。
现在参见图2和图3，将描述七级变速器10的实施方式的工作过程。应该认识到，变速器10能够通过单过渡顺序换挡(single transitionsequential shift)和双超速传动(double overdrive)以至少七个前进档速度或扭矩比率和至少一个倒档速度或扭矩比率将扭矩从输入轴或构件12传递到输出轴或构件20。每个前进档和倒档速度或扭矩比率通过接合一个或多个扭矩传递机构(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)来获得，如下面将要解释的那样。图3为示出被激活或接合以获得各种不同档位状态的扭矩传递机构的各种不同组合的真值表。框中的“X”的含义是特定的离合器或制动器被接合以获得期望的档位状态。“O”表示特定的扭矩传递机构被接通或激活，但不传递扭矩。还示出了各种不同的档位状态的实际传动比数值，尽管应该认识到这些数值仅为示例性的，它们可在大的范围内被调节，以适应变速器10的各种不同应用和工作标准。图3还示出了可根据本发明的实施方式获得的传动比的示例。当然，根据所选择的齿轮直径、齿轮齿数和齿轮结构，也可以获得其它传动比。
为了建立倒档，第一离合器26和第二制动器36被接合或激活。第一离合器26将第四轴或互连构件48连接到输入轴或构件12。第二制动器36将第七轴或互连构件56连接到固定构件或变速器壳体50，以限制第七互连构件56相对于变速器壳体50的旋转。同样，通过离合器和制动器的接合的不同组合可获得七个前进档比率，如图3中所示的那样。
应该认识到，前面对七级变速器10的工作过程和档位状态的解释假设：首先，在给定的档位状态下没有被特别指出的所有制动器或离合器是没有被激活的或是脱离接合的，其次，在换档期间，即在至少相邻的档位状态之间进行档位状态变换期间，在两个档位状态下都接合或激活的离合器或制动器将保持接合或激活。
现在参见图4，该图以杠杆图的形式示出了七级变速器100的另一个实施方式。变速器100包括：输入轴或构件112；具有三个节点-第一节点114A、第二节点114B和第三节点114C的第一行星齿轮组114；具有三个节点-第一节点116A、第二节点116B和第三节点116C的第二行星齿轮组116；具有三个节点-第一节点118A、第二节点118B和第三节点118C的第三行星齿轮组118；以及输出轴或构件120。
输入轴或构件112联接到第二行星齿轮组116的第一节点116A。输出轴或构件120联接到第二行星齿轮组116的第二节点116B。第一行星齿轮组114的第三节点114C联接到第二行星齿轮组116的第三节点116C。第三行星齿轮组118的第三节点118C联接到第一行星齿轮组114的第二节点114B。第一行星齿轮组114的第一节点114A永久联接到地或变速器壳体150。
第一离合器126选择性地将输入轴或构件112和第二行星齿轮组116的第一节点116A连接到第三行星齿轮组118的第一节点118A。第二离合器128选择性地将输入轴或构件112和第二行星齿轮组116的第一节点116A连接到第三行星齿轮组118的第二节点118B。第三离合器130选择性地将第三行星齿轮组118的第二节点118B连接到第一行星齿轮组114的第三节点114C和第二行星齿轮组116的第三节点116C。第四离合器132选择性地将第二行星齿轮组116的第二节点116B和输出轴120连接到第三行星齿轮组118的第一节点118A。制动器134选择性地将第三行星齿轮组118的第二节点118B连接到地、固定构件或变速器壳体150。
现在参见图5，符号图示出了根据本发明的七级变速器100的实施方式的示意性布局。在图5中，继续使用图4中的杠杆图的附图标记。离合器、制动器和联接被对应地示出，然而，行星齿轮组的节点现在表示为行星齿轮组的部件，例如恒星齿轮、齿圈、行星齿轮和行星齿轮架。
例如，行星齿轮组114包括恒星齿轮构件114A、齿圈构件114C和可旋转地支撑一组行星齿轮114D(仅示出了一个)的行星齿轮架构件114B。恒星齿轮构件114A连接到第一轴或互连构件142，第一轴或互连构件142与地或变速器壳体150永久相连，从而限制第一轴或互连构件142的旋转。齿圈构件114C连接为与第二轴或互连构件144共同旋转。行星架构件114B连接为与第三轴或互连构件146共同旋转。每个行星齿轮114D构造为与恒星齿轮构件114A和齿圈构件114C都啮合。
行星齿轮组116包括恒星齿轮构件116A、齿圈构件116C和可旋转地支撑一组行星齿轮116D(仅示出了一个)的行星齿轮架构件116B。恒星齿轮构件116A连接为与输入轴或构件112共同旋转。齿圈构件116C连接为与第二轴或互连构件144共同旋转。行星架构件116B连接为与第四轴或互连构件148和输出轴或构件120共同旋转。每个行星齿轮116D构造为与恒星齿轮构件116A和齿圈构件116C都啮合。
行星齿轮组118包括恒星齿轮构件118A、齿圈构件118C和可旋转地支撑一组行星齿轮118D(仅示出了一个)的行星齿轮架构件118B。恒星齿轮构件118A连接为与第五轴或互连构件152和第六轴或互连构件154共同旋转。齿圈构件118C连接为与第三轴或互连构件146共同旋转。行星架构件118B连接为与第七轴或互连构件156和第八轴或互连构件158共同旋转。每个行星齿轮118D构造为与恒星齿轮构件118A和齿圈构件118C都啮合。
输入轴或构件112持续地连接到发动机(未示出)或变矩器(未示出)的涡轮。输出轴或构件120持续地连接到主减速器单元或分动箱(未示出)。
扭矩传递机构或离合器126、128、130、132和制动器134允许选择性地将轴或互连构件、行星齿轮组的构件和变速器壳体相互连接。例如，第一离合器126能够选择性地接合，以将第五轴或互连构件152连接到输入轴或构件112。第二离合器128能够选择性地接合，以将输入轴或构件112连接到第七轴或互连构件156。第三离合器130能够选择性地接合，以将第二轴或互连构件144连接到第七轴或互连构件158。第四离合器132能够选择性地接合，以将第四轴或互连构件148连接到第六轴或互连构件154。制动器134能够选择性地接合，以将第七轴或互连构件156连接到固定构件或变速器壳体150，从而限制构件156相对于变速器壳体150的旋转。
现在参见图5和图6，将描述七级变速器100的实施方式的工作过程。应该认识到，变速器100能够通过单向过渡顺序换挡和双超速传动以至少七个前进档速度或扭矩比率和至少一个倒档速度或扭矩比率将扭矩从输入轴或构件112传递到输出轴或构件120。每个前进档和倒档速度或扭矩比率通过接合一个或多个扭矩传递机构(即，第一离合器126、第二离合器128、第三离合器130、第四离合器132和制动器134)来获得，如下面将要解释的那样。图6为示出被激活或接合以获得各种不同档位状态的扭矩传递机构的各种组合的真值表。框中的“X”的含义是特定的离合器或制动器被接合以获得期望的档位状态。“O”表示特定的扭矩传递机构(即制动器或离合器)被接通或激活，但不传递扭矩。还示出了各种不同的档位状态的实际传动比数值，尽管应该认识到这些数值仅为示例性的，它们可在大的范围内被调节，以适应变速器100的各种不同应用和工作标准。图6还示出了可根据本发明的实施方式获得的传动比的示例。当然，根据所选择的齿轮直径、齿轮齿数和齿轮结构，也可以获得其它传动比。
为了建立倒档，第一离合器126和制动器134被接合或激活。第一离合器126将第五轴或互连构件152连接到输入轴或构件112。制动器134将第七轴或互连构件156连接到固定构件或变速器壳体150，以限制构件156相对于变速器壳体150的旋转。同样，通过离合器和制动器的接合的不同组合可获得七个前进档比率，如图6中所示的那样。
应该认识到，前面对七级变速器10的工作过程和档位状态的解释假设：首先，在给定的档位状态下没有被特别指出的所有制动器或离合器是没有被激活的或是脱离接合的，其次，在换挡期间，即在至少相邻的档位状态之间进行档位状态变换期间，在两个档位状态下都接合或激活的离合器或制动器将保持接合或激活。
本发明的描述本质上仅为示例性的，并且不脱离本发明主旨的变型将落入本发明的范围内。这些变型不被认为背离了本发明的精神和范围。

Claims (6)

1.一种变速器，包括：
输入构件；
输出构件；
第一行星齿轮组、第二行星齿轮组和第三行星齿轮组，所述第一行星齿轮组、第二行星齿轮组和第三行星齿轮组中的每个都具有第一构件、第二构件和第三构件，其中，所述输入构件持续地互连到所述第二行星齿轮组的第一构件，而所述输出构件持续地互连到所述第一行星齿轮组的第一构件和所述第二行星齿轮组的第二构件；
第一互连构件，其将所述第一行星齿轮组的第三构件持续地互连到固定构件；
第二互连构件，其将所述第一行星齿轮组的第二构件持续地互连到所述第三行星齿轮组的第三构件；和
六个扭矩传递机构，其能够选择性地接合，以将所述第一、第二和第三构件中的至少一个互连到所述第一、第二、第三构件和所述固定构件中的至少另一个；
其中，所述六个扭矩传递机构中的第一个能够选择性地接合，以将所述第二行星齿轮组的第一构件和所述输入构件中的至少一个互连到所述第三行星齿轮组的第一构件；
所述六个扭矩传递机构中的第二个能够选择性地接合，以将所述第三行星齿轮组的第一构件互连到所述第三行星齿轮组的第二构件；
所述六个扭矩传递机构中的第三个能够选择性地接合，以将所述输入构件和所述第二行星齿轮组的第一构件中的至少一个互连到所述第三行星齿轮组的第二构件；
所述六个扭矩传递机构中的第四个能够选择性地接合，以将所述第二行星齿轮组的第三构件互连到所述第三行星齿轮组的第二构件；
所述六个扭矩传递机构中的第五个能够选择性地接合，以将所述第三行星齿轮组的第一构件互连到所述固定构件；
所述六个扭矩传递机构中的第六个能够选择性地接合，以将所述第三行星齿轮组的第二构件互连到所述固定构件；并且
其中，所述扭矩传递机构能够以至少两个进行组合的方式选择性地接合，从而在所述输入构件和所述输出构件之间建立至少七个前进档速比和至少一个倒档速比。
2.如权利要求1所述的变速器，其中，所述第一行星齿轮组的第三构件以及所述第二和第三行星齿轮组的第一构件是恒星齿轮，所述第一、第二和第三行星齿轮组的第二构件是行星架构件，而所述第二和第三行星齿轮组的第三构件以及所述第一行星齿轮组的第一构件是齿圈。
3.如权利要求1所述的变速器，其中，所述六个扭矩传递机构中的第五和第六个是制动器，而所述六个扭矩传递机构中的第一、第二、第三和第四个是离合器。
4.一种变速器，包括：
输入构件；
输出构件；
第一行星齿轮组、第二行星齿轮组和第三行星齿轮组，所述第一行星齿轮组、第二行星齿轮组和第三行星齿轮组中的每个都具有第一构件、第二构件和第三构件，其中，所述输入构件持续地互连到所述第二行星齿轮组的第一构件，而所述输出构件持续地互连到所述第二行星齿轮组的第二构件；
第一互连构件，其将所述第一行星齿轮组的第一构件持续地互连到固定构件；
第二互连构件，其将所述第一行星齿轮组的第三构件持续地互连到所述第二行星齿轮组的第三构件；
第三互连构件，其将所述第一行星齿轮组的第二构件持续地互连到所述第三行星齿轮组的第三构件；和
五个扭矩传递机构，其能够选择性地接合，以将所述第一、第二和第三构件中的至少一个互连到所述第一、第二、第三构件和所述固定构件中的至少另一个；
其中，所述五个扭矩传递机构中的第一个能够选择性地接合，以将所述第二行星齿轮组的第一构件和所述输入构件中的至少一个互连到所述第三行星齿轮组的第一构件；
所述五个扭矩传递机构中的第二个能够选择性地接合，以将所述第二行星齿轮组的第一构件和所述输入构件中的至少一个互连到所述第三行星齿轮组的第二构件；
所述五个扭矩传递机构中的第三个能够选择性地接合，以将所述第一行星齿轮组的第三构件和所述第二行星齿轮组的第三构件中的至少一个互连到所述第三行星齿轮组的第二构件；
所述五个扭矩传递机构中的第四个能够选择性地接合，以将所述第二行星齿轮组的第二构件互连到所述第三行星齿轮组的第一构件；
所述五个扭矩传递机构中的第五个能够选择性地接合，以将所述第三行星齿轮组的第二构件互连到所述固定构件；并且
其中，所述扭矩传递机构能够以至少两个进行组合的方式选择性地接合，从而在所述输入构件和所述输出构件之间建立至少七个前进档速比和至少一个倒档速比。
5.如权利要求4所述的变速器，其中，所述第一、第二和第三行星齿轮组的第一构件是恒星齿轮，所述第一、第二和第三行星齿轮组的第二构件是行星架构件，而所述第一、第二和第三行星齿轮组的第三构件是齿圈。
6.如权利要求4所述的变速器，其中，所述五个扭矩传递机构中的第五个是制动器，而所述五个扭矩传递机构中的第一、第二、第三和第四个是离合器。
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