CN101788040A - 多级变速器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多级变速器。该变速器具有多个构件，所述多个构件能用于在动力系中提供至少十个前进档速比和一个倒档速比。该变速器包括四个行星齿轮组、六个扭矩传递装置、和两个固定的互连件。动力系包括持续地连接至行星齿轮构件中的一个的变矩器和发动机以及与行星齿轮构件中的另一个持续连接的输出构件。六个扭矩传递装置提供各齿轮构件与变速器壳体之间的互连，并且以三个进行组合的方式操作，从而建立至少十个前进档速比和一个倒档速比。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有四个行星齿轮组的动力变速器，所述四个行星齿轮组由六个扭矩传递装置控制，以提供至少十个前进档速比和一个倒档速比。
背景技术
客车包括由发动机、多级变速器、和差速器或主减速器组成的动力系。多级变速器通过允许发动机多次操作通过其扭矩范围来增大车辆的整体运转范围。在变速器中可得到的前进档速比的数量决定了重复发动机扭矩范围的次数。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整体速度范围，并因此需要能够产生宽的速度和扭矩范围的相对大的发动机。这导致发动机在巡航期间在不同于最佳有效点的特定燃料消耗率点下运转。因此，手动换挡(中间轴变速器)是最流行的。
随着三级和四级自动变速器的出现，自动换挡(行星齿轮)变速器在驾车公众中变得流行。这些变速器改善了车辆的操作性能和燃料经济性。增加的速比数量减小了速比之间的阶长，并因此通过使操作者在正常车辆加速度时基本上难以察觉速比互换来改善变速器的换挡质量。
六级变速器具有优于四级和五级变速器的若干优点，包括改善的车辆加速性和改善的燃料经济性。尽管许多卡车采用具有六个或更多个前进档速比的动力变速器，但由于这些变速器的尺寸和复杂性，所以客车仍然配备三级和四级自动变速器，较少使用五级或六级变速装置。
相对于六级变速器，七级、八级、九级和十级变速器提供加速性和燃料经济性的进一步改善。然而，与上述六级变速器相同，由于复杂性、尺寸和成本，所以阻碍了七级、八级、九级和十级变速器的研发。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的变速器，该变速器具有被控制以提供至少十个前进档速比和一个倒档速比的四个行星齿轮组。
本发明的变速器族具有四个行星齿轮组，该四个行星齿轮组中的每个行星齿轮组都包括第一、第二和第三构件，所述构件可以任何顺序包括太阳轮、齿圈、或行星架总成构件。
参考说明书和权利要求书中的第一、第二、第三和第四齿轮组，这些齿轮组可在附图中以任何顺序(即从左至右、从右至左等)被计数为“第一”至“第四”。另外，对于每个齿轮组而言，每个齿轮组的第一、第二或第三构件可在附图中以任何顺序(即从上至下、从下至上等)被计数为“第一”至“第三”。
每个行星架构件可以是单齿轮行星架构件(简单的)或双齿轮行星架构件(复合的)。还可以有具有长齿轮的实施例。
输入构件与第四行星齿轮组的第二构件持续连接。输出构件与第三行星齿轮组的第二构件持续连接。
第一互连构件使第一行星齿轮组的第二构件与第二行星齿轮组的第三构件、第三行星齿轮组的第一构件以及第四行星齿轮组的第三构件持续连接。
第二互连构件使第一行星齿轮组的第三构件与第二行星齿轮组的第二构件以及第三行星齿轮组的第二构件持续连接。
诸如制动器的第一扭矩传递装置使第三行星齿轮组的第三构件与固定构件(变速器壳体/箱体)选择性地连接。
诸如制动器的第二扭矩传递装置使第四行星齿轮组的第一构件与固定构件(变速器壳体/箱体)选择性地连接。
诸如离合器的第三扭矩传递装置使第一行星齿轮组的第一构件与第四、第五或第六扭矩传递装置选择性地连接。
诸如离合器的第四扭矩传递装置使第二行星齿轮组的第一构件或第四行星齿轮组的第二构件与第三、第五或第六扭矩传递装置选择性地连接。
诸如离合器的第五扭矩传递装置使第四行星齿轮组的第一或第二构件与第三、第四或第六扭矩传递装置选择性地连接。
诸如离合器的第六扭矩传递装置使第二或第四行星齿轮组的第一构件与第三、第四或第五扭矩传递装置选择性地连接。
六个扭矩传递装置能够以三个进行组合的方式选择性地接合，以产生至少十个前进档速比和一个倒档速比。
可通过适当地选择行星齿轮组的齿数比来实现多种速比和速比分布(ratio spread)。
当结合附图考虑时，本发明的上述以及其它特征和优点将通过下面对实施本发明的最佳模式的详细描述而清楚地显现。
附图说明
图1a是包括根据本发明的行星齿轮变速器的动力系的示意图；
图1b是描述图1a所示的动力系的一些操作特性的真值表和图表；
图1c是以杠杆图形式示出图1a中的动力系的示意图；
图2a是包括本发明的结合有另一族构件的行星齿轮变速器的动力系的示意图；
图2b是描述图2a所示的动力系的一些操作特性的真值表和图表；以及
图2c是以杠杆图形式示出图2a中的动力系的示意图。
具体实施方式
参考附图，在图1a中示出了动力系10，动力系10具有常规的发动机和变矩器12、行星齿轮变速器14、以及常规的主减速器机构16。可利用多种形式的燃料为发动机12提供动力，以改善特定应用的效率和燃料经济性。这样的燃料可包括例如汽油、柴油、乙醇、二甲醚等。
行星齿轮变速器14包括与发动机12持续连接的输入构件17、行星齿轮设备18、和与主减速器机构16持续连接的输出构件19。行星齿轮设备18包括四个行星齿轮组20、30、40和50。
行星齿轮组20包括太阳轮构件22、齿圈构件24、和行星架总成构件26。行星架总成构件26包括以可旋转方式安装在行星架构件29上并设置成与太阳轮构件22和齿圈构件24都成啮合关系的多个行星齿轮27。
行星齿轮组30包括太阳轮构件32、齿圈构件34、和行星架总成构件36。行星架总成构件36包括以可旋转方式安装在行星架构件39上并设置成与太阳轮构件32和齿圈构件34都成啮合关系的多个行星齿轮37。
行星齿轮组40包括太阳轮构件42、齿圈构件44、和行星架总成构件46。行星架总成构件46包括以可旋转方式安装在行星架构件49上并设置成与齿圈构件44和太阳轮构件42都成啮合关系的多个行星齿轮47。
行星齿轮组50包括太阳轮构件52、齿圈构件54、和行星架总成构件56。行星架总成构件56包括以可旋转方式安装在行星架构件59上并设置成与齿圈构件54和太阳轮构件52都成啮合关系的多个行星齿轮57。
该行星齿轮设备还包括六个扭矩传递装置80、82、84、85、86和87。扭矩传递装置80和82是通常被称为制动器或反作用离合器的固定式扭矩传递装置。扭矩传递装置84、85、86和87是通常被称为离合器的旋转式扭矩传递装置。
输入构件17与行星齿轮组50的行星架总成构件56持续连接。输出构件19与行星齿轮组40的行星架总成构件46持续连接。
第一互连构件70使行星齿轮组20的行星架总成构件26与行星齿轮组30的齿圈构件34、行星齿轮组40的太阳轮构件42和行星齿轮组50的齿圈构件54持续连接。第二互连构件72使行星齿轮组20的齿圈构件24与行星齿轮组30的行星架总成构件36和行星齿轮组40的行星架总成构件46持续连接。
诸如制动器80的第一扭矩传递装置使行星齿轮组40的齿圈构件44与变速器壳体60选择性地连接。诸如制动器82的第二扭矩传递装置使行星齿轮组50的太阳轮构件52与变速器壳体60选择性地连接。诸如离合器84的第三扭矩传递装置使行星齿轮组20的太阳轮构件22与离合器85、离合器86和离合器87选择性地连接。诸如离合器85的第四扭矩传递装置使行星齿轮组30的太阳轮构件32与离合器84、离合器86和离合器87选择性地连接。诸如离合器86的第五扭矩传递装置使行星齿轮组50的行星架总成构件56与离合器84、离合器85和离合器87选择性地连接。诸如离合器87的第六扭矩传递装置使行星齿轮组50的太阳轮构件52与离合器84、离合器85和离合器86选择性地连接。
如图1b所示，尤其如在此公开的真值表所示，扭矩传递装置能够以三个进行组合的方式选择性地接合，以提供十个前进档速比和一个倒档速比，其中所有速比都具有单向过渡顺序换挡(singlet ransitionsequential shifts)并且具有四个超速传动比率。
如上所述，在图1b的真值表中示出了扭矩传递装置的接合安排。图1b的图表描述了在上述变速器中获得的比率阶长(ratio step)。例如，第一与第二前进档速比之间的阶长比率(step ratio)是1.43，而倒档速比与第一前进档速比之间的阶长比率是-0.70。
参考图1c，该图以杠杆图形式示出了在图1a中图示的动力系10的实施例。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部件分别由一个节点表示。因此，单个杠杆包含三个节点：一个用于太阳轮构件、一个用于行星架构件、而一个用于齿圈构件。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与太阳轮的比率(ring-to-sun ratio)。这些杠杆比率又用于改变变速器的传动比，以便获得合适的比率和比率级进(ratio progression)。每个行星齿轮组的节点之间的机械联接或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为交错的指状物。如果该装置为制动器，则指状物中的一组是接地的。可在SAE Paper 810102中由Benford、Howard和Leising，Maurice写作的名称为“The Lever Analogy：A NewTool in Transmission Analysis”中找到杠杆图的形式、目的和使用的进一步说明，该文献的全部内容通过引用并入本文。
动力系10包括：与发动机12持续连接的输入构件17；与主减速器机构16持续连接的输出构件19；第一行星齿轮组20A，其具有三个节点：第一节点22A、第二节点26A和第三节点24A；第二行星齿轮组30A，其具有三个节点：第一节点32A、第二节点36A和第三节点34A；第三行星齿轮组40A，其具有三个节点：第一节点42A、第二节点46A和第三节点44A；以及第四行星齿轮组50A，其具有三个节点：第一节点52A、第二节点56A和第三节点54A。
输入构件17与节点56A持续连接。输出构件19与节点46A持续连接。
节点26A、34A、42A和54A经由互连构件70持续连接。节点24A、36A和46A经由互连构件72持续连接。
诸如制动器80的第一扭矩传递装置使节点44A与变速器壳体60选择性地连接。诸如制动器82的第二扭矩传递装置使节点52A与变速器壳体60选择性地连接。诸如离合器84的第三扭矩传递装置使节点22A与离合器85、86和87选择性地连接。诸如离合器85的第四扭矩传递装置使节点32A与离合器84、86和87选择性地连接。诸如离合器86的第五扭矩传递装置使节点56A与离合器84、85和87选择性地连接。诸如离合器87的第六扭矩传递装置使节点52A与离合器84、85和86选择性地连接。
为了建立比率，对于每个档位状态而言，需要接合三个扭矩传递装置。接合的扭矩传递装置在图1b的每个相应行中由“X”表示。例如，为了建立倒档，使制动器80以及离合器85和86接合。制动器80使节点44A与变速器壳体60接合。离合器85和86使节点32A与节点56A接合。同样，通过按照图1b的离合器接合的不同组合能够获得十个前进档速比。
动力系10可与混合动力车共享部件，并且这样的组合可以在“充电耗电模式”(“charge-depleting mode”)下运转。对本发明的目的来说，“充电耗电模式”是车辆主要由电动机/发电机提供动力的模式，使得当车辆到达其目的地时耗尽或几乎耗尽电池中的电量。换句话说，在充电耗电模式期间，发动机12仅在确保在到达目的地之前不耗尽电池所需的程度上运转。常规的混合动力车在“充电维持模式”(“charge-sustaining mode”)下运转，其中如果电池的电量水平下降至低于预定水平(例如25％)，则发动机自动运转以对电池充电。因此，通过在充电耗电模式下运转，混合动力车能节约一些或所有燃料，这些燃料否则在常规的混合动力车中会被消耗以保持25％的电池电量水平。应意识到的是，如果电池能在到达目的地之后通过将其插头插入电源而充电，则混合动力车的动力系优选地仅在充电耗电模式下运转。
第二示例性实施例的描述
在图2a中示出了动力系110，动力系110具有常规的发动机和变矩器12、行星齿轮变速器114、以及常规的主减速器机构16。可利用多种形式的燃料为发动机12提供动力，以改善特定应用的效率和燃料经济性。这样的燃料可包括例如汽油、柴油、乙醇、二甲醚等。
行星齿轮变速器114包括与发动机12持续连接的输入构件17、行星齿轮设备118、以及与主减速器机构16持续连接的输出构件19。行星齿轮设备118包括三个行星齿轮组120、130、140和150。
行星齿轮组120包括太阳轮构件122、齿圈构件124、和行星架总成构件126。行星架总成构件126包括以可旋转方式安装在行星架构件129上并设置成与太阳轮构件122和齿圈构件124都成啮合关系的多个行星齿轮127。
行星齿轮组130包括太阳轮构件132、齿圈构件134、和行星架总成构件136。行星架总成构件136包括以可旋转方式安装在行星架构件139上并设置成与太阳轮构件132和齿圈构件134都成啮合关系的多个行星齿轮137。
行星齿轮组140包括太阳轮构件142、齿圈构件144、和行星架总成构件146。行星架总成构件146包括以可旋转方式安装在行星架构件149上并设置成与齿圈构件144和太阳轮构件142都成啮合关系的多个行星齿轮147。
行星齿轮组150包括太阳轮构件152、齿圈构件154、和行星架总成构件156。行星架总成构件156包括以可旋转方式安装在行星架构件159上并设置成与齿圈构件154和太阳轮构件152都成啮合关系的多个行星齿轮157。
该行星齿轮设备还包括六个扭矩传递装置180、182、184、185、186和187。扭矩传递装置180和182是通常称为制动器或反作用离合器的固定式扭矩传递装置。扭矩传递装置184、185、186和187是通常被称为离合器的旋转式扭矩传递装置。
输入构件17与行星齿轮组150的行星架总成构件156持续连接。输出构件19与行星齿轮组140的行星架总成构件146持续连接。
第一互连构件170使行星齿轮组120的行星架总成构件126与行星齿轮组130的齿圈构件134、行星齿轮组140的太阳轮构件142和行星齿轮组150的齿圈构件154持续连接。第二互连构件172使行星齿轮组120的齿圈构件124与行星齿轮组130的行星架总成构件136和行星齿轮组140的行星架总成构件146持续连接。
诸如制动器180的第一扭矩传递装置使行星齿轮组140的齿圈构件144与变速器壳体160选择性地连接。诸如制动器182的第二扭矩传递装置使行星齿轮组150的太阳轮构件152与变速器壳体160选择性地连接。诸如离合器184的第三扭矩传递装置使行星齿轮组120的太阳轮构件122与离合器185、离合器186和离合器187选择性地连接。诸如离合器185的第四扭矩传递装置使行星齿轮组150的行星架总成构件156与离合器184、离合器186和离合器187选择性地连接。诸如离合器186的第五扭矩传递装置使太阳轮构件152与离合器184、离合器185和离合器187选择性地连接。诸如离合器187的第六扭矩传递装置使行星齿轮组130的太阳轮构件132与离合器184、离合器185和离合器186选择性地连接。
如图2b所示，尤其如在此公开的真值表所示，扭矩传递装置能够以三个进行组合的方式选择性地接合，以提供十一个前进档速比和一个倒档速比，其中所有速比都具有单向过渡顺序换挡并具有四个超速传动比率。
如上所述，在图2b的真值表中示出了扭矩传递装置的接合安排。图2b的图表描述了在上述变速器中获得的比例阶长。例如，第一与第二前进档速比之间的阶长比率是1.67，而倒档速比与第一前进档速比之间的阶长比率是-0.36。
参考图2c，该图以杠杆图形式示出了在图2a中图示的动力系110的实施例。动力系110包括：与发动机12持续连接的输入构件17；与主减速器机构16持续连接的输出构件19；第一行星齿轮组120A，其具有三个节点：第一节点122A、第二节点126A和第三节点124A；第二行星齿轮组130A，其具有三个节点：第一节点132A、第二节点136A和第三节点134A；第三行星齿轮组140A，其具有三个节点：第一节点142A、第二节点146A和第三节点144A；以及第四行星齿轮组150A，其具有三个节点：第一节点152A、第二节点156A和第三节点154A。
输入构件17与节点156A持续连接。输出构件19与节点146A持续连接。
节点126A、134A、142A和154A经由互连构件170持续连接。节点124A、136A和146A经由互连构件172持续连接。
诸如制动器180的第一扭矩传递装置使节点144A与变速器壳体160选择性地连接。诸如制动器182的第二扭矩传递装置使节点152A与变速器壳体160选择性地连接。诸如离合器184的第三扭矩传递装置使节点122A与离合器185、186和187选择性地连接。诸如离合器185的第四扭矩传递装置使节点156A与离合器184、186和187选择性地连接。诸如离合器186的第五扭矩传递装置使节点152A与离合器184、185和187选择性地连接。诸如离合器187的第六扭矩传递装置使节点132A与离合器184、185和186选择性地连接。
为了建立比率，对于每个档位状态而言，需要接合三个扭矩传递装置。接合的扭矩传递装置在图2b的每个相应行中由“X”表示。例如，为了建立倒档，使制动器180以及离合器185和187接合。制动器180使节点144A与变速器壳体160接合。离合器185和187使节点156A与132A接合。同样，通过按照图2b的离合器接合的不同组合能够获得十一个前进档速比。
尽管已详细描述了用于实现本发明的最佳模式，但熟悉本发明所涉及领域的技术人员将会认识到所附权利要求范围内的用于实践本发明的各种替代性设计和实施例。
Claims (15)
1.一种多级变速器，包括：
输入构件；
输出构件；
第一、第二、第三和第四行星齿轮组，每个所述行星齿轮组都具有第一、第二和第三构件；
第一互连构件，其使所述第一行星齿轮组的所述第二构件与所述第二行星齿轮组的所述第三构件、所述第三行星齿轮组的所述第一构件以及所述第四行星齿轮组的所述第三构件持续连接；
第二互连构件，其使所述第一行星齿轮组的所述第三构件与所述第二行星齿轮组的所述第二构件以及所述第三行星齿轮组的所述第二构件持续连接；以及
第一、第二、第三、第四、第五和第六扭矩传递装置，其以三个进行组合的方式接合，以在所述输入构件与所述输出构件之间建立至少十个前进档速比和至少一个倒档速比。
2.根据权利要求1所述的变速器，其中，所述第一扭矩传递装置使所述第三行星齿轮组的所述第三构件与固定构件选择性地连接。
3.根据权利要求2所述的变速器，其中，所述第二扭矩传递装置使所述第四行星齿轮组的所述第一构件与所述固定构件选择性地连接。
4.根据权利要求3所述的变速器，其中，所述第三扭矩传递装置使所述第一行星齿轮组的所述第一构件与所述第四、所述第五以及所述第六扭矩传递装置选择性地连接。
5.根据权利要求4所述的变速器，其中，所述第四扭矩传递装置使所述第二行星齿轮组的所述第一构件或所述第四行星齿轮组的所述第二构件与所述第三、所述第五以及所述第六扭矩传递装置选择性地连接。
6.根据权利要求5所述的变速器，其中，所述第五扭矩传递装置使所述第四行星齿轮组的所述第一或所述第二构件与所述第三、所述第四以及所述第六扭矩传递装置选择性地连接。
7.根据权利要求6所述的变速器，其中，所述第六扭矩传递装置使所述第二或所述第四行星齿轮组的所述第一构件与所述第三、所述第四以及所述第五扭矩传递装置选择性地连接。
8.根据权利要求7所述的变速器，其中，所述第一、第二、第三和第四行星齿轮组的所述第一、第二和第三构件分别包括太阳轮构件、行星架总成构件和齿圈构件。
9.根据权利要求8所述的变速器，其中，所述输入构件与所述第四行星齿轮组的所述第二构件持续连接；而所述输出构件与所述第三行星齿轮组的所述第二构件持续连接。
10.一种多级变速器，包括：
输入构件；
输出构件；
第一、第二、第三和第四行星齿轮组，每个所述行星齿轮组都具有第一、第二和第三构件；
第一互连构件，其使所述第一行星齿轮组的所述第二构件与所述第二行星齿轮组的所述第三构件、所述第三行星齿轮组的所述第一构件以及所述第四行星齿轮组的所述第三构件持续连接；
第二互连构件，其使所述第一行星齿轮组的所述第三构件与所述第二行星齿轮组的所述第二构件以及所述第三行星齿轮组的所述第二构件持续连接；
第一、第二、第三、第四、第五和第六扭矩传递装置，其以三个进行组合的方式接合，以在所述输入构件与所述输出构件之间建立至少十个前进档速比和至少一个倒档速比；
所述第一扭矩传递装置使所述第三行星齿轮组的所述第三构件与固定构件选择性地连接；
所述第二扭矩传递装置使所述第四行星齿轮组的所述第一构件与所述固定构件选择性地连接；
所述第三扭矩传递装置使所述第一行星齿轮组的所述第一构件与所述第四、所述第五以及所述第六扭矩传递装置选择性地连接；
所述第四扭矩传递装置使所述第二行星齿轮组的所述第一构件与所述第三、所述第五以及所述第六扭矩传递装置选择性地连接；
所述第五扭矩传递装置使所述第四行星齿轮组的所述第二构件与所述第三、所述第四以及所述第六扭矩传递装置选择性地连接；并且
所述第六扭矩传递装置使所述第四行星齿轮组的所述第一构件与所述第三、所述第四以及所述第五扭矩传递装置选择性地连接。
11.根据权利要求10所述的变速器，其中，所述第一、第二、第三和第四行星齿轮组的所述第一、第二和第三构件分别包括太阳轮构件、行星架总成构件和齿圈构件。
12.根据权利要求11所述的变速器，其中，所述输入构件与所述第四行星齿轮组的所述行星架总成构件持续连接；而所述输出构件与所述第三行星齿轮组的所述行星架总成构件持续连接。
13.一种多级变速器，包括：
输入构件；
输出构件；
第一、第二、第三和第四行星齿轮组，每个所述行星齿轮组都具有第一、第二和第三构件；
第一互连构件，其使所述第一行星齿轮组的所述第二构件与所述第二行星齿轮组的所述第三构件、所述第三行星齿轮组的所述第一构件以及所述第四行星齿轮组的所述第三构件持续连接；
第二互连构件，其使所述第一行星齿轮组的所述第三构件与所述第二行星齿轮组的所述第二构件以及所述第三行星齿轮组的所述第二构件持续连接；
第一、第二、第三、第四、第五和第六扭矩传递装置，其以三个进行组合的方式接合，以在所述输入构件与所述输出构件之间建立至少十个前进档速比和至少一个倒档速比；
所述第一扭矩传递装置使所述第三行星齿轮组的所述第三构件与固定构件选择性地连接；
所述第二扭矩传递装置使所述第四行星齿轮组的所述第一构件与所述固定构件选择性地连接；
所述第三扭矩传递装置使所述第一行星齿轮组的所述第一构件与所述第四、所述第五以及所述第六扭矩传递装置选择性地连接；
所述第四扭矩传递装置使所述第四行星齿轮组的所述第二构件与所述第三、所述第五以及所述第六扭矩传递装置选择性地连接；
所述第五扭矩传递装置使所述第四行星齿轮组的所述第一构件与所述第三、所述第四以及第六扭矩传递装置选择性地连接；并且
所述第六扭矩传递装置使所述第二行星齿轮组的所述第一构件与所述第三、所述第四以及所述第五扭矩传递装置选择性地连接。
14.根据权利要求13所述的变速器，其中，所述第一、第二、第三和第四行星齿轮组的所述第一、第二和第三构件分别包括太阳轮构件、行星架总成构件和齿圈构件。
15.根据权利要求14所述的变速器，其中，所述输入构件与所述第四行星齿轮组的所述行星架总成构件持续连接；而所述输出构件与所述第三行星齿轮组的所述行星架总成构件持续连接。
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