CN101839315B - 具有三个行星齿轮组的多档变速器 - Google Patents

具有三个行星齿轮组的多档变速器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有三个行星齿轮组的多档变速器。提供了一种变速器，具有输入元件、输出元件、三个行星齿轮组、多个联接元件和多个扭矩传递装置。每个行星齿轮组都包括第一、第二和第三元件。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档变速器
技术领域
本发明总地涉及具有多个行星齿轮组和多个扭矩传递装置的多挡变速器，尤其涉及具有八个或更多档位、三个行星齿轮组和多个扭矩传递装置的变速器。
背景技术
这一部分的内容仅仅是提供与本公开相关的背景信息，可以构成或可以不构成现有技术。
典型的多档变速器使用摩擦式离合器、行星齿轮布置和固定互联装置的组合来获得多个传动比。行星齿轮组的数量和物理布置通常由封装、成本和所需传动比来决定。
尽管当前的变速器获得了它们预期的目的，但是本质上持续不变地需要新型改良变速器构造，其具有改良性能，尤其是从效率、响应性和平顺性的观点来看，并具有改良封装，主要是减小尺寸和重量。因此，具有对改良的低成本的紧凑型多档变速器的需求。
发明内容
提供了一种变速器，具有输入元件、输出元件、三个行星齿轮组、多个联接元件和多个扭矩传递装置。每个行星齿轮组都包括第一、第二和第三元件。所述扭矩传递装置为例如离合器和制动器。
在变速器的另一实施例中，所述变速器具有输入元件、输出元件、第一、第二和第三行星齿轮组。每个行星齿轮组都具有中心齿轮、行星架和齿圈元件。所述输入元件与所述第二行星齿轮组的中心齿轮元件持续地互连，所述输出元件与所述第三行星齿轮组的齿圈元件和所述第一行星齿轮组的行星架元件持续地互连。
此外，第一互连元件将所述第一行星齿轮组的齿圈元件与所述第二行星齿轮组的行星架元件持续地互连。第二互连元件将所述第一行星齿轮组的行星架元件与所述第三行星齿轮组的齿圈元件持续地互连。第三互连元件将所述第二行星齿轮组的齿圈元件与所述第三行星齿轮组的行星架元件持续地互连。
另外，第一扭矩传递机构可有选择地接合，以将所述第二行星齿轮组的中心齿轮元件和所述输入元件与所述第三行星齿轮组的中心齿轮元件互连。第二扭矩传递机构可有选择地接合，以将所述第二行星齿轮组的中心齿轮元件和所述输入元件与所述第二行星齿轮组的齿圈元件和所述第三行星齿轮组的行星架元件互连。第三扭矩传递机构可有选择地接合，以将所述第二行星齿轮组的中心齿轮元件和所述输入元件与所述第一行星齿轮组的中心齿轮元件互连。第四扭矩传递机构可有选择地接合，以将所述第二行星齿轮组的齿圈元件和所述第三行星齿轮组的行星架元件与固定元件互连。第五扭矩传递机构可有选择地接合，以将所述第三行星齿轮组的中心齿轮元件与所述固定元件互连。第六扭矩传递机构可有选择地接合，以将所述第一行星齿轮组的中心齿轮元件与所述固定元件互连。所述扭矩传递机构可有选择地以至少两个扭矩传递机构的组合进行接合，以在所述输入元件与所述输出元件之间建立至少八个前进档速比和至少一个倒档速比。
因此，本发明的目的是提供一种具有至少八个前进档和至少一个倒档的变速器。
本发明的另一目的是提供一种具有三个行星齿轮组、多个联接元件和多个扭矩传递装置的变速器。
在本发明的第一方面，提供一种变速器，包括：输入元件；输出元件；第一、第二和第三行星齿轮组，每个行星齿轮组都具有第一、第二和第三元件；第一互连元件，其将所述第一行星齿轮组的第一元件与所述第二行星齿轮组的第二元件持续地互连；第二互连元件，其将所述第一行星齿轮组的第二元件与所述第三行星齿轮组的第三元件持续地互连；第三互连元件，其将所述第二行星齿轮组的第三元件与所述第三行星齿轮组的第二元件持续地互连；以及六个扭矩传递装置，其可有选择地接合以将所述第一、第二和第三元件中的一个与所述第一、第二、第三元件和固定元件中的另一个互连，并且其中所述扭矩传递机构可有选择地以至少两个扭矩传递机构的组合进行接合，以在所述输入元件与所述输出元件之间建立至少八个前进档速比和至少一个倒档速比。
根据上述方面的变速器中，所述六个扭矩传递机构中的第一个可有选择地接合，以将所述第二行星齿轮组的第一元件和所述输入元件与所述第三行星齿轮组的第一元件互连。
根据上述方面的变速器中，所述六个扭矩传递机构中的第二个可有选择地接合，以将所述第二行星齿轮组的第一元件和所述输入元件与所述第二行星齿轮组的第三元件和所述第三行星齿轮组的第二元件互连。
根据上述方面的变速器中，所述六个扭矩传递机构中的第三个可有选择地接合，以将所述第二行星齿轮组的第一元件和所述输入元件与所述第一行星齿轮组的第三元件互连。
根据上述方面的变速器中，所述六个扭矩传递机构中的第四个可有选择地接合，以将所述第二行星齿轮组的第三元件和所述第三行星齿轮组的第二元件与所述固定元件互连。
根据上述方面的变速器中，所述六个扭矩传递机构中的第五个可有选择地接合，以将所述第三行星齿轮组的第一元件与所述固定元件互连。
根据上述方面的变速器中，所述六个扭矩传递机构中的第六个可有选择地接合，以将所述第一行星齿轮组的第三元件与所述固定元件互连。
根据上述方面的变速器中，所述第一行星齿轮组的第三元件、所述第二行星齿轮组的第一元件和所述第三行星齿轮组的第一元件为中心齿轮，所述第一、第二和第三行星齿轮组的第二元件为行星架元件，所述第一行星齿轮组的第一元件、所述第二行星齿轮组的第三元件和所述第三行星齿轮组的第三元件为齿圈。
根据上述方面的变速器中，所述扭矩传递机构中有三个为用于将所述第一、第二和第三元件中的多个连接至所述固定元件的制动器，且所述扭矩传递机构中有三个为用于将所述第一、第二和第三元件中的一组连接至所述第一、第二和第三元件中的另一组的离合器。
在本发明的又一方面，提供一种变速器，包括：输入元件；输出元件；第一、第二和第三行星齿轮组，每个行星齿轮组都具有第一、第二和第三元件，其中所述输入元件与所述第二行星齿轮组的第一元件持续地互连，所述输出元件与所述第三行星齿轮组的第三元件和所述第一行星齿轮组的第二元件持续地互连；第一互连元件，其将所述第一行星齿轮组的第一元件与所述第二行星齿轮组的第二元件持续地互连；第二互连元件，其将所述第一行星齿轮组的第二元件与所述第三行星齿轮组的第三元件持续地互连；第三互连元件，其将所述第二行星齿轮组的第三元件与所述第三行星齿轮组的第二元件持续地互连；第一扭矩传递机构，其可有选择地接合，以将所述第二行星齿轮组的第一元件和所述输入元件与所述第三行星齿轮组的第一元件互连；第二扭矩传递机构，其可有选择地接合，以将所述第二行星齿轮组的第一元件和所述输入元件与所述第二行星齿轮组的第三元件和所述第三行星齿轮组的第二元件互连；第三扭矩传递机构，其可有选择地接合，以将所述第二行星齿轮组的第一元件和所述输入元件与所述第一行星齿轮组的第三元件互连；第四扭矩传递机构，其可有选择地接合，以将所述第二行星齿轮组的第三元件和所述第三行星齿轮组的第二元件与所述固定元件互连；第五扭矩传递机构，其可有选择地接合，以将所述第三行星齿轮组的第一元件与所述固定元件互连；第六扭矩传递机构，其可有选择地接合，以将所述第一行星齿轮组的第三元件与所述固定元件互连；其中所述扭矩传递机构可有选择地以至少两个扭矩传递机构的组合进行接合，以在所述输入元件与所述输出元件之间建立至少八个前进档速比和至少一个倒档速比。
根据上述方面的变速器中，所述第一行星齿轮组的第三元件、所述第二行星齿轮组的第一元件和所述第三行星齿轮组的第一元件为中心齿轮，所述第一、第二和第三行星齿轮组的第二元件为行星架元件，所述第一行星齿轮组的第一元件、所述第二行星齿轮组的第三元件和所述第三行星齿轮组的第三元件为齿圈。
在本发明的再一方面，提供一种变速器，包括：输入元件；输出元件；第一、第二和第三行星齿轮组，每个行星齿轮组都具有中心齿轮、行星架和齿圈元件，其中所述输入元件与所述第二行星齿轮组的中心齿轮元件持续地互连，所述输出元件与所述第三行星齿轮组的齿圈元件和所述第一行星齿轮组的行星架元件持续地互连；第一互连元件，其将所述第一行星齿轮组的齿圈元件与所述第二行星齿轮组的行星架元件持续地互连；第二互连元件，其将所述第一行星齿轮组的行星架元件与所述第三行星齿轮组的齿圈元件持续地互连；第三互连元件，其将所述第二行星齿轮组的齿圈元件与所述第三行星齿轮组的行星架元件持续地互连；第一扭矩传递机构，其可有选择地接合，以将所述第二行星齿轮组的中心齿轮元件和所述输入元件与所述第三行星齿轮组的中心齿轮元件互连；第二扭矩传递机构，其可有选择地接合，以将所述第二行星齿轮组的中心齿轮元件和所述输入元件与所述第二行星齿轮组的齿圈元件和所述第三行星齿轮组的行星架元件互连；第三扭矩传递机构，其可有选择地接合，以将所述第二行星齿轮组的中心齿轮元件和所述输入元件与所述第一行星齿轮组的中心齿轮元件互连；第四扭矩传递机构，其可有选择地接合，以将所述第二行星齿轮组的齿圈元件和所述第三行星齿轮组的行星架元件与所述固定元件互连；第五扭矩传递机构，其可有选择地接合，以将所述第三行星齿轮组的中心齿轮元件与所述固定元件互连；第六扭矩传递机构，其可有选择地接合，以将所述第一行星齿轮组的中心齿轮元件与所述固定元件互连；其中所述扭矩传递机构可有选择地以至少两个扭矩传递机构的组合进行接合，以在所述输入元件与所述输出元件之间建立至少八个前进档速比和至少一个倒档速比。
根据下面的描述和附图可清楚本发明的其它目的、方面和优点，附图中相同的附图标记指代相同的部件、元件或特征。
附图说明
本文所描述的附图仅仅是示意性目的，而不是以任何方式限制本公开的范围。
图1为根据本发明的八档变速器的实施例的杠杆图；
图2为根据本发明的八挡变速器的实施例的示意图；以及
图3为示出图1和2中所示变速器的各可用前进档和倒档速比或传动比中各个扭矩传递元件的接合状态的真值表。
具体实施方式
下面的描述实质上仅仅是示意性的，而不是限制本公开、应用或其使用。
首先，应当理解，本发明的八档自动变速器的实施例在三个行星齿轮组的各元件之间具有永久性机械式连接布置。第一行星齿轮组的第一部件或元件永久性地联接至第二行星齿轮组的第二部件或元件。第一行星齿轮组的第二部件或元件永久性地联接至第三行星齿轮组的第三部件或元件。第二行星齿轮组的第三部件或元件永久性地联接至第三行星齿轮组的第二部件或元件。
现在参考附图1，以杠杆图的形式示出了八档变速器10的实施例。杠杆图为机械装置(如自动变速器)的各部件的示意图。每个单独的杠杆都表示一个行星齿轮组，其中行星齿轮的三个基本机械部件各自由一个节点表示。因此，一个杠杆包含三个节点：一个表示中心齿轮，一个表示行星齿轮架，一个表示齿圈。各杠杆节点之间的相对长度可用于表示各相应齿轮组的齿圈比中心齿轮的齿数比。而这些杆长比用来改变变速器的传动比，以获得适当的比率和比率系列。各行星齿轮组的节点之间的机械联接或互连由细水平线表示，扭矩传递装置(例如，离合器和制动器)显示为交叉的指形物。在SAE Paper 810102中，由Benford和Leising所著的“The Lever Analogy：A New Tool inTransmission Analysis”中可找到杠杆图的形式、目的及使用的进一步说明，其内容通过参考并入本文。
变速器10包括输入轴或元件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和具有三个节点(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、以及输出轴或元件22。
输入元件12持续地联接至第二行星齿轮组16的第一节点16A。输出元件22联接至第一行星齿轮组14的第二节点14B。第一行星齿轮组14的第一节点14A联接至第二行星齿轮组16的第二节点16B。第一行星齿轮组14的第二节点14B联接至第三行星齿轮组18的第三节点18C。第二行星齿轮组16的第三节点16C联接至第三行星齿轮组18的第二节点18B。
第一离合器26将第二行星齿轮组16的第一节点16A和输入元件或轴12与第三行星齿轮组18的第一节点18A有选择地连接。第二离合器28将第二行星齿轮组16的第一节点16A和输入元件或轴12与第三行星齿轮组18的第二节点18B有选择地连接。第三离合器30将第二行星齿轮组16的第一节点16A和输入元件或轴12与第一行星齿轮组14的第三节点14C有选择地连接。第一制动器32将第二行星齿轮组16的第三节点16C和第三行星齿轮组18的第二节点18B与固定元件或变速器壳体50有选择地连接。第二制动器34将第三行星齿轮组18的第一节点18A有选择地连接至固定元件或变速器壳体50。第三制动器36将第一行星齿轮组14的第三节点14C有选择地连接至固定元件或变速器壳体50。
现在参考图2，棒状简图示出了根据本发明的八档变速器10的实施例的示意布置图。图2中，沿用图1中杠杆图的标号。对应地示出了所述离合器和联接装置，而行星齿轮组的各节点现在表现为行星齿轮组的部件，例如中心齿轮、齿圈、行星齿轮和行星齿轮架。
例如，行星齿轮组14包括中心齿轮元件14C、齿圈元件14A和可旋转地支撑一组行星齿轮14D(仅示出了一个)的行星齿轮架元件14B。中心齿轮元件14C与第一轴或互连元件42连接以共同旋转。齿圈元件14A与第二轴或互连元件44连接以共同旋转。行星架元件14B与输出元件或轴22连接以共同旋转。各行星齿轮14D构造成与中心齿轮元件14C和齿圈元件14A都啮合。
行星齿轮组16包括中心齿轮元件16A、齿圈元件16C和可旋转地支撑一组行星齿轮16D(仅示出了一个)的行星齿轮架元件16B。中心齿轮元件16A与输入元件或轴连接以共同旋转。齿圈元件16C与第三轴或互连元件46连接以共同旋转。行星架元件16B与第二轴或互连元件44连接以共同旋转。各行星齿轮16D构造成与中心齿轮元件16A和齿圈元件16C都啮合。
行星齿轮组18包括中心齿轮元件18A、齿圈元件18C和可旋转地支撑一组行星齿轮18D(仅示出了一个)的行星齿轮架元件18B。中心齿轮元件18A与第四轴或互连元件48连接以共同旋转。齿圈元件18C与输出元件或轴22连接以共同旋转。行星架元件18B与第三轴或互连元件46和第五轴或互连元件52连接以共同旋转。各行星齿轮18D构造成与中心齿轮元件18A和齿圈元件18C都啮合。
输入轴或元件12持续地连接至发动机(未示出)或变矩器(未示出)的涡轮。输出轴或元件22与主减速器单元或分动箱(未示出)持续地连接。
扭矩传递机构、或者说离合器26、28、30和制动器32、34、36允许这些轴或互连元件、行星齿轮组的元件和壳体的选择性互连。例如，第一离合器26可有选择地接合以将输入轴或元件12与第四轴或互连元件48连接。第二离合器28可有选择地接合以将输出轴或元件12与第三轴或互连元件46连接。第三离合器30可有选择地接合以将输出轴或元件12与第一轴或互连元件42连接。第一制动器32可有选择地接合以将第五轴或互连元件52与固定元件或变速器壳体50连接从而限制元件52相对于变速器壳体50旋转。第二制动器34可有选择地接合以将第四轴或互连元件48与固定元件或变速器壳体50连接从而限制元件48相对于变速器壳体50旋转。第三制动器36可有选择地接合以将第一轴或互连元件42与固定元件或变速器壳体50连接从而限制元件42相对于变速器壳体50旋转。
现在参考图2和图3，描述八档变速器10的实施例的操作。应当理解，变速器10能够以具有三倍超速传动的至少八个前进档速比或扭矩比和至少一个倒档速比或扭矩比将扭矩从输入轴或元件12传递到输出轴或元件22。各前进档和倒档速比或扭矩比通过扭矩传递机构(即，第一离合器26、第二离合器28、第三离合器30、第一制动器32、第二制动器34和第三制动器36)中的一个或多个的接合来获得，如下所述。图3为示出为获得各种档位状态而起用或接合的扭矩传递机构的各种组合的真值表。格中的“X”表示特定的离合器或制动器接合以获得期望档位状态。“O”表示特定的扭矩传递装置(即，制动器或离合器)作用或起用，但是并不承受扭矩。还示出了各种档位状态的传动比实际数值，但是应当理解，这些数值仅仅是示例性的，可在很大的范围内对其进行调整以适应变速器10的各种应用和操作标准。图3中还示出了使用本发明实施例获得的传动比的实例。当然，根据选择的齿轮直径、齿轮齿数和齿轮结构可获得其它传动比。
为建立倒档，第一离合器26和第一制动器32接合或起用。第一离合器26将输入轴或元件12与第四轴或互连元件48连接。第一制动器32将第五轴或互连元件52与固定元件或变速器壳体50连接以限制元件52相对于变速器壳体50旋转。同样，通过离合器和制动器接合的不同组合获得八个前进速比，如图3中所示。
应当理解，前面对八档变速器10的操作和档位状态的描述假定，首先，在给定档位状态中未具体提及的所有离合器都是未起用的或分离的，其次，在换档期间，即在至少相邻的档位状态之间改变档位状态期间，在两个档位状态中都接合的或起用的离合器将保持接合或起用。
本发明的变速器具有超越现有技术的许多优点和益处，例如，变速器10提供了从三档到四档、四档到五档和五档到六档的两次过渡换档。另外，三档到五档和四档到六档的换档为一次过渡跳跃换档。此外，本发明预期，变速器10既可为前轮驱动车辆构造，也可为后轮驱动车辆构造。
本发明的描述实质上仅仅是示意性的，不脱离本发明要旨的变形也属于本发明的范围。这种变形并不认为脱离了本发明的宗旨和范围。

Claims (7)

1.一种变速器，包括：
输入元件；
输出元件；
第一、第二和第三行星齿轮组，每个行星齿轮组都具有中心齿轮、行星架元件和齿圈；
第一互连元件，其将所述第一行星齿轮组的齿圈与所述第二行星齿轮组的行星架元件持续地互连；
第二互连元件，其将所述第一行星齿轮组的行星架元件与所述第三行星齿轮组的齿圈持续地互连；
第三互连元件，其将所述第二行星齿轮组的齿圈与所述第三行星齿轮组的行星架元件持续地互连；以及
六个扭矩传递机构，其可有选择地接合以将所述中心齿轮、行星架元件和齿圈中的一个与所述中心齿轮、行星架元件、齿圈和固定元件中的另一个互连，其中所述六个扭矩传递机构中的第二个可有选择地接合，以将所述第二行星齿轮组的中心齿轮和所述输入元件互连到所述第二行星齿轮组的齿圈和所述第三行星齿轮组的行星架元件，并且其中所述六个扭矩传递机构中的第三个可有选择地接合，以将所述第二行星齿轮组的中心齿轮和所述输入元件互连到所述第一行星齿轮组的中心齿轮；并且
其中所述扭矩传递机构可有选择地以两个扭矩传递机构的组合进行接合，以在所述输入元件与所述输出元件之间建立八个前进档速比和一个倒档速比。
2.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一个可有选择地接合，以将所述第二行星齿轮组的中心齿轮和所述输入元件互连到所述第三行星齿轮组的中心齿轮。
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四个可有选择地接合，以将所述第二行星齿轮组的齿圈和所述第三行星齿轮组的行星架元件互连到所述固定元件。
4.如权利要求3所述的变速器，其中所述六个扭矩传递机构中的第五个可有选择地接合，以将所述第三行星齿轮组的中心齿轮与所述固定元件互连。
5.如权利要求4所述的变速器，其中所述六个扭矩传递机构中的第六个可有选择地接合，以将所述第一行星齿轮组的中心齿轮与所述固定元件互连。
6.如权利要求1所述的变速器，其中所述扭矩传递机构中有三个为用于将所述中心齿轮、行星架元件和齿圈中的多个连接至所述固定元件的制动器，且所述扭矩传递机构中有三个为用于将所述中心齿轮、行星架元件和齿圈中的一组连接至所述中心齿轮、行星架元件和齿圈中的另一组的离合器。
7.一种变速器，包括：
输入元件；
输出元件；
第一、第二和第三行星齿轮组，每个行星齿轮组都具有中心齿轮元件、行星架元件和齿圈元件，其中所述输入元件与所述第二行星齿轮组的中心齿轮元件持续地互连，所述输出元件与所述第三行星齿轮组的齿圈元件和所述第一行星齿轮组的行星架元件持续地互连；
第一互连元件，其将所述第一行星齿轮组的齿圈元件与所述第二行星齿轮组的行星架元件持续地互连；
第二互连元件，其将所述第一行星齿轮组的行星架元件与所述第三行星齿轮组的齿圈元件持续地互连；
第三互连元件，其将所述第二行星齿轮组的齿圈元件与所述第三行星齿轮组的行星架元件持续地互连；
第一扭矩传递机构，其可有选择地接合，以将所述第二行星齿轮组的中心齿轮元件和所述输入元件互连到所述第三行星齿轮组的中心齿轮元件；
第二扭矩传递机构，其可有选择地接合，以将所述第二行星齿轮组的中心齿轮元件和所述输入元件互连到所述第二行星齿轮组的齿圈元件和所述第三行星齿轮组的行星架元件；
第三扭矩传递机构，其可有选择地接合，以将所述第二行星齿轮组的中心齿轮元件和所述输入元件互连到所述第一行星齿轮组的中心齿轮元件；
第四扭矩传递机构，其可有选择地接合，以将所述第二行星齿轮组的齿圈元件和所述第三行星齿轮组的行星架元件互连到固定元件；
第五扭矩传递机构，其可有选择地接合，以将所述第三行星齿轮组的中心齿轮元件与所述固定元件互连；
第六扭矩传递机构，其可有选择地接合，以将所述第一行星齿轮组的中心齿轮元件与所述固定元件互连；
其中所述扭矩传递机构可有选择地以两个扭矩传递机构的组合进行接合，以在所述输入元件与所述输出元件之间建立八个前进档速比和一个倒档速比。
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