CN101865246B - 一种适用于怠速发动机止动的行星齿轮运动机构 - Google Patents

一种适用于怠速发动机止动的行星齿轮运动机构 Download PDF

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Abstract

一种多速度动力传动装置，其包括：齿轮箱输入轴；输出轴；以及齿轮、摩擦离合器和无源耦合器的集合，该集合能以八个前进速度比和一个倒档速度比从齿轮箱输入轴传送动力至输出轴，其中通过使用机电启动器啮合摩擦制动器而选择第一前进速度比。

Description

一种适用于怠速发动机止动的行星齿轮运动机构
技术领域
本发明涉及机动车辆的自动传动领域。更具体地，本发明涉及动力传动装置中的齿轮装置、离合器、制动器及其相互连接的运动机构。
背景技术
当机动车辆静止一段时间时，如等红绿灯时，期望关闭发动机以节省燃料。接着，当驾驶员一般通过把脚从制动器踏板移开并对加速器踏板施压而发出其准备再次移动的信号时，发动机必须快速重新启动。如果将扭矩传送至驱动轮的延迟过长，则驾驶员会对车辆不满意。为使延迟最小化，重要的是传动装置应准备好在发动机运转时立即传送一档扭矩。传统地，通过增加电动泵提供液压以啮合适当的摩擦元件，使得自动传动装置适于这种怠速发动机止动特征。
发明内容
通过应用在一档中使用的摩擦元件的机电启动，本发明免除了对电动泵的需要。机电启动可在发动机不运转时运行。但机电启动限于制动器等齿轮箱周边的摩擦元件，而液力启动可用于位于旋转壳体下方的摩擦元件。使用本发明的运动机构，仅需应用制动器来啮合一档。
一方面，提供了一种多速度动力传动装置。该多速度动力传动装置包括齿轮箱输入轴；输出轴(12)；以及齿轮、摩擦制动器和离合器的集合，其能以多个前进速度比和至少一个倒档速度比从齿轮箱输入轴(16)传送动力至输出轴(12)，且其中通过使用机电启动器啮合两个摩擦制动器(68和70)而选择第一前进速度比。
另一方面，提供了一种多速度动力传动装置。该多速度动力传动装置包括第一周转齿轮组件(20)、第二周转齿轮组件(30)、第三周转齿轮组件(40)和第四周转齿轮组件(50)，其各自包括第一、第二和第三旋转元件，其中第一周转齿轮组件的第二旋转元件(26)可驱动地连接到第四周转齿轮组件的第三旋转元件(54)；第三周转齿轮组件的第一旋转元件(42)可驱动地连接到第四周转齿轮组件的第一旋转元件(52)；第二周转齿轮组件的第三旋转元件(34)可驱动地连接到第四周转齿轮组件的第二旋转元件(56)；且第二周转齿轮组件的第二旋转元件(36)可驱动地连接到第三周转齿轮组件的第三旋转元件(44)；连接到第二周转齿轮组件的第一旋转元件(32)的齿轮箱输入轴(16)；以及连接到第三周转齿轮组件的第二旋转元件(46)的输出轴(12)。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的传动装置的示意图，该传动装置具有三个制动器和两个旋转离合器。
图2是示出各齿轮建议齿数的表格。
图3是示出当齿轮具有图2所示齿数时图1中的离合器状态和所引起的传动装置速度比的表格。
图4是根据本发明另一可选实施例的传动装置的示意图，该传动装置具有三个制动器和三个旋转离合器。
图5是示出当齿轮具有图2中所示齿数时图4中的离合器状态和所引起的传动装置速度比的表格。
具体实施方式
图1示出了根据本发明第一实施例的传动装置。该传动装置包括四个简单的行星齿轮组组件20、30、40和50或周转齿轮组件。各简单的行星齿轮组组件具有太阳轮、带有内咬合的内齿圈、行星架和支承于行星架上以旋转并咬合太阳轮和内齿圈的一组行星齿轮。这些齿轮中的各齿轮的推荐齿数如图2所示。简单的行星齿轮组限制行星架以太阳轮速度和内齿圈速度的加权平均值的速度旋转，加权因子由各齿轮的齿数确定。其它类型的周转齿轮组件提供了限制元件速度为其它两个元件速度的加权平均值的可替换装置，这类周转齿轮组件包括双小齿轮行星齿轮组、塔式小齿轮行星齿轮组和共面齿轮环路，如美国专利5,030,184和6,126,566所述。
齿轮箱输入轴16由车辆的发动机经变矩器组件80驱动。第二太阳轮32固定至齿轮箱输入轴16。第一行星架26连接到第四内齿圈54。第三太阳轮42连接到第四太阳轮52。第一内齿圈24、第二行星架36和第三内齿圈44相互连接。齿轮箱输出轴12优选经驱动轴、差动组件和后轮轴来驱动车轮。齿轮箱输出轴12固定到第三行星架46。传动箱/变速箱14为齿轮组、输入轴和输出轴提供支承。
离合器60和62优选为液动摩擦离合器，该液动摩擦离合器可释放地在施加液压时连接两个元件并且在释放液压时分离这些元件。液压由发动机驱动的液压泵提供，并且加压流体经齿轮箱输入轴16内的通道分配至离合器。离合器60可释放地将齿轮箱输入轴16连接到第一行星架26和第四内齿圈54。离合器62可释放地将齿轮箱输入轴16连接到第一内齿圈24、第二行星架36和第三内齿圈44。离合器62迫使行星齿轮组30的所有三个元件均以相同速度旋转。可替换地，这种效果也可以通过离合器使太阳轮32、行星架36和内齿圈34中的任意两个可释放地相互连接而实现。
制动器64、68和70优选为机电启动的摩擦制动器，其保持元件不随电机旋转而旋转，并且当电动机反向旋转时释放所述元件。美国专利6,699,153说明了多个适当的机电启动的制动器组件。制动器64可释放地保持第一太阳轮22不旋转。制动器64通过旋转电机92移动活塞94以在摩擦片上产生压力而应用。制动器68可释放地保持第三太阳轮42和第四太阳轮52不旋转。制动器70可释放地保持第一行星架26和第四内齿圈54不旋转。制动器68和70通过电机96和活塞98应用。电机96沿一个方向旋转使得活塞98抵住制动器68，且使该电机96沿反方向旋转从而使活塞98抵住制动器70。中间位置释放这两个制动器。
单向制动器66是允许第一行星架26和第四内齿圈54正向自由旋转但阻止其反向旋转的无源耦合器。
变矩器组件80包括泵轮82、定子86和涡轮84。泵轮82由传动装置输入轴10驱动。定子86通过单向制动器88连接至传动箱14。扭矩通过在三个元件间循环的流体从泵轮液动地传送至涡轮。当涡轮明显慢于泵轮时，单向制动器88保持定子静止，并且该单向制动器88提供反作用扭矩，使得泵轮和涡轮间的扭矩倍增。当涡轮速度接近或大于泵轮速度时，该单向制动器超限。液动锁止离合器90将涡轮连接至泵轮，从而消除了变矩器的液动损失。液力系统的仔细设计可充分减少流体从变矩器的泄漏，以允许怠速发动机关闭几分钟，这超过了实现主要燃料节约益处的要求。
传动比是通过应用图3所示离合器和制动器之中的两个器件选择的。然而，在一档时，仅需要应用一个摩擦制动器，因为单向制动器66将被动啮合。
当驾驶(前进)模式中车辆静止时，发动机一般会关闭，除非控制策略的怠速止动特征因某些原因如变矩器排空、冷却剂温度低等而临时停用。通过旋转电机96以应用制动器68而为一档中的前进运动准备传动装置。当驾驶员发出信号准备移动时，发动机快速启动。当然，如果怠速止动特征已停用，则发动机应已运转，因此可略过该步骤。发动机驱动泵轮82，且变矩器内的液动力在涡轮84和齿轮箱输入轴16上产生扭矩。制动器68和单向制动器66提供反作用扭矩(reaction torque)，使得成倍的输入扭矩被传输至输出轴12，从而使车辆加速。
为换至二档，电机92用于逐步啮合制动器64，将制动器68保持在充分应用状态。随着制动器64的扭矩容量的增大，单向制动器66将超限(overrun)。
发动机启动后不久，液压泵驱动的发动机开始在阀体内积聚压力。车辆准备换至三档时，液压可用。从二档换至三档时，离合器60逐步啮合，同时制动器64逐步释放。从三档换至四档时，离合器62逐步啮合，同时离合器60逐步释放。在这些转换中制动器68始终保持处于充分应用状态。有利的是可在液压可用后立即应用锁止离合器90，以便最小化与开启的变矩器相关的能量损失。
从四档换至五档时，离合器60逐步啮合，同时制动器68逐步释放。五档是直接驱动档。从五档换至六档时，制动器64逐步啮合，同时离合器60逐步释放。从六档换至七档时，制动器70逐步啮合，同时制动器64逐步释放。在全部这些转换中，离合器62均保持处于充分应用状态。
八档为高速驾驶提供了更高的燃料经济性。不利的是，不可能在不中断通过传动装置的动力流的情况下直接从七档换至八档。有两种方式可换至八档。第一种方法是释放离合器62和制动器70，接着应用离合器60和制动器64。因传动装置不能传输扭矩至车轮，所以在这种转换期间必须中断发动机扭矩。第二种方法是绕过七档，并且通过逐步啮合离合器60同时逐步释放离合器62，并保持制动器64处于应用状态，而从六档换至八档。
降档至较低档可通过倒转上述相应升档步骤实现。
传动装置也可倒转怠速发动机止动策略而运行。通过分别旋转电机92和96以应用制动器64和70，为倒档运动准备传动装置。当驾驶员发出信号示意移动时，发动机快速启动。发动机驱动泵轮82，并且变矩器内的液动力在涡轮84和齿轮箱输入轴16上产生扭矩。制动器64和70提供反作用扭矩，使得与输入扭矩方向相反的成倍输入扭矩传输至输出轴12，从而使车辆加速。
尽管制动器64、70和68均优选为是机电控制的，但本发明也可在一些功能限制下通过液力启动这些离合器来实施。具体地，如果制动器64或制动器70为液动，则怠速发动机止动特征在反转中不可用。另外，如果制动器64为液动，则直到液压泵驱动的发动机有时间在阀体内产生充分压力时一档才可换至二档。
同样，本发明可实施为不使用变矩器80，而通过优选经扭力减振器可驱动地将齿轮箱输入轴16连接至传动装置输入轴10来实施。在这种可替换的实施例中，车辆前向发动是通过制动器68逐渐啮合实现的。所有换挡均通过上述方式实现。车辆反向发动是通过充分啮合制动器70或制动器64且接着逐渐啮合另一制动器实现的。
可选择地，可省去单向制动器66，且其功能由制动器70实现。但是如果省去单向制动器66，则一档时需要同时运行制动器68和70，并且因此要求独立启动。
图4示出了根据本发明第二实施例的传动装置。该传动装置包括四个简单的行星齿轮组组件20、30、40和50。齿轮箱输入轴16由车辆发动机经变矩器组件80驱动。第二太阳轮32固定至齿轮箱输入轴16。第一行星架26连接到第四内齿圈54。第三太阳轮42连接到第四太阳轮52。第二行星架36连接到第三内齿圈44。齿轮箱输出轴12优选经驱动轴、差动组件和后轮轴驱动车轮。齿轮箱输出轴12固定到第三行星架46。传动箱14为齿轮组、输入轴和输出轴提供支承。
离合器60、100和102优选为可释放地在施加液压时连接两个元件且在释放液压时分离该元件的液动摩擦离合器。离合器60可释放地将齿轮箱输入轴16连接到第一行星架26和第四内齿圈54。离合器100可释放地将第一内齿圈24连接到第二内齿圈34和第四行星架56。离合器102可释放地将第一内齿圈24连接到第二行星架36和第三内齿圈44。
制动器68和70优选为机电启动的摩擦制动器，其保持元件不随电机旋转而旋转并且在电机反向旋转时释放所述元件。制动器68可释放地保持第三太阳轮42和第四太阳轮52不旋转。制动器70可释放地保持第一行星架26和第四内齿圈54不旋转。制动器68和70通过电机96和活塞98应用。电机96沿一个方向旋转使得活塞98抵住制动器68，且电机96沿反方向旋转使得活塞98抵住制动器70。中间位置释放这两个制动器。
制动器64可释放地保持第一太阳轮22不旋转。制动器64可为机电启动或液力启动的。
单向制动器66是允许第一行星架26和第四内齿圈54正向自由旋转但阻止其反向旋转的无源耦合器。
传动比是通过应用图5所示离合器和制动器之中的三个器件选择的。圆括号中的X表示离合器正常用于该档，但不载有任何扭矩。一档时，仅需要应用一个摩擦制动器，因为单向制动器66将被动啮合，且不要求离合器102来建立动力路径。
当车辆在驾驶(前进)模式中静止时，通过旋转电机96以应用制动器68，为一档中的前进运动准备传动装置。当驾驶员发出信号准备移动时，发动机快速启动。发动机驱动泵轮82，并且变矩器内的液动力在涡轮84和齿轮箱输入轴16上产生扭矩。制动器68和单向制动器66提供反作用扭矩，使得成倍的输入扭矩被传输至输出轴12，从而使车辆加速。
发动机启动后不久，液压泵驱动的发动机开始在阀体内积聚压力。在车辆准备换至二档时，液压可用。离合器102在液压可用后立即被啮合。在换至二档时，制动器64逐步啮合，保持制动器68和离合器102处于充分应用状态。随着制动器64的扭矩容量的增大，单向制动器66将超限。有利的是可在液压可用后立即应用锁止离合器90，以便最小化与开启的变矩器相关的能量损失。
从二档换至三档时，离合器60逐步啮合，同时制动器64逐步释放。从三档换至四档时，离合器100逐步啮合，同时离合器60逐步释放。在全部这些转换中，制动器68和离合器102均保持处于充分应用状态。
从四档换至五档时，离合器60逐步啮合，同时制动器68逐步释放。五档是直接驱动档。从五档换至六档时，制动器64逐步啮合，同时离合器60逐步释放。在这些转换中，离合器100和离合器102均保持处于充分应用状态。
从六档换至七档时，离合器60逐步啮合，同时离合器102逐步释放，保持离合器100和制动器64充分啮合。从七档换至八档时，离合器102逐步啮合，同时离合器100逐步释放，保持离合器60和制动器64充分啮合。所有转换的执行可以无需中断动力流。
处于七档和八档之间的附加传动比可通过应用制动器70、离合器100和离合器102应用。但不可能从七档或八档转换到该比值而不中断动力流。从六档转换为该补充比值是通过逐步啮合制动器70、同时逐步释放制动器64并保持离合器100和离合器102充分啮合而实现的。在常规八档过深以致超速(too deep ofan overdrive)扭矩不足的情况下，如当牵引重型拖车时，控制策略可选择利用该额外比值代替七档和八档。
降档至较低档可通过倒转上述相应升档步骤实现。
当车辆在倒档模式中静止时，通过应用离合器102、制动器64和制动器70为倒档运动准备传动装置。发动机必须运转以供应液压至离合器102。发动机驱动泵轮82，并且变矩器内的液动力在涡轮84和齿轮箱输入轴16上产生扭矩。制动器64和70提供反作用扭矩，使得与输入扭矩方向相反的成倍的输入扭矩被传输至输出轴12，从而使车辆加速。
与第一实施例相同，本发明可根据第二实施例实施，在一些功能限制下，可不使用单向制动器或变矩器或全部使用液力启动。
根据专利法的规定，已说明优选实施例的结构和操作。也已提出了多种变化。但应注意可以实施为不同于具体所示及所述的实施例的其它可选实施例。

Claims (9)

1.一种多速度动力传动装置，其包括：
齿轮箱输入轴(16)；
输出轴(12)；以及
齿轮、摩擦制动器、离合器和无源耦合器的集合，其能以多个前进速度比和至少一个倒档速度比从所述齿轮箱输入轴(16)传送动力至所述输出轴(12)，并且其中通过使用机电启动器仅啮合一个制动器(68)而选择第一前进速度比；
其中齿轮、摩擦制动器、离合器和无源耦合器的所述集合包括：
第一周转齿轮组件(30)、第二周转齿轮组件(40)和第三周转齿轮组件(50)，其各自包括第一旋转元件、第二旋转元件和第三旋转元件，其中：
所述第二周转齿轮组件的所述第一旋转元件(42)可驱动地连接到所述第三周转齿轮组件的所述第一旋转元件(52)；
所述第一周转齿轮组件的所述第三旋转元件(34)可驱动地连接到所述第三周转齿轮组件的所述第二旋转元件(56)；
所述第一周转齿轮组件的所述第二旋转元件(36)可驱动地连接到所述第二周转齿轮组件的所述第三旋转元件(44)；
所述齿轮箱输入轴(16)可驱动地连接到所述第一周转齿轮组件的所述第一旋转元件(32)；以及
所述输出轴(12)可驱动地连接到所述第二周转齿轮组件的所述第二旋转元件(46)；
单向制动器(66)，其阻止所述第三周转齿轮组件的所述第三旋转元件(54)的逆向旋转同时允许该元件正向旋转，以及
机电启动的第一摩擦制动器(68)，其用于选择性地保持所述第二周转齿轮组件的所述第一旋转元件(42)和所述第三周转齿轮组件的所述第一旋转元件(52)不旋转。
2.根据权利要求1所述的多速度动力传动装置，其进一步包括：
输入轴(10)；
可驱动地连接到所述输入轴的泵轮(82)；以及
由所述泵轮液动地驱动且可驱动地连接到所述齿轮箱输入轴(16)的涡轮(84)。
3.根据权利要求1所述的多速度动力传动装置，其中齿轮、摩擦制动器、离合器和单向制动器的所述集合进一步包括：
第四周转齿轮组件(20)，其包括第一旋转元件、第二旋转元件和第三旋转元件，其中所述第四周转齿轮组件的所述第二旋转元件(26)可驱动地连接到所述第三周转齿轮组件的所述第三旋转元件(54)；
第二摩擦制动器(64)，其用于选择性地保持所述第四周转齿轮组件的所述第一旋转元件(22)不旋转；
第三摩擦制动器(70)，其选择性地保持所述第四周转齿轮组件的所述第二旋转元件(26)和所述第三周转齿轮组件的所述第三旋转元件(54)不旋转；以及
第一离合器(60)，其将齿轮箱输入轴(16)可释放地连接到所述第四周转齿轮组件的所述第二旋转元件(26)和所述第三周转齿轮组件的所述第三旋转元件(54)。
4.根据权利要求3所述的多速度动力传动装置，其中所述第三摩擦制动器(70)是机电启动的。
5.根据权利要求4所述的多速度动力传动装置，其中所述第二摩擦制动器(64)是机电启动的。
6.根据权利要求4所述的多速度动力传动装置，其中单个电机启动所述第一摩擦制动器和所述第三摩擦制动器。
7.根据权利要求5所述的多速度动力传动装置，其进一步包括：
所述第四周转齿轮组件的所述第三旋转元件(24)和所述第一周转齿轮组件的所述第二旋转元件(36)间的固定连接；以及
使所述第一周转齿轮组件(30)的所述旋转元件中的两个可释放地相互连接的第二离合器(62)。
8.根据权利要求3所述的多速度动力传动装置，其进一步包括：
第二离合器(100)，其将所述第四周转齿轮组件的所述第三旋转元件(24)可释放地连接到所述第一周转齿轮组件的所述第三旋转元件(34)和所述第三周转齿轮组件的第二旋转元件(56)；以及
第三离合器(102)，其将所述第四周转齿轮组件的所述第三旋转元件(24)可释放地连接到所述第一周转齿轮组件的所述第二旋转元件(36)和所述第二周转齿轮组件的所述第三旋转元件(44)。
9.一种运行多速度动力传动装置的方法，该多速度动力传动装置包括齿轮箱输入轴(16)；输出轴(12)；以及齿轮、摩擦制动器、离合器与无源耦合器的集合，该集合能以多个前进速度比和至少一个倒档速度比从所述齿轮箱输入轴(16)传送动力至所述输出轴(12)，该方法包括：
通过使用机电启动器仅啮合一个制动器(68)而选择第一前进速度比；
其中齿轮、摩擦制动器、离合器和无源耦合器的所述集合包括：
第一周转齿轮组件(30)、第二周转齿轮组件(40)和第三周转齿轮组件(50)，其各自包括第一旋转元件、第二旋转元件和第三旋转元件，其中：
所述第二周转齿轮组件的所述第一旋转元件(42)可驱动地连接到所述第三周转齿轮组件的所述第一旋转元件(52)；
所述第一周转齿轮组件的所述第三旋转元件(34)可驱动地连接到所述第三周转齿轮组件的所述第二旋转元件(56)；
所述第一周转齿轮组件的所述第二旋转元件(36)可驱动地连接到所述第二周转齿轮组件的所述第三旋转元件(44)；
所述齿轮箱输入轴(16)可驱动地连接到所述第一周转齿轮组件的所述第一旋转元件(32)；以及
所述输出轴(12)可驱动地连接到所述第二周转齿轮组件的所述第二旋转元件(46)；
单向制动器(66)，其阻止所述第三周转齿轮组件的所述第三旋转元件(54)的逆向旋转同时允许该元件正向旋转，以及
机电启动的第一摩擦制动器(68)，其用于选择性地保持所述第二周转齿轮组件的所述第一旋转元件(42)和所述第三周转齿轮组件的所述第一旋转元件(52)不旋转。
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