CN101903684A - 变速器 - Google Patents

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Abstract

一种用于车辆的多传动比自动变速器，该变速器具有单个行星齿轮组、多个摩擦元件和控制系统，这些摩擦元件用于在该变速器的输入与输出之间以不同配置方式耦连该行星齿轮组的部件以实现多个正向驱动传动比，该控制系统用于以不同组合选择性地接合/脱离这些摩擦元件以实现传动比的选择，其中这些摩擦元件包括在该行星齿轮组前方安装的第一离合器和第二离合器，并且其中在每个正向驱动传动比中动力流是从该输入经由该第一离合器和该第二离合器中至少一个传递到该行星齿轮组。

Description

变速器
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的多传动比自动变速器，并且更具体但不唯一地涉及具有多个摩擦元件和单个行星齿轮组的四速自动变速器。
背景技术
提供具有拉威挪式(Ravigneaux Type)行星齿轮组以及多个摩擦元件的自动变速器是已知的。这种自动变速器的示例在美国专利No.4,884,472中被公开。然而，先前提出的此类型自动变速器倾向于存在缺点，本申请人已经确定这可以归因于变速器内的部件的配置，例如在正向档位下驱动路径中的过度振动以及刚性的缺乏。
本发明的示例试图提供一种用于车辆的改进的多速自动变速器。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种用于车辆的多传动比自动变速器，该变速器具有单个行星齿轮组、多个摩擦元件和控制系统，这些摩擦元件用于在该变速器的输入与输出之间以不同配置方式耦连该行星齿轮组的部件以实现多个正向驱动传动比，该控制系统用于以不同组合选择性地接合/脱离这些摩擦元件以实现传动比的选择，其中这些摩擦元件包括安装在该输入和该行星齿轮组之间的第一离合器和第二离合器，并且其中在每个正向驱动传动比中动力流是从该输入经由该第一离合器和该第二离合器中中的仅一个或两者传递到该行星齿轮组。
优选地，该第一离合器的输出直接耦连于该行星齿轮组的齿轮架，从而该第一离合器的输出的旋转导致该齿轮架的旋转。更优选地，该第二离合器的输出直接耦连于该行星齿轮组的恒星齿轮，从而该第二离合器的输出的旋转导致该恒星齿轮的旋转。在优选的示例中，该恒星齿轮是该行星齿轮组的前恒星齿轮。
优选地，该行星齿轮组的环形齿轮直接耦连于该变速器的输出，从而该环形齿轮的旋转导致该变速器的输出的旋转。更优选地，该变速器的输出呈现为固定到该环形齿轮上的输出齿轮，并且该输出齿轮直接旋转耦连于小齿轮轴，该小齿轮轴进一步直接旋转耦连于该车辆的差速器。
在一种优选的方式中，该第二离合器被嵌套在该第一离合器内，从而该第二离合器在形成于该第一离合器的输入与输出部分内的腔室中旋转。
优选地，该多传动比自动变速器包括安装在该行星齿轮组之后的第三离合器，其中，在该变速器的倒档驱动传动比中动力流是从该变速器的输入经过该第三离合器传递到该行星齿轮组。
优选地，该多传动比自动变速器包括第一制动离合器和第二制动离合器，其中，该第一制动离合器被布置为朝向该变速器的壳体制动行星齿轮组的齿轮架，并且该第二制动离合器被布置为朝向该变速器的该壳体制动行星齿轮组的后恒星齿轮。
优选地，该多传动比自动变速器包括单向离合器，其中，该单向离合器被布置为允许该齿轮架相对于该变速器的该壳体仅在一个方向上旋转，从而该单向离合器的旋转防止该变速器在至少一个正向驱动状态中提供从输入到输出的制动，并且该单向离合器在其他档位状态中被旁通以允许从输入到输出的制动。
在一个示例中，当在第一传动比的第一档位状态中时，该第二离合器接合，该第一制动离合器接合并且其他摩擦元件脱离。当在该第一传动比的可替换档位状态时，该第二离合器接合并且其他摩擦元件脱离。在该变速器的第二传动比中，该第二离合器接合、该第二制动离合器接合并且其他摩擦元件脱离。在该变速器的第三传动比中，该第一离合器以及该第二离合器接合并且其他摩擦元件脱离。在该变速器的第四传动比中，该第一离合器接合，该第二制动离合器接合并且其他摩擦元件脱离。在该变速器的倒档传动比中，该第三离合器接合，该第一制动离合器接合并且其他摩擦元件脱离。在该变速器的被选择空档情况中，没有摩擦元件接合。
优选地，该第一离合器是安装在该变速器的主壳体中的最前部件。在一种形式中，该变速器的该主壳体位于扭矩转换器之后，该扭矩转换器将该变速器的输入耦连到该车辆的发动机上。在另一形式中，该变速器的输入经由两速分离器、仅阻尼器或者发动离合器耦连到该车辆的发动机上。
附图说明
仅参考附图以非限定性示例来描述本发明，在这些附图中：
图1是根据本发明示例的变速器的部件布局的示意图，其被显示为该变速器的上半部的截面侧视图；
图2是显示在由图1所示的变速器提供的不同档位中所用的换档元件的表格；
图3是根据本发明的变速器的截面示图；以及
图4是图3所示的变速器的电控液压控制系统的示意图。
具体实施方式
参考图1，其显示根据本发明示例的一种用于车辆的多传动比自动变速器10的简化示意图。变速器10具有单个行星齿轮组12以及多个摩擦元件，这些摩擦元件在变速器10的输入14与输出16之间以不同配置方式耦连行星齿轮组12的部件以实现多个正向驱动传动比。多个摩擦元件包括第一离合器C1、第二离合器C2、第三离合器C3、第一制动离合器B1以及第二制动离合器B2。第一离合器C1和第二离合器C2被安装在行星齿轮组12的前方且在扭矩转换器18(带有锁闭离合器19)之后，经过该扭矩转换器，动力从该车辆的发动机(未示出)传递到变速器10上。变速器10被布置以便在每个正向驱动传动比中动力流是从输入14经由第一离合器C1和第二离合器C2中仅一个或两个传递到行星齿轮组12。
相应地，对于所有正向驱动传动比，从输入14到行星齿轮组12的驱动旋转的整个动力流路径在平行于变速器10的主轴线52的方向上是处于或者在输入14与行星齿轮组12之间的。此外，当输出16处于输入14和行星齿轮组12之间时，如图所示，对于所有正向驱动传动比，经过变速器10的驱动旋转的整个动力流路径在平行于变速器10的主轴线52的方向上是处于或者在输入14与行星齿轮组12之间的。在所述示例中，变速器10的主轴线52是输入14的旋转的轴线，并且是行星齿轮组12的旋转的中心轴线。
变速器10还包括控制系统20，该控制系统用于以不同组合选择性地接合/脱离摩擦元件C1、C2、C3、B1和B2以实现变速器10的驱动传动比的选择。参考图4，控制系统20包括手动阀门22，该手动阀门用于由驾驶该车辆的人员选择各种变速器状态位置(“驻车”、“倒档”、“空档”、“行驶”“2”以及“L”)。控制系统20包括液压管线，这些液压管线向每个摩擦元件C1、C2、C3、B1和B2输送液压液体，分别用参考数字24、26、28、30和32表示。泵34以一定压力供给液压液体，并且多个阀门被用于根据图2所示的表格来控制摩擦元件C1、C2、C3、B1和B2的运转。液压控制系统20具有如下特征：
-利用带有高流动直接操纵阀以及无蓄电池的低流动/低压力电磁阀(solenoid)；
-电磁阀阻尼器位于阀塞中以节省空间并改进热膨张/泄漏；
-4个正向档位仅使用一个转换阀；
-5个VBS或低流动VFS/VPS以及仅一个开/关电磁阀。
-一个偏置阀门，该偏置阀门通过应用正向离合器而被激励，以能够在除P、R、N、D1之外的所有档位锁闭；
-一个锁闭控制阀门和调整器阀门，它们是液压联接的，从而由一个低压力/低流动电磁阀控制切换功能和压力斜坡(ramping)功能；
-电磁阀供给压力通过额外过滤独立于管线压力。
有利地，因为该第一离合器和第二离合器被安装在行星齿轮组12的前面，并且由于在每个正向驱动传动比中动力流被从输入14经由该第一离合器C1和第二离合器C2之一或二者传递到行星齿轮组12上，所以在所有正向档位中实现了一种相对较短并且固定的驱动路径。以此方式，在每个正向驱动传动比中，从该输入到该行星齿轮组的旋转驱动是沿一个路径传递的，该路径完全在该行星齿轮组的最后部件的前面。这与现有技术布置例如美国专利4,884,472中公开的变速器形成对比，在该变速器中，在正向驱动传动比中，离合器传递动力位于行星齿轮组之后，从而动力流动所沿着的路径更长、更少压缩并且更易于振动。
回到图1，第一离合器C1的输出36直接耦连于行星齿轮组12的齿轮架38，从而输出36的旋转导致齿轮架38的旋转。相似地，第二离合器C2的输出40直接耦连于行星齿轮组12的前恒星齿轮42，从而第二离合器C2的输出40旋转导致前恒星齿轮42的旋转。相应地，由于第一离合器C1和第二离合器C2均被连接到变速器10的输入14上，所以动力通过第一离合器C1和/或第二离合器C2的接合被从变速器10的输入14传递到行星齿轮组12。
行星齿轮组12还包括后恒星齿轮44、短小齿轮46、长小齿轮48以及环形齿轮50。前恒星齿轮42直接旋转耦连于短小齿轮46，并且后恒星齿轮44直接旋转耦连于长小齿轮48。短小齿轮46和长小齿轮48中的每一个均安装到齿轮架38上并且相对于齿轮架38旋转。环形齿轮50被安装成直接旋转耦连于长小齿轮48。前恒星齿轮42、后恒星齿轮44、环形齿轮50、齿轮架38以及第一离合器C1和第二离合器C2围绕变速器10的主轴线52旋转。
环形齿轮50直接连接到变速器10的输出16上，从而环形齿轮50的旋转导致变速器10输出16的旋转。更具体地，参考图3，变速器10的输出16呈现为输出齿轮54，该输出齿轮与环形齿轮50处于固定关系，并且直接旋转耦连于第一小齿轮轴齿轮56，从而与变速器10的主轴线52以平行关系安装的小齿轮轴58响应于环形齿轮50的旋转而旋转。小齿轮轴58具有第二小齿轮轴齿轮60，齿轮60进一步旋转差速器62，以便动力驱动该车辆的车轮。
参考图3可以看到，第二离合器C2被嵌套在第一离合器C1内，从而第二离合器C2在腔室64内旋转，该腔室由第一离合器C1的输入部分66与输出部分67形成。相应地，第一离合器C1和第二离合器C2被有效地封装在变速器10内，以便最小化由第一离合器C1和第二离合器C2所占据的轴向长度。
如图1和图3所示，第三离合器C3被安装在行星齿轮组12之后。在变速器10的倒档驱动传动比中，动力流是从变速器10的输入14经过第三离合器C3传递到行星齿轮组12。通过在行星齿轮组12之后安装第三离合器C3，在正向档位中动力流距离是通过向前尽可能远地安装行星齿轮组12而被最小化的。在任一个正向驱动传动比均不接合第三离合器C3。
在变速器10中还包括第一制动离合器B1和第二制动离合器B2，第一制动离合器B1被布置为朝向变速器10的壳体68制动行星齿轮组12的齿轮架38，并且第二制动离合器B2被布置为朝向壳体68制动行星齿轮组12的后恒星齿轮44。有利地，第三离合器C3在径向相对于第二制动离合器B2向内安装，并且和第二制动离合器B2成一条直线，以便最小化变速器10的长度。
单向离合器70被安装在壳体68与齿轮架38之间，以允许齿轮架38相对于壳体68仅在一个方向上旋转。相应地，该单向离合器的旋转防止变速器10在至少一个正向驱动状态中提供从输入14到输出16的制动，并且在其他档位状态中，单向离合器70被旁通以允许从输入14到输出16的制动。参考图2的表格，可以看到，单向离合器70以该第一传动比的可选档位状态被利用，其中第二离合器C2接合并且所有其他摩擦元件脱离。就此而论，在此状态下的运转允许该车辆在没有发动机制动的情况下以第一传动比驱动。通过第一制动离合器B1的接合，齿轮架38相对于壳体68保持静止，这防止了该单向离合器的旋转，因此提供了该第一传动比的不同档位状态，其中提供了发动机制动。通过液压释放第一制动离合器B1，并且接合第二制动离合器B2，仍旧保持第二离合器C2接合，则将获得该变速器的第二传动比。变速器10的第三传动比是通过液压释放第二制动离合器B2并且接合第一离合器C1而获得的。液压释放第二离合器C2并且接合第二制动离合器B2提供了变速器10的第四传动比。
图2的表格显示在由该变速器提供的不同档位中不同摩擦元件的应用，并且在每个正向驱动传动比中动力流被描述如下：
第一档：
被连接到该齿轮架上的单向离合器在第一档位中保持/固定(ground)该齿轮架。驱动力经过C2离合器，然后经过该前恒星齿轮(该齿轮架由该单向离合器保持)并且经过该环形齿轮达到该输出上。
第二档：
在第二档位期间，应用制动离合器B2，该制动离合器保持/固定反向恒星齿轮。该输入经过C2离合器，然后经过该正向恒星齿轮，该恒星齿轮旋转多个短小齿轮，这些短小齿轮与多个长小齿轮(其抵顶(react against)反向恒星齿轮)一起旋转。该反向恒星齿轮被B2固定。该单向离合器高速运转(over-run)并且该齿轮架旋转，该环形齿轮(以及输出)围绕该齿轮架“缓慢运转(walk)”。
第三档：
在第三档位期间，释放制动离合器B2并且应用离合器C1。离合器C1保持该齿轮架。该输入经过C1离合器以及C2离合器，从而该齿轮组作为一个整体旋转，从而该齿轮传动比是1∶1。
第四档：
在第四档期间，应用离合器C1并且应用离合器B2。离合器B2固定该反向恒星齿轮，从而该长小齿轮和短小齿轮抵顶该反向恒星齿轮。输入经过连接到该齿轮架上的离合器C1。该输出经过该环形齿轮。
变速器10的倒档传动比由该车辆的驾驶员通过手动阀门22的手动操作获得，响应于此，第三离合器C3和第一制动离合器B1接合。相似地，被选择的空档情况是通过操作手动阀门22到“N”位置处获得的，响应于此，所有摩擦元件C1、C2、C3、B1、B2均脱离。
仅以示例形式描述了上述变速器10，并且在本发明的范围之内进行修改是可能的。在可替代的示例中，扭矩转换器18可以被省略，在这种情况下，该变速器的输入14可以经由两速分离器、简单阻尼器或者一个或者多于一个发动离合器耦连到该车辆的发动机上。这些部件可以被安装在扭矩转换器18腾出的空间内或者作为替代可以被安装在变速器10的主壳体72内。在一种变体中，现有的离合器C1、C2和C3被控制以便用作发动离合器。本领域技术人员应该理解，通过省略该扭矩转换器，有可能避免与扭矩转换器相关的低效率。在另一种布置中，两速分离器可以被封装在小齿轮轴58上。有利地，两速分离器的使用能够使正向传动比增加到5、6、7甚至8个不同的传动比。
在本说明书中对任何现有出版物(或从其中衍生的信息)或对任何已知事物的参考不能并且不应视为承认或许可或以任何形式暗示现有出版物(或从其中衍生的信息)或已知事物形成了本说明书涉及的技术领域中的公知常识的一部分。
纵观本说明书及随附的权利要求，除非上下文需要，否则词语“包括”及变体如“包含”以及“含有”将被理解为暗示包括所描述的整体或步骤或者整体或步骤的群组，但不排除任何其他整体或步骤或者整体或步骤的群组。

Claims (21)

1.一种用于车辆的多传动比自动变速器，该变速器具有单个行星齿轮组、多个摩擦元件和控制系统，所述摩擦元件用于在所述变速器的输入与输出之间以不同配置方式耦连所述行星齿轮组的部件以实现多个正向驱动传动比，所述控制系统用于以不同组合选择性地接合/脱离所述摩擦元件以实现传动比的选择，其中，所述摩擦元件包括安装在所述输入和所述行星齿轮组之间的第一离合器和第二离合器，并且其中，在每个正向驱动传动比中动力流是从所述输入经由所述第一离合器和所述第二离合器中的仅一个或两者传递到所述行星齿轮组。
2.如权利要求1所述的多传动比自动变速器，其中，所述第一离合器的输出直接耦连于所述行星齿轮组的齿轮架，从而所述第一离合器的输出的旋转导致所述齿轮架的旋转。
3.如权利要求1或2所述的多传动比自动变速器，其中，所述第二离合器的输出直接耦连于所述行星齿轮组的恒星齿轮，从而所述第二离合器的输出的旋转导致所述恒星齿轮的旋转。
4.如权利要求3所述的多传动比自动变速器，其中，所述恒星齿轮是该行星齿轮组的前恒星齿轮。
5.如权利要求1至4中任一项所述的多传动比自动变速器，其中，所述行星齿轮组的环形齿轮直接耦连于所述变速器的输出，从而所述环形齿轮的旋转导致所述变速器的输出的旋转。
6.如权利要求5所述的多传动比自动变速器，其中，所述变速器的输出呈现为固定到所述环形齿轮上的输出齿轮，并且所述输出齿轮直接耦连于小齿轮轴，所述小齿轮轴进一步直接旋转耦连于所述车辆的差速器。
7.如权利要求1至6中任一项所述的多传动比自动变速器，其中，所述第二离合器被嵌套在所述第一离合器内，从而第二离合器在形成于所述第一离合器的输入与输出部分之间的腔室内旋转。
8.如权利要求1至7中任一项所述的多传动比自动变速器，其包括安装在所述行星齿轮组之后的第三离合器，其中，所述变速器的反向驱动传动比中的动力流是从所述变速器的输入经过所述第三离合器传递到所述行星齿轮组。
9.如权利要求1至8中任一项所述的多传动比自动变速器，其包括第一制动离合器和第二制动离合器，其中，所述第一制动离合器被布置为朝向所述变速器的壳体制动所述行星齿轮组的所述齿轮架，并且所述第二制动离合器被布置为朝向所述变速器的所述壳体制动所述行星齿轮组的后恒星齿轮。
10.如权利要求1至9中任一项所述的多传动比自动变速器，其包括单向离合器，其中，所述单向离合器被布置为允许所述齿轮架相对于所述变速器的所述壳体仅在一个方向上的旋转，从而所述单向离合器的旋转防止所述变速器在至少一个正向驱动状态中提供从输入到输出的制动，并且所述单向离合器在其他档位状态中被旁通以允许从输入到输出的制动。
11.如权利要求1至10中任一项所述的多传动比自动变速器，其中，当在第一传动比的第一档位状态中，所述第二离合器接合，所述第一制动离合器接合并且其他摩擦元件脱离。
12.如权利要求11所述的多传动比自动变速器，其中，当在所述第一传动比的可替换状态中，所述第二离合器接合并且其他摩擦元件脱离。
13.如权利要求12所述的多传动比自动变速器，其中，对于所述变速器的第二传动比，所述第二离合器接合，所述第二制动离合器接合并且其他摩擦元件脱离。
14.如权利要求13所述的多传动比自动变速器，其中，对于所述变速器的第三传动比，所述第一离合器和所述第二离合器接合并且其他摩擦元件脱离。
15.如权利要求14所述的多传动比自动变速器，其中，对于所述变速器的第四传动比，所述第一离合器接合、所述第二制动离合器接合并且其他摩擦元件脱离。
16.如权利要求14所述的多传动比自动变速器，其中，对于所述变速器的倒档传动比，所述第三离合器接合、所述第一制动离合器接合并且其他摩擦元件脱离。
17.如权利要求16所述的多传动比自动变速器，其中，对于所述变速器的被选择空档情况，没有摩擦元件接合。
18.如权利要求1至17中任一项所述的多传动比自动变速器，其中，所述第一离合器是安装在所述变速器的主壳体中的最前部件。
19.如权利要求18所述的多传动比自动变速器，其中，所述变速器的所述主壳体位于扭矩转换器之后，该扭矩转换器将所述变速器的输入耦连到所述车辆的发动机上。
20.如权利要求18所述的多传动比自动变速器，其中，所述变速器的输入经由两速分离器、仅阻尼器或者发动离合器耦连到所述车辆的发动机上。
21.一种用于车辆的多传动比自动变速器，其大致如在说明书中参考附图所描述的那样。
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