CN101932852A - 自动变速器 - Google Patents

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Abstract

一种自动变速器，包括含有第一至第三旋转元件的第一行星齿轮组；含有第四至第六旋转元件的第二行星齿轮组；含有第六至第九旋转元件的第三行星齿轮组；与所述第一旋转元件恒定连接的输入轴；与所述第二旋转元件恒定连接的输出轴；和至少5个摩擦元件，所述摩擦元件包括：能锁止所述第八旋转元件的旋转的第一摩擦元件、配置成将所述第二旋转元件与所述第五旋转元件有选择地连接的第二摩擦元件、配置成将所述第二旋转元件与由所述第六和第七旋转元件限定的第二旋转构件有选择地连接的第三摩擦元件、配置成将所述第五旋转元件与所述第八旋转元件有选择地连接的第四摩擦元件和配置成将所述第一旋转元件与所述第五旋转元件有选择地连接的第五摩擦元件。所述自动变速器通过同时接合从所述5个摩擦元件中选定的两个摩擦元件而实现至少7种前进速比和一种倒行速比每一种。

Description

自动变速器
技术领域
本发明涉及用作车辆变速器的步进式自动变速器。
背景技术
作为利用三个行星齿轮组实现7种前进速度(前进速比)的自动变速器，例如在专利文件1和专利文件2中公开的技术是已知的。专利文件1公开了一种自动变速器，这种自动变速器利用6个摩擦元件和3个单行星轮类型的行星齿轮组(single-pinion-type planetary gear set)实现了7种前进速度。单行星轮类型的行星齿轮组的优势在于传动效率、齿轮噪音以及耐久性，并且不需要减小行星轮的直径。此外，采用类似方式，专利文件2公开了一种自动变速器，该自动变速器采用5个摩擦元件和3个单行星轮类型的行星齿轮组实现了6种前进速度到8种前进速度。
专利文件1：日本专利申请公开No.2004-176765
专利文件2：美国专利No.6514170，图11a，图11b
发明内容
针对专利文件1中公开的技术，问题在于摩擦元件的数量较大，所以增大了部件数目并且加大了轴向尺度，原因是需要至少6个摩擦元件来实现7种前进速度。
针对专利文件2公开的技术，优势在于较之专利文件1减少了部件数目，因为用来实现6种到8种前进速度的摩擦元件数目为5，比专利文件1中小。但是，专利文件2的图11a所示的自动变速器无法将前进第一速度的速比(减速齿比)和倒行第一速度的速比之间的比率(倒行第一速度的速比/前进第一速度的速比，以下称为“1-R”比率)设定在适当值，如专利文件2中的图11b所示。因此，存在以下问题。
在1-R比率无法设置为适当值的情况下，即例如，在1-R比率为较小值的情况下，在前进第一速度之时和倒行第一速度之时之间，输出扭矩相对于加速器开度显著不同。在前进和倒行之间，车辆加速感觉相对于加速器踏板踏压调节显著不同的情况下，问题在于驱动能力变差，原因是在启动车辆时，需要使用前进第一速度和倒行第一速度每一种。此外，例如，如果齿比设置成获得前进第一速度的适当速比，则倒行第一速度的速比将变小。在这种情况下，在倒行时无法产生充足的扭矩，除非加速器开度加大。另一方面，如果齿比设置成获得倒行第一速度的适当速比，则前进第一速度的速比将比所需的齿比更大，使得在频繁使用前进过程中，燃料经济性和驱动能力变差。
发明内容本发明的目标是提供一种自动变速器，所述自动变速器可以利用3个简单行星齿轮组和5个摩擦元件实现7种前进速度和/或8种前进速度，特别是，可以缩小前进第一速度时相对于加速器踏板踏压的输出扭矩与倒行第一速度时相对于加速器踏板踏压的输出扭矩之间的差异。
符合本发明一个方面的自动变速器包括：第一行星齿轮组，所述第一行星齿轮组包括第一旋转元件、第二旋转元件和第三旋转元件；第二行星齿轮组，所述第二行星齿轮组包括恒定锁止的第四旋转元件、第五旋转元件和第六旋转元件；第三行星齿轮组，所述第三行星齿轮组包括与所述第六旋转元件相连以限定第二旋转构件的第七旋转元件、第八旋转元件和与所述第三旋转元件相连以限定第一旋转构件的第九旋转元件；与所述第一旋转元件恒定连接的输入轴；与所述第二旋转元件恒定连接的输出轴；和至少5个摩擦元件，所述摩擦元件包括能锁止所述第八旋转元件的旋转的第一摩擦元件、配置成将所述第二旋转元件与所述第五旋转元件有选择地连接的第二摩擦元件、配置成将所述第二旋转元件与所述第二旋转构件有选择地连接的第三摩擦元件、配置成将所述第五旋转元件与所述第八旋转元件有选择地连接的第四摩擦元件和配置成将所述第一旋转元件与所述第五旋转元件有选择地连接的第五摩擦元件，其中所述自动变速器配置成通过同时接合从所述5个摩擦元件中选定的两个摩擦元件而实现1种倒行速比和所述至少7种前进速比中的每一种。
附图说明
图1是示出符合第一实施方式的自动变速器的架构图；
图2是示出符合第一实施方式的自动变速器中摩擦元件的接合表的具体示例以及它们的减速齿比的图形；
图3是示出符合第一实施方式的第一改型示例的架构图；
图4是示出符合第一实施方式的第二改型示例的自动变速器的架构图；
图5是示出符合第二实施方式的自动变速器中摩擦元件的接合表的具体示例以及它们的减速齿比的图形；
图6是示出符合第三实施方式的自动变速器中摩擦元件的接合表的具体示例以及它们的减速齿比的图形；
图7是示出符合第四实施方式的自动变速器的架构图；
图8是示出符合第四实施方式的自动变速器中的摩擦元件的接合表的图形；
图9是示出符合第四实施方式的自动变速器中的减速齿比的具体示例的图形；
图10是符合第四实施方式的自动变速器中的减速齿比图谱，其中绘制了用于各前进速度的减速齿比；
图11是示出符合第四实施方式和专利文件3的各档位的整合空转速率的图形；
图12是示出符合第五实施方式的自动变速器的架构图。
具体实施方式
以下将解释符合本发明的步进式自动变速器的各实施方式。
第一实施方式
首先，将解释步进式(多步式)自动变速器。图1是示出符合第一实施方式的步进式自动变速器的换档机构的简略视图。图2是示出符合第一实施方式的自动变速器中，摩擦元件接合表的具体示例以及它们的减速齿比(减速率)。
第一实施方式中的自动变速器包括第一星形齿轮组PG1、第二行星齿轮组PG2和第三行星齿轮组PG3，作为传动链，如图1所示。这三个行星齿轮组PG1、PG2和PG3每一个都是单行星轮类型(single-pinion type)。第一行星齿轮组PG1包括第一中心齿轮(sun gear)S1、第一齿圈R1、和与第一中心齿轮S1和第一齿圈R1接合或啮合的第一行星轮P1。第二行星齿轮组PG2包括第二中心齿轮S2、第二齿圈R2、和与第二中心齿轮S2与第二齿圈R2接合的第二行星轮P2。第三行星齿轮组PG3包括第三中心齿轮S3、第三齿圈R3、和与第三中心齿轮S3与第三齿圈R3接合的第三行星轮P3。第一、第二和第三行星轮P1至P3分别相对于第一行星架PC1、第二行星架PC2和第三行星架PC3被旋转支撑。
输入轴IN与第一中心齿轮S1恒定连接。输出轴OUT与第一行星架PC1恒定连接。第二中心齿轮S2恒定锁止(或固定)到变速器壳体1。第一齿圈R1借助第一旋转构件M1恒定连接到第三齿圈R3。第二齿圈R2借助第二旋转构件M2恒定连接到第三中心齿轮S3。
自动变速器进一步包括一个制动器，该制动器是摩擦元件A；和4个离合器，所述离合器是第二至第五摩擦元件B、C、D和E。第一摩擦元件A设置在第三行星架PC3和变速器壳体1之间，并有选择地相对于变速器壳体1锁止(停止)第一行星架PC1的旋转。第二摩擦元件B设置在第一行星架PC1和第二行星架PC2之间，并有选择地连接第一行星架PC1与第二行星架PC2。第三摩擦元件C设置在第一行星架PC1和第二齿圈R2之间，并有选择地连接第一行星架PC1与第二齿圈R2。第四摩擦元件D设置在第二行星架PC2和第三行星架PC3之间，并有选择地连接第二行星架PC2与第三行星架PC3。第五摩擦元件E设置在第一中心齿轮S1和第二行星架PC2之间，并有选择地连接第一中心齿轮S1与第二行星架PC2。
输出轴OUT设置有输出齿轮等部件，从而将旋转驱动力通过差速齿轮和驱动轴传递到驱动轮，驱动轮在图中未示出。在第一实施方式的情况下，由于输出轴OUT的外圆周没有被其他构件等阻挡，所以自动变速器适用于FF型车辆和FR型车辆。
摩擦元件在各档位(换档步骤)下的接合(连接)关系将在以下参照图2所示的接合表(对于各档位的这些接合关系通过换档控制部分或装置来实现)来解释。在图2所示的表中，符号O表示接合(接合状态)，而空白表示脱开(释放状态)。
首先，解释前进时的状态。第一速度(第一速比)通过接合第一摩擦元件A与第二摩擦元件B来实现。第二速度通过接合第一摩擦元件A与第三摩擦元件C来实现。第三速度通过接合第一摩擦元件A与第四摩擦元件D来实现。第四速度通过接合第三摩擦元件C与第四摩擦元件D来实现。第五速度通过接合第二摩擦元件B与第四摩擦元件D来实现。第六速度通过接合第四摩擦元件D与第五摩擦元件E来实现。第七速度通过接合第二摩擦元件B与第五摩擦元件E来实现。第八速度通过结合第三摩擦元件C与第五摩擦元件E来实现。接着，倒行速度通过接合第一摩擦元件A与第五摩擦元件E来实现。
接着，将参照图2解释符合第一实施方式的减速齿比的具体示例。以下解释内容在如下情况下给出：第一星行星齿轮组PG1的齿比ρ1＝ZS1/ZR1等于0.5(ρ1＝ZS1/ZR1＝0.5)；第二行星齿轮组PG2的齿比ρ2＝ZS2/ZR2等于0.55(ρ2＝ZS2/ZR2＝0.55)；第三行星齿轮组PG3的齿比ρ3＝ZS3/ZR3等于0.55(ρ3＝ZS3/ZR3＝0.55)。其中ZS1、ZS2、ZS3、ZR1、ZR2和ZR3表示对应齿轮的齿数。
前进时的第一速度的减速比i1由方程i1＝(1+ρ1+ρ3+ρ2ρ3)/ρ1来表示。通过给该方程赋予具体数值，前进第一速度的减速齿比计算为i1＝4.705。减速齿比i1的倒数等于0.213。
前进时的第二速度的减速比i2由方程i2＝(1+ρ1+ρ3)/ρ1来表示。通过给该方程赋予具体数值，前进第二速度的减速齿比计算为i2＝4.100。减速齿比i2的倒数等于0.244。
前进时的第三速度的减速比i3由方程i3＝(1+ρ1)/ρ1来表示。通过给该方程赋予具体数值，前进第三速度的减速齿比计算为i3＝3.000。减速齿比i3的倒数等于0.333。
前进时的第四速度的减速比i4由方程i4＝(ρ1+ρ3)/ρ1来表示。通过给该方程赋予具体数值，前进第四速度的减速齿比计算为i4＝2.100。减速齿比i4的倒数等于0.476。
前进时的第五速度的减速比i5由方程i5＝(ρ1+ρ2ρ3)/ρ1来表示。通过给该方程赋予具体数值，前进第五速度的减速齿比计算为i5＝1.605。减速齿比i5的倒数等于0.623。
前进时的第六速度的减速比i6由方程i6＝(1+ρ1)/(1+ρ1-ρ2ρ3)来表示。通过给该方程赋予具体数值，前进第六速度的减速齿比计算为i6＝1.253。减速齿比i6的倒数等于0.798。
前进时的第七速度的减速比i7由方程i7＝1.0来表示。不需要给该方程赋予具体数值，前进第七速度的减速齿比等于1.000。减速齿比i7的倒数等于1.000。
前进时的第八速度的减速比i8由方程i8＝1/(1+ρ2)来表示。通过给该方程赋予具体数值，前进第八速度的减速齿比计算为i8＝0.645。减速齿比i8的倒数的倒数等于1.550。
倒行速度的减速齿比由以下方程表示：iR＝-(1+ρ1)/(ρ3(1+ρ2)-ρ1)。通过给该方程赋予具体数值，倒行速度的减速齿比iR计算为iR＝-4.255。倒行齿比iR的倒数为-0.235。
第一实施方式的有益效果
结构架构作为整体的效果
在第一实施方式中，能实现8种前进速度和1种倒行速度的自动变速器可以在保证正确减速齿比的情况下实现，虽然自动变速器由数量有限的简单构成元件构成，即3个简单行星齿轮组和5个摩擦元件。
采用三个简单行星齿轮组带来的效果
由于使用三组简单行星齿轮(3个单行星轮形式的行星齿轮组)，较之使用双行星轮(双行星轮形式行星齿轮组)的情况，齿轮噪音和传动效率得以改善。此外，由于在该实施方式中不需要减小行星轮直径，所以齿轮耐久性提高。
建立在齿比基础上的效果
在各行星齿轮组中的全部齿比ρ1、ρ2和ρ3都接近中值0.5。因此，通过自由设置三个齿比而获得的可能范围较宽，以便减速齿比的自由度可以更高。
建立在减速齿比基础上的效果
在该实施方式中，第八速度的减速齿比特意设置在较小值。换句话说，第七速度减速齿比和第八速速减速齿比之间的比率(第七速度减速齿比与第八速度减速齿比之间的比率)设置成大于任何其他相邻两个速度的减速齿比之间的比率。因此，在定速低扭矩运行时，例如在高速公路上运行时，内燃机的转速可以显著降低。因此，可以改善安静属性以及燃料经济性。
建立在前进时的比率覆盖范围基础上的效果
前进时齿比覆盖范围(齿比宽度)定义为最低速度(最低档位)的减速齿比除以最高速度(最高档位)的减速齿比获得的值，即最低速度减速齿比/最高速度减速齿比。可以说，在车辆启动时刻的加速性能与车辆高速巡航时刻的燃料经济性之间的相容性变得更好，而且在各前进速度时设置齿比值的自由度也变得更高，因为齿比覆盖范围的值变得更大。在第一实施方式中，作为具体数值，前进第一速度的减速齿比等于4.705，而前进第八速度的减速齿比等于0.645。在该实施方式中，从第一速度到第八速度的齿比覆盖范围等于7.29，因此可以保证充分的齿比覆盖范围。因此，例如，符合第一实施方式的自动变速器作为装备柴油机作为动力源的车辆的变速器也有效用，虽然柴油机的转速宽度较之汽油机的转速宽度狭窄，并且柴油机的扭矩较之具有相同发动机排量的汽油机更大。
建立在1-R比率基础上的效果
1-R比率值接近1，具体来说，等于0.904。因此，相对于加速器踏板按压调节而言，车辆加速感在前进和倒行之间不会发生显著变化。因此，可以避免驱动能力变差的问题。
建立在换挡时摩擦元件之间切换次数上的效果
如果在换挡时，释放一个或更多个摩擦元件而接合两个或更多个摩擦元件，或者如果在换挡时，释放两个或更多个摩擦元件并接合一个或更多个摩擦元件，则扭矩控制以及接合与释放摩擦元件的时序控制将变得复杂。因此，从避免换档控制复杂化的角度来说，优选在换挡时释放一个摩擦元件而接合另一个摩擦元件。就是说，优选避免所谓的双重切换(double-changeover)。在第一实施方式中，在前进第一速度到前进第三速度之间的换挡是在第一摩擦元件A保持接合状态的情况下进行。此外，在前进第三速度到前进第六速度之间的换挡是在第四摩擦元件D保持接合状态的情况下进行。此外，在前进第六速度到前进第八速度之间的换档是在第五摩擦元件E保持接合状态的情况下进行。就是说，在前进第一速度到第八速度之中，相邻两个档位(相邻两个速比)之间的每次换挡可以通过释放一个摩擦元件并结合一个摩擦元件来实现。此外，在前进第一速度到第八速度当中，每一次跳一档换档(跳一个速比换档)可以通过释放一个摩擦元件并接合一个摩擦元件来实现。因此，在前进时，全部相邻换档和全部跳一档换档每一次都通过从一个摩擦元件切换到另一个摩擦元件来进行。因此，可以防止换挡过程中的控制复杂化。
建立在布局基础上的效果
(i)在符合第一实施方式的自动变速器中，第一和第四摩擦元件A和D集中(集合)设置在三个行星齿轮组的输入轴侧，如图1中的构架图所示。采用相同方式，第二、第三和第五摩擦元件B、C和E也集中设置。就是说，接合压力等等需要提供给相应的离合器和制动器，并且当然就需要为所述接合压力从固定构件提供油料供应通道。由于在该实施方式中，各摩擦元件集中布置，所以从形成有油料通道的固定壁部到每个摩擦元件的距离可以大约相等或缩短。因此，油料通道的布线容易获得优良的可控性。
(ii)此外，经过行星齿轮组外周边(外圆周)侧的旋转构件仅仅是第一旋转构件M1，即形成单层结构，如图1中的架构图所示。通常，在自动变速器中，润滑油总是供应给各旋转构件，诸如齿轮、轴承等等，用来冷却和润滑。润滑油一般从变速器的轴中心侧借助离心力供应。此时，如果润滑油的排出效率(恢复性能)在行星齿轮组的外周边侧变差，则油温会升高，以使摩擦元件、轴承构件(未示出)等等的耐久性降低。由于如上所述，经过行星齿轮组外周边侧的旋转构件在第一实施方式中形成单层结构，所以润滑油的排出效率不会变差，所以可以抑制温度升高，以改善耐久性。
(iii)符合第一实施方式的自动变速器可以设计成允许扭矩输入到行星齿轮组的一侧，然后从行星齿轮组的另一侧输出。因此，符合第一实施方式的自动变速器适用于前轮驱动的车辆(以下称为FF车辆)和后轮驱动的车辆(以下称为FR车辆)，即可以广泛地应用。
(第一改型示例)
接下来，解释符合本发明的第一实施方式的第一改型示例。由于第一改型示例的基本结构与上述改型前的结构相同，所以现在仅解释第一改型示例不同于上述改型前示例的结构部分。
图3是示出第一改型示例的架构图。在上述改型前的示例中，公开了具有第一行星齿轮组PG1、第二行星齿轮组PG2和第三行星齿轮组PG3的三个单行星轮行星齿轮组作为传动链依次从输出侧起设置(第一行星齿轮组PG1、第二行星齿轮组PG2、第一行星齿轮组PG3)。与此相反，在第一改型示例中，三个行星齿轮组从输出侧起按照以下次序设置：第一行星齿轮组PG1、第三行星齿轮组PG3、第二行星齿轮组PG2。
各摩擦元件的位置关系，各旋转构件的连接关系以及在各档位时摩擦元件的接合关系全部与改型前的示例相同。换句话说，在改型前的示例与第一改型示例之间，第二行星齿轮组PG2和第三行星齿轮组PG3简单地彼此互换位置。因此，在第一改型示例中，除了在第一实施方式的改型前示例中提到的效果之外，还可以获得以下有益效果。
根据第一改型示例的有益效果
在第一改型示例中，不存在经过位于自动变速器输出侧的行星齿轮组的外周边侧的构件，即不存在经过第一行星齿轮组PG1外周边侧的构件。因此，自动变速器的输出侧直径可以减小。输出侧直径减小显著改善了相对于车辆的安装属性，特别是在用作FR车辆的变速器的情况下。
(第二改型示例)
接下来，解释第一实施方式的第二改型示例。由于第二改型示例的基本结构与上述第一实施方式的改型前示例的结构相同，所以现在仅解释第二改型示例不同于上述改型前示例的结构部分。
图4是示出第二改型示例的架构图。在上述改型前的示例中，公开了由第一行星齿轮组PG1、第二行星齿轮组PG2和第三行星齿轮组PG3构成的三个单行星轮形式行星齿轮组作为传动链依次从输出轴侧设置(第一行星齿轮组PG1、第二行星齿轮组PG2、第三行星齿轮组PG3)。与此相反，在第二改型示例中，三个行星齿轮组从输出侧按照以下顺序设置：第二行星齿轮组PG2、第三行星齿轮组PG3、第一行星齿轮组PG1。虽然第二改型示例中的排列顺序类似于第一改型示例，但是接合元件B、C和E设置在超过第一行星齿轮组PG1的输入轴侧，与第一改型示例不同。要注意，图4示出了输入轴和输出轴的位置与第一改型示例的图1相反。
各摩擦元件的位置关系、各旋转构件的连接关系以及在各档位下摩擦元件的接合关系全部与改型前的示例相同。而且在第二改型示例中，可以实现类似于上述第一实施方式的改型前示例中提及的效果。
第二实施方式
接下来，将解释符合本发明的第二实施方式。在第二实施方式中，采用第一实施方式的改型前的示例中的自动变速器，实现了7种前进速度和1种倒行速度。
在各档位下的摩擦元件的接合(连接)关系以下参照图5中的接合表(各档位的接合关系通过换档控制部分或装置来实现)进行解释。在图5的表中，符号O表示接合，而空白表示脱开。
首先，解释前进时的状态。第一速度通过接合第一摩擦元件A与第二摩擦元件B来实现。第二速度通过接合第一摩擦元件A与第三摩擦元件C来实现。第三速度通过接合第一摩擦元件A与第四摩擦元件D来实现。第四速度通过接合第三摩擦元件C与第四摩擦元件D来实现。第五速度通过接合第二摩擦元件B与第四摩擦元件D来实现。第六速度通过接合第四摩擦元件D与第五摩擦元件E来实现。第七速度通过接合第二摩擦元件B与第五摩擦元件E来实现。倒行速度通过接合第一摩擦元件A与第五摩擦元件E来实现。
第二实施方式中的齿比覆盖范围等于4.705，而1-R比率等于0.904。因此，可以实现类似于第一实施方式的有益效果。但是，建立在齿比覆盖范围上的效果相对于第一实施方式有所减弱，因为第二实施方式的齿比覆盖范围较之第一实施方式更小。此外，由于在第一实施方式中示出的第八速度并不存在，所以无法实现上述建立在减速齿比基础上的优势。要注意，通过采用第一实施方式的第一改型示例中的结构可以实现第二实施方式。
第三实施方式
接下来，将解释符合本发明的第三实施方式。在第三实施方式中，通过采用第一实施方式的改型前的示例中的自动变速器，实现了7种前进速度和1种倒行速度。
在各档位下的摩擦元件的接合(连接)关系以下参照图6中的接合表(各档位的接合关系通过换档控制部分或装置来实现)进行解释。在图6的表中，符号O表示接合，而空白表示脱开。
首先，解释前进时的状态。第一速度通过接合第一摩擦元件A与第三摩擦元件C来实现。第二速度通过接合第一摩擦元件A与第四摩擦元件D来实现。第三速度通过接合第三摩擦元件C与第四摩擦元件D来实现。第四速度通过接合第二摩擦元件B与第四摩擦元件D来实现。第五速度通过接合第四摩擦元件D与第五摩擦元件E来实现。第六速度通过接合第二摩擦元件B与第五摩擦元件E来实现。第七速度通过接合第三摩擦元件C与第五摩擦元件E来实现。倒行速度通过接合第一摩擦元件A与第五摩擦元件E来实现。
第三实施方式中的齿比覆盖范围等于6.357，而1-R比率等于1.04。因此，可以实现类似于第一实施方式的有益效果。但是，建立在齿比覆盖范围上的效果相对于第一实施方式有所减弱，因为第三实施方式的齿比覆盖范围较之第一实施方式更小。此外，由于在第一实施方式中的1-R比率较之第一实施方式更接近1，所以建立在1-R比率基础上的效果较之第一实施方式更好。要注意，通过采用第一实施方式的第一改型示例中的结构可以实现第三实施方式。
第四实施方式
首先，将要解释一种结构。图7是架构图，示出了符合第四实施方式的步进式自动变速器的换挡机构。图8是符合第四实施方式的自动变速器中的摩擦元件的接合表。图9是减速齿比的具体示例。图10是减速齿比图谱，其中绘制了用于各前进速度的减速齿比。
第四实施方式中的自动变速器包括前部行星齿轮组PGFR(第一行星齿轮组)、中部行星齿轮组PGMID(第二行星齿轮组)和后部行星齿轮组PGRR(第三行星齿轮组)，作为传动链，如图7所示。这三个行星齿轮组PGFR、PGMID和PGRR每一个都是单行星轮形式。前部行星齿轮组PGFR包括前部中心齿轮FR-S(第一旋转元件)、前部齿圈FR-R(第三旋转元件)和与前部中心齿轮FR-S与前部齿圈FR-R接合或啮合的前部行星轮FR-P。中部行星齿轮组PGMID包括中部中心齿轮MID-S(第四旋转元件)、中部齿圈MID-R(第六旋转元件)和与中部中心齿轮MID-S与中部齿圈MID-R接合的中部行星轮MID-P。后部行星齿轮组PGRR包括后部中心齿轮RR-S(第七旋转元件)、后部齿圈RR-R(第九旋转元件)和与后部中心齿轮RR-S与后部齿圈RR-R接合的后部行星轮RR-P。前部行星轮FR-P、中部行星轮MID-P和后部行星轮RR-P分别相对于前部行星架FR-PC(第二旋转元件)、中部行星架MID-PC(第五旋转元件)和后部行星架RR-PC(第八旋转元件)旋转支撑。
输入轴IN与后部中心齿轮RR-S恒定连接(或接合)。输出轴OUT与后部行星架RR-PC恒定连接。前部中心齿轮FR-S恒定锁止或固定到变速器壳体1。中部齿圈MID-R通过第一旋转构件M1与后部齿圈RR-R恒定连接。前部齿圈FR-R通过第二旋转构件M2与中部中心齿轮MID-S恒定连接。
所述自动变速器进一步包括一个制动器，所述制动器是第一摩擦元件(低速和倒行制动器)A；和5个离合器，所述离合器是第二摩擦元件(146离合器)B、第三摩擦元件(38离合器)C、第四摩擦元件(中部离合器)D、第五摩擦元件(高速和倒行离合器)E以及第六摩擦元件(7离合器)F。
第一摩擦元件A设置在中部行星架MID-PC和变速器壳体1之间，并有选择地锁止(停止)中部行星架MID-PC相对于变速器壳体1的旋转。第二摩擦元件B设置在前部行星架FR-PC和后部行星架RR-PC之间，并有选择地连接前部行星架FR-PC与后部行星架RR-PC。第三摩擦元件C设置在前部齿圈FR-R和后部行星架RR-PC之间，并有选择地连接前部齿圈FR-R与后部行星架RR-PC。第四摩擦元件D设置在前部行星架FR-PC和中部行星架MID-PC之间，并有选择地连接前部行星架FR-PC与中部行星架MID-PC。第五摩擦元件E设置在前部行星架FR-PC与后部中心齿轮RR-S之间，并有选择地连接前部行星架FR-PC与后部中心齿轮RR-S。第六摩擦元件F设置在前部齿圈FR-R和中部行星架MID-PC之间，并有选择地连接前部齿圈FR-R与中部行星架MID-PC。
输出轴OUT设置有输出齿轮等部件，从而通过差速齿轮和驱动轴向驱动轮传递旋转驱动力，驱动轮未示出。在第四实施方式的情况下，由于输出轴OUT的外周边不受其他部件等的阻挡，所以该实施方式中的自动变速器适用于FF车辆和FR车辆两者。
下面参照图8中的接合表(用于各档位的这些接合关系通过换档控制部分或装置来实现)解释在各档位下的摩擦元件的接合(连接)关系。在图8中，符号O表示接合，而空白表示脱开。
首先，解释前进时的状态。第一速度通过接合第一摩擦元件A与第二摩擦元件B来实现。第二速度通过接合第一摩擦元件A与第四摩擦元件D来实现。第三速度通过接合第三摩擦元件C与第四摩擦元件D来实现。第四速度通过接合第二摩擦元件B与第四摩擦元件D来实现。第五速度通过接合第四摩擦元件D与第五摩擦元件E来实现。第六速度通过接合第二摩擦元件B与第五摩擦元件E来实现。第七速度通过接合第五摩擦元件E与第六摩擦元件F来实现。第八速度通过接合第三摩擦元件C与第五摩擦元件E来实现。倒行速度通过接合第一摩擦元件A与第五摩擦元件E来实现。
接着，将参照图9解释符合第四实施方式的减速齿比的具体示例。以下解释内容在如下情况下给出：前部行星齿轮组PGFR的齿比ρFR＝ZFR-S/ZFR-R等于0.5(ρFR＝ZFR-S/ZFR-R＝0.5)；中部行星齿轮组PGMID的齿比ρMID＝ZMID-S/ZMID-R等于0.53(ρMID＝ZMID-S/ZMID-R＝0.53)；后部行星齿轮组PGRR的齿比ρRR＝ZRR-S/ZRR-R等于0.45(ρRR＝ZRR-S/ZRR-R＝0.45)。其中ZFR-S、ZMID-S、ZRR-S、ZFR-R、ZMID-R和ZRR-R表示对应齿轮的齿数。
前进时的第一速度的减速比i1由方程i1＝(1+ρRR+ρMID+ρMIDρFR)/ρRR来表示。通过给该方程赋予具体数值，向前第一速度的减速齿比计算为i1＝5.00。减速齿比i1的倒数等于0.20。
前进时的第二速度的减速比i2由方程i2＝(1+ρRR)/ρRR来表示。通过给该方程赋予具体数值，向前第二速度的减速齿比计算为i2＝3.22。减速齿比i2的倒数等于0.31。
前进时的第三速度的减速比i3由方程i3＝(ρRR+ρFR+ρFRρRR+ρMIDρFR)/(ρRR(1+ρFR))来表示。通过给该方程赋予具体数值，向前第三速度的减速齿比计算为i3＝2.13。减速齿比i3的倒数等于0.47。
前进时的第四速度的减速比i4由方程i4＝(ρRR+ρMIDρFR)/ρRR来表示。通过给该方程赋予具体数值，向前第四速度的减速齿比计算为i4＝1.59。减速齿比i4的倒数等于0.63。
前进时的第五速度的减速比i5由方程i5＝(1+ρRR)/(1+ρRR-ρMIDρFR)来表示。通过给该方程赋予具体数值，向前第五速度的减速齿比计算为i5＝1.23。减速齿比i5的倒数等于0.81。
前进时的第六速度的减速比i6由方程i6＝1.0来表示。不需要给该方程赋予具体数值，前进第六速度的减速齿比的倒数等于1.0。减速齿比i6的倒数等于1.0。
前进时的第七速度的减速比i7由方程i7＝(1+ρRR)/(1+ρRR+ρFR)来表示。通过给该方程赋予具体数值，向前第七速度的减速齿比计算为i7＝0.74。减速齿比i7的倒数等于1.34。
前行进时的第八速度的减速比i8由方程i8＝1/(1+ρFR)来表示。通过给该方程赋予具体数值，向前第八速度的减速齿比计算为i8＝0.67。减速齿比i8的倒数等于1.50。
倒行速度的减速齿比由以下方程表示：iR＝-(1+ρRR)/(ρMID+ρMIDρFR-ρRR)。通过给该方程赋予具体数值，倒行速度的减速齿比iR计算为iR＝-4.12。减速齿比iR的倒数为-0.24。
图10是减速齿比的图谱，其中绘制了用于各前进速度的减速齿比。如图10所示，随着档位升高到高速侧，减速齿比以几何级数减小。因此，实现了协调换档，而不会有在根据车速进行换挡时的不舒服感觉(strangeness)。
[第四实施方式实现的有益效果]
建立在整合空转速率基础上的效果
被释放的摩擦元件相对转速与变速器输入转速的比率定义为空转速率(表示相对转速幅度与输入转速幅度的参数，将输入转速幅度当作“1”)。处于被释放状态的各摩擦元件的空转速率对于每个档位整合。以下，在每个档位下的该整合值称为“整合空转速率”。整合空转速率可以用于评价在每个档位时，变速器中的摩擦元件的相对转速程度。一般来说，利用该整合空转速率，可以大致判断出燃料经济性正确与否，因为摩擦元件的马力损耗趋向于随着其相对转速升高而增大。特别是，在输入转速相对较低时，或者在处于释放状态的摩擦元件当中的制动器的数目较大时，这种趋势变得明显。
作为比较示例，在专利文件3(WO2005/026579，参见图3)中公开的自动变速器的情况下，将三行行星齿轮组的各齿比当作α1＝0.463、α2＝0.459和α3＝0.405，对每个档位计算整合空转速率。图11是示出了各档位时整合空转速率的视图。如图11中的符号▲所示，在专利文件3中公开的自动变速器的情况下，存在的问题是整合空转速率较高，从而在频繁使用前进档位时，使燃料经济性变差。
如图11中的符号●所示，在符合本发明的第四实施方式的自动变速器的情况下，在频繁使用的前进档位时，与专利文件3中的情况相比，整合空转速率较低。因此，主要在低速区域可以提高燃料经济性。
作为结构架构整体实现的效果
在第四实施方式中，可以在保证减速齿比正确的情况下实现能获得8种前进速度和1种倒行速度的自动变速器，虽然自动变速器以数量有限的简单构成元件构造，即三个简单行星齿轮组和6个摩擦元件。
使用三个简单行星齿轮组带来的效果
由于使用三个简单行星齿轮组，较之使用双行星轮(双行星轮形式行星齿轮组)的情况而言，抑制了齿轮噪音加剧。此外，由于在该实施方式中，行星轮直径不需要减小，所以可以抑制齿轮耐久性恶化。此外，齿轮组的外直径可以减小，以便变速器的直径可以缩小。
建立在齿比基础上的效果
各行星齿轮组的全部齿比ρ1、ρ2和ρ3都接近中值0.5。因此，通过自由设置三个齿比所获得的可能范围较宽，以便减速齿比的自由度可以变大。
建立在前进齿比覆盖范围基础上的效果
前进齿比覆盖范围(齿比宽度)定义为最低速度(档位)减速齿比除以最高速度(档位)减速齿比获得的值，即最低速度减速齿比/最高速度减速齿比。可以说，针对各前进速度设置齿比的自由度随着齿比覆盖范围值变大而变大。在第四实施方式中，作为具体数值，前进第一速度的减速齿比等于5.00，而前进第八速度的减速齿比等于0.67。在该实施方式中，从第一速度到第八速度的齿比覆盖范围等于7.50，因此可以保证充分的齿比覆盖范围。因此，例如，符合第四实施方式的自动变速器也可以用作装备有柴油机作为动力源的车辆中的变速器，虽然柴油机的转速宽度较之汽油机的转速宽度狭窄，且柴油机的扭矩较之具有相同发动机排量的汽油机更大。
建立在1-R比率基础上的效果
倒行第一速度减速齿比与前进第一速度减速齿比的比率(倒行第一速度减速齿比/前进第一速度减速齿比，以下称为“1-R”比率)接近1，具体来说，等于0.824。因此，在前进时和倒行时之间，车辆加速感觉相对于加速器踏压调节不会显著变化。因此，可以避免驱动能力变差的问题。
现在描述有关1-R比率的补充解释。在1-R比率无法设置到正确值时，即，例如，在1-R比率为较小值时，在前进第一速度和倒行第一速度之间，输出扭矩相对于加速器开度显著不同。在前进时和倒行时之间，车辆加速感觉相对于加速器踏压调节显著不同的情况下，存在驱动能力变差的问题，因为前进第一速度和倒行第一速度各自在车辆启动时都要使用。从这一点来开，1-R比率作为驱动能力的指标被引入。
建立在换挡时摩擦元件切换次数基础上的效果
如果在换挡时，一个或更多个摩擦元件释放且两个或更多个摩擦元件接合，或者如果在换挡时两个或更多个摩擦元件释放且一个或更多个摩擦元件接合，则扭矩控制以及摩擦元件接合与释放时序控制变得复杂。因此，从避免换档控制复杂化的角度来看，优选在换挡时一个摩擦元件释放和一个摩擦元件接合。就是说，优选避免所谓的双重切换。在第四实施方式中，前进第一速度和前进第二速度之间的换挡是在第一摩擦元件A保持接合状态的情况下进行。此外，从前进第二速度到前进第五速度之间的换挡是在第四摩擦元件D保持接合状态的情况下进行。此外，从前进第五速度到前进第八速度之间的换档是在第五摩擦元件E保持接合状态的情况下进行。就是说，在前进第一速度到第八速度之中，相邻两个档位(相邻两个速比)之间的每次换挡可以(借助执行的换挡切换装置)通过释放一个摩擦元件并结合一个摩擦元件来实现。此外，从前进第一速度到第八速度当中，每一次跳一档换档(除了从前进第一速度到前进第三速度的跳一档换档)可以通过释放一个摩擦元件并接合一个摩擦元件来实现。因此，可以防止换挡过程中的控制复杂化。
建立在布局基础上的效果
i)在符合第四实施方式的自动变速器中，第一摩擦元件A、第四摩擦元件D和第六摩擦元件F集中设置在三个行星齿轮组的输入轴侧，如图7中的构架图所示。采用相同方式，第二摩擦元件B、第三摩擦元件C和第五摩擦元件E也集中设置。就是说，接合压力等等需要提供给相应离合器和制动器，并且当然就需要为所述接合压力从固定构件提供油料供应通道。由于在该实施方式中，各摩擦元件集中布置，所以从形成有油料通道的固定壁到每个摩擦元件的距离可以大约相等或缩短。因此，油料通道的布线容易获得优良的可控性。
具体来说，由发动机驱动的油泵等部件一般设置在变速器的输入侧。由此，油泵端盖等用来支撑油泵的部件设置在输入侧。由于油泵端盖设置成在闭合变速器壳体1的输入侧，所以该端盖用作控制阀单元和相应旋转元件之间的连通通道。由于在第四实施方式中，摩擦元件集中布置在输入侧，所以容易使用该端盖等部件，以便油料通道的布线更容易。
ii)此外，经过行星齿轮组外周边侧的旋转构件仅仅是与中部行星架MID-PC整体旋转的旋转构件，即形成单层结构，如图7中的架构图所示。通常，在自动变速器中，润滑油总是供应给各旋转构件，诸如齿轮、轴承等等，用来冷却和润滑。润滑油一般从变速器的轴中心侧借助离心力供应。此时，如果润滑油的排出效率在行星齿轮组的外周边侧变差，则油温会升高，以使摩擦元件、轴承构件(未示出)等等的耐久性降低。由于如上所述，经过行星齿轮组外周边侧的旋转构件在第四实施方式中形成单层结构，所以润滑油的排出效率不会变差，所以可以抑制温度升高，以改善耐久性。
(iii)此外，在该实施方式中，不存在经过位于自动变速器输出侧的行星齿轮组的外周边侧的构件。因此，自动变速器的输出侧直径可以减小。输出侧直径减小显著改善了相对于车辆的安装属性，特别是在所述变速器安装在后轮驱动车辆的情况下。
(iv)符合第四实施方式的自动变速器可以设计成允许扭矩输入行星齿轮组一侧，然后从行星齿轮组另一侧输出。因此，符合第四实施方式的自动变速器适用于前轮驱动车辆和后轮驱动车辆两者，即可以广泛应用。
第五实施方式
接下来将解释符合本发明的第五实施方式。由于第五实施方式的基本结构与第四实施方式相同，所以现在将仅解释第五实施方式与第四实施方式不同的结构部分。
图12是示出第五实施方式的架构图。在第五实施方式中，单向离合器OWC设置成与第一摩擦元件A并联。为了消除正常行驶过程中的过大的发动机制动感觉，或者为了简化伴随着巨大扭矩差异的升档过程诸如低速侧档位之间的升档过程中的换挡控制，优选提供用于低速侧档位的单向离合器OWC。
为此，在第四实施方式的情况下，用于低速侧档位的单向离合器OWC应该设置成与第一摩擦元件A并联，该第一摩擦元件A在从前进第二速度升档到前进第三速度时被释放。第一摩擦元件A是制动器，有选择地将中部行星架MID-PC锁止到变速器壳体1。在从第二速度换档到第三速度时，中部行星架MID-PC正向(发动机旋转方向定义为正向)旋转。因此，为了与第一摩擦元件A并联地安装单向离合器OWC，需要让中部行星架MID-PC的旋转方向在将第一摩擦元件A置于释放状态的全部档位下都为正向。
在中部行星架MID-PC的旋转方向在任何档位下变成负向的情况下，需要增加另一个能在单向离合器OWC的激活和停用状态之间切换的摩擦元件与单向离合器OWC串联。在这种情况下，涉及增加部件数量，所以安装单向离合器OWC的效果变得相对较低。在符合本发明的第四实施方式中，通过在任何档位下检查中部行星架MID-PC的转速(每一个转数)，确认中部行星架MID-PC的旋转在任何档位下都保持正向。因此，在第四实施方式的结构情况下，仅仅通过提供与中部行星架MID-PC并联的单向离合器OWC，就可以实现控制逻辑的简化，而不需要显著增大部件数目，并且在车辆正常行驶过程中，也可以抑制过大的发动机制动感觉。
在第五实施方式中，第一摩擦元件A在第一速度和第二速度下，设置成接合状态。因此，在巡航降挡等时刻，从第三速度向第二速度降挡和从第二速度向第一速度降挡可以在第一摩擦元件A保持释放状态的情况下进行。在这种情况下，在从第三速度向第二速度的降挡时刻，仅执行第三摩擦元件C的释放控制，而在从第二速度向第一速度的降挡时刻，执行第四摩擦元件D的释放控制和第二摩擦元件B的接合控制。
除了以上针对第四和第五实施方式的解释内容之外，各行星齿轮组的旋转元件的接合关系可以采用符合本发明的其他接合关系。此外，虽然行星齿轮组在第四实施方式中采用前部→中部→后部的方式布置，但是根据本发明，该布置顺序可以适当改变。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种自动变速器，包括：
第一行星齿轮组，所述第一行星齿轮组包括第一旋转元件、第二旋转元件和第三旋转元件；
第二行星齿轮组，所述第二行星齿轮组包括恒定锁止的第四旋转元件、第五旋转元件和第六旋转元件；
第三行星齿轮组，所述第三行星齿轮组包括与所述第六旋转元件相连以限定第二旋转构件的第七旋转元件、第八旋转元件和与所述第三旋转元件相连以限定第一旋转构件的第九旋转元件；
与所述第一旋转元件恒定连接的输入轴；
与所述第二旋转元件恒定连接的输出轴；和
至少5个摩擦元件，所述摩擦元件包括能锁止所述第八旋转元件的旋转的第一摩擦元件、配置成将所述第二旋转元件与所述第五旋转元件有选择地连接的第二摩擦元件、配置成将所述第二旋转元件与所述第二旋转构件有选择地连接的第三摩擦元件、配置成将所述第五旋转元件与所述第八旋转元件有选择地连接的第四摩擦元件和配置成将所述第一旋转元件与所述第五旋转元件有选择地连接的第五摩擦元件，其中所述自动变速器配置成通过同时接合从所述五个摩擦元件中选定的两个摩擦元件而实现至少7种前进速比和1种倒行速比中的每一种。
2.如权利要求1所述的自动变速器，其特征在于，
所述第一旋转元件、所述第四旋转元件和所述第七旋转元件是中心齿轮；
所述第二旋转元件、所述第五旋转元件和所述第八旋转元件是行星架；和
所述第三旋转元件、所述第六旋转元件和所述第九旋转元件是齿圈。
3.如权利要求1或2所述的自动变速器，其特征在于，所述7种前进速比通过以下至少7种状态来实现，这7种状态选自：所述第一摩擦元件与所述第二摩擦元件同时接合；所述第一摩擦元件与所述第三摩擦元件同时接合；所述第一摩擦元件与所述第四摩擦元件同时接合；所述第三摩擦元件与所述第四摩擦元件同时接合；所述第二摩擦元件与所述第四摩擦元件同时接合；所述第四摩擦元件与所述第五摩擦元件同时接合；所述第二摩擦元件与所述第五摩擦元件同时接合；和所述第三摩擦元件与所述第五摩擦元件同时接合，以及
所述1种倒行速比通过所述第一摩擦元件与所述第五摩擦元件同时接合而实现。
4.如权利要求1或2所述的自动变速器，其特征在于，所述自动变速器进一步包括配置成有选择地彼此连接所述第三行星齿轮组中包含的两个旋转元件的第六摩擦元件，并且
所述自动变速器配置成通过同时结合从所述六个摩擦元件中选定的两个摩擦元件而实现至少8种前进速比和1种倒行速比中的每一种。
5.如权利要求4所述的自动变速器，其特征在于，在前进速比的情况下，从所述六个摩擦元件中选定的两个摩擦元件同时接合是从以下接合状态中选择的一种：所述第一摩擦元件与所述第二摩擦元件同时接合；所述第一摩擦元件与所述第四摩擦元件同时接合；所述第三摩擦元件与所述第四摩擦元件同时接合；所述第二摩擦元件与所述第四摩擦元件同时接合；所述第四摩擦元件与所述第五摩擦元件同时接合；所述第二摩擦元件与所述第五摩擦元件同时接合；所述第五摩擦元件与所述第六摩擦元件同时接合；和所述第三摩擦元件与所述第五摩擦元件同时接合；而
在倒行速比的情况下，从所述六个摩擦元件中选定的两个摩擦元件同时接合是所述第一摩擦元件与所述第五摩擦元件同时接合。
说明或声明(按照条约第19条的修改)
针对第19条修改的说明
在权利要求4中，将“第六旋转元件与所述第八旋转元件”修改成“彼此连接所述第三行星齿轮组中包含的两个旋转元件”。

Claims (5)

1.一种自动变速器，包括：
第一行星齿轮组，所述第一行星齿轮组包括第一旋转元件、第二旋转元件和第三旋转元件；
第二行星齿轮组，所述第二行星齿轮组包括恒定锁止的第四旋转元件、第五旋转元件和第六旋转元件；
第三行星齿轮组，所述第三行星齿轮组包括与所述第六旋转元件相连以限定第二旋转构件的第七旋转元件、第八旋转元件和与所述第三旋转元件相连以限定第一旋转构件的第九旋转元件；
与所述第一旋转元件恒定连接的输入轴；
与所述第二旋转元件恒定连接的输出轴；和
至少5个摩擦元件，所述摩擦元件包括能锁止所述第八旋转元件的旋转的第一摩擦元件、配置成将所述第二旋转元件与所述第五旋转元件有选择地连接的第二摩擦元件、配置成将所述第二旋转元件与所述第二旋转构件有选择地连接的第三摩擦元件、配置成将所述第五旋转元件与所述第八旋转元件有选择地连接的第四摩擦元件和配置成将所述第一旋转元件与所述第五旋转元件有选择地连接的第五摩擦元件，其中所述自动变速器配置成通过同时接合从所述五个摩擦元件中选定的两个摩擦元件而实现至少7种前进速比和1种倒行速比中的每一种。
2.如权利要求1所述的自动变速器，其特征在于，
所述第一旋转元件、所述第四旋转元件和所述第七旋转元件是中心齿轮；
所述第二旋转元件、所述第五旋转元件和所述第八旋转元件是行星架；和
所述第三旋转元件、所述第六旋转元件和所述第九旋转元件是齿圈。
3.如权利要求1或2所述的自动变速器，其特征在于，所述7种前进速比通过以下至少7种状态来实现，这7种状态选自：所述第一摩擦元件与所述第二摩擦元件同时接合；所述第一摩擦元件与所述第三摩擦元件同时接合；所述第一摩擦元件与所述第四摩擦元件同时接合；所述第三摩擦元件与所述第四摩擦元件同时接合；所述第二摩擦元件与所述第四摩擦元件同时接合；所述第四摩擦元件与所述第五摩擦元件同时接合；所述第二摩擦元件与所述第五摩擦元件同时接合；和所述第三摩擦元件与所述第五摩擦元件同时接合，以及
所述1种倒行速比通过所述第一摩擦元件与所述第五摩擦元件同时接合而实现。
4.如权利要求1或2所述的自动变速器，其特征在于，所述自动变速器进一步包括配置成将所述第六旋转元件与所述第八旋转元件有选择地连接的第六摩擦元件，并且
所述自动变速器配置成通过同时结合从所述六个摩擦元件中选定的两个摩擦元件而实现至少8种前进速比和1种倒行速比中的每一种。
5.如权利要求4所述的自动变速器，其特征在于，在前进速比的情况下，从所述六个摩擦元件中选定的两个摩擦元件同时接合是从以下接合状态中选择的一种：所述第一摩擦元件与所述第二摩擦元件同时接合；所述第一摩擦元件与所述第四摩擦元件同时接合；所述第三摩擦元件与所述第四摩擦元件同时接合；所述第二摩擦元件与所述第四摩擦元件同时接合；所述第四摩擦元件与所述第五摩擦元件同时接合；所述第二摩擦元件与所述第五摩擦元件同时接合；所述第五摩擦元件与所述第六摩擦元件同时接合；和所述第三摩擦元件与所述第五摩擦元件同时接合；而
在倒行速比的情况下，从所述六个摩擦元件中选定的两个摩擦元件同时接合是所述第一摩擦元件与所述第五摩擦元件同时接合。
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