CN104832608A - 多级变速器 - Google Patents

Abstract

提供一种多级变速器，具体地讲，该发明公开了一系列变速器齿轮传动装置，该装置通过以多种组合选择性地接合换挡元件而提供十个前进传动比和一个倒挡传动比。提供四个简单行星齿轮组，每者具有中心齿轮、行星齿轮架和环形齿轮。一个齿轮架连接至输入。至少一个行星齿轮组在从该齿轮组的齿轮架延伸的轴和输出之间提供减速转速关系。至少两个制动器和四个离合器在变速器的其它轴之间提供选择性连接。

Description

多级变速器

技术领域

本发明涉及用于机动车辆的自动变速器。更具体地，本发明涉及在动力传输中齿轮、离合器的设置以及它们之间的相互连接。

背景技术

很多车辆在宽范围的车速(包括向前和向后移动两者)下使用。然而，某些类型的发动机只能在较窄的转速范围内高效运转。所以，能以多个传动比(speed ratio)高效传输动力的变速器被频繁使用。当车辆处于较低车速时，变速器通常以高传动比运转使得它放大发动机扭矩用于改善加速。较高车速时，以低传动比运转变速器以允许与安静、燃料高效巡航关联的发动机转速。通常，变速器有安装至车辆结构的壳体、通过发动机曲轴驱动通常经由启动装置(比如变矩器)的输入以及通常经由差速器总成驱动车轮的输出，该差速器总成允许车辆转弯时左轮和右轮的转速稍微不同。在具有横置发动机的前驱车辆中，发动机曲轴轴线通常与轴的轴线偏置。

一般类型的自动变速器利用离合器和制动器的集合。接合变速器和制动器的多个子组以建立多个传动比。一般类型的离合器利用离合器组(clutchpack)，该离合器组具有花键连接至壳体的分离盘，并且分离盘与花键连接至旋转壳体的摩擦盘交替。当分离盘与摩擦盘被压在一起时，可以在壳体和旋转壳体之间传输扭矩。通常，离合器组一端的分离盘(称为反作用盘)轴向地固定至壳体。活塞向在离合器组的相对端的分离盘(称为压盘)施加轴向力压紧离合器组。通过提供加压流体至壳体和活塞之间的腔室而产生活塞力。对于制动器而言，壳体可以是集成进变速器壳体的。对于离合器而言，壳体是旋转的。随着加压流体从静止的变速器壳体流动至旋转壳体，它可能需要通过以不同转速旋转的部件之间的一个或多个界面。在每个界面处，密封引导流体从一个部件的开口进入该界面部件的开口。

发明内容

根据一个实施例，变速器包含输入、输出、三个齿轮传动装置(gearingarrangement)、三个离合器和两个制动器。第一齿轮传动装置配置用于在第一轴、输入和第二轴之间固定地建立线性转速关系。第二齿轮传动装置配置用于在第二轴、第三轴、第四轴和第五轴之间固定地建立线性转速关系。第三齿轮传动装置配置用于在第四轴和输出之间选择性地建立减速转速(underdrive)关系。这三个离合器中的每者配置用于将第一至第五轴中的一者选择性地连接至第一至第五轴的另一者、输入或输出。两个制动器中的每者配置用于选择性地保持第一至第五轴中的一者不旋转。

在另一个实施例中，变速器包括输入、输出、第一至第四齿轮传动装置、第一制动器以及第一至第三离合器。第一齿轮传动装置配置用于在第一轴、输入和第二轴之间固定地建立线性转速关系。第二齿轮传动装置配置用于在第二轴、第三轴和第四轴之间固定地建立线性转速关系。第三齿轮传动装置配置用于在第二轴和第四轴之间选择性地建立减速转速关系。第四齿轮传动装置配置用于在第四轴和输出之间选择性地建立减速转速关系。第一制动器配置用于选择性地保持第一轴不旋转。第一离合器配置用于选择性地连接第一轴至第三轴。第二离合器配置用于选择性地连接输入至第三轴。第三离合器配置用于选择性地连接第二轴至输出。

根据又一实施例，变速器包括输入、输出、第一至第三齿轮传动装置、第一和第二制动器以及第一至第三离合器。第一齿轮传动装置配置用于在第一轴、输入和第二轴之间固定地建立线性转速关系。第二齿轮传动装置配置用于在第二轴、第三轴、第四轴和第五轴之间固定地建立线性转速关系。第三齿轮传动装置配置用于在第四轴和输出之间选择性地建立减速转速关系。第一制动器配置用于选择性地保持第一轴不旋转。第二制动器配置用于选择性地保持第五轴不旋转。第一离合器配置用于选择性地连接第一轴至第三轴。第二离合器配置用于选择性地保持第五轴不旋转。第三离合器配置用于选择性地连接第二轴至输出。

在任一实施例中，每个齿轮传动装置可以包括包含中心齿轮行星齿轮架和环形齿轮的一个或多个行星齿轮组。轴固定地连接一个行星齿轮组的一个部件至另一行星齿轮组的另一个部件。离合器(当启用时)可以将轴彼此接合。

根据本发明的一个实施例，其特征在于，第三齿轮传动装置包括：通过两个制动器中的一者选择性地保持不旋转的中心齿轮，固定连接至输出的齿轮架，以及固定连接至第四轴的环形齿轮。

根据本发明的一方面，提供一种变速器，包含：输入；输出；第一齿轴装置，配置用于在第一轴、输入和第二轴之间固定地建立线性转速关系；第二齿轮传动装置，配置用于在第二轴、第三轴和第四轴之间固定地建立线性转速关系；第三齿轮传动装置，配置用于在第二轴和第四轴之间选择性地建立减速转速关系；第四齿轮传动装置，配置用于在第四轴和输出之间选择性地建立减速转速关系；第一制动器，配置用于选择性地保持第一轴不旋转；第一离合器，配置用于选择性地连接第一轴至第三轴；第二离合器，配置用于选择性地连接输入至第三轴；以及第三离合器，配置用于选择性地连接第二轴至输出。

根据本发明的一个实施例，进一步包含配置用于选择性地保持第三齿轮传动装置的环形齿轮不旋转的第二制动器。

根据本发明的一个实施例，进一步包含配置用于选择性地保持第三齿轮传动装置的中心齿轮不旋转的第二制动器。

根据本发明的一个实施例，进一步包含配置用于选择性地保持第四齿轮传动装置的中心齿轮不旋转的第三制动器。

根据本发明的一个实施例，进一步包含第五轴以及配置用于选择性地连接第五轴至第二轴的第四离合器。

根据本发明的一个实施例，进一步包含第五轴以及配置用于选择性地保持第五轴不旋转的第二制动器。

根据本发明的一个实施例，第三齿轮传动装置包括：固定连接至第二轴的第三中心齿轮，固定连接至第四轴的第三齿轮架，以及通过第二制动器选择性地保持不旋转的第三环形齿轮。

根据本发明的另一方面，提供一种变速器，包含：输入；输出；第一齿轮传动装置，配置用于在第一轴、输入和第二轴之间固定地建立线性转速关系；第二齿轮传动装置，配置用于在第二轴、第三轴、第四轴和第五轴之间固定地建立线性转速关系；第三齿轮传动装置，配置用于在第四轴和输出之间选择性地建立减速转速关系；配置用于选择性地保持第一轴不旋转的第一制动器；配置用于选择性地保持第五轴不旋转的第二制动器；配置用于选择性地连接第一轴至第三轴的第一离合器；配置用于选择性地连接输入至第三轴的第二离合器；以及配置用于选择性地连接第二轴至输出的第三离合器。

根据本发明的一个实施例，进一步包含配置用于选择性地保持第三齿轮传动装置的中心齿轮不旋转的第三制动器。

附图说明

图1是第一变速器齿轮传动装置的示意图；

图2是第二变速器齿轮传动装置的示意图；

图3是第三变速器齿轮传动装置的示意图。

具体实施方式

本说明书描述了本发明的实施例。然而，应理解公开的实施例仅为示例，其可以多种替代形式实施。附图无需按比例绘制；可放大或缩小一些特征以显示特定部件的细节。所以，此处所公开的具体结构和功能细节不应解释为限定，而仅为教导本领域技术人员以多种形式实施本发明的代表性基础。本领域内的技术人员应理解，参考任一附图说明和描述的多个特征可与一个或多个其它附图中说明的特征组合以形成未明确说明或描述的实施例。说明的组合特征提供用于典型应用的代表实施例。然而，与本发明的教导一致的特征的多种组合和变型可能希望用于特定应用或实施。

齿轮传动装置是配置用于在旋转元件之间施加指定转速关系的旋转元件和换挡元件的集合。无论任何换挡元件的状态如何，施加一些转速关系(称为固定的转速关系)。仅在特定的换挡元件完全接合时施加其它的转速关系(称为选择性转速关系)。在旋转元件的顺序列表的轴之间存在线性转速关系：i)当组中的第一和最后的旋转元件约束成具有最极端的转速时，ii)当每个剩余的旋转元件的转速约束成第一和最后的旋转元件的加权平均时，以及iii)当旋转元件的转速不同时，在顺序列表中约束为增加或减少(转速)。元件的转速在元件以同一方向旋转时为正而当元件以相反方向旋转时为负。当元件的传动比限制为预定值时两个元件之间存在成比例的转速关系。如果第二元件总是在相同方向上旋转得比第一元件快，第一元件和第二元件之间的比例转速关系为超速(overdrive)关系。类似地，如果第二元件在相同的方向上旋转得比第一元件慢，第一元件和第二元件之间的比例转速关系为减速关系。

如果一组旋转元件被约束在所有工况下作为整体旋转，则这组旋转元件彼此固定连接。可以通过花键连接、焊接、压装、普通固体机加工或者其它方式固定连接旋转元件。固定连接元件之间的角位移会发生轻微变化，比如由于间隙(lash)或者轴柔量(shaft compliance)导致的位移。全部彼此固定连接的一个或者多个旋转元件可以称为轴。相反，通过换挡元件将两个旋转元件选择性连接，只要换挡元件完全接合时换挡元件约束这两个旋转元件作为整体旋转并且至少在其它工况下它们以不同的转速自由旋转。通过将旋转元件选择性连接至壳体而保持旋转元件不旋转的换挡元件称为制动器。选择性彼此连接两个或者多个旋转元件的换挡元件称为离合器。换挡元件可以是主动控制装置(比如液压或电动驱动的离合器或制动器)或者可以是被动装置(比如单向离合器或制动器)。如果两个旋转元件固定连接或者选择性连接则这两个旋转元件连接。

如果元件适配于固定连接至动力源或启动装置的输出则元件为变速器输入。例如，动力源可以是内燃发动机或电动马达。例如，启动装置可以是变矩器或启动离合器。输入可以经由设计成吸收扭转振动的减震器连接至动力源或启动装置。如果元件适配于传输动力至变速器外部的部件(比如车轮)则元件为变速器输出。输出元件和被驱动的部件之间可以存在除1：1之外的固定传动比。

图1示意地说明了示例变速器。在该变速器中，通过发动机(优选地经由启动装置(比如变矩器或启动离合器))驱动输入10。例如，输出12将旋转扭矩传出变速器并传向差速器。

图1中的变速器利用四个简单行星齿轮组20、30、40和50。简单行星齿轮组的类型是固定齿轮传动装置。行星齿轮架22绕中央轴线旋转并且支持一组行星齿轮24使得行星齿轮相对于行星齿轮架旋转。行星齿轮的外齿与中心齿轮26的外齿以及环形齿轮28的内齿啮合。中心齿轮和环形齿轮被支撑以绕与齿轮架相同的轴线旋转。类似地构建齿轮组30和40，其每者各自具有行星齿轴32和42、行星齿轮34和44、中心齿轮36和46以及环形齿轮38和48。在每个简单行星齿轮组中，中心齿轮、行星齿轮架和环形齿轮之间存在固定的线性转速关系。

简单行星齿轮组施加固定的转速关系。齿轮架的转速被约束成在中心齿轮的转速和环形齿轮的转速之间。更特别地，齿轮架的转速是中心齿轮的转速和环形齿轮的转速的加权平均，其中通过每个齿轮的齿数确定加权因子。通过可以在本发明的其它示例实施例中实施的其它已知类型的固定齿轮传动装置来施加类似的转速关系。例如，双小齿轮行星齿轮组将环形齿轮的转速约束成中心齿轮的转速和齿轮架的转速之间的加权平均。

下面的表1列出了用于每个行星齿轮组的建议齿数比。

表1

环形齿轮28/中心齿轮26	2.208
		环形齿轮38/中心齿轮36	3.442
环形齿轮48/中心齿轮46	3.065
		环形齿轮58/中心齿轮56	1.475

如图1说明的，输入10固定连接至行星齿轮架22。环形齿轮28固定连接至中心齿轮36和46。环形齿轮38固定连接至行星齿轮架42和环形齿轮58。行星齿轮架42固定连接至输出12。

在变速器中利用多个换挡元件(比如离合器和制动器)以选择性地连接行星齿轮组的多个元件和/或选择性地保持多个元件不旋转。例如，中心齿轮26配置用于通过离合器70选择性地连接至行星齿轮架32。中心齿轮56通过制动器72选择性地保持不旋转，因为制动器72连接至变速器壳体14。类似地，中心齿轮26通过制动器74选择性地保持不旋转而环形齿轮48通过制动器76选择性地保持不旋转。行星齿轮架22通过离合器78选择性地连接至行星齿轮架32。环形齿轮28以及中心齿轮36和46通过离合器80选择性地连接至输出12和行星齿轮架52。当启用并接合两个离合器时，多个轴可以连接在一起。例如，在一个实施例中，通过启用并接合离合器70和制动器74使连接行星齿轮架32和中心齿轮26的轴保持不旋转，因为制动器74连接至变速器壳体14。在另一个实施例中，当离合器70接合而制动器74不接合时，行星齿轮架32和中心齿轮26彼此连接而不是保持不旋转。

如下面的表2所示，接合换挡元件中三者的组合在输入10和输出12之间建立十个前进传动比和一个倒挡传动比。“X”指示需要换挡元件用于建立传动比。当齿轮组具有表1指示的齿数时，传动比具有表2指示的值。

表2

70

72

74

76

78

80

传动比

阶梯比率

倒挡

X

X

X

-4.162

87.2％

低速挡

X

X

X

5.645

0.124

1挡

X

X

X

4.772

2挡

X

X

X

2.889

1.652

3挡

X

X

X

1.989

1.452

4挡

X

X

X

1.738

1.144

5挡

X

X

X

1.571

1.106

6挡

X

X

X

1.173

1.640

7挡

X

X

X

1.000

1.173

8挡

X

X

X

0.825

1.212

9挡

X

X

X

0.698

1.183

虽然表2和上文提供的描述示例出10速变速器，应理解例如通过去除离合器72并通过固定的固定连接(fixed ground connection)取代它可以实现7速变速器。可以预想10速变速器的其它类似变型，并且10速配置仅仅是示例。

图2说明类似于图1中的变速器的示例变速器。图2中，通过离合器76’取代了制动器76。替代(图1的示例中)选择性地保持环形齿轮48不旋转，离合器76’选择性地连接中心齿轮46至连接中心齿轮36和环形齿轮28的轴。环形齿轮48现在是经由至变速器壳体14的连接而固定地保持不旋转。两个中心齿轮36和46不再经由轴固定地相连接，而是替代为经由离合器76’选择性地相连接。例如，出于封装的原因或者为了减少变速器中制动器的量，这样的设置是有益的。

图3说明根据本发明的另一个示例变速器。行星齿轮组30和40之间的连接与图1和2中的轴连接相比发生改变。特别地，行星齿轮架32固定连接至环形齿轮48使得启用并接合离合器70连接行星齿轮架32和环形齿轮48至中心齿轮26。额外地，中心齿轮46通过制动器76选择性地保持不旋转。此外在图3中，通过离合器72’取代了制动器72。替代(图1-2的示例中)选择性地保持中心齿轮56不旋转，离合器72’选择性地连接行星齿轮架52至输出12。

图2和3中每个行星齿轮组的建议齿数比同样罗列在上文的表1中。类似地，表2说明的换挡表格可以应用至图2-3的变速器齿轮传动装置。

应理解，图3的变速器也可以作出图2的变速器中的通过离合器76’取代制动器76的替换而不通过离合器72’取代制动器72，或者图3的变速器可作出这两种替换的组合。类似地，图2中的变速器也可以作出图3的变速器中的通过离合器72’取代制动器72的替换而不通过离合器76’取代制动器76，或者图2的变速器可作出这两种替换的组合。

虽然上文描述了示例实施例，但是并不意味着这些实施例描述了权利要求包含的所有可能的形式。说明书中使用的词语为描述性词语而非限定，并且应理解不脱离本发明的精神和范围可以作出各种改变。如上所述，可以组合多个实施例的特征以形成本发明没有明确描述或说明的进一步的实施例。尽管已经描述了多个实施例就一个或多个期望特性来说提供了优点或相较于其他实施例或现有技术应用更为优选，本领域技术人员应该认识到，取决于具体应用和实施，为了达到期望的整体系统属性可以对一个或多个特征或特性妥协。这些属性可包括但不限于：成本、强度、耐用性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、易于装配等。因此，描述的实施例在一个或多个特性上相对于其他实施例或现有技术应用不令人满意也未超出本发明的范围，并且这些实施例可以满足特定应用。

Claims (10)

1.一种变速器，包含：

输入；

输出；

第一齿轮传动装置，配置用于在第一轴、所述输入和第二轴之间固定地建立线性转速关系；

第二齿轮传动装置，配置用于在所述第二轴、第三轴、第四轴和第五轴之间固定地建立线性转速关系；

第三齿轮传动装置，配置用于在所述第四轴和所述输出之间选择性地建立减速转速关系；

三个离合器，每个离合器配置用于选择性连接所述第一至第五轴的一者至：(i)所述第一至第五轴中的另一者、(ii)所述输入或者(iii)所述输出；以及

两个制动器，每个制动器配置用于选择性地保持所述第一至第五轴中的一者不旋转。

2.根据权利要求1所述的变速器，进一步包含配置用于选择性地保持所述第五轴不旋转的第三制动器。

3.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述第一齿轮传动装置包括：

固定连接至所述第一轴的第一中心齿轮，

固定连接至所述输入的第一齿轮架，以及

固定连接至所述第二轴的第一环形齿轮。

4.根据权利要求3所述的变速器，其特征在于，所述制动器中的一者配置用于选择性地保持所述第一轴不旋转。

5.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述第二齿轮传动装置包括：

固定连接至所述第二轴的第二和第三中心齿轮，

固定连接至所述第三轴的第二齿轮架，

固定连接至所述第四轴的第二环形齿轮和第三齿轮架，以及

第三环形齿轮。

6.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述第二齿轮传动装置包括：

固定连接至所述第二轴的第二中心齿轮，

固定连接至所述第三轴的第二齿轮架和第三环形齿轮，

固定连接至所述第四轴的第二环形齿轮和第三齿轮架，以及

固定连接至所述第五轴的第三中心齿轮。

7.根据权利要求6所述的变速器，进一步包含配置用于选择性地保持所述第五轴不旋转的第三制动器。

8.根据权利要求6所述的变速器，其特征在于，所述离合器中的一者配置用于选择性地连接所述第二轴至所述输出。

9.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述离合器中的一者配置用于选择性地连接所述第一轴至所述第三轴。

10.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述离合器中的一者配置用于选择性地连接所述输入至所述第三轴。