CN105927719A - 多级变速器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多级变速器。一种多级动力传动装置包括：输入轴、输出轴、在五个轴之间施加固定的线性转速关系的第一齿轮传动组件、在三个轴之间施加固定的线性转速关系的第二齿轮传动组件、两个离合器和四个制动器，当以两个组合的方式应用所述离合器和所述制动器时，能够产生九个前进传动比和一个倒挡传动比。

Description

多级变速器

技术领域

本公开涉及用于机动车辆的自动变速器领域。更具体地讲，本公开涉及在动力传动装置中齿轮、离合器的布置和它们之间的相互连接。

背景技术

很多车辆在宽范围的车速(包括前进运动和倒车运动两者)下使用。然而，某些类型的发动机只能在窄的速度范围内高效运转。所以，通常使用能在多个传动比下高效传输动力的变速器。当车辆处于低速时，变速器通常在高传动比下运转，使得发动机扭矩倍增以提高加速度。处于高车速时，使变速器以低传动比运转，以允许与安静、燃料高效的巡航关联的发动机转速。通常，变速器具有安装到车辆结构的壳体、通过发动机曲轴驱动的输入轴，以及通常经差速器组件驱动车轮的输出轴，该差速器组件允许车辆转弯时左车轮和右车轮以稍微不同的转速旋转。

发明内容

根据本发明，提供一种变速器，包括：第一齿轮组，在输入和第一轴之间选择性地建立倒挡转速关系；第二齿轮组，在第一轴和第二轴之间选择性地建立比例转速关系；第三齿轮组，在输入、第二轴和第一轴之间固定地建立线性转速关系；第四齿轮组，在第一轴、第三轴和输出之间固定地建立线性转速关系。

根据本发明，提供一种变速器，包括：第一齿轮组，在第一轴和第二轴之间选择性地建立比例转速关系；第二齿轮组，在输入、第二轴和第一轴之间固定地建立线性转速关系；第三齿轮组，在第一轴、第二轴和第三轴之间选择性地建立线性转速关系；第四齿轮组，在第一轴、第三轴和输出之间固定地建立线性转速关系。

根据本发明的一个实施例，所述第一齿轮组包括：第一中心齿轮；第一环形齿轮，作为所述第二轴；第一行星架，作为所述第一轴；第一组行星齿轮，由第一行星架支撑并与第一中心齿轮和第一环形齿轮两者啮合；第一制动器，选择性地保持第一中心齿轮不旋转。

根据本发明的一个实施例，所述第二齿轮组包括：第二中心齿轮，固定地结合到所述输入；第二环形齿轮，作为所述第一轴；第二行星架，作为所述第二轴；第二组行星齿轮，由第二行星架支撑并与第二中心齿轮和第二环形齿轮两者啮合。

根据本发明的一个实施例，所述第三齿轮组包括：第三中心齿轮，作为所述第一轴；第三环形齿轮；第三行星架，作为所述第二轴；第三组行星齿轮，由第三行星架支撑并与第三中心齿轮和第三环形齿轮两者啮合；第一离合器，选择性地将第三环形齿轮结合到第三轴。

根据本发明的一个实施例，所述第四齿轮组包括：第四中心齿轮，作为所述第一轴；第四环形齿轮，固定地结合到所述输出；第四行星架，作为所述第三轴；第四组行星齿轮，由第四行星架支撑并与第四中心齿轮和第四环形齿轮两者啮合。

根据本发明的一个实施例，所述变速器还包括：第二制动器，选择性地保持所述第一轴不旋转；第三制动器，选择性地保持所述第二轴不旋转；第四制动器，选择性地保持所述第三轴不旋转；第二离合器，选择性地将所述第三轴结合到所述输入。

根据本发明，提供一种变速器，包括：第一齿轮传动装置，被构造为在输入、第一轴、第二轴、第三轴和第四轴之间建立固定的线性转速关系；第二齿轮传动装置，被构造为在输出、第五轴和第三轴之间建立固定的线性转速关系；第一离合器，被构造为选择性地将第五轴结合到第一轴；第一制动器，被构造为选择性地保持第五轴不旋转；第二制动器，被构造为选择性地保持第二轴不旋转；控制器，被配置为：通过接合第一制动器和第二制动器在输入和输出之间建立第一减速转速关系。

根据本发明的一个实施例，所述变速器还包括：第二离合器，被构造为选择性地将所述第五轴结合到所述输入；其中，所述控制器进一步被配置为：通过接合第二离合器和第二制动器在所述输入和所述输出之间建立第一超速转速关系。

根据本发明的一个实施例，所述变速器还包括：第三制动器，被构造为选择性地保持所述第三轴不旋转；第四制动器，被构造为选择性地保持所述第四轴不旋转；其中，所述控制器进一步被配置为：通过接合第一制动器和第四制动器在所述输入和所述输出之间建立倒挡转速关系，通过接合第一制动器和第一离合器在所述输入和所述输出之间建立第二减速转速关系，通过接合第一离合器和第二制动器在所述输入和所述输出之间建立第三减速转速关系，通过接合第一离合器和第三制动器在所述输入和所述输出之间建立第四减速转速关系，通过接合第一离合器和第四制动器在所述输入和所述输出之间建立第五减速转速关系，通过接合第一离合器和第二离合器在所述输入和所述输出之间建立直接驱动转速关系，通过接合第二离合器和第四制动器在所述输入和所述输出之间建立第二超速转速关系，通过接合第二离合器和第三制动器在所述输入和所述输出之间建立第三超速转速关系。

根据本发明的一个实施例，所述第一齿轮传动装置包括：第一简单行星齿轮组，具有固定地结合到输入的第一中心齿轮、作为第二轴的第一行星架以及作为第三轴的第一环形齿轮；第二简单行星齿轮组，具有作为第四轴的第二中心齿轮、固定地结合到第一环形齿轮的第二行星架以及作为第一轴的第二环形齿轮；第三简单行星齿轮组，具有固定地结合到输入的第三中心齿轮、固定地结合到第二环形齿轮的第三行星架以及固定地结合到第二行星架的第三环形齿轮。

根据本发明的一个实施例，所述第一齿轮传动装置包括：第一简单行星齿轮组，具有作为第四轴的第一中心齿轮、作为第三轴的第一行星架以及作为第二轴的第一环形齿轮；第二简单行星齿轮组，具有固定地结合到输入的第二中心齿轮、固定地结合到第一环形齿轮的第二行星架以及固定地结合到第一行星架的第二环形齿轮；第三简单行星齿轮组，具有固定地结合到第二环形齿轮的第三中心齿轮、固定地结合到第二行星架的第三行星架以及作为第一轴的第三环形齿轮。

根据本发明的一个实施例，所述第二齿轮传动装置包括第四简单行星齿轮组，所述第四简单行星齿轮组具有作为第三轴的第四中心齿轮、作为第五轴的第四行星架以及固定地结合到输出的第四环形齿轮。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施例的产生九个前进传动比和一个倒挡传动比的变速器的示意图。

图2是示出用于图1中示出的变速器的齿轮的建议齿数的表格。

图3是指示当变速器的齿轮具有图2中示出的齿数时，图1中变速器的离合器的状态和产生的传动比的表格。

图4是示出根据本发明的变速器的转速关系的杆图。

图5是根据本发明的第二实施例的产生九个前进传动比和一个倒挡传动比的变速器的示意图。

图6是示出用于图5中示出的变速器的齿轮的建议齿数的表格。

图7是指示当变速器的齿轮具有图6中示出的齿数时，图5中变速器的离合器的状态和产生的传动比的表格。

具体实施方式

在此描述本公开的实施例。然而，应理解的是，公开的实施例仅为示例，并且其它实施例可以采用各种和替代的形式。附图不一定按比例绘制；可夸大或最小化一些特征，以显示特定部件的细节。因此，在此所公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员以各种形式使用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参照任一附图示出和描述的各种特征可与在一个或更多个其它附图中示出的特征相组合，以产生未明显示出或描述的实施例。示出的特征的组合为典型应用提供代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可期望用于特定应用或实施。

如果一组旋转元件被约束为在所有工况下作为整体旋转，则这组旋转元件彼此固定地结合。可以通过花键连接、焊接、压装、由同一固体加工或其它方式固定地结合旋转元件。固定结合的元件之间可出现转动位移的轻微变化(诸如，由于冲击或轴柔量(shaft compliance)导致的位移)。彼此完全固定结合的一个或多个旋转元件可以称为轴。相反，两个旋转元件通过换挡元件选择性地结合，每当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，并且在至少一些其它工况下这两个旋转元件可以不同的转速自由地旋转。通过将旋转元件选择性地连接到壳体而保持旋转元件不旋转的换挡元件称为制动器。使两个或更多个旋转元件彼此选择性地结合的换挡元件称为离合器。换挡元件可以是主动控制的装置(诸如，液压或电子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地结合或选择性地结合，则这两个旋转元件结合。

齿轮传动装置是轴和换挡元件的集合，换挡元件被构造为在轴之间施加特定转速关系。无论任意换挡元件的状态如何，都要施加一些转速关系，称为固定的转速关系。仅当特定的换挡元件完全接合时才施加其它转速关系，称为选择性转速关系。当轴以一个方向旋转时轴的转速为正，而当轴以相反方向旋转时轴的转速为负。当第一轴和第二轴的转速的比被约束为预定的值时，在第一轴和第二轴之间存在比例转速关系。如果第二轴的转速与第一轴的转速之比在0和1之间，则第一轴和第二轴之间的比例转速关系为减速关系。类似地，如果第二轴的转速与第一轴的转速之比大于1时，则第一轴和第二轴之间的比例转速关系为超速关系。如果轴被约束为以相反的方向旋转，则比例转速关系是倒车转速。在下列条件下，轴的顺序列表中存在线性转速关系：i)当顺序列表中的第一个轴和最后一个轴被约束为具有最极端的转速时，ii)当其余轴的转速分别被约束为第一个轴和最后一个轴的转速的加权平均时，以及iii)当轴的转速不同时，以所列顺序约束(增加或减小)这些转速。

图1中示意性地示出了根据本发明的第一实施例的变速器。输入轴10(优选地，经由变矩器)被车辆发动机驱动。输出轴12(优选地，经由差速器)驱动车轮。

四个简单行星齿轮组20、30、40和50均具有带外轮齿的中心齿轮、带内轮齿的环形齿轮、行星架和一组行星齿轮，所述行星齿轮被支撑为相对于行星架旋转并与中心齿轮和环形齿轮两者啮合。中心齿轮22和42固定地结合到输入轴10。环形齿轮54固定地结合到输出轴12。环形齿轮24、行星架36、环形齿轮44和中心齿轮52相互固定地结合。类似地，环形齿轮34和行星架46固定地结合。图2中示出了用于这些齿轮的建议齿数。

四个制动器60、62、64、66选择性地保持特定元件不旋转，提供反作用扭矩。优选地，这些制动器是当液压压力被施加到活塞时将元件保持到变速器壳体14的多盘式摩擦制动器。制动器60选择性地将行星架26保持到变速器壳体14。制动器62选择性地将中心齿轮32保持到变速器壳体14。制动器64选择性地将环形齿轮24、行星架36、环形齿轮44和中心齿轮52保持到变速器壳体14。制动器66选择性地将行星架56保持到变速器壳体14。两个离合器68和70选择性地将旋转元件相互结合。这些是优选的多盘式摩擦离合器。离合器68选择性地将输入轴10结合到行星架56。离合器70选择性地将行星架46和环形齿轮34结合到行星架56。

图3示出了用于九个前进传动比和一个倒挡传动比中的每一个的换挡元件的状态。对于每个齿轮状态，图3示出了当所述齿轮具有图2中示出的齿数时，输入轴10和输出轴12之间的转速比。

为了使车辆以1挡从静止起步，控制器16命令接合制动器66和离合器70同时其它所有的制动器和离合器分离。为了从1挡换到2挡，使制动器66逐渐分离同时使制动器60逐渐接合。为了从2挡换到3挡，使制动器60逐渐分离同时使制动器64逐渐接合。为了从3挡换到4挡，使制动器64逐渐分离同时使制动器62逐渐接合。为了从4挡换到5挡，使制动器62逐渐分离同时使离合器68逐渐接合。在以1挡到5挡运转时，离合器70保持接合。为了从5挡换到6挡，使离合器70逐渐分离同时使制动器62逐渐接合。为了从6挡换到7挡，使制动器62逐渐分离同时使制动器64逐渐接合。最后，为了从7挡换到8挡，使制动器64逐渐分离，同时使制动器60逐渐接合。在以5挡到8挡运转时，离合器68保持接合。

还可获得可用于特殊用途(诸如，越野使用)或可用于使去掉变矩器成为可能的特殊的低速挡传动比。为了选择这个传动比，控制器16应用制动器60和制动器66，同时使其它所有制动器和离合器分离。假设变速器不包括变矩器或其它专用起步装置，则变速器通过仅接合制动器60而为以低速挡向前起步作准备。接着，基于驾驶员需求的扭矩而逐渐地应用制动器66。为了从低速挡换到1挡，使制动器60逐渐分离同时使离合器70逐渐接合，并保持制动器66处于接合状态。

通过应用制动器62和制动器66同时分离其它所有制动器和离合器来选择倒挡传动比。假设变速器不包括变矩器或其它专用起步装置，则变速器通过仅接合制动器62而为倒车起步准备。接着，基于驾驶员需求而逐渐地应用制动器66。

图4是示出根据本发明的变速器的元件之间的转速关系的杆图。图1的齿轮组20、30和40共同形成具有五个轴的齿轮传动组件，所述五个轴中的每一个绕中心轴线旋转。齿轮传动装置在五个轴A、B、C、D和E之间施加固定的线性转速关系，使得这些轴中的任意两个的转速确定其余三个轴的转速。这个固定的线性转速关系由图4中的左侧的杆表示。轴A包括中心齿轮22和中心齿轮42。轴B包括环形齿轮34和行星架46。轴C包括行星架26。轴D包括环形齿轮24、行星架36和环形齿轮44。轴E包括中心齿轮32。齿轮组50在由图4中右侧的杆表示的轴D、F和G之间施加固定的线性转速关系。轴D包括中心齿轮52，所述中心齿轮52固定地结合到上文提到的轴D的其余元件。轴F包括行星架56。轴G包括环形齿轮54。

当图1的齿轮组具有图2中示出的齿数时，轴B的转速等于0.6518乘以轴D的转速加上(1-0.6518)乘以轴A的转速。这些加权因数影响1挡到5挡的整体传动比。类似地，轴C的转速等于0.7456乘以轴D的转速加上(1-0.7456)乘以轴A的转速。这些加权因数影响低速挡传动比和8挡的传动比。轴D的转速等于0.6054乘以轴E的转速的加上(1-0.6054)乘以轴A的转速。这些加权因数影响倒挡传动比。最后，轴F的转速等于0.3364乘以轴D的转速加上(1-0.3364)乘以轴G的转速。这些最后的加权因数影响除直接驱动之外的全部传动比。产生非常接近这个加权因数的加权因数的行星齿轮组的许多其它构造(包括包含共用行星齿轮的双小行星齿轮组和齿轮组的构造)是可用的。

图5中示意性地示出根据本发明的第二实施例的变速器。这个实施例还对应于图4的杆图，但使用了与左侧的杆对应的不同的行星齿轮组的构造。输入轴10(优选地，经由变矩器)被车辆发动机驱动。输出轴12(优选地，经由差速器)驱动车轮。

四个简单行星齿轮组80、90、100和110均具有带外轮齿的中心齿轮、带内轮齿的环形齿轮、行星架和一组行星齿轮，所述行星齿轮被支撑为相对于行星架旋转并且与所述中心齿轮和所述环形齿轮两者啮合。中心齿轮92固定地结合到输入轴10。环形齿轮114固定地结合到变速器输出轴12。环形齿轮84、行星架96和行星架106互相固定地结合。类似地，行星架86、环形齿轮94、中心齿轮102和中心齿轮112互相固定地结合。图6中示出了用于这些齿轮的建议齿数。

四个制动器60、62、64和66选择性地保持特定元件不旋转，提供反作用扭矩。制动器60选择性地将环形齿轮84、行星架96和行星架106保持到变速器壳体14。制动器62选择性地将环形齿轮82保持到变速器壳体14。制动器64选择性地将行星架86、环形齿轮94、中心齿轮102和中心齿轮112保持到变速器壳体14。制动器66选择性地将行星架116保持到变速器壳体14。离合器68选择性地将输入轴10保持到行星架116。离合器70选择性地将环形齿轮104结合到行星架116。

图7指示用于九个前进传动比和一个倒挡传动比中的每一个的换挡元件的状态。这个实施例的操作与上文所述的图1至图3的实施例的操作相同。

齿轮组80、90和100形成在由图4中左侧的杆所示的五个轴之间施加固定的线性转速关系的齿轮传动装置。轴A包括中心齿轮92。轴B包括环形齿轮104。轴C包括环形齿轮84、行星架96和行星架106。轴D包括行星架86、环形齿轮94和中心齿轮102。轴E包括中心齿轮82。齿轮组110施加由图4中右杆所示的线性转速关系。轴D包括固定地结合到上文所列的元件的中心齿轮112。轴F包括行星架116。轴G包括环形齿轮114。

当图5的齿轮组具有图6中所示的齿数时，轴B的转速等于0.5762乘以轴D的转速加上(1-0.5762)乘以轴A的转速。类似地，轴C的转速等于0.6967乘以轴D的转速加上(1-0.6967)乘以轴A的转速。轴D的转速等于0.5671乘以轴E的转速加上(1-0.5671)乘以轴A的转速。最后，轴F的转速等于0.3364乘以轴D的转速加上(1-0.3364)乘以轴G的转速。在不脱离本发明的精神的情况下，产生近似这些相同关系的任何替代的齿轮传动构造可被代替。

虽然上面描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了权利要求所囊括的所有可能的形式。说明书中使用的词语为描述性词语而非限制，并且应理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可作出各种改变。如前所述，可组合各个实施例的特征以形成未被明确示出或描述的本发明的进一步的实施例。虽然各个实施例可能已经被描述为在一个或更多个期望的特性方面提供优于其他实施例或现有技术的优点，但是本领域的普通技术人员应该认识到，根据特定的应用和实施方式，一个或更多个特点或特性可被折衷，以实现期望的整体系统属性。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其他实施例或现有技术的实施方式的实施例并不在本公开的范围之外，并且对于特定的应用而言会是令人满意的。

Claims (6)

1.一种变速器，包括：

第一齿轮组，在输入和第一轴之间选择性地建立倒挡转速关系；

第二齿轮组，在第一轴和第二轴之间选择性地建立比例转速关系；

第三齿轮组，在输入、第二轴和第一轴之间固定地建立线性转速关系；

第四齿轮组，在第一轴、第三轴和输出之间固定地建立线性转速关系。

2.根据权利要求1所述的变速器，其中，所述第一齿轮组包括：

第一中心齿轮，固定地结合到所述输入；

第一环形齿轮，作为所述第一轴；

第一行星架；

第一组行星齿轮，由第一行星架支撑并与第一中心齿轮和第一环形齿轮两者啮合；

第一制动器，选择性地保持第一行星架不旋转。

3.根据权利要求1所述的变速器，其中，所述第二齿轮组包括：

第二中心齿轮；

第二环形齿轮，作为所述第二轴；

第二行星架，作为所述第一轴；

第二组行星齿轮，由第二行星架支撑并与第二中心齿轮和第二环形齿轮两者啮合；

第二制动器，选择性地保持第二中心齿轮不旋转。

4.根据权利要求1所述的变速器，其中，所述第三齿轮组包括：

第三中心齿轮，固定地结合到所述输入；

第三环形齿轮，作为所述第一轴；

第三行星架，作为所述第二轴；

第三组行星齿轮，由第三行星架支撑并与第三中心齿轮和第三环形齿轮两者啮合。

5.根据权利要求1所述的变速器，其中，所述第四齿轮组包括：

第四中心齿轮，作为所述第一轴；

第四环形齿轮，固定地结合到所述输出；

第四行星架，作为所述第三轴；

第四组行星齿轮，由第四行星架支撑并与第四中心齿轮和第四环形齿轮两者啮合。

6.根据权利要求1所述的变速器，还包括：

第三制动器，选择性地保持所述第一轴不旋转；

第四制动器，选择性地保持所述第三轴不旋转；

第一离合器，选择性地将所述第三轴结合到所述输入；

第二离合器，选择性地将所述第三轴结合到所述第二轴。