CN107664179A - 具有并行单向离合器的多级变速器 - Google Patents

具有并行单向离合器的多级变速器 Download PDF

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Abstract

公开一种变速器，其具有输入构件、输出构件、多个行星齿轮组、多个互连构件以及包括单向离合器的多个扭矩传递机构。多个行星齿轮组具有第一、第二以及第三构件。该输入构件与行星齿轮组的构件持续地互连。输出构件与行星齿轮组的另一构件持续地互连。通过五个扭矩传递机构的选择性接合产生至少八个前进挡速度和一个倒挡速度。

Description

具有并行单向离合器的多级变速器
技术领域
本发明涉及一种多级变速器，该多级变速器具有多个行星齿轮组和扭矩传递装置两者，它们选择性地接合以实现多个传动比。
背景技术
典型的多级变速器使用摩擦离合器和行星齿轮布置的组合以实现多个传动比。行星齿轮组的数量和布置通常由包装、成本以及期望的速比来决定。
虽然传统的变速器实现它们的期望目的，但对于更轻且更紧凑的车辆的设计需要新且改进的变速器配置。因此，需要成本有效、紧凑且多级变速器。
发明内容
提供一种用于机动车辆的变速器，该变速器具有：输入构件；输出构件；第一、第二、第三以及第四行星齿轮组，其各自具有第一、第二以及第三构件，其中，输入构件与第二行星齿轮组的第二构件持续地互连，且输出构件与第四行星齿轮组的第二构件持续地互连；第一互连构件，其将第一行星齿轮组的第一构件与第二行星齿轮组的第一构件持续地互连；第二互连构件，其将第一行星齿轮组的第二构件与第四行星齿轮组的第三构件持续地互连；第三互连构件，其将第二行星齿轮组的第三构件与第三行星齿轮组的第一构件持续地互连；第四互连构件，其将第三行星齿轮组的第二构件与第四行星齿轮组的第二构件持续地互连；第一扭矩传递机构，其选择性地接合以将第一行星齿轮组的第一构件与固定构件互连；以及单向扭矩传递机构，其配置成防止第一行星齿轮组的第一构件沿第一方向的旋转，由此将第一行星齿轮组的第一构件与固定构件互连。
在一个方面中，单向扭矩传递机构是单向离合器，其具有第一座圈和可旋转的第二座圈，其附接于固定构件，而该可旋转的第二座圈将第一座圈连接于第一行星齿轮组的第一构件，其中，第二座圈无法沿第一方向的旋转。
在一个方面中，变速器进一步包括第二扭矩传递机构和第三扭矩传递机构，该第二扭矩传递机构选择性地接合以将第一行星齿轮组的第三构件与固定构件互连，该第三扭矩传递机构选择性地接合以将第二行星齿轮组的第二构件与第四行星齿轮组的第一构件互连。当(i)第二扭矩传递机构接合以将第一行星齿轮组的第三构件与固定构件互连时，以及(ii)第三扭矩传递机构接合以将第二行星齿轮组的第二构件与第四行星齿轮组的第一构件互连时，单向离合器将第一行星齿轮组的第一构件与固定构件互连。
在一个方面中，变速器进一步包括第四扭矩传递机构，该第四扭矩传递机构选择性地接合以将第三行星齿轮组的第一构件与第四行星齿轮组的第一构件互连。当(i)第二扭矩传递机构接合以将第一行星齿轮组的第三构件与固定构件互连时，以及(ii)第四扭矩传递机构接合以将第三行星齿轮组的第一构件与第四行星齿轮组的第一构件互连时，单向离合器将第一行星齿轮组的第一构件与固定构件互连。
在一个方面中，当同时地(i)第二扭矩传递机构接合以将第一行星齿轮组的第三构件与固定构件互连时、(ii)第三扭矩传递机构接合以将第二行星齿轮组的第二构件与第四行星齿轮组的第一构件互连时，以及(iii)第四扭矩传递机构接合以将第三行星齿轮组的第一构件与第四行星齿轮组的第一构件互连时，单向离合器将第一行星齿轮组的第一构件与固定构件脱开。
在另一方面中，当变速器降挡时，第一扭矩传递机构接合以将第一行星齿轮组的第一构件与固定构件互连。
在另一方面中，当变速器升挡时，第一扭矩传递机构脱离接合。
在又一个方面中，变速器进一步包括第五扭矩传递机构，该第五扭矩传递机构选择性地接合以将第三行星齿轮组的第三构件与第四行星齿轮组的第一构件互连。扭矩传递机构以至少三个的组合选择性地接合以在输入构件和输出构件之间建立至少八个前进挡速比和至少一个倒挡速比。
在又一个方面中，第一构件是太阳齿轮；第二构件是托架构件；第三构件是环形齿轮；输入构件持续地连接于第二行星齿轮组的托架构件；并且输出构件持续地连接于第四行星齿轮组的托架构件。
在又一方面中，第一扭矩传递机构选择性地将第一行星齿轮组的太阳齿轮和第二行星齿轮组的太阳齿轮与固定构件互连；第二扭矩传递机构选择性地将第一行星齿轮组的环形齿轮与固定构件互连；第三扭矩传递机构选择性地将输入构件和第二行星齿轮组的托架构件与第四行星齿轮组的太阳齿轮互连；第四扭矩传递机构选择性地将第四行星齿轮组的太阳齿轮与第三行星齿轮组的太阳齿轮和第二行星齿轮组的环形齿轮互连；以及第五扭矩传递机构选择性地将第三行星齿轮组的环形齿轮与第四行星齿轮组的太阳齿轮互连。
此外提供变速器，该变速器具有：输入构件；输出构件；第一、第二、第三以及第四行星齿轮组，其各自具有第一、第二以及第三构件，其中，输入构件与第二行星齿轮组的第二构件持续地互连，且输出构件与第四行星齿轮组的第二构件持续地互连；第一互连构件，其将第一行星齿轮组的第一构件与第二行星齿轮组的第一构件持续地互连；第二互连构件，其将第一行星齿轮组的第二构件与第四行星齿轮组的第三构件持续地互连；第三互连构件，其将第二行星齿轮组的第三构件与第三行星齿轮组的第一构件持续地互连；第四互连构件，其将第三行星齿轮组的第二构件与第四行星齿轮组的第二构件持续地互连；第一扭矩传递机构，其选择性地接合以将第一行星齿轮组的第一构件与固定构件互连；以及单向离合器，其与第一扭矩传递机构平行，其中，该单向离合器限制第一行星齿轮组的第一构件沿第一方向的旋转，由此将第一行星齿轮组的第一构件与固定构件互连。
在一个方面中，单向离合器包括第一座圈和可旋转的第二座圈，该第一座圈接地至固定构件，并且该可旋转的第二座圈将第一座圈连接于第一行星齿轮组的第一构件。
在另一方面中，单向离合器的第二座圈无法沿第一方向旋转。
在另一方面中，单向离合器的第二座圈沿第二方向自由地旋转。
在又一方面中，单向离合器是可选择的单向离合器。
此外提供变速器，该变速器具有：输入构件；输出构件；第一、第二、第三以及第四行星齿轮组，其各自具有太阳齿轮、行星齿轮托架以及环形齿轮，其中，输入构件与第二行星齿轮组的行星托架持续地互连，且输出构件与第四行星齿轮组的行星托架持续地互连；第一互连构件，其将第一行星齿轮组的太阳齿轮与第二行星齿轮组的太阳齿轮持续地互连；第二互连构件，其将第一行星齿轮组的行星齿轮托架与第四行星齿轮组的环形齿轮持续地互连；第三互连构件，其将第二行星齿轮组的环形齿轮与第三行星齿轮组的太阳齿轮持续地互连；第四互连构件，其将第三行星齿轮组的行星齿轮托架与第四行星齿轮组的行星齿轮托架持续地互连；第一扭矩传递机构，其选择性地接合以将第一和第二行星齿轮组的太阳齿轮与固定构件互连；第二扭矩传递机构，其选择性地接合以将第一行星齿轮组的环形齿轮与固定构件互连；第三扭矩传递机构，其选择性地接合以将第二行星齿轮组的行星齿轮托架与第四行星齿轮组的太阳齿轮互连；第四扭矩传递机构，其选择性地接合以将第三行星齿轮组的太阳齿轮与第四行星齿轮组的太阳齿轮互连；第五扭矩传递机构，其选择性地接合以将第三行星齿轮组的环形齿轮与第四行星齿轮组的太阳齿轮互连；以及单向扭矩传递机构，其将第一行星齿轮组的太阳齿轮与固定构件互连。
在一个方面中，单向扭矩传递机构是单向离合器。
在另一方面中，单向离合器包括第一座圈和可旋转的第二座圈，该第一座圈附接于固定构件，并且该可旋转的第二座圈将第一座圈连接于第一行星齿轮组的太阳齿轮。
进而在另一方面中，该单向离合器配置成防止第一行星齿轮组的太阳齿轮沿第一方向旋转，由此将第一行星齿轮组的太阳齿轮与固定构件互连。
另外，进而在另一方面中，扭矩传递机构以至少三个的组合选择性地接合以在输入构件和输出构件之间建立至少八个前进挡速比和至少一个倒挡速比。
从以下结合附图对实施本发明的最佳模式进行的详细描述中能够很容易了解到本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点。
附图说明
图1是根据本发明的变速器的实施例的示意图示；
图2是真值表，其列出了由图1所示变速器实现的针对所选择扭矩比的接合的转矩传递机构；以及
图3是根据本发明的图1所示变速器的杠杆图，说明从输入通过齿轮组向输出的动力流。
具体实施方式
参照附图，其中类似的附图标记指代类似的部件，在图1中示出多级变速器10。变速器10包括输入构件12和输出构件14。在本实施例中，输入构件12和输出构件14是轴，并且也这样称为。那些本领域技术人员将意识到的是，输入和输出构件12、14可以是除了轴以外的部件。输入轴12持续地连接于发动机(未示出)或者变矩器(未示出)的涡轮机。输出轴14与最终驱动单元或分动箱(未示出)持续地连接。
变速器10包括四个行星齿轮组16、18、20和22。行星齿轮组16、18、20和22连接在输入轴12和输出轴14之间。在本发明的较佳实施例中，行星齿轮组16是包括太阳齿轮构件24、环形齿轮构件26以及托架构件28的单一行星齿轮组，该托架构件可旋转地支撑一组小齿轮30(仅仅示出一个)。太阳齿轮构件24经连接，用于与第一外部轴32和第一中间轴34共同旋转。环形齿轮构件26经连接用以与第二外部轴36共同旋转。小齿轮30配置成与太阳齿轮构件24和环形齿轮构件26啮合。托架构件28经连接用以与第二中间轴38共同旋转。
在本发明的较佳实施例中，行星齿轮组18是单一行星齿轮组。更确切地说，行星齿轮组18包括太阳齿轮构件42、环形齿轮构件44以及托架构件46，该托架构件可旋转地支撑一组小齿轮48(仅仅示出一个)。太阳齿轮构件42经连接用以与第一中间轴34共同旋转。环形齿轮构件44经连接用以与第三中间轴50共同旋转。托架构件46经连接用以与输入轴12共同旋转。小齿轮48配置成与太阳齿轮构件42和环形齿轮构件44两者啮合。
在本发明的较佳实施例中，行星齿轮组20是包括太阳齿轮构件52、环形齿轮构件54以及托架构件56的单一行星齿轮组，该托架构件可旋转地支撑一组小齿轮58(仅仅示出一个)。太阳齿轮构件52经连接用以与第三中间轴50共同旋转。环形齿轮构件54经连接用以与第四中间轴60共同旋转。托架构件56经连接用以与第五中间轴62共同旋转。小齿轮58配置成与太阳齿轮构件52和环形齿轮构件54两者啮合。
在本发明的较佳实施例中，行星齿轮组22是包括太阳齿轮构件72、环形齿轮构件74以及托架构件76的单一行星齿轮组，该托架构件可旋转地支撑一组小齿轮78(仅仅示出一个)。太阳齿轮构件72经连接，用于与第六中间轴64和第七中间轴66共同旋转。环形齿轮构件74经连接用以与第二中间轴38共同旋转。托架构件76经连接用以与输出轴14共同旋转。小齿轮78配置成与太阳齿轮构件72和环形齿轮构件74两者啮合。
变速器10包括各种扭矩传递机构或装置，包括第一中间离合器80、第二中间离合器82、第三中间离合器84、第一制动器90、第二制动器92以及诸如单向离合器或可选择的单向离合器等之类的单向扭矩传递机构94。第一中间离合器80选择性地接合以将第七中间轴66连接于托架构件46和输入轴12。第二中间离合器82选择性地接合以将第六中间轴64连接于太阳齿轮构件52。第三中间离合器84选择性地接合以将第四中间轴60连接于第六中间轴64。致动器90选择性地接合以将外部轴32连接于变速器壳体100，从而限制轴32相对于壳体100的旋转。致动器92选择性地接合以将外部轴36连接于壳体100，从而限制轴36相对于壳体100的旋转。单向离合器94将外部轴36与制动器90平行地连接于壳体100，以使得单向离合器94可操作以限制外部轴36相对于壳体100沿第一方向的旋转，同时当制动器90未接合时允许外部轴36沿第二方向的旋转。单向离合器包括第一座圈96和可旋转的第二座圈98，该第一座圈附接于壳体100，而该可旋转的第二座圈将第一座圈96连接于第一行星齿轮组16的太阳齿轮24。第二座圈98无法沿第一方向旋转但沿第二方向自由地旋转。
变速器10能够以例如在图2的真值表中指示的至少八个前进挡扭矩比和一个倒挡扭矩比来将扭矩从输入轴12传递至输出轴14。前进挡扭矩比和倒挡扭矩比的每个通过接合一个或多个扭矩传递机构(即，第一中间离合器80、第二中间离合器82、第三中间离合器84、制动器90以及制动器92)来获得。本领域技术人员会易于理解的是，不同的速比与每个扭矩比相关联。因此，可通过变速器10来获得至少八个前进挡速比和至少一个倒挡速比。图2中还示出可使用本发明的实施例获得的传动比的示例。当然，取决于所选择的齿轮直径、齿轮齿数以及齿轮配置，能实现其它传动比。
在图3中示出杠杆图10A，其代表图1所示变速器10，以及离合器80、82、84和制动器90、92的连接。杠杆图10A的节点24A、26A、28A、42A、44A、46A、52A、54A、56A、72A、74A以及76A表示图1的齿轮构件24、26、28、42、44、46、52、54、56、72、74和76，使得附加有A后缀的相同附图标记用于识别对应的节点。例如，图3中示出的节点24A和42A表示分别在图1中示出的太阳齿轮24和42。图3的其它部件具有与图1中对应部件的相同编号惯例。此外，现将持续参照图1、2和3来描述离合器80、82、84和制动器90、92的操作或接合以建立各个前进挡和倒挡挡位速度。
为了建立倒挡扭矩比(Rev)，根据图2的表中阐述来选择扭矩传递机构或离合器。如图2中所示，第一和第二制动器90、92以及第三中间离合器84接合以实现倒挡扭矩比(Rev)。
在空挡中，离合器或制动器均不承载扭矩。如图2中所注意到的是，在该挡位状态中，第一和第二制动器90和92接合但不承载扭矩。
在图2的真值表中指示为1ST的第一前进挡扭矩比通过接合第二制动器92和第一中间离合器80来实现，同时单向离合器94限制第一外部轴32沿第一方向的旋转。在图2中提供箭头，该箭头指示在后续换挡期间释放哪个扭矩传递机构和接合哪个扭矩传递机构。例如，当从倒挡向1ST换挡时，第三中间离合器84释放并且第一中间离合器80接合。
在图2中指示为2nd(第二挡)的后续前进挡扭矩比通过接合第二制动器92和第二中间离合器82来建立，并且限制第一外部轴32随着单向离合器94沿第一方向的旋转。从第一挡向第二挡的换挡如下发生：释放第一中间离合器80并且接合第二中间离合器82，同时维持制动器92的接合。在图2中提供箭头，该箭头发自释放的离合器(离合器80)并且指向接合的离合器(离合器82)。当从1ST(第一挡)过渡至2nd(第二挡)时，制动器90保持脱离接合。
在释放第一中间离合器80和接合第二中间离合器82的过渡期间，由于诸如输入扭矩扰动、齿轮公差以及离心变化的操作可变性；一瞬间可能存在，第一中间离合器80和第二中间离合器82两者同时地接合。中间轴80、82两者的同时接合导致第一外部轴32沿第二方向旋转。如果制动器90接合时，外部轴32沿第二方向的试图旋转会导致变速器结合，从而致使车辆瞬时减速。通过在从1ST(第一挡)向2nd(第二挡)换挡期间使得制动器90保持脱离接合，单向离合器94通过允许第一外部轴32旋转或者沿第二方向超驰来实现第一外部轴32的此种瞬间旋转方向改变，直到完成释放第一中间离合器80和接合第二中间离合器82的过渡为止。
在图2的真值表中指示为3rd(第三挡)的后续扭矩比通过接合第二制动器92、第一和第二中间离合器80和82来建立。从第二挡向第三挡的换挡如下发生：离合器82和制动器92保持接合、离合器80接合并且单向离合器94通过沿第二方向超驰来脱离接合。
在图2的真值表中指示为4th(第四挡)的下一后续前进挡扭矩比通过接合第二制动器92、第二和第三中间离合器82、84来建立。从第三挡向第四挡的换挡如下来实现：维持离合器82和制动器92的接合，释放离合器80并且接合离合器84。在图2中提供箭头，该箭头发自释放的离合器(离合器80)并且指向接合的离合器(离合器84)。
在图2的真值表中指示为5th(第五挡)的后续前进挡扭矩比通过接合第二制动器92、第一和第三中间离合器80和84来建立。从第四挡向第五挡的换挡如下来实现：维持离合器84和第二制动器92的接合，释放离合器82并且接合离合器80。在图2中提供箭头，该箭头发自释放的离合器(离合器82)并且指向接合的离合器(离合器80)。
在图2的真值表中指示为6th(第六挡)的后续前进挡扭矩比通过接合第一、第二和第三中间离合器80、82和84来建立。从第五挡向第六挡换挡如下发生：维持离合器80和84的接合，释放制动器92并且接合离合器82。在图2中提供箭头，该箭头发自释放的制动器(制动器92)并且指向接合的离合器(离合器82)。
在图2的真值表中指示为7th(第七挡)的下一后续扭矩比通过接合制动器90以及第一和第三中间离合器80、84来建立。从第六挡向第七挡换挡如下发生：维持离合器80和84的接合，释放离合器82并且接合制动器90。在图2中提供箭头，该箭头发自释放的离合器(离合器82)并且指向接合的制动器(制动器90)。
在图2的真值表中指示为8th(第八挡)的下一后续扭矩比通过接合制动器90以及第二和第三中间离合器82、84来建立。从第七挡向第八挡的换挡如下发生：维持离合器84和制动器90的接合，释放离合器80并且接合离合器82。在图2中提供箭头，该箭头发自释放的离合器(离合器80)并且指向接合的离合器(离合器82)。
本发明设想降挡遵循对应升挡(如上所述)的相反次序，并且单次过渡的若干接通跳挡是可能的(例如，从1ST至3rd)。在从3rd向2nd的降挡期间，制动器92和离合器82保持接合，离合器80脱离接合，并且制动器90接合以利用发动机制动。在从2nd向1ST的降挡期间，制动器92保持接合，离合器82脱离接合，离合器80接合，并且制动器90保持接合以利用发动机制动。
虽然已详细地描述用于执行本发明的最佳模式，但熟悉本发明相关技术的人员将认识到落在所附权利要求内的用于实践本发明的各种替代设计和实施例。

Claims (10)

1.一种用于机动车辆的变速器，所述变速器包括：
输入构件；
输出构件；
第一、第二、第三以及第四行星齿轮组，其各自具有第一、第二以及第三构件，其中，所述输入构件与所述第二行星齿轮组的所述第二构件持续地互连，且所述输出构件与所述第四行星齿轮组的所述第二构件持续地互连；
第一互连构件，其将所述第一行星齿轮组的所述第一构件与所述第二行星齿轮组的所述第一构件持续地互连；
第二互连构件，其将所述第一行星齿轮组的所述第二构件与所述第四行星齿轮组的所述第三构件持续地互连；
第三互连构件，其将所述第二行星齿轮组的所述第三构件与所述第三行星齿轮组的所述第一构件持续地互连；
第四互连构件，其将所述第三行星齿轮组的所述第二构件与所述第四行星齿轮组的第二构件持续地互连；
第一扭矩传递机构，其选择性地接合以将所述第一行星齿轮组的所述第一构件与固定构件互连；以及
单向扭矩传递机构，其配置成防止所述第一行星齿轮组的所述第一构件沿第一方向旋转，由此将所述第一行星齿轮组的所述第一构件与所述固定构件互连。
2.根据权利要求1所述的变速器，其中，所述单向扭矩传递机构是单向离合器，所述单向离合器具有第一座圈和第二座圈，所述第一座圈附接于所述固定构件，且所述第二座圈将所述第一座圈连接于所述第一行星齿轮组的所述第一构件，其中，所述第二座圈无法沿所述第一方向旋转。
3.根据权利要求2所述的变速器，进一步包括：
第二扭矩传递机构，其选择性地接合以将所述第一行星齿轮组的所述第三构件与所述固定构件互连；
第三扭矩传递机构，其选择性地接合以将所述第二行星齿轮组的所述第二构件与所述第四行星齿轮组的所述第一构件互连；以及
其中，当(i)所述第二扭矩传递机构接合以将所述第一行星齿轮组的所述第三构件与所述固定构件互连时，以及当(ii)所述第三扭矩传递机构接合以将所述第二行星齿轮组的所述第二构件与所述第四行星齿轮组的第一构件互连时，所述单向离合器将所述第一行星齿轮组的所述第一构件与所述固定构件互连。
4.根据权利要求3所述的变速器，进一步包括：
第四扭矩传递机构，其选择性地接合以将所述第三行星齿轮组的所述第一构件与所述第四行星齿轮组的所述第一构件互连；以及
其中，当(i)所述第二扭矩传递机构接合以将所述第一行星齿轮组的所述第三构件与所述固定构件互连时，以及当(ii)所述第四扭矩传递机构接合以将所述第三行星齿轮组的所述第一构件与所述第四行星齿轮组的所述第一构件互连时，所述单向离合器将所述第一行星齿轮组的所述第一构件与所述固定构件互连。
5.根据权利要求4所述的变速器，其中，当同时地(i)所述第二扭矩传递机构接合以将所述第一行星齿轮组的所述第三构件与所述固定构件互连时、(ii)所述第三扭矩传递机构接合以将所述第二行星齿轮组的所述第二构件与所述第四行星齿轮组的所述第一构件互连时，以及(iii)所述第四扭矩传递机构接合以将所述第三行星齿轮组的所述第一构件与所述第四行星齿轮组的所述第一构件互连时，所述单向离合器将所述第一行星齿轮组的所述第一构件与所述固定构件脱开。
6.根据权利要求4所述的变速器，其中，当所述变速器降挡时，所述第一扭矩传递机构接合以将所述第一行星齿轮组的所述第一构件与所述固定构件互连。
7.根据权利要求4所述的变速器，其中，当所述变速器升挡时，所述第一扭矩传递机构脱离接合。
8.根据权利要求5所述的变速器，进一步包括：
第五扭矩传递机构，其选择性地接合以将所述第三行星齿轮组的所述第三构件与所述第四行星齿轮组的所述第一构件互连；以及
其中，所述扭矩传递机构以至少三个的组合选择性地接合，从而在所述输入构件和所述输出构件之间建立至少八个前进挡速比和至少一个倒挡速比。
9.根据权利要求8所述的变速器，其中，
所述第一构件是太阳齿轮；
所述第二构件是托架构件；
所述第三构件是环形齿轮；
所述输入构件持续地连接于所述第二行星齿轮组的所述托架构件；以及
所述输出构件持续地连接于所述第四行星齿轮组的所述托架构件。
10.根据权利要求9所述的变速器，其中，
所述第一扭矩传递机构选择性地将所述第一行星齿轮组的太阳齿轮和所述第二行星齿轮组的太阳齿轮与所述固定构件互连；
所述第二扭矩传递机构选择性地将所述第一行星齿轮组的环形齿轮与所述固定构件互连；
所述第三扭矩传递机构选择性地将所述输入构件和所述第二行星齿轮组的所述托架构件与所述第四行星齿轮组的太阳齿轮互连；
所述第四扭矩传递机构选择性地将所述第四行星齿轮组的太阳齿轮与所述第三行星齿轮组的所述太阳齿轮和所述第二行星齿轮组的环形齿轮互连；以及
所述第五扭矩传递机构选择性地将所述第三行星齿轮组的环形齿轮与所述第四行星齿轮组的太阳齿轮互连。
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