CN108412985A - 多级变速器 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种多级变速器。一种变速器的齿轮传动装置包括四个简单行星齿轮组、三个制动器和四个离合器。所述变速器响应于以制动器和离合器中的三个组合的方式来接合制动器和离合器而产生两个倒车传动比和十二个前进传动比。所述变速器适合与挡位范围选择器一起使用。在低挡位范围中，使用倒车传动比中的一个和所有十二个前进传动比。在高挡位范围中，使用倒车传动比中的另一个和前进传动比中的十一个。

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，本公开涉及齿轮传动元件、换挡元件的布置及它们之间的互相连接，并涉及接合离合器以产生期望传动比的相应方法。

背景技术

许多车辆在宽的车速范围(包括前进运动和倒车运动两者)内使用。然而，一些类型的发动机仅能在窄的速度范围内高效地运转。因此，能够在各种传动比下高效传递动力的变速器被频繁使用。当车辆处于低速时，变速器通常在高传动比下运转，使得变速器将发动机的扭矩倍增以提高加速度。在高车速下，使变速器在低传动比下运转允许与安静的、燃料高效的巡航相关联的发动机转速。通常，变速器具有安装到车辆结构的壳体、由发动机曲轴驱动的输入轴以及通常经由差速器总成来驱动车轮的输出轴，差速器总成在车辆转弯时允许左右车轮以略微不同的转速旋转。

一些车辆还包括分动箱，所述分动箱将动力从变速器引至前传动轴和后传动轴。一些分动箱包括允许分动箱在低挡位范围和高挡位范围下运转的可换挡齿轮传动装置。针对道路行驶通常选择高挡位范围。针对越野行驶或期望高扭矩或精确速度控制的其它情况可选择低挡位范围。在分动箱中提供此功能的一个缺点是其只适用于四轮驱动车辆。另一缺点是在车辆以发动机动力运动时分动箱的齿轮传动装置经常不能够在低挡位范围和高挡位范围之间换挡。

发明内容

一种变速器包括四个简单行星齿轮组。第二中心齿轮固定地连接到输入。第三环形齿轮和第四行星架固定地连接到输出。第一行星架固定地连接到第二环形齿轮。第一环形齿轮固定地连接到第三中心齿轮。第一制动器可选择性地保持第一行星架和第二环形齿轮不旋转。第二制动器可选择性地保持第一中心齿轮不旋转。第三制动器可选择性地保持第四中心齿轮不旋转。第一离合器可将第一中心齿轮选择性地连接到第二行星架。第二离合器可将第二行星架选择性地连接到第一环形齿轮和第三中心齿轮。第三离合器可将输入选择性地连接到第二行星架。第四离合器可将输入选择性地连接到第三行星架和第四环形齿轮。所述变速器还包括控制器，所述控制器被配置为响应于驾驶员选择低挡位范围或高挡位范围以及驾驶员选择倒车模式或前进行驶模式而命令各个制动器和离合器的接合。所述控制器可通过命令第一制动器、第三制动器和第一离合器的接合来对驾驶员选择低挡位范围和倒车模式作出响应。所述控制器可通过命令第二制动器、第三制动器和第一离合器的接合来对驾驶员选择高挡位范围和倒车模式作出响应。所述控制器可在输出静止时通过命令第一制动器、第三制动器和第二离合器的接合来对驾驶员选择低挡位范围和前进行驶模式作出响应，并且然后在输出旋转时通过命令第二制动器的协调接合和第一制动器的释放来进行升挡。所述控制器可在输出静止时通过命令第二制动器、第三制动器和第二离合器的接合来对驾驶员选择高挡位范围和前进行驶模式作出响应。

在另一实施例中，一种变速器包括第一齿轮传动装置、第二齿轮传动装置、离合器和制动器。所述第一齿轮传动装置被构造成在输入轴与第一轴之间轮流建立四个正传动比和两个负传动比。所述第一齿轮传动装置还可被构造成选择性地保持第一轴不旋转同时允许输入轴旋转。所述第二齿轮传动装置被构造成在第一轴、第二轴、输出轴和第三轴之间施加固定线性转速关系。所述离合器将输入轴选择性地连接到第二轴。所述制动器选择性地保持第三轴不旋转。所述变速器还包括控制器，所述控制器被配置为对驾驶员选择高挡位范围或低挡位范围以及驾驶员选择倒车模式或前进行驶模式作出响应。所述控制器可通过命令接合制动器并命令建立两个负传动比中的第一个来对驾驶员选择低挡位范围和倒车模式作出响应。所述控制器可通过命令接合制动器并命令建立两个负传动比中的第二个来对驾驶员选择高挡位范围和倒车模式作出响应。所述控制器可在输出轴静止时通过命令接合制动器并建立四个正传动比中的第一个来对驾驶员选择低挡位范围和前进行驶模式作出响应，并且然后在输出轴旋转时通过命令第一齿轮传动装置升挡到四个正传动比中的第二个来进行升挡。所述控制器可在输出轴静止时通过命令接合制动器并建立四个正传动比中的第二个来对驾驶员选择高挡位范围和前进行驶模式作出响应。最后，所述控制器可命令接合离合器并命令第一齿轮传动装置保持第一轴不旋转。

根据本发明的一个实施例，所述第一齿轮传动装置包括：第一行星齿轮组，被构造成在第四轴、第五轴和第一轴之间建立固定线性转速关系；第二行星齿轮组，被构造成在输入轴、第六轴和第五轴之间建立固定线性转速关系；第一换挡元件，被构造成选择性地保持第五轴不旋转；第二换挡元件，被构造成选择性地保持第四轴不旋转；第三换挡元件，被构造成将第四轴选择性地连接到第六轴；第四换挡元件，被构造成将第六轴选择性地连接到第一轴；第五换挡元件，被构造成将输入轴选择性地操作性地连接到第六轴。

在另一实施例中，一种变速器包括第一齿轮传动装置和第二齿轮传动装置以及控制器。所述第一齿轮传动装置被构造成在输入轴和中间轴之间选择性地建立第一负传动比和第二负传动比。所述第一齿轮传动装置还可被构造成在输入轴和中间轴之间选择性地建立第一正传动比、第二正传动比、第三正传动比和第四正传动比。所述第二齿轮传动装置被构造成在中间轴和输出轴之间施加选择性的减速传动转速关系。所述第二齿轮传动装置还可被构造成在中间轴、输入轴和输出轴之间施加选择性的线性转速关系。所述控制器被配置为通过命令第一齿轮传动装置来建立第一负传动比并命令第二齿轮传动装置来建立减速传动转速关系来对驾驶员选择低挡位范围和倒车模式作出响应。所述控制器还被配置为通过命令第一齿轮传动装置来建立第二负传动比并命令第二齿轮传动装置来建立减速传动转速关系来对驾驶员选择高挡位范围和倒车模式作出响应。所述控制器还可被配置为在输出轴静止时通过命令第一齿轮传动装置来建立第一正传动比并命令第二齿轮传动装置来建立减速传动转速关系来对驾驶员选择低挡位范围和前进行驶模式作出响应，并在输出轴旋转时命令第一齿轮传动装置换挡到第二正传动比。所述控制器还可被配置为在输出轴静止时通过命令第一齿轮传动装置来建立第二正传动比并命令第二齿轮传动装置来建立减速传动转速关系来对驾驶员选择高挡位范围和前进行驶模式作出响应。

附图说明

图1是车辆动力传动系统的示意图。

图2是变速器的齿轮传动装置的示意图。

具体实施方式

在此描述本公开的实施例。然而，应该理解，公开的实施例仅仅是示例，并且其它实施例可采用各种形式和替代形式。附图不一定按照比例绘制；可夸大或最小化一些特征，以示出特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域的技术人员以各种方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，以产生未被明确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修改可期望用于特定应用或实施方式。

如果一组旋转元件被约束为在所有工况下均以相同的转速绕同一轴线旋转，则这组旋转元件彼此固定地连接。可通过例如花键连接、焊接、压装、或对一般固体进行机加工而固定连接旋转元件。可在固定连接的元件之间出现转动角位移的轻微变化，诸如由于冲击或轴柔量导致的位移。全部固定连接到彼此的一个或更多个旋转元件可被称为轴。相比之下，每当换挡元件完全接合，该换挡元件便约束两个旋转元件以相同的转速绕同一轴线旋转，而在至少一些其它工况下这两个旋转元件自由地具有不同的转速，则这两个旋转元件通过该换挡元件选择性地连接。通过选择性将旋转元件连接到壳体而保持该旋转元件不旋转的换挡元件称为制动器。选择性地将两个或更多个旋转元件彼此连接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，液压致动或电动致动的离合器或制动器)或者可以是被动装置(例如，单向离合器或制动器)。如果两个旋转元件被固定地连接或者被选择性地连接，则所述两个旋转元件被连接。

齿轮传动装置是轴和换挡元件的集合，所述换挡元件被构造成在轴之间施加特定转速关系。不论任何换挡元件的状态如何都被施加的一些转速关系称为固定转速关系。仅在特定的换挡元件完全接合时才被施加的其它转速关系称为选择性转速关系。当轴沿一个方向旋转时该轴的转速为正，当该轴沿相反方向旋转时，该轴的转速为负，并且当该轴静止时转速为零。当第一轴和第二轴的转速比被约束成预定值时，在第一轴和第二轴之间存在成比例的转速关系。如果第二轴的转速与第一轴的转速的比值在0与1之间，则第一轴和第二轴之间的成比例的转速关系是减速传动(underdrive)关系。类似地，如果第二轴的转速与第一轴的转速的比值大于1，则第一轴和第二轴之间的成比例的转速关系是超速传动(overdrive)关系。当(i)一序列轴中的第一个轴和最后一个轴被约束成具有最极端的转速，(ii)其余轴的转速均被约束为第一个轴和最后一个轴的转速的加权平均值，以及(iii)当轴的转速不同，轴的转速被约束为按照所列出的顺序增大或减小时，则该一序列轴之间存在线性转速关系。

图1示出了车辆动力传动系统10。实线指示机械动力流连接。虚线指示控制信号。由内燃发动机12提供动力。变速器14调节速度和扭矩以更好地适应车辆需求。差速器16在左驱动轮18和右驱动轮20之间分配动力，从而在车辆转弯时允许轻微的转速差。变速器14被进一步细分为变矩器22、齿轮箱24和控制器26。变矩器22的泵轮可驱动地连接到发动机12。齿轮箱输入轴28可驱动地连接到变矩器22的涡轮。齿轮箱输出轴30可驱动地连接到差速器16。为了建立特定传动比，控制器26向齿轮箱24发送信号以接合各个换挡元件。这些信号可以是到阀体中的螺线管的电信号，所述电信号使加压流体被引导到相应换挡元件的应用室。

控制器26基于若干输入(包括换挡杆32和挡位范围选择器34)来选择传动比。换挡杆允许驾驶员在各种变速器操作模式(诸如，驻车挡(P)、倒挡(R)、空挡(N)和前进挡(D))之间进行选择。在本申请中所使用的术语“换挡杆”包括用于在驻车挡、倒挡、空挡和前进挡的操作模式之中进行选择的替代用户界面特征(诸如，触摸屏)。挡位范围选择器(rangeselector)允许驾驶员在高操作挡位范围和低操作挡位范围之间进行选择。在一些车辆中，挡位范围选择器还可选择是全四轮驱动还是仅两轮驱动。通常，高挡位范围用于大多数行驶情况。可在需要额外扭矩或需要精确速度控制时使用低挡位范围。

图2示出了齿轮箱24，齿轮箱24被构造成建立12个不同的前进传动比和两个不同的倒车传动比。齿轮箱使用七个换挡元件，包括三个制动器和四个离合器。换挡元件以三个换挡元件组合的方式进行接合而轮流地建立各个传动比。齿轮箱包括固定到车辆结构的壳体36。

图2的变速驱动桥使用四个简单行星齿轮组40、50、60和70。行星架42绕中心轴线旋转，并支撑一组行星齿轮44，使得行星齿轮相对于行星架旋转。行星齿轮的外齿与中心齿轮46的外齿相啮合，并且与环形齿轮48的内齿相啮合。中心齿轮和环形齿轮被支撑以绕着与行星架相同的轴线旋转。齿轮组50、60和70被相似地构造。表1列出了每个行星齿轮组的建议齿数比。

表1

环形齿轮48/中心齿轮46	1.80
		环形齿轮58/中心齿轮56	1.80
环形齿轮68/中心齿轮66	2.40
		环形齿轮78/中心齿轮76	1.55

简单行星齿轮组是在中心齿轮、行星架和环形齿轮之间施加固定线性转速关系的一类齿轮传动装置。其它已知类型的齿轮传动装置也在这三种旋转元件之间施加固定线性转速关系。例如，双小齿轮行星齿轮组在中心齿轮、行星架和环形齿轮之间施加固定线性转速关系。

中心齿轮56固定地连接到输入轴28。环形齿轮68和行星架72都固定地连接到输出轴30。行星架42固定地连接到环形齿轮58。环形齿轮48固定地连接到中心齿轮66。行星架62固定地连接到环形齿轮78。制动器80选择性地保持行星架42和环形齿轮58不旋转。中心齿轮46通过制动器82选择性地保持不旋转，并通过离合器84选择性地连接到行星架52。离合器86将行星架52选择性地连接到环形齿轮48和中心齿轮66。输入轴28通过离合器88选择性地连接到行星架52，并且通过离合器90选择性地连接到行星架62和环形齿轮78。制动器92选择性地保持中心齿轮76不旋转。

齿轮组40和50以及换挡元件80、82、84、86和88形成第一齿轮传动装置94，如下表2所示，第一齿轮传动装置94被构造成在输入轴28与环形齿轮48之间交替建立两个负传动比和四个正传动比。此外，当允许输入轴28旋转时，同时接合制动器80和82使环形齿轮48保持静止。注意的是，接合离合器88将强制使齿轮组50的全部三个元件(中心齿轮56、行星架52和环形齿轮58)以相同转速旋转。在替代的实施例中，离合器88可被将环形齿轮58选择性地连接到行星架52或中心齿轮56的离合器代替。

表2

齿轮组60和70以及换挡元件90和92形成第二齿轮传动装置96。齿轮组60和70在中心齿轮66、行星架62和环形齿轮78的组合、输出轴30以及中心齿轮76之间共同地施加固定线性转速关系。接合离合器90在中心齿轮66、输入轴28和输出轴30之间选择性地建立线性转速关系。接合制动器92在中心齿轮66和输出轴30之间选择性地建立减速传动关系。

如表3所示，以三个换挡元件组合的方式接合换挡元件在输入轴28和输出轴30之间建立十二个前进传动比和两个倒车传动比。X指示该换挡元件是建立传动比所必需的。(X)指示该离合器是建立动力流路径可应用的但不是必需的。在5挡中，离合器90和制动器92在输入轴28和输出轴30之间建立动力流路径。剩余的换挡元件中的任何一个都可被应用。应用离合器88确保通过仅接合一个换挡元件并且仅释放一个换挡元件能够实现从5挡开始的所有单阶换挡和两阶换挡。当齿轮组具有如表1所示的齿数时，传动比具有如表3所示的值。

表3

当挡位范围选择器34设置成高挡位范围时，控制器26可根据表4使齿轮箱换挡。响应于驾驶员经由换挡杆32选择倒挡，控制器26命令第一齿轮传动装置的制动器82和离合器84接合以在输入轴28和中心齿轮66之间建立第一负传动比。此外，控制器26命令制动器92接合以在中心齿轮66和输出轴30之间建立减速传动转速关系。(这些换挡元件中的一些可能已经被接合，在这种情况下控制器26继续命令接合)。响应于在车辆静止时驾驶员经由换挡杆32选择前进挡，控制器26命令第一齿轮传动装置的制动器82和离合器86接合以在输入轴28和中心齿轮66之间建立第一正传动比。此外，控制器26命令制动器92接合以在中心齿轮66和输出轴30之间建立减速传动转速关系。此传动比被用于使车辆从静止起步。一旦车辆处于运动状态，控制器命令制动器82的协调释放和离合器88的接合以使变速器升挡。响应于进一步加速而根据表4命令额外的升挡。

表4

当挡位范围选择器34设置成低挡位范围时，控制器26可根据表5使齿轮箱换挡。响应于驾驶员经由换挡杆32选择倒挡，控制器26命令第一齿轮传动装置的制动器80和离合器84接合以在输入轴28和中心齿轮66之间建立第二负传动比。该第二负传动比使中心齿轮66在给定输入轴转速下比第一负传动比旋转得更慢(以绝对值形式)。此外，控制器26命令制动器92接合以在中心齿轮66和输出轴30之间建立减速传动转速关系。响应于在车辆静止时驾驶员经由换挡杆32选择前进挡，控制器26命令第一齿轮传动装置的制动器80和离合器86接合以在输入轴28和中心齿轮66之间建立第二正传动比。该第二正传动比使中心齿轮66在给定输入轴转速下比第一正传动比旋转得更慢。此外，控制器26命令制动器92接合以在中心齿轮66和输出轴30之间建立减速传动转速关系。此传动比被用于使车辆从静止起步。一旦车辆处于运动状态，控制器命令制动器80的协调释放和制动器82的接合以使变速器升挡。响应于进一步加速而根据表5命令额外的升挡。

表5

虽然以上描述了示例性实施例，但是这些实施例并不意在描述了权利要求所涵盖的所有可能形式。说明书中使用的词语为描述性词语而非限制性词语，并且应理解的是，可在不脱离本公开的精神和范围的情况下作出各种改变。如前所述，各个实施例的特征可被组合，以形成本发明的可能未被明确描述或示出的进一步的实施例。尽管各个实施例可能已被描述为提供优点或者在一个或更多个期望的特性方面优于其它实施例或现有技术的实施方式，但是本领域普通技术人员应该认识到，根据具体的应用和实施方式，一个或更多个特征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它实施例或现有技术的实施方式合意的实施例并不在本公开的范围之外，并且可被期望用于特定的应用。

Claims (11)

1.一种变速器，包括：

第一简单行星齿轮组，具有第一中心齿轮、第一行星架和第一环形齿轮，

第二简单行星齿轮组，具有第二中心齿轮、第二行星架和第二环形齿轮，

第三简单行星齿轮组，具有第三中心齿轮、第三行星架和第三环形齿轮，

第四简单行星齿轮组，具有第四中心齿轮、第四行星架和第四环形齿轮，其中，

第二中心齿轮固定地连接到输入，

第三环形齿轮和第四行星架固定地连接到输出，

第一行星架固定地连接到第二环形齿轮，

第一环形齿轮固定地连接到第三中心齿轮。

2.根据权利要求1所述的变速器，还包括：

第一制动器，被构造成选择性地保持第一行星架和第二环形齿轮不旋转；

第二制动器，被构造成选择性地保持第一中心齿轮不旋转；

第三制动器，被构造成选择性地保持第四中心齿轮不旋转；

第一离合器，被构造成将第一中心齿轮选择性地连接到第二行星架；

第二离合器，被构造成将第二行星架选择性地连接到第一环形齿轮和第三中心齿轮；

第三离合器，被构造成将输入选择性地连接到第二行星架；

第四离合器，被构造成将输入选择性地连接到第三行星架和第四环形齿轮。

3.根据权利要求2所述的变速器，还包括控制器，控制器被配置为：

通过命令第一制动器、第三制动器和第一离合器的接合来对驾驶员选择低挡位范围和倒车模式作出响应；

通过命令第二制动器、第三制动器和第一离合器的接合来对驾驶员选择高挡位范围和倒车模式作出响应。

4.根据权利要求3所述的变速器，其中，所述控制器还被配置为：

当输出静止时，通过命令第一制动器、第三制动器和第二离合器的接合来对驾驶员选择低挡位范围和前进行驶模式作出响应；

当输出旋转时，通过命令第二制动器的协调接合和第一制动器的释放来进行升挡。

5.根据权利要求4所述的变速器，其中，所述控制器还被配置为：

当输出静止时，通过命令第二制动器、第三制动器和第二离合器的接合来对驾驶员选择高挡位范围和前进行驶模式作出响应。

6.根据权利要求5所述的变速器，其中，所述控制器还被配置为：

命令第一制动器、第二制动器和第四离合器的接合。

7.一种变速器，包括：

第一齿轮传动装置，被构造成在输入轴与第一轴之间轮流建立四个正传动比和两个负传动比；

第二齿轮传动装置，被构造成在第一轴、第二轴、输出轴和第三轴之间施加固定线性转速关系；

离合器，将输入轴选择性地连接到第二轴；

制动器，选择性地保持第三轴不旋转。

8.根据权利要求7所述的变速器，还包括控制器，控制器被配置为：

通过命令接合制动器并命令建立两个负传动比中的第一个来对驾驶员选择低挡位范围和倒车模式作出响应；

通过命令接合制动器并命令建立两个负传动比中的第二个来对驾驶员选择高挡位范围和倒车模式作出响应。

9.根据权利要求8所述的变速器，其中，所述控制器还被配置为：

当输出轴静止时，通过命令接合制动器并建立四个正传动比中的第一个来对驾驶员选择低挡位范围和前进行驶模式作出响应；

当输出轴旋转时，通过命令第一齿轮传动装置升挡到四个正传动比中的第二个来进行升挡。

10.根据权利要求9所述的变速器，其中，所述控制器还被配置为：

在输出轴静止时，通过命令接合制动器并建立四个正传动比中的第二个来对驾驶员选择高挡位范围和前进行驶模式作出响应。

11.一种变速器，包括：

第一齿轮传动装置，被构造成在输入轴和中间轴之间选择性地建立第一负传动比和第二负传动比；

第二齿轮传动装置，被构造成在中间轴和输出轴之间施加选择性的减速传动转速关系；和

控制器，被配置为：

通过命令第一齿轮传动装置来建立第一负传动比并命令第二齿轮传动装置来建立减速传动转速关系来对驾驶员选择低挡位范围和倒车模式作出响应，和

通过命令第一齿轮传动装置来建立第二负传动比并命令第二齿轮传动装置来建立减速传动转速关系来对驾驶员选择高挡位范围和倒车模式作出响应。