CN1093050C - 用于车辆自动变速器的齿轮传动系 - Google Patents

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Abstract

自动变速器的齿轮传动系，包括第一、二和三行星齿轮组。第一行星齿轮组包括与一个输入轴相连的第一元件，连接到输入轴和第一元件的第二元件，及与传动轴相连的第三元件；第二行星齿轮组包括固定连接到第一元件、并连接到输入轴上的第四元件，及连接到输入轴、并第一和第四元件的组合体上的第五元件，以及连接到传动轴的第六元件；第三行星齿轮组包括与第一和第四元件的组合体固定连接的第七元件，连接到变速器壳体的第八元件，以及固定连接于第三元件并同时与传动轴相连的第九元件。齿轮传动系还设置了多个用于实现可变换连接的摩擦元件。

Description

用于车辆自动变速器的齿轮传动系
本发明涉及车辆中所用的自动变速器中的一种齿轮传动系。尤其是一种用于具有六个前进档和一个倒车档的自动变速器的齿轮传动系。
通常，在车辆的自动变速系统中设置一个根据车辆运行条件的变化而自动地控制档位速比的变速控制单元(TCU)。
典型的变速控制单元TCU通过对设置在齿轮传动系中的多个摩擦元件进行控制，使之处于工作或不工作的状态，来选择行星齿轮组(包括一个太阳轮、一个齿圈，和一个行星架)的三个基本元件中某一元件作为输入元件、反作用元件或输出元件，从而控制输出的转速。
特别是，可实现五个前进档和一个倒车档的一个齿轮传动系包括多个既重又大的离合装置和锁止装置以及多个不运转的摩擦元件，导致传动效率和空间效率的降低。
因而，本发明致力于解决上述这些问题。
本发明的一个目的是提供一种用于自动变速器的齿轮传动系，其重量轻且结构紧凑，同时具有改进的传动效率。
为达到上述目的，本发明提供了一种用于自动变速器的齿轮传动系，该齿轮传动系包括一个第一行星齿轮组，该行星齿轮组包括一个可变换地与一个输入轴相连的第一元件，以及一个可变换地连接到输入轴和第一元件的第二元件，及一个与传动轴相连从而将动力传递到传动轴的第三元件；一个第二行星齿轮组，它包括一个固定连接到第一元件、并可变换地连接到输入轴上的第四元件，及一个可变换地连接到输入轴、并可变换地连接到第一元件和第四元件组合体上的第五元件，以及连接到传动轴从而将动力传递到传动轴的第六元件；一个第三行星齿轮组，它包括一个与第一元件和第四元件的组合体固定连接的第七元件，一个可变换地连接到变速器壳体的第八元件，以及一个固定连接于第三元件并与传动轴相连以传输动力的第九元件；以及多个用于实现上述可变换连接关系的摩擦元件。
作为推荐方案，第一行星齿轮组最好是一个具有单级行星轮的行星齿轮组，第二行星齿轮组也是一个具有双级行星轮的行星齿轮组，第三行星齿轮组是一个具有单级行星轮的行星齿轮组。
最好是，第一元件是一个第一太阳轮，第二元件是一个第一齿圈，第三元件是一个第一行星架，第四元件是一个第二太阳轮，第五元件是一个第二行星架，第六元件是一个第二齿圈，第七元件是一个第三太阳轮，第八元件是一个第三行星架，第九元件是一个第三齿圈。
所述的摩擦装置包括一个设置在输入轴和第二行星架之间的第一离合装置；一个设置在输入轴和第一行星架之间的第二离合装置；一个设置在输入轴和第一、第二太阳轮的组合体之间的第三离合装置；以及一个设置在第三行星架与变速器壳体之间的第一锁止装置。
包括在说明书内并且构成说明书一部分的附图描述了本发明的一实施例，该附图与所作的描述一起用于解释本发明的原理，图中：
图1是根据本发明一种最佳实施例的用于自动变速器中的一种齿轮传动系的示意图；
图2是根据本发明一种最佳实施例的用于自动变速器中的一种齿轮系在每个档位范围内各个摩擦元件工作状态表；
图3是一个应用杠杆模拟(lever analogy)方法表示的视图，表示根据本发明的一种最佳实施例，第一档时在驱动范围“D”内的档位速比；
图4是一个应用杠杆模拟方法表示的视图，表示根据本发明的一种最佳实施例，第二档时在驱动范围“D”内的档位速比；
图5是一个应用杠杆模拟方法表示的视图，表示根据本发明的一种最佳实施例，第三档时在驱动范围“D”内的档位速比；
图6是一个应用杠杆模拟方法表示的视图，表示根据本发明的一种最佳实施例，第四档时在驱动范围“D”内的档位速比；
图7是一个应用杠杆模拟方法表示的视图，表示根据本发明的一种最佳实施例，第五档时在驱动范围“D”内的档位速比；以及
图8是一个应用杠杆模拟方法表示的视图，表示根据本发明的一种最佳实施例在倒车档时的档位速比；
现参照附图详细地描述本发明的一个最佳实施例。
图1是一个根据本发明一个最佳实施例的齿轮传动系的示意图。
这个具有创新性的齿轮传动系包括绕一个输入轴1设置的第一、第二和第三行星齿轮组PG1、PG2、PG3。第一行星齿轮组PG1是一个具有单级行星轮的行星齿轮组，其包括可变换地连接到输入轴1上的一个太阳轮S1；可变换地连接到输入轴1的一个齿圈R1、以及一个连接到传动轴5并由此传出动力的行星架Ca1，太阳轮S1还可变换地连接到齿圈R1上。
第二行星齿轮组PG2是一个具有双级行星轮的行星齿轮组，其包括一个固定地连接到第一行星齿轮组PG1中的太阳轮S1的太阳轮S2，该太阳轮S2同时还可变换地连接到输入轴1上；以及一个可变换地连接到输入轴1上行星架Ca2，该行星架同时还可变换地连接到太阳轮S1和S2的组合体上；以及一个连接到传动轴5从而传出动力的齿圈R2。
第三行星齿轮组PG3是一个具有单级行星轮的行星齿轮组，其包括一个固定地连接到太阳轮S1和太阳轮S2组合体的太阳轮S3；以及一个可转换地连接到变速器壳体3上的行星架Ca3；以及一个固定连接到第一行星齿轮组上的行星架Ca1的齿圈R3，该齿圈同时连接到传动轴5上，将动力传输出去。
为了实现上述可变换的连接关系，在输入轴1与第二行星齿轮组PG2的行星架Ca2之间设置了一个第一离合装置C1，在输入轴1和行星架Ca1之间设置一个第二离合装置C2，在输入轴1和第一、第二行星齿轮组PG1、PG2的太阳轮S1和S2的组合体之间设置了一个第三离合装置。此外，在第三行星齿轮组PG3的行星架Ca3与变速器壳体3之间还设置了一个第一锁止装置B1。
这样，通过选择地合上第一、第二和第三离合装置C1、C2、C3及第一锁止装置B1，就实现了五个前进档和一个倒车档，并将这些传动速比传输到传动轴5上。对摩擦元件的工作状态选择是通过TCU控制的。第一和第二传输驱动齿轮7、9分别固定于第二行星齿轮组PG2的齿圈R2和由第一行星齿轮组PG1中的行星架Ca1和第三行星齿轮组的齿圈R3组成的组合体上，并分别与传动轴5上的第一和第二传动齿轮11、13啮合。
具体地讲，各个摩擦元件在每个档位时都如图2中的摩擦元件工作状态表所示的那样进行工作。下文将利用图2的工作状态图表和图3～8的杠杆模拟图线来论述换档过程，在图中第一、第二和第三行星齿轮组PG1、PG2和PG3由第一～第六杠杆L1～L6来表示。
位于每一杠杆上的第一～第六节点N1～N6表示第一、第二和第三行星齿轮组PG1、PG2和PG3的每一元件。具体地讲，第一节点N1表示第二行星齿轮组PG2上的行星架Ca2，第二节点N2表示第一行星齿轮组PG1的齿圈R1，第三节点N3表示第一行星齿轮组PG1的行星架Ca1和第三行星齿轮组PG3的齿圈R3，第四节点N4表示第二行星齿轮组PG1的齿圈R2，第五节点N5表示第三行星齿轮组PG3的行星架Ca3，以及第六节点N6表示第一、第二和第三行星齿轮组PG1、PG2和PG3的太阳轮S1、S2和S3的组合体。
第一前进档
下将参照图3对第一前进档的速比进行描述。
在第一前进档的情况下，由于第一离合装置C1和第一锁止装置B1如图2所示那样由TCU控制而合上，在图3的第一杠杆L1上，第三和第四节点N3、N4变为输出元件，而第五节点N5变为反作用元件，而第一节点N1成为输入元件。
设定第三节点N3的输出速度固定为“1”，且第四节点N4的输出速度要低于第三节点N3的输出速度“1”。
这样，连接第三节点N3的“1”值对应点及反作用元件第五节点N5的延长线就形成了第一速度档线l1。
从而，图中连接输入节点N1到第一速度档线l1的垂直线就成为一档输入速度线D1。该输入速度线D1比输出速度“1”值要长。
相应地，从图中可以看出输出转速要远小于输入转速，从而通过第一档的传动速比获得了减速效果。
第二前进档
在上述第一前进档状态条件下，如果车速和节气门开度增大，则如图2的工作状态表所示，TCU将断开第一离合装置C1并合上第二离合装置C2。因而，在图4中的第二杠杆L2上，输入元件由第一节点N1变到了第二节点N2，而第三、第四节点N3、N4为输出元件，第五节点N5变为反作用元件。
仍然假定第三节点N3的输出速度被固定在“1”，并且第四节点N4的输出速度低于第三节点N3的输出速度“1”。
因而，连接第四节点N4输出速度点和反作用元件第五节点N5的延长线就形成了第二速度档线l2。
相应地，图中连接输入节点N2到第二速度档线l2的垂直线就成为二档输入速度线D2。
该输入速度线D2比输出速度“1”值线要长，但低于一档输入速度线D1。
相应地，从图中可以看出第二前进档时输出转速要远小于输入转速，但要大于第一前进档的时的输出转速。
第三前进档
在上述第二前进档状态条件下，如果车速和节气门开度继续增大，则TCU将松开第一锁止装置B1并合上第一离合装置C1。因而，在图5中的第三杠杆L3上，第三节点N3和第四节点N4作为输出元件工作，而第一、第二节点N1、N2变为了输入元件。
仍然设定第三节点N3的输出速度固定为“1”，并且第四节点N4的输出速度N4低于第三节点N3的输出速度“1”。
此外还进一步设定第一、第二节点N1、N2的输入速度D3要高于“1”值，但要低于在第二前进档时的输入速度D2。
因而，连接第三节点N3输出速度的“1”值点到第二节点N2输入速度点的延长线就形成了第一三档速度线l3′。以及，连接输出节点N4输出速度点到第二节点N2输入速度点的延长线就形成了第二三档速度线l3″。
相应地，从图中可以看出第三前进档时，作为第五节点N5的行星架Ca3及太阳轮S1、S2和S3组合体的旋转速度要低于其它元件的转速。
第四前进档
在上述第三前进档状态条件下，如果车速和节气门开度继续增大，则TCU将松开第一离合装置C1并合上第三离合装置C3。因而，在图6中的第四杠杆L4上，第三节点N3和第四节点N4作为输出元件工作，而第二、第六节点N2、N6变为了输入元件。
仍然设定第三节点N3的输出速度固定为“1”，并且第四节点N4的输出速度N4低于第三节点N3的输出速度“1”。
此外还进一步设定第二、第六节点N2、N6的输入速度D4等于输出节点N3的输出速度“1”，也就是说，在第四档时输入转速等于输出转速。
因而，连接第三节点N3输出速度的“1”值点到第二节点N2输入速度点的延长线就形成了第一四档速度线l4′，连接输出节点N4输出速度点到第二节点N2输入速度点的延长线就形成了第二四档速度线l4″。
第五前进档
在上述第四前进档状态条件下，如果车速和节气门开度继续增大，则TCU将松开第二离合装置C2并合上第一离合装置C1。因而，在图7中的第五杠杆L5上，第三节点N3和第四节点N4作为输出元件工作，而第一、第六节点N1、N6变为了输入元件。
仍然设定第三节点N3的输出速度固定为“1”，并且第四节点N4的输出速度N4低于第三节点N3的输出速度“1”。
此外还进一步设定第二、第六节点N2、N6的输入速度D5都等于第四档时的输出速度。也就是说，在第六档时实现了超速速比，在这样的速比下输出转速要高于输入转速。
因而，连接第三节点N3输出速度的“1”值点到第六节点N6输入速度点的延长线就形成了第一五档速度线l5′，连接输出节点N4输出速度点到第五节点N5输入速度点的延长线就形成了第二五档速度线l5″。
倒车档
如果驾驶员改变档位选择杆到倒档R范围，则如图2所示的那样，TCU控制第三离合装置C3和第一锁止装置B1合上。因而，在图8中的第六杠杆L6上，第三节点N3和第四节点N4作为输出元件工作，第六节点N6作为输入元件，而第五节点N5的作用是作为反作用元件。
仍然设定第三节点N3的输出速度固定为“1”，并且第四节点N4的输出速度N4低于第三节点N3的输出速度“1”。
因而，连接第三节点N3输出速度的“1”值点到反作用节点N5的延长线就形成了倒车速度线lR1。
从而，图中连接输入节点N6到倒车速度档线lR1的垂直线就成为倒档输入速度线r1，实现了反转的传动速比。也就是说，可以看到倒档时的输入速度方向与输出速度方向相反。
虽然上文详细描述了本发明的最佳实施例，但应当清楚说明的是：对在此所介绍的本发明的基本构思进行的多种变型和/或修改，如果这些改动对本领域普通技术人员而言是显而易见的，则其仍然处于由权利要求书所限定的本发明的实质和保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于自动变速器的齿轮传动系，其包括：一个第一行星齿轮组，该行星齿轮组包括一个可变换地与一个输入轴相连的第一元件，以及一个可变换地连接到输入轴和第一元件的第二元件，及一个与传动轴相连从而将动力传递到传动轴的第三元件；
一个第二行星齿轮组，它包括一个固定连接到第一元件、并可变换地连接到输入轴上的第四元件，
及一个可变换地连接到输入轴、并可变换地连接到第一元件和第四元件的组合体上的第五元件，以及连接到传动轴从而将动力传递到传动轴的第六元件；
一个第三行星齿轮组，它包括一个与第一元件和第四元件的组合体固定连接的第七元件，一个可变换地连接到变速器壳体的第八元件，以及一个固定连接于第三元件并同时与传动轴相连以传输动力的第九元件；
以及多个用于实现上述可变换连接关系的摩擦元件。
2.根据权利要求1所述的齿轮传动系，其特征在于：所说的第一行星齿轮组是一个具有单级行星轮的行星齿轮组(single pinionplanetary gearset)。
3.根据权利要求2所述的齿轮传动系，其特征在于：所说的第一元件是一个太阳轮，第二元件是一个齿圈，第三元件是一个行星架。
4.根据权利要求1所述的齿轮传动系，其特征在于：所说的第二行星齿轮组是一个具有双级行星轮的行星齿轮组(double pinionplanetary gearset)。
5.根据权利要求4所述的齿轮传动系，其特征在于：第四元件是一个太阳轮，第五元件是一个行星架，第六元件是一个齿圈。
6.根据权利要求1所述的齿轮传动系，其特征在于：所说的第三行星齿轮组是一个具有单级行星轮的行星齿轮组。
7.根据权利要求6所述的齿轮传动系，其特征在于：第七元件是一个太阳轮，第八元件是一个行星架，第九元件是一个齿圈。
8.根据权利要求1所述的齿轮传动系，其特征在于：第一元件是一个第一太阳轮，第二元件是一个第一齿圈，第三元件是一个第一行星架，第四元件是一个第二太阳轮，第五元件是一个第二行星架，第六元件是一个第二齿圈，第七元件是一个第三太阳轮，第八元件是一个第三行星架，第九元件是一个第三齿圈。
9.根据权利要求8所述的齿轮传动系，其特征在于：所说的摩擦元件包括一个设置在输入轴和第二行星架之间的第一离合装置；一个设置在输入轴和第一行星架之间的第二离合装置；一个设置在输入轴和第一、第二太阳轮的组合体之间的第三离合装置；以及一个设置在第三行星架与变速器壳体之间的第一锁止装置。
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