CN101315118B - 多级自动变速器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多级自动变速器，其包括输入部件、输出部件、多个行星齿轮组、多个互连部件和多个扭矩传递装置。多个行星齿轮组各具有恒星齿轮、带多个行星齿轮的行星托架和环形齿轮。扭矩传递装置包括三个离合器、传统的第一制动器和第二制动器，其包括超越离合器和轻负荷或滑行离合器的并联组合。通过这五个扭矩传递装置的选择性的接合可获得八个前进速度和一个倒档速度。

Description

多级自动变速器

技术领域

本发明涉及一种多级自动变速器，其具有多个行星齿轮组和扭矩传递装置，其可选择性地接合以获得多个齿轮比。

背景技术

典型的现代多级自动变速器包括行星齿轮组件和选择性接合的摩擦离合器的组合，以获得多个齿轮比。

需求日益增加的经济和性能目标持续激励自动变速器的研究与发展。这种努力的结果已经提高了由变速器提供的可用的前进齿轮比或速度比的数量。

虽然三速和四速自动变速器曾经普遍被认为适合于提供足够的灵活性和性能，但是工业和消费者的偏好正转向六速、七速和八速自动变速器。

在这种变速器中，多个行星齿轮组件的各种元件通过固定的联接器连接起来，选择性地通过离合器连接起来，并选择性地通过制动器而连接至地(grounded)。特定组合的离合器和制动器接合或被激励，以提供一系列数字相关的齿轮比，并因而提供速度比和扭矩比。

因为它们使发动机的功率和扭矩曲线如此紧密地匹配车辆速度和负载，所以这种六速、七速和八速变速器提供了显著的性能增强和燃料消耗的减少。

然而，对这些变速器结构的仔细研究揭示了其改进是可行的且需要的。例如，各个扭矩传递装置，即离合器和制动器在其没有接合时促成了摩擦损失，其被称为自旋损失。两个主要的因素影响自旋损失：离合器的尺寸或扭矩容量以及跨越离合器上的瞬时速度差。特别不利的情况发生在如果装置是一种用作制动器的大扭矩容量的多片式离合器时，其其中大的速度差跨越在该离合器上。因为制动器通常使其一半摩擦部件连接至地，其因而始终是固定的，所以这种情形下的自旋损失可能是相对较为显著的。

本发明致力于减少由多级自动变速器的离合器和制动器造成的摩擦损失或自旋损失。

发明内容

本发明提供了一种多级自动变速器，其具有输入部件、输出部件、多个行星齿轮组、多个互连部件和多个扭矩传递装置。输入部件连接在第一行星齿轮组的行星齿轮托架上，并驱动它。输出部件连接在第三行星齿轮组的行星齿轮托架上，并由其驱动。第一互连部件将第一行星齿轮组的恒星齿轮与第四行星齿轮组的恒星齿轮连接起来。第二互连部件将第四行星齿轮组的行星齿轮托架与第二行星齿轮组的环形齿轮连接起来。第三互连部件将第一行星齿轮组的环形齿轮与第二行星齿轮组的恒星齿轮互连起来。第四互连部件将第三行星齿轮组的行星齿轮托架与第二行星齿轮组的行星齿轮托架连接起来。

这种包括两个制动器和三个离合器的多个扭矩传递装置，其可选择性地以三个组合的各种方式接合，从而在输入部件和输出部件之间建立八个前进齿轮比和一个倒档齿轮比。第一制动器选择性地将第四行星齿轮组的恒星齿轮与固定部件连接起来。第二复式制动器选择性地将第四行星齿轮组的环形齿轮与固定部件连接起来。第二复式制动器包括机械地并联设置的可选的单向离合器和轻负荷离合器或滑行离合器。轻负荷离合器优选包括单旋转盘或旋转片。第一离合器选择性地将第一行星齿轮组的行星齿轮托架与第三行星齿轮组的恒星齿轮连接起来。第二离合器选择性地将第二行星齿轮组的恒星齿轮与第三行星齿轮组的恒星齿轮连接起来。第三离合器选择性地将第二行星齿轮组的环形齿轮与第三行星齿轮组的恒星齿轮连接起来。

包含本发明的多级自动变速器呈现了显著减少的摩擦损失，即自旋损失。

因而本发明的一个目的是提供一种多级自动变速器，其具有四个行星齿轮组和五个可选的扭矩传递装置。

本发明的又一目的是提供一种具有复式制动器的多级自动变速器，这种复式制动器包括可选的单向离合器。

本发明的又一目的是提供一种具有复式制动器的多级自动变速器，这种复式制动器包括并联的可选的单向离合器和轻负荷离合器或滑行离合器。

本发明还有另一目的是提供一种多级自动变速器，其呈现了减少的自旋损失。

从以下结合附图对实现本发明的优选实施例的详细描述中，将很容易明晰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是根据本发明的自动变速器的一个实施例的示意图；

图2是真值表，其列举了针对所选择的由图1自动变速器获得的扭矩或齿轮比而接合的扭矩传递装置；且

图3是根据本发明的图1自动变速器的杠杆图，其显示了从输入经行星齿轮组而至输出的功率流。

具体实施方式

参照附图，其中相似的标号表示相同的构件、元件或特征，图1中显示了多级自动变速器10。自动变速器10包括输入部件12和输出部件14。在当前实施例中，输入部件12和输出部件14是轴，并且将如此称呼。本领域中的技术人员应该懂得，输入部件12和输出部件14可以是不同于轴的部件，例如套管轴(quill)。输入轴12持续地连接在发动机(未显示)或扭矩变换器的涡轮(未显示)上。输出轴14持续地与主减速器单元，例如差速器或分动箱(都未显示)相连接。

自动变速器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可操作地设置在输入轴12和输出轴14之间。在本发明的优选实施例中，第一行星齿轮组16是一种简单的行星齿轮组，其包括第一恒星齿轮部件24、第一环形齿轮部件26和第一行星托架部件28，第一行星托架部件28可旋转地支撑第一组小齿轮30(图中只显示了其中一个)。第一组小齿轮30构造成可与第一恒星齿轮部件24及第一环形齿轮部件26相互啮合。第一恒星齿轮部件24与第一中间轴或套管轴32相连接，以便共同旋转。第一环形齿轮部件26与第二中间轴或套管轴34相连接，以便共同旋转。第一行星托架部件28与输入轴12相连接，以便共同旋转。

在本发明的优选实施例中，第二行星齿轮组18是一种简单的行星齿轮组，其包括第二恒星齿轮部件42、第二环形齿轮部件44和第二行星托架部件46，第二行星托架部件46可旋转地支撑第二组小齿轮48(图中只显示了其中一个)。第二组小齿轮48构造成可与第二恒星齿轮部件42及第二环形齿轮部件44相互啮合。第二恒星齿轮部件42与第二中间轴或套管轴34相连接，以便共同旋转。第二环形齿轮部件44与第三中间轴或套管轴36相连接，以便共同旋转。第二托架部件46与第四中间轴或套管轴38相连接，以便共同旋转。

在本发明的优选实施例中，第三行星齿轮组20是一种简单的行星齿轮组，其包括第三恒星齿轮部件52、第三环形齿轮部件54和第三行星托架部件56，第三行星托架部件56可旋转地支撑第三组小齿轮58(图中只显示了其中一个)。第三组小齿轮58构造成可与第三恒星齿轮部件52及第三环形齿轮部件54相互啮合。第三恒星齿轮部件52与第五中间轴或套管轴62及第六中间轴或套管轴64相连接，以便共同旋转。第三环形齿轮部件54与第七中间轴或套管轴66相连接，以便共同旋转。第三托架部件56与输出轴14相连接，以便共同旋转。

在本发明的优选实施例中，第四行星齿轮组22是一种简单的行星齿轮组，其包括第四恒星齿轮部件72、第四环形齿轮部件74和第四行星托架部件76，第四行星托架部件76可旋转地支撑第四组小齿轮78(图中只显示了其中一个)。第四组小齿轮78构造成可与第四恒星齿轮部件72及第四环形齿轮部件74相互啮合。第四恒星齿轮部件72与第一外轴或套管轴68及第一中间轴或套管轴32相连接，以便共同旋转。第四环形齿轮部件74与第二外轴或套管轴70相连接，以便共同旋转。第四托架部件76与第七中间轴或套管轴66相连接，以便共同旋转。

自动变速器10包括各种扭矩传递机构或装置，其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和第二复式制动器92。第一中间离合器80可选择性地接合，以便将第六中间轴或套管轴64连接到第一行星托架部件28及输入轴12上。第二中间离合器82可选择性地接合，以便将第五中间轴或套管轴62连接到第二恒星齿轮部件42上。第三中间离合器84可选择性地接合，以便将第三中间轴或套管轴36连接到第五中间轴或套管轴62上。第一制动器90可选择性地接合，以便将第一外轴或套管轴68连接到自动变速器10的外壳110上，从而限制或禁止第一外轴或套管轴68及第四恒星齿轮部件72相对于外壳100的旋转。

第二复式制动器92可操作地设置在与第四环形齿轮部件74相连的第二外轴或套管轴70和变速器10的外壳110之间，并选择性地限制或禁止第二外轴或套管轴70及第四环形齿轮部件74相对于外壳110的旋转。第二复式制动器92包括可选的单向或超越离合器组件94，其具有设置在内外部件98A和98B之间的多个挡圈、支柱或滚轴96。内部件98A连接在第二外轴或套管轴70上，并随其旋转。外部件98B连接在外壳110上，并因此是固定的。这种可选的单向或超越离合器94起反作用，即接地，也就是说连接至自动变速器10的外壳110上，其在倒档下，在自动变速器10中形成了大的扭矩。在第一档至第五档中，单向离合器组件94还传递与操作相关联的较低扭矩。

可选的单向离合器组件94还包括第一双状态或双位置促动器100。在第一促动器100的第一状态或位置，单向离合器组件94以传统方式操作，容许在内外部件98A和98B之间在某个方向上的相对旋转，同时抑制这种相反方向上的旋转。在第一促动器100的第二状态或位置，单向离合器组件94被完全锁定，并且禁止部件98A和98B之间在任一方向上的相对旋转。第一促动器100被激励或接合，即被置于第二状态或位置，同时根据图2中所示真值表锁定单向或超越离合器组件94，其如以下所述。第一促动器100可以是任何合适的装置，例如电驱动的电动机和齿轮减速组件、螺线管或液压或气动活塞和气缸组件。

应该懂得，本发明人熟悉这样的约定，即将设置在两个可旋转的部件之间的扭矩控制或传递装置表征为离合器，而将设置在一个可旋转的部件和一个固定部件之间的这样一种装置表征为制动器。然而，上述单向或超越装置被表征为离合器而非制动器，因为本发明人不知道其中将这种用作制动器的装置称为或表征为单向或超越制动器而非单向或超越离合器的任何实例。

第二复式制动器92还包括与单向或超越离合器组件94机械地并联设置的辅助或滑行片式离合器或制动器104。滑行片式离合器或制动器104是这样一种制动器，即，如果单向或超越离合器组件94不存在时，其具有比在这个位置和应用中，自动变速器10中所需要的扭矩容量更低的扭矩容量。这种有限的或低的扭矩容量是足够的，因为在大多数操作模式期间，单向或超越离合器组件94在第一环形齿轮26和变速器外壳110之间传递反作用扭矩。因此，辅助的或滑行片式离合器或制动器104可包括单个离合器片或离合器盘106A，其与单个固定的离合器片或离合器盘106B相邻，其中一个离合器片包括摩擦材料或摩擦面。虽然这种单个离合器片或离合器盘的结构在辅助的或滑行盘式制动器104分离时将通常提供最低的摩擦损失或自旋损失，并因而是优选的，但应该懂得其它具有多个离合器片或离合器盘的离合器或制动器结构也在本发明的范围内。辅助的或滑行盘式制动器104还包括第二双状态或双位置促动器108，其与辅助的或滑行盘式制动器104相接合，并且将限制扭矩从第四环形齿轮部件74及第二外轴或套管轴70传递至变速器外壳110上。这种操作状态在需要时用于对第一至第五齿轮中的滑行扭矩起反作用。

应该懂得，虽然已经在自动变速器10中的特殊位置描述了第二复式制动器92，即，操作地设置在第四行星齿轮组22的第四环形齿轮部件74和自动变速器10的外壳110之间，但是根据本发明，在该自动变速器10或其它多速行星齿轮组自动变速器中的其它位置，复式制动器92可替换或被替换成其它离合器或制动器，以提供减少摩擦损失或自旋损失的好处。

例如，在一个备选的八速变速器的实施例中，可将四个简单的行星齿轮组设置成使得输入连接在第二行星齿轮组的行星托架上，输出可连接在第四行星齿轮组的行星托架上，并且可在第一行星齿轮组的环形齿轮和第四行星齿轮组的恒星齿轮之间、第一行星齿轮组的恒星齿轮和第二行星齿轮组的环形齿轮之间、第二行星齿轮组的恒星齿轮和第三行星齿轮组的恒星齿轮之间、以及第三行星齿轮组的行星托架和第四行星齿轮组的环形齿轮之间建立永久的联接。三个可选择性地接合的离合器可操作地设置在第一行星齿轮组的行星托架和第四行星齿轮组的行星托架之间、第一行星齿轮组的环形齿轮和第一行星齿轮组的恒星齿轮之间、以及第一行星齿轮组的环形齿轮和输入轴之间。第一制动器可选择性地将第二行星齿轮组的恒星齿轮及第三行星齿轮组的恒星齿轮接地。根据本发明，第二复式制动器可在这种变速器结构中用于第三行星齿轮组的环形齿轮和地之间，以便在没有被激励或激活时，提供某个相对旋转方向上的超越作用和相反方向上旋转抑制作用，当被激活时，例如，当选择倒档时，提供双方向上的锁定作用。根据所需的性能准则，可激励辅助的或滑行离合器，以提供发动机制动。

如图2的真值表中所示，变速器10能够在至少八个前进扭矩比、齿轮比或速度比及一个倒档扭矩比、齿轮比或速度比下将扭矩从输入轴12传递至输出轴14。通过扭矩传递装置，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、第一制动器90和第二复式制动器92的各种组合接合可获得各个前进和倒档扭矩比、齿轮比或速度比。因而，自动变速器10可获得至少八个前进齿轮比或速度比以及至少一个倒档齿轮比或速度比。图2中还显示了利用本发明可获得齿轮比的一个示例。当然，根据所选择的齿轮直径、齿轮齿数和齿轮结构还可获得其它齿轮比。

图3中显示了杠杆图10A，其代表了图1的自动变速器10，以及用于离合器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和76A代表图1的齿轮部件24，26，28，42，44，46，52，54，56，72，74和76，使得添加后缀A的相同的数字标号用于识别相应的节点。例如，图3中所示的节点24A和42A分别代表图1中所示的第一恒星齿轮部件和第二恒星齿轮部件24和42。图3的其它构件具有针对图1中相对应的构件相同的标号约定。

现在将继续参照图1和2来描述离合器80，82和84以及制动器90和92的操作或接合，其用于建立各种前进和倒档速度比或齿轮比。

为了建立倒档齿轮比(Rev)，如图2的真值表中所述使扭矩传递离合器和制动器接合或被激励。如图2中所示，使第一制动器90、第二复式制动器92的单向或超越离合器组件94的促动器100和第三中间离合器84接合，以获得倒档齿轮比(Rev)。如之前注意到的那样，当使第二复式制动器92接合或被激励时，促动器100处于其第二状态，其锁定单向或超越离合器组件94，并锁定或禁止第二外轴或套管轴70及第四环形齿轮部件74在双方向上的旋转。

在空档时，没有离合器或制动器传递扭矩。如图2中的○所示，在这种齿轮状态中，第一制动器90和第二复式制动器92接合但不传递扭矩。

通过第一制动器90、第二复式制动器92和第一中间离合器80的接合而获得第一前进齿轮比，其在图2的真值表中表示为第1档(第一档)。应该懂得，虽然图2的真值表指示第二复式制动器92接合或被激励，但是这种激励在第一档至第五档中是可选的，因为单向或超越离合器组件94的超越特征将提供合适的且必要的机械连接和操作。

通过第一制动器90、第二中间离合器82的接合和第二复式制动器92的可选接合而建立下一前进齿轮比，其在图2中表示为第2档(第二档)。从第一档至第二档的换档如下进行：释放第一中间离合器80，并使第二中间离合器82接合，同时保持制动器90和92的接合。

通过第二复式制动器92的可选接合和第一中间离合器80及第二中间离合器82的接合可建立下一齿轮比，其在图2的真值表中表示为第3档(第三档)。从第二档至第三档的换档如下进行：第二离合器82和第二复式制动器92保持接合，释放第一制动器90，并使第一离合器80接合。

通过第二复式制动器92的可选接合和第二中间离合器82及第三中间离合器84的接合可建立下一前进齿轮比，其在图2的真值表中表示为第4档(第四档)。如下获得从第三档至第四档的换档：保持第二离合器82和第二制动器92的接合，释放第一离合器80并使第三离合器84接合。

通过第二复式制动器92的可选接合和第一中间离合器80及第三中间离合器84的接合可建立下一前进齿轮比，其在图2中表示为第5档(第五档)。从第四档至第五档的换档如下进行：保持第三离合器84和第二制动器92的接合，释放第二离合器82，并使第一离合器80接合。

通过第一中间离合器80、第二中间离合器82和第三中间离合器84的接合可建立下一前进齿轮比，其在图2的真值表中表示为第6档(第六档)。从第五档至第六档的换档如下进行：保持离合器80和84的接合，如果第二复式制动器92是接合的就释放它，并使第三离合器82接合。

通过第一制动器90、第一中间离合器80和第三中间离合器84的接合可建立下一齿轮比，其在图2的真值表中表示为第7档(第七档)。从第六档至第七档的换档如下进行：保持离合器80和84的接合，释放第二离合器82，并使第一制动器90接合。

通过第一制动器90、第二中间离合器82和第三中间离合器84的接合可建立最后的前进齿轮比，其在图2的真值表中表示为第8档(第八档)。从第七档至第八档的换档如下进行：保持第三离合器84和第一制动器90的接合，释放第一离合器80，并使第二离合器82接合。

本发明设想调低速档遵循相应的调高速档的相反顺序(如上所述)，并且几个接通油门的跳跃换档是可行的，例如第一档至第三档，其是单跳变换档。

虽然已经详细介绍了用于实现本发明的最佳模式，但是与本发明相关领域的技术人员应该懂得在附属权利要求的范围内，可制作各种备选设计和实施例来实践本发明。

Claims (13)

1.一种多级自动变速器，以组合方式包括：

输入部件，

输出部件，

第一行星齿轮组件、第二行星齿轮组件、第三行星齿轮组件和第四行星齿轮组件，其各具有恒星部件、环形部件和行星托架部件，

所述输入部件联接到所述第二行星齿轮组件的所述行星托架部件上，所述输出部件联接到所述第四行星齿轮组件的所述行星托架部件上，

其特征在于，所述多级自动变速器还包括：

第一部件，其将所述第一行星齿轮组件的所述恒星部件联接到所述第二行星齿轮组件的所述恒星部件上，

第二部件，其将所述第一行星齿轮组件的所述行星托架部件联接到所述第四行星齿轮组件的所述环形部件上，

第三部件，其将所述第二行星齿轮组件的所述环形齿轮联接到所述第三行星齿轮组件的所述恒星部件上，

第四部件，其将所述第三行星齿轮组件的所述行星托架部件联接到所述第四行星齿轮组件的所述行星托架部件上，

第一制动器，其选择性地将所述第一行星齿轮组件的所述恒星部件连接至地，

第二制动器，其选择性地将所述第一行星齿轮组件的所述环形部件连接至地，

第一离合器，其选择性地将所述第二行星齿轮组件的所述行星托架部件连接到所述第四行星齿轮组件的所述恒星部件上，

第二离合器，其选择性地将所述第三行星齿轮组件的所述恒星部件连接到所述第四行星齿轮组件的所述恒星部件上，和

第三离合器，其选择性地将所述第三行星齿轮组件的所述环形部件连接到所述第四行星齿轮组件的所述恒星部件上。

2.根据权利要求1所述的多级自动变速器，其特征在于，所述第二制动器包括单向离合器和机械并联的离合器。

3.根据权利要求1所述的多级自动变速器，其特征在于，所述输入部件和所述输出部件是轴。

4.根据权利要求1所述的多级自动变速器，其特征在于，所述行星托架部件中的每一个都支撑多个小齿轮。

5.根据权利要求1所述的多级自动变速器，其特征在于，所述离合器包括交错的多个摩擦盘。

6.根据权利要求1所述的多级自动变速器，其特征在于，所述地是变速器外壳。

7.根据权利要求1所述的多级自动变速器，其特征在于，所述第二制动器是复式的。

8.根据权利要求4所述的多级自动变速器，其特征在于，所述第二制动器是复式的。

9.根据权利要求4所述的多级自动变速器，其特征在于，所述第二制动器包括单向离合器和机械并联的离合器。

10.根据权利要求4所述的多级自动变速器，其特征在于，所述输入部件和所述输出部件是轴。

11.根据权利要求4所述的多级自动变速器，其特征在于，所述行星托架中的每一个都支撑至少三个小齿轮。

12.根据权利要求4所述的多级自动变速器，其特征在于，所述离合器包括交错的多个摩擦盘。

13.根据权利要求4所述的多级自动变速器，其特征在于，所述地是变速器外壳。

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