專利名稱：8檔變速器的制作方法
技術領域：
本發明涉及具有四個行星齒輪組的動力變速器，其中所述四個行星 齒輪組由五個扭矩傳遞裝置控制，以提供八個前進檔和一個倒檔。
背景技術：
客車包括動力系，該動力系包括發動機、多檔變速器、及差速器或 主減速器。多檔變速器通過允許發動機多次運行通過其扭矩范圍來提高 車輛的總運行范圍。變速器中可用的前進檔的數目確定了發動機扭矩范 圍重復的次數。早期的自動變速器具有兩個速度范圍。這嚴重地限制了 車輛的總速度范圍，從而需要比較大的發動機來提供寬的速度和扭矩范 圍。這導致在巡航期間，發動機運行在特定的燃料消耗點上，而不是最 有效的點上。因此，手動換檔(中間軸變速器)是最流行的。隨著三檔和四檔自動變速器的出現，自動換檔(行星齒輪)變速器 在駕車族中逐漸普及。這些變速器提高了車輛的運行性能和燃料經濟 性。傳動比數目的增加減小了傳動比之間的傳動比步長，從而在正常車 輛加速下，使操作員基本無法感覺到檔位變換，提高了變速器的換檔質 量。六檔變速器提供了超過四檔和五檔變速器的幾個優點，包括改進車 輛加速和提高燃料經濟性。雖然許多卡車使用具有六個或更多前進檔的 動力變速器，但由于這些變速器的尺寸和復雜程度，客車仍使用三檔和 四檔自動變速器制造，較少的使用五檔或六檔裝置。七檔、八檔和九檔變速器提供了超過六檔變速器的更多加速和燃料 經濟性的改進。但是，如同上述六檔變速器，由于其復雜程度、尺寸和 成本，妨礙了七檔、八檔和九檔變速器的發展。發明內容本發明提供了一種改進的變速器，其具有控制成提供至少八個前進 檔和至少 一個倒檔的四個^f于星齒if侖組。本發明的變速器系列具有四個行星齒輪組，每個行星齒輪組都包括 第一、第二和第三元件，這三個元件可包括中心齒輪、齒圏或行星架總 成元件，順序任意。在本說明書和權利要求書中提及第一、第二、第三和第四齒輪組時， 附圖中這些齒輪組可以任意順序(例如，從左至右、從右至左等)計數 為"第一"至"第四"。另外，附圖中各齒輪組的第一、第二或第三元 件可以任意順序(例如，從上到下、從下到上等)計數為"第一，，至"第各行星架元件可為單小齒輪行星架元件(簡單式)或雙小齒輪行星 架元件(復合式)。采用長小齒輪的實施方式也是可能的。第一互連元件將第二行星齒輪組的齒圏元件與第三行星齒輪組的 中心齒輪元件持續地連接。第二互連元件將第一行星齒輪組的中心齒輪元件與第四行星齒輪 組的中心齒輪元件持續地連接。第 一行星齒輪組的齒圈元件和第二行星齒輪組的中心齒輪元件與 固定元件(變速器殼體/變速箱)持續地連接。輸入元件與第二行星齒輪組的行星架總成元件持續地連接。輸出元件與第 一行星齒輪組的行星架總成元件持續地連接。第一扭矩傳遞裝置(如離合器)有選擇地將第一行星齒輪組的行星 架總成元件與第三行星齒輪組的行星架總成元件連接。第二扭矩傳遞裝置(如離合器)有選擇地將第二行星齒輪組的行星 架總成元件與第四行星齒輪組的行星架總成元件連接。第三扭矩傳遞裝置(如離合器)有選擇地將第三行星齒輪組的齒圏 元件與第四行星齒輪組的齒圈元件連接。第四扭矩傳遞裝置(如離合器)有選擇地將第三行星齒輪組的齒圈 元件與第四行星齒輪組的行星架總成元件連接。第五扭矩傳遞裝置(如離合器)有選擇地將第三行星齒輪組的行星 架總成元件與第四行星齒輪組的行星架總成元件連接。這五個扭矩傳遞裝置可有選擇地以三個扭矩傳遞裝置的組合進行 接合，以建立至少八個前檔和至少一個倒檔。通過適當地選擇行星齒輪組的齒數比，可實現多種速比和速比跨度。結合附圖，通過下面對實現本發明最佳模式的描述，可容易理解本 發明的上述特征以及其它特征和優點。
圖1 a為包括根據本發明的行星齒輪變速器的動力系的示意圖； 圖lb為圖la的動力系的另 一布置的示意圖；圖1 c為示出圖1 a和1 b中所示動力系的 一些運行特性的真值表；以及 圖ld為圖la和lb中動力系桿圖形式的示意圖。
具體實施方式
參考附圖，圖la中示出了動力系10,具有傳統的發動機和液力變矩 器12、行星齒輪變速器14和傳統的主減速器機構16。發動機12可使用各 種形式的燃料來驅動，以改善特定應用的效率和燃料經濟性。這種燃料 可包括，例如，汽油、柴油、酒精、二甲醚等。行星齒輪變速器14包括與發動機12持續連接的輸入元件17、行星齒 輪裝置18、和與主減速器機構16持續連接的輸出元件19。行星齒輪裝置 18包括四個行星齒4侖組20、 30、 40和50。行星齒輪組20包括中心齒輪元件22、齒圏元件24、和行星架總成元 件26。行星架總成元件26包括多個小齒輪27,這些小齒輪27可旋轉地安 裝在行星架元件29上，并布置成與中心齒輪元件22和齒圈元件24都成嚙 合關系。行星齒輪組30包括中心齒輪元件32、齒圈元件34、和行星架總成元 件36。行星架總成元件36包括多個小齒輪37,這些小齒輪37可旋轉地安 裝在行星架元件39上，并布置成與齒圏元件34和中心齒輪元件32都成嚙 合關系。行星齒輪組40包括中心齒輪元件42、齒圈元件44、和行星架總成元 件46。行星架總成元件46包括多個小齒輪47，這些小齒輪47可旋轉地安 裝在行星架元件49上，并布置成與齒圈元件44和中心齒輪元件42都成嚙 合關系。行星齒輪組50包括中心齒輪元件52、齒圈元件54、和行星架總成元件56。行星架總成元件56包括多個小齒輪57，這些小齒輪57可旋轉地安 裝在行星架元件59上，并布置成與齒圈元件54和中心齒輪元件52都成嚙 合關系。行星齒輪裝置還包括五個扭矩傳遞機構80、 82、 84、 85和86。扭矩 傳遞裝置80、 82、 84、 85和86為旋轉式扭矩傳遞機構，通常稱為離合器。輸入元件17與行星齒輪組30的行星架總成元件36持續地連接。輸出 元件19與行星齒輪組20的行星架總成元件26持續地連接。行星齒輪組20的齒圏元件24和行星齒輪組30的中心齒輪元件32與 變速器殼體60持續地連接。第一互連元件70將行星齒輪組30的齒圈元件34與行星齒輪組40的 中心齒輪元件42持續地連接。第二互連元件72將行星齒輪組20的中心齒 輪元件22與行星齒輪組50的中心齒輪元件52持續地連接。第一扭矩傳遞裝置(如離合器80)有選擇地將行星齒輪組20的行星 架總成元件26與行星齒輪組40的行星架總成元件46連接。第二扭矩傳遞 裝置(如離合器82)有選擇地將行星齒輪組30的行星架總成元件36與行 星齒輪組50的行星架總成元件56連接。第三扭矩傳遞裝置(如離合器84) 有選擇地將行星齒輪組40的齒圈元件44與行星齒輪組50的齒圏元件54 連接。第四扭矩傳遞裝置(如離合器85)有選擇地將行星齒輪組40的齒 圏元件44與行星齒輪組50的行星架總成元件56連接。第五扭矩傳遞裝置 (如離合器86)有選擇地將行星齒輪組40的行星架總成元件46與行星齒 輪組50的行星架總成元件56連接。如圖lc所示，特別是其中所示的真值表，扭矩傳遞機構有選擇地以 三個扭矩傳遞機構的組合進行接合，以提供至少八個前進檔和至少一個 倒檔，所有這些檔位為單轉換逐級換檔，并且包括兩個超速檔。如上所述，圖lc的真值表中示出了扭矩傳遞機構的接合策略。圖lc 的圖表描述了上述變速器中獲得的傳動比步長。例如，第一前進檔與第 二前進檔之間的傳動比步長為1.59,而倒檔與第一前進檔之間的傳動比 步長為-0.68。參考圖lb，示出了圖la的動力系的另一布置，其中與圖la相同的組 件使用相同的附圖標記，但圖lb的變速器中的附圖標記加有后綴"A"。 所有元件的功能都與上述圖la的相同，但位置不同。參考圖ld，以桿圖的形式示出了圖la中的動力系10的實施例。桿圖為機械裝置(如自動變速器)的組件的示意圖。每個單獨的桿都表示一 個行星齒輪組，其中行星齒輪組的三個基本機械組件各由節點表示。因此， 一個桿包含三個節點 一個表示中心齒輪元件， 一個表示行星齒輪 架元件， 一個表示齒圈元件。各桿節點之間的相對長度可用于表示各相 應齒輪組的齒圈相對于中心齒輪的傳動比。而這些桿長比用來改變變速 器的傳動比，以獲得適當的傳動比和傳動比系列。各行星齒輪組的節點 之間的機械聯接或互連由細水平線表示，扭矩傳遞裝置(例如，離合器 和制動器)顯示為交錯的指形物。如果該裝置為制動器，那么一組該指 形物接地。在SAE Paper 810102中，由Benford、 Howard和Leising, Maurice 所著的"The Lever Analogy: A New Tool in Transmission Analysis" ，1981 內可找到桿圖的形式、目的及使用的進一步說明，其內容通過參考并入 本文。動力系10包括與發動機12持續連接的輸入元件17;與主減速器16 持續連接的輸出元件19;第一行星齒輪組20B，具有三個節點第一節 點22B、第二節點26B和第三節點24B;第二行星齒輪組30B,具有三個 節點第一節點32B、第二節點36B和第三節點34B;第三行星齒輪組40B， 具有三個節點第一節點42B、第二節點46B和第三節點44B;及第四行 星齒輪組50B，具有三個節點第一節點52B、第二節點56B和第三節點 54B。輸入元件17與節點36B持續地連接。輸出元件19與節點26B持續地連 接。節點24B與變速器殼體60持續地連接。節點32B與變速器殼體60持續 地連接。節點34B與節點42B持續地連接。節點22B與節點52B持續地連接。 第一扭矩傳遞裝置(如離合器80)有選擇地將節點26B與節點46B 連接。第二扭矩傳遞裝置(如離合器82)有選擇地將節點36B與節點56B 連接。第三扭矩傳遞裝置(如離合器84)有選擇地將節點44B與節點54B 連接。第四扭矩傳遞裝置(如離合器85)有選擇地將節點44B與節點56B 連接。第五扭矩傳遞裝置(如離合器86)有選擇地將節點46B與節點56B 連接。為建立傳動比，對于每個檔位狀態有三個扭矩傳遞裝置接合。在各 相應行中，接合的扭矩傳遞裝置由"X"表示。例如，為建立倒檔，離 合器80、 84和85接合。離合器80將節點26B與節點46B接合。離合器84將節點44B與節點54B接合。離合器85將節點44B與節點56B接合。同樣， 按照圖lc，通過不同組合的離合器接合可獲得八個前進檔。動力系10可與混合動力車輛共用 一些組件，并且這種組合可操作于"電量消耗模式"。對于本發明來說，"電量消耗模式"為車輛主要由 電動機/發電機驅動的模式，使得當車輛達到其目的地時，電池被耗盡或 幾乎被耗盡。換句話說，在電量消耗模式期間，發動機12只運行在確保 電池在達到目的地之前不被耗盡的程^。傳動的混合動力車輛運行于"電量保持模式"，其中如果電池電量水平降低至低于預定水平(例如， 25%)，那么發動才幾自動運行以給電池重新充電。因此，通過運行于電 量消耗模式，混合動力車輛可節約傳統混合動力車輛中為保持25%的電 池電量水平而消耗掉的一部分或全部燃料。應當理解，如果在達到目的 地之后，通過將電池插入電源可給其重新充電的話，那么混合動力車輛 動力系優選只運行于電量》'肖耗模式。盡管已經詳細描述了實現本發明的最佳模式，但是本發明所屬領域 的技術人員應當認識到在所附權利要求范圍內實現本發明的各種可選 i殳計和實施方式。
權利要求
1.一種多檔變速器，包括輸入元件；輸出元件；第一、第二、第三和第四行星齒輪組，每個行星齒輪組都具有第一、第二和第三元件；第一互連元件，其將所述第二行星齒輪組的所述第三元件與所述第三行星齒輪組的所述第一元件持續地連接；第二互連元件，其將所述第一行星齒輪組的所述第一元件與所述第四行星齒輪組的所述第一元件持續地連接；所述第一行星齒輪組的所述第三元件和所述第二行星齒輪組的所述第一元件與固定元件持續地連接；以及五個扭矩傳遞裝置，用于將所述行星齒輪組的所述元件與所述行星齒輪組的其它元件有選擇地連接，所述五個扭矩傳遞裝置以三個扭矩傳遞裝置的組合進行接合，以在所述輸入元件與所述輸出元件之間建立至少八個前進檔和至少一個倒檔。
2. 如權利要求l所述的變速器，其中所述五個扭矩傳遞裝置的第一 個可操作，以有選摔地將所述第一行星齒輪組的所述第二元件與所述第 三行星齒輪組的所述第二元件連接。
3. 如權利要求2所述的變速器，其中所述五個扭矩傳遞裝置的第二 個可操作，以有選擇地將所述第二行星齒輪組的所述第二元件與所述第四行星齒輪組的所述第二元件連接。
4. 如權利要求3所述的變速器，其中所述五個扭矩傳遞裝置的第三 個可操作，以有選擇地將所述第三行星齒輪組的所迷第三元件與所述第 四行星齒輪組的所述第三元件連接。
5. 如權利要求4所述的變速器，其中所述五個扭矩傳遞裝置的第四 個可操作，以有選擇地將所述第三行星齒輪組的所述第三元件與所述第 四行星齒輪組的所述第二元件連接。
6. 如權利要求5所述的變速器，其中所述五個扭矩傳遞裝置的笫五 個可操作，以有選擇地將所述第三行星齒輪組的所述第二元件與所述第 四行星齒輪組的所述第二元件連接。
7. 如權利要求l所述的變速器，其中所述第一、第二、第三、第四和第五扭矩傳遞機構包括離合器。
8. 如權利要求6所述的變速器，其中所述第一、第二、第三和第四 行星齒輪組的所述第一、笫二和第三元件分別包括中心齒輪元件、行星 架總成元件和齒圏元件。
9. 如權利要求l所述的變速器，其中所述輸入元件與所述第二行星 齒輪組的所述第二元件持續地互連，所述輸出元件與所述第一行星齒輪 組的所述第二元件持續地互連。
10. —種多檔變速器，包括 輸入元件；豐命出元件；第一、第二、第三和第四行星齒輪組，每個行星齒輪組都具有第一、 第二和第三元件；所述輸入元件與所述第二行星齒輪組的所述第二元件持續地互連；所述輸出元件與所述第一行星齒輪組的所述第二元件持續地互連；所述第一行星齒輪組的所述第三元件和所迷第二行星齒輪組的所 述第一元件與固定元件持續地連接；第一互連元件，其將所迷第二行星齒輪組的所述第三元件與所述第 三行星齒輪組的所述第一元件持續地連接；第二互連元件，其將所述第一行星齒輪組的所述第一元件與所述第 四行星齒輪組的所迷第一元件持續地連接；第一扭矩傳遞裝置，其有選擇地將所述第一行星齒輪組的所述第二 元件與所述第三行星齒輪組的所述第二元件連接；第二扭矩傳遞裝置，其有選擇地將所述第二行星齒輪組的所述第二元件與所述第四行星齒輪組的所述第二元件連接；第三扭矩傳遞裝置，其有選擇地將所述第三行星齒輪組的所述第三 元件與所述第四行星齒輪組的所述第三元件連接；第四扭矩傳遞裝置，其有選擇地將所述第三行星齒輪組的所述笫三 元件與所述第四行星齒輪組的所述笫二元件連接；第五扭矩傳遞裝置，其有選擇地將所述第三行星齒輪組的所述第二 元件與所述第四行星齒輪組的所述第二元件連接；以及所述扭矩傳遞裝置以三個扭矩傳遞裝置的組合進行接合，以在所述 輸入元件與所述輸出元件之間建立至少八個前進檔和至少 一 個倒檔。
11. 一種多檔變速器，包括輸入元件；輸出元件；第一、第二、第三和第四行星齒輪組，每個行星齒輪組都具有中心 齒輪元件、行星架總成元件和齒圏元件；所述輸入元件與所述第二行星齒輪組的所述行星架總成元件持續 地互連；所述輸出元件與所述第一行星齒輪組的所述行星架總成元件持續 地互連；所述第一行星齒輪組的所述齒圏元件和所述第二行星齒輪組的所 述中心齒輪元件與固定元件持續地連接；第一互連元件，其將所述第二行星齒輪組的所迷齒圈元件與所述第 三行星齒輪組的所述中心齒輪元件持續地連接；第二互連元件，其將所述第一行星齒輪組的所述中心齒輪元件與所 述第四行星齒輪組的所述中心齒輪元件持續地連接；第一扭矩傳遞裝置，其有選擇地將所述第一行星齒輪組的所述行星 架總成元件與所述第三行星齒輪組的所述行星架總成元件連接；第二扭矩傳遞裝置，其有選擇地將所述第二行星齒輪組的所迷行星 架總成元件與所述第四行星齒輪組的所述行星架總成元件連接；第三扭矩傳遞裝置，其有選擇地將所述第三行星齒輪組的所述齒圏 元件與所述第四行星齒輪組的所述齒圏元件連接；第四扭矩傳遞裝置，其有選擇地將所述第三行星齒輪組的所述齒圈 元件與所述第四行星齒輪組的所述行星架總成元件連接；第五扭矩傳遞裝置，其有選擇地將所述第三行星齒輪組的所迷行星 架總成元件與所述第四行星齒輪組的所述行星架總成元件連接；以及所述扭矩傳遞裝置以三個扭矩傳遞裝置的組合進行接合，以在所述 輸入元件與所述輸出元件之間建立至少八個前進檔和至少一個倒檔。
全文摘要
變速器具有多個元件，其可用在動力系中，以提供八個前進檔和一個倒檔。變速器包括四個行星齒輪組，具有五個扭矩傳遞機構，兩個固定互連元件和兩個接地元件。動力系包括發動機和與至少一個行星齒輪元件持續連接的液力變矩器，以及與另一行星齒輪元件持續連接的輸出元件。所述五個扭矩傳遞機構在各種齒輪元件之間提供互連，并以三個扭矩傳遞裝置的組合進行操作，以提供至少八個前進檔和至少一個倒檔。
文檔編號F16H3/62GK101275640SQ20081008859
公開日2008年10月1日 申請日期2008年3月28日 優先權日2007年3月30日
發明者A·W·菲利普斯, C·E·凱里, J·M·哈特, M·拉哈文, S·H·維特科普 申請人:通用汽車環球科技運作公司