专利名称：具有四个行星齿轮组和四个制动器的宽比率变速器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有四个行星齿轮组的动力变速器族，
所述四个行星齿轮组由七个扭矩传递装置控制以提供至少八个前进档 速比和至少 一 个倒档速比。
背景技术：
随着三速和四速自动变速器的出现，自动换档(行星齿 轮)变速器在驾车公众中的受欢迎程度得到提高。这些变速器改进了 车辆的操作性能和燃料经济性。增加的速比数目减小了速比之间的阶 长大小，并因此通过在车辆正常加速的情况下实现使操作者大体觉察 不到的速比变换而改进了变速器的换档质量。 六速变速器提供优于四速和五速变速器的若干优势，包 括改进的车辆加速性和燃料经济性。尽管很多货车使用具有六个或更 多个前进档速比的动力变速器，但是客车仍然制造成使用三速和四速 自动变速器，由于五速或六速变速器的尺寸和复杂性而相对较少地使 用这些变速器。 相比于六速变速器，七速、八速和九速变速器进一步改 进了加速性和燃料经济性。然而，如同上面讨论的六速变速器，七速、 八速和九速变速器的发展因其复杂性、尺寸以及成本而受到了阻碍。
发明内容
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本发明的目的是提供一种经改进的具有四个行星齿轮组 的变速器族，所述四个行星齿轮组被控制以提供至少八个前进档速比 和至少一个倒档速比。 每个行星架构件可以是单齿轮行星架构件(简单的)或 者是双齿轮行星架构件(复合的)。还可以是具有长齿轮的实施例。 第一互连构件连续地将第一行星齿轮组的第一构件与第 二行星齿轮组的第 一构件连接。第 一扭矩传递装置_诸如离合器选择性地将第 一互连构 件与第一、第二、第三或第四行星齿轮组的连续地连接于所述输入构
件的一个构件连接。 第六扭矩传递装置 -诸如制动器选择性地将第三互连构 件与固定构件(变速器壳体/箱体)连接。 通过适当地选择行星齿轮组的齿数比能够实现多种速比 和比率分布(ratio spread )。本发明的上述特征以及其他特征和优点将在下文结合附
图对实施本发明的最佳模式的详细描述中变得清楚。
图la是包括根据本发明的行星齿轮变速器的动力系的示 意图；以及图2a是描述图la中示出的动力系的一些运行特征的真 值表和图表。
具体实施例方式
参考附图，图la中示出了动力系10，该动力系10具有 常规的发动机和变矩器12、行星齿轮变速器"以及常规的主减速器机 构16。可以使用各种类型的燃料为发动机U提供动力以改进特定应用 场合的效率和燃料经济性。例如，这些燃料可以包括汽油、柴油、乙 醇、二曱醚等。 行星齿轮变速器14包括行星齿轮设备18、与发动机12 连续连接的输入构件17以及与主减速器机构16连续连接的输出构件 19。行星齿轮设备18包括四个行星齿轮组20、 30、 40和50。 行星齿轮组20包括太阳轮构件22、齿圏构件24以及行 星架总成构件26。行星架总成构件26包括多个小齿轮27,所述小齿 轮27可转动地安装在行星架构件29上并且设置为与太阳轮构件22和 齿圏构件24处于啮合关系。
行星齿轮组30包括太阳轮构件32、齿圈构件34以及行 星架总成构件36。行星架总成构件36包括多个小齿轮37,所述小齿 轮37可转动地安装在行星架构件39上并且设置为与齿圈构件34和太 阳轮构件32处于啮合关系。 行星齿轮组50包括太阳净仑构件52、齿圈构件54以及行 星架总成构件56。行星架总成构件56包括多个小齿轮57,所述小齿 轮57安装在行星架构件59上并且设置为与齿圏构件54和太阳轮构件 52处于啮合关系。 行星齿轮设备还包括七个扭矩传递机构80、 82、 84、 85、 86、 87以及88。扭矩传递机构80、 82以及84是旋转型扭矩传递机构， 通常称作离合器。扭矩传递机构85、 86、 8"7以及88是固定型扭矩传 递机构，通常称作制动器或者反作用离合器。 输入构件17连续地连接到行星齿轮组40的太阳轮构件 42。输出构件19连续地连接到行星齿轮组20的齿圏构件24。第一互 连构件70连续地将行星齿轮组20的行星架构件26与行星齿轮组30 的行星架构件36连接。第二互连构件72连续地将行星齿轮组20的太 阳轮构件22与行星齿轮组40的齿圏构件44以及行星齿轮组50的太 阳轮构件52连接。第三互连构件74连续地将行星齿轮组30的齿圏构 件34与行星齿轮组40的行星架构件46以及行星齿轮组50的行星架 构件56连接。如图lb所示，特别是如图lb中公开的真值表所示，扭
比和一个倒档速比。 通过离合器82和制动器85的接合确立第三前进档速比。 离合器82将太阳轮构件32与太阳轮构件42接合，太阳轮构件42连 续地与输入构件17连接。制动器85通过互连构件70将行星架构件26 和行星架构件36与变速器壳体60接合。太阳轮构件32和太阳轮构件 42以与输入构件17相同的速度旋转。齿圏构件34、行星架构件46以 及行星架构件56以相同的速度旋转。太阳轮构件22、齿圏构件44以 及太阳轮构件52以相同的速度旋转。齿圏构件44的速度由太阳轮构 件42的速度、行星架构件46的速度以及行星齿轮组40的齿圈/太阳 轮齿数比决定。行星架构件26和行星架构件36不旋转。齿圈构件34 的速度由太阳轮构件32的速度以及行星齿轮组30的齿圈/太阳轮齿数 比决定。齿圏构件24和输出构件19以相同的速度旋转。齿圏构件24 以及由此输出构件19的速度由太阳轮构件22的速度以及行星齿轮组
1020的齿圈/太阳轮齿数比决定。第三前进档速比的数值利用行星齿轮组 20、 30和40的齿圈/太阳轮齿数比确定。 通过离合器82和制动器87的接合确立第四前进档速比。 离合器82将太阳轮构件32与太阳轮构件42接合，太阳轮构件42连 续地与输入构件17连接。制动器87通过互连构件74将齿圈构件34、 行星架构件46以及行星架构件56与变速器壳体60接合。太阳轮构件 32和太阳轮构件42以与输入构件17相同的速度旋转。齿圈构件34、 行星架构件46以及行星架构件56不旋转。太阳轮构件22、齿圈构件 44以及太阳轮构件52以相同的速度旋转。齿圏构件44的速度由太阳 轮构件42的速度、行星架构件46的速度以及行星齿轮组40的齿圈/ 太阳轮齿数比决定。行星架构件26和行星架构件36以相同的速度旋 转。行星架构件36的速度由太阳轮构件32的速度以及行星齿轮组30 的齿圈/太阳轮齿数比决定。齿圈构件24和输出构件19以相同的速度 旋转。齿圈构件24以及由此输出构件19的速度由太阳轮构件22的速 度、行星架构件26的速度以及行星齿轮组20的齿圏/太阳轮齿数比决 定。第四前进档速比的数值利用行星齿轮组20、 30和40的齿圈/太阳
轮齿数比确定。 通过离合器82和制动器86的接合确立第五前进档速比。 离合器82将太阳轮构件32与太阳轮构件42接合，太阳轮构件42连 续地与输入构件17连接。制动器86通过互连构件72将太阳轮构件22、 齿圈构件44以及太阳轮构件52与变速器壳体60接合。太阳轮构件32 和太阳轮构件42以与输入构件17相同的速度旋转。太阳轮构件22、 齿圏构件44以及太阳轮构件52不旋转。齿圈构件34、行星架构件46 以及行星架构件56以相同的速度旋转。行星架构件46的速度由太阳 轮构件42的速度以及行星齿轮组40的齿圏/太阳轮齿数比决定。行星 架构件26和行星架构件36以相同的速度旋转。行星架构件36的速度 由齿圈构件34的速度、太阳轮构件32的速度以及行星齿轮组30的齿 圈/太阳轮齿数比决定。齿圈构件24和输出构件19以相同的速度旋转。 齿圈构件24以及由此输出构件19的速度由行星架构件26的速度以及 行星齿轮组20的齿圈/太阳轮齿数比决定。第五前进档速比的数值利 用行星齿轮组20、 30和40的齿圈/太阳轮齿数比确定。
通过离合器80和82的接合确立第六前进档速比。在这 种构造中，输入构件17直接连接输出构件19。第六前进档速比的数值 为1。
0043通过离合器80和制动器86的接合确立第七前进档速比。 离合器80通过互连构件70将行星架构件26和行星架构件36与太阳 轮构件42接合，太阳轮构件42连续地与输入构件17连接。制动器86 通过互连构件72将太阳轮构件22、齿圏构件44和太阳轮构件52与变 速器壳体60接合。行星架构件26、行星架构件36以及太阳轮构件42 以与输入构件17相同的速度旋转。太阳轮构件22、齿圏构件44以及 太阳轮构件52不旋转。齿圈构件34、行星架构件46以及行星架构件 56以相同的速度旋转。行星架构件46的速度由太阳轮构件42的速度 以及行星齿轮组40的齿圏/太阳轮齿数比决定。齿圏构件24和输出构 件19以相同的速度旋转。齿圈构件24以及由此输出构件19的速度由 行星架构件26的速度以及行星齿轮组20的齿圈/太阳轮齿数比决定。 第七前进档速比的数值利用行星齿轮组20和40的齿圏/太阳轮齿数比 确定。 通过离合器80和制动器87的接合确立第八前进档速比。 离合器80通过互连构件70将行星架构件26和行星架构件36与太阳 轮构件42接合，太阳轮构件42连续地与输入构件17连接。制动器87 通过互连构件74将齿圈构件34、行星架构件46以及行星架构件56与 变速器壳体60接合。行星架构件26、行星架构件36以及太阳轮构件 42以与输入构件17相同的速度旋转。齿圏构件34、行星架构件46以 及行星架构件56不旋转。太阳轮构件22、齿圈构件44以及太阳轮构 件52以相同的速度旋转。齿圈构件44的速度由太阳轮构件42的速度 以及行星齿轮组40的齿圈/太阳轮齿数比决定。齿圈构件24和输出构 件19以相同速度旋转。齿圈构件24以及由此输出构件19的速度由行 星架构件26的速度和行星齿轮组20的齿圈/太阳轮齿数比决定。第八 前进档速比的数值利用行星齿轮组20和40的齿圈/太阳轮齿数比确 定。
[0045如上所述，图lb中的真值表示出了扭矩传递机构的接合 安排。该真值表还提供了速比的示例，利用通过图lb中的示例给出的 齿圈/太阳轮齿数比可获得上述速比。1V/Ns,值是行星齿轮组20的齿数比；NR2/ Ns2值是行星齿轮组30的齿数比；NR3/ &3值是行星齿轮组40 的齿数比；而NR4/ Nw值是行星齿轮组50的齿数比。并且，图lb中的 图表还描述了比率阶长，利用针对上述变速器的接合安排给出的齿数 比的样本能够得到上述比率阶长。例如，第一和第二前进档速比之间 的阶长比率是1. 65，而倒档速比(倒档)和第一前进档速比之间的阶长 比率是-O. 59。
[0046动力系IO可以与混合动力车共享部件，并且这种组合可 以在"充电-耗电模式"("charge-depleting mode")下操作。对本发明 的目的来说，"充电-耗电模式"是车辆主要由电动机/发电机供应动 力从而当车辆到达目的地时电池被耗尽或者几乎被耗尽的模式。换句
话说，在充电-耗电模式期间，只需在必要的程度上操作发动机12以 确保在到达目的地之前电池不被耗尽。常规混合动力车在"充电-维持 模式"下运行，其中，如果电池电量水平降到预定水平(例如25%)以 下，那么发动机自动地运4亍以给电池再次充电。因此，通过在充电-耗 电模式下运行，混合动力车能够储备一些或全部燃料，否则这些燃料 将被消耗以维持常规混合动力车25%的电池电量水平。应当理解的是， 如果在到达目的地之后能够通过将电池插头插入能量源而被再充电， 那么优选地混合动力车动力系仅在充电-耗电模式下操作。
[0047尽管已经详细描述了实施本发明的最佳模式，但是本领 域技术人员将会认识到所附权利要求范围内的实施本发明的各种替代 性-没计和实施方式。
权利要求
1.一种多级变速器，包括输入轴；输出轴；第一、第二、第三和第四行星齿轮组，所述第一、第二、第三和第四行星齿轮组中的每个都具有第一、第二和第三构件；所述输入轴连续地与所述行星齿轮组的至少一个构件互连，并且所述输出轴连续地与所述行星齿轮组的另一个构件互连；第一互连构件，所述第一互连构件连续地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连接；第二互连构件，所述第二互连构件连续地将所述第一行星齿轮组的所述第二构件与所述第三行星齿轮组的所述第一构件以及所述第四行星齿轮组的所述第一构件连接；第三互连构件，所述第三互连构件连续地将所述第二行星齿轮组的所述第二构件与所述第三行星齿轮组的所述第二构件和所述第四行星齿轮组的所述第二构件连接；第一扭矩传递机构，所述第一扭矩传递机构选择性地将所述第一互连构件与所述第一、第二、第三或第四行星齿轮组的连续地连接于所述输入构件的一个构件连接；第二扭矩传递机构，所述第二扭矩传递机构选择性地将所述第二行星齿轮组的一个构件与所述第一、第二、第三或第四行星齿轮组的连续地连接于所述输入构件的一个构件连接；第三扭矩传递机构，所述第三扭矩传递机构选择性地将所述第三互连构件与所述第一、第二、第三或第四行星齿轮组的连续地连接于所述输入构件的一个构件连接；第四扭矩传递机构，所述第四扭矩传递机构选择性地将所述第一互连构件与固定构件连接；第五扭矩传递机构，所述第五扭矩传递机构选择性地将所述第二互连构件与所述固定构件连接；第六扭矩传递机构，所述第六扭矩传递机构选择性地将所述第三互连构件与所述固定构件连接；第七扭矩传递机构，所述第七扭矩传递机构选择性地将所述第四行星齿轮组的一个构件与所述固定构件连接；所述扭矩传递机构以两两组合的方式接合从而在所述输入轴与所述输出轴之间确立至少八个前进档速比和至少一个倒档速比。
2. 如权利要求l所述的变速器，其特征在于，所述第一、第二和第 三扭矩传递机构包括离合器，并且所述第四、第五、第六和第七扭矩 传递机构包括制动器。
3. —种多级变速器，包括 输入轴；输出轴；行星齿轮设备，所述行星齿轮设备具有第一、第二、第三和第四 行星齿轮组，每个所述行星齿轮组都具有第一、第二和第三构件；所述输入轴连续地与所述行星齿轮组的至少一个构件互连，并且 所述输出轴连续地与所述行星齿轮组的另一个构件互连；第一互连构件，所述第一互连构件连续地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连接；第二互连构件，所述第二互联构件连续地将所述第一行星齿轮组 的所述第二构件与所述第三行星齿轮组的所迷第一构件以及所述第四 行星齿轮组的所述第一构件连接；第三互连构件，所述第三互连构件连续地将所述第二行星齿轮组 的所述第二构件与所述第三行星齿轮组的所述第二构件以及所述第四 行星齿轮组的所述第二构件连接；七个扭矩传递机构，所述七个扭矩传递机构选择性地将所述行星 齿轮组的所述构件与固定构件或所述行星齿轮组的其他构件互连，所输出轴之间确立至少八个前进档速比和至少 一个倒档速比。
4. 如权利要求3所述的变速器，其特征在于，所述七个扭矩传递机构中的第一个能够选择性地将所迷第一互连构件与所述第一、第二、第三或第四行星齿轮组的连续地连接于所述输入构件的一个构件连接。
5. 如权利要求4所述的变速器，其特征在于，所述七个扭矩传递机 构中的第二个能够选择性地将所述第二行星齿轮组的一个构件与所述第一、第二、第三或第四行星齿轮组的连续地连接于所述输入构件的 一个构件连接。
6. 如权利要求5所述的变速器，其特征在于，所述七个扭矩传递机构中的第三个能够选择性地将所述第三互连构件与所述第一、第二、第三或者第四行星齿轮组的连续地连接于所述输入构件的一个构件连接。
7. 如权利要求6所述的变速器，其特征在于，所述七个扭矩传递机 构中的第四个能够选择性地将所述第 一 互连构件与固定构件连接。
8. 如权利要求7所述的变速器，其特征在于，所述七个扭矩传递机 构中的第五个能够选择性地将所述第二互连构件与所述固定构件连接。
9. 如权利要求8所述的变速器，其特征在于，所述七个扭矩传递机 构中的第六个能够选择性地将所述第三互连构件与所述固定构件连 接。
10. 如权利要求9所述的变速器，其特征在于，所述七个扭矩传递机 构中的第七个能够选择性地将所述第四行星齿轮组的一个构件与所述 固定构件连接。
全文摘要
变速器具有多个构件，在动力系中能够利用所述多个构件提供至少八个前进档速比和一个倒档速比。该变速器包括具有七个扭矩传递机构和三个固定互连件的四个行星齿轮组。动力系包括发动机和变矩器以及输出构件，所述发动机和变矩器连续地连接至行星齿轮构件中的至少一个，所述输出构件连续地连接于行星齿轮构件中的另一个。七个扭矩传递机构在各齿轮构件之间以及齿轮构件与变速器壳体之间提供互连，并且以两两组合的方式接合从而确立至少八个前进档速比和至少一个倒档速比。
文档编号F16H3/44GK101688589SQ200880022663
公开日2010年3月31日 申请日期2008年4月22日 优先权日2007年5月4日
发明者M·拉哈文 申请人:通用汽车环球科技运作公司