專利名稱：九級變速器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有四個行星齒輪組的動力變速器，該四個行星 齒輪組由六個扭矩傳遞裝置所控制，以提供九種前進速度比和一種倒 檔速度比
背景技術(shù)：
客車包括由發(fā)動機、多級變速器和差動裝置或主減速器組成的動 力系。多級變速器通過允許發(fā)動機在其扭矩范圍內(nèi)多次操作而提高車 輛的整個操作范圍?？稍谧兯倨髦械玫降那斑M速度比的數(shù)量確定了發(fā) 動機扭矩范圍重復的次數(shù)。早前的自動變速器具有兩個速度范圍。這 嚴格地限制了車輛的整個速度范圍，并因此需要可產(chǎn)生較寬的速度和 扭矩范圍的較大的發(fā)動機。這導致發(fā)動機在運行期間在某個比燃料消 耗點上操作，而不是在最有效點上操作。因此，手動換檔(中間軸變速 器)是最常見的。
隨著三級和四級自動變速器的出現(xiàn)，自動換檔(行星齒輪)變速器 提高了汽車大眾化的普及性。這些變速器改進了車輛的l喿作性能和燃
料經(jīng)濟性。速度比的數(shù)量增加將減小在速度比之間的步長(step size),
并因此通過在正常車輛加速下使操作員基本察覺不到速度比互換而
改進變速器的換檔性能。
六速變速器具有超過四速和五速變速器的多個優(yōu)點，包括改進的 車輛加速和改進的燃料經(jīng)濟性。雖然許多貨車采用具有六種或更多種 前進速度比的動力變速器，但是由于這些變速器的尺寸和復雜性，客 車仍然制造為具有三級和四級自動變速器，以及較少的五速或六速裝 置。 七速、八速和九速變速器在加速和燃料經(jīng)濟性方面提供超過六速 變速器的進一步改進。然而，類似于上述的六速變速器，由于復雜性、 尺寸和成本而排除七速、八速和九速變速器的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種改進的變速器，其具有四個受控制的行 星齒輪組，以提供九種前進速度比和一種倒檔速度比。
本發(fā)明的變速器系列具有四個行星齒輪組，其各包括第一、第二 和第三部件，這些部件可包括任何順序的太陽齒輪，環(huán)形齒輪，或行 星托架組合部件。
在本說明書和權(quán)利要求中引用第一、第二、第三和第四齒輪組時， 這些齒輪組可以圖中任何順序(即，從左至右，從右至左等等)從"第一" 計數(shù)到"笫四"。另外，對于各個齒輪組，各個齒輪組的第一、第二或 第三部件可以圖中任何順序(即，從上至下，從下至上等等)從"第一，， 計數(shù)到"第三"。
各個托架部件可以是單小齒輪托架部件(簡單)或雙小齒輪托架部 件(復合)。具有長的小齒輪的實施例也是可行的。
第一互連部件使第一行星齒輪組的第一部件與第二行星齒輪組 的第一部件持續(xù)地連接。
第二互連部件使第二行星齒輪組的第三部件與第三行星齒輪組 的第三部件持續(xù)地連接。
第三互連部件使第三行星齒輪組的第一部件與第四行星齒輪組 的第三部件持續(xù)地連接。
第四互連部件使第一行星齒輪組的第二部件與第三行星齒輪組 的第二部件持續(xù)地連接。
輸入部件與第 一行星齒輪組的第 一部件持續(xù)地連《^姿。輸出部件與 第二行星齒輪組的第二部件持續(xù)地互連。
第一扭矩傳遞裝置，如制動器，使第一行星齒輪組的第二部件與 固定部件(變速器殼體/外殼)選擇性地連接。
第二扭矩傳遞裝置，如制動器，使第四行星齒輪組的第一部件與 固定部件(變速器殼體/外殼)選擇性地連接。
第三扭矩傳遞裝置，如離合器，使第一行星齒輪組的第三部件與 第三行星齒輪組的第一部件選擇性地連接。
第四扭矩傳遞裝置，如離合器，使第一行星齒輪組的第三部件與 第四行星齒輪組的第二部件選擇性地連接。
第五扭矩傳遞裝置，如離合器，使第一行星齒輪組的第一部件與 第四行星齒輪組的第二部件選擇性地連接。
第六扭矩傳遞裝置，如離合器，使第三行星齒輪組的第二部件與 第三行星齒輪組的第 一部件選擇性地連接。
六個扭矩傳遞裝置可以以三個扭矩傳遞裝置的組合選擇性地接 合，以產(chǎn)生九種前進速度比和一種倒檔速度比。
通過合適地選擇行星齒輪組的齒數(shù)比可實現(xiàn)各種速度比和速度
比范圍(ratio spread)。
當結(jié)合附圖時，通過用于實施本發(fā)明的最佳方式的以下詳細說 明，本發(fā)明的上述特征和其它的特征及優(yōu)點將容易地顯而易見。


圖la是包括根據(jù)本發(fā)明的行星變速器的動力系的示意圖lb是顯示圖la所示的動力系的某些操作特性的真值表和圖表；
和
圖1 c是以杠桿圖(leverdiagram)形式描繪的圖la的動力系的示意圖。
具體實施例方式
參考附圖，在圖la中示出動力系10,其具有傳統(tǒng)的發(fā)動機及扭 矩變換器12、行星變速器14和傳統(tǒng)的主減速器機構(gòu)16?？衫酶鞣N 類型的燃料來對發(fā)動機12供應(yīng)能量，以改善特定應(yīng)用的效率和燃料 經(jīng)濟性。這種燃料可包括，例如汽油；柴油；乙醇；二曱醚等等。
行星變速器14包括與發(fā)動機12持續(xù)地連接的輸入部件17、行星 齒輪設(shè)備18和與主減速器機構(gòu)16持續(xù)地連接的輸出部件19。行星齒 輪設(shè)備18包括四個行星齒輪組20,30,40和50。
行星齒輪組20包括太陽齒輪部件22,環(huán)形齒輪部件24和行星托 架組合部件26。行星托架組合部件26包括多個小齒輪27，它們可旋 轉(zhuǎn)地安裝在托架部件29上，并且布置成與太陽齒輪部件22和環(huán)形齒 輪部件24處于嚙合關(guān)系。
行星齒輪組30包括太陽齒輪部件32，環(huán)形齒輪部件34和行星托 架組合部件36。行星托架組合部件36包括多個小齒輪37，它們可旋 轉(zhuǎn)地安裝在托架部件39上，并且布置成與太陽齒輪部件32和環(huán)形齒 輪部件34處于嚙合關(guān)系。
行星齒輪組40包括太陽齒輪部件42,環(huán)形齒輪部件44和行星托 架組合部件46。行星托架組合部件46包括多個小齒輪47，它們安裝 在托架部件49上，并且布置成與環(huán)形齒輪部件44和太陽齒輪部件42 處于嚙合關(guān)系。
行星齒輪組50包括太陽齒輪部件52，環(huán)形齒輪部件54和行星托 架組合部件56。行星托架組合部件56包括多個小齒輪57,它們安裝 在托架部件59上，并且布置成與環(huán)形齒輪部件54和太陽齒輪部件52 處于嚙合關(guān)系。
行星齒輪設(shè)備還包括六個扭矩傳遞裝置80,82,84,85,86和87。扭 矩傳遞裝置80和82是固定式扭矩傳遞裝置，通常稱為制動器或者反 作用離合器。扭矩傳遞裝置84,85,86和87是旋轉(zhuǎn)式扭矩傳遞裝置， 通常稱為離合器。
輸入部件17與行星齒輪組20的太陽齒輪部件22持續(xù)地連接。 輸出部件19與行星齒4侖組30的行星托架組合部件36持續(xù)地連接。
第一互連部件70使行星齒輪組20的太陽齒輪部件22與行星齒 輪組30的太陽齒輪部件32持續(xù)地連接。第二互連部件72使行星齒
輪組30的環(huán)形齒輪部件34與行星齒輪組40的環(huán)形齒輪部件44持續(xù) 地連接。第三互連部件74使行星齒輪組40的太陽齒輪部件42與行 星齒輪組50的環(huán)形齒輪部件54持續(xù)地連接。第四互連部件76使行 星齒輪組20的行星托架組合部件26與行星齒輪組40的行星托架組 合部件46持續(xù)地連接。
第一扭矩傳遞裝置，如制動器80,使行星齒輪組20的行星托架 組合部件26及行星齒輪組40的行星托架組合部件46經(jīng)由互連部件 76與變速器殼體60選擇性地連接。第二扭矩傳遞裝置，如制動器82， 使行星齒輪組50的太陽齒輪部件52與變速器殼體60選擇性地連接。 第三扭矩傳遞裝置，如離合器84，使行星齒輪組20的環(huán)形齒輪部件 24與行星齒輪組40的太陽齒輪部件42及行星齒輪組50的環(huán)形齒輪 部件54經(jīng)由互連部件74選擇性地連接。第四扭矩傳遞裝置，如離合 器85,使行星齒輪組20的環(huán)形齒輪部件24與行星齒輪組50的行星 托架組合部件56選擇性地連接。第五扭矩傳遞裝置，如離合器86， 使行星齒輪組20的太陽齒輪部件22及行星齒輪組30的太陽齒輪部 件32經(jīng)由互連部件70與行星齒輪組50的行星托架組合部件56選擇 性地連接。第六扭矩傳遞裝置，如離合器87，使行星齒輪組40的行 星托架組合部件46及行星齒輪組20的行星托架組合部件26經(jīng)由互 連部件76與行星齒輪組40的太陽齒輪部件42及行星齒輪組50的環(huán) 形齒輪部件54經(jīng)由互連部件74選擇性地連接。
如圖lb所示，尤其如圖lb中公開的真值表所示，扭矩傳遞裝置 以三個扭矩傳遞裝置的組合選擇性地接合，以提供九種前進速度比和 一種倒檔速度比，所有的速度比都具有單過渡連續(xù)換檔，其中兩個為 超速檔。
如上所述，用于扭矩傳遞裝置的接合表示于圖lb的真值表中。 圖lb的圖表描述上述變速器中獲得的比階(ratiostep)。例如，第一前 進速度比和第二前進速度比之間的比階是1.62,而倒檔速度比和第一 前進比之間的比階是-0.87。
參考圖lc,圖la中描繪的動力系IO的實施例以杠桿圖形式示出。 杠桿圖是諸如自動變速器的機械裝置的構(gòu)件的示意圖。每個單獨的杠 桿表示一個行星齒輪組，其中行星齒輪的三個基本的機械構(gòu)件均由節(jié) 點表示。因此，單個杠桿包括三個節(jié)點 一個用于太陽齒輪部件，一 個用于行星齒輪托架部件，和一個用于環(huán)形齒輪部件。各個杠桿的節(jié) 點之間的相對長度可分別用于表示各個齒輪組的環(huán)形-太陽比。這些杠 桿比又用于改變變速器的齒輪比，以便實現(xiàn)合適的比率和比率遞變 (ratio progression),各種行星齒輪組的節(jié)點之間的機械聯(lián)接或互連以細 水平線表示，并且諸如離合器和制動器的扭矩傳遞裝置表示為交錯的 指狀物。如果該裝置為制動器，則將一組指狀物接地(grounded)。在 Benford， Howard和Leising， Maurice的1981年的SAEi侖文810102，
"The Lever Analogy:A New Tool in Transmission Analysis" 中可找到 杠桿圖的格式、目的和用途的進一步說明，該論文因此通過引用而完 全結(jié)合于本發(fā)明中。
動力系10包括輸入部件17，輸出部件19，第一行星齒輪組20A， 第二行星齒輪組30A，第三行星齒輪組40A和第四行星齒輪組50A。 輸入部件17與發(fā)動機12持續(xù)地連接；輸出部件19與主減速器機構(gòu) 16持續(xù)地連接；第一行星齒輪組20A具有三個節(jié)點第一節(jié)點22A， 第二節(jié)點26A和第三節(jié)點24A;第二行星齒輪組30A具有三個節(jié)點 第一節(jié)點32A，第二節(jié)點36A和第三節(jié)點34A;第三行星齒輪組40A 具有三個節(jié)點第一節(jié)點42A,第二節(jié)點46A和第三節(jié)點44A;第四 行星齒輪組50A具有三個節(jié)點第一節(jié)點52A,第二節(jié)點56A和第三 節(jié)點54A。
輸入部件17與節(jié)點22A持續(xù)地連接。輸出部件19與節(jié)點36A持 續(xù)地連4秦。
節(jié)點22A經(jīng)由互連部件70與節(jié)點32A持續(xù)地連接。節(jié)點34A經(jīng) 由互連部件72與節(jié)點44A持續(xù)地連接。節(jié)點42A經(jīng)由互連部件74 與節(jié)點54A持續(xù)地連接。節(jié)點26A經(jīng)由互連部件76與節(jié)點46A持續(xù)
地連接。
諸如制動器80的第 一扭矩傳遞裝置，使節(jié)點26A及46A經(jīng)由互 連部件76與變速器殼體60選擇性地連接。諸如制動器82的第二扭 矩傳遞裝置，使節(jié)點52A與變速器殼體60選擇性地連接。諸如離合 器84的第三扭矩傳遞裝置，使節(jié)點42A及54A經(jīng)由互連部件74與節(jié) 點24A選擇性地連接。諸如離合器85的第四扭矩傳遞裝置，使節(jié)點 56A與節(jié)點24A選擇性地連接。諸如離合器86的第五扭矩傳遞裝置， 使節(jié)點22A和32A經(jīng)由互連部件70與節(jié)點56A選擇性地連接。諸如 離合器87的第六扭矩傳遞裝置，使節(jié)點42A和54A經(jīng)由互連部件74 與節(jié)點46A和26A經(jīng)由互連部件76選擇性地連接。
三個扭矩傳遞裝置對于各種齒輪狀態(tài)進行接合以建立速度比。接 合的扭矩傳遞裝置在圖lb的各行中用"X"表示。例如，制動器80和 82及離合器86接合以建立倒車檔。制動器80使節(jié)點26A和46A經(jīng) 由互連部件76與變速器殼體60接合。制動器82使節(jié)點52A與變速 器殼體60接合。離合器86使節(jié)點22A和32A經(jīng)由互連部件70與節(jié) 點56A接合。同樣地，九種前進速度比通過按照圖lb的離合器接合 的不同組合來實現(xiàn)。
動力系IO可與混合動力車輛共享部件，并且這種組合可以以"電 量消耗模式"操作。對于本發(fā)明來說，"電量消耗模式"是一種主要由電 動機/發(fā)電機為車輛提供動力，使得當車輛到達其目的地時電池被耗盡 或幾乎耗盡的模式。換句話說，在電量消耗模式期間，發(fā)動機12僅 在必須確保電池在到達目的地之前沒有被耗盡的程度下進行操作。傳 統(tǒng)的混合動力車輛以"電量保持模式"操作，其中如果電池電量水平下 降到預定水平(例如25%)以下時，發(fā)動機自動地運行，以對電池充電。 因此，通過以電量消耗模式操作，混合動力車輛可節(jié)約在傳統(tǒng)混合動 力車輛中將用于維持25。/。電池電量水平的某些或所有燃料。應(yīng)當理解， 如果電池可在到達目的地之后通過將其插入到能量源中進行再充電， 則混合動力車輛的動力系優(yōu)選地卩又以電量消耗模式操作。 雖然已經(jīng)詳細地描述了用于實施本發(fā)明的最佳方式，但是本發(fā)明 所涉及的本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到的是，用于實踐本發(fā)明的各種可選 設(shè)計和實施例在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種多級變速器，其包括輸入部件；輸出部件；第一、第二、第三和第四行星齒輪組，其各具有第一、第二和第三部件；第一互連部件，其使所述第一行星齒輪組的所述第一部件與所述第二行星齒輪組的所述第一部件持續(xù)地連接；第二互連部件，其使所述第二行星齒輪組的所述第三部件與所述第三行星齒輪組的所述第三部件持續(xù)地連接；第三互連部件，其使所述第三行星齒輪組的所述第一部件與所述第四行星齒輪組的所述第三部件持續(xù)地連接；第四互連部件，其使所述第一行星齒輪組的所述第二部件與所述第三行星齒輪組的所述第二部件持續(xù)地連接；以及六個扭矩傳遞裝置，其用于使所述行星齒輪組的所述部件與固定部件或所述行星齒輪組的其它部件選擇性地互連，所述六個扭矩傳遞裝置以三個的組合進行接合，以在所述輸入部件和所述輸出部件之間建立至少九種前進速度比和至少一種倒檔速度比。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速器，其特征在于所述六個扭矩傳 遞裝置中的第一扭矩傳遞裝置可操作，以使所述第一行星齒輪組的所 述第二部件與所述固定部件選擇性地連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的變速器，其特征在于所述六個扭矩傳 遞裝置中的第二扭矩傳遞裝置可操作，以使所述第四行星齒輪組的所 述第 一部件與所述固定部件選擇性地連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的變速器，其特征在于所述六個扭矩傳 遞裝置中的第三扭矩傳遞裝置可操作，以使所述第一行星齒輪組的所 述第三部件與所述第三行星齒輪組的所述第 一部件選擇性地連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的變速器，其特征在于所述六個扭矩傳 遞裝置中的第四扭矩傳遞裝置可操作，以使所述第一行星齒輪組的所 迷第三部件與所述第四行星齒輪組的所述第二部件選擇性地連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的變速器，其特征在于所述六個扭矩傳 遞裝置中的第五扭矩傳遞裝置可操作，以使所述第 一行星齒輪組的所 述第一部件與所述第四行星齒輪組的所述第二部件選擇性地連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的變速器，其特征在于所述六個扭矩傳 遞裝置中的第六扭矩傳遞裝置可操作，以使所述第三行星齒輪組的所 述第二部件與所述第三;f亍星齒輪組的所述第一部件選擇性地連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速器，其特征在于所述第一和第二 扭矩傳遞裝置包括制動器，而所述第三、第四、第五和第六扭矩傳遞 裝置包括離合器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速器，其特征在于所述第一、第二、 第三和第四行星齒輪組的所述第 一、第二和第三部件分別包括太陽齒 輪部件、行星托架組合部件和環(huán)形齒輪部件。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速器，其特征在于所述輸入部件 與所述第一行星齒輪組的所述第一部件持續(xù)地連"t妄，所述輸出部件與 所述第二行星齒輪組的所述第二部件持續(xù)地連接。
11. 一種多級變速器，其包括 輸入部件；輸出部件；第一、第二、第三和第四行星齒輪組，其各具有第一、第二和第 三部件；所述輸入部件與所述第一行星齒輪組的所述第一部件持續(xù)地連 接，所述輸出部件與所述第二行星齒輪組的所述第二部件持續(xù)地連 接；第一互連部件，其使所述第一行星齒輪組的所述第一部件與所述 第二行星齒輪組的所述第 一部件持續(xù)地連接；第二互連部件，其使所述第二行星齒輪組的所述第三部件與所述第三行星齒輪組的所述第三部件持續(xù)地連接；第三互連部件，其使所述第三行星齒輪組的所述第一部件與所述 第四行星齒輪組的所述第三部件持續(xù)地連接；第四互連部件，其使所述第一行星齒輪組的所述第二部件與所述 第三行星齒輪組的所述第二部件持續(xù)地連接；第一扭矩傳遞裝置，其使所述第一行星齒輪組的所述第二部件與 固定部件選擇性地連接；第二扭矩傳遞裝置，其使所述第四行星齒輪組的所述第一部件與所述固定部件選擇性地連接；第三扭矩傳遞裝置，其使所述第一行星齒輪組的所述第三部件與 所述第三行星齒輪組的所述第一部件選擇性地連接；第四扭矩傳遞裝置，其使所述第一行星齒輪組的所述第三部件與 所述第四行星齒輪組的所述第二部件選擇性地連接；第五扭矩傳遞裝置，其使所述第一行星齒輪組的所述第一部件與 所述第四行星齒輪組的所述第二部件選擇性地連接；第六扭矩傳遞裝置，其使所述第三行星齒輪組的所述第二部件與 所述第三行星齒輪組的所述第一部件選擇性地連接；以及所述六個扭矩傳遞裝置以三個的組合進行接合，以在所述輸入部 件和所述輸出部件之間建立至少九種前進速度比和至少一種倒檔速 度比。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的變速器，其特征在于所述第一、第 二、第三和第四行星齒輪組的所述第一、第二和第三部件分別包括太 陽齒輪部件，行星托架組合部件和環(huán)形齒輪部件。
13. —種多級變速器，其包括 輸入部件；輸出部件；第一、第二、第三和第四行星齒輪組，其各具有太陽齒輪部件，行星托架組合部件和環(huán)形齒輪部件；所述輸入部件與所述第一行星齒輪組的所述太陽齒輪部件持續(xù) 地互連；所述輸出部件與所述第二行星齒輪組的所述行星托架組合部 件持續(xù)地互連；第一互連部件，其^f吏所述第一行星齒輪組的所述太陽齒輪部件與 所述第二行星齒輪組的所述太陽齒輪部件持續(xù)地連接；第二互連部件，其使所述第二行星齒輪組的所述環(huán)形齒輪部件與 所述第三行星齒輪組的所述環(huán)形齒輪部件持續(xù)地連接；第三互連部件，其使所述第三行星齒輪組的所述太陽齒輪部件與 所述第四行星齒輪組的所述環(huán)形齒輪部件持續(xù)地連接；第四互連部件，其^f吏所述第 一行星齒輪組的所述行星托架組合部 件與所述第三行星齒輪組的所述行星托架組合部件持續(xù)地連接；第 一扭矩傳遞裝置，其使所述第 一行星齒輪組的所述行星托架組 合部件與固定部件選擇性地連接；第二扭矩傳遞裝置，其使所述第四行星齒輪組的所述太陽齒輪部 件與所述固定部件選擇性地連接；第三扭矩傳遞裝置，其使所述第 一行星齒輪組的所述環(huán)形齒輪部 件與所述第三行星齒輪組的所述太陽齒輪部件選擇性地連接；第四扭矩傳遞裝置，其使所述第一行星齒輪組的所述環(huán)形齒輪部 件與所述第四行星齒輪組的所述行星托架組合部件選擇性地連接；第五扭矩傳遞裝置，其使所述第一行星齒輪組的所述太陽齒輪部 件與所述第四行星齒輪組的所述行星托架組合部件選擇性地連接；第六扭矩傳遞裝置，其使所述第三行星齒輪組的所述行星托架組 合部件與所述第三行星齒輪組的所述太陽齒輪部件選擇性地連接；以及所述六個扭矩傳遞裝置以三個的組合進行接合，以在所述輸入部 件和所述輸出部件之間建立九種前進速度比和一種倒檔速度比。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種九級變速器，其具有多個部件，這些部件可用于動力系以提供九種前進速度比和一種倒檔速度比。該變速器包括四個行星齒輪組、六個扭矩傳遞裝置和四個固定互連。該動力系包括持續(xù)地連接到行星齒輪部件中的一個上的發(fā)動機及扭矩變換器和與行星齒輪部件中的另一個持續(xù)地連接的輸出部件。六個扭矩傳遞裝置在各種齒輪部件、變速器殼體之間提供互連，并且以三個扭矩傳遞裝置的組合操作，以建立九種前進速度比和一種倒檔速度比。
文檔編號F16H3/62GK101344153SQ200810131620
公開日2009年1月14日 申請日期2008年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月11日
發(fā)明者A·W·菲利普斯, C·E·凱里, J·M·哈特, S·H·維特科普 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司