專利名稱：9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，這些 行星齒輪組由六個扭矩傳遞裝置控制，以提供九個前進速度比和一個 倒檔速度比。
背景技術(shù)：
客車包括由發(fā)動機、多級變速器和差速或主減速器組成的 動力系。多級變速器通過容許發(fā)動機在其扭矩范圍內(nèi)多次操作而提高 了車輛的整個操作范圍。變速器中可得到的前進速度比的數(shù)量確定了 發(fā)動機扭矩范圍重復(fù)的次數(shù)。早前的自動變速器具有兩個速度范圍。 這嚴(yán)格地限制了車輛的整個速度范圍，并因此需要相對較大的發(fā)動
機，其可產(chǎn)生較寬的速度和扭矩范圍。這導(dǎo)致發(fā)動機在巡^:期間操作 在某個燃料消耗點上，而非最有效點。因此，手動換檔(副軸變速器) 是最通用的。隨著三速和四速自動變速器的到來，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操作性 能和燃料經(jīng)濟性。速度比的數(shù)量增加將減少在速度比之間的步長，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替換而改 進變速器的換檔質(zhì)量。六速變速器提供了幾個超越四速和五速變速器的優(yōu)勢，包 括改進的車輛加速度和改進的燃料經(jīng)濟性。雖然許多貨車采用具有六 個或更多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(fù) 雜性，客車仍然制造成帶有三速和四速自動變速器，以及相對較少的 五速或六速裝置。七速、八速和九速變速器在加速度和燃料經(jīng)濟性方面4是供 了超越六速變速器的進一步改進。然而，類似于上面論述的六速變速 器，七速、八速和九速變速器的發(fā)展由于復(fù)雜性、尺寸和成本而被排 除在外。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個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，以提供九個前進速度比和一個倒檔速度比。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 部件、第二部件和第三部件，這些部件可包括任何順序的恒星齒輪、 環(huán)形齒輪或行星托架組件。在本說明書和權(quán)利要求中引用第一齒輪組、第二齒輪組、 第三齒輪組和第四齒輪組時，這些齒輪組可以圖中任何順序(即，從左 至右或從右至左等等)從"第一，，計數(shù)到"第四"。另外，對于各齒輪 組，各齒輪組的第一部件、第二部件或第三部件可以圖中任何順序(即， 從上至下或從下至上等等)從"第一"計數(shù)到"第三"。各個托架部件可以是單個小齒輪托架部件(簡單)或雙小齒 輪托架部件(復(fù)合)。具有長的小齒輪的實施例也是可行的。第一互連部件持續(xù)地將第一行星齒輪組的第三部件與第
二行星齒輪組的第二部件連接起來。第二互連部件持續(xù)地將第二行星齒輪組的第三部件與第
三行星齒輪組的第二部件，并與第四行星齒輪組的第三部件連接起來。第三互連部件持續(xù)地將第一行星齒輪組的第一部件與第 三行星齒輪組的第 一部件連接起來。輸入部件持續(xù)地與第四行星齒輪組的第一部件相連接。輸 出部件持續(xù)地與第三行星齒輪組的第三部件互連。第一扭矩傳遞裝置，例如制動器，其有選擇地將第一行星
齒輪組的笫一部件與固定部件(變速器外殼/夕卜罩)連接起來。第二扭矩傳遞裝置，例如制動器，其有選擇地將第四行星
齒輪組的第二部件與固定部件(變速器外殼/外罩)連接起來。第三扭矩傳遞裝置，例如離合器，其有選擇地將第一行星 齒輪組的第 一部件與第二行星齒輪組的第 一部件連接起來。第四扭矩傳遞裝置，例如離合器，其有選擇地將第一行星 齒輪組的第二部件與第四行星齒輪組的第 一部件連接起來。第五扭矩傳遞裝置，例如離合器，其有選擇地將第一行星 齒輪組的第二部件與第四行星齒輪組的第二部件連接起來。第六扭矩傳遞裝置，例如離合器，其有選擇地將第二行星 齒輪組的第三部件與第二行星齒輪組的第 一部件連接起來。這六個扭矩傳遞裝置可有選擇地三個一組地進行接合，以 產(chǎn)生九個前進速度比和一個倒檔速度比。各種速度比和速度比范圍可通過恰當(dāng)?shù)剡x擇行星齒輪組 的齒數(shù)比而實現(xiàn)。從以下結(jié)合附屬圖紙對實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式的詳細描 述中，將很容易明晰本發(fā)明的上述特征和其它特征及優(yōu)勢。


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；
圖lb是顯示圖la中所示的動力系的某些操作特征的真值 表；且圖lc是杠桿圖形式顯示的圖la動力系的示意圖。
具體實施例方式參照圖紙，圖la中顯示了動力系10，其具有傳統(tǒng)的發(fā)動 機和扭矩變換器12、行星變速器14和傳統(tǒng)的主減速器機構(gòu)16。發(fā)動 機12可利用各種類型的燃料來驅(qū)動，以提高特定應(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包括持續(xù)地與發(fā)動機12相連接的輸入部件 17、行星齒輪裝置18以及持續(xù)地與主減速器機構(gòu)16相連接的輸出部 件19。行星齒輪裝置18包括四個行星齒輪組20,30,40和50。行星齒輪組20包括恒星齒輪部件22、環(huán)形齒輪部件24 和行星托架組件26。行星托架組件26包括多個可旋轉(zhuǎn)地安裝在托架 部件29上，并設(shè)置成與恒星齒輪部件22及環(huán)形齒輪部件24構(gòu)成嚙 合關(guān)系的小齒輪27。行星齒輪組30包括恒星齒輪部件32、環(huán)形齒輪部件34 和行星托架組件36。行星托架組件36包括多個可旋轉(zhuǎn)地安裝在托架 部件39上，并設(shè)置成與恒星齒輪部件32及環(huán)形齒輪部件34構(gòu)成嚙 合關(guān)系的小齒輪37。行星齒輪組40包括恒星齒輪部件42、環(huán)形齒4侖部件44 和行星托架組件46。行星托架組件46包括多個安裝在托架部件49上， 并設(shè)置成與環(huán)形齒輪部件44及恒星齒輪部件42構(gòu)成嚙合關(guān)系的小齒 輪47。行星齒輪組50包括恒星齒輪部件52、環(huán)形齒輪部件54 和行星托架組件56。行星托架組件56包括多個安裝在托架部件59上 的小齒輪57，58。小齒輪58設(shè)置成與環(huán)形齒輪部件54構(gòu)成嚙合關(guān)系， 并且小齒輪57設(shè)置成與恒星齒輪部件52及相應(yīng)的小齒輪58構(gòu)成嚙 合關(guān)系。行星齒輪裝置還包括六個扭矩傳遞裝置80，82，84，85,86和 87。這些扭矩傳遞裝置80和82是固定型扭矩傳遞裝置，通常稱為制 動器或反作用離合器。扭矩傳遞裝置84,85,86和87是旋轉(zhuǎn)型扭矩傳 遞裝置，通常稱為離合器。輸入部件17持續(xù)地與行星齒輪組50的恒星齒4侖部件52 相連接。輸出部件19持續(xù)地與行星齒輪組40的環(huán)形齒輪部件44相 連接。第一互連部件70持續(xù)地將行星齒輪組20的環(huán)形齒輪部件 24與行星齒輪組30的行星托架組件36連接起來。第二互連部件72 持續(xù)地將行星齒輪組30的環(huán)形齒輪部件34與行星齒輪組40的行星 托架組件46,并與行星齒輪組50的環(huán)形齒輪部件54連接起來。第三 互連部件74持續(xù)地將行星齒輪組20的恒星齒輪部件22與行星齒輪 組40的恒星齒輪部件42連接起來。第一扭矩傳遞裝置，例如制動器80,其有選擇地通過互連 部件74而將行星齒輪組20的恒星齒輪部件22及行星齒輪組40的恒 星齒輪部件42與變速器外殼60連接起來。第二扭矩傳遞裝置，例如 制動器82，其有選擇地將行星齒輪組50的行星托架組件56與變速器 外殼60連接起來。第三扭矩傳遞裝置，例如離合器84，其有逸擇地 通過互連部件74而將行星齒輪組20的恒星齒輪部件22及行星齒輪 組40的恒星齒輪部件42與行星齒輪組30的恒星齒輪部件32連接起 來。第四扭矩傳遞裝置，例如離合器85，其有選擇地將行星齒輪組 20的行星托架組件26與行星齒輪組50的恒星齒輪部件52連接起來。 第五扭矩傳遞裝置，例如離合器86,其有選擇地將行星齒輪組20的 行星托架組件26與行星齒輪組50的行星托架組件56連接起來。第 六扭矩傳遞裝置，例如離合器87，其有選擇地通過互連部件72而將 行星齒輪組30的環(huán)形齒輪部件34、行星齒輪組40的行星托架組件 46及行星齒輪組50的恒星齒輪部件54與行星齒輪組30的恒星齒輪 部件32連接起來。如圖lb中所示，尤其此處所<^開的真值表中所示，這些 扭矩傳遞裝置可有選擇地三個一組地進行接合，以提供九個前進速度 比和 一 個倒檔速度比，所有這些速度比都可利用單跳變換檔(single transmission shift)來實現(xiàn)，且其中具有三個超速傳動比。如上所述，在圖lb的真值表中顯示了用于扭矩傳遞裝置 的接合一覽表。圖lb的圖表描述了上述變速器中所達到的比階(ratio step)。例如，在第一前進速度比和第二前進速度比之間的階比是1.32,
而在倒檔速度比和第一前進速度比之間的階比為-0.75。參看圖lc，其以杠桿圖形式顯示了圖la中所示的動力系 IO的實施例。杠桿圖是機械裝置例如自動變速器的構(gòu)件的示意圖。各 個單獨的杠桿代表一個行星齒輪組，其中行星齒輪組的三個基本的機 械構(gòu)件各由一個節(jié)點表示。因此，單個杠桿包含三個節(jié)點 一個用于 恒星齒輪部件， 一個用于行星齒輪托架部件，還有一個用于環(huán)形齒輪 部件。在各杠桿的節(jié)點之間的相對長度可用于代表各個相應(yīng)的齒輪組 的環(huán)形-恒星杠桿比。這些杠桿比則用于改變變速器的齒輪比，以獲得 合適的比和比級數(shù)(ratio progression)。在各種行星齒輪組的節(jié)點之間的 機械聯(lián)接或相互連接由細的水平線表示，并且扭矩傳遞裝置例如離合 器和制動器由交錯的指狀物表示。如果裝置是制動器，那么就將一組 指狀物接地(ground)(此處指扭矩不再傳遞，類似于電路中"接地"則 電流為0)。在Benford， Howard和Leising, Maurice的1981年SAE論 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，其通過引用而完 整地結(jié)合在本文中。動力系10包括持續(xù)地與發(fā)動機12相連接的輸入部件17; 持續(xù)地與主減速器機構(gòu)16相連接的輸出部件19;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的第一行星齒輪組20A; 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的第二 行星齒輪組30A;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的第三行星齒輪組40A;以及具有三個節(jié)點第一節(jié)點 52A、第二節(jié)點56A和第三節(jié)點54A的第四行星齒輪組50A。輸入部件17持續(xù)地與節(jié)點52A相連接。輸出部件19持續(xù) 地與節(jié)點44A相連接。節(jié)點24A通過互連部件70而持續(xù)地與節(jié)點36A相連接。 節(jié)點34A通過互連部件72而持續(xù)地與節(jié)點46A及54A相連"^妾。節(jié)點 22A通過互連部件74而持續(xù)地與節(jié)點42A相連接。第一扭矩傳遞裝置，例如制動器80，其有選擇地通過互連 部件74而將節(jié)點22A及42A與變速器外殼60連接起來。第二扭矩傳 遞裝置，例如制動器82，其有選擇地將節(jié)點56A與變速器外殼60連 接起來。第三扭矩傳遞裝置，例如離合器84，其有選擇地通過互連部 件74而將節(jié)點32A與節(jié)點42A及節(jié)點22A連接起來。第四扭矩傳遞 裝置，例如離合器85,其有選擇地將節(jié)點26A與節(jié)點52A連接起來。 第五扭矩傳遞裝置，例如離合器86，其有選擇地將節(jié)點26A與節(jié)點 56A連接起來。第六扭矩傳遞裝置，例如離合器87，其有選擇地通過 互連部件72而將節(jié)點32A與節(jié)點34A， 46A及節(jié)點54A連沖妄起來。為了建立傳動比，對于各個齒輪狀態(tài)使三個扭矩傳遞裝置 接合。接合的扭矩傳遞裝置由圖lb中的每個相應(yīng)的行中的"X"代表。 例如，為了建立倒檔齒輪比，使制動器82和離合器84及85接合。 制動器82使節(jié)點56A與變速器外殼60接合。離合器84通過互連部 件74而使節(jié)點22A及42A與節(jié)點32A相接合。離合器85使節(jié)點26A 與節(jié)點52A相接合。類似地，按照圖lb通過不同的離合器的接合組 合可獲得九個前進速度比。動力系10可與混合動力車輛共享構(gòu)件，并且這種組合可 在"電量消耗模式"下操作。對于本發(fā)明的目的，"電量消肆毛才莫式" 是一種主要由電動機/發(fā)電機為車輛提供動力，使得當(dāng)車輛到達其目的 地時，蓄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只是在必須確保蓄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"電量維持模式"進行 操作，其中如果蓄電池電量水平下降到預(yù)定的水平以下(例如，25%)
時，發(fā)動機自動地運行，以對蓄電池充電。因此，通過在電量消耗模 式下操作，混合動力車輛可保留某些或所有將被消耗燃料，以保持25% 的傳統(tǒng)混合動力車輛中的蓄電池電量水平。應(yīng)該懂得如果蓄電池可在 到達目的地之后，通過將其插入到某一能源中進行再充電，那么混合 動力車輛的動力系優(yōu)選只在電量消耗模式下進行操作。雖然已經(jīng)詳細介紹了用于實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式，但是與 本發(fā)明相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該懂得在附屬權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可制 作各種備選設(shè)計和實施例來實踐本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種多級變速器，其包括輸入部件；輸出部件；第一行星齒輪組、第二行星齒輪組、第三行星齒輪組和第四行星齒輪組，其各具有第一部件、第二部件和第三部件；第一互連部件，其持續(xù)地將所述第一行星齒輪組的所述第三部件與所述第二行星齒輪組的所述第二部件連接起來；第二互連部件，其持續(xù)地將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二部件，并與所述第四行星齒輪組的所述第三部件連接起來；第三互連部件，其持續(xù)地將所述第一行星齒輪組的所述第一部件與所述第三行星齒輪組的所述第一部件連接起來；和六個扭矩傳遞裝置，其用于有選擇地將所述行星齒輪組的所述部件與固定部件，或與所述行星齒輪組的其它部件互連，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個前進速度比和至少一個倒檔速度比。
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是可操作的，以有選擇地將所述第一 行星齒輪組的所述第一部件與所述固定部件連接起來。
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是可操作的，以有選擇地將所述第四 行星齒輪組的所述第二部件與所述固定部件連接起來。
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是可操作的，以有選擇地將所述第一 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 連接起來。
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是可操作的，以有選擇地將所述第一行星齒輪組的所述第二部件與所述第四行星齒輪組的所述第一部件連接起來。
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是可操作的，以有選擇地將所述笫一行星齒輪組的所述第二部件與所述第四行星齒輪組的所述第二部件 連接起來。
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是可操作的，以有選擇地將所述第二行星齒輪組的所述第三部件與所述第二行星齒輪組的所述第一部件 連接起來。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速器，其特征在于，所述第一扭矩傳遞裝置和所述第二扭矩傳遞裝置包括制動器，并且所述第三扭矩傳遞裝置、所述第四扭矩傳遞裝置、所述第五扭矩傳遞裝置和所述第六 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，所述第一行星齒輪組、所述第二行星齒輪組、所述第三行星齒輪組和所述第四行星齒輪組的所述第一部件、所述第二部件和所述第三部件分別包括恒星 齒輪部件、行星托架組件和環(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，所述輸入部件持續(xù)地與所述第四行星齒輪組的所述第一部件相連接，并且所述輸出部件持續(xù)地與所述第三行星齒輪組的所述第三部件相連接。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速器，其特征在于，所述第四行星齒輪組的所述第二部件是雙小齒輪托架。
12. —種多級變速器，其包括 輸入部件；輸出部件；第一行星齒輪組、第二行星齒輪組、第三行星齒輪組和第四行星 齒輪組，其各具有第一部件、第二部件和第三部件；所述輸入部件持續(xù)地與所述第四行星齒輪組的所述第一部件相 連接，并且所述輸出部件持續(xù)地與所述第三行星齒輪組的所述第三部件相連接；第一互連部件，其持續(xù)地將所述第一行星齒輪組的所述第三部件與所述第二行星齒輪組的所述第二部件連接起來；第二互連部件，其持續(xù)地將所述第二行星齒^"組的所述第三部件 與所述第三行星齒輪組的所述第二部件，并與所述第四行星齒輪組的 所述第三部件連接起來；第三互連部件，其持續(xù)地將所述第一行星齒輪組的所述第一部件 與所述第三行星齒輪組的所述第 一部件連接起來；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一部件與固定部件連接起來；第二扭矩傳遞裝置，其有選擇地將所述第四行星齒輪組的所述第二部件與所述固定部件連接起來；第三扭矩傳遞裝置，其有選擇地將所述第一行星齒輪組的所述第 一部件與所述第二行星齒輪組的所述第一部件連接起來；第四扭矩傳遞裝置，其有選擇地將所述第一行星齒輪組的所述第 二部件與所述第四行星齒輪組的所述第一部件連接起來；第五扭矩傳遞裝置，其有選擇地將所述第一行星齒輪組的所述第 二部件與所述第四行星齒輪組的所述第二部件連接起來；第六扭矩傳遞裝置，其有選擇地將所述第二行星齒輪組的所述第三部件與所述第二行星齒輪組的所述第一部件連接起來；且所述六個扭矩傳遞裝置以三個的組合進行接合，以便在所述輸入 部件和所述輸出部件之間建立至少九個前進速度比和至少一個倒檔 速度比。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的變速器，其特征在于，所述第一行星齒輪組、所述第二行星齒輪組、所述第三行星齒輪組和所述第四行 星齒輪組的所述第一部件、所述第二部件和所述第三部件分別包括恒 星齒輪部件、行星托架組件和環(huán)形齒輪部件。
14. 一種多級變速器，其包括輸入部件；輸出部件；第一行星齒輪組、第二行星齒輪組、第三行星齒輪組和第四行星 齒輪組，其各具有恒星齒輪部件、行星托架組件和環(huán)形齒輪部件；所述輸入部件持續(xù)地與所述第四行星齒輪組的所述恒星齒輪部 件互連，并且所述輸出部件持續(xù)地與所述第三行星齒輪組的所述環(huán)形 齒輪部件互連；第一互連部件，其持續(xù)地將所述第一行星齒輪組的所述環(huán)形齒輪 部件與所述第二行星齒輪組的所述行星托架組件連接起來；第二互連部件，其持續(xù)地將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行星托架組件，并與所述第四行星 齒輪組的所述環(huán)形齒輪部件連接起來；第三互連部件，其持續(xù)地將所述第一行星齒輪組的所述恒星齒輪 部件與所述第三行星齒輪組的所述恒星齒輪部件連接起來；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恒 星齒輪部件與固定部件連接起來；第二扭矩傳遞裝置，其有選擇地將所述第四行星齒輪組的所述行 星托架組件與所述固定部件連接起來；第三扭矩傳遞裝置，其有選擇地將所述第一行星齒輪組的所述恒 星齒輪部件與所述第二行星齒輪組的所述恒星齒輪部件連接起來；第四扭矩傳遞裝置，其有選擇地將所述第一行星齒輪組的所述行 星托架組件與所述第四行星齒輪組的所述恒星齒輪部件連接起來；第五扭矩傳遞裝置，其有選擇地將所述第一行星齒輪組的所述行 星托架組件與所述第四行星齒輪組的所述行星托架組件連接起來；第六扭矩傳遞裝置，其有選擇地將所述第二行星齒輪組的所述環(huán)形齒輪部件與所述第二行星齒輪組的所述恒星齒輪部件連接起來；且 所述六個扭矩傳遞裝置以三個的組合進行接合，以便在所述輸入 部件和所述輸出部件之間建立九個前進速度比和一個倒檔速度比。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種9級變速器，其具有多個部件，可用于動力系，以提供九個前進速度比和一個倒檔速度比。這種變速器包括四個行星齒輪組、六個扭矩傳遞裝置和三個固定的互連部件。該動力系包括發(fā)動機和持續(xù)地連接在其中一個行星齒輪部件上的扭矩變換器，以及持續(xù)地與另一行星齒輪部件相連接的輸出部件。這六個扭矩傳遞裝置提供了在各種齒輪部件之間以及與變速器外殼的相互連接，并以三個的組合進行操作，以建立九個前進速度比和一個倒檔速度比。
文檔編號F16H3/62GK101344142SQ20081012838
公開日2009年1月14日 申請日期2008年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月9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