九速变速器的制作方法

专利名称：九速变速器的制作方法
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，这些行星齿 轮组由六个扭矩传递装置控制，以提供九个前进速度比和一个倒档速 度比。
背景技术：
客车包括由发动机、多级变速器和差速减速器或主减速器(fmal drive)组成的动力系。多级变速器通过容许发动机在其扭矩范围内多次 运行而提高了车辆的整个运行范围。变速器中可得到的前进速度比的 数量决定发动机扭矩范围重复的次数。早期的自动变速器具有两个速
度范围。这严重地限制了车辆的整个速度范围，并因此需要可产生宽 速度和扭矩范围的相对较大的发动机。这导致发动机在巡航期间运行 在某个并非最有效点的特定的燃料消耗点上。因此，手动换档(副轴变 速器)是最通用的。
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
随着汽车的大众化而提高了普及性。这些变速器改进了车辆的操作性 能和燃料经济性。速度比的数量增加减少了速度比之间的步长，并因 此通过在正常车辆加速下使操作员基本察觉不到速度比替换而改进 变速器的换档质量。
六速变速器提供了相对四速和五速变速器的若干优势，包括改进
的车辆加速度和改进的燃料经济性。虽然许多货车采用具有六个或更 多前进速度比的动力变速器，但客车仍然制造成带有三速和四速自动 变速器，而由于五速或六速装置的尺寸和复杂性，采用它们的客车相 对较少。 相对六速变速器，七速、八速和九速变速器在加速度和燃料经济 性方面提供了进一步的改进。然而，类似于上面论述的六速变速器， 七速、八速和九速变速器的发展由于复杂性、尺寸和成本而被排除在 外。

发明内容
本发明的一个目的是提供一种改进的变速器，其具有四个受控制 的行星齿轮组，以提供九个前进速度比和一个倒档速度比。
本发明的变速器系列具有四个行星齿轮组，其各包括第 一部件、 10 第二部件和第三部件，这些部件可按任何顺序包括恒星齿轮、环形齿 轮或行星托架组件部件。
在本说明书和权利要求书中引用第一齿轮组、第二齿轮组、第三 齿轮组和第四齿轮组时，这些齿轮组可按图中的任何顺序(即，从左至 右或从右至左等)从"第一"数到"第四，，。另外，对于各齿轮组，各 15 齿轮组的第一部件、第二部件或第三部件可按图中的任何顺序(即，从 上至下或从下至上等)从"第一，，数到"第三，，。
各个托架部件可以是单小齿轮托架部件(简单)或双小齿轮托架部 件(复合)。具有长的小齿轮的实施例也是可行的。
第一互连部件持续地将第一行星齿轮组的第三部件与第二行星 20齿轮组的第二部件相连接。
第二互连部件持续地将第二行星齿轮组的第三部件与第三行星 齿轮组的第三部件相连接。
第三互连部件持续地将第三行星齿轮组的第二部件与第四行星 齿轮组的第三部件相连接。 25 第四互连部件持续地将第 一行星齿轮组的第 一部件与第三行星
齿轮组的第 一部件相连接。
输入部件持续地与第四行星齿轮组的第 一部件相连接。输出部件 持续地与第四行星齿轮组的第二部件互连。
第一扭矩传递装置，例如制动器，其选择性地将第一行星齿轮组 的第二部件与固定部件(变速器外壳/壳体)相连接。
第二扭矩传递装置，例如制动器，其选择性地将第二行星齿轮组 的第一部件与固定部件(变速器外壳/壳体)相连接。 5 第三扭矩传递装置，例如离合器，其选择性地将第一行星齿轮组
的第 一部件与第 一行星齿轮组的第二部件相连接。
第四扭矩传递装置，例如离合器，其选择性地将第一行星齿4仑组 的第 一部件与第四行星齿轮组的第 一部件相连接。
第五扭矩传递装置，例如离合器，其选择性地将第一行星齿轮组 10 的第二部件与第二行星齿轮组的第三部件相连接。
第六扭矩传递装置，例如离合器，其选择性地将第二行星齿轮组 的第二部件与第四行星齿轮组的第二部件相连接。
这六个扭矩传递装置可选择性地以三个的组合进行接合，以产生
九个前进速度比和一个倒档速度比。
15 各种速度比和速度比范围(ratio spread)可通过恰当地选择行星齿
轮组的齿数比而实现。
从以下结合附图对实现本发明的最佳模式的详细描述中，将很容 易明晰本发明的上述特征和其它特征及优势。
20


图1 a是包括根据本发明的行星变速器的动力系的示意图； 图lb是显示图la中所示的动力系的某些运行特征的真值表和图 表；且
图lc是杠杆图形式显示的图la动力系的示意图。
2具体实施例方式
参照图纸，图la中显示了动力系10,其具有传统的发动机和扭 矩变换器12、行星变速器14和传统的主减速器机构16。发动机12
可利用各种类型的燃料来驱动，以提高特定应用的效率和燃料经济 性。这种燃料可包括例如汽油、柴油、乙醇、二曱醚等等。
行星变速器14包括持续地与发动机12相连接的输入部件17、行 星齿轮装置18以及持续地与主减速器机构16相连接的输出部件19。 5 行星齿轮装置18包括四个行星齿轮组20,30,40和50。
行星齿轮组20包括恒星齿轮部件22、环形齿轮部件24和行星托 架组件部件26。行星托架组件部件26包括多个可旋转地安装在托架 部件29上并设置成与恒星齿轮部件22及环形齿轮部件24两者构成 啮合关系的小齿轮27。 10 行星齿轮组30包括恒星齿轮部件32、环形齿轮部件34和行星托
架组件部件36。行星托架组件部件36包括多个可旋转地安装在托架 部件39上并设置成与恒星齿轮部件32及环形齿轮部件34两者构成 啮合关系的小齿轮37。
行星齿轮组40包括恒星齿轮部件42、环形齿轮部件44和行星托 15架组件部件46。行星托架组件部件46包括多个安装在托架部件49上 并设置成与环形齿轮部件44及恒星齿轮部件42两者构成啮合关系的 小齿轮47。
行星齿轮组50包括恒星齿轮部件52、环形齿轮部件54和行星托 架组件部件56。行星托架组件部件56包括多个安装在托架部件59上 20并设置成与环形齿轮部件54及恒星齿轮部件52两者构成啮合关系的 小齿轮57。
行星齿轮装置还包括六个扭矩传递装置80,82,84,85,86和87。这 些扭矩传递装置80和82是固定型扭矩传递装置，通常称为制动器或 反作用离合器。扭矩传递装置84,85,86和87是旋转型扭矩传递装置， 25 通常称为离合器。
输入部件17持续地与行星齿轮组50的恒星齿轮部件52相连接。 输出部件19持续地与行星齿轮组50的行星托架组件部件56相连接。
第一互连部件70持续地将行星齿轮组20的环形齿轮部件24与
行星齿轮组30的行星托架组件部件36相连接。第二互连部件72持 续地将行星齿轮组30的环形齿轮部件34与行星齿轮组40的环形齿 轮部件44相连接。第三互连部件74持续地将行星齿轮组40的行星 托架组件部件46与行星齿轮组50的环形齿轮部件54相连接。第四 5 互连部件76持续地将行星齿轮组20的恒星齿轮部件22与行星齿轮 组40的恒星齿轮部件42相连接。
第一扭矩传递装置，例如制动器80，其选择性地将行星齿轮组 20的行星托架组件部件26与变速器外壳60相连接。第二扭矩传递装 置，例如制动器82，其选择性地将行星齿轮组30的恒星齿轮部件32
10 与变速器外壳60相连接。第三扭矩传递装置，例如离合器84，其选 择性地通过互连部件76而将行星齿轮组20的恒星齿轮部件22及行 星齿轮组40的恒星齿轮部件42与行星齿轮组20的行星托架组件部 件26相连接。第四扭矩传递装置，例如离合器85,其选择性地通过 互连部件76而将行星齿轮组20的恒星齿轮部件22及行星齿轮组40
15的恒星齿轮部件42与行星齿轮组50的恒星齿轮部件52相连接。第 五扭矩传递装置，例如离合器86,其选择性地通过互连部件72而将 行星齿轮组20的行星托架组件部件26与行星齿轮组30的环形齿轮 部件34及环形齿轮部件44相连接。第六扭矩传递装置，例如离合器 87,其选择性地通过互连部件70而将行星齿轮组30的行星托架组件
20 部件36及行星齿轮组20的环形齿轮部件24与行星齿轮组50的行星 托架组件部件56相连接。
如图lb中所示，尤其如此处所公开的真值表中所示，这些扭矩 传递装置选择性地以三个的组合进行接合，以提供九个前进速度比和 一个倒档速度比，所有速度比都具有单跃迁换档(single transition shift)
25 及三个超速传动比。
如上所述，在图lb的真值表中显示了用于扭矩传递装置的接合 一览表。图lb的图表描述了上述变速器中所达到的比阶(ratiostep)。 例如，在第一和第二前进速度比之间的阶比(stepratio)是1.46，而在倒
档速度比和第一前进速度比之间的阶比为-0.78。
参看图lc，其以杠杆图形式显示了图la中所示的动力系10的实 施例。杠杆图是机械装置例如自动变速器的构件的示意图。每个单独 的杠杆代表一个行星齿轮组，其中行星齿轮组的三个基本的机械构件 5 各由一个节点表示。因此，单个杠杆包含三个节点 一个用于恒星齿 轮部件， 一个用于行星齿轮托架部件，以及一个用于环形齿轮部件。 在各杠杆的节点之间的相对长度可用于代表各个相应的齿轮组的环 形-恒星杠杆比。这些杠杆比又用于改变变速器的齿轮比，以获得合适 的比和比级数(ratio progression),在各种行星齿轮组的节点之间的机械
10 联接或相互连接由细的水平线所示，并且扭矩传递装置例如离合器和 制动器由交错的指状物表示。如果装置是制动器，那么就将一组指状 物4妄地(ground)。在Benford, Howard和Leising, Maurice的1981年SAE 论文810102 ， "The Lever Analogy: A New Tool in Transmission Analysis"中可找到杠杆图的格式、目的和用途的进一步说明，该论文
15通过引用而完整地结合在本文中。
动力系10包括持续地与发动机12相连接的输入部件17;持续地 与主减速器机构16相连接的输出部件19;第一行星齿轮组20A，其 具有三个节点第一节点22A、第二节点26A和第三节点24A;第二 行星齿轮组30A,其具有三个节点第一节点32A、第二节点36A和
20 第三节点34A;第三行星齿轮组40A,其具有三个节点第一节点42A、 第二节点46A和第三节点44A;第四行星齿轮组50A,以及具有三个 节点第一节点52A、第二节点56A和第三节点54A。
输入部件17持续地与节点52A相连接。输出部件19持续地与节 点56A相连接。
25 节点24A通过互连部件70而持续地与节点36A相连接。节点34A
通过互连部件72而持续地与节点44A相连4妄。节点46A通过互连部 件74而持续地与节点54A相连接。节点22A通过互连部件76而持续 地与节点42A相连接。 第一扭矩传递装置，例如制动器80，其选择性地将节点26A与 变速器外壳60相连接。第二扭矩传递装置，例如制动器82，其选择 性地将节点32A与变速器外壳60相连接。第三扭矩传递装置，例如 离合器84,其选择性地通过互连部件76而将节点22A及节点42A与 5节点26A相连接。第四扭矩传递装置，例如离合器85,其选择性地 通过互连部件76而将节点22A及节点42A与节点52A相连接。第五 扭矩传递装置，例如离合器86，其选择性地通过互连部件72而将节 点26A与节点34A及节点44A相连接。第六扭矩传递装置，例如离 合器87,其选择性地通过互连部件70而将节点36A及节点24A与节 10 点56A相连接。
为了建立传动比，对于每个传动状态使三个扭矩传递装置相接 合。接合的扭矩传递装置由图lb中的各相应的行中的"X"代表。例如， 为了建立倒档齿轮比，使制动器80和离合器85及87接合。制动器 80使节点26A与变速器外壳60接合。离合器85使节点22A及42A 15与节点52A相接合。离合器87使节点36A及24A与节点56A相接合。 类似地，按照图lb通过不同的离合器的接合组合可获得九个前进速 度比。
动力系IO可与混合动力车辆共享构件，并且这种组合可在"电 力耗尽模式"下运行。对于本发明的目的，"电力耗尽模式"是一种 20这样的模式，在这种模式下主要由电动机/发电机为车辆提供动力，使 得当车辆到达其目的地时，蓄电池被耗尽或几乎耗尽。换句话说，在 电力耗尽模式期间，发动机12只是运行到确保蓄电池在到达目的地
之前不被耗尽所必需的程度。传统的混合动力车辆以"电量维持模式"
运行，其中如果蓄电池电量水平下降到预定的水平以下(例如，25%) 25时，发动机自动运行以对蓄电池充电。因此，通过在电力耗尽模式下 运行，混合动力车辆可保留某些或所有否则将被消耗以保持25%的传 统混合动力车辆中的蓄电池电量水平的燃料。应该懂得如果蓄电池可 在到达目的地之后，通过将其插入到某一能源中进行再充电，那么混
合动力车辆的动力系优选只以电量耗尽模式运行。
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将认识到属于所附权利要求书的范围内的各种 实践本发明的备选设计和实施例。
权利要求
1.一种多级变速器，包括输入部件；输出部件；各具有第一部件、第二部件和第三部件的第一行星齿轮组、第二行星齿轮组、第三行星齿轮组和第四行星齿轮组；第一互连部件，其持续地将所述第一行星齿轮组的所述第三部件与所述第二行星齿轮组的所述第二部件相连接；第二互连部件，其持续地将所述第二行星齿轮组的所述第三部件与所述第三行星齿轮组的所述第三部件相连接；第三互连部件，其持续地将所述第三行星齿轮组的所述第二部件与所述第四行星齿轮组的所述第三部件相连接；第四互连部件，其持续地将所述第一行星齿轮组的所述第一部件与所述第三行星齿轮组的所述第一部件相连接；和六个扭矩传递装置，其用于选择性地将所述行星齿轮组的所述部件与固定部件，或与所述行星齿轮组的其它部件相互连接，所述六个扭矩传递装置可以三个的组合进行接合，以在所述输入部件和所述输出部件之间建立至少九个前进速度比和至少一个倒档速度比。
2.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述六个扭矩传递装置的第一扭矩传递装置可操作以选择性地将所述第一行星齿 轮组的所述第二部件与所述固定部件相连接。
3. 根据权利要求2所述的变速器，其特征在于，所述六个扭矩 传递装置的第二扭矩传递装置可操作以选择性地将所述第二行星齿 轮组的所述第 一部件与所述固定部件相连接。
4. 根据权利要求3所述的变速器，其特征在于，所述六个扭矩 传递装置的第三扭矩传递装置可操作以选择性地将所述第一行星齿 轮组的所述第一部件与所述第一行星齿轮组的所述第二部件相连接。
5. 根据权利要求4所述的变速器，其特征在于，所述六个扭矩传递装置的第四扭矩传递装置可操作以选择性地将所述第一行星齿 轮组的所述第一部件与所述第四行星齿轮组的所述第一部件相连接。
6. 根据权利要求5所述的变速器，其特征在于，所述六个扭矩 5 传递装置的第五扭矩传递装置可操作以选择性地将所述第一行星齿轮组的所述第二部件与所述第二行星齿轮组的所述第三部件相连接。
7. 根据权利要求6所述的变速器，其特征在于，所述六个扭矩 传递装置的第六扭矩传递装置可操作以选择性地将所述第二行星齿 轮组的所述第二部件与所述第四行星齿轮组的所述第二部件相连接。
8.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述第一扭矩传递装置和第二扭矩传递装置包括制动器，并且所述第三扭矩传递装 置、第四扭矩传递装置、第五扭矩传递装置和第六扭矩传递装置包括 离合器。
9. 根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述第一行星 齿轮组、第二行星齿轮组、第三行星齿轮组和第四行星齿轮组的所述第一部件、第二部件和第三部件分别包括恒星齿轮部件、行星托架组 件部件和环形齿轮部件。
10. 根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述输入部件 持续地与所述第四行星齿轮组的所述第 一部件相连接，并且所述输出 部件持续地与所述第四行星齿轮组的所述第二部件相连接。
11. 一种多级变速器，包括 输入部件； 输出部件； 各具有第一部件、第二部件和第三部件的第一行星齿轮组、第二行星齿轮组、第三行星齿轮组和第四行星齿轮组； 所述输入部件持续地与所述第四行星齿轮组的所述第一部件相 连接；并且所述输出部件持续地与所述第四行星齿轮组的所述第二部 件相连接； 第一互连部件，其持续地将所述第一行星齿轮组的所述第三部件与所述第二行星齿轮组的所述第二部件相连接；第二互连部件，其持续地将所述第二行星齿轮组的所述第三部件与所述第三行星齿轮组的所述第三部件相连接； 第三互连部件，其持续地将所述第三行星齿轮组的所述第二部件与所述第四行星齿轮组的所述第三部件相连接；第四互连部件，其持续地将所述第一行星齿轮组的所述第一部件 与所述第三行星齿轮组的所述第 一部件相连接；第一扭矩传递装置，其选择性地将所述第一行星齿轮组的所述第 二部件与固定部件相连接；第二扭矩传递装置，其选择性地将所述第二行星齿轮组的所述第 一部件与所述固定部件相连接；第三扭矩传递装置，其选择性地将所述第一行星齿轮组的所述第一部件与所述第一行星齿轮组的所述第二部件相连接； 第四扭矩传递装置，其选择性地将所述第一行星齿轮组的所述第一部件与所述第四行星齿轮组的所述第一部件相连接；第五扭矩传递装置，其选择性地将所述第一行星齿轮组的所述第 二部件与所述第二行星齿轮组的所述第三部件相连接；第六扭矩传递装置，其选择性地将所述第二行星齿轮组的所述第 二部件与所述第四行星齿^r组的所述第二部件相连接；并且所述六个扭矩传递装置以三个的组合进行接合，以在所述输入部 件和所述输出部件之间建立至少九个前进速度比和至少一个倒档速 度比。
12. 根据权利要求11所述的变速器，其特征在于，所述第一行 星齿轮组、第二行星齿轮组、第三行星齿轮组和第四行星齿轮组的所述第一部件、第二部件和第三部件分别包括恒星齿轮部件、行星托架 組件部件和环形齿轮部件。
13. —种多级变速器，包括 输入部件; 输出部件；各具有恒星齿轮部件、行星托架组件部件和环形齿轮部件的第一 行星齿轮组、第二行星齿轮组、第三行星齿轮组和第四行星齿轮组； 所述输入部件持续地与所述第四行星齿轮组的所述恒星齿轮部件互连；并且所述输出部件持续地与所述第四行星齿轮组的所述行星 托架组件部件互连；第一互连部件，其持续地将所述第一行星齿轮组的所述环形齿轮 部件与所述第二行星齿轮组的所述行星托架组件部件相连接；第二互连部件，其持续地将所述笫二行星齿轮组的所述环形齿轮部件与所述第三行星齿轮组的所述环形齿轮部件相连接；第三互连部件，其持续地将所述第三行星齿轮组的所述行星托架 组件部件与所述第四行星齿轮组的所述环形齿轮部件相连接；第四互连部件，其持续地将所述第一行星齿轮组的所述恒星齿轮 部件与所述第三行星齿轮组的所述恒星齿轮部件相连接；第一扭矩传递装置，其选择性地将所述第一行星齿轮组的所述行 星托架組件部件与所述固定部件相连接；第二扭矩传递装置，其选择性地将所述第二行星齿轮组的所述恒 星齿轮部件与所述固定部件相连接； 第三扭矩传递装置，其选择性地将所述第一行星齿轮组的所述恒星齿轮部件与所述第一行星齿轮组的所述行星托架组件部件相连接；第四扭矩传递装置，其选择性地将所迷第一行星齿轮组的所述恒 星齿轮部件与所述第四行星齿轮组的所述恒星齿轮部件相连接；第五扭矩传递装置，其选择性地将所述第一行星齿轮组的所述行 星托架组件部件与所述第二行星齿轮组的所述环形齿轮部件相连接；第六扭矩传递装置，其选择性地将所述第二行星齿轮组的所述行 星托架组件部件与所述第四行星齿轮组的所述行星托架组件部件相 连接；并且 所述六个扭矩传递装置以三个的组合进行接合，以在所述输入部 件和所述输出部件之间建立九个前进速度比和一个倒档速度比。
全文摘要
本发明涉及九速变速器，具体而言，变速器具有多个部件，这些部件可用于动力系，以提供九个前进速度比和一个倒档速度比。该变速器包括四个行星齿轮组、六个扭矩传递装置和四个固定的互连部件。该动力系包括发动机和持续地连接在其中一个行星齿轮部件上的扭矩变换器，以及持续地与另一行星齿轮部件相连接的输出部件。这六个扭矩传递装置提供了在各种齿轮部件之间，以及与变速器外壳的相互连接，并以三个的组合进行运行，以建立九个前进速度比和一个倒档速度比。
文档编号F16H3/62GK101344157SQ20081013769
公开日2009年1月14日 申请日期2008年7月7日 优先权日2007年7月9日
发明者A·W·菲利普斯, C·E·凯里, J·M·哈特, S·H·维特科普 申请人:通用汽车环球科技运作公司