八速变速器的制作方法

专利名称：八速变速器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有三个行星齿轮组的动力变速器，该三个行星 齿轮组由六个扭矩传递装置所控制，以提供八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、多级变速器和差动装置或主减速器组成的动 力系。多级变速器通过允许发动机在其扭矩范围内多次操作而提高车 辆的整个操作范围。可在变速器中得到的前进速度比的数量确定了发 动机扭矩范围重复的次数。早前的自动变速器具有两个速度范围。这 严格地限制了车辆的整个速度范围，并因此需要可产生较宽的速度和 扭矩范围的较大的发动机。这导致发动机在巡行期间在某个比燃料消 耗点上操作，而不是在最有效点上操作。因此，手动换档(中间轴变速 器)是最常见的。
随着三级和四级自动变速器的出现，自动换档(行星齿轮)变速器 提高了汽车大众化的普及性。这些变速器改进了车辆的操作性能和燃
料经济性。速度比的数量增加将减小在速度比之间的步长(step size),
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互换而
改进变速器的换档性能。
六速变速器具有超过四速和五速变速器的多个优点，包括改进的 车辆加速和改进的燃料经济性。虽然许多货车采用具有六种或更多个 前进速度比的动力变速器，但是由于这些变速器的尺寸和复杂性，客 车仍然制造为具有三级和四级自动变速器，以及较少的五速或六速装 置。七速、八速和九速变速器在加速和燃料经济性方面提供超过六速 变速器的进一步改进。然而，类似于上述的六速变速器，由于复杂性、 尺寸和成本而排除七速、八速和九速变速器的发展。

发明内容
本发明的目的是提供一种改进的变速器，其具有三个受控制的行 星齿轮组，以提供至少八个前进速度比和至少 一个倒档速度比。
本发明的电气可变的变速器系列具有三个行星齿轮组，其各包括 第一、第二和第三构件，这些构件可包括任何顺序的太阳齿轮，环形 齿轮，或行星托架组合构件。
在本说明书和权利要求中引用第一、第二和第三齿轮组时，这些 齿轮组可以图中任何顺序(即，^^左至右，从右至左等等)从"第一，，计 数到"第三"。另外，对于各个齿轮组，各个齿轮组的第一、第二或第 三部件可以图中任何顺序(即，从上至下，从下至上等等)从"第一"计 数到"第三"。
各个托架部件可以是单小齿轮托架构件(简单)或双小齿轮托架构 件(复合)。具有长的小齿轮的实施例也是可行的。
第一互连构件使第二行星齿轮组的第二构件与第三行星齿轮组 的第二构件持续地连接。
第二互连构件使第二行星齿轮组的第一构件与第三行星齿轮组 的第一构件持续地连接。
第一行星齿轮组的第三构件持续地连接到固定构件(变速器壳体/ 外壳)上。输出构件与第三行星齿轮组的第三构件持续地连接。
诸如制动器的第一扭矩传递装置使第二行星齿轮组的第二构件 与固定构件(变速器壳体/外壳)选择性地连接。
诸如离合器的第二扭矩传递装置使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选择性地连接。
诸如离合器的第三扭矩传递装置使第 一行星齿轮组的第 一构件 与输入构件选择性地连接。诸如离合器的第四扭矩传递装置使第一行星齿轮组的第二构件 与第二行星齿轮组的第三构件选择性地连接。
诸如离合器的第五扭矩传递装置使第 一行星齿轮组的第二构件 与第二行星齿轮组的第一构件选择性地连接。
诸如离合器的第六扭矩传递装置使第三行星齿轮组，々第二构件 与输入构件选择性地连接。
六个扭矩传递才几构可以以三个4丑矩传递才几构的组合选择性地才妾 合，以产生八个前进速度比和一个倒档速度比。
通过合适地选择行星齿轮组的齿数比可实现各个速度比和速度 比范围。
当结合附图时，通过用于实施本发明的最佳方式的以下详细说 明，本发明的上述特征和其它的特征及优点将容易地显而易见。


图1A是包括根据本发明的行星变速器的动力系的示意图；和 图1B是显示图1A所示的动力系的某些操作特性的真值表和图表。
具体实施例方式
参考附图，在图1A中示出动力系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。可利用各 种类型的燃料来对发动机12供应能量，以改善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包括与发动机12持续地连接的输入构件17，行星 齿轮布置18,和与主减速器机构16持续地连接的输出构件19。行星 齿轮布置18包括三个行星齿轮组20,30和40。
行星齿轮组20包括太阳齿轮构件22，环形齿轮构件24和行星托 架组合构件26。行星托架组合构件26包括多个小齿轮27，其以旋转的方式安装在托架构件29上，并且布置成与太阳齿轮构件22和环形 齿轮构件24处于啮合关系。
行星齿轮组30包括太阳齿轮构件32，环形齿轮构件34和行星托 架组合构件36。行星托架组合构件36包括多个小齿轮37,其以旋转 的方式安装在托架构件39上，并且布置成与环形齿轮构件34和太阳 齿轮构件32处于啮合关系。
行星齿轮组40包括太阳齿轮构件42,环形齿轮构件44和行星托 架组合构件46。行星托架组合构件46包括多个小齿轮47，其安装在 托架构件49上，并且布置成与环形齿轮构件44和太阳齿轮构件42 处于啮合关系。
行星齿轮布置还包括六个4丑矩传递机构50,52,53,54,55和56。扭 矩传递机构50为固定式扭矩传递机构，通常称为制动器或者反作用 离合器。扭矩传递机构52,53,54,55和56是旋转型扭矩传递机构，通 常称为离合器。
输出构件19与行星齿轮组40的环形齿轮构件44持续地连接。 第一互连构件70使行星齿轮组30的行星托架组合构件36与行星齿 轮组40的行星托架组合构件46持续地连接。第二互连构件72使行 星齿轮组30的太阳齿轮构件32与行星齿轮组40的太阳齿轮构件42 持续地连接。环形齿轮构件24与变速器壳体60持续地连接。
诸如制动器50的第一扭矩传递装置使行星齿轮组30的托架36 和行星齿轮组40的托架46经由互连构件70与变速器壳体60选择性 地连接。诸如离合器52的第二扭矩传递装置使行星齿轮组20的太阳 齿轮构件22与行星齿轮组30的太阳齿轮构件32选择性地连接。诸 如输入离合器53的第三扭矩传递装置使行星齿轮组20的太阳齿轮构 件22与输入构件17选择性地连接。诸如离合器54的第四扭矩传递 装置使行星齿轮组20的行星托架组合构件26与行星齿轮组30的环 形齿轮构件34选择性地连接。诸如离合器55的第五扭矩传递装置使 行星齿轮组20的行星托架组合构件26与行星齿轮组30的太阳齿轮构件32选择性地连接。诸如输入离合器56的第六扭矩传递装置使行 星齿轮组40的行星托架组合构件46和行星齿轮组30的行星托架组 合构件36经由互连构件70与Mr入构件17选择性地连接。
如图1B所示，尤其如图1B中公开的真值表所示，扭矩传递机构 以三个扭矩传递机构的组合选择性地接合，以提供八个前进速度比和 一个倒档速度比，所有的速度比都具有单个带有双超速传动的过渡换 档。
利用制动器50和离合器52,53的接合建立倒档(Rev)转速比。制 动器50使行星托架组合构件36和行星托架组合构件46经由互连构 件70与变速器壳体60接合。离合器52使太阳齿轮构件22与太阳齿 轮构件32接合。离合器53使太阳齿轮构件22与输入构件17接合。 太阳齿轮构件22,太阳齿轮构件32和太阳齿轮构件42以与输入构件 17相同的速度旋转。环形齿轮构件24，行星托架组合构件36和行星 托架组合构件46不旋转。环形齿轮构件44和输出构件19以相同的 速度旋转。通过太阳齿轮构件42的速度和行星齿轮组40的环形齿轮 /太阳齿轮齿数比，确定环形齿轮构件44的速度，并且因此确定输出 构件19的速度。利用行星齿轮组40的环形齿轮/太阳齿轮齿数比，确 定倒档速度比的数值。
利用制动器50和离合器53,54的接合建立第一前进速度比。制动 器50使行星托架组合构件36和行星托架组合构件46经由互连构件 70与变速器壳体60接合。离合器53使太阳齿轮构件22与输入构件 17接合。离合器54使行星托架组合构件26与环形齿轮构件34接合。 太阳齿轮构件22以与输入构件17相同的速度旋转。环形齿轮构件24 不旋转。行星托架组合构件26和环形齿轮构件34以相同的速度旋转。 通过太阳齿轮构件22的速度和行星齿轮组20的环形齿轮/太阳齿轮齿 数比，确定行星托架组合构件26的速度。太阳齿轮构件32和太阳齿 轮构件42以相同的速度旋转。行星托架组合构件36和行星托架组合 构件46不旋转。通过太阳齿4&构件34的速度和行星齿轮组30的环形齿轮/太阳齿轮齿数比，确定太阳齿轮构件32的速度。太阳齿轮构 件44和输出构件19以相同的速度旋转。通过太阳齿轮构件42的速 度和行星齿轮组40的环形齿4仑/太阳齿轮齿数比，确定环形齿轮构件 44的速度，并且因此确定输出构件19的速度。利用行星齿轮组20,30 和40的环形齿轮/太阳齿轮齿tt比，确定第一前进速度比的数值。
利用离合器53,54和55的接合建立第二前进速度比。离合器53 使太阳齿轮构件22与输入构件17接合。离合器54使行星托架组合 构件26与环形齿轮构件34接合。离合器55使行星托架组合构件26 与太阳齿轮构件32接合。太阳齿轮构件22以与输入构件17相同的 速度旋转。环形齿轮构件24不旋转。行星托架组合构件26，行星齿 轮组30，行星齿轮组40和输出构件19以相同的速度旋转。通过太阳 齿轮构件22的速度和行星齿轮组20的环形齿轮/太阳齿轮齿数比，确 定行星托架组合构件26的速度，并且因此确定输出构件19的速度。 利用行星齿轮组20的环形齿專仑/太阳齿轮齿数比，确定第二前进速度 比的数值。
利用离合器52,53和54的接合建立第三前进速度比。离合器52 使太阳齿轮构件22与太阳齿轮构件32接合。离合器53使太阳齿轮 构件22与输入构件17接合。离合器54使行星托架组合构件26与环 形齿轮构件34接合，太阳齿轮构件22，太阳齿轮构件32和太阳齿轮 构件42以与输入构件17相同的速度旋转。环形齿轮构件24不旋转。 行星托架组合构件26和环形齿轮构件34以相同的速度旋转。通过太 阳齿轮构件22的速度和行星齿轮组20的环形齿轮/太阳齿轮齿数比， 确定行星托架组合构件26的速度。行星托架组合构件36和行星托架 组合构件46以相同的速度旋转。通过太阳齿轮构件32的速度、环形 齿轮构件34的速度和行星齿轮组30的环形齿轮/太阳齿轮齿数比，确 定行星托架组合构件36的速度。环形齿轮构件44和输出构件19以 相同的速度旋转。通过太阳齿4仑构件42的速度、行星托架组合构件 46的速度和行星齿轮组40的环形齿轮/太阳齿轮齿数比，确定环形齿轮构件44的速度，并且因此确定输出构件19的速度。利用行星齿轮 组20,30和40的环形齿轮/太阳齿轮齿数比，确定第三前进速度比的 数值。
利用离合器53,54和56的接合建立第四前进速度比。离合器53 使太阳齿轮构件22与输入构件17接合。离合器54使行星托架组合 构件26与环形齿轮构件34接合。离合器56使行星托架组合构件46 和行星托架组合构件36经由互连构件70与输入构件17接合。太阳 齿轮构件22，行星托架组合构件36和行星托架组合构件46以与输入 构件17相同的速度旋转。环形齿轮构件24不旋转。行星托架组合构 件26和环形齿轮构件34以相同的速度旋转。通过太阳齿轮构件22 的速度和行星齿轮组20的环形齿轮/太阳齿轮齿数比，确定行星托架 组合构件26的速度。太阳齿轮构件32和太阳齿轮构件42以相同的 速度旋转。通过行星托架组合构件36的速度、环形齿轮构件34的速 度和行星齿轮组30的环形齿轮/太阳齿轮齿数比，确定太阳齿轮构件 32的速度。环形齿轮构件44和输出构件19以相同的速度旋转。通过 太阳齿轮构件42的速度、行星4乇架组合构件46的速度和行星齿轮组 40的环形齿轮/太阳齿轮齿数比，确定环形齿轮构件44的速度，并且 因此确定输出构件19的速度。利用行星齿轮组20,30和40的环形齿 轮/太阳齿轮齿数比，确定第四前进速度比的数值。
利用离合器52,54和56的接合建立第五前进速度比。离合器52 使太阳齿轮构件22与太阳齿轮构件32接合。离合器54使行星托架 组合构件26与环形齿轮构件34接合。离合器56使行星托架组合构 件36和行星托架组合构件46经由互连构件70与输入构件17 4矣合。 环形齿轮构件24不旋转。行星托架组合构件26和环形齿轮构件34 以相同的速度旋转。太阳齿轮构件22，太阳齿轮构件32和太阳齿轮 构件42以相同的速度旋转。通过行星托架组合构件26和行星齿轮组 20的环形齿轮/太阳齿轮齿数比，确定太阳齿轮构件22的速度。行星 托架组合构件36和行星托架组合构件46以与输入构件17相同的速度旋转。通过行星托架组合构件36的速度、太阳齿轮构件32的速度 和行星齿轮组30的环形齿轮/太阳齿轮齿数比，确定环形齿轮构件34 的速度。环形齿轮构件44和输出构件19以相同的速度旋转。通过太 阳齿轮构件42的速度、行星托架组合构件46的速度和行星齿轮组40 的环形齿轮/太阳齿轮齿数比，确定环形齿轮构件44的速度，并且因 此确定输出构件19的速度。利用行星齿轮组20,30和40的环形齿轮/ 太阳齿轮齿数比，确定第五前进速度比的数值。
利用离合器52,53和56的4妄合建立第六前进速度比。在该构造中， 输入构件17与输出构件19直"l妾连接。笫六前进速度比的数值为1。
利用离合器53,55和56的接合建立第七前进速度比。离合器53 使太阳齿轮构件22与输入构件17接合。离合器55使行星托架组合 构件26与太阳齿轮构件32接合。离合器56使行星托架组合构件36 和行星托架组合构件46经由互连构件70与输入构件17接合。太阳 齿轮构件22，行星托架组合构4牛36和行星托架组合构件46以与输入 构件17相同的速度旋转。环形齿轮构件24不旋转。行星托架组合构 件26和环形齿轮构件34以相同的速度旋转。通过太阳齿轮构件22 的速度和行星齿轮组20的环形齿轮/太阳齿轮齿数比，确定行星托架 组合构件26的速度。太阳齿轮构件32和太阳齿轮构件42以相同的 速度旋转。环形齿轮构件44和输出构件19以相同的速度旋转。通过 太阳齿轮构件42的速度、行星^fe架组合构件46的速度和行星齿轮组 40的环形齿轮/太阳齿轮齿数比，确定环形齿轮构件44的速度，并且 因此确定输出构件19的速度。利用行星齿轮组20和40的环形齿轮/ 太阳齿轮齿数比，确定第七前进速度比的数值。
利用离合器52,55和56的接合建立第八前进速度比。离合器52 使太阳齿轮构件22与太阳齿轮构件32接合。离合器55使行星托架 组合构件26与太阳齿轮构件32接合。离合器56使行星托架组合构 件36和行星托架组合构件46经由互连构件70与输入构件17接合。 行星齿轮组20，太阳齿轮构件32和太阳齿轮构件42不旋转。行星托架组合构件36和行星托架组合构件46以与输入构件相同的速度旋 转。环形齿轮构件44和输出构件19以相同的速度旋转。通过行星托 架组合构件46的速度和行星齿4仑组40的环形齿轮/太阳齿轮齿数比， 确定环形齿轮构件44的速度，并且因此确定输出构件19的速度。利 用行星齿轮组40的环形齿轮/太阳齿轮齿数比，确定第八前进速度比 的数值。
如上所述，用于扭矩传递^L构的接合表示于图1B的真值表中。 该真值表还提供可利用在图1B中作为示例给出的环形齿轮/太阳齿轮 齿数比获得的速度比的示例。NR1/SR1值是行星齿轮组20的齿数比； NR2/SR2值是行星齿轮组30的齿数比；NR3/SR3值是行星齿轮组40的齿 数比。此外，图1B的图表描述利用为上述变速器的接合表给出的齿 数比的样本获得的比阶(ratiostep)。例如，第一前进速度比和第二前进 速度比之间的比阶是1.52，而倒档速度比(Rev)和第一前进比之间的比 阶是-0.48。
动力系10可与混合动力车辆共享部件，并且这种组合可以以"电 量消耗模式"操作。对于本发明来说，"电量消^f莫式"是一种主要由电 动机/发电机为车辆提供动力，使得当车辆到达其目的地时电池被耗尽 或几乎耗尽的模式。换句话说，在电量消耗模式期间，发动机12仅 在必须确保电池在到达目的地之前没有被耗尽的程度下进行操作。传 统的混合动力车辆以"电量保持冲莫式"操作，其中如果电池电量水平下 降到预定水平(例如25%)以下时，发动机自动地运行，以对电池充电。 因此，通过以电量消耗模式操作，混合动力车辆可节约在传统混合动 力车辆中将用于维持25%电池电量水平的某些或所有燃料。应当理解， 如果电池可在到达目的地之后通过将其插入到能量源中进行再充电， 则混合动力车辆的动力系优选地仅以电量消耗4莫式操作。
虽然已经详细地描述了用于实施本发明的最佳方式，但是本发明 所涉及的本领域技术人员将认识到的是，用于实践本发明的各种可选 设计和实施例在权利要求的范围内。
权利要求
1. 一种多级变速器，其包括输入构件；输出构件；第一、第二和第三行星齿轮组，其各具有第一、第二和第三构件；所述输入构件与所述行星齿轮组的至少一个构件选择性地互连，所述输出构件与所述第三行星齿轮组的所述第三构件持续地互连；第一互连构件，其使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持续地连接；第二互连构件，其使所述第二行星齿轮组的所述第一构件与所述第三行星齿轮组的所述第一构件持续地连接；所述第一行星齿轮组的所述第三构件与固定构件持续地连接；第一扭矩传递机构，其使所述第二行星齿轮组的所述第二构件与所述固定构件选择性地连接；第二扭矩传递机构，其使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选择性地连接；第三扭矩传递机构，其使所述第一行星齿轮组的所述第一构件与所述输入构件选择性地连接；第四扭矩传递机构，其使所述第一行星齿轮组的所述第二构件与所述第二行星齿轮组的所述第三构件选择性地连接；第五扭矩传递机构，其使所述第一行星齿轮组的所述第二构件与所述第二行星齿轮组的所述第一构件选择性地连接；第六扭矩传递机构，其使所述第三行星齿轮组的所述第二构件与所述输入构件选择性地连接；所述扭矩传递机构以三个扭矩传递机构的组合而接合，以在所述输入构件和所述输出构件之间建立八个前进速度比和一个倒档速度比。
2. 根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述第一扭矩传 递机构包括制动器，并且所述第二、第三、第四、第五和第六扭矩传 递机构包括离合器。
3. 根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述第一、第二 和第三行星齿轮组的所述第一、第二和第三构件分别包括太阳齿轮构 件、行星托架组合构件和环形齿轮构件。
4. 一种多级变速器，其包括 输入构件；输出构件；第一、第二和第三行星齿轮组，其各具有太阳齿轮构件、行星托 架组合构件和环形齿轮构件；所述输出构件与所述第三行星齿轮组的所述环形齿轮构件持续 地互连；所述第一行星齿轮组的所述环形齿轮构件与固定构件持续地连接；第一互连构件，其使所述第二行星齿轮組的所述行星托架组合构 件与所述第三行星齿轮组的所述行星托架组合构件持续地连接；第二互连构件，其使所述第二行星齿轮组的所述太阳齿轮构件与 所述第三行星齿轮组的所述太阳齿轮构件持续地连接；第一扭矩传递机构，其使所述第二行星齿轮组的所述行星托架组 合构件与所述固定构件选择性地连接；第二扭矩传递机构，其使所述第一行星齿轮组的所述太阳齿轮构 件与所述第二行星齿轮组的所述太阳齿轮构件选择性地连接；第三扭矩传递机构，其使所述第一行星齿轮组的所述太阳齿轮构 件与所述输入构件选择性地连接；第四扭矩传递机构，其使所述第一行星齿轮组的所述行星托架组 合构件与所述第二行星齿轮组的所述环形齿轮构件选择性地连接；第五扭矩传递机构，其使所述第一行星齿轮组的所述行星托架组合构件与所述第二行星齿轮组的所述太阳齿轮构件选择性地连4妄；第六扭矩传递机构，其使所述第三行星齿轮组的所述行星托架组合构件与所述输入构件选择性地连接；所述4丑矩传递才几构以三个4丑矩传递机构的组合而接合，以在所述 输入构件和所述输出构件之间建立八个前进速度比和一个倒档速度比。
全文摘要
本发明涉及一种八速变速器，该变速器具有可用于动力系中以提供八个前进速度比和一个倒档速度比的多个构件。变速器包括三个行星齿轮组，其具有六个扭矩传递机构、两个固定的互连构件和接地构件。动力系包括发动机和选择性地连接到行星齿轮构件的至少一个上的扭矩变换器，以及与行星齿轮构件的另一个持续地连接的输出构件。六个扭矩传递机构在各种齿轮构件、变速器壳体和输入构件之间提供互连，并且以三个扭矩传递机构的组合操作，以建立八个前进速度比和一个倒档速度比。
文档编号F16H3/62GK101298882SQ200810083969
公开日2008年11月5日 申请日期2008年4月29日 优先权日2007年5月1日
发明者A·W·菲利普斯, C·E·凯里, J·M·哈特, M·拉格哈范, S·H·威特科普 申请人:通用汽车环球科技运作公司