專利名稱：8級變速器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有四個行星齒輪組的動力變速器，這些 行星齒輪組由五個扭矩傳遞裝置控制，以提供八個前進速度比和一個 倒檔速度比。
背景技術：
客車包括由發動機、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動機在其扭矩范圍內多次操作而提高 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量確定了 發動機扭矩范圍重復的次數。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，并因此需要相對較大的發動 機，其可產生較寬的速度和扭矩范圍。這導致發動機在巡航期間操作 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 能和燃料經濟性。速度比的數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 進變速器的換檔質量。六速變速器提供了幾個超越四速和五速變速器的優勢，包 括改進的車輛加速度和改進的燃料經濟性。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 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濟性方面提供 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展由于復雜性、尺寸和成本而被排 除在外。

發明內容
本發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，以提供八個前進速度比和一個倒檔速度比。本發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、
環形齒輪或行星托架組件。在本說明書和權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三部件連接起來。第二互連部件持續地將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一部件連接起來。第三互連部件持續^M夸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連接起來。輸入部件持續地與第二行星齒輪組的第一部件相連接。輸 出部件持續地與第三行星齒輪組的第二部件互連。第一行星齒4侖組的 第一部件和第二行星齒輪組的第二部件持續地與固定部件(變速器外 殼/外罩)相連接。
第一扭矩傳遞裝置，例如制動器，其有選擇地將第一行星 齒輪組的第三部件與固定部件(變速器外殼/外罩)連接起來。第二扭矩傳遞裝置，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二行星齒輪組的第 一部件連接起來。第三扭矩傳遞裝置，例如離合器，其有選擇地將第二行星 齒輪組的第 一部件與第四行星齒輪組的第三部件連接起來。第四扭矩傳遞裝置，例如離合器，其有選擇地將第三行星 齒輪組的第二部件與第四行星齒輪組的第三部件連接起來。第五扭矩傳遞裝置，例如離合器，其有選擇地將第三行星 齒輪組的第 一部件與第四行星齒輪組的第三部件連接起來。這五個扭矩傳遞裝置可有選擇地兩兩組合地進行接合，以 產生八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地選擇行星齒輪組 的齒數比而實現。從以下結合附屬圖紙對實現本發明的最佳模式的詳細描 述中，將很容易明晰本發明的上述特征和其它特征及優勢。


圖la是包括根據本發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，其具有傳統的發動 機和扭矩變換器12、行星變速器14和傳統的主減速器機構16。發動 機12可利用各種類型的燃料來驅動，以提高特定應用的效率和燃料 經濟性。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包括持續地與發動機12相連接的輸入部件 17、行星齒輪裝置18以及持續地與主減速器機構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包括多個可旋轉地安裝在托架 部件29上，并設置成與恒星齒輪部件22及環形齒輪部件24構成嚙 合關系的小齒輪27。行星齒輪組30包括恒星齒輪部件32、環形齒輪部件34 和行星托架組件36。行星托架組件36包括多個可旋轉地安裝在托架 部件39上的小齒輪37,38。小齒輪37設置成與恒星齒輪部件32構成 嚙合關系，并且小齒輪38設置成與環形齒輪部件34及相應的小齒輪 37構成嚙合關系。行星齒輪組40包括恒星齒輪部件42、環形齒輪部件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， 并設置成與環形齒輪部件44及恒星齒輪部件42構成嚙合關系的小齒 輪47。行星齒輪組50包括恒星齒輪部件52、環形齒輪部件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， 并設置成與恒星齒輪部件52及環形齒輪部件54構成嚙合關系的小齒 輪57。該行星齒輪裝置還包括五個扭矩傳遞裝置80,82,84,85和 86。這些扭矩傳遞裝置80是固定類型的扭矩傳遞裝置，通常稱為制 動器或反作用離合器。扭矩傳遞裝置82,84,85和86是旋轉類型的扭 矩傳遞裝置，通常稱為離合器。輸入部件17持續地與行星齒輪組30的恒星齒輪部件32 相連接。輸出部件19持續地與行星齒輪組40的行星托架組件46相 連接。行星齒輪組20的恒星齒輪部件22和行星齒輪組30的行星托 架組件36持續地與變速器外殼60相連接。
第一互連部件70持續地將行星齒輪組30的環形齒輪部件 34與行星齒輪組40的環形齒輪部件44連接起來。第二互連部件72 持續地將行星齒輪組40的恒星齒4侖部件42與行星齒輪組50的恒星 齒輪部件52連接起來。第三互連部件74持續地將行星齒輪組20的 環形齒輪部件24與行星齒輪組50的行星托架組件56連接起來。第一扭矩傳遞裝置，例如制動器80,其通過互連部件74 而有選擇地將行星齒輪組20的環形齒輪部件24及行星齒輪組50的 行星托架組件56與變速器外殼60連接起來。第二扭矩傳遞裝置，例 如離合器82，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30的恒星齒輪部件32連接起來。第三扭矩傳遞裝置，例如離 合器84，其有選擇地將行星齒輪組30的恒星齒輪部件32與行星齒輪 組50的環形齒輪部件54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40的行星托架組件46與行星齒輪組50 的環形齒輪部件54連接起來。第五扭矩傳遞裝置，例如離合器86， 其有選擇地通過互連部件72而將行星齒輪組40的恒星齒輪部件42 及行星齒輪組50的恒星齒輪部件52與行星齒輪組50的環形齒輪部 件54連接起來。如圖lb中所示，尤其此處所公開的真值表中所示，這些 扭矩傳遞裝置可有選擇地兩兩組合地進行接合，以提供八個前進速度 比和一個倒檔速度比，所有都可利用單跳變換檔(single transmission shift)來實現。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1.49, 而在倒檔速度比和第 一前進速度比之間的階比為-0.76。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
械構件各由一個節點表示。因此，單個杠桿包含三個節點 一個用于 恒星齒輪部件， 一個用于行星齒4侖托架部件，還有一個用于環形齒輪 部件。在各杠桿的節點之間的相對長度可用于代表各個相應的齒輪組 的環形-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(ratio progression)。在各種行星齒輪組的節點之間的 機械聯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(groimd)(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合在 本文中。動力系10包括持續M^與發動機12相連接的輸入部件17; 持續地與主減速器機構16相連接的輸出部件19;具有三個節點第 一節點22A、第二節點26A和第三節點24A的第一行星齒輪組20A; 具有三個節點第一節點32A、第二節點36A和第三節點34A的第二 行星齒輪組30A;具有三個節點第一節點42A、第二節點46A和第 三節點44A的第三行星齒輪組40A;以及具有三個節點第一節點 52A、第二節點56A和第三節點54A的第四行星齒輪組50A。輸入部件17持續地與節點32A相連接。輸出部件19持續 地與節點46A相連接。節點22A及36A持續地與變速器外殼60相連 接。節點34A通過互連部件70而持續地與節點44A相連接。 節點42A通過互連部件72而持續地與節點52A相連接。節點24A通 過互連部件74而持續地與節點56A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而將節點24A及56A與變速器外殼60連接起來。第二扭矩傳 遞裝置，例如離合器82,其有選擇地將節點26A與節點32A連接起
來。第三扭矩傳遞裝置，例如離合器84，其有選擇地將節點32A與 節點54A連接起來。第四扭矩傳遞裝置，例如離合器85，其有選擇 地將節點46A與節點54A連接起來。第五扭矩傳遞裝置，例如離合器 86，其有選擇地通過互連部件72而將節點42A及節點52A與節點54A 連接起來。為了建立傳動比，對于各個齒輪狀態可使兩個扭矩傳遞裝 置接合起來。接合的扭矩傳遞裝置由圖lb中的每個相應的行中的"X" 代表。例如，為了建立倒檔齒輪比，使制動器80和離合器84接合。 制動器80使節點24A和56A與變速器外殼60接合起來。離合器84 使節點32A與節點54A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八個前進速度比。動力系10可與混合動力車輛共享構件，并且這種組合可 在"電量消耗模式"下操作。對于本發明的目的，"電量消耗模式" 是一種主要由電動機/發電機為車輛提供動力，使得當車輛到達其目的 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，發動才幾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定的水平以下(例如，25%)
時，發動才幾自動地運行，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% 的傳統混合動力車輛中的蓄電池電量水平。應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選只在電量消耗模式下進行操作。雖然已經詳細介紹了用于實現本發明的最佳模式，但是與 本發明相關領域的技術人員應該懂得在附屬權利要求的范圍內，可制 作各種備選設計和實施例來實踐本發明。
權利要求
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；所述第一行星齒輪組的所述第一部件和所述第二行星齒輪組的所述第二部件持續地與固定部件相連接；第一互連部件，其持續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三部件連接起來；第二互連部件，其持續地將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一部件連接起來；第三互連部件，其持續地將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連接起來；五個扭矩傳遞裝置，其用于有選擇地將所述行星齒輪組的所述部件與所述固定部件，或與所述行星齒輪組的其它部件互連起來，所述五個扭矩傳遞裝置以兩個的組合進行接合，從而在所述輸入部件和所述輸出部件之間建立至少八個前進速度比和至少一個倒檔速度比。
2. 根據權利要求1所述的變速器，其特征在于，所述五個扭矩 傳遞裝置中的第一個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三部件與所述固定部件連接起來。
3. 根據權利要求2所述的變速器，其特征在于，所述五個扭矩 傳遞裝置中的第二個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二行星齒輪組的所述第一部 件連接起來。
4. 根據權利要求3所述的變速器，其特征在于，所述五個扭矩 傳遞裝置中的第三個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一部件與所述第四行星齒輪組的所述第三部 件連接起來。
5. 根據權利要求4所述的變速器，其特征在于，所述五個扭矩 傳遞裝置中的第四個扭矩傳遞裝置是可操作的，以有選擇地將所述第 三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三部 件連接起來。
6. 根據權利要求5所述的變速器，其特征在于，所述五個扭矩 傳遞裝置中的第五個扭矩傳遞裝置是可操作的，以有選擇地將所述第 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 件連接起來。
7. 根據權利要求1所述的變速器，其特征在于，所述第一扭矩 傳遞裝置包括制動器，并且所迷第二扭矩傳遞裝置、所述第三扭矩傳 遞裝置、所述第四扭矩傳遞裝置和所述第五扭矩傳遞裝置包括離合 器。
8. 根據權利要求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、行星托架組件和環形齒輪部件。
9. 根據權利要求1所述的變速器，其特征在于，所述輸入部件 持續地與所述第二行星齒輪組的所述第一部件相連接，并且所述輸出 部件持續地與所述第三行星齒輪組的所述第二部件相連接。
10. 根據權利要求1所述的變速器，其特征在于，所述第二行星 齒輪組的所述第二部件是雙小齒輪托架。
11. 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； 所述輸入部件持續地與所述第二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地與所述第三行星齒輪組的所述第二部件相連接；所述第一行星齒輪組的所述第一部件和所述第二行星齒輪組的所述第二部件持續地與固定部件相連接；第一互連部件，其持續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三部件連接起來；第二互連部件，其持續地將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 一部件連接起來；第三互連部件，其持續地將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 三部件與固定部件連接起來；第二扭矩傳遞裝置，其有選4奪地將所述第一行星齒輪組的所述第 二部件與所述第二行星齒輪組的所述第 一部件連接起來；第三扭矩傳遞裝置，其有選擇地將所述第二行星齒輪組的所述第 一部件與所述第四行星齒輪組的所述第三部件連接起來；第四扭矩傳遞裝置，其有選擇地將所述第三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三部件連接起來；第五扭矩傳遞裝置，其有選"^地將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連接起來；且所述五個扭矩傳遞裝置以兩個的組合進行接合，以便在所述輸入 部件和所述輸出部件之間建立至少八個前進速度比和至少一個倒檔 速度比。
12.根據權利要求11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、所迷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、行星托架組件和環形齒輪部件；所述輸入部件持續地與所述第二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地與所述笫三行星齒輪組的所述行星 托架組件互連；所述第一行星齒輪組的所述恒星齒輪部件和所述第二行星齒輪 組的所述行星托架組件持續地與固定部件相連接；第 一互連部件，其持續地將所述第二行星齒輪組的所述環形齒輪 部件與所述第三行星齒輪組的所述環形齒輪部件連接起來；第二互連部件，其持續地將所述第三行星齒輪組的所述恒星齒輪 部件與所述第四行星齒輪組的所述恒星齒輪部件連接起來；第三互連部件，其持續地將所述第一行星齒輪組的所述環形齒輪 部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環 形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一行星齒輪組的所述行星托架組件與所述第二行星齒輪組的所述恒星齒輪部件連接起來；第三扭矩傳遞裝置，其有選擇地將所述第二行星齒輪組的所述恒 星齒輪部件與所述第四行星齒輪組的所述環形齒輪部件連接起來；第四扭矩傳遞裝置，其有選擇地將所述第三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環形齒輪部件連接起來；第五扭矩傳遞裝置，其有選擇地將所述第三行星齒輪組的所述恒 星齒輪部件與所述第四行星齒輪組的所述環形齒輪部件連接起來；且所述五個扭矩傳遞裝置以兩個的組合進行接合，以便在所述輸入 部件和所述輸出部件之間建立八個前進速度比和一個倒檔速度比。
全文摘要
本發明涉及一種8級變速器，其具有多個部件，可用于動力系，以提供八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、五個扭矩傳遞裝置、兩個接地部件和三個固定的互連部件。該動力系包括發動機和持續地連接在其中一個行星齒輪部件上的扭矩變換器，以及持續地與另一行星齒輪部件相連接的輸出部件。這五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，并可兩兩組合地進行操作，以建立八個前進速度比和一個倒檔速度比。
文檔編號F16H3/62GK101344145SQ20081012839
公開日2009年1月14日 申請日期2008年7月8日 優先權日2007年7月9日
發明者A·W·菲利普斯, C·E·凱里, J·M·哈特, S·H·維特科普 申請人:通用汽車環球科技運作公司