十速变速器.pdf

本发明涉及十速变速器。变速器具有能够用于在动力系统中提供至少十个前进速度比和一个倒档速度比的多个构件。变速器包括四个行星齿轮组、六个扭矩传递装置和两个固定互连件。动力系统包括发动机和变矩器以及输出构件，发动机和变矩器连续地连接到行星齿轮构件中的一个，输出构件与行星齿轮构件中的另一个连续地连接。所述六个扭矩传递装置提供各个齿轮构件、变速器壳体以及彼此之间的互连，且以三个组合的形式操作，以建立至少十个前进速度比和一个倒档速度比。

1.  一种多速变速器，包括：
输入构件；
输出构件；
第一、第二、第三和第四行星齿轮组，所述第一、第二、第三和第四行星齿轮组各具有第一、第二和第三构件；
第一互连构件，所述第一互连构件将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二构件、所述第三行星齿轮组的所述第一构件和所述第四行星齿轮组的所述第三构件连续地连接；
第二互连构件，所述第二互连构件将所述第一行星齿轮组的所述第三构件与所述第二行星齿轮组的所述第三构件和所述第三行星齿轮组的所述第二构件连续地连接；和
第一、第二、第三、第四、第五和第六扭矩传递装置，所述扭矩传递装置以三个组合的形式接合，以在所述输入构件和所述输出构件之间产生至少十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，其中，所述第一扭矩传递装置将所述第三行星齿轮组的所述第三构件与固定构件选择性地连接。

3.  根据权利要求2所述的变速器，其中，所述第二扭矩传递装置将所述第四行星齿轮组的所述第一构件与所述固定构件选择性地连接。

4.  根据权利要求3所述的变速器，其中，所述第三扭矩传递装置将所述第一行星齿轮组的所述第一构件与所述第四扭矩传递装置、所述第五扭矩传递装置和所述第六扭矩传递装置选择性地连接。

5.  根据权利要求4所述的变速器，其中，所述第四扭矩传递装置将所述第二行星齿轮组的所述第一构件与所述第三扭矩传递装置、所述第五扭矩传递装置和所述第六扭矩传递装置选择性地连接。

6.  根据权利要求5所述的变速器，其中，所述第五扭矩传递装置将所述第四行星齿轮组的所述第二构件与所述第三扭矩传递装置、所述第四扭矩传递装置和所述第六扭矩传递装置选择性地连接。

7.  根据权利要求6所述的变速器，其中，所述第六扭矩传递装置将所述第四行星齿轮组的所述第一构件与所述第三扭矩传递装置、所述第四扭矩传递装置和所述第五扭矩传递装置选择性地连接。

8.  根据权利要求7所述的变速器，其中，所述第一、第二、第三和第四行星齿轮组的所述第一、第二和第三构件分别包括太阳轮构件、行星架组件构件和齿圈构件。

9.  根据权利要求8所述的变速器，其中，所述输入构件与所述第四行星齿轮组的所述第二构件连续地连接；所述输出构件与所述第一行星齿轮组的所述第三构件连续地连接。

10.  一种多速变速器，包括：
输入构件；
输出构件；
第一、第二、第三和第四行星齿轮组，所述第一、第二、第三和第四行星齿轮组各具有第一、第二和第三构件；
第一互连构件，所述第一互连构件将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二构件、所述第三行星齿轮组的所述第一构件和所述第四行星齿轮组的所述第三构件连续地连接；
第二互连构件，所述第二互连构件将所述第一行星齿轮组的所述第三构件与所述第二行星齿轮组的所述第三构件和所述第三行星齿轮组的所述第二构件连续地连接；
第一、第二、第三、第四、第五和第六扭矩传递装置，所述扭矩传递装置以三个组合的形式接合，以在所述输入构件和所述输出构件之间产生至少十个前进速度比和至少一个倒档速度比；
所述第一扭矩传递装置将所述第三行星齿轮组的所述第三构件与固定构件选择性地连接；
所述第二扭矩传递装置将所述第四行星齿轮组的所述第一构件与所述固定构件选择性地连接；
所述第三扭矩传递装置将所述第一行星齿轮组的所述第一构件与所述第四扭矩传递装置、所述第五扭矩传递装置和所述第六扭矩传递装置选择性地连接；
所述第四扭矩传递装置将所述第二行星齿轮组的所述第一构件与所述第三扭矩传递装置、所述第五扭矩传递装置和所述第六扭矩传递装置选择性地连接；
所述第五扭矩传递装置将所述第四行星齿轮组的所述第二构件与所述第三扭矩传递装置、所述第四扭矩传递装置和所述第六扭矩传递装置选择性地连接；以及
所述第六扭矩传递装置将所述第四行星齿轮组的所述第一构件与所述第三扭矩传递装置、所述第四扭矩传递装置和所述第五扭矩传递装置选择性地连接。

十速变速器
技术领域
本发明涉及具有四个行星齿轮组的动力变速器，所述行星齿轮组由六个扭矩传递装置控制，以提供十个前进速度比和一个倒档速度比。
背景技术
乘用车辆包括动力系统，动力系统包括发动机、多速变速器、以及差速器或最终传动件。多速变速器借助于允许发动机多次贯穿其扭矩范围操作来增加车辆总体操作范围。在变速器中可获得的前进速度比的数量决定发动机扭矩范围重复的次数。早期自动变速器具有两个速度范围。这严重地限制了车辆的总体速度范围，从而需要能够产生宽的速度和扭矩范围的相对大的发动机。这导致发动机在巡航期间以最有效点之外的特定燃料消耗点操作。因而，手动换档(中间轴变速器)是最普遍的。
随着三速和四速自动变速器的出现，自动换档(行星齿轮)变速器随着机动车辆的流行而日益流行。这些变速器改进了车辆的操作性能和燃料经济性。增加数量的速度比减小了各个比之间的级尺寸，从而借助于使得在正常车辆加速下以操作者大致感觉不到的方式互换所述比而改进变速器的换档质量。
六速变速器具有优于四速和五速变速器的多个益处，包括改进车辆加速和改进燃料经济性。虽然许多卡车采用具有六个或更多前进速度比的动力变速器，但是因为这些变速器的尺寸和复杂性，乘用车辆仍制造成具有三速和四速自动变速器和相对少的五速或六速装置。
七速、八速、九速和十速变速器相对于六速变速器提供加速和燃料经济性的进一步改进。然而，如同上述六速变速器一样，由于复杂性、尺寸和成本，妨碍了七速、八速、九速和十速变速器的发展。
发明内容
本发明的目的在于提供具有四个行星齿轮组的改进变速器，所述行星齿轮组被控制成提供至少十个前进速度比和一个倒档速度比。
本发明的变速器族具有四个行星齿轮组，所述行星齿轮组中的每个包括第一、第二和第三构件，所述构件可以任何顺序包括太阳轮、齿圈、或行星架组件构件。
关于本说明书和权利要求书中的第一、第二、第三和第四齿轮组，这些组可以在附图中以任何顺序(例如，从左到右，从右到左，等)计数为“第一”至“第四”。此外，每个齿轮组的第一、第二或第三构件可以在附图中以任何顺序(例如，从上到下，从下到上，等)计数为每个齿轮组的“第一”至“第三”。
每个架构件能够是单小齿轮架构件(简单的)或双小齿轮架构件(复合的)。具有长的小齿轮的实施例也是可能的。
输入构件与所述第四行星齿轮组的所述第二构件连续地连接。输出构件与所述第一行星齿轮组的所述第三构件连续地连接。
第一互连构件将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二构件、所述第三行星齿轮组的所述第一构件和所述第四行星齿轮组的所述第三构件连续地连接。
第二互连构件将所述第一行星齿轮组的所述第三构件与所述第二行星齿轮组的所述第三构件和所述第三行星齿轮组的所述第二构件连续地连接。
第一扭矩传递装置(例如制动器)将所述第三行星齿轮组的所述第三构件与固定构件(变速器壳体/外壳)选择性地连接。
第二扭矩传递装置(例如制动器)将所述第四行星齿轮组的所述第一构件与固定构件(变速器壳体/外壳)选择性地连接。
第三扭矩传递装置(例如离合器)将所述第一行星齿轮组的所述第一构件与第四、第五或第六扭矩传递装置选择性地连接。
第四扭矩传递装置(例如离合器)将所述第二行星齿轮组的所述第一构件与第三、第五或第六扭矩传递装置选择性地连接。
第五扭矩传递装置(例如离合器)将所述第四行星齿轮组的所述第二构件与第三、第四或第六扭矩传递装置选择性地连接。
第六扭矩传递装置(例如离合器)将所述第四行星齿轮组的所述第一构件与第三、第四或第五扭矩传递装置选择性地连接。
所述六个扭矩传递装置能以三个组合的形式选择性地接合，以产生至少十个前进速度比和一个倒档速度比。
通过适当地选择行星齿轮组的齿数比能够实现不同的速度比和比展宽。
一种多速变速器，包括：
输入构件；
输出构件；
第一、第二、第三和第四行星齿轮组，所述第一、第二、第三和第四行星齿轮组各具有第一、第二和第三构件；
第一互连构件，所述第一互连构件将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二构件、所述第三行星齿轮组的所述第一构件和所述第四行星齿轮组的所述第三构件连续地连接；
第二互连构件，所述第二互连构件将所述第一行星齿轮组的所述第三构件与所述第二行星齿轮组的所述第三构件和所述第三行星齿轮组的所述第二构件连续地连接；和
第一、第二、第三、第四、第五和第六扭矩传递装置，所述扭矩传递装置以三个组合的形式接合，以在所述输入构件和所述输出构件之间产生至少十个前进速度比和至少一个倒档速度比。
其中，所述第一扭矩传递装置将所述第三行星齿轮组的所述第三构件与固定构件选择性地连接。
其中，所述第二扭矩传递装置将所述第四行星齿轮组的所述第一构件与所述固定构件选择性地连接。
其中，所述第三扭矩传递装置将所述第一行星齿轮组的所述第一构件与所述第四扭矩传递装置、所述第五扭矩传递装置和所述第六扭矩传递装置选择性地连接。
其中，所述第四扭矩传递装置将所述第二行星齿轮组的所述第一构件与所述第三扭矩传递装置、所述第五扭矩传递装置和所述第六扭矩传递装置选择性地连接。
其中，所述第五扭矩传递装置将所述第四行星齿轮组的所述第二构件与所述第三扭矩传递装置、所述第四扭矩传递装置和所述第六扭矩传递装置选择性地连接。
其中，所述第六扭矩传递装置将所述第四行星齿轮组的所述第一构件与所述第三扭矩传递装置、所述第四扭矩传递装置和所述第五扭矩传递装置选择性地连接。
其中，所述第一、第二、第三和第四行星齿轮组的所述第一、第二和第三构件分别包括太阳轮构件、行星架组件构件和齿圈构件。
其中，所述输入构件与所述第四行星齿轮组的所述第二构件连续地连接；所述输出构件与所述第一行星齿轮组的所述第三构件连续地连接。
一种多速变速器，包括：
输入构件；
输出构件；
第一、第二、第三和第四行星齿轮组，所述第一、第二、第三和第四行星齿轮组各具有第一、第二和第三构件；
第一互连构件，所述第一互连构件将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二构件、所述第三行星齿轮组的所述第一构件和所述第四行星齿轮组的所述第三构件连续地连接；
第二互连构件，所述第二互连构件将所述第一行星齿轮组的所述第三构件与所述第二行星齿轮组的所述第三构件和所述第三行星齿轮组的所述第二构件连续地连接；
第一、第二、第三、第四、第五和第六扭矩传递装置，所述扭矩传递装置以三个组合的形式接合，以在所述输入构件和所述输出构件之间产生至少十个前进速度比和至少一个倒档速度比；
所述第一扭矩传递装置将所述第三行星齿轮组的所述第三构件与固定构件选择性地连接；
所述第二扭矩传递装置将所述第四行星齿轮组的所述第一构件与所述固定构件选择性地连接；
所述第三扭矩传递装置将所述第一行星齿轮组的所述第一构件与所述第四扭矩传递装置、所述第五扭矩传递装置和所述第六扭矩传递装置选择性地连接；
所述第四扭矩传递装置将所述第二行星齿轮组的所述第一构件与所述第三扭矩传递装置、所述第五扭矩传递装置和所述第六扭矩传递装置选择性地连接；
所述第五扭矩传递装置将所述第四行星齿轮组的所述第二构件与所述第三扭矩传递装置、所述第四扭矩传递装置和所述第六扭矩传递装置选择性地连接；以及
所述第六扭矩传递装置将所述第四行星齿轮组的所述第一构件与所述第三扭矩传递装置、所述第四扭矩传递装置和所述第五扭矩传递装置选择性地连接。
其中，所述第一、第二、第三和第四行星齿轮组的所述第一、第二和第三构件分别包括太阳轮构件、行星架组件构件和齿圈构件。
其中，所述输入构件与所述第四行星齿轮组的所述行星架组件构件连续地连接；所述输出构件与所述第一行星齿轮组的所述齿圈构件连续地连接。
本发明的上述特征、以及其它特征和优势从用于实施本发明的最佳模式的以下详细说明结合附图显而易见。
附图说明
图1a是包括根据本发明的行星变速器的动力系统的示意图；
图1b是描绘图1a所示的动力系统的一些操作特性的真值表和图表；和
图1c是以杠杆图形式示出的图1a的动力系统的示意图。
具体实施方式
参考附图，图1a示出了动力系统10，动力系统10包括常规发动机和变矩器12、行星变速器14和常规最终传动机构16。发动机12可以使用各种燃料来提供动力以改进具体应用的效率和燃料经济性。这种燃料可以包括例如汽油；柴油；乙醇；二甲醚等。
行星变速器14包括与发动机12连续地连接的输入构件17、行星齿轮装置18和与最终传动机构16连续地连接的输出构件19。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包括太阳轮构件22、齿圈构件24和行星架组件构件26。行星架组件构件26包括多个小齿轮27，所述小齿轮可旋转地安装在架构件29上且以与太阳轮构件22和齿圈构件24两者啮合的关系设置。
行星齿轮组30包括太阳轮构件32、齿圈构件34和行星架组件构件36。行星架组件构件36包括可旋转地安装在架构件39上的多个小齿轮37、38。小齿轮37以与太阳轮构件32啮合的关系设置，小齿轮38以与齿圈构件34和小齿轮37两者啮合的关系设置。
行星齿轮组40包括太阳轮构件42、齿圈构件44和行星架组件构件46。行星架组件构件46包括多个小齿轮47，所述小齿轮安装在架构件49上且以与齿圈构件44和太阳轮构件42两者啮合的关系设置。
行星齿轮组50包括太阳轮构件52、齿圈构件54和行星架组件构件56。行星架组件构件56包括多个小齿轮57，所述小齿轮安装在架构件59上且以与齿圈构件54和太阳轮构件52两者啮合的关系设置。
行星齿轮装置还包括六个扭矩传递装置80、82、84、85、86和87。扭矩传递装置80和82是静止式扭矩传递装置，通常称为制动器或反作用离合器(reaction clutch)。扭矩传递装置84、85、86和87是旋转式扭矩传递装置，通常称为离合器。
输入构件17与行星齿轮组50的行星架组件构件56连续地连接。输出构件19与行星齿轮组40的行星架组件构件46连续地连接。
第一互连构件70将行星齿轮组20的行星架组件构件26与行星齿轮组30的行星架组件构件36、行星齿轮组40的太阳轮构件42和行星齿轮组50的齿圈构件54连续地连接。第二互连构件72将行星齿轮组20的齿圈构件24与行星齿轮组30的齿圈构件34和行星齿轮组40的行星架组件构件46连续地连接。
第一扭矩传递装置，例如制动器80，将行星齿轮组40的齿圈构件44与变速器壳体60选择性地连接。第二扭矩传递装置，例如制动器82，将行星齿轮组50的太阳轮构件52与变速器壳体60选择性地连接。第三扭矩传递装置，例如离合器84，将行星齿轮组20的太阳轮构件22与离合器85、离合器86和离合器87选择性地连接。第四扭矩传递装置，例如离合器85，将行星齿轮组30的太阳轮构件32与离合器84、离合器86和离合器87选择性地连接。第五扭矩传递装置，例如离合器86，将行星齿轮组50的行星架组件构件56与离合器84、离合器85和离合器87选择性地连接。第六扭矩传递装置，例如离合器87，将行星齿轮组50的太阳轮构件52与离合器84、离合器85和离合器86选择性地连接。
如图1b尤其是本文公开的真值表所示，所述扭矩传递装置能以三个组合的形式选择性地接合，以提供十个前进速度比和一个倒档速度比，所有都带有单个过渡顺序换档且具有四个超速传动比。
如上所述，扭矩传递装置的接合排定表在图1b中的真值表中示出。图1b的图表描述在上述变速器中可得到的比级。例如，第一和第二前进速度比之间的级比(step ratio)是1.47，而倒档速度比和第一前进速度比之间的级比是-0.77。
现在参考图1c，以杠杆图形式示出了图1a所示动力系统10的实施例。杠杆图是机械装置(如自动变速器)的部件的示意图。每个独立的杠杆表示行星齿轮组，其中行星齿轮的三个基本机械部件均由节点表示。因而，单个杠杆包含三个节点：一个用于太阳轮构件，一个用于行星齿轮行星架构件，一个用于齿圈构件。每个杠杆的节点之间的相对长度可以用于表示每个相应齿轮组的齿圈-太阳轮比。继而，这些杠杆比用于改变变速器的传动比以实现合适的比和比级数。各个行星齿轮组的节点之间的机械联接件或互连件由细的水平线表示，且扭矩传递装置(例如离合器和制动器)表示为交织的指形物。如果所述装置是制动器，则一组指形物接地。杠杆图的形式、目的和使用的进一步阐述可见于Benford，Howard和Leising，Maurice在1981年的SAE Paper 810102“The Lever Analogy：A New Tool in Transmission Analysis”，该论文作为参考全部引入。
动力系统10包括：与发动机12连续地连接的输入构件17；与最终传动机构16连续地连接的输出构件19；第一行星齿轮组20A，所述第一行星齿轮组20A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，所述第二行星齿轮组30A具有三个节点：第一节点32A、第二节点36A和第三节点34A；第三行星齿轮组40A，所述第三行星齿轮组40A具有三个节点：第一节点42A、第二节点46A和第三节点44A；以及第四行星齿轮组50A，所述第四行星齿轮组50A具有三个节点：第一节点52A、第二节点56A和第三节点54A。
输入构件17与节点56A连续地连接。输出构件19与节点46A连续地连接。
节点26A、36A、42A和54A经由互连构件70连续地连接。节点24A、34A和46A经由互连构件72连续地连接。
第一扭矩传递装置，例如制动器80，将节点44A与变速器壳体60选择性地连接。第二扭矩传递装置，例如制动器82，将节点52A与变速器壳体60选择性地连接。第三扭矩传递装置，例如离合器84，将节点22A与离合器85、86和87选择性地连接。第四扭矩传递装置，例如离合器85，将节点32A与离合器84、86和87选择性地连接。第五扭矩传递装置，例如离合器86，将节点56A与离合器84、85和87选择性地连接。第六扭矩传递装置，例如离合器87，将节点52A与离合器84、85和86选择性地连接。
为了建立速度比，针对每个档位状态接合三个扭矩传递装置。图1b中每个相应行中的“X”表示接合的扭矩传递装置。例如，为了建立倒档，制动器80和离合器85和86被接合。制动器80将节点44A与变速器壳体60接合。离合器85和86将节点32A与节点56A接合。类似地，通过根据图1b离合器接合的不同组合实现十个前进比。
动力系统10可以与混合动力车辆共用部件，且这种组合可以“电荷消耗模式”操作。为了本发明的目的，“电荷消耗模式”是这样的模式，其中车辆主要由电动马达/发电机提供动力，使得在车辆到达其目的地时蓄电池被耗尽或几乎耗尽。换句话说，在电荷消耗模式期间，发动机12仅仅操作至确保蓄电池在到达目的地之前不被耗尽所需要的程度。常规混合动力车辆以“电荷维持模式”操作，其中，如果蓄电池电荷水平下降到预定水平(例如，25％)以下，那么发动机自动运行以给蓄电池重新充电。因而，通过以电荷消耗模式操作，混合动力车辆能够节省在常规混合动力车辆中保持25％蓄电池电荷水平要耗费的燃料中的一些或全部。应当理解的是，如果在到达目的地之后蓄电池能够通过插入到电源而重新充电，那么混合动力车辆动力系统优选仅以电荷消耗模式操作。
虽然已经详细描述了用于实施本发明的最佳模式，但是本发明所属领域技术人员将认识到在所附权利要求范围内的用于实践本发明的各种可选设计和实施例。