專利名稱：十速變速器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有四個行星齒輪組的動力變速器，行星齒輪組由六 個轉矩傳遞設備控制以提供十個前進速比和 一 個后退速比。
背景技術：
乘用車包括動力總成，包括發(fā)動機、多速變速器和差速器或最終 驅動件。多速變速器通過允許發(fā)動機多次運行通過其轉矩范圍而增加 了車輛的總體運行范圍。在變速器內可獲得的前進速比的個數確定了 發(fā)動機轉矩范圍被重復的次數。早期的自動變速器具有兩個轉速范圍。 這嚴重地限制了車輛的總體速度范圍且因此要求了可能產生寬的速度 和轉矩范圍的相對大的發(fā)動機。這導致發(fā)動機在巡航期間在特定的燃 料消耗點運行而非在最有效的點運行。因此，手動換檔(副軸變速器)
最流行。
隨著三速和四速自動變速器的出現，自動換檔(行星齒輪)變速 器在公眾駕車中的流行性增加。這些變速器改進了車輛的運行性能和 燃料經濟性。速比的個數的增加降低了速比之間的步長且因此通過在 正常車輛加速中使得操作者大致不可感覺到速比交換而改進了變速器
的換檔質量。
六速變速器提供了優(yōu)于四速和五速變速器的數個優(yōu)點，包括改進 的車輛加速性和改進的燃料經濟性。雖然許多卡車使用了具有六個或
更多的前進速比的動力變速器，但乘用車仍制造為帶有三速和四速的
自動變速器且相對地較少帶有五速或六速設備，原因是這些變速器的
尺寸和復雜性。
七速、八速和九速變速器提供了在加速性和燃料經濟性方面比六 速變速器的進一步的改進。然而，類似于以上所述的六速變速器，七 速、八速、九速和十速變速器的開發(fā)已經由于復雜性、尺寸和成本而 被排除。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供具有四個受控為提供十個前進速比和一個后 退速比的行星齒輪組的改進的變速器。
本發(fā)明的變速器族具有四個行星齒輪組，每個行星齒輪組包括第 一、第二和第三構件，該構件可以以任何次序包括太陽輪、齒圈或行
星架組件構件。
在此說明書中和權利要求書中參考第一、第二、第三和第四齒輪 組時，這些齒4侖組可以在附圖中從"第一"至"第四"以任何次序計 數(即，從左到右，從右到左等)。另外，每個齒輪組的第一、第二或 第三構件可以在附圖中以任何次序對于每個齒輪組從"第一，，到"第 三，，計數(即，從頂部到底部，從底部到頂部，等)。
每個行星架構件可以是單小齒輪行星架構件(簡單型)或雙小齒 輪行星架構件(復合型)。帶有長的小齒輪的實施例也是可以的。
第一互連構件連續(xù)地將第一行星齒輪組的第三構件與第二行星齒 輪組的第二構件連接。
第二互連構件連續(xù)地將第一行星齒輪組的第二構件與第二行星齒 輪組的第三構件連接。
第三互連構件連續(xù)地將第二行星齒輪組的第一構件與第三行星齒 輪組的第三構件連接。
第四互連構件連續(xù)地將第三行星齒輪組的第二構件與第四行星齒 輪組的第三構件連接。
輸入構件連續(xù)地與第三行星齒輪組的第二構件連接。輸出構件連 續(xù)地與第 一 行星齒輪組的第三構件連接。
第一轉矩傳遞設備(例如制動器)選擇地將第一行星齒輪組的第 二構件與靜止構件(變速器殼體/外殼)連接。
第二轉矩傳遞設備(例如制動器)選擇地將第三行星齒輪組的第 一構件與靜止構件(變速器殼體/外殼)連接。
第三轉矩傳遞設備(例如離合器)選擇地將第一行星齒輪組的第 一構件與第四行星齒輪組的第二構件連接。
第四轉矩傳遞設備(例如離合器)選擇地將第一行星齒輪組的第 一構件與第四行星齒輪組的第一構件連接。
第五轉矩傳遞設備(例如離合器)選擇地將第二行星齒輪組的第 一構件與第四行星齒輪組的第二構件連接。
第六轉矩傳遞設備(例如離合器)選擇地將第三行星齒輪組的第 一構件與第四行星齒輪組的第一構件連接。
六個轉矩傳遞設備選擇地以三個為組合可接合以產生十個前進速 比和一個后退速比。
通過合適地選擇4亍星齒輪組的齒數比可以實現多種速比和速比5爭
度(ratio spread )。
本發(fā)明的以上的特征和其他特征和優(yōu)點從如下的對執(zhí)行本發(fā)明的 最佳模式的詳細描述中參考附圖容易地顯見。


圖la是包括根據本發(fā)明的行星齒輪變速器的動力總成的示意性表示。
圖lb是描繪了圖la中示出的動力總成的運行特征的一些的真值 表和圖；和
圖lc是以桿狀圖形式描繪的圖la的動力總成的示意性表示。
具體實施例方式
參考附圖，在圖la中示出了動力總成10,動力總成10具有常規(guī) 的發(fā)動機和轉矩轉換器12,行星齒輪變速器14和常規(guī)的最終驅動機構 16。發(fā)動機12可以使用多種類型的燃料驅動以改進具體應用的效率和 燃料經濟性。這樣的燃料可以例如包括汽油、柴油、乙醇、二曱醚等。
行星齒輪變速器14包括與發(fā)動機12連續(xù)地連接的輸入構件17, 行星齒輪設備18和與最終驅動機構16連續(xù)地連接的輸出構件19。行 星齒4侖i殳備18包括四個4亍星齒4侖組20、 30、 40和50。
行星齒輪組20包括太陽輪構件22、齒圏構件24和行星架組件構 件26。行星架組件構件26包括可旋轉地安裝在行星架構件29上且布 置為與齒圈構件24和太陽輪構件22具有嚙合關系的多個小齒輪27。
行星齒輪組30包括太陽輪構件32、齒圈構件34和行星架組件構 件36。行星架組件構件36包括可旋轉地安裝在行星架構件39上且布 置為與齒圏構件34和太陽輪構件32具有嚙合關系的多個小齒輪37。
行星齒輪組40包括太陽輪構件42、齒圈構件44和行星架組件構 件46。行星架組件構件46包括安裝在行星架構件49上且布置為與齒
圈構件44和太陽輪構件42具有嚙合關系的多個小齒輪47。
行星齒輪組50包括太陽輪構件52、齒圈構件54和行星架組件構 件56。行星架組件構件56包括安裝在行星架構件59上且布置為與齒 圏構件54和太陽輪構件52具有嚙合關系的多個小齒輪57。
4亍星齒4侖i殳備也包括六個轉矩傳遞i殳備80、 82、 84、 85、 86和87。 轉矩傳遞設備80和82是靜止類型的轉矩傳遞設備，通常稱為制動器 或反作用離合器。轉矩傳遞設備84、 85、 86和87是旋轉類型的轉矩 傳遞設備，通常稱為離合器。
輸入構件17連續(xù)地與行星齒輪組40的行星架組件構件46連接。 輸出構件19連續(xù)地與行星齒輪組20的齒圈構件24通過將在下文中描 述的互連構件70連接。
第一互連構件70連續(xù)地將行星齒輪組20的齒圈構件24與行星齒 輪組30的行星架組件構件36連接。第二互連構件72連續(xù)地將行星齒 輪組20的行星架組件構件26與行星齒4侖組30的齒圏構件34連接。 第三互連構件74連續(xù)地將行星齒輪組30的太陽輪構件32與行星齒輪 組40的齒圏構件44連接。第四互連構件76連續(xù)地將行星齒輪組40 的行星架組件構件46與行星齒輪組50的齒圏構件54連接。
第一轉矩傳遞設備(例如制動器80 )選擇地將行星齒輪組20的行 星架組件構件26和行星齒輪組30的齒圏構件34通過互連構件72與 變速器殼體60連接。第二轉矩傳遞設備(例如制動器82 )選擇地將行 星齒輪組40的太陽輪構件42與變速器殼體60連接。第三轉矩傳遞設 備(例如離合器84 )選擇地將行星齒輪組20的太陽輪構件22與行星 齒輪組50的行星架組件構件56連接。第四轉矩傳遞設備(例如離合 器85 )選擇地將行星齒輪組20的太陽輪構件22與行星齒輪組50的太 陽輪構件52連接。第五轉矩傳遞設備(例如離合器86 )選擇地將行星 齒輪組30的太陽輪構件32和行星齒4&組40的齒圈構件44通過互連 構件74與行星齒輪組50的行星架組件構件56連接。第六轉矩傳遞設 備(例如離合器87)選擇地將行星齒輪組40的太陽輪構件42與行星 齒輪組50的太陽輪構件52連接。
如在圖lb中示出且特別地在此披露為真值表，轉矩傳遞設備選擇 地以三個為組合接合以提供十個前進速比和一個后退速比，所有這些 帶有單轉換順序換檔和四個超速傳動比。
如在以上闡明，用于轉矩傳遞設備的接合方案在圖lb的真值表中 示出。圖lb的圖描繪了在以上所述的變速器內獲得的傳動比步長。例
如，在第一和第二前進速比之間的步長比為1.61,而在后退速比和笫 一前進速比之間的步長比為-0.62。
參考圖lc,圖la中描繪的動力總成10的實施例以桿狀圖的形式 圖示。桿狀圖是例如自動變速器的機械設備的部件的示意性表示。每 個單獨的桿表示了行星齒輪組，其中行星齒輪組的三個基本機械部件 每個以節(jié)點表示。因此，單一的桿包括了三個節(jié)點 一個代表太陽輪 構件， 一個代表行星架構件，且一個代表齒圏構件。在每個桿的節(jié)點 之間的相對長度可以用于表示每個各齒輪組的齒圈與太陽輪比。這些 桿比又用于改變變速器的傳動比，以實現合適的傳動比和傳動比漸進。 在多種行星齒輪組的節(jié)點之間的機械聯接或互連以細的水平線圖示， 且例如離合器和制動器的轉矩傳遞設備以交叉的指狀物表示。如果設 備是制動器，則指狀物的一組接地。對于桿狀圖的格式、目的和使用 的進一步的解釋可參見Benford， Howard和Leising，Maurice的SAE Paper 810102, "The Lever Analogy: A New Tool in Transmission Analysis", 1981，在此通過參考將其完整合并。
動力總成10包括連續(xù)地與發(fā)動機12連接的輸入構件17，連續(xù)地 與最終驅動機構16連接的輸出構件19,具有三個節(jié)點的第一行星齒輪 組20A:第一節(jié)點22A、第二節(jié)點26A和第三節(jié)點24A;具有三個節(jié) 點的第二行星齒輪組30A:第一節(jié)點32A、第二節(jié)點36A和第三節(jié)點 34A;具有三個節(jié)點的第三行星齒輪組40A:第一節(jié)點42A、第二節(jié)點 46A和第三節(jié)點44A;和具有三個節(jié)點的第四行星齒輪組50A:第一節(jié) 點52A、第二節(jié)點56A和第三節(jié)點54A。
輸入構件17連續(xù)地與節(jié)點46A和54A連接。輸出構件19連續(xù)地 與節(jié)點24A和36A連接。
節(jié)點24A連續(xù)地與節(jié)點36A通過互連構件70連接。節(jié)點26A連 續(xù)地與節(jié)點34A通過互連構件72連接。節(jié)點32A連續(xù)地與節(jié)點44A 通過互連構件74連接。節(jié)點46A連續(xù)地與節(jié)點54A通過互連構件76 連接。
第一轉矩傳遞設備(例如制動器80 )選擇地將節(jié)點34A和26A通 過互連構件72與變速器殼體60連接。第二轉矩傳遞設備(例如制動
器82)選擇地將節(jié)點42A與變速器殼體60連接。第三轉矩傳遞設備 (例如離合器84 )選擇地將節(jié)點22A與節(jié)點56A連接。第四轉矩傳遞 設備(例如離合器85 )選擇地將節(jié)點22A與節(jié)點52A連接。第五轉矩 傳遞設備(例如離合器86)選擇地將節(jié)點32A和44A通過互連構件 74與節(jié)點56A連接。第六轉矩傳遞設備(例如離合器87)選擇地將節(jié) 點42A與節(jié)點52A連接。
為建立傳動比，三個轉矩傳遞設備對于每個檔位狀態(tài)接合。接合 的轉矩傳遞設備在圖lb的每個各自行中以"X"表示。例如，為建立 后退檔位，制動器80和離合器84和85接合。制動器80將節(jié)點26A 和34A與變速器殼體60接合。離合器84將節(jié)點22A與節(jié)點56A接合。 離合器85將節(jié)點22A與節(jié)點52A接合。類似的，十個前進速比通過 離合器接合的不同組合實現，如在圖lb中可見。
動力總成10可以與混合動力車輛共享部件，且這樣的組合可以在 "充電-耗盡模式"中運行。為本發(fā)明的目的，"充電-耗盡模式"是 其中車輛主要通過電動馬達/發(fā)電機驅動的模式，使得當車輛達到其目 的地時電池被耗盡或幾乎被耗盡。換言之，在充電-耗盡模式期間， 發(fā)動機12僅運行到保證電池在到達目的地前不耗盡的程度。常規(guī)的混 合動力車輛以"充電-維持模式"運行，其中如果電池充電水平低于 預先確定的水平(例如25% ),則發(fā)動才幾自動運4亍以對電池充電。因此， 通過以充電-耗盡模式運行，混合動力車輛可以保留否則將為了維持 常規(guī)混合動力車輛中的25 %的電池充電水平而消耗的燃料的 一些或全 部。應認識到的是混合動力車輛動力總成優(yōu)選地僅在如果電池可以在 到達目的地后通過插入到能量源而被再次充電時才以充電-耗盡模式 運行。
雖然已經詳細描述了用于執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式，但本發(fā)明所隸 屬的領域的 一 般技術人員將認識到在附帶的權利要求的范圍內的用于 實行本發(fā)明的多種替代設計和實施例。
權利要求
1.一種多速變速器，包括輸入構件；輸出構件；第一、第二、第三和第四行星齒輪組，每個具有第一、第二和第三構件；將所述的第一行星齒輪組的所述的第三構件與所述的第二行星齒輪組的所述的第二構件連續(xù)地連接的第一互連構件；將所述的第一行星齒輪組的所述的第二構件與所述的第二行星齒輪組的所述的第三構件連續(xù)地連接的第二互連構件；將所述的第二行星齒輪組的所述的第一構件與所述的第三行星齒輪組的所述的第三構件連續(xù)地連接的第三互連構件；將所述的第三行星齒輪組的所述的第二構件與所述的第四行星齒輪組的所述的第三構件連續(xù)地連接的第四互連構件；和用于將所述的行星齒輪組的所述的構件與靜止構件或與所述的行星齒輪組的其他構件選擇地互連的六個轉矩傳遞設備，所述的六個轉矩傳遞設備以三個為組合接合以在所述的輸入構件和所述的輸出構件之間建立至少十個前進速比和至少一個后退速比。
2. 根據權利要求1所述的變速器，其中所述的六個轉矩傳遞設備 的笫 一 個可運行以選擇地將所述的第 一 行星齒輪組的所述的第二構件 與所述的靜止構件連接。
3. 根據權利要求2所述的變速器，其中所述的六個轉矩傳遞設備 的第二個可運行以選擇地將所述的第三行星齒輪組的所述的第 一構件與所述的靜止構件連接。
4. 根據權利要求3所述的變速器，其中所述的六個轉矩傳遞設備 的第三個可運行以選擇地將所述的第 一行星齒輪組的所述的第 一構件 與所述的第四行星齒輪組的所述的第二構件連接。
5. 根據權利要求4所述的變速器，其中所述的六個轉矩傳遞設備 的第四個可運行以選擇地將所述的第一行星齒輪組的所述的第一構件 與所迷的第四行星齒輪組的所述的第一構件連接。
6. 根據權利要求5所迷的變速器，其中所述的六個轉矩傳遞設備 的第五個可運行以選擇地將所述的第二行星齒輪組的所述的第 一構件 與所述的第四行星齒輪組的所述的第二構件連接。
7. 根據權利要求6所述的變速器，其中所述的六個轉矩傳遞設備 的第六個可運行以選擇地將所述的第三行星齒輪組的所述的第一構件 與所述的第四行星齒輪組的所述的第 一 構件連接。
8. 根據權利要求1所述的變速器，其中所述的第一和第二轉矩傳 遞設備包括制動器，且所述的第三、笫四、第五和第六轉矩傳遞設備 包括離合器。
9. 根據權利要求1所述的變速器，其中所述的第一、第二、笫三 和第四行星齒輪組的所述的第一、第二和第三構件分別包括太陽輪構 件、行星架組件構件和齒圈構件。
10. 根據權利要求1所述的變速器，其中所述的輸入構件與所述的 第三行星齒輪組的所述的第二構件連續(xù)地連接，且所述的輸出構件與 所述的第 一 行星齒輪組的所述的第三構件連續(xù)地連接。
11. 一種多速變速器，包括 輸入構件；輸出構件；第一、第二、第三和第四行星齒輪組，每個具有第一、第二和第 三構件；所述的輸入構件與所述的第三行星齒輪組的所述的第二構件連續(xù) 地連接；且所述的輸出構件與所述的第 一 行星齒輪組的所述的第三構 件連續(xù)地連接；將所述的第一行星齒輪組的所述的第三構件與所述的第二行星齒 輪組的所述的第二構件連續(xù)地連接的第 一 互連構件；將所述的第一行星齒輪組的所述的第二構件與所述的第二行星齒 輪組的所述的第三構件連續(xù)地連接的第二互連構件；將所述的第二行星齒輪組的所述的第一構件與所述的第三行星齒 輪組的所述的第三構件連續(xù)地連接的第三互連構件；將所述的第三行星齒輪組的所述的第二構件與所述的第四行星齒 輪組的所述的第三構件連續(xù)地連接的第四互連構件；將所述的第 一行星齒輪組的所述的第二構件與靜止構件選擇地連接的第一轉矩傳遞設備；將所述的第三行星齒輪組的所述的第一構件與所述的靜止構件選 擇地連接的第二轉矩傳遞設備；將所述的第一行星齒輪組的所述的第一構件與所述的第四行星齒 輪組的所述的第二構件選擇地連接的第三轉矩傳遞設備；將所述的第 一行星齒輪組的所述的笫 一構件與所述的第四行星齒 輪組的所述的第一構件選擇地連接的第四轉矩傳遞設備；將所述的第二行星齒輪組的所述的第一構件與所述的第四行星齒 輪組的所述的第二構件選擇地連接的第五轉矩傳遞設備；將所述的第三行星齒輪組的所述的第一構件與所述的第四行星齒 輪組的所述的第一構件選擇地連接的第六轉矩傳遞設備；和所述的六個轉矩傳遞設備以三個為組合接合以在所述的輸入構件 和所述的輸出構件之間建立至少十個前進速比和至少一個后退速比。
12. 根據權利要求11所述的變速器，其中所述的第一、第二、第 三和第四行星齒輪組的所述的第一、第二和第三構件分別包括太陽輪 構件，行星架組件構件和齒圈構件。
13. —種多速變速器，包括 輸入構件；輸出構件；第一、第二、第三和第四行星齒輪組，每個具有太陽輪構件、行 星架組件構件和齒圏構件；所述的輸入構件與所述的第三行星齒輪組的所述的行星架組件構 件連續(xù)地互連；且所述的輸出構件與所述的第一行星齒輪組的所述的 齒圏構件連續(xù)地互連；將所述的第一行星齒輪組的所述的齒圏構件與所述的第二行星齒 輪組的所述的行星架組件構件連續(xù)地連接的第一互連構件；將所述的第一行星齒輪組的所述的行星架組件構件與所述的第二 行星齒輪組的所述的齒圏構件連續(xù)地連接的第二互連構件；將所述的第二行星齒輪組的所述的太陽輪構件與所述的第三行星 齒輪組的所述的齒圏構件連續(xù)地連接的第三互連構件；將所述的第三行星齒輪組的所述的行星架組件構件與所述的第四 行星齒輪組的所述的齒圈構件連續(xù)地連接的第四互連構件；將所述的第一行星齒輪組的所述的行星架組件構件與靜止構件選 '連接的第一轉矩傳遞設備； 將所述的第三行星齒輪組的所述的太陽輪構件與所述的靜止構件選擇地連接的第二轉矩傳遞設備；將所述的第一行星齒輪組的所述的太陽輪構件與所述的第四行星 齒輪組的所述的行星架組件構件選擇地連接的第三轉矩傳遞設備；將所述的第一行星齒輪組的所述的太陽輪構件與所述的第四行星 齒輪組的所述的太陽輪構件選擇地連接的第四轉矩傳遞設備；將所述的第二行星齒輪組的所述的太陽輪構件與所述的第四行i齒輪組的所述的行星架組件構件選擇地連接的第五轉矩傳遞設備；將所述的第三行星齒輪組的所述的太陽輪構件與所述的第四行星齒輪組的所述的太陽輪構件選擇地連接的第六轉矩傳遞設備；和所述的六個轉矩傳遞設備以三個為組合接合以在所述的輸入構件和所述的輸出構件之間建立至少十個前進速比和至少一個后退速比。
全文摘要
本發(fā)明涉及十速變速器。變速器具有多個構件，其可利用在動力總成內以提供十個前進速比和一個后退速比。變速器包括四個行星齒輪組，六個轉矩傳遞設備和四個固定的互連件。動力總成包括連續(xù)地連接到行星齒輪構件的一個的發(fā)動機和轉矩變換器，和與行星齒輪構件的另一個連續(xù)地連接的輸出構件。六個轉矩傳遞設備提供了多種齒輪構件和變速器殼體之間的互連，且以三個為組合運行以建立十個前進速比和一個后退速比。
文檔編號F16H3/62GK101358638SQ20081013119
公開日2009年2月4日 申請日期2008年7月30日 優(yōu)先權日2007年7月31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