用于车辆的自动变速器的行星齿轮系的制作方法

本申请要求2015年5月6日提交的韩国专利申请第10-2015-0063357号的优先权，该申请的全部内容结合于此用于通过该引用的所有目的。

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的自动变速器的行星齿轮系。更具体地，本发明涉及这样一种用于车辆的自动变速器的行星齿轮系：其通过利用最少数量的组成元件来实现十个前进挡位，增大传动比的范围，使挡位之间的级比(step ratio)线性地增大或减小，从而提高动力传输性能和燃料效率。

背景技术：

近年来，油价的上涨导致全世界的车辆制造商卷入了无休止的竞争中。特别是就发动机而言，制造商一直在努力追求通过减小发动机尺寸等来降低车辆的重量并且提高车辆的燃料效率。

因此，就发动机而言，一直在进行通过减小尺寸而减小重量并且提高燃料效率的研究；就自动变速器而言，一直在进行利用多个挡位来同时保证可操纵性和燃料效率竞争力的研究。

然而，在自动变速器中，随着挡位数量的增加，内部部件的数量也会增加，其结果是，导致自动变速器难以安装，制造成本和重量会增加，并且动力传输效率会变差。

因此，为了利用多挡位来增加燃料效率提高的效果，对于能够利用少量的构件来产生最大化效率的行星齿轮系的研制是至关重要的。

在这方面，近年来，倾向于实施8速自动变速器，并且对于可以实施更多挡位的行星齿轮组的研究和开发也在积极地进行着。

由于现有的8速自动变速器的传动比的范围仅为6.5至7.5，所以 8速自动变速器对于提高燃料效率没有明显的效果。

另外，在8速自动变速度的传动比的范围大于或等于9.0的情况下，由于挡位之间的级比不会线性地增大或减小，所以发动机的驱动效率和车辆的行驶性能可能会变差。因此，需要研发具有9个或更多个前进挡位的高效率自动变速器。

公开于本发明的背景部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本发明的各个方面旨在提供用于车辆的自动变速器的行星齿轮系，其通过利用最少数量的组成元件来实现十个前进挡位和一个倒车挡位，增大传动比的范围，并且使挡位之间的级比线性地增大或减小，从而提高动力传输性能和燃料效率。

根据本发明的各个方面，一种用于车辆的自动变速器的行星齿轮系可以包括：输入轴，其接收发动机的扭矩；输出轴，其输出发动机的经改变的扭矩；第一行星齿轮组，其包括第一旋转元件、第二旋转元件和第三旋转元件；第二行星齿轮组，其包括第四旋转元件、第五旋转元件和第六旋转元件；第三行星齿轮组，其包括第七旋转元件、第八旋转元件和第九旋转元件；第四行星齿轮组，其包括第十旋转元件、第十一旋转元件和第十二旋转元件；以及七个摩擦元件，其设置于十二个旋转元件中的至少一个旋转元件和另一个旋转元件或所述输入轴之间，或者设置于十二个旋转元件中的至少一个旋转元件和变速器壳体之间，其中，所述输入轴可以持续性地连接至所述第四旋转元件，并且可以选择性地连接至所述第八旋转元件，所述输出轴可以持续性地连接至所述第十一旋转元件，所述第十一旋转元件可以持续性地连接至所述第九旋转元件，所述第十二旋转元件可以持续性地连接至所述第八旋转元件，所述第七旋转元件可以持续性地连接至所述第三旋转元件，所述第六旋转元件可以持续性地连接至所述第二旋转元件，在每个挡位下七个摩擦元件中可以有三个摩擦元件操作。

所述第五旋转元件可以选择性地连接至变速器壳体，所述第一旋 转元件可以选择性地连接到变速器壳体，所述第十旋转元件可以选择性地连接到变速器壳体，所述第四旋转元件可以选择性地连接至所述第五旋转元件，所述第三旋转元件可以选择性地连接至所述第五旋转元件，所述第一旋转元件可以选择性地连接至所述第十二旋转元件。

所述第一行星齿轮组的太阳轮、行星架和内齿圈可以设定为所述第一旋转元件、所述第二旋转元件和所述第三旋转元件；所述第二行星齿轮组的太阳轮、行星架和内齿圈可以设定为所述第四旋转元件、所述第五旋转元件和所述第六旋转元件；所述第三行星齿轮组的太阳轮、行星架和内齿圈可以设定为所述第七旋转元件、所述第八旋转元件和所述第九旋转元件；所述第四行星齿轮组的太阳轮、行星架和内齿圈可以设定为所述第十旋转元件、所述第十一旋转元件和所述第十二旋转元件。

根据本发明的各个方面，一种用于车辆的自动变速器的行星齿轮系可以包括：输入轴，其接收发动机的扭矩；输出轴，其输出发动机的经改变的扭矩；第一行星齿轮组，其包括第一旋转元件、第二旋转元件和第三旋转元件；第二行星齿轮组，其包括第四旋转元件、第五旋转元件和第六旋转元件；第三行星齿轮组，其包括第七旋转元件、第八旋转元件和第九旋转元件；第四行星齿轮组，其包括第十旋转元件、第十一旋转元件和第十二旋转元件；第一旋转轴，其包括所述第一旋转元件并且选择性地连接至变速器壳体；第二旋转轴，其包括所述第二旋转元件和所述第六旋转元件；第三旋转轴，其包括所述第三旋转元件和所述第七旋转元件；第四旋转轴，其包括所述第四旋转元件，并且直接连接至所述输入轴；第五旋转轴，其包括所述第五旋转元件，选择性地连接至变速器壳体，并且选择性地连接至所述第三旋转轴或选择性地连接至所述第四旋转轴；第六旋转轴，其包括所述第八旋转元件和所述第十二旋转元件，并且选择性地连接至所述第一旋转轴或选择性地连接至所述第四旋转轴；第七旋转轴，其包括所述第九旋转元件和所述第十一旋转元件，并且直接连接至所述输出轴；第八旋转轴，其包括所述第十旋转元件并且选择性地连接至变速器壳体。

所述第一行星齿轮组可以为单小齿轮行星齿轮组，并且包括第一太阳轮、第一行星架以及第一内齿圈；所述第一太阳轮为所述第一旋 转元件；所述第一行星架为所述第二旋转元件；所述第一内齿圈为所述第三旋转元件，所述第二行星齿轮组可以为单小齿轮行星齿轮组，并且包括第二太阳轮、第二行星架以及第二内齿圈；所述第二太阳轮为所述第四旋转元件；所述第二行星架为所述第五旋转元件；所述第二内齿圈为所述第六旋转元件，所述第三行星齿轮组可以为单小齿轮行星齿轮组，并且包括第三太阳轮、第三行星架以及第三内齿圈；所述第三太阳轮为所述第七旋转元件；所述第三行星架为所述第八旋转元件；所述第三内齿圈为所述第九旋转元件，所述第四行星齿轮组可以为单小齿轮行星齿轮组，并且包括第四太阳轮、第四行星架以及第四内齿圈；所述第四太阳轮为所述第十旋转元件；所述第四行星架为所述第十一旋转元件；所述第四内齿圈为所述第十二旋转元件。

所述行星齿轮系可以进一步包括：第一离合器，其设置于所述第四旋转轴和所述第六旋转轴之间；第二离合器，其设置于所述第四旋转轴和所述第五旋转轴之间；第三离合器，其设置于所述第三旋转轴和所述第五旋转轴之间；第四离合器，其设置于所述第一旋转轴和所述第六旋转轴之间；第一制动器，其设置在所述第五旋转轴和所述变速器壳之间；第二制动器，其设置在所述第一旋转轴和变速器壳体之间；第三制动器，其设置在所述第八旋转轴和所述变速器壳之间。

通过所述第三离合器、所述第二制动器和所述第三制动器的操作可以实现第一前进挡位，通过所述第二离合器、所述第三离合器和所述第三制动器的操作可以实现第二前进挡位，通过所述第二离合器、所述第二制动器和所述第三制动器的操作可以实现第三前进挡位，通过所述第一离合器、所述第二离合器和所述第三制动器的操作可以实现第四前进挡位，通过所述第一离合器、所述第二离合器和所述第二制动器的操作可以实现第五前进挡位，通过所述第一离合器、所述第二离合器和所述第三离合器的操作可以实现第六前进挡位，通过所述第一离合器、所述第三离合器和所述第二制动器的操作可以实现第七前进挡位，通过所述第一离合器、所述第三离合器和所述第一制动器的操作可以实现第八前进挡位，通过所述第一离合器、所述第一制动器和所述第二制动器的操作可以实现第九前进挡位，通过所述第一离合器、所述第四离合器和所述第一制动器的操作可以实现第十前进挡 位，通过所述第一制动器、所述第二制动器和所述第三制动器的操作可以实现倒车挡位。

根据本发明的各个方面，一种用于车辆的自动变速器的行星齿轮系可以包括：输入轴，其接收发动机的扭矩；输出轴，其输出经改变的扭矩；第一行星齿轮组，其包括第一太阳轮、第一行星架和第一内齿圈；第二行星齿轮组，其包括第二太阳轮、第二行星架和第二内齿圈；第三行星齿轮组，其包括第三太阳轮、第三行星架和第三内齿圈；第四行星齿轮组，其包括第四太阳轮、第四行星架和第四内齿圈，其中，所述输入轴可以直接连接至所述第二太阳轮，所述输出轴可以直接连接至所述第三内齿圈和所述第四行星架，所述第一行星架可以直接连接到所述第二内齿圈，所述第一内齿圈可以直接连接到所述第三太阳轮，所述第三行星架可以直接连接至所述第四内齿圈，所述第二太阳轮可以选择性地连接至所述第三行星架，所述第二行星架可以选择性地连接至所述第二太阳轮，所述第二行星架可以选择性地连接至所述第一内齿圈和所述第三太阳轮，所述第一太阳轮可以选择性地连接至所述第三行星架和所述第四内齿圈，所述第二行星架可以选择性地连接至变速器壳体，所述第一太阳轮可以选择性地连接至变速器壳体，所述第四太阳轮可以选择性地连接至变速器壳体。

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每个行星齿轮组可以为单小齿轮行星齿轮组。

所述行星齿轮系可以进一步包括：第一离合器，其选择性地将所述第二太阳轮连接至所述第三行星架；第二离合器，其选择性地将所述第二行星架连接至所述第二太阳轮；第三离合器，其选择性地将所述第二行星架连接至所述第一内齿圈，并且其选择性地将所述第二行星架连接至所述第三太阳轮；第四离合器，其选择性地将所述第一太阳轮连接至所述第三行星架，并且其选择性地将所述第一太阳轮连接至所述第四内齿圈；第一制动器，其选择性地将所述第二行星架连接至变速器壳体；第二制动器，其选择性地将所述第一太阳轮连接至变速器壳体；以及第三制动器，其选择性地将所述第四太阳轮连接至变速器壳体。

本发明的各个实施方案能够通过将四个行星齿轮组(其为简单行 星齿轮组)与七个摩擦元件相结合来实现十个前进挡位和一个倒车挡位。

另外，通过使传动比的范围达到9.0或更大，能够使发动机驱动效率最大化。

另外，通过使挡位之间的级比线性地增大或减小，能够提高驾驶性能，例如，换挡前后的加速度和发动机转速的节奏感。

应当理解，此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、大客车、卡车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非石油能源的燃料)。正如此处所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多动力源的车辆，例如汽油动力和电力动力两者的车辆。

本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，根据并入本文中的附图和随后的具体实施方案，这些特性和优点将是显而易见的，或者将进行详细陈述，这些附图和具体实施方案共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

图1为根据本发明的示例性行星齿轮系的示意图。

图2为根据本发明的示例性行星齿轮系的摩擦元件在每个挡位下的操作图表。

应当理解，所附附图并非是按照比例，而是图示性地简化呈现各种特征以显示本发明的基本原理。本发明所公开的本发明的具体设计特征(包括例如具体尺寸、方向、位置和形状)将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。

具体实施方式

下面将详细参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的示例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述，应当理解本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施 方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。

图1为根据本发明的各个实施方案的行星齿轮系的示意图。

参考图1，根据本发明的各个实施方案的行星齿轮系包括设置在相同轴线上的第一行星齿轮组PG1、第二行星齿轮组PG2、第三行星齿轮组PG3和第四行星齿轮组PG4，输入轴IS，输出轴OS，八个旋转轴TM1至TM8，七个摩擦元件C1至C4以及B1至B3，以及变速器壳体H；所述八个旋转轴TM1至TM8包括第一行星齿轮组PG1、第二行星齿轮组PG2、第三行星齿轮组PG3和第四行星齿轮组PG4的至少一个旋转元件。

从而，通过第一行星齿轮组PG1、第二行星齿轮组PG2、第三行星齿轮组PG3和第四行星齿轮组PG4的协作而改变从输入轴IS输入的扭矩，并且经改变的扭矩经由输出轴OS输出。

第一行星齿轮组PG1、第二行星齿轮组PG2、第三行星齿轮组PG3和第四行星齿轮组PG4从发动机侧顺序地设置。

输入轴IS为输入构件，并且来自发动机的曲轴的动力通过扭矩变换器而进行扭矩变换，以被输入至输入轴IS。

输出轴OS为输出构件，其与输入轴IS平行设置，并且经由差动装置将驱动扭矩传输至驱动轮。

第一行星齿轮组PG1为单小齿轮行星齿轮组，其包括作为第一旋转元件N1的第一太阳轮S1、作为第二旋转元件N2的第一行星架PC1以及作为第三旋转元件N3的第一内齿圈R1；所述第一行星架PC1可旋转地支撑与第一太阳轮S1外啮合的第一小齿轮P1；所述第一内齿圈R1与第一小齿轮P1内啮合。

第二行星齿轮组PG2为单小齿轮行星齿轮组，其包括作为第四旋转元件N4的第二太阳轮S2、作为第五旋转元件N5的第二行星架PC2以及作为第六旋转元件N6的第二内齿圈R2；所述第二行星架PC2可旋转地支撑与第二太阳轮S2外啮合的第二小齿轮P2；所述第二内齿圈R2与第二小齿轮P2内啮合。

第三行星齿轮组PG3是单小齿轮行星齿轮组，其包括作为第七旋 转元件N7的第三太阳轮S3、作为第八旋转元件N8的第三行星架PC3以及作为第九旋转元件N9的第三内齿圈R3；所述第三行星架PC3可旋转地支撑与第三太阳轮S3外啮合的第三小齿轮P3；所述第三内齿圈R3与第三小齿轮P2内啮合。

第四行星齿轮组PG4是单小齿轮行星齿轮组，其包括作为第十旋转元件N10的第四太阳轮S4、作为第十一旋转元件N11的第四行星架PC4以及作为第十二旋转元件N12的第四内齿圈R4；所述第四行星架PC4可旋转地支撑与第四太阳轮S4外啮合的第四小齿轮P4；所述第四内齿圈R4与第四小齿轮P4内啮合。

第二旋转元件N2直接连接至第六旋转元件N6，第三旋转元件N3直接连接至第七旋转元件N7，第八旋转元件N8直接连接至第十二旋转元件N12，第九旋转元件N9直接连接至第十一旋转元件N11，并且第一行星齿轮组PG1、第二行星齿轮组PG2、第三行星齿轮组PG3和第四行星齿轮组PG4与八个旋转轴TM1和TM8一同工作。

下面将对八个旋转轴TM1至TM8进行进一步详细的描述。

第一旋转轴TM1包括第一旋转元件N1，并且选择性地连接到变速器壳体H。

第二旋转轴TM2包括第二旋转元件N2和第六旋转元件N6。

第三旋转轴TM3包括第三旋转元件N3和第七旋转元件N7。

第四旋转轴TM4包括第四旋转元件N4，并且直接连接至输入轴IS，以作为输入元件而持续性地工作。

第五旋转轴TM5包括第五旋转元件N5，所述第五旋转轴TM5选择性地连接至变速器壳体H，并且选择性地连接至第三旋转轴TM3或者选择性地连接至第四旋转轴TM4。

第六旋转轴TM6包括第八旋转元件N8和第十二旋转元件N12，并且选择性地连接至第一旋转轴TM1或者选择性地连接至第四旋转轴TM4。

第七旋转轴TM7包括第九旋转元件N9和第十一旋转元件N11，并且直接连接至输出轴OS，以作为输出元件而持续性地工作。

第八旋转轴TM8包括第十旋转元件N10，并且选择性地连接至变速器壳体H。

另外，作为摩擦元件的四个离合器C1、C2、C3和C4设置于任意两个旋转轴之间的连接部分。

另外，作为摩擦元件的三个制动器B1、B2和B3设置于任意一个旋转轴和变速器壳体H之间的连接部分。

下面将进一步对七个摩擦元件C1至C4和B1至B3进行描述。

第一离合器C1设置于第四旋转轴TM4和第六旋转轴TM6之间，并且选择性地将第四旋转轴TM4连接至第六旋转轴TM6。

第二离合器C2设置于第四旋转轴TM4和第五旋转轴TM5之间，并且选择性地将第四旋转轴TM4连接至第五旋转轴TM5。

第三离合器C3设置于第三旋转轴TM3和第五旋转轴TM5之间，并且选择性地将第三旋转轴TM3连接至第五旋转轴TM5。

第四离合器C4设置于第一旋转轴TM1和第六旋转轴TM6之间，并且选择性地将第一旋转轴TM1连接至第六旋转轴TM6。

第一制动器B1设置于第五旋转轴TM5和变速器壳体H之间，并且使得第五旋转轴TM5作为选择性固定元件工作。

第二制动器B2设置于第一旋转轴TM1和变速器壳体H之间，并且使得第一旋转轴TM1作为选择性固定元件工作。

第三制动器B3设置于第八旋转轴TM8和变速器壳体H之间，并且使得第八旋转轴TM8作为选择性固定元件工作。

摩擦元件包括第一离合器C1、第二离合器C2、第三离合器C3和第四离合器C4以及第一制动器B1、第二制动器B2和第三制动器B3，所述摩擦元件可以是利用液压操作的湿式多片摩擦元件。

图2为根据本发明的各个实施方案的行星齿轮系的摩擦元件在每个挡位下的操作图。

如图2中所示，在根据本发明的各个具体实施方案的行星齿轮系中，在每个挡位下有三个摩擦元件操作。下面将进一步描述在本发明的各个实施方案中的换挡过程。

如果第三离合器C3以及第二和第三制动器B2和B3在第一前进挡位1ST下操作，则第三旋转轴TM3连接至第五旋转轴TM5，输入轴IS的旋转速度被输入至第四旋转轴TM4，并且第一和第八旋转轴TM1和TM8作为固定元件工作。因此，实现了第一前进挡位。

如果第二和第三离合器C2和C3以及第三制动器B3在第二前进挡位2ND下操作，则第四旋转轴TM4连接至第五旋转轴TM5，第三旋转轴TM3连接至第五旋转轴TM5，输入轴IS的旋转速度被输入至第四旋转轴TM4，并且第八旋转轴TM8作为固定元件工作。因此，实现了第二前进挡位。

如果第二离合器C2以及第二和第三制动器B2和B3在第三前进挡位下操作，则第四旋转轴TM4连接至第五旋转轴TM5，输入轴IS的旋转速度被输入至第四旋转轴TM4，并且第一和第八旋转轴TM1和TM8作为固定元件工作。因此，实现了第三前进挡位。

如果第一和第二离合器C1和C2以及第三制动器B3在第四前进挡位4TH下操作，则第四旋转轴TM4连接至第六旋转轴TM6，第四旋转轴TM4连接至第五旋转轴TM5，输入轴IS的旋转速度被输入至第四旋转轴TM4，并且第八旋转轴TM8作为固定元件工作。因此，实现了第四前进挡位。

如果第一和第二离合器C1和C2以及第二制动器B2在第五前进挡位5TH下操作，则第四旋转轴TM4连接至第六旋转轴TM6，第四旋转轴TM4连接至第五旋转轴TM5，输入轴IS的旋转速度被输入至第四旋转轴TM4，并且第一旋转轴TM1作为固定元件工作。因此，实现了第五前进挡位。

如果第一、第二和第三离合器C1、C2和C3在第六前进挡位6TH下操作，则第四旋转轴TM4连接至第六旋转轴TM6，第四旋转轴TM4连接至第五旋转轴TM5，第三旋转轴TM3连接至第五旋转轴TM5。从而，所有的行星齿轮组变为直接接合状态。在此状态下，如果输入轴IS的旋转速度被输入至第四旋转轴TM4，则实现第六前进挡位。在第六前进挡位下，与输入轴IS的旋转速度相同的旋转速度被输出。

如果第一和第三离合器C1和C3以及第二制动器B2在第七前进挡位7TH下操作，则第四旋转轴TM4连接至第六旋转轴TM6，第三旋转轴TM3连接至第五旋转轴TM5，输入轴IS的旋转速度被输入至第四旋转轴TM4，并且第一旋转轴TM1作为固定元件工作。因此，实现了第七前进挡位。

如果第一和第三离合器C1和C3以及第一制动器B1在第八前进挡位8TH下操作，则第四旋转轴TM4连接至第六旋转轴TM6，第三 旋转轴TM3连接至第五旋转轴TM5，输入轴IS的旋转速度被输入至第四旋转轴TM4，并且第三旋转轴TM3和第五旋转轴TM5作为固定元件工作。因此，实现了第八前进挡位。

如果第一离合器C1以及第一和第二制动器B1和B2在第九前进挡位9TH下操作，则第四旋转轴TM4连接至第六旋转轴TM6，输入轴IS的旋转速度被输入至第四旋转轴TM4，并且第一和第五旋转轴TM1和TM5作为固定元件工作。因此，实现了第九前进挡位。

如果第一和第四离合器C1和C4以及第一制动器B1在第十前进挡位10TH下操作，则第四旋转轴TM4连接至第六旋转轴TM6，第一旋转轴TM1连接至第六旋转轴TM6，输入轴IS的旋转速度被输入至第四旋转轴TM4，并且第五旋转轴TM5作为固定元件工作。因此，实现了第十前进挡位。

如果第一、第二和第三制动器B1、B2和B3在倒车挡位REV下操作，则输入轴IS的旋转速度被输入至第四旋转轴TM4，并且第一、第五和第八旋转轴TM1、TM5和TM8作为固定元件工作。因此，实现了倒车挡位。

根据本发明的各个实施方案的行星齿轮系能够通过对四个行星齿轮组PG1、PG2、PG3和PG4、四个离合器C1、C2、C3和C4以及三个制动器B1、B2和B3进行控制来实现十个前进挡位和一个倒车挡位。

另外，除了第六和第七前进挡位之间、第七和第八前进挡位之间以及第九和第十前进挡位之间以外，挡位之间的级比为1.2或更大，并且通过使挡位之间的级比线性地增大或减小，能够提高驾驶性能，例如，换挡前后的加速度和发动机转速的节奏感。

另外，通过使传动比的范围大于或等于9.0，能够使得发动机驱动效率最大化。

前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不旨在成为穷举的，也并不旨在把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等价形式所限定。