用于车辆的自动变速器的行星齿轮系的制作方法

本发明涉及一种用于车辆的自动变速器，更具体涉及一种利用最少部件实现至少九个前进速度和至少一个后退速度的变速挡的自动变速器。

背景技术：

在自动变速器领域，利用更多的变速挡来改善车辆的燃油消耗和行驶性能。近年来，高油价引起提高车辆的燃料消耗量的竞争。因此，人们已开始对发动机进行研究，以实现重量减轻，并且通过小型化改进燃油消耗，同时也已经开始研究自动变速器，从而通过实现更多变速挡，同时提供更好的行驶性能和燃油消耗。为了获得更多变速挡的自动变速器，部件的数量通常会增加，而这将产生安装性劣化，生产成本增加，重量增加和/或能量流效率降低等问题。因此，为了最大程度地提高具有多个变速挡的自动变速器的燃油消耗率，利用较少数量的部件来提升效率是比较重要的。

在这种背景下，目前已引入八速自动变速器，并且一直在研究允许更多变速挡的自动变速器的行星齿轮系。具有八个以上变速挡的自动变速器通常包括三至四个行星齿轮组以及五至六个控制元件(摩擦元件)，在此情况下，总长度增加，因此存在可安装性劣化的缺点。因此，采用平行布置行星齿轮组的结构，或者应用爪式离合器来代替湿式控制元件。然而，这种布置无法广泛应用，使用爪式离合器会劣化换挡感受。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现要素：

本发明提供一种用于车辆的自动变速器的行星齿轮系，其具有以下优点：以最少的部件实现至少九个前进速度和至少一个后退速度的变速挡，通过自动变速器的多个变速挡改善动力传递性能和燃油消耗，并且通过利用发动机的低转速改善车辆的行驶性能。

根据本发明的示例性实施例的行星齿轮系，可以包括：输入轴，被配置成接收发动机转矩；输出轴，被配置成输出经变速的转矩；第一行星齿轮组，具有第一、第二和第三旋转元件；第二行星齿轮组，具有第四、第五和第六旋转元件；第三行星齿轮组，具有第七、第八和第九旋转元件；第四行星齿轮组，具有第十、第十一和第十二旋转元件；第一轴，与第一旋转元件连接，并与变速器壳体直接连接；第二轴，使第二旋转元件、第六旋转元件和第七旋转元件互连，并与变速器壳体选择性连接；第三轴，与第三旋转元件连接；第四轴，与第四旋转元件连接，与输入轴直接连接，并与第三轴选择性连接；第五轴，与第五旋转元件连接，并与第一轴选择性连接；第六轴，与第八旋转元件和第十二旋转元件连接，与第四轴选择性连接，并与变速器壳体选择性连接；第七轴，使第九旋转元件和第十一旋转元件互连，并与输出轴直接连接；以及第八轴，与第十旋转元件连接，并与第四轴选择性连接。

第一行星齿轮组的第一、第二和第三旋转元件可分别是第一行星齿轮组的第一太阳齿轮、第一行星齿轮架和第一环形齿轮；第二行星齿轮组的第四、第五和第六旋转元件可分别是第二行星齿轮组的第二太阳齿轮、第二行星齿轮架和第二环形齿轮；第三行星齿轮组的第七、第八和第九旋转元件可分别是第三行星齿轮组的第三太阳齿轮、第三行星齿轮架和第三环形齿轮；并且第四行星齿轮组的第十、第十一和第十二旋转元件可分别是第四行星齿轮组的第四太阳齿轮、第四行星齿轮架和第四环形齿轮。

根据本发明示例性实施例的行星齿轮系，还包括：与第三轴和第四轴选择性连接的第一离合器；与第四轴和第六轴选择性连接的第二离合器；与第四轴和第八轴选择性连接的第三离合器；与第一轴和第五轴选择性连接的第四离合器；与第二轴和变速器壳体选择性连接的第一制动器；以及与第六轴和变速器壳体选择性连接的第二制动器。

根据本发明示例性实施例的行星齿轮系可以通过操作六个控制元件，操作简单行星齿轮组的四个行星齿轮组，实现至少九个前进速度和至少一个后速速度。另外，根据本发明示例性实施例的行星齿轮系通过实现由自动变速器的多个变速挡引起的适于发动机转速的变速挡，可以大幅度改善行驶性能。根据本发明示例性实施例的行星齿轮系通过多个速度挡的自动变速器，还可以使发动机行驶效率最大化，并且提高动力传递性能和燃油消耗率。

而且，可以从本发明的示例性实施例中可得到或预见到的效果，将在下面的详细描述中直接描述或者暗示性地描述。即，在下面的详细描述中将描述从本发明的示例性实施例中预见到的各种效果。

附图说明

通过下面的详细描述，并结合附图，本发明的上述及其它目的、特征和优点将会更加显而易见，其中：

图1是根据本发明的示例性实施例的行星齿轮系的示意图；和

图2是根据本发明的示例性实施例的行星齿轮系的各个变速挡的各控制元件的操作图。

附图标记说明：

b1、b2：第一和第二制动器

c1、c2、c3、c4：第一、第二、第三和第四离合器

pg1、pg2、pg3、pg4：第一、第二、第三和第四行星齿轮组

s1、s2、s3、s4：第一、第二、第三和第四太阳齿轮

pc1、pc2、pc3、pc4：第一、第二、第三和第四行星齿轮架

r1、r2、r3、r4：第一、第二、第三和第四环形齿轮

is：输入轴

os：输出轴

tm1、tm2、tm3、tm4、tm5、tm6、tm7、tm8：第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八轴。

具体实施方式

可以理解的是，本文中所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似的术语包括一般而言的机动车辆，比如包含运动型多用途车辆(suv)、公共汽车、货车，各种商用车辆的客车、包含各种轮船和舰船的船只、飞行器等等，并且包括混合动力车辆、电动汽车、混合动力电动汽车、氢动力汽车和其它替代燃料汽车(例如，从除了石油以外的资源中取得的燃料)。如在本文中所引用的，混合动力车辆是具有两种或多种动力来源的车辆，例如汽油动力车辆和电动动力车辆二者。

尽管示例性实施例被描述为使用多个单元来执行示例性过程，然而可以理解的是，该示例性过程还可以由一个或多个模块来执行。另外，可以理解的是，术语控制器/控制单元指的是包括存储器和处理器的硬件设备。存储器被配置成存储模块，处理器被专门配置成执行上述模块，从而执行一个或多个过程，下面进一步详述。

本文所用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并非旨在限制本发明。除非上下文明确指出，否则如本文中所使用的单数形式“一”、“一个”和“该”等意图也包括复数形式。还应该理解的是，在本说明书中使用“包括”和/或“包含”等术语时，是意图说明存在该特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件，而不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元素、组件、和/或其组合的存在或增加。如本文中所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。

除非明确指出或可从上下文明显看出，否则如本文中使用的术语“约”被理解为在本领域中的正常公差范围内，例如，在平均数的两个标准偏差内。“约”可以被理解为在规定值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非从上下文可以明确知道，否则本文所提供的所有数值都可由术语“约”修正。

下面将参考附图充分详细地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例。附图和说明书只是作为对本发明本质的描述而非限制，在整个说明书中使用类似的附图标记表示类似的元件。在接下来的描述中，组件名字分为第一、第二以及类似的以区分这些名字，因为组件的名字是互相相同的，它们的顺序也不是特别限定的。

图1为根据本发明的示例性实施例的行星齿轮系的示意图。参考图1，根据本发明的示例性实施例的行星齿轮系可包括布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，与第一行星齿轮组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的旋转元件连接的八个轴tm1至tm8，作为控制元件的四个离合器c1至c4以及两个制动器b1和b2，以及变速器壳体h。各个控制元件可由控制器操作。

具体地，从输入轴is输入的转矩可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的协作来变速，然后通过输出轴os输出。可以从发动机侧按照第一行星齿轮组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的顺序来布置行星齿轮组。输入轴is是输入元件，来自发动机曲轴的转矩可以在通过转矩转换器进行转矩转换之后，被输入到输入轴is中。输出轴os是输出元件，可与输入轴is布置在相同轴线上，并且可被配置成输送经变速的行驶转矩，从而通过差动装置来驱动轴。

第一行星齿轮组pg1为双小齿轮行星齿轮组，并且可包括：第一太阳齿轮s1；第一行星托架pc1，其支承与第一太阳齿轮s1外啮合的第一小齿轮p1；以及第一环形齿轮r1，其与第一小齿轮p1内啮合。第一太阳齿轮s1可操作为第一旋转元件n1，第一行星托架pc1可操作为第二旋转元件n2，第一环形齿轮r1可操作为第三旋转元件n3。

第二行星齿轮组pg2为单小齿轮行星齿轮组，并且可包括：第二太阳齿轮s2；第二行星托架pc2，其支承与第二太阳齿轮s2外啮合的第二小齿轮p2；以及第二环形齿轮r2，其与第二小齿轮p2内啮合。第二太阳齿轮s2可操作为第四旋转元件n4，第二行星托架pc2可操作为第五旋转元件n5，第二环形齿轮r2可操作为第六旋转元件n6。

第三行星齿轮组pg3为单小齿轮行星齿轮组，并且可包括：第三太阳齿轮s3；第三行星托架pc3，其支承与第三太阳齿轮s3外啮合的第三小齿轮p3；以及第三环形齿轮r3，其与第三小齿轮p3内啮合。第三太阳齿轮s3可操作为第七旋转元件n7，第三行星托架pc3可操作为第八旋转元件n8，第三环形齿轮r3可操作为第九旋转元件n9。

第四行星齿轮组pg4为单小齿轮行星齿轮组，并且可包括：第四太阳齿轮s4；第四行星托架pc4，其支承与第四太阳齿轮s4外啮合的第四小齿轮p4；以及第四环形齿轮r4，其与第四小齿轮p4内啮合。第四太阳齿轮s4可操作为第十旋转元件n10，第四行星托架pc4可操作为第十一旋转元件n11，第四环形齿轮r4可操作为第十二旋转元件n12。

在第一行星齿轮组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的布置中，通过八个轴tm1至tm8，第二旋转元件n2可以与第六旋转元件n6和第七旋转元件n7直接连接，第八旋转元件n8可以与第十二旋转元件n12直接连接，第九旋转元件n9可以与第十一旋转元件n11直接连接。八个轴tm1至tm8可布置如下：八个轴tm1至tm8中的每个轴可以是旋转元件，其可与输入轴和输出轴以及行星齿轮组pg1、pg2、pg3和pg4的旋转元件直接互连，也可以是固定到变速器壳体h的固定元件。

第一轴tm1可与第一旋转元件n1(第一太阳齿轮s1)连接，并且与变速器壳体h直接连接，从而作为固定元件工作。第二轴tm2可与第二旋转元件n2(第一行星托架pc1)、第六旋转元件n6(第二太阳齿轮s2)以及第七旋转元件n7(第三太阳齿轮s3)直接连接，并且可与变速器壳体h选择性连接，从而作为固定元件工作。第三轴tm3可与第三旋转元件n3(第一环形齿轮r1)连接。

第四轴tm4可以与第四旋转元件n4(第二太阳齿轮s2)连接，与输入轴is直接连接以作为输入元件，并且可以与第三轴tm3选择性连接。第五轴tm5可以与第五旋转元件n5(第二行星齿轮架pc2)连接，并且与连接到变速器壳体h的第一轴tm1选择性连接，以选择性地作为选择的固定元件工作。第六轴tm6可以使第八旋转元件n8(第三行星齿轮架pc3)与第十二旋转元件n12(第四环形齿轮r4)互连，与输入轴is选择性连接，以选择性地作为选择的输入元件工作，并且可以与变速器壳体h选择性连接，以选择性地作为固定元件工作。

第七轴tm7可使第九旋转元件n9(例如，第三行星托架pc3)与第十一旋转元件n11(例如，第四太阳齿轮s4)互相连接，并且可与输出轴os直接连接，以作为输出元件工作。第八轴tm8可与第十旋转元件n10(例如，第四环形齿轮r4)连接，并且与输入轴is选择性连接，从而选择性地作为输入元件工作。八个轴tm1至tm8、输入轴is以及输出轴os可通过四个离合器c1、c2、c3和c4的控制元件彼此选择性互连。八个轴tm1至tm8可通过两个制动器b1和b2的控制元件，与变速器壳体h选择性连接。

第一离合器c1可布置在第三轴tm3和第四轴tm4之间，并且选择性连接第三轴tm3和第四轴tm4，以调节它们之间的动力传递。第二离合器可位于第四轴tm4和第六轴tm6之间，并且可选择性连接第四轴tm4和第六轴tm6，以调节它们之间的动力传递。第三离合器可位于第四轴tm4和第八轴tm8之间，并且可以选择性连接第四轴tm4和第八轴tm8，以调节它们之间的动力传递。第四离合器可位于第一轴tm1和第五轴tm5之间，并且可选择性连接第一轴tm1和第五轴tm5，以调节它们之间的动力传递。第一制动器b1可位于第二轴tm2和变速器壳体h之间，并且可以选择性地将第二轴tm2连接到变速器壳体h。第二制动器b2可位于第六轴tm6与变速器壳体h之间，并且可选择地将第六轴tm6连接到变速器壳体h。

图1示出第三轴tm3、第六轴tm6和第八轴tm8可分别通过第一离合器c1、第二离合器c2和第三离合器c3，与第四轴tm4选择性连接。特别地，可以理解，由于第四轴tm4可以与输入轴is直接连接，因此可分别通过第一离合器c1、第二离合器c2和第三离合器c3将第三轴tm3、第六轴tm6和第八轴tm8与输入轴is选择性连接。作为控制元件的第一、第二、第三和第四离合器c1、c2、c3和c4以及第一制动器b1和第二制动器b2，可被实现为通过液压而摩擦啮合的多板液压摩擦装置。

图2是根据本发明的示例性实施例的用于在行星齿轮系的各变速挡的各控制元件的操作图表。参考图2，根据本发明的示例性实施例的行星齿轮系，通过在各变速挡操作第一离合器c1、第二离合器c2、第三离合器c3、第四离合器c4以及第一制动器b1和第二制动器b2中的两个控制元件，实现九个前进速度和一个后退速度。

在第一前进速度d1中，第四离合器c4和第二制动器b2可同时操作。因此，通过操作第四离合器c4，可将第一轴tm1与第五轴tm5连接。特别地，输入轴is的转矩可被输入到第四轴tm4。另外，第一轴tm1可作为固定元件。通过操作第四离合器c4和第二制动器b2，第五轴tm5和第六轴tm6可作为固定元件工作，从而通过各个轴的协同操作实现第一前进速度，并且可被配置成将经变速的转矩输出到与第七轴tm7连接的输出轴os。这种操作的传动比为大约5.72。

在第二前进速度d2中，第三离合器c3和第二制动器b2可同时操作。因此，可通过操作第三离合器c3，将第八轴tm8连接到输入轴is。具体地，输入轴is的转矩可被同时输入到第四轴tm4和第八轴tm8。另外，第一轴tm1可作为固定元件工作。具体地，可通过操作第二制动器b2，第六轴tm6可以作为固定元件工作，从而通过各个轴的协同操作实现第二前进速度，并且可被配置成将经变速的转矩输出到与第七轴tm7连接的输出轴os。这种操作的传动比可以为大约3.5。

在第三前进速度d3中，第三和第四离合器c3和c4可同时操作。因此，可通过操作第三离合器c3，将第八轴tm8连接到输入轴is，并且通过操作第四离合器c4，将第一轴tm1连接到第五轴tm5。特别是，输入轴is的转矩可同时被输入到第四轴tm4和第八轴tm8。另外，第一轴tm1可作为固定元件工作。特别是，通过操作第四离合器c4，第五的轴tm5可以作为固定元件工作，从而通过各个轴的协同操作实现第三前进速度，并且可被配置成将经变速的转矩输出到与第七轴tm7连接的输出轴os。这种操作的传动比大约为2.476。

在第四前进速度d4中，第三离合器c3和第一制动器b1可被同时操作。因此，可通过操作第三离合器c3，将第八轴tm8连接到输入轴is。特别是，输入轴is的转矩可被同时输入到第四轴tm4和第八轴tm8。另外，第一轴tm1可作为固定元件工作。特别是，可通过操作第一制动器b1，将第二轴tm2作为固定元件工作，从而通过各个轴的协同操作实现第四前进速度，并且可被配置成将经变速的转矩输出到与第七轴tm7连接的输出轴os。这种操作的传动比大约是1.694。

在第五前进速度d5中，第一和第三离合器c1和c3可同时被操作。因此，通过操作第一离合器c1，可以使第三轴tm3连接到第四轴tm4，并且通过操作第三离合器c3，可以使第八轴tm8连接到输入轴is。特别是，输入轴is的转矩可同时被输入到第四、第三、第八轴tm4、tm3和tm8。另外，第一轴tm1可以作为固定元件工作，从而通过各个轴的协同操作实现第五前进速度，并且可被配置成将经变速的转矩输出到与第七轴tm7连接的输出轴os。这种操作的传动比为大约1.196。

在第六前进速度d6中，第二和第三离合器c2和c3可同时被操作。因此，可通过操作第二离合器c2，将第六轴tm6连接到输入轴is，并且通过操作第三离合器c3，将第八轴tm8连接到输入轴is。特别是，输入轴is的转矩可被同时输入到第四轴tm4以及第六轴tm6和第八轴tm8。尽管第一轴tm1作为固定元件工作，然而，第三和第四行星齿轮组pg3和pg4可被配置成整体旋转，以形成第六前进速度，并且将输入转矩输出到与第七轴tm7连接的输出轴os。这种操作的传动比大约是1。

在第七前进速度d7中，第一和第二离合器c1和c2可被同时操作。因此，可通过操作第一离合器c1，将第三轴tm3连接到第四轴tm4，并且通过操作第二离合器c2，将第六轴tm6连接到输入轴is。特别是，输入轴is的转矩可被同时输入到第四轴tm4以及第三和第六轴tm3和tm6。另外，第一轴tm1可以作为固定元件工作，从而通过各个轴的协同操作实现第七前进速度，并且可被配置成将经变速的转矩输出到与第七轴tm7连接的输出轴os。这种操作的传动比大约是0.867。

在第八前进速度d8中，第二离合器c2和第一制动器b1可同时操作。因此，通过操作第二离合器c2，可将第六轴tm6连接到输入轴is。特别是，输入轴is的转矩可被同时输入到第四轴tm4和第六轴tm6。另外，第一轴tm1可作为固定元件工作。特别是，通过操作第一制动器b1，第二轴tm2可作为固定元件工作，从而通过各个轴的协同操作实现第八前进速度，并且可被配置成将经变速的转矩输出到与第七轴tm7连接的输出轴os。这种操作的传动比大约是0.722。

在第九前进速度d9中，第二和第四离合器c2和c4可同时被操作。因此，通过操作第二离合器c2，可将第六轴tm6连接到输入轴is，并且通过操作第四离合器c4，可将第五轴tm5与第一轴tm1连接。特别是，输入轴is的转矩可以被同时输入到第四轴tm4和第六轴tm6。另外，第一轴tm1可作为固定元件工作。特别是，通过操作第四离合器c4，第五轴tm5可以作为固定元件，从而通过各个轴的协同操作实现第九前进速度，并且可被配置成将经变速的转矩输出到与第七轴tm7连接的输出轴os。这种操作的传动比大约是0.641。

在后退速度rev中，第一离合器c1和第二制动器b2可同时被操作。因此，通过操作第一离合器c1，可将第三轴tm3与第四轴tm4连接。特别是，输入轴is的转矩可以被同时输入到第四轴tm4和第三轴tm3。另外，第一轴tm1可作为固定元件工作。特别是，通过操作第四离合器c4，第五轴tm5可以作为固定元件工作，从而通过各个轴的协同操作实现后退速度，并且可被配置成将后退转矩输出到与第七轴tm7连接的输出轴os。这种操作的传动比大约是4.333。

如上所述，根据本发明的示例性实施例的行星齿轮系，可通过操作四个离合器c1、c2、c3和c4和两个制动器b1和b2，利用四个行星齿轮组pg1、pg2、pg3和pg4，实现至少九个前进速度和至少一个后退速度。此外，根据本发明的示例性实施例的行星齿轮系，可实现由于自动变速器的多挡位而适用于发动机的转速的变速挡，并利用发动机的低转速提高车辆的行驶稳定性。根据本发明的示例性实施例的行星齿轮系，通过自动变速器的多挡位最大程度地提高发动机行驶效率，并且可提高动力传递性能和燃料消耗率。

尽管已通过结合目前被认为是实用的示例性实施例来描述本发明，然而，应该理解的是，本发明并不局限于已经公开的示例性实施例，相反地，本发明意图涵盖包括在附属权利要求的精神和范围内的各种更改和等效布置。