用于车辆的自动变速器的行星齿轮系的制作方法

本发明涉及用于车辆的自动变速器。更具体地，本发明涉及车辆的自动变速器的行星齿轮系，通过使用最小数量的构成元件实现十个前进速度挡位，该行星齿轮系改进功率输送性能并减少燃料消耗。

背景技术：

已经进行关于实现自动变速器的更多挡位的研究以达成改善燃料消耗和更好驾驶性能。近来油价上涨触发在改善车辆燃料消耗上展开激烈竞争。

在这种情况下，关于发动机的研究被进行从而通过所谓缩小尺寸实现减重以及改善燃料消耗，并且关于自动变速器的研究已经被执行从而通过实现更多换挡位而提供更好驾驶性能以及更低燃料消耗。

然而，在自动变速器中，随着速度挡位的数量增加，内侧组件(尤其是，行星齿轮组)的数量增加，因此，变速器长度增加。这可使可安装性和/或功率流效率退化并可增加生产成本和重量。

因此，为了最大化地改善具有更多挡位的自动变速器的燃料消耗，重要的是，由较少数量的部件得到更高效率。

在这方面，八速自动变速器最近已被引入，而允许更多换挡的用于自动变速器的行星齿轮系在研究中。

八个或更多换挡的自动变速器通常包括三至四个行星齿轮组和五至六个控制元件(摩擦元件)，并可易于变长，从而使可安装性退化。

就这一点而言，已经尝试并行设置行星齿轮组或者采用取代湿式控制元件的爪式离合器。然而，此类布置未广泛适用，并且使用爪式离合器可容易使换挡手感退化。

在本发明背景技术部分中所公开的信息仅为了改善本发明通用背景的理解，而不应认为承认或任何形式地暗示该信息构成已被本领域技术人员所知晓的现有技术。

技术实现要素：

本发明的各种方面涉及提供用于车辆的自动变速器的行星齿轮系，其具有如下优点，即，通过最小的数量部件获得至少十个前进速度和至少一个倒车速度的挡位，通过自动变速器的多级挡位改进功率输送性能和燃料消耗，并且通过利用发动机的低旋转速度改进驾驶稳定性。

根据本发明的各种方面，用于车辆的自动变速器的行星齿轮系可包括用于接受发动机扭矩的输入轴，用于输出变速后的扭矩的输出轴，包括第一旋转元件、第二旋转元件和第三旋转元件的第一行星齿轮组，包括第四旋转元件、第五旋转元件和第六旋转元件的第二行星齿轮组，包括第七旋转元件、第八旋转元件和第九旋转元件的第三行星齿轮组，包括第十旋转元件、第十一旋转元件和第十二旋转元件的第四行星齿轮组，与第一旋转元件连接的第一轴，与第二旋转元件连接的第二轴，将第三旋转元件、第八旋转元件和第十一旋转元件互相连接的第三轴，与第四旋转元件连接的第四轴，与第五旋转元件连接、可与第一轴和第二轴选择性连接并与输入轴直接连接的第五轴，将第六旋转元件、第七旋转元件和第十旋转元件互相连接并可与第二轴选择性连接的第六轴，与第九旋转元件连接并可与第二轴选择性连接的第七轴，与第十二旋转元件连接并与输出轴直接连接的第八轴。

第四轴和第七轴各自可与变速器壳体选择性地连接

第一旋转元件、第二旋转元件和第三旋转元件可为第一太阳齿轮、第一行星架和第一环形齿轮，第四旋转元件、第五旋转元件和第六旋转元件可为第二太阳齿轮、第二行星架和第二环形齿轮，第七旋转元件、第八旋转元件和第九旋转元件可为第三太阳齿轮、第三行星架和第三环形齿轮，且第十旋转元件、第十一旋转元件和第十二旋转元件可为第四太阳齿轮、第四行星架和第四环形齿轮。

行星齿轮系还可包括选择性地连接第一轴和第五轴的第一离合器，选择性地连接第二轴和第五轴的第二离合器，选择性地连接第二轴和第六轴的第三离合器，选择性地连接第二轴和第七轴的第四离合器，选择性地连接第四轴和变速器壳体的第一制动器，和选择性地连接第七轴和变速器壳体的第二制动器。

根据本发明的各种方面，用于车辆的变速器的行星齿轮系可包括用于接受发动机扭矩的输入轴，用于输出变速后的扭矩的输出轴，包括第一旋转元件、第二旋转元件和第三旋转元件的第一行星齿轮组，包括第四旋转元件、第五旋转元件和第六旋转元件的第二行星齿轮组，包括第七旋转元件、第八旋转元件和第九旋转元件的第三行星齿轮组，以及包括第十旋转元件、第十一旋转元件和第十二旋转元件的第四行星齿轮组，其中输入轴可与第五旋转元件直接连接，输出轴可与第十二旋转元件直接连接，第三旋转元件可与第八旋转元件和第十一旋转元件直接连接，第五旋转元件可与第一旋转元件和第二旋转元件选择性地连接，第六旋转元件可与第二旋转元件选择性地连接，第七旋转元件和第十旋转元件与第六旋转元件直接连接，并且第九旋转元件可与第二旋转元件选择性地连接

第四旋转元件和第九旋转元件各自可与变速器壳体选择性地连接。

行星齿轮系还可包括选择性地连接第一旋转元件和第五旋转元件的第一离合器，选择性地连接第二旋转元件和第五旋转元件的第二离合器，选择性地连接第二旋转元件和第六旋转元件的第三离合器，选择性地连接第二旋转元件和第九旋转元件的第四离合器，选择性地连接第四旋转元件和变速器壳体的第一制动器，和选择性地连接第九旋转元件和变速器壳体的第二制动器。

通过选择性地使第一离合器、第二离合器、第三离合器和第四离合器以及第一制动器和第二制动器操作而实施的速度挡位可包括第一前进速度挡位(通过使第一离合器和第三离合器以及第二制动器操作而实施)，第二前进速度挡位(通过使第二离合器和第三离合器以及第二制动器操作而实施)，第三前进速度挡位(通过使第二离合器以及第一制动器和第二制动器操作而实施)，第四前进速度挡位(通过使第一离合器和第二离合器以及第二制动器操作而实施)，第五前进速度挡位(通过使第一离合器和第二离合器以及第一制动器操作而实施)，第六前进速度挡位(通过使第一离合器、第二离合器和第四离合器操作而实施)、第七前进速度挡位(通过使第二离合器和第四离合器以及第一制动器而实施)，第八前进速度挡位(通过使第一离合器和第四离合器以及第一制动器操作而实施)，第九前进速度挡位(通过使第三离合器和第四离合器以及第一制动器操作而实施)，第十前进速度挡位(通过使第一离合器和第三离合器以及第一制动器操作而实施)，和倒车速度挡位(通过使第一离合器和第四离合器以及第二制动器操作而实施)。

根据本发明的各种实施例，通过组合四个行星齿轮组和六个控制元件，实现至少十个前进速度和至少一个倒车速度的挡位。

此外，通过由于自动变速器的多级速度挡位而达成适用于发动机旋转速度的挡位，根据本发明的各种实施例的行星齿轮系基本上改进驾驶稳定性。

此外，通过自动变速器的多级速度-挡位，根据本发明各种实施例的行星齿轮系最大化发动机驱动效率并且改进功率输送性能和燃料消耗。

应当理解，如本文所用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语是诸如包括运动型多用途车辆(suv)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的通用机动车辆，包括各种船和海船的船只，航空器等的包含物，且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如衍生自非石油资源的燃料)。如在本文所指，混合动力车辆是有两个或更多动力源的车辆，例如汽油动力和电动力都有的车辆。

本发明的方法和装置具有其他特征和优点，这些将通过附图和具体实施方式而显而易见或在附图和具体实施方式中更具体地描述，所述附图并入本文，该具体实施方式同时用于解释本发明的某些原理。

附图说明

图1为根据本发明各种实施例的行星齿轮系的示意图。

图2为根据本发明各种实施例在行星齿轮系中在相应挡位下用于相应控制元件的操作表。

应当理解，附图未必按比例绘制，呈现例示本发明基本原理的各种特征的一定程度简化表示。本文所公开的本发明具体设计特征(包括例如具体尺寸、取向、位置和形状)将部分通过特定预期应用和使用环境而确定。

具体实施方式

现将具体地参考本发明的各种实施例，其示例在附图中示出并且在以下描述。虽然本发明将连同示例性实施例被描述，但应当理解，本说明书不意图将本发明限制于这些示例性实施例。相反，本发明不仅旨在涵盖示例性实施例，而且也涵盖可包括在由随附权利要求限定的本发明的精神和范围内的各种替代物、改型、等同物和其它实施例。

图1为根据本发明各种实施例的行星齿轮系的示意图。

参考图1，根据本发明各种实施例的行星齿轮系包括布置在相同轴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，将第一行星齿轮组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中的旋转元件互相连接的八个轴tm1至tm8，作为控制元件的四个离合器c1至c4和两个制动器b1及b2，和变速器壳体h。

来自输入轴is的扭矩输入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的协同操作而变速，且然后通过输出轴os输出。

行星齿轮组从发动机侧起以第一行星齿轮组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的顺序布置。

输入轴is为输入构件，并且来自发动机曲轴的扭矩在通过扭矩变换器经过扭矩变换后输入到输入轴is中。

输出轴os为输出构件，并且被布置在与输入轴is相同的轴上，通过差速装置将变速后的驱动扭矩输送至驱动轴。

第一行星齿轮组pg1为单小齿轮行星齿轮组，且包括第一行星架pc1和第一环形齿轮r1，所述第一行星架pc1支撑与第一太阳齿轮s1在外侧啮合的第一小齿轮p1，所述第一环形齿轮r1与所述第一小齿轮p1在内侧啮合。第一太阳齿轮s1充当第一旋转元件n1，第一行星架pc1充当第二旋转元件n2，且第一环形齿轮r1充当第三旋转元件n3。

第二行星齿轮组pg2为单小齿轮行星齿轮组，且包括第二行星架pc2和第二环形齿轮r2，所述第二行星架pc2支撑与第二太阳齿轮s2在外侧啮合的第二小齿轮p2，所述第二环形齿轮r2与所述第二小齿轮p2在内侧啮合。第二太阳齿轮s2充当第四旋转元件n4，第二行星架pc2充当第五旋转元件n5，且第二环形齿轮r2充当第六旋转元件n6。

第三行星齿轮组pg3为单小齿轮行星齿轮组，且包括第三行星架pc3和第三环形齿轮r3，所述第三行星架pc3支撑与第三太阳齿轮s3在外侧啮合的第三小齿轮p3，所述第三环形齿轮r3与所述第三小齿轮p3在内侧啮合。第三太阳齿轮s3充当第七旋转元件n7，第三行星架pc3充当第八旋转元件n8，且第三环形齿轮r3充当第九旋转元件n9。

第四行星齿轮组pg4为单小齿轮行星齿轮组，且包括第四行星架pc4和第二环形齿轮s4，所述第四行星架pc4支撑与第四太阳齿轮s4在外侧啮合的第四小齿轮p4，所述第四环形齿轮r4与所述第四小齿轮p4内侧啮合。第四太阳齿轮s4充当第十旋转元件n10，第四行星架pc4充当第十一旋转元件n11，且第四环形齿轮r4充当第十二旋转元件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中，通过八个轴tm1至tm8，第三旋转元件n3与第八旋转元件n8和第十一旋转元件n11直接连接，且六旋转元件n6与第七旋转元件n7和第十旋转元件n10直接连接。

在下文具体描述八个轴tm1至tm8。

八个轴tm1至tm8中的每一个可为旋转构件或可为固定至变速器壳体h的固定构件，该旋转构件将输入轴及输出轴与行星齿轮组pg1、pg2、pg3和pg4的旋转元件直接互相连接。

第一轴tm1与第一旋转元件n1(第一太阳齿轮s1)连接。

第二轴tm2连接第二旋转元件n2(第一行星架pc1)。

第三轴tm3直接连接第三旋转元件n3(第一环形齿轮r1)、第八旋转元件n8(第三行星架pc3)和第十一旋转元件n11(第四行星架pc4)。

第四轴tm4与第四旋转元件n4(第二太阳齿轮s2)连接并可与变速器壳体h选择性地连接。

第五轴tm5连接第五旋转元件n5(第二行星架pc2)、可与第一轴tm1和第二轴tm2连接并与输入轴is直接连接，从而连续地充当输入元件。

第六轴连接第六旋转元件n6(第二环形齿轮r2)、第七旋转元件n7(第三太阳齿轮s3)和第十旋转元件n10(第四太阳齿轮s4)并可与第二轴tm2选择性地连接。

第七轴tm7与第九旋转元件n9(第三环形齿轮r3)连接，可与第二轴tm2选择性地连接并可与变速器壳体h选择性地连接，从而选择性地充当固定元件。

第八轴tm8与第十二旋转元件n12(第四环形齿轮r4)连接且与输出轴os直接连接，从而连续充当输出元件。

通过四个离合器c1、c2、c3和c4的控制元件，八个轴tm1至tm8、输入轴is和输出轴os可与彼此选择性地互相连接。

通过两个制动器b1和b2的控制元件，八个轴tm1至tm8可与变速器壳体h选择性地连接。

四个离合器c1至c4和两个制动器b1和b2布置如下。

第一离合器c1布置在第一轴tm1和第五轴tm5之间，并选择性地连接第一轴tm1和与输出轴os连接的第五轴tm5，从而控制它们之间的功率输送。

第二离合器c2布置在第二轴tm2和第五轴tm5之间，并选择性地连接第二轴tm2和与输出轴os连接的第五轴tm5，从而控制它们之间的功率输送。

第三离合器c3布置在第二轴tm2和第六轴tm6之间，并选择性地连接第二轴tm2和与输出轴os连接的第六轴tm6，从而控制它们之间的功率输送。

第四离合器c4布置在第二轴tm2和第七轴tm7之间，并选择性地连接第二轴tm2和与输出轴os连接的第七轴tm7，从而控制它们之间的功率输送。

第一制动器b1设置在第四轴tm4和变速器壳体h之间，并选择性地将第四轴tm4连接至变速器壳体h。

第二制动器b2布置在第七轴tm7和变速器壳体h之间，并将第七轴tm7选择性地连接至变速器壳体h。

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和第二制动器b2的相应控制元件可实现为通过液压摩擦地啮合的多盘液压摩擦设备。

图2为根据本发明各种实施例在行星齿轮系中在相应挡位下用于相应控制元件的操作表。

参考图2，通过在相应挡位下使第一离合器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和第二制动器b2中的三个控制元件操作，根据本发明各种实施例的行星齿轮系实现十个前进速度和一个倒车速度。

在第一前进速度挡位d1中，第一离合器c1和第三离合器c3以及第二制动器b2操作。

因此，通过第一离合器c1的操作，第一轴tm1与第五轴tm5连接，且通过第三离合器c3的操作第二轴tm2与第六轴tm6连接。在这种状态下，输入轴is的扭矩输入至第五轴tm5。

此外，通过第二制动器b2的操作第七轴tm7充当固定元件，从而通过相应轴的协同操作实现第一前进速度并输出变速后的扭矩至与第八轴tm8连接的输出轴os。

在第二前进速度挡位d2中，第二离合器c2和第三离合器c3以及第二制动器b2操作。

因此，通过第二离合器c2的操作，第二轴tm2与第五轴tm5连接，且通过第三离合器c3的操作第二轴tm2与第五轴tm5连接。在这种状态下，输入轴is的扭矩输入至第五轴tm5。

此外，通过第二制动器b2的操作第七轴tm7充当固定元件，从而通过相应轴的协同操作实现第二前进速度并输出变速后的扭矩至与第八轴tm8连接的输出轴os。

在第三前进速度挡位d3，第二离合器c2和第一制动器b1及第二制动器b2操作。

因此，通过第二离合器c2的操作，第二轴tm2与第五轴连接。在这种状态下，输入轴is的扭矩输入至第五轴tm5。

此外，通过第一制动器b1和第二制动器b2的操作，第四轴tm4和第七轴tm7充当固定元件，从而通过相应轴的协同操作实现第三前进速度并输出变速后的扭矩至与第八轴tm8连接的输出轴os。

在第四前进速度挡位d4中，第一离合器c1和第二离合器c2以及第二制动器b2操作。

因此，通过第一离合器c1的操作，第一轴tm1与第五轴tm5连接，且通过第二离合器c2的操作第二轴tm2与第五轴tm5连接。在这种状态下，输入轴is的扭矩输入至第五轴tm5。

此外，通过第二制动器b2的操作第七轴tm7充当固定元件，从而通过相应轴的协同操作实现第四前进速度并输出变速后的扭矩至与第八轴tm8连接的输出轴os。

在第五前进速度挡位d5中，第一离合器c1和第二离合器c2以及第一制动器b1操作。

因此，通过第一离合器c1的操作，第一轴tm1与第五轴tm5连接，且通过第二离合器c2的操作第二轴tm2与第五轴tm5连接。在这种状态下，输入轴is的扭矩输入至第五轴tm5。

此外，通过第一制动器b1的操作第四轴tm4充当固定元件，从而通过相应轴的协同操作实现第五前进速度并输出变速后的扭矩至与第八轴tm8连接的输出轴os。

在第六前进速度挡位d6中，第一离合器c1、第二离合器c2和第四离合器c4操作。

因此，通过第一离合器c1的操作，第一轴tm1与第五轴tm5连接，通过第二离合器c2的操作第二轴tm2与第五轴tm5连接，且通过第四离合器c4的操作第二轴tm2与第七轴tm7连接。在这种状态下，输入轴is的扭矩输入至第五轴tm5。

在这种情况下，整个行星齿轮组pg1、pg2、pg3和pg4一体地旋转，并且扭矩作为输入被输出，从而形成第六前进速度且输出该输入的扭矩至与第八轴tm8连接的输出轴os。

在第七前进速度挡位d7中，第二离合器c2和第四离合器c4以及第一制动器b1操作。

因此，通过第二离合器c2的操作，第二轴tm2与第五轴tm5连接，且通过第四离合器c4的操作第二轴tm2与第七轴tm7连接。在这种状态下，输入轴is的扭矩输入至第五轴tm5。

此外，通过第一制动器b1的操作第四轴tm4充当固定元件，从而通过相应轴的协同操作实现第七前进速度并输出变速后的扭矩至与第八轴tm8连接的输出轴os。

在第八前进速度挡位d8中，第一离合器c1和第四离合器c4以及第一制动器b1操作。

因此，通过第一离合器c1的操作，第一轴tm1与第五轴tm5连接，且通过第四离合器c4的操作第二轴tm2与第七轴tm7连接。在这种状态下，输入轴is的扭矩输入至第五轴tm5。

此外，通过第一制动器b1的操作第四轴tm4充当固定元件，从而通过相应轴的协同操作实现第八前进速度并输出变速后的扭矩至与第八轴tm8连接的输出轴os。

在第九前进速度挡位d9中，第三离合器c3和第四离合器c4以及第一制动器b1操作。

因此，通过第三离合器c3的操作，第二轴tm2与第轴tm5连接，且通过第四离合器c4的操作第二轴tm2与第七轴tm7连接。在这种状态下，输入轴is的扭矩输入至第五轴tm5。

此外，通过第一制动器b1的操作第四轴tm4充当固定元件，从而通过相应轴的协同操作实现第九前进速度并输出变速后的扭矩至与第八轴tm8连接的输出轴os。

在第十前进速度挡位d10中，第一离合器c1和第三离合器c3以及第一制动器b1操作。

因此，通过第一离合器c1的操作，第一轴tm1与第五轴tm5连接，且通过第三离合器c3的操作第二轴tm2与第六轴tm6连接。在这种状态下，输入轴is的扭矩输入至第五轴tm5。

此外，通过第一制动器b1的操作第四轴tm4充当固定元件，从而通过相应轴的协同操作实现第十前进速度并输出变速后的扭矩至与第八轴tm8连接的输出轴os。

在倒车速度rev中，第一离合器c1和第四离合器c4以及第二制动器b2操作。

因此，通过第一离合器c1的操作，第一轴tm1与第五轴tm5连接，且通过第四离合器c4的操作第二轴tm2与第七轴tm7连接。在这种状态下，输入轴is的扭矩输入至第五轴tm5。

此外，通过第二制动器b2的操作第七轴tm7充当固定元件，从而通过相应轴的协同操作实现倒车速度并输出变速后的扭矩至与第八轴tm8连接的输出轴os。

如上所述，通过控制四个离合器ci、c2、c3和c4以及两个制动器b1和b2使四个行星齿轮系pg1、pg2、pg3和pg4操作，根据本发明各种实施例的行星齿轮系实现至少十个前进速度和至少一个倒车速度。

此外，根据本发明的各种实施例的行星齿轮系因自动变速器的多级速度-挡位而实现适用于发动机旋转速度的挡位，并且通过利用发动机的低旋转速度改进驾驶稳定性。

此外，通过自动变速器的多级速度挡位，根据本发明各种实施例的行星齿轮系最大化发动机驱动效率并且改进功率输送性能和燃料消耗。

本发明具体示例性实施例的前述描述已为了例示及说明的目的而呈现。它们并非旨在详尽或限制本发明至所公开的精确形式，并且按照上面教导许多修改和变型明显是可以的。示例性实施例被选择和描述以便解释本发明和某些原理及其实际应用，从而使得本领域技术人员可作出及利用本发明的各种示例性实施例及其各种变型和修改。本发明的范围由随附于此的权利要求及其等同物限定。