多挡变速器及其行星齿轮系的制作方法
多挡变速器及其行星齿轮系的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及汽车技术领域，特别是适用于商用车辆液力自动变速器的多挡变速器及其行星齿轮系。
【背景技术】
[0002]行星齿轮系是液力自动变速器AT (Automatic Transmiss1n)进行变速的核心机构，其主要由行星排、离合器以及制动器组成，通过控制离合器和制动器，可以使行星排的构件以不同的组合形式互连，从而实现多种传动比的转换。
[0003]当变速器具有更多的可选挡位，就可以对其进行更为优化的设计，通过更多挡位、更优化速比的变速器，可使发动机在高效区工作的情况下满足不同车速的需求，从而使得车辆能够具有更加经济的燃油消耗及更好的动力性能。
[0004]目前，市场上最为常见的为四速和六速自动变速器，其虽然可在一定程度上实现预期目的。但是，从技术发展的角度来看，在燃油经济性、响应动力性及平稳性等方面均存在局限性，有待于进行持续的改进和更新设计。
[0005]如上所述，变速器更多、更优化挡位功能的实现依赖于行星齿轮系，而行星排的组合形式，特别是行星排固连件的选择、动力传动部件的位置设置和布局，使得整体的行星齿轮系具有不同的特性。
[0006]因此，如何对行星齿轮系进行改进，使其部件更少、挡位更多、效率更高及成本更低，以满足车辆对变速器耐久性、动力传递效率、尺寸等方面的要求，是本领域技术人员需要解决的技术问题。
【发明内容】
[0007]为了解决现有技术中的问题，本发明的第一目的是提供一种行星齿轮系，该行星齿轮系具有至少九个前进挡位和一个倒挡的最终换挡速度，可显著提高车辆的动力传递性能和燃油经济性。本发明的第二目的是提供一种设有所述行星齿轮系的多挡变速器。
[0008]为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案为:本发明提供一种行星齿轮系，用于自动变速器，可获得多个挡位，包括:
[0009]第一行星排，具有第一太阳轮、第一行星架和第一齿圈；
[0010]第二行星排，具有第二太阳轮、第二行星架和第二齿圈；
[0011]第三行星排，具有第三太阳轮、第三行星架和第三齿圈；
[0012]第四行星排，具有第四太阳轮、第四行星架和第四齿圈；
[0013]第一旋转体，包括输入轴，通过固联形式连接到第一太阳轮、第二太阳轮，并能够选择性的连接至第五及第六旋转体；
[0014]第二旋转体，包括所述第一行星架，并能够选择性的连接至固定件；
[0015]第三旋转体，包括所述第一齿圈、第二行星架及第三齿圈，其能够选择性的连接至固定件；
[0016]第四旋转体，包括所述第二齿圈，并能够选择性的连接至固定件；
[0017]第五旋转体，包括所述第三太阳轮及第四太阳轮，其能够选择性的连接至第一旋转体；
[0018]第六旋转体，包括所述第三行星架和第四齿圈，并能够选择性的连接至固定件或选择性的连接至所述第一旋转体；
[0019]第七旋转体，包括所述第四行星架及输出轴；
[0020]六个换挡组件，包括离合器和制动器，所述离合器设于所述旋转体中的选定旋转体之间，所述制动器设于所述旋转体中的选定旋转体与固定件之间。
[0021]优选地，所述输入轴固联第一旋转轴；
[0022]所述第一旋转体的第一太阳轮及第二太阳轮与所述第一旋转轴连接；
[0023]所述第二旋转体的第一行星架与第二旋转轴连接；
[0024]所述第三旋转体的第一齿圈和第二行星架及第三齿圈通过第三旋转轴连接；
[0025]所述第四旋转体的第二齿圈与第四旋转轴连接；
[0026]所述第五旋转体的第三太阳轮和第四太阳轮通过第五旋转轴连接；
[0027]所述第六旋转体的第三行星架和第四齿圈通过第六旋转轴连接；
[0028]所述第七旋转体的第四行星架连接输出轴；
[0029]所述输出轴为第七旋转轴。
[0030]优选地，所述六个换挡组件包括:
[0031]第一离合器，插置于所述第一旋转体与第五旋转体之间；
[0032]第二离合器，插置于所述第一旋转体与第六旋转体之间；
[0033]第一制动器，插置于所述第二旋转体与固定件之间；
[0034]第二制动器，插置于所述第四旋转体与固定件之间；
[0035]第三制动器，插置于所述第三旋转体与固定件之间；
[0036]第四制动器，插置于所述第六旋转体与固定件之间。
[0037]优选地，所述多个挡位包括至少九个前进挡和至少一个倒挡:
[0038]前进一挡，所述第一制动器、第四制动器结合；
[0039]前进二挡，所述第四制动器、第一离合器结合；
[0040]前进三挡，所述第一制动器、第一离合器结合；
[0041]前进四挡，所述第三制动器、第一离合器结合；
[0042]前进五挡，所述第二制动器、第一离合器结合；
[0043]前进六挡，所述第一离合器、第二离合器结合；
[0044]前进七挡，所述第二制动器、第二离合器结合；
[0045]前进八挡，所述第三制动器、第二离合器结合；
[0046]前进九挡，所述第一制动器、第二离合器结合；
[0047]倒挡，所述第二制动器、第四制动器结合；
[0048]空挡，所述第四制动器结合。
[0049]优选地，所述离合器为摩擦离合器，所述制动器为摩擦制动器。
[0050]优选地，所述第一旋转体固联空心轴，该空心轴上设置第一太阳轮，和第二太阳轮，所述的第一旋转体作为行星机构的动力输入装置。
[0051]优选地，所述第四旋转轴包括前转轴和后转轴，通过所述前转轴，所述第二行星架与第一齿圈连接，通过所述后转轴，所述第二行星架与所述第三齿圈连接。
[0052]优选地，所述第一行星排为单排单级行星排，所述第二行星排为单排单级行星排，所述第三行星排为单排单级行星排，所述第四行星排为单排单级行星排。
[0053]优选地，所述输入轴构造为接收扭矩和转速输入的构件；所述输出轴构造为输出已转换扭矩和转速的构件。
[0054]优选地，所述固定件为变速器外壳。
[0055]为了实现上述第二目的，本发明还提供一种多挡变速器，包括外壳及设于所述外壳内部的液力变矩器和行星齿轮系，所述液力变矩器与行星齿轮系传动连接，其特征在于，所述行星齿轮系为上述任一项所述的行星齿轮系。
[0056]本发明所提供的应用于车辆自动变速器的行星齿轮系为全新开发的产品，其具有接收动力的输入轴，向外输出动力的输出轴，四个布置在同一个轴系上的行星排，以及六个换挡组件，其中，各行星排均设有太阳轮、齿圈和带有若干个行星齿轮的行星架，行星排的组件之间通过旋转轴或其他连接构件相连接，可形成七个旋转体，以实现动力的传递，换挡组件可采用离合器和制动器等扭矩传递装置，通过操作换挡组件可改变行星齿轮系的自由度，不同的换挡组件的结合与分离使得输入轴与输出轴之间可实现不同的速比传递，最终可获得至少九个可用前进挡位和至少一个可用倒挡位的换挡速度，与四速和六速行星齿轮系相比，其具有更多的挡位和更优化的速比，可使发动机在高效区工作的情况下满足不同车速的需求，进而显著提高车辆的动力传递性能和燃油经济性。
[0057]此外，该行星齿轮系零部件较少，换挡组件充分利用行星排之间的空间，不仅可以获得更短的变速器长度，而且整体设计更加紧凑，可以很好的满足车辆对变速器耐久性、动力传递效率、尺寸、成本等方面的要求。
[0058]本发明所提供的多挡变速器设有上述行星齿轮系，由于上述行星齿轮系具有上述技术效果，设有该行星齿轮系的自动变速器也应具备相应的技术效果。
【附图说明】
[0059]图1为本发明所提供行星轮系的传动路线简图；
[0060]图2为本发明所提供行星轮系的一种特定应用示例简图；
[0061]图3为本发明示例性行星轮系的各构件的连接原理图；
[0062]图4为本发明示例性行星轮系的各挡位与扭矩传递装置的操作表，用以说明在各确定的挡位中哪些换挡组件闭合；
[0063]图5为本发明的示例性行星轮系的杠杆原理图；
[0064]图6为本发明的示例性行星轮系的各挡位之间可实现跨挡变换的挡位简图；
[0065]图7为本发明的示例性各挡位之间可实现跨挡变换的操作表 ；
[0066]图中:
[0067]1.第一旋转轴、2.第二旋转轴、3.第三旋转轴、4.第四旋转轴、5.第五旋转轴、
6.第六旋转轴、7.第七旋转轴；
[0068]Cl.第一摩擦离合器、C2.第二摩擦离合器、B1.第一摩擦制动器、B2.第二摩擦制动器、B3.第三摩擦制动器、B4.第四摩擦制动器；
[0069]PGl.第一行星排、PG2.第二行星排、PG3.第三行星排、PG4.第四行星排；
[0070]S1.第一太阳轮、PCl.第一行星架、Pl.第一行星轮、Al.第一齿圈；
[0071]S2.第二太阳轮、PC2.第二行星架、P2.第二行星轮、A2.第二齿圈；
[0072]S3.第三太阳轮、PC3.第三行星架、P3.第三行星轮、A3.第三齿圈；
[0073]S4.第四太阳轮、PC4.第四行星架、P4.第四行星轮、A4.第四齿圈；
【具体实施方式】
[0074]本发明的核心是提供一种包括四个行星排和六个扭矩传递装置机构或控制单元，能提供至少九个前进挡和至少一个倒挡的行星齿轮系。
[0075]本发明的另一核心是提供一种设有所述行星齿轮系的多挡变速器。
[0076]为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的详细说明。
[0077]对于本发明说明书中的解释仅限于实施示例性方案，并省略不必要的部件描述，在本发明说明书中同样的构件在不同附图上以相同的标记表示。在具体的实施描述中，数字及字母是用来区别具有相同术语的构件元件，这些数字及字母不具有特定的含义，也不代表任何次序。
[0078]请参考图1、图2，图1为本发明所提供行星轮系的传动路线简图；图2为本发明所提供行星轮系的一种特定应用示例简图。
[0079]在一种【具体实施方式】中，本发明提供的行星齿轮系具有设置在同一轴线上的第一行星排PG1、第二行星排PG2、第三行星排PG3及第四行星排PG4，设置在同一轴线上的第一离合器Cl、第二离合器C2，以及设置在同一轴线上的第一制动器B1、第二制动器B2、第三制动器B3及第四制动器B4。
[0080]第一行星排PGl为单排单级行星排，其包括作为该排输入的第一行星架PCl，第一太阳轮SI及第一齿圈Al至少三个构件，第一行星架PCl上的第一行星轮Pl为六个行星轮。[0081 ] 第二行星排PG2为单排单级行星排，其包括作为该排输入的第二太阳轮S2和第二行星架PC2，以及第二齿圈A2至少三个构件，第二行星架PC2上的第二行星轮P2的数量为四个。
[0082]第三行星排PG3为单排单级行星轮，其包括作为该排输入的第三太阳轮S3和第三行星架PC3，以及第三齿圈A3至少三个构件，第三行星架PC3上的第三行星轮P3的数量为五个。
[0083]第四行星排PG4为单排单级行星轮，其包括第四太阳轮S4，第四行星架PC4，以及第四齿圈A4至少三个构件，第四行星架PC4上的第四行星轮P4的数量为四个。
[0084]第三行星排PG3与第四行星排PG4之间存在由四个构件形成的两组固连形式，因此在特定阶段可视为一组复合行星齿轮组，作为一体形式进行输出。
[0085]还包括七根作为连接构件的旋转轴，上述行星排的组件与旋转轴相连接，并通过旋转轴相互连接，一共可形成七个旋转体:
[0086]第一旋转体，由第一旋转轴I (即输入轴)刚性连接第一太阳轮SI与第二太阳轮S2构成，两者始终以相同的转速旋转，第一旋转轴I被构造为接收液力变矩器扭矩和转速的构件。
[0087]第二旋转体，由第二旋转轴2和第一行星架PCl连接构成，能够选择性的连接到固定件(例如壳体)上。
[0088]第三旋转体，由第一齿圈Al、第二行星架PC2及第三齿圈A3通过第三旋转轴3的前后两部分连接构成。
[0089]第四旋转体，由第四旋转轴4和第二齿圈A2连接构成，能够选择性的连接到固定件(例如壳体)上。
[0090]第五旋转体，由第三太阳轮S3、第四太阳轮S4及第五旋转轴5连接构成，可选择性的连接到第一旋转体上。
[0091]第六旋转体，由第三行星架PC3、第六旋转轴6及第四齿圈A4连接构成，能够选择性的连接到第一旋转体上。
[0092]第七旋转体，由第七旋转轴7 (即输出轴)和第四行星架PC4连接构成，第七旋转轴7被构造为向外输出已转换扭矩和转速的构件。
[0093]根据上述连接方式和实际组装的需要，各旋转轴的尺寸和形态将不尽相同，其中第一旋转轴I的前半部分和第七旋转轴7可以为实心轴，第一旋转体的中间部分为包容第一摩擦离合器Cl及第二摩擦离合器C2的中空结构，第一旋转体的后部连接第一太阳轮SI与第二太阳轮S2的组合结构，该结构设置成空心轴结构；第二旋转体的第二旋转轴2则为内径比较大的空心轴，第一行星架PCl通过该空心轴与第一制动器BI的运动侧连接；第三旋转轴3为具有直径较大的空心轴，其通过前部与后部轴分别将第二行星架PC2与第一齿圈Al及第三齿圈A3连接，内部容纳所连接的行星排的组成构件，同时，其也为台阶轴，以适应不同的径向尺寸变化，并可和第三制动器B3的运动侧连接；第四旋转轴4为径向尺寸很大的空心结构，其与第二齿圈A2连接，并与第二制动器B2的运动侧连接；第五旋转轴5为实心轴，其与第三太阳轮S3及第四太阳轮S4连接，并与第一离合器Cl的从动侧连接；第旋转轴6将第三行星架PC3及第四齿圈A4连接，并与第二离合器C2的从动侧连接，并可和第四制动器B4的运动侧连接；第七旋转轴7实心轴，其与第四行星架PC4连接，并可作为动力输出元件。
[0094]摩擦离合器置于从上述旋转体中选定的旋转体之间，以便进行扭矩与转速的传递。
[0095]第一摩擦离合器Cl设置在第一旋转体与第五旋转体之间。具体地，第五旋转轴4包括位于第三太阳轮S3及第四太阳轮S4，第一摩擦离合器Cl插置在第一旋转轴I与第五旋转轴4的前转轴之间，作为选择性的输入元件进行操作。
[0096]由于第一旋转轴I与第一太阳轮S2及第二太阳轮S2 —起构成第一旋转体，因此，第一太阳轮S2及第二太阳轮S2组成的轴会成为动力输入端。
[0097]第二摩擦离合器C2设置在第一旋转体与第六旋转体之间。具体地，插置在第一旋转轴I的后转轴与第六旋转轴6之间，作为选择性的输入元件进行操作。
[0098]摩擦制动器置于从上述旋转体中选定的旋转体与固定件之间，用来限制其所在行星排的自由度，以便扭矩沿设定路径传递。
[0099]第一摩擦制动器BI插置在第二旋转轴2与固定件之间，作为选择性的固定元件进行操作。
[0100]第二摩擦制动器B2插置在第四旋转轴4与固定件之间，作为选择性的固定元件进行操作。
[0101 ] 第三摩擦制动器B3插置在第三旋转轴3与固定件之间，作为选择性的固定元件进行操作。
[0102]第四摩擦制动器B4插置在第六旋转轴6与固定件之间，作为选择性的固定元件进行操作。
[0103]在第一旋转轴I至第七旋转轴7之中，可作为选择性的输入构件有第五旋转轴5、第六旋转轴6，分别通过第一摩擦离合器Cl、第二摩擦离合器C2，选择性的连接到输入端的第一旋转轴I。
[0104]在第一旋转轴I至第七旋转轴7之中，可作为选择性的固定构件有第二旋转轴2、第四旋转轴4、第三旋转轴3、第六旋转轴6，分别通过第一摩擦制动器B1、第二摩擦制动器B2、第三摩擦制动器B3及第四摩擦制动器B4，选择性的将相应的旋转体固连到固定件上。
[0105]请参考图3，图3为本发明示例性行星轮系的各构件的连接原理图。
[0106]如上所述，第一、第二行星排组合成一个复合的行星齿轮组，第一太阳轮SI与第二太阳轮S2固连，第一齿圈Al与第二行星架PC2固连，并连接第三齿圈A3。这组复合行星齿轮组与七根旋转轴中的四根相连；第一太阳轮S1、第二太阳轮S2通过第一旋转轴I与输入端相连，接受动力输入；第一齿圈Al与第二行星架PC2连接；第一行星架PCl通过第二旋转轴2与第一摩擦制动器BI连接；第二齿圈A2通过第四旋转轴4与第二摩擦制动器B2连接；这样的构造结构使得这组复合行星齿轮组可输出两种速比，并通过第三旋转轴3传递给第三齿圈A3。
[0107]第三、第四行星排组合成一个复合的行星齿轮组，第三行星架PC3与第四齿圈A4固连，第三太阳轮S3与第四太阳轮固连；通过第五旋转轴5与第一摩擦离合器Cl，选择性的与第一旋 转轴I 了连接；第三行星架PC3与第四齿圈A4固连，通过第六旋转轴6与第二摩擦离合器C2，与第一旋转轴I选择性连接；第三齿圈A3接受来自第一、第二行星排组成的复合轮系的两个速比的输入，这样第三、第四行星排组成的负荷行星齿轮组就具有4个速比的输入；通过相互的组合及第三、第四制动器B3、B4的作用可以输出最少十个速比的能力(说明:4X3 = 12个速比，但是只有10个为有效的)。
[0108]请参考图4、图5，图4为本发明示例性行星轮系的各挡位与扭矩传递装置的操作表；图5为本发明的示例性行星轮系的杠杆原理图。
[0109]图4所示的表格中给出了按照图2所示齿数给出的各挡位的速比及挡位间的级差数值，黑点的表格区代表闭合的换挡组件，空白的表格区代表断开的换挡组件。该表格仅体现示例行星轮系情况下的数值，并且每组数值可以进行改变。
[0110]图5中的两条水平线分别表示为:“0”水平线代表速度为零，“I”代表速度为输入转速及其转速与第一旋转轴I相同。水平线上的字符参照图3所示的各构件连接原理图中的名称，其间距为各构件间的齿数及相互间的配比关系来确定，各构件间的直线表示固定连接其的相应旋转轴，这种方式为本领域的技术人员常用的速度比较方式。
[0111]上述摩擦离合器处于输入为“ I ”的水平线的相应插置位置上，上述摩擦制动器处于固定的水平线“O”的相应插置位置上；速度传递线将通过起作用的摩擦制动器或离合器，速度传递线最终在输出轴即第七旋转轴7上的数值即为该组扭矩传递装置操作情况下输出的速度相对于输入速度的比值。
[0112]本发明在各个挡位下有两个扭矩传递装置同时进行操作，下面将详细描述各个实施方案情况下的本发明的行星轮系的每一个换挡速度及各构件的转速情况。
[0113](I)前进一挡
[0114]在前进一挡时，操作第一摩擦制动器B1、第四摩擦制动器B4。
[0115]第一旋转轴I通过固联第一太阳轮SI与第二太阳轮S2轴，作为速度“I”输入；第二旋转轴2通过第一制动器BI的操作作为固定元件，通过第一行星排PGl的作用形成一个减小速度传递到第三旋转轴3 ;第六旋转轴6通过第四摩擦制动器B4的操作将第三行星架PC3作为固定元件，经由第三旋转轴3传递到第三齿圈A3上的的速度通过第三行星排PG3的作用形成一个第三太阳轮S3的减速，并传递到第四行星排PG4 ;由于第四齿圈A4在第四摩擦制动器B4的作用为固定元件，第三太阳轮S3与第四太阳轮S4固连，从而形成了前进一挡速度线，其与第七旋转轴7的交点Dl即为前进一挡速比。
[0116](2)前进二挡
[0117]在前进二挡时，松开前进一挡时操作的第一摩擦制动器BI，并操作第一摩擦离合器Cl。
[0118]第一旋转轴I的转速通过操作第一摩擦离合器Cl将速度通过第五旋转轴5传递到第四太阳轮S4上，使其作为速度“I”输入；通过操作第四摩擦制动器B4将第六旋转轴6作为固定元件，从而形成前进二挡速度线，其与第七旋转轴7的交点D2即为前进二挡速比。
[0119](3)前进三挡
[0120]在前进三挡时，松开前进二挡时操作的第四摩擦制动器B4，并操作第一摩擦制动Bl0
[0121]第一旋转轴I的转速通过操作第一摩擦离合器Cl将速度通过第五旋转轴5传递到第三、第四太阳轮S3、S4上，作为速度“I”输入；第一旋转轴I刚性连接第一、第二太阳轮S1、S2上，作为速度“I”输入；通过操作第一摩擦制动器BI将第二旋转轴2作为固定元件，从而形成前进三挡速度线，其与第七旋转轴7的交点D3即为前进三挡速比。
[0122](4)前进四挡
[0123]在前进四挡时，松开前进三挡时操作的第一摩擦制动器BI，并操作第三摩擦制动B3o
[0124]第一旋转轴I的转速传递通过第一摩擦离合器Cl传递到第五旋转轴5上，并传递到第三、第四太阳轮S3、S4上，作为速度“I”输入；操作第三摩擦制动器B3通过第三旋转轴3的后半部分将第三齿圈A3作为固定元件，这样使得第三行星架PC3以一减少的速度输出；第四太阳轮S4与第三太阳轮S3同一转速；第四齿圈A4与第三行星架PC3同一转速；从而形成前进四挡速度线，其与第七旋转轴7的交点D4即为前进四挡速比。
[0125](5)前进五挡
[0126]在前进五挡时，松开前进四挡时操作的第三摩擦制动器B3，并操作第二摩擦制动器B2。
[0127]第一旋转轴I的转速通过固连第一、第二太阳轮S1、S2上，作为速度“I”输入；第一旋转轴I的转速通过操作第一摩擦离合器Cl将速度通过第五旋转轴5传递到第三、第四太阳轮S3、S4上，作为速度“I”输入；通过操作第二摩擦制动器B2将第四旋转轴4将第二齿圈A2作为固定元件，这样使得第二行星架PC2以一减少的速度通过第三旋转轴3的后半部分传递到第三齿圈A3上；这样在两个输入构件的速度作用下形成前进五挡速度线，其与第七旋转轴7的交点D5即为前进五挡速比。
[0128](6)前进六挡
[0129]在前进六挡时，松开前进五挡时操作的第二摩擦制动器B2，操作第二摩擦离合器C2o
[0130]第一旋转轴I通过操作第一摩擦离合器Cl将转速通过第五旋转轴5传递到第三、第四太阳轮S3、S4上；并且操作第二摩擦离合器C2将第六旋转轴6第一旋转轴I直接连接，使得第三行星排PG3、第四行星排PG4变为直接连接状态，第一旋转轴I的速度将直接输出，从而形成前进六挡速度线，其与第七旋转轴7的交点D6即为前进六挡速比。
[0131](7)前进七挡
[0132]在前进七挡时，松开前进六挡时操作的第一摩擦离合器Cl，操作第二摩擦制动器B2o
[0133]第一旋转轴I的转速传递到第一、第二太阳轮S1、S2，作为速度“I”输入；操作第二摩擦制动器B2通过第四旋转轴4将第二齿圈A2作为固定元件，这样使得第二行星架PC2以一减少的速度传递到第三齿圈A3 ;第一旋转轴I通过操作第二摩擦离合器C2将转速通过第六旋转轴6传递到第三行星架PC3及第四齿圈A4 ;第三、第四太阳轮S3、S4同速转动，这样第三、第四行星排PG3、PG4组成的复合行星轮系在两个输入构件的速度作用下形成前进七挡速度线，其与第七旋转轴7的交点D7即为前进七挡速比。
[0134](8)前进八挡
[0135]在前进八挡时，松开前进七挡时操作的第二摩擦制动器B2，操作第三摩擦制动器B3o
[0136]第一旋转轴I的转速通过操作第二摩擦离合器C2，通过第六旋转轴6将转速直接传递到第三行星架PC3及第四齿圈A4，作为速度“I” ；第三摩擦制动器B3将第三旋转轴3作为固定元件；第三、第四太阳轮S3、S4同速转动，这样第三、第四行星排PG3、PG4组成的复合行星轮系在两个输入构件的速度作用下形成前进八挡速度线，其与第七旋转轴7的交点D8即为前进八挡速比。
[0137](9)前进九挡
[0138]在前进九挡时，松开前进八挡时操作的第三摩擦制动器B3，操作第一摩擦制动器Bl0
[0139]第一旋转轴I的转速通过刚性连接到第一、第二太阳轮S1、S2，作为速度“I”;操作第一摩擦制动器BI，通过第二旋转轴2将第一行星架PCl固定；通过第一行星排PGl的作用似的第一行星架Al以一减小的反向转速输出，第一齿圈Al用过第三旋转轴3与第二行星架PC2与第三齿圈A3固连；第一旋转轴I的转速通过操作第二摩擦离合器C2，通过第六旋转轴6将转速直接传递到第三行星架PC3及第四齿圈A4，作为速度“I” ;第三、第四太阳轮S3、S4同速转动，这样第三、第四行星排PG3、PG4组成的复合行星轮系在两个输入构件的速度作用下形成前进九挡速度线，其与第七旋转轴7的交点D9即为前进九挡速比。
[0140](10)倒挡
[0141]在倒挡时，操作第二摩擦制动器B2、第四摩擦制动器B4。
[0142]第一旋转轴I的转速通过刚性连接到第一、第二太阳轮S1、S2，作为速度“I” ;通过操作第二摩擦制动器B2，通过第四旋转轴4将第二齿圈A2固定；通过第二行星排PG2的作用使得第二行星架PC2具有一个减小的转速；第二行星架PC2通过第三旋转轴3的固连将第一、第三齿圈Al、A3固连；通过操作第四摩擦制动器B4将第三行星架PC3与第四齿圈A4固定；第三、第四太阳轮S3、S4反向转动，这样第三、第四行星排PG3、PG4组成的复合行星轮系在第三齿圈A3为输入构件的速度作用下使第三、第四太阳轮S3、S4以一反向转速，并带动第四行星架PC4及第七旋 转轴7输出一反向、减少的转速，形成倒挡速度线，其与第七旋转轴7的交点R即为倒挡速比。
[0143]上文所列举的各挡速度线显示在图5中，各挡速度线与过各构件名称的竖直线的交点即为该构件在该挡位情况下的转速情况。
[0144]这里需要说明的是，图2仅示例性的给出了一种特定的构造，各构件下面的数字代表该构件在该特定条件下的齿数。由于行星排可以变换次序，扭矩传递装置可以放在在不同的构造位置之间，因此特定齿数不作为本专利的限定条件。
[0145]根据上面的分析图4为本发明示例性行星轮系的各挡位与扭矩传递装置的操作表，通过增加的挡位还能使用相应的跳挡工作变的更容易进行。这样的控制方法仅需改动控制软件，不需要对硬件设备做过多的改动，在机械结构一样的情况下，就能够在原有基础上进行相应的优化设计。
[0146]请参考图6及图7，图6为本发明的示例性行星轮系的各挡位之间可实现跨挡变换的挡位简图；图7为本发明的示例性各挡位之间可实现跨挡变换的操作表。
[0147]基本的原则是司机油门的踩踏速度、或者制动踏板的踩踏速度将直接决定本变速器的挡位情况，并不是像老式液控变速器那样进行逐次的换挡，而是进行跳挡，以便增加其动力性与经济性(这方面在电控液力自动变速器上容易实现，但是要求换挡时离合器或制动器结合与脱离尽可能只有一个。这样容易软件控制，并且需要考虑速度差的关系，速差过大跳挡无法进行)。
[0148]本发明利仅仅需要软件上的优化处理，使跳挡发生时结合的离合器、制动器组合有所变化，以适应不同的需求。
[0149]以上对本发明所提供的自动变速器及其换挡控制方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
[0150]同理，本文的行星齿轮组、前进挡、倒挡、旋转轴、速比、摩擦离合器、摩擦制动器的数目都是示例性的。本领域的技术人员将意识到，本发明不限制于这些示例数值，并且每一组具体的数值可以进行改动。
[0151]上述行星齿轮系可提供至少九个前进挡位和至少一个倒挡速比的变化，因此可以显著提高动力输送效率和燃料经济性，且零部件更少、长度更短、结构更加紧凑、成本更低、性能更加可靠。
[0152]除了行星齿轮系，本发明还提供一种自动变速器，包括外壳及设于外壳内部的液力变矩器和行星齿轮系，其中，液力变矩器与行星齿轮系传动连接，行星齿轮系为上文所述的行星齿轮系，其余结构请参考现有技术，就不再赘述。
[0153]以上对本发明所提供的自动变速器及其行星齿轮系进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
【主权项】
1.一种行星齿轮系，用于多档变速器，可获得多个挡位，其特征在于，包括: 第一行星排，具有第一太阳轮、第一行星架和第一齿圈； 第二行星排，具有第二太阳轮、第二行星架和第二齿圈； 第三行星排，具有第三太阳轮、第三行星架和第三齿圈； 第四行星排，具有第四太阳轮、第四行星架和第四齿圈； 第一旋转体，包括输入轴，通过固联形式连接到第一太阳轮、第二太阳轮，并能够选择性的连接至第五及第六旋转体； 第二旋转体，包括所述第一行星架，并能够选择性的连接至固定件； 第三旋转体，包括所述第一齿圈、第二行星架及第三齿圈，其能够选择性的连接至固定件； 第四旋转体，包括所述第二齿圈，并能够选择性的连接至固定件； 第五旋转体，包括所述第三太阳轮及第四太阳轮，其能够选择性的连接至第一旋转体； 第六旋转体，包括所述第三行星架和第四齿圈，并能够选择性的连接至固定件或选择性的连接至所述第一旋转体； 第七旋转体，包括所述第四行星架及输出轴； 六个换挡组件，包括离合器和制动器，所述离合器设于所述旋转体中的选定旋转体之间，所述制动器设于所述旋转体中的选定旋转体与固定件之间。2.根据权利要求1所述的行星齿轮系，其特征在于，所述输入轴固联第一旋转轴； 所述第一旋转体的第一太阳轮及第二太阳轮与所述第一旋转轴连接； 所述第二旋转体的第一行星架与第二旋转轴连接； 所述第三旋转体的第一齿圈和第二行星架及第三齿圈通过第三旋转轴连接； 所述第四旋转体的第二齿圈与第四旋转轴连接； 所述第五旋转体的第三太阳轮和第四太阳轮通过第五旋转轴连接； 所述第六旋转体的第三行星架和第四齿圈通过第六旋转轴连接； 所述第七旋转体的第四行星架连接输出轴； 所述输出轴为第七旋转轴。3.根据权利要求1所述的行星齿轮系，其特征在于，所述六个换挡组件包括: 第一离合器，插置于所述第一旋转体与第五旋转体之间； 第二离合器，插置于所述第一旋转体与第六旋转体之间； 第一制动器，插置于所述第二旋转体与固定件之间； 第二制动器，插置于所述第四旋转体与固定件之间； 第三制动器，插置于所述第三旋转体与固定件之间； 第四制动器，插置于所述第六旋转体与固定件之间。4.根据权利要求2所述的行星齿轮系，其特征在于，所述六个换挡组件包括: 第一离合器，插置于所述第一旋转轴与第五旋转轴之间； 第二离合器，插置于所述第一旋转轴与第六旋转轴之间； 第一制动器，插置于所述第二旋转轴与固定件之间； 第二制动器，插置于所述第四旋转轴与固定件之间； 第三制动器，插置于所述第三旋转轴与固定件之间； 第四制动器，插置于所述第六旋转轴与固定件之间。5.根据权利要求3或4所述的行星齿轮系，其特征在于，所述多个挡位包括至少九个前进挡和至少一个倒挡: 前进一挡，所述第一制动器、第四制动器结合； 前进二挡，所述第四制动器、第一离合器结合； 前进三挡，所述第一制动器、第一离合器结合； 前进四挡，所述第三制动器、第一离合器结合； 前进五挡，所述第二制动器、第一离合器结合； 前进六挡，所述第一离合器、第二离合器结合； 前进七挡，所述第二制动器、第二离合器结合； 前进八挡，所述第三制动器、第二离合器结合； 前进九挡，所述第一制动器、第二离合器结合； 倒挡，所述第二制动器、第四制动器结合； 空挡，所述第四制动器结合。6.根据权利要求5所述的行星齿轮系，其特征在于，所述离合器为摩擦离合器，所述制动器为摩擦制动器。7.根据权利要求1所述的行星齿轮系，其特征在于，所述第一旋转体固联空心轴，该空心轴上设置第一太阳轮，和第二太阳轮，所述的第一旋转体作为行星机构的动力输入装置。8.根据权利要求2所述的行星齿轮系，其特征在于，所述第四旋转轴包括前转轴和后转轴，通过所述前转轴，所述第二行星架与第一齿圈连接，通过所述后转轴，所述第二行星架与所述第三齿圈连接。9.根据权利要求1所述的行星齿轮系，其特征在于，所述第一行星排为单排单级行星排，所述第二行星排为单排单级行星排，所述第三行星排为单排单级行星排，所述第四行星排为单排单级行星排。10.一种多挡变速器，包括外壳及设于所述外壳内部的液力变矩器和行星齿轮系，所述液力变矩器与行星齿轮系传动连接，其特征在于，所述行星齿轮系为上述权利要求1至9任一项所述的行星齿轮系。
【专利摘要】本发明公开了一种行星齿轮系，用于多挡变速器，可获得至少九个可用前进挡位和至少一个可用倒挡位，包括第一行星排、第二行星排、第三行星排及第四行星排，各行星排均具有太阳轮、行星架和齿圈；所述行星排的组件与连接构件一共可形成七个旋转体；换挡组件包括两个离合器和四个制动器，所述离合器设于所述旋转体中的选定旋转体之间，所述制动器设于所述旋转体中的选定旋转体与固定件之间。该行星齿轮系可具有更多的挡位和更优化的速比，可显著提高车辆的动力传递性能和燃油经济性，而且长度更短、整体设计更加紧凑，可以很好的满足车辆对变速器耐久性、动力传递效率、尺寸、成本等方面的要求。本发明还公开了设有所述行星齿轮系的自动变速器。
【IPC分类】F16H3/62, F16H57/023
【公开号】CN104896038
【申请号】CN201510345995
【发明人】李大开, 严鉴铂, 王顺利, 刘义, 王凯峰, 王亚锋, 张海涛, 周能文
【申请人】陕西法士特齿轮有限责任公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月19日
【技术领域】
[0001]本发明涉及汽车技术领域，特别是适用于商用车辆液力自动变速器的多挡变速器及其行星齿轮系。
【背景技术】
[0002]行星齿轮系是液力自动变速器AT (Automatic Transmiss1n)进行变速的核心机构，其主要由行星排、离合器以及制动器组成，通过控制离合器和制动器，可以使行星排的构件以不同的组合形式互连，从而实现多种传动比的转换。
[0003]当变速器具有更多的可选挡位，就可以对其进行更为优化的设计，通过更多挡位、更优化速比的变速器，可使发动机在高效区工作的情况下满足不同车速的需求，从而使得车辆能够具有更加经济的燃油消耗及更好的动力性能。
[0004]目前，市场上最为常见的为四速和六速自动变速器，其虽然可在一定程度上实现预期目的。但是，从技术发展的角度来看，在燃油经济性、响应动力性及平稳性等方面均存在局限性，有待于进行持续的改进和更新设计。
[0005]如上所述，变速器更多、更优化挡位功能的实现依赖于行星齿轮系，而行星排的组合形式，特别是行星排固连件的选择、动力传动部件的位置设置和布局，使得整体的行星齿轮系具有不同的特性。
[0006]因此，如何对行星齿轮系进行改进，使其部件更少、挡位更多、效率更高及成本更低，以满足车辆对变速器耐久性、动力传递效率、尺寸等方面的要求，是本领域技术人员需要解决的技术问题。
【发明内容】
[0007]为了解决现有技术中的问题，本发明的第一目的是提供一种行星齿轮系，该行星齿轮系具有至少九个前进挡位和一个倒挡的最终换挡速度，可显著提高车辆的动力传递性能和燃油经济性。本发明的第二目的是提供一种设有所述行星齿轮系的多挡变速器。
[0008]为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案为:本发明提供一种行星齿轮系，用于自动变速器，可获得多个挡位，包括:
[0009]第一行星排，具有第一太阳轮、第一行星架和第一齿圈；
[0010]第二行星排，具有第二太阳轮、第二行星架和第二齿圈；
[0011]第三行星排，具有第三太阳轮、第三行星架和第三齿圈；
[0012]第四行星排，具有第四太阳轮、第四行星架和第四齿圈；
[0013]第一旋转体，包括输入轴，通过固联形式连接到第一太阳轮、第二太阳轮，并能够选择性的连接至第五及第六旋转体；
[0014]第二旋转体，包括所述第一行星架，并能够选择性的连接至固定件；
[0015]第三旋转体，包括所述第一齿圈、第二行星架及第三齿圈，其能够选择性的连接至固定件；
[0016]第四旋转体，包括所述第二齿圈，并能够选择性的连接至固定件；
[0017]第五旋转体，包括所述第三太阳轮及第四太阳轮，其能够选择性的连接至第一旋转体；
[0018]第六旋转体，包括所述第三行星架和第四齿圈，并能够选择性的连接至固定件或选择性的连接至所述第一旋转体；
[0019]第七旋转体，包括所述第四行星架及输出轴；
[0020]六个换挡组件，包括离合器和制动器，所述离合器设于所述旋转体中的选定旋转体之间，所述制动器设于所述旋转体中的选定旋转体与固定件之间。
[0021]优选地，所述输入轴固联第一旋转轴；
[0022]所述第一旋转体的第一太阳轮及第二太阳轮与所述第一旋转轴连接；
[0023]所述第二旋转体的第一行星架与第二旋转轴连接；
[0024]所述第三旋转体的第一齿圈和第二行星架及第三齿圈通过第三旋转轴连接；
[0025]所述第四旋转体的第二齿圈与第四旋转轴连接；
[0026]所述第五旋转体的第三太阳轮和第四太阳轮通过第五旋转轴连接；
[0027]所述第六旋转体的第三行星架和第四齿圈通过第六旋转轴连接；
[0028]所述第七旋转体的第四行星架连接输出轴；
[0029]所述输出轴为第七旋转轴。
[0030]优选地，所述六个换挡组件包括:
[0031]第一离合器，插置于所述第一旋转体与第五旋转体之间；
[0032]第二离合器，插置于所述第一旋转体与第六旋转体之间；
[0033]第一制动器，插置于所述第二旋转体与固定件之间；
[0034]第二制动器，插置于所述第四旋转体与固定件之间；
[0035]第三制动器，插置于所述第三旋转体与固定件之间；
[0036]第四制动器，插置于所述第六旋转体与固定件之间。
[0037]优选地，所述多个挡位包括至少九个前进挡和至少一个倒挡:
[0038]前进一挡，所述第一制动器、第四制动器结合；
[0039]前进二挡，所述第四制动器、第一离合器结合；
[0040]前进三挡，所述第一制动器、第一离合器结合；
[0041]前进四挡，所述第三制动器、第一离合器结合；
[0042]前进五挡，所述第二制动器、第一离合器结合；
[0043]前进六挡，所述第一离合器、第二离合器结合；
[0044]前进七挡，所述第二制动器、第二离合器结合；
[0045]前进八挡，所述第三制动器、第二离合器结合；
[0046]前进九挡，所述第一制动器、第二离合器结合；
[0047]倒挡，所述第二制动器、第四制动器结合；
[0048]空挡，所述第四制动器结合。
[0049]优选地，所述离合器为摩擦离合器，所述制动器为摩擦制动器。
[0050]优选地，所述第一旋转体固联空心轴，该空心轴上设置第一太阳轮，和第二太阳轮，所述的第一旋转体作为行星机构的动力输入装置。
[0051]优选地，所述第四旋转轴包括前转轴和后转轴，通过所述前转轴，所述第二行星架与第一齿圈连接，通过所述后转轴，所述第二行星架与所述第三齿圈连接。
[0052]优选地，所述第一行星排为单排单级行星排，所述第二行星排为单排单级行星排，所述第三行星排为单排单级行星排，所述第四行星排为单排单级行星排。
[0053]优选地，所述输入轴构造为接收扭矩和转速输入的构件；所述输出轴构造为输出已转换扭矩和转速的构件。
[0054]优选地，所述固定件为变速器外壳。
[0055]为了实现上述第二目的，本发明还提供一种多挡变速器，包括外壳及设于所述外壳内部的液力变矩器和行星齿轮系，所述液力变矩器与行星齿轮系传动连接，其特征在于，所述行星齿轮系为上述任一项所述的行星齿轮系。
[0056]本发明所提供的应用于车辆自动变速器的行星齿轮系为全新开发的产品，其具有接收动力的输入轴，向外输出动力的输出轴，四个布置在同一个轴系上的行星排，以及六个换挡组件，其中，各行星排均设有太阳轮、齿圈和带有若干个行星齿轮的行星架，行星排的组件之间通过旋转轴或其他连接构件相连接，可形成七个旋转体，以实现动力的传递，换挡组件可采用离合器和制动器等扭矩传递装置，通过操作换挡组件可改变行星齿轮系的自由度，不同的换挡组件的结合与分离使得输入轴与输出轴之间可实现不同的速比传递，最终可获得至少九个可用前进挡位和至少一个可用倒挡位的换挡速度，与四速和六速行星齿轮系相比，其具有更多的挡位和更优化的速比，可使发动机在高效区工作的情况下满足不同车速的需求，进而显著提高车辆的动力传递性能和燃油经济性。
[0057]此外，该行星齿轮系零部件较少，换挡组件充分利用行星排之间的空间，不仅可以获得更短的变速器长度，而且整体设计更加紧凑，可以很好的满足车辆对变速器耐久性、动力传递效率、尺寸、成本等方面的要求。
[0058]本发明所提供的多挡变速器设有上述行星齿轮系，由于上述行星齿轮系具有上述技术效果，设有该行星齿轮系的自动变速器也应具备相应的技术效果。
【附图说明】
[0059]图1为本发明所提供行星轮系的传动路线简图；
[0060]图2为本发明所提供行星轮系的一种特定应用示例简图；
[0061]图3为本发明示例性行星轮系的各构件的连接原理图；
[0062]图4为本发明示例性行星轮系的各挡位与扭矩传递装置的操作表，用以说明在各确定的挡位中哪些换挡组件闭合；
[0063]图5为本发明的示例性行星轮系的杠杆原理图；
[0064]图6为本发明的示例性行星轮系的各挡位之间可实现跨挡变换的挡位简图；
[0065]图7为本发明的示例性各挡位之间可实现跨挡变换的操作表 ；
[0066]图中:
[0067]1.第一旋转轴、2.第二旋转轴、3.第三旋转轴、4.第四旋转轴、5.第五旋转轴、
6.第六旋转轴、7.第七旋转轴；
[0068]Cl.第一摩擦离合器、C2.第二摩擦离合器、B1.第一摩擦制动器、B2.第二摩擦制动器、B3.第三摩擦制动器、B4.第四摩擦制动器；
[0069]PGl.第一行星排、PG2.第二行星排、PG3.第三行星排、PG4.第四行星排；
[0070]S1.第一太阳轮、PCl.第一行星架、Pl.第一行星轮、Al.第一齿圈；
[0071]S2.第二太阳轮、PC2.第二行星架、P2.第二行星轮、A2.第二齿圈；
[0072]S3.第三太阳轮、PC3.第三行星架、P3.第三行星轮、A3.第三齿圈；
[0073]S4.第四太阳轮、PC4.第四行星架、P4.第四行星轮、A4.第四齿圈；
【具体实施方式】
[0074]本发明的核心是提供一种包括四个行星排和六个扭矩传递装置机构或控制单元，能提供至少九个前进挡和至少一个倒挡的行星齿轮系。
[0075]本发明的另一核心是提供一种设有所述行星齿轮系的多挡变速器。
[0076]为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的详细说明。
[0077]对于本发明说明书中的解释仅限于实施示例性方案，并省略不必要的部件描述，在本发明说明书中同样的构件在不同附图上以相同的标记表示。在具体的实施描述中，数字及字母是用来区别具有相同术语的构件元件，这些数字及字母不具有特定的含义，也不代表任何次序。
[0078]请参考图1、图2，图1为本发明所提供行星轮系的传动路线简图；图2为本发明所提供行星轮系的一种特定应用示例简图。
[0079]在一种【具体实施方式】中，本发明提供的行星齿轮系具有设置在同一轴线上的第一行星排PG1、第二行星排PG2、第三行星排PG3及第四行星排PG4，设置在同一轴线上的第一离合器Cl、第二离合器C2，以及设置在同一轴线上的第一制动器B1、第二制动器B2、第三制动器B3及第四制动器B4。
[0080]第一行星排PGl为单排单级行星排，其包括作为该排输入的第一行星架PCl，第一太阳轮SI及第一齿圈Al至少三个构件，第一行星架PCl上的第一行星轮Pl为六个行星轮。[0081 ] 第二行星排PG2为单排单级行星排，其包括作为该排输入的第二太阳轮S2和第二行星架PC2，以及第二齿圈A2至少三个构件，第二行星架PC2上的第二行星轮P2的数量为四个。
[0082]第三行星排PG3为单排单级行星轮，其包括作为该排输入的第三太阳轮S3和第三行星架PC3，以及第三齿圈A3至少三个构件，第三行星架PC3上的第三行星轮P3的数量为五个。
[0083]第四行星排PG4为单排单级行星轮，其包括第四太阳轮S4，第四行星架PC4，以及第四齿圈A4至少三个构件，第四行星架PC4上的第四行星轮P4的数量为四个。
[0084]第三行星排PG3与第四行星排PG4之间存在由四个构件形成的两组固连形式，因此在特定阶段可视为一组复合行星齿轮组，作为一体形式进行输出。
[0085]还包括七根作为连接构件的旋转轴，上述行星排的组件与旋转轴相连接，并通过旋转轴相互连接，一共可形成七个旋转体:
[0086]第一旋转体，由第一旋转轴I (即输入轴)刚性连接第一太阳轮SI与第二太阳轮S2构成，两者始终以相同的转速旋转，第一旋转轴I被构造为接收液力变矩器扭矩和转速的构件。
[0087]第二旋转体，由第二旋转轴2和第一行星架PCl连接构成，能够选择性的连接到固定件(例如壳体)上。
[0088]第三旋转体，由第一齿圈Al、第二行星架PC2及第三齿圈A3通过第三旋转轴3的前后两部分连接构成。
[0089]第四旋转体，由第四旋转轴4和第二齿圈A2连接构成，能够选择性的连接到固定件(例如壳体)上。
[0090]第五旋转体，由第三太阳轮S3、第四太阳轮S4及第五旋转轴5连接构成，可选择性的连接到第一旋转体上。
[0091]第六旋转体，由第三行星架PC3、第六旋转轴6及第四齿圈A4连接构成，能够选择性的连接到第一旋转体上。
[0092]第七旋转体，由第七旋转轴7 (即输出轴)和第四行星架PC4连接构成，第七旋转轴7被构造为向外输出已转换扭矩和转速的构件。
[0093]根据上述连接方式和实际组装的需要，各旋转轴的尺寸和形态将不尽相同，其中第一旋转轴I的前半部分和第七旋转轴7可以为实心轴，第一旋转体的中间部分为包容第一摩擦离合器Cl及第二摩擦离合器C2的中空结构，第一旋转体的后部连接第一太阳轮SI与第二太阳轮S2的组合结构，该结构设置成空心轴结构；第二旋转体的第二旋转轴2则为内径比较大的空心轴，第一行星架PCl通过该空心轴与第一制动器BI的运动侧连接；第三旋转轴3为具有直径较大的空心轴，其通过前部与后部轴分别将第二行星架PC2与第一齿圈Al及第三齿圈A3连接，内部容纳所连接的行星排的组成构件，同时，其也为台阶轴，以适应不同的径向尺寸变化，并可和第三制动器B3的运动侧连接；第四旋转轴4为径向尺寸很大的空心结构，其与第二齿圈A2连接，并与第二制动器B2的运动侧连接；第五旋转轴5为实心轴，其与第三太阳轮S3及第四太阳轮S4连接，并与第一离合器Cl的从动侧连接；第旋转轴6将第三行星架PC3及第四齿圈A4连接，并与第二离合器C2的从动侧连接，并可和第四制动器B4的运动侧连接；第七旋转轴7实心轴，其与第四行星架PC4连接，并可作为动力输出元件。
[0094]摩擦离合器置于从上述旋转体中选定的旋转体之间，以便进行扭矩与转速的传递。
[0095]第一摩擦离合器Cl设置在第一旋转体与第五旋转体之间。具体地，第五旋转轴4包括位于第三太阳轮S3及第四太阳轮S4，第一摩擦离合器Cl插置在第一旋转轴I与第五旋转轴4的前转轴之间，作为选择性的输入元件进行操作。
[0096]由于第一旋转轴I与第一太阳轮S2及第二太阳轮S2 —起构成第一旋转体，因此，第一太阳轮S2及第二太阳轮S2组成的轴会成为动力输入端。
[0097]第二摩擦离合器C2设置在第一旋转体与第六旋转体之间。具体地，插置在第一旋转轴I的后转轴与第六旋转轴6之间，作为选择性的输入元件进行操作。
[0098]摩擦制动器置于从上述旋转体中选定的旋转体与固定件之间，用来限制其所在行星排的自由度，以便扭矩沿设定路径传递。
[0099]第一摩擦制动器BI插置在第二旋转轴2与固定件之间，作为选择性的固定元件进行操作。
[0100]第二摩擦制动器B2插置在第四旋转轴4与固定件之间，作为选择性的固定元件进行操作。
[0101 ] 第三摩擦制动器B3插置在第三旋转轴3与固定件之间，作为选择性的固定元件进行操作。
[0102]第四摩擦制动器B4插置在第六旋转轴6与固定件之间，作为选择性的固定元件进行操作。
[0103]在第一旋转轴I至第七旋转轴7之中，可作为选择性的输入构件有第五旋转轴5、第六旋转轴6，分别通过第一摩擦离合器Cl、第二摩擦离合器C2，选择性的连接到输入端的第一旋转轴I。
[0104]在第一旋转轴I至第七旋转轴7之中，可作为选择性的固定构件有第二旋转轴2、第四旋转轴4、第三旋转轴3、第六旋转轴6，分别通过第一摩擦制动器B1、第二摩擦制动器B2、第三摩擦制动器B3及第四摩擦制动器B4，选择性的将相应的旋转体固连到固定件上。
[0105]请参考图3，图3为本发明示例性行星轮系的各构件的连接原理图。
[0106]如上所述，第一、第二行星排组合成一个复合的行星齿轮组，第一太阳轮SI与第二太阳轮S2固连，第一齿圈Al与第二行星架PC2固连，并连接第三齿圈A3。这组复合行星齿轮组与七根旋转轴中的四根相连；第一太阳轮S1、第二太阳轮S2通过第一旋转轴I与输入端相连，接受动力输入；第一齿圈Al与第二行星架PC2连接；第一行星架PCl通过第二旋转轴2与第一摩擦制动器BI连接；第二齿圈A2通过第四旋转轴4与第二摩擦制动器B2连接；这样的构造结构使得这组复合行星齿轮组可输出两种速比，并通过第三旋转轴3传递给第三齿圈A3。
[0107]第三、第四行星排组合成一个复合的行星齿轮组，第三行星架PC3与第四齿圈A4固连，第三太阳轮S3与第四太阳轮固连；通过第五旋转轴5与第一摩擦离合器Cl，选择性的与第一旋 转轴I 了连接；第三行星架PC3与第四齿圈A4固连，通过第六旋转轴6与第二摩擦离合器C2，与第一旋转轴I选择性连接；第三齿圈A3接受来自第一、第二行星排组成的复合轮系的两个速比的输入，这样第三、第四行星排组成的负荷行星齿轮组就具有4个速比的输入；通过相互的组合及第三、第四制动器B3、B4的作用可以输出最少十个速比的能力(说明:4X3 = 12个速比，但是只有10个为有效的)。
[0108]请参考图4、图5，图4为本发明示例性行星轮系的各挡位与扭矩传递装置的操作表；图5为本发明的示例性行星轮系的杠杆原理图。
[0109]图4所示的表格中给出了按照图2所示齿数给出的各挡位的速比及挡位间的级差数值，黑点的表格区代表闭合的换挡组件，空白的表格区代表断开的换挡组件。该表格仅体现示例行星轮系情况下的数值，并且每组数值可以进行改变。
[0110]图5中的两条水平线分别表示为:“0”水平线代表速度为零，“I”代表速度为输入转速及其转速与第一旋转轴I相同。水平线上的字符参照图3所示的各构件连接原理图中的名称，其间距为各构件间的齿数及相互间的配比关系来确定，各构件间的直线表示固定连接其的相应旋转轴，这种方式为本领域的技术人员常用的速度比较方式。
[0111]上述摩擦离合器处于输入为“ I ”的水平线的相应插置位置上，上述摩擦制动器处于固定的水平线“O”的相应插置位置上；速度传递线将通过起作用的摩擦制动器或离合器，速度传递线最终在输出轴即第七旋转轴7上的数值即为该组扭矩传递装置操作情况下输出的速度相对于输入速度的比值。
[0112]本发明在各个挡位下有两个扭矩传递装置同时进行操作，下面将详细描述各个实施方案情况下的本发明的行星轮系的每一个换挡速度及各构件的转速情况。
[0113](I)前进一挡
[0114]在前进一挡时，操作第一摩擦制动器B1、第四摩擦制动器B4。
[0115]第一旋转轴I通过固联第一太阳轮SI与第二太阳轮S2轴，作为速度“I”输入；第二旋转轴2通过第一制动器BI的操作作为固定元件，通过第一行星排PGl的作用形成一个减小速度传递到第三旋转轴3 ;第六旋转轴6通过第四摩擦制动器B4的操作将第三行星架PC3作为固定元件，经由第三旋转轴3传递到第三齿圈A3上的的速度通过第三行星排PG3的作用形成一个第三太阳轮S3的减速，并传递到第四行星排PG4 ;由于第四齿圈A4在第四摩擦制动器B4的作用为固定元件，第三太阳轮S3与第四太阳轮S4固连，从而形成了前进一挡速度线，其与第七旋转轴7的交点Dl即为前进一挡速比。
[0116](2)前进二挡
[0117]在前进二挡时，松开前进一挡时操作的第一摩擦制动器BI，并操作第一摩擦离合器Cl。
[0118]第一旋转轴I的转速通过操作第一摩擦离合器Cl将速度通过第五旋转轴5传递到第四太阳轮S4上，使其作为速度“I”输入；通过操作第四摩擦制动器B4将第六旋转轴6作为固定元件，从而形成前进二挡速度线，其与第七旋转轴7的交点D2即为前进二挡速比。
[0119](3)前进三挡
[0120]在前进三挡时，松开前进二挡时操作的第四摩擦制动器B4，并操作第一摩擦制动Bl0
[0121]第一旋转轴I的转速通过操作第一摩擦离合器Cl将速度通过第五旋转轴5传递到第三、第四太阳轮S3、S4上，作为速度“I”输入；第一旋转轴I刚性连接第一、第二太阳轮S1、S2上，作为速度“I”输入；通过操作第一摩擦制动器BI将第二旋转轴2作为固定元件，从而形成前进三挡速度线，其与第七旋转轴7的交点D3即为前进三挡速比。
[0122](4)前进四挡
[0123]在前进四挡时，松开前进三挡时操作的第一摩擦制动器BI，并操作第三摩擦制动B3o
[0124]第一旋转轴I的转速传递通过第一摩擦离合器Cl传递到第五旋转轴5上，并传递到第三、第四太阳轮S3、S4上，作为速度“I”输入；操作第三摩擦制动器B3通过第三旋转轴3的后半部分将第三齿圈A3作为固定元件，这样使得第三行星架PC3以一减少的速度输出；第四太阳轮S4与第三太阳轮S3同一转速；第四齿圈A4与第三行星架PC3同一转速；从而形成前进四挡速度线，其与第七旋转轴7的交点D4即为前进四挡速比。
[0125](5)前进五挡
[0126]在前进五挡时，松开前进四挡时操作的第三摩擦制动器B3，并操作第二摩擦制动器B2。
[0127]第一旋转轴I的转速通过固连第一、第二太阳轮S1、S2上，作为速度“I”输入；第一旋转轴I的转速通过操作第一摩擦离合器Cl将速度通过第五旋转轴5传递到第三、第四太阳轮S3、S4上，作为速度“I”输入；通过操作第二摩擦制动器B2将第四旋转轴4将第二齿圈A2作为固定元件，这样使得第二行星架PC2以一减少的速度通过第三旋转轴3的后半部分传递到第三齿圈A3上；这样在两个输入构件的速度作用下形成前进五挡速度线，其与第七旋转轴7的交点D5即为前进五挡速比。
[0128](6)前进六挡
[0129]在前进六挡时，松开前进五挡时操作的第二摩擦制动器B2，操作第二摩擦离合器C2o
[0130]第一旋转轴I通过操作第一摩擦离合器Cl将转速通过第五旋转轴5传递到第三、第四太阳轮S3、S4上；并且操作第二摩擦离合器C2将第六旋转轴6第一旋转轴I直接连接，使得第三行星排PG3、第四行星排PG4变为直接连接状态，第一旋转轴I的速度将直接输出，从而形成前进六挡速度线，其与第七旋转轴7的交点D6即为前进六挡速比。
[0131](7)前进七挡
[0132]在前进七挡时，松开前进六挡时操作的第一摩擦离合器Cl，操作第二摩擦制动器B2o
[0133]第一旋转轴I的转速传递到第一、第二太阳轮S1、S2，作为速度“I”输入；操作第二摩擦制动器B2通过第四旋转轴4将第二齿圈A2作为固定元件，这样使得第二行星架PC2以一减少的速度传递到第三齿圈A3 ;第一旋转轴I通过操作第二摩擦离合器C2将转速通过第六旋转轴6传递到第三行星架PC3及第四齿圈A4 ;第三、第四太阳轮S3、S4同速转动，这样第三、第四行星排PG3、PG4组成的复合行星轮系在两个输入构件的速度作用下形成前进七挡速度线，其与第七旋转轴7的交点D7即为前进七挡速比。
[0134](8)前进八挡
[0135]在前进八挡时，松开前进七挡时操作的第二摩擦制动器B2，操作第三摩擦制动器B3o
[0136]第一旋转轴I的转速通过操作第二摩擦离合器C2，通过第六旋转轴6将转速直接传递到第三行星架PC3及第四齿圈A4，作为速度“I” ；第三摩擦制动器B3将第三旋转轴3作为固定元件；第三、第四太阳轮S3、S4同速转动，这样第三、第四行星排PG3、PG4组成的复合行星轮系在两个输入构件的速度作用下形成前进八挡速度线，其与第七旋转轴7的交点D8即为前进八挡速比。
[0137](9)前进九挡
[0138]在前进九挡时，松开前进八挡时操作的第三摩擦制动器B3，操作第一摩擦制动器Bl0
[0139]第一旋转轴I的转速通过刚性连接到第一、第二太阳轮S1、S2，作为速度“I”;操作第一摩擦制动器BI，通过第二旋转轴2将第一行星架PCl固定；通过第一行星排PGl的作用似的第一行星架Al以一减小的反向转速输出，第一齿圈Al用过第三旋转轴3与第二行星架PC2与第三齿圈A3固连；第一旋转轴I的转速通过操作第二摩擦离合器C2，通过第六旋转轴6将转速直接传递到第三行星架PC3及第四齿圈A4，作为速度“I” ;第三、第四太阳轮S3、S4同速转动，这样第三、第四行星排PG3、PG4组成的复合行星轮系在两个输入构件的速度作用下形成前进九挡速度线，其与第七旋转轴7的交点D9即为前进九挡速比。
[0140](10)倒挡
[0141]在倒挡时，操作第二摩擦制动器B2、第四摩擦制动器B4。
[0142]第一旋转轴I的转速通过刚性连接到第一、第二太阳轮S1、S2，作为速度“I” ;通过操作第二摩擦制动器B2，通过第四旋转轴4将第二齿圈A2固定；通过第二行星排PG2的作用使得第二行星架PC2具有一个减小的转速；第二行星架PC2通过第三旋转轴3的固连将第一、第三齿圈Al、A3固连；通过操作第四摩擦制动器B4将第三行星架PC3与第四齿圈A4固定；第三、第四太阳轮S3、S4反向转动，这样第三、第四行星排PG3、PG4组成的复合行星轮系在第三齿圈A3为输入构件的速度作用下使第三、第四太阳轮S3、S4以一反向转速，并带动第四行星架PC4及第七旋 转轴7输出一反向、减少的转速，形成倒挡速度线，其与第七旋转轴7的交点R即为倒挡速比。
[0143]上文所列举的各挡速度线显示在图5中，各挡速度线与过各构件名称的竖直线的交点即为该构件在该挡位情况下的转速情况。
[0144]这里需要说明的是，图2仅示例性的给出了一种特定的构造，各构件下面的数字代表该构件在该特定条件下的齿数。由于行星排可以变换次序，扭矩传递装置可以放在在不同的构造位置之间，因此特定齿数不作为本专利的限定条件。
[0145]根据上面的分析图4为本发明示例性行星轮系的各挡位与扭矩传递装置的操作表，通过增加的挡位还能使用相应的跳挡工作变的更容易进行。这样的控制方法仅需改动控制软件，不需要对硬件设备做过多的改动，在机械结构一样的情况下，就能够在原有基础上进行相应的优化设计。
[0146]请参考图6及图7，图6为本发明的示例性行星轮系的各挡位之间可实现跨挡变换的挡位简图；图7为本发明的示例性各挡位之间可实现跨挡变换的操作表。
[0147]基本的原则是司机油门的踩踏速度、或者制动踏板的踩踏速度将直接决定本变速器的挡位情况，并不是像老式液控变速器那样进行逐次的换挡，而是进行跳挡，以便增加其动力性与经济性(这方面在电控液力自动变速器上容易实现，但是要求换挡时离合器或制动器结合与脱离尽可能只有一个。这样容易软件控制，并且需要考虑速度差的关系，速差过大跳挡无法进行)。
[0148]本发明利仅仅需要软件上的优化处理，使跳挡发生时结合的离合器、制动器组合有所变化，以适应不同的需求。
[0149]以上对本发明所提供的自动变速器及其换挡控制方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
[0150]同理，本文的行星齿轮组、前进挡、倒挡、旋转轴、速比、摩擦离合器、摩擦制动器的数目都是示例性的。本领域的技术人员将意识到，本发明不限制于这些示例数值，并且每一组具体的数值可以进行改动。
[0151]上述行星齿轮系可提供至少九个前进挡位和至少一个倒挡速比的变化，因此可以显著提高动力输送效率和燃料经济性，且零部件更少、长度更短、结构更加紧凑、成本更低、性能更加可靠。
[0152]除了行星齿轮系，本发明还提供一种自动变速器，包括外壳及设于外壳内部的液力变矩器和行星齿轮系，其中，液力变矩器与行星齿轮系传动连接，行星齿轮系为上文所述的行星齿轮系，其余结构请参考现有技术，就不再赘述。
[0153]以上对本发明所提供的自动变速器及其行星齿轮系进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
【主权项】
1.一种行星齿轮系，用于多档变速器，可获得多个挡位，其特征在于，包括: 第一行星排，具有第一太阳轮、第一行星架和第一齿圈； 第二行星排，具有第二太阳轮、第二行星架和第二齿圈； 第三行星排，具有第三太阳轮、第三行星架和第三齿圈； 第四行星排，具有第四太阳轮、第四行星架和第四齿圈； 第一旋转体，包括输入轴，通过固联形式连接到第一太阳轮、第二太阳轮，并能够选择性的连接至第五及第六旋转体； 第二旋转体，包括所述第一行星架，并能够选择性的连接至固定件； 第三旋转体，包括所述第一齿圈、第二行星架及第三齿圈，其能够选择性的连接至固定件； 第四旋转体，包括所述第二齿圈，并能够选择性的连接至固定件； 第五旋转体，包括所述第三太阳轮及第四太阳轮，其能够选择性的连接至第一旋转体； 第六旋转体，包括所述第三行星架和第四齿圈，并能够选择性的连接至固定件或选择性的连接至所述第一旋转体； 第七旋转体，包括所述第四行星架及输出轴； 六个换挡组件，包括离合器和制动器，所述离合器设于所述旋转体中的选定旋转体之间，所述制动器设于所述旋转体中的选定旋转体与固定件之间。2.根据权利要求1所述的行星齿轮系，其特征在于，所述输入轴固联第一旋转轴； 所述第一旋转体的第一太阳轮及第二太阳轮与所述第一旋转轴连接； 所述第二旋转体的第一行星架与第二旋转轴连接； 所述第三旋转体的第一齿圈和第二行星架及第三齿圈通过第三旋转轴连接； 所述第四旋转体的第二齿圈与第四旋转轴连接； 所述第五旋转体的第三太阳轮和第四太阳轮通过第五旋转轴连接； 所述第六旋转体的第三行星架和第四齿圈通过第六旋转轴连接； 所述第七旋转体的第四行星架连接输出轴； 所述输出轴为第七旋转轴。3.根据权利要求1所述的行星齿轮系，其特征在于，所述六个换挡组件包括: 第一离合器，插置于所述第一旋转体与第五旋转体之间； 第二离合器，插置于所述第一旋转体与第六旋转体之间； 第一制动器，插置于所述第二旋转体与固定件之间； 第二制动器，插置于所述第四旋转体与固定件之间； 第三制动器，插置于所述第三旋转体与固定件之间； 第四制动器，插置于所述第六旋转体与固定件之间。4.根据权利要求2所述的行星齿轮系，其特征在于，所述六个换挡组件包括: 第一离合器，插置于所述第一旋转轴与第五旋转轴之间； 第二离合器，插置于所述第一旋转轴与第六旋转轴之间； 第一制动器，插置于所述第二旋转轴与固定件之间； 第二制动器，插置于所述第四旋转轴与固定件之间； 第三制动器，插置于所述第三旋转轴与固定件之间； 第四制动器，插置于所述第六旋转轴与固定件之间。5.根据权利要求3或4所述的行星齿轮系，其特征在于，所述多个挡位包括至少九个前进挡和至少一个倒挡: 前进一挡，所述第一制动器、第四制动器结合； 前进二挡，所述第四制动器、第一离合器结合； 前进三挡，所述第一制动器、第一离合器结合； 前进四挡，所述第三制动器、第一离合器结合； 前进五挡，所述第二制动器、第一离合器结合； 前进六挡，所述第一离合器、第二离合器结合； 前进七挡，所述第二制动器、第二离合器结合； 前进八挡，所述第三制动器、第二离合器结合； 前进九挡，所述第一制动器、第二离合器结合； 倒挡，所述第二制动器、第四制动器结合； 空挡，所述第四制动器结合。6.根据权利要求5所述的行星齿轮系，其特征在于，所述离合器为摩擦离合器，所述制动器为摩擦制动器。7.根据权利要求1所述的行星齿轮系，其特征在于，所述第一旋转体固联空心轴，该空心轴上设置第一太阳轮，和第二太阳轮，所述的第一旋转体作为行星机构的动力输入装置。8.根据权利要求2所述的行星齿轮系，其特征在于，所述第四旋转轴包括前转轴和后转轴，通过所述前转轴，所述第二行星架与第一齿圈连接，通过所述后转轴，所述第二行星架与所述第三齿圈连接。9.根据权利要求1所述的行星齿轮系，其特征在于，所述第一行星排为单排单级行星排，所述第二行星排为单排单级行星排，所述第三行星排为单排单级行星排，所述第四行星排为单排单级行星排。10.一种多挡变速器，包括外壳及设于所述外壳内部的液力变矩器和行星齿轮系，所述液力变矩器与行星齿轮系传动连接，其特征在于，所述行星齿轮系为上述权利要求1至9任一项所述的行星齿轮系。
【专利摘要】本发明公开了一种行星齿轮系，用于多挡变速器，可获得至少九个可用前进挡位和至少一个可用倒挡位，包括第一行星排、第二行星排、第三行星排及第四行星排，各行星排均具有太阳轮、行星架和齿圈；所述行星排的组件与连接构件一共可形成七个旋转体；换挡组件包括两个离合器和四个制动器，所述离合器设于所述旋转体中的选定旋转体之间，所述制动器设于所述旋转体中的选定旋转体与固定件之间。该行星齿轮系可具有更多的挡位和更优化的速比，可显著提高车辆的动力传递性能和燃油经济性，而且长度更短、整体设计更加紧凑，可以很好的满足车辆对变速器耐久性、动力传递效率、尺寸、成本等方面的要求。本发明还公开了设有所述行星齿轮系的自动变速器。
【IPC分类】F16H3/62, F16H57/023
【公开号】CN104896038
【申请号】CN201510345995
【发明人】李大开, 严鉴铂, 王顺利, 刘义, 王凯峰, 王亚锋, 张海涛, 周能文
【申请人】陕西法士特齿轮有限责任公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月19日
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