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，本发明涉及用于车辆的自动变速器的行星齿轮系，其具有通过以最少的结构实现至少十个前进速度的优点，从而能够利用多档位来提高动力传输性能并改善燃料消耗，并通过使用发动机的低转速区的驱动点来改进驾驶稳定性。

背景技术：

一般来讲，在自动变速器领域，实现更多变速挡位是已经进行研究中用于最大化燃料消耗和驱动效率的技术，并且近来油价升高引发了提高车辆的燃料消耗的刚性竞争。

在这种意义上，人们已经就通过所谓的减小尺寸来实现重量减少并且提高燃料消耗，对发动机进行了研究，并且，人们也就通过实现更多的变速挡位来同时提供更好的驾驶性能和燃料消耗，对自动变速器进行了研究。

为了实现用于自动变速器的更多变速挡位，部件的数目，具体地行星齿轮组的数目通常增加，并且根据变速器的总长度，可安装性、生产成本、重量和/或功率流动效率也会增加。

因此，为了最大限度地提高具有更多变速挡位的自动变速器的燃料消耗，通过较小数目的部件以得到较好的效率是重要的。

在这方面，近来已经引入了八速自动变速器，并且不断需要用于启用了更多变速挡位的自动变速器的行星齿轮系。

然而，一般大多数具有超过八速的自动变速器包括三到四个行星齿轮组和五到六个控制元件(摩擦元件)，在这种情况下，总长度增加，其具有降低可安装性的缺点。

因此，已经采用在行星齿轮系上布置行星齿轮组的多排结构，或者已经应用爪型离合器来替代湿式控制元件。然而，这样的结构是受限的，并且因爪型离合器的应用会导致换挡体验变差。

在本发明背景章节公开的上述信息只用于加强对本发明一般背景的理解，并且不应理解为承认或任何形式的建议此信息形成对本领域的技术人员已知的现有技术。

技术实现要素：

本发明的各个方面涉及提供用于车辆的自动变速器的行星齿轮系，其具有通过最小数目的部件获得至少十个前进速度和至少一个后退速度的变速挡位，通过自动变速器的多级档位改进动力传输性能和燃料消耗，并且通过利用发动机的低转速改进驾驶稳定性的优点。

根据本发明的各个方面，用于车辆的自动变速器的行星齿轮系可包括用于接收发动机扭矩的输入轴，用于输出变速后的扭矩的输出轴，第一行星齿轮组，其包括第一、第二和第三旋转元件，第二行星齿轮组，其包括第四、第五和第六旋转元件，第三行星齿轮组，其包括第七、第八和第九旋转元件，第四行星齿轮组，其包括第十、第十一和第十二旋转元件，使第一旋转元件和第十旋转元件相互连接的第一轴，使第二旋转元件、第四旋转元件和第八旋转元件相互连接并且直接与输入轴连接的第二轴，与第三旋转元件连接的第三轴，与第五旋转元件连接的第四轴，与第六旋转元件连接并且可选择性地与第一轴连接的第五轴，使第七旋转元件和第十二旋转元件相互连接并且可选择性地与第四轴连接的第六轴，与第九旋转元件连接并且可选择性地与第四轴连接的第七轴，以及与第十一旋转元件连接，可选择性地与第五轴连接，并且直接与所述输出轴连接的第八轴。

第一轴和第三轴各自可选择性地与变速器壳体连接。

第一、第二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、第五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、第八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，并且第十、第十一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。

行星齿轮系可进一步包括可选择性地连接第五轴和第八轴的第一离合器，可选择性地连接第一轴和第五轴的第二离合器，可选择性地连接第四轴和第六轴的第三离合器，可选择性地连接第四轴和第七轴的第四离合器，可选择性地连接第一轴和变速器壳体的第一制动器，以及可选择性地连接第三轴和变速器壳体的第二制动器。

通过可选择性地操作第一、第二、第三和第四离合器以及第一和第二制动器而实现的速度变速挡位，可包括第一前进速度挡，其通过操作第二和第三离合器以及第一制动器实现，第二前进速度挡，其通过操作第一和第三离合器以及第一制动器实现，第三前进速度挡，其通过操作第三和第四离合器以及第一制动器实现，第四前进速度挡，其通过操作第一和第四离合器以及第一制动器实现，第五前进速度挡，其通过操作第一、第二和第四离合器实现，第六前进速度挡，其通过操作第一和第四离合器以及第二制动器实现，第七前进速度挡，其通过操作第三和第四离合器以及第二制动器实现，第八前进速度挡，其通过操作第一和第三离合器以及第二制动器实现，第九前进速度挡，其通过操作第二和第三离合器以及第二制动器实现，第十前进速度挡，其通过操作第一和第二离合器以及第二制动器实现；以及后退速度挡，其通过操作第二和第四离合器以及第二制动器实现。

根据本发明的各个方面，用于车辆的自动变速器的行星齿轮系可包括用于接收发动机扭矩的输入轴，用于输出变速后的扭矩的输出轴，第一行星齿轮组，其包括第一、第二和第三旋转元件，第二行星齿轮组，其包括第四、第五和第六旋转元件，第三行星齿轮组，其包括第七、第八和第九旋转元件，以及第四行星齿轮组，其包括第十、第十一和第十二旋转元件，其中输入轴可直接与第二旋转元件连接，输出轴可直接与第十一旋转元件连接，第一旋转元件可直接与第十旋转元件连接，第二旋转元件可直接与第四旋转元件和第八旋转元件连接，第六旋转元件可选择性地与第一旋转元件连接，第七旋转元件可直接与第十二旋转元件连接，第九旋转元件可选择性地与第五旋转元件连接，第十一旋转元件可选择性地与第六旋转元件连接，并且第十二旋转元件可选择性地与第五旋转元件连接。

第一旋转元件和第三旋转元件各自可选择性地与变速器壳体连接。

行星齿轮系可进一步包括可选择性地连接第六旋转元件和第十一旋转元件的第一离合器，可选择性地连接第一旋转元件和第六旋转元件的第二离合器，可选择性地连接第五旋转元件和第十二旋转元件的第三离合器，可选择性地连接第五旋转元件和第九旋转元件的第四离合器，可选择性地连接第一旋转元件和变速器壳体的第一制动器，以及可选择性地连接第三旋转元件和变速器壳体的第二制动器。

根据本发明的各个实施例，通过将四个行星齿轮组与六个控制元件组合实现至少十个前进速度和至少一个后退速度的变速挡位。

此外，根据本发明的各个实施例的行星齿轮系，利用自动变速器的多个速度档位实现适于发动机的转速的变速挡位，并且通过利用发动机的低转速改进车辆的驾驶稳定性。

此外，根据本发明的各个实施例的行星齿轮系，通过自动变速器的多个速度档位，使发动机驱动效率最大化并且改进动力传输性能和燃料消耗。

应当理解，如本文使用的，术语“车辆”或“车辆的”或其他类似的术语通常包括机动车辆，诸如包括运动型多功能车辆(suv)、公共汽车、货车、各种商用车辆的客运汽车，包括各种小船和轮船的船只，飞机等，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、插电式混合动力车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，采自除石油之外的资源的燃料)。如本文所提到的，混合动力车辆是具有两种或多种动力源的车辆，例如汽油驱动和电驱动的车辆。

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是根据本发明的各个实施例的行星齿轮系的示意图。

图2是根据本发明的各个实施例的行星齿轮系中各个变速挡位的相应控制元件的操作示意图。

应当理解，附图未必按比例绘制，其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个实施例，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，然而，应当理解，本说明书并非意图将本发明限制于这些示例性实施例。相反地，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是根据本发明的各个实施例的行星齿轮系的示意图。

参考图1，根据本发明的各个实施例的行星齿轮系，包括布置在同一轴线上的第一、第二、第三和第四行星齿轮组pg1、pg2、pg3和pg4，输入轴is，输出轴os，使第一、第二、第三和第四星齿轮组pg1、pg2、pg3和pg4中的旋转元件相互连接的八个轴tm1到tm8，作为控制元件的四个离合器c1、c2、c3和c4以及两个制动器b1和b2，和变速器壳体h。

从输入轴is输入的扭矩通过第一、第二、第三和第四行星齿轮组pg1、pg2、pg3和pg4的协作而被变速，并且通过输出轴os输出。

简单行星齿轮组从发动机侧起，以第一、第二、第三和第四行星齿轮组pg1、pg2、pg3和pg4的顺序布置。

输入轴is为输入部件，并且来自发动机曲轴的扭矩在通过扭矩变换器进行扭矩转换后输入到输入轴is中。

输出轴os为输出部件，其布置在与输入轴is相同的轴线上，将变速后的扭矩通过差速装置传输到驱动轴。

第一行星齿轮组pg1为双小齿轮行星齿轮组，并且包括第一太阳齿轮s1，支撑与第一太阳齿轮s1在外部啮合的第一小齿轮p1的第一行星架pc1，和与第一小齿轮p1在内部啮合的第一环形齿轮r1。第一太阳齿轮s1作为第一旋转元件n1、第一行星架pc1作为第二旋转元件n2，并且第一环形齿轮r1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，并且包括第二太阳齿轮s2，支撑与第二太阳齿轮s2在外部啮合的第二小齿轮p2的第二行星架pc2，和与第二小齿轮p2在内部啮合的第二环形齿轮r2。第二太阳齿轮s2作为第四旋转元件n4、第二行星架pc2作为第五旋转元件n5，并且第二环形齿轮r2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，并且包括第三太阳齿轮s3，支撑与第三太阳齿轮s3在外部啮合的第三小齿轮p3的第三行星架pc3，和与第三小齿轮p3在内部啮合的第三环形齿轮r3。第三太阳齿轮s3作为第七旋转元件n7、第三行星架pc3作为第八旋转元件n8，并且第三环形齿轮r3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，并且包括第四太阳齿轮s4，支撑与第四太阳齿轮s4在外部啮合的第四小齿轮p4的第四行星架pc4，和与第四小齿轮p4在内部啮合的第四环形齿轮r4。第四太阳齿轮s4作为第十旋转元件n10、第四行星架pc4作为第十一旋转元件n11，并且第四环形齿轮r4作为第十二旋转元件n12。

在第一、第二、第三和第四行星齿轮组pg1、pg2、pg3和pg4的布置中，通过八个轴tm1到tm8，第一旋转元件n1直接与第十旋转元件n10连接，第二旋转元件n2直接与第四旋转元件n4连接，并且第七旋转元件n7直接与第十二旋转元件n12连接。

八个轴tm1到tm8如下布置。

八个轴tm1到tm8中的每个可为使输入和输出轴以及行星齿轮组pg1、pg2、pg3和pg4的旋转元件相互连接的旋转部件，或可为固定到变速器壳体h的固定部件。

第一轴tm1直接与第一旋转元件n1(第一太阳齿轮s1)和第十旋转元件n10(第四太阳齿轮s4)连接，并且可选择性地与变速器壳体h连接，从而作为选择的固定元件。

第二轴tm2直接连接第二旋转元件n2(第一行星架pc1)、第四旋转元件n4(第二太阳齿轮s2)和第八旋转元件n8(第三行星架pc3)，并且直接与输入轴is连接，从而一直作为输入元件。

第三轴tm3直接与第三旋转元件n3(第一太环形齿轮r1)连接，并且可选择性地与变速器壳体h连接，从而作为选择的固定元件。

第四轴tm4与第五旋转元件n5(第二行星架pc2)连接。

第五轴tm5与第五旋转元件n5(第二行星架pc2)连接，并且可选择性地与第三轴tm3连接。

第六轴tm6与第七旋转元件n7(第三太阳齿轮s3)和第十二旋转元件n12(第四环形齿轮r4)连接，并且可选择性地与第四轴tm4连接。

第七轴tm7直接与第九旋转元件n9(第三环形齿轮r3)连接，并且可选择性地与第四轴tm4连接。

第八轴tm8直接与第十一旋转元件n11(第四行星架pc4)连接，并且可选择性地与第五轴tm5连接，并且直接与输出轴os连接，从而一直作为输出元件。

通过四个离合器c1、c2、c3和c4的控制元件，八个轴tm1到tm8、输入轴is和输出轴os可选择性地彼此相互连接。

通过两个制动器b1和b2的控制元件，轴tm1到tm8可选择性地与变速器壳体h连接。

四个离合器c1到c4和两个制动器b1和b2如下布置。

第一离合器c1布置在第五轴tm5和第八轴tm8之间，从而可选择性地连接第五轴tm5和第八轴tm8来传输动力。

第二离合器c2布置在第一轴tm1和第五轴tm5之间，从而可选择性地连接第一轴tm1和第五轴tm5来传输动力。

第三离合器c3布置在第四轴tm4和第六轴tm6之间，从而可选择性地连接第四轴tm4和第六轴tm6来传输动力。

第四离合器c4布置在第四轴tm4和第七轴tm7之间，从而可选择性地连接第四轴tm4和第七轴tm7来传输动力。

第一制动器b1布置在第一轴tm1和变速器壳体h之间，使得第一轴tm1可选择性地与变速器壳体h连接并且作为固定元件。

第二制动器b2布置在第三轴tm3和变速器壳体h之间，使得第三轴tm3可选择性地与变速器壳体h连接并且作为固定元件。

第一、第二、第三和第四离合器c1、c2、c3和c4以及第一、第二制动器b1和b2的控制元件可实现为通过液压摩擦接合的多盘液压摩擦装置。

图2是根据本发明的各个实施例的行星齿轮系中各个变速挡位的相应控制元件的操作示意图。

参考图2，根据本发明的示例性实施例的行星齿轮系，通过操作第一、第二、第三和第四离合器c1、c2、c3和c4以及第一和第二制动器b1和b2中的三个控制元件实现十个前进速度和一个后退速度。

在第一前进速度挡d1，第二和第三离合器c2和c3以及第一制动器b1工作。

因此，第一轴tm1通过第二离合器c2的操作与第五轴tm5连接，并且第四轴tm4通过第三离合器c3的操作与第六轴tm6连接。在这种情况下，输入轴is的扭矩输入到第二轴tm2。

并且第一轴tm1通过第一制动器b1的操作而作为固定元件，从而实现第一前进速度并且通过与第八轴tm8连接的输出轴os输出变速后的扭矩。

在第二前进速度挡d2，第一和第三离合器c1和c3以及第一制动器b1工作。

因此，第五轴tm5通过第一离合器c1的操作与第八轴tm8连接，并且第四轴tm4通过第三离合器c3的操作与第六轴tm6连接。在这种情况下，输入轴is的扭矩输入到第二轴tm2。

并且第一轴tm1通过第一制动器b1的操作而作为固定元件，从而实现第二前进速度并且通过与第八轴tm8连接的输出轴os输出变速后的扭矩。

在第三前进速度挡d3，第三和第四离合器c3和c4以及第一制动器b1工作。

因此，第四轴tm4通过第三离合器c3的操作与第六轴tm6连接，并且第四轴tm4通过第四离合器c4的操作与第七轴tm7连接。在这种情况下，输入轴is的扭矩输入到第二轴tm2。

并且第一轴tm1通过第一制动器b1的操作而作为固定元件，从而实现第三前进速度并且通过与第八轴tm8连接的输出轴os输出变速后的扭矩。

在第四前进速度挡d4，第一和第四离合器c1和c4以及第一制动器b1工作。

因此，第五轴tm5通过第一离合器c1的操作与第八轴tm8连接，并且第四轴tm4通过第四离合器c4的操作与第七轴tm7连接。在这种情况下，输入轴is的扭矩输入到第二轴tm2。

并且第一轴tm1通过第一制动器b1的操作而作为固定元件，从而实现第四前进速度并且通过与第八轴tm8连接的输出轴os输出变速后的扭矩。

在第五前进速度挡d5，第一、第二和第四离合器c1、c2和c4工作。

因此，第五轴tm5通过第一离合器c1的操作与第八轴tm8连接，第一轴tm1通过第二离合器c2的操作与第五轴tm5连接，并且第四轴tm4通过第四离合器c4的操作与第六轴tm6连接。在这种情况下，输入轴is的扭矩输入到第二轴tm2。

在这种情况下，全部星齿轮组pg1、pg2、pg3和pg4整体地或单块地旋转，并且输入的扭矩通过第二轴tm2按输入原样输出，从而形成第五前进速度，并且将输入的扭矩输出到与第八轴tm8连接的输出轴os。

在第六前进速度挡d6，第一和第四离合器c1和c4以及第二制动器b2工作。

因此，第五轴tm5通过第一离合器c1的操作与第八轴tm8连接，并且第四轴tm4通过第四离合器c4的操作与第七轴tm7连接。在这种情况下，输入轴is的扭矩输入到第二轴tm2。

并且第三轴tm3通过第二制动器b2的操作而作为固定元件，从而实现第六前进速度并且通过与第八轴tm8连接的输出轴os输出变速后的扭矩。

在第七前进速度挡d7，第三和第四离合器c3和c4以及第二制动器b2工作。

因此，第四轴tm4通过第三离合器c3的操作与第六轴tm6连接，并且第四轴tm4通过第四离合器c4的操作与第七轴tm7连接。在这种情况下，输入轴is的扭矩输入到第二轴tm2。

并且第三轴tm3通过第二制动器b2的操作而作为固定元件，从而实现第七前进速度并且通过与第八轴tm8连接的输出轴os输出变速后的扭矩。

在第八前进速度挡d8，第一和第三离合器c1和c3以及第二制动器b2工作。

因此，第五轴tm5通过第一离合器c1的操作与第八轴tm8连接，并且第四轴tm4通过第三离合器c3的操作与第六轴tm6连接。在这种情况下，输入轴is的扭矩输入到第二轴tm2。

并且第三轴tm3通过第二制动器b2的操作而作为固定元件，从而实现第八前进速度并且通过与第八轴tm8连接的输出轴os输出变速后的扭矩。

在第九前进速度挡d9，第二和第三离合器c2和c3以及第二制动器b2前进。

因此，第一轴tm1通过第二离合器c2的操作与第五轴tm5连接，并且第四轴tm4通过第三离合器c3的操作与第六轴tm6连接。在这种情况下，输入轴is的扭矩输入到第二轴tm2。

并且第三轴tm3通过第二制动器b2的操作而作为固定元件，从而实现第九前进速度并且通过与第八轴tm8连接的输出轴os输出变速后的扭矩。

在第十前进速度挡d10，第一和第二离合器c1和c2以及第二制动器b2工作。

因此，第五轴tm5通过第一离合器c1的操作与第八轴tm8连接，并且第一轴tm1通过第二离合器c2的操作与第五轴tm5连接。在这种情况下，输入轴is的扭矩输入到第二轴tm2。

并且第三轴tm3通过第二制动器b2的操作而作为固定元件，从而实现第十前进速度并且通过与第八轴tm8连接的输出轴os输出变速后的扭矩。

在后退速度挡rev，第二和第四离合器c2和c4以及第二制动器b2工作。

因此，第一轴tm1通过第二离合器c2的操作与第五轴tm5连接，并且第四轴tm4通过第四离合器c4的操作与第七轴tm7连接。在这种情况下，输入轴is的扭矩输入到第二轴tm2。

并且第三轴tm3通过第二制动器b2的操作而作为固定元件，从而实现后退速度并且通过与第八轴tm8连接的输出轴os输出变速后的扭矩。

如上所述，根据本发明的各个实施例的行星齿轮系可通过控制四个离合器c1、c2、c3和c4以及两个制动器b1和b2实现通过操作四个行星齿轮组pg1、pg2、pg3和pg4而形成的至少十个前进速度和至少一个后退速度。

此外，根据本发明的各个实施例的行星齿轮系，可利用自动变速器的多个档位实现适于发动机的转速的变速挡位，并且通过利用发动机的低转速改进车辆的驾驶稳定性。

此外，根据本发明的各个实施例的行星齿轮系，通过自动变速器的多个档位，使发动机驱动效率最大化并且改进动力传输性能和燃料消耗。

为了方便在随附权利要求中的解释和精确定义，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“向上”、“向下”、“较高”、“较低”、“朝上”、“朝下”、“在前面”、“在后面”“后面的”、“在……内”、“在……外”、“在内部”、“在外部”、“内部”、“外部”、“内部的”、“外部的”、“向前”和“向后”用于参考在附图中显示的特征位置描述示例性实施例的这些特征。

本发明具体示例性实施例的前述描述已为了例示及描述的目的而呈现。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。