本發(fā)明涉及一種用于車輛的自動變速器，更具體涉及一種利用最少部件實現(xiàn)至少九個前進速度和至少一個后退速度的變速擋的自動變速器。

背景技術：

在自動變速器領域，利用更多的變速擋來改善車輛的燃油消耗和行駛性能。近年來，高油價引起提高車輛的燃料消耗量的競爭。因此，人們已開始對發(fā)動機進行研究，以實現(xiàn)重量減輕，并且通過小型化改進燃油消耗，同時也已經(jīng)開始研究自動變速器，從而通過實現(xiàn)更多變速擋，同時提供更好的行駛性能和燃油消耗。為了獲得更多變速擋的自動變速器，部件的數(shù)量通常會增加，而這將產生安裝性劣化，生產成本增加，重量增加和/或能量流效率降低等問題。因此，為了最大程度地提高具有多個變速擋的自動變速器的燃油消耗率，利用較少數(shù)量的部件來提升效率是比較重要的。

在這種背景下，目前已引入八速自動變速器，并且一直在研究允許更多變速擋的自動變速器的行星齒輪系。具有八個以上變速擋的自動變速器通常包括三至四個行星齒輪組以及五至六個控制元件(摩擦元件)，在此情況下，總長度增加，因此存在可安裝性劣化的缺點。因此，采用平行布置行星齒輪組的結構，或者應用爪式離合器來代替濕式控制元件。然而，這種布置無法廣泛應用，使用爪式離合器會劣化換擋感受。

在背景技術部分中公開的上述信息僅僅用于增強對本發(fā)明背景的理解，因此可能包含不構成在本國中本領域普通技術人員公知的現(xiàn)有技術的信息。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種用于車輛的自動變速器的行星齒輪系，其具有以下優(yōu)點：以最少的部件實現(xiàn)至少九個前進速度和至少一個后退速度的變速擋，通過自動變速器的多個變速擋改善動力傳遞性能和燃油消耗，并且通過利用發(fā)動機的低轉速改善車輛的行駛性能。

根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的行星齒輪系，可以包括：輸入軸，被配置成接收發(fā)動機轉矩；輸出軸，被配置成輸出經(jīng)變速的轉矩；第一行星齒輪組，具有第一、第二和第三旋轉元件；第二行星齒輪組，具有第四、第五和第六旋轉元件；第三行星齒輪組，具有第七、第八和第九旋轉元件；第四行星齒輪組，具有第十、第十一和第十二旋轉元件；第一軸，與第一旋轉元件連接，并與變速器殼體直接連接；第二軸，使第二旋轉元件、第六旋轉元件和第七旋轉元件互連，并與變速器殼體選擇性連接；第三軸，與第三旋轉元件連接；第四軸，與第四旋轉元件連接，與輸入軸直接連接，并與第三軸選擇性連接；第五軸，與第五旋轉元件連接，并與第一軸選擇性連接；第六軸，與第八旋轉元件和第十二旋轉元件連接，與第四軸選擇性連接，并與變速器殼體選擇性連接；第七軸，使第九旋轉元件和第十一旋轉元件互連，并與輸出軸直接連接；以及第八軸，與第十旋轉元件連接，并與第四軸選擇性連接。

第一行星齒輪組的第一、第二和第三旋轉元件可分別是第一行星齒輪組的第一太陽齒輪、第一行星齒輪架和第一環(huán)形齒輪；第二行星齒輪組的第四、第五和第六旋轉元件可分別是第二行星齒輪組的第二太陽齒輪、第二行星齒輪架和第二環(huán)形齒輪；第三行星齒輪組的第七、第八和第九旋轉元件可分別是第三行星齒輪組的第三太陽齒輪、第三行星齒輪架和第三環(huán)形齒輪；并且第四行星齒輪組的第十、第十一和第十二旋轉元件可分別是第四行星齒輪組的第四太陽齒輪、第四行星齒輪架和第四環(huán)形齒輪。

根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的行星齒輪系，還包括：與第三軸和第四軸選擇性連接的第一離合器；與第四軸和第六軸選擇性連接的第二離合器；與第四軸和第八軸選擇性連接的第三離合器；與第一軸和第五軸選擇性連接的第四離合器；與第二軸和變速器殼體選擇性連接的第一制動器；以及與第六軸和變速器殼體選擇性連接的第二制動器。

根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的行星齒輪系可以通過操作六個控制元件，操作簡單行星齒輪組的四個行星齒輪組，實現(xiàn)至少九個前進速度和至少一個后速速度。另外，根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的行星齒輪系通過實現(xiàn)由自動變速器的多個變速擋引起的適于發(fā)動機轉速的變速擋，可以大幅度改善行駛性能。根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的行星齒輪系通過多個速度擋的自動變速器，還可以使發(fā)動機行駛效率最大化，并且提高動力傳遞性能和燃油消耗率。

而且，可以從本發(fā)明的示例性實施例中可得到或預見到的效果，將在下面的詳細描述中直接描述或者暗示性地描述。即，在下面的詳細描述中將描述從本發(fā)明的示例性實施例中預見到的各種效果。

附圖說明

通過下面的詳細描述，并結合附圖，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)點將會更加顯而易見，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的行星齒輪系的示意圖；和

圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的行星齒輪系的各個變速擋的各控制元件的操作圖。

附圖標記說明：

b1、b2：第一和第二制動器

c1、c2、c3、c4：第一、第二、第三和第四離合器

pg1、pg2、pg3、pg4：第一、第二、第三和第四行星齒輪組

s1、s2、s3、s4：第一、第二、第三和第四太陽齒輪

pc1、pc2、pc3、pc4：第一、第二、第三和第四行星齒輪架

r1、r2、r3、r4：第一、第二、第三和第四環(huán)形齒輪

is：輸入軸

os：輸出軸

tm1、tm2、tm3、tm4、tm5、tm6、tm7、tm8：第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八軸。

具體實施方式

可以理解的是，本文中所使用的術語“車輛”或“車輛的”或其它類似的術語包括一般而言的機動車輛，比如包含運動型多用途車輛(suv)、公共汽車、貨車，各種商用車輛的客車、包含各種輪船和艦船的船只、飛行器等等，并且包括混合動力車輛、電動汽車、混合動力電動汽車、氫動力汽車和其它替代燃料汽車(例如，從除了石油以外的資源中取得的燃料)。如在本文中所引用的，混合動力車輛是具有兩種或多種動力來源的車輛，例如汽油動力車輛和電動動力車輛二者。

盡管示例性實施例被描述為使用多個單元來執(zhí)行示例性過程，然而可以理解的是，該示例性過程還可以由一個或多個模塊來執(zhí)行。另外，可以理解的是，術語控制器/控制單元指的是包括存儲器和處理器的硬件設備。存儲器被配置成存儲模塊，處理器被專門配置成執(zhí)行上述模塊，從而執(zhí)行一個或多個過程，下面進一步詳述。

本文所用的術語僅用于描述特定實施例的目的，而并非旨在限制本發(fā)明。除非上下文明確指出，否則如本文中所使用的單數(shù)形式“一”、“一個”和“該”等意圖也包括復數(shù)形式。還應該理解的是，在本說明書中使用“包括”和/或“包含”等術語時，是意圖說明存在該特征、整數(shù)、步驟、操作、元素和/或組件，而不排除一個或多個其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元素、組件、和/或其組合的存在或增加。如本文中所使用的，術語“和/或”包括一個或多個相關列出項目的任何和所有組合。

除非明確指出或可從上下文明顯看出，否則如本文中使用的術語“約”被理解為在本領域中的正常公差范圍內，例如，在平均數(shù)的兩個標準偏差內。“約”可以被理解為在規(guī)定值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％內。除非從上下文可以明確知道，否則本文所提供的所有數(shù)值都可由術語“約”修正。

下面將參考附圖充分詳細地描述本發(fā)明，在附圖中示出了本發(fā)明的示例性實施例。附圖和說明書只是作為對本發(fā)明本質的描述而非限制，在整個說明書中使用類似的附圖標記表示類似的元件。在接下來的描述中，組件名字分為第一、第二以及類似的以區(qū)分這些名字，因為組件的名字是互相相同的，它們的順序也不是特別限定的。

圖1為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的行星齒輪系的示意圖。參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的行星齒輪系可包括布置在相同軸線上的第一行星齒輪組pg1、第二行星齒輪組pg2、第三行星齒輪組pg3和第四行星齒輪組pg4，輸入軸is，輸出軸os，與第一行星齒輪組pg1、第二行星齒輪組pg2、第三行星齒輪組pg3和第四行星齒輪組pg4的旋轉元件連接的八個軸tm1至tm8，作為控制元件的四個離合器c1至c4以及兩個制動器b1和b2，以及變速器殼體h。各個控制元件可由控制器操作。

具體地，從輸入軸is輸入的轉矩可通過第一行星齒輪組pg1、第二行星齒輪組pg2、第三行星齒輪組pg3和第四行星齒輪組pg4的協(xié)作來變速，然后通過輸出軸os輸出。可以從發(fā)動機側按照第一行星齒輪組pg1、第二行星齒輪組pg2、第三行星齒輪組pg3和第四行星齒輪組pg4的順序來布置行星齒輪組。輸入軸is是輸入元件，來自發(fā)動機曲軸的轉矩可以在通過轉矩轉換器進行轉矩轉換之后，被輸入到輸入軸is中。輸出軸os是輸出元件，可與輸入軸is布置在相同軸線上，并且可被配置成輸送經(jīng)變速的行駛轉矩，從而通過差動裝置來驅動軸。

第一行星齒輪組pg1為雙小齒輪行星齒輪組，并且可包括：第一太陽齒輪s1；第一行星托架pc1，其支承與第一太陽齒輪s1外嚙合的第一小齒輪p1；以及第一環(huán)形齒輪r1，其與第一小齒輪p1內嚙合。第一太陽齒輪s1可操作為第一旋轉元件n1，第一行星托架pc1可操作為第二旋轉元件n2，第一環(huán)形齒輪r1可操作為第三旋轉元件n3。

第二行星齒輪組pg2為單小齒輪行星齒輪組，并且可包括：第二太陽齒輪s2；第二行星托架pc2，其支承與第二太陽齒輪s2外嚙合的第二小齒輪p2；以及第二環(huán)形齒輪r2，其與第二小齒輪p2內嚙合。第二太陽齒輪s2可操作為第四旋轉元件n4，第二行星托架pc2可操作為第五旋轉元件n5，第二環(huán)形齒輪r2可操作為第六旋轉元件n6。

第三行星齒輪組pg3為單小齒輪行星齒輪組，并且可包括：第三太陽齒輪s3；第三行星托架pc3，其支承與第三太陽齒輪s3外嚙合的第三小齒輪p3；以及第三環(huán)形齒輪r3，其與第三小齒輪p3內嚙合。第三太陽齒輪s3可操作為第七旋轉元件n7，第三行星托架pc3可操作為第八旋轉元件n8，第三環(huán)形齒輪r3可操作為第九旋轉元件n9。

第四行星齒輪組pg4為單小齒輪行星齒輪組，并且可包括：第四太陽齒輪s4；第四行星托架pc4，其支承與第四太陽齒輪s4外嚙合的第四小齒輪p4；以及第四環(huán)形齒輪r4，其與第四小齒輪p4內嚙合。第四太陽齒輪s4可操作為第十旋轉元件n10，第四行星托架pc4可操作為第十一旋轉元件n11，第四環(huán)形齒輪r4可操作為第十二旋轉元件n12。

在第一行星齒輪組pg1、第二行星齒輪組pg2、第三行星齒輪組pg3和第四行星齒輪組pg4的布置中，通過八個軸tm1至tm8，第二旋轉元件n2可以與第六旋轉元件n6和第七旋轉元件n7直接連接，第八旋轉元件n8可以與第十二旋轉元件n12直接連接，第九旋轉元件n9可以與第十一旋轉元件n11直接連接。八個軸tm1至tm8可布置如下：八個軸tm1至tm8中的每個軸可以是旋轉元件，其可與輸入軸和輸出軸以及行星齒輪組pg1、pg2、pg3和pg4的旋轉元件直接互連，也可以是固定到變速器殼體h的固定元件。

第一軸tm1可與第一旋轉元件n1(第一太陽齒輪s1)連接，并且與變速器殼體h直接連接，從而作為固定元件工作。第二軸tm2可與第二旋轉元件n2(第一行星托架pc1)、第六旋轉元件n6(第二太陽齒輪s2)以及第七旋轉元件n7(第三太陽齒輪s3)直接連接，并且可與變速器殼體h選擇性連接，從而作為固定元件工作。第三軸tm3可與第三旋轉元件n3(第一環(huán)形齒輪r1)連接。

第四軸tm4可以與第四旋轉元件n4(第二太陽齒輪s2)連接，與輸入軸is直接連接以作為輸入元件，并且可以與第三軸tm3選擇性連接。第五軸tm5可以與第五旋轉元件n5(第二行星齒輪架pc2)連接，并且與連接到變速器殼體h的第一軸tm1選擇性連接，以選擇性地作為選擇的固定元件工作。第六軸tm6可以使第八旋轉元件n8(第三行星齒輪架pc3)與第十二旋轉元件n12(第四環(huán)形齒輪r4)互連，與輸入軸is選擇性連接，以選擇性地作為選擇的輸入元件工作，并且可以與變速器殼體h選擇性連接，以選擇性地作為固定元件工作。

第七軸tm7可使第九旋轉元件n9(例如，第三行星托架pc3)與第十一旋轉元件n11(例如，第四太陽齒輪s4)互相連接，并且可與輸出軸os直接連接，以作為輸出元件工作。第八軸tm8可與第十旋轉元件n10(例如，第四環(huán)形齒輪r4)連接，并且與輸入軸is選擇性連接，從而選擇性地作為輸入元件工作。八個軸tm1至tm8、輸入軸is以及輸出軸os可通過四個離合器c1、c2、c3和c4的控制元件彼此選擇性互連。八個軸tm1至tm8可通過兩個制動器b1和b2的控制元件，與變速器殼體h選擇性連接。

第一離合器c1可布置在第三軸tm3和第四軸tm4之間，并且選擇性連接第三軸tm3和第四軸tm4，以調節(jié)它們之間的動力傳遞。第二離合器可位于第四軸tm4和第六軸tm6之間，并且可選擇性連接第四軸tm4和第六軸tm6，以調節(jié)它們之間的動力傳遞。第三離合器可位于第四軸tm4和第八軸tm8之間，并且可以選擇性連接第四軸tm4和第八軸tm8，以調節(jié)它們之間的動力傳遞。第四離合器可位于第一軸tm1和第五軸tm5之間，并且可選擇性連接第一軸tm1和第五軸tm5，以調節(jié)它們之間的動力傳遞。第一制動器b1可位于第二軸tm2和變速器殼體h之間，并且可以選擇性地將第二軸tm2連接到變速器殼體h。第二制動器b2可位于第六軸tm6與變速器殼體h之間，并且可選擇地將第六軸tm6連接到變速器殼體h。

圖1示出第三軸tm3、第六軸tm6和第八軸tm8可分別通過第一離合器c1、第二離合器c2和第三離合器c3，與第四軸tm4選擇性連接。特別地，可以理解，由于第四軸tm4可以與輸入軸is直接連接，因此可分別通過第一離合器c1、第二離合器c2和第三離合器c3將第三軸tm3、第六軸tm6和第八軸tm8與輸入軸is選擇性連接。作為控制元件的第一、第二、第三和第四離合器c1、c2、c3和c4以及第一制動器b1和第二制動器b2，可被實現(xiàn)為通過液壓而摩擦嚙合的多板液壓摩擦裝置。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的用于在行星齒輪系的各變速擋的各控制元件的操作圖表。參考圖2，根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的行星齒輪系，通過在各變速擋操作第一離合器c1、第二離合器c2、第三離合器c3、第四離合器c4以及第一制動器b1和第二制動器b2中的兩個控制元件，實現(xiàn)九個前進速度和一個后退速度。

在第一前進速度d1中，第四離合器c4和第二制動器b2可同時操作。因此，通過操作第四離合器c4，可將第一軸tm1與第五軸tm5連接。特別地，輸入軸is的轉矩可被輸入到第四軸tm4。另外，第一軸tm1可作為固定元件。通過操作第四離合器c4和第二制動器b2，第五軸tm5和第六軸tm6可作為固定元件工作，從而通過各個軸的協(xié)同操作實現(xiàn)第一前進速度，并且可被配置成將經(jīng)變速的轉矩輸出到與第七軸tm7連接的輸出軸os。這種操作的傳動比為大約5.72。

在第二前進速度d2中，第三離合器c3和第二制動器b2可同時操作。因此，可通過操作第三離合器c3，將第八軸tm8連接到輸入軸is。具體地，輸入軸is的轉矩可被同時輸入到第四軸tm4和第八軸tm8。另外，第一軸tm1可作為固定元件工作。具體地，可通過操作第二制動器b2，第六軸tm6可以作為固定元件工作，從而通過各個軸的協(xié)同操作實現(xiàn)第二前進速度，并且可被配置成將經(jīng)變速的轉矩輸出到與第七軸tm7連接的輸出軸os。這種操作的傳動比可以為大約3.5。

在第三前進速度d3中，第三和第四離合器c3和c4可同時操作。因此，可通過操作第三離合器c3，將第八軸tm8連接到輸入軸is，并且通過操作第四離合器c4，將第一軸tm1連接到第五軸tm5。特別是，輸入軸is的轉矩可同時被輸入到第四軸tm4和第八軸tm8。另外，第一軸tm1可作為固定元件工作。特別是，通過操作第四離合器c4，第五的軸tm5可以作為固定元件工作，從而通過各個軸的協(xié)同操作實現(xiàn)第三前進速度，并且可被配置成將經(jīng)變速的轉矩輸出到與第七軸tm7連接的輸出軸os。這種操作的傳動比大約為2.476。

在第四前進速度d4中，第三離合器c3和第一制動器b1可被同時操作。因此，可通過操作第三離合器c3，將第八軸tm8連接到輸入軸is。特別是，輸入軸is的轉矩可被同時輸入到第四軸tm4和第八軸tm8。另外，第一軸tm1可作為固定元件工作。特別是，可通過操作第一制動器b1，將第二軸tm2作為固定元件工作，從而通過各個軸的協(xié)同操作實現(xiàn)第四前進速度，并且可被配置成將經(jīng)變速的轉矩輸出到與第七軸tm7連接的輸出軸os。這種操作的傳動比大約是1.694。

在第五前進速度d5中，第一和第三離合器c1和c3可同時被操作。因此，通過操作第一離合器c1，可以使第三軸tm3連接到第四軸tm4，并且通過操作第三離合器c3，可以使第八軸tm8連接到輸入軸is。特別是，輸入軸is的轉矩可同時被輸入到第四、第三、第八軸tm4、tm3和tm8。另外，第一軸tm1可以作為固定元件工作，從而通過各個軸的協(xié)同操作實現(xiàn)第五前進速度，并且可被配置成將經(jīng)變速的轉矩輸出到與第七軸tm7連接的輸出軸os。這種操作的傳動比為大約1.196。

在第六前進速度d6中，第二和第三離合器c2和c3可同時被操作。因此，可通過操作第二離合器c2，將第六軸tm6連接到輸入軸is，并且通過操作第三離合器c3，將第八軸tm8連接到輸入軸is。特別是，輸入軸is的轉矩可被同時輸入到第四軸tm4以及第六軸tm6和第八軸tm8。盡管第一軸tm1作為固定元件工作，然而，第三和第四行星齒輪組pg3和pg4可被配置成整體旋轉，以形成第六前進速度，并且將輸入轉矩輸出到與第七軸tm7連接的輸出軸os。這種操作的傳動比大約是1。

在第七前進速度d7中，第一和第二離合器c1和c2可被同時操作。因此，可通過操作第一離合器c1，將第三軸tm3連接到第四軸tm4，并且通過操作第二離合器c2，將第六軸tm6連接到輸入軸is。特別是，輸入軸is的轉矩可被同時輸入到第四軸tm4以及第三和第六軸tm3和tm6。另外，第一軸tm1可以作為固定元件工作，從而通過各個軸的協(xié)同操作實現(xiàn)第七前進速度，并且可被配置成將經(jīng)變速的轉矩輸出到與第七軸tm7連接的輸出軸os。這種操作的傳動比大約是0.867。

在第八前進速度d8中，第二離合器c2和第一制動器b1可同時操作。因此，通過操作第二離合器c2，可將第六軸tm6連接到輸入軸is。特別是，輸入軸is的轉矩可被同時輸入到第四軸tm4和第六軸tm6。另外，第一軸tm1可作為固定元件工作。特別是，通過操作第一制動器b1，第二軸tm2可作為固定元件工作，從而通過各個軸的協(xié)同操作實現(xiàn)第八前進速度，并且可被配置成將經(jīng)變速的轉矩輸出到與第七軸tm7連接的輸出軸os。這種操作的傳動比大約是0.722。

在第九前進速度d9中，第二和第四離合器c2和c4可同時被操作。因此，通過操作第二離合器c2，可將第六軸tm6連接到輸入軸is，并且通過操作第四離合器c4，可將第五軸tm5與第一軸tm1連接。特別是，輸入軸is的轉矩可以被同時輸入到第四軸tm4和第六軸tm6。另外，第一軸tm1可作為固定元件工作。特別是，通過操作第四離合器c4，第五軸tm5可以作為固定元件，從而通過各個軸的協(xié)同操作實現(xiàn)第九前進速度，并且可被配置成將經(jīng)變速的轉矩輸出到與第七軸tm7連接的輸出軸os。這種操作的傳動比大約是0.641。

在后退速度rev中，第一離合器c1和第二制動器b2可同時被操作。因此，通過操作第一離合器c1，可將第三軸tm3與第四軸tm4連接。特別是，輸入軸is的轉矩可以被同時輸入到第四軸tm4和第三軸tm3。另外，第一軸tm1可作為固定元件工作。特別是，通過操作第四離合器c4，第五軸tm5可以作為固定元件工作，從而通過各個軸的協(xié)同操作實現(xiàn)后退速度，并且可被配置成將后退轉矩輸出到與第七軸tm7連接的輸出軸os。這種操作的傳動比大約是4.333。

如上所述，根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的行星齒輪系，可通過操作四個離合器c1、c2、c3和c4和兩個制動器b1和b2，利用四個行星齒輪組pg1、pg2、pg3和pg4，實現(xiàn)至少九個前進速度和至少一個后退速度。此外，根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的行星齒輪系，可實現(xiàn)由于自動變速器的多擋位而適用于發(fā)動機的轉速的變速擋，并利用發(fā)動機的低轉速提高車輛的行駛穩(wěn)定性。根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的行星齒輪系，通過自動變速器的多擋位最大程度地提高發(fā)動機行駛效率，并且可提高動力傳遞性能和燃料消耗率。

盡管已通過結合目前被認為是實用的示例性實施例來描述本發(fā)明，然而，應該理解的是，本發(fā)明并不局限于已經(jīng)公開的示例性實施例，相反地，本發(fā)明意圖涵蓋包括在附屬權利要求的精神和范圍內的各種更改和等效布置。