CN101067439B - 多挡变速器 - Google Patents

Abstract

一种具有九个前进挡和一个倒挡的多挡变速器，包括四个行星齿轮组、七根转动轴以及六个换挡部件，其中优化了结构费用，并且改善了关于牵引啮合损失方面的主行驶挡的效率。此外，在本发明的多挡变速器中，小的转矩作用到换挡部件和行星齿轮组上，轴的转速小，换挡部件和行星齿轮组较少。

Description

多挡变速器

技术领域

本发明涉及一种行星齿轮结构类型的多挡变速器，尤其是用于汽车的自动变速器。

背景技术

按照现有技术，尤其是用于汽车的自动变速器包括行星齿轮组，其借助于摩擦或换挡元件如离合器和制动器换挡，且通常与承受滑动作用且选择性地设有分接离合器的启动元件如流体动力变矩器或液力偶合器连接。

EP0434525A1提出了这样一种变速器。它基本包括彼此并联排列的输入轴和输出轴、与输出轴同心布置的双行星齿轮组、以及五个换挡元件(三个离合器和两个制动器的形式)，换挡元件各自选择性成对的联锁确定输入轴和输出轴之间不同的变速传动比。这里，变速器具有一个前置齿轮组和两个功率路径(Leistungsweg)，于是就通过五个换挡元件选择性成对的配合实现六个前进挡。

这里，在第一功率路径中需要两个离合器，以将转矩从前置齿轮组传递到双行星齿轮组的两个元件。这两个离合器沿动力流动方向基本上在前置齿轮组后面地布置在双行星齿轮组的方向上。在第二功率路径中设有另一个离合器，该离合器使该第二功率路径与双行星齿轮组的另一个元件可松脱地连接。在此，将离合器布置成由内摩擦片支架构成输出轴。

此外，从专利文献US6139463已知一种行星齿轮结构类型的尤其是用于汽车的紧凑式多挡变速器，该多挡变速器具有两个行星齿轮组、一个前置齿轮组以及三个离合器和两个制动器。就该已知的多挡变速器来说，在第一功率路径中设有两个离合器C-1和C-3，以将转矩从前置齿轮组传递到两个行星齿轮组。这里，离合器C-3的外摩擦片支架或气缸侧或活塞侧和压力平衡侧与第一制动器B-1连接。此外，第三离合器C-3的内摩擦片支架与第一离合器C-1的滚筒侧或活塞侧和压力平衡侧连接，其中第一离合器C-1的内摩擦片支架布置在输出侧，且与第三行星齿轮组的太阳轮连接。

此外，从申请人的DE19949507A1中已知一种多挡变速器，在该多挡变速器中的输入轴上设有两个不可换挡的前置齿轮组，其在输出端产生两个转速，与输入轴的转速相比，它们可选择地通过选择闭锁使用的换挡元件这样接到作用于输出轴的可换挡的双行星齿轮组上，即，为了在两个正好操作的换挡元件各自紧接着的较高或较低挡位中换挡，仅需相应地接通或断开一个换挡元件。

从DE19912480A1中已知一种自动换挡的汽车变速器，其具有三个单桥件行星齿轮组、三个制动器以及两个离合器，以切换六个前进挡和一个倒挡，且具有一个输入轴和一个输出轴。该自动换挡的汽车变速器是这样构造的，即，输入轴直接与第二行星齿轮组的太阳轮连接，且输入轴可通过第一离合器与第一行星齿轮组的太阳轮连接和/或通过第二离合器与第一行星齿轮组的桥件连接。附加或替换地，第一行星齿轮组的太阳轮可通过第一制动器与变速器的外壳连接，和/或第一行星齿轮组的桥件可通过第二制动器与外壳连接，和/或第三行星齿轮组的太阳轮可通过第三制动器与外壳连接。

此外，从DE10213820A1中已知一种多挡自动变速器，其包括第一传动比的第一输入线路T1；输入线路T2，其具有比输入线路T1大的传动比；具有四个元件的行星齿轮组，其中该四个元件是沿着转速图中元件顺序的第一元件、第二元件、第三元件以及第四元件；离合器C-2，其将输入线路T2的旋转传递到第一元件S3上；离合器C-1，其将输入线路T2的旋转传递到第四元件S2上；离合器C-4，其将输入线路T1的旋转传递到第一元件上；离合器C-3，其将输入线路T1的旋转传递到第二元件C3上；制动器B-1，其产生第四元件的接合；制动器B-2，其产生第二元件的接合；以及从动元件，其与第三元件R3耦接。

在申请人的DE10115983A1的范围内，描述了一种多挡变速器，具有一个输入轴，其与一个前置齿轮组连接；一个输出轴，其与一个后置齿轮组连接；最大为七个的换挡元件，通过其选择性的换挡可切换至少七个前进挡，而不用成组换挡。前置齿轮组由一个前置行星齿轮组或最大两个不可换挡的与第一前置行星齿轮组耦接的前置行星齿轮组构成，其中，后置齿轮组构造为具有两个可换挡后置行星齿轮组的双桥件四轴变速器，并具有四个自由轴。该双桥件四轴变速器的第一自由轴与第一换挡元件连接，第二自由轴与第二和第三换挡元件连接，第三自由轴与第四和第五换挡元件连接，第四自由轴与输出轴连接。对于总共具有六个换挡元件的多挡变速器而言，根据该发明，这样建议，即，后置齿轮组的第三自由轴或第一自由轴额外地与第六换挡元件连接。对于总共具有七个换挡元件的多挡变速器而言，根据该发明，这样建议，即，第三自由轴额外地与第六换挡元件D′连接，而第一自由轴额外地与第七换挡元件连接。

此外，在申请人的DE10115987A1的范围内，描述了一种至少具有七个挡位的多挡变速器。除了输入轴和输出轴外，该变速器由一个不可换挡的前置齿轮组和一个可换挡的形式为双桥件四轴变速器的后置齿轮组构成。前置齿轮组由第一行星齿轮组构成，其除了输入轴的输入转速外，还提供可选地接到后置齿轮组上的第二转速。后置齿轮组由两个可换挡的行星齿轮组构成，这两个可换挡的行星齿轮组可利用六个换挡元件切换至少七个挡位，其中构成了两个功率路径。在此情况下，在每次换挡过程中，总是能以有利的方式避免成组换挡。此外，从DE2936969A1中已知一种9挡的多挡变速器，该多挡变速器包括八个换挡元件和四个齿轮组，其中一个齿轮组用作分动器，且主变速器具有一个滚转式总成和另一个用作逆转装置的齿轮组。

一般来说，行星齿轮结构类型的自动换挡汽车变速器在现有技术中已被多次描述且长期得到研发和改进。因此，此类变速器具有足够多的前进挡和一个倒挡，并具有很好地适用于汽车的、总支撑高(Gesamtspreizung)且挡速比间隔有利的变速比。此外，此类变速器在前进方向上实现较高的启动变速比、含有直接挡、不仅适用于轿车还适用于商用车。另外，此类变速器需要少量的安装费用、尤其需要少量的换挡元件、在顺序的换挡方式中避免双级换挡，于是就在限制的挡位组合中换挡时仅相应地更换一个换挡元件。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种前述类型的多挡变速器，其中的安装费用达到最佳，此外，改进了主行车挡中有关牵引和啮合损耗的效率。另外，在本发明的多挡变速器中，小力矩作用于换挡元件和行星齿轮组，并且，轴、换挡元件以及行星齿轮组的转速尽可能小地保持着。此外，提高挡位的数量和变速器支撑，于是就以有利的方式实现至少九个前进挡和至少一个倒挡。另外，本发明的变速器适用于汽车中的每种结构类型，尤其适用于前横布局的。本发明的另一个目的在于，提供一种多挡变速器，它具有特别紧凑的结构。

根据本发明，该目的是通过本发明的特征实现的。

因此，本发明的多挡变速器以行星齿轮的结构类型提出，其具有一个输入轴和一个输出轴，它们排列在一个外壳中。此外，设置有至少四个行星齿轮组(下称为第一、第二、第三以及第四行星齿轮组)、至少七个可旋转的轴(下称为输入轴、输出轴、第三、第四、第五、第六以及第七轴)、以及至少六个包括制动器和离合器的换挡元件，该换挡元件的选择配合在输入轴与输出轴之间产生不同的传动比，于是优选实现九个前进挡和一个倒挡。

根据本发明，输入轴始终与第一行星齿轮组的桥件和第二行星齿轮组的太阳轮连接，并可通过一个离合器与第五轴可松脱地连接，该第五轴始终与第三行星齿轮组的桥件连接，并可通过一个制动器与外壳耦接，其中第一行星齿轮组的太阳轮抗扭地与外壳连接。

根据本发明，第四轴始终与第三行星齿轮组的内齿轮和第四行星齿轮组的太阳轮连接，并可通过一个制动器与外壳耦接，其中，第三轴始终与第二行星齿轮组的内齿轮和第四行星齿轮组的桥件连接，并可通过一个制动器与外壳耦接，并且，第六轴始终与第一行星齿轮组的内齿轮和第三行星齿轮组的太阳轮连接；第七轴始终与第二行星齿轮组的桥件连接，其中，输出轴始终与第四行星齿轮组的内齿轮连接，并可通过一个离合器与第七轴可松脱地连接。此外，第三和第六轴通过一个离合器彼此可松脱地连接，或第六和第七轴通过一个离合器彼此可松脱地连接。

通过本发明的多挡变速器的构型，实现了特别适用于轿车的传动比，并大大提高了多挡变速器的总支撑，由此改善了行车的舒适性并显著降低了油耗。

此外，利用本发明的多挡变速器，通过少量的换挡元件，优选是三个制动器和三个离合器，大大减少了安装费用。在有利的方式中，利用本发明的多挡变速器，能通过流体动力转换器、外部启动离合器或其它合适的外部启动元件进行启动工作。还可设想，利用与变速器成为一体的启动元件实现启动过程。优选一个在第一前进挡和倒挡中操作的换挡元件适合这么做。

另外，在本发明的多挡变速器中，实现了主行车挡中有关牵引和啮合损耗的良好效率。

此外，小力矩存在于多挡变速器的换挡元件和行星齿轮组中，由此以有利的方式减少了多挡变速器中的损耗。另外，由于力矩小，尺寸也就相应地小，由此减少了所需的安装空间和相应的成本。此外，轴、换挡元件以及行星齿轮组中的转速也小。

另外，这样设计本发明的变速器，即，无论是在动力流动方向上还是在空间方面，都能与不同的传动线路方案相配合；如此一来，例如就可将输入轴和输出轴设置在外壳的同一端。

总之，本发明提供了一种行星齿轮结构类型的多挡变速器，包括：

一个输入轴和一个输出轴，所述输入轴和所述输出轴排列在一个外壳中；

第一行星齿轮组、第二行星齿轮组、第三行星齿轮组和第四行星齿轮组；

可旋转的第三轴、第四轴、第五轴、第六轴和第七轴；以及

包括第一制动器、第二制动器和第三制动器和第一离合器、第二离合器和第三离合器的六个换挡元件，所述换挡元件的选择配合在输入轴与输出轴之间产生不同的传动比，于是可实现至少九个前进挡和一个倒挡，

其中，所述输入轴始终与第一行星齿轮组的桥件和第二行星齿轮组的太阳轮连接，并可通过所述第一离合器与所述第五轴可松脱地连接，该第五轴始终与第三行星齿轮组的桥件连接，并可通过所述第三制动器与外壳耦接，其中第一行星齿轮组的太阳轮抗扭地与外壳连接，

所述第四轴始终与第三行星齿轮组的内齿轮和第四行星齿轮组的太阳轮连接，并可通过所述第二制动器与外壳耦接，

其中，所述第三轴始终与第二行星齿轮组的内齿轮和第四行星齿轮组的桥件连接，并可通过所述第一制动器与外壳耦接，并且，

所述第六轴始终与第一行星齿轮组的内齿轮和第三行星齿轮组的太阳轮连接；

所述第七轴始终与第二行星齿轮组的桥件连接，输出轴始终与第四行星齿轮组的内齿轮连接，并可通过所述第二离合器与第七轴可松脱地连接，并且

其中，所述第三轴和所述第六轴通过所述第三离合器彼此可松脱地连接，或所述第六轴和所述第七轴通过所述第三离合器彼此可松脱地连接。

附图说明

下面借助于附图对本发明进行示范性的详细说明。其中：

图1示出了本发明多挡变速器的一优选实施方式的示意图；

图2示出了图1多挡变速器的示范性电路图；

图3示出了本发明多挡变速器的另一优选实施方式的示意图；

图4示出了图3多挡变速器的示范性电路图。

具体实施方式

图1中示出了本发明的多挡变速器，具有输入轴1和输出轴2，它们被布置在外壳G中。设置有四个行星齿轮组P1、P2、P3和P4，其被构造为负行星齿轮组，且优选以P1、P2、P3和P4的排列次序连续地在轴向或动力流动方向上。

如图1所示，设置有六个换挡元件，也即，三个制动器03、04、05和三个离合器15、27、36。优选将这些离合器构造为膜片式离合器。利用这些换挡元件，可选择性地实现9个前进挡和1个倒档的切换。本发明的多挡变速器总共具有7个可旋转的轴，也即轴1、2、3、4、5、6和7。

根据本发明，在图1的多挡变速器中这样设置，即，通过轴1进行驱动，轴1与第一行星齿轮组P1的桥件和第二行星齿轮组P2的太阳轮始终连接并可通过离合器15与轴5松脱地连接，轴5与第三行星齿轮组P3的桥件始终连接并可通过制动器05与外壳耦接，其中第一行星齿轮组P1的太阳轮抗扭地与外壳连接(轴0)。

根据本发明，轴4与第三行星齿轮组P3的内齿轮和第四行星齿轮组P4的太阳轮连接并可通过制动器04与外壳G耦接。此外，轴3与第二行星齿轮组P2的内齿轮和第四行星齿轮组P4的桥件始终连接并可通过制动器03与外壳G耦接，其中，轴6与第一行星齿轮组P1的内齿轮和第三行星齿轮组P3的太阳轮始终连接，而轴7与第二行星齿轮组P2的桥件始终连接。输出是通过轴2进行的，轴2与第四行星齿轮组P4的内齿轮始终连接，其中离合器27使输出轴2与轴7可松脱地连接，离合器36使轴3和6彼此可松脱地连接。

换挡元件的空间布局可以是任意的，仅受尺寸和外部造型的限制。

图2中示出了图1多挡变速器的示范性电路图。就每个挡位而言，闭锁两个换挡元件。电路图中可示范性地引用各个变速器挡位相应的传动比i和由此要确定的挡速比间隔phi。从图2中可看出，在顺序的换挡方式中避免了双级换挡或成组换挡，因为两个相邻的变速器挡位共用一个换挡元件。

一挡通过闭锁制动器03和05而产生，二挡通过闭锁制动器03和离合器27而产生，三挡通过闭锁离合器27和制动器05而产生，四挡通过闭锁离合器27和制动器04而产生。此外，五挡通过闭锁离合器15和27而产生，六挡通过闭锁离合器27和离合器36而产生，七挡通过闭锁离合器15和离合器36而产生，八挡通过闭锁制动器04和离合器36而产生，九挡通过闭锁制动器05和离合器36而产生。正如从电路图中看出的那样，倒挡是通过闭锁制动器03和离合器15而产生的。

图3所示的实施例与图1多挡变速器的区别之处在于，轴6和7通过离合器67彼此可松脱地连接，其中，消除了轴3和6之间可松脱的连接。相应的电路图在图4中示出且与图2的电路图对应，除了离合器36由离合器67代替之外。

根据本发明，利用整体的换挡元件进行启动是可行的(IAK)。在此，这样一个换挡元件特别适用，它在一挡和无转动方向反转的倒挡中是需要的，例如制动器03。

根据本发明，即便在按照换挡逻辑的相同传动图中也会产生不同的挡速比间隔，于是就会有应用或汽车特定的变化。

此外，可在多挡变速器的每个合适的位置上设置附加的超越离合器，例如设置在轴与外壳之间，或在必要时连接两个轴。

在驱动侧或在输出侧，根据本发明，可布置车轴差速器或分配器差速器。

在有利改型的范围内，输入轴1可按需通过离合器元件与主动发动机分开，其中可将流体动力转换器、液压离合器、干式启动离合器、湿式启动离合器、磁粉离合器或离心式离合器用作离合器元件。还可将这样的启动元件沿动力流动方向布置在变速器的后面，在这种情况下，输入轴1与发动机的曲轴始终连接。

此外，本发明的多挡变速器可允许在发动机与变速器之间布置扭转减振器。

在本发明另一未示出的实施方式的范围内，可在每个轴上优选是在输入轴1或输出轴2上布置非摩擦制动器如液压或电动缓动器等，这对载货车中的使用来说尤其特别重要。此外，可在每个轴上优选是在输入轴1或输出轴2上设置辅助驱动装置以驱动附加的机组。

使用的换挡元件可构造为按负载换挡的离合器或制动器。尤其可使用力锁合的离合器或制动器，例如膜片式离合器、带式制动器和/或锥体离合器。此外，也可将形锁合的制动器和/或离合器如同步离合器或爪齿离合器用作换挡元件。

这里提出的多挡变速器的其它优点在于，可在每个轴上安装电机作为发电机和/或作为附加的发动机。

当然，就本身和彼此之间而言在技术上是有意义的每种结构设计尤其是行星齿轮组和换挡元件的每种空间布局也落在本发明的保护范围内，即便这些设计不明显地表示在附图或说明书中，也不会影响本发明的变速器的功能。

附图标记

1轴

2轴

3轴

4轴

5轴

6轴

7轴

03制动器

04制动器

05制动器

15离合器

27离合器

36离合器

67离合器

P1行星齿轮组

P2行星齿轮组

P3行星齿轮组

P4行星齿轮组

i传动比

Phi挡速比间隔

G外壳

Claims (22)

1.一种行星齿轮结构类型的多挡变速器，包括：

一个输入轴(1)和一个输出轴(2)，所述输入轴(1)和所述输出轴(2)排列在一个外壳(G)中；

第一行星齿轮组、第二行星齿轮组、第三行星齿轮组和第四行星齿轮组(P1，P2，P3，P4)；

可旋转的第三轴、第四轴、第五轴、第六轴和第七轴(3，4，5，6，7)；以及

包括第一制动器、第二制动器和第三制动器(03，04，05)和第一离合器、第二离合器和第三离合器(15，27，36；67)的六个换挡元件(03，04，05，15，27，36；67)，所述换挡元件的选择配合在输入轴(1)与输出轴(2)之间产生不同的传动比，于是可实现至少九个前进挡和一个倒挡，

其中，所述输入轴(1)始终与第一行星齿轮组(P1)的桥件和第二行星齿轮组(P2)的太阳轮连接，并可通过所述第一离合器(15)与所述第五轴(5)可松脱地连接，该第五轴(5)始终与第三行星齿轮组(P3)的桥件连接，并可通过所述第三制动器(05)与外壳(G)耦接，其中第一行星齿轮组(P1)的太阳轮抗扭地与外壳(G)连接，

所述第四轴(4)始终与第三行星齿轮组(P3)的内齿轮和第四行星齿轮组(P4)的太阳轮连接，并可通过所述第二制动器(04)与外壳(G)耦接，

其中，所述第三轴(3)始终与第二行星齿轮组(P2)的内齿轮和第四行星齿轮组(P4)的桥件连接，并可通过所述第一制动器(03)与外壳(G)耦接，并且，

所述第六轴(6)始终与第一行星齿轮组(P1)的内齿轮和第三行星齿轮组(P3)的太阳轮连接；

所述第七轴(7)始终与第二行星齿轮组(P2)的桥件连接，输出轴(2)始终与第四行星齿轮组(P4)的内齿轮连接，并可通过所述第二离合器(27)与第七轴(7)可松脱地连接，并且

其中，所述第三轴(3)和所述第六轴(6)通过所述第三离合器(36)彼此可松脱地连接；或者所述第六轴(6)和所述第七轴(7)通过所述第三离合器(67)彼此可松脱地连接。

2.如权利要求1所述的多挡变速器，其特征在于，所述第一行星齿轮组、第二行星齿轮组、第三行星齿轮组和第四行星齿轮组(P1，P2，P3，P4)按排列次序(P1，P2，P3，P4)连续地布置在轴向上。

3.如权利要求1或2所述的多挡变速器，其特征在于，所述第一行星齿轮组、第二行星齿轮组、第三行星齿轮组和第四行星齿轮组(P1，P2，P3，P4)构造为负行星齿轮组。

4.如权利要求1或2所述的多挡变速器，其特征在于，可实现九个前进挡，其中一挡通过闭锁第一制动器(03)和第三制动器(05)而产生，二挡通过闭锁第一制动器(03)和第二离合器(27)而产生，三挡通过闭锁第二离合器(27)和第三制动器(05)而产生，四挡通过闭锁第二离合器(27)和第二制动器(04)而产生，五挡通过闭锁第一离合器(15)和第二离合器(27)而产生，六挡通过闭锁第二离合器(27)和第三离合器(36；67)而产生，七挡通过闭锁第一离合器(15)和第三离合器(36；67)而产生，八挡通过闭锁第二制动器(04)和第三离合器(36；67)而产生，九挡通过闭锁第三制动器(05)和第三离合器(36；67)而产生。

5.如权利要求1或2所述的多挡变速器，其特征在于，倒挡通过闭锁第一制动器(03)和第一离合器(15)而产生。

6.如权利要求1或2所述的多挡变速器，其特征在于，在每个合适的位置上安置附加的超越离合器。

7.如权利要求6所述的多挡变速器，其特征在于，所述超越离合器设置在所述输入轴、输出轴、第三轴、第四轴、第五轴、第六轴、第七轴(1，2，3，4，5，6，7)与外壳(G)之间。

8.如权利要求1或2所述的多挡变速器，其特征在于，输入轴和输出轴设置在外壳的同一端。

9.如权利要求1或2所述的多挡变速器，其特征在于，在驱动侧或在输出侧布置车轴差速器和/或分配器差速器。

10.如权利要求1或2所述的多挡变速器，其特征在于，所述输入轴(1)可通过离合器元件与主动发动机分开。

11.如权利要求10所述的多挡变速器，其特征在于，将流体动力转换器、液压离合器、干式启动离合器、湿式启动离合器、磁粉离合器或离心式离合器用作离合器元件。

12.如权利要求10所述的多挡变速器，其特征在于，沿动力流动方向在变速器的后面布置一个所述的离合器元件，其中，所述输入轴(1)与发动机的曲轴固定连接。

13.如权利要求1或2所述的多挡变速器，其特征在于，启动是借助于变速器的第一制动器(03)执行的，其中输入轴(1)始终与发动机的曲轴连接。

14.如权利要求1或2所述的多挡变速器，其特征在于，在发动机与变速器之间布置一扭转减振器。

15.如权利要求1或2所述的多挡变速器，其特征在于，在每个轴上布置一个非摩擦制动器。

16.如权利要求1或2所述的多挡变速器，其特征在于，在每个轴上布置辅助驱动装置以驱动附加的机组。

17.如权利要求16所述的多挡变速器，其特征在于，辅助驱动装置布置在输入轴(1)或输出轴(2)上。

18.如权利要求1或2所述的多挡变速器，其特征在于，换挡元件构造为按负载换挡的离合器或按负载换挡的制动器。

19.如权利要求18所述的多挡变速器，其特征在于，所述换挡元件构造为膜片式离合器、带式制动器和/或锥体离合器。

20.如权利要求1或2所述的多挡变速器，其特征在于，将形锁合的制动器和/或形锁合的离合器设置为换挡元件。

21.如权利要求1或2所述的多挡变速器，其特征在于，在每个轴上安装电机作为发电机和/或作为附加的发动机。

22.如权利要求1所述的多挡变速器，其特征在于，所述多挡变速器是用于汽车的自动变速器。

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