CN104094020B - 多级变速器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有八个前进挡和一个倒挡的多级变速器，其包括四个行星齿轮组(P1、P2、P3、P4)、八个能转动的轴(1、2、3、4、5、6、7、8)以及五个切换元件(03、04、15、56、67)，其中，第一行星齿轮组(P1)的太阳轮与第三轴(3)连接，该第三轴能经由第一制动器(03)耦联于壳体(G)上并且与第三行星齿轮组(P3)的齿圈连接，驱动轴(1)与第一行星齿轮组(P1)的行星架连接并且能经由第一离合器(15)与第五轴(5)能松脱地连接，该第五轴与第二行星齿轮组(P2)的齿圈和第三行星齿轮组(P3)的太阳轮连接，第一行星齿轮组(P1)的齿圈与第六轴(6)连接，该第六轴能经由第二离合器(67)与连接于第二行星齿轮组(P2)的太阳轮的第七轴(7)能松脱地连接。

Description

多级变速器
技术领域
本发明涉及一种行星齿轮结构方式的多级变速器、特别是用于机动车的自动变速器。
背景技术
自动变速器、特别是用于机动车的自动变速器根据现有技术包括多个行星齿轮组，这些行星齿轮组借助摩擦元件或者说切换元件、如离合器和制动器被切换并且通常与承受打滑作用的并且选择性地配设有桥接离合器的起动元件、如液力变矩器或液力耦合器连接。
这样的自动变速器例如由本申请人的DE19912480B4已知。该自动变速器包括三个单行星架行星齿轮组以及三个制动器和两个离合器用于切换六个前进挡和一个倒挡，并且包括一个驱动轴和一个从动轴，其中，第一行星齿轮组的行星架与第二行星齿轮组的齿圈持久连接，第二行星齿轮组的行星架与第三行星齿轮组的齿圈持久连接，并且驱动轴直接与第二行星齿轮组的太阳轮连接。
此外，在该已知的变速器中规定，驱动轴能经由第一离合器与第一行星齿轮组的太阳轮连接并且能经由第二离合器与第一行星齿轮组的行星架连接，第一行星齿轮组的太阳轮能经由第一制动器与变速器的壳体连接并且第一行星齿轮组的行星架能经由第二制动器与变速器的壳体连接，第三行星齿轮组的太阳轮能经由第三制动器与变速器的壳体连接。变速器的从动轴与第三行星齿轮组的行星架和第一行星齿轮组的齿圈持久连接。
另外由DE2936969A1公开九挡变速器，其包括八个切换元件和四个行星齿轮组，其中一个行星齿轮组用作前置变速器并且主变速器包括一个辛普森行星齿轮组和另一用作反转变速器的行星齿轮组。
例如由本申请人的DE102005010210A1和DE102006006637A1公开其它的多级变速器。
一般性而言可自动切换的行星齿轮结构方式的车辆变速器已在现有技术中被多次描述并且始终被进一步开发和改进。这些变速器应当要求小的结构耗费、尤其是少量的切换元件，并且在顺序换挡方式时避免双切换、即避免接通或断开两个切换元件，从而在定义的挡组中换挡时分别仅变换一个切换元件。
由本申请人的DE102008000428A1公开了一种行星齿轮结构方式的多级变速器，该多级变速器具有设置在一个壳体中的驱动端和从动端。在该已知的变速器中设置至少四个行星齿轮组(以下称为第一、第二、第三和第四行星齿轮组)、至少八个能转动的轴(以下称为驱动轴、从动轴、第三、第四、第五、第六、第七和第八轴)以及至少六个切换元件，这些切换元件包括多个制动器和多个离合器，所述切换元件的选择性接合实现在驱动端和从动端之间的不同传动比，从而优选能实现八个前进挡和一个倒挡。
在此优选构造成负传动比行星齿轮组、即设有负的固定传动比(Standgetriebeübersetzung)的第一和第二行星齿轮组构成能切换的前置齿轮组，并且第三和第四行星齿轮组构成主齿轮组。
在该已知的多级变速器中规定，第一和第二行星齿轮组的行星架经由第四轴彼此耦联，该第四轴与主齿轮组的一个元件连接，第一行星齿轮组的齿圈与第二行星齿轮组的太阳轮经由第八轴耦联，该第八轴能经由第一离合器与驱动轴能松脱地连接并且第一行星齿轮组的太阳轮能借助第三轴经由第一制动器耦联于变速器的壳体上并且能经由第二离合器与驱动轴能松脱地连接，第二行星齿轮组的齿圈能借助第五轴经由第二制动器耦联于变速器的壳体上。此外，第七轴与主齿轮组的至少一个元件持久连接并且能经由第三制动器耦联于变速器的壳体上，第六轴与主齿轮组的至少一个另外的元件持久连接并且能经由第三离合器与驱动轴能松脱地连接；从动轴与主齿轮组的至少一个另外的元件持久连接。
优选在该已知的变速器中，第四轴与第三行星齿轮组的齿圈持久连接，第六轴与第四行星齿轮组的齿圈并且与第三行星齿轮组的行星架持久连接并且能经由第三离合器与驱动轴能松脱地连接。另外，第七轴与第三和第四行星齿轮组的太阳轮持久连接并且能经由第三制动器耦联于变速器的壳体上。输出端在此通过与第四行星齿轮组的行星架持久连接的从动轴实现。另外，第三和第四行星齿轮组可合并或者说减少成具有一个共同行星架和一个共同齿圈的拉威娜式齿轮组。
发明内容
本发明的任务在于，提出一种开头所提类型的多级变速器，该多级变速器包括设有足够传动比的八个前进挡和一个倒挡，并且结构耗费和结构尺寸、尤其是结构长度、或者说重量被优化，并且效率在拖曳和啮合损失方面得到改善。另外，在根据本发明的多级变速器中应有少量的支承力矩作用于切换元件。此外，变速器应既适合用于前置-纵向-安装方式又适合用于前置-横向-安装方式。
本发明实现一种行星齿轮结构方式的多级变速器，其包括一个驱动轴、一个从动轴、四个设置在一个壳体中的行星齿轮组、总共八个能转动的轴以及至少五个切换元件，所述切换元件包括多个制动器和多个离合器，所述切换元件的选择性接合实现在驱动轴和从动轴之间的不同传动比，从而能实现八个前进挡和一个倒挡，其中，驱动轴构成第一轴并且从动轴构成第二轴，第一行星齿轮组的太阳轮与第三轴连接，该第三轴能经由第一制动器耦联于壳体上并且与第三行星齿轮组的齿圈连接，驱动轴与第一行星齿轮组的行星架连接并且能经由第一离合器与第五轴能松脱地连接，该第五轴与第二行星齿轮组的齿圈和第三行星齿轮组的太阳轮连接，第一行星齿轮组的齿圈与第六轴连接，该第六轴能经由第二离合器与连接于第二行星齿轮组的太阳轮的第七轴能松脱地连接，第八轴与第三行星齿轮组的行星架和第四行星齿轮组的太阳轮连接，并且连接于第四行星齿轮组的行星架的第四轴能经由第二制动器耦联于壳体上，从动轴与第四行星齿轮组的齿圈和第二行星齿轮组的行星架连接，并且设置第三离合器，该第三离合器将第五轴与第六轴能松脱地连接。
据此建议一种行星齿轮结构方式的根据本发明的多级变速器，该多级变速器具有设置在一个壳体中的驱动端和从动端。此外，设置至少四个行星齿轮组(以下称为第一、第二、第三和第四行星齿轮组)、八个能转动的轴(以下称为驱动轴、从动轴、第三、第四、第五、第六、第七和第八轴)以及至少五个优选构造为片式切换元件或形锁合切换元件的切换元件，这些切换元件包括两个制动器和三个离合器，所述切换元件的选择性接合实现在驱动端和从动端之间的不同传动比，从而优选能实现八个前进挡和一个倒挡。
各行星齿轮组沿轴向观察优选按第一行星齿轮组、第二行星齿轮组、第三行星齿轮组、第四行星齿轮组的顺序设置，其中第一、第二和第三行星齿轮组优选构造为负传动比行星齿轮组并且第四行星齿轮组优选构造为正传动比行星齿轮组。在本发明的其它实施方式的范围内，各行星齿轮组的轴向顺序可以是任意的。
单级的负传动比行星齿轮组已知包括一个太阳轮、一个齿圈和一个行星架，在该行星架上能转动地支承有行星齿轮，这些行星齿轮分别与太阳轮和齿圈啮合。由此，齿圈在行星架固定的情况下具有与太阳轮相反的转动方向。与此相对地，单级的正传动比行星齿轮组包括一个太阳轮、一个齿圈和一个行星架，在该行星架上能转动地支承有内侧的和外侧的行星齿轮，在此所有内侧的行星齿轮与太阳轮啮合、而所有外侧的行星齿轮与齿圈啮合，每个内侧的行星齿轮分别与一个外侧的行星齿轮啮合。由此，齿圈在行星架固定的情况下具有与太阳轮相同的转动方向并且产生正的固定传动比。
根据本发明，第一行星齿轮组的太阳轮与第三轴连接，该第三轴能经由第一制动器耦联于变速器的壳体上并且与第三行星齿轮组的齿圈连接，驱动轴与第一行星齿轮组的行星架连接并且能经由第一离合器与第五轴能松脱地连接，该第五轴与第二行星齿轮组的齿圈和第三行星齿轮组的太阳轮连接。
另外，第一行星齿轮组的齿圈与变速器的第六轴连接，该第六轴能经由第二离合器与连接于第二行星齿轮组的太阳轮的第七轴能松脱地连接，第八轴与第三行星齿轮组的行星架和第四行星齿轮组的太阳轮连接，并且连接于第四行星齿轮组的行星架的第四轴能经由第二制动器耦联于变速器的壳体上。
另外，变速器的从动轴与第四行星齿轮组的齿圈和第二行星齿轮组的行星架连接，并且根据本发明设置第三离合器，该第三离合器将第五轴与第六轴能松脱地连接。
通过多级变速器的根据本发明的设计方案，得到多级变速器的特别适合于轿车的传动比以及提高的总速比范围，由此实现行驶舒适性的改善和显著的消耗降低。
此外，借助根据本发明的多级变速器通过少量的切换元件显著降低结构耗费。借助根据本发明的多级变速器可以以有利的方式利用液力变换器、外部的起动离合器或利用其它适合的外部起动元件进行起动。也可想到，利用集成在变速器中的起动元件实施起动过程。优选一个在第一前进挡中和倒挡中被操纵的切换元件是适合的。
此外，在根据本发明的多级变速器中在主行驶挡中在拖曳和啮合损失方面得到良好的效率。
此外，在多级变速器的切换元件和行星齿轮组中存在小的转矩，由此以有利的方式降低磨损。此外，可通过小的转矩实现相应小的尺寸，由此降低所需的结构空间和相应的成本。此外，在各轴、切换元件和行星齿轮组中也存在小的转速。
另外，这样设计根据本发明的变速器，以便在力流方向和空间方面适应不同的传动系统设计。
按有利的设计方案，所述第一、第二和第三行星齿轮组构造成负传动比行星齿轮组并且第四行星齿轮组构造成正传动比行星齿轮组。
按有利的设计方案，各行星齿轮组沿轴向观察按第一行星齿轮组、第二行星齿轮组、第三行星齿轮组、第四行星齿轮组的顺序设置。
按有利的设计方案，设有电机，该电机与变速器的驱动轴直接连接或者经由齿轮级或链式传动机构与驱动轴连接。
按有利的设计方案，内燃机能借助第四离合器与变速器脱开，由此变速器的全部挡能以纯电动方式运行。
按有利的设计方案，通过闭合第一和第二制动器以及第一离合器得到第一前进挡，通过闭合第一和第二制动器以及第三离合器得到第二前进挡，通过闭合第二制动器以及第一和第三离合器得到第三前进挡，通过闭合第二制动器以及第二和第三离合器得到第四前进挡，通过闭合第二制动器以及第一和第二离合器得到第五前进挡，通过闭合第一、第二和第三离合器得到第六前进挡，通过闭合第一制动器以及第一和第二离合器得到第七前进挡，并且通过闭合第一制动器以及第二和第三离合器得到第八前进挡，并且通过闭合第一和第二制动器以及第二离合器得到倒挡。
附图说明
下面参考附图示例性更详细地阐述本发明。附图如下：
图1示出本发明的多级变速器的一种优选实施方式的示意图；
图2示出用于根据图1的多级变速器的示例性换挡简图。
具体实施方式
在图1中示出一种根据本发明的多级变速器，其包括驱动轴1、从动轴2和四个设置在一个壳体G中的行星齿轮组P1、P2、P3和P4。第一、第二和第三行星齿轮组P1、P2、P3在图1所示示例中构造为负传动比行星齿轮组，而第四行星齿轮组P4构造为正传动比行星齿轮组。根据本发明，所述行星齿轮组P1、P2、P3中的至少一个可构造为正传动比行星齿轮组，如果行星架和齿圈连接更换并且同时固定传动比的值与作为负传动比行星齿轮组的实施方式相比提高1的话。
在所示实施例中，各行星齿轮组沿轴向观察以第一行星齿轮组P1、第二行星齿轮组P2、第三行星齿轮组P3、第四行星齿轮组P4的顺序设置。
如由图1可见，设有五个切换元件，即两个制动器03、04和三个离合器15、56和67。各切换元件的空间布置可以是任意的并且仅仅由尺寸和外部造型限制。变速器的离合器和制动器优选构造成摩擦锁合的切换元件或形锁合的切换元件。
利用这些切换元件可实现八个前进挡和一个倒挡的选择性换挡。根据本发明的多级变速器总共具有八个能转动的轴、即轴1、2、3、4、5、6、7和8，其中，驱动轴构成变速器的第一轴1，而从动轴构成变速器的第二轴2。优选从动轴2与驱动轴1同心设置，由此能实现前置-纵向-安装方式。
根据本发明在根据图1的多级变速器中规定，第一行星齿轮组P1的太阳轮与第三轴3连接，该第三轴能经由第一制动器03耦联于变速器的壳体G上并且与第三行星齿轮组P3的齿圈连接，驱动轴1与第一行星齿轮组P1的行星架连接并且能经由第一离合器15与第五轴5能松脱地连接，该第五轴与第二行星齿轮组P2的齿圈和第三行星齿轮组P3的太阳轮连接。
由图1可见，第一行星齿轮组P1的齿圈与第六轴6连接，该第六轴能经由第二离合器67与连接于第二行星齿轮组P2的太阳轮的第七轴7能松脱地连接，第八轴8与第三行星齿轮组P3的行星架和第四行星齿轮组P4的太阳轮连接。连接于第四行星齿轮组P4的行星架的第四轴4能经由第二制动器04耦联于变速器的壳体G上。
另外，从动轴与第四行星齿轮组P4的齿圈和第二行星齿轮组P2的行星架连接，并且根据本发明设置第三离合器56，该第三离合器将第五轴5与第六轴6能松脱地连接。
在图2中示出根据图1的多级变速器的示例性的换挡简图。对于每个挡闭合三个切换元件。从该换挡简图可以示例性地得出各个挡位的各自的传动比i和可由此确定的向下一更高挡的以比值表示的挡间隔或者说速比间隔φ，值8.040是变速器的以比值表示的速比范围。
在所示的示例中，构造成负传动比行星齿轮组的行星齿轮组P1、P2、P3的固定传动比的值分别为-1.720、-1.630和-1.580，并且构造成正传动比行星齿轮组的第四行星齿轮组P4的固定传动比为1.970。由图2可见，在顺序换挡方式时分别仅须接通一个切换元件和断开一个切换元件，因为两个相邻的挡位共用两个切换元件。此外可见，在小的速比间隔时得到大的速比范围。
通过闭合第一和第二制动器03、04以及第一离合器15得到第一前进挡，通过闭合第一和第二制动器03、04以及第三离合器56得到第二前进挡，通过闭合第二制动器04以及第一和第三离合器15、56得到第三前进挡，通过闭合第二制动器04以及第二和第三离合器67、56得到第四前进挡，通过闭合第二制动器04以及第一和第二离合器15、67得到第五前进挡，通过闭合第一、第二和第三离合器15、67、56得到第六前进挡，通过闭合第一制动器03和第一与第二离合器15、67得到第七前进挡，并且通过闭合第一制动器03和第二与第三离合器67、56得到第八前进挡，并且通过闭合第一和第二制动器03、04与第二离合器67得到倒挡。
通过在第一前进挡和倒挡中闭合第一和第二制动器03、04，可将这些切换元件用作起动元件。
根据本发明，即使在相同的变速器简图中视换挡逻辑的不同也得到不同的速比间隔，从而可实现应用特定或车辆特定的变型方案。
在本发明的一种未示出的改进方案的范围内，可设置电机，该电机与驱动轴1直接连接或经由齿轮级或者链式传动机构与变速器的驱动轴1连接。另外，可设置第四离合器，通过该第四离合器可使内燃机与变速器脱开。由此变速器的所有挡可以以有利的方式纯电动运行。
另外根据本发明可选地规定，在多级变速器的任意合适位置上设置附加的单向离合器，例如用于连接一个轴和壳体之间或也许用于连接两个轴。
在驱动侧或在从动侧，可设置轮间差速器和/或轴间差速器。
在本发明一种有利的改进方案的范围内，驱动轴1可按照需要通过一个离合元件与驱动马达分开，作为离合元件可使用液力变矩器、液压式离合器、干式起动离合器、湿式起动离合器、磁粉离合器或者离心力离合器。也可将这种起动元件沿力流方向设置在变速器下游，在这种情况下驱动轴1与驱动马达的曲轴持久连接。
此外，根据本发明的多级变速器允许将扭转减震器设置在驱动马达和变速器之间。
在本发明的另一种未示出的实施方式的范围内，可在每个轴上、优选在驱动轴1或从动轴2上设置无磨损的制动器、例如液压式或电动缓行器或类似物，这特别是对于用在商用车中具有重要意义。此外，为了驱动附加的机组可以在每个轴、优选在驱动轴1或从动轴2上设置辅助驱动装置。
所使用的摩擦切换元件可构造成能无动力中断地切换的离合器或者制动器。特别是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/或圆锥离合器。
在这里所建议的多级变速器的另一优点在于，在每个轴上可安装作为发电机和/或作为附加驱动装置的电机。
附图标记列表
1 第一轴、驱动轴
2 第二轴、从动轴
3 第三轴
4 第四轴
5 第五轴
6 第六轴
7 第七轴
8 第八轴
03 第一制动器
04 第二制动器
15 第一离合器
56 第三离合器
67 第二离合器
G 壳体
P1 第一行星齿轮组
P2 第二行星齿轮组
P3 第三行星齿轮组
P4 第四行星齿轮组
i 传动比
φ 速比间隔

Claims (8)

1.行星齿轮结构方式的多级变速器，其包括一个驱动轴(1)、一个从动轴(2)、四个设置在一个壳体(G)中的行星齿轮组(P1、P2、P3、P4)、总共八个能转动的轴(1、2、3、4、5、6、7、8)以及至少五个切换元件(03、04、15、56、67)，所述切换元件包括多个制动器(03、04)和多个离合器(15、56、67)，所述切换元件的选择性接合实现在驱动轴(1)和从动轴(2)之间的不同传动比，从而能实现八个前进挡和一个倒挡，其中，驱动轴构成第一轴并且从动轴构成第二轴，第一行星齿轮组(P1)的太阳轮与第三轴(3)连接，该第三轴能经由第一制动器(03)耦联于壳体(G)上并且与第三行星齿轮组(P3)的齿圈连接，驱动轴(1)与第一行星齿轮组(P1)的行星架连接并且能经由第一离合器(15)与第五轴(5)能松脱地连接，该第五轴与第二行星齿轮组(P2)的齿圈和第三行星齿轮组(P3)的太阳轮连接，第一行星齿轮组(P1)的齿圈与第六轴(6)连接，该第六轴能经由第二离合器(67)与连接于第二行星齿轮组(P2)的太阳轮的第七轴(7)能松脱地连接，第八轴(8)与第三行星齿轮组(P3)的行星架和第四行星齿轮组(P4)的太阳轮连接，并且连接于第四行星齿轮组(P4)的行星架的第四轴(4)能经由第二制动器(04)耦联于壳体(G)上，从动轴(2)与第四行星齿轮组(P4)的齿圈和第二行星齿轮组(P2)的行星架连接，并且设置第三离合器(56)，该第三离合器将第五轴(5)与第六轴(6)能松脱地连接。
2.根据权利要求1的多级变速器，其特征在于，所述第一、第二和第三行星齿轮组(P1、P2、P3)构造成负传动比行星齿轮组并且第四行星齿轮组(P4)构造成正传动比行星齿轮组。
3.根据权利要求1的多级变速器，其特征在于，各行星齿轮组(P1、P2、P3、P4)沿轴向观察按第一行星齿轮组(P1)、第二行星齿轮组(P2)、第三行星齿轮组(P3)、第四行星齿轮组(P4)的顺序设置。
4.根据权利要求2的多级变速器，其特征在于，各行星齿轮组(P1、P2、P3、P4)沿轴向观察按第一行星齿轮组(P1)、第二行星齿轮组(P2)、第三行星齿轮组(P3)、第四行星齿轮组(P4)的顺序设置。
5.根据权利要求1至4之一的多级变速器，其特征在于，设有电机，该电机与变速器的驱动轴(1)直接连接或者经由齿轮级或链式传动机构与驱动轴连接。
6.根据权利要求5的多级变速器，其特征在于，内燃机能借助第四离合器与变速器脱开，由此变速器的全部挡能以纯电动方式运行。
7.根据权利要求1至4之一的多级变速器，其特征在于，通过闭合第一和第二制动器(03、04)以及第一离合器(15)得到第一前进挡，通过闭合第一和第二制动器(03、04)以及第三离合器(56)得到第二前进挡，通过闭合第二制动器(04)以及第一和第三离合器(15、56)得到第三前进挡，通过闭合第二制动器(04)以及第二和第三离合器(67、56)得到第四前进挡，通过闭合第二制动器(04)以及第一和第二离合器(15、67)得到第五前进挡，通过闭合第一、第二和第三离合器(15、67、56)得到第六前进挡，通过闭合第一制动器(03)以及第一和第二离合器(15、67)得到第七前进挡，并且通过闭合第一制动器(03)以及第二和第三离合器(67、56)得到第八前进挡，并且通过闭合第一和第二制动器(03、04)以及第二离合器(67)得到倒挡。
8.根据权利要求1至4之一的多级变速器，其特征在于，多级变速器是用于机动车的自动变速器。
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