CN104114901B - 具有快速倒档的多速自动变速器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种自动变速器，其具有适于耦合到扭矩产生机构的输入及耦合到所述输入的输出。所述变速器还包含沿着第一扭矩路径安置且耦合到所述输入的第一旋转扭矩传递机构。第二旋转扭矩传递机构沿着第二扭矩路径安置且独立于所述第一扭矩传递机构而耦合到所述输入。所述变速器包含多个固定扭矩传递机构，所述多个固定扭矩传递机构中的每一者安置于所述输入与输出之间。所述变速器包含第一行星齿轮组、第二行星齿轮组、第三行星齿轮组及第四行星齿轮组，其中每一齿轮组包含太阳齿轮、环形齿轮及载架组合件。此外，所述第三行星齿轮组的所述环形齿轮耦合到所述第二行星齿轮组的所述载架组合件及所述第四行星齿轮组的所述载架组合件。

Description

具有快速倒档的多速自动变速器
相关申请案
本申请案主张2012年2月28日提出申请的第61/603,990号美国临时专利申请案的优先权，所述美国临时专利申请案特此以全文引用的方式并入。
技术领域
本发明涉及一种用于变速器的齿轮传动布置，且特定来说涉及一种用于具有波拉克(Polak)齿轮传动布置的汽车变速器的行星齿轮传动布置。
背景技术
用于动力车辆的常规变速器可包含齿轮箱(即，齿轮、同步器、齿式离合器、离合器板及反作用板、若干个可自动选择的齿轮、行星齿轮组、轮毂、活塞、轴)及其它壳体。所述离合器可为固定制动器/离合器或旋转离合器。变速器可具有使变速器中的一或多个离合器或轴旋转的内部轴。
可使用离合器的数目及齿轮方案来实现不同齿轮比。每一齿轮比可界定其中变速器操作的传动比范围。举例来说，可以较低变速器输出速度来实现较高数值齿轮比。例如，如果车辆负荷较重或需要较高扭矩来上升一高度，那么此可为重要的。或者，可以较高变速器输出速度来实现较低数值齿轮比，特别是当车辆正在高速公路上以较高速度行进时。较低数值齿轮比可帮助增加在这些速度下的燃料效率。
为了实现不同齿轮比，配置其中制动器、离合器、轴及齿轮组封装于变速器中的齿轮方案。所述齿轮方案可包含一或多个行星齿轮组。行星齿轮组可包含太阳齿轮、环形齿轮及载架。太阳齿轮、环形齿轮及载架中的一或多者可为行星齿轮组的输入或输出。通过离合器及齿轮组传输扭矩的方式确定给定变速器的不同齿轮比。
然而，在一些布置中，倒档齿轮比可能在数值上过大以致不能获得所需倒档速度。另外，第一与第二前进档齿轮之间的齿轮速比梯度可过大以致不能在应用扭矩转换器离合器的情况下进行1-2及2-1换档。在应用扭矩转换器离合器的情况下进行这些换档可改进变速器效率、燃料经济性且减少变速器热产生。在本发明中将齿轮速比梯度界定为两个齿轮比的比率。
需要一种具有用于自动地选择齿轮的齿轮传动布置且其中齿轮箱经配置以用于可用快速倒档及紧密齿轮速比梯度1-2换档的自动变速器。
发明内容
在本发明的示范性实施例中，提供一种自动变速器，其具有适于耦合到扭矩产生机构的输入及耦合到所述输入的输出。所述变速器还包含沿着第一扭矩路径安置且耦合到所述输入的第一旋转扭矩传递机构。第二旋转扭矩传递机构沿着第二扭矩路径安置且独立于所述第一扭矩传递机构而耦合到所述输入。所述变速器包含多个固定扭矩传递机构，所述多个固定扭矩传递机构中的每一者安置于所述输入与输出之间。所述变速器包含第一行星齿轮组、第二行星齿轮组、第三行星齿轮组及第四行星齿轮组，其中每一齿轮组包含太阳齿轮、环形齿轮及载架组合件。此外，所述第三行星齿轮组的所述环形齿轮耦合到所述第二行星齿轮组的所述载架组合件及所述第四行星齿轮组的所述载架组合件。
在此实施例的一个方面中，所述第一行星齿轮组的所述太阳齿轮沿着第三扭矩路径耦合到所述输入，且所述第一行星齿轮组的所述环形齿轮耦合到所述第一固定扭矩传递机构。在另一方面中，所述第四行星齿轮组的所述环形齿轮耦合到所述第四固定扭矩传递机构及所述第四行星齿轮组的所述载架组合件。在不同方面中，所述第一旋转扭矩传递机构、第二旋转扭矩传递机构、第一固定扭矩传递机构、第二固定扭矩传递机构、第三固定扭矩传递机构及第四固定扭矩传递机构以至少两者的组合啮合以建立所述输入与所述输出之间的至少七个前进档速度比及两个倒档速度比。此处，第一前进档速度比与第二前进档速度比之间的齿轮速比梯度可为约1.5或更小。
在相关方面中，所述第一扭矩路径至少部分地由所述输入、所述第一旋转扭矩传递机构、所述第二行星齿轮组的所述太阳齿轮及所述第三行星齿轮组的所述太阳齿轮界定。所述第二扭矩路径至少部分地由所述输入、所述第二旋转扭矩传递机构及所述第二行星齿轮组的所述载架组合件界定。在进一步方面中，所述第一行星齿轮组的所述载架组合件耦合到所述第二行星齿轮组的所述环形齿轮；所述第二行星齿轮组的所述载架组合件耦合到所述第三行星齿轮组的所述环形齿轮；且所述第三行星齿轮组的所述载架组合件耦合到所述第四行星齿轮组的所述太阳齿轮及所述输出。在又一方面中，所述第三行星齿轮组的所述环形齿轮耦合到至少三个载架组合件及一个固定扭矩传递机构。此外，第三扭矩路径至少部分地由所述输入、所述第一行星齿轮组的所述太阳齿轮及所述第一行星齿轮组的所述载架组合件界定。
在另一实施例中，提供自动变速器的齿轮方案。所述齿轮方案包含变速器输入及变速器输出，所述输入适于耦合到扭矩产生机构。所述方案还包含第一旋转扭矩传递机构及第二旋转扭矩传递机构，其各自独立地耦合到所述变速器输入。第一行星齿轮组耦合到所述第一旋转扭矩传递机构，所述第一行星齿轮组耦合到第一固定扭矩传递机构。第二行星齿轮组耦合到所述第一行星齿轮组及所述第一旋转扭矩传递机构，所述第二行星齿轮组耦合到第二固定扭矩传递机构。第三行星齿轮组耦合到所述第二旋转扭矩传递机构及所述变速器输出，所述第三行星齿轮组耦合到第三固定扭矩传递机构。另外，第四行星齿轮组耦合到所述第三行星齿轮组及第四固定扭矩传递机构。所述第四行星齿轮组包含太阳齿轮、环形齿轮及载架组合件，其中所述环形齿轮耦合到所述第四固定扭矩传递机构。
在此实施例的一个方面中，所述第三行星齿轮组包括太阳齿轮、环形齿轮及载架组合件，所述第三行星齿轮组的所述环形齿轮耦合到所述第四行星齿轮组的所述载架组合件。在第二方面中，所述第一行星齿轮组包括太阳齿轮、环形齿轮及载架组合件，所述第一行星齿轮组的所述太阳齿轮耦合到所述变速器输入且所述第一行星齿轮组的所述环形齿轮耦合到所述第一固定扭矩传递机构。此处，在所述变速器输入与变速器输出之间界定扭矩路径，其中所述第一行星齿轮组的所述太阳齿轮及载架组合件沿着所述扭矩路径安置。
在另一方面中，在所述变速器的所述输入与所述输出之间界定第一扭矩路径，其中所述第一旋转扭矩传递机构、所述第二行星齿轮组的输入、所述第三行星齿轮组的输入及所述第三行星齿轮组的输出沿着所述第一扭矩路径安置。在不同方面中，在所述变速器的所述输入与所述输出之间界定第二扭矩路径，其中所述第二旋转扭矩传递机构、所述行星齿轮组中的一者的环形齿轮及所述行星齿轮组的至少两个载架组合件沿着所述第二扭矩路径安置。
在相关实施例中，所述第一旋转扭矩传递机构、第二旋转扭矩传递机构、第一固定扭矩传递机构、第二固定扭矩传递机构、第三固定扭矩传递机构及第四固定扭矩传递机构以至少两者的组合啮合以建立所述变速器输入与所述变速器输出之间的至少七个前进档速度比及两个倒档速度比。此处，第一前进档速度比与第二前进档速度比之间的齿轮速比梯度可为约1.5或更小。此外，在另一相关方面中，所述第三行星齿轮组包含耦合到至少三个载架组合件及所述第三固定扭矩传递机构的环形齿轮。在类似方面中，所述第一行星齿轮组包含耦合到所述第二行星齿轮组的载架组合件；所述第二行星齿轮组包含耦合到所述第三行星齿轮组的载架组合件；且所述第三行星齿轮组包含耦合到所述第四行星齿轮组的所述太阳齿轮及所述变速器输出的载架组合件。
附图说明
本发明的上文所提及方面以及获得所述方面的方式将变得更加显而易见且通过连同附图一起参考对本发明的实施例的以下描述将更好地理解本发明本身，其中：
图1是动力车辆系统的一个说明性实施例的示范性框图及示意图；
图2是用于多速自动变速器的第一齿轮传动方案；且
图3是用于改进的多速自动变速器的第二齿轮传动方案，其具有快速倒档速度及紧密齿轮速比梯度1-2换档能力。
贯穿数个视图，对应参考编号用于指示对应部件。
具体实施方式
下文所描述的本发明的实施例并不打算为穷尽性的或将本发明限制于以下详细描述中所揭示的精确形式。而是，选择并描述所述实施例，以使得所属领域的技术人员可了解并理解本发明的原理及实践。
现在参考图1，其展示具有驱动单元102及变速器118的车辆系统100的一个说明性实施例的框图及示意图。在所图解说明的实施例中，驱动单元102可包含内燃机、柴油机、电动机或其它动力产生装置。驱动单元102经配置以可旋转地驱动输出轴104，输出轴104耦合到常规扭矩转换器108的输入或泵轴106。输入或泵轴106耦合到由驱动单元102的输出轴104可旋转地驱动的推进器或泵110。扭矩转换器108进一步包含耦合到涡轮轴114的涡轮机112，且涡轮轴114与变速器118的可旋转输入轴124耦合或成整体。变速器118还可包含用于在变速器118的不同流动回路(例如，主回路、润滑油回路等)内构建压力的内部泵120。泵120可由耦合到驱动单元102的输出轴104的轴116驱动。在此布置中，驱动单元102可将扭矩递送到轴116以用于驱动泵120且在变速器118的不同回路内构建压力。
变速器118可包含具有若干个自动选择的齿轮的行星齿轮系统122。变速器118的输出轴126与耦合到常规万向节130的推进器轴128耦合或成整体且可旋转地驱动推进器轴128。万向节130耦合到且可旋转地驱动在每一端处具有安装到其的车轮134A及134B的轴132。变速器118的输出轴126经由推进器轴128、万向节130及轴132以常规方式驱动车轮134A及134B。
常规锁止离合器136连接于扭矩转换器108的泵110与涡轮机112之间。扭矩转换器108的操作为常规的，因为扭矩转换器108可在某些操作条件(例如，车辆发动、低速及某些齿轮换档条件)期间以所谓的“扭矩转换器”模式操作。在扭矩转换器模式中，锁止离合器136经脱离且泵110以驱动单元输出轴104的旋转速度旋转，而涡轮机112由泵110通过间置于泵110与涡轮机112之间的流体(未展示)可旋转地致动。在此操作模式中，扭矩倍增通过流体耦合发生以使得涡轮轴114受到作用而驱动比正由驱动单元102供应的扭矩更多的扭矩，如此项技术中已知。扭矩转换器108替代地可在其它操作条件期间(例如，当变速器118的行星齿轮系统122的某些齿轮经啮合时)以所谓的“锁止”模式操作。在锁止模式中，锁止离合器136经啮合且泵110借此直接紧固到涡轮机112，以使得驱动单元输出轴104直接耦合到变速器118的输入轴124，如此项技术中也已知。
变速器118进一步包含电动液压系统138，电动液压系统138经由J数目个流体路径1401-140J流体耦合到行星齿轮系统122，其中J可为任何正整数。电动液压系统138对控制信号做出响应以选择性地致使流体流动穿过流体路径1401-140J中的一或多者，以借此控制行星齿轮系统122中的多个对应摩擦装置的操作(即，啮合及脱离)。所述多个摩擦装置可包含但不限于一或多个常规制动装置、一或多个扭矩传输装置等。通常，通过选择性地控制由多个摩擦装置中的每一者施加的摩擦(例如，通过控制到摩擦装置中的每一者的流体压力)来控制所述多个摩擦装置的操作(即，啮合及脱离)。在绝不打算为限制性的一个实例性实施例中，所述多个摩擦装置包含呈常规离合器的形式的多个制动与扭矩传输装置，其可各自经由由电动液压系统138供应的流体压力来可控地啮合及脱离。在任何情况中，通过经由控制所述数目个流体路径1401-140J内的流体压力而选择性地控制多个摩擦装置来以常规方式实现在变速器118的各个齿轮之间改变或换档。
系统100进一步包含变速器控制电路142，变速器控制电路142可包含存储器单元144。变速器控制电路142说明性地为基于微处理器的，且存储器单元144通常包含存储于其中的指令，所述指令可由变速器控制电路142执行以控制扭矩转换器108的操作及变速器118的操作，即，在行星齿轮系统122的各个齿轮之间换档。然而，将理解，本发明预期其中变速器控制电路142并非基于微处理器的而是经配置以基于存储于存储器单元144中的一或多个硬线指令及/或软件指令集而控制扭矩转换器108及/或变速器118的操作的其它实施例。
在图1中所图解说明的系统100中，扭矩转换器108及变速器118包含经配置以产生分别指示扭矩转换器108及变速器118的一或多个操作状态的传感器信号的若干个传感器。举例来说，扭矩转换器108说明性地包含常规速度传感器146，其经定位及经配置以产生对应于泵轴106的旋转速度的速度信号，泵轴106的旋转速度为驱动单元102的输出轴104的相同旋转速度。速度传感器146经由信号路径152电连接到变速器控制电路142的泵速度输入PS，且变速器控制电路142可操作而以常规方式处理由速度传感器146产生的速度信号以确定涡轮轴106/驱动单元输出轴104的旋转速度。
变速器118说明性地包含另一常规速度传感器148，其经定位及经配置以产生对应于变速器输入轴124的旋转速度的速度信号，变速器输入轴124的旋转速度为与涡轮轴114相同的旋转速度。变速器118的输入轴124与涡轮轴114直接耦合或成整体，且速度传感器148可替代地经定位及经配置以产生对应于涡轮轴114的旋转速度的速度信号。在任何情况中，速度传感器148经由信号路径154电连接到变速器控制电路142的变速器输入轴速度输入TIS，且变速器控制电路142可操作而以常规方式处理由速度传感器148产生的速度信号以确定涡轮轴114/变速器输入轴124的旋转速度。
变速器118进一步包含又一速度传感器150，其经定位及经配置以产生对应于变速器118的输出轴126的旋转速度的速度信号。速度传感器150可为常规的且经由信号路径156电连接到变速器控制电路142的变速器输出轴速度输入TOS。变速器控制电路142经配置而以常规方式处理由速度传感器150产生的速度信号以确定变速器输出轴126的旋转速度。
在所图解说明的实施例中，变速器118进一步包含经配置以控制变速器118内的各种操作的一或多个致动器。举例来说，本文中所描述的电动液压系统138说明性地包含经由对应数目个信号路径721-72J电连接到变速器控制电路142的数目J个控制输出CP1-CPJ的若干个致动器，例如，常规螺线管或其它常规致动器，其中如上文所描述J可为任何正整数。电动液压系统138内的致动器各自对由变速器控制电路142在对应信号路径721-72J中的一者上产生的控制信号CP1-CPJ中的对应一者做出响应以通过控制一或多个对应流体通路1401-140J内的流体压力来控制由多个摩擦装置中的每一者施加的摩擦且因此基于由各个速度传感器146、148及/或150提供的信息而控制一或多个对应摩擦装置的操作(即，啮合及脱离)。行星齿轮系统122的摩擦装置说明性地通过由电动液压系统以常规方式分配的液压流体控制。举例来说，电动液压系统138说明性地包含经由电动液压系统138内的一或多个致动器的控制将流体分配到一或多个摩擦装置的常规液压正排量泵(未展示)。在此实施例中，控制信号CP1-CPJ说明性地为模拟摩擦装置压力命令，所述一或多个致动器对所述模拟摩擦装置压力命令做出响应以控制到一或多个摩擦装置的液压压力。然而，将理解，由所述多个摩擦装置中的每一者施加的摩擦可替代地根据其它常规摩擦装置控制结构及技术来控制，且本发明预期此类其它常规摩擦装置控制结构及技术。然而，在任何情况中，摩擦装置中的每一者的模拟操作均由控制电路142根据存储于存储器单元144中的指令来控制。
在所图解说明的实施例中，系统100进一步包含驱动单元控制电路160，其具有经由数目K个信号路径162电耦合到驱动单元102的输入/输出端口(I/O)，其中K可为任何正整数。驱动单元控制电路160可为常规的且可操作以控制及管理驱动单元102的总体操作。驱动单元控制电路160进一步包含通信端口COM，其经由数目L个信号路径164电连接到变速器控制电路142的类似通信端口COM，其中L可为任何正整数。一或多个信号路径164通常统称为数据链路。通常，驱动单元控制电路160及变速器控制电路142可操作而以常规方式经由一或多个信号路径164共享信息。在一个实施例中，举例来说，驱动单元控制电路160及变速器控制电路142可操作而根据汽车工程师学会(SAE)J-1939通信协议以一或多个消息的形式经由一或多个信号路径164共享信息，但本发明预期其中驱动单元控制电路160及变速器控制电路142可操作而根据一或多个其它常规通信协议经由一或多个信号路径164共享信息的其它实施例。
参考图2，提供用于将扭矩从变速器的输入202传递到其输出204的示范性齿轮传动方案200。输入202及输出204可如图2中所展示沿着相同中心线安置。此外，齿轮传动方案200进一步包含多个离合器。所述多个离合器可包含一对旋转离合器(即，C1及C2)及三个固定离合器或制动器(即，C3、C4及C5)。所述离合器或制动器中的每一者可包含一或多个板。所述板可包含摩擦材料且因此包括摩擦板，而其它板可为反作用板。
齿轮传动方案200还可包含多个行星齿轮组。举例来说，在图2中，方案200包含第一行星齿轮组206、第二行星齿轮组208及第三行星齿轮组210。出于本发明的目的，第一行星齿轮组可称为P1行星齿轮组。同样地，第二及第三行星齿轮组可分别称为P2及P3。每一行星齿轮组可包含太阳齿轮、环形齿轮及载架。例如，P1行星齿轮组206包含P1太阳齿轮214、P1载架216及P1环形齿轮218。P2行星齿轮组208包含P2太阳齿轮220、P2载架222及P2环形齿轮224。类似地，P3行星齿轮组210包含P3太阳齿轮226、P3载架228及P3环形齿轮230。
在图2中，连接不同组件的线可指代或指示可通过其传递扭矩的路径。另外，在线断开且展示水平线的情况下(例如，形成等号(“＝”))，这些位置可指代齿轮彼此咬合(或，替代实施例，彼此花键接合)。例如，展示P1太阳齿轮214与耦合到P1载架216的小齿轮咬合且P1载架216的小齿轮与P1环形齿轮218咬合。当未应用C1或C2离合器时，扭矩不穿过所述离合器。类似地，举例来说，当应用C3离合器(或制动器)时，P1环形齿轮218被制止且无法旋转。从此以后，C1及C2离合器将称为“离合器”，而C3-C5离合器将称为“制动器”，但应理解，在其它实施例中，这些组件可为不同的。
在本发明中，齿轮传动方案200使得应用两个离合器(或两个制动器或者一个离合器及一个制动器)来实现特定传动比范围或齿轮比。然而，在其它齿轮传动方案实施例中，可通过应用离合器或制动器的任何组合(例如，一个离合器、三个离合器、四个离合器等)来实现传动比范围。
在一个特定实施例中，齿轮传动方案可经布置以使得针对不同传动比范围实现以下齿轮比范围：
“F1”指代第一前进档传动比范围，“F2”指代第二前进档传动比范围等。齿轮比、传动比范围以及经应用离合器及制动器的组合为示范性而非限制性的。其中可能有额外或更少传动比范围的其它实施例为可能的。还可视需要调整齿轮比以适应密齿轮比或宽齿轮比变速器。如已知，密齿轮比变速器与宽齿轮比变速器之间的差异为行星齿轮组的各部分上的轮齿的数目。
在齿轮传动方案200中，倒档齿轮比可能太慢以致不能满足需要较快倒档齿轮比的顾客的需要。另外，大的F1到F2齿轮速比梯度阻止了在应用扭矩转换器离合器的情况下进行换档，此可导致较低的变速器效率、较低的燃料经济性及较高的变速器热产生。然而，在本发明中，改进的齿轮传动方案300可克服此类限制以使得变速器可提供允许车辆在后退时比多齿轮比变速器中的常规倒档传动比范围更快地移动的倒档齿轮比。此外，可在应用扭矩转换器离合器的情况下进行F1到F2换档。
在齿轮方案200的第一前进档传动比范围F1中，穿过变速器的扭矩路径使得应用C1离合器及C5制动器。当应用C5制动器时，其阻止P3环形齿轮230旋转。在P3环形齿轮230停止的情况下，P3太阳齿轮226为扭矩的输入且P3载架228为输出。此处，P3太阳齿轮226及P3载架228沿相同方向旋转，但P3载架228以较慢速度旋转。
参考图2，可通过应用C3及C5制动器来实现倒档传动比范围R。这些制动器两者为固定的且制止环形齿轮使其不能旋转。具体来说，C3制动器制止P1环形齿轮218且C5制动器制止P3环形齿轮230。由于均不应用C1及C2离合器，因此扭矩经由P1太阳齿轮214从变速器输入202传递到第一行星齿轮组206。由于P1环形齿轮218被制止，因此P1载架216沿与P1太阳齿轮214相同的方向但以较慢速度旋转，且经由P2环形齿轮224将扭矩传递到P2行星齿轮组208。
由于C5制动器制止P3环形齿轮230，因此P2载架222无法旋转。如此，P2太阳齿轮220为P2行星齿轮组208的输出。由于P2载架222被制止，因此P2环形齿轮224及P2太阳齿轮220相对于彼此沿相反方向旋转，但其中P2太阳齿轮220以比P2环形齿轮224高的速度旋转。在P2太阳齿轮220现在沿与变速器输入相反的方向旋转的情况下，P2太阳齿轮220也沿变速器输入202的相反方向驱动P3太阳齿轮226使其旋转。P3太阳齿轮226继续沿变速器输入202的相反方向但以较慢速度驱动P3载架228，且因此变速器输出204(其由P3载架228驱动)沿后退方向(即，与变速器输入202旋转的方向相反)旋转。
参考图3，其展示齿轮方案300的另一示范性实施例。图3中的齿轮方案300类似于图2的齿轮方案200，只不过添加有第四行星齿轮组312。因此，齿轮方案300中的P1载架、P2载架及P3载架的输入及输出与先前所描述的齿轮方案200相同。
如所展示，齿轮方案300可包含变速器输入302、变速器输出302、两个旋转离合器C1及C2以及四个固定制动器(即，C3、C4、C5及C6)。输入302及输出304可如图3中所展示沿着相同变速器中心线安置。或者，输入302及输出304可沿着不同中心线安置。齿轮方案300还可包含第一行星齿轮组306、第二行星齿轮组308、第三行星齿轮组310及第四行星齿轮组312。第一行星齿轮组306(本文中称为P1行星齿轮组)可包含P1太阳齿轮314、P1载架316及P1环形齿轮318。同样地，第二行星齿轮组308或P2行星齿轮组可包含P2太阳齿轮320、P2载架322及P2环形齿轮324。第三行星齿轮组310或P3行星齿轮组可包含P3太阳齿轮326、P3载架328及P3环形齿轮330。类似地，第四行星齿轮组312或P4行星齿轮组可包含P4太阳齿轮332、P4载架334及P4环形齿轮336。
齿轮方案300可包含如上文关于齿轮方案200所描述的类似传动比范围、齿轮比及经应用/未应用离合器。因此，在第一前进档传动比范围或速度比F1中，可应用C1离合器及C5制动器。在此实施例中，P3环形齿轮330由C5制动器制止而固定。因此，扭矩经由P3太阳齿轮326穿过P3行星齿轮组310且其通过P3载架328输出。P3太阳齿轮326及P3载架328沿相同方向旋转，但P3载架328以较慢速度旋转，从而使到变速器输出304的扭矩以与齿轮方案200相同的比率倍增。
然而，在后退时，齿轮方案300不同于先前齿轮方案200。在图3中第四行星齿轮组312的添加导致两个可用的倒档齿轮比或速度比。齿轮方案300的R1或第一倒档齿轮比或速度比具有与图2的齿轮方案200中的单个倒档齿轮比类似的扭矩路径及齿轮比。齿轮方案300的R2或第二倒档齿轮比或速度比具有比齿轮方案200的单个倒档齿轮比或速度比“更快”的倒档齿轮比或速度比。出于本发明的目的，方案300中的“较快”倒档齿轮比或速度比(R2)意味着数值齿轮比或速度比小于方案200的单个倒档齿轮比或速度比。另外，出于本发明的目的，倒档传动比范围可指代齿轮比或速度比。
可通过应用C3及C6制动器来实现方案300的第二倒档齿轮比R2。这些制动器两者可为固定制动器(即，不旋转)且制止对应环形齿轮使其不能旋转。具体来说，C3制动器制止P1环形齿轮318且C6制动器制止P4环形齿轮336。由于均不应用C1及C2离合器，因此扭矩经由P1太阳齿轮314从变速器输入302传递到第一行星齿轮组306。由于P1环形齿轮318被制止，因此P1载架316沿与P1太阳齿轮314相同的方向但以较慢速度旋转，且经由P2环形齿轮324将扭矩传递到P2行星齿轮组308。
在变速器输出304沿后退方向旋转且P4环形齿轮336被制止的情况下，P4载架334、P3环形齿轮330及P2载架322也均沿后退方向旋转。现在，在P2环形齿轮324前进旋转且P2载架322后退旋转的情况下，P2太阳齿轮320及P3太阳齿轮326以高速度后退旋转。由于P3太阳齿轮326及P3环形齿轮330两者均沿后退方向旋转，因此与齿轮方案200的单个倒档齿轮比及齿轮方案300的第一倒档齿轮比R1相比，P3载架328及变速器输出304在齿轮方案300的第二倒档齿轮比R2中以相对高的速度旋转。在一个非限制性实施例中，齿轮方案300的R2可具有约-1.95的齿轮比，而齿轮方案200中的单个倒档齿轮比及齿轮方案300的第一倒档齿轮比R1具有约-4.80的齿轮比。因此，齿轮方案300的第二倒档齿轮比R2可为那些需要较快车辆后退速度的职业提供较快车辆后退速度。
齿轮方案300还可提供介于齿轮方案200的F1与F2齿轮比之间的额外前进档齿轮比。此允许借助齿轮方案300获得七个前进档速度且可减小通常与齿轮方案200的F1到F2换档相关联的大齿轮速比梯度。齿轮方案300的F1扭矩路径及齿轮比类似于齿轮方案200中的F1扭矩路径的齿轮比。齿轮方案300的F3扭矩路径及齿轮比类似于齿轮方案200的F2的扭矩路径及齿轮比，且同样地齿轮方案300的其余较高前进档传动比范围的型式类似于齿轮方案200的其余较高前进档传动比范围。然而，齿轮方案300的F2扭矩路径及齿轮比不同于齿轮方案200的F2扭矩路径及齿轮比。
可通过应用C1离合器及C6制动器来实现齿轮方案300的第二前进档传动比范围F2。在图3中，P4环形齿轮336由C6制动器制止。到P3行星齿轮组310的P3太阳齿轮326中的输入是经由经应用C1离合器。P3太阳齿轮326可将扭矩传递到驱动变速器输出304的P3载架328。P3太阳齿轮326及P3载架328沿前进方向旋转且进一步驱动P4太阳齿轮332。在P4环形齿轮336被制止的情况下，P4太阳齿轮332驱动P4载架334。P4载架334沿前进方向旋转且进一步驱动P3环形齿轮330。由于P3环形齿轮330正前进旋转而非如在F1中为固定的，因此其与P3太阳齿轮326的前进旋转组合以沿前进方向以比F1的旋转速度快但比齿轮方案300的F3的旋转速度慢的旋转速度驱动P3载架328及变速器输出304。
在此实施例的一个非限制性方面中，齿轮方案200中的F1及F2前进档传动比范围可具有大致3.51及1.91的齿轮比而其之间具有1.84的齿轮速比梯度。然而，在齿轮方案300中，前进档传动比范围F1、F2及F3可具有3.51、2.56及1.91的相应齿轮比而具有1.37及1.34的齿轮速比梯度。因此，在齿轮方案300的前进档传动比范围F1与F2之间形成的处于约1.5或低于1.5的齿轮速比梯度可允许在应用扭矩转换器离合器的情况下进行从F1到F2的换档，借此改进变速器效率及燃料经济性同时减少变速器热产生。
关于齿轮方案300中的其它前进档传动比范围，变速器输入302与变速器输出304之间的扭矩流动路径类似于齿轮方案200中的其它前进档传动比范围。例如，在齿轮方案300的第三前进档传动比范围F3中，C4制动器制止P2环形齿轮324且应用C1离合器。因此，扭矩经由P2太阳齿轮320穿过P2行星齿轮组308且通过P2载架322输出。P2载架322沿与P2太阳齿轮320相同的方向旋转且耦合到P3环形齿轮330。扭矩还经由P3太阳齿轮326作为输入穿过P3行星齿轮组310。P3载架328将扭矩输出到变速器输出304，如所展示。
在齿轮方案300的第四前进档传动比范围F4中，C3制动器可制止第一环形齿轮318且应用C1离合器。因此，扭矩可经由P1太阳齿轮314进入P1行星齿轮组306且经由P1载架316输出。P1载架316耦合到P2环形齿轮324，且因此扭矩通过P2环形齿轮324(经由P1载架316)及P2太阳齿轮320而穿过P2行星齿轮组308。P2载架322为P2行星齿轮组308的输出且将扭矩传递到P3环形齿轮330。因此，扭矩经由P3环形齿轮330(经由P2载架)及P3太阳齿轮326穿过P3行星齿轮组310。P3载架328将扭矩输出到变速器输出304。
在齿轮方案300的第五前进档传动比范围F5中，应用C1及C2离合器，但不应用固定制动器中的任一者。因此，来自变速器输入302的扭矩经由P3太阳齿轮326及P3环形齿轮330(即，经由P2载架322)而进入P3行星齿轮组310。在P3太阳齿轮326及P3环形齿轮330以输入速度旋转的情况下，P3载架328及变速器输出304以输入速度旋转，借此产生大致1.0的齿轮比。
在齿轮方案300的第六前进档传动比范围F6中，应用C2离合器及C3制动器。不同于先前所描述的实施例，不应用C1离合器。C3制动器制止P1环形齿轮318。因此，扭矩经由P1太阳齿轮314穿过P1行星齿轮组306且通过P1载架316输出。扭矩通过P2环形齿轮324(经由P1载架316)、P2载架322及P3环形齿轮330(经由经应用C2离合器)穿过P2行星齿轮组308。此过驱动P2太阳齿轮320及P3太阳齿轮326。在P3太阳齿轮326被过驱动且P3环形齿轮以输入速度旋转的情况下，P3载架328及变速器输出304被过驱动。在本发明中，“过驱动”条件指代变速器输出304以比变速器输入302高的速度旋转。
在齿轮方案300的第七前进档传动比范围F7中，应用或制止C2离合器及C4制动器。在此传动比范围中，C4制动器制止P2环形齿轮324。扭矩直接从变速器输入302输入到P2行星齿轮组308而到达P2载架322及P3环形齿轮330。此条件将P2太阳齿轮320及P3太阳齿轮326过驱动到比齿轮方案300的第六前进档传动比范围F6更大的程度。在P3太阳齿轮326被过驱动到更大程度且P3环形齿轮330以输入速度旋转的情况下，P3载架328及变速器输出304被过驱动到比在齿轮方案300的第六前进档传动比范围F6中更大的程度。
在上述实施例中，扭矩流动路径可取决于齿轮方案及应用/未应用哪些离合器或制动器而不同。在一个实施例中，第一前进档传动比范围F1中的齿轮比大于第二前进档传动比范围(F2)、第三前进档传动比范围(F3)、第四前进档传动比范围(F4)、第五前进档传动比范围(F5)、第六前进档传动比范围(F6)及第七前进档传动比范围(F7)的齿轮比。第七前进档传动比范围F7中的齿轮比小于第一、第二、第三、第四、第五及第六前进档传动比范围中的齿轮比。借助实现第二倒档传动比范围及额外前进档传动比范围的能力借此提供传动比范围之间的较小齿轮速比梯度，齿轮方案300可实现胜过许多常规齿轮传动布置的效率及燃料经济性优点。
尽管上文中已揭示并入有本发明的原理的示范性实施例，但本发明并不限于所揭示的实施例。而是，本申请案打算涵盖使用本发明的一般原理的其任何变化形式、用途或改动形式。此外，本申请案打算涵盖与本发明相背离但归属于与本发明相关的技术中的已知或惯例实践内且属于所附权利要求书的限制内的此些内容。

Claims (20)

1.一种自动变速器，其特征在于，所述自动变速器包括：
输入，其适于耦合到扭矩产生机构；
输出，其耦合到所述输入；
第一旋转扭矩传递机构，其沿着第一扭矩路径安置，所述第一旋转扭矩传递机构耦合到所述输入；
第二旋转扭矩传递机构，其沿着第二扭矩路径安置，所述第二旋转扭矩传递机构独立于所述第一扭矩传递机构而耦合到所述输入；
第一固定扭矩传递机构、第二固定扭矩传递机构、第三固定扭矩传递机构及第四固定扭矩传递机构，所述固定扭矩传递机构中的每一者安置于所述输入与所述输出之间；及
第一行星齿轮组、第二行星齿轮组、第三行星齿轮组及第四行星齿轮组，其中每一行星齿轮组包含太阳齿轮、环形齿轮及载架组合件；
其中所述第三行星齿轮组的所述环形齿轮耦合到所述第二行星齿轮组的所述载架组合件及所述第四行星齿轮组的所述载架组合件。
2.根据权利要求1所述的自动变速器，其中所述第一行星齿轮组的所述太阳齿轮沿着第三扭矩路径耦合到所述输入，且所述第一行星齿轮组的所述环形齿轮耦合到所述第一固定扭矩传递机构。
3.根据权利要求1所述的自动变速器，其中所述第四行星齿轮组的所述环形齿轮耦合到所述第四固定扭矩传递机构及所述第四行星齿轮组的所述载架组合件。
4.根据权利要求1所述的自动变速器，其中所述第一旋转扭矩传递机构、第二旋转扭矩传递机构、第一固定扭矩传递机构、第二固定扭矩传递机构、第三固定扭矩传递机构及第四固定扭矩传递机构以至少两者的组合啮合以建立所述输入与所述输出之间的至少七个前进档速度比及两个倒档速度比。
5.根据权利要求4所述的自动变速器，其中第一前进档速度比与第二前进档速度比之间的齿轮速比梯度为1.5或更小。
6.根据权利要求1所述的自动变速器，其中所述第一扭矩路径至少部分地由所述输入、所述第一旋转扭矩传递机构、所述第二行星齿轮组的所述太阳齿轮及所述第三行星齿轮组的所述太阳齿轮界定。
7.根据权利要求1所述的自动变速器，其中所述第二扭矩路径至少部分地由所述输入、所述第二旋转扭矩传递机构及所述第二行星齿轮组的所述载架组合件界定。
8.根据权利要求1所述的自动变速器，其中：
所述第一行星齿轮组的所述载架组合件耦合到所述第二行星齿轮组的所述环形齿轮；
所述第二行星齿轮组的所述载架组合件耦合到所述第三行星齿轮组的所述环形齿轮；且
所述第三行星齿轮组的所述载架组合件耦合到所述第四行星齿轮组的所述太阳齿轮及所述输出。
9.根据权利要求1所述的自动变速器，其中所述第三行星齿轮组的所述环形齿轮耦合到至少三个载架组合件及一个固定扭矩传递机构。
10.根据权利要求1所述的自动变速器，其进一步包括至少部分地由所述输入、所述第一行星齿轮组的所述太阳齿轮及所述第一行星齿轮组的所述载架组合件界定的第三扭矩路径。
11.一种用于自动变速器的齿轮方案，其特征在于，所述用于自动变速器的齿轮方案包括：
变速器输入及变速器输出，所述输入适于耦合到扭矩产生机构；
第一旋转扭矩传递机构及第二旋转扭矩传递机构，其各自独立地耦合到所述变速器输入；
第一行星齿轮组，其耦合到所述第一旋转扭矩传递机构，所述第一行星齿轮组耦合到第一固定扭矩传递机构；
第二行星齿轮组，其耦合到所述第一行星齿轮组及所述第一旋转扭矩传递机构，所述第二行星齿轮组耦合到第二固定扭矩传递机构；
第三行星齿轮组，其耦合到所述第二旋转扭矩传递机构及所述变速器输出，所述第三行星齿轮组耦合到第三固定扭矩传递机构；及
第四行星齿轮组，其耦合到所述第三行星齿轮组及第四固定扭矩传递机构；
其中所述第四行星齿轮组包含太阳齿轮、环形齿轮及载架组合件，所述环形齿轮耦合到所述第四固定扭矩传递机构。
12.根据权利要求11所述的齿轮方案，其中所述第三行星齿轮组包括太阳齿轮、环形齿轮及载架组合件，所述第三行星齿轮组的所述环形齿轮耦合到所述第四行星齿轮组的所述载架组合件。
13.根据权利要求11所述的齿轮方案，其中所述第一行星齿轮组包括太阳齿轮、环形齿轮及载架组合件，所述第一行星齿轮组的所述太阳齿轮耦合到所述变速器输入且所述第一行星齿轮组的所述环形齿轮耦合到所述第一固定扭矩传递机构。
14.根据权利要求13所述的齿轮方案，其进一步包括在所述变速器输入与变速器输出之间界定的扭矩路径，其中所述第一行星齿轮组的所述太阳齿轮及载架组合件沿着所述扭矩路径安置。
15.根据权利要求11所述的齿轮方案，其进一步包括在所述变速器的所述输入与所述输出之间界定的第一扭矩路径，其中所述第一旋转扭矩传递机构、所述第二行星齿轮组的输入、所述第三行星齿轮组的输入及所述第三行星齿轮组的输出沿着所述第一扭矩路径安置。
16.根据权利要求11所述的齿轮方案，其进一步包括在所述变速器的所述输入与所述输出之间界定的第二扭矩路径，其中所述第二旋转扭矩传递机构、所述行星齿轮组中的一者的环形齿轮及所述行星齿轮组的至少两个载架组合件沿着所述第二扭矩路径安置。
17.根据权利要求11所述的齿轮方案，其中所述第一旋转扭矩传递机构、第二旋转扭矩传递机构、第一固定扭矩传递机构、第二固定扭矩传递机构、第三固定扭矩传递机构及第四固定扭矩传递机构以至少两者的组合啮合以建立所述变速器输入与所述变速器输出之间的至少七个前进档速度比及两个倒档速度比。
18.根据权利要求17所述的齿轮方案，其中第一前进档速度比与第二前进档速度比之间的齿轮速比梯度为1.5或更小。
19.根据权利要求11所述的齿轮方案，其中所述第三行星齿轮组包含耦合到至少三个载架组合件及所述第三固定扭矩传递机构的环形齿轮。
20.根据权利要求11所述的齿轮方案，其中：
所述第一行星齿轮组包含耦合到所述第二行星齿轮组的载架组合件；
所述第二行星齿轮组包含耦合到所述第三行星齿轮组的载架组合件；且
所述第三行星齿轮组包含耦合到所述第四行星齿轮组的所述太阳齿轮及所述变速器输出的载架组合件。
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