CN104395641A - 多级变速器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多级变速器，其包括四个行星齿轮组(P1、P2、P3、P4)、八个可转动的轴(1、2、3、4、5、6、7、8)以及六个切换元件(03、04、18、38、45、46、56、57)，其中，第一行星齿轮组(P1)的太阳轮与驱动轴(1)连接，该驱动轴与第三行星齿轮组(P3)的太阳轮连接并且可经由第一离合器(18)与连接于第四行星齿轮组(P4)的行星架的第八轴(8)连接，第八轴(8)可经由第二离合器(38)与第三轴(3)连接，第三轴与第三行星齿轮组(P3)的行星架连接并且可经由第一制动器(03)耦联于第一行星齿轮组(P1)的行星架上，该行星架耦联于壳体(G)上，第四轴(4)与第二行星齿轮组(P2)的太阳轮连接并且可经由第二制动器(04)耦联于第一行星齿轮组(P1)的行星架上并且第七轴(7)与第一行星齿轮组(P1)的齿圈连接并且可经由第三离合器(57)与第五轴(5)连接，该第五轴与第二行星齿轮组(P2)的齿圈和第四行星齿轮组(P4)的太阳轮连接，第六轴(6)与第二行星齿轮组(P2)的行星架和第三行星齿轮组(P3)的齿圈连接，从动轴(2)与第四行星齿轮组(P4)的齿圈连接，并且设有第四、第五或第六离合器(45、46、56)，通过闭合第四、第五或第六离合器可锁止第二行星齿轮组(P2)。

Description

多级变速器
技术领域
本发明涉及一种按照权利要求1前序部分所述的行星齿轮结构方式的多级变速器、尤其是用于机动车的自动变速器。
背景技术
自动变速器、尤其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。
一般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。另外，应借助这种变速器降低燃料消耗，这一方面可通过减少变速器内部损失并且另一方面可通过使内燃机在理想的工作点中运行来实现。为了使内燃机在其理想的工作点中运行，尤为重要的是，在大的变速器速比范围中实现小的速比间隔，这引起挡位数增加。
由DE102008064113A1公开了一种用于车辆自动变速器的变速器装置，其包括十个前进挡，该变速器装置包括第一行星齿轮组，其构造为单级行星齿轮组并且具有一个用作固定元件的第一旋转元件、一个提供减小的旋转速度的第二旋转元件和一个直接与输入轴连接并且用作输入元件的第三旋转元件。该已知的变速器还包括第二单级行星齿轮组，其具有一个与第二旋转元件直接连接的第四旋转元件、一个可选地通过插入第一制动器与变速器壳体连接的第五旋转元件和一个可选地通过插入第二制动器与变速器壳体连接的第六旋转元件，并且第一离合器可选地连接第四、第五和第六旋转元件之中的至少两个旋转元件。此外，设置由具有单小齿轮的行星齿轮组和具有双小齿轮的行星齿轮组组合而成的第三行星齿轮组，该第三行星齿轮组具有一个与第六旋转元件直接连接的第七旋转元件、一个可选地通过插入第二离合器与驱动轴连接和一个可选地通过插入第三制动器与变速器壳体连接的第八旋转元件、一个与从动轴连接的第九旋转元件和一个通过插入第三离合器与第四旋转元件连接的第十旋转元件，并且第四离合器设置在第七旋转元件和第八旋转元件之间。
在具有较多挡位数的变速器设计方案中产生下述问题：变速器构件的数量和因此结构耗费根据挡位数剧烈增加。另外，变速器的内部效率基于变速器构件数量的增加而减小，以致部分抵消了通过较多挡位数能实现的消耗优化。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种开头所提类型的多级变速器，其至少具有十个前进挡和一个倒挡，并具有高速比范围，结构耗费、构件负荷和结构尺寸被优化，并且在拖曳损失和啮合损失方面改善效率。
根据本发明，该任务通过权利要求1的特征得以解决。其它的优点和有利的方案由从属权利要求得出。
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，该多级变速器具有驱动端和从动端，它们设置在一个壳体中。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)、八个可转动的轴(以下称为驱动轴、从动轴、第三、第四、第五、第六、第七和第八轴)以及六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，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引起在驱动端和从动端之间的不同传动比，从而优选能实现十个前进挡和一个倒挡。
变速器的第一行星齿轮组优选构造成正传动比行星齿轮组。变速器的第二、第三和第四行星齿轮组优选构造成负传动比行星齿轮组。
已知的是，一个单级的负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，在该行星架上可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，在行星架固定的情况下，齿圈具有与太阳轮相反的转动方向并且产生负的固定传动比(Standgetriebeübersetzung)。与此相反，一个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，在该行星架上可转动地支承有内侧的和外侧的行星齿轮，其中，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，在行星架固定的情况下，齿圈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驱动轴连接，驱动轴与第三行星齿轮组的太阳轮连接并且可经由第一离合器与连接于第四行星齿轮组的行星架的第八轴可松脱地连接，第八轴可经由第二离合器与第三轴可松脱地连接，第三轴与第三行星齿轮组的行星架连接并且可经由第一制动器耦联于第一行星齿轮组的行星架上，该第一行星齿轮组的行星架耦联于变速器的壳体上。
此外，第四轴与第二行星齿轮组的太阳轮连接并且可经由第二制动器耦联于第一行星齿轮组的行星架上，该行星架耦联于变速器的壳体上。第七轴与第一行星齿轮组的齿圈连接并且可经由第三离合器与第五轴可松脱地连接，该第五轴与第二行星齿轮组的齿圈和第四行星齿轮组的太阳轮连接。
此外，第六轴与第二行星齿轮组的行星架和第三行星齿轮组的齿圈连接，变速器的从动轴与第四行星齿轮组的齿圈连接。
根据本发明设置第四、第五或第六离合器，通过闭合第四、第五或第六离合器可锁止第二行星齿轮组。
根据本发明的第一种实施例，第四离合器可构造为将第二行星齿轮组的太阳轮和齿圈可松脱地连接的离合器。第五离合器可构造为将第二行星齿轮组的行星架和太阳轮可松脱地连接的离合器，并且第六离合器可构造为将第二行星齿轮组的行星架和齿圈可松脱地连接的离合器。
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是适合于轿车的传动比以及提高的速比范围，由此实现行驶舒适性的改善和显著的消耗降低。
此外，通过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。通过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作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要行驶挡位中基于较低的拖曳损失和啮合损失得到良好的效率。
此外有利的是，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多级变速器中的负荷。此外，由于小转矩，允许相应小的尺寸，由此减少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可匹配于不同的动力系统设计。变速器例如可按前置横向安装方式或在标准驱动装置的范围中被安装。
附图说明
下面借助附图示例性详细说明本发明。附图如下：
图1为本发明多级变速器的一种优选实施方式的示意图；
图2为根据图1的多级变速器的示例性的换挡简图；
图3为本发明多级变速器的第二种优选实施方式的示意图；
图4为本发明多级变速器的第三种优选实施方式的示意图。
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，其包括一个驱动轴1、一个从动轴2和四个行星齿轮组P1、P2、P3和P4，它们设置在一个壳体G中。第一行星齿轮组P1在图1所示示例中构造为正传动比行星齿轮组，第二、第三和第四行星齿轮组P2、P3、P4构造为负传动比行星齿轮组。根据本发明，所述负传动比行星齿轮组P2、P3、P4之中的至少一个可构造为正传动比行星齿轮组，如果行星架连接和齿圈连接同时更换并且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。根据本发明，各行星齿轮组的轴向顺序和切换元件的布置可自由选择，只要各元件的可连接性允许这一点。
如由图1可见，设有六个切换元件，即两个制动器03、04和四个离合器18、38、45、57。各切换元件的空间布置可以是任意的并且仅受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切换元件或者说片式切换元件，但也可构造为形锁合的切换元件。
利用这些切换元件能实现至少十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可转动的轴、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并且从动轴构成变速器的第二轴2。
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的太阳轮与驱动轴1连接，驱动轴与第三行星齿轮组P3的太阳轮连接并且可经由第一离合器18与连接于第四行星齿轮组P4的行星架的第八轴8可松脱地连接，第八轴8可经由第二离合器38与第三轴3可松脱地连接，第三轴与第三行星齿轮组P3的行星架连接并且可经由第一制动器03耦联于第一行星齿轮组P1的行星架上，该第一行星齿轮组的行星架耦联于变速器的壳体G上。
另外，在所示实施例中，尤其是第二离合器38适合构造为牙嵌式切换元件，由此可显著改善消耗。
参见图1，第四轴4与第二行星齿轮组P2的太阳轮连接并且可经由第二制动器04耦联于第一行星齿轮组P1的行星架上，该第一行星齿轮组的行星架耦联于壳体G上，第七轴7与第一行星齿轮组P1的齿圈连接并且可经由第三离合器57与第五轴5可松脱地连接，该第五轴与第二行星齿轮组P2的齿圈和第四行星齿轮组P4的太阳轮连接。
第一和第二制动器03、04沿轴向观察优选并排设置并且可作为片式切换元件具有共同的外摩擦片支架。
第六轴6与第二行星齿轮组P2的行星架和第三行星齿轮组P3的齿圈连接，从动轴2与第四行星齿轮组P4的齿圈连接。
在图1所示的示例中设置第四离合器45，该第四离合器与第五轴5可松脱地彼此连接，通过闭合第四离合器可锁止第二行星齿轮组P2。
替换地且参见图3，第二行星齿轮组P2可通过闭合第五离合器46锁止，该第五离合器可松脱地连接第二行星齿轮组P2的行星架和太阳轮，在此取消第四离合器45。第五离合器46可松脱地连接第四轴4与第六轴6。
在本发明的另一种实施方式的范围中，可从根据图1的实施例出发取消第四离合器45，在此设置第六离合器56，通过闭合第六离合器56可锁止第二行星齿轮组P2。该方案是图4的方案。第六离合器56可松脱地连接第五轴5与第六轴6，由此第二行星齿轮组P2的行星架可与第二行星齿轮组P2的齿圈可松脱地连接。
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速比间隔φ，其中，值9.033是变速器的速比范围。
在所示示例中，行星齿轮组P1、P2、P3、P4的固定传动比的值分别为1.68、-1.91、-2.28和-2.30。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，因为两个相邻挡位共用两个切换元件。此外可见，在小速比间隔的情况下实现大速比范围。
通过闭合第一制动器03以及第二和第四离合器38、45得到第一前进挡，通过闭合第一和第二制动器03、04以及第二离合器38得到第二前进挡，通过闭合第二制动器04以及第二和第四离合器38、45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38、57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18、38得到第五前进挡，通过闭合第一、第二和第四离合器18、38、45得到在所示示例中构造为直接挡的第六前进挡，通过闭合第一、第三和第四离合器18、57、45得到第七前进挡，并且通过闭合第二制动器04以及第一和第四离合器18、45得到第八前进挡，通过闭合第一制动器03以及第一和第四离合器18、45得到第九前进挡，通过闭合第一和第二制动器03、04以及第一离合器18得到第十前进挡，并且通过闭合第一制动器03以及第二和第三离合器38、57得到倒挡。
作为替换方案，第七前进挡可通过其它切换组合来得到，所述切换组合在图2中以7.1、7.2和7.3来表示。因此，第七前进挡可通过闭合第一制动器03以及第一和第三离合器18、57或通过闭合第二制动器04以及第一和第三离合器18、57或通过闭合第一、第二和第三离合器18、38、57来得到。
此外参见图2，除了十个前进挡外，可通过闭合第二、第三和第四离合器38、57、45得到另一前进挡Z，该前进挡的传动比位于第五和第六前进挡的传动比之间。
通过在第一前进挡和倒挡中闭合第一制动器03和第二离合器38可将这两个切换元件用作起动元件。
在根据图3的实施例第四离合器45被第五离合器46取代的情况下，在根据图2的换挡简图中以第五离合器46代替第四离合器45。
与之类似，在根据图4的实施例第四离合器45被第六离合器56取代的情况下，在根据图2的换挡简图中以第六离合器56代替第四离合器45。
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可得到不同的速比间隔，从而能实现应用特定或车辆特定的变型方案。
另外，根据本发明可选地规定，在多级变速器的任意合适的位置上设置附加的单向离合器，例如在一个轴和壳体之间，或者用于将两个轴在必要时连接。
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发动机分开，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与驱动发动机的曲轴持久连接。
此外，根据本发明的多级变速器允许扭转减震器设置在驱动发动机和变速器之间。
在本发明的另一种未示出的实施方式的范围内，可在任意轴上、优选在驱动轴1或从动轴2上设置无磨损的制动器、例如液压式或电力式缓行器或类似物，这尤其是对于用在商用车中具有重要意义。此外，为了驱动附加机组可以在任意轴、优选在驱动轴1或从动轴2上设置辅助输出装置。
所使用的摩擦切换元件可构造成带负载可切换的离合器或者制动器。尤其是可使用力锁合的离合器或制动器、例如片式离合器、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，在任意轴上可安装电机作为发电机和/或作为附加驱动机械。
附图标记列表
0  轴
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
18 第一离合器
38 第二离合器
45 第四离合器
46 第五离合器
56 第六离合器
57 第三离合器
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
 速比间隔

Claims (8)

1.行星齿轮结构方式的多级变速器、尤其是用于机动车的自动变速器，该多级变速器包括设置在一个壳体(G)中的一个驱动轴(1)、一个从动轴(2)和四个行星齿轮组(P1、P2、P3、P4)，该多级变速器包括总共八个可转动的轴(1、2、3、4、5、6、7、8)以及六个切换元件(03、04、18、38、45、46、56、57)，所述切换元件包括多个制动器(03、04)和多个离合器(18、38、45、46、56、57)，所述切换元件的选择性接合引起在驱动轴(1)和从动轴(2)之间的不同传动比，从而能至少实现十个前进挡和一个倒挡，其中，第一行星齿轮组(P1)的太阳轮与驱动轴(1)连接，该驱动轴与第三行星齿轮组(P3)的太阳轮连接，并且该驱动轴可经由第一离合器(18)与连接于第四行星齿轮组(P4)的行星架的第八轴(8)可松脱地连接，第八轴(8)可经由第二离合器(38)与第三轴(3)可松脱地连接，第三轴与第三行星齿轮组(P3)的行星架连接，并且第三轴可经由第一制动器(03)耦联于第一行星齿轮组(P1)的行星架上，该第一行星齿轮组的行星架耦联于壳体(G)上，第四轴(4)与第二行星齿轮组(P2)的太阳轮连接，并且第四轴可经由第二制动器(04)耦联于第一行星齿轮组(P1)的行星架上，并且第七轴(7)与第一行星齿轮组(P1)的齿圈连接，并且第七轴可经由第三离合器(57)与第五轴(5)可松脱地连接，该第五轴与第二行星齿轮组(P2)的齿圈和第四行星齿轮组(P4)的太阳轮连接，第六轴(6)与第二行星齿轮组(P2)的行星架和第三行星齿轮组(P3)的齿圈连接，从动轴(2)与第四行星齿轮组(P4)的齿圈连接，并且设有第四、第五或第六离合器(45、46、56)，通过闭合第四、第五或第六离合器可锁止第二行星齿轮组(P2)。
2.根据权利要求1的多级变速器，其特征在于，所述第四离合器(45)构造为将第二行星齿轮组(P2)的太阳轮和齿圈可松脱地连接的离合器，第五离合器(46)构造为将第二行星齿轮组(P2)的太阳轮和行星架可松脱地连接的离合器，并且第六离合器(56)构造为将第二行星齿轮组(P2)的齿圈和行星架可松脱地连接的离合器。
3.根据权利要求1的多级变速器，其特征在于，所述第一行星齿轮组(P1)构造为正传动比行星齿轮组，并且第二、第三和第四行星齿轮组(P2、P3、P4)构造为负传动比行星齿轮组。
4.根据权利要求1的多级变速器，其特征在于，各所述行星齿轮组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.根据上述权利要求之一的多级变速器，其特征在于，所述第二离合器(38)构造为形锁合的切换元件。
6.根据上述权利要求之一的多级变速器，其特征在于，在设有第四离合器(45)的情况下，该第四离合器将第二行星齿轮组(P2)的太阳轮和齿圈可松脱地连接，通过闭合第一制动器(03)以及第二和第四离合器(38、45)得到第一前进挡，通过闭合第一和第二制动器(03、04)以及第二离合器(38)得到第二前进挡，通过闭合第二制动器(04)以及第二和第四离合器(38、45)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(38、57)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(18、38)得到第五前进挡，通过闭合第一、第二和第四离合器(18、38、45)得到第六前进挡，通过闭合第一、第三和第四离合器(18、57、45)得到第七前进挡，并且通过闭合第二制动器(04)以及第一和第四离合器(18、45)得到第八前进挡，通过闭合第一制动器(03)以及第一和第四离合器(18、45)得到第九前进挡，通过闭合第一和第二制动器(03、04)以及第一离合器(18)得到第十前进挡，并且通过闭合第一制动器(03)以及第二和第三离合器(38、57)得到倒挡；在设有第五离合器(46)的情况下，该第五离合器将第二行星齿轮组(P2)的太阳轮和行星架可松脱地连接，第五离合器(46)取代第四离合器(45)；并且在设有第六离合器(56)的情况下，该第六离合器将第二行星齿轮组(P2)的齿圈和行星架可松脱地连接，第六离合器(56)取代第四离合器(45)。
7.根据权利要求6的多级变速器，其特征在于，作为替换方案，第七前进挡通过闭合第一制动器(03)以及第一和第三离合器(18、57)或通过闭合第二制动器(04)以及第一和第三离合器(18、57)或通过闭合第一、第二和第三离合器(18、38、57)得到。
8.根据权利要求6的多级变速器，其特征在于，除了所述十个前进挡之外，通过闭合第二、第三和第四离合器(38、57、45)可得到另一前进挡，该另一前进挡的传动比位于第五和第六前进挡的传动比之间。
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