CN105090392A - 具有四个行星齿轮组的阶梯传动比自动变速器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有四个行星齿轮组的阶梯传动比自动变速器。四齿轮传动装置变速器具有六个换档元件，六个换档元件中的三者的组合共同接合，以提供九个前进档和一个倒档。所述变速器具有第一齿轮传动装置、第二齿轮传动装置、第三齿轮传动装置和第四齿轮传动装置，其中，第一齿轮传动装置具有固定地结合到基础的端部齿轮，第二齿轮传动装置具有固定地结合到输入的一个端部齿轮和固定地结合到第一齿轮传动装置的内部齿轮的另一端部齿轮，第三齿轮传动装置具有固定地结合到输出的内部齿轮，第四齿轮传动装置具有固定地结合到输入的第四内部齿轮。

Description

具有四个行星齿轮组的阶梯传动比自动变速器

技术领域

本公开涉及用于机动车辆的自动变速器领域。更具体地讲，本公开涉及在动力传动系统中齿轮、离合器以及它们之间的相互连接的布置。

背景技术

很多车辆在宽范围的车速(包括向前和向后运动两者)下使用。然而，某些类型的发动机只能在较窄的速度范围内有效地运转。所以，能够以多个传动比(speedratio)有效地传递动力的变速器被频繁地使用。当车辆处于较低车速时，变速器通常以高传动比运转，从而变速器使发动机扭矩倍增，用于改善加速。在较高车速时，以低传动比运转的变速器允许发动机转速在更安静、燃料更高效的巡航转速下运转。通常，变速器具有安装至车辆结构的壳体、通过发动机曲轴经由离合器或变矩器驱动的输入轴以及通常经由差速器总成驱动车轮的输出轴，在车辆转弯时，差速器总成允许左车轮和右车轮以稍微不同的转速旋转。

自动变速器(也称为自动变速箱)是能够随着车辆运动而自动改变齿轮比(gearratio)、使驾驶员从不得不手动换档中解脱的一类机动车变速器。大多数自动变速器具有设定的一组档位范围或者阶梯传动比(step-ratio)。通常通过变速器内不同的换档元件将复合行星齿轮组(compoundepicyclicplanetary-gearset)的不同齿轮元件结合在一起以提供该阶梯传动比。可以通过由阀体控制的液压伺服器来驱动换档元件。液压流体或自动变速器流体可以用于驱动和接合换档元件。

发明内容

本公开的一方面涉及一种具有四个行星齿轮组的变速器，每个行星齿轮组具有包括中心齿轮、齿轮架和环形齿轮的齿轮元件。在该变速器中，第一行星齿轮组中心齿轮固定地结合到基础，第一行星齿轮组齿轮架固定地结合到第二行星齿轮组环形齿轮。第一换档元件选择性地将第二行星齿轮组齿轮架结合到基础。第二换档元件选择性地将第一行星齿轮组环形齿轮结合到第三行星齿轮组齿轮元件中的一个齿轮元件。输入固定地结合到第二行星齿轮组中心齿轮并结合到第四行星齿轮组齿轮元件中的一个齿轮元件。输出固定地结合到第三行星齿轮组齿轮元件中的另一齿轮元件。

变速器的第二换档元件可选择性地将第一行星齿轮组环形齿轮结合到第三行星齿轮组中心齿轮。第二换档元件也可选择性地将第一行星齿轮组环形齿轮结合到第四行星齿轮组中心齿轮。输入可固定地结合到第四行星齿轮组齿轮架。输出可固定地结合到第三行星齿轮组齿轮架。

变速器的第三换档元件可选择性地使第二行星齿轮组齿轮元件中的两个齿轮元件结合。第三换档元件可选择性地将第二行星齿轮组齿轮架结合到第二行星齿轮组中心齿轮。第四换档元件可选择性地将第二行星齿轮组齿轮架结合到第三行星齿轮组中心齿轮。或者可替换地，第四换档元件也可选择性地将第二行星齿轮组齿轮架结合到第四行星齿轮组中心齿轮。

变速器的第五换档元件可选择性地将第三行星齿轮组齿轮元件中的又一齿轮元件结合到基础。第五换档元件可选择性地将第三行星齿轮组环形齿轮结合到基础。第六换档元件可选择性地将第四行星齿轮组齿轮元件中的另一齿轮元件结合到输出。第六换档元件可选择性地将第四行星齿轮组环形齿轮结合到输出。

本公开的另一方面涉及一种具有第一行星齿轮组、第二行星齿轮组、第三行星齿轮组和第四行星齿轮组的变速器。第一行星齿轮组具有固定地结合到基础的第一端部齿轮、第二端部齿轮和第一内部齿轮。第二行星齿轮组具有固定地结合到输入的第三端部齿轮、固定地结合到第一内部齿轮的第四端部齿轮以及第二内部齿轮。第三行星齿轮组具有固定地结合到输出的第三内部齿轮。第四行星齿轮组具有固定地结合到输入的第四内部齿轮。

变速器的第一换档元件可选择性地将第二内部齿轮结合到基础。第二换档元件可选择性地将第二端部齿轮结合到第三行星齿轮组的第五端部齿轮。第三换档元件可使第三端部齿轮、第四端部齿轮和第二内部齿轮中的两个选择性地结合。第三换档元件可选择性地将第三端部齿轮结合到第二内部齿轮。

变速器的第四换档元件可选择性地将第二内部齿轮结合到第五端部齿轮。第五换档元件可选择性地将第三行星齿轮组的第六端部齿轮结合到基础。第四行星齿轮组的第七端部齿轮可固定地结合到第五端部齿轮。

变速器的第六换档元件可选择性地将第四行星齿轮组的第八端部齿轮结合到输出。第一换档元件、第二换档元件、第三换档元件、第四换档元件、第五换档元件和第六换档元件可按照三者组合的方式接合，以提供九个前进档和一个倒档。

下面，将参照附图更详细地解释本公开的上述方面和其他方面。

附图说明

图1是第一变速器的示意图。

图2是用于图1中的变速器的离合器图表。

图3是第二变速器的示意图。

图4是第三变速器的示意图。

图5是第四变速器的示意图。

具体实施方式

参照附图公开了示出的实施例。然而，应理解的是，公开的实施例仅仅意味着可以以各种和可替代形式实施的示例。附图不一定按比例绘制并且可以放大或缩小一些特征以示出特定部件的细节。公开的具体结构和功能细节不应解释为限定，而是作为用于教导本领域中技术人员如何实施所公开的原理的代表性基础。

图1示出了第一变速器10的示意图。变速器的示意图也可被称为符号示图(stickdiagram)并且符号示图中的线可以代表由齿轮元件、与齿轮元件关联的轴以及所述轴与其它轴、齿轮元件或变速器壳体的互相连接组成的齿轮传动装置。轴可以是用于传递(或保持)关联的齿轮元件向另一位置的运动或者用于响应于该轴接收到来自另一位置的运动(或不运动)而使关联的齿轮元件运动(或保持)的任何物体。

齿轮传动装置是配置用于在齿轮元件之间施加特定转速关系的啮合齿轮元件的集合。可以通过各个齿轮元件的齿数确定齿轮元件之间的转速关系。在下述条件下，顺序列表(orderedlist)的齿轮元件之间存在线性转速关系(linearspeedrelationship，LSR)：i)当一组中的第一个齿轮元件和最后一个齿轮元件约束成具有最极端的转速时，ii)当剩余齿轮元件的转速中被各自约束成第一个齿轮元件和最后一个齿轮元件的加权平均时，以及iii)当齿轮元件的转速不同时，按照所列顺序约束(增加或减小)这些转速。离散传动比或阶梯传动比变速器具有在输入轴和输出轴之间选择性施加多个离散传动比的齿轮传动装置。

齿轮传动装置可以是行星齿轮组，该行星齿轮组具有至少一个行星齿轮设置在中心齿轮和环形齿轮之间的齿轮元件。在简单行星齿轮组中，行星齿轮的齿与中心齿轮和环形齿轮的齿同时都啮合。行星齿轮与称为齿轮架的轴相关联。简单行星齿轮组是在中心齿轮、齿轮架和环形齿轮之间施加LSR的齿轮传动装置类型。LSR的顺序是从中心齿轮到齿轮架到环形齿轮，或者反之亦然，因此关联的轴遵循该线性转速关系。如果与中心齿轮关联的轴保持不旋转(制动)，那么与环形齿轮关联的轴的转速将高于齿轮架的转速。类似地，如果与环形齿轮关联的轴制动，那么与中心齿轮关联的轴的转速将高于齿轮架的转速。

虽然双小齿轮行星齿轮组也在中心齿轮、齿轮架和环形齿轮之间施加LSR，但是与简单行星齿轮组的顺序不同。在双小齿轮行星齿轮组中，齿轮架与设置在中心齿轮和环形齿轮之间的至少一对行星齿轮相关联。第一行星齿轮的齿与中心齿轮的齿啮合(与环形齿轮不接触)、第二行星齿轮的齿与环形齿轮的齿啮合(与中心齿轮不接触)并且两个行星齿轮的齿彼此啮合。双小齿轮行星齿轮组中LSR的顺序是从中心齿轮到环形齿轮到齿轮架。因此，如果与中心齿轮关联的轴被制动，那么齿轮架的转速将高于与环形齿轮关联的轴的转速。如果齿轮架被制动，那么与中心齿轮关联的轴的转速将高于环形齿轮的转速。

遵循这样的关系，通过将轴从环形齿轮交换至齿轮架(这可能还需要改变各个齿轮元件的齿数以保持相同的转速关系)可由双小齿轮行星齿轮组代替简单行星齿轮组。换句话说，可通过切换简单行星齿轮组和双小齿轮行星齿轮组而“完全调整(turnedinside-out)”齿轮传动装置的线性转速关系。该可互换性使得极端转速齿轮元件(彼此比较中最快或最慢的)可称为端部齿轮，而经历极端转速齿轮元件转速内的转速的齿轮元件可被称为内部齿轮。在简单行星齿轮组的情况下，中心齿轮和环形齿轮可以是端部齿轮而齿轮架可以是内部齿轮，而在双小齿轮的齿轮传动装置中，中心齿轮和齿轮架可以是端部齿轮而环形齿轮可以是内部齿轮。

如果一组齿轮元件在所有工况中被约束作为整体而旋转，则这组齿轮元件彼此固定地结合。多个齿轮元件将与相同的轴关联，或者认为一个轴将与多个齿轮元件关联。可通过花键连接、焊接、压装、由同一固体加工或其它方式固定地结合齿轮元件。固定结合的齿轮元件之间可能出现转动角位移的轻微变化，诸如由于冲击或轴柔量(shaftcompliance)导致的位移。固定地结合到变速器壳体的单个齿轮元件被约束使得它不能旋转，并且变速器壳体可被称为基础(ground)。

只要换档元件完全接合，当换档元件约束齿轮元件或轴作为整体旋转(或不旋转)时，齿轮元件或轴就可通过换档元件选择性结合到另一个齿轮元件、轴或变速器壳体。换档元件也可被称为离合器。在选择性使两个齿轮元件结合的情况下，当离合器没有完全接合时它们以不同的转速自由旋转。可以认为无论离合器接合状态怎样，这两个齿轮元件都与两个不同的轴相关联。通过将齿轮元件或轴选择性地结合到不旋转的结构(诸如变速器壳体)而保持它们不旋转的离合器称为制动器。不旋转的结构(诸如变速器壳体)可被称为基础。离合器可以是主动控制装置(诸如液压或电动致动的离合器或制动器)或者它们可以是被动装置(诸如单向离合器或制动器)。

第一变速器10具有第一行星齿轮组12，也称为第一齿轮传动装置(GA-1)。第一行星齿轮组12具有诸如第一行星齿轮组中心齿轮14、第一行星齿轮组齿轮架16和第一行星齿轮组环形齿轮18的齿轮元件。第一行星齿轮组12被示出为简单行星齿轮组，这样第一行星齿轮组中心齿轮14也可被称为第一端部齿轮14。第一行星齿轮组齿轮架16可被称为第一内部齿轮16，并且第一行星齿轮组环形齿轮18可被称为第二端部齿轮18。本申请中的齿轮组和/或齿轮元件的数字顺序并不意味着转速关系或有顺序的序列，其仅用于识别彼此并且按描述顺序而选择。这样，取决于齿轮传动装置，第一端部齿轮可以是环形齿轮或齿轮架，第二端部齿轮将会是将要描述的下一个端部齿轮。

第二行星齿轮组22(也称为第二齿轮传动装置(GA-2))被示出为具有齿轮元件(第二行星齿轮组中心齿轮24、第二行星齿轮组齿轮架26和第二行星齿轮组环形齿轮28)的简单行星齿轮组。第二行星齿轮组中心齿轮24可被称为第三端部齿轮24，第二行星齿轮组齿轮架26可被称为第二内部齿轮26，第二行星齿轮组环形齿轮28可被称为第四端部齿轮28。

第三行星齿轮组32(也称为第三齿轮传动装置(GA-3))示出为具有齿轮元件(诸如第三行星齿轮组中心齿轮34、第三行星齿轮组齿轮架36和第三行星齿轮组环形齿轮38)的简单行星齿轮组。第三行星齿轮组中心齿轮34可被称为第五端部齿轮34，第三行星齿轮组齿轮架36可被称为第三内部齿轮36，第三行星齿轮组环形齿轮38可被称为第六端部齿轮38。

第四行星齿轮组42(也称为第四齿轮传动装置(GA-4))示出为具有齿轮元件(诸如第四行星齿轮组中心齿轮44、第四行星齿轮组齿轮架46和第四行星齿轮组环形齿轮48)的简单行星齿轮组。第四行星齿轮组中心齿轮44可被称为第七端部齿轮44，第四行星齿轮组齿轮架46可被称为第四内部齿轮46而第四行星齿轮组环形齿轮48可被称为第八端部齿轮48。

第一变速器10具有壳体52，该壳体52也被称为基础52。壳体52提供了可与齿轮元件固定地结合或选择性地结合的非旋转结构。换档元件或离合器可被构造为选择性地将齿轮元件和/或轴结合到壳体，以阻止齿轮元件或轴的旋转。将齿轮元件或轴结合到基础的换档元件通常被称为制动器。

第一行星齿轮组中心齿轮14示出为固定地结合到基础52。第一轴56可将第一行星齿轮组中心齿轮14固定结合到基础52。第一齿轮传动装置12被示出为简单行星齿轮组，这样，将第一行星齿轮组中心齿轮14接地，使得与第一行星齿轮组环形齿轮18关联的任何轴的转速快于第一行星齿轮组齿轮架16的转速。然而，如上文提到的，可交换轴转速的相关关系，使得环形齿轮可接地，随后与中心齿轮关联的任何轴的转速将快于齿轮架的转速。因此，关联的轴和基础可以从中心齿轮交换至环形齿轮(并且齿轮的齿可根据需要改变以保持线性转速关系)。

通过能够将简单行星齿轮组替换为双小齿轮行星齿轮组使得该关系被进一步改善。这样，顺序将会是从中心齿轮到环形齿轮到齿轮架。中心齿轮接地将会使齿轮架的转速快于与环形齿轮关联的轴的转速，齿轮架接地将会使与中心齿轮关联的轴的转速快于与环形齿轮关联的轴的转速。能交换齿轮元件和行星齿轮类型使得可以使用更宽泛的术语描述该关系，其中第一行星齿轮组12具有固定地结合到基础52的端部齿轮(例如，第一端部齿轮14)。

第一行星齿轮组齿轮架16固定地结合到第二行星齿轮组环形齿轮28。第二轴58可以用于将第一行星齿轮组齿轮架16固定结合到第二行星齿轮组环形齿轮28。也可以表述为第一齿轮传动装置12的内部齿轮(例如，第一内部齿轮16)固定地结合到第四端部齿轮28。虽然第四端部齿轮28在此示出为简单行星齿轮组中的环形齿轮，但是它可以是双小齿轮行星齿轮组中的齿轮架，或者简单行星齿轮组或双小齿轮行星齿轮组中的中心齿轮。

第三行星齿轮组中心齿轮34固定地结合到第四行星齿轮组中心齿轮44。第三轴60可用于将第三行星齿轮组中心齿轮34固定地结合到第四行星齿轮组中心齿轮44。此外，如上文所述，该关系也可以描述为第三齿轮传动装置32的端部齿轮(例如，第五端部齿轮34)固定地结合到第四齿轮传动装置42的端部齿轮(例如，第七端部齿轮44)。

输入轴62(或者简称为输入62)固定地结合到第二行星齿轮组中心齿轮24或者第二齿轮传动装置22的端部齿轮(例如，第三端部齿轮24)。输入62还固定地结合到第四行星齿轮组42的齿轮元件44、46、48中的一个。在这种情况下，输入62固定地结合到第四行星齿轮组齿轮架46。这也可以表述为输入62固定地结合到第四齿轮传动装置42的内部齿轮(例如，第四内部齿轮46)。

输出轴64(或简称为输出64)固定地结合到第三行星齿轮组132。输出64固定地结合到第三行星齿轮组齿轮架36。更宽泛地讲，输出64固定地结合到第三齿轮传动装置32的内部齿轮(例如，第三内部齿轮36)。

第一换档元件70选择性地将第二行星齿轮组齿轮架26结合到基础52。第四轴72可固定地结合到第二行星齿轮组齿轮架26和第一换档元件70的一侧。第一换档元件70可被称为制动器。更宽泛地讲，第一换档元件70选择性地将第二齿轮传动装置22的内部齿轮(例如，第二内部齿轮26)结合到基础52。第一换档元件70的接合使得第二行星齿轮组齿轮架26保持静止并且不旋转。第一换档元件70的接合使得第二内部齿轮26固定(即，基本上没有转速)并且一个端部齿轮(例如，第四端部齿轮28)沿着与另一端部齿轮(例如，第三端部齿轮24)相反的方向旋转。

第二换档元件74选择性地将第一行星齿轮组环形齿轮18结合到第三行星齿轮组的齿轮元件34、36、38中的一个。第二换档元件74选择性地将第一行星齿轮组环形齿轮18结合到第三行星齿轮组中心齿轮34。第五轴76可固定地结合到第一行星齿轮组环形齿轮18和第二换档元件74的一侧。第三轴60可固定地结合到第三行星齿轮组中心齿轮34并结合到第二换档元件74的另一侧。第二换档元件74的接合使第三轴60和第五轴76结合，以使两个轴以基本相同的转速旋转，使得与这些轴关联的齿轮元件以基本相同的转速旋转。更宽泛地讲，第二换档元件74选择性地与第一齿轮传动装置12的端部齿轮(例如，第二端部齿轮18)结合，以按照与第三齿轮传动装置32的端部齿轮(例如，第五端部齿轮34)的转速基本相同的转速旋转。

在变速器10中，第二换档元件74也选择性地将第一行星齿轮组环形齿轮18结合到第四行星齿轮组的齿轮元件44、46、48中的一个。第二换档元件74被示出为选择性地将第一行星齿轮组环形齿轮18结合到第四行星齿轮组中心齿轮44。就这一点更宽泛地讲，第二换档元件74选择性地结合第一齿轮传动装置12、第三齿轮传动装置32和第四齿轮传动装置42的端部齿轮(例如，第二端部齿轮18、第五端部齿轮34和第七端部齿轮44)，使得它们全部以基本相同的转速旋转。

第三换档元件78使第二行星齿轮组的齿轮元件24、26和28中的两个齿轮元件选择性地结合。第三换档元件78也可被称为锁止离合器。接合换档元件以使行星齿轮组中的三个齿轮元件中的两个齿轮元件结合，使得无论是哪两个齿轮元件结合到一起，都使行星齿轮组的全部齿轮元件以相同的转速旋转(或不旋转)。变速器10中的第三换档元件78选择性地使第二行星齿轮组中心齿轮24与第二行星齿轮组齿轮架26结合。第三换档元件78可通过使第四轴72和输入轴62选择性地结合来实现上述结合。换句话说，第三换档元件78选择性地将端部齿轮中的两个端部齿轮(例如，第三端部齿轮24和第四端部齿轮28)结合或将内部齿轮结合到端部齿轮中的一个端部齿轮(例如，将第二内部齿轮26结合到第三端部齿轮24和第四端部齿轮28中的任意一个)。

第四换档元件80选择性地将第二行星齿轮组齿轮架26结合到第三行星齿轮组中心齿轮34和第四行星齿轮组中心齿轮44。第四换档元件80可选择性地使第三轴60与第四轴72结合。更宽泛地讲，第四换档元件80选择性地将第二齿传动装置22的内部齿轮(例如，第二内部齿轮26)结合到第三齿轮传动装置32的端部齿轮(例如，第五端部齿轮34)和第四齿轮传动装置42的端部齿轮(例如，第七端部齿轮44)。

第五换档元件82选择性地将第三行星齿轮组结合到基础52。第五换档元件82选择性地将第三行星齿轮组环形齿轮38结合到基础52。第五换档元件82可被称为制动器。第六轴84可固定地结合到第三行星齿轮组环形齿轮38和第五换档元件82的一侧。第五换档元件82的接合使得第三行星齿轮组环形齿轮38保持静止且不旋转。更宽泛地讲，第五换档元件82选择性地将第三齿轮传动装置32的端部齿轮(例如，第六端部齿轮38)结合到基础52。第五换档元件82的接合使得一个端部齿轮(例如，第六端部齿轮38)固定(即，基本上没有转速)，而其它端部齿轮(例如，第五端部齿轮34)的转速快于内部齿轮(例如，第三内部齿轮36)的转速。

第六换档元件86选择性地将第四行星齿轮组结合到输出64。第六换档元件86选择性地将第四行星齿轮组环形齿轮48结合到输出64。第七轴88可固定地结合到第四行星齿轮组环形齿轮48以及第六换档元件86的一侧。第六换档元件86的接合使得输出64和第四行星齿轮组环形齿轮48以基本相同的转速旋转。更宽泛地讲，第六换档元件86选择性地将输出64结合到第四齿轮传动装置42的端部齿轮(例如，第八端部齿轮48)，使得输出64具有与其结合的端部齿轮基本相同的转速。

图2示出了用于第一变速器10的换档元件接合图表，也称为离合器图表。列代表各个换档元件(即，S1、S2、S3、S4、S5和S6，分别代表第一换档元件、第二换档元件、第三换档元件、第四换档元件、第五换档元件和第六换档元件)、传动比和阶梯值，行代表变速器档位。单元格中的“X”指示该列的换档元件接合(与其它接合组合)来建立档位。单元格中的“(o)”指示用于该档位的特定换档元件的选择性结合。自动变速器可以通过选择性地接合和/或分离离合器而从一个档位“换档”至另一个档位。第一变速器10可以使换档元件70、74、78、80、82和86以不同的三者组合进行接合，以在输入62和输出64之间建立九个前进档和一个倒档。第二换档元件74和第三换档元件78可选择性地接合为三个接合的换档元件中的一个来提供四档。

档位之间的切换或“变换”可以遵循一个关闭/一个开启(one-off/one-on)的分离/接合策略，其中仅分离三个离合器中的一个而接合新的单个离合器以改变为下一个档位。例如，第一变速器10可以通过接合第二换档元件74、第四换档元件80和第五换档元件82以在一档开始。然后，第一变速器可以通过分离第二换档元件74并接合第三换档元件78而换至二档。从较低的档位移动至较高的档位可被称为升档。从较高的档位移动至较低的档位可被称为降档。可以遵循类似的分离/接合策略而升档至其它档位或从其它档位降档。

尽管示出了一个关闭/一个开启的分离/接合策略，也可以使用多个离合器分离而同时或时间上间隔的多个离合器接合。多个离合器分离而同时或时间上间隔的多个离合器接合也可以用于越级换档。可以通过一个关闭/一个开启策略越级换档，诸如从1档至3档或者从6档至8档。尽管第一变速器10示出为具有九个前进档和一个倒档可用，但是当在车辆上使用时变速器10可以利用仅使用一部分可用档位的控制策略。

图2还示出了用于四个齿轮传动装置12、22、32、42的示例β比率(betaratio)。β比率是行星齿轮组中环形齿轮的节径与对应的中心齿轮的节径之比。为了使行星齿轮组正确运转，每个齿轮元件上的齿应该为相应的节距(pitch)以彼此啮合。具有可啮合齿的齿轮元件还可通过环形齿轮的齿数除以对应的中心齿轮的齿数来确定β比率。第一行星齿轮组12的β比率是2.273，第二行星齿轮组22的β比率是2.130，第三行星齿轮组32的β比率是2.333，第四行星齿轮组42的β比率是2.529。当如图1中示出而设置的行星齿轮组12、22、32、42存在这些β比率且换档元件70、74、78、80、82、86按图2中所示出的接合时，那么在输入62和输出64之间产生传动比列示出的传动比，该传动比是输入的转速与输出的转速的比率。

例如，当图2中的β比率应用到第一变速器10时，第一前进档的传动比是5.503。当变速器以第一前进档运转时，变速器可以换档至具有第二前进传动比3.333的第二前进档。可以通过改变β比率而修改并调整传动比，这可以通过增加或减小对应的中心齿轮或环形齿轮的齿数而实现。当输入62以与输出64基本相同的转速旋转时，如图2中的六档示出的，变速器提供1：1的传动比。

图2中最右的一列还示出传动比之间的阶梯值(step)，该值是上一个传动比除以当前传动比。第一前进传动比和第二前进传动比之间的阶梯值是1.651(＝5.503/3.333)。可能希望较小的传动比阶梯值(speedstep)用于更平顺的档位切换。较小的传动比阶梯值还可以允许更精确地控制发动机转速(RPM)。然而，较小的传动比阶梯值随着车辆整体速度的增加而需要发生更多的档位切换。可以使用较大的档位变换以允许发生较少的档位切换。如上文提到的，当使用每个档位三个换档元件接合的策略时，九个前进档可用，然而在使用中，当在车辆上使用变速器时可以不使用所有档位。

图3示出了第二变速器110的示意图。第二变速器110具有第一齿轮传动装置112，第一齿轮传动装置112具有诸如第一中心齿轮114、第一齿轮架116和第一环形齿轮118的齿轮元件。第一齿轮传动装置112示出为简单行星齿轮组，这样，第一中心齿轮114也可被称为第一端部齿轮114。第一齿轮架116可被称为第一内部齿轮116，第一环形齿轮118可被称为第二端部齿轮118。

第二齿轮传动装置122被示出为具有第二中心齿轮124、第二齿轮架126和第二环形齿轮128的齿轮元件的简单行星齿轮组。第二中心齿轮124可被称为第三端部齿轮124，第二齿轮架126可被称为第二内部齿轮126，第二环形齿轮128可被称为第四端部齿轮128。

第三齿轮传动装置132被示出为具有诸如第三中心齿轮134、第三齿轮架136和第三环形齿轮138的齿轮元件的双小齿轮行星齿轮组。在这种情况下，齿轮架136具有设置在中心齿轮134和环形齿轮138之间的两组行星齿轮。第一组行星齿轮136a的齿与中心齿轮134的齿啮合(没有接触环形齿轮138)，第二组行星齿轮136b的齿与环形齿轮138的齿啮合(没有接触中心齿轮134)并且两组行星齿轮136a、136b的齿彼此啮合。该双小齿轮行星齿轮组中LSR的顺序是从中心齿轮134到环形齿轮138到齿轮架136。这样，第三中心齿轮134可被称为第五端部齿轮134，第三环形齿轮138可被称为第三内部齿轮138，而第三齿轮架136可被称为第六端部齿轮136。

第四齿轮传动装置142被示出为具有诸如第四中心齿轮144、第四齿轮架146和第四环形齿轮148的齿轮元件的简单行星齿轮组。第四中心齿轮144可被称为第七端部齿轮144，第四齿轮架146可被称为第四内部齿轮146而第四环形齿轮148可被称为第八端部齿轮148。

第二变速器110具有壳体152，壳体152提供了可以将齿轮元件或轴固定地或选择性地与之结合的非旋转结构。固定地结合到壳体的齿轮元件或轴可被称为基础。换档元件可被构造为选择性地将齿轮元件结合到壳体152，以防止齿轮元件旋转。将齿轮元件结合到基础的换档元件被称为制动器。

第一中心齿轮114被示出为通过第一轴156固定地结合到壳体152，并可被称为基础。第一齿轮架116通过第二轴158固定地结合到第二环形齿轮128。还可表述为，第一齿轮传动装置112的内部齿轮(例如，第一内部齿轮116)固定地结合到第二齿轮传动装置122的端部齿轮(例如，第四端部齿轮128)。第三中心齿轮134通过第三轴160固定地结合到第四中心齿轮144。因此，第三齿轮传动装置132的端部齿轮(例如，第五端部齿轮134)固定地结合到第四齿轮传动装置142的端部齿轮(例如，第七端部齿轮144)。

输入162固定地结合到第二中心齿轮124和第四齿轮架146。换句话说，输入162固定地结合到第二齿轮传动装置122的端部齿轮(例如，第三端部齿轮124)和第四齿轮传动装置142的内部齿轮(例如，第四内部齿轮146)。虽然输出164固定地结合到第三环形齿轮138，这与第一变速器10不同，但输出164也结合到第三齿轮传动装置132的内部齿轮(例如，第三内部齿轮138)，这与第一变速器10相似。

第一换档元件170通过第四轴172选择性地将第二齿轮架126结合到壳体152。更宽泛地讲，第一换档元件170选择性地将第二齿轮传动装置122的内部齿轮(例如，第二内部齿轮126)结合到壳体152。

第二换档元件174通过第五轴176和第三轴160选择性地将第一环形齿轮118结合到第三中心齿轮134和第四中心齿轮144。更宽泛地讲，第二换档元件174选择性地将第一齿轮传动装置112的端部齿轮(例如，第二端部齿轮118)与第三齿轮传动装置132的端部齿轮和第四齿轮传动装置142的端部齿轮(例如，第五端部齿轮134和第七端部齿轮144)结合。

第三换档元件178选择性地将第二齿轮传动装置122的齿轮元件124、126和128中的两个齿轮元件结合。第三换档元件178是锁止离合器，类似于第一变速器10中示出的锁止离合器，但位于不同的位置。第三换档元件178选择性地将第二齿轮架126与第二环形齿轮128结合。这样，第三换档元件178选择性地将第二齿轮传动装置122的端部齿轮结合到内部齿轮(例如，将第二内部齿轮126和第四端部齿轮128结合)。

第四换档元件180选择性地通过第三轴160和第四轴172将第二齿轮架126结合到第三中心齿轮134和第四中心齿轮144。更宽泛地讲，第四换档元件180选择性地将第二齿轮传动装置122的内部齿轮(例如，第二内部齿轮126)结合到第三齿轮传动装置132的端部齿轮和第四齿轮传动装置142的端部齿轮(例如，第五端部齿轮134和第七端部齿轮144)。

第五换档元件182选择性地通过第六轴184将第三齿轮架136结合到壳体152。另外，这与变速器10不同，然而，第五换档元件182仍类似地选择性地将第三齿轮传动装置132的端部齿轮(例如，第六端部齿轮136)结合到壳体152。与之前相同，第五换档元件182的接合使得一个端部齿轮(例如，第六端部齿轮136)固定(即，基本没有转速)，另一个端部齿轮(例如，第五端部齿轮134)的转速快于内部齿轮(例如，在这种情况下，第三内部齿轮138)的转速。

第六换档元件186选择性地通过第七轴188将第四环形齿轮148结合到输出164。更宽泛地讲，第六换档元件186选择性地将输出轴164结合到第四齿轮传动装置142的端部齿轮(例如，第八端部齿轮148)。

第二变速器110也可遵循与图2中示出的换档计划相同的换档计划来提供九个前进档和一个倒档；然而，β比率、传动比和阶梯值可以不同。如通过下面的如上所述的描述可以看出，第二变速器110基本上是与第一变速器10相同的变速器，只是锁止离合器在第二齿轮传动装置上移位且第三齿轮传动装置从简单行星齿轮组变为双小齿轮行星齿轮组。

图4示出了第三变速器210的示意图。第一齿轮传动装置212具有第一中心齿轮/第一端部齿轮214、第一齿轮架/第一内部齿轮216和第一环形齿轮/第二端部齿轮218。第二齿轮传动装置222具有第二中心齿轮/第三端部齿轮224、第二齿轮架/第二内部齿轮226和第二环形齿轮/第四端部齿轮228。第三齿轮传动装置232具有第三中心齿轮/第五端部齿轮234、第三齿轮架/第三内部齿轮236和第三环形齿轮/第六端部齿轮238。第四齿轮传动装置242具有第四中心齿轮/第七端部齿轮244、第四齿轮架/第四内部齿轮246和第四环形齿轮/第八端部齿轮248。

第一中心齿轮214(或第一齿轮传动装置212的端部齿轮)示出为固定地结合到壳体252。第一齿轮架216(或第一齿轮传动装置212的内部齿轮)固定地结合到第二环形齿轮228(或第二齿轮传动装置222的端部齿轮)。

输入262固定地结合到第二中心齿轮224和第四齿轮架246。换句话说，输入262固定地结合到第二齿轮传动装置222的与固定地结合到第一齿轮传动装置212的内部齿轮的端部齿轮相对的端部齿轮和第四齿轮传动装置242的内部齿轮。输出264固定地结合到第三齿轮架236，类似于第一变速器10的输出，但还固定地结合到第四环形齿轮248。换句话说，输出246固定地结合到第三齿轮传动装置232的内部齿轮和第四齿轮传动装置242的端部齿轮。

第一换档元件270选择性地将第二齿轮架226(或第二齿轮传动装置222的内部齿轮)结合到壳体252。第二换档元件274选择性地将第一环形齿轮218结合到第三中心齿轮234。更宽泛地讲，第二换档元件274选择性地将第一齿轮传动装置212的与固定地结合到壳体252的端部齿轮相对的端部齿轮和第三齿轮传动装置232的端部齿轮结合。

第三换档元件278选择性地将第二中心齿轮224结合到第二齿轮架226。换句话说，第三换档元件278选择性地将第二齿轮传动装置222的内部齿轮与端部齿轮中的一个结合。这样，第三换档元件278是锁止离合器，类似于第一变速器10中示出的锁止离合器。第四换档元件280选择性地将第二齿轮架226结合到第三中心齿轮234。更宽泛地讲，第四换档元件280选择性地将第二齿轮传动装置222的内部齿轮结合到第三齿轮传动装置232的第二换档元件274选择性地与其结合的同一端部齿轮。

第五换档元件282选择性地将第三环形齿轮238结合到壳体252。换句话说，第五换档元件282选择性地将第三齿轮传动装置232的被第二换档元件274和第四换档元件280选择性地结合的端部齿轮相对的端部齿轮结合到壳体252。与其他两个变速器不同，第三变速器210使第六换档元件286选择性地将第四中心齿轮244结合到第三中心齿轮234。更宽泛地讲，第六换档元件286选择性地将第三齿轮传动装置232的端部齿轮(也与第二换档元件274和第四换档元件280选择性地结合)结合到第四齿轮传动装置242的与固定地与输出264结合的端部齿轮相对的端部齿轮。

第三变速器210也可遵循与图2中示出的换档计划相同的换档计划，以提供九个前进档和一个倒档；然而，β比率、传动比和阶梯值可不同。第三变速器210基本上是与第一变速器10相同的变速器，只是第六换档元件从第四齿轮传动装置的一个端部齿轮移动到另一端部齿轮。

图5示出了第四变速器310的示意图。第一齿轮传动装置312具有第一中心齿轮314、第一齿轮架316和第一环形齿轮318。第二齿轮传动装置322具有第二中心齿轮324、第二齿轮架326和第二环形齿轮328。第三齿轮传动装置332具有第三中心齿轮334、第三齿轮架336和第三环形齿轮338。第四齿轮传动装置342具有第四中心齿轮344、第四齿轮架346和第四环形齿轮348。

第一中心齿轮314(或第一齿轮传动装置312的端部齿轮)示出为固定地结合到壳体352。第三环形齿轮338(或第三齿轮传动装置332的端部齿轮)也固定地结合到壳体352。第一齿轮架316(或第一齿轮传动装置312的内部齿轮)固定地结合到第二环形齿轮328(或第二齿轮传动装置322的端部齿轮)。

输入362固定地结合到第二中心齿轮324和第四齿轮架346。换句话说，输入362固定地结合到第二齿轮传动装置322的与固定地结合到第一齿轮传动装置312的内部齿轮的端部齿轮相对的端部齿轮和第四齿轮传动装置342的内部齿轮。输出364固定地结合到第三齿轮架336和第四环形齿轮348。换句话说，输出364固定地结合到第三齿轮传动装置332的内部齿轮和第四齿轮传动装置342的端部齿轮。

第一换档元件370选择性地将第二齿轮架326(或第二齿轮传动装置322的内部齿轮)结合到壳体352。第二换档元件374选择性地将第一环形齿轮318结合到连接轴376。连接轴376没有固定地结合到任何齿轮传动装置；而是与多个换档元件相关联，需要连接轴上的换档元件中的至少两个换档元件接合而将旋转运动从一个齿轮传动装置的一个齿轮元件传递到另一齿轮传动装置的另一齿轮元件。更宽泛地讲，第二换档元件374选择性地将第一齿轮传动装置312的与固定地结合到壳体352的端部齿轮相对的端部齿轮和连接轴376结合。

第三换档元件378选择性地将第二中心齿轮324结合到第二齿轮架326。换句话说，第三换档元件378选择性地将第二齿轮传动装置322的内部齿轮与端部齿轮中的一个端部齿轮结合。这样，第三换档元件378是锁止离合器，类似于第一变速器10中示出的锁止离合器。第四换档元件380选择性地将第二齿轮架326结合到连接轴376。更宽泛地讲，第四换档元件380选择性地将第二齿轮传动装置322的内部齿轮结合到连接轴376。

第五换档元件382选择性地将第三中心齿轮334结合到连接轴376。换句话说，第五换档元件382选择性地将第三齿轮传动装置332的与固定地结合到壳体352的端部齿轮相对的端部齿轮结合到连接轴376。第六换档元件386还选择性地将第四中心齿轮344结合到连接轴376。更宽泛地讲，第六换档元件386选择性地将第四齿轮传动装置342的与输出364结合的端部齿轮相对的端部齿轮结合到连接轴376。

第四变速器310也可遵循图2中示出的换档计划相同的换档计划，以提供九个前进档和一个倒档；然而，β比率、传动比和阶梯值可不同。第四变速器310基本上是与第一变速器10相同的变速器，仅将在第三齿轮传动装置上的第五换档元件和在第四齿轮传动装置上的第六换档元件从一个端部齿轮移动到另一端部齿轮。

尽管上面描述了示例性实施例，但并非意味着这些实施例描述了所公开的设备和方法的所有可能的形式。更确切地，说明书中使用的词语为描述性词语而非限定性，并且应理解不脱离权利要求公开的精神和范围的情况下，可以作出各种改变。此外，可以组合各种执行实施例的特征以形成所公开的原理的进一步的实施例。

Claims (13)

1.一种变速器，包括：

四个行星齿轮组，每个行星齿轮组具有包括中心齿轮、齿轮架和环形齿轮的齿轮元件，其中，第一行星齿轮组中心齿轮固定地结合到基础，第一行星齿轮组齿轮架固定地结合到第二行星齿轮组环形齿轮；

第一换档元件，选择性地将第二行星齿轮组齿轮架结合到基础；

第二换档元件，选择性地将第一行星齿轮组环形齿轮结合到第三行星齿轮组；

输入，固定地结合到第二行星齿轮组中心齿轮以及第四行星齿轮组；

输出，固定地结合到第三行星齿轮组。

2.如权利要求1所述的变速器，其中，第二换档元件选择性地将第一行星齿轮组环形齿轮结合到第三行星齿轮组中心齿轮。

3.如权利要求1所述的变速器，其中，所述输入固定地结合到第四行星齿轮组齿轮架。

4.如权利要求1所述的变速器，其中，所述输出固定地结合到第三行星齿轮组齿轮架。

5.如权利要求1所述的变速器，其中，第二换档元件选择性地将第一行星齿轮组环形齿轮结合到第四行星齿轮组中心齿轮。

6.如权利要求1所述的变速器，还包括：

第三换档元件，选择性地使第二行星齿轮组齿轮元件中的两个齿轮元件结合。

7.如权利要求6所述的变速器，其中，第三换档元件选择性地将第二行星齿轮组齿轮架结合到第二行星齿轮组中心齿轮。

8.如权利要求1所述的变速器，还包括：

第四换档元件，选择性地将第二行星齿轮组齿轮架结合到第三行星齿轮组中心齿轮。

9.如权利要求1所述的变速器，还包括：

第四换档元件，选择性地将第二行星齿轮组齿轮架结合到第四行星齿轮组中心齿轮。

10.如权利要求1所述的变速器，还包括：

第五换档元件，选择性地将第三行星齿轮组结合到基础。

11.如权利要求10所述的变速器，其中，第五换档元件选择性地将第三行星齿轮组环形齿轮结合到基础。

12.如权利要求1所述的变速器，还包括：

第六换档元件，选择性地将第四行星齿轮组结合到输出。

13.如权利要求12所述的变速器，其中，第六换档元件选择性地将第四行星齿轮组环形齿轮结合到输出。