多级变速器

摘要

一种具有九个前进挡和一个倒挡的多级变速器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)以及六个换挡元件(03、04、05、15、17、18)，其中，第一行星齿轮组(P1)的太阳轮与第五轴(5)连接，该第五轴能够通过第三制动器(05)联接到壳体(G)上并且能够通过第一离合器(15)与驱动轴(1)连接，该驱动轴能够通过第二离合器(17)和与第三行星齿轮组(P3)的齿圈以及第二行星齿轮组(P2)的行星架相连的第七轴(7)连接并且能够通过第三离合器(18)与第八轴(8)连接，该第八轴与第一行星齿轮组(P1)的行星架以及第二行星齿轮组(P2)的太阳轮连接，其中，第六轴(6)与第二行星齿轮组(P2)的齿圈以及第四行星齿轮组(P4)的行星架连接，其中，第四轴(4)与第一行星齿轮组(P1)的齿圈以及第四行星齿轮组(P4)的太阳轮连接并且能够通过第二制动器(04)联接到壳体(G)上，其中，第三轴(3)与第三行星齿轮组(P3)的太阳轮连接并且能够通过第一制动器(03)联接到壳体(G)上，并且其中，输出轴(2)与第三行星齿轮组(P3)的行星架以及第四行星齿轮组(P4)的齿圈连接。

权利要求

1.一种行星结构形式的多级变速器，所述多级变速器包括驱动轴(1)、输出轴(2)以及四个行星齿轮组(P1、P2、P3、P4)，它们布置在壳体(G)中，总共八个能转动的轴(1、2、3、4、5、

6、7、8)以及六个换挡元件(03、04、05、15、17、18)，所述换挡元件包括制动器(03、04、05)和离合器(15、17、18)，它们有选择的啮合导致了在驱动轴(1)和输出轴(2)之间的不同的传动比，从而能实现九个前进挡和一个倒挡，其中，第一行星齿轮组(P1)的太阳轮与第五轴(5)连接，所述第五轴能通过第三制动器(05)联接到壳体(G)上并且能通过第一离合器(15)与驱动轴(1)以能脱开的方式连接，所述驱动轴能通过第二离合器(17)与和第三行星齿轮组(P3)的齿圈以及第二行星齿轮组(P2)的行星架相连的第七轴(7)以能脱开的方式连接并且能通过第三离合器(18)与第八轴(8)以能脱开的方式连接，所述第八轴与第一行星齿轮组(P1)的行星架以及第二行星齿轮组(P2)的太阳轮连接，其中，第六轴(6)与第二行星齿轮组(P2)的齿圈以及第四行星齿轮组(P4)的行星架连接，其中，第四轴(4)与第一行星齿轮组(P1)的齿圈以及第四行星齿轮组(P4)的太阳轮连接并且能通过第二制动器(04)联接到壳体(G)上，其中，第三轴(3)与第三行星齿轮组(P3)的太阳轮连接并且能通过第一制动器(03)联接到壳体(G)上，并且其中，输出轴(2)与第三行星齿轮组(P3)的行星架以及第四行星齿轮组(P4)的齿圈连接。

2.按权利要求1所述的多级变速器，其特征在于，第一行星齿轮组(P1)构造成正行星齿轮组，其中，第二、第三和第四行星齿轮组(P2、P3、P4)构造成负行星齿轮组。

3.按权利要求1所述的多级变速器，其特征在于，这些行星齿轮组从轴向上来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)的顺序排列。

4.按权利要求1所述的多级变速器，其特征在于，所述变速器的换挡元件(03、04、05、

15、17、18)实施成能按需操纵的换挡元件。

5.按前述权利要求中任一项所述的多级变速器，其特征在于，第一制动器(03)实施成形状配合的换挡元件。

6.按权利要求1-4中任一项所述的多级变速器，其特征在于，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(18)实现，第二前进挡通过闭合第一和第三制动器(03、05)以及第三离合器(18)实现，第三前进挡通过闭合第一制动器(03)以及第一和第三离合器(15、18)实现，第四前进挡通过闭合第一制动器(03)以及第一和第二离合器(15、17)实现，第五前进挡通过闭合第一、第二和第三离合器(15、17、18)实现，第六前进挡通过闭合第三制动器(05)以及第二和第三离合器(17、18)实现，第七前进挡通过闭合第二制动器(04)以及第二和第三离合器(17、18)实现，第八前进挡通过闭合第二和第三制动器(04、05)以及第二离合器(17)实现，以及第九前进挡通过闭合第二制动器(04)以及第一和第二离合器(15、17)实现，其中，倒挡通过闭合第一和第二制动器(03、04)以及第一离合器(15)实现。

7.按权利要求6所述的多级变速器，其特征在于，第四前进挡备选地通过闭合第一和第二制动器(03、04)以及第二离合器(17)，或者通过闭合第一制动器(03)以及第二和第三离合器(17、18)，或者通过闭合第一和第三制动器(03、05)以及第二离合器(17)实现。

8.按权利要求1所述的多级变速器，其特征在于，所述多级变速器是用于机动车的自动变速器。

说明书

多级变速器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种行星结构形式的多级变速器，特别是用于机动车的自动变速器。

背景技术

[0002] 特别是用于机动车的自动变速器按现有技术包括行星齿轮组，这些行星齿轮组借助摩擦元件或换挡元件，例如离合器或制动器进行切换并且通常与在滑转作用下且有选择地配设有跨接离合器的起动元件，例如液力变矩器或液力偶合器连接。

[0003] 这种自动变速器例如由本申请人的DE 199 12 480 B4公知。它包括三个单行星架行星齿轮组以及用于切换六个前进挡和一个倒挡的三个制动器和两个离合器、驱动轴和输出轴，其中，第一行星齿轮组的行星架与第二行星齿轮组的齿圈永久地连接且第二行星齿轮组的行星架与第三行星齿轮组的齿圈永久地连接，并且驱动轴直接与第二行星齿轮组的太阳轮连接。

[0004] 此外，在公知的变速器中规定，驱动轴能够通过第一离合器与第一行星齿轮组的太阳轮连接并且能够通过第二离合器与第一行星齿轮组的行星架连接，其中，第一行星齿轮组的太阳轮能够通过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够通过第二制动器与变速器的壳体连接，其中，第三行星齿轮组的太阳轮能够通过第三制动器与变速器的壳体连接。变速器的输出轴与第三行星齿轮组的行星架以及与第一行星齿轮组的齿圈永久地连接。

[0005] 此外由DE 29 36 969 A1公知了一种9挡位多级变速器；该多级变速器包括八个换挡元件和四个行星齿轮组，其中，一个行星齿轮组用作前置换挡变速器，并且主变速器具有一个辛普森行星齿轮组(Simpson-Satz)和另一个用作倒车变速器的行星齿轮组。

[0006] 其它多级变速器例如由本申请人的DE 10 2005 010 210 A1和DE 10 2006 006 637 A1公知。

[0007] 能自动换挡的行星齿轮结构形式的车辆变速器通常在现有技术中已经被多次说明且被不断地扩展和改进。因此，这个变速器应当需要很小的结构耗费，特别是很少数量的换挡元件，并且在顺序的换挡方式下应当避免双重换挡，也就是说对两个换挡元件的接通和/或切断，从而在限定的挡位组中进行换挡时分别仅变换一个换挡元件。

[0008] 由本申请人的DE 10 2008 000 428 A1公知了一种行星结构形式的多级变速器，其具有驱动装置和输出装置，它们布置在一个壳体中。在公知的变速器中，设置有至少四个行星齿轮组(下文中被称为第一、第二、第三和第四行星齿轮组)、至少八个能转动的轴(在下文中被称为驱动轴、输出轴、第三、第四、第五、第六、第七和第八轴)以及至少六个换挡元件(包括制动器和离合器)，它们有选择的啮合导致了在驱动装置和输出装置之间的不同的传动比，从而优选能够实现九个前进挡和一个倒挡。

[0009] 在此，优选构造成负行星齿轮组(也就是说具有负的稳态变速器传动比)的第一和第二行星齿轮组形成了能切换的前置换挡齿轮组，其中，第三和第四行星齿轮组形成了主齿轮组。

[0010] 在公知的多级变速器中规定，第一和第二行星齿轮组的行星架通过第四轴相互联接，该第四轴与主齿轮组的元件连接，第一行星齿轮组的齿圈与第二行星齿轮组的太阳轮通过第八轴联接，该第八轴能够通过第一离合器与驱动轴可脱开地连接，并且第一行星齿轮组的太阳轮能够借助第三轴通过第一制动器联接到变速器的壳体上并且能够通过第二离合器与驱动轴可脱开地连接，其中，第二行星齿轮组的齿圈能够借助第五轴通过第二制动器联接到变速器的壳体上。此外，第七轴与主齿轮组的至少一个元件永久地连接并且能够通过第三制动器联接到变速器的壳体上，其中，第六轴与主齿轮组的至少一个另外的元件永久地连接并且能够通过第三离合器与驱动轴可脱开地连接；输出轴与主齿轮组的至少一个另外的元件永久地连接。

[0011] 优选地，在公知的变速器中，第四轴永久地与第三行星齿轮组的齿圈连接，其中，第六轴永久地与第四行星齿轮组的齿圈以及第三行星齿轮组的行星架连接并且能够通过第三离合器与驱动轴可脱开地连接。此外，第七轴永久地与第三和第四行星齿轮组的太阳轮连接并且能够通过第三制动器联接到变速器的壳体上。输出在此通过永久地与第四行星齿轮组的行星架连接的输出轴进行。此外，第三和第四行星齿轮组被组装成或简化成一个具有共同的行星架和共同的齿圈的拉维尼奥克斯齿轮组(Ravigneaux-Satz)。

[0012] 按照现有技术，这样实施的多级变速器的通常实施成片式离合器或片式制动器的换挡元件以液压方式了操纵，这不利地导致了很高的液压损失。为了避开这种操纵损失，使用能按需操纵的换挡元件尤为有利。

[0013] 能按需操纵的换挡元件尤其可以理解为如下换挡元件，在这些换挡元件中，不需要或只需比用于变换换挡状态(也就是说例如从打开到闭合)更少的能量来保持换挡状态。

[0014] 为了使能按需操纵的换挡元件的应用成为可能，换挡元件，尤其是离合器应当能很好地从外部触及。

发明内容

[0015] 本发明所要解决的任务是，提出一种本文开头所述类型的多级变速器，其包括具有足够的传动比的九个前进挡和一个倒挡，在这种多级变速器中，结构耗费、构件负荷和结构大小得到了优化，并且此外效率也得到了改善。此外，该变速器的换挡元件应当能很好地从外部触及，由此能够实现能按需操纵的换挡元件的装入。此外，该变速器还应当既适用于标准结构形式，也适用于前置横向结构形式(Front-Quer-Bauweise)。

[0016] 按照本发明，该任务通过一种行星结构形式的多级变速器解决，所述多级变速器包括驱动轴、输出轴以及四个行星齿轮组，它们布置在壳体中，总共八个能转动的轴以及六个换挡元件，所述换挡元件包括制动器和离合器，它们有选择的啮合导致了在驱动轴和输出轴之间的不同的传动比，从而能实现九个前进挡和一个倒挡，其中，第一行星齿轮组的太阳轮与第五轴连接，所述第五轴能通过第三制动器联接到壳体上并且能通过第一离合器与驱动轴以能脱开的方式连接，所述驱动轴能通过第二离合器与和第三行星齿轮组的齿圈以及第二行星齿轮组的行星架相连的第七轴以能脱开的方式连接并且能通过第三离合器与第八轴以能脱开的方式连接，所述第八轴与第一行星齿轮组的行星架以及第二行星齿轮组的太阳轮连接，其中，第六轴与第二行星齿轮组的齿圈以及第四行星齿轮组的行星架连接，其中，第四轴与第一行星齿轮组的齿圈以及第四行星齿轮组的太阳轮连接并且能通过第二制动器联接到壳体上，其中，第三轴与第三行星齿轮组的太阳轮连接并且能通过第一制动器联接到壳体上，并且其中，输出轴与第三行星齿轮组的行星架以及第四行星齿轮组的齿圈连接。

[0017] 据此，提出了一种按本发明的行星结构形式的多级变速器，其具有驱动装置和输出装置，它们布置在一个壳体中。此外，设置有至少四个行星齿轮组(在下文中被称为第一、第二、第三和第四行星齿轮组)、八个能转动的轴(在下文中被称为驱动轴、输出轴、第三、第四、第五、第六、第七和第八轴)以及六个优选被实施成片式换挡元件或形状配合的换挡元件的换挡元件，这些换挡元件包括制动器和离合器，它们有选择的啮合导致了在驱动装置和输出装置之间的不同的传动比，从而优选能够实现九个前进挡和一个倒挡。

[0018] 变速器的第一行星齿轮组优选构造成正行星齿轮组，其中，第二、第三和第四行星齿轮组构造成负行星齿轮组。

[0019] 众所周知，简单的负行星齿轮组包括太阳轮、齿圈和行星架，行星齿轮以能转动的方式支承在个行星架上，这些行星齿轮分别与太阳轮和齿圈啮合。由此，齿圈在行星架保持固定的情况下具有与太阳轮相反的转动方向。与此不同的是，简单的正行星齿轮组包括太阳轮、齿圈和行星架，内部的和外部的行星齿轮以能转动的方式支承在个行星架上，其中，所有内部的行星齿轮都与太阳轮啮合，而所有外部的行星齿轮则都与齿圈啮合，其中，每一个内部的行星齿轮都各与一个外部的行星齿轮啮合。由此，齿圈在行星架保持固定的情况下具有与太阳轮相同的转动方向，并且得到了正的稳态传动比。

[0020] 按照本发明的优选实施方式，第一行星齿轮组的太阳轮与第五轴连接，该第五轴能够通过第三制动器联接到变速器的壳体上并且能够通过第一离合器与驱动轴可脱开地连接，其中，驱动轴能够通过第二离合器与和第三行星齿轮组的齿圈以及第二行星齿轮组的行星架连接的第七轴可脱开地连接并且能够通过第三离合器与第八轴可脱开地连接，该第八轴与第一行星齿轮组的行星架以及第二行星齿轮组的太阳轮连接。

[0021] 此外，第六轴与第二行星齿轮组的齿圈以及第四行星齿轮组的行星架连接，其中，第四轴与第一行星齿轮组的齿圈以及第四行星齿轮组的行星架连接并且能够通过第二制动器联接到壳体上。

[0022] 此外，变速器的第三轴与第三行星齿轮组的太阳轮连接并且能够通过第一制动器联接到壳体上，其中，输出轴与第三行星齿轮组的行星架以及第四行星齿轮组的齿圈连接。

[0023] 通过将第一、第二和第三离合器布置在变速器的驱动轴上以及将其余换挡元件实施成制动器，确保了变速器的全部换挡元件的很好的可触及性，由此可以将换挡元件实施成能按需操纵的换挡元件。在其它实施方式的框架内，变速器的换挡元件尤其可以实施成能液压操纵的换挡元件。

[0024] 此外，还得到了多级变速器的尤其适用于轿车的传动比以及提高的总传动比跨越范围，由此导致了驾驶舒适性的改善以及显著的消耗降低。

[0025] 此外，利用按本发明的多级变速器，通过很少数量的换挡元件极大地减少了结构耗费。利用按本发明的多级变速器有利的是，可以用液力变换器、外部的起动离合器或也可以用其它合适的外部的起动元件来执行起动。也可以想到的是，利用集成在变速器内的起动元件来实现起动过程。优选适用的是在第一前进挡中以及在倒挡中被操纵的换挡元件。

[0026] 此外，在按本发明的多级变速器中得到了在主行驶挡位中关于拖曳损失和啮合损失的很好的效率。

[0027] 有利地，在多级变速器的换挡元件以及行星齿轮组中存在很小的扭矩，由此在多级变速器中有利地减小了磨损。此外，通过很小的扭矩能够实现相应小的规格，由此减少了所需的结构空间和相应的成本。此外，在轴、换挡元件和行星齿轮组中也存在很小的转速。

[0028] 此外，按本发明的变速器以如下方式设计，即，使得不仅在力流方向上而且也在空间方面都能够实现对不同的传动系设计方案的可匹配性。

附图说明

[0029] 下文中借助附图示例性地详细阐释本发明。附图中：

[0030] 图1示出按本发明的多级变速器的优选的实施方式的示意性视图；以及[0031] 图2示出针对按图1的多级变速器的示例性的换挡示意图。

具体实施方式

[0032] 在图1中示出了按本发明的多级变速器，其具有驱动轴1、输出轴2和四个行星齿轮组P1、P2、P3和P4，它们都布置在壳体G中。第二、第三和第四行星齿轮组P2、P3、P4在图1所示的示例中构造成负行星齿轮组，其中，第一行星齿轮组P1构造成正行星齿轮组。在行星架连接和齿圈连接互换且稳态传动比的数值与作为负行星齿轮组的实施方案相比提高了1的同时，按照本发明，其它行星齿轮组P2、P3、P4中的至少一个可以实施成正行星齿轮组。

[0033] 在所示的实施例中，行星齿轮组P1、P2、P3、P4从轴向上来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的顺序排列。按照本发明，各单个行星齿轮组的轴向顺序和换挡元件的布置是能自由选择的，只要允许这些元件的可连接性。

[0034] 由图1可知，设置有六个换挡元件，亦即三个制动器03、04、05和三个离合器15、17、18。换挡元件的空间布置可以是任意的并且仅受到尺寸和外部轮廓的限制。变速器的离合器和制动器优选实施成摩擦换挡元件或片式换挡元件，但也可以实施成形状配合的换挡元件。

[0035] 用这些换挡元件可以实现九个前进挡和一个倒挡的有选择的换挡。按本发明的多级变速器具有总共八个能转动的轴，亦即轴1、2、3、4、5、6、7和8，其中，驱动轴形成了变速器的第一轴1，而输出轴形成了第二轴2。

[0036] 按照本发明，在按图1的多级变速器中规定，第一行星齿轮组P1的太阳轮与第五轴5连接，该第五轴能够通过第三制动器05联接到变速器的壳体G上并且能够通过第一离合器
15与驱动轴1可脱开地连接，其中，驱动轴1能够通过第二离合器17与和第三行星齿轮组P3的齿圈和第二行星齿轮组P2的行星架相连的第七轴7可脱开地连接并且能够通过第三离合器18与第八轴8可脱开地连接，该第八轴与第一行星齿轮组P1的行星架和第二行星齿轮组P2的太阳轮连接。

[0037] 由图1可知，第六轴6与第二行星齿轮组P2的齿圈以及第四行星齿轮组P4的行星架连接，其中，第四轴4与第一行星齿轮组P1的齿圈以及第四行星齿轮组P4的太阳轮连接并且能够通过第二制动器04联接到壳体G上。

[0038] 此外，第三轴3还与第三行星齿轮组P3的太阳轮连接并且能够通过第一制动器03联接到壳体G上，其中，变速器的输出轴2与第三行星齿轮组P3的行星架以及第四行星齿轮组P4的齿圈连接。

[0039] 在此，第一、第二和第三离合器15、17、18从轴向上来观察并排布置且实施成片式换挡元件，并且具有共同的外部片式支架。在所示的实施例中，第一制动器03尤其适合实施为爪式换挡元件，由此明显改善了消耗。

[0040] 在图2中示出了按图1的多级变速器的示例性的换挡示意图。针对每一个挡位闭合三个换挡元件。从换挡示意图示例性地可以获悉各单个挡位级相应的传动比i以及要由此确定的到下一个更高的挡位的挡位跃迁(Gangsprung)或级跃迁(Stufensprung) 其中，值9.012是变速器的传动比跨越范围。

[0041] 针对实施成负行星齿轮组的行星齿轮组P1、P2、P3、P4的稳态传动比的值在所示的示例中分别为1.946、-3.676、-2.767和-2.062。由图2可知，在顺序的换挡方式下分别仅须接通一个换挡元件并切断一个换挡元件，这是因为两个相邻的变速器挡位级共同使用两个换挡元件。此外还可知，在很小的挡位跃迁的情况下达到了很大的传动比跨越范围。

[0042] 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18实现，第二前进挡通过闭合第一和第三制动器03、05以及第三离合器18实现，第三前进挡通过闭合第一制动器03以及第一和第三离合器15、18实现，第四前进挡通过闭合第一制动器03以及第一和第二离合器15、17实现，在所示的示例中实施成直接挡的第五前进挡通过闭合第一、第二和第三离合器15、17、18实现，第六前进挡通过闭合第三制动器05以及第二和第三离合器17、18实现，第七前进挡通过闭合第二制动器04以及第二和第三离合器17、18实现，第八前进挡通过闭合第二和第三制动器04、05以及第二离合器17实现，并且第九前进挡通过闭合第二制动器04以及第一和第二离合器15、17实现，其中，倒挡通过闭合第一和第二制动器03、04以及第一离合器15实现。

[0043] 作为备选，第四前进挡可以通过其它换挡组合来切换，这些换挡组合在图2中被称为M。据此，第四前进挡可以通过闭合第一和第二制动器03、04以及第二离合器17，或者通过闭合第一制动器03以及第二和第三离合器17、18，或者通过闭合第一和第三制动器03、05以及第二离合器17实现。

[0044] 通过在第一前进挡中和/或在倒挡中闭合第一和第二制动器03、04以及第一和第三离合器15、18，这些换挡元件可以被用作起动元件。

[0045] 按照本发明，在相同的变速器换挡示意图中，根据换挡逻辑的不同也产生了不同的挡位跃迁，从而能够实现视应用而定或视车辆而定的变型方案。

[0046] 此外，按照本发明还能够可选地在多级变速器的每一个合适的部位上，例如在轴和壳体之间，或者为了必要时将两个轴连接起来，设置附加的自由轮。

[0047] 在驱动侧或者在输出侧上可以布置有车轴差速器和/或中心差速器。

[0048] 在本发明的有利的扩展设计方案的框架内，驱动轴1可以按照需要通过离合元件与驱动马达分开，其中，作为离合元件可以使用液力变换器、液压离合器、干式起动离合器、湿式起动离合器、磁粉离合器或离心力离合器或类似装置。也可行的是，将这样的起动元件沿力流方向布置在变速器之后，其中，在这种情况下驱动轴1永久地与驱动马达的曲轴连接。

[0049] 此外，按本发明的多级变速器还能够实现扭转减振器在驱动马达和变速器之间的布置。

[0050] 在本发明的另一未示出的实施方式的框架内，可以在每一个轴上，优选在驱动轴1或输出轴2上布置无磨损的制动器，例如液压的或电的减速器或类似装置，这尤其对在商用车辆中的使用有特殊的意义。此外，为了驱动附加的设备，可以在每一个轴上，优选在驱动轴1或输出轴2上布置动力输出装置。

[0051] 所使用的摩擦换挡元件可以构造成能负载切换的离合器或制动器。尤其可以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/或锥体离合器。

[0052] 在此介绍的多级变速器的另一优势在于，在每一个轴上都可以安装电机作为发电机和/或作为附加的驱动机。

[0053] 附图标记列表

[0054] 1  第一轴、驱动轴

[0055] 2  第二轴、输出轴

[0056] 3  第三轴

[0057] 4  第四轴

[0058] 5  第五轴

[0059] 6  第六轴

[0060] 7  第七轴

[0061] 8  第八轴

[0062] 03 第一制动器

[0063] 04 第二制动器

[0064] 05 第三制动器

[0065] 15 第一离合器

[0066] 17 第二离合器

[0067] 18 第三离合器

[0068] G  壳体

[0069] P1 第一行星齿轮组

[0070] P2 第二行星齿轮组

[0071] P3 第三行星齿轮组

[0072] P4 第四行星齿轮组

[0073] i  传动比

[0074]  级跃迁