多级变速器及车辆

技术领域

本公开涉及变速器技术领域，尤其涉及一种多级变速器及车辆。

背景技术

车辆变速器是一套用于协调发动机的转速和车轮的实际行驶速度的变速装置，用于发挥发动机的最佳性能。变速器可以在车辆行驶过程中，在发动机和车轮之间产生不同的变速比，实现不同挡位转速的传递。变速器分为手动、自动两种，手动变速器主要由齿轮和转轴组成，通过不同的齿轮组合产生变速变矩；而自动变速器AT是由液力变扭器、行星齿轮和液压操纵系统组成，通过液力传递和齿轮组合的方式来达到变速变矩的目的。

自动变速器具有驾驶舒适、能减少驾驶者疲劳等优点，已成为现代轿车配置的一种发展方向。变速器包括有多个前进挡位，以及一个倒挡位，并且，在前进方向上，变速器可以具有很高的启动速比。但是，由于在目前的变速器中，实现换挡功能的构件较多，且均通过控制换挡部件（制动器或离合器）进行换挡，由于离合器两侧都可以转动，兼顾需要考虑离合器的尺寸不能影响变速器的整体尺寸的要求，导致离合器承载的扭矩能力弱，根据“木桶理论”，离合器承载扭矩的能力直接决定变速器可以承载的扭矩最大限值，导致无法配置在重载车辆上。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种多级变速器及车辆。

本公开提供了一种多级变速器，包括：壳体、用于接收动力源扭矩的输入轴、用于改变扭矩的输出轴、第一行星排组件、第二行星排组件、第三行星排组件、第四行星排组件、制动器、第一离合器、第二离合器、第三离合器和第四离合器；

所述第一行星排组件包括第一太阳轮、第一行星齿轮、第一行星架和第一齿圈；

所述第二行星排组件包括第二太阳轮、第二行星齿轮、第二行星架和第二齿圈；

所述第三行星排组件包括第三太阳轮、第三行星齿轮、第三行星架和第三齿圈；

所述第四行星排组件包括第四太阳轮、第四行星齿轮、第四行星架和第四齿圈；

所述输入轴与所述第二行星架连接，且所述输入轴与所述第三离合器连接；

所述制动器固定安装在所述壳体的内壁上，所述制动器通过第一转轴与所述第一离合器和第二太阳轮连接；

所述第一太阳轮通过第二转轴与所述第一离合器连接；所述第一行星架通过第三转轴与所述第四齿圈连接，所述第一齿圈固定设置在所述壳体的内壁上；

所述第二齿圈与所述第二离合器连接，所述第二齿圈通过所述第四转轴与所述第三太阳轮连接；

所述第三行星架通过第五转轴与第四行星架连接，所述第三齿圈与所述第四离合器连接；

所述第四太阳轮通过第六转轴与所述第二离合器、所述第三离合器和所述第四离合器连接；所述第四行星架与所述输出轴连接。

可选的，所述输出轴与所述输入轴同轴设置。

可选的，所述第五转轴包括第一轴和第二轴，所述第一轴与所述第三行星架固定连接，所述第二轴与所述第四行星架固定连接，且所述第一轴和所述第二轴之间通过花键连接。

可选的，所述多级变速器包括八个前进挡和一个倒挡；

闭合所述制动器、所述第一离合器和所述第三离合器，张开所述第二离合器和所述第四离合器，能够实现第一前进挡；

闭合所述制动器、所述第一离合器和所述第二离合器，张开所述第三离合器和所述第四离合器，能够实现第二前进挡；

闭合所述第一离合器、所述第二离合器和所述第三离合器，张开所述制动器和所述第四离合器，能够实现第三前进挡；

闭合所述第一离合器、所述第二离合器和所述第四离合器，张开所述制动器和所述第三离合器，能够实现第四前进挡；

闭合所述第一离合器、所述第三离合器和所述第四离合器，张开所述制动器和所述第二离合器，能够实现第五前进挡；

闭合所述第二离合器、所述第三离合器和所述第四离合器，张开所述制动器和所述第一离合器，能够实现第六前进挡；

闭合所述制动器、所述第三离合器和所述第四离合器，张开所述第一离合器和所述第二离合器，能够实现第七前进挡；

闭合所述制动器、所述第二离合器和所述第四离合器，张开所述第一离合器和第三离合器，能够实现第八前进挡；

闭合所述制动器、所述第一离合器和所述第四离合器，张开所述第二离合器和第三离合器，能够实现倒挡。

可选的，所述第一行星排组件、第二行星排组件、第三行星排组件和所述第四行星排组件沿着朝向所述输出轴的方向依次排列。

可选的，所述第一离合器设置在所述第一转轴上。

可选的，所述第二离合器、所述第三离合器和所述第四离合器连接设置在所述第六转轴上。

可选的，所述多级变速器还包括设置在所述壳体内的液力变矩器，所述液力变矩器的一端与动力源连接，另一端与所述输入轴连接。

本公开还提供了一种车辆，包括所述的多级变速器。

本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本公开实施例提供的多级变速器通过改变一个制动器、四个离合器和四个行星排之间的配合关系，实现八个前进挡和一个倒挡的切换。变速器中离合器的扭矩承载能力最弱，保证了离合器的扭矩承载能力，就保证了整个变速器的承载能力。本公开通过上述构件的配合，能够降低离合器的承载扭矩，保证变速器可以承载更大扭矩的动力输入，而且离合器还可以与扭矩较大的动力源连接，适用性更广。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例所述多级变速器的示意图；

图2为本公开实施例所述多级变速器的局部放大图；

图3为本公开实施例所述多级变速器的换挡逻辑示意图；

图4为本公开实施例所述多级变速器的扭矩分析示意图。

其中，

1、壳体；2、输入轴；3、输出轴；4、第一行星排组件；401、第一太阳轮；402、第一行星齿轮；403、第一行星架；404、第一齿圈；5、第二行星排组件；501、第二太阳轮；502、第二行星齿轮；503、第二行星架；504、第二齿圈；6、第三行星排组件；601、第三太阳轮；602、第三行星齿轮；603、第三行星架；604、第三齿圈；7、第四行星排组件；701、第四太阳轮；702、第四行星齿轮；703、第四行星架；704、第四齿圈；8、制动器；9、第一离合器；10、第二离合器；11、第三离合器；12、第四离合器；13、第一转轴；14、第二转轴；15、第三转轴；16、第四转轴；17、第五转轴；18、第六转轴。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-图4，本公开实施例提供的多级变速器包括壳体1、用于接收动力源扭矩的输入轴2、用于改变扭矩的输出轴3、第一行星排组件4、第二行星排组件5、第三行星排组件6、第四行星排组件7、制动器8、第一离合器9、第二离合器10、第三离合器11和第四离合器12。其中，制动器8用于控制可与其连接的转动轴的轴向自由度，制动器8闭合时，该转动轴被锁死，离合器张开时，该转动轴不受限制，可沿该转动轴的轴向转动。离合器可连接两根转动轴，离合器闭合时，两根转动轴可同步转动，离合器张开时，两根转动轴不受限制。

第一行星排组件4包括第一太阳轮401、第一行星齿轮402、第一行星架403和第一齿圈404；第二行星排组件5包括第二太阳轮501、第二行星齿轮502、第二行星架503和第二齿圈504；第三行星排组件6包括第三太阳轮601、第三行星齿轮602、第三行星架603和第三齿圈604；第四行星排组件7包括第四太阳轮701、第四行星齿轮702、第四行星架703和第四齿圈704。其中，行星排组件的传动过程以及传动原理均已被本领域技术人员熟知，因此，未做过多描述。

输入轴2与第二行星架503连接，且输入轴2与第三离合器11连接，可通过输入轴2的转动带动第二行星架503转动。而且当第三离合器11闭合时，输入轴2可带动与第三离合器11连接的另一转动轴转动，当第三离合器11张开时，输入轴2不受第三离合器11限制，能够相对于第三离合器11转动。

制动器8固定安装在壳体1的内壁上，制动器8通过第一转轴13与第一离合器9和第二太阳轮501连接。当制动器8闭合时，与制动器8连接的第一转轴13锁死，第一转轴13将不会沿着自身的周向转动，此时第二太阳轮501也不会转动；当制动器8张开时，与其连接的第一转轴13不受限制，此时第二太阳轮501也会转动。

第一太阳轮401通过第二转轴14与第一离合器9连接，当第一离合器9闭合时，第二转轴14与第一转轴13同步转动，则第一太阳轮401和第二太阳轮501同步转动，若此时制动器8也闭合，第一转轴13被锁死，则第一太阳轮401和第二太阳轮501也被固定；当第一离合器9张开时，第二转轴14不受限制。第一行星架403通过第三转轴15与第四齿圈704连接，使第一行星架403与第四齿圈704同步转动。第一齿圈404固定设置在壳体1的内壁上，因此第一齿圈404不会发生转动。

第二齿圈504通过第四转轴16与第三太阳轮601连接，因此第二齿圈504和第三太阳轮601同步转动。第二齿圈504与第二离合器10连接，第二齿圈504也是通过第四转轴16与第二离合器10连接。当第二离合器10闭合时，第四转轴16和与第二离合器10连接的另一转轴同步转动，当第二离合器10张开时，第四转轴16不受限制。

第三行星架603通过第五转轴17与第四行星架703连接，第三行星架603可以与第四行星架703同步运动。第三齿圈604与第四离合器12连接，当第四离合器12闭合时，第六转轴18和与第四离合器12连接的另一转轴同步转动，当第四离合器12张开时，第三齿圈604不受限制。

第四太阳轮701通过第六转轴18与第二离合器10、第三离合器11和第四离合器12连接，一个第四太阳轮701可与三个离合器连接，可通过一个或多个离合器的闭合控制第四太阳轮701转动。

第四行星架703与输出轴3传动连接，输出轴3主要通过第四行星架703控制转动，因此整个多级变速器最终将动力传送至第四行星架703，通过第四行星架703控制输出轴3转动。

结合图1和图2所示，第一行星排组件4、第二行星排组件5、第三行星排组件6和第四行星排组件7沿着朝向输出轴3的方向依次排列，便于多级变速器的装配。同时，本申请的行星排组件的排列方式不仅局限于该种，工作人员可根据壳体1内部空间大小以及机构部件之间的距离关系合理调整第一行星排组件4、第二行星排组件5、第三行星排组件6和第四行星排组件7的位置。

本申请提供的多级变速器，可以实现纯电动、发动机驱动以及混动三种驱动方式。在多级变速器使用过程中，驾驶员可以改变一个制动器8、四个离合器（一个制动器8和四个离合器为五个换挡部件）和四个行星排之间的配合关系，实现八个前进挡和一个倒挡的切换。变速器中离合器的扭矩承载能力最弱，保证了离合器的扭矩承载能力，就保证了整个变速器的承载能力。本公开通过上述构件的配合，能够降低离合器的承载扭矩，保证变速器可以承载更大的扭矩的动力输入，而且离合器还可以与扭矩较大的动力源连接，适用性更广。动力源可以为发动机，因此离合器可以与扭矩更大的发动机连接，可以配置在重载车辆上使用。

其中，行星排组件中的太阳轮、行星轮、行星架和齿圈中，太阳轮的扭矩最小，本申请将第一离合器9与第一太阳轮401连接，而且在使用时，第一太阳轮401还经常处于固定的状态，因此在多级变速器运行过程中第一离合器9承受的扭矩非常小，扭矩能够降低67%，满足设计和使用的要求。

同时，第四太阳轮701通过第六转轴18与第二离合器10、第三离合器11和第四离合器12连接，一个第四太阳轮701可与三个离合器连接。行星排组件中的太阳轮、行星轮、行星架和齿圈中，太阳轮的扭矩最小，而第二离合器10、第三离合器11和第四离合器12与第四太阳轮701，因此在多级变速器运行过程中第二离合器10、第三离合器11和第四离合器12承受的扭矩也非常小，以至于整个多级变速器中的离合器承受的扭矩均较小，因此离合器可以与扭矩更大的发动机连接，可以配置在重载车辆上使用。另外，输出轴3与输入轴2可以同轴设置，可有效减少多级变速器的占用空间。

上述的第三行星架603和第四行星架703通过第五转轴17连接，第五转轴17包括第一轴和第二轴，第一轴与第三行星架603固定连接，第二轴与第四行星架703固定连接，而第一轴和第二轴之间通过花键连接，不仅便于加工，且连接方便，还具有工艺性强的优点。

如图3所示，多级变速器包括八个前进挡和一个倒挡。可通过五个换挡部件和四个行星排以及多跟转轴的不同配合关系实现不同挡位的变换。具体换挡操作如下：

第一前进挡：闭合制动器8、第一离合器9和第三离合器11，张开第二离合器10和第四离合器12。

由于制动器8闭合，因此第一转轴13将不会发生转动，此时第二太阳轮501不会发生转动。由于第一离合器9闭合，因此第二转轴14和第一转轴13同步，此时第二转轴14也不会发生转动，因此第一太阳轮401也不会发生转动。由于第一齿圈404与壳体1固定连接，因此第一行星齿轮402和第一行星架403也不会发生转动，进而第四齿圈704也不会发生转动。由于第三离合器11闭合，因此输入轴2能够与第六转轴18同步，从而驱动第四太阳轮701转动，第四太阳轮701通过第四行星齿轮702驱动第四行星架703转动，从而带动输出轴3转动。

其中，第三离合器11闭合时，输入轴2也会驱动第二行星架503转动，第二行星架503通过第二行星齿轮502驱动第二齿圈504转动，此时第二齿圈504通过第四转轴16驱动第三太阳轮601转动，由于第三齿圈604不与第四离合器12连接，第三齿圈604没有负载，以至于第三行星架603一直在空转。

第二前进挡：闭合制动器8、第一离合器9和第二离合器10，张开第三离合器11和第四离合器12。

由于制动器8闭合，因此第一转轴13将不会发生转动，此时第二太阳轮501不会发生转动。由于第一离合器9闭合，因此第二转轴14和第一转轴13同步，此时第二转轴14也不会发生转动，因此第一太阳轮401也不会发何时能转动。由于第一齿圈404与壳体1固定连接，因此第一行星齿轮402和第一行星架403也不会发生转动，进而第四齿圈704也不会发生转动。由于第二离合器10闭合，输入轴2此时只与第二行星架503转动，第二行星架503通过第二行星齿轮502驱动第二齿圈504转动，第二齿圈504通过第二离合器10的闭合能够与第六转轴18同步，从而驱动第四太阳轮701转动，第四太阳轮701通过第四行星齿轮702驱动第四行星架703转动，从而带动输出轴3转动。

其中，第二齿圈504也会通过第四转轴16驱动第三太阳轮601转动，由于第三齿圈604不与第四离合器12连接，第三齿圈604没有负载，以至于第三行星架603一直在空转。

第三前进挡：闭合第一离合器9、第二离合器10和第三离合器11，张开制动器8和第四离合器12。

由于第一离合器9闭合，因此第一转轴13和第二转轴14可以同步转动，此时第一太阳轮401和第二太阳轮501可以同步转动。此时输入轴2分别与第二行星架503和第三离合器11连接，而第二离合器10和第三离合器11均通过第六转轴18与第四太阳轮701连接，此时第二行星排组件5相当于一体式结构（即第二太阳轮501、第二行星齿轮502、第二行星架503和第二齿圈504同步转动），进而输入轴2与第四太阳轮701同步转动。由于第一太阳轮401与第二太阳轮501同步转动，因此第一太阳轮401带动第一行星架403转动（第一行星架403的转速能够被计算出来，具体的计算方式为已被本领域常知，因此不做过多介绍），第一行星架403带动第四齿圈704同步转动，因此通过第四太阳轮701和第四齿圈704能够带动第四行星架703转动，从而带动输出轴3转动，将动力输出。

第四前进挡：闭合第一离合器9、第二离合器10和第四离合器12，张开制动器8和第三离合器11。

由于第一离合器9闭合，因此第一转轴13和第二转轴14可以同步转动，此时第一太阳轮401和第二太阳轮501可以同步转动。此时输入轴2与第二行星架503连接，第二行星架503带动第二齿圈504转动，由于第二离合器10和第四离合器12均闭合，且均通过第六转轴18与第四太阳轮701连接，因此第二齿圈504、第三齿圈604和第四太阳轮701同步转动，由于第二齿圈504带动第三太阳轮601转动，因此第三行星排组件6相当于一体式结构，此时第三行星架603通过第五转轴17带动第四行星架703转动，在第四行星架703、第四太阳轮701和第四齿圈704配合下，带动输出轴3转动，将动力输出。

第五前进挡：闭合第一离合器9、第三离合器11和第四离合器12，张开制动器8和第二离合器10。

由于第一离合器9闭合，因此第一转轴13和第二转轴14可以同步转动，此时第一太阳轮401和第二太阳轮501可以同步转动。此时输入轴2与第二行星架503连接，第二行星架503带动第二齿圈504转动，第二齿圈504带动第三太阳轮601转动，由于第三离合器11和第四离合器12闭合，其均通过第六转轴18与第四太阳轮701连接，此时输入轴2、第三齿圈604和第四太阳轮701同步转动，通过第三齿圈604和第三太阳轮601带动第三行星架603转动，第三行星架603通过第五转轴17带动第四行星架703转动，在第四行星架703、第四太阳轮701和第四齿圈704配合下，带动输出轴3转动，将动力输出。

第六前进挡：闭合第二离合器10、第三离合器11和第四离合器12，张开制动器8和第一离合器9。

由于第二离合器10、第三离合器11和第四离合器12闭合，此时第二行星排组件5和第三行星排组件6均相当于一体式结构，此时第四太阳轮701与输入轴2同步转动。第三行星架603通过第五转轴17带动第四行星架703转动，在第四行星架703、第四太阳轮701和第四齿圈704配合下，带动输出轴3转动，将动力输出。

第七前进挡：闭合制动器8、第三离合器11和第四离合器12，张开第一离合器9和第二离合器10。

由于制动器8闭合，因此第一转轴13将不会发生转动，此时第二太阳轮501不会发生转动。由于第三离合器11和第四离合器12闭合，因此输入轴2、第二行星架503、第三齿圈604和第四太阳轮701同步转动，第二行星架503带动第二齿圈504转动，第二齿圈504带动第三太阳轮601转动，通过第三太阳轮601和第三齿圈604的转动带动第三行星架603转动，第三行星架603带动第四行星架703转动，在第四行星架703、第四太阳轮701和第四齿圈704配合下，带动输出轴3转动，将动力输出。

第八前进挡：闭合制动器8、第二离合器10和第四离合器12，张开第一离合器9和第三离合器11。

由于制动器8闭合，因此第一转轴13将不会发生转动，此时第二太阳轮501不会发生转动。由于第二离合器10和第四离合器12闭合，此时第二齿圈504、第三齿圈604和第四太阳轮701均同步转动，由于第二齿圈504与第三太阳轮601同步转动，因此第三行星排组件6相当于一体式结构，此时第三行星架603通过第五转轴17带动第四行星架703转动，在第四行星架703、第四太阳轮701和第四齿圈704配合下，带动输出轴3转动，将动力输出。

倒挡：闭合制动器8、第一离合器9和第四离合器12，张开第二离合器10和第三离合器11。

由于制动器8闭合，因此第一转轴13将不会发生转动，此时第二太阳轮501不会发生转动。由于第一离合器9闭合，因此第二转轴14和第一转轴13同步，此时第二转轴14也不会发生转动，因此第一太阳轮401也不会发生转动。由于第一齿圈404与壳体1固定连接，因此第一行星齿轮402和第一行星架403也不会发生转动，进而第四齿圈704也不会发生转动。输入轴2带动第二行星架503转动，第二行星架503通过第二行星齿轮502带动第二齿圈504转动，第二齿圈504通过第四转轴16带动第三太阳轮601转动，第三太阳轮601通过第三行星齿轮602带动第三行星架603转动，第三行星架603通过第五转轴17驱动第四行星架703转动。由于第四离合器12闭合，因此第三齿圈604与第四太阳轮701同步转动，在第四行星架703、第四太阳轮701和第四齿圈704配合下，带动输出轴3转动，将动力输出。

在一些实施例中，第一离合器9设置在第一转轴13上，能够使变速器更加紧凑。

其中，第二离合器10、第三离合器11和第四离合器12连接设置在第六转轴18上，能够进一步地使变速器更加紧凑。

在一些实施例中，多级变速器还包括液力变矩器、双质量飞轮、混动模块、液压系统、换挡单元、液压泵以及电泵等。液力变矩器设置在壳体1内，液力变矩器的一端与动力源连接，另一端与输入轴2连接。混动模块分别与双质量飞轮以及输入轴2的输入端连接。液压系统为制动器8、第一离合器9、第二离合器10、第三离合器11和第四离合器12提供液压力，进而控制其打开或闭合，另外，还可提供润滑功能。由于上述部件均为多级变速器内比较常规的部件，因此，未做过多描述。

参考图3和图4，其中，图3体现的是在各个挡位的换挡逻辑和各个行星排的齿轮比（传动比）等，PG1为第一行星排组件4，PG2为第二行星排组件5，PG3为第三行星排组件6，PG4为第四行星排组件7，A为制动器8，B为第一离合器9，C为第二离合器10，D为第三离合器11，E为第四离合器12。图3和图4中的D1至D8为第一挡至第八挡，R为倒挡。图4体现的是输入端以500Nm的扭矩输入，然后使用图3中的四个行星排的齿轮比，在各个挡位、换挡部件所承受的扭矩大小。图中的正负代表的是方向，单位是Nm。可以看出第一离合器9、第二离合器10、第三离合器11、第四离合器12所承载的扭矩较小，达到预期的技术效果。

本申请实施例还提供一种车辆，包括上述的多级变速器。在多级变速器使用过程中，驾驶员可以改变五个换挡部件和四个行星排之间的配合关系，实现八个前进挡和一个倒挡的切换。通过上述构件的配合，能够降低离合器的扭矩，延长离合器的使用寿命，而且离合器还可以与功率较大的发动机连接，因此适应性更广。

本实施例中的多级变速器与上述实施例提供的多级变速器的结构相同，并能带来相同或者类似的技术效果，在此不再一一赘述，具体可参照上述实施例的描述。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。