一种双轴式九挡自动变速器
技术领域
本发明属于车辆变速器技术领域，尤其涉及一种双轴式九挡行星齿轮自动变速器。
背景技术
行星齿轮结构因具备结构紧凑、承载大的优点而被广泛应用于汽车自动变速器领域。采用行星齿轮结构的自功变速器需要通过结合不同的换挡元件如制功器和离合器来实现不同的前进挡和倒挡。但是，现有的行星齿轮变速器多为同轴式布置的变速器结构，对汽车的前舱空间布置提出了极高的使用要求。
ZF 9HP产品为横置自动变速器，能够实现9个前进挡和1个倒档。其传动系统包含4个行星齿轮组、4个离合器(包含两个Dog Clutch(牙嵌式离合器))和2个制动器。每个档位的实现需要接合三个操纵元件，即其为四自由度系统。该产品主要用于路虎揽胜极光、JEEP自由光及本田冠道等车型。为了满足横置变速器轴向空间要求，该产品采用后两个行星排径向叠放布置和采用牙嵌式离合器代替部分多片式湿式离合器，但此带来制造成本的增加和平顺性等商品性价值的降低。GM 9AT产品为横置自动变速器，能够实现9个前进挡和1个倒档。其传动系统包含4个行星齿轮组、3个离合器和4个制动器。每个档位的实现需要接合三个操纵元件，即其为四自由度系统。该产品目前暂未量产搭载，拟用于搭载迈锐宝及科鲁兹柴油版等车型。为了满足横置变速器轴向空间要求，采用了三离合(Triple Clutch)嵌套设计和可控单向离合器结构，并优化液力变矩器等轴向空间。
上述两个变速器虽然实现了前置前驱功能，但是在本质上仍然是同轴式的变速器结构，所以仍然具有较大的轴向尺寸。
伴随着汽车向小型化和轻量化发展以及对驾驶要求的日益增加，传统的自动变速器结构由于具有较大的空间，传统同轴式布置的传动系统难以满足严苛空间布置要求。因此，各个变速器主要研发机构和生产厂商开始探索多轴式变速器结构以因应紧凑型车型的设计要求。
发明内容
为了解决上述已有技术存在的不足，本发明提出一种双轴结构的九挡行星齿轮自动变速器，缩小了传统自动变速器的轴向尺寸，弥补了目前市场的不足，提出了一种结构紧凑、便于车辆使用的多挡位自动变速器。本发明的具体技术方案如下：
一种双轴式九挡自动变速器，其特征在于，包括：壳体，用于容纳和支撑所述自动变速器的内部结构；输入构件和输出构件；四个行星齿轮组，分别为PGS1行星齿轮组、PGS2行星齿轮组、PGS3行星齿轮组、PGS4行星齿轮组；三个定轴齿轮组，分别为TGS1定轴齿轮组、TGS2定轴齿轮组、TGS3定轴齿轮组；换挡元件，包括三个制动器，分别为B1制动器、B2制动器和B3制动器；三个离合器，分别为C1离合器、C2离合器和C3离合器；十一个互连构件，所述十一个互连构件均为连接轴；
其中，所述自动变速器分为两个轴系，第一轴系包括PGS1行星齿轮组和PGS2行星齿轮组，第二轴系包括PGS3行星齿轮组和PGS4行星齿轮组；
所述B1制动器位于所述第二轴系PGS4行星齿轮组右侧；所述B2制动器位于所述第二轴系PGS3行星齿轮组左侧；所述B3制动器位于所述第一轴系PGS2行星齿轮组右侧；所述C1离合器位于所述第二轴系PGS3行星齿轮组与TGS2定轴齿轮组之间；所述C2离合器位于所述TGS2第二定轴齿轮组与所述第一轴系的PGS2行星齿轮组之间；所述C3离合器位于所述第一轴系的PGS2行星齿轮组的右侧临近旋转中心；
所述输入构件为所述自动变速器的输入轴，位于所述第一轴系中PGS1行星齿轮组前方，将发动机的输出转速和转矩输入到所述自动变速器的传动方案中；所述输出构件为所述自动变速器的输出轴，位于所述第二轴系PGS3行星齿轮组前方，将所述自动变速器的转速和扭矩输出；
三个制动器和三个离合器能被选择性地操作，由此能通过所述输入构件和所述输出构件之间不同的传动比实现九个前进挡和一个倒挡。
进一步地，所述PGS1行星齿轮组、PGS2行星齿轮组、PGS3行星齿轮组、PGS4行星齿轮组均为负号行星齿轮组，均包括太阳轮、齿圈、行星架，由内及外依次为太阳轮、行星架、齿圈，行星轮与太阳轮外啮合，与齿圈内啮合。
进一步地，所述TGS1定轴齿轮组、TGS2定轴齿轮组、TGS3定轴齿轮组均由两个定轴齿轮组成，其中，所述TGS1定轴齿轮组将所述PGS1行星齿轮组的齿圈与所述C1离合器相连；所述TGS2定轴齿轮组将所述PGS1行星齿轮组的太阳轮与所述PGS3行星齿轮组的太阳轮和所述PGS4行星齿轮组的齿圈相连；所述TGS3定轴齿轮组将所述PGS2行星齿轮组的齿圈与所述PGS4行星齿轮组的行星架相连。
进一步地，所述十一个互连构件包括第一互连构件、第二互连构件、第三互连构件、第四互连构件、第五互连构件、第六互连构件、第七互连构件、第八互连构件、第九互连构件、第十互连构件和第十一互连构件，其中，
所述第一互连构件将所述PGS1行星齿轮组的行星架与所述PGS2行星齿轮组的太阳轮和所述C3离合器相连，并与所述输入构件相连；
所述第二互连构件将所述PGS3行星齿轮组的行星架与所述C1离合器相连，并与所述输出构件相连；
所述第三互连构件将所述PGS4行星齿轮组的太阳轮与所述B1制动器相连；
所述第四互连构件将所述PGS3行星齿轮组的齿圈与所述B2制动器相连；
所述第五互连构件将所述PGS2行星齿轮组的行星架与所述B3制动器、所述C2离合器和所述C3离合器相连；
所述第六互连构件将所述PGS2行星齿轮组的齿圈与所述TGS3定轴齿轮组相连；
所述第七互连构件将所述PGS1行星齿轮组的太阳轮与所述TGS2定轴齿轮组和所述C2离合器相连；
所述第八互连构件将所述PGS1行星齿轮组的齿圈与所述TGS1定轴齿轮组相连；
所述第九互连构件将所述PGS3行星齿轮组的行星架与所述PGS4行星齿轮组的齿圈和所述TGS3定轴齿轮组相连；
所述第十互连构件将所述PGS3行星齿轮组的太阳轮与所述PGS4行星齿轮组的齿圈和所述TGS2定轴齿轮组相连；
所述第十一互连构件将所述TGS1定轴齿轮组与所述C1离合器相连。
进一步地，所述B1制动器能够选择性的闭锁，将所述PGS4行星齿轮组的太阳轮与所述壳体相连；
所述B2制动器能够选择性的闭锁，将所述PGS3行星齿轮组的齿圈与所述壳体相连；
所述B3制动器能够选择性的闭锁，将所述PGS2行星齿轮组的齿圈与所述壳体相连；
所述C1离合器能够选择性的闭锁，将所述PGS3行星齿轮组的行星架与TGS1定轴齿轮组相连；
所述C2离合器能够选择性的闭锁，将所述PGS1行星齿轮组的太阳轮和所述TGS2定轴齿轮组与所述PGS2行星齿轮组的行星架相连；
所述C3离合器能够选择性的闭锁，将所述PGS1行星齿轮组的行星架和所述PGS2行星齿轮组的太阳轮与所述PGS2行星齿轮组的行星架相连。
进一步地，-倒挡通过闭锁的所述B1制动器、所述B2制动器和所述B3制动器实现，
-第一前进挡通过闭锁的所述B1制动器、所述B2制动器和所述C2离合器实现，
-第二前进挡通过闭锁的所述B2制动器、所述C2离合器和所述C3离合器实现，
-第三前进挡通过闭锁的所述B1制动器、所述B2制动器和所述C3离合器实现，
-第四前进挡通过闭锁的所述B1制动器、所述B2制动器和所述C1离合器实现，
-第五前进挡通过闭锁的所述B1制动器、所述C1离合器和所述C3离合器实现，
-第六前进挡通过闭锁的所述C1离合器、所述C2离合器和所述C3离合器实现，
-第七前进挡通过闭锁的所述B1制动器、所述C1离合器和所述C2离合器实现，
-第八前进挡通过闭锁的所述B3制动器、所述C1离合器和所述C2离合器实现，
-第九前进挡通过闭锁的所述B1制动器、所述B3制动器和所述C1离合器实现。
进一步地，所述换挡元件为能够实现分离和结合的装置，能够将所连接的构件选择性的闭锁或者分离。
进一步地，所述换挡元件为湿式摩擦式换挡元件或干式摩擦式换挡元件。
本发明的有益效果在于：
1.本发明的自动变速器遵循换挡逻辑顺序同时闭锁三个换挡元件获得相应挡位，可实现九个前进挡传动比和一个倒档，且相邻挡位之间的换挡都满足只变换一个换挡元件的简单换挡要求以实现平顺换挡。
2.本发明的自动变速器能够获得九个前进挡传动比，传动系的挡位数增加后，增大了发动机工作在经济工况下的几率，有利于提高燃油消耗率；更多的挡位也缩小了相邻挡位间的传动比的跳变，有利于降低换挡冲击和提高乘坐舒适性。
3.本发明的行星齿轮组的基本构件和扭矩传递装置具备较低的转速和转矩，有利于减小啮合构件之间的磨损，减小构件和装置的设计尺寸从而进一步减低制造成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1是本发明的一种双轴式九挡自动变速器结构示意图。
附图标号说明：
w1-第一轴系；w2-第二轴系；
1-第一互连构件；2-第二互连构件；3-第三互连构件；4-第四互连构件；5-第五互连构件；6-第六互连构件；7-第七互连构件；8-第八互连构件；9-第九互连构件；10-第十互连构件；11-第十一互连构件。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明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发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1所示，一种双轴式九挡自动变速器，其特征在于，包括：壳体，用于容纳和支撑自动变速器的内部结构；输入构件和输出构件；四个行星齿轮组，分别为PGS1行星齿轮组、PGS2行星齿轮组、PGS3行星齿轮组、PGS4行星齿轮组；三个定轴齿轮组，分别为TGS1定轴齿轮组、TGS2定轴齿轮组、TGS3定轴齿轮组；换挡元件，包括三个制动器，分别为B1制动器、B2制动器和B3制动器；三个离合器，分别为C1离合器、C2离合器和C3离合器；十一个互连构件，十一个互连构件均为连接轴；
其中，自动变速器分为两个轴系，第一轴系w1包括PGS1行星齿轮组和PGS2行星齿轮组，第二轴w2系包括PGS3行星齿轮组和PGS4行星齿轮组；
B1制动器位于第二轴系PGS4行星齿轮组右侧；B2制动器位于第二轴系PGS3行星齿轮组左侧；B3制动器位于第一轴系PGS2行星齿轮组右侧；C1离合器位于第二轴系PGS3行星齿轮组与TGS2定轴齿轮组之间；C2离合器位于TGS2第二定轴齿轮组与第一轴系的PGS2行星齿轮组之间；C3离合器位于第一轴系的PGS2行星齿轮组的右侧临近旋转中心；
输入构件为自动变速器的输入轴，位于第一轴系中PGS1行星齿轮组前方，将发动机的输出转速和转矩输入到自动变速器的传动方案中；输出构件为自动变速器的输出轴，位于第二轴系PGS3行星齿轮组前方，将自动变速器的转速和扭矩输出；
三个制动器和三个离合器能被选择性地操作，由此能通过输入构件和输出构件之间不同的传动比实现九个前进挡和一个倒挡。
PGS1行星齿轮组、PGS2行星齿轮组、PGS3行星齿轮组、PGS4行星齿轮组均为负号行星齿轮组，均包括太阳轮、齿圈、行星架，由内及外依次为太阳轮、行星架、齿圈，行星轮与太阳轮外啮合，与齿圈内啮合。
TGS1定轴齿轮组、TGS2定轴齿轮组、TGS3定轴齿轮组均由两个定轴齿轮组成，其中，TGS1定轴齿轮组将PGS1行星齿轮组的齿圈与C1离合器相连；TGS2定轴齿轮组将PGS1行星齿轮组的太阳轮与PGS3行星齿轮组的太阳轮和PGS4行星齿轮组的齿圈相连；TGS3定轴齿轮组将PGS2行星齿轮组的齿圈与PGS4行星齿轮组的行星架相连。
十一个互连构件包括第一互连构件1、第二互连构件2、第三互连构件3、第四互连构件4、第五互连构件5、第六互连构件6、第七互连构件7、第八互连构件8、第九互连构件9、第十互连构件10和第十一互连构件11，其中，
第一互连构件1将PGS1行星齿轮组的行星架与PGS2行星齿轮组的太阳轮和C3离合器相连，并与输入构件相连；
第二互连构件2将PGS3行星齿轮组的行星架与C1离合器相连，并与输出构件相连；
第三互连构件3将PGS4行星齿轮组的太阳轮与B1制动器相连；
第四互连构件4将PGS3行星齿轮组的齿圈与B2制动器相连；
第五互连构件5将PGS2行星齿轮组的行星架与B3制动器、C2离合器和C3离合器相连；
第六互连构件6将PGS2行星齿轮组的齿圈与TGS3定轴齿轮组相连；
第七互连构件7将PGS1行星齿轮组的太阳轮与TGS2定轴齿轮组和C2离合器相连；
第八互连构件8将PGS1行星齿轮组的齿圈与TGS1定轴齿轮组相连；
第九互连构件9将PGS3行星齿轮组的行星架与PGS4行星齿轮组的齿圈和TGS3定轴齿轮组相连；
第十互连构件10将PGS3行星齿轮组的太阳轮与PGS4行星齿轮组的齿圈和TGS2定轴齿轮组相连；
第十一互连构件11将TGS1定轴齿轮组与C1离合器相连。
进一步地，B1制动器能够选择性的闭锁，将PGS4行星齿轮组的太阳轮与壳体相连；
B2制动器能够选择性的闭锁，将PGS3行星齿轮组的齿圈与壳体相连；
B3制动器能够选择性的闭锁，将PGS2行星齿轮组的齿圈与壳体相连；
C1离合器能够选择性的闭锁，将PGS3行星齿轮组的行星架与TGS1定轴齿轮组相连；
C2离合器能够选择性的闭锁，将PGS1行星齿轮组的太阳轮和TGS2定轴齿轮组与PGS2行星齿轮组的行星架相连；
C3离合器能够选择性的闭锁，将PGS1行星齿轮组的行星架和PGS2行星齿轮组的太阳轮与PGS2行星齿轮组的行星架相连。
九个前进挡和一个倒挡的具体实现过程为：倒挡通过闭锁的B1制动器、B2制动器和B3制动器实现；第一前进挡通过闭锁的B1制动器、B2制动器和C2离合器实现；第二前进挡通过闭锁的B2制动器、C2离合器和C3离合器实现；第三前进挡通过闭锁的B1制动器、B2制动器和C3离合器实现；第四前进挡通过闭锁的B1制动器、B2制动器和C1离合器实现；第五前进挡通过闭锁的B1制动器、C1离合器和C3离合器实现；第六前进挡通过闭锁的C1离合器、C2离合器和C3离合器实现；第七前进挡通过闭锁的B1制动器、C1离合器和C2离合器实现；第八前进挡通过闭锁的B3制动器、C1离合器和C2离合器实现；第九前进挡通过闭锁的B1制动器、B3制动器和C1离合器实现。相邻挡位之间的换挡都满足只变换一个换挡元件的简单换挡要求以实现平顺换挡。
换挡元件为能够实现分离和结合的装置，能够将所连接的构件选择性的闭锁或者分离。
换挡元件为湿式摩擦式换挡元件或干式摩擦式换挡元件。
为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体实施例对本发明的上述技术方案进行详细说明。
本发明通过控制六个换挡元件的结合产生了九个前进挡和一个倒挡，实现变速功能。其中，换挡元件的规格，需要根据所匹配的动力输入装置所输出的扭矩计算而得，在此不限制具体使用型号及规格。
本发明的结构工作原理概况如下：当所有扭矩传递装置处于分离状态，自动变速器结构的自由度为4，输入构件与输出构件之间没有动力传递。
当B1制动器、B2制动器和C2离合器闭锁时，PGS4行星齿轮组的太阳轮和PGS3行星齿轮组的齿圈被固定，PGS1行星齿轮组太阳轮和TGS2定轴齿轮组与PGS2行星齿轮组的行星架固定连接并且具有相同的转速，此时自动变速器的结构自由度为1，输入构件与输出构件之间存在动力传递，为一挡的工作状态。
当B2制动器、C2离合器和C3离合器闭锁时，PGS3行星齿轮组的齿圈被固定，PGS1行星齿轮组太阳轮和TGS2定轴齿轮组与PGS2行星齿轮组的行星架固定连接并且具有相同的转速，PGS1行星齿轮组的行星架和PGS2行星齿轮组的太阳轮与PGS2行星齿轮组的行星架固定连接并且具有相同的转速，此时自动变速器的结构自由度为1，输入构件与输出构件之间存在动力传递，为二挡的工作状态。
当B1制动器、B2制动器和C3离合器闭锁时，PGS4行星齿轮组的太阳轮和PGS3行星齿轮组的齿圈被固定，PGS1行星齿轮组的行星架和PGS2行星齿轮组的太阳轮与PGS2行星齿轮组的行星架固定连接并且具有相同的转速，此时自动变速器的结构自由度为1，输入构件与输出构件之间存在动力传递，为三挡的工作状态。
当B1制动器、B2制动器和C1离合器闭锁时，PGS4行星齿轮组的太阳轮和PGS3行星齿轮组的齿圈被固定，PGS3行星齿轮组的行星架与TGS1定轴齿轮组固定连接并且具有相同的转速，此时自动变速器的结构自由度为1，输入构件与输出构件之间存在动力传递，为四挡的工作状态。
当B1制动器、C1离合器和C3离合器闭锁时，PGS4行星齿轮组的太阳轮被固定，PGS3行星齿轮组的行星架与TGS1定轴齿轮组固定连接并且具有相同的转速，PGS1行星齿轮组的行星架和PGS2行星齿轮组的太阳轮与PGS2行星齿轮组的行星架固定连接并且具有相同的转速，此时自动变速器的结构自由度为1，输入构件与输出构件之间存在动力传递，为五挡的工作状态。
当C1离合器、C2离合器和C3离合器闭锁时，PGS3行星齿轮组的行星架与TGS1定轴齿轮组固定连接并且具有相同的转速，PGS1行星齿轮组太阳轮和TGS2定轴齿轮组与PGS2行星齿轮组的行星架固定连接并且具有相同的转速，PGS1行星齿轮组的行星架和PGS2行星齿轮组的太阳轮与PGS2行星齿轮组的行星架固定连接并且具有相同的转速，此时自动变速器的结构自由度为1，输入构件与输出构件之间存在动力传递，为六挡的工作状态。
当B1制动器、C1离合器和C2离合器闭锁时，PGS4行星齿轮组的太阳轮被固定，PGS3行星齿轮组的行星架与TGS1定轴齿轮组固定连接并且具有相同的转速，PGS1行星齿轮组太阳轮和TGS2定轴齿轮组与PGS2行星齿轮组的行星架固定连接并且具有相同的转速，此时自动变速器的结构自由度为1，输入构件与输出构件之间存在动力传递，为七挡的工作状态。
当B3制动器、C1离合器和C2离合器闭锁时，PGS2行星齿轮组的行星架被固定，PGS3行星齿轮组的行星架与TGS1定轴齿轮组固定连接并且具有相同的转速，PGS1行星齿轮组太阳轮和TGS2定轴齿轮组与PGS2行星齿轮组的行星架固定连接并且具有相同的转速，此时自动变速器的结构自由度为1，输入构件与输出构件之间存在动力传递，为八挡的工作状态。
当B1制动器、B3制动器和C1离合器闭锁时，PGS4行星齿轮组的太阳轮和PGS2行星齿轮组的行星架被固定，PGS1行星齿轮组太阳轮和TGS2定轴齿轮组与PGS2行星齿轮组的行星架固定连接并且具有相同的转速，此时自动变速器的结构自由度为1，输入构件与输出构件之间存在动力传递，为九挡的工作状态。
当B1制动器、B2制动器和B3制动器闭锁时，PGS4行星齿轮组的太阳轮、PGS3行星齿轮组的齿圈和PGS2行星齿轮组的行星架被固定，此时自动变速器的结构自由度为1，输入构件与输出构件之间存在动力传递，为倒挡的工作状态。
本发明利用定轴齿轮组和行星齿轮组实现了九个前进挡和一个倒挡的自动变速器。同时，双轴式自动变速器可以有效的减小轴向尺寸。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
