为有效降低整车油耗,研制传动比间隔合理的多挡四排行星齿轮机构(PGM)自动变速器(AT)传动方案成为新的趋势。基于杠杆法原理,在分析单排与三排并联PGM的输入、输出位置及接合元件布置形式的基础上,提出了由单排与三排并联PGM串联(简称为“单串三并”)的结构杠杆图;通过对“单串三并”转速线杠杆图的分析,根据AT的设计要求,筛选出5种合理的传动方案;根据接合元件工作情况与接合元件及挡位数进行对比,优选出最优传动方案。将该最优传动方案与克莱斯勒45RFE AT相对比,在45RFE AT的基础上增设1排PGM,即可设计出挡位数更多、性能更优的AT传动方案。与2个双排并联PGM串联形成的四排混联PGM AT传动方案相比,增加了2~3个前进挡位,降低了换挡控制的难度。

基于杠杆法对双排并联行星齿轮机构(Planetary gear mechanism,PGM)构件进行节点匹配,获得PGM连接方案;对单电机变速器(Single motor transmission,SMT)的发动机、电机及接合元件布置进行分析,获得接合元件数少、发动机及电机驱动模式挡位数多的布置方案。根据现有双排并联PGM变速器传动比范围对PGM连接方案进行筛选,得到17种满足传动比要求的SMT构型。任选一种SMT构型,将其拓扑化后进行工作模式及功率流向分析,得出其能实现发动机驱动、电机驱动、混合驱动、行车发电、制动发电及停车发电等6种工作模式,且各工作模式无循环功率。

以ZF公司的8速自动变速器8HP为研究对象,分析了该自动变速器的各挡动力传递路线。该自动变速器行星齿轮传动机构由4个单行星排和5个换挡元件组成。利用杠杆法基本理论,建立了各挡的等效杠杆图,计算了各挡传动比公式。研究结果为自动变速器的设计提供了理论基础。

针对液力变矩器在某些工况下传递效率低、油耗高的问题,利用拓展和改进的杠杆法研究和设计一套8速行星齿轮机构的完整动力传递方案。8速行星齿轮机构的动力传递方案中的传动比范围广,且具有3个超速挡,能有效地提高车辆的动力传动效率和改善车辆的燃油经济性。该方案换挡过程满足单一切换原则,这有利于降低自动变速器换挡过程的冲击、减少换挡过程的顿挫感,从而提高车辆的乘坐舒适性。利用平面图形法检验了8速行星齿轮机构中的行星排和执行元件之间的布置关系不存在干涉现象,验证了该新方案的可行性。

并联双排行星齿轮机构组成的独立机构是复杂变速器的基本单元,传动比要以整体计算。提出了基于杠杆法利用单级和双级单排行星齿轮机构的,3节点统一模型设计并联双排行星齿轮机构的方法,并图解其原理。并以此为基础设计出一种并联双排行星齿轮机构（单级＋双级CC-SS）对应的新型变速器,并与经典变速器A341E（单级＋单级CR-SS）、4T65E（单级＋单级CR-RC）、AG4（单级＋单级CC-RR）以及某轿车变速器（单级＋双级CC-SS的另一种方案）相比,该变速器具有传动比幅度较大、速比阶跃波动小以及换挡元件最少等特点,总体上优势明显。

基于杠杆法对2行星排传动方案进行整理,在2行星排传动方案上进行分析,进一步根据整理出的2行星排传动方案进行4行星排混联传动方案的综合。在此基础上,结合单一切换原则进行4行星排接合元件的布置。根据平面图形判定定理,对接合元件布置后的4行星排传动方案进行传动方案干涉的检验,最终得出4行星排传动方案。

通过对公开的莱佩莱捷式行星齿轮机构进行结构分析,提出基于杠杆法建立速度矢量图进行可行换挡序列搜索的优选方法。该方法将自动变速器行星齿轮机构的基本元件以及所有可能的换挡执行元件都转化为等效杠杆坐标系上的点,绘制出所有可能挡位的速度矢量图,并对挡位进行分类;根据变速器的换挡逻辑要求和换挡执行元件数量作为约束条件确定换挡序列,推导出各挡传动比;计算速度矢量图中各线段的比例以及行星齿轮机构有序杠杆图的特征参数,从而确定机构所有构件的属性;通过绘制平面图,检测配置换挡执行元件机构的平面性。利用该方法实现对6~10速莱佩莱捷式行星齿轮机构的优选。结果表明,6速的两个结构和8速的一个结构与公开的专利相同,验证了方法是正确可行的。

采用杠杆法将三行星排行星变速器的基本构成表示为3种杠杆形式,使行星变速器的设计变得直观。以4节点杠杆形式（1＋2方案）为例,提出了变速器的输入、输出和制动的各种布置形式,全面而具体地说明了三行星排行星变速器传动方案的设计方法。给出了在换挡过程中只接合一个结合元件、分离一个结合元件换挡的三行星排行星变速器传动简图,该行星变速器能实现8个前进挡（5个减速挡,1个直接挡,2个超速挡）和2个倒挡。