作者：徐向阳
出版社：机械工业出版社
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自动变速器行星变速机构方案优选理论与方法试读：
前言
PREFACE自动变速器是集机、电、液、控于一体的汽车核心总成，是汽车行业公认的技术含量最高、工程化和产业化难度最大的汽车总成。我国是世界第一大汽车产销国，但不是汽车强国，汽车核心总成技术空心化是制约我国汽车工业由大变强的最大障碍。我国自动变速器市场需求巨大，但其市场、技术却被外资高度垄断，因此实现自动变速器的自主创新成了几代中国汽车人的共同梦想。
在国家自然科学基金、国家科技支撑计划、重大科技成果转化等项目的支持下，本人带领8AT团队，历时10年，产学研用协同创新，开展了扎实的基础研究和工程技术开发，突破了自动变速器“结构方案寻优、机电液精准控制和制造一致性”三大核心技术，成功开发了世界首款前置前驱8档自动变速器（8AT）及其系列产品，并与一汽、北汽、江铃等8家整车企业的18款车型实现配套。2016年，“前置前驱8档自动变速器（8AT）研发及其产业化”项目获得国家科技进步一等奖，这是迄今为止汽车行业获得的第3个国家科技进步一等奖，也是汽车零部件获得的唯一的国家科技进步一等奖。
自动变速器行星变速机构传动方案设计是自动变速器设计开发的第一步，它直接决定了自动变速器的结构、成本和性能等关键经济技术指标，传动方案专利是跨国公司自动变速器知识产权保护最严密的内容，也是制约我国自动变速器技术发展的最主要因素之一。2002年，德国采埃孚公司率先推出了国际上最先进的前置前驱6档自动变速器（6AT），采用3自由度行星机构。随后日本爱信、美国通用等跨国公司先后研发出自己的前置前驱6AT产品，并对行星变速机构传动方案进行了系统的专利保护。为了突破国外专利封锁，实现我国自动变速器技术从空白到引领世界，必须跳出国外既有的3自由度行星变速机构方案设计方法，在4自由度乃至更多自由度的行星变速机构中，寻求更高档位、更优的传动方案。
为此，在8AT项目研发过程中，本人提出了4自由度行星变速机构方案优选理论和方法，该方法基于图论和矩阵理论，解决了变速机构方案综合中复杂组合数学问题的优化难题，提出了系统的模型和算法，并实现方案综合和优选的自动化，为自动变速器和混合动力机电耦合系统传动方案设计原始创新提供了系统的理论、方法和自动化软件工具。《自动变速器行星变速机构方案优选理论与方法》就是对这一研究成果的系统总结。
需要特别说明的是，本书提出的基本理论与方法不仅可用于多自由度行星齿轮变速机构方案综合与优选，还可用于定轴齿轮变速机构或“行星齿轮+定轴齿轮”复合传动机构方案综合与优选，以及多动力源输入的混合动力机电耦合机构的方案综合与优选。
北京航空航天大学交通科学与工程学院刘艳芳副教授，我的博士研究生马明月、孙汉乔等为自动变速器行星变速机构方案优选理论与方法的形成做出了重要贡献。盛瑞传动股份有限公司刘祥伍董事长、周立亭副董事长及盛瑞传动股份有限公司为本书的理论与方法的工程应用创造了非常好的条件。北京航空航天大学与盛瑞传动股份有限公司的产学研深度合作为本书的出版奠定了坚实的基础。在此，特别向刘祥伍董事长、周立亭副董事长及北航、盛瑞、江铃等8AT团队的所有成员表示特别的感谢。
在8AT项目研发过程中，围绕相关理论与方法，原机械工业部何光远部长、中国汽车工程学会付于武名誉理事长、吉林大学郭孔辉院士、中国工程院院士暨中国汽车工程学会李骏理事长、中国汽车工程研究院有限公司李开国董事长等国内著名专家学者给予了非常专业的指导和帮助，也得到了科技部、国家自然科学基金委员会、山东省科技厅、中国汽车工程学会、中国汽车工业协会等单位的大力支持。在此，对曾经给予8AT项目关心和支持的所有国内外专家学者、配套企业、中央和地方政府、学会和协会等单位和组织表示特别的感谢！
特别感谢国家出版基金对本书出版提供的支持！
希望本书的出版能够为我国自动变速器、混合动力机电耦合系统和多档位电驱动总成传动方案设计的原始创新，为新能源汽车技术和产业的发展尽微薄之力。2018年3月30日于北京航空航天大学第1章 绪论自动变速器行星变速机构方案优选理论与方法1.1 背景及意义
变速器作为汽车传动系统的核心零部件，自汽车诞生之日起就扮演着至关重要的角色。传统汽车多采用活塞式内燃机作为主要动力源，混合动力汽车则多由1台活塞式内燃机和一台或多台电机作为主要动力源。对于传统汽车，活塞式内燃机的转矩和转速不能直接满足汽车行驶时的各种工况要求，而混合动力汽车除此之外，还需要将多个动力源根据汽车行驶工况的要求，进行不同混合动力工作模式的耦合输[1]出。因此，所有的汽车都需要变速器。变速器的主要作用如下：
1）改变汽车传动系统的传动比，扩大驱动车轮转矩和转速范围，使汽车能够工作在各种行驶工况下，保证各个动力源（内燃机、电机）工作在最佳工况下。
2）对于传统汽车，在内燃机输出转速方向不变的情况下，汽车可实现倒退行驶；对于混合动力汽车，实现内燃机与电机的动力耦合输出。
3）改变汽车传动系统的动力传递路线，实现传统汽车的空档功能，以便内燃机平稳起动和怠速运转；实现混合动力汽车的动力分配功能，以便内燃机和电机之间实现动力转换（电机带动内燃机运转、内燃机带动电机发电、制动能量回收等）。
按照变速器操纵方式不同，传统汽车变速器分为手动变速器和自动变速器。相比于手动变速器，自动变速器可以将驾驶人从繁琐的换档操作中解放出来，缓解驾驶人的疲劳并提高驾乘舒适度。因此，在乘用车市场，自动变速器所占市场份额不断增加。从全球市场来看，美国的自动变速器市场占有率超过90%；日本的自动变速器市场占有率在85%以上；欧洲的汽车消费者更追求驾驶感，其自动变速器市场占有率相对较低，大约是30%，但也在逐年快速增加。从2005—2015年，中国乘用车自动变速器的年均增长率为35%。2015年中国乘用车市场自动变速器的配套率首次超过50%，达到51%，市场销量超过1000万台，市场规模超过1500亿元。随着消费者对驾乘舒适度要求的不断提高，预计未来几年，中国汽车市场将继续保持10%左右的增速，而自动变速器市场增速将维持在20%左右。
自动变速器作为机、电、液、控等多物理域零部件耦合系统，按照结构和工作原理可以划分为液力自动变速器（Automatic Transmission，简称AT）、电控机械式自动变速器（Automated Mechanical Transmission，简称AMT）、无级变速器（Continuously Variable Transmission，简称CVT）和双离合器自动变速器（Dual Clutch Transmission，简称DCT）。
图1-1为2011—2015年上述4种自动变速器在国内自动变速器市场的占比情况。其中，液力自动变速器占据了大部分传统自动变速器的市场份额。随着汽车市场的不断扩大，以及更加严苛的二氧化碳排放法规的出台，传统自动变速器技术正向多档化、更大的速比范围方向发展。更多的档位数和更大的速比范围会使内燃机能够最大限度地工作在最佳工作区间内，从而改善汽车的燃油经济性，降低二氧化碳的排放量。图1-1 2011—2015年不同技术路线自动变速器市场占比
为了使自动变速器更加适应时代的需要，全球各大变速器制造商都推出了多档位的自动变速器，如采埃孚公司在2007年和2013年先后推出纵置后驱应用的8档液力自动变速器8HP70和前置前驱的9档液力自动变速器9HP48；日本爱信公司于2007年推出纵置后驱应用的8档液力自动变速器。北京航空航天大学徐向阳教授团队与盛瑞传动股份有限公司合作，在徐向阳教授的带领下，于2010年开发出具有完全自主知识产权的世界首款前置前驱8档自动变速器（8AT），并实现了平台化、系列化的产品开发。“前置前驱8档自动变速器（8AT）研发及产业化”项目获得了2016年国家科技进步一等奖，这是迄今为止汽车行业获得的第3个国家科技进步一等奖，也是汽车零部件行业获得的唯一的国家科技进步一等奖，打破了国外的技术垄断，实现了我国自动变速器零的突破。2014年，徐向阳教授带领8AT团队成功研发出世界首款前置前驱13档自动变速器（13AT），这也是迄今为止乘用车用最高档位的液力自动变速器。2016年福特和通用汽车联合研发推出具有10个前进档的液力自动变速器。在双离合变速器方面，德国大众公司于2008年推出了7档双离合变速器，日本本田公司在2014年推出了8档双离合变速器。
如图1-2所示，多档位的自动变速器逐渐成为自动变速器市场的主流产品。然而随着档位不断增多，构成自动变速器的齿轮组和换档元件个数也随之增加，导致变速器重量和体积也在增加。为了解决这一问题，以行星齿轮传动为基础的液力自动变速器通过采用更多的自由度，在具有相同换档元件个数的条件下，可以获得更多的档位组合方案，减少空转换档机构数量，从而减小损失、提高传动效率。与定[2]轴传动传动变速器相比，行星齿轮传动变速器具有以下优点：图1-2 液力自动变速器档位数量及发展趋势
1）传动效率高。
2）在同样功率条件下，齿轮啮合应力小，振动噪声小，寿命长。
3）功率密度高，结构紧凑，在相同的尺寸空间下可以实现更大的传动比。
4）便于动力合成与分解，容易形成更多的档位，方便多动力源耦合，利于混合动力变速器应用。
5）换档逻辑简单、灵活，方便实现动力换档，换档品质更高。
液力自动变速器主要由液力传动系统、行星齿轮变速系统、液压操纵系统和电子控制系统等组成。其中，行星齿轮变速系统方案设计是液力自动变速器产品研制开发的第一要务。行星齿轮变速系统方案设计的优劣直接决定了产品的关键技术性能、结构复杂程度、制造成本等技术和经济指标，根据资料统计，液力自动变速器产品的成本有[3]60%～70%取决于设计。
与定轴齿轮传动不同，行星齿轮传动是动轴传动，简单的行星排由太阳轮、行星架、齿圈以及与太阳轮和齿圈啮合安装在行星架上的行星轮等组成，是2自由度机构，1个行星排上的太阳轮、行星架和齿圈可以通过离合器或制动器（统称为换档操纵元件）与另外1个行星排的太阳轮、行星架和齿圈的任何1个构件进行连接，从而形成不同的传递路径和传动比。当用多个行星排和换档操纵元件组成行星轮变速系统方案时，其数目是海量的，如用3个行星排、3个制动器和3个离合器组成的4自由度方案，理论上的方案数可以达到式中，n是自由度；p是行星排个数；L是离合器个数；是每个行星排3个构件所有可能的排列方式。
如何从如此众多的备选方案中尽快找出满足设计需求的最佳传动方案，如果没有一整套严密的设计理论，仅依靠经验，其工作量是无法想象的。目前，全世界范围内最先进的自动变速器技术主要集中在一些国际知名的自动变速器生产厂家，如德国采埃孚、奔驰汽车、大众汽车，美国通用汽车、艾里逊、博格华纳，日本爱信、加特可等。这些跨国公司研发自动变速器的历史已有几十年，经过长期的研发积累，采用3自由度行星变速系统组成的优秀的传动方案，基本都已经被这些公司进行了专利保护。要突破自动变速器传动方案专利的封锁，必须跳出现有的3自由度行星变速机构，在更多的自由度中，寻找更多档位、更优的传动方案。然而，在数以亿计乃至十亿、百亿计的方案中找出满足各种约束条件的最优方案，是复杂的海量组合寻优难题，现有的以手动和经验为主的行星变速系统方案综合方法无法满足要求，因此研究多自由度行星变速系统方案综合方法和理论，寻求高效、快捷的方案设计，成为自动变速器行星变速系统方案设计理论和技术突破的关键。1.2 行星齿轮传动方案综合优选研究现状
行星齿轮传动方案的设计是液力自动变速器设计的第一步，也是最重要的一步，优秀的设计方案能够在满足设计需求的同时，降低制造成本，提升产品性能。最初的结构方案设计完全依赖于设计人员的工程经验，需要投入大量的人力、物力和时间进行不断的尝试，才能得到满足需求的设计方案，这直接增加了设计方案的时间成本。为了进一步探究行星齿轮传动系统、节省设计时间，国内外研究人员对不同自由度行星齿轮机构的综合方法进行了深入的研究。1.2.1 国外研究现状
为了解决2自由度行星齿轮传动方案的综合问题，苏联学者在20世纪40年代基于传动方案中各个构件转速提出了线图综合法，通过绘制传动方案各个构件的转速图来分析传动方案。2自由度行星齿轮传动方案的特点是在实现某个传动比时只需要闭锁1个换档元件，每个档位只需要1个行星齿轮机构作为动力传递机构，根据转速图中各个构件线的相对位置确定行星传动系统中各构件的位置，快速地综合[4]出满足设计需要的行星齿轮传动方案。为了进一步综合出更多的传动方案，20世纪60年代，苏联学者在原有线图综合法的基础上进行了拓展，建立了适用于3自由度行星齿轮传动方案设计的新线图综合[5]法。但是，3自由度线图综合法比2自由度线图综合法更加复杂繁琐，增加了方案设计的时间成本，对于大规模数据的计算和筛选，借助计算机也难以实现。
针对行星齿轮机构，Johnson 和Towfigh提出将1组啮合的齿轮等效为1个封闭运动的二次曲柄机构，它包含了4个杆件、2个旋转铰链和2个固定铰链。对于行星齿轮传动系统，将构成方案的行星齿轮组转换为同轴铰链后，可以得到行星轮传动方案的等效运动链。通过将行星齿轮机构与等效运动链之间的转换和综合方法，利用数字代替构[6]件的方法，综合得到单自由度固定传动比的行星齿轮传动方案。虽然该方法通过杠杆将行星齿轮传动方案中各构件的运动关系直观地表现出来，但并不适用于更多自由度、结构更复杂的传动方案的综合分析。
为了求得行星齿轮传动方案的最优设计，Buchsbaum和 Freudenstein创造性地将图形理论引入行星齿轮传动方案的设计之中，对具有相同自由度和构件数的同一类型传动方案进行研究，成功实现了行星齿轮传动方案的最优设计。通过建立行星齿轮传动方案的图论模型，将行星齿轮传动方案各个构件及其运动副转换为点和边的[7]表现方式，构造了5个构件的行星齿轮传动方案。同样，20世纪80年代，Ravisankar 和Mruthyunjaya在图论模型的基础上，利用编程语言实现了传动方案邻接矩阵的编写，设计出了单自由度6个构件的行[8]星齿轮传动方案。此后，国内外学者在图论的基础上不断拓展，提[9-11]出了不同的行星齿轮传动方案的综合方法。
在行星齿轮传动方案设计的过程中，通过综合方法得到的大量传动方案中存在一些运动学等效的方案即同构方案。同构方案的存在，在一定程度上增加了方案设计的时间成本，使传动方案的综合过程变得更加复杂多变。随着构件数量不断增加，通过综合方法生成的传动方案总数也在不断增加，大大增加了同构方案的检测难度。Tsai在文献[7]中提出的图论模型基础上，将随机数字和邻接矩阵的特征多项式相结合，以特征多项式的计算结果为判断依据，实现了同构方案的[12]快速检测，但在某些情况下仍会出现漏判现象。
行星齿轮传动方案具有多种连接方式，通过图论方法，行星齿轮传动方案中各个构件都可以转换为任意的二元连接方式，但是在转换过程中同样会产生同构方案。为此，Hsu提出通过多边形来表示方案[13]中的连接方式，以避免同构方案的出现。针对同一问题，Tsai提出了行星齿轮传动方案图论模型的规范形式，避免了此类同构方案的
[14]产生。为了进一步提高图论模型的可靠性和检测效率，Rao以通过邻接矩阵得到的Hamming矩阵作为判断依据，并对3～7个构件的行星齿轮传动方案进行检验，与之前的检测算法相比，效率和可靠性有[15]了明显的提高。
通过图论方法建立的行星齿轮传动方案中，Hsu基于基本的回路概念提出了行星齿轮传动方案的机构嵌入方法，并成功实现了计算机辅助设计，随后在此基础上，将非循环图的概念用于自动生成行星齿[16]轮传动方案的算法中，提高了同构方案的检测效率。但是，该方法所产生的传动方案中会存在惰轮，为了解决这一问题，Castillo在Hsu的算法基础上，通过节点位置来代表各个构件的位置关系，利用虚、实线分别表示行星齿轮的齿轮副和旋转副，并建立相应的数学约束条件，利用求解布尔变量方程组得到所有可能的初始图形，从而得[17]到所有可能的单自由度行星齿轮机构。
在图论综合法的基础上，研究人员针对2自由度行星齿轮传动方案提出了相应的综合方法，并用该方法成功设计了具有6个前进档的[18]拉维娜式传动方案。此外，Raghavan利用代数方法和杠杆分析法分别建立了行星齿轮传动方案的数学模型和性能分析模型，完成了3[19]自由度行星齿轮机构和混合动力传动方案的综合。Gumpoltsberger利用数字代替传动方案中的各个构件进行传动方案的综合设计，通过对数字进行排列组合可以得到所有的设计方案，但是随着构件个数不断增加，得到全部设计方案的难度也在不断加大[20]。
行星齿轮作为旋转机构，在组成传动方案的过程中存在着众多的旋转干涉构件，对于2自由度的传动方案可以通过人工检测的方式对所有的备选方案进行筛选。但是，随着自由度的增加，传动方案的总数也在不断地增加，传统的检测方法并不适用。目前研究人员已经提n出了多种机械干涉检测算法，从最初的复杂度为O（n）的算法，发展到复杂度为O（n）的算法，其中包括了D.M.P算法、Hopcroft-Trajan 算法等。其中，D.M.P算法不仅可以对图的平面进行判断，还能得到图的嵌入结果，用于指导行星齿轮传动方案构图模型的绘制工作；Hopcroft-Trajan算法的主要思想在于找到图的一个回路，并将该回路作为一个简单封闭的环嵌入到平面中，然后将其分解为边不相交的路径，通过判断路径是否与平面相容，来判断方案是否存在干涉[21-23]。
对于行星齿轮传动方案的运动学和动力学分析，研究人员分别提[24-26]出了线图分析法、矩阵分析法和图论分析法等。其中，Lei利用结构矩阵和换档元件矩阵对行星齿轮传动方案进行分解，通过对各部分的运动学和动力学的分析求解，可用于各类行星齿轮传动方案的计算分析。1.2.2 国内研究现状
自20世纪60年代以来，国内多位学者对行星齿轮传动方案的构型设计展开研究工作，提出了一些优秀的2自由度、3自由度行星齿轮传动方案，分别用于装甲车辆、船舶的变速器上。我国学者在线图综合法的基础上，利用计算机软件实现了3自由度行星齿轮传动方案的转速分析和转矩分析，并实现了2自由度和部分3自由度的传动方[27]案综合。但是，该方法只适用于2自由度、3自由度和部分4自由度的行星齿轮传动方案的综合。北京理工大学万耀青等人在此基础上提出了构件分析综合法，将任意自由度的传动方案根据特性分为基本构件、动力构件、制动构件、辅助构件、假象构件和操纵件，通过求解广义特征参数实现了行星传动方案的机构综合。为了提高行星齿轮传动方案的综合效率，刘宝铎等人在传统构件分析法的基础上提出了组合求解法，对能够实现给定档位数方案的行星齿轮组特征参数、换档[28]元件进行单独计算，再择优组合。
为了解决行星齿轮传动方案的可行性，我国学者也做了诸多研究工作。常用的判断方法是把行星齿轮传动方案的结构简图的机械干涉检测转换为图的平面相容性检测，如果简图中存在至少1个平面嵌入，则表示该行星齿轮传动方案为可行方案。文献[29]根据平面图理论提出了2自由度下2～4个行星排传动方案的综合方法，但是并没有考虑换档元件对传动方案机械干涉的影响。为了提高行星齿轮传动方案的机械干涉检测效率，任明琪通过建立行星齿轮传动方案数学模型，根据图的可平面原理对模型进行简化，并以3自由度4行星排验证了理论的可行性。随着对行星齿轮传动方案自由度和档位数的要求不断增加，在原有方法的基础上引入D.M.P平面检测算法，快速精确地得出传动方案的机械干涉结果，同时采用启发式深度优先搜索方法，实现[30]了行星齿轮传动方案的简图绘制工作。
目前，行星齿轮传动方案的运动学与动力学分析方法的研究成果很多，有线图法、杠杆法和矩阵法等。由于杠杆系统的转速和转矩关系与行星齿轮传动方案具有相同的数学关系，文献[31]充分利用杠杆法实现了3自由度传动方案的分析。文献[32]通过建立特征矩阵、邻接矩阵、约束矩阵和传动矩阵等数学模型，求解各个档位的传动比，实现了计算机辅助计算的程序编写。为解决复合行星排的传动效率分析问题，文献[33]采用啮合功率法计算出各个档位的传动效率。
行星齿轮传动方案的参数优化作为方案设计的关键工作之一，国内的相关研究较少。文献[34]从理论上揭示了行星排特征参数对齿轮齿数、径向尺寸、制动力矩和传动效率的影响，在结构方面分析了套轴层数对结构紧凑性的影响，为传动方案关键参数的选择提供了参考依据。文献[35]根据行星齿轮传动方案的动力性、结构尺寸和换档逻辑等方面，提出了参数优化选择的方法。
综上所述，行星齿轮传动方案综合方法国内外的研究现状主要具有以下特点：
1）国内外学者针对行星齿轮传动方案的综合方法做了大量的基础研究工作，但是现有的方法大多适用于3自由度及以下的传动方案设计，计算方法复杂、繁琐，更依赖于设计人员的经验，很难完全实现计算机辅助计算。
2）行星齿轮传动方案以行星齿轮传动为主要构件，随着传动构件数量的不断增加，其内部链接也越加复杂，国内外学者提出的机械干涉检测方法尚不具备传动方案结构简图模型化的系统方法，因此检测效率不高。
3）自动变速器对档位数的需求在不断增加，行星齿轮传动方案的复杂程度也在增大，传统的运动学和动力学分析方法由于操作繁琐，难以实现计算机辅助设计，虽然通过建立相应的数学模型简化了求解算法，但是对于4自由度等更多自由度、更复杂的传动方案，仍然缺少高效率的分析方法。
4）目前围绕行星齿轮传动方案的优化设计研究主要集中在行星齿轮组特征参数和齿轮参数优化，优化目标主要针对行星齿轮传动方案的传动比等运动学参数，尚未考虑全部性能参数。1.3 混合动力方案构型研究现状
混合动力汽车由于其具有1台发动机和至少1台电机作为动力源，具有众多的工作模式，保障了发动机能够最大限度地工作在最佳经济区间内，并能对制动能量进行回收。目前大多数混合动力系统都采用简单“附加式”技术，将电机、发动机和传统的自动变速器进行组合，并没有从结构和原理上突破传统内燃机汽车的模式，研究表明其节油效果难以比拟混合动力专用变速器（Dedicated Hybrid [36，37]Transmission, DHT）。为了实现多个动力源的耦合输出，行星齿轮机构由于具有多构件、多自由度的优点，成为组成混合动力专用变速器的最佳组成元素。
混合动力系统构型是混合动力技术的基础，元件的组合、连接和布置方式不同，其组成的混合动力传动系统的构型也不同，所具有的工作模式也不尽相同，最终的节能效果也大不相同。德国波鸿大学的Peter Tenberge在传统AT传动方案的基础上，通过研究电机与传动系统构建的连接关系，提出了多款适用于混合动力方案的传动系统[38]。美国密歇根大学的Peng Hui基于丰田普锐斯和通用Voltec混合动力传动系统，研究了包含2～3个行星排的混合动力系统构型方法[39-41]。埃因霍芬理工大学的Emilia Silvas基于拓扑优化的方法，建立[42]了包含多个行星排的混合动力系统构型组合模型。北京理工大学[43]的苑士华采用杠杆分析方法研究了两个行星排的构型组合算法。吉林大学的王伟华利用杠杆模型、逆向分拆法研究了两个行星排的混合动力系统构型组合。德国布伦瑞克工业大学的Ferit Küçükay教授针对某混合动力专用系统构型进行了参数优选，但参考条件中只考虑了[44]整车的动力性和经济性。重庆大学的杨亚联利用图论建立了混合动力汽车行星齿轮传动系统模型，并采用动态规划的方法优化了系统
[45，46]参数。
目前，国内外针对混合动力专用变速器的综合方法，大多基于现有构型通过增加元件进行拓扑综合与参数匹配，对设计人员的依赖程度高。混合动力专用变速器由于具有多个动力源、多个换档元件和多种工作模式等特点，属于多输入行星齿轮传动方案，而现有行星齿轮传动系统综合方法并不能解决这一问题。因此，这对行星齿轮传动系统方案综合提出了新的挑战。1.4 本书主要内容
为了使自动变速器能够更好地与发动机进行匹配，自动变速器传动比范围不断扩大、档位数量不断增加，传统的2自由度、3自由度行星变速机构已经难以满足更高档位数量自动变速器方案的设计要求。因此，4自由度或更多自由度行星变速机构方案综合，成为一种必然选择。然而，由3自由度行星变速机构变为4自由度或更多自由度行星变速机构，可能的方案数量呈级数增大，目前已有的行星变速机构方案综合方法，由于不能实现自动、高效的方案综合，已无法满足方案综合和优选的要求。本书作者在前置前驱8档自动变速器研发过程中，提出了可以满足4自由度或更多自由度的行星齿轮变速系统方案综合和优选方法，实现了4自由度或更多自由度行星变速系统方案综合和优化的计算机化，并可以拓展到混合动力构型方案的设计，本书是对这些研究成果的系统总结。
本书的主要内容如下：
第1章，概括介绍行星齿轮变速系统方案综合的研究现状以及研究意义，并在传统自动变速器的基础上，对混合动力专用变速器构型进行简单介绍。
第2章，主要介绍传统行星齿轮变速系统方案设计采用的基于原有方案的拓扑优化设计方法、线图分析法、构件综合法和杠杆分析法，并结合实例对这4类方法进行说明。
第3章，主要介绍行星齿轮变速系统传动方案的运动学和动力学分析方法，并对方案的传动效率和功率流进行分析。
第4章，通过分析现有成熟的传动方案，总结归纳出传动方案的性能约束条件、工程约束条件和结构约束条件，为后续的传动方案参数优化提供约束范围。
第5章，建立行星齿轮变速系统传动方案的数学模型，并基于该模型提出适用于任意自由度和行星排个数的综合方法与同构检测算法，以4自由度3个行星排的传动方案为例验证提出的算法，并在此基础上探讨混合动力传动方案构型的综合方法。
第6章，以图论为基础，建立行星齿轮变速系统传动方案简图与图模型的转换方法，研究同名元件对平面度检测的影响，以MATLAB软件为平台实现行星齿轮变速系统传动方案的平面度检测功能，并以实例分析验证算法的可靠性。
第7章，基于行星齿轮变速系统传动方案的数学模型，设计适用于各种传动方案构件转速方程组的系数矩阵自动生成算法，并对给定的可行方案进行实例分析，建立基于遗传算法的传动比优化模型，并加以验证。
第8章，在第4章的基础上，对行星齿轮变速系统传动方案的评价指标转换为数学表达式，建立基于层次分析法的方案性能评价模型，求解出可行方案中全部设计方案的综合评分，基于综合评分，对寻找到的方案进行综合排序，建立最优行星齿轮变速系统传动方案数据库。
第9章，方案设计模型求解及结果分析。介绍方案设计模型的组成和工作流程，分别现有行星齿轮变速机构和待开发行星齿轮变速机构为设计目标，通过求解方案设计模型得到大量有价值的设计方案，验证了方案设计模型的可行性。参考文献
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