用于机动车的变速器、用于混合动力车的动力传动系和用于
运行这样的动力传动系的方法
技术领域
[0001] 本
发明涉及一种用于机动车的变速器、一种用于混合动力车的具有这样的变速器的动力传动系和一种用于运行这样的动力传动系的方法。
背景技术
[0002] 变速器在这里特别是称为多挡变速器，在该多挡变速器中通过切换元件优选自动地能切换多个挡、即在变速器的两个轴之间的固定的
传动比。切换元件在这里例如是指
离合器或
制动器。这样的变速器主要应用在机动车中，以便使驱动单元的转速和转矩输出特性适当地匹配于车辆的行驶阻力。
[0003] 本
申请人的尚未公开的申请文件DE 10 2014 226 699.8描述了一种变速器，该变速器包括
输入轴、
输出轴、构成为塔式行星
齿轮组的第一
行星齿轮组并且包括第二行星齿轮组，所述第一行星齿轮组的行星齿轮具有两个不同的有效直径，第一和第二行星齿轮组构成为负传动比齿轮组。第一行星齿轮组的第一
太阳轮与行星齿轮的较大的有效直径
啮合。第一行星齿轮组的第二太阳轮与行星齿轮的较小的有效直径啮合。第一行星齿轮组的第二太阳轮与第二行星齿轮组的太阳轮永久连接。第一行星齿轮组的
行星架与第二行星齿轮组的齿圈永久连接。输入轴能经由第一切换元件而与第二行星齿轮组的行星架连接，并且能经由第二切换元件而与第一行星齿轮组的第二太阳轮连接。从动轴连接在第二行星齿轮组的齿圈上。该变速器还具有
电机，输入轴能经由第三切换元件与其
转子连接。第一行星齿轮组的第一太阳轮与转子永久地或者经由附加切换元件可切换地连接。第一行星齿轮组的齿圈能经由第四切换元件不可转动地固定。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于，提供一种对于上述变速器备选的实施方式。
[0005] 所述目的通过
权利要求1的特征实现。有利的构造方案由
从属权利要求、
说明书以及由
附图得出。
[0006] 按照本发明的变速器具有
驱动轴、从动轴以及第一和第二行星齿轮组、包括可转动的转子和不可转动的
定子的电机、以及至少五个切换元件。这两个行星齿轮组构成为负传动比齿轮组。
[0007] 一个行星齿轮组包括一个太阳轮、一个行星架和一个齿圈。在行星架上可转动地支承有行星齿轮，这些行星齿轮与太阳轮的齿部和/或与齿圈的齿部啮合。负传动比齿轮组称为如下的行星齿轮组，该行星齿轮组具有一个行星架、具有一个太阳轮并且具有一个齿圈，在所述行星架上可转动地支承有行星齿轮，其中，至少其中一个行星齿轮的齿部不仅与太阳轮的齿部、而且与齿圈的齿部啮合，从而当在行星架固定的情况下太阳轮旋转时，齿圈和太阳轮沿相反的转动方向旋转。正传动比齿轮组与刚刚描述的负传动比行星齿轮组区别如下：正传动比齿轮组具有内侧的行星齿轮和外侧的行星齿轮，这些行星齿轮可转动地支承在行星架上。内侧的行星齿轮的齿部在此一方面与太阳轮的齿部啮合、另一方面与外侧的行星齿轮的齿部啮合。外侧的行星齿轮的齿部此外还与齿圈的齿部啮合。这导致，在行星架固定时，齿圈和太阳轮沿相同的转动方向旋转。
[0008] 第一行星齿轮组构成为塔式行星齿轮组，该塔式行星齿轮组的行星齿轮具有两个不同大小的有效直径。第一行星齿轮组的第一太阳轮与行星齿轮的较大的有效直径啮合。第二太阳轮与行星齿轮的较小的有效直径啮合。
[0009] 第一行星齿轮组的第二太阳轮与第二行星齿轮组的太阳轮永久连接。第一行星齿轮组的行星架与第二行星齿轮组的齿圈永久连接。第一和第二行星齿轮组因此形成一个所谓的辛普森齿轮组。从动轴在此永久连接在第二行星齿轮组的齿圈上。
[0010] 驱动轴能经由所述五个切换元件中的第一切换元件而与第二行星齿轮组的行星架连接，能经由所述五个切换元件中的第二切换元件而与第一行星齿轮组的第二太阳轮连接，并且能经由所述五个切换元件中的第三切换元件而与第一行星齿轮组的第一太阳轮连接。第一行星齿轮组的齿圈能经由所述五个切换元件中的第四切换元件通过如下方式不可转动地固定，即，该齿圈经由第四切换元件可切换地连接在变速器的壳体上或在变速器的另一不可转动的结构元件上。第一行星齿轮组的第一太阳轮能以相同的方式经由所述五个切换元件中的第五切换元件不可转动地固定。
[0011] 变速器的电机的转子与驱动轴永久连接。此外，变速器不具有另外的与第一行星齿轮组的第一太阳轮永久不可相对转动地连接的或者能通过切换元件与该太阳
轮作用连接的电机。在此处要指明，变速器绝对可以具有其他的电机，例如用于驱动油
泵。
[0012] 通过按照本发明设置变速器元件提供了一种变速器，该变速器在驱动轴和从动轴之间具有至少六个前进挡。通过构造成辛普森齿轮组，变速器的突出优点还在于良好的机械效率。简单的构造也能实现能良好地接近所述五个切换元件，由此简化了对这五个切换元件的操纵。此外，变速器不仅适合于所谓的前置-纵向布置结构、而且适合于所谓的前置-横向布置结构。在前置-纵向布置结构中，与驱动轴和从动轴的外部
接口同轴地并且在变速器的彼此相反的轴向端部上设置。在前置-横向布置结构中，与驱动轴和从动轴的外部接口彼此同轴地并且在变速器的同一轴向端部上设置，其中，从动轴经由圆柱齿轮组与轴线平行于变速器
主轴的轴作用连接。经由该轴线平行的轴，由变速器传递的功率可输入给车桥
主减速器。
[0013] 通过选择性成对地闭合所述五个切换元件，优选自动化地能在驱动轴与从动轴之间切换至少六个前进挡。第一前进挡通过闭合第四切换元件和第三切换元件形成。第二前进挡通过闭合第四切换元件和第二切换元件形成。第三前进挡通过闭合第四切换元件和第一切换元件形成。第四前进挡通过闭合第一切换元件和第三切换元件形成。第五前进挡通过闭合第一切换元件和第五切换元件形成。第六前进挡通过闭合第二切换元件和第五切换元件形成。由此，在适当地选择行星齿轮组的定轴传动比(Standgetriebeübersetzung)的情况下得到良好地适合于用在机动车中的传动系列。此外，两个相邻的前进挡始终具有一个在这两个挡中闭合的切换元件。这简化了换挡过程并且缩短了在相邻前进挡之间的换挡持续时间。因为在第一至第三前进挡中第四切换元件是闭合的，所以也可以在第一和第三前进挡之间进行直接换挡。因为在第三至第五前进挡中第一切换元件是闭合的，所以也可以在第三和第五前进挡之间进行直接换挡。因此，变速器能实现特别有利的多样化的可能的直接换挡过程，而不挂上中间挡。
[0014] 在第四前进挡中将两个行星齿轮组
锁定，从而第一和第二行星齿轮组的所有元件以相同的转速旋转。这可以通过闭合以下切换元件中的两个切换元件来实现：第一切换元件、第二切换元件、第三切换元件。这适用于所有实施方式和
实施例。优选，至少第一切换元件要参与形成第四前进挡，因为第一切换元件也参与形成第三和第五前进挡。这便于从第三到第四或从第四到第五前进挡的换挡过程，反之亦然。
[0015] 优选地，第四切换元件构成为形锁合的切换元件。形锁合的切换元件、例如爪齿式切换元件在打开状态下的突出优点在于比力锁合的切换元件更小的拖曳损失，由此能明显降低变速器的摩擦损失。通过在打开状态下小的拖曳损失，进一步改善了变速器的效率，特别是因为第四切换元件仅仅在第一至第三前进挡中是闭合的。因此，当变速器在高挡中运行时、例如在高速公路上行驶时第四切换元件大多是打开的。因为第四切换元件仅仅在第一至第三前进挡中是闭合的，所以该切换元件在到更高挡的换挡过程中始终打开，但不闭合。爪齿式切换元件的打开明显比闭合过程简单，因为在闭合时爪齿式切换元件的爪齿必须首先接合到为此而设的间隙中，而在打开时仅须使爪齿无负载。两个过程需要时间，其中，特别是在从较低挡向较高挡的换挡过程中，换挡时间出于行驶动力学原因应当尽可能短。然而因为第四切换元件在到较高挡的换挡过程中从不必闭合，而是仅须被打开，所以通过第四切换元件构成为形锁合的切换元件在换挡持续时间方面不存在限制。
[0016] 按照一种实施方式，第二行星齿轮组的行星架能通过如下方式经由第六切换元件不可转动地固定，即，该行星架经由第六切换元件可切换地连接在变速器的壳体上或在变速器的其他不可转动的构件上。由此可以在驱动轴和从动轴之间提供至少一个机械式倒挡。这不是强制必需的，因为倒挡也能通过电机逆着优先转动方向运行和挂上前进挡之一来实现。不过，如果电机不可用，例如由于功能故障或者由于
蓄能器放空，则第六切换元件能实现提供常规的机械式倒挡。
[0017] 第一倒挡通过闭合第六切换元件和第三切换元件得到。对此进行补充或替代地，第二倒挡通过闭合第六切换元件和第二切换元件得到。这两个倒挡具有各一个闭合的与第一和第二前进挡之一共同的切换元件。这便于在前进挡和倒挡之间的切换过程。
[0018] 优选地，第六切换元件构成为形锁合的切换元件，例如构成为爪齿式切换元件。因为第六切换元件仅仅在所述至少一个倒挡中是闭合的，所以第六切换元件在变速器在机动车中运行时大多是打开的。因此，构成为爪齿式切换元件改善了变速器的效率。
[0019] 优选，第六切换元件和第四切换元件能通过一个共同的操纵机构操纵。因为第六切换元件和第四切换元件不会同时在一个挡中闭合，所以这样的操纵、而不限制变速器的功能是可能的。在操纵机构的第一
位置中，第六切换元件是闭合的，并且第四切换元件是打开的。在操纵机构的第二位置中，第四切换元件是闭合的，并且第六切换元件是打开的。在可选的中间位置中，不仅第四切换元件、而且第六切换元件是打开的。通过该双作用的致动机构，能进一步降低变速器的复杂度。
[0020] 按照一种可能的设计方案，变速器可以通过同时闭合第六切换元件和第四切换元件而被锁定。按这种方式可取消单独的停车锁止器。如果第六切换元件和第四切换元件通过一个共同的操纵机构被操纵，则该操纵机构必须能实现这样的切换状态。
[0021] 按照一种可能的设计方案，第二行星齿轮组具有第二齿圈，该第二齿圈与从动轴连接。同样在该设计方案中，第二行星齿轮组的“第一”齿圈连接在从动轴上，因为“第一”齿圈与第二齿圈经由第二行星齿轮组的行星齿轮连接。在第二行星齿轮组的行星架和第六切换元件之间的连接在此沿轴向在第二行星齿轮组的两个齿圈之间穿过。优选，这两个齿圈具有相同的有效直径。因此，这两个齿圈的转速是相等的，就好像他们是相互连接的一样。该设计方案允许驱动轴和从动轴同轴地设置在变速器的彼此相反的轴向端部上，尽管有机械式倒挡。这样的设置结构特别是在具有所谓的前置-纵向动力传动系的车辆中是有利的。
[0022] 优选，第一和第二切换元件构成为多片式离合器，它们沿径向彼此嵌套地设置或者沿轴向直接并排设置。沿径向嵌套的设置特别是在所谓的前置-横向变速器中是有利的，以便使变速器的轴向结构长度尽可能小。而在所谓的前置-纵向变速器中，径向紧凑的变速器是有利的。因此，在这样的变速器中第一和第二切换元件沿轴向直接并排设置是有利的。
[0023] 优选，变速器具有连接轴，该连接轴可以构成为与
内燃机的接口。连接轴在此也可以具有扭转
减振器。连接轴能经由
分离离合器与驱动轴连接。通过打开分离离合器，机动车可以被变速器的电机纯电动驱动，而不连带拖曳与连接轴连接的驱动单元。
[0024] 优选，所有切换元件能借助一个闭合的液压系统操纵。为此，闭合的液压系统具有蓄压器，该蓄压器用作初级的压力供给装置。如果蓄压器内的压力低于边界值，则通过优选电力驱动的泵提高蓄压器内的压力。这降低了液压系统的功率需求，并且因此改善了变速器的效率。对此备选地，切换元件的操纵也可以借助常规的打开的液压系统来实现，在该液压系统中泵永久地输送液压
流体。按照另一备选方案，切换元件的操纵也可以借助机电式操纵系统来实现。这改善了变速器的效率及其结构耗费。
[0025] 变速器可以是混合动力车的动力传动系的组成部分。动力传动系除了变速器之外还具有内燃机，该内燃机与变速器的连接轴相连接。变速器的从动轴与车桥主减速器传动连接，该车桥主减速器与混合动力车的
车轮连接。动力传动系能实现混合动力车的多种驱动模式。在电动行驶运行中，混合动力车由变速器的电机驱动，其中分离离合器是打开的。在内燃机式运行中，混合动力车由内燃机驱动，其中分离离合器是闭合的。在混合运行中，混合动力车不仅由内燃机、而且由变速器的电机驱动。
[0026] 下面描述具有这样的动力传动系的混合动力车在内燃机式运行或混合运行中的起动过程。如果第三切换元件构成为多片式离合器，则该第三切换元件优选用作起动元件。为此，分离离合器是闭合的。为了前进起动过程，第四切换元件是闭合的；为了倒车起动过程，第六切换元件是闭合的。第三切换元件在打滑运行中运行，从而由驱动轴传递给从动轴的起动力矩可变。如果第三切换元件构成为爪齿式离合器、即构成为形锁合的切换元件，则这样的打滑运行是不可能的。在这种情况下，起动过程通过挂上前两个前进挡之一或倒挡并且调节分离离合器的打滑来进行。
[0027] 具有按照本发明的变速器的动力传动系也允许在车辆静止状态时给蓄能器充电。为此，分离离合器要闭合，其中，在变速器中不要挂上挡。因此，与驱动轴连接的内燃机可以
驱动电机，该电机在发电机式的运行点中运行并且因此产生充电
电流，该充电电流可用于给蓄能器充电。
[0028] 永久连接称为在两个元件之间始终存在的连接。这样永久连接的元件始终以在其转速之间的相等的相关性转动。在两个元件之间的永久连接中不可能存在切换元件。因此，永久连接有别于可切换的连接。
附图说明
[0029] 下面依据附图详细地描述本发明的实施例。
[0030] 图1示意性地示出根据本发明第一实施例的变速器。
[0031] 图2示出变速器的换挡示意图。
[0032] 图3示出根据第一实施例的变速器的剖视图。
[0033] 图4示意性地示出根据本发明第二实施例的变速器。
[0034] 图5示出根据第二实施例的变速器的剖视图。
[0035] 图6示意性地示出根据本发明第三实施例的变速器。
[0036] 图7示出根据第三实施例的变速器的剖视图。
[0037] 图8示出混合动力车的动力传动系。
具体实施方式
[0038] 图1示意性地示出根据本发明第一实施例的变速器G。变速器G具有一个驱动轴GW1、一个从动轴GW2、一个第一行星齿轮组P1和一个第二行星齿轮组P2。第一和第二行星齿轮组P1、P2构成为负传动比齿轮组。第一行星齿轮组P1构造成塔式行星齿轮组，该塔式行星齿轮组的行星齿轮PL1具有两个不同大小的有效直径。第一行星齿轮组P1的第一太阳轮E111与行星齿轮PL1的较大的有效直径啮合。第一行星齿轮组P1的第二太阳轮E112与行星齿轮PL1的较小的有效直径啮合。第一行星齿轮组P1的第二太阳轮E112与第二行星齿轮组P2的太阳轮E12永久连接。第一行星齿轮组P1的行星架E21与第二行星齿轮组P2的齿圈E32永久连接。第一和第二行星齿轮组P1、P2因此构成一个所谓的辛普森齿轮组。
[0039] 驱动轴GW1能经由第一切换元件18而与第二行星齿轮组P2的行星架E22连接。驱动轴GW1能经由第二切换元件14而与第一行星齿轮组P1的第二太阳轮E112连接。驱动轴GW1能经由第三切换元件13而与第一行星齿轮组P1的第一太阳轮E111连接。第一行星齿轮组P1的齿圈E31能经由第四切换元件06通过如下方式不可转动地固定，即，该齿圈经由第四切换元件06可切换地连接在变速器G的壳体GG上。第一行星齿轮组P1的第一太阳轮E111能经由第五切换元件03以相同的方式不可转动地固定。第二行星齿轮组P2的行星架E22能经由可选设置的第六切换元件08不可转动地固定。从动轴GW2连接在第二行星齿轮组P2的齿圈E32上。变速器G可选地具有一个连接轴AN，该连接轴能经由一个分离离合器K0与驱动轴GW1连接。
[0040] 第一、第二、第三和第五切换元件18、14、13、03构成为力锁合的切换元件，例如构成为多片式离合器或多片式制动器。第四和可选的第六切换元件06、08构成为形锁合的切换元件，例如构成为爪齿式制动器。
[0041] 变速器G此外包括电机EM，该电机具有可转动地支承的转子R和不可转动地固定的定子S。转子R与驱动轴GW1永久不可相对转动地连接。
[0042] 图2示出变速器G的换挡示意图，该换挡示意图适用于所有实施例。在换挡示意图的各行中给出六个前进挡G1至G6以及一个第一和第二倒挡R1、R2。在换挡示意图的各列中，通过X标明哪些切换元件18、14、13、06、03、08在哪个挡或者说运行模式中是闭合的。
[0043] 图3示出根据第一实施例的变速器G的剖视图，该变速器构成为所谓的前置-横向变速器。仅仅示出剖视图的一半。在图3中可良好地看出，第一、第二、第三和第五切换元件18、14、13、03构成为力锁合的切换元件，这些切换元件通过
弹簧装置保持在打开的状态中，并且通过借助操纵
活塞的移动而能以液压方式转移到闭合的状态中。第二切换元件14在此沿径向设置在第一切换元件18之内。第五切换元件03沿径向设置在第三切换元件13之内。
第四和第六切换元件06、08构成为爪齿式切换元件并且沿径向设置在第一和第二切换元件
18、14之外。仅仅设有唯一一个接合套用于操纵第四和第六切换元件06、08。按照第一实施例的变速器G特征在于特别紧凑的构造。
[0044] 图4示意性地示出根据本发明第二实施例的变速器G。与第一实施例不同，第三切换元件13现在构成为爪齿式切换元件。
[0045] 图5示出根据第二实施例的变速器G的剖视图，该变速器构成为所谓的前置-横向变速器。第三切换元件13沿径向设置在第五切换元件03之外并且具有一个单独的操纵活塞。
[0046] 图6示意性示出根据本发明第三实施例的变速器G。与在图1中示出的第一实施例不同，按照第三实施例的变速器G具有一个第二齿圈E322，该第二齿圈与第二行星齿轮组P2相配。第二齿圈E322直接与从动轴GW2相连接。由此，即使在变速器G构成为具有第六切换元件08时，输入轴GW1和从动轴GW2也可以同轴地设置在变速器G的彼此相反的轴向端部上。在此，第二行星齿轮组P2的齿圈E32经由第二行星齿轮组P2的行星齿轮还连接在从动轴GW2上。第二行星齿轮组P2的行星架E22在第六切换元件08上的连接结构在第二行星齿轮组P2的齿圈E32、E322之间延伸穿过。
[0047] 图7示出根据第三实施例的变速器G的剖视图，该变速器构成为所谓的前置-纵向变速器。第四切换元件06沿径向设置在第一行星齿轮组P1之外。第六切换元件08沿径向设置在第二行星齿轮组P2之外。此外仅仅设有唯一一个接合套用于操纵第四和第六操纵元件06、08。第一切换元件18沿轴向直接设置在第二切换元件14旁边，更确切地说在第二行星齿轮组P2和从动轴GW2的外接口之间。第三和第五切换元件13、03沿径向设置在电机EM之内。
[0048] 电机EM的转子R不必不可相对转动地与驱动轴GW1连接。取而代之，也可以在驱动轴GW1和转子R之间设置有带有固定传动比的传动机构，例如第三行星齿轮组或圆柱齿轮组。这适用于所有实施方式或者说实施例。优选，在驱动轴GW1和转子R之间的固定传动比在此这样选择，使得转子R以比驱动轴GW1更高的转速转动。由此，电机EM在额定力矩相等的情况下可以构造得更小。
[0049] 图8示出具有按照第三实施例的变速器G的混合动力车的动力传动系。这应看作是仅仅示例性的。动力传动系可以构造成具有变速器G的所提到的实施例之中的任何一个实施例。动力传动系具有内燃机VKM，该内燃机经由扭转减振器TS与变速器G的连接轴AN连接。连接轴AN能经由分离离合器K0而与变速器G的驱动轴GW1连接。从动轴GW2与车桥主减速器AG传动作用连接。从车桥主减速器AG出发，施加在从动轴GW2上的功率分配到机动车的车轮DW上。在电机EM的
电动机式运行中，电功率经由未示出的逆变器输入给定子S。在电机EM的发电机式运行中，定子S将电功率输入给逆变器。
[0050] 附图标记
[0051] G 变速器
[0052] GG 壳体
[0053] GW1 驱动轴
[0054] GW2 从动轴
[0055] P1 第一行星齿轮组
[0056] P2 第二行星齿轮组
[0057] E111 第一行星齿轮组的第一太阳轮
[0058] E112 第一行星齿轮组的第二太阳轮
[0059] E21 第一行星齿轮组的行星架
[0060] E31 第一行星齿轮组的齿圈
[0061] E312 第一行星齿轮组的第二齿圈
[0062] PL1 第一行星齿轮组的行星齿轮
[0063] E12 第二行星齿轮组的太阳轮
[0064] E22 第二行星齿轮组的行星架
[0065] E32 第二行星齿轮组的齿圈
[0066] E322 第二行星齿轮组的第二齿圈
[0067] 18 第一切换元件
[0068] 14 第二切换元件
[0069] 13 第三切换元件
[0070] 06 第四切换元件
[0071] 03 第五切换元件
[0072] 08 第六切换元件
[0073] EM 电机
[0074] R 电机的转子
[0075] S 电机的定子
[0076] G1-G6 第一至第六前进挡
[0077] R1 倒挡
[0078] R2 倒挡
[0079] VKM 内燃机
[0080] DW 车轮
[0081] AG 车桥主减速器
[0082] TS 扭转减振器。
