變速器、混合動力傳動系和用于電動車的動力傳動系的制作方法

變速器、混合動力傳動系和用于電動車的動力傳動系的制作方法
【專利摘要】變速器(G)，包括變速器輸入軸(GW1)和變速器輸出軸(GW2)、主齒輪組(HRS)、附加齒輪組(ZRS)和電機(EM)，該電機包括轉子(R)和定子(S)，變速器(G)在變速器輸入軸(GW1)和主齒輪組(HRS)之間具有至少一個功率路徑(L1、L2)，主齒輪組(HRS)具有第一和第二行星齒輪組(P1、P2)，該第一和第二行星齒輪組總共包括在轉速次序中被稱為第一、第二、第三和第四軸的四根軸(W1、W2、W3、W4)，所述至少一個功率路徑(L1、L2)能經由至少一個切換元件(A、B、D、E)而與主齒輪組(HRS)的所述四根軸(W1、W2、W3、W4)中的至少一根軸連接，主齒輪組(HRS)的第三軸(W3)與變速器輸出軸(GW2)相連接，附加齒輪組(ZRS)具有包括第一、第二和第三軸(W1P4、W2P4、W3P4)的行星齒輪組(P4)，附加齒輪組(ZRS)的第一軸(W1P4)與轉子(R)持久連接，附加齒輪組(ZRS)的第二軸(W2P4)能經由第一附加切換元件(U)而與主齒輪組(HRS)的第一軸(W1)連接以及能經由第二附加切換元件(V)而與主齒輪組(HRS)的第三或第四軸(W3、W4)連接，所述附加齒輪組(ZRS)的第三軸(W3P4)與主齒輪組(HRS)的第二軸(W2)持久連接，并且所述第一附加切換元件(U)或所述第二附加切換元件(V)是閉合的。
【專利說明】
變速器、混合動力傳動系和用于電動車的動力傳動系
技術領域
[0001 ] 本發明涉及一種變速器，該變速器包括變速器輸入軸和變速器輸出軸、主齒輪組、附加齒輪組和電機，該電機包括轉子和定子，變速器在變速器輸入軸和主齒輪組之間具有至少一個功率路徑，主齒輪組具有第一和第二行星齒輪組，該第一和第二行星齒輪組總共包括在轉速次序中被稱為第一、第二、第三和第四軸的四根軸，所述至少一個功率路徑能經由至少一個切換元件而與主齒輪組的所述四根軸中的至少一根軸連接，主齒輪組的第三軸與變速器輸出軸相連接，并且附加齒輪組具有包括第一、第二和第三軸的行星齒輪組，附加齒輪組的第一軸與轉子連接。本發明還涉及一種用于機動車的包括變速器的動力傳動系。
【背景技術】
[0002]變速器在這里特別是指多擋變速器，在該多擋變速器中通過切換元件能自動切換預定數量的擋、亦即在變速器輸入軸和變速器輸出軸之間的固定的傳動比。切換元件在這里例如指的是離合器或制動器。這樣的變速器主要應用在機動車中，以便使驅動單元的轉速和轉矩輸出能力以適當的方式匹配于車輛的行駛阻力。
[0003]由本
【申請人】的專利申請DE10 2012 201 377 Al已知一種變速器，該變速器具有一個變速器輸入軸和一個變速器輸出軸以及在變速器輸入軸和主齒輪組之間的兩個功率路徑，該主齒輪組具有兩個單行星齒輪組，這兩個單行星齒輪組具有在轉速次序中稱為第一、第二、第三和第四軸的四根軸，其中，這四根軸中的第三軸與變速器輸出軸相連接。電機經由一個行星齒輪傳動機構連接在主齒輪組的第一軸上。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在于，改善變速器的動力換擋性能。
[0005]本發明的另一目的在于，改善變速器的應用范圍，使得電機在每個擋中都能夠從變速器輸出軸接收機械功率或者將機械功率輸出到該變速器輸出軸上。
[0006]這些目的通過權利要求1的特征來實現，由從屬權利要求、說明書以及由附圖得出有利的設計方案。
[0007]變速器至少包括一個變速器輸入軸和一個變速器輸出軸、一個主齒輪組、一個附加齒輪組和一個電機，該電機包括轉子和定子。
[0008]主齒輪組具有一個第一和一個第二行星齒輪組，該第一和第二行星齒輪組總共包括在轉速次序中被稱為第一、第二、第三和第四軸的四根軸。主齒輪組因此構成為兩行星架-四軸式傳動機構。附加齒輪組具有一個行星齒輪組，這個行星齒輪組總共包括被稱為第一、第二和第三軸的三根軸。
[0009]附加齒輪組的第一軸與轉子持久連接。主齒輪組的第三軸與變速器輸出軸相連接。
[0010]兩行星架-四軸式傳動機構可理解成包括這樣的行星齒輪傳動機構，該行星齒輪傳動機構由兩個經由剛好兩根耦聯軸在運動學上相互耦聯的單行星齒輪組形成并且在該行星齒輪傳動機構中其四個元件(“軸”)對于傳動機構其他元件來說是可自由接近的。在此，一根耦聯軸被定義為在第一單行星齒輪組的一個元件一一即，太陽輪或行星架或齒圈一一與第二單行星齒輪組的一個元件一一即，太陽輪或行星架或齒圈一一之間的持久的機械連接件。單行星齒輪組的數量和自由軸的數量不是經由傳動機構的視覺外觀、而是經由其運動學來限定的。在兩行星架-四軸式傳動機構的每個擋中，傳動機構的與兩行星架-四軸式傳動機構的元件連接的各切換元件中的兩個切換元件必須是閉合的。為了用圖形表示變速器的運動學，通常使用變速器的轉速圖，例如由變速器教材已知的庫茨巴赫圖(Kutzbachplan)。這種兩行星架-四軸式傳動機構的已知實施例是所謂的拉威挪齒輪組和所謂的辛普森齒輪組。
[0011]簡化的兩行星架-四軸式傳動機構是兩行星架-四軸式傳動機構的一種結構形式，在該兩行星架-四軸式傳動機構中省去了傳動機構的一個元件、即一個太陽輪、一個行星架或一個齒圈，因為傳動機構的另一元件承擔其任務，由此不改變運動學。承擔被省去的元件的功能的那個元件因此同時是傳動機構的耦聯軸之一。對此的一種已知的實施例是拉威挪齒輪組，該拉威挪齒輪組或者具有兩個太陽輪和僅僅一個齒圈但或者具有兩個齒圈和僅僅一個太陽輪。
[0012]經由至少一個功率路徑，變速器輸入軸能經由至少一個切換元件而與主齒輪組的所述四根軸中的至少一根軸連接。在一種優選的實施方式中，所述至少一個功率路徑能經由兩個切換元件而與主齒輪組的所述四根軸中的兩根軸連接。因此，通過閉合切換元件之一，在所述至少一個功率路徑與主齒輪組的所述四根軸之一之間建立不可相對轉動的連接，由此能將轉矩從變速器輸入軸引導到主齒輪組上。至少一個功率路徑可理解成變速器在變速器輸入軸和主齒輪組之間具有一個或多個功率路徑。
[0013]在應用在機動車中時，變速器輸入軸與驅動總成的一根軸相連接或者能經由離合器相連接，從而驅動總成的機械功率能供應給變速器輸入軸。驅動總成不僅可以構成為內燃機，而且可以構成為電機。變速器輸出軸用作用于將機械功率傳遞至機動車驅動輪的接
□ O
[0014]在下文，軸不應僅僅理解為例如圓柱形的、可轉動地支承的用于傳遞轉矩的機械元件，而是這也可理解成通常的將單個構件或元件相互連接起來的連接元件、特別是將多個元件不可相對轉動地相互連接起來的連接元件。
[0015]—個行星齒輪組包括一個太陽輪、一個行星架和一個齒圈。在行星架上可轉動地支承有行星齒輪，這些行星齒輪與太陽輪的齒部和/或與齒圈的齒部嚙合。下面，一個負傳動比齒輪組描述如下一個行星齒輪組，該行星齒輪組具有一個行星架、具有一個太陽輪并且具有一個齒圈，在所述行星架上可轉動地支承有行星齒輪，其中，至少其中一個行星齒輪的齒部不僅與太陽輪的齒部、而且與齒圈的齒部嚙合，從而當在行星架固定的情況下太陽輪旋轉時，齒圈和太陽輪沿相反的轉動方向旋轉。
[0016]行星齒輪組的不僅太陽輪、而且齒圈也可以分成多個區段。例如可想到，行星齒輪與兩個不相互連接的太陽輪嚙合。當然，轉速比在太陽輪的兩個區段上是相等的，因此就好像它們是相互連接的。
[0017]正傳動比齒輪組與剛剛描述的負傳動比行星齒輪組區別如下:正傳動比齒輪組具有內側的行星齒輪和外側的行星齒輪，這些行星齒輪可轉動地支承在行星架上。內側的行星齒輪的齒部在此一方面與太陽輪的齒部嚙合、另一方面與外側的行星齒輪的齒部嚙合。外側的行星齒輪的齒部此外還與齒圈的齒部嚙合。這導致，在行星架固定時，齒圈和太陽輪沿相同的轉動方向旋轉。
[0018]定軸傳動比(Standgetriebeiibersetzung)定義在行星架固定的情況下在行星齒輪組的太陽輪和齒圈之間的轉速比。因為在負傳動比齒輪組中在行星架固定的情況下在太陽輪與齒圈之間的轉動方向相反，所以在負傳動比齒輪組中定軸傳動比始終取負值。
[0019]在轉速圖中在豎直方向上標出各個軸的轉速比。在各軸之間的水平距離由在各軸之間的傳動比得出，從而軸的屬于某一確定的運行點的轉速比和轉矩比可通過一條直線相連接。在軸之間的傳動比由參與的行星齒輪組的定軸傳動比得出。轉速圖例如可以以庫茨巴赫圖的形式呈現。
[0020]在轉速次序中被稱為第一、第二、第三和第四軸的四根軸的特征在于，這些軸的轉速以該順序線性增大、減小或者相等。換言之，第一軸的轉速小于等于第二軸的轉速。第二軸的轉速又小于等于第三軸的轉速。第三軸的轉速小于等于第四軸的轉速。該順序也是可逆的，從而第四軸具有最大的轉速，而第一軸具有的轉速小于或等于第四軸的轉速。在此，在所有四根軸的轉速之間始終存在線性關系。
[0021]—根或多根軸的轉速在此也可以是負值，或者也可以取值O。因此，轉速次序始終應與轉速的帶符號的值、而不是與其絕對值有關。
[0022]當行星齒輪組之一的元件:齒圈、行星架和太陽輪這些元件中的兩個元件相互連接時，這四根軸的轉速便是相等的。
[0023]電機至少包括一個固定的定子和一個可轉動地支承的轉子，并且在電動機式運行中設置用于將電能轉變成轉速和轉矩形式的機械能以及在發電機式運行中將機械能轉變成電流和電壓形式的電能。
[0024]通過切換元件，視操縱狀態而定，在兩個構件之間允許相對運動或者在這兩個構件之間建立用于傳遞轉矩的連接。相對運動例如可理解成兩個構件的旋轉，其中，第一構件的轉速和第二構件的轉速彼此不同。此外，也可想到這兩個構件中的僅僅一個旋轉，而另一個構件靜止或者以相反的方向旋轉。在本發明中，切換元件優選構造成通過形狀鎖合來建立連接的爪齒式切換元件。
[0025]特別是當在兩個元件之間存在固定的、特別是不可相對轉動的連接時，這兩個元件便被稱為是相互連接的。這樣連接的元件以相等的轉速轉動。本發明的不同構件和元件在此可以經由軸或者經由閉合的切換元件或連接元件，但也可以直接地、例如借助焊接連接、擠壓連接或其他連接而相互連接。
[0026]此外，當在兩個元件之間存在可松脫的不可相對轉動的連接時，這兩個元件被稱為能連接的。當存在該連接時，這樣的元件因此以相等的轉速轉動。
[0027]換擋過程通過閉合變速器的一個之前不在變速器的功率路徑中的切換元件并打開變速器的一個之前在變速器的功率路徑中的切換元件來實現。換擋過程也可以在動力載荷下、也就是說在變速器輸入軸和變速器輸出軸上不完全撤回轉矩地進行。這樣的換擋過程在下文被稱為動力換擋。在使用爪齒式切換元件的情況下動力換擋的前提條件是，使要脫開的切換元件在脫開之前進入至少幾乎無載荷的狀態中。進入幾乎無載荷的狀態中通過如下方式實現，即，使切換元件基本上無轉矩，從而經由該切換元件不傳遞轉矩或者僅傳遞很小的轉矩。為此，通過電機將轉矩施加到與要脫開的切換元件建立連接的那根軸上。
[0028]按照本發明，附加齒輪組的第二軸能經由第一附加切換元件而與主齒輪組的第一軸連接以及能經由第二附加切換元件而與主齒輪組的第三或第四軸連接。附加齒輪組的第三軸與主齒輪組的第二軸持久連接。
[0029]在此，第一附加切換元件或第二附加切換元件是閉合的。在第一和第二附加切換元件之間的切換階段期間，首先打開附加切換元件之一，然后才閉合另一附加切換元件。因此，在該切換階段期間短時間地這兩個附加切換元件都不閉合。
[0030]通過第一和第二附加切換元件能有針對性地影響附加齒輪組的第一軸在轉速圖中的位置。如果第一附加切換元件是閉合的并且第二附加切換元件是打開的，則附加齒輪組的第二軸與主齒輪組的第一軸相連接。在第一和第二附加切換元件的該狀態中，主齒輪組的第一軸在轉速圖中處于附加齒輪組的第一軸和主齒輪組的第二軸之間。這種情況在下文被稱為第一運行狀態。
[0031]如果第二附加切換元件是閉合的并且第一附加切換元件是打開的，則附加齒輪組的第二軸與主齒輪組的第三或第四軸相連接。這種情況在下文被稱為第二運行狀態。在第一和第二附加切換元件的該狀態中，附加齒輪組的第一軸在轉速圖中的位置與第一運行狀態相比改變。在附加齒輪組的第二軸經由閉合的第二附加切換元件而與主齒輪組的第四軸相連接的情況下，主齒輪組的第四軸在轉速圖中處于主齒輪組的第三軸和附加齒輪組的第一軸之間。在附加齒輪組的第二軸經由閉合的第二附加切換元件而與主齒輪組的第三軸相連接的情況下，附加齒輪組的第一軸的位置取決于主齒輪組的第一和第二行星齒輪組和附加齒輪組的行星齒輪組的定軸傳動比。在此，或者主齒輪組的第四軸在轉速圖中處于主齒輪組的第三軸和附加齒輪組的第一軸之間，或者附加齒輪組的第一軸在轉速圖中處于主齒輪組的第三軸和第四軸之間。
[0032]通過按照本發明的布置結構實現，用于在動力換擋過程中使切換元件無載荷的電機始終輸出功率，而不是接收功率。換言之，用于使切換元件無載荷的電機始終在電動機式運行點中、而不是在發電機式運行點中運行。這顯著降低了在動力換擋過程期間在變速器輸出軸上的轉矩驟降(Einbruch)。根據切換元件與主齒輪組的軸的配置關系，在掛上的擋中占據第一或第二運行狀態，從而至少在向下一更高擋或下一更低擋換擋時附加齒輪組的第一軸在轉速圖中占據對于該換擋有利的位置。
[0033]通過按照本發明的布置結構此外實現，轉子即使在主齒輪組的其中一根軸不可相對轉動地固定時也能夠有轉速。有轉速是通過電機接收機械功率和輸出機械功率的前提條件。由此能實現電機也能夠在那些例如主齒輪組的第一軸不可相對轉動地固定或者沒有值得一提的轉速的擋中接收或輸出機械功率。這特別是在變速器用在機動車中時是有利的，因為機動車的動能可以通過電機的發電機式運行在變速器的每個擋中被回收。如果內燃機與變速器輸入軸相連接，則這樣可以通過電機的發電機式或電動機式運行在每個擋中推移內燃機的載荷點。變速器因此能實現提高機動車的效率。
[0034]這兩個附加切換元件優選能由一個雙作用的促動器操縱。這不僅降低變速器的裝配耗費，而且降低變速器的制造成本。
[0035]優選，附加齒輪組的行星齒輪組的太陽輪是附加齒輪組的第一軸的組成部分。在附加齒輪組的行星齒輪組構成為負傳動比齒輪組的情況下，附加齒輪組的行星齒輪組的行星架是附加齒輪組的第二軸的組成部分并且附加齒輪組的行星齒輪組的齒圈是附加齒輪組的第三軸的組成部分。如果附加齒輪組的行星齒輪組構成為正傳動比齒輪組，則齒圈和行星架的配屬關系交換，使得附加齒輪組的行星齒輪組的齒圈是附加齒輪組的第二軸的組成部分并且附加齒輪組的行星齒輪組的行星架是附加齒輪組的第三軸的組成部分。由此，附加齒輪組的第二軸的轉速始終處于附加齒輪組的第一軸和第三軸的轉速之間，只要附加齒輪組的行星齒輪組的所述元件不以同一轉速旋轉。
[0036]在使用正傳動比齒輪組時要考慮，必須將定軸傳動比的絕對值提高數值1，以便達到與在負傳動比齒輪組中相同的變速作用。
[0037]因此，通過為在轉子、附加齒輪組和主齒輪組之間的連接所提供的多種可能性，本發明可以特別簡單地匹配于不同的變速器方案和可供使用的結構空間情況。
[0038]主齒輪組的這四根軸在轉速圖中的順序取決于哪些軸配置給主齒輪組的第一和第二行星齒輪組的哪些組成部分以及這四根軸中的哪些軸相互連接的方式和類型。在現有技術中對此公開了實例，但一些確定的方案對于在變速器中實現是特別有利的。這些方案特別是由于幾何有利的布置結構、由于減小的構件載荷以及由于改善的對于切換元件的可接近性是有利的。
[0039]按照一種優選的方案，主齒輪組的第一軸與主齒輪組的第一行星齒輪組的太陽輪相連接。主齒輪組的第二軸與主齒輪組的第一行星齒輪組的行星架以及與第二行星齒輪組的齒圈相連接。主齒輪組的第三軸與主齒輪組的第一行星齒輪組的齒圈以及與第二行星齒輪組的行星架相連接。主齒輪組的第四軸與主齒輪組的第二行星齒輪組的太陽輪相連接。第一和第二行星齒輪組在此構成為負傳動比齒輪組。
[0040]按照本發明的變速器優選構成為可動力換擋的八擋變速器。該八擋變速器在變速器輸入軸和主齒輪組之間具有一個第一功率路徑和一個第二功率路徑。第一和第二功率路徑在此相對于變速器輸入軸具有不同的傳動比。第一功率路徑能經由第一切換元件而與主齒輪組的第四軸連接以及能經由第二切換元件而與主齒輪組的第二軸連接。第二功率路徑能經由第三切換元件而與主齒輪組的第一軸連接以及能經由第四切換元件而與主齒輪組的第二軸連接。主齒輪組的第一軸能通過第五切換元件不可相對轉動地固定。主齒輪組的第四軸能通過第六切換元件不可相對轉動地固定。據此，通過第五和第六切換元件可建立與變速器的變速器殼體或與變速器的其他不可相對轉動地固定的構件的固定連接。第一至第六切換元件的這種布置實現各個擋的特別有利的分配。
[0041 ]通過選擇性成對地接合第一至第六切換元件能在變速器輸入軸和變速器輸出軸之間實現八個前進擋。第一前進擋通過閉合第三切換元件和第六切換元件得到。第二前進擋通過閉合第四切換元件和第六切換元件得到。第三前進擋通過閉合第三切換元件和第四切換元件得到。第四前進擋通過閉合第四切換元件和第一切換元件得到。第五前進擋通過閉合第三切換元件和第一切換元件得到。第六前進擋通過閉合第二切換元件和第一切換元件得到。第七前進擋通過閉合第三切換元件和第二切換元件得到。第八前進擋通過閉合第五切換元件和第二切換元件得到。
[0042]在上述的可動力換擋的八擋變速器中，變速器在第一前進擋、第五前進擋和第八前進擋中優選占據第一運行狀態。在第三前進擋中，變速器優選占據第二運行狀態。在第二、第四、第六和第七前進擋中，優選從第一運行狀態切換到第二運行狀態，或者反之亦然。
[0043]按照八擋變速器的一種優選的實施方案，相應兩個切換元件能通過一個雙作用的促動器操縱。第三和第五切換元件能經由一個雙作用的第一促動器操縱。第二和第四切換元件能經由一個雙作用的第二促動器操縱。第一和第六切換元件能經由一個雙作用的第三促動器操縱。這三個雙作用的促動器中的每一個在此可以占據三種狀態。在雙作用的促動器的第一切換狀態中，與該促動器相配的第一切換元件處于閉合位置，而與該促動器相配的第二切換元件占據打開位置。在該促動器的第二切換狀態中，與該促動器相配的第二切換元件處于閉合位置，而與該促動器相配的第一切換元件占據打開位置。在第三切換狀態中，與該促動器相配的兩個切換元件占據打開位置。通過主齒輪組的設計方案和主齒輪組與電機的連接，能實現第一至第六切換元件與僅僅三個雙作用的促動器的這種配置關系。促動器的該減小的數量有助于降低變速器的復雜度并且降低變速器的制造成本。
[0044]變速器優選可以是機動車的混合動力傳動系的組成部分。除了變速器外，混合動力傳動系還具有內燃機。內燃機直接地與變速器的變速器輸入軸相連接或者能經由離合器與變速器的變速器輸入軸連接。機動車在此可以不僅被內燃機驅動，而且可以被變速器的電機驅動。可選地，混合動力傳動系具有附加電機，該附加電機設置用于經由其轉子將轉矩輸出到內燃機的曲軸上并且這樣起動內燃機。這具有如下優點，即，內燃機可以借助附加電機起動，而對同時的電動行駛運行沒有影響，在該電動行駛運行中機動車僅由變速器的電機驅動。如果混合動力傳動系在變速器和內燃機之間具有離合器并且該混合動力傳動系具有附加電機，則附加電機在功率流中優選設置在內燃機和離合器之間。離合器可以具有可變的轉矩傳遞能力。
[0045]電機與變流器相連接，電機經由該變流器與能量儲存器相連接。對此，各種形式的能量儲存器、特別是電化學式、靜電式、液壓式和機械式能量儲存器是適合的。
[0046]在另一種實施方式中，變速器也可以是電動車的動力傳動系的組成部分。電動車在此僅由一個或多個電機驅動，并且與此相應地不具有內燃機。在這種情況下，在變速器輸入軸上連接有牽引電機。通過變速器的不同傳動級，牽引電機在此可以始終在效率高的運行范圍內運行，由此改善整個電動車的能量效率。
【附圖說明】
[0047]下面依據附圖詳細描述本發明的實施例。
[0048]圖1示意性示出根據本發明的第一實施方式的變速器。
[0049]圖2示出該變速器的轉速圖。
[0050]圖3示出該變速器的換擋示意圖。
[0051]圖4示意性示出根據本發明的第二實施方式的變速器。
[0052]圖5示出機動車的混合動力傳動系。
【具體實施方式】
[0053]首先要確認，在不同描述的實施方式中給相同的部件設置相同的附圖標記或相同的構件名稱，其中，在整個說明書中包含的公開內容可按照意義轉用到具有相同附圖標記或相同構件名稱的相同部件上。
[0054]圖1示意性示出根據本發明的第一實施方式的變速器G。該變速器G具有一個前置齒輪組VRS、一個附加齒輪組ZRS和一個主齒輪組HRS。前置齒輪組VRS具有一個行星齒輪組P3并且附加齒輪組ZRS具有一個行星齒輪組P4，而主齒輪組HRS具有一個第一行星齒輪組Pl和一個第二行星齒輪組?2。所有的行星齒輪組?1、？2、？3、？4構成為負傳動比齒輪組。
[0055]變速器G的該示圖基本上示出變速器G的能連接的和相連接的元件。通過在變速器G的該示圖中選擇的距離，不能推斷出傳動比。
[0056]變速器輸入軸GWl與前置齒輪組VRS的行星齒輪組P3的太陽輪So-P3相連接，而前置齒輪組VRS的行星齒輪組P3的齒圈Ho-P3不可相對轉動地與變速器G的變速器殼體GG或者與變速器G的其他不可相對轉動地固定的構件相連接。這樣形成一個第一和一個第二功率路徑L1、L2，其中，不僅通過第一功率路徑L1、而且通過第二功率路徑L2可以將功率從變速器輸入軸GWl傳遞到主齒輪組HRS。第二功率路徑L2在此通過如下方式將與變速器輸入軸GWl的轉速相比改變了的轉速傳送給主齒輪組HRS，即，通過在前置齒輪組VRS的行星齒輪組P3的太陽輪So-P3和行星架St-P3之間的傳動比使變速器輸入軸GWl上的轉速變速。第一功率路徑LI將變速器輸入軸GWl的轉速在不變速的情況下傳送給主齒輪組HRS。前置齒輪組VRS的行星齒輪組P3的太陽輪So-P3在此是前置齒輪組VRS的第一軸WlVS的組成部分，該第一軸與變速器輸入軸GWl相連接。前置齒輪組VRS的行星齒輪組P3的行星架St-P3是前置齒輪組VRS的第二軸W2VS的組成部分。前置齒輪組VRS的行星齒輪組P3的齒圈Ho-P3支撐所在的那個構件在下文被稱為前置齒輪組VRS的第三軸W3VS。
[0057]主齒輪組HRS的第一軸Wl與主齒輪組HRS的第一行星齒輪組Pl的太陽輪So-Pl相連接。主齒輪組HRS的第二軸W2與主齒輪組HRS的第一行星齒輪組Pl的行星架St-Pl以及與第二行星齒輪組P2的齒圈Ho-P2相連接。主齒輪組HRS的第三軸W3與主齒輪組HRS的第一行星齒輪組Pl的齒圈Ho-Pl以及與第二行星齒輪組P2的行星架St-P2相連接。主齒輪組HRS的第四軸W4與主齒輪組HRS的第二行星齒輪組P2的太陽輪So-P2相連接。通過在主齒輪組HRS的第一行星齒輪組Pl和第二行星齒輪組P2的各個構件之間的該布置結構和連接，確定主齒輪組HRS的第一軸Wl、第二軸W2、第三軸W3和第四軸W4在轉速圖中的布置結構，其中，第一軸Wl、第二軸W2、第三軸W3、第四軸W4的順序與其在轉速圖中的順序相應。第三軸W3與變速器輸出軸GW2相連接。代替于此，第三軸W3也可經由附加的變速傳動機構而與變速器輸出軸GW2連接。主齒輪組HRS的第二行星齒輪組P2的太陽輪So-P2在此具有兩個彼此分開的部分。這能實現變速器輸出軸GW2與主齒輪組HRS的第三軸W3連接，該連接設置在太陽輪So-P2的兩個部分之間。當然，轉速比在太陽輪So-P2的兩個部分上相等。因此，太陽輪So-P2的兩個部分在下文被稱為同一個軸、更具體地說主齒輪組HRS的第四軸W4的組成部分。在一種替代的為清晰起見未示出的實施方式中，主齒輪組HRS的第二行星齒輪組P2的太陽輪So-P2也可以構造成單件式的，例如對于變速器在機動車中用在橫向于行駛方向設置的動力傳動系中的情況，其中，變速器在這種情況下具有軸線平行的輸出部。
[0058]第一功率路徑LI能經由第一切換元件A而與主齒輪組HRS的第四軸W4連接以及能經由第二切換元件E而與主齒輪組HRS的第二軸W2連接。第二功率路徑L2能經由第三切換元件B而與主齒輪組HRS的第一軸Wl連接以及能經由第四切換元件D而與主齒輪組HRS的第二軸W2連接。主齒輪組HRS的第一軸Wl能通過第五切換元件C而與變速器G的變速器殼體GG或者與變速器G的其他不可相對轉動的構件連接，從而主齒輪組HRS的第一軸Wl在第五切換元件C閉合時不會有轉速。主齒輪組HRS的第四軸W4能以相同的方式通過第六切換元件F不可相對轉動地固定，方式是:將第四軸W4與變速器殼體GG通過第六切換元件F連接。
[0059]相應兩個切換元件能通過一個雙作用的促動器操縱。第三和第五切換元件B、C能經由一個雙作用的第一促動器操縱。第二和第四切換元件E、D能經由一個雙作用的第二促動器操縱。第一和第六切換元件A、F能經由一個雙作用的第三促動器操縱。
[0060]變速器G具有一個電機EM，其中，定子S不可相對轉動地與變速器G的變速器殼體GG或者與變速器G的其他不可相對轉動的構件相連接，從而定子S不會有轉速。可轉動地支承的轉子R與附加齒輪組ZRS的行星齒輪組P4的太陽輪So-P4相連接。附加齒輪組ZRS的行星齒輪組P4的太陽輪So-P4在此是附加齒輪組ZRS的第一軸W1P4的組成部分。附加齒輪組ZRS的行星齒輪組P4的行星架St-P4是附加齒輪組ZRS的第二軸W2P4的組成部分。附加齒輪組ZRS的第二軸W2P4能經由第一附加切換元件U而與主齒輪組HRS的第一軸Wl連接以及能經由第二附加切換元件V而與主齒輪組HRS的第三軸W3連接。附加齒輪組ZRS的行星齒輪組P4的齒圈Ho-P4是附加齒輪組ZRS的第三軸W3P4的組成部分并且與主齒輪組HRS的第二軸W2連接。
[0061]圖2示出變速器G的轉速圖，而在圖3中示出變速器G的換擋示意圖。在圖2中，在豎直方向上，主齒輪組冊3的這四根軸￥1、￥2、￥3、￥4的和附加齒輪組21?的第一軸￥1?4的轉速相對變速器輸入軸GWl的轉速η成比例地標出。變速器輸入軸GWl的最大出現的轉速η被歸一化成數值1。在主齒輪組冊3的這四根軸￥1、￥2、￥3、胃4與附加齒輪組21?的第一軸￥1?4之間的距離通過主齒輪組HRS的第一行星齒輪組Pl和第二行星齒輪組Ρ2的定軸傳動比和附加齒輪組ZRS的行星齒輪組Ρ4的定軸傳動比得到。屬于某一確定的運行點的轉速比可通過一條直線相連接。
[0062]如果第一附加切換元件U閉合，則主齒輪組HRS的第一軸Wl在轉速圖中處于附加齒輪組ZRS的第一軸W1P4和主齒輪組HRS的第二軸W2之間。如果第二附加切換元件V閉合，則主齒輪組HRS的第四軸W4在轉速圖中處于主齒輪組HRS的第三軸W3和附加齒輪組ZRS的第一軸W1P4之間。
[0063]如果將兩根軸相互連接，則這些相互連接的軸以同一轉速轉動。為清晰起見，這樣相連接的軸可以在轉速圖中在水平方向上彼此分開地示出，例如為了更好地表明從前置齒輪組VRS經由第一或第二功率路徑L1、L2向主齒輪組HRS的轉速傳遞。在此在轉速圖中選擇的在相連接的軸之間的水平距離是任意的。在這樣連接的軸之間的傳動比當然為數值1，與在轉速圖中選擇的水平距離無關。
[0064]如果將一個行星齒輪組的齒圈、行星架和太陽輪這些元件中的兩個元件相互連接，則該行星齒輪組的齒圈、行星架和太陽輪以同一轉速旋轉。在該狀態下，在所述元件之間的傳動比為數值I。為清晰起見，與這些元件相連接的軸在轉速圖中的水平布置不移動。因此，該狀態在轉速圖中可通過將參與的各軸相互連接起來的水平直線識別出來。
[0065]圖3示出根據第一實施方式的變速器G的換擋示意圖。通過在圖3中的該換擋示意圖和在圖2中的轉速圖，變速器G的工作方式變清楚。閉合的切換元件A、B、C、D、E、F和附加切換元件U、V在圖3中通過圓圈標出。從該換擋示意圖例如可得出各個擋位的各自的傳動比和可由此確定的到下一更高擋的擋速比間隔，其中，變速器G這樣具有為10.1的速比范圍。傳動比由行星齒輪組Pl、P2、P3、P4的定軸傳動比得出。在順序換擋方式時，可以避免雙換擋或者成組換擋，因為兩個相鄰的擋位共用一個切換元件。變速器G的各擋在換擋示意圖的不同行中示出。此外，在換擋示意圖的一列中說明:電機EM在有關的擋中是否能夠將機械功率輸出到變速器輸出軸GW2上或者從該變速器輸出軸接收機械功率。
[0066]在變速器輸入軸GWl和變速器輸出軸GW2之間的第一前進擋IVM通過閉合第三切換元件B和第六切換元件F得到，第二前進擋2VM通過閉合第四切換元件D和第六切換元件F得至IJ，第三前進擋3VM通過閉合第三切換元件B和第四切換元件D得到，第四前進擋4VM通過閉合第四切換元件D和第一切換元件A得到，第五前進擋5VM通過閉合第三切換元件B和第一切換元件A得到，第六前進擋6VM通過閉合第二切換元件E和第一切換元件A得到，第七前進擋7VM通過閉合第三切換元件B和第二切換元件E得到，以及第八前進擋8VM通過閉合第五切換元件C和第二切換元件E得到。
[0067]在第一、第五和第八前進擋1VM、5VM、8VM中，第一附加切換元件U閉合。在第三前進擋3VM中，第二附加切換元件V閉合。在第二、第四、第六和第七前進擋2VM、4VM、6VM、7VM中，第一附加切換元件U打開并且第二附加切換元件V閉合，或者反之亦然。但原則上在所有擋中第一或第二附加切換元件U、V可以是閉合的。
[0068]在第一電動擋IEM中，將轉矩僅從電機EM傳遞至變速器輸出軸GW2，其中，第一、第二、第三、第四切換元件A、E、B、D打開并且因而在變速器輸入軸GWl和變速器輸出軸GW2之間不存在傳導轉矩的連接。第一附加切換元件U以及第六切換元件F是閉合的。第五切換元件C是打開的。在第二電動擋2EM中，代替第一附加切換元件U，第二附加切換元件V是閉合的。在第二電動擋2EM中，第六切換元件F是打開的并且第五切換元件C是閉合的。
[0069]在第一和第二起動模式1S、2S中，給變速器輸入軸GWl供應轉矩，其中，視第六切換元件F的位置而定，轉矩只能從電機EM或也能從變速器輸出軸GW2供應給變速器輸入軸GWl。如果第六切換元件F是閉合的并且電機EM不輸出力矩，則也可以僅從變速器輸出軸GW2給變速器輸入軸GWl供應轉矩。這特別是在變速器G用在機動車中時是重要的，以便這樣起動連接在變速器輸入軸GWl上的內燃機VKM。如果第六切換元件F在此是打開的，則變速器輸出軸GW2必須是通過駐車制動器不可相對轉動地固定的。第一附加切換元件U是閉合的。
[0070]在下文例如描述動力換擋過程。在第二前進擋中，主齒輪組HRS的第二軸W2和第四軸W4分別形成一根差動軸(Differenzwelle)，而主齒輪組HRS的第三軸W3構成一根合計軸(Summenwelle)。在從第二前進擋2VM到第三前進擋3VM的換擋過程中，第四切換元件D保持閉合。在該換擋過程中，優選第二附加切換元件V是閉合的。將第六切換元件F打開，接著將第三切換元件B閉合。如果第六切換元件F構成為爪齒式切換元件，則必須使第六切換元件F在打開之前基本上無轉矩，從而第六切換元件F不傳遞轉矩或者僅還傳遞很小的轉矩。這樣使第六切換元件F無載荷通過電機EM的電動機力矩實現。在此，至少一部分之前施加在主齒輪組HRS的第三軸W3上的轉矩得以維持，由此在變速器輸出軸GW2上不發生完全的轉矩驟降。如果第六切換元件F是打開的，則主齒輪組HRS的第二軸W2變成合計軸，而附加齒輪組ZRS的第一軸W1P4和主齒輪組HRS的第三軸W3分別形成一根差動軸。現在通過電機EM建立電動機轉矩，以便在前置齒輪組VRS的第二軸W2VS和主齒輪組HRS的第一軸Wl之間實現轉速同步。由此能實現第三切換元件B的閉合，其中，至少一部分之前施加在主齒輪組HRS的第三軸W3上的轉矩得以維持。如果第三切換元件B是閉合的，則主齒輪組HRS的第一軸Wl變成差動軸，該換擋過程因此結束。該作用方式適用于所有實施方式。
[0071]圖4示意性示出根據本發明第二實施方式的變速器G。與第一實施方式不同，附加齒輪組ZRS的第二軸W2P4經由第二附加切換元件V現在不再能與主齒輪組HRS的第三軸W3連接。取而代之，附加齒輪組ZRS的第二軸W2P4經由第二附加切換元件V現在能與主齒輪組HRS的第四軸W4連接。在圖2中描述的轉速圖和在圖3中描述的換擋示意圖以相同的形式適用于變速器G的第二實施方式，只要參與的行星齒輪組Pl、P2、P4的定軸傳動比相應地選擇。
[0072 ]圖5示意性示出機動車的混合動力傳動系。其中包含的變速器G相應于變速器G的第一實施方式，其中，這只能被看作是示例性的。一個附加電機SG的可轉動的轉子R2與變速器輸入軸GWl相連接，而附加電機SG的定子S2不可相對轉動地連接在變速器G的變速器殼體GG上或在變速器G的其他不可相對轉動的構件上。經由旋轉振動減振器RD，內燃機VKM與變速器輸入軸GWl相連接。變速器輸出軸GW2與輪間傳動機構AG相連接。從輪間傳動機構AG出發，施加在變速器輸出軸GW2上的轉矩被分配到機動車的輪W上。在電機EM的電動機式運行中，經由變換器INV將電功率供應給定子S。在電機EM的發電機式運行中，定子S將電功率引導給變換器INV。變換器INV在此將電池BAT的直流電壓變換成適合于電機EM的交流電壓，以及反之亦然。附加電機SG在此同樣可以經由變換器INV被供應電功率。代替于此，附加電機SG也可以連接在另一功率供給裝置上，例如在機動車的低壓車載電網上。
[0073]附圖標記
[0074]G變速器
[0075]Gffl變速器輸入軸
[0076]GW2變速器輸出軸
[0077]η變速器輸入軸的轉速
[0078]HRS主齒輪組
[0079]ZRS附加齒輪組
[0080]VRS前置齒輪組
[0081]EM電機
[0082]R電機的轉子
[0083]S電機的定子
[0084]SG附加電機
[0085]R2附加電機的轉子
[0086]S2附加電機的定子
[0087]RD旋轉振動減振器
[0088]VKM內燃機
[0089]INV變換器
[0090]BAT電池[0091 ] KO 離合器
[0092]Pl主齒輪組的第一行星齒輪組
[0093]Ρ2主齒輪組的第二行星齒輪組
[0094]P3前置齒輪組的行星齒輪組
[0095]Ρ4附加齒輪組的行星齒輪組
[0096]Wl主齒輪組的第一軸
[0097]W2主齒輪組的第二軸
[0098]W3主齒輪組的第三軸
[0099]ff4主齒輪組的第四軸
[0100]WlVS前置齒輪組的第一軸
[0101]W2VS前置齒輪組的第二軸
[0102]W3VS前置齒輪組的第三軸
[0103]W1P4附加齒輪組的第一軸
[0104]W2P4附加齒輪組的第二軸
[0105]W3P4附加齒輪組的第三軸
[0106]A第一切換元件
[0107]E第二切換元件
[0108]B第三切換元件
[0109]D第四切換元件
[0110]C第五切換元件
[0111]F第六切換元件
[0112]U第一附加切換元件
[0113]V第二附加切換元件
[0114]So-Pl主齒輪組的第一行星齒輪組的太陽輪
[0115]St-Pl主齒輪組的第一行星齒輪組的行星架
[0116]Ho-Pl主齒輪組的第一行星齒輪組的齒圈
[0117]So-P2主齒輪組的第二行星齒輪組的太陽輪
[0118]St-P2主齒輪組的第二行星齒輪組的行星架
[0119]Ho-P2主齒輪組的第二行星齒輪組的齒圈
[0120]So-P3前置齒輪組的行星齒輪組的太陽輪
[0121]St-P3前置齒輪組的行星齒輪組的行星架
[0122]Ho-P3前置齒輪組的行星齒輪組的齒圈
[0123]So-P4附加齒輪組的行星齒輪組的太陽輪
[0124]St-P4附加齒輪組的行星齒輪組的行星架[ΟΙ25]Ho-P4附加齒輪組的行星齒輪組的齒圈
[0126]LI第一功率路徑
[0127]L2第二功率路徑
[0128]1VM-8VM第一至第八前進擋
[0129]IEM第一電動擋
[0130]2EM第二電動擋
[0131]IS第一起動模式
[0132]2S第二起動模式
[0133]AG輪間傳動機構
[0134]W輪
【主權項】
1.變速器(G)，包括變速器輸入軸(GWI)和變速器輸出軸(GW2)、主齒輪組(HRS)、附加齒輪組(ZRS)和電機(EM)，該電機包括轉子(R)和定子(S)，變速器(G)在變速器輸入軸(GWl)和主齒輪組(HRS)之間具有至少一個功率路徑(L1、L2)，主齒輪組(HRS)具有第一和第二行星齒輪組(P1、P2)，該第一和第二行星齒輪組總共包括在轉速次序中被稱為第一、第二、第三和第四軸的四根軸(11、￥2、￥3、￥4)，所述至少一個功率路徑仏1丄2)能經由至少一個切換元件(六、8、04)而與主齒輪組(冊3)的所述四根軸(￥1、￥2、￥3、￥4)中的至少一根軸連接，主齒輪組(HRS)的第三軸(W3)與變速器輸出軸(GW2)相連接，附加齒輪組(ZRS)具有包括第一、第二和第三軸(W1P4、W2P4、W3P4)的行星齒輪組(P4)，并且附加齒輪組(ZRS)的第一軸(W1P4)與轉子(R)持久連接，其特征在于:所述附加齒輪組(ZRS)的第二軸(W2P4)能經由第一附加切換元件(U)而與主齒輪組(HRS)的第一軸(Wl)連接以及能經由第二附加切換元件(V)而與主齒輪組(HRS)的第三或第四軸(W3、W4)連接，所述附加齒輪組(ZRS)的第三軸(W3P4)與主齒輪組(HRS)的第二軸(W2)持久連接，并且所述第一附加切換元件(U)或所述第二附加切換元件(V)是閉合的。2.根據權利要求1所述的變速器(G)，其特征在于:所述附加齒輪組(ZRS)的行星齒輪組(P4)的太陽輪(So-P4)是附加齒輪組(ZRS)的第一軸(W1P4)的組成部分;并且 在所述附加齒輪組(ZRS)的行星齒輪組(P4)構成為負傳動比齒輪組的情況下，所述附加齒輪組(ZRS)的行星齒輪組(P4)的行星架(St-P4)是附加齒輪組(ZRS)的第二軸(W2P4)的組成部分并且所述附加齒輪組(ZRS)的行星齒輪組(P4)的齒圈(Ho-P4)是附加齒輪組(ZRS)的第三軸(W3P4)的組成部分；以及 在所述附加齒輪組(ZRS)的行星齒輪組(P4)構成為正傳動比齒輪組的情況下，所述附加齒輪組(ZRS)的行星齒輪組(P4)的齒圈(Ho-P4)是附加齒輪組(ZRS)的第二軸(W2P4)的組成部分并且所述附加齒輪組(ZRS)的行星齒輪組(P4)的行星架(St-P4)是附加齒輪組(ZRS)的第三軸(W3P4)的組成部分。3.根據權利要求1至2之一所述的變速器(G)，其特征在于:所述主齒輪組(HRS)的第一行星齒輪組(Pl)的太陽輪(So-Pl)是主齒輪組(HRS)的第一軸(Wl)的組成部分，所述主齒輪組(HRS)的第一行星齒輪組(Pl)的行星架(St-Pl)和所述主齒輪組(HRS)的第二行星齒輪組(P2)的齒圈(Ho-P2)是主齒輪組(HRS)的第二軸(W2)的組成部分，所述主齒輪組(HRS)的第一行星齒輪組(Pl)的齒圈(Ho-Pl)和所述主齒輪組(HRS)的第二行星齒輪組(P2)的行星架(St-P2)是主齒輪組(HRS)的第三軸(W3)的組成部分，并且所述主齒輪組(HRS)的第二行星齒輪組(P2)的太陽輪(So-P2)是主齒輪組(HRS)的第四軸(W4)的組成部分。4.根據權利要求1所述的變速器(G)，其特征在于:所述第一附加切換元件(U)和所述第二附加切換元件(V)能由一個雙作用的促動器操縱。5.根據權利要求1至4之一所述的變速器(G)，其特征在于:所述變速器(G)在變速器輸入軸(GWl)和主齒輪組(HRS)之間包括一個第一功率路徑(LI)和一個第二功率路徑(L2)，其中，第一功率路徑(LI)能經由第一切換元件(A)而與主齒輪組(HRS)的第四軸(W4)連接以及能經由第二切換元件(E)而與主齒輪組(HRS)的第二軸(W2)連接，第二功率路徑(L2)能經由第三切換元件(B)而與主齒輪組(HRS)的第一軸(Wl)連接以及能經由第四切換元件(D)而與主齒輪組(HRS)的第二軸(W2)連接，主齒輪組(HRS)的第一軸(Wl)能通過第五切換元件(C)不可相對轉動地固定，并且主齒輪組(HRS)的第四軸(W4)能通過第六切換元件(F)不可相對轉動地固定。6.根據權利要求5所述的變速器(G)，其特征在于:通過選擇性成對地接合所述六個切換元件(A、B、C、D、E、F)能實現八個前進擋(1VM-8VM)，其中，第一前進擋(IVM)通過閉合第三切換元件(B)和第六切換元件(F)得到，第二前進擋(2VM)通過閉合第四切換元件(D)和第六切換元件(F)得到，第三前進擋(3VM)通過閉合第三切換元件(B)和第四切換元件(D)得到，第四前進擋(4VM)通過閉合第四切換元件(D)和第一切換元件(A)得到，第五前進擋(5VM)通過閉合第三切換元件(B)和第一切換元件(A)得到，第六前進擋(6VM)通過閉合第二切換元件(E)和第一切換元件(A)得到，第七前進擋(7VM)通過閉合第三切換元件(B)和第二切換元件(E)得到，以及第八前進擋(8VM)通過閉合第五切換元件(C)和第二切換元件(E)得到。7.根據權利要求6所述的變速器(G)，其特征在于:所述第一附加切換元件(U)至少在第一前進擋(IVM)中、在第五前進擋(5VM)中和在第八前進擋(8VM)中是閉合的。8.根據權利要求6或權利要求7所述的變速器(G)，其特征在于:所述第二附加切換元件(V)至少在第三前進擋(3VM)中是閉合的。9.根據權利要求6至8之一所述的變速器(G)，其特征在于:在第二、第四、第六和第七前進擋(2VM、4VM、6VM、7VM)中進行在第一運行狀態和第二運行狀態之間的切換過程，在第一運行狀態中第一附加切換元件(U)是閉合的并且第二附加切換元件(V)是打開的，而在第二運行狀態中第二附加切換元件(V)是閉合的并且第一附加切換元件(U)是打開的。10.根據權利要求5所述的變速器(G)，其特征在于:所述第三和第五切換元件(B、C)能由一個雙作用的第一促動器操縱，所述第二和第四切換元件(E、D)能由一個雙作用的第二促動器操縱，并且所述第一和第六切換元件(A、F)能由一個雙作用的第三促動器操縱。11.用于機動車的混合動力傳動系，其中，所述混合動力傳動系至少具有一個內燃機(VKM)，其特征在于:所述混合動力傳動系具有根據權利要求1至10之一所述的變速器(G)。12.根據權利要求11所述的混合動力傳動系，其特征在于:所述混合動力傳動系具有至少一個與內燃機(VKM)直接連接的或經由傳動機構連接的附加電機(SG)，該附加電機設置用于起動內燃機(VKM)。13.根據權利要求11或權利要求12所述的混合動力傳動系，其特征在于:在內燃機(VKM)和變速器輸入軸(GWl)之間的功率流能通過離合器(KO)中斷。14.用于電動車的動力傳動系，其特征在于:所述動力傳動系具有根據權利要求1至10之一所述的變速器(G)。
【文檔編號】B60K6/365GK105848947SQ201480069560
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2014年11月20日
【發明人】P·齊默, R·庫貝爾齊克, C·西布拉, A·拜斯文格爾, E·明赫
【申請人】腓特烈斯港齒輪工廠股份公司