用于混合式传动系的变速箱以及控制所述变速箱的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的变速箱。本发明还涉及一种根据权利要求15前序部分的包括所述变速箱的车辆、一种根据权利要求16前序部分的用于控制所述变速箱的方法、一种根据权利要求21前序部分的用于控制所述变速箱的计算机程序、以及一种根据权利要求22前序部分的包括程序代码的计算机程序制品。
【背景技术】
[0002]混合动力车辆能够由主要发动机和次要发动机驱动，所述主要发动机可以是燃式发动机，所述次要发动机可以是电机。电机配备有至少一个用于存储电能的能量存储器、诸如电化学能量存储器，以及调节设备，以便调节电能在能量存储器与电机之间的流动。电机能够取决于车辆的操作状态以这样的方式在作为发动机工作与作为发电机工作之间变换。当车辆制动时，电机产生电能，所述电能被存储在能量存储器中。这通常被称作“制动能量回收”，并且其导致车辆借助于电机和燃式发动机制动。被存储的电能此后用于车辆的操作。
[0003]行星齿轮系通常包括以允许彼此相对旋转的方式设置的三个部件。这些部件是太阳齿轮、行星齿轮架和齿圈。知晓太阳齿轮和齿圈上的齿数允许在操作期间确定三个部件的相对转速。行星齿轮系的各部件中的一个可以连接到燃式发动机的输出轴。行星齿轮系的这个部件从而以等于燃式发动机的输出轴转速的转速旋转。行星齿轮系的第二部件可以连接到变速箱的输入轴。行星齿轮系的这个部件从而以与变速箱的输入轴相同的转速旋转。行星齿轮系的第三部件连接到电机的转子，以便实现混合动力操作。行星齿轮系的这个部件从而以与电机的转子相同的转速旋转，如果它们被直接地连接到彼此。替代地，电机可以通过具有齿数比的变速装置连接到行星齿轮系的第三部件。在这种情况下，电机和行星齿轮系的第三部件可以以不同的转速旋转。由电机产生的转速和转矩中的至少一个可以以无极递增的方式调节。在操作期间，当要给予变速箱的输入轴期望的转速和转矩中的至少一个时，控制单元在给定燃式发动机的转速的情况下计算转速第三部件必须被驱动的转速，以便给予变速箱的输入轴期望的转速。控制单元启动电机，从而使得所述电机将计算出的转速给予第三部件，并且从而将期望的转速给予变速箱的输入轴。
[0004]通过使用行星齿轮系将燃式发动机的输出轴、电机的转子以及变速箱的输入轴连接在一起，能够避免常规离合器机构。在车辆加速期间，增加的转矩将从燃式发动机和电机被提供到变速箱并且继而被提供到车辆的驱动轮。由于燃式发动机和电机两者都连接到行星齿轮系，因此能够由燃式发动机和电机提供的最大可能转矩将会受到这些驱动单元中的任何一个限制，这些驱动单元的最大转矩小于第二驱动单元的最大转矩，在此已将各驱动单元之间的齿数比考虑在内。在电机的最大转矩小于燃式发动机的最大转矩的情况下，在此已将电机与燃式发动机之间的齿数比考虑在内，电机将不能向行星齿轮系产生足够大的反作用转矩，以及这导致燃式发动机不能将其最高转矩传递到变速箱并且继而传递到车辆的驱动轮。能够被传递到变速箱的最高转矩以这样的方式受到电机的功率限制。这还通过被称为“行星公式”的公式而明确。
[0005]常规离合器将变速箱的输入轴从燃式发动机断开连接，同时换档过程在变速箱中进行，存在与使用常规离合器有关的缺点，诸如加热离合器片，这导致离合器片磨损并且导致油耗增加。此外，常规离合器机构相对沉重并且昂贵。以及，常规离合器机构在车辆中占据相对较大空间。
[0006]专利文献EP-B1-1126987揭示了一种具有双行星齿轮系的变速箱。每个行星齿轮系的太阳齿轮连接到电机，以及各行星齿轮系的齿圈连接到彼此。每个行星齿轮系的行星齿轮架以这样的方式连接到多个齿轮对，以获得无限多的档位。另一篇专利文献，EP-B1-1280677，也揭示了行星齿轮系能够如何通过被设置在燃式发动机的输出轴处的档位桥接。
[0007]专利文献US-A1-20050227803揭示了一种具有两个电机的车辆变速装置，每一个所述电机连接到在两个行星齿轮系中的一个中的太阳齿轮。行星齿轮系具有公共行星齿轮架，所述公共行星齿轮架连接到变速装置的输入轴。
[0008]专利文献W02008/046185-A1揭示了一种具有两个行星齿轮系的混合动力变速装置，由此电机连接到行星齿轮系中的一个，以及双离合器与第二行星齿轮系相互作用。两个行星齿轮系还通过嵌齿轮变速装置与彼此相互作用。
【发明内容】
[0009]尽管本领域中的已知解决方案是可用的，但是仍然存在的需求以开发一种变速箱，所述变速箱在不中断转矩的情况下换档、体现出制动能量回收装置、具有紧凑设计、具有较高可信性和较高可靠性、体现出较低重量、并且在特定操作状态下相对于电能供给自给自足。
[0010]用于车辆中的驱动装置的可用空间通常是受限的。如果驱动装置包括数个部件，诸如燃式发动机、电机、变速箱和行星齿轮系，则设计必须紧凑。如果将要包括其他部件，诸如制动能量回收装置，则要实施更严格的要求，作为驱动装置一部分的部件要具有紧凑设计。与此同时，作为驱动装置一部分的部件必须被设计为具有能够吸收必要的力和转矩的尺寸。
[0011]在特定类型的车辆、具体是货车和公共汽车中需要多个档位。在这种情况下，在这种情况下，作为变速箱一部分的部件的数量增加，以及变速箱的尺寸也必须被设定为使得所述变速箱能够吸收在这样的重型车辆中产生的较大的力和转矩。这导致变速箱的尺寸和重量增加。对于作为驱动装置一部分的部件也需要较高可信性和较高可靠性。磨损在变速箱包含片状离合器的情况下产生，所述磨损影响变速箱的可信性和使用寿命。
[0012]动能在制动能量回收期间被转换成电能，所述电能被存储在能量存储器、诸如蓄能器中。影响能量存储器的使用寿命的一个因素是能量存储器向电机供应电流并且从所述电机接收电流的循环的数量。循环的数量越大，能量存储器的使用寿命将会越短。
[0013]本发明的目的是提供一种在不中断转矩的情况下换档的变速箱。
[0014]本发明的另一个目的是提供一种具有制动能量回收装置的变速箱。
[0015]本发明的另一个目的是提供一种具有紧凑设计的变速箱。
[0016]本发明的另一个目的是提供一种具有高可信性和高可靠性的变速箱。
[0017]本发明的另一个目的是提供一种用于车辆的变速箱，所述变速箱体现出较低重量。
[0018]本发明的另一个目的是提供一种用于车辆的变速箱，所述变速箱能够被直接地连接到在变速箱的输出轴。
[0019]本发明的另一个目的是提供一种变速箱，所述变速箱在特定操作状态下相对于电力自给自足。
[0020]本发明的另一个目的是提供一种具有制动能量回收装置的变速箱，所述变速箱增加被连接到制动能量回收装置的能量存储器的使用寿命。
[0021]本发明的另一个目的是提供一种用于控制变速箱的新颖且有利的计算机程序。
[0022]本发明的另一个目的是提供一种混合式推进线中的变速箱，所述变速箱能够在不受燃式发动机的影响的情况下被控制。
[0023]这些目的利用在技术领域中指定的变速箱实现，所述变速箱的特征在于，包括在权利要求1的特征部分中指定的鲜明特征。
[0024]这些目的利用在技术领域中指定的车辆实现，所述车辆的特征在于，包括在权利要求15的特征部分中指定的鲜明特征。
[0025]这些目的利用在技术领域中指定的用于控制变速箱的方法实现，所述方法的特征在于，包括在权利要求16的特征部分中指定的鲜明特征。
[0026]这些目的利用在技术领域中指定的用于控制变速箱的计算机程序实现，所述计算机程序的特征在于，包括在权利要求21的特征部分中指定的鲜明特征。
[0027]这些目的还利用在技术领域中指定的用于控制变速箱的计算机程序制品实现，所述计算机程序制品的特征在于，包括在权利要求22的特征部分中指定的鲜明特征。
[0028]通过为变速箱配置两个行星齿轮系而获得一种根据本发明的在不中断转矩的情况下换档的变速器。被连接到行星齿轮系的电机能够产生电流或提供转矩，或既产生电流又供应转矩，取决于期望的操作状态。电机还能够在特定操作状态中为彼此提供电流。利用根据本发明的变速箱，能够避免在燃式发动机与变速箱之间的常规离合器。
[0029]能够的被控制的第一耦连单元被设置以将第一行星齿轮系的两个可旋转部件以允许它们脱离接合的方式连接，以及能够被控制的第二耦连单元被设置以将第二行星齿轮系的两个可旋转部件以允许它们脱离接合的方式连接。
[0030]第一和第二主轴的转速和转矩中的至少一个能够以这样的方式通过将第一和第二耦连单元中的至少一个控制到可旋转部件的接合或解除接合状态而受到影响。
[0031]能够被控制的第三耦连单元可以被设置以将变速箱外壳与第一行星齿轮系的可旋转部件以允许它们脱离接合的方式连接到彼此。能够被控制的第四耦连单元可以被设置以将变速箱外壳与第二行星齿轮系的可旋转部件以允许它们脱离接合的方式连接到彼此。第一和第二主轴的转速和转矩中的至少一个能够以这样的方式通过将第三和第四耦连单元中的至少一个控制到可旋转部件的接合或解除接合状态而受到影响。
[0032]根据一个实施方式，第一和第二耦连单元被分别设置在第一和第二行星齿轮系的行星齿轮架与太阳齿轮之间。耦连单元的任务是将相关行星齿轮架锁定到太阳齿轮。当行星齿轮架与太阳齿轮连接到彼此时，来自燃式发动机的力将会经过行星齿轮架、耦连单元、太阳齿轮并且继而到达变速箱，这导致行星齿轮系不吸收任何转矩。这意味着行星齿轮系的尺寸能够仅适应于电机的转矩而非燃式发动机的转矩，这继而意味着行星齿轮系能够被设计为具有较小尺寸。从而，以这样的方式获得根据本发明的具有紧凑设计、较低重量和较低制造成本的驱动装置。耦连单元优选地包括在接合与解除接合状态之间轴向地位移的环形护套。护套实质上同心地包围变速箱的旋转部件并且借助于力元件在接合与解除接合位置之间位移。以这样的方式获得具有较低重量和较低制造成本的紧凑设计。
[0033]根据一个实施方式，锁定机构被设置以通过固定方式将燃式发动机的输出轴与变速箱外壳连接。以这样的方式，第一行星齿轮架也会以相对于变速箱外壳固定的方式锁定到变速箱外壳。通过借助于锁定机构将行星齿轮架和燃式发动机的输出轴锁定到变速箱外壳，变速箱、并且从而车辆将会适应于通过电机进行电操作。从而电机向变速箱的输出轴提供转矩。
[0034]变速箱可以配置有多个齿轮对，所述多个齿轮对包括能够与侧轴机械地接合和解除接合的嵌齿轮。以这样的方式，获得多个固定档位，可以在所述多个固定档位之间换档而不中断转矩。能够接合在侧轴上的嵌齿轮还意味着获得具有较高可信性和较高可靠性的紧凑设计。替代地，嵌齿轮驱动件能够被设置在齿轮对处，从而使得它们能够在第一和第二主轴中的至少一个处接合和解除接合。
[0035]齿轮对中的每一个具有适应于车辆的期望驾驶性能的齿数比。适当的是，当最低档已被选择时，相对于其他齿轮对具有最高齿数比的齿轮对接合。
[0036]为了将相关行星齿轮系的太阳齿轮和行星齿轮架解除接合，第一和第二电机中的至少一个被控制，从而使得转矩平衡存在于行星齿轮系中。当已实现一个转矩平衡时，第一或第二耦连单元位移，从而使得太阳齿轮与行星齿轮架不再被机械地连接到彼此。
[0037]术语“转矩平衡”在此用于表示如下一种情况，其中作用在被设置在行星齿轮的齿圈上的转矩等于作用在行星齿轮系的行星齿轮架上的转矩与行星齿轮系的齿数比率的乘积，而与此同时作用在行星齿轮系的太阳齿轮上的转矩等于作用在行星齿轮架上的转矩与(1-行星齿