用于混合式传动系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的前序部分的变速箱。本发明还涉及一种根据权利要求12的前序部分的包括所述变速箱的车辆、一种根据权利要求13的前序部分的控制所述变速箱的方法、一种根据权利要求16的前序部分的控制所述变速箱的计算机程序、以及一种根据权利要求17的前序部分的包括程序代码的计算机程序制品。
【背景技术】
[0002]混合式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为燃式发动机，所述次要发动机可以为电机。电机配备有用于存储电能的至少一个能量存储器，诸如电化学能量存储器，和调节设备，以便调节电能在能量存储器与电机之间的流动。取决于车辆的操作状态，电机能够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。当车辆被制动时，电机产生电能，所述电能被存储在能量存储器中。这通常被成为“制动能量回收”，并且其使得被制动的车辆利用到电机和燃式发动机的协助。被存储的电能此后被用于车辆的操作。
[0003]行星齿轮系通常包括以允许相对于彼此旋转的方式设置的三个部件。这些部件为太阳齿轮、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被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被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被连接到电机的转子，以便实现混合式操作。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，电机可以通过具有变速比的变速器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级递增的方式调节。在操作期间，当变速箱的输入轴被赋予期望的转速和转矩中的至少一个时，控制单元在知晓燃式发动机的转速的情况下计算驱动第三部件所必需的转速，以便为变速箱的输入轴赋予期望的转速。控制单元启动电机，从而使得所述电机将被计算出的转速赋予第三部件，并且从而将期望的转速赋予变速箱的输入轴。
[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到一起，常规离合器机构能够得以避免。在车辆加速期间，增加的转矩将从燃式发动机和电机被供应到变速箱并且进而被供应到车辆的驱动轮。由于燃式发动机和电机两者被连接到行星齿轮系，因此能够由燃式发动机和电机供应的最大可能转矩将会由这些驱动单元中的任意一个限制，所述最大可能转矩中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传动比考虑在内。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传动比考虑在内，电机将不能向行星齿轮系产生足够大的反作用转矩，并且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由电机的动力限制。这也通过被称为“行星公式”的公式而明确。
[0005]存在与使用将变速箱的输入轴与燃式发动机脱离连接的常规离合器同时在变速箱中进行换档过程相关联的缺点，诸如对离合器的离合器片的加热，这导致离合器片的磨损以及燃料消耗的增加。此外，常规离合器机构相对笨重且昂贵。同时，其在车辆中占用相对较大空间。
[0006]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被连接到电机，以及行星齿轮系的齿圈被连接到彼此。每个行星齿轮系的行星齿轮架以这样的方式被连接到多个齿轮对，使得获得无限多的档位。另一篇文献，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]文献US-A1-20050227803揭示了一种具有两个电机的车辆变速器，所述两个电机中的每一个在两个行星齿轮系中的一个中被连接到太阳齿轮。各行星齿轮系具有公共行星齿轮架，所述公共行星齿轮架被连接到变速器的输入轴。
[0008]文献W02008/046185-A1揭示了一种具有两个行星齿轮系的混合式变速器，由此电机被连接到各行星齿轮系中的一个，以及双离合器与第二行星齿轮系互相作用。两个行星齿轮系还通过嵌齿轮变速器与彼此互相作用。
【发明内容】
[0009]尽管本领域中的已知解决方案可用，但仍然需要开发一种在不中断转矩的情况下换档的变速箱，所述变速箱体现出一种制动能量回收装置、具有紧凑设计、具有较高可靠性和较高可信性、体现出较低重量、并且在特定操作状态下相对于电力供应自给自足。
[0010]用于在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。如果将要包括其它部件，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，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。
[0012]对于作为驱动装置一部分的部件也需要较高可靠性和较高可信性。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靠性和使用寿命。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]本发明的另一个目的是提供一种具有紧凑设计的变速箱。
[0017]本发明的另一个目的是提供一种具有较高可靠性和较高可信性的变速箱。
[0018]本发明的另一个目的是提供一种用于车辆的变速箱，所述变速箱体现出较低重量。
[0019]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处的输出轴。
[0020]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。
[0021]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。
[0022]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。
[0023]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。
[0024]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。
[0025]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12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方法实现，所述方法的特征在于，包括在权利要求13的特征部分中指定的鲜明特征。
[0027]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16的特征部分中指定的鲜明特征。
[0028]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17的特征部分中指定的鲜明特征。
[0029]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，其中第一行星齿轮系的行星齿轮架被连接到第二行星齿轮系的太阳齿轮。被连接到行星齿轮系的电机能够取决于期望操作状态而产生电流或提供转矩，或既产生电流又提供转矩。电机还能够在特定操作状态中为彼此提供电流。
[0030]根据本发明的另一个实施方式，变速箱配置有多个齿轮对，所述多个包括嵌齿轮的齿轮对，所述嵌齿轮能够与侧轴机械地锁定。以这样的方式获得多个固定档位，能够在不中断转矩的情况下在所述多个固定档位之间换档。能够被接合在侧轴上的嵌齿轮还意味着获得具有较高可靠性和较高可信性的紧凑设计。
[0031]利用根据本发明的变速箱，能够避免燃式发动机与变速箱之间的常规滑动离合器。
[0032]根据本发明的一个实施方式，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被固定地锁定到变速箱外壳。通过借助于锁定机构将燃式发动机的输出轴和行星齿轮架锁定到变速箱外壳，变速箱并且从而车辆将会适于由电机进行电操作。从而电机向变速箱的输出轴提供转矩。
[0033]根据本发明的一个实施方式，第一和第二耦连单元被分别设置在行星齿轮架与第一和第二行星齿轮系的太阳齿轮之间。耦连单元的任务是将相关行星齿轮架锁定到太阳齿轮。当行星齿轮架和太阳齿轮被连接到彼此时，来自燃式发动机的力将会通过行星齿轮架、耦连单元、太阳齿轮并且进而通向变速箱，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，而非适应于燃式发动机的转矩，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。
[0034]优选的是，耦连单元和锁定机构包括环形护套，所述环形护套在其接合与解除接合位置之间轴向地位移。护套实质上同心地包围变速箱的旋转部件并且所述护套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。
[0035]变速箱可以配置有多个包括嵌齿轮的齿轮对，所述嵌齿轮能够与侧轴机械地接合和解除接合。以这样的方式获得多个固定档位，能够在不中断转矩的情况下在所述多个固定档位之间换档。能够接合在侧轴上的嵌齿轮还意味着获得具有较高可靠性和较高可信性的紧凑设计。替代地，嵌齿轮驱动件能够被设置在齿轮对处，从而使得所述嵌齿轮驱动件能够在第一和第二主轴中的至少一个处接合和解除接合。
[0036]每