用于机动车的变速器以及具有该变速器的混合动力传动系的制作方法

本发明涉及一种用于机动车的变速器，该变速器具有前置齿轮组、主齿轮组、驱动轴、从动轴以及至少五个切换元件。本发明还涉及一种用于机动车的混合动力传动系。

背景技术：

变速器在此尤其是指多级变速器，在其中，可在驱动轴和从动轴之间通过各切换元件优选自动地切换多个挡位、即传动比。切换元件在此例如是离合器或制动器。这种变速器主要应用于机动车中，以便以适合的方式使驱动单元的转速特性和扭矩输出特性适应车辆的行驶阻力。

根据权利要求1的前序部分的用于车辆的自动变速器由公开文献de10213820a1已知。当然，所述自动变速器没有电机。

在现有技术中已知的是，给现有自动变速器扩展一种电机，以便能够借助该自动变速器实现机动车的纯电的或混合的行驶运行。通常，电机的转子为此不可相对旋转地与驱动轴连接。但该转子也可以连接在自动变速器的既不是输入轴也不是从动轴的轴上。为例示例性地提到申请人的公开文献de102007005438a1。不过，根据所述公开文献的教导，电机不能在所述自动变速器的所有挡位中输出或接纳功率，因为该电机与自动变速器的制动器设置在相同的轴上。

也已知所述电机通过相对于驱动轴的固定的预传动比连接到现有的自动变速器上。为例示例性地提到申请人的公开文献de102008040498a1。在其中设置有具有传动级的混合动力模块，该混合动力模块连接于实际的自动变速器的上游。通过所述固定的预传动比，电机可以按照较高的转速和较低的转矩被设计，从而该电机具有小的结构空间需求。然而，根据现有技术的自动变速器为此需要附加的行星齿轮组，从而提高了自动变速器的结构耗费。

技术实现要素：

因此，本发明的任务是提供一种用于机动车的变速器，该变速器具有带有预传动比的、用于在所有挡位中提供对于混合动力典型的功能性的集成电机，而不会非必要地增加结构耗费。此外，该变速器应该具有简单的且紧凑的结构方式。

该任务通过权利要求1的特征来解决。有利的进一步改进方案由从属权利要求、说明书和附图得出。

该变速器具有前置齿轮组、主齿轮组以及至少五个切换元件，其选择性成对地闭合导致在变速器的驱动轴与从动轴之间实现至少八个可切换的前进挡。

所述主齿轮组总共具有四个轴，所述轴按其转速顺序称为第一、第二、第三和第四轴。四个按转速顺序称为第一、第二、第三和第四轴的轴的特征在于，这些轴的转速按所谓的顺序线性增加、减少或相等。换句话说，第一轴的转速小于等于第二轴的转速。第二轴的转速又小于等于第三轴的转速。第三轴的转速小于等于第四轴的转速。该顺序也是可逆的，从而第四轴具有最小的转速，而第一轴的转速大于或等于大于第四轴的转速。在此，在所有四个轴的转速之间始终存在线性关系。在此，一个或多个轴的转速也可以是负值亦或具有零值。转速顺序因此始终涉及带有符号的转速值，而不是其绝对值。

所述前置齿轮组构造用于在第五轴上提供相对于驱动轴的转速增大的转速。在此，在驱动轴和第五轴之间存在固定传动比。这能够以不同的方式例如通过正齿轮传动装置或行星齿轮组实现。

通过闭合第一切换元件第五轴能够与主齿轮组的第四轴连接。通过闭合第二切换元件第五轴能够与主齿轮组的第一轴连接。通过闭合第三切换元件驱动轴能够与主齿轮组的第一轴连接。通过闭合第四切换元件驱动轴能够与主齿轮组的第二轴连接。通过闭合第五切换元件主齿轮组的第四轴可固定成不旋转的，其方式为该第四轴与变速器的壳体或与另一个不旋转的构造元件连接。主齿轮组的第三轴与变速器的从动轴永久连接。

按照本发明，电机的转子与第五轴永久不可相对旋转地连接。通过所述连接，电机的转子在每个挡位中以高于驱动轴的转速旋转。因此可以设计较高转速和较低转矩的电机，从而该电机可以较小地且更低成本地制造。此外，前置齿轮组参与前进挡的形成。因此不需要附加的齿轮组用以形成用于电机的预传动比。此外，第五轴在每个挡位中具有一个转速，这在其它的变化过程中还被示出。因此，所述变速器能够在每个前进挡中借助电机实现功率输出以及功率输入。

此外，按照本发明规定，将主齿轮组构造为分级行星齿轮组，具有两个不同大小的有效直径的行星齿轮能够旋转地支承在该分级行星齿轮组的行星架上。在此，总共具有四个轴的分级行星齿轮组具有两个太阳轮和一个齿圈，或具有两个齿圈和一个太阳轮。在此，所述四个轴由行星架以及三个中央齿轮构成。“中央齿轮”在此可理解为齿圈和太阳轮。这种分级行星齿轮组具有特别紧凑的结构，并且因此特别良好地适合于具有集成电机的变速器。因为通过将电机容纳到变速器中提高变速器的结构空间需求。主齿轮组作为分级行星齿轮组的构型为此适合补偿所述提高的结构空间需求的至少一部分。

根据第一种实施形式，所述分级行星齿轮组具有第一太阳轮和第二太阳轮以及第一齿圈。所述第一太阳轮利用其齿部与构造在行星齿轮的较大有效直径上的齿部啮合并且构成主齿轮组的第一轴的组成部分。所述第二太阳轮利用其齿部与构造在行星齿轮的较小有效直径上的齿部啮合并且构成主齿轮组的第二轴的组成部分。所述行星架是主齿轮组的第三轴的组成部分。所述第一齿圈利用其齿部与构造在行星齿轮的较大有效直径上的齿部啮合并且构成主齿轮组的第四轴的组成部分。所述实施形式尤其在构件负载方面是有利的，因为行星架构成分级行星齿轮组的和轴。

根据第二种实施形式，所述分级行星齿轮组具有第一太阳轮以及第一齿圈和第二齿圈。所述第一太阳轮利用其齿部与构造在行星齿轮的较小有效直径上的齿部啮合并且构成主齿轮组的第一轴的组成部分。所述行星架是主齿轮组的第二轴的组成部分。所述第一齿圈利用其齿部与构造在行星齿轮的较大有效直径上的齿部啮合并且构成主齿轮组的第四轴的组成部分。所述第二齿圈利用其齿部与构造在行星齿轮的较小有效直径上的齿部啮合并且构成主齿轮组的第三轴的组成部分。所述实施形式在从动轴与驱动轴成比例的布置中提供提高的灵活性。

优选地，所述前置齿轮组构造为行星齿轮组，该行星齿轮组具有第一元件、第二元件和第三元件。所述第一元件由行星齿轮组的太阳轮构成，并且被固定成永久不旋转的。如果行星齿轮组构造为负传动比齿轮组，则所述第二元件由行星齿轮组的行星架构成，并且所述第三元件由行星齿轮组的齿圈构成。如果行星齿轮组构造为正传动比齿轮组，则第二元件由行星齿轮组的齿圈构成，并且第三元件由行星齿轮组的行星架构成。第二元件与驱动轴永久连接，而第三元件构成第五轴的组成部分。通过前置齿轮组作为行星齿轮组的构型，所述变速器也适合于特别高的功率，因为类似的正齿轮传动装置对于高功率证明是特别困难的。

通过选择性成对地操作第一至第五操作元件，可在驱动轴和从动轴之间自动切换至少八个前进挡。第一前进挡通过闭合第三切换元件和第五切换元件形成。第二前进挡通过闭合第二切换元件和第五切换元件产生。第三前进挡通过闭合第四切换元件和第五切换元件形成。第四前进挡通过闭合第二切换元件和第四切换元件形成。第五前进挡通过闭合第三切换元件和第四切换元件形成。第六前进挡通过闭合第一切换元件和第四切换元件形成。第七前进挡通过闭合第一切换元件和第三切换元件形成。第八前进挡通过闭合第一切换元件和第二切换元件形成。通过将第一至第五切换元件配置给各单个前进挡，在适当选择行星齿轮组固定传动比的情况下可实现很好适合应用于机动车的传动比顺序。此外，两个相邻的挡位始终具有一个在这两个挡位中闭合的切换元件。因此，在向相邻挡位切换的过程中只需打开一个切换元件并且闭合一个切换元件。这简化了切换过程并且缩短了切换时间。

优选地，所述第五切换元件构造为形锁合的切换元件。形锁合的切换元件在闭合状态中通过形锁合建立连接，并且在打开状态中的特征是比力锁合的切换元件具有更低的拖曳损失。例如第五切换元件可以实施为牙嵌式切换元件，该牙嵌式切换元件也可以构造成无同步装置的。通过在打开状态中较低的拖曳损失进一步提高变速器的效率，尤其是因为第五切换元件仅在机动车的第一至第三前进挡中闭合。因此，第五切换元件在机动车中的变速器运行时主要打开。因为第五切换元件仅在第一至第三前进挡中闭合，该切换元件在向较高挡位的切换过程中始终打开，但不闭合。打开牙嵌式切换元件明显比闭合过程更简单，因为在闭合时牙嵌式切换元件的爪首先必须接合到为此设置的空隙中，而在打开时这些爪仅必须变成无负载的。

优选地，所述变速器具有第六切换元件。通过闭合第六切换元件主齿轮组的第二轴可固定成不旋转的，其方式为主齿轮组的第二轴与变速器的壳体或与另一个不旋转的构造元件连接。在此，所述第六切换元件在变速器的全部前进挡中打开。通过该第六切换元件能够实现构成机械倒挡。这在具体的变速器中仅是有限制地需要，因为倒挡也能通过使电机逆着优选旋转方向运行且挂入其中一个前进挡来形成。但如果不能提供电机运行、例如由于缺少能量储存器的能量含量，则通过第六切换元件能够以简单的方式在驱动轴和从动轴之间提供至少一个机械倒挡。

第一倒挡通过闭合第三切换元件和第六切换元件形成。替代地或补充地，第二机械倒挡通过闭合第二切换元件和第六切换元件形成。在此，尤其是第一倒挡是有利的，因为在第一前进挡中第三切换元件同样闭合。这简化了在第一倒挡与第一前进挡之间的切换过程。

优选地，所述第六切换元件构造为形锁合的切换元件。因为电机的运行大多可供使用，所以机动车的大部分倒挡运行可以借助电机被覆盖。因此，机械第一倒挡和/或第二倒挡仅在例外情况在是需要的，从而不必强制需要在前进挡与机械倒挡之间的动力换挡。因此，当第六切换元件构造为无动力换挡的形锁合切换元件时，这不会导致限制车辆的行驶运行。此外，作为形锁合切换元件的构型提高变速器的机械效率，因为第六切换元件在机动车运行时大多打开。

优选地，所述驱动轴能够经由第七切换元件与变速器的连接轴连接。该连接轴用作变速器与机动车驱动总成、例如内燃机的接口。通过在驱动轴与连接轴之间可切换的连接，从动轴能够借助电机在没有与机动车的驱动总成连接的情况下被驱动。第七切换元件不仅可构造为力锁合的切换元件也可构造为形锁合的切换元件。

根据一种实施形式，所述变速器具有第二电机，其转子与连接轴永久不可相对旋转地连接。以这样的方式，与连接轴连接的内燃机也可以在第七切换元件打开时被起动，而不会对机动车的驱动端产生反作用。

所述变速器可以是机动车的混合动力传动系的组成部分。该混合动力传动系除了变速器外还包括内燃机，该内燃机与变速器的连接轴连接、优选通过设置扭转减振器旋转弹性地连接。变速器的从动轴与轴减速器连接，该轴减速器与机动车的车轮连接。所述混合动力传动系能够实现机动车的多种运行模式。在电动行驶运行中，机动车通过变速器的电机驱动，其中，第七切换元件打开。在内燃机式的运行中，机动车通过内燃机驱动，其中，第七切换元件闭合。在混合驱动的运行中，机动车既通过内燃机又通过变速器的电机驱动。

行星齿轮组包括太阳轮、行星架和齿圈。行星齿轮可旋转地支承在行星架上，这些行星齿轮与太阳轮的齿部和/或与齿圈的齿部啮合。负传动比齿轮组是指包括行星架、太阳轮和齿圈的行星齿轮组，行星齿轮可旋转地支承在行星架上，其中，至少一个所述行星齿轮的齿部不仅与太阳轮的齿部而且也与齿圈的齿部啮合，从而当太阳轮在行星架固定的情况下旋转时，齿圈和太阳轮沿相反的旋转方向旋转。正传动比齿轮组与刚才所描述的负传动比齿轮组的区别在于，正传动比齿轮组包括内侧和外侧行星齿轮，所述行星齿轮可旋转地支承在行星架上。在此，内侧行星齿轮的齿部一方面与太阳轮的齿部并且另一方面与外侧行星齿轮的齿部啮合。此外，外侧行星轮的齿部与齿圈的齿部啮合。这导致在行星架固定时齿圈和太阳轮沿相同的旋转方向旋转。

电机至少包括不旋转的定子和可旋转支承的转子并且在电动机式的运行中构造用于，将电能转换为转速和扭矩形式的机械能，并且在发电机式的运行中将机械能转换为电流和电压形式的电能。

通过各切换元件，按照操纵状态允许在两个构件之间的相对运动或在两个构件之间建立用于传递转矩的连接。“相对运动”例如可理解为两个构件的旋转，其中，第一构件的转速不同于第二构件的转速。此外，也可设想仅两个构件之一的旋转，而另一构件静止或沿相反的方向旋转。

“永久连接”是指在两个元件之间始终存在连接。这样永久连接的元件始终以在其转速之间相同的相关性旋转。在两个元件之间的永久连接中不可设置切换元件。因此永久连接不同于可切换的连接。

附图说明

下面借助附图详细描述本发明的各实施例。

图1示意性示出按照本发明第一种实施例的变速器。

图2示出根据所述第一种实施例的变速器的转速图。

图3示出根据所述第一种实施例的变速器的换挡图。

图4示意性示出按照本发明第二种实施例的变速器。

图5示出根据所述第二种实施例的变速器的转速图。

图6示出根据所述第二种实施例的变速器的换挡图。

图7示出机动车的混合动力传动系。

具体实施方式

图1示意性示出按照本发明的第一种实施例的用于机动车的变速器g。该变速器g具有驱动轴gw1、从动轴gw2、构造为行星齿轮组p1的前置齿轮组vrs、构造为分级行星齿轮组ps的主齿轮组hrs、五个切换元件a、b、c、e、f以及带有不旋转的定子s和可旋转的转子r的电机em。可选地，该变速器g也可以具有第六切换元件d。

所述行星齿轮组p1构造为负传动比齿轮组，并且具有第一元件e11、第二元件e21和第三元件e31。所述第一元件e11配置给行星齿轮组p1的太阳轮，并且永久固定成不旋转的，其方式为太阳轮与变速器g的壳体gg或另一个不旋转的构件连接。所述第二元件e21配置给行星齿轮组p1的行星架，并且与驱动轴gw1永久连接。所述第三元件e31配置给行星齿轮组p1的齿圈，并且与电机em的转子r连接。转子r和第三元件e31是第五轴w5的组成部分。

所述分级行星齿轮组ps包括行星齿轮pl，该行星齿轮具有两个不同大小的有效直径。第一太阳轮e121利用其齿部与构造在行星齿轮pl的较大有效直径上的齿部啮合。第二太阳轮e122利用其齿部与构造在行星齿轮pl的较小有效直径上的齿部啮合。行星齿轮pl可旋转地支承在行星架e22上。第一齿圈e321利用其齿部与构造在行星齿轮pl的较大有效直径上的齿部啮合。分级行星齿轮组ps构成具有总共四个轴w1、w2、w3、w4的主齿轮组hrs。所述第一轴w1配置给第一太阳轮e121。所述第二轴w2配置给第二太阳轮e122。所述第三轴w3配置给行星架e22。所述第四轴w4配置给第一齿圈e321。通过将四个轴w1、w2、w3、w4配置给分级行星齿轮组ps的各元件，第一轴w1、第二轴w2、第三轴w3和第四轴w4的顺序对应于其转速顺序。

第一轴w1能够经由第二切换元件b与第五轴w5连接并且经由第三切换元件c与驱动轴gw1连接。第二轴w2能够经由第四切换元件e与驱动轴gw1连接。通过可选设置的第六切换元件d，第二轴w2可固定成不旋转的。第三轴w3与从动轴gw2永久连接。第四轴w4能够经由第一切换元件a与第五轴w5连接，并且能经由第五切换元件f固定成不旋转的。驱动轴gw1可以经由未示出的第七切换元件k0与未示出的连接轴an连接。

所述切换元件a、b、c、d、e、f示意性地以力锁合的多片式切换元件的形式示出，但这不能视为限制性的。切换元件a、b、c、d、e、f、尤其是第五切换元件f和第六切换元件d也可选择构造为牙嵌式切换元件，这适用于所有实施例。

如果变速器g包括第六切换元件d，则根据第一种实施例的变速器g构造为所谓的前置横向变速器。为此，在从动轴gw2上构造有齿部，该齿部与相对于从动轴gw2轴向平行设置的、未示出的轴的齿部啮合。从动轴gw2的功率可以通过该轴被传输到机动车的车轮dw上。如果根据第一种实施例的变速器g不包括第六切换元件d，则该变速器g不仅可以构造为前置横向变速器而且可以构造为所谓的前置纵向变速器。在前置纵向变速器中，驱动轴gw1和从动轴gw2的接口位于变速器g的彼此对置的端部上并且彼此同轴地设置。

图2示出变速器g的第一种实施例的转速图。在该转速图中，在竖直方向上，主齿轮组hrs的四个轴w1、w2、w3、w4的转速相对驱动轴gw1转速n成比例地标出。驱动轴gw1的最大出现的转速n被标准化为值1。轴w5的转速n-w5在此始终高于驱动轴gw1的转速n。主齿轮组hrs的四个轴w1、w2、w3、w4之间的距离通过分级行星齿轮组ps的固定传动比形成。该图仅用于说明并且并非按比例的。属于一个特定工作点的转速比能通过直线连接。在第三轴w3上可以读取从动轴gw2的转速n-ab。

由在图2所示出的转速图中可看出，驱动轴gw1以及因此第五轴w5在每个挡位中具有不同于零的转速。因此，在每个挡位中能够借助电机em进行功率输入和功率输出。

图3示出根据所述第一种实施例的变速器g的换挡图。在该换挡图的各行中给出八个前进挡g1至g8以及第一倒挡和第二倒挡r1、r2、用于停车充电的运行模式gen以及驻车挡p。在换挡图的列中通过圆圈说明在哪个挡位或者说运行模式中哪些切换元件a、b、c、d、e、f、k0闭合。通过在图3中的换挡图和在图2中的转速图清楚地示出变速器g的工作方式。在换挡图的上半部分中示出驱动轴gw1与从动轴gw2之间的传动比。在换挡图的下半部分中示出第五轴w5与从动轴gw2之间的传动比。这种传动比顺序特别适合用于机动车动力总成系统中的变速器g。具体的传动比由行星齿轮组p1和分级行星齿轮组ps的固定传动比得出。

所述运行模式gen适合于在车辆静止状态中机动车的停车充电。在此仅第七切换元件k0闭合，其中，与连接轴an连接的驱动总成可以驱动电机em。在此未挂入挡位，从而没有功率被传送给从动轴gw2。

如果第五切换元件f和第六切换元件d均构造为形锁合的牙嵌式切换元件，则能通过闭合这两个切换元件实现驻车挡p。因为通过不旋转地固定主齿轮组hrs的两个轴、在此情况下为固定第二轴w2和第四轴w4，也可使从动轴w3固定成不旋转的。优选在此第五切换元件和第六切换元件f、d这样构造，使得这两个切换元件在无能量状态中可靠保持其切换状态。

图4示意性地示出按照本发明第二种实施例的变速器g。与所述第一实施例不同，以分级行星齿轮组ps形式的主齿轮组hrs具有改变的结构。根据第二种实施例的分级行星齿轮组ps具有仅一个唯一的太阳轮，该太阳轮被称作第一太阳轮e121。该第一太阳轮e121利用其齿部与构造在行星齿轮pl的较小有效直径上的齿部啮合。为此，分级行星齿轮组ps除第一齿圈e321之外具有第二齿圈e322，该第二齿圈利用其齿部与构造在行星齿轮pl的较小有效直径上的齿部啮合。此外，第一齿圈e321与构造在行星齿轮pl的较大有效直径上的齿部啮合。

由于分级行星齿轮组ps的改变的结构，也改变了轴w1、w2、w3、w4配置给分级行星齿轮组ps的各元件。第一轴w1配置给第一太阳轮e121。第二轴w2配置给行星架e22。第三轴w3配置给第二齿圈e322。第四轴w4配置给第一齿圈e321。

根据第二种实施例的变速器g不仅适合于前置纵向变速器的构型而且适合于前置横向变速器的构型，与是否设置有第六切换元件d无关。因为将第二轴w2可切换地连接到壳体gg上可以从行星架e22出发设置在行星齿轮pl的两个有效直径之间。在图4中示例性地示出具有同轴的驱动端和从动端的布置结构、即作为前置纵向变速器的构型。

图5示出变速器g的第二种实施例的转速图，该转速图基本上与图2所示出的第一种实施例的转速图相同。在此应注意，该示图仅用于说明并且并非按比例的。

图6示出根据所述第二种实施例的变速器的换挡图。除了不同的传动比之外，该换挡图与在图3中所示出的换挡图相同。

图7示出具有根据第二种实施例的变速器g的机动车混合动力传动系，这仅仅视为示例性的。该混合动力传动系可设有变速器g的所列出的实施例的任何一种。混合动力传动系包括内燃机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可经由第七切换元件k0与变速器g的驱动轴gw1连接。从动轴gw2与轴减速器ag驱动作用连接。作用在从动轴gw2上的功率从轴减速器出发分配到机动车的车轮dw上。在电机em的电动机式的运行中，电功率通过未示出的逆变器输送给定子s。在电机em的发电机式的运行中，定子s向逆变器输送电功率。

在图7中所示出的变速器g附加地具有第二电机em2，其转子与连接轴an不可相对旋转地连接。第二电机em2可选地设置。通过第二电机em2，即使第七切换元件k0打开，内燃机vkm也可以被起动。在第七切换元件k0闭合时，第二电机em2也可帮助驱动机动车。这种第二电机em2可用于变速器g的任何一种实施例。第二电机em2也可设置在变速器g之外，例如以内燃机vkm上的皮带-起动器发电机的形式。

附图标记列表

g变速器

gw1驱动轴

gw2从动轴

an连接轴

gg壳体

em电机

s定子

r转子

vrs前置齿轮组

hrs主齿轮组

w1第一轴

w2第二轴

w3第三轴

w4第四轴

w5第五轴

n驱动轴的转速

n-ab从动轴的转速

n-w5第五轴的转速

p1行星齿轮组

e11行星齿轮组的第一元件

e21行星齿轮组的第二元件

e31行星齿轮组的第三元件

ps分级行星齿轮组

e121分级行星齿轮组的第一太阳轮

e122分级行星齿轮组的第二太阳轮

e22分级行星齿轮组的行星架

pl分级行星齿轮组的行星齿轮

e321分级行星齿轮组的第一齿圈

e322分级行星齿轮组的第二齿圈

a第一切换元件

b第二切换元件

c第三切换元件

e第四切换元件

f第五切换元件

d第六切换元件

k0第七切换元件

g1-g8第一至第八前进挡

r1第一倒挡

r2第二倒挡

gen运行模式

p驻车挡

vkm内燃机

dw车轮

ag轴减速器

ts扭转减振器

em2第二电机