具有变速比可无级调节的多个变速比范围的功率分流式变速器的制作方法

专利名称：具有变速比可无级调节的多个变速比范围的功率分流式变速器的制作方法
具有变速比可无级调节的多个变速比范围的功率分流式变速器在机动车中与用行星组件工作的传统有级自动变速器相比，具有 可连续调节的变速比的自动变速器由于随之出现的高行驶舒适性并 且尤其是由于较低的燃料消耗而愈来愈引起人们的兴趣。这种无级变 速器典型地包括一个无级变速装置，该无级变速装置通过两个由缠绕 接触装置缠绕的锥盘对构成，其中，锥盘对的锥盘之间的距离可反向 调节以便调节变速比。这种无级变速装置中的一个问题在于其有限的变速比调节范围 及有限的转矩传递能力。为了增大变速器传动范围，即增大变速比调 节范围及转矩传递能力，提出了功率分流式自动变速器，在这种功率 分流式自动变速器中，无级变速装置可通过至少一个离合器以不同的 方式与齿轮传动装置相连接。视在改变总变速器的变速比时离合器位 置而定，无级变速装置的调节范围在一个方向或另一个方向上被经 历，由此在无级变速装置传动范围相同或甚至减小的情况下得到增大 的变速器传动范围。此外，无级变速装置至少在功率分流式变速器中 不必传递总的驱动力矩，由此增大了变速器的转矩传递能力，在该功 率分流式变速器中驱动力矩的一部分可与无级变速装置并行地经由 离合器直接传递到齿轮传动装置或从动部分。这种可无级调节的功率分流式变速器也已作为混合式机器公知， 即具有组合的电机。由US 3340749及DE 12 32 834公知了功率分流式无级变速器， 即所谓的CVT变速器，这种功率分流式无级变速器除无级变速装置 外还具有一个行星传动装置。在此，行星组件这样地组合在变速器中，使得该行星组件设置在从动部分与无级变速装置之间。变速器的驱动 部分无相对转动地与无级变速装置轴中的一个相连接，但没有无级变 速装置轴无相对转动地与从动部分相连接。由DE 102 47 174 Al及DE 103 58 114A1公知了具有一个无级变 速装置及一个行星传动装置的变速器结构，在这种变速器结构中这样 地安装行星组件，使得该行星组件设置在无级变速装置与驱动部分之 间。这意味着，没有无级变速装置轴无相对转动地与驱动部分相连接， 但无级变速装置轴中的一个与变速器的从动部分无相对转动地相连 接。尤其是在所述结构中驱动部分与行星传动装置的行星架相连接并 且行星传动装置构造成负传动装置。因此，这些结构在均匀的功率分 配方面是有利的，这应归因于行星架连接在变速器输入端上。而倒退 档位的形成相对复杂，由此通常需要一个用于逆转转速的附加轴。由此出发，本发明的任务在于，提出一种具有变速比可无级调节 的多个变速比范围的功率分流式变速器，在该功率分流式变速器中功 率分配与轿车变速器中各个变速比的使用相适配。此外要提出一种用 于具有多个变速比范围的功率分流式变速器的转换装置，该转换装置 保证短的转换行程。另外还提出一种空转装置，该空转装置与无级变 速装置的适当操作相配合可实现无冲击转换。最后要提出一种无级变 速装置离合器单元，该无级变速装置离合器单元可紧凑地组合在无级 变速装置单元中。这些任务通过具有权利要求1的特征的功率分流式变速器、具有 权利要求14的特征的转换装置、具有权利要求25的特征的空转装置 及具有权利要求19的特征的无级变速装置离合器单元来解决。从属 权利要求中描述了优选的实施形式。具有变速比可无级调节的多个变速比范围的功率分流式变速器 尤其是包括一个用于与发动机无相对转动地相连接的驱动轴、 一个分配传动装置、 一个无级变速装置及一个输出轴，其中，分配传动装置 是一个行星传动装置并且驱动轴可直接与行星传动装置的空心轮相賴合o本发明在此基于一个构思有意地利用行星传动装置中不均匀的 功率分配，并且所述变速器由此与轿车变速器的各个变速比的不均匀 使用相适配。因此可在最经常使用的变速比中尤其是使无级变速装置 卸载，即这样适配，使得该无级变速装置必须传递相对小的转矩。这 使得一些问题、例如缠绕接触装置滚切到锥盘中得以减轻并且尤其是 当行星传动装置不构造成传统的负传动装置而是构造成正传动装置、 即具有换向行星组件时得以实现，因为于是借助于行星传动装置可实 现特别有利的功率传递并且在行星传动装置中进行不均匀功率分配 之后一部分转矩在例如两个可通过行星传动装置形成的行驶范围中 在绕过无级变速装置的情况下流到从动部分。优选在驱动轴与行星传动装置的空心轮之间设置有一个离合器， 这尤其是当同时设置有一个电机时是有利的，由此，该变速器在没有 经由驱动轴与空心轮之间的离合器传递功率的情况下规定了纯电的 线路可能性。同时，该离合器在适当的结构形式时在发动机与驱动轴 之间起减振作用。在此，无级变速装置位于分配传动装置与输出轴之间的功率流 中，由此在行驶工况中在行星传动装置中优选不均匀地分配内燃机的 功率，由此，第一部分可直接流到从动部分，而另一部分经由无级变 速装置流到从动部分。优选在变速器中组合一个电机(电动机)，根据一个优选的实施 形式该电机设置在分配传动装置与从动轴之间。该电机一方面用于在 行驶工况中支持内燃机的功率，由此使一部分功率通过电机来施加， 另一方面例如也用于电的线路，在该电的线路中不需要内燃机的功率。最后，通过适当组合电机也可电动起动即使可能非常冷的内燃发 动机。为了转换相应的工作模式，设置有适当的离合器，这些离合器 相应地控制力矩流。也可例如在不同的发动机温度下考虑内燃发动机 的作为替换方案的起动可能性。如果设置有一个电机，则优选在分配传动装置中这样进行功率流 的分流，使得输出轴可在绕过无级变速装置情况下与驱动轴相连接并 且输出轴可通过无级变速装置与驱动轴相连接。由此可提供两个不同 的行驶范围，其中，或者经由与行星传动装置的太阳轮相连接的轴或 者经由与行星轮的行星架相连接的轴进行输出。因此，优选电机与一个和行星传动装置的太阳轮无相对转动地相 连接的轴相连接。根据一个优选的实施形式，电机组合在一个变速器壳体中，无级 变速装置及分配传动装置也容纳在该变速器壳体中。在从驱动轴到输 出轴的变速器纵向方向上观察，在此优选电机定位在无级变速装置的 一侧上并且分配传动装置定位在无级变速装置的另一侧上。由此得到 有利的且可模块化的结构空间利用，因为通常无需适配的部件设置在 变速器部分的一侧上。构成变速器主要成本部分的电机鉴于尺寸及由 于其在无级变速装置的另一侧上的位置造成的结构空间约束而可与 通常无需确定尺寸的部件分开地量身定制地与车辆类型或客户期望 相适配。由此通过该布置可得到一个紧凑的变速器，在该变速器中电 动机组合在变速器壳体中，但该变速器壳体对于客户期望是灵活的。优选变速器壳体由至少两个变速器壳体件组成，其中，电动机或 电机安置在一个分开的变速器壳体件中，该分开的变速器壳体件可被 法兰连接在容纳无级变速装置及分配传动装置的变速器壳体件上。在此特别有利的是这样布置无级变速装置轴及驱动轴和输出轴， 使得驱动轴和/或输出轴相对于由无级变速装置轴展开的平面平行地且在该平面之外延伸。通常驱动轴及输出轴也直接平行于无级变速装 置轴延伸。根据一个优选的实施形式，行星传动装置构造成换向行星传动装置。为了满足变速器中不同的转矩流，根据一个优选的实施形式，设 置有离合器，通过所述离合器可选择地使一个与行星传动装置的太阳 轮无相对转动地相连接的轴或一个与行星传动装置的行星架无相对 转动地相连接的轴与从动轴相连接。这可实现形成两个行驶范围，这 些行驶范围中的一个通过与行星传动装置的太阳轮无相对转动地相 连接的轴分接出并且另一个通过与行星传动装置的行星架无相对转 动地相连接的轴分接出。一种转换装置，用于功率分流式变速器，该功率分流式变速器具 有变速比可无级调节的多个变速比范围，该转换装置包括一个第一轴 及一个第二轴，这些轴沿一个公共的轴线布置，这些轴的外壳面至少 在第一轴与第二轴之间的一个边界区域中各设置有一个齿型廓并且 对齐，该转换装置还包括一个空心轴，该空心轴包围第一轴及第二轴 并且在至少第一轴或第二轴的边界区域中设置有一个内齿部。此外， 设置有一个环形的转换元件，该转换元件包围第一轴和/或第二轴并且 具有一个内齿部，该内齿部可与第一轴和/或第二轴的相应的齿型廓啮 合。该转换元件的一个外齿部可与空心轴的内齿部啮合。转换元件可 通过一个操作装置在第一轴和第二轴以及空心轴的轴向方向上移动， 由此，该转换元件同时与空心轴的内齿部及第一轴或第二轴的外齿部 啮合或同时与第一轴及第二轴的外齿部啮合。在不同的配合状态之间 转换元件不走过特意提供的中性区域，即第一轴及第二轴优选彼此直 接邻接地布置并且空心轴的内齿部与这两个轴中一个轴的外齿部区 域这样对齐地定向，使得在轴向方向上空心轴的内齿部区域相应于转换元件的转换行程的长度。由此可在转换元件转换时避免中性区域，因此转换行程短。转换元件优选被构造得无縮回部分(Hinteriegung)， 以便防止在取出时卡住。同时，通过取消縮回部分可增大用于转矩的 传递面积而不增加结构空间要求。转换元件的操作例如液压地进行，其中，液压压力室可固定地、 即不与轴一起转动地设置。为了操作转换元件优选设置有一个与空心轴同步转动的移动套 筒，该移动套筒具有一个销，该销伸过一个设置在空心轴中的长形孔。 该销与转换元件这样形成配合，使得该销引起转换元件的轴向移动。为了操作移动套筒，优选设置有一个相对于轴无相对转动的转换 叉，该转换叉借助于也固定的压力室被液压地操作。压力室优选是与 轴同心地布置的缸。这种转换装置优选在具有变速比可无级调节的多个变速比范围 的功率分流式变速器中这样使用，使得在输出轴、 一个随行星传动装 置的行星架转动的轴及一个随行星传动装置的太阳轮转动的轴之间 通过该转换装置构成离合器装置，其中，该变速器除了用于无级调节 的无级变速装置外还包括一个行星传动装置作为分配传动装置。由此 对于该离合器装置可实现短的转换行程并且同时可取消縮回部分，所 述縮回部分在传统的转换元件中是必需的，以便这些转换元件在负载 下不飞出而是保持被操作。而通过根据本发明的离合器装置可保证离 合器的可靠释放。为了操作转换装置，待耦合的轴需要处于同步。当借助于无级变 速装置调整范围变换变速比时出现该同步。转换操作与范围变换变速 比的达到在时间上精确的吻合是控制技术上的难题。为了解决该问 题，根据本发明在离合器中设置有一个空转装置，该空转装置的闭锁 迫使同步。由此保证该转换装置可无问题地被操作。空转装置这样在分配传动装置上使用，使得该空转装置抑制一个 轴的超越并且由此迫使整个行星轮组同步。该"试图超越"的状况这 样产生无级变速装置不仅控制转换变速比，而且被这样控制，使得 该无级变速装置会被调节超过该转换变速比。一种无级变速装置离合器单元，用于使一个无级变速装置与一个 用于力锁合地传递功率的配合构件相连接，该无级变速装置离合器单 元包括一个摩擦面装置，其中， 一个离合器侧的摩擦面固定地与无级 变速装置的一个盘相连接。该离合器装置例如可以是单片离合器、多 片离合器或锥面离合器，其中，优选片式离合器。在此情况下例如外 部片固定地与无级变速装置的一个盘相连接，而内部片设置在一个配 合构件上。设置在无级变速装置上的摩擦面优选安置在无级变速装置的定 盘的凹部中。这允许特别节省位置的布置。在该离合器的这种布置中 容忍了无级变速装置轴的相对强的挠度及离合器衬的随之而来的局 部不均匀负荷。离合器的一个侧有意地非常刚性地与无级变速装置、 尤其是定盘相连接。为了更好地补偿变形，优选在摩擦面装置与配合构件之间设置有 一个变形补偿构件，该变形补偿构件补偿无级变速装置轴的变形。该 变形补偿构件例如可构造成插接齿部。这保证例如配合构件上的齿部 充分与无级变速装置变形脱耦，由此使得表面接触区变化可被接受。并且一个泵单元例如可通过这种变形补偿构件来连接，由此使得 该泵单元不承受无级变速装置轴的所有变形。下面以附图为例来描述本发明。附图表示

图1根据本发明的变速器的示意性视图；图2根据本发明的变速器的作为替换方案的布置的示意性视图；图3 根据本发明的变速器的另一个作为替换方案的布置的示 意性视图；图4根据图3的变速器的横剖面；图5图4中变速器的主要部件的侧视图；图6 在根据图1或图2或图3的变速器的不同行驶状况中不同 转换元件的转换状态；图7在电的线路时经过根据图1的变速器的力矩流的示意图；图8 在车辆处于静止时在电动起动发动机的情况下经过根据 图1的变速器的力矩流；图9 在作为替换方案电动起动发动机的情况下根据图1的变速 器中的力矩流的示意图；图10在根据图l的变速器中由所述的线路来进行发动机电动起 动的示意图；图ll在第一行驶范围中根据图1的变速器中的力矩流的示意图；图12在第二行驶范围中根据图1的变速器中的力矩流的示意图；图13在根据图1的变速器中在第一行驶范围及第二行驶范围中 无级变速装置变速比的视图；图14在第一行驶范围及第二行驶范围中在根据图1的变速器中 的调节功率分量；图15根据本发明的转换元件的视图；图16根据本发明的无级变速装置离合器单元的视图；及 图17用于稳定转换点的根据本发明的空转装置的视图。 图1示出了一个具有变速比可无级调节的多个变速比范围、尤其 是两个行驶范围的功率分流式变速器的第一实施形式。该功率分流式变速器10尤其是包括一个无级变速装置单元20、 一个构造成行星换 向传动装置的行星传动装置30以及一个电机(E-Maschine) 40。当发 动机输出轴12与驱动轴14之间的离合器13闭合时，从例如机动车 的内燃发动机(未示出)起，转矩可经由发动机输出轴12传递给变 速器的驱动轴14。此外，驱动轴14无相对转动地与行星传动装置30 的空心轮32相连接。行星传动装置30的太阳轮33无相对转动地与 一个空心轴16相连接，该空心轴可通过一个离合器17无相对转动地 与变速器的输出轴18相连接。电机40配合在空心轴16上。行星传 动装置30的行星架34无相对转动地与一个轴35相连接，轴35可通 过一个离合器19与变速器的输出轴18相连接。行星轮36以公知方 式与空心轮32或太阳轮33啮合。无级变速装置20具有两个锥盘对21、 22，这些锥盘对被一个缠 绕接触装置23缠绕。每个锥盘对21或22具有一个定盘21a、 22a及 一个可调节的盘21b、 22b。通过调节所述调节盘21b、 22b可调整无 级变速装置单元21、 22之间的变速比例。第一锥盘对21无相对转动地与一个轴24相连接，该轴设置有一 个相对于该轴无相对转动的齿部或中间轮25，该中间轮与行星架34 啮合。第二锥盘对22与一个轴26无相对转动地相连接，该轴可通过一 个离合器装置28与一个中间轮27相连接。中间轮27与一个无相对 转动地设置在空心轴16上的齿部29啮合并且例如构造成齿轮。最后，在空心轴16上还设置有一个泵单元42，以便可通过液压 压力实现调节。在图1中所示的实施形式中就其定位而言无级变速装置单元20、 行星传动装置30及电机40以这种布置沿着变速器纵向轴线即轴12、 14、 16及18的轴向方向布置，图2中所示的实施形式与图1中所示的实施形式不同之处在于为了位置上有利的布置，将通常不经受客户修改的那些部分设置在体积相对大的无级变速装置20的一侧(图2 中左侧)上，而将通常经受修改的电机40设置在另一侧(图2中右 侧)上。尤其是在轴14、 16及18的轴向方向上以这种顺序来设置行 星传动装置30、无级变速装置单元20以及电机40。此外，这种布置 具有其优点空心轴16与无级变速装置的第二锥盘对22之间的传递 功率的连接也可在结构空间技术上组合在行星传动装置与无级变速 装置之间，尤其是在第二锥盘对22的轴26与空心轴16之间允许或 禁止转矩传递的离合器28可组合在无级变速装置的第二锥盘对的定 盘22a中，如后面所述。并且第一无级变速装置单元的中间轮25在此 情况下可直接地与第一锥盘对21的调节盘21b相连接。并且这允许 节省位置的布置。最后，泵装置42在结构空间技术上可有利地安置 并且可这样构造，使得无相对转动地布置直接地或间接地由泵单元以 液压流体加载的液压室。在图1或图2中所示的实施形式中就其定位而言转换元件17或 19布置在变速器输出轴18的紧附近，图3中所示的实施形式与图1 或图2中所示的实施形式不同之处在于为了位置上有利的布置，将 电机40的一侧上的转换元件布置在变速器的更靠内部。通过结构元 件的在图3中所示的布置，现在电机40也位于变速器输出轴18的紧 附近。图3中的实施形式与图1或图2相比另一个区别在于泵42的安 装位置。在图1或图2中泵同心地并且在功能上位于布置在中央的轴 16上，而在图3中出于结构空间原因该泵相对于盘组轴26同心，但 在功能上通过齿轮29及27未改变地与轴16相连接。在图3中所示的布置中，如从图4可获知的那样，尤其有利的是， 图4中示意性地示出的功率分流式变速器10的通常无需修改的元件组合在一个自己的壳体件44中。由此尤其是无级变速装置20、行星 传动装置30及所属的轴和离合器以及液压控制装置(未示出)作为 模块设置在壳体件44中。电动机40则作为混合式模块安置在一个分 开的壳体件46中，该分开的壳体件可根据电动机40的可依客户特定 地选择的参数来确定尺寸。此外，该分开的壳体件例如可借助于法兰 48及螺钉固定在壳体件44上。因此所有那些不需适配的部件位于图 4中所示的左侧的壳体件44中，而电动机位于右侧的壳体件46中。 视在变速器的应用中可供使用的结构空间及其它适配期望而定，可使 用相对大或相对小的电机40。在此情况下除电机本身外仅该电机的组 合在壳体件46中的冷却装置和壳体件46本身必须改变尺寸。在图4中所示的实施形式中，如从图5可获知的那样，具有各作 为自己的轴成形出的无级变速装置盘组21、 22的无级变速装置这样 布置，使得无级变速装置轴24、 26展开一个平面，该平面位于图4 中的绘图平面下方，其中，无级变速装置锥盘对21、 22在图4中相 对于附图视图向上翻起。轴12、 14、 16与无级变速装置轴24、 26平 行，但在通过这些无级变速装置轴展开的平面之外。下面借助于根据图1的布置来描述根据图1或图2或图3的功率 分流式变速器的工作，该功率分流式变速器具有两个行驶范围。但图 1、图2或图3中所示的变速器的工作原理是相对应的。从图6可获知对于发动机起动、纯电的线路(Rangieren)及两个 行驶范围(FBI, FB2)离合器的状态，其中，被填充的小格子表示离 合器闭合，空白的小格子表示离合器打开。图7示意性地示出了用于纯电的线路、即在不借助于内燃发动机 的情况下的转矩流。相应地离合器13打开，由此，转矩由与内燃发 动机(未示出)相连接的轴12传递到驱动轴14上。由电机40产生的功率Pe借助于空心袖16及与空心轴16无相对转动的齿部29传递到中间轮27上并且从那里传递到第二锥盘对22 的轴26上。为此，离合器28闭合。转矩从轴26经由无级变速装置 的第二锥盘对22、缠绕接触装置23及第一锥盘对21传递到与第一锥 盘对21相连接的轴24上。在此情况下，无级变速装置的第一锥盘对 21与无级变速装置的第二锥盘对22之间的变速比例iAB相应于无级变 速装置的最小变速比例并且例如为0.408。最后，转矩或功率从第一 锥盘对21的轴24经由与行星传动装置30的行星架34啮合的齿部25 分接出并且经由与行星架34固定地相连接的轴16借助于一个闭合的 离合器19传递给输出轴18。由此，由电动机40提供的功率PE可作 为从动功率Pab在输出轴18上被分接出。内燃发动机静止并且借助于 离合器13脱耦。图8中示出了E-CVT工况中的状况，当车辆处于静止时，以该状 况借助于电机的功率来起动内燃发动机。为此，由电机40产生的功 率PE传递到空心轴16上。从动部分、尤其是轴35及输出轴18处于 静止。为此，离合器19闭合，而离合器17打开，由此，空心轴16 可按照电机的功率PE转动。于是在考虑行星传动装置30的变速比的 情况下在行星架34处于静止时功率Pe从太阳轮33经由行星轮36传 递到环形轮32上。在此情况下行星传动装置的变速比例如为 i=+1.784。特别有利的是变速比在+1.7与+2之间，以便获得高的起动 力矩。功率从环形轮或空心轮32传递到与空心轮32固定地相连接的 驱动轴14上并且从那里在离合器13闭合的情况下传递到内燃发动机 的发动机输出轴12上。即使一个小的电机在这样的起动过程中也可 借助于行星传动装置30的固定变速比产生在多数工作状态中足够高 的起动转矩。因为从动部分18静止并且绝对不反向转动，所以在这 样的发动机起动之后车辆可立即加速。车辆处于静止的情况下电动起 动发动机时无级变速装置20未被利用。施加在发动机上的起动功率PvMStart基本上相应于电机的功率PE。因此离合器28也打开。图9中所示的工作状况作为替换方案用于借助于电机40起动发动机，在该工作状况中，无级变速装置20的第二锥盘对22的轴26 与空心轴16之间的离合器28及发动机输出轴12与驱动轴14之间的 离合器13闭合。使空心轴16或固定地与行星传动装置30的行星架 34相连接的轴35与输出轴18相连接的离合器17、 19打开。为了起 动发动机，电机40以功率PE驱动空心轴16转动。在离合器28闭合 的情况下电机40的一部分功率经由齿部29及中间轮27传递到配置 给第二锥盘对22的轴26上。在利用无级变速装置20的变速比的情 况下，该功率经由缠绕接触装置23及第一锥盘对21传递到配置给第 一锥盘对21的轴24上。轴24上的功率PA小于电机40的功率。在利 用无级变速装置20的变速比之后该功率PA经由与行星架34啮合的齿 部25传递给行星架34并且从那里经由行星轮36传递到空心轮32上。 这意味着，行星架34及固定地与该行星架相连接的作为变速器从动 轴的轴35转动。在离合器13闭合的情况下该功率从空心轮32借助 于与该空心轮固定地相连接的轴14传递给内燃发动机作为起动功率 PvMStan。因为具有经由齿部29及离合器28进而经由无级变速装置引 导的分流功率的变速功率与直接从空心轴16流到行星传动装置30中 的功率在行星传动装置中汇合，所以发动机起动功率也基本上相应于 电机的功率。但因为变速器从动轴35如所述的那样转动，所以为了 车辆起步将离合器28打开并且将离合器19闭合。图10示出了一个状况，在该状况中由所述的线路来进行发动机 电动起动。与在结合图9所述的工作状况中不同，附加地使离合器19 闭合，即在输出轴18与作为固定地与行星架相连接的轴的变速器从 动轴35之间建立了连接。这意味着，电机40的功率PE的一部分可作 为从动功率Pab被分接出，而电机40的功率PE的另一部分用作发动机起动功率pVMStart。发动机输出轴12与驱动轴14之间的离合器13以 及空心轴16与配置给第二锥盘对22的轴26之间的离合器28闭合。 仅从动轴18与空心轴16之间的离合器17打开。在第二锥盘对22与第一锥盘对21之间无级变速装置的变速比iBA 最大，即例如ivn^-2.451。反过来则意味着，无级变速装置20的第一 锥盘对21与第二锥盘对22之间的变速比iAB最小(例如iVmin=0.408)。 由此，当在例如图7中所述的电的线路过程之后由电机附加地施加起 动功率时，在发动机起动期间避免了加速压力。与图7中所示的状况 相比由于离合器13闭合而使电机40通过施加用于内燃发动机的起动 功率而短时地过载，这仅在内燃发动机处于热工作状态时才可能。图11示出了第一行驶范围中的E-CVT工况。由(未示出的)内 燃机产生的功率PvM经由发动机输出轴12在离合器13闭合的情况下 输出给驱动轴14并且从那里经由行星传动装置30的固定地与驱动轴 14相连接的空心轮32流到行星传动装置30中。内燃发动机的驱动功 率PvM的通过从空心轮32经由行星轮36流到行星架34并且从那里 经由与行星架34固定地相连接的轴35及闭合的离合器19传输给输 出轴18而在行星传动装置30中分流出的部分Psteg与也在行星传动装 置30中分流出的流过无级变速装置20的功率Pa相比小，即PSteg<PA。 流过无级变速装置20的功率通过从空心轮30经由行星轮36到太阳 轮33并且再经由与太阳轮33固定地相连接的空心轴16、构造成空心 轴16上的齿轮29且与该空心轴无相对转动的齿部及中间轮27在离 合器28闭合的情况下到与无级变速装置20的第二锥盘对22相连接 的轴26上进行的功率传递来传递。经由无级变速装置传递的功率PA 不仅是内燃机的功率Pvm的一部分，而且被电机的也经由空心轴16 及与该空心轴相耦合的由轮29及中间轮27组成的变速配置部分传递 到袖26上的功率Pe朴充。因此，内燃发动机的功率PvM在行星传动装置30中被分开，其中，较小的部分Psteg直接流到从动部分、尤其是输出轴18,较大的部分加上电机40的功率PE经由无级变速装置20在利用适当无级变速装 置变速比的情况下流到从动部分。离合器17打开，离合器13、 19及 28闭合。如从图6可获知的那样，整个装置的变速比例在此处于可达 1的最大变速比例的范围中、例如i-3.8…1并且由此相应于减速传动。 变速比例i描述变速器输出轴(nab) 18与发动机输出轴(nvM) 12之 间的转速比例，即i-iu/nvM。最后，图12中示出了第二行驶范围，作为超速传动被设计用于 变速比例Kl,例如iK).1…0.633。与在图11中所示的第一行驶状况 中不同，在图12中所示的第二行驶范围中离合器19打开，而离合器 17闭合。这意味着，在输出轴18与空心轴16之间建立了直接的连接 并且通过该连接分接出转矩，该空心轴与行星传动装置的太阳轮33 无相对转动地相连接。如在第一行驶范围中那样，内燃发动机的功率PVM在行星传动装 置中被分开，其中，内燃发动机的功率PvM的较大的部分Ps。nne加上电机40的功率Pe直接经由闭合的离合器17流到从动部分。较小的部 分PA经由无级变速装置流到从动部分，确切地说经由行星架32及与 无级变速装置的第一锥盘对21的轴24相连接的齿轮25流到无级变 速装置的第一锥盘对21,经由缠绕接触装置23流到无级变速装置20 的第二锥盘对22并且在那里经由闭合的离合器28流到空心轴16。在 该行驶范围中PA作为经由无级变速装置传递的功率小于经由太阳轮 33传递的功率PA<PSonne。由于这两个预设置的行驶范围，在无级变速装置中仅需要一个相 对小的调节范围。此外，平均仅一个非常小的功率分量流过无级变速 装置，这有助于保护无级变速装置免受可能的高力矩以及提高无级变速装置部件的使用寿命。行驶范围的数量减少至2，这降低.了变速器 控制的复杂性并且也减少了动力学上要求很苛刻的部件，其中，功率 分配总是不均匀地进行，由此在变速器的最通常的工作状态中经由无 级变速装置传递的转矩最小。在图13中针对绘制在X轴上的变速比例i=nab/nan、即输出轴18 的转矩与发动机输出轴12的转矩的比，用线50描述了相应的行驶范 围(第一行驶范围及第二行驶范围)，用线51描述了所属的无级变速 装置变速比。线54表明在哪个无级变速装置变速比时变速器可特 别有利地在无变速比跃变的情况下从一个行驶范围变换到另一个行 驶范围。己经证实无级变速装置变速比在两个行驶范围中相反变化。 图中所示的情况是最大无级变速装置变速比为2.451 (线54)及最小 无级变速装置变速比为0.408，这相应于最大无级变速装置变速比与 最小无级变速装置变速比的约6的比例。一图14中描述了无级变速装置的绝对的调节功率分量的百分比。 在最通常的行驶状况中无级变速装置的调节功率分量低。这这样来实 现不仅在第一行驶范围中而且在第二行驶范围中在行星传动装置30 中总是进行不均匀的功率分配。即内燃机的功率不是各一半地分配， 而是这样地分配，使得无级变速装置可尽可能大地卸载并且无级变速 装置的调节功率分量在最通常的行驶状况中低。图15、图16及图17示出了一个用于离合器构件的转换装置、一 个无级变速装置离合器单元及一个用于稳定转换点的空转装置，它们 尤其是适于在如结合图1至图14所描述的功率分流式变速器中使用。 但原则上这些装置也可普遍地用于CVT变速器或其它变速器类型。图15中所示的转换装置例如对于在空心轴16、固定地和行星传 动装置30的行星架34相连接的轴35与从动轴18之间的离合器装置 用于由离合器17、 19组成的所使用的离合器装置。所涉及的是图4中的一个细节局部。转换装置100这样构造 一个环形的转换元件110可这样移动并 且作为离合器元件起作用，使得该环形的转换元件在走过转换行程时 不具有中性区域。这使得转换行程尽可能地短，这对于根据以上说明的E-CVT变速器由于那里所需的高动态特性是有利的。尤其是该装置 具有一个第一轴120及一个第二轴121，这些轴绕一个公共的转动轴 线转动并且至少区域地、即在转换元件IIO形成配合的区域中设置有 一个基本上对齐的公共的外部构型。不仅第一轴120而且第二轴121 都具有一个外齿部123、 124，所述外齿部可与环形的转换元件110的 内齿部116的环啮合。在此，转换元件IIO在轴120、 121的轴向方向 上的长度被这样确定尺寸，使得该转换元件可同时与两个齿部区域 123、 124配合并且由此可实现在轴121之间传递转矩。此外，包围着轴120、 121及转换元件110还设置有一个空心轴 111，该空心轴在位于轴120、 121的齿部区域123、 124对面的区域中 具有一个内齿部117。在所示的实施形式中，不仅位于齿部区域124 对面地而且位于齿部区域123对面地设置有齿部117。空心轴111的 内齿部117可与转换元件上的外齿部118啮合，由此当转换元件110 在轴120、 121及空心轴111的轴向方向上移动时转换元件可在轴120 的齿部123与空心轴111的内齿部117之间建立连接，或当在该图中 完全向左移动时可在轴121的外齿部124与空心轴111的内齿部117 之间建立连接，由此可选择地在轴120、 121中的一个与空心轴111 之间传递转矩。视需要而定，也可取消这些连接功能中的一个，由此 例如转换元件IIO仅可在轴121、120之间建立连接或在轴120与空心 轴111之间建立连接，但不可在空心轴111与轴121之间建立连接。为了在轴120、 121、 111的轴向方向上移动转换元件110，设置 有一个销112，该销与转换元件110配合并且从一个与空心轴111同步转动的移动套筒113伸出，该移动套筒相对于空心轴111同轴线地 设置，通过空心轴111中的一个长形孔导向并且与转换元件110配合。 一个转换叉114固定并且液压地通过也固定的压力室115轴向操作， 由此使移动套筒113轴向移动并且由此使伸过空心轴111中的长形孔 的销112—起移动，这操作转换元件110。由于压力室115静止，相对于与这些轴一起转动的压力室来说实ia了简化，因为无需转动导向装置并且不需要补偿液压流体中的离心力。最后，图16中示出了一个无级变速装置离合器单元200，该无级 变速装置离合器单元可直接组合在无级变速装置的定盘中。尤其是在 E-CVT变速器的图2中所示布置中，该无级变速装置离合器单元200 例如可作为离合器装置28组合在锥盘22a中，该锥盘是锥盘对22的 定盘。无级变速装置轴的强的挠度及在无级变速装置轴中加工用于液 压操作元件的孔的有限可能性原则上是在无级变速装置轴上布置其 它结构元件时的难题。例如离合器及如也在图1、图2及图3中所示 的可能所属的换向组件构造成分开的结构组件。有时为此也设置一个 自己的轴。而在无级变速装置离合器单元200的在图16中所示的实施形式 中有意容忍了挠度并且由此有意容忍了离合器衬230的环绕的不均匀 负荷，这些离合器衬组合在无级变速装置的定盘231中的凹部中。离 合器230例如构造成片式离合器，但其中也可使用其它离合器、尤其 是摩擦锁合的离合器。也可使用单片离合器或多片离合器，只要它们 可传递所需的力矩。 一个离合器侧的摩擦片衬在此固定地与无级变速 装置、尤其是与无级变速装置的定盘231相连接，这由此体现了一个 离合器侧或一个摩擦面侧230与定盘的非常刚性的布置。与配合构件 建立连接的另一个离合器侧在插接齿部232中被导向。插接齿部232缓冲变形，由此，例如设置在功率流中的另一个齿部233充分脱耦， 以便补偿通过无级变速装置轴的挠曲形成的表面接触区变化。以相应的方式例如也可将一个泵单元240、例如图1中的泵装置 42通过插接齿部来连接。片式离合器230在无级变速装置的凹部中的 刚性布置由此有助于节省结构空间。变形通过分开的构件、即在此情 况下为插接齿部232来补偿。图17示出了一个空转装置302的安装状况，根据本发明，该空 转装置负责转换变速比可被精确地调整，由此，转换可在没有通过 形状锁合的转换元件100引起冲击的情况下进行。可无问题地操作转 换元件，因为当空转装置302闭锁时构件111及121具有相同的转速。空转装置302在此在结构上在空心轮32或一个与该空心轮相连 接的支撑件301与行星架34之间起作用。 一旦空心轮32面临超越行 星架34，该空转装置闭锁。当行星架34或与该行星架相连接的轴35 本身面临超越太阳轮32时就是这种情况。空转装置闭锁的这种状态这样来产生无级变速装置被有意地控 制到一个高于转换变速比54 (参见图13)的变速比。借助于例如通 过压力加载进行的这种控制使盘组轴21相对于盘组轴22加速。因为 盘组轴21或22通过圆柱齿轮对与行星架34或太阳轮33相连接，所 以闭锁条件得到满足。参考标号清单10 功率分流式变速器12 发动机输出轴13 离合器14 驱动轴16 空心轴17 离合器18 输出轴19 离合器20 无级变速装置21 第一锥盘对 21a 定盘21b 调节盘22 第二锥盘对 22a 定盘22b 调节盘23 缠绕接触装置24 轴25 中间轮26 轴27 中间轮28 离合器装置29 齿部30 行星传动装置32 空心轮33 太阳轮34 行星架35 轴36 行星轮40 电机(E-Maschine)42 泵单元44 壳体件46 壳体件48 法兰50 行驶范围51 无级变速装置变速比53 调节功率分量54 无级变速装置变速比，在该无级变速装置变速比时进行转100 转换装置110 转换元件111 空心轴112 销113 移动套筒116 内齿部117 内齿部118 外齿部120 轴121 轴122 外齿部 124 外齿部200 无级变速装置离合器单元231 定盘230 摩擦面装置300 空心轮的支撑构件301 用于支撑的轴承301 用于稳定转换点的空转装置
权利要求
1.功率分流式变速器(10)，该功率分流式变速器具有变速比可无级调节的多个变速比范围，该功率分流式变速器包括一个用于与发动机无相对转动地相连接的驱动轴(14)、一个分配传动装置(30)、一个无级变速装置(20)及一个输出轴(18)，其中，该分配传动装置是一个行星传动装置(30)并且该驱动轴(14)可直接与该行星传动装置的空心轮(32)相耦合。
2. 根据权利要求1的功率分流式变速器(10)，其特征在于该驱 动轴(14)及该行星传动装置(30)的空心轮(32)可借助于一个离 合器(13)无相对转动地与该发动机(VM)相连接。
3. 根据以上权利要求中一项的功率分流式变速器(10)，其特征在 于.*该无级变速装置(20)设置在该分配传动装置(30)与该输出轴(18)之间的功率流中。
4. 根据以上权利要求中一项的功率分流式变速器(10)，其特征在 于设置有一个电机(40)，该电机设置在该分配传动装置(30)与 一个从动轴(16)之间。
5. 根据权利要求4的功率分流式变速器(10)，其特征在于该无 级变速装置(20)设置在该分配传动装置(30)与该电机(40)之间 的功率流中。
6. 根据权利要求5的功率分流式变速器(10)，其特征在于在该 分配传动装置(30)中这样进行功率流的分流，使得该输出轴(18) 可在绕过该无级变速装置(20)情况下与该驱动轴(14)相连接，该 输出轴(18)可通过该无级变速装置(20)与该驱动轴(14)相连接 以及该功率的分配是不均匀的。
7. 根据权利要求4至6中一项的功率分流式变速器(10)，其特征 在于该电机(40)与一个和该行星传动装置的太阳轮(33)无相对 转动地相连接的轴(35)相连接。
8. 根据权利要求4至7中一项的功率分流式变速器(10)，其特征 在于该电机(40)组合在一个变速器壳体(44， 46)中，该变速器 壳体也容纳该无级变速装置(20)及该分配传动装置(30)，其中， 在从该驱动轴(14)到该输出轴(18)的变速器纵向方向上观察，该 电机(40)定位在该无级变速装置(20)的一侧上并且该分配传动装 置(30)定位在该无级变速装置(20)的另一侧上。
9. 根据权利要求8的功率分流式变速器(10)，其特征在于该电 机(40)安置在一个分开的变速器壳体件(46)中，该分开的变速器 壳体件可被法兰连接在容纳该无级变速装置(20)及该分配传动装置(30)的变速器壳体件(44)上。
10. 根据权利要求8或9的功率分流式变速器(10)，其特征在于 无级变速装置轴(24， 26)展开一个平面并且该驱动轴(14)及该输 出轴(18)在该平面之外且相对于该平面平行地延伸。
11. 根据以上权利要求中一项的功率分流式变速器(10)，其特征 在于该行星传动装置(30)构造成换向行星传动装置。
12. 根据以上权利要求中一项的功率分流式变速器(10)，其特征 在于设置有离合器(17， 19)，通过所述离合器可选择地使一个与 该行星传动装置(30)的太阳轮(33)无相对转动地相连接的轴(35) 或一个与该行星传动装置(30)的行星架(32)无相对转动地相连接 的轴(16)与该从动轴(18)相连接。
13. 根据以上权利要求中一项的功率分流式变速器(10)，其特征 在于该无级变速装置(20)的轴(26)中的一个可通过一个离合器(28)与一个与该行星传动装置(30)的太阳轮(33)无相对转动地 相连接的轴(16)相耦合，该无级变速装置(20)的轴(26)中的另 一个与该行星传动装置(30)的行星架(34)相连接。
14. 转换装置(100)，用于功率分流式变速器，该功率分流式变速 器具有变速比可无级调节的多个变速比范围，该转换装置包括 一个 第一轴(120)及一个第二轴(121)，这些轴沿一个公共的轴线布置， 这些轴的外壳面至少在该第一轴与该第二轴之间的一个边界区域中 各设置有一个齿型廓(123， 124)并且对齐； 一个空心轴(111)，该 空心轴包围该第一轴及该第二轴(121， 122)并且在至少该第一轴或 该第二轴的边界区域中设置有一个内齿部(117); —个环形的转换元 件(110)，该转换元件具有一个内齿部(116)及一个外齿部(118)， 该内齿部可与该第一轴和/或该第二轴(120， 121)的齿型廓(123， 124)啮合，该外齿部可与该空心轴(111)的内齿部(117)啮合，其 中，该转换元件(110)可通过一个操作装置在该第一轴和该第二轴(120， 121)以及该空心轴(111)的轴向方向上移动，由此，该转换 元件同时与该空心轴(111)的内齿部(117)及该第一轴或该第二轴(120， 121)的外齿部(123， 124)啮合或同时与该第一轴及该第二 轴(120， 121)的外齿部(123， 124)啮合，而不走过一个中性区域。
15. 根据权利要求14的转换装置(100)，其特征在于该转换元 件(110)被液压地操作。
16. 根据权利要求14的转换装置(100)，其特征在于设置有一 个与该空心轴(111)同步转动的移动套筒(113)，该移动套筒具有一 个销(112)，该销伸过一个设置在该空心轴(111)中的长形孔并且与 该转换元件(110)这样形成配合，使得该销引起该转换元件(110) 的轴向移动。
17. 根据权利要求16的转换装置(100)，其特征在于为了操作 该移动套筒(113)设置有一个相对于这些轴固定的转换叉(114)，该 转换叉借助于固定的压力室(115)被液压地操作。
18. 根据权利要求14至17中一项的转换装置(100)在根据权利 要求1至13中一项的变速器(10)中的应用，尤其用于该输出轴、 一个随该行星传动装置的行星架转动的轴及一个随该行星传动装置 的太阳轮转动的轴之间的离合器装置(17， 19)。
19. 无级变速装置离合器单元(200)，用于使一个无级变速装置 (231)与一个用于力锁合地传递功率的配合构件相连接，该无级变速装置离合器单元包括一个摩擦面装置(230)，其中， 一个离合器侧 的摩擦面固定地与该无级变速装置的一个盘(231)相连接。
20. 根据权利要求19的无级变速装置离合器单元(200)，其特征 在于这些摩擦面(230)组合在该无级变速装置的定盘(231)的凹部中。
21. 根据权利要求19或20的无级变速装置离合器单元(200)，其 特征在于在摩擦面装置(230)与配合构件之间设置有一个变形补 偿构件(232)，以便补偿无级变速装置轴的变形。
22. 根据权利要求21的无级变速装置离合器单元(200)，其特征 在于该变形补偿构件(232)是一个插接齿部。
23. 根据权利要求19至22中一项的无级变速装置离合器单元 (200)，该无级变速装置离合器单元还包括一个泵单元(240)，该泵单元在中间连接一个变形补偿构件(232)的情况下与该配合构件和/ 或该无级变速装置相连接。
24. 根据权利要求19至23中一项的无级变速装置离合器单元 (200)的应用，用在根据权利要求1至13中一项的变速器(10)中。
25. 根据以上权利要求中一项的功率分流式变速器(10)，其特征 在于当该无级变速装置(20)被控制得超过范围变换变速比(54) 时，通过一个空转装置(302)使该分配传动装置(30)中的所有转 速相同。
26.根据权利要求25的功率分流式变速器，其特征在于当该无 级变速装置(20)被控制得超过范围变换变速比(54)时，该转换装 置(100)被操作。
全文摘要
本发明涉及一种功率分流式变速器，该功率分流式变速器具有变速比可无级调节的多个变速比范围，该功率分流式变速器包括至少一个用于与发动机无相对转动地相连接的驱动轴、一个分配传动装置、一个无级变速装置及一个输出轴，其中，该分配传动装置是一个行星传动装置并且该驱动轴可直接与该行星传动装置的空心轮相耦合。
文档编号B60K6/445GK101228370SQ200680026919
公开日2008年7月23日 申请日期2006年7月1日 优先权日2005年7月23日
发明者P·滕贝尔格 申请人:卢克摩擦片和离合器两合公司