变速器及操作该变速器的方法
【专利说明】变速器及操作该变速器的方法
[0001]本发明涉及一种特别用于车辆的变速器，该变速器包括传动系，传动系具有带有主驱动轴的主驱动器，并且变速器包括拉维娜(Ravigneaux)行星齿轮组，拉维娜行星齿轮组具有双行星齿轮系，该双行星齿轮系带有两个太阳齿轮轴、一个行星架轴和至少一个齿圈轴，以及变速器包括设置为减速齿轮的上游单级行星齿轮组，该单级行星齿轮组包括太阳齿轮、行星架和齿圈的齿轮元件，其中，单级行星齿轮的所述齿轮元件中的第一个设计为固定到壳体上。本发明还涉及一种操作该变速器的方法。
[0002]上面提到的那种变速器从US5，106，352A中已知。这种所谓莱佩莱捷式(Lepelletier)变速器用于例如车辆的自动变速器中，并且表示所谓的拉维娜齿轮组-双行星齿轮系的进一步发展。莱佩莱捷式齿轮组如此来生产:在拉维娜齿轮组之前设置另一个单级行星齿轮，并且由离合器连接。单级行星齿轮的齿圈永久地连接到发动机的驱动轴。这意味着，单级行星齿轮组始终同步转动，即使是在空转运行中。经由拉维娜齿轮组的齿圈产生动力输出，并经由差速齿轮与驱动轮相连。单级行星齿轮组的太阳齿轮被永久止动。它的缺点是需要大量的离合器和制动器，以及用于加速的单独的加速装置，如液力变矩器或类似物。
[0003]DE 10 2004 053 044 Al公开了一种用于混合驱动器的变速器，其具有双行星齿轮组和单级行星齿轮组，其中双行星齿轮组的每个太阳齿轮轴驱动连接到一个相应的电动机。
[0004]本发明的目的是避免上述缺点，并在上述类型的变速器中实现高性能，而付出很少的努力且需要很少的空间。
[0005]根据本发明采用这样一种方式达到该目的，拉维娜行星齿轮组中的至少一个第一元件、优选永久性地、驱动连接到次级驱动器。次级驱动器可以有利地由电动机构成。这允许以有利的方式组合或交替地使用主驱动器和次级驱动器。
[0006]拉维娜行星齿轮组的第二元件可有利地利用制动装置止动。
[0007]如果拉维娜行星齿轮组的第三元件、优选为拉维娜行星齿轮组的第一太阳齿轮轴、驱动连接或可驱动连接到单级行星齿轮组的第二齿轮元件、优选为单级行星齿轮组的行星架，则会是特别有利的。
[0008]拉维娜行星齿轮组的第一元件可由第二太阳齿轮轴构成，而第二元件由行星架轴构成。替代地，它也可以在这方面设置为，第一元件由拉维娜行星齿轮组的行星架轴构成，而第二元件由拉维娜行星齿轮组的第二太阳齿轮轴构成。其结果是，次级驱动器和制动装置在拉维娜行星齿轮组内的位置可以有利地交换，用于实现关于对空间和功能要求的特殊要求。
[0009]第一太阳齿轮轴和第二太阳齿轮轴具有不同的旋转方向，因为第一太阳齿轮轴通过一组第一行星齿轮作用在一组第二行星齿轮上，而第二太阳齿轮轴直接作用在该组第二行星齿轮上。
[0010]根据本发明的另一种替代性变型，拉维娜行星齿轮组的第一元件由第二齿圈构成。次级驱动器可通过一变速级间接地，或直接地驱动连接到第二齿圈。这种设置具有这样的优点:可以实现第二连续可变的动力分配运行范围。
[0011]单级行星齿轮组构成减速齿轮，并且优选形成为负齿轮组。负齿轮组为这样的行星齿轮:在固定轴的情况下，两个其它的轴以不同的旋转方向旋转。
[0012]在这方面，拉维娜行星齿轮组中的至少一个元件、优选为行星架轴、可驱动连接到主驱动器(例如内燃机)，特别是通过第一离合器装置。拉维娜行星齿轮组的同一元件替代地优选永久性地驱动连接到由电动机构成的原动机。
[0013]当拉维娜行星齿轮组和/或单级行星齿轮组设置在主驱动器或次级驱动器的转子内时，可以使结构高度紧凑。
[0014]一方面为了无级变速动力分配运行范围、另一方面为了使能组合的驱动和纯电动的三个相应的挡位，变速器需要仅单个制动装置，以使拉维娜行星齿轮组的太阳齿轮轴和三个离合器装置止动。第一离合器装置设置在主驱动器轴和变速器驱动轴之间。根据本发明优选的实施例，第二离合器装置可设置在拉维娜行星齿轮组的两个太阳齿轮轴之间，而第三离合器装置设置在变速器驱动轴和拉维娜行星齿轮组的行星架轴之间。
[0015]在本发明的第一实施例中，在无级变速动力分配运行范围内，仅第一离合器装置被激活，即它是闭合的，而其它的离合器装置和制动装置被停用，即因此打开。在根据本发明的其他实施例中，在至少一个无级变速动力分配运行范围内，第一离合器装置和第二或第三离合器装置被激活。在次级驱动器通过第二齿圈作用在拉维娜行星齿轮组上的一个实施例中，在第一无级变速动力分配运行范围内，第一和第二离合器装置被激活，而在第二无级变速动力分配运行范围内，第一离合器装置和第三离合器装置被激活。
[0016]在无级变速动力分配运行范围内，主驱动器以固定方式操作，而次级驱动器可作为发电机或电动机操作。在无级变速动力分配运行范围的情况下，可以在直到特定的限制速度的加速期间产生电流。进而可能实现连续电动加速。可以省略单独的加速度元件，如液力变矩器。第一离合器装置只具有分离和连接功能，而不是用作加速离合器。
[0017]在至少一个变速级运行范围内，制动装置、第二离合器装置或第三离合器装置被激活。
[0018]在本发明的一个替代的、特别有利的实施例中，第二离合器装置并不设置在拉维娜行星齿轮组的两个太阳齿轮轴之间，而是设置在拉维娜行星齿轮组的第一太阳齿轮轴和单级行星齿轮组的汇总轴、特别是行星架之间。能够通过分离拉维娜行星齿轮组的第一太阳齿轮和单级行星齿轮组的行星架之间的驱动连接，而使汇总轴(SummenwelIe，总轴)无扭矩。第一和第三离合器装置可以同样定位，如在上面已经解释的实施例中那样。在每个挡位范围内，除了第一离合器装置，第二个离合器装置、第三离合器装置和制动装置中的两个元件被激活，并且第三元件被停用。这允许在各个挡位范围内，范围能够相对较宽。变速器的效率进一步提尚。
[0019]在驱动操作过程中，可发生从无级变速动力分配运行范围到三个挡位运行范围(齿轮)其中之一的转换。在运行于三个可切换挡其中之一的过程中，次级操作可以选择性地作为发电机或电动机，以完成混合功能，如“加速”(支持主驱动器驱动扭矩)，“再生”，“负载点转移”或“巡航”。电动扭矩应用可发生在所有的挡位中。在再生过程中，可得到非常高的效率，因为在动力输出装置和电动机之间只出现低的损耗(仅空载损耗)。
[0020]相较于已知的莱佩莱捷式变速器，相当大的减少了离合器及制动装置。
[0021]现在，本发明通过参考示意性附图更详细的说明，其中:
[0022]图1示出了根据本发明第一实施例的变速器；
[0023]图2示出了所述变速器的速度梯图；
[0024]图3示出了所述变速器的切换矩阵；
[0025]图4示出了根据本发明第二实施例的变速器；
[0026]图5示出了所述变速器的速度梯图；
[0027]图6示出了所述变速器的切换矩阵；
[0028]图7示出了根据本发明第三实施例的变速器；
[0029]图8示出了根据本发明第四实施例的变速器；
[0030]图9示出了所述变速器的速度梯图；
[0031]图10示出了所述变速器的切换矩阵，并且
[0032]图11示