多速变速器的制作方法
本发明涉及一种多速变速器，它包括：输入轴；第一驱动轴和第二驱动轴，两个同心驱动轴中的每个都具有至少两个驱动齿轮，第二驱动轴，具有至少三个驱动齿轮；从动轴，该从动轴在其上具有多个齿轮，这些齿轮与所述驱动轴上的驱动齿轮啮合，用于前进速度的所述齿轮可借助离合器而接合到所述轴，从而以不同的传动比形成从所述驱动轴到从动轴的功率流；可控制的锁止离合器，其设置在驱动轴之间，将所述驱动轴彼此连接；具有转子的电机；具有三个连接件的行星齿轮组，所述连接件中的第一个被连接到第一驱动轴和输入轴，第二连接件被连接到第二驱动轴，以及第三连接件被运动地连接到所述电机的转子。
本发明还涉及一种用于操作车辆的多速变速器的方法，它包括：输入轴；第一驱动轴、第二驱动轴，两个同心驱动轴中的每个在其上都具有多个驱动齿轮；从动轴，该从动轴在其上具有多个齿轮，这些齿轮与在所述驱动轴上的驱动齿轮啮合；多个可控制离合器，其用于以不同的传动比将第一驱动轴运动地连接到从动轴；多个可控制离合器，其用于以不同的传动比将第二驱动轴运动地连接到从动轴；用于在第一和第二驱动轴之间直接连接的可控制的锁止离合器；具有转子的电机；具有三个连接件的行星齿轮组，所述连接件中的第一个连接到第一驱动轴和输入轴，第二连接件连接到第二驱动轴，和第三连接件以这样的方式运动地连接到所述电机的转子，即，使得第二连接件和第三连接件之间的速比相对于停止的第一连接件来说是负的。
背景技术：
文献US 8771139B2描述了一种动力传递单元，它具有发动机和多个速度变化齿轮副，其中的每一个齿轮副具有不同的传动比，且输出自发动机的动力被传送到齿轮副中。动力传递单元包括不同的机构，其具有三个具有执行差动作用的旋转元件，且在其中第一旋转元件与发动机连接。电动马达与三个旋转元件的第二旋转元件连接。多个速度变化齿轮副包括与第一旋转元件和输出单元连接的第一齿轮副，和与三个旋转元件中的第三旋转元件和输出单元连接的第三齿轮副。为了行星架到太阳轮的连接，需要与多个用于接合齿轮的离合器分开的独立锁止离合器和用于锁止离合器的独立致动器。不能使用共同的换挡致动器，例如，换挡筒。变速器的特定的实施例包括四个圆柱传动装置，其从发动机到车轮仅提供四种速度。为了增加数度的数量，或/和为了增加倒挡，有必要增加齿轮的数量。这就得增加变速器的长度、重量和阻力损失。
技术实现要素：
本发明的目的是克服这些缺点并提供一种具有增加的扭矩填充的换挡速度数量的、紧凑并低成本的多速变速器。
根据本发明，这通过以下实现：
-针对停止的第一连接件，第二连接件和第三连接件之间的速度比具有定义值：iPGS＜0；
-在第二驱动轴上的第一传动装置的传动比具有定义值：iG1；
-在第一驱动轴上的第一传动装置的传动比满足不等式iG2＜iG1/(1-1/iPGS))；
-在第二驱动轴上的第二传动装置的传动比满足不等式iG3＜iG2；
-在第一驱动轴上的第二传动装置的传动比满足不等式iG4＜iG3/(1-1/iPGS))；
-在第二驱动轴上的第三传动装置的传动比满足不等式iG5＜iG4。
根据优选的实施例，从动轴具有旋转固定于从动轴上的至少两个齿轮、以旋转自由的方式安装在从动轴上的至少四个齿轮、和安装在其上的至少两个离合器，其中至少一个所述离合器为双侧离合器，至少一个旋转固定的齿轮设置在两个旋转自由的齿轮之间，且至少一个所述双侧离合器以这样的方式设置在两个所述旋转自由的齿轮之间，即，它能够将两个所述旋转自由的齿轮择一地接合到从动轴。
根据优选的实施例，至少一个所述双侧离合器的换挡套筒穿过安装在相应从动齿轮上，其中所述从动齿轮刚性地安装在从动轴上。
优选的是，离合器设计为爪式离合器。爪式离合器是最紧凑、便宜和节能的离合器。不需要传统的基于摩擦的同步装置。
更优选的，离合器设计为具有同步装置的爪式离合器。以这样的方式，在第二驱动轴上的齿轮预选期间使各轴同步所需的电功率减少。
根据低成本变型，从动轴包括至少一个花键啮合，从动齿轮被安装在所述花键上且沿轴向被锁定，其中从动齿轮还包括以这样的方式在毂上的槽的圆形阵列，即花键的一部分被移除，且从动轴的相应的花键啮合的该部分是自由的(没有)，以及相应的换挡套筒在内径上包括具有花键的爪形齿，其与自由花键在从动轴上相互作用，并且所述爪形齿以穿过所述槽并在切向上具有一间隙。
根据另一个低成本变型，由于减少的部件数量，至少一个离合器与相应的从动齿轮结合，其中所述从动齿轮可滑动地安装在从动轴上。从动齿轮可以是正齿轮，且由直花键连接到从动轴，其中相应离合器的爪形齿具有对称的轮廓。
可替代的，从动齿轮可以是螺旋齿轮，且由螺旋花键以这样的方式被连接到从动轴，即、来自传动装置和来自花键的轴向力至少部分地抵消平衡，其中相应的离合器的爪形齿以这样的方式具有不对称轮廓，即来自花键和爪形齿的轴向力也至少部分地抵消平衡。螺旋齿轮提高了NVH性能。特殊的手段可用于平衡轴向力，以从恒定轴向力卸载换挡叉和/掣子。
为了实现换挡叉减少数量的离合器的轴向紧凑的组装，至少一个离合器按以下方式实施，它能够将两个自由齿轮(空转齿轮)择一地连接到输出轴，且其中所述齿轮被设置在固定到输出轴的齿轮的相对两侧上。
至少两个爪形离合器被按以下方式设置，即，它们与旋转固定的齿轮相互作用，其中旋转固定的齿轮可以在轴向上可滑动或刚性地固定。在一个具有可滑动齿轮的实施例中，自由齿轮的齿轮啮合优选为螺旋式，且轴向力被平衡。传统的同步装置是长的并需要很大的轴向包装。在本发明中优选的爪形齿具有减小轴向包装的可能。因此，从动齿轮的毂不应该太短，否则倾斜在来自螺旋传动装置的轴向载荷下会增加。所以在爪形齿周围有很大的空出的空间。
为了提高NVH性能和变速器的换挡质量，振动阻尼装置(例如双质量飞轮)可以设置在输入轴上。
如果另一个旋转固定的齿轮与换挡套筒一起放置(与它集成或其它换挡元件穿过齿轮安装)，轴向包装与它不具有齿轮的情况一样。
在现有技术的手动变速器中，仅倒挡齿轮(反向齿轮)实施为这种方式。现有技术的限制是倒挡齿轮应该是直切(正齿轮)。
这些特征的附加的技术效果是减小的轴向包装、减小轴的弯曲、和从动齿轮在来自螺旋啮合的轴向载荷作用下的小倾斜。也减少了变速器的成本和重量。
多速变速器优选包括被布置在所述驱动轴之间的可控制的锁止离合器、具有转子的电机和具有三个连接件(link，环或环节)的行星齿轮组，锁止离合器将所述驱动轴彼此连接。所述连接件中的第一个可被连接到第一驱动轴和输入轴，第二连接件可被连接到第二驱动轴，和第三连接件以这样的方式运动地连接到所述电机的转子，以使得第二连接件和第三连接件之间的速度比对于停止的第一连接件来说是负的。根据本发明的实现所述传动比的要求的一个非常简单的实施例，行星齿轮组的第一连接件(first link，第一环)是行星架，第二连接件(second link，第二环)是齿圈，和第三连接件(third link，第三环)是太阳齿轮。
根据本发明优选的实施例，第二驱动轴可被安装为内部穿过第一驱动轴。该实施例使得有机会具有在细的内部驱动轴上具有高比率的第一和倒挡驱动小齿轮。第一速度和倒挡速度被设置在第二驱动轴上。
根据本发明的设计变型，该设计变型带有用于横向安装的集成的最终驱动器和驱动桥安装(两轮驱动)或带有中央差速器的传递齿轮(四轮驱动)，变速器包括与从动轴上的小齿轮恒定地啮合的齿轮，其中差速器的从动连接件被连接到变速器的输出轴，且齿轮优选地布置为平行于输入轴。
带有增加数量的扭矩填充的换挡速度的紧凑和低成本的多速变速器可这样实现，变速器包括第一离合器、第二离合器和第三离合器，其中每个离合器包括第一锁定位置、第二锁定位置和中立位置。例如，将第一锁定位置分配为左侧位置，第二锁定位置分配为右侧锁定位置，以及将中立位置分配为每个离合器的中间位置。优选的，第一和第二离合器被设置在从动轴上。第一和第二离合器的第一锁定位置和第二锁定位置设计用于以不同的传动比将第一驱动轴或第二驱动轴运动地连接到从动轴。更优选的，第三离合器设置为与第一和第二驱动轴同轴。在第一锁定位置，第三离合器具有锁止离合器的功能，以用于第一和第二驱动轴的运动连接。
根据本发明的用于具有5速齿轮系的5速实施例，第一驱动轴包括用于第一和第三速度的驱动齿轮，和第二驱动轴包括用于倒挡、启动、第二、和第四/第五速度的驱动齿轮，其中第一和第三速度由相应的齿轮副的接合的离合器提供，第二和第四速度由相应齿轮副的接合的离合器和接合的锁止离合器提供，倒挡速度由倒挡惰轮与驱动齿轮和从动齿轮的啮合和来自电机的转子的扭矩反作用提供，启动与第五速度由相应齿轮副的接合的离合器和来自电机转子的扭矩反作用提供。这实现了具有起/停功能的5速低成本变型，其中逆变器和电池容量提供约3％的发动机额定功率。
更详细的，所述运动连接的传动比以这样的方式确定：
-从第二驱动轴到从动轴的启动速度由第一离合器的第一位置和电机转子的电锁定提供；
-从第一驱动轴到从动轴的第一速度由第二离合器的第二位置提供；
-从第二驱动轴到从动轴的第二速度由第一离合器的第二位置提供；
-从第一驱动轴到从动轴的第三速度由第三离合器的第二位置提供；
-从第二驱动轴到从动轴的第四速度由第二离合器和第三离合器的同时接合提供，即第二离合器的第一位置和第三离合器的第一位置；
-从第二驱动轴到从动轴的第五速度由第二离合器的第一位置和电机转子的电锁定提供；
-从第二驱动轴到从动轴的倒挡速度由倒挡惰轮与第二驱动轴的驱动轮和从动齿轮的啮合以及电机转子的电锁定提供。
没有提及的离合器切换到中立位置。
根据本发明的具有5速齿轮系的6速实施例，第一驱动轴包括用于第二和第四速度的驱动齿轮，和第二驱动轴包括用于倒挡、第一、第三和第五/第六速度的驱动齿轮，其中第二和第四速度由相应齿轮副的接合的离合器提供，第三和第五速度由相应齿轮副的接合的离合器和接合的锁止离合器提供，倒挡速度由倒挡惰轮与驱动齿轮和从动齿轮的啮合以及和电机转子的扭矩反作用提供，第一和第六速度由相应齿轮副的接合的离合器和来自电机的转子的扭矩反作用提供。这样，6速微混合变型可以实现，其中逆变器和电池容量提供约6％的发动机额定功率。与5速实施例相比，两个最慢(最低)齿轮之间的步幅被增加，以将“启动”齿轮转变为第一齿轮。更大的逆变器和电容容量使得在输入轴的受限转速下提供从第一速度到第二速度的主动的扭矩填充的换挡成为可能。
更详细的，所述运动地连接的传动比以这样的方式确定：
-从第二驱动轴到从动轴的第一速度由第一离合器的第一位置和电机转子的电锁定提供；
-从第一驱动轴到从动轴的第二速度由第二离合器的第二位置提供；
-从第二驱动轴到从动轴的第三速度由第一离合器和第三离合器的同时接合提供，即第一离合器的第二位置和第三离合器的第一位置(锁止位置)；
-从第一驱动轴到从动轴的第四速度由第三离合器的第二位置提供；
-从第二驱动轴到从动轴的第五速度由第二离合器和第三离合器的同时接合提供，即第二离合器的第一位置和第三离合器的第一位置(锁止位置)；
-从第二驱动轴到从动轴的第六速度由第二离合器的第一位置和电机转子的电锁定提供；
-从第二驱动轴到从动轴的倒挡速度由倒挡惰轮与第二驱动轴的驱动轮和从动齿轮的啮合以及电机转子的电锁定提供。
根据本发明的具有5速齿轮系的7速实施例，第一驱动轴包括用于第二和第五速度的驱动齿轮，第二驱动轴包括用于倒挡、第一、第三/第四和第六/第七速度的驱动齿轮，其中第二和第五速度由相应齿轮副的接合的离合器提供，第三和第六速度由相应齿轮副的接合的离合器和接合的锁止离合器提供，倒挡速度由倒挡惰轮与驱动齿轮和从动齿轮的啮合以及电机转子的扭矩反作用提供，第一、第四和第七速度由相应齿轮副的接合的离合器和来自电机的转子的扭矩反作用提供。这样，7速中混合变型可以实现，其中逆变器和电池容量提供约12％的发动机额定功率。与6速实施例相比，额外的速度引入在第三和第四速度之间。更大的逆变器和电容容量使得提供从第四速度到第五速度的主动的扭矩填充的换挡成为可能。同时，由于相同的扭矩填充能力，第一和第二齿轮之间的步幅也增加。
更详细的，所述运动连接的传动比以这样的方式确定：
-从第二驱动轴到从动轴的第一速度由第一离合器的第一位置和电机转子的电锁定提供；
-从第一驱动轴到从动轴的第二速度由第二离合器的第二位置提供；
-从第二驱动轴到从动轴的第三速度由第一离合器和第三离合器的同时接合提供，即第一离合器的第二位置和第三离合器的第一位置(锁止位置)；
-从第二驱动轴到从动轴的第四速度由第一离合器的第二位置和电机转子的电锁定提供；
-从第一驱动轴到从动轴的第五速度由第三离合器的第二位置提供；
-从第二驱动轴到从动轴的第六速度由第二离合器和第三离合器的同时接合提供，即第二离合器的第一位置和第三离合器的第一位置(锁止位置)；
-从第二驱动轴到从动轴的第七速度由第二离合器的第一位置和电机转子的电锁定提供；
-从第二驱动轴到从动轴的倒挡速度由倒挡惰轮与第二驱动轴的驱动轮和从动齿轮的啮合以及电机转子的电锁定提供。
优选的，可控制的分离摩擦离合器被设置在输入轴上。可控制的摩擦分离离合器使在纯电动汽车行驶模式中发动机能无缝地启动。
低成本纯电动汽车行驶模式可通过单向制动器以这样的方式设置来实现，在如果所述驱动轴反向于发动机曲轴旋转的正常方向旋转时，单向制动器锁定恒定地连接到第一驱动轴的一个连接件。
可替代的，单向制动器可以以这样的方式设置，在如果所述驱动轴反向于发动机曲轴旋转的正常方向旋转时，它锁定恒定地连接到第二驱动轴的一个连接件。所以，当没有自动的车轮制动激活、例如没有ABS或ESP时，发动机可被启动是可以实现的。
变速器可包括驻车制动装置，其将从动轴锁定到壳体。
如果使小齿轮中的一个与第一驱动轴接合的一个离合器以及锁止离合器共享一个共同的换挡套筒，则换挡叉的数量可减少到三个。
根据本发明优选的实施例，离合器由单个电驱动的换挡筒接合，且倒挡惰轮由独立的致动器接合。单个换挡筒是用于换挡系统的低成本解决方案。对于5速齿轮系，甚至在6-和7-速实施例中，换挡方式也是相当灵活。所有实际上所需的被跳过的较长换挡组合仅通过一次中间换挡就成为可能。根据倒挡齿轮驱动的低成本变型，倒挡惰轮可以由连接到手动操作的换挡杆的机械驱动来接合。可替代的，倒挡惰轮可以由电驱动器来接合。这种线控换挡的改型为驾驶员提供了更多的舒适。
电机的转子经过圆柱齿轮系被连接到行星齿轮组的第三连接件，且转子的轴线优选设置为远离输入轴的轴线。该特征使得有机会降低转子惯性，以及穿过轴提供直接液体转子冷却。
在本发明的优选实施例中，电机是具有鼠笼式转子的感应式电机。感应式电机是简单和可靠的无刷电机。鼠笼式转子使得有机会通过较大滑差进行内部动力消散，而不会使控制系统过载，例如多相桥式逆变器，该逆变器连接至定子线圈。具有鼠笼式转子的感应电机可以在制动过程中允许在鼠笼中消散轴动力的很大一部分。这部分动力不在定子绕组中循环。这使得有可能缩小用于除7速全混合之外的所有本发明实施例的逆变器和电机的尺寸。
电机的转子可以包括至少一个用于鼠笼的液体冷却的冷却通道。被动液体冷却对于像在重型运输中坡道启动或者反复启动的困难模式是需要的。困难启动对于转子中的动力消散是最坏的情况。直接油冷却提高了车辆的重复启动能力并使进一步缩小电机尺寸成为可能。
根据本发明，至少在换挡阶段中的一个换挡阶段期间，借助从原动机施加到输入轴上的扭矩来执行扭矩填充的换挡，在扭矩填充换挡期间，电机由它的控制系统以这样的方式控制，在转子的旋转为负方向的情况下它允许在通过施加驱动动力、并在转子方向为正方向时通过施加制动动力而在第一驱动轴上将扭矩值降低到零，其中，制动动力在电机中部分消散为热，并且部分地传输到与电动力消耗装置相关联的电池，并且从电池中获取驱动动力加上内部损失，并且在来自电池的所需驱动动力加上内部损失超出电池和/或控制系统的容量时，在输入轴上的扭矩由原动机的控制系统和电机的控制系统进行动态地限制，以在输入轴上为全扭矩的情况下将在第一驱动轴上的扭矩值减小到零。
此外，根据本发明，在扭矩交接的换挡期间，通过同时减小来自原动机的输出扭矩和电机的电磁扭矩来动态地限制输入轴上的扭矩。
此外，根据本发明，在速度同步的换挡期间，通过从原动机上去除驱动扭矩以及通过减小电机的电磁扭矩来动态地限制输入轴上的扭矩。
本发明的方法和装置的优点是：
(1)电源和功率逆变器可设计为具有减小的功率容量。
(2)在主动和被动的扭矩填充的换挡中均化的平均扭矩填充百分比改善了行驶员的感受。
(3)围绕“机械点”的变速齿轮步幅和更高的齿轮由所需的扭矩填充能力和电池与逆变器的功率容量限制。在低容量的情况下，有可能实现转子笼中的较高动力消散率的被动扭矩填充的换挡。在每个“机械点”和更高的齿轮之间的齿轮步幅应当被减小到1.05到1.1左右，且由于不可接受的步进，三个机械点中的两个不应用作固定速度。在更高容量的情况下，有可能增加所述步幅，以实现基于5速齿轮系的主动的扭矩填充的6-和7-速的变速器实施例。装置上的该方法和控制方法使之可基于共同的机械硬件和电机构建变速器族。
附图说明
本发明在下面更详细参考解释附图，其中：
图1是根据本发明第一实施例的在具有5速齿轮系和单个换挡筒的5速实施例中的多速变速器的示意图；
图2示意性示出了根据本发明的第一实施例的5速实施例的换挡模式；
图3是根据本发明的第二实施例的在具有5速齿轮系和单个换挡筒的6速实施例中的多速变速器的示意图(微混合)；
图4示意性示出了根据本发明的第二实施例的6速实施例的换挡模式；
图5是根据本发明的第三实施例的在具有5速齿轮系和单个换挡筒的7速实施例中的多速变速器的示意图(中混合)；
图6是根据本发明的第四实施例的在具有5速齿轮系、单个换挡筒和在驱动轴上的单向制动器的7速实施例中的多速变速器的示意图(带有EV操纵能力的中混合)；
图7示意性示出了根据本发明的第三或第四实施例的7速实施例的换挡模式；
图8是根据本发明的第五实施例的在具有5速齿轮系、弹性换挡机构和分离离合器的7速实施例中的多速变速器的示意图(全混合)；
图9示出了用于基本5速实施例的功率流程图表示例；
图10示出了用于基本5速实施例的转速图表示例；
图11出了用于6速实施例的功率流程图示例；
图12示出了用于基本6速实施例的转速图表示例；
图13示出了用于基本7速实施例的功率流程图表示例；
图14示出了用于基本7速实施例的转速图表示例；
图15示出了在6速实施例的换挡3→4时的车轮扭矩图表示例；
图16示出了在6速实施例的换挡3→4时的转速图表示例；
图17示出了在6速实施例的换挡3→4时的功率流程图表示例；
图18示出了在6速实施例的换挡4→5时的车轮扭矩图表示例；
图19示出了在6速实施例的换挡4→5时的转速图表示例；
图20示出了在6速实施例的换挡4→5时的功率流程图表示例；
图21示出了在7速实施例的换挡4→5时的车轮扭矩图表示例；
图22示出了在7速实施例的换挡4→5时的转速图表示例；
图23示出了在7速实施例的换挡4→5时的功率流程图表示例；
图24a)-h)示出了根据本发明的多速变速器的细节示意图，其具有带有变化和不同位置的离合器C1；
图25示出了多速变速器的螺旋滑动齿轮的斜投影；
图26是根据本发明的第一至第四实施例、在单个换挡筒上用于引导爪形离合器C1，C2和C3的换挡叉销的引导槽的展开图；
图27示意性示出了根据本发明的第五实施例7速实施例的换挡模式；
图28是用于在带有5速3轴齿轮系和直接第六速度的7速实施例(中混合)中的纵向设置的多速变速器的示意图；
图29示出了带有离合器C2的替代实施例的截面的斜投影，其中，离合器C2的套筒未在图中示出；
图30示出了离合器C2的替代实施例的分解斜投影；
图31a)至c)示出了在换挡套筒的不同位置的离合器C2的替代实施例的截面的斜投影。
具体实施方式
图1示出了具有5速变速器10的基本5速实施例，5速变速器10具有用于车辆的启动/停止能力，其包括连接到原动机12、例如内燃机的输入轴11、第一驱动轴13和第二驱动轴14，其中，驱动轴13、14被设置为同心。在该实施例中第二驱动轴被安装成从内部穿过第一驱动轴13。
第一驱动轴13包括多个用于第一和第三速度G1，G3的驱动齿轮G1a，G3a，这些驱动齿轮与从动轴15的对应的从动齿轮G1b，G3b啮合。第二驱动轴14的齿轮G1b和G3b具有多个驱动齿轮GRa，GLa，G2a，G45a，用于倒挡、启动GL和第二、第四/第五速度GL、G2、G3、G4/G5，这些驱动齿轮与从动轴15的对应的从动齿轮Gb、GLb、G2b、G45b啮合。
用于前进速度的齿轮GLa、G1a、G2a、G3a、G45a；GLb、G1b、G2b、G3b、G45b可借助离合器C1、C2、C3与所述轴13、14；15接合，从而以不同的比率形成从驱动轴13、14到驱动轴15的功率流。
至少两个用于前进速度的齿轮Gb、G3b以这样的方式可旋转地固定在驱动轴15上，即，使得它们中的每个设置于一对空转齿轮GLb、G2b；G45b、G1b之间，其中，相应的双面离合器C1、C2(其将所述松弛齿轮GLb、G2b；G45b、G1b接合到从动轴15)也可旋转地固定在从动轴15上，且用于齿轮GLb、G2b、G45b和G1b的替换(交替)接合的爪形齿被设置在相应的固定的齿轮Gb、G3b的两侧。
变速器10包括电机17，例如，具有鼠笼式转子17a和定子17b的多相感应电机，其中，定子17b的绕组通过固定的电连接连接到多相双向交流电力逆变器18和电池19，例如，低电压12V电池。转子17a可包括用于强制冷却的装置，例如用于液体冷却的至少一个冷却通道32。逆变器18被设计为处理原动机12的额定功率的约3％。
另外，变速器10包括具有三个连接件21，22，23的行星齿轮组，其中，第一连接件21(例如行星架)被连接到第一驱动轴13和输入轴11，第二连接件22(例如齿圈)被连接到第二驱动轴14，以及第三连接件23(例如太阳齿轮)通过圆柱齿轮系24被运动地连接到电机17a的转子17a，并且转子17a的轴线17a’与输入轴11的轴线分开放置。第二连接件22和第三连接件23之间的速度比对于停止的第一连接件21来说是负的。
可控制的锁止离合器CL被布置在驱动轴13，14上的驱动齿轮之间，并使所述驱动轴13，14彼此连接。附图标记13a和14a表示用于从锁止离合器CL的换挡套筒传递的扭矩的花键。在图中所示的实施例中，锁止离合器CL被集成在离合器C3中。详细来说，锁止离合器CL和离合器C3将小齿轮13a接合到第一驱动轴13上，并且共享共同的换挡套筒16。
差速器25的齿轮26与从动轴15上的小齿轮15a恒定地啮合。差速器25的从动连接件27a，27b被连接到变速器的输出轴28a，28b。齿轮26的轴线可设置为平行或不平行于输入轴11的轴线。传动装置15a，26可分别体现为圆柱齿轮或锥齿轮。
第一和第三速度G1，G3由接合的第二和第三离合器C2、C3到第二位置R即在附图中的右边位置从而接合相应的齿轮副G1a，G1b；G3a，G3b来提供。第二速度G2由相应的齿轮副G2a，G2b的接合的第一离合器C1(其切换到第二位置R)和接合的锁止离合器CL、即第三离合器C3的第一位置L来提供。第四速度G4由相应的齿轮副G45a，G45b的接合的第二离合器C2(其切换到第一位置L、即在附图中的左侧位置)和接合的锁止离合器CL来提供。倒挡速度GR由倒挡惰轮GRi与驱动齿轮GRa和从动齿轮Gb的啮合和来自电机17的转子17a的扭矩反作用来提供。启动速度的GL由相应的齿轮副GLa，GLb的接合的第一离合器C1和来自电机17的转子17a的扭矩反作用来提供，第一离合器CL被切换到第一位置L。第五速度G5由对应的齿轮副G45a，G45b的接合的第二离合器C2(其切换到第一位置L)和来自电机17的转子17a的扭矩反作用来提供。
在所有实施例中，离合器C1，C2，C3和CL可以设计成简单的爪形离合器或带有同步装置的爪形离合器。减振装置29(例如，双质量飞轮)可以被设置在输入轴11上。
离合器C1，C2以这种方式来实施：它们中的每一个可择一地将两个自由齿轮(空转齿轮)GLb，G2b；G1b，G45b连接到输出轴15，且其中所述齿轮GLb，G2b；G1b，G45b被设置在可旋转地固定到输出轴15的齿轮Gb；G3b的相对两侧上。
在优选的实施例中，第一离合器C1与相应的从动齿轮Gb结合，其中，所述从动齿轮Gb可滑动地安装在从动轴15上。
从动齿轮Gb可以是圆柱齿，且通过不带有螺旋角的花键而连接到从动轴15。在这个情况下第一离合器C1的爪形齿可具有对称的轮廓。
替代地，从动齿轮Gb可具有螺旋齿轮啮合，并且被连接到由螺旋花键53(参见图25)以这样的方式连接到从动轴15的对应的花键15b，即，来自传动装置和来自花键的轴向力至少部分地抵消平衡。在这个情况下，离合器C1的爪形齿55可以这样的方式具有对称的轮廓，即，来自花键53和爪形齿55的轴向力也至少部分地抵消平衡。
在可替换实施例中(图24，第一行R1)，第一离合器C1穿过安装在相应的从动齿轮Gb上，其中所述从动齿轮Gb刚性地固定在从动轴15上。
在优选实施例中，第二离合器C2穿过安装在相应的从动齿轮G3b上，其中所述从动齿轮G3b刚性地固定在从动轴15上(参见图1、3、5、6、8)。
离合器C1，C2，C3通过单个换挡筒30接合，该换挡筒由马达31电驱动。倒挡惰齿轮GRi通过单独的电致动器或通过连接件到手动操作的切换杆(未在附图中示出)的机械驱动来接合。
变速器10可选地包括棘轮P，其刚性地安装在从动轴15上。
在图1中所示的变速器10的第一实施例包括五个前进齿轮G1，G2，G3，G4，G5、启动齿轮GL、倒挡齿轮GR和带有换挡套筒的三个离合器C1，C2，C3。它使操作条件如下：
参照图1，在上述的换挡表中“L”表示离合器C1，C2，C3的换挡套筒的左侧位置(第一位置)，和“R”表示离合器C1，C2，C3的换挡套筒的右侧位置(第二位置)。在换挡套筒的左侧位置中，离合器C1，C2，C3分别接合到相应的左侧齿轮。在换挡套筒的右侧位置，离合器C1，C2，C3分别接合到相应的右侧齿轮。附图标记D1至D13表示筒30的角度位置(参照图26)。列“在WOT处的最小/平均扭矩填充”显示的是在发动机的空气和燃料最大摄入量时由电机17供给的最小/平均扭矩(WOT＝节气门全开)。最小扭矩填充是在升挡期间的最小车轮扭矩到换挡之后的车轮扭矩的关系。平均扭矩填充是在升挡期间的平均车轮扭矩到换挡之后的车轮扭矩的关系。
图2示出了图1中的5速实施例的换挡方式，其中，表示了换挡筒30的角位置D1至D13。附图标记“A”表示在第二驱动轴14上具有齿轮预选机会的、在第一驱动轴13上的固定齿轮。附图标记“B”表示在锁止离合器CL接合的第二驱动轴14上的固定齿轮。附图标记“C”表示带有来自电机17的扭矩反作用的机械点。连接齿轮的线指示可能的直接换挡，其中还示出了换挡筒30的相应的角度位置。
图3示出了带有5速变速器10和用于所谓的微混合动力车辆的单个换挡筒的6速实施例，包括连接到原动机12、例如内燃机上的输入轴11、第一驱动轴13和第二驱动轴14，其中驱动轴13，14同心布置。后面仅描述与第一实施例的区别。
第一驱动轴13包括多个用于第二和第四速度G2，G4的驱动齿轮的G2a，G4a，这些驱动齿轮与对应的从动轴15的从动齿轮G2b，G4b啮合。第二驱动轴14具有多个驱动齿轮GRa，G1a，G3a，G56a，它们用于倒挡、第一、第三和第五/第六速度G1，G3，G5/6，这些驱动齿轮与从动轴15的相应的从动齿轮Gb，G1b，G3b，G56b啮合。
用于前进速度G1，G2，G3，G4，G5/6的齿轮G1a，G2a，G3a，G4a，G56a；G1b，G2b，G3b，G4b，G56b可借助于离合器C1，C2，C3接合到所述轴13，14；15，从而以不同的比率形成从驱动轴13，14到从动轴15的功率流。
至少两个齿轮Gb，G4b以这样的方式可旋转地固定在从动轴15上，即，它们中的每一个置于一对自由齿轮(loose gearwheel，空转齿轮)G1b，G3b；G56b，G2b之间，其中，将所述自由齿轮G1b，G3b；G56b，G2b接合到从动轴15的相应的双侧离合器C1，C2可旋转地固定在从动轴15上，且用于齿轮G1b，G3b，G56b和G2b的可替换(可交替)接合的爪形齿被设置在相应的固定齿轮Gb，G4b的两侧上。
与图1所述的实施例相似，变速器10包括电机17，例如，带有鼠笼式转子17a和定子17b的多相感应电机，其中，所述定子17b的绕组通过固定的电气连接而连接到多相双向AC功率逆变器18和电池19，例如增强的低电压12V AGM蓄电池(AGM＝吸收玻璃毡)或超级电容电池。转子17a可以包括用于强制冷却的装置，例如用于液体冷却的至少一个冷却通道32。逆变器18被设计为处理原动机12约6％的额定功率。
第二和第四速度G2，G4由相应的齿轮副G2a，G2b；G4a，G4b的接合的第二和第三离合器C2，C3切换到第二位置R来提供。第三速度G3由相应的齿轮副G3a，G3b的接合的离合器C1切换到第二位置R和接合的锁止离合器CL、即将第三离合器C3切换到第一位置L来提供。第五速度G5由相应的齿轮副G56a，G56b的接合的第二离合器C2切换到第一位置L和接合的锁止离合器CL来提供。倒挡速度GR由倒挡(reverse，反向)惰轮GRi与驱动齿轮GRa和从动齿轮Gb的啮合以及来自电机17的转子17a的扭矩反作用(力)来提供。第六速度G6由相应的齿轮副G56a，G56b的接合的第二离合器C2切换到第一位置L和来自电机17的转子17a的扭矩反作用来提供。
离合器C1，C2被按这样的方式实施，即它们中的每一个能够择一地将两个自由齿轮(空转齿轮)G1b，G3b；G56b，G2b连接到输出轴15。齿轮G1b，G3b；G56b，G2b被分别设置在齿轮Gb；G4b的相对两侧上，这些齿轮固定在输出轴15上。
离合器C2穿过安装于相应的从动齿轮G4b上，其中所述从动齿轮G4b刚性地固定在从动轴15上。
图3中示出的变速器10的第二实施例包括六个前进齿轮G1，G2，G3，G4，G5，G6、一个倒挡齿轮GR和三个具有换挡套筒的离合器C1，C2，C3。它实现操作条件如下：
参照附图3，在上述所示的换挡表中“L”表示离合器C1、C2、C3的换挡套筒的左侧位置(第一位置)，和“R”表示离合器C1、C2、C3的换挡套筒的右侧位置(第二位置)。在换挡套筒的左侧位置，离合器C1、C2、C3被分别接合到相应的左侧齿轮。在换挡套筒的右侧位置，离合器C1、C2、C3被分别接合到相应的右侧齿轮。附图标记D1至D13表示筒30的角度位置(参照图26)。列“在WOT处的最小/平均扭矩填充”显示的是在发动机的空气和燃料最大摄入量时由电机17供给的最小/平均扭矩(WOT＝节气门全开)。最小扭矩填充是在升挡期间的最小车轮扭矩与换挡之后的车轮扭矩的关系。平均扭矩填充是升挡期间的平均车轮扭矩与换挡之后的车轮扭矩的关系。
图4示出了图3中所示的6速实施例的换挡方式，其中示出了筒30的角度位置1至D13。附图标记“A”表示在第一驱动轴13上的固定齿轮(带有在第二驱动轴14上的齿轮预选机会)。附图标记“B”表示在第二驱动轴14上的固定齿轮(其中，锁止离合器CL接合)。附图标记“C”表示带有来自电机17的扭矩反作用的机械点。连接齿轮的线表示可能的直接换挡，也表示了换挡筒30的相应的角度位置。
图5示出了7速实施例，它具有5速变速器10和用于所谓的中混合动力车辆的单个换挡筒30，它包括连接到原动机12、例如内燃机上的输入轴11，第一驱动轴13和第二驱动轴14，其中，驱动轴13，14被同心地布置。后面仅描述与上述特定实施例的区别。
第一驱动轴13包括用于第二和第五速度G2，G5的多个驱动齿轮的G2a，G5a，这些驱动齿轮与相应的从动轴15的从动齿轮G2b和G5b啮合。第二驱动轴14具有多个驱动齿轮GRa，G1a，G34a，G67a，它们用于倒挡、第一、第三/第四和第六/第七速度G1，G3/4，G6/7，这些驱动齿轮与相应的从动轴15的从动齿轮Gb，G1b，G34b，G67b啮合。
用于前进速度G1，G2，G3/4，G5，G6/7的齿轮G1a，G2a，G34a，G5a，G67a；G1b，G2b，G34b，G5b，，G67b可借助于离合器C1，C2，C3接合到所述轴13，14；15，从而以不同的比率(传动比)形成从驱动轴13，14到从动轴15的功率流。
至少两个齿轮Gb，G34b被以这样的方式可旋转地固定在从动轴15上，即，它们中的每一个位于一对自由齿轮G1b，G34b；G67b，G2b之间，其中将所述自由齿轮G1b，G34b；G67b，G2b接合到从动轴15的相应的两侧离合器C1，C2可旋转地固定在从动轴15上，且用于齿轮G1b，G34b；G67b，G2b的替换(交替)接合的爪形齿被设置在相应的固定齿轮Gb，G5b的两侧上。
与上述实施例类似，变速器10包括电机17，例如，带有鼠笼式转子17a和定子17b的多相感应电机，其中，所述定子17b的绕组通过固定的电气连接而连接到多相双向AC功率逆变器18和电池19，例如48V锂电池或超级电容器电池(超级电容器)。转子17a可以包括用于强制冷却的装置，例如用于液体冷却的至少一个冷却通道32。逆变器18被设计为处理原动机12约12％的额定功率。
第二和第五速度G2，G4由相应的齿轮副G2a，G2b；G5a，G5b的接合的第二和第三离合器C2，C3切换到第二位置R提供。第三速度G3由相应的齿轮副G34a，G34b的接合的第一离合器C1(第一离合器C1切换到第二位置R)和接合的锁止离合器CL提供。第六速度G6由相应的齿轮副G67a，G67b的接合的第二离合器C2(第二离合器C2切换到第一位置L)和接合的锁止离合器CL提供。倒挡速度GR由倒挡惰轮GRi与驱动齿轮GRa和从动齿轮Gb的啮合以及来自电机17的转子17a的扭矩反作用提供。第一速度G1由相应的齿轮副G1a，G1b的接合的第一离合器C1(第一离合器C1切换到第一位置L)和来自电机17的转子17a的扭矩反作用提供。第四速度G4由相应的齿轮副G1a，G1b的接合的第一离合器C1(第一离合器C1切换到第一位置L)和来自电机17的转子17a的扭矩反作用提供。第七速度G7由相应的齿轮副G67a，G67b的接合的第二离合器C2(第二离合器C2切换到第一位置L)和来自电机17的转子17a的扭矩反作用提供。
离合器C1，C2被按这样的方式实施，即它们中的每一个能够择一地将两个自由齿轮(空转齿轮)G1b，G34b；G67b，G2b连接到输出轴15。齿轮G1b，G34b；G67b，G2b被分别设置在齿轮Gb；G5b的相对两侧上，这些齿轮固定在输出轴15上。
离合器C2穿过安装于相应的从动齿轮G5b上，其中，所述从动齿轮G5b刚性地固定在从动轴15上。
图5中示出的变速器10的第三实施例包括七个前进齿轮G1，G2，G3，G4，G5，G6，G7、一个倒挡齿轮GR和三个具有换挡套筒的离合器C1，C2，C3。它使操作条件如下：
参照附图5，在上述所示的换挡表中“L”表示离合器C1、C2、C3的换挡套筒的左侧位置(第一位置)，和“R”表示离合器C1、C2、C3的换挡套筒的右侧位置(第二位置)。在换挡套筒的左侧位置，离合器C1、C2、C3被分别接合到相应的左侧齿轮。在换挡套筒的右侧位置，离合器C1、C2、C3被分别接合到相应的右侧齿轮。附图标记D1至D13表示筒30的角度位置(参照图26)。列“在WOT处的最小/平均扭矩填充”显示的是在发动机的空气和燃料最大摄入量时由电机17供给的最小/平均扭矩(WOT＝节气门全开)。最小扭矩填充是在升挡期间的最小车轮扭矩与换挡之后的车轮扭矩的关系。平均扭矩填充是在升挡期间的平均车轮扭矩与换挡之后的车轮扭矩的关系。
图6示出了7速实施例，该7速实施例带有5速变速器10、单个换挡筒30和在驱动轴13，14上的单向制动(OWB)，其用于带有电动车辆(EV)操纵能力的所谓的中混合动力车辆。该变速器包括连接到原动机12、例如内燃机的输入轴11，第一驱动轴13和第二驱动轴14，其中，驱动轴13，14被同心地布置。
与图5示出的第三实施例的特征相比额外的是，图6中示出的变速器10包括用于第一驱动轴13的第一单向制动器33和用于第二驱动轴14的第二单向制动器。第一单向制动器设置成：如果第一驱动轴13与发动机曲轴旋转的正常方向相反地进行旋转，该第一单向制动器锁定恒定地连接到第一驱动轴13的第一连接件21。在其它可能的实施例中，第一单向制动器33可被设置成：它锁定第一驱动轴13、输入轴11或原动机12的与曲轴连接的任何旋转部分(未在图中示出)。当原动机12被停止时，电机17可在EV模式下从太阳齿轮23提供驱动扭矩到齿圈22。然后，当C1离合器接合到其第一位置时，扭矩可在第一齿轮处被传递到车辆的驱动轮，以前进行驶。替代地，当倒挡惰轮GRi被接合时，扭矩可在第一齿轮处被传递到车辆的驱动轮，以反向行驶。行星架21提供扭矩反作用(力)，从而倾向于沿相反的方向旋转。第一单向制动器33将它锁定，从而阻止发动机12旋转。在再生制动的情况下，第一单向制动器33不能锁定轴13。所以，车轮制动器应在中混合车辆的这些所谓的EV操纵模式下用于使车辆减速。
以类似的方式，如果第二驱动轴14与发动机曲轴旋转的正常方向反向旋转，第二单向制动器34将连接到第二驱动轴14的第二连接件22锁定。在其它可能的实施例中，单向制动器34可设置成：它锁定第二驱动轴14，或变速器的恒定地运动连接到第二驱动轴14的任何旋转部分。当原动机12被停止，且电机17施加扭矩，齿圈22提供扭矩反作用，从而倾向于沿相反的方向旋转。第二单向制动器34将它锁定，从而将电机17用作为起动机来提供发动机启动能力。该实施例可运用在没有配备先进的制动系统的车辆中，先进的制动系统可在驱动轮上自动地提供扭矩反作用(例如，具有坡道保持功能的ESP)。
变速器10可独立地包括用于发动机启动功能的单向制动器34或用于EV操纵功能的单向制动器33，或包括这两种单向制动器，如图6所示。同时，单向制动器33，34可与5速和6速实施例结合来实施(图1，3)。
与第三实施例类似，图6示出的变速器10的第四实施例包括七个前进齿轮G1，G2，G3，G4，G5，G6，G7、一个倒挡GR和具有换挡套筒的三个离合器C1，C2，C3。它使操作条件如下：
参照附图6，在上述所示的换挡表中“L”表示离合器C1、C2、C3的换挡套筒的左侧位置(第一位置)，和“R”表示离合器C1、C2、C3的换挡套筒的右侧位置(第二位置)。在换挡套筒的左侧，位置离合器C1、C2、C3被分别接合到相应的左侧齿轮。在换挡套筒的右侧，位置离合器C1、C2、C3被分别接合到相应的右侧齿轮。附图标记D1至D13表示筒30的角度位置(参照图26)。列“在WOT处的最小/平均扭矩填充”显示的是在发动机的空气和燃料最大摄入量时由电机17供给的最小/平均扭矩(WOT＝节气门全开)。最小扭矩填充是在升挡期间的最小车轮扭矩与换挡之后的车轮扭矩的关系。平均扭矩填充是在升挡期间的平均车轮扭矩与换挡之后的车轮扭矩的关系。
图7示出了图5或6中的7速实施例的换挡方式，其中表示出了换挡筒30的角位置D1-D13。附图标记“A”表示在第一驱动轴13上的固定齿轮(带有在第二驱动轴14上的齿轮预选机会)。附图标记“B2”表示在第二驱动轴14上的固定齿轮(其中，锁止离合器CL被接合)。附图标记“C”表示带有来自电机17的扭矩的机械点。连接各齿轮的线表示可能的直接换挡，其中，换挡筒30的对应的角度位置也被表示出。
第一至第四实施例使用相同的齿轮系架构、筒换挡机构和带有转子冷却系统的电机。这些实施例之间的区别在于电机(逆变器，电池)的电源线的容量，和传动比。用于带有自然吸气石油发动机的B级客车的齿轮传动比的示例如下所示：
在5速实施例中，启动和第一速度之间的步幅对于考虑将启动齿轮作为独立的齿轮来说太小了。在更大的步幅时，扭矩填充能力会被减小。具有更大功率的逆变器的6速实施例使得从第一到第二速度具有更大步幅成为可能。示例中所示的步幅1.17比机械变速器中的传统步幅更小。因此，在具有6％逆变器的额定功率(power rating)的6速实施例中附加的速度用于减小第二和第三速度之间的步幅(从1.87到1.68)，从而提高了低速时的性能。在具有12％逆变器功率量的7速实施例中，主动扭矩填充能力足够具有从第一到第二速度的普通齿轮步幅1.69。因此，7速实施例包括额外的超速速度，且整个跨度从5.26增加到6.73。
图8示出了用于所谓的全混合型车辆的具有5速变速器10和弹性换挡机构的7速实施例。变速器包括附连到原动机12、例如内燃机的输入轴11，第一驱动轴13和第二驱动轴14，其中驱动轴13，14被同心地布置。
除了图5中所示的第三实施例的特征之外，图8中的变速器10还包括设置在输入轴11上的可控制的摩擦离合器C4，摩擦离合器C4用于将输入轴11与从原动机12的驱动轴分开。
在图8中所示的变速器10的第五实施例包括七个前进齿轮G1，G2，G3，G4，G5，G6，G7，一个倒挡齿轮GR和四个离合器C1，C2，C3，C4。它实现操作条件如下：
参照附图8，在上述所示的换挡表中，“L”表示离合器C1、C2、C3的换挡套筒的左侧位置(第一位置)，和“R”表示离合器C1、C2、C3的换挡套筒的右侧位置(第二位置)。在换挡套筒的左侧位置，离合器C1、C2、C3被分别接合到相应的左侧齿轮。在换挡套筒的右侧位置，离合器C1、C2、C3被分别接合到相应的右侧齿轮。在列C4中的附图标记X是指摩擦离合器C4的闭合位置。列“在WOT处的最小/平均扭矩填充”显示的是在发动机的空气和燃料最大摄入量时由电机17供给的最小/平均扭矩(WOT＝节气门全开)。最小扭矩填充是在升挡期间的最小车轮扭矩与换挡之后的车轮扭矩的关系。平均扭矩填充是在升挡期间的平均车轮扭矩与换挡之后的车轮扭矩的关系。
除了图5中所示的第三实施例的模式之外，图8中所示的变速器10还包括一个倒挡的和第四前进的电齿轮。从第一驱动轴13到在倒挡电齿轮的车轮的传动比等于传统倒挡齿轮的传动比。从第一驱动轴13到在第一电齿轮处的车轮的传动比大于传统倒挡齿轮的传动比。从第一驱动轴13到在第二电齿轮处的车轮的传动比等于传统第二齿轮的动。从第一驱动轴13到在第三电齿轮处的车轮的传动比等于传统第三齿轮的传动比。从第一驱动轴13到在第四电齿轮处的车轮的传动比等于传统第六齿轮的传动比。离合器C4在所有电齿轮上都打开；原动机12可被停止或空转。如果原动机12被停止，当通过使离合器C4闭合来驱动电齿轮时，将原动机启动是可能的。
图27示出在图8中所示的7速实施例的换挡方式。变速器从原动机12到输出具有前进速度G1至G7和倒挡速度GR；从电机17到输出具有前进速度E1至E4和倒挡速度ER。附图标记“A”表示在第一驱动轴13上的固定齿轮(其在第二驱动轴14上具有齿轮预选机会)。附图标记“B”表示在第二驱动轴14上的固定齿轮(其中，锁止离合器CL被接合)。附图标记“C”表示带有来自电机17的扭矩反作用的机械点。附图标记“D”表示用于纯EV(EV＝电动车辆)模式的电齿轮(其中，分离离合器C4脱开)。连接各齿轮的线表示可能的直接换挡。实线表示动力换挡/(带有)扭矩填充的换挡。虚线表示带有扭矩中断的换挡。
图28表示具有用于具有同轴输入轴和输出轴的纵向安装的替代的齿轮系结构的7速实施例。作为用于第一至第五实施例，5-、6-和7速的实施例可能具有不同程度的混合和具有如分离离合器和单向制动器的附加特征。
用于所谓的中混合动力车辆的具有5速齿轮系10和单个换挡筒30的7速实施例包括连接到原动机12、例如内燃机上的输出轴11，第一驱动轴13和第二驱动轴14，其中驱动轴13，14被同心的设置。
第一驱动轴13包括多个用于第二和第五速度G2，G5的驱动齿轮G2a，G5a，这些驱动齿轮与相应的从动轴15的从动齿轮G2b和G5b啮合。第二驱动齿轮14具有多个驱动齿轮GPa，G1a，G34a，它们用于倒挡GR、第一和第三/第四速度G1，G3/4，这些驱动齿轮与相应的从动轴15的从动齿轮Gb，G1b，G34b啮合。
用于前进速度G1，G2，G3/4，G5，G6/7的齿轮G1a，G2a，G34a，G5a；G1b，G2b，G34b，G5b可借助离合器C1，C2和C3接合到轴13，14；15，从而以不同的比率形成从驱动轴13，14到从动轴15的功率流，其中第一离合器C 1可切换到第一位置L或第二位置R，第二离合器可被切换到第二位置R且第三离合器可被切换到第二位置R。
至少一个齿轮Gb以这样的方式可旋转地固定在从动轮15上，即它们中的每一个都位于一对自由齿轮(空转齿轮)G1b，G34b之间；其中将所述自由齿轮G1b，G34b接合到从动轴15的、相应的双侧第一离合器C1也可旋转地固定在从动轴15上，且用于齿轮G1b，G34b的择一接合的爪形齿被设置在相应的固定齿轮Gb的两侧上。第三离合器C3的锁止离合器CL被设置为与驱动轴13，14同轴，以将它们彼此连接。
从动轴15还包括固定的小齿轮G67b，小齿轮与齿轮G67a恒定地啮合，而其固定于输出轴28。输出轴28设置为与输入轴11同轴。第三离合器C3设置为与第二驱动轴14同轴，以将它与输出轴28直接连接。
与上述实施例类似，变速器10包括电机17，例如，带有鼠笼式转子17a和定子17b的多相感应电机，其中，所述定子17b的绕组通过固定的电气连接而连接到多相双向AC功率逆变器18和电池19，例如48V锂电池或超级电容器电池(超级电容器)。转子17a可以包括用于强制冷却的装置，例如用于液体冷却的至少一个冷却通道32。逆变器18被设计为处理原动机12约12％的额定功率。
第二速度G2，G5由相应的齿轮副G2a，G2b的接合的第二离合器C2提供，离合器C2被切换到第二位置R。第五速度G5由相应的齿轮副G5a，G5b的接合的第二离合器C2提供，离合器C2被切换到第一位置L。第三速度G3由相应的齿轮副G34a，G34b的接合的第一离合器C1和接合的锁止离合器CL提供，第一离合器C1被切换到第一位置L。第六速度G6由接合的第三离合器C3和接合的锁止离合器CL提供，第三离合器C3被切换到第一位置L。倒挡速度GR由倒挡惰轮GRi与驱动齿轮GRa和从动齿轮Gb的啮合以及来自电机17的转子17a的扭矩反作用提供。第一速度G1由相应的齿轮副G1a，G1b的接合的第一离合器C1和来自电机17的转子17a的扭矩反作用提供，第一离合器C1被切换到第二位置R。第四速度G4由相应的齿轮副G34a，G34b的接合的第一离合器C1和来自电机17的转子17a的扭矩反作用提供，第一离合器C1被切换到第一位置L。第七速度G7由接合的第三离合器C3和来自电机17的转子17a的扭矩反作用提供，第三离合器C3被切换到第一位置L。
与第一至第四实施例相比，换挡筒30包括四个凹槽而不是三个。图28示出的变速器的第六和第七速度提供更高的变速效率，因为功率流以有限的效率绕过圆柱传动装置(圆柱齿轮)。
如图9至23所示，在至少两个不同速度之间的扭矩填充的换挡期间，电机17由功率逆变器18以这样的方式控制，即它允许在第一驱动轴13上通过如下方式来将扭矩值减小降到零，即，如果转子17a旋转方向为负，通过施加驱动转子轴动力，如果转子17a旋转方向为正，则通过施加制动转子轴动力，其中制动力部分地在电机17中作为热量消散，以及部分地传递到电池19及相关联的电力消耗装置，且驱动力加上内部损耗被从电池19中消耗，其中，如果来自电池19的所需的电池动力加上内部损耗超出电池19的容量和/或控制系统(逆变器)18的容量，输入轴11上的扭矩会动态地受到原动机12的控制系统和电机17的控制系统(逆变器)18的限制，从而在输入轴11上为全扭矩的情况下将第一驱动轴13上的扭矩值减小到零。
图9示出用于图1所示的基本5速实施例的功率流的图例。在图中，车轮动力P1、原动机12(内燃机)的动力P2和电机17的动力P3绘制为与车辆的速度F相关。图10示出了用于五速变速器的转速的图例，其中，车轮转速n1、原动机12的转速n2和电机17的转速n3取决于车辆的速度v。在该图中，“LA”表示车辆的启动。在启动LA期间和在每次齿轮换挡S1-2、S2-3、S3-4、S4-5期间，电机17吸收动力或者注入动力，以在换挡期间提供扭矩填充。具有动力吸收的被动的扭矩填充用PTF表示，具有动力(power，功率)注入的主动扭矩填充用ATF表示。PDL表示在启动LA期间通过电机17的动力耗散。在图9中，TF＝77％、TF＝38％和TF＝100％表示在通过用电机17吸收动力的换挡期间的最小扭矩填充水平。在齿轮换挡S4-5之后，电机17产生恒定的电力P2％，例如为发动机的额定功率的1...2％。在此操作范围内，电机17在低转速n3旋转，提供扭矩反作用并产生电力。该电力由车辆的12V系统消耗。图10中示出的转速n3的斜坡SYN L/2和SYN 2/4表示用于分别预选定启动齿轮GL或第二齿轮G2、和第二齿轮G2或第四齿轮G4的轴速同步。电机17的转子17a的扭矩反作用则用TR示出。
图11示出了用于图3所示的6速实施例的功率流的图示。在该图中，车轮动力(power，功率)P1、原动机12(内燃机)的动力(功率)P2和电机17的动力(功率)P3绘制为基于车辆的速度v。图12示出了用于这样的六速变速器转速的图示，其中，车轮转速n1、原动机12的转速n2和电机17的转速n3基于车辆速度v。在该图中“LA”表示车辆的启动。在启动LA期间和在每次齿轮换挡S1-2、S2-3、S3-4、S4-5、S5-6期间，电机17吸收动力并注入动力，以在换挡期间提供扭矩填充。具有动力吸收的被动的扭矩填充用PTF表示，具有动力注入的主动扭矩填充用ATF表示。PDL表示在启动LA期间通过电机17的动力消散。在图11中，TF＝77％和TF＝100％表示在换挡期间通过用电机17吸收动力的最小扭矩填充水平。在齿轮换挡S1-2或S5-6之后，电机产生恒定的电动力P2％，例如发动机额定功率的1...2％。在此操作范围内，电机17以慢转速n3旋转，从而提供扭矩反作用和电动力产生。该动力由车辆的12V系统消耗。图12中示出的转速n3的斜坡SYN 1/3和SYN 3/5表示用于分别预选第一齿轮G1或第三齿轮G3，和第二齿轮G2或第五齿轮G5的轴速同步。电机17的转子17a的扭矩反作用用TR示出。
图13示出了用于图5或6所示的七速实施例的功率流的图示。在该图中，车轮动力P1、原动机12(内燃机)的动力P2和电机17的动力P3绘制为基于车辆的速度v。图14示出了用于这样的七速变速器转速的图示，其中，车轮转速n1、原动机12的转速n2和电机17的转速n3基于车辆速度v。在该图中“LA”表示车辆的启动。在启动LA期间和在每次齿轮换挡S1-2、S2-3、S3-4、S4-5、S5-6、S6-7期间，电机17吸收动力或注入动力以在换挡期间提供扭矩填充。具有动力吸收的被动的扭矩填充用PTF表示，具有动力注入的主动扭矩填充用ATF表示。PDL表示在启动LA期间通过电机17的动力消散。在图13中，TF＝50％、TF＝77％和TF＝100％表示在换挡期间通过用电机17吸收动力的最小扭矩填充水平。在齿轮换挡S1-2或S3-4或S6-7之后，电机产生恒定的电动力P2％，例如发动机额定功率的1...2％。在此操作范围内，电机17以慢转速n3旋转，从而提供扭矩反作用和电力产生。该动力由车辆的12V/48V系统消耗。图14中示出的转速n3的斜坡SYN 1/3，4和SYN 3，4/6，7表示用于分别预选第一齿轮G1或第三/第四齿轮G3/4，和第三/第四齿轮G3/4或第六/第七齿轮G6/7的轴速同步。电机17的转子17a的扭矩反作用用TR示出。
图15、16和17示出了混合的扭矩填充换挡的示例，即，6速实施例的换挡G3-G4，其中图15示出了扭矩图示，图16示出了转速图示和图17示出了功率图示。在图15中车轮扭矩T1、来自点火的发动机扭矩T2a和原动机12的发动机动态扭矩T2b和电机17的扭矩T3基于时间t绘制。在图16中，车轮速度n1、原动机12的发动机速度n2和电机17的速度n3基于时间t来绘制。在图17中，车轮动力P1、原动机12的发动机动态动力P2和电机13的轴动力P3也基于时间t绘制。附图标记PIL表示在主动扭矩填充阶段的动力注入限制。CL表示离合器CL的接合。附图标记PD表示在被动扭矩填充阶段期间在转子笼中消散的动力。
混合的扭矩填充换挡包括速度同步阶段和两个扭矩交接阶段。在第一扭矩交接阶段期间，电机17施加上升的制动扭矩直到当锁止离合器CL离合卸载时的水平。发动机扭矩保持恒定。当锁止离合器CL被卸载时，它通过将换挡筒30从位置D7转到位置D3而开始脱开。由于在转子笼中的动力消耗，车轮扭矩下降。当锁止离合器CL脱开完成时，速度同步阶段开始。原动机12的控制系统切断点火扭矩(例如，通过切断燃料喷射或点火)。在通过电机17施加制动扭矩的情况下，原动机12减速。电动机17也减速。速度同步阶段的结束之前，电机17改变旋转方向。因此，制动扭矩变成驱动扭矩，以及电机17开始从电池19消耗能量。当达到能量极限时，原动机12的动态扭矩和电机17上的电磁扭矩两者均被切断(PIL)。车轮的扭矩也成比例的下降。当输入离合器的各齿的速度被同步时，通过原动机12再次施加点火扭矩，以冻结速度比。此扭矩也相对于所述电功率的极限被限制。然后第二扭矩交接阶段开始。通过将换挡筒30从位置D8转到位置D9，第三离合器C3开始被接合到第二位置R。当第三离合器C3被完全接合到第二位置R时，电动机17释放制动扭矩。在第一换挡阶段期间，电机17的轴功率保持为负的。由于较大的滑移制动控制方法和转子液体冷却，没有必要在被动扭矩填充阶段切断输入扭矩，即使动力线(逆变器18、电池19)的容量有限。在主动扭矩填充阶段结束时，输入扭矩是有限的。在车轮上的扭矩下降取决于相应的机械点和引入的更高齿轮之间的齿轮步幅。
图18，19和20示出了被动扭矩填充的换挡的示例，即6速实施例的换挡G4-5，类似于图15，16和17。在图18中，车轮扭矩T1、来自点火的发动机扭矩T2a和原动机12的发动机动态扭矩T2b和电机17的扭矩T3基于时间t绘制。在图19中，车轮速度n1、原动机12的发动机速度n2和电机17的速度n3基于时间t绘制。在图20中，车轮功率P1、原动机12的发动机运动地功率P2和电机17的轴功率P3基于时间t绘制。CL0表示锁止离合器CL的脱离。附图标记PD表示被动扭矩填充阶段期间在转子笼中消散的功率。
被动扭矩填充的换挡包括速度同步阶段和两个扭矩交接阶段。在第一扭矩交接阶段期间，电机17施加上升的制动扭矩直到当第三离合器C3通过从它的第二位置R移动到中立位置而卸载时的水平。发动机扭矩保持恒定。当第三离合器C3被卸载时，它通过将换挡筒30从位置D11转到位置D12而开始脱离。由于在转子笼中的动力消耗，车轮扭矩下降。当第三离合器脱离完成时，速度同步阶段开始。原动机12的控制系统切断点火扭矩(例如，通过切断燃料喷射或点火)。在通过电机17施加制动扭矩的情况下，原动机12(发动机)减速。电动机17也减速。当输入离合器的各齿的速度被同步时，点火扭矩由原动机12再次施加，以冻结速度比。然后第二扭矩交接阶段开始。通过将换挡筒30从位置D12转到位置D13，锁止离合器CL开始被接合。当锁止离合器CL被完全接合时，电动机17释放制动扭矩。在所有换挡阶段期间，电机17的轴功率保持为负的。由于较大滑移制动控制方法和转子液体冷却，没有必要在换挡期间切断输入扭矩，即使动力线(逆变器18、电池19)的容量有限。
图21，22和23示出了主动扭矩填充的换挡的示例，即7速实施例的换挡G4-5，类似于图15至20。在图21中，车轮扭矩T1、来自点火的发动机扭矩T2a和原动机12的发动机动态扭矩T2b和电机17的扭矩T3基于时间t绘制。在图22中，车轮速度n1、原动机12的发动机速度n2和电机17的速度n3基于时间t绘制。在图23中，车轮功率(power，动力)P1、原动机12的发动机动态功率P2和电机17的轴功率P3基于时间t绘制。
主动扭矩填充的换挡包括速度同步阶段和扭矩交接阶段。换挡开始之前，电机17以之前的速度施加制动扭矩反作用力，以较小的速度旋转，并产生用于车辆12V/48V电力系统的电力。当换挡开始时，原动机12(内燃机)的控制系统切断点火扭矩(例如，通过切断燃料喷射或点火)。在由电机17施加制动扭矩的情况下，发动机减速。电动机17也减速。在速度同步阶段结束之前，电动机17改变旋转方向。因此，制动扭矩变成驱动扭矩，以及电机17开始从电池19消耗功率。当达到功率极限，发动机的动态扭矩和电机17上的电磁扭矩均被切断(PIL)。车轮的扭矩也成比例地下降。当输入离合器的各齿的速度被同步时，点火扭矩由发动机再次施加，以冻结速度比。此扭矩也相对于所述电功率的极限受到限制。然后第二扭矩交接阶段开始。通过将换挡筒30从位置D8转动到位置D9，第三离合器C3开始接合(运动到第二位置R)。当第三离合器C3被完全接合(切换到第二位置R)，电动机17释放制动扭矩。在主动扭矩填充阶段结束时，输入扭矩是有限的。在车轮上的扭矩下降取决于相应的机械点和引入的更高齿轮之间的齿轮步幅。
如上所述及图9至23所示，5-速，6-速和7-速的实施例的主动和被动扭矩填充的换挡的组合仅在变速器10中的传动比被限定在一定范围内并满足几个数学不等式时才有可能。
用于停止的第一连接件21的、第二连接件22和第三连接件23之间的速比定义值为：iPGS＜0。此值定义了两个最高速度-对于第一实施例(图1)的第四和第五、对于第二实施例(图3)的第五和第六、对于第三和第四实施例(图5，6)的第六和第七之间的速比步幅。在两个最高速度处，共同的传动装置传递功率流(G45，G56或G67)。在预选的最终速度下，锁止离合器CL锁定驱动轴13，14，从而锁定行星齿轮组20。在最后(最高)速度下，太阳齿轮23通过电气地锁定转子17a进行锁定。行星齿轮组20像倍速器那样以如下传动比来工作：
S67＝1/(1-(1/iPGS))；
上述例子中，iPGS＝-3.57，S67＝0.78。
在第二传动轴14上的第一传动装置(GL，G1)的传动比具有定义值：iG1。此值基于最低齿轮的目标比率，其可通过以下计算：
i1/L＝iG1*iFG/(1-1/iPGS))，
其中iFG为最终驱动器的传动比。
上述例子中，iG1＝4.47，iFG＝4.7，i1/L＝16.4。
在第一驱动轴13上的第一传动装置(G1，G2)的传动比满足不等式iG2＜iG1/(1-1/iPGS))。当变速器10以第二速度(对于本发明的第一实施例来说是第一速度)运行时，齿轮预选是通过将齿轮C1从第一位置L脱离、轴速同步和将离合器C1接合到第二位置R而完成。如果iG2＞iG1(1-1/iPGS))，第一机械点的传动比介于第二和第三速度之间，且它不能用作固定速度，因为第一传动装置(G1，G2)在齿轮预选期间脱开。如果iG2只是略小于iG1(1-1/iPGS))，两个最低速度之间的步幅是小的，且两个最低速度被认为在车辆工作方面是单个速度(图1，9，10)。在最低和最低速度之后的下一个速度之间的动力开启的换挡表现为主动扭矩填充的换挡(图21至23)，因此，当这些速度之间的步幅更小时，由于电池19和逆变器18的功率限制，扭矩填充能力更大。尽管具有低功率的电气系统，在最低和最低之后的下一下速度之间的主动扭矩填充的换挡也是有益的。与当iG2＞iG1(1-1/iPGS))的情况相比，电机17的速度在车辆启动期间会减小。这意味着制动功率和电机17的加热减少，这有益于电机17的热负荷和车辆的燃油经济性。对于上述的例子，传动比在表中示出。
在第二驱动轴14上的第二传动装置(G2，G3，G34)的传动比满足不等式iG3＜iG2。该不等式确保第三速度具有比第二速度低的比率(图3)。
第一驱动轴13上的第二传动装置(G3，G4，G5)的传动比满足不等式iG4＜iG3/(1-1/iPGS))。
当变速器10以第四速度运行(图3)时，齿轮预选通过使得离合器C1从第二位置的R脱离、轴速同步以及将离合器C2接合到第一位置L完成。在如果iG4＞iG3/(1-1/iPGS))的情况下，第二机械点的传动比位于第四和第五速度之间，并且它不能被用作固定速度，因为第二传动装置(G3)在预选期间脱开。如果iG4只是略小于iG3/(1-1/iPGS))，第二机械点和第四速度之间的步幅是小的，且这两个速度被认为在车辆工作方面是单个速度(图1，3，9-12)。在第二机械点和第四速度之间的动力开启的换挡表现为主动扭矩填充的换挡(图15-17)，因此，当这些速度之间的步幅较小时，由于电池19和逆变器18的动力限制，扭矩填充能力更大。尽管具有低功率的电气系统，在第二机械点和第四速度之间的主动扭矩填充的换挡也是有益的。在从第三到第四速度的换挡期间，与当iG4＞iG3(1-1/iPGS))的情况相比，电机17的速度降低。这意味着制动功率和电机17的加热减少，这有益于电机17的热负荷和车辆的燃油经济性。对于上述的例子，传动比在表中示出。
在第二驱动轴14上的第三传动装置(G45，G56，G67)的传动比满足不等式iG5＜iG4。该不等式确保第五速度具有比第四速度低的比率(图3)。
在所有实施例中，第三机械点被用作固定的最高齿轮，因为在最高速度和最高速度之前的速度之间的换挡一直是被动扭矩填充的。
上面计算并在表中示出了机械点的理论上的传动比。这些传动比对应于转子17a的锁定状态。当由电机17施加制动功率时，在实际驱动中，转子17a可以在正方向上旋转。在这个情况下电机17产生电功率以覆盖内部损失并供给车辆的电池19和相关的随车电器。
图24示出了根据本发明的变速器的离合器C1的位置和变化的表，其中，第一行R1示出穿过齿轮安装的离合器C1，即，变型a)至d)。第二排R2示出了集成有齿轮的离合器C1，即，变型e)至h)。列POS1，POS2，POS3，POS4示出了离合器C1的不同位置，其中第一列POS1示出脱开的所有离合器元件，即倒挡惰轮GRi和离合器C1。第一列POS2示出了接合的倒挡惰轮GRi和脱开的离合器C1。在列POS3中示出了离合器C1被切换到左侧“L”并接合到左侧自由(loose，空转)齿轮GL或G1b。在列POS4中，离合器C1被切换到右侧“R”并接合到右侧自由齿轮(空转齿轮)G2b、G3b或G34b。
图25示出了螺旋形滑动齿轮50的斜投影，其准备作为离合器C1的可旋转地固定的齿轮Gb。滑动齿轮50包括具有约30°螺旋角的螺旋齿51，其中对于惰轮啮合，倒角52形成在齿51的端面侧上。滑动齿轮50还包括螺旋形花键53，每个花键53具有约10°的螺旋角。滑动齿轮50的侧面包括用于离合器C1的换挡叉的肩54和爪形齿55，每个爪形齿55具有带有拔模的第一爪形齿侧56和带有底切的第二爪形齿侧57。螺旋形滑动齿轮50由螺旋花键53以这样的方式连接到从动轴15，即、来自传动装置和来自花键53的轴向力至少部分地抵销平衡，其中滑动齿轮50的爪形齿55和相应的离合器C1以这样的方式具有不对称轮廓，来自花键53和爪形齿55的轴向力也至少部分地抵销平衡。形成的轴向力应该比摩擦力小，以使得换挡叉和肩54和/或掣子(图中未示出)之间不接触。
图29，30，31示出了C2离合器的可替换实施例，例如，在图1所示的变速器10的设置中。固定齿轮G3b安装在两个自由齿轮G45b和G1b之间。它由花键61，63沿旋转方向是固定的，花键优选具有渐开线轮廓，且在轴向上由肩62固定在轴花键61的末端64上和齿轮45b下方的轴承套65上。附图标记66表示齿轮G45b的轴承套65上的肩。固定齿轮G3b在毂上包括槽69的圆形阵列67，以使得花键的一部分被移除，且从动轴15的相应花键啮合的部分是自由的(图29)。至少一个掣子68被安装在相邻各花键齿61之间、在槽69中的那个自由区域67中。对于给定的例子，在轴15上有16个花键63，在齿轮G3b中有八个槽69，且在轴15中安装有四个掣子68。离合器72的换挡套筒70包括相应数量的爪形齿71(对于所给例子为八个)。齿71的侧表面可替代地接触自由齿轮(空转齿轮)G45b和G1b的爪形齿72，73的相应表面(图31)。在爪形齿72，73的内径上切出花键，以将扭矩从自由齿轮G45b和G1b传递到轴15。因此，爪形齿72，73可以穿过槽69而在切向方向上具有间隙。与安装在槽中相比，从轴到换挡套筒的运动链被缩短。这个解决方案减小了制造成本并且使设计对尺寸公差更牢靠。由于花键61，63的渐开线轮廓和爪形齿72，73的平行轮廓，径向力出现在扭矩下面，其推动爪形齿72，73远离花键61，63。为了避免过度应力和偏转，小间隙的配合可在径向方向上引入槽69和爪形齿72，73之间，如附图标记74表示(图31c)。在图31a)中，离合器C2被示出在第一离合器位置L，其中换挡套筒70与自由齿轮G45b接合。图31b)示出了换挡套筒70切换到中立(中间)位置的离合器C2。图。图3c)示出了离合器C2，其中自由齿轮G1b被接合到固定齿轮G3b，而换挡套筒被切换到第二位置R。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！