用于机动车的变速器和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，其包括输入轴、输出轴、三个行星齿轮组和至少五个切换元件。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：

在此所说的变速器尤其是指多挡变速器，在其中在输入轴和输出轴之间通过切换元件优选可自动地切换多个挡位、即传动比。切换元件例如是离合器或制动器。这种变速器主要用于机动车中，以便以适合的方式使驱动单元的转速和转矩输出特性适应车辆的行驶阻力。

根据权利要求1前序部分的、用于车辆的自动变速器由公开文本de10213820a1的图7公开。但该自动变速器没有电机。

在现有技术中已知为自动变速器增加电机，以便能通过自动变速器实现机动车的纯电动或混合动力行驶运行。通常，电机的转子为此与输入轴不可相对旋转地连接。但转子也可连接到自动变速器的既非输入轴也非输出轴的一个轴上。为此例如列举申请人的公开文本de102007005438a1。然而，根据该公开文本的教导电机不能在自动变速器的所有挡位中输出或接收功率，因为电机设置在与自动变速器的制动器相同的轴上。

也已知电机通过相对于输入轴的固定预传动比连接到现有自动变速器上。为此例如列举申请人的公开文本de102008040498a1，在其中设置具有一个传动级的混合动力模块，其设置在本来的自动变速器上游。通过该固定预传动比，电机可设计用于较高的转速和较低的转矩，因此电机具有较少的空间需求。但根据现有技术的自动变速器为此需要一个附加行星齿轮组，从而提高了自动变速器的结构成本。

技术实现要素：

因此，本发明的任务在于提供一种用于机动车的变速器，其集成有具有预传动比的电机以用于在变速器的所有挡位中提供对于混合驱动典型的功能，且不会非必要地增加其结构耗费。此外，该变速器应具有简单、紧凑的结构和高的机械效率。

所述任务通过权利要求1的特征解决。从属权利要求、说明书和附图给出有利的扩展方案。

变速器包括三个行星齿轮组以及至少五个切换元件，这些切换元件的选择性接合在变速器的输入轴和输出轴之间产生至少八个可切换的前进挡。

行星齿轮组包括太阳齿轮、行星架和齿圈。在行星架上可转动地支承有行星齿轮，这些行星齿轮与太阳齿轮的齿部和/或齿圈的齿部啮合。负传动比齿轮组是指这样的行星齿轮组，其包括行星架、太阳齿轮和齿圈，在行星架上可转动地支承有行星齿轮，至少一个行星齿轮的齿部既与太阳齿轮的齿部又与齿圈的齿部啮合，因此当太阳齿轮在行星架固定的情况下旋转时齿圈和太阳齿轮沿相反的转动方向旋转。正传动比齿轮组与上述负传动比齿轮组的不同之处在于，正传动比齿轮组具有可转动地支承在行星架上的内侧和外侧行星齿轮。内侧行星齿轮的齿部一方面与太阳齿轮的齿部啮合并且另一方面与外侧行星齿轮的齿部啮合。外侧行星齿轮的齿部还与齿圈的齿部啮合。因此在行星架固定时齿圈和太阳齿轮沿相同的转动方向旋转。

第一、第二和第三行星齿轮组各自具有第一元件、第二元件和第三元件。第一元件由相应行星齿轮组的太阳轮构成。当行星齿轮组构造为负传动比齿轮组时，第二元件由行星齿轮组的行星架构成，并且第三元件由行星齿轮组的齿圈构成。当行星齿轮组构造为正传动比齿轮组时，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。

第一行星齿轮组的第一元件固定成永久不旋转的。第一行星齿轮组的第二元件与输入轴永久连接。第二行星齿轮组的第二元件与输出轴永久连接。

通过闭合第一切换元件，第二行星齿轮组的第三元件可固定成不旋转的，其方式为：第二行星齿轮组的第三元件与变速器壳体或与变速器的另一非旋转部件不可相对旋转地连接。通过闭合第四切换元件，在第一行星齿轮组的第三元件与第二行星齿轮组的第一元件之间形成不可相对旋转的连接。通过闭合第五切换元件，在第一行星齿轮组的第三元件与第二行星齿轮组的第三元件之间形成不可相对旋转的连接。

第三行星齿轮组除了其第二元件连接到输入轴之外具有第一和第二耦合装置。第一耦合装置位于第三行星齿轮组的第一元件和第二行星齿轮组的第一元件之间。第二耦合装置位于第三行星齿轮组的第三元件和输出轴之间。

根据本发明第三行星齿轮组的第二元件与输入轴永久连接。两个耦合装置之一构造为永久不可相对旋转的连接，剩余的耦合装置构造为可切换连接。可切换连接中的切换元件为第三切换元件。通过闭合第三切换元件，可在第三行星齿轮组的三个元件之间实现转矩传递。因此，在第三切换元件的打开状态中在第三行星齿轮组的三个元件之间不能传递功率，在此例如基于摩擦的少许功率损耗可忽略不计。当第一耦合装置构造为永久不可相对旋转的连接时，通过闭合第二切换元件在第三行星齿轮组的三个元件的两个、即第三行星齿轮组的太阳轮、行星架和齿圈中的两个元件之间形成不可相对旋转的连接。当第二耦合装置构造为永久不可相对旋转的连接时，通过闭合第二切换元件在输入轴与第二行星齿轮组的第一元件之间形成不可相对旋转的连接。此外，第一行星齿轮组的第三元件与电机的转子永久不可相对旋转地连接。

由于第一行星齿轮组的第一元件固定成永久不旋转的并且第一行星齿轮组的第二元件与输入轴永久连接，因此在输入轴与第一行星齿轮组的第三元件之间产生与挡位无关的固定传动比。在此电机的转子在每个挡位中以比输入轴更高的转速旋转。因此，电机可设计用于更高的转速和更低的转矩，由此电机可更小且更低成本地制造。另外，第一行星齿轮组参与形成挡位。因而不需要附加行星齿轮组来形成用于电机的预传动比。此外，第一行星齿轮组的第三元件在每个挡位中具有一个转速。因此变速器在任何挡位中都可通过电机来输出功率和接收功率。

通过选择性操作第一至第五切换元件可在输入轴和输出轴之间自动切换至少八个前进挡。第一前进挡通过闭合第一切换元件和第二切换元件形成。第二前进挡通过闭合第一切换元件和第四切换元件形成。第三前进挡通过闭合第一切换元件和第三切换元件形成。第四前进挡通过闭合第三切换元件和第四切换元件形成。第五前进挡通过闭合第二切换元件和第三切换元件形成。第六前进挡通过闭合第三切换元件和第五切换元件形成。第七前进挡通过闭合第二切换元件和第五切换元件形成。第八前进挡通过闭合第四切换元件和第五切换元件形成。通过如此将第一至第五切换元件配置给各个前进挡，在适当选择行星齿轮组固定传动比的情况下可实现非常适合用于机动车的传动比顺序。此外，两个相邻挡位总是有一个切换元件，其在这两个挡位中闭合。因此，在向相邻挡位的切换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缩短了切换时间。

优选第一切换元件构造为形锁合切换元件。形锁合切换元件在闭合状态中通过形锁合建立连接并且其特点是在打开状态中具有比力锁合切换元件更低的拖曳损耗。第一切换元件例如可构造为牙嵌式切换元件，其也可构造为无同步装置的。基于在打开状态中较少的拖曳损耗进一步提高了变速器效率，特别是因为第一切换元件仅在机动车的第一至第三前进挡中闭合。因此第一切换元件在变速器在机动车运行时在多数时候是打开的。由于第一切换元件仅在第一至第三前进挡中闭合，因此该切换元件在切换到更高挡位的切换过程中始终打开、而非闭合。牙嵌式切换元件的打开大大简单于闭合过程，因为在闭合时牙嵌式切换元件的爪齿必须先嵌入为其设置的空隙中，而在打开时爪齿则只需释放负载。这两个过程都需要时间，特别是在从低挡向更高挡位的切换过程中切换时间出于行驶动态原因应尽可能短。由于第一切换元件在向更高挡位的切换过程中从不需要被闭合，只需被打开，因此通过将第一切换元件构造为形锁合切换元件在切换时间方面不存在限制。

根据一种方案，变速器在一个轴向端部上具有连接轴，该连接轴可经由第六切换元件与输入轴连接。通过第六切换元件，例如当机动车仅由变速器的电机驱动时，与连接轴连接的驱动单元可与变速器的驱动轴解耦。连接轴和输出轴彼此同轴并且设置在变速器的相对置端部上。变速器因此构造为用于机动车的“前纵向变速器”。从变速器的配置给连接轴的轴向端部起行星齿轮组按下述轴向顺序设置：第一行星齿轮组、第二行星齿轮组、第三行星齿轮组。这能实现变速器的紧凑结构。

根据一种替代方案，变速器也具有第六切换元件，通过该第六切换元件输入轴可与连接轴连接，从变速器的配置给连接轴的轴向端部起行星齿轮组按下述轴向顺序设置：第三行星齿轮组、第二行星齿轮组、第一行星齿轮组。这种方案特别适合用于机动车的“前横向变速器”，其中输出轴具有齿部，该齿部与一个轴向平行于输入轴的轴的齿部啮合。通过该轴向平行的轴，输出轴的功率传递到机动车的车轮上。

根据一种实施方式，第六切换元件构造为形锁合切换元件。由此可提高变速器效率，因为第六切换元件在打开状态中产生比力锁合切换元件、如多盘式离合器显著更低的拖曳损耗。

根据一种替代实施方式，第六切换元件构造为具有可变转矩传递能力的力锁合切换元件、如干式或湿式多盘式离合器。多盘式离合器包括内盘支架和外盘支架，在此多个内盘与内盘支架连接并且多个外盘与外盘支架连接。内盘和外盘交替设置并且相互重叠。当向盘片施加垂直于盘片表面的力时，转矩通过内盘和外盘之间的摩擦从一个盘支架传递到另一盘支架。从一个盘支架传递到另一盘支架的转矩在此取决于所施加的力。如果力大到足以通过力锁合防止内盘和外盘之间的转差速，则传递总转矩。如果力不足，则仅传递部分转矩，在此在内盘和外盘之间出现转速差。这种状态也称为打滑运行。通过改变施加到盘片上的力，可调节第六切换元件的转矩传递能力。

根据变速器的一种方案，在其中第一耦合装置构造为永久不可相对旋转的连接并且通过闭合第二切换元件第三行星齿轮组的第一元件可与第三行星齿轮组的第二元件连接，第二切换元件优选至少在部分区段上设置在第四切换元件的径向内侧。由此产生轴向特别紧凑的变速器。

根据变速器的一种方案，在其中第一耦合装置构造为永久不可相对旋转的连接并且通过闭合第二切换元件第三行星齿轮组的第二元件可与第三行星齿轮组的第三元件连接，第二切换元件优选沿轴向在空间上设置在第三行星齿轮组和变速器的朝向输出轴的轴向端部之间。由此第二和第三行星齿轮组可轴向彼此靠近地构造，从而使第一耦合装置特别短。这减小了变速器的轴向长度及其重量，因为第一和第二行星齿轮组的太阳齿轮优选一体构造。

根据变速器的一种方案，在其中第一耦合装置构造为永久不可相对旋转的连接并且通过闭合第二切换元件，第三行星齿轮组的第一元件可与第三行星齿轮组的第三元件连接，第二切换元件优选沿轴向在空间上设置在第二行星齿轮组和第三行星齿轮组之间。

根据变速器的一种方案，在其中第二耦合装置构造为永久不可相对旋转的连接，第二切换元件优选至少在部分区段上设置在第四切换元件的径向内侧。由此产生轴向特别紧凑的变速器。

变速器可以是机动车混合动力传动系的一部分。混合动力传动系除了变速器之外也可包括内燃机，内燃机与变速器连接轴连接。变速器的输出轴与输出端连接，该输出端与机动车车轮连接。混合动力传动系能实现机动车的多种驱动模式。在电行驶运行中机动车由变速器的电机驱动，在此第六切换元件打开。在内燃机运行中机动车由内燃机驱动，在此第六切换元件闭合。在混合动力运行中机动车既由内燃机又由变速器的电机驱动。

变速器能实现多种方式用于提供机动车的起动功能。在内燃机运行中第六切换元件可用作起动元件。在第六切换元件故障或过载时，第二切换元件也可用作起动元件。在电行驶运行中电机可在挂入前进挡时从其零转速起提供起动功能。

电机至少包括不可转动的定子和可转动支承的转子并且在电动机运行中构造用于将电能转换为转速和转矩形式的机械能以及在发电机运行中将机械能转换成电流和电压形式的电能。

“永久连接”是指在两个元件之间始终存在的连接。这种永久连接的元件始终以其转速之间相同的关系旋转。在两个元件之间的永久连接中不能设置切换元件。由此永久连接与可切换连接相互区分。

附图说明

下面参照附图详细描述本发明的实施例。附图如下：

图1示意性示出根据本发明第一种实施例的变速器；

图2示意性示出根据本发明第二种实施例的变速器；

图3示意性示出根据本发明第三种实施例的变速器；

图4示意性示出根据本发明第四种实施例的变速器；

图5示意性示出根据本发明第五种实施例的变速器；

图6示意性示出根据本发明第六种实施例的变速器；

图7示意性示出根据本发明第七种实施例的变速器；

图8示意性示出根据本发明第八种实施例的变速器；

图9示出变速器的换挡图；

图10示出机动车的混合动力传动系。

具体实施方式

图1示意性示出根据本发明第一种实施例的、用于机动车的变速器g。变速器g包括输入轴gw1、输出轴gw2、第一行星齿轮组p1、第二行星齿轮组p2、第三行星齿轮组p3和电机em，电机包括定子s和转子r。第一、第二和第三行星齿轮组p1、p2、p3构造为负传动比齿轮组并且各自包括第一元件e11、e12、e13、第二元件e21、e22、e23和第三元件e31、e32、e33。第一元件e11、e12、e13配置给相应行星齿轮组p1、p2、p3的太阳齿轮。第二元件e21、e22、e23配置给相应行星齿轮组p1、p2、p3的行星架。第三元件e31、e32、e33配置给相应行星齿轮组p1、p2、p3的齿圈。

第一行星齿轮组p1的第一元件e11通过与壳体gg或与另一非旋转部件连接而固定成永久不旋转的。第一行星齿轮组p1的第二元件e21和第三行星齿轮组p3的第二元件e23与输入轴gw1永久连接。第二行星齿轮组p2的第一元件e12与第三行星齿轮组p3的第一元件e13永久连接，从而形成第一耦合装置v1，其构造为永久不可相对旋转的连接。第二行星齿轮组p2的第二元件e22与输出轴gw2永久连接。第三行星齿轮组p3的第三元件e33经由第二耦合装置v2与输出轴gw2连接，在该第二耦合装置v2中设有第三切换元件k2。第一行星齿轮组p1的第三元件e31与电机em的转子r永久连接。

变速器g还包括五个切换元件。通过闭合第一切换元件b1，第二行星齿轮组p2的第三元件e32可固定成不旋转的。通过闭合第二切换元件k1，输入轴gw1可与第二行星齿轮组p2的第一元件e12连接。由于第二行星齿轮组p2的第一元件e12与第三行星齿轮组p3的第一元件e13永久连接并且输入轴gw1与第三行星齿轮组p3的第二元件e23永久连接，所以通过闭合第二切换元件k1，第三行星齿轮组p3的第一元件e13与第三行星齿轮组p3的第二元件e23连接。通过同一行星齿轮组的两个元件的这种不可相对旋转的连接，该行星齿轮组被锁定，从而其元件、即太阳齿轮、行星架和齿圈以相同转速旋转。通过闭合第二耦合装置v2中的第三切换元件k2，第三行星齿轮组p3的第三元件e33可与输出轴gw2连接。通过闭合第四切换元件k3第一行星齿轮组p1的第三元件e31可与第二行星齿轮组p2的第一元件e12连接。通过闭合第五切换元件k4，第一行星齿轮组p1的第三元件e31可与第二行星齿轮组p2的第三元件e32连接。切换元件b1、k1、k2、k3、k4以多盘式切换元件的形式示出。但这不应当看作限制性的。切换元件b1、k1、k2、k3、k4、尤其是第一切换元件b1也可选择构造为牙嵌式切换元件。这适用于所有实施例。

图1中所示变速器g的第一种实施例构造为用于机动车的所谓“前纵向变速器”。输入轴gw1和输出轴gw2相应彼此同轴并且设置在变速器g的相对置轴向端部上。第二切换元件k1在部分区段上设置在第四切换元件k3的径向内侧。从变速器g的配置给输入轴gw1的轴向端部起行星齿轮组p1、p2、p3按下述轴向顺序设置：第一行星齿轮组p1、第二行星齿轮组p2、第三行星齿轮组p3。

图2示意性示出根据本发明第二种实施例的变速器g。与图1所示第一种实施例不同，通过闭合第二切换元件k1，第三行星齿轮组p3的第二元件e23可与第三行星齿轮组p3的第三元件e33连接。第二切换元件k1在此沿轴向在空间上设置在第三行星齿轮组p3和变速器g的配置给输出轴gw2的轴向端部之间。

图3示意性示出根据本发明第三种实施例的变速器g。与图1所示第一种实施例不同，通过闭合第二切换元件k1，第三行星齿轮组p3的第一元件e13可与第三行星齿轮组p3的第三元件e33连接。第二切换元件k1在此沿轴向在空间上设置在第二行星齿轮组p2和第三行星齿轮组p3之间。

图4示意性示出根据本发明第四种实施例的变速器g。与图1所示第一种实施例不同，变速器g现在构造为用于机动车的所谓“前横向变速器”。输出轴gw2相应与输入轴gw1设置在变速器g的相同的轴向端部上。输出轴gw2具有外齿部，其构造用于与一个轴向平行于输出轴gw2设置的、未示出的轴的外齿部啮合。从变速器g的既配置给输入轴gw1又配置给输出轴gw2的轴向端部起行星齿轮组p1、p2、p3按下述轴向顺序设置：第三行星齿轮组p3、第二行星齿轮组p2、第一行星齿轮组p1。第二切换元件k1在部分区段上设置在第四切换元件k3的径向内侧。

图5示意性示出根据本发明第五种实施例的变速器g。与图4所示第四种实施例不同，通过闭合第二切换元件k1，第三行星齿轮组p3的第二元件e23可与第三行星齿轮组p3的第三元件e33连接。第二切换元件k1在此沿轴向在空间上设置在第三行星齿轮组p3和变速器g的配置给输出轴gw2和输入轴gw1的轴向端部之间。

图6示意性示出根据本发明第六种实施例的变速器g。与图4所示第四种实施例不同，通过闭合第二切换元件k1，第三行星齿轮组p3的第一元件e13可与第三行星齿轮组p3的第三元件e33连接。第二切换元件k1在此沿轴向在空间上设置在第二行星齿轮组p2和第三行星齿轮组p3之间。

图7示意性示出根据本发明第七种实施例的变速器g。与图1所示第一种实施例不同，第一耦合装置v1现在不再构造为永久不可相对旋转的连接，而是构造为借助第三切换元件k2可切换的连接。第二耦合装置v2现在不再构造为可切换连接，而是构造为永久不可相对旋转的连接。因此，在根据第七种实施例的变速器g中通过闭合第三切换元件k2可实现第二行星齿轮组p2的第一元件e12和第三行星齿轮组p3的第一元件e13之间的不可相对旋转的连接，而第三行星齿轮组p3的第三元件e33与输出轴gw2现在永久不可相对旋转地连接。图7中所示变速器g的第七种实施例构造为用于机动车的所谓“前纵向变速器”。输入轴gw1和输出轴gw2因此彼此同轴并且设置在变速器g的相对置轴向端部上。第二切换元件k1在部分区段上设置在第四切换元件k3的径向内侧。从变速器g的配置给输入轴gw1的轴向端部起行星齿轮组p1、p2、p3按下述轴向顺序设置：第一行星齿轮组p1、第二行星齿轮组p2、第三行星齿轮组p3。

图8示意性示出根据本发明第八种实施例的变速器g。与图7所示第七种实施例不同，变速器g现在构造为用于机动车的所谓“前横向变速器”。输出轴gw2相应与输入轴gw1设置在变速器g的相同的轴向端部上。

图9示出用于变速器g的换挡图，其可用于任何一种实施例。在换挡图的各行中列出八个前进挡g1至g8。在换挡图的各列中通过x表示哪些切换元件b1、k1、k2、k3、k4在哪些前进挡g1至g8中闭合。

在所有实施例中，输入轴gw1可经由第六切换元件k0与连接轴an连接。第六切换元件k0在此可构造为具有可变转矩传递能力的力锁合切换元件或构成为形锁合切换元件。

在所有实施例中行星齿轮组p1、p2、p3构造为负传动比齿轮组。但这仅可看作是示例性的。一个或多个行星齿轮组p1、p2、p3也可构造为正传动比齿轮组。在此应注意，在通过正传动比齿轮组代替负传动比齿轮组时，应互换该齿轮组行星架和齿圈上的连接并且将固定传动比的值提高值1。

图10示出根据第一种实施例的、具有变速器g的机动车混合动力传动系。这仅可看作是示例性的。混合动力传动系可装备变速器g的任何一种上述实施例。混合动力传动系具有内燃机vkm，其通过扭转减振器ts连接到变速器g的连接轴an。连接轴an可通过第六切换元件k0与变速器g的输入轴gw1连接。输出轴gw2与轴减速器ag驱动作用连接。从轴减速器ag起，施加在输出轴gw2上的功率被分配到机动车的车轮dw上。在电机em的电动机运行中电功率通过未示出的逆变器供应给定子s。在电机em的发电机运行中定子s向逆变器供应电功率。逆变器在此将未示出的蓄能器的直流电压转换成适合用于电机em的交流电压，反之亦然。

附图标记列表

g变速器

gw1输入轴

gw2输出轴

an连接轴

gg壳体

p1第一行星齿轮组

p2第二行星齿轮组

p3第三行星齿轮组

em电机

r转子

s定子

e11第一行星齿轮组的第一元件

e21第一行星齿轮组的第二元件

e31第一行星齿轮组的第三元件

e12第二行星齿轮组的第一元件

e22第二行星齿轮组的第二元件

e32第二行星齿轮组的第三元件

e13第三行星齿轮组的第一元件

e23第三行星齿轮组的第二元件

e33第三行星齿轮组的第三元件

v1第一耦合装置

v2第二耦合装置

b1第一切换元件

k1第二切换元件

k2第三切换元件

k3第四切换元件

k4第五切换元件

k0第六切换元件

g1－g8第一至第八前进挡

r1第一倒挡

r2第二倒挡

vkm内燃机

dw车轮

ag轴减速器

ts扭转减振器