CN101720395B - 可动力切换的多级变速器 - Google Patents

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Abstract

一种位于传动轴(an)和从动轴(ab＝2)之间的可动力切换的多级变速器(LMG)，所述传动轴能够和该变速器的第一个轴(1)相连，所述从动轴作为该变速器的第二个轴(2)，该变速器由两个并排设置在一个共用的变速器箱体(0)内的轴系(WS1和WS2)、三个两轴系间的正齿轮组(SG)、三个行星齿轮组(PG)和多个、最好只有五个换挡单元(SE)组成，所述三个行星齿轮组中的每一个分别具有一个恒星齿轮(So)、一个齿圈(Ho)和一个载有简单行星齿轮的行星支架(Pt)。只用五个换挡单元就实现了八个前进挡和一个倒挡。利用各变速级的在结构上能够简单实现的传动比，可以通过整体传动范围为7＜ges＜9的总共六个变速级在进一步限制下实现任意临界传动比。通过使变速器单元分布在两个轴系上，使该变速器具有较短的结构长度，不仅适用于前置横向应用也适用于纵向应用。所有换挡单元都能很容易地用油压填满。只用四个换挡单元，该变速器始终有五个具有良好挡位分配的前进挡和一个倒挡。轴系47和54为此还适用于连接用于柔和混合动力的电机。

Description

可动力切换的多级变速器
本发明涉及一种位于传动轴和从动轴之间的可动力切换的多级变速器，所述传动轴能够和该变速器的第一个轴相连，所述从动轴作为该变速器的第二个轴，该变速器包括两个并排设置在一个共用的变速器箱体内的轴系、三个正齿轮组、三个行星齿轮组和多个换挡单元，其中第一个轴系包含所述第一个轴以及第三个轴、第四个轴和第五个轴，第二个轴系包含所述第二个轴以及第六个轴、第七个轴和第八个轴，其中第三个轴和第六个轴通过第一个正齿轮组连接，第四个轴和第七个轴通过第二个正齿轮组连接，第五个轴和第八个轴通过第三个正齿轮组连接，其中第一个行星齿轮组设置在第一个轴系上，并具有第一个恒星齿轮、第一个齿圈和第一个行星支架，第二个行星齿轮组设置在第二个轴系上，并由第二个恒星齿轮、第二个齿圈和第二个行星支架，第三个行星齿轮组设置在第二个轴系上，并具有第三个恒星齿轮、第三个齿圈和第三个行星支架。
JP2000-304110A描述了一种这样的可动力切换的多级变速器。根据该现有技术的变速器的实现形式中，第二个行星齿轮组设置在第二个轴系上。为了多至六个前进挡和一个倒挡的切换，在该变速器中设置了五个换挡单元，即三个离合器和两个制动器。由此能够使各个变速器单元之间相互连接或者与变速器箱体相连，以便在每个挡位能够限定针对具有特定传动比的扭矩传递的明确的运动状态和动力路径。但该变速器的缺点是，以这样的换挡单元只能切换六个前进挡。当今的车辆为了进一步减少油耗和改善行驶动态性能需要更多的和更小挡位分配的挡位。
DE 102005018804A1同样描述了可动力切换的多级变速器，它具有两个轴系，并通过三个正齿轮组相连接。在该现有技术中描述的大多数变速器具有三个分别由一个恒星齿轮、一个齿圈和一个行星支架组成的行星齿轮组，但其中在大多数情况下两个行星齿轮组设置在第一个轴系上。利用该变速器结构使用五个换挡单元也仅能实现六个前进挡。为了实现七个或八个前进挡，这里至少需要六个换挡单元。
DE102005002337A1描述了可动力切换的多级变速器，其中只用五个换挡单元就能实现八个具有良好挡位分配的前进挡和一个倒挡。特别是优点在于，切换至每个挡位始终只需闭合三个换挡单元。在每个挡位只有五个换挡单元中的两个有相对滑移，并引起较小的摩擦损耗。根据该文献，变速级的所有实现方式都具有四个同轴设置在一个唯一的轴系上的三轴行星齿轮组作为变速级。因此这种变速器结构很长，不适用于前置横向应用。此外，这种仅在一个轴系上同轴设置四个行星齿轮组的缺点在于，在某些部位必须安装多至五个轴并使其彼此套接。另外，一部分相距较远的构件需要通过较长的空心轴相连。在该文献中描述的变速器结构中的至少一个离合器只能分别通过两个转动传递线路提供用于产生换挡力、润滑和冷却的液压油。由此也导致液压损耗增加。
DE102005002337A1中还提到了具有优选挡位分配的八个前进挡，其总的传动范围为
Figure GSB00000939600000021
并带有直接的第六挡。对该变速器的分析表明，该行星齿轮组为此所需的主传动比在结构上能很好地实现。对于其它的传动比序列和其它总体传动范围，虽然能够很快得到主传动比，但其在结构上很难实现。
为减少油耗，越来越多地在车辆传动系内集成了电机和电储能器。由此所实现的能量管理允许更为有效地利用发动机，并在不必使用发动机时关闭发动机。通过增压、纯电力行驶和能量恢复进一步实现了燃料节省。在传动系中最适合连接电机的位置是在汽车变速器内，因为在优选的连接方式下，变速器的传动比使电机在大多数工作点下减轻负荷。通常一台小型的电机即可获得更好的效果。
为此，在DE102005002337A1中提出，在每个传动轴上均可连接电机。但只有能够从变速器箱体直接连到外部的轴才适合连接电机。在根据该现有技术的变速器结构中，不能恰好找到最适合连接电机的轴。
所有根据上述现有技术已知的由两个轴系、三个正齿轮组和三个行星齿轮组组成的可动力切换的多级变速器设计能够通过五个换挡单元实现最多六个前进挡。为了仅用五个换挡单元实现多至八个前进挡，已知的只有具有四个同轴设置且复杂相连的行星齿轮组的变速器设计。
因而，本发明所提出的任务是设计一种位于传动轴和从动轴之间的可动力切换的多级变速器，其由多个变速级——即三个正齿轮组和三个行星齿轮组——和多个换挡单元组成，具有下述特征：希望用尽可能少的变速级和换挡单元对尽可能多的前进挡和至少一个倒挡进行动力切换，以得到短的结构长度并实现高效率。通过分布在多个轴系上的结构，该变速器对于前置横向应用具有短的结构长度。但是其也适用于纵向结构，这里尤其是适用于多轴驱动的汽车。此外，所发明的变速器结构还要满足大范围的传动比分配和总体传动范围。另外特别是能够把电机连接到最合适的轴上。
根据本发明，这一任务通过本发明的第一方面的可动力切换的多级变速器来解决，该可动力切换的多级变速器具有根据本发明的前序部分的变速器结构，其中
第一个轴和第一个行星支架相连，
第二个轴和第三个行星支架相连，
第四个轴和第一个齿圈相连，
第八个轴和第三个恒星齿轮相连。
在本发明的一个改进方案中，在根据本发明的第二方面的可动力切换的多级变速器中，还有：
第一个恒星齿轮能够和变速器箱体相连，
第三个轴能够和第一个恒星齿轮相连，
第五个轴能够和第一个行星支架相连，
第六个轴能够和第三个齿圈相连。
由此定义了该变速器的一个基本结构。现在在本发明的其他方面中针对特定的示例型结构实施方式加以补充和细化。其中首先要说明的是这样的变体，在根据本发明的第三方面的可动力切换的多级变速器中，第二个行星齿轮组设置在第二个轴系上。
在根据本发明的第三方面的可动力切换的多级变速器中，还有：
第二个轴能够和第二个行星支架相连，
第四个轴能够和第五个轴相连，
第七个轴能够和第二个恒星齿轮相连，
第七个轴能够和第八个轴相连，
第八个轴能够和第二个齿圈相连。
在本发明的一个改进方案中，对于第一个实现形式，在根据本发明的第四方面的可动力切换的多级变速器中，变速器具有五个换挡单元，它们中的：
第一个制动器能够连接第一个恒星齿轮和变速器箱体，
第一个离合器能够连接第五个轴和第一个行星支架，
第二个离合器能够连接第七个轴能够和第二个恒星齿轮，
第三个离合器能够连接第四个轴能够和第五个轴，
第四个离合器能够连接第六个轴能够和第三个齿圈，
此外，其中，
第二个轴和第二个行星支架相连，
第三个轴和第一个恒星齿轮相连，
第八个轴和第二个齿圈相连。
为针对另一个实现形式，在根据本发明的第五方面的可动力切换的多级变速器，变速器同样也具有五个换挡单元，它们中的：
第一个制动器能够连接第一个恒星齿轮和变速器箱体，
第一个离合器能够连接第五个轴和第一个行星支架，
作为替代的第二个离合器能够连接第二个轴和第二个行星支架，
第三个离合器能够连接第四个轴和第五个轴，
第四个离合器能够连接第六个轴和第三个齿圈，
此外，其中，
第三个轴和第一个恒星齿轮相连，
第七个轴和第二个恒星齿轮相连，
第八个轴和第二个齿圈相连。
在根据本发明的第四方面的可动力切换的多级变速器，第二个轴和第二个行星支架固定连接，第二个离合器实现第七个轴和第二个恒星齿轮之间的可切换的连接。根据本发明的第五方面的可动力切换的多级变速器，作为替代的第二个离合器使第二个轴和第二个行星支架相连。为此，第七个轴和第二个恒星齿轮之间实现固定连接。换挡单元对经过变速器结构的动力路径进行切换。动力路径在哪个位置上由换挡单元闭合对整个传动比往往无关紧要。因此，往往能得到换挡单元的不同设置方案。换挡单元能够被设置为易于操作，并且在动力路径上的该位置处，在闭合状态下具有较小的负荷，而在放开状态下具有较小的相对转数。
通过将换挡单元设置在动力路径上，也能够影响到哪些变速器元件在哪些切换挡位下起作用。例如，在根据本发明的第六方面的可动力切换的多级变速器，根据本发明的变速器的第三种实现形式也具有五个换挡单元，它们中的：
第一个制动器能够连接第一个恒星齿轮和变速器箱体，
第一个离合器能够连接第五个轴和第一个行星支架，
第二个离合器能够连接第七个轴和第二个恒星齿轮，
作为替代的第三个离合器能够连接第七个轴和第八个轴，
第四个离合器能够连接第六个轴和第三个齿圈，
此外，其中，
第三个轴和第一个恒星齿轮相连，
第二个轴和第二个行星支架相连，
第八个轴和第二个齿圈相连。
在根据本发明的第四和第五方面的可动力切换的多级变速器中，第三个离合器能够使第四个轴和第五个轴相连。在根据本发明的第六方面的可动力切换的多级变速器中，作为替代的第三个离合器切换第七个轴和第八个轴之间的连接。如果第四个轴和第七个轴之间的正齿轮组以及第五个轴和第八个轴之间的正齿轮组的传动比不同，则在根据本发明的第四和六方面的可动力切换的多级变速器中得到不同的传动比分配。
根据本发明的第七方面的可动力切换的多级变速器描述了根据本发明的变速器的另一个作为替代的可变连接方式，其中变速器还是具有五个换挡单元，它们中的：
第一个制动器能够连接第一个恒星齿轮和变速器箱体，
第一个离合器能够连接第五个轴和第一个行星支架，
另一个作为替代的第二个离合器能够连接第八个轴和第二个齿圈，
第三个离合器能够第四个轴和第五个轴，
第四个离合器能够连接第六个轴和第十个轴，
其中，
第三个轴和第一个恒星齿轮相连，
第二个轴和第二个行星支架相连，
第七个轴和第二个恒星齿轮相连。
当然，也能够在前面所描述的变速器结构中加入另外的换挡单元以实现更多的运动关联或挡位。对此的一个例子是在根据本发明的第九方面的可动力切换的多级变速器中的第二个制动器，借助它能够使在根据本发明的第五方面的可动力切换的多级变速器中的第二个行星支架与变速器箱体相连。由此得到其它的倒挡，这在某些应用下可能是有利的。
在根据本发明的第十方面的可动力切换的多级变速器中，第一个轴穿过整个第一个轴系。它的两个端点能够和变速器箱体相连。在这两个端点中的每一个上例如能够连接发动机或电机或者液压泵。由此得到了针对多种应用的变速器的许多实现可能。
在根据本发明的第十一方面的可动力切换的多级变速器中，第二个轴穿过整个第二个轴系。它的两个端点同样能够和变速器箱体相连。在这两个端点中的每一个上例如能够连接从动法兰或电机。由此得到了针对多种应用的变速器的许多实现可能。
本发明不限于上述各方面的特征，也能够考虑和采用各方面所述特征的可能的组合，以及各方面所述特征与在效果部分和实施例中所公开的内容的可能的组合。
本发明尤其是也涉及与现有技术等效的方案。根据本发明的变速器由传动侧的第一个轴系和从动侧的第二个轴系组成。这两个轴系通过第三个正齿轮组所属的多个动力路径相连。当该动力路径由离合器切断时，则根据现有技术在该动力路径内的任一处都表现出相同的效果。当该动力路径可通过制动器与变速器箱体相连时，则该制动器能够等效地啮合到该动力路径中的另一位置。根据现有技术还已知，可通过不同的行星变速器结构产生相同的主传动比，这在本发明的意义上也认为是等效的。
根据本发明的可动力切换的多级变速器的一些实施例在图1至图12中示出，并结合变速器单元的排列、换挡逻辑和工作方式以及实现变体加以描述。如图所示：
图1根据本发明的可动力切换的多级变速器的第一种结构，
图2根据本发明的可动力切换的多级变速器的第二种结构，
图3根据本发明的可动力切换的多级变速器的第三种结构，
图4针对这三种变速器结构的换挡逻辑，
图5该可动力切换的多级变速器的示例性传动比和传动范围，
图6根据本发明的可动力切换的多级变速器的第四种结构，优选地连接电机，
图7根据本发明的可动力切换的多级变速器的第五种结构，带有两个从动法兰，
图8根据本发明的可动力切换的多级变速器的第六种结构，带有扭矩变换器，并通过五个换挡单元实现八个前进挡，
图9根据图8的可动力切换的多级变速器的换挡逻辑和优选的传动比序列实现，
图10根据本发明的可动力切换的多级变速器的第七种结构，带有扭矩变换器，并仅通过四个换挡单元实现五个前进挡，
图11根据图10的可动力切换的多级变速器的换挡逻辑和优选的传动比序列实现，
图12根据图10的多级变速器的混合动力形式，代替液压变换器设置了电机和另一个离合器。
附图中示出了根据本发明的可动力切换的多级变速器LMG的一个基本结构。传动轴an通过一个扭转减震器和第一个轴系WS1中的第一个轴1固定连接。此外，一个与之并排设置的第二个轴系WS2包含表示为轴2的从动轴ab。在这里所示的前置横向应用中，从动轴通过另一个齿轮组驱动前轴的差速器D。
第一个轴系WS1除了第一个轴1外还包括第三个轴3、第四个轴4和第五个轴5。第二个轴系WS2除了第二个轴2外还包括第六个轴6、第七个轴7和第八个轴8。
这两个轴系WS1和WS2通过三个正齿轮组(SG36、SG47和SG58)彼此相连。第一个正齿轮组SG36连接第三个轴3和第六个轴6。第二个正齿轮组SG47连接第四个轴4和第七个轴7。第三个正齿轮组SG58连接第五个轴5和第八个轴8。
第一个三轴行星齿轮组PG1位于轴系WS1上。在一个优选的实施方式中，该行星齿轮组具有第一个恒星齿轮So1、第一个齿圈Ho1和第一个行星支架Pt1。第二个三轴行星齿轮组PG2和第三个三轴行星齿轮组PG3位于第二个轴系WS2上。在一个优选的实施方式中，第二个行星齿轮组PG2具有第二个恒星齿轮So2、第二个齿圈Ho2和第二个行星支架Pt2。第三个行星齿轮组PG3具有第三个恒星齿轮So3、第三个齿圈Ho3和与第二个轴2相连的第三个行星支架Pt3。
在所示的变速器结构中，除了三个正齿轮组外，在变速器构件之间还有四个固定连接。它们是：
第一个轴1和第一个行星支架Pt1的连接。
第二个轴2和第三个行星支架Pt3的连接。
第四个轴4和第一个齿圈Ho1的连接。
第八个轴8和第三个恒星齿轮So3的连接。
图1示出了根据本发明的可动力切换的多级变速器LMG的第一个实施例的结构。该变速器的基本结构已经能够从附图中看到，其中两个行星齿轮组位于第二个轴系上。这里通过固定运动关联产生的连接是：
第一个轴1和第一个行星支架Pt1的连接，
第二个轴2和第三个行星支架Pt3的连接，
第四个轴4和第一个齿圈Ho1的连接，
第八个轴8和第三个恒星齿轮So3的连接。
图2所示的可动力切换的多级变速器和图1所示的变速器一样有两个轴系、三个行星齿轮组和三个正齿轮组。该变速器也具有五个换挡单元。
以固定运动关联实现的连接还有：
第一个轴1和第一个行星支架Pt1的连接，
第二个轴2和第三个行星支架Pt3的连接，
第四个轴4和第一个齿圈Ho1的连接，
第八个轴8和第三个恒星齿轮So3的连接，
对于这一特殊实现形式的额外连接是：
第三个轴3和第一个恒星齿轮So1的连接，
第七个轴7和第二个恒星齿轮So2的连接，
第八个轴8和第二个齿圈Ho2的连接。
这五个可切换的连接是：
连接第一个恒星齿轮So1和变速器箱体0的第一个制动器B1，
连接第五个轴5和第一个行星支架Pt1的第一个离合器K1，
连接第二个轴2和第二个行星支架Pt2的作为替代的第二个离合器K2°，
连接第四个轴4和第五个轴5的第三个离合器K3，
连接第六个轴6和第三个齿圈Ho3的第四个离合器K4。
根据图1和图2的变速器结构，在正齿轮组和行星齿轮组的传动比相同的情况下，所得到的八个前进挡和一个倒挡的传动比也相同。第二个行星齿轮组PG2和第七个轴7、第八个轴8、第二个轴2之间的可切换耦连在一种情况下(如图1所示)通过第七个轴7与第二个恒星齿轮So2之间的连接中的换挡单元来实现，在另一种情况下(如图2所示)通过第二个轴2与第二个行星支架Pt2之间的连接中的换挡单元来实现。与第二个行星齿轮组PG2上各齿轮的其它相应连接在这里是固定的。
此外，在根据图2的实施例变体中，所有的换挡单元都能够从外部接近，使得它们也能够通过机电执行单元来驱动。这样的变体方案减少了对换挡执行单元的辅助能量需求，并从而提高了变速器的效率。
根据图3所示的可动力切换的多级变速器也具有和图1所示可动力切换的多级变速器非常类似的结构。代替第三个离合器K3，该结构具有一个作为替代的第三个离合器K3°，通过它使得第七个轴7能够与第八个轴8相连。当正齿轮组SG47和SG58的传动比不同时，由此得到与使用第三个离合器K3时相比不同的挡位分配。
图4示出了借助一个换挡逻辑，如何使用各种结构方式的换挡单元实现一个倒挡和八个前进挡的切换。在每个行驶挡位，五个换挡单元中的三个闭合。只有两个实际上无负载的换挡单元出现相对运动，它们因为牵引扭矩产生损耗。在三个空挡位置只有两个离合器闭合。只要在该处第一个制动器B1放开，运动并没有明确定义。通过闭合第一个制动器B1能够使车辆由倒车空挡状态NR进入倒挡。同样地能够使车辆从第一空挡状态N1以一挡起步或者从第二空挡状态N2以二挡起步。在这样的起步过程中，为此所使用的换挡单元具有很大的摩擦功率，并承担由此产生的热量。由于制动器比离合器易于通过变速器箱体0散热，也能够很容易地供应液压油和冷却油，所以制动器与离合器相比更适合作为起步单元。
当然，该可动力切换的多级变速器也能够与一个附加的起步单元、如起步离合器KV或液压扭矩变换器TC结合使用。这些将在后面的附图中进一步说明。
根据图4所示的换挡逻辑还表明，在该可动力切换的多级变速器中，每个挡位切换到邻近挡位或者越级换挡能够通过简单换挡实现。也就是说，换挡只需通过放开一个换挡单元且闭合另一个换挡单元就能完成。通过简单换挡还能够实现其它的越级换挡，如五挡到一挡、七挡到一挡、六挡到三挡、八挡到四挡都是能够的。这种换挡特别是发生在快速减挡的过程中。只有在特殊情况下，该可动力切换的多级变速器需要这样的换挡，即放开两个换挡单元并闭合另外两个换挡单元。简单换挡当然比其它换挡方式更快、更舒服。
借助附加的换挡单元使得图1至3所示的可动力切换的多级变速器能够切换到更多的挡位。例如在图2所示的改进形式中，通过能够使第二个行星支架Pt2和变速器箱体0相连的第二个(未示出的)制动器，能够实现另外一个倒挡。也能够考虑将用于其它换挡可能性的其它(未示出的)制动器安装在轴4或轴7上、轴5或轴8上、第三个齿圈Ho3、第二个恒星齿轮So2或第二个齿圈Ho2上。但是也能够考虑在单个变速器单元之间设置另外的(未示出的)离合器，例如在三轴行星齿轮组PG2和PG3中之一的两个传动轴之间，以使这些变速级能够一体地运转，并从而使换挡逻辑在齿轮数目相同的情况下拓展到九挡或更多前进挡。
图5中的表格表明，在什么范围内能够通过前面所描述的根据本发明的可动力切换的多级变速器实现不同的传动范围。这一表格特别是针对图1所示的实现形式提到了三个行星齿轮组的主传动比、三个正齿轮组的传动比、由此得到的变速器传动比、挡位分配和针对八个前进挡的总体传动范围。在这个例子中，第六挡的传动比被选为大约1.0。第二个和第三个行星齿轮组的主传动比相同。倒挡传动比的大小应该和二挡传动比的大小相当。
本领域技术人员通过该表能够看到，全部六个变速级的传动比在结构上很简单。借助该可动力切换的多级变速器的全部六个变速级的传动比还能够得到其它更多的实现可能性。因为本领域技术人员能够立即推断出：通过增大或减小正齿轮组的传动比x倍，就能立即得到增大或减小同样倍数x的总传动比。由此本领域人员能够很清楚，根据图1所示的实现形式能够很好地涵盖目前在乘用车领域内的几乎所有传动比范围。
借助换挡逻辑和各个变速级的传动比，本领域技术人员能够根据现有技术计算出所有变速器单元的扭矩负荷和所有挡位下所有轴上的功率流。分析得出的结论是，对于从传动轴an至从动轴ab＝2的总动力传递，在所有挡位下和在根据本发明的所有变速器形式中，不会通过三个正齿轮组中的任何一个从第二个轴系WS2回传至第一个轴系WS1。在倒挡和前两个前进挡下，功率只通过一个正齿轮组从WS1传递到WS2。在所有其它挡位下，动力通过两个或全部三个正齿轮组传递。在长时间使用的挡位下，三个正齿轮组总负荷低，因此能够设计得较小。
图6所示的另一个根据本发明的可动力切换的多级变速器的实现形式是根据图1的一种混合动力形式。在第四个轴4上通过另一个正齿轮组连接一台小型电机EM，该电机在这种情况下与这两个轴系并联设置。但是也能够考虑将该电机EM同轴连接到第四个轴4或第七个轴7。
第四个轴4和第七个轴7特别适合连接电机EM，以实现足够的辅助混合动力功能。在倒挡和前两个前进挡下，第四个轴4或第七个轴7的转速明显高于传动轴，因此对从动轴的传动比高。通过一个连接在这里的电机EM能够使车辆以纯电力的方式行驶并加速。通过附加的离合器KV从发动机断开连接。由于对传动轴的高传动比，为了实现高加速度和通过离合器KV启动发动机，电机EM只需要小扭矩。
同样在越级换挡时，第四个轴4和第七个轴7比传动轴an＝1转动更快。连接在这里的小型电机EM在发动机转数低时具有高功效，这样通过恢复和增压能够得到节约油耗的很大潜力。
在前面所描述的根据本发明的多级变速器的所有实现形式中，第一个轴1完全穿过第一个轴系WS1。在两个轴端1a和1b(参见图7)处能够连接发动机、或者连接电机或液压泵或其它的辅助动力总成。同样地，在根据图1、3、6和7的实现方式中，从动轴ab＝2完全穿过第二个轴系WS2。在两个轴端2a和2b处也能够连接其他的辅助动力总成。从动轴能够如图7所示的实现形式那样具有两个从动法兰。这里如对双轴驱动的车辆来说是很有意义的。在这一变速器实例中，在发动机和变速器之间还安装了扭转减震器，与其它实施例相比，其安装在传动轴的另一端。因此，这种双轴系构造和穿过它的传动轴以及穿过它的从动轴能够适应于多种用途下的变速器设计。
图8还示出了根据本发明的多级变速器的一种实现方式，其中一个作为起步单元的典型的液压扭矩变换器TC位于变速器的传动轴an和第一个轴1之间。
通过固定运动关联实现的连接在这里是：
第一个轴1和第一个行星支架Pt1的连接，
第二个轴2和第三个行星支架Pt3的连接，
第四个轴4和第一个齿圈Ho1的连接，
第八个轴8和第三个恒星齿轮So3的连接，
额外的连接是：
第二个轴2和第二个行星支架Pt2的连接，
第六个轴6和第三个齿圈Ho3的连接，
第七个轴7和第二个恒星齿轮So2的连接。
这五个可切换的连接是：
可连接第一个恒星齿轮So1和变速器箱体0的第一个制动器B1，
可连接第五个轴5和第一个行星支架Pt1的第一个离合器K1，
可连接第八个轴8和第二个齿圈Ho2的另一个作为替代的第二个离合器K2°°，
可连接第四个轴4和第五个轴5的第三个离合器K3，
可连接第三个轴3和第一个恒星齿轮So1的作为替代的第四个离合器K4°。
在图1所示的实施方式中，第二个离合器K2位于第二个恒星齿轮So2和第七个轴7之间的连接中。在图2所示的实施方式中，作为替代的第二个离合器K2°位于第二个行星支架Pt2和第二个轴2之间的连接中。在图8所示的实施方式中，另一个作为替代的第二个离合器K2°°位于第二个齿圈Ho2和第八个轴8之间的连接中。这三个解决方案按照现有技术是等效的，当离合器K2、K2°或K2°°放开时，没有扭矩能够施加到三轴行星齿轮组PG2中的三个单元中的任何一个上。根据行星齿轮组中已知的扭矩关系，该行星齿轮组中的其它单元也无负载。无论三个单元(So2、Ho2或Pt2)中的哪个通过离合器切换成无负载状态，该行星齿轮组都不会传递功率。
这三种把行星齿轮组PG2整合到功率传递中的替代方案的区别仅在于，当换挡单元放开时，第二个离合器K2或K2°或K2°°的相对转数不同；当这个行星齿轮组PG2传递扭矩时，最大离合器扭矩不同。换挡单元的位置对总传动比和单个动力路径上的动力分接没有影响。动力路径上的功率分量和传动比只取决于单个变速级的传动比和所切换的动力路径。
图8所示的根据本发明的多级变速器还具有第三个行星齿轮组PG3。该级中的第三个齿圈Ho3与第六个轴6固定连接，所述第六个轴6通过第一个正齿轮组SG36与第三个轴3相连接。该实现形式中的这一动力路径首先通过作为替代的第四个离合器K4°与第一个恒星齿轮So1相连。在图1所示的变速器中，这一动力路径从第一个恒星齿轮So1出发，经由第三个轴3、第一个正齿轮组SG36和第六个轴6传递到第三个齿圈Ho3。用于切换这一动力路径的第四个离合器K4在这里位于第六个轴6和第三个齿圈Ho3之间。在哪里切换动力路径对于变速器的换挡逻辑和挡位分配影响不大。
由图1、2和3所示的实现形式中已经能够知道，在一个挡位状态下，第一个恒星齿轮So1能够通过第一个制动器B1与变速器箱体0相连。这在图8所示的变速器中也是同样解决的。在图1、2和3所示的实现形式中，也能够将一个(未示出的)制动器啮合在第六个轴6上，这在变速器挡位分配方面作用相同，以便使恒星齿轮So1与变速器箱体0相连，因为第四个离合器K4就位于第六个轴6和第三个齿圈Ho3之间。
图10中的表格给出了图8所示的多级变速器的一种示例性实现形式下的三个行星齿轮组和三个正齿轮组的传动比。这一设计使得变速器在八个前进挡之间的调节范围稍大于＝7。第一个和第二个行星齿轮组PG1和PG2的主传动比i01和i02的数值很小，因而它们的恒星齿轮能够相对较大，使其它的轴能够穿过这些恒星齿轮。但它们的行星齿轮也不是太小，否则它们相对于行星支架的最大相对转速会增加很大。第三个行星齿轮组PG3的主传动比i03相对较大。这导致在从动侧的最后一个变速级上产生例如在一挡大加速时所需的高从动扭矩。
第二个和第三个正齿轮组SG47和SG58的传动比i47和i58的数值和1仅稍有不同。这样导致齿轮相对较大且负荷低，能够节省支撑空间。而且也对紧凑的变速器结构有帮助。第一个正齿轮组SG36的传动比i36的数值必须相对较大。为了得到确定良好变速器挡位分配的可能性，这个传动比的数值又必须选择得尽可能小，以在第三个轴3处得到尽可能大的变速齿轮，还要适应于紧凑的放置。
图8所示的该多级变速器的换挡逻辑的引人注目之处在于，在倒挡和前五个前进挡中，作为替代的第四个离合器K4°始终闭合。在仅有五个前进挡的变速器结构中，能够完全省去这个作为替代的第四个离合器K4°。如图10所示，其通过第三个轴3和第一个恒星齿轮So1之间的固定连接来代替。第一个恒星齿轮So1和第三个齿圈Ho3之间的动力路径在这种情况下始终是有效的。该变速器由此只通过四个换挡单元便实现了总共六个挡位，包括一个倒挡和五个具有良好挡位分配的前进挡。在每个挡位中只有两个换挡单元闭合，两个换挡单元放开。
图11中的表格示出了在一种可能的设计下，五个前进挡的总调节范围在＝4。一个调节范围在＝4的变速器就足以充分满足带有小型、轻便、较弱的发动机的汽车了。由于只有四个换挡单元并减少了用于四个换挡单元的执行单元，图10所示的可动力切换的多级变速器体积小且结构简单，也适用于小型车辆。这种舒适的可动力切换的多级变速器实现形式特别适合在交通紧张且有最高限速的人口密集地区的车辆应用。
随着交通密度的持续增加以及越发贫乏的原材料，低油耗的意义越来越大。混合动力变速器能够对车辆所需的能量进行更好的管理并有助于节能。这就需要在传动系内集成一个电机。
在带有液压扭矩变换器TC的自动变速器中，电机EM能够取代液压扭矩变换器。这样的变换器是一种非常舒适的且易于控制的起步单元。它的作用也能够由一个摩擦式的换挡单元来承担，但只有在电机EM支持的时候才合适。
图12示例性地示出了一个根据图10的变速器，其中的液压扭矩变换器TC由电机EM来替代。由于省去了作为替代的第四个离合器K4°而获得的空间能够为混合动力安装一个附加的元件，如电动油泵。
为了断开发动机与传动系的连接，该变速器还具有一个附加的离合器KV。在离合器KV放开时，只有电机EM驱动传动系。为了连接发动机，该离合器KV闭合。在例如用于使发动机加速的扭矩通过离合器KV传递的程度下，电机必须提供额外的扭矩，以保持从动轴ab＝2上的扭矩恒定。这在今天是能够通过控制技术实现的。
如果发动机仅在车辆静止时启动，则当车辆随后要以一挡(倒挡)起步时，只需要多级变速器中的离合器K1(K2°°)闭合。在起步时控制第一个制动器B1使其闭合。根据现有技术也有这种情况的实例。
当然，为了降低电机负荷也能够采用其它的变速级和换挡单元。图12中所示的非常简单的解决方案只需要非常少的元件，因此体积小，结构紧凑。
图1、2、3、6、7、8、10和12所示的变速器结构都只具有一个在传动侧的第一个轴系WS1上的行星齿轮组PG1和两个在从动侧的第二个轴系WS2上的行星齿轮组PG2和PG3。特别是在根据图8、10和12所示的变速器结构中，它通过位于液压扭矩变换器TC或具有大直径的电机EM与其传动齿轮上的同样具有相对较大的直径的差速器D之间的变速器结构布置而获得优势。本发明还能够拓展到在传动侧的轴系WS1上有两个行星齿轮组而在从动侧的第二个轴系WS2上只有一个行星齿轮组的形式。
附图标记列表
LMG    可动力切换的多级变速器
GS     变速级
WS1    第一个轴系
WS2    第二个轴系
PG     行星齿轮组
SG     正齿轮组
0      变速器箱体
an     传动轴
ab     从动轴
1      第一个轴
2      第二个轴
3      第三个轴
4      第四个轴
5      第五个轴
6      第六个轴
7      第七个轴
8      第八个轴
PG1    第一个三轴行星齿轮组
PG2    第二个三轴行星齿轮组
PG3    第三个三轴行星齿轮组
SG36   第三个轴和第六个轴之间的正齿轮组
SG47   第四个轴和第七个轴之间的正齿轮组
SG58   第五个轴和第八个轴之间的正齿轮组
So1    第一个行星齿轮组中的恒星齿轮
Ho1    第一个行星齿轮组中的齿圈
Pt1    第一个行星齿轮组中的行星支架
So2      第二个行星齿轮组中的恒星齿轮
Ho2      第二个行星齿轮组中的齿圈
Pt2      第二个行星齿轮组中的行星支架
So3      第三个行星齿轮组中的恒星齿轮
Ho3      第三个行星齿轮组中的齿圈
Pt3      第三个行星齿轮组中的行星支架
B1       第一个制动器(连接三轴3和箱体0)
         第一个离合器(连接第一个行星支架Pt1和第五个轴
K1
         5)
         第二个离合器(连接第七个轴7和第二个恒星齿轮
K2
         So2)
         作为替代的第二个离合器(连接第二个行星支架Pt2
K2°
         和第二个轴2)
         另一个作为替代的第二个离合器(连接第八个轴8和
K2°°
         第二个齿圈Ho2)
K3       第三个离合器(连接第四个轴4和第五个轴5)
         作为替代的第三个离合器(连接第七个轴7和第八个
K3°
         轴8)
K4       第四个离合器(连接第六个轴6和第三个齿圈Ho3)
         作为替代的第四个离合器(连接三轴3和第一个恒星
K4°
         齿轮So1)
EM       电机
KV       发动机和自动变速器之间的离合器
TC       扭矩变换器
D        差速器
1a       第一个轴1的前端点
1b       第一个轴1的后端点
2a       第二个轴2的前端点
2b       第二个轴2的后端点

Claims (13)

1.一种位于传动轴(an)和从动轴(ab)之间的可动力切换的多级变速器(LMG)，所述传动轴能够和该变速器的第一个轴(1)相连，所述从动轴作为该变速器的第二个轴，
该变速器由两个并排设置在一个共用的变速器箱体(0)中的轴系(WS1和WS2)、三个正齿轮组(SG)、三个行星齿轮组(PG)和多个换挡单元组成，
其中第一个轴系(WS1)包含所述第一个轴(1)以及第三个轴(3)、第四个轴(4)和第五个轴(5)，第二个轴系包含所述第二个轴(2)以及第六个轴(6)、第七个轴(7)和第八个轴(8)，
其中第三个轴(3)和第六个轴(6)通过第一个正齿轮组(SG36)相连，
第四个轴(4)和第七个轴(7)通过第二个正齿轮组(SG47)相连，
第五个轴(5)和第八个轴(8)通过第三个正齿轮组(SG58)相连，
并且其中第一个行星齿轮组(PG1)设置在第一个轴系(WS1)上，具有第一个恒星齿轮(So1)、第一个齿圈(Ho1)和第一个行星支架(Pt1)，
第二个行星齿轮组(PG2)设置在第二个轴系(WS2)上，具有第二个恒星齿轮(So2)、第二个齿圈(Ho2)和第二个行星支架(Pt2)，
第三个行星齿轮组(PG3)设置在第二个轴系(WS2)上，具有第三个恒星齿轮(So3)、第三个齿圈(Ho3)第三个行星支架(Pt3)，
其特征在于，
第一个轴(1)和第一个行星支架(Pt1)相连，
第二个轴(2)和第三个行星支架(Pt3)相连，
第四个轴(4)和第一个齿圈(Ho1)相连，
第八个轴(8)和第三个恒星齿轮(So3)相连。
2.根据权利要求1所述的可动力切换的多级变速器，其特征在于，
第一个恒星齿轮(So1)能够和变速器箱体(0)相连，
第三个轴(3)能够和第一个恒星齿轮(So1)相连，
第五个轴(5)能够和第一个行星支架(Pt1)相连，
第六个轴(6)能够和第三个齿圈(Ho3)相连。
3.根据权利要求1所述的可动力切换的多级变速器，
其特征在于，第二个行星齿轮组(PG2)设置在第二个轴系(WS2)上，
第四个轴(4)和第一个齿圈(Ho1)相连，
第二个轴(2)能够和第二个行星支架(Pt2)相连，
第四个轴(4)能够和第五个轴(5)相连，
第七个轴(7)能够和第二个恒星齿轮(So2)相连，
第七个轴(7)能够和第八个轴(8)相连，
第八个轴(8)能够和第二个齿圈(Ho2)相连。
4.根据权利要求2所述的可动力切换的多级变速器，
其特征在于，第二个行星齿轮组(PG2)设置在第二个轴系(WS2)上，
第四个轴(4)和第一个齿圈(Ho1)相连，
第二个轴(2)能够和第二个行星支架(Pt2)相连，
第四个轴(4)能够和第五个轴(5)相连，
第七个轴(7)能够和第二个恒星齿轮(So2)相连，
第七个轴(7)能够和第八个轴(8)相连，
第八个轴(8)能够和第二个齿圈(Ho2)相连。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的可动力切换的多级变速器，
其特征在于，该变速器具有五个换挡单元，
即能够连接第一个恒星齿轮(So1)和变速器箱体(0)的第一个制动器(B1)，
能够连接第五个轴(5)和第一个行星支架(Pt1)的第一个离合器(K1)，
能够连接第七个轴(7)和第二个恒星齿轮(So2)的第二个离合器(K2)，
能够连接第四个轴(4)和第五个轴(5)的第三个离合器(K3)，
能够连接第六个轴(6)和第十个轴(10)的第四个离合器(K4)，
而且其中，
第二个轴(2)和第二个行星支架(Pt2)相连，
第三个轴(3)和第一个恒星齿轮(So1)相连，
第八个轴(8)和第二个齿圈(Ho2)相连。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的可动力切换的多级变速器，
其特征在于，该变速器具有五个换挡单元，
即能够连接第一个恒星齿轮(So1)和变速器箱体(0)的第一个制动器(B1)，
能够连接第五个轴(5)和第一个行星支架(Pt1)的第一个离合器(K1)，
能够连接第二个轴(2)和第二个行星支架(Pt2)的作为替代的第二个离合器(K2°)，
能够连接第四个轴(4)和第五个轴(5)的第三个离合器(K3)，
能够连接第六个轴(6)和第十个轴(10)的第四个离合器(K4)，
而且其中，
第三个轴(3)和第一个恒星齿轮(So1)相连，
第七个轴(7)和第二个恒星齿轮(So2)相连，
第八个轴(8)和第二个齿圈(Ho2)相连。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的可动力切换的多级变速器，
其特征在于，该变速器具有五个换挡单元，
即能够连接第一个恒星齿轮(So1)和变速器箱体(0)的第一个制动器(B1)，
能够连接第五个轴(5)和第一个行星支架(Pt1)的第一个离合器(K1)，
能够连接第七个轴(7)和第二个恒星齿轮(So2)的第二个离合器(K2)，
能够连接第七个轴(7)和第八个轴(8)的作为替代的第三个离合器(K3°)，
能够连接第六个轴(6)和第十个轴(10)的第四个离合器(K4)，
而且其中，
第三个轴(3)和第一个恒星齿轮(So1)相连，
第二个轴(2)和第二个行星支架(Pt2)相连，
第八个轴(8)和第二个齿圈(Ho2)相连。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的可动力切换的多级变速器，
其特征在于，该变速器具有五个换挡单元，
即能够连接第一个恒星齿轮(So1)和变速器箱体(0)的第一个制动器(B1)，
能够连接第五个轴(5)和第一个行星支架(Pt1)的第一个离合器(K1)，
能够连接第八个轴(8)和第二个齿圈(So2)的另一个作为替代的第二个离合器(K2°°)，
能够连接第四个轴(4)和第五个轴(5)的第三个离合器(K3)，
能够连接第六个轴(6)和第十个轴(10)的第四个离合器(K4)，
而且其中，
第三个轴(3)和第一个恒星齿轮(So1)相连，
第二个轴(2)和第二个行星支架(Pt2)相连，
第七个轴(7)和第二个恒星齿轮(So2)相连。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的可动力切换的多级变速器，
其特征在于，该变速器具有五个换挡单元，
即能够连接第一个恒星齿轮(So1)和变速器箱体(0)的第一个制动器(B1)，
能够连接第五个轴(5)和第一个行星支架(Pt1)的第一个离合器(K1)，
能够连接第八个轴(8)和第二个齿圈(So2)的另一个作为替代的离合器(K2°°)，
能够连接第四个轴(4)和第五个轴(5)的第三个离合器(K3)，
能够连接第三个轴(3)和第一个恒星齿轮(So1)的作为替代的第四个离合器(K4°)，
而且其中，
第二个轴(2)和第二个行星支架(Pt2)相连，
第六个轴(6)和第三个齿圈(Ho3)相连，
第七个轴(7)和第二个恒星齿轮(So2)相连。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的可动力切换的多级变速器，
其特征在于，该变速器具有第二个制动器(B2)，借助该第二个制动器使第二个行星支架(Pt2)能够和变速器箱体(0)相连。
11.根据权利要求6所述的可动力切换的多级变速器，
其特征在于，该变速器具有第二个制动器(B2)，借助该第二个制动器使第二个行星支架(Pt2)能够和变速器箱体(0)相连。
12.根据权利要求1和2中任一项所述的可动力切换的多级变速器，
其特征在于，第一个轴(1)穿过整个第一个轴系(WS1)，并且第一个轴的两个端点(1a和1b)能够和变速器箱体(0)相连。
13.根据权利要求1和2中任一项所述的可动力切换的多级变速器，
其特征在于，从动轴(ab)穿过整个第二个轴系(WS2)，并且从动轴的两个端点(2a和2b)能够和变速器箱体(0)相连。
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