CN102549303A - 两挡变速器及控制两挡变速器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将驱动转矩传递到机动车的传动系中的两挡行星齿轮变速器，尤其是用于电动车的传动系或混合式机动车的附加传动系。

Description

两挡变速器及控制两挡变速器的方法
技术领域
本发明涉及两挡变速器，如两挡行星齿轮变速器，它用于机动车，最好用于电动车的传动系中、混合式机动车的传动系中或混合式机动车的附加传动系中。
本发明还涉及用于控制两挡变速器、如两挡行星齿轮变速器、具有2个离合器的另一种变速器或负载换挡变速器或用于控制设有这种变速器的传动系的方法。
技术领域
现在作为电动车的传动系统主要具有单挡变速器，即具有相对输入转速降低了的输出转速的纯减速级。但在这种结构中电动驱动装置必需覆盖整个转速范围，由此使其总效率明显减小。此外可实现的转速范围较小。
因此已提出了使用两挡变速器作为电动车的传动系统，但迄今它被构成具有滑移套筒的传统手动换挡变速器。如果使用这种变速器，则可使电机尺寸设计得小些，由此得到明显的成本收益。但正是具有滑移套筒的该结构引起了换挡期间的牵引力下降。而对于自动传动系这种牵引力的下降意味着舒适性的明显下降，这是用户方面不能接受的。
发明内容
因此本发明的任务是给出用于机动车的传动系中的、最好用于电动车的传动系中、混合式机动车的传动系中或混合式机动车的附加传动系中的驱动转矩传递的两挡变速器，借助它可实现无牵引力中断的换挡或减小牵引力中断(即带有牵引力下降的部分补偿)的换挡，即“负载换挡”，即使不使用设有与两个自动的及可调节的离合器等值的双离合器的双离合器变速器也行。
根据本发明该任务将通过用于在机动车的传动系中传递驱动转矩的两挡变速器来解决，该两挡变速器设有一个可由驱动单元驱动的输入轴，一个具有中心齿轮、行星齿轮、行星齿轮架及空心齿轮的行星齿轮变速器及一个输出轴，其中中心齿轮与输入轴无相对转动地连接及行星齿轮架与输出轴无相对转动地连接，及设有一个可调节的离合器装置，借助该可调节的离合器装置可使行星齿轮架相对输入轴或相对空心齿轮来固定，以及设有一个专用的可开关的离合器装置，借助该可开关的离合器装置可使空心齿轮相对一个支撑行星齿轮变速器的壳体来固定。
根据本发明的两挡变速器与此相应地包括一个“等值的”可调节离合器与一个专用的可开关的离合器的组合，可开关的离合器例如可作成制动器，及因此是不可调节的，即作为0/1调节部件或完全地打开或完全地闭合。如果在该结构中可调节的离合器装置闭合及由此行星齿轮架相对输入轴固定，以致行星齿轮组被锁止。该功能也可当可调节的离合器使行星齿轮架相对空心齿轮固定时来达到。
在此情况下驱动单元最好被构成一个电机，其中电机的转子与输入轴连接。这里用于电机工作所需的电流可由一个储能器(例如机动车中的蓄电池)或由一个内燃机与一个发电机的组合或由一个燃料电池来取得。
根据一个特别优选的实施例可调节离合器装置被构成包括一个具有至少一个内摩擦片的内片支架及一个具有至少一个外摩擦片的外片支架的湿式离合器。
其中内片支架可与输入轴无相对转动地连接或构成于其上及外片支架可与行星齿轮架无相对转动地连接或构成于其上，以致可调节的离合器装置可使行星齿轮架相对输入轴固定。对此变换地内片支架与行星齿轮架连接或构成于其上及外片支架与空心齿轮连接或与构成于其上。
此外可调节离合器装置包括一个具有操作致动器及传动部件的操作装置，其中传动部件与一个片支架无相对转动地连接，其中操作致动器支撑在用于支撑行星齿轮变速器的壳体上及其中在传动部件与操作致动器之间设有一个操作轴承。
此外传动部件通过一个预加载装置在操作装置的未操作状态中被预加载到与用于支撑行星齿轮变速器的壳体形状锁合地接触，由此该传动部件被构成泊车制动器的一部分。
此外该操作装置在一个零工作位置中取消壳体与传动部件之间的形状锁合的接触及由此取消泊车制动，其中在该零工作位置中还未有离合器的摩擦片之间的摩擦接触，以致可调节的离合器被构成在原始状态中为打开的。如果可调节的离合器在原始状态中为打开的，则在离合器的打开状态中存在泊车制动器的形状锁合的接触。
可开关的离合器被构成一个开/关调节部件(例如设有一个电磁开关)，借助它可使空心齿轮相对壳体固定。在此情况下可开关的离合器被构成在原始状态中为打开的。通过可开关的离合器在无电流时打开及通过致动器的通电可开关的离合器才闭合，就得到一个与转矩无关的变速器的无电流的可靠状态。此外空心齿轮可转动地支撑在输出轴上。
此外本发明给出一个具有以下特征的用于运行设有两挡变速器的机动车的传动系的方法：
在传动系工作中当低于一个预给定的或适配于工作状态的速度阈值或发动机负荷的情况下可开关的离合器保持闭合，以致根据作为第一挡的中心齿轮与行星齿轮架之间的变速比将由驱动单元输出的驱动转矩传递给输出轴，及当达到或高于速度阈值或发动机负荷的情况下在可开关的离合器仍闭合时使可调节的离合器闭合，由此使可开关的离合器上的驱动转矩下降到适当的界限以内及接着作为第二挡无变速比地将驱动转矩传递给输出轴。在驱动转矩下降到适当的界限以内后使可开关的离合器打开。
借助根据本发明的该方法可得到一个控制方法，使用该控制方法可在不使用迄今通用的交叠换挡的情况下实现负载换挡。
此外在使用电机作为驱动单元的情况下当工作在第一挡中及工作在第二挡时功率输出基本上保持恒定，其中当从第一挡转换到第二挡时使由驱动单元输出的功率提高并超过该基本上恒定的功率输出。在此情况下由电机输出的功率被提高到超过电机的额定转矩。此外初级侧的惯性、尤其电机的惯性在转速同步阶段中被用作牵引力补偿。
以下将借助优选实施例并接合附图来详细地描述本发明。
附图说明
图1：一个两挡变速器的第一实施例的原理图，
图2：根据图1的两挡行星齿轮变速器的一个半截面图，
图3：两挡行星齿轮变速器的另一实施例的原理图，
图4：以转矩相对时间的曲线图表示的一个用于牵引力升高换挡的换挡过程的实施例的图，
图5：以转矩相对转速的电机特性曲线表示的根据图4的换挡过程的图，
图6：以转矩相对时间的曲线图表示的用于牵引力升高换挡的换挡过程的另一实施例的图，及
图7：具有“全值的”双离合器的一个两挡变速器的换挡原理图，借助该变速器又可进行根据图4的换挡过程。
具体实施方式
图1中表示本发明的两挡行星齿轮变速器、即一种可执行无牵引力中断的换挡或在很大程度上降低牵引力损失的换挡的变速器的第一实施例的一个原理图。预定牵引力满值的降低尺度归根到底取决于机动车用户的估价，这在换挡过程的设计时可被考虑。
下面提出的结构的另一优点是，用于可调节的离合器所需的致动器同时承担泊车制动的操作，由此得到控制和调节优点以及简化结构并且降低成本。
这里图1表示传动系1的组成部分的连接，这些组成部分为设有定子3及转子4的电机2，设有中心齿轮6、行星齿轮架7、行星齿轮8及空心齿轮9的两挡行星齿轮变速器5，从动轴10，固定在该从动轴上的从动齿轮11，与该从动齿轮11啮合的齿轮12，差动装置13及泊车制动器32，33。
如由图1可看到的，在行星齿轮架7与输入轴14之间设有一个带有内片支架15(作为内部片支架的一个实施例)及外片支架16(作为外部片支架的一个实施例)以及操作装置17的可调节的(这里为湿式的)离合器装置。该可调节的离合器被构成为在原始状态(离合器未操作状态)中是打开的，即在摩擦片之间无接触。
在操作装置17的作用下内片支架及外片支架15，16的摩擦片可被相互压成摩擦接触，由此可使输入轴14与行星齿轮架7连接。
也可对此变换地使用干式离合器装置。
如由图1还可看出的，在一个壳体18-在该壳体上主要支撑着电机2的定子3-与空心齿轮9之间设有一个可开关的离合器19，其中在可开关离合器19的关闭状态中壳体18与空心齿轮9连接及其中在可开关的离合器19的打开状态中空心齿轮9可相对壳体18自由地转动。
根据该优选的实施例可开关的离合器19在原始状态中关闭及通过操作致动器20来打开。但也可设想该装置的反配置(离合器19在原始状态中为打开及通过操作致动器来关闭该离合器)。
作为可能的操作致动器20(即作为可开关的控制装置)例如可使用电磁开关。
定子3由一个蓄电装置22、例如一个大容量的汽车蓄电池通过功率电子装置21供电。
在图2中图1中所示的原理结构被转换成作为一个可能的实施例的具体结构。
图2表示设有固定在壳体18上的定子3及转子4的电动机2，转子与输入轴14连接及通过轴承23可转动地支撑在壳体中。电机2的各个部分及通过功率电子部分21对储能器22的连接是公知的。因此下面省略了对此的详细描述。
在壳体18上通过螺丝连接部分固定了一个离合器罩24。在壳体18与离合器罩24分界的区域中设有行星齿轮变速器5，可调节的离合器15，16及可开关的离合器19。这里该分界的区域是一个湿区域，因为可调节离合器15，16被构成湿式离合器。
行星齿轮变速器的中心齿轮由齿轮6A构成，该齿轮通过一个内齿部分无相对转动地支撑在输入轴14的外齿部分上。此外齿轮6A通过轴向轴承25A，25B在两侧支撑在具有发动机侧板7A及从动侧板7B的行星齿轮架7中。
发动机侧板7A与从动侧板7B通过销26相互连接，其中该销26通过滚针轴承、滑动套筒或类似支撑装置可转动地支承行星齿轮8，该行星齿轮与齿轮6A啮合。
行星齿轮8还与空心齿轮9啮合，其中空心齿轮9通过滚针轴承或类似支撑装置支撑在输出轴10上。空心齿轮9还通过轴向轴承相对从动侧板7B及相对从动侧齿轮11可转动地支撑，空心齿轮9通过另一轴承相对离合器罩24可转动地支撑，其中为了补偿公差设有径向的和/或轴向的垫圈27。
从动轴10通过固定轴承28也支撑在离合器罩24上。
驱动侧板7A在径向外部区域中具有一个罐状的延伸部分29，它被构成为行星齿轮架与输入轴14之间的湿式离合器的外片支架16。与外片支架16相对应地该湿式离合器包括内片支架15，该内片支架被构成为与输入轴14用齿连接的法兰盘。
外摩擦片及内摩擦片将通过一个传动部件30(通常被称为“压罐”)相互被压成摩擦接触。
这里基本上被构成刚性的传动部件30(即在杠杆比的范畴中不产生力的传递比)的移动通过操作装置17来实现，该操作装置被构成弹簧带致动器，例如由本申请人在DE 100 33 649 A1，DE 10 2005 017 026 A1及DE 102005 025 266 A1中所公开的。该弹簧带致动器例如可用电驱动。也可设想弹簧带致动器的变换的结构或其它的操作致动器(斜面盘致动器，杠杆致动器，摇摆杠杆致动器等)。但这里的弹簧带致动器对于安装在图2中所示的位置中具有特别合适的尺度。
在空心齿轮9与离合器罩24之间设有一个制动装置19，该制动装置起到可开关离合器的作用。
离合器罩24相对壳体18通过密封装置31来密封，该密封装置在根据图2的视图中可被布置在轴承23的左面或右面。通过该密封装置31可使在行星齿轮架与输入轴14之间设有可调节的离合器及在空心齿轮与离合器罩24之间设有可开关的离合器19的湿室相对干室密封，在该干室中接收电动机。
为了润滑所使用的轴承如由图2可看出的在不同的位置设有孔，例如为了润滑行星齿轮8的轴承在销26中设有孔。并且在从动轴10中设有一个与径向孔相连接的中心孔以润滑用于支撑空心齿轮9的轴承。
此外传动部件30包括一个或多个凸块32，它们与例如通过固定在壳体18上的部件33构成的壳体18中的相应凹口形成配合。在操作致动器17的一个零工作位置上设有凸块32的传动部件可相对壳体18自由转动，这时在可开关的离合器的摩擦片之间还未出现摩擦接触。但如果该传动部件由该零工作位置继续在图2中向左移动，以致凸块32与壳体18中的凹口33达到接触，由此使传动部件并使与该传动部件固定连接及用作外片支架的构件29相对壳体18被固定。这里当操作致动器17无电流时进行该移动。因为行星齿轮架7固定地与从动轴连接，故从动轴相对壳体18也被固定。由此得到一个可能性，即从动轴被锁止及达到泊车制动。
因此这样来达到泊车制动：将操作装置17置于其无操作力的状态，在这里使用的弹簧带致动器的情况下即处于无电流的状态。因此操作滑板被移到其后端位置中及由此凸块32与凹口33形成接触。
通过“通以基本电流”使传动部件30由其后端位置向右移动，由此取消泊车制动，而不会出现输入轴14与行星齿轮架之间通过可调节离合器的摩擦连接的接触。相应地被置入零工作位置。
以上描述了仅具有一个可调节的离合器的变速器的第一实施例。而第二离合器被作成制动器并将是不可调节的，即它被用作0/1调节部件，该调节部件仅可置于一个完全打开或一个完全闭合的状态。
以上所述的本发明的两挡行星齿轮变速器的优选实施例虽然是优选的，但不应理解为本发明的唯一实施形式。作为一个变型实施例给出了根据图3的原理图，它表示本发明的构思应用在一个混合式传动系中。该混合式传动系包括内燃机34，该内燃机最好可被构成双缸对置式发动机。发动机34的曲轴35与第一电机37的转子36相连接，该电机可被用作内燃机34的起动机-发电机。这里内燃机37的定子38与功率电子装置21相连接。起动机-发电机37的转子36可通过一个离合器装置(这里为一个“常开”隔离离合器)与电机2的转子4连接，该离合器装置具有离合器从动盘39并包括所属的操作装置(它在图3中未详细地表示出)在内。定子3也通过功率电子装置21与一个储能器22(通过根据图1或3的蓄电池象征地表示)连接。
根据图3的实施例包括一个具有离合器从动盘39的隔离离合器，借助该离合器可建立内燃机34与电机3的转子之间的连接。
与根据图1的实施例相似地电机3的转子与两挡行星齿轮变速器的中心齿轮连接。行星齿轮又与该中心齿轮啮合，这些行星齿轮支撑在行星齿轮架7上。此外行星齿轮与空心齿轮9啮合。
在根据图3的该实施例中在行星齿轮架与空心齿轮之间设有可调节的离合器，以便锁止行星齿轮组。在空心齿轮与壳体之间设有可开关的离合器。借助该结构可通过一个致动器40来开关或调节两个离合器。
为此致壳体18上设有操作装置40，借助该操作装置可使行星齿轮架7相对壳体及空心齿轮9相对行星齿轮架固定连接。行星齿轮架7也与从动轴10固定地连接，该从动轴与差动装置13形成连接。
其它的特征相应于结合图1所讨论的特征。将省略相应的重复描述。
以上所描述的实施例的转换，即根据图1的电动车变速器或根据图3的混合式驱动的转换通过在可调节的离合器上接收在可开关离合器上持有的转矩来实现，直到不可调节的离合器上的转矩下降到适当的界限以内。此后可开关的离合器打开及接着在电机的转速调节中使其转速在第二挡上以发动机形式制动。
在图4中表示该转换过程，该转换过程的基础已描述在本申请人对于并列换挡变速器的申请DE 102005037515中。由图4可看到转换的第一阶段(即转矩的接收)，在该阶段中可调节的离合器滑动地(即逐步地)由在该时刻上仍闭合的可调节的(应为可开关的)离合器接收驱动机的转矩。在图4中可调节的离合器用K2指示及可开关的离合器用K1指示，由此线MK2的点表示从转换过程开始出发可调节的离合器上的转矩及虚线M K1表示在可开关的离合器上持有的转矩。
如由根据图4的该曲线图可看出的，离合器K2滑动地接收驱动机的转矩及通过行星齿轮架将该转矩直接地传递到差动装置上。如果在该第一阶段期间驱动机的驱动转矩未增高，则得到具有两挡行星齿轮变速器的两个挡级之间的挡支撑力高度的牵引力下降。为了减小或完全避免该下降，将与上述由可开关的离合器到可调节的离合器的转矩转移并列地使电机处于过负荷。该过负荷在图4中可借助曲线M-AN及“电机过负荷”的标注来看出。相应的过负荷的高度取决于所选择的舒适性前提及电系统的最大过负荷能力并可为0至100％。
在由可调节离合器K2完全接收转矩后可开关离合器K1将无负荷及相应地被打开。接着在阶段“第一转速同步”中在保持恒定的驱动转矩的情况下使电机转速下降及由此使过负荷并使可调节的离合器K2上的滑动降低。该过程也可在图5的范围中看到，其中借助画出的箭头看到转矩/转速曲线在阶段1中在恒定转速的情况下具有转矩的升高及然后在恒定转矩的情况下具有转速的降低。
如果电机的转速这样程度地下降，以致过负荷已消除(在图5中达到相应电驱动的平衡曲线)则在阶段3中沿电机的持续功率功率曲线(功率双曲线)在可调节的离合器K2上进行进一步的滑动下降。
以上与此相应地公开了一个两挡负载换挡行星齿轮变速器，其中电动驱动机作用在中心齿轮上及其中空心齿轮通过0/1调节部件可开关地相对壳体固定，及其中行星齿轮变速器的行星齿轮架与从动轴连接及通过可调节的离合器与中心齿轮连接。这里可调节离合器的调节杆是泊车制动器的一部分，其中根据换挡位置P的设计首先使致动器运行在其零工作位置中，即通过该零位置后的返回来启动泊车制动器。这里该过程无电流地实现。为此可调节的离合器在无操作力的状态中打开及通过弹簧主动地施加压力。此外该致动器被构成非自止动的。
图6中表示用于根据本发明的牵引力上升转换的另一实施例，其中在转换的第一阶段中K2滑动地接收驱动机的转矩及其中K2将接收的转矩直接地通过行星齿轮架传递到差动装置上。在该阶段中当驱动转矩不升高时，则得到具有挡支撑力高度的牵引力下降。为了减小该下降，与上述转矩接收并列地使电机处于过负荷。过负荷的高度取决于舒适性前提及电系统的最大过负荷能力并可为0至100％。在由K2完全接收转矩后K1将无负荷及被打开。接着在阶段2中在恒定驱动转矩的情况下使电机的转速下降并由此使过负荷及K2上的滑动下降。为此可通过驱动转矩来提高K1的转矩，以便使电机的惯性矩(MTM)用于附加的推进。该MTM的影响在小从动转矩时在一定条件下继续进行，以致在转速适配期间必需间隙减小电机的转矩。如果电机的转速这样程度地下降，以致使过负荷消除，则在阶段3中K2上的滑动继续下降进行到电机的持续功率曲线(功率双曲线)上。
并且也可使用双离合器变速器或无中断的自动换挡变速器(“USG”)来避免或减小牵引力的下降，因为基于借助这种双离合器变速器可达到的交叠换挡允许牵引力的连续传递。
图7中表示这样一个可能的结构，它具有：一个电驱动装置100，一个包括设有第一及第二离合器从动盘102及103的可调节的离合器的双离合器，一个设有两个用于离合器的可相互无关地操作的操作装置的操作系统104，一个设有第一变速级105及第二变速级106的两挡变速器-其中第一变速级与第二离合器从动盘103连接及第二变速级与第一离合器从动盘102连接，及一个设有差动装置108的从动部分107。作为变速器例如可使用设有作为第一及第二变速级的正齿轮对的正齿轮变速器。
并且借助图7中所示的设有“等值的”双离合器的两挡变速器也1可实现根据图4至6的变换过程。在此情况下离合器中的一个作为可调节的离合器工作及另一个作为可开关的离合器工作。
具有双离合器变速器及“等值的”双离合器的这种传动系虽然包括两个自动的及彼此分开的可调节的离合器，每个可调节的离合器与一个部分变速器连接及必需各通过独立的操作装置来操作，由此得到与高成本相联系的相当复杂的结构，但取决于转换过程的改变正是在牵引力升高换挡的情况下得到时间的增益。但高的换挡速度使最大待补偿的牵引力下降减小并同时提高了换挡过程的舒适性。
附图标记清单
Figure BPA00001488306800111
Figure BPA00001488306800121

Claims (12)

1.用于在机动车的传动系中传递驱动转矩的两挡变速器，设有：可由驱动单元驱动的输入轴；具有中心齿轮、行星齿轮、行星齿轮架及空心齿轮的行星齿轮变速器；输出轴；可调节的离合器装置；专用的可开关的离合器装置，其中，该中心齿轮与该输入轴无相对转动地连接及该行星齿轮架与该输出轴无相对转动地连接，借助该可调节的离合器装置可使该行星齿轮架相对该输入轴或相对该空心齿轮被固定，借助该可开关的离合器装置可使该空心齿轮相对支撑该行星齿轮变速器的壳体被固定。
2.根据权利要求1的两挡变速器，其中，所述驱动单元是电机，该电机的转子与所述输入轴连接。
3.根据权利要求1或2的两挡变速器，其中，所述可调节离合器装置被构成湿式离合器，该湿式离合器包括一个具有至少一个内摩擦片的内片支架及包括一个具有至少一个外摩擦片的外片支架，其中，该内片支架与所述输入轴无相对转动地连接或与其构成一体及该外片支架与所述行星齿轮架无相对转动地连接或与其构成一体，或其中，该内片支架与所述行星齿轮架连接或与其构成一体及所述外片支架与所述空心齿轮连接或与其构成一体。
4.根据权利要求3的两挡变速器，其中，所述可调节离合器装置包括一个具有操作致动器及传动部件的操作装置，其中，所述传动部件与所述片支架之一连接，所述操作致动器支撑在所述壳体上，在所述传动部件与所述操作致动器之间设有一个操作轴承。
5.根据权利要求4的两挡变速器，其中，所述传动部件通过一个预加载装置在所述操作装置的未操作状态中被预加载到与所述壳体形状锁合地接触，由此，所述传动部件构成泊车制动的一部分。
6.根据权利要求5的两挡变速器，其中，所述操作装置在一个零工作位置中取消所述壳体与所述传动部件之间的形状锁合的接触及由此取消所述泊车制动。
7.根据权利要求1至6之一的两挡变速器，其中，所述可调节的离合器被构成在原始状态中为打开的及在所述零工作位置中仍未有摩擦片之间的摩擦接触。
8.根据权利要求1至7之一的两挡变速器，其中，所述可开关的离合器被构成一个开/关调节部件，借助该开/关调节部件可使所述空心齿轮相对所述壳体固定，其中，所述可开关的离合器被构成在原始状态中为打开的。
9.根据权利要求1至8之一的两挡变速器，其中，所述空心齿轮可转动地支撑在所述输出轴上。
10.用于运行设有两挡变速器的机动车的传动系的方法，具有以下方法步骤：
在所述传动系工作中当低于一个预给定的或适配于工作状态的速度阈值或发动机负荷的情况下可开关的离合器保持闭合，以致根据中心齿轮与行星齿轮架之间的、作为第一挡的变速比将由驱动单元输出的驱动转矩传递给输出轴，
当达到或高于速度阈值或发动机负荷的情况下在所述可开关的离合器仍闭合时使所述可调节的离合器闭合，由此使所述可开关的离合器上的驱动转矩下降到适当的界限以内及接着作为第二挡无变速比地将驱动转矩传递给输出轴，
在驱动转矩下降到适当的界限以内后使所述可开关的离合器打开。
11.根据权利要求10的方法，在使用电机作为驱动单元的情况下当工作在第一挡中及工作在第二挡时相同的功率输出基本上保持恒定，及其中当从第一挡转换到第二挡时使由所述驱动单元输出的功率提高并超过该基本上恒定的功率输出，其中，由所述驱动单元输出的功率被提高到超过所述电机的额定转矩。
12.根据权利要求10或11的方法，初级侧的惯性、尤其电机的惯性在转速同步阶段中被用作牵引力补偿。
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