CN104417343B

CN104417343B - 用于机动车的传动装置

Info

Publication number: CN104417343B
Application number: CN201410413846.8A
Authority: CN
Inventors: C.迈斯纳; H.施勒德
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2013-08-21
Filing date: 2014-08-21
Publication date: 2017-04-12
Anticipated expiration: 2034-08-21
Also published as: EP2842781B1; EP2842781A1; DE102013216554A1; CN104417343A

Abstract

本发明涉及一种用于机动车的传动装置，所述机动车具有两个驱动设备、即内燃机和电机，所述传动装置包括：‑传动机构壳体，‑能够与内燃机的曲轴耦接的马达输入轴，‑能够与电机的转子耦接的电机输入轴和‑能够与机动车的驱动轮耦接的从动轴以及‑缩减的行星齿轮传动机构，其具有五个轴，即：‑‑通过第一耦接机构与所述电机输入轴耦接的第一输入轴，‑‑通过第二耦接机构与所述电机输入轴耦接的第二输入轴，‑‑通过主耦接机构与所述马达输入轴耦接的第三输入轴，‑‑通过第一制动机构与所述传动机构壳体耦接的支撑轴以及‑‑与所述从动轴连接的输出轴。

Description

用于机动车的传动装置

技术领域

本发明涉及一种用于机动车的传动装置，所述传动装置具有两个驱动设备、即内燃机和电机。这种驱动设备一般被称为混合驱动设备。

背景技术

为了减少CO₂排放，混合传动装置对于机动车来说具有越来越重要的意义。在此通常使用具有内燃机以及6档或7档传动机构的常规的传动系，所述传动系围绕电机扩展。在电气化程度较低时，也就是说在电机相对较弱时，其中所述电机大多按照并行混合的原则用于纯粹的辅助目的，这种附加是非常有意义的。考虑到不断完善的电池技术以及由此导致的越来越高的电气化程度，在混合驱动中其他不同于并行混合构思的其他驱动构思也能够在确定的边界条件下充分利用进一步的潜力。

作为并行混合的替代方案，已知所谓的串联式混合以及功率分流的混合驱动，在所述串联式混合中所述内燃机首先用作电动车的增程发动机，而所述功率分流的混合传动则除了内燃机外还需要两个电机。

对于重型的、驱动强劲的高级车辆，目前为止还没有实现在功率和舒适性方面让人满意的混合构思。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种改进的混合驱动构思、尤其还是用于重型的、功率强劲的高级车辆的改进的混合驱动构思。

该目的通过按本发明的传动装置实现，也就是通过下述用于机动车的传动装置实现，所述机动车具有两个驱动设备、即内燃机和电机，所述传动装置包括：

-传动机构壳体，

-能够与内燃机的曲轴耦接的马达输入轴，

-能够与电机的转子耦接的电机输入轴和

-能够与机动车的驱动轮耦接的从动轴以及

-缩减的行星齿轮传动机构（reduziertes Planetengetriebe），其具有五个轴，即：

--通过第一耦接机构与所述电机输入轴耦接的第一输入轴，

--通过第二耦接机构与所述电机输入轴耦接的第二输入轴，

--与马达输入轴耦接的第三输入轴，

--通过第一制动机构与所述传动机构壳体耦接的支撑轴以及

--与从动轴连接的输出轴，

其中，所述第二输入轴通过第二制动机构与所述传动机构壳体耦接，

其特征在于，

所述第三输入轴通过主耦接机构与所述马达输入轴耦接，

并且所述第一耦接机构、所述第二耦接机构以及所述第二制动机构集成在共同的多开关元件中，所述多开关元件具有四种能够按顺序经过的接通位置，

其中，所述四个接通位置能够双向地以下列功能性的顺序被经过：

-第一耦接机构闭合、第二耦接机构断开并且第二制动机构断开，

-第一耦接机构闭合、第二耦接机构闭合并且第二制动机构断开，

-第一耦接机构断开、第二耦接机构闭合并且第二制动机构断开，

-第一耦接机构断开、第二耦接机构闭合并且第二制动机构闭合。

本发明的优选的实施方式由以下说明获得。

首先本发明基于以下认识：考虑到强劲的电机的大的变化性，为了实现优化的运行点，早期越来越多档位的趋势被一再重复。根据本发明的传动装置尤其在本发明的优选的实施方式中相反地仅仅提供了三个机械档位、三个电动档位以及两个无级变速行驶范围，在所述实施方式中，所述第二输入轴通过第二制动机构与所述传动机构壳体（Getriebegehäuse）耦接。这在尺寸参数设计得足够强大的电机中即使对于高级车辆来说也足够了。同时由此实现了一个特别的优点，即与功率分流的混合构思相反，不需要第二电机，这在重量和结构空间方面具有重要意义。在探讨根据本发明的传动装置的各个元件的功能之前，需要指出的是，所述称作第一耦接机构、第二耦接机构以及第二制动机构的开关元件仅仅根据其功能、并不必强制地在构造上作为单独的元件实现。因此例如在本发明的优选的改进方案中如此设置：使第一耦接机构、第二耦接机构以及第二制动机构集成在共同的多开关元件中，所述多开关元件具有能够按顺序经过的接通位置。这种多开关元件相对于单独的单个元件具有结构空间需求较小的优点。这种多开关元件的基本的缺点是：不能够任意地而是仅仅以预先给定的顺序、也就是说按顺序操控所述各个接通位置，该缺点在当前情况下由于所述特别的传动机构结构而无关紧要。在没有上面提到的第二制动机构的实施方式中，所述多开关元件仅仅包括所述第一耦接机构和第二耦接机构的功能。在最先提到的方案中（具有第二制动机构），优选实现四种能够按顺序操控的接通位置（Schaltstellung），在后面提到的方案中（没有第二制动机构），优选实现三种能够按顺序操控的接通位置。

起动过程通常电气地实现，其中闭合所述第一耦接机构以及所述第一制动机构，反之断开其他开关元件。这意味着，电机的转子以传递转矩的方式与所述缩减的行星齿轮传动机构的第一输入轴连接并且所述支撑轴通过第一制动机构被固定在传动机构壳体上。在内燃机单独起动并且与主耦接机构转速同步之后，能够闭合所述内燃机并且因此能够进入所述第一机械档位。通过断开所述第一制动机构，能够进入第一无级变速行驶范围，在所述第一无级变速行驶范围中，所述内燃机在优化的运行点上工作并且通过电机的相应的操控根据功率分流的混合传动的种类来调整从动轴上的转速。通过闭合第二耦接机构，所述缩减的行星齿轮传动机构的第二输入轴也与电机输入轴连接，使得所述缩减的行星齿轮传动机构的第一输入轴和第二输入轴相互连接并且所述缩减的行星齿轮传动机构作为一个整体运转。行星齿轮传动机构的、与所述马达输入轴连接的、第三输入轴也以相同的转速运行，使得在从动轴上也出现了相同的转速。由此出现了功率定向的第二内燃机档位，该档位带有通过电机实现的并行混合式的辅助。

在该状态下，通过断开所述第一耦接机构，也就是说通过释放所述缩减的行星齿轮传动机构的第一输入轴能够转入到第二无级变速行驶范围中。在该运行状态下，内燃机和电机的转矩相互对置，使得该运行状态在通常情况下首先用于进一步变换到第三内燃机档位中，在所述第三内燃机档位中能够特别有效率的进行驾驶。所述转变优选通过闭合第二制动机构来将所述从动轴固定在传动机构壳体上实现，然而这也能够由通过电机实现的相应的辅助来替代。由此能够以电机的更强的负载为代价为第二制动机构节省构造空间。本领域技术人员在各个情况下进行设计时会在这两个标准之间进行权衡。

一种特殊情况是，在电机停止的情况下在所述第一无级变速行驶范围中的行驶运行。除了内燃机的转矩的支撑外，此时电机不接收或输出电功率。内燃机和传动机构之间的总传动比在第一和第二内燃机档位的总传动比之间。因此呈现了一个中间档位，所述中间档位即使在很大程度上空置的电能量储存器中仍然允许内燃机档位的相对较窄级别的接通。

除了描述过的行驶状态，根据本发明的传动装置还提供了另外两个具有较大转矩的电气档位，其例如能够用于在山上带着挂车起动时或者转轨（Rangieren）时。所述转矩特别大的第一电气档位通过将支撑轴支撑在所述传动机构壳体上来实现，也就是通过在电机输入轴与缩减的行星齿轮传动机构的第二输入轴耦接的情况下、也就是在第二耦接机构闭合的情况下闭合第一制动机构以及其余断开的开关元件来实现。所述第二电气档位通过所述缩减的行星齿轮传动机构的第一和第二输入轴与电机输入轴的相互连通以及其余断开的开关元件来实现。

为了能够以所描述的、唯一有意义的顺序经过前面所述的档位，之前已经提到的多开关元件优选如此设置，使得所述四种接通位置能够双向地以下列功能性的顺序被经过：

-第一耦接机构闭合，第二耦接机构断开并且第二制动机构断开，

-第一耦接机构闭合，第二耦接机构闭合并且第二制动机构断开，

-第一耦接机构断开，第二耦接机构闭合并且第二制动机构断开，

-第一耦接机构断开，第二耦接机构闭合并且第二制动机构闭合。

所述第一制动机构可独立于此被操作。由于仅仅能够按顺序在有待耦接的元件的转速相等时操控所述不同的接通位置，第一耦接机构、第二耦接机构以及第二制动机构能够如优选设置的那样构造为形状锁合的开关元件。特别地，这种形状锁合的多开关元件能够通过轴向可移动的开关套筒来实现，所述开关套筒通过轴向错开布置的开关轮进行移动。

关于所述缩减的行星齿轮传动机构的具体设计方案，本发明能够在构造上以不同的方式实现。对于“缩减的行星齿轮传动机构”通常理解为一种行星齿轮传动机构，其中构造费用相对于具有多个简单的行星齿轮组的实现方案“缩减”到这种程度，在结构上合并为单个简单的行星齿轮组的功能性元件。

在第一优选实施方式中规定，所述缩减的行星齿轮传动机构具有

-与所述第一输入轴连接的第一太阳轮，

-与所述第二输入轴连接的第二太阳轮，

-与所述第三输入轴连接的第三太阳轮，

-与所述支撑轴连接的行星架以及

-与所述输出轴耦接的齿圈，

其中在所述行星架上支承着：

-与所述齿圈和所述第一太阳轮啮合的长行星轮组，

-与所述长行星轮组和所述第二太阳轮啮合的第一短行星轮组以及

-与所述长行星轮组和所述第三太阳轮啮合的第二短行星轮组。

所述三个太阳轮轴因此构成三个输入轴；齿圈的轴构成所述输出轴；通过第一制动机构支撑在壳体上通过行星架实现。该实施方式由于其构造上的简单性是特别优选的。

在另一变体方案中，从动机构同样通过齿圈实现，所述方案的突出特点在于：所述缩减的行星齿轮传动机构具有：

-与所述第一输入轴连接的第一齿圈，

-与所述第二输入轴连接的第一太阳轮，

-与所述第三输入轴连接的行星架，

-与所述支撑轴连接的第二太阳轮以及

-与所述输出轴连接的第二齿圈，

其中在所述行星架上支承着：

-以其较小的行星级与所述第二太阳轮啮合并且以其较大的行星级与所述第一太阳轮和所述第一齿圈啮合的分级行星轮组以及

-与所述分级行星轮组的较小的行星级啮合并且与所述第二齿圈啮合的短行星轮组。

在其他的变体方案中，通过齿圈导入内燃机的转矩，反之所述行星架与输出轴、也就是与所述从动机构耦接。因此，在该变体方案的第一实施方式中规定，所述缩减的行星齿轮传动机构具有：

-与所述第一输入轴连接的第一太阳轮，

-与所述第二输入轴连接的第二太阳轮，

-与所述第三输入轴连接的第一齿圈，

-与所述支撑轴连接的第二齿圈以及

-与所述输出轴连接的行星架，

其中在所述行星架上支承着：

-与所述第二太阳轮和所述第二齿圈啮合的长行星轮组以及

-与所述长行星轮组啮合并且与所述第一太阳轮和所述第一齿圈啮合的短行星轮组。

作为其替代方案，还存在以下方案，即所述缩减的行星齿轮传动机构具有：

-与所述第一输入轴连接的第一齿圈，

-与所述第二输入轴连接的第一太阳轮，

-与所述第三输入轴连接的第二齿圈，

-与所述支撑轴连接的第二太阳轮以及

-与所述输出轴连接的行星架，

其中在所述行星架上支承着：

-与所述第一太阳轮和所述第一齿圈啮合的长行星轮组以及

-与所述长行星轮组啮合并且与所述第二太阳轮和所述第二齿圈啮合的短行星轮组。

附图说明

本发明其他的特征和优点通过下面专门的描述和附图给出。

附图1示出了根据本发明的传动装置的第一实施方式，

附图2示出了根据本发明的传动装置的第二实施方式，

附图3示出了根据本发明的传动装置的第三实施方式，

附图4示出了根据本发明的传动装置的第四实施方式，

附图5示出了在其四个接通位置中的附图1至4的传动装置的多开关元件。

附图标记列表

10 传动装置

12 10的马达输入轴

14 10的电机输入轴

16 10的从动轴

20 电机

22 20的定子

24 20的转子

30 多开关元件

301 30的（功能性的）第一耦接机构

302 30的（功能性的）第二耦接机构

303 30的（功能性的）制动机构、第二制动机构

40 主耦接机构

50 第一制动机构

100 缩减的行星齿轮传动机构

101 100的第一输入轴

102 100的第二输入轴

103 100的第三输入轴

104 100的支撑轴

105 100的输出轴

111 第一太阳轮

112 第二太阳轮

113 第三太阳轮

114 第一太阳轮

115 第二太阳轮

116 第一太阳轮

117 第二太阳轮

118 第一太阳轮

119 第二太阳轮

121 长行星轮

122 第一短行星轮

123 第二短行星轮

124 分级行星轮

125 短行星轮

126 长行星轮

127 短行星轮

128 长行星轮

129 短行星轮

131 齿圈

132 第一齿圈

133 第二齿圈

134 第一齿圈

135 第二齿圈

136 第一齿圈

137 第二齿圈

140 行星架。

附图中相同的附图标记表示相同的或相似的元件。

具体实施方式

附图1至4示出了根据本发明的传动装置10的不同实施方式，首先应在其共同点方面对所述实施方式进行共同说明。接下来应对所述不同的实施方式的特定的细节进行探讨。

所述传动装置10服务于安装到机动车的未示出的从动机构上的电机20以及同样未示出的内燃机的用于转矩传递的耦接机构，其中所述电机包括壳体固定的定子22和可旋转支承的转子24。为此，所述传动装置10具有能够与内燃机的曲轴耦接的马达输入轴12、能够与电机20的转子24耦接的电机输入轴14以及能够与从动机构耦接的从动轴16。传动装置10的核心由五轴的、缩减的行星齿轮传动机构100构成。所述缩减的行星齿轮传动机构100的五个轴是：第一输入轴101，第二输入轴102，第三输入轴103，支撑轴104以及输出轴105。所述第一和第二输入轴101、102通过多开关元件30与电机输入轴14耦接。

所述多开关元件30将第一耦接机构301、第二耦接机构301以及在本申请的范围内被称为第二制动机构303的制动机构的功能统一起来，其中利用所述第一耦接机构能够断开和闭合所述第一输入轴101和所述电机输入轴14之间的传递转矩的连接，利用所述第二耦接机构能够闭合和断开所述第二输入轴102和所述电机输入轴14之间的传递转矩的连接，利用所述制动机构能够将电机输入轴14固定在传动机构壳体上。在所述多开关元件30的范围内，不是所有三个上述的功能都能够完全相互独立地被操控。相反地，在示出的实施方式中四个分立的接通状态按顺序被经过，如图5所示。分图5a示出了第一接通状态，所述第一接通状态对应于闭合的第一耦接机构301以及其他断开的开关元件。图5b示出了第二接通位置，所述第二接通位置对应于闭合的第一耦接机构301、闭合的第二耦接机构302以及断开的第二制动机构303。图5c示出了一种接通位置，所述接通位置对应于断开的第一耦接机构301、闭合的第二耦接机构302以及断开的第二制动机构303。图5d最后示出了一种接通位置，所述接通位置对应于断开的第一耦接机构301、闭合的耦接机构302以及闭合的第二制动机构303。

所述第三输入轴103通过所述主耦接机构40与马达输入轴12耦接。所述支撑轴104通过在此被称为第一制动机构50的制动机构能够固定在传动机构壳体上。最后，所述缩减的行星齿轮传动机构100的输出轴105与传动装置109的从动轴连接。

图1至5的实施方式主要通过相应的缩减的行星齿轮传动机构100的具体结构区分。在根据附图1的实施方式中，所述行星齿轮传动机构100具有行星架140，在所述行星架上可旋转地支承着一个长行星轮121组以及两个短行星轮组、即第一短行星轮122组和第二短行星轮123组。所述短行星轮122、123分别与长行星轮121啮合。此外，所述长行星轮121利用第一太阳轮111制动，所述第一太阳轮与第一输入轴101连接。所述第一短行星轮122与第二太阳轮112啮合，所述第二太阳轮与第二输入轴102连接。所述第二短行星轮123与第三太阳轮啮合，所述第三太阳轮与第三输入轴103连接。行星架140与支撑轴104连接。此外设置齿圈131，所述齿圈与长行星轮121啮合并且与输出轴105连接。

在图2的实施方式中，与第三输入轴103连接的行星架140承载着分级行星轮124组以及短行星轮125组，所述分级行星轮具有直径较大的行星齿轮级和直径较小的行星齿轮级，而所述短行星轮组与分级行星轮124的直径较小的行星齿轮级啮合。利用其直径较大的行星齿轮级，所述分级行星轮124一方面与第一齿圈132啮合并且另一方面与第一太阳轮114啮合，其中所述第一齿圈与第一输入轴101连接并且所述第一太阳轮与第二输入轴102连接。利用其直径较小的行星齿轮级，所述分级行星轮124除了与短行星轮125啮合外也和第二太阳轮115啮合，所述第二太阳轮与支撑轴104连接。所述短行星轮125除了与分级行星轮124的直径较小的行星齿轮级啮合外也和第二齿圈133啮合，所述第二齿圈与输出轴105连接。

在图3的实施方式中，与输出轴105连接的行星架126承载着长行星轮126组以及与所述长行星轮126啮合的短行星轮127组。所述短行星轮127此外与第一太阳轮116以及第一齿圈134啮合，所述第一太阳轮与第一输入轴101连接，所述第一齿圈与第三输入轴103连接。所述长行星轮还和第二太阳轮117以及第二齿圈135啮合，所述第二太阳轮与所述第二输入轴102连接，所述第二齿圈与所述支撑轴104连接。

在图4的实施方式中，与输出轴105连接的行星架140承载着长行星轮128组和与所述长行星轮128啮合的短行星轮129组。所述长行星轮128此外与第一齿圈136和第一太阳轮118啮合，所述第一齿圈与所述第一输入轴101连接，所述第一太阳轮与第二输入轴102连接。所述短行星轮129还与第二齿圈137和第二太阳轮119啮合，所述第二齿圈与第三输入轴103连接，所述第二太阳轮与支撑轴104连接。

借助所有四个实施方式在按顺序经过所述多开关元件的接通位置时进行调整的运行状态已经在说明书的概要部分中进行了讨论。

当然，在专门的说明中讨论的并且在附图中示出的实施方式仅仅描述了本发明的图示的实施例。在这里公开的内容的指引下能够为本领域专业技术人员给出大范围的变体方案。

Claims

1.用于机动车的传动装置，所述机动车具有两个驱动设备、即内燃机和电机（20），所述传动装置包括：

-传动机构壳体，

-能够与所述内燃机的曲轴耦接的马达输入轴（12），

-能够与所述电机（20）的转子（24）耦接的电机输入轴（14）和

-能够与所述机动车的驱动轮耦接的从动轴（16）以及

-缩减的行星齿轮传动机构（100），所述缩减的行星齿轮传动机构具有五个轴，即：

--通过第一耦接机构（301）与所述电机输入轴（14）耦接的第一输入轴（101），

--通过第二耦接机构（302）与所述电机输入轴（14）耦接的第二输入轴（102），

--与所述马达输入轴（12）耦接的第三输入轴（103），

--通过第一制动机构（50）与所述传动机构壳体耦接的支撑轴（104）以及

--与所述从动轴（16）连接的输出轴（105），

其中，所述第二输入轴（102）通过第二制动机构（303）与所述传动机构壳体耦接，其特征在于，

所述第三输入轴（103）通过主耦接机构（40）与所述马达输入轴（12）耦接，

并且所述第一耦接机构（301）、所述第二耦接机构（302）以及所述第二制动机构（303）集成在共同的多开关元件（30）中，所述多开关元件具有四种能够按顺序经过的接通位置，

-第一耦接机构（301）闭合、第二耦接机构（302）断开并且第二制动机构（303）断开，

-第一耦接机构（301）闭合、第二耦接机构（302）闭合并且第二制动机构（303）断开，

-第一耦接机构（301）断开、第二耦接机构（302）闭合并且第二制动机构（303）断开，

-第一耦接机构（301）断开、第二耦接机构（302）闭合并且第二制动机构（303）闭合。

2.根据权利要求1所述的传动装置，其特征在于，所述第一耦接机构（301）、所述第二耦接机构（302）和/或所述第二制动机构（303）构造为形状锁合的开关元件。

3.根据权利要求1或2所述的传动装置，其特征在于，所述缩减的行星齿轮传动机构（100）具有：

-与所述第一输入轴（101）连接的第一太阳轮（111），

-与所述第二输入轴（102）连接的第二太阳轮（112），

-与所述第三输入轴（103）连接的第三太阳轮（113），

-与所述支撑轴（104）连接的行星架（140）以及

-与所述输出轴（105）耦接的齿圈（131），

其中在所述行星架（140）上支承着：

-与所述齿圈（131）和所述第一太阳轮（111）啮合的长行星轮（121）组，

-与所述长行星轮（121）组和所述第二太阳轮（112）啮合的第一短行星轮（122）组以及

-与所述长行星轮（121）组和所述第三太阳轮（113）啮合的第二短行星轮（123）组。

4.根据权利要求1或2所述的传动装置，其特征在于，所述缩减的行星齿轮传动机构（100）具有：

-与所述第一输入轴（101）连接的第一齿圈（132），

-与所述第二输入轴（102）连接的第一太阳轮（114），

-与所述第三输入轴（103）连接的行星架（140），

-与所述支撑轴（104）连接的第二太阳轮（115）以及

-与所述输出轴（105）连接的第二齿圈（133），

其中在所述行星架（140）上支承着：

-以其较小的行星级与所述第二太阳轮（115）啮合并且以其较大的行星级与所述第一太阳轮（114）和所述第一齿圈（132）啮合的分级行星轮（124）组以及

-与所述分级行星轮（124）组的所述较小的行星级啮合并且与所述第二齿圈（133）啮合的短行星轮（125）组。

5.根据权利要求1或2所述的传动装置，其特征在于，所述缩减的行星齿轮传动机构（100）具有：

-与所述第一输入轴（101）连接的第一太阳轮（116），

-与所述第二输入轴（102）连接的第二太阳轮（117），

-与所述第三输入轴（103）连接的第一齿圈（134），

-与所述支撑轴（104）连接的第二齿圈（135）以及

-与所述输出轴（105）连接的行星架（140），

其中在所述行星架（140）上支承着：

-与所述第二太阳轮（117）以及所述第二齿圈（135）啮合的长行星轮（126）组以及

-与所述长行星轮（126）组啮合并且与所述第一太阳轮（116）和所述第一齿圈（134）啮合的短行星轮（127）组。

6.根据权利要求1或2所述的传动装置，其特征在于，所述缩减的行星齿轮传动机构（100）具有：

-与所述第一输入轴（101）连接的第一齿圈（136），

-与所述第二输入轴（102）连接的第一太阳轮（118），

-与所述第三输入轴（103）连接的第二齿圈（137），

-与所述支撑轴连接的第二太阳轮（119）以及

-与所述输出轴连接的行星架（140），

其中在所述行星架（140）上支承着：

-与所述第一太阳轮（118）以及所述第一齿圈（136）啮合的长行星轮（128）组以及

-与所述长行星轮（128）组啮合并且与所述第二太阳轮（119）和所述第二齿圈（137）啮合的短行星轮（129）组。