CN109906323A - 机动车的变速器 - Google Patents

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马丁·布雷默
莱斯柴克·德伯尼茨
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法比安·库特尔
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Abstract

一种机动车的变速器(G)，其具有横向于机动车行驶方向指向的传动系，其中，变速器(G)具有至少两个形成挡位的行星齿轮组(1、2)、至少一个制动器(B)以及至少两个离合器(C、E)，其中，第一离合器(C)与第一行星齿轮组(1)的第一元件(11)作用连接，第二离合器(E)与第二行星齿轮组(2)的至少一个元件(12、32)作用连接，并且制动器(B)与第一行星齿轮组(1)的第二元件(31)作用连接，其中，两个离合器(C、E)沿轴向布置在第一和第二行星齿轮组(1、2)之间，其中，第二离合器(E)沿轴向与第二行星齿轮组(2)直接相邻布置，其中，变速器(G)的所有形成挡位的行星齿轮组(1、2、3、4)的第一行星齿轮组(1)相对于变速器(G)的具有用于将变速器(G)联接至变速器外部的驱动单元(VM)的接口的端侧具有最大轴向间距，其中，两个离合器(C、E)沿轴向直接并排布置，其中，制动器(B)至少区段式沿径向布置在第二离合器(E)之外，本发明还涉及具有这种变速器(G)的机动车的传动系。

Description

机动车的变速器
技术领域
本发明涉及一种机动车的变速器以及具有这种变速器的机动车的传动系。变速器在此尤其是指多挡位变速器，其中，多个挡位(即，变速器的输入轴和输出轴之间的固定传动比)可通过切换元件优选自动切换。切换元件在此例如是离合器或制动器。这种变速器尤其用于机动车，以便驱动单元的转速和扭矩输出特性以适当方式匹配于车辆的行驶阻力。
背景技术
申请人的专利申请DE 10 2005 014 592A1示出车辆的多级变速器的大量变形方案，该车辆具有横向于行驶方向安装的驱动马达和轴平行的驱动装置和从动装置。这种变速器的轴向结构长度保持得尽量小，这是因为在驱动马达和车身或底盘之间的车内可用结构空间是受限的。已公开的变形方案示出变速器组件的各种不同布置方案，以便实现此目的。多级变速器在此具有大致矩形的横截面，即，沿多级变速器的轴向结构长度具有大致恒定的直径。
用于这种变速器的机动车内可用的结构空间在变速器的远离驱动马达的一侧上常常受机动车的结构上的纵梁的限制，纵梁例如设立用于容纳机动车的底盘组件和/或碰撞吸能盒。取决于机动车的结构，变速器可以区段式地布置在这种纵梁的下方，假如变速器的外径在该区域内可以保持得较小。
发明内容
本发明的任务因而在于给出一种变速器，其尽量利用机动车内可用的结构空间。
该任务通过权利要求1的特征解决。有利设计方案由从属权利要求、说明书以及附图得到。
变速器具有至少一个第一和第二行星齿轮组、至少一个制动器以及至少一个第一和第二离合器。行星齿轮组用于形成挡位，即，变速器的输入轴和输出轴之间的固定传动比。两个离合器充当切换元件，其可选的操作将行星齿轮组的元件彼此连接或与输入轴连接以形成挡位。制动器同样充当切换元件，其可选的操作将其中一个或多个行星齿轮组元件抗相对转动地固定以形成挡位。
第一离合器与第一行星齿轮组的第一元件作用连接。第二离合器与第二行星齿轮组的至少一个元件作用连接。制动器与第一行星齿轮组的第二元件作用连接。作用连接在本文中理解为相应行星齿轮组元件和相应离合器或制动器的切换元件半部分之间的持久抗相对转动的连接。
第一和第二离合器沿轴向布置在第一和第二行星齿轮组之间。在此，第二离合器沿轴向与第二行星齿轮组直接相邻地布置。变速器的所有形成挡位的行星齿轮组的第一行星齿轮组相对于变速器的具有用于将变速器联接至变速器外部的驱动单元(即，例如内燃机)的接口的端侧具有最大轴向间距。因此，第一行星齿轮组布置在变速器的远离变速器外部驱动单元的轴向末端。
根据本发明，第一和第二离合器沿轴向直接并排布置，其中，制动器至少区段式沿径向布置在第二离合器之外。与第一行星齿轮组作用连接的两个切换元件，即，制动器以及第一离合器沿轴向方向因而布置在第一行星齿轮组之前。两个离合器直接并排的布置方案可以实现径向紧凑的设计方案，从而制动器可以至少区段式沿径向布置在第二离合器之外。这可以实现从包含第二离合器和制动器的元件的横截面出发朝向变速器的远离驱动单元侧的方向缩小变速器横截面。
第一离合器优选在中间联接至少一个轴区段情况下沿轴向直接与第一行星齿轮组相邻地布置。第一离合器的操作元件，例如活塞，在此被看作为第一离合器的组成部分。换而言之，沿轴向在第一行星齿轮组和第一离合器之间除了至少一个轴区段之外没有其他变速器结构元件。这有助于变速器的轴向紧凑的实施方案。
第一和第二离合器优选被设计成力锁合的膜片切换元件，它们能够通过可液压移动的活塞操作。根据一个优选设计方案，两个离合器的外膜片支架持久抗相对转动地彼此连接，特别优选的是外膜片支架的一体式设计方案。这有助于第一和第二离合器的轴向紧凑的实施方案。
优选地，用于操作第一离合器的活塞在第一离合器的内膜片支架上沿轴向可移动地引导以及用于操作第二离合器的活塞在第二离合器的内膜片支架上沿轴向可移动地引导。该设计方案有助于第一和第二离合器的轴向紧凑的实施方案。
根据一个优选设计方案，第一离合器的内膜片支架在中间联接推力轴承情况下直接邻接第二离合器的内膜片支架。通过推力轴承可以将作用于第二离合器的内膜片支架上的轴向力传递至第一离合器的内膜片支架。该设计方案也有助于第一和第二离合器的轴向紧凑的实施方案。
根据一个优选设计方案，向第二离合器的活塞施加压力导致活塞朝向第二行星齿轮组的方向轴向移动。以相同方式向第一离合器的活塞施加压力导致活塞优选朝向第二行星齿轮组的方向轴向移动。这种设计方案有助于第一和第二离合器的轴向紧凑的实施方案。
制动器优选被构造成力锁合的膜片切换元件，其中，用于操作制动器的活塞至少区段式沿径向布置在第二行星齿轮组之外。尤其优选的是，活塞完全沿轴向布置在制动器旁边。换而言之，在制动器径向外部或径向内部没有布置活塞的区段。这种设计方案有助于变速器的轴向紧凑的实施方案。
根据一个优选设计方案，制动器的内膜片支架与轴持久抗相对转动连接或与其一体式地实施。该轴用于在制动器的内膜片支架和第一行星齿轮组的第二元件之间的持久抗相对转动的连接，并且轴通过滑动轴承直接支承在变速器的输入轴上。由此得到内膜片支架的简单和有效的定心。通过使用滑动轴承还可以将第一行星齿轮组的直径保持得较小，从而可以将变速器的结构空间需求在该区域保持得特别紧凑。
第一行星齿轮组的第一元件优选通过滑动轴承直接支承在轴的区段上。这同样有助于变速器的轴向紧凑的设计方案。
轴优选按照压铸工艺由铝制成。由此能够以较小成本制造特别节约结构空间的轴造型。
根据一个优选设计方案，在空间方面在制动器和第二离合器之间布置连接轴的区段，其设立用于在变速器的第一行星齿轮组的第三元件和形成挡位的第三行星齿轮组的元件之间持久传递扭矩。形成挡位的行星齿轮组中，第三行星齿轮组在此相对于变速器的朝向变速器外部的驱动单元的端侧具有最短轴向间距。
变速器优选具有形成挡位的第四行星齿轮组，其沿径向布置在第二行星齿轮组之内。第四行星齿轮组的齿圈和第二行星齿轮组的太阳轮被实施成一体式的。
第一行星齿轮组优选被构造成负齿轮组。负齿轮组指的是具有保持架、太阳轮和齿圈的行星齿轮组，行星齿轮可转动地支承在保持架上，其中，至少其中一个行星齿轮的齿部不仅与太阳轮齿部而且也与齿圈齿部啮合，由此，当太阳轮在保持架固定情况下旋转时，齿圈和太阳轮沿相反转动方向旋转。第一元件优选由太阳轮形成，而第二元件由第一行星齿轮组的齿圈形成。
根据一个优选设计方案，变速器具有电机，其转子与形成挡位的行星齿轮组的至少一个元件持久或可切换地连接。通过电机，变速器适用于在混合动力车辆中应用。转子在行星齿轮组元件上持久或可切换的接驳允许借助电机至少以变速器的所选挡位级驱动机动车。根据一个优选设计方案，电机轴平行于形成挡位的行星齿轮组布置。转子和行星齿轮组元件之间的持久或可切换的连接在此例如可以通过单级或多级正齿轮传动装置或通过链传动装置实施。轴错开的布置方案允许变速器的轴向紧凑的设计方案。
变速器可以是机动车传动系的组成部分。传动系除了变速器之外还具有内燃机，其可以是通过扭振减振器与变速器的输入轴扭转弹性连接的或能扭转弹性连接的。变速器的输出轴与变速器内部或变速器外部的差速器驱动作用连接，差速器与机动车车轮作用连接。如果变速器具有电机，则传动系可以实现机动车的多种驱动模式。在电动行驶运行下，机动车由变速器的电机驱动。在内燃机运行下，机动车由内燃机驱动。在混合动力运行下，机动车不仅由内燃机驱动也由变速器的电机驱动。
持久连接指的是两个元件之间的始终存在的连接。这些持久连接的元件始终以其转速之间的相同相关性转动。在两个元件之间的持久连接中没有切换元件。因而持久连接与可切换的连接不同。持久抗相对转动的连接指的是两个元件之间的始终存在的并且其连接的元件因而始终具有相同转速的连接。
附图说明
以下结合附图详细说明本发明实施例。图中：
图1示出根据本发明的变速器的示意图；
图2示出根据本发明的变速器的区段的剖图；
图3示出机动车传动系的示意图。
图中所示的尺寸比例是示例性选择的并且仅定性地评估。它们不提供关于优选传动比的信息。
具体实施方案
图1示出根据本发明的变速器G的示意图。变速器G具有输入轴GW1、输出轴GW2、第一行星齿轮组1、第二行星齿轮组2、第三行星齿轮组3和第四行星齿轮组4。第四行星齿轮组4沿径向布置在第二行星齿轮组2之内。行星齿轮组1、2、3、4统统构造为负行星齿轮组。
变速器G的图1左侧面对变速器G的具有通向图1中未示出的变速器外部的驱动单元的接口的端侧。第三行星齿轮组3具有第四行星齿轮组1、2、3、4的相对于该端侧的最短轴向间距，与此同时，第一行星齿轮组1具有第四行星齿轮组1、2、3、4的相对于该端侧的最大轴向间距。第二和第四行星齿轮组2、4沿轴向在第三行星齿轮组3和第一行星齿轮组1之间布置在共同的行星轮组平面内。
第三行星齿轮组3的太阳轮与第四行星齿轮组4的太阳轮持久抗相对转动连接。第三行星齿轮组3的保持架与输出轴GW2持久抗相对转动连接。第三行星齿轮组3的齿圈通过连接轴W与第一行星齿轮组1的保持架21持久抗相对转动连接。第四行星齿轮组4的保持架24与输入轴GW1持久抗相对转动连接。第二行星齿轮组2的齿圈32与第一行星齿轮组1的太阳轮11持久抗相对转动连接。第四行星齿轮组4的齿圈34和第二行星齿轮组2的太阳轮12一体式实施。
变速器G具有五个切换元件，即，制动器B、第二制动器A、第一离合器C、第二离合器E和第三离合器D。通过闭合制动器B，第一行星齿轮组1的齿圈31抗相对转动固定。因而制动器B与齿圈31作用连接。通过闭合第二制动器A，第三和第四行星齿轮组3、4的彼此连接的太阳轮抗相对转动固定。通过闭合第一离合器C，输入轴GW1与第二行星齿轮组2的齿圈32并且与第一行星齿轮组1的与其连接的太阳轮11连接。因而第一离合器C与太阳轮11作用连接。通过闭合第二离合器E，太阳轮12与齿圈32连接。因而第二离合器E与第二行星齿轮组2的两个元件作用连接。通过闭合第三离合器D，第三行星齿轮组3的保持架与第二行星齿轮组2的保持架连接。
借助四个行星齿轮组1、2、3、4和通过选择性闭合两个制动器B、A和三个离合器C、E、D可在输入轴GW1和输出轴GW2之间产生多个传动比。因而行星齿轮组1、2、3、4参与变速器G的挡位形成。
第一和第二离合器C、E沿轴向布置在第二行星齿轮组2和第一行星齿轮组1之间。在此，第二离合器E沿轴向直接与第二行星齿轮组2相邻布置。第一离合器C沿轴向直接布置在第二离合器E旁边。第一离合器C除了轴区段Wx之外，沿轴向直接与第一行星齿轮组1相邻布置。轴区段Wx是第一离合器C和太阳轮11之间的作用连接的组成部分。制动器区段式沿径向布置在第二离合器E之外。换而言之，制动器B的元件和第二离合器E的元件布置在共同的平面内，其与输入轴转动轴线呈直角地取向。
制动器B、A以及离合器C、E，D优选被构造成力锁合的膜片切换元件，它们可通过可液压移动的活塞操作。这仅被视为示例性的。各个切换元件B、A、C、D、E可以替代于此地被构造成形状锁合的切换元件。
图2示出根据本发明的变速器G的区段的剖图。第一离合器C的外膜片支架CLA与第二离合器E的外膜片支架ELA一体式实施。用于操作第一离合器C的活塞CK在第一离合器C的内膜片支架CLI上可沿轴向移动地引导，其中，离合器C通过活塞CK朝向视图方向的运动在左侧闭合。用于操作第二离合器E的活塞EK在第二离合器E的内膜片支架ELI上可沿轴向运动地引导，其中，离合器E通过活塞EK朝向视图方向的运动在左侧闭合。用于操作制动器B的活塞BK完全沿轴向布置在制动器B旁边，并且至少区段式沿径向布置在第二行星齿轮组2之外。制动器B通过活塞BK朝向视图方向的运动在右侧闭合。制动器B的外膜片支架直接构造于变速器G的壳体GG上。
第一离合器C的内膜片支架CLI在中间联接轴向滚动轴承L1情况下直接与第二离合器E的内膜片支架EL1邻接。在此，用于填充第一离合器C的压力平衡空间CA的油路贯穿内膜片支架CLI。
制动器B的内膜片支架BLI与轴BW一体式构造。轴BW用于第一行星齿轮组1的齿圈31和制动器B之间的持久抗相对转动连接，其中，轴BW的支承通过滑动轴承直接在输入轴GW1上进行。太阳轮11通过另一滑动轴承直接支承在轴BW的部分上。
图3示出具有根据本发明的变速器G的机动车传动系的示意图。变速器G现在还具有联接轴AN、分离离合器K0、多级正齿轮组STE和电机EM。通过闭合分离离合器K0，联接轴AN与输入轴GW1连接。在此，联接轴AN具有两个区段，它们通过扭振减振器TS彼此连接。电机EM轴平行于行星齿轮组1、2、3、4布置。电机EM的转子通过正齿轮组STE和通过输入轴GW1与第四行星齿轮组4的保持架24持久连接。
联接轴AN充当通向内燃机VM的扭矩传递的接口，其形成变速器外部的驱动单元。输出轴GW2通过所示的扭矩引导连接与差速器AG的冠状齿轮连接，该将输出轴GW2的功率分布至机动车的驱动轮DW上。
图3示出变速器G的两个半剖面，与此同时，在图1和图2的视图中仅示出一个半剖面。该缩减的视图是为了更清楚地概览，与此同时，图3的视图应当清楚示出电机EM、行星齿轮组1、2、3、4和差速器AG之间的轴间距。图3所选的包含在一个共同剖面内的电机EM、行星齿轮组1、2、3、4和差速器AG视图在此仅示例性示出。实际上，电机EM、行星齿轮组1、2、3、4和差速器AG的空间布置方案优选如下选择，即，不允许共同的剖平面。由此实现变速器G的特别紧凑的结构。
变速器组件的图中所示的布置方案可以实现变速器壳体GG的有利地倾斜的外轮廓。由此可以最好地利用机动车内的可用结构空间。
附图标记
G 变速器
GW1 输入轴
GW2 输出轴
1 第一行星齿轮组
11 太阳轮
21 保持架
31 齿圈
2 第二行星齿轮组
12 太阳轮
32 齿圈
3 第三行星齿轮组
33 齿圈
4 第四行星齿轮组
24 保持架
34 齿圈
B 制动器
BK 活塞
BLI 内膜片支架
A 第二制动器
C 第一离合器
CK 活塞
CLA 外膜片支架
CLI 内膜片支架
CA 压力平衡空间
E 第二离合器
ELA 外膜片支架
ELI 内膜片支架
EK 活塞
D 第三离合器
L1 推力轴承
BW 轴
W 连接轴
Wx 轴区段
EM 电机
STE 正齿轮级
AN 联接轴
K0 分离离合器
TS 扭振减振器
DW 驱动轮
AG 差速器
VM 内燃机

Claims (20)

1.一种机动车的变速器(G)，其具有横向于所述机动车的行驶方向取向的传动系，其中，所述变速器(G)具有至少一个第一和第二形成挡位的行星齿轮组(1、2)、至少一个制动器(B)以及至少一个第一和第二离合器(C、E)，
其中，所述第一离合器(C)与所述第一行星齿轮组(1)的第一元件(11)作用连接，所述第二离合器(E)与所述第二行星齿轮组(2)的至少一个元件(12、32)作用连接，并且所述制动器(B)与所述第一行星齿轮组(1)的第二元件(31)作用连接，
其中，所述第一和第二离合器(C、E)沿轴向布置在所述第一和第二行星齿轮组(1、2)之间，
其中，所述第二离合器(E)沿轴向与所述第二行星齿轮组(2)直接相邻地布置，
其中，在所述变速器(G)的所有形成挡位的行星齿轮组(1、2、3、4)中第一行星齿轮组(1)相对于所述变速器(G)的具有用于将所述变速器(G)联接至变速器外部的驱动单元(VM)的接口的端侧具有最大轴向间距，
其特征在于，
所述第一和第二离合器(C、E)沿轴向直接并排布置，和
其中，所述制动器(B)至少区段式沿径向布置在所述第二离合器(E)之外。
2.根据权利要求1所述的变速器(G)，其特征在于，所述第一离合器(C)在中间联接至少一个轴区段(Wx)情况下沿轴向直接与所述第一行星齿轮组(1)相邻地布置。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的变速器(G)，其特征在于，所述第一和第二离合器(C、E)被构造成力锁合的膜片切换元件，所述膜片切换元件能够通过能液压移动的活塞(CK、EK)操作。
4.根据权利要求3所述的变速器(G)，其特征在于，所述第一和第二离合器(C、E)的外膜片支架(CLA、ELA)持久抗相对转动地彼此连接。
5.根据权利要求4所述的变速器(G)，其特征在于，所述第一和第二离合器(C、E)的所述外膜片支架(CLA、ELA)一体式实施。
6.根据权利要求3至5中任意一项所述的变速器(G)，其特征在于，用于操作所述第一和第二离合器(C、E)的活塞(CK、EK)分别在所属的离合器(C、E)的内膜片支架(CLI、ELI)上能沿轴向移动地引导。
7.根据权利要求6所述的变速器(G)，其特征在于，所述第一和第二离合器(C、E)的所述内膜片支架(CLI、ELI)在中间联接推力轴承(L1)情况下直接彼此邻接。
8.根据权利要求3至7中任意一项所述的变速器(G)，其特征在于，向用于闭合所述第二离合器(E)的活塞(EK)施加压力促使所述活塞(EK)朝向所述第二行星齿轮组(2)的方向轴向移动。
9.根据权利要求3至8中任意一项所述的变速器(G)，其特征在于，向用于闭合所述第一离合器(C)的活塞(CK)施加压力促使所述活塞(CK)朝向所述第二行星齿轮组(2)的方向轴向移动。
10.根据前述权利要求中任意一项所述的变速器(G)，其特征在于，所述制动器(B)构造成力锁合的膜片切换元件，其中，用于操作所述制动器(B)的活塞(BK)至少区段式沿径向布置在所述第二行星齿轮组(2)之外。
11.根据权利要求10所述的变速器(G)，其特征在于，用于操作所述制动器(B)的活塞(BK)完全沿轴向布置在所述制动器(B)旁边。
12.根据权利要求10或权利要求11所述的变速器(G)，其特征在于，所述制动器(B)的内膜片支架(BLI)与轴(BW)持久抗相对转动连接或与其一体式实施，所述轴设立用于与所述第一行星齿轮组(1)的所述第二元件(31)持久抗相对转动地连接，其中，所述轴(BW)通过滑动轴承直接支承在所述变速器(G)的输入轴(GW1)上。
13.根据权利要求12所述的变速器(G)，其特征在于，所述第一行星齿轮组(1)的第一元件(11)通过滑动轴承直接支承在所述轴(BW)的区段上。
14.根据权利要求12或权利要求13所述的变速器(G)，其特征在于，所述轴(BW)实施成铝压铸件。
15.根据前述权利要求中任意一项所述的变速器(G)，其特征在于，在空间方面在所述制动器(B)和所述第二离合器(E)之间布置有连接轴(W)的区段，所述连接轴设立用于在所述变速器(G)的第一行星齿轮组(1)的第三元件(21)和形成挡位的第三行星齿轮组(3)的元件(33)之间持久传递扭矩，所述变速器(G)的所有形成挡位的行星齿轮组(1、2、3、4)中第三行星齿轮组(3)相对于所述变速器(G)的具有将所述变速器(G)联接至变速器外部的驱动单元(VM)的接口的端侧具有最短轴向间距。
16.根据前述权利要求中任意一项所述的变速器(G)，其特征在于，所述变速器(G)具有形成挡位的第四行星齿轮组(4)，第四行星齿轮组沿径向布置在所述第二行星齿轮组(2)以内，其中，所述第四行星齿轮组(4)的齿圈(34)和所述第二行星齿轮组(2)的太阳轮(12)一体式地实施。
17.根据前述权利要求中任意一项所述的变速器(G)，其特征在于，所述第一行星齿轮组(1)构造成负齿轮组，其中，所述第一行星齿轮组(1)的第一元件(11)由所述第一行星齿轮组的太阳轮构成，而所述第一行星齿轮组(1)的第二元件(31)由所述第一行星齿轮组的齿圈构成。
18.根据前述权利要求中任意一项所述的变速器(G)，其特征在于，所述变速器(G)具有电机(EM)，所述电机的转子与其中一个形成挡位的行星齿轮组(1、2、3、4)的至少一个元件(24)持久或能切换地连接。
19.根据权利要求18所述的变速器(G)，其特征在于，所述电机(EM)轴平行于所述变速器(G)的形成挡位的行星齿轮组(1、2、3、4)布置。
20.具有根据权利要求1至19中任意一项所述的变速器(G)的机动车的传动系。
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