CN112867880A

CN112867880A - 能动力换挡的多挡变速器

Info

Publication number: CN112867880A
Application number: CN201980070352.5A
Authority: CN
Inventors: I·克拉斯特夫; W·穆罕默德; T·施利滕鲍尔
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-10-24
Filing date: 2019-10-16
Publication date: 2021-05-28
Also published as: DE102018218183A1; EP3870879A1; US20210404536A1; WO2020083723A1

Abstract

本发明涉及一种通过电机（64）来驱动的多挡变速器（10）。所述多挡变速器（10）具有行星架（22），在该行星架上接纳至少一个第一和一个第二阶梯式行星齿轮（24、30）。所述阶梯式行星齿轮（24、30）的第一行星级（26、32）与第一太阳齿轮（18）啮合，所述阶梯式行星齿轮（24、30）的第二行星级（28、34）与第二太阳齿轮（20、54）啮合。为所述第一太阳齿轮（18）分配第一制动器（38），为所述第二太阳齿轮（20、54）分配第二制动器（42），通过对于所述制动器的相应的操纵能够产生第一传动级、第二传动级、驻车锁止功能以及重叠换挡。

Description

能动力换挡的多挡变速器

技术领域

本发明涉及一种能动力换挡（lastschaltbar）的多挡变速器、尤其是双传动级行星齿轮变速器，其在电轴模块的范围内用于装备电动车辆。除此以外，本发明涉及能动力换挡的多挡变速器在电轴模块的内部的使用。

背景技术

DE 10 2016 011 263 A1涉及一种具有电动马达的动力传动系装置。为电动马达分配的变速器包括至少一个第一行星齿轮传动级和一个第二行星齿轮传动级，它们总共具有至多四个齿部层面和三个制动单元。这些齿部层面和制动单元至少在设计上被设置用于切换至少三个能够至少部分地按序切换的前进变速挡。

DE 10 2015 218 252 A1涉及一种用于车辆的双挡变速器、一种用于车辆的动力传动系以及一种用于换挡的方法。提出一种用于车辆的双挡变速器，该双挡变速器：在输入端具有太阳齿轮，其中所述太阳齿轮在输入端与输入轴相连接；此外具有在输出侧布置的太阳齿轮，其中这个太阳齿轮与输出轴相连接。输出侧的太阳齿轮具有与在输入侧布置的太阳齿轮不同的直径。设置一种具有多个阶梯式行星齿轮的行星架，其中阶梯式行星齿轮以能旋转的方式在行星架上得到支承，并且其中所述阶梯式行星齿轮分别具有第一和第二齿轮区段。这些齿轮区段彼此同轴地布置并且彼此抗扭转地连接。所述第一齿轮区段与在输入侧布置的太阳齿轮啮合，而第二齿轮区段则与在输出侧布置的太阳齿轮啮合。此外，设置能控制的第一和第二耦合机构，以用于将双挡变速器切换为输入轴与输出轴之间的两种不同的传动比。

DE 10 2013 201 711 B4涉及一种动力传动系。车辆的动力传动系至少包括燃烧马达、电机以及变速器单元。所述变速器单元作为行星齿轮变速器来提供。所述行星齿轮变速器：包括与第一输入轴相连接的第一太阳齿轮；此外包括与第二输入轴相连接的第二太阳齿轮。此外，所述行星齿轮变速器包括至少一个第一和至少一个第二行星齿轮以及分配给输出轴的行星齿轮架。所述第一行星齿轮与第一太阳齿轮啮合并且所述第二行星齿轮与第二太阳齿轮啮合。所述两个行星齿轮驱动有效地彼此耦合。驱动有效的耦合借助于阶梯式行星来产生。

发明内容

根据本发明，提出一种能动力换挡的多挡变速器，其通过电机来驱动并且其具有行星架，在所述行星架上接纳至少一个第一和一个第二阶梯式行星齿轮，其中所述阶梯式行星齿轮的第一行星级与第一太阳齿轮啮合并且所述阶梯式行星齿轮的第二行星级与第二太阳齿轮啮合。为所述第一太阳齿轮分配第一制动器，为所述第二太阳齿轮分配第二制动器，通过对于所述制动器的操纵能够产生第一传动级、第二传动级、驻车锁止功能以及重叠换挡（Überschreibungsschaltung）。

相对于通常被安装在电动车辆上的单挡变速器，根据本发明所提出的能动力换挡的多挡变速器允许第一传动级和第二传动级，从而能够将较小的电机用于覆盖驱动要求范围，所述较小的电机此外能够更为频繁地在较高的或者最佳的效率的范围内来运行。

按照根据本发明所提出的解决方案，所述第一制动器与固定在壳体上的第一制动盘配合作用并且所述第二制动器与固定在壳体上的第二制动盘配合作用。

在根据本发明所提出的多挡变速器的一种作为替代方案的实施可行方案中，所述第一太阳齿轮通过中间轴与内部的制动盘连接，所述内部的制动盘则与被安装在内部位置中的固定在壳体上的第二制动器配合作用。在这种另外的实施变型方案中使用经过改动的第二太阳齿轮，该经过改动的第二太阳齿轮包括外部的制动盘，所述外部的制动盘与被安装在外部位置中的固定在壳体上的第一制动器配合作用。

根据本发明所提出的多挡变速器不仅能够在第一传动级、第二传动级、驻车锁止功能中使用而且能够在重叠换挡的范围内使用。

多挡变速器的固定传动比（Standübersetzung）i_O1通过以下关系式来给出：

其中

内齿轮的齿数

第一太阳齿轮的齿数。

所述多挡变速器的第一传动级通过根据以下关系式的传动比来给出：

其中

多挡变速器的固定传动比。

为实现根据本发明所提出的多挡变速器的第二传动级，所述多挡变速器的固定传动比i_O2通过以下关系式来给出：

其中

＝内齿轮的齿数

=第一行星级的齿数

=第二太阳齿轮的齿数

=第二行星级的齿数。

在所述多挡变速器的第二传动级中，其传动比i_O2通过以下关系式来给出：

其中

多挡变速器的固定传动比。

为实现相应的第一传动级或者第二传动级，在所述多挡变速器上在第一传动级中所述第一制动器闭合，而所述第二制动器断开，并且在所述第二传动级的范围内所述第一制动器断开，而所述第二制动器则闭合。

通过根据本发明所提出的多挡变速器，除第一传动级和第二传动级之外也能够实现驻车锁止功能，在所述驻车锁止功能中所述第一制动器和第二制动器分别闭合。在这种情况下，根据本发明所提出的多挡变速器被锁住，从而阻止车辆滚动远离（Wegrollen）。

通过根据本发明所提出的多挡变速器，此外可以产生重叠换挡，其中在一个制动器断开并且随之相应另一个制动器闭合的同时能够在没有牵引力中断的情况下产生动力换挡。为执行连续的再生，负荷降挡、也就是从第二传动级到第一传动级的向下换挡可能是有意义的，这比如在转弯行驶中带来动态的优点。在重叠换挡的期间，基本上同时操控两个有待断开的或者有待闭合的制动器。

根据本发明所提出的多挡变速器能够被安装在轴平行的安装位置中、也就是说轴平行于车辆的前轴或后轴来安装或者也能够被安装在轴垂直的安装位置中，从而能够考虑到不同的相对于车辆底盘的结构空间情况。尤其能够在电轴模块的范围内通过第一正齿轮级来驱动根据本发明所提出的多挡变速器。

除此以外，本发明也涉及一种电轴模块，该电轴模块包括根据本发明所提出的多挡变速器。所述电轴模块包括多挡变速器，其中所述多挡变速器通过差速器或者扭矩矢量分配单元来驱动具有至少一个电机的车辆的前轴或者后轴的轴驱动装置。

除此以外，本发明涉及多挡变速器在具有至少一个电机的电动车（EV-电动车辆、Electric Vehicle）或者混合动力车（HEV-混合动力电动车辆、Hybrid ElectricalVehicle）或者插电式混合电动车（PHEV）中的使用。

通过根据本发明所提出的解决方案，用电驱动的车辆能够不是配备有迄今为止所安装的单挡变速器组件而是配备有实现两个传动级的多挡变速器。这允许将较小的电机用于覆盖驱动要求范围，其中尤其由于两个传动级的可产生性而能够在更高的效率的范围内运行所述电机。要么能够将所述电机设计得更小，要么可以在更大的作用范围内实现更高的效率，要么能够在电动车辆中使用更小的、更便宜的并且首先更轻的电池。

通过根据本发明所提出的多挡变速器，两个制动器用作换挡元件，所述换挡元件与正齿轮变速器中的离合器相比允许相当简单的操纵。

由于根据本发明所提出的多挡变速器的无牵引力中断的可动力换挡性，不仅在力传递时、在加速阶段中还是在再生阶段中都不会出现扰动；此外能够取消同步的要求。此外，通过根据本发明所提出的多挡变速器，能够以有利的方式通过变速器的完全的锁住、尤其是通过两个作为制动器来构造的换挡元件的同时的闭合来实现驻车锁止功能。由此，能够取消有待复杂地集成的驻车锁止机械装置和所属的执行器。

在根据本发明所提出的解决方案中，仅仅制动器用作换挡元件。制动器与离合器相比代表着远不太复杂的构件。相应的制动器与太阳齿轮的分配关系引起很低的制动力，从而能够将所使用的制动器设计得较小。此外，通过根据本发明所提出的解决方案，能够获得一种非常紧凑地制造的、能良好地集成的变速器。

附图说明

下面借助于附图对本发明进行详细解释。其中示出：

图1示出根据本发明所提出的多挡变速器的普通的构造；

图2示出根据图1的根据本发明所提出的多挡变速器的一种实施变型方案，该实施变型方案具有用作换挡元件的制动器的得到改进的集成可行方案；

图3示出根据本发明所提出的多挡变速器的构造；并且

图4示出被集成到包括差速器的电轴模块中的、根据本发明所提出的多挡变速器。

具体实施方式

从根据图1的图示中可以得知根据本发明所提出的多挡变速器10的一种实施变型方案。

根据本发明所提出的多挡变速器10包括如下驱动轴12，对于所述多挡变速器10的驱动通过所述驱动轴经由电机来进行。除此以外，所述多挡变速器10包括内齿轮14，该内齿轮在图1所示出的实施变型方案中具有内齿部16。除此以外，所述多挡变速器10包括第一太阳齿轮18和第二太阳齿轮20。根据所述多挡变速器10的在图1中所示出的第一种实施变型方案，所述两个太阳齿轮18和20在其直径方面彼此有别。除此以外，所述多挡变速器10包括行星架22。

在所述行星架22中接纳至少两个阶梯式行星齿轮24或者30。第一阶梯式行星齿轮24包括第一行星级26和相对于第一阶梯式齿轮24同轴地布置的第二行星级28。类似地，所述第二阶梯式行星齿轮30包括第一行星级32和第二行星级34，它们同样与第二阶梯式行星齿轮30的第一行星级32同轴地构成。

固定在壳体上的第一制动盘40和固定在壳体上的第二制动盘44处于所述多挡变速器10的壳体36上。所述固定壳体上的第一制动盘40与用于第一太阳齿轮18的第一制动盘38配合作用，而与所述固定在壳体上的第二制动盘44配合作用的第二制动器42则分配给所述多挡变速器10的第二太阳齿轮20。输出轴46将通过驱动轴12来馈入到多挡变速器10中的转矩传递给具有至少一个电机64的车辆的动力传动系。

根据图1的图示表明，所述第一阶梯式行星齿轮24的和第二阶梯式行星齿轮30的各自的第一行星级26或32与内齿轮14的内齿部16啮合。另一方面，所述两个阶梯式行星齿轮24、30的第一行星级26或32与第一太阳齿轮18啮合，而所述两个第二行星级28或34则与第二太阳齿轮20的外齿部啮合。由于作为换挡元件起作用的第一制动器38和第二制动器42的布置，所述第一太阳齿轮18在操纵第一制动器时能够被锁住；在操纵第二制动器42时所述第二太阳齿轮20能够被锁住。

根据用作换挡元件的制动器38或者42，如下面还要解释的那样，能够通过在图1中示出的多挡变速器10来实现第一传动级、第二传动级、驻车锁止功能以及重叠换挡。

图2示出根据本发明所提出的多挡变速器10的另一种实施变型方案。

由根据图2的图示得知，所述内齿轮14除其内齿部16之外在其外圆周上具有外齿部48。与根据本发明所提出的多挡变速器10的在图1中示出的第一种实施变型方案不同，在这种多挡变速器上使用经过改动的第二太阳齿轮54。

在根据本发明所提出的多挡变速器10的在图1所示的实施例中，所述第一制动器38和第二制动器42被集成到两个太阳齿轮18或20中，而在所述多挡变速器10的在图2所示的实施变型方案中所述第一制动器38或者第二制动器42则不再布置在第一太阳齿轮18的和经过改动的第二太阳齿轮54的直径中，而是布置在侧面。这意味着，所述第一太阳齿轮18的和经过改动的第二太阳齿轮54的直径由于所述第一制动器38和第二制动器42替代地布置在多挡变速器10的侧面而能够被设计得较小，这有利地影响到所述多挡变速器10的、根据图2中的图示的实施变型方案的结构尺寸。此外，通过所述第一制动器38的在外部位置50中的侧向布置以及所述第二制动器42的在内部位置52中的侧向布置，与所述多挡变速器10的根据图1的实施变型方案相比，所述第一制动器38的和第二制动器42的为保养目的的可接近性得到改进。

在所述多挡变速器10的根据图2的实施变型方案中，所述经过改动的第二太阳齿轮54包括外部的制动盘56。该外部的制动盘与第一制动器38配合作用。所述第一制动器38就像布置在内部位置52中的第二制动器42一样固定地布置在壳体36上。如此提供所述经过改动的第二太阳齿轮54，从而在该第二太阳齿轮上构造外部的制动盘56，而内部的制动盘58则通过中间轴60与所述第一太阳齿轮18相耦合。

由所述多挡变速器10的根据图2中的图示的构造产生两个布置在多挡变速器10的侧面的制动器、也就是处于外部位置50中的第一制动器38和处于内部位置52中的第二制动器42的比较容易的可接近性。

下面借助于图3对根据本发明所提出的多挡变速器10的作用原理进行详细解释。

如果以第一传动级的功能来运行所述多挡变速器10，则所述第一制动器38闭合，而所述第二制动器42断开。通过所述驱动轴12来驱动内齿轮14。所述第一太阳齿轮18通过处于闭合位置中的第一制动器38相对于壳体36得到支撑。在这种情况下，所述行星架22与至少两个阶梯式行星齿轮24或者30形成输出部，也就是所述行星架22驱动着输出轴46。在第一传动级的功能中，至少两个阶梯式行星齿轮24、30的第一行星级26、32分别与第一太阳齿轮18的外齿部啮合。

所述多挡变速器10的固定传动比i_O1通过由内齿轮14的和第一太阳齿轮18的齿数构成的商数来定义。所述固定传动比i_O1根据以下关系式来产生：

其中

内齿轮14的齿数

第一太阳齿轮18的齿数。

因此，在根据本发明所提出的多挡变速器10的第一传动级的功能的范围内，传动比i₁以以下关系式来产生：

其中

I_O1=多挡变速器10的固定传动比。

如果以第二传动级的功能来运行所述多挡变速器10，则所述第一制动器38断开，而所述第二制动器42闭合。在这种情况下，所述内齿轮14也通过多挡变速器10的驱动轴12来驱动。所述第二太阳齿轮20或者经过改动的第二太阳齿轮54通过第二制动器42相对于多挡变速器10的壳体36得到支撑。在这种情况下，驱动从内齿轮14延伸到所述至少一个第一阶梯式行星齿轮24的和至少一个第二阶梯式行星齿轮30的两个第二行星级28或者34。通过闭合的第二制动器42来将输出传递到行星架22上并且由所述行星架传递到多挡变速器10的输出轴46上。

在根据本发明所提出的多挡变速器10的第二传动级的功能中，所述多挡变速器的、由内齿轮14的齿数z_Hohlrad（负的）和第二太阳齿轮20的或者经过改动的第二太阳齿轮54的齿数的商数构成的固定传动比i_O2根据以下关系式来产生：

其中

内齿轮14的齿数

第一行星级的齿数

第二行星级的齿数

第二太阳齿轮20、54的齿数。

所述多挡变速器10在第二传动级的功能中的传动比i₂以以下关系式来产生：

其中

＝多挡变速器10的固定传动比。

根据本发明所提出的多挡变速器10除两种上面所描述的功能、即第一传动级和第二传动级之外此外能够实现重叠换挡，在重叠换挡的期间在无牵引力中断的情况下通过第一制动器38的和第二制动器42的同时的断开和闭合来进行动力换挡。无牵引力中断的动力换挡尤其在具有至少一个电机64的车辆的加速阶段中有意义。在重叠换挡的开始，在所述第一传动级的范围内所述第一制动器38闭合，而所述第二制动器42断开。如果现在通过所述至少一个电机64进行车辆的加速，则所述第一制动器38首先闭合，所述第二制动器42断开；现在在切换的期间进行所述第二制动器42的逐渐的闭合和所述第一制动器38的逐渐的断开，以用于产生第二传动级的功能，也就是传动级的变换。

除此以外，根据本发明所提出的多挡变速器10允许实现驻车锁止功能。这一点如此进行，使得两个制动器、也就是所述第一制动器38和第二制动器42同时闭合，从而所述多挡变速器10通过两个同时被挂入的传动级来闭锁并且阻止。在这种情况下所述车辆不能开动。

能够为内齿轮14和两个能够分别实现第一传动级和第二传动级的第一太阳齿轮18以及第二太阳齿轮20或者54的相应的齿数组合来规定传动比i₁、i₂之间的扩展量（Spreizung）。

图4示出被集成到电轴模块80中的根据本发明所提出的多挡变速器10。

从根据图4的图示中得知，根据本发明所提出的能动力换挡的多挡变速器10布置在轴平行的安装位置62中。通过第一正齿轮级78，以行星架22为出发点通过输出轴46来进行所述第一正齿轮级78的小齿轮68的驱动，其中所述第一小齿轮68与第二齿轮70啮合。

此外，根据图4的图示表明，电轴模块80除了布置在轴平行的安装位置82中的多挡变速器10之外包括差速器72。也能够取代差速器72而设置扭转矢量分配单元（TVE）。

由图4得知，所述差速器72具有第一轴驱动装置74和第二轴驱动装置76，具有至少一个电机64的车辆的在这里未示出的驱动轮通过所述第一轴驱动装置和第二轴驱动装置来驱动。图4示出，所述多挡变速器10在这种实施变型方案中按照根据图2的实施例来构成，也就是说，所述第一制动器38和第二制动器42处于多挡变速器10的侧面，从而改进所述两个制动器38和42的可接近性。布置在轴平行的安装位置62中的多挡变速器10的驱动通过电机64来进行，该电机本身驱动着与内齿轮14的外齿部48啮合的小齿轮79。

所述内齿轮14同时用作第一正齿轮级78的齿轮，这实现所述电轴模块80的在轴向上非常紧凑的结构形式。作为根据本发明所提出的能动力换挡的多挡变速器10的、在图4中示出的轴平行的安装位置62的替代方案，也能够产生轴垂直的安装位置82，其中所述电机64在这种情况下被构造为空心轴马达84。根据前面所示出的实施变型方案的多挡变速器10能够被安装在具有至少一个电机64的车辆的前轴或者后轴或者这两根轴上。存在着将根据图4中的示意图的电轴模块80与相应另一根车轴、要么是前轴要么是后轴上的电动的单挡驱动装置组合起来或者也设置与具有换挡变速器的的燃烧马达的组合的可行方案。

前述发明不局限于在这里所描述的实施例和在这点上所强调的方面。更确切地说，在通过权利要求所说明的范围之内能够实现大量处于本领域的技术人员的处理范围内的改动方案。

Claims

1.多挡变速器（10），该多挡变速器通过电机（64）来驱动并且该多挡变速器具有行星架（22），在所述行星架上接纳至少一个第一和一个第二阶梯式行星齿轮（24、30）并且所述阶梯式行星齿轮（24、30）的第一行星级（26、32）与第一太阳齿轮（18）啮合并且所述阶梯式行星齿轮（24、30）的第二行星级（28、34）与第二太阳齿轮（20、54）啮合，其特征在于，为所述第一太阳齿轮（18）分配第一制动器（38）并且为所述第二太阳齿轮（20、54）分配第二制动器（42），通过对于所述制动器的操纵能够产生第一传动级、第二传动级、驻车锁止功能以及重叠换挡。

2.根据权利要求1所述的多挡变速器（10），其特征在于，所述第一制动器（38）与固定在壳体上的制动盘（40）配合作用并且所述第二制动器（42）与固定在壳体上的第二制动盘（44）配合作用。

3.根据权利要求1所述的多挡变速器（10），其特征在于，所述第一太阳齿轮（18）通过中间轴（60）与内部的制动盘（58）相连接，所述内部的制动盘与被安装在内部位置（52）中的固定在壳体上的第二制动器（42）配合作用。

4.根据权利要求1所述的多挡变速器（10），其特征在于，经过改动的第二太阳齿轮（54）包括外部的制动盘（56），该外部的制动盘与被安装在外部位置（50）中的固定在壳体上的第一制动器（38）配合作用。

5.根据权利要求1所述的多挡变速器（10），其特征在于，所述多挡变速器（10）的固定传动比i_O1通过以下关系式来给出：

其中

内齿轮14的齿数

第二太阳齿轮20、54的齿数

第二行星级的齿数

第一行星级的齿数。

6.根据权利要求5所述的多挡变速器（10），其特征在于，在所述多挡变速器（10）的第一传动级中传动比i₁通过以下关系式来给出：

其中

多挡变速器（10）的固定传动比。

7.根据权利要求1所述的多挡变速器（10），其特征在于，所述多挡变速器（10）的固定传动比i_O2通过以下关系式来给出：

其中

内齿轮（14）的齿数

第二太阳齿轮（20）的齿数。

8.根据权利要求7所述的多挡变速器（10），其特征在于，在所述多挡变速器（10）的第二传动级中，传动比i₂通过以下关系式来给出：

其中

多挡变速器（10）的固定传动比。

9.根据权利要求1所述的多挡变速器（10），其特征在于，在所述第一传动级中所述第一制动器（38）闭合并且所述第二制动器（42）断开，并且在所述第二传动级中所述第一制动器（38）断开并且所述第二制动器（42）闭合。

10.根据权利要求1所述的多挡变速器（10），其特征在于，在所述驻车锁止功能中所述第一制动器（38）和第二制动器（42）闭合。

11.根据权利要求1所述的多挡变速器（10），其特征在于，在所述制动器（38、42）之一断开并且相应另一个制动器（38、42）闭合的同时在重叠换挡时在没有牵引力中断的情况下进行动力换挡。

12.根据权利要求1所述的多挡变速器（10），其特征在于，该多挡变速器在轴平行的安装位置（62）中或者在轴垂直的安装位置（82）中被集成到电轴模块（80）中。

13.根据权利要求1所述的多挡变速器（10），其特征在于，所述多挡变速器（10）在电轴模块（80）中通过第一正齿轮级（78）来驱动。

14.具有根据权利要求1-13中任一项所述的多挡变速器（10）的电轴模块（80），其特征在于，该电轴模块（80）通过差速器（72）或扭矩矢量分配单元（86）来驱动具有至少一个电机（64）的车辆的前轴或后轴的轴驱动装置（74、76）。

15. 根据权利要求1-13中任一项所述的多挡变速器（10）在具有至少一个电机（64）的电动车（EV=电动车辆、Electric Vehicle）或者混合动力车（HEV=混合动力电动车辆、Hybrid Electric Vehicle）或者插电式混合电动车（PHEV）中的使用。