CN113710924A

CN113710924A - 带有自由轮机构的能动力换挡的多挡位传动机构

Info

Publication number: CN113710924A
Application number: CN202080028634.1A
Authority: CN
Inventors: J·克劳特
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-02-14
Filing date: 2020-02-12
Publication date: 2021-11-26
Also published as: DE102019202015A1; US11833894B2; US20220212526A1; EP3924644B1; EP3924644A1; WO2020165203A1

Abstract

本发明涉及一种能动力换挡的多挡位传动机构（12），其具有受驱动的输入轴（14）以及轴（16）。所述能动力换挡的多挡位传动机构（12）包括至少一个第一挡位级（18）和一个第二挡位级（26），所述第一挡位级和第二挡位级分别被实施为直齿轮齿部。至少一个第一力传递元件借助于自由轮机构（21）布置在所述输入轴（14）上。

Description

带有自由轮机构的能动力换挡的多挡位传动机构

技术领域

本发明涉及一种带有自由轮机构（Freilauf）的能动力换挡的（lastschaltbar）多挡位传动机构。此外，本发明涉及所述能动力换挡的多挡位传动机构用于轿车、商用车和载重汽车领域内的电动车和混合动力车的应用。

背景技术

DE 10 2016 212 867 Al涉及一种用于电驱动装置、尤其是用于机动车的传动机构。该传动机构包括电机、传动轴以及至少一个第一挡位级和一个第二挡位级。所述第一挡位级能够通过第一离合器来切换，所述第二挡位级能够通过第二离合器切换。所述第一离合器在正常状态下借助于机械弹簧来闭合，并且通过特别是借助于泵进行的液压压力形成来断开。所述第二离合器在正常状态下是断开的，并且能够通过特别是借助于泵进行的液压压力形成来闭合。对于传动机构来说，在第一和第二离合器的正常状态下挂入第一挡位，其中所述第一离合器闭合并且所述第二离合器断开。为了将传动机构转换到第二挡位中，而将所述第一离合器断开并且将所述第二离合器闭合。

DE 10 2015 121 157 Al涉及一种用于机动车的混合动力传动系。动力传动系包括第一驱动单元和第二驱动单元。为了变换两个驱动单元，所述动力传动系包括两个离合器。在一种优选的实施方式中，第一传动机构组件的轮组被构造用于设立第一前进挡位级，其中这个轮组的从动齿轮（Losrad）能够借助于自由轮机构与配设给这个从动齿轮的轴连接。

发明内容

根据本发明，提出了一种能动力换挡的多挡位传动机构，其具有受驱动的输入轴并且具有轴，在该多挡位传动机构中构造有第一挡位级和至少一个第二挡位级，所述第一挡位级和第二挡位级分别被实施为直齿轮齿部。至少一个第一力传递元件借助于自由轮机构布置在输入轴上。通过根据本发明提出的解决方案，在负载下的换挡过程中，一方面换挡质量明显得到改善，另一方面由于所述自由轮机构而能够实现根据本发明提出的多挡位传动机构的更大的运转平稳性；NVH特性明显更好（NVH＝噪声振动声振粗糙度）。

在根据本发明提出的解决方案的改进方案中，所述能动力换挡的多挡位传动机构在受驱动的输入轴上通过至少一个电机来驱动。

在根据本发明提出的能动力换挡的多挡位传动机构的改进方案中，具有第一传动比i₁的第一挡位级设有作为自由轮机构上的第一小齿轮来实施的第一力传递元件并且设有第一齿轮，所述第一力传递元件和第一齿轮分别一同包括直齿轮齿部。根据本发明提出的能动力换挡的多挡位传动机构的第二挡位级具有第二传动比i₂并且通过与第二齿轮啮合的第二小齿轮来产生。在此，在所述第二小齿轮和第二齿轮上也实施有直齿轮齿部。

在根据本发明提出的解决方案的改进方案中，所述能动力换挡的多挡位传动机构此外具有由差速传动机构形成的最终挡位级（Endgangstufe）。所述最终挡位级在与第一传动比i₁或第二传动比i₂的组合中形成能动力换挡的多挡位传动机构的第一挡位或第二挡位。

在根据本发明提出的能动力换挡的多挡位传动机构中，所述最终挡位级也设有直齿轮齿部并且包括相互啮合的第三小齿轮和第三齿轮。所述第三齿轮用作用于差速器的驱动装置，通过所述差速器将力矩和转速分配到车轮上。这种解决方案极其节省位置空间和重量。

在根据本发明提出的能动力换挡的多挡位传动机构中，在第一挡位级的范围内使用第一离合器并且在第二挡位级的范围内使用第二离合器。如果所述第一离合器闭合，则在所述能动力换挡的多挡位传动机构上实现具有第一传动比i₁的第一挡位。如果所述第一离合器断开并且所述第二离合器闭合，则根据本发明提出的能动力换挡的多挡位传动机构在第二挡位级的范围内被切换到第二挡位中。在第二挡位中，存在第二传动比i₂，即与第一挡位级相比不同的传动比。

在根据本发明提出的能动力换挡的多挡位传动机构中，所述第二挡位级的第二齿轮以及所述最终挡位级的第三小齿轮抗扭转地布置在所述轴上。

所述能动力换挡的多挡位传动机构如此实施，使得所述第一挡位级的组件、例如第一齿轮是第一离合器的一部分，其中所述第二挡位级的一部分、即第二小齿轮形成第二离合器的一部分。另一方面，在根据本发明提出的能动力换挡的多挡位传动机构上，所述第一挡位级的第一齿轮和所述第二挡位级的第二齿轮分别以套筒形式来实施。所述第一挡位级的第一齿轮以能旋转的方式被支承在轴上。而所述第二挡位级的第二齿轮则抗扭地被支承在轴上。由于所述第一挡位级和第二挡位级的组件交替地抗扭的或者说能旋转的支承，根据本发明提出的能动力换挡的多挡位传动机构能够通过两个离合器分别被切换到第一挡位或者第二挡位中，而不需要另外的换挡组件。此外，本发明涉及一种E轴模块，其能够被构造为前轴-E轴模块或后轴-E轴模块并且应用在电驱动或混合驱动的车辆中。

在所述E轴模块上，要么为电驱动的或混合驱动的车辆的前轴，要么为电驱动的或混合驱动的车辆的后轴考虑，使用根据本发明提出的能动力换挡的多挡位传动机构，该多挡位传动机构在其受驱动的输入轴上优选通过至少一个电机来驱动。

此外，本发明涉及所述能动力换挡的多挡位传动机构在电驱动的或混合驱动的车辆的E-轴模块中的应用。

根据本发明提出的能动力换挡的多挡位传动机构实现一种具有至少两个直齿轮对的换挡方案，从而能够实现至少一个第一传动比i₁和一个第二传动比i₂。与来自现有技术的、比如切换行星齿轮传动机构的换挡方案相比，通过根据本发明提出的能动力换挡的传动机构，能够在实现所述能动力换挡的多挡位传动机构的所要求的可动力换挡性时显著地改进行驶舒适性。此外，通过对于两个离合器的同时的操纵，要么以电气的、电磁的、机械的、电液的方式，要么以液压的方式对所述离合器进行操纵，在所述能动力换挡的多挡位传动机构上实现驻车锁止功能，这迄今为止要求成本高昂的解决方案。

由于取消传统的驻车锁止致动机构而能够实现显著的成本节约。由于用于第一挡位级的第一离合器和用于第二挡位级的第二离合器彼此分开的情况，能够实现与由客户所要求的结构空间的灵活的匹配。与例如电机与行星齿轮传动机构配合作用或者甚至被集成到所述行星齿轮传动机构中的解决方案相比，可以实现明显更高的换挡舒适性或者说在换挡过程中实现行驶舒适性的显著的改进。此外，通过自由轮机构的应用，能够显著地改进根据本发明提出的能动力换挡的多挡位传动机构的运转平稳性，其中呈第一小齿轮的构型的第一力传递元件被接纳到所述自由轮机构上。因此，例如在挂入第一挡位级时，所述第二小齿轮不会一同旋转，由此显著地改进了在NVH （噪声振动声振粗糙度）特性中表现出来的运转平稳性。在挂入第二挡位级时，呈第一小齿轮的构型的第一力传递元件和与其啮合的第二齿轮不一同旋转，由此在挂入第二挡位级并且第一挡位级被去除激活时，根据本发明提出的多挡位传动机构的噪声振动声振粗糙度特性显著地得到改进。

也被称为“Final Drive（最终驱动）”的最终挡位级同时是差速传动机构。因为所述最终挡位级的齿轮驱动着差速传动机构，所以能够节省结构空间、重量和由此产生的成本。

附图说明

下面借助于附图对本发明进行详细描述。其中示出：

图1示出了能动力换挡的多挡位传动机构的第一实施变型方案，其具有电机、差速器和从该差速器上引出的输出轴，

图2示出了具有输出轴的根据本发明提出的能动力换挡的多挡位传动机构的示意图，

图3示出了根据图2中的图示的能动力换挡的多挡位传动机构，其具有单个的挡位级以及两个彼此分开的离合器，

图4示出了在挂入第一挡位级时能动力换挡的多挡位传动机构连同所绘示的动力流，

图5示出了在挂入第二挡位级时在根据本发明提出的能动力换挡的多挡位传动机构中产生的动力流，

图6示出了用于电动车辆的E轴模块，其具有能动力换挡的多挡位传动机构、电机、差速器和两个受驱动的车轮。

具体实施方式

图1示出了根据本发明提出的能动力换挡的多挡位传动机构12，其通过电机10来驱动。所述能动力换挡的多挡位传动机构12包括受驱动的输入轴14以及轴16。所述输入轴14通过电机10来驱动。在所述能动力换挡的多挡位传动机构12上实现了具有第一传动比i₁的第一挡位级18。所述第一挡位级18包括作为第一小齿轮20来实施的第一力传递元件以及第一齿轮22，其中所述第一小齿轮20布置在输入轴14上的自由轮机构21上，并且所述第一齿轮22一方面是第一离合器24的一部分并且另一方面以能够旋转的方式布置在轴16上。如从根据图1的示意图中得知的那样，所述轴16贯穿第一挡位级18的在此以有利的方式被构造为套管形的第一齿轮22。

此外，根据图1中的示意图的能动力换挡的多挡位传动机构12包括第二挡位级26。所述第二挡位级通过第二小齿轮28来产生，该第二小齿轮是第二离合器32的一部分。该第二小齿轮与抗扭转地布置在轴16上的第二齿轮30啮合。

此外，在所述能动力换挡的多挡位传动机构12上设置有最终挡位级34。所述最终挡位级34也被称为“Final Drive（最终驱动）”，其是差速器46并且在与第一传动比i₁或第二传动比i₂的组合中形成能动力换挡的多挡位传动机构的第一挡位或第二挡位。所示出的2挡传动机构能够扩展到比所示出的两个挡位更多的挡位。

此外，如可以从根据图1的图示中得知的那样，在所述能动力换挡的多挡位传动机构12的轴16上抗扭转地接纳有第三小齿轮36。这个第三小齿轮与第三齿轮38啮合，该第三齿轮是差速器46的一部分。

第一轴输出部48和第二轴输出部50从差速传动机构46伸展到电驱动的车辆的在图1中未示出的受驱动的车轮。

对于根据图1中的图示的、根据本发明提出的能动力换挡的多挡位传动机构12来说，在第一力传递元件上、即在第一小齿轮20上、在第一齿轮22、第二小齿轮28、第二齿轮30、第三小齿轮36以及第三齿轮38上的全部齿部被实施为直齿轮齿部。由此，能够以有利的方式在负载下有利地影响可换挡性并且由于对于在能动力换挡的多挡位传动机构12内部产生的振动的衰减而显著地改进运转平稳性。另一方面，通过自由轮机构21而避免的是，根据所挂入的第一或第二挡位级避免了不需要的组件的一同运转，这明显改进了根据本发明提出的能动力换挡的多挡位传动机构12的NVH特性（噪声振动声振粗糙度）。在挂入第一挡位级18时，所述第二小齿轮28不旋转；在挂入第二挡位级26时，作为第一小齿轮20来实施的、被接纳在自由轮机构21上的第一力传递元件以及所述第一齿轮22不一同旋转，这同样积极地影响根据本发明提出的能动力换挡的多挡位传动机构12的运转平稳性、也就是噪声振动声振粗糙度。

图2示出了根据本发明提出的能动力换挡的多挡位传动机构12的一种略微改动的实施变型方案。

在所述能动力换挡的多挡位传动机构12的根据图2的实施变型方案中，实现了所述第一挡位级18、第二挡位级26以及最终挡位级34。与根据图1的能动力换挡的多挡位传动机构12的实施变型方案不同，在根据图2的实施方式中缺少差速器46，该差速器在根据图1的变型方案中是第三齿轮38的一部分。取而代之，输出轴60从最终挡位级34的第三齿轮38开始延伸至动力传动系的在这里未进一步示出的驱动组件。

所述第一挡位级18的组件、也就是第一力传递元件、即第一小齿轮20、第一齿轮22和第一离合器24，与根据图1的第一挡位级18的组件相同。除了在根据图2的实施变型方案中不存在差速传动机构46之外，相同的情况适用于在根据图2的实施变型方案中的第二挡位级26的组件以及适用于最终挡位级34的组件。

由根据图3的图示可以得知所述能动力换挡的多挡位传动机构12的单个挡位级。

类似于前面所描述的图1和2，在根据图3的图示中再现了，所述能动力换挡的多挡位传动机构12具有第一挡位级18、第二挡位级26以及最终挡位级34。根据对于第一离合器24的操纵、即第一挡位级18的挂入或者为了实现第二挡位级25而对第二离合器32进行的操纵，通过轴16来驱动所述最终挡位级34。这意味着，在第一挡位级18中实现了第一传动比i₁，而在第二挡位级26中实现第二传动比i₂。根据所述轴16以何种输出转速旋转，在所述最终挡位级34中存在相应的转速。现在，如此进行所述第一传动比i₁和第二传动比i₂的设计，使得i₁ > i₂。由此，在所述第三最终挡位级34中的传动比要么在挂入第一挡位级时通过i_ges1＝i₁·i_最终挡位来产生，要么在挂入第二挡位级26时存在传动比i_ges2＝i₂·i_最终挡位。

在根据图4的图示中示出了动力流62，该动力流在挂入第一挡位级18时在根据本发明提出的能动力换挡的多挡位传动机构12中形成。

为了激活第一挡位级18，所述第一离合器24闭合。所述动力流62从例如通过电机10驱动的输入轴14出发、经过断开的第二离合器32行进到第一力传递元件、例如第一小齿轮20上。该第一小齿轮被接纳在受驱动的输入轴14上的自由轮机构21中。作为第一小齿轮20来实施的第一力传递元件根据动力流62的力变化曲线驱动着第一齿轮22，该第一齿轮将旋转经过闭合的第一离合器24传递到轴16上，该轴本身驱动着最终挡位级34的固定地布置在该轴上的第三小齿轮36。抗扭转地布置在轴16上的第三小齿轮36驱动着第三齿轮38，该第三齿轮又驱动着输出轴60。在根据本发明提出的能动力换挡的多挡位传动机构12的、在图4中所示出的换挡状态中，产生传动比i_ges1＝i₁·i_最终挡位。为了实现在第一挡位级18内部的动力流62（试参照图4中的虚线的图示），所述第一离合器24闭合，而所述第二离合器32断开。在根据本发明提出的能动力换挡的多挡位传动机构12的、在图4中所示出的换挡状态中，所述第二离合器32的一部分一同旋转，但是同样不传递转矩的第二齿轮30不传递转矩，该第二齿轮30抗扭转地在轴16上被驱动。

图5示出了在挂入第二挡位级26时在根据本发明提出的能动力换挡的多挡位传动机构12中形成的动力流62。

在根据图5的图示中，所述第一离合器24是断开的，而所述第二离合器32则是闭合的。

从受驱动的输入轴14出发，例如电机10的驱动力矩经由闭合的第二离合器32被传递到第二小齿轮28上。转矩从那里经由直齿轮齿部被传递到第二齿轮30上，该第二齿轮抗扭转地布置在轴16上。转矩经由轴16被传递到第三小齿轮36上，该第三小齿轮在直齿轮齿部配对的范围内与最终挡位级34的第三齿轮38啮合并且相应于根据图5的动力流62将转矩传递到输出轴60上。在图5所示的换挡状态中，存在传动比i_ges2＝i₂·i_最终挡位。根据图5，经由通过自由轮机构21布置在受驱动的输入轴14上的第一力传递元件，没有转矩被传递到在轴16上能旋转的第一齿轮22上，因为所述第一离合器24断开。在挂入第二挡位级26时，呈第一小齿轮20的构型的第一力传递元件以及所述第二齿轮30停止不动。由此，对根据本发明提出的能动力换挡的多挡位传动机构12的运转平稳性产生积极的影响，因为只有用于传递转矩所需要的组件旋转。

为了实现驻车锁止功能，在所述能动力换挡的多挡位传动机构12上将两个离合器24、32闭合，使得所述能动力换挡的多挡位传动机构12被锁住并且不仅受驱动的输入轴14而且所述轴16都不能被置于旋转之中。所有与被锁住的输入轴14或被锁住的轴16啮合的组件同样被锁住，从而不能进行旋转并且能够在所述能动力换挡的多挡位传动机构12中没有设置其他组件的情况下实现驻车锁止功能。

图6示出了E轴模块的示意图，该E轴模块能够应用在电动车辆的后轴上或前轴上。

由根据图6的图示可以得知，所示出的E轴模块78包括前面所描述的能动力换挡的多挡位传动机构12以及驱动该多挡位传动机构的电机10。此外，根据图6的E轴模块78具有差速传动机构46，该差速传动机构是最终挡位级34的一部分。第一轴输出部48从差速传动机构46延伸到第一受驱动的车轮74，而第二轴输出部50则延伸到第二受驱动的车轮76。

所示出的能动力换挡的多挡位传动机构12包括两个直齿轮级、即第一直齿轮级70以及第二直齿轮级72。与直齿轮级70、72无关，在根据本发明提出的能动力换挡的多挡位传动机构12中实现了两个挡位。通过第二直齿轮级72，能够实现从马达输入轴到传动机构输出轴的更大的轴偏移或者说轴间距。通过对于由于传动机构输入轴、中间轴和输出轴的布置而产生的轴弯曲角的匹配，根据本发明提出的能动力换挡的多挡位传动机构12所要求的结构空间能灵活地得到匹配。

由图6可以得知，这里所示出的能动力换挡的多挡位传动机构12作为E轴模块78的一部分在受驱动的输入轴14上通过电机10来驱动。在图6中示出的、被集成到E轴模块78中的能动力换挡的多挡位传动机构12的结构基本上相应于根据在图1中示出的实施变型方案的能动力换挡的多挡位传动机构12的结构。根据本发明提出的能动力换挡的多挡位传动机构12包括第一挡位级18、此外包括第二挡位级26，它们根据其第一传动比i₁或者说其第二传动比i₂与最终挡位级34配合作用。根据所述两个离合器24和32中的哪一个被激活，在所述能动力换挡的多挡位传动机构12上要么具有第一传动比i₁的第一挡位级18起作用，要么在操纵所述第二离合器32时具有第二传动比i₂的第二挡位级26起作用。根据在相应地操纵所述两个离合器24、32时是挂入第一挡位级18还是挂入第二挡位级26，在所述最终挡位级34的第三小齿轮36上形成相应的输出转速。在取决于所挂入的挡位级18、26的情况下，如果所述第一挡位级18起作用，则在所述最终挡位级34中存在传动比i_ges1＝i₁·i_最终挡位。作为替代方案，当所述第二离合器32闭合时，存在着通过具有第二传动比i₂的第二挡位级26来进行驱动的可行方案。在这种情况下，在所述最终挡位级34上存在已经提及的传动比i_ges2＝i₂·i_最终挡位。

在图6所示的实施变型方案中，所述最终挡位级34包括被集成到第三齿轮38中的差速传动机构46。

在根据图6的E轴模块78的实施变型方案的改动方案中，能够取代在那里示出的、驱动着最终挡位级34的能动力换挡的多挡位传动机构12而如此更改所述最终挡位级34，使得所述差速传动机构46被取消并且所述第三齿轮38驱动着与其刚性地耦合的输出轴60，如这一点在根据图2的实施变型方案中所示。

参照之前的图1至6，应当注意，所述第一离合器24和第二离合器32能够电操纵或能够液压予以操纵并且能够彼此独立地予以切换。在根据本发明提出的能动力换挡的多挡位传动机构12中，通过有利的方式，用作第一力传递元件的第一小齿轮20布置在自由轮机构21中，所述第二齿轮30以及第三小齿轮36分别抗扭转地布置在受驱动的输入轴14上或者说布置在轴16上。相对于此，不仅所述第二小齿轮28而且所述第一齿轮22都被构造为套筒形并且如此设计而成，使得所提到的组件的一部分同时形成用于第一离合器24或者第二离合器32的摩擦盘或摩擦组件。通过有利的方式，不仅套筒形的组件——第二小齿轮28和第一齿轮22如此实施而成，使得所述受驱动的输入轴14或者所述轴16延伸通过这些被实施成套筒形的组件并且因此能够实现所述不同的挡位级——第一挡位级18或者第二挡位级26连同这些各自的传动比i₁、i₂。

本发明不限于这里描述的实施例和在其中所强调的方面。更确切地说，在通过权利要求说明的范围内能够实现许多处于本领域技术人员的处理的范围内的改动方案。

Claims

1.能动力换挡的多挡位传动机构（12），其具有受驱动的输入轴（14）和轴（16），带有第一挡位级（18）和至少一个第二挡位级（26），所述第一挡位级和第二挡位级分别被实施为直齿轮齿部，其特征在于，至少一个第一力传递元件借助于自由轮机构（21）布置在所述输入轴（14）上。

2.根据权利要求1所述的能动力换挡的多挡位传动机构（12），其特征在于，所述多挡位传动机构通过至少一个电机（10）来驱动。

3.根据权利要求1所述的能动力换挡的多挡位传动机构（12），其特征在于，所述第一挡位级（18）设有第一传动比i₁、作为第一小齿轮（20）的第一力传递元件和第一齿轮（22），所述第一力传递元件和所述第一齿轮分别设有直齿轮齿部。

4.根据权利要求1所述的能动力换挡的多挡位传动机构（12），其特征在于，具有第二传动比i₂的第二挡位级（26）具有作为直齿轮齿部的第二小齿轮（28）和第二齿轮（30）。

5.根据权利要求1所述的能动力换挡的多挡位传动机构（12），其特征在于，所述能动力换挡的多挡位传动机构（12）具有最终挡位级（34）。

6.根据权利要求5所述的能动力换挡的多挡位传动机构（12），其特征在于，所述最终挡位级（34）被设计为具有第三小齿轮（36）和第三齿轮（38）的直齿轮齿部。

7.根据权利要求1所述的能动力换挡的多挡位传动机构（12），其特征在于，为所述第一挡位级（18）配设有第一离合器（24），并且为所述第二挡位级（26）配设有与第一离合器（24）分开地安置的第二离合器（32）。

8.根据前述权利要求中任一项所述的能动力换挡的多挡位传动机构（12），其特征在于，所述第二齿轮（30）以及所述第三小齿轮（36）抗扭转地布置在所述轴（16）上。

9.根据前述权利要求中任一项所述的能动力换挡的多挡位传动机构（12），其特征在于，所述第一齿轮（22）是所述第一离合器（24）的一部分并且所述第二小齿轮（28）是所述第二离合器（32）的一部分。

10.根据前述权利要求中任一项所述的能动力换挡的多挡位传动机构（12），其特征在于，所述第一齿轮（22）和所述第二小齿轮（28）分别以套筒形式来实施并且以能旋转的方式要么被支承在输入轴（14）上要么被支承在所述轴（16）上。

11.作为电驱动或混合驱动的车辆的前轴和/或后轴的E轴模块（78），具有根据权利要求1至10中任一项所述的能动力换挡的多挡位传动机构（12）并且具有至少一个电机（10）。

12.根据权利要求1至10中任一项所述的能动力换挡的多挡位传动机构（12）在电驱动或混合驱动的车辆的E轴模块（78）中的应用。