CN116390865A - 用于机动车的变速器和具有该变速器的机动车动力传动系 - Google Patents

用于机动车的变速器和具有该变速器的机动车动力传动系 Download PDF

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CN116390865A
CN116390865A CN202180071787.9A CN202180071787A CN116390865A CN 116390865 A CN116390865 A CN 116390865A CN 202180071787 A CN202180071787 A CN 202180071787A CN 116390865 A CN116390865 A CN 116390865A
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CN
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gear stage
planetary gear
transmission
switching element
input shaft
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M·布雷默
M·霍恩
O·拜耳
J·卡尔滕巴赫
T·马丁
M·维克斯
T·克罗
M·巴赫曼
P·齐默
J·帕夫拉克维奇
I·普凡库亨
S·贝克
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    • B60K6/50—Architecture of the driveline characterised by arrangement or kind of transmission units
    • B60K6/54—Transmission for changing ratio
    • B60K6/547—Transmission for changing ratio the transmission being a stepped gearing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H37/00—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00
    • F16H37/02—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings
    • F16H37/06—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts
    • F16H37/08—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing
    • F16H37/0833—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts, i.e. with two or more internal power paths
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60K2006/381—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the driveline clutches characterized by driveline brakes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60K6/48—Parallel type
    • B60K2006/4816—Electric machine connected or connectable to gearbox internal shaft
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    • B60K6/48—Parallel type
    • B60K2006/4833—Step up or reduction gearing driving generator, e.g. to operate generator in most efficient speed range
    • B60K2006/4841—Step up or reduction gearing driving generator, e.g. to operate generator in most efficient speed range the gear provides shifting between multiple ratios
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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Abstract

本发明涉及一种变速器(4)，其包括电机(30)、驱动轴(9)、第一输入轴(10)、第二输入轴(11)和中间轴(12)，设置有具有设置在第一输入轴(10)上的固定齿轮(23)和与之啮合的活动齿轮(24)的第一正齿轮级(20)，所述活动齿轮可旋转地支承在中间轴(12)上并且能通过第一切换元件(S2)固定在中间轴(12)上。还设置有具有设置在第二输入轴(11)上的固定齿轮(26)和与之啮合的活动齿轮(25)的第二正齿轮级(19)，所述活动齿轮可旋转地支承在中间轴(12)上并且通过第二切换元件(S4)能固定在中间轴(12)上。第一正齿轮级(20)的活动齿轮(24)与第二正齿轮级(19)的活动齿轮(25)能通过第三切换元件(S3)抗扭转地相互连接。另外设有行星齿轮级(31)，该行星齿轮级的第二元件(35)抗扭转地与第二输入轴(11)连接并且该行星齿轮级的第三元件(36)与电机(30)的转子(32)耦合，相对地，通过操纵第四切换元件(S6)该行星齿轮级(31)的第一元件(34)能抗扭转地与驱动轴(9)连接。通过第五切换元件(K)该行星齿轮级(31)的所述元件中的两个元件还能抗扭转地相互连接。

Description

用于机动车的变速器和具有该变速器的机动车动力传动系
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的变速器，所述变速器包括电机、驱动轴、第一输入轴、第二输入轴和中间轴，所述中间轴永久地与从动侧连接，对此，所述驱动轴设计用于将所述变速器与机动车的驱动机连接，设置有第一正齿轮级，第一正齿轮级具有设置在第一输入轴上的固定齿轮和与之啮合的活动齿轮，所述活动齿轮可旋转地支承在所述中间轴上并且能通过第一切换元件固定在所述中间轴上，还设置有第二正齿轮级，第二正齿轮级具有设置在第二输入轴上的固定齿轮和与之啮合的活动齿轮，所述活动齿轮可旋转地支承在所述中间轴上并且能通过第二切换元件固定在所述中间轴上，并且第一正齿轮级的活动齿轮和第二正齿轮级的活动齿轮能通过第三切换元件抗扭转地相互连接。另外，本发明涉及一种具有上述变速器的机动车动力传动系以及一种用于运行变速器的方法。
背景技术
在机动车中已知多挡位变速器，在所述多挡位变速器中多个不同的传动比能作为挡位通过操纵相应的切换元件进行切换，这优选地自动进行。在此，所述变速器用于关于各种标准适当地实施机动车驱动机所提供的牵引力。在用于混合动力车辆的变速器中，上述变速器通常也与一个或多个电机相组合，其中，所述至少一个电机在此可通过不同的方式在变速器中接入，以呈现不同的运行模式(如纯电动行驶)。
由DE 10 2013 211 591 A1得知一种变速器，该变速器具有第一输入轴和第二输入轴，所述第一输入轴和第二输入轴彼此之间是同轴的。在此，所述输入轴中的每个输入轴可通过操纵所配属的切换元件抗扭转地与一相对于该输入轴同轴地设置并且抗扭转地与电机的转子连接的轴连接。另外，设有两个中间轴，所述两个中间轴相对彼此是轴线平行的且相对于所述输入轴也是轴线平行的。所述变速器包括多个正齿轮级，每个正齿轮级分别由一个固定齿轮和一个与所述相应的固定齿轮啮合的活动齿轮组成。在此，所述正齿轮级的所述固定齿轮分别抗扭转地设置在所述输入轴中的一个输入轴上，而所配属的活动齿轮分别可旋转地支承在所述中间轴中的一个中间轴上并且能通过所配属的切换元件固定在那里。此外，两个在轴向上并排地可旋转地支承在所述中间轴中的一个中间轴上的活动齿轮可通过切换元件抗扭转地相互连接。
发明内容
从上述现有技术中出发，现在本发明的任务是提供一种变速器，在所述变速器中能在构造紧凑的情况下切换多个挡位，此外实现了电机的适当集成。
所述任务从权利要求1的前序部分出发通过结合其特征部分的特征解决。跟随其后的从属权利要求分别描述本发明有利的拓展方案。此外，一种其中设有上述变速器的机动车动力传动系是权利要求11的主题。另外，权利要求12至14每个分别涉及一种用于运行变速器的方法。
根据本发明，变速器包括电机、驱动轴、第一输入轴、第二输入轴和中间轴，所述中间轴永久地与从动侧连接。在此，所述驱动轴设计用于将所述变速器与机动车的驱动机连接。另外，设置有第一正齿轮级，第一正齿轮级具有设置在第一输入轴上的固定齿轮和与之啮合的活动齿轮，所述活动齿轮可旋转地支承在所述中间轴上并且可通过第一切换元件固定在所述中间轴上。还设置有第二正齿轮级，第二正齿轮级具有设置在第二输入轴上的固定齿轮和与之啮合的活动齿轮，所述活动齿轮可旋转地支承在所述中间轴上并且可通过第二切换元件固定在所述中间轴上。在此，第一正齿轮级的活动齿轮与第二正齿轮级的活动齿轮可通过第三切换元件抗扭转地相互连接。
“轴”在本发明的意义中应理解为所述变速器的可旋转的构件，通过所述构件可在部件之间(必要时在同时操纵相应的切换元件的情况下)进行力流引导。在此，各个轴可在轴向上或在径向上或既在轴向上又在径向上将所述部件相互连接。这样，各个轴也可作为中间件存在，各个部件例如通过所述中间件在径向上连接。
“轴向”在本发明的意义中指的是沿所述变速器的纵向中轴线方向的取向，所述变速器的可旋转部件的旋转轴线也平行于该取向定向。“径向”则应理解为沿所述变速器的各个部件(尤其是各个轴)直径方向的取向。
根据本发明的变速器具有驱动轴，第一输入轴和第二输入轴，在此优选地，所述驱动轴和所述两个输入轴相对彼此是同轴的。在此，所述驱动轴设计用于将所述变速器与机动车的驱动机连接，对此在本发明的意义中指的是，在所述变速器已安装的状态中，在所述驱动轴上建立或能建立与上游的驱动机的连接。对于后者，在此可例如居间插入起动元件(例如摩擦离合器亦或流体动力的扭矩转换器)。
尤其地，所述两个输入轴每个分别配属于所述变速器中的一个子变速器，通过所述子变速器，力流可从所述相应配属的输入轴出发被引导向所述中间轴并且因此也被引导向与之永久地耦合的从动侧。在这种情况下，所述中间轴相对于所述两个输入轴轴线平行地设置并且可分别通过操纵第一切换元件经由第一正齿轮级与第一输入轴耦合以及通过操纵第二切换元件经由第二正齿轮级与第二输入轴耦合。在此，在本发明的范围内，除了所述中间轴之外必要时还可设置有一个或多个另外的轴线平行的中间轴。但特别优选地，根据本发明的变速器具有恰好一个中间轴。
第一正齿轮级由固定齿轮和与之啮合的活动齿轮组成，在此，所述固定齿轮抗扭转地设置在第一输入轴上，而第一正齿轮级的活动齿轮可旋转地支承在所述中间轴上并且可通过闭合第一切换元件固定在所述中间轴上。这则使得第一输入轴与所述中间轴通过第一正齿轮级直接相互耦合。第二正齿轮级也通过固定齿轮和与之啮合的活动齿轮形成，所述固定齿轮抗扭转地设置在第二输入轴上，而第二正齿轮级的活动齿轮可旋转地支承在所述中间轴上并且可通过操纵第二切换元件固定在所述中间轴上。因此，第二切换元件的闭合使得第二输入轴与所述中间轴通过第二正齿轮级直接耦合。
第一正齿轮级的和第二正齿轮级的活动齿轮除了能各自固定在所述中间轴上，另外也能通过闭合第三切换元件抗扭转地相互连接，因此，所述输入轴则通过所述两个正齿轮级耦合。与此相应地可从具有一个输入轴的子变速器接入到具有另一个输入轴的子变速器上。
在根据本发明的变速器中，所述中间轴永久地与从动侧耦合。优选地，在此通过所述变速器的所述从动侧，另外建立与轴线平行于所述变速器的输入轴地设置的差速器的耦合。在此优选地，所述从动侧在轴向上位于所述驱动轴的连接部位的区域内或附近，在所述变速器已安装的状态下，在所述连接部位处建立或可建立所述驱动轴与所述上游的驱动机的连接。但原则上，所述从动侧也可设置在所述变速器的轴向端部之间的区域内。这种布置结构特别适用于应用在机动车中，所述机动车具有横向于该机动车的行驶方向定向的动力传动系。
替代于此地，但原则上所述变速器的所述从动侧也可设置在所述变速器与所述驱动轴的连接部位相反的轴向的端部处。在此尤其地，所述变速器的驱动部和从动部设置在所述变速器彼此相反的轴向的端部处。在此，这样构造的变速器适用于应用在机动车中，所述机动车具有在该机动车的行驶方向上定向的动力传动系。
本发明现在包括以下技术教导：设置有行星齿轮级，该行星齿轮级具有呈太阳齿轮、行星齿轮架和齿圈形式的第一元件、第二元件和第三元件，其中，第二元件抗扭转地与第二输入轴连接并且第三元件与电机的转子耦合。此外，通过操纵第四切换元件所述行星齿轮级的第一元件可抗扭转地与所述驱动轴连接，通过闭合第五切换元件所述行星齿轮级的所述元件中的两个元件还可抗扭转地相互连接。换句话说，也就是说除了第一正齿轮级和第二正齿轮级之外，在根据本发明的变速器中另外设置有行星齿轮级，所述行星齿轮级具有太阳轮、行星齿轮架和齿圈作为元件。在此，在这些元件中，一个元件抗扭转地与第二输入轴连接，而另一个元件与电机的转子连接。另外有两个切换元件配属于所述行星齿轮级，其中一个切换元件在操纵下使得所述行星齿轮级的其余元件与所述驱动轴抗扭转地连接。另一个切换元件在闭合的状态下将所述行星齿轮级的所述元件中的两个元件连接，这使得所述行星齿轮级锁定。
在此，变速器的这样的设计方案有以下优点，即电机可通过所述行星齿轮级的锁定与第二输入轴耦合，使得该电机因此也可没有问题地获得第二输入轴所配属的子变速器的可形成的传动比。也就是说，通过接入到第二输入轴与所述中间轴之间的力流中，该子变速器的所述传动比可直接被所述电机使用。因为第一正齿轮级和第二正齿轮级的所述活动齿轮另外可通过第三切换元件相互连接并且所述两个输入轴因此也可相互耦合，所以在接入电机的情况下，必要时另外也可通过第一输入轴所配属的子变速器实现力流引导。由于所述行星齿轮级的第一元件与所述驱动轴的抗扭转的连接，所述驱动轴的驱动运动与所述电机的驱动运动可在所述行星齿轮级上叠加，使得所述行星齿轮级可用作为相加级用于将所述电机与所述连接在所述驱动轴上的驱动机的驱动运动相加。另外，所述电机尤其也可用于实现机动车的起动过程，使得必要时可取消在驱动机与驱动轴之间单独的起动元件。因此，总体上可实现所述电机具有多个可形成挡位的适当集成。在此，这能在制造费用低并且构造紧凑的情况下实现。
虽然在DE 10 2013 211 591 A1中也有多个不同的挡位可由电机使用并且所述电机在此也与所述上游的驱动装置组合，但是为此要设置大量的正齿轮级并且也要设置大量的切换元件，这提高了制造费用并且也相应地提高了空间需求。
电机的所述设置使得根据本发明的变速器适用于应用在混合动力车辆或电动车辆中。在此，所述电机的转子则与所述行星齿轮级的第三元件耦合。在此，在本发明的范围内优选地，所述电机可一方面作为发电机并且另一方面作为电动机运行。所述电机的转子与所述行星齿轮级的第三元件的“耦合”在本发明的意义中应理解为它们之间的连接，使得在所述电机的转子与所述行星齿轮级的第三元件之间有保持不变的转速关系。特别优选地，在此，所述变速器具有恰好一个电机。
第一切换元件、第二切换元件、第三切换元件、第四切换元件和第五切换元件当前是离合器，所述离合器分别在操纵情况下将所述变速器的分别直接连接在所述离合器上的部件抗扭转地相互连接。这在第一切换元件的情况下是在第一正齿轮级的活动齿轮与所述中间轴之间的抗扭转的连接，而第二切换元件在操纵情况下引起在第二正齿轮级的活动齿轮与所述中间轴之间的抗扭转的连接。与之相对地，第三切换元件在操纵情况下负责第一正齿轮级的活动齿轮与第二正齿轮级的活动齿轮之间的抗扭转的连接。第四切换元件在操纵情况下负责所述行星齿轮级的第一元件和所述驱动轴之间的抗扭转的连接，而第五切换元件将所述行星齿轮级的所述元件中的两个元件抗扭转地相互连接，在这种情况下这可以是所述行星齿轮级的第一元件和第二元件或第一元件和第三元件或第二元件和第三元件。
根据本发明的一个实施形式，还设置有具有固定齿轮和活动齿轮的第三正齿轮级以及第六切换元件，第六切换元件在操纵情况下固定第三正齿轮级的活动齿轮并且在此将第一输入轴与所述中间轴相互耦合。也就是说，除了第一正齿轮级之外，在该实施形式的范围内，第一输入轴则可直接通过第三正齿轮级与所述中间轴耦合，为此要通过操纵第六切换元件来固定第三正齿轮的活动齿轮。在此，在第三正齿轮级中，所述固定齿轮可抗扭转地设置在第一输入轴上，而第三正齿轮级的活动齿轮可旋转地支承在所述中间轴上。替代于此地，第三正齿轮级的固定齿轮相对地设置在所述中间轴上，而与之啮合的第三正齿轮级的活动齿轮则可旋转地设置在第一输入轴上。
特别优选地，在根据本发明的变速器中，第一输入轴与所述中间轴仅通过第一正齿轮级和第三正齿轮级进行直接的耦合，而第二输入轴与所述中间轴可仅通过第二正齿轮级直接地耦合。也就是说，在这种情况下，在所述输入轴与所述中间轴之间设置有恰好三个正齿轮级。
在上述实施形式的拓展方案中，通过闭合第六切换元件在力流经由第三正齿轮级引导的情况下在第一输入轴与所述从动侧之间产生第一挡位。另外，可通过操纵第一切换元件在第一输入轴与从动侧之间切换第二挡位，在此，力流经由第一正齿轮级引导。
通过闭合第三和第六切换元件在力流经由第二正齿轮级、第一正齿轮级和第三正齿轮级引导的情况下在第二输入轴与所述从动侧之间产生第三挡位。在第二输入轴与所述从动侧之间起作用的第三挡位在此设计为迂回挡位(Windungsgang)，在所述挡位中，力流从第二输入轴经由第二正齿轮级和第一正齿轮级引导到第一输入轴上并且从那里出发经由第三正齿轮级引导到所述中间轴上。另外，在第一变型方案中可通过操纵第二切换元件在第二输入轴与所述从动侧之间切换第四挡位，在第二变型方案中还能通过闭合第一和第三切换元件实现在第二输入轴与所述从动侧之间的第四挡位。在这两种情况下，力流引导在此经由第二正齿轮级进行，在第二变型方案中，第二正齿轮级的活动齿轮在这种情况下间接地通过第一正齿轮级的活动齿轮固定在所述中间轴上。
因为所述电机可借助于操纵第五切换元件通过所述行星齿轮级的锁定与第二输入轴耦合，所以所述电机可使用在第二输入轴与所述从动侧之间起作用的挡位。在这种情况下，可相应地实现纯电动行驶，在此根据导入的旋转方向的情况可要么形成机动车的前进行驶要么形成机动车的后退行驶。在所述电机的发电机式的运行中，所述电机还可考虑在接入的情况下通过所述挡位中的一个挡位用于制动机动车(回收)。
作为另外的运行模式，在根据本发明的变速器中还可实现用于前进行驶的起动模式。为此要操纵第四切换元件，所述第四切换元件随后将所述行星齿轮级的第一元件抗扭转地与所述驱动轴连接。因此，所述驱动机可借助于所述驱动轴通过所述行星齿轮级的第一元件驱动并且同时在所述行星齿轮级的第三元件上支持所述电机，同时通过所述行星齿轮级的第二元件输出到第二输入轴上。通过附加地切换可在第二输入轴与所述从动侧之间切换的挡位中的一个挡位，则从第二输入轴出发进行与所述从动侧的另外的耦合。为此，除了操纵第四切换元件之外，要操纵第三切换元件和第六切换元件，或仅操纵第二切换元件，或操纵第一和第三切换元件。在此优选地，在所述起动的过程中，至少起初所述电机发电机式地工作，使得在电能量存储器空着的情况下也可实现起动。
在本发明的拓展方案中，还设置有另外的切换元件，所述另外的切换元件在操纵情况下固定所述行星齿轮级的第一元件。因此，可增加可由所述电机利用的挡位的数量，其方式为所述行星齿轮级由于所述第一元件的固定而使所述电机的转子与第二输入轴耦合。在此，对于所述电机，通过要么切换第五切换元件要么切换所述另外的切换元件在第二输入轴与所述从动侧之间可切换的挡位可增加一倍。
根据本发明的一个实施形式，所述行星齿轮级的第一元件是太阳轮，第二元件在所述行星齿轮级作为负行星齿轮组实施的情况下是行星齿轮架并且在行星齿轮级作为正行星齿轮组实施的情况下是齿圈，以及第三元件在所述行星齿轮级作为负行星齿轮组实施的情况下是齿圈并且在行星齿轮级作为正行星齿轮组实施的情况下是行星齿轮架。
通过对于技术人员原则上是已知的方式和方法，在负行星齿轮组中，所述行星齿轮架在此支承至少一个(但优选多个)行星齿轮，所述行星齿轮分别单独地既与所述太阳轮又与所述齿圈齿轮啮合。在实现上述实施形式的情况下，则第一元件通过所述齿圈形成，第二元件通过所述行星齿轮架形成并且第三元件通过所述齿圈形成。
相对地，所述行星齿轮架作为正行星齿轮组存在，在所述正行星齿轮组中所述行星齿轮架使得至少一个行星齿轮配对被可旋转地支承，在所述行星齿轮配对的行星齿轮中，一个行星齿轮与所述太阳轮齿轮啮合并且一个行星齿轮与所述齿圈齿轮啮合，并且所述行星齿轮相互间啮合，这样第一元件又通过所述太阳轮形成。然而，与作为负行星齿轮组的实施方式不同的是，第二元件则是齿圈并且第三元件是行星齿轮架。此外，与作为负行星齿轮组的实施方式相比，所述行星齿轮级的固定传动比增加1。
根据本发明的一个替代于此的变型方案，相对地，所述行星齿轮级的第三元件是太阳轮，所述行星齿轮级的第二元件在所述行星齿轮级作为负行星齿轮组实施的情况下是行星齿轮架并且在所述行星齿轮级作为正行星齿轮组实施的情况下是齿圈，以及所述行星齿轮级的第一元件在所述行星齿轮级作为负行星齿轮组实施的情况下是齿圈并且在所述行星齿轮级作为正行星齿轮组实施的情况下是行星齿轮架。如果在所述变型方案的情况下，也就是说如果所述行星齿轮级作为负行星齿轮组实施，则第一元件是齿圈，第二元件是行星齿轮架并且第三元件是太阳轮。如果所述行星齿轮级相对地在所述变型方案的范围内作为正行星齿轮组设计，则第一元件是行星齿轮架，第二元件是齿圈并且第三元件是太阳轮。
根据本发明的一个设计可行性，所述驱动轴可通过第一切换离合器抗扭转地与第一输入轴连接并且通过第二切换离合器抗扭转地第二输入轴连接。因此，在所述设计可行性中，所述两个输入轴和所述变速器中的所述两个子变速器也因此可分别与所述驱动轴连接，在所述变速器已安装的状态下通过所述驱动轴建立或可建立与上游的机动车的驱动机的连接。就这方面来说，通过附加地闭合所述相应的切换离合器以及相应的所述驱动轴与相应的输入轴的抗扭转的连接部，所述每个在各个输入轴与所述从动侧之间可切换的挡位也可被用于通过上游的驱动机来驱动。
在这种情况下，各切换离合器可作为力锁合式的切换离合器实施，所述各个切换离合器则优选是湿式或干式摩擦离合器。然而替代于此的，也可考虑作为片式切换元件的实施方式。各切换离合器也还可作为形状锁合式的切换离合器存在，尤其地，所述形状锁合式的切换离合器在这种情况下以锁定同步的方式实施或以非同步的爪式离合器的方式实施。
在此特别优选地，在驱动机动车的过程中，通过上游的驱动机交替地在可在第一输入轴与所述从动侧之间以及在第二输入轴与所述从动侧之间分别形成的挡位之间切换，因此使得所述驱动轴在连续切换的情况下通过操纵相应配属的切换离合器交替地与第一输入轴以及与第二输入轴连接。由于所述电机可通过所述行星齿轮级与第二输入轴耦合，在连续切换的过程中，所述电机可在所述挡位(在所述从动侧与第二输入轴之间可形成的挡位)中的每个挡位中支持牵引力。因此能实现上游的驱动机可在没有负载的情况下在所述挡位之间变换。
通过闭合第四切换元件以及由此相应的所述驱动轴、所述电机和第二输入轴在所述行星齿轮级上的耦合，可实现上游的驱动机和所述电机的转速的叠加。因此，在切换的期间可通过所述电机为所述上游的驱动机保持牵引力，在此除了第四切换元件之外仅有建立第二输入轴与所述从动侧的耦合的所述切换元件有负载。就这方面而言，可没有问题地设计除此之外则无负载的切换元件。因为通过所述电机能可变的调设转速，所以上游的驱动机的目标挡位可通过所述电机被同步，使得所述电机在所述同步的情况下主动支持所述驱动机。因此，可由所述驱动机利用的挡位中的所有挡位可按负载换档地设计。
另外，根据本发明的变速器可在充电或启动运行中运行，以便在最先提及的情况下在所述电机发电机式的运行中通过所述电机对电能量存储器充电并且在第二个提及的情况下使得上游的并且在此尤其作为内燃机实施的驱动机启动。对此，在本发明的一个变型方案中操纵第二切换离合器并且要么切换第四元件要么第五切换元件。因此，第二输入轴抗扭转地与所述驱动轴连接，在已安装的状态下，在所述驱动轴上建立有与所述上游的驱动机的连接。另外，所述电机通过相应的锁定的行星齿轮级抗扭转地与第二输入轴耦合，使得所述驱动轴与所述电机的转子一样快地旋转。
相对地，设置有另外的切换元件并且将所述另外的切换元件与第二切换离合器一起操纵，这样在所述行星齿轮级的适当的传动下可在充电运行中以有利的方式实现所述电机的转子的更高的转速，因为所述行星齿轮级将经由第二输入轴由所述驱动机引入的驱动运动快速地传动到所述电机上。
然而替代于此，也可通过闭合第一切换离合器以及第三切换元件和第五切换元件实现启动或充电运行。因为在这种情况下，通过闭合第三切换元件建立所述输入轴之间的耦合，使得所述电机与所述驱动轴耦合并且也间接地通过第一输入轴与上游的驱动机耦合。与上文所描述的内容类似，在这种情况下则也可在所述电机的发电机式的运行中实现充电或在所述电机的电动机式的运行中实现启动。在此，由于操纵第五切换元件，这在所述电机与第二输入轴通过所述锁定的行星齿轮级的抗扭转地连接的情况下进行。
在此，除了闭合第一切换离合器，通过附加地操纵第三和另外的切换元件这也是可行的，在此则又通过所述行星齿轮级进行传动，使得尤其在充电运行中能以有利的方式实现所述电机的转子的更高的转速(与所述上游的驱动机相比)。另外，也可通过闭合第一切换离合器以及操纵第三切换元件和第四切换元件实现启动或充电运行。
根据本发明的一个实施形式，所述电机与第二输入轴同轴地设置，所述转子抗扭转地与所述行星齿轮级的第三元件连接。通过所述电机与第二输入轴并且因此也与所述行星齿轮级同轴的布置可实现紧凑的构造。特别优选地，在此，所述行星齿轮级在轴线上设置在所述电机的高度上并且在径向上设置在所述电机内。因此，所述电机与所述行星齿轮级嵌套在彼此之内。然而替代于此地，在本发明的范围内也可设想的是，所述电机的转子通过至少一个位于之间的传动级与所述行星齿轮级的第三元件耦合。在此，每个所述至少一个传动级可以是行星齿轮级和/或正齿轮级。另外替代地，所述电机原则上也可与第二输入轴以及也与所述行星齿轮级轴线错位地设置，则通过至少一个位于中间的传动级进行所述电机的转子与所述行星齿轮级的第三元件的耦合。
在本发明的一个拓展方案中，各个切换元件作为形状锁合式的切换元件(尤其是作为爪式切换元件)存在。然而替代于此地，形状锁合式的切换元件也可以是锁定同步。形状锁合式的切换元件原则上有以下优点，即所述形状锁合式的切换元件在断开的状态下仅具有低的拖曳扭矩并且与此相应地由于效率高而出众。但替代于此地，所述各个切换元件也可作为力锁合式的切换元件(例如作为片式切换元件)实施，力锁合式的切换元件以有利的方式在负载下也可转变到操纵状态中。特别优选地，第一切换元件、第二切换元件、第三切换元件、第四切换元件以及必要时第六切换元件也分别作为非同步的爪式切换元件实施。相对地，第五切换元件在本发明的范围内优选地作为力锁合式的切换元件(并且在此尤其作为片式切换元件)存在。相对地，必要时附加设置的另外的切换元件要么可作为形状锁合式的切换元件(并且在此尤其作为非同步的爪式切换元件)实现，要不然可作为力锁合式的切换元件(并且在此优选作为片式切换元件)存在。
特别优选地，第二切换元件与第三切换元件在作为形状锁合式的切换元件实施的情况下合并成一具有操纵机构的切换机构。在此，通过所述操纵机构可一方面将第二切换元件并且另一方面将第三元件从中性位置转变到相应的操纵状态中。如果另外存在第三正齿轮级并且因此也存在第六切换元件，则替代或补充于上述内容，第一切换元件与第六切换元件也合并成一个切换机构，通过所述切换机构的操纵机构可一方面将第一切换元件并且另一方面将第六切换元件从中性位置转变到相应的操纵状态中。如果还设置有另外的切换元件，则第四切换元件与所述另外的切换元件也优选地合并成一个切换机构，通过所述切换机构的操纵机构可一方面将第四切换元件并且另一方面将所述另外的切换元件从中性位置转变到相应的操纵状态中。
根据本发明的一个设计可行性，所述中间轴与所述从动侧通过正齿轮级耦合。因此，可将引入到所述中间轴上的驱动运动进一步向所述变速器的所述从动侧传动。然而替代于此地，在本发明的范围内也可设想的是，所述从动侧构造在所述中间轴的轴向上的端部处，使得所述中间轴一定程度上形成所述变速器的输出轴。在所述中间轴与所述从动侧通过所述正齿轮级耦合的情况下，在从动侧上的正齿轮另外可位于输出轴上但亦或作为轴线平行的差速器的驱动盘形齿轮构造。
在本发明的范围内，在此可设想的是，所述正齿轮级之一的通过其可将所述中间轴与所述输入轴之一耦合的固定齿轮同时也用作为将所述中间轴与所述从动侧耦合的正齿轮级的正齿轮。因此，引入到所述中间轴上的驱动运动可通过所述附加的正齿轮级实现传动，为此仅需要一个另外的正齿轮。与此相应地可保持低的制造费用。
在本发明的范围内，在所述变速器上游可连接有起动元件，例如流体动力的扭矩转换器或摩擦离合器。通过所述起动元件在作为内燃机实现的驱动机与所述变速器的驱动轴之间实现滑转转速，所述起动元件则也可以是所述变速器的组成部件并且有助于起动过程的构型。在这种情况下，所述变速器的所述切换元件中的一个切换元件也可通过作为摩擦切换元件存在而构造为这样的起动元件。然而特别优选地，所述驱动轴构造用于与所述上游的驱动机直接连接，亦即没有位于之间的起动元件。另外，原则上在所述变速器的每个轴上可设置有相对于所述变速器壳体或另一轴的自由轮。
根据本发明的变速器是用于混合动力车辆或电动车辆的机动车动力传动系的特别的部分，并且然后设置在作为内燃机或作为电机设计的所述机动车驱动机与所述动力传动系的另外的在朝向所述机动车的驱动轮的力流方向上处于下游的部件之间。在这种情况下，所述变速器的所述驱动轴要么永久抗扭转地与所述内燃机的曲轴耦合要么可通过位于之间的分离离合器或者说起动元件与所述内燃机连接，在内燃机与变速器之间另外可设有扭振减振器。在所述驱动机作为电机实施的情况下，所述驱动轴也可与该电动机的转子直接抗扭转地连接。优选地，所述机动车动力传动系内，所述变速器则在从动侧与该机动车的驱动桥的差速传动器耦合，然而在这里也可有到纵向差速器上的连接，通过所述纵向差速器分配到该机动车的多个被驱动的车桥上。在此，所述差速传动器或者说所述纵向差速器可与所述变速器设置在共同的壳体内。扭振减振器也同样可一起集成到所述壳体内。
在本发明的意义中，所述变速器的两个结构元件抗扭转地“连接”或者说“耦合”或者说“相互连接”指的是所述结构元件永久的耦合，使得所述结构元件不能相互独立地旋转。就这方面而言，在所述结构元件(所述结构元件可以是所述行星齿轮级的元件和/或所述正齿轮级的正齿轮和/或轴和/或所述变速器的抗扭转的结构元件)之间不设置切换元件，而是所述相应的结构元件刚性地相互耦合。
相对地，如果两个结构元件之间设有切换元件，则所述结构元件不是永久抗扭转地相互耦合，而是只有通过操纵位于之间的切换元件才进行抗扭转的耦合。在此，操纵切换元件在本发明的意义中意味着，所述相关的切换元件转变到闭合状态中并且因此使在该切换元件上直接耦合的结构元件的旋转运动彼此相等。在所述相关的切换元件作为形状锁合式的切换元件设计的情况下，通过所述切换元件直接抗扭转地相互连接的结构元件在相同的转速下运转，而在力锁合式的切换元件的情况下，在操纵所述切换元件后，在所述结构元件之间也会存在转速差。所述期望的亦或非期望的状态在本发明的范围内还是被称为各个结构元件通过所述切换元件抗扭转地连接。
本发明不局限于独立权利要求或该独立权利要求的从属权利要求的特征的给出的组合。另外，只要是从权利要求、随后对本发明优选的实施形式的说明中或直接从附图中得到的各个特征也能相互组合。权利要求通过使用附图标记对附图的引用不应限制权利要求的保护范围。
附图说明
随后将解释的本发明的有利的实施形式在附图中显示。附图中：
图1示出机动车动力传动系的示意性的视图；
图2至19每个分别示出图1中机动车动力传动系的一部分的示意性示图，每幅图示出一个根据本发明的相应的实施形式的变速器；
图20示出图2至19中变速器的示例性的切换表；以及
图21示出具有根据图2至19的变速器的机动车动力传动系的不同运行模式的表格式的示图。
具体实施方式
图1示出混合动力车辆的机动车动力传动系1的示意性的视图，在该机动车动力传动系1中，内燃机2通过居间的扭振减振器3与变速器4连接。差速器5在从动侧连接在所述变速器的下游，驱动功率通过所述差速器分配到机动车的驱动桥的驱动轮6和7上。在此，所述变速器4和所述扭振减振器3合并在共同的所述变速器4的变速器壳体8中，所述差速器5则也可集成在所述变速器壳体中。如另外在图1中看到的那样，所述内燃机2、所述扭振减振器3、所述变速器4和所述差速器5也横向于该机动车的行驶方向定向。
由图2得到图1中机动车动力传动系1在所述变速器4区域内的部分的示意性的示图，所述变速器根据本发明的第一实施形式构造。在此，所述变速器4包括相对于彼此同轴地设置的驱动轴9、第一输入轴10和第二输入轴11。在此，所述驱动轴9抗扭转地与所述扭振减振器3连接并且作为基本上在所述变速器4的整个轴向结构长度上延伸的实心轴实施。第一输入轴10和第二输入轴11作为空心轴存在，第一输入轴和第二输入轴分别在轴向上与所述驱动轴9的区段重叠并且分别在径向上以围绕所述驱动轴的方式设置。
所述驱动轴9与所述输入轴10和11中的每个输入轴分别可通过一个位于中间的切换离合器K1和K2抗扭转地连接。在此，所述切换离合器K1在闭合状态下将所述驱动轴9与第一输入轴10抗扭转地相互连接，而所述切换离合器K2的闭合状态使得在所述驱动轴9与第二输入轴11之间抗扭转地连接。在此，所述切换离合器K1和K2分别作为形状锁合式的切换离合器实施并且在此尤其地作为非同步的爪式离合器存在。
除了所述驱动轴9以及所述输入轴10和11之外，图2中的所述变速器4还具有中间轴12和输出轴13，所述中间轴和输出轴分别作为实心轴实施，并且相对于所述驱动轴9以及所述输入轴10和11以及相对于彼此也是轴线错位的。在此，所述输出轴13形成所述变速器4的从动侧14，在所述机动车动力传动系1内，在所述从动侧处另外建立有与所述下游的差速器5的耦合。
所述中间轴12与所述输出轴13永久地通过正齿轮级15耦合，所述正齿轮级由正齿轮16和正齿轮17组成。在这种情况下，所述正齿轮16抗扭转地设置在所述中间轴12上并且与所述抗扭转地设置在所述输出轴13上的正齿轮17啮合。
所述变速器4还包括多个正齿轮级18、19和20，在此，第一输入轴10可通过所述正齿轮级18和20与所述轴线平行的中间轴12耦合，而在第二输入轴11中可通过所述正齿轮级19形成与所述中间轴12的耦合。就这方面而言，所述正齿轮级18和20是所述变速器4的一个子变速器(第一输入轴10配属于该子变速器)的部分。相对地，所述正齿轮级19是所述变速器4的另一个子变速器(第二输入轴11配属于该子变速器)的部分。
所述正齿轮级18由固定齿轮21和活动齿轮22组成，所述固定齿轮与所述活动齿轮相互齿轮啮合并且所述固定齿轮21抗扭转地设置在第一输入轴10上。所述活动齿轮22可旋转地支承在所述中间轴12上并且可通过切换元件S1固定在所述中间轴12上，使得所述正齿轮级18因此将第一输入轴10与所述中间轴12相互耦合。
所述正齿轮级20也设置在第一输入轴10与所述中间轴12之间并且通过固定齿轮23和活动齿轮24形成。在此，所述固定齿轮23和所述活动齿轮24永久地相互啮合，所述固定齿轮23抗扭转地设置在第一输入轴10上，而所述活动齿轮24可旋转地支承在所述中间轴12上并且在此可通过切换元件S2固定在所述中间轴12上。所述固定则使得第一输入轴10与所述中间轴12通过所述正齿轮级20耦合。
另外，所述正齿轮级20的所述活动齿轮24还可通过切换元件S3抗扭转地与在轴向上位置相邻的活动齿轮25连接，所述活动齿轮是所述正齿轮级19的部分。在此，所述正齿轮级19的所述活动齿轮25也是可旋转地支承在所述中间轴12上并且永久地与所述正齿轮级19的抗扭转地设置在第二输入轴11上的固定齿轮26啮合。所述切换元件S3的闭合由于随之而来的所述活动齿轮24与25的抗扭转的连接而使得所述两个输入轴10和11通过所述正齿轮级19和20耦合。除此之外，通过将所述活动齿轮25通过切换元件S4固定在所述中间轴12上，也可通过所述正齿轮级19实现第二输入轴11与所述中间轴12的耦合。
在上述情况下，所述切换元件S1至S4分别作为形状锁合式的切换元件实施，在此，所述各个切换元件S1和S2和S3和S4分别作为非同步的爪式离合器存在。另外，所述切换元件S1和所述切换元件S2合并成一个切换机构27，通过所述切换机构的操纵机构可一方面将所述切换元件S1并且另一方面将所述切换元件S2从中性位置转变到相应的操纵状态中。所述切换元件S3和所述切换元件S4也形成切换机构28，所述切换机构的操纵机构可一方面将所述切换元件S3并且另一方面将所述切换元件S4从中性位置转变到相应的操纵状态中。最后，所述两个切换离合器K1和K2也合并成具有共同的操纵机构的切换机构29，通过所述操纵机构可一方面将第一切换离合器K1并且另一方面将第二切换离合器K2从中性位置移动到相应的闭合状态中。
另外，所述变速器4具有电机30和行星齿轮级31。在此，所述电机30包括转子32和定子33，后者永久地固定在所述变速器4的所述变速器壳体8上。在此，所述电机30可一方面作为发电机并且另一方面作为电动机运行。所述行星齿轮级31包括第一元件34、第二元件35和第三元件36，第一元件34作为太阳轮37存在，第二元件35作为行星齿轮架38存在并且第三元件36作为齿圈39存在。
在此，通过所述行星齿轮架38可旋转地支承多个分别既与所述太阳轮37又与所述齿圈39齿轮啮合的行星齿轮40，所述行星齿轮级31作为负行星齿轮组实现。但在本发明的范围内，所述行星齿轮级31原则上也可作为正行星齿轮组实现，其中，所述行星齿轮架可旋转地支承至少一个行星齿轮配对，所述行星齿轮配对中的行星齿轮一个与所述太阳轮啮合，一个与所述齿圈啮合，另外，所述至少一个行星齿轮配对的所述行星齿轮相互间齿轮啮合。与作为正行星齿轮组实施相比，则所述齿圈的连接和所述行星齿轮架的连接要相互交换并且所述行星齿轮级的固定传动比要增加1。
所述行星齿轮级31中，第二元件35抗扭转地与第二输入轴11连接，而所述行星齿轮级31的第三元件36持续抗扭转地与所述电机30的转子32连接。另外有三个切换元件S5、S6和K配属于所述行星齿轮级31，所述切换元件K在操纵的情况下负责所述行星齿轮级31的第一元件34与所述转子32以及因此也与所述行星齿轮级31的第三元件36的抗扭转的连接，这与此相应地使得所述行星齿轮级31锁定。相对地，所述切换元件S5在闭合状态中使得所述行星齿轮级31的第一元件34固定在所述变速器壳体8上，使得因此而阻止第一元件34旋转运动。最后，所述切换元件S6在操纵的情况下还将所述行星齿轮级31的第一元件34抗扭转地与所述驱动轴9连接。
在上述情况下，实现为制动器的切换元件K作为力锁合式的切换元件实施并且在此尤其地作为片式切换元件存在。与此相对地，在此，所述两个切换元件S5和S6是形状锁合式的切换元件，在此，所述切换元件S5和S6尤其地作为非同步的爪式切换元件实现。另外，所述两个切换元件S5和S6合并成一个切换机构41，通过所述切换机构的操纵机构可一方面将所述切换元件S5并且另一方面将所述切换元件S6从中性位置转变到相应的操纵状态中。
所述电机30与所述行星齿轮级31相对彼此并且也相对于所述驱动轴9以及所述两个输入轴10和11同轴地设置。在此，所述行星齿轮级31与所述切换元件K一起在轴向上设置在所述电机30的高度上并且在径向上设置在该电机内。
在轴向上，首先是所述正齿轮级15跟在所述驱动轴9到所述扭振减振器3的连接之后，然后与之连接地在轴向上首先设置有所述正齿轮级18，然后设置有所述正齿轮级20，然后设置有所述正齿轮级19并且最后设置有所述电机30和所述行星齿轮级31。在此，所述切换机构27在轴向上设置在所述正齿轮级18与20之间并且与所述中间轴12同轴地设置。所述切换机构28和所述切换机构29还分别在轴向上位于所述正齿轮级20与19之间，在此，所述切换机构28与所述中间轴12同轴地设置并且所述切换机构29与所述驱动轴9以及所述输入轴10和11同轴设置。最后，所述切换机构41还在轴向上设置在所述电机30背离所述扭振减振器3的一侧上。
图3示出图1中的机动车动力传动系1中的一部分的示意性的示图，所述部分在这种情况下具有根据本发明的第二设计可行性的变速器4‘。在此，根据图3的所述设计可行性基本上与根据图2的变型方案相符，唯一的区别在于所述切换元件K在操纵的情况下现在将所述行星齿轮级31的第二元件35抗扭转地与所述电机30的转子32并且因此也与所述行星齿轮级31的第三元件36连接。这与此相应地使得所述行星齿轮级31锁定。除此之外，根据图3的所述设计可行性与根据图2的变型方案相符，从而参照对此的描述。
另外，由图4得到图1中的机动车动力传动系1中的一部分的示意性的视图，在所述部分中设置有根据本发明的第三实施形式的变速器4“。在此，所述实施形式最大程度地与根据图2的变型方案相符，有别于根据图2的所述实施形式，所述切换元件K在闭合状态下现在将所述行星齿轮级31的第一元件34与第二元件35抗扭转地相互连接。在此，这又使得所述行星齿轮级31锁定。在其他方面，根据图4的所述实施形式与所述根据图2的所述变型方案相符，从而参照对此的描述。
图5示出图1中的机动车动力传动系1中的一部分的示意性的示图，所述部分具有根据本发明的第四设计可行性构造的变速器4“‘。在此，所述变速器4“‘基本上与图2中的变速器4相符，区别在于所述切换元件S5现在作为力锁合式的切换元件实施。在此优选地，所述切换元件S5作为片式制动器存在，所述片式制动器在操纵状态下将所述行星齿轮级31的第一元件34固定在所述变速器壳体8上。由于所述变化，所述切换元件S5和所述切换元件S6也不再合并成一个切换机构，使得所述切换元件S6现在作为单独切换元件存在。在其他方面，根据图5的所述设计可行性与所述根据图2的变型方案相符，从而参照对此的描述。
由图6得到图1中的机动车动力传动系1中的一部分的示意性的视图，所述部分在这种情况下具有根据本发明的第五设计可行性的变速器4IV。在此，根据图6的所述设计可行性基本上与根据图5的上述变型方案相符，唯一的区别在于所述切换元件K在操纵情况下现在将所述行星齿轮级31的第二元件35抗扭转地与所述电机30的转子32并且因此也与所述行星齿轮级31的第三元件36连接。这与此相应地使得所述行星齿轮级31锁定。除此之外，根据图6的所述设计可行性与根据图5的所述变型方案相符，从而参照对此的描述。
另外，图7示出图1中的机动车动力传动系1中的一部分的示意性的示图，在所述部分中设置有根据本发明的第六实施形式的变速器4V。在此，所述实施形式最大程度地与根据图5的所述变型方案相符，区别于根据图5的所述实施形式，在所述实施形式中所述切换元件K在闭合状态下现在将所述行星齿轮级31的第一元件34与第二元件35抗扭转地相互连接。在此，这又使得所述行星齿轮级31锁定。在其他方面，根据图7的所述实施形式与所述根据图5的变型方案相符，从而参照对此的描述。
另外，从图8中得到图1中的机动车动力传动系1中的一部分的示意性的视图，所述部分具有根据本发明的第七实施形式的变速器4VI。在这种情况下，所述实施形式最大程度地与根据图2的所述变型方案相符，区别于根据图2的所述变型方案，在所述实施形式中并未设置有通过其可将所述行星齿轮级31的第一元件34固定在所述变速器壳体8上的切换元件。也就是说，在这种情况下，仅有所述切换元件K和S6配属于所述行星齿轮级31，作为进一步的区别，所述切换元件K在此作为形状锁合式的切换元件实施并且在这种情况下尤其地作为非同步的爪式切换元件实施。在此，所述切换元件K和S6合并成一个切换机构42，通过所述切换机构的操纵机构可一方面将所述切换元件K并且另一方面将所述切换元件S6从中性位置转变到相应的操纵状态中。在其他方面，根据图8的所述实施形式与根据图2的所述变型方案相符，从而参照对此的描述。
图9示出图1中的机动车动力传动系1中的一部分的示意性的示图，在这种情况下，所述部分具有根据本发明的第八设计可行性的变速器4VII。所述设计可行性基本上与根据图8的上述变型方案相符，区别在于所述切换元件K在闭合状态下现在将所述行星齿轮级31的第一元件34与第二元件35抗扭转地相互连接。在此，这又使得所述行星齿轮级31锁定。除此之外，根据图9的所述设计可行性与根据图8的所述变型方案相符，从而参照对此的描述。
由图10中得到图1中的机动车动力传动系1中的一部分的示意性的视图，所述部分具有根据本发明的第九实施形式的变速器4VIII。所述实施形式也最大程度地与根据图8的所述变型方案相符，区别于根据图8的所述变型方案，在所述实施形式中，所述切换元件K在操纵情况下现在将所述行星齿轮级31的第二元件35抗扭转地与所述电机30的转子32并且因此也与所述行星齿轮级31的第三元件36连接。与此相应地，这又使得所述行星齿轮级31锁定。在这种情况下，所述切换元件K在轴向上设置在所述正齿轮级19与所述行星齿轮级31之间，而所述切换元件S6仍然设置在所述行星齿轮级31背离所述驱动轴9与所述扭振减振器3连接的一侧上。与此相应地，所述切换元件K和S6在这种情况下也不合并成一个切换机构。在其他方面，根据图10的所述实施形式与根据图8的所述变型方案相符，从而参照对此的描述。
另外，图11示出图1中的机动车动力传动系1中的一部分的示意性的示图，所述部分具有根据本发明的第十设计可行性构造的变速器4IX。在此，所述设计可行性基本上与根据图2的所述变型方案相符，区别于根据图2的所述变型方案，在所述设计可行性中，现在在所述行星齿轮级31中通过所述齿圈39形成第一元件34‘，仍然通过所述行星齿轮架38形成第二元件35‘，并且通过所述太阳轮37形成第三元件36‘。就这方面而言，在所述变速器4IX中，所述太阳轮37现在持久地抗扭转地与所述电机30的转子32连接，而所述齿圈39现在可通过所述切换元件S5固定在所述变速器壳体8上，通过所述切换元件S6抗扭转地与所述驱动轴9连接并且通过所述切换元件K抗扭转地与所述转子32以及所述太阳轮37连接。在此，所述切换元件K仍然在轴向上设置在所述电机30的高度上并且在径向上设置在所述电机内，但是在这种情况下在轴向上位于所述正齿轮级19与所述行星齿轮级31之间。在其他方面，根据图11的所述设计可行性与根据图2的所述变型方案相符，从而参照对此的描述。
由图12中得到图1中的机动车动力传动系1的一部分的示意性的示图，在这种情况下，所述部分具有根据本发明的第十一实施形式的变速器4X。在此，根据图12的所述设计可行性基本上与根据图11的上述变型方案相符，唯一的区别在于所述切换元件K在操纵情况下现在将所述行星齿轮级31的第二元件35‘抗扭转地与所述行星齿轮级31的第一元件34‘连接。在此这相应地使得所述行星齿轮级31锁定。除此之外，根据图12的所述设计可行性与根据图11的所述变型方案相符，从而参照对此的描述。
另外，图13示出图1中的机动车动力传动系1中的部分的示意性的视图，在所述部分中设置有根据本发明的第十二实施形式的变速器4XI。在此，所述实施形式最大程度地与根据图11的所述变型方案相符，其中，区别于根据图11的所述实施形式，所述切换元件K在闭合状态下现在将所述行星齿轮级31的第二元件35‘与第三元件36‘抗扭转地相互连接。在此，这又使得所述行星齿轮级31锁定。在其他方面，根据图13的所述实施形式与根据图11的所述变型方案相符，从而参照对此的描述。
还从图14中得到图1中的机动车动力传动系1中的一部分的示意性的示图，所述部分具有根据本发明的第十三设计可行性构造的变速器4XII。在此，所述变速器4XII基本上与图11中的所述变速器4IX相符，区别在于所述切换元件S5现在作为力锁合式的切换元件实施。在此优选地，所述切换元件S5作为片式制动器存在，所述片式制动器在操纵状态下将所述行星齿轮级31的第一元件34‘固定在所述变速器壳体8上。由于所述变化，所述切换元件S5和所述切换元件S6也不再合并成一个切换机构，使得所述切换元件S6现在作为单独切换元件存在。在其他方面，根据图14的所述设计可行性与根据图11的所述变型方案相符，从而参照对此的描述。
图15示出图1中的机动车动力传动系1中的一部分的示意性的视图，在这种情况下所述部分具有根据本发明的第十四设计可行性的变速器4XIII。在此，根据图15的所述设计可行性基本上与根据图14的上述变型方案相符，唯一的区别在于，现在所述切换元件K在操纵情况下将所述行星齿轮级31的第一元件34‘抗扭转地与所述行星齿轮级31的第二元件35‘连接。这也使得所述行星齿轮级31锁定。除此之外，根据图15的所述设计可行性与根据图14的所述变型方案相符，从而参照对此的描述。
另外，由图16中得到图1中的机动车动力传动系1中的一部分的示意性的视图，在所述部分中设置有根据本发明的第十五实施形式的变速器4XIV。在此，所述实施形式最大程度地与根据图14的所述变型方案相符，区别于根据图5的所述实施形式，在第十五实施形式中，现在所述切换元件K在闭合状态下将所述行星齿轮级31的第二元件35‘与第三元件36‘抗扭转地相互连接。在此，这又使得所述行星齿轮级31锁定。在其他方面，根据图16的所述实施形式与根据图14的所述变型方案相符，从而参照对此的描述。
另外，图17示出图1中的机动车动力传动系1中的一部分的示意性的视图，所述部分具有根据本发明的第十六实施形式的变速器4XV。在此，所述实施形式最大程度地与根据图11的所述变型方案相符，区别于根据图11的所述变型方案，在所述实施形式中并未设置有通过其可将所述行星齿轮级31的第一元件34‘固定在所述变速器壳体8上的切换元件。也就是说在这种情况下，仅有所述切换元件K和S6配属于所述行星齿轮级31，在此作为进一步的区别，所述切换元件K作为形状锁合式的切换元件实施并且在这种情况下尤其地作为非同步的爪式切换元件实施。在此，所述切换元件K和S6合并成一个切换机构42，通过所述切换机构的操纵机构可一方面将所述切换元件K并且另一方面将所述切换元件S6从中性位置转变到相应的操纵状态中。在其他方面，根据图17的所述实施形式与根据图11的所述变型方案相符，从而参照对此的描述。
由图18中得到图1中的机动车动力传动系1中的一部分的示意性的示图，在这种情况下所述部分具有根据本发明的第十七设计可行性的变速器4XVI。所述设计可行性基本上与根据图17的上述变型方案相符，区别在于所述切换元件K在闭合状态下现在将所述行星齿轮级31的第一元件34‘与第二元件35‘抗扭转地相互连接。在此这又使得所述行星齿轮级31锁定。除此之外，根据图18的所述设计可行性与根据图17的所述变型方案相符，从而参照对此的描述。
最后，图19示出图1中的机动车动力传动系1中的一部分的示意性的视图，所述部分具有根据本发明的第十八实施形式的变速器4XVII。所述实施形式也最大程度地与根据图17的所述变型方案相符，区别于根据图17的所述变型方案，在所述实施形式中，现在所述切换元件K在操纵情况下将所述行星齿轮级31的第二元件35‘抗扭转地与所述电机30的转子32并且因此也与所述行星齿轮级31的第三元件36‘连接。这又与此相应地使得所述行星齿轮级31锁定。在这种情况下，所述切换元件K不再与所述切换元件S6合并成一个切换机构。在其他方面，根据图19的所述实施形式与根据图17的所述变型方案相符，从而参照对此的描述。
在图20中以表格的方式示出用于图2至19中的所述变速器4至4XVII的示例性的切换表。如看到的那样，在此有四个不同的挡位G1至G4.2可切换，在该切换表的列中用X分别标记所述切换元件S1至S4中的哪个元件相应地被闭合。
如在图20中看到的那样，通过闭合所述切换元件S1切换挡位G1，在此，所述挡位G1在第一输入轴10与所述从动侧14之间起作用。在此，在挡位G1中力流从第一输入轴10出发经由所述正齿轮级18被引导到所述中间轴12上并且从所述中间轴出发经由所述正齿轮级被引导向所述从动侧14。另外，通过闭合所述切换元件S2可在第一输入轴10与所述从动侧14之间形成挡位G2，由此所述力流从第一输入轴10出发经由所述正齿轮级20被引导到所述中间轴12上。然后，从所述中间轴12出发通过所述正齿轮级15进一步向所述从动侧14进行传递。
在第二输入轴11与所述从动侧14之间可通过操纵所述切换元件S1和S3来切换挡位G3。由此，所述力流从第二输入轴11出发经由所述正齿轮级19和20被引导到第一输入轴10上，然后从第一输入轴出发通过所述正齿轮级18进行与所述中间轴12的耦合。在此，所述中间轴12然后又通过所述正齿轮级15与所述从动侧14耦合。所述挡位G3与此相应地作为迂回挡位，由于所述两个输入轴10和11耦合，在所述挡位中通过两个子变速器的耦合进行力流引导。
另外，通过操纵所述切换元件S4(这使得第二输入轴11与所述中间轴12通过所述正齿轮级19耦合)，还可在第一变型方案G4.1中实现在第二输入轴11与所述从动侧14之间起作用的挡位。与上述挡位类似地，然后，力流经由所述正齿轮级15被进一步引导向所述从动侧14。代替于此地，所述挡位也可在第二变型方案G4.2中通过操纵所述切换元件S2和S3实现，由此通过所述正齿轮级19，第二输入轴11与所述从动侧14也进行耦合。然而，在这种情况下所述正齿轮级19的活动齿轮25则间接地通过所述正齿轮级20的活动齿轮24固定在所述中间轴12上。
现在，可在所述机动车动力传动系1中使用图2至19中的所述变速器4至4XVII以便形成不同的运行模式，所述运行模式在图21中以表格的方式示出。这样，通过闭合所述切换离合器K2并且操纵所述切换元件S5，在运行模式I中可实现充电功能或启动功能。因为，在所述切换离合器K2的闭合状态下，第二输入轴11抗扭转地与所述驱动轴9连接并且因此通过位于中间的扭振减振器3也与所述内燃机2耦合。另外，通过操纵切换元件S5实现第二输入轴11与所述转子32在通过所述行星齿轮级31传动下的耦合。因此，在适当地选择所述行星齿轮级31的固定传动比的情况下，能以有利的方式实现所述转子32相对于所述驱动轴9更高的转速。但是同时在此不存在向所述从动侧14的力流。在所述电机32的发电机式的运行中，在通过所述内燃机2驱动所述电机30的情况下对(当前未进一步示出的)电能量存储器充电，而在所述电机30的电动机式的运行中能够通过所述电机30实现对所述内燃机2的起动。然而在这种情况下，所述运行模式I不能在变速器4VI至4VIII和4XV至4XVII中实现，因为在每个所述变速器中并未设置有切换元件S5。
在运行模式II中也能实现充电功能或启动功能，区别于所述运行模式I，在运行模式II的情况下第二输入轴11抗扭转地与所述电机30的转子32连接，因为通过操纵所述切换元件K所述行星齿轮级31被锁定。同样地，在运行模式III中也能实现充电功能或启动功能，在这种情况下要操纵所述切换离合器K2和所述切换元件S6。因为所述驱动轴因此通过所述切换离合器K2抗扭转地与所述行星齿轮级31的第二元件35或者说35‘连接并且同时也通过所述切换元件S6抗扭转地与所述行星齿轮级31的第一元件34或者说34‘连接，所以这也使得所述行星齿轮级31锁定并且因此也使得所述驱动轴9与所述电机30的转子32抗扭转地连接。
在运行模式IV中，所述驱动机2与所述电机30通过操纵所述切换离合器K1以及所述切换元件S3和S5相互耦合。与此相应地，所述驱动轴9通过第一输入轴10以及所述两个正齿轮级19和20与第二输入轴11耦合，第二输入轴则另外以与运行模式I相似的方式通过所述行星齿轮级31与所述电机30的转子32耦合。因此，在这里也可在适当地选择所述行星齿轮级31的固定传动比的情况下实现所述转子32与所述驱动轴9相比更高的转速。然而由于缺少所述切换元件S5，所述运行模式IV又不能在所述变速器4VI至4VIII和4XV至4XVII中实现。
运行模式V与所述运行模式IV的区别仅在于操纵所述切换元件K而不是所述切换元件S5。因此，如在运行模式II中的那样，所述电机30的转子32抗扭转地与第二输入轴11连接，第二输入轴11的耦合以及所述切换元件S3的操纵通过所述正齿轮级19和20与第一输入轴10耦合，第一输入轴通过所述切换离合器K1抗扭转地与所述驱动轴9连接。
在各运行模式VI和VII中可分别实现一个起动模式，在所述起动模式中可通过所述内燃机2与所述电机30的相互作用来起动。在运行模式VI中，为此闭合所述切换元件S1、S3和S6，使得所述内燃机2由于切换元件S6闭合可通过所述行星齿轮级31的第一元件34或者说34‘驱动并且该驱动运动与所述电机30的驱动运动在所述行星齿轮级31的第三元件36或者说36‘上叠加，同时通过所述行星齿轮级31的第二元件35或者说35‘输出到第二输出轴11上。第二输出轴则另外通过所述闭合的切换元件S1和S3通过所述正齿轮级19和20与第一输入轴10耦合并且另外通过所述正齿轮级18与所述中间轴12耦合。所述中间轴12则通过所述正齿轮级15永久地与所述输出轴13连接。在起动的过程中，所述电机30在此至少在开始的时候发电机式地工作，因此也能在电能量存储器空着的情况下实现起动。由于通过所述电机30对扭矩的相应的支持，因此能在前进方向上实现起动。
通过类似的方式，这在运行模式VII和VIII中也是可行的，所述运行模式仅通过第二输入轴11在从动侧的耦合区别于所述运行模式VI。这样，在运行模式VII中，第二输出轴11通过所述正齿轮级19与所述中间轴12耦合，而在所述运行模式VIII中也通过所述正齿轮级19建立有第二输出轴11的耦合，但在这种情况下，所述活动齿轮25间接地通过所述活动齿轮20固定在所述中间轴12上。
在运行模式IX至XIII中，通过分别切换所述挡位G1至G4.2(如对图20所描述的那样)中的一个挡位并且另外通过闭合所配属的切换离合器K1或K2分别进行所配属的输入轴10或11与所述驱动轴9的抗扭转的连接，可分别实现纯通过所述内燃机2的行驶。这样，在运行模式IX中切换所述挡位G3，在运行模式X中切换所述挡位G1，在运行模式XI中切换所述挡位G4.1，在运行模式XII中切换所述挡位G4.2以及在运行模式XIII中切换所述挡位G2。
在所述运行模式IX至XIII之间并且因此也在所述挡位之间进行变换的情况下，在此可分别附加地要么操纵所述切换元件K要么操纵所述切换元件S5(如果存在)，以便在各挡位变换的过程中相应地通过所述电机30对牵引力进行支持。在此，参与的切换元件通过调节所述内燃机上的转速实现同步。在这种情况下必要时也可设想设置另外的附加的在同步的情况下支持所述内燃机2的电机。
通过在所述行星齿轮级31上进行所述内燃机2与所述电机30的驱动运动的叠加(如对于起动已经对所述运行模式VI至VIII所描述的那样)，对于在所述运行模式IX至XIII之间的各挡位变换可另外分别通过附加地闭合所述切换元件S6实现电动的切换。因此，可在切换的期间为所述内燃机2在所述运行模式VI至VIII中的一个运行模式中保持牵引力，在此仅有当前参与力流引导的各切换元件负载，而所有另外的切换元件可设计为无负载。在这种情况下，所述电机30可主动支持对各目标挡位的转速的同步。这样，对于从所述运行模式IX到所述运行模式X中的变换，可过渡地选择所述运行模式VI，对于从所述运行模式X到所述运行模式XI或XII中并且因此从所述挡位G1到所述挡位G4.1或G4.2中的变换，可过渡地选择所述运行模式VII，并且对于从所述运行模式XI或XII到所述运行模式XIII中并且因此从所述挡位G4.1或G4.2到所述挡位G2中的变换，可过渡地使用所述运行模式VIII。因此，在通过所述内燃机2行驶的情况下，最终能在负载下在所述挡位之间切换。
相对地，在所述运行模式XIV至XIX中通过所述电机30实现纯电动行驶，为此所述电机作为电动机运行并且在此分别切换所述挡位G3或G4.1或G4.2中的一个挡位。在此，通过在各个挡位G3或者说G4.1或者说G4.2中分别一方面操纵所述切换元件K并且另一方面操纵所述切换元件S5，在所述变速器4至4V和4IX至4XVI中，可由所述电机30使用的传动比的数量可相应地增加一倍。相对地，在所述变速器4VI至4VIII和4XV至4XVII中，由于缺少所述切换元件S5，相应挡位G3或者说G4.1或者说G4.2仅可分别以一种变型方案形成。
在所述切换元件K或者说所述两个切换元件K和S5作为力锁合式的切换元件的实施方式中，在所述驱动模式XIV至XIX之间的切换可在此分别在负载下进行。如果所述切换元件K相对地作为形状锁合式的切换元件实施或者说所述两个切换元件K和S5作为形状锁合式的切换元件存在，则必要时仅有牵引力换高档和牵引力换低档可作为负载换档。
借助于根据本发明的设计方案可用低的制造费用并且在适当地集成有电机的情况下相应实现构造紧凑的变速器。
附图标记
1 机动车动力传动系
2 内燃机
3 扭振减振器
4 变速器
4‘ 变速器
4“ 变速器
4“‘ 变速器
4IV 变速器
4V 变速器
4VI 变速器
4VII 变速器
4VIII 变速器
4IX 变速器
4X 变速器
4XI 变速器
4XII 变速器
4XIII 变速器
4XIV 变速器
4XV 变速器
4XVI 变速器
4XVII 变速器
5 差速器
6 驱动轮
7 驱动轮
8 变速器壳体
9 驱动轴
9‘ 驱动轴
10 第一输入轴
11 第二输入轴
12 中间轴
13 输出轴
14 从动侧
15 正齿轮级
16 正齿轮
17 正齿轮
18 正齿轮级
19 正齿轮级
20 正齿轮级
21 固定轮
22 活动轮
23 固定轮
24 活动轮
25 活动轮
26 固定轮
27 切换机构
28 切换机构
29 切换机构
30 电机
31 行星齿轮级
32 转子
33 定子
34 第一元件
34‘ 第一元件
35 第二元件
35‘ 第二元件
36 第三元件
36‘ 第三元件
37 太阳轮
38 行星齿轮架
39 齿圈
40 行星齿轮
41 切换机构
42 切换机构
S1 切换元件
S2 切换元件
S3 切换元件
S4 切换元件
S5 切换元件
S6 切换元件
K 切换元件
K1 切换离合器
K2 切换离合器
G1至G4.2 挡位
I至XIX 运行模式

Claims (14)

1.用于机动车的变速器(4至4XVII)，所述变速器包括电机(30)、驱动轴(9)、第一输入轴(10)、第二输入轴(11)和中间轴(12)，所述中间轴(12)永久地与从动侧(14)连接，所述驱动轴(9)设计用于将所述变速器(4至4XVII)与机动车的驱动机连接，设置有第一正齿轮级(20)，第一正齿轮级具有设置在第一输入轴(10)上的固定齿轮(23)和与之啮合的活动齿轮(24)，所述活动齿轮可旋转地支承在所述中间轴(12)上并且能通过第一切换元件(S2)固定在所述中间轴(12)上，还设置有第二正齿轮级(19)，第二正齿轮级具有设置在第二输入轴(11)上的固定齿轮(26)和与之啮合的活动齿轮(25)，所述活动齿轮可旋转地支承在所述中间轴(12)上并且能通过第二切换元件(S4)固定在所述中间轴(12)上，并且第一正齿轮级(20)的活动齿轮(24)与第二正齿轮级(19)的活动齿轮(25)能通过第三切换元件(S3)抗扭转地相互连接，其特征在于，设有行星齿轮级(31)，该行星齿轮级具有呈太阳轮(37)、行星齿轮架(38)和齿圈(39)形式的第一元件(34；34‘)、第二元件(35；35‘)和第三元件(36；36‘)，其中，第二元件(35；35‘)抗扭转地与第二输入轴(11)连接并且第三元件(36；36‘)与所述电机(30)的转子(32)耦合，而通过操纵第四切换元件(S6)所述行星齿轮级(31)的第一元件(34；34‘)能抗扭转地与所述驱动轴(9)连接，并且通过第五切换元件(K)所述行星齿轮级(31)的这些元件中的两个元件能抗扭转地相互连接。
2.根据权利要求1的变速器(4至4XVII)，其特征在于，还设有带有固定齿轮(21)和活动齿轮(22)的第三正齿轮级(18)以及第六切换元件(S1)，所述第六切换元件在操纵情况下将第三正齿轮级(18)的活动齿轮(22)固定并且在此将第一输入轴(10)与所述中间轴(12)相互耦合。
3.根据权利要求2的变速器(4至4XVII)，其特征在于，
-通过闭合第六切换元件(S1)，在力流经由第三正齿轮级(18)引导下在第一输入轴(10)与所述从动侧(14)之间产生第一挡位(G1)，
-通过操纵第一切换元件(S2)，在力流经由第一正齿轮级(20)引导下在第一输入轴(10)与所述从动侧(14)之间产生第二挡位(G2)，
-通过闭合第三切换元件(S1)和第六切换元件(S1)，在力流经由第二正齿轮级(19)、第一正齿轮级(20)以及第三正齿轮级(18)引导下在第二输入轴(11)与所述从动侧(14)之间产生第三挡位(G2)，以及
-在第一变型(G4.1)中通过操纵第二切换元件(S4)以及在第二变型(G4.2)中通过闭合第一切换元件(S2)和第三切换元件(S3)分别在力流经由第二正齿轮级(19)引导下在第二输入轴(11)与所述从动侧(14)之间产生第四挡位。
4.根据权利要求1至3之一所述的变速器(4至4V；4IX至4XIV)，其特征在于，还设有另外的切换元件(S5)，所述另外的切换元件在操纵情况下固定所述行星齿轮级(31)的第一元件(34；34‘)。
5.根据上述权利要求之一所述的变速器(4至4XVIII)，其特征在于，所述行星齿轮级(31)的第一元件(34)是太阳轮(37)，所述行星齿轮级(31)的第二元件(35)在所述行星齿轮级(31)作为负行星齿轮组实施的情况下是行星齿轮架(38)并且在所述行星齿轮级作为正行星齿轮组实施的情况下是齿圈，以及所述行星齿轮级(31)的第三元件(36)在所述行星齿轮级(31)作为负行星齿轮组实施的情况下是齿圈(39)并且在所述行星齿轮级作为正行星齿轮组实施的情况下是行星齿轮架。
6.根据权利要求1至4之一所述的变速器(4IX至4XVII)，其特征在于，所述行星齿轮级(31)的第三元件(36‘)是太阳轮(37)，所述行星齿轮级(31)的第二元件(35‘)在所述行星齿轮级(31)作为负行星齿轮组实施的情况下是行星齿轮架(38)并且在所述行星齿轮级作为正行星齿轮组实施的情况下是齿圈，以及所述行星齿轮级(31)的第一元件(34‘)在所述行星齿轮级(31)作为负行星齿轮组实施的情况下是齿圈(39)并且在所述行星齿轮级作为正行星齿轮组实施的情况下是行星齿轮架。
7.根据上述权利要求之一所述的变速器(4至4XVII)，其特征在于，所述驱动轴(9)能通过第一切换离合器(K1)抗扭转地与第一输入轴(10)连接，以及能通过第二切换离合器(K2)抗扭转地与第二输入轴(11)连接。
8.根据上述权利要求之一所述的变速器(4至4XVII)，其特征在于，所述电机(30)与第二输入轴(11)同轴地设置，所述转子(32)抗扭转地与所述行星齿轮级(31)的第三元件(36；36‘)连接。
9.根据上述权利要求之一所述的变速器(4至4XVII)，其特征在于，各个切换元件(S1，S2，S3，S4，S5，S6；S1，S2，S3，S4，S6；S1，S2，S3，S4，S6，K)作为形状锁合式的切换元件实施。
10.根据上述权利要求之一所述的变速器(4至4XVII)，其特征在于，所述中间轴(12)通过正齿轮级(15)与所述从动侧(14)耦合。
11.机动车动力传动系(1)，所述机动车动力传动系尤其是用于混合动力车辆或电动车辆，该机动车动力传动系包括根据权利要求1至10中的任一项或多项所述的变速器(4至4XVII)。
12.用于运行根据权利要求7所述的变速器(4至4XVII)的方法，其特征在于，为了形成充电运行或启动运行而闭合第二切换离合器(K2)并且操纵第四切换元件(S6)或第五切换元件(K)或所述另外的切换元件(S5)。
13.用于运行根据权利要求7所述的变速器(4至4XVII)的方法，其特征在于，为了形成充电运行或启动运行而闭合第一切换离合器(K1)并且操纵第三切换元件(S3)和第五切换元件(K)或操纵第三切换元件(S3)和所述另外的切换元件(S5)。
14.用于运行根据权利要求1或2所述的变速器(4至4XVII)的方法，其特征在于，为了形成用于前进行驶的起动模式，闭合第三切换元件(S3)、第四切换元件(S6)和第六切换元件(S1)，或闭合第二切换元件(S4)和第四切换元件(S6)，或闭合第一切换元件(S2)、第三切换元件(S3)和第四切换元件(S6)。
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