CN116803725A - 混合动力变速器 - Google Patents

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M·巴赫曼
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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的机动车动力传动系的混合动力变速器，其具有：用于将混合动力变速器与内燃机作用连接的第一变速器输入轴；用于将混合动力变速器与第一驱动电机作用连接的第二变速器输入轴；用于将混合动力变速器与从动装置作用连接的从动轴；行星齿轮组，其与第一变速器输入轴和第二变速器输入轴以有效驱动的方式连接；布置在多个齿轮组平面中的用于形成挡位级的正齿轮对；以及用于挂入挡位级的具有多个切换元件的多个挡位切换装置，第一正齿轮对配设给第一变速器输入轴；第二正齿轮对和第三正齿轮对配设给第一变速器输入轴和从动轴。本发明还涉及机动车动力传动系、用于运行机动车动力传动系的方法以及机动车。

Description

混合动力变速器
技术领域
本发明涉及一种混合动力变速器、一种具有这样的混合动力变速器的机动车动力传动系、一种具有这样的机动车动力传动系的机动车以及一种用于运行这样的机动车动力传动系的方法。
背景技术
车辆越来越多地装备有混合动力驱动器，即装备有至少两个不同的驱动源。混合动力驱动装置可以有助于减少燃料消耗和有害物质排放。具有内燃机和一个或多个电动机作为并联式混合动力或混合式混合动力的动力传动系在很大程度上被普遍接受。这种混合动力驱动装置在动力流中具有内燃机和电驱动装置的基本上并行的布置结构。在此，不仅能够实现驱动力矩的叠加而且能够实现借助纯内燃机式的驱动装置或纯电动机式的驱动装置进行的操控。由于电驱动装置和内燃机的驱动力矩可以根据操控来相加，因此可以相对较小地设计内燃机和/或暂时关断该内燃机。由此，可以在没有明显的功率损失或者舒适性损失的情况下实现CO2排放的显著减少。因此，电驱动装置的可能性和优点可能与内燃机的行驶里程优势、功率优势以及成本优势相关。
上述混合驱动装置的缺点在于通常更复杂的结构，这是因为这两个驱动源优选仅借助一个变速器来将驱动功率传递到驱动轴上。因此，这种变速器通常是复杂的并且在生产中成本高。降低混合动力变速器的结构复杂性通常伴随着变化性的损失。
这种缺点可以至少部分地借助专用混合动力变速器或者说“专用混合动力传动装置(Dedicated Hybrid Transmissions)”(DHT)来克服，其中电机被集成到变速器中，以便呈现完整的功能范围。例如，在变速器中尤其是可以例如通过取消倒挡来简化机械的变速器部件，其中，取而代之使用至少一个电机。
专用混合动力变速器可以由已知的变速器方案得知，即由双离合器变速器、变扭器-行星齿轮变速器、无级变速器(CVT)或自动换挡变速器得知。所述电机在此优选是变速器的一部分。
由公开文献DE102013215114A1已知一种机动车的混合动力驱动装置，该混合动力驱动装置具有带有驱动轴的内燃机、可作为电动机和发电机运行的带有转子的电机、以副轴结构方式实施的带有输入轴和至少一个输出轴的自动化换挡变速器以及以行星齿轮结构方式构造的带有两个输入元件和一个输出元件的叠加变速器。在所述混合动力驱动装置中规定，所述叠加变速器同轴地布置在输出轴的自由端部上，并且叠加变速器的第一输入元件与同轴地关于输出轴布置空心轴抗扭转地连接，该空心轴为了耦接内燃机而能通过联接切换元件与换挡变速器的直接轴向相邻的正齿轮级的活动齿轮抗扭转地连接以及为了桥接叠加变速器而能通过桥接切换元件与叠加变速器的第二输入元件或输出元件抗扭转地连接。此外规定，叠加变速器的第二输入元件与电机的转子永久处于驱动连接中，并且叠加变速器的输出元件与输出轴抗扭转地连接。
发明内容
在这种背景下，给本领域技术人员提出的任务是提供一种具有简单机械结构的紧凑的混合动力变速器。此外，优选要实现这样的动力传动系配置，其中混合动力变速器与从动轴同轴地定位并且内燃机和/或驱动电机可以布置成与其轴线平行。尤其是要提供一种变速器，其具有最多达三个挡位级并且可以通过充电中性(Laden-in-Neutral)、电动力起动(EDA)以及电动力换挡(EDS)实现。
上述任务通过一种用于机动车的机动车动力传动系的混合动力变速器来解决，该混合动力变速器具有：
第一变速器输入轴，其用于将该混合动力变速器与机动车的内燃机作用连接；
第二变速器输入轴，其用于将该混合动力变速器与机动车的第一驱动电机作用连接；
从动轴，其用于将该混合动力变速器与从动装置作用连接；
行星齿轮组，该行星齿轮组与所述第一变速器输入轴和所述第二变速器输入轴以有效驱动的方式连接；
布置在多个齿轮组平面中的用于形成挡位级的正齿轮对；以及
用于挂入挡位级的具有多个切换元件的多个挡位切换装置，其中，
所述用于形成挡位级的正齿轮对中的第一正齿轮对配设给第一变速器输入轴；并且
所述用于形成挡位级的正齿轮对中的第二正齿轮对和第三正齿轮对配设给所述第一变速器输入轴和所述从动轴。
上述任务还通过一种用于机动车的机动车动力传动系来解决，该机动车动力传动系具有：
如之前定义的混合动力变速器；
内燃机，该内燃机能与第一变速器输入轴连接；以及
第一驱动电机，该第一驱动电机与第二变速器输入轴以有效驱动的方式连接。
上述任务最后通过一种机动车来解决，该机动车具有：
如之前定义的机动车动力传动系；以及
用于存储能量以供应所述第一驱动电机的蓄能器、第二驱动电机和/或另一个电机。
本发明的优选的设计方案在从属权利要求中描述。不言而喻，以上提到的这些特征以及仍将在以下阐述的特征不仅能够以分别给出的组合方式使用，而且还能够以其他组合方式或者单独使用，而不脱离本发明的范围。尤其是，所述机动车动力传动系、所述机动车以及所述方法可以根据针对混合动力变速器在从属权利要求中所描述的设计方案来实施。
通过用于将混合动力变速器与内燃机作用连接的第一变速器输入轴和用于将混合动力变速器与第一驱动电机作用连接的第二变速器输入轴，可以在技术上简单地实现紧凑的混合动力变速器。作用连接不仅可以可切换地而且也可以不可切换地实施。通过与第一变速器输入轴和第二变速器输入轴以有效驱动的方式连接的行星齿轮组，可以提供高质量的且紧凑的混合动力变速器。通过配设给第一变速器输入轴的第一正齿轮对和配设给第一变速器输入轴和从动轴的第二和第三正齿轮对可以提供一种具有高度紧凑性的、功能范围广的混合动力变速器。可以提供一种具有高效率的混合动力变速器，因为部分地在多个变型方案中需要少量的齿啮合来建立最多达三个混合动力挡位级。此外，利用混合动力变速器可以建立纯电动挡位级以及电动力叠加状态和充电中性状态。混合动力变速器并且尤其是混合动力变速器的所使用的齿轮组具有技术上简单的结构，从而优选可以借助仅三个致动器来切换所述切换元件。利用混合动力变速器可以不仅由内燃机驱动地而且电动地实现小的构件载荷以及小的变速器损耗。
该混合动力变速器包括一个有利的传动比系列，其中，可实现从动端支持的换挡、电动力起动以及电动力换挡。从电动力叠加状态或从充电中性状态的过渡可以在混合动力变速器的所有三个混合动力挡位级中实现。可以理解的是，只要安装了内燃机离合器，所有混合动力挡位级也能够作为纯燃烧动力挡位级运行，或者作为纯电动挡位级运行。此外，可以理解的是，代替内燃机，也可使用用作主牵引机器的主电机。
在一个有利的设计方案中，所述第一驱动电机在变速器侧上连接到所述混合动力变速器上，所述变速器侧与内燃机的连接侧相对置，其中，从内燃机的连接侧出发，所述第三正齿轮对、所述第二正齿轮对、所述第一正齿轮对以及所述行星齿轮组以所述顺序布置。替代地，所述第一驱动电机在变速器侧上连接到所述混合动力变速器上，所述变速器侧与内燃机的连接侧相对置，其中，从内燃机的所述连接侧出发，所述第一正齿轮对、所述行星齿轮组、所述第二正齿轮对以及所述第三正齿轮对以所述顺序布置。通过上述两种替代的连接顺序，其中变速器构件的各个连接彼此保持相同，可以实现一种混合动力变速器，其可以技术上简单地适配于不同的结构空间要求。
在另一个有利的设计方案中，在所述用于形成挡位级的正齿轮对中的两个正齿轮对中，活动齿轮的布置结构与固定齿轮的布置结构分别是可交换的。补充地或替代地，所述用于形成挡位级的正齿轮对中的两个正齿轮对的轴向布置结构是可交换的。进一步补充地或替代地，所述第一变速器输入轴构造成无切换元件。可以理解的是，在更换正齿轮对时，也在布置位置方面更换相应的切换元件并且优选将其布置在如下轴上，所述正齿轮对的相应的活动齿轮也布置在该轴上。通过不仅活动齿轮而且固定齿轮或者说轴向布置结构的可更换性，可以提供一种可变的混合动力变速器，其在技术上可简单地匹配于不同的结构空间要求。通过构造成无切换元件的变速器输入轴，可以简化混合动力变速器的制造和组装。尤其是，第一变速器输入轴优选可以成本有利地制造。
在另一个有利的设计方案中，该混合动力变速器具有变速器驱动轴，该变速器驱动轴与所述第一变速器输入轴以有效驱动的方式连接并且布置成与所述第一变速器输入轴轴线平行。补充地或替代地，所述从动轴与所述从动装置的差速器以有效驱动的方式连接，其中，所述差速器包括用于将驱动功率从混合动力变速器传递至机动车的车轮的差速器轴，该差速器轴与从动轴轴线平行地布置并且构造用于穿过所述第一驱动电机，以便能够将第一驱动电机布置在差速器轴的周围。优选地，所述变速器输入轴借助链或齿轮链与第一变速器输入轴以有效驱动的方式连接。通过有利的上述布置结构，可以实现内燃机与混合动力变速器的变速器轴线的轴线平行的连接。可以理解的是，所述变速器驱动轴可以附加地包括缓冲器或减振元件。通过第一驱动电机围绕变速器轴、尤其是围绕差速器轴的布置结构，可以实现第一驱动电机在混合动力变速器中的高效的且节省空间的布置结构和有利的支承。可以进一步提高混合动力变速器和机动车动力传动系的紧凑性。
在另一个有利的设计方案中，所述行星齿轮组的行星齿轮架能与从动轴以有效驱动的方式连接，其中，行星齿轮组的齿圈借助所述用于形成挡位级的正齿轮对中的第一正齿轮对与所述第一变速器输入轴连接，并且所述行星齿轮组的太阳轮与所述第二变速器输入轴以有效驱动的方式连接。替代地，所述行星齿轮组的行星齿轮架能与从动轴以有效驱动的方式连接，其中，行星齿轮组的齿圈借助所述用于形成挡位级的正齿轮对中的第一正齿轮对与所述第一变速器输入轴连接，并且所述行星齿轮组的太阳轮与所述第二变速器输入轴以有效驱动的方式连接。通过所述两个上述替代的连接，第一驱动电机可以在电动力起动时或在电动力换挡时以小的补偿转速运行，或在电动力起动时或在电动力换挡时仅施加小的支承力矩。此外，通过所述两个上述替代的连接，在电动力起动时发电机式运行的持续时间可以更高或更少。
在另一个有利的设计方案中，该混合动力变速器具有用于将所述第一变速器输入轴与内燃机可松脱地以有效驱动的方式连接的内燃机离合器，其中，该内燃机离合器优选布置在所述变速器驱动轴上。可以理解的是，该内燃机离合器可以构造为牙嵌切换元件或摩擦切换元件。内燃机离合器能够实现内燃机与混合动力变速器的解耦。由此，可以建立高效的、纯电动的行驶模式。通过以摩擦切换元件或摩擦离合器形式的内燃机离合器，可以实现内燃机的所谓的动量起动(Schwungstart)。此外，该内燃机离合器可以用作用于内燃机的紧急起动元件。
在另一个有利的设计方案中，第一切换元件构造用于将第一变速器输入轴借助所述用于形成挡位级的正齿轮对中的第二正齿轮对与所述从动轴以有效驱动的方式连接。补充地或替代地，第二切换元件构造用于将第一变速器输入轴借助所述用于形成挡位级的正齿轮对中的第三正齿轮对与所述从动轴以有效驱动的方式连接。
补充地或替代地，第三切换元件构造用于锁止所述行星齿轮组。进一步补充地或替代地，第四切换元件构造用于将所述行星齿轮组与所述从动轴以有效驱动的方式连接。最后进一步补充地或替代地，第五切换元件构造用于将所述第二变速器输入轴与所述从动轴以有效驱动的方式连接。通过切换元件的这种有利的布置结构，可以利用混合动力变速器实现三个混合动力挡位级，部分地具有多个变型方案，以及纯电动挡位级、电动力叠加状态和充电中性状态。优选地，行星齿轮组的锁止通过将齿圈与行星齿轮组的行星齿轮架以有效驱动的方式连接来实现。可以理解的是，也可设想其它的锁止替代方案，例如太阳轮与齿圈的连接或太阳轮与行星齿轮架的连接。
在另一个有利的设计方案中，该混合动力变速器具有恰好三个正齿轮对、恰好一个行星齿轮组以及恰好五个切换元件，以形成三个混合动力挡位级。由此，在混合动力变速器的高度紧凑性的情况下可以实现高的功能。尤其是可以提供一种在结构空间要求和重量方面有利的混合动力变速器。
在另一个有利的设计方案中，所述从动轴构造为空心轴并且至少部分地包围构造为实心轴的第二变速器输入轴，以便能够实现在变速器中心连接到所述从动装置的差速器上。替代地，所述第二变速器输入轴构造为空心轴并且至少部分地包围构造为实心轴的从动轴，以便能够实现在变速器外侧上连接到所述从动轴的差速器上。通过将若干变速器轴构造为空心轴并且有利地至少部分地围绕其它变速器轴布置，可以进一步改善混合动力变速器的紧凑性。此外，上述两种替代方案实现了从动装置的可变的布置结构，从而混合动力变速器技术上可简单地适配于不同的结构空间要求。
在另一个有利的设计方案中，所述切换元件构造为形锁合的切换元件。补充地或替代地，所述切换元件中的至少两个、优选四个切换元件构造为双切换元件并且能由双作用的致动器操纵。形锁合的切换元件能够实现高效率的且成本有利的混合动力变速器。混合动力变速器的技术结构和运行可以通过双切换元件被进一步简化。尤其是，双切换元件可以借助一个唯一的致动器来切换。
在另一个有利的设计方案中，该机动车动力传动系优选包括另一个电机，所述另一个电机与所述第一变速器输入轴以有效驱动的方式连接。所述第一驱动电机和/或优选所述另一个电机能作为起动器发电机被操控以用于起动内燃机。补充地或替代地，所述第一驱动电机和/或优选所述另一个电机能作为充电发电机被操控以用于给蓄能器充电。所述另一个电机优选构造为高压起动器发电机。由此，可以提供一种高效的机动车动力传动系。尤其是可以降低燃料消耗。可以理解的是，可以放弃用于内燃机的附加的启动器，因为第一电机和/或优选所述另一个电机可以拖曳内燃机。
在另一个有利的设计方案中，所述混合动力变速器的从动装置能与第一机动车车桥以有效驱动的方式连接，第二机动车车桥包括带有第二驱动电机的电动车桥。由此，可以在技术上简单地提供一种具有全轮驱动的混合动力传动系。此外，通过机动车动力传动系可以在技术上简单地实现无牵引力中断的换挡，因为电动车桥在混合动力变速器中换挡时可以保持牵引力。此外，可以提供用于机动车的故障安全的动力传动系，因为在蓄能器耗尽的情况下可以为第二驱动电机建立所谓的串联行驶模式。在串联行驶模式中，优选驱动电机通过内燃机以发电机方式运行并且将这样产生的能量提供给第二驱动电机。由此，可以实现高度可变的机动车动力传动系，其中尤其是即使在蓄能器空的情况下也可以电动行驶并且尤其是可以电动起动。
行星齿轮组的锁止包括以有效驱动的方式连接行星齿轮组的两个齿轮和/或行星齿轮架和一个齿轮，使得它们以相同的转数围绕同一点、优选围绕行星齿轮组的中心点旋转。在锁止行星齿轮组的两个齿轮和/或一个行星齿轮架和一个齿轮时，行星齿轮组优选如轴那样作用，在行星齿轮组中尤其是不发生传动。
“以有效驱动的方式连接”在本上下文中尤其是应当理解为两个构件之间的不可切换的连接，该连接设置用于持久地传递转速、转矩和/或驱动功率。在此，该连接可以直接或通过固定传动比实现。该连接例如可以通过固定的轴、齿部(尤其是正齿轮齿部)和/或缠绕机构(尤其是牵引机构传动装置)来实现。
“能以有效驱动的方式连接”、“可以以有效驱动的方式连接”或者“构造用于以有效驱动的方式连接”在本上下文中尤其是应当理解为两个构件之间的可切换的连接，该连接在闭合的状态中设置用于暂时传递转速、转矩和/或驱动功率。在断开的状态中，可切换的连接优选暂时基本上不传递转速、转矩和/或驱动功率。
停车充电或充电中性尤其是可理解为驱动电机作为发电机的运行，优选在内燃机运行的停车的情况下，以便填充蓄能器和/或给车载电子装置供电。
在此，致动器尤其是将电信号转换成机械运动的构件。优选地，与双切换元件一起使用的致动器在两个相反的方向上实施运动，以便在第一方向上切换双切换元件的一个切换元件并且在第二方向上切换另一个切换元件。
挡位级变换、尤其是串联切换尤其是通过切断切换元件和/或离合器并且同时接通用于高一级的或更低的挡位级的切换元件和/或离合器来进行。因此，第二切换元件和/或第二离合器一点一点地承担第一切换元件和/或第一离合器的转矩，直至在挡位级变换结束时总转矩被第二切换元件和/或第二离合器承担。在先前的同步中，挡位变换可以更快地进行，优选可以在此使用形锁合的切换元件。
尤其是，内燃机可以是任何能够通过燃烧诸如汽油、柴油、煤油、乙醇、液化气、汽车燃气等推进剂来产生旋转运动的机器。内燃机例如可以是汽油发动机、柴油发动机、汪克尔发动机或双冲程发动机。
在串联行驶或爬行时，机动车的一个驱动电机通过机动车的内燃机以发电机方式运行。这样产生的能量然后被提供给机动车的另一个驱动电机，以便提供驱动功率。
电动车桥或简称电动桥优选是机动车的非主驱动桥，其中借助驱动电机可将驱动功率传递到机动车的车轮上。当然，驱动电机也可以借助变速器连接。当在用于主驱动桥的变速器中进行挡位变换时，借助电动车桥可以完全地或部分地保持牵引力。此外，借助电动车桥可以至少部分地建立全轮功能。
电动力起动元件(EDA)实现：通过一个或多个行星齿轮组发生内燃机转速和驱动电机转速的转速叠加，从而能够在内燃机运行、优选在没有摩擦离合器的情况下从停止运转起动机动车。在此，驱动电机支承转矩。优选地，内燃机不再能通过起动离合器或类似装置与变速器分离。通过使用EDA优选可以省去启动器、发电机和起动离合器或者说液力变矩器。在此，EDA尤其是这样紧凑地构造，使得所有部件在成批的离合器壳体中在没有延长变速器的情况下找到位置。电动力起动元件例如可以通过软调谐的扭转减震器与内燃机、尤其是内燃机的飞轮固定连接。因此，驱动电机和内燃机可以选择性地同时或替代地运行。如果机动车停止，则可以切断驱动电机和内燃机。由于驱动电机的好的可调节性，实现了非常高的起动质量，这可以对应于具有变矩器离合器的驱动装置的起动质量。
在所谓的电动力换挡(EDS)时，如在EDA起动时那样通过一个或多个行星齿轮组发生内燃机转速和驱动电机转速的转速叠加。在换挡开始时，适配驱动电机和内燃机的转矩，使得要挂出的切换元件是无负载的。在断开所述切换元件之后，在保持牵引力的情况下进行转速适配，从而要挂入的切换元件同步。在闭合切换元件之后，根据混合动力运行策略任意地实现内燃机与驱动电机之间的负载分配。电动力换挡方法的优点在于，目标挡位的要切换的切换元件通过驱动电机和内燃机的相互作用来同步，其中，驱动电机优选可以精确地调节。EDS换挡方法的另一个优点是，可以实现高的牵引力，因为在该混合动力变速器中的内燃机和电机的转矩相加。
附图说明
下面借助几个所选择的实施例结合附图对本发明进行详细说明和解释。在附图中：
图1示出具有根据本发明的机动车动力传动系的机动车的示意性俯视图；
图2示出根据本发明的混合动力变速器的一个变型方案的示意图；
图3示出根据图2的混合动力变速器的切换状态；
图4示出混合动力变速器的另一个变型方案的示意图；
图5示出混合动力变速器的另一个变型方案的示意图；
图6示出混合动力变速器的另一个变型方案的示意图；
图7示出混合动力变速器的另一个变型方案的示意图；
图8示出混合动力变速器的另一个变型方案的示意图；
图9示出混合动力变速器的另一个变型方案的示意图；以及
图10示出混合动力变速器的另一个变型方案的示意图。
具体实施方式
在图1中示意性地示出具有机动车动力传动系12的机动车10。机动车动力传动系12具有第一驱动电机14和内燃机16，它们借助混合动力变速器18与机动车10的前桥连接。在所示的示例中，机动车动力传动系12还包括可选的电动车桥，该电动车桥具有与机动车10的后桥连接的第二驱动电机20。可以理解的是，也可以实现相反的连接，从而混合动力变速器18与机动车10的后桥连接并且机动车10的前桥包括电动车桥。借助机动车动力传动系12，第一驱动电机14、内燃机16和/或可选的第二驱动电机20的驱动功率被输送给机动车10的车轮。机动车10还具有蓄能器22，以便储存用于供给第一驱动电机14和/或第二驱动电机20的能量。
图2示出根据本发明的混合动力变速器18的一个简化的变型方案。混合动力变速器18具有第一变速器输入轴24和第二变速器输入轴26，它们构造用于将驱动机14、16的驱动功率传递到混合动力变速器18中。
此外，混合动力变速器18包括从动轴28和行星齿轮组RS以及总共三个形成挡位的正齿轮对，所述正齿轮对用ST1至ST3表示。
第一驱动电机14经由齿轮链与第二变速器输入轴26以有效驱动的方式连接，其中，所述齿轮链包括布置在第一电机14的转子轴的输出轴上的固定齿轮，该固定齿轮与另一个固定齿轮啮合，其中，该固定齿轮与布置在第二变速器输入轴26上的固定齿轮啮合。
第一正齿轮对ST1包括布置在第一变速器输入轴24上的固定齿轮，该固定齿轮与布置在空心轴上的固定齿轮啮合，其中，该空心轴布置在第二变速器输入轴26上并且与行星齿轮组RS的齿圈以有效驱动的方式连接。
第二正齿轮对ST2包括布置在第一变速器输入轴24上的活动齿轮，该活动齿轮与布置在从动轴28上的固定齿轮啮合。
第三正齿轮对ST3也包括布置在第一变速器输入轴24上的活动齿轮，该活动齿轮与布置在从动轴28上的固定齿轮啮合。
此外，从动轴28包括从动齿轮。此外，从动轴28构造为空心轴并且至少部分地包围第二变速器输入轴26。
在所示的实施方式中，混合动力变速器18总共具有五个切换元件，它们用A至E表示。
通过挂入第一切换元件A，第二正齿轮对ST2的活动齿轮能与第一变速器输入轴24以有效驱动的方式连接。因此，在第一变速器输入轴24与从动轴28之间建立以有效驱动的方式的连接。
通过挂入第二切换元件B，第三正齿轮对ST3的活动齿轮能与第一变速器输入轴24以有效驱动的方式连接，其中，在此在第一变速器输入轴24与从动轴28之间建立以有效驱动的方式的连接。
通过挂入第三切换元件C，行星齿轮组RS的齿圈能与行星齿轮组RS的行星齿轮架以有效驱动的方式连接。因此，行星齿轮组RS通过挂入第三切换元件C被锁止。
第四切换元件D构造用于将行星齿轮组RS的行星齿轮架与从动轴28以有效驱动的方式连接。
第五切换元件E构造用于将第二变速器输入轴26与从动轴28以有效驱动的方式连接。
因此，混合动力变速器18包括行星齿轮组RS，该行星齿轮组的齿圈经由第一正齿轮对ST1与第一变速器输入轴24以有效驱动的方式连接。行星齿轮组RS的行星齿轮架能与从动轴28以有效驱动的方式连接并且行星齿轮组RS的太阳轮与第二变速器输入轴26以有效驱动的方式连接。
第一变速器输入轴24和第二变速器输入轴26构造为实心轴并且布置成彼此轴线平行。
从动轴28构造为空心轴并且至少部分地围绕第二变速器输入轴26布置。
第一切换元件A与第二切换元件B组合成双切换元件。第三切换元件C与第四切换元件D组合成双切换元件。
可以理解的是，切换元件A至E优选构成为形锁合的切换元件，例如牙嵌切换元件。此外可以理解的是，例如以另一个行星齿轮组或正齿轮级形式的固定传动比可以设置在混合动力变速器18的齿轮组的下游。特别优选地，通常在该齿轮组的下游连接有差速器。
在所示的实施方式中，第一驱动电机14在变速器侧连接到混合动力变速器18上，该变速器侧与未示出的内燃机16的连接侧相对置。
从未示出的内燃机16的连接侧起，首先布置有第一正齿轮对ST1、然后行星齿轮组RS、然后包括第三切换元件C和第四切换元件D的双切换元件、然后第二正齿轮对ST2、然后包括第一切换元件A和第二切换元件B的双切换元件、然后第三正齿轮对ST3并且最后第五切换元件E。
在图3中示意性地示出根据图2的混合动力变速器18在换挡矩阵32中的切换状态。在换挡矩阵32的第一列中示出混合动力挡位级H1至H3、电动挡位级E1、电动力叠加状态EDA和充电中性状态LiN。在第二至第六列中示出切换元件A至E的切换状态，其中，“X”意味着相应的切换元件闭合，即所配设的变速器构件以有效驱动的方式相互连接。如果不存在记录项，则可以由此出发，即相应的切换元件是断开的，也就是说不传递驱动功率。
第一混合动力挡位级H1.1的第一变型方案可以通过闭合第四切换元件D和第五切换元件E来建立。
闭合第三切换元件C和第五切换元件E建立第一混合动力挡位级H1.2的第二变型方案。
第一混合动力挡位级H1.3的第三变型方案可以通过闭合第三切换元件C和第四切换元件D来建立。
闭合第一切换元件A和第五切换元件E建立第二混合动力挡位级H2.1的第一变型方案。
第二混合动力挡位级H2.2的第二变型方案可以通过闭合第一切换元件A和第四切换元件D来建立。
闭合第一切换元件A和第三切换元件C建立第二混合动力挡位级H2.3的第三变型方案。
第三混合动力挡位级H3.1的第一变型方案可以通过闭合第二切换元件B和第五切换元件E来建立。
闭合第二切换元件B和第四切换元件D建立第三混合动力挡位级H3.2的第二变型方案。
第三混合动力挡位级H3.3的第三变型方案可以通过闭合第二切换元件B和第三切换元件C来建立。
电动挡位级E1可以通过闭合第五切换元件E来建立。
电动力叠加状态EDA可以通过闭合第四切换元件D来建立。
闭合第三切换元件C建立充电中性状态LiN。
可以理解的是，根据各个切换元件A至E组合成双切换元件，个别挡位级不能被切换。例如，当第三切换元件C与第四切换元件D组合成双切换元件时，第一混合动力挡位级H1.3的第三变型方案不能被挂入。此外，当第三切换元件C与第五切换元件E组合成双切换元件时，第一混合动力挡位级H1.2的第二变型方案不能被挂入。
对于由内燃机驱动的或混合动力行驶，存在可供用于内燃机16的三个不同的混合动力挡位级。
如果仅闭合第五切换元件E，则利用混合动力变速器18可以纯电动行驶，因为第一驱动电机14直接与从动装置30连接。
如果仅第四切换元件D闭合，则在行星齿轮组RS上形成电动力叠加状态，即所谓的EDA状态。内燃机16然后经由第一正齿轮对ST1与行星齿轮组RS的齿圈连接，其中，第一驱动电机14在行星齿轮组RS的太阳轮上支承内燃机16的力矩。行星齿轮架经由第四切换元件D与从动装置30、尤其是从动轴28连接。在所述切换状态下，电动力起动、EDA起动可以向前。
从所述切换状态，对于内燃机16，第一混合动力挡位级H1.1的第一变型方案、第一混合动力挡位级H1.3的第三变型方案、第二混合动力挡位级H2.2的第二变型方案和第三混合动力挡位级H3.2的第二变型方案可以被挂入，因为第四切换元件D在这些切换状态下分别闭合。
从第一挡位级到第二挡位级的机电式负载换挡可以由第一驱动电机14从动端支持地进行，其中，第五切换元件E保持闭合。在此，从第一混合动力挡位级H1.1的第一变型方案被更换到第二混合动力挡位级H2.1的第一变型方案。从第二挡位级到第三挡位级的机电式负载换挡可以同样由第一驱动电机14从动端支持地进行，其中，第五切换元件E保持闭合。然后，从第二混合动力挡位级H2.1的第一变型方案被更换到第三混合动力挡位级H3.1的第一变型方案。
在混合动力运行中从第一混合动力挡位级H1.1的第一变型方案到第二混合动力挡位级H2.1的第一变型方案的机电或电动力的动力换挡例如可以如下进行。在初始状态中，即当切换第一混合动力挡位级H1.1的第一变型方案时，第四切换元件D和第五切换元件E闭合。然后，在第四切换元件D上实现负载消减并且同时在第一驱动电机14上实现负载建立。然后，第四切换元件D断开。内燃机16的转速降低，使得第一切换元件A同步。为此，例如内燃机16可以进入惯性运行中或者优选另一个电机以发电机方式运行。第一切换元件A可以被挂入。在所述切换过程期间，第五切换元件E保持闭合。
如果仅第三切换元件C闭合，则第一驱动电机14可以与从动装置30无关地与内燃机16连接。第一驱动电机14和内燃机16然后以彼此固定的比率旋转。由此，一方面内燃机16可以借助第一驱动电机14起动，另一方面第一驱动电机14可以由内燃机16以发电机方式运行并且给电蓄能器22充电或供应其它电消耗器。
可以理解的是，消耗器也可以是第二驱动电机20，诸如在图1中所示，其布置在所述另一个车桥上并且形成所谓的电动后桥。
从充电中性状态LiN的过渡可以进入第一混合动力挡位级H1.2的第二变型方案、第一混合动力挡位级H1.3的第三变型方案、第二混合动力挡位级H2.3的第三变型方案或第三混合动力挡位级H3.3的第三变型方案中，因为第三切换元件C在这些切换状态下分别闭合。
如果在机动车动力传动系12中存在第二驱动电机20，诸如在图1中所示，则可以以这种组合来提供一种全轮驱动系统。例如DHT、也就是专用的混合动力变速器可以借助内燃机16和第一驱动电机14设计为纯前置驱动装置并且附加的后车桥驱动借助第二驱动电机20实现。在所述范围内，电动力叠加状态、即EDA模式是用于内燃机16的功率分流的E-CVT行驶范围，其中也可以进行电池中性的运行。CVT-行驶范围尤其是可以理解为可无级变化的传动的行驶范围，Continuously Variable Transmission(连续可变传动)。
尤其是能够借助第二驱动电机20实现牵引力辅助。当需要在混合动力变速器18中转换时，第二电动机器20可以支承牵引力，其中混合动力变速器18的从动装置30变得无负载。例如当首先纯电地借助第一驱动电机14和/或第二驱动电机20行驶并且然后应当借助第一驱动电机14实现将内燃机16起动到空挡中时，可以实施这样的过渡。
在图4中示出根据本发明的混合动力变速器18的另一个变型方案。区别于在图2中所示的实施方式，各个变速器构件替代地关于其几何布置设置在变速器中。因此，从未示出的内燃机16的连接侧看，首先第三正齿轮对ST3、然后包括第二切换元件B和第一切换元件A的双切换元件、然后第二正齿轮对ST2、然后第四切换元件D、然后第一正齿轮对ST1、然后行星齿轮组RS、最后包括第三切换元件C和第五切换元件E的双切换元件布置在变速器中。此外，区别于在图2中所示的实施方式，从动轴28构造为实心轴，并且第二变速器输入轴26构造为空心轴。第二变速器输入轴26至少部分地包围从动轴28。然而，各个变速器构件彼此间的连接与在图2中所示的实施方式相同。
此外，布置在第二变速器输入轴26上用于连接第一驱动电机14的连接齿轮具有用于包括第三切换元件C和第五切换元件E的双切换元件的引导通过部。
在图5中示出根据本发明的混合动力变速器18的另一个变型方案。区别于在图2中所示的实施方式，更换了第二正齿轮对ST2和第三正齿轮对ST3的固定齿轮和活动齿轮连接。因此，第一变速器输入轴24构造成无切换元件并且仅具有固定齿轮。包括第一切换元件A和第二切换元件B的双切换元件布置在从动轴28上并且构造用于将第二正齿轮对ST2或者说第三正齿轮对ST3的相应的活动齿轮与从动轴28以有效驱动的方式连接。
在图6中示出根据本发明的混合动力变速器18的另一个变型方案。区别于在图2中所示的实施方式，第二正齿轮对ST2和第三正齿轮对ST3在其在混合动力变速器18中的轴向位置方面被更换。可以理解的是，所属的切换元件、也就是第一切换元件A和第二切换元件B类似地被第二正齿轮对ST2和第三正齿轮对ST3的所属的活动齿轮更换。因此，该变速器具有包括第二切换元件B和第一切换元件A的双切换元件。
因此，从未示出的内燃机16的连接侧看，在混合动力变速器中，首先将第一正齿轮对ST1、然后行星齿轮组RS、然后包括第三切换元件C和第四切换元件D的双切换元件、然后第三正齿轮对ST3、然后包括第二切换元件B和第一切换元件A的双切换元件、然后第二正齿轮对ST2、从动齿轮、然后第四切换元件E以及最后用于连接第一驱动电机14的连接齿轮布置在混合动力变速器18中。
在图7中示出根据本发明的混合动力变速器18的另一个变型方案。区别于在图2中所示的实施方式，在图7中所示的实施方式中更换了在行星齿轮组RS上的连接。尤其是更换了在行星齿轮组RS的齿圈和太阳轮上的连接，其中，行星齿轮架能与从动轴28连接。因此，第一驱动电机14经由第二变速器输入轴26与行星齿轮组RS的齿圈以有效驱动的方式连接，其中，内燃机16经由第一正齿轮对ST1与行星齿轮组RS的太阳轮以有效驱动的方式连接。
优选在图7中所示的实施方式中，第一驱动电机14在电动起动或电动力换挡时可以在行星齿轮组的齿圈上以较小的补偿转速运行。在此，第一驱动电机14在电动力起动和电动力换挡时必须施加更高的支承力矩。此外，第一驱动电机14在电动力叠加状态中或在电动力起动时可以较少时间以发电机方式运行，因为相比于在第一驱动电机14连接在行星齿轮组RS的太阳轮上时，随着行驶速度的增加，发电机式运行更早地离开。
在图8中示出根据本发明的混合动力变速器18的另一个变型方案。在此，根据图8的混合动力变速器18基本上对应于在图2中所示的混合动力变速器18，其中，在图8中更详细地示出从动装置30。从动装置30通过布置在第二正齿轮对ST2与第三正齿轮对ST3之间的从动齿轮构造在从动轴28上。所述从动齿轮与布置在差速器上的固定齿轮啮合并且因此将驱动功率从混合动力变速器18传递到差速器上。此外，该差速器具有差速器轴38，该差速器轴穿过第一驱动电机14的转子轴。换句话说，第一驱动电机14可以支承在差速器轴38上。
此外，混合动力变速器18具有变速器驱动轴34，其布置成与第一变速器输入轴24轴线平行并且经由牵引机构传动装置与布置在第一正齿轮对ST1和第二正齿轮对ST2之间的固定齿轮与第一变速器输入轴24以有效驱动的方式连接。变速器驱动轴34经由扭转减振器或另一个原则上在现有技术中已知的用于转动振动脱耦的元件与内燃机16连接。此外，在变速器驱动轴34上布置有用于连接另一个电机36的固定齿轮。所述另一个电机36经由牵引机构传动装置与变速器驱动轴34作用连接。特别优选地，所述另一个电机36可以构造为高压起动器发电机。
可以理解的是，变速器驱动轴34不仅与第一变速器输入轴24而且与所述另一个电机36的连接可以替代地也构造为齿轮链。
在图9中示出根据本发明的混合动力变速器18的另一个变型方案。与在图8中所示的实施方式不同，变速器驱动轴34包括内燃机离合器K0。该内燃机离合器K0构造用于将变速器驱动轴34与内燃机16可分开地以有效驱动的方式连接。在此，内燃机离合器K0布置在变速器输入轴34的用于转动振动脱耦的元件与所述两个连接齿轮之间，从而所述另一个电机36始终与第一变速器输入轴24处于驱动连接中。
在图9中所示的示例中，内燃机离合器K0实施为形锁合的切换元件，例如实施为牙嵌式离合器。
在图10中示出根据本发明的混合动力变速器18的另一个变型方案。区别于在图9中所示的实施方式，内燃机离合器K0实施为摩擦锁合的切换元件。
可以理解的是，机动车动力传动系12或混合动力变速器18也可以在没有内燃机离合器K0的情况下运行。然而，内燃机离合器K0出于不同的原因、例如出于功能安全技术的原因是有意义的。尤其是，以摩擦锁合的切换元件的形式的内燃机离合器K0如在图10所示能够实现内燃机16的牵引起动。尤其是，在具有另外的电机36的实施方式中，内燃机离合器K0是有意义的。
借助附图和描述全面地描述并且阐述了本发明。描述和阐述应理解为示例而非限制性的。本发明不限于所公开的实施方式。本领域技术人员在使用本发明以及在准确地分析附图、公开内容和所附的专利权利要求时得出其他实施方式或变体。
在专利权利要求中，单词“包括”和“具有”不排除其他元件或步骤的存在性。不定冠词“一个”或“一”不排除多数的存在性。单个元件或单个单元可以执行在专利权利要求中提到的多个单元的功能。在多个不同的从属专利权利要求中提到的若干措施不应理解为这些措施的组合不能同样以有利的方式使用。权利要求书中的附图标记不应理解为限制性的。用于运行机动车动力传动系12的方法例如可以以计算机程序的形式实现，该计算机程序在用于机动车动力传动系12的控制装置上被执行。计算机程序可以在非易失性的数据载体、例如在光学存储器上或半导体驱动器(SSD)上存储/销售。计算机程序可以与硬件一起和/或作为硬件的一部分例如借助因特网或借助有线或无线通信系统来销售。
附图标记
10 机动车
12 机动车动力传动系
14 第一驱动电机
16 内燃机
18 混合动力变速器
20 第二驱动电机
22 蓄能器
24 第一变速器输入轴
26 第二变速器输入轴
28 从动轮
30 从动装置
32 换挡矩阵
34 变速器驱动轴
36 另外的电机
38 差速器轴
A至E 切换元件
K0 内燃机离合器
ST1至ST3 正齿轮对

Claims (15)

1.用于机动车(10)的机动车动力传动系(12)的混合动力变速器(18)，该混合动力变速器具有：
第一变速器输入轴(24)，其用于将该混合动力变速器与机动车的内燃机(16)作用连接；
第二变速器输入轴(26)，其用于将该混合动力变速器与机动车的第一驱动电机(14)作用连接；
从动轴(28)，其用于将该混合动力变速器与从动装置(30)作用连接；
行星齿轮组(RS)，该行星齿轮组与所述第一变速器输入轴和所述第二变速器输入轴以有效驱动的方式连接；
布置在多个齿轮组平面中的用于形成挡位级的正齿轮对(ST1、ST2、ST3)；以及
用于挂入挡位级的具有多个切换元件(A、B、C、D、E)的多个挡位切换装置，其中，
所述用于形成挡位级的正齿轮对中的第一正齿轮对配设给第一变速器输入轴；并且
所述用于形成挡位级的正齿轮对中的第二正齿轮对和第三正齿轮对配设给第一变速器输入轴和所述从动轴。
2.根据权利要求1所述的混合动力变速器(18)，其中，所述第一驱动电机在变速器侧上连接到所述混合动力变速器上，所述变速器侧与内燃机的连接侧相对置；
从内燃机的连接侧出发，所述第三正齿轮对(ST3)、所述第二正齿轮对(ST2)、所述第一正齿轮对(ST1)以及所述行星齿轮组(RS)以所述顺序布置；或
从内燃机的所述连接侧出发，所述第一正齿轮对、所述行星齿轮组、所述第二正齿轮对(ST2)以及所述第三正齿轮对以所述顺序布置。
3.根据权利要求1或2所述的混合动力变速器(18)，其中，
在所述用于形成挡位级的正齿轮对(ST1、ST2、ST3)中的两个正齿轮对中，活动齿轮的布置结构与固定齿轮的布置结构分别是可交换的；
所述用于形成挡位级的正齿轮对(ST1、ST2、ST3)中的两个正齿轮对的轴向布置结构是可交换的；和/或
所述第一变速器输入轴构造成无切换元件。
4.根据前述权利要求中任一项所述的混合动力变速器(18)，其中，
该混合动力变速器具有变速器驱动轴(34)，该变速器驱动轴与第一变速器输入轴(24)以有效驱动的方式连接并且相对于第一变速器输入轴以轴线平行的方式布置，和/或
所述从动轴(28)与所述从动装置(30)的差速器以有效驱动的方式作用连接，所述差速器包括用于将驱动功率从混合动力变速器传递至机动车(10)的车轮的差速器轴(38)，该差速器轴与所述从动轴轴线平行地布置并且该差速器轴构造用于穿过所述第一驱动电机(14)，以便能够将第一驱动电机布置在差速器轴的周围。
5.根据前述权利要求中任一项所述的混合动力变速器(18)，其中，
所述行星齿轮组(RS)的行星齿轮架能与所述从动轴(28)以有效驱动的方式连接；
所述行星齿轮组的太阳轮借助所述用于形成挡位级的正齿轮对(ST1、ST2、ST3)中的第一正齿轮对与第一变速器输入轴连接，并且所述行星齿轮组的齿圈与第二变速器输入轴(26)以有效驱动的方式连接；或
所述行星齿轮组的齿圈借助所述用于形成挡位级的正齿轮对(ST1、ST2、ST3)中的第一正齿轮对与第一变速器输入轴连接，并且所述行星齿轮组的太阳轮与第二变速器输入轴(26)以有效驱动的方式连接。
6.根据前述权利要求中任一项所述的混合动力变速器(18)，其中，该混合动力变速器具有用于将第一变速器输入轴(24)与内燃机(16)可松脱地以有效驱动的方式连接的内燃机离合器(K0)，该内燃机离合器优选布置在所述变速器驱动轴(34)上。
7.根据前述权利要求中任一项所述的混合动力变速器(18)，其中，
第一切换元件(A)构造用于将第一变速器输入轴(24)借助所述用于形成挡位级的正齿轮对中的第二正齿轮对与所述从动轴以有效驱动的方式连接；
第二切换元件(B)构造用于将第一变速器输入轴(24)借助所述用于形成挡位级的正齿轮对中的第三正齿轮对与所述从动轴以有效驱动的方式连接；
第三切换元件(C)构造用于锁止所述行星齿轮组；
第四切换元件(D)构造用于将所述行星齿轮组与所述从动轴以有效驱动的方式连接；和/或
第五切换元件(E)构造用于将第二变速器输入轴与所述从动轴以有效驱动的方式连接。
8.根据前述权利要求中任一项所述的混合动力变速器(18)，其中，该混合动力变速器具有恰好三个正齿轮对(ST1、ST2、ST3)、恰好一个行星齿轮组(RS)以及恰好五个切换元件(A、B、C、D、E)，以形成三个混合动力挡位级。
9.根据前述权利要求中任一项所述的混合动力变速器(18)，其中，
所述从动轴构造为空心轴并且至少部分地包围构造为实心轴的第二变速器输入轴，以便能够实现在变速器中心连接到所述从动装置的差速器上；或
第二变速器输入轴构造为空心轴并且至少部分地包围构造为实心轴的从动轴，以便能够实现在变速器外侧上连接到所述从动轴的差速器上。
10.根据前述权利要求中任一项所述的混合动力变速器(18)，其中，
所述切换元件(A、B、C、D、E)构造为形锁合的切换元件；和/或
所述切换元件中的至少两个、优选四个切换元件构造为双切换元件并且能由双作用的致动器操纵。
11.用于机动车(10)的机动车动力传动系(12)，该机动车动力传动系具有：
根据前述权利要求中任一项所述的混合动力变速器(18)；
内燃机(16)，该内燃机能与所述第一变速器输入轴(24)连接；以及
第一驱动电机(14)，该第一驱动电机与第二变速器输入轴(26)以有效驱动的方式连接。
12.根据权利要求11所述的机动车动力传动系(12)，其中，该机动车动力传动系优选包括另一个电机(36)，所述另一个电机与第一变速器输入轴(24)以有效驱动的方式连接并且所述第一驱动电机(14)和/或优选所述另一个电机
能作为起动器发电机被操控以用于起动内燃机(16)；和/或
能作为充电发电机被操控以用于给蓄能器(22)充电。
13.根据权利要求11或12所述的机动车动力传动系(12)，其中，
所述混合动力变速器(18)的从动装置(30)能与第一机动车车桥以有效驱动的方式连接并且第二机动车车桥包括带有第二驱动电机(20)的电动车桥；并且
优选地所述第一驱动电机(14)和/或所述另一个电机(36)能够作为发电机被操控以用于供应所述第二驱动电机(20)，以便建立串联行驶模式。
14.用于运行根据权利要求11至13中任一项所述的机动车动力传动系(12)的方法。
15.机动车(10)，该机动车具有：
根据权利要求11至13中任一项所述的机动车动力传动系(12)；以及
用于存储能量以供应所述第一驱动电机(14)的蓄能器(22)；第二驱动电机(20)和/或另一个电机(36)。
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