用于电动或混合动力车辆驱动系变速器、驱动系和运行驱动系的方法与流程

本发明涉及一种用于电动车辆或混合动力车辆的驱动系的变速器，变速器具有第一轴和第二轴，第一轴可与电机携动转动地连接，其中，变速器可从第一挡位切换到第二挡位中，在第一挡位中第一轴以第一传动比与第二轴携动转动地连接或可携动转动地连接，在第二挡位中第一轴以第二传动比与第二轴携动转动地连接或可携动转动地连接，第二传动比小于第一传动比。本发明还涉及用于电动车辆或混合动力车辆的驱动系，驱动系具有电机和这种变速器。本发明还涉及用于运行电动车辆或混合动力车辆的驱动系的方法。

背景技术：

实际中已知用于电动车辆或混合动力车辆的驱动系，驱动系具有电机，其中，电机在驱动系内可作为发动机或作为发电机运行，因此也可称为电机的发动机运行或发电机运行。在此，电机或其输出轴尤其在电机并行布置时大多经由变速器与另一轴连接，另一轴例如可布置在驱动系的扭矩传递路径中并且在混合动力车辆的情况下也可通过内燃机驱动。因此在这种变速器中设置可与电机携动转动地连接的第一轴和经由挡级彼此携动转动连接的第二轴。在此，为了切换挡级例如已知有自由轮，自由轮使得能够通过第一轴经由自由轮离合器驱动第二轴，其中，此处用作起动机的电机在混合动力车辆内的内燃机起动之后可被超越。在此，这种自由轮离合器具有很大的效用，但是不能满足现代化驱动系的舒适要求。另外已知的是，电机的输出侧经由摩擦锁合的离合器、例如湿式运转的膜片式离合器连接在扭矩路径上，由此可特别均匀地进行切换，另外该切换满足高的舒适要求。但是在电机连接在驱动系内时这种切换元件的效用明显降低，这例如归咎于在湿式运行的摩擦锁合的离合器中的拖曳扭矩。

技术实现要素：

因此本发明的目的是，提供一种用于电动车辆或混合动力车辆的驱动系的变速器，该变速器确保可小型构造电机，特别灵活地匹配不同的行驶情况并且高效且具有高度行驶舒适性。本发明的目的还在于，提供用于电动车辆或混合动力车辆的具有这种有利的变速器的驱动系。本发明的目的还在于，提供用于运行这种驱动系的有利方法。

该目的通过在权利要求1、8或9中给出的特征实现。本发明的有利的实施方式是从属权利要求的对象。

根据本发明的变速器设计用于电动车辆或混合动力车辆的驱动系并且具有第一轴和第二轴。第一轴与电机可携动转动地连接或携动转动地连接。原则上，变速器的第一轴也可由电机的输出轴形成。变速器构造成两挡变速器，其中优选的是，变速器仅具有两个挡位。由此变速器可从第一挡位切换到第二挡位中，在第一挡位中第一轴以第一传动比与第二轴携动转动地连接或可携动转动地连接，在第二挡位中第一轴以第二传动比与第二轴携动转动地连接或可携动转动地连接，第二传动比小于第一传动比。在此处以及下面所述的传动比的情况下，第一轴为主动轴并且第二轴为从动轴。换句话说，在给定传动比的情况下基于在此以及下面提及的电机的发动机运行，虽然在第二轴为主动轴时电机也可作为发电机运行。而第一轴在第一挡位中经由自由轮离合器与第二轴携动转动地连接或可携动转动地连接，第一轴在第二挡位中经由摩擦锁合的离合器、例如膜片式离合器与第二轴携动转动地连接或可携动转动地连接。自由轮离合器例如可为滚子自由轮或斜撑式自由轮或棘爪自由轮，其中，在自由轮离合器中也可称为所谓的超越离合器。

根据本发明的用于电动车辆或混合动力车辆的驱动系的变速器具有以下优点，基于可切换的变速器，首先可使用结构尽可能小的电机。另外，可通过相应地切换变速器实现灵活匹配极端的行驶情况，如例如在碎石上起动、加速等。由此可尤其将第一挡位用于起动，尤其在碎石上起动且用于最大加速，在第一挡位中经由自由轮离合器进行携动转动连接，其中，在此实现了变速器的特别高的效用。而第二挡位可用于大部分行驶时间，其中在此摩擦锁合的离合器、尤其湿式运转的膜片式离合器满足对机动车辆的驱动系提出的很高的舒适要求。

在根据本发明的变速器的优选实施方式中，自由轮离合器具有多个可运动的第一夹紧元件，第一夹紧元件布置在与第一轴抗转动地连接的第一运行环(一方面)和与第二轴抗转动地连接的第二运行环(另一方面)之间。如前所述，自由轮离合器例如可为滚子自由轮、斜撑式自由轮或棘爪自由轮。在此，第一运行环无需一定与第一轴直接抗转动地连接，而第二运行环同样无需与第二轴直接抗转动地连接，这如后面还将描述的那样。

在根据本发明的变速器的另一优选的实施方式中，自由轮离合器的第一夹紧元件可从打开位置运动到闭合位置中，在打开位置中第一运行环可以第一相对转动方向以及与第一相对转动方向相反的第二相对转动方向相对于第二运行环转动，在闭合位置中第一运行环以第一相对转动方向经由第一夹紧元件与第二运行环携动转动地耦联并且可以第二相对转动方向相对于第二运行环转动。

在根据本发明的变速器的另一优选的实施方式中，第一夹紧元件通过第一运行环以第二相对转动方向相对于第二运行方向转动可运动或排挤到打开位置中，从而无需一定直接操纵第一夹紧元件来运动到打开位置中，而是在第一运行环以第二相对转动方向相对于第二运行环转动时必然运动或排挤到打开位置中。

由前述描述中可见，前述第一夹紧元件在其闭合位置中仅引起在第一运行环和第二运行环之间的以第一相对转动方向的携动转动的耦联。但是为了提供可特别灵活使用且满足车辆的不同行驶情况的变速器，在根据本发明的变速器的特别优选的实施方式中自由轮离合器还具有多个可运动的第二夹紧元件，第二夹紧元件布置在第一运行环(一方面)和第二运行环(另一方面)之间，其中，第二夹紧元件可从打开位置运动到闭合位置中，在打开位置中第一运行环可以第一相对转动方向和第二相对转动方向相对于第二运行环转动，在闭合位置中第一运行环可以第一相对转动方向相对于第二运行环转动并且以第二相对转动方向经由第二夹紧元件与第二运行环携动转动地耦联。因此，通过组合第一夹紧元件和第二夹紧元件不仅可实现运行环以相反的相对转动方向的携动转动的耦联，而且也可以两个彼此相反的相对转动方向同时进行耦联或锁止，由此尤其可通过电机在第一挡位实现制动力矩的回收或设定。这也具有以下优点，同样实现了从第一挡位到第二挡位中的无扭矩中断的反接，由此明显提高了具有这种变速器的驱动系的舒适性和功能范围。

在根据本发明的变速器的有利的实施方式中，至少一个第一夹紧元件和至少一个第二夹紧元件在实现第一运行环和第二运行环之间的携动转动的耦联的情况下可以第一相对转动方向和第二相对转动方向运动到相应的闭合位置中。

在根据本发明的变速器的特别有利的实施方式中，自由轮离合器构造成可切换的自由轮离合器。因此，在该实施方式中优选设置用于将自由轮离合器有针对性地切换到不同的运行方式中的相应的操纵装置，而自由轮离合器不是仅对其运行环之间的转速差作出反应。

在根据本发明的变速器的另一有利的实施方式中，第一夹紧元件或/和第二夹紧元件可锁定在打开位置或闭合位置中，另外其中，在该实施方式中优选的是，第一夹紧元件或/和第二夹紧元件被预紧到相应不同的位置中。

依照根据本发明的变速器的另一优选的实施方式，变速器构造成正齿轮变速器，从而确保特别安全且可靠地传递扭矩。在此第一轴和第二轴优选彼此平行错开地布置。

依照根据本发明的变速器的另一优选的实施方式，在变速器的正齿轮和第一轴或第二轴之间布置摩擦锁合的离合器。在该实施方式中优选的是，正齿轮也可转动地支承在第一轴或第二轴上，其中，这例如可经由滚动轴承来完成。

前述两个实施方式具有变速器结构特别紧凑的优点。在此优选的是，摩擦锁合的离合器和自由轮离合器布置在其轴和相应对应的正齿轮之间，其中，其轴优选由第一轴构成，第一轴可与电机携动转动地连接、甚至形成其输出轴。

为了特别高程度地实现前述对舒适性和效用的要求，在根据本发明的变速器的另一优选实施方式中第一传动比至少为1，其中，第一传动比优选大于1.3，特别优选大于1.4，而第二传动比小于1，优选小于0.9，特别优选小于0.8。

在根据本发明的变速器的另一有利的实施方式中，摩擦锁合的离合器是膜片式离合器，优选湿式运行的膜片式离合器。由此在湿式运行的膜片式离合器中虽然由于可能出现拖曳扭矩但是可比在摩擦锁合的离合器、例如自由轮中更低的效用，但是这种摩擦锁合的离合器确保高度的行驶舒适性。

在根据本发明的变速器的另一优选的实施方式中，摩擦锁合的离合器构造成常闭的离合器。

根据本发明的用于电动车辆或混合动力车辆的驱动系具有电机和前述的根据本发明的类型的变速器，其中，变速器的第一轴与电机携动转动地连接。如前面所述，第一轴可同样为电机的输出轴。关于根据本发明的驱动系的优点可参见前述变速器的优点，该优点相应地适用于驱动系。

在根据本发明的驱动系的优选实施方式中，驱动系还具有内燃机，借助内燃机能可选择地驱动变速器的第二轴。因此借此提供用于混合动力车辆的驱动系。

根据本发明的用于运行根据本发明的类型的驱动系的方法具有下面详细描述的方法步骤。首先，在发动机运行中通过电机驱动第一轴，其中，在变速器的第一挡位中通过第一轴经由自由轮离合器驱动第二轴。因此在此优选经由自由轮离合器的夹紧元件在其闭合位置中进行驱动。在第一挡位中驱动第一轴以及第二轴期间，首先打开摩擦锁合的离合器。如果完成一种形式情况、例如在碎石上起动或突然加速，则通过闭合摩擦锁合的离合器在超越自由轮离合器的情况下切换到第二挡位中，从而通过自由轮离合器的第二运行环超越第一运行环在第二挡位中经由摩擦锁合的离合器传递扭矩。因此从切换的自由轮离合器中并且因此从第一挡位平缓地过渡到较高的第二挡位中。前述的自由轮离合器的超越在此优选在使第一夹紧元件运动或排挤到打开位置中来进行，如前所述参考对变速器的描述。另外，在该实施方式中优选的是，第一夹紧元件在其运动或排挤到打开位置中之后锁定在该打开位置中，从而在行驶中在第二挡位中抑制第一夹紧元件的不必要的运动。

在根据本发明的方法的优选的实施方式中，在切换到第二挡位中之后通过打开摩擦锁合的离合器切换回到第一挡位中并且第一夹紧元件从打开位置运动到闭合位置中。在此优选地通过松开前述的第一夹紧元件在其打开位置中的锁定使得第一夹紧元件从打开位置运动到闭合位置中。

在根据本发明的方法的另一优选的实施方式中，在发电机运行中经由第一轴驱动电机并且在变速器的第一挡位中通过第二轴经由自由轮离合器驱动第一轴，打开摩擦锁合的离合器。在此在变速器的第一挡位中通过第二轴经由自由轮离合器、优选经由自由轮离合器的第二夹紧元件在其闭合位置中驱动第一轴。在下一方法步骤中制动第二轴，其中，优选可通过在机动车辆内的现有的机动车辆制动器来进行。然后切换到第二挡位中，其中，这通过松开自由轮离合器来进行，优选通过使第二夹紧元件运动到其打开位置中来进行，其中，然后闭合摩擦锁合的离合器，从而结束至第二挡位的切换过程。

在根据本发明的方法的另一有利的实施方式中通过优选用机动车辆制动器制动第二轴切换回到第一挡位中，闭合自由轮离合器，优选使第二夹紧元件运动到其闭合位置中，并且然后打开摩擦锁合的离合器。

附图说明

下面根据示例性的实施方式参考附图阐述本发明。

图1示出了用于电动车辆或混合动力车辆的驱动系的实施方式的示意图和

图1至图5示出了图1中的可切换的自由轮离合器在不同位置或切换状态中的部分示意图。

具体实施方式

图1示出了用于电动车辆或混合动力车辆的驱动系2的示意图。驱动系2具有电机4，电机在发动机运行中可作为驱动机构或发动机运行，并且在发电机运行中可作为发电机运行。接着电机4的是变速器6，变速器构造成正齿轮变速器。

变速器6具有第一轴8和平行于第一轴8、但是与第一轴非同轴布置的第二轴10。在用于混合动力车辆的驱动系之内，第二轴10例如可与未详细示出的内燃机携动转动地连接。变速器6的第一轴8在驱动系2中与电机4携动转动地连接。具体而言，第一轴8与电机4的输出侧或输入侧12携动转动地连接，其中，第一轴8同样可由电机4的输出侧或输入侧12形成。

变速器可从第一挡位14切换到第二挡位16并且相反切换，其中，为了实现在第一挡位14中运行，设置由两个接合到彼此中的齿轮18、20构成的第一挡级并且为了在第二挡位16中运行设置具有接合到彼此中的齿轮22、24的第二挡级。在此处示出的变速器6呈正齿轮变速器的形式的情况下，齿轮18至24也可相应地称为正齿轮。两个齿轮20、24抗转动地固定并且支撑在第二轴10上，两个齿轮18、22分别可转动地支承在第一轴8上，其中，这例如可经由示意性示出的滚动轴承26、28来进行。

虽然第一挡级和第二挡级的齿轮18、22可转动地支承在第一轴上，但是可经由该挡级实现在第一轴8和第二轴10之间的扭矩传递，即，使第一轴8在第一挡位中经由自由轮离合器30并且在第二挡位16中经由摩擦锁合的离合器32与第二轴10携动转动地连接或可携动转动地连接。具体而言，可切换的摩擦锁合的离合器32布置在变速器6的齿轮22和第一轴8之间，而同样构造成可切换的自由轮离合器30布置在变速器6的齿轮18和第一轴8之间。

如果齿轮18为主动齿轮，则齿轮18和齿轮20形成第一传动比。此外，如果齿轮22是主动齿轮，则齿轮22和齿轮24形成第二传动比，其中，第二传动比小于第一传动比。由此，变速器6可从第一挡位14切换到第二挡位16中，在第一挡位中第一轴8以第一传动比经由齿轮18、20与第二轴携动转动地连接或可携动转动地连接，在第二挡位中第一轴8以第二传动比经由齿轮22、24与第二轴携动转动地连接或可携动转动地连接。在此已经发现有利的是，第一传动比至少为1，其中，第一传动比优选大于1.3，特别优选大于1.4，从而实现缓慢传动。而第二传动比有利地小于1，从而第二挡位16为快速传动。在此优选地，第二传动比小于0.9，特别优选小于0.8。

前面提及的摩擦锁合的离合器32构造成湿式运行的膜片式离合器。由此湿式运行的膜片式离合器32具有与第一轴8携动转动地连接的第一侧34和与齿轮22携动转动地连接的第二侧36，第一侧和第二侧能经由可压紧在一起的衬片组38一起转动地耦联，其中，为了清楚没有示出用于衬片组38的相应的操纵装置。另外，摩擦锁合的离合器32构造成常闭的离合器，从而衬片组38在示出的实施方式中在两侧34、36耦联的情况下被压紧在一起，在此情况下没有针对性地操纵和打开摩擦锁合的离合器32。进入闭合状态的预紧例如可通过未详细示出的弹簧装置来完成。

在图2至图5中详细且局部示出的自由轮离合器具有第一运行环40和第二运行环42，第一运行环和第二运行环在周向方向44、46上延伸，其中，第一运行环40抗转动地与第一轴8连接，而第二运行环42抗转动地与齿轮18连接并且因此经由齿轮18和20抗转动地与第二轴10连接。在两个运行环40、42之间在彼此相反的径向方向48、50上构造容纳部，在容纳部中布置多个可运动的第一夹紧元件52和多个可运动的第二夹紧元件54。在此，自由轮离合器30的夹紧元件52、54沿周向方向44、46彼此交替续接。

第一夹紧元件可从在图4中示出的打开位置运动或摆动到在图2、图3和图5中示出的闭合位置中，在打开位置中第一运行环40相对于第二运行环42可以第一相对转动方向56和与第一相对转动方向56相反的第二相对转动方向58转动，在闭合位置中第一运行环40以第一相对转动方向56经由第一夹紧元件52与第二运行环42携动转动地耦联并且相对于第二运行环42可以第二相对转动方向58转动。在此优选地，第一夹紧元件52通过使第一运行环40相对于第二运行环42以第二相对转动方向58转动而运动或排挤、在此摆动到打开位置中。第二夹紧元件54可从打开位置运动到闭合位置中，在图2和图3中示出了打开位置并且在该打开位置中第一运行环40可相对于第二运行环42以第一相对转动方向56和第二相对转动方向58转动，在图4和图5中示出了闭合位置并且在闭合位置中第一运行环40可相对于第二运行环42以第一相对转动方向56转动并且以第二相对转动方向58经由第二夹紧元件54与第二运行环42携动转动地耦联。

然而，由于此处示出的第一夹紧元件52和第二夹紧元件54的组合不仅仅可实现自由轮离合器30的两个切换状态。而是至少一个第一夹紧元件和至少一个第二夹紧元件可在实现第一运行环40和第二运行环42之间的携动转动耦联的情况下以第一相对转动方向56和第二相对转动方向58运动到相应的闭合位置中，这如在图5中所示。

如已经示出地，自由轮离合器30构造成可切换的自由轮离合器30，其中，为了清楚没有示出用于操纵夹紧元件52或54的相应的操纵装置。也优选的是，第一夹紧元件52或/和第二夹紧元件54可锁定在打开位置中或闭合位置中、优选锁定在打开位置中，从而可通过锁定限制或抑制夹紧元件52或54的可运动性或可摆动性。也优选的是，夹紧元件52或/和54被预紧到另一位置中，其中，这例如可通过弹簧元件实现。在此也优选的是，第一夹紧元件52或/和第二夹紧元件54被预紧到闭合位置中。

下面参考图1至图5根据用于运行驱动系2的方法阐述驱动系2或变速器6的其他特征。

在第一方法步骤中，电机4作为发动机运行，从而电机经由输入侧或输出侧12驱动第一轴8。摩擦锁合的离合器32打开，而通过在第一挡位14中的第一轴8经由自由轮离合器30或其第一夹紧元件在闭合位置中驱动第二轴10并且驱动齿轮18和20。变速器6的该切换状态例如适用于机动车辆在碎石上起动、紧急加速等情况。在图2中示出了夹紧元件52、54的相应的切换状态。由此，第一夹紧元件52位于闭合位置中，而第二夹紧元件54位于打开位置中。

然后在继续行驶时切换到第二挡位16中，其中，这通过闭合摩擦锁合的离合器32来完成。由此，第二轴10经由第一轴8、摩擦锁合的离合器32、齿轮22和齿轮24驱动，从而由此超越自由轮离合器。确切地说，第二运行环42经由齿轮20和18通过第二轴10驱动，使得第二运行环42在第一相对转动方向56上超越第一运行环40，其中由此第一夹紧元件52通过相应的且在附图中示出的第一运行环40的轮廓运动或被排挤到打开位置中，这如在图3中所示。如前所述，然后第一夹紧元件52可锁定在其打开位置中。

因为第二轴10此时经由摩擦锁合的离合器32驱动，变速器满足更高的舒适要求，即使例如由于在摩擦锁合的离合器32中出现的拖曳扭矩使得效率降低。通过自由轮离合器30的前述超越从第一挡位14至第二挡位16的过渡在此非常缓和且平稳地进行。因此总体上提供了一种变速器6，变速器可特别灵活地应用在各种行驶情况下并且基于可切换性实现小型构造的电机。

此外，也可从第二挡位再次切换回到第一挡位中，其中，这可通过简单地打开摩擦锁合的离合器32并且使第一夹紧元件52从打开位置运动到根据图2的闭合位置中来完成。如果夹紧元件52锁定在打开位置中并且预紧到闭合位置中，则可简单地通过松开第一夹紧元件52的锁定使其回到闭合位置中。

在具有电机4作为发电机的驱动系2运行时，驱动系2或变速器也具有前述优点。由此电机4可在发电机运行中经由第一轴8驱动，而在变速器的第一挡位14中经由第二轴10驱动第一轴8经由自由轮离合器30来完成。在这种情况下，第二夹紧元件54摆动到其闭合位置中，而第一夹紧元件52可设置和锁定在打开位置中，这如在图4中所示。而摩擦锁合的离合器32打开。为了可切换到第二挡位16中，首先使第二轴10制动，这例如可通过机动车辆制动器来完成，以使通过第一运行环40和第二运行环42受到力加载的第二夹紧元件54在闭合位置中从该夹紧状态中松开，然后通过使第二夹紧元件54运动回到其打开位置中使自由轮离合器14打开，其中，然后闭合摩擦锁合的离合器32，以使切换过程闭锁在第二挡位中。

在电机4的发电机运行中，变速器6又可从第二挡位切换回到第一挡位中，这优选首先同样通过机动车辆制动器通过使第二轴制动来完成，从而防止在第二夹紧元件摆动到闭合位置中时，运行环40或42过激地碰撞在第二夹紧元件54上。通过第一夹紧元件52摆动到其闭合位置中有助于使第一运行环40和第二运行环42的转速同步，这如在图5中所示。如果第二轴10以前述方式制动，则自由轮离合器30通过第二夹紧元件54运动到根据图4的闭合位置中而闭合并且然后摩擦锁合的离合器32打开。

在图5中示出的自由轮离合器30的切换状态使得两个运行环40、42彼此在彼此相反的相对转动方向56、58上完全地锁止，在该切换状态中第一夹紧元件52和第二夹紧元件54布置在其闭合位置中。

附图标记列表

2驱动系

4电机

6变速器

8第一轴

10第二轴

12输出侧/输入侧

14第一挡位

16第二挡位

18齿轮

20齿轮

22齿轮

24齿轮

26滚动轴承

28滚动轴承

30自由轮离合器

32摩擦锁合的离合器

34第一侧

36第二侧

38衬片组

40第一运行环

42第二运行环

44周向方向

46周向方向

48径向方向

50径向方向

52第一夹紧元件

54第二夹紧元件

56第一相对转动方向

58第二相对转动方向