混合结构形式的紧凑的混合动力变速器的制作方法

本发明涉及一种混合动力变速器、具有这种混合动力变速器的机动车传动系、具有这种机动车传动系的机动车以及用于运行这种机动车传动系的方法。

背景技术：

1、车辆越来越多地配备有混合动力驱动装置，即配备有至少两种不同的驱动源。混合动力驱动装置有助于减少燃料消耗和污染物排放。具有一个内燃机和一个或多个电动机的传动系作为并联式混合动力或混合式混合动力已在很大程度上被接受。这种混合动力驱动装置具有在动力流中基本上并联设置的内燃机和电驱动装置。在此既可以实现驱动力矩的叠加，也可以实现借助纯内燃机驱动或纯电动机驱动的控制。由于电驱动装置和内燃机的驱动力矩可以根据控制相加，因而内燃机可以设计得相对小和/或暂时停用。由此，可以显著减少二氧化碳排放，而功率或舒适度没有明显降低。因此，电驱动装置的可能性和优势可以与内燃机的续航里程、功率和成本优势相结合。

2、上述混合动力驱动装置的一个缺点在于结构通常较复杂，因为两种驱动源优选仅借助一个变速器将驱动功率传输到驱动轴。由此，这种变速器通常很复杂且生产成本高昂。混合动力变速器结构复杂性的降低大多伴随着可变性的损失。

3、通过专用混合动力变速器(dht)可以至少部分地克服该缺点，在专用混合动力变速器中将电机集成到变速器中以实现全部功能范围。例如在变速器中尤其是可以简化机械变速器部件，例如通过取消倒挡，取而代之使用至少一个电机。

4、专用混合动力变速器可以来自已知的变速器设计方案，即来自双离合器变速器、变矩器行星变速器、无级变速器(cvt)或自动变速器。电机在此优选是变速器的一部分。

5、由公开文献de102013215114a1已知一种机动车的混合动力驱动装置，所述混合动力驱动装置包括具有驱动轴的内燃机、可以作为电动机并作为发电机运行的具有转子的电机、设计为中间轴结构的自动变速器，该自动变速器具有一个输入轴和至少一个输出轴以及构造为行星齿轮结构的具有两个输入元件和一个输出元件的叠加传动机构。在该混合动力驱动装置中规定，叠加传动机构同轴地设置在输出轴的一个自由端部之上并且叠加传动机构的第一输入元件抗扭地与同轴地设置在输出轴之上的空心轴连接，该空心轴为了与内燃机连接可以通过耦联切换元件抗扭地与变速器的直接轴相邻的正齿轮级的活动齿轮连接并且为了桥接叠加传动机构可以通过桥接切换元件抗扭地与叠加传动机构的第二输入元件或输出元件连接。此外规定，叠加传动机构的第二输入元件持久地与电机的转子驱动连接并且叠加传动机构的输出元件抗扭地与输出轴连接。

技术实现思路

1、在此背景下，对于技术人员而言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，优选应实现一种传动系设计，在其中混合动力变速器与输出轴同轴地定位并且内燃机和/或电驱动机可以与其轴平行地设置。尤其是应提供一种变速器，借助该变速器可以实现空挡充电、电动力学起动eda和电动力学换挡eds。

2、上述任务通过一种用于机动车的机动车传动系的混合动力变速器来解决，该变速器包括：

3、用于将混合动力变速器与机动车的内燃机作用连接的第一变速器输入轴；

4、用于将混合动力变速器与机动车的第一电驱动机作用连接的第二变速器输入轴；

5、用于将混合动力变速器与输出端作用连接的输出轴；

6、与第二变速器输入轴和输出轴连接的行星齿轮组；

7、设置在多个齿轮组平面中的用于形成各挡位的正齿轮副；和

8、具有用于接合或者说挂入挡位的切换元件的多个换挡装置，其中，

9、所述输出轴设计为中间轴结构；并且

10、所述行星齿轮组可以与第一变速器输入轴解耦地联锁。

11、上述任务还通过一种用于机动车的机动车传动系来解决，该机动车传动系包括：

12、如上定义的混合动力变速器；

13、可以与第一变速器输入轴连接的内燃机；和

14、与第二变速器输入轴驱动作用地连接的第一电驱动机。

15、上述任务还通过一种用于运行如上定义的机动车传动系的方法解决。

16、最后，上述任务还通过一种机动车来解决，该机动车包括：

17、如上定义的机动车传动系；和

18、能量存储器，所述能量存储器用于存储用于给第一电驱动机和/或第二电驱动机供电的能量。

19、本发明的优选实施方式在从属权利要求中描述。应理解的是，在不脱离本发明范围的情况下，上述特征和下面还要解释的特征不仅可以以分别给出的组合使用，而且也可以以其它组合或单独使用。尤其是机动车传动系、机动车和方法可以根据在从属权利要求中对于混合动力变速器所描述的实施方式来设计。

20、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电驱动机作用连接的第二变速器输入轴可以以技术上简单的方式实现紧凑的混合动力变速器。作用连接既可以设计成可切换的也可以设计成不可切换的。通过用于将混合动力变速器与输出端作用连接且构造为中间轴结构或者说中间传动装置结构(vorgelegebauweise)的输出轴可以实现紧凑的混合动力变速器。输出轴尤其是可以被视为中间轴。因此，可以实现一种混合动力变速器，在该混合动力变速器中，中间轴也用作输出轴并且轴平行于第一和第二变速器输入轴设置。通过与第二变速器输入轴和输出轴连接的行星齿轮组可以实现具有大功能范围的紧凑的混合动力变速器。尤其是可以提供这样的混合动力变速器，借助该混合动力变速器可以进行空挡充电以及电动力学起动和电动力学换挡。通过使行星齿轮组可以与第一变速器输入轴解耦地联锁，可以设置高效的纯电动挡位。尤其是可以实现紧凑结构方式的混合动力变速器，其具有简单的结构和仅三个致动器。混合动力变速器无论在内燃机方面还是在电气方面均具有低部件载荷、低传动损失和良好的啮合效率。借助该变速器可以实现输出端受支持的换挡。尤其是第一电驱动机可以在两个挡位中解耦，从而可以建立高效的纯内燃机运行。可以从空挡充电或从电动力学起动的状态过渡到用于内燃机的所有三个机械挡位中。

21、在一种有利的实施方式中，所述第一变速器输入轴可以经由用于形成各挡位的正齿轮副中的第一正齿轮副和第二正齿轮副与输出轴驱动作用地连接。由此可以建立至少两个高效的纯内燃机挡位。补充或替代地，所述行星齿轮组可以经由用于形成各挡位的正齿轮副中的第三正齿轮副与输出轴驱动作用地连接。由此，可以在技术上简单地尤其是通过仅接合一个唯一的切换元件来建立电动力学叠加状态。此外，可以通过接合一个唯一的切换元件来建立电动挡位并且可以通过接合一个唯一的切换元件来建立空挡充电状态。

22、在另一种有利的实施方式中，所述第二变速器输入轴设计为空心轴并且至少区段式地包围第一变速器输入轴。由此，可以进一步改善混合动力变速器的紧凑性。尤其是第二变速器输入轴可以有利地支承在第一变速器输入轴上。此外，通过构造为空心轴的第二变速器输入轴可以使得第一电驱动装置连接到混合动力变速器的外侧上。由此可以为相应大的第一电驱动机提供安装空间。

23、在另一种有利的实施方式中，所述混合动力变速器具有变速器驱动轴，该变速器驱动轴与第一变速器输入轴驱动作用地连接并且轴平行于第一变速器输入轴设置。补充或替代地，所述输出轴驱动作用地与输出端的差速器作用连接，所述差速器包括用于将驱动功率从混合动力变速器传递到机动车车轮的差速器轴，该差速器轴轴平行于输出轴设置并且构造用于支承第一电驱动机。优选所述变速器驱动轴借助于链或齿轮链与第一变速器输入轴驱动作用地连接。通过上述有利的布置，内燃机可以轴平行于混合动力变速器的变速器轴线地连接。应理解的是，减振器或减振元件也可以附加地设置在变速器驱动轴上。通过将第一电驱动机支承在变速器轴上，可以实现第一电驱动机在混合动力变速器中的高效且节省空间的支承或布置。可以进一步改善混合动力变速器的紧凑性。

24、在另一种有利的实施方式中，所述行星齿轮组的行星齿轮架可以与输出轴驱动作用地连接。补充地，所述行星齿轮组的太阳轮与第二变速器输入轴驱动作用地连接并且所述行星齿轮组的齿圈能与第一变速器输入轴驱动作用地连接。作为替代方案，所述行星齿轮组的行星齿轮架可以与输出轴驱动作用地连接，并且所述行星齿轮组的齿圈可以与第二变速器输入轴驱动作用地连接并且所述行星齿轮组的太阳轮可以与第一变速器输入轴驱动作用地连接。通过上述两种替代连接，第一电驱动机可以在电动力学起动或电动力学换挡期间以低补偿转速运行，或者第一电驱动机可以在电动力学起动和电动力学换挡期间仅施加低支持力矩。此外，通过这两种替代连接，在电动力学起动时发电机运行的持续时间可以更长或更短。

25、在另一种有利的实施方式中，所述混合动力变速器具有用于将第一变速器输入轴与内燃机可分离地驱动作用地连接的内燃机离合器，所述内燃机离合器优选设置在变速器驱动轴上。应理解的是，内燃机离合器可以构造为爪式切换元件或摩擦切换元件。内燃机可以通过内燃机离合器与混合动力变速器解耦并且因此可以借助混合动力变速器建立高效的纯电动行驶模式。摩擦离合器还能够实现内燃机的所谓的飞轮式起动(schwungstart)并且可以用作用于内燃机的起动元件。通过内燃机离合器可以提高混合动力变速器的可变性和效率。此外，出于功能安全技术原因，可以在混合动力变速器中使用内燃机离合器。

26、在另一种有利的实施方式中，所述混合动力变速器具有正好三个正齿轮副、正好一个行星齿轮组和正好五个切换元件以用于形成各挡位。通过使用正好三个正齿轮副和一个行星齿轮组可以实现具有少量齿轮啮合的紧凑的混合动力变速器，该混合动力变速器可以实现三个具有多种变型的混合动力挡位、一个纯电动挡位、一种电动力学叠加状态和一种空挡充电状态。通过使用正好五个切换元件，可以将输出轴构造成没有切换元件的。此外，可以实现易于控制的紧凑的混合动力变速器。

27、在另一种有利的实施方式中，第一切换元件构造用于借助于第一正齿轮副将第一变速器输入轴与输出轴驱动作用地连接。补充或替代地，第二切换元件构造用于借助于第二正齿轮副将第一变速器输入轴与输出轴驱动作用地连接。此外，补充或替代地，第三切换元件构造用于将行星齿轮组与第一变速器输入轴驱动作用地连接。此外，补充或替代地，第四切换元件构造用于联锁(verblocken)行星齿轮组。补充或替代地，第五切换元件构造用于将第一变速器输入轴与第二变速器输入轴驱动作用地连接。最后，此外补充地或附加地，优选第六切换元件构造用于将行星齿轮组的一个元件固定。通过各切换元件的这种有利布置，可以借助混合动力变速器建立三个具有多种变型的混合动力挡位以及两个纯电动挡位。可以实现一种可变且紧凑的混合动力变速器，借助该变速器可以实现电动力学起动和电动力学换挡。

28、在另一种有利的实施方式中，至少两个用于形成各挡位的正齿轮副可以在其轴向位置方面互换。补充或替代地，在至少两个用于形成各挡位的正齿轮副中，相应活动齿轮的布置可以与相应固定齿轮的布置互换。最后，补充或替代地，输出轴构造成没有切换元件的。通过在其轴向位置方面可互换的正齿轮副和相应正齿轮副的活动齿轮与固定齿轮的互换可以实现可变的混合动力变速器，该混合动力变速器尤其是可以在技术上简单地适应给定的安装空间要求。尤其是通过活动齿轮和固定齿轮的可互换性以及一个切换元件例如从输入轴到输出轴的更换和/或一个切换元件例如从输出轴到输入轴的更换能实现切换元件有利的可接近性。

29、在另一种有利的实施方式中，各所述切换元件构造为形锁合的切换元件。补充或替代地，各所述切换元件中的至少两个切换元件、优选四个切换元件构造为双切换元件并且可以由双作用致动器操作。形锁合的切换元件可以实现高效且低成本的混合动力变速器。通过双切换元件可以进一步简化混合动力变速器的技术结构和运行。尤其是可以借助于一个唯一的致动器来切换所述双切换元件。

30、在另一种有利的实施方式中，所述机动车传动系优选包括另一电机，所述另一电机与第一变速器输入轴驱动作用地连接。所述第一电驱动机和/或优选所述另一电机可以作为用于起动内燃机的起动器发电机来操纵。补充或替代地，所述第一电驱动机和/或优选所述另一电机可以作为用于给能量存储器充电的充电发电机来操纵。所述另一电机优选构造为高压起动器发电机。由此可以实现高效的机动车传动系。尤其是可以减少燃料消耗。应理解的是，可以取消用于内燃机的附加起动器，因为第一电驱动机和/或优选所述另一电机可以拖曳起动(anschleppen)内燃机。

31、在另一种有利的实施方式中，所述混合动力变速器的输出端与第一机动车车桥驱动作用地连接，第二机动车车桥包括具有第二电驱动机的电动车桥。由此可以在技术上简单地实现具有全轮驱动的混合动力传动系。此外，通过机动车传动系能够在技术上简单地实现无牵引力中断的换挡，因为电动车桥可以在混合动力变速器中的换挡期间保持牵引力。此外，可以为机动车实现自动防故障的传动系，因为可以在能量存储器耗尽的情况下为第二电驱动机建立所谓的串联式行驶模式。在串联式行驶模式中，优选电驱动机由内燃机被发电机式地运行并且由此产生的能量被供应给第二电驱动机。由此可以实现高度可变的机动车传动系，在其中尤其是也可以在能量存储器为空的情况下电动行驶并且尤其是可以电动起动。

32、“将行星齿轮组的一个元件固定”尤其是应理解为阻止元件围绕其旋转轴线的旋转。优选该元件借助切换元件抗扭地与静态部件如框架和/或变速器壳体连接。也可以想到，将元件制动到静止状态。

33、“联锁行星齿轮组”包括将行星齿轮组的两个齿轮和/或将行星齿轮架和一个齿轮驱动作用地连接，使得它们围绕同一点、优选围绕行星齿轮组的中心点以相同的转数一起旋转。当行星齿轮组的两个齿轮和/或行星齿轮架和齿轮被联锁时，行星齿轮组的作用优选如轴，尤其是在行星齿轮组中不发生变速。

34、在本文中，“驱动作用地连接”尤其是应理解为两个部件之间的不可切换的连接，该连接设置用于持续地传递转速、力矩和/或驱动功率。该连接在此既可以直接实现，也可以通过固定传动比装置实现。该连接例如可以通过固定轴、啮合、尤其是正齿轮啮合和/或缠绕装置、尤其是牵引传动机构来实现。

35、在本文中，“可(以)驱动作用地连接”或“构造用于驱动作用地连接”尤其是应理解为两个部件之间的可切换的连接，该连接在闭合状态中设置用于暂时传递转速、力矩和/或驱动功率。在打开状态中，可切换的连接优选暂时基本上不传递转速、力矩和/或驱动功率。

36、停车充电(standladen)或空挡充电尤其是应理解为优选在静止状态且内燃机运转时电驱动机作为发电机的运行，以便为能量存储器充电和/或为车载电子设备供电。

37、在当前，致动器尤其是将电信号转换成机械运动的部件。优选与双切换元件一起使用的致动器在两个相反的方向上进行运动，以便在第一方向上连接双切换元件的一个切换元件并且在第二方向上连接另一个切换元件。

38、换挡、特别是顺序换挡尤其是通过断开一个切换元件和/或离合器并且同时接通用于下一个更高或更低挡位的切换元件和/或离合器来进行。第二切换元件和/或第二离合器逐步地从第一切换元件和/或第一离合器接管力矩，直到换挡结束时由第二切换元件和/或第二离合器接管全部力矩。在预先同步的情况下，可以更快地进行换挡，优选在此可以使用形锁合的切换元件。

39、内燃机尤其可以是任何能够通过燃烧驱动介质，如汽油、柴油、煤油、乙醇、液化气、液化石油气等产生旋转运动的机器。内燃机例如可以是奥托发动机、柴油发动机、汪克尔发动机(wankelmotor)或二冲程发动机。

40、在串联式行驶或缓慢行进或者说蠕形时，机动车的电驱动机作为发电机由机动车的内燃机运行。如此产生的能量随后被供应给机动车的另一电驱动机，以提供驱动功率。

41、电动车辆车桥(或简称电动车桥)优选为机动车的非主驱动车桥，其中驱动功率可以借助电驱动机传递到机动车的车轮上。应理解的是，电驱动机也可以借助变速器连接。当在用于主驱动车桥的变速器中发生换挡时，可以借助电动车桥完全或部分地保持牵引力。此外，借助电动车桥可以至少部分地实现全轮驱动功能。

42、电动力学起动元件(eda)通过一个或多个行星齿轮组将内燃机的转速和电驱动机的转速进行转速叠加，从而可以在内燃机运转的情况下——优选没有摩擦离合器地——从静止状态起动机动车。在此电驱动机支持力矩。优选内燃机可以不再通过起动离合器或类似部件与变速器分离。通过使用eda，可以优选省略起动机、发电机和起动离合器或液力变矩器。在此eda结构尤其是如此紧凑，使得所有部件都可以容纳在标准的离合器壳体中，而无需延长变速器。电动力学起动元件例如可以通过软调谐的扭转减振器与内燃机并且尤其是与内燃机的飞轮固定连接。因此，电驱动机和内燃机可以选择性地同时或交替运行。如果机动车停车，则可以关闭电驱动机和内燃机。基于电驱动机的良好可控性，实现了非常高的起动质量，这可以相应于具有变矩器离合器的驱动装置的起动质量。

43、在所谓的电动力学换挡(eds)中，与在eda起动时一样，通过一个或多个行星齿轮组将内燃机的转速和电驱动机的转速叠加。在换挡开始时，调整电驱动机的力矩和内燃机的力矩，使得待分离或者说脱开的切换元件无载荷。在打开该切换元件后，在保持牵引力的情况下调整转速，使得待接合的切换元件同步。在切换元件闭合后，内燃机和电驱动机之间的载荷分配任意根据混合动力运行策略进行。电动力学换挡方法的优点在于：目标挡位的待连接的切换元件通过电驱动机和内燃机的相互作用同步，在此电驱动机优选可以精确控制。eds换挡方法的另一个优点是可以实现高牵引力，因为内燃机的力矩和电机的力矩在混合动力变速器中相加。