專利名稱：具有變速比可無級調節(jié)的多個變速比范圍的功率分流式變速器的制作方法
具有變速比可無級調節(jié)的多個變速比范圍的功率分流式變速器
本申請是申請?zhí)枮?00680026919. 1(國際申請?zhí)朠CT/DE2006/001141)、申請日為 2006年7月1日、發(fā)明名稱為“具有變速比可無級調節(jié)的多個變速比范圍的功率分流式變速器”的發(fā)明專利申請的分案申請。
在機動車中與用行星組件工作的傳統(tǒng)有級自動變速器相比，具有可連續(xù)調節(jié)的變速比的自動變速器由于隨之出現(xiàn)的高行駛舒適性并且尤其是由于較低的燃料消耗而愈來愈引起人們的興趣。這種無級變速器典型地包括一個無級變速裝置，該無級變速裝置通過兩個由纏繞接觸裝置纏繞的錐盤對構成，其中，錐盤對的錐盤之間的距離可反向調節(jié)以便調節(jié)變速比。
這種無級變速裝置中的一個問題在于其有限的變速比調節(jié)范圍及有限的轉矩傳遞能力。為了增大變速器傳動范圍，即增大變速比調節(jié)范圍及轉矩傳遞能力，提出了功率分流式自動變速器，在這種功率分流式自動變速器中，無級變速裝置可通過至少一個離合器以不同的方式與齒輪傳動裝置相連接。視在改變總變速器的變速比時離合器位置而定，無級變速裝置的調節(jié)范圍在一個方向或另一個方向上被經(jīng)歷，由此在無級變速裝置傳動范圍相同或甚至減小的情況下得到增大的變速器傳動范圍。此外，無級變速裝置至少在功率分流式變速器中不必傳遞總的驅動力矩，由此增大了變速器的轉矩傳遞能力，在該功率分流式變速器中驅動力矩的一部分可與無級變速裝置并行地經(jīng)由離合器直接傳遞到齒輪傳動裝置或從動部分。
這種可無級調節(jié)的功率分流式變速器也已作為混合式機器公知，即具有組合的電機。
由US3340749及DE123^34公知了功率分流式無級變速器，即所謂的CVT變速器， 這種功率分流式無級變速器除無級變速裝置外還具有一個行星傳動裝置。在此，行星組件這樣地組合在變速器中，使得該行星組件設置在從動部分與無級變速裝置之間。變速器的驅動部分無相對轉動地與無級變速裝置軸中的一個相連接，但沒有無級變速裝置軸無相對轉動地與從動部分相連接。
由DE10247174A1及DE10;358114A1公知了具有一個無級變速裝置及一個行星傳動裝置的變速器結構，在這種變速器結構中這樣地安裝行星組件，使得該行星組件設置在無級變速裝置與驅動部分之間。這意味著，沒有無級變速裝置軸無相對轉動地與驅動部分相連接，但無級變速裝置軸中的一個與變速器的從動部分無相對轉動地相連接。尤其是在所述結構中驅動部分與行星傳動裝置的行星架相連接并且行星傳動裝置構造成負傳動裝置。 因此，這些結構在均勻的功率分配方面是有利的，這應歸因于行星架連接在變速器輸入端上。而倒退檔位的形成相對復雜，由此通常需要一個用于逆轉轉速的附加軸。
由此出發(fā)，本發(fā)明的任務在于，提出一種具有變速比可無級調節(jié)的多個變速比范圍的功率分流式變速器，在該功率分流式變速器中功率分配與轎車變速器中各個變速比的使用相適配。此外要提出一種用于具有多個變速比范圍的功率分流式變速器的轉換裝置， 該轉換裝置保證短的轉換行程。另外還提出一種空轉裝置，該空轉裝置與無級變速裝置的適當操作相配合可實現(xiàn)無沖擊轉換。最后要提出一種無級變速裝置離合器單元，該無級變速裝置離合器單元可緊湊地組合在無級變速裝置單元中。
這些任務通過具有權利要求1的特征的功率分流式變速器、具有權利要求14的特征的轉換裝置、具有權利要求25的特征的空轉裝置及具有權利要求19的特征的無級變速裝置離合器單元來解決。從屬權利要求中描述了優(yōu)選的實施形式。
具有變速比可無級調節(jié)的多個變速比范圍的功率分流式變速器尤其是包括一個用于與發(fā)動機無相對轉動地相連接的驅動軸、一個分配傳動裝置、一個無級變速裝置及一個輸出軸，其中，分配傳動裝置是一個行星傳動裝置并且驅動軸可直接與行星傳動裝置的空心輪相耦合。
本發(fā)明在此基于一個構思有意地利用行星傳動裝置中不均勻的功率分配，并且所述變速器由此與轎車變速器的各個變速比的不均勻使用相適配。因此可在最經(jīng)常使用的變速比中尤其是使無級變速裝置卸載，即這樣適配，使得該無級變速裝置必須傳遞相對小的轉矩。這使得一些問題、例如纏繞接觸裝置滾切到錐盤中得以減輕并且尤其是當行星傳動裝置不構造成傳統(tǒng)的負傳動裝置而是構造成正傳動裝置、即具有換向行星組件時得以實現(xiàn)，因為于是借助于行星傳動裝置可實現(xiàn)特別有利的功率傳遞并且在行星傳動裝置中進行不均勻功率分配之后一部分轉矩在例如兩個可通過行星傳動裝置形成的行駛范圍中在繞過無級變速裝置的情況下流到從動部分。
優(yōu)選在驅動軸與行星傳動裝置的空心輪之間設置有一個離合器，這尤其是當同時設置有一個電機時是有利的，由此，該變速器在沒有經(jīng)由驅動軸與空心輪之間的離合器傳遞功率的情況下規(guī)定了純電的線路可能性。同時，該離合器在適當?shù)慕Y構形式時在發(fā)動機與驅動軸之間起減振作用。
在此，無級變速裝置位于分配傳動裝置與輸出軸之間的功率流中，由此在行駛工況中在行星傳動裝置中優(yōu)選不均勻地分配內燃機的功率，由此，第一部分可直接流到從動部分，而另一部分經(jīng)由無級變速裝置流到從動部分。
優(yōu)選在變速器中組合一個電機(電動機)，根據(jù)一個優(yōu)選的實施形式該電機設置在分配傳動裝置與從動軸之間。該電機一方面用于在行駛工況中支持內燃機的功率，由此使一部分功率通過電機來施加，另一方面例如也用于電的線路，在該電的線路中不需要內燃機的功率。最后，通過適當組合電機也可電動起動即使可能非常冷的內燃發(fā)動機。為了轉換相應的工作模式，設置有適當?shù)碾x合器，這些離合器相應地控制力矩流。也可例如在不同的發(fā)動機溫度下考慮內燃發(fā)動機的作為替換方案的起動可能性。
如果設置有一個電機，則優(yōu)選在分配傳動裝置中這樣進行功率流的分流，使得輸出軸可在繞過無級變速裝置情況下與驅動軸相連接并且輸出軸可通過無級變速裝置與驅動軸相連接。由此可提供兩個不同的行駛范圍，其中，或者經(jīng)由與行星傳動裝置的太陽輪相連接的軸或者經(jīng)由與行星輪的行星架相連接的軸進行輸出。
因此，優(yōu)選電機與一個和行星傳動裝置的太陽輪無相對轉動地相連接的軸相連接。
根據(jù)一個優(yōu)選的實施形式，電機組合在一個變速器殼體中，無級變速裝置及分配傳動裝置也容納在該變速器殼體中。在從驅動軸到輸出軸的變速器縱向方向上觀察，在此優(yōu)選電機定位在無級變速裝置的一側上并且分配傳動裝置定位在無級變速裝置的另一側上。由此得到有利的且可模塊化的結構空間利用，因為通常無需適配的部件設置在變速器部分的一側上。構成彎速器主要成本部分的電機鑒于尺寸及由于其在無級變速裝置的另一側上的位置造成的結構空間約束而可與通常無需確定尺寸的部件分開地量身定制地與車輛類型或客戶期望相適配。由此通過該布置可得到一個緊湊的變速器，在該變速器中電動機組合在變速器殼體中，但該變速器殼體對于客戶期望是靈活的。
優(yōu)選變速器殼體由至少兩個變速器殼體件組成，其中，電動機或電機安置在一個分開的變速器殼體件中，該分開的變速器殼體件可被法蘭連接在容納無級變速裝置及分配傳動裝置的變速器殼體件上。
在此特別有利的是這樣布置無級變速裝置軸及驅動軸和輸出軸，使得驅動軸和/ 或輸出軸相對于由無級變速裝置軸展開的平面平行地且在該平面之外延伸。通常驅動軸及輸出軸也直接平行于無級變速裝置軸延伸。
根據(jù)一個優(yōu)選的實施形式，行星傳動裝置構造成換向行星傳動裝置。
為了滿足變速器中不同的轉矩流，根據(jù)一個優(yōu)選的實施形式，設置有離合器，通過所述離合器可選擇地使一個與行星傳動裝置的太陽輪無相對轉動地相連接的軸或一個與行星傳動裝置的行星架無相對轉動地相連接的軸與從動軸相連接。這可實現(xiàn)形成兩個行駛范圍，這些行駛范圍中的一個通過與行星傳動裝置的太陽輪無相對轉動地相連接的軸分接出并且另一個通過與行星傳動裝置的行星架無相對轉動地相連接的軸分接出。
一種轉換裝置，用于功率分流式變速器，該功率分流式變速器具有變速比可無級調節(jié)的多個變速比范圍，該轉換裝置包括一個第一軸及一個第二軸，這些軸沿一個公共的軸線布置，這些軸的外殼面至少在第一軸與第二軸之間的一個邊界區(qū)域中各設置有一個齒型廓并且對齊，該轉換裝置還包括一個空心軸，該空心軸包圍第一軸及第二軸并且在至少第一軸或第二軸的邊界區(qū)域中設置有一個內齒部。此外，設置有一個環(huán)形的轉換元件，該轉換元件包圍第一軸和/或第二軸并且具有一個內齒部，該內齒部可與第一軸和/或第二軸的相應的齒型廓嚙合。該轉換元件的一個外齒部可與空心軸的內齒部嚙合。轉換元件可通過一個操作裝置在第一軸和第二軸以及空心軸的軸向方向上移動，由此，該轉換元件同時與空心軸的內齒部及第一軸或第二軸的外齒部嚙合或同時與第一軸及第二軸的外齒部嚙合。在不同的配合狀態(tài)之間轉換元件不走過特意提供的中性區(qū)域，即第一軸及第二軸優(yōu)選彼此直接鄰接地布置并且空心軸的內齒部與這兩個軸中一個軸的外齒部區(qū)域這樣對齊地定向，使得在軸向方向上空心軸的內齒部區(qū)域相應于轉換元件的轉換行程的長度。由此可在轉換元件轉換時避免中性區(qū)域，因此轉換行程短。轉換元件優(yōu)選被構造得無縮回部分 (Hinterlegimg)，以便防止在取出時卡住。同時，通過取消縮回部分可增大用于轉矩的傳遞面積而不增加結構空間要求。
轉換元件的操作例如液壓地進行，其中，液壓壓力室可固定地、即不與軸一起轉動地設置。
為了操作轉換元件優(yōu)選設置有一個與空心軸同步轉動的移動套筒，該移動套筒具有一個銷，該銷伸過一個設置在空心軸中的長形孔。該銷與轉換元件這樣形成配合，使得該銷引起轉換元件的軸向移動。
為了操作移動套筒，優(yōu)選設置有一個相對于軸無相對轉動的轉換叉，該轉換叉借助于也固定的壓力室被液壓地操作。壓力室優(yōu)選是與軸同心地布置的缸。
這種轉換裝置優(yōu)選在具有變速比可無級調節(jié)的多個變速比范圍的功率分流式變速器中這樣使用，使得在輸出軸、一個隨行星傳動裝置的行星架轉動的軸及一個隨行星傳動裝置的太陽輪轉動的軸之間通過該轉換裝置構成離合器裝置，其中，該變速器除了用于無級調節(jié)的無級變速裝置外還包括一個行星傳動裝置作為分配傳動裝置。由此對于該離合器裝置可實現(xiàn)短的轉換行程并且同時可取消縮回部分，所述縮回部分在傳統(tǒng)的轉換元件中是必需的，以便這些轉換元件在負載下不飛出而是保持被操作。而通過根據(jù)本發(fā)明的離合器裝置可保證離合器的可靠釋放。
為了操作轉換裝置，待耦合的軸需要處于同步。當借助于無級變速裝置調整范圍變換變速比時出現(xiàn)該同步。轉換操作與范圍變換變速比的達到在時間上精確的吻合是控制技術上的難題。為了解決該問題，根據(jù)本發(fā)明在離合器中設置有一個空轉裝置，該空轉裝置的閉鎖迫使同步。由此保證該轉換裝置可無問題地被操作。
空轉裝置這樣在分配傳動裝置上使用，使得該空轉裝置抑制一個軸的超越并且由此迫使整個行星輪組同步。該“試圖超越”的狀況這樣產(chǎn)生無級變速裝置不僅控制轉換變速比，而且被這樣控制，使得該無級變速裝置會被調節(jié)超過該轉換變速比。
一種無級變速裝置離合器單元，用于使一個無級變速裝置與一個用于力鎖合地傳遞功率的配合構件相連接，該無級變速裝置離合器單元包括一個摩擦面裝置，其中，一個離合器側的摩擦面固定地與無級變速裝置的一個盤相連接。該離合器裝置例如可以是單片離合器、多片離合器或錐面離合器，其中，優(yōu)選片式離合器。在此情況下例如外部片固定地與無級變速裝置的一個盤相連接，而內部片設置在一個配合構件上。
設置在無級變速裝置上的摩擦面優(yōu)選安置在無級變速裝置的定盤的凹部中。這允許特別節(jié)省位置的布置。在該離合器的這種布置中容忍了無級變速裝置軸的相對強的撓度及離合器襯的隨之而來的局部不均勻負荷。離合器的一個側有意地非常剛性地與無級變速裝置、尤其是定盤相連接。
為了更好地補償變形，優(yōu)選在摩擦面裝置與配合構件之間設置有一個變形補償構件，該變形補償構件補償無級變速裝置軸的變形。該變形補償構件例如可構造成插接齒部。 這保證例如配合構件上的齒部充分與無級變速裝置變形脫耦，由此使得表面接觸區(qū)變化可被接受。
并且一個泵單元例如可通過這種變形補償構件來連接，由此使得該泵單元不承受無級變速裝置軸的所有變形。
下面以附圖為例來描述本發(fā)明。附圖表示


圖1根據(jù)本發(fā)明的變速器的示意性視圖2根據(jù)本發(fā)明的變速器的作為替換方案的布置的示意性視圖3根據(jù)本發(fā)明的變速器的另一個作為替換方案的布置的示意性視圖4根據(jù)圖3的變速器的橫剖面；
圖5圖4中變速器的主要部件的側視圖6在根據(jù)圖1或圖2或圖3的變速器的不同行駛狀況中不同轉換元件的轉換狀態(tài)；
圖7在電的線路時經(jīng)過根據(jù)圖1的變速器的力矩流的示意圖8在車輛處于靜止時在電動起動發(fā)動機的情況下經(jīng)過根據(jù)圖1的變速器的力矩流；
圖9在作為替換方案電動起動發(fā)動機的情況下根據(jù)圖1的變速器中的力矩流的示意圖10在根據(jù)圖1的變速器中由所述的線路來進行發(fā)動機電動起動的示意圖11在第一行駛范圍中根據(jù)圖1的變速器中的力矩流的示意圖12在第二行駛范圍中根據(jù)圖1的變速器中的力矩流的示意圖13在根據(jù)圖1的變速器中在第一行駛范圍及第二行駛范圍中無級變速裝置變速比的視圖14在第一行駛范圍及第二行駛范圍中在根據(jù)圖1的變速器中的調節(jié)功率分量；
圖15根據(jù)本發(fā)明的轉換元件的視圖16根據(jù)本發(fā)明的無級變速裝置離合器單元的視圖；及
圖17用于穩(wěn)定轉換點的根據(jù)本發(fā)明的空轉裝置的視圖。
圖1示出了一個具有變速比可無級調節(jié)的多個變速比范圍、尤其是兩個行駛范圍的功率分流式變速器的第一實施形式。該功率分流式變速器10尤其是包括一個無級變速裝置單元20、一個構造成行星換向傳動裝置的行星傳動裝置30以及一個電機 (E-Maschine) 400當發(fā)動機輸出軸12與驅動軸14之間的離合器13閉合時，從例如機動車的內燃發(fā)動機(未示出)起，轉矩可經(jīng)由發(fā)動機輸出軸12傳遞給變速器的驅動軸14。此外，驅動軸14無相對轉動地與行星傳動裝置30的空心輪32相連接。行星傳動裝置30的太陽輪33無相對轉動地與一個空心軸16相連接，該空心軸可通過一個離合器17無相對轉動地與變速器的輸出軸18相連接。電機40配合在空心軸16上。行星傳動裝置30的行星架34無相對轉動地與一個軸35相連接，軸35可通過一個離合器19與變速器的輸出軸18 相連接。行星輪36以公知方式與空心輪32或太陽輪33嚙合。
無級變速裝置20具有兩個錐盤對21、22，這些錐盤對被一個纏繞接觸裝置23纏繞。每個錐盤對21或22具有一個定盤2la、2 及一個可調節(jié)的盤2lb、22b。通過調節(jié)所述調節(jié)盤2lb、22b可調整無級變速裝置單元21、22之間的變速比例。
第一錐盤對21無相對轉動地與一個軸M相連接，該軸設置有一個相對于該軸無相對轉動的齒部或中間輪25，該中間輪與行星架34嚙合。
第二錐盤對22與一個軸沈無相對轉動地相連接，該軸可通過一個離合器裝置28 與一個中間輪27相連接。中間輪27與一個無相對轉動地設置在空心軸16上的齒部四嚙合并且例如構造成齒輪。
最后，在空心軸16上還設置有一個泵單元42，以便可通過液壓壓力實現(xiàn)調節(jié)。
在圖1中所示的實施形式中就其定位而言無級變速裝置單元20、行星傳動裝置30 及電機40以這種布置沿著變速器縱向軸線即軸12、14、16及18的軸向方向布置，圖2中所示的實施形式與圖1中所示的實施形式不同之處在于為了位置上有利的布置，將通常不經(jīng)受客戶修改的那些部分設置在體積相對大的無級變速裝置20的一側(圖2中左側)上， 而將通常經(jīng)受修改的電機40設置在另一側(圖2中右側)上。尤其是在軸14、16及18的軸向方向上以這種順序來設置行星傳動裝置30、無級變速裝置單元20以及電機40。此外， 這種布置具有其優(yōu)點空心軸16與無級變速裝置的第二錐盤對22之間的傳遞功率的連接也可在結構空間技術上組合在行星傳動裝置與無級變速裝置之間，尤其是在第二錐盤對22 的軸沈與空心軸16之間允許或禁止轉矩傳遞的離合器觀可組合在無級變速裝置的第二錐盤對的定盤2 中，如后面所述。并且第一無級變速裝置單元的中間輪25在此情況下可直接地與第一錐盤對21的調節(jié)盤21b相連接。并且這允許節(jié)省位置的布置。最后，泵裝置 42在結構空間技術上可有利地安置并且可這樣構造，使得無相對轉動地布置直接地或間接地由泵單元以液壓流體加載的液壓室。
在圖1或圖2中所示的實施形式中就其定位而言轉換元件17或19布置在變速器輸出軸18的緊附近，圖3中所示的實施形式與圖1或圖2中所示的實施形式不同之處在于 為了位置上有利的布置，將電機40的一側上的轉換元件布置在變速器的更靠內部。通過結構元件的在圖3中所示的布置，現(xiàn)在電機40也位于變速器輸出軸18的緊附近。
圖3中的實施形式與圖1或圖2相比另一個區(qū)別在于泵42的安裝位置。在圖1 或圖2中泵同心地并且在功能上位于布置在中央的軸16上，而在圖3中出于結構空間原因該泵相對于盤組軸26同心，但在功能上通過齒輪四及27未改變地與軸16相連接。
在圖3中所示的布置中，如從圖4可獲知的那樣，尤其有利的是，圖4中示意性地示出的功率分流式變速器10的通常無需修改的元件組合在一個自己的殼體件44中。由此尤其是無級變速裝置20、行星傳動裝置30及所屬的軸和離合器以及液壓控制裝置(未示出)作為模塊設置在殼體件44中。電動機40則作為混合式模塊安置在一個分開的殼體件 46中，該分開的殼體件可根據(jù)電動機40的可依客戶特定地選擇的參數(shù)來確定尺寸。此外， 該分開的殼體件例如可借助于法蘭48及螺釘固定在殼體件44上。因此所有那些不需適配的部件位于圖4中所示的左側的殼體件44中，而電動機位于右側的殼體件46中。視在變速器的應用中可供使用的結構空間及其它適配期望而定，可使用相對大或相對小的電機 40。在此情況下除電機本身外僅該電機的組合在殼體件46中的冷卻裝置和殼體件46本身必須改變尺寸。
在圖4中所示的實施形式中，如從圖5可獲知的那樣，具有各作為自己的軸成形出的無級變速裝置盤組21、22的無級變速裝置這樣布置，使得無級變速裝置軸MJ6展開一個平面，該平面位于圖4中的繪圖平面下方，其中，無級變速裝置錐盤對21、22在圖4中相對于附圖視圖向上翻起。軸12、14、16與無級變速裝置軸MJ6平行，但在通過這些無級變速裝置軸展開的平面之外。
下面借助于根據(jù)圖1的布置來描述根據(jù)圖1或圖2或圖3的功率分流式變速器的工作，該功率分流式變速器具有兩個行駛范圍。但圖1、圖2或圖3中所示的變速器的工作原理是相對應的。
從圖6可獲知對于發(fā)動機起動、純電的線路(Rangieren)及兩個行駛范圍(FB1， FB2)離合器的狀態(tài)，其中，被填充的小格子表示離合器閉合，空白的小格子表示離合器打開。
圖7示意性地示出了用于純電的線路、即在不借助于內燃發(fā)動機的情況下的轉矩流。相應地離合器13打開，由此，轉矩由與內燃發(fā)動機(未示出)相連接的軸12傳遞到驅動軸14上。
由電機40產(chǎn)生的功率PE借助于空心軸16及與空心軸16無相對轉動的齒部四傳遞到中間輪27上并且從那里傳遞到第二錐盤對22的軸沈上。為此，離合器28閉合。轉矩從軸沈經(jīng)由無級變速裝置的第二錐盤對22、纏繞接觸裝置23及第一錐盤對21傳遞到與第一錐盤對21相連接的軸M上。在此情況下，無級變速裝置的第一錐盤對21與無級變速裝置的第二錐盤對22之間的變速比例相應于無級變速裝置的最小變速比例并且例如為 0. 408。最后，轉矩或功率從第一錐盤對21的軸M經(jīng)由與行星傳動裝置30的行星架34嚙合的齒部25分接出并且經(jīng)由與行星架34固定地相連接的軸16借助于一個閉合的離合器 19傳遞給輸出軸18。由此，由電動機40提供的功率1\可作為從動功率Pab在輸出軸18上被分接出。內燃發(fā)動機靜止并且借助于離合器13脫耦。
圖8中示出了 E-CVT工況中的狀況，當車輛處于靜止時，以該狀況借助于電機的功率來起動內燃發(fā)動機。為此，由電機40產(chǎn)生的功率傳遞到空心軸16上。從動部分、尤其是軸35及輸出軸18處于靜止。為此，離合器19閉合，而離合器17打開，由此，空心軸16 可按照電機的功率I3e轉動。于是在考慮行星傳動裝置30的變速比的情況下在行星架34處于靜止時功率I3e從太陽輪33經(jīng)由行星輪36傳遞到環(huán)形輪32上。在此情況下行星傳動裝置的變速比例如為i = +1. 784。特別有利的是變速比在+1. 7與+2之間，以便獲得高的起動力矩。功率從環(huán)形輪或空心輪32傳遞到與空心輪32固定地相連接的驅動軸14上并且從那里在離合器13閉合的情況下傳遞到內燃發(fā)動機的發(fā)動機輸出軸12上。即使一個小的電機在這樣的起動過程中也可借助于行星傳動裝置30的固定變速比產(chǎn)生在多數(shù)工作狀態(tài)中足夠高的起動轉矩。因為從動部分18靜止并且絕對不反向轉動，所以在這樣的發(fā)動機起動之后車輛可立即加速。車輛處于靜止的情況下電動起動發(fā)動機時無級變速裝置20未被利用。施加在發(fā)動機上的起動功率Pvistot基本上相應于電機的功率IV因此離合器觀也打開。
圖9中所示的工作狀況作為替換方案用于借助于電機40起動發(fā)動機，在該工作狀況中，無級變速裝置20的第二錐盤對22的軸沈與空心軸16之間的離合器觀及發(fā)動機輸出軸12與驅動軸14之間的離合器13閉合。使空心軸16或固定地與行星傳動裝置30的行星架34相連接的軸35與輸出軸18相連接的離合器17、19打開。為了起動發(fā)動機，電機 40以功率驅動空心軸16轉動。在離合器觀閉合的情況下電機40的一部分功率經(jīng)由齒部四及中間輪27傳遞到配置給第二錐盤對22的軸沈上。在利用無級變速裝置20的變速比的情況下，該功率經(jīng)由纏繞接觸裝置23及第一錐盤對21傳遞到配置給第一錐盤對21 的軸M上。軸M上的功率P^j、于電機40的功率。在利用無級變速裝置20的變速比之后該功率Pa經(jīng)由與行星架34嚙合的齒部25傳遞給行星架34并且從那里經(jīng)由行星輪36傳遞到空心輪32上。這意味著，行星架34及固定地與該行星架相連接的作為變速器從動軸的軸35轉動。在離合器13閉合的情況下該功率從空心輪32借助于與該空心輪固定地相連接的軸14傳遞給內燃發(fā)動機作為起動功率PVMSta,t。因為具有經(jīng)由齒部四及離合器觀進而經(jīng)由無級變速裝置引導的分流功率的變速功率與直接從空心軸16流到行星傳動裝置30中的功率在行星傳動裝置中匯合，所以發(fā)動機起動功率也基本上相應于電機的功率。但因為變速器從動軸35如所述的那樣轉動，所以為了車輛起步將離合器觀打開并且將離合器19 閉合。
圖10示出了一個狀況，在該狀況中由所述的線路來進行發(fā)動機電動起動。與在結合圖9所述的工作狀況中不同，附加地使離合器19閉合，即在輸出軸18與作為固定地與行星架相連接的軸的變速器從動軸35之間建立了連接。這意味著，電機40的功率的一部分可作為從動功率Pab被分接出，而電機40的功率的另一部分用作發(fā)動機起動功率PVMStmt。 發(fā)動機輸出軸12與驅動軸14之間的離合器13以及空心軸16與配置給第二錐盤對22的軸沈之間的離合器28閉合。僅從動軸18與空心軸16之間的離合器17打開。
在第二錐盤對22與第一錐盤對21之間無級變速裝置的變速比iBA最大，即例如 iVmax = 2. 451。反過來則意味著，無級變速裝置20的第一錐盤對21與第二錐盤對22之間的變速比iAB最小(例如iVmin = 0. 408)。由此，當在例如圖7中所述的電的線路過程之后由電機附加地施加起動功率時，在發(fā)動機起動期間避免了加速壓力。與圖7中所示的狀況相比由于離合器13閉合而使電機40通過施加用于內燃發(fā)動機的起動功率而短時地過載， 這僅在內燃發(fā)動機處于熱工作狀態(tài)時才可能。
圖11示出了第一行駛范圍中的E-CVT工況。由(未示出的)內燃機產(chǎn)生的功率 Pvm經(jīng)由發(fā)動機輸出軸12在離合器13閉合的情況下輸出給驅動軸14并且從那里經(jīng)由行星傳動裝置30的固定地與驅動軸14相連接的空心輪32流到行星傳動裝置30中。內燃發(fā)動機的驅動功率Pvm的通過從空心輪32經(jīng)由行星輪36流到行星架34并且從那里經(jīng)由與行星架34固定地相連接的軸35及閉合的離合器19傳輸給輸出軸18而在行星傳動裝置30中分流出的部分Psteg與也在行星傳動裝置30中分流出的流過無級變速裝置20的功率Pa相比小，即Psteg < PA。流過無級變速裝置20的功率通過從空心輪30經(jīng)由行星輪36到太陽輪 33并且再經(jīng)由與太陽輪33固定地相連接的空心軸16、構造成空心軸16上的齒輪四且與該空心軸無相對轉動的齒部及中間輪27在離合器28閉合的情況下到與無級變速裝置20 的第二錐盤對22相連接的軸沈上進行的功率傳遞來傳遞。經(jīng)由無級變速裝置傳遞的功率 Pa不僅是內燃機的功率Pvm的一部分，而且被電機的也經(jīng)由空心軸16及與該空心軸相耦合的由輪四及中間輪27組成的變速配置部分傳遞到軸沈上的功率補充。
因此，內燃發(fā)動機的功率Pvm在行星傳動裝置30中被分開，其中，較小的部分Psteg 直接流到從動部分、尤其是輸出軸18，較大的部分加上電機40的功率經(jīng)由無級變速裝置 20在利用適當無級變速裝置變速比的情況下流到從動部分。離合器17打開，離合器13、 19及28閉合。如從圖6可獲知的那樣，整個裝置的變速比例在此處于可達1的最大變速比例的范圍中、例如i = 3. 8··· 1并且由此相應于減速傳動。變速比例i描述變速器輸出軸 (nab) 18與發(fā)動機輸出軸(nVM) 12之間的轉速比例，即i = nab/nVM。
最后，圖12中示出了第二行駛范圍，作為超速傳動被設計用于變速比例i < 1，例如i = 0. Ρ··0.633。與在圖11中所示的第一行駛狀況中不同，在圖12中所示的第二行駛范圍中離合器19打開，而離合器17閉合。這意味著，在輸出軸18與空心軸16之間建立了直接的連接并且通過該連接分接出轉矩，該空心軸與行星傳動裝置的太陽輪33無相對轉動地相連接。
如在第一行駛范圍中那樣，內燃發(fā)動機的功率Pvm在行星傳動裝置中被分開，其中，內燃發(fā)動機的功率Pvm的較大的部分Ps_e加上電機40的功率直接經(jīng)由閉合的離合器17流到從動部分。較小的部分Pa經(jīng)由無級變速裝置流到從動部分，確切地說經(jīng)由行星架 32及與無級變速裝置的第一錐盤對21的軸M相連接的齒輪25流到無級變速裝置的第一錐盤對21，經(jīng)由纏繞接觸裝置23流到無級變速裝置20的第二錐盤對22并且在那里經(jīng)由閉合的離合器觀流到空心軸16。在該行駛范圍中Pa作為經(jīng)由無級變速裝置傳遞的功率小于經(jīng)由太陽輪33傳遞的功率PA < Ps_e。10兩個預設置的行駛范圍，在無級變速裝置中僅需要一個相對小的調節(jié)范圍。此外，平均僅一個非常小的功率分量流過無級變速裝置，這有助于保護無級變速裝置免受可能的高力矩以及提高無級變速裝置部件的使用壽命。行駛范圍的數(shù)量減少至2，這降低了變速器控制的復雜性并且也減少了動力學上要求很苛刻的部件，其中，功率分配總是不均勻地進行，由此在變速器的最通常的工作狀態(tài)中經(jīng)由無級變速裝置傳遞的轉矩最小。
在圖13中針對繪制在X軸上的變速比例i = IiabAian、即輸出軸18的轉矩與發(fā)動機輸出軸12的轉矩的比，用線50描述了相應的行駛范圍(第一行駛范圍及第二行駛范圍)， 用線51描述了所屬的無級變速裝置變速比。線M表明在哪個無級變速裝置變速比時變速器可特別有利地在無變速比躍變的情況下從一個行駛范圍變換到另一個行駛范圍。已經(jīng)證實無級變速裝置變速比在兩個行駛范圍中相反變化。圖中所示的情況是最大無級變速裝置變速比為2. 451 (線54)及最小無級變速裝置變速比為0. 408，這相應于最大無級變速裝置變速比與最小無級變速裝置變速比的約6的比例。
圖14中描述了無級變速裝置的絕對的調節(jié)功率分量的百分比。在最通常的行駛狀況中無級變速裝置的調節(jié)功率分量低。這這樣來實現(xiàn)不僅在第一行駛范圍中而且在第二行駛范圍中在行星傳動裝置30中總是進行不均勻的功率分配。即內燃機的功率不是各一半地分配，而是這樣地分配，使得無級變速裝置可盡可能大地卸載并且無級變速裝置的調節(jié)功率分量在最通常的行駛狀況中低。
圖15、圖16及圖17示出了一個用于離合器構件的轉換裝置、一個無級變速裝置離合器單元及一個用于穩(wěn)定轉換點的空轉裝置，它們尤其是適于在如結合圖1至圖14所描述的功率分流式變速器中使用。但原則上這些裝置也可普遍地用于CVT變速器或其它變速器類型。
圖15中所示的轉換裝置例如對于在空心軸16、固定地和行星傳動裝置30的行星架34相連接的軸35與從動軸18之間的離合器裝置用于由離合器17、19組成的所使用的離合器裝置。所涉及的是圖4中的一個細節(jié)局部。
轉換裝置100這樣構造一個環(huán)形的轉換元件110可這樣移動并且作為離合器元件起作用，使得該環(huán)形的轉換元件在走過轉換行程時不具有中性區(qū)域。這使得轉換行程盡可能地短，這對于根據(jù)以上說明的E-CVT變速器由于那里所需的高動態(tài)特性是有利的。尤其是該裝置具有一個第一軸120及一個第二軸121，這些軸繞一個公共的轉動軸線轉動并且至少區(qū)域地、即在轉換元件110形成配合的區(qū)域中設置有一個基本上對齊的公共的外部構型。不僅第一軸120而且第二軸121都具有一個外齒部123、124，所述外齒部可與環(huán)形的轉換元件110的內齒部116的環(huán)嚙合。在此，轉換元件110在軸120、121的軸向方向上的長度被這樣確定尺寸，使得該轉換元件可同時與兩個齒部區(qū)域123、1M配合并且由此可實現(xiàn)在軸121之間傳遞轉矩。
此外，包圍著軸120、121及轉換元件110還設置有一個空心軸111，該空心軸在位于軸120、121的齒部區(qū)域123、1M對面的區(qū)域中具有一個內齒部117。在所示的實施形式中，不僅位于齒部區(qū)域1 對面地而且位于齒部區(qū)域123對面地設置有齒部117?？招妮S 111的內齒部117可與轉換元件上的外齒部118嚙合，由此當轉換元件110在軸120、121及空心軸111的軸向方向上移動時轉換元件可在軸120的齒部123與空心軸111的內齒部117 之間建立連接，或當在該圖中完全向左移動時可在軸121的外齒部IM與空心軸111的內齒部117之間建立連接，由此可選擇地在軸120、121中的一個與空心軸111之間傳遞轉矩。 視需要而定，也可取消這些連接功能中的一個，由此例如轉換元件110僅可在軸121、120之間建立連接或在軸120與空心軸111之間建立連接，但不可在空心軸111與軸121之間建立連接。
為了在軸120、121、111的軸向方向上移動轉換元件110，設置有一個銷112，該銷與轉換元件Iio配合并且從一個與空心軸111同步轉動的移動套筒113伸出，該移動套筒相對于空心軸111同軸線地設置，通過空心軸111中的一個長形孔導向并且與轉換元件110 配合。一個轉換叉114固定并且液壓地通過也固定的壓力室115軸向操作，由此使移動套筒113軸向移動并且由此使伸過空心軸111中的長形孔的銷112—起移動，這操作轉換元件110。由于壓力室115靜止，相對于與這些軸一起轉動的壓力室來說實現(xiàn)了簡化，因為無需轉動導向裝置并且不需要補償液壓流體中的離心力。
最后，圖16中示出了一個無級變速裝置離合器單元200，該無級變速裝置離合器單元可直接組合在無級變速裝置的定盤中。尤其是在E-CVT變速器的圖2中所示布置中， 該無級變速裝置離合器單元200例如可作為離合器裝置28組合在錐盤2 中，該錐盤是錐盤對22的定盤。
無級變速裝置軸的強的撓度及在無級變速裝置軸中加工用于液壓操作元件的孔的有限可能性原則上是在無級變速裝置軸上布置其它結構元件時的難題。例如離合器及如也在圖1、圖2及圖3中所示的可能所屬的換向組件構造成分開的結構組件。有時為此也設置一個自己的軸。
而在無級變速裝置離合器單元200的在圖16中所示的實施形式中有意容忍了撓度并且由此有意容忍了離合器襯230的環(huán)繞的不均勻負荷，這些離合器襯組合在無級變速裝置的定盤231中的凹部中。離合器230例如構造成片式離合器，但其中也可使用其它離合器、尤其是摩擦鎖合的離合器。也可使用單片離合器或多片離合器，只要它們可傳遞所需的力矩。一個離合器側的摩擦片襯在此固定地與無級變速裝置、尤其是與無級變速裝置的定盤231相連接，這由此體現(xiàn)了一個離合器側或一個摩擦面?zhèn)?30與定盤的非常剛性的布置。與配合構件建立連接的另一個離合器側在插接齒部232中被導向。插接齒部232緩沖變形，由此，例如設置在功率流中的另一個齒部233充分脫耦，以便補償通過無級變速裝置軸的撓曲形成的表面接觸區(qū)變化。
以相應的方式例如也可將一個泵單元M0、例如圖1中的泵裝置42通過插接齒部來連接。片式離合器230在無級變速裝置的凹部中的剛性布置由此有助于節(jié)省結構空間。 變形通過分開的構件、即在此情況下為插接齒部232來補償。
圖17示出了一個空轉裝置302的安裝狀況，根據(jù)本發(fā)明，該空轉裝置負責轉換變速比可被精確地調整，由此，轉換可在沒有通過形狀鎖合的轉換元件100引起沖擊的情況下進行?？蔁o問題地操作轉換元件，因為當空轉裝置302閉鎖時構件111及121具有相同的轉速。
空轉裝置302在此在結構上在空心輪32或一個與該空心輪相連接的支撐件301 與行星架34之間起作用。一旦空心輪32面臨超越行星架34，該空轉裝置閉鎖。當行星架 34或與該行星架相連接的軸35本身面臨超越太陽輪32時就是這種情況。
空轉裝置閉鎖的這種狀態(tài)這樣來產(chǎn)生無級變速裝置被有意地控制到一個高于轉換變速比參見圖1 的變速比。借助于例如通過壓力加載進行的這種控制使盤組軸21 相對于盤組軸22加速。因為盤組軸21或22通過圓柱齒輪對與行星架34或太陽輪33相連接，所以閉鎖條件得到滿足。0087]參考標號清單0088]10功率分流式變速器0089]12發(fā)動機輸出軸0090]13宦A典閑I=I研0091]14驅動軸0092]16空心軸0093]17宦A典閑I=I研0094]18輸出軸0095]19宦A典閑I=I研0096]20無級變速裝置0097]21第一錐盤對0098]21a定盤0099]21b調節(jié)盤0100]22第二錐盤對0101]22a定盤0102]22b調節(jié)盤0103]23纏繞接觸裝置0104]24軸0105]25中間輪0106]26軸0107]27中間輪0108]28離合器裝置0109]29齒部0110]30行星傳動裝置0111]32空心輪0112]33太陽輪0113]34行星架0114]35軸0115]36行星輪0116]40電機(E-Maschine)0117]42泵單元0118]44殼體件0119]46殼體件0120]48法蘭0121]50行駛范圍0122]51無級變速裝置變速比130123]53調節(jié)功率分量0124]54無級變速裝置變速比，在該無級變速裝置變速比時進行轉換0125]100轉換裝置0126]110轉換元件0127]111空心軸0128]112 銷0129]113移動套筒0130]116 內齒部0131]117 內齒部0132]118 外齒部0133]120 軸0134]121 軸0135]122 外齒部0136]124 外齒部0137]200無級變速裝置離合器單元0138]231 定盤0139]230摩擦面裝置0140]300 空心輪的支撐構件0141]301用于支撐的軸承0142]301用于穩(wěn)定轉換點的空轉裝置。
權利要求
1.轉換裝置(100)，用于功率分流式變速器，該功率分流式變速器具有變速比可無級調節(jié)的多個變速比范圍，該轉換裝置包括一個第一軸(120)及一個第二軸(121)，這些軸沿一個公共的軸線布置，這些軸的外殼面至少在該第一軸與該第二軸之間的一個邊界區(qū)域中各設置有一個齒型廓(123，124)并且對齊；一個空心軸(111)，該空心軸包圍該第一軸及該第二軸(121,12 并且在至少該第一軸或該第二軸的邊界區(qū)域中設置有一個內齒部(117)；—個環(huán)形的轉換元件(110)，該轉換元件具有一個內齒部(116)及一個外齒部 (118)，該內齒部可與該第一軸和/或該第二軸(120，121)的齒型廓(123，124)嚙合，該外齒部可與該空心軸(111)的內齒部(117)嚙合，其中，該轉換元件(110)可通過一個操作裝置在該第一軸和該第二軸(120，121)以及該空心軸(111)的軸向方向上移動，由此，該轉換元件同時與該空心軸(111)的內齒部(117)及該第一軸或該第二軸(120，121)的外齒部 (123，124)嚙合或同時與該第一軸及該第二軸(120，121)的外齒部(123，124)嚙合，而不走過一個中性區(qū)域。
2.根據(jù)權利要求1的轉換裝置(100)，其特征在于該轉換元件(110)被液壓地操作。
3.根據(jù)權利要求1的轉換裝置(100)，其特征在于設置有一個與該空心軸(111)同步轉動的移動套筒(113)，該移動套筒具有一個銷(112)，該銷伸過一個設置在該空心軸 (111)中的長形孔并且與該轉換元件(110)這樣形成配合，使得該銷引起該轉換元件(110) 的軸向移動。
4.根據(jù)權利要求3的轉換裝置(100)，其特征在于為了操作該移動套筒(113)設置有一個相對于這些軸固定的轉換叉(114)，該轉換叉借助于固定的壓力室(115)被液壓地操作。
5.功率分流式變速器(10)，該功率分流式變速器具有變速比可無級調節(jié)的多個變速比范圍，其特征在于該功率分流式變速器(10)包括根據(jù)權利要求1至4中一項的轉換裝置(100)。
6.根據(jù)權利要求5的功率分流式變速器(10)，其中，該功率分流式變速器包括一個用于與發(fā)動機無相對轉動地相連接的驅動軸(14)、一個分配傳動裝置(30)、一個無級變速裝置00)及一個輸出軸(18)，其中，該分配傳動裝置是一個行星傳動裝置(30)并且該驅動軸 (14)可直接與該行星傳動裝置的空心輪(3 相耦合，該轉換裝置用于使該輸出軸、一個隨該行星傳動裝置的行星架轉動的軸及一個隨該行星傳動裝置的太陽輪轉動的軸之間的離合器裝置(17，19)分離或接合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種功率分流式變速器，該功率分流式變速器具有變速比可無級調節(jié)的多個變速比范圍，該功率分流式變速器包括至少一個用于與發(fā)動機無相對轉動地相連接的驅動軸、一個分配傳動裝置、一個無級變速裝置及一個輸出軸，其中，該分配傳動裝置是一個行星傳動裝置并且該驅動軸可直接與該行星傳動裝置的空心輪相耦合。
文檔編號B60K6/543GK102518708SQ20111046114
公開日2012年6月27日 申請日期2006年7月1日 優(yōu)先權日2005年7月23日
發(fā)明者P·滕貝爾格 申請人:盧克摩擦片和離合器兩合公司