CN104094019A - 多级变速器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有八个前进挡和一个倒挡的多级变速器包括一个驱动轴(1)、一个从动轴(2)、三个行星齿轮组(P1、P2、P3)、一个第一和一个第二圆柱齿轮级(S1、S2)以及至少五个切换元件(03、15、39、56、58)和九个能转动的轴(1、2、3、4、5、6、7、8、9)，所述圆柱齿轮级与一个平行于行星齿轮组(P1、P2、P3)的纵轴线设置的中间轴连接，所述中间轴构成变速器的从动轴(2)，其中，驱动轴(1)与第一行星齿轮组(P1)的行星架连接并且能经由第一离合器(15)与第五轴(5)可松脱地连接，该第五轴与第三行星齿轮组(P3)的太阳轮连接并且能经由第二离合器(58)与连接于第二行星齿轮组(P2)的齿圈的第八轴(8)可松脱地连接。

Description

多级变速器
技术领域
本发明涉及一种按照权利要求1前序部分所述的多级变速器、特别是用于机动车的自动变速器。
背景技术
自动变速器、特别是用于机动车的自动变速器根据现有技术包括多个行星齿轮组，这些行星齿轮组借助摩擦元件或者说切换元件、如离合器和制动器被切换并且通常与承受打滑作用的并且选择性地配设有桥接离合器的起动元件、如液力变矩器或液力耦合器连接。
这样的自动变速器在现有技术中被多次描述并且始终被进一步开发和改进。因此，这些变速器应当具有足够数量的前进挡以及至少一个倒挡和带有高的总速比范围以及有利的速比间隔的非常适合于机动车的传动比。此外，这些变速器应当能实现沿前进方向的高的起动传动比并且包括直接挡。另外，自动变速器应当要求小的结构耗费和少量的切换元件，并且在顺序换挡方式时总是应当仅接通一个切换元件和断开一个切换元件。
这样的自动变速器例如由本申请人的DE 199 12 480 B4已知。该自动变速器包括三个单行星架行星齿轮组以及三个制动器和两个离合器用于切换六个前进挡和一个倒挡，并且包括一个驱动轴和一个从动轴，其中，第一行星齿轮组的行星架与第二行星齿轮组的齿圈固定连接，第二行星齿轮组的行星架与第三行星齿轮组的齿圈固定连接，并且驱动轴直接与第二行星齿轮组的太阳轮连接。
此外，在该已知的变速器中规定，驱动轴能经由第一离合器与第一行星齿轮组的太阳轮连接并且能经由第二离合器与第一行星齿轮组的行星架连接，第一行星齿轮组的太阳轮能经由第一制动器与变速器的壳体连接并且第一行星齿轮组的行星架能经由第二制动器与变速器的壳体连接，第三行星齿轮组的太阳轮能经由第三制动器与变速器的壳体连接。变速器的从动轴与第三行星齿轮组的行星架和第一行星齿轮组的齿圈固定连接。
发明内容
本发明的任务在于，给出一种多级变速器，该多级变速器沿轴向观察具有小的结构空间需求，从而能实现作为前置-横向***的变速器的安装和可选地变速器的混合(hybridization)。此外应该在拖曳和啮合损失方面改善效率。
所述任务根据本发明通过权利要求1的特征来实现。其它的优点和有利的设计方案由从属权利要求得出。
据此建议一种多级变速器，该多级变速器具有设置在一个壳体中的驱动部和从动部。此外，该变速器包括三个行星齿轮组(以下称为第一、第二和第三行星齿轮组)、至少九个能转动的轴(以下称为驱动轴、从动轴、第三、第四、第五、第六、第七、第八和第九轴)、一个第一和一个第二圆柱齿轮级和五个切换元件，所述圆柱齿轮级与一个平行于各行星齿轮组的纵轴线设置的中间轴连接，所述中间轴用作变速器的从动轴，所述切换元件包括一个制动器和多个离合器，所述切换元件的选择性接合引起在驱动轴和从动轴之间的不同传动比，从而优选能实现八个前进挡和一个倒挡。
各行星齿轮组优选构造成负传动比行星齿轮组。单级的负传动比行星齿轮组已知包括一个太阳轮、一个齿圈和一个行星架，在该行星架上可转动地支承有行星齿轮，这些行星齿轮分别与太阳轮和齿圈啮合。由此，齿圈在行星架固定的情况下具有与太阳轮相反的转动方向。与此相对地，单级的正传动比行星齿轮组包括一个太阳轮、一个齿圈和一个行星架，在该行星架上可转动地支承有内侧的和外侧的行星齿轮，在此所有内侧的行星齿轮与太阳轮啮合、而所有外侧的行星齿轮与齿圈啮合，每个内侧的行星齿轮分别与一个外侧的行星齿轮啮合。由此，齿圈在行星架固定的情况下具有与太阳轮相同的转动方向并且产生正的固定变速器传动比。
此外，优选变速器的其中两个行星齿轮组沿径向观察上下相叠地设置，由此得到非常短的结构长度，变速器因此可按前置-横向安装方式安装到轿车中。
有利的是，第二行星齿轮组沿径向观察设置在第一行星齿轮组上方，在此各行星齿轮组沿轴向观察按第一行星齿轮组/第二行星齿轮组、第三行星齿轮组的顺序设置。在本发明的其它实施方式的范围内，各行星齿轮组的轴向顺序可以是任意的；此外，各行星齿轮组可沿轴向观察依次相继地设置。
根据本发明，驱动轴与第一行星齿轮组的行星架连接并且能经由第一离合器与第五轴可松脱地连接，该第五轴能经由第二离合器与连接于第二行星齿轮组的齿圈的第八轴可松脱地连接并且与第三行星齿轮组的太阳轮连接。
第一行星齿轮组的齿圈与连接于第二行星齿轮组的太阳轮的第六轴连接，第二行星齿轮组的行星架与第四轴连接，该第四轴经由第一圆柱齿轮级与从动轴连接。
代替或附加于第一圆柱齿轮级，第四轴可借助链条、皮带或者一个或多个其它构件经由至少一个离合器与从动轴可松脱地连接。
另外，第三行星齿轮组的行星架与第七轴连接，该第七轴经由第二圆柱齿轮级与变速器的从动轴连接。
代替或附加于第二圆柱齿轮级，第四轴可借助链条、皮带或者一个或多个其它构件经由至少一个离合器与从动轴可松脱地连接。
变速器的第三轴与第一行星齿轮组的太阳轮连接、能经由第三离合器与连接于第三行星齿轮组的齿圈的第九轴可松脱地连接并且能经由制动器耦联于变速器的壳体上。
根据本发明，设有第四离合器，通过该第四离合器的闭合可锁止第二行星齿轮组。第四离合器构造成将第六轴与第五轴可松脱地连接的离合器，从而可通过第二行星齿轮组的齿圈与第二行星齿轮组的太阳轮的耦联而锁止第二行星齿轮组。
通过多级变速器的根据本发明的设计方案，得到多级变速器的特别适合于轿车的传动比以及提高的总速比范围，由此实现行驶舒适性的改善和显著的消耗降低。
此外，借助根据本发明的多级变速器通过少量的切换元件显著降低结构耗费。借助根据本发明的多级变速器可以以有利的方式利用液力变换器、外部的起动离合器或利用其它适合的外部起动元件进行起动。也可想到，利用集成在变速器中的起动元件实施起动过程。优选一个在第一前进挡中和倒挡中***纵的切换元件是适合的。
此外，在根据本发明的多级变速器中在主行驶挡中在倒拖和啮合损失方面得到好的效率。
此外，在多级变速器的切换元件和行星齿轮组中存在小的转矩，由此以有利的方式降低磨损。此外，可通过小的转矩实现相应小的尺寸，由此降低所需的结构空间和相应的成本。此外，在各轴、切换元件和行星齿轮组中也存在小的转速。
另外，这样设计根据本发明的变速器，使得结构空间需求沿轴向观察较小，由此可实现作为前置-横向***的变速器的混合。
从动轴优选与差速器连接，该差速器将转矩分配到各驱动轮上。在差速器的输入轴和从动轴之间可设置一个行星齿轮组。由此可提高由从动轴至差速器从动轴的传动比，从而可将前面提到的圆柱齿轮级和/或机械构件的传动比设计成更小的，由此可得到结构优点、如更小的轴距和更小的齿宽。
附图说明
下面参考附图示例性更详细地阐述本发明。在这些附图中：
图1示出根据本发明的多级变速器的一种优选实施方式的示意图；
图2示出用于根据图1的多级变速器的示例性换挡示意图。
具体实施方式
在图1中示出一种根据本发明的多级变速器，其包括设置在一个壳体G中的第一行星齿轮组P1、第二行星齿轮组P2和第三行星齿轮组P3、第一圆柱齿轮级S1和第二圆柱齿轮级S2，该第一和第二圆柱齿轮级与一个平行于彼此同轴设置的行星齿轮组P1、P2、P3的纵轴线设置的中间轴连接，该中间轴用作变速器的从动轴2。
在所示的实例中，第二行星齿轮组P2沿径向观察设置在第一行星齿轮组P1的上方，由此以有利的方式减小变速器的结构长度。行星齿轮组P1、P2、P3沿轴向观察以第一行星齿轮组P1/第二行星齿轮组P2、第三行星齿轮组P3的顺序设置。
在这里，变速器的至少一个行星齿轮组可以构造成正传动比行星齿轮组，当行星架连接和齿圈连接同时更换并且固定变速器传动比的值与作为负传动比行星齿轮组的实施方式相比提高1时。
如由图1可见，设有五个切换元件，即一个制动器03和四个离合器15、58、39和56。各切换元件的空间布置可以是任意的并且仅仅由尺寸和外部造型限制。变速器的离合器和制动器优选构造成摩擦切换元件或者说片式切换元件。
利用这些切换元件可实现八个前进挡和一个倒挡的选择性换挡。根据本发明的多级变速器总共具有至少九个能转动的轴，其中，驱动轴构成变速器的第一轴1，而从动轴构成变速器的第二轴2。
根据本发明在根据图1的多级变速器中规定，驱动轴1与第一行星齿轮组P1的行星架连接并且能经由第一离合器15与第五轴5可松脱地连接，该第五轴与连接于第三行星齿轮组P3的太阳轮连接并且能经由第二离合器58与连接于第二行星齿轮组P2的齿圈的第八轴8可松脱地连接，并且第一行星齿轮组P1的齿圈与连接于第二行星齿轮组P2的太阳轮的第六轴6连接。
变速器的第三轴3与第一行星齿轮组P1的太阳轮连接、能经由第三离合器39与连接于第三行星齿轮组P3的齿圈的第九轴9可松脱地连接并且能经由制动器03耦联于变速器的壳体G上。
参照图1，第二行星齿轮组P2的行星架与第四轴4连接，该第四轴与第一圆柱齿轮级S1的第一圆柱齿轮ST1连接，该第一圆柱齿轮级的第二圆柱齿轮ST2与从动轴2连接。
另外，第三行星齿轮组P3的行星架与第七轴7连接，该第七轴与第二圆柱齿轮级S2的第一圆柱齿轮ST3连接，第二圆柱齿轮级的第二圆柱齿轮ST4与从动轴2连接。
另外，在根据本发明的变速器中设有第四离合器56，该第四离合器将第六轴6与第五轴5可松脱地连接。在此第一、第二和第四离合器15、58、56沿轴向观察可并排设置并且可具有一个共同的外摩擦片支架。
在根据图1的实施例中，在变速器下游设置另一圆柱齿轮级S3，该另一圆柱齿轮级与车辆的差速器D连接。
在本发明的一种有利的改进方案的范围内，仅第二离合器58和第三离合器39可构造成能持久打滑的摩擦切换元件，由此取消转动不均匀应对措施。
在图2中示出根据图1的多级变速器的示例性的换挡示意图。对于每个挡闭合三个切换元件。从该换挡示意图可以示例性地得出各个挡位的各自的传动比i和可由此确定的向下一更高挡的速比间隔或者说挡位跳跃(挡位之间的传动比比值)φ，其中，值8.040是变速器的速比范围。
在所示的示例中，构造成负传动比行星齿轮组的行星齿轮组P1、P2、P3的固定变速器传动比(Standgetriebeübersetzung)的值分别为-1.720、-1.630和-1.580，其中，第一和第二圆柱齿轮级S1、S2的传动比分别为1.000和1.970。由图2可见，在顺序换挡方式时分别仅须接通一个切换元件和断开一个切换元件，因为两个相邻的挡位共用两个切换元件。此外可见，在小的挡跳跃时得到大的速比范围。
通过闭合制动器03以及第一和第三离合器15、39得到第一前进挡，通过闭合制动器03以及第三和第四离合器39、56得到第二前进挡，通过闭合第一、第三和第四离合器15、39、56得到第三前进挡，通过闭合第二、第三和第四离合器58、39、56得到第四前进挡，通过闭合第一、第二和第三离合器15、58、39得到第五前进挡，通过闭合第一、第二和第四离合器15、58、56得到构造成直接挡的第六前进挡，通过闭合制动器03和第一与第二离合器15、58得到第七前进挡，并且通过闭合制动器03和第二与第四离合器58、56得到第八前进挡，并且通过闭合离合器03和第二与第三离合器58、39得到倒挡。
通过在第一前进挡和倒挡中闭合制动器03和第三离合器39，可将这些切换元件用作起动元件。
根据本发明，即使在相同的变速器示意图中视换挡逻辑的不同也得到不同的挡位跳跃，从而可实现应用特定或车辆特定的变型方案。
原则上，可在根据本发明的变速器的每个轴上设置电机或者另外的驱动源。在本发明的一种特别有利的改进方案的范围内可设置电机，该电机设置在驱动轴1上并且与驱动轴1直接连接。在此可设置第五离合器，通过该第五离合器可将内燃机与变速器脱开，由此变速器的所有挡可以以有利的方式纯电动行驶。
代替电机与驱动轴的直接连接，电机可以轴向平行于驱动轴1设置并且经由齿轮级或者链式传动机构与驱动轴1连接，在此可选地设置第五离合器，通过该第五离合器可使内燃机与变速器脱开。
根据本发明可在多级变速器的每个合适的位置上设置附加的单向离合器，例如为了连接一个轴和壳体或可选地连接两个轴。
在驱动侧或在从动侧，根据本发明可设置车轴差速器和/或分配器差速器。
在有利的改进方案范围内，驱动轴1可按照需要通过一个离合元件与驱动马达分开，作为离合元件可使用液力变矩器、液压式离合器、干式起动离合器、湿式起动离合器、磁粉离合器或者离心力离合器。也可将这种起动元件沿力流方向设置在变速器下游，在这种情况下驱动轴1与驱动马达的曲轴固定连接。
此外，根据本发明的多级变速器允许将扭转减震器设置在驱动马达和变速器之间。
在本发明的另一种未示出的实施方式的范围内，可在每个轴上、优选在驱动轴1或从动轴2上设置无磨损的制动器、例如液压式或电动减速器或类似物，这特别是对于用在商用车中具有重要意义。此外，为了驱动附加的机组可以在每个轴、优选在驱动轴1或从动轴2上设置辅助驱动装置。
所使用的摩擦切换元件可构造成可动力切换的离合器或者制动器。特别是可使用力锁合的离合器或制动器、例如片式离合器、带式制动器和/或圆锥离合器。此外，所使用的切换元件可构造成形锁合的切换元件。
附图标记列表
1   第一轴、驱动轴
2   第二轴、从动轴
3   第三轴
4   第四轴
5   第五轴
6   第六轴
7   第七轴
8   第八轴
9   第九轴
03  制动器
15  第一离合器
39  第三离合器
56  第四离合器
58  第二离合器
D   差速器
G   壳体
P1  第一行星齿轮组
P2  第二行星齿轮组
P3  第三行星齿轮组
S1  第一圆柱齿轮级
S2  第二圆柱齿轮级
S3  第三圆柱齿轮级
ST1 第一圆柱齿轮级S1的第一圆柱齿轮
ST2 第一圆柱齿轮级S1的第二圆柱齿轮
ST3 第二圆柱齿轮级S2的第一圆柱齿轮
ST4 第二圆柱齿轮级S2的第二圆柱齿轮
i   传动比
φ  速比间隔

Claims (9)

1.多级变速器，特别是用于机动车的自动变速器，包括设置在一个壳体(G)中的一个驱动轴(1)、一个从动轴(2)、三个行星齿轮组(P1、P2、P3)、一个第一和一个第二圆柱齿轮级(S1、S2)并且包括至少九个能转动的轴(1、2、3、4、5、6、7、8、9)以及至少五个切换元件(03、15、39、56、58)，所述第一和第二圆柱齿轮级与一个平行于各行星齿轮组(P1、P2、P3)的纵轴线设置的中间轴连接，所述中间轴用作变速器的从动轴(2)，所述切换元件包括一个制动器(03)和多个离合器(15、39、56、58)，所述切换元件的选择性接合引起在驱动轴(1)和从动轴(2)之间的不同传动比，从而能实现八个前进挡和一个倒挡，其中，驱动轴(1)与第一行星齿轮组(P1)的行星架连接并且能经由第一离合器(15)与第五轴(5)可松脱地连接，该第五轴与第三行星齿轮组(P3)的太阳轮连接并且能经由第二离合器(58)与连接于第二行星齿轮组(P2)的齿圈的第八轴(8)可松脱地连接，第一行星齿轮组(P1)的齿圈与连接于第二行星齿轮组(P2)的太阳轮的第六轴(6)连接，第三轴(3)与第一行星齿轮组(P1)的太阳轮连接、能经由第三离合器(39)与连接于第三行星齿轮组(P3)的齿圈的第九轴(9)可松脱地连接并且能经由制动器(03)耦联于壳体(G)上，第二行星齿轮组(P2)的行星架与第四轴(4)连接，该第四轴与第一圆柱齿轮级(S1)的第一圆柱齿轮(ST1)连接，第一圆柱齿轮级的第二圆柱齿轮(ST2)与从动轴(2)连接，第三行星齿轮组(P3)的行星架与第七轴(7)连接，该第七轴与第二圆柱齿轮级(S2)的第一圆柱齿轮(ST3)连接，第二圆柱齿轮级的第二圆柱齿轮(ST4)与从动轴(2)连接，并且设有第四离合器(56)，该第四离合器将第五轴(5)与第六轴(6)可松脱地连接。
2.根据权利要求1的多级变速器，其特征在于，各行星齿轮组(P1、P2、P3)构造成负传动比行星齿轮组。
3.根据上述权利要求之一的多级变速器，其特征在于，所述第二行星齿轮组(P2)沿径向观察设置在第一行星齿轮组(P1)上方。
4.根据权利要求3的多级变速器，其特征在于，所述行星齿轮组(P1、P2、P3)沿轴向观察按第一行星齿轮组(P1)/第二行星齿轮组(P2)、第三行星齿轮组(P3)的顺序设置。
5.根据上述权利要求之一的多级变速器，其特征在于，设有电机，该电机设置在变速器的驱动轴上并且与驱动轴直接连接或者该电机轴向平行于驱动轴设置并且与驱动轴经由齿轮级或链式传动机构连接。
6.根据权利要求5的多级变速器，其特征在于，设有第七离合器，通过该第七离合器能使内燃机与变速器脱开，由此变速器的全部挡能够以纯电动方式行驶。
7.根据上述权利要求之一的多级变速器，其特征在于，通过闭合制动器(03)和第一与第三离合器(15、39)得到第一前进挡，通过闭合制动器(03)和第三与第四离合器(39、56)得到第二前进挡，通过闭合第一、第三和第四离合器(15、39、56)得到第三前进挡，通过闭合第二、第三和第四离合器(58、39、56)得到第四前进挡，通过闭合第一、第二和第三离合器(15、58、39)得到第五前进挡，通过闭合第一、第二和第四离合器(15、58、56)得到第六前进挡，通过闭合制动器(03)和第一与第二离合器(15、58)得到第七前进挡，并且通过闭合制动器(03)和第二与第四离合器(58、56)得到第八前进挡，并且通过闭合离合器(03)和第二与第三离合器(58、39)得到倒挡。
8.根据上述权利要求之一的多级变速器，其特征在于，代替或者附加于第一和/或第二圆柱齿轮级，设置有一个或多个机械构件如皮带和/或链用于传递转矩。
9.根据上述权利要求之一的多级变速器，其特征在于：所述从动轴(2)经由至少一个行星齿轮传动机构与差速器的输入轴连接。
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