多挡变速器 【技术领域】
本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的多挡变速器。
背景技术
在US 5,106,352 A中已知多个用于自动变速器的包括一个不可换挡的前置齿轮组和一个可换挡的主齿轮组的变速器方案，其中通过5个换挡元件的选择切换总共可切换6个前进挡而没有串并联线路。其中主齿轮组构成为包括两个连接的行星齿轮组的可换挡的双连桥四轴传动。不可换挡地前置齿轮组可以构成为单连桥行星轮传动或构成为包括两个不变的圆柱齿轮副的双轴传动。
如果前置齿轮组构成为不可换挡的单连桥行星传动，则US5,106,352 A建议，将自动变速器的驱动轴与该单连桥行星轮传动固定式连接并将由此在前置齿轮组中产生的转速经由不同的换挡元件选择地传到主齿轮组的齿轮组部件上。此外，驱动轴可经由一换挡元件与主齿轮组相连接。如果前置齿轮组构成为包括不变的各圆柱齿轮级的双轴传动，则US 5,106,352 A建议，将驱动轴与两圆柱齿轮副的各一个圆柱齿轮固定式连接。自动变换器的驱动轴和输出轴因此相互是不共轴线的。通过该两个圆柱齿轮副产生两个转速，其可经由不同的换挡元件传到主齿轮组的齿轮组部件上。
在本申请人的以前的德国专利申请P 199 49 507.4中描述了多个用于自动多挡变速器的包括连接的行星齿轮组的不同的组合的变速器方案。通过在一前置齿轮组中的不可换挡的行星齿轮组组合在一后置齿轮组中的可换挡的行星齿轮组组合上的适合连接总是可切换至少7个前进挡而没有串并联线路。其中可切换的前进挡的数目的比换挡元件的数目至少多两个。前置齿轮组和后置齿轮组始终设置成相互共轴线的。
在DE-P 199 49 507.4中同样建议，将可换挡的后置齿轮组构成为双连桥四轴传动。所谓双连桥四轴传动在这里理解为两个单独的机械连接的单连桥行星齿轮组的一个配置，其中连接成的单元由于两倍的构件连接具有四个所谓“自由轴”，其中一“轴”可以是一恒星齿轮、一内齿轮或者一行星齿轮组的一连桥。
【发明内容】
本发明的目的现在在于，从上述的现有技术出发开发一种多挡变速器，其在结构空间方面包括驱动轴和输出轴的非共轴线的设置和可切换至少7个前进挡而没有串并联线路，并且具有低的结构费用、有利的分挡和较大的扩展度。
该目的通过具有主要权利要求的特征的多挡变速器来达到。
从US 5,106 352 A的同一种现有技术出发，多挡变速器具有一驱动轴和一不与其共轴线设置的输出轴。一不可换挡的前置齿轮组与驱动轴相连接，其构成为包括两个不变的圆柱齿轮级的双轴传动。一可换挡的主齿轮组与输出轴相连接，其构成为包括两个连接的可换挡的行星齿轮组的双连桥四轴传动。
前置齿轮组的两圆柱齿轮级各产生一输出转速，其可经由不同的换挡元件通过其选择的接合传到主齿轮组的行星齿轮组的各个部件上。当然以不同的主齿轮组的构造可以在行星齿轮组内设置不同的构件连接。
按照本发明，多挡变速器具有6个换挡元件，通过其选择的接合可切换总共8个前进挡和两个倒车挡。因此不同于所述类型的现有技术，设有一附加的换挡元件，借其可以切换两个附加的前进挡。在每一切换的挡中同时切换两个换挡元件。在从一挡转换为下一挡时只脱开一个换挡元件并接合另一换挡元件，借此避免换挡性能关键性的串并联线路，后者必须同时接合或脱开多个换挡元件。
主齿轮组的第一自由轴与一个换挡元件相连接，经由该换挡元件主齿轮组的第一轴可与前置齿轮组的第二圆柱齿轮级相连接。按照本发明，主齿轮组的第二自由轴与三个换挡元件相连接，经由这些换挡元件主齿轮组的第二轴可选择性地与前置齿轮组的第一圆柱齿轮级或第二圆柱齿轮级相连接或固定。主齿轮组的第三自由轴与两个换挡元件相连接，经由这两换挡元件主齿轮组的第三轴可与前置齿轮组的第一圆柱齿轮级相连接或固定。主齿轮组的第四自由轴与变速器的输出轴相连接。
优选，主齿轮组的第一和第二自由轴分别为一中心轮，亦即一恒星齿轮或一内齿轮。主齿轮组的第三自由轴优选为一连桥。
与同一种的现有技术相比，按照本发明的多挡变速器因此在构成为双连桥四轴传动的主齿轮组的第二轴上具有一附加的换挡元件。
以特别有利的方式使这样的构成能够成为紧凑的节省结构空间的8挡多挡变速器用于具有非共轴线的驱动轴和输出轴的应用。这样构成的本发明的多挡变速器特别适用于汽车，其具有横向于行驶方向安装的发动机(“前横向驱动”，“后横向驱动”)或具有沿行驶方向安装的发动机和前驱动或后驱动。
由诸从属权利要求得到本发明的各优选的构造。
【附图说明】
以下借助于附图中所示多挡变速器的各实施形式示例性说明本发明。其中：
图1A和1B示出本发明的多挡变速器的第一实施形式，
图2A和2B示出本发明的多挡变速器的第二实施形式；以及
图3A和3B示出本发明的多挡变速器的第三实施形式。
【具体实施方式】
指标A的各图中按照相应的实施形式表示多挡变速器的变速器方案。指标B的图表示属于该实施形式的换挡逻辑、各挡的示例性传动比、分挡传动比比值、变速器扩展度和各个行星齿轮组和圆柱齿轮级的固定传动比。
诸图中以1标记多挡变速器的以输入转数n旋转的驱动轴而以2标记其以一个输出转数nab旋转的输出轴。ST1和ST2标记前置齿轮组的第一和第二圆柱齿轮级。分别包括一输入侧的圆柱齿轮S11、S21，以及分别包括一输出侧的圆柱齿轮S12、S22。因此前置齿轮组在输出侧产生两个不同的转数，即输出转数n1和n2，第一圆柱齿轮级ST1的输出侧的圆柱齿轮S12以n1旋转而第二圆柱齿轮级ST2的输出侧的圆柱齿轮S22以n2旋转。以RS1和RS2标记主齿轮组的第一和第二行星齿轮组。行星齿轮组部件在主齿轮组内的构件方面的连接在所示各示例性实施形式中是不同的。设有6个换挡元件A、B、C、D、E、F，其中换挡元件A、B、E、F始终构成为离合器而换挡元件C、D始终构成为制动器。
主齿轮组的第一自由轴与离合器A相连接并且在离合A接合时以第二圆柱齿轮级ST2的输出转数n2旋转。主齿轮组的第二自由轴与离合器B、制动器C和离合器F相连接，其在离合器B接合时以第二圆柱齿轮级ST2的输出转数n2旋转，在制动器C接合时停转，而在离合器F接合时以第一圆柱齿轮级ST1的输出转数n1旋转。主齿轮组的第三自由轴与制动器D和离合器E相连接，其在制动器D接合时停转而在离合器E接合时以第一圆柱齿轮级ST1的输出转数n1旋转。主齿轮组的第四自由轴与输出轴2相连接并且以输出转数nab旋转。
因此按照本发明主齿轮组的第二自由轴始终可通过相对于同一种现有技术附加的第六换挡元件F的切换可能性选择性地与两圆柱齿轮级ST1、ST2的两输出侧的圆柱齿轮S12、S22(输出转数n1、n2)相连接，而不只是与第二圆柱齿轮级ST2的输出侧的齿轮S22相连接。
图1A现在示出本发明的多挡变速器的示例性第一实施形式的变速器方案。驱动轴1(转数n)与第一圆柱齿轮级ST1的输入侧的圆柱齿轮S11固定式连接并且与第二圆柱齿轮级ST2的输入侧的圆柱齿轮S21固定式连接。两行星齿轮组RS1、RS2构成为负号机构并且分别包括一恒星齿轮11、21，一内齿轮13、23和一带有行星齿轮12、22的连桥15、25。
第一行星齿轮组RS1的恒星齿轮11构成主齿轮组的第一自由轴并可经由第一换挡元件A与第二圆柱齿轮级ST2的输出侧的圆柱齿轮S22相连接。如果离合器A接合，则恒星齿轮11以转速n2旋转，该转数n2由驱动轴1的输入转数n和第二圆柱齿轮级的传动比i_ST2算出。
第二行星齿轮组RS2的恒星齿轮21构成主齿轮组的第二自由轴并可经由第二换挡元件B与第二圆柱齿轮级ST2的输出侧的圆柱齿轮S22相连接，其可经由第三换挡元件C固定，并且可经由第六换挡元件F与第一圆柱齿轮级ST1的输出侧的圆柱齿轮S12相连接。如果离合器B接合，则恒星齿轮21以转数n2旋转，该转数n2由驱动轴1的输入转数n和第二圆柱齿轮级的传动比i_ST2算出。如果制动器C接合，则恒星齿轮21停转。如果离合器F接合，则恒星轮21以转数n1旋转，该转数n由驱动轴1的输入转数n和第一圆柱齿轮级的传动比i-ST1算出。
第一行星齿轮组RS1的内齿轮13与第二行星齿轮组RS2的连桥25相连接并构成主齿轮组的第三自由轴，其可经由第四换挡元件D固定，并且可经由第五换挡元件E与第一圆柱齿轮级ST1的输出侧的圆柱齿轮S12相连接。如果制动器D接合，则内齿轮13和连接的连桥25停转。如果离合器E接合，则内齿轮13和连接的连桥25以转数n1旋转，该转数n1由驱动轴1的输入转数n和第一圆柱齿轮级的传动比i_ST1算出。
第二行星齿轮组RS2的内齿轮23与第一行星齿轮组RS1的连桥15相连接并构成主齿轮组的第四自由轴和与多挡变速器的输出轴2相连接。
下面各项适用于各传动轴和换挡元件上的转数：
1.第一圆柱齿轮级ST1的输出转数n1等于驱动轴1的输入转数n除以第一圆柱齿轮级ST1的传动比i_ST1；
2.第二圆柱齿轮级ST2的输出转数n2等于驱动轴1的输入转数n除以第二圆柱齿轮级ST2的传动比i_ST2；
3.换挡元件A和B上的转数等于第二圆柱齿轮级ST2的输出转数n2；
4.换挡元件E和F上的转数等于第一圆柱齿轮级ST1的输出转数n1；
5.接合的换挡元件C上的转数为零；
6.接合的换挡元件D上的转数为零；
7.在连接换挡元件B、C、F与第二行星齿轮组RS2的一个中心齿轮的轴上的转数，在换挡元件A和D接合时，相对于在操作换挡元件B时出现的转数为负的；
8.在连接换挡元件B、C、F与第二行星齿轮组RS2的中心齿轮的轴上的转数，在换挡元件B接合时大于零；
9.在连接换挡元件B、C、F与第二行星齿轮组RS2的中心齿轮的轴上的转数，在换挡元件F接合时大于在操作换挡元件B时出现的转数；
10.在连接换挡元件A与第一行星齿轮组RS1的一中心轮的轴上的转数，在换挡元件E和F接合时大于在操作换挡元件A时出现的转数；
11.在连接换挡元件A与第一行星齿轮组RS1的中心齿轮的轴上的转数，在换挡元件E和B接合时大于在操作换挡元件E和F时出现的转数；
12.在连接换挡元件A与第一行星齿轮组RS1的中心齿轮的轴上的转数，在换挡元件E和C接合时大于在操作换挡元件E和B时出现的转数；
13.在连接换挡元件A与第一行星齿轮组RS1的中心齿轮的轴上的转数，在换挡元件D和B接合时，相对于在操作换挡元件A时出现的转数为负的；
14.在连接换挡元件A与第一行星齿轮组RS1的中心齿轮的轴上的转数，在换挡元件D和F接合时小于在操作换挡元件D和B出现的转数；
15.在连接换挡元件D、E与第二行星齿轮组RS2的一个连桥的轴上的转数，在换挡元件A和B接合时大于在操作换挡元件A和C时出现的转数；
16.在连接换挡元件D、E与第二行星齿轮组RS2的连桥的轴上的转数，在换挡元件A和F接合时大于在操作换挡元件A和B时出现的转数；
17.在连接换挡元件D、E与第二行星齿轮组RS2的连桥的轴上的转数，在换挡元件E接合时大于在操作换挡元件A和F时出现的转数。
如图1B中所示，在本发明的多挡变速器的第一实施形式中，可切换总共8个前进挡和两个倒车挡而没有影响操作舒适关键性的串并联线路，同时有比较大的扩展度和很和谐的分挡传动比比值。按有利的方式在第一前进挡和也在第一倒车挡中的起动传动比是较大的，从而在作为小轿车自动变速器的应用中例如可以省去作为起动部件的转矩变换器。第7和第8前进挡构成传动转数下降为超速行驶挡。驱动轴和输出轴的非共轴线的构件设置和多挡变速器的紧凑的结构以已知的方式有利于在具有横向于行驶方向设置的发动机的汽车中的应用。
同样如图1B中所示，在本发明的多挡变速器的第一示例性实施形式中第一圆柱齿轮级ST1的输出侧的圆柱齿轮S12(转数n1)以驱动轴1的(负的)输入转数n(i_ST1＝-1.0)旋转而第二圆柱齿轮级ST2(转数n2)以驱动轴1的(负的)半输入转数n(i_ST2＝-2.0)旋转。当然在前置齿轮组的其他的构成中也可以为两圆柱齿轮级ST1、ST2设置其他的传动比。
现在借助于图2A和2B说明本发明的多挡变速器的第二示例性实施形式。图2A示出该第二实施形式的变速器方案。不同于以上所述第一实施形式，只改变了主齿轮组的齿轮组部件的连接和其在各个换挡元件上的连接。图2B中示出第二实施形式的换挡逻辑、示例性固定传动比和分挡传动比比值，其按照所述相对于第一实施形式的改变是完全相同于图1B中所示。
如图2A中所示，构成为双连桥四轴传动的主齿轮组的第一自由轴另外通过第一行星齿轮组RS1的一中心齿轮构成，但从现在起是通过其内齿轮13。第一行星齿轮组RS1的内齿轮13因此可经由离合器A与第二圆柱齿轮ST2的输出侧的圆柱齿轮S22(转数n2)相连接。主齿轮组的第二自由轴从现在起通过行星齿轮组RS1、RS2的两连接的恒星齿轮11、21构成并可经由离合器B与第二圆柱齿轮级ST2的输出侧的圆柱齿轮S22(转数n2)相连接，并且可经由离合器F与第一圆柱齿轮级ST1的输出侧的圆柱齿轮S12(转数n1)相连接。主齿轮组的第三自由轴从现在起单独通过第二行星齿轮组RS2的带有行星齿轮22的连桥25构成并可不加改变地经由制动器D固定，并且可经由离合器E与第一圆柱齿轮级ST1的输出侧的圆柱齿轮S12(转数n1)相连接。
与上述第一实施形式相比，在本发明的多挡变速器的第二实施形式中，主齿轮组通过两恒星齿轮11、21的构件连接在制造技术上是有利的。
现在图3A示出本发明的多挡变速器的第三实施形式的变速器方案。不同于以上所述实施形式的一个和两个，主齿轮组从现在起构成为Ravigneux齿轮组，其在结构空间方面具有已知的优点。
如图3A中所示，第一行星齿轮组RS1构成为正号机构并且具有两个与内部的行星齿轮12’和外部的行星齿轮12”连接的连桥15’、15”。该连接的连桥15’、15”作为主齿轮组内的第一接合与第二行星齿轮组RS2的行星齿轮22的连桥25相连接，其中第一行星齿轮组RS1的外部的行星齿轮12”与第二行星齿轮组RS2的行星齿轮22合并为一。因此两行星齿轮组RS1、RS2的内齿轮13和23合并为一并构成主齿轮组内的第二接合。
Ravigneux齿轮组的各自由轴在两圆柱齿轮级ST1和ST2上的连接与图1A中相符。因此第二圆柱齿轮级ST2的输出转数n2可经由离合器A与第一行星齿轮组RS1的恒星齿轮11(作为第一行星齿轮组RS1的一中心齿轮)相连接并可经由离合器B与第二行星齿轮组RS2的恒星齿轮21(作为第二行星齿轮组RS2的一中心轮)相连接。此外，第一圆柱齿轮级ST1的输出转数n1可经由离合器E与两行星齿轮组RS1、RS2的连接的连桥15’、15”、25相连接并且按照本发明，可经由离合器F附加地与第二行星齿轮组RS2的恒星齿轮21(作为第二行星齿轮组RS2的一中心轮)相连接。不加改变地，恒星齿轮21可经由制动器C固定而连接的连桥15’、15”、25可经由制动器D固定。
图3B中示出第三实施形式的换挡逻辑、示例性固定传动比和分挡传动比比值。与以上所述实施形式的一个和两个相比，各挡的传动比稍有不同，其扩展度稍大一些。
当然在主齿轮组内也可以设置其他的行星齿轮组组合，其中例如构成为双连桥四轴传动的主齿轮组的第一或第二轴通过第一或第二行星齿轮组RS1或RS2的一个连桥构成。
在本发明的多挡变速器的另一构成中，在主齿轮组内也可以设置三个连接的、可换挡的行星齿轮组，其中按照该三个行星齿轮组的接合，设置一第三圆柱齿轮级可以是合乎目的的，其在输入侧与驱动轴固定式连接并且产生第三输出转数，该转数可附加地传到主齿轮组上。按这种方式，可以构成具有较小的轴向长度的紧凑的多挡变速器。
在本发明的多挡变速器的另一构成中，在构成为双连桥四轴传动的主齿轮组的后面连接一后置齿轮组。该后置齿轮组可以是不可换挡的或可经由一附加的换挡元件换挡并且可以由一后置的行星齿轮组或由多个连接的后置行星齿轮组构成。
附图标记清单
1 驱动轴 2 输出轴
11 第一行星齿轮组的恒星齿轮 12 第一行星齿轮组的行星齿轮
13 第一行星齿轮组的内齿轮 15 第一行星齿轮组的连桥
21 第二行星齿轮组的恒星齿轮 22 第二行星齿轮组的行星齿轮
23 第二行星齿轮组的内齿轮 25 第二行星齿轮组的连桥
A、B、C、D、E、F第一至第六换挡元件 RS1 主齿轮组的第一行星齿轮组
RS2 主齿轮组的第二行星齿轮组 ST1 前置齿轮组的第一圆柱齿轮级
ST2 前置齿轮组的第二圆柱齿轮级 S11 第一圆柱齿轮级的输入侧的圆柱
齿轮
S12 第一圆柱齿轮级的输出侧的圆 S21 第二圆柱齿轮级的输入侧的圆柱
柱齿轮 齿轮
S22 第二圆柱齿轮级的输出侧的圆 i_ST1 第一圆柱齿轮级的传动比
柱齿轮
i_ST2 第二圆柱齿轮级的传动 n 驱动轴的转数
nab 输出轴的转数 n1 第一圆柱齿轮级的输出转数
n2 第二圆柱齿轮级的输出转数