用于机动车的混动驱动系统的换挡装置；驱动系统以及机动车的制作方法

1.本发明涉及一种用于机动车的混动驱动系统的换挡装置。此外，本发明涉及一种具有所述换挡装置的驱动系统本身以及一种具有驱动系统的机动车，其中驱动系统优选实施为串联的/并联的混动驱动装置。此外驱动系统以典型的方式具有两个电动机，其中第一电动机主要用作为发电机并且第二电动机主要用作为驱动马达。驱动系统也具有变速器单元，所述变速器单元将内燃机的输出轴、电动机以及输出侧的驱动部分彼此有效连接。


背景技术：

2.这种驱动系统从现有技术中已经广泛已知。例如de 10 2017 206 510a1公开了一种用于串联的/并联的混动车辆的变速器结构。
3.因此已经已知驱动系统，借助所述驱动系统可实施“串联”混动，其中内燃机的直接推动朝向机动车的驱动轮/车轮构成。然而，在从现有技术中已知的实施方案中通常出现如下缺点中的至少一些缺点。通过从现有技术中已知的驱动系统，机动车的最高速度受限。相应的车辆因此可以通常仅实施大约180km/h的最高速度。对于更强的动力化和/或更高的车辆等级，所述驱动系统几乎不适合或根本不适合。此外，缺点在于，已知的驱动系统的现有的变速器结构引起，当经由内燃机进行主驱动时，两个电动机在最高速度下一起转动。由此造成，在高行驶速度下电动机产生相对高的拖曳损失。从中又造成，关于电动机应找到在最大转速和最大车轮力矩之间的设计折中。此外从中得出，借助车辆仅受限的挂车运行是可行的。此外，电动机通常由于设计以对于串联运行不利的传动比耦联到内燃机上。在已知的实施方式中的另一缺点在于，两个前部的电动机通常轴向串联地并排设置，这在内燃机的前横置结构方式中以及尤其在小型机动车中是成问题的。


技术实现要素：

4.因此，本发明的目的是，避免或至少减少现有技术中的缺点。尤其地，应提供一种用于混动变速器的换挡单元，所述换挡单元能够实现停车充电功能和在能量回收模式和纯电行驶模式之间的切换。
5.所述目的根据本发明通过权利要求1的特征来实现。据此，提出一种用于机动车的混动驱动系统的换挡装置，具有在中央设置的轴、相对于轴可转动地支承的第一齿轮和相对于轴可转动地支承的沿着轴相对于第一齿轮错开地设置的第二齿轮。在此，每个齿轮与滑动套筒相关联，所述滑动套筒构成为，使得所述滑动套筒在第一移动位置中将轴抗扭地/旋转地与第一齿轮连接，而第二齿轮与轴旋转脱耦，在第二移动位置中将轴不仅与第一齿轮而且与第二齿轮抗扭地连接，在第三移动位置中将两个齿轮抗扭地彼此连接，而轴与两个齿轮旋转脱耦，并且在第四移动位置中将两个齿轮彼此旋转脱耦以及将轴与两个齿轮旋转脱耦。
6.通过使用换挡装置，在变速器单元中两个电动机的传动比可彼此无关地选择。此
外，通过单独的齿轮级简化在内燃机和主要起到发电机作用的第一电动机之间的优化的特征曲线族协调。此外通过换挡装置提供允许明显更有效率地运行机动车并且实现多个不同的运行模式/行驶模式的装置。在速度较高时能够以简单的方式“摆脱”形成行驶马达/驱动马达的第二电动机，以便避免拖曳损失。
7.有利的实施例在从属权利要求中要求保护并且在下文中详细阐述。
8.在一个优选的设计方案中，每个滑动套筒可以分别具有优选构成为轴向齿部的内齿部。优选地，在此为了抗扭地连接轴和第一齿轮，在第一传递元件处，优选构成为轴向齿部的外齿部与第一滑动套筒的内齿部啮合。此外，为了抗扭地连接第一齿轮和第二齿轮，在第二传递元件处，优选构成为轴向齿部的外齿部与第二滑动套筒的内齿部啮合。通过外齿部和内齿部，因此可以提供能够可选地耦联的和可简单地完成的在齿轮和轴之间的抗扭的连接。
9.此外根据本发明，每个滑动套筒可以具有锁紧轮廓，各一个锁紧元件在相应的移动位置中以阻挡的方式接合到所述锁紧轮廓中，使得有效地防止齿轮和轴的不期望的耦联或脱耦。
10.尤其地，根据本发明有利的是，至少一个优选构成为线性马达的执行器经由杆机构以移动的方式作用于滑动套筒。在一个有利的改进方案中，对此杆机构的各一个杆元件可以借助第一端部接合到滑动套筒处的容纳轮廓中，并且借助与第一端部相对置的第二端部可通过至少一个执行器加载，以进行枢转。此外在此可考虑的是，每个滑动套筒和每个杆元件与单独的执行器相关联。经由杆机构，将执行器的线性运动有效地转换成滑动套筒的轴向位移，借此作为执行器可以使用低成本的线性马达。
11.此外适当的是，第一齿轮沿轴的轴向方向经由轴向轴承支撑在轴处，第二齿轮在轴向方向上经由另一轴向轴承支撑在第一齿轮处并且经由又一轴向轴承支撑在轴处。根据本发明，轴向轴承在此可以构成为滚针轴承。
12.此外，本发明涉及一种用于混动机动车，如轿车、载重车辆、公交车或其他商用车的驱动系统，所述驱动系统具有：与内燃机的输出轴可旋转耦联的或已耦联的马达轴；具有第一转子轴的、在主运行状态中作为发电机运行的第一电动机；具有相对于第一转子轴径向错开地设置的第二转子轴的、在主运行状态中作为驱动马达运行的第二电动机；与第二转子轴旋转连接的并且可与机动车的至少一个车轮旋转连接的驱动部分；以及在马达轴、两个转子轴和驱动部分之间起作用地使用的、可换挡的变速器单元。此外，控制驱动系统的运行模式的并且根据上述实施方案中的至少一个实施方案构成的根据本发明的换挡装置在马达轴、与第一转子轴持久地旋转耦联的第一齿轮和与第二转子轴经由附加的行星齿轮变速器级持久地旋转耦联的第二齿轮之间这样起作用地使用。
13.在此，此外有利的是，行星齿轮变速器级的太阳轮直接与第二转子轴持久地连接，支承多个行星齿轮的行星齿轮架与同第二齿轮啮合的中间齿轮连接并且齿圈借助于制动装置能够设置成固定至车辆框架。由此可巧妙地操控第二电动机。
14.此外，本发明涉及一种(混动)机动车，具有根据上述实施方案中的至少一个实施方案的驱动系统，其中驱动部分与机动车的车轮旋转耦联。
15.当内燃机的输出轴横向于(机动车的)车辆纵轴线设置和/或驱动部分与驱动车桥的车轮旋转连接时，确保机动车的尤其有效的结构方式。
16.换言之，本发明涉及一种混动变速器，所述混动变速器具有空套轮，所述空套轮具有轴向侧向(即在左边和在右边)设置的两个半个换挡系统。尤其地，本发明在此涉及具有用于与轴耦联的半个换挡系统和用于与第二空套轮耦联的半个换挡系统的两个空套轮组合方案。空套轮不仅需要径向轴承而且需要轴向轴承。在此，轴向轴承也是本发明的一部分并且尤其需要三个轴向的滚针轴承。
附图说明
17.本发明在下文中借助于附图阐述。附图示出：
18.图1示出根据一个优选的实施例的根据本发明的驱动系统的示意剖面图，其中尤其好地可见将内燃机以及两个电动机与差速器的驱动部段耦联的变速器单元的构造，
19.图2示出根据一个优选的实施例实现的、在图1的驱动系统中使用的换挡装置的纵剖图，其中预设换挡装置的换挡位置的滑动套筒处于第一移动位置中，
20.图3示出换挡装置的类似于图2的纵剖图，其中滑动套筒处于与图2相比改变的第二移动位置中，
21.图4示出换挡装置的类似于图2的纵剖图，其中滑动套筒处于与图2相比改变的第三移动位置中，
22.图5示出换挡装置的类似于图2的纵剖图，其中滑动套筒占据第四移动位置，和
23.图6示出在不同的、借助换挡装置可实现的换挡位置之间的表格式的概览和在换挡装置的不同的组件之间的连接。
24.附图仅是示意性的并且仅用于理解本发明。相同的元件设有相同的附图标记。
具体实施方式
25.在图1中图解说明根据一个优选的实施例的驱动系统1。驱动系统1集成在混动的机动车2中，所述机动车借助附图标记2表明。尤其地，在该实施方案中一起示出机动车2的驱动车桥3(在此为前车桥，替选地也为后车桥)，其中驱动车桥3的车轮4a、4b可以经由驱动系统1的不同的机器(内燃机5以及电动机6、7)驱动。驱动系统1的内燃机5在该实施方案中处于优选的前横置布局中，在所述前横置布局中，内燃机5的纵轴线，即内燃机5的输出轴9(曲轴)的(第一)转动轴线8a，横向地、在此垂直于机动车2的(车辆)纵轴线定向。
26.根据驱动系统1的作为串联的混动驱动装置的构成方案，驱动系统1除了内燃机3之外也具有两个电动机6、7。第一电动机6在主运行状态中起到发电机作用。然而原则上，例如对于纯电的倒车行驶，第一电动机6可作为驱动马达接入。消耗通过第一电动机6生成的电功率的第二电动机7实施为驱动马达/行驶马达。
27.两个电动机6、7的转子轴10、11的转动轴线8b、8c沿径向方向彼此错开地设置。第一电动机6具有第一转子轴10，所述第一转子轴围绕(第二)转动轴线8b可转动地支承。第二电动机7具有第二转子轴11，所述第二转子轴围绕(第三)转动轴线8c可转动地支承。第一电动机6整体地，即也连同其在此出于概览性未示出的定子和其相对于定子可转动地设置的与第一转子轴10抗扭地连接的转子，沿第二转动轴线8b的径向方向相对于整个第二电动机7连同其定子和相对于定子可转动地设置的与第二转子轴11抗扭地连接的转子错开地设置。两个电动机6、7也相对于内燃机5的输出轴9的第一转动轴线8a径向错开地设置。沿着车
辆纵轴线观察，第一转动轴线8a处于第二转动轴线8b和第三转动轴线8c之间。
28.为了实施驱动系统1的在下文中描述的不同的运行状态，在内燃机5，尤其输出轴9、两个电动机6、7连同其两个转子轴10、11，和驱动系统1的驱动部段12之间设有变速器单元13。变速器单元13实现为换挡变速器并且为了实施不同的运行状态可置于不同的换挡位置中。变速器单元13可通过在下文中参照图2至5进一步描述的根据本发明的换挡装置14来操控。
29.变速器单元13具有在中央设置的马达轴15(在下文中简称为“轴”)，所述马达轴与输出轴9抗扭地耦联或者直接通过输出轴9的区域实施。即马达轴15能够与输出轴9一体地构成。马达轴15与输出轴9同轴地设置从而可围绕共同的第一转动轴线8a转动。此外变速器单元13具有第一齿轮16，所述第一齿轮16持久地与第一转子轴10抗扭地连接/耦联。第一齿轮16与转子轴15同轴地设置。第一齿轮16构成为空心轴齿轮/空心轴并且径向从外部可转动地支承在马达轴15上。此外，变速器单元13具有第二齿轮17，所述第二齿轮类似于第一齿轮16与马达轴15同轴地设置，构成为空心轴并且径向从外部可转动地支承在马达轴15上。第二齿轮17在此沿马达轴15的轴向方向，即沿着第一转动轴线8a观察，设置在第一齿轮16旁。如在图1中可见，第二齿轮17经由第一齿轮16支撑在马达轴15上。即沿径向方向，马达轴15、第一齿轮16和第二齿轮17以所述顺序设置。
30.为了将第一齿轮16与第一转子轴10抗扭地连接，设有另外的(第三)齿轮18，其抗扭地设置在第一转子轴10上或者与第一转子轴10一体地构成并且与第一齿轮16啮合。此外，第一齿轮16与另外的(第四)齿轮19啮合。第四齿轮19在此抗扭地与驱动空调压缩机20的压缩机轴21连接或者与压缩机轴21一体地构成。
31.在该优选的实施例中，第二齿轮17经由中间齿轮22与行星齿轮变速器级/行星齿轮变速器23连接。此外行星齿轮变速器级23与第二转子轴11旋转地连接。此外，如从图1中可见，与第二齿轮17啮合的中间齿轮22直接地抗扭地与行星齿轮变速器级23的行星齿轮架24连接。此外变速器单元13的行星齿轮变速器级23以典型的方式具有太阳轮25，所述太阳轮直接地抗扭地与第二转子轴11连接。多个沿环周方向分布地设置的行星齿轮26又与太阳轮25啮合，所述行星齿轮可转动地容纳在行星齿轮架24上。与行星齿轮26此外啮合的齿圈27与固定至壳体的或固定至车辆框架的制动装置28共同作用，所述制动装置在其激活状态中使齿圈27相对于车辆框架保持固定并且在其未激活状态中能够实现齿圈27相对于车辆框架的自由转动，即制动装置28旋转地释放齿圈27。
32.此外，中间齿轮22在该优选的实施例中还与抗扭地与驱动车桥3连接的差速器30的输入轮29啮合。因此，内燃机5或电动机6、7的扭矩可以经由中间轮22、输入轮29导入到差速器30中，在那里所述扭矩又被分配到驱动车桥3上从而传递到车轮4a、4b上。
33.根据本发明，在马达轴15和两个转子轴10、11即与转子轴10、11耦联的两个齿轮16和17之间，换挡装置14起作用。在图2至5中进一步示出的换挡装置14原则上构成为，使得所述换挡装置在其第一换挡位置中将马达轴15与第一转子轴10旋转耦联/连接，而第二转子轴11与马达轴15(以及第一转子轴10)旋转脱耦(图2)。在换挡装置14的第二换挡位置中，马达轴15不仅与第一转子轴10而且也与第二转子轴11旋转连接/耦联(图3)。在换挡装置14的第三换挡位置中，两个转子轴10、11彼此旋转连接/耦联，而马达轴15与两个转子轴10、11旋转脱耦(图4)。在图5中示出的第四换挡位置中，两个转子轴10、11旋转脱耦。此外，在第四换
挡位置中，两个旋转脱耦的转子轴10、11也与马达轴15旋转脱耦。
34.换挡装置14至少部分地直接集成在第一齿轮16中。如在图2中可见，换挡装置14在该优选的实施例中具有第一和第二滑动套筒31、32，所述第一和第二滑动套筒沿着中央的第一转动轴线8a可轴向移动地容纳在第一齿轮16中。通过两个滑动套筒31、32移动到不同的、在下文中描述的移动位置中，能够实现换挡装置14的在图2至5中图解说明的不同的换挡位置。换言之，换挡装置14具有两个经由滑动套筒31、32构成的同步装置，借助于所述同步装置，通过轴向移动可以实施机动车2的不同的换挡位置从而不同的运行模式。
35.滑动套筒31、32基本上构造相同地构成并且分别具有环形的基本体33、34。如在图2中表明和尤其在图3和5中可见，两个滑动套筒31、32基本上关于第一齿轮16的轴向中间面镜像对称地设置。在基本体33、34的外环周面上分别构成有环绕的容纳轮廓35、36，所述容纳轮廓如在图2中可见具有u形的横截面。容纳轮廓35、36在此构成用于(形状配合地)容纳杆元件39、40的第一端部37a、38a。杆元件39、40的第二端部37b、38b又分别与实施为线性马达的执行器41、42耦联，使得滑动套筒31、32可通过执行器41、42设定在其移动位置中。在该优选的实施例中，每个杆元件39、40与执行器41、42相关联。然而也可考虑的是，两个滑动套筒31、32的移动位置可以经由共同的执行器设定。即在换挡装置14中，一个执行器与杆元件39、40的两个第二端部37b、38b连接。
36.此外，在两个滑动套筒31、32处在朝向第一齿轮16的侧面上分别构成有突出的接合部段43、44。当滑动套筒31、32与换挡装置14的应设定的换挡位置相关地通过执行器41、42轴向地朝向第一齿轮16的方向移动时，接合部段43、44接合到在第一齿轮16中构成的穿通孔45中。在滑动套筒31、32的内环周面上分别在背离齿轮16的一侧上构成有构成为轴向齿部/花键齿部的内齿部46、47。
37.此外，结合图2至5可见，为了将滑动套筒31、32支撑或固定在相应的移动位置中，在滑动套筒31、32的内环周面处分别设有锁紧单元48、49。锁紧单元48、49此外集成或支撑在第一齿轮16中。锁紧单元48、49分别具有锁紧元件50、51，所述锁紧元件径向可移动地设置在第一齿轮16中并且与在滑动套筒31、32的内环周面处构成的锁紧轮廓52、53接合。即锁紧元件50、51将滑动套筒31、32在其相应的移动位置中相对于第一齿轮16移动固定地支撑。
38.此外换挡装置14具有基本上环形的且与第一滑动套筒31相关联的第一传递元件54和基本上环形的且与第二滑动套筒32相关联的第二传递元件55。第一传递元件54在此持久地抗扭地设置在马达轴15上并且在其外环周面上具有构成为轴向齿部的外齿部56。当如在图2中可见第一滑动套筒31通过执行器41沿轴向方向远离第一齿轮16移动时，第一滑动套筒31的内齿部46与第一传递元件54的外齿部56啮合，由此马达轴15抗扭地与第一齿轮16耦联。
39.第二传递元件55持久地抗扭地设置在第二齿轮17上。类似于第一传递元件54，第二传递元件55也在其外环周面上具有构成为轴向齿部的外齿部57。外齿部57在此为了将第一齿轮16与第二齿轮17抗扭地耦联可以通过借助于执行器42移动第二滑动套筒32与第二滑动套筒32的内齿部47啮合。
40.此外，如在图2至5中可见，在该优选的实施例中，马达轴15以典型的方式相对于驱动系统1的壳体可转动地支承。在两个构成为角接触球轴承的支撑轴承58a、58b之间，第一和第二齿轮16、17二者都可相对转动地经由构成为滚针轴承的径向轴承59a、59b支承在马
达轴15的外侧上，马达轴15相对于壳体支撑在所述支撑轴承处。为了在脱耦状态中能够实现在第一齿轮16、第二齿轮17和马达轴15之间的旋转相对运动，此外在轴向的碰撞面之间设置有构成为滚针构成的轴向轴承60a、60b、60c。即轴向轴承60a允许在马达轴15，尤其第一传递元件54，和第一齿轮16之间的旋转相对运动，轴向轴承60b允许在第一齿轮16和第二齿轮17之间的旋转相对运动，并且轴向轴承60c能够实现在第二齿轮17和马达轴15之间的旋转相对运动。
41.在上文中已参照图2描述换挡装置14的构造和作用方式。在下文中，现在应研究不同的、可借助换挡装置14实施的换挡位置。
42.在图2中在此如在上文中提到的那样，示出在第一换挡位置中的换挡装置14。第一滑动套筒31在此远离第一齿轮16的方向(在图2至5中向右)移动，使得第一滑动套筒31的内齿部46与第一传递元件54的外齿部56啮合。因此，在第一换挡位置中，马达轴15和第一齿轮16抗扭地耦联。第二滑动套筒32如在图2中可见处于朝向齿轮16的位置中，在所述位置中，接合部段44接合到穿通孔45中从而内齿部47不与第二传递元件55的外齿部57啮合。即在第一换挡位置中，第一齿轮16和第二齿轮17彼此旋转脱耦。锁紧元件51在此锁紧在锁紧轮廓53中从而将第二滑动套筒32保持在朝向齿轮16的位置中。通过马达轴15和第一齿轮16的抗扭的耦联，在第一换挡位置中，内燃机5抗扭地与第一电动机6有效连接，由此可以实施串联的运行模式/行驶模式。在该串联的运行模式中，内燃机5因此驱动第一电动机6，所述第一电动机又将驱动能量电供应给第二电动机7。第二电动机7将扭矩施加到车轮4a、4b上。第一电动机6在此用于产生用于第二电动机7的相应的电驱动能量，所述电驱动能量暂存在电池中(在图1中未示出)。除了串联的运行模式之外，借助第一换挡装置也可以实现纯电运行模式、发动机启动运行模式、停车充电运行模式、用于纯电倒车行驶的运行模式和能量回收运行模式。
43.图3示出换挡装置14的第二换挡位置。在此，第一滑动套筒31和第二滑动套筒32分别通过执行器41、42移动/偏转，使得内齿部46、47分别与第一传递元件54或第二传递元件55的外齿部56、57啮合。即在第二换挡位置中，马达轴15抗扭地与第一齿轮16连接，所述第一齿轮又抗扭地与第二齿轮17连接，这能够通过第一电动机6实现并联的运行模式以及助力运行模式。
44.此外，在图4中绘出换挡装置14的第三换挡位置，其中通过第一滑动套筒31朝向第一齿轮16的轴向位移，马达轴15与第一齿轮16旋转脱耦，并且通过第二滑动套筒32朝向第二齿轮17的移动，第一齿轮16抗扭地与第二齿轮17耦联。即第一滑动套筒31的内齿部46不与第一传递元件54的外齿部56啮合，而第二滑动套筒32的内齿部47与第二传递元件55的外齿部57啮合。锁紧单元48的锁紧元件50在此锁紧在锁紧轮廓52中并且将第一滑动套筒31保持在朝向第一齿轮16的位置中，在所述位置中，接合部段43接合到穿通开口45中。借助第三换挡装置，因此可以实施用于前进和倒车行驶的ev助力运行模式以及起动助力运行模式。
45.此外，图5示出第四换挡位置，其中第一滑动套筒31和第二滑动套筒32分别处于其朝向第一齿轮16的位置中，使得接合部段43、44接合到穿通孔45中并且锁紧元件50、51锁紧在锁紧轮廓52、53中。因此，滑动套筒31、32的内齿部46、47不与传递元件54、55的相应的外齿部56、57啮合，并且马达轴15、第一齿轮16和第二齿轮17彼此旋转脱耦。由此在第四换挡位置中，在内燃机5脱联或关断的情况下可以实现停车空气调节运行模式。
46.图6以表格的方式示出在轴15和第一齿轮16之间的抗扭的连接、在第一齿轮16和第二齿轮17之间的抗扭的连接和不同的换挡位置的关联关系。在此，在第一栏中列出不同的换挡位置1-4。在第二或第三栏中列出，在相应的换挡位置中是否建立或松开连接“1-2”，即在轴15和第一齿轮16之间的抗扭的连接，或连接“2-3”，即在第一齿轮16和第二齿轮17之间的抗扭的连接。在此，“x”描述建立的抗扭的连接，并且“0”描述松开的连接或没有连接。即在第一换挡位置中，如在上文中描述的那样，轴15和第一齿轮16抗扭地连接，而第一齿轮16和第二齿轮17旋转脱耦。尤其地，在图6中可见，换挡装置14允许在第一、第三和第四换挡位置之间的直接的切换，而不必(至少暂时地)换挡到第二换挡位置中。
47.换言之，换挡装置14包括两个齿轮/空套轮16、17和轴15。在此，两个空套轮中的较小的空套轮17(在图2至5中左边)将变速器单元13的输入轴的系统与车辆2的输出装置连接。两个空套轮中的较大的空套轮16(在图2至5中右边)实现与发电机6的连接。根据本发明，替代双同步装置，使用两个简单地作用的同步装置31、32。两个同步装置中的右边的同步装置31将右边的齿轮16与轴15连接。而两个同步装置中的左边的同步装置32将左边的齿轮17与右边的齿轮16连接。两个同步装置31、32可以单独地被操纵。此外，但是也可考虑经由单个执行器借助相应的机械装置实现操纵。
48.附图标记说明
49.1驱动系统 2机动车 3驱动车桥 4a，4b车轮 5内燃机 6第一电动机 7第二电动机 8a，8b，8c转动轴线 9输出轴 10第一转子轴 11第二转子轴 12驱动部段 13变速器单元 14换挡装置 15马达轴 16第一齿轮 17第二齿轮 18第三齿轮 19第四齿轮 20空调压缩机 21压缩机轴 22中间齿轮 23行星齿轮变速器级 24行星齿轮架 25太阳轮 26行星轮 27齿圈 28制动装置 29输入轮 30差速器 31第一滑动套筒 32第二滑动套筒 33，34基本体 35，36容纳轮廓 37a，38a第一端部 37b，38b第二端部 39，40杆元件 41，42执行器 43，44接合部段 45穿通孔 46，47内齿部 48，49锁紧单元 50，51锁紧元件 52，53锁紧轮廓 54第一传递元件 55第二传递元件 56，57外齿部 58a，58b支撑轴承 59a，59b径向轴承 60a，60b，60c轴向轴承。