CN102039807B - 一种三中间轴式车用有源传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三中间轴式车用有源传动装置，其特征在于，该装置包括电机、轴线固定式变速器，轴线固定式变速器包括输入轴，动力输出的主轴和三个独立中间轴，第一中间轴和第二中间轴与主轴驱动连接，各支撑有至少一个变速齿轮和相应同步切换装置，输入轴上具有至少一个同步齿轮，同步齿轮与第一、二中间轴上的变速齿轮啮合，第三中间轴与电机驱动连接，具有与输入轴之间的第一转矩传递路径、与第一、二中间轴中至少一个的第二转矩传递路径，第一和第二转矩传递路径可通过同步切换装置断开。与现有技术相比，本发明可以获得更小的轴向空间尺寸，结构更简单，减小换档过程动力中断，构造得更紧凑，更方便其在整车上的安装布置。

Description

一种三中间轴式车用有源传动装置

技术领域

本发明涉及一种车用有源传动装置，尤其是涉及一种三中间轴式车用有源传动装置。

背景技术

在传统的汽车传动技术领域主要的变速器种类中，轴线固定式手动变速器(MT)传动效率高，制造加工方便，成本低、可靠性高，因此一直是国内车用变速器市场上的主流技术。但是MT在车辆操作使用过程中存在一些问题，尤其是在坡道起步等特殊行驶工况，相对其他类型变速器操作不方便；此外，换档时机掌握不好会增加燃料消耗和发动机的磨损，驾驶员的操作负担重。已知技术中有提出用自动操纵换档机构来替代完成手动换档操纵，即所谓的自动机械变速器(AMT)。但是该技术在起步、换档品质、换档动力中断等方面具有较明显的性能缺陷。

在混合动力车辆技术领域，已经提出各种动力驱动系统结构形式，通过增加电机实现机电功率混合驱动车辆的技术方案。

如发明专利(CN200580017789.0)所公开的传动原件，但是该发明在结构实现中难度很大，电机的功率容量受到空间的限制不能增加，而且电机紧邻发动机，工作环境较恶劣，此外因为电机引入后，现有离合器结构不能直接采用，这增加了系统集成的难度。

专利EP1042135B1揭示的技术方案设置助力电机与辅助离合机构，但该方案较复杂，实现上受空间等的限制。

申请公开专利200810042073.1公开了一种混合动力汽车用电助力传动装置，解决了固定轴式变速器的简化操控和双动力输入单动力输出问题，但仍不能彻底解决换档过程动力中断问题。

200910051565.1，200910053700.6公开了一种混合动力汽车用有源传动装置，解决动力耦合和换档过程动力中断问题。但是，该专利没有解决电机与变速箱集成后轴向和径向空间尺寸增加问题。其中轴向空间是指沿变速器输入轴方向的尺寸空间，该方向对于横置变速器主要受车辆轮距的限制。径向空间是垂直变速器输入轴方向的尺寸空间，该方向主要受发动机舱周向空间的限制。这样该技术方案在装车时会因为轴向和径向空间限制使得集成的电机体积/功率受到限制，影响了技术方案的实施效果。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构紧凑、成本较低、电机容量可以显著增加的三中间轴式车用有源传动装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种三中间轴式车用有源传动装置，其特征在于，该装置包括电机及轴线固定式变速器，所述的轴线固定式变速器具有面向发动机的前端和背向发动机的末端，该轴线固定式变速器包括输入轴、主轴、三个中间轴、变速操纵机构及差速机构，所述的输入轴经离合器与发动机连接，该输入轴上具有同步齿轮，同步齿轮与第一中间轴及第二中间轴上的变速齿轮啮合，所述的第一中间轴及第二中间轴与主轴驱动连接。所述的第三中间轴与电机驱动连接，该第三中间轴与输入轴之间具有第一转矩传递路径，与第一中间轴或二中间轴中之一具有第二转矩传递路径，所述第一转矩传递路径及第二转矩传递路径可通过同步切换装置断开，第三中间轴可以与电机转子轴或输入轴构造成一体。所述的变速操纵机构对同步切换装置进行操纵，所述的差速机构与主轴集成连接。

所述的电机设在轴线固定式变速器的末端。

所述的同步切换装置构造成齿套或同步器的形式。

所述的变速操纵机构构造成转轴式变速机构。

所述的转轴式变速机构包括拨叉轴、至少两个换档拨叉及回位弹簧，所述的拨叉轴可实现围绕轴线回转的换档动作、沿轴向平动的选档动作及与三个换档拨叉啮合传递换档转矩的结构，所述的换档拨叉具有围绕拨叉轴轴线的回转自由度及与拨叉轴啮合传递换档转矩的结构，所述的回位弹簧可以实现第一换档拨叉在不受其他力的情况下回到装配确定的初始位置。

所述的拨叉轴通过轴向选档动作，实现拨叉轴与换档拨叉的选择啮合，进而实现将换档转矩独立传递给换档拨叉的功能。

所述的换档拨叉完成中间轴上的同步切换装置的换档操纵。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)通过第一中间轴和第二中间轴的采用，可以充分利用径向空间，将变速器轴向空间尽量压缩；

(2)通过引入第三中间轴连接电机，与输入轴连接构成第一转递传递路径、与第一、二轴中的一个构成第二转矩传递路径，并通过转矩切换装置进行切换，就形成了电机输出转矩的任意切换，能够同时解决定轴式变速器的换档动力中断问题和电机与发动机共同工作问题。当不考虑第二转矩传递路径的情况下，第一转矩传递构成一个具有三中间轴的基本并联混合动力方案；

(3)采用三中间轴是电机布置于变速器的末端，相比较布置在变速器前端的方案可以获得更小的轴向空间尺寸，并有效隔离发动机向电机的热辐射；

(4)第三中间轴可以构造成与电机转子轴一体，相比电机转子轴与第三中间轴分开的方案相比，可以使得第三中间轴的支撑更可靠，结构更简单，对于电机作为原动机的情况下，可以通过电机的转速调节实现同步切换机构输入侧与输出侧的主动同步控制，减小同步机构的能耗；

(5)同步切换装置构造成齿套、同步器等常用形式，相比离合器等动力切换装置，啮合齿套和同步器可以构造得更紧凑，成本也更低。

附图说明

图1为本发明的原理简图；

图2为实施例1中本发明的结构示意图；

图3为实施例2中本发明的结构示意图；

图4为实施例1中变速操纵机构的具体实例结构图；

图5为实施例2中变速操纵机构的具体实例结构图。

图中1为同步切换机构、2为变速齿轮、3为主减速器主动齿轮、4为第二中间轴、5为输入齿轮、6为输入轴、7为变速齿轮、8为主减速器主动齿轮、9为第一中间轴、10为主减速器从动齿轮、11为差速器、12为输出轴、13为第三中间轴、14为电机转子轴、15为电机转子、16为电机定子、17为电机机座、18为电机位置传感器、19为变速箱壳体左端盖、20为变速箱壳体主箱体、21为变速箱壳体右端盖、22为变速器壳体、23为第二换档拨叉、24为第一换档拨叉、25为滑动套、26为回位弹簧、27为挡板、28为拨叉轴、29为限位装置、30为第三换档拨叉、31为变速操纵机构。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种三中间轴式车用有源传动装置，其原理简图如图1所示，虚线包围的区域即为本发明公开的三中间轴有源传动装置，通过输入轴联结离合器和发动机，通过输出轴联结车轮，该装置结构如图2所示，包括同步切换机构1、变速齿轮2、主减速器主动齿轮3、第二中间轴4、输入齿轮5、输入轴6、变速齿轮7、主减速器主动齿轮8、第一中间轴9、主减速器从动齿轮10、差速器11、输出轴12、第三中间轴13、电机转子轴14、电机转子15、电机定子16、电机机座17、变速操纵机构31。

本实施例设置第一中间轴9和输入轴6，通过支撑在第一中间轴9上的变速齿轮7与输入轴上的主动齿轮5，可以构成输入轴6到第一中间轴9的转矩传递路径；该转矩传递路径可以通过同步切换装置1等改变速比或切断，变速操纵机构31用来控制同步切换装置1；设置的第二中间轴4，通过支撑在第二中间轴4上的变速齿轮2与输入轴6上的主动齿轮5，可以构成输入轴6到第二中间轴9的转矩传递路径；该转矩传递路径可以通过同步切换装置1等改变速比或切断。第一中间轴9和第二中间轴4分别通过主减速器主动齿轮8和主减速器主动齿轮3与主减速器从动齿轮10驱动连接，从动齿轮10与差速器11构造成一体围绕主轴旋转，进而通过输出轴12与车轮驱动连接，由此就可以构成输入轴6到输出轴12的不同变速传输途径，而其轴向空间因为引入了第一中间轴9和第二中间轴4而减小，为助力电机的引入创造了条件。

为解决换档动力中断问题，引入第三中间轴13，与助力电机转子轴14驱动连接；电机转子15与电机定子16对应，电机定子16支撑在与变速器连接的电机机座17上，通过同步机构，与电机转子轴14驱动连接的第三中间轴13可选与输入轴6或通过第一中间轴9或第二中间轴4与输出轴12驱动连接。

本发明采用惯性同步器1等作为同步机构进行动力的分离与切换，其可以从结构上保证接合套与待接合的花键齿圈在达到同步之前不可能接触，以保证机构的可靠性。相比较其它机构，该机构对于固定轴式变速箱技术的继承性最好。

图4为本发明提出的变速操纵机构31的具体实例，包括变速器壳体22、第二换档拨叉23、第一换档拨叉24、滑动套25、回位弹簧26、挡板27、拨叉轴28、限位装置29，拨叉轴28、第二换档拨叉23和第一换档拨叉24上均加工有啮合花键，

拨叉轴28设在中部，第二换档拨叉23及第一换档拨叉24与拨叉轴28啮合连接，第二换档拨叉的左端连接在变速器壳体22上，滑动套25连接在第一换档拨叉24上，回位弹簧设在拨叉轴28上，挡板设在右侧的变速器壳体22上，限位装置29设在换档操纵机构的下部。

拨叉轴28可实现围绕轴线回转的换档动作和沿轴向平动的选档动作，具有与换档拨叉啮合传递换档转矩的结构，第一换档拨叉24动支撑在拨叉轴28上，具有围绕拨叉轴轴线的回转自由度、沿拨叉轴轴向的平动自由度及与拨叉轴啮合传递换档转矩的结构，通过选档动作和回位弹簧26的回位功能的结合，实现拨叉轴28与第一换档拨叉24或者第二换档拨叉23的选择啮合，进而实现将换档转矩独立传递给两个换档拨叉的功能，回位弹簧26可以实现第一换档拨叉24在不受其他力的情况下回到装配确定的初始位置，第二换档拨叉23滑动支撑在拨叉轴28上，具有围绕拨叉轴轴线的回转自由度及与拨叉轴啮合传递换档转矩的结构，第一换档拨叉24完成第一中间轴9及第二中间轴4上的同步切换装置的换档操纵，第二换档拨叉23完成第三中间轴13上的同步切换装置的换档操纵。

当拨叉轴28向左运动时，与第一换档拨叉24脱开啮合，与第二换档拨叉23进入啮合状态；此时拨叉轴28的换档运动施加给第二换档拨叉23。

当拨叉轴28向右运动时，与第二换档拨叉23脱开啮合，与第一换档拨叉24进入啮合状态；此时拨叉轴28的换档运动施加给第一换档拨叉3。拨叉轴28和回位弹簧26配合动作，可以实现第一换档拨叉23的左右选档运动，选择不同的档位。

实施例2

一种三中间轴式车用有源传动装置，其结构如图3所示，包括同步切换机构1、变速齿轮2、主减速器主动齿轮3、第二中间轴4、输入齿轮5、输入轴6、变速齿轮7、主减速器主动齿轮8、第一中间轴9、主减速器从动齿轮10、差速器11、输出轴12、第三中间轴13、电机转子轴14、电机转子15、电机定子16、电机机座17、电机位置传感器18、变速箱壳体左端盖19、变速箱壳体主箱体20、变速箱壳体右端盖21、变速操纵机构31。

本实施例与实施例1类似，此外，本实施例的进一步改进在于：

1)电机转子15为悬臂安装，并且与第三中间轴13构造成一体化结构；

2)电机右端盖与变速箱左端盖19合并；

3)电机位置传感器18安装在电机轴右端，支撑在变速箱壳体20上；

4)变速箱体由三部分组成：左端盖19、主箱体20、右端盖21，在主减速器面上剖分。

图5为本发明提出的第二种变速操纵机构的具体实例，包括变速器壳体22、第二换档拨叉23、第一换档拨叉24、拨叉轴28、限位装置29、第三换档拨叉30。拨叉轴28上加工有两组外花键，三个独立换档拨叉上均加工有内啮合花键，拨叉轴28上的左侧外花键与第三换档拨叉30的内花键啮合，拨叉轴28的换档转矩将通过啮合花键传递给第三换档拨叉30，进而可以实现对第三中间轴13上的同步切换动作。拨叉轴28设在中部，限位装置29设在换档操纵机构的下部。

当拨叉轴28向左运动时，拨叉轴28上的右侧外花键与第一换档拨叉24的内花键啮合，拨叉轴28的换档转矩将通过啮合花键传递给第一换档拨叉24，进而可以实现对第一中间轴9上的同步切换动作。

当拨叉轴28向右运动时，拨叉轴28上的右侧外花键与第二换档拨叉23的内花键啮合，拨叉轴28的换档转矩将通过啮合花键传递给第二换档拨叉23，进而可以实现对第二中间轴4上的同步切换动作。

拨叉轴可实现围绕轴线回转的换档动作和沿轴向平动的选档动作，具有能与所述三个换档拨叉啮合传递换档转矩的结构；所述换档拨叉均只具有围绕拨叉轴轴线的回转自由度，具有与拨叉轴啮合传递换档转矩的结构。

上述技术方案的核心思想是，通过选档动作，在不同的选档位置结合不同的换档拨叉。为了确保拨叉轴和换档拨叉能够分离，引入回位弹簧副负责实现第一换档拨叉的回位动作，而拨叉轴仅负责第一换档拨叉的单向定位。当然上述实现方式仅适用于每个中间轴上仅具有一个同步切换装置的情况，但该实施例可以很容易推广应用于第一和第二中间轴上具有多套同步切换装置的情况，依据本发明可以实现电机和速比的独立同步切换功能。

Claims (7)

1.一种三中间轴式车用有源传动装置，其特征在于，该装置包括电机及轴线固定式变速器，所述的轴线固定式变速器具有面向发动机的前端和背向发动机的末端，该轴线固定式变速器包括输入轴、主轴、三个中间轴、变速操纵机构及差速机构，所述的输入轴经离合器与发动机连接，该输入轴上具有同步齿轮，同步齿轮与第一中间轴及第二中间轴上的变速齿轮啮合，所述的第一中间轴及第二中间轴与主轴驱动连接，第三中间轴与电机驱动连接，该第三中间轴与输入轴之间具有第一转矩传递路径，与第一中间轴或第二中间轴中具有第二转矩传递路径，该第一转矩传递路径及第二转矩传递路径可通过同步切换装置断开，第三中间轴与电机转子轴或输入轴构造成一体，所述的变速操纵机构对同步切换装置进行操纵，所述的差速机构与主轴集成连接。

2.根据权利要求1所述的三中间轴式车用有源传动装置，其特征在于，所述的电机设在轴线固定式变速器的末端。

3.根据权利要求1所述的一种三中间轴式车用有源传动装置，其特征在于，所述的同步切换装置构造成齿套形式的同步器。

4.根据权利要求1所述的一种三中间轴式车用有源传动装置，其特征在于，所述的变速操纵机构构造成转轴式变速机构。

5.根据权利要求4所述的一种三中间轴式车用有源传动装置，其特征在于，所述的转轴式变速机构包括拨叉轴、至少两个换档拨叉及回位弹簧，所述的拨叉轴可实现围绕轴线回转的换档动作、沿轴向平动的选档动作及与三个换档拨叉啮合传递换档转矩的结构，所述的换档拨叉具有围绕拨叉轴轴线的回转自由度及与拨叉轴啮合传递换档转矩的结构，所述的回位弹簧可以实现第一换档拨叉在不受其他力的情况下回到装配确定的初始位置。

6.根据权利要求5所述的一种三中间轴式车用有源传动装置，其特征在于，所述的拨叉轴通过轴向选档动作，实现拨叉轴与换档拨叉的选择啮合，进而实现将换档转矩独立传递给换档拨叉的功能。

7.根据权利要求5所述的一种三中间轴式车用有源传动装置，其特征在于，所述的换档拨叉独立完成中间轴上的同步切换装置的换档操纵。

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