CN102303513B - 一种强混动力总成 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种强度混合动力总成，是一种混合动力变速箱电机一体化集成装置，包括发动机、离合器、电机、自动变速器、动力电池及整车控制系统。发动机通过离合器与自动变速器的输入轴连接，电机位于离合器和自动变速器之间，与自动变速器集成在一起，被包络在变速器的外腔体内，用电机密封箱体密封电机的转子和定子，使电机放置在一个封闭的空间内。该动力总成结构简单，布置紧凑。离合器分离轴承位于电机主轴空心内部，节省了整个动力总成的轴向空间，使该动力总成能安装功率更大的电机。本发明克服了现有的混合动力汽车其动力总成尺寸空间大、结构复杂、电机功率过小而不具备纯电动行驶功能等缺点，具有良好的燃油经济性和超低的排放性能，同时解决了自动变速器换档过程中动力中断问题，换档方便、操纵简单、制造成本低。

Description

一种强混动力总成

技术领域

本发明涉及汽车动力总成，特别涉及一种强度混合动力总成。

背景技术

目前，随着车辆操纵自动化的快速发展，汽车自动变速器正呈现蓬勃发展的趋势。特别是在我国，随着汽车保有量的逐年大幅度上升，非职业司机数量的急剧增加，大家迫切需要操纵简便、性能优异的汽车。装有自动变速器的车辆，因为具有操纵方便、起步平稳、乘坐舒适性好、通过性高等优点，受到了越来越多的青睐。

当前在市场常见的自动变速技术主要有四种：液力自动变速器AT(Automatic Transmission)，机械式无级变速器CVT(Continuously Variable Transmission)，双离合自动变速器DCT(Dual Clutch Transmission)和电控机械式自动变速器AMT(Automated Mechanical Transmission)。其中自动变速器是在原有机械式变速器和干式离合器的基础上，加装微机控制的自动操纵机构，应用自动变速理论和先进的电子控制技术，通过电子控制单元控制执行机构实现车辆动力系统的自动操纵。自动变速器具有传统定轴齿轮变速器传动效率高、成本低、易于制造等优点，同时能够实现自动变速功能，具有经济、方便、安全、舒适等特点。

上世纪70年代开始的汽车电子控制技术的推广普及使得汽车的能耗、排放和安全性能得到显著提高。但是随着汽车节能减排压力的进一步增加，汽车动力系统的电动化已经是整个行业的共识。汽车动力系统电动化主要体现在车载储能技术和电驱动技术。车用电驱动技术的重要技术特征之一就是与传动/行驶系统的集成一体化设计，这是车用高功率密度和空间布置需求的必然结果。传统汽车已经难以满足新时代的需求，因而电动汽车（纯电动以及混合动力汽车）得到了越来越多的关注。纯电动汽车和燃料电池汽车由于基础设施薄弱、关键技术（电池能量密度以及质子交换膜生产工艺等）障碍、成本和可靠性等原因短时间内难以市场化。混合动力汽车并没有放弃使用传统的内燃机，同时引入较为成熟的电驱动技术，通过电驱动的作用来改善内燃机的使用工况。这样一种技术一定程度上回避了车载电池能量密度低的问题，同时使得车辆更加节能环保。相比纯电动汽车，混合动力汽车技术成熟，有着极大的市场化潜力，而且已经有成熟的产品，如丰田的Prius，是未来几十年汽车电动化过程中的过渡性技术，并将长期存在。

混合动力汽车按其结构形式或具有的功能不同分为不同种类的混合动力汽车。混合动力汽车按动力传动类型来分类主要分为串联式、并联式、混联式三种形式；混合动力汽车按混合度分类：微混合动力系统、轻混合动力系统、中混合动力系统、重混合动力系统四类。

现有的混合动力汽车动力总成无论是串联式还是并联式甚至是混联式混合动力汽车，其动力总成大部分通常是将发动机、离合器、电机和变速器依次布置，呈分体式设计，这样布置得缺点一方面是动力总成占用整车的空间大，导致汽车整体尺寸较大或动力总成布置困难，甚至会降低汽车底盘，使汽车通过性不好，另外一方面由于尺寸的限制，分体式设计不能选择尺寸较大的电机，也就影响了电机功率的大小，导致整车动力性不好或者燃油经济性较普通汽车没有明显的改善。

从上面可知，现有混合动力总成中技术结构复杂、空间尺寸大以及电机功率过小，单靠电机驱动不能满足汽车动力性要求，也就不能满足纯电动行驶的功能。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，发明了一种新的混合动力总成，目的在于提供一种强度混动力总成，解决现有技术结构复杂、空间尺寸大以及电机功率小而不具备纯电动行驶功能的问题,同时还可以进一步提高现有混合动力汽车的燃油经济性、实现超低排放，很好的兼顾了混合动力汽车燃油经济性好和自动变速器的优点。

本发明的技术方案如下：

一种强度混合动力总成，其包括发动机、离合器、电机、自动变速器、车轮、动力电池、自动变速器控制系统TCU及整车控制系统ECU；所述发动机的输出轴与离合器连接，离合器与自动变速器连接。所述电机位于离合器和自动变速器之间，并集成在自动变速器外腔体内，通过设置在自动变速器外腔体上密封盖进行密封。如此设计，使得动力总成尺寸空间小、结构简单、布置紧凑。

进一步，所述电机由转子、定子和电机主轴组成，其中所述定子固定于自动变速变速器的右箱体上，转子用螺栓连接于电机主轴上。所述电机主轴为空心轴，自动变速器的输入轴穿过所述电机的空心主轴与离合器连接；所述电机主轴上还有一齿轮，所述齿轮与自动变速器中间轴上的主减齿常啮合齿轮啮合，电机输出的动力就经过两级齿轮减速传动，最终传递给车轮。这种电机与自动变速器的结合方式，使得动力总成结构可使整车实现怠速起/停、能量回收、爬坡助力、纯电动行驶等工作模式。

另外，所述离合器包括离合器分离轴承和离合器从动盘，其中所述离合器分离轴承位于所述电机主轴内，离合器分离轴承套设在自动变速器的输入轴上，通过离合器自身的膜片弹簧和离合器操纵杆联合作用使离合器分离轴承空套在自动变速器的输入轴上，离合器分离轴承能沿自动变速器的输入轴轴向移动，离合器从动盘通过花键连接在自动变速器的输入轴上，当驾驶员踩下离合器踏板时，离合器分离轴承在操纵杆的作用下沿输入轴轴向移动，推动膜片弹簧挤压离合器从动盘，离合器从动盘脱离与发动机飞轮的接触，进而传递或中断发动机输出的动力。这种结构将离合器分离轴承设置于电机空心主轴中部，节省了整车动力总成轴向空间，该空间可以布置功率较大的驱动电机，该种电机足以单独驱动整车正常行驶，因此本动力系统具备纯电动行驶功能。

所述电机密封盖通过螺栓固定于自动变速器的箱体上，并通过轴承支撑在自动变速器的输入轴上，能很好地对电机进行密封和冷却，可以在电机密封盖上增加冷却装置对电机进行冷却，而轴承将电机与变速器4的输入轴隔离开来，防止电机密封盖与自动变速器输入轴运动的干涉。

所述电机主轴和自动变速器的输入轴之间通过两个密封装置油封和油封对其进行密封，通过这两个油封的密封，能很好地防止变速器内部的润滑油沿电机空心主轴和变速器输入轴之间的腔体流出，很好的保证了自动变速器密封性能。

当整车需要切换自动变速器档位时，离合器分开前，电机启动工作，整车控制系统ECU发出指令给自动变速器控制系统TCU，自动变速器控制系统TCU控制自动变速器自动选换档机构进行自动选换挡，换档操作完成后，发动机启动，当发动机转速达到怠速以上的转速时，电机停止工作，这样就保证实现车辆在换挡时动力不中断。

本发明的动力总成不仅保留了普通自动变速器的优点：制造成本低、减少驾驶疲劳、节油、减少排放、良好的驾驶性等。同时通过将电机设置在离合器和自动变速器之间，并将电机与自动变速器集成一起，使得动力总成尺寸空间小、结构简单、布置紧凑。通过将离合器分离轴承设置于电机空心轴中部，可以节省的轴向空间能安装功率更大的电机，使本动力系统具备纯电动行驶功能，使得车辆在行驶时较普通自动变速器轿车具有更好的燃油经济性。同时解决了普通车辆换档时动力中断的问题。

附图说明

图1是本发明的混合动力总成结构简图；

图2是本发明的结构示意图；

图3是图2所示电机与自动变速器部分本体之间的连接关系示意图；

附图省略了变速器档位齿轮、换档机构、自动变速器控制器TCU等常规部件。

具体实施方式

以下结合附图给出的实施方式对本发明机构作进一步的详细描述。

参照附图1，本发明强度混合动力总成由发动机1、离合器2、电机3、自动变速器4、车轮5、动力电池、整车控制系统ECU、变速器控制系统TCU等组成。

参照附图2，强度混合动力系统的电机3位于离合器2和自动变速器4中间，电机3与自动变速器4集成一体，合理利用整车空间，同时也可以增大整车的离地间隙，增强其通过性。电机3由转子3-1和定子3-2组成，其中定子3-2固定于自动变速器4右箱体4-3上。电机主轴3-4为空心轴，自动变速器4的输入轴4-4穿过电机空心主轴3-4，离合器分离轴承2-2位于电机空心主轴3-4内。电机3的转子3-1用螺栓固定于电机主轴3-4上，电机主轴3-4上还有一齿轮3-3，该齿轮和自动变速器4中间轴上与主减齿4-2常啮合齿轮4-1啮合；当电机3工作时，转子3-1带动齿轮3-3旋转，从而将动力传递到变速器4的中间轴上。电机4输出的动力最终经变速器的输出轴输出给整车车轮5。

所述发动机1的飞轮盘与离合器2的离合器从动盘2-1结合与分离是通过离合器分离轴承2-2的作用的，离合器分离轴承2-2套设在自动变速器的输入轴4-4上，发动机1产生的动力经过离合器2传递给自动变速器4的输入轴4-4，发动机1输出的动力最终经过离合器2、自动变速器4输出到车轮5，电机3位于离合器2和自动变速器4之间，并集成在自动变速器4箱体内，利用电机密封盖3-6对其进行密封，这样可以合理利用整车空间，同时也能减小动力总成的尺寸。电机3由转子3-1和定子3-2组成，其中所述定子3-2固定于自动变速器4的右箱体4-3上，转子3-1用螺栓固定于电机主轴3-4上，所述电机主轴3-4为空心轴，所述自动变速器4的输入轴4-4穿过所述电机3的空心主轴3-4与离合器2连接；所述电机主轴3-4上还有一齿轮3-3，所述齿轮3-3与变速器4中间轴上的主减齿4-2常啮合齿轮4-1啮合。当电机3工作时，转子3-1带动齿轮3-3旋转，从而将动力传递到自动变速器4的中间轴齿轮4-1和主减速齿4-2上。电机3输出的动力最终经两级齿轮传递输出给车轮5。

进一步，所述离合器2包括离合器分离轴承2-2和离合器从动盘2-1，其中所述离合器分离轴承2-2位于所述电机3空心主轴内。离合器分离轴承2-2套设在自动变速器的输入轴4-4上，通过离合器自身的膜片弹簧和离合器操纵杆联合作用使离合器分离轴承2-2能沿自动变速器4的输入轴4-4轴向移动，离合器从动盘2-1通过花键连接在自动变速器的输入轴4-4上，当驾驶员踩下离合器踏板时，离合器分离轴承2-2在操纵杆的作用下沿自动变速器的输入轴4-4轴向移动，推动膜片弹簧挤压离合器从动盘2-1，离合器从动盘2-1脱离与发动机飞轮的接触，进而传递或中断发动机1输出的动力，反之离合器从动盘2-1与发动机飞轮接触，传递发动机输出的动力。

汽车行驶时动力传递的方式：

起步状态：在车辆起步时，发动机1不工作，离合器2脱离与发动机飞轮的接触，整车控制系统ECU控制动力电池向电机3供电，使电机3启动工作，将电机输出的动力传递给自动变速器4，动力经两级减速传动给整车驱动轮5，从而实现纯电动起步，避免了发动机怠速时整车的高油耗和高排放等缺点。

低速行驶状态：当动力电池充足时，发动机1关闭，离合器2脱离与发动力飞轮的接触。电机3启动工作，实现纯电动低速行驶。当电池电量不足或车辆所需驱动功率较小致使发动机负荷率低而不能高效运行时，发动机1运行于输出功率较大的高效区，变速器4中间轴上齿轮4-1带动与其啮合的齿轮3-3运动，齿轮3-3将动力传递到电机转子，电机开始发电，为动力电池充电。

正常行驶状态：在正常情况下，发动机1处于中高速等高效率区，此时电机3不工作，发动机1输出的动力经离合器2传递给自动变速器4的输入轴4-4，动力最终经自动变速器4传递给整车驱动轮5，若此时，整车控制系统检测到动力电池的电量不足，发动机还将发出额外的功率给动力电池充电。

动力换挡状态：当整车需要切换自动变速器档位时，离合器2分开前，电机3启动工作，整车控制系统ECU发出指令给自动变速器控制系统TCU，自动变速器控制系统TCU控制变速器自动选换档机构进行自动选换挡，换档操作完成后，发动机1启动，当发动机1转速达到怠速转速以上时，电机3停止工作，这样就保证实现车辆在换挡时动力不中断。

混合驱动状态：当车辆急加速、爬坡等发动机1不足以提供车辆需求的功率和转矩时，电机3启动工作，提供辅助功率，与发动机1联合驱动整车，齿轮3-3经中间轴常啮合齿轮4-1和差速器主减速齿轮4-2将电机输出的动力传递车轮，实现混合驱动模式。

制动减速状态：当车辆制动或减速行驶时，整车控制系统ECU控制电机3，使车辆制动动能经AMT自动变速器4的主减速器齿轮4-2、中间轴上齿轮4-1传递到电机主轴3-4上齿轮3-3，带动电机3发电，实现将制动能量回收，给动力电池充电。

Claims (5)

1.一种强度混合动力总成，其包括发动机（1）、离合器（2）、电机（3）、自动变速器（4）、车轮（5）、动力电池、自动变速器控制系统TCU及整车控制系统ECU；所述发动机（1）的输出轴与离合器（2）连接，离合器（2）与自动变速器（4）连接；其特征在于，所述电机（3）位于离合器（2）和自动变速器（4）之间，并集成在自动变速器（4）外腔体内，通过设置在自动变速器外腔体上密封盖（3-6）进行密封；

    所述电机（3）由转子（3-1）、定子（3-2）和电机主轴（3-4）组成，其中所述定子（3-2）固定于自动变速器（4）的右箱体（4-3）上，转子（3-1）用螺栓连接于电机主轴（3-4）上；所述电机主轴（3-4）为空心轴，自动变速器（4）的输入轴（4-4）穿过所述电机（3）的空心主轴（3-4）与离合器（2）连接；所述电机主轴（3-4）上还有一齿轮（3-3），所述齿轮（3-3）与自动变速器（4）中间轴上的主减齿常啮合齿轮（4-1）啮合，电机（3）输出的动力就经过两级齿轮减速传动，最终传递给车轮；

     所述离合器（2）包括离合器分离轴承（2-2）和离合器从动盘（2-1），其中所述离合器分离轴承（2-2）位于所述电机主轴（3-4）内，离合器分离轴承（2-2）套设在自动变速器的输入轴（4-4）上，离合器分离轴承（2-2）可以在变速器的输入轴（4-4）上来回移动，离合器从动盘（2-1）通过花键连接在自动变速器的输入轴（4-4）上，当驾驶员踩下离合器踏板时，离合器分离轴承（2-2）在操纵杆的作用下沿自动变速器输入轴（4-4）轴向移动，推动膜片弹簧挤压离合器从动盘（2-1），离合器从动盘（2-1）脱离与发动机飞轮的接触，这样就中断发动机（1）输出的动力，反之离合器从动盘（2-1）就与发动机飞轮接触，传递发动机输出的动力。

2. 根据权利要求1所述的强度混合动力总成，其特征在于：所述电机密封盖（3-6）通过螺栓固定于自动变速器（4）的箱体上，并通过轴承（3-5）支撑在自动变速器的输入轴（4-4）上。

3.根据权利要求2所述的强度混合动力总成，其特征在于，所述电机主轴（3-4）和自动变速器的输入轴（4-4）之间通过密封装置油封（6-1）和油封（6-2）对其进行密封。

4.根据权利要求3所述的强度混合动力总成，其特征在于，所述电机为永磁同步电机。

5.根据权利要求3所述的强度混合动力总成，其特征在于，所述离合器为干式离合器。

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