CN102303522A

CN102303522A - 一种汽车三轴式有源传动装置

Info

Publication number: CN102303522A
Application number: CN201110209250A
Authority: CN
Inventors: 钟再敏; 陈辛波; 吴海康; 王心坚
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2011-07-26
Filing date: 2011-07-26
Publication date: 2012-01-04

Abstract

本发明公布了一种汽车三轴式有源传动装置，一通过固定速比I_M与电动机M驱动连接的电机轴A_M，电机轴A_M与输入轴A_I旋转中心线重合，且可通过锁止同步机构S_M实现闭锁连接，电机轴A_M与输出轴A_O之间具有唯一的转矩传递路径（I_D）和相应的锁止同步机构（S_D）。输入轴A_I和电机轴A_M之间可以充分共享各自所属至输出轴的变速路径。本发明具有：停车充电、车辆巡航行驶中充电、回馈制动、电机/发动机共同驱动车辆前进、纯电动行驶、发动机单独驱动车辆前进、电机助力起步等功能。本发明中的电机轴A_M与输入轴A_I可以实现闭锁锁止，具有传动效率高，结构紧凑，轴系空间布置以及支撑方式简单，便于布置多个档位等优点。

Description

一种汽车三轴式有源传动装置

技术领域

本发明涉及一种传动装置，特别涉及一种汽车三轴式有源传动装置。

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。

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空间尺寸增加问题。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。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。

申请号为03811785.1的专利公开了一种混合动力传动装置，该混合动力传动装置基于双离合器的原理思想，通过设置两个能够交替向输出轴传递扭矩的独立中间轴解决了变速器换档过程中动力中断的问题。基于该原理思想，该混合动力传动装置中两个独立中间轴之间动力传递路径处于从属地位，其建立与撤销是基于过桥齿轮组间接实现，这使得两个原动机之间不能充分共享各自所属至输出轴的变速路径。本发明意在克服上述局限，（1）首先不采用过桥齿轮组，而直接采用锁止同步机构，意在有效提高电机轴与输入轴之间的转矩传动效率和容量；（2）其次，两个原动机共用一套变速机构，档位切换期间电机短时切换至第二功率传递路径；（3）此外，专利03811785.1重点针对纵置变速箱结构，但对于横置前驱变速箱实施有局限性。本发明特别适用于横置变速箱混合动力车辆。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是要提供一种结构紧凑、成本较低、电机容量可以显著增加的汽车三轴式有源传动装置。

为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：

本发明的三轴式有源传动装置，由可变速比的定轴齿轮传动机构与可进行机电能量转换的电机构成，具有一与发动机E/离合器C旋转驱动连接的输入轴A_I；一通过固定速比主减速器I₀和可选差速器D与车轮驱动连接的输出轴A_O。所述输入轴A_I与输出轴A_O之间具有至少两个不同速比的转矩传递路径（I_I、I_II、I_III、I_IV ）和相应的锁止同步机构（S_I、S_II、S_III、S_IV）。由此构成输入轴至输出轴之间的具有多个档位的第一功率传递路径。

其特点是：有一通过固定速比I_M与电动机M驱动连接的电机轴A_M，所述电机轴A_M与输入轴A_I旋转中心线重合，且可通过锁止同步机构S_M实现闭锁连接。所述电机轴A_M与输出轴A_O之间具有唯一的转矩传递路径（I_D）和相应的锁止同步机构（S_D），该路径称为第二功率传递路径。

当锁止同步机构S_M闭锁情况下，电动机可与发动机共用第一功率传递路径输出动力，或者与发动机之间进行功率传递；当锁止同步机构S_M解锁断开情况下，电动机可通过第二功率传递路径进行功率输出，充分利用电动机的无级调速特性进行动力输出。

所述输入轴A_I的一端通过轴承直接支撑在电机轴A_M的一端。

驱动连接输入轴A_I与输出轴A_O之间的锁止同步机构（S_I、S_II、S_III、S_IV）可选部分或全部布置于输入轴或输出轴。

所述锁止同步机构（S_M、S_D 、S_I、S_II、S_III、S_IV）可选为定轴齿轮传动用惯性同步器、齿套。

所述锁止同步机构通过旋转凸轮机构操纵，可选地，电机输出锁止同步机构S_D电机轴/输入轴轴间锁止同步机构S_M共用一套圆柱凸轮机构，各档锁止同步机构（S_I、S_II、S_III、S_IV）共用一套圆柱凸轮机构，可选地，可选两套圆柱凸轮机构同轴布置。

本发明的优越功效在于：

1）本发明与现有的类似技术相比，在本发明中电动机与输入轴可以实现直接锁止，具有传动效率高，结构紧凑，轴系空间布置以及支撑方式简单，便于布置多个档位；

2）当电机轴与输入轴之间的动力传递路径建立后，电机轴输出的动力不经任何传动副直接传递至输入轴，有利于提高传动效率，这是本发明的一个较为突出的优点；

3）本发明具有无动力中断换档功能外，还具有：停车充电、车辆巡航行驶中充电、回馈制动、电机/发动机共同驱动车辆前进、纯电动行驶、发动机单独驱动车辆前进、电机助力起步等功能。

附图说明

图1为本发明的原理图；

图2为本发明的结构示意图；

附图中标号说明：

E—发动机； C—表示离合器；

M—电动机； W—车轮；

D—差速器； I₀—主减速器；

I_I、I_II、I_III、I_IV—各档齿轮啮合副； S_I、S_II、S_III、S_IV—各档锁止同步机构；

I_M—电机减速齿轮啮合副； I_D—电机输出齿轮啮合副；

S_D—电机输出锁止同步机构； S_M表—电机轴/输入轴轴间锁止同步机构；

A_M—电机轴A_O—输出轴；

1—电机定子； 2—电机转子；

3—电机减速主动齿轮； 4—电机轴/输入轴同步锁止机构；

5—电机减速从动齿轮； 6—电机轴；

7—右箱体； 8—电机输出主动齿轮；

9—III/IV档同步锁止机构； 10 —电机输出从动齿轮；

11—电机输出同步锁止机构； 12—IV档从动齿轮；

13—输出轴； 14—III档从动齿轮；

15—II档从动齿轮； 16—I/II档同步锁止机构；

17—I档从动齿轮； 18—主箱体；

19—差速器总成（集成主速器从动齿轮）； 20—输出半轴；

21—左箱体； 22—主速器主动齿轮；

23—输入轴； 24—I档主动齿轮；

25—II档主动齿轮； 26—III档主动齿轮；

27—IV档主动齿轮； 28为档位同步锁止机构的操纵凸轮；

29—电机轴/输入轴同步锁止机构以及电机输出同步锁止机构的操纵凸轮；

30—圆柱凸轮机构支承轴。

具体实施方式

以下结合附图具体对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明提供了一种三轴式有源传动装置，其结构如附图2所示，其中包括：电机定子1、电机转子2、电机减速主动齿轮3、电机轴/输入轴同步锁止机构4、电机减速从动齿轮5、电机轴6、右箱体7、电机输出主动齿轮8、III/IV档同步锁止机构9、电机输出从动齿轮10、电机输出同步锁止机构11、IV档从动齿轮12、输出轴13、III档从动齿轮14、II档从动齿轮15、I/II档同步锁止机构16、I档从动齿轮17、主箱体18、差速器总成（集成主速器从动齿轮）19、输出半轴20、左箱体21、主速器主动齿轮22、输入轴23、I档主动齿轮24、II档主动齿轮25、III档主动齿轮26、IV档主动齿轮27、档位同步锁止机构操纵凸轮28、电机轴/输入轴同步锁止机构以及电机输出同步锁止机构操纵凸轮29、圆柱凸轮机构支承轴30。

本发明设置输入轴23和输出轴13，发动机（图2中未表示）输出动力通过离合器（图2中未表示）传递至输入轴23。通过设置在输入轴23与输出轴13之间的I档齿轮副（由I档主动齿轮24与I档从动齿轮17构成），II档齿轮副（由II档主动齿轮25与II档从动齿轮15构成），III档齿轮副（由III档主动齿轮26与III档从动齿轮14构成）以及IV档齿轮副（由IV档主动齿轮27与IV档从动齿轮12构成）中的一个，以可变速比构成输入轴23到输出轴22之间的动力传递路径。

为了构成电机与输入轴23或输出轴22的动力传递路径，本发明设置电机轴6，电机轴6与输入轴23同轴布置。通过电机减速主动齿轮3与电机减速从动齿轮5，以固定速比构成电机转子2与电机轴6之间的动力传递路径。通过操纵电机轴/输入轴同步锁止机构4可有选择地结合/断开电机轴6与输入轴23之间的动力传递路径。当电机轴6与输入轴23之间的动力传递路径建立后，电机轴6输出的动力不经任何传动副直接传递至输入轴23，有利于提高传动效率，这是本发明的一个较为突出的优点。通过与电机轴固结的电机输出主动齿轮8，空套于输出轴13上的电机输出从动齿轮10以及电机输出同步操纵机构11可有选择地结合/断开电机轴6与输出轴13之间的动力传递路径。需要特别说明的是，当电机轴/输入轴同步锁止机构4将电机轴6与输入轴23锁止连接，电机输出同步操纵机构11将电机输出从动齿轮10与输出轴13锁止连接，同时撤销上述I档、II档、III档以及IV档齿轮副建立的输入轴23与输出轴13之间的动力传递路径，那么对于发动机而言电机输出主动齿轮8以及电机输出从动齿轮10将构成V档齿轮副，这是本发明的另一个较为突出的优点。

如果断开由I档齿轮副，II档齿轮副，III档齿轮副以及IV档齿轮副构成的任意一条输入轴23至输出轴13之间的动力传递路径，同时结合电机轴6至输入轴23的动力传递路径，并且断开电机轴6至输出轴13的动力传递路径，那么对于发动机而言电机齿轮8可作为Ⅴ档主动齿轮，电机齿轮10可作为Ⅴ档从动齿轮，共同构成Ⅴ档齿轮副，这是本发明再一个较为突出的优点。

本发明采用惯性同步器或齿套作为同步锁止机构，同时采用圆柱凸轮机构作为同步锁止机构的操纵机构。电机输出同步锁止机构11与电机轴/输入轴同步锁止机构4共用的一套圆柱凸轮机构29。1/II档、III/IV档同步锁止机构16、9共用的一套圆柱凸轮机构28。两套圆柱凸轮机构空套于圆柱凸轮机构支撑轴30上，二者可相对独立旋转。圆柱凸轮机构的侧面加工有凸轮槽，通过旋转所述圆柱凸轮机构，可以沿变速箱轴向方向前后移动拨叉轴（图中未表示）运动，进而操纵相应的同步锁止机构沿变速箱轴向方向前后移动。通过圆柱凸轮机构操纵电机（图中未表示）旋转驱动蜗杆（图中未表示），进而旋转驱动与圆柱凸轮机构固结的蜗轮，可旋转驱动所述圆柱凸轮机构。

车辆在正常行驶情况下，电机轴6与输入轴23建立动力传递路径，并与发动机共同驱动车辆前进。当企图将变速箱啮合档位切换至I、II、III、IV档中的一个时，首先撤销电机轴6上传递的扭矩，通过旋转驱动圆柱凸轮机构29断开电机轴6与输入轴23之间的动力传递路径，并且建立电机轴6与输出轴13之间的动力传递路径。其次，通过分离离合器，撤销输入轴23上传递的扭矩，通过旋转驱动圆柱凸轮机构28完成档位切换动作。然后，通过结合离合器，恢复输入轴23上传递的扭矩，同时撤销电机轴6上传递的扭矩，通过旋转圆柱凸轮机构29断开电机轴6与输出轴13之间的动力传递路径，并且建立电机轴6与输入轴23之间的动力传递路径。通过上述过程一定程度上弥补定轴齿轮传动机构换档过程中，车辆动力中断问题。

除上述无动力中断换档功能外，本发明还具有：停车充电、车辆巡航行驶中充电、回馈制动、电机/发动机共同驱动车辆前进、纯电动行驶、发动机单独驱动车辆前进、电机助力起步等功能。

Claims

1.一种汽车三轴式有源传动装置，由可变速比的定轴齿轮传动机构与可进行机电能量转换的电机构成，具有一与发动机E/离合器C旋转驱动连接的输入轴A_I；一通过固定速比主减速器I₀和可选差速器D与车轮驱动连接的输出轴A_O，输入轴A_I与输出轴A_O之间有至少两个不同速比的转矩传递路径I_I、I_II、I_III、I_IV 和相应的锁止同步机构S_I、S_II、S_III、S_IV。

2.其特征在于：一通过固定速比I_M与电动机M驱动连接的电机轴A_M，所述电机轴A_M与输入轴A_I旋转中心线重合，且可通过锁止同步机构S_M实现闭锁连接，所述电机轴A_M与输出轴A_O之间具有一转矩传递路径I_D和相应的锁止同步机构S_D。

3.根据权利要求1所述的汽车三轴式有源传动装置，其特征在于：所述输入轴A_I的一端通过轴承直接支承在电机轴A_M的一端。

4.根据权利要求1所述的汽车三轴式有源传动装置，其特征在于：驱动连接输入轴A_I与输出轴A_O之间的锁止同步机构S_I、S_II、S_III、S_IV可选部分或全部布置于输入轴或输出轴。

5.根据权利要求1所述的汽车三轴式有源传动装置，其特征在于：所述锁止同步机构S_M、S_D 、S_I、S_II、S_III、S_IV可选为定轴齿轮传动用惯性同步器、齿套等。

6.如权利要求1所述三轴式有源传动装置，其特征在于：所述锁止同步机构通过旋转凸轮机构操纵，可选地，电机输出锁止同步机构S_D电机轴/输入轴轴间锁止同步机构S_M共用一套圆柱凸轮机构，各档锁止同步机构S_I、S_II、S_III、S_IV共用一套圆柱凸轮机构，可选地，可选两套圆柱凸轮机构同轴布置。