CN103303123A - 并联式混合动力变速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种并联式混合动力变速器，包括离合器单元、电机单元、机械单元以及测速传感装置；离合器单元包括离合器以及与离合器相连并带动离合器进行离合动作的离合器执行机构；电机单元包括电机轴；机械单元包括机械部分壳体、机械单元输入轴、变速器中间轴以及变速器输出轴；机械单元输入轴置于机械部分壳体内部；发动机动力输出装置通过离合器与电机轴相连；电机轴与机械单元输入轴相连；机械单元输入轴通过变速器中间轴带动变速器输出轴转动；测速传感装置分别设置在电机轴、变速器中间轴以及变速器输出轴上。本发明提供了一种可提高发动机效率以及降低能耗的并联式混合动力变速器。

Description

并联式混合动力变速器

技术领域

本发明属于汽车传动控制技术领域，涉及一种混合动力总成，尤其涉及一种并联式混合动力变速器。

背景技术

节能与环保已经成为汽车技术发展的两大主题，混合动力汽车作为一种清洁燃料汽车已经成为汽车发展的主要方向，是近期比较现实和有效的新能源汽车产品。

国务院2012年发布的《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）》中明确指出：以纯电驱动为新能源汽车发展和汽车工业转型的主要战略取向，当前重点推进纯电动汽车和插电式混合动力汽车产业化，推广普及非插电式混合动力汽车、节能内燃机汽车，提升我国汽车产业整体技术水平。

国外卡车巨头在混合动力领域大都有商品化的成熟产品，主要是用在城市配货运输等特殊作业的中轻卡领域。国内汽车企业进入混合动力领域的时间较晚，目前国内汽车企业均有混合动力产品，但是离市场化及产业化仍有一定差距。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种可提高发动机效率以及降低能耗的并联式混合动力变速器。

本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种并联式混合动力变速器，其特殊之处在于：所述并联式混合动力变速器包括离合器单元、电机单元、机械单元以及测速传感装置；所述离合器单元包括离合器以及与离合器相连并带动离合器进行离合动作的离合器执行机构；所述电机单元包括电机轴；所述机械单元包括机械部分壳体、机械单元输入轴、变速器中间轴以及变速器输出轴；所述机械单元输入轴置于机械部分壳体内部；发动机动力输出装置通过离合器与电机轴相连；所述电机轴与机械单元输入轴相连；所述机械单元输入轴通过变速器中间轴带动变速器输出轴转动；所述测速传感装置分别设置在电机轴、变速器中间轴以及变速器输出轴上。

上述电机单元还包括电机壳体、电机转子以及电机定子；所述电机转子通过键固定设置在电机轴上或者电机转子与电机轴呈一体化结构；所述电机轴贯穿电机壳体；所述电机壳体分别与离合器单元以及机械单元相连；所述电机定子固定设置在电机壳体内部；所述电机壳体与机械单元的接触面上设置有用于避免电机轴与机械单元输入轴连接时所产生干涉的局部凹陷。

上述电机壳体上开设有螺旋形并环绕在电机壳体的水槽；所述电机单元还包括设置在电机壳体外部的电机套；所述电机套与电机壳体上的水槽形成电机的冷却通道。

上述测速传感装置包括设置在电机轴上的电机轴测速装置、设置在变速器中间轴上的中间轴测速装置以及设置在变速器输出轴上的变速器输出轴测速装置；所述电机轴测速装置包括第一定子以及第一转子；所述第一转子设置在电机轴上；所述第一定子设置在第一转子绕电机轴旋转的轨迹上并处于电机壳体的局部凹陷处并与电机壳体固定连接；所述中间轴测速装置包括第二定子和第二转子，第二转子固定于中间轴上；所述变速器输出轴测速装置包括第三定子以及第三转子；所述第三转子设置在变速器输出轴上；所述第三定子固定设置机械部分壳体上。

上述电机轴通过花键套与机械单元输入轴相连；所述电机单元还包括设置在电机轴与机械单元输入轴连接处的花键套；所述电机轴与机械单元输入轴相邻处分别设置有外花键，所述花键套设置有内花键；所述电机轴与机械单元输入轴通过内花键以及外花键相啮合；所述花键套内设置有卡环槽，卡环槽内设置有用于对花键套进行轴向定位的卡环。

上述离合器执行机构是电控气动式离合器执行机构；所述电控气动式离合器执行机构包括气缸、离合器分离拨叉、推杆以及设置在气缸内部的活塞；所述活塞通过推杆与离合器分离拨叉相连。

上述推杆是长度可调式的推杆，所述长度可调式的推杆包括第一推杆以及第二推杆；所述第一推杆套装在第二推杆上并通过螺母与第二推杆相连；所述第一推杆与离合器分离拨叉相连；所述第二推杆与活塞相连。

上述电控气动式离合器执行机构还包括设置在气缸内的复位弹簧，复位弹簧一端与气缸壁连接，另一端与活塞连接。

上述机械单元还包括主箱中间轴、主箱二轴以及制动器等；所述机械单元输入轴设置有输入轴齿轮；所述主箱二轴设置有驱动齿轮以及主箱中间轴前进档齿轮；所述输入轴齿轮与主箱中间轴齿轮相啮合；所述制动器设置有制动器齿轮，所述制动器齿轮与主箱中间轴齿轮相啮合。

上述并联式混合动力变速器还包括用于控制变速箱机械单元进行选换挡工作执行的电控单元。

本发明的优点是：

本发明采用干式膜片弹簧离合器，采用电控气动离合器操纵系统驱动离合器的分离、结合；采用交流永磁同步电机，该电机既可做电动机使用，也可当发电机使用；变速器采用主副箱结构，主副箱均采用双中间轴形式。主箱无同步器，采用滑套换档；副箱为同步器换档。主、副箱换档执行机构均采用电控气驱动结构；采用动力传动一体化控制技术，通过对发动机、电机、离合器、变速器、ABS等系统进行综合控制，实现各个系统有机地协调，完成动力分配和自动换档控制，基于以上结构，本发明具有以下优点：

1）本发明总成具有多种运行模式，可满足不同工况的需求；变速器、离合器、电机均采用自动控制，可轻松实现各个模式之间的切换，最大限度的发挥总成优势；

2）不需要为发动机装配启动电机，通过该总成的电动机可实现发动机快速启动。车辆在交通等待时，可关闭发动机；启动时，可由纯电动驱动模式起步或快速启停模式启动发动机。

3）发动机工作区间更集中于发动机经济转速区内，发动机效率更高，噪音更低，油耗更少。

4）可回收制动能量，减少油耗，更经济环保。

5）车辆所匹配的发动机功率更小，但车辆动力性更好。

6）由于采用集成设计，本发明总成结构更加紧凑，便于整车底盘布置。

附图说明

图1是本发明所提供的并联式混合动力变速器的俯视结构示意图；

图2是本发明所采用的离合器执行机构的结构示意图；

图3是本发明所提供的并联式混合动力变速器的的主截面图；

图4是本发明所采用的花键套连接图；

图5是本发明所采用的副箱中间轴截面图；

1-电机；2-离合器壳；3-变速器；4-离合器执行机构；5-电机轴；6-花键套；7-卡坏；8-变速器一轴；9-机械单元输入轴总成；10-电机转子；11-主箱中间轴总成；12-二轴总成；13-驱动轮总成；14-副箱中间轴总成；15-输出轴总成；16-法兰盘；17-滑套；18-副箱同步器；19-换档执行机构；20-副箱气缸总成；21-制动器总成；22-上盖总成；23-离合器分离支架总成；24-离合器可调式推杆总成；25-副箱气缸电磁阀。

具体实施方式

本发明提供了一种全新的并联式混合动力变速器，与传统动力传动总成不同的是在离合器和变速器3之间集成了电机，该电机既可以充当电动机提供动力，又可以充当发电机使用，并通过逆变器/控制器回收能量给蓄电池。

参见图1以及图3，本发明提供了一种并联式混合动力变速器，该并联式混合动力变速器包括控制单元、离合器单元、电机单元、机械单元以及测速传感装置。

离合器单元包括离合器执行机构、离合器、离合器壳2，离合器置于离合器壳2内部，离合器执行机构4带动离合器进行离合运动。

电机单元包括电机1、电机壳体、电机左壳体、电机右壳体、电机保护套、电机定子和电机轴；电机定子与电机壳体通过键或过盈配合固定连接；该电机轴和电机转子为一体式结构设计；电机转子通过轴承安装在电机左壳体和电机右壳体上；电机右壳体上设置有卡环槽，卡环槽内设置卡环7对电机转子进行轴向定位；电机左壳体与电机右壳体分别通过螺栓与电机壳体相连；电机壳体上设置有环绕电机圆周的螺旋形槽，电机保护套与设置在电机壳体外周，与电机壳体上的螺旋型槽共同构成螺旋形的电机冷却通道。

机械单元可以设置为单箱结构、主副箱结构或者三箱结构，以单箱体为例，机械单元包括机械单元壳体、机械单元操纵机构、机械单元输入轴、机械单元中间轴、变速器输出轴、制动器；机械单元壳体开设有安装制动器的制动器口，制动器设置有制动器齿轮；制动器齿轮通过制动器口与设置在机械单元中间轴上的制动齿轮或前进档齿轮啮合，当制动的时候制动器为中间轴提供制动力矩；当机械单元是主副箱或三箱结构时候，制动器齿轮与设置在机械单元主箱内中间轴上的制动齿轮或前进档齿轮啮合；该制动器的结构如公开号为CN201671986U的专利所示。

本发明并联式混合动力变速器的电机单元的电机左壳体与离合器壳体通过螺栓固定连接，电机右壳体通过螺栓与机械单元壳体固定连接，与机械单元固定连接的电机右壳体中心部位设置有局部凹陷处，局部凹陷处是为了安装检测电机轴转速的传感装置以及为电机轴与机械单元输入轴的连接留出空间。

参见图3以及图4，电机单元的电机轴贯穿电机壳体，一端连接离合器，另外一端通过花键套与机械单元输入轴连接，具体的连接方式是：花键套设有内花键和卡环槽，卡环槽内设有卡环，电机轴的一端设置有外花键，机械单元输入轴的一段也设置有外花键，电机轴的外花键和机械单元输入轴外花键同时和花键套由卡环分割的两段内花键啮合；

测速传感装置是分别用于检测电机轴转速、变速器输出轴转速的两个旋转变压器，旋转变压器主要由转子和定子组成；用于检测电机轴转速的旋转变压器的转子安装在电机壳体外部局部凹陷处的电机轴上，定子安装在与转子对应的局部凹陷处并固定在电机右壳体上；用于检测变速器输出轴转速的旋转变压器的转子安装在变速器输出轴上，定子安装在对与之对应的变速器壳体部位。

参见图2，离合器执行机构是电控气动式离合器执行机构。电控气动式离合器执行机构包括气缸、离合器分离支架、长度可调式推杆以及均设置在气缸内部的活塞和复位弹簧；复位弹簧的一端设置在气缸内壁上，另一端与活塞相连；活塞通过长度可调式推杆与离合器分离支架相连；活塞可在气缸内部进行无间隙滑动；复位弹簧在气缸的投影处设置有气体入口。长度可调式推杆包括第一推杆以及第二推杆；第一推杆套装在第二推杆上并通过螺纹与第二推杆相连；第一推杆与离合器分离支架相连；第二推杆与活塞相连。

本发明一种并联式混合动力变速器还包括控制单元，该控制单元可以是变速器的独自所有的，也可以集成在整车的自动控制系统中，具体包括混合动力控制器、电机控制器以及变速器控制器TCU，它们之间是通过CAN总线通讯的；混合动力控制器接收包括车辆发动机ECU、车速测试器等相关传感器发来的实时数据，对变速器下一步工作状态做出预期判断，根据判断结果发出控制指令，控制指令通过CAN总线发送给需要执行的电机控制器以及变速器控制器TCU，电机控制器或变速器控制器TCU接收到控制信号后执行，并将执行结果反馈给混合动力控制器；电机控制器根据混合动力控制器的指令控制电机的工作模式为电动机、发电机或者制动模式，并控制电动扭矩的大小或者制动扭矩的大小；变速器控制器TCU控制离合器单元的离合器执行机构和机械单元的机械单元操纵机构。

本发明并联式混合动力变速器的动力源分别为来自发动机的动力和来自并联式混合动力变速器自身电机的动力，两种动力在不同的运行模式下相互切换或组合，以满足车辆使用要求。

发动机的动力经离合器传递到电机轴5，再经花键套6传递给机械单元输入轴8，然后通过机械单元输入轴总成9等输出到车辆传动轴；电机1的动力经电机转子10传递电机轴5，再经花键套6传递给机械单元输入轴8，然后通过机械单元输入轴总成9等输出到车辆传动轴。

本发明总成为全自动变速，变速器的选换档、离合器的分离结合动作都是由变速器控制器TCU来控制的。本发明的变速器操纵机构和离合器操纵机构的动力源为气源。

参见图1以及图5，本发明总成的变速器采用主副箱双中间轴结构，主箱包括机械单元输入轴总成9、两套主箱中间轴总成11、二轴总成12及驱动轮总成13等，来自发动机或电机的动力经机械单元输入轴总成9传递到两套主箱中间轴总成11上，再通过主箱中间轴总成11传递到二轴总成12上，最终主箱的动力通过驱动轮总成13传给副箱；副箱包括两套副箱中间轴总成14及输出轴总成15等，来自主箱的动力经驱动轮总成13传给副箱中间轴总成14，然后通过副箱中间轴总成14传递到输出轴总成15上，最后经输出法兰盘16传给车辆的传动轴。

变速器总成的主箱无同步器，通过二轴总成12上的三个滑套17实现主箱不同档位的切换。

变速器总成的副箱为同步器换档，通过副箱同步器18实现副箱高、低档的切换。

变速器总成的操纵系统包括换档执行机构19、副箱气缸总成20、制动器总成21等。换档执行机构19及副箱气缸总成20的动力源均来自于整车气源。通过换档执行机构19控制上盖总成22上的拨叉结构，控制主箱的三个滑套17的运动，实现主箱各个档位的切换。通过对副箱气缸电磁阀25的控制，实现对副箱气缸总成20的同步器换档拨叉的控制，从而完成副箱高、低档的切换。

本发明离合器的操纵也不再由驾驶员实现，而是通过离合器分离支架总成23以及离合器可调式推杆总成24、离合器执行机构4控制离合器的分离和结合；实现车辆起步、换档、停车过程中的离合器操作。

本发明提供一种并联式混合动力变速器，主要由干式膜片弹簧离合器、交流永磁同步电机及变速器组成。为了发挥混合动力的优势，本发明总成可实现以下多种运行模式，以满足车辆不同工况需要：

1）快速启停模式：变速器挂空档，离合器处于结合状态，发电机/电机当做电动机使用，电池组放电驱动电动机运转。电动机通过离合器驱动发动机快速启动。

2）纯电动驱动模式：离合器分离，变速器在档，发电机/电机当做电动机使用，电池组放电驱动电动电动机运行。来自电动机的动力经过变速器变速、变扭驱动车辆运行。

3）发动机和电动机联合驱动模式：离合器结合，变速器在档，发电机/电机当做电动机使用，电池组放电驱动电动机运行。来自于发动机的动力和来自电动机的动力汇聚成一体，经过变速器变速、变扭驱动车辆运行。

4）发动机单独驱动模式：离合器结合，变速器在档，电池组不处于放电状态。来自发动机的动力经过变速器变速、变扭单独驱动车辆运行。必要时，电机当做发电机使用，为电池组进行充电。

5）再生制动模式：离合器结合或分离，变速器在档，电机当做发电机使用。来自车轮的惯性动力经过变速器驱动发电机为电池组充电，实现制动能量回收。

Claims (10)

1.一种并联式混合动力变速器，其特征在于：所述并联式混合动力变速器包括离合器单元、电机单元、机械单元以及测速传感装置；所述离合器单元包括离合器以及与离合器相连并带动离合器进行离合动作的离合器执行机构；所述电机单元包括电机轴；所述机械单元包括机械部分壳体、机械单元输入轴、变速器中间轴以及变速器输出轴；所述机械单元输入轴置于机械部分壳体内部；发动机动力输出装置通过离合器与电机轴相连；所述电机轴与机械单元输入轴相连；所述机械单元输入轴通过变速器中间轴带动变速器输出轴转动；所述测速传感装置分别设置在电机轴、变速器中间轴以及变速器输出轴上。

2.根据权利要求1所述的并联式混合动力变速器，其特征在于：所述电机单元还包括电机壳体、电机转子以及电机定子；所述电机转子通过键固定设置在电机轴上或者电机转子与电机轴呈一体化结构；所述电机轴贯穿电机壳体；所述电机壳体分别与离合器单元以及机械单元相连；所述电机定子固定设置在电机壳体内部；所述电机壳体与机械单元的接触面上设置有用于避免电机轴与机械单元输入轴连接时所产生干涉的局部凹陷。

3.根据权利要求2所述的并联式混合动力变速器，其特征在于：所述电机壳体上开设有螺旋形并环绕在电机壳体的水槽；所述电机单元还包括设置在电机壳体外部的电机套；所述电机套与电机壳体上的水槽形成电机的冷却通道。

4.根据权利要求1或2或3所述的并联式混合动力变速器，其特征在于：所述测速传感装置包括设置在电机轴上的电机轴测速装置、设置在变速器中间轴上的中间轴测速装置以及设置在变速器输出轴上的变速器输出轴测速装置；所述电机轴测速装置包括第一定子以及第一转子；所述第一转子设置在电机轴上；所述第一定子设置在第一转子绕电机轴旋转的轨迹上并处于电机壳体的局部凹陷处并与电机壳体固定连接；所述中间轴测速装置包括第二定子和第二转子，第二转子固定于中间轴上；所述变速器输出轴测速装置包括第三定子以及第三转子；所述第三转子设置在变速器输出轴上；所述第三定子固定设置机械部分壳体上。

5.根据权利要求4所述的并联式混合动力变速器，其特征在于：所述电机轴通过花键套与机械单元输入轴相连；所述电机单元还包括设置在电机轴与机械单元输入轴连接处的花键套；所述电机轴与机械单元输入轴相邻处分别设置有外花键，所述花键套设置有内花键；所述电机轴与机械单元输入轴通过内花键以及外花键相啮合；所述花键套内设置有卡环槽，卡环槽内设置有用于对花键套进行轴向定位的卡环。

6.根据权利要求5所述的并联式混合动力变速器，其特征在于：所述离合器执行机构是电控气动式离合器执行机构；所述电控气动式离合器执行机构包括气缸、离合器分离拨叉、推杆以及设置在气缸内部的活塞；所述活塞通过推杆与离合器分离拨叉相连。

7.根据权利要求6所述的并联式混合动力变速器，其特征在于，所述推杆是长度可调式的推杆，所述长度可调式的推杆包括第一推杆以及第二推杆；所述第一推杆套装在第二推杆上并通过螺母与第二推杆相连；所述第一推杆与离合器分离拨叉相连；所述第二推杆与活塞相连。

8.根据权利要求7所述的并联式混合动力变速器，其特征在于，所述电控气动式离合器执行机构还包括设置在气缸内的复位弹簧，复位弹簧一端与气缸壁连接，另一端与活塞连接。

9.根据权利要求8所述的并联式混合动力变速器，其特征在于：所述机械单元还包括主箱中间轴、主箱二轴以及制动器等；所述机械单元输入轴设置有输入轴齿轮；所述主箱二轴设置有驱动齿轮以及主箱中间轴前进档齿轮；所述输入轴齿轮与主箱中间轴齿轮相啮合；所述制动器设置有制动器齿轮，所述制动器齿轮与主箱中间轴齿轮相啮合。

10.根据权利要求1所述的并联式混合动力变速器，其特征在于：所述并联式混合动力变速器还包括用于控制变速箱机械单元进行选换挡工作执行的电控单元。

Images