CN103786563B - 一种混合动力车用有源传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混合动力车用有源传动装置，包括与发动机通过离合器旋转驱动连接的I轴，与车轮通过固定速比旋转驱动连接的Ⅱ轴，电机，与电机通过固定速比旋转驱动连接的Ⅲ轴；三端口组件，该三端口组件由两个输出元件、一个输入元件、一个切换机构组成，两个输出元件可独立自由旋转且同轴布置，分别与I轴、Ⅱ轴旋转驱动连接，输入元件与Ⅲ轴旋转驱动连接，切换机构用于实现输入元件与任一输出元件的可选驱动连接。与现有技术相比，本发明减少了切换机构的数量，大大增加了电机布置空间，进而增加了电机输出功率，具有很好的实际应用价值。

Description

一种混合动力车用有源传动装置

技术领域

本发明涉及一种有源传动装置，尤其是涉及一种混合动力车用有源传动装置。

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。

申请号为200910051565.1的中国专利公开了一种混合动力汽车用有源传动装置，包括轴线固定式齿轮变速器、变速器电控换档操纵机构、离合器及其电动操纵机构、电子控制单元、主驱动电机和同步机构，离合器的主动部分与车用发动机飞轮连接，从动部分与轴线固定式齿轮变速器的输入轴的前端连接，主驱动电机与同步机构连接，同步机构与轴线固定式齿轮变速器的输入轴或输出轴的末端进行分离切断动力或啮合同步旋转，电子控制单元通过电信号对主驱动电机控制单元、电控换档操纵机构、同步机构操纵机构进行控制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I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201110280754.3的专利公开了一种适用于横置前驱车辆的混合动力传动装置，包括电机、变速箱输入轴、变速箱输出轴，变速箱输入轴与变速箱输出轴之间具有至少两对齿轮副和相应的档位锁止同步机构，构成可变速比的定轴齿轮传动机构，电机通过一套齿轮组与变速箱输入轴啮合，变速箱输入轴上的电机输入锁止同步机构使得空套于变速箱输入轴上的齿轮与变速箱输入轴固结；电机通过另一套齿轮组与变速箱输出轴啮合，变速箱输出轴上的电机输出锁止同步机构使得空套于变速箱输出轴上的齿轮与变速箱输出轴固结；上述两套齿轮组、电机输入锁止同步机构以及电机输出锁止同步机构均位于定轴齿轮传动机构背离发动机的外侧。该专利必须通过两个同步器才能实现电机可选地与输入轴或输出轴建立动力传递路径。其次，上述专利电机的右端面至右箱体之间至少间隔一排直齿轮以及一同步器的距离，这在一定程度上限值了电机输出功率。

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简单、能够大大增加电机轴向布置空间的新型混合动力车用有源传动装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种混合动力车用有源传动装置，包括

与发动机通过离合器旋转驱动连接的I轴，

与车轮通过固定速比旋转驱动连接的Ⅱ轴，

所述的I轴与Ⅱ轴之间具有至少两条不同速比且可由相应锁止同步机构可选构成的动力传递路径，实际构成至少两个档位；

电机，

与电机通过固定速比旋转驱动连接的Ⅲ轴；

还包括一个三端口组件，该三端口组件由两个输出元件、一个输入元件、一个切换机构组成，

所述的两个输出元件可独立自由旋转且同轴布置，分别与I轴、Ⅱ轴旋转驱动连接，所述的输入元件与Ⅲ轴旋转驱动连接，

所述的切换机构用于实现输入元件与任一输出元件的可选驱动连接。

所述的三端口组件完全旋转支撑在I轴或Ⅱ轴上，与I轴或Ⅱ轴旋转驱动连接的输出元件与该支撑轴等速啮合驱动。

所述的三端口组件中的输入元件以及两个输出元件两两之间无互相旋转支撑关系。

所述的输出元件分别同轴布置于输入元件的左右两侧。

所述的切换机构通过与输入元件同步旋转但可轴向相对移动的跨接构件同步操作输入元件与两输出元件的驱动连接切换。

所述的I轴与所述的Ⅱ轴之间设置有四对由齿轮组构成的齿轮副，由锁止同步机构可选地构成I轴至Ⅱ轴之间具有四条不同速比的动力传递路径构成四个档位。

所述的锁止同步机构以及三端口组件的切换机构分别由两套独立的圆柱凸轮机构操纵。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1)将电机功率耦合的路径切换功能集中由一三端口组件完成，且其同轴布置于I／Ⅱ轴上的模块化设计可以灵活实现不同拓扑有源传动装置的工程应用；

2)单一的电机输入耦合路径，减少了电机输出电功率流的分配齿轮副，从而简化电机输出结构，可有效提高电机的轴端空间利用率，从而最大限度提高集成电机的电磁与热容量；

3)通过元件支撑关系和切换机构的优化，使得三端口组件之间无互相旋转支撑关系，有效简化轴承和润滑设计，降低元件的复杂性，利于产业化实施；

4)本发明仅仅通过一仅仅包含一个切换机构的三端口组件便实现了电机可选地与输入轴或输出轴建立动力传递路径功能，大大简化了结构；

5)本发明电机的右端面至右箱体之间仅仅间隔一排直齿轮，电机长度至少能增加20_mm，对于前置前驱且动力系统横置的车辆而言，这是相当可观的。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构图；

图2为本发明实施例1的轴系布置图；

图3为本发明实施例1混合动力模式下轮边驱动力分析；

图4为本发明实施例1纯电动模式下轮边驱动力分析；

图5为本发明实施例2的结构图；

图6为本发明实施例3的结构图；

图7为本发明实施例3的轴系布置图；

图8为本发明实施例4的结构图。

图中，1-IV档主动齿轮、2-Ⅲ／IV档惯性同步器、3-Ⅲ档主动齿轮、4-Ⅱ档主动齿轮、5-I档主动齿轮、6-主减速主动齿轮、7-左箱体、8-主减速从动齿轮、9-半轴、10-差速器、11-I档从动齿轮、12-I／Ⅱ档惯性同步器、13-_Ⅱ档从动齿轮、14-Ⅲ档从动齿轮、15-IV档从动齿轮、16-中间壳体、17-档位操纵凸轮、18-电机、19-电机输出齿轮、20-电机中间轴惰轮、21-右箱体、22-电机输入轴齿轮、23-输入元件、24-第二输出元件、25-第一输出元件、26-电机动力操纵凸轮、A_I-I轴、A_o-Ⅱ轴、A_M-Ⅲ轴、S_w-三端口组件的切换机构。

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

一种混合动力车用有源传动装置，其结构如图1所示，设置I轴AI和Ⅱ轴A_o，其中I轴A_I为变速机输入轴，Ⅱ轴AO为变速机输出轴，发动机输出动力通过离合器传递至I轴A_I。通过设置在I轴A_I与Ⅱ轴A_o之间的I档齿轮副(由I档主动齿轮5与I档从动齿轮11构成)，Ⅱ档齿轮副(由Ⅱ档主动齿轮4与Ⅱ档从动齿轮13构成)，Ⅲ档齿轮副(由Ⅲ档主动齿轮3与Ⅲ档从动齿轮14构成)，IV档齿轮副(由IV档主动齿轮1与IV档从动齿轮15构成)，I／Ⅱ档惯性同步器12以及Ⅲ／IV档惯性同步器2，可选地构成I轴A_I到Ⅱ轴A_o之间的四条不同速比动力传递路径，实际构成四个档位，进而通过主减速主动齿轮6，主减速从动齿轮8，差速器10以及半轴9将发动机输出动力传递至车轮。

为了可选地构成电机18至Ⅱ轴A_o的动力传递路径，设置与电机18的转子固结的电机输出齿轮19，与Ⅲ轴A_M固结的电机中间轴惰轮20，三端口组件完全旋转支撑在Ⅱ轴A_o上，三端口组件的输入元件23上加工有齿圈，电机输出齿轮19，电机中间轴惰轮20以及上述齿圈依次啮合，以此传递电机18输出的动力。三端口组件的切换机构S_w将可选地使得输入元件23与第一输出元件25固结，以此进一步将电机18输出的动力传递至与第一输出元件25固结的Ⅱ轴A_o。

为了可选地构成电机18至I轴A_I的动力传递路径，进一步设置与I轴A_I固结的电机输入轴齿轮22。切换机构S_w将可选地使得输入元件23与第二输出元件24固结，由于第二输出元件24上加工有与电机输入轴齿轮22固结的齿圈，以此传递至输入元件23上的电机18输出的动力继续传递至I轴A_I。

当上述切换机构S_w处于中间位置时，输入元件23，第一输出元件25以及第二输出元件24两两之间可相对自由旋转，电机18输出的动力既无法传递至I轴A_I，也无法传递至ⅡI轴A_o。由于输入元件23，第一输出元件25以及第二输出元件24两两之间无旋转支撑关系。

同时采用档位操纵凸轮17、电机动力操纵凸轮26分别作为Ⅰ／Ⅱ档惯性同步器12、Ⅲ／IV档惯性同步器2以及切换机构S_w的操纵机构。本发明的轴系布置可参见图2，从右向左为车辆前进方向，在垂直方向上，电机18布置在整个有源传动装置的最上方，水平方向上，电机18布置在主减速从动齿轮8的前方，这样一种轴系布置方式既充分考虑到了整个有源传动装置结构的紧凑性，又同时考虑到了避免电机18与制动主缸之间可能存在的机械干涉。

考虑将实施例1安装到一辆整备质量为1600kg的轿车上，并为其配备一台最大功率为70kW，最高转速为6000rpm，最大转矩为130Nm的直列四缸汽油机以及一台额定功率为30kW，峰值功率为60kW，同步转速为6000rpm，最高转速为9000rpm的永磁同步电机作为两个动力源，并且按照如下目标速比设计变速器各个齿轮的齿数以及轴系的分布：一档速比：2.94，二档速比：1.96，三档速比：1.31，四档速比：0.87，电机18至Ⅱ轴A_o动力传递路径降速比：1.97，电机18至I轴A_I降速比：1.5。

混合动力模式下轮边驱动力分析如图3所示，纯电动模式下轮边驱动力分析如图4所示。

混合动力模式下，当车速小于120km／h时，电机18通过至ⅡI轴A_o的动力传递路径，以相对较大的降速比持续向车轮传递较大的驱动力，以此确保换档过程中不出现动力中断。当车速大于120km／h后，如果电机18依然通过上述动力传递路径向车轮驱动力，那么电机18的转速将超过最大电机转速9000rpm，因此电机18将通过至I轴A_I的动力传递路径向车轮传递驱动力。

纯电动模式下，发动机关机，离合器常分离，电机18通过至I轴AI的动力传递路径充分利用变速器档位速比向车轮传递动力。当不要求车辆在较大坡度上行驶时，电机18可先后利用电机18至I轴A_I降速比以及Ⅱ档速比向车轮传递动力。当要求车辆在较大坡度上行驶时，电机18可先后利用电机18至I轴A_I降速比以及I档速比向车轮传递动力。

实施例2

一种混合动力车用有源传动装置，其结构如图5所示，与实施例1相比主要区别体现在三端口组件的结构，在实施例2中，三端口组件的输入元件23与第二输出元件24之间存在旋转支撑关系，即第二输出元件24旋转支撑在输入元件23的部分结构上。

实施例3

一种混合动力车用有源传动装置，其结构如图6所示，为了可选地构成电机18至I轴A_I的动力传递路径，设置与电机18的转子固结的电机输出齿轮19，与Ⅲ轴A_M固结的电机中间轴惰轮20，三端口组件完全旋转支撑在I轴A_I上，三端口组件的输入元件23上加工有齿圈，电机输出齿轮19，电机中间轴惰轮20以及上述齿圈依次啮合，以此传递电机18输出的动力。三端口组件的切换机构S_w将可选地使得输入元件23与第一输出元件25固结，以此进一步将电机18输出的动力传递至与第一输出元件25固结的I轴A_I。

为了可选地构成电机18至Ⅱ轴A_o的动力传递路径，进一步设置与Ⅱ轴Ao固结的电机输出轴齿轮24。切换机构S_w将可选地使得输入元件23与第二输出元件24固结，由于第二输出元件24上加工有与电机输出轴齿轮24固结的齿圈，以此传递至输入元件23上的电机18输出的动力继续传递至Ⅱ轴A_o。

实施例3的轴系布置可参见图7，从右向左为车辆前进方向，电机18布置在整个有源传动装置的最前方，这样一种轴系布置方式主要是考虑到了避免电机18与制动主缸之间可能存在的机械干涉。

实施例4

一种混合动力车用有源传动装置，其结构如图8所示，实施例4与实施例3在结构上的区别与实施例2与实施例1在结构上的区别类似，此处不再敖述。

Claims (5)

1.一种混合动力车用有源传动装置，包括：

与发动机通过离合器旋转驱动连接的Ⅰ轴，

与车轮通过固定速比旋转驱动连接的Ⅱ轴，

所述的Ⅰ轴与所述的Ⅱ轴之间具有至少两条不同速比且可由相应锁止同步机构可选构成的动力传递路径，实际构成至少两个档位；

电机，

与所述的电机通过固定速比旋转驱动连接的Ⅲ轴；

其特征在于：还包括一个三端口组件，该三端口组件由第一输出元件、第二输出元件、一个输入元件、一个切换机构组成，

所述的第一输出元件及所述的第二输出元件可独立自由旋转且同轴布置，分别与所述的Ⅰ轴、所述的Ⅱ轴旋转驱动连接，所述的输入元件与所述的Ⅲ轴旋转驱动连接，

所述的切换机构用于实现所述的输入元件与任一输出元件的可选驱动连接，

所述三端口组件完全旋转支撑在所述的Ⅰ轴或所述的Ⅱ轴上，相应与所述的Ⅰ轴或所述的Ⅱ轴旋转驱动连接的输出元件与该支撑轴等速啮合驱动。

2.根据权利要求1所述的一种混合动力车用有源传动装置，其特征在于，所述的三端口组件中的输入元件以及第一输出元件、第二输出元件两两之间无互相旋转支撑关系，所述的第一输出元件及所述的第二输出元件分别同轴布置于所述的输入元件的左右两侧，并均旋转支撑在所述的Ⅰ轴或所述的Ⅱ轴上。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的一种混合动力车用有源传动装置，其特征在于，所述的切换机构通过与所述的输入元件同步旋转但可轴向相对移动的跨接构件同步操作所述的输入元件与所述的第一输出元件所述的及第二输出元件的驱动连接切换。

4.根据权利要求1-2中任一项所述的一种混合动力车用有源传动装置，其特征在于，所述的Ⅰ轴与所述的Ⅱ轴之间设置有四对由齿轮组构成的齿轮副，由所述的锁止同步机构可选地构成所述的Ⅰ轴至所述的Ⅱ轴之间具有四条不同速比的动力传递路径构成四个档位。

5.根据权利要求4所述的一种混合动力车用有源传动装置，其特征在于，所述的锁止同步机构以及所述的三端口组件的切换机构分别由两套独立的圆柱凸轮机构操纵。