CN104477023A - 多自由度动力换挡并联形式混合动力多挡变速箱 - Google Patents

多自由度动力换挡并联形式混合动力多挡变速箱 Download PDF

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CN104477023A CN201410696734.8A CN201410696734A CN104477023A CN 104477023 A CN104477023 A CN 104477023A CN 201410696734 A CN201410696734 A CN 201410696734A CN 104477023 A CN104477023 A CN 104477023A
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Abstract

本发明属于动力传动技术领域，具体涉及一种混合动力多挡变速箱。多自由度动力换挡并联形式混合动力多挡变速箱，其技术方案是：发动机的动力通过离合器后输入轴到发动机输入轴；电机模块包含电机和减速行星排，通过减速行星排，提高电机的转速。变速箱主箱模块由多自由定轴齿轮机构组成，可耦合发动机与电机的动力，并可实现五个匹配发动机的挡位和三个匹配电机的挡位。变速箱副箱模块可实现高挡、低挡两个挡位，与变速箱主箱输入模块共同工作可实现九个匹配发动机的挡位，五个匹配电机的挡位。本发明实现了动力换挡，提升了车辆动力性能，改善了换挡品质，降低了离合器磨损并提高了燃油经济性。

Description

多自由度动力换挡并联形式混合动力多挡变速箱
技术领域
本发明属于动力传动技术领域，具体涉及一种混合动力多挡变速箱。
背景技术
混合动力技术具有降排放和油耗的优点，同时能够提高车辆动力性能，成为未来汽车动力传动技术的发展方向。并联形式混合动力技术中电机主要实现急加速工况或者发动机低速工况下的助力，提高动力性能，改善发动机的燃油经济性；在减速工况下，实现制动能量回收；在低速以及起步工况下，可实现纯电驱动工况。相比于串联形式混合动力技术更适合于低速，经常启停工况的城市车辆，并联形式混合动力技术更适合于中高速、需求动力性能的商用车、越野车以及特种车辆。
根据电机的位置不同，并联式混合动力分为三种：第一种是电机布置在变速箱前，其特点是电机可利用变速箱的传动比调节传动范围，电机自身转速、转矩性能需求低，电机体积重量小，但换挡过程中有动力中断，需要同步的惯量较大；第二种是电机布置在变速箱后，其特点是换挡过程中无动力中断，但电机的转速、转矩性能要求高；第三种是电机布置在变速箱中间轴上，其特点是采用多自由度齿轮机构耦合电机和发动机的动力，实现混合动力和动力换挡功能。
传统的手动变速箱在换挡过程存在动力中断，影响汽车的动力性。专利CN100570174C和专利CN101782146B中的变速器通过机械机构实现动力换挡设计，但其换挡过程中，需要机械机构相互之间的配合，并难以实现混合动力功能。
发明内容
本发明的目的是：为实现动力换挡和混合动力工况，提升车辆动力性能，改善换挡品质，降低离合器磨损，提高燃油经济性，提出一种多自由度动力换挡并联形式混合动力多挡变速箱。
本发明的技术方案是：多自由度动力换挡并联形式混合动力多挡变速箱，它包括：发动机、离合器、电机模块、变速箱主箱模块以及变速箱副箱模块；
离合器位于发动机与电机模块之间；
电机模块包括：电机以及减速行星排；电机与发动机输入轴同轴布置，电机一方面连接减速行星排的太阳轮，另一方便连接电机控制器及动力电池；减速行星排的齿圈固定，减速行星排的行星架连接电机动力输入轴；
变速箱主箱模块采用五轴布置形式，并包括六个同步器；其中，变速箱主箱输出轴与发动机输入轴、电机动力输入轴同轴布置，中间轴A、中间轴B与发动机输入轴平行布置；发动机输入轴连接齿轮G和齿轮H；电机动力输入轴连接齿轮B和齿轮C；变速箱主箱输出轴连接齿轮N和齿轮M；齿轮A与齿轮D分别通过同步器A空套在中间轴A上；齿轮J与齿轮K通过同步器E空套在中间轴A上；齿轮E和齿轮F分别通过同步器C、同步器D空套在中间轴B上；齿轮I、齿轮L通过同步器F空套在中间轴上；齿轮B与齿轮A相啮合，齿轮C与齿轮E相啮合，齿轮G与齿轮D相啮合，齿轮H与齿轮F相啮合；齿轮N与齿轮J、齿轮I相啮合，齿轮M与齿轮K、齿轮L相啮合；
变速箱副箱模块包括：变速行星排、同步器G、变速箱副箱支架以及输出轴；其中，变速行星排太阳轮与变速箱主箱输出轴相连，输出轴连接变速箱行星排行星架，同步器G连接变速行星排齿圈、变速箱副箱支架和输出轴。
有益效果：(1)本发明中发动机、离合器、电机模块、变速箱主箱模块与变速箱副箱模块同轴布置，适合于传统车辆动力系统，不需要改装。变速箱主箱模块通过多自由度定轴齿轮变速机构提供5个匹配发动机的挡位，3个匹配电机的挡位；变速箱副箱模块提供高挡、低挡两个挡位，与变速箱主箱模块共同工作可形成9个匹配发动机的挡位和5个匹配电机的挡位。匹配发动机的挡位与匹配电机的挡位不同时换挡，匹配发动机的挡位换挡时，匹配电机的挡位提供转矩支持，反之亦然；通过换挡过程中的转矩支持，实现了动力换挡，提高动力性能。
(2)利用本发明在匹配发动机的挡位换挡时，由于匹配电机的挡位提供转矩支持，发动机挡位的同步器同步惯量小，有利于缩短换挡时间，提高换挡舒适性。电动机提供电动倒挡功能，取消倒挡齿轮，提高了齿轮机构的紧凑度。由于存在多个匹配电机的挡位，电机所需的功率及转矩较小，有利于提高传动系统的功率密度。变速箱主箱模块可以实施跳挡方式降挡，有利于提高急加速过程中的动力响应。
(3)本发明可实现并联形式的混合动力技术，在低速工况可实现纯电驱动，急加速工况实现混合驱动，减速工况实现制动能量回收。
附图说明
图1为本发明的传动简图。
图2为发动机1挡、电机1挡时变速箱功率流图。
图3为发动机2挡、电机1挡时变速箱功率流图。
图4为发动机2挡、电机2挡时变速箱功率流图。
1-发动机，2-离合器，3-发动机输入轴，4-减速行星排太阳轮，5-减速行星排齿圈，6-电机，7-减速行星排行星架，8-齿轮A，9-电机动力输入轴，10-齿轮B，11-齿轮C，12-同步器A，13-同步器B，14-齿轮D，15-齿轮E，16-同步器C，17-同步器D，18-齿轮F，19-齿轮G，20-齿轮H，21-齿轮I，22-齿轮J，23-同步器E，24-同步器F，25-齿轮K，26-中间轴A，27-齿轮L，28-中间轴B，29-变速箱主箱输出轴，30-齿轮M，31-变速行星排齿圈，32-变速行星排行星架，33-变速行星排太阳轮，34-变速箱副箱支架，35-同步器G，36-输出轴，37-齿轮N，38-电机控制器及动力电池组。100-电机模块，200-变速箱主箱模块，300-变速箱副箱模块。
具体实施方式
参见附图1，多自由度动力换挡并联形式混合动力多挡变速箱，它包括：发动机1、离合器2、电机模块100、变速箱主箱模块200以及变速箱副箱模块300；
离合器位于发动机1与电机模块100之间；
电机模块100包括：电机6以及减速行星排；电机6与发动机输入轴3同轴布置，电机6一方面连接减速行星排的太阳轮4，另一方便连接电机控制器及动力电池38；减速行星排的齿圈5固定，减速行星排的行星架7连接电机动力输入轴9；
变速箱主箱模块200采用五轴布置形式，并包括六个同步器；其中，变速箱主箱输出轴29与发动机输入轴3、电机动力输入轴9同轴布置，中间轴A26、中间轴B28与发动机输入轴3平行布置；发动机输入轴3连接齿轮G19和齿轮H20；电机动力输入轴9连接齿轮B10和齿轮C11；变速箱主箱输出轴29连接齿轮N37和齿轮M30；齿轮A8与齿轮D14分别通过同步器A12)、同步器B13空套在中间轴A26上；齿轮J22与齿轮K25通过同步器E23空套在中间轴A26上；齿轮E15和齿轮F18分别通过同步器C16、同步器D17空套在中间轴B28上；齿轮I21、齿轮L27通过同步器F24空套在中间轴28上；齿轮B10与齿轮A8相啮合，齿轮C11与齿轮E15相啮合，齿轮G19与齿轮D14相啮合，齿轮H20与齿轮F18相啮合；齿轮N37与齿轮J22、齿轮I21相啮合，齿轮M30与齿轮K25、齿轮L27相啮合；
变速箱副箱模块300包括：变速行星排、同步器G35、变速箱副箱支架34以及输出轴36；其中，变速行星排太阳轮33与变速箱主箱输出轴29相连，输出轴36连接变速箱行星排行星架32，同步器G35连接变速行星排齿圈31、变速箱副箱支架34和输出轴36。
发动机1换挡的具体实施方式如下：
发动机1一挡时：同步器D17，同步器C16，同步器A12工作，同步器E23啮合齿轮K25，同步器G35啮合变速箱副箱支架34，发动机动力经过齿轮H20、齿轮F18、齿轮E15、齿轮C11、齿轮B10、齿轮A8、齿轮K25和齿轮M30输出到变速箱主箱输出轴29，经过变速箱副箱模块300的减速后输出到输出轴36；
发动机1二挡时：同步器B13工作，同步器E23啮合齿轮K25，同步器G35啮合变速箱副箱支架34，发动机动力经过齿轮G19、齿轮D14、齿轮K25和齿轮M30输出到变速箱主箱输出轴29，经过变速箱副箱模块300的减速后输出到输出轴36；
发动机1三挡时：同步器D17工作，同步器F24啮合齿轮L27，同步器G35啮合变速箱副箱支架34，发动机动力经过齿轮H20、齿轮F18、齿轮L27和齿轮M30输出到变速箱主箱输出轴29，经过变速箱副箱模块300的减速后输出到输出轴36；
发动机1四挡时：同步器B13工作，同步器E23啮合齿轮J22，同步器G35啮合变速箱副箱支架34，发动机动力经过齿轮G19、齿轮D14、齿轮J22和齿轮N37输出到变速箱主箱输出轴29，经过变速箱副箱模块300的减速后输出到输出轴36；
发动机1五挡时：同步器D17工作，同步器F24啮合齿轮I21，同步器G35啮合变速箱副箱支架34，发动机动力经过齿轮H20、齿轮F18、齿轮I21和齿轮N37输出到变速箱主箱输出轴29，经过变速箱副箱模块300的减速后输出到输出轴36；
发动机1六挡时：同步器B13工作，同步器E23啮合齿轮K25，同步器G35啮合输出轴36，发动机动力经过齿轮G19、齿轮D14、齿轮K25和齿轮M30输出到变速箱主箱输出轴29，经过变速箱副箱模块300的减速后输出到输出轴36；
发动机1七挡时：同步器D17工作，同步器F24啮合齿轮L27，同步器G35啮合输出轴36，发动机动力经过齿轮H20、齿轮F18、齿轮L27和齿轮M30输出到变速箱主箱输出轴29，经过变速箱副箱模块300的减速后输出到输出轴36；
发动机1八挡时：同步器B13工作，同步器E23啮合齿轮J22，同步器G35啮合输出轴36，发动机动力经过齿轮G19、齿轮D14、齿轮J22和齿轮N37输出到变速箱主箱输出轴29，经过变速箱副箱模块300的减速后输出到输出轴36；
发动机1九挡时：同步器D17工作，同步器F24啮合齿轮I21，同步器G35啮合输出轴36，发动机动力经过齿轮H20、齿轮F18、齿轮I21和齿轮N37输出到变速箱主箱输出轴29，经过变速箱副箱模块300的减速后输出到输出轴36。
电机6换挡时的具体实施方式如下：
电机6一挡时：同步器A12工作，同步器E23啮合齿轮K25，同步器G35啮合变速箱副箱支架34，电机动力经过齿轮B10、齿轮A8、齿轮K25和齿轮M30输出到变速箱主箱输出轴29，经过变速箱副箱模块300的减速后输出到输出轴36；
电机6二挡时，同步器C16工作，同步器F24啮合齿轮L27，同步器G35啮合变速箱副箱支架34，电机动力经过齿轮C11、齿轮E15、齿轮L27和齿轮M30输出到变速箱主箱输出轴29，经过变速箱副箱模块300的减速后输出到输出轴36；
电机6三挡时：同步器C16工作，同步器F24啮合齿轮I21，同步器G35啮合变速箱副箱支架34，电机动力经过齿轮C11、齿轮E15、齿轮H21和齿轮N37输出到变速箱主箱输出轴29，经过变速箱副箱模块300的减速后输出到输出轴36；
电机6四挡时：同步器C16工作，同步器F24啮合齿轮L27，同步器G35啮合输出轴36，电机动力经过齿轮C11、齿轮E15、齿轮L27和齿轮M30输出到变速箱主箱输出轴29，经过变速箱副箱模块300的减速后输出到输出轴36；
电机6五挡时：同步器C16工作，同步器F24啮合齿轮I21，同步器G35啮合输出轴36，电机动力经过齿轮C11、齿轮E15、齿轮L27和齿轮M30输出到变速箱主箱输出轴29，经过变速箱副箱模块300的减速后输出到输出轴36。
倒挡时：电动机6反向工作，同步器C16工作，同步器F24啮合齿轮I21，同步器G35啮合输出轴36，电机动力经过齿轮C11、齿轮E15、齿轮I21和齿轮N37输出到变速箱主箱输出轴29，经过变速箱副箱模块300直接输出到输出轴36。
动力换挡过程的具体实施如下：
发动机1一挡升二挡换挡过程：
换挡前发动机1一挡工作，电机6一挡工作，其功率流如图2所示。换挡过程中，发动机1降负荷，离合器2分离，同步器D17，同步器C16、同步器A12不工作，转换为同步器B13工作，离合器2接合，发动机输出动力。换挡过程中电机6工作在电机一挡，处于峰值转矩工况，为发动机换挡过程提供转矩支持，实现了动力换挡。换挡结束后，发动机1工作在二挡，电机1依然工作在一挡，其功率流图如3所示。
电机6一挡升二挡换挡过程：
换挡前发动机1二挡工作，电机6一挡工作，其功率流如图3所示。换挡过程中，电机6降负荷，同步器A12，同步器E23不工作，转换为同步器C16工作，同步器F24啮合齿轮L27，电机换挡过程中，电机6主动调速，协调快速换挡；电机换挡过程中，发动机1提供转矩支持，实现了动力换挡。换挡结束后，发动机1工作在二挡，电机6工作在二挡，其功率流图如4所示。
其它的挡位的动力换挡过程实施类似，各操纵件如下表所示：发动机1在五挡升六挡过程中，由于变速箱副箱模块300换挡，会产生短时间的动力中断。

Claims (4)

1.多自由度动力换挡并联形式混合动力多挡变速箱，它包括：发动机(1)、离合器(2)、电机模块(100)、变速箱主箱模块(200)以及变速箱副箱模块(300)，其特征在于：
所述离合器位于所述发动机(1)与所述电机模块(100)之间；
所述电机模块(100)包括：电机(6)以及减速行星排；所述电机(6)与发动机输入轴(3)同轴布置，所述电机(6)一方面连接减速行星排的太阳轮(4)，另一方便连接电机控制器及动力电池(38)；减速行星排的齿圈(5)固定，减速行星排的行星架(7)连接电机动力输入轴(9)；
所述变速箱主箱模块(200)采用五轴布置形式，并包括六个同步器；其中，变速箱主箱输出轴(29)与所述发动机输入轴(3)、所述电机动力输入轴(9)同轴布置，中间轴A(26)、中间轴B(28)与所述发动机输入轴(3)平行布置；所述发动机输入轴(3)连接齿轮G(19)和齿轮H(20)；所述电机动力输入轴(9)连接齿轮B(10)和齿轮C(11)；所述变速箱主箱输出轴(29)连接齿轮N(37)和齿轮M(30)；齿轮A(8)与齿轮D(14)分别通过同步器A(12)、同步器B(13)空套在所述中间轴A(26)上；齿轮J(22)与齿轮K(25)通过同步器E(23)空套在所述中间轴A(26)上；齿轮E(15)和齿轮F(18)分别通过同步器C(16)、同步器D(17)空套在所述中间轴B(28)上；齿轮I(21)、齿轮L(27)通过同步器F(24)空套在所述中间轴(28)上；所述齿轮B(10)与所述齿轮A(8)相啮合，所述齿轮C(11)与所述齿轮E(15)相啮合，所述齿轮G(19)与所述齿轮D(14)相啮合，所述齿轮H(20)与所述齿轮F(18)相啮合；所述齿轮N(37)与所述齿轮J(22)、所述齿轮I(21)相啮合，所述齿轮M(30)与所述齿轮K(25)、所述齿轮L(27)相啮合；
所述变速箱副箱模块(300)包括：变速行星排、同步器G(35)、变速箱副箱支架(34)以及输出轴(36)；其中，变速行星排太阳轮(33)与所述变速箱主箱输出轴(29)相连，所述输出轴(36)连接变速箱行星排行星架(32)，所述同步器G(35)连接变速行星排齿圈(31)、所述变速箱副箱支架(34)和所述输出轴(36)。
2.如权利要求1所述的多自由度动力换挡并联形式混合动力多挡变速箱，其特征在于：
所述发动机(1)一挡时：所述同步器D(17)，所述同步器C(16)，所述同步器A(12)工作，所述同步器E(23)啮合所述齿轮K(25)，所述同步器G(35)啮合所述变速箱副箱支架(34)，发动机动力经过所述齿轮H(20)、所述齿轮F(18)、所述齿轮E(15)、所述齿轮C(11)、所述齿轮B(10)、所述齿轮A(8)、所述齿轮K(25)和所述齿轮M(30)输出到所述变速箱主箱输出轴(29)，经过所述变速箱副箱模块(300)的减速后输出到所述输出轴(36)；
所述发动机(1)二挡时：所述同步器B(13)工作，所述同步器E(23)啮合所述齿轮K(25)，所述同步器G(35)啮合所述变速箱副箱支架(34)，发动机动力经过所述齿轮G(19)、所述齿轮D(14)、所述齿轮K(25)和所述齿轮M(30)输出到所述变速箱主箱输出轴(29)，经过所述变速箱副箱模块(300)的减速后输出到所述输出轴(36)；
所述发动机(1)三挡时：所述同步器D(17)工作，所述同步器F(24)啮合所述齿轮L(27)，所述同步器G(35)啮合所述变速箱副箱支架(34)，发动机动力经过所述齿轮H(20)、所述齿轮F(18)、所述齿轮L(27)和所述齿轮M(30)输出到所述变速箱主箱输出轴(29)，经过所述变速箱副箱模块(300)的减速后输出到所述输出轴(36)；
所述发动机(1)四挡时：所述同步器B(13)工作，所述同步器E(23)啮合所述齿轮J(22)，所述同步器G(35)啮合所述变速箱副箱支架(34)，发动机动力经过所述齿轮G(19)、所述齿轮D(14)、所述齿轮J(22)和所述齿轮N(37)输出到所述变速箱主箱输出轴(29)，经过所述变速箱副箱模块(300)的减速后输出到所述输出轴(36)；
所述发动机(1)五挡时：所述同步器D(17)工作，所述同步器F(24)啮合所述齿轮I(21)，所述同步器G(35)啮合所述变速箱副箱支架(34)，发动机动力经过所述齿轮H(20)、所述齿轮F(18)、所述齿轮I(21)和所述齿轮N(37)输出到所述变速箱主箱输出轴(29)，经过所述变速箱副箱模块(300)的减速后输出到所述输出轴(36)；
所述发动机(1)六挡时：所述同步器B(13)工作，所述同步器E(23)啮合所述齿轮K(25)，所述同步器G(35)啮合所述输出轴(36)，发动机动力经过所述齿轮G(19)、所述齿轮D(14)、所述齿轮K(25)和所述齿轮M(30)输出到所述变速箱主箱输出轴(29)，经过所述变速箱副箱模块(300)的减速后输出到所述输出轴(36)；
所述发动机(1)七挡时：所述同步器D(17)工作，所述同步器F(24)啮合所述齿轮L(27)，所述同步器G(35)啮合所述输出轴(36)，发动机动力经过所述齿轮H(20)、所述齿轮F(18)、所述齿轮L(27)和所述齿轮M(30)输出到所述变速箱主箱输出轴(29)，经过所述变速箱副箱模块(300)的减速后输出到所述输出轴(36)；
所述发动机(1)八挡时：所述同步器B(13)工作，所述同步器E(23)啮合所述齿轮J(22)，所述同步器G(35)啮合所述输出轴(36)，发动机动力经过所述齿轮G(19)、所述齿轮D(14)、所述齿轮J(22)和所述齿轮N(37)输出到所述变速箱主箱输出轴(29)，经过所述变速箱副箱模块(300)的减速后输出到所述输出轴(36)；
所述发动机(1)九挡时：所述同步器D(17)工作，所述同步器F(24)啮合所述齿轮I(21)，所述同步器G(35)啮合所述输出轴(36)，发动机动力经过所述齿轮H(20)、所述齿轮F(18)、所述齿轮I(21)和所述齿轮N(37)输出到所述变速箱主箱输出轴(29)，经过所述变速箱副箱模块(300)的减速后输出到所述输出轴(36)。
3.如权利要求1所述的多自由度动力换挡并联形式混合动力多挡变速箱，其特征在于：
所述电机(6)一挡时：所述同步器A(12)工作，所述同步器E(23)啮合所述齿轮K(25)，所述同步器G(35)啮合所述变速箱副箱支架(34)，电机动力经过所述齿轮B(10)、所述齿轮A(8)、所述齿轮K(25)和所述齿轮M(30)输出到所述变速箱主箱输出轴(29)，经过所述变速箱副箱模块(300)的减速后输出到所述输出轴(36)；
所述电机(6)二挡时，所述同步器C(16)工作，所述同步器F(24)啮合所述齿轮L(27)，所述同步器G(35)啮合所述变速箱副箱支架(34)，电机动力经过所述齿轮C(11)、所述齿轮E(15)、所述齿轮L(27)和所述齿轮M(30)输出到所述变速箱主箱输出轴(29)，经过所述变速箱副箱模块(300)的减速后输出到所述输出轴(36)；
所述电机(6)三挡时：所述同步器C(16)工作，所述同步器F(24)啮合所述齿轮I(21)，所述同步器G(35)啮合所述变速箱副箱支架(34)，电机动力经过所述齿轮C(11)、所述齿轮E(15)、所述齿轮H(21)和所述齿轮N(37)输出到所述变速箱主箱输出轴(29)，经过所述变速箱副箱模块(300)的减速后输出到所述输出轴(36)；
所述电机(6)四挡时：所述同步器C(16)工作，所述同步器F(24)啮合所述齿轮L(27)，所述同步器G(35)啮合所述输出轴(36)，电机动力经过所述齿轮C(11)、所述齿轮E(15)、所述齿轮L(27)和所述齿轮M(30)输出到所述变速箱主箱输出轴(29)，经过所述变速箱副箱模块(300)的减速后输出到所述输出轴(36)；
所述电机(6)五挡时：所述同步器C(16)工作，所述同步器F(24)啮合所述齿轮I(21)，所述同步器G(35)啮合所述输出轴(36)，电机动力经过所述齿轮C(11)、所述齿轮E(15)、所述齿轮L(27)和所述齿轮M(30)输出到所述变速箱主箱输出轴(29)，经过所述变速箱副箱模块(300)的减速后输出到所述输出轴(36)。
4.如权利要求1所述的多自由度动力换挡并联形式混合动力多挡变速箱，其特征在于：
倒挡时：所述电动机(6)反向工作，所述同步器C(16)工作，所述同步器F(24)啮合所述齿轮I(21)，所述同步器G(35)啮合所述输出轴(36)，电机动力经过所述齿轮C(11)、所述齿轮E(15)、所述齿轮I(21)和所述齿轮N(37)输出到所述变速箱主箱输出轴(29)，经过所述变速箱副箱模块(300)直接输出到所述输出轴(36)。
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