CN104879451A - 一种具有三自由度和双中间轴的混合动力车用机电复合传动总成 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有三自由度和双中间轴的混合动力车用机电复合传动总成，具有轴线平行布置的输入轴、第一中间轴、第二中间轴、输出轴和电机。为了实现内燃机动力和电机动力的多种模式耦合和切换，本发明通过设置同步器切换机构将上述轴系连同所属常啮合齿轮分割为三个相互可以构成可选驱动连接的独立旋转自由度，以满足混合动力车辆不同工况对动力的需求。与现有技术相比，本发明在充分保留纵置变速箱传统单中间轴结构形式的基础上，改动小，兼容性好；另一方面为电机提供了不同速比的档位，且根据需要电机可灵活布置在多个位置，能有效满足混合动力使用工况需求，实用性好，性价比高。

Description

一种具有三自由度和双中间轴的混合动力车用机电复合传动总成

技术领域

本发明涉及发动机纵置的汽车传动总成，尤其是涉及一种具有三自由度和双中间轴的混合动力车用机电复合传动总成。

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。

在混合动力车辆技术领域，通过增加电机实现机电功率混合驱动车辆的技术方案是众所周知的，并已提出各种“机电复合传动总成”的结构形式。

如发明专利(CN200580017789.0)所公开的传动方案，但是该发明在结构实现中难度很大，电机的功率容量受到空间的限制不能增加，而且电机紧邻发动机，工作环境较恶劣，此外因为电机引入后，现有离合器结构不能直接采用，这增加了系统集成的难度。

申请号为200910051565.1和申请号为200910053700.6 的专利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和径向空间尺寸增加问题。其中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。径向空间是垂直变速器输入轴方向的尺寸空间，该方向主要受发动机舱周向空间的限制。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200910197054.0的专利所公开的一种三中间轴式有源传动装置，虽然减小了换挡过程中的动力中断，同时其结构简单、轴向空间尺寸紧凑，但是该装置重点针对横置前驱变速箱，其径向空间尺寸依然较大，对于纵置变速箱的实施具有局限性。

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虽然重点针对纵置变速箱的结构，同时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。但是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。

综上分析，针对发动机纵置布置车辆，在尽可能保持既有变速器齿轴轴向和纵向布局的前提下，引入电驱动功率，并有效与发动机的功率输出进行耦合是当前的技术难点。

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紧凑、继承性好、性价比高的混合动力车用机电复合传动总成。

为达到本发明的目的，本发明可以通过以下技术方案实现：

一种具有三自由度和双中间轴的混合动力车用机电复合传动总成，包括有轴线平行布置的输入轴、第一中间轴、第二中间轴、输出轴和电机。所述的输入轴和输出轴同轴布置且盲端相互支撑，该输入轴与第一中间轴彼此通过常啮合齿轮副旋转驱动连接，连同其上的固结齿轮及与固结齿轮常啮合的空套齿轮构成输入自由度。所述的输出轴连同其上的固结齿轮及与固结齿轮常啮合的空套齿轮构成输出自由度，该输出轴上布置有至少一个固结齿轮。所述的第二中间轴通过常啮合齿轮副与电机旋转驱动连接，构成电机转子自由度。通过布置于输出轴和/或第一中间轴上的空套齿轮和同步器，输出自由度与输入自由度之间具有至少两个可切换传动档位，包括可选的倒档。所述的第二中间轴上设置一个同步器和两个空套齿轮，所述空套齿轮分别与布置于输出轴上的固结齿轮和隶属于输入自由度的任一齿轮常啮合旋转驱动连接，所述齿轮包括空套齿轮和固结齿轮。

所述布置于输出轴上的与第二中间轴上空套齿轮连接的固结齿轮同时与布置于第一中间轴上的一空套齿轮常啮合驱动连接。

对于动力在变速器中的功率传递方向，本发明提供两种方案：

（                                                ）所述的输入轴通过离合器与发动机旋转驱动连接，输出轴通过差速器与车轮驱动连接；

（）所述的输出轴通过离合器与发动机旋转驱动连接，输入轴通过差速器与车轮驱动连接。

对于布置在输出轴或第一、第二中间轴上的同步器操纵方式，本发明提供两种方案：

（）所述布置于第二中间轴上的同步器由控制器自动操纵，布置于输出轴或者第一中间轴上的同步器设置成手动操纵；

（）所述布置于第二中间轴上的同步器由控制器自动操纵，布置于输出轴或者第一中间轴上的同步器同样设置成由控制器自动操纵。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

 充分利用了传统车用三轴式变速器的齿轴布置特点完成功率耦合，基础变速器的改动小、继承性好，轴系布置以及支撑方式简单可靠；

 电机传动速比配置灵活，通过对第二中间轴上两个空套齿轮的切换，就形成了对电机输出转矩的切换，能够同时解决传统变速器换挡动力中断问题和电机与发动机共同工作问题；

 结合纵置变速器的特点，将电机布置于变速器末端，可以充分利用轴向空间，特别适合在纵置后驱车辆上实现全功能并联式混合动力。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为实施例1提出的机电复合传动总成结构示意图；

图3为本发明实施例1中混合动力车辆的爬坡度曲线图；

图4为本发明实施例2中的结构示意图；

图5为本发明实施例3中的结构示意图；

图6为本发明实施例4中的结构示意图。

附图中标号说明：

a——输入轴；        b、d——输入轴与第一中间轴之间的常啮合齿轮；

c——第一中间轴；    e——输出轴固结齿轮；

f——输出轴；        g、p——第二中间轴上空套齿轮；

h、m——电机与第二中间轴之间的常啮合齿轮；

j——第二中间轴；    k——电机；

n——第二中间轴档位切换同步器；

1——输出轴档齿轮；        2——输出轴档齿轮；

3——/档同步器；         4——第一中间轴档齿轮；

5——第一中间轴档齿轮；    6——第一中间轴档齿轮；

7——输出轴档同步器；      8——第一中间轴档齿轮；

9——输出轴档齿轮；       10——输出轴档齿轮；

11——第一中间轴/档惯性同步器。

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

本发明提供了一种具有三自由度和双中间轴的混合动力车用机电复合传动总成，其结构如附图1所示。

（1）从功能上划分，本发明中机电复传动首先应在与发动机连接的输入轴和与车轮连接的输出轴之间建立充分有效的可选传动比，这主要沿用传统的三轴式变速器。首先包括输入轴a、第一中间轴c、输入轴至第一中间轴传动的常啮合齿轮副b和d、输出轴f、输出轴固结齿轮e。其次包括构成输入轴和输出轴不同档位速比的各档主从动齿轮副和同步器，齿轮副和同步器的数量和布置方式可能根据实际情况有所不同（例如在本实施例中，三轴式变速器一共有五个档位，输出轴档齿轮1、输出轴档齿轮10、/档同步器3、档同步器7均固结在输出轴f上；第一中间轴档齿轮4、第一中间轴档齿轮8、/档同步器11均固结在第一中间轴c上；输出轴档齿轮2、输出轴档齿轮9均空套在输出轴f上；第一中间轴档齿轮5、第一中间轴档齿轮6均空套在第一中间轴c上）。

各传动副之间的主要结构特征为：输入轴a和输出轴f同轴布置且盲端相互支撑；输入轴a与第一中间轴c彼此通过常啮合齿轮副b、d旋转驱动连接，连同其上的固结齿轮及与固结齿轮常啮合的空套齿轮构成输入自由度；输出轴f连同其上的固结齿轮及与固结齿轮常啮合的空套齿轮构成输出自由度。通过布置于输出轴f和/或第一中间轴c上的空套齿轮和同步器，输出自由度与输入自由度之间具有至少两个可切换传动档位，包括可选的倒档。

（2）此外本发明中机电复传动应能实现电机输出功率与发动机功率的有效耦合。这部分主要涉及第二中间轴j、电机k、第二中间轴空套齿轮g和p、电机至第二中间轴固结齿轮h和m、第二中间轴档位切换同步器n。

本发明中设置了第二中间轴j就是为了实现电机动力与发动机动力的可切换耦合。第二中间轴j通过常啮合齿轮副h、m与电机k旋转驱动连接，构成电机转子自由度。第二中间轴j上设置一个同步器n和两个空套齿轮g、p，所述空套齿轮分别与布置于输出轴f上的固结齿轮e和隶属于输入自由度的任一齿轮常啮合旋转驱动连接，所述齿轮包括空套齿轮和固结齿轮。

（3）本发明所述三个自由度分别对应输入轴和第一中间轴构成的输入自由度、输出自由度和电机转子自由度。

本发明通过第二中间轴为电机的动力提供了两种与发动机动力的耦合路径，分别称为SO、SI动力传输路径。具体来说，在SO下，电机动力传输方向为：k→m→h→j→p→e→f；在SI下，电机动力传输方向为：k→m→h→j→g→9→8→c→[4/5/6/(d→b→a)] →(2/1/10/3) →f。通过对电机的工作模式在SO/SI状态下切换以适应混合动力汽车的不同工作模式。

基于上述实施例技术方案，车辆可选工作模式可以结合表1进一步阐述：

考虑将本实施例1安装到一发动机纵置后驱混合动力车辆上，并设定如下参数：

由实施例1的结构示意图（附图2）可知要使得电机与发动机动力能够在各自转速区间实现最大宽度耦合，电机至变速箱输入轴的传动比：

由电机最高转速（9000r/min）与发动机最高转速（5200r/min）之比来确定，即

。

纯电动行驶时电机到车轮处的传动比为：

纯电动行驶最高车速设计为Vev_max=110km/h，则

因此：

根据传统三轴式变速器的速比，利用实施例1的设计加上电机驱动功率后的混合动力车辆的爬坡度曲线如附图3所示。

足见，本发明很好地解决了发动机和电动机功率耦合问题，并能在整个车辆使用工况范围内最大限度地保证两个动力源均处于有利的转矩转速工作点上，具有很好的实施性。

实施例2

本实施例在结构上大体与实施例1类似，本实施例的改进在于：

如附图4所示，布置于输出轴f上固结齿轮e同时与第二中间轴j上的空套齿轮和布置于第一中间轴c上的空套齿轮常啮合驱动连接。即将固结齿轮e与输出轴上的特定档位从动齿轮重用，使得结构上更简单、轴向更加紧凑。

实施例3

本实施例在结构上大体与实施例1类似，本实施例的改进在于：

如附图5所示，输出轴f通过离合器与发动机旋转驱动连接，输入轴a通过差速器与车轮驱动连接。

该实施例与实施例1相比，除了固结齿轮e与轴f固结外，其余齿轮均空套在轴f上，使得能量利用率得到提高。

实施例4

本实施例在结构上大体与实施例2类似，本实施例的改进在于：

如附图6所示，用第一中间轴上的固结齿轮1代替实施例2中的布置于输出轴f上固结齿轮e的功能，即固结齿轮1同时与第二中间轴j上的空套齿轮p和布置于第一中间轴c上的空套齿轮5常啮合驱动连接。

第二中间轴上的空套齿轮g通过输入轴与第一中间轴之间的常啮合齿轮b、d将电机动力传递至第一中间轴，从而实现电机动力的SI传递路径。

本实施例通过将电机SO、SI动力传递路径中的从动齿轮与特定档位从动齿轮重用，使得结构上比实施例2更简单、轴向更加紧凑。

Claims (6)

1.一种具有三自由度和双中间轴的混合动力车用机电复合传动总成，其特征在于：

具有轴线平行布置的输入轴（a）、第一中间轴（c）、第二中间轴（j）、输出轴（f）和电机（k），其中：

输入轴（a）和输出轴（f）同轴布置且盲端相互支撑；

输入轴（a）与第一中间轴（c）彼此通过常啮合齿轮副（b、d）旋转驱动连接，连同其上的固结齿轮及与固结齿轮常啮合的空套齿轮构成输入自由度；

输出轴（f）连同其上的固结齿轮及与固结齿轮常啮合的空套齿轮构成输出自由度；输出轴上布置有至少一个固结齿轮（e）；

第二中间轴（j）通过常啮合齿轮副（h、m）与电机（k）旋转驱动连接，构成电机转子自由度；

通过布置于输出轴（f）和/或第一中间轴（c）上的空套齿轮和同步器，输出自由度与输入自由度之间具有至少两个可切换传动档位，包括可选的倒档；

第二中间轴（j）上设置一个同步器（n）和两个空套齿轮（g、p），所述空套齿轮（g、p）分别与布置于输出轴（f）上的固结齿轮（e）和隶属于输入自由度的任一空套或固结齿轮常啮合旋转驱动连接。

2.如权利要求1所述的一种具有三自由度和双中间轴的混合动力车用机电复合传动总成，其特征在于：

布置于所述输出轴（f）上的与所述第二中间轴（j）上空套齿轮连接的固结齿轮（e）同时与布置于所述第一中间轴（c）上的一空套齿轮常啮合驱动连接。

3.如权利要求1所述的一种具有三自由度和双中间轴的混合动力车用机电复合传动总成，其特征在于：

所述输入轴（a）通过离合器与发动机旋转驱动连接，所述输出轴（f）通过差速器与车轮驱动连接。

4.如权利要求1所述的一种具有三自由度和双中间轴的混合动力车用机电复合传动总成，其特征在于：

所述输出轴（f）通过离合器与发动机旋转驱动连接，所述输入轴（a）通过差速器与车轮驱动连接。

5.如权利要求1所述的一种具有三自由度和双中间轴的混合动力车用机电复合传动总成，其特征在于：

布置于所述第二中间轴（j）上的同步器由控制器自动操纵，布置于所述输出轴（f）或者所述第一中间轴（c）上的同步器设置成手动操纵。

6.如权利要求1所述的一种具有三自由度和双中间轴的混合动力车用机电复合传动总成，其特征在于：

布置于所述第二中间轴（j）上的同步器由控制器自动操纵，布置于所述输出轴（f）或者所述第一中间轴（c）上的同步器同样设置成由控制器自动操纵。