CN105172588A - 基于双离合变速器的并联式混合动力系统动力耦合模块 - Google Patents

Abstract

一种基于双离合变速器的并联式混合动力传动方案的动力耦合模块。传统双离合变速器包含2个离合器和2个动力输入轴，在双离合变速器变速齿轮传动部分基本不变的基础上，使电机代替一个离合器常连接变速器的一个输入轴；在另一个输入轴和发动机中间布置一个湿式离合器；在两个输入轴中间再布置一个锁环式同步器即可；由发动机向后，关键传动件的顺序为湿式离合器、锁环式同步器和电机。这样就构造了一个发动机和电机可以沿不同路径分别驱动车轮的并联式混合动力传动系统；虽然仅有一个湿式离合器，在发动机换挡的过程中也可以借助电机实现对车轮的无动力中断驱动。

Description

基于双离合变速器的并联式混合动力系统动力耦合模块

技术领域

本发明涉及一种并联式混合动力传动方案的动力耦合模块，此传动方案是基于传统双离合变速器设计而来的。

背景技术

由于能源短缺和环境污染，作为由传统汽车向纯电动汽车过渡中间产物的混合动力汽车逐渐成为汽车工业发展的重点。混合动力汽车分为串联式混合动力、并联式混合动力和混联式混合动力，并联式混合动力汽车由于其系统开销小、技术成本相对低廉，是各个汽车厂商发展的首选。并联式混合动力传动系统是一个中混合度传动系统，特点是只有一个高压电机。通常情况下，电机会布置在发动机和变速器中间。并联式混合动力传动系统最大的特点在于结构的继承性，其结构和传统汽车传动系统有很大的相似性，这样会尽量地减少成本的增加。

并联式混合动力传动系统变速器的类型一般为传统自动变速器（简称AT）、双离合变速器（简称DCT）或无级变速器（简称CVT），但很少采用电控机械自动变速器（简称AMT）。电控机械自动变速器在换挡时存在动力中断，电机如果不布置在变速器之后就不能缓解换挡的动力中断问题。而其他类型的变速器则不存在类似的情况，传统自动变速器、双离合变速器或无级变速器在换挡过程中都可以不存在动力中断。但是如果电机布置在发动机和变速器中间，为了使汽车能够工作在纯电动模式，一般在电机和发动机中间需要布置一个分离离合器。以双离合变速器为例，要保证无动力中断换挡，就必须在发动机和电机之间布置离合器。如此，变速器为双离合变速器的并联式混合动力驱动桥就需要3个离合器，势必造成结构的复杂和轴向尺寸的增加。

双离合变速器是基于传统手动挡变速器研发而来的，它存在2个离合器和2根输入轴，其中一组离合器和输入轴负责奇数挡，另一组离合器和输入轴负责偶数挡。当奇数挡传动时，偶数挡的同步器已经接合，由奇数挡切换到偶数挡只需要断开奇数挡离合器、接合偶数挡离合器即可；两个离合器的切换过程运用扭矩重叠控制可以使换挡过程没有动力中断，使换挡的舒适性和传动效率得到提高。

发明内容

本发明是基于双离合传动结构进行设计的。双离合变速器本身有2个离合器，本发明用一个电机替代其中的一个离合器，使电机转子常连接一个输入轴，然后在两个输入轴中间布置一个锁环式同步器即可。

更详细地说：原双离合变速器有2个输入轴，一个负责奇数挡位传动，一个负责偶数挡位传动；让其中一个输入轴与电机转子常连接，另一个输入轴与发动机之间布置离合器，并且在两个输入轴之间布置锁环式同步器。这样就与双离合类似，在发动机与变速器奇数挡相连时，电机则可以通过偶数挡进行传动，发动机由奇数挡切换到偶数挡的过程中，电机始终通过偶数挡对车轮进行驱动，整个发动机挡位切换的过程对车轮的驱动都是不间断的。

本发明虽说是基于双离合原理进行设计的，但是本发明却只含有一个离合器。本质上，本发明是通过双离合的工作原理解决了混合动力用AMT变速器的换挡动力中断问题。

附图说明

图1是基于双离合变速器的并联式混合动力系统动力耦合模块的原理框架图。

图2是基于双离合变速器的并联式混合动力系统动力耦合模块的实物轴向剖视图。

图3是基于双离合变速器的并联式混合动力系统动力耦合模块的实物径向剖视图。

在3幅附图中相同符号所代表的零件相同，其中ICE为发动机，1为发动机动力输入轴，2为变速器前端盖，3为电机转子前定位端盖，4为电机转子，5为电机定子，6为电机转子后固定端盖，7为前置锁环式同步器，8为湿式离合器，9为偶数挡输入轴，10为奇数挡输入轴，11为电机转子支架，12为圆螺母，13和14分别为变速器的2个输出齿轮轴，15为主减速器从动齿轮。在附图2和3的实物剖视图中又对前置锁环式同步器7和湿式离合器8进行了细化，其中7a为同步器锥体，7b为同步器锁环，7c为推力销，7d为结合套三叉支架，7e为同步器齿毂，7f为结合套，7g为拨叉脚滑道，7h为拨叉，7i为拨叉轴；8a为外片托架，8b为外离合器片，8c为离合器轴向移动活塞，8d为内离合器片，8e为内片托架，8f为离合器轴向固定活塞。

如今无论是在汽车的整车生产还是在汽车零件的生产中，模块化的概念都非常流行，模块化生产能够削减生产成本。在本发明中，动力耦合模块前是发动机，动力耦合模块后是和传统双离合变速器差别很小的变速齿轮传动模块。动力耦合模块前后都和传统汽车极为相似，所以3幅附图只展示了动力耦合模块。

附图1中，关于锁环式同步器的位置示意仅仅表示锁环式同步器的主体位置示意，具体的结构以附图2和附图3为准。

附图2和附图3所示的实物剖视图是以量产的横置式双离合变速器为基础来设计的，所以附图2和附图3中存在2个输出轴。之所以选用横置式双离合变速器为基础进行设计示意，是因为横置式双离合变速器的布置相对较难，选用横置双离合变速器进行示意更能说明本发明的结构紧凑性。本发明同样适用对纵置式双离合变速器的改进。

一般而言对于2个输入轴同轴的双离合变速器，外空心轴输入轴为偶数挡输入轴。所以本发明的所有附图示意中外空心轴为偶数挡输入轴，但是本发明不局限于此，也适用于外空心轴为奇数挡输入轴的情况。

具体实施方式

电机定子5经过绕线处理后通过螺栓固定在变速器壳体上，变速器前端盖2经过定位后通过螺栓固定在变速器壳体上，变速器前端盖2同时起到定位、密封和支撑的作用。因为并联式混合动力电机为高压电机，工作时需要对其进行冷却；一般而言对电机的冷却是通过变速器润滑油来实现的。与此同时，湿式离合器8和前置锁环式同步器7都需要冷却和润滑，故本发明把电机、前置锁环式同步器7和湿式离合器8集成在一起，运用油封和密封圈等把上述三者密封在变速器前端盖2内。

电机转子4由硅钢片叠压而成，内嵌永磁体之后通过周向布置的螺栓、电机转子前定位端盖3和电机转子后固定端盖6固定在电机转子支架11上，电机转子支架11通过过盈配合或焊接固定在前置锁环式同步器7的同步器齿毂7e上。电机转子4的轴向两端均需要有滚动轴承作为支撑，电机转子4的左边滚动轴承在变速器前端盖2和电机转子前定位端盖3中间；电机转子4的右面则借用偶数挡输入轴9和变速器壳体之间的滚动轴承作为支撑，在同步器齿毂7e和偶数挡输入轴9上存在相配合的锥面和渐开线花键，渐开线花键用来传动，锥面负责定位，同时再配合圆螺母12的压紧使同步器齿毂7e和偶数挡输入轴9牢牢固为一体，同时也保证了同轴度。这样就保证了电机转子4左右两侧的轴承支撑。

发动机动力输入轴1通过过盈配合或焊接和外片托架8a固定在一起，外片托架8a通过花键连接外离合器片8b，内离合器片8d同样通过花键连接内片托架8e，内片托架8e通过过盈配合或焊接的方式连接同步器锥体7a，同步器锥体7a通过渐开线花键的形式和奇数挡输入轴10连接。在同步器锥体7a和离合器轴向移动活塞8c之间存在回位弹簧，在湿式离合器8分离时，离合器轴向移动活塞8c在回位弹簧的作用下紧靠离合器轴向固定活塞8f；在湿式离合器8接合时，离合器轴向移动活塞8c在油压的作用下克服回位弹簧弹力紧压第一个内离合器片8d使各个内离合器片8d和外离合器片8b紧紧贴合，发动机ICE的动力由发动机动力输入轴1传到同步器锥体7a。

结合套三叉支架7d和结合套7f通过过盈配合或焊接的形式连接在一起，如附图2和附图3可以看出，在电机转子支架11上有3个孔道，结合套三叉支架7d三个分叉支架正好通过电机转子支架11的3个孔道。结合套三叉支架7d的分叉支架端可以通过螺钉或其它方式连接拨叉脚滑道7g。至此，结合套三叉支架7d、结合套7f和拨叉脚滑道7g三者固为一体，并可在拨叉7h的拨动下，沿偶数挡输入轴9轴向移动。

由于结合套7f和同步器齿毂7e通过渐开线花键常接合，而且结合套7f和电机转子支架11不允许存在轴向转动。所以同步器锥体7a必须和湿式离合器8接合，同步器齿毂7e必须和偶数挡输入轴9相连接，不能反向。

如附图2可以看出，电机转子4里面可以嵌入湿式离合器8，湿式离合器8的里面又可以嵌入前置锁环式同步器7，结构非常的紧凑。如果湿式离合器8换做干式离合器，或者前置锁环式同步器7换做离合器，那轴向尺寸和结构的复杂性都会增加。虽然增加了前置锁环式同步器7，但是并联式混合动力的倒挡多由电机反转实现，去掉机械倒挡就相当于把倒挡的同步器移到此处，控制倒挡同步器的油路直接用于控制前置锁环式同步器7即可，这样可以减小对油路系统的改动，使成本下降。

以下对本发明的换挡过程及工作模式进行简要的阐述。

当发动机ICE工作在1挡时，齿轮变速部分1挡同步器处于接合状态的同时湿式离合器8也处于闭合状态。此时和双离合变速器的原理相同，2挡的同步器提前接合，为下一步发动机ICE动力传动到2挡做准备。偶数挡输入轴9和电机转子4常连接，其整体的转动惯量相对较大；但由于电机转速可以得到精确的控制，所以在2挡同步器接合的时候，可以通过对电机转速的控制使2挡同步器两侧的转速差相对较小，使同步时间减小。

如果发动机ICE动力要切换到2挡，其相应的动作可以依次为：电机通过2挡齿轮向车轮继续传动、湿式离合器8分离、1挡同步器分离、前置锁环式同步器7接合、湿式离合器8接合。在整个过程中，由于电机在湿式离合器8分离过程中可以继续向车轮传动，不会产生动力中断。如果应用好的控制算法，可以使发动机ICE和电机的转矩之和变化得非常小，乘客可以感觉不到任何的换挡顿挫感，极大地提高了舒适性。而且在前置锁环式同步器7接合的过程中，由于其奇数挡输入轴10一侧的转动惯量小，可以很快地完成同步。

如果发动机ICE的动力传动要由2挡变换为3挡，其相应的动作次序可以依次为：电动机通过2挡齿轮向车轮继续传动、湿式离合器8分离、前置锁环式同步器7分离、3挡同步器接合、湿式离合器8接合。同样由于电机传动可以和发动机ICE的传动分开，在2挡切换到3挡的过程中，不存在动力中断。

发动机ICE此时工作在3挡，如果要降挡则2挡同步器继续接合；如果要升挡则2挡同步器分离，4挡同步器接合，此时电机就通过4挡进行传动了。

其他的换挡过程和前文类似，在此不再赘述。

本发明作为一种并联式混合动力传动方案可以实现并联式混合动力系统的所有工作模式，电机不仅仅在挡位切换时才工作。并联式混合动力传动系统的一般工作模式可以简单地分为3大类：纯电动模式、发动机和电机混合工作模式和纯发动机工作模式等。在此，不考虑制动能量回收的情况。

首先，在纯电动模式中，电机可以通过变速器的任何挡位进行传动。当电机通过变速器的偶数挡进行传动时，接合相应偶数挡位的同步器即可；当电机通过变速器的奇数挡进行传动时，接合相应奇数挡位的同步器和前置锁环式同步器7即可。以上阐述的只是理论的可能，实际运用因不同的控制策略而异。

其次，在发动机和电机混合工作模式中，电机可以在任何挡位驱动和充电。具体地说：当发动机ICE工作时，如果车辆前进时需要电机的辅助驱动，电机则协助发动机对车轮进行驱动；同样在发动机ICE工作时，如果电池的电量低，则发动机驱ICE动车轮的同时也可以驱动电机，使电机向电池充电。在发动机和电机混合工作模式中还有发动机ICE只驱动电机进行发电的情况，这样只需接合前置锁环式同步器7和湿式离合器8即可，变速齿轮传动部分的同步器均分离。如果电机也兼发动机的起动功能，同样只需接合前置锁环式同步器7和湿式离合器8即可。

最后纯发动机驱动模式和传统变速器类似，在此不再赘述。

Claims (10)

1.基于双离合变速器的并联式混合动力系统动力耦合模块是一种汽车并联式混合动力传动方案的发动机动力与电机动力相耦合动力耦合模块，和双离合变速器类似本混合动力系统的变速齿轮传动部分含有2个输入轴，他们分别是偶数挡输入轴（9）和奇数挡输入轴（10），偶数挡输入轴（9）常连接电机，在发动机（ICE）和奇数挡输入轴（10）之间布置湿式离合器（8）、偶数挡输入轴（9）和奇数挡输入轴（10）中间布置前置锁环式同步器（7）的主体传动部分，其特征在于：从变速器齿轮传动部分到发动机（ICE）其传动部件的顺序为电机、前置锁环式同步器（7）的主体传动部分和湿式离合器（8），同时前置锁环式同步器（7）的接合和分离是通过拨叉（7h）的轴向移动来控制的；变速器齿轮传动部分在变速器内壳体中，电机、前置锁环式同步器（7）和湿式离合器（8）在变速器内壳体外。

2.根据权利要求1所述的前置锁环式同步器（7），其具体的类型可以为：单锥面锁环式同步器、双锥面锁环式同步器、三锥面锁环式同步器、外锥面锁环式同步器。

3.根据权利要求1所述的核心传动部件布置顺序，前置锁环式同步器（7）主体传动部分的布置特征在于：前置锁环式同步器（7）的主体传动部分布置在电机和湿式离合器（8）中间，是有正反向区别的；同步器锥体（7a）和奇数挡输入轴（10）形成传动连接，同步器齿毂（7e）和偶数挡输入轴（9）形成传动连接。

4.根据权利要求3所述的前置锁环式同步器（7）主体传动部分的布置特征，其具体的连接传动布置结构特征为：内片托架（8e）与同步器锥体（7a）通过过盈配合或焊接形成传动连接，同步器锥体（7a）与奇数挡输入轴（10）通过渐开线花键形成传动连接；电机转子支架（11）与同步器齿毂（7e）通过过盈配合或焊接形成传动连接，同步器齿毂（7e）与偶数挡输入轴（9）通过渐开线花键形成传动连接。

5.根据权利要求1所述的核心传动部件布置顺序和权利要求3所述的前置锁环式同步器（7）主体传动部分布置方向特征，前置锁环式同步器（7）控制部分部件特征为：结合套（7f）和控制前置锁环式同步器（7）接合和分离的拨叉（7h）分布在电机转子支架（11）的两侧；且结合套（7f）与拨叉脚滑道（7g）采用分离式设计分布在电机转子支架（11）的两侧。

6.根据权利要求5所述的前置锁环式同步器（7）控制部分部件的位置分布，连接的特征在于：结合套（7f）和拨叉脚滑道（7g）通过结合套三叉支架（7d）连接为一体；电机转子支架（11）上存在与结合套三叉支架（7d）3个分叉支架相配的孔，结合套三叉支架（7d）通过电机转子支架（11）上的孔道前后连接结合套（7f）和拨叉脚滑道（7g）。

7.根据权利要求6所述的前置锁环式同步器（7）控制部分部件的连接特征，其部件之间具体的连接方式特征在于：结合套（7f）和结合套三叉支架（7d）左端通过过盈配合或焊接的方式连接；结合套三叉支架（7d）的3个分叉支架段通过螺栓连接的方式与拨叉脚滑道（7g）连接在一起。

8.根据权利要求1所述的核心传动部件布置顺序，电机转子（4）两端轴承支撑的特征在于：电机转子（4）的左边滚动轴承在变速器前端盖（2）和电机转子前定位端盖（3）中间，变速器前端盖（2）经过定位和密封后固定在变速器壳体上；电机转子（4）的右支撑则由偶数挡输入轴（9）与变速器壳体之间的轴承承担；电机转子支架（11）和同步器齿毂（7e）固为一体，在同步器齿毂（7e）和偶数挡输入轴（9）上存在相配合的锥面和渐开线花键，渐开线花键用来传动，锥面负责定位，同时再配合圆螺母（12）的压紧使同步器齿毂（7e）和偶数挡输入轴（9）牢牢固为一体，间接实现了电机转子（4）的右轴承支撑。

9.根据权利要求1至8所述的于双离合变速器的并联式混合动力系统动力耦合模块的结构特征，其发动机（ICE）运行特征在于：发动机（ICE）可在变速器的任何挡位运行；当发动机（ICE）运行在奇数挡位时，使相应奇数挡位的同步器和湿式离合器（8）都接合即可；当发动机（ICE）运行在偶数挡位时，使相应偶数挡位的同步器、前置锁环式同步器（7）和湿式离合器（8）都接合即可；其它未提及的同步器全部保持分离状态。

10.根据权利要求1至8所述的于双离合变速器的并联式混合动力系统动力耦合模块的结构特征，其电机运行特征在于：电机可在变速器的任何挡位运行；当电机运行在奇数挡位时，使相应奇数挡位的同步器和前置锁环式同步器（7）都接合即可；当电机运行在偶数挡位时，使相应偶数挡位的同步器接合即可；其它未提及的同步器和湿式离合器（8）全部保持分离状态。