CN105196856A - 用于混合动力传动系的电动力传递单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动力传递单元，所述电动力传递单元用于向混合动力车辆的驱动轴传递动力，所述电动力传递单元包括：壳体(20)；斜齿轮(3)，所述斜齿轮(3)布置在所述壳体(20)中，用于向所述混合动力车辆的驱动轴提供动力；内部轴(4)，所述内部轴(4)布置在所述壳体(20)中，用于向所述混合动力车辆的驱动轴提供动力；其中，所述电动力传递单元包括电动机(1)，该电动机(1)与所述混合动力车辆的主动力源并联布置且布置在所述壳体(20)中，以经由所述斜齿轮(3)或所述内部轴(4)向所述驱动轴提供额外的动力。由此，实现了具有更好的燃油消耗和更具吸引力的动力性能的并联混合动力驱动功能。

Description

用于混合动力传动系的电动力传递单元

技术领域

本发明涉及一种动力传递单元，并且特别地，一种电动力传递单元，其不仅能够作为传统的机械动力传递单元将来自变速器的输出轴并且通过差速器壳体的动力传递到车辆的后轴，而且能够将来自在电动力传递单元中集成的电动机的额外的动力提供到驱动轴(前和/或后)以对所有类型(例如汽车领域中的前置前驱(FF)/前置后驱(FR)/全轮驱动(AWD))的传动系实施动力混合。

背景技术

动力传递单元在车辆领域中是公知的。传统的动力传递单元也可以理解为取力器，通常配置在四驱车辆的变速器后端，它只能从变速器后端取得发动机的动力然后传递到车辆的后轴，从而实现四轮驱动的功能。传统的动力传递单元是一种纯机械系统并且不能够向驱动轴提供额外的动力，而是仅仅传递变速器的输出动力。

传统的动力传递单元仅仅能够将动力传递到车辆的后轴，由此传动效率是低的。它不能够实现任何的额外的动力功能。

发明内容

传统的车辆横置(内燃机+变速器)驱动系统通常使用机械动力传递单元以将动力传递到后轴，从而实现后轮驱动或者全轮驱动。

本发明的目的在于通过将电动机集成到动力传递单元中以提供一种电动力传递单元，以向车辆的驱动轴(前和/或后)提供额外的动力。由此，能够实现具有更好的燃油消耗和更具吸引力的动力性能的并联混合动力驱动功能。

通过提供一种电动力传递单元实现了上述目的，所述电动力传递单元用于向混合动力车辆的驱动轴传递动力，所述电动力传递单元包括：壳体；斜齿轮，所述斜齿轮布置在所述壳体中，用于向所述混合动力车辆的驱动轴提供动力；和内部轴，所述内部轴布置在所述壳体中，用于向所述混合动力车辆的驱动轴提供动力；其特征在于，所述电动力传递单元包括电动机，该电动机与所述混合动力车辆的主动力源并联布置且布置在所述壳体中，以经由所述斜齿轮或所述内部轴向所述驱动轴提供额外的动力。

所述电动力传递单元具有作为减速器的齿轮组，所述电动机的输出轴连接到所述齿轮组。由此，所述电动机的输出能够得到减速。

所述齿轮组是行星齿轮组，所述电动机的输出轴连接到所述行星齿轮组的太阳轮。由此，行星齿轮组能够将动力通过联接元件和斜齿轮传递到车辆的驱动轴。

所述电动力传递单元具有机械控制元件，所述机械控制元件位于所述电动力传递单元的壳体和所述行星齿轮组的齿圈之间，用于锁定或释放所述齿圈。由此，当释放齿圈时，避免了与电动机的转子相连接的太阳轮的旋转。这将避免由于电动机中的转动部件导致的拖拽转矩损失。

所述电动力传递单元的输出轴与所述混合动力车辆的差速器的壳体直接连接。由此，减少部件的数量。

所述电动力传递单元的输出轴与车辆的传动差速器的壳体通过花键直接连接。由此，减少部件的数量并易于加工。

所述内部轴具有位于其中的联接元件，所述联接元件将斜齿轮和所述行星齿轮组的行星齿轮架连接或与其断开。由此，能够连接来自电动机的动力流或将其断开，以将车辆切换为两轮驱动模式或者四轮驱动模式。

所述联接元件是干式离合器、湿式离合器、卡爪离合器中的一种离合器。

所述联接元件被外部致动器控制，用于将来自电动机的电动力与所述车辆的前轴连接或与其断开。

所述内部轴能够定位成与所述电动力传递单元中的电动机同轴或者与其偏置。

所述内部轴在一端处与所述电动力传递单元的斜齿轮动力连接以将动力传递至斜齿轮，且在另一端处具有适配器以将动力直接传递至所述电动力传递单元的输出轴。

下面是本发明的一些与以前不同的混合动力驱动模式：

1.电驱动：从电动力传递单元的电动机产生动力以驱动车辆的驱动轴。

2.能量回收：电动力传递单元内部的电动机能够在制动期间和下坡滑行期间进行能量回收。

3.辅助驱动：电动力传递单元内部的电动机能够向驱动轴提供额外的动力。

4.发动机转矩分配(负荷点移位)：来自变速器输出轴的动力驱动车辆，同时通过动力传递单元(而不是通过路面)提供动力到电动机以进行发电。

总之，本发明的电动力传递单元能够实现一种具有更好的燃油经济性和更具吸引力的动力性能的并联混合动力驱动功能。

附图说明

在下面，将参考附图描述本发明的优选实施方式，其中所有附图中用相同的附图标记表示相同的或相似的部件，并且其中：

图1是示出根据本发明的电动力传递单元的结构的框图；

图2是示出具有根据本发明的电动力传递单元的整个驱动系结构的框图；

图3是示出了机械驱动模式下前驱动时的功率流的图；

图4是示出了机械驱动模式下全轮驱动时的功率流的图；

图5是示出了纯电动模式下后轮驱动时的功率流的图；

图6是示出了纯电动模式下全轮驱动时的功率流的图；

图7是示出了根据本发明的电动力传递单元在能量回收时的功率流的图；

图8是示出了带有根据本发明的电动力传递单元的车辆在辅助起动以及混合动力行驶时的功率流的图；并且

图9是示出了带有根据本发明的电动力传递单元的车辆在进行发电时的功率流的图。

具体实施方式

图1是示出了根据本发明的电动力传递单元的结构的框图。通过将电动机集成在传统的动力传递单元PTU中来构成该电动力传递单元ePTU。如图1所示，电动力传递单元ePTU包括电动机1、斜齿轮3以及内部轴4，这些构件都布置在电动力传递单元的壳体20中。电动机1与车辆的主动力源例如发动机并联连接并且为车辆提供额外的动力，并且斜齿轮3以及内部轴4用于将动力传递到车辆的驱动轴，例如前轴和/或后轴。电动力传递单元的输出轴通过联接部直接与车辆的驱动轴相连接，从而将动力传递到车辆的驱动轴。

电动机1可以是任意类型的电动机。在本实施例中，电动机1是内转子电动机，且包括转子1.1和位于转子1.1外部的定子1.2。并且，电动机1带有作为减速器的齿轮组2。

齿轮组2优选是行星齿轮组，该行星齿轮组包括太阳轮2.1、行星轮2.2、行星架2.3和齿圈2.4。电动机1的输出轴连接到行星齿轮组2的太阳轮2.1，太阳轮2.1经由行星轮2.2将动力传递到行星架2.3，行星架2.3与内部轴4连接。因此，动力能够从电动机1的输出轴经由行星齿轮组2传递到电动力传递单元的内部轴4且由此传递到斜齿轮3。

电动力传递单元还具有机械控制元件，例如制动元件6，该制动元件6能够锁定或者释放行星齿轮组2的齿圈2.4。制动元件6位于电动力传递单元的壳体20和行星齿轮组2的齿圈2.4之间。制动元件6释放齿圈2.4以避免与电动机1的转子1.1相连接的太阳轮2.1的旋转。这将避免由于电动机1中的转动部件导致的拖拽转矩损失。

内部轴4与斜齿轮3动力连接，优选地通过设置在内部轴4一端处的斜齿轮与斜齿轮3连接，从而可以将动力在内部轴4和斜齿轮3之间传递。内部轴4一体地形成。

替代地，联接元件5可以位于内部轴4中，从而将内部轴4分成多个部分。在内部轴4的一个部分的一端处设置有斜齿轮以与斜齿轮3连接，而另一个部分与行星齿轮组2的行星架2.3抗扭连接。因此，联接元件5将斜齿轮3和行星齿轮组2的行星架2.3相连接，由此能够将来自电动机1的动力流传递到斜齿轮3且将其断开，以切换车辆的两轮驱动模式或者四轮驱动模式。联接元件5能够是但不限于干式离合器、湿式离合器、卡爪离合器等。

联接元件5能够被外部致动器控制以进行连接或者断开连接，用于将电动力与车辆的前轴连接和断开。

内部轴4在另一端处具有适配器22，以直接连接到电动力传递单元的输出轴。内部轴4能够定位成与电动力传递单元中的电动机1同轴或者与其偏置。内部轴4不仅能够通过接合联接元件5以将动力提供至电动力传递单元的斜齿轮3，而且能够通过适配器将动力直接提供至与车辆的驱动轴相连的电动力传递单元的输出轴。

图2是示出具有根据本发明的电动力传递单元的整个驱动系的结构的框图。如图2所示，车辆包括电动力传递单元ePTU、变速器24、前差速器8和后差速器14，变速器24与前差速器8的壳体相连接。电动力传递单元的输出轴一方面经由联接部7连接到前差速器8的壳体并且另一方面连接到后差速器14的壳体，从而将动力传到车辆的前轴10和后轴16以使得前轮和后轮旋转，由此驱动车辆。具体地，电动机1的动力能够经由斜齿轮3和联接部7传递到前轴10，并且经过内部轴4传递到后轴16。然而，电动力传递单元在车辆中的布置不限于此。替代地，电动机1的动力能够经由斜齿轮3传递到车辆的后轴16，并且经过内部轴4传递到车辆的前轴10。

电动力传递单元的输出轴通过联接部7与前差速器8的壳体相连接，从而将动力传递到车辆的前轴10。优选地，联接部7是花键。

图3是示出了机械驱动模式下前驱动时的功率流的图。如图3所示，车辆利用来自发动机的机械动力行驶，并且制动元件6不起作用，由此释放齿圈2.4以避免与电动机1的转子1.1相连接的太阳轮2.1的旋转。联接元件5断开，电力与传动系断开，且来自发动机的动力经过变速器24、前差速器8传递到车辆的前轴10，从而驱动车辆。也就是说，通过传统的传动系仅实现了车辆的前轮驱动。

图4是示出了机械驱动模式下全轮驱动时的功率流的图。如图4所示，车辆以来自发动机的动力行驶，并且制动元件6不起作用即释放齿圈2.4，联接元件5连接，电力与传动系断开。来自发动机的动力一方面经过变速器24、前差速器8传递到车辆的前轴10，并且另一方面经过变速器24、前差速器8、联接部7、斜齿轮3、联接元件5和内部轴4传递到车辆的后轴16，从而驱动车辆。也就是说，通过传统的传动系实现了车辆的全轮驱动。

图5是示出了纯电动模式下后轮驱动时的功率流的图。如图5所示，制动元件6起作用以锁定行星齿轮组2的齿圈2.4，并且联接元件5断开。来自电动机1的电力经过齿轮组2和内部轴4到达车辆的后轴16，由此实现了车辆的后轮驱动。

图6是示出了纯电动模式下全轮驱动时的功率流的图。如图6所示，制动元件6起作用以锁定齿轮组2的齿圈2.4，并且联接元件5连接。来自电动机1的电力一方面经过齿轮组2、内部轴4和后差速器14到达后轴16，并且另一方面通过齿轮组2、联接元件5、斜齿轮3以及花键7和前差速器8到达前轴10，从而实现车辆的全轮驱动。

图7是示出了根据本发明的电动力传递单元在能量回收时的功率流的图。车辆在制动或者下坡滑行时进行能量回收。如图7所示，发动机的动力从传动系断开，并且制动元件6起作用以锁定齿圈2.4，联接元件5连接。来自前轮的动力经过前差速器8、斜齿轮3、联接元件5和齿轮组2传递到电动机1；另一方面，来自后轮的动力经过内部轴4和齿轮组2传递到电动机1。由此，电动机可以进行发电，即用作发电机。优选地，电动机可以连接到蓄电装置，以存储电能。

图8是示出了带有根据本发明的电动力传递单元的车辆在辅助起动以及混合动力行驶时的功率流的图。如图8所示，联接元件5连接，车辆利用来自主动力源并经过变速器24的动力作为主动力并且将来自电动机1的电动力作为额外动力进行起动或行驶，由此实现了混合动力模式。这减少了车辆的燃油消耗，由此降低了排放，并实现了快速起动。

图9是示出了带有根据本发明的电动力传递单元的车辆在发电时的功率流的图。如图9所示，联接元件5连接，来自变速器输出轴的转矩进行了多次分配。具体地，来自变速器输出轴的动力例如驱动前轮从而驱动车辆，同时通过电动力传递单元(而不是通过路面)被提供到电动机1以进行发电。进一步，来自变速器输出轴的动力可以在发电的同时驱动后轮。

总之，本发明的电动力传递单元能够实现如下的功率流：

1.车辆被来自变速器的输出轴的动力驱动(传统)

1.1制动元件6不起作用，联接元件5断开，电力与传动系断开，通过传统的传动系仅实现了前轮驱动；

1.2制动元件6不起作用，联接元件5连接，电力与传动系断开，通过传统的传动系实现了四轮驱动。

2.车辆被电动力传递单元中的电动机驱动(本发明)

2.1制动元件6起作用，联接元件5断开，来自电动机的电力经过齿轮组2、内部轴4到达后轴，由此实现了后轮驱动；

2.2制动元件6起作用，联接元件5连接，来自电动机的电力一方面经过齿轮组2、内部轴4到达后轴，并且另一方面通过齿轮组2、联接元件5、斜齿轮3以及花键7到达前差速器壳体，由此到达前轴，从而实现全轮驱动。

由此，与传统的动力传递单元相比，本发明能够实现具有更高的燃油经济性和更具吸引力的动力性能的并联混合动力驱动功能。

可以预期的是，在不脱离所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明做出各种变形和修改。

Claims (11)

1.一种电动力传递单元，所述电动力传递单元用于向混合动力车辆的驱动轴传递动力，所述电动力传递单元包括：

壳体(20)；

斜齿轮(3)，所述斜齿轮(3)布置在所述壳体(20)中，用于向所述混合动力车辆的驱动轴提供动力；

内部轴(4)，所述内部轴(4)布置在所述壳体(20)中，用于向所述混合动力车辆的驱动轴提供动力；和

其特征在于，所述电动力传递单元包括电动机(1)，该电动机(1)与所述混合动力车辆的主动力源并联布置且布置在所述壳体(20)中，以经由所述斜齿轮(3)或所述内部轴(4)向所述驱动轴提供额外的动力。

2.根据权利要求1所述的电动力传递单元，其特征在于，所述电动力传递单元具有作为减速器的齿轮组(2)，所述电动机(1)的输出轴连接到所述齿轮组(2)。

3.根据权利要求2所述的电动力传递单元，其特征在于，所述齿轮组(2)是行星齿轮组，所述电动机(1)的输出轴连接到所述行星齿轮组的太阳轮(2.1)。

4.根据权利要求3所述的电动力传递单元，其特征在于，所述电动力传递单元具有机械控制元件(6)，所述机械控制元件(6)位于所述电动力传递单元的壳体(20)和所述行星齿轮组的齿圈(2.4)之间，用于锁定或释放所述齿圈(2.4)。

5.根据权利要求1-4中的任一项所述的电动力传递单元，其特征在于，所述电动力传递单元的输出轴与所述混合动力车辆的差速器的壳体直接连接。

6.根据权利要求5所述的电动力传递单元，其特征在于，所述电动力传递单元的输出轴与车辆的传动差速器的壳体通过花键直接连接。

7.根据权利要求3或4所述的电动力传递单元，其特征在于，所述内部轴(4)具有位于其中的联接元件(5)，所述联接元件(5)将所述斜齿轮(3)和所述行星齿轮组的行星架(2.3)连接或与其断开。

8.根据权利要求7所述的电动力传递单元，其特征在于，所述联接元件(5)是干式离合器、湿式离合器、卡爪离合器中的一种离合器。

9.根据权利要求7所述的电动力传递单元，其特征在于，所述联接元件(5)被外部致动器控制，用于将来自电动机(1)的电动力与所述车辆的前轴(10)连接或与其断开。

10.根据权利要求1-4中的任一项所述的电动力传递单元，其特征在于，所述内部轴(4)能够定位成与所述电动力传递单元中的电动机(1)同轴或者与其偏置。

11.根据权利要求1-4中所述的电动力传递单元，其特征在于，所述内部轴(4)在一端处与所述电动力传递单元的斜齿轮(3)动力连接以将动力传递至斜齿轮(3)，且在另一端处具有适配器(22)以将动力直接传递至所述电动力传递单元的输出轴。