CN105240462A - 动力换挡并联形式混合动力多挡变速箱 - Google Patents

动力换挡并联形式混合动力多挡变速箱 Download PDF

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Abstract

本发明属于车辆传动技术领域,具体涉及一种混合动力多挡变速箱。动力换挡并联形式混合动力多挡变速箱,它包括:发动机(101)、离合器(103)、电机(102)以及变速箱(104);其技术方案是:发动机(101)的动力通过离合器(103)后输入到发动机输入轴(301);电机(102)的动力输入到电机输入轴(305)。变速箱(104)由多自由定轴齿轮机构组成,可耦合发动机(101)与电机(102)的动力,并可实现7个匹配发动机的挡位和3个匹配电机的挡位。本发明可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。

Description

动力换挡并联形式混合动力多挡变速箱
技术领域
[0001] 本发明属于车辆传动技术领域,具体设及一种混合动力多挡变速箱。
背景技术
[0002] 混合动力技术具有降排放和油耗的优点,同时提高车辆动力性能,成为未来汽车 动力传动技术的发展方向。并联形式的混合动力优点在于:发动机的动力可W直接用来驱 动车辆,没有能量转换,能量损失小,结构简单;电机既可作为电动机使用,也可作为发电机 使用,且可W采用较小功率的电机,结构简单,成本低。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,实现制动能量回收;在低速W及起步工况,可实现纯电驱动工况。相比于串联 形式混合动力技术适合于低速,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W及特种车辆。
[0003] 根据电机的位置不同,并联式混合动力分为Ξ种:第一种是电机布置在变速箱的 离合器前面,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 布置在变速箱输出轴后面,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Ξ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禪合电机和发 动机的动力,实现混合动力和动力换挡功能。
[0004] 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。中国专利 200910215341.X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W实现混合动力功能。采用上述描述的第Ξ种电机布置形式的 动力换挡并联形式的混合动力技术方案,可W实现动力换挡,提高动力性能W及换挡舒适 性,并且可利用多自由度定轴齿轮机构实现多个匹配发动机挡位W及多个匹配电机挡位。
发明内容 阳005] 本发明提供一种动力换挡并联形式混合动力多挡变速箱,可实现动力换挡和混合 动力
[0006] 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。
[0007] 本发明的技术方案是: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W及变速箱; 阳00引变速箱包括:发动机输入轴、中间轴、电机动力输入轴W及变速箱输出轴;发动机 输入轴、电机动力输入轴W及变速箱输出轴同轴布置;变速箱输出轴上设有输出轴套轴; 中间轴与发动机输入轴平行布置,且中间轴上设有中间轴套轴AW及中间轴套轴B;发动机 输入轴连接齿轮C,电机动力输入轴连接齿轮A,输出轴套轴连接齿轮EW及齿轮G,中间轴 上连接齿轮B、齿轮L和同步器B,中间轴套轴A连接齿轮D和同步器D,中间轴套轴B连接 齿轮Η和齿轮J;变速箱输出轴上连接同步器A和同步器C;齿轮A与齿轮B晒合,齿轮C与 齿轮D晒合,齿轮E与齿轮F晒合,齿轮G与齿轮Η晒合,齿轮I与齿轮J晒合,齿轮Κ与齿 轮L晒合;同步器A向左晒合时连接齿轮C向右晒合时连接输出轴套轴,同步器Β向左晒合 时连接中间轴套轴B,同步器C向左晒合时连接齿轮I向右晒合时连接齿轮K,同步器D向 左晒合时连接齿轮F向右晒合时连接中间轴;
[0009] 发动机的动力通过离合器后输入到发动机输入轴;电机的动力输入到电机输入 轴,变速箱禪合发动机与电机的动力。
[0010] 有益效果:(1)本发明中发动机、离合器、电机、变速箱同轴布置,适合于传统车辆 动力系统,便于空间布置;多自由度定轴齿轮变速机构由6对齿轮机构,3. 5个同步器组成, 通过齿轮对的重复利用,可W提供7个匹配发动机的挡位,3个匹配电机的挡位。
[0011] (2)本发明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,提高动力性能和换挡舒适性。
[0012] (3)本发明采用电机挡位起步,降低了离合器起步的控制难度W及离合器的磨损, 提高了起步舒适性可车辆低速可控性;电动机与多自由度定轴齿轮变速机构提供电动倒挡 功能,取消了倒挡齿轮对,提高了齿轮机构的紧凑度。
[0013] (4)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。
[0014] 妨由于本发明存在多个匹配电机的挡化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;本发明功率传递路径简单,大多数档位下动力只经过两次齿轮晒 合输出,功率损失小,变速机构效率高。
[0015] (6)本发明匹配发动机的挡位换挡时,同步器所需的同步惯量小,有利于缩短换挡 时间,降低了同步器的负荷,提高同步器的寿命;电动机换挡时,可利用电机的转速调节功 能同步齿轮转速,改善换挡性能。
附图说明
[0016] 图1为本发明的传动简图。 阳017] 图2为发动机1挡、电机1挡时本发明的功率流图。 阳01引图3为发动机2挡、电机1挡时本发明的功率流图。
[0019] 图4为发动机3挡、电机1挡时本发明的功率流图。
[0020] 图5为发动机3挡、电机2挡时本发明的功率流图。
[0021] 图6为发动机4挡、电机2挡时本发明的功率流图。 阳02引图7为发动机5挡、电机2挡时本发明的功率流图。
[0023] 图8为发动机5挡、电机3挡时本发明的功率流图。
[0024] 图9为发动机6挡、电机3挡时本发明的功率流图。
[0025] 图10为发动机7挡、电机3挡时本发明的功率流图。 阳0%] 其中:101-发动机,102-电机,103-离合器,104-变速箱,201-同步器A,202-同 步器B,203-同步器C,204-同步器D,301-发动机输入轴,302-中间轴,303-中间轴套轴A, 304-中间轴套轴B,305-电机输入轴,306-输出轴套轴,307-变速箱输出轴,401-齿轮A, 402-齿轮B,403-齿轮C,404-齿轮D,405-齿轮E,406-齿轮F,407-齿轮G,408-齿轮H, 409-齿轮I,410-齿轮G,411-齿轮Κ,412-齿轮L。
具体实施方式
[0027] 参见附图1,动力换挡并联形式混合动力多挡变速箱,它包括:发动机101、离合器 103、电机102W及变速箱104 ;
[0028]变速箱104包括:发动机输入轴301、中间轴302、电机动力输入轴305W及变速箱 输出轴307 ;发动机输入轴301、电机动力输入轴305W及变速箱输出轴307同轴布置;变 速箱输出轴307上设有输出轴套轴306 ;中间轴302与发动机输入轴301平行布置,且中间 轴302上设有中间轴套轴A303W及中间轴套轴B304 ;发动机输入轴301连接齿轮C403, 电机动力输入轴305连接齿轮A401,输出轴套轴306连接齿轮E405W及齿轮G407,中间轴 302上连接齿轮B402、齿轮L412和同步器B202,中间轴套轴A303连接齿轮D404和同步器 D204,中间轴套轴B304连接齿轮H408和齿轮J410 ;变速箱输出轴307上连接同步器A201 和同步器C203 ;齿轮A401与齿轮B402晒合,齿轮C403与齿轮D404晒合,齿轮E405与齿 轮F406晒合,齿轮G407与齿轮H408晒合,齿轮1409与齿轮J410晒合,齿轮K411与齿轮 L412晒合;同步器A201向左晒合时连接齿轮C403向右晒合时连接输出轴套轴306,同步器 B202向左晒合时连接中间轴套轴B304,同步器C203向左晒合时连接齿轮1409向右晒合时 连接齿轮K411,同步器D204向左晒合时连接齿轮F406向右晒合时连接中间轴302 ;
[0029] 发动机101的动力通过离合器103后输入到发动机输入轴301 ;电机102的动力 输入到电机输入轴305,变速箱104禪合发动机101与电机102的动力。
[0030] 参见附图2,发动机1011挡时:同步器B202、同步器C203、同步器D204工作,同步 器B202晒合中间轴套轴B304,同步器C203晒合齿轮K411,同步器D204晒合齿轮F406 ;发 动机101动力经过离合器103、发动机输入轴301、齿轮C403、齿轮D404、中间轴套轴A303、 同步器D204、齿轮F406、输出轴套轴306、齿轮G407、齿轮H408、同步器B202、中间轴302、齿 轮L412、齿轮K411、同步器C203、最后由变速箱输出轴307输出。
[0031] 参见附图3,发动机1012挡时:同步器C203、同步器D204工作,同步器C203晒合齿 轮K411,同步器D204晒合中间轴302 ;发动机101动力经过离合器103、发动机输入轴301、 齿轮C403、齿轮D404、中间轴套轴A303、同步器D204、中间轴302、齿轮L412、齿轮K411、同 步器C203、最后由变速箱输出轴307输出。
[0032] 参见附图4、5,发动机1013挡时:同步器A201、同步器D204工作,同步器A201晒 合齿轮E405,同步器D204晒合中间轴套轴A303 ;发动机101动力经过离合器103、发动机 输入轴301、齿轮C403、齿轮D404、中间轴套轴A303、同步器D204、齿轮F406、齿轮40祀、同 步器A201、最后由变速箱输出轴307输出。
[0033] 参见附图6,发动机1014挡时:同步器A201、同步器B202、同步器D204工作,同步 器A201晒合齿轮E405,同步器B202晒合中间轴套轴B304,同步器D204晒合中间轴302 ;发 动机101动力经过离合器103、发动机输入轴301、齿轮C403、齿轮D404、中间轴套轴A303、 同步器D204、中间轴302、同步器B202、中间轴套轴B304、齿轮H408、齿轮G407、输出轴套轴 306、同步器A201、最后由变速箱输出轴307输出。
[0034] 参见附图7、8,发动机1015挡时:同步器A201工作,同步器A201晒合发动机输入 轴301 ;发动机101动力经过离合器103、发动机输入轴301、同步器A201、最后由变速箱输 出轴307输出。
[0035] 参见附图9,发动机1016挡时:同步器C203、同步器D204工作,同步器C203晒合 齿轮1409,同步器D204晒合中间轴套轴A303 ;发动机101动力经过离合器103、发动机输 入轴301、齿轮C403、齿轮D404、中间轴套轴A303、同步器D204、齿轮F406、齿轮E405、输出 轴套轴B306、齿轮G407、齿轮H408、中间轴套轴B304、齿轮G410、齿轮K411、同步器C203、最 后由变速箱输出轴307输出。
[0036] 发动机1017挡时:同步器8202、同步器〔203工作,同步器0204工作,同步器8202 晒合中间轴套轴B304,同步器C203晒合齿轮1409,同步器D204晒合中间轴302 ;发动机 101动力经过离合器103、发动机输入轴301、齿轮C403、齿轮D404、中间轴套轴A303、同步 器D204、中间轴302、同步器B202、中间轴套轴B304、齿轮G410、齿轮1409、同步器C203、最 后由变速箱输出轴307输出。
[0037] 参见附图2、3、4,电机1021挡时:同步器C203工作,同步器C203晒合齿轮K411 ; 电机动力经过电机输入轴305、齿轮A401、齿轮B402、中间轴302、齿轮L412、齿轮K411、同 步器C203、最后由变速箱输出轴307输出。 阳03引参见附图5、6、7,电机1022挡时:同步器A201、同步器B202工作,同步器A201晒 合输出轴套轴306,同步器B202晒合中间轴套轴B304 ;电机动力经过电机输入轴305、齿轮 A401、齿轮B402、中间轴302、同步器B202、中间轴套轴B304、齿轮H408、齿轮G407、同步器 A201、最后由变速箱输出轴307输出。
[0039] 参见附图8、9、10,电机1023挡时:同步器B202、同步器C203工作,同步器B202晒 合中间轴套轴B304,同步器C203晒合齿轮1409 ;电机动力经过电机输入轴305、齿轮A401、 齿轮B402、中间轴302、同步器B202、中间轴套轴B304、齿轮G410、齿轮1409、同步器C203、 最后由变速箱输出轴307输出。
[0040] 参见附图2、3、4,倒1挡时:电机102反转,同步器C203工作,同步器C203晒合齿 轮K411 ;电机动力经过电机输入轴305、齿轮A401、齿轮B402、中间轴302、齿轮L412、齿轮 K411、同步器C203、最后由变速箱输出轴307输出。 阳04U 参见附图5、6、7,倒2挡时:电机102反转,同步器A201、同步器B202工作,同步 器A201晒合输出轴套轴306,同步器B202晒合中间轴套轴B304 ;电机动力经过电机输入 轴305、齿轮A401、齿轮B402、中间轴302、同步器B202、中间轴套轴B304、齿轮H408、齿轮 G407、同步器A201、最后由变速箱输出轴307输出。
[0042] 参见附图8、9、10,倒3挡时:电机102反转,同步器B202、同步器C203工作,同步 器B202晒合中间轴套轴B304,同步器C203晒合齿轮1409 ;电机动力经过电机输入轴305、 齿轮A401、齿轮B402、中间轴302、同步器B202、中间轴套轴B304、齿轮G410、齿轮1409、同 步器C203、最后由变速箱输出轴307输出。
[0043] 参见附图2、3,发动机1011挡升2挡换挡过程为:换挡前发动机1011挡工作,电 机1021挡工作;换挡过程中,发动机101降负荷,离合器103分离,同步器D204从晒合齿轮 F406切换到晒合中间轴302,同步器B202断开晒合,离合器103接合,发动机101输出动力; 换挡过程中电机102工作在电机1挡,处于峰值转矩工况,为发动机101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101工作在2挡,电机102依然工作在1挡。
[0044] 参见附图4、5,电机1021挡升2挡换挡过程为:换挡前发动机1013挡工作,电机 1021挡工作;换挡过程中,电机102降负荷,同步器C203断开晒合,不再工作,同步器B202 工作,同步器B202晒合中间轴套轴B304 ;换挡过程中,电机102主动调速,协调快速换挡, 发动机101提供转矩支持,实现了动力换挡;换挡结束后,发动机101工作在3挡,电机102 工作在2挡。
[0045] 其他的挡位的动力换挡过程实施类似。
[0046] 下表为传动方案换挡操纵逻辑表,其中,♦---在某个挡位下发动机动力传递过 程中单独使用的操纵元件,▲---带某个挡位下电机动力传递过程中单独使用的操纵元 件,·---在某个挡位下发动机和电机动力传递过程中共同使用的操纵元件。
[0047]
Figure CN105240462AD00081

Claims (6)

1•动力换挡并联形式混合动力多挡变速箱,它包括:发动机(101)、离合器(103)、电机 (102)以及变速箱(104);其特征在于: 所述变速箱(104)包括:发动机输入轴(301)、中间轴(302)、电机动力输入轴(305)以 及变速箱输出轴(307);所述发动机输入轴(301)、所述电机动力输入轴(305)以及所述变 速箱输出轴(307)同轴布置;所述变速箱输出轴(307)上设有输出轴套轴(306);所述中 间轴(302)与所述发动机输入轴(301)平行布置,且所述中间轴(302)上设有中间轴套轴 A(303)以及中间轴套轴B (304);所述发动机输入轴(301)连接齿轮C(403),所述电机动力 输入轴(305)连接齿轮A (401),所述输出轴套轴(306)连接齿轮E (405)以及齿轮G (407), 所述中间轴(302)上连接齿轮B (402)、齿轮L(412)和同步器B (202),所述中间轴套轴 A(303)连接齿轮D(404)和同步器D(204),所述中间轴套轴B(304)连接齿轮H(408)和齿轮 J(410);所述变速箱输出轴(307)上连接同步器A(201)和同步器C(203);所述齿轮A(401) 与所述齿轮B (402)啮合,所述齿轮C (403)与所述齿轮D (404)啮合,所述齿轮E (405)与所 述齿轮F (406)啮合,所述齿轮G (407)与所述齿轮H (408)啮合,所述齿轮I (409)与所述齿 轮J (410)啮合,所述齿轮K (411)与所述齿轮L (412)啮合;所述同步器A (201)向左啮合时 连接所述齿轮C(403)向右啮合时连接所述输出轴套轴(306),所述同步器B(202)向左啮合 时连接所述中间轴套轴B (304),所述同步器C (203)向左啮合时连接所述齿轮I (409)向右 啮合时连接所述齿轮K(411),所述同步器D(204)向左啮合时连接所述齿轮F(406)向右啮 合时连接所述中间轴(302); 所述发动机(101)的动力通过所述离合器(103)后输入到所述发动机输入轴(301); 所述电机(102)的动力输入到所述电机输入轴(305),所述变速箱(104)耦合所述发动机 (101)与所述电机(102)的动力。
2.如权利要求1所述的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(101) 1挡时:所述同步器B (202)、所述同步器C (203)、所述同步器D (204) 工作,所述同步器B (202)啮合所述中间轴套轴B (304),所述同步器C (203)啮合所述齿轮 K (411),所述同步器D (204)啮合所述齿轮F (406); 所述发动机(101)2挡时:所述同步器C(203)、所述同步器D(204)工作,所述同步器 C (203)啮合所述齿轮K (411),所述同步器D (204)啮合所述中间轴(302); 所述发动机(101)3挡时:所述同步器A(201)、所述同步器D(204)工作,所述同步器 A (201)啮合所述齿轮E (405),所述同步器D (204)啮合所述中间轴套轴A (303); 所述发动机(101) 4挡时:所述同步器A (201)、所述同步器B (202)、所述同步器D (204) 工作,所述同步器A (201)啮合所述齿轮E (405),所述同步器B (202)啮合所述中间轴套轴 B (304),所述同步器D (204)啮合所述中间轴(302); 所述发动机(101)5挡时:所述同步器A(201)工作,所述同步器A(201)啮合所述齿轮 C (403); 所述发动机(101)6挡时:所述同步器C(203)、所述同步器D(204)工作,所述同步器 C (203)啮合所述齿轮I (409),所述同步器D (204)啮合所述中间轴套轴A (303); 所述发动机(101)7挡时:所述同步器B(202)、所述同步器C(203)工作,所述同步器 D (204)工作,所述同步器B (202)啮合所述中间轴套轴B (304),所述同步器C (203)啮合所 述齿轮I (409),所述同步器D (204)啮合所述中间轴(302)。
3. 如权利要求1所述的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(102)1挡时:所述同步器C(203)工作,所述同步器C(203)啮合所述齿轮 K(411); 所述电机(102)2挡时:所述同步器A(201)、所述同步器B(202)工作,所述同步器 A (201)啮合所述输出轴套轴(306),所述同步器B (202)啮合所述中间轴套轴B (304); 所述电机(102)3挡时:所述同步器B(202)、所述同步器C(203)工作,所述同步器 B (202)啮合所述中间轴套轴B (304),所述同步器C (203)啮合所述齿轮I (409)。
4. 如权利要求1所述的动力换挡并联形式混合动力多挡变速箱,其特征在于: 倒1挡时:所述电机(102)反转,所述同步器C(203)工作,所述同步器C(203)啮合所 述齿轮K(411); 倒2挡时:所述电机(102)反转,所述同步器A(201)、所述同步器B(202)工作,所述同 步器A (201)啮合所述输出轴套轴(306),所述同步器B (202)啮合所述中间轴套轴B (304); 倒3挡时:所述电机(102)反转,所述同步器B(202)、所述同步器C(203)工作,所述同 步器B (202)啮合所述中间轴套轴B (304),所述同步器C (203)啮合所述齿轮I (409)。
5. 如权利要求1所述的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(101) 1挡升2挡换挡过程为:换挡前所述发动机(101) 1挡工作,所述电机 (102)1挡工作;换挡过程中,所述发动机(101)降负荷,所述离合器(103)分离,所述同步 器D (204)从啮合所述齿轮F (406)切换到啮合所述中间轴(302),所述同步器B (202)断开 啮合,所述离合器(103)接合,所述发动机(101)输出动力;换挡结束后,所述发动机(101) 工作在2挡,电机(102)依然工作在1挡。
6. 如权利要求1述的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(102)1挡升2挡换挡过程为:换挡前所述发动机(101)3挡工作,所述电机 (102)1挡工作;换挡过程中,所述电机(102)降负荷,所述同步器C(203)断开啮合,不再工 作,所述同步器B(202)工作,所述同步器B(202)啮合所述中间轴套轴B(304);换挡过程 中,所述电机(102)主动调速,所述发动机(101)提供转矩支持;换挡结束后,所述发动机 (101)工作在3挡,所述电机(102)工作在2挡。
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