CN108394264B - 一种四档混合动力总成 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽车混合动力变速技术领域，具体公开了一种四档混合动力总成。动力总成包括动力机构、三个输入轴构件、三个行星排、三个制动器和两个离合器，采用三个行星排、三个制动器和二个离合器的方案实现四个前进档，实现变速装置不同档位的切换，同时具有动力耦合功能本发明通过制动器以及离合器，并且三个行星排中的齿圈的齿数与所述太阳轮的齿数之比在1.5～3.5范围内，有利于三个行星排的径向尺寸缩小，同时获得整体性能较优的混合动力传动比特性方案。

Description

一种四档混合动力总成
技术领域
本发明涉及汽车混合动力变速技术领域，具体公开了一种四档混合动力总成。
背景技术
随着世界经济的发展，各个国家对环保要求越来越严格，汽车作为污染和能源消耗的重要组成部分，降低油耗是当前急需解决的问题，传动作为汽车的重要组成部分，与汽车的油耗和污染有很大关系，目前混合动力技术已经比较成熟，但商用车领域所需求的功率大、体积小、重量轻的电机尚未批量生产使用，电机功率不能满足使用要求，需要通过匹配多档变速器来适应不同路面需求，才能更好地发挥发动机和电机的作用，达到降低油耗，减少污染的目的；目前较为典型的混合动力基本是应用在轿车领域，一般都是电机和发动机的动力通过耦合机构合成后，再减速后输出驱动车辆，不具有单独的变速功能，大功率的情况下，电机的体积重量和发热等方面无法满足使用要求，为此，需寻找一种适用于商用车的混合动力的行星自动变速器。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有技术中的变速器无法实现单独的变速功能、无法低油耗行驶以及需要依靠齿轮传动变速的问题。
为解决上述技术问题，本发明公开了一种四档混合动力总成。所述混合动力总成包括动力机构、动力输入机构、第一行星排、变速装置、第三行星排和动力输出轴，所述动力机构通过所述动力输入机构与所述第一行星排连接并通过所述第一行星排通过动力传动轴向所述变速装置传递动力，所述变速装置通过第三行星排向所述动力输出轴传递输出动力；
所述动力输入机构包括发动机输入轴、第一输入轴和第二输入轴；
所述变速装置包括换档操纵元件、第二行星排和中间轴，所述换档操纵元件包括第一离合器、第二离合器、第一制动器、第二制动器和第三制动器，所述第二行星排包括第二小太阳轮、短行星轮、第二大太阳轮、第二齿圈、长行星轮和第二行星架，所述第一离合器一端与所述第一输入轴连接，另一端与所述中间轴连接，所述第二离合器一端与所述第一输入轴连接，另一端通过第一传动轴与所述第二小太阳轮连接，所述第一制动器一端通过第一传动轴与所述第二小太阳轮连接，另一端设置在壳体上，所述第二制动器一端通过第二传动轴与所述短行星轮连接，另一端设置在壳体上，所述第三制动器一端通过第三传动轴与所述第二齿圈连接，另一端设置在壳体上；
所述第二行星架一端与所述第一传动轴连接，另一端通过第三行星排与所述输出轴连接。
进一步的，所述动力机构包括发动机、第一电机和第二电机，所述第一行星排包括第一太阳轮、第一齿圈、第一行星架，所述发动机通过发动机输出轴与所述第一行星架连接，所述第一电机通过所述第一输入轴与所述第一太阳轮连接，所述第二电机通过所述第二输入轴与所述第一齿圈连接。
进一步的，所述第三行星排包括第三太阳轮、第三齿圈和第三行星架，所述第三行星排一端通过第三齿圈与所述第二行星架啮合，所述第三行星排的另一端通过第三行星架与所述输出轴连接。
进一步的，所述第一电机和第二电机设置在同一壳体内。
进一步的，所述中间轴一端与所述第一离合器连接，所述中间轴的另一端与所述第二小太阳轮、所述第二大太阳轮分别连接。
进一步的，所述第一离合器与所述第二制动器结合时，所述动力传动轴与所述中间轴整体旋转，所述第二传动轴制动，所述输出轴输出一档动力，所述第一离合器与所述第三制动器结合时，所述动力传动轴和所述中间轴整体旋转，所述第三传动轴制动，所述输出轴输出二档动力，所述第一离合器与所述第一制动器结合时，所述动力传动轴与所述中间轴整体旋转，所述第一传动轴制动，所述输出轴输出三档动力，所述第一离合器与所述第二离合器结合时，所述变速装置、所述第三行星排与所述输出轴三者整体旋转，所述输出轴输出四档动力。
进一步的，所述第二离合器与所述第三制动器结合时，所述动力传动轴与所述第一传动轴整体旋转，所述第三传动轴制动，所述输出轴输倒一档动力；所述第二离合器与所述第二制动器结合时，所述动力传动轴与所述第一传动轴整体旋转，所述第二传动轴制动，所述输出轴输出倒二档动力。
进一步的，所述第一行星排和所述第三行星排为单星简单行星排，所述第二行星排为拉威挪式行星排。
作为优选的，所述第一行星排、第二行星排以及所述第三行星排中的齿圈与第一太阳轮的齿数之比的范围值为1.5～3.5。
作为优选的，所述制动器和离合器采用多片式摩擦操纵件。
采用上述技术方案，本发明所述四档混合动力总成具有如下有益效果：
1)本发明所述的四档混合动力总成采用三个行星排、三个制动器和二个离合器的方案实现四个前进档，同时具有动力耦合功能；
2)三个行星排的齿圈的齿数与所述太阳轮的齿数之比在1.5～3.5范围内，有利于三个行星排的径向尺寸缩小，同时获得整体性能较优的混合动力传动比特性方案；
3)第一行星排作为动力耦合装置布置在动力机构和变速装置中间，能够进行动力合成和分配，同时便于电机的结构集成、散热和控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所述的四档混合动力总成的结构示意图；
图中，1-动力机构，11-发动机，12-第一电机，13-第二电机，2-动力输入机构，21-发动机输入轴，22-第一输入轴，23-第二输入轴，3-第一行星排，31-第一太阳轮,32-第一齿圈,33-第一行星架,4-动力输出轴，5-动力传动轴，6-变速装置，61-换档操纵元件，611-第一离合器，612-第二离合器,613-第一制动器,614-第二制动器，615-第三制动器，62-第二行星排,621-第二小太阳轮，622-短行星轮，623-第二大太阳轮，624-第二齿圈,625-长行星轮，626-第二行星架，63-中间轴,64-第一传动轴，65-第二传动轴，66-第三传动轴，7-第三行星排，71-第三太阳轮,72-第三齿圈,73-第三行星架。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“顶”、“底”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
实施例：
如图1所示，本发明提供的一种四档混合动力总成，具体结构如图1所示，由图1可知，本发明提供的一种四档混合动力总成包括动力机构1、动力输入机构2、第一行星排3、变速装置6、第三行星排7和动力输出轴4，所述动力机构1通过所述动力输入机构2与所述第一行星排3连接，所述第一行星排3通过动力传动轴5向所述变速装置6传递动力，所述变速装置6通过第三行星排7向所述动力输出轴4传递动力；
具体的，所述动力机构1包括发动机11、第一电机12和第二电机13，所述动力输入机构2包括发动机输入轴21、第一输入轴22和第二输入轴23，所述第一行星排3包括第一太阳轮31、第一齿圈32、第一行星架33和第一行星轮，具体的，所述发动机11通过发动机输入轴21与第一行星架33连接，通过发动11机输入动力，所述第一电机12通过第一输入轴22与所述第一太阳轮31连接，所述第一输入轴22可作为动力输入和输出电能供蓄电池充电或直接为第二电机13供电，所述第二电机13通过第二输入轴23与所述第一齿圈32连接，所述第二输入轴23可作为动力输入和为蓄电池充电或制动能量回收装置的输入使用；所述第一行星轮设置在第一行星架33上，所述第一行星轮一端与所述第一齿圈32啮合，所述第一行星轮的另一端与所述第一太阳轮31啮合。具体的，所述第一电机12、第二电机13和发动机11的动力在第一行星排3耦合，并由第一行星排3将耦合后的动力通过动力传动轴5传递给变速装置6，为变速装置6的变速提供动力。所述第一行星排3作为动力耦合装置使用，通过控制系统的控制可实现电机和发动机的不同输入功率的合成、辅助制动、能量回收和发电功能，并且设置在动力机构1和变速装置6中间，通过这样的结构设计，能能够进行动力合成和分配，同时便于电机的结构集成、散热和控制。
进一步的，所述变速装置6包括换档操纵元件61、第二行星排62和中间轴63，所述换档操纵元件61包括第一离合器611、第二离合器612、第一制动器613、第二制动器614和第三制动器615，作为优选的，所述离合器和所述制动器采用多片式摩擦操纵件，利用液压油驱动活塞进行加压；进一步的，所述第二行星排62包括第二小太阳轮621、短行星轮622、第二大太阳轮623、第二齿圈624、长行星轮625和第二行星架626，所述第一离合器611一端与所述动力传动轴5连接，另一端与所述中间轴63连接，所述第二离合器612一端与所述动力传动轴5连接，另一端通过第一传动轴64与所述第二小太阳轮621连接，所述第一制动器613一端通过第一传动轴64与所述第二小太阳轮621连接，另一端设置在壳体上，所述第二制动器614一端通过第二传动轴65与所述短行星轮622连接，另一端设置在壳体上，所述第三制动器615一端通过第三传动轴66与所述第二齿圈624连接，另一端设置在壳体上；所述短行星轮622一端与所述第二小太阳轮621啮合，所述短行星轮622的另一端与所述长行星轮625啮合，且同时与所述第二大太阳轮623啮合，所述长行星轮625的另一端与所述第二齿圈624啮合。
进一步的，所述第一行星排3、第二行星排62和第三行星排7三者同轴顺序排列。
进一步的，所述中间轴63一端与所述第一离合器611连接，所述中间轴63的另一端与所述第二小太阳轮621、所述第二大太阳林623分别连接。
作为优选的，在本实施例中，所述混合动力实现四个档位驱动车辆行驶，具体的，当所述第一离合器611与所述第二制动器614结合时，所述动力传动轴5与所述中间轴63整体旋转，所述第二传动轴65被制动，并通过第二传动轴65制动第二行星架626，进而通过第二行星架626制动第三齿圈72，以第二大太阳轮623作为中间输出件将第二小太阳轮621的转速进行减速后输出，以第三行星架73作为中间输出件将第三太阳轮71的转速进行减速后输出，经过两次减速后，通过第三行星排7以最终的转速动力传递给动力输出轴4，再由动力输出轴4驱动车轮行驶，至此，动力输出轴4输出一档动力驱动车轮行驶；所述第一离合器611与所述第三制动器615结合时，所述动力传动轴5和所述中间轴63整体旋转，所述第三传动轴66被制动，并通过第三传动轴66制动所述第二齿圈624，以第二行星架626作为中间输出件将第二小太阳轮621和第二大太阳轮623的转速进行减速后输出，至此，所述动力输出轴4输出二档动力驱动车轮行驶；所述第一离合器611与所述第一制动器613结合时，所述动力传动轴5与所述中间轴63整体旋转，所述第一传动轴64被制动，并通过所述第一传动轴64将所述第二小太阳轮621制动，以所述第二行星架626作为中间输出件将中间轴63的转速进行减速后输出至第三行星排7，再由第三行星排7将该转速动力传递给动力输出轴4后驱动车轮以三档转速行驶；当所述第一离合器611与所述第二离合器612结合时，所述变速装置6、所述第三行星排7与所述动力输出轴4三者整体旋转，所述动力输出轴4输出四档动力驱动车轮行驶。
作为优选的，在本实施例中，所述混合动力实现两个档位的倒档，具体的，当所述第二离合器612与所述第三制动器615结合时，所述动力传动轴5与所述第一传动轴64整体旋转，所述第三传动轴66制动，所述动力输出轴4输倒一档动力；所述第二离合器612与所述第二制动器614结合时，所述动力传动轴5与所述第一传动轴64整体旋转，所述第二传动轴65制动，所述动力输出轴4输出倒二档动力。
进一步的，所述第一电机12和第二电机13设置在同一壳体内。
作为优选的，所述第一行星排3和所述第三行星排7为单星简单行星排，所述第二行星排62为拉威挪式行星排。
可以理解的是，在本发明中，采用三个行星排、三个制动器和二个离合器的方案实现四个前进档，同时具有动力耦合功能。
作为优选的，在本实施例中，所述第一行星排3、第二行星排62以及所述第三行星排7中的齿圈与第一太阳轮的齿数之比k的范围值为1.5～3.5。需要说明的是，三个行星排的齿圈的齿数与所述太阳轮的齿数之比在1.5～3.5范围内，有利于三个行星排的径向尺寸缩小，同时获得整体性能较优的混合动力传动比特性方案。
作为优选的，在第一行星排3中，所述第一齿圈32与所述第一太阳轮31的齿数的比值k的取值为3.0，在第二行星排62中，所述第二齿圈624与第二小太阳轮621的齿数的比值k的取值为3.07，所述第二齿圈624与第二大太阳轮623的齿数的比值k的取值为2.0，在第三行星排7中所述第三齿圈72与所述第三太阳轮71的齿数的比值k的取值为3.0。此时，即可得到如表1所示的各档传动比，相邻档位传动比的间比(相邻两个档位的低档档位的传动比与高档档位的传动比之间的比值)基本合适，平振性好，同时前进档的总的传动比范围(4.00/1.00)达到4.0，能够满足混合动力车辆的基本需求，同时降低了对电机的性能要求，这样就获得了整体性能较优的传动比特性，并且进一步的，本实施例中的两个行星排分别为单星简单行星排和拉威挪式行星排。
表1四档自动变速器实现方式及相应传动比、间比示意表
Figure BDA0001565618470000081
“○”表示操纵件结合
由于本发明的动力耦合装置采用简单行星排机构，因此可实现无级变速，通过调整行星排PGS1的k值可实现不同的混动比例，发动机11、第一电机12以及第二电机13三者输入的转速和转矩通过第一行星排3耦合后传递至动力传动轴5，作为变速装置6的输入，并通过变速装置6的不同档位经第三行星排7传递至动力输出轴4输出，再经主减速器、差速器，最终传递到车轮，因此，在实际使用时，上述三个输入端的不同工作模式和状态的组合可以产生多种不同的耦合模式。下面就车辆在起步、前进、倒档和驻车四种模式下其输入端典型的工作状态以及相应的动力传递路线做一描述：
1.起步：本发明采用电机启动，此时第二电机13处于驱动状态，变速装置6处于一档，其转矩通过第一齿圈32、第一离合器611、中间轴63、第三太阳轮71、第二制动器614、第三齿圈72、第三行星架73、动力输出轴4、主减速器、差速器传递到车轮，第一太阳轮31和发动机11自由转动。另外，当蓄电池的电量不足时，可采用机电混合模式，此时，第一电机12和第二电机13处于驱动状态，变速装置6处于一档，第一电机12和第二电机13的转矩一部分通过第一行星排3合成后由第一行星架33输出启动发动机11，另一部分通过第一齿圈32、第一离合器611、中间轴63、第三太阳轮71、第二制动器614、第三齿圈72、第三行星架7、动力输出轴4、主减速器、差速器传递到车轮。
2.前进：如果起步时采用纯电驱动模式，则可通过改变第二电机13的转矩和转速，选择不同的档位，改变输出端的转速；如果采用机电混合模式，发动机11被启动，则可使第一电机12处于发电状态，通过调整第一电机12、第二电机13的转矩和选择变速器不同的档位，使输出端逐渐加速，并将一部分发动机11的转矩通过第一太阳轮31传递给第一电机12，第一电机12的发电可供蓄电池充电或直接用于第二电机13的供电，从而使发动机11能处于理想的工作区域，提高传动效率；以节省能源。
3.倒档：通过变速装置挂倒档或者改变电机的旋转方向，即可实现车辆的起步和后退。
4.驻车：当汽车处于驻车状态时，汽车的停车锁止装置将输出端锁止，因此，此时的第二输入轴23处于锁止状态，第二电机13处于锁止状态，而第一电机12处于发电状态，发动机11的转矩通过第一行星架33和第一行星轮传递到第一太阳轮31，第一太阳轮31通过第一输入轴22驱动第一电机12发电并用于蓄电池的充电。
当汽车在下坡时，汽车的惯性通过差速器、主减速器、变速器不同档位传递到第一齿圈32，此时的第一齿圈32成为动力输入端，其转矩反馈给第一电机12和第二电机13，发电并用于蓄电池的充电，以节省能源。
以上虽然根据附图对本发明的实例进行了详细说明，并列举了本发明的常用工作模式的一些组合方式，但不仅限于此具体实施方式，在相同的工作原理下输入轴可有多种工作模式与状态的组合方式，任何基于本发明的技术所衍生的工作模式和控制方式都没有脱离本发明的范畴，也在本发明的保护范围之内。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种四档混合动力总成，其特征在于，包括动力机构(1)、动力输入机构(2)、第一行星排(3)、变速装置(6)、第三行星排(7)和动力输出轴(4)，所述动力机构(1)通过所述动力输入机构(2)与所述第一行星排(3)连接，所述第一行星排(3)通过动力传动轴(5)向所述变速装置(6)传递动力，所述变速装置(6)通过第三行星排(7)向所述动力输出轴(4)传递动力；
所述动力输入机构(2)包括发动机输入轴(21)、第一输入轴(22)和第二输入轴(23)；所述变速装置(6)包括换档操纵元件(61)、第二行星排(62)和中间轴(63)，所述换档操纵元件(61)包括第一离合器(611)、第二离合器(612)、第一制动器(613)、第二制动器(614)和第三制动器(615)，所述第二行星排(62)包括第二小太阳轮(621)、短行星轮(622)、第二大太阳轮(623)、第二齿圈(624)、长行星轮(625)和第二行星架(626)，所述第一离合器(611)一端与所述动力传动轴(5)连接，另一端与所述中间轴(63)连接，所述第二离合器(612)一端与所述动力传动轴(5)连接，另一端通过第一传动轴(64)与所述第二小太阳轮(621)连接，所述第一制动器(613)一端通过第一传动轴(64)与所述第二小太阳轮(621)连接，另一端设置在壳体上，所述第二制动器(614)一端通过第二传动轴(65)与所述短行星轮(622)连接，另一端设置在壳体上，所述第三制动器(615)一端通过第三传动轴(66)与所述第二齿圈(624)连接，另一端设置在壳体上；
所述第二行星架(626)一端与所述第二传动轴(65)连接，另一端通过第三行星排(7)与所述动力输出轴(4)连接；
所述第一行星排(3)、第二行星排(62)以及所述第三行星排(7)的各自的齿圈与各自的太阳轮的齿数之比的范围值均为1.5～3.5；
所述第一行星排(3)、第二行星排(62)和第三行星排(7)三者之间同轴顺序排列；
所述第一离合器(611)与所述第二制动器(614)结合时，所述动力传动轴(5)与所述中间轴(63)整体旋转，所述第二传动轴(65)制动，所述动力输出轴(4)输出一档动力，所述第一离合器(611)与所述第三制动器(615)结合时，所述动力传动轴(5)和所述中间轴(63)整体旋转，所述第三传动轴(66)制动，所述动力输出轴(4)输出二档动力，所述第一离合器(611)与所述第一制动器(613)结合时，所述动力传动轴(5)与所述中间轴(63)整体旋转，所述第一传动轴(64)制动，所述动力输出轴(4)输出三档动力，所述第一离合器(611)与所述第二离合器(612)结合时，所述变速装置(6)、所述第三行星排(7)与所述动力输出轴(4)三者整体旋转，所述动力输出轴(4)输出四档动力。
2.根据权利要求1所述的四档混合动力总成，其特征在于，所述动力机构(1)包括发动机(11)、第一电机(12)和第二电机(13)，所述第一行星排(3)包括第一太阳轮(31)、第一齿圈(32)、第一行星架(33)，所述发动机(11)通过发动机输入轴(21)与所述第一行星架(33)连接，所述第一电机(12)通过所述第一输入轴(22)与所述第一太阳轮(31)连接，所述第二电机(13)通过所述第二输入轴(23)与所述第一齿圈(32)连接。
3.根据权利要求1所述的四档混合动力总成，其特征在于，所述第三行星排(7)包括第三太阳轮(71)、第三齿圈(72)和第三行星架(73)，所述第三行星排(7)一端通过第三齿圈(72)与所述第二行星架(626)啮合，所述第三行星排(7)的另一端通过第三行星架(73)与所述动力输出轴(4)连接。
4.根据权利要求2所述的四档混合动力总成，其特征在于，所述第一电机(12)和第二电机(13)设置在同一壳体内。
5.根据权利要求3所述的四档混合动力总成，其特征在于，所述中间轴(63)一端与所述第一离合器(611)连接，所述中间轴(63)的另一端与所述第三太阳轮(71)、所述第二大太阳轮(623)分别连接。
6.根据权利要求1所述的四档混合动力总成，其特征在于，所述第二离合器(612)与所述第三制动器(615)结合时，所述动力传动轴(5)与所述第一传动轴(64)整体旋转，所述第三传动轴(66)制动，所述动力输出轴(4)输出 倒一档动力；所述第二离合器(612)与所述第二制动器(614)结合时，所述动力传动轴(5)与所述第一传动轴(64)整体旋转，所述第二传动轴(65)制动，所述动力输出轴(4)输出倒二档动力。
7.根据权利要求1所述的四档混合动力总成，其特征在于，所述第一行星排(3)和所述第三行星排(7)为单星简单行星排，所述第二行星排(62)为拉威挪式行星排。
8.根据权利要求1所述的四档混合动力总成，其特征在于，所述制动器和离合器采用多片式摩擦操纵件。
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