CN109236959A - 一种混动变速器动力输出系统 - Google Patents

一种混动变速器动力输出系统 Download PDF

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李晓宇
马静
关崴
姚书涛
柴召朋
杨林
赵彦辉
王建武
郑广学
张晓冬
周章遐
王墨
刘晓宁
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    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/72—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously
    • F16H3/724—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously using external powered electric machines

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Abstract

一种混合动力变速器动力输出系统，属于汽车变速器技术领域。本发明为了解决混合动力变速器动力系统结构设计复杂，不能够根据行驶工况，改善整机工作情况且提升混动变速器的动力性能的问题。本发明包括发动机、电机、输出齿轮、UD离合器、LR制动器、单向离合器、2ND制动器、OD离合器、REV离合器、A2外齿圈、C2行星架、S2太阳轮、A1外齿圈、C1行星架、S1太阳轮和输入轴，发动机与输入轴建立连接，A1外齿圈和C2行星架及输出齿轮固定连接，S2太阳轮与电机固定连接并且通过UD离合器与发动机进行连接，S1太阳轮通过REV离合器与发动机建立连接，S1太阳轮与2ND制动器进行连接，C1行星架通过OD离合器与发动机进行连接。本发明具有结构简合理、成本低廉等优点。

Description

一种混动变速器动力输出系统
技术领域
本发明涉及一种混合动力变速器动力输出系统，属于汽车变速器技术领域。
背景技术
混合动力车型一般有发动机和电动机两种动力转换装置，通过传动系统驱动车轮，混合动力汽车因其具有低排放等优点，成为竞相研发的新型车辆。混合动力传动系统按联结方式一般分为串联、并联和混联三种形式。根据电机相对于传统动力系统的位置，可以把单电机混动方案分为五大类，分别为P0、P1、P2、P3、P4的等结构。
现有技术的混动变速器结构设计复杂，系统传递效率低，混合动力主要通过电机的协调工作可以使发动机运行在高效率区，从而提高整个系统的效率，这种方式依然不能够有效的节省汽车燃油消耗，且这种工作模式单一，不能够根据行驶工况，改善整机工作情况且提升混动变速器的动力性能。
发明内容
本发明的目的是为了解决混合动力变速器动力系统结构设计复杂，不能够根据行驶工况，改善整机工作情况且提升混动变速器的动力性能的问题，进而提供一种混动变速器动力输出系统。
本发明的技术方案是：
一种混动变速器动力输出系统，包括发动机、电机、输出齿轮、UD离合器、LR制动器、单向离合器、2ND制动器、OD离合器、REV离合器、A2外齿圈、C2行星架、S2太阳轮、A1外齿圈、C1行星架、S1太阳轮和输入轴，所述的发动机与输入轴建立连接，所述的A1外齿圈和C2行星架及输出齿轮固定连接，所述的S2太阳轮与电机固定连接，并且通过UD离合器与发动机进行连接，S1太阳轮通过REV离合器与发动机建立连接，所述的S1太阳轮与2ND制动器进行连接，C1行星架通过OD离合器与发动机进行连接，C1行星架与A2外齿圈固定连接，C1行星架与LR制动器及单向离合器的内圈连接，所述的C1行星架上的行星轮与A1外齿圈啮合安装，C2行星架上的行星轮与A2外齿圈啮合安装。
优选的：所述的电机布置在变速器的壳体内部。
优选的：所述的输入轴与电机同轴布置并与发动机建立连接。
本发明的变速器的挡位设置包括，对于发动机的动力传递设有四个前进档位以及一个倒挡档位，对于电机的动力传递路线设有两个档位，电机驱动倒挡根据电机特性调节正、反转来实现。对于发动机的四个前进档位可适用于汽车全部行驶工况，并且在四个档位工作过程中，可以选择电机作为电动机提供动力，以提升汽车的动力性；或者选择电机作为发电机，用以发电为电池组充电。对于电机的两个档位，可以实现纯电动模式，用于汽车的起步、爬坡、高速以及正常行驶等工况。并且本方案结构，可以通过离合器的滑摩控制起动发动机，即从纯电模式切换到发动机起动工作模式，可以有效地防止动力切换过程中出现整车顿挫感。
本发明的有益效果为：本发明采用自动变速器的成熟双行星排结构，结构简单、设计合理；进行结构重新设计，增加电机以改善发动机工况，可以有效地降低油耗，增加电机相对成本有所增加，但从整车角度油耗会降低，实现新能源汽车目标，达到节能减排，满足逐步加严的排放法规，此结构保持了自动变速器换挡快速，驾驶性好等优点，具有结构简合理、装配简单、成本低廉等优点。
附图说明
图1为本发明的的控制逻辑图；
图中，1-发动机，2-电机，3-输出齿轮，4-UD离合器，5-LR制动器，6-单向离合器，7-2ND制动器，8-OD离合器，9-REV离合器，10-A2外齿圈，11-C2行星架，12-S2太阳轮，13-A1外齿圈，14-C1行星架，15-S1太阳轮，16-输入轴。
具体实施方式
实施实例1：
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式提供的一种混动变速器动力输出系统，包括发动机1、电机2、输出齿轮3、UD离合器4、LR制动器5、单向离合器6、2ND制动器7、OD离合器8、REV离合器9、A2外齿圈10、C2行星架11、S2太阳轮12、A1外齿圈13、C1行星架14、S1太阳轮15和输入轴16，所述的发动机1与输入轴16建立连接，所述的A1外齿圈13和C2行星架11及输出齿轮3固定连接，所述的S2太阳轮12与电机2固定连接，并且通过UD离合器4与发动机1进行连接，S1太阳轮15通过REV离合器9与发动机1建立连接，所述的S1太阳轮15与2ND制动器7进行连接，C1行星架14通过OD离合器8与发动机1进行连接，C1行星架与A2外齿圈10固定连接，C1行星架与LR制动器5及单向离合器6的内圈连接，所述的C1行星架14上的行星轮与A1外齿圈13啮合安装，C2行星架11上的行星轮与A2外齿圈10啮合安装。
对于一种混动变速器动力输出系统的档位控制模式如下：
1、纯电动模式具备两个档位模式，分别如下：
1)纯电动模式1挡：
当发动机1不工作，电机2工作时，控制LR制动器5进行工作，将使A2外齿圈10固定不转动，并且由于UD离合器4、OD离合器8、REV离合器9都未结合处于不工作状态，所以发动机1空转转动，此时，可以与发动机1实现动力解耦。当需要启动发动机1提供动力时，可以选择结合UD离合器4进行滑摩控制起动发动机1进行动力切换。
电机2提供的动力传递路径，通过S2太阳轮12传递给C2行星架11，即传递到输出齿轮3；动力由S2太阳轮12和C2行星架11这组行星架系进行传递，并且速比大于1，起到减速增扭的作用，由于C2行星架11与A1外齿圈13固定连接，A1外齿圈13会发生转动，C1行星架14与A2外齿圈10固定连接，但是S1太阳轮15未与其他机构固定连接，所以S1太阳轮15处于空转。
2)纯电动模式2挡：
当发动机1不工作，电机2工作时，控制2ND制动器7进行工作，将使S1太阳轮15固定不转动。并且由于UD离合器4、OD离合器8、REV离合器9都不工作未结合，所以不带拖动发动机1空转转动，可以与发动机1实现动力解耦。当需要启动发动机1提供动力时，可以选择结合UD离合器4进行滑摩控制起动发动机1进行动力切换。
电机2提供的一部分动力通过S2太阳轮12传递给C2行星架11，并且输出齿轮3与C2行星架11固定连接，动力直接传递给输出齿轮3。电机提供的另一部分动力通过S2太阳轮12传递给C2行星架11，A1外齿圈13与C2行星架11固定连接；由于S1太阳轮15固定，A1外齿圈13的动力传递到C1行星架14，C1行星架14与A2外齿圈10固定连接，动力通过A2外齿圈10传递到C2行星架11，动力进行回流到输出齿轮3。
在纯电动模式两个档位工作时，都可以与发动机1实现动力解耦，不拖动发动机1空转；并且当系统需要发动机1工作时，可以通过本结构的离合器滑摩控制来起动发动机1，动力切换过渡平稳，不会产生动力顿挫。
在结构上换挡逻辑清晰正确，发动机的四个档位在汽车行驶工况中都可以被使用；纯电动2挡要小于纯电动1挡的传动比，两个档位之间的速比以及速比梯度都满足汽车行驶要求。电机2使用两个档位相对于一个档位，可以提高电机2的工作高效区域，更加符合高效、节能降耗。
由于纯电动模式采用电机2驱动，而通过电机控制方式变化可以改变电机2的正反转，所以纯电模式可以用于车辆的起步，并且可以实现倒挡功能。
2、并联以及发动机单独工作模式
1挡：分别控制UD离合器4和LR制动器5进行工作；使A2外齿圈10和C1行星架14固定不转动；发动机1进行工作，由于UD离合器4结合，发动机1与电机2直接连接；此时根据整车电池电量和驾驶情况综合判断电机2是给系统提供动力或者发电。如果电池电量过低，电机可以进行发电存储到电池中。如果车辆需要急加速，电机2与发动机1共同向S2太阳轮12提供动力。动力传递的通过S2太阳轮12传递给C2行星架11，并且输出齿轮3与C2行星架11固定连接。此时与电动1挡情况类似。
2挡：分别控制UD离合器4和2ND制动器7进行工作；使S1太阳轮15固定不转动；发动机进行工作，由于UD离合器4结合，发动机1与电机2直接连接；此时根据整车电池电量和驾驶情况综合判断电机2是给系统提供动力或者发电。如果电池电量过低，电机2可以进行发电存储到电池中。如果车辆需要急加速，电机2与发动机1共同向S2太阳轮12提供动力。发动机1和电机2提供的一部分动力通过S2太阳轮12传递给C2行星架11，并且输出齿轮3与C2行星架11固定连接，动力直接传递给输出齿轮3。发动机1和电机2提供的另一部分动力通过S2太阳轮12传递给C2行星架11，A1外齿圈13与C2行星架11固定连接；由于S1太阳轮15固定，A1外齿圈13的动力传递到C1行星架14，C1行星架14与A2外齿圈10固定连接，动力通过A2外齿圈10传递到C2行星架11，即传递给输出齿轮3。与电动2挡情况类似。
3挡：分别控制UD离合器4和OD离合器8进行工作；发动机进行工作，由于UD离合器4结合，发动机1与电机2直接连接；此时根据整车电池电量和驾驶情况综合判断电机2是给系统提供动力或者发电。如果电池电量过低，电机2可以进行发电存储到电池中。如果车辆需要急加速，电机2与发动机1共同向S2太阳轮12提供动力。发动机1和电机2提供的一部分动力通过S2太阳轮12传递给C2行星架11，并且输出齿轮3与C2行星架11固定连接，动力直接传递给输出齿轮3。发动机1另一部分动力直接传递到C1行星架14，即A2外齿圈10；通过A2外齿圈10将动力传递给C2行星架11，即输出齿轮3。
4挡：分别控制OD离合器8和2ND制动器7进行工作；使S1太阳轮15固定不转动；由于OD离合器8结合，发动机1与C1行星架14及A2外齿圈10连接，发动机1一部分动力通过C1行星架14传递给A1外齿圈13即C2行星架11和输出齿轮3，根据A1外齿圈13、C1行星架14，S1太阳轮15关系，可以推导计算A1外齿圈13转速，即C2行星架11转速。另A2外齿圈10与发动机1直接相连，S2太阳轮12转速情况可以推导。
倒挡：分别控制REV离合器9和LR制动器5进行工作；使A2外齿圈10和C1行星架14固定不转动；由于REV离合器9结合，发动机与S1太阳轮15连接；动力由S1太阳轮15传递给A1外齿圈13，即C2行星架11和输出齿轮3；由于A2外齿圈10固定不转，C2行星架11与S2太阳轮12速比关系固定，此时根据整车电池电量和驾驶情况综合判断电机2是给系统提供动力或者发电。如果电池电量过低，电机2可以进行发电存储到电池中。如果车辆需要急加速，电机2向S2太阳轮12提供动力。
并联模式：保留传统AT型自动变速器的特点，对于换挡逻辑，通过液压系统的控制不同离合器或制动器的结合与断开，实现动力传递路径不同，实现不同速比的切换。对于车辆出现无电状况，可以使用发动机1工作驱动车辆正常行驶。
四个档位速比的设置，保证了汽车正常行驶的所有工况；并且可以根据整车电池组的电量和驾驶工况，综合判断电机2是作为电动机还是发电机。如果电池组电量过低，电机2可以进行发电存储到电池中。如果车辆需要急加速，电机2向S2太阳轮12提供动力，以调节发动机1所处的工作区，使发动机1处于相对油耗更优的区域。
根据整车电量情况以及整车工作情况等进行综合分析，对电机2进行控制，选择电机工作模式提供动力或者发电。如果提供动力，对于变速器是发动机1和电机2共同提供动力，改善发动机工作情况并且可以提升动力性；如果电池电量低，选择发电，相对发动机负荷较大，但通过控制也可以处于相对较好的油耗工作区，电能储备可以为其他工况下提供电能驱动；综合总工况，是对发动机1工况点选择是进行改善，能够有效地节油降耗。
停车发电：在车辆停驶时，可以通过结合UD离合器4，使发动机1与电机2直接连接，进行发电。
本发明可以实现发动机单独工作功能。可以实现行车发电功能。并且拥有机械倒挡功能。在整车馈电时，电机不能起步时，可以应用发动机独立工作起步。
其各位挡位速比关系
A1外齿圈(13)和S1太阳轮(15)齿轮齿数分别是ZA1和ZS1；
A2外齿圈(10)和S2太阳轮(12)齿轮齿数分别是ZA2和ZS2；
纯电动1挡速比为：K1＝a+1
纯电动2挡速比为：K2＝(a+1+b)/(1+a)＝1+b/(1+a)
并联1挡速比为：λ1＝a+1
并联2挡速比为：λ2＝(a+1+b)/(1+a)
并联3挡速比为：λ3＝1
并联4挡速比为：λ4＝a/(1+a)
并联倒挡速比为：λ倒＝a
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式提供的一种混动变速器动力输出系统，所述的电机2布置在变速器的壳体内部。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式提供的一种混动变速器动力输出系统，所述的电机2布置在变速器的壳体外部。
电机布置在内部好处：可以将电机2的转子与S2太阳轮12及UD离合器4的内毂根据结构设计更加紧凑，即整体机械结构集成度高，减少零件开发数量，降低成本；减少轴向长度，减小变速器轴向长度尺寸；对于变速器油路设计能够简化。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式提供的一种混动变速器动力输出系统，所述的输入轴16与电机同轴布置并与发动机建立连接。
本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (4)

1.一种混动变速器动力输出系统，其特征在于：包括发动机(1)、电机(2)、输出齿轮(3)、UD离合器(4)、LR制动器(5)、单向离合器(6)、2ND制动器(7)、OD离合器(8)、REV离合器(9)、A2外齿圈(10)、C2行星架(11)、S2太阳轮(12)、A1外齿圈(13)、C1行星架(14)、S1太阳轮(15)和输入轴(16)，所述的发动机(1)与输入轴(16)建立连接，所述的A1外齿圈(13)和C2行星架(11)及输出齿轮(3)固定连接，所述的S2太阳轮(12)与电机(2)固定连接，并且通过UD离合器(4)与发动机(1)进行连接，S1太阳轮(15)通过REV离合器(9)与发动机(1)建立连接，所述的S1太阳轮(15)与2ND制动器(7)进行连接，C1行星架(14)通过OD离合器(8)与发动机(1)进行连接，C1行星架与A2外齿圈(10)固定连接，C1行星架与LR制动器(5)及单向离合器(6)的内圈连接，所述的C1行星架(14)上的行星轮与A1外齿圈(13)啮合安装，C2行星架(11)上的行星轮与A2外齿圈(10)啮合安装。
2.根据权利要求1所述的一种混动变速器动力输出系统，其特征在于：所述的电机(2)布置在变速器的壳体内部。
3.根据权利要求1所述的一种混动变速器动力输出系统，其特征在于：所述的电机(2)布置在变速器的壳体外部。
4.根据权利要求1所述的一种混动变速器动力输出系统，其特征在于：所述的输入轴(16)与电机平行布置并与发动机建立连接。
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