CN110281759A - 一种汽车行星齿轮变速装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车行星齿轮变速装置，包括设置于同一轴线上的分流行星齿轮组和复合行星齿轮组，分流行星齿轮组包括分流行星太阳轮、分流行星齿圈、分流行星架和多个分流行星小齿轮，分流行星太阳轮与电机转子连接，分流行星齿圈的一端与多个分流行星小齿轮啮合，分流行星齿圈的另一端分别与第二离合器和第三离合器连接，多个分流行星小齿轮通过轴承支撑在分流行星架上，分流行星架的中部通过发动机输出轴与第一离合器和第三制动器连接为一体；分流行星齿轮组和复合行星齿轮组通过多个接合元件和多个制动元件的接合或分离将电机和发动机旋转经变速输出。采用本发明可以减小变速装置在换挡过程中的冲击性提高换挡舒适性。

Description

一种汽车行星齿轮变速装置
技术领域
本发明属于汽车传动系统领域，具体涉及一种汽车行星齿轮变速装置。
背景技术
自动变速器的变速机构大都基于齿轮传动的原理，而且绝大多数的自动变速箱采用的是行星齿轮变速机构，变速机构可以提供不同的传动比，提升了汽车的动力性和经济性。齿轮机构的传动比都是有级的，自动变速器的传动比是由控制系统通过换挡执行元件的作用和释放而自动选择的。简单的行星齿轮机构是变速机构的基础，一般的自动变速器都是由两排或两排以上的行星齿轮机构组合而成。
现有技术中车用自动变速器所采用的行星齿轮变速机构的类型主要有拉维娜式行星齿轮机构和辛普森式行星齿轮机构，这两种类型的行星齿轮机构都是由两排行星齿轮机构组合而成，现有技术中自动变速装置的单排行星齿轮机构在变速换挡时具有冲击性，因此对原有技术进行改进，减小变速器在换挡过程中的冲击性提高换挡舒适性和增加驾驶舒适性是必要的。
发明内容
本发明所要解决现有技术中自动变速器系统，行星齿轮机构结构复杂、动力传递复杂和换挡冲击性大的问题。
本发明提供一种汽车行星齿轮变速装置，包括设置于同一轴线上的分流行星齿轮组和复合行星齿轮组，所述分流行星齿轮组和复合行星齿轮组的外侧设置有多个接合元件和多个制动元件，所述分流行星齿轮组包括分流行星太阳轮、分流行星齿圈、分流行星架和多个分流行星小齿轮，所述分流行星太阳轮与电机转子连接，所述分流行星齿圈的一端与所述多个分流行星小齿轮啮合，所述分流行星齿圈的另一端分别与第二离合器和第三离合器连接，所述多个分流行星小齿轮通过轴承支撑在所述分流行星架上，所述分流行星架的中部与第一离合器和第三制动器连接为一体，同轴旋转，所述分流行星齿轮组和复合行星齿轮组通过多个接合元件和多个制动元件的接合或分离将电机和发动机旋转经多档变速输出。
进一步地，多个所述接合元件包括第一离合器、第二离合器和第三离合器；所述多个制动元件包括第一制动离合器、第二制动离合器和单向制动离合器；
所述第二离合器和所述第三离合器与所述分流行星齿圈连接，所述第三离合器的被动端通过所述第一制动离合器与复合行星大太阳轮连接，所述第一制动离合器用于制动所述复合行星大太阳轮；
所述第一离合器、第二制动离合器和单向制动离合器的主动端与复合行星架连接，所述第二制动离合器、单向制动离合器和第一制动离合器的被动端均固定在变速装置壳体上。
进一步地，所述多个制动元件还包括第三制动器，所述第三制动器设置在所述电机与发动机之间，所述第三制动器的主动端与所述分流行星架和所述第一离合器连接，所述第三制动器的被动端固定在所述变速装置壳体上。
进一步地，所述多个制动元件还包括第四制动器，所述第四制动器设置于所述分流行星齿轮组和所述电机之间，所述第四制动器的主动端与所述分流行星太阳轮和所述电机转子连接，所述第四制动器的被动端固定在所述变速装置壳体上。
进一步地，所述复合行星齿轮组包括复合行星架、复合行星小太阳轮、复合行星大太阳轮、复合行星齿圈、复合行星小齿轮和复合行星长齿轮；
所述复合行星架的一端与所述复合行星小齿轮和所述复合行星长齿轮连接，所述复合行星架的另一端分别与所述第一离合器、第二制动离合器和单向制动离合器的主动端连接；
所述复合行星小太阳轮与所述第二离合器的被动端连接；
所述复合行星大太阳轮通过所述第一制动离合器的制动鼓与所述第三离合器的被动端连接；
所述复合行星小齿轮通过轴承支撑在所述复合行星架上，所述复合行星小齿轮与所述复合行星小太阳轮和所述复合行星长齿轮啮合；
所述复合行星长齿轮通过轴承支撑在所述复合行星架上，所述复合行星长齿轮与所述复合行星齿圈和所述复合行星大太阳轮啮合；
所述复合行星齿圈与输出齿轮连接。
进一步地，所述变速装置还包括输出总成，所述输出总成包括输出齿轮、第一中间齿轮、第二中间齿轮、输出轴和差速器被动齿轮，所述第一中间齿轮和所述第二中间齿轮设置在所述输出轴上，所述输出齿轮设置在所述分流行星齿轮组和所述复合行星齿轮组之间，所述输出齿轮与所述第一中间齿轮啮合，所述第二中间齿轮与所述差速器被动齿轮啮合，所述差速器被动齿轮输出动力。
进一步地，所述变速装置还包括与发动机同轴设置的电机，所述电机包括电机定子和电机转子，所述电机定子固定在所述变速装置壳体上。
进一步地，所述分流行星齿轮组包括至少三个所述分流行星小齿轮，所述复合行星齿轮组包括至少三个所述复合行星小齿轮。
进一步地，所述发动机输出端还设置有双质量飞轮，所述双质量飞轮用于起动和传递所述发动机的转动扭矩和提高变速装置的转动惯量。
本发明还提供一种汽车，包括车身、底盘及所述的行星齿轮变速装置，所述行星齿轮变速装置设置在所述底盘上。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
(1)本发明发动机输出轴与行星齿轮架设置在同一轴线上，可以更好的实现动力传递和变速。
(2)本发明分流行星齿圈的一端分别与第二离合器和第三离合器连接，离合器接合或分离时可直接作用于分流行星齿圈，制动和分离方式更直接缩短传递距离，提高了换挡舒适性。
(3)本发明结构简单、在原有生产线基础上进行改造就可以生产、投资成本小，具有多种驱动模式，在汽车低速、中速和高速时采用不同驱动模式，多种模式运行可以解决不同行驶要求，节能效果显著。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术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它附图。
图1是本发明实施例1一种汽车行星齿轮变速装置的结构简图；
图2是本发明实施例1分流行星齿轮组与电机的结构简图；
图3是本发明实施例1一种汽车行星齿轮变速装置的完整结构简图；
图4是本发明实施例1一种汽车行星齿轮变速装置中输出总成的结构简图；
图5是本发明实施例2一种汽车行星齿轮变速装置的结构简图；
其中，图中附图标记对应为：1-发动机，2-发动机输出轴，3-电机，4-分流行星齿轮组，5-复合行星齿轮组，6-接合元件，7-多个制动元件，8-输出总成，9-变速装置壳体，10-双质量飞轮，301-电机定子，302-电机转子，401-分流行星太阳轮，402-分流行星小齿轮，403-分流行星齿圈，404-分流行星架，501-复合行星大太阳轮，502-复合行星小太阳齿轮，503-复合行星小齿轮，504-复合行星长齿轮，505-复合行星架，506-复合行星齿圈，601-第一离合器，602-第二离合器，603-第三离合器，701-第一制动离合器，702-第二制动离合器，703-第三制动器，704-单向制动离合器，705-第四制动器，801-输出齿轮，802-第一中间齿轮，803-第二中间齿轮，804-输出轴，805-差数器被动齿轮。，
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对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实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图1-4所示，本发明实施例1一种汽车行星齿轮变速装置，包括设置于同一轴线上的分流行星齿轮组4和复合行星齿轮组5，所述分流行星齿轮组4和复合行星齿轮组5的外侧设置有多个接合元件6和多个制动元件7；所述分流行星齿轮组4包括分流行星太阳轮401、分流行星齿圈403、分流行星架404和多个分流行星小齿轮402，所述分流行星太阳轮401与电机转子302连接，所述分流行星齿圈403的一端与所述多个分流行星小齿轮402啮合，所述分流行星齿圈403的另一端分别与第二离合器602和第三离合器603连接，所述多个分流行星小齿轮402通过轴承支撑在所述分流行星架404上，所述分流行星架404的中部通过发动机输出轴2与第一离合器601和第三制动器703连接为一体，同轴旋转；所述分流行星齿轮组4和复合行星齿轮组5通过多个接合元件6和多个制动元件7的接合或分离将电机3和发动机1旋转经变速输出。
具体地，多个所述接合元件6包括第一离合器601、第二离合器602和第三离合器603；所述多个制动元件7包括第一制动离合器701、第二制动离合器702和单向制动离合器704；所述第二离合器602和所述第三离合器603与所述分流行星齿圈403连接，所述第三离合器603的被动端通过所述第一制动离合器701与复合行星大太阳轮501连接，所述第一制动离合器701用于制动所述复合行星大太阳轮501；所述第一离合器601、第二制动离合器702和单向制动离合器704的主动端与复合行星架505连接，所述第二制动离合器702、单向制动离合器704和第一制动离合器701的被动端均固定在变速装置壳体9上。
具体地，所述多个制动元件7还包括第三制动器703，所述第三制动器703设置在所述电机3与发动机1之间，所述第三制动器703的主动端与所述分流行星架404和所述第一离合器601连接，所述第三制动器703的被动端固定在所述变速装置壳体9上。
具体地，所述复合行星齿轮组5包括复合行星架505、复合行星小太阳轮502、复合行星大太阳轮501、复合行星齿圈506、复合行星小齿轮503和复合行星长齿轮504；所述复合行星架505的一端与所述复合行星小齿轮503和所述复合行星长齿轮504连接，所述复合行星架505的另一端分别与所述第一离合器601、第二制动离合器702和单向制动离合器704的主动端连接；所述复合行星小太阳轮502与所述第二离合器602的被动端连接；所述复合行星大太阳轮501通过所述第一制动离合器701的制动鼓与所述第三离合器603的被动端连接；所述复合行星小齿轮503通过轴承支撑在所述复合行星架505上，所述复合行星小齿轮503与所述复合行星小太阳轮502和所述复合行星长齿轮504啮合；所述复合行星长齿轮504通过轴承支撑在所述复合行星架505上，所述复合行星长齿轮504与所述复合行星齿圈506和所述复合行星大太阳轮501啮合；所述复合行星齿圈506与输出齿轮801连接。
具体地，所述变速装置还包括输出总成8，所述输出总成8包括输出齿轮801、第一中间齿轮802、第二中间齿轮803、输出轴804和差速器被动齿轮805，所述第一中间齿轮802和所述第二中间齿轮803设置在所述输出轴804上，所述输出齿轮801设置在所述分流行星齿轮组4和所述复合行星齿轮组5之间，所述输出齿轮801与所述第一中间齿轮802啮合，所述第二中间齿轮803与所述差速器被动齿轮805啮合，所述差速器被动齿轮805输出动力。
具体地，所述变速装置还包括与发动机1同轴设置的电机3，所述电机3包括电机定子301和电机转子302，所述电机定子301固定在所述变速装置壳体9上。
具体地，所述分流行星齿轮组4包括至少三个所述分流行星小齿轮402，所述复合行星齿轮组5包括至少三个所述复合行星小齿轮503。在一些实施例中所述分流行星齿轮组4包括三个分流行星小齿轮402，所述复合行星齿轮组5包括三个复合行星小齿轮503。
具体地，所述发动机1输出端还设置有双质量飞轮10，所述双质量飞轮10用于起动和传递所述发动机1的转动扭矩和提高变速装置的转动惯量。
本发明实施例还提供一种汽车，包括车身、底盘及所述行星齿轮变速装置，所述行星齿轮变速装置设置在所述底盘上。
本发明一种汽车行星齿轮变速装置可以实现的驱动模式及其控制方法：
(一)、电机启动发动机模式：
第二制动离合器702、第二离合器602和第三离合器603接合，分流行星齿圈403制动不转，电机转子302在电机定子301的电磁力驱动下旋转，通过分流行星太阳轮401和分流行星架404，减速驱动发动机输出轴2旋转，启动发动机1发动。
(二)、电机驱动模式：
在低速时，可以采用电机驱动模式，此时发动机1和双质量飞轮10可以停止工作。
一挡电动行驶模式：当第二离合器602接合，第二制动离合器702、单向制动离合器704、第一离合器601或第三制动器703接合时，分流行星架404被制动，电机转子302在电机定子301的电磁力下旋转，驱动分流行星太阳轮401→分流行星架404→第二离合器602→复合行星小太阳齿轮502→复合行星齿圈506→输出齿轮801输出动力，驱动车辆行驶。此时，第二制动离合器702制动复合行星架505静止不转，变成减速功能；分流行星架404被制动，分流行星齿轮组4变成减速功能输出动力。
二挡电动行驶模式：当第二离合器602、第一制动离合器701和第三制动器703接合时，电机转子302在电机定子301的电磁力下旋转，驱动分流行星太阳轮401→分流行星齿圈403→第二离合器602→复合行星小太阳齿轮502→复合行星齿圈506→输出齿轮801，输出动力驱动车辆行驶。此时，第一制动离合器701制动复合行星大太阳轮501，使其不能旋转，复合行星架505可以旋转，传递动力。
三挡电动行驶模式：当第二离合器602、第三离合器603和第三制动器703接合时，电机转子302在电机定子301的电磁力下旋转，驱动分流行星太阳轮401→分流行星齿圈403→第二离合器602和第三离合器603→复合行星齿圈506→输出齿轮801，此时，复合行星齿轮组5整体旋转，传递动力，输出动力驱动车辆行驶。
倒挡电驱动模式：以上三个挡位，当电机反转时，可以实现三个倒挡。
(三)、电机和发动机分流驱动模式：
在中、高速行驶时，可以采用分流驱动模式。发动机驱动功率流是发动机固定在某一个节油转速，输出发动机定转速功率流；电机功率流是电机通过正转和反转，调节车辆行驶速度，两股功率流通过汇流行星机构输出动力。
四挡：当第二离合器602和第一离合器601接合时，形成分流驱动模式。电驱动功率流为：电机转子302在电机定子301的电磁力下旋转，驱动分流行星太阳轮401→分流行星齿圈403；发动机第一功率流为：发动机1动力驱动发动机输出轴2，带动分流行星架404旋转；两股功率流经过分流行星齿轮组4汇合驱动第二离合器602和复合行星小太阳轮502。发动机第二功率流为：发动机1驱动发动机输出轴2→第一离合器601→复合行星架505；三股功率流通过复合行星齿轮组5汇合通过输出总成8输出动力驱动车辆行驶。
五挡：当第三离合器603和第一离合器601接合时，形成分流驱动模式。电驱动功率流为：电机转子302在电机定子301的电磁力下旋转，驱动分流行星太阳轮401；发动机第一功率流为：发动机1动力驱动发动机输出轴2，带动分流行星架404旋转；两股功率流经过分流行星齿轮组4汇流，通过分流行星齿圈403→第三离合器603→复合行星大太阳齿轮501进入复合行星齿轮组5；发动机第二功率流为：发动机驱动发动机输出轴2→第一离合器601→复合行星架505进入复合行星齿轮组5；三股功率汇总，经过复合行星齿圈506通过输出总成8输出动力驱动车辆行驶。
在四挡、五挡电机和发动机分流驱动模式下，电机可以调节复合行星齿轮组5的输出转速，使发动机总是工作在节油区域，同时，电机可以进入充电模式。
(四)、发动机驱动模式：
一挡：当第二离合器602接合，第二制动离合器702或单向制动离合器704接合，电机转速为零时，可以实现一挡的行驶工况。
二挡：当第二离合器602和第一制动离合器701接合，电机转速为零时，可以实现二挡的行驶工况。
三挡：当第二离合器602和第三离合器603接合，电机转速为零时，可以实现三挡的行驶工况。
四挡：当第二离合器602和第一离合器601接合，电机转速为零时，可以实现四挡的行驶工况。
五挡：当第三离合器603和第一离合器601接合，电机转速为零时，可以实现五挡的行驶工况。
六挡：当第一离合器601和第一制动离合器701接合时，可以实现六挡的行驶工况。
倒挡：当第三离合器603和第二制动离合器702接合，电机转速为零时，可以实现倒挡行驶工况。
本发明解决了现有技术中双电机分流式混合动力，挡位少，需要高速电机和大扭矩电机才能实现车辆0～200kph行驶的要求和车辆起步加速的要求的问题。现有技术中单电机自动变速器，没有分流电机调速功能，还需要发电机调速，无法根本解决发电机油耗问题。本发明实施例采用低速电机就可以适应车辆0～200kph行驶的要求，可以采用小扭矩电机实现起步加速的要求，具有纯电模式、分流模式和发动机(1)驱动模式，多种模式运行可解决不同行驶要求。
实施例2：
如图5所示，本发明实施例2与实施例1的区别在于：所述行星齿轮变速装置还设置有第四制动器705，所述第四制动器705设置于所述分流行星齿轮组4和所述电机3之间，所述第四制动器704的主动端与所述分流行星太阳轮401和所述电机转子302连接，所述第四制动器704的被动端固定在所述变速装置壳体9上。
相比于实施例1本发明实施例2的制动效果更好更可靠。实施例2可以实现的其它功能与实施例1相同。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种汽车行星齿轮变速装置，其特征在于，包括设置于同一轴线上的分流行星齿轮组(4)和复合行星齿轮组(5)，所述分流行星齿轮组(4)和复合行星齿轮组(5)的外侧设置有多个接合元件(6)和多个制动元件(7)；
所述分流行星齿轮组(4)包括分流行星太阳轮(401)、分流行星齿圈(403)、分流行星架(404)和多个分流行星小齿轮(402)，所述分流行星太阳轮(401)与电机转子(302)连接，所述分流行星齿圈(403)的一端与所述多个分流行星小齿轮(402)啮合，所述分流行星齿圈(403)的另一端分别与第二离合器(602)和第三离合器(603)连接，所述多个分流行星小齿轮(402)通过轴承支撑在所述分流行星架(404)上，所述分流行星架(404)的中部通过发动机输出轴(2)与第一离合器(601)和第三制动器(703)连接为一体，同轴旋转；
所述分流行星齿轮组(4)和复合行星齿轮组(5)通过多个接合元件(6)和多个制动元件(7)的接合或分离将电机(3)和发动机(1)旋转经变速输出。
2.根据权利要求1所述的一种汽车行星齿轮变速装置，其特征在于，多个所述接合元件(6)包括第一离合器(601)、第二离合器(602)和第三离合器(603)；所述多个制动元件(7)包括第一制动离合器(701)、第二制动离合器(702)和单向制动离合器(704)；
所述第二离合器(602)和所述第三离合器(603)与所述分流行星齿圈(403)连接，所述第三离合器(603)的被动端通过所述第一制动离合器(701)与复合行星大太阳轮(501)连接，所述第一制动离合器(701)用于制动所述复合行星大太阳轮(501)；
所述第一离合器(601)、第二制动离合器(702)和单向制动离合器(704)的主动端与复合行星架(505)连接，所述第二制动离合器(702)、单向制动离合器(704)和第一制动离合器(701)的被动端均固定在变速装置壳体(9)上。
3.根据权利要求2所述的一种汽车行星齿轮变速装置，其特征在于，所述多个制动元件(7)还包括第三制动器(703)，所述第三制动器(703)设置在所述电机(3)与发动机(1)之间，所述第三制动器(703)的主动端与所述分流行星架(404)和所述第一离合器(601)连接，所述第三制动器(703)的被动端固定在所述变速装置壳体(9)上。
4.根据权利要求2所述的一种汽车行星齿轮变速装置，其特征在于，所述多个制动元件(7)还包括第四制动器(705)，所述第四制动器(705)设置于所述分流行星齿轮组(4)和所述电机(3)之间，所述第四制动器(704)的主动端与所述分流行星太阳轮(401)和所述电机转子(302)连接，所述第四制动器(704)的被动端固定在所述变速装置壳体(9)上。
5.根据权利要求2所述的一种汽车行星齿轮变速装置，其特征在于，所述复合行星齿轮组(5)包括复合行星架(505)、复合行星小太阳轮(502)、复合行星大太阳轮(501)、复合行星齿圈(506)、复合行星小齿轮(503)和复合行星长齿轮(504)；
所述复合行星架(505)的一端与所述复合行星小齿轮(503)和所述复合行星长齿轮(504)连接，所述复合行星架(505)的另一端分别与所述第一离合器(601)、第二制动离合器(702)和单向制动离合器(704)的主动端连接；
所述复合行星小太阳轮(502)与所述第二离合器(602)的被动端连接；
所述复合行星大太阳轮(501)通过所述第一制动离合器(701)的制动鼓与所述第三离合器(603)的被动端连接；
所述复合行星小齿轮(503)通过轴承支撑在所述复合行星架(505)上，所述复合行星小齿轮(503)与所述复合行星小太阳轮(502)和所述复合行星长齿轮(504)啮合；
所述复合行星长齿轮(504)通过轴承支撑在所述复合行星架(505)上，所述复合行星长齿轮(504)与所述复合行星齿圈(506)和所述复合行星大太阳轮(501)啮合；
所述复合行星齿圈(506)与输出齿轮(801)连接。
6.根据权利要求1所述的一种汽车行星齿轮变速装置，其特征在于，所述变速装置还包括输出总成(8)，所述输出总成(8)包括输出齿轮(801)、第一中间齿轮(802)、第二中间齿轮(803)、输出轴(804)和差速器被动齿轮(805)，所述第一中间齿轮(802)和所述第二中间齿轮(803)设置在所述输出轴(804)上，所述输出齿轮(801)设置在所述分流行星齿轮组(4)和所述复合行星齿轮组(5)之间，所述输出齿轮(801)与所述第一中间齿轮(802)啮合，所述第二中间齿轮(803)与所述差速器被动齿轮(805)啮合，所述差速器被动齿轮(805)输出动力。
7.根据权利要求1所述的一种汽车行星齿轮变速装置，其特征在于，所述变速装置还包括与发动机(1)同轴设置的电机(3)，所述电机(3)包括电机定子(301)和电机转子(302)，所述电机定子(301)固定在所述变速装置壳体(9)上。
8.根据权利要求5所述的一种汽车行星齿轮变速装置，其特征在于，所述分流行星齿轮组(4)包括至少三个所述分流行星小齿轮(402)，所述复合行星齿轮组(5)包括至少三个所述复合行星小齿轮(503)。
9.根据权利要求1所述的一种汽车行星齿轮变速装置，其特征在于，所述发动机(1)输出端还设置有双质量飞轮(10)，所述双质量飞轮(10)用于起动和传递所述发动机(1)的转动扭矩和提高变速装置的转动惯量。
10.一种汽车，包括车身、底盘及权利要求1-9任一项所述的行星齿轮变速装置，其特征在于，所述行星齿轮变速装置设置在所述底盘上。
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