CN110319157A - 车辆动力单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车辆动力单元(1)，其包括：电动马达(10)；输入轴(X1)，电动马达的动力输入至该输入轴；中间轴(X2)，来自输入轴的动力传递至该中间轴；驱动轴(X3a、X3b)，该驱动轴平行于中间轴布置，来自中间轴的动力经由差速机构单元(50)传递至该驱动轴，并且该驱动轴将动力传递至驱动轮；变速器机构单元(20)，该变速器机构单元布置在动力传递路径上并且包括齿轮副、切换单元(300)和单向离合器(400)；以及控制单元(30)，该控制单元指示切换单元在动力经由单向离合器传递时布置在空挡位置处并且在动力绕过单向离合器并传递时布置在切换单元与齿轮副接合的位置处。

Description

车辆动力单元
技术领域
本公开涉及车辆动力单元，该车辆动力单元包括变速器机构单元，该变速器机构单元将电动马达的动力传递至驱动轮。
背景技术
在相关技术中，已知一种使用电动马达作为驱动源的车辆，例如，电动四轮驱动车辆(电动4WD)、电动车辆(EV)、或使用发动机驱动主驱动轮并使用电动马达驱动从动轮的类似车辆。在这种车辆中，通常安装有动力传递装置(驱动桥)，该动力传递装置包括减速机构单元和差速机构单元，并且该动力传递装置用于使用作驱动源的电动马达的动力增大并将增大的动力传递至驱动轮侧。
JP 2016-22799A(参考文献1)公开了一种普通车辆动力单元，该车辆动力单元构造成包括马达单元，该马达单元包括马达和驱动桥。更具体地，公开了一种下述车辆动力单元，该车辆动力单元构造成包括：马达，该马达用作驱动源；输入轴，该输入轴与马达的输出轴同轴，并且马达的动力被输入至该输入轴；减速齿轮副；输出轴，马达的动力经由减速齿轮副被传递至该输出轴，使得来自输入轴的动力增大；以及差速机构单元，该差速机构单元差速地控制从输出轴输入的动力并通过驱动轴将该动力传递至驱动轮。
JP 7-63253A(参考文献2)公开了一种微型电动车辆，在该微型电动车辆中，在用作驱动源的马达与驱动轮之间的动力传递路径中设置有变速器。
近年来，在使用电动马达作为驱动源的车辆中，还存在对改善的驾驶性能和车辆性能的需求。在如参考文献1中公开的那样安装有包括减速机构单元的普通动力传递装置的车辆中，为改善驾驶性能、车辆性能等，增加电动马达的物理尺寸是不可避免的，并且存在安装问题。尽管如参考文献2中公开的那样在马达与驱动轮之间设置变速器是有效的，但是由于其中公开的技术在存在高扭矩(大于或等于预定倾斜度的倾斜状态)时强制切换至低速齿轮(低速挡)，因此需要花费时间来执行变速并且在驾驶性能方面存在问题。
因此，需要一种下述车辆动力单元，其包括变速器机构单元，该变速器机构单元通过缩短变速时间来改善驾驶性能并且是整体紧凑的。
发明内容
根据本公开的一个方面的车辆动力单元包括：电动马达；输入轴，电动马达的动力输入至该输入轴；中间轴，来自输入轴的动力传递至该中间轴；驱动轴，该驱动轴平行于中间轴布置，来自中间轴的动力经由差速机构单元传递至该驱动轴，并且该驱动轴将动力传递至驱动轮；变速器机构单元，该变速器机构单元布置在从输入轴至驱动轴的动力传递路径上，并且该变速器机构单元包括两个或更多个齿轮副、移动以与齿轮副自由地接合及断开接合的切换单元、以及单向离合器；以及控制单元，该控制单元指示切换单元在动力经由单向离合器传递的情况下使切换单元布置在空挡位置处并且在动力绕过单向离合器并传递的情况下使切换单元布置在切换单元与对应于车辆要求挡位的齿轮副接合的位置处。
通过该构型，可以通过提供变速器机构单元来改善车辆性能而不增加电动马达的物理尺寸，并且可以提供整体紧凑的车辆动力单元。由于变速器机构单元包括单向离合器，因此可以形成两个路径：普通路径，该普通路径经由齿轮副中的一个齿轮副行进；以及旁通路径，该旁通路径经由作为车辆动力单元中的动力传递路径的单向离合器行进。因此，在动力经由单向离合器传递的状态下执行变速的情况下，由于可以省去普通操作比如换挡释放、换挡进入等，因此可以缩短变速时间。因此，可以改善车辆动力单元中的驾驶性能。
在根据本公开的该方面的车辆动力单元中，优选的是，单向离合器和切换单元布置在输入轴上或中间轴上。
通过该构型，可以可靠地致动包括单向离合器的变速器机构单元。
在根据本公开的该方面的车辆动力单元中，输入轴可以呈中空形状并且中间轴和驱动轴中的一者插入到输入轴中。
通过该构型，可以提供一种更紧凑的车辆动力单元。
在根据本公开的该方面的车辆动力单元中，优选的是，齿轮副包括第一速度齿轮副和第二速度齿轮副，并且单向离合器设置在第一速度齿轮副侧。
考虑到车辆动力单元的可安装性，优选的是，变速器机构单元中的齿轮副的数目是二，如在该构型中那样。例如，当齿轮副的数目设定成五、六等时，由于变速器机构单元的物理尺寸变得过大，因此这是不利的。由于单向离合器设置在第一速度齿轮副侧，因此在动力经由齿轮副传递的情况下，可以避免动力还经由单向离合器传递的情况(避免由前述两个路径导致的双齿轮啮合)以保证动力的传递效率。
在根据本公开的该方面的车辆动力单元中，优选的是，在车辆要求挡位是第一速度挡并且车辆处于运行状态的情况下，控制单元将切换单元布置在空挡位置处，并且在车辆要求挡位是第一速度挡并且车辆处于再生状态的情况下、在车辆要求挡位是第二速度挡的情况下、或在车辆要求挡位是倒挡的情况下，控制单元将切换单元布置在切换单元与对应于车辆要求挡位的齿轮副接合的位置处。
通过该构型，可以将两个路径——经由齿轮副行进的普通路径和经由单向离合器行进的旁通路径——的使用有效地分开(可以避免由前述两个路径导致的双齿轮啮合)。更具体地，可以通过将切换单元布置成使得在动力通过经由单向离合器行进的旁通路径(先前描述)传递的情况下动力不通过经由齿轮副行进的路径传递来保证动力的传递效率。
在根据本公开的该方面的车辆动力单元中，优选的是，在于运行状态下执行车辆要求挡位的从第一速度挡至第二速度挡的变速指令的情况下，控制单元使切换单元从空挡位置移动至切换单元与第二速度齿轮副接合的位置。
通过该构型，由于可以在向上变速期间省去普通操作比如换挡释放，因此可以缩短变速时间。因此，可以改善车辆动力单元中的驾驶性能。
在根据本公开的该方面的车辆动力单元中，优选的是，在于运行状态下执行车辆要求挡位的从第二速度挡至第一速度挡的变速指令的情况下，控制单元使切换单元从切换单元与第二速度齿轮副接合的位置移动至空挡位置。
通过该构型，由于可以在向下变速期间省去普通操作比如换挡进入，因此可以缩短变速时间。因此，可以改善车辆动力单元中的驾驶性能。
在根据本公开的该方面的车辆动力单元中，优选的是，齿轮副包括卡爪部分，并且切换单元包括套筒部分，该套筒部分基于来自控制单元的指令而移动以与卡爪部分自由地接合及断开接合。
通过该构型，可以基于控制单元的指令来可靠地致动切换单元。
根据各种实施方式，可以提供一种车辆动力单元，该车辆动力单元包括变速器机构单元，该变速器机构单元通过缩短变速时间来改善驾驶性能并且是整体紧凑的。
附图说明
根据参照附图考虑的以下详细描述，本公开的前述及附加特征和特性将变得更加明显，在附图中：
图1是示出了根据实施方式的车辆动力单元的基本构型的示意图；
图2A是示出了根据实施方式的车辆动力单元中的在车辆要求挡位是第一速度挡并且车辆处于运行状态的情况下的动力传递路径的示意图；
图2B是示出了根据实施方式的车辆动力单元中的在车辆要求挡位是第二速度挡的情况下的动力传递路径的示意图；
图2C是示出了根据实施方式的车辆动力单元中的在车辆要求挡位是第一速度挡并且车辆处于再生状态的情况下或在车辆要求挡位是倒挡的情况下的动力传递路径的示意图；
图3A是在变速期间的通常变速次序的示意框图；
图3B是根据实施方式的变速器机构单元在运行状态下的在向上变速期间的变速次序的示意框图；
图3C是根据实施方式的变速器机构单元在运行状态下的在向下变速期间的变速次序的示意框图；
图4A是示出了根据实施方式的变速器机构单元的在向上变速期间的变速次序和变速时间表的图表；
图4B是示出了相关技术中的在向上变速期间的变速次序和变速时间表的图表；
图5A是示出了根据实施方式的变速器机构单元的在向下变速期间的变速次序和变速时间表的图表；
图5B是示出了相关技术中的在向下变速期间的变速次序和变速时间表的图表；
图6是示出了根据第二实施方式的车辆动力单元的基本构型的示意图；
图7A是示出了根据第二实施方式的车辆动力单元中的在车辆要求挡位是第一速度挡并且车辆处于运行状态的情况下的动力传递路径的示意图；
图7B是示出了根据第二实施方式的车辆动力单元中的在车辆要求挡位是第二速度挡的情况下的动力传递路径的示意图；
图7C是示出了根据第二实施方式的车辆动力单元中的在车辆要求挡位是第一速度挡并且车辆处于再生状态的情况下或在车辆要求挡位是倒挡的情况下的动力传递路径的示意图；以及
图8是示出了根据第三实施方式的车辆动力单元的基本构型的示意图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图给出对在此公开的各种实施方式的描述。在附图中，相同的附图标记被分配给共同的组成元件。应当注意的是，为了说明方便，在某一附图中示出的组成元件可以在其他附图中省略。此外，应当注意的是，附图不一定按照精确的比例绘制。
1.车辆动力单元1的构型
将参照图1给出对根据实施方式的车辆动力单元1的整体构型的轮廓的描述。图1是示出了根据实施方式的车辆动力单元1的基本构型的示意图。
根据实施方式的车辆动力单元1构造成包括：联合电动马达和发电机10(下文中称为“MG 10”)，MG10用作驱动源；以及驱动桥2，驱动桥2主要包括变速器机构单元20和差速机构单元50。对于MG 10，可以使用构造成包括定子11和转子13的普通车辆电动马达。通过MG10中的转子13面向定子11并且旋转而产生的动力被传递至输入轴X1，输入轴X1是车辆动力单元1中的驱动桥2的动力输入单元并且输入轴X1与转子13一体地旋转。输入至输入轴X1的动力最终受到差速机构单元50的差速控制并且经由驱动轴X3a和X3b被传递至驱动轮(未示出)。
如图1中所示，驱动桥2主要包括：前述输入轴X1；中间轴X2；驱动轴X3a和X3b；变速器机构单元20；控制单元30；最终驱动齿轮40；以及差速机构单元50，差速机构单元50包括最终从动齿轮41。中间轴X2平行于输入轴X1布置，来自输入轴X1的动力被传递至中间轴X2，驱动轴X3a和X3b平行于中间轴X2布置，来自中间轴X2的动力经由差速机构单元50被传递至驱动轴X3a和X3b，驱动轴X3a和X3b将该动力传递至驱动轮(未示出)，变速器机构单元20布置在输入轴X1和中间轴X2上，控制单元30指示变速器机构单元20中的切换单元300，最终驱动齿轮40布置在中间轴X2上，最终从动齿轮41布置在驱动轴X3a和X3b上并且与最终驱动齿轮40接合，并且差速机构单元50连接至驱动轴X3a和X3b。在下文中，将给出对组成元件的详细描述。
1-1.输入轴X1
如图1中所示，输入轴X1设置成能够与MG 10的转子13一体地旋转，并且通过转子13在定子11内部旋转而产生的动力被传递至输入轴X1。变速器机构单元20(稍后详细描述)中的用于低速的第一速度齿轮副100中的第一速度驱动齿轮100a和用于高速的第二速度齿轮副200中的第二速度驱动齿轮200a设置成能够与输入轴X1一体地旋转，并且因此，变速器机构单元20构造成能够将从MG 10输入至输入轴X1的动力传递至第一速度驱动齿轮100a和第二速度驱动齿轮200a两者(如稍后描述的，动力通过变速器机构单元20被传递至第一速度驱动齿轮100a和第二速度驱动齿轮200a中的仅一者，而另一者仅仅空转)。例如，输入轴X1的两端由固定至壳体(未示出)的轴承(未示出)轴向地支承。
1-2.中间轴X2
如图1中所示，中间轴X2平行于输入轴X1布置。变速器机构单元20(稍后详细描述)中的切换单元300和与切换单元300始终接合的毂单元500设置成能够与中间轴X2一体地旋转。第一速度齿轮副100中的第一速度从动齿轮100b和第二速度齿轮副200中的第二速度从动齿轮200b设置在中间轴X2上并设置成能够相对于中间轴X2旋转。然而，如稍后所述，当切换单元300布置在切换单元300与第一速度从动齿轮100b和第二速度从动齿轮200b中的一者(第一速度齿轮副100和第二速度齿轮副200中的一者)接合的位置处时，输入至输入轴X1的动力被传递至中间轴X2。更详细地，例如，在切换单元300与第二速度从动齿轮200b(第二速度齿轮副200)接合的情况下，输入至输入轴X1的动力经由第二速度齿轮副200的第二速度驱动齿轮200a和第二速度从动齿轮200b、切换单元300、以及毂单元500被传递至中间轴X2。与中间轴X2一体地旋转的最终驱动齿轮40设置在中间轴X2上。例如，中间轴X2的两端以与输入轴X1中相同的方式由固定至壳体(未示出)的轴承(未示出)轴向地支承。
1-3.驱动轴X3a和X3b
如图1中所示，驱动轴X3a和X3b平行于中间轴X2布置。在驱动轴X3a和X3b的端部部分中的每个端部部分上设置有驱动轮(未示出)，并且由MG 10产生的动力最终被传递至驱动轮。驱动轴X3a和X3b连接至差速机构单元50(稍后描述)。当动力经由与最终驱动齿轮40(先前描述的)始终接合的最终从动齿轮41从中间轴X2被传递至差速机构单元50时，动力根据驾驶情况(前进、左转或右转等)而受到差速机构单元50的差速控制并且被传递至驱动轴X3a和X3b以被最终传递至驱动轮。驱动轴X3a和X3b也是由轴承轴向地支承。
1-4.变速器机构单元20
如图1中所示，变速器机构单元20布置在从输入轴X1至驱动轴X3a和X3b的动力传递路径上。更具体地，变速器机构单元20构造成包括第一速度齿轮副100、第二速度齿轮副200、切换单元300以及单向离合器400。这些当中，第一速度齿轮副100中的第一速度驱动齿轮100a和第二速度齿轮副200中的第二速度驱动齿轮200a设置成能够与输入轴X1一体地旋转，并且第一速度齿轮副100中的第一速度从动齿轮100b和第二速度齿轮副200中的第二速度从动齿轮200b设置在中间轴X2上并设置成能够相对于中间轴X2旋转。同时，切换单元300与毂单元500始终接合并且切换单元300设置成能够与中间轴X2一体地旋转。单向离合器400设置在中间轴X2上并且布置成被夹在中间轴X2与第一速度齿轮副100中的第一速度从动齿轮100b之间。
1-4-1.齿轮副(第一速度齿轮副100和第二速度齿轮副200)
如图1中所示，尽管两个齿轮副——第一速度齿轮副100和第二速度齿轮副200——设置在变速器机构单元20中，但是可以进一步添加第三速度挡以提供三个齿轮副。然而，当齿轮副的数目增加以处理多级变速比如第五挡和第六挡(例如，大于或等于五个齿轮副)时，由于变速器机构单元20的物理尺寸增大，因此这是不利的。第一速度齿轮副100和第二速度齿轮副200中的每一者的变速比可以根据情况设定，并且不被特别限制。在图1中，尽管第二速度齿轮副200在纸面上设置在第一速度齿轮副100的左上侧，但是第二速度齿轮副200可以在纸面上设置在第一速度齿轮副100的右上侧。
如图1中所示，在第一速度从动齿轮100b和第二速度从动齿轮200b上分别设置有第一卡爪部分105和第二卡爪部分205。因此，切换单元300能够通过基于控制单元30的指令在中间轴X2上沿轴向方向移动来与第一速度从动齿轮100b或第二速度从动齿轮200b接合。
1-4-2.切换单元300
如前所述，切换单元300与毂单元500始终接合并且切换单元300设置成能够与中间轴X2一体地旋转。更具体地，例如，切换单元300可以包括套筒部分(未示出)和致动器部分(未示出)，并且可以采用下述构型：在该构型中，致动器部分检测来自控制单元30的指令并且基于该指令致动套筒部分。套筒部分构造成能够在中间轴X2上沿轴向方向移动以与第一卡爪部分105和第二卡爪部分205自由地接合及断开接合。当致动器部分检测到控制单元30的指令时，致动器部分基于该指令使套筒部分移动至套筒部分与第一卡爪部分105接合的位置、套筒部分与第二卡爪部分205接合的位置、以及套筒部分与第一卡爪部分105和第二卡爪部分205中的任何一者都不接合的空挡位置中的一个位置。例如，对于致动器部分而言，可以采用普通的螺线管致动器部分或DC马达致动器部分。
因此，在套筒部分布置在套筒部分与第一卡爪部分105接合(与第一速度齿轮副100接合)的位置处的情况下，例如，输入至输入轴X1的动力经由第一速度齿轮副100的第一速度驱动齿轮100a和第一速度从动齿轮100b、切换单元300(套筒部分)以及毂单元500被传递至中间轴X2。
1-4-3.单向离合器400
如前所述，单向离合器400设置在中间轴X2上并且布置成在垂直于轴向方向的方向上被夹在中间轴X2与第一速度齿轮副100中的第一速度从动齿轮100b之间。对于单向离合器400而言，可以使用具有公知结构的单向离合器，只要所使用的离合器在仅一个方向上传递动力并且在相反方向上空转即可。换句话说，图1中所示的单向离合器400根据位于输入侧的第一速度从动齿轮100b与位于输出侧的中间轴X2之间的旋转速度差来对动力从第一速度从动齿轮100b至中间轴X2的传递或不传递进行控制。例如，在第一速度从动齿轮100b的旋转速度大于或等于中间轴X2的旋转速度的情况下，单向离合器400将动力从第一速度从动齿轮100b传递至中间轴X2。相反地，在第一速度从动齿轮100b的旋转速度小于中间轴X2的旋转速度的情况下，单向离合器400空转并且不将动力从第一速度从动齿轮100b传递至中间轴X2。
由于这些特性，优选的是，单向离合器400设置在第一速度齿轮副100侧(如图1中所示的第一速度从动齿轮100b侧，或如稍后所描述的第一速度驱动齿轮100a侧)。假设，如果单向离合器400设置在第二速度齿轮副200侧(例如，第二速度从动齿轮200b侧)，则由于单向离合器400实际上呈现始终传递动力的状态，由于双齿轮啮合发生的可能性增加，因此这是不利的。
1-5.控制单元30
控制单元30通过CAN通信等来接收单独设置的MG 10的旋转速度传感器和切换单元300的位置传感器、车辆要求挡位等的各种信息，并且指示切换单元300中的致动器部分以将切换单元300(套筒部分)布置在适当的位置。
1-6.差速机构单元50
如图1中所示，当动力被传递至与最终驱动齿轮40接合的最终从动齿轮41时，动力被传递至差速机构单元50内的差速齿轮(未示出)并且根据驾驶情况(前进、左转或右转等)而受到差速齿轮中的差速控制(例如，控制左右轮旋转的差)。驱动轴X3a和X3b连接至差速齿轮，动力基于前述差速控制被分配至驱动轴X3a和X3b，并且被分配的动力被最终传递至驱动轮(未示出)中的每个驱动轮。
2.车辆动力单元1中的变速器机构单元20的操作
接下来，将参照图2A至图5B给出对具有上述构型的车辆动力单元1中的变速器机构单元20的操作的描述。图2A是示出了根据实施方式的车辆动力单元1中的在车辆要求挡位是第一速度挡并且车辆处于运行状态的情况下的动力传递路径的示意图。图2B是示出了根据实施方式的车辆动力单元1中的在车辆要求挡位是第二速度挡的情况下的动力传递路径的示意图。图2C是示出了根据实施方式的车辆动力单元1中的在车辆要求挡位是第一速度挡并且车辆处于再生状态的情况下或在车辆要求挡位是倒挡的情况下的动力传递路径的示意图。图3A是相关技术的在变速期间的变速次序的示意框图。图3B是根据实施方式的变速器机构单元20在运行状态下的在向上变速期间的变速次序的示意框图。图3C是根据实施方式的变速器机构单元20在运行状态下的在向下变速期间的变速次序的示意框图。图4A是示出了根据实施方式的变速器机构单元20的在向上变速期间的变速次序和变速时间表的图表。图4B是示出了相关技术中的在向上变速期间的变速次序和变速时间表的图表。图5A是示出了根据实施方式的变速器机构单元的在向下变速期间的变速次序和变速时间表的图表。图5B是示出了相关技术中的在向下变速期间的变速次序和变速时间表的图表。
由于在如前所述的实施方式中单向离合器400设置在变速器机构单元20中，作为基本原理，在动力经由至少单向离合器400从输入轴X1传递至中间轴X2并且被最终传递至驱动轮的情况下，从防止双齿轮啮合的角度来看并且从缩短变速时间的角度来看，控制单元30指示致动器部分使切换单元300中的套筒部分布置在空挡位置处。相反地，在单向离合器400空转并且不传递动力的情况下(在动力绕过单向离合器400并被传递的情况下)，控制单元30指示致动器部分使切换单元300中的套筒部分布置在套筒部分与对应于车辆要求挡位(第一速度挡、第二速度挡、或倒挡)的齿轮副接合的位置处。自然地，在车辆要求挡位是空挡的情况下，控制单元30指示致动器部分使切换单元300中的套筒部分布置在空挡位置处。
在下文中，将基于上述基本原理根据各种行驶情况给出对变速器机构单元20的操作的详细描述。
如图2A中所示，在车辆要求挡位是第一速度挡并且车辆处于运行状态的情况下，由于第一速度从动齿轮100b和中间轴X2具有相同的旋转速度，因此输入至输入轴X1的动力经由单向离合器400被传递至中间轴X2。在这种情况下，基于前述基本原理，切换单元300的套筒部分布置在空挡位置处而不与第一速度从动齿轮100b接合(并且不与第二速度从动齿轮200b接合)。换句话说，即使车辆要求挡位和切换单元300的套筒部分的实际位置不同，车辆也可以处理车辆要求挡位。以这种方式，在车辆要求挡位是第一速度挡并且车辆处于运行状态的情况下，由于可以通过将切换单元300的套筒部分布置在空挡位置处而缩短在于仍然处于运行状态的同时执行如稍后所述的向上变速的情况下切换单元300的套筒部分的运动时间(省去所谓的换挡释放时间)，因此可以缩短变速时间并且改善车辆的驾驶性能。
例如，车辆要求挡位在安装有属于普通手动变速装置类型的变速装置的车辆中是由驾驶员要求的挡位位置，并且在根据第一速度齿轮副100和第二速度齿轮副200的变速比、车辆的行驶状态等而自动受到变速控制的车辆中意指由该车辆要求的挡位(例如，由变速器ECU指示的挡位)。
接下来，如图2B中所示，在车辆要求挡位是第二速度挡的情况下，切换单元300的套筒部分布置在套筒部分与第二速度从动齿轮200b接合的位置处并且输入至输入轴X1的动力经由第二速度齿轮副200被传递至中间轴X2。在这种情况下，由于第一速度从动齿轮100b的旋转速度小于中间轴X2的旋转速度，因此单向离合器400空转并且不发生双齿轮啮合。
接下来，如图2C中所示，在车辆要求挡位是第一速度挡并且车辆处于再生状态的情况下或者在车辆要求挡位是倒挡的情况下，由于第一速度从动齿轮100b的旋转速度小于中间轴X2的旋转速度，因此单向离合器400空转。因此，切换单元300的套筒部分布置在套筒部分与第一速度从动齿轮100b接合的位置处。换句话说，在车辆要求挡位是第一速度挡的情况下，每次车辆在运行状态与再生状态之间切换，切换单元300的套筒部分也在空挡位置与套筒部分接合第一速度从动齿轮100b的位置之间往复移动(在图2A的状态与图2C的状态之间往复移动)。
接下来，将给出对变速器机构单元20在执行向上变速或向下变速的情况下的变速次序的描述。
如图3A中所示，包括MG 10的车辆动力单元(不包括单向离合器)中的在变速期间的通常变速次序构造成主要包括第一步骤至第六步骤。在第一步骤中，由MG 10产生的动力传递被减弱(MG扭矩释放)，在第二步骤中，动力最终不被传递(零扭矩控制)，在第三步骤中，与先前变速的齿轮副接合的套筒部分移动至空挡位置(换挡释放)，在第四步骤中，输出轴的旋转速度和变速之后的齿轮副的旋转速度同步(旋转速度同步控制)，在第五步骤中，空挡位置的套筒部分移动至套筒部分与变速之后的齿轮副接合的位置(换挡进入)，并且在第六步骤中，由MG 10产生的动力的传递被返回至输出轴(MG扭矩返回)。由于每一步骤是相关技术中通常执行的步骤，因此将省略对其的详细描述。
另一方面，如图3B中所示，在车辆要求挡位是第一速度挡并且车辆处于运行状态的情况下，在执行将车辆要求挡位从第一速度挡向上变速至第二速度挡的指令的情况下，与图3A中所示的通常变速次序相比，由于根据本实施方式的变速器机构单元20的变速次序不包括第二步骤(零扭矩控制)和第三步骤(换挡释放)，因此可以将变速时间缩短与第二步骤和第三步骤对应的时间量，并且改善车辆的驾驶性能。如前所述，在车辆要求挡位是第一速度挡并且车辆处于运行状态的情况下，由于由可以经由单向离合器400传递动力而导致的切换单元300的套筒部分预先布置在空挡位置处，因此不需要以零扭矩控制和换挡释放开始，并且可以基于控制单元30的指令使套筒部分移动至套筒部分与第二速度齿轮副200(第二速度从动齿轮200b)接合的位置。
在对比性地参照描绘了变速时间表的图4A以及示出了包括MG 10的车辆动力单元(未提供单向离合器)中的通常变速次序的图4B的同时，将给出对图3B中所示的向上变速期间的变速次序的详细描述。
如图4A中所示，在车辆要求挡位是第一速度挡并且车辆稳定行进(MG扭矩大于或等于0Nm的运行状态)的情况下，由于第一速度从动齿轮100b和输出轴(本实施方式中的中间轴X2)具有相同的旋转速度，因此输入至输入轴X1的动力经由单向离合器400(单向离合器400与中间轴X2接合)被传递至中间轴X2。在这种情况下，切换单元300的套筒部分布置在空挡位置处。另一方面，在通常变速次序中，在车辆要求挡位是第一速度挡的情况下，自然地，切换单元300的套筒部分布置在套筒部分与第一速度从动齿轮100b接合的位置处。
接下来，当车辆要求挡位是从第一速度挡至第二速度挡的向上变速的指令时，与图4B相比较，在图4A中，可以在第二速度从动齿轮200b与中间轴X2的旋转速度同步(受到旋转速度同步控制)的时间(图4A中的t3时间)处使切换单元300的套筒部分移动至套筒部分与第二速度从动齿轮200b接合的位置，而不经历零扭矩控制和换挡释放。向上变速通过在套筒部分的运动完成的时刻处使MG扭矩返回来完成。如图4A中所示，单向离合器400与中间轴X2在车辆要求挡位是第一速度挡并且车辆稳定行进的t1时间与旋转速度同步控制的开始时间(t2时间)之间的时间内接合。从t2时间开始，由于第一速度从动齿轮100b的旋转速度小于中间轴X2的旋转速度，因此单向离合器400始终空转而不传递动力。
接下来，将以相同的方式给出对向下变速时间的情况的描述。如图3C中所示，在执行车辆要求挡位是在运行状态下从第二速度挡至第一速度挡的向下变速的指令的情况下，与图3A中所示的通常变速次序相比，由于根据本实施方式的变速器机构单元20的变速次序不包括第四步骤(旋转速度同步控制)和第五步骤(换挡进入)，因此可以将变速时间缩短与第四步骤和第五步骤对应的时间量，并且改善车辆的驾驶性能。这源自于下述事实：由于可以在于运行状态下执行从第二速度挡至第一速度挡的向下变速的情况下，在实际上MG扭矩返回步骤(第六步骤)的同时将动力经由第一速度从动齿轮100b和单向离合器400传递至输出轴，因此没有必要使切换单元300的套筒部分与第一速度齿轮副100(第一速度从动齿轮100b)接合(套筒部分不接合)。因此，在向下变速时间的情况下，切换单元300的套筒部分基于控制单元的指令从套筒部分与第二速度齿轮副200(第二速度从动齿轮200b)接合的位置移动至空挡位置。
在对比性地参照描绘了变速时间表的图5A以及示出了包括MG 10的车辆动力单元(未提供单向离合器)中的通常变速次序的图5B的同时，将给出对图3C中所示的向下变速期间的变速次序的详细描述。
如图5A中所示，在车辆要求挡位是第二速度挡并且车辆稳定行进(MG扭矩大于或等于0Nm的运行状态)的情况下，由于第一速度从动齿轮100b的旋转速度小于中间轴X2的旋转速度，因此单向离合器400空转并且输入至输入轴X1的动力经由第二速度齿轮副200被传递至中间轴X2。在这种情况下，切换单元300的套筒部分布置在套筒部分与第二速度从动齿轮200b接合的位置处。即使在通常变速次序中，以相同的方式，在车辆要求挡位是第二速度挡的情况下，自然地，切换单元300的套筒部分布置在套筒部分与第二速度从动齿轮200b接合的位置处。
接下来，当车辆要求挡位是从第二速度挡至第一速度挡的向下变速的指令时，与图5B相比较，在图5A中，可以仅通过MG扭矩返回来完成向下变速而不经历旋转速度同步控制和换挡进入。换句话说，如果切换单元300的套筒部分从套筒部分与第二速度从动齿轮200b接合的位置移动至空挡位置，则动力传递由于单向离合器400与中间轴X2在第一速度从动齿轮100b的旋转速度和中间轴X2的旋转速度仅通过使MG扭矩返回而变得相同的时间(图5A中的t4时间)处接合而经由单向离合器400变成可能。从t4时间开始，只要运行状态继续，则单向离合器400与中间轴X2始终接合。
3.根据第二实施方式的车辆动力单元1的构型
接下来，将参照图6给出对根据第二实施方式的车辆动力单元1的整体构型的轮廓的描述。图6是示出了根据第二实施方式的车辆动力单元1的基本构型的示意图；由于除了添加辅助中间轴Y(稍后描述)和组成元件的布置之外，根据第二实施方式的车辆动力单元1的组成元件与前面参照图1描述的根据第一实施方式的车辆动力单元1共用，因此对共用的组成元件的功能等的描述将根据情况被省略。
3-1.输入轴X1、第一速度驱动齿轮100a、第二速度驱动齿轮200a、切换单元300以及单向离合器400
如图6中所示，根据第二实施方式的车辆动力单元1的输入轴X1呈中空形状并且能够相对于输入轴X1旋转的辅助中间轴Y(稍后描述)被插入到输入轴X1的内部中。中空输入轴X1设置成能够与MG 10的转子13一体地旋转，并且通过转子13在定子11内旋转而产生的动力被传递至输入轴X1。
第二速度驱动齿轮200a设置在输入轴X1上并设置成能够相对于输入轴X1旋转，而第一速度驱动齿轮100a设置在输入轴X1上并设置成能够相对于输入轴X1旋转并且设置成能够与辅助中间轴Y一体地旋转。能够与输入轴X1一体地旋转的毂单元500设置在输入轴X1上。此外，与毂单元500始终接合并且能够与输入轴X1一体地旋转的切换单元300设置在输入轴X1上。此外，单向离合器400设置在输入轴X1上并且设置成被夹在输入轴X1与辅助中间轴Y之间。输入轴X1构造为单向离合器400中的输入侧。
第二卡爪部分205设置在第二速度驱动齿轮200a上。切换单元300的套筒部分构造成能够在输入轴X1上和辅助中间轴Y上沿轴向方向移动，并且当套筒部分与第二卡爪部分205接合时，第二速度驱动齿轮200a与输入轴X1一体地旋转并且动力被从输入轴X1传递。输入轴X1的两端由轴承(未示出)轴向地支承，如前所述。
3-2.辅助中间轴Y和第一速度驱动齿轮100a
如图6中所示，辅助中间轴Y被插入穿过中空输入轴X1的内部，如前所述。第一速度驱动齿轮100a设置在辅助中间轴Y上并设置成能够与辅助中间轴Y一体地旋转。辅助中间轴Y(第一速度驱动齿轮100a)用作单向离合器400中的输出侧。此外，第一卡爪部分105设置在第一速度驱动齿轮100a上。因此，由于切换单元300的套筒部分在输入轴X1和辅助中间轴Y上沿轴向方向移动，当套筒部分与第一卡爪部分105接合时，第一速度驱动齿轮100a与输入轴X1一体地旋转并且动力被从输入轴X1传递。换句话说，套筒部分构造成能够在输入轴X1上和辅助中间轴Y上沿轴向方向移动以与第一卡爪部分105和第二卡爪部分205自由地接合及断开接合。辅助中间轴Y的两端由轴承(未示出)轴向地支承。
3-3.中间轴X2
如图6中所示，中间轴X2平行于输入轴X1和辅助中间轴Y布置。第一速度从动齿轮100b和第二速度从动齿轮200b设置在中间轴X2上并设置成能够与中间轴X2一体地旋转。此外，如前所述，与中间轴X2一体地旋转的最终驱动齿轮40设置在中间轴X2上并且中间轴X2的两端由轴承(未示出)轴向地支承。
其他组成元件比如MG 10、控制单元30、差速机构单元50以及驱动轴X3a和X3b的详细描述将被省略，因为它们的构型与第一实施方式中类似。
4.根据第二实施方式的车辆动力单元1中的变速器机构单元20的操作
接下来，将参照图7A至图7C给出对具有上述构型的根据第二实施方式的车辆动力单元1中的变速器机构单元20的操作的描述。图7A是示出了根据第二实施方式的车辆动力单元1中的在车辆要求挡位是第一速度挡并且车辆处于运行状态的情况下的动力传递路径的示意图。图7B是示出了根据第二实施方式的车辆动力单元1中的在车辆要求挡位是第二速度挡的情况下的动力传递路径的示意图。图7C是示出了根据第二实施方式的车辆动力单元1中的在车辆要求挡位是第一速度挡并且车辆处于再生状态的情况下或者在车辆要求挡位是倒挡的情况下的动力传递路径的示意图。根据第二实施方式的车辆动力单元1中的变速器机构单元20的操作的基本原理与第一实施方式的基本原理相同。
首先，如图7A中所示，在车辆要求挡位是第一速度挡并且车辆处于运行状态的情况下，由于输入轴X1和辅助中间轴Y(第一速度驱动齿轮100a)具有相同的旋转速度，因此输入至输入轴X1的动力经由单向离合器400被传递至辅助中间轴Y(第一速度驱动齿轮100a)。在这种情况下，切换单元300的套筒部分基于前述基本原理布置在空挡位置处而不与第一速度驱动齿轮100a接合(并且不与第二速度驱动齿轮200a接合)。因此，以与第一实施方式中相同的方式，由于可以缩短在于仍然处于运行状态的同时执行向上变速的情况下切换单元300的套筒部分的运动时间(省去换挡释放时间)，因此可以缩短变速时间并且改善车辆的驾驶性能。
接下来，如图7B中所示，在车辆要求挡位是第二速度挡的情况下，切换单元300的套筒部分布置在套筒部分与第二速度驱动齿轮200a接合的位置处，并且输入至输入轴X1的动力经由第二速度齿轮副200被传递至中间轴X2。在这种情况下，由于输入轴X1的旋转速度小于辅助中间轴Y(第一速度驱动齿轮100a)的旋转速度，因此单向离合器400空转并且不发生双齿轮啮合。
接下来，如图7C中所示，在车辆要求挡位是第一速度挡并且车辆处于再生状态的情况下或者在车辆要求挡位是倒挡的情况下，由于输入轴X1的旋转速度小于中间轴Y(第一速度驱动齿轮100a)的旋转速度，因此单向离合器400空转。因此，切换单元300的套筒部分布置在套筒部分与第一速度驱动齿轮100a接合的位置处。换句话说，在车辆要求挡位是第一速度挡的情况下，每次车辆在运行状态与再生状态之间切换，切换单元300的套筒部分也在空挡位置与套筒部分接合第一速度驱动齿轮100a的位置之间往复移动(在图7A的状态与图7C的状态之间往复移动)。
由于根据第二实施方式的在向上变速和向下变速期间的变速次序和变速时间表与第一实施方式中的变速次序和变速时间表类似，因此此处将省略对其的详细描述。
5.根据第三实施方式的车辆动力单元1的构型
接下来，将参照图8给出对根据第三实施方式的车辆动力单元1的整体构型的轮廓的描述。图8是示出了根据第三实施方式的车辆动力单元1的基本构型的示意图。由于根据第三实施方式的车辆动力单元1的组成元件与前面参照图1描述的根据第一实施方式的车辆动力单元1大部分共用，因此对共用的组成元件的功能等描述将根据情况被省略。
5-1.输入轴X1、第一速度驱动齿轮100a、第二速度驱动齿轮200a、切换单元300以及单向离合器400
如图8中所示，根据第三实施方式的车辆动力单元1的输入轴X1呈中空形状并且驱动轴X3a被插入到输入轴X1的内部中。中空输入轴X1设置成能够与MG 10的转子13一体地旋转并且通过转子13在定子11内旋转而产生的动力被传递至输入轴X1。
第一速度驱动齿轮100a和第二速度驱动齿轮200a设置在输入轴X1上并且设置成能够相对于输入轴X1旋转。能够与输入轴X1一体地旋转的毂单元500设置在输入轴X1上。此外，与毂单元500始终接合并且能够与输入轴X1一体地旋转的切换单元300设置在输入轴X1上。此外，单向离合器400设置在输入轴X1上并且设置成被夹在输入轴X1与第一速度驱动齿轮100a之间。输入轴X1构造为单向离合器400中的输入侧并且第一速度驱动齿轮100a构造为单向离合器400中的输出侧。
第一卡爪部分105和第二卡爪部分205分别设置在第一速度驱动齿轮100a和第二速度驱动齿轮200a上。切换单元300的套筒部分构造成能够在输入轴X1上沿轴向方向移动。套筒部分构造成使得当套筒部分与第一卡爪部分105接合时，第一速度驱动齿轮100a与输入轴X1一体地旋转，并且当套筒部分与第二卡爪部分205接合时，第二速度驱动齿轮200a与输入轴X1一体地旋转，并且在每种情况下，动力被从输入轴X1分别传递至第一速度齿轮副100或第二速度齿轮副200。套筒部分构造成能够在输入轴X1上沿轴向方向移动以与第一卡爪部分105和第二卡爪部分205自由地接合及断开接合。输入轴X1的两端由轴承(未示出)轴向地支承，如前所述。
5-2.中间轴X2
如图8中所示，中间轴X2平行于输入轴X1布置。第一速度从动齿轮100b和第二速度从动齿轮200b设置在中间轴X2上并设置成能够与中间轴X2一体地旋转。此外，如前所述，与中间轴X2一体地旋转的最终驱动齿轮40设置在中间轴X2上并且中间轴X2的两端由轴承(未示出)轴向地支承。
5-3.驱动轴X3a
如图8中所示，驱动轴X3a平行于中间轴X2布置并且被插入到中空输入轴X1的内部中。其他点与第一实施方式中的点类似。
由于根据第三实施方式的车辆动力单元1中的变速器机构单元20的操作、变速次序、以及变速时间表与第一实施方式中的车辆动力单元1中的变速器机构单元20的操作、变速次序、以及变速时间表类似，因此对其的详细描述将被省略。
考虑到车辆动力单元1在车辆中的可安装性，可以根据情况选择根据实施方式中的任一实施方式的车辆动力单元1。
在上文中，如前所述，尽管例示了各种实施方式，但是实施方式仅仅是示例性的并不意在限制本发明的范围。各种其他实施方式是可能的，并且可以在不背离此处公开的实施方式的精神的范围中进行各种删节、替换和修改。可以通过根据情况修改构型、形状、尺寸、长度、宽度、厚度、高度、数目等来体现此处公开的实施方式。
在前述说明书中已经对本发明的原理、优选实施方式以及操作模式进行了描述。然而，旨在被保护的本发明不应被解释为限于所公开的特定实施方式。进一步地，文中所描述的实施方式应被认为是说明性的而非限制性的。在不背离本发明的精神的情况下，可以通过其他实施方式和采用的等同物做出变化和改变。因此，明确意指的是，落入本发明的在权利要求中限定的精神和范围内的所有这些变型、改型和等同替代由此被包含。

Claims (8)

1.一种车辆动力单元(1)，包括：
电动马达(10)；
输入轴(X1)，所述电动马达的动力输入至所述输入轴(X1)；
中间轴(X2)，来自所述输入轴的所述动力传递至所述中间轴(X2)；
驱动轴(X3a、X3b)，所述驱动轴(X3a、X3b)平行于所述中间轴布置，来自所述中间轴的所述动力经由差速机构单元(50)传递至所述驱动轴(X3a、X3b)，并且所述驱动轴(X3a、X3b)将所述动力传递至驱动轮；
变速器机构单元(20)，所述变速器机构单元(20)布置在从所述输入轴至所述驱动轴的动力传递路径上，并且所述变速器机构单元(20)包括两个或更多个齿轮副、移动以与所述齿轮副自由地接合及断开接合的切换单元(300)、以及单向离合器(400)；以及
控制单元(30)，所述控制单元(30)指示所述切换单元在所述动力经由所述单向离合器传递的情况下使所述切换单元布置在空挡位置处，并且在所述动力绕过所述单向离合器并传递的情况下使所述切换单元布置在所述切换单元与对应于车辆要求挡位的所述齿轮副接合的位置处。
2.根据权利要求1所述的车辆动力单元，
其中，所述单向离合器和所述切换单元布置在所述输入轴上或所述中间轴上。
3.根据权利要求1或2所述的车辆动力单元，
其中，所述输入轴呈中空形状，并且所述中间轴和所述驱动轴中的一者插入到所述输入轴中。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的车辆动力单元，
其中，所述齿轮副包括第一速度齿轮副(100)和第二速度齿轮副(200)，并且所述单向离合器设置在所述第一速度齿轮副侧。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的车辆动力单元，
其中，在所述车辆要求挡位是第一速度挡并且所述车辆处于运行状态的情况下，所述控制单元将所述切换单元布置在所述空挡位置处，并且
在所述车辆要求挡位是所述第一速度挡并且所述车辆处于再生状态的情况下、在所述车辆要求挡位是第二速度挡的情况下、或者在所述车辆要求挡位是倒挡的情况下，所述控制单元将所述切换单元布置在所述切换单元与对应于所述车辆要求挡位的所述齿轮副接合的位置处。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的车辆动力单元，
其中，在于运行状态下执行所述车辆要求挡位的从第一速度挡至第二速度挡的变速指令的情况下，所述控制单元使所述切换单元从所述空挡位置移动至所述切换单元与第二速度齿轮副(200)接合的位置。
7.根据权利要求1至5中的任一项所述的车辆动力单元，
其中，在于运行状态下执行所述车辆要求挡位的从第二速度挡至第一速度挡的变速指令的情况下，所述控制单元使所述切换单元从所述切换单元与第二速度齿轮副接合的位置移动至所述空挡位置。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的车辆动力单元，
其中，所述齿轮副包括卡爪部分(105、205)；并且
所述切换单元包括套筒部分，所述套筒部分基于来自所述控制单元的指令而移动以与所述卡爪部分自由地接合及断开接合。
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