CN113864408A - 采用行星齿轮与离合器控制动力传递的装置 - Google Patents

Abstract

一种采用行星齿轮与离合器控制动力传递的装置，实心轴与输入轴位于同一轴心线上，实心轴穿过空心轴形成同心轴，实心轴、空心轴均通过行星齿轮机构与输入轴连接，传动轴与实心轴相互平行支承于箱体内，输出轴与传动轴相互平行支承于箱体内；实心轴通过第一离合器与行星齿轮机构连接；空心轴通过第二离合器与行星齿轮机构连接；行星齿轮机构的行星架通过第三离合器与齿圈连接，且周向固定在输入轴上，第三离合器的主动摩擦盘与齿圈连接，第三离合器的从动摩擦盘与行星架连接；行星齿轮机构的太阳轮通过太阳轮轴与第四离合器连接，第四离合器的主动摩擦盘固定在箱体内，第四离合器的从动摩擦盘周向固定在太阳轮轴上。

Description

采用行星齿轮与离合器控制动力传递的装置

技术领域

本发明涉及混合动力领域，具体涉及一种采用行星齿轮与离合器控制动力传递的装置。

背景技术

根据工作原理的不同，目前汽车中常见的自动变速箱有四种型式，分别是液力自动变速箱（Automatic Transmission ，简称 AT）、机械式无级自动变速箱（ContinuouslyVariable Transmission，简称CVT）、电控机械自动变速箱（Automated ManualTransmission，简称AMT）和双离合器自动变速箱（Dual-clutch transmission，简称DCT）。

行星齿轮系、液力变矩器和电液控制系统为AT的主要构成。通过液力和齿轮的组合，AT实现变速变矩，且因液体动量矩可以在一定范围内无极连续变化使得传动比可以连续变化。齿轮组组数即为档位数，可在各档之间实现无极换挡。AT减小了换挡过程冲击，实现了较平稳换挡，对乘坐舒适性有一定提高。但是单个变矩器传动效率不高、变矩范围有限，因此提高AT的传动效率是研究重点。

双离合器自动变速器（DCT）的概念从提出到目前已经有六七十年的历史。早在1939 年德国的Kégresse.A 第一个申请了双离合器变速器专利，提出了将手动变速箱分为两部分的设计概念，一部分传递奇数档，另一部分传递偶数档。且其动力传递通过两个离合器联结两根输入轴，相邻各档的被动齿轮交错与两输入轴齿轮啮合，配合两离合器的控制，能够实现在不切断动力的情况下转换传动比，从而缩短换挡时间，有效提高换挡品质。

但是，AT、DCT产品具有的效率低、成本高、离合器热平衡控制难度大的问题，而且挡位布置困难，换挡造成冲击产生的噪音大，不适合现今新能源汽车的智能化、平台化需求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术对应的不足，提供一种采用行星齿轮与离合器控制动力传递的装置，具有十个不同挡速的前进挡挡位与两个不同挡速的倒挡挡位，采用本发明的机动车，不但能够在保证动力性能的前提下提高车辆燃油经济性，还能降低制造成本，在提供更大的低挡位速比的同时减少同步换挡次数，优化换挡冲击和噪音，提高驾驶性能，为机动车的混合动力传递提供更丰富的混合动力传递方案。

本发明的目的是采用下述方案实现的：一种采用行星齿轮与离合器控制动力传递的装置，包括发动机、输入轴,一实心轴与输入轴位于同一轴心线上，所述实心轴穿过一空心轴形成同心轴，通过轴承与空心轴滑动配合，所述实心轴、空心轴均通过一行星齿轮机构与输入轴连接，一传动轴与实心轴相互平行支承于箱体内，一输出轴与传动轴相互平行支承于箱体内；

所述实心轴通过第一离合器与行星齿轮机构连接，所述行星齿轮机构的齿圈与第一离合器的主动摩擦盘连接，该第一离合器的从动摩擦盘周向固定在实心轴上；

所述空心轴通过第二离合器与行星齿轮机构连接，所述第二离合器的主动摩擦盘与行星齿轮机构的齿圈连接，所述第二离合器的从动摩擦盘周向固定在空心轴上；

所述行星齿轮机构的行星架通过第三离合器与齿圈连接，且周向固定在输入轴上，所述第三离合器的主动摩擦盘与齿圈连接，所述第三离合器的从动摩擦盘与行星架连接；

所述行星齿轮机构的太阳轮通过太阳轮轴与第四离合器连接，所述第四离合器的主动摩擦盘固定在箱体内，所述第四离合器的从动摩擦盘周向固定在太阳轮轴上；

所述空心轴上周向固定第一主动齿轮、第二主动齿轮；

所述实心轴上周向固定第三主动齿轮、第四主动齿轮、第五主动齿轮、第六主动齿轮；

所述传动轴上空套设置第一从动齿轮、第二从动齿轮、第三从动齿轮、第四从动齿轮、第五从动齿轮、第六从动齿轮,所述第一从动齿轮、第二从动齿轮之间设置第一同步器，所述第三从动齿轮、第四从动齿轮之间设置第二同步器，所述第五从动齿轮、第六从动齿轮之间设置第三同步器，所述第一同步器、第二同步器、第三同步器均周向固定在传动轴上，该传动轴上周向固定第七主动齿轮，所述输出轴上周向固定第七从动齿轮，所述第七主动齿轮与第七从动齿轮啮合；

所述第一主动齿轮与第一从动齿轮啮合，所述第二主动齿轮与第二从动齿轮啮合，所述第三主动齿轮与第三从动齿轮啮合，所述第四主动齿轮与第四从动齿轮啮合，所述第五主动齿轮与第五从动齿轮啮合，所述第六主动齿轮、第六从动齿轮之间设置一惰轮，该惰轮分别与第六主动齿轮、第六从动齿轮啮合。

优选地，所述行星齿轮机构的齿圈与一驱动电机的转子连接，用于实现纯电驱动、怠速独立发电和启动发动机的功能，所述行星齿轮机构的齿圈固定设置在驱动电机的转子内。

优选地，所述行星齿轮机构的太阳轮轴与一发电机的转子连接，用于辅助驱动电机，实现怠速独立发电和启动发动机的功能，发电机的转子周向固定在行星齿轮机构的太阳轮轴上。

本发明的优点有以下几点：

① 本发明结构紧凑、简单，功能部件的作用明确，成本低，有利于自动变速器系统及其混合动力车辆的集成匹配；

② 本发明的技术方案扩展性好，可实现更合理的模块化、平台化开发，能够适应更多车型的要求；

③ 本发明的技术方案采用四个离合器、一个行星齿轮机构、以及多个同步器的传动装置，有效优化了传统AT结构成本高，换挡动力易中断、效率低等问题；

④ 本发明的技术方案采用四个离合器、一个行星齿轮机构进行动力传递，不但在挡位切换时可相互交替换挡，减少同步器换挡次数，提高使用寿命，而且相对于传统DCT来说，在满足动力响应需求以及平顺舒适需求的基础上，对离合器的热平衡控制、切换时间以及相应的性能需求降低；

⑤ 本发明的技术方案可以保证车辆在加/减速过程中动力响应性的前提下，减少同步换挡次数及同步换挡连续变化次数，有效优化了传统DCT结构换挡困难、换挡冲击、换挡噪音等性能问题；

⑥ 本发明的技术方案减少了同步换挡及齿轮副的数量，在同样的整车布置空间要求下可实现更多的挡位布置，更利于乘用车的整车空间布置和动力性经济性能的提升。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明实施例1的结构示意图；

图3为本发明实施例2的结构示意图；

图4为本发明燃油模式的挡位分布图；

图5为本发明纯电驱模式的挡位分布图。

具体实施方式

如图1至图5所示，一种采用行星齿轮与离合器控制动力传递的装置，包括发动机1、输入轴Z1,一实心轴Z2与输入轴Z1位于同一轴心线上，所述实心轴Z2穿过一空心轴Z3形成同心轴，通过轴承与空心轴Z3滑动配合，所述实心轴Z2、空心轴Z3均通过一行星齿轮机构与输入轴Z1连接，一传动轴Z4与实心轴Z2相互平行支承于箱体内，一输出轴Z5与传动轴Z4相互平行支承于箱体内；

所述实心轴Z2通过第一离合器C1与行星齿轮机构连接，所述行星齿轮机构的齿圈X3与第一离合器C1的主动摩擦盘连接，该第一离合器C1的从动摩擦盘周向固定在实心轴Z2上；

所述空心轴Z3通过第二离合器C2与行星齿轮机构连接，所述第二离合器C2的主动摩擦盘与行星齿轮机构的齿圈X3连接，所述第二离合器C2的从动摩擦盘周向固定在空心轴Z3上；

所述行星齿轮机构的行星架X4通过第三离合器C3与齿圈X3连接，且周向固定在输入轴Z1上，所述第三离合器C3的主动摩擦盘与齿圈X3连接，所述第三离合器C3的从动摩擦盘与行星架X4连接；

所述行星齿轮机构的太阳轮X1通过太阳轮轴与第四离合器C4连接，所述第四离合器C4的主动摩擦盘固定在箱体内，所述第四离合器C4的从动摩擦盘周向固定在太阳轮轴上；

所述空心轴Z3上周向固定第一主动齿轮S1、第二主动齿轮S2；

所述实心轴Z2上周向固定第三主动齿轮S3、第四主动齿轮S4、第五主动齿轮S5、第六主动齿轮S6；

所述传动轴Z4上空套设置第一从动齿轮G1、第二从动齿轮G2、第三从动齿轮G3、第四从动齿轮G4、第五从动齿轮G5、第六从动齿轮G6,所述第一从动齿轮G1、第二从动齿轮G2之间设置第一同步器T1，所述第三从动齿轮G3、第四从动齿轮G4之间设置第二同步器T2，所述第五从动齿轮G5、第六从动齿轮G6之间设置第三同步器T3，所述第一同步器T1、第二同步器T2、第三同步器T3均周向固定在传动轴Z4上，该传动轴Z4上周向固定第七主动齿轮S7，所述输出轴Z5上周向固定第七从动齿轮G7，所述第七主动齿轮S7与第七从动齿轮G7啮合；

所述第一主动齿轮S1与第一从动齿轮G1啮合，所述第二主动齿轮S2与第二从动齿轮G2啮合，所述第三主动齿轮S3与第三从动齿轮G3啮合，所述第四主动齿轮S4与第四从动齿轮G4啮合，所述第五主动齿轮S5与第五从动齿轮G5啮合，所述第六主动齿轮S6、第六从动齿轮G6之间设置一惰轮G8，该惰轮G8分别与第六主动齿轮S6、第六从动齿轮G6啮合，实施例1/实施例2中，所述惰轮（G8）可以取消，所述第六主动齿轮S6、第六从动齿轮G6直接啮合，通过电机反转实现倒挡控制。

本实施例中，所述输出轴Z5与输入轴Z1、实心轴Z2、空心轴Z3均位于同一轴心线上，且通过轴承支承于箱体内。

所述行星齿轮机构的行星轮X2设置在齿圈X3与太阳轮X1之间，分别与齿圈X3、太阳轮X1啮合。

实施例1添加了一个驱动电机2，所述行星齿轮机构的齿圈X3与一驱动电机2的转子连接，即所述行星齿轮机构的齿圈X3固定设置在驱动电机2的转子内，用于实现纯电驱动、怠速独立发电和启动发动机1的功能。

实施例2在实施例1的基础上添加了一个发电机3，所述行星齿轮机构的太阳轮轴X5与一发电机3的转子连接，即发电机3的转子周向固定在行星齿轮机构的太阳轮轴X5上，用于辅助驱动电机2，实现怠速独立发电和启动发动机1的功能。

本实施例中，采用行星齿轮与离合器控制动力传递的装置具有十个不同挡速的前进挡挡位与两个不同挡速的倒挡挡位，其运行动力传递链如下：

① 当第三离合器C3结合时，通过速比i为1的行星齿轮机构将发动机1的动力通过第一离合器C1/第二离合器C2分别传递到实心轴Z2/空心轴Z3上，分别与后面的传动系组成多个速比关系的动力传递链：

1）当第三离合器C3结合时，第一离合器C1结合，第三同步器T3与第五从动齿轮G5结合实现前进挡一挡挡位的动力传动链；

2）当第三离合器C3结合时，第二离合器C2结合，第一同步器T1与第一从动齿轮G1结合实现前进挡三挡挡位的动力传动链；

3）当第三离合器C3结合时，第一离合器C1结合，第二同步器T2与第三从动齿轮G3结合实现前进挡五挡挡位的动力传动链；

4）当第三离合器C3结合时，第二离合器C2结合，第一同步器T1与第二从动齿轮G2结合实现前进挡七挡挡位的动力传动链；

5）当第三离合器C3结合时，第一离合器C1结合，第二同步器T2与第四从动齿轮G4结合实现前进挡九挡挡位的动力传动链；

6）当第三离合器C3结合时，第一离合器C1结合，第三同步器T3与第六从动齿轮G6结合实现倒挡一挡挡位的动力传动链；

② 当第四离合器C4结合时，行星齿轮机构的速比i如下式所示：

i=

/

/（1+

/

）

式中，

为行星齿轮机构的齿圈X3的齿数，

为行星齿轮机构的太阳轮X1的齿数；

通过速比i的行星齿轮机构将发动机1的动力通过第一离合器C1/第二离合器C2分别传递到实心轴Z2和空心轴Z3上，分别与后面的传动系组成多个速比关系的动力传递链：

1）当第四离合器C4结合时，第一离合器C1结合，第三同步器T3与第五从动齿轮G5结合实现前进挡二挡挡位的动力传动链；

2）当第四离合器C4结合时，第二离合器C2结合，第一同步器T1与第一从动齿轮G1结合实现前进挡四挡挡位的动力传动链；

3）当第四离合器C4结合时，第一离合器C1结合，第二同步器T2与第三从动齿轮G3结合实现前进挡六挡挡位的动力传动链；

4）当第四离合器C4结合时，第二离合器C2结合，第一同步器T1与第二从动齿轮G2结合实现前进挡八挡挡位的动力传动链；

5）当第四离合器C4结合时，第一离合器C1结合，第二同步器T2与第四从动齿轮G4结合实现前进挡十挡挡位的动力传动链；

6）当第四离合器C4结合时，第一离合器C1结合，第三同步器T3与第六从动齿轮G6结合实现倒挡二挡挡位的动力传动链；

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神的前提下，对本发明进行的改动均落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种采用行星齿轮与离合器控制动力传递的装置，包括发动机（1）、输入轴（Z1）,其特征在于，一实心轴（Z2）与输入轴（Z1）位于同一轴心线上，所述实心轴（Z2）穿过一空心轴（Z3）形成同心轴，通过轴承与空心轴（Z3）滑动配合，所述实心轴（Z2）、空心轴（Z3）均通过一行星齿轮机构与输入轴（Z1）连接，一传动轴（Z4）与实心轴（Z2）相互平行支承于箱体内，一输出轴（Z5）与传动轴（Z4）相互平行支承于箱体内；

所述实心轴（Z2）通过第一离合器（C1）与行星齿轮机构连接，所述行星齿轮机构的齿圈（X3）与第一离合器（C1）的主动摩擦盘连接，该第一离合器（C1）的从动摩擦盘周向固定在实心轴（Z2）上；

所述空心轴（Z3）通过第二离合器（C2）与行星齿轮机构连接，所述第二离合器（C2）的主动摩擦盘与行星齿轮机构的齿圈（X3）连接，所述第二离合器（C2）的从动摩擦盘周向固定在空心轴（Z3）上；

所述行星齿轮机构的行星架（X4）通过第三离合器（C3）与齿圈（X3）连接，且周向固定在输入轴（Z1）上，所述第三离合器（C3）的主动摩擦盘与齿圈（X3）连接，所述第三离合器（C3）的从动摩擦盘与行星架（X4）连接；

所述行星齿轮机构的太阳轮（X1）通过太阳轮轴与第四离合器（C4）连接，所述第四离合器（C4）的主动摩擦盘固定在箱体内，所述第四离合器（C4）的从动摩擦盘周向固定在太阳轮轴上；

所述空心轴（Z3）上周向固定第一主动齿轮（S1）、第二主动齿轮（S2）；

所述实心轴（Z2）上周向固定第三主动齿轮（S3）、第四主动齿轮（S4）、第五主动齿轮（S5）、第六主动齿轮（S6）；

所述传动轴（Z4）上空套设置第一从动齿轮（G1）、第二从动齿轮（G2）、第三从动齿轮（G3）、第四从动齿轮（G4）、第五从动齿轮（G5）、第六从动齿轮（G6）,所述第一从动齿轮（G1）、第二从动齿轮（G2）之间设置第一同步器（T1），所述第三从动齿轮（G3）、第四从动齿轮（G4）之间设置第二同步器（T2），所述第五从动齿轮（G5）、第六从动齿轮（G6）之间设置第三同步器（T3），所述第一同步器（T1）、第二同步器（T2）、第三同步器（T3）均周向固定在传动轴（Z4）上，该传动轴（Z4）上周向固定第七主动齿轮（S7），所述输出轴（Z5）上周向固定第七从动齿轮（G7），所述第七主动齿轮（S7）与第七从动齿轮（G7）啮合；

所述第一主动齿轮（S1）与第一从动齿轮（G1）啮合，所述第二主动齿轮（S2）与第二从动齿轮（G2）啮合，所述第三主动齿轮（S3）与第三从动齿轮（G3）啮合，所述第四主动齿轮（S4）与第四从动齿轮（G4）啮合，所述第五主动齿轮（S5）与第五从动齿轮（G5）啮合，所述第六主动齿轮（S6）、第六从动齿轮（G6）之间设置一惰轮（G8），该惰轮（G8）分别与第六主动齿轮（S6）、第六从动齿轮（G6）啮合。

2.根据权利要求1所述采用行星齿轮与离合器控制动力传递的装置，其特征在于：所述行星齿轮机构的齿圈（X3）与一驱动电机（2）的转子连接，用于实现纯电驱动、怠速独立发电和启动发动机（1）的功能。

3.根据权利要求1所述采用行星齿轮与离合器控制动力传递的装置，其特征在于：所述行星齿轮机构的太阳轮轴（X5）与一发电机（3）的转子连接，用于辅助驱动电机（2），实现怠速独立发电和启动发动机（1）的功能。

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