插电式多挡混合动力变速器的制作方法

文档序号:11062340阅读:438来源:国知局
插电式多挡混合动力变速器的制造方法与工艺

本发明属于汽车变速器领域,特别是涉及到新能源汽车混合动力变速器。



背景技术:

变速器是动力传递系统上最重要的传动部件,特别是在汽车上,变速器的性能直接决定了汽车的性能,决定了汽车的传动效率,决定了汽车的燃油经济性,决定了汽车的换挡平顺性和舒适性。插电式混合动力汽车变速器是指装在能同时装备两种动力来源——热动力源(由传统的汽油机或者柴油机产生)与电动力源(电池)的插电式混合动力汽车上的变速系统。通过在混合动力汽车上使用电机驱动、发动机驱动、混合驱动,使得动力系统可以按照整车的实际运行工况要求灵活调控,而发动机保持在综合性能最佳的区域内工作,从而降低油耗与排放。目前比较有代表性的混合动力汽车变速器主要有本田的i-MMD和丰田ECVT。目前国外混合动力汽车的油耗已经能比普通内燃机汽车降低20%-30%。国内的混合动力技术与其相比还有非常大的差距。

虽然目前国内外的混合动力变速器技术发明很多,这些发明也取得了明显的技术进步和经济效果,但其结构应有不足之处,比如丰田的ECVT在巡航工况时2号电机需要发电来抵消一号电机做无用功的电力损耗;再比如本田的i-MMD系统中发动机只有在高速巡航时才适合直接驱动,其他工况都是驱动发电机发电,这样就有机械能转电能的损耗,电池充电的损耗,电池放电的损耗,电能转机械能的损耗。而且丰田的ECVT和本田的i-MMD都只利用电动机的大调速范围来进行无极传动,电动机并不一定在最经济转速区间工作。



技术实现要素:

为解决上述问题,本发明提供一种插电式多挡混合动力变速器,本发明插电式多挡混合动力变速器的特点是:1.由于采用了独特的动力传递控制和输出结构,其低速起动性能高于普通变速器很多,因此具有极高的动力性。2.设置了多个挡位,发动机和电动机始终处于最佳经济工作状态。3.加速换挡无极调速,换挡动力不中断,具有极高的换挡效率和换挡平顺性。由于以上特点,本发明大大降低了油耗和尾气排放,节能环保,具有极高的经济效益和社会效益。

本发明的插电式多挡混合动力变速器,包括调整动力传递路径的行星齿轮组,集启动功能和驱动功能以及发电功能于一体的电机,第一输出系统,第二输出系统,电池系统,配电及电子控制系统;还包括设置在行星齿轮组中的齿圈,行星架,太阳轮,设置在发动机与齿圈间的扭转减振器4和控制发动机与变速器之间连接或分离的离合器K1,设置在齿圈与变速器壳体间的制动器B1,设置在齿圈与行星齿轮组中的太阳轮间控制齿圈与太阳轮间固定或转动的离合器K2,集启动功能和驱动功能以及发电功能于一体的电机D和连接其与太阳轮的电机输入轴S;也包括在本发明插电式多挡混合动力变速器的第一输出系统中,空套的设置在电机输入轴S外通过滚针轴承可旋转的设置在离合器壳体上的第一输入轴S1(与电机输入轴S为同心轴),通过滚针轴承可旋转的设置在输入轴S1上的齿轮10,控制齿轮10与输入轴S1间动力连接或分离的单向离合器13以及爪式离合器14,第一输出轴Z1以及第二输出轴Z2通过滚针轴承与输入轴平行的可旋转的设置在变速器壳体上,第一输出轴Z1上固定的设置有主减速器主动齿轮20和通过滚针轴承可旋转的设置在输出轴Z1上的齿轮11以及控制齿轮11固定或旋转的爪式离合器16,第二输出轴Z2上固定的设置有主减速器主动齿轮30和通过滚针轴承可旋转的设置在输出轴Z2上的齿轮12以及控制齿轮12固定或旋转的爪式离合器15;同时本发明还包括本发明插电式多挡混合动力变速器的第二输出系统中,空套的设置在第一输入轴S1外通过滚针轴承可旋转的设置在离合器壳体上的第二输入轴S2(与电机输入轴S、第一输入轴S1为同心轴)和变速系统Q,以及变速系统Q中固定的设置在第二输入轴S2上的N个齿轮(N是自然数),通过滚针轴承可旋转的设置在第一输出轴Z1上的与第二输入轴S2上的固定齿轮相应啮合的N个齿轮,以及设置在第一输出轴Z1上控制相应齿轮和第一输出轴Z1间固定或旋转的爪式离合器,通过滚针轴承可旋转的设置在第二输出轴Z2上的与第二输入轴S2上的固定齿轮相应啮合的N个齿轮,以及设置在第二输出轴Z2上控制相应齿轮和第二输出轴Z2间固定或旋转的爪式离合器。

本发明插电式多挡混合动力变速器的特征在于:

集启动功能和驱动功能以及发电功能于一体的电机D与行星齿轮组中的太阳轮连接,第一输出系统中的第一输入轴S1与行星齿轮组中的行星架连接,发动机输出端通过减振器4离合器K1与行星齿轮组中的齿圈连接,第二输出系统中的第二输入轴S2前端也与行星齿轮组中的齿圈连接,在齿圈和太阳轮间设置有离合器K2,它可以将齿圈、太阳轮和行星架固定成一体,通过第二输出系统中的变速系统Q将电机D与第一输出轴Z1或第二输出轴Z2连接,也可以通过离合器K1将电机D与发动机连接,作为相同的控制效果离合器K2也可以设置在行星架和齿圈间,达到控制齿圈和太阳轮间的相对固定或转动的目的;在齿圈和变速器壳体之间设置有制动器B1,控制齿圈的固定或转动;第一输出系统和第二输出系统各自有单独的输入轴,但输出轴共用,第二输出系统的输入轴Z2与齿圈间设置有扭转减振器5减少系统中爪式离合器的换挡冲击,电机D可以单独驱动汽车行驶,又可以与发动机同时驱动汽车行驶,还可以适时启动发动机,也可以是发电机,把制动能量或发动机的能量转换成电能存入电池中。

附图说明

图1为本发明的第一实施例的结构示意图。

图2为本发明的第二实施例的结构示意图。

图3为本发明的第三实施例的结构示意图。

图4为本发明的第四实施例的结构示意图。

图5为本发明的第五实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1是本发明的插电式多挡混合动力变速器第一实施例的结构简图,本发明插电式多挡混合动力变速器的第一实施例是一个8挡平行轴变速器方案,如图所示,本发明的插电式多挡混合动力变速器包括调整动力传递路径的离合器和行星齿轮组,与发动机连接的扭矩减振器,集启动功能和驱动功能以及发电功能于一体的电机,第一输出系统,第二输出系统,电池系统,配电及电子控制系统;还包括设置在行星齿轮组中的齿圈1,行星架2,太阳轮3,设置在发动机与齿圈1间的扭转减振器4和控制发动机与变速器之间连接或分离的离合器K1,设置在齿圈1与变速器壳体间的制动器B1,设置在齿圈1与行星齿轮组中的太阳轮3间控制齿圈1与太阳轮3间固定或转动的离合器K2,集启动功能和驱动功能以及发电功能于一体的电机D和连接其与太阳轮3的电机输入轴S;也包括在本发明插电式多挡混合动力变速器的第一输出系统中,空套的设置在电机输入轴S外通过滚针轴承可旋转的设置在离合器壳体上的第一输入轴S1(与电机输入轴S为同心轴),通过滚针轴承可旋转的设置在输入轴S1上的齿轮10,控制齿轮10与输入轴S1间动力连接或分离的单向离合器13以及爪式离合器14,第一输出轴Z1以及第二输出轴Z2通过滚针轴承与输入轴平行的可旋转的设置在变速器壳体上,第一输出轴Z1上固定的设置有主减速器主动齿轮20和通过滚针轴承可旋转的设置在输出轴Z1上的齿轮11以及控制齿轮11固定或旋转的爪式离合器16,第二输出轴Z2上固定的设置有主减速器主动齿轮30和通过滚针轴承可旋转的设置在输出轴Z2上的齿轮12以及控制齿轮12固定或旋转的爪式离合器15;同时本发明还包括本发明插电式多挡混合动力变速器的第二输出系统中,空套的设置在第一输入轴S1外通过滚针轴承可旋转的设置在离合器壳体上的第二输入轴S2(与电机输入轴S、第一输入轴S1为同心轴)和变速系统Q,以及变速系统Q中固定的设置在第二输入轴S2上的齿轮17和齿轮18,通过滚针轴承可旋转的设置在第一输出轴Z1上的齿轮27和齿轮28,控制齿轮27和齿轮28固定或旋转的爪式离合器26,通过滚针轴承可旋转的设置在第二输出轴Z2上的齿轮37和齿轮38,控制齿轮37和齿轮38固定或旋转的爪式离合器36。本发明插电式多挡混合动力变速器的特征在于:集启动功能和驱动功能以及发电功能于一体的电机D与行星齿轮组中的太阳轮3连接,第一输出系统中的第一输入轴S1与行星齿轮组中的行星架2连接,发动机输出端通过减振器4离合器K1与行星齿轮组中的齿圈1连接,第二输出系统中的第二输入轴S2前端也与行星齿轮组中的齿圈1连接,在齿圈1和太阳轮3间设置有离合器K2,它可以将齿圈、太阳轮和行星架固定成一体,通过第二输出系统中的变速系统Q将电机D与第一输出轴Z1或第二输出轴Z2连接,也可以通过离合器K1将电机D与发动机连接,作为相同的控制效果离合器K2也可以设置在行星架2和齿圈1间,达到控制齿圈1和太阳轮3间的相对固定或转动的目的;在齿圈1和变速器壳体之间设置有制动器B1,控制齿圈1的固定或转动;第一输出系统和第二输出系统各自有单独的输入轴,但输出轴共用,第二输出系统的输入轴Z2与齿圈1间设置有扭转减振器5减少系统中爪式离合器的换挡冲击,电机D在配电及电子控制系统的控制下,可以以电池系统为能量源单独驱动汽车行驶或与发动机同时驱动汽车行驶,还可以适时启动发动机,也可以是发电机,把制动能量或发动机的能量转换成电能存入电池中。

本发明插电式多挡混合动力变速器第一实施例的各工况动力传递路径见下:

1、电机驱动工况:电机驱动工况分运动(山地)模式和经济(平地)模式两种,运动(山地)时,汽车启动加速阶段(车速0—30km/h),制动器B1结合将齿圈1固定,其它离合器都分开,动力由电机D→电机输入轴S→太阳轮3→行星架2→第一输入轴S1→单向离合器14→齿轮10→齿轮11→爪式离合器16→第一输出轴Z1→主减速器主动齿轮20→主减速器从动齿轮40→再通过差速器传递到汽车驱动轮;当汽车继续加速时(车速30—115km/h),离合器K2结合,同时制动器B1分离,齿圈1行星架2和太阳轮3固定在一起,动力由电机D→电机输入轴S→太阳轮3→行星架2→第一输入轴S1→单向离合器14→齿轮10→齿轮11→爪式离合器16→第一输出轴Z1→主减速器主动齿轮20→主减速器从动齿轮40→再通过差速器传递到汽车驱动轮;中速巡航状态(匀速行驶,车速30—60km/h),当汽车加速到一定车速后不再加速,一定时间后,电机D减速调整转速,使齿轮27的转速与第一输出轴Z1转速相同,爪式离合器26与齿轮27结合使齿轮27与第一输出轴Z1固定,动力由电机D→电机输入轴S→太阳轮3→齿圈1→扭转减振器5→第二输入轴S2→齿轮17→齿轮27→爪式离合器26→第一输出轴Z1→主减速器主动齿轮20→主减速器从动齿轮40→再通过差速器传递到汽车驱动轮;当汽车加速到一定车速后不再加速(车速60—80km/h),一定时间后,电机D减速调整转速,使齿轮28的转速与第一输出轴Z1转速相同,爪式离合器26与齿轮28结合使齿轮28与第一输出轴Z1固定,动力由电机D→电机输入轴S→太阳轮3→齿圈1→扭转减振器5→第二输入轴S2→齿轮18→齿轮28→爪式离合器26→第一输出轴Z1→主减速器主动齿轮20→主减速器从动齿轮40→再通过差速器传递到汽车驱动轮;当汽车加速到一定车速后不再加速(车速80—110km/h),一定时间后,电机D减速调整转速,使齿轮37的转速与第二输出轴Z2转速相同,爪式离合器36与齿轮37结合使齿轮37与第二输出轴Z2固定,动力由电机D→电机输入轴S→太阳轮3→齿圈1→扭转减振器5→第二输入轴S2→齿轮17→齿轮37→爪式离合器36→第二输出轴Z2→主减速器主动齿轮30→主减速器从动齿轮40→再通过差速器传递到汽车驱动轮;当汽车加速到一定车速后不再加速(车速110—115km/h),一定时间后,电机D减速调整转速,使齿轮38的转速与第二输出轴Z2转速相同,爪式离合器36与齿轮38结合使齿轮38与第二输出轴Z2固定,动力由电机D→电机输入轴S→太阳轮3→齿圈1→扭转减振器5→第二输入轴S2→齿轮18→齿轮38→爪式离合器36→第二输出轴Z2→主减速器主动齿轮30→主减速器从动齿轮40→再通过差速器传递到汽车驱动轮。经济(平地)模式时,将山地模式时工作的齿轮11→爪式离合器16→第一输出轴Z1→主减速器主动齿轮20改为齿轮12→爪式离合器15→第二输出轴Z2→主减速器主动齿轮30,即汽车启动加速阶段(车速0—35km/h),制动器B1结合将齿圈1固定,其它离合器都分开,动力由电机D→电机输入轴S→太阳轮3→行星架2→第一输入轴S1→单向离合器14→齿轮10→齿轮12→爪式离合器15→第二输出轴Z2→主减速器主动齿轮30→主减速器从动齿轮40→再通过差速器传递到汽车驱动轮;当汽车继续加速时(车速35—115km/h),离合器K2结合,同时制动器B1分离,齿圈1行星架2和太阳轮3固定在一起,动力由电机D→电机输入轴S→太阳轮3→行星架2→第一输入轴S1→单向离合器14→齿轮10→齿轮12→爪式离合器15→第二输出轴Z2→主减速器主动齿轮30→主减速器从动齿轮40→再通过差速器传递到汽车驱动轮;其他同运动(山地)模式。

2、发动机启动工况:混合动力的发动机启动工况有两种,一种是汽车静止时启动,这种工况时,离合器K1和爪式离合器13结合,爪式离合器16将齿轮11固定在输出轴Z1上,其他离合器全部断开,此时在汽车制动系统及爪式离合器13的作用下,行星架被固定,电机D反向启动带动太阳轮3反向旋转通过行星轮和行星架2使齿圈正向旋转,通过离合器K1扭转减振器4带动发动机正向启动。混合动力的发动机另一种启动工况是电机D驱动汽车行驶的工况下需要发电或车速进入到适合发动机工作的区间时启动发动机,在这种工况时,电机D除以电动一挡工作外的任何挡位时,只要将离合器K1结合同时在电机D的转速不变的情况下增加扭矩就可以在不影响车速的情况下轻松启动发动机。

3、发动机驱动工况:发动机驱动工况有两种,第一种是汽车静止开始驱动,第二种是先由电机D驱动使汽车进入发动机经济工作区间后改为发动机驱动,第一种时,也分运动(山地)模式和经济(平地)模式两种,运动(山地)模式时,发动机在静止启动工况启动后,停止制动,此时分开爪式离合器13的连接,在电机D的作用下,来自于发动机的动力经过扭转减振器4→离合器K1→齿圈1→行星架2→第一输入轴S1→单向离合器14→齿轮10→齿轮11爪式离合器16→第一输出轴Z1→主减速器主动齿轮20→主减速器从动齿轮40→再通过差速器传递到汽车驱动轮;此时控制和调整电机D的转速和输出扭矩,使其反转速度降至0再正转升速,使汽车在0—100km/h速度范围内无级加速,当汽车加速到40—50km/h后不再加速,一定时间后,控制系统控制电机D调整转速,使齿轮27的转速与第一输出轴Z1转速相同,爪式离合器26与齿轮27结合使齿轮27与第一输出轴Z1固定,这样变速器动力传递路径由无级变速路径切换至前进5挡的动力传动路径上,动力由发动机→扭转减振器4→离合器K1→齿圈1→扭转减振器5→第二输入轴S2→齿轮17→齿轮27→爪式离合器26→第一输出轴Z1→主减速器主动齿轮20→主减速器从动齿轮40→再通过差速器传递到汽车驱动轮;当汽车加速到50—60km/h后不再加速,一定时间后,控制系统控制电机D调整转速,使齿轮28的转速与第一输出轴Z1转速相同,爪式离合器26与齿轮28结合使齿轮28与第一输出轴Z1固定,这样变速器动力传递路径由无级变速路径切换至前进6挡的动力传动路径上,动力由发动机→扭转减振器4→离合器K1→齿圈1→扭转减振器5→第二输入轴S2→齿轮18→齿轮28→爪式离合器26→第一输出轴Z1→主减速器主动齿轮20→主减速器从动齿轮40→再通过差速器传递到汽车驱动轮;当汽车加速到60—70km/h后不再加速,一定时间后,控制系统控制电机D调整转速,使齿轮37的转速与第二输出轴Z2转速相同,爪式离合器36与齿轮37结合使齿轮37与第二输出轴Z2固定,这样变速器动力传递路径由无级变速路径切换至前进7挡的动力传动路径上,动力由发动机→扭转减振器4→离合器K1→齿圈1→扭转减振器5→第二输入轴S2→齿轮17→齿轮37→爪式离合器36→第二输出轴Z2→主减速器主动齿轮30→主减速器从动齿轮40→再通过差速器传递到汽车驱动轮;当汽车加速到70—100km/h后不再加速,一定时间后,控制系统控制电机D调整转速,使齿轮38的转速与第二输出轴Z2转速相同,爪式离合器36与齿轮38结合使齿轮38与第二输出轴Z2固定,这样变速器动力传递路径由无级变速路径切换至前进8挡的动力传动路径上,动力由发动机→扭转减振器4→离合器K1→齿圈1→扭转减振器5→第二输入轴S2→齿轮18→齿轮38→爪式离合器36→第二输出轴Z2→主减速器主动齿轮30→主减速器从动齿轮40→再通过差速器传递到汽车驱动轮;经济(平地)模式时,发动机在静止启动工况启动后,停止制动,此时分开爪式离合器13的连接,在电机D的作用下,来自于发动机的动力经过扭转减振器4→离合器K1→齿圈1→行星架2→第一输入轴S1→单向离合器14→齿轮10→齿轮12爪式离合器15→第二输出轴Z2→主减速器主动齿轮30→主减速器从动齿轮40→再通过差速器传递到汽车驱动轮;其他同运动(山地)模式。发动机驱动工况第二种是先由电机D驱动使汽车进入发动机经济工作区间后改为发动机驱动,此时启动发动机,然后发动机开始驱动,同时离合器K2分离,电机D不再驱动,当需要升挡时,控制系统控制电机D带动太阳轮3加速转动带动由行星架及第一输入轴等第一输出系统旋转,当第一输出系统的输出转速大于第二输出系统的输出转速时切断第二输出系统上的所有离合器,汽车进行无极加速,当车速加速至一定车速后不再加速,一定时间后,控制系统控制电机D调整转速,使控制与汽车行驶速度相适应的挡位的相应齿轮的离合器结合。使汽车在理想的速度下行驶。

4、混合驱动工况:当发动机驱动汽车需要换挡时或上坡以及急加速需要电动机同时驱动时,电机D可以随时介入与发动机一起驱动汽车,在发动机驱动工况下汽车换挡时,只需控制系统通过控制电机D的转速将相应挡位在输出轴上的齿轮的转速和该输出轴的转速调到一致,然后通过相应的爪式离合器将齿轮和输出轴固定即可,此过程发动机与电机D的转速不同,但都在做功,两者功率相加就是输出功率,当发动机驱动汽车匀速行驶工况需要混合驱动时,只需控制系统将电机调到相应速度并将离合器K2结合即可,当电机D驱动汽车匀速行驶工况需要混合驱动时,只需控制系统将电机扭矩相应提高同时将离合器K1结合启动发动机一起驱动即可。

5、发电工况:插电式混合动力变速器最大特点就是当电池电量不足时可随时由发动机带动发电机发电,发电工况有两种,一种是汽车静止时发电,即汽车静止时启动发动机后,立即将电机D由启动电机工况变成发电工况即可,此时由于行星架被刹车系统固定,发动机带动齿圈1旋转,通过行星轮使太阳轮3带动电机D反向旋转发电;另一种发电工况是汽车在行驶中发电,在发动机驱动的工况下,除一挡和换挡的情况外,其他挡位行驶时都可以随时将离合器K2结合,使发动机带动电机D发电。

6、制动能回收:当汽车需要进行刹车减速时断开离合器K1和制动器B1,同时离合器K1结合电机D进入发电状态,这样就将减速的能量变成了电能存入到了汽车电池里,实现了能量回收功能。

图2是本发明的插电式多挡混合动力变速器第二实施例的结构简图,本发明插电式多挡混合动力变速器的第二实施例是一个4挡平行轴变速器方案,如图所示,第二实施例与第一实施例相比减少了输出轴Z1及相应的齿轮和控制原件,第一输出系统中通过滚针轴承可旋转的设置在输出轴Z2上的齿轮12改为固定的设置在输出轴Z2上,取消了控制齿轮12的爪式离合器15;第二实施例与第一实施例相比的另一个变动是将离合器K2从行星架2的左侧移到了行星架2的右侧,并且由第一实施例的离合器K2设置在齿圈1与太阳轮3之间改为齿圈1与行星架之间,通过控制齿圈1与太阳轮3之间的的结合使行星排形成整体改为离合器K2通过控制齿圈1与行星架2之间的的结合使行星排形成整体,其他设置及控制原理与第一实施例相同,此方案适合对性能要求不高的纵置变速器汽车。

图3是本发明的插电式多挡混合动力变速器第三实施例的结构简图,本发明插电式多挡混合动力变速器的第三实施例也是一个4挡平行轴变速器方案,如图所示,第三实施例与第一实施例相比减少了第一输出系统中设置在输出轴Z2上的齿轮12及控制齿轮12的爪式离合器15,将第一输出系统中通过滚针轴承可旋转的设置在输出轴Z1上的齿轮11改为固定的设置在输出轴Z2上,取消了控制齿轮11的爪式离合器16,还减少了第二输出系统中,设置在输入轴S2上的齿轮18,设置在第一输出轴Z1上的齿轮28以及设置在第二输出轴Z2上的齿轮38,第二实施例与第一实施例相比的另一个变动是由第一实施例的离合器K2设置在齿圈1与太阳轮3之间改为齿圈1与行星架之间,通过控制齿圈1与太阳轮3之间的的结合使行星排形成整体改为离合器K2通过控制齿圈1与行星架2之间的的结合使行星排形成整体,其他设置及控制原理与第一实施例相同,此方案适合横置安装位置较小的汽车。

图4是本发明的插电式多挡混合动力变速器第四实施例的结构简图,本发明插电式多挡混合动力变速器的第四实施例是一个10挡平行轴变速器方案,是将第二输出系统中的变速系统Q由2排齿轮增加到3排齿轮(齿轮19、齿轮29和齿轮39)的变速器结构方案,如图所示。根据本发明的结构原理还可做出很多挡位的很多平行轴变速器方案不在一一列举。

图5是本发明的插电式多挡混合动力变速器第五实施例的结构简图,本发明插电式多挡混合动力变速器的第五实施例是一个将第二输出系统中的变速系统Q由平行轴结构改为旋转轴(行星排)结构的变速器方案,如图所示。第二输出系统中的变速系统Q为旋转轴的结构。

上述实施例及变化方案示例只是用以对本发明的说明,并非是对本发明的限制,本发明也并不仅限于上述举例,本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、更改添加或替换也应属于本发明保护范围。

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