CN108105358A - 用于前置前驱混合动力车辆的变速器 - Google Patents

用于前置前驱混合动力车辆的变速器 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于前置前驱混合动力车辆的变速器，包括小电机、大电机、输入轴、输出半轴、差速器、第一制动器、第一离合器、第二离合器、行星齿轮耦合机构、第三单行星排、输出齿圈、中间轴齿轮和主减速齿轮，行星齿轮耦合机构由第一单行星排和第二单行星排构成，小电机、大电机分别通过行星齿轮耦合机构与输出齿圈耦合，第三单行星排通过输出齿圈、中间轴齿轮和主减速齿轮形成的齿轮副与行星齿轮耦合机构相连接，第三单行星排集成在差速器上，差速器连接输出半轴。本发明结构紧凑，可实现平台化应用，具有较低成本优势且可提高节油效率。

Description

用于前置前驱混合动力车辆的变速器
技术领域
本发明涉及一种汽车用变速器，特别涉及一种用于前置前驱混合动力车辆的变速器。
背景技术
新能源汽车发展是实现汽车节能减排的重要战略手段之一，近年来国家和各地政府陆续出台了一系列鼓励政策，以扶持这一新兴产业的发展。目前插电式混合动力汽车发展前景较为广阔，由于其储能装置既可以外接充电，也可以通过依靠发动机行驶时进行充电，对充电设施的依赖性较低，可以在较短时间内形成初具规模的市场。同时，由于插电式混合动力储能装置容量相对较大，可以实现在市区内依靠纯电动模式行驶，实现短距离“零污染、零排放”。而变速器是混合动力车辆的一个主要部件，同时变速器也是影响混合动力车辆节能减排效果的关键部件，因此，变速器的布局设计成为当前的一个主要研究课题。
发明内容
本发明旨在提供一种结构紧凑、实现平台化应用、具有较低成本优势且可提高节油效率的用于前置前驱混合动力车辆的变速器。
本发明通过以下方案实现：
一种用于前置前驱混合动力车辆的变速器，包括小电机E1、大电机E2、输入轴、输出半轴、差速器、第一制动器B1、第一离合器C0、第二离合器C1和行星齿轮耦合机构，所述行星齿轮耦合机构包括第一单行星排PG1和第二单行星排PG2，所述第一单行星排与第二单行星排并排放置，所述第一单行星排的第一行星架PC1与所述第二单行星排的第二齿圈R2相连接，所述第一单行星排的第一齿圈R1与所述第二单行星排的第二行星架PC2相连接，还包括第三单行星排PG3、输出齿圈、中间轴齿轮和主减速齿轮，所述第一单行星排的第一太阳轮S1与小电机E1的第一转子轴相连接，所述第二单行星排的第二太阳轮S2 与大电机E2的第二转子轴相连接，输入轴与发动机的输出轴相连接，所述第一离合器C0的一端连接在第一行星架PC1上，第一离合器C0的另一端连接在输入轴上；所述第二离合器C1的一端连接在大电机E2的第二转子轴上，第二离合器C1的另一端连接在输入轴上，第一制动器B1的一端连接在第一行星架PC1 上，第一制动器B1的另一端固定在变速器壳体上，所述输出齿圈与第二行星架 PC2相连接，所述中间轴齿轮分别与输出齿圈、主减速齿轮相啮合依次形成第一齿轮副、第二齿轮副，所述主减速齿轮与第三单行星排PG3的第三太阳轮S3 相连接，所述第三单行星排PG3的第三齿圈R3固定在变速箱壳体上，所述第三单行星排PG3的第三行星架PC3与差速器的壳体相连接，所述差速器连接输出半轴。行星齿轮耦合机构的动力经第一齿轮副、第二齿轮副两级减速后，再依次通过第三单行星排、差速器减速增扭后，由差速器将动力传递至输出半轴。
进一步地，所述小电机E1布置在发动机侧近端，所述大电机E2布置在发动机侧远端，所述行星齿轮耦合机构布置在小电机E1和大电机E2之间。
进一步地，所述第一离合器C0设置在所述行星齿轮耦合机构的内部且集成在第一单行星排PG1上，所述第二离合器C1设置在所述行星齿轮耦合机构的外部。
进一步地，本发明的用于前置前驱混合动力车辆的变速器，还包括第二制动器B2，所述第二制动器B2的一端连接在小电机E1的第一转子轴上，第二制动器B2的另一端固定在变速箱壳体上。
考虑到布局紧凑性，所述第三单行星排PG3与差速器集成在一起。
进一步地，所述第一制动器B1为多种工作模式单向离合器，第一离合器 C0和第二离合器C1均为多片湿式换挡元件。所述第二制动器B2为多片湿式换挡元件。
根据现有技术可知，单行星排一般都包括太阳轮、行星轮、行星架和齿圈，行星轮安装在行星架上，行星轮分别和太阳轮和齿圈相啮合。具体至本发明中，第一单行星排PG1包括第一行星架PC1、第一行星轮P1、第一太阳轮S1和第一齿圈R1，第一行星轮P1安装在第一行星架PC1上，第一行星轮P1分别和第一太阳轮S1和第一齿圈R1相啮合；第二单行星排PG2包括第二行星架PC2、第二行星轮P2、第二太阳轮S2和第二齿圈R2，第二行星轮P2安装在第二行星架PC2上，第二行星轮P2分别和第二太阳轮S2和第二齿圈R2相啮合；第三单行星排PG3包括第三行星架PC3、第三行星轮P3、第三太阳轮S3和第三齿圈R3，第三行星轮P3安装在第三行星架PC3上，第三行星轮P3分别和第三太阳轮S3和第三齿圈R3相啮合。
本发明的用于前置前驱混合动力车辆的变速器，输入轴除了与发动机、第一离合器、第二离合器相连接外，不与其他部件相连接，即其他位置与变速器再无任何动力传递路线，通过第一离合器C0和第二离合器C1可以完成变速器与发动机ICE的完全分离和结合功能，当完全分离时实现真正意义的EV模式，不受任何发动机制约，EV模式下最高车速可以得到极剧的提升。同时也可以通过第一离合器C0和第二离合器C1单独闭合或者同时闭合来启动发动机，因此该模式可以实现启动发动机的功能，从而达到取消发动机本身的启动电机的效果。第一离合器C0和第二离合器C1可以通过自身的滑摩功能减低发动机在低转速情况下的转速波动，对整车的NVH有着显著的提升。
第一制动器B1和第二制动器B2的设置，可实现变速器在高速运转时达到固定速比的传递，保证变速器在最优化机械点下运行。本发明中，输入轴通过第二离合器C1与大电机的第二转子轴、行星齿轮耦合机构建立动力连接关系，输入轴通过第一离合器C0与行星齿轮耦合机构建立动力连接关系，可实现对输入轴输入扭矩、小电机和大电机的增扭，以此达到不同排量发动机的匹配。通过控制第一离合器C0、第二离合器C1的闭合、断开，实现小电机和大电机的平衡作用，使发动机永远保持在最经济的转速区间，从而降低油耗，达到节能减排的作用。
将第一离合器C0设置在行星齿轮耦合机构内并集成在第一单行星排PG1 上，集成度比较高。
使用本发明的用于前置前驱混合动力车辆的变速器，在车辆以纯电动模式行驶时，可实现3个前进挡和1个倒档的纯电动驱动模式，能够满足纯电动驱动的车速和扭矩要求，同时可实现对小电机、大电机两个电机的单独优化控制。
使用本发明的用于前置前驱混合动力车辆的变速器，在车辆以混合动力模式行驶时，变速器主要采用动力分流驱动模式，通过不同的控制组合方式可实现6种混合动力驱动模式，对不同的环境和不同路况有着较高的适应性，在提升整车燃油经济性的同时，保证优异的动力性。本发明变速器在动力分流驱动模式下，实现整车E-CVT无级变速功能，同时在此种模式下发动机转速与整车行驶车速不再建立直接关系，此时发动机转速不会再受到外界的行驶工况的影响，完全依靠小电机、大电机两个电机进行动态调节实现车速的无级变化，如此让发动机始终运行在一个高效转速空间，这样有利于保证发动机的高效运行，避免发动机工作在低效率高排放的运行区间。
本发明的用于前置前驱混合动力车辆的变速器，结构紧凑，集成度高，是一个具有平台化、通用化和家族化高集成驱动的技术方案，具有较低成本优势，可提高节油效率，可广泛应用于深度混合动力***和插电混合动力***。
附图说明
图1为实施例1中用于前置前驱混合动力车辆的变速器的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于实施例之表述。
实施例1
一种用于前置前驱混合动力车辆的变速器，如图1所示，包括小电机E1、大电机E2、输入轴1、输出半轴11、差速器9、第一制动器B1、第二制动器B2、第一离合器C0、第二离合器C1、行星齿轮耦合机构10、第三单行星排PG3、输出齿圈4、中间轴齿轮5和主减速齿轮6，行星齿轮耦合机构10包括第一单行星排PG1和第二单行星排PG2，第一单行星排PG1与第二单行星排PG2并排放置，第一单行星排PG1包括第一行星架PC1、第一行星轮P1、第一太阳轮S1 和第一齿圈R1，第一行星轮P1安装在第一行星架PC1上，第一行星轮P1分别和第一太阳轮S1和第一齿圈R1相啮合；第二单行星排PG2包括第二行星架PC2、第二行星轮P2、第二太阳轮S2和第二齿圈R2，第二行星轮P2安装在第二行星架PC2上，第二行星轮P2分别和第二太阳轮S2和第二齿圈R2相啮合；第一单行星排PG1的第一行星架PC1与第二单行星排PG2的第二齿圈R2相连接，第一单行星排PG1的第一齿圈R1与第二单行星排PG2的第二行星架PC2相连接，第一单行星排PG1的第一太阳轮S1与小电机E1的第一转子轴2相连接，第二单行星排PG2的第二太阳轮S2与大电机E2的第二转子轴3相连接，输入轴1与发动机ICE的输出轴相连接，第一离合器C0的一端连接在第一行星架PC1上，第一离合器C0的另一端连接在输入轴1上；第二离合器C1的一端连接在大电机E2的第二转子轴3上，第二离合器C1的另一端连接在输入轴1上，第一制动器B1的一端连接在第一行星架PC1上，第一制动器B1的另一端固定在变速器壳体12上，第二制动器B2的一端连接在小电机E1的第一转子轴2上，第二制动器B2的另一端固定在变速箱壳体12上，输出齿圈4与第二行星架PC2 相连接，中间轴齿轮5分别与输出齿圈4、主减速齿轮6相啮合依次形成第一齿轮副7、第二齿轮副8；第三单行星排PG3包括第三行星架PC3、第三行星轮 P3、第三太阳轮S3和第三齿圈R3，第三行星轮P3安装在第三行星架PC3上，第三行星轮P3分别和第三太阳轮S3和第三齿圈R3相啮合，主减速齿轮6与第三单行星排PG3的第三太阳轮S3相连接，第三单行星排PG3的第三齿圈R3固定在变速箱壳体12上，第三单行星排PG3的第三行星架PC3与差速器9的壳体相连接，第三单行星排PG3与差速器9集成在一起，差速器9连接输出半轴 11。
小电机E1布置在发动机侧近端，大电机E2布置在发动机侧远端，行星齿轮耦合机构布置在小电机E1和大电机E2之间；第一离合器C0设置在行星齿轮耦合机构的内部且集成在第一单行星排PG1上，第二离合器C1设置在行星齿轮耦合机构的外部。
第一制动器B1为多种工作模式单向离合器，第一离合器C0、第二离合器 C1和第二制动器B2均为多片湿式换挡元件。
本发明采用的动力耦合装置是由第一单行星排PG1与第二单行星排PG2构成的行星齿轮耦合机构，第三单行星排PG3只是固定速比同轴传动机构，无动力耦合功能，发动机ICE、小电机E1、大电机E2三个动力源输入的扭矩经行星齿轮耦合机构耦合后输出。车辆在实际行驶过程中，各动力源与各换挡元件(离合器、制动器)组合使用将产生多种不同的工作模式。下面将对纯电动驱动和混合动力驱动下的工作过程进行描述,各工作模式和换挡元件之间的控制关系如表1所示，其中〇表示打开状态，●表示闭合状态。
表1变速器各工作模式和换挡元件之间的控制关系
工作模式 C0 C1 B1 B2
EV-1 〇 〇 ● 〇
EV-2 〇 〇 〇 ●
EV-3 〇 〇 〇 〇
EV-1RD 〇 〇 ● 〇
HEV-1 〇 ● 〇 〇
HEV-2 〇 ● ● 〇
HEV-3 〇 ● 〇 ●
HEV-4 ● 〇 〇 〇
HEV-5 ● 〇 〇 ●
HEV-6 ● ● 〇 〇
在纯电动模式下，单独闭合第一制动器B1，采用小电机E1和大电机E2同时驱动，定义为第一挡位纯电动驱动模式即固定传动比纯电动模式EV-1。在该模式下变速器能够输出较大的驱动扭矩，因此该模式也称作为纯电动状态的大扭矩输出模式。
单独闭合第二制动器B2，采用大电机E2驱动，该模式定义为第二挡位纯电动驱动模式EV-2。在该种工作模式下小电机E1为不工作状态。
随着车速的增加，在上述各挡位中小电机E1、大电机E2的转速都有可能过高，将第一制动器B1、第二制动器B2、第一离合器C0和第二离合器C1均控制为打开状态，采用小电机E1和大电机E2同时驱动，该模式定义为第三挡位纯电动驱动模式EV-3。当小电机E1和大电机E2转速接近相等时，各行星齿轮元件转速也处于一个相近值，此时车辆可获得最高车速同时不会导致小电机E1和大电机E2自身转速过高。
单独闭合第一制动器B1反向锁止，采用小电机E1和大电机E2同时驱动，此时定义为倒档纯电动驱动模式即固定传动比纯电动模式EV-1RD，该模式用于倒车。
当车辆进入混合动力驱动模式时，第二离合器C1闭合，大电机E2与发动机连接，反拖启动发动机，此时定义为第一挡位混合动力模式HEV-1，该模式在变速器切换成混合动力模式时启动发动机用。
控制第二离合器C1和第一制动器B1闭合，发动机ICE和大电机E2共同提供动力，此时小电机E1用作平衡，在该模式下能够输出较大的扭矩，此模式定义为第二挡位混合动力模式HEV-2，该模式作为混合动力模式下的大扭矩驱动模式，常常用于车辆起步。
控制第二制动器B2和第二离合器C1闭合，此时小电机E1锁止不参与工作，发动机能够与大电机E2实现同轴传动，该模式定义为第三挡位混合动力驱动模式HEV-3，该模式作为混合动力模式在低速加速时使用。
当车辆车速稍高时，控制第一离合器C0闭合，此工况下将小电机E1与大电机E2和发动机共同驱动车辆，该模式定义为第四挡位混合动力驱动模式HEV-4，常常用于车辆进行急加速和高速超车工况。
当车辆车速继续提高时，控制第一离合器C0和第二制动器B2闭合，此工况下将小电机E1锁止，有利于提高该工况下变速器的传动效率，该固定传动比模式定义为第五挡位混合动力驱动模式HEV-5，该模式常用于中高速定速巡航。
当车辆车速较高且趋于稳定时，控制第一离合器C0和第二离合器C1闭合, 小电机E1、大电机E2和发动机ICE共同驱动车辆，此时三者几乎实现同转速运动，该模式定义为第六挡位混合动力驱动模式HEV-6，该模式常用作最高车速行驶工况。

Claims (7)

1.一种用于前置前驱混合动力车辆的变速器，包括小电机(E1)、大电机(E2)、输入轴、输出半轴、差速器、第一制动器(B1)、第一离合器(C0)、第二离合器(C1)和行星齿轮耦合机构，所述行星齿轮耦合机构包括第一单行星排(PG1)和第二单行星排(PG2)，所述第一单行星排与第二单行星排并排放置，所述第一单行星排的第一行星架(PC1)与所述第二单行星排的第二齿圈(R2)相连接，所述第一单行星排的第一齿圈(R1)与所述第二单行星排的第二行星架(PC2)相连接，其特征在于：还包括第三单行星排(PG3)、输出齿圈、中间轴齿轮和主减速齿轮，所述第一单行星排的第一太阳轮(S1)与小电机(E1)的第一转子轴相连接，所述第二单行星排的第二太阳轮(S2)与大电机(E2)的第二转子轴相连接，输入轴与发动机的输出轴相连接，所述第一离合器(C0)的一端连接在第一行星架(PC1)上，第一离合器(C0)的另一端连接在输入轴上；所述第二离合器(C1)的一端连接在大电机(E2)的第二转子轴上，第二离合器(C1)的另一端连接在输入轴上，第一制动器(B1)的一端连接在第一行星架(PC1)上，第一制动器(B1)的另一端固定在变速器壳体上，所述输出齿圈与第二行星架(PC2)相连接，所述中间轴齿轮分别与输出齿圈、主减速齿轮相啮合依次形成第一齿轮副、第二齿轮副，所述主减速齿轮与第三单行星排(PG3)的第三太阳轮(S3)相连接，所述第三单行星排(PG3)的第三齿圈(R3)固定在变速箱壳体上，所述第三单行星排(PG3)的第三行星架(PC3)与差速器的壳体相连接，所述差速器连接输出半轴。
2.如权利要求1所述的用于前置前驱混合动力车辆的变速器，其特征在于：所述小电机(E1)布置在发动机侧近端，所述大电机(E2)布置在发动机侧远端，所述行星齿轮耦合机构布置在小电机(E1)和大电机(E2)之间。
3.如权利要求2所述的用于前置前驱混合动力车辆的变速器，其特征在于：所述第一离合器(C0)设置在所述行星齿轮耦合机构的内部且集成在第一单行星排(PG1)上，所述第二离合器(C1)设置在所述行星齿轮耦合机构的外部。
4.如权利要求1所述的用于前置前驱混合动力车辆的变速器，其特征在于：还包括第二制动器(B2)，所述第二制动器(B2)的一端连接在小电机(E1)的第一转子轴上，第二制动器(B2)的另一端固定在变速箱壳体上。
5.如权利要求1所述的用于前置前驱混合动力车辆的变速器，其特征在于：所述第三单行星排(PG3)与差速器集成在一起。
6.如权利要求1～5任一所述的用于前置前驱混合动力车辆的变速器，其特征在于：所述第一制动器(B1)为多种工作模式单向离合器，第一离合器(C0)和第二离合器(C1)均为多片湿式换挡元件。
7.如权利要求4所述的用于前置前驱混合动力车辆的变速器，其特征在于：所述第二制动器(B2)为多片湿式换挡元件。
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