CN111196150B - 自动变速箱以及汽车动力*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了自动变速箱以及具有该自动变速箱的汽车动力***，设有在换挡期间补充扭矩的扭矩补充电机，该扭矩补充电机在启动时充当启动电机，从而可以省去现有技术中的启动电机，节约成本，改善启动排放。为实现上述目的，本发明的自动变速箱，包括通过换挡机构连接的输入轴和输出轴，所述输入轴通过主离合器与发动机接合，还包括扭矩补充电机、第一连接机构和第二连接机构，换挡期间，所述扭矩补充电机通过所述第一连接机构与所述输入轴或所述输出轴连接；启动时，所述扭矩补充电机通过所述第二连接机构与所述输入轴连接，实现所述发动机的启动。

Description

自动变速箱以及汽车动力***

技术领域

本发明涉及变速箱技术领域，特别是涉及一种自动变速箱以及汽车动力***。

背景技术

目前，每个动力***均专门配置有启动电机，启动电机又叫马达，它将蓄电池的电能转化为机械能驱动发动机飞轮旋转，实现发动机的启动。发动机通过离合器与输入轴连接，并经由输入轴和换挡机构连接输出轴，以选择合适的挡位将动力按照一定比例转化后输出。

启动电机的功率通常是零点几千瓦到一千瓦，能够将发动机驱动到每分钟八九百转到一千转，在整个启动过程中，发动机处于低速运转状态，排放不好，污染严重。

而且，变速箱在换挡过程中，离合器断开时，发动机的扭矩不能传递至输入轴，因此，从松离合器到离合器重新接合之间的换挡过程中，输出轴扭矩中断，从而导致该过程中的冲击较大，换挡平顺性较差，进而导致驾驶舒适性降低。

因此，如何设置自动变速箱以及具有该自动变速箱的汽车动力***，在整合启动电机功能的同时补充换挡期间的扭矩，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供自动变速箱以及具有该自动变速箱的汽车动力***，设有在换挡期间补充扭矩的扭矩补充电机，该扭矩补充电机在启动时充当启动电机，从而可以省去现有技术中的启动电机，节约成本，改善启动排放。

为实现上述目的，本发明提供了自动变速箱，包括通过换挡机构连接的输入轴和输出轴，所述输入轴通过主离合器与发动机接合，还包括扭矩补充电机、第一连接机构和第二连接机构，换挡期间，所述扭矩补充电机通过所述第一连接机构与所述输入轴或所述输出轴连接；启动时，所述扭矩补充电机通过所述第二连接机构与所述输入轴连接，实现所述发动机的启动。

本发明的自动变速箱，设有扭矩补充电机，在换挡期间，即主离合器脱开至重新结合的扭矩中断期间内，该扭矩补充电机与输入轴或输出轴连接，以便为输出轴提供换挡期间的扭矩，避免因换挡导致扭矩中断而影响动力输出，从而提高了换挡过程中的平顺性，降低了换挡冲击，提高了汽车的驾驶舒适性；更为重要的是，该扭矩补充电机还可以作为启动电机，在启动时实现发动机的启动，此时，无需设置启动电机，降低了因启动电机的配置所产生的成本，也因此简化了发动机用于连接启动电机的一端的结构；尤其是，由于扭矩补充电机的功率较大，当其作为启动电机时，能够将发动机启动到较大的转速，使得发动机的运行状态更趋近于万有特定曲线的经济区，在节省油耗的同时改善启动排放，降低环境污染。

可选地，所述扭矩补充电机连接有扭矩补充齿轮，所述第二连接机构包括接合齿轮和电磁式牙嵌离合器，所述接合齿轮套接于所述输入轴，所述输入轴在与所述扭矩补充齿轮相对应的位置设有所述电磁式牙嵌离合器；启动时，所述接合齿轮沿所述输入轴运动而与所述电磁式牙嵌离合器联接，进而与所述扭矩补充齿轮啮合。

可选地，所述换挡机构包括轴向间隔布置于所述输入轴的若干换挡齿轮，末级所述换挡齿轮构成所述接合齿轮；启动时，换挡电机驱动所述接合齿轮沿所述输入轴运动至与所述扭矩补充齿轮相对应的位置。

可选地，还包括换挡控制器，启动时，所述换挡控制器控制所述主离合器断开后，再控制所述接合齿轮与所述扭矩补充齿轮啮合。

可选地，所述接合齿轮是直齿轮。

可选地，换挡时，所述扭矩补充电机通过所述第一连接机构与所述输入轴连接，所述第一连接机构与所述第二连接机构是同一机构。

可选地，所述第一连接机构是套接于所述输出轴的同步器，换挡时，所述同步器与所述扭矩补充齿轮接合。

本发明还提供一汽车动力***，包括发动机和与所述发动机连接的自动变速箱，所述自动变速箱是上述的自动变速箱。

附图说明

图1为本方案所提供自动变速箱中扭矩补充电机处于未连接状态的结构示意图；

图2为本方案所提供自动变速箱中扭矩补充电机处于连接状态的结构示意图。

图1-图2中：

第一级齿轮组1、第二级齿轮组2、第三级齿轮组3、第四级齿轮组4、第五级齿轮组5、接合齿轮6、电磁式牙嵌离合器7、扭矩补充齿轮8、扭矩补充电机9、发动机10、第一连接机构11、输入轴12、输出轴13、主离合器K。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的具体实施方式进行介绍，以便本领域技术人员准确理解本发明的技术方案。

如背景技术所述，现有技术中，汽车动力***均设有启动电机，用于实现发动机10的启动。发动机10具有与主离合器K连接的输出端，以及与该启动电机连接的输入端，发动机10的输入端连接有飞轮；启动电机实际上包括一个大的主电机和一个小的辅助电机，启动时，辅助电机首先驱动一直齿轮推出，进而与发动机10的飞轮接合，接着，主电机输出驱动力，通过该直齿轮驱动飞轮转动，实现发动机10的启动。

上述启动电机，实际上包括两个一大一小两个电机，其结构复杂，成本较高；并且，该启动电机仅用于实现发动机10的启动，其功率通常为零点几千瓦，最高也基本不超过一千瓦，对发动机10的驱动力较小，仅能够将发动机10驱动到每分钟八九百转至一千转，使得发动机10在启动过程中的排放很不好。

针对上述技术问题，本发明提供一汽车动力***，包括发动机10和与该发动机10连接的自动变速箱，该自动变速箱设有扭矩补充电机9，该扭矩补充电机9在启动时可以作为发动机10的启动电机，因此，该汽车动力***可以省去现有技术中的启动电机，或者说该汽车动力***无需为发动机10专门配置启动电机。

如图1和图2所示，本方案的自动变速箱包括通过换挡机构连接的输入轴12和输出轴13，输入轴12通过主离合器K与发动机10接合，该自动变速箱还包括扭矩补充电机9、第一连接机构11和第二连接机构，换挡期间(即主离合器K断开到重新结合的扭矩中断期间)，扭矩补充电机9通过第一连接机构11与输入轴12或输出轴13连接，以便为输出轴13补充扭矩，避免出现扭矩中断而影响换挡的平顺性和驾驶感；启动时，该扭矩补充电机9通过第二连接机构与输入轴12连接，实现发动机10的启动，作为“启动电机”使用，以省去现有技术中专门设置的启动电机。

需要说明的是，在启动时，扭矩补充电机9可以作为启动电机使用是指，此时的扭矩补充电机9能够实现发动机10的启动，在功能上相当于启动电机，但是，实际上，本方案的自动变速箱并不设置启动电机，而是将启动电机的功能整合到了扭矩补充电机9。此时，发动机10在与主离合器K相对的另一端(即上述的发动机10的输入端)就可以不设置启动电机，发动机10的输入端得以简化，该端也就可以不再预留启动电机的安装空间，在简化结构的同时节省了安装空间。

输入轴12和输出轴13之间可以通过换挡机构连接，该换挡机构可以是若干级齿轮组，若干是指数量不确定的多个，一般大于三个。各级齿轮组用于实现输入轴12与输出轴13之间扭矩和转速的传动，同时，每一级齿轮组的传动比不同，分别代表不同的挡位。图1和图2所示的自动变速箱为五挡变速箱，包括第一级齿轮组1、第二级齿轮组2、第三级齿轮组3、第四级齿轮组4和第五级齿轮组5；其中，第一级齿轮组1的传动比和扭矩最大，转速最小，对应变速箱的一挡，第五级齿轮组5的传动比和扭矩最小，转速最大，对应变速箱的五挡。

当汽车低速行驶需要较大扭矩是时，可将变速器挂入低挡位(例如一挡)，汽车高速行驶需要小扭矩时，可将变速器挂入高挡位(例如五挡)。因此，汽车行驶过程中，需要根据行驶需求不断进行换挡。变速箱的换挡过程通过换挡执行机构和各换挡同步器实现。对于电控机械式自动变速箱，换挡执行机构通过换挡电机控制执行部件动作实现换挡，其中，执行部件通常包括齿轮减速机构和螺旋传动机构。

该换挡执行机构的工作原理为：换挡电机驱动执行机构，先经过齿轮减速机构减速，再通过螺旋传动机构将旋转运动转换为直线运动，即换挡执行机构输出螺母的直线运动，同时，螺母与对应的换挡同步器连接，从而带动该换挡同步器的接合套向目标挡位齿轮组移动并接合，从而实现换挡。如图1所示，以一挡向二挡切换为例，当处于第一级齿轮组1和第二级齿轮组2之间的同步器以其接合套与其右侧的第一级齿轮组1接合时，处于一挡位置，与其左侧的第二级齿轮组2接合时，处于二挡位置。

但是，如背景技术所述，在执行换挡时，首先需要脱开主离合器K，换挡执行机构才能够执行相应的换挡动作，等到换挡完成后，主离合器K才重新结合，在这个过程中，输出轴13的扭矩被中断。

针对这一技术问题，本方案的自动变速箱设有扭矩补充电机9，在换挡期间，即主离合器K断开至重新结合的扭矩中断期间，扭矩补充电机9通过第一连接机构11与输入轴12或输出轴13连接，为输出轴13提供补充扭矩，以提高换挡过程的平顺性，降低换挡冲击，改善换挡操作的驾驶感，避免在换挡过程中给驾驶者以顿挫的冲击感。

尤其是，要实现对输出轴13的扭矩补充，该扭矩补充电机9的转速要接近或者大于输出轴13在换挡时的转速，因此，该扭矩补充电机9的功率通常在十千瓦以上，当作为启动电机使用时，能够在启动的瞬间将发动机10带动到两千转以上，使得发动机10工作在万有特性曲线的经济区，改善了启动排放，降低了环境污染，具有节能减排的作用。而如背景技术所述，现有技术中的启动电机通过只有零点几千瓦到一千瓦，只能带到发动机10到八九百转，启动排放很不好，采用扭矩补充电机9后可以大大减少启动排放。

第一连接机构11和第二连接机构可以采用相同或类似的结构，只要能够实现动力传递即可，可以是同步器或者齿轮等结构形式。此处所述的第一、第二仅为了区分结构相同或类似的两个以上的部件或者结构，亦或是相同或类似的两个以上的结构，不表示对顺序的特殊限定。

实施例1

在第一种具体实施方式中，换挡期间，扭矩补充电机9通过第一连接机构11与输出轴13连接，以直接为输出轴13提供换挡期间的补充扭矩。该扭矩补充电机9可以连接有扭矩补充齿轮8，第一连接机构11可以是套接于输出轴13的同步器，换挡时，同步器与扭矩补充齿轮8接合。

由于扭矩补充电机9设置的目的是提高换挡平顺性，其根本目的是为了降低换挡时的冲击，提高驾驶舒适性，而乘客感受到的冲击直接来源于车轮，因此，通过补充与车轮直接连接的输出轴13的扭矩时，与补充输入轴12的扭矩相比，动力传输路径较短，效率较高，能耗较低。

第二连接机构可以包括接合齿轮6和电磁式牙嵌离合器7，接合齿轮6套接于输入轴12，输入轴12在与扭矩补充齿轮8相对应的位置设有电磁式牙嵌离合器7；启动时，接合齿轮6沿输入轴12运动而到达与扭矩补充齿轮8相对应的位置，与电磁式牙嵌离合器7联接，进而与扭矩补充齿轮8啮合，实现输入轴12与扭矩补充电机9的连接。

电磁式牙嵌离合器7，由两个端面上有牙的半离合器组成，其中一个半离合器固定在主动轴上，另一个半离合器用导向平键(或花键)与从动轴联接，并通过电磁控制使其做轴向移动，从而起到离合作用，可以省去一个操纵机构。

同时，本方案还可以包括换挡控制器，启动时，换挡控制器首先控制主离合器K断开后，再控制接合齿轮6与扭矩补充齿轮8啮合，以使得接合齿轮6与扭矩补充齿轮8在静止状态下啮合，避免两齿轮在运动过程中啮合而发生打齿。当接合齿轮6与扭矩补充齿轮8啮合后，换挡控制器控制主离合器K结合，扭矩补充电机9工作，驱动输入轴12转动，进而在输入轴12的作用下带动发动机10运转，实现发动机10的启动，并在完成发动机10的启动后控制接合齿轮6与扭矩补充齿轮8分离，即分离动作可以在齿轮处于运动状态时实现。

如图2所示，当接合齿轮6运动到与扭矩补充齿轮8相应的位置时，扭矩补充电机9通过扭矩补充齿轮8、接合齿轮6、输入轴12、主离合器K而与发动机10连接，进而驱动发动机10转动，实现扭矩由扭矩补充电机9到发动机10的传递，驱动发动机10启动。

该接合齿轮6可以是直齿轮，成本较低，可靠性较高。并且，采用电磁式牙嵌离合器7作为分离和结合的控制结构，对中性好，承载能力高，有利于对接合齿轮6与扭矩补充齿轮8的啮合进行可靠控制，提高启动操作的准确性。

可以理解的是，现有技术中的启动电机也需要推出一直齿轮与发动机10的飞轮连接，本方案中采用直齿轮作为与扭矩补充齿轮8啮合的齿轮时，在结构上相当于仅仅增加了一个电磁式牙嵌离合器7，成本低廉，使用便捷性和可靠性较高，有效的简化了汽车动力***的结构，提高了集成度。

在上述基础上，可以通过换挡电机实现对接合齿轮6的驱动，无需额外添加动力元件。

具体而言，如上所述，输入轴12和输出轴13之间的换挡机构可以是若干级齿轮组，每一级齿轮组包括套接于输入轴12的换挡齿轮以及套接于输出轴13的换挡齿轮，其中，输入轴12和输出轴13的换挡齿轮具体通过同步器等连接机构进行换挡连接。如此，从输入轴12来看，输入轴12的轴向就间隔布置了若干换挡齿轮；通常，换挡齿轮的个数与挡位的个数是一致的，但本方案中，换挡齿轮的个数比挡位数多一，也就是说，在最后一挡的后方还有一级换挡齿轮，该换挡齿轮称之为末级换挡齿轮，该末级换挡齿轮构成上述的接合齿轮6。如此，在启动时，换挡电机可以作为动力源，驱动该接合齿轮6沿输入轴12运动至与扭矩补充齿轮8相对应的位置，使得接合齿轮6与电磁式牙嵌离合器7联接，进而与扭矩补充齿轮8啮合。

此时，一方面采用换挡电机作为接合齿轮6的动力源，不会增加动力元件的成本；另一方面，将接合齿轮6与换挡齿轮采用类似的结构布置，最大限度地保留了原有的动力***机构，降低对原有动力***的影响；再者，采用与换挡齿轮类似的布置形式，使得接合齿轮6能够与换挡齿轮一样有序地运转，基本上不存在因新增机构而导致“磨合期过长”等问题。

实施例2

在第二种具体实施方式中，换挡时，扭矩补充电机9可以通过第一连接机构11与输入轴12连接，通过输入轴12将扭矩补充给输出轴13。此时，第一连接机构11与第二连接机构可以是同一机构，在换挡和启动时，该机构用于实现扭矩补充电机9与输入轴12的连接。所不同的是，在换挡时，主离合器K处于断开状态，而在启动时，主离合器K首先处于断开状态，在接合齿轮6与扭矩补充齿轮8啮合后，主离合器K结合，以便将扭矩传递给发动机10，实现发动机10的启动。

本实施例与实施例1的区别可以仅在于第一连接机构11设于输入轴12，其他部分，如第二连接机构的结构等均可以参照实施例1进行设置，此处不再赘述。

以上对本发明所提供自动变速箱以及汽车动力***进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.自动变速箱，包括通过换挡机构直接连接的输入轴（12）和输出轴（13），所述输入轴（12）通过主离合器（K）与发动机（10）接合，其特征在于，还包括扭矩补充电机（9）、第一连接机构（11）和第二连接机构，换挡期间，所述扭矩补充电机（9）通过所述第一连接机构（11）与所述输入轴（12）或所述输出轴（13）连接；启动时，所述扭矩补充电机（9）通过所述第二连接机构与所述输入轴（12）连接，实现所述发动机（10）的启动；

所述扭矩补充电机（9）连接有扭矩补充齿轮（8），所述第二连接机构包括接合齿轮（6），所述接合齿轮（6）套接于所述输入轴（12）；

所述换挡机构包括轴向间隔布置于所述输入轴（12）的若干换挡齿轮，在最后一挡的后方还有一级换挡齿轮，该换挡齿轮为末级换挡齿轮，所述末级换挡齿轮构成所述接合齿轮（6）；

启动时，换挡电机驱动所述接合齿轮（6）沿所述输入轴（12）运动至与所述扭矩补充齿轮（8）相对应的位置。

2.根据权利要求1所述的自动变速箱，其特征在于，所述第二连接机构包括电磁式牙嵌离合器（7），所述输入轴（12）在与所述扭矩补充齿轮（8）相对应的位置设有所述电磁式牙嵌离合器（7）；启动时，所述接合齿轮（6）沿所述输入轴（12）运动而与所述电磁式牙嵌离合器（7）联接，进而与所述扭矩补充齿轮（8）啮合。

3.根据权利要求1所述的自动变速箱，其特征在于，还包括换挡控制器，启动时，所述换挡控制器控制所述主离合器（K）断开后，再控制所述接合齿轮（6）与所述扭矩补充齿轮（8）啮合。

4.根据权利要求1所述的自动变速箱，其特征在于，所述接合齿轮（6）是直齿轮。

5.根据权利要求1-4任一项所述的自动变速箱，其特征在于，所述第一连接机构（11）是套接于所述输出轴（13）的同步器，换挡时，所述同步器与所述扭矩补充齿轮（8）接合。

6.汽车动力***，包括发动机（10）和与所述发动机（10）连接的自动变速箱，其特征在于，所述自动变速箱是上述权利要求1-5任一项所述的自动变速箱。

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