CN100363651C - 双离合自动变速动力耦合器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混合动力装置。双离合自动变速动力耦合器，其特征是它包括第一轴(S₁)、第二轴(S₂)、第三轴(S₃)、第四轴(S₄)、第一过渡传动轴(S₅)、第二过渡传动轴(S₆)、箱体、第一电控离合器(C₁)、第二电控离合器(C₂)、第三电控离合器(C₃)、第一齿轮(Z₁)、第二齿轮(Z₂)、第三齿轮(Z₃)、第四齿轮(Z₄)、第五齿轮(Z₅)、第六齿轮(Z₆)、第七齿轮(Z₇)、第八齿轮(Z₈)、第九齿轮(Z₉)、第十齿轮(Z₁₀)，第一轴(S₁)的左端与电动机(M₁)相连，第一轴(S₁)的右端部固定第一齿轮(Z₁)，第二轴(S₂)的左端与内燃机(E)相连，第二轴(S₂)的右端部固定第四齿轮(Z₄)。本发明集离合、动力合成、变速功能于一体。

Description

双离合自动变速动力耦合器

技术领域

本发明涉及一种混合动力装置。

背景技术

现有的以燃油和电为能源的混合动力电动汽车的动力总成，一般由发动机、主离合器、电机、动力合成装置、变速器、蓄电池、传动轴、后桥及车轮组成。为了实现离合，动力合成和变速功能，现存的装置采取了两种技术路线：一种为离合器，动力合成装置，变速器分开，为独立的结构，其缺点是联接传动机构零件多，空间布置及系统装配困难；另一种为高度集成方式，典型结构为行星齿轮机构，它的优点是空间尺寸很小，十分紧凑，其缺点是对于发动机和电机要求按照机构所允许的空间尺寸重新设计，而无法从现有的发动机和电机系列中选型，而且加工困难，控制复杂。

发明内容

针对上述不足，本发明的目的在于提供一种集离合、动力合成、变速功能于一体的双离合自动变速动力耦合器。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：双离合自动变速动力耦合器，其特征是它包括第一轴S₁、第二轴S₂、第三轴S₃、第四轴S₄、第一过渡传动轴S₅、第二过渡传动轴S₆、箱体B、第一电控离合器C₁、第二电控离合器C₂、第三电控离合器C₃、第一齿轮Z₁、第二齿轮Z₂、第三齿轮Z₃、第四齿轮Z₄、第五齿轮Z₅、第六齿轮Z₆、第七齿轮Z₇、第八齿轮Z₈、第九齿轮Z₉、第十齿轮Z₁₀。第一轴S₁的左端与电动机M₁相连，第一轴S₀的右端部固定第一齿轮Z₁。第二齿轮Z₂、第三齿轮Z₃分别固定在第一过渡传动轴S₅上，第二齿轮Z₂与第一齿轮Z₁处于啮合状态。第二轴S₂的左端与内燃机E相连，第二轴S₂的右端部固定第四齿轮Z₄。第三齿轮Z₃与第四齿轮Z₄处于啮合状态。第三轴S₃的右端与电动机M₂相连，第三轴S₃的左端部固定第五齿轮Z₅。第六齿轮Z₆固定在第二过渡传动轴S₆的左部。第五齿轮Z₅与第六齿轮Z₆处于啮合状态。

第七齿轮Z₇、第九齿轮Z₉分别由第二电控离合器C₂、第三电控离合器C₃空套在第二过渡传动轴S₆的左部，第七齿轮Z₇和第二电控离合器C₂刚性联接，第九齿轮Z₉和第三电控离合器C₃刚性联接，两者通过电控离合器与第二过渡传动轴S₆接合：当第二电控离合器C₂分离时，第七齿轮Z₇空套在第二过渡传动轴S₆上，当第二电控离合器C₂接合时，第七齿轮Z₇通过第二电控离合器C₂与第二过渡传动轴S₆接合；当第三电控离合器C₃分离时，第九齿轮Z₉空套在第二过渡传动轴S₆上，当第三电控离合器C₃接合时，第九齿轮Z₉通过第三电控离合器C₃与第二过渡传动轴S₆接合。

第四轴S₄的右端与车辆的传动轴相连，第四轴S₄的左部分别固定有第八齿轮Z₈和第十齿轮Z₁₀。第七齿轮Z₇与第八齿轮Z₈处于啮合状态，第九齿轮Z₉与第十齿轮Z₁₀也处于啮合状态。第一过渡传动轴S₅的右端与第二过渡传动轴S₆的左端由第一电控离合器C₁相联。

上述的第一齿轮Z₁、第二齿轮Z₂、第三齿轮Z₃、第四齿轮Z₄、第五齿轮Z₅、第六齿轮Z₆、第七齿轮Z₇、第八齿轮Z₈、第九齿轮Z₉、第十齿轮Z₁₀位于箱体B内，第一轴S₁、第二轴S₂、第三轴S₃、第四轴S₄分别穿过箱体由轴承与箱体相固定。根据系统所传递的转矩大小及结构需要，第一电控离合器C₁、第二电控离合器C₂、第三电控离合器C₃的安置位置有三种选择：①第一电控离合器C₁、第二电控离合器C₂、第三电控离合器C₃全部置于箱体之内(如图1所示)；②第一电控离合器C₁、第二电控离合器C₂、第三电控离合器C₃全部置于箱体之外(或者第一电控离合器C₁部分位于箱体之外，如图2所示)；③第一电控离合器C₁置于箱体之内，第二电控离合器C₂、第三电控离合器C₃置于箱体之外。

本发明具有如下特点：

1.本发明采用上述结构，集离合，动力合成，变速功能于一体，减少了过渡传动零件，结构紧凑，减少了整体空间尺寸和整体的质量。

2.第一轴S₁，第二轴S₂、第三轴S₃、第四轴S₄根据工作的要求，既可以作为转矩轴，也可以作为轴。第一轴S₁和第二轴S₂还可以实现转矩的零输入或零输出，因而可实现的工作模式多，自由度大。

3.本发明的控制执行机构为第一电控离合器C₁、第二电控离合器C₂、第三电控离合器C₃，控制执行机构工作原理单一，易于实现自动控制。

4.本发明均为机构传动，传动效率高，其箱体的零件主要为齿轮和轴类零件，加工成本低。

附图说明

图1是本发明第一种结构示意图(离合器全部在箱体内)

图2是本发明的第二种结构示意图(离合器全部在箱体外)

图3是本发明在混合动力电动汽车中的装配关系图

具体实施方式

本发明适用于内燃机与蓄电池组共用组成的双能源混合动力电动汽车。其功能为内燃机和电动机的动力耦合，以及实现自动变速。

如图1、图2、图3所示，

双离合自动变速动力耦合器，它包括第一轴S₁、第二轴S₂、第三轴S₃、第四轴S₄、第一过渡传动轴S₅、第二过渡传动轴S₆、箱体B、第一电控离合器C₁、第二电控离合器C₂、第三电控离合器C₃、第一齿轮Z₁、第二齿轮Z₂、第三齿轮Z₃、第四齿轮Z₄、第五齿轮Z₅、第六齿轮Z₆、第七齿轮Z₇、第八齿轮Z₈、第九齿轮Z₉、第十齿轮Z₁₀。第一轴S₁的左端与电动机M₁相连，第一轴S₁的右端部固定第一齿轮Z₁。第二齿轮Z₂、第三齿轮Z₃分别固定在第一过渡传动轴S₅上，第二齿轮Z₂与第一齿轮Z₁处于啮合状态。第二轴S₂的左端与内燃机E相连，第二轴S₂的右端部固定第四齿轮Z₄。第三齿轮Z₃与第四齿轮Z₄处于啮合状态。第三轴S₃的右端与电动机M₂相连，第三轴S₃的左端部固定第五齿轮Z₅。第六齿轮Z₆固定在第二过渡传动轴S₆的左部。第五齿轮Z₅与第六齿轮Z₆处于啮合状态。

第七齿轮Z₇、第九齿轮Z₉分别由第二电控离合器C₂、第三电控离合器C₃空套在第二过渡传动轴S₆的左部，第七齿轮Z₇和第二电控离合器C₂刚性联接，第九齿轮Z₉和第三电控离合器C₃刚性联接，两者通过电控离合器与第二过渡传动轴S₆接合：当第二电控离合器C₂分离时，第七齿轮Z₇空套在第二过渡传动轴S₆上，当第二电控离合器C₂接合时，第七齿轮Z₇通过第二电控离合器C₂与第二过渡传动轴S₆接合；当第三电控离合器C₃分离时，第九齿轮Z₉空套在第二过渡传动轴S₆上，当第三电控离合器C₃接合时，第九齿轮Z₉通过第三电控离合器C₃与第二过渡传动轴S₆接合。

第四轴S₄的右端与车辆的传动轴相连，第四轴S₄的左部分别固定有第八齿轮Z₈和第十齿轮Z₁₀。第七齿轮Z₇与第八齿轮Z₈处于啮合状态，第九齿轮Z₉与第十齿轮Z₁₀也处于啮合状态。第一过渡传动轴S₅的右端与第二过渡传动轴S₆的左端由第一电控离合器C₁相联。

上述的第一齿轮Z₁、第二齿轮Z₂、第三齿轮Z₃、第四齿轮Z₄、第五齿轮Z₅、第六齿轮Z₆、第七齿轮Z₇、第八齿轮Z₈、第九齿轮Z₉、第十齿轮Z₁₀位于箱体B内，第一轴S₁、第二轴S₂、第三轴S₃、第四轴S₄分别穿过箱体由轴承与箱体相固定。根据系统所传递的转矩大小及结构需要，第一电控离合器C₁、第二电控离合器C₂、第三电控离合器C₃的安置位置有三种选择：①第一电控离合器C₁、第二电控离合器C₂、第三电控离合器C₃全部置于箱体之内(如图1所示)；②第一电控离合器C₁、第二电控离合器C₂、第三电控离合器C₃全部置于箱体之外(或者第一电控离合器C₁部分位于箱体之外，如图2所示)；③第一电控离合器C₁置于箱体之内，第二电控离合器C₂、第三电控离合器C₃置于箱体之外。

工作原理：

第一电控离合器C₁分离，因第一过渡传动轴S₅和第二过渡传动轴S₆分离，故第一轴S₁、第一过渡传动轴S₅、第二轴S₂和第三轴S₃、第二过渡传动轴S₆、第四轴S₄各自分别工作。当第一电控离合器C₁接合时，第一轴S₁、第二轴S₂、第三轴S₃的动力通过第一过渡传动轴S₅和第二过渡传动轴S₆及轴上的齿轮进行动力耦合，然后从第四轴S₄输出。

第二电控离合器C₂、第三电控离合器C₃与第七齿轮Z₇、第八齿轮Z₈、第九齿轮Z₉、第十齿轮Z₁₀组成两档变速机构。第七齿轮Z₇、第九齿轮Z₉空套在第二过渡传动轴S₆上，它们与第二过渡传动轴S₆的结合要靠第二电控离合器C₂、第三电控离合器C₃来操纵。

当第二电控离合器C₂接合，第三电控离合器C₃分离时，第七齿轮Z₇与第二过渡传动轴S₆结合，第九齿轮Z₉空转，运动由第七齿轮Z₇传给第八齿轮Z₈，驱动力通过第四轴S₄输出；当第二电控离合器C₂分离，第三电控离合器C₃接合时，第七齿轮Z₇空转，第九齿轮Z₉与第四轴S₄结合，运动由第九齿轮Z₉传给第十齿轮Z₁₀，驱动力通过第四轴S₄输出。

如图3所示，

第一轴S₁与电动机M₁相连，第二轴S₂与内燃机E相连。第三轴S₃与电动机M₂相连，第四轴S₄与传动轴相连。

电动机M₁和电动机M₂均为调速电机，其工作状态分为驱动、发电或空转三种状态。车辆的动力电池组为电机提供能源。

工作状态：

(1)车辆纯电动工作：

第一电控离合器C₁分离，内燃机E停机，电机M₁空载，电机M₂为驱动状态。

当第二电控离合器C₂接合，第三电控离合器C₃分离：

则： $n_4=n_3\×\frac{Z_5}{Z_6}\×\frac{Z_7}{Z_8};$ $T_4=T_3\×\frac{Z_6}{Z_5}\×\frac{Z_8}{Z_7}$

当第二电控离合器C₂分离，第三电控离合器C₃接合：

则： $n_4=n_3\×\frac{Z_5}{Z_6}\×\frac{Z_9}{Z_{10}};$ $T_4=T_3\×\frac{Z_6}{Z_5}\×\frac{Z_{10}}{Z_9}$

(2)起动发动机：

第一电控离合器C₁分离，电机M₁为驱动状态。由电机M₁起动发动机，当达到发动机起动转速时，发动机供油系统供油，点燃发动机，然后电机M₁转变为空转状态或发电状态。

(3)车辆以混合动力的串联方式工作：

第一电控离合器C₁分离，内燃机E工作，电机M₁为发电状态，电机M₂为驱动状态。

$n_2=n_1\×\frac{Z_1}{Z_2}\×\frac{Z_3}{Z_4};$ $T_2=T_1\×\frac{Z_2}{Z_1}\×\frac{Z_4}{Z_3}$

第四轴S₄的工作状态同纯电动工作状态。

(4)车辆以混合动力并联方式工作：

内燃机E处于工作状态，第一电控离合器C₁接合。

第一过渡传动轴S₅和第二过渡传动轴S₆同速，其转速由与内燃机相联的第二轴S₂和固定第三齿轮Z₃、第四齿轮Z₄决定，电机M₁和电机M₂通过第一轴S₁、第三轴S₃以及第一齿轮Z₁、第二齿轮Z₂、第五齿轮Z₅、第六齿轮Z₆与第一过渡传动轴S₅和第二过渡传动轴S₆相连，其转速由第一过渡传动轴S₅和第二过渡传动轴S₆决定。根据控制策略的要求，电机M₁和电机M₂可以分别处于发电、空转或驱动的工作方式。

当第二电控离合器C₂接合，第三电控离合器C₃分离，

则： $n_4=n_2\×\frac{Z_4}{Z_3}\×\frac{Z_7}{Z_8};$ $T_4=T_2\×\frac{Z_3}{Z_4}\×\frac{Z_8}{Z_7}$

当第二电控离合器C₃接合，第三电控离合器C₂分离，

则： $n_4=n_2\×\frac{Z_4}{Z_3}\×\frac{Z_9}{Z_{10}};$ $T_4=T_2\×\frac{Z_3}{Z_4}\×\frac{Z_{10}}{Z_9}$

①内燃机E工作，电动机M₁、电动机M₂处于空转状态。

②内燃机E工作，电动机M₁、电动机M₂处于工作状态。

设电动机驱动力矩为正力矩，电动机处于发电状态则为负力矩：

则第二过渡传动轴S₆的力矩为T₆为：

$T_6=T_2\×\frac{Z_3}{Z_4}+T_1\×\frac{Z_2}{Z_1}+T_3\×\frac{Z_6}{Z_5}$

第二电控离合器C₂接合，第三电控离合器C₃分离：

$T_4=T_6\×\frac{Z_8}{Z_7}=(T_2\×\frac{Z_3}{Z_4}+T_1\×\frac{Z_2}{Z_1}+T_3\×\frac{Z_6}{Z_5})\×\frac{Z_8}{Z_7}$

第三电控离合器C₃接合，第二电控离合器C₂分离：

$T_4=T_6\×\frac{Z_{10}}{Z_9}=(T_2\×\frac{Z_3}{Z_4}+T_1\×\frac{Z_2}{Z_1}+T_3\×\frac{Z_6}{Z_5})\×\frac{Z_{10}}{Z_9}$

(5)倒车

第一电控离合器C₁分离，而根据实际路况的要求，第二电控离合器C₂和第三电控离合器C₃之中，将有一个接合，另一个将分离，电机M₂反向旋转。

(6)减速时制动能量回收

第一电控离合器C₁分离，电动机M₂处于发电状态，第二电控离合器C₂和第三电控离合器C₃保持原工作状态。

(7)停车

第一电控离合器C₁、第二电控离合器C₂、第三电控离合器C₃均分离。

Claims (3)

1.双离合自动变速动力耦合器，其特征是它包括第一轴(S₁)、第二轴(S₂)、第三轴(S₃)、第四轴(S₄)、第一过渡传动轴(S₅)、第二过渡传动轴(S₆)、箱体(B)、第一电控离合器(C₁)、第二电控离合器(C₂)、第三电控离合器(C₃)、第一齿轮(Z₁)、第二齿轮(Z₂)、第三齿轮(Z₃)、第四齿轮(Z₄)、第五齿轮(Z₅)、第六齿轮(Z₆)、第七齿轮(Z₇)、第八齿轮(Z₈)、第九齿轮(Z₉)、第十齿轮(Z₁₀)，第一轴(S₁)的左端与电动机(M₁)相连，第一轴(S₁)的右端部固定第一齿轮(Z₁)，第二齿轮(Z₂)、第三齿轮(Z₃)分别固定在第一过渡传动轴(S₅)上，第二齿轮(Z₂)与第一齿轮(Z₁)处于啮合状态，第二轴(S₂)的左端与内燃机(E)相连，第二轴(S₂)的右端部固定第四齿轮(Z₄)，第三齿轮(Z₃)与第四齿轮(Z₄)处于啮合状态，第三轴(S₃)的右端与电动机(M₂)相连，第三轴(S₃)的左端部固定第五齿轮(Z₅)，第六齿轮(Z₆)固定在第二过渡传动轴(S₆)的左部，第七齿轮(Z₇)、第九齿轮(Z₉)分别由第二电控离合器(C₂)、第三电控离合器(C₃)空套在第二过渡传动轴(S₆)的左部，第四轴(S₄)的右端与传动轴相连，第四轴(S₄)的左部分别固定有第八齿轮(Z₈)、第十齿轮(Z₁₀)，第五齿轮(Z₅)与第六齿轮(Z₆)处于啮合状态，第七齿轮(Z₇)与第八齿轮(Z₈)处于啮合状态，第九齿轮(Z₉)与第十齿轮(Z₁₀)处于啮合状态，第一过渡传动轴(S₅)的右端与第二过渡传动轴(S₆)的左端由第一电控离合器(C₁)相联。

2.根据权利要求1所述的双离合自动变速动力耦合器，其特征是：所述的第一齿轮(Z₁)、第二齿轮(Z₂)、第三齿轮(Z₃)、第四齿轮(Z₄)、第五齿轮(Z₅)、第六齿轮(Z₆)、第七齿轮(Z₇)、第八齿轮(Z₈)、第九齿轮(Z₉)、第十齿轮(Z₁₀)位于箱体内，第一轴(S₁)、第二轴(S₂)、第三轴(S₃)、第四轴(S₄)分别穿过箱体由轴承与箱体相固定；第一过渡传动轴(S₅)的左端、第二过渡传动轴(S₆)的右端分别由轴承与箱体相固定。

3.根据权利要求1所述的双离合自动变速动力耦合器，其特征是：第一电控离合器(C₁)、第二电控离合器(C₂)、第三电控离合器(C₃)置于箱体之内。

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