CN108730436A - 辛普森式混合动力变速箱及汽车 - Google Patents

Abstract

一种辛普森式混合动力变速箱及汽车，所述辛普森式混合动力变速箱具有行星齿轮变速系统，所述行星齿轮变速系统包括：输入轴，沿输入轴依次排列的第一行星排和第二行星排；每一行星排包括：太阳轮、行星轮、齿圈和行星架，所述太阳轮、行星轮、齿圈径向由内而外依次啮合；所述行星架与所述行星轮固定连接，其中一个行星排的行星架与另一行星排的齿圈固定连接，所述太阳轮空套于所述输入轴；辛普森式混合动力变速箱还包括驱动电机，所述驱动电机的输出端固定连接所述第一行星排的太阳轮。因此，通过输入轴，能够实现发动机的动力传递；通过第一太阳轮，能够实现驱动电机的动力传递。使得该变速箱既能够由发动机驱动运转，又能够由电机驱动运转。

Description

辛普森式混合动力变速箱及汽车

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，具体涉及一种辛普森式混合动力变速箱及汽车。

背景技术

在自动档汽车中，仅由发动机驱动的辛普森式四档位自动变速箱(4AT) 的技术已经十分成熟。但是，随着环境保护和节约燃料的要求，利用发动机、电动机的组合驱动的混合动力汽车越来越受到人们的关注，混合动力汽车也是目前行业发展的新趋势。混合动力汽车中的变速箱不仅可以由发动机进行驱动，还可以由电机进行驱动。因此，如何在尽量不对现有技术中辛普森式四档位自动变速箱做出较大改变的前提下，增加电机模块，使其成为既能够由发动机驱动运转，又能够由电机驱动运转的混合动力变速箱，是现有技术亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明解决的问题是使现有技术辛普森式四档位自动变速箱既能够由发动机驱动运转，又能够由电机驱动运转。

为解决上述问题，本发明提供一种辛普森式混合动力变速箱，具有：行星齿轮变速系统；所述行星齿轮变速系统包括：输入轴，沿输入轴依次排列的第一行星排和第二行星排；每一行星排包括：太阳轮、行星轮、齿圈和行星架，所述太阳轮、行星轮、齿圈径向由内而外依次啮合；所述行星架与所述行星轮固定连接，其中一个行星排的行星架与另一行星排的齿圈固定连接，所述太阳轮空套于所述输入轴；第一离合器，用于将第一行星排的太阳轮和输入轴接合或分离；第二离合器，用于将第二行星排的行星架和输入轴接合或分离；第一制动器，用于将第一行星排的齿圈和变速箱的壳体接合或分离；第二制动器，用于将第二行星排的太阳轮和变速箱的壳体接合或分离；所述辛普森式混合动力变速箱还包括：驱动电机，所述驱动电机的输出端固定连接所述第一行星排的太阳轮。

可选的，驱动电机设置于所述变速箱的壳体内或外。

可选的，所述变速箱壳体包括：沿轴向依次设置的第一壳体和第二壳体；所述行星齿轮变速系统设置在所述第一壳体内，所述驱动电机设置在所述第二壳体内。

可选的，所述驱动电机空套于所述输入轴。

可选的，所述输入轴的输入端设有第三离合器，用于与发动机接合或分离；或者，所述输入轴的输入端设有连接件，用于与发动机固定连接。

可选的，所述第一离合器为减速档离合器，所述第二离合器为超速档离合器，所述第一制动器为低速/倒档制动器，所述第二制动器为二档制动器。

可选的，所述第一离合器、第二离合器为多片式离合器或单片式离合器。

可选的，所述第一制动器、第二制动器为多片式制动器或单片式制动器。

可选的，所述输入轴上空套有第一传动齿轮，所述第一传动齿轮固定连接所述第一行星排的行星架；所述辛普森式混合动力变速箱还包括输出轴，所述输出轴上固定设有第二传动齿轮，所述第二传动齿轮与所述第一传动齿轮相啮合。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种汽车，包括以上所述的辛普森式混合动力变速箱。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本技术方案的辛普森式混合动力变速箱，包括第一行星排，第一行星排中的太阳轮能够通过第一离合器与变速箱的输入轴接合或分离；因此，当发动机的动力传递至输入轴时，通过第一离合器的接合，能够实现发动机的动力传递。另外，通过设置驱动电机，使驱动电机的输出端固定连接第一行星排的太阳轮；因此，驱动电机能够驱动第一行星排的太阳轮旋转，实现驱动电机的动力传递。从而使得辛普森式混合动力变速箱既能够由发动机驱动运转，又能够由电机驱动运转。

附图说明

图1是本发明具体实施例辛普森式混合动力变速箱中各部件之间相对位置关系示意图；

图2是图1所示的混合动力变速箱发动机驱动时的档位逻辑关系图；

图3是图1所示的混合动力变速箱的电机驱动与混合驱动时的档位逻辑关系图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

参照图1，一种辛普森式混合动力变速箱，包括：变速箱壳体K和设置在变速箱壳体K内的行星齿轮变速系统。其中，行星齿轮变速系统包括输入轴Z1、第一行星排P和第二行星排G，第一行星排P、第二行星排G沿输入轴Z1的轴向依次排列。

第一行星排P包括：第一太阳轮P1、第一行星轮P2、第一齿圈P3和第一行星架P4。其中，第一太阳轮P1空套于输入轴Z1，且第一太阳轮P1、第一行星轮P2、第一齿圈P3径向由内而外依次啮合；第一行星轮P2固定设置在第一行星架P4上，且能够围绕自身旋转。

第二行星排G包括：第二太阳轮G1、第二行星轮G2、第二齿圈G3和第二行星架G4。其中，第二太阳轮G1空套于输入轴Z1，且第二太阳轮G1、第二行星轮G2、第二齿圈G3径向由内而外依次啮合；第二行星轮G2固定设置在第二行星架G4上，且能够围绕自身旋转。

而且，第一行星架P4固定连接第二齿圈G3，且作为自动变速箱的动力输出端；第二行星架G4固定连接第一齿圈P3。

行星齿轮变速系统还包括：第一离合器C1、第二离合器C2、第一制动器C3和第二制动器C4。其中，第一离合器C1用于将第一太阳轮P1和输入轴 Z1接合或分离，第二离合器C2用于将第二行星架G4和输入轴Z1接合或分离，第一制动器C3用于将第一齿圈P3和变速箱壳体K接合或分离，第二制动器C4用于将第二太阳轮G1和变速箱壳体K接合或分离。

输入轴Z1连接发动机的输出轴，使得发动机的动力能够传递至输入轴Z1，带动输入轴Z1旋转。

参照图2，为辛普森式混合动力变速箱在发动机驱动时的档位逻辑关系图，具体包括四个前进档位。其中，“〇”表示离合器或制动器处于接合状态，空白表示离合器或制动器处于分离状态。

具体的，在第一前进档位，第一离合器C1将第一太阳轮P1和输入轴Z1 接合，第一制动器C4将第一齿圈P3和变速箱壳体K接合。此时，输入轴Z1 带动第一太阳轮P1旋转，第一齿圈P3固定不动，使第一行星轮P2旋转，从而带动第一行星架P4旋转输出动力。

在第二前进档位，第一离合器C1将第一太阳轮P1和输入轴Z1接合，第二制动器C5将第二太阳轮G1和变速箱壳体K接合。此时，输入轴Z1带动第一太阳轮P1旋转，第二太阳轮G1固定不动，使第一行星轮P2、第二行星轮G2旋转，从而带动第一行星架P4旋转输出动力。

在第三前进档位，第一离合器C1将第一太阳轮P1和输入轴Z1接合，第二离合器C2将第二行星架G4和输入轴Z1接合。此时，输入轴Z1同时带动第一太阳轮P1旋转、第一齿圈P3旋转，使第一行星轮P2旋转，从而带动第一行星架P4旋转输出动力。

在第四前进档位，第二制动器C5将第二太阳轮G1和变速箱壳体K接合，第二离合器C2将第二行星架G4和输入轴Z1接合。此时，第二太阳轮G1固定不动，输入轴Z1带动第一齿圈P3旋转，使第一行星轮P2、第二行星轮 G2旋转，从而带动第一行星架P4旋转输出动力。

其中，第一前进档位、第二前进档位、第三前进档位、第四前进档位具有各不相同的传动比。以使输入轴Z1在相同的转速条件下，汽车能够获得不同的行驶速度。

继续参照图1，本实施例中，辛普森式混合动力变速箱还包括：驱动电机 M，驱动电机M的输出端固定连接第一太阳轮P1。因此，驱动电机M能够驱动第一太阳轮P1旋转。

参照图3，为辛普森式混合动力变速箱电机驱动与混合驱动时的档位逻辑关系图。其中，“〇”表示离合器或制动器处于接合状态，空白表示离合器或制动器处于分离状态。

当驱动方式为电机驱动时：

在第一前进档位，第一制动器C4将第一齿圈P3和变速箱壳体K接合。此时，发动机不工作，驱动电机M带动第一太阳轮P1旋转，第一齿圈P3固定不动，使第一行星轮P2旋转，从而带动第一行星架P4旋转输出动力。

在第二前进档位，第二制动器C5将第二太阳轮G1和变速箱壳体K接合。此时，发动机不工作，驱动电机M带动第一太阳轮P1旋转，第二太阳轮G1 固定不动，使第一行星轮P2、第二行星轮G2旋转，从而带动第一行星架P4 旋转输出动力。

在倒档档位，第一制动器C4将第一齿圈P3和变速箱壳体K接合。此时，发动机不工作，驱动电机M带动第一太阳轮P1反向旋转，第一齿圈P3固定不动，使第一行星轮P2反向旋转，从而带动第一行星架P4反向旋转，实现倒车。

当驱动方式为混合驱动时：

在第一前进档位，第一离合器C1将第一太阳轮P1和输入轴Z1接合，第一制动器C4将第一齿圈P3和变速箱壳体K接合。此时，发动机和驱动电机共同带动第一太阳轮P1旋转，第一齿圈P3固定不动，使第一行星轮P2旋转，从而带动第一行星架P4旋转输出动力。

在第二前进档位，第一离合器C1将第一太阳轮P1和输入轴Z1接合，第二制动器C5将第二太阳轮G1和变速箱壳体K接合。此时，发动机和驱动电机共同带动第一太阳轮P1旋转，第二太阳轮G1固定不动，使第一行星轮P2、第二行星轮G2旋转，从而带动第一行星架P4旋转输出动力。

在第三前进档位，第一离合器C1将第一太阳轮P1和输入轴Z1接合，第二离合器C2将第二行星架G4和输入轴Z1接合。此时，发动机和驱动电机共同带动第一太阳轮P1旋转，发动机还带动第一齿圈P3旋转，使第一行星轮P2旋转，从而带动第一行星架P4旋转输出动力。

此外，在混合驱动方式下，还能够实现发动机动力的无级变速(eCVT)。具体的，使第二离合器C2将第二行星架G4和输入轴Z1接合。此时，发动机带动第一齿圈P3旋转，驱动电机M控制第一太阳轮P1旋转；通过控制单元控制驱动电机M的转速，改变第一太阳轮P1的旋转速度，就能够实现发动机动力的无级变速。

因此，本实施例的辛普森式混合动力变速箱能够由发动机驱动运转，或能够由驱动电机驱动运转，还能够由发动机、驱动电机混合驱动运转。使其能够应用于混合动力汽车。

另外，该混合动力变速箱结构相对简单，通过设置驱动电机M，使驱动电机M的输出端固定连接第一太阳轮P1。而行星齿轮变速系统可以参考现有的辛普森式四档位自动变速箱，因此，容易生产制造；在辛普森式四档位自动变速箱的基础上，也容易将其改造成本实施例的混合动力变速箱。

进一步的，此混合动力变速箱无需采用液力变矩器。现有技术中，辛普森式四档位自动变速箱通常在变速箱输入端和发动机输出端之间设置液力变矩器，液力变矩器能够在踩下制动踏板时，防止来自车轮的拖动力直接回传至发动机，避免发动机熄火。

本实施例中，在踩下制动踏板时，第一离合器C1或第一离合器C2能够分离，通过驱动电机M驱动运转，以实现汽车行驶。因此，来自车轮的拖动力直接不会回传至发动机，能够避免发动机熄火。

由于无需设置液力变矩器，则，现有技术辛普森式四档位自动变速箱中本用于设置液力变矩器的空间能够被用于设置驱动电机M，无需在设置其它容纳空间以用来容纳驱动电机M，能够进一步方便该混合动力变速箱的加工制造或改造。

具体参照图1，变速箱壳体K包括沿轴向依次设置的第一壳体K1和第二壳体K2。其中，行星齿轮变速系统设置在第一壳体K1内；本用于设置液力变矩器的第二壳体K2，在本实施例中，可以用于设置驱动电机M。

需要说明的是，在其他变形例中，也可以保留液力变矩器，驱动电机M 可以与液力变矩器共同设置在第二壳体K2内；或者，将驱动电机M设置在变速箱壳体K外。

更进一步的，此混合动力变速箱无需采用倒档离合器(REV)。通过控制单元能够控制驱动电机M正转或者反转，实现第一行星架P4反向旋转，从而实现倒车。因此，能够简化变速箱结构，降低生产制造成本。

另外，如上所述，通过控制驱动电机M的转速，此混合动力变速箱还能够支持无级变速(eCVT)。因此，能够提高传动效率，降低油耗；而且，由于无级变速的传动比是连续的，使得变速变得非常平顺，提高舒适感。

本实施例中，第一离合器C1为减速档离合器，第二离合器C2为超速档离合器，第一制动器C3为低速/倒档制动器，第二制动器C4为二档制动器。也就是说，从第一前进档至第四前进档，档位是逐渐升高的。即，第一前进档、第二前进档具有较大的传动比，该档位下的车速较慢；第三前进档、第四前进档具有较小的传动比，该档位下的车速较快。

驱动电机M的驱动力相对较小，适于在低速档位下工作；发动机的驱动力相对较大，适于在高速档位下工作。因此，符合设计要求，避免发动机经常在低速档位下工作，浪费能源。

具体的，第一离合器C1、第二离合器C2可以为多片式离合器或单片式离合器；第一制动器C3、第二制动器C4可以为多片式制动器或单片式制动器。

驱动电机M固定连接第一太阳轮P1的方式可以为：驱动电机M包括定子M1和转子M2，转子M2空套于输入轴Z1，能够旋转并作为输出端固定连接第一太阳轮P1。

发动机与输入轴Z1连接以传递动力的方式可以为：在输入轴Z1的输入端设有连接件(图中未示出)，连接件能够与发动机直接固定连接，从而将发动机的动力直接传递给输入轴Z1；或者，在输入轴Z1的输入端设有第三离合器(图中未示出)，第三离合器能够与发动机接合或分离，在第三离合器接合时，将发动机的动力传递给输入轴Z1。

继续参照图1，在输入轴Z1上还空套有第一传动齿轮D1，第一传动齿轮 D1固定连接第一行星架P4，且与变速箱壳体K通过轴承连接。辛普森式混合动力变速箱还包括输出轴Z2，在输出轴Z2上固定设有第二传动齿轮D2，第二传动齿轮D2与第一传动齿轮D1相啮合。

因此，第一行星架P4的旋转动力通过第一传动齿轮D1、第二传动齿轮 D2传递至输出轴Z2。输出轴Z2再通过第三传动齿轮D3、第四传动齿轮D4 传递至差速器DF，差速器DF连接汽车车轮，以实现汽车的行驶。

本发明还提供一种汽车，包括以上所述的辛普森式混合动力变速箱。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种辛普森式混合动力变速箱，具有：行星齿轮变速系统；

所述行星齿轮变速系统包括：

输入轴，沿输入轴依次排列的第一行星排和第二行星排；每一行星排包括：太阳轮、行星轮、齿圈和行星架，所述太阳轮、行星轮、齿圈径向由内而外依次啮合；所述行星架与所述行星轮固定连接，其中一个行星排的行星架与另一行星排的齿圈固定连接，所述太阳轮空套于所述输入轴；

第一离合器，用于将第一行星排的太阳轮和输入轴接合或分离；

第二离合器，用于将第二行星排的行星架和输入轴接合或分离；

第一制动器，用于将第一行星排的齿圈和变速箱的壳体接合或分离；

第二制动器，用于将第二行星排的太阳轮和变速箱的壳体接合或分离；

其特征在于，所述辛普森式混合动力变速箱还包括：驱动电机，所述驱动电机的输出端固定连接所述第一行星排的太阳轮。

2.如权利要求1所述的辛普森式混合动力变速箱，其特征在于，驱动电机设置于所述变速箱的壳体内或外。

3.如权利要求1所述的辛普森式混合动力变速箱，其特征在于，所述变速箱壳体包括：沿轴向依次设置的第一壳体和第二壳体；

所述行星齿轮变速系统设置在所述第一壳体内，所述驱动电机设置在所述第二壳体内。

4.如权利要求1所述的辛普森式混合动力变速箱，其特征在于，所述驱动电机空套于所述输入轴。

5.如权利要求1所述的辛普森式混合动力变速箱，其特征在于，所述输入轴的输入端设有第三离合器，用于与发动机接合或分离；或者，所述输入轴的输入端设有连接件，用于与发动机固定连接。

6.如权利要求1所述的辛普森式混合动力变速箱，其特征在于，所述第一离合器为减速档离合器，所述第二离合器为超速档离合器，所述第一制动器为低速/倒档制动器，所述第二制动器为二档制动器。

7.如权利要求1所述的辛普森式混合动力变速箱，其特征在于，所述第一离合器、第二离合器为多片式离合器或单片式离合器。

8.如权利要求1所述的辛普森式混合动力变速箱，其特征在于，所述第一制动器、第二制动器为多片式制动器或单片式制动器。

9.如权利要求1所述的辛普森式混合动力变速箱，其特征在于，所述输入轴上空套有第一传动齿轮，所述第一传动齿轮固定连接所述第一行星排的行星架；

所述辛普森式混合动力变速箱还包括输出轴，所述输出轴上固定设有第二传动齿轮，所述第二传动齿轮与所述第一传动齿轮相啮合。

10.一种混合动力汽车，其特征在于，还包括权利要求1-9任一项所述的辛普森式混合动力变速箱。