專利名稱：雙行星排四軸混合動力變速器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種汽車動力傳動裝置，尤其是一種用于混合動力汽車的雙行星
排四軸混合動力變速器。
背景技術(shù)：
由于能源短缺以及公眾環(huán)保意識的增強(qiáng)，環(huán)保的電動汽車或燃料電池汽車便應(yīng)運(yùn)而生，然而由于技術(shù)的制約，上述類型的汽車還難以在短時間內(nèi)全面推廣，因此，技術(shù)上比較成熟的混合動力汽車是目前比較理想的一種選擇。 混合動力汽車(HEV)作為一種新興的節(jié)能環(huán)保型汽車，其技術(shù)和市場處于一種蓬勃的發(fā)展階段，混合動力汽車(HEV)與傳統(tǒng)汽車及純電動汽車相比，最大差別是動力系統(tǒng)。對于并聯(lián)和混聯(lián)式HEV，動力耦合系統(tǒng)負(fù)責(zé)將HEV的多個動力組合在一起，實現(xiàn)多動力源間合理的功率分配并把動力傳給驅(qū)動橋，它在HEV開發(fā)中處于重要地位，其性能直接關(guān)系到HEV整車性能是否達(dá)到設(shè)計要求，是HEV最核心部分。行星輪系具有多自由度、輸入輸出靈活可控的特點(diǎn)，而且結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、速比大、因此被越來越多的混合動力汽車動力耦合系統(tǒng)所采用，這也是當(dāng)今混合動力汽車動力總成發(fā)展的一種趨勢。 1997年豐田推出首款混合動力汽車Prius，2005年又推出了搭載最新第3代機(jī)電混合動力系統(tǒng)的2006款Prius，仍采用THS混聯(lián)式結(jié)構(gòu)，行星齒輪系統(tǒng)對發(fā)動機(jī)的輸出功率進(jìn)行重新分配，達(dá)到合理平衡發(fā)動機(jī)負(fù)荷的目的。附圖1所示即為豐田Prius混合動力轎車變速器的結(jié)構(gòu)原理圖，包括發(fā)動機(jī)E、電機(jī)AMG1、電機(jī)BMG2以及包括一個單行星排的動力耦合系統(tǒng)等部件，在此機(jī)構(gòu)中，發(fā)動機(jī)E通過減震阻尼器與單行星排的行星架a相連，并通過行星齒輪b將動力傳遞給外齒圈c和太陽輪d，外齒圈c與輸出軸相連，輸出軸通過減速齒輪組e和電機(jī)MG2的轉(zhuǎn)子相連，太陽輪d與電機(jī)MG1的轉(zhuǎn)子相連，輸出軸通過鏈傳動系統(tǒng)f 、主減速器g以及差速器h將動力傳遞給車輪。該系統(tǒng)將發(fā)動機(jī)E大部分轉(zhuǎn)矩直接傳遞到輸出軸上，將小部分轉(zhuǎn)矩傳給電機(jī)AMG1以用于發(fā)電，電機(jī)AMG1發(fā)出的電能根據(jù)指令用于電池充電或驅(qū)動電機(jī)BMG2，以增加驅(qū)動力。這種結(jié)構(gòu)可以通過調(diào)節(jié)電機(jī)AMG1的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速使發(fā)動機(jī)一直處于高效率區(qū)或低排放區(qū)，此外，通過調(diào)節(jié)行星排各元件的轉(zhuǎn)速，使其像無級變速器一樣工作。 然而，由于該變速器的兩個電機(jī)MG1、MG2布置在單行星排的兩側(cè)，并共用一套冷卻系統(tǒng)，因此電機(jī)冷卻系統(tǒng)布置復(fù)雜，電機(jī)系統(tǒng)集成度低，并且行星排兩側(cè)的傳動軸不等長，不利于前艙布置。此外，電機(jī)AMG1和發(fā)動機(jī)E并排布置于行星排同側(cè)，由于兩者距離比較近，并且電機(jī)AMG1的最佳工作溫度為6(TC，而發(fā)動機(jī)E的最佳工作溫度為90°C，因此電機(jī)AMG1會受到發(fā)動機(jī)E散熱的影響而快速升溫，使相應(yīng)的電機(jī)冷卻系統(tǒng)經(jīng)常處于工作狀態(tài)，進(jìn)而影響整車的效率。 由于該變速器采用單排行星輪系，其減速比低，從而要求電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化范圍寬，對轉(zhuǎn)矩的要求高，所以，對電機(jī)的制造精度、轉(zhuǎn)速/扭矩特性及其動平衡要求十分苛刻；為了達(dá)到足夠的減速比，輸出軸的減速裝置采用了包括鏈傳動系統(tǒng)f、主減速器g的多級傳動
3部件，進(jìn)一步加大了系統(tǒng)的復(fù)雜性，提高了系統(tǒng)對空間布置的要求。 中國專利文獻(xiàn)上公開的一種公開號為CN 101149094A的基于雙行星排的混合動力驅(qū)動裝置，包括內(nèi)燃機(jī)、電機(jī)、動力輸出端以及前、后行星排，前行星排的行星架與后行星排的齒圈相連接，前后行星排的太陽輪共同連接到電機(jī)軸上，發(fā)動機(jī)通過離合器可選擇地與前行星排的齒圈或行星架連接，后行星排的行星架與輸出端連接。由于其前、后行星排為并排布置，因此其外形尺寸較大，結(jié)構(gòu)不夠緊湊；由于只有二個輸入軸和一個電機(jī)，因此，對電機(jī)的控制要求比較高。

實用新型內(nèi)容本實用新型是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的混合動力傳動裝置存在的行星輪系減速比低、結(jié)構(gòu)不緊湊、對電機(jī)的要求高、電機(jī)的集成度低以及冷卻系統(tǒng)復(fù)雜的不足，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、傳動效率高、對電機(jī)的轉(zhuǎn)矩等特性要求低并且其冷卻系統(tǒng)簡單易控制的雙行星排四軸混合動力變速器。 為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案一種雙行星排四軸混合動力變速器，包括發(fā)動機(jī)、電機(jī)A、電機(jī)B以及一個主減速器，所述變速器設(shè)有由第一行星排和第二行星排集成為一體的雙行星排，第一行星排包括小太陽輪、行星架、短行星輪以及外齒圈，第二行星排包括大太陽輪、長行星輪以及和第一行星排共用的行星架、短行星輪和外齒圈，所述長行星輪分別與短行星輪和大太陽輪嚙合，發(fā)動機(jī)曲軸與行星架連接，外齒圈通過主減速器輸出動力，小太陽輪的轉(zhuǎn)軸與電機(jī)A轉(zhuǎn)子相連接，小太陽輪轉(zhuǎn)軸的延伸段連接一個第二鎖止離合器，可轉(zhuǎn)動地套設(shè)在小太陽輪轉(zhuǎn)軸外的大太陽輪的轉(zhuǎn)軸與電機(jī)B轉(zhuǎn)子相連接，所述行星架設(shè)有第一鎖止離合器。 本實用新型的電機(jī)A主要起發(fā)電作用，而電機(jī)B則主要起驅(qū)動作用，所采用的雙行星排傳動系統(tǒng)是從拉威挪(Ravigneaux)式齒輪變速機(jī)構(gòu)改進(jìn)而來，由于是三個輸入軸和一個輸出軸的四軸系統(tǒng)，因此，比一般的單行星排三軸傳動系統(tǒng)有更多的控制模式，有利于通過對電機(jī)A和電機(jī)B的轉(zhuǎn)矩控制使發(fā)動機(jī)始終處于其高效率或低排放的最佳工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的傳動效率，降低排放，節(jié)省能源；與現(xiàn)有的拉威挪(Ravigneaux)式齒輪變速機(jī)構(gòu)相比，本實用新型減小了電機(jī)B所連接的行星輪系傳動比，因而可減小對電機(jī)B的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的要求，從而有效地降低了電機(jī)B的加工制造難度和生產(chǎn)成本。此外，由于采用雙行星排傳動機(jī)構(gòu)增大了系統(tǒng)的減速比，從而簡化了主減速器的結(jié)構(gòu)，而兩個行星排集成為一體，大大簡化了結(jié)構(gòu)，可顯著縮小其外形尺寸，有利于空間布置。 由于本實用新型采用了改進(jìn)的拉威挪(Ravigneaux)式齒輪變速機(jī)構(gòu)，因此，分別與小太陽輪、太陽輪連接的電機(jī)A和電機(jī)B可設(shè)于雙行星排遠(yuǎn)離發(fā)動機(jī)曲軸的一側(cè)，從而可避免發(fā)動機(jī)的散熱對電機(jī)A和電機(jī)B的影響，有利于電機(jī)A和電機(jī)B的集成，有效簡化電機(jī)冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制，并提高傳動裝置的效率，同時還可使行星排兩側(cè)的傳動軸長度接近，有利于前艙的布置。 當(dāng)汽車在高速行駛時，電機(jī)A的轉(zhuǎn)速需控制在零轉(zhuǎn)速附近以調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的功率輸出，因而電機(jī)A的效率很低，并且系統(tǒng)的輸出功率與功率需求總是會有一些波動，并存在一定的滯后性，這都增加了控制的難度，本實用新型通過設(shè)于電機(jī)A轉(zhuǎn)軸的第二鎖止離合器將電機(jī)A鎖止，從而避免了電機(jī)A工作在零轉(zhuǎn)速附近，顯著地提高整車的傳動效率。[0013] 本實用新型的傳動裝置在處于純電驅(qū)動模式時，設(shè)于行星架上的第一鎖止離合器將行星架連同與其連接的發(fā)動機(jī)曲軸一并鎖止，因而可避免發(fā)動機(jī)曲軸的倒轉(zhuǎn)，同時降低純電驅(qū)動時系統(tǒng)控制的復(fù)雜度。 作為優(yōu)選，所述電機(jī)A和電機(jī)B集成為一體，既可簡化其冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，有方便對冷卻系統(tǒng)的控制，同時有利于提高電機(jī)A以及電機(jī)B的可靠性和穩(wěn)定性。[0015] 作為優(yōu)選，所述短行星輪與長行星輪的個數(shù)為3個 4個，并在圓周方向等分排列，從而有利于整個行星排的受力均勻。 作為優(yōu)選，所述主減速器是一個齒輪組傳動機(jī)構(gòu)，從而使整個傳動裝置的結(jié)構(gòu)更為緊湊。 因此，本實用新型具有如下有益效果(l)采用改進(jìn)的拉威挪(Ravigneaux)式行星齒輪傳動機(jī)構(gòu)，降低了系統(tǒng)對電機(jī)B的設(shè)計和制造要求；(2)通過對兩個電機(jī)的控制使發(fā)動機(jī)始終工作在最佳工作區(qū)域，提高傳動效率，降低排放；(3)通過離合器鎖止電機(jī)A，避免其在零轉(zhuǎn)速附近工作，提高系統(tǒng)的效率；(4)在純電驅(qū)動模式下，通過鎖止離合器鎖止發(fā)動機(jī)，可避免發(fā)動機(jī)的倒轉(zhuǎn)，簡化系統(tǒng)的控制；(5)兩個電機(jī)設(shè)于行星排遠(yuǎn)離發(fā)動機(jī)的一側(cè)，并集成為一體，避免發(fā)動機(jī)的散熱對電機(jī)的影響，簡化電機(jī)冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制，提高系統(tǒng)的效率。

[0018][0019][0020][0021][0022][0023][0024][0025][0026]
圖1是豐田Prius混合動力轎車變速器的結(jié)構(gòu)原理圖圖2是本實用新型的結(jié)構(gòu)原理圖。圖中標(biāo)號說明1-發(fā)動機(jī) 2-電機(jī)A5-雙行星排6-小太陽輪9-外齒圈 10-大太陽輪13-第一鎖止離合器 14-
3-電機(jī)B7-行星架11-長行星輪第二鎖止離合器
16-差速器齒輪 17-19-主減速輸出齒輪 20-
主減速齒輪殼體21-
4_主減速器8-短行星輪12-曲軸15-減震阻尼器18-主減速輸入齒輪
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型做進(jìn)一步的描述。 在圖2所示的實施例中，本實用新型的雙行星排四軸混合動力變速器包括殼體20、發(fā)動機(jī)1、電機(jī)A2、電機(jī)B3、第一鎖止離合器13、第二鎖止離合器14、主減速器4以及設(shè)于發(fā)動機(jī)右邊的一個由拉威挪行星齒輪機(jī)構(gòu)改進(jìn)而來的雙行星排5，雙行星排5中的第一行星排包括小太陽輪6、行星架7、設(shè)于行星架7上的短行星輪8以及外齒圈9，短行星輪8分別與小太陽輪6以及外齒圈9嚙合，為了受力平衡，短行星輪8設(shè)置3個，并在圓周方向等分布置，發(fā)動機(jī)的曲軸12通過一個減震阻尼器15與行星架7相連接，外齒圈9通過由齒輪組構(gòu)成的主減速器4與差速器齒輪16相連接，所屬主減速器4包括設(shè)于外齒圈9和減震阻尼器15之間與外齒圈9相連接的主減速齒輪17、設(shè)于主減速齒輪17旁側(cè)并與其嚙合的主減速輸入齒輪18、與主減速輸入齒輪18同軸相連接的主減速輸出齒輪19，主減速輸出齒輪19與差速器齒輪16嚙合輸出動力，第一行星排的小太陽輪轉(zhuǎn)軸與設(shè)于雙行星排5右側(cè)的電機(jī)A轉(zhuǎn)子相連接，轉(zhuǎn)軸的延伸段與第二鎖止離合器14的一邊相連接，第二鎖止離合器14的另一邊與傳動裝置的殼體20相連接；雙行星排5中的第二行星排包括一個可轉(zhuǎn)動地套設(shè)在小太陽輪6的轉(zhuǎn)軸外的大太陽輪10、同樣設(shè)于第一行星排的行星架7上的長行星輪ll，所述長行星輪11除了與大太陽輪10嚙合外還與短行星輪8嚙合，但不與外齒圈9嚙合，與短行星輪8相同，長行星輪11也設(shè)置3個并在圓周方向等分布置，大太陽輪10的轉(zhuǎn)軸與設(shè)于電機(jī)A 2和雙行星排5之間的電機(jī)B 3的轉(zhuǎn)子相連接，行星架7上用于安裝短行星輪8的短行星輪軸在其右側(cè)延伸端與第一鎖止離合器13的一邊相連接，第一鎖止離合器13的另一邊則固定在傳動裝置的殼體20上，當(dāng)?shù)谝绘i止離合器13鎖止行星架7時，與其相連接的發(fā)動機(jī)1即被鎖止；同設(shè)于雙行星排5右側(cè)的電機(jī)A 2和電機(jī)B 3集成為一體，并共用一套冷卻系統(tǒng)，既方便其加工制造，又便于冷卻系統(tǒng)的控制。 由于本實用新型的變速器采用雙行星排機(jī)構(gòu)，因此可實現(xiàn)無級變速，發(fā)動機(jī)1、電機(jī)B3以及電機(jī)A2三個輸入的轉(zhuǎn)矩耦合后傳遞到輸出端，并通過主減速器4傳遞到差速器21，最終傳遞到車輪，因此，在實際使用時，上述三個輸入端的不同工作模式和狀態(tài)的組合可以產(chǎn)生多種不同的輸出模式。下面就汽車在起步、前進(jìn)、倒檔和駐車四種模式下其輸入端典型的工作狀態(tài)以及相應(yīng)的動力傳遞路線做一描述 1.起步本實用新型采用電啟動，為了防止發(fā)動機(jī)1倒轉(zhuǎn)，用第一鎖止離合器13鎖止發(fā)動機(jī)1，電機(jī)B 3處于驅(qū)動狀態(tài)，其轉(zhuǎn)矩通過大太陽輪10、長行星輪11、短行星輪8、外齒圈9、主減速器4、差速器21傳遞到車輪，短行星輪8同時帶動小太陽輪6空轉(zhuǎn)。另外，當(dāng)蓄電池的電量不足時，可采用機(jī)電混合模式，用第二鎖止離合器14鎖止電機(jī)A2而放開第一鎖止離合器13，此時，電機(jī)B3的轉(zhuǎn)矩通過大太陽輪10、長行星輪11、短行星輪8、外齒圈9、主減速器4、差速器21傳遞到車輪，而短行星輪同時帶動行星架7轉(zhuǎn)動，并通過減震阻尼器17啟動發(fā)動機(jī)1。 2.前進(jìn)如果起步時采用純電驅(qū)動模式，發(fā)動機(jī)1被第一鎖止離合器13鎖止，則可通過改變電機(jī)B3的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速改變輸出端的轉(zhuǎn)速；如果采用機(jī)電混合模式，發(fā)動機(jī)1被啟動，則可松開第二鎖止離合器14，并使電機(jī)A2處于發(fā)電狀態(tài)，通過調(diào)整電機(jī)A2和電機(jī)B3的轉(zhuǎn)矩，使輸出端逐漸加速，并將一部分發(fā)動機(jī)1的轉(zhuǎn)矩通過小太陽輪6傳遞給電機(jī)A2發(fā)電，以用于蓄電池的充電，從而使發(fā)動機(jī)1能處于理想的工作區(qū)域，提高傳動效率；當(dāng)汽車在機(jī)電混合模式下處于高速行駛狀態(tài)時，可用第二鎖止離合器14鎖止電機(jī)A2，從而保證發(fā)動機(jī)全部的轉(zhuǎn)矩傳遞到輸出端，以提高傳動效率，此時的電機(jī)B3則可作為輔助動力，從而確保發(fā)動機(jī)1始終處于最佳工作狀態(tài)，以節(jié)省能源。 3.倒檔采用第一鎖止離合器13鎖止發(fā)動機(jī)1，改變電機(jī)B 3的轉(zhuǎn)向，即可實現(xiàn)汽車的倒檔，從而方便電機(jī)B3的控制。 4.駐車當(dāng)汽車處于駐車狀態(tài)時，汽車的停車鎖止裝置將輸出端鎖止，因此，此時的外齒圈9處于鎖止?fàn)顟B(tài)，而電機(jī)A2和電機(jī)B3均處于發(fā)電狀態(tài)，發(fā)動機(jī)1的轉(zhuǎn)矩通過行星架7分別傳遞到電機(jī)A2和電機(jī)B3發(fā)電并用于蓄電池的充電。 當(dāng)汽車在下坡時，汽車的慣性通過差速器21、主減速器4傳遞到外齒圈9，此時的外齒圈9成為動力輸入端，其轉(zhuǎn)矩反饋給電機(jī)A2、電機(jī)B3用于發(fā)電并用于蓄電池的充電，以節(jié)省能源。[0035] 以上所列只是本實用新型的常用工作模式的一些組合方式，本實用新型采用雙行星排四軸傳動機(jī)構(gòu)結(jié)合兩個鎖止離合器A、 B，使其在相同的工作原理下輸入軸可有多種工作模式與狀態(tài)的組合方式，任何基于本實用新型的技術(shù)所衍生的工作模式和控制方式都沒
有脫離本實用新型的精神范疇。
權(quán)利要求一種雙行星排四軸混合動力變速器，包括發(fā)動機(jī)(1)、電機(jī)A(2)、電機(jī)B(3)以及一個主減速器(4)，其特征是，所述變速器設(shè)有由第一行星排和第二行星排集成為一體的雙行星排(5)，第一行星排包括小太陽輪(6)、行星架(7)、短行星輪(8)以及外齒圈(9)，第二行星排包括大太陽輪(10)、長行星輪(11)以及和第一行星排共用的行星架(7)、短行星輪(8)和外齒圈(9)，所述長行星輪(11)分別與短行星輪(8)和大太陽輪(10)嚙合，發(fā)動機(jī)曲軸(12)與行星架(7)連接，外齒圈(9)通過主減速器(4)輸出動力，小太陽輪(6)的轉(zhuǎn)軸與電機(jī)A的轉(zhuǎn)子相連接，小太陽輪轉(zhuǎn)軸的延伸段連接一個第二鎖止離合器(14)，可轉(zhuǎn)動地套設(shè)在小太陽輪轉(zhuǎn)軸外的大太陽輪(10)的轉(zhuǎn)軸與電機(jī)B轉(zhuǎn)子相連接，所述行星架(7)設(shè)有第一鎖止離合器(13)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙行星排四軸混合動力變速器，其特征是，所述電機(jī)A(2)和電機(jī)B(3)集成為一體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙行星排四軸混合動力變速器，其特征是，所述短行星輪(8)與長行星輪(11)的個數(shù)為3個 4個，并在圓周方向等分排列。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙行星排四軸混合動力變速器，其特征是，所述主減速器(4)是一個齒輪組傳動機(jī)構(gòu)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙行星排四軸混合動力變速器，其特征是，所述主減速器(4)是一個齒輪組傳動機(jī)構(gòu)。
專利摘要本實用新型公開了一種雙行星排四軸混合動力變速器，包括一個拉威挪式行星齒輪傳動機(jī)構(gòu)改進(jìn)而來的雙行星排、設(shè)于其左側(cè)的發(fā)動機(jī)、設(shè)于其右側(cè)主要起發(fā)電作用的電機(jī)A和主要起驅(qū)動作用的電機(jī)B以及由齒輪傳動的主減速器，此外還設(shè)有可鎖止發(fā)動機(jī)的第一鎖止離合器以及可鎖止電機(jī)A的第二鎖止離合器，電機(jī)A與雙行星排的小太陽輪連接，電機(jī)B則與大太陽輪連接。本實用新型通過改變與電機(jī)B連接的行星輪系的傳動比，降低了系統(tǒng)對電機(jī)的設(shè)計和制造要求，電機(jī)集成后簡化了冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制，電機(jī)A增加鎖止功能，避免了在零轉(zhuǎn)速附近的低效工作狀態(tài)。本實用新型適用于機(jī)電混合動力汽車的混合動力耦合與傳輸。
文檔編號B60K6/547GK201506247SQ20092020831
公開日2010年6月16日 申請日期2009年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月24日
發(fā)明者于海生, 余衛(wèi), 張彤, 馬智濤, 黃援軍, 黃智明 申請人:上海華普國潤汽車有限公司