用于机动车辆的混合动力变速箱制造技术

本发明专利技术公开了一种用于机动车辆的混合动力变速箱，属于机动车辆动力系统领域。该混合动力变速箱包括动力耦合机构、电机和变速箱，该动力耦合机构和该电机设置在该变速箱的前箱体中，该动力耦合机构设置在该电机和机动车辆的发动机之间，且动力耦合机构分别与电机、发动机和变速箱连接，以实现发动机的动力与电机的动力之间的切换和耦合，从而实现机动车辆的电动驱动模式和混合动力驱动模式。本发明专利技术提供的用于机动车辆的混合动力变速箱用独特的方法实现了机动车辆在行驶中能够快速平稳地启动发动机，且动总移植性好，可扩展多种车型，可匹配不同的变速箱，可用于插电式重度混合动力汽车和非插电式重度混合动力汽车。

【技术实现步骤摘要】
用于机动车辆的混合动力变速箱
本专利技术涉及机动车辆动力系统领域，特别涉及用于机动车辆的混合动力变速箱。
技术介绍
在现有技术中，美国专利名称为一种并联式油电混合动力系统(专利公开号：US6569054)，公开了该系统的机电耦合机构主要由一个发动机、一个电机、一套行星齿轮机构、一个电磁离合器和一个变速箱构成。其中行星齿轮机构的太阳轮轴S和齿圈轴R作为力矩输入轴，其行星架轴C作为力矩输出轴，力矩输入轴S、R分别与发动机和电机的轴相连，力矩输出轴通过变速箱与车轮的驱动轴相连。该行星齿轮机构的作用是用于合成发动机和电机输出的驱动扭矩来共同驱动车辆。所述电磁离合器接在太阳齿轮轴S和行星架轴C之间，用于机械锁定行星齿轮机构的三个轴，它分离时，行星齿轮机构的三个轴分别以各自的速度转动。并联式油电混合动力系统中的两个动力源即发动机和电机是并联的，它们所输出的驱动扭矩均可以通过机械传动直接作用在车轮的驱动轴上，因此，动力传递效率高，且只用了一个电机，结构简单。但是上述并联式油电混合动力系统存在着缺点，即车辆不能进行纯电驱动。纯电驱动时，驱动扭矩通过行星齿轮机构后会传递给发动机轴一个反向扭矩，使发动机倒转，进而损坏发动机。而纯电驱动是重度混合动力特别是插电式重度混合动力车的重要标志。同时，上述系统进行制动能量回收时，会倒拖发动机，导致制动能量回收的效率不高。在中国专利汽车油电混合动力系统的机电动力耦合机构(专利公开号：CN101423020A)中，公开了该系统至少由一个发动机、一个电机、一个电机控制器、一个行星齿轮机构构成。其中行星齿轮机构的齿圈轴连接发动机轴，太阳轮轴连接电机轴，行星架轴连接变速箱的输入轴。该系统在齿圈和太阳轮之间设置有离合器，并在发动机轴和机壳之间设置有单向离合器。该系统可实现纯电驱动并可在行驶中启动发动机，且在专利中推导出只适用于该连接形式的减小启动发动机冲击的公式。但该系统存在如下缺点：离合器设置在齿圈轴和太阳轮轴之间，通常这两轴之间转速差很大，而较大的转速差会显著增加离合器的设计难度。同时，该系统在制动能量回收时，会倒拖发动机，降低能量回收效率。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面，本专利技术提供了一种用于机动车辆的混合动力变速箱。所述技术方案如下：本专利技术的一个目的是提供了一种用于机动车辆的混合动力变速箱。所述混合动力变速箱包括动力耦合机构、电机和变速箱，所述动力耦合机构和电机设置在所述变速箱的前箱体中，所述动力耦合机构设置在所述电机和所述机动车辆的发动机之间，且所述动力耦合机构分别与电机、发动机和变速箱连接，以实现发动机的动力与电机的动力之间的切换和耦合，从而实现所述机动车辆的电动驱动模式和混合动力驱动模式。进一步地，所述动力耦合机构包括行星轮系统、制动器、离合器和单向离合器，行星轮系统分别与制动器、离合器、单向离合器和变速箱连接。具体地，所述动力耦合机构包括行星轮系统、制动器和离合器，所述行星轮系统分别与制动器、离合器和变速箱连接，或所述动力耦合机构包括行星轮系统、离合器和单向离合器，所述行星轮系统分别与离合器、单向离合器和变速箱连接。所述混合动力变速箱通过控制所述离合器的最大扭矩来限制所述发动机轴对所述变速箱的输入轴产生的耦合力矩的峰值。进一步地，所述制动器的一端与所述太阳轮连接，所述制动器的另一端与所述前箱体的外壳连接，用于锁止所述发动机，所述离合器的一端与所述行星架连接，所述离合器的另一端与所述齿圈连接，所述离合器闭合使所述行星架和所述齿圈产生耦合力矩，倾向于将所述行星轮系锁定，使所述太阳轮、所述行星架和所述齿圈同速转动，在所述离合器耦合时，所述电机轴输出的扭矩通过所述离合器传递到所述行星架上以抵消负扭矩。具体地，在所述发动机在起步的过程中，所述发动机起步前，所述发动机怠速并驱动所述太阳轮正向转动，所述机动车辆的车轮处于静止状态，与所述车轮连接的所述变速箱和所述行星架的转速为零，受所述行星轮系统运动学的约束，所述齿圈带动所述电机反向转动；所述发动机起步时，所述发动机和电机分别输出扭矩，经过所述行星轮系统的耦合传递到所述行星架上，之后输出到变速箱以推动所述车轮转动，所述行星架的转速由零逐步增大；同时所述齿圈做正方向加速，且所述齿圈的转速由负值迅速增大，变成正值，当所述齿圈和行星架的转速相同时，所述离合器闭合，所述机动车辆进入混合动力驱动模式。具体地，在所述机动车辆为电动驱动模式起步时，所述发动机不工作，且所述电机通过所述变速箱单独驱动所述机动车辆行驶，所述电机扭矩作用在所述齿圈上，之后通过所述行星架减速作用在所述变速箱的输入轴上，受所述齿圈的齿轮的作用，所述行星轮系统中的小行星齿轮将反向扭矩作用在所述太阳轮上，倾向于使所述发动机反向转动，此时所述制动器闭合且所述单向离合器处于工作状态以防止所述发动机反转；当所述机动车辆需要增加动力时闭合所述离合器，所述动力耦合机构通过所述太阳轮，拖动所述发动机转动并点火启动，以实现在所述电动驱动模式下启动所述发动机，从而所述机动车辆进入混合动力驱动模式。进一步地，所述离合器通过设定传递力矩使在所述行星架与所述齿轮之间形成相应的离合器耦合力矩，所述行星架与所述变速箱的输入轴之间通过花键连接。具体地，所述离合器耦合力矩的表达式为：其中，TCl表示所述离合器耦合力矩，JS表示所述太阳轮的转动惯量，TfE表示所述发动机的阻力矩，RS表示所述太阳轮的半径，RR表示所述齿圈的半径，JC表示所述机动车辆的等效转动惯量，TfV表示所述机动车辆转动阻力折算到所述变速箱的输入轴上的力矩，表示所述行星架的角加速度，表示所述发动机的角加速度。进一步地，所述混合动力变速箱通过控制所述离合器耦合力矩和电机输出扭矩以实现所述机动车辆的电动驱动模式和混合动力驱动模式平稳切换，所述电机的输出扭矩的表达式为：其中，TM表示所述电机的输出扭矩，TCl表示所述离合器耦合力矩，JR表示所述齿圈的转动惯量，TfE表示所述发动机的阻力矩，RS表示所述太阳轮的半径，RR表示所述齿圈的半径，JS表示所述太阳轮的转动惯量，表示齿圈的角加速度，表示所述发动机的角加速度。进一步地，所述单向离合器的内圈与所述太阳轮的太阳轮轴连接，所述单向离合器的外圈与所述前箱体的外壳连接用于控制所述发动机正向转动和阻止所述发动机反向转动。本专利技术提供的技术方案的有益效果是：(1)本专利技术提供的用于机动车辆的混合动力变速箱采用独创的包括有行星轮、离合器和电机的动力耦合机构，使得工况切换快速灵活；(2)本专利技术提供的用于机动车辆的混合动力变速箱用独特的方法实现了机动车辆在行驶中能够快速平稳地启动发动机；(3)本专利技术提供的用于机动车辆的混合动力变速箱使用唯一电机实现驱动、助力、启动发动机、发电和再生制动等功能，可节省附加成本；(4)本专利技术提供的用于机动车辆的混合动力变速箱集成了量产变速箱，能够实现大批量生产且成本低；(5)本专利技术提供的用于机动车辆的混合动力变速箱结构紧凑，轴向尺寸小，从而便于布置；(6)本专利技术提供的用于机动车辆的混合动力变速箱动总移植性好，可扩展多种车型，可匹配不同的变速箱，可用于插电式重度混合动力汽车(PHEV)和非插电式重度混合动力汽车(HEV)；(7)本专利技术提供的用于机动车辆的混合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于机动车辆的混合动力变速箱，其特征在于，所述混合动力变速箱包括动力耦合机构、电机和变速箱，所述动力耦合机构和电机设置在所述变速箱的前箱体中，所述动力耦合机构设置在所述电机和所述机动车辆的发动机之间，且所述动力耦合机构分别与电机、发动机和变速箱连接，以实现发动机的动力与电机的动力之间的切换和耦合，从而实现所述机动车辆的电动驱动模式和混合动力驱动模式。

【技术特征摘要】
1.一种用于机动车辆的混合动力变速箱，其特征在于，所述混合动力变速箱包括动力耦合机构、电机和变速箱，所述动力耦合机构和电机设置在所述变速箱的前箱体中，所述动力耦合机构设置在所述电机和所述机动车辆的发动机之间，且所述动力耦合机构分别与电机、发动机和变速箱连接，以实现发动机的动力与电机的动力之间的切换和耦合，从而实现所述机动车辆的电动驱动模式和混合动力驱动模式；所述动力耦合机构包括行星轮系统、制动器和离合器，所述行星轮系统分别与制动器、离合器和变速箱连接，或所述动力耦合机构包括行星轮系统、离合器和单向离合器，所述行星轮系统分别与离合器、单向离合器和变速箱连接；所述行星轮系统包括太阳轮、行星架和齿圈；所述离合器耦合力矩的表达式为：其中，TCl表示所述离合器耦合力矩，JS表示太阳轮的转动惯量，TfE表示所述发动机的阻力矩，RS表示所述太阳轮的半径，RR表示齿圈的半径，JC表示所述机动车辆的等效转动惯量，TfV表示所述机动车辆转动阻力折算到所述变速箱的输入轴上的力矩，表示所述行星架的角加速度，表示所述发动机的角加速度；所述混合动力变速箱通过控制所述离合器耦合力矩和电机输出正向扭矩以实现所述机动车辆的电动驱动模式和混合动力驱动模式平稳切换，所述电机的输出扭矩的表达式为：其中，TM表示所述电机的输出扭矩，TC1表示所述离合器耦合力矩，JR表示所述齿圈的转动惯量，TfE表示所述发动机的阻力矩，RS表示所述太阳轮的半径，RR表示所述齿圈的半径，JS表示所述太阳轮的转动惯量，表示齿圈的角加速度，表示所述发动机的角加速度。2.根据权利要求1所述的用于机动车辆的混合动力变速箱，其特征在于，所述太阳轮与发动机的发动机轴相连接，所述行星架与变速箱的输入轴相连接，所述齿圈与电机的电机轴相连接，所述混合动力变速箱通过控制所述离合器的最大扭矩来限制所述发动机轴对所述变速箱的输入轴产生的耦合力矩的峰值。3.根据权利要求2所述的用于机动车辆的混合动力变速箱，其特征在于，所述制动器或单向离合器的一端与所述太阳轮连接，相应地所述制动器或者离合器的另一端与所述前箱体的外壳连接，用于锁止所述发动机，所述离合器的一端与所述行星架连接，所述离合器的另一端...

【专利技术属性】
技术研发人员：段志辉，黄东，景枫，马得良，林学欣，
申请(专利权)人：奇瑞汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34