专利名称：一种结构优化的车用有源传动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种有源传动装置，尤其是涉及一种结构优化的车用有源传动装置。
背景技术：
在传统的汽车传动技术领域主要的变速器种类中，轴线固定式手动变速器(MT) 传动效率高，制造加工方便，成本低、可靠性高，因此一直是国内车用变速器市场上的主流 技术。但是MT在车辆操作使用过程中存在一些问题，尤其是在坡道起步等特殊行驶工况， 相对其他类型变速器操作不方便；此外，换档时机掌握不好会增加燃料消耗和发动机的磨 损，驾驶员的操作负担重。已知技术中有提出用自动操纵换档机构来替代完成手动换档操 纵，即所谓的自动机械变速器(AMT)。但是该技术在起步、换档品质、换档动力中断等方面具 有较明显的性能缺陷。在混合动力车辆技术领域，已经提出各种动力驱动系统结构形式，通过增加电机 实现机电功率混合驱动车辆的技术方案。如发明专利(CN200580017789. 0)所公开的传动原件，但是该发明在结构实现中 难度很大，电机的功率容量受到空间的限制不能增加，而且电机紧邻发动机，工作环境较恶 劣，此外因为电机弓I入后，现有离合器结构不能直接采用，这增加了系统集成的难度。专利EP1042135B1揭示的技术方案设置助力电机与辅助离合机构，但该方案较复 杂，实现上受空间等的限制。申请公开专利200810042073. 1公开了一种混合动力汽车用电助力传动装置，解 决了固定轴式变速器的简化操控和双动力输入单动力输出问题。但仍不能彻底解决换档过 程动力中断问题。综合比较其他类似已知技术方案可见，现有解决方案在针对固定轴线式变速箱的 改制方案中，动力中断问题和分离和结合装置结构复杂的问题比较突出。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构紧凑、成本 较低、拆装方便的结构优化的车用有源传动装置。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现一种结构优化的车用有源传动装置，其特征在于，该装置包括轴线固定式变速器、 离合器、主驱动电机、同步机构及控制单元，所述的轴线固定式变速器设置在变速箱壳体 内，包括一根输入轴和至少一根足轴，所述的离合器的主动部分与车用发动机飞轮连接，从 动部分与变速器输入轴的前端连接，所述的主驱动电机定子支撑在变速箱壳体上，通过同 步机构的动力切换功能，电机转子受控与变速器输入轴或足轴啮合同步旋转，所述的控制 单元通过电信号对离合器上的分离操纵机构、轴线固定式变速器、主驱动电机、惯性式同步 器、换档操纵机构进行控制。所述的主驱动电机设置在变速器输入轴的前端，主驱动电机的转子空套在输入轴
3上。所述同步机构为惯性同步器。轴线固定式变速器包括一输入轴与动力源连接、一输出轴与车轮连接、置于输入 轴和输出轴若干中间轴。其中输出轴和中间轴中不经过变速机构始终与车轮同步旋转的轴 系也称为足轴，即足轴的旋转速度与车轮同步，始终保持确定的转速比。与现有技术相比，本发明结构简单，通过驱动电机在输入轴和足轴之间的切换有 效解决了动力输入有源助力问题，更好地适应混合动力汽车整车所要求的各种工况。根本 上解决了定轴式变速器换档过程中的动力中断问题，采用惯性同步器同步机构，结构紧凑， 成本低，可靠耐用。在整车使用时方便进行空间布置，具有以下优点(1)将驱动电机设置于轴线固定式变速器的输入轴侧，主驱动电机转子空套在输 入轴上，主驱动电机靠近发动机飞轮，尽可能大地利用径向空间尺寸，最大限度解决与半轴 的运动干涉问题，并兼容(两轴式或三轴式等)不同输出形式的变速箱，技术应用普及范围 更广；(2)电机转子保持和惯性式同步器主动边相连接的技术特征，但是电机转子和惯 性式同步器的连接采用空心轴，环绕输入轴旋转，空心轴的使用能有效利用轴向空间，方便 在车用情况下的布置，同步机构对应的足轴设置单边换档同步器，可以与另外布置的单边 同步器同步动作或独立操纵，进一步减小整体轴向空间尺寸；(3)主驱动电机与惯性式同步器可以构造成带有封闭的外壳，成为一个独立模块， 这样现有变速器只要经过有限的结构变动，将输入轴加长并且将中间轴一端外伸，就可以 实现与该独立模块的连接和动力耦合，具有很好的技术继承性。
图1为本发明的结构示意图；图2为输入侧主驱动电机与惯性式同步器构成独立模块的装置结构示意图。图中1为汽车发动机飞轮、2为离合器、3为轴线固定式变速器、4为电机壳体、5为 主驱动电机、6为惯性式同步器、7为变速箱壳体、8为输入轴、9为主驱动电机定子、10为主 驱动电机转子、11为同步换档变速机构、12为足轴、13为离合器分离操纵机构、14为电机驱 动控制单元、15为电子控制单元、16为档位检测/选择单元、17为换档操纵机构、18为电机 与同步机构总成模块。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例1为解决换档动力中断问题，本发明提出设置助力电机与变速器构成一体化的有源 传动装置。在主驱动电机与定轴式变速箱的连接上采用同步机构，将主驱动电机转子与作 为主动轴的变速箱的输入轴或作为被动轴的变速箱的足轴同步啮合连接。对于爬坡、大油 门起步等需要充分利用变速箱的传动比来实现对主驱动电机的降速增扭作用将主驱动电 机转子与变速箱输入轴啮合，将变速箱置空档，还可以实现通过输入轴和离合器启动发动机的功能。对于换档、减速制动等对于车辆输出转矩的平稳和连续性有较高要求的工况，则 可以将主驱动电机转子与变速箱足轴啮合，确保主驱动电机转矩可以连续可靠地作用到车 轮上，减小车轮转矩波动。本发明提出采用惯性同步器作为同步机构进行动力的分离与切换，其可以从结构 上保证接合套与待接合的花键齿圈在达到同步之前不可能接触，以保证机构的可靠性。相 比较其它机构，该机构对于固定轴式变速箱技术的继承性最好。下面根据附图作进一步描述如图1所示，一种结构优化的车用有源传动装置，包括汽车发动机飞轮1、离合器 2、轴线固定式变速器3、电机壳体4、主驱动电机5、惯性式同步器6、变速箱壳体7、输入轴 8、主驱动电机定子9、主驱动电机转子10、同步换档变速机构11、足轴12、离合器分离操纵 机构13、电机驱动控制单元14、电子控制单元15、档位检测/选择单元16、换档操纵机构 17。离合器2的主动部分与车用发动机飞轮1连接，主驱动电机5及惯性式同步器6设置 在电机壳体4内，轴线固定式变速器3设置在变速箱壳体7内，离合器2的从动部分与输入 轴8的前端连接，多个齿轮传动机构及同步器换档变速机构11连接轴线固定式变速器3的 输入轴8和足轴12，通过结合不同档位，改变各转动轴之间的传动比，并具有至少一个空档 能够切断输入轴8与足轴12的动力传递，主驱动电机5设置在输入轴8的前端，节省了空 间，主驱动电机定子9设置在电机壳体4上，主驱动电机转子10空套在惯性式同步器6上， 与惯性式同步器6通过环绕输入轴8上的空心轴连接，惯性同步器6两侧的齿套啮合副通 过中间轴上的齿套间接与足轴12啮合或与输入轴8、足轴12上的齿套直接啮合，从而主驱 动电机转子10通过惯性式同步器6与输入轴8、中间轴或足轴10同步啮合，控制单元包括 电机驱动控制单元14、电子控制单元15及换档检测/选择单元16，通过电信号对离合器2 上的分离操纵机构13、轴线固定式变速器3、主驱动电机5、惯性式同步器6、同步换档变速 机构11及换档操纵机构17进行控制，主驱动电机5通过电机驱动控制单元14接受电子控 制单元15的控制，档位检测/选择单元16检测到的信号输入到电子控制单元15，电子控制 单元15控制变速器换档操纵机构17，与此同时控制同步换档变速机构11。例如，当检测到 驾驶员有踩加速踏板或者制动踏板动作时，电子控制单元15控制离合器分离操纵机构13， 并通过电机驱动控制单元14控制主驱动电机5的输出。该实施方式的优点是可以缩小轴向尺寸，而且可以通过将同步换档变速机构11 布置在惯性式同步器6平行的中间轴上，进一步充分利用轴向空间，达到缩小变速箱长度 方向尺寸的目的。实施例2如图2所示，车用有源传动装置输入侧的主驱动电机5与惯性式同步器6构成独 立模块，包括汽车发动机飞轮1、离合器2、轴线固定式变速器3、电机壳体4、主驱动电机5、 惯性式同步器6、变速箱壳体7、输入轴8、主驱动电机定子9、主驱动电机转子10、同步换档 变速机构11、足轴12、离合器分离操纵机构13、电机驱动控制单元14、电子控制单元15、档 位检测/选择单元16、换档操纵机构17、电机与同步机构总成模块18。离合器2的主动部 分与车用发动机飞轮1连接，主驱动电机5及惯性式同步器6结合在一起，构成电机与同步 机构总成模块18，该模块18设置在电机壳体4内，轴线固定式变速器3设置在变速箱壳体 7内，离合器2的从动部分与输入轴8的前端连接，多个齿轮传动机构及同步器换档变速机构11连接轴线固定式变速器3的输入轴8和足轴12，通过结合不同档位，改变各转动轴之 间的传动比，并具有至少一个空档能够切断输入轴8与足轴12的动力传递，电机与同步机 构总成模块18设置在输入轴8的前端，主驱动电机定子9设置在电机壳体4上，主驱动电机 转子10空套在惯性式同步器6上，与惯性式同步器6通过环绕输入轴8上的空心轴连接， 惯性同步器6两侧的齿套啮合副通过中间轴上的齿套间接与足轴12啮合或与输入轴8、足 轴12上的齿套直接啮合，从而主驱动电机转子10通过惯性式同步器6与输入轴8、中间轴 或足轴12同步啮合，控制单元包括电机驱动控制单元14、电子控制单元15及换档检测/选 择单元16，通过电信号对离合器2上的分离操纵机构13、轴线固定式变速器3、主驱动电机 5、惯性式同步器6、同步换档变速机构11及换档操纵机构17进行控制，主驱动电机5通过 电机驱动控制单元14接受电子控制单元15的控制，档位检测/选择单元16检测到的信号 输入到电子控制单元15，电子控制单元15控制变速器换档操纵机构17，与此同时控制同步 换档变速机构11。电机与同步机构总成模块18布置于离合器和变速箱之间，其有益效果是在达到 本发明效果的前提下，对现有变速箱的改动较小，可以充分利用现有产品基础。下面重点描述如何减小换档过程中的动力中断控制步骤(1)车辆处于初始档位，惯性式同步器6与输入轴8啮合；(2)档位检测/选择单元16检测到驾驶员的换档动作；(3)电子控制单元15控制惯性式同步器6运作，使主驱动电机转子10与输入轴8 分离；(4)电子控制单元15控制惯性式同步器6运作，使主驱动电机转子10与足轴12 啮合连接；(5)电子控制单元15控制主驱动电机5输出转矩，部分跟随驾驶员的输入，分担发 动机的转矩请求；(6)电子控制单元15控制离合器分离操纵机构13使膜片与离合器2分离，其间同 步加大主驱动电机5的转矩输出；(7)电子控制单元15控制变速器换档操纵机构17，完成换档动作；(8)电子控制单元15控制离合器分离操纵机构13使膜片与离合器2结合，其间同 步减小主驱动电机5的转矩输出；(9)电子控制单元15控制惯性式同步器7运作，使主驱动电机转子11与变速器3 的足轴12分离；(10)电子控制单元17控制惯性式同步器7运作，使主驱动电机转子11与变速器 3的输入轴9啮合连接；(11)车辆在新的档位下行驶，换档控制完成。
权利要求
一种结构优化的车用有源传动装置，其特征在于，该装置包括轴线固定式变速器、离合器、主驱动电机、同步机构及控制单元，所述的轴线固定式变速器设置在变速箱壳体内，包括一根输入轴和至少一根足轴，所述的离合器的主动部分与车用发动机飞轮连接，从动部分与变速器输入轴的前端连接，所述的主驱动电机定子支撑在变速箱壳体上，通过同步机构的动力切换功能，电机转子受控与变速器输入轴或足轴啮合同步旋转，所述的控制单元通过电信号对离合器上的分离操纵机构、轴线固定式变速器、主驱动电机、惯性式同步器、换档操纵机构进行控制。
2.根据权利要求1所述的一种结构优化的车用有源传动装置，其特征在于，所述的主 驱动电机设置在变速器输入轴的前端，主驱动电机的转子空套在输入轴上。
3.根据权利要求1所述的一种结构优化的车用有源传动装置，其特征在于，所述同步 机构为惯性同步器。
全文摘要
本发明涉及一种结构优化的车用有源传动装置，该装置包括轴线固定式变速器、离合器、主驱动电机、同步机构及控制单元，轴线固定式变速器设置在变速箱壳体内，离合器的主动部分与车用发动机飞轮连接，从动部分与变速器输入轴的前端连接，主驱动电机通过惯性式同步器可控与变速器输入轴或足轴连接，控制单元通过电信号对离合器上的分离操纵机构、轴线固定式变速器、主驱动电机、惯性式同步器及换档操纵机构进行控制。与现有技术相比，本发明尽可能大地利用径向空间尺寸，最大限度解决与半轴的运动干涉问题，并兼容两轴式或三轴式等不同输出形式的变速箱，减小整体轴向空间尺寸，具有很好的技术继承性。
文档编号B60W10/08GK101927695SQ200910053700
公开日2010年12月29日 申请日期2009年6月24日 优先权日2009年6月24日
发明者余卓平, 王心坚, 王阳阳, 钟再敏, 陈辛波 申请人:同济大学