具有偏置电机的混合动力变速器的制作方法

本发明涉及用于机动车辆的混合动力变速器领域，这些机动车辆一方面包括驱动燃烧发动机并且另一方面包括电机。

更具体地，本发明的主题是一种用于机动车辆的混合动力变速器，该机动车辆被提供有燃烧发动机和在同一线上偏置的电动牵引机，该混合动力变速器包括两个同心主轴、副轴以及传递轴，这两个同心主轴在没有分离离合器的情况下分别连接到燃烧发动机和电机，副轴通过差速器连接到车辆的车轮，传递轴用于将主轴的运动传递至副轴并用于联接主轴。

背景技术：

公开文件fr3022495披露了一种具有偏置电机的混合动力变速器，该混合动力变速器包括两个同心主轴，这两个同心主轴包括连接到燃烧发动机ice的实心主轴、以及连接到变速器相反端处的偏置电机em的空心主轴。变速器包括支承差速器传动齿轮的副轴。变速器还包括永久性连接到实心主轴的传递轴。传递轴以一定的传动比将主轴的运动传输到副轴，但不直接驱动差速器。

参照图1，此第一变速器的“电动牵引结构”由两个电动传动比ev1和ev2组成，这两个电动传动比由空心主轴的两个“电动固定齿轮”与在副轴上旋转的两个“电动惰齿轮”的啮合提供。

该第一变速器的“燃烧发动机牵引结构”由四个燃烧发动机传动比ice1、ice2、ice3和ice4组成，这四个燃烧发动机传动比与燃烧发动机主轴的两个惰齿轮、以及传递轴的两个惰齿轮相关。传动比ice2和ice4从副轴的两个固定齿轮上的主线直接下降。传动比ice1和ice3采用传递轴，通过传动比ev2或ice4的齿轮在副轴上再下降。最终，变速器从第二电机hsg接收扭矩，该扭矩经由连接齿轮组在传递轴上下降。

变速器具有两个电动传动比ev1和ev2、以及四个燃烧发动机传动比ice1、ice2、ice3和ice4。

这些传动比、以及它们的混合组合使得可以适应牵引马达以优化整体能量性能。

然而，在加速过程中，两个电动传动比ev1和ev2之间的变化意味着扭矩的中断，尤其是对于习惯没有扭矩中断的自动变速器(比如双离合器变速箱或者无级变速器(cvt)或单传动比电动车辆)的惯常舒适性的某些用户会对扭矩的中断感到不愉快。

技术实现要素：

本发明旨在受益于电池的蓄电容量的增加以及电机性能的改善，以便克服已知的变速器的缺点。本发明使变速器避免了与上述不舒适性有关的批评，该批评主要与某些换挡的质量差有关。

相应地，所提出的变速器仅包括与燃烧发动机相关联的三个主惰齿轮、以及紧固到与电动牵引机相连的主轴的至少一个主齿轮，在三个主惰齿轮中，前两个齿轮绕着连接到燃烧发动机的主轴旋转，并且第三齿轮绕着传递轴旋转。

在第一实施例中，第三惰齿轮与连接到电动牵引机的主轴的固定齿轮啮合。

在第二实施例中，第三惰齿轮与前两个惰齿轮之一啮合。

借助于这些修改，可以利用电机的紧凑性的增加，以便一方面改善变速器的效率和质量方面的性能，另一方面改善换挡的质量。借助于本发明，还可以通过省却较低的燃烧发动机传动比和第二电动传动比来限制换挡的次数。

附图说明

参照附图阅读对本发明的非限制性实施例的以下说明将更好地理解本发明，在附图中：

-图1展示了先前已知的变速器，

-图2展示了本发明的第一实施例，

-图3展示了其横向布置，

-图4是其并联燃烧和电动混合动力运动学模型的矩阵，

-图5展示了其串联混合动力模式，

-图6示出了其电动-燃烧连接结构，

-图7示出了其电动连接结构，

-图8示出了其混合动力牵引结构，

-图9展示了变速器在可再充电混合动力车辆上的使用，

-图10展示了其在不可再充电混合动力车辆上的使用，

-图11展示了本发明的第二实施例，

-图12涉及其电动-燃烧连接结构，

-图13涉及其电动连接结构，

-图14涉及其轴下降结构，并且

-图15和图16展示了其在可再充电混合动力车辆(phev)或不可再充电混合动力车辆(hev)上的使用。

具体实施方式

图1的用于设置有燃烧发动机1和驱动电机2的机动车辆的混合动力变速器包括两个同心主轴3、4，这两个同心主轴在没有分离离合器的情况下连接到燃烧发动机1(ice)的曲轴(未示出)并且连接到主电动牵引机2em。该混合动力变速器包括副轴5和传递轴6，该副轴通过差速器7连接到车辆的车轮，该传递轴用于将实心主轴3的运动传递到副轴5并且用于联接主轴3、4。实心主轴3通过过滤系统21(减振轮毂、双质量飞轮dmf或类似元件)连接到燃烧发动机ice的曲轴1a的前端。变速器还联接至第二电机16hsg，该第二电机经由中间齿轮19a连接至传递轴6。

此变速器具有三个联接器：

-第一联接器c2-4th使得可以在主线上接合第一燃烧发动机传动比ice2和第四燃烧发动机传动比ice4，

-第二联接器c1-2ev使得可以在副线上接合两个电动传动比齿轮ev1、ev2，并且

-第三联接器c1-3th使得可以在传递轴上接合第一燃烧发动机传动比ice1和第三燃烧发动机传动比ice3。

图2再次部分地示出了相同的布置。同样涉及的是一种用于机动车辆的混合动力变速器，该机动车辆被提供有燃烧发动机1和在同一线上偏置的电动牵引机2，该混合动力变速器包括：两个同心主轴3、4；副轴5；以及传递轴6，这两个同心主轴在没有分离离合器的情况下分别连接到燃烧发动机和电机2，副轴通过差速器7连接到车辆的车轮，传递轴用于将主轴3的运动传递至副轴5并且用于联接主轴3、4。

然而，传动系已经相当大地发展。新变速器仅包括与燃烧发动机1相关联的三个主惰齿轮8、9、10。前两个主惰齿轮8、9绕着连接到燃烧发动机1ice的主轴3旋转。它们各自使得可以建立燃烧发动机传动比ice2、ice4，该燃烧发动机传动比通过与电动传动比ev1组合而“可混合”。第三惰齿轮10绕着传递轴6旋转。两个主齿轮11、14被紧固到与电机em相连接的空心轴4。仅固定主齿轮14(与副惰齿轮12相啮合)专用于传动比ev1的纯电动模式。副轴5的面对第一惰齿轮的第二惰齿轮13仅专用于混合动力模式hyb3。

在所描述的本发明的两个非限制性实施例中，变速器可以连接至第二电机16hsg，该第二电机的输出轴18在传递轴6上下降，以便能够将其扭矩与燃烧发动机的扭矩一起积累。第二电机16使得可以具有串联混合动力模式，在该模式中，燃烧发动机1以发电机模式驱动副电机16，以便产生可以被电动牵引机em用来使车辆移动的电能。

在图2中，专用于燃烧发动机传动比的第三惰齿轮10与连接到牵引机8的主轴4的固定齿轮11啮合。使得可以在两个不同的燃烧发动机传动比ice1和ic3上建立混合动力模式，尤其是建立模式“hyb3”，这得益于燃烧发动机传动比ice3的倍减。传递轴6承载与主固定齿轮3a啮合的固定齿轮20。

副轴5的两个惰齿轮12、13与空心主轴4的两个固定齿轮11、14啮合，以便建立电动传动比ev1和燃烧发动机传动比ice1、或混合动力模式hyb3。当第三惰齿轮10被接合时，燃烧发动机扭矩在空心主轴4上下降。如果齿轮12与齿轮10同时被接合，则燃烧发动机扭矩的倍减对应于第一燃烧发动机传动比ice1的倍减。此传动比通过与电动传动比ev1组合而可混合。相比之下，如果齿轮13在其轴上被接合，则模式hyb3与第三燃烧发动机倍减传动比ice3接合。

图3的截面视图示出了图2的轴的线、以及齿轮的线的空间布置。从左到右，可以看到差速器7的线、副轴5的线，然后是最大直径为燃烧发动机传动比ice4的燃烧发动机惰齿轮9的主线；在主线的上方，左侧为传递线6，右侧为中间齿轮9的朝向电机16hsg的线18的线。

提出的新型混合动力变速器具有八个牵引模式：

-在电动传动比ev1下电动牵引模式，

-在传动比ice2和ice4下两种燃烧发动机牵引模式，以及

-五种混合动力模式：第一并联模式“hyb11”，在传动比ice1和电动传动比ev1下积累燃烧发动机的扭矩；第二并联模式“hyb3”，在齿轮hyb3下将电机em的扭矩与燃烧发动机齿轮ice1-3的扭矩组合；第三并联模式“hyb21”，积累第二燃烧发动机传动比的扭矩和电动传动比的扭矩；第四并联模式“hyb41”，积累第四燃烧发动机传动比的扭矩和电动传动比的转矩；最后是，串联混合动力模式“e-drive1”，其中燃烧发动机通过以发电机模式旋转第二电机hsg为牵引机em提供能量供应。在这四种并联混合动力模式中，可以将副电机hsg16的动力与燃烧发动机的动力积累在一起。

在这些模式中的每个模式下建立的扭矩流在图4中进行了详细说明：

-在左侧在顶部，接合传动比ev1：左侧为联接器c1-2ev，联接器c2-4th和c1-3th为空挡，

-在第一行，三个混合动力传动比：模式ev1+ice1-3，左侧为联接器c1-2ev，并且接合联接器c1-3th3；模式ev1+ice2，左侧为联接器c2-4th；模式ev1+ice4，右侧为联接器c2-4th，

-在第二行，联接器c1-2ev处于空挡：根据c2-4th的位置，燃烧发动机模式下有两个传动比，ic2和ice4，

-在第三行，混合动力模式hyb3：联接器c2-4th处于空挡，右侧为联接器c1-2ev，接合联接器c1-3th。

图5展示了串联混合动力模式，其中，燃烧发动机以发电机模式使电机hsg旋转，而电机em自身提供对车辆的牵引。

变速器的“燃烧-电动连接结构”(hsg-ice)示于图6中。该连接结构由轴的三条线组成，这些轴通过运动学方式将副电机hsg连接到燃烧发动机ice：

-电机hsg的输入轴18，

-连接轴17，以及

-实心主轴3，该实心主轴上装配有固定齿轮3a。

实心主轴3还支撑dmf21以及惰齿轮i8和9的联接系统c2-4th。连接结构hsg-ice还经由主齿轮3a与传递轴6啮合，主齿轮与联接至齿轮18a的连接轴17的齿轮17a啮合，以确保借助于联接系统c1-3th与惰齿轮ice1-3的同步、摘开接合辅助和“助推”功能。

此结构确保以下功能：

-通过电动马达hsg经由三重齿轮组(“三联体”)18a、17a、3a(而不是先前架构中的四重齿轮组)启动燃烧发动机ice，

-借助于hsg，使燃烧发动机ice的转速与以每个传动比接合的惰齿轮的转速同步，

-通过副电机hsg消除惯性扭矩，帮助齿轮摘开接合，

-通过第二电机hsg在接合的传动比下的输入额外扭矩，通过在快速压下加速器踏板过程中立即输入车辆的加速度来确保驾驶诉求“助推”功能，

-利用对车辆的牵引无用的可供获得的燃烧发动机扭矩对电池再充电，以在发电机模式下使电机(hsg)旋转；在这种情况下，动力通过三重齿轮组、经由轴3、17、18进行传输(相对于先前变速器的四重齿轮组，提高了变速器的效率)，以及

-通过dmf21对扭矩的峰值限制，限制动力传动系突然阻塞期间的冲击扭矩水平。

变速器的“电动牵引结构”示于图7中。与电机em连接并与实心轴3同心的空心主轴4承载有两个固定齿轮：

-电动传动比ev1的固定齿轮14，与副轴5的第一惰齿轮12接合，以及

-三重齿轮组10、11、13中的固定齿轮11允许两种混合动力模式hyb11和hyb3接合。

两个惰齿轮12和13在它们的轴5上借助于联接系统c1ev-h3“可接合”。在传动比ev1下为大约10的总倍减使得可以确保从静止“起步”的良好性能水平，在12％坡度下具有1m/s²的加速度，在电机em的每分钟12000转(rpm)下最大运动速度vmax≥130千米/小时(km/h)。电动牵引结构确保以下功能：

-在所有合理可预见的坡度、抓地力和车辆模式情况下，车辆在静止状态下起步，

-根据电池中可供使用的能量和加速器踏板的压下，在纯电动或混合动力模式下(输入燃烧发动机扭矩)，车辆的牵引最高约为130km/h。

参考图8，变速器的“混合动力牵引结构”如下：

-通过使齿轮ice1-3与滑动套筒c1-3th接合并且使齿轮ev1与滑动套筒cev1-h3接合而获得第一混合动力模式hyb1-1，以及

-通过使齿轮10与滑动套筒c1-3th接合并且通过使齿轮13与滑动套筒cev1-h3接合而实现混合动力模式hyb3。

在混合动力模式hyb3中，燃烧发动机的扭矩通过三重齿轮组而在第二燃烧发动机传动比ice3下从副轴5上的传递轴6下降，该三重齿轮组由第三惰齿轮10、连接到电动牵引机2的主轴4的固定齿轮11、以及副轴5的惰齿轮13构成。实施第三燃烧发动机传动比代替已知变速器的第二电动传动比使得可以释放在第三燃烧发动机传动比ice3和第四燃烧发动机传动比ice4中可以实现的倍减，以使它们更灵活地适应每个车辆的动态性能和消耗方面的约束。变速器的“混合动力结构”确保了以下功能：

-在模式hyb11中，车辆在陡坡上的牵引，以及

-在模式hyb3中，通过添加电动扭矩和燃烧发动机扭矩来实现车辆的最大移动速度，以确保车辆的最大加速度并实现其最大功率pmax。

变速器内的这些结构的组合使得可以确保在没有扭矩中断的情况下进行换挡，例如在以下两个换挡连杆中：

-hyb21->hyb3:hyb21->ice2->hyb22->zev2->hyb3，或

-ice4->hyb3:ice4->hyb42->zev2->hyb3。

图9以非限制性方式提出了根据加速器蝶形阀的下压和运动的速度针对变速器的多种不同模式的优选使用区域，并且在可再充电车辆phev上根据车辆速度和加速器踏板的压力具有换挡区：ev1(电动传动比)，hyb21(第二燃烧发动机传动比下的混合动力ice2+ev1)、以及第四传动比下的hyb41，添加或不添加第二电机hsg。传动比hyb3也可以受益于第二电机hsg的添加。

图10给出了不可再充电混合动力车辆hev情况下的类似指示。

图11至图16展示了变速器的第二实施例，该变速器没有其“第一燃烧发动机传动比”ice1。“电动-燃烧连接”结构、“电动连接”结构以及轴结构与第一实施例不同。

连接到电动牵引机2的空心轴4承载有与副轴的惰齿轮12啮合的单个固定齿轮14。第三惰齿轮10与传动比ice4的齿轮9(其自身与副轴5的固定齿轮15啮合)啮合，以便建立燃烧发动机传动比。

该倍减被适配用于受益于电机在允许燃烧发动机点火的转速下的最大扭矩。如图12所指示的，“电动-燃烧结构”由将电机hsg以运动学方式连接到燃烧发动机ice的轴的四条线组成：

-hsg16的输入轴18，

-连接轴19，

-传递轴6，通过其固定齿轮20而与联接惰齿轮10的系统(燃烧发动机传动比ice3)联接，以及

-实心主轴3，支撑减振系统(dmf)21以及用于联接惰齿轮8和9(燃烧发动机传动比ice2和ice4)的系统。

此结构具有以下功能：

-通过电机hsg启动燃烧发动机ice，

-借助于hsg使燃烧发动机ice的转速与要接合的惰齿轮的转速同步，

-通过hsg消除惯性扭矩，帮助要脱离接合的齿轮摘开离合，

-通过hsg输入接合传动比下的附加扭矩，并通过使用可供使用的燃烧发动机扭矩对电池再充电，当hsg在发电机模式下工作时，该燃烧发动机扭矩对于车辆的牵引没有用，

-通过dmf21对燃烧发动机ice的非循环行为过滤，以及

-在传动系突然阻塞的情况下限制冲击扭矩。

参考图13，变速器的“电动连接结构”如下。电动传动比ev1由空心轴4的固定齿轮14和副轴5的惰齿轮12获得；借助于联接系统c1ev，电动传动比是“可接合的”。此传动比下大约为10的总倍减使得可以确保在车辆起步期间良好的性能水平，其中在12％坡度上在负载下的加速度为1m/s²，在每分钟12000转(rpm)下最高速度高于130km/h。

连接结构确保以下功能：

-在所有可合理预见的坡度、抓地力和车辆负载情况下使车辆起步，

-根据电池中可供使用的能量和加速器踏板的压下，在纯电动模式下或在混合动力模式下(输入燃烧发动机的扭矩)，车辆的牵引最高约为130km/h。

在图14中被隔离的对应“轴下降结构”如下：

-燃烧发动机扭矩从燃烧发动机惰齿轮8、9、10传输到变速器轴，

-扭矩从电动牵引机传输到传动比ev1的惰齿轮12，

-燃烧发动机和电动扭矩经由副轴5及其驱动齿轮22传输到车轮，副轴5支撑传动比ice4和ice2的固定齿轮23、15以及用于联接传动比ev1的联接系统c1ev；副轴5还确保引导传动比ev1的惰齿轮12。

对于图15的可再充电混合动力车辆phev或图16的hev，图15和图16提出简化的(非限制性)使用矩阵，矩阵用于根据加速器踏板的压下和车辆的速度使用传动比。

在所描述的本发明的两个非限制性实施例中，变速器具有与燃烧发动机相关联的三个惰齿轮以及使电机的功率倍减的主传动比。在第一实施例中，变速器的第二电动传动比仅在混合动力模式下使用。

布置在传递轴6上的燃烧发动机惰齿轮10使燃烧发动机主线和电动主线连接。其允许在两个牵引源(燃烧发动机ice和电机em)的出口处直接进行并联混合。其与电动主轴(空心轴4)的倍减的组合产生了与燃烧发动机动力传动系中的第一传动比和第三传动比相对应的倍减。

第三传动比ice3和第四传动比ice4的分离实现通过调整第四传动比来实现变速箱的完美调适，从而在高速公路上实现最佳消耗，而第三传动比可以专用于车辆的动态性能(最大加速度和最大运动速度)。

在所描述的第二实施例中，变速器没有第二电动传动比，也没有连接电动主线和燃烧发动机主线的惰齿轮。第三燃烧发动机传动比通过三重齿轮组实现，该三重齿轮组通过第四传动比的惰齿轮。这种布置减小了变速器的轴体积及其质量，同时允许效率的增益。只要在没有混合动力模式hyb11的情况下，足以将燃烧发动机的功率转换为用于ev1中的电动牵引的电能，该第二实施例显示出其全部益处。

在所描述的两个实施例中，串联混合动力模式“e-drive”使得可以通过使用过量的燃烧发动机扭矩对电池再充电来优化变速器的机械效率。

在第一实施例(图2至图8)中，动力在两个方向上经由实心主轴3、中间轴17(从传递轴6径向偏置)和副电机16的轴18之间的三重齿轮组18a、17a、3a在燃烧发动机ice和副电机hsg16之间传输。这种布置简化了燃烧发动机和副电机hsg之间的传动系，因为两个马达之间的倍减是两个啮合而不是三个啮合的结果，而没有经由传递轴通过。

在第二实施例(图11至图14)中，这种传输通过四重齿轮组类似于图1发生。在这方面，变速器的第一实施例的架构具有比第二实施例的架构更高的性能。

最后，传动系的发展不会使车辆在“起步”方面在坡上的牵引以及电动模式下的最大速度的动态性能水平降级。这些修改主要在于省却第二电动传动比ev2和第一燃烧发动机传动比ice1。它们使得可以优化：

-通过齿上的摩擦和惰齿轮在它们的轴上的摩擦的水平的增益获得的变速器效率，

-接合的质量，因此，构件的成本以及车辆的自主性，

-换挡的整体品质，通过抑制换挡ev1-ev2及其“扭矩孔”，在新的电动模式下“无换挡”地在城市和半城市运行期间的非常可感知的抑制。

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