CN104972887A - 一种汽车混合动力驱动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及新能源汽车动力系统及零部件，具体是一种汽车混合动力驱动系统。本发明通过在传统三轴式变速箱的基础上增加一个空心输入轴和一个空心中间轴，并结合电机、耦合机构和发动机，组成一种全新的混合动力驱动系统；该系统既能保证双动力源单独自动变换档位驱动车辆，也可保证双动力源混合驱动时自动变换档位驱动车辆；并且在不减少各动力源档位数的前提下，各动力源可根据自身效率区优化匹配各自不同的档位速比；同时也解决了换挡动力中断的问题，当其中一个动力单元驱动车辆进行档位变换时，另一动力单元进行动力补偿，从而实现换挡时动力无中断，有效提高驾驶舒适性。
Description
技术领域
本发明涉及新能源汽车动力系统及零部件，具体是一种汽车混合动力驱动系统。
背景技术
新能源汽车以其节能环保的特点在业界迅猛发展，这种车型必将改变现有能源结构。混合动力电动汽车作为新能源汽车的一个重要分支，在保留传统发动机的基础上，充分发挥电机的优势，大大改善了车辆燃油经济性和排放性。混合动力电动汽车具有纯电动汽车所不具有的价格优势和续航优势，因此混合动力系统的发展及推广势在必行。作为混合动力系统关键技术之一的动力耦合系统一直被研究，但缺少自动变速器技术基础的国内研究对此少有突破。现有的混合动力系统多以同轴布置为主，或采取无变速器的双电机混联结构，导致布置困难或者节油效果不理想。
因而，混合动力汽车需要一种带有电机纯电驱动功能的混合动力驱动系统，既能满足各动力源档位自动切换以达到最优效率区运行，又能满足无动力中断的驾驶舒适性。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种汽车混合动力驱动系统，该系统既能保证双动力源单独自动变换档位驱动车辆，也可保证双动力源混合驱动时自动变换档位驱动车辆；既能满足各动力源档位自动切换以达到最优效率区运行，又能满足无动力中断的驾驶舒适性。
为实现上述技术目的，本发明提供的方案是：一种汽车混合动力驱动系统，包括发动机、耦合装置、电机和平行轴变速器，其特征在于：所述平行轴变速器包括在箱体内平行布置的第一输入轴、第二输入轴、第一中间轴、第二中间轴、输出轴；第一输入轴的一端通过耦合装置与发动机传动连接，第一输入轴的另一端设有第一输入轴齿轮；第二输入轴通过轴承空套在第一输入轴上，第二输入轴上设置有电机和第二输入轴齿轮；第一中间轴上设置有与第二输入轴齿轮啮合的第二输入轴常啮合齿轮；第二中间轴通过轴承空套在第一中间轴上，且由设置于第一中间轴上的第二中间轴同步器来控制其与第一中间轴耦合，第二中间轴上设置有与第一输入轴齿轮啮合的第一输入轴常啮合齿轮（即四档主动齿轮）；输出轴与第一输入轴同轴设置，且由同步器控制其与第一输入轴耦合，输出轴通过输出法兰将动力输出；各档位的主动齿轮分别设置于第一中间轴和第二中间轴上，各档位的被动齿轮分别设置于第一输入轴和输出轴上，各档位的被动齿轮由同步器控制其与第一输入轴或输出轴耦合，各档位的主动齿轮与其对应的被动齿轮相互啮合。
而且，所述输出轴上依次设置二档被动齿轮、三档被动齿轮、三五档同步器、五档被动齿轮、一档被动齿轮、一倒档同步器、倒档被动齿轮；第二中间轴上设置四档主动齿轮、二档主动齿轮；第一中间轴上设置三档主动齿轮、五档主动齿轮、一档主动齿轮、倒档主动齿轮；所述第一输入轴与输出轴之间的同步器为二四档同步器，该二四档同步器控制输出轴与第一输入轴耦合，和，二档被动齿轮与输出轴的耦合；三五档同步器控制三档被动齿轮和五档被动齿轮与输出轴的耦合；一倒档同步器控制一档被动齿轮和倒档被动齿轮与输出轴的耦合。
而且，所述倒档主动齿轮与倒档被动齿轮通过倒档惰轮传动连接，倒档惰轮设置于与输出轴平行的倒档惰轮轴上。
本发明的有益效果在于：通过在传统三轴式变速箱的基础上增加一个空心输入轴和一个空心中间轴，并结合电机、耦合机构和发动机，组成一种全新的混合动力驱动系统；该系统既能保证双动力源单独自动变换档位驱动车辆，也可保证双动力源混合驱动时自动变换档位驱动车辆；并且在不减少各动力源档位数的前提下，各动力源可根据自身效率区优化匹配各自不同的档位速比；同时也解决了换挡动力中断的问题，当其中一个动力单元驱动车辆进行档位变换时，另一动力单元进行动力补偿，从而实现换挡时动力无中断，有效提高驾驶舒适性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
其中，1、发动机，2、耦合装置，3、第一输入轴，4、第二输入轴，5、电机，6、输出轴，7、第一中间轴，8、第二中间轴，9、第二输入轴齿轮，10、第一输入轴齿轮，11、二四档同步器，12、二档被动齿轮，13、三档被动齿轮，14、三五档同步器，15、五档被动齿轮，16、一档被动齿轮，17、一倒档同步器，18、倒档被动齿轮，19、输出法兰，20、第二输入轴常啮合齿轮，21、四档主动齿轮，22、二档主动齿轮，23、第二中间轴同步器，24、三档主动齿轮，25、五档主动齿轮，26、一档主动齿轮，28、倒档主动齿轮，29、倒档惰轮轴。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
本实施例提供一种汽车混合动力驱动系统，如图1所示，包括发动机1、耦合装置2、电机5和平行轴变速器，所述平行轴变速器包括在箱体内平行布置的第一输入轴3、第二输入轴4、第一中间轴7、第二中间轴8、输出轴6和倒档惰轮轴29；所述第二输入轴4为空心轴，通过轴承空套在第一输入轴3上；所述第二中间轴8为空心轴，通过轴承空套在第一中间轴7上。所述第一中间轴7上设置有第二输入轴常啮合齿轮20、第二中间轴同步器23、三档主动齿轮24、五档主动齿轮25、一档主动齿轮26和倒档主动齿轮28。所述第二中间轴8通过轴承空套在第一中间轴7上，所述第二中间轴8上设置有四档主动齿轮21和二档主动齿轮22。所述第一输入轴3通过耦合机构2与发动机1连接，所述第一输入轴3上设置有第一输入轴齿轮10；第一输入轴3上的第一输入轴齿轮10与第二中间轴8上的四档主动齿轮21相啮合。所述第二输入轴4上设置有电机5和第二输入轴齿轮9；第二输入轴4上的第二输入轴齿轮9与第一中间轴7上的第二输入轴常啮合齿轮20相啮合。所述输出轴6上依次设置有二四档同步器11、二档被动齿轮12、三档被动齿轮13、三五档同步器14、五档被动齿轮15、一档被动齿轮16、一倒档同步器17、倒档被动齿轮18和输出法兰19；二档被动齿轮12与第二中间轴8上的二档主动齿轮22相啮合，三档被动齿轮13与第一中间轴7上的三档主动齿轮24相啮合，五档被动齿轮15与第一中间轴7上的五档主动齿轮25相啮合，一档被动齿轮16与第一中间轴7上的一档主动齿轮26相啮合。所述倒档惰轮轴29上设置有倒档惰轮27；倒档惰轮27分别与输出轴6上的倒档被动齿轮18和第一中间轴7上的倒档主动齿轮28相啮合。
本发明的汽车混合动力驱动系统，电机5可通过第二输入轴4上的第二输入轴齿轮9与第一中间轴7上的第二输入轴常啮合齿轮20啮合，并配合输出轴6及第一、第二中间轴（7、8）上的不同齿轮组配比，组成五个不同速比的前进档以及一个倒档；此外，当电机5反转时，可将五个前进档当作倒档使用。发动机1通过耦合机构2与第一输入轴3连接，可通过第一输入轴3上的第一输入轴齿轮10与第二中间轴8上的四档主动齿轮21啮合，并配合输出轴6及第一、第二中间轴（7、8）上的不同齿轮组配比，组成五个不同速比的前进档以及一个倒档。由于第一输入轴3与第二输入轴4分别与第二中间轴8与第一中间轴7上的常啮合齿轮相啮合，减速比不同，因而在发动机1作为动力源时的五个前进档位和一个倒档的速比与在电机5作为动力源时的五个前进档位和一个倒档的速比可进行不同的匹配选择。
本发明的混合动力驱动系统的动力传递路线如下。
（一）电机作为动力源的各档位动力传递路线。
（1）电机一档动力传递路线：拨动输出轴6上的一倒档同步器17，使输出轴6与输出轴6上的一档被动齿轮16相连；电机5的动力通过第二输入轴4上的第二输入轴齿轮9、第一中间轴7上的第二输入轴常啮合齿轮20、第一中间轴7上的一档主动齿轮26、输出轴6上的一档被动齿轮16，最后经由输出轴6上的输出法兰19进行动力输出。
（2）电机二档动力传递路线：拨动第一中间轴7上的第二中间轴同步器23，使第一中间轴7与第二中间轴8相连，拨动输出轴6上的二四档同步器11，使输出轴6与输出轴6上的二档被动齿轮12相连；电机5的动力通过第二输入轴4上的第二输入轴齿轮9、第一中间轴7上的第二输入轴常啮合齿轮20、第二中间轴8上的二档主动齿轮22、输出轴6上的二档被动齿轮12，最后经由输出轴6上的输出法兰19进行动力输出。
（3）电机三档动力传递路线：拨动输出轴6上的三五档同步器14，使输出轴6与输出轴6上的三档被动齿轮13相连；电机5的动力通过第二输入轴4上的第二输入轴齿轮9、第一中间轴7上的第二输入轴常啮合齿轮20、第一中间轴7上的三档主动齿轮24、输出轴6上的三档被动齿轮13，最后经由输出轴6上的输出法兰19进行动力输出。
（4）电机四档动力传递路线：拨动第一中间轴7上的第二中间轴同步器23，使第一中间轴7与第二中间轴8相连，拨动输出轴6上的二四档同步器11，使输出轴6与第一输入轴3相连；电机5的动力通过第二输入轴4上的第二输入轴齿轮9、第一中间轴7上的第二输入轴常啮合齿轮20、第二中间轴8上的四档主动齿轮21、第一输入轴3上的第一输入轴齿轮10、输出轴6，最后经由输出轴6上的输出法兰19进行动力输出。
（5）电机五档动力传递路线：拨动输出轴6上的三五档同步器14，使输出轴6与输出轴6上的五档被动齿轮15相连；电机5的动力通过第二输入轴4上的第二输入轴齿轮9、第一中间轴7上的第二输入轴常啮合齿轮20、第一中间轴7上的五档主动齿轮25、输出轴6上的五档被动齿轮15，最后经由输出轴6上的输出法兰19进行动力输出。
（6）电机倒档动力传递路线：拨动输出轴6上的一倒档同步器17，使输出轴6与输出轴6上的倒档被动齿轮18相连；电机5的动力通过第二输入轴4上的第二输入轴齿轮9、第一中间轴7上的第二输入轴常啮合齿轮20、第一中间轴7上的倒档主动齿轮28、倒档惰轮轴29上的倒档惰轮27、输出轴6上的倒档被动齿轮18，最后经由输出轴6上的输出法兰19进行动力输出。或者，可处于上述（一）{（1）~（5）}中的任意状态，由电机5反转，进行倒档动力输出。
（7）制动能量回收动力传递路线。
按照上述（一）{（1）~（6）}的各档位动力传递路线，电机5从驱动状态变为发电状态，进行制动能量回收。
（二）发动机作为动力源的各档位动力传递路线。
（1）发动机一档动力传递路线：结合耦合机构2，使发动机1与第一输入轴3相连，拨动第一中间轴7上的第二中间轴同步器23，使第一中间轴7与第二中间轴8相连，拨动输出轴6上的一倒档同步器17，使输出轴6与输出轴6上的一档被动齿轮16相连；发动机1的动力通过第一输入轴3上的第一输入轴齿轮10、第二中间轴8上的四档主动齿轮21、第一中间轴7上的一档主动齿轮26、输出轴6上的一档被动齿轮16，最后经由输出轴6上的输出法兰19进行动力输出。
（2）发动机二档动力传递路线：结合耦合机构2，使发动机1与第一输入轴3相连，拨动输出轴6上的二四档同步器11，使输出轴6与输出轴6上的二档被动齿轮12相连；发动机1的动力通过第一输入轴3上的第一输入轴齿轮10、第二中间轴8上的四档主动齿轮21、第二中间轴8上的二档主动齿轮22、输出轴6上的二档被动齿轮12，最后经由输出轴6上的输出法兰19进行动力输出。
（3）发动机三档动力传递路线：结合耦合机构2，使发动机1与第一输入轴3相连，拨动第一中间轴7上的第二中间轴同步器23，使第一中间轴7与第二中间轴8相连，拨动输出轴6上的三五档同步器14，使输出轴6与输出轴6上的三档被动齿轮13相连；发动机1的动力通过第一输入轴3上的第一输入轴齿轮10、第二中间轴8上的四档主动齿轮21、第一中间轴7上的三档主动齿轮24、输出轴6上的三档被动齿轮13，最后经由输出轴6上的输出法兰19进行动力输出。
（4）发动机四档动力传递路线：结合耦合机构2，使发动机1与第一输入轴3相连，拨动输出轴6上的二四档同步器11，使输出轴6与第一输入轴3相连；发动机1的动力通过第一输入轴3、输出轴6，最后经由输出轴6上的输出法兰19进行动力输出。
（5）发动机五档动力传递路线：结合耦合机构2，使发动机1与第一输入轴3相连，拨动第一中间轴7上的第二中间轴同步器23，使第一中间轴7与第二中间轴8相连，拨动输出轴6上的三五档同步器14，使输出轴6与输出轴6上的五档被动齿轮15相连；发动机1的动力通过第一输入轴3上的第一输入轴齿轮10、第二中间轴8上的四档主动齿轮21、第一中间轴7上的五档主动齿轮25、输出轴6上的五档被动齿轮15，最后经由输出轴6上的输出法兰19进行动力输出。
（6）发动机倒档动力传递路线：结合耦合机构2，使发动机1与第一输入轴3相连，拨动第一中间轴7上的第二中间轴同步器23，使第一中间轴7与第二中间轴8相连，拨动输出轴6上的一倒档同步器17，使输出轴6与输出轴6上的倒档被动齿轮18相连；发动机1的动力通过第一输入轴3上的第一输入轴齿轮10、第二中间轴8上的四档主动齿轮21、第一中间轴7上的倒档主动齿轮28、倒档惰轮轴29上的倒档惰轮27、输出轴6上的倒档被动齿轮18，最后经由输出轴6上的输出法兰19进行动力输出。
（三）发动机与电机共同作为动力源的各档位动力传递路线。
（1）发动机1在一、三或五档时混合动力传递路线：当发动机1的动力按照上述（二）{（1）、（3）、（5）}进行动力传递时，电机5可直接输出动力，此时发动机1与电机5的动力在输出轴6处汇总，最后经由输出轴6上的输出法兰19进行动力输出。
（2）发动机1在二或四档时混合动力传递路线：当发动机1的动力按照上述（二）{（2）、（4）}进行动力传递时，电机5的动力可按照上述（一）{（1）}或（一）{（3）}或（一）{（5）}的动力传递路线进行，此时发动机1与电机5的动力在输出轴6处汇总，最后经由输出轴6上的输出法兰19进行动力输出。
（3）制动能量回收和发动机带动电机发电动力传递路线：当处于上述（三）{（1）、（2）}两种状态的动力传递路线时，电机5从驱动状态变为发电状态，即可进行制动能量回收或接收来自发动机1的输出转矩。
（四）电机作为动力源无动力中断换挡的动力传递路线。
以四档换五档为例，电机5在四档时的动力传递路线按照上述（一）{（4）}；此时，先调整发动机1的输出动力，然后结合耦合机构2，使发动机1与第一输入轴3相连，并按照上述传递路线（二）{（4）}传递动力，随后，电机5退出动力传递；拨动第一中间轴7上的第二中间轴同步器你23和输出轴6上的三五档同步器14，使电机5的动力传递路线由上述（一）{（4）}变为（一）{（5）}，电机5的动力传递路线从四档进入五档，然后电机5恢复动力传递，此时发动机1可继续提供动力或不提供动力。
（五）发动机作为动力源无动力中断换挡的动力传递路线。
以四档换五档为例，发动机1在四档时的动力传递路线按照上述（二）{（4）}；此时，拨动输出轴6上的三五档同步器14，电机5的动力传递状态按照上述（一）{（5）}，调整电机5的输出动力，将电机5的动力传递至输出轴6，与发动机1动力共同输出；然后分离耦合机构2，并将发动机1的动力传递路线按照上述（二）{（4）}~（二）{（5）}进行变换，变换完成后，接合耦合机构2，发动机1即在五档进行动力输出，此时电机5可继续提供动力或不提供动力。
本发明采用第一输入轴3及空套在第一输入轴3上的第二输入轴4的双输入轴形式、第一中间轴7及空套在第一中间轴7上的第二中间轴8的双中间轴形式，将两个动力源的动力分别通过两个输入轴和两个中间轴进行耦合及分离，其中第一输入轴3通过耦合机构2与发动机1也可进行动力耦合及分离；所述电机5与平行轴变速器同轴布置，所述电机5采用盘式电机，轴向尺寸短，能满足车辆轴向布置空间要求；本发明既能保证双动力源单独自动变换档位驱动车辆，也可保证双动力源混合驱动时自动变换档位驱动车辆；并且在不减少各动力源档位数的前提下，各动力源可根据自身效率区优化匹配各自不同的档位速比，如上述发动机1拥有五个前进档及一个倒档、电机5拥有五个前进档及一个倒档，该十二个档位的速比可根据系统匹配而各不相同；同时也解决了换挡动力中断的问题，当其中一个动力单元驱动车辆进行档位变换时，另一动力单元进行动力补偿，从而实现换挡时动力无中断。
本发明的混合动力驱动系统，各档位齿轮组在轴向上可以进行不同次序的轴向排列，不影响系统功能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进或变形，这些改进或变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种汽车混合动力驱动系统，包括发动机、耦合装置、电机和平行轴变速器，其特征在于：所述平行轴变速器包括在箱体内平行布置的第一输入轴、第二输入轴、第一中间轴、第二中间轴、输出轴；第一输入轴的一端通过耦合装置与发动机传动连接，第一输入轴的另一端设有第一输入轴齿轮；第二输入轴通过轴承空套在第一输入轴上，第二输入轴上设置有电机和第二输入轴齿轮；第一中间轴上设置有与第二输入轴齿轮啮合的第二输入轴常啮合齿轮；第二中间轴通过轴承空套在第一中间轴上，且由设置于第一中间轴上的第二中间轴同步器来控制其与第一中间轴耦合，第二中间轴上设置有与第一输入轴齿轮啮合的第一输入轴常啮合齿轮；输出轴与第一输入轴同轴设置，且由同步器控制其与第一输入轴耦合，输出轴通过输出法兰将动力输出；各档位的主动齿轮分别设置于第一中间轴和第二中间轴上，各档位的被动齿轮分别设置于第一输入轴和输出轴上，各档位的被动齿轮由同步器控制其与第一输入轴或输出轴耦合，各档位的主动齿轮与其对应的被动齿轮相互啮合。
2.根据权利要求1所述的一种汽车混合动力驱动系统，其特征在于：所述输出轴上依次设置二档被动齿轮、三档被动齿轮、三五档同步器、五档被动齿轮、一档被动齿轮、一倒档同步器、倒档被动齿轮；第二中间轴上设置四档主动齿轮、二档主动齿轮；第一中间轴上设置三档主动齿轮、五档主动齿轮、一档主动齿轮、倒档主动齿轮；所述第一输入轴与输出轴之间的同步器为二四档同步器，该二四档同步器控制输出轴与第一输入轴耦合，和，二档被动齿轮与输出轴的耦合；三五档同步器控制三档被动齿轮和五档被动齿轮与输出轴的耦合；一倒档同步器控制一档被动齿轮和倒档被动齿轮与输出轴的耦合。
3.根据权利要求2所述的一种汽车混合动力驱动系统，其特征在于：所述倒档主动齿轮与倒档被动齿轮通过倒档惰轮传动连接，倒档惰轮设置于与输出轴平行的倒档惰轮轴上。
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