CN107650664A - 一种带有双离合器的多模式混合动力传动装置 - Google Patents

一种带有双离合器的多模式混合动力传动装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带有双离合器的多模式混合动力变速器，包括发动机、电动机、电机轴、输出轴；电机轴与电动机连接，输出轴上设置有主减速器，发动机设置于电机轴和输出轴之间；电机轴和输出轴之间还设置有相互平行布置双离合器高低档切换机构和同步器高低档切换机构；双离合器高低档切换机构的输入端与发动机的输出端连接，双离合器高低档切换机构的输出端一端与电机轴连接、另一端与同步器高低档切换机构输入端连接；同步器高低档切换机构的输出端与输出轴连接。本发明能够使得发动机、发电机、驱动电机均工作于高效工作区域，提高燃油经济性；同时结构相对简单，布置相对灵活，且运行工况多样，控制也容易。

Description

一种带有双离合器的多模式混合动力传动装置
技术领域
本发明涉及一种多模式混合动力传动装置，属于汽车动力传动装置技术领域，具体涉及一种带有双离合器的多模式混合动力传动装置。
背景技术
近年来，出于节能环保方面的考虑，混合动力车型日趋热销。混合动力车辆的动力源为内燃机和电动机，电动机低速大扭矩的特点弥补了内燃机尤其是涡轮增压内燃机在低速扭矩不足的缺点，使车辆的动力性能得到充分的保证。同级别车型中采用混合动力技术在不降低动力性的前提下可匹配小排量发动机，燃油消耗率和排放性能也大大得到了改善。大多数车企都在努力利用自己现有技术去发展符合公司特色的混合动力技术，这就需要突破主流企业在常规变速器领域的核心技术。
从动力耦合方式上看，混合动力汽车主要有并联式、串联式和混联式等形式。例如，比亚迪股份有限公司发明的“混合动力车驱动装置”，采用的是一种双电机混联式方案。发动机与启动发电一体机直接连接后，通过离合器与变速机构的输入轴连接，驱动电机与变速机构的输出轴连接，变速机构的输出轴通过主减速器与驱动轴连接。该方案结构简单，动力传递直接。但发动机直接带动启动发电机发电，由于发动机的转速远远低于启动发电机的额定转速，使得启动发电机的发电效率较低。
从动力耦合装置的结构上看，混合动力变速器一般可分为两种类型：行星齿轮系和平行轴式。例如，丰田自动车株式会社发明的“混合动力车辆用动力输出装置”采用的是一种发动机和两个电机通过一套行星齿轮系统连接，通过行星齿轮系统实现动力协调及变速，以满足整车行驶要求。行星齿轮系本身的特点使车辆的控制策略非常复杂，且一般动力分配机构将发动机的动力分流为机、电两路，其中电力通道需要经过机械能-电能-机械能的转换，从而不可避免地增加了能量转换的损失。
在中国专利CN106274441A的说明书中公开了一种带有双离合器的多模式混合动力传动装置，其包括发动机、发电机、驱动电机、驱动轴、输入轴、一轴；一轴与发动机连接；输入轴与驱动电机连接；驱动轴和输入轴通过齿轮减速机构相互传动连接；驱动轴上设置有主减速器；发电机上连接有输出轴；输出轴和一轴通过第三齿轮组啮合传动连接；一轴和驱动轴通过双离合器高低档切换机构相互传动连接。同时，在中国专利CN106143105A的说明书中带有同步器的多模式混合动力传动装置，包括发动机、发电机、驱动电机、驱动轴、输入轴、一轴；一轴与发动机连接；输入轴与驱动电机连接；驱动轴和输入轴通过齿轮减速机构相互传动连接；驱动轴上设置有主减速器；发电机上连接有输出轴；输出轴和一轴通过第三齿轮组啮合传动连接；一轴和驱动轴通过同步器高低档切换机构相互传动连接。上述两种传动装置均存在以下技术问题：1.上述两个发明均包括分开布置的驱动电机和发电机，由于驱动电机和发电机均需要占用一定的安装空间，势必会增大传动装置的体积和质量，从而使得混合动力车型行驶过程中消耗更多的能量；2.上述两个发明均只能高速档和低速档的切换，而无法根据驾驶员的需求和路况实现中速档的选择。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带有双离合器的多模式混合动力传动装置，它是在现有的双电机多模式混合动力变速器基础上进行改进，仅使用一个电动机，该电动机可充当发电机使用，而实现多模式功能。另外采用平行轴式结构，使制造难度大大降低。
为解决上述技术问题，本发明采用了这样一种带有双离合器的多模式混合动力传动装置，其包括发动机、电动机、电机轴、输出轴；所述电机轴与所述电动机连接，所述输出轴上设置有主减速器，所述发动机设置于所述电机轴和所述输出轴之间；所述电机轴和所述输出轴之间还设置有相互平行布置双离合器高低档切换机构和同步器高低档切换机构；所述双离合器高低档切换机构的输入端与所述发动机的输出端连接，所述双离合器高低档切换机构的输出端一端与所述电机轴连接、另一端与所述同步器高低档切换机构输入端连接；所述同步器高低档切换机构的输出端与所述输出轴连接。
在本发明的一种优选实施方案中，所述双离合器高低档切换机构包括与所述发动机的输出端连接的双离合器，所述双离合器的第一从动盘与第一输入轴固接，所述双离合器的第二从动盘与第二输入轴固接，所述第一输入轴与所述第二输入轴同轴布置；所述第一输入轴通过第一齿轮组与所述同步器高低档切换机构的中间轴传动连接；所述第二输入轴通过第二齿轮组和第三齿轮组与所述同步器高低档切换机构的同步器传动连接，所述第二输入轴通过第四齿轮组与所述电机轴传动连接。
在本发明的一种优选实施方案中，所述第一齿轮组包括第四齿轮和第五齿轮；所述第四齿轮固接在所述第一输入轴上，所述第五齿轮固接在所述中间轴上；所述第四齿轮和所述第五齿轮相互啮合传动。
在本发明的一种优选实施方案中，所述第二齿轮组包括第三齿轮和第六齿轮；所述第三齿轮固接在所述第二输入轴上，所述第六齿轮空套在所述中间轴上，所述第六齿轮与所述同步器的输出端连接；所述第三齿轮和所述第六齿轮相互啮合传动。
在本发明的一种优选实施方案中，所述第三齿轮组包括第二齿轮和第七齿轮；所述第二齿轮固接在所述第二输入轴上，所述第七齿轮空套在所述中间轴上，所述第七齿轮与所述同步器的输出端连接；所述第二齿轮与所述第七齿轮相互啮合传动。
在本发明的一种优选实施方案中，所述第四齿轮组包括第一齿轮和第二齿轮；所述第一齿轮固接在所述电机轴上，所述第二齿轮固接在所述第二输入轴上；所述第一齿轮和所述第二齿轮相互啮合传动。
在本发明的一种优选实施方案中，所述同步器高低档切换机构包括设置于所述电机轴与所述输出轴之间的中间轴，所述中间轴上套装有所述同步器；所述同步器的两个输出端分别于第二齿轮组和第三齿轮组连接；所述同步器位于所述第二齿轮组和所述第三齿轮组之间；所述中间轴与所述输出轴通过第五齿轮组传动连接，所述中间轴与所述双离合器高低档切换机构的第一输入轴通过第一齿轮组传动连接。
在本发明的一种优选实施方案中，所述第五齿轮组包括第八齿轮和第九齿轮；所述第八齿轮固接在所述中间轴上，所述第九齿轮固接在所述输出轴上；所述第八齿轮和所述第九齿轮相互啮合传动。
在本发明的一种优选实施方案中，所述输出轴上连接有主减速器，所述第九齿轮固接在所述主减速器上。
本发明的有益效果是：本发明的混合动力变速器能够使得发动机、电动机均工作于高效工作区域，能够提高燃油经济性；同时结构相对简单，布置相对灵活，且运行工况多样，控制也容易。本发明通过双离合器、同步器以及多对齿轮组，可以实现纯电动模式、纯发动机模式、混联加速模式、发动机重启模式以及充电模式等多个模式。本发明的核心发明点在于将双离合器和同步器集成在同一个传动装置内、同时将现有的驱动电机和发电机集成为一个电动机，然后通过在传动装置内部的合理的布置双离合器和同步器从而实现了结构紧凑、质量轻盈、档位多变的传动装置；本发明中双离合器及同步器集成应用，可实现变速器多档化(高速档、中速档和低速档)，另外双离合的滑摩功能，可以改善档位或混动模式切换过程扭矩中断，提高驾乘舒适性。
附图说明
图1是本发明实施例一种带有双离合器的多模式混合动力传动装置的结构示意图；
图2是本发明实施例一种带有双离合器的多模式混合动力传动装置的各齿轮组位置示意图；
图中：1-发动机；2-电动机；3-电机轴；4-第二输入轴；5-第一输入轴；6-中间轴；7-输出轴；8-双离合器；9-第二从动盘；10-第一从动盘；11-同步器；12-主减速器；13-变速器；14-第一齿轮组；15-第二齿轮组；16-第三齿轮组；17-第四齿轮组；18-第五齿轮组；3-1-第一齿轮；4-1-第二齿轮；4-2-第三齿轮；5-1-第四齿轮；6-1-第五齿轮；6-2-第六齿轮；6-3-第七齿轮；6-4-第八齿轮；7-1-第九齿轮。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合说明书附图1、附图2及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
由说明书附图1所示的一种带有双离合器的多模式混合动力传动装置结构示意图可知，本发明包括发动机1、电动机2、电机轴3、第二输入轴4、第一输入轴5、中间轴6、输出轴7、双离合器8、同步器11、主减速器12。双离合器8与发动机1连接；第一输入轴5通过第一从动盘10与发动机1连接；第二输入轴4通过第二从动盘9与发动机1连接；电动机2与电机轴3连接；同步器11设置在中间轴6上；主减速器12设置在输出轴7上；电动机2可以集成在所述混动变速器13中，也可以设置在所述混动变速器13外；电动机2可以作为发电机使用。
由说明书附图2所示的一种带有双离合器的多模式混合动力传动装置各齿轮组位置示意图可知，第一输入轴5和中间轴6之间设置有第一齿轮组14；第二输入轴4和中间轴6之间设置有第二齿轮组15和第三齿轮组16；第二输入轴4和电机轴3之间设置有第四齿轮组17；中间轴6和输出轴7之间设置有第五齿轮组18。同步器11设置在中间轴6上，用于第二齿轮组15和第二齿轮组16切换。
由说明书附图1所示的一种带有双离合器的多模式混合动力传动装置结构示意图可知，第一齿轮组14包括第四齿轮5-1和第五齿轮6-1；第四齿轮5-1固接在第一输入轴5上；第五齿轮6-1固接在中间轴6上；第四齿轮5-1和第五齿轮6-1相互啮合传动。第二齿轮组15包括第三齿轮4-2和第六齿轮6-2；第三齿轮4-2固接在第二输入轴4上；第六齿轮空套在中间轴6上；第三齿轮4-1和第六齿轮6-2相互啮合传动。第三齿轮组16包括第二齿轮4-1和第七齿轮6-3；第二齿轮4-1固接在第二输入轴4上；第七齿轮6-3空套在中间轴6上；第二齿轮4-1和第七齿轮6-3相互啮合传动。第四齿轮组17包括第一齿轮3-1和第二齿轮4-1；第一齿轮3-1固接在所述电机轴3上；第一齿轮3-1和第二齿轮4-1相互啮合传动。第五齿轮组18包括第八齿轮6-4和第九齿轮7-1；第八齿轮6-4固接在中间轴6上；第九齿轮7-1固结在主减速器12上；第八齿轮6-4和第九齿轮7-1相互啮合传动。
在本发明的实施例中，基于说明书附图1所示一种带有双离合器的多模式混合动力传动装置的混合动力汽车，至少可实现纯电动驱动模式、纯发动机驱动模式、并联驱动模式、再生回收模式、驻车发电模式。
纯电动模式：在汽车起步或轻载工况下，第二从动盘9分离，同步器11与第七齿轮6-3结合，电动机2的动力通过电机轴3、第四齿轮组17、第三齿轮组16、第二输入轴4、中间轴6和第五齿轮组18传递给输出轴7，从而带动车轮运行，以纯电动模式驱动车辆行驶。
纯发动机驱动模式：在正常行驶工况时，当车速提升达到设定值a时，第一从动盘10结合，行驶的车辆将拖动发动机1点火启动，同步器11回中间位置，电动机2停止输出，发动机1动力通过第一输入轴5、第一齿轮组14、中间轴6和第五齿轮组18传递给输出轴7，从而带动车辆行驶。当车速进一步提升到设定值b时，第二从动盘9结合，第一从动盘10分离，同步器11与第七齿轮6-3结合，发动机1动力通过第二输入轴4、第三齿轮组16、中间轴6和第五齿轮组18传递给输出轴7，从而带动车辆行驶。当车速进一步提升到设定值c时，同步器11与第六齿轮6-2结合，发动机1动力通过第二输入轴4、第二齿轮组15、中间轴6和第五齿轮组18传递给输出轴7，从而带动车辆行驶。
在车辆行驶过程中，根据车速范围，可控制双离合器8和同步器11的结合与分离，从而在不同档位即第一齿轮组14、第二齿轮组15和第三齿轮组16(高、中、低三个档位)之间切换，保证发动机在高效区间工作。
在发动机1驱动模式中，当第二从动盘9结合时，发动机1一部分动力通过第二输入轴4、第四齿轮组17和电机轴3带动电动机2旋转，电动机2作发电机使用，从而实现行车充电。
并联驱动模式：在加速和爬坡工况时，当功率、扭矩需求超过发动机1的额定值时，电动机2与发动机1一起工作。并联驱动模式，第一从动盘10结合，第二从动盘9分离，发动机1的动力通过第一输入轴5和第一齿轮组14传递给中间轴6；电动机2的动力通过电机轴3和第四齿轮组17传递给第二输入轴4，再通过第二齿轮组15或者第三齿轮组16传递给中间轴6；最终通过第五齿轮组18传递给输出轴7，带动车辆行驶。根据车速范围，同步器11切换第二齿轮组15和第三齿轮组16，保证发动机1和电动机2均在高效区间工作。
再生回收模式：在汽车滑行或制动减速时，电动机2作为发电机使用进行能量回收，将车辆的动能转换为电能，储存到动力电池组中。
驻车发电模式：在必要的时候，如动力电池组电量较低时，可以由发动机1只驱动电动机2旋转，电动机2作发电机使用，向动力电池组充电。此时，第二从动盘9结合，第一从动盘10分离，发动机1动力通过第二输入轴4和第四齿轮组17传递给电机轴3。
本发明通过双离合器和同步器实现不同模式、不同档位切换，所以，本发明的多模式混合动力变速器能够使得发动机、电动机均工作于高效工作区域，能够提高燃油经济性；同时结构相对简单，布置相对灵活，且运行工况多样，控制也容易。
应当理解的是，以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多模式混合动力传动装置，包括发动机(1)、电动机(2)、电机轴(3)、输出轴(7)；所述电机轴(3)与所述电动机(2)连接，所述输出轴(7)上设置有主减速器(8)，所述发动机(1)设置于所述电机轴(3)和所述输出轴(7)之间；其特征在于：所述电机轴(3)和所述输出轴(7)之间还设置有相互平行布置双离合器高低档切换机构和同步器高低档切换机构；所述双离合器高低档切换机构的输入端与所述发动机(1)的输出端连接，所述双离合器高低档切换机构的输出端一端与所述电机轴(3)连接、另一端与所述同步器高低档切换机构输入端连接；所述同步器高低档切换机构的输出端与所述输出轴(7)连接。
2.根据权利要求1所述的一种多模式混合动力传动装置，其特征在于：所述双离合器高低档切换机构包括与所述发动机(1)的输出端连接的双离合器(8)，所述双离合器(8)的壳体与所述发动机(1)的输出轴连接，所述双离合器(8)的第一从动盘(10)与第一输入轴(5)固接，所述双离合器(8)的第二从动盘(9)与第二输入轴(4)固接，所述第一输入轴(5)与所述第二输入轴(4)同轴布置；所述第一输入轴(5)通过第一齿轮组(14)与所述同步器高低档切换机构的中间轴(6)传动连接；所述第二输入轴(4)通过第二齿轮组(15)和第三齿轮组(16)与所述同步器高低档切换机构的同步器(11)传动连接，所述第二输入轴(4)通过第四齿轮组(17)与所述电机轴(3)传动连接。
3.根据权利要求2所述的一种多模式混合动力传动装置，其特征在于：所述第一齿轮组(14)包括第四齿轮(5-1)和第五齿轮(6-1)；所述第四齿轮(5-1)固接在所述第一输入轴(5)上，所述第五齿轮(6-1)固接在所述中间轴(6)上；所述第四齿轮(5-1)和所述第五齿轮(6-1)相互啮合传动。
4.根据权利要求2所述的一种多模式混合动力传动装置，其特征在于：所述第二齿轮组(15)包括第三齿轮(4-2)和第六齿轮(6-2)；所述第三齿轮(4-2)固接在所述第二输入轴(4)上，所述第六齿轮(6-2)空套在所述中间轴(6)上，所述第六齿轮(6-2)与所述同步器(11)的输出端连接；所述第三齿轮(4-2)和所述第六齿轮(6-2)相互啮合传动。
5.根据权利要求2所述的一种多模式混合动力传动装置，其特征在于：所述第三齿轮组(16)包括第二齿轮(4-1)和第七齿轮(6-3)；所述第二齿轮(4-1)固接在所述第二输入轴(4)上，所述第七齿轮(6-3)空套在所述中间轴(6)上，所述第七齿轮(6-3)与所述同步器(11)的输出端连接；所述第二齿轮(4-1)与所述第七齿轮(6-3)相互啮合传动。
6.根据权利要求2所述的一种多模式混合动力传动装置，其特征在于：所述第四齿轮组(17)包括第一齿轮(3-1)和第二齿轮(4-1)；所述第一齿轮(3-1)固接在所述电机轴(3)上，所述第二齿轮(4-1)固接在所述第二输入轴(4)上；所述第一齿轮(3-1)和所述第二齿轮(4-1)相互啮合传动。
7.根据权利要求1所述的一种多模式混合动力传动装置，其特征在于：所述同步器高低档切换机构包括设置于所述电机轴(3)与所述输出轴(7)之间的中间轴(6)，所述中间轴(6)上套装有所述同步器(11)；所述同步器(11)的两个输出端分别于第二齿轮组(15)和第三齿轮组(16)连接；所述同步器(10)位于所述第二齿轮组(15)和所述第三齿轮组(16)之间；所述中间轴(6)与所述输出轴(7)通过第五齿轮组(18)传动连接，所述中间轴(6)与所述双离合器高低档切换机构的第一输入轴(5)通过第一齿轮组(14)传动连接。
8.根据权利要求7所述的一种多模式混合动力传动装置，其特征在于：所述第五齿轮组(18)包括第八齿轮(6-4)和第九齿轮(7-1)；所述第八齿轮(6-4)固接在所述中间轴(6)上，所述第九齿轮(7-1)固接在所述输出轴(7)上；所述第八齿轮(6-4)和所述第九齿轮(7-1)相互啮合传动。
9.根据权利要求8所述的一种多模式混合动力传动装置，其特征在于：所述输出轴(7)上连接有主减速器(12)，所述第九齿轮(7-1)固接在所述主减速器(12)上。
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