CN108128137A - 变速系统、变速方法及相应的车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变速系统，包括发动机、第一电机和第二电机，三者分别与变速装置相连接，变速装置包括第一输入传动轴，共同串联在第一输入传动轴和中间轴上的一档齿轮组和二档齿轮组，中间轴的端部连接有齿轮副，齿轮副分别与第三输入传动轴、减速从动齿轮相连接，第三输入传动轴与第二电机相连接，减速从动齿轮与差速器相连接；还公开了一种变速方法，能够实现纯电模式，串联模式，并联模式，倒车模式和停车模式；以及能实现上述多模多档的车，通过以上技术方案，能够优化发动机在机械传动时的效率，并降低发动机和电机功率。

Description

变速系统、变速方法及相应的车辆
技术领域
本发明涉及车辆动力布置技术领域，尤其涉及一种变速系统，以及基于该变速系统的多档多模的变速方法，在此基础上，提供了一种载有混合动力系统的车辆。
背景技术
传统的内燃机驱动车辆，由于内燃机固有的特性使得车辆中低速(例如，车速≤60km/h)行驶时内燃机热效率特别低，当车辆在市区拥堵路况频繁启停时，发动机燃油效率下降的更厉害。
现有技术中的混合动力车辆，其虽然具有串联模式或者并联模式，然而在实现多模多档的情形下，其系统设计较为复杂，导致传递路径较长，影响传递效率，而且整体成本较高，不利于市场应用。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种变速系统，其通过设置特有的变速装置，并在外围合理布置发动机、第一电机和第二电机，能够优化系统布置，提升传递效率；同时基于该变速系统，提供了一种变速方法，能够实现多模多档，满足用户需求。
本发明的技术方案如下：
变速系统，包括发动机、第一电机和第二电机，三者分别与变速装置相连接，变速装置包括第一输入传动轴，共同串联在所述第一输入传动轴上的一档齿轮组和二档齿轮组，在所述第一输入传动轴上还设有同步器，同步器能够与一档齿轮组、二档齿轮组断开或者结合；一档齿轮组和二档齿轮组还共同串联在中间轴；中间轴的端部连接有齿轮副，齿轮副分别与第三输入传动轴、减速从动齿轮相连接，第三输入传动轴与第二电机相连接，减速从动齿轮与差速器相连接，发动机、第一电机分别与第一输入传动轴相连接，且布置在变速装置的同侧，发动机的输出轴与第一输入传动轴之间通过离合器相连接。
作为优选，一档齿轮组包括相啮合的一档主动齿轮和一档从动齿轮，二档齿轮组包括相啮合的二档主动齿轮和二档从动齿轮，连接于第三输入传动轴上的齿轮副包括相啮合的第三主动齿轮和第三从动齿轮，其中，所述第三输入传动轴轴接于第三主动齿轮上，所述中间轴轴接于第三从动齿轮上，所述第三从动齿轮通过减速从动齿轮将动力传递至差速器。
进一步地，所述一档主动齿轮套设在第一输入传动轴上，所述二档主动齿轮套设在第一输入传动轴的输出端，同步器位于一档主动齿轮与二档主动齿轮之间，所述一档从动齿轮套接于中间轴的输入端，所述二档从动齿轮套接在中间轴的中部，第三从动齿轮套接于中间轴的输出端。
更进一步地，连接于第一输入传动轴的齿轮副包括相啮合的第一主动齿轮和第二主动齿轮，其中第一主动齿轮与所述第一输入传动轴的输出端相连接，第二主动齿轮套设在第二输入传动轴上，所述第二输入传动轴与第一电机相连接。
变速方法，其通过控制所述发动机、所述第一电机、所述变速装置和所述第二电机，能够实现不同工作模式。
作为优选，所述工作模式至少包括以下工作模式中的一种：
(1)纯电模式，将离合器断开，发动机不工作，第一电机作为动力源工作，第二电机作为辅助动力源工作，同步器与一档齿轮组或者二档齿轮组结合，实现纯电模式下的高、低档；
(2)串联模式，将离合器结合，发动机工作，第一电机工作，起到电动机的作用，将一部分动力传递至发动机，另一部分动力传递至第二电机，第二电机结合自身动力以及第一电机输入的动力，作为电动机工作，同步器处于空挡；
(3)并联模式，将离合器结合，发动机工作，第一电机工作，第二电机工作，同步器与一档齿轮组或者二档齿轮组结合，实现并联模式下的高、低档；
(4)停车模式，将离合器断开，发动机停止工作，第一电机停止工作，第二电机停止工作，同步器处于空挡状态，车辆完全失去动力源；
(5)倒车模式，将离合器结合，发动机或者第一电机工作状态不限，第二电机反转，同步器处于空挡状态，车辆实现倒车。
有益效果：本发明在车辆中低速时，通过发动机高效率地将机械能转化为电能，供电动机驱动车辆在中低速行驶。
当车辆处于高速(例如，车速＞60km/h)巡航时，发动机恢复机械直连驱动整车行驶，此时发动机的机械负荷也高，燃油经济性较好，系统效率不亚于串联混动模式。
而设置发动机在中高速时的两档传动可更好的匹配不同类型内燃机(汽油机/柴油机/天然气机等)，在不明显增加系统机械功能实现的复杂度的前提下，进一步优化发动机在机械传动时的效率。
对比发动机不参与机械传动的单纯串联混动系统，本设计明显降低了发电机和电动机的功率，对单位效率/成本提升显著。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例所公开的一种多档多模混合动力变速系统的结构示意图。
图中数字和字母所表示的相应部件名称：
1、发动机；2、第一电机；21、第二输入传动轴；22、第一主动齿轮；23、第二主动齿轮；3、第二电机；31、第三输入传动轴；32、第三主动齿轮；4、第一输入传动轴；51、一档主动齿轮；52、一档从动齿轮；61、二档主动齿轮；62、二档从动齿轮；7、中间轴；8、同步器；9、第三从动齿轮；10、减速从动齿轮；11、差速器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细描述。
实施例
一种多档多模混合动力变速系统，其包括发动机1、第一电机2和第二电机3，所述发动机1、所述第一电机2和所述第二电机3分别与变速装置相连接，变速装置采用平行轴结构，能够使车辆实现不同模式的切换。
所述变速装置包括第一输入传动轴4，所述第一输入传动轴4串联有一档齿轮组和二档齿轮组，其中，所述一档齿轮组包括相啮合的一档主动齿轮51和一档从动齿轮52，二档齿轮组包括相啮合的二档主动齿轮61和二档从动齿轮62，所述一档主动齿轮51和所述二档主动齿轮61套接在第一输入传动轴4上，其中，所述一档主动齿轮51套接在所述第一输入传动轴4的中部，所述二档主动齿轮61套接在所述第一输入传动轴4的端部。
还包括中间轴7，所述中间轴7与所述第一输入传动轴4相平行，所述一档从动齿轮52与所述二档从动齿轮62分别套设在所述中间轴7上，具体为：所述一档从动齿轮52套接在所述中间轴7的端部，且与所述一档主动齿轮51相啮合，所述二档从动齿轮62套接在所述中间轴7的中部，与所述二档主动齿轮61相啮合。
在所述第一输入传动轴4上装有同步器8，所述同步器8位于所述一档主动齿轮51与所述二档主动齿轮61之间，当所述同步器8与所述一档主动齿轮51结合时，车辆处于高档；当所述同步器8与所述二档主动齿轮61结合时，车辆处于低档，当同步器8与所述一档主动齿轮51、所述二档主动齿轮61均断开时，车辆处于空挡。
还包括与所述第一输入传动轴4相平行的中间轴7，所述一档从动齿轮52与中间轴7的输入端相轴接，且与所述一档主动齿轮51相啮合，所述二档从动齿轮62套接在中间轴7的中部，且与所述二档主动齿轮61相啮合。
所述第二电机3轴接有第三输入传动轴31，通过利用所述第二电机3能够驱动所述第三输入传动轴31进行转动，所述第二电机3的动力一方面来自自身，另一方面来自第一电机2在为发动机1提供动力输出后额外的动力会传递至第二电机3，为第二电机3提供动力，所述第三输入传动轴31的输出端轴接有第三主动齿轮32，在所述中间轴7的输出端轴接有第三从动齿轮9，所述第三主动齿轮32与所述第三从动齿轮9相啮合。
所述第三从动齿轮9还啮合有减速从动齿轮10，所述减速从动齿轮10连接有差速器11，来自所述第一电机2、发动机1或者第三电机的动力，通过所述减速从动齿轮10将动力传递至所述差速器11。
所述发动机1的输出端通过离合器与所述第一输入传动轴4的输入端相连接，通过利用离合器能够断开或者接通来自发动机1的动力。
所述第一电机2连接有第二输入传动轴21的输入端，所述第二输入传动轴21的输出端连接有齿轮组，所述齿轮组包括第一主动齿轮22和第二主动齿轮23，其中，所述第一主动齿轮22与所述第二输入传动轴21的输出端相连接，所述第二主动齿轮23与所述第一输入传动轴4的中间相连接，这样，将所述第一电机2与所述发动机1布置在同侧，有利于整车的布置，所述第一电机2或者所述发动机1可以选择性介入至变速装置中输入动力。
下面结合具体的工作模式来进一步说明本发明的技术方案，如以下表格中所示，本实施例能够实现以下几种模式：
(1)纯电模式：
关闭发动机1，控制离合器断开所述第一输入传动轴4与发动机1之间连接，启动所述第一电机2和所述第二电机3，所述第一电机2和所述第二电机3作为动力源，其中，所述第一电机2通过所述第二输入传动轴21将动力传递至第一主动齿轮22，通过所述第一主动齿轮22带动所述第二主动齿轮23进行转动，进而将动力传递至所述第一输入传动轴4，将所述同步器8与所述一档主动齿轮51相结合，动力通过所述一档主动齿轮51能够传递至所述一档从动齿轮52，再经过所述中间轴7传递至所述第三从动齿轮9，这样形成一个动力输出路径。
同时，所述第二电机3在工作时，能够通过所述第三输入传动轴31将动力传递至所述第三主动齿轮，通过所述第三主动齿轮能够将动力传递至所述第三从动齿轮9，这样，所述第三从动齿轮9能够获得来自第一电机2和所述第二电机3的动力，驱动所述减速齿轮进行转动，为差速器11提供动力，能够实现纯电动高档。
当需要实现纯电动低档工作时，仅仅需要将所述同步器8与所述一档主动齿轮51分开，并且滑动至所述二档主动齿轮61，与所述二档主动齿轮61相结合，所述第一电机2提供的动力，通过所述第一输入传动轴4将动力传递至所述二档主动齿轮61，所述二档主动齿轮61能够将动力传递至所述二档从动齿轮62，并通过与其相连接的中间轴7传递至所述第三从动齿轮9，同样地，所述第二电机3也能够为所述第三从动齿轮9输送动力。
(2)串联模式：
所述第一电机2工作，能够将动力通过所述第一主动齿轮22传递至所述第二主动齿轮23，为所述第一输入传动轴4提供动力；将离合器结合，启动发动机1，所述第一电机2能够使发动机1快速达到匹配的速度，并共同驱动所述第一输入传动轴4转动，将同步器8与所述一档主动齿轮51和所述二档主动齿轮61均分开，使同步器8处于空挡状态，所述第一输入传动轴4能够通过一档主动齿轮51或者二档主动齿轮61自由传递动力至所述第三从动齿轮9，所述第二电机3工作，也能够为所述第三从动齿轮9提供动力，这样，车辆处于中低速状态。
(3)并联模式：
所述第一电机2工作，能够为所述第一输入传动轴4提供动力，启动发动机1，通过所述第一电机2能够在传递动力的同时，快速唤起发动机1，使其在短时间内达到与所述第一电机2转速相匹配的速度，共同驱动所述第一输入传动轴4转动，将所述同步器8与所述一档齿轮组或者所述二档齿轮组结合，能够实现并联模式下的高低档；在此过程中，第一电机2还能够为第二电机3提供动力，通过利用所述第二电机3，并且能够调整第二电机3与发动机1之间的转速，使其耦合后共同为所述第三从动齿轮9进一步提供动力，满足高档位动力需求。
(4)停车模式：
将离合器断开，且发动机1停止工作，第一电机2停止工作，第二电机3停止工作，使同步器8处于空挡状态，车辆完全失去动力源，此时处于停车状态；
(5)倒车模式：
将离合器结合，发动机1或者第一电机2工作状态不限，利用第二电机3进行反转，带动所述第三主动齿轮进行转动，所述第三主动齿轮能够驱动所述第三从动齿轮9进行转动，为减速齿轮提供相反的动力，同时，由于所述第三从动齿轮9在转动过程中会驱动所述中间轴7进行转动，为了防止动力流失，通过将同步器8处于空挡状态，能够使动力传递至一档齿轮组或者二档齿轮组时中断，缩短动力传递路径，将动力集中输入至第三从动齿轮9，来满足车辆倒车的动力需求。
通过以上技术方案，本实施例所提供的一种多档多模混合动力变速系统，在车辆中低速时，通过发动机能够高效率地将机械能转化为电能，供电动机驱动车辆在中低速行驶；当车辆处于高速(例如，车速＞60km/h)巡航时，发动机恢复机械直连驱动整车行驶，此时发动机的机械负荷也高，燃油经济性较好，优于传动的串联混合动力模式。
另外，本系统结构设置巧妙，在不明显增加系统机械功能实现的复杂度的前提下，能够进一步优化发动机在机械传动时的效率，大幅度降低了对发动机和电机的功率，显著提升了单位效率，降低了成本。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.变速系统，其特征在于，包括发动机、第一电机和第二电机，三者分别与变速装置相连接，变速装置包括第一输入传动轴，共同串联在所述第一输入传动轴上的一挡齿轮组和二挡齿轮组，在所述第一输入传动轴上还设有同步器，同步器能够与一挡齿轮组、二挡齿轮组断开或者结合；一挡齿轮组和二挡齿轮组还共同串联在中间轴；中间轴的端部连接有齿轮副，齿轮副分别与第三输入传动轴、减速从动齿轮相连接，第三输入传动轴与第二电机相连接，减速从动齿轮与差速器相连接，发动机、第一电机分别与第一输入传动轴相连接，且布置在变速装置的同侧，发动机的输出轴与第一输入传动轴之间通过离合器相连接。
2.如权利要求1所述的变速系统，其特征在于，一挡齿轮组包括相啮合的一挡主动齿轮和一挡从动齿轮，二挡齿轮组包括相啮合的二挡主动齿轮和二挡从动齿轮，连接于第三输入传动轴上的齿轮副包括相啮合的第三主动齿轮和第三从动齿轮，其中，所述第三输入传动轴轴接于第三主动齿轮上，所述中间轴轴接于第三从动齿轮上，所述第三从动齿轮通过减速从动齿轮将动力传递至差速器。
3.如权利要求2所述的变速系统，其特征在于，所述一挡主动齿轮套设在第一输入传动轴上，所述二挡主动齿轮套设在第一输入传动轴的输出端，同步器位于一挡主动齿轮与二挡主动齿轮之间，所述一挡从动齿轮套接于中间轴的输入端，所述二挡从动齿轮套接在中间轴的中部，第三从动齿轮套接于中间轴的输出端。
4.如权利要求1至3任一项所述的变速系统，其特征在于，连接于第一输入传动轴的齿轮副包括相啮合的第一主动齿轮和第二主动齿轮，其中第一主动齿轮与所述第一输入传动轴的输出端相连接，第二主动齿轮套设在第二输入传动轴上，所述第二输入传动轴与第一电机相连接。
5.变速方法，其特征在于，通过控制所述发动机、所述第一电机、所述变速装置和所述第二电机，能够实现不同工作模式。
6.如权利要求6所述的变速方法，其特征在于，所述工作模式至少包括以下工作模式中的一种：
(1)纯电模式，将离合器断开，发动机不工作，第一电机作为动力源工作，第二电机作为辅助动力源工作，同步器与一挡齿轮组或者二挡齿轮组结合，实现纯电模式下的高、低挡；
(2)串联模式，将离合器结合，发动机工作，第一电机工作，起到发动机的作用，第二电机作为电动机工作，同步器处于空挡；
(3)并联模式，将离合器结合，发动机工作，第一电机工作，第二电机工作，同步器与一挡齿轮组或者二挡齿轮组结合，实现并联模式下的高、低挡；
(4)停车模式，将离合器断开，发动机停止工作，第一电机停止工作，第二电机停止工作，同步器处于空挡状态，车辆完全失去动力源；
(5)倒车模式，将离合器结合，发动机或者第一电机工作状态不限，第二电机反转，同步器处于空挡状态，车辆实现倒车。
7.一种混合动力车辆，其特征在于，具有以上权利要求所述的变速系统，并且能够提供以上权利要求所述的变速方法，满足多模多档。
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