CN109203964A - 基于混合动力的三挡变速器驱动系统 - Google Patents

基于混合动力的三挡变速器驱动系统 Download PDF

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吴春耘
梁志海
张兴林
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Abstract

本发明揭示了一种基于混合动力的三挡变速器驱动系统,包括差速器,差速器的主减速齿轮可由混动驱动组件驱动,混动驱动组件包括相互平行的第一输入轴、第二输入轴以及第一输出轴,第一输入轴与发动机连接,另一端与第二输入轴连接;第二输入轴与辅助电机连接,离合器与空套在第二输入轴上的第二空心轴固接,第二空心轴与第一空心轴连接;第一空心轴通过齿轮组件与第一输出轴连接,第一输出轴上设有第一相连齿轮;还包括第二输出轴,第二输出轴通过齿轮组件由第一空心轴驱动,第二输出轴上设有第二相连齿轮。本发明主要体现在:结构简单,设计精巧,在三个挡位中均能实现并联混动,动力性能好,节油性能好,极大提高驾驶舒适性。

Description

基于混合动力的三挡变速器驱动系统
技术领域
本发明涉及混合动力汽车技术领域,具体而言,尤其涉及一种基于混合动力的三挡变速器驱动系统。
背景技术
面对能源和环保的压力,许多国家先后出台了相关的政策,鼓励混合动力车辆及其相关配套系统的开发和推广。混合动力汽车是指由两种或两种以上不同类型的动力源联合驱动的车辆,其中混合动力电动车需要至少有一种动力源提供电能。油电混合动力车是最早接受开发,目前发展最为广泛和成熟的混合动力车,其以传统的使用发动机的燃油汽车为基础,增加电动机作为第二动力驱动力,根据不同的工况适当地选择驱动模式。
如公布号CN108382188A公布了一种混合动力汽车动力系统,包括发动机、第一电机、第二电机、变速器和双离合器;所述变速器包括一挡齿轮对、二挡齿轮对、三挡齿轮对和变速器输出轴,其中一挡齿轮对由一挡动力动力输入齿轮和一挡动力输出齿轮组成,二挡齿轮对由二挡动力输入齿轮和二挡动力输出齿轮组成,三挡齿轮对由三挡动力输入齿轮和三挡动力输出齿轮组成;所述一挡动力输出齿轮、二挡动力输出齿轮和三挡动力输出齿轮均固定于所述变速器输出轴上;所述发动机与第一电机的转子刚性连接,所述第一电机与所述双离合器的主动盘通过第一输入轴刚性连接,所述三挡动力输入齿轮可转动地设置于所述第一输入轴上,并且与所述双离合器的第一从动盘固定;所述双离合器的第二从动盘与所述第二电机的转子通过第二输入轴传动连接,并且所述二挡动力输入齿轮和一挡动力输入齿轮均可转动设置于所述第二输入轴上,并且所述第二输入轴上设置有换挡机构,所述变速器的换挡机构可选择地将动力传递至一挡动力输入齿轮或二挡动力输入齿轮。
上述混合动力汽车动力系统存在如下缺陷:1、第二电机以两个挡位驱动,发动机以三个挡位驱动,这样导致混动模式下,发动机和第二电机不能满足所有挡位,不能很好地满足动力性和经济性要求;2、第一电机需反拖发动机启动直至发动机至高效经济区,而第一电机与发动机采用同轴设计,则需要匹配更大规格的第一电机,增加企业成本,同时,也增加了设计难度,如何将更大规格的第一电机放置原空间内也成为难题;3、驱动系统结构复杂,占用空间大、搭载不便。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足,提供一种基于混合动力的三挡变速器驱动系统。
本发明的目的通过以下技术方案来实现:
一种基于混合动力的三挡变速器驱动系统,包括差速器,所述差速器的主减速齿轮可由混动驱动组件或/和纯电驱动组件驱动,所述混动驱动组件至少包括设置在所述差速器一侧相互平行的第一输入轴、第二输入轴以及第一输出轴,所述第一输入轴的一端与发动机连接,另一端通过第一传动组件与第二输入轴连接;所述第二输入轴通过离合器的主动端与辅助电机的转子刚性连接,所述离合器的从动端与空套在所述第二输入轴上的第二空心轴固接,所述第二空心轴通过第二传动组件与空套在所述第一输入轴上的第一空心轴连接;所述第一空心轴通过齿轮组件与所述第一输出轴传动连接,所述第一输出轴上设有与所述主减速齿轮相啮合的第一相连齿轮;
还包括设置在所述差速器另一侧与所述第一空心轴平行的第二输出轴,所述第二输出轴通过所述齿轮组件由所述第一空心轴驱动,所述第二输出轴上设有与所述主减速齿轮相啮合的第二相连齿轮。
优选的,所述第一传动组件包括固设在所述第一输入轴上的第一主动传动齿轮,以及固设在所述第二输入轴上的第一从动传动齿轮,所述第一主动传动齿轮和第一从动传动齿轮相啮合。
优选的,所述第二传动组件包括固设在所述第二空心轴上的第二主动传动齿轮,以及固设在所述第一空心轴上的第二从动传动齿轮,所述第二主动传动齿轮和第二从动传动齿轮相啮合。
优选的,所述第一输入轴的一端依次通过减震盘和飞轮与所述发动机的电机轴固接。
优选的,所述齿轮组件至少包括固设在所述第一空心轴上的二挡主动齿轮和双联齿轮,以及空套在所述第一输出轴上与所述二挡主动齿轮相啮合的二挡从动齿轮和与所述双联齿轮相啮合的三挡从动齿轮,所述二挡从动齿轮和三挡从动齿轮之间还设有设置在所述第一输出轴上的二三同步器,所述二三同步器可选择地与所述二挡从动齿轮或三挡从动齿轮传动连接。
优选的,所述齿轮组件还包括空套在所述第二输出轴上与所述双联齿轮相啮合的一挡从动齿轮,以及位于所述一挡从动齿轮一侧设置在所述第二输出轴上的一挡同步器,所述一挡同步器可与所述一挡从动齿轮传动连接。
优选的,所述纯电驱动组件包括设置在变速箱内相互平行的第三输入轴和第三输出轴,所述第三输入轴的一端通过连接组件与主驱动电机连接,所述第三输入轴和第三输出轴之间通过第三传动组件连接,所述第三输出轴上设有与所述主减速齿轮相啮合的第三相连齿轮。
优选的,所述连接组件包括固设在所述主驱动电机电机轴上的主动连接齿轮,以及固设在所述第三输入轴上的从动连接齿轮,所述从动连接齿轮与所述主动连接齿轮啮合。
优选的,所述第三传动组件包括固设在所述第三输入轴上的第三主动传动齿轮,以及固设在所述第三输出轴上的第三从动传动齿轮,所述第三从动传动齿轮和所述第三主动传动齿轮啮合。
优选的,所述第二输出轴上还固设有一驻车棘轮。
本发明的有益效果主要体现在:
1、结构简单,设计精巧,在三个挡位中均能实现并联混动,动力性能好,节油性能好,极大提高驾驶舒适性;
2、辅助电机采用偏置,不与发动机处于在同一轴上,通过第一传动组件满足反拖发动机所需的转速、扭矩等,即可选用更小规格的辅助电机,降低成本,同时,便于设计布局,使布局更加合理;
3、车辆启动时,离合器处于分离状态,以主驱动电机进行驱动,驱动车辆至发动机可在高效经济区工作的车速时,辅助电机预先启动发动机并使其在高效经济区车速中介入驱动,实现并联混动,并可逐渐代替主驱动电机驱动,可极大地降低油耗,大大地节省成本;
4、在发动机换挡过程中主驱动电机补充动力差值保证系统换挡时动力不中断,提升驾驶的舒适性;
5、将传统意义上的倒挡去掉,通过主驱动电机倒转即可实现倒挡;
6、在主驱动电机单独工作的情况下,如电池包电量低于一定的设定值,辅助电机启动发动机,发动机启动至高效经济区通过辅助电机发电直接驱动主动电机或为电池包充电,当停车状态下发动为电池包补充电量;
6、车辆制动时,通过主驱动电机进行回收能量,避免能量的浪费;
7、发动机可在任一挡位上均可工作,实现较大范围的介入,适用于更多复杂的工况;
9、辅助电机在发动机并联介入系统工作时,可产生负载使发动机尽量逼近高校区工作,且产生的负载可用于发电,更节能。
10、本系统更紧凑,重量轻、体积小,有利于整车搭载。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明:
图1:本发明的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限于本发明,本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
如图1所示,本发明揭示了一种基于混合动力的三挡变速器驱动系统,包括差速器100,所述差速器100的主减速齿轮101可由混动驱动组件或/和纯电驱动组件驱动,所述差速器100的主减速齿轮101与汽车的轮毂连接。
本发明中,所述混动驱动组件至少包括设置在所述差速器100一侧相互平行的第一输入轴1、第二输入轴2以及第一输出轴3,所述第一输入轴1的一端依次通过减震盘12和飞轮13与所述发动机14的电机轴固接,为发动机提供惯性及稳定输出。所述第二输入轴2的一端通过离合器4的主动端41与辅助电机22的转子刚性连接,所述第一输入轴1和第二输入轴2之间通过第一传动组件传动连接。
当所述离合器4处于分离状态时,启动所述辅助电机22,所述辅助电机22转动通过所述离合器4的主动端41驱动上所述第二输入轴2转动,从而通过第一传动组件和第一输入轴1反拖发动机14启动,直至转动至经济高校区,以节省油耗。另外,所述辅助电机采用偏置,不与所述发动机14处于同一轴上,通过第一传动组件满足反拖所述发动机14所需的转速、扭矩等,即可选用更小规格的所述辅助电机22,降低成本,同时,便于设计布局,使布局更加合理。进一步的,所述第一传动组件包括固设在所述第一输入轴1上的第一主动传动齿轮11,以及固设在所述第二输入轴2上的第一从动传动齿轮21,所述第一主动传动齿轮11和第一从动传动齿轮21相啮合。
所述离合器4的从动端42与空套在所述第二输入轴2上的第二空心轴5固接,所述第二空心轴5通过第二传动组件与空套在所述第一输入轴1上的第一空心轴6连接。具体的,所述第二传动组件包括固设在所述第二空心轴5上的第二主动传动齿轮51,以及固设在所述第一空心轴6上的第二从动传动齿轮61,所述第二主动传动齿轮51和第二从动传动齿轮61相啮合。
本发明中,所述第一空心轴6通过齿轮组件与所述第一输出轴3传动连接,所述第一输出轴3上设有与所述主减速齿轮101相啮合的第一相连齿轮31,所述第一相连齿轮31转动时可驱动所述主减速齿轮101同步转动。另外,所述差速器100的 另一侧设有与所述第一空心轴6平行的第二输出轴7,所述第二输出轴7通过齿轮组件由所述第一空心轴6驱动,所述第二输出轴7上设有与所述主减速齿轮101相啮合的第二相连齿轮71,所述第二相连齿轮71转动时可驱动所述主减速齿轮101同步转动。
下面简单阐述一下所述齿轮组件的具体结构:所述齿轮组件至少包括固设在所述第一空心轴6上的二挡主动齿轮62和双联齿轮63,以及空套在所述第一输出轴3上与所述二挡主动齿轮62相啮合的二挡从动齿轮32和与所述双联齿轮63相啮合的三挡从动齿轮33,所述二挡从动齿轮32和三挡从动齿轮33之间还设有设置在所述第一输出轴3上的二三同步器34,所述二三同步器34可选择地与所述二挡从动齿轮32或三挡从动齿轮33传动连接。所述齿轮组件还包括空套在所述第二输出轴7上与所述双联齿轮63相啮合的一挡从动齿轮72,以及位于所述一挡从动齿轮72一侧设置在所述第二输出轴7上的一挡同步器73,所述一挡同步器73可与所述一挡从动齿轮72传动连接。本发明中所述第二输出轴7上还固设有一驻车棘轮74,当然,驻车棘轮74亦可设置在其他位置,本发明不做具体限定。
进一步的,所述纯电驱动组件包括设置在变速箱内相互平行的第三输入轴8和第三输出轴9,所述第三输入轴8的一端通过连接组件与主驱动电机81连接。进一步的,所述连接组件包括固设在所述主驱动电机81电机轴上的主动连接齿轮83,以及固设在所述第三输入轴8上的从动连接齿轮84,所述从动连接齿轮84与所述主动连接齿轮83啮合。所述第三输入轴8和第三输出轴9之间通过第三传动组件连接,所述第三传动组件包括固设在所述第三输入轴8上的第三主动传动齿轮82,以及固设在所述第三输出轴9上的第三从动传动齿轮92,所述第三从动传动齿轮92和所述第三主动传动齿轮82啮合。所述第三输出轴9上设有与所述主减速齿轮101相啮合的第三相连齿轮91。
本发明的第一设计要点在于:车辆在由所述主驱动电机单独驱动时,可将车辆驱动至高效经济器,待车辆进入高效经济区工作的车速时,所述辅助电机预先启动所述发动机后,所述离合器闭合,并使其在高效经济区车速中介入驱动,实现并联混动,并可逐渐代替主驱动电机驱动,可极大地降低油耗,大大地节省成本。同时,所述发动机在换挡过程中,所述主驱动电机可补充动力差值保证系统换挡时动力不中断,提升驾驶的舒适性。
本发明的第二设计要点在于:所述辅助电机为永磁同步电机,为汽车起动发电一体机,通过离合器设置在所述第二输入轴2上,就是直接以某种瞬态功率较大的电机替代传统的电机,在车辆起步阶段时反拖发动机启动,直至发动机转动至高效经济区,所述离合器闭合,所述发动机介入驱动,实现并联混动,并可逐渐代替主驱动电机驱动,可极大地降低油耗,大大地节省成本。当刹车时,所述辅助电机61是回馈制动,回馈制动又称再生发电制动,用以回收制动能量的节能效果。总之这是一种介于混合动力和传统汽车之间的一种成本低廉的节能和环保方案。
本发明中的第三设计要点在于:通过该设计,在混动过程中实现所述第三输出轴9和第一输出轴3或第二输出轴7上的两个功率相加。又因为功率是衡量汽车最高速度的物理量,功率越大的汽车的最高速度也越大,其爬坡性能以及加速性能也愈好。同时,所述第三输出轴9和第一输出轴3或第二输出轴7均有单独的驱动装置驱动,可以彼此独立的输出贡献扭矩。
下面简单阐述一下本发明的工作过程:
当车辆处于倒挡时,所述离合器4处于分离状态,所述主驱动电机81启动并反转,所述发动机14不进行动力输送,其动力传动路线如下:所述主驱动电机81—主动连接齿轮83—从动连接齿轮84—第三输入轴8—第三主动传动齿轮82—第三从动传动齿轮92—第三输出轴9—第三相连齿轮91—差速器100的主减速齿轮101,完成动力传输。
当车辆处于纯电驱动状态时,所述离合器4处于分离状态,所述主驱动电机81启动,其动力传动路线如下:所述主驱动电机81—主动连接齿轮83—从动连接齿轮84—第三输入轴8—第三主动传动齿轮82—第三从动传动齿轮92—第三输出轴9—第三相连齿轮91—差速器100的主减速齿轮101,完成动力传输。同时,所述辅助电机22可启动,反拖所述发动机14转动。
当车辆处于一挡混动状态时,所述离合器4处于结合状态,所述发动机14启动,其动力传递路线如下:发动机14—第一输入轴1—第一主动传动齿轮11—第一从动传动齿轮21—离合器4—第二主动传动齿轮51—第二从动传动齿轮61—第一空心轴6—双联齿轮63—一挡从动齿轮72—第二输出轴7—第二相连齿轮71—差速器100的主减速齿轮101,完成动力传输。同时,所述主驱动电机81也可启动,其动力传动路线如下:所述主驱动电机81—主动连接齿轮83—从动连接齿轮84—第三输入轴8—第三主动传动齿轮82—第三从动传动齿轮92—第三输出轴9—第三相连齿轮91—差速器100的主减速齿轮101,完成动力传输。此时,所述第三相连齿轮91的转速等于所述第二相连齿轮71的转速。
当车辆处于二挡混动状态时,所述离合器4处于结合状态,所述发动机14启动,其动力传递路线如下:发动机14—第一输入轴1—第一主动传动齿轮11—第一从动传动齿轮21—离合器4—第二主动传动齿轮51—第二从动传动齿轮61—第一空心轴6—二挡主动齿轮62—二挡从动齿轮32—第一输出轴3—第一相连齿轮31—差速器100的主减速齿轮101,完成动力传输。同时,所述主驱动电机81也可启动,其动力传动路线如下:所述主驱动电机81—主动连接齿轮83—从动连接齿轮84—第三输入轴8—第三主动传动齿轮82—第三从动传动齿轮92—第三输出轴9—第三相连齿轮91—差速器100的主减速齿轮101,完成动力传输。此时,所述第三相连齿轮91的转速等于所述第一相连齿轮31的转速。
当车辆处于三挡混动状态时,其动力传递路线与二挡混动状态时的状态雷同,就不做过多赘述。另外,本发明中,挡位的排布只是本发明中的一个实施例,以便于理解。当然,也可为其他方式排布,其他方式排布均处于本发明的保护范畴,因此,不做过多赘述。
本发明的有益效果主要体现在:
1、结构简单,设计精巧,在三个挡位中均能实现并联混动,动力性能好,节油性能好,极大提高驾驶舒适性;
2、辅助电机采用偏置,不与发动机处于在同一轴上,通过第一传动组件满足反拖发动机所需的转速、扭矩等,即可选用更小规格的辅助电机,降低成本,同时,便于设计布局,使布局更加合理;
3、车辆启动时,离合器处于分离状态,以主驱动电机进行驱动,驱动车辆至发动机可在高效经济区工作的车速时,辅助电机预先启动发动机并使其在高效经济区车速中介入驱动,实现并联混动,并可逐渐代替主驱动电机驱动,可极大地降低油耗,大大地节省成本;
4、在发动机换挡过程中主驱动电机补充动力差值保证系统换挡时动力不中断,提升驾驶的舒适性;
5、将传统意义上的倒挡去掉,通过主驱动电机倒转即可实现倒挡;
6、在主驱动电机单独工作的情况下,如电池包电量低于一定的设定值,辅助电机启动发动机,发动机启动至高效经济区通过辅助电机发电直接驱动主动电机或为电池包充电,当停车状态下发动为电池包补充电量;
6、车辆制动时,通过主驱动电机进行回收能量,避免能量的浪费;
7、发动机可在任一挡位上均可工作,实现较大范围的介入,适用于更多复杂的工况;
9、辅助电机在发动机并联介入系统工作时,可产生负载使发动机尽量逼近高校区工作,且产生的负载可用于发电,更节能;
10、本系统更紧凑,重量轻、体积小,有利于整车搭载。
应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施方式中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明,它们并非用以限制本发明的保护范围,凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于混合动力的三挡变速器驱动系统,包括差速器(100),所述差速器(100)的主减速齿轮(101)可由混动驱动组件或/和纯电驱动组件驱动,其特征在于:所述混动驱动组件至少包括设置在所述差速器(100)一侧相互平行的第一输入轴(1)、第二输入轴(2)以及第一输出轴(3),所述第一输入轴(1)的一端与发动机(14)连接,另一端通过第一传动组件与第二输入轴(2)连接;所述第二输入轴(2)通过离合器(4)的主动端(41)与辅助电机(22)的转子刚性连接,所述离合器(4)的从动端(42)与空套在所述第二输入轴(2)上的第二空心轴(5)固接,所述第二空心轴(5)通过第二传动组件与空套在所述第一输入轴(1)上的第一空心轴(6)连接;所述第一空心轴(6)通过齿轮组件与所述第一输出轴(3)传动连接,所述第一输出轴(3)上设有与所述主减速齿轮(101)相啮合的第一相连齿轮(31);
还包括设置在所述差速器(100)另一侧与所述第一空心轴(6)平行的第二输出轴(7),所述第二输出轴(7)通过所述齿轮组件由所述第一空心轴(6)驱动,所述第二输出轴(7)上设有与所述主减速齿轮(101)相啮合的第二相连齿轮(71)。
2.根据权利要求1所述的基于混合动力的三挡变速器驱动系统,其特征在于:所述第一传动组件包括固设在所述第一输入轴(1)上的第一主动传动齿轮(11),以及固设在所述第二输入轴(2)上的第一从动传动齿轮(21),所述第一主动传动齿轮(11)和第一从动传动齿轮(21)相啮合。
3.根据权利要求2所述的基于混合动力的三挡变速器驱动系统,其特征在于:所述第二传动组件包括固设在所述第二空心轴(5)上的第二主动传动齿轮(51),以及固设在所述第一空心轴(6)上的第二从动传动齿轮(61),所述第二主动传动齿轮(51)和第二从动传动齿轮(61)相啮合。
4.根据权利要求1所述的基于混合动力的三挡变速器驱动系统,其特征在于:所述第一输入轴(1)的一端依次通过减震盘(12)和飞轮(13)与所述发动机(14)的电机轴固接。
5.根据权利要求3所述的基于混合动力的三挡变速器驱动系统,其特征在于:所述齿轮组件至少包括固设在所述第一空心轴(6)上的二挡主动齿轮(62)和双联齿轮(63),以及空套在所述第一输出轴(3)上与所述二挡主动齿轮(62)相啮合的二挡从动齿轮(32)和与所述双联齿轮(63)相啮合的三挡从动齿轮(33),所述二挡从动齿轮(32)和三挡从动齿轮(33)之间还设有设置在所述第一输出轴(3)上的二三同步器(34),所述二三同步器(34)可选择地与所述二挡从动齿轮(32)或三挡从动齿轮(33)传动连接。
6.根据权利要求5所述的基于混合动力的三挡变速器驱动系统,其特征在于:所述齿轮组件还包括空套在所述第二输出轴(7)上与所述双联齿轮(63)相啮合的一挡从动齿轮(72),以及位于所述一挡从动齿轮(72)一侧设置在所述第二输出轴(7)上的一挡同步器(73),所述一挡同步器(73)可与所述一挡从动齿轮(72)传动连接。
7.根据权利要求1所述的基于混合动力的三挡变速器驱动系统,其特征在于:所述纯电驱动组件包括设置在变速箱内相互平行的第三输入轴(8)和第三输出轴(9),所述第三输入轴(8)的一端通过连接组件与主驱动电机(81)连接,所述第三输入轴(8)和第三输出轴(9)之间通过第三传动组件连接,所述第三输出轴(9)上设有与所述主减速齿轮(101)相啮合的第三相连齿轮(91)。
8.根据权利要求7所述的基于混合动力的三挡变速器驱动系统,其特征在于:所述连接组件包括固设在所述主驱动电机(81)电机轴上的主动连接齿轮(83),以及固设在所述第三输入轴(8)上的从动连接齿轮(84),所述从动连接齿轮(84)与所述主动连接齿轮(83)啮合。
9.根据权利要求8所述的基于混合动力的三挡变速器驱动系统,其特征在于:所述第三传动组件包括固设在所述第三输入轴(8)上的第三主动传动齿轮(82),以及固设在所述第三输出轴(9)上的第三从动传动齿轮(92),所述第三从动传动齿轮(92)和所述第三主动传动齿轮(82)啮合。
10.根据权利要求9所述的基于混合动力的三挡变速器驱动系统,其特征在于:所述第二输出轴(7)上还固设有一驻车棘轮(74)。
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CN111976459A (zh) * 2019-05-22 2020-11-24 上海汽车集团股份有限公司 一种汽车及其混合动力传动机构

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