CN109664746A - 一种混合动力变速器和混合动力装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混合动力变速器和混合动力装置，包括奇数挡离合器、偶数挡离合器、第一输出轴、第二输出轴、奇数挡输入轴、偶数挡输入轴和电机输入轴，奇数挡输入轴上装配有三挡主动齿轮和五挡主动齿轮，偶数挡输入轴上装配有四挡主动齿轮和六挡主动齿轮；第一输出轴上套有四挡被动齿轮和六挡被动齿轮；第一输出轴上装配有四六挡同步器；第二输出轴上套有三挡被动齿轮和五挡被动齿轮；第二输出轴上装配有三五挡同步器；电机输入轴上套有电机一挡齿轮和电机二挡齿轮；电机输入轴上装配有一二挡同步器。本发明缓解或消除了目前双离合混动变速器零部件多、效率低、轴向尺寸大、低速顿挫、摩擦发热大、纯电动挡位过多或过少中的至少一个问题。

Description

一种混合动力变速器和混合动力装置

技术领域

本发明涉及混合动力汽车，具体涉及一种混合动力变速器和混合动力装置。

背景技术

目前国内对石油的依赖和消耗越来越大，环境问题越来越突出。虽然对汽车尾气排放的控制越来越严厉，直接排放的尾气对空气影响不大，但尾气进入空气通过光学作用形成的二次污染，已被证实是空气污染的主要来源之一。受制于环境的保护，传统汽车在节能减排方面往往力不从心。发动机的燃油效率问题难以攻克，自动变速器效率也达到了上限。如今除了继续往车身轻量化，降摩擦等方向发展外，混合动力汽车近年来得到飞速发展，电池技术日益提高，控制系统越来越成熟，各大汽车厂商也进一步加大研发力度。目前在混合动力汽车市场中强混路线占据了90%的市场份额，对应的企业主要为丰田，本田和通用。国内由于自动变速器主攻双离合变速器，因此大多研发的混合动力都是基于现成的双离合变速器。目前针对双离合器的混合动力变速器主要为P2结构和P3结构，P2结构即电机在双离合前，P3结构即电机在变速器的最终输出轴上。这两种结构的对变速器的改动小，但是存在重量大、成本高、集成化低、轴向尺寸长以及低速顿挫的缺点。

发明内容

本发明的目的是提出一种混合动力变速器，以减轻或消除至少一个上述的技术问题。

本发明所述的一种混合动力变速器，包括奇数挡离合器、偶数挡离合器、第一输出轴、第二输出轴、与所述奇数挡离合器相连的奇数挡输入轴、与所述偶数挡离合器相连的偶数挡输入轴以及用于输入驱动电机的动力的电机输入轴，所述奇数挡输入轴为套在所述偶数挡输入轴上的空心轴，所述奇数挡输入轴上装配有均与其同步转动的三挡主动齿轮和五挡主动齿轮，所述偶数挡输入轴上装配有均与其同步转动的四挡主动齿轮和六挡主动齿轮；

所述第一输出轴上装配有与其同步转动且用于输出动力的第一输出齿轮，所述第一输出轴上套有与所述四挡主动齿轮常啮合的四挡被动齿轮以及与所述六挡主动齿轮常啮合的六挡被动齿轮；所述第一输出轴上装配有与其同步转动的四六挡同步器，所述四六挡同步器能够选择性的与所述四挡被动齿轮和所述六挡被动齿轮中的一个结合；

所述第二输出轴上装配有与其同步转动且用于输出动力的第二输出齿轮，所述第二输出轴上套有与所述三挡主动齿轮常啮合的三挡被动齿轮以及与所述五挡主动齿轮常啮合的五挡被动齿轮；所述第二输出轴上装配有与其同步转动的三五挡同步器，所述三五挡同步器能够选择性的与所述三挡被动齿轮和所述五挡被动齿轮中的一个结合；

所述电机输入轴上套有与所述四挡主动齿轮常啮合的电机一挡齿轮以及与所述三挡主动齿轮常啮合的电机二挡齿轮；所述电机输入轴上装配有与其同步转动的一二挡同步器，所述一二挡同步器能够选择性的与所述电机一挡齿轮和所述电机二挡齿轮中的一个结合。

进一步，所述第一输出齿轮和所述第二输出齿轮布置成能够同时与差速器主减速齿轮啮合的结构。

本发明还提出了一种混合动力装置，包括发动机、驱动电机、差速器以及上述的混合动力变速器，所述偶数挡离合器和所述奇数挡离合器均与所述发动机的输出端相连，所述驱动电机用于驱动所述电机输入轴旋转，所述第一输出齿轮和所述第二输出齿轮均与所述差速器的差速器主减速齿轮相啮合。

本发明缓解或消除了目前双离合混合动力变速器零部件多、结构复杂、效率低、轴向尺寸大、低速顿挫、摩擦发热大、纯电动挡位过多或过少的问题中至少一个技术问题。同时保证了变速器多模式、多挡位的功能，提高了驾驶乐趣。相对于现有技术，本发明具有以下优点：连接双离合模块的输入轴上齿轮少，节省了轴向尺寸，利于整车搭载。在一个双离合模块和三个同步器作用下，实现了纯电动模式的三挡或四挡以及自动模式下六挡功能；只有纯电动参与一挡和二挡驱动，省去了为发动机设计的在一挡和二挡驱动的齿轮组，发动机只在三、四、五、六挡工作，设计的速比也是按照三、四、五、六挡设计，且驱动电机在该三、四、五、六挡均参与辅助驱动或发电，提高了发动机的效率，并且规避了双离合模块在一挡和二挡时容易出现顿挫和发热大的问题；零部件少，比常规6速DCT不论是齿轮数量还是同步器都少，成本更低且具有停车充电功能；传动链短，传动效率高；低速纯电动，高速混动，规避了发动机低速效率低的特点。

附图说明

图1为本发明所述的混合动力装置的原理图；

图2为本发明所述的混合动力装置的轴系布置图；

图3为本发明所述的混合动力装置在自动模式和纯电动模式时一挡动力传递路线示意图；

图4为本发明所述的混合动力装置在自动模式和纯电动模式时二挡动力传递路线示意图；

图5为本发明所述的混合动力装置在自动模式时三挡动力传递路线图；

图6为本发明所述的混合动力装置在自动模式时四挡动力传递路线图；

图7为本发明所述的混合动力装置在自动模式时五挡动力传递路线图；

图8为本发明所述的混合动力装置在自动模式时六挡动力传递路线图；

图9为本发明所述的混合动力装置在纯电动模式时三挡动力传递路线图；

图10为本发明所述的混合动力装置在停车充电模式时的动力传递路线图。

图中：1—发动机；2—减震器；3—双离合模块；4—偶数挡离合器；5—奇数挡离合器；6—输入轴；7—偶数挡输入轴；8—奇数挡输入轴；9—四挡主动齿轮；10—六挡主动齿轮；11—三挡主动齿轮；12—五挡主动齿轮；13—第一输出轴；14—四挡被动齿轮；15—六挡被动齿轮；16—第一输出齿轮；17—第二输出轴；18—三挡被动齿轮；19—五挡被动齿轮；20—第二输出齿轮；21—驱动电机；22—电机输入轴；23—电机一挡齿轮；24—电机二挡齿轮；25—四六挡同步器；26—三五挡同步器；27—一二挡同步器；28—差速器主减速齿轮；29—车轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1中所示的一种混合动力变速器，包括奇数挡离合器5、偶数挡离合器4、第一输出轴13、第二输出轴17、与奇数挡离合器5相连的奇数挡输入轴8、与偶数挡离合器4相连的偶数挡输入轴7以及用于输入驱动电机21的动力的电机输入轴22，奇数挡输入轴8为套在偶数挡输入轴7上的空心轴，奇数挡输入轴8和偶数挡输入轴7构成输入轴6，奇数挡输入轴8上装配有均与其同步转动的三挡主动齿轮11和五挡主动齿轮12，偶数挡输入轴7上装配有均与其同步转动的四挡主动齿轮9和六挡主动齿轮10；第一输出轴13上装配有与其同步转动且用于输出动力的第一输出齿轮16，第一输出轴13上套有与四挡主动齿轮9常啮合的四挡被动齿轮14以及与六挡主动齿轮10常啮合的六挡被动齿轮15；第一输出轴13上装配有与其同步转动的四六挡同步器25，四六挡同步器25能够选择性的与四挡被动齿轮14和六挡被动齿轮15中的一个结合；第二输出轴17上装配有与其同步转动且用于输出动力的第二输出齿轮20，第二输出轴17上套有与三挡主动齿轮11常啮合的三挡被动齿轮18以及与五挡主动齿轮12常啮合的五挡被动齿轮19；第二输出轴17上装配有与其同步转动的三五挡同步器26，三五挡同步器26能够选择性的与三挡被动齿轮18和五挡被动齿轮19中的一个结合；电机输入轴22上套有与四挡主动齿轮9常啮合的电机一挡齿轮23以及与三挡主动齿轮11常啮合的电机二挡齿轮24；电机输入轴22上装配有与其同步转动的一二挡同步器27，一二挡同步器27能够选择性的与电机一挡齿轮23和电机二挡齿轮24中的一个结合。作为一种优选，第一输出齿轮16和第二输出齿轮20布置成能够同时与差速器主减速齿轮28啮合的结构。上述混合动力变速器可设置一个变速器壳体，上述的轴、齿轮和同步器均可安装和支承于变速器壳体内。

如图1所示，在一种具体实施方式中还提出了一种混合动力装置，包括发动机1、驱动电机21、差速器以及上述的混合动力变速器，偶数挡离合器4和奇数挡离合器5均与发动机1的输出端相连，驱动电机21用于驱动电机输入轴6旋转，第一输出齿轮16和第二输出齿轮20均与差速器的差速器主减速齿轮28相啮合，动力经过与差速器相连的车轴29传递给车轮。具体实施时，包括有偶数挡离合器4和奇数挡离合器5的双离合模块3与发动机1相连，双离合模块3采用湿式和干式均可，还可以在双离合模块3和发动机1之间设置减震器2以起到减震降噪的作用；上述的电机输入轴22可以是与驱动电机21的输出轴相连的轴，也可以是驱动电机21的输出轴。混合动力装置的轴系布置图如图2所示，具有结构紧凑的优点。

上述混合动力装置各工作模式如下表所示：

一二挡同步器27挂一挡是指与电机一挡齿轮23结合，使得电机输入轴22驱动电机一挡齿轮23转动，一二挡同步器27挂二挡是指与电机二挡齿轮24结合，使得电机输入轴22驱动电机二挡齿轮24转动，一二挡同步器27挂空挡是指一二挡同步器27既不与电机一挡齿轮23结合也不与电机二挡齿轮24结合；三五挡同步器26挂三挡是指与三挡被动齿轮18结合，使得第二输出轴17驱动三挡被动齿轮18转动，三五挡同步器26挂五挡是指与五挡被动齿轮19结合，使得第二输出轴17驱动五挡被动齿轮19转动，三五挡同步器26挂空挡是指三五挡同步器26既不与三挡被动齿轮18结合也不与五挡被动齿轮19结合；四六挡同步器25挂四挡是指与四挡被动齿轮14结合，使得第一输出轴13驱动四挡被动齿轮14转动，四六挡同步器25挂六挡是指与六挡被动齿轮15结合，使得第一输出轴13驱动六挡被动齿轮15转动，四六挡同步器25挂空挡是指四六挡同步器25既不与四挡被动齿轮14结合也不与六挡被动齿轮15结合。

上述混合动力装置处于自动模式时：

如图3所示，一挡工作原理为：在自动模式下一挡只有纯电动驱动，偶数挡离合器4和奇数挡离合器5均处于断开状态，一二挡同步器27挂一挡，三五挡同步器26挂空挡，四六挡同步器25挂四挡；动力传递路线为：驱动电机21→一二挡同步器27→电机一挡齿轮23→四挡主动齿轮9→四挡被动齿轮14→四六挡同步器25→第一输出轴13→第一输出齿轮16→差速器主减速齿轮28，然后动力便可通过差速器传递给和车轴29。整个一挡动力传递到差速器只经过三组齿轮，分别是电机一挡齿轮23与四挡主动齿轮9，四挡主动齿轮9与四挡被动齿轮14，第一输出齿轮16与差速器主减速齿轮28。

如图4所示，二挡工作原理为：在自动模式下二挡工作模式也只有纯电动驱动，偶数挡离合器4和奇数挡离合器5均处于断开状态；一二挡同步器27挂二挡，三五挡同步器26挂三挡，四六挡同步器25挂空挡。动力传递路线为：驱动电机21→一二挡同步器27→电机二挡齿轮24→三挡主动齿轮11→三挡被动齿轮18→三五挡同步器26→第二输出轴17→第二输出齿轮20→差速器主减速齿轮28，然后动力便可通过差速器传递给和车轴29。

如图5所示，三挡工作原理为：在二挡传递路线的基础上，保持一二挡同步器27挂二挡、三五挡同步器26挂三挡、四六挡同步器25挂空挡。发动机1启动调速至目标转速，奇数挡离合器5慢慢结合；此时，驱动车辆的主要动力来自发动机1，发动机1的动力传递路线为：发动机1→减震器2→奇数挡离合器5→奇数挡输入轴8→三挡主动齿轮11→三挡被动齿轮18→三五挡同步器26→第二输出轴17→第二输出齿轮20→差速器主减速齿轮28，然后动力便可通过差速器传递给和车轴29。由于三挡主动齿轮11仍然与电机二挡齿轮24连接，且一二挡同步器27挂二挡，驱动电机21与发动机1属于并联关系，在需求功率较大时驱动电机21可以提供助力，在下坡或刹车情况时，驱动电机21可以发电机。

如图6所示，四挡工作原理为：一二挡同步器27挂一挡，三五挡同步器26摘挡至空挡，四六挡同步器25挂四挡，换挡完成后，偶数挡离合器4慢慢结合，奇数挡离合器5慢慢断开。发动机1的动力传递路线为：发动机1→减震器2→偶数挡离合器4→偶数挡输入轴7→四挡主动齿轮9→四挡被动齿轮14→四六挡同步器25→第一输出轴13→第一输出齿轮16→差速器主减速齿轮28，然后动力便可通过差速器传递给和车轴29。而四挡主动齿轮9通过电机一挡齿轮23及一二挡同步器27与驱动电机21连接，驱动电机21与发动机1也属于并联关系，驱动电机21可发电和提供助力。

如图7所示，五挡工作原理为：一二挡同步器27挂二挡，三五挡同步器26挂五挡，四六挡同步器25摘挡至空挡。偶数挡离合器4慢慢断开，奇数挡离合器5慢慢结合。发动机1动力传动路线为：发动机1→减震器2→奇数挡离合器5→五挡主动齿轮12→五挡被动齿轮19→三五挡同步器26→第二输出轴17→第二输出齿轮20→差速器主减速齿轮28，然后动力便可通过差速器传递给和车轴29。驱动电机21通过一二挡同步器27和电机二挡齿轮24与三挡主动齿轮11连接。由于三挡主动齿轮11与五挡主动齿轮12均与奇数挡输入轴8刚性连接，因此驱动电机21与发动机1也属于并联关系，驱动电机21可发电和提供助力。

如图8所示，六挡工作原理为：一二挡同步器27挂一挡，三五挡同步器26摘挡至空挡，四六挡同步器25挂六挡。奇数挡离合器5慢慢断开，偶数挡离合器4慢慢结合。发动机1的动力传递路线为：发动机1→减震器2→偶数挡离合器4→六挡主动齿轮10→六挡被动齿轮15→四六挡同步器25→第一输出轴13→第一输出齿轮16→差速器主减速齿轮28，然后动力便可通过差速器传递给和车轴29。驱动电机21通过一二挡同步器27和电机一挡齿轮23与四挡主动齿轮9连接。由于四挡主动齿轮9与六挡主动齿轮10均与偶数挡输入轴7刚性连接，因此驱动电机21与发动机1也属于并联关系，驱动电机21可发电和提供助力。

在以上六个挡位相互切换中，一二挡同步器27摘挡和挂挡之前，驱动电机21的扭矩需要断开，等到摘挡、挂挡成功后，驱动电机21扭矩再提供扭矩。在一、二挡位切换中，换挡有动力中断，而在二、三、四、五、六挡位切换时，无动力中断；在三、四、五、六挡位中，若一二挡同步器27为空挡，便切断了驱动电机21动力路线，则形成发动机1直驱结构，动力只来自发动机1。具体模式可根据整车控制策略进行转换。

上述混合动力装置处于纯电动模式时：

由于该混合动力装置可运用于插电式混合动力系统中，能够具有一定的电动行程，因此可具纯电动模式。该混合动力装置的纯电动模式有三挡，其中纯电动模式下一挡的工作原理与自动模式下的一挡的工作原理一致，纯电动模式下二挡的工作原理与自动模式下的二挡的工作原理一致，因此不重复介绍。如图9所示，纯电动模式下三挡工作原理为：偶数挡离合器4和奇数挡离合器5不工作；一二挡同步器27挂二挡，三五挡同步器26挂五挡，四六挡同步器25挂空挡。驱动电机21动力传递路线为：驱动电机21→一二挡同步器27→电机二挡齿轮24→三挡主动齿轮11→奇数挡输入轴8→五挡主动齿轮12→五挡被动齿轮19→三五挡同步器26→第二输出轴17→第二输出齿轮20→差速器主减速齿轮28，然后便可通过差速器传递给和车轴29。

纯电动模式下三个挡位切换时，在一二挡同步器27摘挡和挂挡完成之前，驱动电机21的扭矩断开，一二挡同步器27挂挡完成后驱动电机21扭矩恢复，一、二、三挡位互相转换，具有动力中断。

上述混合动力装置处于停车充电模式时：如图10所示，偶数挡离合器4断开，奇数挡离合器5结合，一二挡同步器27挂二挡，三五挡同步器26和四六挡同步器25挂空挡。发动机1的动力传递路线为：发动机1→减震器2→奇数挡离合器5→三挡主动齿轮11→电机二挡齿轮24→一二挡同步器27→驱动电机21，可以用发动机1直接带动驱动电机21发电。

上述的混合动力装置在纯电动模式下，可以实现纯电动三挡输出，由于挡位增加，动力性能得到提高，对于后半程提速具有有利效果，避免整个加速过程驱动电机21都处于高能耗工作。而在自动模式下，对于上述的混合动力装置而言具有六个挡位，但发动机1只能作用的挡位主要为三、四、五、六挡，一、二挡位只能纯电动。三、四、五、六挡位下，驱动电机21可根据路况对发动机1进行助力和发电，即并联驱动。该结构可以有效规避在低车速下现有双离合自动变速器加速顿挫感，以及低速下离合器摩擦发热大等不利情况，特别是对于干式离合器比较明显。对于上述的混合动力装置而言，由于低速一、二挡只有纯电动，双离合模块3不会介入，因此更加适合干式双离合器。在自动模式下，只有一、二挡切换时会有动力短暂中断，二、三、四、五、六挡之间切换时主要为双离合模块3介入换挡，没有动力中断。

上述的混合动力装置中均为平行轴常捏啮合传动，效率较高。输入轴6上的齿轮减少，因此轴向尺寸减小。自动模式下，对上述混合动力装置而言具有六挡位；纯电动模式下，可以实现三挡。在这种多模式和多挡位，在较少零件的情况下，只需三个同步器进行切换即可完成换挡，一般超过六挡的变速器需要至少四五个同步器。在纯电动模式具有三个挡位或四个挡位，可选用体积、功率更较小的驱动电机。

Claims (3)

1.一种混合动力变速器，其特征在于：包括奇数挡离合器（5）、偶数挡离合器（4）、第一输出轴（13）、第二输出轴（17）、与所述奇数挡离合器（5）相连的奇数挡输入轴（8）、与所述偶数挡离合器（4）相连的偶数挡输入轴（7）以及用于输入驱动电机（21）的动力的电机输入轴（22），所述奇数挡输入轴（8）为套在所述偶数挡输入轴（7）上的空心轴，所述奇数挡输入轴（8）上装配有均与其同步转动的三挡主动齿轮（11）和五挡主动齿轮（12），所述偶数挡输入轴（7）上装配有均与其同步转动的四挡主动齿轮（9）和六挡主动齿轮（10）；

所述第一输出轴（13）上装配有与其同步转动且用于输出动力的第一输出齿轮（16），所述第一输出轴（13）上套有与所述四挡主动齿轮（9）常啮合的四挡被动齿轮（14）以及与所述六挡主动齿轮（10）常啮合的六挡被动齿轮（15）；所述第一输出轴（13）上装配有与其同步转动的四六挡同步器（25），所述四六挡同步器（25）能够选择性的与所述四挡被动齿轮（14）和所述六挡被动齿轮（15）中的一个结合；

所述第二输出轴（17）上装配有与其同步转动且用于输出动力的第二输出齿轮（20），所述第二输出轴（17）上套有与所述三挡主动齿轮（11）常啮合的三挡被动齿轮（18）以及与所述五挡主动齿轮（12）常啮合的五挡被动齿轮（19）；所述第二输出轴（17）上装配有与其同步转动的三五挡同步器（26），所述三五挡同步器（26）能够选择性的与所述三挡被动齿轮（18）和所述五挡被动齿轮（19）中的一个结合；

所述电机输入轴（22）上套有与所述四挡主动齿轮（9）常啮合的电机一挡齿轮（23）以及与所述三挡主动齿轮（11）常啮合的电机二挡齿轮（24）；所述电机输入轴（22）上装配有与其同步转动的一二挡同步器（27），所述一二挡同步器（27）能够选择性的与所述电机一挡齿轮（23）和所述电机二挡齿轮（24）中的一个结合。

2.根据权利要求1所述的混合动力变速器，其特征在于：所述第一输出齿轮（16）和所述第二输出齿轮（20）布置成能够同时与差速器主减速齿轮（28）啮合的结构。

3.一种混合动力装置，其特征在于：包括发动机（1）、驱动电机（21）、差速器以及权利要求1或2所述的混合动力变速器，所述偶数挡离合器（4）和所述奇数挡离合器（5）均与所述发动机（1）的输出端相连，所述驱动电机（21）用于驱动所述电机输入轴（22）旋转，所述第一输出齿轮（16）和所述第二输出齿轮（20）均与所述差速器的差速器主减速齿轮（28）相啮合。