CN110722975A - 一种混合动力变速器 - Google Patents

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潘国扬
张志东
林健
李玉峰
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Abstract

本发明公开了一种混合动力变速器，其特征在于：包括一端连接发动机的输入轴，在输入轴上设有通过结合和分离控制动力传输及前进和倒挡的前进离合器和倒挡制动器，所述前进离合器和倒挡制动器的动力均可通过行星轮系传递至带轮变速机构，所述带轮变速机构的输入带轮轴端部连接有电机。本发明混合动力变速器，结构简单，降低系统开发难度，降低混动系统的开发成本及周期，可提升燃油经济性，便于整车布置，满足混合动力专用，具有较好的应用前景。

Description

一种混合动力变速器
技术领域
本发明属于检测装置技术领域，更具体地说，涉及一种混合动力变速器。
背景技术
当前基于CVT开发的典型的混合动力变速器包括电机、动力耦合机构和变速器。由内燃机或电机产生的动力分别传递到变速器，通过变速器将动力输出到车轮，并且内燃机和电机可以独立或同时将动力输出到变速器。通常混合动力系统具有纯内燃机驱动模式，纯电机驱动模式，内燃机和电机同时驱动模式。
典型的基于CVT变速器开发的混合动力系统有P2和P3两种架构形式，P2混动变速器需要新增一套耦合机构来实现发动机和电机动力的耦合和分离；耦合机构常称之为K0离合器，K0离合器有湿式多片离合器或干式多片离合器的形式，在某些异常工况下高压保护模式时(如电机失效、高压电电量不足、环境温度过低等)可能导致电机无法工作，此时需要发动机介入启动车辆，由于取消了传统自动变速器中液力变矩器起步机构，为了保证起步平顺性及防止发动机负载过大熄火的情况出现，往往是将变速箱内部的两套离合器改为起步离合器，来实现发动机起步功能。如日本加特可公司开发的CVT8混动变速器(JF016E/JF017E)，将内部DNR机构的前进和倒挡离合器均改成了具备滑差控制的起步离合器，而K0离合器采用了干式离合器。但是由于变速箱内部两套离合器改为起步离合器，增加了整个混动变速器的复杂程度，同时导致整个系统的成本上升，而且新增的两套起步离合器对控制也提出了更高的要求。P3混动变速器的电机布置在变速箱的输出轴位置，电机动力通过固定速比传递到轮端。如邦奇公司基于VT3开发的P3混动变速器，通过链条将电机与CVT输出带轮轴连接，从而将动力传递到车轮，发动机和电机动力在输出带轮轴处汇合。由于电机动力无法通过带轮系统的变速功能传递到车轮，为保证纯电动起步动力性，只能通过提高电机的扭矩或电机端速比来满足动力需求，这往往带来了成本的上升，并且在高车速时电机转速往往会被拖到12000rpm以上甚至更高，这对电机本身也提出了更高的要求，同时带来了高转速电机的NVH问题。电机工作区间也无法优化，无法保证电机工作在高效区。同时P3电机外挂在变速箱外侧，额外占用了前舱空间，导致整车布置难度较大。
所以需要有一种新的CVT混动变速器，除满足典型混合动力系统的工作模式外，在提升燃油经济性的同时可以降低系统的开发成本，同时易于整车前舱的布置。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种结构简单，可提升燃油经济性，便于整车布置，成本低，满足混合动力专用的混合动力变速器。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：所提供的这种混合动力变速器，其特征在于：包括一端连接发动机的输入轴，在输入轴上设有通过结合和分离控制动力传输及前进和倒挡的前进离合器和倒挡制动器，所述前进离合器和倒挡制动器的动力均可通过行星轮系传递至带轮变速机构，所述带轮变速机构的输入带轮轴端部连接有电机。
为使上述技术方案更加详尽和具体，本发明还提供以下更进一步的优选技术方案，以获得满意的实用效果：
所述带轮变速机构包括设于输入带轮轴上的输入带轮和设于输出带轮轴上的输出带轮，所述输入带轮和输出带轮之间通过钢带连接传动。
所述输入轴与所述输入带轮轴同轴布置。
所述输入带轮轴一端设有所述行星轮系，另一端连接所述电机。
所述输入轴上连接有机械泵。
所述电机的电机转子与所述输入带轮轴通过花键连接。
所述带轮变速机构的输出带轮轴上通过与其连接的齿轮机构传递动力至车轮。
所述齿轮机构包括设于所述输出带轮轴一端的输出主动齿轮，所述输出主动齿轮通过输出轴齿轮和差速器将动力传动至车轮。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：本发明混合动力变速器，结构简单，降低系统开发难度，降低混动系统的开发成本及周期，可提升燃油经济性，便于整车布置，满足混合动力专用，具有较好的应用前景。
附图说明
下面对本说明书的附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明混合动力变速器结构示意图。
附图中标记：1、输入轴，2、机械泵，3、前进离合器，4、倒挡制动器，5、行星轮系，6、输入带轮轴，7、电机定子，8、电机转子，9、输出带轮轴，10、钢带，11、输出主动齿轮，12、输出轴齿轮，13、差速器。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
本发明这种混合动力变速器，如图1所示，包括一端连接发动机的输入轴1，在输入轴1上设有通过结合和分离控制动力传输及前进和倒挡的前进离合器3和倒挡制动器4，前进离合器3和倒挡制动器4的动力均可通过行星轮系5传递至带轮变速机构，带轮变速机构的输入带轮轴6端部连接有电机。本发明CVT专用混合动力变速器，将电机和发动机分别布置在变速箱输入端前后两侧，其中电机布置在输入带轮轴6的后端，取消P2混动中的K0离合器。电机和发动机动力可以通过变速箱内部的离合器机构实现动力的分离与结合。混动系统可以实现纯内燃机驱动模式、纯电机驱动模式以及内燃机和电机同时驱动的模式，发动机和电机的动力均可以通过CVT带轮系统的无级调速功能输出到车轮端，可以满足发动机和电机始终工作在最佳效率区域，有效提高节油率。此结构相比P2混动少了一套K0离合器机构，可以有效降低系统成本及减小系统开发的风险。由于电机动力可以通过带轮系统的变速机构传递到车轮端，避免了P3混动速比不可调带来的电机扭矩过大、成本高、效率低、NVH性能差等问题。
本发明中，带轮变速机构包括设于输入带轮轴6上的输入带轮和设于输出带轮轴9上的输出带轮，输入带轮和输出带轮之间通过钢带10连接传动。输入轴1与输入带轮轴6同轴布置。输入带轮轴6一端设有行星轮系5，另一端连接电机。
本发明中，电机的电机转子8与输入带轮轴6通过花键连接。该电机转子支撑轴通过花键与输入带轮轴6后端连接，电机转子两端通过轴承支架支撑在壳体以及带轮轴上。
本发明这种混合动力变速器，变速箱内部两套湿式离合器机构，湿式离合器分别由一套摩擦片和钢片组成，离合器通过变速箱内部液压系统实现摩擦片和钢片的结合和分离。整个离合器组和无级变速器输入轴同轴。通过离合器的结合与分离实现发动机与电机动力的耦合与分离。当离合器分离时，可以实现纯电模式驱动车辆。当整车扭矩或者功率需求较大时，离合器结合，此时发动机动力可以介入与电机一同驱动车辆行驶，即混合动力模式。另外离合器结合时也可以实现发动机单独驱动，电机仅仅跟转不出扭矩，也可以在高速巡航时功率需求足够的情况下将发动机多余的功率给电机充电，也就是行驶中充电。
本发明这种混合动力变速器，前进及倒挡通过变速箱内部的两组离合器及行星轮系机构实现。通过两组离合器的结合与分离，结合行星轮系实现整车的前进及后退功能。并且两组离合器均为起步离合器，可以实现纯发动机启动车辆及纯发动机行驶功能。
本发明中，输入轴上连接有机械泵2。机械泵2通过输入轴和电机连接；电动泵外挂在壳体上面，通过整车12V电源及TCU控制驱动供油。机械泵，内燃机单独驱动或混动模式下，提供必要的压力油给带轮系统及离合器系统，从而保证传递需求的扭矩，同时给运转机构提供所需的润滑油，避免磨损或烧蚀等异常情况出现。电动泵作用：EV模式下，机械泵不工作，通过电动泵提供必要的压力油给带轮系统，从而传递扭矩；同时给远转机构提高所需的润滑油；给离合器提供压力油从而启动发动机；内燃机单独启动车辆时，提供必要的润滑油给起步离合器润滑。
本发明中，带轮变速机构的输出带轮轴上通过与其连接的齿轮机构传递动力至车轮。齿轮机构包括设于输出带轮轴9一端的输出主动齿轮11，输出主动齿轮11通过输出轴齿轮12和差速器13将动力传动至车轮。
如图1所示，包括根据本发明示例性实施的混合动力专用变速器进行描述。发动机通过花键与输入轴1连接、机械泵2与输入轴通过链条连接；由前进离合器3、倒挡制动器4、行星轮系5组成的DNR机构；输入轴1与前进离合器3连接，通过离合器结合、倒挡制动器4脱开实现前进挡功能；离合器分离，倒挡制动器4结合实现倒挡功能。带轮变速机构包括输入带轮轴6、钢带10、输出带轮轴9及输入带轮和输出带轮，离合器传递的动力通过行星轮系5传递到输入带轮轴6。电机总成包括电机定子7和电机转子8，其中电机转子8与输入带轮轴6通过花键连接，通过带轮变速机构将电机动力传递到输出主动齿轮11。输出主动齿轮11设于输出带轮轴9的一端，输出主动齿轮11与输出轴上的输出轴齿轮12及差速器13通过齿轮啮合传动，最终将动力传递到车轮。通过离合器的结合与分离，实现纯电动、混合动力、发动机单独驱动及启动发动机等功能。
纯电动驱动时，前进离合器3及倒挡制动器4断开，电机动力通过电机转子8经带轮变速机构变速后传递到输出带轮轴9，并经过输出主动齿轮11、输出轴齿轮12及差速器13将动力传递到车轮，实现纯电动起步及行驶功能。此时外挂在变速箱上的电动泵可提供必要的压力及润滑油。倒挡时通过电机反转实现倒车功能。
纯内燃机工作时，发动机连接输入轴1，通过前进离合器滑差控制将动力传递到变速箱带轮变速机构，并通过带轮系统变速后将动力传递到输出主动齿轮11、输出轴及差速器13，最终将动力传递到车轮，实现纯内燃机启动车辆及行驶功能。此时起步时的压力油及润滑油由与输入轴通过链条连接的机械泵提供。倒挡时传递路线与前进挡基本一致，只是此时前进离合器分离，倒挡制动器4结合。
混合动力模式时，前进离合器3结合，倒挡制动器4分离，电机与发动机同时出力，动力在变速箱输入带轮轴6汇合，并通过带轮系统变速后将动力传递到输出主动齿轮11、输出轴及差速器13，最终将动力传递到车轮，实现混动模式。倒挡时传递路线与前进挡基本一致，只是此时前进离合器3分离，倒挡制动器4结合，同时电机反转。
在减速过程中，车辆的惯性力矩通过齿轮组、带轮系统传递到电机，通过电机的发电功能实现发电将减速过程的能量回收到电池中，实现节能减排。
本发明混合动力变速器，结构简单，降低系统开发难度，降低混动系统的开发成本及周期，可提升燃油经济性，便于整车布置，满足混合动力专用，具有较好的应用前景
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，但是本发明并不受限于上述方式，只要采用本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进或直接应用于其它场合的，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种混合动力变速器，其特征在于：包括一端连接发动机的输入轴，在输入轴上设有通过结合和分离控制动力传输及前进和倒挡的前进离合器和倒挡制动器，所述前进离合器和倒挡制动器的动力均可通过行星轮系传递至带轮变速机构，所述带轮变速机构的输入带轮轴端部连接有电机。
2.按照权利要求1所述的混合动力变速器，其特征在于：所述带轮变速机构包括设于输入带轮轴上的输入带轮和设于输出带轮轴上的输出带轮，所述输入带轮和输出带轮之间通过钢带连接传动。
3.按照权利要求2所述的混合动力变速器，其特征在于：所述输入轴与所述输入带轮轴同轴布置。
4.按照权利要求3所述的混合动力变速器，其特征在于：所述输入带轮轴一端设有所述行星轮系，另一端连接所述电机。
5.按照权利要求1所述的混合动力变速器，其特征在于：所述输入轴上连接有机械泵。
6.按照权利要求1所述的混合动力变速器，其特征在于：所述电机的电机转子与所述输入带轮轴通过花键连接。
7.按照权利要求1至6任一项所述的混合动力变速器，其特征在于：所述带轮变速机构的输出带轮轴上通过与其连接的齿轮机构传递动力至车轮。
8.按照权利要求7所述的混合动力变速器，其特征在于：所述齿轮机构包括设于所述输出带轮轴一端的输出主动齿轮，所述输出主动齿轮通过输出轴齿轮和差速器将动力传动至车轮。
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