CN111791686A - 一种能实现多种px功能的单电机混合动力变速系统 - Google Patents

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    • B60K6/547—Transmission for changing ratio the transmission being a stepped gearing

Abstract

本发明公开了一种能实现多种PX功能的单电机混合动力变速系统，包括输入轴及输出轴，所述输入轴包括第一输入轴及第二输入轴，所述第二输入轴为空心轴套装于所述第一输入轴外表面且所述第一输入轴和第二输入轴能够彼此独立转动，所述输出轴包括与第一驱动桥传动连接的第一输出轴及与第二驱动桥传动连接的第二输出轴，第一离合器，双离合装置，第四离合器及传动组件。本发明能够利用单电机实现了定轴式混合动力P0、P1、P2、P2.5、P3和P4不同构型功能的集合，新增的多个挡位可通过行驶需求变化进行多种工作模式的切换以获得最优的动力性和燃油经济性；本发明能够在现有变速器基础上进行改造，技术继承型好，保证工作稳定性的同时节省了成本。

Description

一种能实现多种PX功能的单电机混合动力变速系统
技术领域
本发明涉及混合动力车辆动力系统的混合动力变速器领域，具体涉及一种 能实现多种PX功能的单电机混合动力变速系统。
背景技术
由于化石燃料的减少和气候变暖的影响，新能源汽车的发展受到了前所未 有的关注。混合动力汽车作为新能源汽车的重要分支，正适用于目前纯电动汽 车和燃油汽车的过渡阶段，对其构型的研究则是发展混合动力汽车的重点方向 之一。
混合动力耦合装置可以分为行星齿轮式和定轴齿轮式，以及他们的组合。 定轴齿轮式混合动力耦合构型大致是基于传统变速器改装而来，根据电机所在 位置不同分为：P1、P2、P3和P4构型，以及他们之间的组合。而PS构型则属于 行星齿轮式结构，利用行星盘实现功率分流的效果，不包含在本发明中。
P0位于发动机曲轴前端，P1位于曲轴飞轮端，P2位于变速箱的输入轴，P3 位于变速箱的输出轴，P4则属于电机直接驱动车轮的结构，以上结构可统称为 PX构型。由于是基于传统变速器而来，因此PX构型具有低成本，技术继承型好， 可大规模应用等一系列优势。单一的PX由于自身结构的局限性，往往无法同时 实现其它构型的工作模式，如：P0和P1虽然具有启动发动机和行车充电的模式， 却无法实现纯电动行驶；P2在实现纯电行驶的同时却受制于电机和变速箱之间 狭小的安装位置，而且在适合电机直接驱动的纯电驱动时，仍不可避免要通过 变速箱传递动力，造成不必要的能量损失，P2的位置也使电机容易受到发动机 高温工作下温度的影响，导致功率下降；P3能够实现高效的制动能量回收和纯 电驱动，但驱动电机的工作范围不能优化，能耗较高，且电机直接与驱动轴连 接，无法单独实现启动发动机的功能，往往需要在发动机位置额外附加一个启 动电机，为了满足自动启停的需要，电机的功率也不能太小，形成P0+P3、P1+P3 等串并联结构；而P4则属于四驱车，满足上述要求的单电机一般无法同时实现 P4的功能，而单独的P4也无法实现启动发动机、行车充电等模式，常见的形式 为P0+P4和P2+P4等。若希望同时实现多种工作模式，则需要增加电机的个数， 这样不仅增加了结构复杂程度，而且对电池需求增大，在现有电池技术上会增 大电池组质量，使整车各方面性能下降。
现有的技术方向还包括对P2.5构型的研究，如申请号为CN201710803745.5 和CN201810282290.1的专利便是通过单电机和减速齿轮将动力输出到变速器 内部，属于P2.5结构的形式，不同之处在于前者将电机动力通过减速齿轮传递 到变速器内部的输入轴，而后者将电机动力传递到变速器内部的输出轴。P2.5 构型的优势是可以将电机整合在变速器内部，从而能减少体积，缺点是整体设 计变得复杂，如果通过较长的电机输入轴导入则占无法有效利用变速器空间。 P2.5电机位置难以同轴布置，异轴平行布置则影响传动效率。
公开号为CN110145571A的专利在实现无动力中断换挡的同时兼具了P0、 P1、P2的功能，但无法实现P4构型直接驱动另一车轮和P3构型通过减速齿轮在 输出轴耦合功能，同时挡位数量有限。本发明基于它的基础上进一步拓展，不 仅完善了P3构型的功能，而且新增了P4构型，真正意义上实现了多种PX模式的 集成，同时具有两驱和四驱模式切换的功能，新增的挡位设计方案也能够提高 发动机和电机驱动的效率。
因此，为解决以上问题，需要一种一种能实现多种PX功能的单电机混合动 力变速系统，能够利用单电机实现了定轴式混合动力P0、P1、P2、P2.5、P3和 P4不同构型功能的集合，新增的多个挡位可通过行驶需求变化进行多种工作模 式的切换以获得最优的动力性和燃油经济性；本发明能够在现有变速器基础上 进行改造，技术继承型好，保证工作稳定性的同时节省了成本。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种能实现多种PX功能的单电机混合动力变速系统，能够利用单电机实现了定轴式混合动力 P0、P1、P2、P2.5、P3和P4不同构型功能的集合，新增的多个挡位可通过行驶 需求变化进行多种工作模式的切换以获得最优的动力性和燃油经济性；本发明 能够在现有变速器基础上进行改造，技术继承型好，保证工作稳定性的同时节 省了成本。
本发明的一种能实现多种PX功能的单电机混合动力变速系统，包括输入 轴及输出轴，所述输入轴包括第一输入轴及第二输入轴，所述第二输入轴为空 心轴套装于所述第一输入轴外表面且所述第一输入轴和第二输入轴能够彼此独 立转动，所述输出轴包括与第一驱动桥传动连接的第一输出轴及与第二驱动桥 传动连接的第二输出轴，还包括：
第一离合器，所述第一离合器连接于所述第一输入轴与发动机输出轴之间， 用于保持或断开发动机输出轴与第一输入轴之间的动力传递；
双离合装置，所述双离合装置包括相互独立工作的第二离合器和第三离合 器，所述第二离合器连接于所述第二输入轴与空套电机轴之间，用于保持或断 开空套电机轴与第二输入轴之间的动力传递，所述第三离合器连接于所述第一 输入轴与电机轴之间，用于保持或断开电机轴与第一输入轴之间的动力传递， 所述电机轴和空套电机轴均与电机的转子连接；
第四离合器，所述第四离合器连接于电机轴与第二输出轴之间，用于保持 或断开电机轴与第二输出轴之间的动力传递；
传动组件，所述传动组件用于在所述输入轴和输出轴之间传递动力。
进一步，所述双离合装置的第三离合器为圆盘形，所述第二离合器为环于 所述第三离合器外周的圆环形，且所述第二离合器和第三离合器可以单独接合 或同时接合地双向传递动力。
进一步，所述传动组件包括多组一一对应啮合的齿轮组，所述齿轮组包括：
安装于所述第二输入轴上的第一主动齿轮和第三主动齿轮，所述第一主动 齿轮和所述第三主动齿轮沿轴向相邻布置且相互同步旋转；
空套于所述第一输入轴上的第二主动齿轮；
安装于所述空套电机轴上的第四主动齿轮；
安装于所述第一输出轴上的第二从动齿轮，所述第二从动齿轮与所述第二 主动齿轮啮合形成二挡齿轮组；
空套于所述第一输出轴上的第一从动齿轮、第三从动齿轮及第四从动齿轮， 所述第一从动齿轮与所述第一主动齿轮啮合形成一挡齿轮组，所述第三从动齿 轮与所述第三主动齿轮啮合形成三挡齿轮组，所述第四从动齿轮与所述第四主 动齿轮啮合形成四挡齿轮组。
进一步，所述传动组件还包括：
第一同步啮合机构，用于选择第一输入轴与第二输入轴/第二主动齿轮/空 接合位保持连接，所述第一同步啮合机构轴向位于所述第二主动齿轮及第二输 入轴之间，所述第一同步啮合机构可与所述第二主动齿轮或第二输入轴接合或 保持空接合位。
进一步，所述传动组件还包括：
第二同步啮合机构，用于选择第一输出轴与第一从动齿轮/第三从动齿轮/ 空接合位保持连接，所述第二同步啮合机构轴向位于所述第一从动齿轮与第三 从动齿轮之间，所述第二同步啮合机构可与所述第一从动齿轮或第三从动齿轮 接合或保持空接合位。
进一步，所述传动组件还包括：
第三同步啮合机构，用于选择第一输出轴与第四从动齿轮/空接合位保持连 接，所述第三同步啮合机构可与所述第四从动齿轮或空接合位保持连接，所述 输入轴能够配合所述第一同步啮合机构、第二同步啮合机构、第三同步啮合机 构、第一离合器、双离合装置及第四离合器选择任一一组啮合齿轮组或直接进 行所述输入轴和所述输出轴之间的动力传递。
进一步，所述电机为双输出电机，其动力输出端为电机轴和空套电机轴， 所述电机轴和所述空套电机轴为同步同向转动。
进一步，所述电机为发电电动机，可由所述发动机经由第一离合器及双离 合装置驱动所述电机的转子进行发电。
进一步，还包括传动轴及第五离合器，
传动轴与第一驱动桥传动连接，
第五离合器连接于第一输出轴与传动轴之间，用于保持或断开第一输出轴 与传动轴之间的动力传递。
进一步，还包括锥齿轮传动机构，用于改变发动机输出轴的输出方向，以 实现发动机的多种位置布置形式。
本发明的有益效果是：本发明公开的一种一种能实现多种PX功能的单电 机混合动力变速系统，能够利用单电机实现了定轴式混合动力P0、P1、P2、P2.5、 P3和P4不同构型功能的集合，新增的多个挡位可通过行驶需求变化进行多种 工作模式的切换以获得最优的动力性和燃油经济性；本发明能够在现有变速器 基础上进行改造，技术继承型好，保证工作稳定性的同时节省了成本。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为P0、P1、P2、P2.5、P3和P4构型电机位置示意图；
图2为本发明一种能够实现多种PX功能的单电机混合动力构型第一实施例结构简图；
图3为本发明一种能够实现多种PX功能的单电机混合动力构型第二实施例(发 动机横置)结构简图；
图4为本发明一种能够实现多种PX功能的单电机混合动力构型第三实施例结构简图；
图5为本发明一种能够实现多种PX功能的单电机混合动力构型第四实施例(发 动机横置)结构简图。
具体实施方式
图1为P0、P1、P2、P2.5、P3和P4构型电机位置示意图,图2为本发明 一种能够实现多种PX功能的单电机混合动力构型第一实施例结构简图,图3为 本发明一种能够实现多种PX功能的单电机混合动力构型第二实施例(发动机 横置)结构简图，图4为本发明一种能够实现多种PX功能的单电机混合动力 构型第三实施例结构简图,图5为本发明一种能够实现多种PX功能的单电机混 合动力构型第四实施例(发动机横置)结构简图，如图所示，本实施例中的一 种能实现多种PX功能的单电机混合动力变速系统包括输入轴及输出轴，所述 输入轴包括第一输入轴1及第二输入轴2，所述第二输入轴2为空心轴套装于 所述第一输入轴1外表面且所述第一输入轴1和第二输入轴2能够彼此独立转 动，所述输出轴包括与第一驱动桥D1传动连接的第一输出轴3及与第二驱动 桥D2传动连接的第二输出轴4，还包括：
第一离合器C1，所述第一离合器C1连接于所述第一输入轴1与发动机输出轴 0之间，用于保持或断开发动机输出轴0与第一输入轴1之间的动力传递；
双离合装置D，所述双离合装置D包括相互独立工作的第二离合器C2和第三 离合器C3，所述第二离合器C2连接于所述第二输入轴2与空套电机轴6之间，用 于保持或断开空套电机轴6与第二输入轴2之间的动力传递，所述第三离合器C3 连接于所述第一输入轴1与电机轴5之间，用于保持或断开电机轴5与第一输入轴 1之间的动力传递，所述电机轴5和空套电机轴6均与电机M的转子连接；
第四离合器C4，所述第四离合器C4连接于电机轴5与第二输出轴4之间，用 于保持或断开电机轴5与第二输出轴4之间的动力传递；
传动组件，所述传动组件用于在所述输入轴和输出轴之间传递动力。
本实施例中，所述双离合装置D的第三离合器C3为圆盘形，所述第二离合器 C2为环于所述第三离合器C3外周的圆环形，且所述第二离合器C2和第三离合器 C3可以单独接合或同时接合地双向传递动力。
本实施例中，所述传动组件包括多组一一对应啮合的齿轮组，所述齿轮组 包括：
安装于所述第二输入轴2上的第一主动齿轮1-1和第三主动齿轮3-1，所述第 一主动齿轮1-1和所述第三主动齿轮3-1沿轴向相邻布置且相互同步旋转；
空套于所述第一输入轴1上的第二主动齿轮2-1；
安装于所述空套电机轴6上的第四主动齿轮4-1；
安装于所述第一输出轴3上的第二从动齿轮2-2，所述第二从动齿轮2-2与所 述第二主动齿轮2-1啮合形成二挡齿轮组；
空套于所述第一输出轴3上的第一从动齿轮1-2、第三从动齿轮3-2及第四从 动齿轮4-2，所述第一从动齿轮1-2与所述第一主动齿轮1-1啮合形成一挡齿轮 组，所述第三从动齿轮3-2与所述第三主动齿轮3-1啮合形成三挡齿轮组，所述 第四从动齿轮4-2与所述第四主动齿轮4-1啮合形成四挡齿轮组。
本实施例中，所述传动组件还包括：
第一同步啮合机构S1，用于选择第一输入轴1与第二输入轴2/第二主动齿轮 2-1/空接合位保持连接，所述第一同步啮合机构S1轴向位于所述第二主动齿轮 2-1及第二输入轴2之间，所述第一同步啮合机构S1可与所述第二主动齿轮2-1 或第二输入轴2接合或保持空接合位。
本实施例中，所述传动组件还包括：
第二同步啮合机构S2，用于选择第一输出轴3与第一从动齿轮1-2/第三从动 齿轮3-2/空接合位保持连接，所述第二同步啮合机构S2轴向位于所述第一从动 齿轮1-2与第三从动齿轮3-2之间，所述第二同步啮合机构S2可与所述第一从动 齿轮1-2或第三从动齿轮3-2接合或保持空接合位。
本实施例中，所述传动组件还包括：
第三同步啮合机构S3，用于选择第一输出轴3与第四从动齿轮4-2/空接合位 保持连接，所述第三同步啮合机构S3可与所述第四从动齿轮4-2或空接合位保持 连接，所述输入轴能够配合所述第一同步啮合机构S1、第二同步啮合机构S2、 第三同步啮合机构S3、第一离合器C1、双离合装置D及第四离合器C4选择任一一 组啮合齿轮组或直接进行所述输入轴和所述输出轴之间的动力传递，实现输入 轴到输出轴之间的动力传递。
本实施例中，所述电机M为双输出电机M，其动力输出端为电机轴5和空套电 机轴6，所述电机轴5和所述空套电机轴6为同步同向转动。
本实施例中，所述电机M为发电电动机，可由所述发动机E经由第一离合器 C1及双离合装置D驱动所述电机M的转子进行发电。
本实施例中，还包括传动轴7及第五离合器C5，
传动轴7与第一驱动桥D1传动连接，
第五离合器C5连接于第一输出轴3与传动轴7之间，用于保持或断开第一输 出轴3与传动轴7之间的动力传递。
本实施例中，还包括锥齿轮传动机构Z，用于改变发发动机输出轴0的输出 方向，以实现发动机E的多种位置布置形式。
附图1为P0、P1、P2、P2.5、P3以及P4构型的电机位置分布图，从图中可以 看出正是由于电机的位置差异导致了不同构型具有不同的功能，若能在保持单 电机的情况下将PX构型各种功能整合，则可以实现优势互补的效益。
附图2中的一种能够实现多种PX功能的单电机混合动力构型第一实施例，由 同轴布置的纵置发动机E和电机M、发动机轴0、第一输入轴1、第二输入轴2、第 一输出轴3、第二输出轴4、电机轴5和空套电机轴6，其中第二输入轴2和空套电 机轴6为空心轴，分别套于第一输入轴1和电机轴5上；第一输出轴3与驱动桥D1 连接输出动力，第二输出轴4与驱动桥D2连接输出动力；发动机E与发动机轴0 连接，电机M的转子与电机轴5和空套电机轴6相连接；
第一离合器C1位于发动机轴0和第一输入轴1之间；第二离合器C2和第三离 合器C3共同组成了双离合装置D，其中第二离合器C2为圆环型，位于第三离合器 C3的外部，第二离合器C2两端分别连接第二输入轴2和空套电机轴6，第三离合 器C3两端分别与第一输入轴1和电机轴5相连；第四离合器C4则位于电机轴5和第 二输出轴4之间；
齿轮组中的第一主动齿轮1-1固定于第二输入轴2上，第一从动1-2空套于第 一输出轴3上，齿轮组中的第二主动齿轮2-1空套于第一输入轴1上，第二从动2-2 固定于第一输出轴3上，齿轮组中的第三主动齿轮3-1固定于第二输入轴2上，第 三从动3-2空套于第一输出轴3上，齿轮组中的第四主动齿轮4-1固定于空套电机 轴6上，也可以视作固定在双离合装置D靠近电机M的一侧，第四从动齿轮4-2则 空套于第一输出轴3上，每组主从动齿轮均为常啮合状态；
位于第一输入轴1上的第一同步啮合机构S1，可选择性地与第二主动齿轮 2-1或第二输入轴2相连接，或置于中间的空接合位置，位于第一输出轴3上的第 二同步啮合机构S2，可选择性地与第一从动齿轮1-2或第三从动齿轮3-2相连接， 或置于中间的空接合位置，位于第一输出轴3上的第三同步啮合机构S3，可选择 性地与第四从动齿轮4-2相连接，或置于中间的空接合位置，本发明中的第一同 步啮合机构S1、第二同步啮合机构S2及第三同步啮合机构S3均采用同步器。
本实施例中的一种能够实现多种PX功能的单电机混合动力变速系统，共有4 个齿轮组挡位，另外通过第一输入轴1、电机轴5和第二输出轴4可以形成的直接 挡；该构型可以实现车辆发动机驱动、纯电驱动、混合动力驱动、行车充电、 驻车充电、动能回收、行进中启动发动机、静态启动发动机和四轮驱动等工作 模式。由于能够实现每种工作模式的方式具有很多，限于篇幅在下文中将举个 例说明，同时还解释了如何实现多种PX的功能。
一挡发动机驱动：此时第一离合器C1结合，其余离合器断开，第一同步啮 合机构S1和第二同步啮合机构S2向右侧接合，第三同步啮合机构S3置于中间的 空接合位置，发动机E动力通过发动机轴0、第一离合器C1、第一输入轴1、第一 同步啮合机构S1、第二输入轴2、第一主动齿轮1-1、第一从动齿轮1-2、第二同 步啮合机构S2和第一输出轴3将动力传递到第一驱动桥D1。
二挡发动机驱动：此时第一离合器C1结合，其余离合器断开，第一同步啮 合机构S1向左侧结合，第二同步啮合机构S2及第三同步啮合机构S3置于中间的 空接合位置，发动机E动力通过发动机轴0、第一离合器C1、第一输入轴1、第一 同步啮合机构S1、第二主动齿轮2-1、第二从动齿轮2-2和第一输出轴3将动力传 递到第一驱动桥D1。
三挡发动机驱动：此时第一离合器C1结合，其余离合器断开，第一同步啮 合机构S1向右侧接合，第二同步啮合机构S2向左侧接合，第三同步啮合机构S3 置于中间的空接合位置，发动机E动力通过发动机轴0、第一离合器C1、第一输 入轴1、第一同步啮合机构S1、第二输入轴2、第三主动齿轮3-1、第三从动齿轮 3-2、第二同步啮合机构S2和第一输出轴3将动力传递到第一驱动桥D1。
四挡发动机驱动时：第一离合器C1、第二离合器C2结合，其余离合器断开， 第一同步啮合机构S1、第三同步啮合机构S3向右侧结合，第二同步啮合机构S2 置于中间的空接合位置，发动机E通过发动机轴0、第一离合器C1、第一输入轴1、 第一同步啮合机构S1、第二输入轴2、第二离合器C2、空套电机轴6、第四主动 齿轮4-1、第四从动齿轮4-2、第三同步啮合机构S3和第一输出轴3将动力传递到 第一驱动桥D1。
五挡发动机直接驱动时：第一离合器C1、第三离合器C3和第四离合器C4结 合，其余离合器断开，所有同步器置于中间的空接合位置，发动机E通过发动机 轴0、第一离合器C1、第一输入轴1、第三离合器C3、电机轴5、第四离合器C4 和第二输出轴4将动力传递到第二驱动桥D2。此时，汽车由第一驱动桥D1驱动变 为第二驱动桥D2驱动，发动机E直接驱动时的状态适合于高速工况，将获得良好 的燃油经济性。
一挡纯电驱动模式：第三离合器C3结合，其余离合器断开，第一同步啮合 机构S1与第二同步啮合机构S2向右侧接合，第三同步啮合机构S3位于中间的空 接合位置，电机M通过电机轴5、第三离合器C3、第一同步啮合机构S1、第二输 入轴2、第一主动齿轮1-1、第一从动齿轮1-2、第二同步啮合机构S2、第一输出 轴3将动力传递到第一驱动桥D1；或者第二离合器C2结合，其余离合器全部断开， 第二同步啮合机构S2向右侧接合，第一同步啮合机构S1和第三同步啮合机构S3 位于中间的空接合位置，电机M通过空套电机轴6、第二离合器C2、第二输入轴2、 第一主动齿轮1-1、第一从动齿轮1-2、第二同步啮合机构S2、第一输出轴3将动 力传递到第一驱动桥D1。
二挡纯电驱动模式：此时第三离合器C3结合，其余离合器断开，第一同步 啮合机构S1向左侧结合，第二同步啮合机构S2和第三同步啮合机构S3置于中间 的空接合位置，电机M通过电机轴5、第三离合器C3、第一输入轴1、第一同步啮 合机构S1、第二主动齿轮2-1、第二从动齿轮2-2和第一输出轴3将动力传递到第 一驱动桥D1。
三挡纯电驱动模式：第三离合器C3结合，其余离合器断开，第一同步啮合 机构S1向右侧接合，第二同步啮合机构S2向左侧接合，第三同步啮合机构S3位 于中间的空接合位置，电机M通过电机轴5、第三离合器C3、第一同步啮合机构 S1、第二输入轴2、第三主动齿轮3-1、第三从动齿轮3-2、第二同步啮合机构S2、 第一输出轴3将动力传递到第一驱动桥D1；或者第二离合器C2结合，其余离合器 全部断开，第二同步啮合机构S2向左侧接合，第一同步啮合机构S1和第三同步 啮合机构S3位于中间的空接合位置，电机M通过空套电机轴6、第二离合器C2、 第二输入轴2、第三主动齿轮3-1、第三从动齿轮3-2、第二同步啮合机构S2、第一输出轴3将动力传递到第一驱动桥D1。
四挡纯电驱动模式：所有离合器断开、第三同步啮合机构S3向右侧结合， 电机M通过空套电机轴6、第四主动齿轮4-1、第四从动齿轮4-2、第三同步啮合 机构S3和第一输出轴3将动力传递给第一驱动桥D1。
纯电直接驱动时：第四离合器C4结合，其余离合器断开，所有同步器置于 中间的空接合位置，电机M通过电机轴5、第四离合器C4和第二输出轴4将动力传 递到第二驱动桥D2。
由于结构的限制，P0，P1构型无法实现纯电动行驶功能，混动的节油效果 受到限制，往往只能作为微混存在。P2构型可以使电机有效利用变速器挡位， 从而使自身工作在高效区间，而在适合电机直驱的情况下，P3和P4构型则是更 高效的选择。本发明中的电机可以通过齿轮传动与输出轴相连，或不经由变速 器直接驱动输出轴，实现P3构型功能，也可以利用变速器挡位优化电机工作区 间，实现P2构型的功能。
混合动力驱动当动力在第一输入轴1上耦合时的一挡驱动的状态：第一离合 器C1、第三离合器C3结合，其余离合器断开，第一同步啮合S1、第二啮合机构 S2向右侧接合，第三同步啮合机构置于中间的空接合位置，发动机E和电机M的 动力通过第一输入轴1耦合后，再由第一同步啮合机构S1、第二输入轴2、第一 主动齿轮1-1、第一从动齿轮1-2、第二同步啮合机构S2和第一输出轴3将动力传 递到第一驱动桥D1。此时发动机E和电机M的动力在第一输入轴1进行耦合，实现 了P2混动模式主要的功能。
混合动力驱动当动力在第一输入轴1上耦合时的二挡驱动、三挡驱动的动力 传递与发动机单独驱动时的动力传递类似，只需将两者动力在第一输入轴1耦合 即可，在此不再赘述。
混合动力驱动当动力在空套电机轴6上耦合时的四挡驱动的状态：第一离合 器C1、第二离合器C2结合，其余离合器断开，第一同步啮合机构S1、第三同步 啮合机构S3向右侧接合，发动机E动力通过发动机轴0、第一离合器C1、第一同 步啮合机构S1、第二输入轴2和第二离合器C2将动力传递到空套电机轴6，电机M 输出动力和发动机E动力在空套电机轴6上耦合后，再由第四主动齿轮4-1、第四 从动齿轮4-2、第三同步啮合机构S3和第一输出轴3将动力传递到第一驱动桥D1。
混合动力驱动当动力在第一输出轴3上耦合时的一挡驱动状态：第一离合器 C1结合，其余离合器断开，第一同步啮合机构S1、第二同步啮合机构S2和第三 同步啮合机构S3向右侧结合，此时发动机E通过发动机轴0、第一同步啮合机构 S1、第二输入轴2、第一主动齿轮1-1、第一从动齿轮1-2和第二同步啮合机构S2 将动力传递到第一输出轴3，电机M则通过空套电机轴6、第四主动齿轮4-1、第 四从动齿轮4-2和第三同步啮合机构S3将动力传递到第一输出轴3，发动机E与电 机M的动力在第一输出轴3上进行耦合，再传递到第一驱动桥D1。
混合动力驱动当动力在第一输出轴3上耦合时的二挡驱动、三挡驱动、四挡 驱动的动力传递与上述一挡驱动状态下的类似，只需将两者动力在第一输出轴3 耦合即可，在此不再赘述。
混合动力驱动时的直接挡驱动与上述发动机直接驱动时类似，电机M动力与 发动机E动力在电机轴5上进行耦合。
混合动力工作模式是PX构型的核心功能之一，P2构型能够实现在变速器输 入轴的耦合，且电机布置在输入轴后，能够有效利用变速器挡位进行传动，从 而使自身工作在高效区间，但其自身的缺点为变速器会损失一部分的功率，且 易受发动机高温环境的影响，电机效率进一步降低等。P3构型在变速器输出轴 与发动机动力耦合，其优势是纯电驱动时的高效率，但在需要变速的情况下却 无法有效利用发动机挡位。本发明则将两者的优势合为一体，与整合在变速器 内部的某些P2.5构型相似，但本发明中电机却与发动机同轴布置的形式可以自 由跟变速器输入轴和输出轴耦合，兼具它们的功能，又能避免单一固定结构带 来的缺点。
行车充电：假定此时发动机E以一挡传递动力，第一离合器C1、第三离合器 C3结合，其余离合器断开，第一啮合机构S1、第二啮合机构S2向右侧接合，发 动机E动力由发动机轴0、第一离合器C1传递到第一输入轴1，第一输入轴1动力 将分向两个部分，一部分动力通过第一同步啮合机构S1、第二输入轴2、第一主 动齿轮1-1、第一从动齿轮1-2、第二同步啮合机构S2和第一输出轴3将动力传递 到第一驱动桥D1，另一部分则通过第一输入轴1、第三离合器C3和电机轴5将动 力传递至电机M，而此时电机M作为发电机工作，给车载电池充电。
行车充电时发动机二挡、三挡驱动状态与发动机单独在二挡、三挡工作时 状态相同，只需将第三离合器C3结合带动电机M发电即可。
直接挡行车充电时，第一离合器C1、第三离合器C3、第四离合器C4结合， 其余离合器断开，所有同步器均置于中间的空接合位置，发动机E动力经由发动 机轴0、第一离合器C1、第一输入轴1、第三离合器C3、电机轴5、第四离合器C4 和第二输出轴4将动力传递至第二驱动桥D2，在带动电机轴5旋转时将部分动力 驱动电机M作为发电机工作。
行车充电是P0、P1、P2、P2.5和P3构型的主要功能之一，当车载电池电量 过低时，发动机启动工作来驱动车辆正常行驶，同时驱动电机作为发电机工作， 为车载电池充电。传统P4构型由于与另一驱动桥没有直接机械或电气连接，无 法实现充电功能，通常需要在P0或P1处额外加装一个电机用于行车充电。相比 较而言，本发明则能实现任意挡位、不同工作模式(发动机，纯电和混动等) 下的行车充电功能。
动能量回收：第四离合器C4结合，其余离合器断开，汽车动能经由驱动桥 D2，第二输出轴4、第四离合器C4和电机轴5传递至电机M，电机M则作为发电机 将动能转化为电能存贮于车载电池中。
动能量回收是PX构型均可实现的功能之一，但相比较P0、P1、P2，由于绕 过了变速器和发动机部分的功率损耗，P3和P4的动能回收效率较高，是其构型 的主要优势之一。而本发明模式中的动能回收，则可以实现P4构型高效能量回 收的功能，不经过变速器和发动机等部分，做到损耗最低。
静态启动发动机：汽车静止状态下需要启动发动机E时，第一离合器C1、第 三离合器C3结合，其余离合器断开，所有同步器全部置于中间的空接合位置， 电机M动力经由电机轴5、第三离合器C3、第一输入轴1、第一离合器C1和发动机 轴0传递到发动机E，此时电机M作为启动电机工作。
行进中启动发动机：汽车在纯电动行驶过程中需要启动发动时，不论任何 挡位下，只需保证第一离合器C1、第三离合器C3结合，电机M动力能够经过电机 轴5、第三离合器C3、第一输入轴1、第一离合器C1和发动机轴0启动发动机E。
发动机的启停是P0、P1、P2构型的功能之一，而P3构型直接与驱动轴相连 接，P4构型本身则与发动机无任何机械连接，均无法作实现发动机启动的功能， 通常需要在发动机附近额外添加一个电机，为了保证频繁启停的需要电机功率 又不能太小，从而增加了设计制造成本。本发明在实现其他驱动模式的同时， 通过单电机实现了静态和行进中启动发动机的功能。
四驱模式：当汽车需要切换到混合动力四驱模式时，在发动机E正常驱动模 式下，电机M开始工作，此时第二离合器C2、第三离合器C3为断开状态，第一离 合器C1、第四离合器C4结合，发动机E可以在一挡、二挡或三挡传动下驱动第一 驱动桥D1输出动力，而电机M通过第二输出轴4将动力传递到第二驱动桥D2驱动 另一轴转动，从而实现了混动状态下的四驱功能。
四驱模式为P4构型特有的功能，若P0、P1、P2、P2.5和P3实现四驱行驶， 则需要将输出轴的动力通过分动箱传递到其它驱动桥。本发明仍然在单电机的 基础上，不需要增加分动箱而实现了P4的四驱功能，且前后桥的动力分配可利 用电机和发动机本身进行调节，优化工作区间，
倒车行驶：倒车行驶功能与上述纯电动驱动相似，只需将电机旋转方向改 为逆向，从而驱动车辆倒退。本发明利用电机倒转实现倒挡行驶功能，省略中 间传动齿轮等部件，节省了空间，降低成本。
附图3是本发明一种能够实现多种PX功能的单电机混合动力变速系统的 第二实施例结构简图，本实施例与第一实施例的区别在于：发动机E的布置方 式变为横置，发动机E的动力通过锥齿轮传动机构Z来改变方向，从而输入到 第一输入轴1。
附图4是本发明一种能够实现多种PX功能的单电机混合动力变速系统第 三实施例结构简图，本实施例与第一实施例的区别在于：第一输出轴1不再直 接与第一驱动桥D1连接，而是通过第五离合器C5和传动轴7相连，再由传动 轴7将动力传递至第一驱动桥D1。
当离合器C5结合时，工作模式与上述第一实施例相同。当第五离合器C5 断开时，第一输出轴3与第一驱动桥D1的动力传输也将中断，只能将动力传 递至第二驱动桥D2输出。此时类似于三轴式变速器，第一输出轴1实际上变 为中间轴，第二输入轴2实际上变为输出轴。额外增加的工作模式如下。
发动机驱动时：第一离合器C1结合，第三离合器C3断开，第一同步啮合 机构S1向左侧接合，发动机E动力通过发动机轴0、第一离合器C1、第一输 入轴1、第一同步啮合机构S1、第二主动齿轮2-1和第二从动齿轮2-2传递至 第一输出轴3(中间轴)，此时有三个挡位可以使用：第二同步啮合机构S2向 右接合，第三同步啮合机构S3置于中间的空接合位置，第二离合器C2和第四 离合器C4结合，动力通过第一从动齿轮1-2、第一主动齿轮1-1、第二输入轴2、 第二离合器C2、空套电机轴6、电机轴5、第四离合器C4、第二输出轴4传递 至第二驱动桥D2，此为挡位一；第二同步啮合机构S2向左侧接合，第三同步 啮合机构S3置于中间的空接合位置，第二离合器C2和第四离合器C4结合， 动力通过第三从动齿轮3-2、第三主动齿轮3-1、第二输入轴2、第二离合器C2、 空套电机轴6、电机轴5、第四离合器C4、第二输出轴4传递至第二驱动桥D2， 此为挡位二；第三同步啮合机构S3向右侧接合，第二同步啮合机构S2置于中 间的空接合位置，第四离合器C4结合，动力通过第四从动齿轮4-2、第四主动 齿轮4-1、空套电机轴6、电机轴5、第四离合器C4、第二输出轴4传递至第二 驱动桥D2，此为挡位三。
混合驱动时：在上述发动机E驱动的情况下，电机M开启工作，在上述三 个挡位的工作时电机同方向为之助力，从而提供能好的动力性和经济性表现。
行车充电：在上述发动机E驱动的情况下，电机M作为发电机工作，在上 述三个挡位的工作时将带动发电机给车载电池充电。
附图5是本发明一种能够实现多种PX功能的单电机混合动力构型第四实 施例结构简图，本实施例与第三实施例的区别在于：发动机E为横置，发动机 E的动力通过锥齿轮传动机构Z来改变方向，从而输入到第一输入轴1。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管 参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解， 可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的 宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种能实现多种PX功能的单电机混合动力变速系统，其特征在于：包括输入轴及输出轴，所述输入轴包括第一输入轴及第二输入轴，所述第二输入轴为空心轴套装于所述第一输入轴外表面且所述第一输入轴和第二输入轴能够彼此独立转动，所述输出轴包括与第一驱动桥传动连接的第一输出轴及与第二驱动桥传动连接的第二输出轴，还包括：
第一离合器，所述第一离合器连接于所述第一输入轴与发动机输出轴之间，用于保持或断开发动机输出轴与第一输入轴之间的动力传递；
双离合装置，所述双离合装置包括相互独立工作的第二离合器和第三离合器，所述第二离合器连接于所述第二输入轴与空套电机轴之间，用于保持或断开空套电机轴与第二输入轴之间的动力传递，所述第三离合器连接于所述第一输入轴与电机轴之间，用于保持或断开电机轴与第一输入轴之间的动力传递，所述电机轴和空套电机轴均与电机的转子连接；
第四离合器，所述第四离合器连接于电机轴与第二输出轴之间，用于保持或断开电机轴与第二输出轴之间的动力传递；
传动组件，所述传动组件用于在所述输入轴和输出轴之间传递动力。
2.根据权利要求1所述的一种能实现多种PX功能的单电机混合动力变速系统，其特征在于：所述双离合装置的第三离合器为圆盘形，所述第二离合器为环于所述第三离合器外周的圆环形，且所述第二离合器和第三离合器可以单独接合或同时接合地双向传递动力。
3.根据权利要求1所述的一种能实现多种PX功能的单电机混合动力变速系统，其特征在于：所述传动组件包括多组一一对应啮合的齿轮组，所述齿轮组包括：
安装于所述第二输入轴上的第一主动齿轮和第三主动齿轮，所述第一主动齿轮和所述第三主动齿轮沿轴向相邻布置且相互同步旋转；
空套于所述第一输入轴上的第二主动齿轮；
安装于所述空套电机轴上的第四主动齿轮；
安装于所述第一输出轴上的第二从动齿轮，所述第二从动齿轮与所述第二主动齿轮啮合形成二挡齿轮组；
空套于所述第一输出轴上的第一从动齿轮、第三从动齿轮及第四从动齿轮，所述第一从动齿轮与所述第一主动齿轮啮合形成一挡齿轮组，所述第三从动齿轮与所述第三主动齿轮啮合形成三挡齿轮组，所述第四从动齿轮与所述第四主动齿轮啮合形成四挡齿轮组。
4.根据权利要求3所述的一种能实现多种PX功能的单电机混合动力变速系统，其特征在于：所述传动组件还包括：
第一同步啮合机构，用于选择第一输入轴与第二输入轴/第二主动齿轮/空接合位保持连接，所述第一同步啮合机构轴向位于所述第二主动齿轮及第二输入轴之间，所述第一同步啮合机构可与所述第二主动齿轮或第二输入轴接合或保持空接合位。
5.根据权利要求4所述的一种能实现多种PX功能的单电机混合动力变速系统，其特征在于：所述传动组件还包括：
第二同步啮合机构，用于选择第一输出轴与第一从动齿轮/第三从动齿轮/空接合位保持连接，所述第二同步啮合机构轴向位于所述第一从动齿轮与第三从动齿轮之间，所述第二同步啮合机构可与所述第一从动齿轮或第三从动齿轮接合或保持空接合位。
6.根据权利要求5所述的一种能实现多种PX功能的单电机混合动力变速系统，其特征在于：所述传动组件还包括：
第三同步啮合机构，用于选择第一输出轴与第四从动齿轮/空接合位保持连接，所述第三同步啮合机构可与所述第四从动齿轮或空接合位保持连接，所述输入轴能够配合所述第一同步啮合机构、第二同步啮合机构、第三同步啮合机构、第一离合器、双离合装置及第四离合器将动力传递至所述输出轴。
7.根据权利要求6所述的一种能实现多种PX功能的单电机混合动力变速系统，其特征在于：所述电机为双输出电机，其动力输出端为电机轴和空套电机轴，所述电机轴和所述空套电机轴为同步同向转动。
8.根据权利要求7所述的一种能实现多种PX功能的单电机混合动力变速系统，其特征在于：所述电机为发电电动机，可由所述发动机经由第一离合器及双离合装置驱动所述电机的转子进行发电。
9.根据权利要求8所述的一种能实现多种PX功能的单电机混合动力变速系统，其特征在于：还包括传动轴及第五离合器，
传动轴与第一驱动桥传动连接，
第五离合器连接于第一输出轴与传动轴之间，用于保持或断开第一输出轴与传动轴之间的动力传递。
10.根据权利要求9所述的一种能实现多种PX功能的单电机混合动力变速系统，其特征在于：还包括锥齿轮传动机构，用于改变发动机输出轴的输出方向，以实现发动机的多种位置布置形式。
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