CN112193049B - 一种多档混合动力变速箱 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种多档混合动力变速箱，包括发动机、发电机、驱动电机，行星齿轮机构、输入轴、发电机输入轴、驱动电机输出轴、输出轴和差速器，发动机通过扭转减震器与输入轴相连，输入轴与发电机输入轴同轴布置，与驱动电机输出轴及输出轴相互平行布置，输入轴端头与行星架相连，输入轴上依次安设第一、第二、第三、第四齿轮，输出轴上依次安设第五、第六、第七、第八、第九齿轮，驱动电机输出轴上安设有第十齿轮，所述第一、第二、第三、第四齿轮分别与所述第六、第七、第八、第九齿轮相啮合，第五齿轮与差速器齿轮相啮合，第十齿轮与第六齿轮相啮合，本发明简化了传动系统，实现快速换挡，缩短动力中断的时间。

Description

一种多档混合动力变速箱
技术领域
本发明属于混合动力汽车的技术领域，尤其涉及一种多档混合动力变速箱。
背景技术
随着当今社会人们对节能环保的意识日渐增强，新能源汽车技术开始迅猛发展。混合动力车辆驱动技术是新能源汽车发展过程的核心阶段。提高燃油经济性、降低排放是混合动力技术面临的重要课题。现有的变速箱中由于采用输入轴内、外两个轴套轴方案，会相应的增加一根轴、两个轴承等零部件，成本较高，且在档位和工作模式切换过程中，没有电机主动调速，对同步器的技术要求高，时间较长，且无扭矩补偿，车辆动力中断感知明显，且成本相应也会高，更可能会导致换挡冲击。现有技术往往在结构上存在结构较复杂、效率损失过大的缺陷。因此，研发一种具有优异性价比的多档混合动力变速箱，很有价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，提供一种多档混合动力变速箱，结构简单，避免换挡时动力中断。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种多档混合动力变速箱，其特征在于，包括发动机、发电机、驱动电机，行星齿轮机构、输入轴、发电机输入轴、驱动电机输出轴、输出轴和差速器，所述发动机通过扭转减震器与所述输入轴相连，输入轴与所述发电机输入轴同轴布置，与所述驱动电机输出轴及输出轴相互平行布置，所述行星齿轮机构包括太阳轮、外齿圈、行星架和行星轮，所述太阳轮安设于发电机输入轴上，输入轴端头与所述行星架相连，输入轴上依次安设第一、第二、第三、第四齿轮，输出轴上依次安设第五、第六、第七、第八、第九齿轮，驱动电机输出轴上安设有第十齿轮，所述第一、第二、第三、第四齿轮分别与所述第六、第七、第八、第九齿轮相啮合，所述差速器上安设差速器齿轮，所述第五齿轮与所述差速器齿轮相啮合，所述第十齿轮与第六齿轮相啮合。
按上述方案，所述输入轴上还设有第一同步器和第二同步器，所述第一同步器位于所述第一、第二齿轮之间，所述第二同步器位于所述第三、第四齿轮之间。
按上述方案，所述第一同步器和第二同步器与所述输入轴固连，所述第一、第二、第三、第四齿轮均空套于输入轴上。
按上述方案，所述第五、第七、第八、第九齿轮均与所述输出轴固连，所述第六齿轮空套于输出轴上。
按上述方案，所述第十齿轮及差速器齿轮均固定安设。
按上述方案，所述输出轴上还设有离合器或第三同步器或湿式离合器，位于所述第六齿轮和第七齿轮之间。
本发明的有益效果是：提供一种多档混合动力变速箱，通过设置离合器，并使发动机一档从动齿轮和驱动电机输出从动齿在输出轴上共用齿轮，从而在无需额外增加齿轮副的前提下，实现了纯电驱动状态下的多档位驱动，并将传统的MT传动系统引入双电机传动系统中，在实现了多种驱动模式的同时，简化了传动系统的结构，通过发电机调节各档位齿轮的转速，实现快速换挡，缩短动力中断的时间；在发动机与发电机之间增加一个行星齿轮机构，作为减速器，解决发电机的工作转速范围受限于发动机转速，或采用了二级齿轮减速，但是空间不够紧凑的问题，本驱动系统可以让发电机的工作转速范围更宽，降低电机设计成本和能量损耗，而且结构紧凑，空间利用率高。
附图说明
图1为本发明一个实施例的分布示意图。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
如图1所示，一种多档混合动力变速箱，包括发动机1、发电机12、驱动电机22，行星齿轮机构10、输入轴3、发电机输入轴11、驱动电机输出轴21、输出轴13和差速器24，发动机通过扭转减震器2与输入轴相连，输入轴与发电机输入轴同轴布置，与驱动电机输出轴及输出轴相互平行布置，行星齿轮机构包括太阳轮10.1、外齿圈10.2、行星架10.3和行星轮10.4，太阳轮安设于发电机输入轴上，输入轴端头与行星架相连，输入轴上依次安设第一齿轮4、第二齿轮6、第三齿轮7、第四齿轮9，输出轴上依次安设第五齿轮14、第六齿轮15、第七齿轮17、第八齿轮18、第九齿轮19，驱动电机输出轴上安设有第十齿轮20，第一、第二、第三、第四齿轮分别与第六、第七、第八、第九齿轮相啮合，差速器上安设差速器齿轮23，第五齿轮与差速器齿轮相啮合，第十齿轮与第六齿轮相啮合。
第一同步器5固连在输入轴上，包含左侧接合端5.1和右侧接合端5.2。第一齿轮和第二齿轮空套在输入轴上，可分别通过与第一同步器的左侧接合端5.1和右侧接合端5.2接合，从而实现与输入轴的连接。
第二同步器8固连在输入轴上，包含左侧接合端8.1和右侧接合端8.2。第三齿轮和第四齿轮空套在输入轴上，可分别通过与第二同步器的左侧接合端8.1和右侧接合端8.2接合，从而实现与输入轴的连接。
第五齿轮固连在输出轴上，与固连在差速器上的差速器齿轮啮合。
同步器的结构形式可以用湿式离合器或牙嵌式离合器替代。
输出轴上还设有离合器16，位于第六齿轮和第七齿轮之间。离合器的结构形式可以用同步器或湿式离合器替代。
通过设置离合器，并将传统的MT(手动变速器)传动系统引入双电机传动系统中，在实现了多种驱动模式的同时，简化了传动系统的结构。
该结构可以实现如下功能：
纯电驱动：
驱动电机有三个前进的档位，动力传递路径说明如下:
纯电1档：
接合离合器，驱动电机22输出动力依次通过驱动电机输出轴21、第十齿轮20、第六齿轮15、离合器16、输出轴13、第五齿轮14递到差速器齿轮23上，经由差速器24把动力传递给车辆驱动轴。
纯电2档：
接合第一同步器5的左侧接合端5.1，接合第二同步器8的左侧接合端8.1，驱动电机22输出动力依次通过驱动电机输出轴21、第十齿轮20、第六齿轮15、第一齿轮4、第一同步器5、输入轴3、第二同步器8、第三齿轮7、第八齿轮18、输出轴13、第五齿轮14传递到差速器齿轮23上，经由差速器24把动力传递给车辆驱动轴。
纯电3档：
接合第一同步器5的左侧接合端5.1，接合第二同步器8的右侧接合端8.2，驱动电机22输出动力依次通过驱动电机输出轴21、第十齿轮20、第六齿轮15、第一齿轮4、第一同步器5、输入轴3、第二同步器8、第四齿轮9、第九齿轮19、输出轴13、第五齿轮14传递到差速器齿轮23上，经由差速器24把动力传递给车辆驱动轴。
通过设置离合器16，并使发动机一档从动齿轮和驱动电机输出从动齿轮在输出轴上共用齿轮(第六齿轮15)，从而在无需额外增加齿轮副的前提下，实现了纯电驱动状态下的多档位驱动。
驱动电机纯电驱动换挡过程的调速与扭矩补偿方法：
驱动电机22纯电驱动档位切换，发电机12在换挡过程中可以进行调速同步，也可进行短时间的扭矩补偿，从而避免动力中断。
纯电1档起步：
接合离合器16，驱动电机22输出动力依次通过驱动电机输出轴21、第十齿轮20、第六齿轮15、离合器16、输出轴13、第五齿轮14递到差速器齿轮23上，经由差速器24把动力传递给车辆驱动轴。
纯电1档升2档：
发电机12产生的驱动力经过发电机输入轴11、行星齿轮机构10，传递到发动机输入轴3上，然后通过扭转减振器2反拖发动机1，使输入轴3的转速与第三齿轮7的转速快速同步。
接合同步器8的左侧接合端8.1，脱开离合器16，发电机12参入车辆驱动。发电机12输出动力经过发电机输入轴11、行星齿轮机构10，输入轴3、第二同步器8、第三齿轮7、第八齿轮18、输出轴13、第五齿轮14传递到差速器齿轮23上，经由差速器24把动力传递给车辆驱动轴。
此时，驱动电机22输出动力经过驱动电机输出轴21、第十齿轮20、第六齿轮15对第一齿轮4进行调速，使其转速与输入轴3转速接近到很小的范围，实现第一同步器5左侧接合端5.1两侧的转速快速同步。
接合第一同步器5左侧接合端5.1，挂入纯电2档，驱动电机正常驱动，发电机退出驱动，实现纯电1档升2档的过程。
纯电2档降1档：
脱开第一同步器5左侧接合端5.1，发电机12参入车辆驱动。发电机12输出动力经过发电机输入轴11、行星齿轮机构10，输入轴3、第二同步器8、第三齿轮7、第八齿轮18、输出轴13、第五齿轮14传递到差速器齿轮23上，经由差速器24把动力传递给车辆驱动轴。
此时，驱动电机22输出动力经过驱动电机输出轴21、第十齿轮20、对第六齿轮15进行调速，使其转速与输出轴13转速接近到很小的范围，实现离合器16接合端两侧的转速快速同步。
接合离合器16，脱开第二同步器8的左侧接合端8.1，挂入纯电1档，驱动电机正常驱动，发电机退出驱动，实现纯电2档降1档的过程。
纯电2档升3档：
脱开第二同步器8左侧接合端8.1，第一同步器5左侧接合端5.1保持接合，驱动电机22停止输出驱动力。发电机12产生的驱动力经过发电机输入轴11、行星齿轮机构10，传递到发动机输入轴3上，然后通过扭转减振器2反拖发动机1，使输入轴3的转速与第四齿轮9的转速快速同步。
接合第二同步器8右侧接合端8.2，发电机12结束调速，挂入纯电3档，驱动电机22正常驱动，实现纯电2档升3档过程。
纯电3档降2档：
脱开第二同步器8右侧接合端8.2，第一同步器5左侧接合端5.1保持接合，驱动电机22停止输出驱动力。发电机12产生的驱动力经过发电机输入轴11、行星齿轮机构10，传递到发动机输入轴3上，然后通过扭转减振器2反拖发动机1，使输入轴3的转速与第三齿轮7的转速快速同步。
接合第二同步器8左侧接合端8.1，发电机12结束调速，挂入纯电3档，驱动电机22正常驱动，实现纯电3档降2档过程。
发动机驱动：
发动机具有4个前进档位，动力传递路径说明如下:
ICE1档：
接合第一同步器5的左侧接合端5.1，接合离合器16，发动机1输出动力依次通过扭转减振器2、发动机输入轴3、第一同步器5、第一齿轮4、第六齿轮15、离合器16、输出轴13、第五齿轮14传递到差速器齿轮23上，经由差速器24把动力传递给车辆驱动轴。
ICE2档：
接合第一同步器5的右侧接合端5.2，断开离合器16，发动机1输出动力依次通过扭转减振器2、发动机输入轴3、第一同步器5、第二齿轮6、第七齿轮17、输出轴13、第五齿轮14传递到差速器齿轮23上，经由差速器24把动力传递给车辆驱动轴。
ICE3档：
接合第二同步器8的左侧接合端8.1，发动机1输出动力依次通过扭转减振器2、发动机输入轴3、第二同步器8、第三齿轮7、第八齿轮18、输出轴13、第五齿轮14传递到差速器齿轮23上，经由差速器24把动力传递给车辆驱动轴。
ICE4档：
接合第二同步器8的右侧接合端8.2，发动机1输出动力依次通过扭转减振器2、发动机输入轴3、第二同步器8、第四齿轮9、第九齿轮19、输出轴13、第五齿轮14传递到差速器齿轮23上，经由差速器24把动力传递给车辆驱动轴。
发动机驱动换挡过程的调速与扭矩补偿方法：
发动机端进行任意换档时，都可以让电机22进行扭矩填充，从而避免动力中断。
在发动机1动力端进行换档时，可以利用驱动电机22做扭矩补偿，接替发动机驱动车辆，同时发电机12调速做转速同步。驱动电机完成动力补偿后的工作状态，是驱动、发电还是停止工作，可以根据整车控制策略选择，以保证车辆处于最佳经济性或最佳动力性状态。
1档起步：
发电机12产生的驱动力经过发电机输入轴11、行星齿轮机构10，传递到发动机输入轴3上，然后通过扭转减振器2反拖发动机1到合适转速，同时驱动电机22输出动力经过驱动电机输出轴21、第十齿轮20、第六齿轮15对第一齿轮4进行调速，使其转速与输出轴3转速接近到很小的范围，实现第一同步器5左侧接合端5.1两侧的转速快速同步。
接合第一同步器5左侧接合端5.1，接合离合器16，发动机开始正常工作，实现在停车状态下，用1档起步。此时，离合器16接合端两侧的转速差，经过1档速比减速，处于一个较小的范围，
1档升2档：
第一同步器5左侧接合端5.1脱开，离合器16保持接合状态，发动机空转，启动驱动电机22。驱动电机22输出动力，沿着纯电1档的传递路径，经行动力补偿。
同时，发电机12产生的驱动力经过发电机输入轴11、行星齿轮机构10，传递到发动机输入轴3上，然后通过扭转减振器2反拖发动机1，使输入轴3的转速与第二齿轮6的转速快速同步。接合第一同步器5右侧接合端5.2，发动机开始正常工作，实现1档升2档。
2档降1档：
驱动电机22输出动力经过驱动电机输出轴21、第十齿轮20对第六齿轮15进行调速，使离合器16接合端两侧转速实现同步。接合离合器16，驱动电机22输出动力，沿着纯电1档的传递路径，进行动力补偿。
第一同步器5右侧接合端5.2脱开，发电机12产生的驱动力经过发电机输入轴11、行星齿轮机构10，传递到发动机输入轴3上，然后通过扭转减振器2反拖发动机1，使输入轴3的转速与第一齿轮4的转速快速同步。接合第一同步器5左侧接合端5.1，发动机开始正常工作，实现2档降1档。
其它档位之间的切换，如2档升3档，3档降2档，3档升4档，以及4档降3档的调速与动力补偿方法与1档升2档、2档降1档，除了没有离合器控制外，其他原理类似。
通过发电机调节各档位齿轮的转速，实现快速换挡，缩短动力中断的时间。
停车发电：
发动机1输出动力经过扭转减震器2后传递到输入轴3、行星齿轮机构10，通过发电机输入轴11传递给发电机12进行发电。
发动机1输出动力经过扭转减震器2后传递到输入轴3、第一同步器5、第一齿轮4、第六齿轮15、第十齿轮20，通过驱动电机输出轴21传递给驱动电机22进行发电。
发电机12和驱动电机22根据各自的发电路径，同时发电。
混动并联驱动：
当发动机1在发动机1档档位上进行驱动时，驱动电机22可以对应在纯电1档档位同时参与驱动，形成一种混动并联模式。当车辆在某些严苛工况下，有更大动力需求且车辆电池电量充足时，发电机12也可同时短时间的参与驱动，形成另一种混动并联模式。
当发动机1在发动机3档和4档档位上进行驱动时，驱动电机22可以分别对应在纯电2档和纯电3档驱动，发电机12参与驱动的混动并联模式与发动机1在发动机1档类似。
当发动机1在发动机2档、3档和4档档位时，驱动电机也可以都保持在纯电1档，发电机12参与驱动的混动并联模式与发动机1在发动机1档类似。
综上所述，总共可形成12种混动并联模式，可根据整车控制策略选取。
行车发电：
将混动并联模式下，驱动电机22和发电机12的工作状态改为发电，即同时有一个电机发电机，或同时有两个电机发电，可得到对应的行车发电模式18种。
综上所述，总共可形成18种行车发电模式，可根据整车控制策略选取。
纯电并联驱动：
当车辆蓄电池电量最够大时，将混动并联驱动模式下的发动机1退出驱动，驱动电机22和发电机12同时参入驱动，即形成对应的纯电并联驱动模式。
参考混动并联驱动模式，可形成纯电并联模式6种，可根据整车控制策略选取。
各模式下，换挡元件状态逻辑图如表一所示。
文本仅对比较典型的模式进行了说明，并未完全覆盖所有可以实现的模式。本发明三个动力源：发动机1、发电机12、驱动电机22，可根据不同的工作状态，在各档位下，组合成各种不同的功能模式。
表一
Figure BDA0002740138560000071
Figure BDA0002740138560000081

Claims (1)

1.一种多档混合动力变速箱，其特征在于，包括发动机、发电机、驱动电机，行星齿轮机构、输入轴、发电机输入轴、驱动电机输出轴、输出轴和差速器，所述发动机通过扭转减震器与所述输入轴相连，输入轴与所述发电机输入轴同轴布置，与所述驱动电机输出轴及输出轴相互平行布置，所述行星齿轮机构包括太阳轮、外齿圈、行星架和行星轮，所述太阳轮安设于发电机输入轴上，输入轴端头与所述行星架相连，输入轴上依次安设第一、第二、第三、第四齿轮，输出轴上依次安设第五、第六、第七、第八、第九齿轮，驱动电机输出轴上安设有第十齿轮，所述第一、第二、第三、第四齿轮分别与所述第六、第七、第八、第九齿轮相啮合，所述差速器上安设差速器齿轮，所述第五齿轮与所述差速器齿轮相啮合，所述第十齿轮与第六齿轮相啮合；所述输入轴上还设有第一同步器和第二同步器，所述第一同步器位于所述第一、第二齿轮之间，所述第二同步器位于所述第三、第四齿轮之间；第一同步器和第二同步器与所述输入轴固连，所述第一、第二、第三、第四齿轮均空套于输入轴上；所述输出轴上还设有离合器或第三同步器或湿式离合器，位于所述第六齿轮和第七齿轮之间；所述第五、第七、第八、第九齿轮均与所述输出轴固连，所述第六齿轮空套于输出轴上，所述第十齿轮及差速器齿轮均固定安设。
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