CN114228470B - 一种用于混合动力车辆的动力传动系统及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及混合动力汽车技术领域，具体是一种用于混合动力车辆的动力传动系统及车辆。包括发动机、离合器、变速器、P1电机和P3电机；发动机的曲轴上设置扭矩缓冲器，曲轴与变速器的输入轴通过扭矩缓冲器连接；P1电机与曲轴连接；变速器包括：输入轴、输出轴、同步器组、第一传动齿轮和第二传动齿轮；输入轴上设置与输入轴档位齿轮组连接的单向轴承组；输出轴上设置输出轴档位齿轮组、同步器组、第一传动齿轮和第二传动齿轮；输入轴档位齿轮组与输出轴档位齿轮组啮合，同步器组可选择地操作接合或分离输出轴档位齿轮组中的各级档位齿轮与输出轴之间的扭矩传递；第一传动齿轮与P3电机连接；第二传动齿轮与差速器连接。

Description

一种用于混合动力车辆的动力传动系统及车辆
技术领域
本发明涉及混合动力汽车技术领域，尤其涉及一种用于混合动力车辆的动力传动系统及车辆。
背景技术
目前，新能源汽车越来越受到人们的关注，其中的混合动力汽车可通过发动机或电机同时驱动，具有多种驱动模式。
长城汽车的DHT混合动力系统，其包括发动机和两个电机以及一个变速器的总和，它与以往的混合动力汽车动力组成结构有所不同的是，它包含一个多档位的变速器，可以参考图1。图中包含有发动机ICE，C1代表第一离合器，紧接的是G2和G3两个传动齿轮，发电机GM连接在曲轴上，图中的S1是同步器，可以控制动力是从G2这对齿轮还是G3这对齿轮传输。TM是驱动电机，直接把动力输出到G1这对齿轮，然后输送到差速器上。不同于以往的混合动力设计，长城汽车的DHT混合动力系统的特点就在于发动机输出还是带多档齿轮，它的好处是可以让发动机在更多的工况达到动力和节能的最优化。
但是，上述设计的问题在于发动机输出动力后，经多档齿轮传动的变速器，不同的档位之间仍然存在着在换档操作过程中不可避免地会出现动力中断。
发明内容
鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种用于混合动力车辆的动力传动系统及车辆，其解决了现有混合动力系统在换档过程中出现动力中断的技术问题。
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一方面，本发明提供一种用于混合动力车辆的动力传动系统，包括发动机、扭矩缓冲器、变速器、P1电机和P3电机；所述发动机的曲轴上设置所述扭矩缓冲器，所述曲轴与所述变速器的输入轴通过所述扭矩缓冲器连接，以将动力传输到所述变速器的输入轴上；所述P1电机与所述曲轴连接，以与所述曲轴相互传递扭矩；所述变速器包括：输入轴、输出轴、同步器组、输入轴档位齿轮组、输出轴档位齿轮组、单向轴承组、第一传动齿轮和第二传动齿轮；所述输入轴上设置所述单向轴承组，所述单向轴承组与所述输入轴档位齿轮组连接；所述输出轴上设置所述输出轴档位齿轮组、所述同步器组、所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮；所述输入轴档位齿轮组与所述输出轴档位齿轮组啮合，所述同步器组可选择地操作接合或分离所述输出轴档位齿轮组中的各级档位齿轮与所述输出轴之间的扭矩传递；所述第一传动齿轮与所述P3电机的P3电机输出齿轮啮合；所述第二传动齿轮与差速器的输入齿轮啮合。
进一步地，所述输入轴档位齿轮组包括一档输入轴齿轮和二档输入轴齿轮，所述单向轴承组包括第一单向轴承和第二单向轴承；所述输入轴的转速高于所述一档输入轴齿轮的转速时，所述第一单向轴承耦合，所述输入轴通过所述第一单向轴承向所述一档输入轴齿轮单向传递扭矩；所述输入轴的转速高于所述二档输入轴齿轮的转速时，所述第二单向轴承耦合，所述输入轴通过所述第二单向轴承向所述二档输入轴齿轮单向传递扭矩。
进一步地，所述输出轴档位齿轮组包括空套在所述输出轴上的一档输出轴齿轮和二档输出轴齿轮，所述同步器组包括设置在输出轴上的第一同步器和第二同步器；所述第一同步器用于将所述一档输出轴齿轮与所述输出轴可选择地操作接合或分离；所述第二同步器用于将所述二档输出轴齿轮与所述输出轴可选择地操作接合或分离；所述一档输出轴齿轮与所述一档输入轴齿轮啮合，所述二档输出轴齿轮与所述二档输入轴齿轮啮合。
进一步地，所述输入轴档位齿轮组包括奇数档齿轮轴、偶数档齿轮轴、奇数档输入轴齿轮和偶数档输入轴齿轮，所述单向轴承组包括第一单向轴承和第二单向轴承；所述奇数档齿轮轴和所述偶数档齿轮轴沿轴向并列设置，且同轴地套设在所述输入轴之外或者之内；所述第一单向轴承位于所述输入轴和所述奇数档齿轮轴之间的环形空间，可选择地从所述输入轴向所述奇数档齿轮轴传递动力；所述第二单向轴承位于所述输入轴与所述偶数档齿轮轴之间的环形空间，可选择地从所述输入轴向所述偶数档齿轮轴传递动力。
进一步地，所述输出轴档位齿轮组包括空套在所述输出轴上的奇数档输出轴齿轮和偶数档输出轴齿轮，所述同步器组包括设置在输出轴上的第一同步器和第二同步器；所述第一同步器可选择地将所述奇数档输出轴齿轮与所述输出轴接合；所述第二同步器可选择地将所述偶数档输出轴齿轮与所述输出轴接合；所述奇数档输出轴齿轮与所述奇数档输入轴齿轮啮合，所述偶数档输出轴齿轮与所述偶数档输入轴齿轮啮合
本发明还提供一种用于混合动力车辆的动力传动系统，包括发动机、扭矩缓冲器、变速器、P1电机和P3电机；所述发动机的曲轴上设置所述扭矩缓冲器，所述曲轴通过所述扭矩缓冲器与所述变速器的输入轴连接，以将动力传输到所述变速器的输入轴上；所述P1电机与所述曲轴连接，以与所述曲轴互相传递扭矩；所述变速器包括：输入轴、输出轴、同步器组、输入轴档位齿轮组、输出轴档位齿轮组、单向轴承组、第一传动齿轮和第二传动齿轮；所述输入轴上设置所述输入轴档位齿轮组和所述同步器组，所述同步器组可选择地接合或分离所述输入轴档位齿轮组中的各级档位齿轮与所述输入轴之间的扭矩传递；所述输出轴上设置所述单向轴承组、所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮；所述单向轴承组与所述输出轴档位齿轮组连接，所述输出轴档位齿轮组与所述输入轴档位齿轮组啮合；所述第一传动齿轮与所述P3电机的P3电机输出齿轮啮合；所述第二传动齿轮与差速器的输入齿轮啮合。
进一步地，所述输出轴档位齿轮组包括一档输出轴齿轮和二档输出轴齿轮，所述单向轴承组包括第一单向轴承和第二单向轴承；所述一档输出轴齿轮的转速高于所述输出轴的转速时，所述第一单向轴承耦合，所述一档输出轴齿轮通过所述第一单向轴承与所述输出轴连接，并向所述输出轴单向传递扭矩；所述二档输出轴齿轮的转速高于所述输出轴的转速时，所述第二单向轴承耦合，所述二档输出轴齿轮通过所述第二单向轴承与所述输出轴连接，并向所述输出轴单向传递扭矩。
进一步地，所述输入轴档位齿轮组包括空套在所述输入轴上的一档输入轴齿轮和二档输入轴齿轮，所述同步器组包括设置在输入轴上的第一同步器和第二同步器；所述第一同步器用于将所述输入轴与所述一档输入轴齿轮可选择地接合或分离；所述第二同步器用于将所述输入轴与所述二档输入轴齿轮可选择地接合或分离；所述一档输入轴齿轮与所述一档输出轴齿轮啮合，所述二档输入轴齿轮与所述二档输出轴齿轮啮合。
进一步地，所述输出轴档位齿轮组包括奇数档齿轮轴、偶数档齿轮轴、奇数档输出轴齿轮和偶数档输出轴齿轮，所述单向轴承组包括第一单向轴承和第二单向轴承；所述奇数档齿轮轴和所述偶数档齿轮轴沿轴向并列设置，且同轴地套设在所述输出轴之外或者之内；所述第一单向轴承位于所述输出轴和所述奇数档齿轮轴之间的环形空间，可选择地从所述奇数档齿轮轴向所述输出轴传递动力；所述第二单向轴承位于所述输出轴与所述偶数档齿轮轴之间的环形空间，可选择地从所述偶数档齿轮轴向所述输出轴传递动力。
进一步地，所述输入轴档位齿轮组包括空套在所述输入轴上的奇数档输入轴齿轮和偶数档输入轴齿轮，所述同步器组包括设置在输入轴上的第一同步器和第二同步器；所述第一同步器可选择地将所述输入轴与所述奇数档输入轴齿轮接合；所述第二同步器可选择地将所述输入轴与所述偶数档输入轴齿轮接合；所述奇数档输入轴齿轮与所述奇数档输出轴齿轮啮合，所述偶数档输入轴齿轮与所述偶数档输出轴齿轮啮合。
另一方面，本发明提供一种车辆，包括上述的用于混合动力车辆的动力传动系统。
本发明的有益效果是：本发明提供一种用于混合动力车辆的动力传动系统及车辆，采用本发明动力传动系统的混合动力车辆在用电力行驶达到一定的速度后，需要切换到用发动机的动力来行驶时，可以做到非常平顺的动力切换，并且在各档位之间进行动力切换的时候不会出现中断现象，实现无缝变档，进而可以提高车辆的舒适性。
附图说明
图1为长城汽车的DHT混合动力系统的结构示意图；
图2为本发明的一种用于混合动力车辆的动力传动系统的实施例1中两档变速器的结构示意图；
图3为本发明的一种用于混合动力车辆的动力传动系统的实施例1中多档位变速器的其中一个方案结构示意图；
图4为本发明的一种用于混合动力车辆的动力传动系统的实施例1中多档位变速器的另一个方案结构示意图；
图5为本发明的一种用于混合动力车辆的动力传动系统的实施例2的两档变速器的结构示意图；
图6为本发明的一种用于混合动力车辆的动力传动系统的实施例2中多档位变速器的其中一个方案结构示意图；
图7为本发明的一种用于混合动力车辆的动力传动系统的实施例2中多档位变速器的另一个方案结构示意图。
附图标记说明：
1、发动机；11、曲轴；12、第三传动齿轮；2、变速器；21、输入轴；22、输出轴；23、单向轴承组；231、第一单向轴承；232、第二单向轴承；24、同步器组；241、第一同步器；242、第二同步器；25、输入轴档位齿轮组；251、一档输入轴齿轮；252、二档输入轴齿轮；253、三档输入轴齿轮；254、四档输入轴齿轮；26、输出轴档位齿轮组；261、一档输出轴齿轮；262、二档输出轴齿轮；263、三档输出轴齿轮；264、四档输出轴齿轮；27、第一传动齿轮；28、第二传动齿轮；29、奇数档齿轮轴；30、偶数档齿轮轴；3、P1电机；31、P1电机输出齿轮；4、P3电机；41、P3电机输出齿轮；5、差速器；51、输入齿轮；6、扭矩缓冲器。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例1：
参照图2，本实施例提供一种用于混合动力车辆的动力传动系统。该动力传动系统包括发动机1、扭矩缓冲器6、变速器2、P1电机3和P3电机4。属于双电机混合动力模式。
其中，发动机1通过扭矩缓冲器6后与P1电机3耦合。P1电机3的P1电机输出齿轮31通过设置在曲轴11上的第三传动齿轮12与曲轴11耦合，以将P1电机3的动力通过第三传动齿轮12传递到曲轴11上，按照通用的混动车辆电机的位置排列，属于P1位置的电机。P1电机3既是电动机，也是发电机。曲轴11通过扭矩缓冲器6连接变速器2的输入轴21，将动力传递到变速器2的输入轴21。当然，本发明中的P1电机3可以为永磁同步电机，也可以是其他种类的电机，可以直接将P1电机3的转子安装在曲轴11上，将动力传递到曲轴11。
第三传动齿轮12设置在扭矩缓冲器6和变速器2之间的曲轴11上，在发动机1和变速器2之间加入扭矩缓冲器6，以缓解动力切换带来的冲击和闯动。扭矩缓冲器6位于发动机1和P1电机3之间，发动机1运转产生的扭矩波动经过扭矩缓冲器6过滤后，再与P1电机3同步输出，P1电机3参与旋转的大质量转子又起到滤波作用，传给变速器2的扭矩会更平稳。当然，本发明的扭矩缓冲器6也可以设置在第三传动齿轮12与变速器2之间的曲轴11上，P1电机3的大质量转子就作为发动机1的飞轮，同样也能起到部分滤波作用，再经过扭矩缓冲器6进一步缓冲。这样单向轴承组23在耦合的瞬间起到的缓冲作用会更好，因为P1电机3的转子这部分质量没有参与到被缓冲的质量之内，被缓冲这部分的质量越轻，对单向轴承组23的冲击越小。
P3电机4的P3电机输出齿轮41与变速器2的输出轴22上的第一传动齿轮27啮合，以将P3电机4的动力通过第一传动齿轮27传递到输出轴22上。
P1电机3有三个功能：一是启动发动机1；二是在电池亏电时转换成发电机，为P3电机4提供电力并给电池充电；三是在车辆需要急加速或者爬坡等动力请求的时候，转换成电动机提供扭矩协助发动机1和P3电机4同时发力驱动车辆。P3电机4有两个功能：分别是低速时驱动车辆，及减速时转化为发电机回收动能。
具体地，变速器2包括：输入轴21、输出轴22、单向轴承组23、同步器组24、输入轴档位齿轮组25、输出轴档位齿轮组26、第一传动齿轮27和第二传动齿轮28。
输入轴21上设置单向轴承组23和输入轴档位齿轮组25。当输入轴21的转速高于输入轴档位齿轮组25的转速时，单向轴承组23将对应的档位齿轮与输入轴21耦合。单向轴承组23的安装方式为：单向轴承组23的内圈固定在变速器2的输入轴21上，输入轴21的输入轴档位齿轮组25则固定套接在单向轴承组23的外圈上。单向轴承组23可以是市面上常见的各种超越式单向轴承，可以是楔块式的离合器、滚柱式的离合器或棘轮式的离合器。其功能设置为当发动机1的曲轴11的转速高于变速器2的输入轴档位齿轮组25中的档位齿轮的转速时动力耦合，当发动机1的转速低于输入轴档位齿轮组25中的档位齿轮的转速时自动解耦。
输出轴22上设置输出轴档位齿轮组26、同步器组24、第一传动齿轮27和第二传动齿轮28。输出轴档位齿轮组26与输入轴档位齿轮组25啮合，同步器组24可以是传统变速箱的同步器，也可以是任何一种离合性质的机械耦合单元，用于切换接合输出轴档位齿轮组26中的各级档位齿轮。输出轴档位齿轮组26可旋转地空套在输出轴22上，通过操控同步器组24使输出轴档位齿轮组26与输出轴22耦合或解耦。输入轴档位齿轮组25通过单向轴承组23与输入轴21连接，输出轴档位齿轮组26通过同步器组24与输出轴22连接，把单向轴承组23安装在输入轴21，而把同步器组24安装在输出轴22，可以使单向轴承组23中的所有单向轴承承受相同的扭矩。
第一传动齿轮27与P3电机4的P3电机输出齿轮41啮合，第二传动齿轮28与差速器5的输入齿轮51啮合。P3电机4既是驱动电机，也是发电机，与差速器5通过传动部件(传动部件为第一传动齿轮27、输出轴22和第二传动齿轮28)耦合。由于P3电机4与差速器5之间是硬连接，当P3电机4是驱动电机时，其向差速器5传递动力；当P3电机4是发电机时，差速器5向P3电机4传输扭矩。
具体地，参照图2，输入轴档位齿轮组25包括一档输入轴齿轮251和二档输入轴齿轮252。单向轴承组23包括第一单向轴承231和第二单向轴承232。一档输入轴齿轮251通过第一单向轴承231与输入轴21连接，二档输入轴齿轮252通过第二单向轴承232与输入轴21连接。具体是将第一单向轴承231和第二单向轴承232的内圈均固定在输入轴21上，一档输入轴齿轮251和二档输入轴齿轮252分别安装在第一单向轴承231和第二单向轴承232的外圈上。当输入轴21的转速高于一档输入轴齿轮251的转速时，第一单向轴承231耦合，以将一档输入轴齿轮251与输入轴21连接。当输入轴21的转速高于二档输入轴齿轮252的转速时，第一单向轴承231解耦，第二单向轴承232耦合，以将二档输入轴齿轮252与输入轴21连接。
具体地，输出轴档位齿轮组26包括空套在输出轴22上的一档输出轴齿轮261和二档输出轴齿轮262。同步器组24包括固定在输出轴22上的第一同步器241和第二同步器242。其中，第一同步器241用于将一档输出轴齿轮261与输出轴22可选择地接合或分离；第二同步器242用于将二档输出轴齿轮262与输出轴22可选择地接合或分离。一档输出轴齿轮261与一档输入轴齿轮251啮合，二档输出轴齿轮262与二档输入轴齿轮252啮合。当车辆的车速调整到一档时，第一同步器241与一档输出轴齿轮261接合。当车辆的车速调整到二档时，第二同步器242与二档输出轴齿轮262接合，第一同步器241与一档输出轴齿轮261解耦。
当然，本发明的输入轴档位齿轮组25和输出轴档位齿轮组26不限于上述结构，还可以包括多对相互啮合的齿轮副。例如，输入轴档位齿轮组25还可以包括三档输入轴齿轮和四档输入轴齿轮。其中，三档输入轴齿轮通过第三单向轴承与输入轴21连接，四档输入轴齿轮通过第四单向轴承与输入轴21连接。而对应的输出轴档位齿轮组26还可以包括三档输出轴齿轮和四档输出轴齿轮。同步器组24还包括固定在输出轴22上的第三同步器和第四同步器。其中，第三同步器用于接合三档输出轴齿轮；第四同步器用于接合四档输出轴齿轮。三档输出轴齿轮与三档输入轴齿轮啮合，四档输出轴齿轮与四档输入轴齿轮啮合。
本实施例中，变速器2的输入轴档位齿轮组25并不是直接安装在输入轴21上，而是通过单向轴承组23安装在输入轴21上。采用上述结构的混合动力车辆在用电力行驶达到一定的速度后，需要切换到用发动机1的动力来行驶时，可以做到非常平顺的动力切换，并且在各档位之间进行动力切换时不会出现中断现象。
本实施例的第一单向轴承231和第二单向轴承232可以是滚柱式的、楔块式的或者是棘轮式的单向轴承，也称单向超越离合器。
该动力传动系统的发动机1通过扭矩缓冲器6将动力传递到输入轴21上。本实施例取消了现有技术中布置在发动机1与变速器2之间的离合器，可以节省成本、减轻整个系统的质量以及节约整个传动系统轴向的长度。
参考图3和图4，针对侧重于发动机承担更多直驱动力的混动模式，多档位变速器的方案会更符合需求，除了多档位变速器中给每一档的齿轮组分配一个单向轴承的方案外，更多齿比的情况下还可以选择通过奇数档齿轮轴和偶数档齿轮轴来实现逐级变速，如同双离合变速箱的奇数档齿轮轴和偶数档齿轮轴，并在奇数档齿轮轴和偶数档齿轮轴上各分配一个单向轴承来实现无缝换挡。
具体地，奇数档齿轮轴29和偶数档齿轮轴30在轴向上并列设置，且同轴地套设在输入轴21之外(图3)或者之内(图4)，第一单向轴承231位于输入轴21和奇数档齿轮轴29之间的环形空间，可选择地从输入轴21向奇数档齿轮轴29传递动力，第二单向轴承232位于输入轴21与偶数档齿轮轴30之间的环形空间，可选择地从输入轴21向偶数档齿轮轴30传递动力。奇数档齿轮轴29上固定安装有奇数档输入轴齿轮，如一档输入轴齿轮251、三档输入轴齿轮253。偶数档齿轮轴上固定安装有偶数档输入轴齿轮，如二档输入轴齿轮252、四档输入轴齿轮254。在输出轴22上安装有第一同步器241，负责奇数档输出轴齿轮(如一档输出轴齿轮261、三档输出轴齿轮263)与输出轴22的耦合与解耦，输出轴22上装有第二同步器242，负责偶数档输出轴齿轮(如二档输出轴齿轮262、四档输出轴齿轮264)与输出轴22的耦合与解耦。奇数档输入轴齿轮与奇数档输出轴齿轮啮合，偶数档输入轴齿轮与偶数档输出轴齿轮啮合。
以下参照图2-图4，介绍各种工况下动力传动系统的具体工作方式：
本发明所提及的混合动力车辆，包括油电混合车辆HEV和插电混合动力车辆PHEV。
第一种工况是电机驱动模式，称为EV模式。车辆在低速行驶的时候，车上所携带的电池电量比较充足，用纯电动的工况来运行，即仅用P3电机4来提供动力，P3电机4的P3电机输出齿轮41通过与输出轴22上的第一传动齿轮27啮合，将动力传输到与输出轴22上的第二传动齿轮28啮合的差速器5的输入齿轮51，进而将动力传输到差速器5。此时是纯电动的工况，发动机1不运转，P1电机3也不运转，变速器2内的单向轴承组23和同步器组24全部处于解耦状态。
第二种工况是动力串联模式HEV，车上所携带的电池处于低电量时，变速器2内输出轴22上的同步器组24全部解偶，P1电机3充当启动电机启动发动机1，即P1电机3的P1电机输出齿轮31通过与发动机曲轴11上的第三传动齿轮12啮合，将动力传输到曲轴11上，以启动发动机1。发动机1启动后通过第三传动齿轮12对P1电机3做功，P1电机3转化为发电机发电，供应电量给P3电机4驱动车辆，并将多余的电量存入蓄电池。此模式也可以是在车辆电池未处于亏电状态，又处于较大载荷的爬坡或者加速状态下，发动机1带动P1电机3发电，协助车载电池给P3电机4提供电力。
第三种工况是直驱模式。随着车速的提高，进入到发动机1的高效率工作区间时，P1电机3充当启动电机来启动发动机1，第一同步器241与一档输出轴齿轮261接合，将一档输出轴齿轮261与输出轴22耦合。此时，发动机1的转速只要达到或者超过车速所要求的转速，输入轴21上的第一单向轴承231自动耦合。此时，由转速感应器感应到转速超越并由处理器发出指令停止P3电机4的供电，发动机1就能够向变速器2和差速器5传递动力。这个过程的动力传输完全不中断，并且避免了在离合器接合的时候整个传动系统很容易发生的闯动现象。另外，由于无需使用通常的摩擦片式离合器，免去了繁琐的工程标定。
若变速器2采用的是多档齿轮，可以根据需求在各个档位的齿轮之间进行切换。如图2所示，在两档齿比的齿轮副的变速器2中，先用一档输入轴齿轮251和一档输出轴齿轮261行驶，随着车速进一步提高，需要切换到高速的二档。由于二档传动齿比小于一档传动齿比，因此二档输出轴齿轮262的转速高于一档输出轴齿轮261的转速。在第一同步器241仍与一档输出轴齿轮261接合的情况下，将第二档位上的第二同步器242与二档输出轴齿轮262接合，使得二档输出轴齿轮262带动输出轴22以更高的转速旋转。由于此时第一同步器241仍处于接合状态，因此，输出轴22带动一档输出轴齿轮261以与二档输出轴齿轮262相同的更高转速旋转，进而一档输入轴齿轮251就会被一档输出轴齿轮261推着朝更快的速度旋转。此时，一档输入轴齿轮251的转速就会高于输入轴21的转速，一档输入轴齿轮251对应的第一单向轴承231被超越，自动解耦，第二单向轴承232仍保持耦合状态，以将发动机1的动力传输至差速器5。此时二档输入轴齿轮252和二档输出轴齿轮262接替一档输入轴齿轮251和一档输出轴齿轮261来传递动力，这样就形成了两个档位之间没有动力中断的切换。
车辆从高速的二档切换到低速的一档的时候，在第二同步器242与二档输出轴齿轮262接合的情况下，同时接合第一同步器241与一档输出轴齿轮261。此时动力的传输仍然由高速的二档承担，第一单向轴承231处于超越状态，一档输入轴齿轮251处于空转的状态，不传递扭矩，动力传输还没有产生变化。然后操作第二同步器242与二档输出轴齿轮262解耦，此时，一档输入轴齿轮251的转速随着输出轴22转速的降低而降低，当一档输入轴齿轮251的转速低于输入轴21的转速时，第一单向轴承231耦合，一档输入轴齿轮251开始传递扭矩，车辆就会自动切换到低速的一档。在奇数档齿轮轴和偶数档齿轮轴的结构中，原理和每档单独分配单向轴承工作原理完全相同。
第四种工况是能量回收，当发动机1收油车辆处于滑行状态时，变速器2的一档输入轴齿轮251转速高于发动机1的曲轴11的转速，第一单向轴承231是解偶的，也就是发动机1不会拖着车辆。此时，P3电机4就承担了制动的功能并转化为发电机，车辆继续前行产生的动能通过差速器5及输出轴22传输到P3电机4，将动能转化为电能储存在蓄电池中。这种情况下，第一单向轴承231处于超越状态，能够让发动机1完全处于解耦的状态，不会浪费车辆的动能，更多的动能被回收。
第五种工况是双电机EV模式，当车辆起步急加速的时候并且电池电量充足，P1电机3和P3电机4同时工作，变速器2的齿轮副选择合适齿比的档位，实现最佳的加速性能。
第六种工况是并联驱动模式，在车辆行驶过程中急加速的时候，比如在高速超车的工况下，P1电机3和P3电机4同时工作，协助本来已经处于工作状态的发动机1，迅速提供所需的动力，实现再加速超车。
本发明的变速器2可以采用单级的齿轮，也可以采用多级的齿轮。不管是采用单级齿轮还是多级齿轮的变速器2，都是通过输入轴21上的单向轴承组23和对应的输出轴22上的同步器组24实现动力的接合和断开。
传统的离合器在动力传动系统里的作用是两个，一是从发动机传递扭矩给变速器，二是车辆减速时能让发动机反拖车辆进行减速，从而减少制动器的损耗并防止制动器过热。本发明采用变速器内的单向轴承组实现传统曲轴上的离合器的功能，一是在发动机传递扭矩给变速器时，单向轴承组与输入轴耦合更平顺，并且无需让工程师进行繁琐的工程标定，只要发动机的转速超过输入轴的输入轴档位齿轮组所需的转速就能耦合。二是采用P3电机代替发动机反拖车辆进行动能回收。本发明在动能回收上更加彻底，因为车辆处于减速状态下，单向轴承组是自动解耦的，发动机就完全脱离了动能回收的环节，车辆的动能全部由P3电机来回收，回收效率高。
本发明采用单向轴承组的好处也是多方面的：第一，单向轴承尺寸较小，在轴向上几乎不增加尺寸。第二，质量比较小有利于减轻整个系统的质量。第三，生产工艺成熟成本低。第四，工作稳定可靠使用寿命长。第五，可以终身免维护。第六，单向轴承的单向自动耦合或解耦，使发动机与电机之间的机械耦合自动化，无需繁琐的工程标定。第七，单向轴承的单向自动耦合解耦过程比普通离合器的操控耦合解耦要更平顺，变速系统动力衔接的闯动和顿挫更小，车辆的乘坐舒适性更高。第八，车辆减速时车轮与发动机自动解耦，电机的动能回收效率更高。
实施例2
参照图5，本实施例提供一种用于混合动力车辆的动力传动系统。该动力传动系统包括发动机1、扭矩缓冲器6、变速器2、P1电机3和P3电机4。其他结构同实施例1，下面介绍本实施例与实施例1的不同点。
其中，变速器2包括：输入轴21、输出轴22、单向轴承组23、同步器组24、输入轴档位齿轮组25、输出轴档位齿轮组26、第一传动齿轮27和第二传动齿轮28。输入轴21上设置同步器组24和输入轴档位齿轮组25。输入轴档位齿轮组25空套在输入轴21上，同步器组24固定在输入轴21上，同步器组24用于切换接合输入轴档位齿轮组25中的各级档位齿轮。输出轴22上设置单向轴承组23、输出轴档位齿轮组26、第一传动齿轮27和第二传动齿轮28。单向轴承组23内圈与输出轴22连接，单向轴承组23外圈与输出轴档位齿轮组26连接；通过单向轴承组23将输出轴档位齿轮组26与输出轴22耦合。输出轴档位齿轮组26与输入轴档位齿轮组25啮合。
具体地，输入轴档位齿轮组25包括空套在输入轴21上的一档输入轴齿轮251和二档输入轴齿轮252。同步器组24包括固定在输入轴22上的第一同步器241和第二同步器242。其中，第一同步器241用于接合一档输入轴齿轮251；第二同步器242用于接合二档输入轴齿轮252。当车辆在一档行驶时，第一同步器241与一档输入轴齿轮251接合。当车辆在二档行驶时，第二同步器242与二档输入轴齿轮252接合，第一同步器241与一档输入轴齿轮251解耦。
具体地，输出轴档位齿轮组26包括一档输出轴齿轮261和二档输出轴齿轮262。一档输出轴齿轮261与一档输入轴齿轮251啮合，二档输出轴齿轮262与二档输入轴齿轮252啮合。单向轴承组23包括第一单向轴承231和第二单向轴承232。一档输出轴齿轮261通过第一单向轴承231与输出轴22连接，二档输出轴齿轮262通过第二单向轴承232与输出轴22连接。具体是将第一单向轴承231和第二单向轴承232的内圈均固定在输出轴22上，一档输出轴齿轮261和二档输出轴齿轮262分别安装在第一单向轴承231和第二单向轴承232的外圈上。当一档输出轴齿轮261的速度高于输出轴22的转速时，第一单向轴承231耦合，以将一档输出轴齿轮261与输出轴22连接。当二档输出轴齿轮262的速度高于输出轴22的转速时，第二单向轴承232耦合，以将二档输出轴齿轮262与输出轴22连接。
本实施例中单向轴承组23的耦合方式为：当输出轴档位齿轮组26的转速高于变速器2的输出轴22的转速时，单向轴承组23动力耦合；当输出轴档位齿轮组26的转速低于变速器2的输出轴22的转速时，单向轴承组23自动解耦。
参见图6和图7，奇数档齿轮轴29和偶数档齿轮轴30也可以安装在输出轴22上，轴向并列套设在输出轴22之外(图6)或者之内(图7)，奇数档齿轮轴29和输出轴22之间的环形空间内安装第一单向轴承231，可选择地从奇数档齿轮轴29向输出轴22传递动力，偶数档齿轮轴30和输出轴22之间的环形空间内安装有第二单向轴承232，可选择地从偶数档齿轮轴30向输出轴22传递动力。奇数档齿轮轴29上固定安装有奇数档输出轴齿轮，如一档输出轴齿轮261、三档输出轴齿轮263；偶数档齿轮轴30上固定安装有偶数档输出轴齿轮，如二档输出轴齿轮262、四档输出轴齿轮264。在输入轴21上安装有第一同步器241，负责奇数档输入轴齿轮(如一档输入轴齿轮251、三档输入轴齿轮253)与输入轴21之间的动力耦合与分离，输入轴21上安装有第二同步器242，负责偶数档输入轴齿轮(如二档输入轴齿轮252、四档输入轴齿轮254)与输入轴21之间的动力耦合与分离。奇数档输出轴齿轮与奇数档输入轴齿轮啮合，偶数档输出轴齿轮和偶数档输入轴齿轮啮合。
下面结合图5-图7，介绍各种工况下该动力传动系统的具体工作方式：
车辆在低速行驶的时候，车上所携带的电池电量比较充足，用纯电动的工况来运行，即仅用P3电机4来提供动力，P3电机4的P3电机输出齿轮41通过与输出轴22上的第一传动齿轮27啮合，将动力传输到与输出轴22上的第二传动齿轮28啮合的差速器5的输入齿轮51，进而将动力传输到差速器5。此时是纯电动的工况，发动机1不运转，P1电机3也不运转，变速器2内的单向轴承组23和同步器组24全部处于解耦状态。
车上所携带的电池处于低电量或者需要以混动的方式驱动时，变速器2内输入轴21上的同步器组24全部解偶，P1电机3充当启动电机启动发动机1，即P1电机3的P1电机输出齿轮31通过与发动机曲轴11上的第三传动齿轮12啮合，将动力传输到曲轴11上，以启动发动机1。发动机1启动后通过第三传动齿轮12对P1电机3做功，P1电机3转化为发电机发电，供应电量给P3电机4驱动车辆，并将多余的电量存入蓄电池。
随着车速的提高，进入到发动机1的高效率工作区间时，P1电机3充当启动电机来启动发动机1，第一同步器241与一档输入轴齿轮251接合，将一档输入轴齿轮251与输入轴21耦合。此时，发动机1的转速只要达到或者超过车速所要求的转速，输出轴22上的第一单向轴承231自动耦合。此时，由转速感应器感应到转速超越并由处理器发出指令停止P3电机4的供电，发动机1就能够向变速器2和差速器5传递动力。这个过程的动力传输完全不中断，并且避免了在离合器接合的时候整个传动系统很容易发生的闯动现象。
若变速器2采用的是多档齿轮，可以根据需求在各个档位的齿轮之间进行切换。本实施例采用两档齿比的齿轮副的变速器2为例，先用一档输入轴齿轮251和一档输出轴齿轮261行驶，随着车速进一步提高，需要切换到高速的二档。由于二档传动齿比小于一档传动齿比，因此二档输出轴齿轮262的转速高于一档输出轴齿轮261的转速。在第一同步器241仍与一档输出轴齿轮261接合的情况下，将第二档位上的第二同步器242与二档输入轴齿轮252接合。此时，动力传输由二档输入轴齿轮252传递给二档输出轴齿轮262，由于二档传动齿比小于一档传动齿比，因此二档输出轴齿轮262的转速高于一档输出轴齿轮261的转速，即高于输出轴22的转速，第二单向轴承232耦合，以将发动机1的动力传输至差速器5。同时，由于输出轴22的转速已高于一档输出轴齿轮261的转速，第一单向轴承231被超越，自动解耦，然后，再将第一同步器241与一档输入轴齿轮251解耦。此时二档输入轴齿轮252和二档输出轴齿轮262就接替了一档输入轴齿轮251和一档输出轴齿轮261来传递动力，这样就形成了两个档位之间没有动力中断的切换。
车辆从高速的二档切换到低速的一档的时候，在第二同步器242与二档输入轴齿轮252接合的情况下，同时接合第一同步器241与一档输入轴齿轮251。此时动力的传输仍然由高速的二档承担，第一单向轴承231处于超越状态，一档输出轴齿轮261处于空转的状态，不传递扭矩，动力传输还没有产生变化。然后操作第二同步器242与二档输入轴齿轮252解耦，此时，随着输出轴22转速的降低，当一档输出轴齿轮261的转速高于输出轴22的转速时，第一单向轴承231耦合，一档输入轴齿轮251开始传递扭矩，车辆就会自动切换到低速的一档。
当发动机1收油车辆处于滑行状态时，变速器2的输出轴22的转速高于一档输出轴齿轮261的转速，第一单向轴承231是解偶的，也就是发动机1不会拖着车辆。此时，P3电机4就承担了制动的功能并转化为发电机，车辆继续前行产生的动能通过差速器5及输出轴22传输到P3电机4，将动能转化为电能储存在蓄电池中。这种情况下，第一单向轴承231处于超越状态，能够让发动机1完全处于解耦的状态，不会浪费车辆的动能，更多的动能被回收。
当车辆急加速的时候，发动机1、P1电机3和P3电机4同时工作，变速器2的齿轮副选择合适齿比的档位，实现最佳的加速性能。
实施例3：
本发明提供一种车辆，包括上述实施例中的用于混合动力车辆的动力传动系统。该动力传动系统已在实施例1和2中详细介绍，在此不再重复赘述。车辆的其他结构为现有设计。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种用于混合动力车辆的动力传动系统，其特征在于：包括发动机、扭矩缓冲器、变速器、P1电机和P3电机；
所述发动机的曲轴上设置所述扭矩缓冲器，所述曲轴与所述变速器的输入轴通过所述扭矩缓冲器连接，以将动力传输到所述变速器的输入轴上；
所述P1电机与所述曲轴连接，以与所述曲轴相互传递扭矩；
所述变速器包括：输入轴、输出轴、同步器组、输入轴档位齿轮组、输出轴档位齿轮组、单向轴承组、第一传动齿轮和第二传动齿轮；
所述输入轴上设置所述单向轴承组，所述单向轴承组与所述输入轴档位齿轮组连接；所述输出轴上设置所述输出轴档位齿轮组、所述同步器组、所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮；所述输入轴档位齿轮组与所述输出轴档位齿轮组啮合，所述同步器组可选择地操作接合或分离所述输出轴档位齿轮组中的各级档位齿轮与所述输出轴之间的扭矩传递；所述第一传动齿轮与所述P3电机的P3电机输出齿轮啮合；所述第二传动齿轮与差速器的输入齿轮啮合；
所述输入轴档位齿轮组包括一档输入轴齿轮和二档输入轴齿轮，所述单向轴承组包括第一单向轴承和第二单向轴承；所述输入轴的转速高于所述一档输入轴齿轮的转速时，所述第一单向轴承耦合，所述输入轴通过所述第一单向轴承向所述一档输入轴齿轮单向传递扭矩；所述输入轴的转速高于所述二档输入轴齿轮的转速时，所述第二单向轴承耦合，所述输入轴通过所述第二单向轴承向所述二档输入轴齿轮单向传递扭矩；
所述输入轴档位齿轮组包括奇数档齿轮轴、偶数档齿轮轴、奇数档输入轴齿轮和偶数档输入轴齿轮，所述单向轴承组包括第一单向轴承和第二单向轴承；所述奇数档齿轮轴和所述偶数档齿轮轴沿轴向并列设置，且同轴地套设在所述输入轴之外或者之内；所述第一单向轴承位于所述输入轴和所述奇数档齿轮轴之间的环形空间，可选择地从所述输入轴向所述奇数档齿轮轴传递动力；所述第二单向轴承位于所述输入轴与所述偶数档齿轮轴之间的环形空间，可选择地从所述输入轴向所述偶数档齿轮轴传递动力。
2.根据权利要求1所述的用于混合动力车辆的动力传动系统，其特征在于：所述输出轴档位齿轮组包括空套在所述输出轴上的一档输出轴齿轮和二档输出轴齿轮，所述同步器组包括设置在输出轴上的第一同步器和第二同步器；所述第一同步器用于将所述一档输出轴齿轮与所述输出轴可选择地操作接合或分离；所述第二同步器用于将所述二档输出轴齿轮与所述输出轴可选择地操作接合或分离；所述一档输出轴齿轮与所述一档输入轴齿轮啮合，所述二档输出轴齿轮与所述二档输入轴齿轮啮合。
3.根据权利要求1所述的用于混合动力车辆的动力传动系统，其特征在于：所述输出轴档位齿轮组包括空套在所述输出轴上的奇数档输出轴齿轮和偶数档输出轴齿轮，所述同步器组包括设置在输出轴上的第一同步器和第二同步器；所述第一同步器可选择地将所述奇数档输出轴齿轮与所述输出轴接合；所述第二同步器可选择地将所述偶数档输出轴齿轮与所述输出轴接合；所述奇数档输出轴齿轮与所述奇数档输入轴齿轮啮合，所述偶数档输出轴齿轮与所述偶数档输入轴齿轮啮合。
4.一种用于混合动力车辆的动力传动系统，其特征在于：包括发动机、扭矩缓冲器、变速器、P1电机和P3电机；
所述发动机的曲轴上设置所述扭矩缓冲器，所述曲轴通过所述扭矩缓冲器与所述变速器的输入轴连接，以将动力传输到所述变速器的输入轴上；
所述P1电机与所述曲轴连接，以与所述曲轴互相传递扭矩；
所述变速器包括：输入轴、输出轴、同步器组、输入轴档位齿轮组、输出轴档位齿轮组、单向轴承组、第一传动齿轮和第二传动齿轮；
所述输入轴上设置所述输入轴档位齿轮组和所述同步器组，所述同步器组可选择地接合或分离所述输入轴档位齿轮组中的各级档位齿轮与所述输入轴之间的扭矩传递；所述输出轴上设置所述单向轴承组、所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮；所述单向轴承组与所述输出轴档位齿轮组连接，所述输出轴档位齿轮组与所述输入轴档位齿轮组啮合；所述第一传动齿轮与所述P3电机的P3电机输出齿轮啮合；所述第二传动齿轮与差速器的输入齿轮啮合；
所述输出轴档位齿轮组包括一档输出轴齿轮和二档输出轴齿轮，所述单向轴承组包括第一单向轴承和第二单向轴承；所述一档输出轴齿轮的转速高于所述输出轴的转速时，所述第一单向轴承耦合，所述一档输出轴齿轮通过所述第一单向轴承与所述输出轴连接，并向所述输出轴单向传递扭矩；所述二档输出轴齿轮的转速高于所述输出轴的转速时，所述第二单向轴承耦合，所述二档输出轴齿轮通过所述第二单向轴承与所述输出轴连接，并向所述输出轴单向传递扭矩；所述输出轴档位齿轮组包括奇数档齿轮轴、偶数档齿轮轴、奇数档输出轴齿轮和偶数档输出轴齿轮，所述单向轴承组包括第一单向轴承和第二单向轴承；所述奇数档齿轮轴和所述偶数档齿轮轴沿轴向并列设置，且同轴地套设在所述输出轴之外或者之内；所述第一单向轴承位于所述输出轴和所述奇数档齿轮轴之间的环形空间，可选择地从所述奇数档齿轮轴向所述输出轴传递动力；所述第二单向轴承位于所述输出轴与所述偶数档齿轮轴之间的环形空间，可选择地从所述偶数档齿轮轴向所述输出轴传递动力。
5.根据权利要求4所述的用于混合动力车辆的动力传动系统，其特征在于：所述输入轴档位齿轮组包括空套在所述输入轴上的一档输入轴齿轮和二档输入轴齿轮，所述同步器组包括设置在输入轴上的第一同步器和第二同步器；所述第一同步器用于将所述输入轴与所述一档输入轴齿轮可选择地接合或分离；所述第二同步器用于将所述输入轴与所述二档输入轴齿轮可选择地接合或分离；所述一档输入轴齿轮与所述一档输出轴齿轮啮合，所述二档输入轴齿轮与所述二档输出轴齿轮啮合。
6.根据权利要求4所述的用于混合动力车辆的动力传动系统，其特征在于：所述输入轴档位齿轮组包括空套在所述输入轴上的奇数档输入轴齿轮和偶数档输入轴齿轮，所述同步器组包括设置在输入轴上的第一同步器和第二同步器；所述第一同步器可选择地将所述输入轴与所述奇数档输入轴齿轮接合；所述第二同步器可选择地将所述输入轴与所述偶数档输入轴齿轮接合；所述奇数档输入轴齿轮与所述奇数档输出轴齿轮啮合，所述偶数档输入轴齿轮与所述偶数档输出轴齿轮啮合。
7.一种车辆，其特征在于：包括如权利要求1-6中任一项所述的用于混合动力车辆的动力传动系统。
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