CN214112265U - 一种变速器、增程式混合动力系统及车辆 - Google Patents

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金鑫
李玉强
田均
邹伟
刘石生
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Abstract

本实用新型提供一种变速器、增程式混合动力系统及车辆,变速器包括输入轴及输出轴,所述输出轴连接差速器,所述输入轴连接驱动电机,所述变速器还包括行星齿轮机构、及耦合连接在所述输出轴和所述输入轴之间的多组档位齿轮副,所述档位齿轮副通过所述行星齿轮机构连接所述输出轴。本实用新型通过设置多组档位齿轮副,可以实现多档变速器,提高高速行驶时能量转化率,此外还设置行星齿轮机构,档位齿轮副通过行星齿轮机构连接输出轴,可以提高机构的整体传动效率,进一步提高能量转化率。

Description

一种变速器、增程式混合动力系统及车辆
技术领域
本实用新型涉及混合动力技术领域,特别涉及一种变速器、增程式混合动力系统及车辆。
背景技术
当今世界面临能源匮乏和环境恶化两大挑战,传统燃油车正受到石油危机和环境恶化的严重困扰,节能减排逐渐成为汽车行业的焦点。新能源汽车的诞生为缓解能源匮乏和环境恶化带来新的希望,新能源汽车代表了世界汽车产业的发展方向,是世界各国和汽车制造厂商的共同选择,目前市面上新能源汽车主要以混合动力汽车和纯电汽车构成。
纯电动汽车发展遇到了一个最大的挑战就是电池续航问题,电池容量与电池的体积和质量成正比,这也形成了一个矛盾,容量越大,续航能力越强,但是电池占用的体积和质量也越大,从而导致车辆受到的阻力也越大,降低续航里程,并且电池容量越大,充电时间也相应增长。
混合动力汽车是指车辆驱动系统由两个或多个能同时运转的单个驱动系统联合组成的车辆,车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系统单独或共同提供。通常所说的混合动力汽车,一般指油电混合动力汽车,即采用传统的发动机(柴油机或汽油机)和电动机作为动力源,市场上普遍的油电混合动力汽车为插电式混合动力汽车,简单说就是介于电动车与燃油车两者之间的一种车。它既有传统汽车的发动机、变速器、传动系统、油路、油箱,也有电动汽车的电池、电机和控制电路,并且电池容量比较大,有充电接口。
插电式混合动力汽车型搭载了两套动力系统,所以整车质量比燃油车型更重,在动力电池电量消耗完以后,燃油经济性还不如燃油车,复杂的结构也导致了整车成本的上涨,并且在国家新一轮汽车补贴政策中,插电式混合动力汽车已经被划分到常规燃油车类别,不在享受挂绿牌、不限号、购车补贴等优惠政策。
部分汽车厂商开始考虑增程式混合动力汽车,增程式纯电车一直都是使用电机驱动,发动机只负责默默发电,它既可以纯电动运行也可以插电式运行,所以转换率很高,也能省油;具备很好的续航里程,尤其是纯电动行驶与发电机行驶相辅相成的过程中,能够行驶得更远;但是市面上的增程式汽车多为单档变速器,在高速行驶时能量转化率不高。
实用新型内容
基于此,本实用新型的目的是提供一种变速器、增程式混合动力系统及车辆,以解决现有增程式混合动力系统能量转化率不高的技术问题。
根据本实用新型实施例当中的一种变速器,包括输入轴及输出轴,所述输出轴连接差速器,所述输入轴连接驱动电机,所述变速器还包括行星齿轮机构、及耦合连接在所述输出轴和所述输入轴之间的多组档位齿轮副,所述档位齿轮副通过所述行星齿轮机构连接所述输出轴。
优选地,所述行星齿轮机构由太阳轮、齿圈和行星架组成,所述太阳轮连接所述输出轴,所述行星架连接所述太阳轮,所述齿圈连接所述行星架,所述档位齿轮副连接所述太阳轮或所述齿圈。
优选地,所述多组档位齿轮副包括一档齿轮副和二档齿轮副。
优选地,所述一档齿轮副连接所述齿圈,所述二档齿轮副连接所述太阳轮。
优选地,所述变速器还包括作用在所述行星齿轮机构上并实现档位切换的离合器。
优选地,所述变速器还包括作用在所述行星齿轮机构上并实现制动的制动器。
优选地,所述输出轴通过主减齿轮副连接所述差速器。
根据本实用新型实施例当中的一种增程式混合动力系统,包括发动机、差速器、驱动电机、发电机、电池以及上述的变速器,所述发动机连接所述发电机,以带动所述发电机发电,所述电池连接所述发电机,以存储所述发电机产生的电能,所述电池还连接驱动电机,以为所述驱动电机提供电能,所述驱动电机通过所述变速器连接所述差速器。
优选地,所述发电机还通过供电线路连接所述驱动电机。
根据本实用新型实施例当中的一种车辆,包括上述的增程式混合动力系统。
与现有技术相比:通过设置多组档位齿轮副,可以实现多档变速器,提高高速行驶时能量转化率,此外还设置行星齿轮机构,档位齿轮副通过行星齿轮机构连接输出轴,可以提高机构的整体传动效率,进一步提高能量转化率。
附图说明
图1为本实用新型第一实施例中的变速器的结构示意图;
图2为本实用新型第一实施例中的增程式混合动力系统的结构示意图;
图3-图12为本实用新型第一实施例中的增程式混合动力系统在不同模式下的能源传递路径示意图。
附图标记说明:
1、驱动电机;2、输入轴;3、一档主动齿轮;4、二档主动齿轮;5、制动器;6、离合器;7、二档从动齿轮;8、太阳轮;9、行星架;10、齿圈;11、一档从动齿轮;12、主减从动齿轮;13、差速器;14、主减主动齿轮;15、驻车齿轮;16、发动机;17、发电机;18、第一电机控制器;19、电池;20、第二电机控制器;21、输出轴。
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本实用新型。
具体实施方式
为了便于理解本实用新型,下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的若干实施例。但是,本实用新型可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是,当元件被称为“固设于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例一
请参阅图1,所示为本实用新型第一实施例中的变速器,包括输入轴2及输出轴21,输出轴21连接差速器13,输入轴2连接驱动电机1,变速器还包括行星齿轮机构、及耦合连接在输出轴21和输入轴2之间的多组档位齿轮副,档位齿轮副通过行星齿轮机构连接输出轴21。
具体地,行星齿轮机构由太阳轮8、齿圈10和行星架9组成,太阳轮8连接输出轴21,行星架9连接太阳轮8,行星架9上设有行星轮,齿圈10连接行星架9,档位齿轮副连接太阳轮8或齿圈10。
示例而非限定,在本实施例当中,多组档位齿轮副具体包括一档齿轮副和二档齿轮副,即本实施例当中的增程式混合动力系统具有两个自然档位,一档齿轮副和二档齿轮副沿输入轴2朝远离驱动电机1的方向依次排布,一档齿轮副连接齿圈10,二档齿轮副连接太阳轮8。具体来说,一档齿轮副包括啮合连接的一档主动齿轮3和一档从动齿轮11,一档主动齿轮3设置在输入轴2上,一档从动齿轮11连接齿圈10,二档齿轮副包括啮合连接的二档主动齿轮4和二档从动齿轮7,二档主动齿轮4设置在输入轴2上,二档从动齿轮7连接太阳轮8。
需要说明的是,以上两个自然档位的示例仅仅只是本实施例实施的一种情况,但本实用新型不限于此,在其它实施例当中,变速器还可以包括比两个自然档位更多或更少的档位,例如还可以设置三组档位齿轮副,使变速器具有三个自然档位、或者还可以设置四组档位齿轮副,使变速器具有四个自然档位等等。
此外,输出轴21通过主减齿轮副连接差速器13,主减齿轮副包括啮合连接的主减主动齿轮14和主减从动齿轮12,主减主动齿轮14设置于输出轴21上,主减从动齿轮12设置于差速器13上,以使输出轴21与差速器13建立连接,以通过差速器13连接车辆的前轮和/或后轮(图未示出),连接前轮时车辆为前驱式,连接后轮时车辆为后驱式,连接前后轮时车辆为四驱式,从而将动力输出给车轮、以驱动车辆行驶。此外,输出轴21上还设有驻车齿轮15,驻车齿轮15设置在一档从动齿轮11和主减主动齿轮14之间。
除此之外,变速器还包括作用在太阳轮8上并实现档位切换的离合器6,变速器还包括作用在太阳轮8上并实现制动的制动器5,制动器5和离合器6相互配合以实现一挡和二挡之间的切换。
综上,本实施例当中的变速器,通过设置多组档位齿轮副,可以实现多档变速器,提高高速行驶时能量转化率,此外还设置行星齿轮机构,档位齿轮副通过行星齿轮机构连接输出轴,可以提高机构的整体传动效率,进一步提高能量转化率。
实施例二
请参阅图2,所示为本实用新型第二实施例中的增程式混合动力系统,包括发动机16、差速器13、驱动电机1、发电机17、电池19以及上述第一实施例当中的变速器,发动机16连接发电机17,以带动发电机17发电,电池19连接发电机17,以存储发电机17产生的电能,电池19还连接驱动电机1,以为驱动电机1提供电能,驱动电机1通过变速器连接差速器13,具体为变速器的输入轴2连接驱动电机1,变速器的输出轴21连接变速器。
此外,本实施例当中的增程式混合动力系统还包括第一电机控制器18和第二电机控制器20,第一电机控制器18连接驱动电机1,主要用于控制驱动电机1运行;第二电机控制器20连接发动机16,主要用于控制发动机16运行,进而对发电机17的运行进行控制。发动机16具体可以为内燃机。另外,驱动电机1还通过第一电机控制器18连接电池19,使得在制动能量回收模式下,驱动电机1产生的电能可以通过第一电机控制器18传递给电池19,以将回收能量存储于电池19当中。
除此之外,发电机17还通过供电线路(图未示出)连接驱动电机1,使得在需要时可以直接将电供给驱动电机1,而无需先到电池19、再到驱动电机1,降低能量在传输过程当中的损耗。作为一种供电走线方式,发电机17可以依次经过发动机16、第二电机控制器20和第一电机控制器18将电能传输给驱动电机1(如图9和图10所示)。
需要指出的是,本实用新型第二实施例所提供的装置,其实现原理及产生的技术效果和第一实施例类似,为简要描述,本实施例未提及之处,可参考第一实施例中相应内容。
基于图2示出的增程式混合动力系统结构,本实施例当中的增程式混合动力系统具有如下表1所示的模式:
表1:
以下结合上述表1示出的10种模式及对应的附图、对系统各部件在各个模式下的动作过程及能量传统路径做详细说明:
模式1:停车,当需要停车时,关闭发动机16,发电机17处于自由状态,驱动电机1关闭,离合器6和制动器5处于分离状态,驻车齿轮15处于P档。
模式2:停车充电模式,当车辆在停车状态,电池19电量不足时,可以选择车辆停车充电。此时,发动机16处于驱动状态,发电机17处于发电状态,驱动电机1关闭,离合器6和制动器5处于分离状态,驻车齿轮15处于P档。
模式3:纯电倒档,当车辆需要倒车时,发动机16处于关闭状态,发电机17处于自由状态,驱动电机1反转驱动车辆倒车,离合器6分离,制动器5接合,驻车齿轮15处于空档位置。
模式4:倒档串联,当车辆需要长时间倒车,电池19无法提供足够多的电量时,可选择倒档串联驱动,此时,发动机16由关闭状态切换到驱动状态,发电机17由自由状态切换到发电状态,驱动电机1仍然反转驱动,离合器6分离,制动器5接合,驻车齿轮15处于空档位置,发电机17产生的交流电不传递给电池19,直接给驱动电机1使用,避免能量的浪费。
模式5:纯电一档驱动,当车速较低时,发动机16关闭,离合器6分离,制动器5接合,驻车齿轮15处于空档位置;驱动电机1经过输入轴2带动一档主动齿轮3,再通过行星架9的行星轮将动力传动给主减主动齿轮14,电量不足时,可以切换到一档串联驱动模式。
模式6:纯电二档驱动,当车速较高时,发动机16关闭,离合器6接合,制动器5分离,驻车齿轮15处于空档位置;驱动电机1经过输入轴2带动二档主动齿轮4,再通过离合器6带动太阳轮8将动力传动给主减主动齿轮14,电量不足时,可以切换到二档串联驱动模式。
模式7:一档串联驱动,当电池19电量不足,车速较低,应选择一档串联驱动,工作时,发动机16处于驱动状态,发电机17处于发电状态,驻车齿轮15处于空档位置,驱动电机1处于驱动状态;驱动电机1经过输入轴2带动一档主动齿轮3,通过行星架9的行星轮将动力传动给主减主动齿轮14,发电机17产生的交流电不经过电池19,直接传递给驱动电机1,使驱动电机1驱动车辆行驶,减少了能量转化传递过程中的损失;一档串联驱动模式能长时间工作,并使发动机16、发动机16长时间处于高效率区间,此外电池19和发电机17同时给驱动电机1供电,提高动力性能。
模式8:二档串联驱动,当电池19电量不足,车速较高,应选择二档串联驱动,工作时,发动机16处于驱动状态,发电机17处于发电状态,驻车齿轮15处于空档位置,驱动电机1处于驱动状态;驱动电机1经过输入轴2带动二档主动齿轮4,通过离合器6带动太阳轮8将动力传动给主减主动齿轮14,发电机17产生的交流电不经过电池19,直接传递给驱动电机1,使驱动电机1驱动车辆行驶,减少了能量转化传递过程中的损失;二档串联驱动模式能长时间工作,并使发动机16长时间处于高效率区间,此外电池19和发电机17同时给驱动电机1供电,提高动力性能。
模式9:一档能量回收,纯电一档或者倒挡工作时,当遇到减速模式,可选择一档能量回收,此时,发电机17处于自由状态,离合器6分离,制动器5接合,驻车齿轮15处于空档位置,驱动电机1处于发电状态;在发电时,驱动电机1产生的交流电经第一电机控制器18传递给电池19,存储于电池19中。
模式10:二档能量回收,纯电二档工作时,当遇到减速模式,可选择二档能量回收,此时,发电机17处于自由状态,离合器6接合,制动器5分离,驻车齿轮15处于空档位置,驱动电机1处于发电状态;在发电时,驱动电机1产生的交流电经第一电机控制器18传递给电池19,存储于电池19中。
实施例三
本实用新型第三实施例提出一种车辆,所述车辆包括上述第二实施例当中所述的增程式混合动力系统。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本实用新型的保护范围。因此,本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种变速器,其特征在于,包括输入轴及输出轴,所述输出轴连接差速器,所述输入轴连接驱动电机,所述变速器还包括行星齿轮机构、及耦合连接在所述输出轴和所述输入轴之间的多组档位齿轮副,所述档位齿轮副通过所述行星齿轮机构连接所述输出轴。
2.根据权利要求1所述的变速器,其特征在于,所述行星齿轮机构由太阳轮、齿圈和行星架组成,所述太阳轮连接所述输出轴,所述行星架连接所述太阳轮,所述齿圈连接所述行星架,所述档位齿轮副连接所述太阳轮或所述齿圈。
3.根据权利要求2所述的变速器,其特征在于,所述多组档位齿轮副包括一档齿轮副和二档齿轮副。
4.根据权利要求3所述的变速器,其特征在于,所述一档齿轮副连接所述齿圈,所述二档齿轮副连接所述太阳轮。
5.根据权利要求1-4任一项所述的变速器,其特征在于,所述变速器还包括作用在所述行星齿轮机构上并实现档位切换的离合器。
6.根据权利要求1-4任一项所述的变速器,其特征在于,所述变速器还包括作用在所述行星齿轮机构上并实现制动的制动器。
7.根据权利要求1-4任一项所述的变速器,其特征在于,所述输出轴通过主减齿轮副连接所述差速器。
8.一种增程式混合动力系统,其特征在于,包括发动机、差速器、驱动电机、发电机、电池以及权利要求1-7任一项所述的变速器,所述发动机连接所述发电机,以带动所述发电机发电,所述电池连接所述发电机,以存储所述发电机产生的电能,所述电池还连接驱动电机,以为所述驱动电机提供电能,所述驱动电机通过所述变速器连接所述差速器。
9.根据权利要求8所述的增程式混合动力系统,其特征在于,所述发电机还通过供电线路连接所述驱动电机。
10.一种车辆,其特征在于,包括权利要求8-9任一项所述的增程式混合动力系统。
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