CN214138224U - 一种主动同步换挡混合动力变速箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种主动同步换挡混合动力变速箱，包括：发动机、ISG电机、驱动电机、换挡电机、同步器、差速器、第一输入轴、第二输入轴、中间轴、齿轮组；第一输入轴，与发动机连接，ISG电机，为启动、发电一体电机，与发动机通过齿轮副连接；第二输入轴，与驱动电机通过齿轮副连接；中间轴，与第一输入轴可通过两个齿轮副连接，通过换挡电机、同步器对齿轮副进行切换；差速器，与中间轴、第二输入轴分别通过齿轮副连接。本实用新型采用电机主动控制转速或转矩和同步器结构，换挡过程时间短、制造成本低、换挡控制逻辑简单、换挡冲击小等优势，有效提高整车的动力性及经济性。

Description

一种主动同步换挡混合动力变速箱

技术领域

本实用新型属于新能源汽车混合动力总成技术领域，具体涉及一种主动同步换挡混合动力变速箱。

背景技术

作为城市的交通运输工具的新能源汽车已经愈来愈成为交通运输的主流工具，除了纯电动汽车，为了提高续航里程，扩展使用场景，还存在混合动力驱动汽车，作为新能源的一大分支，混合动力车型在现有的汽车销售市场并不少见。目前的混合动力包括:

串联式：车辆的驱动力只来源于电动机的混合动力汽车，结构特点是发动机带动发电机发电，电能通过电机控制器输送给电动机，由电动机驱动汽车行驶；

并联式：车辆的驱动力由电动机及发动机同时或单独供给的混合动力汽车。结构特点是并联式驱动系统可以单独使用发动机或电动机作为动力源，也可以同时使用电动机和发动机作为动力源驱动汽车行驶。

混联式混合动力汽车：同时具有串联式、并联式驱动方式的混合动力汽车。结构特点是可以在串联混合模式下工作，也可以在并联混合模式下工作，同时兼顾了串联式和并联式的特点。

目前的混合动力汽车普遍采用离合器进行换挡，在低速状态下，离合器使发动机分离，采用电动机驱动车辆；在高速状态时，离合器使发动机与电动机耦合，发动机依靠离合器的摩擦力与车辆速度匹配一致，完成换挡。然后离合器制造成本高，换挡过程时间长，存在换挡冲击。

实用新型内容

针对现有技术所存在的上述不足，本实用新型目的是提供一种新型一种主动同步换挡混合动力变速箱，采用电机主动控制转速或转矩，使得发动机和电机的混合输出转速或转矩在一定范围内，利用同步器的锁止功能，实现换挡目的。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种主动同步换挡混合动力变速箱，包括：发动机、ISG电机、驱动电机、换挡电机、同步器、差速器、第一输入轴、第二输入轴、中间轴、齿轮组，

第一输入轴，与发动机连接，

ISG电机，为启动、发电一体电机，与发动机通过齿轮副连接，

第二输入轴，与驱动电机通过齿轮副连接，

中间轴，与第一输入轴可通过两个齿轮副连接，通过换挡电机、同步器对齿轮副进行切换，

差速器，与中间轴、第二输入轴分别通过齿轮副连接。

进一步地，所述第一输入轴上沿轴线依次安装有第二齿轮、第三齿轮、第五齿轮，

进一步地，所述ISG电机的输出轴上安装有第一齿轮，第一齿轮与第二齿轮啮合，

进一步地，所述第二输入轴上安装有第九齿轮、第十齿轮，所述驱动电机的输出轴上安装有第十一齿轮，第十一齿轮与第十齿轮啮合，

进一步地，所述中间轴上安装有同步器、第七齿轮，第四齿轮、第六齿轮通过轴承安装在中间轴上，所述同步器可切换第一输入轴与中间轴的齿轮副，第四齿轮与第三齿轮啮合，第六齿轮与第五齿轮啮合，

进一步地，所述同步器包括齿套、接合齿、同步环，齿套安装在中间轴上，所述齿套可由换挡电机推动沿中间轴的轴线移动；同步环位于齿套和结合齿之间；所述结合齿有两个，分别与第四齿轮、第六齿轮固连；所述同步器可切换第一输入轴和中间轴的齿轮副，

进一步地，所述差速器上安装有第八齿轮，第七齿轮与第八齿轮啮合，第九齿轮与第八齿轮啮合，

本实用新型的有益效果：

本实用新型取消了常规换挡时采用的离合器结构，而是采用电机主动控制转速或转矩，使得发动机和电机的混合输出转速或转矩在一定范围内，同时利用同步器的锁止功能，实现换挡目的。本实用新型具有换挡过程时间短、制造成本低、换挡控制逻辑简单、换挡冲击小等优势，有效提高整车的动力性及经济性。

附图说明

图1为本实用新型所述的主动同步换挡混合动力变速箱的结构示意图；

图2为本实用新型所述的主动同步换挡混合动力变速箱在纯电模式下的动力传递路线示意图；

图3为本实用新型所述的主动同步换挡混合动力变速箱在混动一挡模式的动力传递路线示意图；

图4为本实用新型所述的主动同步换挡混合动力变速箱在混动二挡模式的动力传递路线示意图；

图5为本实用新型所述的主动同步换挡混合动力变速箱纯电驱动，同时发电机发电的动力传递路线示意图；

图6为本实用新型所述的主动同步换挡混合动力变速箱在发动机驱动一挡模式的动力传递路线示意图；

图7为本实用新型所述的主动同步换挡混合动力变速箱在发动机驱动二挡模式的动力传递路线示意图。

图中：1、发动机；2、ISG电机；3、驱动电机；4、同步器；5、差速器；6、第一输入轴；7、中间轴；8、第二输入轴；901、第一齿轮；902、第二齿轮；903、第三齿轮；904、第四齿轮；905、第五齿轮；906、第六齿轮；907、第七齿轮； 908、第八齿轮；909、第九齿轮；910、第十齿轮；911、第十一齿轮。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，一种主动同步换挡混合动力变速箱，包括：发动机1、ISG电机2、驱动电机3、换挡电机、同步器4、差速器5、第一输入轴6、第二输入轴 8、中间轴7、齿轮组，

第一输入轴6，与发动机1连接，

ISG电机2，为启动、发电一体电机，与发动机1通过齿轮副连接，

第二输入轴8，与驱动电机3通过齿轮副连接，

中间轴7，与第一输入轴6可通过两个齿轮副连接，通过换挡电机、同步器 4对齿轮副进行切换，

差速器5，与中间轴7、第二输入轴8分别通过齿轮副连接。

在其中一个实例中，所述第一输入轴上沿轴线依次安装有第二齿轮902、第三齿轮903、第五齿轮905，

在其中一个实例中，所述ISG电机2的输出轴上安装有第一齿轮901，第一齿轮901与第二齿轮902啮合，

在其中一个实例中，所述第二输入轴8上安装有第九齿轮909、第十齿轮910，所述驱动电机3的输出轴上安装有第十一齿轮911，第十一齿轮911与第十齿轮 910啮合，

在其中一个实例中，所述中间轴7上安装有同步器4、第七齿轮907，第四齿轮904、第六齿轮906通过轴承安装在中间轴7上，所述同步器4可切换第一输入轴6与中间轴7的齿轮副，第四齿轮904与第三齿轮903啮合，第六齿轮 906与第五齿轮905啮合，

在其中一个实例中，所述同步器4包括齿套、接合齿、同步环，齿套安装在中间轴7上，所述齿套可由换挡电机推动沿中间轴7的轴线移动；同步环位于齿套和结合齿之间；所述结合齿有两个，分别与第四齿轮904、第六齿轮906固连；所述同步器4可切换第一输入轴6和中间轴7的齿轮副，

在其中一个实例中，所述差速器5上安装有第八齿轮908，第七齿轮907与第八齿轮908啮合，第九齿轮909与第八齿轮908啮合，

本实用新型的换挡过程：

1.摘旧挡前的控制：

(1)关闭发动机1油门，保持节气门开度不变；

(2)通过ISG电机2控制系统检测电机的输出转矩，通过电机控制系统调节电机的输出转矩，使发动机1和电机的混合输出转矩在一定范围内。

2.摘旧挡

当发动机1和电机的混合输出转矩接近于0时，摘旧挡；

3.挂新挡

将ISG电机2切换为转速控制工况，通过电机控制系统检测变速器输入轴的实际转速，并通过电机控制系统调节变速器输入轴的实际转速，使其接近变速器输入轴同步转速目标值Vin，通过变速器控制系统测得变速器输出转速ωout，以下公式计算同步转速齿套目标值ωin的大小

ωin＝ωout*i，其中，i为新挡速比

当变速器输入轴的实际转速与目标值ωin接近时，减小转速变化率。ISG 电机2控制接合齿转速ω，换挡电机控制齿套轴向运动，齿套转速ωin；换挡电机根据接合齿的目标位置和当前位置的反馈值，输出换挡力F推动齿套沿靠近接合齿的轴向运动；当接触到同步环时，由于接合齿转速ω和齿套转速ωin不同，同步环受到接合齿的摩擦力矩和齿套的拨环力矩，摩擦力矩大于拨环力矩，导致齿套无法带动同步环运动，齿套不能穿过同步环与接合齿结合；

当ω>ωin时，换挡电机保持推力F不变，调速电机主动调节发动机1速度，使接合齿转速逐渐下降，接合齿转速ω不可降速过快，否则接合齿与同步环的下一个花键倒角搭接，无法穿过同步环；接合齿的转速ω与齿套转速ωin的值交叉，同步环受到的摩擦力矩反向，同步环在摩擦力矩和拨环力矩作用力下，相对于齿套反向转动，在换挡电机的推力F作用下，穿过同步环与接合齿结合；

当ω<ωin时，换挡电机保持推力F不变，调速电机主动调节发动机1速度，使接合齿转速ω逐渐上升，接合齿转速ω不可升速过快，否则接合齿与同步环的下一个花键倒角搭接，无法穿过同步环；接合齿的转速ω与齿套转速ωin的值交叉，同步环受到的摩擦力矩反向，同步环在摩擦力矩和拨环力矩作用力下，相对于齿套反向转动，在换挡电机的推力F作用下，穿过同步环与接合齿结合；

4.驱动转矩的恢复控制

打开发动机1油门，并调节节气门开度，使发动机1输出扭矩，驱动车辆行驶，将ISG电机2调整为发电模式，从而完成换挡过程。

本实用新型的各档位动力传递路线：

如图2所示，发动机1停机，中间轴7与第一输入轴6断开连接，驱动电机 3启动，此时为纯电模式；

如图3所示，发动机1、驱动电机3均启动，换挡电机与同步器4配合，齿套与第六齿轮906的结合齿啮合，中间轴7与第一输入轴6通过第五齿轮905、第六齿轮906连接，此时为混动一挡模式；

如图4所示，发动机1、驱动电机3均启动，换挡电机与同步器4配合，齿套与第四齿轮904的结合齿啮合，中间轴7与第一输入轴6通过第四齿轮904、第三齿轮903连接，此时为混动二挡模式；

如图5所示发动机1、驱动电机3均启动，此时为纯电模式，同时ISG发电机发电；

如图6所示，发动机1启动，驱动电机3停机换挡电机与同步器4配合，齿套与第六齿轮906的结合齿啮合，中间轴7与第一输入轴6通过第五齿轮905、第六齿轮906连接，此时为发动机1驱动一挡模式；

如图7所示，发动机1启动，换挡电机与同步器4配合，齿套与第四齿轮 904的结合齿啮合，中间轴7与第一输入轴6通过第四齿轮904、第三齿轮903 连接，此时为发动机1驱动二挡模式。

综上所述，本实用新型采用电机主动控制转速或转矩和同步器结构，换挡过程时间短、制造成本低、换挡控制逻辑简单、换挡冲击小等优势，有效提高整车的动力性及经济性。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施方式只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并加以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种主动同步换挡混合动力变速箱，其特征在于：包括：发动机(1)、ISG电机(2)、驱动电机(3)、换挡电机、同步器(4)、差速器(5)、第一输入轴(6)、第二输入轴(8)、中间轴(7)、齿轮组，

第一输入轴(6)，与发动机(1)连接，

ISG电机(2)，为启动、发电一体电机，与发动机(1)通过齿轮副连接，

第二输入轴(8)，与驱动电机(3)通过齿轮副连接，

中间轴(7)，与第一输入轴(6)可通过两个齿轮副连接，通过换挡电机、同步器(4)对齿轮副进行切换，

差速器(5)，与中间轴(7)、第二输入轴(8)分别通过齿轮副连接。

2.根据权利要求1所述的一种主动同步换挡混合动力变速箱，其特征在于：所述第一输入轴(6)上沿轴线依次安装有第二齿轮(902)、第三齿轮(903)、第五齿轮(905)。

3.根据权利要求2所述的一种主动同步换挡混合动力变速箱，其特征在于：所述ISG电机(2)的输出轴上安装有第一齿轮(901)，第一齿轮(901)与第二齿轮(902)啮合。

4.根据权利要求3所述的一种主动同步换挡混合动力变速箱，其特征在于：所述第二输入轴(8)上安装有第九齿轮(909)、第十齿轮(910)，所述驱动电机(3)的输出轴上安装有第十一齿轮(911)，第十一齿轮(911)与第十齿轮(910)啮合。

5.根据权利要求4所述的一种主动同步换挡混合动力变速箱，其特征在于：所述中间轴(7)上安装有同步器(4)、第七齿轮(907)，第四齿轮(904)、第六齿轮(906)通过轴承安装在中间轴(7)上，所述同步器(4)可切换第一输入轴(6)与中间轴(7)的齿轮副，第四齿轮(904)与第三齿轮(903)啮合，第六齿轮(906)与第五齿轮(905)啮合。

6.根据权利要求5所述的一种主动同步换挡混合动力变速箱，其特征在于：所述同步器(4)包括齿套、接合齿、同步环，齿套安装在中间轴(7)上，所述齿套可由换挡电机推动沿中心轴的轴线移动；同步环位于齿套和结合齿之间；所述结合齿有两个，分别与第四齿轮(904)、第六齿轮(906)固连；所述同步器(4)可切换第一输入轴(6)和中间轴(7)的齿轮副。

7.根据权利要求6所述的一种主动同步换挡混合动力变速箱，其特征在于：所述差速器(5)上安装有第八齿轮(908)，第七齿轮(907)与第八齿轮(908)啮合，第九齿轮(909)与第八齿轮(908)啮合。

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