CN217074025U - 一种混合动力变速器及包含其的车辆动力系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种混合动力变速器及包含其的车辆动力系统，混合动力变速器包括输入轴、输出轴、中间轴和电机，输入轴与输出轴同轴设置；输入轴上设有常啮合主动齿轮；输出轴上依次设置有三档从动齿轮、二档从动齿轮、一档从动齿轮和五档从动齿轮；中间轴上设有常啮合从动齿轮、三档主动齿轮、二档主动齿轮、一档主动齿轮和五档主动齿轮；常啮合主动齿轮、三档从动齿轮、二档从动齿轮、一档从动齿轮以及五档从动齿轮之间设有同步器；电机输出轴连接有电机输出轴齿轮，电机输出轴齿轮通过电机联接惰轮轴齿轮与电机动力输入齿轮联接，电机动力输入齿轮设置在中间轴上。本实用新型增加单电机实现混合动力系统的多种工作模式，前进档均可以实现发动机动力和纯电机动力的有效耦合。

Description

一种混合动力变速器及包含其的车辆动力系统

技术领域

本实用新型涉及一种混合动力变速器，尤其适用于商用车系统。

背景技术

随着汽车油耗法规和排放的进一步收严，汽车的电动化趋势已经越来越明显。过去几年的时间里，乘用车市场的混合动力和纯电动增长非常明显。近来商用车市场的混合动力也逐渐兴起。不同于乘用车紧凑的布置空间，商用车在整车布置上相对宽松。市场上主流的产品多为基于AMT(Automated mechanical transmission，机械式自动变速器)的P2方案和P3方案的混合动力系统。P2系统是在发动机后添加电机，整机的设计上较为简单，分为单一离合器系统和前后离合器系统。单一离合器系统成本较有优势，输入车辆的电机扭矩经过变速后也可以得到放大，但缺点是较大的惯量影响AMT的换档品质。P2的前后离合器方案改进了这一缺点，但额外离合器和其执行器的添加，增加了成本。基于AMT的P3方案，在输出轴上添加电机动力的方案，电机的扭矩由于无法得到放大，同等条件下影响车辆的动力性能。因此，提出了基于AMT P2.5方案，现有的P2.5方案将电机集成在双离合变速器中，将电机与双离合变速箱中的偶数档轴或奇数档轴进行耦合。通常电机输出轴外接一个齿轮与偶数档轴或奇数档轴的某一齿轮啮合，将电机融入到了双离合变速器结构中，其缺点是只能实现部分工况模式或档位的耦合。因此，现有的变速器还有待于改进和发展。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种混合动力变速器及包含其的车辆动力系统，解决现有的变速器的电机只能实现部分工况模式或档位的驱动的问题。

本实用新型为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种混合动力变速器，包括输入轴、输出轴、中间轴、电机和电机联接惰轮轴，所述输入轴与输出轴同轴设置，所述中间轴平行于输入轴和输出轴设置；所述输入轴上设置有常啮合主动齿轮；所述输出轴上依次设置有三档从动齿轮、二档从动齿轮、一档从动齿轮和五档从动齿轮；所述中间轴上设置有与常啮合主动齿轮、三档从动齿轮、二档从动齿轮、一档从动齿轮和五档从动齿轮一一对应啮合的常啮合从动齿轮、三档主动齿轮、二档主动齿轮、一档主动齿轮和五档主动齿轮；所述常啮合主动齿轮、三档从动齿轮、二档从动齿轮、一档从动齿轮以及五档从动齿轮之间设置有同步器；所述电机输出轴连接有电机输出轴齿轮，所述电机联接惰轮轴上设置有电机联接惰轮轴齿轮，所述电机联接惰轮轴齿轮与电机输出轴齿轮以及电机动力输入齿轮啮合，所述电机动力输入齿轮设置在中间轴上。

进一步地，所述常啮合主动齿轮固定在输入轴上，所述三档从动齿轮、二档从动齿轮、一档从动齿轮和五档从动齿轮均空套于输出轴上；所述常啮合主动齿轮与三档从动齿轮之间设置有第一同步器，所述二档从动齿轮与一档从动齿轮之间设置有第二同步器，所述五档从动齿轮一侧设置有第三同步器。

进一步地，所述第一同步器固定于输出轴上，所述第一同步器左移实现常啮合主动齿轮与输出轴的同步；所述第一同步器右移实现三档从动齿轮与输出轴的同步。

进一步地，所述第二同步器固定于输出轴上，所述第二同步器左移实现二档从动齿轮与输出轴的同步；所述第二同步器右移实现一档从动齿轮与输出轴的同步。

进一步地，所述第三同步器固定于输出轴上，所述第三同步器右移实现五档从动齿轮与输出轴的同步。

进一步地，所述常啮合主动齿轮、三档从动齿轮、二档从动齿轮、一档从动齿轮以及五档从动齿轮均可通过结合齿与其相邻的同步器相连。

进一步地，所述常啮合从动齿轮、三档主动齿轮、二档主动齿轮、一档主动齿轮和五档主动齿轮均固定在中间轴上；所述电机输出轴齿轮固定在电机输出轴上，所述电机动力输入齿轮固定在中间轴上。

进一步地，所述同步器采用液压换档系统或电机换档系统控制，三档和四档由第一同步器控制，一档和二档由第二同步器控制，五档由第三同步器控制。

进一步地，所述输入轴通过离合器连接到发动机，所述输出轴通过中间传动轴连接到集成差速器式后桥。

本实用新型为解决上述技术问题而采用的另一技术方案是提供一种车辆动力系统，包括依次连接的发动机、离合器、变速器、中间传动轴和集成差速器式后桥，所述变速器为上述的混合动力变速器。

本实用新型对比现有技术有如下的有益效果：本实用新型提供的混合动力变速器及包含其的车辆动力系统，通过增加单电机实现混合动力系统的纯电动、混合动力驱动、制动能量回收等整车工作模式，以较低成本实现机械式自动变速器车型的混合动力化；当纯发动机驱动时，可以断开电机，当纯电驱动时可以断开发动机，实现动力在变速器内部的高效传递；前进档均可以实现发动机动力和纯电机动力的有效耦合，能够兼顾任意车速下的发动机及电机的高效工作；倒档通过电机的反向运转实现，节省了原来的倒档和同步器等零部件，降低了产品成本；相比于P2模式，可以实现更好的换档品质，较低的成本；相比于P3模式，电机的扭矩可以实现不动档位的放大；相比于市场上专用的DHT结构，借用了现有的AMT传动箱本体，节省了开发的时间和费用。

附图说明

图1为本实用新型实施例的混合动力变速器的原理图；

图2为包含本实用新型实施例的混合动力变速器的车辆动力系统原理图。

图中：

1、输入轴；2、中间轴；3、输出轴；4、常啮合主动齿轮；5、常啮合从动齿轮；6、一档主动齿轮；7、二档主动齿轮；8、三档主动齿轮；9、五档主动齿轮；10、一档从动齿轮；11、二档从动齿轮；12、三档从动齿轮；13、五档从动齿轮；14、第一同步器；15、第二同步器；16、第三同步器；17、电机输出轴齿轮；18、电机联接惰轮轴；19；电机动力输入齿轮；20、电机联接惰轮轴齿轮；21、电机；22、发动机；23、离合器；24、集成差速器式后桥；25、中间传动轴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。

图1为本实用新型实施例的混合动力变速器的原理图。

请参见图1，本实用新型实施例的混合动力变速器，包括输入轴1、输出轴3、中间轴2、电机21和电机联接惰轮轴18，输入轴1与输出轴3同轴设置，中间轴2平行于输入轴1和输出轴3设置；输入轴1上设置有常啮合主动齿轮4；输出轴3上依次设置有三档从动齿轮12、二档从动齿轮11、一档从动齿轮10和五档从动齿轮13；中间轴2上设置有与常啮合主动齿轮4、三档从动齿轮12、二档从动齿轮11、一档从动齿轮10和五档从动齿轮13一一对应啮合的常啮合从动齿轮5、三档主动齿轮8、二档主动齿轮7、一档主动齿轮6和五档主动齿轮9；常啮合主动齿轮4、三档从动齿轮12、二档从动齿轮11、一档从动齿轮10以及五档从动齿轮13之间设置有同步器；电机输出轴连接有电机输出轴齿轮17，电机联接惰轮轴18上的电机联接惰轮轴齿轮20与电机输出轴齿轮17以及电机动力输入齿轮19啮合，电机动力输入齿轮19设置在中间轴2上。

具体地，常啮合主动齿轮4固定在输入轴1上，三档从动齿轮12、二档从动齿轮11、一档从动齿轮10和五档从动齿轮13均空套于输出轴3上；常啮合主动齿轮4与三档从动齿轮12之间设置有第一同步器14，二档从动齿轮11与一档从动齿轮10之间设置有第二同步器15，五档从动齿轮13一侧设置有第三同步器16。常啮合主动齿轮4、三档从动齿轮12、二档从动齿轮11、一档从动齿轮10以及五档从动齿轮13均可通过结合齿与其相邻的同步器相连。第一同步器14固定于输出轴3上，第一同步器14左移实现常啮合主动齿轮4与输出轴3的同步；第一同步器14右移实现三档从动齿轮12与输出轴3的同步；第二同步器15固定于输出轴3上，第二同步器15左移实现二档从动齿轮11与输出轴3的同步；第二同步器15右移实现一档从动齿轮10与输出轴3的同步；第三同步器16固定于输出轴3上，第三同步器16右移实现五档从动齿轮13与输出轴3的同步。

具体地，常啮合从动齿轮5、三档主动齿轮8、二档主动齿轮7、一档主动齿轮6和五档主动齿轮9均固定在中间轴2上；电机输出轴齿轮17固定在电机输出轴上，电机动力输入齿轮19固定在中间轴2上。

请同时参见图2，本实用新型实施例的车辆动力系统，包括依次连接的发动机22、离合器23、变速器、中间传动轴25和集成差速器式后桥24，变速器为上述的混合动力变速器，混合动力变速器的输入轴1通过离合器23连接到发动机22，输出轴3通过中间传动轴25连接到集成差速器式后桥24。

本实用新型提供的混合动力变速器，在实际使用时，工作模式包括：纯电动模式、纯发动机模式、混合动力模式、倒档模式和制动能量回收模式。

纯电动模式，一档时，第二同步器15右移，输出轴3与一档从动齿轮10同步，电机21的动力通过电机输出轴输出后，依次经过电机输出轴齿轮17、电机联接惰轮轴齿轮20、电机动力输入齿轮19、中间轴2、一档主动齿轮6、一档从动齿轮10和第二同步器15传递到输出轴3；二档、三档和五档与一档类似。四档略有不同，四档时通过常啮合主动齿轮4传递，第一同步器14左移，输出轴3与常啮合主动齿轮4同步，电机21的动力通过电机输出轴输出后，依次经过电机输出轴齿轮17、电机联接惰轮轴齿轮20、电机动力输入齿轮19、中间轴2、常啮合从动齿轮5、常啮合主动齿轮4和第一同步器14传递到输出轴3。

纯发动机模式，一档时，第二同步器15右移，输出轴3与一档从动齿轮10同步，发动机22的动力通过输入轴1输出后，依次经过常啮合主动齿轮4、常啮合从动齿轮5、中间轴2、一档主动齿轮6、一档从动齿轮10和第二同步器15传递到输出轴3；二档、三档和五档与一档类似。四档略有不同，四档时通过常啮合主动齿轮4直接传递，无需通过中间轴2传递，第一同步器14左移，输出轴3与常啮合主动齿轮4同步，发动机22的动力通过输入轴1输出后，依次经过常啮合主动齿轮4和第一同步器14传递到输出轴3。

混合动力模式，各个档位的电机21动力传递方式与纯电动模式相同，各个档位的发动机22的动力传递方式与纯发动机模式相同，一档、二档、三档和五档的电机21动力与发动机22动力在中间轴2上合成，四档的电机21动力与发动机22动力在常啮合主动齿轮4上合成。

倒档模式，电机联接惰轮轴18替换了原有的倒挡中间轴；电机联接惰轮轴18仅通过电机联接惰轮轴齿轮20连接到电机输出轴齿轮17，动力由电机输入到变速箱。因此，倒档仅通过电机21实现，倒档时的电机21动力传递方式与纯电动模式相同，仅电机21的旋转方向与纯电动前进档模式时相反。

制动能量回收模式，电机21由驱动改为发电状态，电机21动力传递方式与纯电动模式相同，仅动力的传递方向与纯电动模式相反。

本实用新型提供的混合动力变速器，除以上的档位和工况模式外，还可以通过电机21进行发动机22的启动。电机21的动力通过电机输出轴输出后，依次经过电机输出轴齿轮17、电机联接惰轮轴齿轮20、电机动力输入齿轮19、中间轴2、常啮合从动齿轮5、和常啮合主动齿轮4传递到输入轴1，离合器23闭合即可实现。启动后，需要离合器23的及时脱开及电机21的协同控制，在车辆静止空档安全模式下以及纯电驱动下通过离合器23的滑磨控制均可以启动发动机22。

由于变速器壳体结构的不同，也可能存在去掉电机联接惰轮轴18和电机联接惰轮轴齿轮20的情况，电机输出轴齿轮17直接连接到变速器壳体内部的电机动力输入齿轮19，此种情况仍在本实用新型的保护范围内。

综上所述，本实用新型实施例的混合动力变速器及包含其的车辆动力系统，通过增加单电机21实现混合动力系统的纯电动、混合动力驱动、制动能量回收等整车工作模式，以较低成本实现机械式自动变速器车型的混合动力化；当纯发动机驱动时，可以断开电机21动力输入，当纯电驱动时可以断开发动机22，实现动力在变速器内部的高效传递；前进档均可以实现发动机22动力和纯电机动力的有效耦合，能够兼顾任意车速下的发动机22及电机21的高效配合工作；倒档通过电机21的反向运转实现，节省了原来的倒档和同步器等零部件，降低了产品成本；相比于P2模式，可以实现更好的换档品质，较低的成本；相比于P3模式，电机21的扭矩可以实现不动档位的放大；相比于市场上专用的DHT结构，借用了现有的AMT传动箱本体，节省了开发的时间和费用。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，作些许的修改和完善，仍然在本实用新型的保护范围内，因此本实用新型的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种混合动力变速器，其特征在于，包括输入轴、输出轴、中间轴、电机和电机联接惰轮轴，所述输入轴与输出轴同轴设置，所述中间轴平行于输入轴和输出轴设置；所述输入轴上设置有常啮合主动齿轮；所述输出轴上依次设置有三档从动齿轮、二档从动齿轮、一档从动齿轮和五档从动齿轮；所述中间轴上设置有与常啮合主动齿轮、三档从动齿轮、二档从动齿轮、一档从动齿轮和五档从动齿轮一一对应啮合的常啮合从动齿轮、三档主动齿轮、二档主动齿轮、一档主动齿轮和五档主动齿轮；所述常啮合主动齿轮、三档从动齿轮、二档从动齿轮、一档从动齿轮以及五档从动齿轮之间设置有同步器；所述电机输出轴连接有电机输出轴齿轮，所述电机联接惰轮轴上设置有电机联接惰轮轴齿轮，所述电机联接惰轮轴齿轮与电机输出轴齿轮以及电机动力输入齿轮啮合，所述电机动力输入齿轮设置在中间轴上。

2.如权利要求1所述的混合动力变速器，其特征在于，所述常啮合主动齿轮固定在输入轴上，所述三档从动齿轮、二档从动齿轮、一档从动齿轮和五档从动齿轮均空套于输出轴上；所述常啮合主动齿轮与三档从动齿轮之间设置有第一同步器，所述二档从动齿轮与一档从动齿轮之间设置有第二同步器，所述五档从动齿轮一侧设置有第三同步器。

3.如权利要求2所述的混合动力变速器，其特征在于，所述第一同步器固定于输出轴上，所述第一同步器左移实现常啮合主动齿轮与输出轴的同步；所述第一同步器右移实现三档从动齿轮与输出轴的同步。

4.如权利要求2所述的混合动力变速器，其特征在于，所述第二同步器固定于输出轴上，所述第二同步器左移实现二档从动齿轮与输出轴的同步；所述第二同步器右移实现一档从动齿轮与输出轴的同步。

5.如权利要求2所述的混合动力变速器，其特征在于，所述第三同步器固定于输出轴上，所述第三同步器右移实现五档从动齿轮与输出轴的同步。

6.如权利要求1所述的混合动力变速器，其特征在于，所述常啮合主动齿轮、三档从动齿轮、二档从动齿轮、一档从动齿轮以及五档从动齿轮均可通过结合齿与其相邻的同步器相连。

7.如权利要求1所述的混合动力变速器，其特征在于，所述常啮合从动齿轮、三档主动齿轮、二档主动齿轮、一档主动齿轮和五档主动齿轮均固定在中间轴上；所述电机输出轴齿轮固定在电机输出轴上，所述电机动力输入齿轮固定在中间轴上。

8.如权利要求2所述的混合动力变速器，其特征在于，所述同步器采用液压换档系统或电机换档系统控制，三档和四档由第一同步器控制，一档和二档由第二同步器控制，五档由第三同步器控制。

9.如权利要求1所述的混合动力变速器，其特征在于，所述输入轴通过离合器连接到发动机，所述输出轴通过中间传动轴连接到集成差速器式后桥。

10.一种车辆动力系统，其特征在于，包括依次连接的发动机、离合器、变速器、中间传动轴和集成差速器式后桥，所述变速器为权利要求1-9中任意一项所述的混合动力变速器。

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