CN110901366B - 混合动力变速箱、混合动力驱动系统及汽车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混合动力变速箱、混合动力驱动系统及汽车，该混合动力变速箱包括第一电机、外输入轴总成、内输入轴总成、第二电机以及输出轴总成。本申请提供的上述方案，通过控制第一离合器、第二离合器、第三离合器以及同步器的位置，就能够得到发动机、第一电机和第二电机之间不同的动力组合和不同的挡位，从而能够实现多种动力模式，使得汽车能够在各个工况下获得最佳动力。与使用传统变速器的混合动力总成相比，本发明去除了传统的变速器装置，整体结构紧凑，利于机舱布置；与使用减速齿轮机构的混合动力总成相比，在不影响车辆动力性的情况下，降低了对驱动电机功率、扭矩及最高转速的需求。

Description

混合动力变速箱、混合动力驱动系统及汽车

技术领域

本发明涉及混合动力汽车技术领域，特别是涉及一种混合动力变速箱、混合动力驱动系统及汽车。

背景技术

混合动力汽车是指具有至少两个能够同时运转的动力源的汽车，最常见的油电混合动力汽车，以车载电池和燃油为共同能量源，以传统内燃机和电动机提供驱动力，具备纯电驱动方式驱动车辆行驶、发动机驱动车辆行驶、发动机和电机进行混合驱动车辆行驶以及制动能量回收等功能，与传统汽车通过内燃机进行驱动的方式相比，混合动力汽车的油耗及排放水平有了很大的提升，对环境保护及能源节约具有重大意义。

现有的混合动力汽车，一部分车辆匹配了传统的变速器，这种结构形式，无论是在发动机驱动模式还是在纯电动驱动模式下，动力源的扭矩都能够很好的适应各个行驶工况，但缺点是结构复杂，尺寸大，成本较高，不利于在汽车机舱中的布置；另一部分车辆取消了传统的变速器，直接使用减速齿轮组进行减速增扭，这种结构形式，虽然结枃紧凑，但对电机的功率、扭矩及最高转速要求高，车辆加速行驶或坡道行驶时时，要求电机具有大的输出扭矩，而车辆高速行驶时，要求电机具有很高的转速。同时由于只有单一的减速比，发动机只能在特定的车速区间(一般在高速区)驱动车辆，影响车辆的动力性，而且发动机难以工作在要求纯发动高效驱动的区间。

发明内容

基于此，有必要针对传统变速箱的混合动力装置结构复杂，尺寸大，不利于布置的问题；或使用减速机构的混合动力总成对驱动电机功率、扭矩及最高转速的要求高，车辆的动力性不好的问题，提供一种混合动力变速箱、混合动力驱动系统及汽车。

一种混合动力变速箱，包括第一电机、外输入轴总成、内输入轴总成、第二电机以及输出轴总成；

所述外输入轴总成包括外输入轴以及沿轴向依次布置在所述外输入轴上的第一离合器、第三离合器和第二离合器；所述第一电机与所述第一离合器连接；

所述内输入轴总成包括内输入轴以及沿轴向依次布置在所述内输入轴上的二挡主动齿轮、一档主动齿轮和三档主动齿轮；所述内输入轴通过所述第二离合器与所述外输入轴连接，所述二挡主动齿轮通过所述第三离合器与所述外输入轴连接；

所述第二电机上的输出齿轮通过惰轮与所述三档主动齿轮啮合；

所述输出轴总成包括输出轴以及沿轴向依次布置在所述输出轴上的二挡从动齿轮、一档从动齿轮、同步器以及三档从动齿轮，所述二挡从动齿轮与所述二挡主动齿轮啮合，所述一档从动齿轮与所述一档主动齿轮啮合，所述三档从动齿轮与所述三档主动齿轮啮合；

所述同步器在拨叉作用下与所述一档从动齿轮或所述三档从动齿轮配合。

在其中一个实施例中，所述同步器包括同步器毂和与所述同步器毂相配合的同步器套，所述同步器毂设置在所述输出轴上，所述同步器套在拨叉作用下与所述一档从动齿轮或所述三档从动齿轮配合。

在其中一个实施例中，还包括差速器总成，所述差速器总成上的主减速器从动齿轮与所述输出轴上的主减速器主动齿轮啮合。

在其中一个实施例中，所述第一电机为盘式电机，所述第一离合器置于所述第一电机中的转子内。

在其中一个实施例中，所述第一离合器、第二离合器和第三离合器均为湿式离合器。

在其中一个实施例中，所述外输入轴内输入轴以及所述输出轴均平行设置。

本发明还提供了一种混合动力驱动系统，包括发动机和如本申请实施例描述中任意一项所述的混合动力变速箱，所述发动机与所述混合动力变速箱中的所述第一电机通过所述第一离合器连接。

在其中一个实施例中，还包括储能单元，所述储能单元分别与所述第一电机和所述第二电机连接。

在其中一个实施例中，所述储能单元为蓄电池或者超级电容。

本发明还提供了一种汽车，包括汽车本体和如本申请实施例描述中任意一项所述的混合动力驱动系统，所述混合动力驱动系统安装在所述汽车本体上。

本发明的有益效果：

本发明通过控制第一离合器、第二离合器、第三离合器以及同步器的位置，就能够得到发动机、第一电机和第二电机之间不同的动力组合和不同的挡位，从而能够实现多种动力模式，使得汽车能够在各个工况下获得最佳动力。与使用传统变速器的混合动力总成相比，本发明去除了传统的变速器装置，整体结构紧凑，利于机舱布置；与使用减速齿轮机构的混合动力总成相比，在不影响车辆动力性的情况下，降低了对驱动电机功率、扭矩及最高转速的需求，同时使驱动电机和发动机有更多机会工作在高效率区，提高了动力支持整体的效率。

附图说明

图1为本发明一实施例中混合动力驱动系统结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明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发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”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。

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发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明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，不是旨在于限制本发明。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。

如图1所示，本发明一实施例中，提供了一种混合动力变速箱，包括第一电机2、外输入轴总成、内输入轴总成、第二电机8以及输出轴总成，其中外输入轴总成包括外输入轴4以及沿轴向依次布置在外输入轴4上的第一离合器3、第三离合器5和第二离合器6；第一电机2与第一离合器3连接；内输入轴总成包括内输入轴7以及沿轴向依次布置在内输入轴7上的二挡主动齿轮72、一档主动齿轮71和三档主动齿轮73；内输入轴7通过第二离合器6与外输入轴4连接，二挡主动齿轮72通过第三离合器5与外输入轴4连接；第二电机8上的输出齿轮81通过惰轮82与三档主动齿轮73啮合；输出轴总成包括输出轴9以及沿轴向依次布置在输出轴9上的二挡从动齿轮94、一档从动齿轮93、同步器92以及三档从动齿轮91，二挡从动齿轮94与二挡主动齿轮72啮合，一档从动齿轮93与一档主动齿轮71啮合，三档从动齿轮91与三档主动齿轮73啮合；同步器92包括同步器毂921和与同步器毂921相配合的同步器套922，同步器毂921设置在输出轴9上，同步器套922在拨叉作用下与一档从动齿轮93或三档从动齿轮91配合。

具体地，如图1所示，当发动机1和第一电机2不工作，第一离合器3、第二离合器6、第三离合器5分离，第二电机8驱动，动力经输出齿轮81、惰轮82、三挡主动齿轮73传递到内输入轴7，此时为第二电机8驱动纯电动模式。在纯电动模式时，当同步器92上的同步器套922与一挡从动齿轮93接合时，此时挡位处于一挡，当同步器92上的同步器套922与三挡从动齿轮91接合时，此时挡位处于三挡，当同步器92上的同步器套922处于中间位置(空挡)时，第二离合器6、第三离合器5接合，动力从内输入轴7经第二离合器6、第三离合器5传递到二挡主动齿轮72、二挡从动齿轮94，此时挡位处于二挡。

当第一离合器3接合，第二离合器6、第三离合器5分离，发动机1驱动第一电机2发电，电能供给第二电机8驱动，动力经输出齿轮81、惰轮82、三挡主动齿轮73传递到内输入轴7，此时为串联混合动力驱动模式，也称为增程模式，在增程模式时，当同步器92上的同步器套922与一挡从动齿轮93接合，此时挡位处于一挡，当同步器92上的同步器套922与三挡从动齿轮91接合，此时挡位处于3挡。

当发动机1和第二电机8不工作，第一离合器3分离，第一电机2驱动，此时为第一电机2驱动纯电动模式，同时第二离合器6接合，第三离合器5分离，动力经外输入轴4、第二离合器6、内输入轴7传递，如果同步器92上的同步器套922与一挡从动齿轮93接合，这时挡位处于一挡；如果同步器92上的同步器套922与三挡从动齿轮91接合，这时挡位处于三挡；当第三离合器5接合，第二离合器6分离，同步器92上的同步器套922处于中间位置(空挡)，动力经外输入轴4、第三离合器5、二挡主动齿轮72、二挡从动齿轮94传递，这时挡位处于二挡。

当发动机1不工作，第一离合器3分离，第一电机2和第二电机8同时驱动，这时为第一电机2和第二电机8共同驱动纯电动模式，第一电机2和第二电机8的动力沿不同线路传递。当第二离合器6接合，第三离合器5分离时，第一电机2动力经外输入轴4、第二离合器6、传递到内输入轴7，第二电机8动力经输出齿轮81、惰轮82、三挡主动齿轮73传递到内输入轴7，如果同步器92上的同步器套922与一挡从动齿轮93接合，这时第一电机2和第二电机8动力的挡位都处于一挡，称之为11挡；当第二电机8动力传递线路不变，处于一挡，第二离合器6分离，第三离合器5接合，第一电机2动力经外输入轴4、第三离合器5、二挡主动齿轮72、二挡从动齿轮94传递，挡位处于二挡，称之为21挡；当第二离合器6、第三离合器5同时接合，同步器92处于空挡，第一电机2动力经外输入轴4、第三离合器5、二挡主动齿轮72、二挡从动齿轮94传递，挡位处于二挡，第二电机8动力从外内入轴7经第二离合器6、第三离合器5传递到二挡主动齿轮72、二挡从动齿轮94，也处于二挡，称之为22挡；当第二离合器6分离，第三离合器5接合，同步器92的同步器套922与三挡从动齿轮91接合，第二电机8处于三挡，第一电机2动力传递线路不变处于二挡，称之为23挡；当第二离合器6接合，第三离合器5分离，同步器92的同步器套922与三挡从动齿轮91接合，第一电机的挡位处于三挡，第二电机动力传递线路不变，也处于三挡，挡称之为33挡。

当第一离合器3接合，第二电机8不工作(停止或者空转)，第一电机2不工作(空转)，发动机1驱动车辆，这时处于纯发动机驱动模式；在第一离合器3接合，第二电机8不工作(停止或者空转)时，发动机1驱动车辆，第一电机2根据负载情况，选择助力或发电，这时处于发动机1与第一电机2混合动力驱动模式。当第二离合器6接合，第三离合器5分离，同步器92上的同步器套922与一挡从动齿轮93接合，这时挡位处于一挡；当同步器92上的同步器套922与三挡从动齿轮91接合，这时挡位处于三挡；档第二离合器6分离、第三离合器5接合，同步器92处于空挡，这时挡位处于二挡。

当第一离合器3接合，发动机1、第一电机2和第二电机8同时工作，这时处于发动机1、第一电机2和第二电机8混合动力驱动模式。第一电机2和发动机1动力沿相同线路传递，第二电机8的动力沿另一线路传递。第二离合器6接合，第三离合器5分离，发动机1和第一电机2动力经外输入轴4、第二离合器6传递到内输入轴7，第二电机8动力经输出齿轮81、惰轮82、三挡主动齿轮73传递到内输入轴7，同步器92上的同步器套922与一挡从动齿轮93接合，这时发动机1和第一电机2及第二电机8的挡位都处于一挡，称之为11挡；第二电机8动力传递线路不变，处于一挡，第二离合器6分离，第三离合器5接合，发动机1和第一电机2动力经外输入轴4、第三离合器5、二挡主动齿轮72、二挡从动齿轮94传递，挡位处于二挡，称之为21挡；第二离合器6、第三离合器5同时接合，同步器92处于空挡，发动机1和第一电机2动力经外输入轴4、第三离合器5、二挡主动齿轮72、二挡从动齿轮94传递，挡位处于二挡，第二电机8动力从内输入轴7经第二离合器6、第三离合器5传递到二挡主动齿轮72、二挡从动齿轮94，也处于二挡，称之为22挡；第二离合器6分离，第三离合器5接合，同步器92的同步器套922与三挡从动齿轮91接合，第二电机8处于三挡，发动机1和第一电机2动力传递线路不变处于二挡，称之为23挡；第二离合器6接合，第三离合器5分离，同步器92的同步器套922与三挡从动齿轮接合，发动机1和第一电机的挡位处于三挡，第二电机动力传递线路不变，也处于三挡，挡称之为33挡。

因此，上述三个动力源—发动机1、第一电机2和第二电机8在第一离合器3、第二离合器6、第三离合器5和同步器92的控制下，可构成多个驱动模式及不同的挡位：

1)第二电机驱动纯电动模式，此时包括1、2、3挡3个挡位；

2)发动机驱动第一电机发电，第二电机驱动车辆的串联混合动力模式，此时包括1、3挡2个挡位；

3)第一电机驱动纯电动模式，此时包括1、2、3挡3个挡位；

4)第一电机和第二电机共同驱动纯电动模式，此时包括11、21、22、23、33挡5个挡位；

5)纯发动机驱动模式，此时包括1、2、3挡3个挡位；

6)发动机1与第一电机2混合动力驱动模式，此时包括1、2、3挡3个挡位；

7)发动机1、第一电机2和第二电机8混合动力驱动模式，此时包括11、21、22、23、33挡5个挡位。

上述第二电机驱动纯电动模式主要用于车辆起步和低速行驶，避免了发动机怠速运转，提高了整车的经济性。串联混合动力模式主要用于车辆长时间低速行驶。发动机驱动车辆低速行驶时，效率较低，而发动机驱动电机发电，其转速(与车速无关)和输出扭矩可控制在高效率工作区，提高了整车的经济性。车辆正常行驶时，所需提供的功率较小，在第二电机驱动纯电动模式和串联混合动力模式，对第二电机的功率和扭矩要求较小，如果减小第二电机的峰值功率和扭矩，可降低成本，同时减小第二电机的外形尺寸，使动力总成结构更紧凑，适用于更多的车型。但车辆在特殊工况时，例如坡道起步、全油门加速等，需要电机有大输出功率和扭矩，第一电机和第二电机共同驱动纯电动模式满足了这种需求。纯发动机驱动模式主要用于车辆高速行驶。发动机在驱动车辆在高速行驶时，效率较高，纯发动机驱动模式避免了串联混合动力模式机械能转换成电能再转换成机械能过程中的损耗，提高整车的经济性。发动机与第一电机混合动力驱动模式与纯发动机驱动模式结合使用，使发动机始终处于效率高的运行区间，进一步提高汽车的经济性。发动机、第一电机和第二电机混合动力驱动模式用于车辆的动力行驶模式，3个动力源同时驱动，车辆获得良好的动力性。

上述混合驱动系统，由于使用了多个挡位，在低挡位大速比(一挡)时，能获得较大的输出扭矩，降低了第二电机的扭矩要求，在高挡小速比(三挡)时，降低了车辆高速行驶时第二电机的转速，降低了第二电机的最高转速要求。

在一些实施例中，还包括差速器总成10，差速器总成10上的主减速器从动齿轮101与输出轴9上的主减速器主动齿轮95啮合。

在一些实施例中，为了节省装配空间，本申请中的第一电机2为盘式电机，第一离合器3置于第一电机2中的转子内。

在一些实施例中，为了使得离合器中的冷却油不对摩擦片起保护作用，而使动力传递平滑柔和，本申请中的第一离合器3、第二离合器6和第三离合器5均为湿式离合器。

需要说明的是，上述第一离合器3、第二离合器6和第三离合器5均选择湿式离合器仅为示例，具体地可以根据实际产品的需要进行选择，本申请对离合器的类型不作特殊限制。

本申请还提供了一种混合动力驱动系统，包括发动机1和如本申请实施例描述中任意一项的混合动力变速箱，其中，发动机1与混合动力变速箱中的第一电机2通过第一离合器3连接。

采用上述技术方案，通过控制第一离合器、第二离合器、第三离合器以及同步器的位置，就能够得到发动机、第一电机和第二电机之间不同的动力组合和不同的挡位，从而能够实现多种动力模式，使得汽车能够在各个工况下获得最佳动力。

在一些实施例中，为了方便给第一电机2和第二电机8提供动力源，本申请还包括储能单元，该储能单元分别与第一电机2和第二电机8连接。

进一步地，上述储能单元为蓄电池或者超级电容，通过蓄电池或者超级电容为第一电机2和第二电机8提供电能，从而可以更好的控制整体系统的运行。

本申请还提供了一种汽车，包括汽车本体和如本申请实施例描述中任意一项的混合动力驱动系统，该混合动力驱动系统安装在汽车本体上。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的防护范围。因此，本发明专利的防护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种混合动力变速箱，其特征在于，包括第一电机（2）、外输入轴总成、内输入轴总成、第二电机（8）以及输出轴总成；

所述外输入轴总成包括外输入轴（4）以及沿轴向依次布置在所述外输入轴（4）上的第一离合器（3）、第三离合器（5）和第二离合器（6）；所述第一电机（2）为盘式电机，所述第一离合器（3）置于所述第一电机（2）中的转子内，且所述第一电机（2）与所述第一离合器（3）连接；所述第一离合器（3）、第二离合器（6）和第三离合器（5）均为湿式离合器；

所述内输入轴总成包括内输入轴（7）以及沿轴向依次布置在所述内输入轴（7）上的二挡主动齿轮（72）、一档主动齿轮（71）和三档主动齿轮（73）；所述内输入轴（7）通过所述第二离合器（6）与所述外输入轴（4）连接，所述二挡主动齿轮（72）通过所述第三离合器（5）与所述外输入轴（4）连接；

所述第二电机（8）上的输出齿轮（81）通过惰轮（82）与所述三档主动齿轮（73）啮合；

所述输出轴总成包括输出轴（9）以及沿轴向依次布置在所述输出轴（9）上的二挡从动齿轮（94）、一档从动齿轮（93）、同步器（92）以及三档从动齿轮（91），所述二挡从动齿轮（94）与所述二挡主动齿轮（72）啮合，所述一档从动齿轮（93）与所述一档主动齿轮（71）啮合，所述三档从动齿轮（91）与所述三档主动齿轮（73）啮合；

所述同步器（92）在拨叉作用下与所述一档从动齿轮（93）或所述三档从动齿轮（91）配合。

2.根据权利要求1所述的混合动力变速箱，其特征在于，所述同步器（92）包括同步器毂（921）和与所述同步器毂（921）相配合的同步器套（922），所述同步器毂（921）设置在所述输出轴（9）上，所述同步器套（922）在拨叉作用下与所述一档从动齿轮（93）或所述三档从动齿轮（91）配合。

3.根据权利要求1所述的混合动力变速箱，其特征在于，还包括差速器总成（10），所述差速器总成（10）上的主减速器从动齿轮（101）与所述输出轴（9）上的主减速器主动齿轮（95）啮合。

4.根据权利要求1所述的混合动力变速箱，其特征在于，所述外输入轴（4）内输入轴（7）以及所述输出轴（9）均平行设置。

5.一种混合动力驱动系统，其特征在于，包括发动机（1）和如权利要求1-4任意一项所述的混合动力变速箱，所述发动机（1）与所述混合动力变速箱中的所述第一电机（2）通过所述第一离合器（3）连接。

6.根据权利要求5所述的混合动力驱动系统，其特征在于，还包括储能单元，所述储能单元分别与所述第一电机（2）和所述第二电机（8）连接。

7.根据权利要求6所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述储能单元为蓄电池或者超级电容。

8.一种汽车，包括汽车本体和如权利要求5-7任意一项所述的混合动力驱动系统，所述混合动力驱动系统安装在所述汽车本体上。