一种并联式混合动力系统及其变速装置及车辆的制作方法

[0001]
本实用新型具体涉及一种并联式混合动力系统及其变速装置及车辆，属于车辆动力传动技术领域。


背景技术：

[0002]
混合动力车辆由于其续驶里程不受限制以及兼具纯电行驶功能，越来越受到制造商和消费者的关注。典型地，混合动力系统采用燃料发动机和电机提供动力。并联式混合动力系统作为混合动力系统的一种常见构型，具有总的能量转换综合效率要比串联式混合动力系统高的优点。
[0003]
申请公布号为cn109080433a的专利申请文件公开了一种行星并联式混合动力系统和一种车辆，包括发动机、行星排和电机，发动机和行星排同轴设置，电机通过传动机构布置在发动机和行星排所在轴线的径向一侧。该专利虽然可以缩短系统轴向长度，但是其将电机设置在传动轴的一侧，电机只能从传动轴的一侧输入动力，布局方式不对等，系统的平衡性有待提高。


技术实现要素：

[0004]
本实用新型的目的是提供一种并联式混合动力系统及其变速装置及车辆，用于解决现有并联式混合动力传动方式平衡性有待提高的问题。
[0005]
为实现上述目的，本实用新型提供了一种并联式混合动力系统的变速装置，包括：
[0006]
输入轴，用于连接发动机；
[0007]
输出轴，用于驱动车辆行驶；输入轴和输出轴均沿车身长度方向延伸，输入轴和输出轴沿车身长度方向顺序布置；输出轴上固定有多个输出轴齿轮；还包括：
[0008]
第一中间轴，与输出轴所在轴线平行设置，且布置在输出轴的一侧；第一中间轴的一端与输入轴传动连接；还包括第一换挡机构，第一换挡机构包括第一同步器和第一齿轮，第一齿轮与相对应的输出轴齿轮为一一对应啮合，第一同步器安装在第一中间轴上，第一同步器用于使第一齿轮与第一中间轴同步转动或者断开第一齿轮与第一中间轴之间的动力传递，从而调节第一中间轴向输出轴输出的扭矩；
[0009]
第二中间轴，与输出轴所在轴线平行设置，且布置在输出轴的另一侧；第二中间轴的一端用于连接电机；还包括第二换挡机构，第二换挡机构包括第二同步器和第二齿轮，第二齿轮与相对应的输出轴齿轮为一一对应啮合，第二同步器安装在第二中间轴上，第二同步器用于使第二齿轮与第二中间轴同步转动或者断开第二齿轮与第二中间轴之间的动力传递，从而调节第二中间轴向输出轴输出的扭矩。
[0010]
为了实现上述目的，本实用新型还提供了一种并联式混合动力系统，包括发动机、电机和并联式混合动力系统的变速装置，所述并联式混合动力系统的变速装置采用上述并联式混合动力系统的变速装置。
[0011]
为了实现上述目的，本实用新型还提供了一种并联式混合动力车辆，包括车体和
设置在车体上的并联式混合动力系统，所述并联式混合动力系统包括发动机、电机和并联式混合动力系统的变速装置，所述并联式混合动力系统的变速装置采用上述并联式混合动力系统的变速装置。
[0012]
有益效果是：本实用新型包括第一中间轴和第二中间轴，第一中间轴上设置有第一换挡机构，第二中间轴上设置有第二换挡机构，这两个中间轴分别设置在输出轴的一侧，电机能从输出轴的两侧输入动力，布局方式较对等，并联式混合动力系统的平衡性有所提高。
[0013]
进一步的，在上述装置、系统和车辆中，输入轴上固定有输入轴齿轮；还包括第三换挡机构，第三换挡机构包括第三同步器、第三齿轮，第三齿轮与相对应的输入轴齿轮对应啮合，第三同步器安装在第二中间轴上，第三同步器用于使第三齿轮与第二中间轴同步转动或者断开第三齿轮与第二中间轴之间的动力传递，从而调节第二中间轴向输入轴输出的扭矩。
[0014]
进一步的，在上述装置、系统和车辆中，所述第三换挡机构还包括空套在第二中间轴上的2挡主动齿轮，所述输出轴齿轮包括1、2挡共用传动齿轮，所述1、2挡共用传动齿轮与所述 2挡主动齿轮对应啮合，所述第三同步器还用于使2挡主动齿轮与输出轴同步转动或者断开2 挡主动齿轮与输出轴之间的动力传递，从而调节第二中间轴向输出轴输出的扭矩。
[0015]
进一步的，在上述装置、系统和车辆中，所述第二换挡机构的第二同步器包括第二结合套以及固定设置在第二中间轴上的第二常啮合齿轮，所述第二齿轮包括空套在第二中间轴上的2挡主动齿轮和4挡主动齿轮，所述第二常啮合齿轮能够通过第二结合套与2挡主动齿轮和4 挡主动齿轮中的其中一个选择性啮合，实现换挡；所述输出轴齿轮包括1、2挡共用传动齿轮和3、4挡共用传动齿轮，所述2挡主动齿轮通过1、2挡共用传动齿轮与输出轴连接，所述4挡主动齿轮通过3、4挡共用传动齿轮与输出轴连接。
[0016]
进一步的，在上述装置、系统和车辆中，所述第二换挡机构的第二同步器包括第二结合套以及固定设置在第二中间轴上的第二常啮合齿轮，所述第二齿轮包括空套在第二中间轴上的4挡主动齿轮和5挡主动齿轮，所述第二常啮合齿轮能够通过第二结合套与4挡主动齿轮和5挡主动齿轮中的其中一个选择性啮合，实现换挡；所述输出轴齿轮包括3、4挡共用传动齿轮和5挡被动齿轮，所述4挡主动齿轮通过3、4挡共用传动齿轮与输出轴连接，所述5挡主动齿轮通过5挡被动齿轮与输出轴连接。
[0017]
进一步的，在上述装置、系统和车辆中，所述第一换挡机构的第一同步器包括第一结合套以及固定设置在第一中间轴上的第一常啮合齿轮，所述第一齿轮包括空套在第一中间轴上的1挡主动齿轮和3挡主动齿轮，所述第一常啮合齿轮能够通过第一结合套与1挡主动齿轮和3挡主动齿轮中的其中一个选择性啮合，实现换挡；所述输出轴齿轮包括1、2挡共用传动齿轮和3、4挡共用传动齿轮，所述1挡主动齿轮通过1、2挡共用传动齿轮与输出轴连接，所述3挡主动齿轮通过3、4挡共用传动齿轮与输出轴连接。
附图说明
[0018]
图1是本实用新型的并联式混合动力车辆实施例1的并联式混合动力车辆结构示意图；
[0019]
图2是本实用新型的并联式混合动力车辆实施例2的并联式混合动力车辆结构示意图；
[0020]
图中，1、发动机；2、离合器；3、电机；4、后桥；5、车轮；6、变速箱输入轴；7a、变速箱输入轴第一减速齿轮；7b、变速箱输入轴第二减速齿轮；7c、变速箱输入轴第三减速齿轮；8、变速箱第一中间轴；9a、变速箱1、2挡共用传动齿轮；9b、变速箱2挡主动齿轮； 9c、变速箱1挡主动齿轮；10、变速箱第二中间轴；11a、变速箱3、4挡共用传动齿轮；11b、变速箱4挡主动齿轮；11c、变速箱3挡主动齿轮；12、变速箱2挡、4挡换挡机构；13、变速箱1挡、3挡换挡机构；14、电机与发动机动力连接换挡机构；15、变速箱输出轴；16a、变速箱5挡被动齿轮；16b、变速箱5挡主动齿轮；17、变速箱4挡、5挡换挡机构；18、电机与发动机动力连接及变速箱2挡换挡机构。
具体实施方式
[0021]
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明。
[0022]
一种并联式混合动力车辆实施例1：
[0023]
本实施例的并联式混合动力车辆包括车体和设置在车体上的并联式混合动力系统，并联式混合动力系统包括发动机、电机和并联式混合动力系统的变速装置，并联式混合动力系统的变速装置的结构如图1中虚线框内所示。并联式混合动力系统的变速装置包括变速箱输入轴6、变速箱输出轴15、变速箱第一中间轴8和变速箱第二中间轴10，变速箱输入轴6和变速箱输出轴15均沿车身长度方向延伸，变速箱输入轴6和变速箱输出轴15沿车身长度方向顺序布置，变速箱第一中间轴8与变速箱输出轴15所在轴线平行设置，且布置在变速箱输出轴15的一侧；变速箱第二中间轴10与变速箱输出轴15所在轴线平行设置，且布置在变速箱输出轴15的另一侧。变速箱第一中间轴8的一端与变速箱输入轴6传动连接，变速箱第二中间轴10的一端连接电机3。
[0024]
并联式混合动力系统的变速装置包括变速箱1挡、3挡换挡机构13(即第一换挡机构)、变速箱2挡、4挡换挡机构12(即第二换挡机构)和电机与发动机动力连接换挡机构14(即第三换挡机构)。
[0025]
变速箱1挡、3挡换挡机构13包括第一同步器和第一齿轮，第一同步器包括结合套(即第一结合套)和固定设置在变速箱第一中间轴8上的第一常啮合齿轮，第一齿轮包括空套设置在第一中间轴8上的变速箱1挡主动齿轮9c和变速箱3挡主动齿轮11c，变速箱1挡主动齿轮9c与变速箱1、2挡共用齿轮9a对应啮合，变速箱3挡主动齿轮11c与变速箱3、4挡共用齿轮11a对应啮合；第一同步器安装在变速箱第一中间轴8上，第一同步器用于调节变速箱第一中间轴8向变速箱输出轴15输出的扭矩。
[0026]
变速箱1挡、3挡换挡机构13通过选择其结合套与变速箱1挡主动齿轮9c或变速箱3 挡主动齿轮11c连接，实现换挡；当结合套与变速箱1挡主动齿轮9c结合时，变速箱1挡、 3挡换挡机构13处于1挡状态；当结合套与变速箱3挡主动齿轮11c结合时，变速箱1挡、3挡换挡机构13处于3挡状态；当结合套既不与变速箱1挡主动齿轮9c结合，也不与变速箱3挡主动齿轮11c结合时，变速箱1挡、3挡换挡机构13处于空挡状态。
[0027]
变速箱2挡、4挡换挡机构12包括第二同步器和第二齿轮，第二同步器包括结合套(即第二结合套)和固定设置在变速箱第二中间轴10上的第二常啮合齿轮，第二齿轮包括空
套设置在变速箱第二中间轴10上的变速箱2挡主动齿轮9b和变速箱4挡主动齿轮11b，变速箱 2挡主动齿轮9b和变速箱1、2挡共用齿轮9a对应啮合，变速箱4挡主动齿轮11b与变速箱3、4挡共用齿轮11a对应啮合；第二同步器安装在变速箱第二中间轴10上，第二同步器用于调节变速箱第二中间轴10向变速箱输出轴15输出的扭矩。
[0028]
变速箱2挡、4挡换挡机构12通过选择其结合套与变速箱2挡主动齿轮9b或变速箱4 挡主动齿轮11b连接，实现换挡；当结合套与变速箱2挡主动齿轮9b结合时，变速箱2挡、 4挡换挡机构12处于2挡状态；当结合套与变速箱4挡主动齿轮11b结合时，变速箱2挡、 4挡换挡机构12处于4挡状态；当结合套既不与变速箱2挡主动齿轮9b结合，也不与变速箱4挡主动齿轮11b结合时，变速箱2挡、4挡换挡机构13处于空挡状态。
[0029]
电机与发动机动力连接换挡机构14包括第三同步器和变速箱输入轴第二减速齿轮7b(即第三齿轮)，变速箱第二减速齿轮7b与变速箱第一减速齿轮7a(即输入轴齿轮)对应啮合；第三同步器安装在变速箱第二中间轴10上，第三同步器用于调节变速箱第二中间轴10向变速箱输入轴6输出的扭矩。电机与发动机动力连接换挡机构14包括具有断开变速箱输入轴6 与变速箱第二中间轴10之间动力传递的空挡位和锁止保持变速箱输入轴6与变速箱第二中间轴10之间动力传递的工作挡位。
[0030]
电机与发动机动力连接换挡机构14通过选择其结合套与变速箱输入轴第二减速齿轮7b 或变速箱第二中间轴10连接，实现挡位切换；当结合套与变速箱输入轴第二减速齿轮7b结合时，可锁止保持变速箱输入轴6与变速箱第二中间轴10之间的动力传递；当结合套与变速箱第二中间轴10结合时，可断开变速箱输入轴6与变速箱第二中间轴10之间动力传递。
[0031]
发动机1的输出轴通过离合器2的主动盘相连，离合器2的从动盘与变速箱输入轴6相连。变速箱输入轴6与变速箱输入轴第一减速齿轮7a相连接，变速箱输入轴第一减速齿轮 7a与变速箱输入轴第二减速齿轮7b以及变速箱输入轴第三减速齿轮7c啮合，变速箱输入轴第三减速齿轮7c与变速箱第一中间轴8相连接，变速箱1、2挡共用齿轮9a与变速箱2 挡主动齿轮9b以及变速箱1挡主动齿轮9c啮合，变速箱3、4挡共用齿轮11a与变速箱4 挡主动齿轮11b以及变速箱3挡主动齿轮11c啮合，变速箱第二中间轴10与电机3输出轴相连接。变速箱1、2挡共用齿轮9a以及变速箱3、4挡共用齿轮11a构成输出轴齿轮，都固定设置在变速箱输出轴15上，变速箱输出轴15通过后桥4连接车轮5。
[0032]
基于本实施例的并联式混合动力系的并联式混合动力系统的主要工作模式如下：
[0033]
纯电动模式1挡：
[0034]
离合器2处于分离状态，变速箱2挡、4挡换挡机构12处于空挡状态，变速箱1挡、3 挡换挡机构13处于1挡状态，电机与发动机动力连接换挡机构14的结合套处于与变速箱输入轴第二减速齿轮7b结合的状态。此时并联式混合动力系统的输入为电机3，输出为车轮5。
[0035]
该工作模式下，具体的转矩关系为：t
out
＝i
bc
*i1*i0*t
mg
，其中i1为变速箱1挡主动齿轮 (9c)与变速箱1、2挡共用齿轮9a齿数之比，i
bc
为变速箱输入轴第二减速齿轮7b以及变速箱输入轴第三减速齿轮7c齿数之比，i0为车桥齿轮的传动比，t
mg
为电机3的转矩，t
out
为车轮5的转矩。
[0036]
纯电动模式2挡：
[0037]
离合器2处于分离状态，变速箱2挡、4挡换挡机构12处于2挡状态，变速箱1挡、3 挡
换挡机构13处于空挡状态，电机与发动机动力连接换挡机构14的结合套处于与变速箱输入轴第二减速齿轮7b分离的状态。此时并联式混合动力系统的输入为电机3，输出为车轮5。
[0038]
该工作模式下，具体的转矩关系为：t
out
＝i2*i0*t
mg
，其中i2为变速箱2挡主动齿轮9b 与变速箱1、2挡共用齿轮9a齿数之比，i0为车桥齿轮的传动比，t
mg
为电机3的转矩，t
out
为车轮5的转矩。
[0039]
纯电动模式3挡：
[0040]
离合器2处于分离状态，变速箱2挡、4挡换挡机构12处于空挡状态，变速箱1挡、3 挡换挡机构13处于3挡状态，电机与发动机动力连接换挡机构14的结合套处于与变速箱输入轴第二减速齿轮7b结合的状态。此时并联式混合动力系统的输入为电机3，输出为车轮5。
[0041]
该工作模式下，具体的转矩关系为：t
out
＝i
bc
*i3*i0*t
mg
，其中i3为变速箱3挡主动齿轮 11c与变速箱3、4挡共用齿轮11a齿数之比，i
bc
为变速箱输入轴第二减速齿轮7b以及变速箱输入轴第三减速齿轮7c齿数之比，i0为车桥齿轮的传动比，t
mg
为电机3的转矩，t
out
为车轮5的转矩。
[0042]
纯电动模式4挡：
[0043]
离合器2处于分离状态，变速箱2挡、4挡换挡机构12处于4挡状态，变速箱1挡、3 挡换挡机构13处于空挡状态，电机与发动机动力连接换挡机构14的结合套处于与变速箱输入轴第二减速齿轮7b分离的状态。此时并联式混合动力系统的输入为电机3，输出为车轮5。
[0044]
该工作模式下，具体的转矩关系为：t
out
＝i4*i0*t
mg
，其中i4为变速箱4挡主动齿轮11b 与变速箱3、4挡共用齿轮11a齿数之比，i0为车桥齿轮的传动比，t
mg
为电机3的转矩，t
out
为车轮5的转矩。
[0045]
并联模式1挡：
[0046]
离合器2处于结合状态，变速箱2挡、4挡换挡机构12处于空挡状态，变速箱1挡、3 挡换挡机构13处于1挡状态，电机与发动机动力连接换挡机构14的结合套处于与变速箱输入轴第二减速齿轮7b结合的状态。此时并联式混合动力系统的输入为发动机1和电机(3)，输出为车轮5。
[0047]
该工作模式下，具体的转矩关系为：t
out
＝i1*i0*(t
mg
*i
bc
+t
eng
*i
ac
)，其中i1为变速箱1 挡主动齿轮9c与变速箱1、2挡共用齿轮9a齿数之比，i
ac
为变速箱输入轴第一减速齿轮7a 与变速箱输入轴第三减速齿轮7c齿数之比，i
bc
为变速箱输入轴第二减速齿轮7b以及变速箱输入轴第三减速齿轮7c齿数之比，i0为车桥齿轮的传动比，t
mg
为电机3的转矩，t
eng
为发动机1转矩，t
out
为车轮5的转矩。
[0048]
并联模式2挡：
[0049]
离合器2处于结合状态，变速箱2挡、4挡换挡机构12处于2挡状态，变速箱1挡、3 挡换挡机构13处于空挡状态，电机与发动机动力连接换挡机构14的结合套处于与变速箱输入轴第二减速齿轮7b结合的状态。此时并联式混合动力系统的输入为发动机1和电机3，输出为车轮5。
[0050]
该工作模式下，具体的转矩关系为：t
out
＝i2*i0*(t
mg
+t
eng
*i
ab
)，其中i2为变速箱2挡主动齿轮9b与变速箱1、2挡共用齿轮9a齿数之比，i
ab
为变速箱输入轴第一减速齿轮7a 与变速箱输入轴第二减速齿轮7b齿数之比，i0为车桥齿轮的传动比，t
mg
为电机3的转矩， t
eng
为发动机1转矩，t
out
为车轮5的转矩。
[0051]
并联模式3挡：
[0052]
离合器2处于结合状态，变速箱2挡、4挡换挡机构12处于空挡状态，变速箱1挡、3 挡换挡机构13处于3挡状态，电机与发动机动力连接换挡机构14的结合套处于与变速箱输入轴第二减速齿轮7b结合的状态。此时并联式混合动力系统的输入为发动机1和电机3，输出为车轮5。
[0053]
该工作模式下，具体的转矩关系为：t
out
＝i3*i0*(t
mg
*i
bc
+t
eng
*i
ac
)，其中i3为变速箱3 挡主动齿轮11c与变速箱3、4挡共用齿轮11a齿数之比，i
ac
为变速箱输入轴第一减速齿轮 7a与变速箱输入轴第三减速齿轮7c齿数之比，i
bc
为变速箱输入轴第二减速齿轮7b以及变速箱输入轴第三减速齿轮7c齿数之比，i0为车桥齿轮的传动比，t
mg
为电机3的转矩，t
eng
为发动机1转矩，t
out
为车轮5的转矩。
[0054]
并联模式4挡：
[0055]
离合器2处于结合状态，变速箱2挡、4挡换挡机构12处于4挡状态，变速箱1挡、3 挡换挡机构13处于空挡状态，电机与发动机动力连接换挡机构14的结合套处于与变速箱输入轴第二减速齿轮7b结合的状态。此时并联式混合动力系统的输入为发动机1和电机3，输出为车轮5。
[0056]
该工作模式下，具体的转矩关系为：t
out
＝i4*i0*(t
mg
+t
eng
*i
ab
)，其中i4为变速箱4挡主动齿轮11b与变速箱3、4挡共用齿轮11a齿数之比，i
ab
为变速箱输入轴第一减速齿轮7a 与变速箱输入轴第二减速齿轮7b齿数之比，i0为车桥齿轮的传动比，t
mg
为电机3转矩，t
eng
为发动机1转矩，t
out
为车轮5的转矩。
[0057]
制动回收模式与纯电模式控制模式一致，区别是电机3的扭矩为负值，不再赘述。
[0058]
基于本实施例的并联式混合动力系，还能够实现无动力中断换挡控制逻辑，以第1挡位切换到第2挡位为例进行介绍，其他挡位进行切换时控制方式类似：
[0059]
1.在收到挡位切换命令之后，首先保持变速箱2挡、4挡换挡机构12处于空挡状态，变速箱1挡、3挡换挡机构13处于1挡状态，电机与发动机动力连接换挡机构14的结合套处于与变速箱输入轴第二减速齿轮7b结合的状态；
[0060]
2.电机3逐渐降扭，发动机1逐渐加扭，直至电机3扭矩为0，完全由发动机1响应驾驶员扭矩需求；
[0061]
3.控制电机与发动机动力连接换挡机构14的结合套处于与变速箱输入轴第二减速齿轮 7b分离的状态，电机3开始按照2挡折算到变速箱第二中间轴10的转速进行调速；
[0062]
4.电机3调速完成之后，控制变速箱2挡、4挡换挡机构12处于2挡状态；
[0063]
5.变速箱2挡、4挡换挡机构12处于2挡状态之后，发动机1开始逐渐减扭，电机3 开始逐渐加扭，直至发动机1扭矩为0，完全由电机3响应驾驶员扭矩需求；
[0064]
6.控制变速箱1挡、3挡换挡机构13处于空挡状态，待变速箱1挡、3挡换挡机构13 处于空挡状态之后，发动机1开始按照2挡折算到变速箱输入轴6的转速进行调速；
[0065]
7.发动机1完成调速之后，控制电机与发动机动力连接换挡机构14的结合套处于与变速箱输入轴第二减速齿轮7b结合的状态；
[0066]
8.电机与发动机动力连接换挡机构14处于结合状态之后，由电机和发动机一起响应驾驶员扭矩需求。
[0067]
本实施例的第一换挡机构可以实现空挡、1挡、3挡的切换，对应的第一齿轮包括变
5。
[0077]
一种并联式混合动力系统实施例
[0078]
本实施例的并联式混合动力系统包括发动机、电机和并联式混合动力系统的变速装置，并联式混合动力系统的变速装置的结构已经在上述并联式混合动力车辆实施例中进行了说明，此处不再赘述。
[0079]
一种并联式混合动力系统的变速装置实施例
[0080]
本实施例的并联式混合动力系统的变速装置的结构已经在并联式混合动力车辆实施例中进行了说明，此处不再赘述。

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