一种混合动力汽车的变速传动系统的制作方法

1.本实用新型涉及混合动力汽车制造技术领域，尤其是一种混合动力汽车的变速传动系统。


背景技术：

2.现今，由于混合动力汽车具有节能环保、没有里程焦虑等优点，已成为新能源汽车重要发展方向。混合动力变速传动系统是混合动力汽车核心技术之一。
3.由于串并联混合动力变速系统比较简单、技术难度相对较低，目前在国内车企得到广泛的应用。串并联混合动力变速系统通常要包括发动机、发电机、电机、锁定离合器、减速齿轮等；其中，发电机与发动机轴连接，锁定离合器能够将发动机轴与输出轴连接。电机通过加速齿轮驱动车辆，当离合器分离时，发电机将发动机输出的功率转换成电能，经过整流、逆变，由电机将电能转变成驱动扭矩，作用在车轮，实现电力传动；当离合器锁定时，发动机输出功率，通过减速齿轮直接传递驱动车辆，实现机械传动。电力传动的优点是发动机与车轮完全解耦，能够使发动机工作在最佳工况；其弱点是发动机输出的功率，经过几次能量转换，能量有损失，降低传动效率。机械传动的优点是通过齿轮传递扭矩，传动效率高；其弱点是发动机转速与车轮转速锁定，发动机工作点由车速决定，不能保持在最佳工况，发动机效率较低。串并联混合动力还有一个弱点：低速时串联驱动，发动机扭矩不能参与车辆加速，车辆加速度受到限制。
4.为了克服串并联混合动力变速系统的弱点，人们开始研发多挡位的串并联混合动力系统，从而改善发动机工作点，提高发动机效率，并且改善整车加速性能。
5.2020年01月10日公开一项申请号为201910956880.2、名称为“一种专用于混合动力汽车的变速传动系统”的中国实用新型申请，其包括发动机(1)、第一电机(3)、第二电机(4)、第二电机传动组件(5)、第一离合器(6)、双离合器组件(7)、第一挡位齿轮组(8)、第二挡位齿轮组(9)、第三挡位齿轮组(10)、同步器(11)、第一输入轴(13)和第二输入轴(14)，其中：发动机(1)与第一离合器(6)连接；第一离合器(6)与第一电机(3)、第一输入轴(13)分别连接；双离合器组件(7)的一端与第一输入轴(13)连接,另一端与第二输入轴(14)连接；第二电机(4)与第三挡位齿轮组(10)连接。其通过配置三离合器、三挡位，降低了对动力源的要求，同时能实现多种工作模式，以实现高效工作。不过这种变速传动系统即使配置三个离合器，实现挡位切换数还较少，燃油经济性还有待提高，且整体结构也较为复杂。
6.另外，现有一大部分已运用的串并联混合动力变速系统无法实现在ev(纯电驱动)和hev(混合动力驱动)工况无动力中断下进行换挡，降低车辆行使的平顺性。


技术实现要素：

7.本实用新型要解决的技术问题是提供一种混合动力汽车的变速传动系统，其结构简单紧凑，在ev或hev工况均可实现无动力中断情况下进行换挡，提升汽车行使平顺性；且能实现较多挡位切换，提升发动机燃油消耗经济性。
8.为达到上述目的，本实用新型的技术方案是：一种混合动力汽车的变速传动系统，包括发动机、第一电机、第二电机、输入轴和输出轴，输入轴连接发动机，其特征在于：还包括第一同步器和第二同步器，输入轴上套有第一齿轮和第二齿轮，第一同步器连接输入轴，输入轴通过第一同步器分别与第一齿轮或第二齿轮形成连接或不连接；输出轴上套有第三齿轮和第四齿轮，第二同步器连接输出轴，输出轴通过第二同步器分别与第三齿轮或第四齿轮形成连接或不连接；
9.第一电机轴与第五齿轮和第六齿轮连接，第五齿轮、第一齿轮和第三齿轮相互传动，第六齿轮、第二齿轮和第四齿轮相互传动；第二电机轴通过传动机构连接输出轴。
10.作为一种优选，所述第五齿轮同时与第一齿轮和第三齿轮相啮合，第一齿轮和第三齿轮相互不啮合；第六齿轮同时与第二齿轮和第四齿轮相啮合，第二齿轮和第四齿轮相互不啮合。
11.进一步，所述第六齿轮包括连成一体的两个齿轮，其中一个齿轮与第二齿轮相啮合，另一个齿轮与第四齿轮相啮合。这样方便设计合适的速比。
12.作为一种优选，所述第三齿轮同时与第一齿轮和第五齿轮相啮合，第一齿轮和第五齿轮相互不啮合；第四齿轮同时与第二齿轮和第六齿轮相啮合，第二齿轮和第六齿轮相互不啮合。
13.进一步，所述第四齿轮包括连成一体的两个齿轮，其中一个齿轮与第二齿轮啮合，另一个齿轮与第六齿轮啮合。以方便设计合适的速比。
14.作为一种优选，所述第一齿轮同时与第三齿轮和第五齿轮相啮合，第三齿轮和第五齿轮相互不啮合；第二齿轮同时与第四齿轮和第六齿轮相啮合，第四齿轮和第六齿轮相互不啮合。
15.进一步，所述第二齿轮包括连成一体的两个齿轮，其中一个齿轮与第六齿轮啮合，另一个齿轮与第四齿轮啮合。以方便设计合适的速比。
16.优选所述传动机构包括连接在所述第二电机轴上的第七齿轮和连接在输出轴上的第八齿轮，第七齿轮和第八齿轮相啮合。这样第二电机通过第七齿轮和第八齿轮相啮合就能直接驱动输出轴。
17.进一步改进，本变速传动系统还包括第一传动轴和第二传动轴，第一传动轴连接第一电机轴，所述第五齿轮和第六齿轮连接第一传动轴上；第二传动轴连接第二电机轴，所述第七齿轮连接在第二传动轴上。
18.作为一种变化，所述第一同步器和/或所述第二同步器由离合器替代。
19.本变速传动系统具有以下任一种或多种工作模式：
20.纯电模式：所述第一电机和/或第二电机参与驱动输出轴，并可实现动力换挡；
21.串联模式：所述发动机驱动所述第一电机发电，所述第二电机驱动输出轴；
22.并联模式：所述发动机通过选定挡位驱动输出轴，所述第一电机和所述第二电机可分别驱动、发电或空转，并且可以实现动力换挡。
23.本实用新型有益效果如下：
24.1、采用技术成熟、成本低的平行轴、齿轮变速机构，仅有两对同步器，可实现发动机四个挡位，优化发动机工况、改善其效率；第一电机有两个挡位，很好地兼顾大推力和高转速；第二电机可设置为速比适中，中等车速时有良好的推力和效率。
25.2、hev(混合动力驱动)工况换挡时，采用第二电机保持驱动、第一电机拖动发动机调速、调好同步后直接挂档同步器的方式，实现动力换挡，换挡不会出现动力中断，过程平顺，且系统简单；ev(纯电驱动)工况通过第二电机和第一电机相互配合也能实现无动力中断换挡，过程平顺，舒适性好，确保车辆行使平顺性。
26.3、两个电机均可与发动机分离，故ev工况时，两个电机可同时驱动，所以二电机的扭矩和功率可减小，降低成本，减小重量和体积。
27.4、同步器挂挡后，不再需要消耗能量；摘挡后，残余阻力小，能量损失少，有利于提高系统效率。
28.5、换挡执行机构简单，控制方便，且类型单一，成本低。
29.6、这种变速系统，第一电机能实现较多功能，一是驱动输出轴，实现纯电动输出；二是当成启动电机，参与启动发动机，三是发动机启动后可作为发电机使用给动力电池充电，四是参与调同步作用，便于第一同步器与第一齿轮或第二齿轮的结合，也便于第二同步器与第三齿轮或第四齿轮的结合。因此减少部件配置，整体结构更为紧凑。
附图说明
30.图1是本实用新型第一种实施例结构示意图；
31.图2是本实用新型第二种实施例结构示意图；
32.图3是本实用新型第三种实施例结构示意图；
33.图4是本实用新型第四种实施例结构示意图。
具体实施方式
34.下面结合附图和具体的实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
35.实施例一、图1所示，一种混合动力汽车的变速传动系统，包括发动机1、第一电机2、第二电机3、输入轴4、输出轴5、第一传动轴6、第二传动轴7、第一同步器s1和第二同步器s2，输入轴4连接发动机1，输入轴4上套有第一齿轮a1和第二齿轮b1，第一同步器s1连接输入轴4，输入轴4通过第一同步器s1分别与第一齿轮a1或第二齿轮b1形成连接或不连接，具体为：按照图1所示，第一同步器s1左移与第一齿轮a1结合时，输入轴4与第一齿轮a1形成连接，第一同步器s1右移与第二齿轮b1结合时，输入轴4与第二齿轮b1形成连接，第一同步器s1处于中位时，输入轴4与第一齿轮a1和第二齿轮b1都不连接；输出轴5上套有第三齿轮a3和第四齿轮b3，第二同步器s2连接输出轴5，输出轴5通过第二同步器s2分别与第三齿轮a3或第四齿轮b3形成连接或不连接，具体为：按照图1所示，第二同步器s2左移与第三齿轮a3结合时，输出轴5与第三齿轮a3形成连接，第二同步器s2右移与第四齿轮b3结合时，输出轴5与第四齿轮b3形成连接，第二同步器s2处于中位时，输出轴5与第三齿轮a3和第四齿轮b3都不连接；
36.第一传动轴6连接第一电机2的轴，第一传动轴6上连接有第五齿轮a2和第六齿轮b2，第五齿轮a2、第一齿轮a1和第三齿轮a3相互传动，具体为：第五齿轮a2同时与第一齿轮a1和第三齿轮a3相啮合，第一齿轮a1和第三齿轮a3相互不啮合；第六齿轮b2、第二齿轮b1和第四齿轮b3相互传动，具体为：第六齿轮b2同时与第二齿轮b1和第四齿轮b3相啮合，第二齿轮b1和第四齿轮b3相互不啮合；
37.第二传动轴7连接第二电机3的轴，第二传动轴7通过传动机构8连接输出轴5，传动机构8包括连接在第二传动轴7上的第七齿轮c2和连接在输出轴5上的第八齿轮c3，第七齿轮c2和第八齿轮c3相啮合。
38.第四齿轮b3与第六齿轮b2的传动速比大于第八齿轮c3与第七齿轮c2的传动速比；第八齿轮c3与第七齿轮c2的传动速比大于第三齿轮a3与第五齿轮a2的传动速比。如第四齿轮b3与第六齿轮b2的传动速比可以设置为12﹕1；第八齿轮c3与第七齿轮c2的传动速比可以设置为8﹕1；第三齿轮a3与第五齿轮a2的传动速比可以设置为6﹕1；这样第一电机2驱动输出轴5时就可以有一个大传动速比和一个小传动速比，大传动速比降低输出转速，同时提升扭矩，适合汽车的启动阶段，小传动速比提升输出转速，适合汽车较高车速行驶，降低电耗，第二电机有一个中传动速比，便于汽车启动后的介入。所以设置的挡位就比较合理。
39.输出轴5上还连接有输出齿轮d1，所述第二传动轴7与所述第一传动轴6中心轴线相重叠，所述第二传动轴7和所述第一传动轴6处于输入轴4和输出轴5之间；输入轴4、输出轴5、第一传动轴6和第二传动轴7可安装在箱体上。第一同步器s1和/或第二同步器s2可由离合器替代。
40.本实施例中，发动机1有四个挡位，或者说发动机1与输出轴5的速比有四个。第一同步器s1挂左侧挡、第二同步器s2挂右侧挡，发动机1扭矩通过第一齿轮a1、第五齿轮a2、第六齿轮b2和第四齿轮b3传递到输出轴5，齿轮对第一齿轮a1/第五齿轮a2和齿轮对第六齿轮b2/第四齿轮b3组成第一个挡位/速比；第一同步器s1挂左侧挡、第二同步器s2挂左侧挡，发动机1扭矩通过第一齿轮a1、第五齿轮a2和第三齿轮a3传递到输出轴5，齿轮对第一齿轮a1/第五齿轮a2和齿轮对第五齿轮a2/第三齿轮a3组成第二个挡位/速比；第一同步器s1挂右侧挡、第二同步器s2挂左侧挡，发动机1扭矩通过第二齿轮b1、第六齿轮b2、第五齿轮a2和第三齿轮a3传递到输出轴5，齿轮对第二齿轮b1/第六齿轮b2和齿轮对第五齿轮a2/第三齿轮a3组成第三个挡位/速比；第一同步器s1挂右侧挡、第二同步器s2挂右侧挡，发动机1扭矩通过第二齿轮b1、第六齿轮b2和第四齿轮b3传递到输出轴5，齿轮对第二齿轮b1/第六齿轮b2和齿轮对第六齿轮b2/第四齿轮b3组成第四个挡位/速比。
41.本实施例安装在车辆底盘上时，第一电机2、第二电机3均通过控制器电连接装在车辆底盘上的动力电池。
42.本实施例可实现以下表1中体现的控制和挡位切换：
43.表1：
[0044][0045]
注：1、d/g表示该电机与传动链连接、随动，根据需要可以随时转入驱动或发电状态。
[0046]
2、第一同步器s1和第二同步器s2的位置是与图1所示位置相对应。
[0047]
从以上表1中可以清楚看出，在换挡过程中，都有电机参与驱动，实现无动力中断换挡，有效提升汽车驱动的平顺性。
[0048]
本实施例以各种模式工作时，各部件主要设置和控制进一步说明如下：
[0049]
ev(纯电驱动)工况：
[0050]
第一电机2驱动ev模式：发动机1关闭，第一同步器s1处于中位，切断与传动链的连接；第二同步器s2右移挂挡齿轮b3(或左移齿轮a3)，第一电机2通过第四齿轮b3与第六齿轮b2啮合(或第三齿轮a2与第五齿轮a3啮合)驱动输出轴5，第一电机2具有两个档位：大速比第四齿轮b3/第六齿轮b2和小速比第五齿轮a3/第三齿轮a2。
[0051]
第二电机3驱动ev模式：发动机1关闭，第一同步器s1处于中位，切断与传动链的连接；第二同步器s2处于中位，切断第一电机2与传动链的连接；第二电机3通过第七齿轮c2和第八齿轮c3相啮合驱动输出轴5。第二电机3具有中等速比。
[0052]
在“第一电机2驱动ev模式”中，第二电机3总是与传动链连接，可以随时转入电动状态，与第一电机2共同驱动。在ev工况时，第一电机2和第二电机3可共同驱动，且第一电机2可具有较大减速(增扭比)，因此，两个电机的扭矩要求不大；由于第二电机3具有中等速比、第一电机2具有两个速比，两个电机的转速需求适中。
[0053]
ev(纯电驱动)工况无动力中断换挡：
[0054]
ev工况，第一电机2由大速比ev i换挡小速比ev iii：第一电机2将载荷转移给第二电机3，第二电机3持续驱动；第一电机2卸载后，将第二同步器s2摘挡处于中位；第一电机2调同步，第三齿轮a3与输出轴5同步后，第二同步器s2左移挂挡；调整扭矩分配，完成换挡。
[0055]
第一电机2由小速比ev iii换挡大速比ev i：第一电机2将载荷转移给第二电机3，第二电机3持续驱动；第一电机2卸载后，将第二同步器s2挡处于中位；第一电机2调同步，第四齿轮b3与输出轴5同步后，第二同步器s2右移挂挡；调整扭矩分配，完成换挡。
[0056]
由此可见，ev工况时，第一电机2换档时，总有第二电机3在驱动并补偿第一电机2的扭矩，因此换挡过程无动力中断。
[0057]
ev(纯电驱动)工况切换hev(混合动力驱动)串联工况：
[0058]
车辆可以由ev工况平稳地切换到hev串联驱动工况：ev工况：发动机1关机，第一同步器s1摘挡处于中位，第二电机3通过第七齿轮c2和第八齿轮c3相啮合驱动输出轴5。为了从ev工况切换到hev工况，实施以下步骤：第一同步器s1右移挂挡，第一电机2通过第六齿轮b2、第二齿轮b1、第一同步器s1、输入轴4拖动并启动发动机1；然后，发动机1进入工作状态，输出功率，驱动第一电机2发电给动力电池充电，动力电池为第二电机3供电，第二电机3驱动车辆，系统进入hev串联驱动工况。
[0059]
串联模式切换并联模式：
[0060]
车辆速度较低时，系统hev串联驱动；随着车辆车速提高，系统进入hev并联驱动模式。发动机1具有四个挡位，即发动机1能够以四个不同速比直接驱动。发动机1工况效率优于三挡及少于三挡的串并联混合动力系统。第一电机2有两个挡位，可在加速性能和燃油经济性取得良好平衡，同时，扭矩和转速要求降低，有利于降低成本、重量和nvh(噪声、振动与声振粗糙度)；第二电机3具有一个中等速比，第二电机3扭矩和转速要求适中。
[0061]
hev串联工况可以平顺切换到hev并联驱动一挡：hev串联模式：第一同步器s1左移挂挡，使第一传动轴6与输入轴4连接，发动机1驱动第一电机2发电；第二电机3通过第七齿轮c2和第八齿轮c3相啮合驱动输出轴5。由串联驱动模式切换并联驱动模式，要实施以下步骤：第二电机3继续驱动，车辆无动力中断；第一电机2带动发动机1调速度，当第四齿轮b3与输出轴5同步时，第二同步器s2右移挂挡；然后调配扭矩，进入一挡并联驱动模式；发动机1通过输入轴4、第一齿轮a1、第五齿轮a2、第六齿轮b2和第四齿轮b3驱动输出轴5。
[0062]
类似地，系统可以由hev串联驱动模式，转换到其他hev并联驱动挡位。
[0063]
hev(混合动力驱动)工况下，无动力中断换挡：
[0064]
系统能够无动力中断进行换挡，换档时，发动机1卸载(输出扭矩降低为零)；第二电机3补偿发动机1卸载，通过第七齿轮c2和第八齿轮c3相啮合持续驱动输出轴5；原挡位同步器摘挡后，第一电机2带动发动机1调同步；当新挡位齿轮与相关轴同步后，同步器挂挡；然后调配扭矩，完成换挡。
[0065]
hev一挡可以平顺切换到hev二挡：发动机1卸载，第二电机3增扭补偿；第二电机3通过第七齿轮c2和第八齿轮c3相啮合继续驱动输出轴5，车辆无动力中断；发动机1扭矩减零后，可以轻松摘掉第二同步器s2右侧挡处于中位；然后，第一电机2带动发动机1调速，使得第三齿轮a3与输出轴5同步；然后第二同步器s2左移挂挡，发动机1通过输入轴4、第一齿轮a1、第五齿轮a2和第三齿轮a3驱动输出轴5，发动机1挂二挡。
[0066]
hev二挡可以平顺切换到hev三挡：发动机1卸载，第二电机3增扭补偿；第二电机3通过第七齿轮c2和第八齿轮c3相啮合继续驱动输出轴5，车辆无动力中断；发动机1扭矩减零后，可以轻松摘掉第一同步器s1和第二同步器s2的挡位并处于中位；然后，第一电机2调同步，使得第二齿轮b1与输入轴4同步，然后s1右移挂挡；然后第一电机2带动发动机1调速，使第四齿轮b3与输出轴5同步，然后第二同步器s2右移挂挡，发动机1通过输入轴4、第二齿轮b1、第六齿轮b2和第四齿轮b3驱动输出轴5，发动机1挂三挡。
[0067]
hev三挡可以平顺切换到hev四挡：发动机1卸载，第二电机3增扭补偿；第二电机3通过齿轮c2和齿轮c3继续驱动输出轴5，车辆无动力中断；发动机1扭矩减零后，可以轻松摘掉第二同步器s2右侧挡处于中位；然后，第一电机2带动发动机1调速，使得第三齿轮a3与输出轴5同步，然后s2第二同步器左移挂挡；发动机1通过输入轴4、第二齿轮b1、第六齿轮b2、第五齿轮a2和第三齿轮a3驱动输出轴5，发动机1挂四挡。
[0068]
实施例二、图2所示，一种混合动力汽车的变速传动系统，其与实施例一不同的是，第二传动轴7套在第一传动轴6上，所述第六齿轮b2包括连成一体的齿轮b21和齿轮b22，其中齿轮b21与第二齿轮b1相啮合，另一个齿轮b22与第四齿轮b3相啮合。这样可以更方便设计合适的速比。
[0069]
本实施例发动机1有四个挡位，或者说发动机1与输出轴5的速比有四个。齿轮对第一齿轮a1/第五齿轮a2和齿轮对第六齿轮中一个齿轮b22/第四齿轮b3组成第一个速比；齿轮对第一齿轮a1/第五齿轮a2和齿轮对第五齿轮a2/第三齿轮a3组成第二个速比；齿轮对第二齿轮b1/第六齿轮中另一个齿轮b21和齿轮对第五齿轮a2/第三齿轮a3组成第三个速比；齿轮对第二齿轮b1/第六齿轮中另一个齿轮b21和齿轮对第六齿轮中一个齿轮b22/第四齿轮b3组成第四个速比。
[0070]
其它结构件及布置如发动机1、第一电机2和第二电机3等均与实施例一相同，本实施例控制和实现的功能与实施例一基本相同，可参考实例一说明，这里不再赘述。
[0071]
实施例三、图3所示，一种混合动力汽车的变速传动系统，其与实施例一不同的是：所述第二传动轴7套接在所述输入轴4上，输出轴5处于输入轴4和第一传动轴6之间；所述第三齿轮a3同时与第一齿轮a1和第五齿轮a2相啮合，第一齿轮a1和第五齿轮a2相互不啮合；第四齿轮b3同时与第二齿轮b1和第六齿轮b2相啮合，第二齿轮b1和第六齿轮b2相互不啮合。这个实施例提供一种新的布置结构。
[0072]
作为另一种变形，为方便设计合适的速比，本实施例的第四齿轮b3可由两个连成一体的齿轮组成，其中一个齿轮与第二齿轮b1啮合，另一个齿轮与第六齿轮b2啮合。
[0073]
其它结构件及布置如发动机1、第一电机2和第二电机3等均与实施例一相同，本实施例控制和实现的功能与实施例一基本相同，可参考实例一说明，这里不再赘述。
[0074]
实施例四、图4所示，一种混合动力汽车的变速传动系统，其与实施例一不同的是：所述第二传动轴7套接在所述输入轴4上，输入轴4处于输出轴5和第一传动轴6之间；所述第一齿轮a1同时与第三齿轮a3和第五齿轮a2相啮合，第三齿轮a3和第五齿轮a2相互不啮合；第二齿轮b1同时与第四齿轮b3和第六齿轮b2相啮合，第四齿轮b3和第六齿轮b2相互不啮合。这个实施例也提供一种新的布置结构。
[0075]
作为另一种变形，为方便设计合适的速比，本实施例的第二齿轮b1可由两个连成一体的齿轮组成，其中一个齿轮与第六齿轮b2啮合，另一个齿轮与第四齿轮b3啮合。
[0076]
其它结构件及布置如发动机1、第一电机2和第二电机3等均与实施例一相同，本实施例控制和实现的功能与实施例一基本相同，可参考实例一说明，这里不再赘述。
[0077]
尽管结合优选实施例具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。