CN111219483A - 一种混合动力汽车及其变速器系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及混合动力汽车技术领域，尤其涉及一种混合动力变速器系统，包括蓄电池、电压转换器、第一驱动电机、第二驱动电机、发动机、离合器总成、第一输入轴总成、第二输入轴总成、第一输出轴总成、第二输出轴总成和减速器总成；第一驱动电机包括第一转子和第一定子，第一转子与发动机的输出轴固定连接且与离合器总成传动连接，第一定子通过电压转换器与蓄电池电连接；第二驱动电机包括第二转子和第二定子，第二定子通过电压转换器与蓄电池电连接；还涉及一种混合动力汽车，包括上述的变速器系统。

Description

一种混合动力汽车及其变速器系统

技术领域

本发明涉及混合动力汽车技术领域，尤其涉及一种混合动力汽车及其变速器系统。

背景技术

混合动力车辆的节能、低排放等特点引起了汽车界的极大关注并成为汽车研究与开发的一个重点。混合动力装置既发挥了发动机持续工作时间长，动力性好的优点，又可以发挥电动机无污染、低噪声的好处，二者“并肩战斗”，取长补短，汽车的热效率可提高10％以上，废气排放可改善30％以上。

目前应用广泛的轻混技术BSG(Belt Driven Starter Generator轻度混合动力技术)，不同于电动汽车技术，BSG只是对传统汽柴油发动机的工况进行优化，在怠速、启动等情况下提高燃油效率，因而节油效果只有5％，且无论节能减排效果，还是先进程度，BSG技术都不如燃料电池、纯电动技术，随着排放标准的日益严峻，逐渐不能够满足要求。另外，现有技术中的变速系统重量大，尺寸大，布置困难，功率的传递效率较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于插电式混合动力，也可用于自充电式混合动力，并能提高动力传递效率、集成度以及降低能耗的混合动力汽车及其变速器系统。

为了实现上述目的，本发明提供一种混合动力变速器系统，包括蓄电池、电压转换器、第一驱动电机、第二驱动电机、发动机、离合器总成、第一输入轴总成、第二输入轴总成、第一输出轴总成、第二输出轴总成和减速器总成；

第一驱动电机包括第一转子和第一定子，所述第一定子通过电压转换器与蓄电池电连接；

第二驱动电机包括第二转子和第二定子，所述第二定子通过电压转换器与蓄电池电连接；

第一转子与发动机的输出轴固定连接且与离合器总成传动连接；

发动机的输出轴通过离合器总成可与第一输入轴总成或第二输入轴总成传动连接；

第一输出轴总成可与第一输入轴总成或第二输入轴总成传动连接，所述第二转子可与所述第一输入轴总成传动连接；

第二输出轴总成可与第一输入轴总成或第二输入轴总成传动连接；

减速器总成可与第一输出轴总成或第二输出轴总成传动连接。

可选的，所述离合器总成包括第一离合器和第二离合器，所述发动机的输出轴与第一离合器或第二离合器传动连接，所述第一输入轴总成与第二离合器连接实现第二速度和第四速度的传送，所述第二输入轴总成与第一离合器连接实现第一速度和第三速度的传送。

可选的，所述第一输入轴总成包括第一输入轴和第一主动齿轮，所述第一主动齿轮布置在第一输入轴上，所述第一输入轴与离合器总成连接实现第二速度和第四速度的传送；

所述第二输入轴总成包括第二输入轴和第二主动齿轮，所述第二主动齿轮布置在第二输入轴上，所述第二输入轴与离合器总成连接实现第一速度和第三速度的传送。

可选的，所述第一输出轴总成包括第一输出轴以及布置在第一输出轴上的第三从动齿轮、第四从动齿轮、电机减速齿轮和第一减速器齿轮，所述第一输出轴上布置有第一同步器；

其中，通过第一同步器，可使第三从动齿轮与第二主动齿轮啮合或第四从动齿轮与第一主动齿轮啮合；

其中，所述第二驱动电机与电机减速齿轮传动连接。

可选的，所述第一同步器包括与第三从动齿轮啮合的第三速度齿轮和与第四从动齿轮啮合的第四速度齿轮。

可选的，所述第二输出轴总成包括第二输出轴以及布置在第二输出轴上的第一从动齿轮、第二从动齿轮和第二减速器齿轮，所述第二输出轴上布置有第二同步器；

其中，通过第二同步器，可使第一从动齿轮与第二主动齿轮啮合或第二从动齿轮与第一主动齿轮啮合。

可选的，所述第二同步器包括与第一从动齿轮啮合的第一速度齿轮和与第二从动齿轮啮合的第二速度齿轮。

可选的，所述第一输入轴套设于第二输入轴外侧，所述第二输入轴套设有用于第一输入轴旋转和支撑的滚针轴承，所述第一输入轴的两端连接有球轴承。

本发明的另一目的在于提供一种混合动力汽车，包括所述的变速器系统。

实施本发明的实施例，具有以下技术效果：

第一，通过使第一驱动电机的第一转子与发动机的输出轴固定连接，实现：

1、发动机转动过程中，使发动机的输出轴带动第一转子转动，使第一转子与第一定子产生切割磁感线运动进行发电，同时通过电压转换器进行稳压后对蓄电池进行充电，实现机械能到电能的转换和存储，可用于插电式混合动力，也可作为自充电式混合动力；

2、第一驱动电机与发动机共同输出转速驱动，节省发动机的能耗；

3、第一驱动电机与第二驱动电机共同驱动实现纯电驱动，实现绿色出行，减少发动机工作产生的油耗污染。

第二，采用第二驱动电机驱动第一输出轴总成，第一输出轴总成与减速器总成传动连接实现倒档驱动，省去倒档齿轮及倒档轴，节省成本及空间；

第三，在汽车进行制动时，汽车的轮毂继续滑行一段距离，在滑行的过程中，轮毂带动减速器总成转动，减速器总成驱动第一输出轴转动，从而带动第二驱动电机的第二转子相对第二定子做切割磁感线运动，将机械能转化成电能储存，有利于系统的节能减排。

第四，采用合理的布局提高系统功率传递的效率，降低系统的空间占有率、重量等。

附图说明

图1是本发明优选实施例的结构示意图；

图2是本发明优选实施例中发动机单独驱动1速的动力传递路线图；

图3是本发明优选实施例中发动机单独驱动2速的动力传递路线图；

图4是本发明优选实施例中发动机单独驱动3速的动力传递路线图；

图5是本发明优选实施例中发动机单独驱动4速的动力传递路线图；

图6是本发明优选实施例中发动机和第一驱动电机混合驱动1速的动力传递路线图；

图7是本发明优选实施例中发动机和第一驱动电机混合驱动2速的动力传递路线图；

图8是本发明优选实施例中发动机和第一驱动电机混合驱动3速的动力传递路线图；

图9是本发明优选实施例中发动机和第一驱动电机混合驱动4速的动力传递路线图；

图10是本发明优选实施例中第一驱动电机和第二驱动电机纯电驱动1速的动力传递路线图；

图11是本发明优选实施例中第一驱动电机和第二驱动电机纯电驱动2速的动力传递路线图；

图12是本发明优选实施例中第一驱动电机和第二驱动电机纯电驱动3速的动力传递路线图；

图13是本发明优选实施例中第一驱动电机和第二驱动电机纯电驱动4速的动力传递路线图；

图14是本发明优选实施例中第二驱动电机驱动倒档速度的动力传递路线图；

图15是本发明优选实施例中制动能量回收的动力传递路线图；

图16是本发明优选实施例中第一驱动电机启动发动机的动力传递路线图。

附图标记说明：

1、蓄电池，2、电压转换器，3、第一驱动电机，4、第二驱动电机，5、发动机，6、离合器总成，61、第一离合器，62、第二离合器，7、第一输入轴总成，71、第一输入轴，72、第一主动齿轮，8、第二输入轴总成，81、第二输入轴，82、第二主动齿轮，9、第一输出轴总成，91、第一输出轴，92、第三从动齿轮，93、第四从动齿轮，94、电机减速齿轮，95、第一减速器齿轮，96、第一同步器，10、第二输出轴总成，101、第二输出轴，102、第一从动齿轮，103、第二从动齿轮，104、第二减速器齿轮，105、第二同步器，11、减速器总成。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参考图1，本实施例提供了一种混合动力变速器系统，包括蓄电池1、电压转换器2、第一驱动电机3、第二驱动电机4、发动机5、离合器总成6、第一输入轴总成7、第二输入轴总成8、第一输出轴总成9、第二输出轴总成10和减速器总成11；

第一驱动电机3，包括第一转子和第一定子，第一定子通过电压转换器2与蓄电池1电连接，第二驱动电机4通过电压转换器2与蓄电池1电连接，第一转子与发动机5的输出轴固定连接且与离合器总成6传动连接；

第一输入轴总成7包括第一输入轴71和第一主动齿轮72，第一主动齿轮72布置在第一输入轴71上，第一输入轴71与离合器总成6连接实现第二速度和第四速度的传送；

第二输入轴总成8包括第二输入轴81和第二主动齿轮82，第二主动齿轮82布置在第二输入轴81上，第二输入轴81与离合器总成6连接实现第一速度和第三速度的传送；

第一输出轴总成9包括第一输出轴91以及布置在第一输出轴91上的第三从动齿轮92、第四从动齿轮93、电机减速齿轮94和第一减速器齿轮95，且第一输出轴91上布置有第一同步器96；

其中，通过第一同步器96，可使第三从动齿轮92与第二主动齿轮82啮合或第四从动齿轮93与第一主动齿轮72啮合；

其中，第二驱动电机4与电机减速齿轮94传动连接；

第二输出轴总成10包括第二输出轴101以及布置在第二输出轴101上的第一从动齿轮102、第二从动齿轮103和第二减速器齿轮104，第二输出轴101上布置有第二同步器105；

其中，通过第二同步器105，可使第一从动齿轮102与第二主动齿轮82啮合或第二从动齿轮103与第一主动齿轮72啮合；

减速器总成11可选择与第一减速器齿轮95或第二减速器齿轮104传动连接。

在本实施例中，第一，通过使第一驱动电机3的第一转子与发动机5的输出轴固定连接，实现：

1、发动机5转动过程中，使发动机5的输出轴带动第一转子转动，使第一转子与第一定子产生切割磁感线运动进行发电，同时通过电压转换器2进行稳压后对蓄电池1进行充电，实现机械能到电能的转换和存储，可用于插电式混合动力，也可作为自充电式混合动力；

2、第一驱动电机3与发动机5共同输出转速驱动，节省发动机5的能耗；

3、第一驱动电机3与第二驱动电机4共同驱动实现纯电驱动，实现绿色出行，减少发动机5工作产生的油耗污染。

第二，倒档采用第二驱动电机4驱动，省去倒档齿轮及倒档轴，节省成本及空间；

第三，采用合理的布局提高系统功率传递的效率，降低系统的空间占有率、重量等。

具体的，第二驱动电机4包括第二转子、第二定子和壳体，第二转子可转动安装于壳体，第二定子固定于壳体内，第二转子与电机减速齿轮94传动连接，第二定子通过电压转换器2与蓄电池1电连接，在汽车进行制动时，汽车的轮毂继续滑行一段距离，在滑行的过程中，轮毂通过减速器总成11带动第一输出轴91转动，从而带动第二驱动电机4的第二转子相对第二定子做切割磁感线运动，将机械能转化成电能储存，有利于系统的节能减排。

本实施例的离合器总成6包括第一离合器61和第二离合器62，发动机5的输出轴与第一离合器61或第二离合器62传动连接，汽车输出第一速度和第三速度时，发动机5的输出轴与第一离合器61连接，汽车输出第二速度和第四速度时，发动机5的输出轴与第二离合器62连接。

也就是说，第一输入轴71与第二离合器62连接实现第二速度和第四速度的传送；

第二输入轴81与第一离合器61连接实现第一速度和第三速度的传送。

进一步的，第一同步器96包括与第三从动齿轮92啮合的第三速度齿轮和与第四从动齿轮93啮合的第四速度齿轮。

第二同步器105包括与第一从动齿轮102啮合的第一速度齿轮和与第二从动齿轮103啮合的第二速度齿轮。

本实施例的第一输入轴71套设于第二输入轴81外侧，第二输入轴81套设有用于第一输入轴71旋转和支撑的滚针轴承，本领域技术人员可知，滚针轴承适用于径向安装尺寸受限制的支承结构，在本实施例中，第二输入轴81通过滚针轴承套设于第一输入轴71内，用于支承第二输入轴81在第一输入轴71内转动，第一输入轴71的两端连接有球轴承，使第一输入轴71稳定安装且在高转速下旋转。

根据本实施例的变速器系统，有如下驱动方式：

发动机5单独驱动1速

参考图2，此时，通过第一离合器61使发动机5的输出轴与第二输入轴81连接，第二同步器105的第一速度齿轮与第一从动齿轮102啮合，通过第二输出轴101带动第二减速齿轮同步转动，第二减速齿轮与减速器总成11连接输出第一速度。

发动机5单独驱动2速

参考图3，此时，通过第二离合器62使发动机5的输出轴与第一输入轴71连接，第二同步器105的第二速度齿轮与第二从动齿轮103啮合，通过第二输出轴101带动第二减速齿轮同步转动，第二减速齿轮与减速器总成11连接输出第二速度。

发动机5单独驱动3速

参考图4，此时，通过第一离合器61使发动机5的输出轴与第二输入轴81连接，第一同步器96的第三速度齿轮与第三从动齿轮92啮合，通过第一输出轴91带动第一减速齿轮同步转动，第一减速齿轮与减速器总成11连接输出第三速度。

发动机5单独驱动4速

参考图5，此时，通过第二离合器62使发动机5的输出轴与第一输入轴71连接，第一同步器96的第四速度齿轮与第四从动齿轮93啮合，通过第一输出轴91带动第一减速齿轮同步转动，第一减速齿轮与减速器总成11连接输出第四速度。

上述发动机5的输出轴在输出第一～第四速度的同时，发动机5的输出轴转动过程中，带动第一驱动电机3的第一转子转动，使第一转子与第一定子产生切割磁干线运动进行发电，经过电压转换器2形成稳定电压给蓄电池1进行充电，实现机械能到电能的转换和存储。

发动机5和第一驱动电机3混合驱动1速

参考图6，此时，发动机5启动，同时，第一驱动电机3启动同步驱动发动机5的输出轴转动，通过第一离合器61使发动机5的输出轴与第二输入轴81连接，第二同步器105的第一速度齿轮与第一从动齿轮102啮合，通过第二输出轴101带动第二减速齿轮同步转动，第二减速齿轮与减速器总成11连接输出第一速度。

发动机5和第一驱动电机3混合驱动2速

参考图7，此时，发动机5启动，同时，第一驱动电机3启动同步驱动发动机5的输出轴转动，通过第二离合器62使发动机5的输出轴与第一输入轴71连接，第二同步器105的第二速度齿轮与第二从动齿轮103啮合，通过第二输出轴101带动第二减速齿轮同步转动，第二减速齿轮与减速器总成11连接输出第二速度。

发动机5和第一驱动电机3混合驱动3速

参考图8，此时，发动机5启动，同时，第一驱动电机3启动同步驱动发动机5的输出轴转动，通过第一离合器61使发动机5的输出轴与第二输入轴81连接，第一同步器96的第三速度齿轮与第三从动齿轮92啮合，通过第一输出轴91带动第一减速齿轮同步转动，第一减速齿轮与减速器总成11连接输出第三速度。

发动机5和第一驱动电机3混合驱动4速

参考图9，此时，发动机5启动，同时，第一驱动电机3启动同步驱动发动机5的输出轴转动，通过第二离合器62使发动机5的输出轴与第一输入轴71连接，第一同步器96的第四速度齿轮与第四从动齿轮93啮合，通过第一输出轴91带动第一减速齿轮同步转动，第一减速齿轮与减速器总成11连接输出第四速度。

第一驱动电机3和第二驱动电机4纯电驱动1速

参考图10，此时，第一驱动电机3启动驱动发动机5的输出轴转动，通过第一离合器61使发动机5的输出轴与第二输入轴81连接，第二同步器105的第一速度齿轮与第一从动齿轮102啮合，通过第二输出轴101带动第二减速齿轮同步转动；

同时，第二驱动电机4带动电机减速齿轮94转动，使第一输出轴91带动第一减速齿轮转动，实现第一减速齿轮和第二减速齿轮均与减速器总成11连接时输出第一速度。

第一驱动电机3和第二驱动电机4纯电驱动2速

参考图11，此时，第一驱动电机3启动驱动发动机5的输出轴转动，通过第二离合器62使发动机5的输出轴与第一输入轴71连接，第二同步器105的第二速度齿轮与第二从动齿轮103啮合，通过第二输出轴101带动第二减速齿轮同步转动；

同时，第二驱动电机4带动电机减速齿轮94转动，使第一输出轴91带动第一减速齿轮转动，实现第一减速齿轮和第二减速齿轮均与减速器总成11连接时输出第一速度。

第一驱动电机3和第二驱动电机4纯电驱动3速

参考图12，此时，第一驱动电机3启动驱动发动机5的输出轴转动，通过第一离合器61使发动机5的输出轴与第二输入轴81连接，第一同步器96的第三速度齿轮与第三从动齿轮92啮合，通过第一输出轴91带动第一减速齿轮同步转动；

同时第二驱动电机4带动电机减速齿轮94转动，通过第一输出轴91与第一驱动电机3同步带动第一减速齿轮转动，实现第一减速齿轮与减速器总成11连接时输出第三速度。

第一驱动电机3和第二驱动电机4纯电驱动4速

参考图13，此时，第一驱动电机3启动驱动发动机5的输出轴转动，通过第二离合器62使发动机5的输出轴与第一输入轴71连接，第一同步器96的第四速度齿轮与第四从动齿轮93你和，通过第一输出轴91带动第一减速齿轮同步转动；

同时第二驱动电机4带动电机减速齿轮94转动，通过第一输出轴91与第一驱动电机3同步带动第一减速齿轮转动，实现第一减速齿轮与减速器总成11连接时输出第四速度。

第二驱动电机4驱动倒档速度

参考图14，此时，第二驱动电机4带动电机减速齿轮94转动，通过第一输出轴91带动第一减速齿轮转动，实现第一减速齿轮与减速器总成11连接时输出倒档速度。

制动能量回收

参考图15，在汽车进行制动时，减速器总成11对第一减速齿轮输出转速，第一减速齿轮通过第一输出轴91带动电机减速齿轮94转动，从而使第二驱动电机4的第二转子与第二定子产生切割磁感线运动进行发电，经过电压转换器2形成稳定电压给蓄电池1进行充电，实现机械能到电能的转换和存储。

第一驱动电机3启动发动机5

参考图16，此时，第一驱动电机3驱动发动机5的输出轴转动，从而实现发动机5的启动。

综上，

第一，本实施例通过使第一驱动电机3的第一转子与发动机5的输出轴固定连接，实现：

1、发动机5转动过程中，使发动机5的输出轴带动第一转子转动，使第一转子与第一定子产生切割磁感线运动进行发电，同时通过电压转换器2进行稳压后对蓄电池1进行充电，实现机械能到电能的转换和存储；

2、第一驱动电机3与发动机5共同输出转速驱动，节省发动机5的能耗；

3、第一驱动电机3与第二驱动电机4共同驱动实现纯电驱动，实现绿色出行，减少发动机5工作产生的油耗污染。

第二，倒档采用第二驱动电机4驱动，省去倒档齿轮及倒档轴，节省成本及空间；

第三，在汽车进行制动时，通过第二驱动电机4对制动能量进行回收，将机械能转化成电能储存，有利于系统的节能减排；

第四，采用合理的布局提高系统功率传递的效率，降低系统的空间占有率、重量等。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种混合动力变速器系统，其特征在于，包括蓄电池、电压转换器、第一驱动电机、第二驱动电机、发动机、离合器总成、第一输入轴总成、第二输入轴总成、第一输出轴总成、第二输出轴总成和减速器总成；

第一驱动电机包括第一转子和第一定子，所述第一转子与发动机的输出轴固定连接且与离合器总成传动连接，所述第一定子通过电压转换器与蓄电池电连接；

第二驱动电机包括第二转子和第二定子，所述第二定子通过电压转换器与蓄电池电连接；

发动机的输出轴通过离合器总成可与第一输入轴总成或第二输入轴总成传动连接；

第一输出轴总成可与第一输入轴总成或第二输入轴总成传动连接，所述第二转子可与所述第一输入轴总成传动连接；

第二输出轴总成可与第一输入轴总成或第二输入轴总成传动连接；

减速器总成可与第一输出轴总成或第二输出轴总成传动连接。

2.根据权利要求1所述的混合动力变速器系统，其特征在于，所述离合器总成包括第一离合器和第二离合器，所述发动机的输出轴与第一离合器或第二离合器传动连接，所述第一输入轴总成与第二离合器连接实现第二速度和第四速度的传送，所述第二输入轴总成与第一离合器连接实现第一速度和第三速度的传送。

3.根据权利要求1所述的混合动力变速器系统，其特征在于，所述第一输入轴总成包括第一输入轴和第一主动齿轮，所述第一主动齿轮布置在第一输入轴上，所述第一输入轴与离合器总成连接实现第二速度和第四速度的传送；

所述第二输入轴总成包括第二输入轴和第二主动齿轮，所述第二主动齿轮布置在第二输入轴上，所述第二输入轴与离合器总成连接实现第一速度和第三速度的传送。

4.根据权利要求3所述的混合动力变速器系统，其特征在于，所述第一输出轴总成包括第一输出轴以及布置在第一输出轴上的第三从动齿轮、第四从动齿轮、电机减速齿轮和第一减速器齿轮，所述第一输出轴上布置有第一同步器；

其中，通过第一同步器，可使第三从动齿轮与第二主动齿轮啮合或第四从动齿轮与第一主动齿轮啮合，所述第二驱动电机与电机减速齿轮传动连接。

5.根据权利要求4所述的混合动力变速器系统，其特征在于，所述第一同步器包括与第三从动齿轮啮合的第三速度齿轮和与第四从动齿轮啮合的第四速度齿轮。

6.根据权利要求4所述的混合动力变速器系统，其特征在于，所述第二输出轴总成包括第二输出轴以及布置在第二输出轴上的第一从动齿轮、第二从动齿轮和第二减速器齿轮，所述第二输出轴上布置有第二同步器；

其中，通过第二同步器，可使第一从动齿轮与第二主动齿轮啮合或第二从动齿轮与第一主动齿轮啮合。

7.根据权利要求6所述的混合动力变速器系统，其特征在于，所述第二同步器包括与第一从动齿轮啮合的第一速度齿轮和与第二从动齿轮啮合的第二速度齿轮。

8.根据权利要求6所述的混合动力变速器系统，其特征在于，所述第一输入轴套设于第二输入轴外侧，所述第二输入轴套设有用于第一输入轴旋转和支撑的滚针轴承，所述第一输入轴的两端连接有球轴承。

9.一种混合动力汽车，其特征在于，包括权利要求1～8任一项所述的变速器系统。

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