一种基于机械式自动变速箱的混动耦合装置的制作方法

本发明涉及汽车动力系统技术领域，具体是一种基于机械式自动变速箱的混动耦合装置。

背景技术：

随着美国、欧洲、日本和国内乘用车燃油消耗量限值的出台，预计在2020年左右，国内乘用车油耗平均水平将控制在5l/100km，在2025年左右将进一步控制在4l/100km。为了达到上述目标，乘用车动力研究设计出现了不同的技术路线，包括传统车辆的持续改进、纯电动、插电混合动力/混合动力三者，其中插电混合动力/混合动力是实现上述目标比较务实的重要途径。一方面继承以往整车厂在发动机/传动系统方面的经验和资源；另一方面，随着发动机效率的提升及发动机小型化导致发动机的动力性下降，也需要额外的动力源来补偿扭矩，以满足车辆的动力性要求。

随着纯电动乘用车的推广，车辆充电也变得越来越方便，插电混合动力在日常应用中能显著地降低燃油消耗，混合动力系统一般在提升整车效率的同时也支持外部充电插电和纯电行驶。针对目前市场上乘用车的主流车型（a级车，紧凑型车，b级车和suv），以往的动力系统多采用前置前驱的方式，安装空间受到限制，在要求高性能的同时，对成本的敏感度也高；而此类乘用车应用混合动力系统时，一般都采用电机及传动装置集成的方式，发动机仍将作为主要的动力源，传动装置要满足两种不同动力源的需求，在技术上带来了很大的挑战，一般会在技术复杂度和性能之间相互平衡。比如：为保证安装空间，发动机的档位一般比较少，使发动机不能工作在更高效的区域；为减少动力系统轴向尺寸，采用扁平的电机，限制了电机的转速，导致成本高；采用性能良好的变速箱（如：dct或at），导致动力系统的成本高；电机采用单级减速比耦合到输出轴，导致不能同时满足车辆低速大扭矩和高速巡航的需求；发动机和电机的动力传动链相互耦合，传动链长，易造成轴系的扭振；发动机和电机齿轮直接耦合到输出轴上，导致发动机和电机的速比不能同时最优；有些方案通过采用双动力源的输入形式有效改善了上述问题，但是该技术中电机尺寸大、成本高，往往牺牲了发动机的经济性，并导致同步器同步时转动惯量过大，同步器寿命时间较短，影响换挡平顺性。有些方案使用两个电机，成本较高，并且这种方案中离合器位于发动机和第一电机之间，发动机换挡时对结合套的冲击惯量尤其大，降低换挡品质，影响结合套寿命。如申请号为2015107408707的中国专利文件公开的一种新型车用双模混合动力驱动装置，包括发动机(1)、扭转减震器(2)、第一电机(3)、制动器(4)、第一离合器(5)、前行星排(6)、后行星排(7)、第二轴(8)、第二电机(9)、第二离合器(10)和第一轴(11)，但是其仍然存在前述问题，同时电机、制动器等零部件寿命受到影响，存在安全隐患，加工装配要求也高，同时动力输出效果不佳。

技术实现要素：

本发明的技术目的在于充分考虑目标车型（a级车，紧凑型车，b级车和suv）对混合动力系统的需求，基于目前的产业资源，提供一种基于机械式自动变速箱的混动耦合装置，解决现有动力系统换挡过程中扭矩易中断，动力传动链长易造成轴系扭振，安装空间受限制，低速大扭矩和高速巡航不能兼顾，换挡冲击较大，零部件寿命较短，动力输出效果较差，技术复杂性与动力性能之间无法达到平衡的问题。

本发明的具体技术方案如下：一种基于机械式自动变速箱的混动耦合装置，包括发动机、驱动电机、差速器、同步器、发动机输入轴总成、输出轴总成、驱动电机换挡轴总成和驱动电机输入轴总成，所述发动机连接于所述发动机输入轴总成，所述发动机输入轴总成接收所述发动机输入的第一动力并将第一动力输出到所述输出轴总成；所述驱动电机连接于所述驱动电机输入轴总成，所述驱动电机输入轴总成连接于所述驱动电机换挡轴总成，所述驱动电机换挡轴总成接收所述驱动电机输入的第二动力并将第二动力输出到所述输出轴总成；所述差速器连接于所述输出轴总成，所述输出轴总成接收第一动力和/或第二动力并将第一动力和/或第二动力输出到所述差速器。

作为优选，所述发动机输入轴总成包括发动机输入轴和均设于所述发动机输入轴上的离合器、发动机挡位齿轮，所述发动机输入轴与所述发动机连接；所述输出轴总成包括输出轴和设于所述输出轴上的输出齿轮、从动齿轮、耦合齿轮，所述从动齿轮、所述耦合齿轮的数量之和与所述发动机挡位齿轮数量相同并且所述从动齿轮、所述耦合齿轮分别与所述发动机挡位齿轮对应连接，所述输出齿轮连接于所述差速器；所述驱动电机换挡轴总成包括驱动电机换挡轴和设于所述驱动电机换挡轴上的减速齿轮之一、驱动电机挡位齿轮，所述驱动电机挡位齿轮与所述耦合齿轮连接或者所述驱动电机挡位齿轮与对应连接于所述耦合齿轮的所述发动机挡位齿轮连接，所述驱动电机挡位齿轮与所述耦合齿轮设置数量相同；所述驱动电机输入轴总成包括驱动电机输入轴和设于所述驱动电机输入轴上的减速齿轮之二，所述减速齿轮之二与所述减速齿轮之一连接，所述驱动电机输入轴与所述驱动电机连接；所述同步器分别安装在所述发动机输入轴以及所述输出轴、所述驱动电机换档轴两者中的其中之一上。

作为优选，所述发动机挡位齿轮、所述从动齿轮、所述耦合齿轮、所述输出齿轮、所述驱动电机挡位齿轮、所述减速齿轮之一、所述减速齿轮之二同为所述混动耦合装置的传动齿轮；所述发动机输入轴、所述输出轴、所述驱动电机换挡轴、所述驱动电机输入轴同为所述混动耦合装置的传动轴；每个所述同步器各自对应独立的一所述传动齿轮对并位于所述传动齿轮对的两个所述传动齿轮之间，所述传动齿轮对可为两个所述发动机挡位齿轮或两个从动齿轮或两个所述耦合齿轮或两个所述驱动电机挡位齿轮；每个所述同步器对应的所述传动齿轮对所包含的两个所述传动齿轮均套接在该两个所述传动齿轮对应的所述传动轴上，其余所述传动齿轮均刚性连接于各自对应的所述传动轴上。

作为优选，所述同步器包括设于所述发动机输入轴上的发动机同步器和设于所述驱动电机换挡轴上的驱动电机同步器，单个所述发动机同步器对应的所述传动齿轮对为两个所述发动机挡位齿轮，单个所述驱动电机同步器对应的所述传动齿轮对为两个所述驱动电机挡位齿轮。

作为优选，所述同步器包括设于所述发动机输入轴上的发动机同步器和设于所述输出轴上的驱动电机同步器，单个所述发动机同步器对应的所述传动齿轮对为两个所述发动机挡位齿轮，单个所述驱动电机同步器对应的所述传动齿轮对为两个所述耦合齿轮。

作为优选，所述发动机同步器的设置数量对应于由所有的所述发动机挡位齿轮形成的所述传动齿轮对数量，所述驱动电机同步器的设置数量等于由所有的所述驱动电机挡位齿轮形成的所述传动齿轮对数量。

作为优选，所述同步器包括设于所述发动机输入轴上的第一发动机同步器、设于所述输出轴上的第二发动机同步器和设于所述输出轴上的驱动电机同步器，单个所述第二发动机同步器对应的所述传动齿轮对为两个所述从动齿轮，单个所述驱动电机同步器对应的所述传动齿轮对为两个所述耦合齿轮，单个所述第一发动机同步器对应的所述传动齿轮对为与所述耦合齿轮对应连接的两个所述发动机挡位齿轮。

作为优选，所述驱动电机同步器的设置数量对应于由所有的所述驱动电机挡位齿轮形成的所述传动齿轮对数量，所述第一发动机同步器的设置数量等于所述驱动电机同步器的设置数量，所述第二发动机同步器的设置数量等于由所有的所述从动齿轮形成的所述传动齿轮对数量。

作为优选，所述离合器为湿式离合器。

作为优选，所述输出轴上还设有高精度速度传感器。

作为优选，所述离合器、所述同步器连接有液压驱动装置。

作为优选，所述耦合齿轮与所述发动机挡位齿轮常啮合连接，所述驱动电机挡位齿轮与所述耦合齿轮常啮合连接或者与连接于所述耦合齿轮的发动机挡位齿轮常啮合连接。

经申请人反复调校试验，本发明具有以下效果：

1、采用了四轴的结构布局，电机和发动机的动力分别耦合到输出轴上，采用交替换挡的方式，

①消除了换挡过程中的扭矩中断；

②每个动力源的传动链短，降低了动力耦合所带来的轴系扭振风险；

2、电机变速能实现先减速后换挡的方式，使电机的变速比通过一级减速和二级换挡来实现，可更好的优化电机总的变速比，更好的满足车辆低速大扭矩和高速巡航的需求；

另外在此种方式下，电机的选择就可采用高速电机，

①降低了电机的尺寸，可以实现电机的偏置布置，合理有效地利用安装空间，对于比较拥挤的发动机前舱来讲非常有利；

②可有效的降低电机的转动惯量，降低同步器结合齿同步的转动惯量，同步器的尺寸降低，均能使同步器耐久性和平顺性要远好于现有技术；

③、降低了电机的扭矩需求，降低成本，降低电机的重量，进而降低了动力系统的重量。

本发明的技术优点在于所述基于机械式自动变速箱的混动耦合装置结构紧凑、使用方便，所述发动机、所述驱动电机均可以单独或配合来提供足够动力，且所述发动机输入轴总成、所述驱动电机输入轴总成输出动力时仅需各自将动力输出到同一所述输出轴总成，且所述发动机和所述驱动电机各自能实现不同的变速比，在保证动力输出性能良好的基础上，降低了结构复杂度，达到了技术复杂性与性能的良好平衡，加工装配要求相对较低，能够实现无动力中断输出，换挡时对零部件的冲击小，成本投入降低，安全可靠，节能降耗，值得在该技术领域中广泛运用。

附图说明

图1为本发明实施例一的结构示意图；

图2为本发明实施例二的结构示意图；

图3为本发明实施例三的结构示意图；

图4为本发明实施例四的结构示意图；

图中编号对应的各部位名称分别为：1-发动机，2-离合器，3-发动机挡位齿轮1，4-发动机同步器1/第二发动机同步器1，5-发动机挡位齿轮2，6-发动机挡位齿轮3，7-发动机同步器2/第一发动机同步器，8-发动机挡位齿轮4，9-发动机挡位齿轮5，10-发动机同步器3/第二发动机同步器2，11-发动机输入轴，12-发动机挡位齿轮6，13-耦合齿轮1，14-耦合齿轮2，16-驱动电机，17-驱动电机输入轴，18-驱动电机挡位齿轮1，19-驱动电机同步器1，20-驱动电机挡位齿轮2，21-减速齿轮之二，22-驱动电机换挡轴，23-减速齿轮之一，24-差速器，25-输出轴，26-输出齿轮，a-发动机挡位齿轮，b-从动齿轮，c-耦合齿轮，d-驱动电机挡位齿轮，e-发动机同步器，e1-第一发动机同步器，e2-第二发动机同步器，f-驱动电机同步器。

具体实施方式

下面将结合附图，通过具体实施例对本发明作进一步说明：

编号a、b、c、d、e、f、e1、e2未在图中标出，但可以根据以下正文内容得到索引指示，结合图示仍能清楚的知道这些英文编号实际所对应指代的部件。

实施例一：见图1，一种基于机械式自动变速箱的混动耦合装置，包括发动机1、驱动电机16、差速器24、同步器、发动机输入轴总成、输出轴总成、驱动电机换挡轴总成和驱动电机输入轴总成，发动机1连接于发动机输入轴总成，发动机输入轴总成接收发动机1输入的第一动力并将第一动力输出到输出轴总成；驱动电机16连接于驱动电机输入轴总成，驱动电机输入轴总成连接于驱动电机换挡轴总成，驱动电机换挡轴总成接收驱动电机16输入的第二动力并将第二动力输出到输出轴总成；差速器24连接于输出轴总成，输出轴总成接收第一动力和/或第二动力并将第一动力和/或第二动力输出到差速器24。

发动机输入轴总成包括发动机输入轴11和均设于发动机输入轴11上的离合器2、发动机挡位齿轮a，发动机输入轴11与发动机1连接，离合器2优选采用湿式离合器，湿式离合器在本技术方案中能够完美适应，有效地提高离合器2的滑磨性能，降低发动机换挡时的惯量和扭矩冲击，提高换挡品质，在电池电量比较低而需要发动机滑磨起步车辆时，提高车辆的起步平顺性；输出轴总成包括输出轴25和设于输出轴25上的输出齿轮26、从动齿轮b、耦合齿轮c，从动齿轮b、耦合齿轮c的数量之和与发动机挡位齿轮a数量相同并且从动齿轮b、耦合齿轮c分别与发动机挡位齿轮a对应连接，输出齿轮26连接于差速器24；输出轴25上可进一步设置高精度速度传感器，其能有效识别换挡时车辆的瞬时速度和加速度，便于在驱动电机换挡时降低同步器被动同步的速差，降低同步器的磨损和换挡冲击；驱动电机换挡轴总成包括驱动电机换挡轴22和设于驱动电机换挡轴22上的减速齿轮之一23、驱动电机挡位齿轮d，驱动电机挡位齿轮d与耦合齿轮c连接，驱动电机挡位齿轮d与耦合齿轮c设置数量相同；驱动电机输入轴总成包括驱动电机输入轴17和设于驱动电机输入轴17上的减速齿轮之二21，减速齿轮之二21与减速齿轮之一23连接，驱动电机输入轴17与驱动电机16连接；同步器分别安装在发动机输入轴11以及驱动电机换档轴22上。

发动机挡位齿轮a、从动齿轮b、耦合齿轮c、输出齿轮26、驱动电机挡位齿轮d、减速齿轮之一23、减速齿轮之二21同为混动耦合装置的传动齿轮；发动机输入轴11、输出轴25、驱动电机换挡轴22、驱动电机输入轴17同为混动耦合装置的传动轴，发动机输入轴11、输出轴25、驱动电机换挡轴22、驱动电机输入轴17四者两两平行设置；

每个同步器各自对应独立的一传动齿轮对并位于传动齿轮对的两个传动齿轮之间，传动齿轮对可为两个发动机挡位齿轮a或两个驱动电机挡位齿轮d；每个同步器对应的传动齿轮对所包含的两个传动齿轮均套接在该两个传动齿轮对应的传动轴上，其余传动齿轮均刚性连接于各自对应的传动轴上。

同步器包括设于发动机输入轴11上的发动机同步器e和设于驱动电机换挡轴22上的驱动电机同步器f，单个发动机同步器e对应的传动齿轮对为两个发动机挡位齿轮a，单个驱动电机同步器f对应的传动齿轮对为两个驱动电机挡位齿轮d。发动机同步器e的设置数量对应于由所有的发动机挡位齿轮a形成的传动齿轮对数量，驱动电机同步器f的设置数量等于由所有的驱动电机挡位齿轮d形成的传动齿轮对数量。离合器2、同步器均连接有液压驱动装置。

图1中，发动机同步器e设有3个，编号为4、7、10；驱动电机同步器f设有1个，编号为19；驱动电机挡位齿轮d设有2个，编号为18、20；耦合齿轮c设有2个，编号为13、14；从动齿轮b设有4个；发动机挡位齿轮a设有6个，编号为3、5、6、8、9、12。驱动电机挡位齿轮d套接在驱动电机换档轴22上而可相对于驱动电机换档轴22活动，发动机挡位齿轮a套接在发动机输入轴11上而可相对于发动机输入轴11活动，从动齿轮b、耦合齿轮c均刚性连接于输出轴25而可相对于输出轴25活动，减速齿轮之一23刚性连接于驱动电机换挡轴22，减速齿轮之二21刚性连接于驱动电机输入轴17。本实施例中发动机挡位在轴上可采用顺序布置，也便于装配，发动机1的换挡和驱动电机16的换挡相对独立，都可以单独将动力输出给输出轴25，依赖现有软件的控制实现两者之间的交替换挡。

实施例二：见图2，本实施例相比于实施例一的区别在于，驱动电机挡位齿轮d与对应连接于耦合齿轮c的发动机挡位齿轮a连接。即对比图1来说，相当于把驱动电机输入轴总成、驱动电机换档轴总成安装位由图中底部移动到了图中顶部。本实施例功能、性能与实施例一相同，是图1的一个更优化的方式，空间结构更利于在有限的发动机仓中进行布置。

实施例三：见图3，本实施例相比于实施例一的区别在于，同步器分别安装在发动机输入轴11以及输出轴25上，同步器包括设于发动机输入轴11上的发动机同步器e和设于输出轴25上的驱动电机同步器f，传动齿轮对可为两个发动机挡位齿轮a或两个耦合齿轮c，单个发动机同步器e对应的传动齿轮对为两个发动机挡位齿轮a，单个驱动电机同步器f对应的传动齿轮对为两个耦合齿轮c。

图3中，发动机同步器e设有3个，编号为4、7、10；驱动电机同步器f设有1个，编号为19；驱动电机挡位齿轮d设有2个，编号为18、20；耦合齿轮c设有2个，编号为13、14；从动齿轮b设有4个；发动机挡位齿轮a设有6个，编号为3、5、6、8、9、12。耦合齿轮c套接在输出轴25上而可相对于输出轴25活动，发动机挡位齿轮a套接在发动机输入轴11上而可相对于发动机输入轴11活动，从动齿轮b刚性连接于输出轴25，减速齿轮之一23刚性连接于驱动电机换挡轴22，减速齿轮之二21刚性连接于驱动电机输入轴17，驱动电机挡位齿轮d刚性连接于驱动电机换挡轴22。本实施例功能、性能与实施例一相通，不同的是发动机挡位不是顺序安排，装配工艺稍显复杂，但相比于实施例一、二，驱动电机换挡时同步器被动同步的速差更小，换挡品质会更好。

实施例四：见图4，本实施例相比于实施例一的区别在于，同步器分别安装在发动机输入轴11以及输出轴25上，同步器包括设于发动机输入轴11上的第一发动机同步器e1、设于输出轴25上的第二发动机同步器e2和设于输出轴25上的驱动电机同步器f；传动齿轮对可为两个发动机挡位齿轮a或两个从动齿轮b或两个耦合齿轮c，单个第二发动机同步器e2对应的传动齿轮对为两个从动齿轮b，单个驱动电机同步器f对应的传动齿轮对为两个耦合齿轮c，单个第一发动机同步器e1对应的传动齿轮对为与耦合齿轮c对应连接的两个发动机挡位齿轮a。驱动电机同步器f的设置数量对应于由所有的驱动电机挡位齿轮d形成的传动齿轮对数量，第一发动机同步器e1的设置数量等于驱动电机同步器f的设置数量，第二发动机同步器e2的设置数量等于由所有的从动齿轮b形成的传动齿轮对数量。

图4中，第一发动机同步器e1设有1个，编号为7；第二发动机同步器e2设有2个，编号为4、10；驱动电机同步器f设有1个，编号为19；驱动电机挡位齿轮d设有2个，编号为18、20；耦合齿轮c设有2个，编号为13、14；从动齿轮b设有4个；发动机挡位齿轮a设有6个，编号为3、5、6、8、9、12。从动齿轮b、耦合齿轮c套接在输出轴25上而可相对于输出轴25活动，与耦合齿轮c对应连接的发动机挡位齿轮a（编号为6、9）套接在发动机输入轴11上而可相对于发动机输入轴11活动，其余的发动机挡位齿轮a（编号为3、5、8、12）刚性连接于发动机输入轴11，减速齿轮之一23刚性连接于驱动电机换挡轴22，减速齿轮之二21刚性连接于驱动电机输入轴17，驱动电机挡位齿轮d刚性连接于驱动电机换挡轴22。本实施例功能、性能与实施例一相同，不同的是发动机挡位不是顺序安排，装配工艺稍显复杂，但相比于实施例一、二，驱动电机换挡时同步器被动同步的速差更小，换挡品质会更好。

所有的可实际实现的实施例所显示的该混动耦合装置工作机制有如下几种：

1、纯电动模式：离合器2分离，发动机输入轴11上的同步器保持在空挡或与当前对应的传动齿轮啮合，驱动电机同步器f与当前对应的传动齿轮啮合，由驱动电机16单独提供动力驱动车辆；

2、并联模式：在车速比较高时，离合器2闭合，发动机耦合介入动力输出系统，与驱动电机16共同参与车辆驱动，该过程中可结合换挡过程；

3、发动机启动：发动机启动有两种方式，一种采用外置的bsg等启停装置，二是通过离合器2的滑磨来启动发动机。