本发明涉及混合动力驱动系统。更具体地，本发明涉及用于混合动力驱动系统中的混合动力变速器。
背景技术：
混合动力车辆使用内燃机和电动机的组合来提供动力。混合动力驱动系统需要分配和耦合内燃机和电动机的动力，并且通常包括内燃机、电动机、离合器和变速器等。很多混合动力车辆采用机械式自动变速器(amt)。已知一种混合动力驱动系统，其将发动机的动力和电动机的动力在变速器的输入轴处进行耦合(p2模式)。但是，这种混合动力驱动系统在换挡过程中需要切断动力传输，会造成动力中断，从而影响车辆的驾驶感受。
此外，已知另一种混合动力驱动系统，其将发动机的动力和电动机的动力在变速器的输出轴处进行耦合(p3模式)。但是，这种混合动力驱动系统在车辆行进间，例如在电动机处于高转速时很难起动内燃机。
为此，需要一种改进的混合动力变速器和混合动力驱动系统。
技术实现要素：
本发明的一个目的是提供能够在纯电动机驱动模式下更高效的混合动力变速器和混合动力驱动系统。本发明的另一目的是提供能够在换挡时提供动力补偿的混合动力变速器和混合动力驱动系统。本发明的另一目的是提供能够在电动机处于高转速时方便地起动内燃机的混合动力变速器和混合动力驱动系统。本发明的另一目的是提供具有紧凑的轴向和径向尺寸的混合动力变速器和混合动力驱动系统。
本发明的一个方面提供一种用于混合动力驱动系统的混合动力变速器，混合动力驱动系统包括内燃机、电动机和离合器，混合动力变速器包括：第一输入轴，其用于通过离合器连接到内燃机的输出轴；第二输入轴，其用于抗扭连接到电动机的输出轴；变速器输出轴；第一齿轮，其可旋转地设置在第一输入轴上；第二齿轮，其抗扭转地设置在第二输入轴上并且与第一齿轮啮合；第三齿轮，其可旋转地设置在变速器输出轴上并且与第一齿轮啮合；第一同步器，其设置在第一输入轴上，并且构造成能够与第一齿轮接合以将电动机的扭矩耦合到第一输入轴；和第二同步器，其设置在变速器输出轴上，并且构造成能够与第二齿轮接合以将电动机的扭矩耦合到变速器输出轴。
根据本发明的实施例，第一输入轴和第二输入轴平行布置。
根据本发明的实施例，混合动力变速器还包括：第四齿轮，其抗扭地设置在第一输入轴上，使得第一同步器位于第一齿轮和第四齿轮之间；第五齿轮，其可旋转地设置在变速器输出轴上，使得第二同步器位于第三齿轮和第五齿轮之间，其中第五齿轮与第四齿轮啮合；和第三同步器，其设置在变速器输出轴上并且能够与第五齿轮接合，其中第三齿轮位于第二同步器和第三同步器之间。
根据本发明的实施例，混合动力变速器还包括：第六齿轮，其抗扭地设置在第一输入轴上，使得第四齿轮位于第一同步器和第六齿轮之间；和第七齿轮，其可旋转地设置在变速器输出轴上，使得第三同步器位于第五齿轮和第七齿轮之间，其中第七齿轮与第六齿轮啮合，其中，第三同步器构造成能够与第五齿轮接合或与第七齿轮接合。
根据本发明的实施例，混合动力变速器还包括：第八齿轮，其可旋转地设置在第一输入轴上，使得第六齿轮位于第四齿轮和第八齿轮之间；第九齿轮，其抗扭地设置在变速器输出轴上，使得第七齿轮位于第三同步器和第九齿轮之间，其中第九齿轮与第八齿轮啮合；和第四同步器，其设置在第一输入轴轴上并且能够与第八齿轮接合，其中第八齿轮位于第六齿轮和第四同步器之间。
根据本发明的实施例，混合动力变速器还包括：第十齿轮，其可旋转地设置在第一输入轴上，使得第四同步器位于第八齿轮和第十齿轮之间；和第十一齿轮，其抗扭地设置在变速器输出轴上，使得第九齿轮位于第七齿轮和第十一齿轮之间，其中第十一齿轮与第十齿轮啮合，其中，第四同步器构造成能够与第八齿轮接合或与第十齿轮接合。
根据本发明的实施例，混合动力变速器与电动机设置在共同的壳体中。
根据本发明的实施例，混合动力驱动系统包括单个离合器，混合动力变速器与离合器设置在共同的壳体中。
本发明的另一方面提供一种混合动力驱动系统，包括：根据本发明的实施例的混合动力变速器；内燃机；电动机；和离合器，其位于内燃机和混合动力变速器之间，其中内燃机的输出轴通过离合器连接到混合动力变速器的第一输入轴，电动机的输出轴连接到混合动力变速器的第二输入轴。
本发明的另一方面提供一种车辆，其包括根据本发明的实施例的混合动力驱动系统。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的混合动力驱动系统的示意图。
图2是根据本发明的实施例的变速器和混合动力驱动系统的工作模式的示意图。
图3是根据本发明的实施例的变速器和混合动力驱动系统的工作模式的示意图。
图4是根据本发明的实施例的变速器和混合动力驱动系统的工作模式的示意图。
图5是根据本发明的实施例的变速器和混合动力驱动系统的工作模式的示意图。
图6是根据本发明的实施例的变速器和混合动力驱动系统的工作模式的示意图。
图7是根据本发明的实施例的变速器和混合动力驱动系统的工作模式的示意图。
图8是根据本发明的实施例的变速器和混合动力驱动系统的工作模式的示意图。
图9是根据本发明的实施例的变速器和混合动力驱动系统的工作模式的示意图。
图10是根据本发明的实施例的变速器和混合动力驱动系统的工作模式的示意图。
具体实施方式
下文中，参照附图描述本发明的实施例。下面的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，本发明不限于所描述的优选实施例，本发明的范围由权利要求书限定。现参考示例性的实施方式详细描述本发明，一些实施例图示在附图中。以下描述参考附图进行，除非另有表示，否则在不同附图中的相同附图标记代表相同或类似的元件。以下示例性实施方式中描述的方案不代表本发明的所有方案。相反，这些方案仅是所附权利要求中涉及的本发明的各个方面的系统和方法的示例。
图1是根据本发明的实施例的混合动力驱动系统的示意图。如图1所示，用于车辆的混合动力驱动系统可以包括内燃机1、电动机2、变速器3和离合器4。
变速器3可以包括第一输入轴a1、第二输入轴a2和输出轴a3。第一输入轴a1可以通过离合器4连接到内燃机1的输出轴。离合器4能够选择断开或连通从内燃机1到变速器3的动力传输。根据本发明的某些实施例，内燃机1的输出轴可以通过旋转振动阻尼器(例如双质量飞轮)连接到变速器3的第一输入轴a1。第二输入轴a2连接到电动机2的输出轴。输出轴s3用于将动力输出至车辆的车轮。例如，输出轴s3连接到差速器。
在示例性实施例中，第一输入轴a1和第二输入轴a2可以设置成彼此平行。根据本发明的实施例，第一输入轴a1和第二输入轴a2可以设置成与输出轴s3平行。在其他实施例中，第一输入轴a1和第二输入轴a2可以设置成使得两者的旋转轴线彼此共线。
根据本发明的实施例，变速器3可以包括第一齿轮z1、第二齿轮z2、第三齿轮z3、第一同步器s1和第二同步器s2。
第一齿轮z1可旋转地设置在第一输入轴a1上，从而第一齿轮z1和第一输入轴a1可以相对于彼此转动。第二齿轮z2抗扭转地设置在第二输入轴a2上，从而第二齿轮z2和第二输入轴a2可以以相同速度转动。第三齿轮z3可旋转地设置在输出轴s3上，从而第三齿轮z3和输出轴s3可以相对于彼此转动。
第一齿轮z1与第二齿轮z2设置成彼此常啮合。第一齿轮z1与第三齿轮z3设置成彼此常啮合。
第一同步器s1设置在第一输入轴a1上，即套设在第一输入轴a1上。在示例性实施例中，第一同步器s1位于第一齿轮z1的远离内燃机1的一侧。第一同步器s1可以与第一齿轮z1接合或分离。当与第一齿轮z1接合时，第一同步器s1可以将第一输入轴a1的旋转和可旋转地设置在第一输入轴a1上的第一齿轮z1的旋转同步。这种情况下，变速器3可以将内燃机1的动力和电动机2的动力在变速器3的输入轴处进行耦合，即切换到p2模式。在图1所示的实施例中，第一同步器s1具有两个工作状态：与第一齿轮z1接合(接合状态)和与第一齿轮z1脱离接合(分离状态)。
第二同步器s2设置在输出轴s3上，即套设在输出轴s3上。在示例性实施例中，第二同步器s2位于第三齿轮z3的远离内燃机1的一侧。第二同步器s2可以与第三齿轮z3接合或分离。当与第三齿轮z3接合时，第二同步器s2可以将输出轴a3的旋转和可旋转地设置在输出轴a3上的第三齿轮z3的旋转同步。这种情况下，变速器3可以将内燃机1的动力和电动机2的动力在变速器3的输出轴处进行耦合，即切换到p3模式。在图1所示的实施例中，第二同步器s2具有两个工作状态：与第三齿轮z3接合(接合状态)和与第三齿轮z3脱离接合(分离状态)。
在根据本发明的实施例的混合动力变速器和混合动力驱动系统中，第一同步器s1可以用于切换到p2模式，第二同步器s2可以用于切换到p3模式。因此，根据本发明的实施例的混合动力变速器和混合动力驱动系统可以在p2模式下实现更舒适地实现发动机启动，同时可以在p3模式下实现换挡过程中的扭矩补充。
根据本发明的某些实施例，变速器3还可以包括第四齿轮z4、第五齿轮z5和第三同步器s3。
第四齿轮z4抗扭转地设置在第一输入轴a1上，从而第四齿轮z4和第一输入轴a1可以以相同速度转动。在示例性实施例中，在第一输入轴a1上，第一齿轮z1和第四齿轮z4沿着远离内燃机1的方向顺次布置。例如，第一同步器s1位于第一齿轮z1和第四齿轮z4之间。第五齿轮z5可旋转地设置在输出轴a3上，从而第五齿轮z5和输出轴a3可以相对于彼此转动。在示例性实施例中，在输出轴a3上，第三齿轮z3和第五齿轮z5沿着远离内燃机1的方向顺次布置。例如，第二同步器s2位于第三齿轮z3和第五齿轮z5之间。第四齿轮z4与第五齿轮z5设置成彼此常啮合。
第三同步器s3设置在输出轴a3上。在示例性实施例中，第三同步器s3位于第五齿轮z5的远离内燃机1的一侧。在一些实施例中，在输出轴a3上，第三齿轮z3、第二同步器s2、第五齿轮z5和第三同步器s3沿着远离内燃机1的方向顺次布置。第三同步器s3可以与第五齿轮z5接合或分离。当与第五齿轮z5接合时，第三同步器s3可以将输出轴a3的旋转和可旋转地设置在输出轴a3上的第五齿轮z5的旋转同步。
根据本发明的某些实施例，变速器3还可以包括第六齿轮z6和第七齿轮z7。
第六齿轮z6抗扭转地设置在第一输入轴a1上，从而第六齿轮z6和第一输入轴a1可以以相同速度转动。在示例性实施例中，在第一输入轴a1上，第一齿轮z1、第四齿轮z4和第六齿轮z6沿着远离内燃机1的方向顺次布置。第七齿轮z7可旋转地设置在输出轴a3上，从而第七齿轮z7和输出轴a3可以相对于彼此转动。在示例性实施例中，在输出轴a3上，第三齿轮z3、第五齿轮z5和第七齿轮z7沿着远离内燃机1的方向顺次布置。第六齿轮z6与第七齿轮z7设置成彼此常啮合。
根据本发明的某些实施例，第七齿轮z7设置成可以与第三同步器s3或分离。在示例性实施例中，第七齿轮z7位于第三同步器s3的远离内燃机1的一侧。例如，第三同步器s3位于第五齿轮z5和第七齿轮z7之间。当与第七齿轮z7接合时，第三同步器s3可以将输出轴a3的旋转和可旋转地设置在输出轴a3上的第七齿轮z7的旋转同步。在图1所示的实施例中，第三同步器s3具有三个工作状态：与第五齿轮z5接合(第一接合状态)、与第七齿轮z7接合(第二接合状态)、和与第五齿轮z5和第七齿轮z7均脱离接合(分离状态)。
上文描述共同的第三同步器s3用于接合第五齿轮z5或第七齿轮z7。在其他实施例中，还可以为第五齿轮z5和第七齿轮z7分别设置单独的同步器。
根据本发明的某些实施例，变速器3还可以包括第八齿轮z8、第九齿轮z9和第四同步器s4。
第八齿轮z8可旋转地设置在第一输入轴a1上，第八齿轮z8和第一输入轴a1可以相对于彼此转动。在示例性实施例中，在第一输入轴a1上，第一齿轮z1、第四齿轮z4、第六齿轮z6和第八齿轮z8沿着远离内燃机1的方向顺次布置。第九齿轮z9抗扭转地设置在输出轴a3上，从而第九齿轮z9和输出轴a3可以以相同速度转动。在示例性实施例中，在输出轴a3上，第三齿轮z3、第五齿轮z5、第七齿轮z7和第九齿轮z9沿着远离内燃机1的方向顺次布置。第八齿轮z8和第九齿轮z9设置成彼此常啮合。
第四同步器s4设置在第一输入轴a1上。在示例性实施例中，第四同步器s4位于第八齿轮z8的远离内燃机1的一侧。在一些实施例中，在输出轴a3上，第一同步器s1和第四同步器s4沿着远离内燃机1的方向顺次布置。第四同步器s4可以与第八齿轮z8接合或分离。当与第八齿轮z8接合时，第四同步器s4可以将第一输入轴a1的旋转和可旋转地设置在第一输入轴a1上的第八齿轮z8的旋转同步。
根据本发明的某些实施例，变速器3还可以包括第十齿轮z10和第十一齿轮z11。
第十齿轮z10可旋转地设置在第一输入轴a1上，从而第十齿轮z10和第一输入轴a1可以相对于彼此转动。在示例性实施例中，在第一输入轴a1上，第一齿轮z1、第四齿轮z4、第六齿轮z6、第八齿轮z8和第十齿轮z10沿着远离内燃机1的方向顺次布置。第十一齿轮z11抗扭转地设置在输出轴a3上，从而第十一齿轮z11和输出轴a3可以以相同速度转动。在示例性实施例中，在输出轴a3上，第三齿轮z3、第五齿轮z5、第七齿轮z7、第九齿轮z9和第十一齿轮z11沿着远离内燃机1的方向顺次布置。第十齿轮z10和第十一齿轮z11设置成彼此常啮合。
根据本发明的某些实施例，第十齿轮z10设置成可以与第四同步器s4接合或分离。在示例性实施例中，第十齿轮z10位于第四同步器s4的远离内燃机1的一侧。例如，第四同步器s4位于第八齿轮z8和第十齿轮z10之间。在一些实施例中，在第一输入轴a1上，第一同步器s1和第四同步器s4沿着远离内燃机1的方向顺次布置。当与第十齿轮z10接合时，第四同步器s4可以将第一输入轴a1的旋转和可旋转地设置在第一输入轴a1上的第十齿轮z10的旋转同步。在图1所示的实施例中，第四同步器s4具有三个工作状态：与第八齿轮z8接合(第一接合状态)、与第十齿轮z10接合(第二接合状态)、和与第八齿轮z8和第十齿轮z10均脱离接合(分离状态)。
上文描述共同的第四同步器s4用于接合第八齿轮z8或第九齿轮z9。在其他实施例中，还可以为第八齿轮z8和第九齿轮z9分别设置单独的同步器。
根据本发明的某些实施例，变速器3还可以包括壳体(未示出)。电动机2可以设置在该壳体中。根据本发明的某些实施例，变速器3还可以与离合器4设置在共同的壳体中。这种情况下，变速器3、电动机2和离合器4集成在共同的壳体中，从而混合动力驱动系统可以具有紧凑的结构。
通过设置内燃机、电动机、离合器和各个同步器的操作状态，根据本发明的实施例的混合动力驱动系统可以提供多种工作模式。下面将参考附图描述混合动力驱动系统的工作模式。
图2至图6是根据本发明的实施例的变速器和混合动力驱动系统的纯电动机驱动模式的示意图。在纯电动机驱动模式下，电动机2作为驱动车辆行驶的唯一动力源。根据本发明的实施例的混合动力驱动系统在纯电动机驱动模式可以提供五个档位。
如图2所示，在一种纯电动机驱动模式下，离合器4分离，第二同步器s2与第三齿轮z3接合，并且第一同步器s1、第三同步器s3和第四同步器s4均处于分离状态。由此，如图2中虚线所示，电动机2的动力经由第二输入轴a2、第二齿轮z2、第一齿轮z1、第三齿轮z3和第二同步器s2传递到输出轴a3。因此，在这种模式下，变速器3设置成将电动机的动力直接耦合到输出轴a3。
此外，在这种模式下，当电动机反转时，变速器3还可以为车辆提供倒挡。因此，根据本发明的混合动力变速器和混合动力驱动系统可以在纯电动机模式下实现倒车并且可以不设置机械倒挡齿轮组，可以降低制造难度和成本。
如图3所示，在一种纯电动机驱动模式下，离合器4分离，第一同步器s1与第一齿轮z1接合，第三同步器s3与第五齿轮z5接合，并且第二同步器s2和第四同步器s4均处于分离状态。由此，如图3中虚线所示，电动机2的动力经由第二输入轴a2、第二齿轮z2、第一齿轮z1、第一同步器s1、第一输入轴a1、第四齿轮z4、第五齿轮z5和第三同步器s3传递到输出轴a3。
如图4所示，在一种纯电动机驱动模式下，离合器4分离，第一同步器s1与第一齿轮z1接合，第三同步器s3与第七齿轮z7接合，并且第二同步器s2和第四同步器s4均处于分离状态。由此，如图4中虚线所示，电动机2的动力经由第二输入轴a2、第二齿轮z2、第一齿轮z1、第一同步器s1、第一输入轴a1、第六齿轮z6、第七齿轮z7和第三同步器s3传递到输出轴a3。
如图5所示，在一种纯电动机驱动模式下，离合器4分离，第一同步器s1与第一齿轮z1接合，第四同步器s4与第八齿轮z8接合，并且第二同步器s2和第三同步器s3均处于分离状态。由此，如图5中虚线所示，电动机2的动力经由第二输入轴a2、第二齿轮z2、第一齿轮z1、第一同步器s1、第一输入轴a1、第四同步器s4、第八齿轮z8和第九齿轮z9传递到输出轴a3。
如图6所示，在一种纯电动机驱动模式下，离合器4分离，第一同步器s1与第一齿轮z1接合，第四同步器s4与第十齿轮z10接合，并且第二同步器s2和第三同步器s3均处于分离状态。由此，如图6中虚线所示，电动机2的动力经由第二输入轴a2、第二齿轮z2、第一齿轮z1、第一同步器s1、第一输入轴a1、第四同步器s4、第十齿轮z10和第十一齿轮z11传递到输出轴a3。
从图2至图6可以看出，根据本发明的实施例的混合动力变速器和混合动力驱动系统可以在纯电动机驱动模式下实现多个挡位驱动模式，使得车辆在纯电动机驱动模式下可以根据不同的负载选择驱动挡位，从而具有更高的驱动效率。
图7至图10是根据本发明的实施例的变速器和混合动力驱动系统的某些混合驱动模式的示意图。在混合驱动模式下，内燃机1和电动机2共同作为驱动车辆行驶的动力源。
如图7所示，在一种混合驱动模式下，离合器4接合，第二同步器s2与第三齿轮z3接合，第三同步器s3与第五齿轮z5接合，并且第一同步器s1和第四同步器s4均处于分离状态。如图7中虚线所示，电动机2的动力经由第二输入轴a2、第二齿轮z2、第一齿轮z1、第三齿轮z3和第二同步器s2传递到输出轴a3。如图7中虚点线所示，内燃机1的动力经由第一输入轴a1、第四齿轮z4、第五齿轮z5和第三同步器s3传递到输出轴a3。由此，内燃机1的动力和电动机2的动力在输出轴3耦合，具体为通过第二同步器s2耦合。
如图8所示，在一种混合驱动模式下，离合器4接合，第二同步器s2与第三齿轮z3接合，第三同步器s3与第七齿轮z7接合，并且第一同步器s1和第四同步器s4均处于分离状态。如图8中虚线所示，电动机2的动力经由第二输入轴a2、第二齿轮z2、第一齿轮z1、第三齿轮z3和第二同步器s2传递到输出轴a3。如图8中虚点线所示，内燃机1的动力经由第一输入轴a1、第六齿轮z6、第七齿轮z7和第三同步器s3传递到输出轴a3。由此，内燃机1的动力和电动机2的动力在输出轴3耦合，具体为通过第二同步器s2耦合。
如图9所示，在一种混合驱动模式下，离合器4接合，第二同步器s2与第三齿轮z3接合，第四同步器s4与第八齿轮z8接合，并且第一同步器s1和第三同步器s3均处于分离状态。如图9中虚线所示，电动机2的动力经由第二输入轴a2、第二齿轮z2、第一齿轮z1、第三齿轮z3和第二同步器s2传递到输出轴a3。如图9中虚点线所示，内燃机1的动力经由第一输入轴a1、第四同步器s4、第八齿轮z8和第九齿轮z9传递到输出轴a3。由此，内燃机1的动力和电动机2的动力在输出轴3耦合，具体为通过第二同步器s2耦合。
如图10所示，在一种混合驱动模式下，离合器4接合，第二同步器s2与第三齿轮z3接合，第四同步器s4与第十齿轮z10接合，并且第一同步器s1和第三同步器s3均处于分离状态。如图10中虚线所示，电动机2的动力经由第二输入轴a2、第二齿轮z2、第一齿轮z1、第三齿轮z3和第二同步器s2传递到输出轴a3。如图10中虚点线所示，内燃机1的动力经由第一输入轴a1、第四同步器s4、第十齿轮z10和第十一齿轮z11传递到输出轴a3。由此，内燃机1的动力和电动机2的动力在输出轴3耦合，具体为通过第二同步器s2耦合。
在图7至图10所示的混合驱动模式中，当变速器3针对内燃机1进行换挡操作时，电动机2可以提供扭矩补偿，避免产生动力中断，从而使车辆的换挡操作更加平稳。
此外，从图7至图10可以看出，根据本发明的实施例的混合动力驱动系统在内燃机驱动模式可以提供四个档位。
应当理解图2至图10仅示例性示出根据本发明的混合动力变速器和混合动力驱动系统的一些工作模式。通过设定内燃机、电动机、离合器和变速器中的同步器的不同状态，混合动力驱动系统还可以提供例如其他混合驱动模式、回收充电模式、内燃机起动模式等不同的工作模式。
尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应理解，本发明并不限于上述实施例的构造和方法。相反，本发明意在覆盖各种修改例和等同配置。另外，尽管在各种示例性结合体和构造中示出了所公开发明的各种元件和方法步骤，但是包括更多、更少的元件或方法的其它组合也落在本发明的范围之内。