一种单电机多模式的混动系统及混动汽车的制作方法

本发明涉及汽车传动技术领域，具体地说，本发明涉及一种单电机多模式的混动系统及混动汽车。

背景技术：

随着日益趋严的排放法规以及用户降低用车成本的需求，各大汽车厂商都推出了多种电动车型，包括纯电动车型和混合动力车型。由于纯电车型的较高成本及里程限制等问题，行驶里程更长、动力电池成本更低的混动车型得到市场消费者的更广泛接受，也成为目前各大汽车厂商的重要发展方向。

目前市场上的混动变速器主要有p1、p2、p3、p4等构型。其中，p1构型：电机置于变速箱之前，安装在发动机曲轴上，在离合器之前；p2构型：电机置于变速箱的输入端，在离合器之后（发动机与变速箱支架）；p3构型：电机置于变速箱的输出端，与发动机分享同一根轴，同源输出；p4构型：电机置于变速箱之后，与发动机的输出轴分离，一般是驱动无动力的车轮。

p2构型由于将电机置于变速器前，与发动机输出轴耦合，利用电机及电池系统能够有效调节发动机的输出特性，同时电机扭矩通过变速器的速比能够有效增大；p3构型置于变速器后，与传动轴耦合，传动效率高，无换挡动力中断；如果要实现两者的优点，需要变速器的前后端各加一个电机，结构复杂，成本上升，且布置困难。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种单电机多模式的混动系统及混动汽车，该混动系统仅增加一个电机，可同时获得p2和p3两种构型的优点，结构简单、紧凑，布置容易，成本更低。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种单电机多模式的混动系统，包括发动机（1）、自动离合器（2）和合成箱，所述合成箱包括：

输入轴组件，其包括与所述发动机（1）通过所述自动离合器（2）传动的输入轴（3），通过轴承空套在所述输入轴（3）上的p3主动齿轮（32），固连在所述输入轴（3）上的电机转子（33）和输入齿轮（18），与所述输入轴（3）通过花键连接的p3同步器（6）；

中间轴组件，其包括中间轴（30），所述中间轴（30）沿轴向依次设有中间轴齿轮（31）、多个档位主动齿轮、倒挡主动齿轮（23）；

输出轴组件，其包括输出轴（21），分别通过轴承空套在所述输出轴（21）上的倒挡从动齿轮（17）和多个档位从动齿轮，用于带动各个所述档位从动齿轮与所述输出轴（21）结合的多个档位同步器，固连在所述输出轴（21）上的p3从动齿轮（28），固连在所述输出轴（21）上的输出法兰（22）；

副轴组件，其包括副轴（11）、固连在所述副轴（11）上的副轴从动齿轮（7）和副轴主动齿轮（10），所述副轴从动齿轮（7）与所述p3主动齿轮（32）常啮合、所述副轴主动齿轮（10）与所述p3从动齿轮（28）常啮合；

倒挡齿轮轴，其固连有倒挡惰轮（24）；

离合器执行器（4），其用于带动所述自动离合器（2）；

电机定子（5），其固设于所述合成箱内；

切换机构（8），其用于带动所述p3同步器（6）；以及

选换挡机构（9），其用于带动所述多个档位同步器。

优选地，所述输入轴（3）与所述输出轴（21）同轴布置并可相对转动设置。

优选地，所述中间轴（30）、所述副轴（11）和所述输入轴（3）平行布置。

在本发明的一些实施例中，所述多个档位主动齿轮包括五档主动齿轮（29）、三档主动齿轮（27）、二档主动齿轮（26）、一档主动齿轮（25）；

所述多个档位从动齿轮包括五档从动齿轮（20）、三档从动齿轮（12）、二档从动齿轮（14）、一档从动齿轮（15）；

所述多个档位同步器包括设置为与所述五档从动齿轮（20）结合或分离的第三同步器（19），设置在所述三档从动齿轮（12）和二档从动齿轮（14）之间的第二同步器（13），设置在所述一档从动齿轮（15）和倒挡从动齿轮（17）之间的第一同步器（16）；

其中所述第一同步器（16）、第二同步器（13）、第三同步器（19）及p3从动齿轮（28）与所述输出轴（21）分别通过花键连接。

通过选换挡机构及3个同步器即可实现一挡、二挡、三挡、四挡和五挡之间的档位切换。

通过离合器执行器推动自动离合器结合与断开，通过切换机构推动p3同步器与p3主动齿轮结合与断开，本发明的混动系统具有发动机燃油驱动模式、单电机纯电驱动模式、混动驱动模式、动力中断补偿模式和能量回收模式。

发动机燃油驱动模式：在车辆需求扭矩较低、电池soc值较低的工况下，所述自动离合器（2）结合，所述发动机（1）通过所述自动离合器（2）驱动所述输入轴（3），所述输入轴（3）通过所述输入齿轮（20）、中间轴齿轮（31）、中间轴（30）、所述中间轴组件的其中一个档位主动齿轮、所述输出轴上对应的一个档位从动齿轮将动力传递给所述输出轴（21），进而驱动车辆。

单电机纯电驱动模式：在车辆需求扭矩较低、电池soc值较高的工况下，所述离合器执行器（4）推动所述自动离合器（2）分离，动力电池给电机供电，所述电机转子（33）通过所述输入轴（3）、输入齿轮（20）、中间轴齿轮（31）、中间轴（30）、所述中间轴组件的其中一个档位主动齿轮、所述输出轴上对应的一个档位从动齿轮将动力传递给所述输出轴（21），进而驱动车辆。

混动驱动模式：在车辆需求扭矩较高、电池soc值较高的工况下，自动离合器（2）结合，动力电池给电机供电，所述发动机（1）及电机同时驱动输入轴（3），所述输入轴（3）通过所述输入齿轮（20）、中间轴齿轮（29）、中间轴（30）、所述中间轴组件的其中一个档位主动齿轮、所述输出轴上对应的一个档位从动齿轮将动力传递给输出轴，进而驱动车辆。

动力中断补偿模式：在车辆燃油驱动模式下，换挡前，所述p3同步器（6）与所述p3主动齿轮（32）结合；换挡瞬间，所述离合器执行器（4）推动自动离合器（2）分离，动力电池给电机供电，所述电机转子（33）通过所述输入轴（3）、p3同步器（6）、p3主动齿轮（32）、所述副轴组件、p3从动齿轮（28）将动力传递给输出轴（21），驱动车辆。

能量回收模式：在车辆制动的工况下，通过所述离合器执行器（4）推动所述自动离合器（2）分离，所述p3同步器（6）与所述p3主动齿轮（32）结合，车辆通过所述输出轴（21）、副轴组件、p3主动齿轮（32）、输入轴（3）将动力传递给所述电机转子（33），电机发电，电能存储在电池内，回收车辆制动时的能量。

第二方面，本发明提供的一种混动汽车，它采用上述单电机多模式的混动系统。

由于采用上述技术方案，本发明达到以下有益效果：

相较于现有技术，本发明在合成箱内集成了电机、输入轴组件、中间轴组件、输出轴组件、副轴组件及倒挡齿轮轴，具有结构简单、集成度高、便于匹配安装的优点；合成箱增加单电机、单同步器（p3同步器）及两对齿轮副（副轴从动齿轮与p3主动齿轮、副轴主动齿轮与p3从动齿轮组成的两对齿轮副），实现了p2与p3混动模式，利用p2混动模式提高车辆的动力性，利用p3混动模式补偿变速器换挡时的动力中断；利用单电机与电池系统调节发动机的输出特性，了提高发动机的燃油效率。

附图说明

图1是本发明单电机混动系统的结构示意图。

图2是本发明以一档为例，发动机燃油驱动模式的示意图。

图3是本发明以一档为例，单电机纯电驱动模式的示意图。

图4是本发明以一档为例，混动驱动模式的示意图。

图5是本发明的动力中断补偿模式的示意图。

图6是本发明的能量回收模式的示意图。

附图标记说明：1-发动机、2-自动离合器、3-输入轴、4-离合器执行器、5-电机定子、6-p3同步器、7-副轴从动齿轮、8-切换机构、9-选换挡机构、10-副轴主动齿轮、11-副轴、12-三档从动齿轮、13-第二同步器、14-二档从动齿轮、15-一档从动齿轮、16-第一同步器、17-倒挡从动齿轮、18-输入齿轮、19-第三同步器、20-五档从动齿轮、21-输出轴、22-输出法兰、23-倒挡主动轮、24-倒挡惰轮、25-一档主动齿轮、26-二档主动齿轮、27-三档主动齿轮、28-p3从动齿轮、29-五档主动齿轮、30-中间轴、31-中间轴齿轮、32-p3主动齿轮、33-电机转子。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，以使本发明的优点和特征能更易于本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚准确的界定。

实施例一

如图1所示，本发明的一种单电机多模式的混动系统，包括发动机1、自动离合器2和合成箱，所述合成箱包括输入轴组件、中间轴组件、输出轴组件、副轴组件、倒挡齿轮轴、离合器执行器4、选换挡机构9、切换机构8。将本发明的混动系统应用于汽车上，电机与汽车上的动力电池连接，输出轴的输出法兰22通过传动机构带动车轮，即可得到一种单电机多模式的混动汽车。

在本实施例中，合成箱还包括过定位销定位后用紧固件依次固连的离合器外壳和主箱体，离合器外壳和主箱体的构造对于本领域技术人员来说可以根据本发明结构进行合理设计，这里并不赘述。发动机1通过止口定位后紧固在离合器外壳上。电机定子5固设在主箱体内，电机转子与输入轴3固连，输入轴3通过两端轴承支承在主箱体内。

如图1所示，输入轴组件包括与发动机1通过自动离合器2传动的输入轴3，通过轴承空套在输入轴3上的p3主动齿轮32，通过花键固连在输入轴3上的电机转子33和输入齿轮18，与输入轴3通过花键连接的p3同步器6。输入轴3通过两端轴承支承在主箱体内。

如图1所示，中间轴组件包括中间轴30，中间轴30沿轴向依次设有中间轴齿轮31、五档主动齿轮29、三档主动齿轮27、二档主动齿轮26、一档主动齿轮25、倒挡主动齿轮23。具体地，中间轴30可通过两端轴承支承在主箱体内。

如图1所示，输出组件包括输出轴21、输出轴21沿轴向依次设置有第三同步器19、五挡从动齿轮20、p3从动齿轮28、三档从动齿轮12、第二同步器13、二档从动齿轮14、一档从动齿轮15、第一同步器16、倒挡从动齿轮17、输出法兰22，其中所述第一、第二、第三同步器及p3从动齿轮28与所述输出轴21花键连接，所述倒挡、一档、二档、三档、五挡从动齿轮通过轴承空套在所述输出轴21上。输出轴21通过两端轴承支承在主箱体内。

如图1所示，副轴组件包括副轴11、固连在副轴11上的副轴从动齿轮7和副轴主动齿轮10，副轴从动齿轮7与p3主动齿轮32常啮合、副轴主动齿轮10与p3从动齿轮28常啮合。副轴11通过两端轴承支承在主箱体内。

如图1所示，倒挡齿轮轴通过两端轴承支承在主箱体内，其固连有倒挡惰轮24。

离合器执行器4可固定在主箱体的外壁上，并通过离合器附件与自动离合器连接。离合器执行器4用于带动所述自动离合器2，实现与发动机输出轴的结合或分离。

切换机构8可固定在主箱体的外壁上，其用于带动p3同步器6，使p3同步器6与p3主动齿轮结合或分离。切换机构8的具体结构对于本领域技术人员来说是悉知的，任何一种可驱动同步器实现其功能的切换机构均可用于本发明。

选换挡机构9可固定在主箱体的外壁上，其用于带动所述多个档位同步器，实现档位切换。选换挡机构是多档变速器中的常规结构，对于本领域技术人员来说是悉知的，任何一种可分别驱动3个同步器的选换挡机构均可用于本发明。通过选换挡机构9及3个同步器即可实现一挡、二挡、三挡、四挡和五挡之间的档位切换。

如图1所示，在本实施例中，所述输入轴组件与输出轴组件同轴布置，优选地，输入轴3与输出轴21同轴布置并可相对转动设置。所述中间轴组件、副轴组件、输入轴组件平行布置。优选地，中间轴30、副轴11和输入轴3平行布置。采用此种布置方式，合成箱的内部结构更紧凑、布局更合理，两轴之间的传动更平稳。

如图2-6所示，本实施例通过离合器执行器4推动自动离合器2结合与断开，通过切换机构8推动p3同步器与p3主动齿轮结合与断开，本发明的混动系统具有发动机燃油驱动模式、单电机纯电驱动模式、混动驱动模式、动力中断补偿模式和能量回收模式。

下面以一档为例，对本发明的混动系统的多种工作模式进行说明。在其他档位时，亦可依同样的原理实现多种工作模式。

如图2所示，发动机燃油驱动模式：在车辆需求扭矩较低、电池soc值较低的工况下，所述自动离合器2结合，发动机1通过所述自动离合器2驱动所述输入轴3，输入轴3通过输入齿轮20、中间轴齿轮31、中间轴30、一档主动齿轮25、一档从动齿轮15将动力传递给所述输出轴21，进而驱动车辆。同时，根据电池soc值及发动机的功率点效率，电机转子33可空转或发电。

如图3所示，单电机纯电驱动模式：在车辆需求扭矩较低、电池soc值较高的工况下，所述离合器执行器4推动所述自动离合器2分离，动力电池给电机供电，所述电机转子33通过所述输入轴3、输入齿轮20、中间轴齿轮31、中间轴30、一档主动齿轮25、一档从动齿轮15将动力传递给所述输出轴21，进而驱动车辆。

如图4所示，混动驱动模式：在车辆需求扭矩较高、电池soc值较高的工况下，自动离合器2结合，动力电池给电机供电，所述发动机1及电机同时驱动输入轴3，输入轴3通过输入齿轮20、中间轴齿轮29、中间轴30、一档主动齿轮25、一档从动齿轮15将动力传递给输出轴，进而驱动车辆。

如图5所示，动力中断补偿模式：在车辆燃油驱动模式下，换挡前，所述p3同步器6与所述p3主动齿轮32结合；换挡瞬间，所述离合器执行器4推动自动离合器2分离，动力电池给电机供电，所述电机转子33通过所述输入轴3、p3同步器6、p3主动齿轮32、所述副轴组件、p3从动齿轮28将动力传递给输出轴21，驱动车辆，有效补偿变速器换挡时的动力中断，提高驾驶的舒适性。

如图6所示，能量回收模式：在车辆制动的工况下，通过所述离合器执行器4推动所述自动离合器2分离，所述p3同步器6与所述p3主动齿轮32结合，车辆通过所述输出轴21、副轴组件、p3主动齿轮32、输入轴3将动力传递给所述电机转子33，电机发电，电能存储在电池内，回收车辆制动时的能量。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。