一种带自动变速器的混合动力总成的制作方法

本发明涉及车辆混合动力领域，特别是涉及一种带自动变速器的混合动力总成。

背景技术：

根据环境保护要求，中国2020年二氧化碳排放量限制为117g/km；根据燃油消耗率要求，中国2020年企业平均乘用车综合油耗限制为5l/km。为了满足以上要求，混合动力车辆成为大势所趋。目前的混合动力车辆是指依靠电力驱动、油气(汽油、柴油或者天然气)驱动或者电力与油气混合驱动的电混合动力车辆。

混合动力车辆的变速器能够实现对发动机驱动与驱动电机驱动的多档位变速。目前市场上有典型的并联式混合动力和串联式混合动力。并联式混合动力总成中，电机并联到自动变速器的输入轴上，发动机与变速器之间连接离合器。该方案的缺点是电机只能并联工作，增加输入扭矩，还需要发动机调速,发动机不能固定在节油区域,节油效果小。串联式混合动力总成中，电机串联到自动变速器第一行星齿轮的齿圈上，用来与发动机一起混合驱动。该方案缺点是只能用来调整输入变速器的转速，不能增扭。这样在自动变速器增加输入扭矩时，需增大油门，提高发动机扭矩，才能达到加速目的，节油效果不是很好。

因此，急需研制出成本低，重量增加小，尺寸变化小，且性能先进，节油效果显著的混合动力总成。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中混合动力总成的节油效果不是很好的问题，提供一种带自动变速器的混合动力总成。该混合动力总成成本低，重量增加小，尺寸变化小，且性能先进，节油效果显著。

特别地，本发明提供了一种带自动变速器的混合动力总成，包括：

自动变速器，用于提供不同的传动比，改变车辆的行驶速度，其中，所述自动变速器包括变速器壳体、多级行星齿轮和输入轴；

发动机，用于给所述车辆提供动力，所述发动机具有发动机飞轮及输出轴，所述发动机的输出轴通过发动机飞轮与所述自动变速器的所述输入轴处于传动连接；和

电机，安装于所述变速器壳体内，通过接合元件与所述自动变速器接合或分离，以与所述发动机配合实现混合动力和能量回收。

进一步地，所述接合元件为离合器、齿轮齿套接合元件、同步器齿套接合元件或单向离合器。

进一步地，所述接合元件包括：

所述多级行星齿轮包括：

第一行星排框架，

第一行星排太阳轮，支撑在所述第一行星排框架中，

第二行星排框架，

第二行星排小太阳轮及第二行星排大太阳轮，支撑在所述第二行星排框架中，分别与所述第一行星排框架相连，及

第二行星排齿圈和输出齿轮，；

所述自动变速器还包括：

第一离合器，连接在所述第二行星排框架和所述输入轴之间，

第二离合器，连接在所述第一行星排框架和所述第二行星排小太阳轮之间，

第三离合器，连接在所述第一行星排框架和所述第二行星排大太阳轮之间，

第一制动器，连接在第二行星排框架和变速器壳体之间，

单向离合器，连接在第二行星排框架和变速器壳体之间，及

第二制动器，连接在第二行星排大太阳轮和变速器壳体之间；

所述接合元件包括：

第一接合元件，设置于所述变速器壳体内，分别与所述电机和所述第一行星排太阳轮相连；和

第二接合元件，设置于所述变速器壳体内，分别与所述电机和所述输入轴相连；

其中，所述电机与所述第一行星排太阳轮通过所述第一接合元件接合或分离，所述电机与所述输入轴通过所述第二接合元件接合或分离，用于实现所述混合动力总成的不同模式。

进一步地，所述混合动力总成的不同模式包括：

所述电机启动所述发动机模式，当所述第一接合元件处于接合状态时，第二离合器或者第三离合器接合，所述电机启动所述发动机，或当所述第二接合元件接合时，所述电机直接启动所述发动机；

所述电机和所述发动机串联混合驱动模式，所述发动机以某一转速转动，当所述第一接合元件接合时，所述电机驱动所述第一行星排太阳轮旋转，调整转速，与所述第一至第三离合器、所述第一至第二制动器以及所述单向离合器配合，实现多个前进挡和一个倒挡；

所述电机和所述发动机并联混合驱动模式，在所述发动机驱动所述输入轴转动时，所述第二接合元件接合，所述电机与所述输入轴连接，为所述输入轴提供动力，和所述发动机共同驱动所述输入轴转动；

所述发动机驱动模式，当所述第一接合元件和所述第二接合元件均处于分离状态时，所述电机不参与工作，由所述发动机提供动力；

所述电机驱动模式，所述发动机不工作，依靠所述发动机的倒拖力产生制动力，制动所述输入轴，所述第一接合元件处于接合状态，由所述电机提供动力；

所述电机制动能量回收模式，所述第一接合元件处于接合状态时，在制动或者滑行的过程中，所述第一行星排太阳轮拖动所述电机，产生制动力，并回收部份能量，所述第二接合元件处于接合状态时，所述电机并联到所述输入轴，可产生全部或者部份制动力，回收全部或者部份能量。

进一步地，所述接合元件还包括：

第三接合元件，设置于所述变速器壳体内，分别与所述变速器壳体和所述第一行星排太阳轮相连；

所述变速器壳体通过所述第三接合元件与所述第一行星排太阳轮接合或分离，与所述第一接合元件和所述第二接合元件相配合，用于实现所述混合动力总成的不同模式，所述混合动力总成的不同模式包括：

所述电机启动所述发动机模式，当所述第一接合元件处于接合状态时，第二离合器或者第三离合器接合，所述电机可启动所述发动机，或当所述第二接合元件接合时，所述电机可直接启动所述发动机；

所述电机和所述发动机串联混合驱动模式，所述发动机以某一转速转动，当所述第一接合元件接合时，所述电机驱动所述第一行星排太阳轮旋转，调整转速，与所述第一至第三离合器、所述第一至第二制动器以及所述单向离合器配合，实现多个前进挡和一个倒挡；

所述电机和所述发动机并联混合驱动模式，在所述发动机驱动所述输入轴转动时，所述第二接合元件接合，所述电机与所述输入轴连接，为所述输入轴提供动力，和所述发动机共同驱动所述输入轴转动；

所述发动机驱动模式，当所述第三接合元件处于接合状态时，所述电机和所述第一行星排太阳轮被所述变速器壳体制动，由所述发动机提供动力；

所述电机驱动模式，所述发动机不工作，依靠所述发动机的倒拖力产生制动力，制动所述输入轴，所述第一接合元件处于接合状态，由所述电机提供动力；

所述电机制动能量回收模式，所述第一接合元件处于接合状态时，在制动或者滑行的过程中，所述第一行星排太阳轮拖动所述电机，产生制动力，并回收部份能量，所述第二接合元件处于接合状态时，所述电机并联到所述输入轴，可产生全部或者部份制动力，回收全部或者部份能量。

进一步地，所述接合元件还包括：

第四接合元件，设置于所述变速器壳体内，分别与所述变速器壳体和所述输入轴相连；

所述变速器壳体通过所述第四接合元件与所述输入轮接合或分离，与所述第一接合元件和所述第二接合元件相配合，用于实现所述混合动力总成的不同模式，所述混合动力总成的不同模式包括：

所述电机启动所述发动机模式，当所述第一接合元件处于接合状态时，第二离合器或者第三离合器接合，所述电机可启动所述发动机，或当所述第二接合元件接合时，所述电机可直接启动所述发动机；

所述电机和所述发动机串联混合驱动模式，所述发动机以某一转速转动，当所述第一接合元件接合时，所述电机驱动所述第一行星排太阳轮旋转，调整转速，与所述第一至第三离合器、所述第一至第二制动器以及所述单向离合器配合，实现多个前进挡和一个倒挡；

所述电机和所述发动机并联混合驱动模式，在所述发动机驱动所述输入轴转动时，所述第二接合元件接合，所述电机与所述输入轴连接，为所述输入轴提供动力，和所述发动机共同驱动所述输入轴转动；

所述发动机驱动模式，当所述第一接合元件和所述第二接合元件均处于分离状态时，所述电机不参与工作，由所述发动机提供动力；

所述电机驱动模式，所述第四接合元件接合，所述输入轴与所述变速器壳体接合，所述输入轴被所述变速器壳体制动，所述第一接合元件处于接合状态，由所述电机提供动力；

所述电机制动能量回收模式，所述第一接合元件处于接合状态时，在制动或者滑行的过程中，所述第一行星排太阳轮拖动所述电机，产生制动力，并回收部份能量，所述第二接合元件处于接合状态时，所述电机并联到所述输入轴，可产生全部或者部份制动力，回收全部或者部份能量。

进一步地，所述接合元件还包括：

第三接合元件，设置于所述变速器壳体内，分别与所述变速器壳体和所述第一行星排太阳轮相连；

第四接合元件，设置于所述变速器壳体内，分别与所述变速器壳体和所述输入轴相连；

其中，所述变速器壳体与所述第一行星排太阳轮通过所述第三接合元件接合或分离，所述变速器壳体与所述输入轮通过所述第四接合元件接合或分离，与所述第一接合元件和所述第二接合元件相配合，用于实现所述混合动力总成的不同模式，所述混合动力总成的不同模式包括：

所述电机启动所述发动机模式，当所述第一接合元件处于接合状态时，第二离合器或者第三离合器接合，所述电机可启动所述发动机，或当所述第二接合元件接合时，所述电机可直接启动所述发动机；

所述电机和所述发动机串联混合驱动模式，所述发动机以某一转速转动，当所述第一接合元件接合时，所述电机驱动所述第一行星排太阳轮旋转，调整转速，与所述第一至第三离合器、所述第一至第二制动器以及所述单向离合器配合，实现多个前进挡和一个倒挡；

所述电机和所述发动机并联混合驱动模式，在所述发动机驱动所述输入轴转动时，所述第二接合元件接合，所述电机与所述输入轴连接，为所述输入轴提供动力，和所述发动机共同驱动所述输入轴转动；

所述发动机驱动模式，当所述第三接合元件处于接合状态时，所述电机和所述第一行星排太阳轮被所述变速器壳体制动，由所述发动机提供动力；

所述电机驱动模式，所述第四接合元件接合，所述输入轴与所述变速器壳体接合，所述输入轴被所述变速器壳体制动，所述第一接合元件处于接合状态，由所述电机提供动力；

所述电机制动能量回收模式，所述第一接合元件处于接合状态时，在制动或者滑行的过程中，所述第一行星排太阳轮拖动所述电机，产生制动力，并回收部份能量，所述第二接合元件处于接合状态时，所述电机并联到所述输入轴，可产生全部或者部份制动力，回收全部或者部份能量。

进一步地，所述发动机飞轮为双质量飞轮。

采用本发明的混合动力总成，其将电机布置于变速器壳体内，通过发动机飞轮将自动变速器与发动机传动连接，结构紧凑，重量增加小，尺寸变化小，通过接合元件把电机和自动变速器连接在一起，从而实现电机与发动机混合驱动等模式，进而使混合动力总成性能先进，节油效果显著。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是本发明一实施例的混合动力总成的示意性结构图；

图2是本发明另一实施例的混合动力总成的示意性结构图；

图3是本发明另一实施例的混合动力总成的示意性结构图；

图4是本发明另一实施例的混合动力总成的示意性结构图；

图5是本发明另一实施例的混合动力总成的示意性结构图。

附图中标记：

1-输入轴、2-第一行星排太阳轮、3-第一行星排框架、4-第二行星排小太阳轮、5-第二行星排大太阳轮、6-第二行星排齿圈和输出齿轮、7-第二行星排框架、8-中间齿轮、9-减速齿轮、10-变速器壳体、11-电机、12-发动机飞轮、13-发动机、20-自动变速器、21-第一行星齿轮、22-第二行星齿轮、c1-第一离合器、c2-第二离合器、c3-第三离合器、c4-第一接合元件、c5-第二接合元件、b1-第一制动器、b1-1-单向离合器、b2-第二制动器、b3-第三接合元件、b4-第四接合元件。

具体实施方式

图1是本发明一实施例的混合动力总成的示意性结构图。如图1所示，本混合动力总成包括自动变速器20、发动机13和电机11。自动变速器20用于提供不同的传动比，改变车辆的行驶速度。自动变速器20包括变速器壳体10、多级行星齿轮和输入轴1。在本实施例中，多级行星齿轮包括第一行星齿轮21和第二行星齿轮22。可以理解的是，多级行星齿轮还可以包含三个或三个以上的行星齿轮。发动机13用于给车辆提供动力，发动机13的输出轴通过发动机飞轮12与自动变速器20的输入轴1处于传动连接。发动机飞轮12可以是双质量飞轮。电机11安装于变速器壳体10内，用于与发动机13配合实现混合动力和能量回收。电机11通过接合元件与自动变速器20接合或分离。接合元件包括第一接合元件c4和第二接合元件c5，电机11与第一行星排太阳轮2通过第一接合元件c4接合或分离，电机11与输入轴1通过第二接合元件c5接合或分离。第一接合元件c4和第二接合元件c5中的任一接合元件处于接合状态时，都能使电机11启动发动机13。第一接合元件c4和第二接合元件c5可以为离合器、齿轮齿套接合元件、同步器齿套接合元件或单向离合器。

采用本发明的混合动力总成，其将电机11布置于变速器壳体10内，通过发动机飞轮12将自动变速器20与发动机13传动连接，结构紧凑，重量增加小，尺寸变化小，通过接合元件把电机11和自动变速器20连接在一起，从而实现电机11与发动机13混合驱动等模式，进而使混合动力总成性能先进，节油效果显著。

在以下实施例的描述中，所有接合单元在没有特殊说明的情况下，均处于分离状态。

图2是本发明另一实施例的混合动力总成的示意性结构图。如图2所示，在本实施例中，自动变速器20包括两组行星排的太阳轮、行星轮、齿圈和行星架，以及一组包含定子转子的电机11(也是发电机)。发动机13通过双质量飞轮与输入轴1连接，电机11转子通过第二接合元件c5与输入轴1接合或者分离，电机11转子通过第一接合元件c4与第一组行星排太阳轮2接合或者分离，第一组行星排框架3通过第三离合器c3与第二组行星排大太阳轮5接合或者分离，第一组行星排框架3通过第二离合器c2与第二组行星排小太阳轮4接合或者分离，第一组行星排齿圈与输入轴1连接，第二组行星排框架7通过第一离合器c1与输入轴1接合或者分离，第二组行星排框架7通过第一制动器b1与变速器壳体10接合或者分离，第二组行星排框架7通过单向离合器b1-1与变速器壳体10单向接合或者分离，第二组行星排齿圈和输出齿轮6与中间齿轮8啮合连接，中间齿轮8与减速齿轮9啮合连接。

采用本发明的混合动力总成可实现如下功能：

1.电机11启动发动机13模式

当第一接合元件c4接合后，第二离合器c2或者第三离合器c3其中一个接合，电机11可以通过第一行星排太阳轮2启动发动机。还可以让第二接合元件c5接合，电机11直接启动发动机13。

2.电机11和发动机13串联混合驱动模式

(1)电机11和发动机13串联混合起步模式

发动机13以某一转速转动，第二离合器c2接合，第一制动器b1或者单向离合器b1-1其中一个接合，实现前进一档；第一接合元件c4接合，电机11驱动第一行星排太阳轮2，车辆以一档起步前进；如果自动变速器20的第二离合器c2分离，第三离合器c3接合，实现倒挡，电机11驱动第一行星排太阳轮2，车辆以倒挡起步。

(2)电机11和发动机13串联混合驱动行驶模式

该模式是将发动机13定在某一节油转速，利用电机11调速和离合器换挡实现混合驱动行驶。通过发动机13始终在节油转速上运行达到节油目的。

发动机13以某一个转速转动，第一接合元件c4接合，电机11驱动第一行星排太阳轮2旋转，调整转速，与自动变速器20的第一至第三离合器、第一至第二制动器以及单向离合器b1-1配合，实现六个前进挡和一个倒挡。这样，换挡逻辑如下：第一制动器b1和第三离合器c3接合构成倒挡；第一制动器b1或者单向离合器b1-1接合，和第二离合器c2接合构成一挡；第二制动器b2和第二离合器c2接合构成二挡；第三离合器c3和第二离合器c2接合构成三挡；第一离合器c1和第二离合器c2构成四挡；第一离合器c1和第三离合器c3接合构成五挡；第一离合器c1和第二制动器b2接合构成六挡。

3.电机11和发动机13并联混合驱动模式

该模式是发动机13和电机11共同驱动输入轴，利用电机11辅助增加输入扭矩，提高加速性能，减小发动机13输出功率，达到节油目的。

在发动机13驱动输入轴1转动时，第二接合元件c5接合，电机13与输入轴1连接，和发动机13共同驱动输入轴1转动。这样，换挡逻辑如下：第一制动器b1和第三离合器c3接合构成倒挡；第一制动器b1或者单向离合器b1-1接合和第二离合器c2接合构成一挡；第二制动器b2和第二离合器c2接合构成二挡；第三离合器c3和第二离合器c2接合构成三挡；第一离合器c1和第二离合器c2构成四挡；第一离合器c1和第三离合器c3接合构成五挡；第一离合器c1和第二制动器b2接合构成六挡。

4.发动机13驱动模式

当混合动力总成处于发动机13驱动模式时，当第一接合元件c4和第二接合元件c5均处于分离状态，电机11不参与工作，由发动机13驱动。

在第一行星排太阳轮2需要制动时，第一接合元件c4接合电动机对于第一行星排太阳轮2产生制动力，实现发动机13驱动模式。

5.电机11驱动模式

当混合动力总成处于电机11驱动模式时，发动机13不工作时，第一接合元件c4和/或第二接合元件c5结合，由电机11提供动力。

需要制动时，依靠发动机13倒拖力产生制动力，制动输入轴1不转或者缓慢旋转，实现电机11驱动模式。

6.电机11制动能量回收模式

电机11和发动机13串联混合驱动模式下，在制动或者滑行时，电机11可以产生部分制动力，并且回收部分能量。

电机11和发动机13并联混合驱动模式下，在制动或者滑行时，电机11可以产生全部或者部分制动力，并且回收全部或者部分能量。

发动机13驱动模式下，在制动或者滑行时，第一接合元件c4接合，第一行星排太阳轮2拖动电机11，产生制动力，可以回收部分能量；第二接合元件c5接合，电机11并联到输入轴1，可以产生全部或者部分制动力，回收全部或者部分能量。

电机11驱动模式下，在制动或者滑行时，电机11可以产生全部制动力和回收全部能量。

图3是本发明另一实施例的混合动力总成的示意性结构图。如图3所示，接合元件除了包括第一接合元件c4和第二接合元件c5外，还包括第三接合元件b3，设置于变速器壳体10内，分别与变速器壳体10和第一行星排太阳轮2相连。第三接合元件b3可以为离合器、齿轮齿套接合元件、同步器齿套接合元件或单向离合器。

自动变速器20的变速器壳体10通过第三接合元件b3与第一行星排太阳轮2接合或分离。

在该实施例中，本发明也能实现图1所示实施例的六种模式，其中，发动机13驱动模式有所改变，具体实现过程如下：

该模式是电机11无法运行，车辆全部由发动机13驱动的模式。主要用与一些电力不足，电机11无法驱动的情况下，发动机13仍能够驱动车辆行驶，并且可以实现边行驶边充电。

第三接合元件b3接合，第一行星排太阳轮2被变速器壳体10制动，发动机13驱动输入轴1转动，与变速器离合器和第二制动器b2配合，实现六个前进挡和一个倒挡，换挡逻辑如下：第一制动器b1和第三离合器c3接合构成倒挡；第一制动器b1或者单向离合器b1-1接合和第二离合器c2接合构成一挡；第二制动器b2和第二离合器c2接合构成二挡；第三离合器c3和第二离合器c2接合构成三挡；第一离合器c1和第二离合器c2构成四挡；第一离合器c1和第三离合器c3接合构成五挡；第一离合器c1和第二制动器b2接合构成六挡。

增加了第三接合元件b3后，通过b3结合，第一行星排太阳轮2被变速器壳体10制动，增加制动力，避免因发动机13倒拖力产生制动，制动效果更好。

图4是本发明另一实施例的混合动力总成的示意性结构图。如图4所示，在本实施例中，接合元件除了包括第一接合元件c4和第二接合元件c5外，还可以包括第四接合元件b4，设置于变速器壳体10内，分别与变速器壳体10和输入轴1相连。变速器壳体10通过第四接合元件b4与输入轮1接合或分离。第四接合元件b4可以为离合器、齿轮齿套接合元件、同步器齿套接合元件或单向离合器。

在该实施例中，本发明也能实现图1所示实施例的六种模式，其中，电机11驱动模式实现过程相比于图1所示实施例的六种模式略有不同，具体实施方式如下：

该模式可以在发动机13停止转动的情况下，电机11驱动车辆行驶，实现零油耗。

发动机13停止运行，第三接合元件b4接合，将输入轴1与变速器壳体10接合，输入轴1被变速器壳体10制动；第一接合元件c4接合，将电机11转子与第一行星排太阳轮2接合在一起，使电机11可以驱动第一行星排太阳轮2转动。电机11与离合器和制动器共同工作，可以实现六个前进挡和一个倒挡。这样，换挡逻辑如下：第一制动器b1和第三离合器c3接合构成倒挡；第一制动器b1或者单向离合器b1-1接合和第二离合器c2接合构成一挡；第二制动器b2和第二离合器c2接合构成二挡；第三离合器c3和第二离合器c2接合构成三挡；第一离合器c1和第二离合器c2构成四挡；第一离合器c1和第三离合器c3接合构成五挡；第一离合器c1和第二制动器b2接合构成六挡。

增加了第四接合元件b4后，通过第四接合元件b4结合，输入轴1被变速器壳体10制动，增加制动力，避免电机11对于第一行星排太阳轮2产生制动力，制动效果更好。

图5是本发明另一实施例的混合动力总成的示意性结构图。如图5所示，接合元件除了包括第一接合元件c4和第二接合元件c5外，还包括第三接合元件b3和第四接合元件b4，第三接合元件b3设置于变速器壳体10内，分别与变速器壳体10和第一行星排太阳轮2相连。自动变速器20的变速器壳体10通过第三接合元件b3与第一行星排太阳轮2接合或分离。第四接合元件b4设置于变速器壳体10内，分别与变速器壳体10和输入轴1相连。变速器壳体10通过第四接合元件b4与输入轮1接合或分离。

在本实施例中，采用本发明的混合动力总成均可以实现上述三个实施例中的所有功能。第三接合元件b3可以为离合器、齿轮齿套接合元件、同步器齿套接合元件或单向离合器。第四接合元件b4可以为离合器、齿轮齿套接合元件、同步器齿套接合元件或单向离合器。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。