一种两挡专用混合动力变速器及汽车的制作方法

1.本实用新型属于两挡专用混合动力变速器技术领域，更具体地，涉及一种两挡专用混合动力变速器及汽车。


背景技术：

2.混合动力汽车作为一种新能源汽车，由于可以使其发动机、驱动电机和发电机均处于高效工作区，可以获得优良的性能和燃油经济性，受到了主机厂和消费者的青睐。混合动力汽车变速器按照结构形式，可以分为附加式(add-on)混合动力变速器和专用混合动力变速器(dedicated hybrid transmission,dht)。其中附加式混合动力变速器，基于现有传统发动机动力总成，把电动机安装到动力传输线路的合适位置，构成混合动力实现动力总成的总体效率提高以及排放的减少。这种结构要尽量减少对原动力总成的改变，利用现有的批量变速器产品，从而降低开发新产品费用，但其结构比较复杂，适合小批量混合动力或者高端汽车。
3.目前的部分混合动力汽车用变速器中，采用一个离合器，实现发动机侧和驱动电机侧输出动力的切换，每种模式下只能实现单挡驱动。发动机、驱动电机和发电机无法在高效区运行，导致混合动力变速器的传动效率较低。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种两挡专用混合动力变速器，该两挡专用混合动力变速器结构简单，其零部件结构合理，易于加工和装配，能够实现混合动力汽车变速器中的六种驱动模式，并能够搭载不同类型的混合动力汽车，实现不同的驱动模式，具有较低的成本和可观的经济效益。
5.为了实现上述目的，本实用新型提供一种两挡专用混合动力变速器，包括：
6.混合动力发动机；
7.差速器和驱动电机，所述驱动电机与所述差速器的一个输入端连接；
8.一挡离合器和二挡离合器，所述一挡离合器与所述混合动力发动机之间设置有单质量飞轮和限扭器，所述一挡离合器的一挡离合器齿轮与所述二挡离合器的二挡离合器轴输入齿轮连接，所述一挡离合器的一挡离合器轴输出齿轮与所述二挡离合器的二挡离合器齿轮连接，所述二挡离合器的二挡离合器轴输出齿轮与差速器的另一个输入端连接；
9.发电机，所述发电机与所述一挡离合器的所述一挡离合器轴输出齿轮连接；
10.控制器，所述控制器包括双电机控制器和离合控制器，所述双电机控制器能够控制所述驱动电机和所述发电机，所述离合控制器用于控制所述一挡离合器和所述二挡离合器的结合分离动作。
11.可选地，所述限扭器通过螺栓连接在所述单质量飞轮上，所述单质量飞轮的一端通过曲轴与所述混合动力发动机连接，所述单质量飞轮的另一端与所述一挡离合器的一挡离合器轴连接。
12.可选地，所述离合控制器包括液压系统，所述液压系统包括滤油器、机械油泵、主油路控制阀、主油路离合器阀和离合器电磁阀。
13.可选地，还包括冷却润滑系统，所述冷却润滑系统包括吸油滤油器、电动油泵、机油冷却器、压力滤油器和旁通阀。
14.可选地，所述双电机控制器包括高压输入单元、低压输入单元、信号控制单元和冷却单元。
15.可选地，所述发电机的功率小于所述驱动电机的功率，所述发电机的输入轴上设置有与所述一挡离合器轴输出齿轮相配合的发电机输入齿轮。
16.可选地，所述一挡离合器包括一挡离合器外毂和一挡离合器内毂，所述二挡离合器包括二挡离合器外毂和二挡离合器内毂，所述差速器包括左半轴齿轮、右半轴齿轮、行星齿轮、输出轴和主减齿轮。
17.可选地，所述驱动电机通过中间轴与所述差速器连接，所述驱动电机的驱动电机输出轴上设置有驱动电机输出轴齿轮，所述中间轴的一端设置有与所述驱动电机输出轴齿轮相配合的中间轴输入齿轮，所述中间轴的另一端设置有与所述差速器相配合的中间轴输出齿轮。
18.一种汽车，上述的两挡专用混合动力变速器。
19.可选地，所述两挡专用混合动力变速器设置在汽车底部，所述两挡专用混合动力变速器与整车控制器连接。
20.本实用新型提供一种两挡专用混合动力变速器，其有益效果在于：
21.该两挡专用混合动力变速器结构简单，其零部件结构合理，易于加工和装配，能够实现混合动力汽车变速器中的六种驱动模式，并能够搭载不同类型的混合动力汽车，实现不同的驱动模式，具有较低的成本和可观的经济效益。
22.本实用新型的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
23.通过结合附图对本实用新型示例性实施方式进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本实用新型示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
24.图1示出了根据本实用新型的一个实施例的一种两挡专用混合动力变速器的结构示意图。
25.图2示出了根据本实用新型的一个实施例的一种两挡专用混合动力变速器的纯电驱动模式的示意图。
26.图3示出了根据本实用新型的一个实施例的一种两挡专用混合动力变速器的串联模式的示意图。
27.图4示出了根据本实用新型的一个实施例的一种两挡专用混合动力变速器的发电模式的示意图。
28.图5示出了根据本实用新型的一个实施例的一种两挡专用混合动力变速器的发动机直驱模式一挡的示意图。
29.图6示出了根据本实用新型的一个实施例的一种两挡专用混合动力变速器的发动
机直驱模式二挡的示意图。
30.图7示出了根据本实用新型的一个实施例的一种两挡专用混合动力变速器的混合动力模式一挡的示意图。
31.图8示出了根据本实用新型的一个实施例的一种两挡专用混合动力变速器的混合动力模式二挡的示意图。
32.图9示出了根据本实用新型的一个实施例的一种两挡专用混合动力变速器的制动能力回收模式的示意图。
33.附图标记说明：
34.1、混合动力发动机；2、曲轴；3、限扭器；4、一挡离合器轴；5、一挡离合器；51、一挡离合器外毂；52、一挡离合器内毂；6、一挡离合器齿轮；7、发电机输入齿轮；8、发电机输入轴；9、发电机；10、一挡离合器轴输出齿轮；11、二挡离合器；111、二挡离合器外毂；112、二挡离合器内毂；12二挡离合器轴；13、二挡离合器齿轮；14、二挡离合器轴输入齿轮；15、输出轴；16、中间轴输入齿轮；17、驱动电机；18、驱动电机输出轴；19、驱动电机输出轴齿轮；20、中间轴输出齿轮；21、中间轴；22、主减齿轮；23、差速器；231、左半轴齿轮；232、右半轴齿轮；233、行星齿轮；24、二挡离合器轴输出齿轮；25、液压控制系统；26、冷却润滑系统；27、双电机控制器。
具体实施方式
35.下面将更详细地描述本实用新型的优选实施方式。虽然以下描述了本实用新型的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本实用新型更加透彻和完整，并且能够将本实用新型的范围完整地传达给本领域的技术人员。
36.图1示出了根据本实用新型的一个实施例的一种两挡专用混合动力变速器的结构示意图；图2示出了根据本实用新型的一个实施例的一种两挡专用混合动力变速器的纯电驱动模式的示意图；图3示出了根据本实用新型的一个实施例的一种两挡专用混合动力变速器的串联模式的示意图；图4示出了根据本实用新型的一个实施例的一种两挡专用混合动力变速器的发电模式的示意图；图5示出了根据本实用新型的一个实施例的一种两挡专用混合动力变速器的发动机直驱模式一挡的示意图；图6示出了根据本实用新型的一个实施例的一种两挡专用混合动力变速器的发动机直驱模式二挡的示意图；图7示出了根据本实用新型的一个实施例的一种两挡专用混合动力变速器的混合动力模式一挡的示意图；图8示出了根据本实用新型的一个实施例的一种两挡专用混合动力变速器的混合动力模式二挡的示意图；图9示出了根据本实用新型的一个实施例的一种两挡专用混合动力变速器的制动能力回收模式的示意图。
37.如图1-9所示，一种两挡专用混合动力变速器，包括：
38.混合动力发动机1；
39.差速器23和驱动电机17，驱动电机17与差速器23的一个输入端连接；
40.一挡离合器5和二挡离合器11，一挡离合器5与混合动力发动机1之间设置有单质量飞轮和限扭器3，一挡离合器5的一挡离合器齿轮6与二挡离合器11的二挡离合器轴输入齿轮14连接，一挡离合器5的一挡离合器轴输出齿轮10与二挡离合器11的二挡离合器齿轮
13连接，二挡离合器11的二挡离合器轴输出齿轮24与差速器23的另一个输入端连接；
41.发电机9，发电机9与一挡离合器5的一挡离合器轴输出齿轮10连接；
42.控制器，控制器包括双电机控制器27和离合控制器，双电机控制器27能够控制驱动电机17和发电机9，离合控制器用于控制一挡离合器5和二挡离合器11的分离动作。
43.具体的，包括混合动力发动机1、曲轴2、单质量飞轮和限扭器3、一挡离合器轴4、一挡离合器5、一挡离合器齿轮6、发电机输入齿轮7、发电机输入轴8、发电机9、一挡离合器轴输出齿轮10、二挡离合器11、二挡离合器轴12、二挡离合器齿轮13、二挡离合器轴输入齿轮14、输出轴15、中间轴输入齿轮16、驱动电机17、驱动电机输出轴18、驱动电机输出轴齿轮19、中间轴输出齿轮20、中间轴21、主减齿轮22、差速器23、二挡离合器轴输出齿轮24、液压控制系统25、冷却润滑系统26和双电机控制器27，控制器与整车控制器通讯连接，两挡专用混合动力变速器通过螺栓安装在混合动力汽车的底盘上，并通过带有接插头的若干根线束与整车控制器(vehicle control unit,vcu)相连，进而实现六种驱动模式操作：
44.1.纯电驱动模式：驱动电机17通过驱动电机输出轴18、驱动电机输出轴齿轮19、中间轴输入齿轮16、中间轴21、中间轴输出齿轮20、主减齿轮22、差速器行星齿轮233，将动力分别传递到差速器左半轴齿轮231和右半轴齿轮232。动力传递路线如图2所示；
45.2.串联模式：专用混合动力发动机1通过曲轴2、单质量飞轮和限扭器3、一挡离合器轴4、一挡离合器轴输出齿轮10、发电机输入齿轮7、发电机输入轴8、发电机9、驱动电机17通过驱动电机输出轴18、中间轴输入齿轮16、中间轴21、中间轴输出齿轮20、主减齿轮22、差速器行星齿轮233，将动力分别传递到差速器左半轴齿轮231和右半轴齿轮232。动力传递路线如图3所示。
46.3.发电模式：专用混合动力发动机1通过曲轴2、单质量飞轮和限扭器3、一挡离合器轴4、一挡离合器轴输出齿轮10、发电机输入齿轮7、发电机输入轴8，给发电机9发电。动力传递路线如图4所示。
47.4.发动机直驱模式：
48.4.1发动机直驱模式一挡：该模式中一挡离合器5结合，专用混合动力发动机1通过曲轴2、单质量飞轮和限扭器3、一挡离合器轴4、一挡离合器外毂51、一挡离合器内毂52、一挡离合器齿轮6、二挡离合器轴输入齿轮14、二挡离合器轴12、二挡离合器轴输出齿轮24、主减齿轮22、差速器行星齿轮233，将动力分别传递到差速器左半轴齿轮231和右半轴齿轮232。动力传递路线如图5所示；
49.4.2发动机直驱模式二挡：该模式中二挡离合器11结合，专用混合动力发动机1通过曲轴2、单质量飞轮和限扭器3、一挡离合器轴4、一挡离合器轴输出齿轮10、二挡离合器齿轮13、二挡离合器内毂112、二挡离合器外毂111、二挡离合器轴12、二挡离合器轴输出齿轮24、主减齿轮22、差速器行星齿轮233，将动力分别传递到差速器左半轴齿轮231和右半轴齿轮232。动力传递路线如图6所示；
50.5.混合动力驱动模式：
51.5.1混合动力驱动模式一挡：该模式中一挡离合器5结合，专用混合动力发动机1通过曲轴2、单质量飞轮和限扭器3、一挡离合器轴4、一挡离合器外毂51、一挡离合器内毂52、一挡离合器齿轮6、二挡离合器轴输入齿轮14、二挡离合器轴12、二挡离合器轴输出齿轮24到主减齿轮22，驱动电机17通过驱动电机输出轴18、驱动电机输出轴齿轮19、中间轴输入齿
轮16、中间轴21、中间轴输出齿轮20到主减齿轮22，两路动力均传递到主减齿轮22，传递到差速器行星齿轮233，将动力分别传递到差速器左半轴齿轮231和右半轴齿轮232。动力传递路线如图7所示；
52.5.2混合动力驱动模式二挡：该模式中二挡离合器11结合，专用混合动力发动机1通过曲轴2、单质量飞轮和限扭器3、一挡离合器轴4、一挡离合器轴输出齿轮10、二挡离合器齿轮13、二挡离合器内毂112、二挡离合器外毂111、二挡离合器轴12、二挡离合器轴输出齿轮24到主减齿轮22，驱动电机17通过驱动电机输出轴18、驱动电机输出轴齿轮19、中间轴输入齿轮16、中间轴21、中间轴输出齿轮20到主减齿轮22，两路动力均传递到主减齿轮22，传递到差速器行星齿轮233，将动力分别传递到差速器左半轴齿轮231和右半轴齿轮232。动力传递路线如图8所示；
53.6.制动能力回收模式：动力通过差速器左半轴齿轮231和右半轴齿轮232、差速器行星齿轮233、主减齿轮22、中间轴输出齿轮20、中间轴21、中间轴输入齿轮16、驱动电机输出轴齿轮19、驱动电机输出轴18将动力传递到驱动电机17，给驱动电机17充电。动力传递路线如图9所示。
54.进一步，一挡离合器5和二挡离合器11位置同样位于轴的端部，结构可以使用相同的制造工艺、相同装配工艺及产线，更有利于批量生产的实现。
55.在本实施例中，限扭器3通过螺栓连接在单质量飞轮上，单质量飞轮的一端通过曲轴2与混合动力发动机1连接，单质量飞轮的另一端与一挡离合器5的一挡离合器轴4连接。
56.具体的，限扭器3用于将专用混合动力发动机1的输出扭矩限制在所需的范围内，其中通过设置膜片弹簧传递轴向载荷，通过设置摩擦片实现摩擦打滑面，当系统出现大于设计的打滑扭矩时，限扭器3通过打滑实现空转，从而起到过载保护功能，单质量飞轮用于减小发动机的扭转振动。
57.进一步，变速器输入轴与发电机刚性连接，之间没有离合结构，限扭器就是增加了限扭保护功能，包括碟形弹簧、摩擦片、主动压盘和从动压盘，从动压盘连接弧形弹簧减振机构，碟形弹簧的预压力，使摩擦片、主动压盘、从动压盘之间产生摩擦传动，发动机连接主动压盘，混动变速器输入轴连接从动压配，当转矩超过摩擦传动极限时，就产生打滑实现转矩限制，对变速器轴齿结构进行过载保护，如果转矩不超过极限，减振机构正常起到减振作用。
58.在本实施例中，离合控制器包括液压系统25，液压系统25包括滤油器、机械油泵、主油路控制阀、主油路离合器阀和离合器电磁阀。
59.在本实施例中，还包括冷却润滑系统26，冷却润滑系统26包括吸油滤油器、电动油泵、机油冷却器、压力滤油器和旁通阀。
60.具体的，用于给驱动电机17、混合动力发动机1、一挡离合器5、二挡离合器11和相关的轴承提供冷却润滑所需的油液。
61.在本实施例中，双电机控制器27包括高压输入单元、低压输入单元、信号控制单元和冷却单元。
62.具体的，用于控制驱动电机17和发电机9在不同模式下，实现所需的转速和转矩输出。
63.在本实施例中，发电机9的功率小于驱动电机17的功率，发电机的输入轴8上设置
有与一挡离合器轴输出齿轮10相配合的发电机输入齿轮7。
64.具体的，便于实现混动系统节油降耗，并且简化结构、降低成本、提高系统可靠性、适合大规模生产。
65.在本实施例中，一挡离合器5包括一挡离合器外毂51和一挡离合器内毂52，二挡离合器11包括二挡离合器外毂111和二挡离合器内毂112，差速器23包括左半轴齿轮231、右半轴齿轮232、行星齿轮233、输出轴15和主减齿轮22。
66.具体的，主减齿轮22与二挡离合器轴输出齿轮24啮合，进而传递动力至差速器23。
67.在本实施例中，驱动电机17通过中间轴21与差速器23连接，驱动电机17的驱动电机输出轴18上设置有驱动电机输出轴齿轮19，中间轴21的一端设置有与驱动电机输出轴齿轮19相配合的中间轴输入齿轮16，中间轴21的另一端设置有与差速器23相配合的中间轴输出齿轮20。
68.具体的，中间轴输出齿轮20与主减齿轮22啮合，通过输出轴15与差速器23连接。
69.一种汽车，上述的两挡专用混合动力变速器。
70.在本实施例中，两挡专用混合动力变速器设置在汽车底部，两挡专用混合动力变速器与整车控制器连接。
71.本实施例两挡专用混合动力变速器使用时，以混合动力汽车使用为例，发电机的设计选型，考虑车辆百公里平均耗电为15kw，发电机额定功率大于车辆行驶消耗的平均功率的情况下，就可以持续跑长途，并且维持电池电量。选择额定功率20～30kw的发电机，给驱动电机供电的同时，也可补充电池电量，把电池电量soc(state of charge)提高到60％以上，有充足电量储备，就可以保证高性能提速。增程发电机只需要在额定功率附近，安静高效率工作，所以只需要高效区域集中在较小范围内。这种工作特性，可简化发动机设计，只需要针对中低转速安静高效率转速区间做好调教即可，甚至不需要考虑4000r/min以上工作，非常省油。
72.驱动电机的设计选型，由于电驱系统不像传统动力匹配多挡变速器，只有单挡减速，满足最高车速要求情况下，驱动电机转速达到10000r/min以上，所以要求驱动电机调速范围宽；为满足整车短时间加速性能和爬坡性能，要求后备功率较高，普遍要求驱动电机峰值功率在100kw以上。驱动电机需要实现反转倒车功能以及制动能量回收功能，承受交变冲击载荷，结构设计需要保证足够的强度。为保证整车续航里程和低电耗低油耗指标，驱动电机在较宽的转速和扭矩范围内都有很宽的效率。
73.以上由于混动系统对两个电机的需求截然不同，必然需要匹配一个体积功率较小的发电机和一个体积功率较大的驱动电机，才能实现混动系统节油降耗，并且简化结构、降低成本、提高系统可靠性、适合大规模生产。
74.减振器内部安装有弧形弹簧，对发动机传递过来的扭矩和转速振动起到一定的衰减作用，但并不能完全保护变速器。如手动变速器和发动机之间，除减振器外还有起步离合器；双离合变速器和发动机之间，除减振器外还有双离合器模块；这些离合除了实现换挡功能，还有转矩过载保护作用。本发明的混动变速器结构，变速器输入轴与发电机刚性连接，之间没有离合结构，需要增加过载保护。限扭器就是增加了限扭保护功能，它的结构是碟形弹簧、摩擦片、主动压盘、从动压盘，从动压盘连接弧形弹簧减振机构，碟形弹簧的预压力，可以使摩擦片、主动压盘、从动压盘之间产生摩擦传动，发动机连接主动压盘，混动变速器
输入轴连接从动压配，当扭矩超过摩擦传动极限时，就产生打滑实现转矩限制，对变速器轴齿结构进行过载保护，如果扭矩不超过极限，减振机构就可正常起到减振作用。
75.以上说明输入轴与发电机刚性连接的混动系统，必然需要设置增加限扭保护的减振机构，才能适合实际应用、真正实现混动的发电功能。
76.与差速器齿轮啮合的小齿轮移到最靠近发动机一端，有利于缩短驱动电机一侧关联齿轮的轴向长度，留出更大的轴向空间给驱动电机，以实现更大的纯电驱动功率，电机体积与功率成正比。例如现在混动车型受限于量产机舱里发动机占据了大部分轴向空间，能匹配的电机功率不大于135kw，而纯电驱动功率需求已达到160kw。所以为了更好的电驱动性能，齿轮布置上最大程度缩小轴向尺寸是必要的。
77.同时，通过采用变型设计，可以实现多挡混合动力传动，实现多种驱动模式，可以搭载不同类型的混合动力汽车。
78.以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。