换挡机构及混合动力装置的制作方法

本发明涉及车辆驱动技术领域，具体涉及一种换挡机构及具有该换挡毂的混合动力装置。

背景技术：

可外接充电式混合动力汽车由于其节能、低排放等优点成为汽车研究与开发的一个重点。

现有的用于可外接充电式混合动力汽车的一种混合动力装置包括：用于发动机变速的第一变速机构，一个功率可以满足纯电动行驶需求的驱动电机，以及用于驱动电机变速的第二变速机构。由于存在两个变速机构，第一变速机构通常具有至少三个前进挡和一个倒挡，需要两个换挡电机，第二变速机构通常具有两个挡位，需要一个换挡电机，因此至少需要三个换挡电机，而这明显大大增加了混合动力装置换挡机构的复杂性。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种换挡机构及混合动力装置，以克服现有技术中混合动力装置的换挡机构较复杂的缺陷。

本发明提供一种换挡机构，用于具有第一变速机构和第二变速机构的混合动力装置的变速控制，该换挡机构包括换挡毂和用于驱动所述换挡毂转动的换挡电机，所述换挡毂包括：第一滑道，与所述第一变速机构的换挡拨叉连接；以及第二滑道，与所述第二变速机构的换挡拨叉连接。

可选的，所述第一变速机构的换挡拨叉包括：第一拨叉和第二拨叉，所述第一拨叉用于挂1挡或2挡，所述第二拨叉用于挂3挡或R挡；所述第二变速机构的换挡拨叉包括：第三拨叉，所述第三拨叉用于挂L挡或H挡。

可选的，在所述换挡毂上设置有纯电动模式零点，当所述换挡毂工作在纯电动模式零点时，所述第二变速机构挂L挡且所述第一变速机构挂N挡，且当所述换挡毂正转一定角度时所述第一变速机构挂2挡，当所述换挡毂反转一定角度时所述第一变速机构挂1挡且所述第二变速机构保持在L挡。

可选的，当所述换挡毂从所述第一变速机构挂2挡的角度继续正转一定角度，所述第二变速机构挂H挡且所述第一变速机构保持在2挡，当所述换挡毂继续正转一定角度时，所述第一变速机构挂3挡且所述第二变速机构保持在H挡。

可选的，在所述换挡毂上还设置有混合动力模式零点，当所述换挡毂工作在混合动力模式零点时，所述第二变速机构和所述第一变速机构均挂N挡，且当所述换挡毂正转一定角度时所述第二变速机构挂L挡，当所述换挡毂继续正转一定角度时所述第一变速机构挂1挡且所述第二变速机构保持在L挡；当所述换挡毂反转一定角度时所述第一变速机构挂R挡，当所述换挡毂继续反转一定角度时所述第二变速机构挂L挡且所述第一变速机构保持在R挡。

可选的，当所述换挡毂从所述第二变速机构挂L挡且所述第一变速机构保持在R挡的角度继续反转一定角度时，所述第一变速机构挂1挡且所述第二变速机构挂N挡。

可选的，所述换挡电机为步进电机。

本发明还提供一种混合动力装置，包括：所述的换挡机构。

可选的，所述的混合动力装置还包括：发动机、附件皮带轮系、电动机、主减速器被动齿轮、第一变速机构、第二变速机构、传动轴和电磁离合器；

所述发动机通过所述第一变速机构与所述主减速器被动齿轮连接，以通过所述第一变速机构向所述主减速器被动齿轮提供第一动力；

所述电动机通过所述第二变速机构与所述主减速器被动齿轮连接，以通过所述第二变速机构向所述主减速器被动齿轮提供第二动力；

所述发动机与所述附件皮带轮系连接，以带动所述附件皮带轮系转动；所述附件皮带轮系通过所述电磁离合器与所述传动轴连接；所述传动轴与所述电动机连接。

采用该发明中的换挡机构和混合动力装置，由于其中通过一个换挡毂来实现对发动机进行变速的第一变速机构和对驱动电机进行变速的第二变速机构的变速控制，只需要配备一个换挡电机，结构简单，显著减小了混合动力装置换挡机构的复杂性，也方便后期进行维修保养。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为本发明实施例一提供的换挡机构和混合动力装置的结构示意图。

图2所示为本发明实施例二提供的换挡毂的工作原理示意图。

图3所示为本发明实施例二提供的混合动力装置的结构示意图。

附图标记

100 换挡机构

101 换挡毂

1011 第一滑道

1012 第二滑道

102 换挡电机

200 混合动力装置

201 发动机

202 驱动电机

203 主减速器被动齿轮

204 第一变速机构

2041 第一拨叉

2042 第二拨叉

205 第二变速机构

2051 第三拨叉

206 传动轴

207 电磁离合器

210 附件皮带轮系

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的换挡机构，用于具有第一变速机构204和第二变速机构205的混合动力装置200的变速控制，该换挡机构100包括换挡毂101和用于驱动所述换挡毂101转动的换挡电机102，所述换挡毂101包括：第一滑道1011，与所述第一变速机构204的换挡拨叉连接；以及第二滑道1012，与所述第二变速机构205的换挡拨叉连接。

其中，所述第一变速机构204的换挡拨叉包括：第一拨叉2041和第二拨叉2042，所述第一拨叉2041用于挂1挡或2挡，所述第二拨叉2042用于挂3挡或R挡；所述第二变速机构205的换挡拨叉包括：第三拨叉2051，所述第三拨叉2051用于挂L挡或H挡。

作为本发明的一种较佳的实施方式其中，所述换挡毂上设置有纯电动模式零点，当所述换挡毂101工作在纯电动模式零点时，所述第二变速机构205挂L挡且所述第一变速机构204挂N挡，且当所述换挡毂101正转一定角度时所述第一变速机构204挂2挡，当所述换挡毂101反转一定角度时所述第一变速机构204挂1挡且所述第二变速机构205保持在L挡且当所述换挡毂101从所述第一变速机构204挂2挡的角度继续正转一定角度，所述第二变速机构205挂H挡且所述第一变速机构204保持在2挡，当所述换挡毂101继续正转一定角度时，所述第一变速机构204挂3挡且所述第二变速机构205保持在H挡。

作为本发明的另一种较佳的实施方式，所述的换挡毂101上还设置有混合动力模式零点，当所述换挡毂101工作在混合动力模式零点时，所述第二变速机构205和所述第一变速机204构均挂N挡，且当所述换挡毂101正转一定角度时所述第二变速机构205挂L挡，当所述换挡毂101继续正转一定角度时所述第一变速机构204挂1挡且所述第二变速机构205保持在L挡；当所述换挡毂101反转一定角度时所述第一变速机构204挂R挡，当所述换挡毂101继续反转一定角度时所述第二变速机构205挂L挡且所述第一变速机构204保持在R挡，当所述换挡毂101从所述第二变速机构205挂L挡且所述第一变速机构204保持在R挡的角度继续反转一定角度时，所述第一变速机构204挂1挡且所述第二变速机205构挂N挡。

在本发明的较佳的实施方式中，所述换挡电机102为步进电机。

本发明还提供一种混合动力装置，包括：所述的换挡机构100，还包括：发动机、附件皮带轮系210、电动机、主减速器被动齿轮203、第一变速机构204、第二变速机构205、传动轴206和电磁离合器207，其中，所述发动机通过所述第一变速机构与所述主减速器被动齿轮连接，通过所述第一变速机构向所述主减速器被动齿轮提供第一动力；所述电动机通过所述第二变速机构与所述主减速器被动齿轮连接，通过所述第二变速机构向所述主减速器被动齿轮提供第二动力；所述发动机与所述附件皮带轮系连接，以带动所述附件皮带轮系转动；所述附件皮带轮系通过所述电磁离合器与所述传动轴连接；所述传动轴与所述电动机连接。在本发明中，采用了1挡、2挡、3挡、R挡、L挡和H挡来描述相应的挡位，其中，1挡、2挡和3挡均为前进挡，R挡是倒挡，如此对应只能单向转动的动力机，例如发动机；L挡和H挡分别是低挡和高挡，如此对应可以双向转动的动力机，例如驱动电机。

通常，换挡毂上沿圆周方向设置滑道，换挡拨叉的头部嵌入滑道内，换挡毂转动时，换挡拨叉由滑道驱动左右移动，挂在空挡或者其他两个挡位中的一个挡位上，从而实现了换挡。滑道可以按照一定的角度间隔分成数段连通的部分，例如可以设置成从一个挡位换到另一个挡位时换挡毂需转动50度，但并不以此为限制。滑道通常是封闭，换挡毂正转时生挡，反转时降挡，并不以此为限制。

图1所示为本发明实施例一提供的换挡机构和混合动力装置的结构示意图。如图1所示，换挡机构100，用于具有第一变速机构204和第二变速机构205的混合动力装置200的变速控制，包括换挡毂101和用于驱动换挡毂101转动的换挡电机102，

换挡毂101包括：第一滑道1011，与第一变速机构204的换挡拨叉连接；以及第二滑道1012，与第二变速机构205的换挡拨叉连接。

本发明的换挡机构，通过一个换挡毂来实现对发动机进行变速的第一变速机构和对驱动电机进行变速的第二变速机构的变速控制，因此只需要一个换挡电机，从而显著减小了混合动力装置换挡机构的复杂性。

图2所示为本发明实施例二提供的混合动力装置的结构示意图，图3所示为本发明实施例二提供的换挡毂的工作原理示意图。如图3所示，第一变速机构204的换挡拨叉包括：第一拨叉2041和第二拨叉2042，第一拨叉2041用于挂1挡或2挡，第二拨叉2042用于挂3挡或R挡；第二变速机构205的换挡拨叉包括：第三拨叉2051，第三拨叉2051用于挂L挡或H挡。

如图3所示，在换挡毂101上设置有纯电动模式零点，当换挡毂101工作在纯电动模式零点时，第二变速机构205挂L挡且第一变速机构204挂N挡，且当换挡毂101正转一定角度时第一变速机构204挂2挡，当换挡毂101反转一定角度时第一变速机构204挂1挡且第二变速机构205保持在L挡。

对于可外接充电式混合动力汽车而言，其具有纯电动行驶模式和混合动力行驶模式。通常在蓄电装置的电量比较高时选择使用纯电动行驶模式，而在电量降低到一定程度时则启动发动机以工作在合适的工况，将电量保持在设定的窗口。当发动机启动后，此时汽车是以一定的车速在行驶，而且通常纯电动行驶模式的最高车速不超过120km/h，因此在发动机启动后，第一变速机构204需要挂的挡位是1挡或2挡。应该指出，这里的1挡不是常规变速器的1挡，该1挡的传动比相当于常规变速器的2挡，而这里的2挡的传动比相当于常规变速器的3挡。为此，纯电动模式零点是设在了1挡或2挡之间，以满足两种行驶模式转换的需要。

启车时，驾驶员如果选择了纯电动行驶模式，而蓄电装置的电量也可以满足模式条件，则换挡毂101在换挡电机102的驱动下转动到对应纯电动模式零点，然后车辆开始以纯电动模式行驶。

如图3所示，当换挡毂101从第一变速机构204挂2挡的角度继续正转一定角度，第二变速机构205挂H挡且第一变速机构204保持在2挡，当换挡毂101继续正转一定角度时，第一变速机构204挂3挡且第二变速机构205保持在H挡。

由于发动机和驱动电机都有最优的工作范围或者最高工作转速的限制，因此随着车速的进一步提高，第一变速机构204挂高挡，同时第二变速机构205保持在原来的挡位，如此可以避免动力中断，即一个动力机进行换挡，而另一个动力机仍然驱动车辆。

如图3所示，在换挡毂101上还设置有混合动力模式零点，当换挡毂101工作在混合动力模式零点时，所述第二变速机构和所述第一变速机构均挂N挡，且当所述换挡毂正转一定角度时所述第二变速机构挂L挡，当所述换挡毂继续正转一定角度时所述第一变速机构挂1挡且所述第二变速机构保持在L挡；当所述换挡毂反转一定角度时所述第一变速机构挂R挡，当所述换挡毂继续反转一定角度时所述第二变速机构挂L挡且所述第一变速机构保持在R挡。

启车时，驾驶员如果选择了混合动力行驶模式，而蓄电装置的电量也比较低，则换挡毂101在换挡电机102的驱动下转动到对应混合动力模式零点，此时，第二变速机构205和第一变速机构204均挂N挡，当换挡毂101正转一定角度时第二变速机构205挂L挡，此时驱动电机已经挂上挡位，车辆可以纯电动起步，当换挡毂101继续正转一定角度时第一变速机构204挂1挡且第二变速机构205保持在L挡。在第一变速机构204挂挡的过程中，主离合器的操作也会同时协调进行，以完成正常的挂挡过程。先挂L挡后挂1挡，避免同时挂挡，因此换挡电机102的转矩或功率需求得以降低。

换挡毂101反转一定角度时第一变速机构204挂R挡，此时车辆可以倒车，如果倒车的坡度比较大，则换挡毂101继续反转一定角度以使得第二变速机构205挂L挡，此时驱动电机也可以参与驱动车辆倒车，爬上较陡的坡。

如图3所示，当换挡毂101从第二变速机构205挂L挡且第一变速机构204保持在R挡的角度继续反转一定角度时，第一变速机构204挂1挡且第二变速机构205挂N挡。

混合动力装置还具有跛足回家功能，当蓄电装置或者驱动电机出现故障时，发动机仍然可以挂1挡驱动车辆回家。在行驶的过程中，如果需要倒车，由于在第一变速机构204中设置了R挡，因此也可以满足其要求

如图2所示，换挡电机102为步进电机。换挡电机102也可以采用其他类型的电机来实现，只要其能够满足驱动换挡毂101的转矩或功率，以及位置精度的要求即可，并不以此为限制。

如图2所示，包括换挡机构100的混合动力装置200包括：发动机201、附件皮带轮系210、驱动电机202、主减速器被动齿轮203、第一变速机构204、第二变速机构205、传动轴206和电磁离合器207；

发动机201通过第一变速机构204与主减速器被动齿轮203连接，以通过第一变速机构204向主减速器被动齿轮203提供第一动力；

驱动电机202通过第二变速机构205与主减速器被动齿轮203连接，以通过第二变速机构205向主减速器被动齿轮203提供第二动力；

发动机201与附件皮带轮系210连接，以带动附件皮带轮系210转动；

附件皮带轮系210通过电磁离合器207与传动轴206连接，传动轴206与驱动电机202连接。

其中，驱动电机202的动力没有通过第一变速机构204的内部而施加在主减速器被动齿轮203上，而是通过第二变速机构205的内部施加在主减速器被动齿轮203上，保证了对现有变速器的改动最小；且在车辆停车时，发动机201的动力通过附件皮带轮系210传递到传动轴206上，然后驱动驱动电机202发电，因此确保了在对现有变速器改动最小的前提下提供怠速发电功能，有效地保持了蓄电装置的电量平衡。

发动机201和驱动电机202分别驱动第一变速机构204和第二变速机构205，两路驱动力在主减速器被动齿轮203上叠加后驱动车辆，因此第一变速机构204和第二变速机构205可以按照其各自的换挡特性进行工作，在其中一个变速机构进行换挡时，另一个换挡机构避免同时换挡，则可以保证动力不中断换挡，甚至边换挡边加速，提高车辆动力性。而在停车时，第二变速机构205挂空挡，则驱动电机202与车轮之间的联系被切断，通过传动轴206传来的发动机201的动力就可以驱动驱动电机202进行发电。

将驱动电机202添加到已有变速器上，不可避免地需要修改变速器的壳体，而如果变速器厂商还愿意进一步地进行适当的修改以形成更合适的产品，则第一变速机构204只需要具有3个前进挡和倒挡，即第一变速机构204具有1挡、2挡、3挡和倒挡，而第二变速机构205只需要具有2个前进挡，即第二变速机构205具有L挡和H挡，如此可以降低混合动力装置的复杂性和成本。

一种典型的5挡变速箱的挡位1/2/3/4/5/R的速比依次为：3.583、2.105、1.379、1.030、0.820、-3.363，主减速比为3.722。在主减速比不变的情况下，本具体实施例第一变速机构204的挡位1/2/3/R的速比可以设置为：2.105、1.379、1.030、-2.2。各挡位的速比也可以是其他数值，可根据实际需求选择设置，并不以此为限制。

第二变速机构205的L挡和H挡的速比可以设置成：2.105和1.030。由于驱动电机202的换挡对应的转速比发动机201的转速高，因此可以避免在第一变速机构204换挡时第二变速机构205也换挡，从而避免换挡动力中断，同时，也可以尽可能利用相同的齿轮。

采用上述的换挡机构和混合动力装置，由于其中通过一个换挡毂来实现对发动机进行变速的第一变速机构和对驱动电机进行变速的第二变速机构的变速控制，只需要配备一个换挡电机，结构简单，显著减小了混合动力装置换挡机构的复杂性，也方便后期进行维修保养。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。