一种动力换挡换向混合动力变速器

1.本发明属于变速器技术领域，具体涉及一种能够动力换挡换向的混合动力变速器。


背景技术：

2.近些年，环境污染状况加剧.随着能源消费量的持续上升，以煤炭为主的能源结构造成城市大气污染，过度消耗生物质能引起生态破坏，生态环境压力越来越大。在实现绿色低碳转型需要重构基础产业，中国具有明显的先发优势。从全球二氧化碳排放结构来看，作为基础设施的能源和交通行业占了一半以上的份额，因此实现绿色低碳发展首先要构建新的基础设施，大力发展新能源和绿色交通。混合动力驱动作为一种高效的驱动方式，具有节能、低排放的优点，成为汽车领域的研究重点。
3.在一些工况比较复杂，需要传递较大功率且换挡频繁的场景中，为了更好的工作，要求变速器有多个前进挡和多个后退挡，在驾驶员换挡时由于挡位较多，操作难度大。传统的变速器还存在着换挡时动力中断的问题，虽然近些年变速器技术的进步，已经可以避免换挡时的动力中断问题，例如双离合变速器。但是，在需要传递大功率时，双离合变速器在换挡时对拨叉和离合器的要求较高，否则会使车辆在换挡时产生噪声、冲击等问题，不利于车辆的动力性和经济性。
4.传统的无动力中断变速器在前进挡切换后退挡，或者后退切换前进挡时，无法直接更换，需要停车再进行换挡工作。现有的换向离合器结构复杂，成本高，容易坏。需要惰轮或者多对齿轮同时作用才能改变齿轮转向，传动效率低，能量损失大，且安装不方便。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，本发明提供一种新型结构的动力换挡换向混合动力变速器，使其能够在动力不中断的前提下快速完成换向工作，且换向离合器结构简单，安装方便。
6.本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种动力换挡换向混合动力变速器，包括换挡变速主箱、换挡变速副箱以及动力换向装置，所述所述换挡变速主箱包括用于与发动机连接的输入轴ⅰ、通过多片干式离合器与电机连接的输入轴ⅱ以及连接有换挡离合器的至少3个主箱换挡齿轮组；所述换挡变速副箱包括中间轴ⅲ、输出轴ⅳ以及连接有换挡离合器的至少两个副箱换挡齿轮组；所述动力换向装置包括设在输入轴ⅱ上的第一换向离合器、第二换向离合器以及分别与第一换向离合器和第二换向离合器连接的两个第一换向齿轮；还包括固定在中间轴ⅲ上的两个第二换向齿轮，其中一个第一换向齿轮为活动内齿圈，该活动内齿圈通过内齿与一个第二换向齿轮的外齿啮合组成第一换向齿轮组；另一个第一换向齿轮通过外齿与另一个第二换向齿轮的外齿啮合组成第二换向齿轮组。
7.本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
8.前述的动力换挡换向混合动力变速器，所述主箱换挡齿轮组是由设置输入轴ⅰ上
的第一换挡齿轮和设在输入轴ⅱ上的第二换挡齿轮对应啮合形成的，每个主箱换挡齿轮组与输入轴ⅰ上的第一换挡离合器或输入轴ⅱ上的第二换挡离合器连接。
9.前述的动力换挡换向混合动力变速器，所述副箱换挡齿轮组是由设在中间轴ⅲ的第三换挡齿轮和设置在输出轴ⅳ上的第四换挡齿轮对应啮合组成的，且每个副箱换挡齿轮组与中间轴上的第三换挡离合器或输出轴ⅳ上的第四换挡离合器连接。
10.前述的动力换挡换向混合动力变速器，其中所述的第一换挡离合器、第二换挡离合器、第三换挡离合器、第四换挡离合器、第一换向离合器、第二换向离合器以及多片干式离合器均与控制器连接，通过控制器控制上述离合器的分离和结合。
11.前述的动力换挡换向混合动力变速器，其中所述的活动内齿圈包括用于与换向离合器连接的主体、设在主体中心与输入轴ⅱ滑动配合的轴孔、由主体部外圈延轴向延伸的筒体以及设在该筒体内壁上的传动内齿。
12.前述的动力换挡换向混合动力变速器，其中所述的轴孔边缘的主体部分延轴向延伸形成一延伸部，该延伸部一侧设有延长度方向延伸的键槽，该活动内齿圈通过一端设置在该键槽内的键实现与换向离合器之间的连接。
13.前述的动力换挡换向混合动力变速器，其中所述的延伸部的延伸方向与筒体的延伸方向一致。
14.前述的动力换挡换向混合动力变速器，其中所述的筒体末端与延伸部末端平齐。
15.前述的动力换挡换向混合动力变速器，其中所述的第一换挡离合器为换挡离合器c3，第一换挡齿轮包括第一固定齿轮、第一活动齿轮以及第三固定齿轮，其中第一固定齿轮和第二活动齿轮通过换挡离合器c3连接；所述第二换挡离合器包括换挡离合器c2和换挡离合器c4，所述第二换挡齿轮包括第二活动齿轮、第三固定齿轮、第三活动齿轮以及第二固定齿轮，其中第三固定齿轮分别通过换当离合器c2和换挡离合器c4实现与第二活动齿轮和第三活动齿轮的连接；所述第一固定齿轮和第二活动齿轮、第一活动齿轮和第三固定齿轮以及第二固定齿轮和第三活动齿轮之间均通过外齿保持常啮合。
16.前述的动力换挡换向混合动力变速器，所述第四换挡齿轮包括第五活动齿轮和第六固定齿轮，第四换挡离合器包括换挡离合器c7；所述第三换挡齿轮包括第七固定齿轮和第六活动齿轮，第三换挡离合器包括换挡离合器c8；所述第六活动齿轮通过换挡离合器c8与第七固定齿轮连接，第六固定齿轮通过换挡离合器c7与第五活动齿轮连接；所述第七固定齿轮和第五活动齿轮以及第六活动齿轮和第六固定齿轮之间均通过外齿保持常啮合。
17.本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：
18.(1)有两个动力源，可以根据不同的场景合理选择驱动模式，这样可以充分的利用发动机和电机的性能，优化各自的工作区间，提高整体的工作效率，减少污染与浪费。
19.(2)采用多离合器动力换挡的方案，使整个换挡过程无噪声且更加柔和、平顺、无冲击。离合器均由控制器控制，可以降低换挡时间，使操纵更加的简单舒适，降低驾驶员操作难度与疲劳感，提高了行驶的安全性能。
20.(3)换向离合器需要传递的功率较大，所以换向机构采用内齿圈代替惰轮或者多对齿轮，体积小、重量轻、承载能力大、传动比大，可以降低成本，提高传动效率。在纯电动驱动时，使电机无需反转的情况下进行倒挡工作，优化了纯电动驱动模式的性能，在发动机驱
动时，无需中断动力就可以更换倒挡进行工作，使车辆工作更加的流畅；且换向离合器采用大功率湿式多片离合器，结构简单。
21.(4)整体布置采用定轴式代替行星式，优化了变速器的纵向空间，多个挡位共用一对齿轮，使结构更加的紧凑，节省成本。
22.(5)具有十六个挡位，拥有更广的速比范围，使速比更容易分配，能满足较多场合需要的动力性与经济性。
23.在纯动力驱动模式下，输入轴ⅱ不担任输入动力的作用，只起中间轴传递动力的作用，在纯电机驱动模式下，输入轴ⅱ起输入动力作用。
24.本发明变速器可以形成16各挡位，包括8个前进挡和8个后退挡。其中发动机提供6个前进挡和6个后退挡，电机提供2个前进挡和2个后退挡。电机提供倒挡时不需要电机反转。
附图说明
25.图1为本发明动力换挡换向混合动力变速器的组成示意图；
26.图2为本发明动力换挡换向混合动力变速器活动内齿轮与第四活动齿轮的转向示意图；
27.图3为本发明动力换挡换向混合动力变速器的内齿轮结构示意图；
28.图4为图3的a-a剖视图。
29.【主要元件符号说明】
30.1、第一固定齿轮
31.2、第一活动齿轮
32.3、第二固定齿轮
33.4、第二活动齿轮
34.5、第三固定齿轮
35.6、第三活动齿轮
36.7、活动内齿圈
37.8、第四活动齿轮
38.9、第四固定齿轮
39.10、第五固定齿轮
40.11、第五活动齿轮
41.12、第六固定齿轮
42.13、第七固定齿轮
43.14、第六活动齿轮
44.15、发动机
45.16、电机
46.17、控制器
[0047]ⅰ、输入轴
[0048]ⅱ、第二输入轴
[0049]ⅲ、中间轴
[0050]ⅳ、输出轴
[0051]
c1、多片干式离合器
[0052]
c3、换挡离合器
[0053]
c2、换挡离合器
[0054]
c4、换挡离合器
[0055]
c5、换向离合器
[0056]
c6、换向离合器
[0057]
c7、换挡离合器
[0058]
c8、换挡离合器
具体实施方式
[0059]
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的动力换挡换向混合动力变速器其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
[0060]
请参阅图1-4，其为本发明动力换挡换向混合动力变速器的各部分示意图，该动力换挡换向混合动力变速器包括换挡变速主箱、换挡变速副箱以及动力换向装置，其中所述换挡变速主箱包括用于与发动机15连接的输入轴ⅰ和通过多片干式离合器c1与电机16连接的输入轴ⅱ，其中所述输入轴ⅰ上设有至少三个第一换挡齿轮，所述输入轴ⅱ上设有至少三个第二换挡齿轮，且每个所述第一换挡齿轮和一个第二换挡齿轮啮合组成一个主箱换挡齿轮组，该换挡变速主箱具有至少3个主箱换挡齿轮组，分别为第一主箱换挡齿轮组、第二主箱换挡齿轮组和第三主箱换挡齿轮组。所述输入轴ⅰ上还设有第一换挡离合器，所述输入轴ⅱ上还设有第二换挡离合器，所述第一换挡离合器和第二换挡离合器中的任一个与第一主箱换挡齿轮组、第二主箱换挡齿轮组或第三主箱换挡齿轮组连接，每个主箱换挡齿轮组均连接有一个换挡离合器，且在其中一个换挡齿轮组与一个换挡离合器连接，且该换挡离合器与其所在轴结合的第一动力挡位状态下，另外两组主箱换挡齿轮组中的任一组均能够与对应的换挡离合器连接并使换挡离合器与其所在轴结合，以使所述第一动力挡位状态在动力不中断的情况下切换至第二动力挡位或第三动力挡位，实现主箱内不同挡位之间的动力切换。
[0061]
所述换挡变速副箱包括中间轴ⅲ和输出轴ⅳ，所述中间轴ⅲ上设有至少两个第三换挡齿轮和一个第三换挡离合器，所述输出轴ⅳ上设有至少两个第四换挡齿轮和一个第四换挡离合器，且每个所述第三换挡齿轮与一个第四换挡齿轮啮合组成一个副箱换挡齿轮组，所述换挡变速副箱至少包括两个副箱换挡齿轮组，分别为第一副箱换挡齿轮组和第二副箱换挡齿轮组，且所述第三换挡离合器或第四换挡离合器中的其中一个与第一副箱换挡齿轮组连接，另一个与第二副箱换挡齿轮组连接，且在其中一个第一副箱换挡齿轮组与第三离合器连接，且该第三离合器与其所在轴结合的第一动力挡位情况下，所述第二副箱换挡齿轮组能够与第四离合器连接，此时该第四离合器与其所在轴结合，使得该副箱能够在动力不中断的情况下由第一动力挡位切换至第二动力挡位。
[0062]
所述动力换向装置包括设在输入轴ⅱ上的第一换向离合器和第二换向离合器、设在输入轴ⅱ上的两个第一换向齿轮以及设在中间轴ⅲ上的两个第二换向齿轮，且所述第一
换向齿轮与第二换向齿轮啮合组成两个换向齿轮组，分别为第一换向齿轮组和第二换向齿轮组，且所述第一换向齿轮组和第二换向齿轮组分别连接一个换向离合器，且在所述第一换向齿轮组与第一换向离合器连接，且该第一换向离合器与输入轴ⅱ结合的第一动力换向状态下，所述第一换向齿轮组能够与第二换向离合器连接，且该第二换向离合器与输入轴ⅱ结合，使得在无动力中断的情况下，该动力换向装置能够由第一动力换向状态切换为第二动力换向状态。所述第一换向齿轮组的啮合方式为内啮合，第二换向齿轮组中两个换向齿轮的啮合方式为外啮合，仅需四个齿轮就可实现动力换向状态的切换，结构简单且具有体积小、重量轻、承载能力大、传动比大的特点，可有效降低成本并提高传动效率。
[0063]
所述第一换挡离合器、第二换挡离合器、第三换挡离合器、第四换挡离合器、第一换向离合器、第二换向离合器以及多片干式离合器c1均与控制器17连接，通过控制器控制上述离合器的分离和结合。
[0064]
在本发明实施例中，在动力换向装置中，所述第一换向齿轮包括活动内齿圈7和第四活动齿轮8，所述第一换向离合器为换向离合器c5，第二换向离合器为换向离合器c6，其中所述第四活动齿轮8通过换向离合器c6与输入轴ⅱ连接，所述活动内齿圈7通过换向离合器c5与输入轴ⅱ连接。具体的，所述活动内齿圈7包括用于与换向离合器c5连接的主体71、设在主体71中心的与输入轴ⅱ滑动配合的轴孔72、由主体部71外圈延轴向延伸的筒体73以及设在该筒体73内壁上的传动内齿74。较佳的，所述主体71上位于轴孔72边缘的位置延轴向延伸形成一延伸部76，该延伸部76一侧设有延长度方向(轴向)延伸的键槽77，该活动内齿圈7通过一端设置在该键槽77内的键实现与换向离合器c5之间的连接。
[0065]
在本发明实施例中，所述延伸部76的延伸方向与筒体73的延伸方向一致，且筒体末端与延伸部末端平齐，但并不限定于此。
[0066]
所述第二换向齿轮包括第四固定齿轮9和第五固定动齿轮10，其中所述第五固定齿轮10与第四活动齿轮8通过外齿始终保持外啮合，所述第四固定齿轮9的外齿与活动内齿圈7内部的传动内齿74啮合，即第四固定齿轮9与活动内齿圈7始终保持内啮合。
[0067]
在换挡变速主箱中，所述第一换挡离合器为换挡离合器c3，所述第一换挡齿轮包括第一固定齿轮1、第一活动齿轮2以及第三固定齿轮3，其中第一固定齿轮1和第二活动齿轮2通过换挡离合器c3连接。所述第二换挡离合器包括换挡离合器c2和换挡离合器c4，所述第二换挡齿轮包括第二活动齿轮4、第三固定齿轮5、第三活动齿轮6以及第二固定齿轮3，其中第三固定齿轮5通过换当离合器c2与换挡离合器c4分别和第二活动齿轮4和第三活动齿轮6连接。
[0068]
所述输入轴ⅰ上的第一固定齿轮1和输入轴ⅱ上的第二活动齿轮4通过外齿保持常啮合；输入轴ⅰ上的第一活动齿轮2与输入轴ⅱ上的第三固定齿轮5通过外齿保持常啮合；输入轴ⅰ上的第二固定齿轮3和输入轴ⅱ上的第三活动齿轮6通过外齿保持常啮合。
[0069]
在换挡变速副箱中，所述第四换挡齿轮包括第五活动齿轮11和第六固定齿轮12，所述第四换挡离合器包括换挡离合器c7；所述第三换挡齿轮包括第七固定齿轮13和第六活动齿轮14，所述第三换挡离合器包括换挡离合器c8。所述第六活动齿轮14通过换挡离合器c8与第七固定齿轮13连接，所述第六固定齿轮12通过换挡离合器c7与第五活动齿轮11连接；所述第七固定齿轮13和第五活动齿轮11通过外齿保持常啮合，所述第六活动齿轮14和第六固定齿轮12通过外齿保持常啮合。
→
第一固定齿轮1
→
第二活动齿轮4
→
第三固定齿轮5
→
输入轴
ⅱ→
活动内齿圈7
→
第四固定齿轮9
→
中间轴
ⅲ→
第七固定齿轮13
→
第五活动齿轮11
→
第五固定齿轮12
→
输出轴ⅳ[0089]
②
二挡：
[0090]
换挡离合器c3、c7接合，换向离合器c5接合，其动力传递路线：发动机15
→
输入轴
ⅰ→
第一固定齿轮1
→
第一活动齿轮2
→
第三固定齿轮5
→
输入轴
ⅱ→
活动内齿圈7
→
第四固定齿轮9
→
中间轴
ⅲ→
第七固定齿轮13
→
第五活动齿轮11
→
第五固定齿轮12
→
输出轴ⅳ[0091]
③
三挡：
[0092]
换挡离合器c4、c7接合，换向离合器c5接合，其动力传递路线：发动机15
→
输入轴
ⅰ→
第二固定齿轮3
→
第三活动齿轮6
→
第三固定齿轮5
→
输入轴
ⅱ→
活动内齿圈7
→
第四固定齿轮9
→
中间轴
ⅲ→
第七固定齿轮13
→
第五活动齿轮11
→
第六固定齿轮12
→
输出轴ⅳ[0093]
④
四挡：
[0094]
换挡离合器c2、c8接合，换向离合器c5接合，其动力传递路线：发动机15
→
输入轴
ⅰ→
第一固定齿轮1
→
第二活动齿轮4
→
第三固定齿轮5
→
输入轴
ⅱ→
活动内齿圈7
→
第四固定齿轮9
→
中间轴
ⅲ→
第七固定齿轮13
→
第六活动齿轮14
→
第六固定齿轮12
→
输出轴ⅳ[0095]
⑤
五挡：
[0096]
换挡离合器c3、c8接合，换向离合器c5接合，其动力传递路线：发动机15
→
输入轴
ⅰ→
第一固定齿轮1
→
第一活动齿轮2
→
第三固定齿轮5
→
输入轴
ⅱ→
活动内齿圈7
→
第四固定齿轮9
→
中间轴
ⅲ→
第七固定齿轮13
→
四六活动齿轮14
→
第六固定齿轮12
→
输出轴ⅳ[0097]
⑥
六挡：
[0098]
换挡离合器c4、c8接合，换向离合器c5接合，其动力传递路线：发动机15
→
输入轴
ⅰ→
第二固定齿轮3
→
第三活动齿轮6
→
第三固定齿轮5
→
输入轴
ⅱ→
活动内齿圈7
→
第四固定齿轮9
→
中间轴
ⅲ→
第七固定齿轮13
→
第六活动齿轮14
→
第六固定齿轮12
→
输出轴ⅳ[0099]
纯动力驱动模式下，各挡位离合器的工作状态如下：
[0100][0101]
纯电机驱动可以提供两个前进挡和两个后退挡，具体如下：
[0102]
1.前进挡
[0103]
①
一挡
[0104]
离合器c1接合，换挡离合器c7接合，换向离合器c6接合，其动力传递路线：电机16
→
输入轴
ⅱ→
第四活动齿轮8
→
第五固定齿轮10
→
中间轴
ⅲ→
第七固定齿轮13
→
第五活动齿轮11
→
第六固定齿轮12
→
输出轴ⅳ[0105]
②
二挡：
[0106]
离合器c1接合，换挡离合器c8接合，换向离合器c6接合，其动力传递路线：电机16
→
输入轴
ⅱ→
第四活动齿轮8
→
第五固定齿轮10
→
中间轴
ⅲ→
第七固定齿轮13
→
第六活动齿轮14
→
第六固定齿轮12
→
输出轴ⅳ[0107]
后退挡
[0108]
①
一挡
[0109]
离合器c1接合，换挡离合器c7接合，换向离合器c5接合，其动力传递路线：电机16
→
输入轴
ⅱ→
活动内齿圈7
→
第四固定齿轮9
→
中间轴
ⅲ→
第七固定齿轮13
→
第五活动齿轮11
→
第六固定齿轮12
→
输出轴ⅳ[0110]
②
二挡：
[0111]
离合器c1接合，换挡离合器c8接合，换向离合器c5接合，其动力传递路线：电机16
→
输入轴
ⅱ→
活动内齿圈7
→
第四固定齿轮9
→
中间轴
ⅲ→
第七固定齿轮13
→
第六活动齿轮14
→
第六固定齿轮12
→
输出轴ⅳ[0112]
纯电动驱动模式下，各挡位离合器的工作状态如下
[0113][0114][0115]
动力换向：在车辆前进时，需要进行倒挡工作时，离合器c6慢慢分离，同时离合器c5慢慢接合，就可以达到动力不中断前进后退切换工作，在换向离合器结合分离的同时，换当离合器也接合分离就可以在切换方向的同时切换挡位。例如，前进挡三挡切换倒退挡二挡时，离合器c4、c6分离，同时离合器c3、c5开始接合，在控制器的控制作用下在极短时间内使离合器c4、c6完全分离，离合器c3、c5完全接合，完成换挡换向工作，实现前进挡替换倒挡时实现动力不中断。
[0116]
本发明变速器可通过添加部分零件可以提供更多的挡位。
[0117]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。