CN113561757B - 单电机单行星排多挡混合动力变速箱以及混合动力车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单电机单行星排多挡混合动力变速箱以及混合动力车辆，解决相关技术中发动机驱动挡位少、ECVT模式少等技术问题。本发明提供的单电机单行星排多挡混合动力变速箱，包括箱体、变速箱输入轴、电机输入轴、单行星排、平行轴传动机构、换挡齿轮组、输出传动机构、EV传动机构和4个执行机构。通过4个执行机构实现箱体、变速箱输入轴、电机输入轴、单行星排、平行轴传动机构、换挡齿轮组、输出传动机构、EV传动机构中不同构件之间的选择性连接，可实现6挡发动机驱动，3挡发动机启动，EV驱动模式，6挡并联驱动，3挡停车发电，2种ECVT模式可分别实现低速和高速功率分流，实现驱动车辆的同时实现行车发电。

Description

单电机单行星排多挡混合动力变速箱以及混合动力车辆
技术领域
本申请属于汽车变速箱技术领域，具体涉及一种单电机单行星排多挡混合动力变速箱以及混合动力车辆。
背景技术
单电机多挡混合动力变速箱已经广泛应用于各类车辆，其主要存在两个风险点：一是当电池电量较低时，不能及时启动运行；二是起步后如果以较低车速行驶，一般采用EV模式(纯电动驱动模式)。
针对风险点一，如果采用常规平行定轴齿轮架构，驾驶员需要等待发动机发电直至电池电量达到启动最低需求，通过电机起步；或者需要增加摩擦式起步离合器直接起步，增加零部件成本和轴向尺寸，同时摩擦控制对驾驶性和可靠性也有更高需求。如果采用行星排架构，可考虑利用ECVT模式(集成电机的混动变速箱在驱动车辆行驶时同时驱动电机发电，即驱动-发电同步模式)起步，但一般要使用2个及以上行星排相连接形成多个挡位，并且需要多片湿式离合器及制动器、液压模块做执行元件，增加***复杂度。
针对风险点二，如果持续以较低车速运行电池电量快速下降将导致须退出EV模式而采用发动机驱动模式。而此时发动机受一挡速比的限制不能直接驱动车轮。解决方案与前文一致，但同样存在成本及***复杂度提升的问题。
此外，目前的单电机多挡混合动力变速箱还存在发动机驱动挡位少、ECVT模式少等技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种单电机单行星排多挡混合动力变速箱以及混合动力车辆，可实现6挡发动机驱动，3挡发动机启动，EV驱动模式，6挡并联驱动，3挡停车发电，2种ECVT模式可分别实现低速和高速功率分流，实现驱动车辆的同时实现行车发电。
实现本发明目的所采用的技术方案为，一种单电机单行星排多挡混合动力变速箱，包括箱体、变速箱输入轴、电机输入轴、单行星排、中间传动齿轮、平行轴传动机构、换挡齿轮组、输出传动机构、EV传动机构和4个执行机构；其中：
所述单行星排的行星架与所述变速箱输入轴连接；所述单行星排的齿圈通过第一执行机构可选择地与所述中间传动齿轮或所述换挡齿轮组的第一换挡齿轮连接；所述单行星排的太阳轮上连接有太阳轮轴，所述换挡齿轮组设置于所述太阳轮轴上，所述太阳轮轴通过第二执行机构可选择地与所述齿圈或所述箱体连接，且所述太阳轮轴通过第三执行机构可选择地与所述换挡齿轮组的中间齿轮或第二换挡齿轮连接；
所述平行轴传动机构包括中间轴，以及平行安装于所述中间轴上的第一传动齿轮和第二传动齿轮，所述第一传动齿轮与所述中间传动齿轮啮合，所述第二传动齿轮与所述换挡齿轮组的中间齿轮啮合；
所述输出传动机构包括输出轴，以及设置于所述输出轴上的第一换挡输出齿轮、第二换挡输出齿轮和用于连接车轮组成的主减速齿轮，所述第一换挡输出齿轮和所述第二换挡输出齿轮分别与所述换挡齿轮组的第一换挡齿轮和第二换挡齿轮啮合；
所述EV传动机构与所述中间传动齿轮和所述电机输入轴连接，且所述EV传动机构通过第四执行机构可选择地与所述车轮组成连接。
可选的，所述EV传动机构包括EV轴、转动安装于所述EV轴上的EV传动齿轮和与所述EV轴固定连接的EV主减齿轮；所述EV传动齿轮与所述中间传动齿轮和设置于所述电机输入轴上的电机传动齿轮啮合，且所述EV传动齿轮通过所述第四执行机构可选择地与所述EV轴连接；所述EV主减齿轮与所述车轮组成的差速器连接。
可选的，所述单电机单行星排多挡混合动力变速箱在所述四个执行机构动作时实现6挡发动机驱动模式；其中：
发动机一挡模式的动力传递路径为：所述齿圈通过所述第一执行机构与所述第一换挡齿轮连接，且所述齿圈通过所述第二执行机构与所述太阳轮轴连接，发动机输出的动力依次经所述变速箱输入轴、所述行星架、所述太阳轮、所述太阳轮轴、所述第一换挡齿轮、所述第一换挡输出齿轮、所述主减速齿轮，经所述差速器传递到所述车轮组成；
发动机二挡模式的动力传递路径为：所述齿圈通过所述第一执行机构与所述第一换挡齿轮连接，且所述太阳轮轴通过所述第二执行机构与所述箱体连接，发动机输出的动力依次经所述变速箱输入轴、所述行星架、所述齿圈、所述第一换挡齿轮、所述第一换挡输出齿轮、所述主减速齿轮，经所述差速器传递到所述车轮组成；
发动机三挡模式的动力传递路径为：所述齿圈通过所述第一执行机构与所述中间传动齿轮连接，所述EV传动齿轮通过所述第四执行机构与所述EV轴上连接，所述齿圈通过所述第二执行机构与所述太阳轮轴连接，发动机输出的动力依次经所述变速箱输入轴、所述行星架、所述太阳轮、所述太阳轮轴、所述中间传动齿轮、所述EV传动齿轮、所述EV轴、所述EV主减齿轮，经所述差速器传递到所述车轮组成；
发动机四挡模式的动力传递路径为：所述齿圈通过所述第一执行机构与所述中间传动齿轮连接，所述EV传动齿轮通过所述第四执行机构与所述EV轴上连接，所述太阳轮轴通过所述第二执行机构与所述箱体连接，发动机输出的动力依次经所述变速箱输入轴、所述行星架、所述齿圈、所述中间传动齿轮、所述EV传动齿轮、所述EV轴、所述EV主减齿轮，经所述差速器传递到所述车轮组成；
发动机五挡模式的动力传递路径为：所述齿圈通过所述第二执行机构与所述太阳轮轴连接，所述太阳轮轴通过第三执行机构与所述换挡齿轮组的中间齿轮连接，所述EV传动齿轮通过所述第四执行机构与所述EV轴上连接，发动机输出的动力依次经所述变速箱输入轴、所述行星架、所述太阳轮、所述太阳轮轴、所述中间齿轮、所述平行轴传动机构、所述中间传动齿轮、所述EV传动齿轮、所述EV轴、所述EV主减齿轮，经所述差速器传递到所述车轮组成；
发动机六挡模式的动力传递路径为：所述齿圈通过所述第二执行机构与所述太阳轮轴连接，所述太阳轮轴通过第三执行机构与所述换挡齿轮组的第二换挡齿轮连接，发动机输出的动力依次经所述变速箱输入轴、所述行星架、所述太阳轮、所述太阳轮轴、所述第二换挡齿轮、所述第二换挡输出齿轮、所述输出轴、所述主减速齿轮，经所述差速器传递到所述车轮组成。
可选的，所述单电机单行星排多挡混合动力变速箱在所述四个执行机构动作时实现EV模式和并联模式；其中：
所述EV模式的动力传递路径为：所述EV传动齿轮通过所述第四执行机构与所述EV轴连接，电机输出的动力依次经所述电机输入轴、所述电机传动齿轮、所述EV传动齿轮、所述第四执行机构、所述EV轴、所述EV主减齿轮，经所述差速器传递到所述车轮组成；
所述并联模式的动力传递路径为：所述单电机单行星排多挡混合动力变速箱实现所述6挡发动机驱动模式中的任一种；并且所述单电机单行星排多挡混合动力变速箱实现所述EV模式。
可选的，所述单电机单行星排多挡混合动力变速箱在所述6挡发动机驱动模式之间进行换挡时实现动力补偿模式；所述动力补偿模式为：当所述单电机单行星排多挡混合动力变速箱在所述发动机三挡模式、所述发动机四挡模式、所述发动机五挡模式之间切换，且所述第四执行机构中的任一个位于中间位置时，控制所述单电机单行星排多挡混合动力变速箱运行所述并联模式。
可选的，所述单电机单行星排多挡混合动力变速箱在所述第一执行机构与所述第三执行机构动作时实现第一ECVT模式和第二ECVT模式；其中：
所述第一ECVT模式的动力传递路径为：所述齿圈通过所述第一执行机构与所述第一换挡齿轮连接，所述太阳轮轴通过第三执行机构与所述换挡齿轮组的中间齿轮连接，发动机输出的动力依次经所述变速箱输入轴、所述行星架，并在所述单行星排中经过太阳轮和齿圈实现功率分流，依次经所述第一换挡输出齿轮、所述主减速齿轮，经所述差速器传递到所述车轮组成；同时发动机输出的动力依次经所述变速箱输入轴、所述单行星排、所述中间齿轮、所述平行轴传动机构、所述中间传动齿轮、所述EV传动齿轮、所述电机传动齿轮，经所述电机输入轴驱动所述电机发电；
所述第二ECVT模式的动力传递路径为：所述齿圈通过所述第一执行机构与所述中间传动齿轮连接，所述太阳轮轴通过第三执行机构与所述换挡齿轮组的第二换挡齿轮连接，发动机输出的动力依次经所述变速箱输入轴、所述行星架，并在所述单行星排中经过太阳轮和齿圈实现功率分流，依次经所述第二换挡齿轮、所述第二换挡输出齿轮、所述主减速齿轮，经所述差速器传递到所述车轮组成；同时发动机输出的动力依次经所述变速箱输入轴、所述单行星排、所述中间传动齿轮、所述EV传动齿轮、所述电机传动齿轮，经所述电机输入轴驱动所述电机发电。
可选的，所述单电机单行星排多挡混合动力变速箱在所述第一执行机构、所述第二执行机构和所述第三执行机构动作时实现第一启动发动机模式、第二启动发动机模式和第三启动发动机模式，以及第一停车发电模式、第二停车发电模式和第三停车发电模式；其中：
所述第一启动发动机模式的动力传递路径为：所述齿圈通过所述第一执行机构与所述中间传动齿轮连接，所述齿圈通过所述第二执行机构与所述太阳轮轴连接，车辆在静止状态，电机输出的动力依次经所述电机输出轴、所述电机传动齿轮、所述EV传动齿轮、所述中间传动齿轮、所述单行星排，经所述变速箱输入轴反拖发动机，以使所述发动机启动；
所述第一停车发电模式的动力传递路径与所述第一启动发动机模式的动力传递路径完全相反；
所述第二启动发动机模式的动力传递路径为：所述齿圈通过所述第一执行机构与所述中间传动齿轮连接，所述太阳轮轴通过所述第二执行机构与所述箱体连接，车辆在静止状态，电机输出的动力依次经所述电机输出轴、所述电机传动齿轮、所述EV传动齿轮、所述中间传动齿轮、所述齿圈、所述行星轮、所述行星架，经所述变速箱输入轴反拖发动机，以使所述发动机启动；
所述第二停车发电模式的动力传递路径与所述第二启动发动机模式的动力传递路径完全相反；
所述第三启动发动机模式的动力传递路径为：所述齿圈通过所述第二执行机构与所述太阳轮轴连接，所述太阳轮轴通过第三执行机构与所述换挡齿轮组的中间齿轮连接，车辆在静止状态，电机输出的动力依次经所述电机输出轴、所述电机传动齿轮、所述EV传动齿轮、所述中间传动齿轮、所述平行轴传动机构、所述中间齿轮、所述单行星排，经所述变速箱输入轴反拖发动机，以使所述发动机启动；
所述第三停车发电模式的动力传递路径与所述第三启动发动机模式的动力传递路径完全相反。
可选的，所述单电机单行星排多挡混合动力变速箱在所述第四执行机构动作时实现制动能量回收模式；所述制动能量回收模式的动力传递路径为：所述EV传动齿轮通过所述第四执行机构与所述EV轴连接，制动时，从所述车轮组成输入的动力经所述差速器传递到所述EV主减齿轮，依次经过所述EV轴、所述第四执行机构、所述EV传动齿轮传递到所述电机传动齿轮和所述电机输入轴，驱动所述电机发电。
可选的，所述第一执行机构、所述第二执行机构、所述第三执行机构、所述第四执行机构为同步器或离合器。
基于同样的发明构思，本发明还提供了一种混合动力车辆，包括上述的单电机单行星排多挡混合动力变速箱。
由上述技术方案可知，本发明提供的单电机单行星排多挡混合动力变速箱，整体包括箱体、变速箱输入轴、电机输入轴、单行星排、中间传动齿轮、平行轴传动机构、换挡齿轮组、输出传动机构、EV传动机构和4个执行机构。通过4个执行机构实现上述不同构件之间的选择性连接。单行星排在换挡过程中需要整体闭锁或者太阳轮被锁止，整体闭锁即单行星排的太阳轮、行星轮/行星架与齿圈共同转动，整个单行星排为一体、共同转动，传动比为1，太阳轮被锁止时，齿圈和行星架其一为输入端、另一为输出端，传动比≠1。在单行星排的齿圈上安装第一执行机构，单行星排的太阳轴上安装第二执行机构和第三执行机构，通过上述三个执行机构的动作以及相互配合，可以实现单行星排的整体闭锁或者太阳轮被锁止，以及单行星排中各构件与其他齿轮或者结构的连接。
本发明提供的单电机单行星排多挡混合动力变速箱中设置有平行轴传动机构，平行轴传动机构包括一根中间轴以及平行安装于中间轴上的第一传动齿轮和第二传动齿轮，第一传动齿轮与中间传动齿轮保持常啮合状态，第二传动齿轮与换挡齿轮组的中间齿轮保持常啮合状态。通过平行轴传动机构建立起单行星排与换挡齿轮组之间不同的动力传递路径，从而使得本发明提供的单电机单行星排多挡混合动力变速箱能够实现2种ECVT模式，2种ECVT模式可分别实现低速和高速功率分流，实现驱动车辆的同时实现行车发电。
EV传动机构与中间传动齿轮和电机输入轴保持常连接状态，EV传动机构中设置第四执行机构，EV传动机构通过第四执行机构可选择地与车轮组成连接，使得本发明提供的单电机单行星排多挡混合动力变速箱能够实现并联模式、启动发动机以及电机发电等多种模式。
与现有技术相比，本发明提供的单电机单行星排多挡混合动力变速箱，通过4个执行机构实现不同构件之间的选择性连接，可实现6挡发动机驱动，3挡发动机启动，EV驱动模式，6挡并联驱动，3挡停车发电，2种ECVT模式可分别实现低速和高速功率分流，实现驱动车辆的同时实现行车发电。具有结构简单，成本低的优点。
附图说明
图1为本发明实施例中单电机单行星排多挡混合动力变速箱的结构原理图。
附图标记说明：100-单电机单行星排多挡混合动力变速箱；10-变速箱输入轴；20-电机输入轴，21-电机传动齿轮；30-单行星排，31-太阳轮，32-太阳轮轴，33-行星轮，34-行星架，35-齿圈；40-平行轴传动机构，41-第一传动齿轮，42-第二传动齿轮，43-中间轴；50-换挡齿轮组，51-第一换挡齿轮，52-第二换挡齿轮，53-中间齿轮；60-输出传动机构，61-第一换挡输出齿轮，62-第二换挡输出齿轮，63-主减速齿轮，64-输出轴；70-EV传动机构，71-EV传动齿轮，72-EV主减齿轮，73-EV轴；80-中间传动齿轮；90-箱体；S1-第一执行机构，S2-第二执行机构，S3-第三执行机构，S4-第四执行机构；200-发动机；300-限扭减振器；400-电机；500-差速器。
具体实施方式
为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。
为了解决相关技术中发动机驱动挡位少、ECVT模式少等技术问题，本发明提供的单电机单行星排多挡混合动力变速箱，通过4个执行机构实现箱体、变速箱输入轴、电机输入轴、单行星排、平行轴传动机构、换挡齿轮组、输出传动机构、EV传动机构中不同构件之间的选择性连接，可实现6挡发动机驱动，3挡发动机启动，EV驱动模式，6挡并联驱动，3挡停车发电，2种ECVT模式可分别实现低速和高速功率分流，实现驱动车辆的同时实现行车发电。具有结构简单，成本低的优点。能够解决相关技术所存在的技术问题。下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行详细介绍：
实施例1：
本发明实施例提供一种单电机单行星排多挡混合动力变速箱100，其结构如图1所示，该变速箱整体包括箱体90、变速箱输入轴10、电机输入轴20、单行星排30、平行轴传动机构40、换挡齿轮组50、输出传动机构60、EV传动机构70、中间传动齿轮80和4个执行机构。为保证内部结构运动顺畅，一般将变速箱内部的传动结构均置于箱体中，仅输入轴和输出轴伸出于箱体外。本实施例中同样采用该常用配置形式，即单行星排30、平行轴传动机构40、换挡齿轮组50、输出传动机构60、EV传动机构70和4个执行机构分别封装于箱体90中，变速箱输入轴10、电机输入轴20和输出轴64均部分伸出于箱体90外，分别用于连接发动机200、电机400和车轮组成的差速器500。
参见图1，上述各构件/组件之间的连接关系具体如下：
单行星排30包括太阳轮31、太阳轮轴32、行星轮33、行星架34和齿圈35，太阳轮31与太阳轮轴32固定连接，行星轮33与行星架34固定连接，太阳轮31、行星轮33与齿圈35以现有公开的常规啮合形式实现传动以及功率分流。
本实施例中，单行星排30的行星架34与变速箱输入轴10连接，具体是发动机200的输出轴连接一限扭减振器300，限扭减振器300的输出轴作为变速箱输入轴10。单行星排30的齿圈35上连接有第一执行机构S1，齿圈35通过第一执行机构S1可选择地与中间传动齿轮80或换挡齿轮组50的第一换挡齿轮51连接。本实施例中，单行星排30的太阳轮轴32具有一定长度，太阳轮轴32上安装有第二执行机构S2、第三执行机构S3和换挡齿轮组50。太阳轮轴32通过第二执行机构S2可选择地与齿圈35或箱体90连接；并且太阳轮轴32通过第三执行机构S3可选择地与换挡齿轮组50的中间齿轮53或第二换挡齿轮52连接。可以理解的是，在其他实施例中，箱体90也可等效为车体的其他固定不同的结构，例如发动机室的车身骨架等。
单行星排30在换挡过程中的工况有三种：整体闭锁、太阳轮被锁止以及正常传动，整体闭锁工况即单行星排30的太阳轮31、行星轮33/行星架34与齿圈35共同转动，整个单行星排30为一体、共同转动，传动比为1；太阳轮被锁止工况即太阳轮31与箱体90/车身骨架保持相对静止、不发生任何转动，齿圈35和行星架34中的其中一个为输入端、另一个为输出端，传动比≠1。单行星排正常传动工作即为单行星排30以设定的传动比输出扭矩，此工况在现有技术中有详细说明，具体参照现有技术的相关公开，此处不展开说明。与单行星排30连接的第一执行机构S1、第二执行机构S2和第三执行机构S3相互配合，实现单行星排30在上述三种工况下的转换，以及单行星排30中各构件与其他齿轮或者结构的连接。
平行轴传动机构40包括中间轴43，以及平行安装于中间轴43上的第一传动齿轮41和第二传动齿轮42，第一传动齿轮41与中间传动齿轮80保持常啮合状态，第二传动齿轮42与换挡齿轮组50的中间齿轮53保持常啮合状态。通过平行轴传动机构40建立起单行星排30与换挡齿轮组50之间不同的动力传递路径，从而使得本发明提供的单电机单行星排多挡混合动力变速箱100能够实现2种ECVT模式，2种ECVT模式可分别实现低速和高速功率分流，实现驱动车辆的同时实现行车发电。
换挡齿轮组50包括第一换挡齿轮51、第二换挡齿轮52和中间齿轮53，第一换挡齿轮51转动套装于单行星排30的太阳轮轴32和齿圈35上，第二换挡齿轮52和中间齿轮53均转动套装于单行星排30的太阳轮轴32上，第一换挡齿轮51和第二换挡齿轮52用于与输出传动机构60配合，以输出不同的挡位，中间齿轮53与平行轴传动机构40的第二传动齿轮42保持常啮合状态，实现换挡齿轮组50与平行轴传动机构40之间的动力传递。
输出传动机构60包括输出轴64，以及固定安装于输出轴64上的第一换挡输出齿轮61、第二换挡输出齿轮62和用于连接车轮组成的主减速齿轮63，第一换挡输出齿轮61与换挡齿轮组50的第一换挡齿轮51保持常啮合状态，第二换挡输出齿轮62与第二换挡齿轮52保持常啮合状态，主减速齿轮63与差速器的输入齿轮保持常啮合状态，用于输出发动机ICE的驱动扭矩。
EV传动机构70与中间传动齿轮80和电机输入轴20连接，且EV传动机构70通过第四执行机构S4可选择地与车轮组成连接。参见图1，本实施例中，为了实现多种工作模式，EV传动机构70包括EV轴73、转动安装于EV轴73上的EV传动齿轮71和与EV轴73固定连接的EV主减齿轮72。EV传动齿轮71与中间传动齿轮80和设置于电机输入轴20上的电机传动齿轮21保持常啮合状态，且EV传动齿轮71通过第四执行机构S4可选择地与EV轴73连接；EV主减齿轮72与车轮组成的差速器连接，用于输出电机EM1的驱动扭矩。
四个执行机构：第一执行机构S1、第二执行机构S2、第三执行机构S3、第四执行机构S4，可选择采用同步器或离合器，若采用同步器，可选择采用双边同步器或者单边同步器。结合本申请中单电机单行星排多挡混合动力变速箱100所要实现的多种工作模式，本实施例中，第一执行机构S1、第二执行机构S2和第三执行机构S3均为双边同步器，第四执行机构S4为单边同步器。
由此，本实施例的单电机单行星排多挡混合动力变速箱100可实现6挡发动机驱动，3挡发动机启动，EV驱动模式，6挡并联驱动，3挡停车发电，2种ECVT模式可分别实现低速和高速功率分流，实现驱动车辆的同时实现行车发电。
下面对单电机单行星排多挡混合动力变速箱100的各个工作模式进行详细介绍：
6挡发动机驱动模式依托于四个执行机构S1、S2、S3、S4之间的相互配合。6挡发动机驱动模式分别为：发动机一挡模式、发动机二挡模式、发动机三挡模式、发动机四挡模式、发动机五挡模式、发动机六挡模式。
发动机一挡模式的动力传递路径为：
具体参见图1，第一执行机构S1移动至右侧，使得齿圈35通过第一执行机构S1与第一换挡齿轮51连接。第二执行机构S2移动至左侧，使得齿圈35通过第二执行机构S2与太阳轮轴32连接，单行星排30闭锁。发动机200输出的动力依次经限扭减振器300、变速箱输入轴10、行星架34、太阳轮31、太阳轮轴32、第二执行机构S2、第一换挡齿轮51、第一换挡输出齿轮61、主减速齿轮63，经差速器500传递到车轮组成。
发动机二挡模式的动力传递路径为：
具体参见图1，第一执行机构S1移动至右侧，使得齿圈35通过第一执行机构S1与第一换挡齿轮51连接。第二执行机构S2移动至右侧，使得太阳轮轴32通过第二执行机构S2与箱体90连接，此时太阳轮31被锁止。发动机200输出的动力依次经限扭减振器300、变速箱输入轴10、行星架34、齿圈35、第一执行机构S1、第一换挡齿轮51、第一换挡输出齿轮61、主减速齿轮63，经差速器500传递到车轮组成。
发动机三挡模式的动力传递路径为：
具体参见图1，第一执行机构S1移动至左侧，使得齿圈35通过第一执行机构S1与中间传动齿轮80连接。第四执行机构S4移动至右侧，使得EV传动齿轮71通过第四执行机构S4与EV轴73上连接。第二执行机构S2移动至左侧，使得齿圈35通过第二执行机构S2与太阳轮轴32连接，单行星排30闭锁。发动机200输出的动力依次经限扭减振器300、变速箱输入轴10、行星架34、太阳轮31、太阳轮轴32、第二执行机构S2、中间传动齿轮80、EV传动齿轮71、第四执行机构S4、EV轴73、EV主减齿轮72，经差速器500传递到车轮组成。
发动机四挡模式的动力传递路径为：
具体参见图1，第一执行机构S1移动至左侧，使得齿圈35通过第一执行机构S1与中间传动齿轮80连接。第四执行机构S4移动至右侧，使得EV传动齿轮71通过第四执行机构S4与EV轴73上连接。第二执行机构S2移动至右侧，使得太阳轮轴32通过第二执行机构S2与箱体90连接，此时太阳轮31被锁止。发动机200输出的动力依次经限扭减振器300、变速箱输入轴10、行星架34、行星轮33、齿圈35、第一执行机构S1、中间传动齿轮80、EV传动齿轮71、第四执行机构S4、EV轴73、EV主减齿轮72，经差速器500传递到车轮组成。
发动机五挡模式的动力传递路径为：
具体参见图1，第二执行机构S2移动至左侧，使得齿圈35通过第二执行机构S2与太阳轮轴32连接，单行星排30闭锁。第三执行机构S3移动至左侧，使得太阳轮轴32通过第三执行机构S3与换挡齿轮组50的中间齿轮53连接。第四执行机构S4移动至右侧，使得EV传动齿轮71通过第四执行机构S4与EV轴73上连接。发动机200输出的动力依次经限扭减振器300、变速箱输入轴10、行星架34、太阳轮31、太阳轮轴32、第三执行机构S3、中间齿轮53、平行轴传动机构40的第二传动齿轮42、中间轴43、第一传动齿轮41、中间传动齿轮80、EV传动齿轮71、第四执行机构S4、EV轴73、EV主减齿轮72，经差速器500传递到车轮组成。
发动机六挡模式的动力传递路径为：
具体参见图1，第二执行机构S2移动至左侧，使得齿圈35通过第二执行机构S2与太阳轮轴32连接，单行星排30闭锁。第三执行机构S3移动至右侧，使得太阳轮轴32通过第三执行机构S3与换挡齿轮组50的第二换挡齿轮52连接。发动机200输出的动力依次经限扭减振器300、变速箱输入轴10、行星架34、太阳轮31、太阳轮轴32、第三执行机构S3、第二换挡齿轮52、第二换挡输出齿轮62、输出轴64、主减速齿轮63，经差速器500传递到车轮组成。
针对驱动模式，本实施例的单电机单行星排多挡混合动力变速箱100在四个执行机构动作时实现EV模式和并联模式。
EV模式的动力传递路径为：
具体参见图1，第四执行机构S4移动至右侧，使得EV传动齿轮71通过第四执行机构S4与EV轴73上连接。电机400输出的动力依次经电机输入轴20、电机传动齿轮21、EV传动齿轮71、第四执行机构S4、EV轴73、EV主减齿轮72，经差速器500传递到车轮组成，实现纯电动驱动模式。
具体参见图1，并联模式下发动机200与电机400同时参与驱动车轮，发动机工作挡位动力传递路径与发动机单独驱动动力传递路径相同，电机驱动路径与EV模式路径相同，二者一起共同驱动车轮行驶。也即，本实施例的单电机单行星排多挡混合动力变速箱100能够实现6挡并联驱动。
并联模式的动力传递路径为：
单电机单行星排多挡混合动力变速箱100实现6挡发动机驱动模式中的任一种；并且单电机单行星排多挡混合动力变速箱100实现EV模式。详细内容参见上述模式的详细介绍，此处不再赘述。
本实施例的单电机单行星排多挡混合动力变速箱100，发动机驱动模式从某一挡位切换到另一挡过程中，双边同步器S1、S2和S3会经过中间位置，此时变速箱处于空挡，发动机动力无法传递到驱动轮，此过程中汽车会出现动力中断现象。此时，本实施例的单电机单行星排多挡混合动力变速箱100可通过电机400在发动机驱动3挡、4挡、5挡切换时进行动力补偿，从而避免动力中断。
参见图1，动力补偿模式为：当单电机单行星排多挡混合动力变速箱100在发动机三挡模式、发动机四挡模式、发动机五挡模式之间切换，且第四执行机构S4中的任一个位于中间位置时，控制单电机单行星排多挡混合动力变速箱100运行并联模式。
在进行驱动模式的同时，在第一执行机构S1与第三执行机构S3动作时，本实施例的单电机单行星排多挡混合动力变速箱100还可实现两种发电模式，具体包括第一ECVT模式和第二ECVT模式。
第一ECVT模式的动力传递路径为：
具体参见图1，第一执行机构S1移动至右侧，以使齿圈35通过第一执行机构S1与第一换挡齿轮51连接。第三执行机构S3移动至左侧，以使太阳轮轴32通过第三执行机构S3与换挡齿轮组50的中间齿轮53连接。发动机200输出的动力依次经限扭减振器300、变速箱输入轴10、行星架34，并在单行星排30中经过太阳轮31和齿圈35实现功率分流，实现驱动车辆的同时驱动电机400发电。
驱动车轮动力传递路径为：发动机200输出的动力依次经限扭减振器300、变速箱输入轴10、行星架34、行星轮33、齿圈35、第一执行机构S1、第一换挡齿轮51、第一换挡输出齿轮61、主减速齿轮63，经差速器500传递到车轮组成。
行车发电动力传递路径为：发动机200输出的动力依次经限扭减振器300、变速箱输入轴10、行星架34、行星轮33、太阳轮31、太阳轮轴32、第三执行机构S3、中间齿轮53、第二传动齿轮42、中间轴43、第一传动齿轮41、中间传动齿轮80、EV传动齿轮71、电机传动齿轮21，经电机输入轴20驱动电机400发电。
第二ECVT模式的动力传递路径为：
具体参见图1，第一执行机构S1移动至左侧，以使齿圈35通过第一执行机构S1与中间传动齿轮80连接。第三执行机构S3移动至右侧，以使太阳轮轴32通过第三执行机构S3与换挡齿轮组50的第二换挡齿轮52连接。发动机200输出的动力依次经限扭减振器300、变速箱输入轴10、行星架34，并在单行星排30中经过太阳轮31和齿圈35实现功率分流，实现行车驱动的同时进行行车发电。
驱动车轮动力传递路径为：发动机200输出的动力依次经限扭减振器300、变速箱输入轴10、行星架34、行星轮33、太阳轮31、太阳轮轴32、第三执行机构S3、第二换挡齿轮52、第二换挡输出齿轮62、主减速齿轮63，经差速器500传递到车轮组成。
行车发电动力传递路径为：发动机200输出的动力依次经限扭减振器300、变速箱输入轴10、行星架34、行星轮33、齿圈35、第一执行机构S1、中间传动齿轮80、EV传动齿轮71、电机传动齿轮21，经电机输入轴20驱动电机400发电。
本实施例提供的单电机单行星排多挡混合动力变速箱100，在第一执行机构S1、第二执行机构S2和第三执行机构S3动作时实现三种发动机启动模式：第一启动发动机模式、第二启动发动机模式和第三启动发动机模式，以及三种停车发电模式：第一停车发电模式、第二停车发电模式和第三停车发电模式。
第一启动发动机模式的动力传递路径为：
具体参见图1，第一执行机构S1移动至左侧，以使齿圈35通过第一执行机构S1与中间传动齿轮80连接。第二执行机构S2移动至左侧，以使齿圈35通过第二执行机构S2与太阳轮轴32连接，使单行星排30闭锁。此时，电机400处于P3位置，车辆在静止状态，电机400输出的动力依次经电机输出轴64、电机传动齿轮21、EV传动齿轮71、中间传动齿轮80、第一执行机构S1、第二执行机构S2、单行星排30，经变速箱输入轴10、限扭减振器300反拖发动机200，以使发动机200启动。
第二启动发动机模式的动力传递路径为：
具体参见图1，第一执行机构S1移动至左侧，以使齿圈35通过第一执行机构S1与中间传动齿轮80连接。第二执行机构S2移动至右侧，以使太阳轮轴32通过第二执行机构S2与箱体90连接，使太阳轮31锁止。此时，电机400处于P3位置，车辆在静止状态，电机400输出的动力依次经电机输出轴64、电机传动齿轮21、EV传动齿轮71、中间传动齿轮80、第一执行机构S1、齿圈35、行星轮33、行星架34，经变速箱输入轴10、限扭减振器300反拖发动机200，以使发动机200启动。
第三启动发动机模式的动力传递路径为：
具体参见图1，第二执行机构S2移动至左侧，以使齿圈35通过第二执行机构S2与太阳轮轴32连接，使单行星排30闭锁。第三执行机构S3移动至左侧，以使太阳轮轴32通过第三执行机构S3与换挡齿轮组50的中间齿轮53连接。此时电机400处于P3位置，车辆在静止状态，电机400输出的动力依次经电机输出轴64、电机传动齿轮21、EV传动齿轮71、中间传动齿轮80、第一传动齿轮41、中间轴43、第二传动齿轮42、中间齿轮53、第三执行机构S3、太阳轮轴32、单行星排30，经变速箱输入轴10、限扭减振器300反拖发动机200，以使发动机200启动。
停车发电模式与启动发动机模式动力传递路径正好相反，相应的，也具有三种停车发电模式，3种停车发电模式下同步器的位置与3种启动发动机模式一致，动力传递路径相反。具体为：第一停车发电模式的动力传递路径与第一启动发动机模式的动力传递路径完全相反；第二停车发电模式的动力传递路径与第二启动发动机模式的动力传递路径完全相反；第三停车发电模式的动力传递路径与第三启动发动机模式的动力传递路径完全相反。详细动力传递路径参上，此处不做展开说明。
此外，本实施例提供的单电机单行星排多挡混合动力变速箱100在第四执行机构S4动作时还可实现制动能量回收模式。
制动能量回收模式的动力传递路径为：
具体参见图1，第四执行机构S4向右移动，以使EV传动齿轮71通过第四执行机构S4与EV轴73连接。制动时，从车轮组成输入的动力经差速器500传递到EV主减齿轮72，依次经过EV轴73、第四执行机构S4、EV传动齿轮71传递到电机传动齿轮21和电机输入轴20，驱动电机400发电。
本实施例提供的单电机单行星排多挡混合动力变速箱100的各种工作模式下，4个执行机构S1、S2、S3、S4的移动操作如下表：
Figure BDA0003142254750000131
Figure BDA0003142254750000141
实施例2：
基于同样的发明构思，本实施例提供一种混合动力车辆，该混合动力车辆包括上述实施例1的单电机单行星排多挡混合动力变速箱100。具体的，在该混合动力车辆中，除混合动力变速箱的结构采用上述实施例1的单电机单行星排多挡混合动力变速箱100外，其他装置的结构、连接关系、安装位置等均可参照现有技术的相关公开，此处不做展开说明。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种单电机单行星排多挡混合动力变速箱，其特征在于：包括箱体、变速箱输入轴、电机输入轴、单行星排、中间传动齿轮、平行轴传动机构、换挡齿轮组、输出传动机构、EV传动机构和4个执行机构；其中：
所述单行星排的行星架与所述变速箱输入轴连接；所述单行星排的齿圈通过第一执行机构可选择地与所述中间传动齿轮或所述换挡齿轮组的第一换挡齿轮连接；所述单行星排的太阳轮上连接有太阳轮轴，所述换挡齿轮组设置于所述太阳轮轴上，所述太阳轮轴通过第二执行机构可选择地与所述齿圈或所述箱体连接，且所述太阳轮轴通过第三执行机构可选择地与所述换挡齿轮组的中间齿轮或第二换挡齿轮连接；
所述平行轴传动机构包括中间轴，以及平行安装于所述中间轴上的第一传动齿轮和第二传动齿轮，所述第一传动齿轮与所述中间传动齿轮啮合，所述第二传动齿轮与所述换挡齿轮组的中间齿轮啮合；
所述输出传动机构包括输出轴，以及设置于所述输出轴上的第一换挡输出齿轮、第二换挡输出齿轮和用于连接车轮组成的主减速齿轮，所述第一换挡输出齿轮和所述第二换挡输出齿轮分别与所述换挡齿轮组的第一换挡齿轮和第二换挡齿轮啮合；
所述EV传动机构与所述中间传动齿轮和所述电机输入轴连接，且所述EV传动机构通过第四执行机构可选择地与所述车轮组成连接。
2.如权利要求1所述的单电机单行星排多挡混合动力变速箱，其特征在于：所述EV传动机构包括EV轴、转动安装于所述EV轴上的EV传动齿轮和与所述EV轴固定连接的EV主减齿轮；所述EV传动齿轮与所述中间传动齿轮和设置于所述电机输入轴上的电机传动齿轮啮合，且所述EV传动齿轮通过所述第四执行机构可选择地与所述EV轴连接；所述EV主减齿轮与所述车轮组成的差速器连接。
3.如权利要求2所述的单电机单行星排多挡混合动力变速箱，其特征在于：所述单电机单行星排多挡混合动力变速箱在所述四个执行机构动作时实现6挡发动机驱动模式；其中：
发动机一挡模式的动力传递路径为：所述齿圈通过所述第一执行机构与所述第一换挡齿轮连接，且所述齿圈通过所述第二执行机构与所述太阳轮轴连接，发动机输出的动力依次经所述变速箱输入轴、所述行星架、所述太阳轮、所述太阳轮轴、所述第一换挡齿轮、所述第一换挡输出齿轮、所述主减速齿轮，经所述差速器传递到所述车轮组成；
发动机二挡模式的动力传递路径为：所述齿圈通过所述第一执行机构与所述第一换挡齿轮连接，且所述太阳轮轴通过所述第二执行机构与所述箱体连接，发动机输出的动力依次经所述变速箱输入轴、所述行星架、所述齿圈、所述第一换挡齿轮、所述第一换挡输出齿轮、所述主减速齿轮，经所述差速器传递到所述车轮组成；
发动机三挡模式的动力传递路径为：所述齿圈通过所述第一执行机构与所述中间传动齿轮连接，所述EV传动齿轮通过所述第四执行机构与所述EV轴上连接，所述齿圈通过所述第二执行机构与所述太阳轮轴连接，发动机输出的动力依次经所述变速箱输入轴、所述行星架、所述太阳轮、所述太阳轮轴、所述中间传动齿轮、所述EV传动齿轮、所述EV轴、所述EV主减齿轮，经所述差速器传递到所述车轮组成；
发动机四挡模式的动力传递路径为：所述齿圈通过所述第一执行机构与所述中间传动齿轮连接，所述EV传动齿轮通过所述第四执行机构与所述EV轴上连接，所述太阳轮轴通过所述第二执行机构与所述箱体连接，发动机输出的动力依次经所述变速箱输入轴、所述行星架、所述齿圈、所述中间传动齿轮、所述EV传动齿轮、所述EV轴、所述EV主减齿轮，经所述差速器传递到所述车轮组成；
发动机五挡模式的动力传递路径为：所述齿圈通过所述第二执行机构与所述太阳轮轴连接，所述太阳轮轴通过第三执行机构与所述换挡齿轮组的中间齿轮连接，所述EV传动齿轮通过所述第四执行机构与所述EV轴上连接，发动机输出的动力依次经所述变速箱输入轴、所述行星架、所述太阳轮、所述太阳轮轴、所述中间齿轮、所述平行轴传动机构、所述中间传动齿轮、所述EV传动齿轮、所述EV轴、所述EV主减齿轮，经所述差速器传递到所述车轮组成；
发动机六挡模式的动力传递路径为：所述齿圈通过所述第二执行机构与所述太阳轮轴连接，所述太阳轮轴通过第三执行机构与所述换挡齿轮组的第二换挡齿轮连接，发动机输出的动力依次经所述变速箱输入轴、所述行星架、所述太阳轮、所述太阳轮轴、所述第二换挡齿轮、所述第二换挡输出齿轮、所述输出轴、所述主减速齿轮，经所述差速器传递到所述车轮组成。
4.如权利要求3所述的单电机单行星排多挡混合动力变速箱，其特征在于：所述单电机单行星排多挡混合动力变速箱在所述四个执行机构动作时实现EV模式和并联模式；其中：
所述EV模式的动力传递路径为：所述EV传动齿轮通过所述第四执行机构与所述EV轴连接，电机输出的动力依次经所述电机输入轴、所述电机传动齿轮、所述EV传动齿轮、所述第四执行机构、所述EV轴、所述EV主减齿轮，经所述差速器传递到所述车轮组成；
所述并联模式的动力传递路径为：所述单电机单行星排多挡混合动力变速箱实现所述6挡发动机驱动模式中的任一种；并且所述单电机单行星排多挡混合动力变速箱实现所述EV模式。
5.如权利要求4所述的单电机单行星排多挡混合动力变速箱，其特征在于：所述单电机单行星排多挡混合动力变速箱在所述6挡发动机驱动模式之间进行换挡时实现动力补偿模式；所述动力补偿模式为：当所述单电机单行星排多挡混合动力变速箱在所述发动机三挡模式、所述发动机四挡模式、所述发动机五挡模式之间切换，且所述第四执行机构中的任一个位于中间位置时，控制所述单电机单行星排多挡混合动力变速箱运行所述并联模式。
6.如权利要求2所述的单电机单行星排多挡混合动力变速箱，其特征在于：所述单电机单行星排多挡混合动力变速箱在所述第一执行机构与所述第三执行机构动作时实现第一ECVT模式和第二ECVT模式；其中：
所述第一ECVT模式的动力传递路径为：所述齿圈通过所述第一执行机构与所述第一换挡齿轮连接，所述太阳轮轴通过第三执行机构与所述换挡齿轮组的中间齿轮连接，发动机输出的动力依次经所述变速箱输入轴、所述行星架，并在所述单行星排中经过太阳轮和齿圈实现功率分流，依次经所述第一换挡输出齿轮、所述主减速齿轮，经所述差速器传递到所述车轮组成；同时发动机输出的动力依次经所述变速箱输入轴、所述单行星排、所述中间齿轮、所述平行轴传动机构、所述中间传动齿轮、所述EV传动齿轮、所述电机传动齿轮，经所述电机输入轴驱动所述电机发电；
所述第二ECVT模式的动力传递路径为：所述齿圈通过所述第一执行机构与所述中间传动齿轮连接，所述太阳轮轴通过第三执行机构与所述换挡齿轮组的第二换挡齿轮连接，发动机输出的动力依次经所述变速箱输入轴、所述行星架，并在所述单行星排中经过太阳轮和齿圈实现功率分流，依次经所述第二换挡齿轮、所述第二换挡输出齿轮、所述主减速齿轮，经所述差速器传递到所述车轮组成；同时发动机输出的动力依次经所述变速箱输入轴、所述单行星排、所述中间传动齿轮、所述EV传动齿轮、所述电机传动齿轮，经所述电机输入轴驱动所述电机发电。
7.如权利要求2所述的单电机单行星排多挡混合动力变速箱，其特征在于：所述单电机单行星排多挡混合动力变速箱在所述第一执行机构、所述第二执行机构和所述第三执行机构动作时实现第一启动发动机模式、第二启动发动机模式和第三启动发动机模式，以及第一停车发电模式、第二停车发电模式和第三停车发电模式；其中：
所述第一启动发动机模式的动力传递路径为：所述齿圈通过所述第一执行机构与所述中间传动齿轮连接，所述齿圈通过所述第二执行机构与所述太阳轮轴连接，车辆在静止状态，电机输出的动力依次经所述电机输出轴、所述电机传动齿轮、所述EV传动齿轮、所述中间传动齿轮、所述单行星排，经所述变速箱输入轴反拖发动机，以使所述发动机启动；
所述第一停车发电模式的动力传递路径与所述第一启动发动机模式的动力传递路径完全相反；
所述第二启动发动机模式的动力传递路径为：所述齿圈通过所述第一执行机构与所述中间传动齿轮连接，所述太阳轮轴通过所述第二执行机构与所述箱体连接，车辆在静止状态，电机输出的动力依次经所述电机输出轴、所述电机传动齿轮、所述EV传动齿轮、所述中间传动齿轮、所述齿圈、行星轮、所述行星架，经所述变速箱输入轴反拖发动机，以使所述发动机启动；
所述第二停车发电模式的动力传递路径与所述第二启动发动机模式的动力传递路径完全相反；
所述第三启动发动机模式的动力传递路径为：所述齿圈通过所述第二执行机构与所述太阳轮轴连接，所述太阳轮轴通过第三执行机构与所述换挡齿轮组的中间齿轮连接，车辆在静止状态，电机输出的动力依次经所述电机输出轴、所述电机传动齿轮、所述EV传动齿轮、所述中间传动齿轮、所述平行轴传动机构、所述中间齿轮、所述单行星排，经所述变速箱输入轴反拖发动机，以使所述发动机启动；
所述第三停车发电模式的动力传递路径与所述第三启动发动机模式的动力传递路径完全相反。
8.如权利要求2所述的单电机单行星排多挡混合动力变速箱，其特征在于：所述单电机单行星排多挡混合动力变速箱在所述第四执行机构动作时实现制动能量回收模式；所述制动能量回收模式的动力传递路径为：所述EV传动齿轮通过所述第四执行机构与所述EV轴连接，制动时，从所述车轮组成输入的动力经所述差速器传递到所述EV主减齿轮，依次经过所述EV轴、所述第四执行机构、所述EV传动齿轮传递到所述电机传动齿轮和所述电机输入轴，驱动所述电机发电。
9.如权利要求1-8中任一项所述的单电机单行星排多挡混合动力变速箱，其特征在于：所述第一执行机构、所述第二执行机构、所述第三执行机构、所述第四执行机构为同步器或离合器。
10.一种混合动力车辆，其特征在于：包括权利要求1-9中任一项所述的单电机单行星排多挡混合动力变速箱。
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