一种两栖车辆及其混动变速箱结构

技术领域

本申请涉及车辆变速箱技术领域，具体涉及一种两栖车辆及其混动变速箱结构。

背景技术

现有的水陆两栖车辆使用单一的发动机作为动力源时，发动机功率特性难以兼顾水上行驶的动力要求和陆上行驶的燃油经济性。另外，若采用双发动机布置，不仅会带来较重的车身质量，同时增加车辆重心布置困难。

基于此，需要针对两栖车辆提供一种新的动力提供方案。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种两栖车辆及其混动变速箱结构，以解决当前两栖车辆采用混动动力问题。

本说明书实施例提供以下技术方案：

本说明书实施例提供一种两栖车辆混动变速箱结构，包括：锁止器、第一离合器、第二离合器、第三离合器、第一接合器和第二接合器；

当用于水上行驶的纯电模式时，第二离合器处于闭合状态，第一离合器、第三离合器和锁止器均处于断开状态；其中，第二离合器的闭合使得第一电机通过闭合的第二离合器驱动喷流机推进车辆在水上行驶；

当用于水上行驶的混动模式时，锁止器和第二离合器均处于闭合状态，第一离合器和第三离合器均处于断开状态；其中，第二离合器的闭合使得第一电机通过闭合的第二离合器驱动喷流机以推进车辆在水上行驶；锁止器的闭合使得第二电机正转拖起发动机工作，发动机配合第二电机作为辅助动力单元进行发电；

当用于陆上行驶的纯电模式时，第一离合器处于闭合状态，第二离合器、第三离合器和锁止器均处于断开状态；其中，第一离合器的闭合使得第一电机通过闭合的第一离合器并经第二接合器驱动车辆在陆上行驶；

当用于陆上行驶的混动模式时，锁止器和第一离合器均处于闭合状态，第二离合器和第三离合器均处于断开状态；其中，锁止器的闭合使得第二电机正转拖起发动机工作，发动机配合第二电机作为辅助动力单元进行发电；当串联混动时，第一离合器的闭合使得第一电机通过闭合的第一离合器并经第二接合器驱动车辆在陆上行驶；当并联混动时，第一离合器的闭合使得第一电机通过闭合的第一离合器并经第二接合器驱动车辆在陆上行驶，以及第二电机和发动机经第一接合器驱动车辆在陆上行驶。

优选地，在用于水上行驶的混动模式时，当电池的荷电状态低于预设条件时，锁止器的闭合使得第二电机正转拖起发动机工作以作为辅助动力单元向电池供电，其中行星齿轮组充当减速机构。

优选地，在用于水上行驶的混动模式时，锁止器的闭合使得第二电机正转拖起发动机工作后，锁止器断开，以通过控制第二电机和发动机的转速，来间接控制太阳轮的转速，并使太阳轮转速与第一电机转速相同时，闭合第三离合器，以在太阳轮的转速一定的情况下，通过控制第二电机的转速实现对发动机转速的调整，同时通过控制第一电机的扭矩，实现太阳轮、齿圈、行星架转速固定的情况下调整发动机扭矩。

优选地，当用于水陆切换模式时，锁止器、第二离合器处于闭合状态，第一离合器、第三离合器处于断开状态；其中，锁止器的闭合使得第二电机正转拖起发动机工作后通过第一接合器驱动车辆，第二离合器的闭合使得第一电机通过闭合的第二离合器驱动喷流机以推进车辆在水上行驶。

优选地，在并联混动中，当锁止器从闭合切换到断开时，第三离合器从断开切换为闭合后，使得第一电机经第三离合器与行星齿轮组的太阳轮连接，以及第二电机驱动行星齿轮组的齿圈，发动机驱动行星齿轮组的行星架，经第三离合器驱动车辆。

优选地，第一接合器用于在一档齿轮组和三挡齿轮组之间接合切换，第二接合器用于在二档齿轮组和四挡齿轮组之间接合切换。

本说明书实施例还提供一种两栖车辆，包括本说明书中任一项实施例所述的两栖车辆混动变速箱结构。

与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：

1.通过使用该混动变速箱，两栖车辆在水上、陆上均可实现纯电模式和混动模式，以及行驶过程中在两种模式间切换。由于电池和电机的存在，混动模式下，发动机工作点可与负载相对解耦，发动机工作在高效区间；

2.由于电机的存在，大大提高了动力单元对动力请求的响应速度，在车辆加速过程中，通过电机的调速，减少换挡冲击，提高变速箱换挡速度；

3.稳定驱动工况下，通过电机和行星齿轮将发动机固定在高效工作区间，同时使用齿轮组传动，提高传动效率；

4.水陆切换过程中，本变速箱可以实现对水上，陆上驱动装置的协同控制，提高车辆进出水效率，大大缩短进出水时间。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本申请中两栖车辆混动变速箱结构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目和方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践。

下面以水上行驶和陆上行驶为例，对两栖车辆中的变速箱结构作以下示例性说明。

一、水上行驶

1、纯电模式

在车辆电池SoC(State of Charge，荷电状态)处于允许的范围内时，第二离合器K2接合，第一离合器K1、第三离合器K3和锁止器L均断开，第一电机EM1通过第二离合器K2驱动喷流机JET推进车辆在水上行驶，此时发动机ICE和第二电机EM2均不工作；

2、纯电模式切换至混动模式

在一种示例中，当车辆在纯电模式下出现电池SoC过低时，锁止器L和第二离合器闭合，第一离合器K1和第三离合器K3断开，其中锁止器L的闭合使得第二电机EM2正转拖起发动机ICE，此时ICE+EM2作为APU(Auxiliary Power Unit，辅助动力单元)向车辆和蓄电池供电，以及行星齿轮组充当减速机构；

在一种示例中，当车辆在纯电模式下出现大动力请求时，锁止器L闭合，第二电机EM2正转拖起发动机ICE后，断开锁止器L并通过控制第二电机EM2和发动机ICE的转速间接地控制行星齿轮组的太阳轮(Sun)的转速，使Sun转速迅速接近第一电机EM1的转速，同时闭合第三离合器K3。此时第二离合器K2和第三离合器K3闭合，第一离合器K1和锁止器L断开，发动机ICE和第二电机EM2通过行星齿轮机构功率耦合，第一电机EM1在Sun的转速基础上扭矩叠加。在车速(Sun的转速)一定的情况下，通过控制EM2转速可以实现对ICE转速的调整，同时，通过控制EM1的扭矩，可以实现行星齿轮组的太阳轮(Sun)、齿圈(Ring)和行星架(Carrier)转速固定的情况下调整ICE扭矩，实现了发动机工作点相对负载工况的全解耦(转速，扭矩)，使发动机工作在高效区间。

二、水陆切换

在入水或者出水过程中，第一电机EM1通过第二离合器K2驱动Jet推动车辆，ICE+EM2通过1档(3档)驱动车轮推动车辆。此时，第一离合器K1和第三离合器K3断开，锁止器L和第二离合器K2闭合。

由于Jet的流体负载特性，在转速一定时，Jet负载和流体密度正相关，也就是说，相同转速时，Jet在水中和空气中负载(功率)不同，因此出水，入水过程中，针对Jet只需闭环控制EM1转速，其输出功率由负载情况自动匹。同时车轮的驱动力由车轮的滑移率决定，不同附着条件下的最大驱动力均出现在相同的滑移率区间，因此可以通过调整EM2和ICE的转速控制车轮(Sun)转速，使车轮滑移率保持在一定范围，这样车轮始终可以产生尽可能高的驱动力。因此，车辆可以同时通过水流，地面获得尽可能多的驱动力以提高入水、出水的效率，特别是大大提高了由水转路的时间。

三、陆上行驶

1、纯电模式

在车辆电池SoC处于允许的范围内时，第一电机EM1经第一离合器K1驱动车辆，车辆低速行驶时可以通过2档驱动，中速时通过4档驱动，通过档位切换调节电机工作点落在高效区间。此时，第一离合器K1接合，锁止器L和第二离合器K2和第三离合器K3断开，发动机ICE和电机EM2不工作。

2、纯电模式切换至混动模式

在纯电模式下电池SoC过低时，锁止器L闭合，第二电机EM2正转拖起发动机ICE。此时，锁止器L和第一离合器K1闭合，第二离合器K2和第三离合器K3断开，当车辆处于中低速行驶时，ICE+EM2作为APU向电池组和电机EM1供电，EM1通过2/4档驱动车辆，实现串联混动。

在纯电模式下出现大动力请求或者行驶车速较高时，锁止器L闭合，第二电机EM2正转拖起发动机ICE。此时，锁止器L和第一离合器K1闭合，第二离合器K2和第三离合器K3断开，第一电机EM1通过K1经2/4档驱动车辆，同时，ICE+EM2经1/3档驱动车辆，实现并联混动。

3、串联混动及并联混动

串联混动相对简单，第二接合器S2根据车速在2档和4档间切换。而在并联混动模式下，车辆行驶过程中，EM1和ICE+EM2作为两个独立的动力源分别通过奇数档和偶数档驱动车辆，同一时刻只有一个动力单元通过相应接合器驱动车辆。

在车辆速度变化过程中，若当前与车轮(WHEEL)接合并驱动的动力单元不在最优工作区间工作时，另一动力单元通过控制电机转速使即将接合的齿轮组中输出齿轮转速与输出轴近似，当前接合器同输出齿轮组组断开的同时另一接合器接合，整个换挡过程冲击小且无动力中断。

在一种示例中，车辆停车时，锁止器L接合，第一至第三离合器(即K1，K2，K3)断开，第一至第二接合器(即S1，S2)均断开，此时ICE+EM2作为APU向电池组供电。

在一种示例中，车辆起步和低速行驶时，第一接合器S1与1档齿轮组接合，ICE+EM2通过行星齿轮组和1档齿轮组驱动车辆。此时，锁止器L接合，三个离合器(即K1，K2，K3)断开，行星齿轮组作为减速机构，第二电机EM2可以根据负载请求和SoC状况调整发动机ICE的负载情况。

在一种示例中，当车辆车速上升，第一电机EM1经第一离合器K1调整转速使2档齿轮组输出齿轮转速与输出轴相近，同时，第一接合器S1与1档齿轮断开，第二接合器S2与2档齿轮接合。此时，锁止器L和第一离合器K1闭合，第二离合器K2和第三离合器K3断开，第一电机EM1通过2档驱动车辆，ICE+EM2作为APU向电池组和EM1供电；

在一种示例中，当车速继续上升，EM2+ICE调整转速使3档齿轮组的输出齿轮的转速与输出轴转速相近，同时第一接合器S1与3档齿轮接合，第二接合器S2与2档齿轮断开。此时，锁止器L闭合，三个离合器(即K1，K2，K3)断开，ICE+EM2经行星齿轮组后通过3档驱动车辆；

在一种示例中，当车速继续上升，第一电机EM1经第一离合器K1调整转速使4档齿轮组的输出齿轮转速与输出轴相近，同时，第二接合器S2与4档齿轮接合，第一接合器S1与3档齿轮断开。此时，锁止器L和第一离合器K1闭合，第二离合器K2和第三离合器K3断开，第一电机EM1通过4档驱动车辆。

需要说明的是，车辆减速降档时原理与前述示例相类似，这里不再展开。

此外，在并联混动行车过程中，车辆急加速或驾驶员选择动力优先时，锁止器L断开，第三离合器K3接合，第一电机EM1经第三离合器K3与行星齿轮组的Sun链接，行星齿轮的Carrier和Sun部件经第一离合器K1、第三离合器K3通过对应的第一接合器S1、第二接合器S2与不同档位接合，Carrier和Sum间转速由当前结合齿轮决定，因此S1，S2结合档位组合不同，行星齿轮中Planet Carrier(行星架，也简称Carrier)，Sun(太阳轮)等部件间可以得到不同的转速比，因而第一电机EM1，第二电机EM2，发动机ICE可同时经第一接合器S1(奇数档)，第二接合器S2(偶数档)为车辆提供动力。此时，第一离合器K1和第三离合器K3闭合，第二离合器K2和锁止器L断开，第二电机EM2通过齿圈Ring，发动机ICE通过行星架Carrier，第一电机EM1经第三离合器K3与Sun接合，由于同时经两个接合器(即S1，S2)通过两组齿轮组输出，且三者间通过离合器和齿轮啮合链接且具有固定转速关系，相当于第一电机EM1，第二电机EM2，发动机ICE经一调速机构向车辆输出，相较于无齿轮啮合分别控制EM1，EM2，ICE转速的加速过程，大大提高了变速箱可输出扭矩上限，提高加速性能。

在一种示例中，车辆起步时，第二接合器S2与2档接合，第一接合器S1与1档接合，第一离合器K1、第三离合器K3闭合，第二离合器K2和锁止器L断开，行星齿轮组的Sun转速、Carrier转速和Ring转速比例固定，分别由第一电机EM1，发动机ICE和第二电机EM2驱动，三者通过1档齿轮组和2档齿轮组确定转速比例关系，EM1，EM2，ICE以此比例转动，扭矩叠加，驱动车辆。此时，第二电机EM2通过1档齿轮组，第一电机EM1通过2档齿轮组驱动车辆，且输出轴唯一。因此，第二电机EM2转速与第一电机EM1转速的比值为I1/I2，发动机ICE转速由行星齿轮组尺寸决定，第二电机EM2转速大于发动机ICE转速大于第一电机EM1转速，车辆加速过程中，三者转速保持此转速比例关系上升。

在一种示例中，随着车辆的加速，当由1档，2档齿轮组确定的转速关系不再适合第一电机EM1，第二电机EM2，发动机ICE的工作区间时，第一接合器S1与1档脱开，第一电机EM1通过2档齿轮组保持车辆持续加速的同时，通过控制第二电机EM2，发动机ICE的转速使3档齿轮组的输出齿轮转速与输出轴相近，第一接合器S1与3档接合。此时，行星齿轮组的Sun，Carrier，Ring即EM1，ICE，EM2通过2档齿轮组和3档齿轮组确定转速比例关系，EM1、EM2、ICE转速比例固定，扭矩叠加，驱动车辆；当第二接合器S2与2档齿轮组接合，第一接合器S1与3档齿轮组接合时，第二电机EM2通过3档齿轮组，第一电机EM1通过2档齿轮组驱动车辆，且输出轴唯一。

因此，EM2转速与EM1转速的比值为I3/I2，ICE转速由行星齿轮组尺寸决定，EM2转速小于ICE转速小于EM1转速。也就是说，S1与1档脱开后，EM1继续加速以保持车辆加速，同时控制EM2转速下降，ICE停止喷油(其转速由行星齿轮组决定)，当EM2转速下降至三档齿轮组输出齿轮转速与输出轴相近，S1与三档接合。

可以看到，此时ICE转速较1档切换为3档前回落，因此，在整个加速过程中可以尽可能多的的利用发动机最大的扭矩平台，提高加速性能。

在一种示例中，类似的随着车辆的继续加速，当由2档和3档齿轮组确定的转速关系不再适合EM1，EM2，ICE的工作区间时，S2与2档脱开，控制EM2通过3档保持车辆持续加速的同时，控制EM1，ICE的转速下降，使4档齿轮组的输出齿齿轮转速与输出轴相机，S2与4档接合。此时，行星齿轮组的Sun，Carrier，Ring即EM1，ICE，EM2通过3档齿轮组和4档齿轮组确定转速比例关系，EM1，EM2，ICE以等比例转速，扭矩叠加，驱动车辆。

因此，整个加速过程中，由于两个接合器同时与齿轮组接合，以及通过两个齿轮组固定行星齿轮，扭矩传递上限被提高，EM1，EM2，ICE同时输出动力，使车辆获得较高的加速或爬坡性能。不同的齿轮组合，可以获得不同的速比，在整个加速过程中，更好的匹配EM1，EM2，ICE的工作区间，例侧重说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于后面说明的实施例而言，描述比较简单，相关之处参见前述实施例的部分说明即可。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。