CN101314325A - 混合动力车驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种混合动力车驱动系统，包括发动机(1)，与发动机(1)机械连接的第一电机(2)，通过第一离合器(3)与第一电机(1)连接的第二电机(4)，连接于第二电机(4)输出端的差速器(6)，以及电连接到第一电机(2)和第二电机(4)的电池组(5)，所述第一离合器(3)为超越离合器。由于第一离合器(3)为超越离合器，所以车辆可以由第二电机(4)单独驱动，或者由发动机(1)和/或第一电机(2)与第二电机(4)共同驱动，而不需要对超越离合器进行控制，因此简化了操作。此外，因为超越离合器的体积相对较小，因此使得混合动力车的结构更加紧凑。

Description

混合动力车驱动系统

技术领域

本发明涉及一种混合动力车驱动系统。

背景技术

混合动力车同时采用两种不同的动力源，根据动力系统的连接方式不同，主要可以分为三种结构形式，即串联、并联和混联。

在现有技术中，上述三种结构形式的混合动力车已经在大量的专利文献中公开，例如USP 6,209,672以及审查员在审批该专利过程中所引用的专利文献(显示于该专利的扉页中)。

在USP 6,209,672公开的混合动力车中，包括发动机、离合器、启动电机(第一电机)、牵引电机(第二电机)、电池组和控制器。发动机与启动电机机械连接。发动机和启动电机的组合与牵引电机和驱动轮之间通过离合器机械连接。牵引电机与驱动轮永久连接。启动电机和牵引电机分别电连接到电池组。控制器能够接收车辆工作参数并提供相应的控制信号。

在车辆低速行驶时，电池组为牵引电机供电，使牵引电机作为电动机使用直接驱动车辆行驶。当电池组电量不足时，启动电机拖动发动机启动，然后由发动机驱动启动电机发电以将电能提供给电池组和牵引电机，此时离合器分离，发动机转速与车速无关。

当车辆需要以高速行驶时，启动电机拖动发动机启动，当发动机转速达到车辆行驶速度时，离合器接合，由发动机驱动车辆行驶。当车速达到巡航速度时，牵引电机停止，车辆完全由发动机驱动行驶。

当车辆需要加速或者爬坡时，可以同时启动启动电机和/或牵引电机，为发动机提供行车助力。

当车辆减速或者下坡时，可以通过电机回收车辆的动能而为电池组充电。

在USP 6,209,672中，因为电机具有自调速和正反转的性能，所以为了减轻整车重量和简化结构，省略了传统车辆中通常具有的可变速比变速器。但在其它一些混合动力车中，考虑到电机的特性，通常会在电机的输出端设置传统的可变速比变速器或者定速比减速器。

在USP 6,209,672中，车辆的不同行车模式需要通过控制器根据行车参数进行控制，控制方式相对比较复杂。因此，需要一种改进的混合动力车。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的混合动力车，该混合动力车的结构更加紧凑，并且控制相对简便。

本发明提供的混合动力车驱动系统，包括发动机，与发动机机械连接的第一电机，通过第一离合器与第一电机连接的第二电机，连接于第二电机输出端的差速器，以及电连接到第一电机和第二电机的电池组，其中所述第一离合器为超越离合器。

由于第一电机和第二电机之间的第一离合器为超越离合器，所以车辆可以由第二电机单独驱动，或者由发动机和/或第一电机与第二电机共同驱动，而不需要对超越离合器进行控制，因此简化了操作。此外，因为超越离合器的体积相对较小，因此使得混合动力车的结构更加紧凑。

附图说明

图1是本发明的混合动力车驱动系统的第一种实施例的结构示意图；

图2是本发明的混合动力车驱动系统的第二种实施例的结构示意图；

图3是本发明的混合动力车驱动系统的第三种实施例的结构示意图；

图4是本发明的超越离合器的结构示意图，其中(a)是侧剖视图，(b)是正剖视图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。

图1是本发明的混合动力车驱动系统的第一种实施例的结构示意图。

如图1所示，混合动力车驱动系统包括发动机1，与发动机1机械连接的第一电机2，通过第一离合器3与第一电机1连接的第二电机4，连接于第二电机4输出端的差速器6，以及电连接到第一电机2和第二电机4的电池组5，其中所述第一离合器3为超越离合器。

超越离合器通常包括外环、星轮和位于外环和星轮之间的空间内的滚子，该滚子能够在空间内的楔紧位置与自由位置之间活动。外环和星轮分别连接主、从传动轴。在所述楔紧位置，外环和星轮通过滚子联动，超越离合器处于接合状态；在所述自由位置，外环和星轮可相对自由转动，超越离合器处于分离状态。

超越离合器在大多数工程机械的驱动系统中起重要的开关作用，当由于某种原因造成主、从传动轴的转速不同或改变时，滚子将从自由位置移动到楔紧位置或者从楔紧位置移动到自由位置，从而超越离合器将自动地接合或者分离，使得主、从传动轴能够及时接通或者脱开，从而保证整个系统的正常运转及安全。超越离合器的工作原理是依靠其单向锁定原理来发挥固定或连接作用，连接或固定是单方向性的。目前在自动变速器中使用较多的超越离合器主要有滚柱式超越离合器和楔块式超越离合器。

另外，在黄华星等人公开的《液力变扭器中超越离合器的应用及发展》(黄华星等人在2002年History of Mechanical Technology(3)--Proceedings ofthe Third China-Japan International Conference on History of MechanicalTechnology上的学术讲稿)一文中，还公开了一种链环式超越离合器，该超越离合器属于摩擦式超越离合器，其最大的特点是工作表面为低副接触，而其它摩擦式超越离合器则都是以高副作为工作表面，如使用最为广泛的滚柱式超越离合器和楔块式超越离合器。正因为如此，链环式超越离合器较其它离合器表现出更好的性能，如使用寿命长、承载能力强、超越性能好、成本低廉等。

另外，在CN 2486385Y中也公开了一种新型电动车超越离合器，包括行星轮架和衬套，在行星轮架和衬套之间配合有单向轴承。

所有的这些超越离合器以及现有技术中的其它合适的超越离合器都可以作为本发明的超越离合器3进行使用，例如包括但不限于滚柱式超越离合器、楔块式超越离合器或者链环式超越离合器。

在该第一实施例中，通过在第一电机2和第二电机4之间使用超越离合器3，可以在车辆的多种驱动模式之间自动实现转换，而不需要使用控制装置来控制离合器的离合。根据超越离合器3的锁定方向，第一电机2可以连接超越离合器3的星轮，第二电机4则可以连接超越离合器3的外环。

所述差速器6可以机械连接到所述超越离合器3上，或者第二电机4上，或者二者之间，例如二者之间的联接器上。

具体而言，在车辆起步或低速行驶时，由第二电机(主电机)4通过电池组5供电而单独驱动车辆行驶，此时由于超越离合器3另一侧的第一电机(发电机)2的转速为零，即星轮的转速远小于外环的转速，所以超越离合器3处于分离状态。

当车辆高速行驶时，需要启动发动机1来驱动车辆行驶。在此过程中，首先由电池组5为第一电机2供电，使第一电机2拖动发动机1启动。当发动机1启动之后并达到第二电机4的转速时，即星轮的转速等于外环的转速时，滚子将会从自由位置移动到楔紧位置，从而超越离合器3自动接合，从而由发动机1和第二电机4一起驱动车辆行驶。此时，第一电机2可以作为发电机使用，接收发动机1的部分动力进行发电并将电能储存到电池组5中；或者作为电动机使用，与发动机1和第二电机4一起驱动车辆行驶；或者既不发电也不电动，仅仅作为一个惯量。第一电机2的各种工作状态根据电池组5的电量以及行车载荷等因素而定。

在上述第一实施例中，本领域技术人员将会注意到，当第二电机4单独驱动车辆行驶时，如果电池组5中的电量不足而需要由发动机1驱动第一电机2发电时，超越离合器3的星轮转速可能会达到外环的转速，超越离合器3接合，从而实现了并不需要的发动机1助力模式。此外，当第二电机4反转时，例如在车辆倒车时，则超越离合器3也可能会从分离状态自动切换到接合状态，由此会造成对第一电机2和/或发动机1的反向拖动，从而影响正常操作。

因此，为了解决上述问题，进一步完善上述第一种实施例，需要对本发明的结构作进一步改进。具体而言，可以通过提供一种改进的超越离合器来解决上述问题。

如图4所示，本发明提供了一种改进的超越离合器3。该超越离合器3可以包括外环31、滚子32、星轮33和限位爪34，在外环31的内表面与星轮33的外表面之间具有空间，滚子32可以在该空间内的楔紧位置与自由位置之间相对移动，所述限位爪34可轴向移动到该空间内而将滚子32保持在所述自由位置。也就是说，在改进的超越离合器3中，主要是增加了限位爪34，通过该限位爪34可以选择性地将滚子32保持在自由位置，从而即使星轮33的转速n₁达到外环31的转速n₂，超越离合器3也将处在分离状态，从而可以容易地解决上述问题，防止超越离合器3不必要地从分离状态切换到接合状态。

所述第一电机2可以机械连接所述星轮33，所述第二电机4则可以机械连接所述外环31。所述限位爪34可以通过花键或其它方式轴向滑动地连接在星轮33上。限位爪34的轴向滑动可以通过任何公知的手段来实现，例如可以通过拨叉35进行移动。所述拨叉35类似于传统变速器中使用的同步器拨叉，在此不再详述。

在这种实施例中，在第二电机4驱动车辆行驶过程中，如果需要发动机1驱动第一电机2进行发电，则可以通过拨叉35将限位爪34向星轮33与外环31之间的空间内移动，从而将滚子32保持在自由位置。由此，即使星轮33的转速n₁达到外环31的转速n₂，滚子33也不会从自由位置移动到楔紧位置，从而超越离合器3仍然处于分离状态，不会影响正常操作。在第二电机4反转时，情况与上述相同，不会影响到系统的正常操作。

图2是本发明的混合动力车驱动系统的第二种实施例的结构示意图。下面参照图2对第二种实施例进行描述。

如图2所示，本发明的混合动力车驱动系统还可以包括连接在发动机1与第一电机2之间的第二离合器7。该第二离合器7可以使用现有技术中的任何合适的普通离合器，优选使用电控离合器，以便于实现自动控制。

在此实施例中，由于在发动机1和第一电机2之间设置了第二离合器7，因此车辆的驱动模式或者系统的工作模式更加丰富。例如，当需要由电池组5同时为第一电机2和第二电机4供电，是这两个电机共同驱动车辆行驶时，为了避免第一电机2对发动机1造成拖动，可以使第二离合器7分离。或者，当车辆减速或者下坡过程中，需要由第一电机2通过车辆动能发电时，也可以控制第二离合器7分离，从而避免对发动机1造成拖动。

图3是本发明的混合动力车驱动系统的第三种实施例的结构示意图。下面参照图3对该第三种实施例进行描述。

如图3所示，本发明的混合动力车驱动系统还可以包括机械连接在差速器6动力输入端的可变速比变速器或者定速比减速器8。通过该变速器或者减速器8，可以更加灵活地控制车辆行驶。例如在由第一电机2和/或第二电机4驱动车辆行驶时，通过设置定速比减速器8，可以实现电机的减速增扭，从而提高电机的工作效率。在由发动机1驱动车辆行驶时，通过设置可变速比变速器，可以实现传统车辆中所具有的各种挡位，使车辆行驶更加灵活。

此外，作为一种优选的实施例，可以将超越离合器3设置到可变速比变速器或者定速比减速器8的壳体内，从而使得结构更加紧凑。

另外，关于本发明中所使用的电池组5，其可以使用现有技术中任何合适的电池组，例如背景技术部分所引用的所有现有技术中公开的电池组。关于本文中提及的差速器6，其可以使用现有技术中任何合适的差速器，该差速器可以包含或者具有减速器。另外，关于差速器6与第二电机4之间的机械连接，其可以通过任何合适的方式，例如一般的传动装置如齿轮传动、链传动、皮带传动等等。差速器6本身的结构及其连接关系如通过半轴连接到驱动车轮等都可以使用本领域技术人员所熟知的现有技术，在此不再对其作详细描述。

此外，作为一种优选实施例，所述电池组5可以具有外充电口，由外部电源如市电充电，或者优选由充电站充电。因此，在充电站如同现有的加油站被大量投入使用的情况下，电池组5可以方便地通过外充电口在充电站进行充电，就像传统车辆在加油站加油那样。

在上文中通过一些实施例对本发明的混合动力车驱动系统进行了具体描述。但需要注意的是，这些实施例都是描述性的而非限制性的。此外，上述各个实施例中的具体特征可以在可能的情况下进行任意的组合。

Claims (9)

1、一种混合动力车驱动系统，该系统包括发动机(1)，与发动机(1)机械连接的第一电机(2)，通过第一离合器(3)与第一电机(1)连接的第二电机(4)，连接于第二电机(4)输出端的差速器(6)，以及电连接到第一电机(2)和第二电机(4)的电池组(5)，其特征在于：所述第一离合器(3)为超越离合器。

2、根据权利要求1所述的混合动力车驱动系统，其特征在于：所述差速器(6)机械连接到所述超越离合器(3)、第二电机(4)或二者之间。

3、根据权利要求1所述的混合动力车驱动系统，其特征在于：所述超越离合器(3)包括外环(31)、滚子(32)、星轮(33)和限位爪(34)，在外环(31)的内表面与星轮(33)的外表面之间具有空间，滚子(32)在该空间内的楔紧位置与自由位置之间可移动，所述限位爪(34)可轴向移动到该空间内而将滚子(32)保持在所述自由位置，所述第一电机(2)机械连接到所述星轮(33)，所述第二电机(4)机械连接到所述外环(31)。

4、根据权利要求3所述的混合动力车驱动系统，其特征在于：所述限位爪(34)可轴向滑动地设置在所述星轮(33)上。

5、根据权利要求1所述的混合动力车驱动系统，其特征在于：该系统还包括连接在发动机(1)与第一电机(2)之间的第二离合器(7)。

6、根据权利要求5所述的混合动力车驱动系统，其特征在于：所述第二离合器(7)为电控离合器。

7、根据上述权利要求中任意一项所述的混合动力车驱动系统，其特征在于：该系统还包括机械连接在差速器(6)动力输入端的可变速比变速器或者定速比减速器(8)。

8、根据权利要求7所述的混合动力车驱动系统，其特征在于：所述超越离合器(3)位于可变速比变速器或者定速比减速器(8)的壳体内。

9、根据权利要求1所述的混合动力车驱动系统，其特征在于：所述电池组(5)具有外充电口。

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