CN102897017B - 一种动力耦合电控动力换挡混合动力系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力耦合电控动力换挡混合动力系统，涉及汽车技术领域，该系统包括：发动机、集成启动发电机、主驱动电机、传动耦合换挡驱动单元和车轮，所述发动机与集成启动发电机连接，发动机向所述集成启动发电机输出动力，所述集成启动发电机利用发动机输出的动力进行发电，集成启动发电机启动发动机并与发动机共同输出动力，发动机和集成启动发电机与主驱动电机通过传动耦合换挡驱动单元将耦合后的驱动力传递至车轮。本发明的动力耦合电控动力换挡混合动力系统结构紧凑、传动高效，而且无需离合装置，能够实现混合动力驱动系统工作模式切换及无动力中断的挡位变换。

Description

一种动力耦合电控动力换挡混合动力系统

技术领域

本发明涉及混合动力汽车技术领域，尤其涉及一种动力耦合电控动力换挡混合动力系统。

背景技术

节能与新能源汽车成为汽车工业的发展方向，插电式混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车已经成为各大汽车厂商大力发展的关键核心技术。由于动力电池及燃料电池的性能和成本制约，使插电式混合动力技术成为一种成本低，性能优异的解决方案，正为各大厂商所推崇。插电式混合动力汽车是由混合动力汽车进化而来，它继承了混合动力汽车的大部分特点，但把混合动力汽车的功率型电池替换为了比能量更大的功率能量兼顾型电池，其一般情况下电机负责在动力电池能量和功率比较高时实现纯电动动力输出和制动能量回收，在动力电池能量和功率下降到一个预置值时实现发动机启动，通过电机进行发电或直接参与动力驱动等功能。

插电式混合动力系统的技术解决方案中发动机与电机的耦合技术主要有：丰田汽车的普锐斯插电式混合动力车辆采用的行星齿轮动力耦合技术，采用发动机和两个电机通过一个行星齿轮连接，运用力矩叠加原理实现动力协调和变速以满足整个行驶需求。但是该方法动力传递及控制方法复杂，存在不必要的将机械能转换为电能再转换为机械能进行驱动输出而造成动力传递损失的现象，导致混合动力模式时效率降低；比亚迪汽车的F3DM采用的自动离合器动力耦合无换挡方案，发动机与集成启动发电机直接连接后通过离合器再直接与另一主驱动电机连接，然后通过主减速器直接与差速器输入轴连接。该方法结构简单，在理想情况下，动力传递直接，传递效率较高。但是在由于只有一个挡位，很难兼顾过坡、加速性能和最高电车速等方面的设计需求，以及很难在城市工况电机经常在较高效率区间工作。同时当电池能量较低需要转入发动机／电机混合行驶的情况下，由于发动机最低稳定转速和扭矩特性的限制，在很多行驶条件下如加速、爬坡和中低速城市工况，发动机只能像前述串联方式参与工作，大大降低了能量利用效率。

发明内容

本发明的目的在于通过对混合动力驱动系统的结构及连接方式的改进来提供一种动力耦合电控动力换挡混合动力系统。

为了达到以上目的，本发明公开了一种动力耦合电控动力换挡混合动力系统，包括：发动机、集成启动发电机、主驱动电机、传动耦合换挡驱动单元和车轮，所述发动机与集成启动发电机连接，发动机向所述集成启动发电机输出动力，所述集成启动发电机利用发动机输出的动力进行发电，集成启动发电机启动发动机并与发动机共同输出动力，发动机和集成启动发电机与主驱动电机通过传动耦合换挡驱动单元将耦合后的驱动力传递至车轮。

进一步，作为一种优选，所述传动耦合换挡驱动单元包括第一动力输入轴、第一轴一级减速装置、第一轴二级减速装置、换挡器和第二动力输入轴、第二轴单级减速装置、第三轴及差速器；所述第一动力输入轴连接集成启动发电机以及发动机，所述第二动力输入轴连接主驱动电机；所述换挡器套接在所述第一动力输入轴上，并与第一动力输入轴滑行连接；所述第一动力输入轴通过所述换挡器连接所述第一轴一级减速装置或第一轴二级减速装置，再连接至所述第三轴；所述第二动力输入轴通过所述第二轴单级减速装置连接第三轴。

进一步，作为一种优选，所述换挡器为同步器或啮合套换挡或齿圈轴套换挡。

进一步，作为一种优选，所述第一动力输入轴与所述第二动力输入轴同轴设置，第一动力输入轴末端经轴承支承在第二动力输入轴的末端孔内。

进一步，作为一种优选，所述第一轴一级减速装置包括一个第一级主动齿轮、一个第一级从动齿轮，其中，所述第一级主动齿轮在垂直于第一动力输入轴方向上与所述与第三轴连接的第一级从动齿轮啮合，再与所述差速器连接。

进一步，作为一种优选，所述第一级主动齿轮采用空套齿轮的方式设置在所述第一动力输入轴的外圈，通过滚针轴承支撑在第一轴上。

进一步，作为一种优选，所述第一轴二级减速装置包括一个第二级主动齿轮、一个第二级从动齿轮，其中，所述第二级主动齿轮在垂直于第一动力输入轴方向上与所述与第三轴连接的第二级从动齿轮啮合，再与所述差速器连接。

进一步，作为一种优选，所述第一轴二级主动齿轮采用空套齿轮的方式设置在所述第一动力输入轴的外圈，通过滚针轴承支撑在第一轴上。

进一步，作为一种优选，所述第二轴单级减速装置包括一个单级主动齿轮、一个单级从动齿轮，其中，所述单级主动齿轮在垂直于第二动力输入轴方向上与所述与第三轴连接的单级从动齿轮啮合，再与所述差速器连接。

本发明有益效果，能够合理耦合发动机及两个电机的动力源，实现混合动力汽车的串／并联动力输出，并能根据不同的路况及电池电量切换不同的工作模式，以达到插电式混合动力汽车的纯电驱动模式及节油环保目标并能满足不同路况所需系统性能的要求。本发明的动力耦合电控动力换挡混合动力系统布置紧凑、传动高效，而且无需离合装置就能够实现混合动力驱动系统工作模式切换，尤其是通过主驱动电机传动耦合，实现了无动力中断的动力换挡，实现了高品质换挡性能。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中：

图1为本发明实施例混合动力系统示意图。

图中，1发动机，2集成启动发电机，3主驱动电机，4第一动力输入轴，5第二动力输入轴，6第三轴，7换挡器，8第一轴一级减速装置，9第一轴二级减速装置，10第二轴单级减速装置,11第一级主动齿轮,12第一级从动齿轮,13第二级主动齿轮,14第二级从动齿轮,15单级主动齿轮,16单级从动齿轮,17轴承,18差速器,19车轮。

具体实施方式

参照图1对本发明的实施例进行说明。

为使上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，一种动力耦合电控动力换挡混合动力系统，包括：发动机1、集成启动发电机2、主驱动电机3、传动耦合换挡驱动单元和车轮19，所述发动机1与集成启动发电机2连接，发动机1向所述集成启动发电机2输出动力，所述集成启动发电机2利用发动机1输出的动力进行发电，集成启动发电机2启动发动机1并与发动机1共同输出动力，发动机1和集成启动发电机2与主驱动电机3通过传动耦合换挡驱动单元将耦合后的驱动力传递至车轮19。

进一步，所述传动耦合换挡驱动单元包括：第一动力输入轴4、第一轴一级减速装置8、第一轴二级减速装置9、换挡器7和第二动力输入轴5、第二轴单级减速装置10、第三轴6及差速器18。具体地，所述第一动力输入轴4连接集成启动发电机2以及汽车的发动机1，具体地，集成启动发电机2转子、第一动力输入轴4及换挡器7的转动惯量等效于传动发动机1的飞轮，从而可以取消发动机1的飞轮。具体地，所述第二动力输入轴5连接主驱动电机3。所述换挡器7可为同步器和所述第一动力输入轴4通过花键连接，其能够和所述第一动力输入轴4一起旋转且能够在所述第一动力输入轴4上滑行，所述第一动力输入轴4通过所述换挡器7连接所述第一轴一级减速装置8或第一轴二级减速装置9或分离处于空挡位置，从而实现第一动力输入能分别进入一挡（低速挡）、二挡（高速挡）和空挡（动力断开挡）。具体地，所述第一动力输入轴4与所述第二动力输入轴5同轴设置，第一动力输入轴4末端经轴承17支承在第二动力输入轴5的末端孔内。

进一步，所述第一动力输入轴4通过所述第一轴一级减速装置8或第一轴二级减速装置9，连接至所述第三轴6。进一步，所述第二动力输入轴5通过所述第二轴单级减速装置10连接第三轴6，从而实现所述第二动力输入与第一动力输入的耦合。具体地，所述第一轴一级减速装置8包括一个第一级主动齿轮11、一个第一级从动齿轮12，其中，所述第一级主动齿轮11在垂直于第一轴方向上与所述与第三轴6连接的第一级从动齿轮啮合12，再与所述差速器18连接。具体地，所述第一轴二级减速装置9包括一个第二级主动齿轮13、一个第二级从动齿轮14，其中，所述第二级主动齿轮13在垂直于第一轴4方向上与所述与第三轴6连接的第二级从动齿轮14啮合，再与所述差速器18连接。具体地，所述第二轴单级减速装置10包括一个单级主动齿轮15、一个单级从动齿轮16，其中，所述第二轴主动齿轮15在垂直于第二轴5方向与所述与第三轴连接的单级从动齿轮16啮合，再与所述差速器18连接。

按照以上实施方式，动力系统输出的动力可以实现三种路径的传输，当所述换挡器7分离时，只有主驱动电机3的动力能经第二动力输入轴5传递至车轮19。当所述换挡器结合第一级减速装置8时，第一输入动力经过一挡的减速增扭与第二输入动力经过单级减速装置10减速增扭通过第三轴6进行耦合经差速器18传递至车轮19，实现发动机1与集成启动发电机2的输出动力经一挡位耦合主驱动电机3输出动力，实现混合动力系统相关模式功能。当所述换挡器结合第一级减速装置8时，第一输入动力经过二挡的减速增扭与第二输入动力经过单级减速装置10减速增扭通过第三轴6进行耦合经差速器18传递至车轮19，实现发动机1与集成启动发电机2的输出动力经二挡位耦合主驱动电机3输出动力，实现混合动力系统相关模式功能。

进一步，所述第一级主动齿轮11采用空套齿轮的方式设置在所述第一动力输入轴4的外圈，依靠滚针轴承支撑在第一动力输入轴4上。进一步，所述第一轴二级主动齿轮13采用空套齿轮的方式设置在所述第一动力输入轴4的外圈，依靠滚针轴承支撑在第一动力输入轴4上。

表1为本发明实施例提供的用于汽车混合动力系统的工作模式控制表

表1给出了依据本发明实施例提供的动力耦合电控动力换挡混合动力系统控制方法的工作模式表，通过整车控制系统控制发动机1、集成启动发电机2、主驱动电机3及换挡器7的工作状态，实现所述混合动力系统不同工作模式的切换。并能至少能实现所应用车辆具有纯电驱动模式、停车充电模式、混合动力并联工作模式及其换挡模式、混合动力串联工作模式、混合动力混联工作模式及其换挡模式和制动能量回收模式等。

具体地，所应用的车辆处于纯电动模式时，所述车辆混合动力驱动系统的发动机1、集成启动发动机2两个动力源与车轮19动力断开，该模式下控制所述传动耦合换挡驱动单元的换挡器7分离，控制所述发动机1、集成启动发动机2停止工作，根据整车控制系统对驾驶员驾驶意图的识别，控制所述主驱动电机3动力输出，使整车实现纯电动模式工况的启动、加速、减速、驻车等行驶功能。

具体地，所应用的车辆处于停车充电模式时，所述集成启动发电机2在汽车停车时利用发动机1输出的动力对混合动力汽车的动力电池组进行充电，该模式下控制所述传动耦合换挡驱动单元的换挡器7分离，控制所述发动机1进行工作，所述集成启动发电机2进行发电工作，所述主驱动电机3停止工作。只有整车控制系统检测到电池组电量过低时，并且空调或其它车载用电器件长期工作时，才进入停车充电模式。

具体地，所应用的车辆处于混合动力并联工作模式及其换挡模式时，混合动力驱动系统利用所述发动机1与集成启动发电机2及主驱动电机3或两个电机之一输出的动力驱动汽车行驶，该模式下控制主驱动电机1或集成启动发电机2，并控制所述换挡器7结合所述第一轴一级减速装置8或二级减速装置9，实现所述传动耦合换挡驱动单元的所述第一动力输入的发动机1与集成启动发电机2处于一挡或二挡功能，同时在所述换挡器7在结合、分离、结合的换挡过程中，通过控制主驱动电机实现所述第三轴6无动力中断，从而实现一挡或二挡的无动力中断和平顺性换挡，提高换挡品质。

具体地，所应用的车辆处于混合动力串联工作模式时，混合动力驱动系统利用发动机1输出的动力经集成启动发电机2发电对混合动力汽车的电池组进行充电、利用所述主驱动电机3输出的动力驱动汽车行驶，该模式下控制主驱动电机3输出动力驱动汽车行驶，并控制所述换挡器7分离，使所述第一动力输入的发动机1与集成启动发动机2处于空挡，实现与车轮动力断开。

所应用的车辆处于混合动力混联工作模式及其换挡模式时，所述发动机1部分动力及主驱动电机3输出的动力驱动汽车行驶，所述发动机1其余动力驱动集成启动发电机2发电对混合动力汽车的电池组进行充电，并控制所述换挡器7结合所述第一动力输入轴4一级减速装置8或二级减速装置9，实现所述第一动力输入的发动机1与集成启动发电机2处于一挡或二挡功能，同时在所述换挡器7在结合、分离、结合的换挡过程中，通过控制主驱动电机3实现所述第三轴6无动力输入中断，从而实现一挡或二挡的无动力中断和平顺性换挡，提高换挡品质。

具体地，所应用的车辆处于制动能量回收模式时，所述主驱动电机3与集成启动发电机2在汽车制动时进行能量回收，该模式下控制所述主驱动电机3与集成启动发电机2施加制动扭矩进行发电工作。优选主驱动电机3提供制动扭矩进行发电，当主驱动电机3外特性制动扭矩不足以提供所需制动扭矩时由集成启动发电机2补偿提供。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种动力耦合电控动力换挡混合动力系统，其特征在于，包括：发动机、集成启动发电机、主驱动电机、传动耦合换挡驱动单元和车轮，所述发动机与集成启动发电机连接，发动机向所述集成启动发电机输出动力，所述集成启动发电机利用发动机输出的动力进行发电，集成启动发电机启动发动机并与发动机共同输出动力，发动机和集成启动发电机与主驱动电机通过传动耦合换挡驱动单元将耦合后的驱动力传递至车轮；其中：

所述传动耦合换挡驱动单元包括第一动力输入轴、第一轴一级减速装置、第一轴二级减速装置、换挡器和第二动力输入轴、第二轴单级减速装置、第三轴及差速器；所述第一动力输入轴连接集成启动发电机以及发动机，所述第二动力输入轴连接主驱动电机；所述换挡器套接在所述第一动力输入轴上，并与第一动力输入轴滑行连接；所述第一动力输入轴通过所述换挡器连接所述第一轴一级减速装置或第一轴二级减速装置，再连接至所述第三轴；所述第二动力输入轴通过所述第二轴单级减速装置连接第三轴。

2.根据权利要求1所述的动力耦合电控动力换挡混合动力系统，其特征在于，所述换挡器为同步器或啮合套换挡或齿圈轴套换挡。

3.根据权利要求1所述的动力耦合电控动力换挡混合动力系统，其特征在于，所述第一动力输入轴与所述第二动力输入轴同轴设置，第一动力输入轴末端经轴承支承在第二动力输入轴的末端孔内。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的动力耦合电控动力换挡混合动力系统，其特征在于，所述第一轴一级减速装置包括一个第一级主动齿轮、 一个第一级从动齿轮，其中，所述第一级主动齿轮在垂直于第一动力输入轴方向上与与所述第三轴连接的第一级从动齿轮啮合，再与所述差速器连接。

5.根据权利要求4所述的动力耦合电控动力换挡混合动力系统，其特征在于，所述第一级主动齿轮采用空套齿轮的方式设置在所述第一动力输入轴的外圈，通过滚针轴承支撑在第一轴上。

6.根据权利要求1至3中任意一项所述的动力耦合电控动力换挡混合动力系统，其特征在于，所述第一轴二级减速装置包括一个第二级主动齿轮、一个第二级从动齿轮，其中，所述第二级主动齿轮在垂直于第一动力输入轴方向上与与所述第三轴连接的第二级从动齿轮啮合，再与所述差速器连接。

7.根据权利要求6所述的动力耦合电控动力换挡混合动力系统，其特征在于，所述第二级主动齿轮采用空套齿轮的方式设置在所述第一动力输入轴的外圈，通过滚针轴承支撑在第一轴上。

8.根据权利要求1至3中任意一项所述的动力耦合电控动力换挡混合动力系统，其特征在于，所述第二轴单级减速装置包括一个单级主动齿轮、一个单级从动齿轮，其中，所述单级主动齿轮在垂直于第二动力输入轴方向上与与所述第三轴连接的单级从动齿轮啮合，再与所述差速器连接。