CN104691299A - 多模式多挡位混合动力系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多模式多挡位混合动力系统，包括驱动电机、发动机、变速箱体和设于变速箱体内的中间轴、输出轴、两个输入轴和至少两个离合传动单元；驱动电机和发动机布置在变速箱体的同一侧，输出轴布置在另一侧；驱动电机连接到一个输入轴，发动机通过离合器连接到另一输入轴；两个输入轴通过轴承同轴转动联接，并通过输入轴同步器实现两个输入轴之间的离合，两个输入轴各经离合传动单元连接到中间轴，中间轴通过齿轮啮合传动于输出轴。本发明具有动力性好，性价比高的特点，且结构简单，维护成本低，能够更好的适用于客车或货车等对动力系统径向空间紧凑，轴向空间富裕且驱动桥具有差速器的电动车辆。

Description

多模式多挡位混合动力系统

技术领域

本发明涉及车辆传动系统技术，特别是涉及一种多模式多挡位混合动力系统。

背景技术

纯电动汽车由于零排放的优势，对改善全球空气质量有着重大意义，但是受限于电池技术水平，制造成本高、容量小、充电时间长，使得纯电动汽车的应用受到很大的限制。

针对于纯电动汽车存在的问题，目前通用的解决方案是同时使用发动机系统和电动机系统，根据发动机系统和电动机系统之间的关系不同，分为并联式混合动力系统和串联式动力系统。并联式混合动力系统中，发动机系统与电动机系统为并联关系，发动机系统与电动机系统都能够直接向整车输出动力。串联式电动汽车中，发动机系统仅与发电机构成发电系统，不直接向整车输出动力。

专利文献号为CN201310672320.5的中国专利公开了一种一个发动机加两个电机驱动的混合动力系统方案，该方案虽然能够适用于装配有带差速器的驱动桥的电动车辆，但由于其中的电机均布置在变速装置(变速箱体)内部，增加了变速装置的尺寸，并增加了混合动力系统的制造难度，进而导致混合动力系统成本高昂，并使得变速装置内部的电机维修保养较为困难。且该方案中，发动机通过电机驱动变速装置，使得混合动力系统中驱动电机的设计必须考虑发动机的影响，存在电机在不工作的时候电机转子仍受到发动机的带动而切割磁感线的问题。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种动力性好、性价比高的用于装配有带差速器的驱动桥的多模式多挡位混合动力系统。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种多模式多挡位混合动力系统，包括驱动电机、发动机、变速装置；所述变速装置包括变速箱体和设于所述变速箱体内的第一输入轴、对应所述第一输入轴的至少一第一离合传动单元、第二输入轴、对应所述第二输入轴的至少一第二离合传动单元、中间轴和输出轴；

所述驱动电机、所述发动机布置在所述变速箱体的同一侧，所述输出轴布置在所述变速箱体的另一侧；

所述第一输入轴、所述第二输入轴和所述中间轴均可转动的安装在所述变速箱体上，且所述第二输入轴平行于所述中间轴，所述第一输入轴布置在所述第二输入轴外侧，并与所述第二输入轴通过轴承同轴转动联接，所述第二输入轴上固设有一个能与所述第一输入轴接合且能与所述第一输入轴分离的输入轴同步器；

所述驱动电机的动力输出轴经传动部件连接到所述第一输入轴，所述发动机的动力输出轴通过离合器连接到所述第二输入轴；

所述第一离合传动单元能够控制所述第一输入轴与所述中间轴之间的离合，所述第二离合传动单元能够控制所述第二输入轴与所述中间轴之间的离合，所述中间轴通过齿轮啮合传动于所述输出轴。

作为本发明的进一步改进，设有一个所述第一离合传动单元和一个所述第二离合传动单元。

作为本发明的进一步改进，设有两个所述第一离合传动单元和两个所述第二离合传动单元。

作为本发明的进一步改进，所述第一离合传动单元包括一个第一主动齿轮、一个与所述第一主动齿轮啮合的第一从动齿轮和一个能与所述第一主动齿轮接合且能与所述第一主动齿轮分离的第一轴轮同步器；所述第二离合传动单元包括一个第二主动齿轮、一个与所述第二主动齿轮啮合的第二从动齿轮和一个能与所述第二主动齿轮接合且能与所述第二主动齿轮分离的第二轴轮同步器。

作为本发明的进一步改进，所述第一主动齿轮与所述第一从动齿轮之间具有齿差，所述第二主动齿轮与所述第二从动齿轮之间具有齿差，所述第一主动齿轮与所述第二主动齿轮之间具有齿差，所述第一从动齿轮与所述第二从动齿轮之间具有齿差。

作为本发明的进一步改进，所述中间轴上同轴固接有一中间齿轮，所述输出轴上同轴固接有一个输出齿轮，所述中间齿轮与所述输出齿轮啮合。

作为本发明的进一步改进，所述输出轴的轴线和所述第二输入轴的轴线相互重合。

本发明的有益效果是：本发明提供一种多模式多挡位混合动力系统，通过将驱动电机和发动机设于变速装置的变速箱体的同一侧，将变速装置中的输出轴布置在变速箱体的另一侧；且将第一输入轴同轴布置在第二输入轴外侧并与第二输入轴通过轴承同轴转动联接，能实现动力系统的纵置，即动力系统的轴线与驱动桥轴线垂直，进而能够增大轴向排布空间，缩短径向排布空间，从而能够更好的适用于客车或货车等对动力系统径向空间紧凑，轴向空间富裕且驱动桥具有差速器的电动车辆。由于发动机能够通过第二输入轴独立的向变速装置输出动力，不需要通过电机驱动变速装置，使得混合动力系统中驱动电机的设计不受到发动机的影响，解决了电机在不工作的时候电机转子受到发动机的带动而切割磁感线的问题。

通过切换发动机、驱动电机、同步器、离合器的工作状态，能兼具纯电动模式、混合动力模式、纯燃油模式、发电模式等4种模式10个挡位，根据效率最优化原则分配动力，使系统的动力性和效率处于最优状态，发动机可以与电机一起向整车输出动力，也可以在驱动电机发电的同时向整车输出动力，解决了并联式混合动力系统和串联式混合动力系统不能同时满足整车动力性和燃油经济性的问题，具有动力性好，性价比高的特点，且结构简单，维护成本低，适合于大规模推广应用。另外，还可以增加挡位齿轮副的数量，使得整车在全路况下均有优越的动力性能和经济性能。

附图说明

图1为本发明多模式多挡位混合动力系统实施例1的结构原理图；

图2是本发明多模式多挡位混合动力系统实施例2的结构原理图。

结合附图，作以下说明：

10——驱动电机            11——第一输入轴

12、13——第一主动齿轮    20——发动机

21——第二输入轴          22、23——第二主动齿轮

31——中间轴              32、34——第一从动齿轮

33、35——第二从动齿轮    39——中间齿轮

41——输出轴              42——输出齿轮

51——输入轴同步器        52、54——第一轴轮同步器

53、55——第二轴轮同步器  80——离合器

90——变速箱体

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明，其目的仅在于更好理解本发明的内容而非限制本发明的保护范围。

实施例1

如图1所示，一种多模式多挡位混合动力系统，包括驱动电机10、发动机20、变速装置。

所述变速装置包括变速箱体90和设于所述变速箱体内的第一输入轴11、对应所述第一输入轴的一个第一离合传动单元、第二输入轴21、对应所述第二输入轴的一个第二离合传动单元、中间轴31和输出轴41。

第一离合传动单元包括一个第一主动齿轮12、一个与第一主动齿轮12啮合的第一从动齿轮32和一个能与所述第一从动齿轮32接合且能与所述第一从动齿轮32分离的第一轴轮同步器52。

第二离合传动单元包括一个第二主动齿轮22、一个与第二主动齿轮22啮合的第二从动齿轮33和一个能与所述第二从动齿轮33接合且能与所述第二从动齿轮33分离的第二轴轮同步器53；

所述驱动电机10、所述发动机20布置在所述变速箱体的同一侧，所述输出轴41布置在所述变速箱体的另一侧；

所述第一输入轴11、所述第二输入轴21和所述中间轴31均可转动的安装在所述变速箱体上，较佳的，所述第二输入轴11经轴承安装在变速箱体90上，且所述第二输入轴平行于所述中间轴，所述第一输入轴布置在所述第二输入轴外侧，并与所述第二输入轴通过轴承同轴转动联接，所述第二输入轴21上同轴固接有一个能与所述第一输入轴11接合且能与所述第一输入轴11分离的输入轴同步器51；

所述驱动电机10的动力输出轴经传动部件连接到所述第一输入轴，所述发动机20的动力输出轴通过离合器80连接到第二输入轴；较佳的，所述驱动电机10的动力输出轴为第一输入轴11、发动机20的动力输出轴通过离合器80连接到第二输入轴21，所述第一输入轴11同轴的布置在第二输入轴21外侧；

所述第一离合传动单元能够控制所述第一输入轴与所述中间轴之间的离合，即第一离合传动单元以中间轴31及第一输入轴11作为对应本单元的两个布设轴，其中的一个布设轴(第一输入轴11)与本单元的第一主动齿轮12同轴固接，另一个布设轴(中间轴31)与本单元的第一轴轮同步器52同轴固接，且该轴(中间轴31)与本单元的第一从动齿轮32以转动配合方式同轴套接；所述第二离合传动单元能够控制所述第二输入轴与所述中间轴之间的离合，即第二离合传动单元以中间轴31及第二输入轴21作为对应本单元的两个布设轴，其中的一个布设轴(第二输入轴21)与本单元的第二主动齿轮22同轴固接，另一个布设轴(中间轴31)与本单元的第二轴轮同步器53同轴固接，且该轴(中间轴31)与本单元的第二从动齿轮33以转动配合方式同轴套接。所述中间轴通过齿轮啮合传动于所述输出轴，即所述中间轴上同轴固接有一中间齿轮39，所述输出轴上同轴固接有一个输出齿轮42，所述中间齿轮与所述输出齿轮啮合。

该实施例1中，同一离合传动单元中的主动齿轮与从动齿轮之间具有齿差，各主动齿轮之间具有齿差，各从动齿轮之间具有齿差。具体为：所述第一主动齿轮与所述第一从动齿轮之间具有齿差，所述第二主动齿轮与所述第二从动齿轮之间具有齿差，所述第一主动齿轮与所述第二主动齿轮之间具有齿差，所述第一从动齿轮与所述第二从动齿轮之间具有齿差。

上述结构中，通过将驱动电机和发动机设于变速装置的变速箱体的同一侧，将变速装置中的输出轴布置在变速箱体的另一侧；且将第一输入轴同轴布置在第二输入轴外侧并与第二输入轴通过轴承同轴转动联接，能实现动力系统的纵置，即动力系统的轴线与驱动桥轴线垂直，进而能够增大轴向排布空间，缩短径向排布空间，从而能够更好的适用于客车或货车等对动力系统径向空间紧凑，轴向空间富裕且驱动桥具有差速器的电动车辆。由于发动机能够通过第二输入轴独立的向变速装置输出动力，不需要通过电机驱动变速装置，使得混合动力系统中驱动电机的设计不受到发动机的影响，解决了电机在不工作的时候电机转子受到发动机的带动而切割磁感线的问题。

本发明该实施例1中，所述输入轴同步器51、第一轴轮同步器52、第二轴轮同步器53均为现有技术，具体采用的是依靠摩擦作用实现同步的惯性同步器，本发明其它实施例中也可以采用其它结构的同步器。本发明该实施例1中，所述发动机为现有技术，具体为燃油发动机或燃气发动机。

通过切换发动机、驱动电机、同步器、离合器的工作状态，本发明实施例1能兼具纯电动模式、混合动力模式、纯燃油模式、发电模式等4种模式10个挡位，根据效率最优化原则分配动力，使系统的动力性和效率处于最优状态，发动机可以与电机一起向整车输出动力，也可以在驱动电机发电的同时向整车输出动力，解决了并联式混合动力系统和串联式混合动力系统不能同时满足整车动力性和燃油经济性的问题，具有动力性好，性价比高的特点，且结构简单，维护成本低，适合于大规模推广应用。另外，还可以增加挡位齿轮副的数量，使得整车在全路况下均有优越的动力性能和经济性能。

本发明实施例1所提供的多模式多挡位混合动力系统4种模式10个挡位动力输出的工作原理如下：

纯电动模式下共有2个挡位，混合动力模式下共有3个挡位，纯燃油模式下共有2个挡位，充电模式下共有3个挡位。

各工作模式下的挡位如下：

1)纯电动模式

纯电动模式挡位1：发动机20不工作，离合器80断开，驱动电机10输出动力，输入轴同步器51断开，第一轴轮同步器52闭合，第二轴轮同步器53断开；

纯电动模式挡位2：发动机20不工作，离合器80断开，驱动电机10输出动力，输入轴同步器51闭合，第一轴轮同步器52断开，第二轴轮同步器53闭合；

2)混合动力模式

混合动力模式挡位1：发动机20输出动力，离合器80闭合，驱动电机10输出动力，输入轴同步器51闭合，第一轴轮同步器52闭合，第二轴轮同步器53断开；

混合动力模式挡位2：发动机20输出动力，离合器80闭合，驱动电机10输出动力，输入轴同步器51分离，第一轴轮同步器52闭合，第二轴轮同步器53闭合；

混合动力模式挡位3：发动机20输出动力，离合器80闭合，驱动电机10输出动力，输入轴同步器51闭合，第一轴轮同步器52断开，第二轴轮同步器53闭合；

3)纯燃油模式

纯燃油模式挡位1：发动机20输出动力，离合器80闭合，驱动电机10不工作，输入轴同步器51闭合，第一轴轮同步器52闭合，第二轴轮同步器53断开；

纯燃油模式挡位2：发动机20输出动力，离合器80闭合，驱动电机10不工作，输入轴同步器51断开，第一轴轮同步器52断开，第二轴轮同步器53闭合；

4)充电模式

充电模式挡位1：发动机20输出动力，离合器80闭合，驱动电机10发电，输入轴同步器51闭合，第一轴轮同步器52闭合，第二轴轮同步器53闭合；

充电模式挡位2：发动机20输出动力，离合器80闭合，驱动电机10发电，输入轴同步器51闭合，第一轴轮同步器52断开，第二轴轮同步器53闭合；

充电模式挡位3：发动机20输出动力，离合器80闭合，驱动电机10发电，输入轴同步器51闭合，第一轴轮同步器52闭合，第二轴轮同步器53断开；

各工作模式的工作原理如下：

当输入轴同步器51闭合时，第一输入轴11与第二输入轴21建立动力连接；

当第一轴轮同步器52闭合时，第一离合传动单元与中间轴31建立动力连接，第一输入轴11上的动力通过第一离合传动单元传递至中间轴31；

当第二轴轮同步器53闭合时，第二离合传动单元与中间轴31建立动力连接，第二输入轴21上的动力通过第二离合传动单元传递至中间轴31；

中间轴通过中间齿轮39和输出齿轮42的啮合将动力输出至输出轴41，最终由输出轴41输出动力；

在纯电动模式下，离合器80处于分离状态，发动机20不工作，该模式下驱动电机10可以通过输入轴同步器51、第一离合传动单元、第二离合传动单元将动力输出至中间轴31，并通过中间齿轮39和输出齿轮42的啮合将动力输出至输出轴41，最终由输出轴41输出动力；

在混合动力模式下，离合器80处于闭合状态，该模式下驱动电机10、发动机20可以通过输入轴同步器51、第一离合传动单元、第二离合传动单元将动力输出至中间轴31，并通过中间齿轮39和输出齿轮42的啮合将动力输出至输出轴41，最终由输出轴41输出动力；

在纯燃油模式下，驱动电机10不工作，该模式下发动机20可以通过输入轴同步器51、第一离合传动单元、第二离合传动单元将动力输出至中间轴31，并通过中间齿轮39和输出齿轮42的啮合将动力输出至输出轴41，最终由输出轴41输出动力；

在充电模式下，离合器80处于闭合状态，发动机20输出动力，驱动电机10处于发电状态，当整车需要动力输出时，发动机20在驱动电机10发电的同时向整车输出动力；

在紧急充电工况或其它需要较大发电功率的场合，如向其它纯电动车辆进行应急充电或将车辆电池作为移动应急电源的场合，第一轴轮同步器52和第二轴轮同步器53分离，此时发动机20输出的动力全部用于驱动电机10发电，这有助于扩大纯电动车辆和插电式混合动力车辆在野外场合的应用。

实施例2

如图2所示，本实施例2包括实施例1中的所有技术特征，其区别在于：对应第一输入轴设了两个第一离合传动单元，对应第二输入轴设了两个第二离合传动单元；即包括两个第一主动齿轮12、13、两个与对应的第一主动齿轮12、13啮合的第一从动齿轮32、34和两个能与对应的第一从动齿轮32、34接合且能与对应的第一从动齿轮32、34分离的第一轴轮同步器52、54；还包括两个第二主动齿轮22、23、两个与对应的第二主动齿轮22、23啮合的第二从动齿轮33、35和两个能与对应的第二从动齿轮33、35接合且能与对应的第二从动齿轮33、35分离的第二轴轮同步器53；

本发明该实施例2中，同一离合传动单元中的主动齿轮与从动齿轮之间具有齿差，各主动齿轮之间具有齿差，各从动齿轮之间具有齿差。

本发明实施例2相对实施例1增设了两个离合传动单元后，混合动力系统的工作模式依然为4个：纯电动模式、混合动力模式、纯燃油模式、发电模式，挡位数增加至20个，其中的纯电动模式下共有4个挡位，混合动力模式下共有7个挡位，纯燃油模式下共有4个挡位，充电模式下共有5个挡位；对于负载变化很大的电动车辆亦能具有优异的动力性和经济性。

本发明其它实施例中，离合传动单元的数量也可以是大于2的任意数量，挡位数量也随离合传动单元的数量的多少相应的增减；输入轴同步器可以同轴固接在第一输入轴上，能与第二输入轴接合且能与第二输入轴分离；第一离合传动单元的第一轴轮同步器可以同轴固接在本单元对应的第一输入轴上；第二离合传动单元的第二轴轮同步器可以同轴固接在本单元对应的第二输入轴上。

本发明其它实施例中，可增加或减少挡位齿轮副的数量，以满足不同混合动力车辆的挡位需求。

由此可见，本发明各实施例中，随着离合传动单元的数量的增加，挡位数量增加的倍数越多，而挡位数量的增加，使得驱动电机处于最佳效率区的可能性更大，使得纯电动汽车的经济性能越好。

以上实施例是参照附图，对本发明的优选实施例进行详细说明。本领域的技术人员通过对上述实施例进行各种形式上的修改或变更，但不背离本发明的实质的情况下，都落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多模式多挡位混合动力系统，包括驱动电机(10)、发动机(20)、变速装置；其特征在于：所述变速装置包括变速箱体(90)和设于所述变速箱体内的第一输入轴(11)、对应所述第一输入轴的至少一第一离合传动单元、第二输入轴(21)、对应所述第二输入轴的至少一第二离合传动单元、中间轴(31)和输出轴(41)；

所述驱动电机、所述发动机布置在所述变速箱体的同一侧，所述输出轴布置在所述变速箱体的另一侧；

所述第一输入轴、所述第二输入轴和所述中间轴均可转动的安装在所述变速箱体上，且所述第二输入轴平行于所述中间轴，所述第一输入轴布置在所述第二输入轴外侧，并与所述第二输入轴通过轴承同轴转动联接，所述第二输入轴上固设有一个能与所述第一输入轴接合且能与所述第一输入轴分离的输入轴同步器(51)；

所述驱动电机的动力输出轴经传动部件连接到所述第一输入轴，所述发动机的动力输出轴通过离合器(80)连接到所述第二输入轴；

所述第一离合传动单元能够控制所述第一输入轴与所述中间轴之间的离合，所述第二离合传动单元能够控制所述第二输入轴与所述中间轴之间的离合，所述中间轴通过齿轮啮合传动于所述输出轴。

2.根据权利要求1所述的多模式多挡位混合动力系统，其特征在于：设有一个所述第一离合传动单元和一个所述第二离合传动单元。

3.根据权利要求1所述的多模式多挡位混合动力系统，其特征在于：设有两个所述第一离合传动单元和两个所述第二离合传动单元。

4.根据权利要求2或3所述的多模式多挡位混合动力系统，其特征在于：所述第一离合传动单元包括一个第一主动齿轮(12)、一个与所述第一主动齿轮啮合的第一从动齿轮(32)和一个能与所述第一主动齿轮接合且能与所述第一主动齿轮分离的第一轴轮同步器(52)；所述第二离合传动单元包括一个第二主动齿轮(22)、一个与所述第二主动齿轮啮合的第二从动齿轮(33)和一个能与所述第二主动齿轮接合且能与所述第二主动齿轮分离的第二轴轮同步器(53)。

5.根据权利要求4所述的多模式多挡位混合动力系统，其特征在于：所述第一主动齿轮与所述第一从动齿轮之间具有齿差，所述第二主动齿轮与所述第二从动齿轮之间具有齿差，所述第一主动齿轮与所述第二主动齿轮之间具有齿差，所述第一从动齿轮与所述第二从动齿轮之间具有齿差。

6.根据权利要求1所述的多模式多挡位混合动力系统，其特征在于：所述中间轴上同轴固接有一中间齿轮(39)，所述输出轴上同轴固接有一个输出齿轮(42)，所述中间齿轮与所述输出齿轮啮合。

7.根据权利要求1所述的多模式多挡位混合动力系统，其特征在于：所述输出轴的轴线和所述第二输入轴的轴线相互重合。