CN105172572B - 四驱混合动力车辆及其动力传动系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种四驱混合动力车辆的动力传动系统，包括前驱系统和后驱系统，所述前驱系统包括发动机、发电机和前驱电动机，所述发动机和所述发电机传动连接，所述发动机的动力输出侧和所述前驱电动机的动力输出侧通过离合器连接，且所述前驱电动机的输出侧与前轮驱动连接；所述后驱系统包括用于驱动后轮的后驱电动机。本发明中的动力传动系统的前驱系统和后驱系统各自独立驱动，不需要分动器，简化了传动系统的结构；且在前驱系统中，发动机和前驱电动机的动力通过离合器实现合并和分断，且离合器断开后，能够实现前驱系统的怠速停机功能。本发明还公开了一种包含该动力传动系统的四驱混合动力车辆。

Description

四驱混合动力车辆及其动力传动系统

技术领域

本发明涉及混合动力车辆技术领域，特别涉及一种四驱混合动力车辆的动力传动系统。还涉及一种包含该动力传动系统的四驱混合动力车辆。

背景技术

随着全球能源短缺，环境问题加剧，各汽车企业面临着严峻的考验。节能减排的混合动力汽车已成为各国汽车企业及相关研究机构的焦点。

世界各大汽车厂商根据资源、市场定位、技术路线等以及迎合驾驶员需求的影响下，各自采取了一些不同的混合动力系统，开发四驱混合动力系统。美国专利US 6484834B2公开了到一种混合动力四驱构型，该专利构型采用前驱和后驱两条动力路线，但前驱系统中难以实现怠速停机功能。此外美国专利US 6648785B2公开了另外一种混合动力四驱构型，该混合动力四驱构型是在传统四驱结构的基础上，通过改造分动器实现前驱和后驱的切换，但该分动器机械结构复杂，生产制造困难，成本较高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种四驱混合动力车辆的动力传动系统，以简化传动系统的结构，实现前驱系统的怠速停机功能。

本发明的另一目的在意提供一种包含该动力传动系统的四驱混合动力车辆，优化动力配置。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种四驱混合动力车辆的动力传动系统，包括前驱系统和后驱系统，所述前驱系统包括发动机、发电机和前驱电动机，所述发动机和所述发电机传动连接，所述发动机的动力输出侧和所述前驱电动机的动力输出侧通过离合器连接，且所述前驱电动机的动力输出侧与前轮驱动连接；所述后驱系统包括用于驱动后轮的后驱电动机。

优选地，在上述的动力传动系统中，所述发动机和所述发电机通过行星齿轮组传动连接，所述行星齿轮组通过第一中间轴齿轮和第二中间轴齿轮与所述前驱电动机传动连接，所述第一中间轴齿轮和所述第二中间轴齿轮通过所述离合器同轴连接，所述行星齿轮组包括：

太阳轮，通过连接轴与所述发电机的转子连接；

行星齿轮架，与所述发动机的输出轴连接；

齿圈，与所述行星齿轮架上的行星齿轮啮合；

发动机输出齿轮，同轴固定在所述齿圈上，所述发动机输出齿轮与所述第一中间轴齿轮啮合，所述第二中间轴齿轮与所述前驱电动机的输出轴齿轮啮合且与前轮差速器齿轮啮合。

优选地，在上述的动力传动系统中，所述前驱系统还包括第一锁止制动器，设置于所述太阳轮的连接轴上，用于锁止所述太阳轮转动。

优选地，在上述的动力传动系统中，所述前驱系统还包括第二锁止制动器，设置于所述齿圈上，用于锁止所述齿圈转动。

优选地，在上述的动力传动系统中，所述后驱电动机的输出轴齿轮与第三中间轴齿轮啮合，所述第三中间轴齿轮与后轮差速器齿轮啮合。

本发明还提供了一种四驱混合动力车辆，包括动力传动系统，所述动力传动系统为以上任一项所述的动力传动系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的四驱混合动力车辆的动力传动系统中，前驱系统通过发动机、发电机和前驱电动机对前轮进行驱动，后驱系统通过后驱电动机对后轮进行驱动，前驱系统和后驱系统各自独立驱动，不需要使用分动器，简化了传动系统的结构；在前驱系统中，发动机与发电机传动连接，发动机的动力输出侧和前驱电动机的动力输出侧通过离合器连接，则发动机和前驱电动机的动力通过离合器实现合并和分断，且离合器断开后，能够实现前驱系统的怠速停机功能。

在本发明一实施例中，发动机和发电机通过行星齿轮组传动连接，且设置第一锁止制动器和第二锁止制动器实现了各工作模式的切换，切换简单，且结构相对现有的分动器机械结构简单，降低了制造难度，降低了成本。

本发明提供的四驱混合动力车辆，由于采用了上述动力传动系统，能够优化车辆的动力分配。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种四驱混合动力车辆的动力传动系统的连接示意图。

其中，1为发动机、2为发电机、3为第一锁止制动器、4为第二锁止制动器、5为齿圈、6为发动机输出齿轮、7为第一中间轴齿轮、8为前驱电动机输出齿轮、9为前驱电动机、10为前轮、11为太阳轮、12为行星齿轮架、13为离合器、14为第二中间轴齿轮、15为前轮差速器齿轮、16为后驱电动机输出齿轮、17为后轮、18为第三中间轴齿轮、19为后轮差速器齿轮、20为后驱电动机。

具体实施方式

本发明的核心是提供了一种四驱混合动力车辆的动力传动系统，简化了传动系统的结构，能够实现前驱系统的怠速停机功能。

本发明还提供了一种包含该动力传动系统的四驱混合动力车辆，优化了动力分配。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，本发明实施例提供了一种四驱混合动力车辆的动力传动系统，以下简称动力传动系统，包括前驱系统和后驱系统，其中，前驱系统包括发动机1、发电机2和前驱电动机9；发动机1和发电机2传动连接，发电机2与电池连通，发动机1的动力输出侧和前驱电动机9的动力输出侧通过离合器13连接，且前驱电动机9的动力输出侧与前轮12驱动连接；后驱系统包括用于驱动后轮17的后驱电动机20，前驱电动机9和后驱电动机20均与电池连接。

上述动力传动系统中，前驱系统通过发动机1、发电机2和前驱电动机9对前轮10进行驱动，后驱系统通过后驱电动机20对后轮17进行驱动。对于前驱系统，由于发动机1的动力输出侧和前驱电动机9的动力输出侧通过离合器13连接，且前驱电动机9的动力输出侧与前轮10驱动连接，则发动机1的动力和前驱电动机9的动力可以通过离合器13的闭合和断开实现合并和分断，当离合器13断开时，可切断发动机1动力，实现前驱系统只有前驱电动机9驱动前轮10；并且能够实现前驱系统的怠速停止发动机的功能，达到节能目的。

本发明实施例提供了一种具体的动力传动系统，如图1所示，发动机1和发电机2通过行星齿轮组传动连接，行星齿轮组通过第一中间轴齿轮7和第二中间轴齿轮14与前驱电动机9传动连接，第一中间轴齿轮7和第二中间轴齿轮14通过离合器13同轴连接；其中，行星齿轮组包括太阳轮11、行星齿轮架12、行星齿轮、齿圈5和发动机输出齿轮6；太阳轮11通过连接轴与发电机2的转子连接，太阳轮11随发电机2的转子一起转动；行星齿轮架12与发动机1的输出轴连接，随发动机1的输出轴一起转动，行星齿轮安装在行星齿轮架12上，并与太阳轮11啮合；齿圈5与行星齿轮啮合；发动机输出齿轮5同轴固定在齿圈5上，和齿圈5一起转动，发动机输出齿轮6与第一中间轴齿轮7啮合，第二中间轴齿轮14与前驱电动机输出齿轮8啮合且与前轮差速器齿轮15啮合。

该动力传动系统的工作原理和工作过程是：当离合器13闭合时，第一中间轴齿轮7和第二中间轴齿轮14同步连接，此时，前驱系统中的发动机1的动力和前驱电动机9的动力共同驱动前轮10。动力传递路径为：发动机1启动，发动机1输出轴带动行星齿轮架12转动，通过行星齿轮将发动机1的动力分为两路，一路传递给太阳轮11，带动太阳轮11转动，进而带动发电机2转子转动，机械能转化为电能，发电机2发电，发电机2的电能供给电池，通过电池给前驱电动机9和后驱电动机20供电；另一路发动机1的动力经行星齿轮传递给齿圈5，齿圈5和发动机输出齿轮5转动，发动机输出齿轮6带动第一中间轴齿轮7转动，发动机1的动力和前驱电动机9的动力合并，共同驱动前轮差速器齿轮15，驱动前轮10转动。此过程为混联驱动模式，适用于当车辆需求功率大，且电池电量较低时的情况，通过发动机1对发电机2进行发电，同时与前驱电动机9共同驱动前轮10。

当离合器13断开时，第一中间轴齿轮7和第二中间轴齿轮14断开连接，此时，发动机1的动力不能传递给前轮10，因此，可以停止发动机1，由前驱电动机20驱动前轮10，或者同时启动后驱电动机20驱动后轮17，此过程为纯电动驱动模式。适用于车辆电池电量足够的情况，在对动力性要求不高的情况下，只由前驱电动机9驱动前轮10，在对动力性要求较大的情况下，同时启动前驱电动机9和后驱电动机20。

同样，当离合器13断开时，发动机1继续转动，由于发动机1的动力不能传递给前轮10，但是，发动机1的功率可以部分传递给发电机2，另一部分动力使齿圈5空转，发电机2进行发电，电能供给电池，由电池给前驱电动机9和后驱电动机20供电，启动前驱电动机9和后驱电动机20进行驱动。此过程为串联驱动模式，适用于车辆电池电量低的情况。

如图1所示，对动力传动系统进一步优化，本实施例中的动力传动系统的前驱系统还包括第一锁止制动器3，第一锁止制动器3设置于太阳轮11的连接轴上，用于锁止太阳轮11转动。

设置第一锁止制动器3的动力传动系统在工作时，除了可以完成上述描述的模式外，还可以进行并联驱动模式，该模式适用于车辆需求较大的功率输出，同时车辆电池电量足够的情况。离合器13闭合，当车辆运行在高速工况时，此时发动机1处于经济运行区，且发动机1的输出功率能够满足车辆工况需求，此时锁止第一锁止制动器3，由于第一锁止制动器3设置于太阳轮11的连接轴上，因此，太阳轮11被锁止，无法转动，因此，发电机2的转子不转动，发动机1的功率全部传递给齿圈5，最终和前驱电动机9共同驱动前轮10，后驱动电机20驱动后轮。由于此工况下，电池电量充足，不需要发电机2发电，因此通过第一锁止制动器3将发电机2的转子锁止，提高了发动机1的能源转化效率。

如图1所示，进一步地，本实施例中的动力传动系统的前驱系统还包括第二锁止制动器4，第二锁止制动器4设置于齿圈5上，用于锁止齿圈5转动。

设置第二锁止制动器4的动力传动系统能够完成以上全部的工作模式，且在上述串联驱动模式下，锁止第二锁止制动器4，将齿圈5锁止，发动机1的功率全部用于发电机2的发电，从而提高了串联驱动模式的能源转化效率。

本发明中的动力传动系统还可以进行再生制动模式，当车辆在进行制动时启动再生制动模式，离合器13断开，前驱电动机9和后驱电动机20回收制动能量，前驱电动机9和后驱电动机20将制动的机械能转化为电能，并将电能输送给电池，给电池充电，实现能量回收。

除此之外，还可以通过控制发电机2实现发动机1短时间内的起停控制，发电机2带动发动机1起动，能够短时间提高发动机1的转速，降低了发动机1起动时的燃料消耗，并改善了尾气排放。

可以看出，本发明中的动力传动系统通过控制第一锁止制动器3、第二锁止控制器4和离合器13实现纯发动机驱动、纯电动驱动、串联驱动、并联驱动、混联驱动、再生制动等工作模式的切换和组合。各模式之间切换简单，且通过第一锁止制动器3、第二锁止制动器4和行星齿轮组替代了现有复杂的分动器机构，简化了传动结构，降低了制造难度，从而降低了成本。以上模式只是本发明的常用工作模式，任何其它基于本发明的技术所衍生的工作模式都没有脱离本发明的保护范畴。

如图1所示，本实施例中的动力传动系统的后驱电动机输出齿轮16与第三中间轴齿轮18啮合，第三中间轴齿轮18与后轮差速器齿轮19啮合，实现后驱电动机20与后轮17的驱动连接。

本发明实施例还提供了一种四驱混合动力车辆，包括动力传动系统，其中，动力传动系统为以上全部实施例所描述的动力传动系统。通过整车控制器和CAN总线(控制器局域网络，Controller Area Network的简称)通讯，对发动机1、发电机2、前驱电动机9和后驱电动机20这四个动力源的控制单元进行协调控制，可实现纯发动机驱动、纯电动驱动、串联驱动、并联驱动、混联驱动和再生制动等工作模式的切换和组合，也可通过对发电机2的控制实现发动机1短时间内的起停控制，降低发动机1起动时的燃料消耗，并改善尾气排放。根据不同工况优化动力分配，在满足动力性要求的前提下，提高能源的转化效率。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种四驱混合动力车辆的动力传动系统，包括前驱系统和后驱系统，其特征在于，所述前驱系统包括发动机(1)、发电机(2)和前驱电动机(9)，所述发动机(1)和所述发电机(2)传动连接，所述发动机(1)的动力输出侧和所述前驱电动机(9)的动力输出侧通过离合器(13)连接，且所述前驱电动机(9)的动力输出侧与前轮(10)驱动连接；所述后驱系统包括用于驱动后轮(17)的后驱电动机(20)；所述发动机(1)和所述发电机(2)通过行星齿轮组传动连接，所述行星齿轮组通过第一中间轴齿轮(7)和第二中间轴齿轮(14)与所述前驱电动机(9)传动连接，所述第一中间轴齿轮(7)和所述第二中间轴齿轮(14)通过所述离合器(13)同轴连接，所述行星齿轮组包括：

太阳轮(11)，通过连接轴与所述发电机(2)的转子连接；

行星齿轮架(12)，与所述发动机(1)的输出轴连接；

齿圈(5)，与所述行星齿轮架(12)上的行星齿轮啮合；

发动机输出齿轮(6)，同轴固定在所述齿圈(5)上，所述发动机输出齿轮(6)与所述第一中间轴齿轮(7)啮合，所述第二中间轴齿轮(14)与前驱电动机输出齿轮(8)啮合且与前轮差速器齿轮(15)啮合；

所述前驱系统还包括第一锁止制动器(3)，设置于所述太阳轮(11)的连接轴上，用于锁止所述太阳轮(11)转动。

2.根据权利要求1所述的动力传动系统，其特征在于，所述前驱系统还包括第二锁止制动器(4)，设置于所述齿圈(5)上，用于锁止所述齿圈(5)转动。

3.根据权利要求1所述的动力传动系统，其特征在于，后驱电动机输出齿轮(16)与第三中间轴齿轮(18)啮合，所述第三中间轴齿轮(18)与后轮差速器齿轮(19)啮合。

4.一种四驱混合动力车辆，包括动力传动系统，其特征在于，所述动力传动系统为如权利要求1-3任一项所述的动力传动系统。