CN105774521A - 混合动力汽车用动力总成 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种混合动力汽车用动力总成，该动力总成包括发电机、内燃机和电动机，发电机、电动机与蓄电池相连接，发电机通过第一齿轮组与内燃机相连接，内燃机与第一齿轮组之间设有离合器，第一齿轮组通过第二齿轮组与左驱动轮、右驱动轮相连接，第一齿轮组与第二齿轮组之间设有断开机构，第二齿轮组通过同步器与电动机相连接。该混合动力汽车用动力总成，通过不同的控制策略实现两种能源的优化组合，以解决目前混合动力汽车高速电机成本高、汽车加速能力差和爬坡能力低的缺点，改善了混合动力汽车的使用性能，提高了其燃油经济性，实现了超低排放。

Description

混合动力汽车用动力总成
技术领域
本发明涉及一种混合动力汽车用动力总成。
背景技术
本发明为一种用于驱动汽车的混合动力装置，所谓混合动力装置就是将电动机与辅助动力单元组合在一辆汽车上做驱动力，辅助动力单元实际上是一台小型内燃机或动力发电机组。形象一点说，就是将传统内燃机尽量做小，让一部分动力由电池-电动机系统承担。这种混合动力装置既发挥了内燃机持续工作时间长、动力性好的优点，又可以发挥电动机无污染、低噪声的好处，二者“并肩战斗”，取长补短。
目前汽车混合动力装置有多种不同方案，每种方案各有其优缺点。如专利CN103029558A所公开的一种技术方案，在传统的双离合变速箱内直接集成了一个驱动/发电一体电机，该方案结构简单，成本较低，在电池电量充足时可实现纯电行驶。但在电池电量不足且车速较低时，必须由内燃机直接驱动车辆，因此不利于于改善车辆的排放和燃油经济性。
专利CN201380011573所公开的另一种混合动力装置方案，采用了两个独立的电机，其中一个电机用于驱动，另一个电机仅用于发电。当电池电量不足且车速较低时，内燃机不直接驱动车辆，而是通过驱动发电机发电，再由电动机驱动车辆前进，内燃机和车轮之间没有直接机械联结，因此即使车速较低，内燃机也可在最高效率或最低排放的的转速下工作，从而大大改善了车辆的排放和燃油经济性。但该专利公布的技术方案，发电机和内燃机完全机械耦合，不能作为一个独立的驱动车辆的动力源，且内燃机到车轮和电动机到车轮均采用了单一传动速比，虽然结构简单，但存在电机成本高、汽车加速能力差和爬坡能力低等的缺点。
专利CN200910053257所公开的另一种混合动力装置方案，与专利CN201380011573类似，采用了两个独立的电机，不同之处在于该方案采用了两组不同速比的齿轮传动装置，并通过一组离合器装置的接通和断开实现了电机和内燃机传动速比的切换，从而降低了电机的成本，改善了车辆的加速性能和爬坡能力。但该方案采用的离合器换挡装置结构复杂，在换挡过程中当离合器断开时车辆动力发生中断，从而造成车辆加速度的变化，影响了车辆的驾驶和乘坐舒适性。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种混合动力汽车用动力总成装置，该装置采用简单可靠的同步器传动速比切换装置，提升了混合动力系统的能量效率和动力性能。为了解决同步器换挡过程中不可避免出现的动力中断问题，本发明通过在内燃机和发电机之间设置动力断开机构，实现了发电机和内燃机之间的完全解耦，在内燃机停止工作的状态下，可使发电机和电动机两路动力能同时驱动车辆，实现用发电机输出动力对同步器换挡过程的动力中断进行补偿，从而完全避免了在电动机驱动速比切换过程中车辆动力输出的中断，提升了车辆的换挡平顺性和乘坐舒适性。而且电动机和发电机可同时参与驱动，可降低对电动机最大功率的要求，因此可大幅度降低电机的成本。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种混合动力汽车用动力总成，该动力总成包括发电机、内燃机和电动机，发电机、电动机与蓄电池相连接，发电机通过第一齿轮组与内燃机相连接，内燃机与第一齿轮组之间设有离合器，第一齿轮组通过第二齿轮组与左驱动轮、右驱动轮相连接，第一齿轮组与第二齿轮组之间设有断开机构，第二齿轮组通过同步器与电动机相连接。
优选的，第一齿轮组包括与发电机的转动轴同轴固定的第一齿轮、与内燃机的转动轴同轴固定的第二齿轮，第一齿轮与第二齿轮相啮合，第二齿轮与断开机构相啮合，离合器位于内燃机的转动轴与第二齿轮的转动轴之间。
优选的，断开机构包括与第一齿轮组相啮合的第三齿轮、与第二齿轮组相啮合的第四齿轮，第三齿轮与第四齿轮共用第一转动轴，第三齿轮能绕第一转动轴的轴线转动，第四齿轮与第一转动轴固定连接，第一转动轴沿径向方向设有摩擦盘，第三齿轮上固定有压板，压板在控制器的控制下与摩擦盘压紧或分离。
优选的，第二齿轮组包括与断开机构、同步器啮合的第五齿轮，第五齿轮与左驱动轮的输出轴同轴固定，右驱动轮的输出轴与第五齿轮之间通过差速器连接。
进一步的优选，差速器包括与第五齿轮同轴固定的左圆锥齿轮、与右驱动轮的输出轴同轴固定的右圆锥齿轮，左圆锥齿轮、右圆锥齿轮之间设有上行星齿轮、下行星齿轮，上行星齿轮与位于两侧的左圆锥齿轮、右圆锥齿轮相啮合，下行星齿轮与位于两侧的左圆锥齿轮、右圆锥齿轮相啮合。
更进一步的优选，上行星齿轮、下行星齿轮的转动轴位于同一直线上，左圆锥齿轮、右圆锥齿轮的转动轴位于同一直线上，上行星齿轮、下行星齿轮的转动轴与左圆锥齿轮、右圆锥齿轮的转动轴相互垂直。
优选的，同步器包括与第二齿轮组相啮合的第六齿轮、与第六齿轮同轴固定的第七齿轮、第八齿轮，第七齿轮与第九齿轮相啮合，第八齿轮与第十齿轮相啮合，第九齿轮、第十齿轮套在第二转动轴上且绕第二转动轴转动，第二转动轴与电动机的转动轴同轴固定，第二转动轴上设有同轴固定的第十一齿轮，第十一齿轮位于第九齿轮、第十齿轮之间，第九齿轮与第十二齿轮同轴固定连接，第十二齿轮位于第十一齿轮与第九齿轮之间，第十齿轮与第十三齿轮同轴固定连接，第十三齿轮位于第十一齿轮与第十齿轮之间，第十一齿轮、第十二齿轮、第十三齿轮与接合齿圈相啮合，接合齿圈能在第十一齿轮、第十二齿轮、第十三齿轮之间移动。
如上所述，本发明混合动力汽车用动力总成，具有以下有益效果：
该混合动力汽车用动力总成，采用结构简单控制简便的同步器换挡装置，提升了车辆的加速能力和爬坡能力等动力性能。本发明在动力总成传动系统的合适位置设置动力断开装置，通过控制断开机构的结合和断开实现电动机、发电机、内燃机三个动力源完全独立的动力输出，从而进一步优化了能量流动控制策略，实现了电能和燃料化学能两种能源的优化组合，降低了电机成本。在三个动力源输出完全独立的基础上，实现了同步器换挡过程中动力输出的补偿，从而避免了换挡过程中车辆动力输出的中断。本发明提出的混合动力汽车动力总成，可以有效降低混合动力汽车的成本，改善混合动力汽车的动力性、燃油经济性和驾乘舒适性。
附图说明
图1显示为本发明混合动力汽车用动力总成的结构示意图。
图2显示为图1所示的混合动力汽车用动力总成的同步器挂1档时的结构示意图。
图3显示为图1所示的混合动力汽车用动力总成的同步器挂2档时的结构示意图。
元件标号说明
1发电机
2内燃机
3电动机
4第一齿轮组
41第一齿轮
42第二齿轮
5离合器
6第二齿轮组
61第五齿轮
62差速器
621左圆锥齿轮
622右圆锥齿轮
623上行星齿轮
624下行星齿轮
7左驱动轮
8右驱动轮
9断开机构
91第三齿轮
92第四齿轮
93第一转动轴
94摩擦盘
95压板
10同步器
101第六齿轮
102第七齿轮
103第八齿轮
104第九齿轮
105第十齿轮
106第二转动轴
107第十一齿轮
108第十二齿轮
109第十三齿轮
110接合齿圈
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图3。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1至图3所示，本发明提供一种混合动力汽车用动力总成，该动力总成包括发电机1、内燃机2和电动机3，发电机1、电动机3与蓄电池相连接，发电机1通过第一齿轮组4与内燃机2相连接，内燃机2与第一齿轮组4之间设有离合器5，第一齿轮组4通过第二齿轮组6与左驱动轮7、右驱动轮8相连接，第一齿轮组4与第二齿轮组6之间设有断开机构9，第二齿轮组6通过同步器10与电动机3相连接。
内燃机2使用燃油提供动力，电动机3使用电能提供动力；发电机1可以向蓄电池充电，也可作为电动机使用电能提供动力。本发明混合动力汽车用动力总成，整合了发电机1、内燃机2和电动机3的动力，将分别来自发电机1、内燃机2和电动机3的动力传输至驱动轮(左驱动轮7、右驱动轮8)的输出轴，同时还可将来自内燃机2的多余动力传输至发电机1，使发电机1向蓄电池充电。
上述混合动力汽车用动力总成，具有多种运行模式，如纯电模式、串联模式、并联模式和中、高速巡航模式(燃油模式)等。
在纯电模式下，该混合动力汽车用动力总成具有两种运行模式。
第一种模式，断开机构9断开，离合器5断开，此时电动机3单独驱动，电动机3通过同步器10、第二齿轮组6将动力输送至左驱动轮7、右驱动轮8，此时发电机1、内燃机2不工作。
第二种模式，断开机构9结合，离合器5断开，发电机1通过第一齿轮组4、断开机构9、第二齿轮组6将动力输送至左驱动轮7、右驱动轮8，电动机3通过同步器10、第二齿轮组6将动力输送至左驱动轮7、右驱动轮8，此时内燃机2不工作。在纯电模式下，以电动机3驱动为主，通过同步器10选用不同的档位使电动机3工作在高效区间，而发电机1作为电动机3的辅助，克服同步器10换挡产生的动力中断以及作为辅助驱动，进一步提高汽车的动力性能。
在串联模式下，离合器5结合，断开机构9断开，内燃机2通过第一齿轮组4带动发电机1发电，为蓄电池充电；而电动机3通过同步器10、第二齿轮组6将动力输送至左驱动轮7、右驱动轮8，驱动车辆行驶。
在并联模式，离合器5结合，断开机构9结合，内燃机2通过第一齿轮组4、断开机构9、第二齿轮组6将动力输送至左驱动轮7、右驱动轮8，同时内燃机2通过第一齿轮组4带动发电机1发电，为蓄电池充电。而电动机3也通过同步器10、第二齿轮组6将动力输送至左驱动轮7、右驱动轮8。电动机3和内燃机2同时作为动力驱动车辆行驶，内燃机2的多余动力带动发电机1发电，为蓄电池充电。通过同步器10选用不同的档位，可使电动机3工作在高效区间，内燃机2可以克服同步器10换挡产生的动力中断。
在中、高速巡航模式(燃油模式)下，同步器10处于空挡位置，离合器5结合，断开机构9结合，内燃机2通过第一齿轮组4、断开机构9、第二齿轮组6将动力输送至左驱动轮7、右驱动轮8，同时内燃机2通过第一齿轮组4带动发电机1发电，为电池充电。此时，内燃机2单独驱动车辆行驶，且将多余动力带动发电机1发电，为蓄电池充电，而电动机3在中、高速巡航模式(燃油模式)下不工作。
第一齿轮组4的一种具体结构如图1至图3所示。第一齿轮组4包括与发电机1的转动轴同轴固定的第一齿轮41、与内燃机2的转动轴同轴固定的第二齿轮42，第一齿轮41与第二齿轮42相啮合，第二齿轮42与断开机构9(第三齿轮91)相啮合，离合器5位于内燃机2的转动轴与第二齿轮42的转动轴之间。
断开机构9的一种具体结构如图1至图3所示。断开机构9包括与第一齿轮组4(第二齿轮42)相啮合的第三齿轮91、与第二齿轮组6(第五齿轮61)相啮合的第四齿轮92，第三齿轮91与第四齿轮92共用第一转动轴93，第三齿轮91能绕第一转动轴93的轴线转动，第四齿轮92与第一转动轴93固定连接，第一转动轴93沿径向方向设有摩擦盘94，第三齿轮91上固定有压板95，压板95在控制器的控制下与摩擦盘94压紧或分离。压板95与摩擦盘94压紧时，第三齿轮91与第一转动轴93相对固定，即断开机构9结合；压板95与摩擦盘94分离时，第三齿轮91能绕第一转动轴93转动，即断开机构9断开。
第二齿轮组6的一种具体结构如图1至图3所示。第二齿轮组6包括与断开机构9(第四齿轮92)、同步器10(第六齿轮101)啮合的第五齿轮61，第五齿轮61与左驱动轮7的输出轴同轴固定，右驱动轮8的输出轴与第五齿轮61之间通过差速器62连接。
其中，差速器62包括与第五齿轮61同轴固定的左圆锥齿轮621、与右驱动轮8的输出轴同轴固定的右圆锥齿轮622，左圆锥齿轮621、右圆锥齿轮622之间设有上行星齿轮623、下行星齿轮624，上行星齿轮623与位于两侧的左圆锥齿轮621、右圆锥齿轮622相啮合，下行星齿轮624与位于两侧的左圆锥齿轮621、右圆锥齿轮622相啮合。上行星齿轮623、下行星齿轮624的转动轴位于同一直线上，左圆锥齿轮621、右圆锥齿轮622的转动轴位于同一直线上，上行星齿轮623、下行星齿轮624的转动轴与左圆锥齿轮621、右圆锥齿轮622的转动轴相互垂直。差速器62能够使左驱动轮7、右驱动轮8以不同转速转动。
同步器10的一种具体结构如图1至图3所示。同步器10包括与第二齿轮组6(第五齿轮61)相啮合的第六齿轮101、与第六齿轮101同轴固定的第七齿轮102、第八齿轮103，第七齿轮102与第九齿轮104相啮合，第八齿轮103与第十齿轮105相啮合，第九齿轮104、第十齿轮105套在第二转动轴106上且绕第二转动轴106转动，第二转动轴106与电动机3的转动轴同轴固定，第二转动轴106上设有同轴固定的第十一齿轮107，第十一齿轮107位于第九齿轮104、第十齿轮105之间，第九齿轮104与第十二齿轮108同轴固定连接，第十二齿轮108位于第十一齿轮107与第九齿轮104之间，第十齿轮105与第十三齿轮109同轴固定连接，第十三齿轮109位于第十一齿轮107与第十齿轮105之间，第十一齿轮107、第十二齿轮108、第十三齿轮109与接合齿圈110相啮合，接合齿圈110能在第十一齿轮107、第十二齿轮108、第十三齿轮109之间移动。
同步器10可以实现空档、1档、2档三种档位的调节。
同步器10在空挡状态时，接合齿圈110只与第十一齿轮107相啮合(如图1所示)，此时，第二转动轴106与第九齿轮104、第十齿轮105之间不连接。因此，在空档状态下，同步器10处于断开状态，电动机3与第二齿轮组6之间不传递动力。
同步器10在1档状态时，接合齿圈110与第十一齿轮107、第十二齿轮108相啮合(如图2所示)，电动机3通过第二转动轴106、第十一齿轮107、第十二齿轮108、第九齿轮104、第七齿轮102、第六齿轮101，将动力输送至第二齿轮组6，从而带动左驱动轮7、右驱动轮8的转动。
同步器10在2档状态时，接合齿圈110与第十一齿轮107、第十三齿轮109相啮合(如图3所示)，电动机3通过第二转动轴106、第十一齿轮107、第十三齿轮109、第十齿轮105、第八齿轮103、第六齿轮101，将动力输送至第二齿轮组6，从而带动左驱动轮7、右驱动轮8的转动。
上述混合动力汽车用动力总成，整合了内燃机、发电机和电动机的动力，采用多种模式将分别来自内燃机、发电机、电动机的动力传输至驱动轮的输出轴，同时将来自内燃机的多余动力传输至发电机，使发电机向蓄电池充电；同步器选用两档结构，可以使电动机工作在高效区，进一步地提高了电动机的效率和整车的动力性能。
综上所述，本发明混合动力汽车用动力总成，通过不同的控制策略实现两种能源的优化组合，以解决目前混合动力汽车高速电机成本高、汽车加速能力差和爬坡能力低的缺点，改善了混合动力汽车的使用性能，提高了其燃油经济性，实现了超低排放。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种混合动力汽车用动力总成，其特征在于：所述动力总成包括发电机(1)、内燃机(2)和电动机(3)，所述发电机(1)、电动机(3)与蓄电池相连接，所述发电机(1)通过第一齿轮组(4)与所述内燃机(2)相连接，所述内燃机(2)与所述第一齿轮组(4)之间设有离合器(5)，所述第一齿轮组(4)通过第二齿轮组(6)与左驱动轮(7)、右驱动轮(8)相连接，所述第一齿轮组(4)与所述第二齿轮组(6)之间设有断开机构(9)，所述第二齿轮组(6)通过同步器(10)与所述电动机(3)相连接。
2.根据权利要求1所述的混合动力汽车用动力总成，其特征在于：所述第一齿轮组(4)包括与所述发电机(1)的转动轴同轴固定的第一齿轮(41)、与所述内燃机(2)的转动轴同轴固定的第二齿轮(42)，所述第一齿轮(41)与所述第二齿轮(42)相啮合，所述第二齿轮(42)与所述断开机构(9)相啮合，所述离合器(5)位于所述内燃机(2)的转动轴与所述第二齿轮(42)的转动轴之间。
3.根据权利要求1所述的混合动力汽车用动力总成，其特征在于：所述断开机构(9)包括与所述第一齿轮组(4)相啮合的第三齿轮(91)、与所述第二齿轮组(6)相啮合的第四齿轮(92)，所述第三齿轮(91)与所述第四齿轮(92)共用第一转动轴(93)，所述第三齿轮(91)能绕所述第一转动轴(93)的轴线转动，所述第四齿轮(92)与所述第一转动轴(93)固定连接，所述第一转动轴(93)沿径向方向设有摩擦盘(94)，所述第三齿轮(91)上固定有压板(95)，所述压板(95)在控制器的控制下与所述摩擦盘(94)压紧或分离。
4.根据权利要求1所述的混合动力汽车用动力总成，其特征在于：所述第二齿轮组(6)包括与所述断开机构(9)、同步器(10)啮合的第五齿轮(61)，所述第五齿轮(61)与所述左驱动轮(7)的输出轴同轴固定，所述右驱动轮(8)的输出轴与所述第五齿轮(61)之间通过差速器(62)连接。
5.根据权利要求4所述的混合动力汽车用动力总成，其特征在于：所述差速器(62)包括与所述第五齿轮(61)同轴固定的左圆锥齿轮(621)、与所述右驱动轮(8)的输出轴同轴固定的右圆锥齿轮(622)，所述左圆锥齿轮(621)、右圆锥齿轮(622)之间设有上行星齿轮(623)、下行星齿轮(624)，所述上行星齿轮(623)与位于两侧的所述左圆锥齿轮(621)、右圆锥齿轮(622)相啮合，所述下行星齿轮(624)与位于两侧的所述左圆锥齿轮(621)、右圆锥齿轮(622)相啮合。
6.根据权利要求5所述的混合动力汽车用动力总成，其特征在于：所述上行星齿轮(623)、下行星齿轮(624)的转动轴位于同一直线上，所述左圆锥齿轮(621)、右圆锥齿轮(622)的转动轴位于同一直线上，所述上行星齿轮(623)、下行星齿轮(624)的转动轴与所述左圆锥齿轮(621)、右圆锥齿轮(622)的转动轴相互垂直。
7.根据权利要求1所述的混合动力汽车用动力总成，其特征在于：所述同步器(10)包括与所述第二齿轮组(6)相啮合的第六齿轮(101)、与所述第六齿轮(101)同轴固定的第七齿轮(102)、第八齿轮(103)，所述第七齿轮(102)与第九齿轮(104)相啮合，所述第八齿轮(103)与第十齿轮(105)相啮合，所述第九齿轮(104)、第十齿轮(105)套在第二转动轴(106)上且绕所述第二转动轴(106)转动，所述第二转动轴(106)与所述电动机(3)的转动轴同轴固定，所述第二转动轴(106)上设有同轴固定的第十一齿轮(107)，所述第十一齿轮(107)位于所述第九齿轮(104)、第十齿轮(105)之间，所述第九齿轮(104)与第十二齿轮(108)同轴固定连接，所述第十二齿轮(108)位于所述第十一齿轮(107)与所述第九齿轮(104)之间，所述第十齿轮(105)与第十三齿轮(109)同轴固定连接，所述第十三齿轮(109)位于所述第十一齿轮(107)与所述第十齿轮(105)之间，所述第十一齿轮(107)、第十二齿轮(108)、第十三齿轮(109)与接合齿圈(110)相啮合，所述接合齿圈(110)能在所述第十一齿轮(107)、第十二齿轮(108)、第十三齿轮(109)之间移动。
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