CN106143105A - 一种带有同步器的多模式混合动力传动装置 - Google Patents

一种带有同步器的多模式混合动力传动装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带有同步器的多模式混合动力传动装置，包括发动机、发电机、驱动电机、驱动轴、输入轴、一轴；一轴与发动机连接；输入轴与驱动电机连接；驱动轴和输入轴通过齿轮减速机构相互传动连接；驱动轴上设置有主减速器；发电机上连接有输出轴；输出轴和一轴通过第三齿轮组啮合传动连接；一轴和驱动轴通过同步器高低档切换机构相互传动连接。本发明能够使得发动机、发电机、驱动电机均工作于高效工作区域，提高燃油经济性；同时结构相对简单，布置相对灵活，且运行工况多样，控制也容易。

Description

一种带有同步器的多模式混合动力传动装置
技术领域
本发明涉及一种多模式混合动力传动装置，属于汽车动力传动装置技术领域，具体涉及一种带有同步器的多模式混合动力传动装置。
背景技术
节能与环保已经成为汽车技术发展的两大主题，近年来，实现降低油耗和排放的混合动力汽车，得到了开发应用，并在商用化、产业化进程上发展迅速，目前已量产的混合动力汽车有三菱OUTLANDER PHEV、比亚迪秦等等。
从动力耦合方式上看，混合动力汽车主要有并联式、串联式和混联式等形式。
例如，比亚迪股份有限公司发明的“混合动力车驱动装置”(中国专利号CN101152837B)，采用的是一种双电机混联式方案。发动机与启动发电一体机直接连接后，通过离合器与变速机构的输入轴连接，驱动电机与变速机构的输出轴连接，变速机构的输出轴通过差速器与驱动轴连接。该方案结构简单，动力传递直接。但发动机直接带动启动发电机发电，由于发动机的转速远远低于启动发电机的额定转速，使得启动发电机的发电效率较低。
从动力耦合装置的结构上看，混合动力传动装置一般可分为两种类型：行星齿轮系和平行轴式。
例如，丰田自动车株式会社发明的“混合动力车辆用动力输出装置”(中国专利号CN100404298B)采用的是一种发动机和两个电机通过一套行星齿轮系统连接，通过行星齿轮系统实现动力协调及变速，以满足整车行驶要求。行星齿轮系本身的特点使车辆的控制策略非常复杂，且一般动力分配机构将发动机的动力分流为机、电两路，其中电力通道需要经过机械能-电能-机械能的转换，从而不可避免地增加了能量转换的损失。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种带有同步器的多模式混合动力传动装置，本发明能够使得带有该混合动力传动装置的混合动力汽车，其发动机、驱动电机及发电机均能够在高效率区间工作。
为解决上述技术问题，本发明采用了这样一种带有同步器的多模式混合动力传动装置，其包括发动机、发电机、驱动电机、驱动轴、输入轴、一轴；所述一轴与所述发动机连接；所述输入轴与所述驱动电机连接；所述驱动轴和所述输入轴通过齿轮减速机构相互传动连接；所述驱动轴上设置有主减速器；所述发电机上连接有输出轴；所述输出轴和所述一轴通过第三齿轮组啮合传动连接；所述一轴和所述驱动轴通过同步器高低档切换机构相互传动连接。
在本发明的一种优选实施方案中，所述同步器高低档切换机构包括设置于所述一轴与所述驱动轴之间的二轴；所述二轴和所述一轴之间设置有低档齿轮组和高档齿轮组；所述二轴上套装有同步器；所述同步器位于所述低档齿轮组和所述高档齿轮组之间；所述二轴与所述驱动轴通过第四齿轮组啮合传动连接。
在本发明的一种优选实施方案中，所述高档齿轮组包括第五齿轮和第七齿轮；所述第五齿轮固接在所述一轴上；所述第七齿轮空套在所述二轴上；所述第七齿轮和所述第五齿轮相互啮合传动。
在本发明的一种优选实施方案中，所述低档齿轮组包括第八齿轮和第九齿轮；所述第八齿轮固接在所述一轴上；所述第九齿轮空套在所述二轴上；所述第九齿轮和所述第八齿轮相互啮合传动。
在本发明的一种优选实施方案中，所述第四齿轮组包括第四齿轮和第十齿轮；所述第四齿轮固接在所述主减速器上；所述第十齿轮固接在所述二轴上；所述第四齿轮和所述第十齿轮相互啮合传动。
在本发明的一种优选实施方案中，所述齿轮减速机构为二级齿轮减速机构，其包括中间轴、第一齿轮组和第二齿轮组；所述中间轴位于所述驱动轴和所述输入轴之间；所述输入轴与所述中间轴通过第一齿轮组啮合传动连接；所述中间轴与所述驱动轴通过第二齿轮组啮合传动连接。
在本发明的一种优选实施方案中，所述第一齿轮组包括第一齿轮和第二齿轮；所述第一齿轮固接在所述输入轴；所述第二齿轮固接在所述中间轴上；所述第一齿轮和所述第二齿轮相互啮合传动。
在本发明的一种优选实施方案中，所述第二齿轮组包括第三齿轮和第四齿轮；所述第三齿轮固接在所述中间轴上；所述第四齿轮固接在所述主减速器上；所述第三齿轮和所述第四齿轮相互啮合传动。
在本发明的一种优选实施方案中，所述第三齿轮组包括第五齿轮和第六齿轮；所述第五齿轮固接在所述一轴上；所述第六齿轮固接在所述输出轴上；所述第五齿轮和所述第六齿轮相互啮合传动。
在本发明的一种优选实施方案中，所述低档齿轮组的传动比不等于所述高档齿轮组的传动比。
在本发明的一种优选实施方案中，所述驱动电机位于所述发电机的同侧；所述发动机位于所述发电机的异侧。
在本发明的一种优选实施方案中，所述低档齿轮组和所述高档齿轮组相对于所述同步器对称布置。
在本发明的一种优选实施方案中，所述同步器为齿环式多锥同步器。
本发明的有益效果是：本发明的混合动力传动装置能够使得发动机、发电机、驱动电机均工作于高效工作区域，能够提高燃油经济性；同时结构相对简单，布置相对灵活，且运行工况多样，控制也容易。本发明通过在二轴上采用两组传动比不同的齿轮组和控制驱动电机实现了汽车高低两个档位的无动力中断换档，相对于只有一个档位而言，发动机工作效率得到进一步优化，相对于更多的档位而言，两个档位形式结构更加简单紧凑；同时，在发动机与发电机直接增加一对增速的齿轮，使得发电机能够在高效率区间发电；而发动机与驱动电机在各种工况下的配合工作，能够使驱动电机大多时候都在高效区间工作。
附图说明
图1是本发明实施例一种带有同步器的多模式混合动力传动装置的结构示意图；
图2是本发明实施例一种带有同步器的多模式混合动力传动装置的各齿轮组中齿轮的位置示意图；
图中：1-发动机；2-发电机；3-驱动电机；4-混合动力传动装置；5-驱动轴；6-输入轴；7-中间轴；8-主减速器；9-一轴；10-同步器；11-低档齿轮组；12-高档齿轮组；13-二轴；14-输出轴；15-第一齿轮组；16-第二齿轮组；17-第三齿轮组；18-第四齿轮组；6-1-第一齿轮；7-1-第二齿轮；7-2-第三齿轮；5-1-第四齿轮；9-1-第五齿轮；14-1-第六齿轮；13-1-第七齿轮；9-2-第八齿轮；13-2-第九齿轮；13-3-第十齿轮。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
由说明书附图所示的一种带有同步器的多模式混合动力传动装置结构示意图可知，本发明包括发动机1、发电机2、驱动电机3、一轴9、输入轴6、中间轴7、驱动轴5；一轴9与发动机1连接；输入轴6与驱动电机3连接；中间轴7平行布置于驱动轴5和输入轴6之间；驱动轴5上设置有主减速器8，主减速器8分别接收来自发动机1的动力和来自驱动电机3的动力，并直接传递给驱动轴5；输入轴6与中间轴7通过第一齿轮组15啮合传动连接；中间轴7与驱动轴5通过第二齿轮组16啮合传动连接；发电机2上连接有输出轴14；输出轴14和一轴9通过第三齿轮组17啮合传动连接；一轴9与驱动轴5之间设置有二轴13；二轴13和所述一轴9之间通过低档齿轮组11或高档齿轮组12实现传动；二轴13上套装有同步器10；同步器10位于低档齿轮组11和高档齿轮组12之间；二轴13与驱动轴5通过第四齿轮组18啮合传动连接；第一齿轮组15包括第一齿轮6-1和第二齿轮7-1；第一齿轮6-1固接在输入轴6；第二齿轮7-1固接在中间轴7上；第一齿轮6-1和第二齿轮7-1相互啮合传动；第二齿轮组16包括第三齿轮7-2和第四齿轮5-1；第三齿轮7-2固接在中间轴7上；第四齿轮5-1固接在主减速器8上；第三齿轮7-2和第四齿轮5-1相互啮合传动；第三齿轮组17包括第五齿轮9-1和第六齿轮14-1；第五齿轮9-1固接在一轴9上；第六齿轮14-1固接在输出轴14上；第五齿轮9-1和第六齿轮14-1相互啮合传动，在发动机1和发电机2之间采用了第三齿轮组17进行动力传递，发电机2可以启动发动机，取消了传统的启动电机和齿圈；高档齿轮组12包括第五齿轮9-1和第七齿轮13-1；第五齿轮9-1固接在一轴9上；第七齿轮13-1空套在二轴13上；第七齿轮13-1和第五齿轮9-1相互啮合传动；低档齿轮组11包括第八齿轮9-2和第九齿轮13-2；第八齿轮9-2固接在一轴9上；第九齿轮13-2空套在二轴13上；第九齿轮13-2和第八齿轮9-2相互啮合传动；第四齿轮组18包括第四齿轮5-1和第十齿轮13-3；第四齿轮5-1固接在主减速器8上；第十齿轮13-3固接在二轴13上；第四齿轮5-1和第十齿轮13-3相互啮合传动；低档齿轮组11的传动比不等于高档齿轮组12的传动比，而布置在二轴13上的同步器10作为低档和高档的切换单元，可实现无动力中断换档，其中心轴线与低档齿轮组11和高档齿轮组12两者的对称中心轴线共线；驱动电机3位于发电机2的同侧；发动机1位于发电机2的异侧。在本发明中，输入轴6和一轴9可根据具体情况布置于驱动轴5的同侧或者异侧。在本发明中，如果由整车在50km/h，整车拖动发动机点火，整车会有极大的顿挫感，这是与驾驶员意图不符的整车平顺性问题，为了确保整车换档时的平顺性而采用了同步器10，同步器10为常用的齿环式多锥同步器，执行机构用AMT的形式，针对换档过程的动力中断问题，驱动电机具有调速和扭矩填充功能，确保换档平顺。
在本发明的实施例中，基于图1所示结构的混合动力汽车，至少可实现纯电动模式、发动机驱动模式、串联驱动模式、并联驱动模式、再生回收模式、驻车发电模式。
纯电动模式：在汽车起步或轻载工况下，同步器10处于空档位置，驱动电机3的动力通过输入轴轴6和中间轴7传递给主减速器8，最终传递给车轮5，以纯电动模式驱动车辆行驶。
发动机驱动模式：在正常行驶工况时，当车速提升达到设定值a时，发电机带动发动机点火启动，同步器前后转速差接近时，同步器10与齿轮组11结合，驱动电机3随即停止输出。发动机动力通过一轴9、齿轮组11、二轴13，传递到主减速器，从而驱动车辆行驶。当车速进一步提升到设定值b时，同步器10与齿轮组11分离，并与齿轮组12结合，期间驱动电机可调节同步器前后转速差和填充中断的动力。发动机动力通过一轴9、齿轮组12、二轴13，传递到主减速器，驱动车辆行驶。
在车辆行驶过程中，根据车速范围，可控制同步器10的结合与分离，从而在低档位和高档位之间切换，保证发动机在高效区间工作。
在发动机1工作过程中，由于输出轴14带动发电机2转子旋转，发电机2工作产生电能并储存到动力电池组中。在动力电池组的电量充满时，通过控制系统控制发电机2的转子空转。
串联驱动模式：当车速低于设定值a，且动力电池组电量低，驱动电机3输出的功率不能满足汽车行驶要求时，控制同步器10处于空档位置，发动机1带动发电机2发电，供给驱动电机3，由驱动电机3驱动车辆行驶。
并联驱动模式：在加速和爬坡工况时，当功率、扭矩需求超过发动机1的额定值时，驱动电机3与发动机1一起工作，发动机1的动力和驱动电机3的动力在主减速器8上耦合后，驱动车辆行驶。此时，根据车速范围，控制同步器10的结合与分离，使得发动机1分别在低档和高档下工作，保证发动机在高效区间工作。
再生回收模式：在汽车滑行或制动减速时，驱动电机3作为发电机进行能力再生，将车辆的动能转换为电能，储存到动力电池组中。
驻车发电模式：在必要的时候，如动力电池组电量较低，可以由发动机1只驱动发电机2发电，向动力电池组充电。此时，同步器10处于空档位置。
本发明通过在二轴上采用高低两个档位，相对于只有一个档位而言，发动机工作效率得到进一步优化，相对于更多的档位而言，两个档位形式结构更加简单紧凑；同时，在发动机与发电机直接增加一对增速的齿轮，使得发电机能够在高效率区间发电；而发动机与驱动电机在各种工况下的配合工作，能够使驱动电机大多时候都在高效区间工作。所以，本发明的混合动力传动装置能够使得发动机、发电机、驱动电机均工作于高效工作区域，能够提高燃油经济性；同时结构相对简单，布置相对灵活，且运行工况多样，控制也容易。
应当理解的是，以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种带有同步器的多模式混合动力传动装置，包括发动机(1)、发电机(2)、驱动电机(3)、驱动轴(5)、输入轴(6)、一轴(9)；所述一轴(9)与所述发动机(1)连接；所述输入轴(6)与所述驱动电机(3)连接；所述驱动轴(5)和所述输入轴(6)通过齿轮减速机构相互传动连接；所述驱动轴(5)上设置有主减速器(8)；其特征在于：所述发电机(2)上连接有输出轴(14)；所述输出轴(14)和所述一轴(9)通过第三齿轮组(17)啮合传动连接；所述一轴(9)和所述驱动轴(5)通过同步器高低档切换机构相互传动连接。
2.根据权利要求1所述的一种带有同步器的多模式混合动力传动装置，其特征在于：所述同步器高低档切换机构包括设置于所述一轴(9)与所述驱动轴(5)之间的二轴(13)；所述二轴(13)和所述一轴(9)之间设置有低档齿轮组(11)和高档齿轮组(12)；所述二轴(13)上套装有同步器(10)；所述同步器(10)位于所述低档齿轮组(11)和所述高档齿轮组(12)之间；所述二轴(13)与所述驱动轴(5)通过第四齿轮组(18)啮合传动连接。
3.根据权利要求2所述的一种带有同步器的多模式混合动力传动装置，其特征在于：所述高档齿轮组(12)包括第五齿轮(9-1)和第七齿轮(13-1)；所述第五齿轮(9-1)固接在所述一轴(9)上；所述第七齿轮(13-1)空套在所述二轴(13)上；所述第七齿轮(13-1) 和所述第五齿轮(9-1)相互啮合传动。
4.根据权利要求2所述的一种带有同步器的多模式混合动力传动装置，其特征在于：所述低档齿轮组(11)包括第八齿轮(9-2)和第九齿轮(13-2)；所述第八齿轮(9-2)固接在所述一轴(9)上；所述第九齿轮(13-2)空套在所述二轴(13)上；所述第九齿轮(13-2)和所述第八齿轮(9-2)相互啮合传动。
5.根据权利要求2所述的一种带有同步器的多模式混合动力传动装置，其特征在于：所述第四齿轮组(18)包括第四齿轮(5-1)和第十齿轮(13-3)；所述第四齿轮(5-1)固接在所述主减速器(8)上；所述第十齿轮(13-3)固接在所述二轴(13)上；所述第四齿轮(5-1)和所述第十齿轮(13-3)相互啮合传动。
6.根据权利要求1所述的一种带有双离合器的多模式混合动力传动装置，其特征在于：所述齿轮减速机构为二级齿轮减速机构，其包括中间轴(7)、第一齿轮组(15)和第二齿轮组(16)；所述中间轴(7)位于所述驱动轴(5)和所述输入轴(6)之间；所述输入轴(6)与所述中间轴(7)通过第一齿轮组(15)啮合传动连接；所述中间轴(7)与所述驱动轴(5)通过第二齿轮组(16)啮合传动连接。
7.根据权利要求6所述的一种带有同步器的多模式混合动力传动装置，其特征在于：所述第一齿轮组(15)包括第一齿轮(6-1)和第二齿轮(7-1)；所述第一齿轮(6-1)固接在所述输入轴(6)； 所述第二齿轮(7-1)固接在所述中间轴(7)上；所述第一齿轮(6-1)和所述第二齿轮(7-1)相互啮合传动。
8.根据权利要求6所述的一种带有同步器的多模式混合动力传动装置，其特征在于：所述第二齿轮组(16)包括第三齿轮(7-2)和第四齿轮(5-1)；所述第三齿轮(7-2)固接在所述中间轴(7)上；所述第四齿轮(5-1)固接在所述主减速器(8)上；所述第三齿轮(7-2)和所述第四齿轮(5-1)相互啮合传动。
9.根据权利要求1所述的一种带有同步器的多模式混合动力传动装置，其特征在于：所述第三齿轮组(17)包括第五齿轮(9-1)和第六齿轮(14-1)；所述第五齿轮(9-1)固接在所述一轴(9)上；所述第六齿轮(14-1)固接在所述输出轴(14)上；所述第五齿轮(9-1)和所述第六齿轮(14-1)相互啮合传动。
10.根据权利要求1所述的一种带有同步器的多模式混合动力传动装置，其特征在于：所述驱动电机(3)位于所述发电机(2)的同侧；所述发动机(1)位于所述发电机(2)的异侧。
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