CN106347096A - 车用三离合器混合动力传动系统 - Google Patents

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Abstract

车用三离合器混合动力传动系统，由发动机、双质量飞轮、发电机、储能装置、电动机、三个离合器、两根输入轴、两根输出轴、六个空套齿轮、七个固定齿轮、五个同步器组成。其特点在于，发动机通过双质量飞轮与双离合器连接，发电机分别与双离合器、储能装置连接，电动机分别与储能装置、第三离合器连接，第一输入轴分别与第一离合器、第三离合器连接，第二输入轴与第二离合器连接，第二输入轴和第二输出轴均为空心轴，分别嵌套在第一输入轴和第一输出轴上，第一输入轴与第一输出轴相互空间平行布置。本发明具有换挡便捷，无动力中断，混合动力传动路线清晰，结构紧凑，可实现多种工作模式，能量使用效率高，并且具有较好的综合性能的优点。

Description

车用三离合器混合动力传动系统
技术领域
本发明属于混合动力传动领域，具体涉及一种车用三离合器混合动力传动系统。
背景技术
在节能和环保成为汽车行业发展主流的今天，混合动力汽车已经成为各国汽车厂商大力发展的关键核心技术。其中，插电式混合动力解决方案，作为除纯电动以外的最省油的混合动力解决方案，正为各大厂商所推崇。插电式混合动力主要由一个相对小排量的发动机和一个或两个电机所组成，其中一般情况下电机负责在中低速下实现纯电动动力输出和制动能量回收，并在需要时实现发动机启动以及发动机在必要时通过电机进行发电或参与动力驱动等功能。
在现有技术中，CN101920652公开了一种车用串/并联双电机多离合器混合动力驱动单元，但是在该单元中，一方面，工作模式不够齐全，不具备混联等工作模式，不能满足车辆实际行驶时各种复杂工况的动力需求；另一方面，在发动机单独提供动力的工作模式下，换挡过程较为复杂，需要同时接合两个离合器。此外，可实现的换档档位数较少，不能满足车辆实际行驶的需求。
发明内容
本发明的目的是解决上述技术问题，提出了车用三离合器混合动力传动系统。
本发明的技术方案是：车用三离合器混合动力传动系统，包括：发动机（1）、双质量飞轮（2）、发电机（3）、储能装置（4）、电动机（5）、双离合器（31）、第三离合器（8）、第一输入轴（9）、第二输入轴（10）、第一输出轴（11）、第二输出轴（12）、第一空套齿轮（13）、第二空套齿轮（14）、第三空套齿轮（15）、第四空套齿轮（16）、第五空套齿轮（17）、第六空套齿轮（18）、第一固定齿轮（19）、第二固定齿轮（20）、第三固定齿轮（21）、第四固定齿轮（22）、第五固定齿轮（23）、第六固定齿轮（24）、第七固定齿轮（25）、第一同步器（26）、第二同步器（27）、第三同步器（28）、第四同步器（29）、第五同步器（30）。
所述双离合器（31）包括第一离合器（6）、第二离合器（7）。
所述储能装置（4）具有外接充电接口，以使用外部电源对储能装置（4）进行充电。
所述发动机（1）与所述双质量飞轮（2）连接，所述双质量飞轮（2）与所述双离合器（31）连接，所述发电机（3）分别与所述双离合器（31）、所述储能装置（4）连接，所述电动机（5）分别与储能装置（4）、所述第三离合器（8）连接，所述第一输入轴（9）分别与第一离合器（6）、第三离合器（8）连接，所述第二输入轴（10）与第二离合器（7）连接。
所述第一输入轴（9）上连接有第四空套齿轮（16）、第五空套齿轮（17）、第六空套齿轮（18）、第三同步器（28）、第四同步器（29），所述第二输入轴（10）上连接有第一空套齿轮（13）、第二空套齿轮（14）、第三空套齿轮（15）、第一同步器（26）、第二同步器（27），第一输出轴（11）上连接有第一固定齿轮（19）、第二固定齿轮（20）、第三固定齿轮（21）、第七固定齿轮（25），第二输出轴上连接有第四固定齿轮（22）、第五固定齿轮（23）、第六固定齿轮（24）、第五同步器（30）。
所述第一空套齿轮（13）与所述第一固定齿轮（19）常啮合，所述第二空套齿（14）与所述第二固定齿轮（20）常啮合，所述第三空套齿轮（15）与所述第三固定齿轮（21）常啮合，所述第四空套齿轮（16）与所述第四固定齿轮（22）常啮合，所述第五空套齿轮（17）与所述第五固定齿轮（23）常啮合，所述第六空套齿轮（18）与所述第六固定齿轮（24）常啮合。
有益效果：本发明采用三个离合器控制动力的切换，其中双离合器通过双质量飞轮与发动机连接，第三离合器与电动机连接，使换挡过程更加便捷，无动力中断，混合动力传动路线更加清晰明了；两根输入轴、两根输出轴采用嵌套结构，以及齿轮对的合理布置，使得结构更加紧凑，可实现多档位换档；采用发动机、发电机、储能装置、电动机相匹配的形式，故具备多种工作模式，可满足车辆实际行驶时各种复杂工况的动力需求；可采用电动机反转功能来实现倒挡行驶，无需增添倒挡惰轮轴而使得结构不紧凑；低速档的空套齿轮布置在第一输入轴上，由与电动机连接的第三离合器或与发动机间接连接的第一离合器控制低速档位换档，高速档的空套齿轮布置在第二输入轴上，由与发动机间接连接的第二离合器控制高速档位换档，这样很好地利用了发动机和电动机的特性。此外，由于不存在复杂的能量转换，所以能量使用效率高，并且具有较好的综合性能，包括车辆动力性、燃油经济性和排放特性等方面均有改善。
附图说明
图1 车用三离合器混合动力传动系统的机械结构图。
图2 车用三离合器混合动力传动系统在串联工作模式下的动力传递路径图。
图3 车用三离合器混合动力传动系统在并联工作模式下的动力传递路径图。
图4 车用三离合器混合动力传动系统在混联工作模式下的动力传递路径图。
图5 车用三离合器混合动力传动系统在制动减速能量回收工作模式下的动力传递路径图。
具体实施方式
车用三离合器混合动力传动系统，由发动机（1）、双质量飞轮（2）、发电机（3）、储能装置（4）、电动机（5）、三个离合器（6、7、8）、两根输入轴（9、10）、两根输出轴（11、12）、六个空套齿轮（13、14、15、16、17、18）、七个固定齿轮（19、20、21、22、23、24）、五个同步器（26、27、28、29、30）组成。
本发明所述的所有空套齿轮与支承它们的轴可以相对转动，但不能相对移动 ；所有同步器与支承它们的轴可以相对移动，但不能相对转动 ；所有固定齿轮与它们所在的轴固定为一个整体，不能与轴产生相对运动。
本发明所述的所有同步器有三个位置，分别是左位、中位和右位。同步器处于左位时，与它左边的空套齿轮结合，使它左边的空套齿轮与轴同步旋转 ；同步器处于右位时，与它右边的空套齿轮结合，使它右边的空套齿轮与轴同步旋转 ；同步器处于中位时，对它左边和右边的齿轮均不产生约束。
第二输入轴（10）和第二输出轴（12）均为空心轴，分别嵌套在第一输入轴（9）和第一输出轴（11）上，第一输入轴（9）与第一输出轴（11）相互空间平行布置。第一输入轴（9）上连接有低速档位的第四空套齿轮（16）、第五空套齿轮（17）、第五空套齿轮（18）。第二输入轴（10）上连接有高速档位的第一空套齿轮（13）、第二空套齿轮（14）、第三空套齿轮（15）。第一输出轴（11）上连接有第一固定齿轮（19）、第二固定齿轮（20）、第三固定齿轮（21）、第七固定齿轮（25），第二输出轴（12）上连接有第四固定齿轮（22）、第五固定齿轮（23）、第六固定齿轮（24）、第五同步器（30）。
发动机（1）通过双质量飞轮（2）与双离合器（31）连接，发电机（3）分别与双离合器（31）、储能装置（4）连接，电动机（5）分别与储能装置（4）、第三离合器（8）连接，第一输入轴（9）分别与第一离合器（6）、第三离合器（8）连接，第二输入轴（10）与第二离合器（7）连接。
本发明提供了多种工作模式，下面将详细说明各个工作模式。
当本发明处于纯电动工作模式时，发动机（1）不工作，第一离合器（6）和第二离合器（7）处于分离状态，储能装置（4）处于放电状态，向电动机（5）供电，第三离合器（8）处于接合状态。动力由储能装置（4）传至电动机（5），再通过第三离合器（8）传至第一输入轴（9），经过齿轮对的啮合，将动力传至第二输出轴（12），第五同步器（30）处于右位与第七固定齿轮（25）结合，然后动力再通过第七固定齿轮（25）传出。纯电动工作模式下有三个低速档位可供切换。
当本发明处于发动机工作模式时，电动机（5）不工作，第三离合器（8）处于分离状态，发动机（1）处于工作状态，第一离合器（6）或第二离合器（7）处于接合状态。动力由发动机（1）通过双质量飞轮（2）传至双离合器（31），再通过第一离合器（6）或第二离合器（7）传至第一输入轴（9）或第二输入轴（10），再通过齿轮对的选择，将动力传至第一输出轴（11）或第二输出轴（12）；若动力传至第一输出轴（11），则可将动力直接通过第七固定齿轮传出；若动力是传至第二输出轴（12），则需使第五同步器（30）处于右位与第七固定齿轮（25）结合，然后再通过第七固定齿轮（25）将动力传出。当发动机（1）产生的扭矩大于车辆所需扭矩时，可将发动机（1）传出的部分动力传至发电机（3），然后将机械能转化为电能储存在储能状态中，以备后需。发动机工作模式下有六个档位数可供切换。
当本发明处于串联工作模式时，发动机（1）、发电机（3）、电动机（5）均处于工作状态，第三离合器（8）处于接合状态，第一离合器（6）与第二离合器（7）均处于分离状态。动力由发动机（1）通过双质量飞轮（2）传至双离合器（31），然后双离合器（31）带动发电机（3）工作，将机械能转化为电能储存在储能装置（4）中，然后储能装置（4）放电，向电动机（5）提供动力，动力再通过处于接合状态的第三离合器（8）将动力传至第一输入轴（6）与第二输出轴（7），然后第五同步器（30）处于右位，使第七固定齿轮（25）与第二输出轴（12）结合，再将动力通过第七固定齿轮（25）传出。
当本发明处于并联工作模式时，发动机（1）与电动机（5）均处于工作状态，发电机（3）不工作，储能装置（4）处于放电状态，第三离合器（8）处于接合状态，第一离合器（6）或第二离合器（7）处于接合状态，该工作模式下共有两个动力源，分别为发动机动力源和电动机动力源。发动机（1）动力通过双质量飞轮（2）传至双离合器（31），接合第一离合器（6）或第二离合器（7）将动力传至第一输入轴（9）或第二输入轴（10），而储能装置（4）向电动机（5）提供动力，后带动接合的第三离合器（8），将动力传至第一输入轴（9），然后将两者动力进行混合，再将混合动力通过第七固定齿轮（25）传出；或者发动机（1）动力传至第一输出轴（11）后，与通过第七固定齿轮（25）传至第一输出轴（11）的电动机（5）动力进行混合，再将混合动力通过第七固定齿轮（25）传出。
当本发明处于混联工作模式时，发动机（1）、发电机（3）、储能装置（4）、电动机（5）均处于工作状态，，第三离合器（8）处于接合状态，第一离合器（6）或第二离合器（7）处于接合状态，该工作模式下同样有两个动力源，分别为发动机动力源和电动机动力源。发动机（1）一部分动力通过双质量飞轮（2）传至双离合器（31），接合第一离合器（6）或第二离合器（7）将动力传至第一输入轴（9）或第二输入轴（10），另一部分动力通过双离合器（31）带动发电机（3）工作，将机械能转化为电能储存在储能装置（4）中，然后储能装置（4）再向电动机（5）提供动力，带动接合的第三离合器（8），使动力传至第一输入轴（9），然后将两者动力进行混合，再将混合动力通过第七固定齿轮（25）传出；或者发动机（1）动力传至第一输出轴（11）后，与通过第七固定齿轮（25）传至第一输出轴（11）的电动机（5）动力进行混合，再将混合动力通过第七固定齿轮（25）传出。
当本发明处于制动减速能量回收工作模式时，电动机（5）转换为发电机工作状态，第三离合器（8）处于接合状态。动力经过第七固定齿轮（25）、第二输出轴（12）、第一输入轴（9），传至第三离合器（8），然后带动电动机（5）以发电机状态进行发电工作，对储能装置（4）进行充电。
当本发明处于倒挡工作模式时，储能装置（4）处于放电状态，向电动机（5）提供动力，电动机（5）反向转动，第三离合器（8）处于接合状态，然后动力经过第一输入轴（9）、第二输出轴（12），再经过与第二输出轴（12）相结合的第七固定齿轮（25），将动力传出。
在车辆起步或轻载工况时，由电动机（5）使用储能装置（4）的能量来单独驱动车辆，车辆以纯电动或串联工作模式运行；在正常行驶工况时，当车速提升达到设定值或者电动机（5）输出功率不能满足车辆行驶要求时，行驶的车辆将拖动发动机（1）达到设定转速后点火起动。之后，电动机（5）随即停止输出，由发动机（1）单独驱动车辆，此时车辆以发动机工作模式运行；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，启动电动机（5）提供动力，和发动机（1）一起驱动车辆，此时车辆以并联或混联工作模式运行；在减速或制动时，电动机（5）作为发电机进行再生回馈制动，由车辆驱动回收动能，将回收的动能被转换成电能储存到储能装置（4）中，此时车辆处于制动减速工作模式。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.车用三离合器混合动力传动系统，由发动机（1）、双质量飞轮（2）、发电机（3）、储能装置（4）、电动机（5）、三个离合器（6、7、8）、两根输入轴（9、10）、两根输出轴（11、12）、六个空套齿轮（13、14、15、16、17、18）、七个固定齿轮（19、20、21、22、23、24）、五个同步器（26、27、28、29、30）组成，其特征在于：发动机（1）通过双质量飞轮（2）与双离合器（31）连接，发电机（3）分别与双离合器（31）、储能装置（4）连接，电动机（5）分别与储能装置（4）、第三离合器（8）连接，第一输入轴（9）分别与第一离合器（6）、第三离合器（8）连接，第二输入轴（10）与第二离合器（7）连接；第二输入轴（10）和第二输出轴（12）均为空心轴，分别嵌套在第一输入轴（9）和第一输出轴（11）上，第一输入轴（9）与第一输出轴（11）相互空间平行布置；第一输入轴（9）上连接有低速档位的第四空套齿轮（16）、第五空套齿轮（17）、第五空套齿轮（18）；第二输入轴（10）上连接有高速档位的第一空套齿轮（13）、第二空套齿轮（14）、第三空套齿轮（15）；第一输出轴（11）上连接有第一固定齿轮（19）、第二固定齿轮（20）、第三固定齿轮（21）、第七固定齿轮（25），第二输出轴（12）上连接有第四固定齿轮（22）、第五固定齿轮（23）、第六固定齿轮（24）、第五同步器（30）。
2.根据权利要求1所述的车用三离合器混合动力传动系统，其特征在于，具备纯电动、发动机、串联、并联、混联、制动减速能量回收、倒挡多个工作模式。
3.根据权利要求1所述的车用三离合器混合动力传动系统，其特征在于，所述储能装置（4）具有外接充电接口，以使用外部电源对储能装置（4）进行充电。
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