CN106627094A - 混合动力系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种混合动力系统，混合动力系统包括：发动机和第一电机；包括第一主动盘和第一从动盘的第一离合器，第一主动盘与发动机传动；包括第二主动盘和第二从动盘的第二离合器，第二主动盘与第一电机传动；减速组件，减速组件包括：高挡齿轮副、低挡齿轮副和减速输出齿轮，高挡齿轮副包括相互啮合的高挡主动齿轮和高挡从动齿轮，高挡主动齿轮与第一从动盘相连，低挡齿轮副包括相互啮合的低挡主动齿轮和低挡从动齿轮，低挡主动齿轮与第二从动盘相连，减速输出齿轮分别与高挡从动齿轮和低挡从动齿轮同步转动；差速器，差速器与减速输出齿轮传动。通过设置第一离合器和第二离合器，可以使得车辆满足扭矩和转速要求。

Description

混合动力系统
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，特别涉及一种混合动力系统。
背景技术
相关技术中，在一些混合动力系统中，发动机和电机之间没有变速机构，若要满足在整车的启动和低速工况下大扭矩低转速以及在高速工况下小扭矩高转速的条件，需要大功率和高转速的电机，而且电机的扭矩-转速特性曲线需满足整车在不同行驶工况下的扭矩和转速要求，因此没有变速机构，对电机的转速和扭矩特性要求较高，进而影响电机和整车的匹配，影响新能源整车的性能和向前迈进的步伐。而且发动机和电机与传动机构之间没有动力中断机构，不能合理应用发动机和电机的特性驱动。
另外，传统的两挡减速器内有高低挡斜齿轮副，两挡减速器通过同步器等换挡机构实现换挡，但是同步器等换挡零部件属于刚性机构，存在换挡冲击与异响等噪音问题，降低驾驶舒适性。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种混合动力系统，以解决整车在不同行驶工况下不能满足扭矩和转速要求的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种混合动力系统，包括：发动机和第一电机；第一离合器，所述第一离合器包括：第一主动盘和第一从动盘，所述第一主动盘与所述发动机的输出轴传动；第二离合器，所述第二离合器包括：第二主动盘和第二从动盘，所述第二主动盘与所述第一电机的输出轴传动；减速组件，所述减速组件包括：高挡齿轮副、低挡齿轮副和减速输出齿轮，所述高挡齿轮副包括相互啮合的高挡主动齿轮和高挡从动齿轮，所述高挡主动齿轮与所述第一从动盘相连，所述低挡齿轮副包括相互啮合的低挡主动齿轮和低挡从动齿轮，所述低挡主动齿轮与所述第二从动盘相连，所述减速输出齿轮分别与所述高挡从动齿轮和所述低挡从动齿轮同步转动；差速器，所述差速器与所述减速输出齿轮传动。
进一步地，所述高挡主动齿轮与所述第一从动盘为一体成型结构，所述低挡主动齿轮与所述第二从动盘为一体成型结构。
进一步地，所述混合动力系统还包括：动力分配机构和第二电机，所述动力分配机构的输入端与所述发动机的输出轴相连，所述动力分配机构的输出轴与所述第一主动盘相连，所述动力分配机构适于将所述发动机的动力分配给所述第二电机和所述第一主动盘。
进一步地，所述动力分配机构为行星轮机构，所述行星轮机构包括：太阳轮、行星轮、行星架和齿圈，所述行星架与所述发动机的输出轴相连以构成所述输入端，所述太阳轮与所述第二电机相连，所述齿圈通过齿轮轴与所述第一主动盘相连，所述齿轮轴构成所述动力分配机构的输出轴。
进一步地，所述第二电机设置在所述第一离合器和所述发动机之间且适于套设在所述发动机的输出轴上。
进一步地，所述混合动力系统还包括：用于制动或释放所述行星架的制动器，所述第二电机为电动发电机，所述制动器适于在所述第二电机电动驱动时制动所述行星架。
进一步地，所述混合动力系统还包括：变速箱壳体，所述制动器包括：制动内片和制动外片，所述制动外片固定在所述变速箱壳体上且所述制动内片与所述行星架相连，所述行星架适于在所述制动内片与所述制动外片贴合时停止转动。
进一步地，所述高挡主动齿轮可转动地套设在所述齿轮轴上，所述低挡主动齿轮可转动地套设在所述第一电机的输出轴上。
进一步地，所述混合动力系统还包括：分动器，所述差速器为前差速器，所述分动器与所述前差速器传动且将所述前差速器的一部分动力传递给位于车辆的后桥上的后差速器以驱动车辆的后轮。
进一步地，所述第二电机集成在所述发动机上。
相对于现有技术，本发明所述的混合动力系统具有以下优势：
根据本发明的混合动力系统，通过设置第一离合器和第二离合器，以及设置高挡齿轮副和低挡齿轮副，可以充分发挥第一电机和发动机的扭矩-转速相关特性，既可以起到节能减排环保的作用，又可以提升整车的加速性能，另外，第一电机可以采用小功率的电机，降低车辆的成本。而且，高挡主动齿轮直接与第一从动盘相连，低挡主动齿轮直接与第二从动盘相连，从而可以使得该混合动力系统的换挡模式区别于现有技术中的两挡减速器的刚性换挡模式，可以使得换挡冲击小且噪音小，提高车辆的换挡舒适性。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为应用在车辆上的本发明实施例所述的混合动力系统结构示意图；
图2为本发明第一种实施例所述的混合动力系统的结构示意图；
图3为图2中的未示出发动机的混合动力系统的结构示意图；
图4为图2中的未示出发动机的混合动力系统的结构示意图，且第一电机单独驱动车辆；
图5为图2中的未示出发动机的混合动力系统的结构示意图，且发动机单独驱动车辆；
图6为图2中的未示出发动机的混合动力系统的结构示意图，且第一电机和发动机共同驱动车辆；
图7为本发明第二种实施例所述的未示出发动机的混合动力系统的结构示意图。
附图标记说明：
混合动力系统100；
发动机10；发动机的输出轴11；第一电机20；第一电机的输出轴21；
第一离合器30；第一主动盘30a；第一从动盘30b；第二离合器31；第二主动盘31a；第二从动盘31b；
减速组件40；高挡齿轮副41；高挡主动齿轮41a；高挡从动齿轮41b；低挡齿轮副42；低挡主动齿轮42a；低挡从动齿轮42b；减速输出齿轮43；
差速器50；
第二电机60；逆变器61；电池62；
行星轮机构70；太阳轮71；行星轮72；行星架73；齿圈74；齿轮轴75；
制动器80；制动内片81；制动外片82；
变速箱壳体90；分动器110；后差速器120；后轮130；前轮140。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明实施例的混合动力系统100。根据本发明实施例的混合动力系统100可以应用在车辆(例如混合动力汽车)上。
其中需要说明的是，附图中的部件之间的连接实线表示机械连接，部件之间的连接虚线表示电连接，而且带有指示箭头的实线表示动力的传递方向。
根据本发明实施例的混合动力系统100可以包括发动机10、第一电机20、第一离合器30、第二离合器31、减速组件40和差速器50。如图2-图7所示，第一离合器30包括：第一主动盘30a和第一从动盘30b，第一主动盘30a与发动机10的输出轴11传动。其中，当第一主动盘30a与第一从动盘30b接合时，发动机10可以通过第一离合器30向减速组件40和差速器50传递动力以驱动车辆运动；当第一主动盘30a与第一从动盘30b分离时，发动机10无法向减速组件40和差速器50传递动力。第二离合器31包括：第二主动盘31a和第二从动盘31b，第二主动盘31a与第一电机20的输出轴21传动。其中，当第二主动盘31a与第二从动盘31b接合时，第一电机20的动力可以通过第二离合器31传递给减速组件40和差速器50以驱动车辆运动；当第二主动盘31a与第二从动盘31b分离时，第一电机20的动力无法传递给减速组件40和差速器50。
如图2-图7所示，减速组件40包括：高挡齿轮副41、低挡齿轮副42和减速输出齿轮43，高挡齿轮副41包括相互啮合的高挡主动齿轮41a和高挡从动齿轮41b，高挡主动齿轮41a与第一从动盘30b相连，低挡齿轮副42包括相互啮合的低挡主动齿轮42a和低挡从动齿轮42b，低挡主动齿轮42a与第二从动盘31b相连，减速输出齿轮43分别与高挡从动齿轮41b和低挡从动齿轮42b同步转动，差速器50与减速输出齿轮43传动。具体地，如图2-图7所示，减速输出齿轮43分别与高挡从动齿轮41b和低挡从动齿轮42b同轴布置，从而可以便于高挡从动齿轮41b或者低挡从动齿轮42b将动力通过减速输出齿轮43传递给差速器50，进而动力可以驱动车辆运动。
根据本发明的一个实施例，混合动力系统100还可以包括：动力分配机构(例如行星齿轮机构70)和第二电机60，动力分配机构的输入端与发动机10的输出轴11相连，动力分配机构的输出轴与第一主动盘30a相连，动力分配机构适于将发动机10的动力分配给第二电机60和第一主动盘30a。由此，当发动机10工作且第一离合器30处于接合状态时，发动机10的一部分动力可以分配给第二电机60以用于第二电机60的发电，而且发动机10的另一部分动力可以分配给第一离合器30并且通过第一离合器30、高挡齿轮副41和减速输出齿轮43传递给差速器50。换言之，发动机10的动力可以同时用于第二电机60的发电和驱动车辆运动。
具体地，如图2-图7所示，动力分配机构可以为行星齿轮机构70，行星齿轮机构70包括：太阳轮71、行星轮72、行星架73和齿圈74，行星架73与发动机10的输出轴11相连以构成输入端，太阳轮71与第二电机60相连，齿圈74通过齿轮轴75与第一主动盘30a相连，齿轮轴75构成动力分配机构的输出轴。
根据第一电机20和第二电机60的类型可以分为两个实施例，其中，第一实施例的混合动力系统100中的第一电机20为电动机，第二电机60为发电机。第二实施例的混合动力系统100中的第一电机20和第二电机60均为电动发电机。
下面参考图1-图6详细描述根据本发明第一实施例的混合动力系统100的工作原理。
发动机10单独驱动状态：如图5所示，发动机10工作且第一离合器30处于接合状态，第二离合器31处于分离状态。发动机10的一部分动力依次通过发动机10的输出轴11、行星架73、行星轮72、齿圈74、齿轮轴75、第一离合器30、高挡齿轮副41、减速输出齿轮43传递给差速器50，动力经过差速器50的差速作用下分配给两个前轮140，从而驱动车辆运动。发动机10的另一部分动力依次通过发动机10的输出轴11、行星架73、行星轮72、太阳轮71传递给第二电机60，第二电机60进行发电。如图1所示，第二电机60和第一电机20可以分别与逆变器61相连，逆变器61可以与电池62相连。第二电机60发出的电能通过逆变器61后可以储存在电池62内，电池62内的电能可以通过逆变器61传递给第一电机20以用于驱动第一电机20工作。
第一电机20单独驱动状态：如图4所示，第一电机20工作且第二离合器31处于接合状态，第一离合器30处于分离状态。第一电机20的动力依次通过第一电机20的输出轴21、第二离合器31、低挡齿轮副42和减速输出齿轮43传递给差速器50，动力经过差速器50的差速作用下分配给两个前轮140，从而驱动车辆运动。
发动机10和第一电机20共同驱动状态：如图6所示，发动机10工作且第一离合器30处于接合状态，发动机10的一部分动力依次通过发动机10的输出轴11、行星架73、行星轮72、齿圈74、齿轮轴75、第一离合器30、高挡齿轮副41、减速输出齿轮43传递给差速器50，动力经过差速器50的差速作用下分配给两个前轮140，从而驱动车辆运动。发动机10的另一部分动力依次通过发动机10的输出轴11、行星架73、行星轮72、太阳轮71传递给第二电机60，第二电机60进行发电。
第一电机20工作且第二离合器31处于接合状态。第一电机20的动力依次通过第一电机20的输出轴21、第二离合器31、低挡齿轮副42和减速输出齿轮43传递给差速器50，动力经过差速器50的差速作用下分配给两个前轮140，从而驱动车辆运动。
其中，需要说明的是，高挡齿轮副41传递的动力和低挡齿轮副42传递的动力在经过动力耦合后传递给减速输出齿轮43，耦合后的动力再通过减速输出齿轮43传递给差速器50以驱动车辆运动。
下面参考图7详细描述根据本发明第二方面实施例的混合动力系统100的工作原理。相对于第一实施例的混合动力系统100，第二实施例的混合动力系统100除了第一电机20和第二电机60的类型不同之外，还设置有用于制动或释放行星架73的制动器80，当第二电机60电动驱动车辆时，制动器80制动行星架73，发动机10停止工作。当发动机10工作时，制动器80释放行星架73。
发动机10单独驱动状态：发动机10工作且第一离合器30处于接合状态，第二离合器31处于分离状态并且制动器80释放行星架73。发动机10的一部分动力依次通过发动机10的输出轴11、行星架73、行星轮72、齿圈74、齿轮轴75、第一离合器30、高挡齿轮副41、减速输出齿轮43传递给差速器50，动力经过差速器50的差速作用下分配给两个前轮140，从而驱动车辆运动。发动机10的另一部分动力依次通过发动机10的输出轴11、行星架73、行星轮72、太阳轮71传递给第二电机60，此时第二电机60作为发电机以用来发电。
第一电机20单独驱动状态：第一电机20作为电动机来产生动力，第一离合器30处于分离状态且第二离合器31处于接合状态。第一电机20的动力依次通过第一电机20的输出轴21、第二离合器31、低挡齿轮副42和减速输出齿轮43传递给差速器50，动力经过差速器50的差速作用下分配给两个前轮140，从而驱动车辆运动。
第二电机60单独驱动状态：第二电机60作为电动机来产生动力，第一离合器30处于接合状态且第二离合器31处于分离状态，并且制动器80制动行星架73。第二电机60的动力依次通过第二电机60的输出轴、太阳轮71、行星轮72、齿圈74、齿轮轴75、第一离合器30、高挡齿轮副41和减速输出齿轮43传递给差速器50，动力经过差速器50的差速作用下分配给两个前轮140，进而可以驱动车辆。
需要说明的是，当第一离合器30处于接合状态时，转动的车轮可以依次通过差速器50、减速输出齿轮43、低挡齿轮副42、第二离合器31和第一电机20的输出轴21反拖第一电机20，此时，第一电机20可以作为发电机以用来发电。
发动机10和第一电机20共同驱动状态：发动机10工作且第一离合器30处于接合状态，并且制动器80释放行星架73。发动机10的一部分动力依次通过发动机10的输出轴11、行星架73、行星轮72、齿圈74、齿轮轴75、第一离合器30、高挡齿轮副41、减速输出齿轮43传递给差速器50，动力经过差速器50的差速作用下分配给两个前轮140，从而驱动车辆运动。发动机10的另一部分动力依次通过发动机10的输出轴11、行星架73、行星轮72、太阳轮71传递给第二电机60，此时第二电机60作为发电机以用来发电。
第一电机20作为电动机来产生动力，第二离合器31处于接合状态。第一电机20的动力依次通过第一电机20的输出轴21、第二离合器31、低挡齿轮副42和减速输出齿轮43传递给差速器50，动力经过差速器50的差速作用下分配给两个前轮140，从而驱动车辆运动。
其中，需要说明的是，高挡齿轮副41传递的动力和低挡齿轮副42传递的动力在经过动力耦合后传递给减速输出齿轮43，耦合后的动力再通过减速输出齿轮43传递给差速器50以驱动车辆运动。
第一电机20和第二电机60共同驱动状态：第一电机20作为电动机来产生动力，第二离合器31处于接合状态。第一电机20的动力依次通过第一电机20的输出轴21、第二离合器31、低挡齿轮副42和减速输出齿轮43传递给差速器50，动力经过差速器50的差速作用下分配给两个前轮140，从而驱动车辆运动。
第二电机60作为电动机来产生动力，第一离合器30处于接合状态，制动器80制动行星架73。第二电机60的动力依次通过第二电机60的输出轴、太阳轮71、行星轮72、齿圈74、齿轮轴75、第一离合器30、高挡齿轮副41和减速输出齿轮43传递给差速器50，动力经过差速器50的差速作用下分配给两个前轮140，进而可以驱动车辆。
其中，需要说明的是，高挡齿轮副41传递的动力和低挡齿轮副42传递的动力在经过动力耦合后传递给减速输出齿轮43，耦合后的动力再通过减速输出齿轮43传递给差速器50以驱动车辆运动。
其中，可选地，如图7所示，混合动力系统100还可以包括：变速箱壳体90，制动器80包括：制动内片81和制动外片82，制动外片82固定在变速箱壳体90上，而且制动内片81与行星架73相连，行星架73适于在制动内片81与制动外片82贴合时停止转动。当制动内片81与制动外片82分离时，制动器80释放行星架73。
根据本发明实施例的混合动力系统100，通过设置第一离合器30和第二离合器31，以及设置高挡齿轮副41和低挡齿轮副42，可以充分发挥第一电机20和发动机10的扭矩-转速相关特性，既可以起到节能减排环保的作用，又可以提升整车的加速性能，另外，第一电机20可以采用小功率的电机，降低车辆的成本。而且，高挡主动齿轮41a直接与第一从动盘30b相连，低挡主动齿轮42a直接与第二从动盘31b相连，从而可以使得该混合动力系统100的换挡模式区别于现有技术中的两挡减速器的刚性换挡模式，可以使得换挡冲击小且噪音小。提高车辆的换挡舒适性。
其中，可选地，高挡主动齿轮41a与第一从动盘30b可以为一体成型结构，低挡主动齿轮42a与第二从动盘31b可以为一体成型结构。可以理解的是，一体成型的高挡主动齿轮41a和第一从动盘30b结构可靠，传动稳定，使用寿命长，一体成型的低挡主动齿轮42a与第二从动盘31b结构可靠，传动稳定，使用寿命长。
在本发明的一些示例中，如图2-图7所示，第二电机60可以设置在第一离合器30和发动机10之间，而且第二电机60适于套设在发动机10的输出轴11上。通过将第二电机60套设在发动机10的输出轴11上，可以有效减小混合动力系统100的轴向尺寸，使得混合动力系统100结构紧凑，进一步地可以减小混合动力系统100占用整车的空间，提高整车的空间利用率。进一步地，如图2-图7所示，第二电机60可以集成在发动机10上。具体地，第二电机60可以集成在发动机10的壳体上，从而可以提高第二电机60和发动机10的连接可靠性。
可选地，如图2所示，高挡主动齿轮41a可转动地套设在齿轮轴75上，低挡主动齿轮42a可转动地套设在第一电机20的输出轴21上。由此，通过合理设置高挡主动齿轮41a和低挡主动齿轮42a，进一步地可以使得混合动力系统100结构紧凑且传动稳定。
根据本发明的一个实施例，如图1所示，混合动力系统100还可以包括：分动器110，上述的差速器50可以为前差速器，分动器110与前差速器传动且将前差速器的一部分动力传递给位于车辆的后桥上的后差速器120以驱动车辆的后轮130。传递到前差速器的动力一部分经过差速分配给两个前轮140，另一部分动力经过分动器110传递给后差速器120，经过后差速器120的差速作用分配给两个后轮130，从而车辆可以为四驱车辆。
其中，需要说明的是，分动器110的结构和工作原理均为本领域的技术人员所熟知的技术，在此不再介绍。
根据本发明实施例的车辆，包括上述实施例的混合动力系统100，由于上述实施例的混合动力系统100包括第一离合器30、第二离合器31、高挡齿轮副41和低挡齿轮副42，可以充分发挥第一电机20和发动机10的扭矩-转速相关特性，既可以起到节能减排环保的作用，又可以提升整车的加速性能，另外，第一电机20可以采用小功率的电机，降低车辆的成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (10)

1.一种混合动力系统(100)，其特征在于，包括：
发动机(10)和第一电机(20)；
第一离合器(30)，所述第一离合器(30)包括：第一主动盘(30a)和第一从动盘(30b)，所述第一主动盘(30a)与所述发动机(10)的输出轴(11)传动；
第二离合器(31)，所述第二离合器(31)包括：第二主动盘(31a)和第二从动盘(31b)，所述第二主动盘(31a)与所述第一电机(20)的输出轴(21)传动；
减速组件(40)，所述减速组件(40)包括：高挡齿轮副(41)、低挡齿轮副(42)和减速输出齿轮(43)，所述高挡齿轮副(41)包括相互啮合的高挡主动齿轮(41a)和高挡从动齿轮(41b)，所述高挡主动齿轮(41a)与所述第一从动盘(30b)相连，所述低挡齿轮副(42)包括相互啮合的低挡主动齿轮(42a)和低挡从动齿轮(42b)，所述低挡主动齿轮(42a)与所述第二从动盘(31b)相连，所述减速输出齿轮(43)分别与所述高挡从动齿轮(41b)和所述低挡从动齿轮(42b)同步转动；
差速器(50)，所述差速器(50)与所述减速输出齿轮(43)传动。
2.根据权利要求1所述的混合动力系统(100)，其特征在于，所述高挡主动齿轮(41a)与所述第一从动盘(30b)为一体成型结构，所述低挡主动齿轮(42a)与所述第二从动盘(31b)为一体成型结构。
3.根据权利要求1所述的混合动力系统(100)，其特征在于，还包括：动力分配机构和第二电机(60)，所述动力分配机构的输入端与所述发动机(10)的输出轴(11)相连，所述动力分配机构的输出轴与所述第一主动盘(30a)相连，所述动力分配机构适于将所述发动机(10)的动力分配给所述第二电机(60)和所述第一主动盘(30a)。
4.根据权利要求3所述的混合动力系统(100)，其特征在于，所述动力分配机构为行星齿轮机构(70)，所述行星齿轮机构(70)包括：太阳轮(71)、行星轮(72)、行星架(73)和齿圈(74)，所述行星架(73)与所述发动机(10)的输出轴(11)相连以构成所述输入端，所述太阳轮(71)与所述第二电机(60)相连，所述齿圈(74)通过齿轮轴(75)与所述第一主动盘(30a)相连，所述齿轮轴(75)构成所述动力分配机构的输出轴。
5.根据权利要求4所述的混合动力系统(100)，其特征在于，所述第二电机(60)设置在所述第一离合器(30)和所述发动机(10)之间且适于套设在所述发动机(10)的输出轴(11)上。
6.根据权利要求4所述的混合动力系统(100)，其特征在于，还包括：用于制动或释放所述行星架(73)的制动器(80)，所述第二电机(60)为电动发电机，所述制动器(80)适于在所述第二电机(60)电动驱动时制动所述行星架(73)。
7.根据权利要求6所述的混合动力系统(100)，其特征在于，还包括：变速箱壳体(90)，所述制动器(80)包括：制动内片(81)和制动外片(82)，所述制动外片(82)固定在所述变速箱壳体(90)上且所述制动内片(81)与所述行星架(73)相连，所述行星架(73)适于在所述制动内片(81)与所述制动外片(82)贴合时停止转动。
8.根据权利要求4所述的混合动力系统(100)，其特征在于，所述高挡主动齿轮(41a)可转动地套设在所述齿轮轴(75)上，所述低挡主动齿轮(42a)可转动地套设在所述第一电机(20)的输出轴(21)上。
9.根据权利要求1所述的混合动力系统(100)，其特征在于，还包括：分动器(110)，所述差速器(50)为前差速器(50)，所述分动器(110)与所述前差速器(50)传动且将所述前差速器(50)的一部分动力传递给位于车辆的后桥上的后差速器(120)以驱动车辆的后轮(130)。
10.根据权利要求5所述的混合动力系统(100)，其特征在于，所述第二电机(60)集成在所述发动机(10)上。
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