CN108327511A - 混合动力系统及混合动力车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及混合动力车辆领域，更具体地本发明涉及混合动力系统及混合动力车辆。该一种混合动力系统包括：变速器，其包括一个输入轴；电机模块，其包括电机和一个离合器，电机的输出轴与变速器的输入轴传动联接；以及发动机，其经由电机模块的离合器与变速器的输入轴传动联接。通过采用上述技术方案，本发明的混合动力系统将电机与一个离合器整合到一个模块并省略了变速器的离合器，电机的输出轴与变速器的一个输入轴连接，发动机则通过上述离合器与变速器的输入轴传动联接。这样，本发明的混合动力系统相对于现有技术的混合动力系统结构更加简单紧凑，并且变速器中的所有齿轮对于电机和发动机均可用。

Description

混合动力系统及混合动力车辆
技术领域
本发明涉及混合动力车辆领域，更具体地本发明涉及混合动力系统及包括该混合动力系统的混合动力车辆。
背景技术
在现有技术的一种混合动力系统中，存在一种如下的混合动力系统，该混合动力系统包括电机、发动机和双离合变速器，双离合变速器的双离合器(即两个离合器)分别与彼此嵌套的内侧输入轴和外侧输入轴这两个输入轴连接。电机不经过双离合器而直接与1挡齿轮传动联接，而发动机则通过双离合变速器的两个离合器与双离合变速器的内侧输入轴和外侧输入轴传动联接。显然，采用上述结构的混合动力系统具有机械结构过于复杂的缺点。
发明内容
为了解决上述现有技术的缺点而做出了本发明。本发明的发明目的在于提供一种新型的混合动力系统，其相对于现有技术的混合动力系统结构简单。此外，本发明的另一个发明目的在于提供采用该混合动力系统的混合动力车辆。
为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案。
本发明提供了一种如下的混合动力系统，所述混合动力系统包括：变速器，所述变速器包括一个输入轴；电机模块，所述电机模块包括电机和一个离合器，所述电机的输出轴与所述变速器的输入轴传动联接；以及发动机，所述发动机经由所述电机模块的离合器与所述变速器的输入轴传动联接。
优选地，所述电机模块位于所述发动机与所述变速器之间，并且所述电机的输出轴与所述变速器的输入轴以同轴的方式直接连接。
优选地，所述混合动力系统还包括控制模块，所述控制模块能够使所述混合动力系统实现并行驱动模式、纯电机驱动模式和纯发动机驱动模式，当所述混合动力系统处于所述并行驱动模式时，所述离合器接合，所述发动机和所述电机均处于运转状态，所述发动机向所述变速器的输入轴传递扭矩，所述电机向所述输入轴传递正扭矩或负扭矩，当所述混合动力系统处于所述纯电机驱动模式时，所述离合器断开，所述发动机处于停止状态且所述电机处于运转状态，仅所述电机向所述变速器的输入轴传递扭矩，并且当所述混合动力系统处于所述纯发动机驱动模式时，所述离合器接合，所述电机处于停止状态且所述发动机处于运转状态，仅通过所述发动机向所述变速器的输入轴传递扭矩。
更优选地，所述控制模块能够使所述混合动力系统实现并行驱动换挡模式，其中使所述离合器断开，仅通过所述电机向所述输入轴传递扭矩并且所述发动机进入怠速控制状态，使所述变速器的已经接合的同步啮合机构与对应的挡位齿轮脱离接合并且所述电机进入速度控制模式，以及当所述变速器的待接合的挡位齿轮与待接合的同步啮合机构的速度差处于预定范围时，该挡位齿轮与该同步啮合机构进行接合。
更优选地，所述控制模块能够使所述混合动力系统实现纯电机驱动换挡模式，其中使所述变速器的已经接合的同步啮合机构与对应的挡位齿轮脱离接合并且所述电机进入速度控制模式，以及当所述变速器的待接合的挡位齿轮与待接合的同步啮合机构的速度差处于预定范围时，该挡位齿轮与该同步啮合机构进行接合。
更优选地，所述控制模块能够使所述混合动力系统实现驱动期间发动机重启模式，其中使所述电机的扭矩逐渐增大并且所述离合器逐渐接合，在所述电机的带动下所述离合器的扭矩逐渐增大以使得所述发动机的速度增大，同时所述电机向所述变速器的输入轴传递的扭矩大致保持不变，在所述发动机的速度到达预定值时，所述离合器断开并且所述发动机点火，在所述发动机的速度超过所述电机的速度预定值之后，所述离合器逐渐接合，以及在所述离合器完全接合之后，在所述发动机和所述电机之间分配驾驶员扭矩请求。
更优选地，所述控制模块能够使所述混合动力系统实现制动能量回收模式，其中所述离合器断开，所述发动机处于停止状态，所述电机处于运转状态，所述变速器的输入轴向所述电机传递扭矩。
更优选地，所述控制模块能够使所述混合动力系统实现车辆静止时启动发动机模式，其中所述变速器的同步啮合机构与对应的挡位齿轮均断开使得所述变速器处于中性状态，所述离合器接合且通过所述电机启动所述发动机。
优选地，所述变速器还包括第一中间轴、第二中间轴和输出轴，所述第一中间轴、所述第二中间轴、所述输出轴和所述输入轴彼此间隔开地配置，所述变速器还包括多个挡位齿轮和多个同步啮合机构，所述多个挡位齿轮和多个同步啮合机构分别设置于所述输入轴、所述第一中间轴和所述第二中间轴，所述多个挡位齿轮彼此啮合以组成分别对应所述变速器的多个挡位的齿轮副，所述多个同步啮合机构能够与对应的挡位齿轮接合以实现换挡，并且所述变速器还包括多个输出齿轮和差速器，所述多个输出齿轮分别设置于所述第一中间轴和所述第二中间轴，所述差速器设置于所述输出轴，所述多个输出齿轮分别与所述差速器传动联接。
本发明还提供了一种如下的混合动力车辆，所述混合动力车辆包括以上技术方案中任意一项技术方案所述的混合动力系统。
通过采用上述技术方案，本发明提供了一种新型的混合动力系统及混合动力车辆，该混合动力系统将电机与一个离合器整合到一个模块并省略了变速器的离合器，电机的输出轴与变速器的一个输入轴连接，发动机则通过上述离合器与变速器的输入轴传动联接。这样，本发明的混合动力系统相对于现有技术的混合动力系统结构更加简单紧凑，并且变速器中的所有齿轮对于电机和发动机均可用。
附图说明
图1是示出了根据本发明的一实施方式的混合动力系统的连接结构的示意图。
图2是示出了图1中的混合动力系统的处于纯电机驱动模式下的驱动力/扭矩的传递路线的示意图，图中的带箭头的线表示了驱动力/扭矩的传递路线。
附图标记说明
ICE发动机 EM电机 K0离合器 AMT自动变速器 S1输入轴S2第一中间轴 S3第二中间轴 S4输出轴 G1-G15齿轮 A1-A4同步啮合机构 DM差速器
具体实施方式
以下将结合说明书附图详细说明本发明的具体技术方案。需要说明的是，在本发明中，“传动联接”是指两个部件之间能够传递驱动力/扭矩。
(混合动力系统的结构)
如图1所示，根据本发明的一实施方式的混合动力系统包括发动机ICE、电机模块和自动变速器AMT，其中电机模块包括整合在一起的电机EM和一个离合器K0，并且电机模块位于发动机ICE与自动变速器AMT之间。
在本实施方式中，电机EM的输出轴与自动变速器AMT的输入轴S1以同轴的方式直接连接，使得电机EM和自动变速器AMT之间能够双向传递驱动力/扭矩。上述“以同轴的方式直接连接”表示电机EM的输出轴与自动变速器AMT的输入轴S1可以为同一个轴或者电机EM的输出轴与自动变速器AMT的输入轴S1两者之间无离合器地直接连接。在电机EM由电池(未示出)供给电能的情况下，电机EM作为电动机向自动变速器AMT的输入轴S1传递驱动力/扭矩，在电机EM获得来自自动变速器AMT的输入轴S1的驱动力/扭矩的情况下，电机EM作为发电机向电池充电。
在本实施方式中，离合器K0不是双离合器，而是具有仅一个离合单元的单独的传统离合器。该离合器K0可以为例如干式离合器等的传统的离合器，在这里对该离合器K0的结构不进行具体说明。另外，由于该混合动力系统仅使用电机模块内的离合器K0就足够了，因此不需要在自动变速器AMT内再设置其它离合器。另外，自动变速器AMT的唯一一个输入轴S1为一个实心轴，其与现有技术的内外嵌套的两个输入轴相比结构更加简单。
在本实施方式中，发动机ICE为四缸发动机。如图1所示，发动机ICE相对于电机模块位于与自动变速器AMT所在侧的相反侧，并且发动机ICE经由电机模块内的离合器K0与自动变速器AMT的输入轴S1传动联接。当离合器K0接合时，发动机ICE与自动变速器AMT的输入轴S1实现传动联接；当离合器K0断开时，发动机ICE与自动变速器AMT的输入轴S1的传动联接断开。
通过采用上述的混合动力系统的总成设计，使得自动变速器AMT内的所有齿轮均可以用于电机EM和发动机ICE，增加了用于电机驱动的齿轮传动比。另外，不在自动变速器AMT内设置离合器，因而降低了成本。而且，包括电机EM和离合器K0的电机模块容易与自动变速器AMT进行适配，降低了对现有的变速器的结构的改变程度。
在本实施方式中，自动变速器AMT为具有7挡挡位的自动变速器。该自动变速器AMT包括彼此平行且间隔开设置的输入轴S1、第一中间轴S2、第二中间轴S3和输出轴S4。进一步地，自动变速器AMT还包括用于组成与各前进挡位和倒挡挡位对应的齿轮副的挡位齿轮(齿轮G1-G12、G14)、同步啮合机构A1-A4以及用于向输出轴S4传递驱动力/扭矩的齿轮G13、G15和差速器DM。
在本实施方式中，两个同步啮合机构A1、A2设置于输入轴S1、一个同步啮合机构A3设置于第一中间轴S2，一个同步啮合机构A4设置于第二中间轴S3。各同步啮合机构均包括同步器系统和齿轮致动器并分别对应于一个或两个挡位齿轮。具体地，同步啮合机构A1对应于齿轮G3、G4；同步啮合机构A2对应于齿轮G5、G6；同步啮合机构A3对应于齿轮G7、G8；同步啮合机构A4对应于齿轮G14。
进一步地，齿轮G1设置于输入轴S1，齿轮G7设置于第一中间轴S2并且齿轮G1与齿轮G7始终处于啮合状态，以组成对应于前进挡挡位(1挡)的齿轮副。
齿轮G2与齿轮G1间隔开地设置于输入轴S1，齿轮G8与齿轮G7间隔开地设置于第一中间轴S2并且齿轮G2与齿轮G8始终处于啮合状态，以组成对应于前进挡挡位(2挡)的齿轮副。
齿轮G3与齿轮G2间隔开地设置于输入轴S1，齿轮G9与齿轮G8间隔开地设置于第一中间轴S2并且齿轮G3与齿轮G9始终处于啮合状态，以组成对应于前进挡挡位(3挡)的齿轮副。
齿轮G4与齿轮G3间隔开地设置于输入轴S1，齿轮G10与齿轮G9间隔开地设置于第一中间轴S2并且齿轮G4与齿轮G10始终处于啮合状态，以组成对应于前进挡挡位(4挡)的齿轮副。
齿轮G5与齿轮G4间隔开地设置于输入轴S1，齿轮G11与齿轮G10间隔开地设置于第一中间轴S2并且齿轮G5与齿轮G11始终处于啮合状态，以组成对应于前进挡挡位(5挡)的齿轮副。
齿轮G6与齿轮G5间隔开地设置于输入轴S1，齿轮G12与齿轮G11间隔开地设置于第一中间轴S2并且齿轮G6与齿轮G12始终处于啮合状态，以组成对应于前进挡挡位(6挡)的齿轮副。
齿轮G14设置于第二中间轴S3，齿轮G7与齿轮G14始终处于啮合状态(图中以虚线示出该啮合关系)，以组成对应于倒挡挡位的齿轮副。
当需要自动变速器AMT进行挂挡作业时，对应的同步啮合机构的同步器系统和齿轮致动器进行动作以使得与各挡位对应的齿轮副与各轴之间实现传动联接。
另外，作为第一中间轴S2的输出齿轮的齿轮G13设置于第一中间轴S2并且与设置于输出轴S4的差速器DM的外齿圈始终处于啮合状态，以实现第一中间轴S2与输出轴S4之间的传动联接。作为第二中间轴S3的输出齿轮的齿轮G15设置于第二中间轴S3并且与设置于输出轴S4的差速器DM的外齿圈始终处于啮合状态(图中以虚线示出该啮合关系)，以实现第二中间轴S3与输出轴S4之间的传动联接。
以上详细地说明了根据本发明的一实施方式的混合动力系统的具体结构，以下将说明该混合动力系统的控制方式。
(混合动力系统的控制方式)
根据本发明的一实施方式的混合动力系统还包括控制模块(图中未示出)，该控制模块能够使混合动力系统分别处于三种基本运行模式，即并行驱动模式、纯电机驱动模式和纯发动机驱动模式。
当混合动力系统处于并行驱动模式时，离合器K0接合，发动机ICE和电机EM均处于运转状态，发动机ICE向自动变速器AMT的输入轴S1传递扭矩，电机EM向输入轴S1传递正扭矩或负扭矩。
这里，正扭矩和副扭矩是相对于发动机ICE向自动变速器AMT的输入轴S1传递的扭矩而言的，当电机EM作为电动机与发动机ICE一起向自动变速器AMT的输入轴S1传递扭矩用于驱动时，电机EM向自动变速器AMT的输入轴S1传递的是正扭矩；当电机EM作为发电机而接收来自发动机ICE经由自动变速器AMT的输入轴S1传递的扭矩时，电机EM向自动变速器AMT的输入轴S1传递的是负扭矩。
当混合动力系统处于纯电机驱动模式时，离合器K0断开，发动机ICE处于停止状态且电机EM处于运转状态，仅电机EM向自动变速器AMT的输入轴S1传递扭矩。这时，电机EM由电池供给电能向自动变速器AMT输入轴S1传递扭矩来进行驱动。
当混合动力系统处于纯发动机驱动模式时，离合器K0接合，电机EM处于停止状态且发动机ICE处于运转状态，仅通过发动机ICE向自动变速器AMT的输入轴S1传递扭矩。这时，混合动力系统与传统的汽油动力系统的工作状态是一样的。
进一步地，当混合动力系统在并行驱动模式(电机EM向输入轴S1输入正扭矩)下进行换挡时，控制模块使混合动力系统实现如下的并行驱动换挡模式。
使离合器K0断开，仅通过电机EM向自动变速器AMT的输入轴S1传递扭矩并且发动机ICE进入怠速控制状态；
使自动变速器AMT的已经接合的同步啮合机构与对应的挡位齿轮脱离接合并且电机EM进入速度控制模式；以及
当自动变速器AMT的待接合的同步啮合机构与待接合的挡位齿轮的速度差处于预定范围时，该同步啮合机构与该挡位齿轮进行接合，最终完成换挡。
进一步地，当混合动力系统在纯电机驱动模式下进行换挡时，控制模块使混合动力系统实现如下的纯电机驱动换挡模式。
使自动变速器AMT的已经接合的同步啮合机构与对应的挡位齿轮脱离接合并且电机EM进入速度控制模式；以及
当自动变速器AMT的待接合的同步啮合机构与待接合的挡位齿轮的速度差处于预定范围时，该同步啮合机构与该挡位齿轮进行接合，最终完成换挡。
进一步地，当混合动力系统进行发动机ICE重启时，控制模块使混合动力系统实现如下的驱动期间发动机重启模式。
使电机EM的扭矩逐渐增大并且离合器K0逐渐接合，在电机EM的带动下离合器K0的扭矩逐渐增大以使得发动机ICE的速度增大，同时电机EM向自动变速器AMT的输入轴S1传递的扭矩大致保持不变；
在发动机ICE的速度到达预定值时，离合器K0断开并且发动机ICE点火；
在发动机ICE运转之后速度超过电机EM的速度预定值之后，离合器K0逐渐接合；以及
在离合器K0完全接合之后，在发动机ICE和电机EM之间分配驾驶员扭矩请求。
进一步地，控制模块还能够使混合动力系统实现如下的制动能量回收模式。在混合动力系统处于制动能量回收模式时，离合器K0断开，发动机ICE处于停止状态，电机EM处于运转状态，自动变速器AMT的输入轴S1向电机EM传递扭矩。这时，制动能量的一部分经由自动变速器AMT的输出轴S4传递到自动变速器AMT的输入轴S1并最终传递到电机EM，以对电池进行充电，从而回收了一部分制动能量。
进一步地，控制模块能够使混合动力系统实现如下的车辆静止时启动发动机模式。具体地，自动变速器AMT的同步啮合机构与对应的挡位齿轮均断开使得自动变速器AMT处于中性状态；以及离合器K0接合且通过电机EM启动发动机ICE。
以上说明了根据本发明的一实施方式的混合动力系统的具体结构及其控制方式，以下采用混合动力系统处于纯电机驱动模式下自动变速器AMT的挡位处于1挡的情况举例说明驱动力/扭矩的传递路线。
如图2所示，该混合动力系统处于纯电机驱动模式下，离合器K0断开，发动机ICE处于停止状态并且电机EM处于运转状态。另外，同步啮合机构A3与齿轮G7接合，因此齿轮G1与齿轮G7组成的齿轮副能够在输入轴S1和第一中间轴S2之间传递驱动力/扭矩。在这种情况下，驱动力/扭矩的传递路线为：电机EM→输入轴S1→齿轮G1→齿轮G7→第一中间轴S2→齿轮G13→差速器DM→输出轴S4(如图2中的带箭头的线所示)。
对于混合动力系统处于其它模式下且变速器处于不同挡位时驱动力/扭矩的传递路线彼此不同，需要根据不同模式和自动变速器处于何种挡位来确定，在这里就不分别进行详细地说明了。
另外，本发明还提供了一种混合动力车辆，该混合动力车辆包括具有以上结构的混合动力系统。
通过采用上述的技术方案，根据本发明的混合动力系统的总成的效率由于油压损失最小化而获得提高，并且相对于现有技术简化了结构，提供了更多的用于电机驱动的齿轮传动比。

Claims (10)

1.一种混合动力系统，其特征在于，所述混合动力系统包括：
变速器，所述变速器包括一个输入轴；
电机模块，所述电机模块包括电机和一个离合器，所述电机的输出轴与所述变速器的输入轴传动联接；以及
发动机，所述发动机经由所述电机模块的离合器与所述变速器的输入轴传动联接。
2.根据权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于，
所述电机模块位于所述发动机与所述变速器之间，并且
所述电机的输出轴与所述变速器的输入轴以同轴的方式直接连接。
3.根据权利要求1或2所述的混合动力系统，其特征在于，所述混合动力系统还包括控制模块，所述控制模块能够使所述混合动力系统实现并行驱动模式、纯电机驱动模式和纯发动机驱动模式，
当所述混合动力系统处于所述并行驱动模式时，所述离合器接合，所述发动机和所述电机均处于运转状态，所述发动机向所述变速器的输入轴传递扭矩，所述电机向所述输入轴传递正扭矩或负扭矩，
当所述混合动力系统处于所述纯电机驱动模式时，所述离合器断开，所述发动机处于停止状态且所述电机处于运转状态，仅所述电机向所述变速器的输入轴传递扭矩，并且
当所述混合动力系统处于所述纯发动机驱动模式时，所述离合器接合，所述电机处于停止状态且所述发动机处于运转状态，仅通过所述发动机向所述变速器的输入轴传递扭矩。
4.根据权利要求3所述的混合动力系统，其特征在于，所述控制模块能够使所述混合动力系统实现并行驱动换挡模式，其中
使所述离合器断开，仅通过所述电机向所述输入轴传递扭矩并且所述发动机进入怠速控制状态，
使所述变速器的已经接合的同步啮合机构与对应的挡位齿轮脱离接合并且所述电机进入速度控制模式，以及
当所述变速器的待接合的挡位齿轮与待接合的同步啮合机构的速度差处于预定范围时，该挡位齿轮与该同步啮合机构进行接合。
5.根据权利要求3所述的混合动力系统，其特征在于，所述控制模块能够使所述混合动力系统实现纯电机驱动换挡模式，其中
使所述变速器的已经接合的同步啮合机构与对应的挡位齿轮脱离接合并且所述电机进入速度控制模式，以及
当所述变速器的待接合的挡位齿轮与待接合的同步啮合机构的速度差处于预定范围时，该挡位齿轮与该同步啮合机构进行接合。
6.根据权利要求3所述的混合动力系统，其特征在于，所述控制模块能够使所述混合动力系统实现驱动期间发动机重启模式，其中
使所述电机的扭矩逐渐增大并且所述离合器逐渐接合，在所述电机的带动下所述离合器的扭矩逐渐增大以使得所述发动机的速度增大，同时所述电机向所述变速器的输入轴传递的扭矩大致保持不变，
在所述发动机的速度到达预定值时，所述离合器断开并且所述发动机点火，
在所述发动机的速度超过所述电机的速度预定值之后，所述离合器逐渐接合，以及
在所述离合器完全接合之后，在所述发动机和所述电机之间分配驾驶员扭矩请求。
7.根据权利要求3所述的混合动力系统，其特征在于，所述控制模块能够使所述混合动力系统实现制动能量回收模式，其中
所述离合器断开，所述发动机处于停止状态，所述电机处于运转状态，所述变速器的输入轴向所述电机传递扭矩。
8.根据权利要求3所述的混合动力系统，其特征在于，所述控制模块能够使所述混合动力系统实现车辆静止时启动发动机模式，其中
所述变速器的同步啮合机构与对应的挡位齿轮均断开使得所述变速器处于中性状态，所述离合器接合且通过所述电机启动所述发动机。
9.根据权利要求1或2所述的混合动力系统，其特征在于，
所述变速器还包括第一中间轴、第二中间轴和输出轴，所述第一中间轴、所述第二中间轴、所述输出轴和所述输入轴彼此间隔开地配置，
所述变速器还包括多个挡位齿轮和多个同步啮合机构，所述多个挡位齿轮和多个同步啮合机构分别设置于所述输入轴、所述第一中间轴和所述第二中间轴，所述多个挡位齿轮彼此啮合以组成分别对应所述变速器的多个挡位的齿轮副，所述多个同步啮合机构能够与对应的挡位齿轮接合以实现换挡，并且
所述变速器还包括多个输出齿轮和差速器，所述多个输出齿轮分别设置于所述第一中间轴和所述第二中间轴，所述差速器设置于所述输出轴，所述多个输出齿轮分别与所述差速器传动联接。
10.一种混合动力车辆，其特征在于，所述混合动力车辆包括权利要求1至9中任一项所述的混合动力系统。
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