CN108674172B - 一种多模态的混合动力的集成驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多模态的混合动力的集成驱动装置,包括发动机、驱动电机和发电机,还包括输出装置和设置于发动机与所述输出装置之间的传动机构;所述传动机构包括输入轴一、输入轴二、输入轴三以及与所述输入轴二、输入轴三均平行设置的第一传动轴、第二传动轴,还有灵活调节电机传动速比的多个齿轮组。本发明针对多个不同特性的动力源,既能够充分发挥各自的动力及效率,又能实现高效的动力传输;同时还能降低轴向尺寸,拓展系统的应用,实现多动力流和多档位的混合输出,提高系统效率,提升力系统动力性能,同时结构紧凑,适用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及汽车动力系统和传动系统技术领域,具体是一种多模态的混合动力的集成驱动装置。
背景技术
随着美国、欧洲、日本和国内乘用车燃油消耗量限值的出台,在2020年左右,国内乘用车油耗平均水平将控制在5L/100Km,在2025年左右将进一步控制在4L/100Km。其中插电式混合动力/混合动力是实现上述目标比较务实的方案,也是整车电气化的主流方案。
乘用车实现插电式混合动力/混合动力的实现方式主要有两个方向,一是基于成熟变速箱系统的P2方案,二是电机及传动系统高度集成、全新开发的电驱动系统,一般以功率流和功率/扭矩耦合为主。后者的方案,需要从多个动力源的角度来重新定义系统,同时受到轴向安装空间和成本的限制,整个系统很难同时满足市区、市郊和高速巡航工况对系统效率的要求,往往会针对特定目标市场的特定需求而牺牲一些其他性能,比如经济性和动力性,低速加速性能和高速巡航性能等。如申请号为201520800757.9的中国专利文件公开的一种混合动力汽车耦合系统,包括:发动机(10),发电机(11),离合器(20),驱动电机(12),第一档位齿轮(71)和第二档位齿轮(72)和同步器(70)。由于发动机只有一个档位,导致发动机只有在车速比较高时才能驱动车轮,而在车速比较低时(< ~65 公里/小时左右)发动机和发电机只能串联发电,增加了能量转换的损耗,导致拥堵工况下系统的经济性能下降;另外,由于在车速比较低时,只有驱动电机驱动车轮,导致驱动电机和发电机的功率需求比较大,成本和空间尺寸的大,限制了系统的应用。
发明内容
本发明的技术目的在于提供一种多模态的混合动力的集成驱动装置,该装置基于多动力源、多模态的集成设计,针对市区、市郊和高速巡航工况的需求,全面提升系统的动力性和经济性,同时降低系统的轴向尺寸和成本,拓展系统的适用范围。
本发明的具体技术方案如下:一种多模态的混合动力的集成驱动装置,包括发动机、驱动电机和发电机,还包括输出装置和设置于发动机与所述输出装置之间的传动机构;所述传动机构包括输入轴一、输入轴二、输入轴三以及与所述输入轴二、输入轴三均平行设置的第一传动轴、第二传动轴;所述发动机与所述输入轴通过减震器连接,所述输入轴二通过离合器与所述输入轴一连接;所述发电机与输入轴一耦合连接;所述驱动电机与所述输入轴三耦合连接;所述输入轴三与第三驱动齿轮耦合连接;所述输入轴二与所述同步器一、所述第一驱动齿轮、所述第二驱动齿轮耦合连接在一起;所述第一传动轴与第一传动齿轮、第二传动齿轮、输出齿轮分别耦合连接在一起;所述第二传动轴与所述同步器二、第三传动齿轮、第四传动齿轮、第五传动齿轮耦合连接在一起;所述输出装置包括互相耦合的主减速输出齿轮与差速器;所述第一驱动齿轮啮合连接所述第一传动齿轮,所述第二驱动齿轮啮合连接所述第二传动齿轮,所述第一传动齿轮啮合连接所述第三传动齿轮,所述第二传动齿轮啮合连接所述第四传动齿轮,所述第三驱动齿轮啮合连接所述第五传动齿轮,所述输出齿轮啮合连接所述主减速输出齿轮。
作为优选,所述输入轴二为空心轴,所述输入轴一与所述输入轴二同轴心嵌套布置。
作为优选,所述输入轴内嵌在所述输入轴二内,并与所述发电机耦合连接且共轴线布置。
作为优选,所述驱动电机与所述输入轴三耦合连接且共轴线布置。
作为优选,所述输入轴二上空套有第一驱动齿轮与第二驱动齿轮,并且在所述第一驱动齿轮、第二驱动齿轮之间设有所述同步器一。
作为优选,所述第二传动轴上空套有第三传动齿轮与第四传动齿轮,并且在所述第三传动齿轮、第四传动齿轮之间设有同步器二,所述第二传动轴与第五传动齿轮耦合连接在一起。
作为优选,所述发动机连接在所述输入轴一的一端,所述发电机连接在远离所述发动机的所述输入轴一的另一端,所述驱动电机与所述发电机布置在同一侧。
作为优选,所述第五传动齿轮连接在所述第二传动轴上靠近所述发动机而远离所述驱动电机的一侧。
作为优选,所述输出齿轮连接在所述第一传动轴上靠近所述发动机而远离所述驱动电机的一侧。
作为优选,所述离合器采用液压湿式离合器。
主要的考虑因素包括:增加发动机档位来增加车辆低速时发动机的驱动能力,降低对电机和功率器件的需求;采用相互独立的发动机和电机的换挡机构,依靠两个动力源交替换挡来实现无动力中断换挡及提高换挡的平顺性;高速巡航时,解耦高速电机,降低弱磁损耗,提升高速系统效率;电机及变速箱的合理的结构布置,在满足能量流和动力性的情况下,尽可能降低轴向尺寸,提高系统的适应性;合理设计电机的传动链,满足未来高速化电机和高频化功率电子的要求。
本发明的技术优点在于所述多模态的混合动力的集成驱动装置结构紧凑、使用方便,发动机采用两个档位,使得发动机能够在车速较低的情况下驱动车轮,提升了低速工况下的系统的效率;发动机早期介入车轮驱动,可以增大驱动电机的低速速比,大大提升了车辆起步及低速的动力性;发动机两个档位,可有效地降低车辆高速巡航时的发动机转速,提升NVH性能。由于发动机和驱动电机的效率特性不同,发动机和驱动电机的换挡可交替进行,即:发动机换挡时,驱动电机不换挡,反之亦然,从而有效地消除了换挡动力中断,有效地降低换挡冲击,提升换挡的品质;合理的设计降低了对电机和功率电子的需求,结构紧凑,成本较低,值得在该技术领域中广泛应用。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图;
图2为本发明纯电动模式下的能量流示意图;
图3为本发明串联模式下的能量流示意图;
图4为本发明并联模式下的能量流示意图;
图5为本发明高速巡航工况下的能量流示意图;
图中编号对应的各部分名称分别为:1-输入轴一,2-输入轴二,3-输入轴三 4-第一传动轴,5-第二传动轴,6-发动机,7-驱动电机,8-发电机,9-第一驱动齿轮,10-第二驱动齿轮,11-同步装置1,12-第三驱动齿轮,13-第一传动齿轮,14-第二传动齿轮,15-输出齿轮,16-第三传动齿轮,17-第四传动齿轮,18-同步装置2,19-第五传动齿轮,20-主减速输出齿轮,21-差速器,22-减震机构,23-离合器。
具体实施方式
下面将结合附图,通过具体实施例对本发明作进一步说明:
见图1,一种多模态的混合动力的集成驱动装置,以结合所有技术特征的实施例为例,包括发动机6、驱动电机7和发电机8,还包括输出装置和设置于发动机6与所述输出装置之间的传动机构;所述传动机构包括输入轴一1、输入轴二2、输入轴三3以及与所述输入轴二2、输入轴三3均平行设置的第一传动轴4、第二传动轴5;所述发动机6与所述输入轴一通过减震器22连接,所述输入轴二2通过离合器23与所述输入轴一1连接;所述发电机8与输入轴一1耦合连接,所述离合器23采用液压湿式离合器,有效地降低换挡冲击,提升换挡的品质;所述驱动电机7与所述输入轴三3耦合连接;所述输入轴三3与第三驱动齿轮12耦合连接;所述输入轴二2与所述同步器一11、所述第一驱动齿轮9、所述第二驱动齿轮10耦合连接在一起;所述第一传动轴4与第一传动齿轮13、第二传动齿轮14、输出齿轮15分别耦合连接在一起;所述第二传动轴5与所述同步器二18、第三传动齿轮16、第四传动齿轮17、第五传动齿轮19耦合连接在一起;所述输出装置包括互相耦合的主减速输出齿轮20与差速器21;所述第一驱动齿轮9啮合连接所述第一传动齿轮13,所述第二驱动齿轮10啮合连接所述第二传动齿轮14,所述第一传动齿轮13啮合连接所述第三传动齿轮16,所述第二传动齿轮14啮合连接所述第四传动齿轮17,所述第三驱动齿轮12啮合连接所述第五传动齿轮19,所述输出齿轮15啮合连接所述主减速输出齿轮20。
所述输入轴二2为空心轴,所述输入轴一1与所述输入轴二2同轴心嵌套布置。所述输入轴一内嵌在所述输入轴二2内,并与所述发电机8耦合连接且共轴线布置。所述驱动电机7与所述输入轴三3耦合连接且共轴线布置。
所述输入轴二2上空套有第一驱动齿轮9与第二驱动齿轮10,并且在所述第一驱动齿轮9、第二驱动齿轮10之间设有所述同步器一11。所述第二传动轴5上空套有第三传动齿轮16与第四传动齿轮17,并且在所述第三传动齿轮16、第四传动齿轮17之间设有同步器二18,所述第二传动轴5与第五传动齿轮19耦合连接在一起。
所述发动机6连接在所述输入轴一1的一端,所述发电机8连接在远离所述发动机6的所述输入轴一1的另一端,所述驱动电机7与所述发电机8布置在同一侧。所述第五传动齿轮19连接在所述第二传动轴5上靠近所述发动机6而远离所述驱动电机7的一侧。所述输出齿轮15连接在所述第一传动轴4上靠近所述发动机6而远离所述驱动电机7的一侧。
本发明支持以下几种模态或工作模式:纯电动模式,串联模式,并联模式和发动机直接驱动模式,可参见图2、图3、图4、图5,每个模态对应的耦合部件的状态如下,
发动机启动通过发电机拖动来实现,此时离合器分离,同步装置1可以是分离或结合。
纯电动模式一般工作在电池SOC比较高,且整车的功率需求也不大时,随着电池电量的不断消耗,发动机启动,进入串联模式,所产生的电能一方面用于整车的功率消耗,另一方面将电量将充到电池中;随着整车功率需求的进一步增大,发动机将耦合到传动系统中驱动车辆,系统进入并联模式。当进入高速巡航时,发动机是主动力源,驱动电机将从传动系统中分离,以降低其弱磁损耗,进一步提升系统效率,系统进入发动机直驱模式。
串联是本发明中不可或缺的工作模式,在串联模式下,系统的效率很大程度上取决于发动机的燃烧效率及其与发电机的效率匹配程度,推荐采用高燃烧效率的米勒循环发动机。发动机和驱动电机交替换挡,需要建立换挡仲裁机制,避免同时换挡所带来的不平顺性。倒档通过驱动电机的发转来实现,系统可工作在纯电动模式或串联模式。
Claims (1)
1.一种多模态的混合动力的集成驱动装置,包括发动机(6)、驱动电机(7)和发电机(8),其特征在于:还包括输出装置和设置于发动机(6)与所述输出装置之间的传动机构;
所述传动机构包括输入轴一(1)、输入轴二(2)、输入轴三(3)以及与所述输入轴二(2)、输入轴三(3)均平行设置的第一传动轴(4)、第二传动轴(5);
所述发动机(6)与所述输入轴(1)通过减震器(22)连接,所述输入轴二(2)通过离合器(23)与所述输入轴一(1)连接;
所述发电机(8)与输入轴一(1)耦合连接;
所述驱动电机(7)与所述输入轴三(3)耦合连接;
所述输入轴三(3)与第三驱动齿轮(12)耦合连接;
所述输入轴二(2)与同步器一(11)、第一驱动齿轮(9)、第二驱动齿轮(10)耦合连接在一起;
所述第一传动轴(4)与第一传动齿轮(13)、第二传动齿轮(14)、输出齿轮(15)分别耦合连接在一起;
所述第二传动轴(5)与同步器二(18)、第三传动齿轮(16)、第四传动齿轮(17)、第五传动齿轮(19)耦合连接在一起;
所述输出装置包括互相耦合的主减速输出齿轮(20)与差速器(21);
所述第一驱动齿轮(9)啮合连接所述第一传动齿轮(13),所述第二驱动齿轮(10)啮合连接所述第二传动齿轮(14),所述第一传动齿轮(13)啮合连接所述第三传动齿轮(16),所述第二传动齿轮(14)啮合连接所述第四传动齿轮(17),所述第三驱动齿轮(12)啮合连接所述第五传动齿轮(19),所述输出齿轮(15)啮合连接所述主减速输出齿轮(20);
所述输入轴二(2)为空心轴,所述输入轴一(1)与所述输入轴二(2)同轴心嵌套布置;所述输入轴(1)内嵌在所述输入轴二(2)内,并与所述发电机(8)耦合连接且共轴线布置;
所述驱动电机(7)与所述输入轴三(3)耦合连接且共轴线布置;
所述输入轴二(2)上空套有第一驱动齿轮(9)与第二驱动齿轮(10),并且在所述第一驱动齿轮(9)、第二驱动齿轮(10)之间设有所述同步器一(11);
所述第二传动轴(5)上空套有第三传动齿轮(16)与第四传动齿轮(17),并且在所述第三传动齿轮(16)、第四传动齿轮(17)之间设有同步器二(18),所述第二传动轴(5)与第五传动齿轮(19)耦合连接在一起;
所述发动机(6)连接在所述输入轴一(1)的一端,所述发电机(8)连接在远离所述发动机(6)的所述输入轴一(1)的另一端,所述驱动电机(7)与所述发电机(8)布置在同一侧;
所述第五传动齿轮(19)连接在所述第二传动轴(5)上靠近所述发动机(6)而远离所述驱动电机(7)的一侧;
所述集成驱动装置包括纯电动模式、串联模式、并联模式和发动机直接驱动模式,所述纯电动模式下所述离合器(23)、所述同步器一(11)均分离而所述同步器二(18)结合;所述串联模式下所述离合器(23)、所述同步器一(11)均分离而所述同步器二(18)结合;所述并联模式下所述离合器(23)、所述同步器一(11)、所述同步器二(18)均结合;所述发动机直接驱动模式下所述离合器(23)、所述同步器一(11)均结合而所述同步器二(18)分离;所述发动机(6)启动通过所述发电机(8)拖动来实现时,所述离合器(23)分离,所述同步器一(11)分离或结合。
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