CN109591576A - 混合动力驱动系统及车辆 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种混合动力驱动系统及车辆。所述系统包括发动机、变速器、输出部、第一电机、第二电机，变速器包括主轴、副轴、第一挡位齿轮、第二挡位齿轮、超越离合器、第一离合器，第一挡位齿轮包括由主轴承载的第一主动齿轮和由副轴承载的第一从动齿轮，第二挡位齿轮包括由主轴承载的第二主动齿轮和由副轴承载的第二从动齿轮，超越离合器设置在第一主动齿轮和主轴之间或者设置在第一从动齿轮和副轴之间，第一离合器用于接通或断开第二主动齿轮和主轴之间的动力传递，或者用于接通或断开第二从动齿轮和副轴之间的动力传递，第一电机的动力轴与主轴同轴连接，第二电机的动力轴连接到与第一从动齿轮或第二从动齿轮啮合的传动齿轮。

Description

混合动力驱动系统及车辆
技术领域
本公开涉及一种混合动力驱动系统及车辆。
背景技术
当今世界人类面临着能源匮乏和环境恶化两大挑战，传统汽车日益受到 石油危机的严重困扰，节能环保逐渐成为汽车行业的发展主题。近年来，具 有两种不同动力源、实现降低油耗和排放的混合动力汽车，得到了开发应用， 并投入商业生产推向市场。
混合动力驱动系统一般由发动机、发电机、电动机、动力电源等构成， 发动机和动力电源共同为车辆提供动力，这就造成其结构通常比较复杂，占 用空间较大，成本较高。
发明内容
本公开的目的是提供一种结构简单的混合动力驱动系统。
为了实现上述目的，本公开提供一种混合动力驱动系统，包括：
发动机；
变速器，所述变速器包括：
主轴，所述发动机的输出轴与所述主轴同轴连接；
副轴，所述副轴与主轴平行；
第一挡位齿轮组，包括由所述主轴承载的第一主动齿轮和由所述副 轴承载的第一从动齿轮；
第二挡位齿轮组，包括由所述主轴承载的第二主动齿轮和由所述副 轴承载的第二从动齿轮；
超越离合器，所述超越离合器设置在所述第一主动齿轮和主轴之间 或者设置在所述第一从动齿轮和副轴之间，以使得通过所述第一挡位齿轮组 仅能够沿着从所述主轴到所述副轴的方向传递扭转；
第一离合器，所述第一离合器用于接通或断开所述第二主动齿轮和 主轴之间的动力传递，或者用于接通或断开所述第二从动齿轮和副轴之间的 动力传递；
第一电机，所述第一电机的动力轴与所述主轴同轴连接；
第二电机，所述第二电机的动力轴连接到与所述第一从动齿轮或第二从 动齿轮啮合的传动齿轮；
输出部，所述输出部用于输出由所述副轴传递的动力以驱动车辆。
可选地，所述主轴的一端与发动机的输出轴连接，另一端与所述第一电 机的动力轴连接。
可选地，在所述发动机驱动车辆的情况下，当所述第一离合器接合时， 所述超越离合器分离；当所述第一离合器分离时，所述超越离合器接合。
可选地，所述超越离合器设置在所述第一从动齿轮和副轴之间，所述第 一离合器用于接通或断开所述第二主动齿轮和主轴之间的动力传递。
可选地，当所述变速器处于第一挡位时，所述超越离合器接合，所述第 一离合器分离，所述发动机的动力依次经过所述主轴、所述第一主动齿轮、 所述第一从动齿轮、所述超越离合器、所述副轴传递至所述输出部；当所述 变速器处于第二挡位时，所述超越离合器分离，所述第一离合器接合，所述 发动机的动力依次经过所述主轴、所述第一离合器、所述第二主动齿轮、所 述第二从动齿轮、所述副轴传递至所述输出部。
可选地，所述第一挡位为低速挡位，所述第二挡位为高速挡位。
可选地，所述超越离合器设置在所述第一从动齿轮和副轴之间，所述第 一离合器用于接通或断开所述第二主动齿轮和主轴之间的动力传递，所述传 动齿轮与所述第二从动齿轮啮合。
可选地，所述超越离合器设置在所述第一主动齿轮和主轴之间，所述第 一离合器用于接通或断开所述第二从动齿轮和副轴之间的动力传递，所述传 动齿轮与所述第一从动齿轮啮合。
可选地，所述超越离合器设置在所述第一主动齿轮和主轴之间，所述第 一离合器用于接通或断开所述第二主动齿轮和主轴之间的动力传递，所述传 动齿轮与所述第二从动齿轮啮合。
本公开通过采用超越离合器和第一离合器，能够实现发动机两挡动力输 出，结构简单，成本低，操控性好，大大提升了发动机的燃油经济性和整车 驾乘舒适性。通过将第一电机的动力轴与发动机的输出轴同轴连接，使得动 力传递无需经过传动系统，因此能够减小能量损失，且结构相对紧凑。
本公开还提供一种车辆，采用如上所述的混合动力驱动系统。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与 下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在 附图中：
图1是根据本公开的第一种实施方式的混合动力驱动系统的示意性原理 图；
图2是根据本公开的第二种实施方式的混合动力驱动系统的示意性原理 图；
图3是根据本公开的第三种实施方式的混合动力驱动系统的示意性原理 图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是， 此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公 开。
图1是根据本公开的第一种实施方式的混合动力驱动系统的示意性原理 图。如图1所示，本公开提供的混合动力驱动系统包括发动机1、变速器、 输出部10、第一电机11、第二电机12。发动机1的动力通过变速器传递给 输出部10，输出部10输出动力以驱动车辆。
其中，变速器包括主轴2、副轴3、第一挡位齿轮组、第二挡位齿轮组、 超越离合器8、第一离合器9。主轴2与副轴3相互平行，发动机1的输出 轴与主轴2同轴连接。第一挡位齿轮组包括由主轴2承载的第一主动齿轮4 和由副轴3承载的第一从动齿轮5，第一主动齿轮4和第一从动齿轮5可以 直接啮合，也可以均与中间齿轮啮合，从而通过该中间齿轮传动连接。第二 挡位齿轮组包括由主轴2承载的第二主动齿轮6和由副轴3承载的第二从动 齿轮7，第一主动齿轮4和第一从动齿轮5可以直接啮合，也可以均与中间 齿轮啮合，从而通过该中间齿轮传动连接。这里，第一挡位齿轮组可以为低 挡位齿轮组，第二挡位齿轮组可以为高挡位齿轮组。
第一电机11的动力轴与主轴2同轴连接，具体地，主轴2的一端与发 动机1的输出轴连接，另一端与第一电机11的动力轴连接。第一电机11既 可作为发电机以用于发电，又可作为电动机以用于驱动车辆。第二电机12 与副轴3相连，第二电机12既可作为电动机以用于驱动车辆，又可作为发 电机以用于发电。主轴2、副轴3和第二电机12的动力轴互相平行设置，主 轴2和副轴3均通过轴承安装在所述变速器的箱体上。
由于第一电机11与发动机1的输出轴同轴连接，使得动力传递无需经 过传动系统，因此能够减小能量损失，且结构相对紧凑。
输出部10被构造成将变速器输出的动力传递至车辆的车轮，例如所述 输出部10可以包括输出齿轮101和差速器。输出齿轮101与副轴3连接， 并与差速器的主减速齿轮102啮合；在其他的实施方式中，所述输出部10 也可以包括差速器。
在图1所示的第一种实施方式中，第一主动齿轮4是固定齿轮，也就是 说，它是与主轴2固定连接的，以便随主轴2旋转。更具体地，第一主动齿 轮4可以与主轴2一体形成，也可以与主轴2通过键连接。
所述超越离合器设置在第一挡位齿轮组与主轴之间，或者设置在第一挡 位齿轮组与副轴之间，通过超越离合器的接合与分离，使第一挡位齿轮组与 主轴动力接合或者分离，或者使第一挡位齿轮组与副轴动力接合或者分离， 从而实现动力的切换，从而实现变速器挡位的切换。所述超越离合器为本领 域技术人员所熟知，在此对其结构及工作原理不再详述，但是由于应用场景 的特殊性，此混合动力系统使用超越离合器的优点在于：(1)超越离合器是 利用内外两个转动元件的转速差实现两个转动元件的接合或者分离，不需要利用电机或者液压模块来提供接合或者分离的动力，因此，超越离合器结构 简单，稳定可靠，能够有效提供混合动力系统换挡的可靠性；(2)所述超越 离合器相对于同步器来说，可避免在挡位切换时扭矩传递的瞬时中断，保证 车辆换挡的平顺性。
在图1所示的第一种实施方式中，超越离合器8设置在第一从动齿轮5 和副轴3之间，用于接通或断开第一从动齿轮5和副轴3之间的扭矩传递。 简而言之，在图1所示的第一种实施方式中，当第一从动齿轮5的转速大于 或等于副轴3的转速时，超越离合器8接合；当第一从动齿轮5的转速小于 副轴3的转速时，超越离合器8分离。通过在第一从动齿轮5和副轴3之间 设置超越离合器8，使得通过第一挡位齿轮组仅能够沿着从主轴2到副轴3 的方向传递扭矩，而不能通过第一挡位齿轮组沿着从副轴3到主轴2的方向 传递扭矩。
在图1所示的第一种实施方式中，第一离合器9与第二主动齿轮6连接， 用于接通或断开第二主动齿轮6和主轴2之间的动力传递。当第一离合器9 接合时，它保持第二主动齿轮6主动地连接以便随主轴2旋转；当第一离合 器9分离时，它将第二主动齿轮6与主轴2断开旋转。第一离合器9可以采 用现有的干式或者湿式离合器，它的接合或者分离状态可以通过现有的各种 离合器操纵机构进行控制。操纵机构可以采用机械式的、液压式的、电子控 制式的等等。
在发动机驱动工况，当第一离合器9接合时，超越离合器8分离；当第 一离合器9分离时，超越离合器8接合。具体地，控制第一离合器9分离， 发动机1的动力依次经过主轴2、第一主动齿轮4传递至第一从动齿轮5， 此时，超越离合器8的外转动元件(固定于第一从动齿轮5，与第一从动齿 轮5同步转动)的转速大于超越离合器8的内转动元件(固定于副轴3，与 副轴3同步转动)的转速，超越离合器8接合，发动机1动力从第一从动齿 轮5依次通过超越离合器8、副轴3传递至输出部10，此时，变速器处于第 一挡位。需要从第一挡位切换至第二挡位时，控制第一离合器9接合，由于 第一挡位的传动比大于第二挡位的传动比，导致主轴2的转速瞬时减小，使 得超越离合器8的外转动元件的转速小于内转动元件的转速，超越离合器8 断开，完成从第一挡位到第二挡位的切换。需要从第二挡位切换至第一挡位 时，控制第一离合器9断开，发动机1通过第二挡位传递动力切断，副轴3 转速降低，当副轴3的转速降至等于或小于第二从动齿轮5的转速时，即， 超越离合器8的内转动元件的转速小于或等于外转动元件的转速时，超越离 合器8接合，完成从第二挡位到第一挡位的切换。
第二电机12可以通过任意适当的方式与副轴3相连，例如，在图1所 示的实施方式中，第二电机12的动力轴与传动齿轮13连接，传动齿轮13 与第一从动齿轮5或第二从动齿轮7啮合。以此方式，可以节约一个齿轮， 结构紧凑，成本降低。
超越离合器8可以布置在主轴2，也可以布置在副轴3；第一离合器9 可以布置在主轴2，也可以布置在副轴3。从图1至图3可以看出，副轴3 上布置的齿轮比主轴2上布置的齿轮更多，为了减小混合动力驱动系统的轴 向尺寸，使系统结构更加紧凑，作为优选，如图1所示，可以将体积相对较 小的超越离合器8布置在副轴3上，将体积相对较大的第一离合器9布置在 主轴2上。
图2是根据本公开的第二种实施方式的示意性原理图。第二种实施方式 与第一种实施方式的区别主要在于：在第二种实施方式中，超越离合器8设 置在第一主动齿轮4和主轴2之间，第一离合器9用于接通或断开第二主动 齿轮6和主轴2之间的动力传递。
需要说明的是，在超越离合器8布置在主轴2的情况下，当主轴2的转 速大于第一主动齿轮4的转速时，超越离合器8接合；当主轴2的转速小于 第一主动齿轮4的转速时，超越离合器8断开。而在超越离合器8布置在副 轴3的情况下，当第一从动齿轮5的转速大于副轴3的转速时，超越离合器 8接合；当第一从动齿轮5的转速小于副轴3的转速时，超越离合器8分离。
图3是根据本公开的第三种实施方式的示意性原理图。第三种实施方式 与第一种实施方式的区别主要在于：在第三种实施方式中，超越离合器8设 置在第一主动齿轮4和主轴2之间，第一离合器9用于接通或断开第二从动 齿轮7和副轴3之间的动力传递。
本公开的混合动力驱动系统可以具有以下工况；
一、第二电机纯电动工况。控制第一离合器9断开，发动机1与第一电 机11均不工作，第二电机12通过差速器驱动车轮，超越离合器8自动断开。 该工况主要用于匀速或城市路面等情况，同时电池具有较高的电量。该工况 的优点在于第二电机12直接驱动，传动链最短、参与工作的部件最少，可 以达到最高的传动效率和最小的噪音。
二、双电机纯电动工况。第一离合器9接合，超越离合器8断开，第一 电机11的动力通过主轴2、第二挡位齿轮组、副轴3传递到差速器以驱动车 轮。第二电机12通过副轴3和差速器驱动车轮。两个电机调整转速，确保 传递至副轴3的角速度一致。该工况主要用于加速、爬坡、超车、高速等较 大负荷场合，且电池电量较高的情况。该工况相较于单电机驱动拥有更好的 动力性能，相较于混合动力拥有更好的经济性和更低的噪音，更能突出其优势的典型应用场合为大坡度(盘山路)的拥堵路况。
三、并联工况。发动机1、第一电机11与第二电机12均驱动车轮。两 个电机可调速以配合副轴2的输出角速度。该工况的优点是三引擎(发动机 1、第一电机11和第二电机12)同时驱动，可以发挥最大的动力性能。
四、串联工况。控制第一离合器9断开，发动机1连接第一电机11充 电，第二电机12驱动车轮，超越离合器8自动断开。该工况的优点是第二 电机12直接驱动，传动链最短、参与工作的部件最少，可以达到最高的传 动效率和最小的噪音，同时第一电机11可以通过扭矩和转速调节，使发动 机1保持在最佳经济区域运行，减少发电油耗。
五、发动机独立驱动工况。发动机从怠速到车辆启动，发动机1的扭矩 通过超越离合器8从主轴2传递到副轴3，随着车速提升，超越离合器8断 开，第一离合器9接合，发动机挡位从第一挡位换至第二挡位。当挡位切换 时，两个离合器的接合与断开过程中有重叠区域，避免扭矩传递的瞬时中断， 保证整车运行平顺性。
六、发动机驱动充电工况。在发动机独立驱动工况基础上，同时通过驱 动第一电机11发电。
七、制动/减速回馈工况。控制第一离合器9断开，超越离合器8自动 断开，发动机1带动第一电机11发电，第二电机12制动车轮并发电。该工 况主要用于车辆下坡、制动或减速。该工况的优点在于减速或制动时，达到 回馈能量的最大化。发动机1与第一电机2直连，使得发电状态稳定，避免 频繁切换，增强了部件的寿命。
八、混联工况。发动机1一方面带动第一电机11发电，另一方面通过 挡位齿轮组将动力传递至差速器以驱动车轮，第二电机12通过差速器驱动 车轮。该工况主要用于加速、爬坡等较大负荷场合且电量不多的情况下。该 工况的优点是可以发挥发动机1的全部动力，既保证车辆的动力性，又可以 同时进行发电，保持电池的电量。
综上所述，本公开通过采用超越离合器和第一离合器，能够实现发动机 两挡动力输出，结构简单，成本低，操控性好，大大提升了发动机的燃油经 济性和整车驾乘舒适性。通过将第一电机的动力轴与第二电机的动力轴同轴 空套，使得混合动力驱动系统的结构更加紧凑，缩短了轴向长度，便于在整 车上布置。
根据本公开的一个方面，提供一种车辆，该车辆采用如上所述的混合动 力驱动系统。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限 于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开 的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。例 如，在其他实施方式中，可以将超越离合器设置在第一主动齿轮和主轴之间， 并且使第一离合器用于接通或断开第二主动齿轮和主轴之间的动力传递；或 者，可以将超越离合器设置在第一从动齿轮和副轴之间，并且使第一离合器 用于接通或断开第二从动齿轮和副轴之间的动力传递。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特 征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必 要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其 不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种混合动力驱动系统，其特征在于，包括：
发动机(1)；
变速器，所述变速器包括：
主轴(2)，所述发动机(1)的输出轴与所述主轴(2)同轴连接；
副轴(3)，所述副轴(3)与主轴(2)平行；
第一挡位齿轮组，包括由所述主轴(2)承载的第一主动齿轮(4)和由所述副轴(3)承载的第一从动齿轮(5)；
第二挡位齿轮组，包括由所述主轴(2)承载的第二主动齿轮(6)和由所述副轴(3)承载的第二从动齿轮(7)；
超越离合器(8)，所述超越离合器(8)设置在所述第一主动齿轮(4)和主轴(2)之间或者设置在所述第一从动齿轮(5)和副轴(3)之间，以使得通过所述第一挡位齿轮组仅能够沿着从所述主轴(2)到所述副轴(3)的方向传递扭转；
第一离合器(9)，所述第一离合器(9)用于接通或断开所述第二主动齿轮(6)和主轴(2)之间的动力传递，或者用于接通或断开所述第二从动齿轮(7)和副轴(3)之间的动力传递；
第一电机(11)，所述第一电机(11)的动力轴与所述主轴(2)同轴连接；
第二电机(12)，所述第二电机(12)的动力轴连接到与所述第一从动齿轮(5)或第二从动齿轮(7)啮合的传动齿轮(13)；
输出部(10)，所述输出部(10)用于输出由所述副轴(3)传递的动力以驱动车辆。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在发动机驱动行驶工况，当所述第一离合器(9)接合时，所述超越离合器(8)分离；当所述第一离合器(9)分离时，所述超越离合器(8)接合。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述超越离合器(8)设置在所述第一从动齿轮(5)和副轴(3)之间，所述第一离合器(9)用于接通或断开所述第二主动齿轮(6)和主轴(2)之间的动力传递。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，当所述变速器处于第一挡位时，所述超越离合器(8)接合，所述第一离合器(9)分离，所述发动机(1)的动力依次经过所述主轴(2)、所述第一主动齿轮(4)、所述第一从动齿轮(5)、所述超越离合器(8)、所述副轴(3)传递至所述输出部(10)；当所述变速器处于第二挡位时，所述超越离合器(8)分离，所述第一离合器(9)接合，所述发动机(1)的动力依次经过所述主轴(2)、所述第一离合器(9)、所述第二主动齿轮(6)、所述第二从动齿轮(7)、所述副轴(3)传递至所述输出部(10)。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第一挡位为低速挡位，所述第二挡位为高速挡位。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主轴(2)的一端与所述发动机(1)的输出轴连接，所述主轴(2)的另一端与所述第一电机(11)的动力轴连接。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述超越离合器(8)设置在所述第一从动齿轮(5)和副轴(3)之间，所述第一离合器(9)用于接通或断开所述第二主动齿轮(6)和主轴(2)之间的动力传递，所述传动齿轮(13)与所述第二从动齿轮(7)啮合。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述超越离合器(8)设置在所述第一主动齿轮(4)和主轴(2)之间，所述第一离合器(9)用于接通或断开所述第二从动齿轮(7)和副轴(3)之间的动力传递，所述传动齿轮(13)与所述第一从动齿轮(5)啮合。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述超越离合器(8)设置在所述第一主动齿轮(4)和主轴(2)之间，所述第一离合器(9)用于接通或断开所述第二主动齿轮(6)和主轴(2)之间的动力传递，所述传动齿轮(13)与所述第二从动齿轮(7)啮合。
10.一种车辆，其特征在于，包括根据权利要求1-9中任一项所述的混合动力驱动系统。
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