CN109878321B - 混合动力装置及混合动力汽车 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种混合动力装置及混合动力汽车，涉及混合动力车辆领域，该混合动力装置包括发动机、发电机、电动机、动力切换机构、第一齿轮传动机构和第二齿轮传动机构；发动机的曲轴通过第一齿轮传动机构与发电机的转轴连接，动力切换机构包括能够接合或者分离的第一传动端和第二传动端；第一传动端与第一齿轮传动机构的第一输入轴连接，第二传动端通过第二齿轮传动机构与电动机的转轴连接；第一传动端包括同步器，第二传动端包括超越离合器，超越离合器通过结合齿圈与同步器接合或者分离；具有传动系统更加简洁的特点，省去了离合器和高压控制机构，在模式切换时利于协调控制，成本上更有优势。

Description

混合动力装置及混合动力汽车

技术领域

本发明涉及混合动力车辆领域，具体涉及一种混合动力装置及混合动力汽车。

背景技术

随着日益严峻的环境和排放要求，节能和环保成为汽车发展的必然要求。然而单纯的依靠发动机技术提升目前还无法满足低速和起停工况时严格的排放要求。目前纯电动汽车迅猛发展，但是由于续航里程及电池成本的制约，还无法满足人们对里程和成本的预期。由此，结合纯电动和传统燃油汽车优势的混合动力汽车进入人们的视野。

在混动汽车中，一套具有结构紧凑、技术可行、成本低、控制简洁的传动系统是关键。中国专利CN103298637A提供了一种双电机混合动力变速器。

这种混合动力传递方式具有如下缺点：

(i)采用双电机同轴布置方式，在有限的轴向空间内限制了电机的轴向长度，不利于高效电机选型；

(ii)采用离合器用来控制发动机是否用来参与驱动，一方面离合器控制在这种结构中需要高压控制回路，阀体，泵，吸滤器等，增加了额外的成本，另一方面离合器在结合状态下会产生轴向力需要轴承来抵消，这样不但降低了传动效率，还对壳体的支撑刚度会有更高的要求。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种混合动力装置，已解决现有技术存在的上述技术问题，具有传动系统更加简洁，省去离合器和高压控制回路，在模式切换时利于协调控制、成本上更有优势。

本发明的第二目的在于提供一种采用上述混合动力装置的混合动力汽车。

基于上述第一目的，本发明提供的混合动力装置，包括发动机、发电机、电动机、动力切换机构、第一齿轮传动机构和第二齿轮传动机构；

所述发动机的曲轴通过第一齿轮传动机构与所述发电机的转轴连接，

所述动力切换机构包括能够接合或者分离的第一传动端和第二传动端；所述第一传动端与所述第一齿轮传动机构的第一输入轴连接，所述第二传动端通过所述第二齿轮传动机构与所述电动机的转轴连接；

所述第一传动端包括同步器，所述第二传动端包括超越离合器，所述超越离合器通过结合齿圈与所述同步器接合或者分离。

进一步的，所述第一齿轮传动机构包括第一输入轴和发电机齿轮传动机构；所述发电机齿轮传动机构分别与所述第一输入轴以及所述发电机的转轴连接，所述第一输入轴用以传递所述发动机的曲轴输出的扭矩。

进一步的，所述第一齿轮传动机构包括发动机齿轮传动机构，所述发动机齿轮传动机构的输入端与所述发动机的曲轴连接，所述发动机齿轮传动机构的输出端与所述第一输入轴连接。

进一步的，所述超越离合器的内齿圈与所述结合齿圈的齿轮轴连接，所述超越离合器的外齿圈与所述第二齿轮传动机构啮合连接。

进一步的，所述超越离合器的内齿圈与所述结合齿圈形成一体结构，所述超越离合器的外齿圈与所述第二齿轮传动机构啮合连接。

进一步的，所述第二齿轮传动机构包括电动机第一齿轮；

所述电动机第一齿轮与所述超越离合器的外齿圈啮合连接，并且，所述电动机第一齿轮与所述电动机的转轴连接。

进一步的，所述第二齿轮传动机构包括电动机第二齿轮；所述电动机第二齿轮分别与所述电动机第一齿轮与所述超越离合器的外齿圈啮合连接；

或者，所述电动机第二齿轮与所述电动机第一齿轮啮合连接。

进一步的，包括差速器传动机构和差速器，所述差速器传动机构分别与所述差速器的转轴和所述电动机第二齿轮通过轴连接。

进一步的，所述差速器传动机构包括啮合连接的差速器主动齿轮和差速器齿圈，所述差速器主动齿轮与所述电动机第二齿轮通过轴连接，差速器齿圈与所述差速器连接。

基于上述第二目的，本发明提供了一种混合动力汽车，该混合动力汽车包括上述的混合动力装置。

采用上述技术方案，本发明提供的混合动力装置的技术效果有：

1.采用同步器结合超越离合器的控制方式，减少了传动系统液压损失、消除离合器结合时的轴向力，节省了油泵、吸滤器、阀体等部件的使用，降低了成本，削弱对减速器壳体支撑刚度的要求。

2.发电机和电动机平行布置，在轴向空间上有利于选择细长轴的高效发电机和电动机，进一步提升整车经济性。

3.超越离合器和同步器的运用更利于发动机与驱动电机转速的协调控制，在模式切换中降低了控制难度，模式切换过程更加舒适。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的混合动力装置的第一种结构示意图；

图2是本发明实施例提供的混合动力装置的第二种结构示意图；

图3是本发明实施例提供的混合动力装置的第三种结构示意图。

附图标记：1.发动机，2.发电机，3.电动机，4.曲轴，5.同步器，6.超越离合器，7.结合齿圈，8.第一输入轴；9.发电机主动齿轮；10.发电机被动齿轮，11.发动机主动齿轮，12.发动机被动齿轮，13.电动机第一齿轮，14.电动机第二齿轮，15.差速器，16.差速器主动齿轮，17.差速器齿圈。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供了一种混合动力装置，该混合动力装置一方面可以解决双电机在布置方式上对高效电机选型的限制问题；另一方面通过采用超越离合器和同步器配合工作，解决以往使用离合器控制时成本高、控制难度大、效率低等不利因素的影响。

如图1、图2和图3所示，该混合动力装置包括发动机1、发电机2、电动机3、动力切换机构、第一齿轮传动机构和第二齿轮传动机构。

其中，发动机1是消耗液体燃料的内燃发动机1，发电机2主要用来产生电能，电动机3主要将电能转换成机械能。发电机2也可以用来启动发动机1，电动机3也可以用来发电。

发动机1的曲轴4通过第一齿轮传动机构与发电机2的转轴连接，发电机2转动时，通过第一齿轮传动机构来启动发动机1；另外，发动机1运转时，通过第一齿轮传动机构来带动发电机2给电池充电。因发电机2主要功能是发电，而发电机2的高效发电转速应与发动机1经济转速一致，因此，应用时需要设置适当的传动比例来满足传动比要求。

本申请技术方案中，上述的动力切换机构包括能够接合或者分离的第一传动端和第二传动端；第一传动端与第一齿轮传动机构的第一输入轴8连接，第二传动端通过第二齿轮传动机构与电动机3的转轴连接；第二齿轮传动机构还用以连接负载；

其中，第一传动端包括同步器5，同步器5与第一齿轮传动机构的第一输入轴8连接，同步器5与第一输入轴8联动；

第二传动端包括超越离合器6，超越离合器6通过结合齿圈7与同步器5接合或者分离；同时，该超越离合器6通过第二齿轮传动机构与电动机3的转轴连接。

当超越离合器6通过结合齿圈7与同步器5接合时，第一齿轮传动机构通过第二齿轮传动机构传动连接；该工况下，可以通过发动机1单独驱动负载运转；或者，也可以通过发动机1和电动机3共同驱动负载；

当第一传动端和第二传动端分离时，第一齿轮传动机构和第二齿轮传动机构断开，通过电动机3驱动第二齿轮传动机构使负载运转。

本申请提供的上述混合动力装置，相比于现有技术，具有的技术效果有：

1.采用同步器5结合超越离合器6的控制方式，减少了传动系统的液压损失、消除离合器结合时的轴向力，节省了油泵、吸滤器、阀体等部件，降低了成本，不但削弱对减速器壳体支撑刚度的要求，还可以采用高效的球轴承提升传递效率。

2.发电机和电动机平行布置，在轴向空间上有利于选择细长轴的高效发电机和电动机，进一步提升整车经济性；

3.超越离合器6和同步器5的运用，更利于发动机1与电动机3转速的协调控制，在模式切换中降低了控制难度，模式切换过程更加舒适。

本申请的一个实施例中，第一齿轮传动机构包括第一输入轴8和发电机齿轮传动机构；发电机齿轮传动机构分别与第一输入轴8以及发电机2的转轴连接，第一输入轴8用以传递发动机1曲轴4输出的扭矩。

优选地，发电机齿轮传动机构包括相啮合连接的发电机主动齿轮9和发电机被动齿轮10，其中，发电机主动齿轮9与第一输入轴8连接，发电机被动齿轮10与发电机2的转轴连接。采用该结构时，发动机1的动力依次通过曲轴4、第一输入轴8、发电机主动齿轮9、发电机被动齿轮10、发电机2的转轴传递给发电机2进行发电；当然，发电机2也可以反向来启动发动机1。

本申请的一个实施例中，第一齿轮传动机构还可以包括发动机齿轮传动机构，发动机齿轮传动机构的输入端与发动机1的曲轴4连接，发动机齿轮传动机构的输出端与第一输入轴8连接。其中，输入端为发动机主动齿轮11，与发动机1的曲轴4连接；输出端为发动机被动齿轮12，与第一输入轴8连接，同时，发动机主动齿轮11和发动机被动齿轮12啮合连接，这样可以将发动机1的曲轴4的驱动力通过发动机齿轮传动机构传递至第一输入轴8，在通过第一输入轴8将动力传动至发电机齿轮传动机构，进而驱动发电机2发电。

本申请的一个实施例中，超越离合器6的内齿圈与结合齿圈7的齿轮轴连接，超越离合器6的外齿圈与第二齿轮传动机构啮合连接。

由于超越离合器6的内齿圈与结合齿圈7的齿轮轴连接，能够实现与结合齿圈7的联动；

由于超越离合器6的外齿圈与第二齿轮传动机构啮合连接，能够实现与第二齿轮传动机构联动。

本申请的一个实施例中，超越离合器6的内齿圈与结合齿圈7形成一体结构，超越离合器6的外齿圈与第二齿轮传动机构啮合连接。该实施例中，能够简化超越离合器6和结合齿圈7结构，从而在与第一齿轮传动机构连接时，使发动机1的曲轴4与第一输入轴8、结合齿圈7的齿轮轴同轴布置，减少了轴的数量，有利于保证同轴度，提升了传动的稳定性。

本申请的一个实施例中，第二齿轮传动机构包括电动机第一齿轮13；

电动机第一齿轮13与超越离合器6的外齿圈啮合连接，并且，电动机第一齿轮13与电动机3的转轴连接。超越离合器6的外齿圈与电动机第一齿轮13和电动机3的转轴实现联动。

优选地，第二齿轮传动机构还包括电动机第二齿轮14；电动机第二齿轮14设置在电动机第一齿轮13和超越离合器6的外齿圈之间，电动机第二齿轮14分别与电动机第一齿轮13与超越离合器6的外齿圈啮合连接，实现联动。

或者，电动机第二齿轮14与电动机第一齿轮13啮合连接，实现超越离合器6的外齿圈、电动机第一齿轮13和电动机第二齿轮14的联动。

本申请的一个实施例中，上述的混合动力装置包括差速器传动机构和差速器15，差速器传动机构分别与差速器15的转轴和电动机第二齿轮14通过轴连接；实现电动机第二齿轮14、差速器传动机构和差速器15的转轴的联动。

具体的，差速器传动机构包括啮合连接的差速器主动齿轮16和差速器齿圈17，差速器主动齿轮16与电动机第二齿轮14通过轴连接，差速器齿圈17与差速器15连接。

本申请实施例提供的混合动力装置，主要有三种结构形式，下面分别对三种结构进行说明。

第一种结构：

如图1所示，该实施例提供的混合动力装置中，发动机1和发电机2的动力传输依次通过发动机1的曲轴4、发动机主动齿轮11、发动机被动齿轮12、第一输入轴8、发电机主动齿轮9、发电机被动齿轮10、发电机2的转轴传递；

超越离合器6的内齿圈与结合齿圈7的齿轮轴连接，超越离合器6的外齿圈与电动机第一齿轮13啮合连接；超越离合器6和差速器15的动力传输依次通过，超越离合器6的外齿圈、电动机第一齿轮13、电动机第二齿轮14、差速器主动齿轮16、差速器齿圈17传递。

发动机的启动和充电模式

因发动机1经曲轴4、发动机主动齿轮11、发动机被动齿轮12、第一输入轴8、发电机主动齿轮9、发电机被动齿轮10接连到发电机2的转轴，发电机2转动即可启动发动机1。反之，发动机1运转就可带动发电机2给电池充电。

发动机单独驱动模式

发动机1运转时，控制超越离合器6通过结合齿圈7与同步器5接合，将发动机1的全部或部分动力传给第一输入轴8，然后动力经超越离合器6的外齿圈、电动机第一齿轮13、电动机第二齿轮14、差速器主动齿轮16、差速器齿圈17传递给差速器15，带动差速器15的转轴转动来驱动车辆前行。

发动机1单独驱动时，根据车辆运行情况可将发动机1剩余的动力分配给发电机2，从而提高燃油经济性。在全油门时可将发电机2的扭矩控制为0，将所有发动机1动力分配给第一输入轴8，以保证车辆的加速性。

电动机单独驱动模式

当电池充足情况下：控制超越离合器6通过结合齿圈7与同步器5分离，启动电动机3，此时动力由电动机3的转轴经电动机第一齿轮13、电动机第二齿轮14、差速器主动齿轮16、差速器齿圈17传递给差速器15，带动差速器15的转轴转动来驱动车辆前行。

当电池电量不足时，控制超越离合器6通过结合齿圈7与同步器5分离，发动机1带动发电机2发电来驱动电动机3带动整车行驶。在倒车工况下，可以使驱动电动机3反转实现倒车功能。

发动机和电动机同时驱动模式

当在高速或加速工况下，整车需要更多的动力，控制超越离合器6通过结合齿圈7与同步器5接合，来自发动机1的动力经同步器5、结合齿、超越离合器6与电动机3的动力叠加来带动差速器15的转轴转动，驱动车辆前行。

车辆制动能量回收模式

在车辆减速制动时，控制超越离合器6通过结合齿圈7与同步器5分离，车辆惯性经差速器15的转轴、差速器15、差速器齿圈17、差速器主动齿轮16、电动机第二齿轮14、电动机第一齿轮13带动发电机转子发电，实现制动能量的回收。

模式切换

例如，由纯电动模式切换到发动机1直驱模式，此时控制超越离合器6通过结合齿圈7与同步器5接合，发电机2启动发动机1，使发动机1的转速迅速达到同步转速，电动机3继续驱动车辆平稳运行。

设定此时超越离合器6外齿圈的转速为n1，结合齿的转速为n2，当结合齿的转速高于超越离合器6外圈的转速时，发动机1才能够动力输出；在此之前发动机1转速的波动不会影响车辆的平稳运行。

当结合齿的转速高于超越离合器6的外齿圈的转速时，动力由电动机3逐渐切换到发动机1，实现扭矩平稳的平稳过渡。

与背景技术相比，在模式切换过程中无需控制离合器的压力来与整车需求扭矩和转速相一致，简化了控制，节省了高压控制回路，在成本和控制上更有优势。超越离合器6通过结合齿圈7与同步器5的结合使用，可实现动力在电动机3与发动机1之间的完美机械解耦，有利于整体效率提升。

第二种结构：

本实施例中可根据布置空间上需要，在第一种结构基础上，对结构进行简化。

具体的，如图2所示，该实施例提供的混合动力装置中，发动机1和发电机2的动力传输依次通过发动机1的曲轴4、第一输入轴8、发电机主动齿轮9、发电机被动齿轮10、发电机2的转轴传递；

超越离合器6的内齿圈与结合齿圈7的齿轮轴连接，超越离合器6的外齿圈与电动机第二齿轮14啮合连接；超越离合器6和差速器15之间的动力传输依次通过超越离合器6的外齿圈、电动机第二齿轮14、差速器主动齿轮16、差速器齿圈17传递，同时，电动机3通过电动机第一齿轮13与电动机第二齿轮14进行动力传递。

第三种结构：

本实施例中可根据布置空间上需要，对结构进一部简化。

具体的，如图3所示，该实施例提供的混合动力装置中，发动机1和发电机2的动力传输依次通过发动机1的曲轴4、第一输入轴8、发电机主动齿轮9、发电机被动齿轮10、发电机2的转轴传递；

超越离合器6的内齿圈与结合齿圈7形成一体结构，

超越离合器6的外齿圈与电动机第二齿轮14啮合连接；超越离合器6和差速器15之间的动力传输依次通过超越离合器6的外齿圈、电动机第二齿轮14、差速器主动齿轮16、差速器齿圈17传递，同时，电动机3通过电动机第一齿轮13与电动机第二齿轮14进行动力传递。

本实施例中，把超越离合器6的内齿圈与结合齿圈7形成一体结构，使发动机1的曲轴4与第一输入轴8、结合齿的齿轮轴同轴布置，减少了轴的数量，有利于保证同轴度。

本申请提供的上述三种结构的混合动力装置，具有结构简单、容易制造、运行成本低的特点，在轴向空间布置上更有优势，传动系统更加简洁，省去离合器和高压控制回路，在模式切换时利于协调控制，成本上更有优势。

另外，本申请实施例还提供了一种混合动力汽车，该混合动力汽车包括上述三种结构的混合动力装置的任一种。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种混合动力装置，其特征在于，包括发动机、发电机、电动机、动力切换机构、第一齿轮传动机构和第二齿轮传动机构；

所述发动机的曲轴通过第一齿轮传动机构与所述发电机的转轴连接，且所述发电机和所述电动机平行布置；

所述动力切换机构包括能够接合或者分离的第一传动端和第二传动端；所述第一传动端与所述第一齿轮传动机构的第一输入轴连接，所述第二传动端通过所述第二齿轮传动机构与所述电动机的转轴连接；

所述第一传动端包括同步器，所述第二传动端包括超越离合器，所述超越离合器通过结合齿圈与所述同步器接合或者分离；

所述超越离合器的内齿圈与所述结合齿圈形成一体结构，所述超越离合器的外齿圈与所述第二齿轮传动机构啮合连接。

2.根据权利要求1所述的混合动力装置，其特征在于，所述第一齿轮传动机构包括第一输入轴和发电机齿轮传动机构；所述发电机齿轮传动机构分别与所述第一输入轴以及所述发电机的转轴连接，所述第一输入轴用以传递所述发动机的曲轴输出的扭矩。

3.根据权利要求2所述的混合动力装置，其特征在于，所述第一齿轮传动机构包括发动机齿轮传动机构，所述发动机齿轮传动机构的输入端与所述发动机的曲轴连接，所述发动机齿轮传动机构的输出端与所述第一输入轴连接。

4.根据权利要求1所述的混合动力装置，其特征在于，所述第二齿轮传动机构包括电动机第一齿轮；

所述电动机第一齿轮与所述超越离合器的外齿圈啮合连接，并且，所述电动机第一齿轮与所述电动机的转轴连接。

5.根据权利要求1所述的混合动力装置，其特征在于，所述第二齿轮传动机构包括电动机第二齿轮；所述电动机第二齿轮分别与所述电动机第一齿轮与所述超越离合器的外齿圈啮合连接；

或者，所述电动机第二齿轮与所述电动机第一齿轮啮合连接。

6.根据权利要求5所述的混合动力装置，其特征在于，包括差速器传动机构和差速器，所述差速器传动机构分别与所述差速器的转轴和所述电动机第二齿轮通过轴连接。

7.根据权利要求6所述的混合动力装置，其特征在于，所述差速器传动机构包括啮合连接的差速器主动齿轮和差速器齿圈，所述差速器主动齿轮与所述电动机第二齿轮通过轴连接，差速器齿圈与所述差速器连接。

8.一种混合动力汽车，其特征在于，包括根据权利要求1-7任意一项所述的混合动力装置。

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