CN110385978B - 一种集成型的增程式混动系统及增程式混动汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽车传动技术领域，具体公开了一种集成型的增程式混动系统及增程式混动汽车，包括发动机、自动离合器、合成箱，合成箱包括输入组件、发电机轴组件、驱动电机轴组件、输出组件、箱体、离合器附件、滑套、离合器执行器、换挡机构，发电机轴上设有同步器与第一、第二齿轮，输入轴上设有输入齿轮，输出轴上设有输出齿轮，驱动电机轴上设有第三齿轮。本发明集成度高，便于安装，通过合成箱内的三对齿轮副进行减速增扭，有效降低电机的需求扭矩；发电机可根据车辆需求及电池SOC值进行发电或者驱动车辆，适用于多种工况；能实现发动机与传动系统的解耦，使汽车获得更好的燃油经济性及排放性能，能够有效降低车辆的使用成本。

Description

一种集成型的增程式混动系统及增程式混动汽车
技术领域
本发明涉及汽车传动技术领域，具体地说，本发明涉及一种集成型的增程式混动系统。
背景技术
目前，各大汽车厂商推出了多种纯电动汽车，但由于动力电池成本居高不下，纯电动汽车的里程是其不可忽视的短板，于是增程式混动汽车应运而生。它兼具纯电动车辆的优势，又解决了电动车辆的里程焦虑问题。
增程式混动汽车以电能为主要动力源，化石能为辅助动力源。在电池电量充足时，动力电池驱动电机，提供整车驱动功率需求，此时发动机不参与工作。当电池电量低于SOC值（State of Charge，电池荷电状态，也叫剩余电量）后，发动机开始工作。现有技术中的增程式混动系统存在以下几点劣势：发电机与发动机连接只用来发电，不参与驱动，适用工况单一；发电机与驱动电机单独布置，集成度不高；发电机与驱动电机缺少有效的减速増扭的减速箱，往往选用低速大扭矩电机，成本高。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种集成型的增程式混动系统及采用其的增程式混动汽车。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种集成型的增程式混动系统，包括发动机、自动离合器和合成箱，所述合成箱包括箱体、输入组件、发电机轴组件、驱动电机轴组件、输出组件、滑套、离合器附件、离合器执行器、换挡机构；
所述输入组件包括输入轴、与所述输入轴连接的输入齿轮；
所述输出组件包括输出轴、与所述输出轴连接的输出齿轮；
所述发电机轴组件包括安装在所述箱体内的发电机定子和发电机转子，以及与所述发电机转子连接的发电机轴；第一齿轮、第二齿轮通过滚针轴承空套在所述发电机轴上分别与所述输入齿轮、所述输出齿轮常啮合，在所述发电机轴上位于所述第一齿轮和所述第二齿轮之间还通过花键连接有同步器；所述箱体上还设置有与所述换挡机构连接并用于控制所述同步器的拨叉；
所述驱动电机轴组件包括安装在所述箱体内的驱动电机定子和驱动电机转子，以及与所述驱动电机转子连接的驱动电机轴，所述驱动电机轴通过花键连接有第三齿轮，所述第三齿轮与所述输出齿轮常啮合；
所述自动离合器套在所述输入轴的花键上，所述离合器附件空套在与所述箱体固连的所述滑套上，并与安装在所述箱体上的所述离合执行器连接。
优选地，在一些具体实施例中，所述箱体包括过定位销定位后用紧固件连接的离合器外壳、主箱体、后箱体、箱盖；所述发动机通过止口定位后紧固在所述离合器外壳上，所述滑套与所述离合器外壳固连；所述输入轴活动穿设在所述离合器外壳、所述主箱体和所述后箱体内，并通过两端轴承支承在所述主箱体和所述后箱体上；所述发电机定子通过外圆定位后紧固在所述主箱体上，所述发电机转子通过两端轴承分别支承在所述主箱体和后箱体上，所述发电机轴通过两端轴承分别支承在所述后箱体和箱盖上；所述驱动电机定子通过外圆定位后紧固在所述主箱体上，所述驱动电机转子通过两端轴承分别支承在所述主箱体和所述后箱体上，所述驱动电机轴通过两端轴承分别支承在所述后箱体和所述箱盖上；所述输出轴通过轴承支承在所述箱盖上。
进一步优选地，所述输出轴可相对转动地同轴设置在所述输入轴远离所述发动机的一端。
进一步优选地，所述输入轴、所述发电机轴及所述驱动电机轴相平行设置。
本发明的增程式混动系统通过所述换挡机构推动所述同步器与所述第一齿轮、第二齿轮接合和断开，通过所述离合器执行件控制所述自动离合器的结合和断开，实现以下几种工作模式：单电机増程驱动模式，单电机纯电驱动模式，双电机纯电驱动模式，停车充电模式和能量回收模式。
所述单电机増程驱动模式为：在车辆行驶、电池SOC值较低的工况下，所述自动离合器结合，所述同步器与所述第一齿轮结合，所述发动机带动所述发电机转子转动，发电机发电，根据车辆功率需求及电池SOC值，将电能合理分配至电池和驱动电机，所述驱动电机驱动车辆行驶。
所述单电机纯电驱动模式为：在电池SOC值较高，车辆需求功率较低的工况下，所述自动离合器断开，所述同步器断开，所述发动机及发电机不工作，驱动电机单独驱动车辆行驶。
所述双电机纯电驱动模式为：在电池SOC值较高，车辆需求功率高的工况下，所述自动离合器断开，所述同步器与所述第二齿轮结合，发电机与驱动电机同时驱动车辆行驶。
所述停车充电模式为：在电池SOC值较低，车辆停车的工况下，驱动电机不工作，车辆停止，所述自动离合器结合，所述同步器与所述第一齿轮结合，所述发动机带动所述发电机转子转动，发电机发电，电能存储在电池内。
所述能量回收模式为：在车辆制动的工况下，所述自动离合器断开，所述同步器断开，发电机、驱动电机及所述发动机都不工作，制动中的车辆惯性通过所述输出轴带动所述驱动电机转子转动，驱动电机发电，电能存储在电池内，回收车辆制动时的能量。
第二方面，本发明提供的一种增程式混动汽车，它采用上述集成型的增程式混动系统。
由于采用上述技术方案，本发明达到以下有益效果：
本发明将发电机、驱动电机及减速箱集成在合成箱内，集成度高、便于匹配安装；合成箱增加三对齿轮副，进行减速増扭，有效降低电机的需求扭矩，降低电机的成本；通过换挡机构及同步器，发电机可根据车辆需求及电池SOC值进行发电或者驱动车辆，适用于多种工况；由于能实现发动机与传动系统的解耦，发动机稳定工作在几个高效功率点，获得更好的燃油经济性及排放性能，能够有效降低车辆的使用成本。
附图说明
图1是本发明增程式混动系统的结构示意图。
图2是本发明的单电机増程驱动模式的示意图。
图3是本发明的单电机纯电驱动模式的示意图。
图4是本发明的双电机纯电驱动模式的示意图。
图5是本发明的停车充电模式的示意图。
图6是本发明的能量回收模式的示意图。
附图标记说明：1-发动机、2-自动离合器、3-输入轴、4-离合器附件、5-离合器执行器、6-发电机定子、7-发电机转子、8-第一齿轮、9-同步器、10-拨叉、11-第二齿轮、12-换挡机构、13-发电机轴、14-输入齿轮、15-锁紧螺母、16-输出齿轮、17-输出法兰、18-输出轴、19-箱盖、20-驱动电机轴、21-后箱体、22-第三齿轮、23-驱动电机定子、24-驱动电子转子、25-主箱体、26-滑套、27-离合器外壳。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，以使本发明的优点和特征能更易于本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚准确的界定。
实施例一
如图1所示，本实施例的集成型的增程式混动系统，包括发动机1、自动离合器2和合成箱，所述合成箱包括箱体、输入组件、发电机轴组件、驱动电机轴组件、输出组件、滑套26、离合器附件4、离合器执行器5、换挡机构12。
本实施例中，箱体包括过定位销定位后用紧固件依次固连的离合器外壳27、主箱体25、后箱体21和箱盖19。发动机1通过止口定位后紧固在离合器外壳27上，滑套26与离合器外壳27固连。
其中，输入组件包括输入轴3，与输入轴3通过花键连接的输入齿轮14。具体地，输入轴3活动穿设在离合器外壳27、主箱体25和后箱体21内，并通过两端轴承支承在主箱体25和后箱体21上。
其中，输出组件包括输出轴18、与输出轴18通过花键连接的输出齿轮16。具体地，输出轴18可相对转动地同轴设置在输入轴3远离发动机1的一端。本实施例中，输出轴18通过轴承支承在箱盖19上。输出轴18伸出箱盖19的端部上连接有输出法兰17。
所述发电机轴组件包括安装在主箱体25内的发电机定子6和发电机转子7，以及与所述发电机转子7连接的发电机轴13。发电机定子6通过外圆定位后紧固在主箱体25上，发电机转子7通过两端轴承分别支承在主箱体25和后箱体21上，发电机轴13通过两端轴承分别支承在后箱体21和箱盖19上。第一齿轮8、第二齿轮11通过轴承（优选为滚针轴承）空套在所述发电机轴13上分别与输入齿轮14、输出齿轮16常啮合，在发电机轴13上位于第一齿轮8和第二齿轮11之间还通过花键连接有同步器9。于本实施例中，在输入轴3远离发动机1的一端端部，输入齿轮14通过锁紧螺母15固定，输出轴3超出锁紧螺母15的端部与输出轴18一端的凹槽通过设置在凹槽内的滚针轴承相转动配合。
所述箱体上还设置有与所述换挡机构12连接并用于控制所述同步器9的拨叉10。本实施例中，拨叉10通过销轴安装在后箱体21上，如图1所示，拨叉10可绕销轴轴线摆动，从而在换挡机构12的带动下通过拨叉来控制同步器9工作。
所述驱动电机轴组件包括安装在所述箱体内的驱动电机定子23和驱动电机转子24，以及与驱动电机转子24连接的驱动电机轴20。驱动电机定子23通过外圆定位后紧固在主箱体25上，驱动电机转子24通过两端轴承分别支承在主箱体25和后箱体21上，驱动电机轴20通过两端轴承分别支承在后箱体21和箱盖19上。驱动电机轴20通过花键连接有第三齿轮22，第三齿轮22与输出齿轮16常啮合。
自动离合器2套在输入轴3的花键上，离合器附件4空套在滑套26上，并与安装在主箱体25上的离合执行器5连接。
在本实施例中，输出齿轮14与第一齿轮8、输出齿轮16与第二齿轮11、输出齿轮16与第三齿轮22组成了三对齿轮副，这三对齿轮副都位于后箱体21与箱盖19包围的空间内，进行减速増扭，可有效降低电机的需求扭矩，降低电机的成本。
在本实施例中，输入轴3、发电机轴13及驱动电机轴20相平行设置。典型的一种布置方式是，发电机轴13及驱动电机轴20对称设置在输入轴3的两侧，如图1所示。这种布置方式，使得发电机、驱动电机都位于主箱体25内，结构紧凑，集成度更高。
本发明的增程式混动系统通过换挡机构12推动同步器9与第一齿轮8、第二齿轮11接合和断开，通过离合器执行件5控制自动离合器2的结合和断开，实现以下几种工作模式：单电机増程驱动模式，单电机纯电驱动模式，双电机纯电驱动模式，停车充电模式和能量回收模式。
如图2所示，单电机増程驱动模式：自动离合器2结合，换挡机构12通过拨叉10推动同步器9与第一齿轮8结合，发动机1通过自动离合器2驱动输入轴3，输入齿轮14、第一齿轮8、同步器9将动力传递给发电机转子7，发电机发电，根据车辆功率需求及电池SOC值，将电能合理分配至电池和驱动电机。驱动电机通过驱动电机轴20、第三齿轮22、输出齿轮16将动力传递给输出轴18，进而驱动车辆行驶。此模式适用于车辆行驶、电池soc值较低的工况。
如图3所示，单电机纯电驱动模式：离合器执行器5通过离合器附件4推动自动离合器2断开，换挡机构12不工作，同步器9断开，发动机1及发电机不工作。驱动电机通过驱动电机轴20、第三齿轮22、输出齿轮16将动力传递给输出轴18，进而驱动车辆行驶。此模式适用于电池soc值较高，车辆需求功率较低的工况。
如图4所示，双电机纯电驱动模式：离合器执行器5通过离合器附件4推动自动离合器2断开，换挡机构12通过拨叉10推动同步器9与第二齿轮11结合，发电机转子7通过第二齿轮11、输出齿轮16将动力传递给输出轴18。同时驱动电机通过驱动电机轴20、第三齿轮22、输出齿轮16将动力传递给输出轴18，两电机同时驱动车辆行驶。此模式适用于电池soc值较高，车辆需求功率高的工况。
如图5所示，停车充电模式：驱动电机不工作，车辆停车。自动离合器2结合，换挡机构12通过拨叉10推动同步器9与第一齿轮8结合，发动机1通过自动离合器2驱动输入轴3，输入轴3通过输入齿轮14、第一齿轮8、同步器9将动力传递给发电机转子7，发电机发电，电能储存在电池内。此模式适用于电池soc值较低，车辆停车的工况。
如图6所示，能量回收模式：离合器执行器5通过离合器附件4推动自动离合器2断开，同步器9断开，两电机及发动机都不工作。行驶中的车辆存在惯性通过输出轴18、输出齿轮16、第三齿轮22、驱动电机轴20带动驱动电机转子24转动，驱动电机发电，电能存储在电池内。此模式适用于车辆制动的工况。
本实施例的集成型的增程式混动系统结构紧凑，集成度高，便于匹配安装，将其安装在具有动力电池的电动汽车上，构成增程式混动汽车，能实现发动机与传动系统的解耦，发动机稳定工作在几个高效功率点，获得更好的燃油经济性及排放性能，能够有效降低车辆的使用成本。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种集成型的增程式混动系统，其特征在于：包括发动机（1）、自动离合器（2）和合成箱，所述合成箱包括箱体、输入组件、发电机轴组件、驱动电机轴组件、输出组件、滑套（26）、离合器附件（4）、离合器执行器（5）、换挡机构（12）；
所述输入组件包括输入轴（3）、与所述输入轴（3）连接的输入齿轮（14）；
所述输出组件包括输出轴（18）、与所述输出轴（18）连接的输出齿轮（16）；
所述发电机轴组件包括安装在所述箱体内的发电机定子（6）和发电机转子（7），以及与所述发电机转子（7）连接的发电机轴（13）；第一齿轮（8）、第二齿轮（11）通过轴承空套在所述发电机轴（13）上分别与所述输入齿轮（14）、所述输出齿轮（16）常啮合，在所述发电机轴（13）上位于所述第一齿轮（8）和所述第二齿轮（11）之间还通过花键连接有同步器（9）；所述箱体上还设置有与所述换挡机构（12）连接并用于控制所述同步器（9）的拨叉（10）；
所述驱动电机轴组件包括安装在所述箱体内的驱动电机定子（23）和驱动电机转子（24），以及与所述驱动电机转子（24）连接的驱动电机轴（20），所述驱动电机轴（20）通过花键连接有第三齿轮（22），所述第三齿轮（22）与所述输出齿轮（16）常啮合；
所述自动离合器（2）套在所述输入轴（3）的花键上，所述离合器附件（4）空套在与所述箱体固连的所述滑套（26）上，并与安装在所述箱体上的所述离合器执行器（5）连接；
所述箱体包括过定位销定位后用紧固件连接的离合器外壳（27）、主箱体（25）、后箱体（21）、箱盖（19）；所述发动机（1）通过止口定位后紧固在所述离合器外壳（27）上，所述滑套（26）与所述离合器外壳（27）固连；所述输入轴（3）活动穿设在所述离合器外壳（27）、所述主箱体（25）和所述后箱体（21）内，并通过两端轴承支承在所述主箱体（25）和所述后箱体（21）上；所述发电机定子（6）通过外圆定位后紧固在所述主箱体（25）上，所述发电机转子（7）通过两端轴承分别支承在所述主箱体（25）和后箱体（21）上，所述发电机轴（13）通过两端轴承分别支承在所述后箱体（21）和箱盖（19）上；所述驱动电机定子（23）通过外圆定位后紧固在所述主箱体（25）上，所述驱动电机转子（24）通过两端轴承分别支承在所述主箱体（25）和所述后箱体（21）上，所述驱动电机轴（20）通过两端轴承分别支承在所述后箱体（21）和所述箱盖（19）上；所述输出轴（18）通过轴承支承在所述箱盖（19）上；
所述输出轴（18）可相对转动地同轴设置在所述输入轴（3）远离所述发动机（1）的一端；所述输入轴（3）、所述发电机轴（13）及所述驱动电机轴（20）相平行设置。
2.根据权利要求1所述的一种集成型的增程式混动系统，其特征在于：通过所述换挡机构（12）推动所述同步器（9）与所述第一齿轮（8）、第二齿轮（11）接合和断开，通过所述离合器执行器（5）控制所述自动离合器（2）的结合和断开，实现以下几种工作模式：单电机増程驱动模式，单电机纯电驱动模式，双电机纯电驱动模式，停车充电模式和能量回收模式。
3.根据权利要求2所述的一种集成型的增程式混动系统，其特征在于：所述单电机増程驱动模式为：在车辆行驶、电池SOC值较低的工况下，所述自动离合器（2）结合，所述同步器（9）与所述第一齿轮（8）结合，所述发动机（1）带动所述发电机转子（7）转动，发电机发电，根据车辆功率需求及电池SOC值，将电能合理分配至电池和驱动电机，所述驱动电机驱动车辆行驶。
4.根据权利要求2所述的一种集成型的增程式混动系统，其特征在于：所述单电机纯电驱动模式为：在电池SOC值较高，车辆需求功率较低的工况下，所述自动离合器（2）断开，所述同步器（9）断开，所述发动机（1）及发电机不工作，驱动电机单独驱动车辆行驶。
5.根据权利要求2所述的一种集成型的增程式混动系统，其特征在于：所述双电机纯电驱动模式为：在电池SOC值较高，车辆需求功率高的工况下，所述自动离合器（2）断开，所述同步器（9）与所述第二齿轮（11）结合，发电机与驱动电机同时驱动车辆行驶。
6.根据权利要求2所述的一种集成型的增程式混动系统，其特征在于：所述停车充电模式为：在电池SOC值较低，车辆停车的工况下，驱动电机不工作，车辆停止，所述自动离合器（2）结合，所述同步器（9）与所述第一齿轮（8）结合，所述发动机（1）带动所述发电机转子（7）转动，发电机发电，电能存储在电池内。
7.根据权利要求2所述的一种集成型的增程式混动系统，其特征在于：所述能量回收模式为：在车辆制动的工况下，所述自动离合器（2）断开，所述同步器（9）断开，发电机、驱动电机及所述发动机（1）都不工作，制动中的车辆惯性通过所述输出轴（18）带动所述驱动电机转子（24）转动，驱动电机发电，电能存储在电池内，回收车辆制动时的能量。
8.一种增程式混动汽车，其特征在于，包括如权利要求1-7任意一项所述的集成型的增程式混动系统。
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