CN111409443A - 一种双电机多模式汽车动力系统及汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双电机多模式汽车动力系统及汽车，包括发动机、第一电机、第二电机、第一传动系统、第二传动系统和换档执行机构，所述第一电机的转子通过第一输入轴和第一连接轴与大太阳轮连接，所述第二电机设置在所述第一电机与所述发动机之间，发动机输入轴与所述第二电机的转子、第二离合器的被动端和第一离合器的主动端连接为一体，所述第二离合器的主动端通过第二连接轴与小太阳轮连接，所述第一离合器的被动端与行星架连接，第一制动器用于通过所述第一连接轴制动大太阳轮，第二传动系统将发动机和电机的动力复合以实现不同驱动模式和各种档位的变速输出。采用本发明提高高档位动力性和更加节油的优点。

Description

一种双电机多模式汽车动力系统及汽车
技术领域
本发明属于汽车传动系统领域，具体涉及一种双电机多模式汽车动力系统及汽车。
背景技术
随着世界各国环境保护的措施越来越严格，混合动力车辆由于其节能、低排放等特点成为汽车研究与开发的一个重点。混合动力车辆和汽油车一样到加油站加油，不用改变汽车的使用习惯。燃油经济性能高，而且行驶性能优越，混合动力汽车的发动机要使用燃油，而且在起步、加速时，由于有电动马达的辅助，所以可以降低油耗，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现“零”排放。动力性优于同排量的单纯内燃机汽车，特别是在起步加速时，电动机可以有效地弥补内燃机低转速扭矩力不足的弱点。在减少车内的机械噪音、低速或怠速时可采用电动机工作，不达到一定速度，发动机就不工作，因此，便能使发动机一直保持在最佳工况状态。
目前国内市场上主流混合动力是丰田汽车和科力远的双电机分流型混合动力驱动系统。但是都具有档位少，需大功率高速电机实现低速大扭矩和高速小扭矩，所以成本较高。单电机的混合动力驱动系统成本较低，但是可以实现的驱动模式较少，所以节油效果相对较差。
发明内容
本发明要解决现有技术中汽车动力系统需要配置大扭矩高速电机、档位少、成本高和高档位动力性低的问题。
本发明提供一种双电机多模式汽车动力系统，包括发动机、第一电机、第二电机、第一传动系统、第二传动系统和换档执行机构，所述第一传动系统包括第一输入轴、第一连接轴、发动机输入轴和第二连接轴，所述第二传动系统包括大太阳轮、小太阳轮和行星架，所述换档执行机构包括第一离合器、第二离合器、第一制动器、第二制动器和单向制动器；
所述第一电机通过所述第一输入轴和第一连接轴与所述大太阳轮连接，所述第二电机设置在所述第一电机与所述发动机之间，所述第二电机的转子与所述发动机输入轴、所述第二离合器的被动端和所述第一离合器的主动端连接为一体，所述第二离合器的主动端通过所述第二连接轴与所述小太阳轮连接，所述第一离合器的被动端与所述行星架连接，所述第一制动器用于通过所述第一连接轴制动所述大太阳轮，所述第二制动器和单向制动器用于制动所述行星架，所述第二传动系统用于将所述发动机、第一电机和第二电机的动力复合以实现不同驱动模式和各种档位的变速输出。
进一步地，所述第一电机的转子与所述第一输入轴连接，所述第一输入轴与所述第一连接轴连接，所述第一连接轴与所述大太阳轮连接。
进一步地，所述第一制动器设置在所述第一连接轴外侧，所述第一制动器一端选择性制动或放开所述第一连接轴，所述第一制动器的另一端固定在壳体上。
进一步地，所述第二制动离合器和单向制动器的一端与所述行星架连接，所述第二制动离合器和单向制动器的另一端都固定在壳体上。
进一步地，所述第二传动系统还包括小齿轮、长齿轮和齿圈；
所述小齿轮通过轴承支撑在所述行星架上，所述小齿轮与所述小太阳轮和所述长齿轮啮合；所述长齿轮通过轴承支撑在所述行星架上，所述长齿轮一端与所述齿圈内啮合，所述长齿轮的另一端与所述大太阳轮和小齿轮啮合；所述行星架的一端分别与所述小齿轮和所述长齿轮连接，所述行星架的另一端分别与所述第一离合器、第二制动器和单向制动器连接。
优选地，所述第一输入轴与所述第一连接轴之间还设置有第一行星减速机构，所述第一行星减速机构包括第一减速太阳轮、第一减速行星轮和第一减速齿圈；
所述第一减速太阳轮与所述第一输入轴连接，所述第一减速齿圈固定在壳体上，所述第一减速行星轮与所述第一连接轴连接，所述第一减速行星轮分别与所述第一减速太阳轮和所述第一减速齿圈啮合，所述第一行星减速机构用于增加电机驱动扭矩和减少电机功率。
优选地，所述第一输入轴与所述第一连接轴之间还设置有第二行星减速机构，所述第二行星减速机构包括第二减速太阳轮、第二减速行星轮、第二减速齿圈和第二减速行星架，所述第二减速太阳轮与所述第一输入轴连接，所述第二减速齿圈与所述第一连接轴连接，所述第二减速行星轮分别与所述第二减速太阳轮和所述第二减速齿圈啮合，所述第二减速行星轮与所述第二减速行星架连接，所述第二减速行星架的一端固定在壳体上。
优选地，所述第一电机的轴线与所述发动机输入轴的轴线平行设置，所述第一电机的输出端设置有主动齿轮，所述发动机输入轴上设置有被动齿轮，所述主动齿轮和所述被动齿轮之间通过链条、带或齿轮连接。
进一步地，所述多模式汽车动力系统实现的不同模式包括发动机和第二电机驱动模式、第一电机驱动模式、分流驱动模式和并联驱动模式。
本发明还提供一种汽车，包括车身、底盘及所述汽车动力系统，所述汽车动力系统设置在所述底盘上。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
(1)本发明可以实现8个档位和电机驱动、分流驱动和并联驱动三种驱动模式，解决了低速起步的扭矩需求和高速行驶的高转速需求。减小了电机功率、电机转速以及电压，降低了电机成本。
(2)本发明传动系统即行星齿轮机构可以分流传动，将发动机固定在最佳节油点，且利用电机调速，使节油效果更好。
(3)本发明第二电机设置在发动机与第一电机之间，在第一离合器C1和第二离合器C2之前，可以在第二电机和发动机共同驱动传动系统时，爬坡有力和增加高档位动力性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它附图。
图1是本发明实施例1的多模式汽车动力系统的结构简图；
图2是本发明实施例2的多模式汽车动力系统的结构简图；
图3是本发明实施例3的多模式汽车动力系统的结构简图；
图4是本发明实施例4的多模式汽车动力系统的结构简图。
其中，图中附图标记对应为：1-发动机，2-第一电机，3-第二电机，4-第一传动系统，5-第二传动系统，6-换档执行机构，7-输出齿轮，8-壳体，41-第一输入轴，42-第二输入轴，43-第一连接轴，44-发动机输入轴，45-第二连接轴，51-大太阳轮，52-小太阳轮，53-行星架，54-小齿轮，55-长齿轮，56-齿圈，C1-第一离合器，C2-第二离合器，B1-第一制动器，B2-第二制动器，F-单向制动器，9-第一行星减速机构，91-第一减速太阳轮，92-第一减速行星轮，93-第一减速齿圈，10-第二行星减速机构，101-第二减速太阳轮，102-第二减速行星轮，103-第二减速齿圈，104-第二减速行星架，11-主动齿轮，12-被动齿轮。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。
实施例1
如图1所示，本发明实施例1提供一种双电机多模式汽车动力系统，包括发动机1、第一电机2、第二电机3、第一传动系统4、第二传动系统5和换档执行机构6，所述第一传动系统4包括第一输入轴41、第二输入轴42、第一连接轴43、发动机输入轴44和第二连接轴45，所述第二传动系统5包括大太阳轮51、小太阳轮52、行星架53、小齿轮54、长齿轮55和齿圈56。所述换档执行机构6包括第一离合器C1、第二离合器C2、第一制动器B1、第二制动离合器B2和单向制动器F。
所述第一电机2的转子通过所述第一输入轴41和第一连接轴43与所述大太阳轮51连接。具体地，所述第一电机2的转子与所述第一输入轴41连接，所述第一输入轴41与所述第一连接轴43连接，所述第一连接轴43与所述大太阳轮51连接。所述第二电机3设置在所述第一电机2与所述发动机1之间，所述第二电机3的转子通过第二输入轴42与发动机输入轴44连接。
所述发动机输入轴44与所述第二电机3的转子、所述第二离合器C2的被动端和所述第一离合器C1的主动端连接为一体，所述第二离合器C2的主动端通过所述第二连接轴45与所述小太阳轮52连接，所述第一离合器C1的被动端与所述行星架53连接，所述第一制动器B1设置在所述第一连接轴43外侧，所述第一制动器B1一端选择性制动或放开所述第一连接轴43，所述第一制动器B1的另一端固定在壳体8上，所述第一制动器B1用于通过所述第一连接轴43制动所述大太阳轮51。所述第二制动离合器B2和单向制动器F的一端与所述行星架53连接，所述第二制动离合器B2和单向制动器F的另一端都固定在壳体8上。
在本发明实施例中，采用单向制动器F，可以解决一档大扭矩制动力问题，大大减小了第二制动器B2的体积和摩擦副。所述单向制动器具有单向固定或单向结合的作用，在降档的时候使用单向制动器还具有消除降档冲击的作用。
具体地，在本发明实施例中，所述第二传动系统5为拉维纳行星齿轮机构，结构紧凑、齿轮接触面积较大，其中大太阳轮41和小太阳轮42采用分段式结构，使换档转换时更加平顺。所述第二传动系统5中的大太阳轮51通过第一连接轴43和第一输入轴41与第一电机2的转子相连接，所述小太阳轮52通过所述第二连接轴45与第二离合器C2连接，所述小齿轮54通过轴承支撑在所述行星架53上，所述小齿轮54与所述小太阳轮52和所述长齿轮55啮合；所述长齿轮55通过轴承支撑在所述行星架53上，所述长齿轮55一端与所述齿圈56内啮合，所述长齿轮55的另一端与所述大太阳轮51和小齿轮54啮合；所述齿圈56与输出齿轮7连接输出动力。所述行星架53的一端分别与所述小齿轮54和所述长齿轮55连接，所述行星架53的另一端分别与所述第一离合器C1、第二制动器B2和单向制动器F连接。所述第二传动系统5将所述发动机1、第一电机2和第二电机3的动力复合以实现不同驱动模式和各种档位的变速输出。
具体地，所述多模式汽车动力系统实现的不同模式包括发动机和第二电机驱动模式、第一电机驱动模式、分流驱动模式和并联驱动模式。
本发明还提供一种汽车，包括车身、底盘及所述的汽车动力系统，所述汽车动力系统设置在所述底盘上。
本发明实施例各个传动系统和换档执行机构的连接关系符合下面的数学模型和换档逻辑：
设：发动机输入轴44转速为N1；第一输入轴41转速为N2；第二连接轴45转速为N3；齿圈56转速为N4；行星架53的转速为N5；齿圈56齿数除以大太阳轮51齿数＝K1；齿圈56齿数除以小太阳轮52齿数＝K2。
(1)发动机和第二电机驱动1档，第二离合器C2和第二制动器B2接合，N1输入发动机动力，N2自由旋转，5个轴系符合转速方程式如下：
N2-(K1+1)*N5+K1*N4＝0；
N3+(K2-1)*N5-K2*N4＝0；
N1-N3＝0；N5＝0；
N1＝发动机和第二电机转速；
(2)发动机和第二电机驱动2档，第二离合器C2和第一制动器B1接合，N1输入发动机动力，N2自由旋转，5个轴系转速方程式如下：
N2-(K1+1)*N5+K1*N4＝0；
N3+(K2-1)*N5-K2*N4＝0；
N1-N3＝0；N2＝0；
N1＝发动机和第二电机转速；
(3)发动机和第二电机驱动3档，第二离合器C2和第一离合器C1接合，N1输入发动机动力，N2自由旋转，5个轴系转速方程式如下：
N2-(K1+1)*N5+K1*N4＝0；
N3+(K2-1)*N5-K2*N4＝0；
N1-N3＝0；N1-N5＝0；
N1＝发动机和第二电机转速；
(4)发动机和第二电机驱动4档，第一离合器C1和第一制动器B1接合，N1输入发动机动力，N2自由旋转，5个轴系转速方程式如下：
N2-(K1+1)*N5+K1*N4＝0；
N3+(K2-1)*N5-K2*N4＝0；
N2＝0；N1-N5＝0；
N1＝发动机和第二电机转速；
(5)第一电机驱动1档和倒档，第二制动器B2或者单向制动器F接合，N2输入电机动力，N1自由状态，5个轴系转速方程式如下：
N2-(K1+1)*N5+K1*N4＝0；
N3+(K2-1)*N5-K2*N4＝0；
N5＝0；N1＝0；
N2＝第一电机转速；
(6)分流驱动1档，第二离合器C2接合，N1输入发动机和第二电机动力，N2输入第一电机动力，5个轴系转速方程式如下：
N2-(K1+1)*N5+K1*N4＝0；
N3+(K2-1)*N5-K2*N4＝0；
N1-N3＝0；
N1＝发动机转速；
N2＝第一电机转速；
(7)分流驱动2档，第一离合器C1接合，N1输入发动机和第二电机动力，N2输入第一电机动力，5个轴系转速方程式如下：
N2-(K1+1)*N5+K1*N4＝0；
N3+(K2-1)*N5-K2*N4＝0；
N1-N5＝0；
N1＝发动机和第二电机转速；
N2＝第一电机转速；
(8)并联驱动档，第一离合器C1和第二离合器C2接合，N1输入发动机和第二电机动力，N2输入第一电机动力，5个轴系转速方程式如下：
N2-(K1+1)*N5+K1*N4＝0；
N3+(K2-1)*N5-K2*N4＝0；
N1-N5＝0；N1-N3＝0；
N1＝发动机和第二电机转速；
在本发明实施例中，不同转速计算模型和换挡逻辑可以实现不同的动力传递路线和不同档位动力输出。
实施例2
如图2所示，本发明实施例2是实施例1的优选实施例，其中传动系统中各零部件和换档执行机构中各部件的连接关系、数学模型和换档逻辑与实施例1相同，第一电机的接入方式不同。具体地，实施例2与实施例1的区别在于:所述第一输入轴41与所述第一连接轴43之间还设置有第一行星减速机构9，所述第一行星减速机构9包括第一减速太阳轮91、第一减速行星轮92和第一减速齿圈93；
所述第一减速太阳轮91与所述第一输入轴41连接，所述第一减速齿圈93固定在壳体8上，所述第一减速行星轮92与所述第一连接轴43连接，所述第一减速行星轮92分别与所述第一减速太阳轮91和所述第一减速齿圈93啮合，所述第一行星减速机构9用于增加电机驱动扭矩和减少电机功率。
实施例3
如图3所示，本发明实施例3是实施例1的优选实施例，其中传动系统中各零部件和换档执行机构中各部件的连接关系、数学模型和换档逻辑与实施例1相同，第一电机的接入方式不同。具体地，实施例3与实施例1的区别在于:所述第一输入轴41与所述第一连接轴43之间设置有第二行星减速机构10，所述第二行星减速机构10包括第二减速太阳轮101、第二减速行星轮102、第二减速齿圈103和第二减速行星架104，所述第二减速太阳轮101与所述第一输入轴41连接，所述第二减速齿圈103与所述第一连接轴43连接，所述第二减速行星轮102分别与所述第二减速太阳轮101和所述第二减速齿圈103啮合，所述第二减速行星轮102与所述第二减速行星架104连接，所述第二减速行星架104的一端固定在壳体8上。所述第二减速行星机构用于增加第一电机驱动扭矩，减小电机功率。
实施例4
如图4所示，本发明实施例4是实施例1的优选实施例，其中传动系统中各零部件和换档执行机构中各部件的连接关系、数学模型和换档逻辑与实施例1相同。具体地，实施例3与实施例1的区别在于:所述第一电机2的轴线与所述发动机输入轴44的轴线平行设置，所述第一电机2的输出端设置有主动齿轮11，所述发动机输入轴44上设置有被动齿轮12，所述主动齿轮11和所述被动齿轮12之间通过链条、带或齿轮连接。
本发明可以实现8个档位和发动机和第二电机驱动模式、纯电机驱动、分流驱动和并联驱动三种驱动模式，解决了低速起步的扭矩需求和高速行驶的高转速需求。减小了需要安装的电机功率、电机转速以及电压，降低了电机成本。本发明传动系统即行星齿轮机构可以分流传动，将发动机固定在最佳节油点，且利用电机调速，使节油效果更好。本发明第二电机设置在发动机与第一电机之间，在第一离合器C1和第二离合器C2之前，可以在第二电机和发动机共同驱动传动系统时，增加高档位动力性。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种双电机多模式汽车动力系统，其特征在于，包括发动机(1)、第一电机(2)、第二电机(3)、第一传动系统(4)、第二传动系统(5)和换档执行机构(6)，所述第一传动系统(4)包括第一输入轴(41)、第一连接轴(43)、第二连接轴(45)和发动机输入轴(44)，所述第二传动系统(5)包括大太阳轮(51)、小太阳轮(52)和行星架(53)，所述换档执行机构(6)包括第一离合器(C1)、第二离合器(C2)、第一制动器(B1)、第二制动器(B2)和单向制动器(F)；
所述第一电机(2)通过所述第一输入轴(41)和第一连接轴(43)与所述大太阳轮(51)连接，所述第二电机(3)设置在所述第一电机(2)与所述发动机(1)之间，所述第二电机(3)的转子与所述发动机输入轴(44)、所述第二离合器(C2)的被动端和所述第一离合器(C1)的主动端连接为一体，所述第二离合器(C2)的主动端通过所述第二连接轴(45)与所述小太阳轮(52)连接，所述第一离合器(C1)的被动端与所述行星架(53)连接，所述第一制动器(B1)用于通过所述第一连接轴(43)制动所述大太阳轮(51)，所述第二制动器(B2)和单向制动器(F)用于制动所述行星架(53)，所述第二传动系统(5)用于将所述发动机(1)、第一电机(2)和第二电机(3)的动力复合以实现不同驱动模式和各种档位的变速输出。
2.根据权利要求1所述的一种双电机多模式汽车动力系统，其特征在于，所述第一电机(2)的转子与所述第一输入轴(41)连接，所述第一输入轴(41)与所述第一连接轴(43)连接，所述第一连接轴(43)与所述大太阳轮(51)连接。
3.根据权利要求1所述的一种双电机多模式汽车动力系统，其特征在于，所述第一制动器(B1)设置在所述第一连接轴(43)外侧，所述第一制动器(B1)的一端选择性地制动或放开所述第一连接轴(43)，所述第一制动器(B1)的另一端固定在壳体(8)上。
4.根据权利要求1所述的一种双电机多模式汽车动力系统，其特征在于，所述第二制动离合器(B2)和单向制动器(F)的一端与所述行星架(53)连接，所述第二制动离合器(B2)和单向制动器(F)的另一端都固定在壳体(8)上。
5.根据权利要求1所述的一种双电机多模式汽车动力系统，其特征在于，所述第二传动系统(5)还包括啮合的小齿轮(54)、长齿轮(55)和齿圈(56)；
所述小齿轮(54)通过轴承支撑在所述行星架(53)上，所述小齿轮(54)与所述小太阳轮(52)和所述长齿轮(55)啮合；所述长齿轮(55)通过轴承支撑在所述行星架(53)上，所述长齿轮(55)一端与所述齿圈(56)内啮合，所述长齿轮(55)的另一端与所述大太阳轮(51)和小齿轮(54)啮合；所述行星架(53)的一端分别与所述小齿轮(54)和所述长齿轮(55)连接，所述行星架(53)的另一端分别与所述第一离合器(C1)、第二制动器(B2)和单向制动器(F)连接。
6.根据权利要求1所述的一种双电机多模式汽车动力系统，其特征在于，所述第一输入轴(41)与所述第一连接轴(43)之间设置有第一行星减速机构(9)，所述第一行星减速机构(9)包括第一减速太阳轮(91)、第一减速行星轮(92)和第一减速齿圈(93)；
所述第一减速太阳轮(91)与所述第一输入轴(41)连接，所述第一减速齿圈(93)固定在壳体(8)上，所述第一减速行星轮(92)与所述第一连接轴(43)连接，所述第一减速行星轮(92)分别与所述第一减速太阳轮(91)和所述第一减速齿圈(93)啮合，所述第一行星减速机构(9)用于增加电机驱动扭矩和减少电机功率。
7.根据权利要求1所述的一种双电机多模式汽车动力系统，其特征在于，所述第一输入轴(41)与所述第一连接轴(43)之间设置有第二行星减速机构(10)，所述第二行星减速机构(10)包括第二减速太阳轮(101)、第二减速行星轮(102)、第二减速齿圈(103)和第二减速行星架(104)，所述第二减速太阳轮(101)与所述第一输入轴(41)连接，所述第二减速齿圈(103)与所述第一连接轴(43)连接，所述第二减速行星轮(102)分别与所述第二减速太阳轮(101)和所述第二减速齿圈(103)啮合，所述第二减速行星架(104)的一端与所述第二减速行星轮(102)连接，所述第二减速行星架(104)的另一端固定在壳体(8)上。
8.根据权利要求1所述的一种双电机多模式汽车动力系统，其特征在于，所述第一电机(2)的轴线与所述发动机输入轴(44)的轴线平行设置，所述第一电机(2)的输出端设置有主动齿轮(11)，所述发动机输入轴(44)上设置有被动齿轮(12)，所述主动齿轮(11)和所述被动齿轮(12)之间通过链条、带或齿轮连接。
9.根据权利要求1所述的一种双电机多模式汽车动力系统，其特征在于，所述多模式汽车动力系统实现的不同模式包括发动机和第二电机驱动模式、第一电机驱动模式、分流驱动模式和并联驱动模式。
10.一种汽车，包括车身、底盘及权利要求1-9任一项所述的汽车动力系统，其特征在于，所述汽车动力系统设置在所述底盘上。
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