CN111942139A - 一种多耦合方式和多模式的混合动力总成结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多耦合方式和多模式的混合动力总成结构，主要涉及混合动力汽车技术领域，包括有发动机、第一电机、第二电机以及传动机构；所述传动机构包括有四个离合器、三个锁止器以及差速器；其中第一离合器、第二离合器的主动片和第一锁止器与第一电机转子连接，第三离合器主动片和第二锁止器与第二电机转子连接；所述差速器行星架与第二离合器和第三离合器的从动片连接。本发明提供一种多耦合方式和多模式的混合动力总成结构，该动力总成可采用离合器耦合和差速器耦合两种耦合方式，通过离合器和锁止器的相互配合可实现九种工作模式；本发明具有耦合方式多样、工作模式多、结构简单紧凑、尺寸小等优点。

Description

一种多耦合方式和多模式的混合动力总成结构
技术领域
本发明涉及混合动力汽车技术领域，具体涉及一种多耦合方式和多模式的混合动力总成结构。
背景技术
混合动力汽车是指车辆驱动系统由两个或多个能同时运转的单个驱动系统联合组成的车辆，采用传统的内燃机和电动机作为动力源，动力的传递形式主要有串联式、并联式和混联式三种，串联式的优点是结构最简单，结构布置更加灵活，缺点是能量经过几次转换，机械效率较低；并联式优点是动力性能优越，可以适应多种工况，无需进行能源的二次转换，缺点是相较于串联式结构复杂，成本高；混联式装置兼具了串联式和并联式的特点，优点是控制方便，适应的工况更多，节油效果更好，缺点是结构更加复杂，成本高。
混联式装置的核心是多动力源之间的动力耦合机构，目前市面上主要的耦合机构有行星轮式和固定轴式，耦合方式单一，且大多数专利都是在此基础上为了实现更多的模式和功能，使混合动力驱动系统的结构复杂、技术难度大、尺寸较大而不便于搭载。因此，亟待需要提供一种多耦合方式和多模式且结构简单的混合动力总成结构。
发明内容
针对上述技术问题，为了实现动力耦合方式多样化、动力总成结构简单化、动力总成尺寸小型化，提高驱动系统的效率，本发明提供一种多耦合方式和多模式的混合动力总成结构。
包括有一种多耦合方式和多模式的混合动力总成结构，其特征在于：包括有发动机、第一电机、第二电机以及传动机构；
所述传动机构包括有第一离合器、第二离合器、第三离合器、第四离合器、第一锁止器、第二锁止器、第三锁止器以及差速器；
所述差速器通过一侧的第一输入轴经第四离合器连接至发动机的输出轴上，所述差速器通过另一侧的第一输出轴连接至主减速器上；所述差速器外部设有行星架，所述行星架一端连接行星齿轮，另一端分别连接至第二离合器和第三离合器的从动片；
所述第一电机转子与第一离合器和第二离合器的主动片连接，所述第二电机转子与第三离合器主动片连接，所述第一电机转子连接有第一锁止器，第二电机转子连接有第二锁止器；
所述第一离合器从动片布置在第一输入轴上；
所述第一输入轴上布置有第四离合器和第三锁止器。
所述第一输入轴上设有第四离合器和第三锁止器，所述第四离合器和第三锁止器位于在第一离合器从动片和差速器之间。
所述第三锁止器分离时，可通过离合器和第一锁止器、第二锁止器的相互配合，由差速器实现发动机与第一电机、第二电机之间动力耦合；所述第一锁止器、第二锁止器和第三锁止器与第一离合器和第二离合器、第三离合器、第四离合器相互配合可实现发动机与第一电机、发动机与第二电机、第一电机与第二电机之间的动力耦合和模式切换，此时差速器可实现两挡变速。
通过双离合器中第一离合器和第二离合器、第三离合器、第四离合器、第一锁止器、第二锁止器和第三锁止器的分离与结合实现九个工作模式，分别为单电机驱动模式、双电机驱动模式、发动机驱动模式、串联模式、两动力源并联模式、三动力源并联模式、行车充电模式、怠速充电模式、制动能量回收模式。
本发明的耦合方式以及九种工作模式分别说明如下：
耦合方式
1、差速器耦合：发动机的动力经第一输入轴和第四离合器传递至差速器，第一电机的动力经行星架传递至差速器，发动机和第一电机的动力经过差速器中两对相互啮合的齿轮完成动力耦合并输出；发动机的动力经第一输入轴和第四离合器传递至差速器，第二电机的动力经行星架传递至差速器，发动机和第二电机的动力经过差速器中两对相互啮合的齿轮完成动力耦合并输出；第一电机的动力通过第一输入轴和第四离合器传递至差速器，第二电机的动力经行星架传递至差速器，第一电机和第二电机的动力经过差速器中两对相互啮合的齿轮完成动力耦合并输出。
2、离合器耦合：发动机的动力传递至第一输入轴，第一电机的动力经第一离合器传递至第一输入轴，发动机和第一电机的动力经过第一离合器耦合并输出；第一电机的动力经第二离合器传递到行星架上，第三锁止器锁止，第四离合器分离，发动机和第一电机的动力通过第一离合器和第二离合器完成动力耦合；发动机的动力通过第一离合器和第二离合器传递到行星架上，第三锁止器锁止，第四离合器分离，第二电机的动力经过第三离合器传递到行星架上，通过第一离合器、第二离合器和第三离合器完成发动机和第二电机的动力耦合；第一电机的动力经第二离合器传递至行星架，第二电机的动力经第三离合器传递至行星架，通过第二离合器和第三离合器完成第一电机和第二电机的动力耦合；此时动力输出从行星架输入和第一输入轴输入分别对应两个挡位，第一输出轴均为输出。
九种驱动模式
1、单电机驱动模式：
当车辆动力需求低时，发动机停机，第一离合器结合，第二离合器分离，第三离合器、第四离合器结合，第一锁止器打开，第二锁止器闭合，第三锁止器打开，第一电机的动力通过第一离合器传递至第一输入轴，再经过差速器将动力传递至第一输出轴后输出。当第三离合器分离时，行星架转动，在差速器中可以实现挡位切换，即输出另一种转速。亦或者，第一离合器、第二离合器分离，第三离合器闭合、第四离合器分离，第一锁止器闭合，第二锁止器打开，第三锁止器闭合，第二电机的动力通过第三离合器传递至行星架，行星架转动，动力经过差速器中的锥齿轮啮合传递至第一输出轴后输出。
2、双电机驱动模式：
当车辆动力需求较高时，但还未到发动机工作点时，发动机仍然停机，第一离合器分离，第二离合器、第三离合器结合，第四离合器分离，第一锁止器、第二锁止器打开，第三锁止器闭合，第一电机的动力经过第二离合器传递至行星架，第二电机的动力经过第三离合器传递至行星架，行星架转动，动力经过差速器中的锥齿轮啮合传递至第一输出轴后输出。亦或者，第一离合器结合，第二离合器分离，第三离合器结合，第四离合器结合，第一锁止器、第二锁止器、第三锁止器打开，第一电机的动力经过第一离合器传递至第一输入轴，第二电机的动力经过第三离合器传递至行星架，行星架转动，则差速器将第一电机和第二电机的动力耦合后通过第一输出轴输出。
3、发动机驱动模式：
车辆处于高速运动时，达到发动机工作的高效工作区间时，发动机启动，第一电机和第二电机停止工作，第一离合器分离，第二离合器、第三离合器、第四离合器结合，第一锁止器、第二锁止器闭合，第三锁止器打开，发动机的动力传递至第一输入轴，再经过差速器传递至第一输出轴后输出。当第二离合器、第三离合器分离时，行星架转动，在差速器中可以实现挡位切换，即输出另一种转速。
4、串联模式：
当车辆在行驶过程中电量不足时，此时发动机启动，第一离合器结合、第二离合器分离、第三离合器结合、第四离合器分离，第一锁止器、第二锁止器打开，第三锁止器闭合，发动机的动力传递至第一输入轴，第一输入轴通过第一离合器带动第一电机发电，第二电机继续工作，动力经过第三离合器传递至行星架，行星架转动，动力经过差速器传递至第一输出轴后输出。
5、两动力源并联模式：
发动机启动，第一电机启动，第一离合器结合，第二离合器分离，第三离合器结合，第四离合器结合，第一锁止器打开，第二锁止器关闭，第三锁止器打开，发动机的动力传递至第一输入轴，第一电机的动力经过第一离合器传递至第一输入轴，二者动力耦合后经过差速器传递至第一输出轴后输出。当第三离合器分离时，行星架转动，在差速器中可以实现挡位切换，即输出另一种转速。亦或者，发动机启动，第一电机关闭，第二电机启动，第一离合器分离，第二离合器分离，第三离合器结合，第四离合器结合，第一锁止器关闭，第二锁止器打开，第三锁止器打开，发动机的动力传递至第一输入轴，第二电机的动力经过第三离合器传递至行星架，二者的动力经过差速器耦合后传递至第一输出轴后输出。
6、三动力源并联模式：
发动机启动，第一电机、第二电机启动，第一离合器分离，第二离合器结合，第三离合器结合，第四离合器结合，第一锁止器打开，第二锁止器打开，第三锁止器打开，发动机的动力传递至第一输入轴，第一电机的动力经过第二离合器传递至行星架，第二电机的动力经过第三离合器传递至行星架，三者的动力经过差速器耦合后传递至第一输出轴后输出。
7、行车充电模式：
当车辆在行驶中电池电量过低时且动力需求较大，发动机启动，第一离合器结合，第二离合器分离、第三离合器结合、第四离合器结合，第一锁止器打开，第二锁止器闭合，第三锁止器打开，发动机的动力传递至第一输入轴，小部分动力经第一输入轴通过第一离合器带动第一电机发电，大部分动力经过第四离合器传递至差速器，再通过差速器传递至第一输出轴后输出。当第三离合器分离时，行星架转动，在差速器中可以实现挡位切换，即输出另一种转速。
8、怠速充电模式：
当车辆等红灯或者短时间停车时，发动机继续工作，第一离合器结合，第二离合器分离、第三离合器分离、第四离合器结合，第一锁止器打开，第二锁止器闭合，第三锁止器闭合，发动机的动力传递至第一输入轴上，再通过第一离合器带动第一电机发电，为动力电池充电。
9、制动能量回收模式：
车辆在减速或制动时，第一离合器结合，第二离合器分离，第三离合器结合，第四离合器结合，第一锁止器打开，第二锁止器闭合，第三锁止器打开，制动转矩传递至第一输出轴上，再经过差速器传递至第一输入轴上，进而通过第一离合器带动第一电机发电，实现将动能转化为电能存储在动力电池中。
该动力总成可采用离合器耦合和差速器耦合两种耦合方式，通过离合器和锁止器的相互配合可实现九种工作模式；另外，差速器可通过离合器和锁止器的配合改变传动比，实现两挡变速，使得动力总成结构集成度高，结构简单。本发明具有耦合方式多样、工作模式多、结构简单紧凑、尺寸小等优点。
本发明具备以下有益效果:
1.本发明提供一种多耦合方式和多模式的混合动力总成，通过将差速器和离合器分别与动力源的输出端相连，通过离合器和锁止器的相互配合可以实现离合器耦合和差速器耦合两种动力耦合方式；
2.差速器可通过离合器和锁止器的相互配合实现两挡变速，替代了传统混合动力总成的变速功能，简化了动力总成结构；
3.本发明的传动轴布置在电机内部，在结构上更加紧凑，进一步节省了驱动系统的空间，有利于集成化设计,整个动力总成的传动路径短，参与的齿轮啮合对数少，有利于提高传动效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的混合动力总成结构回转体剖视图。
发动机1、第一输入轴2、第一电机3、第一离合器4、第二离合器5、第一锁止器6、第二锁止器7、第二电机8、第三离合器9、行星架10、第一输出轴11、差速器12、第三锁止器13、第四离合器14、主减速器15。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本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作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。
如图1所示，一种多耦合方式和多模式的混合动力总成结构，包括有发动机1、第一电机3、第二电机8以及传动机构；
所述传动机构包括有第一离合器4、第二离合器5、第三离合器9、第四离合器14、第一锁止器6、第二锁止器7、第三锁止器13以及差速器12；
所述差速器12通过一侧的第一输入轴2经第四离合器14连接至发动机1的输出轴上，所述差速器12通过另一侧的第一输出轴11连接至主减速器15上；所述差速器12外部设有行星架10，所述行星架10一端连接差速器12，另一端分别连接至第二离合器5和第三离合器9的从动片；
所述第一电机3转子与第一离合器4和第二离合器5的主动片连接，所述第二电机8转子与第三离合器9主动片连接；
所述第一离合器4从动片布置在第一输入轴2上；
所述第一输入轴2上布置有第三锁止器13，所述第一电机3转子连接有第一锁止器6，第二电机8转子连接有第二锁止器7。
所述第一锁止器6用于第一电机3转子锁紧，所述第二锁止器7用于第二电机转子8锁紧。
所述差速器12内部设置有两对相互啮合的锥形齿轮；所述差速器12中左侧锥形齿轮与第一输入轴2相连,右侧锥形齿轮与第一输出轴11相连，另两个对称布置的锥形齿轮通过轴承与行星架10连接。
所述第三锁止器13分离时，可通过离合器和第一锁止器6、第二锁止器7的相互配合，由差速器12实现发动机1与第一电机3、第二电机8之间动力耦合；所述第一锁止器6、第二锁止器7和第三锁止器13与第一离合器4和第二离合器5、第三离合器9、第四离合器14相互配合可实现发动机1与第一电机3、发动机1与第二电机8、第一电机3与第二电机8之间的动力耦合和模式切换，此时差速器12可实现两挡变速器。
通过第一离合器4和第二离合器5、第三离合器9、第四离合器14、锁止器的分离与结合实现九个工作模式，分别为单电机驱动模式、双电机驱动模式、发动机驱动模式、串联模式、两动力源并联模式、三动力源并联模式、行车充电模式、怠速充电模式、制动能量回收模式。
本发明的耦合方式以及九种工作模式分别说明如下：
耦合方式
1、差速器耦合：发动机1的动力经第一输入轴2传递至差速器12，第一电机3的动力经行星架10传递至差速器12，发动机和第一电机的动力经过差速器12中的两对相互啮合的齿轮完成动力耦合并输出；发动机1的动力经第一输入轴2传递至差速器12，第二电机8的动力经行星架10传递至差速器12，发动机和第二电机的动力经过差速器12中的两对相互啮合的齿轮完成动力耦合并输出；第一电机3的动力通过第一输入轴2传递至差速器12，第二电机8的动力经行星架10传递至差速器12，第一电机和第二电机的动力经过差速器12中的两对相互啮合的齿轮完成动力耦合并输出。
2、离合器耦合：发动机1的动力传递至第一输入轴2，第一电机3的动力经第一离合器4传递至第一输入轴2，完成发动机和第一电机的动力耦合；第一电机3的动力经行星架10传递到差速器上，第三锁止器13锁止，第四离合器14分离，发动机1的动力通过第一离合器4传递到行星架10上，完成发动机和第一电机的动力耦合；发动机1的动力通过第一离合器4和第二离合器5传递到行星架10上，第三锁止器13锁止，第四离合器14分离，第二电机8的动力经过第三离合器9传递到行星架10上，完成发动机和第二电机的动力耦合；第一电机3的动力经第二离合器5传递至行星架10，第二电机8的动力经第三离合器9传递至行星架10，完成第一电机和第二电机的动力耦合；此时动力输出从行星架10输入和第一输入轴2输入分别对应两个挡位，第一输出轴均为11。
九种驱动模式
1、单电机驱动模式：
当车辆动力需求低时，发动机1停机，第一离合器4结合，第二离合器5分离，第三离合器9、第四离合器14结合，第一锁止器6打开，第二锁止器7闭合，第三锁止器13打开，第一电机3的动力通过第一离合器4传递至第一输入轴2，再经过差速器12将动力传递至第一输出轴11后输出。当第三离合器9分离时，行星架10转动，在差速器12中可以实现挡位切换，即输出另一种转速。亦或者，第一离合器4、第二离合器5分离，第三离合器9闭合、第四离合器14分离，第一锁止器6闭合，第二锁止器7打开，第三锁止器13闭合，第二电机8的动力通过第三离合器9传递至行星架10，行星架10转动，动力经过差速器12中的锥齿轮啮合传递至第一输出轴11后输出。
2、双电机驱动模式：
当车辆动力需求较高时，但还未到发动机工作点时，发动机1仍然停机，第一离合器4分离，第二离合器5、第三离合器9结合，第四离合器14分离，第一锁止器6、第二锁止器7打开，第三锁止器13闭合，第一电机3的动力经过第二离合器5传递至行星架10，第二电机8的动力经过第三离合器9传递至行星架10，行星架10转动，动力经过差速器12中的锥齿轮啮合传递至第一输出轴11后输出。亦或者，第一离合器4结合，第二离合器5分离，第三离合器9结合，第四离合器14结合，第一锁止器6、第二锁止器7、第三锁止器13打开，第一电机3的动力经过第一离合器4传递至第一输入轴2，第二电机8的动力经过第三离合器9传递至行星架10，行星架10转动，则差速器12将第一电机3和第二电机8的动力耦合后通过第一输出轴11输出。
3、发动机驱动模式：
车辆处于高速运动时，达到发动机工作的高效工作区间时，发动机1启动，第一电机3和第二电机8停止工作，第一离合器4分离，第二离合器5、第三离合器9、第四离合器14结合，第一锁止器6、第二锁止器7闭合，第三锁止器13打开，发动机1的动力传递至第一输入轴2，再经过差速器12传递至第一输出轴11后输出。当第二离合器5、第三离合器9分离时，行星架10转动，在差速器12中可以实现挡位切换，即输出另一种转速。
4、串联模式：
当车辆在行驶过程中电量不足时，此时发动机1启动，第一离合器6结合、第二离合器7分离、第三离合器9结合、第四离合器14分离，第一锁止器6、第二锁止器7打开，第三锁止器13闭合，发动机1的动力传递至第一输入轴2，第一输入轴2通过第一离合器4带动第一电机3发电，第二电机8继续工作，动力经过第三离合器9传递至行星架10，行星架10转动，动力经过差速器12传递至第一输出轴11后输出。
5、两动力源并联模式：
发动机1启动，第一电机3启动，第一离合器4结合，第二离合器5分离，第三离合器9结合，第四离合器14结合，第一锁止器6打开，第二锁止器7关闭，第三锁止器13打开，发动机1的动力传递至第一输入轴2，第一电机3的动力经过第一离合器4传递至第一输入轴2，二者动力耦合后经过差速器12传递至第一输出轴2后输出。当第三离合器9分离时，行星架10转动，在差速器12中可以实现挡位切换，即输出另一种转速。亦或者，发动机1启动，第一电机3关闭，第二电机8启动，第一离合器4分离，第二离合器5分离，第三离合器9结合，第四离合器14结合，第一锁止器6关闭，第二锁止器7打开，第三锁止器13打开，发动机1的动力传递至第一输入轴2，第二电机8的动力经过第三离合器9传递至行星架10，二者的动力经过差速器12耦合后传递至第一输出轴11后输出。
6、三动力源并联模式：
发动机1启动，第一电机3、第二电机8启动，第一离合器4分离，第二离合器5结合，第三离合器9结合，第四离合器14结合，第一锁止器6打开，第二锁止器7打开，第三锁止器13打开，发动机1的动力传递至第一输入轴2，第一电机3的动力经过第二离合器5传递至行星架10，第二电机8的动力经过第三离合器9传递至行星架10，三者的动力经过差速器12耦合后传递至第一输出轴11后输出。
7、行车充电模式：
当车辆在行驶中电池电量过低时且动力需求较大，发动机1启动，第一离合器4结合，第二离合器5分离、第三离合器9结合、第四离合器14结合，第一锁止器6打开，第二锁止器7闭合，第三锁止器13打开，发动机1的动力传递至第一输入轴2，小部分动力经第一输入轴2通过第一离合器4带动第一电机3发电，大部分动力经过第四离合器14传递至差速器12，再通过差速器12传递至第一输出轴11后输出。当第三离合器9分离时，行星架10转动，在差速器12中可以实现挡位切换，即输出另一种转速。
8、怠速充电模式：
当车辆等红灯或者短时间停车时，发动机1继续工作，第一离合器4结合，第二离合器5分离、第三离合器9分离、第四离合器14结合，第一锁止器6打开，第二锁止器7闭合，第三锁止器13闭合，发动机1的动力传递至第一输入轴2上，再通过第一离合器4带动第一电机3发电，为动力电池充电。
9、制动能量回收模式：
车辆在减速或制动时，第一离合器4结合，第二离合器5分离，第三离合器9结合，第四离合器结14合，第一锁止器6打开，第二锁止器7闭合，第三锁止器13打开，制动转矩传递至第一输出轴8上，再经过差速器12传递至第一输入轴2上，进而通过第一离合器4带动第一电机3发电，实现将动能转化为电能存储在动力电池中。
该动力总成可采用离合器耦合和差速器耦合两种耦合方式，通过离合器和锁止器的相互配合可实现九种工作模式；另外，差速器可通过离合器和锁止器的配合改变传动比，实现两挡变速，使得动力总成结构集成度高，结构简单。本发明具有耦合方式多样、工作模式多、结构简单紧凑、尺寸小等优点。
以上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精神和范围。

Claims (4)

1.一种多耦合方式和多模式的混合动力总成结构，其特征在于：包括有发动机、第一电机、第二电机以及传动机构；
所述传动机构包括有第一离合器、第二离合器、第三离合器、第四离合器、第一锁止器、第二锁止器、第三锁止器以及差速器；
所述差速器通过一侧的第一输入轴经第四离合器连接至发动机的输出轴上，所述差速器通过另一侧的第一输出轴连接至主减速器上；所述差速器外部设有行星架，所述行星架一端连接行星齿轮，另一端分别连接至第二离合器和第三离合器的从动片；
所述第一电机转子与第一离合器和第二离合器的主动片连接，所述第二电机转子与第三离合器主动片连接，所述第一电机转子连接有第一锁止器，第二电机转子连接有第二锁止器；
所述第一离合器从动片布置在第一输入轴上；
所述第一输入轴上布置有第四离合器和第三锁止器。
2.根据权利要求1所述的一种多耦合方式和多模式的混合动力总成结构，其特征在于：所述第一输入轴上设有第四离合器和第三锁止器，所述第四离合器和第三锁止器位于在第一离合器从动片和差速器之间。
3.根据权利要求书1所述的一种多耦合方式和多模式的混合动力总成结构，其特征在于，所述第三锁止器分离时，可通过离合器和第一锁止器和第二锁止器的相互配合，通过差速器实现发动机与第一电机、第二电机之间动力耦合；所述第一锁止器、第二锁止器和第三锁止器与第一离合器、第二离合器、第三离合器、第四离合器相互配合可实现发动机与第一电机、发动机与第二电机、第一电机与第二电机之间的动力耦合和模式切换，此时差速器可实现两挡变速器。
4.根据权利要求书1所述的一种多耦合方式和多模式的混合动力总成结构，其特征在于，通过双离合器中第一离合器和第二离合器、第三离合器、第四离合器、第一锁止器、第二锁止器和第三锁止器的分离与结合实现九个工作模式，分别为单电机驱动模式、双电机驱动模式、发动机驱动模式、串联模式、两动力源并联模式、三动力源并联模式、行车充电模式、怠速充电模式、制动能量回收模式。
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