CN111976461B - 一种差速器耦合的混合动力总成 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种差速器耦合的混合动力总成，包括发动机动力输入机构、第一电动机动力输入机构、第二电动机动力输入机构、蓄电池、差速器耦合机构和动力输出机构,其中:所述差速器耦合机构包括第一斜齿轮、第三斜齿轮、行星齿轮及第四斜齿轮；所述第一斜齿轮与行星齿轮啮合；所述第三斜齿轮固定连接在第三输出轴的末端，与行星齿轮啮合；所述行星齿轮通过行星齿轮架连接第四斜齿轮；所述第四斜齿轮空套在第一输出轴上并与第二斜齿轮啮合；所述的发动机动力输入机构上操作的耦合有第一输出轴，所述第一斜齿轮固定连接在第一输出轴的末端；本发明结构简单，使用方便。

Description

一种差速器耦合的混合动力总成
技术领域
本发明涉及混合动力汽车的动力耦合系统的技术领域，具体为一种差速器耦合的混合动力总成。
背景技术
混合动力汽车在开发过程中，动力耦合一直是其技术瓶颈，目前混动汽车行业的动力耦合机构主要有两种结构形式，一种是以丰田Pruis为代表的行星齿轮式+齿轮耦合式，一种是以上汽大众为代表的双离合器耦合式，虽然两种结构形式耦合程度较高，具有高效率，但均具有结构复杂，驱动控制相对麻烦的缺点。
因此，混合动力汽车在动力传动系统上，需要结构相对简单紧凑、驱动控制难度更低、效率更高以及舒适性更高、经济性更高的动力耦合装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种差速器耦合的混合动力总成，以期提高混合动力汽车的经济性、动力性和舒适性。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种差速器耦合的混合动力总成，包括发动机动力输入机构、第一电动机动力输入机构、第二电动机动力输入机构、蓄电池、差速器耦合机构和动力输出机构,其中:
所述差速器耦合机构包括第一斜齿轮、第三斜齿轮、行星齿轮及第四斜齿轮；所述第一斜齿轮与行星齿轮啮合；所述第三斜齿轮固定连接在第三输出轴的末端，与行星齿轮啮合；所述行星齿轮通过行星齿轮架连接第四斜齿轮；所述第四斜齿轮空套在第一输出轴上并与第二斜齿轮啮合；
所述的发动机动力输入机构上操作的耦合有第一输出轴，所述第一斜齿轮固定连接在第一输出轴的末端；
所述的第一电动机动力输入机构操作的耦合有第二输出轴，所述的第二斜齿轮固定连接在第二输出轴的一端；
所述的第二电动机动力输入机构操作的耦合有第三输出轴；
所述的蓄电池为第一电动机动力输入机构和第二电动机动力输入机构供电；
所述动力输出机构将动力传递至汽车的驱动桥，用于驱动车轮。
进一步的，所述动力输出机构包括第一输入轴、第一主动齿轮、第二主动齿轮、第一从动齿轮、同步器、第二从动齿轮和第四输出轴，所述第一输入轴空套在第一输出轴上，一端固定连接第四斜齿轮，另一端依次设有第一主动齿轮、第二主动齿轮，分别与第一从动齿轮、第二从动齿轮相啮合；所述第四输出轴的一端固定设有第一从动齿轮和第二从动齿轮，另一端连接驱动桥的主减速器输入轴；所述同步器设于第一从动齿轮、第二从动齿轮之间的第四输出轴上。
进一步的，所述的发动机动力输入机构包括发动机、第一离合器、第一输出轴和第一制动器，所述第一离合器连接发动机输出轴，所述第一制动器设在第一输出轴上。
进一步的，所述第一电动机动力输入机构包括第一电动机、第二离合器，第二输出轴和第二斜齿轮，所述第二斜齿轮固定连接在第二输出轴的一端。
进一步的，所述第二电动机动力输入机构包括第二电动机、第三输出轴和第二制动器，所述第二制动器设在第三输出轴上。
进一步的，通过差速器耦合机构实现发动机、第一电动机、第二电动机之间的动力耦合和模式切换，共为八种模式，分别是发动机单独驱动模式、单电机驱动模式、双电机驱动模式、发动机与单电机混合驱动模式、发动机与双电机混合驱动模式、发动机行车充电模式、怠速充电模式、制动能量回收模式；其中：
所述的发动机单独驱动模式，其中，当车辆处于高速运动时，达到发动机工作高效区间或电动机提供动力不足时，所述的发动机动力输入机构启动，第一电动机动力输入机构和第二电动机动力输入机构停止工作，使得发动机驱动车轮；
所述的单电机驱动模式，其中，当车辆起步或动力需求低时，发动机动力输入机构停止工作，第一电动机动力输入机构工作，使得第一电动机动力输入机构驱动车轮；
所述的双电机驱动模式，其中，当车辆起步后，但并未到达发动机工作点时，发动机动力输入机构停止工作，第一电动机动力输入机构和第二电动机动力输入机构启动工作，两部分的动力通过差速器耦合机构传递至驱动桥，使得第一电动机动力输入机构和第二电动机动力输入机构驱动车轮；
所述的发动机与单电机混合驱动模式，其中，发动机动力输入机构和第一电动机动力输入机构工作，第二电动机动力输入机构停止工作，两部分的动力通过差速器耦合机构传递至驱动桥，使得发动机动力输入机构和第一电动机动力输入机构驱动车轮；
所述的发动机与双电机混合驱动模式，其中，发动机动力输入机构、第一电动机动力输入机构和第二电动机动力输入机构均工作，三部分的动力通过差速器耦合机构传递至驱动桥，使得发动机动力输入机构、第一电动机动力输入机构和第二电动机动力输入机构驱动车轮；
所述的发动机行车充电模式，其中，当车辆在高速行驶时，发动机处于最佳经济转速，此时控制第二电动机不工作，发动机的动力通过差速器耦合机构将动力分两部分，一部分动力用于驱动车轮，另一部分动力传递至第一电动机动力输入机构，使得第一电动机发电，为蓄电池充电；
所述的怠速充电模式，其中，当车辆短时间停车时，控制同步器不工作，车辆处于空挡，发动机继续工作，并且通过差速器耦合机构驱动第一电动机发电，为蓄电池充电；
所述的制动能量回收模式，其中，当车辆在减速或制动时，所述的第一离合器分离，第二离合器结合，第四输出轴将动力通过第一从动齿轮和第二从动齿轮传递至第一主动齿轮和第二主动齿轮，从而将动力传递至第一输入轴，通过第四斜齿轮与第二斜齿轮啮合，将动力传递至第二输出轴，经过第二离合器驱动第一电动机发电，为动力电池充电。
进一步的，所述第一电动机的第二电动机均为永磁同步电机；所述第一离合器和第二离合器均为干式离合器，所述第一制动器和第二制动器均为摩擦式制动器；所述同步器为惯性同步器。
进一步的，当车辆需要进行倒车操作时，将第一电动机的转子反转，动力传递路径与单电机驱动模式一致。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1.本发明提供的一种差速器耦合的混合动力总成，在发动机和第二电动机之间设置有差速器耦合机构，第一电动机经第二离合器、第二输出轴通过第二斜齿轮与第四斜齿轮啮合实现动力耦合，用于进行不同模式切换，较现有的车辆的混合动力系统相比，具有更多的模式可供选择，可以使得发动机一直处于最佳经济转速。
2.采用差速器结构的实现方式更加简单高效、稳定可靠，斜齿轮结构均可在现有工厂加工生产，生产制造难度低，成本低。
3.第一输出轴与第四输出轴平行布置，发动机与第二电动机的同轴线布置及差速器装置结构简单、紧凑，有效的节省空间。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中标号：11发动机，12第一离合器，13第一制动器，14第一输出轴，15第一斜齿轮；21第一电动机，22第二离合器，23第二输出轴，24第二斜齿轮；31第二电动机，32第三输出轴，33第二制动器，34第三斜齿轮；41第四斜齿轮，42行星齿轮，43第一输入轴，44第二主动齿轮，45第一主动齿轮，46第一从动齿轮，47同步器，48第二从动齿轮，49第四输出轴；51驱动桥，52轮胎。
图2是本发明其中一种布置方式结构示意图。
图3是本发明其中一种布置方式结构示意图。
图4是本发明其中一种布置方式结构示意图。
注：图中24号改为输入直齿轮
图5是本发明其中一种布置方式结构示意图。
注：图中24号改为输入直齿轮
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
参见图1，本实施例提供了一种差速器耦合的混合动力总成,包括发动机动力输入机构、第一电动机动力输入机构、第二电动机动力输入机构、差速器耦合机构和动力输出机构。
发动机动力输入机构包括发动机11、第一离合器12、第一输出轴14和第一制动器13，第一离合器12连接发动机输出轴，第一制动器13设在第一输出轴14上；
第一电动机动力输入机构包括第一电动机21、第二离合器22，第二输出轴23和第二斜齿轮24，第二斜齿轮24固定连接在第二输出轴23的一端；
第二电动机动力输入机构包括第二电动机31、第三输出轴32和第二制动器33，第二制动器33设在第三输出轴32上；
差速器耦合机构包括第一斜齿轮15、第三斜齿轮34、行星齿轮42及第四斜齿轮41；第一斜齿轮15固定连接在第一输出轴14的末端，与行星齿轮42啮合；第三斜齿轮34固定连接在第三输出轴32的末端，与行星齿轮42啮合；行星齿轮42通过行星齿轮架连接第四斜齿轮41；第四斜齿轮41空套在第一输出轴14上并与第二斜齿轮24啮合；
动力输出机构包括第一输入轴43、第一主动齿轮45、第二主动齿轮44、第一从动齿轮46、同步器47、第二从动齿轮48和第四输出轴49，第一输入轴43空套在第一输出轴14上，一端固定连接第四斜齿轮41，另一端依次设有第一主动齿轮45、第二主动齿轮44，分别与第一从动齿轮46、第二从动齿轮48相啮合；第四输出轴49的一端固定设有第一从动齿轮46和第二从动齿轮48，另一端连接驱动桥51的主减速器输入轴；同步器47设于第一从动齿轮46、第二从动齿轮48之间的第四输出轴49上。
本发明差速器耦合的混合动力总成通过差速器耦合机构实现发动机11、第一电动机21、第二电动机31之间的动力耦合和模式切换，共为八种模式，分别是发动机单独驱动模式、单电机驱动模式、双电机驱动模式、发动机+单电机混合驱动模式、发动机+双电机混合驱动模式、发动机行车充电模式、怠速充电模式、制动能量回收模式。第一电动机21和第二电动机31均为永磁同步电机。第一离合器12和第二离合器22均为干式离合器。第一制动器13和第二制动器33均为摩擦式制动器。同步器47为惯性同步器。
发动机11动力通过所述第一离合器12、第一输出轴14传递至所述第一斜齿轮15，所述第一电动机21动力通过所述第二离合器22、第二输出轴23传递至第二斜齿轮24，所述第二电动机31动力通过第三输出轴32传递至第三斜齿轮34，三动力源根据实际需求通过差速器耦合机构实现耦合。
本实施例提供的动力传动系统的工作原理如下：
(1)发动机单独驱动模式：
当车辆处于高速运动时，达到发动机工作高效区间或电动机提供动力不足时，发动机11启动，第一电动机21和第二电动机31停止工作，第一离合器12结合，第二离合器22分离，第一制动器13不工作，第二制动器33工作，动力由发动机11输出经第一离合器12传递至第一输出轴14，通过第一斜齿轮15与行星齿轮42的啮合，经过行星架连接的第四斜齿轮41传递至第一输入轴43，第一主动齿轮45和第一从动齿轮46、第二主动齿轮44和第二从动齿轮48均可啮合传递动力，通过同步器47有选择的将动力传递至第四输出轴49，再经过驱动桥51传至车轮52。
(2)单电机驱动模式：
当车辆起步或动力需求低时，发动机11不工作，第一离合器12分离，第一制动器13制动，第一电动机21作为主电机，第二离合器22结合，动力由第一电动机21输出经过第二离合器22传递至第二输出轴23上，通过第二斜齿轮24与第四斜齿轮41啮合，传递至第一输入轴43上，第一主动齿轮45和第一从动齿轮46、第二主动齿轮44和第二从动齿轮48均可啮合传递动力，通过同步器47有选择的将动力传递至第四输出轴49，再经过驱动桥51传至车轮52。
(3)双电机驱动模式：
当车辆动力需求较高，但并未到达发动机工作点时，发动机11不工作，第一离合器12分离，第二离合器22结合，第一制动器13制动，第二制动器33不工作，第一电动机21作为主电机，动力经过第二离合器22、第二输出轴23传递至第二斜齿轮24上，第二电动机31作为辅助电机，动力经第三输出轴32传递至第三斜齿轮34上，两部分动力通过差速器耦合经第四斜齿轮41传递至第一输入轴43上，第一主动齿轮45和第一从动齿轮46、第二主动齿轮44和第二从动齿轮48均可啮合传递动力，通过同步器47有选择的将动力传递至第四输出轴49，再经过驱动桥51传至车轮52。
(4)发动机+单电机混合驱动模式：
发动机11工作，第一离合器12结合，第二离合器22结合，第一制动器13不工作，第二制动器33制动，动力由发动机输出经第一离合器12、第一输出轴14传递至第一斜齿轮15，第一电动机21启动，动力由第一电动机21输出经过第二离合器22、第二输出轴23传递至第二斜齿轮24，两部分动力通过差速器耦合经第四斜齿轮41传递至第一输入轴43上，第一主动齿轮45和第一从动齿轮46、第二主动齿轮44和第二从动齿轮48均可啮合传递动力，通过同步器47有选择的将动力传递至第四输出轴49，再经过驱动桥51传至车轮52。使得发动机11始终处于高效率区间，第一电动机21辅助调速，必要时充当发电机。
(5)发动机+双电机混合驱动模式：
发动机11工作，第一离合器12结合，第二离合器22结合，第一制动器13不工作，第二制动器33不工作，动力由发动机输出经第一离合器12、第一输出轴14传递至第一斜齿轮15，第一电动机21启动，动力由第一电动机21输出经过第二离合器22、第二输出轴23传递至第二斜齿轮24，第二电动机31启动，动力由第二电动机31输出经过第三输出轴32传递至第三斜齿轮34，三部分动力通过差速器耦合经第四斜齿轮41传递至第一输入轴43上，第一主动齿轮45和第一从动齿轮46、第二主动齿轮44和第二从动齿轮48均可啮合传递动力，通过同步器47有选择的将动力传递至第四输出轴49，再经过驱动桥51传至车轮52。采用三动力源耦合，实现动力的最大输出。
(6)发动机行车充电模式：
当车辆在高速行驶时，发动机11处于最佳经济转速，此时控制第二电动机31不工作，第一离合器12结合，第二离合器22结合，第一制动器13不工作，第二制动器33制动，发动机11一部分满足车辆行驶的动力经第一离合器12传递至第一输出轴14，通过第一斜齿轮15与行星齿轮42的啮合，经过行星架连接的第四斜齿轮41传递至第一输入轴43，第一主动齿轮45和第一从动齿轮46、第二主动齿轮44和第二从动齿轮48均可啮合传递动力，通过同步器47有选择的将动力传递至第四输出轴49，再经过驱动桥51传至车轮52；另一部分富余动力经第一离合器12传递至第一输出轴14，通过第一斜齿轮15与行星齿轮42的啮合，经过行星架连接的第四斜齿轮41传递至第二斜齿轮24，经过第二输出轴23、第二离合器22驱动第一电动机21发电，为动力电池充电。
(7)怠速充电模式：
当车辆短时间停车时，控制同步器47不工作，车辆处于空挡，发动机11继续工作，第一离合器12结合，第二离合器22结合，第一制动器13不工作，第二制动器33制动，动力由发动机11输出经第一离合器12传递至第一输出轴14，通过第一斜齿轮15与行星齿轮42的啮合，经过行星架连接的第四斜齿轮41与第二斜齿轮24啮合，传递至第二输出轴23，经过第二离合器22驱动第一电动机21发电，为动力电池充电。
(8)制动能量回收模式：
当车辆在减速或制动时，第一离合器12分离，第二离合器22结合，第四输出轴49将动力通过第一从动齿轮46和第二从动齿轮48传递至第一主动齿轮45和第二主动齿轮44，从而将动力传递至第一输入轴43，通过第四斜齿轮41与第二斜齿轮24啮合，将动力传递至第二输出轴23，经过第二离合器22驱动第一电动机21发电，为动力电池充电。
(9)行进过程中启动发动机：
车辆行进过程中，在单电机驱动模式下，需要发动机参与工作时，第一离合器12结合，便可将一部分动力通过第一离合器12传递至发动机输出轴，实现行进过程中发动机的启动。
(10)倒挡
当车辆需要进行倒车操作时，只需要将第一电动机21的转子反转，即可实现倒挡，动力传递路径与单电机驱动模式一致。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种差速器耦合的混合动力总成，其特征在于：包括发动机动力输入机构、第一电动机动力输入机构、第二电动机动力输入机构、蓄电池、差速器耦合机构和动力输出机构,其中:
所述差速器耦合机构包括第一斜齿轮(15)、第三斜齿轮(34)、行星齿轮(42)及第四斜齿轮(41)；所述第一斜齿轮(15)与行星齿轮(42)啮合；所述第三斜齿轮(34)固定连接在第三输出轴(32)的末端，与行星齿轮(42)啮合；所述行星齿轮(42)通过行星齿轮架连接第四斜齿轮(41)；所述第四斜齿轮(41)空套在第一输出轴(14)上并与第二斜齿轮(24)啮合；
所述的发动机动力输入机构上操作的耦合有第一输出轴(14)，所述第一斜齿轮(15)固定连接在第一输出轴(14)的末端；
所述的第一电动机动力输入机构操作的耦合有第二输出轴(23)，所述的第二斜齿轮(24)固定连接在第二输出轴(23)的一端；
所述的第二电动机动力输入机构操作的耦合有第三输出轴(32)；
所述的蓄电池为第一电动机动力输入机构和第二电动机动力输入机构供电；
所述动力输出机构将动力传递至汽车的驱动桥，用于驱动车轮。
2.根据权利要求1所述的一种差速器耦合的混合动力总成，其特征在于：所述动力输出机构包括第一输入轴(43)、第一主动齿轮(45)、第二主动齿轮(44)、第一从动齿轮(46)、同步器(47)、第二从动齿轮(48)和第四输出轴(49)，所述第一输入轴(43)空套在第一输出轴(14)上，一端固定连接第四斜齿轮(41)，另一端依次设有第一主动齿轮(45)、第二主动齿轮(44)，分别与第一从动齿轮(46)、第二从动齿轮(48)相啮合；所述第四输出轴(49)的一端固定设有第一从动齿轮(46)和第二从动齿轮(48)，另一端连接驱动桥(51)的主减速器输入轴；所述同步器(47)设于第一从动齿轮(46)、第二从动齿轮(48)之间的第四输出轴(49)上。
3.根据权利要求1所述的一种差速器耦合的混合动力总成，其特征在于：通过差速器耦合机构实现发动机(11)、第一电动机(21)、第二电动机(31)之间的动力耦合和模式切换，共为八种模式，分别是发动机单独驱动模式、单电机驱动模式、双电机驱动模式、发动机与单电机混合驱动模式、发动机与双电机混合驱动模式、发动机行车充电模式、怠速充电模式、制动能量回收模式；其中：
所述的发动机单独驱动模式，其中，当车辆处于高速运动时，达到发动机工作高效区间或电动机提供动力不足时，所述的发动机动力输入机构启动，第一电动机动力输入机构和第二电动机动力输入机构停止工作，使得发动机(11)驱动车轮；
所述的单电机驱动模式，其中，当车辆起步或动力需求低时，发动机动力输入机构停止工作，第一电动机动力输入机构工作，使得第一电动机动力输入机构驱动车轮；
所述的双电机驱动模式，其中，当车辆起步后，但并未到达发动机工作点时，发动机动力输入机构停止工作，第一电动机动力输入机构和第二电动机动力输入机构启动工作，两部分的动力通过差速器耦合机构传递至驱动桥(51)，使得第一电动机动力输入机构和第二电动机动力输入机构驱动车轮；
所述的发动机与单电机混合驱动模式，其中，发动机动力输入机构和第一电动机动力输入机构工作，第二电动机动力输入机构停止工作，两部分的动力通过差速器耦合机构传递至驱动桥(51)，使得发动机动力输入机构和第一电动机动力输入机构驱动车轮；
所述的发动机与双电机混合驱动模式，其中，发动机动力输入机构、第一电动机动力输入机构和第二电动机动力输入机构均工作，三部分的动力通过差速器耦合机构传递至驱动桥(51)，使得发动机动力输入机构、第一电动机动力输入机构和第二电动机动力输入机构驱动车轮；
所述的发动机行车充电模式，其中，当车辆在高速行驶时，发动机(11)处于最佳经济转速，此时控制第二电动机(31)不工作，发动机(11)的动力通过差速器耦合机构将动力分两部分，一部分动力用于驱动车轮，另一部分动力传递至第一电动机动力输入机构，使得第一电动机(21)发电，为蓄电池充电；
所述的怠速充电模式，其中，当车辆短时间停车时，控制同步器(47)不工作，车辆处于空挡，发动机(11)继续工作，并且通过差速器耦合机构驱动第一电动机(21)发电，为蓄电池充电；
所述的制动能量回收模式，其中，当车辆在减速或制动时，第一离合器(12)分离，第二离合器(22)结合，第四输出轴(49)将动力通过第一从动齿轮(46)和第二从动齿轮(48)传递至第一主动齿轮(45)和第二主动齿轮(44)，从而将动力传递至第一输入轴(43)，通过第四斜齿轮(41)与第二斜齿轮(24)啮合，将动力传递至第二输出轴(23)，经过第二离合器(22)驱动第一电动机(21)发电，为动力电池充电。
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