CN112659880A - 一种混合动力系统及应用其的车辆 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种混合动力系统及应用其的车辆，该系统包括动力供给机构、减震机构、动力输出控制机构和行星机构；动力供给机构包括发动机、第一电机和第二电机；动力输出控制机构包括第一离合器、第二离合器、单向离合器和制动器；动力输出控制机构用于将发动机、第一电机和第二电机的动力进行组合以实现对应的驱动模式；行星机构包括大太阳轮、小太阳轮和行星框架；减震结构的一端分别与发动机的输出轴和第一电机连接，减震结构的另一端分别与第一离合器的主动端和第二离合器的主动端连接；第一离合器的被动端与行星框架连接；第二离合器的被动端与小太阳轮连接；单向离合器和制动器均与行星框架连接；第二电机与大太阳轮连接。

Description

一种混合动力系统及应用其的车辆

技术领域

本申请涉及汽车传动系统技术领域，特别涉及一种混合动力系统及应用其的车辆。

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。

现有技术中混动系统一般采用单电机进行驱动，但单电机实现的驱动模式较少，因此节油效果相对较差；且采用单电机需要较大的电池包，成本高，重量重。现有的一些驱动方案中一般采用发动机和电机并联驱动机构，电机只能调扭矩，需要发动机调速，因此油耗较高。

发明内容

本申请要解决是现有技术中混动系统节油效果较差的技术问题。

为解决上述技术问题，本申请公开了一种混合动力系统，包括动力供给机构、减震机构、动力输出控制机构和行星机构；

所述动力供给机构包括发动机、第一电机和第二电机；

所述动力输出控制机构包括第一离合器、第二离合器、单向离合器和制动器；所述动力输出控制机构用于将所述发动机、所述第一电机和所述第二电机的动力进行组合以实现对应的驱动模式；

所述行星机构包括大太阳轮、小太阳轮和行星框架；

所述减震结构的一端分别与所述发动机的输出轴和所述第一电机连接，所述减震结构的另一端分别与第一离合器的主动端和第二离合器的主动端连接；所述第一离合器的被动端与所述行星框架连接；所述第二离合器的被动端与所述小太阳轮连接；所述单向离合器和所述制动器均与所述行星框架连接；

所述第二电机与所述大太阳轮连接。

进一步地，所述行星机构还包括短行星齿轮、长行星齿轮和齿圈，所述短行星齿轮与所述长行星齿轮均通过轴承支撑于所述行星框架上，所述短行星齿轮与所述长行星齿轮啮合连接，所述长行星齿轮与所述齿圈啮合连接；

所述短行星齿轮与所述小太阳轮啮合连接，所述长行星齿轮与所述大太阳轮啮合连接。

进一步地，所述动力输出机构包括输出齿轮，所述输出齿轮与所述齿圈连接。

进一步地，还包括连接轴，所述第二电机包括输入轴；

所述第二电机的输入轴通过所述连接轴与所述大太阳轮连接。

进一步地，所述第二电机的输入轴的轴线与所述发动机的输入轴的轴线平行设置；

所述第二电机的输入轴上设置有主动齿轮，所述发动机的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，所述减震机构包括减震器。

进一步地，还包括壳体，所述单向离合器和所述制动器均固定于所述壳体上。

进一步地，所述第一离合器设于所述制动器的一侧区域；或；所述第一离合器设于所述第二离合器与所述发动机之间。

进一步地，所述驱动模式包括所述第一电机和所述发动机并联驱动一挡模式、所述第二电机单独驱动二挡模式、所述发动机和所述第一电机以及所述第二电机分流驱动三挡模式和所述发动机和所述第一电机以及所述第二电机并联驱动四挡模式。

本申请第二方面公开一种车辆，其特征在于，包括所述混合动力系统。

采用上述技术方案，本申请具有如下有益效果：

本申请提供的混合动力系统采用双电机结构，两个电机能够互为供电，不需要很大的电池包，节约了电池成本和重量；其次，本申请中两个电机中的其中一个电机与发动机并联设置，能够用来调节扭矩；另一个电机负责调速，能够使发动机扭矩和转速都工作在最节油点，有效提升节油性能；另外采用一个电机与发动机并联设置的方案能够在车辆需要大扭矩超车或者爬坡时，进入到并联模式，发动机和电机共同驱动车辆行驶，增加驱动力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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他的附图。

图1为本申请实施例一种混合动力系统的结构示意图；

图2为本申请实施例一种混合动力系统的结构示意图；

图3为本申请实施例一种混合动力系统的结构示意图。

以下对附图作补充说明：

1-发动机；2-第一电机；3-第二电机；4-第一离合器；5-第二离合器；6-单向离合器；7-制动器；8-大太阳轮；9-小太阳轮；10-行星框架；11-齿圈；12-输出齿轮；13-减震器。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本申请至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本申请实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”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申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

请参见图1，图1为本申请实施例一种混合动力系统的结构示意图，图1中所示的混合动力系统包括动力供给机构、减震机构、动力输出控制机构和行星机构；

动力供给机构包括发动机1、第一电机2和第二电机3；

动力输出控制机构包括第一离合器4、第二离合器5、单向离合器6和制动器7；动力输出控制机构用于将发动机1、第一电机2和第二电机3的动力进行组合以实现对应的驱动模式；本申请实施例中，能够实现的驱动模式包括第一电机2和发动机1并联驱动一挡模式、第二电机3单独驱动二挡模式、发动机1和第一电机2以及第二电机3分流驱动三挡模式和发动机1和第一电机2以及第二电机3并联驱动四挡模式。

行星机构包括大太阳轮8、小太阳轮9和行星框架10；

减震结构的一端分别与发动机1的输出轴和第一电机2连接，减震结构的另一端分别与第一离合器4的主动端和第二离合器5的主动端连接；第一离合器4的被动端与行星框架10连接；第二离合器5的被动端与小太阳轮9连接；单向离合器6和制动器7均与行星框架10连接；

第二电机3与大太阳轮8连接。

本申请提供的混合动力系统可以为基于4AT的三种模式4档位双电机混合动力系统，其采用双电机结构，两个电机能够互为供电，不需要很大的电池包，节约了电池成本和重量；其次，本申请中两个电机中的其中一个电机与发动机1并联设置，能够用来调节扭矩；另一个电机负责调速，能够使发动机1扭矩和转速都工作在最节油点，有效提升节油性能；另外采用一个电机与发动机1并联设置的方案能够在车辆需要大扭矩超车或者爬坡时，进入到并联模式，发动机1和电机共同驱动车辆行驶，增加驱动力。

本申请实施例中，减震机构包括减震器13。将减震结构设于离合器与发动机之间，能够有效减小动力传输的震动，增加发动机动力传输的稳定性。

本申请实施例中，动力输出机构包括输出齿轮12，输出齿轮12与齿圈11连接。

本申请实施例中，发动机1的输出轴和减震器13的主动端、第一电机2的转子、第二离合器5的主动端以及第一离合器4的主动端连接为一体，围绕轴心旋转，输出发动机1和第一电机2的动力。

本申请实施例中，行星机构还包括短行星齿轮、长行星齿轮和齿圈11，短行星齿轮与长行星齿轮均通过轴承支撑于行星框架10上，短行星齿轮与长行星齿轮啮合连接，长行星齿轮与齿圈11啮合连接；

短行星齿轮与小太阳轮9啮合连接，长行星齿轮与大太阳轮8啮合连接。

本申请实施例中，小太阳轮9与短行星齿轮啮合，与离合器二13被动端连接，围绕轴心旋转，第二离合器5接合或者分离，能够传递或者切断发动机1和第一电机2的动力；大太阳轮8与长行星齿轮啮合，与第二电机3的转子连接，围绕轴心旋转；行星框架10的一端多个轴支撑着短行星齿轮和长行星齿轮，短行星齿轮和长行星齿轮之间啮合，短行星齿轮与小太阳轮9啮合，长行星齿轮的一端与大太阳轮8和齿圈11啮合，另一端与第一离合器4的被动端连接，围绕着轴心旋转，第一离合器4的接合和分离可以传递或者切断发动机1和第一电机2转递给行星框架10的动力，制动器7的接合和分离可以将行星框架10制动不转或者可以旋转，单向离合器6的一个旋转方向可以制动框架9，另一个旋转方向可以分离不制动；输出齿轮12的一端与齿圈11连接，输出动力给减速机构，驱动车辆行驶。

本申请实施例中，第二电机3的设置方式有多种，一种可实施的方案中，如图1所示，该系统还包括连接轴，第二电机3包括输入轴；

第二电机3的输入轴通过连接轴与大太阳轮8连接。

另一种可实施的方案中，如图2所示：图2中第二电机3布置在平行轴上，通过齿轮或者带式传动，与大太阳轮8连接在一起。第二电机3的动力经过齿轮或者带式传动，减速输入动力，驱动大太阳轮8旋转。

可实施的，第二电机3的输入轴的轴线与发动机1的输入轴的轴线平行设置；第二电机3的输入轴上设置有主动齿轮，发动机1的输入轴上设置有被动齿轮，主动齿轮和被动齿轮之间通过链条、带或齿轮连接。

本申请实施例中，第一离合器4的设置方式有多种，一种可实施的方案中，如图1所示，第一离合器4设于第二离合器5与发动机1之间。该第一离合器4的设置方案能够有效减小整个动力系统的占用空间。且设于与发动机1邻近位置，能够更高效地控制发动机1和各电机的动力传输。

另一种可实施的方案中，如图3所示，第一离合器4设于制动器7的一侧区域。

本申请实施例中，该系统还包括壳体，单向离合器6和制动器7均固定于壳体上。

本申请实施例中，假设发动机1、第一电机2、第二离合器5主动端和第一离合器4主动端一体件的转速为N1，小太阳轮9和第二离合器5一体件的旋转速度为N2，大太阳轮8和第二电机3一体件的旋转速度为N3，齿圈11与输出齿轮12一体件的旋转速度为N4，行星框架10与第一离合器4的被动端、制动器7的被动端和单向离合器6被动端一体件的旋转速度为N5，齿圈11的齿数/大太阳轮8齿数＝K1，齿圈11的齿数/小太阳轮9的齿数＝K2。本案例的N1到N5的五个旋转件的转速关系可以用如下数学模型描述：

第一个行星机构：N3-(K1+1)*N5+K1*N4＝0；

第二个行星机构：N2+(K2-1)*N5-K2*N4＝0；

第一离合器4接合时：N1-N5＝0；

第二离合器5接合时：N1-N2＝0；

制动器7接合时：N5＝0；

第一个动力输入端：N1＝发动机1和第一电机2的同步转速；

第二个动力输入端：N3＝第二电机3的转速；

动力输出端：N4＝输出转速。

那么，该机构的三个工作模式，4个档位的数学模型和工作原理如下：

第一电机2和发动机1并联驱动1挡：

具体为：制动器7或者单向离合器6制动，第二离合器5接合，发动机1和第一电机2并联驱动小太阳轮9旋转，行星机构减速输出，驱动输出齿轮12旋转。

该模式各个部件转速数学模型如下：

第一个行星机构：N3-(K1+1)*N5+K1*N4＝0；

第二个行星机构：N2+(K2-1)*N5-K2*N4＝0；

第一离合器4接合时：N1-N5＝0；

制动器7接合时：N5＝0；

第一个动力输入端：N1＝发动机1和第一电机2的同步转速；

该数学模型描述了1档五个旋转件的数学关系，以及发动机1和第一电机2经过行星机构减速输出动力驱动车辆行驶的动力流。

第二电机3驱动2挡纯电模式：

具体为：制动器7或者单向离合器6制动，第二电机3驱动大太阳轮8旋转，行星机构减速输出，驱动输出齿轮12旋转。

该模式各个部件转速数学模型如下：

第一个行星机构：N3-(K1+1)*N5+K1*N4＝0；

第二个行星机构：N2+(K2-1)*N5-K2*N4＝0；

制动器7接合时：N5＝0；

动力输入端：N3＝第二电机3的转速；

该数学模型描述了2档五个旋转件的数学关系，以及第二电机3经过行星机构减速输出动力驱动车辆行驶的动力流。

发动机1、第一电机2和第二电机3分流驱动3挡模式：

具体为：第一离合器4接合，发动机1和第一电机2并联驱动行星框架10旋转，第二电机3驱动大太阳轮8旋转，两股动力经过行星机构耦合输出，驱动输出齿轮12旋转。

该模式各个部件转速数学模型如下：

第一个行星机构：N3-(K1+1)*N5+K1*N4＝0；

第二个行星机构：N2+(K2-1)*N5-K2*N4＝0；

第一离合器4接合时：N1-N5＝0；

第一动力输入端：N1＝发动机1和第一电机2的同步转速；

第二动力输入端：N3＝第二电机3转速。

该数学模型描述了3档五个旋转件的数学关系，以及发动机1、第一电机2和第二电机3经过行星机构耦合输出动力驱动车辆行驶的动力流。

发动机1、第一电机2和第二电机3并联驱动4挡模式：

具体为：第一离合器4接合，第二离合器5接合，行星机构闭锁成为一体，发动机1、第一电机2和第二电机3并联驱动输出齿轮12旋转。

该模式各个部件转速数学模型如下：

第一个行星机构：N3-(K1+1)*N5+K1*N4＝0；

第二个行星机构：N2+(K2-1)*N5-K2*N4＝0；

第一离合器4接合时：N1-N5＝0；

第二离合器5接合时：N1-N2＝0；

第一个动力输入端：N1＝发动机1和第一电机2的同步转速；

第二个动力输入端：N3＝第二电机3的转速；

该数学模型描述了4档五个旋转件的数学关系，以及发动机1、第一电机2和第二电机3并联驱动车辆行驶的动力流。

本申请实施例提供的混合动力系统能够实现三种行驶模式，可以实现电驱动模式、分流驱动模式和扭矩耦合模式的4个挡位行驶，以达到节油和加速性的目的。

本申请第二方面公开一种车辆，包括上述混合动力系统。

以上仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种混合动力系统，其特征在于，包括动力供给机构、减震机构、动力输出控制机构和行星机构；

所述动力供给机构包括发动机(1)、第一电机(2)和第二电机(3)；

所述动力输出控制机构包括第一离合器(4)、第二离合器(5)、单向离合器(6)和制动器(7)；所述动力输出控制机构用于将所述发动机(1)、所述第一电机(2)和所述第二电机(3)的动力进行组合以实现对应的驱动模式；

所述行星机构包括大太阳轮(8)、小太阳轮(9)和行星框架(10)；

所述减震结构的一端分别与所述发动机(1)的输出轴和所述第一电机(2)连接，所述减震结构的另一端分别与第一离合器(4)的主动端和第二离合器(5)的主动端连接；所述第一离合器(4)的被动端与所述行星框架(10)连接；所述第二离合器(5)的被动端与所述小太阳轮(9)连接；所述单向离合器(6)和所述制动器(7)均与所述行星框架(10)连接；

所述第二电机(3)与所述大太阳轮(8)连接。

2.根据权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于，所述行星机构还包括短行星齿轮、长行星齿轮和齿圈(11)，所述短行星齿轮与所述长行星齿轮均通过轴承支撑于所述行星框架上，所述短行星齿轮与所述长行星齿轮啮合连接，所述长行星齿轮与所述齿圈(11)啮合连接；

所述短行星齿轮与所述小太阳轮(9)啮合连接，所述长行星齿轮与所述大太阳轮(8)啮合连接。

3.根据权利要求2所述的混合动力系统，其特征在于，所述动力输出机构包括输出齿轮(12)，所述输出齿轮(12)与所述齿圈(11)连接。

4.根据权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于，还包括连接轴，所述第二电机(3)包括输入轴；

所述第二电机(3)的输入轴通过所述连接轴与所述大太阳轮(8)连接。

5.根据权利要求4所述的混合动力系统，其特征在于，所述第二电机(3)的输入轴的轴线与所述发动机(1)的输入轴的轴线平行设置；

所述第二电机(3)的输入轴上设置有主动齿轮，所述发动机(1)的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。

6.根据权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于，所述减震机构包括减震器(13)。

7.根据权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于，还包括壳体，所述单向离合器(6)和所述制动器(7)均固定于所述壳体上。

8.根据权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于，所述第一离合器(4)设于所述制动器(7)的一侧区域；或；所述第一离合器(4)设于所述第二离合器(5)与所述发动机(1)之间。

9.根据权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于，所述驱动模式包括所述第一电机(2)和所述发动机(1)并联驱动一挡模式、所述第二电机(3)单独驱动二挡模式、所述发动机(1)和所述第一电机(2)以及所述第二电机(3)分流驱动三挡模式和所述发动机(1)和所述第一电机(2)以及所述第二电机(3)并联驱动四挡模式。

10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述混合动力系统。

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