CN113815399A - 一种双两档位双电机混动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双两档位双电机混动系统，包括发动机、第一电机、第二电机，所述第一电机的电机轴一与发动机的输出轴之间通过传动机构进行联接，所述传动机构包括离合器一；所述发动机的输出轴与汽车驱动轴之间设置有第一换挡机构，所述第一换挡机构包括传动轴、离合器二、离合器三和设置在汽车输出轴上的差速器；所述第二电机的电机轴二与汽车驱动轴通过第二换挡机构相联接，所述第二变速机构包括单排行星机构、同步器。本发明可以实现发动机两档位驱动、电机两档位切换驱动、发电机解耦及驱动电机解耦等四个功能。可以更好的覆盖高低车速的动力加速性，同时提高经济性。

Description

一种双两档位双电机混动系统
技术领域
本发明属于混动汽车动力系统传动技术领域，具体涉及一种实现发动机两档位驱动、电机两档位切换驱动的双两档位双电机混动系统。
背景技术
为了有效降低汽车燃油消耗量和尾气排放，并满足双积分政策的要求，越来 越多的汽车厂商进行推广和研发混合动力汽车。混合动力汽车利用电池或发动机 发电给电机提供动力来源，并通过电机来调节发动机的工作点，可以有效降低油 耗和排放，进一步提高整车动力性和经济性。不同的混合动力系统构型方案可以 实现不同的扭矩分配功能。在构型方案上，混合动力汽车可以采用单电机动力系 统构型也可以采用双电机动力系统构型，双电机动力系统可以实现全部的混合动 力功能，比如串联功能、并联功能和串并联混合功能等。
大多数混合动力耦合机构是在传统的DCT、AT和CVT等变速箱的结构上 增加电机，例如吉利领克P2/P2.5系统、BYD P2和现代起亚P2结构等，技术复 杂，制造成本高。而全新专用变速箱，具有结构简单、性价比高的特点，符合混 合动力发展的初衷，是目前混合动力系统产品发展的趋势。如中国发明专利 CN208867853U两挡混合动力耦合系统及车辆所公开的，发动机能驱动发电机为 电池发电，电池能够为发电机和驱动电机提供驱动车轮的动力，发动机能够直接 驱动车轮，切换第一离合器、第二离合器和第三离合器，能够控制发动机是否参 与驱动或发电及发电机是否参与驱动或发电，从而实现多种驱动模式，获得更高的传动效率。
而为了更有效发挥混合动力汽车在高、低车速工作状况下的耗能经济性、动 力表现性，亟待设计更灵活的双电机混动架构。
发明内容
针对现有技术所存在的上述不足，本发明目的是提供一种新的双电机混动系 统，实现发动机两档位驱动、电机两档位切换驱动、发电机解耦及驱动电机解耦 等四个功能，使得纯电工况、发动机工况车速覆盖范围更广，并且通过各个工作模式 的衔接，防止动力中断、提高经济性、动力性。
为了实现上述目的，本发明提供一种双两档位双电机混动系统，包括发动机、 第一电机、第二电机，所述第一电机的电机轴一与发动机的输出轴之间通过传动 机构进行联接，所述传动机构包括离合器一；所述发动机的输出轴与汽车驱动轴 之间设置有第一换挡机构，所述第一换挡机构包括传动轴、离合器二、离合器三； 所述第二电机的电机轴二与汽车驱动轴通过第二换挡机构相联接，所述第二变速 机构包括单排行星机构、同步器。
在上述的一种双两档位双电机混动系统中，所述传动机构包括设置在发动机 的输出轴上的第二齿轮、设置在电机轴一上的第一齿轮和离合器一，所述第一齿 轮与第二齿轮啮合，所述第一齿轮与电机轴一通过离合器一联接与切断动力传 递。通过离合器一可以实现发电机的连接和断开。当需要使用发电机进行发电或 者输出动力时候，离合器一接合；当不需要发电或者输出动力的时候，离合器一 断开，减少带动发电机损失的能量。
在上述的一种双两档位双电机混动系统中，所述第一换挡机构还包括设置在 发动机的输出轴上的第三齿轮、第二齿轮、设置在传动轴上的第四齿轮、第五齿 轮、设置在离合器三上的第六齿轮、第七齿轮、设置在汽车驱动轴上的第八齿轮， 所述第三齿轮与第四齿轮啮合，所述第二齿轮与第五齿轮啮合，所述第六齿轮与 第七齿轮啮合，所述第七齿轮与第八齿轮啮合。通过离合器二和离合器三可实现 发动机不同档位的连接和断开。当发动机不需要驱动车轮端时，离合器二和离合 器三均断开；当发动机需要低速档位驱动车轮端时，离合器二接合，离合器三断 开，当发动机需要高速档位驱动车轮端时，离合器二断开，离合器三接合。
在上述的一种双两档位双电机混动系统中，在纯电或串联模式驱动工况中， 同步器执行换挡过程时，离合器二与离合器三适时进行滑摩结合或断开，使得发 动机辅助电机驱动，防止纯电驱动动力中断。
在上述的一种双两档位双电机混动系统中，所述第二换挡机构还包括第七齿 轮、第八齿轮，所述第七齿轮与第八齿轮啮合，所述同步器有三个状态，中间空 挡状态，切断电动机动力；同步器滑环靠右侧状态，形成单排行星机构的太阳轮 和行星架速比，实现电动机低速挡；同步器滑环靠左侧状态，形成太阳轮直接输 出，实现电动机高速挡，通过高低速档位的切换，达到电机动力性和经济性最佳， 通过中间空挡，实现驱动电机解耦，在发动机高速驱动下减少能量损失。
在上述的一种双两档位双电机混动系统中，所述电机轴一、发动机的输出轴、 传动轴、电机轴二、汽车驱动轴均轴向并行设置。
本发明的有益效果：
本发明所述的双两档位双电机混动系统，相比一般其他双电机混合动力系 统，除了能实现串并联驱动及驻车发电功能外，此系统还可以实现发动机两档位 驱动、电机两档位切换驱动、发电机解耦及驱动电机解耦等四个功能，并且通过 各个工作模式的衔接，防止动力中断，通过发动机两档位切换，可以更好的覆盖高 低车速的动力加速性，使得整车最高车速更高且发动机低速驱动动力性更好；驱 动电机两档位切换和发动机两档位同样带来相应的好处，可以使得纯电工况车速 覆盖范围更广，覆盖各种城市路况及城市高架公路，完美和发动机驱动结合共同 覆盖整个高低速工况，提高经济性。
附图说明
图1为背景技术中所述的双两档位双电机混动系统的结构示意图；
图2为本发明所述的双两档位双电机混动系统为纯电动模式一的动力传递 路线示意图；
图3为本发明所述的双两档位双电机混动系统为纯电动模式二的动力传递 路线示意图；
图4为本发明所述的双两档位双电机混动系统为发动机直联模式一的动力 传递路线示意图；
图5为本发明所述的双两档位双电机混动系统为发动机直联模式二的动力 传递路线示意图；
图6为本发明所述的双两档位双电机混动系统为驻车发电模式的动力传递 路线示意图；
图7为本发明所述的双两档位双电机混动系统为串联模式的动力传递路线 示意图；
图8为本发明所述的双两档位双电机混动系统为并联模式一的动力传递路 线示意图；
图9为本发明所述的双两档位双电机混动系统为并联模式二的动力传递路 线示意图；
图10为本发明所述的双两档位双电机混动系统为混联模式一的动力传递路 线示意图；
图11为本发明所述的双两档位双电机混动系统为混联模式二的动力传递路 线示意图。
图中：1、单排行星机构，201、第一齿轮，202、第二齿轮，203、第三齿轮， 204、第四齿轮，205、第五齿轮，206、第六齿轮，207、第七齿轮，208、第八 齿轮，ICE、发动机，EM1、第一电机，EM2、第二电机，A1、电机轴一，A2、 输出轴，A3、传动轴，A4、电机轴二，A5、汽车驱动轴，C1、离合器一，C2、 离合器二，C3、离合器三，S、同步器。
具体实施方式
以下闭合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优 选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种双两档位双电机混动系统，包括发动机ICE、第一电机 EM1、第二电机EM2，其特征在于：所述第一电机EM1的电机轴一A1与发动 机ICE的输出轴A2之间通过传动机构进行联接，所述传动机构包括离合器一 C1；所述发动机ICE的输出轴A2与汽车驱动轴A5之间设置有第一换挡机构， 所述第一换挡机构包括传动轴A3、离合器二C2、离合器三C3和设置在汽车输 出轴A2上的差速器2；所述第二电机EM2的电机轴二A4与汽车驱动轴A5通 过第二换挡机构相联接，所述第二变速机构包括单排行星机构1、同步器S。
在其中一个实例中，所述传动机构包括设置在发动机ICE的输出轴A2上的 第二齿轮202、设置在电机轴一A1上的第一齿轮201和离合器一C1，所述第一 齿轮201与第二齿轮202啮合，所述第一齿轮201与电机轴一A1通过离合器一 C1联接与切断动力传递。通过离合器一C1可以实现发电机的连接和断开。当需 要使用发电机进行发电或者输出动力时候，离合器一C1接合；当不需要发电或 者输出动力的时候，离合器一C1断开，减少带动发电机损失的能量。
在其中一个实例中，所述第一换挡机构还包括设置在发动机ICE的输出轴 A2上的第三齿轮203、第二齿轮202、设置在传动轴A3上的第四齿轮204、第 五齿轮205、设置在离合器三C3上的第六齿轮206、第七齿轮207、设置在汽车 驱动轴A5上的第八齿轮208，所述第三齿轮203与第四齿轮204啮合，所述第 二齿轮202与第五齿轮205啮合，所述第六齿轮206与第七齿轮207啮合，所述 第七齿轮207与第八齿轮208啮合。通过离合器二C2和离合器三C3可实现发 动机ICE不同档位的连接和断开。当发动机ICE不需要驱动车轮端时，离合器 二C2和离合器三C3均断开；当发动机ICE需要低速档位驱动车轮端时，离合 器二C2接合，离合器三C3断开，当发动机ICE需要高速档位驱动车轮端时， 离合器二C2断开，离合器三C3接合。所述在离合器二C2与离合器三C3断开、 闭合的时候，可以采用滑摩控制，防止动力中断。
在其中一个实例中，所述第二换挡机构还包括第七齿轮207、第八齿轮208， 所述第七齿轮207与第八齿轮208啮合，所述同步器S有三个状态，中间空挡状 态，切断电动机动力；同步器S滑环靠右侧状态，形成单排行星机构1的太阳轮 和行星架速比，实现电动机低速挡；同步器S滑环靠左侧状态，形成太阳轮直接 输出，实现电动机高速挡，通过高低速档位的切换，达到电机动力性和经济性最 佳，通过中间空挡，实现驱动电机解耦，在发动机ICE高速驱动下减少能量损 失。
在其中一个实例中，所述电机轴一A1、发动机ICE的输出轴A2、传动轴 A3、电机轴二A4、汽车驱动轴A5均轴向并行设置。
本发明的工作原理：
此系统为一种双电机混动系统，相比一般其他双电机混合动力系统，除了能 实现串并联驱动及驻车发电功能外，此系统还可以实现发动机ICE两档位驱动、 电机两档位切换驱动、发电机解耦及驱动电机解耦等四个功能。
通过发动机ICE两档位切换，可以更好的覆盖高低车速的动力加速性，使 得整车最高车速更高且发动机ICE低速驱动动力性更好。
驱动电机两档位切换和发动机ICE两档位同样带来相应的好处，可以使得 纯电工况车速覆盖范围更广，完美和发动机ICE驱动闭合共同覆盖整个高低速 工况，提高经济性。
在纯电或串联模式驱动工况中，同步器执行换挡过程时，离合器二C2与离 合器三C3适时进行滑摩结合或断开，使得发动机辅助电机驱动，防止纯电驱动 动力中断。
本发明包括以下工作模式：
1、纯电模式一：如图2所示，当车起步或低速段，且电池SOC高于某阙值 时，驱动电机EM2直接对整车进行驱动，此时，同步器S处于右端位置即低速 档位置，离合器一C1、离合器二C2、离合器三C3均处于断开状态，发动机ICE 停止工作，保证一定的整车经济性和动力性；
2、纯电模式二：如图3所示，当车处于某一速段时，且电池SOC高于某阙 值时，驱动电机EM2直接对整车进行驱动，此时，同步器S处于左端位置即高 速档位置，离合器一C1、离合器二C2、离合器三C3均处于断开状态，发动机 ICE停止工作，保证一定的整车经济性和动力性；
3、发动机直联模式一：如图4所示，当车达到某一低速段时，离合器一C1 根据是否需要发电的工况可以结合或断开，离合器三C3断开，离合器二C2闭 合，同步器S处于中间空挡位状态，此时发动机ICE处于一档位单独驱动，且 处于发动机ICE的高效区范围，发电机ICE和驱动电机EM2均不工作，保证整 车并联驱动的经济性和动力性；
4、发动机直联模式二：如图5所示，当车达到某一高速段时，离合器一C1 根据是否需要发电的工况可以结合或断开，离合器二C2断开，离合器三C3闭 合，同步器S处于中间空挡位状态，此时发动机ICE处于二档位单独驱动，且 处于发动机ICE的高效区范围，发电机ICE和驱动电机EM2均不工作，保证整 车并联驱动的经济性和动力性；
5、驻车发电模式：如图6所示，当车辆停车时，离合器一C1结合，离合 器二C2、离合器三C3均断开，同步器S可处于停车前的任意状态，此时，发 动机ICE在高效区工作，带动发电机EM1发电，驱动电机EM2处于零扭矩、 零转速状态；
6、串联模式：如图7所示，当车辆在某一时速段整车电池SOC低于某个阙 值时，离合器一C1结合，离合器二C2、离合器三C3均断开，同步器S可处于 高档位或低档位状态，此时发动机ICE处于带动发电机发电状态，驱动电机EM2 可以进行高速档位或者低速档位对整车进行纯电驱动；
7、并联模式：如图8、9所示，当车辆处于某些急加速超车或大扭矩起步工 况时，如电池SOC高于某个阙值时，离合器一C1断开，离合器二C2或离合器 三C3之一根据车速选择闭合，同步器S可处于高速档或低速档，此时发动机ICE 直接参与驱动，发电机EM1不参与驱动或发电，驱动电机EM2参与辅助驱动， 实现两动力源共同参与驱动，给车辆带来强大的动力性；如电池SOC低于某个 阙值时，离合器一C1结合，离合器二C2或离合器三C3之一根据车速选择闭合， 同步器S可处于高速档或低速档，此时发动机ICE直接参与驱动，发电机EM1参与发电，驱动电机EM2参与辅助驱动，实现两动力源共同参与驱动，给车辆 带来强大的动力性
8、混联模式：如图10、11所示，当电池SOC高于某个阙值时，整车系统 为PHEV车型和HEV车型阙值差别比较大，离合器一C1闭合，离合器二C2 或离合器三C3之一根据车速选择闭合，同步器处于高速档或低速档，此时发动 机ICE直接参与驱动，发电机变为驱动电机输出功率，驱动电机EM2利用整车 电池系统的电能也同时参与驱动，实现三个动力源同时参与驱动，给车辆带来强 大的动力性。
以上各个模式切换时，发动机驱动时在高低档位换挡过程中可以穿插电驱动 高低档位介入辅助驱动或发电机辅助驱动，来避免换挡动力中断或者提升离合器 寿命；当电驱动进行高低档位变换驱动时，发动机ICE驱动或发电机EM1驱动 也会在电驱动换挡过程中进行辅助驱动，避免换挡过程中动力中断。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员 应该了解，上述实施方式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加以实施，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 护范围内。

Claims (6)

1.一种双两档位双电机混动系统，包括发动机(ICE)、第一电机(EM1)、第二电机(EM2)，其特征在于：所述第一电机(EM1)的电机轴一(A1)与发动机(ICE)的输出轴(A2)之间通过传动机构进行联接，所述传动机构包括离合器一(C1)；所述发动机(ICE)的输出轴(A2)与汽车驱动轴(A5)之间设置有第一换挡机构，所述第一换挡机构包括传动轴(A3)、离合器二(C2)、离合器三(C3)；所述第二电机(EM2)的电机轴二(A4)与汽车驱动轴(A5)通过第二换挡机构相联接，所述第二变速机构包括单排行星机构(1)、同步器(S)。
2.根据权利要求1所述的一种双两档位双电机混动系统，其特征在于：所述传动机构包括设置在发动机(ICE)的输出轴(A2)上的第二齿轮(202)、设置在电机轴一(A1)上的第一齿轮(201)和离合器一(C1)，所述第一齿轮(201)与第二齿轮(202)啮合，所述第一齿轮(201)与电机轴一(A1)通过离合器一(C1)联接与切断动力传递。通过离合器一(C1)可以实现发电机的连接和断开。当需要使用发电机进行发电或者输出动力时候，离合器一(C1)接合；当不需要发电或者输出动力的时候，离合器一(C1)断开，减少带动发电机损失的能量。
3.根据权利要求2所述的一种双两档位双电机混动系统，其特征在于：所述第一换挡机构还包括设置在发动机(ICE)的输出轴(A2)上的第三齿轮(203)、第二齿轮(202)、设置在传动轴(A3)上的第四齿轮(204)、第五齿轮(205)、设置在离合器三(C3)上的第六齿轮(206)、第七齿轮(207)、设置在汽车驱动轴(A5)上的第八齿轮(208)，所述第三齿轮(203)与第四齿轮(204)啮合，所述第二齿轮(202)与第五齿轮(205)啮合，所述第六齿轮(206)与第七齿轮(207)啮合，所述第七齿轮(207)与第八齿轮(208)啮合。通过离合器二(C2)和离合器三(C3)可实现发动机(ICE)不同档位的连接和断开。当发动机(ICE)不需要驱动车轮端时，离合器二(C2)和离合器三(C3)均断开；当发动机(ICE)需要低速档位驱动车轮端时，离合器二(C2)接合，离合器三(C3)断开，当发动机(ICE)需要高速档位驱动车轮端时，离合器二(C2)断开，离合器三(C3)接合。
4.根据权利要求3所述的一种双两档位双电机混动系统，其特征在于：在纯电或串联模式驱动工况中，同步器(S)执行换挡过程时，离合器二(C2)与离合器三(C3)适时进行滑摩结合或断开，使得发动机辅助电机驱动，防止纯电驱动动力中断。
5.根据权利要求1所述的一种双两档位双电机混动系统，其特征在于：所述第二换挡机构还包括第七齿轮(207)、第八齿轮(208)，所述第七齿轮(207)与第八齿轮(208)啮合，所述同步器(S)有三个状态，中间空挡状态，切断电动机动力；同步器(S)滑环靠右侧状态，形成单排行星机构(1)的太阳轮和行星架速比，实现电动机低速挡；同步器(S)滑环靠左侧状态，形成太阳轮直接输出，实现电动机高速挡，通过高低速档位的切换，达到电机动力性和经济性最佳，通过中间空挡，实现驱动电机解耦，在发动机(ICE)高速驱动下减少能量损失。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种双两档位双电机混动系统，其特征在于：所述电机轴一(A1)、发动机(ICE)的输出轴(A2)、传动轴(A3)、电机轴二(A4)、汽车驱动轴(A5)均轴向并行设置。
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