CN114953959A - 基于cvt的混合动力系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种车用混合动力系统，具体涉及一种基于CVT的混合动力系统，包括CVT组件、驱动电机、发电电机、第一离合器、第二离合器、机械泵、电动泵，所述CVT组件包括输入带轮轴总成和输出带轮轴总成，所述机械泵搭配有发动机，所述驱动电机与输入带轮轴总成的输入带轮轴连接，所述输入带轮轴与联动轴连接，所述联动轴用于接收发动机所输出的力矩，所述输入带轮轴总成接收驱动电机所输出的力矩及经过联动轴传递过来的力矩，所述第一离合器用于发动机与驱动电机之间的动力的耦合和解耦，所述第二离合器用于驱动电机与发电电机之间的动力的耦合和解耦。本发明在保证动力性和换挡舒适性的同时能解决发动机低速动力无法介入的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种车用混合动力系统，具体涉及一种基于CVT的混合动力系统。
背景技术
典型的专用混动变速器（以下简称DHT）包括两套电机、动力耦合机构和变速机构。变速机构一般采用传统单档或多档齿轮传递形式，或者行星轮系与齿轮组合的形式。发动机或驱动电机产生的动力分别传递到变速机构，通过变速机构将动力输出到轮端，并且发动机和电机可以独立或同时将动力输出到变速机构。通常混合动力系统具有纯发动机驱动模式，纯电机驱动模式，发动机和电机同时驱动等多种驱动模式。
当前典型的DHT混动系统主要为P1/P3或者P1/P2架构的专用混动变速器以及采用行星轮系的功率分流混动变速器，虽然基本能够满足消费者的需求，但是仍然存在部分问题。单档混合动力变速器，由于速比无法调节，导致发动机在中低车速动力无法介入，对电机的功率和扭矩需求较大，对电机的散热要求也较高，并且中低车速由于发动机动力无法接入，燃油经济性也不佳。多档混合动力变速器由于为有级变速，档位切换过程中存在转速突变，对NVH有影响，同时速比级差大，换挡控制难度大，对驾驶舒适性也有一定影响。
有的IMMD混动系统，发动机和驱动电机只有一个固定档位，导致中低车速完全依赖驱动电机，发动机动力无法全速工况介入，对电机的功率要求和散热要求大大提高，中高车速加速下由于发动机转速低，功率输出有限，导致中高车速加速会进入串联模式，仍然依靠驱动电机进行加速，动力性也不佳。
功率分流混合动力变速器由于发动机与轮端无法解耦，导致发动机介入下整车会有冲击感，影响驾驶舒适性；同时由于结构设计上的局限性，无法实现纯发动机行驶。且发动机动力介入下，必须依靠发电电机参与工作，类似杠杆原理实现将发动机动力传递到轮端，这个过程会导致发动机动力介入有延迟，导致车辆在EV向HEV模式切换过程中动力有延迟感。
需要有一种新的混合动力系统，在保证动力性和换挡舒适性的同时解决发动机低速动力无法介入的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种在保证动力性和换挡舒适性的同时解决发动机低速动力无法介入的问题的基于CVT的混合动力系统。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于CVT的混合动力系统，包括CVT组件、驱动电机、发电电机、第一离合器、第二离合器、机械泵、电动泵，所述CVT组件包括输入带轮轴总成和输出带轮轴总成，所述机械泵搭配有发动机，所述驱动电机的输出端直接或间接与输入带轮轴总成的输入带轮轴连接，所述输入带轮轴与联动轴连接，所述联动轴用于接收发动机所输出的力矩，所述输入带轮轴总成接收驱动电机所输出的力矩及经过联动轴传递过来的力矩，所述第一离合器用于发动机与驱动电机之间的动力的耦合和解耦，所述第二离合器用于驱动电机与发电电机之间的动力的耦合和解耦。
其中，由电动泵和机械泵组成的液压动力源，实现在纯电和混动及发动机直驱等模式下系统的建压。由CVT组件实现混动系统的速比变化，保证系统处于高效区运行，同时可以使发动机在中低车速动力进行介入，对驱动电机的功率和扭矩需求降低，对驱动电机的散热要求也更低，同时提高燃油经济性；并且能降低对NVH的影响，能提高驾驶舒适性；还保证高车速加速下的动力性。
本发明的发动机在工作时，发电电机是持续工作的，发电电机和驱动电机可以实现纯电动模式下两个动力的同时输出，提高纯电动的动力性。第一离合器结合时，可以实现车辆靠发动机单独驱动；第一离合器可以切断发动机的动力传递，能靠驱动电机实现纯电驱动，第一离合器实现发动机和驱动电机动力的耦合，实现纯电或混动模式驱动；在不需要充电的情况下，可以通过第二离合器切断与发电电机的传递路径，降低发电电机空转损失，以提升系统效率。本发明具有在保证动力性和换挡舒适性的同时解决发动机低速动力无法介入的问题。
作为优选，所述驱动电机的输出端直接与输入带轮轴总成的输入带轮轴连接，所述第一离合器设置在输入带轮轴与联动轴之间，所述联动轴与发电电机间设有第二离合器，所述发动机始终与联动轴联动。通过上述设置以确保能在不需要充电的情况下，可以通过第二离合器切断与发电电机的传递路径，降低发电电机空转损失，以提升系统效率。
作为优选，所述输入带轮轴通过第二离合器与联动轴连接，所述联动轴通过第一离合器与发动机联动，且所述联动轴与发电电机联动。
通过第一离合器和第二离合器的切换可以实现纯电驱动、HEV串联驱动、HEV并联驱动、发动机直驱以及怠速充电等多种工作模式。并且在发动机直驱或者并联模式下可以切断发电电机的动力传递，提升系统效率。由电动泵和机械泵组成的液压动力源，实现在纯电和混动及发动机直驱等模式下系统的建压和冷却要求。由CVT组件实现混动系统的速比变化，保证系统处于高效区运行，可以使发动机在中低车速动力进行介入，对驱动电机的功率和扭矩需求较小，对驱动电机的散热要求也更低，同时提高燃油经济性；并且能降低对NVH的影响，换挡控制难度更低，能提高驾驶舒适性；还保证高车速加速下的动力性。本发明具有在保证动力性和换挡舒适性的同时解决发动机低速动力无法介入的问题，同时保证高速下达到最佳的燃油经济性的优点。
作为优选，所述驱动电机与输入带轮轴总成的输入带轮轴间设有第三离合器，第三离合器用于实现发动机和驱动电机的动力耦合和解耦。在不需要充电及驱动电机工作的情况下可以切断与发电电机及驱动电机的传递路径，进一步降低电机空转损失，提升系统效率。
作为优选，所述第一离合器和第二离合器中更靠近输入带轮轴的离合器为具有滑差功能的离合器。通过采用具有滑差功能的离合器，以能实现车辆靠发动机起步的要求。
作为优选，所述电动泵设置在壳体外侧，壳体内装有所述CVT组件。通过上述设置，以便于通过整车低压电源或高压电进行供电驱动；通过电动泵可以实现转速精准控制，达到按需供油的目的，提升燃油经济性。
作为优选，所述电动泵与壳体内腔间设有第一油路，电动泵与输入带轮轴总成和输出带轮轴总成间设有第二油路，通过切换阀以实现电动泵对第一油路或第二油路供油的切换。通过上述设置以通过电动泵对系统部件供油冷却，还能实现CVT组件的变速调节。
作为优选，所述发电电机通过齿轮机构与发动机连接。通过上述设置降低对发电电机的扭矩需求，同时提升发电电机的工作转速，保证发电电机高效区运转。
本发明在保证动力性和换挡舒适性的同时能解决发动机低速动力无法介入的问题，同时具有保证高速下达到最佳的燃油经济性的优点。
附图说明
图1为本发明的实施例1的一种结构示意图；
图2为本发明的实施例2的一种结构示意图；
图3为本发明的实施例3的一种结构示意图。
具体实施方式
下面根据附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
由图1所示，本实施例公开了一种基于CVT的混合动力系统，包括CVT组件、驱动电机11、发电电机12、第一离合器13、第二离合器14、机械泵15、电动泵16，CVT组件包括输入带轮轴总成21、输出带轮轴总成22和连接在输入带轮轴总成21与输出带轮轴总成22之间的钢带23，机械泵15搭配有发动机，输入带轮轴总成21接收驱动电机11及发动机（图中未画出）所输出的力矩，驱动电机11的输出端通过花键结构直接与输入带轮轴总成21的输入带轮轴连接。其中，输出带轮轴总成22通过减速机构31和差速器32将动力传递给轮端。
输入带轮轴总成21的输入带轮轴通过第二离合器14与联动轴10连接，联动轴10通过第一离合器13与发动机联动，且联动轴10通过齿轮机构19与发电电机12联动。其中，第一离合器13设置在发动机与发电电机12之间以用于发动机与发电电机12之间的动力的耦合和解耦，第二离合器14设置在驱动电机11与发电电机12之间以用于驱动电机11与发电电机12之间的动力的耦合和解耦。第二离合器14为具有滑差功能的离合器。
其中，电动泵16设置在壳体外侧，壳体内装有CVT组件。电动泵16与壳体内腔间设有第一油路，电动泵16与输入带轮轴总成21和输出带轮轴总成22间设有第二油路，通过切换阀（图中未画出）以实现电动泵对第一油路或第二油路供油的切换。其中，第一油路和第二油路可采用现有任意一种无级变速箱中所具有的油路，切换阀和配套的液压系统可采用现有任意一种无级变速箱中的切换阀和配套的液压系统。其中，减速机构31和差速器32设置在壳体内，本实施例可采用现有任意一种变速箱的减速机构和差速器。
本实施例由发电电机12和驱动电机11组成的动力系统，结合发动机实现不同的驱动模式。由第一离合器13和第二离合器14组成的耦合机构，通过两离合器的切换以实现不同驾驶模式。由电动泵16和机械泵15组成的液压动力源，实现在纯电和混动及发动机直驱等模式下系统的建压和冷却要求；由输入带轮轴总成21、钢带23和输出带轮轴总成21组成的变速机构，实现混动系统的速比变化，保证系统处于高效区运行；由减速机构31和差速器总成32组成的齿轮减速机构，最终将动力传递到轮端。
纯电动驱动时，第一离合器13和第二离合器14断开，驱动电机11的动力通过输入带轮轴总成21、钢带23、输出带轮轴总成22传递到减速机构31，在通过差速器总成32最终将动力传递到轮端。此时系统建压由电动泵16提供，机械泵15不工作。低速电量充足下第一离合器13结合，第二离合器14断开可以实现双电机纯电驱动，进一步提升纯电模式下的动力性。
纯电到混动模式切换时，发电电机12通过第二离合器14启动发动机，发动机启动后通过第一离合器13和第二离合器14结合将动力传递到输入带轮轴总成21，发动机和驱动电机11的动力在输入带轮轴总成21汇合后，通过钢带23、输出带轮轴22、减速机构31和差速器总成32传递到轮端。发动机启动后，系统建压由机械泵15提供，电动泵16基于系统需求给壳体内的相关件提供必要的冷却。
纯发动机工作时，发动机动力通过第一离合器13与第二离合器14将动力传递到CVT组件，并经过减速机构31和差速器总成32传递到轮端，此时驱动电机11不参与动力输出，处于空转状态。另外第二离合器14设计为起步离合器，在大油门起步或者驱动电机故障下，可以通过滑差控制功能保证车辆可以实现发动机起步。此时系统建压由机械泵15提供，电动泵16基于系统需求给相关件提供必要的冷却。
增程模式时，第一离合器13断开，第二离合器14结合，发动机通过第二离合器14与齿轮机构2带动发电电机3运转进行发电，产生的电能提供给驱动电机6从而保证车辆正常行驶，多余的电量可以通过车辆电池进行存储。
怠速模式下，第一离合器13断开，第二离合器14结合，发动机通过第二离合器与齿轮机构19带动发电电机12运转，实现怠速发电功能。
在减速过程中，车辆的惯性力矩通过差速器总成32、减速机构31、CVT组件传递到驱动电机11，通过反拖驱动电机11发电将减速过程的能量回收到车辆电池中，实现节能减排。
倒挡模式时，通过驱动电机11反转实现倒车功能，此时第一离合器13断开，在电量充足的情况下，第二离合器14断开；当电量不足时，第二离合器14结合后通过发电电机12运转经过齿轮机构19启动发动机，发动机启动后通过发电电机12发电并将产生的电能提供给驱动电机11，多余的电量可以通过车辆电池进行存储。
实施例2
由图2所示，本实施例公开了一种基于CVT的混合动力系统，包括CVT组件、驱动电机11、发电电机12、第一离合器13、第二离合器14、机械泵15、电动泵16，CVT组件包括输入带轮轴总成21、输出带轮轴总成22和连接在输入带轮轴总成21与输出带轮轴总成22之间的钢带23，机械泵15搭配有发动机，驱动电机11的输出端通过花键结构直接与输入带轮轴总成21的输入带轮轴连接。其中，输出带轮轴总成22通过减速机构31和差速器32将动力传递给轮端，本实施例可采用现有任意一种变速箱的减速机构和差速器。
第一离合器13设置在输入带轮轴与联动轴10之间，联动轴10与发电电机12间设有第二离合器14，发动机通过链条传动结构始终与联动轴10联动，第一离合器13用于发动机与驱动电机11之间的动力的耦合和解耦，第二离合器14用于驱动电机11与发电电机12之间的动力的耦合和解耦。其中，第一离合器13为具有滑差功能的离合器。
其中，电动泵16设置在壳体外侧，壳体内装有CVT组件、驱动电机11、发电电机12、第一离合器13、第二离合器14、机械泵15。电动泵16与壳体内腔间设有第一油路，电动泵16与输入带轮轴总成21和输出带轮轴总成22间设有第二油路，通过切换阀（图中未画出）以实现电动泵对第一油路或第二油路供油的切换。其中，第一油路和第二油路可采用现有任意一种无级变速箱中所具有的油路，切换阀和配套的液压系统可采用现有任意一种无级变速箱中的切换阀和配套的液压系统。
本实施例由发电电机12和驱动电机11组成的动力系统，结合发动机实现不同的驱动模式。由第一离合器13和第二离合器14组成的耦合机构，通过两离合器的切换以实现不同驾驶模式。由电动泵16和机械泵15组成的液压动力源，实现在纯电和混动及发动机直驱等模式下系统的建压和冷却要求；由输入带轮轴总成21、钢带23和输出带轮轴总成22组成的变速机构，实现混动系统的速比变化，保证系统处于高效区运行；由减速机构31和差速器总成32组成的齿轮减速机构，最终将动力传递到轮端。
纯电动驱动时，第一离合器13和第二离合器14断开，驱动电机11的动力通过输入带轮轴总成21、钢带23、输出带轮轴总成22传递到减速机构31，在通过差速器总成32最终将动力传递到轮端。此时系统建压由电动泵16提供，机械泵15不工作。
纯电到混动模式切换时，发电电机12通过第二离合器14启动发动机，发动机启动后通过第一离合器13结合将动力传递到输入带轮轴总成21，发动机和驱动电机11的动力在输入带轮轴总成21汇合后，通过钢带23、输出带轮轴22、减速机构31和差速器总成32传递到轮端。发动机启动后，系统建压由机械泵15提供，电动泵16基于系统需求给壳体内的相关件提供必要的冷却。
纯发动机工作时，发动机动力通过第一离合器13将动力传递到CVT组件，并经过减速机构31和差速器总成32传递到轮端，此时驱动电机11不参与动力输出，处于空转状态。第二离合器14基于系统是否有发电需求处于结合或断开状态。另外第一离合器14设计为起步离合器，在大油门起步或者驱动电机故障下，可以通过滑差控制功能保证车辆可以实现发动机起步。此时系统建压由机械泵15提供，电动泵16基于系统需求给相关件提供必要的冷却。
增程模式时，第一离合器13断开，第二离合器14结合，发动机通过第一离合器13带动发电电机运转进行发电，产生的电能提供给驱动电机11从而保证车辆正常行驶，多余的电量可以通过车辆电池进行存储。
怠速模式下，第一离合器13断开，第二离合器14结合，发动机通过第二离合器14带动发电电机12运转，实现怠速发电功能。
在减速过程中，车辆的惯性力矩通过差速器总成32、减速机构31、CVT组件传递到驱动电机11，通过反拖驱动电机11发电将减速过程的能量回收到车辆电池中，实现节能减排。
倒挡模式时，通过驱动电机11反转实现倒车功能，此时第一离合器13断开，发动机通过第二离合器14带动发动机运转进行发电，产生的电能提供给驱动电机11，多余的电量可以通过车辆电池进行存储。
实施例3
由图3所示，本实施例与实施例2的区别仅在于：驱动电机11与输入带轮轴总成21的输入带轮轴间设有第三离合器19，第三离合器19用于实现发动机和驱动电机11的动力耦合和解耦。
纯电动驱动时，第一离合器13和第二离合器14断开，第三离合器19结合；驱动电机11的动力通过第三离合器19传递到输入带轮轴总成21、钢带23、输出带轮轴总成22再传递到减速机构31，在通过差速器总成32最终将动力传递到轮端。此时系统建压由电动泵16提供，机械泵15不工作。
纯电到混动模式切换时，发电电机12通过第二离合器14启动发动机，发动机启动后通过第一离合器13结合将动力传递到输入带轮轴总成21，发动机和驱动电机11的动力在输入带轮轴总成21汇合后，通过钢带23、输出带轮轴总成22、减速机构31和差速器总成32传递到轮端。发动机启动后，系统建压由机械泵15提供，电动泵16基于系统需求给相关件提供必要的冷却。
纯发动机工作时，发动机动力通过第一离合器13传递到带轮系统（输入带轮轴总成21、钢带23、输出带轮轴总成22），并经过减速机构31和差速器总成32传递到轮端，此时第三离合器19断开，驱动电机11不参与动力输出，处于空转状态，第二离合器14基于系统是否有发电需求处于结合或断开状态。另外第一离合器13设计为起步离合器，在大油门起步或者驱动电机故障下，可以通过滑差控制功能保证车辆可以实现纯发动机起步。此时系统建压由机械泵15提供，电动泵16基于系统需求给相关件提供必要的冷却。
增程模式时，第一离合器13断开，第二离合器14和第三离合器19结合，发动机通过第二离合器14带动发电电机12运转进行发电，产生的电能提供给驱动电机11从而保证车辆正常行驶，多余的电量可以通过车辆电池进行存储。
怠速模式下，第一离合器13断开，第二离合器14结合，发动机通过第二离合器14带动发电电机12运转，实现怠速发电功能。
相反在减速过程中，车辆的惯性力矩通过差速器总成32、减速机构31、带轮系统传递到第三离合器19，再传递到驱动电机11，通过反拖驱动电机11发电将减速过程的能量回收到车辆电池中，实现能量回收。
倒挡模式时，通过驱动电机11反转实现倒车功能，此时第一离合器13和第二离合器14离合器断开，第三离合器19结合；当电池电量不足时，第二离合器14结合，发动机通过第二离合器14带动发电电机12运转进行发电，产生的电能提供给驱动电机11，多余的电量可以通过车辆电池进行存储。
本发明在保证动力性和换挡舒适性的同时，能解决发动机低速动力无法介入的问题，能实现双电机纯电驱动，进一步提升纯电模式下的动力性，还具有能保证高速下达到最佳的燃油经济性的优点。
Claims (8)
1.一种基于CVT的混合动力系统，其特征在于包括CVT组件、驱动电机、发电电机、第一离合器、第二离合器、机械泵、电动泵，所述CVT组件包括输入带轮轴总成和输出带轮轴总成，所述机械泵搭配有发动机，所述驱动电机的输出端直接或间接与输入带轮轴总成的输入带轮轴连接，所述输入带轮轴与联动轴连接，所述联动轴用于接收发动机所输出的力矩，所述输入带轮轴总成接收驱动电机所输出的力矩及经过联动轴传递过来的力矩，所述第一离合器用于发动机与驱动电机之间的动力的耦合和解耦，所述第二离合器用于驱动电机与发电电机之间的动力的耦合和解耦。
2.根据权利要求1所述的基于CVT的混合动力系统，其特征在于所述驱动电机的输出端直接与输入带轮轴总成的输入带轮轴连接，所述第一离合器设置在输入带轮轴与联动轴之间，所述联动轴与发电电机间设有第二离合器，所述发动机始终与联动轴联动。
3.根据权利要求1所述的基于CVT的混合动力系统，其特征在于所述输入带轮轴通过第二离合器与联动轴连接，所述联动轴通过第一离合器与发动机联动，且所述联动轴与发电电机联动。
4.根据权利要求1所述的基于CVT的混合动力系统，其特征在于所述驱动电机与输入带轮轴总成的输入带轮轴间设有第三离合器，第三离合器用于实现发动机和驱动电机的动力耦合和解耦。
5.根据权利要求2或3所述的基于CVT的混合动力系统，其特征在于所述第一离合器和第二离合器中更靠近输入带轮轴的离合器为具有滑差功能的离合器。
6.根据权利要求1所述的基于CVT的混合动力系统，其特征在于所述电动泵设置在壳体外侧，壳体内装有所述CVT组件。
7.根据权利要求6所述的基于CVT的混合动力系统，其特征在于所述电动泵与壳体内腔间设有第一油路，电动泵与输入带轮轴总成和输出带轮轴总成间设有第二油路，通过切换阀以实现电动泵对第一油路或第二油路供油的切换。
8.根据权利要求1所述的基于CVT的混合动力系统，其特征在于所述发电电机通过齿轮机构与发动机连接。
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