CN116476627A - 混合动力系统和车辆 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种混合动力系统和车辆，其中所述混合动力系统包括发动机、第一电机、第二电机、变速器输入轴、输出轴、以及离合器，其中所述发动机的输出轴与所述第一电机的旋转轴以同轴的方式直接连接，同时所述发动机的输出轴抗扭转地连接所述变速器输入轴，所述变速器输入轴通过传动机构传动连接至所述输出轴，所述第二电机的旋转轴与所述输出轴抗扭转连接，所述离合器布置在所述变速器输入轴和所述传动机构之间，能够切断或连接所述变速器输入轴向所述传动机构的扭矩传递。本申请所述混合动力系统和车辆能解决现有混合动力系统的轴向尺寸较大，且制造成本较高等问题。

Description

混合动力系统和车辆
技术领域
本发明涉及混合动力技术领域，特别是有关于一种混合动力系统和车辆。
背景技术
混合动力车辆是指使用两种以上动力来源的车辆。最常见的油电混合动力汽车采用传统的内燃机(柴油机或汽油机)和电动机作为动力源。混合动力汽车中使用混合动力专用变速器(DHT,Dedicated Hybrid Transmissions)，该方案是是将电机的部件连接到传统动力总成之上，可以理解为将电机集成到变速箱里面。
当前，双电动机的混合动力系统一般采用P1+P3模式。该两台电动机中，其中一台电动机作为发电机，另一台电动机作为牵引电机。该混合系统有串行和并行两种工作模式。更为具体地，双电机混合动力系统具有纯电动模式(EV)、混合电动模式(HEV)、发动机驱动模式和能量回收模式。
图1为一种已知的P1+P3型混合动力系统的示意图，并且图1中的混合动力系统900为典型的IMMD(Intelligent Multi Mode Drive,智能化多模式驱动)。如图1所示，所述混合动力系统900具有发动机910、第一电机920和第二电机930，其中所述第一电机920和第二电机930共轴线布置。
显然地，上述混合动力系统900整体的轴向尺寸较大。而且，所述发动机910和所述第一电机920之间的连接要用到一组齿轮、长轴以及数个轴承等多个部件，导致该混合动力系统成本较高，且该混合动力系统的成本高于其他竞争对手。
因此，为了解决上述问题，发明人提出了一种混合动力系统和车辆。
发明内容
本申请提供一种混合动力系统和车辆，能解决混合动力系统的轴向尺寸较大，且制造成本较高等问题。
本申请提供一种混合动力系统，包括发动机、第一电机、第二电机、变速器输入轴、变速器输出轴、以及离合器；
其中所述发动机的输出轴与所述变速器输入轴抗扭转连接；
所述第一电机的旋转轴与所述变速器输入轴抗扭转连接；
所述第二电机的旋转轴与所述变速器输出轴抗扭转连接；
所述变速器输入轴经由传动机构与所述变速器输出轴抗扭转连接；
所述离合器布置在所述变速器输入轴和所述传动机构之间，所述离合器能够切断或连接所述变速器输入轴向所述传动机构的扭矩传递。
可选地，在本申请的一些实施例中，在所述混合动力系统的轴向方向上，所述第一电机的旋转轴、所述变速器输入轴和所述发动机的输出轴三者依次布置、且该三者以同轴的方式直接连接。
可选地，在本申请的一些实施例中，所述传动机构具有空套地设置在所述变速器输入轴上的第一齿轮；
所述离合器具有能够相互连接或分离的第一离合件和第二离合件，其中所述第一离合件与所述变速器输入轴抗扭转连接，所述第二离合件与所述第一齿轮抗扭转地连接。
可选地，在本申请的一些实施例中，所述第一齿轮通过滚动轴承安装在所述变速器输入轴上。
可选地，在本申请的一些实施例中，所述传动机构还包括抗扭转地设置在所述变速器输出轴上的第二齿轮，所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合；
所述混合动力系还包括差速器，所述变速器输出轴通过所述第二齿轮连接所述差速器的输入齿轮，以驱动所述差速器旋转。
可选地，在本申请的一些实施例中，所述第二齿轮一体化设置在所述变速器输出轴上并与所述变速器输出轴不可拆卸连接。
可选地，在本申请的一些实施例中，所述第二电机的旋转轴为空心轴，所述变速器输入轴套设在所述第二电机的旋转轴内。
可选地，在本申请的一些实施例中，所述第二电机的旋转轴经由一齿轮副与所述变速器抗扭转连接，该齿轮副包括：
第三齿轮，抗扭转地安装在所述第二电机的旋转轴上；以及，
第四齿轮，抗扭转地安装在所述变速器的输出轴上并与所述第三齿轮啮合。
可选地，在本申请的一些实施例中，所述第三齿轮一体化设置在所述第二电机的旋转轴上且与所述第二电机的旋转轴不可拆卸连接。
可选地，在本申请的一些实施例中，所述混合动力系统具有控制模块，所述控制模块能够控制所述混合动力系统实现纯电动模式、混合电动模式、启动发动机模式、发动机驱动模式、能量回收模式以及混合动力模式；
在所述纯电动模式下：所述离合器断开，所述第一电机和所述发动机不运行，所述第二电机运行且所述第二电机的扭矩传递至所述输出轴；
在所述混合电动模式下：所述离合器断开，所述第一电机和所述发动机运行，所述第一电机接收所述发动机的扭矩并将其转化为电能，所述第二电机运行且所述第二电机的扭矩传递至所述输出轴；
在所述启动发动机模式下：所述离合器断开，所述第二电机的扭矩被传递至所述输出轴，所述第一电机的动力传递至所述发动机，以重启所述发动机；
在所述发动机驱动模式下：所述第一电机和所述第二电机均不运行，所述离合连接，所述发动机运行且所述发动机的扭矩传递至所述输出轴；
在所述能量回收模式下：所述离合器断开，所述第一电机和所述发动机均不运行，所述第二电机运行，并且所述第二电机将由所述输出轴接收的扭矩转化为电能；
在所述混合动力模式下：所述离合器连接，所述发动机、所述第二电机运行，并且所述发动机的扭矩和所述第二电机的扭矩均被传递至所述输出轴；或者，所述离合器连接，所述发动机、所述第一电机和所述第二电机运行，并且三者的扭矩均被传递至所述输出轴。
相应地，本申请提供一种车辆，包括如本申请所述的混合动力系统。
与现有技术相比，本申请所述混合动力系统和车辆，所述第一电机的旋转轴与所述发动机的输出轴直接地抗扭转连接至所述变速器输入轴，并利用离合器和传动机构直接地将发动机或者第一电机的动力传递至输出轴，能减少所述第一发动机和所述发动机动力联接的部件，有利于减少所述混合动力系统的成本和轴向空间，进而本申请的混合动力系统能适用于多种类型的车辆。
再者，本申请的混合动力系统中，所述离合器被集成在变速器中，使得驱动系统的布局更加紧凑。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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为一种已知的P1+P3型混合动力系统的示意图；
图2为依据本发明其中一实施例提出的混合动系统的示意图。
上述附图中的附图标记说明如下：
混合动力系统 100 发动机 10
第一电机 20 第二电机 30
离合器 40 差速器 50
第一离合件 41 第二离合件 42
齿轮 G1-G5 轴 S1-S5
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，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。此外，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本申请，并不用于限制本申请。在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”、“下”、“左”、“右”通常是指装置实际使用或工作状态下的上、下、左和右，具体为附图中的图面方向。
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地包括至少一个该特征。
本申请提供一种混合动力系统以及包含本申请所述混合动力系统的车辆。如图2所示，所述混合动力系统100包括发动机10、第一电机20、第二电机30、离合器40、变速器输入轴S4、变速器输出轴S5、以及传动机构。
所述发动机10、所述第一电机20和所述第二电机30均能作为动力源，输出的动力经由变速器输出轴S5传递至车辆的车轮。
所述发动机10可以内燃机ICE，所述内燃机通常是指传统的柴油内燃机或汽油内燃机，当然也可以是使用其他替代燃料，例如压缩天然气、丙烷和乙醇燃料等的内燃机。此外，发动机10可以是四缸发动机，但是该发动机10不限于四缸发动机10，还可以是其它类型的发动机10。
所述第一电机20能作为电动机使用。此时，第一电机20主要用于提高发动机30在怠速、启动等情况下的燃油效率。
再者，所述第一电机20还能作为发电机使用。此时，所述第一电机20能将所述发动机10输出的动力转换为电能存储在与所述第一电机20电连接的电池中。
所述第二电机30能作为电动机使用，可以将动力提供至车轮。或者，所述第二电机30还能作为发电机使用，此时所述第二电机30能在制动过程中将车轮的动力转化为电能存储与所述第二电机30电连接的电池中。其中所述第一电机20、第二电机30的将动力转换为电能的具体实现将在下文介绍混合动力驱动系统的工作模式时详细描述。
如图2所示，所述发动机10抗扭转地连接所述变速器输入轴S4。在本实施例中，所述发动机10的输出轴S1可以经由双质量飞轮DMF耦合到变速器输入轴S4。所述双质量飞轮DMF与所述变速器输入轴S4可以采用花键连接。
如图2所示，所述第一电机20抗扭转地连接至所述发动机10或者所述变速器输入轴S4上。此时，所述第一电机20和所述发动机10两者之间借助所述变速器输入轴S4进行传递扭矩，所述发动机10的动力从变速器输入轴S4输入到变速器。
在本实施例中，所述发动机10的输出轴S1、第一电机20的旋转轴S2和所述变速器输入轴S4三者以同轴的方式直接连接。
上述“以同轴的方式直接连接”表示第一电机20的旋转轴S2、所述发动机10的输出轴S1与变速器输入轴S4三者可以为同一个轴或者第一电机20的输出轴、所述发动机10的输出轴与变速器输入轴S4三者以同轴的方式直接连接。
例如，在本实施例中，所述第一电机20的旋转轴S2和所述发动机10的输出轴S1直接固定连接在所述变速器输入轴S4的轴向两端。
具体地，所述第一电机20包括定子、转子以及用于支撑转子的转子轮毂，所述转子轮毂可以用作第一电机20的旋转轴S2抗扭连接到所述变速器输入轴S4。在本实施例中，所述转子轮毂与所述变速器输入轴S4采用花键连接。在另外一些实施例中，所述转子轮毂可以一体地形成或者抗扭连接到所述变速器输入轴S4。
如图2所示，所述第二电机30的旋转轴S3为中空轴，所述第二电机30的旋转轴S3套设在所述变速器输入轴S4外围。并且，所述第二电机30的旋转轴S3抗扭转地连接至所述输出轴S4。
如图2所示，在本实施例中，从所述变速器输入轴S4的轴向上观察，所述第一电机20、所述第二电机30和所述发动机10依次排布。在具体实施时，所述变速器能布置在所述第二电机30和所述发动机10之间。
如图2所示，所述离合器40设置在所述变速器输入轴S4和所述传动机构之间，用来切断或连接所述变速器输入轴S4和所述传动机构的扭矩传递。
如图2所示，所述离合器40包括能够相互接合或分离的第一离合件41和第二离合件42，其中所述第一离合件41抗扭转地连接在套设在所述变速器输入轴S4上，所述第二离合件42抗扭转地连接在所述第一齿轮G1上。
当所述第一离合件41和第二离合件42接合时，所述离合器40闭合，所述变速器输入轴S4与所述传动机构传动联接，进而经由所述传动机构实现与变速器输出轴S5的传动联接；当所述第一离合件41和第二离合件42分离时，所述离合器40断开，所述变速器输入轴S4与所述传动机构传动联接断开，进而断开了与所述变速器输出轴S5传动联接。如此设置，所述离合器40能切断或连接所述发动机10和所述变速器之间的扭矩传递。例如，在混合动力模式下，发动机10输出的功率可以通过离合器40选择性地输入到变速器的变速器输出轴S5。
同时，所述离合器40设置在变速器输入轴S4和第一齿轮G1上，也就是说，离合器40被集成在变速器中，使得驱动系统的布局更加紧凑。
在本实施方式中，所述离合器40例如为传统的湿式离合器40，在这里对该湿式离合器40的结构不进行具体说明了。
请参考图2，所述传动机构布置在所述变速器输入轴S4和变速器输出轴S5之间，用来将实现所述变速器输入轴S4和变速器输出轴S5的传动联接。
在本实施例中，所述传动机构为一齿轮副，该齿轮副包括第一齿轮G1和第二齿轮G2。其中所述第一齿轮G1空套在所述变速器输入轴S4上,所述第二齿轮G2抗扭转地设置在所述变速器输出轴S5上，并且所述第一齿轮G1和所述第二齿轮G2啮合。
优选地，所述第一齿轮G1套设在所述变速器输入轴S4外围并通过滚动轴承支承在所述变速器输入轴S4上。其中所述第二齿轮G2与所述变速器输出轴S5一体化设置，并且所述第二齿轮和所述变速器输出轴S5两者不可拆卸连接。
如此，所述发动机10的动力能经由所述变速器输入轴S4、所述离合器40、所述第一齿轮G1和所述第二齿轮G2传递至所述旋转轴S2。
如图2所示，所述混合动力系统100包括第三齿轮G3和第四齿轮G4。
其中所述第三齿轮G3抗扭转地套设在所述第二电机30的旋转轴S3上，所述第四齿轮G4抗扭转地套设在所述变速器输出轴S5上，并且所述第三齿轮G3和所述第四齿轮G4。
其中所述第三齿轮G3抗扭转地连接在第二电机30的旋转轴S3上。
如图2所示，所述混合动力系统还包括差速器50，所述差速器50抗扭转地连接至所述变速器输出轴S5上。
在本实施例中，固定于变速箱变速器输出轴S5上的第二齿轮G2与固定于差速器50上的第五齿轮G5啮合，通过第五齿轮G5与所述第二齿轮G2传动配合将变速箱输出轴上S5的动力传递给差速器50，用于输出动力给车轮，以驱动车辆行驶。
在本申请的方案中，通过调整发动机10、第一电机20、第二电机30和离合器40的状态，本发明的混合动力系统100能够在多种工作模式之间切换操作，以适应车辆在不同工况下对驱动系统提出的要求。
下面将描述图2所示实施例的混合动力系统的多个工作模式，根据图2所示的混合动力驱动系的多个工作模式的描述，本领域技术人员可以根据其工作原理了解本发明的其他实施例的混合动力系统的工作原理。
1.纯电动模式(EV)；
在该模式下，电池充满电，所述发动机10和所述第一电机20均不运转，所述离合器40被断开，所述第二电机30处于驱动模式。因此，第二电机30是驱动车辆行驶的唯一动力源。将第二电机30作为动力源时，能够避免发动机10在非高效工作区工作，从而提高燃油经济性。
该模式下，第二电机30的扭矩经由第三齿轮G3和第四齿轮G4传递至所述输出轴，然后经由第二齿轮G2和第五齿轮G5传递到差速器50，最后车轮从差速器50获得扭矩。
2.混合电动模式(HEV)；
此时，所述发动机10运转，所述第一电机20用作发电机，所述离合器4040被断开，所述第二电机30处于驱动模式。因此，所述发动机10驱动第一电机20，该第一电机20产生用来给电池充电的电能，电池的电能驱动第二电机30以驱动车辆运行。
在上述过程中，所述发动机10的扭矩经由变速器输入轴S4传递至第一电机20；而所述第二电机30的扭矩则经由第三齿轮G3和第四齿轮G4传递至所述变速器输入轴S4，然后经由所述第二齿轮G2和所述第五齿轮G5传递至所述差速器50，最终传递到车轮。
3.发动机启动模式；
此时，离合器40被断开，第一电机20处于驱动模式，以转动所述发动机10，所述第二电机30用作牵引电机，并处于驱动模式。因此，第二电机30提供动力驱动车辆，第一电机20启动发动机10。
在该过程中，所述第一电机20在电池的电能的作用下，以驱动所述发动机10。此时，所述第一电机20的扭矩经由所述变速器输入轴S4被传递至所述发动机10。而所述第二电机30的扭矩经由第三齿轮G3和第四齿轮G4被传递至所述变速器输出轴S5，然后经由所述第二齿轮G2和所述第五齿轮G5被传递所述差速器50，所述车轮由所述差速器50处获得扭矩。
4.混合动力模式；
4.1第一混合动力模式；
在该模式下，所述离合器40闭合，所述第一电机20不运转，所述发动机10和所述第二电机30处于驱动模式。因此，所述发动机10与第二电机30共同驱动车辆运行。
在该过程中，所述发动机10的扭矩经由所述变速器输入轴S4、所述离合器40传递至第一齿轮G1，然后经由第二齿轮G2传递至所述输出轴；而所述第二电机30的扭矩经由所述第三齿轮G3和所述第四齿轮G4传递至所述输出轴。
由于所述发动机10与所述第二电机30两个都在提供动力，该两者之间的功率可以通过所述差速器50进行分配。在混合驱动模式下，所述发动机10和所述第二电机30的转速可以通过调整传动比来匹配。
4.2第二混合动力模式；
在该模式下，所述离合器40闭合，所述发动机10、所述第一电机20和所述第二电机30处于驱动模式。因此，所述发动机10、所述第一电机20和所述第二电机30。
在该过程中，所述发动机10和所述第一电机20的扭矩经由所述变速器输入轴S4、所述离合器40传递至第一齿轮G1，然后经由第二齿轮G2传递至所述输出轴。其中，所述发动机10和所述第一电机20两者的扭矩耦合，可以通过控制该两者的转速实现。
而所述第二电机30的扭矩经由所述第三齿轮G3和所述第四齿轮G4传递至所述输出轴。
由于所述发动机10与所述第二电机30两个都在提供动力，该两者之间的功率可以通过所述差速器50进行分配。在混合驱动模式下，所述发动机10和所述第二电机30的转速可以通过调整传动比来匹配。
5.发动机驱动模式；
此时，所述发动机10运处于运行模式，所述离合器40被闭合，所述第一电机20和所述第二电机30均不运转。所述发动机10驱动车辆运行。
在该过程中，所述发动机10的动力经由第一齿轮G1、所述第二齿轮G2和所述第五齿轮G5传递至所述差速器50，最后传递至车轮。
6.能量回收模式；
在该模式下，所述发动机10停止运转，所述离合器40被断开，所述第一电机20停止运转，所述第二电机30用作发电机。此时，所述第二电机30将驱动系统中的动能转换成电能，以进行能量回收，提高驱动系统的能量利用率。
能量回收模式的适用条件包括两种：1)车辆处于滑行工况，即油门踏板和制动踏板均被释放，驱动系统中的任一动力源均不提供车辆行驶所需动力；2)车辆处于制动工况。
在该过程中，所述车轮带动所述第五齿轮G5转动，然后通过所述第二齿轮G2转动，进而使得所述第二电机30进行发电，将车辆的动能转换为电能，储存到电池中，为电池充电，实现能量回收。经由齿轮对将变速器输出轴的扭矩传递到第二电机30，使得车轮的能量以最短的传输路径传递到第二电机30，可提高能量回收效率。
一般而言，能量回收模式的适用条件包括两种：1)车辆处于滑行工况，即油门踏板和制动踏板均被释放，驱动系统中的任一动力源均不提供车辆行驶所需动力；2)车辆处于制动工况。
可以理解的是，由于所述车辆包括有前述混合动力系统100，前述实施例所示出的结构均可被相对应地应用至所述混合动力系统100中，因此所述混合动力系统100也可相对应地具备相应的技术效果，本实施例不再赘述。
以上对本申请提供混合动力系统和车辆进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种混合动力系统，其特征在于，包括发动机、第一电机、第二电机、变速器输入轴、变速器输出轴、以及离合器；
其中所述发动机的输出轴与所述变速器输入轴抗扭转连接；
所述第一电机的旋转轴与所述变速器输入轴抗扭转连接；
所述第二电机的旋转轴与所述变速器输出轴抗扭转连接；
所述变速器输入轴经由传动机构与所述变速器输出轴抗扭转连接；
所述离合器布置在所述变速器输入轴和所述传动机构之间，所述离合器能够切断或连接所述变速器输入轴向所述传动机构的扭矩传递。
2.如权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于，在所述混合动力系统的轴向方向上，所述第一电机的旋转轴、所述变速器输入轴和所述发动机的输出轴三者依次布置、且该三者以同轴的方式直接连接。
3.如权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于，所述传动机构具有空套地设置在所述变速器输入轴上的第一齿轮；
所述离合器具有能够相互连接或分离的第一离合件和第二离合件，其中所述第一离合件与所述变速器输入轴抗扭转连接，所述第二离合件与所述第一齿轮抗扭转地连接。
4.如权利要求3所述的混合动力系统，其特征在于，所述第一齿轮通过滚动轴承安装在所述变速器输入轴上。
5.如权利要求3所述的混合动力系统，其特征在于，所述传动机构还包括抗扭转地设置在所述变速器输出轴上的第二齿轮，所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合；
所述混合动力系还包括差速器，所述变速器输出轴通过所述第二齿轮连接所述差速器的输入齿轮，以驱动所述差速器旋转。
6.如权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于，所述第二齿轮一体化设置在所述变速器输出轴上并与所述变速器输出轴不可拆卸连接。
7.如权利要求1中所述的混合动力系统，其特征在于，所述第二电机的旋转轴为空心轴，所述变速器输入轴套设在所述第二电机的旋转轴内。
8.如权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于，所述第二电机的旋转轴经由一齿轮副与所述变速器抗扭转连接，该齿轮副包括：
第三齿轮，抗扭转地安装在所述第二电机的旋转轴上；以及，
第四齿轮，抗扭转地安装在所述变速器的输出轴上并与所述第三齿轮啮合。
9.如权利要求8所述的混合动力系统，其特征在于，所述第三齿轮一体化设置在所述第二电机的旋转轴上且与所述第二电机的旋转轴不可拆卸连接。
10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的混合动力系统。
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