CN201753013U - 混合动力驱动系统及包含该驱动系统的车辆 - Google Patents

混合动力驱动系统及包含该驱动系统的车辆 Download PDF

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罗红斌
任毅
杨胜麟
李军
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H3/00Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/44Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/72Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously

Abstract

混合动力驱动系统,包括内燃机、第一电机以及第二电机,其中,还包括第一离合器、第二离合器、用于输出动力的输出轴以及第一输入轴和第二输入轴,第一输入轴和输出轴之间通过一级或多级齿轮副形成第一传动比,第二输入轴和输出轴之间通过一级或多级齿轮副形成第二传动比,内燃机与第一电机连接,第一电机通过第一离合器与第一输入轴连接,第二电机与第二输入轴连接,第一电机还通过第二离合器与第二输入轴连接。本实用新型还提供了一种包含该驱动系统的车辆。本实用新型由于形成了车辆前进档的两个档级,进而能够根据车辆的不同行驶工况,灵活选择各种工作模式和各个对应档位,所以很好的满足了车辆在不同工况下的行驶需要。

Description

混合动力驱动系统及包含该驱动系统的车辆
技术领域
[0001] 本实用新型涉及混合动力驱动系统及包含该驱动系统的车辆。 背景技术
[0002] 当今世界人类面临着能源匮乏和环境恶化两大挑战,传统汽车日益受到石油危机 的严重困扰,节能环保逐渐成为汽车行业的发展主题。鉴于此,推出纯电动汽车的呼吁日益 高涨,但是受到技术、政策等诸多因素的制约,当前纯电动汽车还无法实现量产、全面推向 市场化。
[0003] 混合动力汽车由于其在节能和环保方面的优异表现,无疑是在纯电动汽车实现产 业化之前,最为现实的技术之一。
[0004] 现有技术公开了一种汽车混合动力驱动系统,如图5所示,该驱动系统包括内燃 机100、电动机200以及作为动力耦合机构的行星齿轮机构,该行星齿轮机构包括齿圈400、 安装有行星齿轮的行星架500和太阳轮600,其中,电动机200通过齿轮300将动力传递给 齿圈400,内燃机100将动力传递给太阳轮600,然后将二者的动力通过行星架而耦合在一 起并传输给汽车的行驶系。
[0005] 公知地,汽车的内燃机或电动机的转速较高,由内燃机或电动机输出的转动传递 到汽车的驱动轮之前,必须经过减速机构减速增扭以驱动汽车,这在混合动力汽车上同样 如此。减速机构主要由减速齿轮系构成,其减速比在减速齿轮箱制造完成之后是固定不变 的。为适应不同工况下汽车减速增扭的需要,传统汽车驱动系统(即仅由内燃机驱动)安 装有变速箱以进行汽车的档位操作,但是,对于混合动力汽车而言,由于其动力机构(即内 燃机和电机)的布置形式以及动力耦合机构的限制,安装变速箱不但使得驱动系统结构过 于复杂,而且在安装结构上也难以实现。因此,混合动力汽车的倒挡主要通过控制电动机的 正反转实现,而变速则主要通过调整电动机的转速来实现,这相当于一种无级变速。
[0006] 但是,混合动力汽车的这种变速方式并不能适应汽车不同工况下的需要,例如,对 于上述混合动力驱动系统而言,当汽车处于爬坡(假设坡度是该汽车满载下所能行驶的极 限坡度)情形下时,需要使得内燃机100和电动机200耦合后的输出扭矩达到最大,此时电 动机200的输出扭矩应当在该情形下达到最大,但是该输出转速必须经过减速机构减速以 增加扭矩才能带动汽车爬坡(尤其是汽车满载而质量较大时),为适应此种工况减速机构 的减速比必须设计得较大。但是,如果以该较大的减速比来作为该混合动力驱动系统减速 机构的减速比却不能适应该汽车其它工况的需要,例如,当该汽车空载并行驶在平坦路面 上时,此时要求汽车能够以比较高的速度行使,然而由于减速机构的减速比已经设计得较 大,此时即使电动机200和内燃机100耦合后的转速达到最大,但经过减速机构较大的减速 比的减速,汽车的行驶速度仍然不够理想。
[0007] 由上分析可知,传统的汽车混合动力驱动系统的变速方式并不能满足汽车不同工 况下的行驶需要,这在汽车混合动力驱动系统的设计上一直是一个比较难以解决的问题。实用新型内容
[0008] 本实用新型为解决现有混合动力驱动系统的变速方式不能满足汽车不同工况下 的行驶需要的技术问题,提供一种可以满足汽车不同工况下的行驶需要的混合动力驱动系 统及包含该驱动系统的车辆。
[0009] 本实用新型一方面提供了混合动力驱动系统,包括内燃机、第一电机以及第二电 机,其中,所述混合动力驱动系统还包括第一离合器、第二离合器、用于输出动力的输出轴 以及各自向所述输出轴输送动力的第一输入轴和第二输入轴,第一输入轴和输出轴之间通 过一级或多级齿轮副形成第一传动比,第二输入轴和输出轴之间通过一级或多级齿轮副形 成第二传动比,所述内燃机与所述第一电机连接,所述第一电机通过所述第一离合器与所 述第一输入轴连接,所述第二电机与所述第二输入轴连接,所述第一电机还通过所述第二 离合器与所述第二输入轴连接。
[0010] 进一步地,所述第一输入轴上固定有第一齿轮,所述第二输入轴上固定有第二齿 轮,所述输出轴上固定有第三齿轮和第四齿轮,所述第一齿轮与所述第三齿轮啮合形成第 一传动比,所述第二齿轮与所述第四齿轮啮合形成第二传动比。
[0011] 所述混合动力驱动系统还包括差速器,所述差速器与所述第三齿轮或所述第四齿 轮连接。
[0012] 所述混合动力驱动系统还包括差速器,所述输出轴上还固定有第五齿轮,所述差 速器与所述第五齿轮连接。
[0013] 进一步地,
[0014] 所述第一传动比小于所述第二传动比。
[0015] 所述第一电机的转子具有中空结构,所述第一离合器和所述第二离合器均位于所 述第一电机的中空结构中并与第一电机的转子连接,所述第一输入轴为中空轴,所述第二 输入轴穿过所述第一输入轴与所述第二离合器连接,所述第一输入轴与所述第一离合器连 接。
[0016] 所述第二电机的转子具有中空结构,所述第一离合器和所述第二离合器均位于所 述第二电机的中空结构中,所述第二离合器与所述第二电机的转子连接,所述第一输入轴 和所述第二输入轴均为中空轴,所述第一电机的输出轴穿过所述第一输入轴并分别与所述 第一离合器和所述第二离合器连接,所述第一输入轴穿过所述第二输入轴与所述第一离合 器连接。
[0017] 所述第二电机位于所述内燃机和第一电机之间,所述第二电机的转子具有中空结 构,所述第一离合器和所述第二离合器均位于所述第二电机的中空结构中,所述第二离合 器与所述第二电机的转子连接,所述第一输入轴和所述第二输入轴均为中空轴,所述第一 电机的输出轴穿过所述第一输入轴并分别与所述第一离合器、第二离合器以及内燃机的输 出轴连接,所述第一输入轴穿过所述第二输入轴与所述第一离合器连接。
[0018] 所述第一电机和第二电机的转子均具有中空结构,所述第一离合器位于所述第一 电机的中空结构中并与所述第一电机的转子连接,所述第一离合器还与所述第一输入轴连 接,所述第二离合器位于所述第二电机的中空结构中并与所述第二电机的转子连接,所述 第二离合器还与所述第二输入轴连接,所述第一输入轴和所述第二输入轴均为中空轴,所 述内燃机的输出轴与所述第一电机的转子连接并穿过所述第一输入轴和第二输入轴与所述第二离合器连接。
[0019] 本实用新型另一方面还提供了一种车辆,其中,所述车辆包括上述的混合动力驱 动系统。
[0020] 本实用新型的混合动力驱动系统及包含该驱动系统的车辆,由于设置了两个输入 轴和一个输出轴,两个输入轴和输出轴之间分别通过齿轮副连接,同时通过第二离合器将 内燃机与第二输入轴连接,内燃机和第二电机分别通过两个输入轴输出动力,从而形成了 车辆前进档的两个档级,进而能够根据车辆的不同行驶工况,灵活选择各种工作模式和各 个对应档位,所以很好的满足了车辆在不同工况下的行驶需要。同时内燃机还可以通过第 二输入轴输出动力,即内燃机可以通过两个传动比输出动力,从而更好的提高了内燃机在 不同速度下的燃油经济性。此外,本实用新型的具有两个前进档级的混合动力驱动系统能 够使得整车低速扭矩增大、起步更快,而在中高速下能够更好地发挥出内燃机的最高效率, 提高了能量转换效率,减少了尾气排放与能量损耗,最终达到整车的低排放、低油耗和高动 能等效果。
附图说明
[0021] 图1是本实用新型提供的混合动力驱动系统的第一种实施方式的示意图;
[0022] 图2是本实用新型提供的混合动力驱动系统的第二种种实施方式的示意图;
[0023] 图3是本实用新型提供的混合动力驱动系统的第三种实施方式的示意图;
[0024] 图4是本实用新型提供的混合动力驱动系统的第四种实施方式的示意图;
[0025] 图5是现有技术提供的汽车混合动力驱动系统的示意图。
具体实施方式
[0026] 为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下 结合附图及实施例,对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施 例仅仅用以解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。
[0027] 根据本实用新型的一种实施方式,如图1-4所示,混合动力驱动系统,包括内燃机 1、第一电机3以及第二电机10,其中,该混合动力驱动系统还包括第一离合器4、第二离合 器6、用于输出动力的输出轴13以及各自向输出轴13输送动力的第一输入轴5和第二输入 轴7,第一输入轴5和输出轴13之间通过一级或多级齿轮副形成第一传动比,第二输入轴7 和输出轴13之间通过一级或多级齿轮副形成第二传动比,内燃机1与第一电机3连接,第 一电机3通过第一离合器4与第一输入轴5连接,第二电机10与第二输入轴7连接,第一 电机3还通过第二离合器6与第二输入轴7连接。
[0028] 输入轴和输出轴之间可以根据需要设置一级或多级齿轮副,为了追求更大的传动 比,输入轴和输出轴之间通过多级齿轮副连接;对于混合动力汽车等普通乘坐车来说,输入 轴和输出轴之间通过一级齿轮副即可满足传动比的需要,所以为了简化结构,更进一步地, 第一输入轴5上固定有第一齿轮81,第二输入轴7上固定有第二齿轮91,输出轴13上固定 有第三齿轮82和第四齿轮92,第一齿轮81与第三齿轮82啮合形成第一传动比Kl,第二齿 轮91与第四齿轮92啮合形成第二传动比K2。
[0029] 第一输入轴5和第二输入轴7各自向输出轴16输送动力,第一输入轴5和第二输入轴7不是同一根轴或者不是通过联轴器等部件连接在一起的而是不相连接的,第一输入 轴5输出动力时,第一输入轴5的动力不会直接带动第二输入轴7运转(第一输入轴5的 动力可以通过输出轴16带动第二输入轴7转动);而第二输入轴7输出动力时,第二输入 轴7的动力也不会直接带动第一输入轴5运转(第二输入轴7的动力可以通过输出轴16 带动第一输入轴5转动)。这样内燃机1和第二电机10可以各自以第一传动比和第二传动 比向输出轴16输送动力。
[0030] 内燃机1和/或第一电机3既与第一输入轴5连接并通过第一齿轮81和第三齿 轮82将动力输送给输出轴13,又与第二输入轴7连接并通过第二齿轮91和第四齿轮92将 动力输送给输出轴13。即内燃机1和/或第一电机3的动力根据需要可以通过两个档位 (两组传动比)输出。
[0031] 第二电机10的动力通过第二齿轮91和第四齿轮92输送给输出轴13,即第二电机 10的动力通过一个档位(一组传动比)输出。
[0032] 内燃机1和/或第一电机3可以通过两个档位输出,这两个档位可以有多种实现 形式,本领域技术人员根据需要以及车辆的安装空间可以进行合理选择。
[0033] 以下将结合附图对本实用新型的混合动力驱动系统进行描述,需要注意的是,这 些实施方式仅是为了便于理解并不限定本实用新型的混合动力驱动系统的具体结构形式。
[0034] 根据本实用新型的第一种实施方式,如图1所示,内燃机1、第一电机3和第二电 机10依次布置,第一电机3的转子具有中空结构,第一离合器4和第二离合器6均位于第 一电机3的中空结构中并与第一电机3的转子连接,第一输入轴5为中空轴,第二输入轴7 穿过第一输入轴5与第二离合器6连接,第一输入轴5与第一离合器4连接。
[0035] 第一电机3的转子具有中空结构,该中空结构中可以安装设置其它零件,从而可 以有效节约混合动力驱动系统的轴向空间,使得整个驱动系统的结构更加紧凑,更适合于 安装空间较小的车辆。
[0036] 第一离合器4和第二离合器6可以均完全位于第一电机3的中空结构中;也可以 是第一离合器4和第二离合器6中的一者完全位于第一电机3的中空结构中,另一者部分 位于第一电机3的中空结构中。但第一离合器4和第二离合器6均与第一电机3的转子连 接。
[0037] 第一离合器4用来连接第一电机3和第一输入轴5,通过控制第一离合器4的开合 就可以控制内燃机1和/或第一电机3与第一输入轴5之间的动力的通断,即通过控制第 一离合器4就可以实现内燃机1和/或第一电机3的一个档位。
[0038] 第二离合器6用来连接第一电机3和第二输入轴7,通过控制第二离合器6的开合 就可以控制内燃机1和/或第一电机3与第二输入轴7之间的动力的通断,即通过控制第 二离合器6就可以实现内燃机1和/或第一电机3的另一个档位。
[0039] 第二电机10直接与第二输入轴7连接,通过控制第二电机10的工作与否就可以 控制第二电机10与第二输入轴7之间的动力通断。
[0040] 根据本实用新型的第二种实施方式,如图2所示,内燃机1、第一电机3和第二电机 10依次布置,第二电机10的转子具有中空结构,第一离合器4和所第二离合器6均位于第 二电机10的中空结构中,第二离合器6与第二电机10的转子连接,第一输入轴5和第二输 入轴7均为中空轴,第一电机3的输出轴31穿过第一输入轴5并分别与第一离合器4和第二离合器6连接,第一输入轴5穿过第二输入轴7与第一离合器4连接。
[0041] 第二电机10的转子具有中空结构,该中空结构中可以安装设置其它零件,从而可 以有效节约混合动力驱动系统的轴向空间,使得整个驱动系统的结构更加紧凑,更适合于 安装空间较小的车辆。
[0042] 第一离合器4和第二离合器6可以均完全位于第二电机10的中空结构中;也可以 是第一离合器4和第二离合器6中的一者完全位于第二电机10的中空结构中,另一者部分 位于第二电机10的中空结构中。第二离合器6与第二电机10的转子连接,第一离合器4 只是安装到第二电机10的中空结构中但并不与第二电机10的转子连接。
[0043] 第一离合器4用来连接第一电机3和第一输入轴5,通过控制第一离合器4的开合 就可以控制内燃机1和/或第一电机3与第一输入轴5之间的动力的通断,即通过控制第 一离合器4就可以实现内燃机1和/或第一电机3的一个档位。
[0044] 第二离合器6用来连接第一电机3和第二输入轴7,具体的是第一电机3的输出轴 31通过第二离合器6、第二电机10的转子与第二输入轴7连接,通过控制第二离合器6的 开合就可以控制内燃机1和/或第一电机3与第二输入轴7之间的动力的通断,即通过控 制第二离合器6就可以实现内燃机1和/或第一电机3的另一个档位。
[0045] 第二电机10直接与第二输入轴7连接,通过控制第二电机10的工作与否就可以 控制第二电机10与第二输入轴7之间的动力通断。
[0046] 根据本实用新型的第三种实施方式,如图3所示,第二电机10位于内燃机1和第 一电机3之间,第二电机10的转子具有中空结构,第一离合器4和第二离合器6均位于第 二电机10的中空结构中,第二离合器6与第二电机10的转子连接,第一输入轴5和第二输 入轴7均为中空轴,第一电机3的输出轴31穿过第一输入轴5并分别与第一离合器4、第二 离合器6以及内燃机1的输出轴连接,第一输入轴5穿过第二输入轴7与第一离合器4连 接。
[0047] 第二电机10位于内燃机1和第一电机3之间,即内燃机1的输出轴和第一电机3 的输出轴31穿过第二电机10的中空结构连接在一起。
[0048] 第一离合器4和第二离合器6可以均完全位于第二电机10的中空结构中;也可以 是第一离合器4和第二离合器6中的一者完全位于第二电机10的中空结构中,另一者部分 位于第二电机10的中空结构中。第二离合器6与第二电机10的转子连接,第一离合器4 只是安装到第二电机10的中空结构中但并不与第二电机10的转子连接。
[0049] 第一离合器4用来连接第一电机3和第一输入轴5,通过控制第一离合器4的开合 就可以控制内燃机1和/或第一电机3与第一输入轴5之间的动力的通断,即通过控制第 一离合器4就可以实现内燃机1和/或第一电机3的一个档位。
[0050] 第二离合器6用来连接内燃机1和/或第一电机3与第二输入轴7,具体的是内燃 机1的输出轴和/或第一电机3的输出轴31通过第二离合器6、第二电机10的转子与第二 输入轴7连接,通过控制第二离合器6的开合就可以控制内燃机1和/或第一电机3与第 二输入轴7之间的动力的通断,即通过控制第二离合器6就可以实现内燃机1和/或第一 电机3的另一个档位。
[0051] 第二电机10直接与第二输入轴7连接,通过控制第二电机10的工作与否就可以 控制第二电机10与第二输入轴7之间的动力通断。[0052] 在以上三种实施方式中,由于第一离合器4和第二离合器6均安装在一个电机 (第一电机3或第二电机10)的中空结构中,所以整个混合动力驱动系统的结构更加紧凑, 更适合安装在空间有限的车辆中。
[0053] 根据本实用新型的第四种实施方式,如图4所示,内燃机1、第一电机3和第二电机 10依次布置,第一电机3和第二电机10的转子均具有中空结构,第一离合器4位于第一电 机3的中空结构中并与第一电机3的转子连接,第一离合器4还与第一输入轴5连接,第二 离合器6位于第二电机20的中空结构中并与第二电机10的转子连接,第二离合器6还与 第二输入轴7连接,第一输入轴5和第二输入轴7均为中空轴,内燃机1的输出轴与第一电 机3的转子连接并穿过第一输入轴5和第二输入轴7与第二离合器6连接。
[0054] 穿过第一输入轴5和第二输入轴7与第二离合器6连接的轴可以是与内燃机1的 输出轴一体的轴,也可以是与内燃机1的输出轴连接的另外的轴。
[0055] 第一电机3和第二电机10的转子均具有中空结构,在中空结构中可以安装设置其 它零件,从而可以有效节约混合动力驱动系统的轴向空间,使得整个驱动系统的结构更加 紧凑,更适合于安装空间较小的车辆。尤其是两个电机均具有中空结构,可以用来分别安装 两个离合器,这样就能避免将两个离合器安装到同一个电机的中空结构中时需要电机轴向 尺寸较大的问题,而且分别安装还比较简单且不会相互影响。
[0056] 第一离合器4用来连接第一电机3和第一输入轴5,通过控制第一离合器4的开合 就可以控制内燃机1和/或第一电机3与第一输入轴5之间的动力的通断,即通过控制第 一离合器4就可以实现内燃机1和/或第一电机3的一个档位。
[0057] 第二离合器6用来连接内燃机1和/或第一电机3与第二输入轴7,具体的是内燃 机1的输出轴和/或第一电机3的输出轴31通过第二离合器6、第二电机10的转子与第二 输入轴7连接,通过控制第二离合器6的开合就可以控制内燃机1和/或第一电机3与第 二输入轴7之间的动力的通断,即通过控制第二离合器6就可以实现内燃机1和/或第一 电机3的另一个档位。
[0058] 第二电机10直接与第二输入轴7连接,通过控制第二电机10的工作与否就可以 控制第二电机10与第二输入轴7之间的动力通断。
[0059] 进一步地,根据本实用新型的一种实施方式,该混合动力驱动系统还包括差速器 11,差速器11与第三齿轮82或第四齿轮92连接。
[0060] 根据本实用新型的另一种实施方式,输出轴13上还固定有第五齿轮(图中未示 出),差速器11与第五齿轮连接。
[0061] 差速器是驱动轿的主件,差速器的作用就是在向两边半轴传递动力的同时,允许 两边半轴以不同的转速旋转,满足两边车轮尽可能以纯滚动的形式作不等距行驶,减少轮 胎与地面的摩擦。普通差速器由行星轮、行星轮架(差速器壳)、半轴齿轮等零件组成。动 力进入差速器,直接驱动行星轮架,再由行星轮带动左、右两条半轴,分别驱动左、右车轮。
[0062] 输出轴13用来将内燃机1、第一电机3和第二电机10的动力输出到差速器11中。 因此可以使设置在输出轴13上的第三齿轮82、第四齿轮92或者另外的第五齿轮与差速器 11的行星轮架啮合从而形成动力输出路线。
[0063] 由于第一齿轮81和第三齿轮82、第二齿轮91和第四齿轮92分别啮合形成两个传 动比Kl和K2,在输出轴13和差速器11之间还可以形成一个传动比K3,所以整车的传动比有两个,分别为K = K1*K3和K,=Κ2*Κ3。其中,Κ3可以由第三齿轮82、第四齿轮92或者 第五齿轮与差速器11的行星轮架啮合而形成。本领域技术人员可以根据需要而选择第三 齿轮82、第四齿轮92或者第五齿轮与差速器11的行星轮架啮合。为了可以形成更宽广的 传动比范围,Κ3可以由第五齿轮与差速器11的行星轮架啮合形成。另一方面,为了降低零 件的占用空间,减少零件的数量,降低成本,Κ3可以由第三齿轮82或第四齿轮92与与差速 器11的行星轮架啮合形成。
[0064] 需要注意的是本实用新型的两个档位(或整车的两个传动比)与一般意义的两档 是不同的,在本实用新型的方案中,内燃机1可以通过两个传动比(或两个档位)输出动 力,这与一般意义上的两档是一样的。但是第二电机10只有一个档位,即第二电机10只使 用第二传动比Κ2输出动力。由于内燃机1和第二电机10共用了一个传动比(第二传动比 Κ2),所以整车的传动比还是只有两个,但这与一般意义的两档(两个传动比)不同。
[0065] 进一步地,第一传动比Kl和第二传动比Κ2是不同的,根据需要可以使第一传动比 Kl大于第二传动比Κ2,也可以使第一传动比Kl小于第二传动比Κ2。优选地,第一传动比 Kl要小于第二传动比Κ2,这样才能更好地满足车辆在不同工况下的需要。
[0066] 为了提高内燃机1的燃油经济性,尤其是中高速时的燃油经济性,由第一齿轮81 和第三齿轮82、第二齿轮91和第四齿轮92分别啮合形成的两个传动比Kl和Κ2应该不同, 更进一步地,第一齿轮81与第三齿轮82的传动比Kl小于第二齿轮91与第四齿轮92的传 动比Κ2,从而使得整车的传动比K也小于K’。
[0067] 对于现有技术中只有一个整车传动比的混合动力方案,为了保证车辆正常启动, 该传动比通常设置的较大,从而使得内燃机和/或电机输出的扭矩较大,这样车辆才能有 较大的扭矩正常启动。这种车辆在启动或者低速运行时可以很好的满足需要,但是高速运 行时,由于传动比较大,内燃机无法保证一直工作在燃油经济区,从而降低了燃油的利用 率,增大了油耗,恶化了排放,不利于环保。同时,为了兼顾内燃机和电机的输出性能,并满 足车辆的输出,这种车辆可能需要设置一个较大功率的电机,这样电机就比较占用空间,也 增加了整车的成本。
[0068] 对于现有技术中采用行星轮系形成两个传动比的混合动力方案,由于行星轮系结 构比较复杂,在使用时需要制动某个转动元件如行星架或齿圈,这样就需要设置制动器等 零件来实现,控制也比较复杂;同时由于行星轮系中转动元件如太阳轮、行星架等转速较 高,需要在行星轮系中设置润滑油路。这样整个混合动力驱动系统的轴向尺寸比较大,结构 比较复杂,控制也比较复杂,成本就比较高。
[0069] 而本实用新型的混合动力驱动系统以及包含该驱动系统的车辆,由于设置了两个 输入轴进而形成了两个传动比,所以可以使得车辆在启动和低速运行时采用一个较大的传 动比,在高速运行时采用一个较小的传动比,从而使得车辆在低速时可以输出大扭矩,高速 时可以输出高的速度。即内燃机1输出的动力经过一个较小的传动比K,从而可以更好的发 挥内燃机1在车辆高速行驶时的性能,提高内燃机1高速运行时的燃油经济性,提高燃油利 用率,降低油耗,减轻排放。而第二电机10输出的动力经过一个较大的传动比Κ’,从而可 以输出一个大的扭矩进而顺利启动车辆以及使车辆低速运行。同时,本实用新型的混合动 力驱动系统中内燃机1输出的动力还可以经过一个较大的传动比Κ’,从而可以提高内燃机 1中速运行时的燃油经济性,提高燃油利用率,降低油耗,减轻排放。因此使得内燃机1在中高速时都具有良好的燃油经济性,有效提高了车辆的性能。即本实用新型的混合动力驱 动系统可以使得内燃机在一个更宽广的速度范围内都能保证良好的燃油经济性,对于目前 储能装置不够理想的混合动力车,该混合动力驱动系统在无法单纯依靠纯电动模式运行时 有效拓宽了内燃机经济运行的速度范围,使得装配该混合动力驱动系统的车辆更加绿色环 保。
[0070] 由于本实用新型的混合动力驱动系统中的内燃机1和第二电机10共用了一个传 动比,即均与第二输入轴7连接,内燃机1和第二电机10输出的动力都会通过第二齿轮91 和第四齿轮92输送到输出轴13。所以无需另外设置齿轮副实现第二个传动比,从而有效减 少了齿轮的数量,缩短了轴向安装空间,降低了成本,同时使得整个混合动力驱动系统的结 构更加紧凑。
[0071] 另一方面,由于设置了两个传动比,同时这两个传动比K和K’可以根据需要而相 差较大,这样就可以降低第二电机10的功率,即可以选用一个较小功率的电机作为第二电 机10,从而降低了该混合动力驱动系统的占用空间,节约了整车成本。
[0072] 同时,由于采用两组齿轮副形成了两个传动比,因此,整个混合动力驱动系统的结 构比较简单,轴向空间也比较小,更有利于空间布置,尤其适合轴向空间小的车辆。另外可 以设置一个变速箱,从而将第一齿轮81、第一输入轴5、第二输入轴7、第二齿轮91、第三齿 轮82、第四齿轮92和输出轴13安装固定到该变速箱中。一般地,变速箱中会有润滑油,当 车辆行驶时,第三齿轮82、第四齿轮92就可以将润滑油搅起,从而很容易的实现齿轮的润 滑而无需另外设置润滑油道。同时齿轮的成本较低,而且无需设置同步器等来控制切换两 个传动比,因此可以有效降低整个混合动力驱动系统的成本,进而降低混合动力车辆的成 本,更有利于混合动力车辆的推广普及。
[0073] 内燃机1与第一电机3相连,此时,内燃机1的输出轴和第一电机3的输出轴处于 同一轴线上。
[0074] 本领域技术人员根据需要,可以使得第二电机10的输出轴与内燃机1的输出轴共 线或者不共线。为了降低该混合动力驱动系统的径向安装空间,优选地,内燃机1的输出 轴、第一电机3的输出轴以及第二电机10的输出轴处于同一轴线上。
[0075] 公知地,轴与齿轮之间可以通过各种合适的方式固定连接,如通过花键连接。即第 一输入轴5与第一齿轮81、第二输入轴7与第二齿轮91、输出轴13与第三齿轮82和第四 齿轮92之间可以通过花键连接。
[0076] 进一步地,为了减小输出轴13的尺寸以及简化输出轴13与第三齿轮82和第四齿 轮92的连接固定,第三齿轮82和第四齿轮92可以为同一个齿轮或者为一体成型的两个齿轮。
[0077] 内燃机1可以为汽油机、柴油机或者甲醇、乙醇等其它燃料内燃机等等。内燃机1 与第一电机3的转子连接,因而,内燃机1的动力和第一电机3的动力可以一起通过第一离 合器4而传递给第一输入轴5,或者内燃机1的动力传递给第一电机3,以产生电能。
[0078] 具体来说,在第一离合器4处于接合状态的情况下,当内燃机1工作时,内燃机1 的动力可以通过第一离合器4传递到第一输入轴5。由于内燃机1与第一电机3的转子相 连,因此当内燃机1工作时,不论第一离合器4是否接合,第一电机3的转子都将在内燃机 1的带动下而运转,而当第一电机3工作时,同样也将带动内燃机1运转。[0079] 第一电机3可以为AC交流电机、开关磁阻电机、直流永磁电机等等。第一电机3 既可以发电机模式工作,也可以电动机模式工作。在以发电机模式工作时,第一电机3用于 将机械能转化为电能。以电动机模式工作时,第一电机3用于将电能转化为机械能。具体 地说,当内燃机1工作,内燃机1带动第一电机3以发电机模式工作时,第一电机3将内燃 机1的机械能转化为电能。当第一电机3以电动机模式工作时,将电能转化为机械能,并输 出至内燃机1,从而带动内燃机1的输出轴旋转(无论第一离合器4接合与否),或者输出 至第一输入轴5 (当第一离合器4接合时)。
[0080] 由于具有上述结构,因而第一电机3可以用作内燃机1的启动电机,从而无需为内 燃机1设置额外的启动电机,同时第一电机3还能够向第一输入轴5输出动力,因而,在满 足动力需求的情况下,节省了部分安装空间。此外,当需要车辆倒档时,仅使第二电机10反 转即可实现,因而无需设置额外的倒档装置,从而进一步节省了安装倒档装置的安装空间, 使本实用新型所提供的混合动力驱动系统具有较为紧凑的整体结构。
[0081] 第二电机10可以为AC交流电机、开关磁阻电机、直流永磁电机等等。第二电机10 既可以发电机模式工作,也可以电动机模式工作。当以发电机模式工作时,第二电机10用 于将机械能转化为电能。当以电动机模式工作时,第二电机10用于将电能转化为机械能。 具体地说,当由第二输入轴7传递来的机械能传递至第二电机10时(如当下坡或刹车过程 时),第二电机10以发电机模式工作,从而将第二输入轴7传送来的机械能转化为电能。当 第二电机10以电动机模式工作时,将电能转化为机械能,并输出至第二输入轴7。通常情况 下,车辆通过第二电机10来进行驱动。
[0082] 本实用新型的混合动力驱动系统还包括储能装置(图中未显示),该储能装置分 别与第一电机3和第二电机10电连接。该储能装置用于将第一电机3和第二电机10在用 作发电机时产生的电能储存起来,以便在需要的时候,再向第一电机3和/或第二电机10 供电。该储能装置为可多次充放电的电能单元,如锂离子二次电池等。
[0083] 进一步地,该储能装置还可以与电能功率输入装置连接,即通过电能功率输入装 置向储能装置充电,从而构成“插入式”混合动力驱动系统。
[0084] 一般情况下,内燃机1输出的动力会存在振动,为了减小该振动,在内燃机1的输 出轴上会设置有扭转减震器等减震机构。根据本实用新型的一种实施方式,进一步地,该混 合动力驱动系统还包括双质量飞轮2,内燃机1通过双质量飞轮2与第一电机3连接。
[0085] 双质量飞轮,就是将原来的一个飞轮分成两个部分,一部分保留在原来内燃机一 侧的位置上,起到原来飞轮的作用,用于起动和传递内燃机的转动扭矩,这一部分称为初级 质量。另一部分则放置在传动系变速器一侧,用于提高变速器的转动惯量,这一部分称为次 级质量。两部分飞轮之间有一个环型的油腔,在腔内装有弹簧减振器,由弹簧减振器将两部 分飞轮连接为一个整体。由于次级质量能在不增加飞轮的惯性矩的前提下提高传动系的惯 性矩,令共振转速下降到怠速转速以下。
[0086] 双质量飞轮是当前汽车上隔振减振效果最好的装置,因此该双质量飞轮2的设置 可以实现内燃机1和第一电机3之间的隔振减振,有利于降低内燃机1对第一电机3的不 利影响,从而提高了第一电机3的实际工作性能。
[0087] 离合器4可以根据需要而选择各种合适的离合装置,如可以为湿式离合器。
[0088] 另外根据本实用新型的一种实施方式,内燃机1只需要在高速运行时输出动力从而驱动车辆,此时,第一离合器4或第二离合器6才需要结合,因此,第一离合器4或第二离 合器6的液压源如油泵可以无需另外设置电动机驱动而由内燃机1驱动。即由内燃机1带 动油泵转动,进而为第一离合器4或第二离合器6提供液压力。
[0089] 公知地,混合动力车上设置有控制装置,如车载E⑶,从而可以控制整车以及汽车 上各个机构运行在各种工作状态下。
[0090] 本实用新型的混合动力驱动系统可以根据不同的工况设置不同的工作模式并进 行合理的选择。
[0091] 本实用新型的混合动力驱动系统可以工作在纯电动和混合动力两种模式下,即该 混合动力驱动系统可以以第二电机10驱动即纯电动模式为主。只要储能装置中的电量能 满足第二电机10的需要即可控制车辆运行在纯电动模式。
[0092] 根据本实用新型的一种实施方式,本实用新型的混合动力驱动系统可以工作以下 工作模式:停止模式、串联模式、并联模式、纯电动模式和能量回馈模式:
[0093] 停止模式:此时车辆的内燃机1、第一电机3和第二电机10均处于停止运行状态。 第一离合器4和第二离合器6处于分离状态或结合状态都不会对车辆产生影响。
[0094] 串联模式:此时,第一离合器4和第二离合器6均分离,车辆在第二电机10的驱 动下行驶,同时内燃机1带动第一电机3发电,第一电机3发的电可以直接输出给第二电机 10,也可以输送给储能装置。
[0095] 并联模式:此时,第一离合器4或者第二离合器6结合,第二电机10接收储能装置 的电能运转并将动力通过输出轴13输送到差速器11进而驱动车轮12转动行驶;同时,内 燃机1启动,并将动力通过输出轴13输送到差速器11进而驱动车轮12转动行驶。
[0096] 此时,第一电机3也可以作为电动机运行,并将动力通过输出轴13输送到差速器 11进而驱动车轮12转动行驶。
[0097] 纯电动模式:第二电机10接收储能装置的电能并将动力通过输出轴13输送到差 速器11进而驱动车轮12转动行驶。此时,第一离合器4和第二离合器6均分离,内燃机1 和第一电机3均停止运行。
[0098] 能量回馈模式:当车辆制动时,第二电机10可以接受输出轴13输送的机械能并转 化为电能储存到储能装置中。
[0099] 当然,本实用新型的混合动力驱动系统还可以工作在其它模式,如停车发电模式: 此时第一离合器4和第二离合器6均分离,内燃机1带动第一电机3发电并给储能装置供 H1^ ο
[0100] 本领域技术人员根据需要可以在该混合动力驱动系统的基础上进行适当的控制 即可实现与上述运行模式不同的模式。
[0101] 本实用新型的混合动力驱动系统及包含该驱动系统的车辆,由于设置了两个输入 轴和一个输出轴,两个输入轴和输出轴之间分别通过齿轮副连接,同时通过第二离合器将 内燃机与第二输入轴连接,内燃机和第二电机分别通过两个输入轴输出动力,从而形成了 车辆前进档的两个档级,进而能够根据车辆的不同行驶工况,灵活选择各种工作模式和各 个对应档位,所以很好的满足了车辆在不同工况下的行驶需要。同时内燃机还可以通过第 二输入轴输出动力,即内燃机可以通过两个传动比输出动力,从而更好的提高了内燃机在 不同速度下的燃油经济性。此外,本实用新型的具有两个前进档级的混合动力驱动系统能够使得整车低速扭矩增大、起步更快,而在中高速下能够更好地发挥出内燃机的最高效率, 提高了能量转换效率,减少了尾气排放与能量损耗,最终达到整车的低排放、低油耗和高动 能等效果。
[0102] 本实用新型的混合动力驱动系统及包含该驱动系统的车辆,由于通过两个齿轮副 形成了两个传动比,只需要控制第二电机10工作就可以使得第二电机10自动输出动力而 无需另外设置控制结构,而通过控制第一离合器4或第二离合器6就可以使得内燃机1按 照两个传动比输出动力,因此有效降低了该混合动力驱动系统的控制难度,简化了控制策 略,进而降低了该驱动系统出现控制故障的几率,有效提高了控制质量,从而降低了车辆的 故障率以及车主的保养成本。
[0103] 本实用新型的混合动力驱动系统,内燃机1可以通过两个传动比输出动力,所以 内燃机1在中高速时都具有良好的燃油经济性,从而有效提高了车辆的性能。即本实用新 型的混合动力驱动系统可以使得内燃机在一个更宽广的速度范围内都能保证良好的燃油 经济性,对于目前储能装置不够理想的混合动力车,该混合动力驱动系统在无法单纯依靠 纯电动模式运行时有效拓宽了内燃机经济运行的速度范围,使得装配该混合动力驱动系统 的车辆更加绿色环保。
[0104] 本实用新型的混合动力驱动系统及包含该驱动系统的车辆,充分发挥了内燃机和 第二电机在不同工况下的性能,很好的兼顾了性能与成本,从而有利于混合动力车辆的推
广普及。
[0105] 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已,并不用以限制本实用新型,凡在本 实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本实用新型 的保护范围之内。

Claims (10)

  1. 混合动力驱动系统,包括内燃机、第一电机以及第二电机,其特征在于,所述混合动力驱动系统还包括第一离合器、第二离合器、用于输出动力的输出轴以及各自向所述输出轴输送动力的第一输入轴和第二输入轴,第一输入轴和输出轴之间通过一级或多级齿轮副形成第一传动比,第二输入轴和输出轴之间通过一级或多级齿轮副形成第二传动比,所述内燃机与所述第一电机连接,所述第一电机通过所述第一离合器与所述第一输入轴连接,所述第二电机与所述第二输入轴连接,所述第一电机还通过所述第二离合器与所述第二输入轴连接。
  2. 2.如权利要求1所述的混合动力驱动系统,其特征在于,所述第一输入轴上固定有第 一齿轮,所述第二输入轴上固定有第二齿轮,所述输出轴上固定有第三齿轮和第四齿轮,所 述第一齿轮与所述第三齿轮啮合形成第一传动比,所述第二齿轮与所述第四齿轮啮合形成 第二传动比。
  3. 3.如权利要求2所述的混合动力驱动系统,其特征在于,所述混合动力驱动系统还包 括差速器,所述差速器与所述第三齿轮或所述第四齿轮连接。
  4. 4.如权利要求2所述的混合动力驱动系统,其特征在于,所述混合动力驱动系统还包 括差速器,所述输出轴上还固定有第五齿轮,所述差速器与所述第五齿轮连接。
  5. 5.如权利要求1所述的混合动力驱动系统,其特征在于,所述第一传动比小于所述第 二传动比。
  6. 6.如权利要求1所述的混合动力驱动系统,其特征在于,所述第一电机的转子具有中 空结构,所述第一离合器和所述第二离合器均位于所述第一电机的中空结构中并与第一电 机的转子连接,所述第一输入轴为中空轴,所述第二输入轴穿过所述第一输入轴与所述第 二离合器连接,所述第一输入轴与所述第一离合器连接。
  7. 7.如权利要求1所述的混合动力驱动系统,其特征在于,所述第二电机的转子具有中 空结构,所述第一离合器和所述第二离合器均位于所述第二电机的中空结构中,所述第二 离合器与所述第二电机的转子连接,所述第一输入轴和所述第二输入轴均为中空轴,所述 第一电机的输出轴穿过所述第一输入轴并分别与所述第一离合器和所述第二离合器连接, 所述第一输入轴穿过所述第二输入轴与所述第一离合器连接。
  8. 8.如权利要求1所述的混合动力驱动系统,其特征在于,所述第二电机位于所述内燃 机和第一电机之间,所述第二电机的转子具有中空结构,所述第一离合器和所述第二离合 器均位于所述第二电机的中空结构中,所述第二离合器与所述第二电机的转子连接,所述 第一输入轴和所述第二输入轴均为中空轴,所述第一电机的输出轴穿过所述第一输入轴并 分别与所述第一离合器、第二离合器以及内燃机的输出轴连接,所述第一输入轴穿过所述 第二输入轴与所述第一离合器连接。
  9. 9.如权利要求1所述的混合动力驱动系统,其特征在于,所述第一电机和第二电机的 转子均具有中空结构,所述第一离合器位于所述第一电机的中空结构中并与所述第一电机 的转子连接,所述第一离合器还与所述第一输入轴连接,所述第二离合器位于所述第二电 机的中空结构中并与所述第二电机的转子连接,所述第二离合器还与所述第二输入轴连 接,所述第一输入轴和所述第二输入轴均为中空轴,所述内燃机的输出轴与所述第一电机 的转子连接并穿过所述第一输入轴和第二输入轴与所述第二离合器连接。
  10. 10. 一种车辆,其特征在于,所述车辆包括权利要求1-9中任意一项所述的混合动力驱 动系统。
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