CN202641354U - 一种混合动力汽车驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种混合动力汽车驱动装置，该装置采用发动机和电机混合驱动，其主要包括发动机、电机、蓄电池、电控单元、齿轮箱、第一动力轴、高速挡轴、低速挡轴、驱动齿轮组、第二动力轴、双排行星齿轮、主减速小齿轮、主减速大齿轮、差速器和挡位操作组件等，其特征在于发动机提供的动力从第一动力轴输入齿轮箱，电机提供的动力从第二动力轴输入齿轮箱，电控单元根据行车工况控制挡位操作组件完成挡位切换，由驱动齿轮组与双排行星齿轮协调配合，使发动机提供的动力和电机提供的动力都传递到双排行星齿轮的前排行星架轴，再通过前排行星架轴上的主减速小齿轮与差速器外壳上的主减速大齿轮啮合，将动力传递到差速器，由差速器输出动力。

Description

一种混合动力汽车驱动装置
技术领域
本实用新型属于混合动力汽车技术领域，涉及混合动力传动技术，确切地说是一种混合动力汽车驱动装置。 
背景技术
随着汽车工业的快速发展，汽车已经深刻影响着人类的生活，同时，汽车时代又伴随着能源的紧缺与全球气候变暖的困扰，节能与环保成为当今社会可持续发展的两大主题，开发少能耗低排放的新能源汽车是现代汽车工业发展的大方向，但是，新能源汽车由于受到制造成本、续航里程、动力性能以及使用的方便性等各种客观条件的限制，在今后相当一段时期内，新能源汽车还不能够完全取代传统汽车，而混合动力汽车在保持传统汽车优越性能的前提下可以做到耗能更少排放更低，是现阶段最现实可行的选择。 
混合动力汽车的混合驱动方式有串联式、并联式和混联式，而驱动装置的结构与参数匹配是混合动力汽车开发的基础，有效传递扭矩和功率成为影响整车性能的重要关键技术。目前，丰田Prius混合动力汽车处于国际领先地位，它采用混联驱动方式，将发动机、发电机和电动机通过一个行星齿轮装置联接起来，发动机的动力输出到行星架，行星架将一部分扭矩和功率分配到与太阳轮联接的发电机，另外一部分扭矩和功率分配到与齿圈联接的电动机并输出到差速器，其发动机与电动机、发电机的协调控制系统十分复杂，成本很高。 
实用新型内容
本实用新型之目的在于设计一种结构紧凑，易于实现发动机与电机协调控制的混合动力汽车驱动装置，以提高混合动力汽车的动力性能和经济性能。 
本实用新型通过以下技术方案来实现。 
本实用新型采用发动机和电机混合驱动，其主要包括发动机、电机、蓄电池、电控单元、齿轮箱、第一动力轴、高速挡轴、低速挡轴、驱动齿轮组、第二动力轴、双排行星齿轮、主减速小齿轮、主减速大齿轮、差速器和挡位操作组件等，其特征在于发动机提供的动力从第一动力轴输入齿轮箱，电机提供的动力从第二动力轴输入齿轮箱，电控单元根据行车工况控制挡位操作组件完 成挡位切换，由驱动齿轮组与双排行星齿轮协调配合，使发动机提供的动力和电机提供的动力都传递到双排行星齿轮的前排行星架轴，再通过前排行星架轴上的主减速小齿轮与差速器外壳上的主减速大齿轮啮合，将动力传递到差速器，由差速器输出动力。 
本实用新型所述挡位操作组件包括前排齿圈制动器(14)、后排齿圈制动器(13)、同步器总成(5)、第一离合器(2)、第二离合器(9)以及相应的执行机构。 
本实用新型所述驱动齿轮组包括低速挡驱动齿轮(3)、低速挡从动齿轮(22)、高速挡驱动齿轮(7)和高速挡从动齿轮(11)。 
本实用新型所述发动机(1)自带起动机和发电机，发动机(1)的曲轴通过第一离合器(2)与第一动力轴(8)联接传递动力，发动机(1)可驱动自带发电机发电，给蓄电池(17)充电。 
本实用新型所述电机(19)具有电动机和发电机双重功能，电机(19)主要以电动机模式工作提供驱动力，在汽车制动或下坡减速行驶时可转变为发电机模式工作，用于回收制动能量，电机(19)的旋转轴通过联轴器(20)与第二动力轴(21)联接传递动力。 
本实用新型所述低速挡驱动齿轮(3)安装在低速挡轴(4)上，高速挡驱动齿轮(7)安装在高速挡轴(6)上，同步器总成(5)安装在第一动力轴(8)上，低速挡轴(4)和高速挡轴(6)为空心轴，第一动力轴(8)通过轴套安装在低速挡轴(4)和高速挡轴(6)内并形成转动副，同步器总成(5)可以与低速挡轴(4)接合，将第一动力轴(8)与低速挡轴(4)联接传递动力，同步器总成(5)也可以与高速挡轴(6)接合，将第一动力轴(8)与高速挡轴(6)联接传递动力。 
本实用新型所述双排行星齿轮(12)的前排行星齿轮和后排行星齿轮共用太阳轮轴，该太阳轮轴就是本实用新型所述第二动力轴(21)，前排行星齿轮的太阳轮和后排行星齿轮的太阳轮都安装在第二动力轴(21)上。 
双排行星齿轮(12)的前排行星架轴(23)和后排齿圈轴(10)为空心轴，第二动力轴(21)通过轴套安装在前排行星架轴(23)和后排齿圈轴(10)内并形成转动副，双排行星齿轮(12)的前排齿圈与后排行星架固联为一体并由第二动力轴(21)支承。 
双排行星齿轮(12)的前排齿圈与齿轮箱箱体之间联接有前排齿圈制动器(14)，后排齿圈与齿轮箱箱体之间联接有后排齿圈制动器(13)，在第二动 力轴(21)上安装有低速挡从动齿轮(22)，在前排行星架轴(23)上安装有主减速小齿轮(24)，在后排齿圈轴(10)上安装有高速挡从动齿轮(11)，后排齿圈轴(10)通过第二离合器(9)与第二动力轴(21)联接，第二离合器(9)可将后排齿圈轴(10)与第二动力轴(21)锁止在一起。 
本实用新型所述主减速大齿轮(15)与差速器(16)的外壳固定联接。 
本实用新型所述低速挡驱动齿轮(3)与低速挡从动齿轮(22)啮合，高速挡驱动齿轮(7)与高速挡从动齿轮(11)啮合，主减速小齿轮(24)与主减速大齿轮(15)啮合。 
发动机(1)、电机(19)、蓄电池(17)与电控单元(18)之间实现电力传输和电子线路控制联接。 
由于发动机曲轴只能够沿一个方向旋转，本实用新型所述发动机(1)的曲轴旋转方向设定为正向，当混合动力汽车向前行驶时，电机(19)的旋转轴转动方向应当为逆向，本实用新型所述驱动装置可实现如下挡位： 
空挡：所有挡位操作组件处于非工作状态，即前排齿圈制动器(14)和后排齿圈制动器(13)处于松开状态，第一离合器(2)、第二离合器(9)和同步器总成(5)均处于分离状态。 
一挡：前排齿圈制动器(14)产生制动，其余挡位操作组件处于非工作状态，由电机(19)驱动第二动力轴(21)逆向转动，此时前排行星齿轮独立工作，而后排齿圈处于空转状态，前排行星架轴(23)带动主减速小齿轮(24)转动，主减速小齿轮(24)与主减速大齿轮(15)啮合传递动力，带动差速器(16)运行，汽车以电动方式起步并向前行驶。 
二挡：后排齿圈制动器(13)产生制动，其余挡位操作组件处于非工作状态，由电机(19)驱动第二动力轴(21)逆向转动，此时前排行星齿轮和后排行星齿轮联合工作，前排行星架轴(23)带动主减速小齿轮(24)转动，主减速小齿轮(24)与主减速大齿轮(15)啮合传递动力，带动差速器(16)运行，汽车以电动方式向前行驶。 
三挡：同步器总成(5)将第一动力轴(8)与高速挡轴(6)联接，起动发动机(1)参与提供驱动扭矩，使第一离合器(2)接合，其余挡位操作组件处于非工作状态，发动机(1)驱动第一动力轴(8)转动，第一动力轴(8)通过同步器总成(5)带动高速挡轴(6)转动，高速挡驱动齿轮(7)与高速挡从动齿轮(11)啮合传递动力，使双排行星齿轮(12)的后排齿圈转动，同时，电机(19)通过联轴器(20)驱动第二动力轴(21)转动，此时前排行星齿轮 和后排行星齿轮联合工作，前排行星架轴(23)带动主减速小齿轮(24)转动，主减速小齿轮(24)与主减速大齿轮(15)啮合传递动力，带动差速器(16)运行，发动机(1)和电机(19)共同提供动力，汽车以混联驱动方式行驶。 
四挡：第二离合器(9)接合，此时双排行星齿轮的后排齿圈轴(10)与第二动力轴(21)锁止，同步器总成(5)将第一动力轴(8)与高速挡轴(6)联接，发动机(1)直接提供驱动扭矩，使第一离合器(2)接合，前排齿圈制动器(14)和后排齿圈制动器(13)处于松开状态，发动机(1)驱动第一动力轴(8)转动，第一动力轴(8)通过同步器总成(5)带动高速挡轴(6)转动，高速挡驱动齿轮(7)与高速挡从动齿轮(11)啮合传递动力，驱动双排行星齿轮(12)的后排齿圈，使双排行星齿轮(12)整体转动，同时，电机(19)驱动第二动力轴(21)，其结果也是使双排行星齿轮(12)整体转动，前排行星架轴(23)带动主减速小齿轮(24)转动，主减速小齿轮(24)与主减速大齿轮(15)啮合传递动力，带动差速器(16)运行，由发动机(1)和电机(19)共同提供动力，汽车以并联驱动方式向前行驶。 
倒挡：通过电控单元(18)使电机(19)改变旋转轴的转动方向，也就是使电机(19)的旋转轴正向旋转，按一挡所述原理，可实现倒挡功能。 
本实用新型根据混合动力汽车行驶工况采用如下控制策略：一挡用于起步和低速行驶，二挡为中速行驶，三挡为中高速行驶，四挡为高速行驶，各挡位设定有适宜的换挡条件，可由电控单元(18)根据行车工况控制挡位操作组件自动完成换挡。 
当混合动力汽车处在一挡或二挡或倒挡运行时，如果蓄电池(17)的电量低于规定的下限，可随时起动发动机(1)，发动机(1)由电控单元(18)自动控制在最佳转速范围运行，此时发动机(1)仅用于驱动自带发电机发电，给蓄电池(17)充电或向电机(19)供电，此时的驱动方式为串联驱动。 
当混合动力汽车重载起步或用一挡、二挡爬坡或在一挡、二挡强力加速时，可起动发动机(1)直接参与提供驱动扭矩，同步器总成(5)将第一动力轴(8)与低速挡轴(4)联接，使第一离合器(2)接合，发动机(1)驱动第一动力轴(8)转动，第一动力轴(8)通过同步器总成(5)带动低速挡轴(4)转动，低速挡驱动齿轮(3)与低速挡从动齿轮(22)啮合传递动力，驱动第二动力轴(21)转动，此时电机(19)也同方向驱动第二动力轴(21)转动，前排行星架轴(23)带动主减速小齿轮(24)转动，主减速小齿轮(24)与主减速大齿轮(15)啮合传递动力，带动差速器(16)运行，此时的驱动方式为并 联驱动，双动力并联驱动可获得强劲的驱动扭矩，提升整车的动力性能。 
当混合动力汽车以三挡混联驱动方式行驶时，可根据行车工况，由电控单元(18)控制发动机(1)处于设定的转速点，通过调控电机(19)的转速来控制车速，实现电子无级变速传动。 
当混合动力汽车以四挡高速行驶时，可根据行车工况，由电控单元(18)控制使电机(19)处于空转状态，仅由发动机(1)单独提供驱动力，在行车工况需要时，电机(19)可以随时恢复为电动机模式工作，增加驱动扭矩，提高混合动力汽车在高速行驶时的动力性能。 
当汽车制动或下坡减速行驶时，电机(19)由电控单元(18)控制转变为发电机模式工作，通过能量回收系统进行制动能量回收。 
综上所述，本实用新型所述混合动力汽车驱动装置结构紧凑，根据行车工况不同而采用电机独立驱动、混合驱动或发动机独立驱动的模式，可形成串联式、混联式和并联式的驱动方式，发动机与电机运行的协调控制简单实用，可充分发挥混合动力驱动的优良特性，提高整车行驶性能，达到节能减排的功效。 
附图说明
附图是本实用新型实施例的结构示意图。 
图中：1.发动机，2.第一离合器，3.低速挡驱动齿轮，4.低速挡轴，5.同步器总成，6.高速挡轴，7.高速挡驱动齿轮，8.第一动力轴，9.第二离合器，10.后排齿圈轴，11.高速挡从动齿轮，12.双排行星齿轮，13.后排齿圈制动器，14.前排齿圈制动器，15.主减速大齿轮，16.差速器，17.蓄电池，18.电控单元，19.电机，20.联轴器，21.第二动力轴，22.低速挡从动齿轮，23.前排行星架轴，24.主减速小齿轮。 
具体实施方式
下面结合说明书附图给出本实用新型的一种实施方式，并对本实用新型的技术方案进一步说明。 
参照说明书附图所示，将同步器总成(5)安装在第一动力轴(8)上，将低速挡轴(4)和高速挡轴(6)制成空心轴，第一动力轴(8)通过轴套安装在低速挡轴(4)和高速挡轴(6)内，使第一动力轴(8)在低速挡轴(4)和高速挡轴(6)内形成轴配合的转动副，同步器总成(5)可以将第一动力轴(8) 与低速挡轴(4)联接，同步器总成(5)也可以将第一动力轴(8)与高速挡轴(6)联接，在低速挡轴(4)上安装低速挡驱动齿轮(3)，在高速挡轴(6)上安装高速挡驱动齿轮(7)。 
参照说明书附图所示，用轴承将低速挡轴(4)和高速挡轴(6)支承安装在齿轮箱内。 
参照说明书附图所示，双排行星齿轮(12)的前排行星齿轮和后排行星齿轮共用太阳轮轴，该太阳轮轴也就是第二动力轴(21)，将双排行星齿轮(12)的前排行星架轴(23)和后排齿圈轴(10)制成空心轴，将第二动力轴(21)通过轴套安装在前排行星架轴(23)和后排齿圈轴(10)内，第二动力轴(21)贯通双排行星齿轮(12)，第二动力轴(21)在前排行星架轴(23)和后排齿圈轴(10)内形成轴配合的转动副，将前排行星齿轮的齿圈与后排行星齿轮的行星架固联为一体并支承在第二动力轴(21)上。 
参照说明书附图所示，在第二动力轴(21)上安装低速挡从动齿轮(22)，在前排行星架轴(23)上安装主减速小齿轮(24)，在后排齿圈轴(10)上安装高速挡从动齿轮(11)，后排齿圈轴(10)与第二动力轴(21)之间用第二离合器(9)联接。 
参照说明书附图所示，用轴承支承第二动力轴(21)，用轴承支承前排行星架轴(23)和后排齿圈轴(10)，将双排行星齿轮(12)安装在齿轮箱内。 
参照说明书附图所示，双排行星齿轮(12)的前排齿圈与齿轮箱箱体之间用前排齿圈制动器(14)联接，双排行星齿轮(12)的后排齿圈与齿轮箱箱体之间用后排齿圈制动器(13)联接。 
参照说明书附图所示，主减速大齿轮(15)与差速器(16)的外壳固定联接，用轴承支承差速器(16)，将差速器(16)安装在齿轮箱内。 
参照说明书附图所示，上述安装应当使低速挡驱动齿轮(3)与低速挡从动齿轮(22)啮合，高速挡驱动齿轮(7)与高速挡从动齿轮(11)啮合，主减速小齿轮(24)与主减速大齿轮(15)啮合。 
参照说明书附图所示，在发动机(1)的曲轴与第一动力轴(8)之间用第一离合器(2)联接，在电机(19)的旋转轴与第二动力轴(21)之间用联轴器(20)联接。 
参照说明书附图所示，发动机(1)、电机(19)、蓄电池(17)与电控单元(18)之间实现电力传输和电子线路控制联接。 
本实用新型实施例选取齿轮参数如下表： 
Figure BSA00000730665300071
按上表所选参数，经计算得到在各挡位运行时扭矩放大参数如下： 
  挡位   电机(19)驱动扭矩放大倍数  发动机(1)驱动扭矩放大倍数
  倒挡   10.575  
  一挡   10.575   13.645
  二挡   6.283   8.108
  三挡   6.283   5.260
  四挡   3.353   2.453
从以上参数可知：本实用新型给出的实施例中，电机(19)在一挡运行时扭矩放大到10倍以上，可充分发挥电机(19)作为电动机模式工作时的低速 高扭矩特性，此时若再选择增加发动机直接参与提供动力，发动机(1)的扭矩可放大到13倍以上，双动力并联驱动使混合动力汽车获得优异的起步及爬坡性能；电机(19)在二挡运行时扭矩放大到6倍以上，此时若再选择增加发动机直接参与提供动力，发动机(1)的扭矩可放大到8倍以上，双动力并联驱动使混合动力汽车在二挡行驶时亦拥有强劲的驱动力；三挡为混联式驱动，发动机(1)与电机(19)同时提供驱动力，电机(19)在三挡运行时扭矩可放大到6倍以上，发动机(1)的扭矩可放大到5倍以上，混联式驱动使混合动力汽车在中高速行驶时也拥有较强的驱动力，混合动力汽车在三挡行驶时可通过电机(19)的调速在较宽的范围实现无级变速行驶；四挡为高速挡，可充分发挥发动机(1)的高速特性，此时电机(19)在四挡运行时扭矩放大到3倍以上，根据适时行车工况，可采用双动力并联式驱动，也可以仅由发动机(1)单独驱动，而电机(19)处于空转状态，电机(19)也可以根据行车工况的需要，随时转变为电动机模式运行提供增量扭矩，可提高混合动力汽车在高速行驶时的动力性能。 
以上结合附图描述了本实用新型的一种具体实施方式，但仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用以限定本实用新型的保护范围，利用本实用新型对上述实施例作出的任何等同变动或参数修改，亦在本实用新型的保护范围内。 

Claims (9)

1.一种混合动力汽车驱动装置，主要包括发动机、电机、蓄电池、电控单元、齿轮箱、第一动力轴、高速挡轴、低速挡轴、驱动齿轮组、第二动力轴、双排行星齿轮、主减速小齿轮、主减速大齿轮、差速器和挡位操作组件等，其特征在于发动机提供的动力从第一动力轴输入齿轮箱，电机提供的动力从第二动力轴输入齿轮箱，电控单元根据行车工况控制挡位操作组件完成挡位切换，由驱动齿轮组与双排行星齿轮协调配合，使发动机提供的动力和电机提供的动力都传递到双排行星齿轮的前排行星架轴，再通过前排行星架轴上的主减速小齿轮与差速器外壳上的主减速大齿轮啮合，将动力传递到差速器，由差速器输出动力。
2.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车驱动装置，其特征是：发动机(1)的曲轴通过第一离合器(2)与第一动力轴(8)联接传递动力，电机(19)的旋转轴通过联轴器(20)与第二动力轴(21)联接传递动力。
3.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车驱动装置，其特征是：在第一动力轴(8)上安装有同步器总成(5)，所述低速挡轴(4)和高速挡轴(6)为空心轴，第一动力轴(8)通过轴套安装在低速挡轴(4)和高速挡轴(6)内，第一动力轴(8)在低速挡轴(4)和高速挡轴(6)内形成轴配合的转动副，同步器总成(5)可以与低速挡轴(4)接合，将第一动力轴(8)与低速挡轴(4)联接传递动力，同步器总成(5)也可以与高速挡轴(6)接合，将第一动力轴(8)与高速挡轴(6)联接传递动力。
4.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车驱动装置，其特征是：所述双排行星齿轮(12)的前排行星齿轮和后排行星齿轮共用太阳轮轴，该太阳轮轴为本实用新型所述第二动力轴(21)，双排行星齿轮(12)的前排行星架轴(23)和后排齿圈轴(10)为空心轴，第二动力轴(21)通过轴套安装在前排行星架轴(23)和后排齿圈轴(10)内，第二动力轴(21)在前排行星架轴(23)和后排齿圈轴(10)内形成轴配合的转动副，双排行星齿轮(12)的前排齿圈和后排行星架固联为一体并由第二动力轴(21)支承，第二离合器(9)联接后排齿圈轴(10)与第二动力轴(21)，第二离合器(9)可将后排齿圈轴(10)与第二动力轴(21)锁止在一起。
5.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车驱动装置，其特征是：所述双排行星齿轮(12)的前排齿圈与齿轮箱箱体之间安装有前排齿圈制动器(14)，前排齿圈制动器(14)可将双排行星齿轮(12)的前排齿圈锁止在齿轮箱箱体上，所述双排行星齿轮(12)的后排齿圈与齿轮箱箱体之间安装有后排齿圈制 动器(13)，后排齿圈制动器(13)可将双排行星齿轮(12)的后排齿圈锁止在齿轮箱箱体上。
6.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车驱动装置，其特征是：所述低速挡驱动齿轮(3)安装在低速挡轴(4)上，高速挡驱动齿轮(7)安装在高速挡轴(6)上，低速挡从动齿轮(22)安装在第二动力轴(21)上，高速挡从动齿轮(11)安装在后排齿圈轴(10)上，低速挡驱动齿轮(3)与低速挡从动齿轮(22)啮合传递动力，高速挡驱动齿轮(7)与高速挡从动齿轮(11)啮合传递动力。
7.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车驱动装置，其特征是：所述主减速小齿轮(24)安装在前排行星架轴(23)上，主减速大齿轮(15)与差速器(16)的外壳固定联接，主减速小齿轮(24)与主减速大齿轮(15)啮合传递动力。
8.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车驱动装置，其特征是：所述发动机(1)、电机(19)、蓄电池(17)与电控单元(18)之间实现电力传输和电子线路控制联接。
9.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车驱动装置，其特征是：所述电机(19)具有电动机和发电机双重功能，电控单元(18)可根据行车工况控制电机(19)以电动机模式或发电机模式工作。 
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