CN202753756U - 用于混合动力汽车的驱动系统 - Google Patents

用于混合动力汽车的驱动系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种用于混合动力汽车的驱动系统,包括:发动机;电动发电机;动力耦合组件,包括:行星架,发动机的输出轴与行星架相连;同轴且沿轴向间隔开的第一和第二太阳轮,电动发电机的输出轴与第一太阳轮相连;设在行星架上的两个第一行星齿轮和两个第二行星齿轮,其中两个第一行星齿轮分别与第一太阳轮啮合,两个第二行星齿轮分别与第二太阳轮啮合;离合器,离合器设在发动机的输出轴与行星架之间;用于制动电动发电机输出轴的制动器;控制单元,控制单元控制混合动力汽车的工况为启动工况、制动能量回收工况、纯发动机驱动工况、纯电动驱动工况和混合驱动工况。所述驱动系统体积小、结构紧凑、传动效率高且燃油经济性好、排放低。

Description

用于混合动力汽车的驱动系统
技术领域
[0001] 本实用新型涉及汽车构造领域,尤其是涉及一种用于混合动力汽车的驱动系统。背景技术
[0002] 混合动力汽车是传统燃油汽车和纯电动汽车相结合的车型,具有良好的动力性能、低油耗、低排放、续驶里程长等优点,是解决能源短缺和改善环境的有效手段之一,也是目前最切实可行、可批量生产的节能汽车。混合动力汽车一般有两个动力源,因此需要动力分配及耦合装置对不同工况下动力单元输出的动力进行合理分配及优化,目前多采用行星齿轮机构,但这种传统的行星齿轮机构没有制动器或离合器,导致汽车的控制系统极其复杂,对控制器的要求极高,且传统的行星齿轮机构结构复杂,体积大,成本高。
实用新型内容
[0003] 本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此,本实用新型的一个目的在于提出一种用于混合动力汽车的驱动系统,所述驱动系统体积小、结构紧凑、传动效率高且燃油经济性好、排放低。
[0004] 根据本实用新型的用于混合动力汽车的驱动系统,包括:发动机;电动发电机;动力耦合组件,所述动力耦合组件包括:行星架;第一太阳轮,所述第一太阳轮同轴地设在所述行星架上;两个第一行星齿轮,所述两个第一行星齿轮分别与所述行星架刚性连接且分别与所述第一太阳轮啮合;第二太阳轮,所述第二太阳轮同轴地设在所述行星架上且与所述第一太阳轮在轴向上彼此间隔开;两个第二行星齿轮,所述两个第二行星齿轮分别与所述行星架刚性连接且分别与所述第二太阳轮啮合;离合器,所述离合器设在所述发动机的输出轴与所述行星架之间;用于制动所述电动发电机输出轴的制动器;控制单元,所述控制单元控制所述混合动力汽车的工况为启动工况、驱动工况或制动能量回收工况中的其中一种,其中所述驱动工况包括纯发动机驱动工况、纯电动驱动工况和混合驱动工况;其中所述发动机的输出轴与所述行星架相连,所述电动发电机的输出轴与所述第一太阳轮相连,所述第二太阳轮与所述动力耦合组件的输出轴相连以将动力传递给所述混合动力汽车的驱动桥。
[0005] 根据本实用新型的用于混合动力汽车的驱动系统,通过设置动力耦合组件,可满足混合动力汽车不同的行驶工况,相比传统具有大齿圈的动力耦合组件,本实用新型的动力耦合组件结构更加合理、紧凑,占用空间小,降低实际装配时的难度,提高了装配效率,工艺性好,且传动效率高,传动可靠,在保证动力性能的同时有效提高了混合动力汽车的燃油经济性,降低行车成本和有害气体的排放,利于环保,实用性好。
[0006] 另外,根据本实用新型的用于混合动力汽车的驱动系统,还可以具有如下附加技术特征:
[0007] 所述驱动系统还包括:第一齿轮副,所述第一齿轮副设在所述发动机的输出轴与所述行星架之间。[0008] 所述驱动系统还包括:第二齿轮副,所述第二齿轮副设在所述动力耦合组件的输出轴与所述驱动桥之间。
[0009] 所述控制单元控制所述混合动力汽车的工况为启动工况时,所述制动器脱离制动所述电动发电机的输出轴,所述离合器接合,所述电动发电机输出的动力经由所述行星架传递至所述发动机以启动所述发动机。
[0010] 所述控制单元控制所述混合动力汽车的驱动工况为纯发动机驱动工况时,所述制动器制动所述电动发电机的输出轴,所述离合器接合,所述发动机输出的动力经由所述行星架、所述两个第二行星齿轮、所述第二太阳轮和所述动力耦合组件的输出轴传递至所述驱动桥。
[0011] 所述控制器控制所述混合动力汽车的驱动工况为纯电动驱动工况时,所述制动器脱离制动所述电动发电机的输出轴,所述离合器分离,所述电动发电机输出的动力经由所述第一太阳轮、两个所述第一行星齿轮、所述行星架、两个所述第二行星齿轮、所述第二太阳轮和所述动力耦合组件的输出轴传递至所述驱动桥。
[0012] 所述控制器控制所述混合动力汽车的驱动工况为混合动力驱动工况时,所述制动器脱离制动所述电动发电机的输出轴,所述离合器接合,所述发动机输出的动力中的一部分经由所述行星架、所述两个第二行星齿轮、所述第二太阳轮和所述动力耦合组件的输出轴传递至所述驱动桥,且所述发动机输出的动力中的剩余部分经由所述行星架、所述两个第一行星齿轮和所述第一太阳轮传递至所述电动发电机以驱动所述电动发电机电动发电。
[0013] 所述控制器控制所述混合动力汽车的工况为制动能量回收工况时,所述离合器分离,所述制动器脱离制动所述电动发电机的输出轴,所述电动发电机电动发电。
[0014] 所述两个第一行星齿轮相对于所述第一太阳轮对称设置。
[0015] 所述两个第二行星齿轮相对于所述第二太阳轮对称设置。
[0016] 根据本实用新型的用于混合动力汽车的驱动系统,通过设置动力耦合组件,可更好地实现汽车不同工况下动力的传递,提高传递效率,降低传递能量损失,同时动力耦合组件结构紧凑、体积小,方便装配,同时第一行星齿轮和第二行星齿轮不存在传动封闭回路,不会产生循环功率流。此外,驱动系统采用单电机即一个电动发电机,更进一步缩小了驱动系统的体积,且在动力电池电量不足时可由发动机为其充电并可反向调节发动机的转速,使发动机一直高效工作,同时还可在一定范围内调节输出轴的转速,从而实现无级变速功倉泛。
[0017] 本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
[0018] 本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
[0019] 图I是根据本实用新型的用于混合动力汽车的驱动系统的结构示意图。
具体实施方式
[0020] 下面详细描述本实用新型的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本实用新型,而不能理解为对本实用新型的限制。
[0021] 在本实用新型的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”、“顺
时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0022] 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一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
[0023] 在本实用新型中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0024] 在本实用新型中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0025] 下面参考图I描述根据本实用新型实施例的用于混合动力汽车的驱动系统100。
[0026] 根据本实用新型实施例的用于混合动力汽车的驱动系统100,包括发动机I、电动发电机2、动力耦合组件3、离合器4、制动器5和控制单元(图未示出)。
[0027] 如图I所示,动力耦合组件3包括行星架31、第一太阳轮32、两个第一行星齿轮33、第二太阳轮34和两个第二行星齿轮35,其中第一太阳轮32同轴地设在行星架31上,两个第一行星齿轮33分别与行星架31刚性连接且分别与第一太阳轮32啮合,具体地,如图I所示,两个第一行星齿轮33相对于第一太阳轮32对称设置,也就是说,两个第一行星齿轮33在径向上相对于第一太阳轮32是对称设置的。第二太阳轮34同轴地设在行星架31上且与第一太阳轮32在轴向上彼此间隔开,两个第二行星齿轮35分别与行星架31刚性连接且分别与第二太阳轮34啮合,具体地,如图I所示,两个第二行星齿轮35相对于第二太阳轮34对称设置,也就是说,两个第二行星齿轮35在径向上相对于第二太阳轮34是对称设置的。
[0028] 其中,发动机I的输出轴与行星架31相连,电动发电机2的输出轴与第一太阳轮32相连,第二太阳轮34与动力耦合组件的输出轴36相连以将动力传递给混合动力汽车的驱动桥200。
[0029] 离合器4设在发动机I的输出轴与行星架31之间用于接合或分离发动机I的输出轴与行星架31以实现混合动力汽车不同的行驶状态。制动器5用于制动电动发电机2的输出轴,也就是说,制动器5可制动和脱离制动电动发电机2的输出轴,其中制动器5制动电动发电机2的输出轴可以理解为限制输出轴相对于电动发电机2转动,脱离制动可以理解为输出轴相对于电动发电机2可转动。控制单元控制混合动力汽车的工况为启动工况、驱动工况或制动能量回收工况中的其中一种,其中驱动工况包括纯发动机驱动工况、纯电动驱动工况和混合驱动工况。
[0030] 如图I所示,动力耦合组件3的输出轴36是发动机I或电动发电机2动力输出的终端,即通过输出轴36将发动机I或电动发电机2输出动力传递至汽车的驱动桥200以驱动汽车行驶。发动机I输出的动力可通过行星架31、第二行星齿轮35、第二太阳轮34以及输出轴36传递给驱动桥200,发动机I输出的动力还可通过行星架31、第一行星齿轮33和第一太阳轮32传递给电动发电机2以使其电动发电,并将电能储存在汽车的动力电池中,电动发电机2在混合动力汽车启动的时候用于启动发动机1,且电动发电机2也可直接驱动汽车行驶,此时其输出的动力经过动力耦合组件3最终传递至驱动桥200。
[0031] 根据本实用新型实施例的用于混合动力汽车的驱动系统100,通过设置动力耦合组件3,可满足混合动力汽车不同的行驶工况,相比传统具有大齿圈的动力耦合组件,本实用新型的动力耦合组件3结构更加合理、紧凑,占用空间小,降低实际装配时的难度,提高了装配效率,工艺性好,且传动效率高,传动可靠,在保证动力性能的同时有效提高了混合动力汽车的燃油经济性,降低行车成本和有害气体的排放,利于环保,实用性好。
[0032] 在本实用新型的一个实施例中,如图I所示,驱动系统100还包括第一齿轮副6,第一齿轮副6设在发动机I的输出轴与行星架31之间,具体地说,第一齿轮副6设置在离合器4与行星架31之间。第一齿轮副6具有加速降矩的功能,也就是说,通过设置第一齿轮副6,可以增加与发动机I输出轴相连的行星架31的转速以满足汽车不同工况下的动力输出要求。
[0033] 进一步地,驱动系统100还包括第二齿轮副7,第二齿轮副7设在动力耦合组件3的输出轴36与驱动桥200之间。第二齿轮副7具有减速增距的功能,也就是说,通过设置第二齿轮副6,可以降低传递给驱动桥200的转速同时增加扭力输出,从而满足汽车不同工况下的动力输出要求。
[0034] 可以理解的是,第一齿轮副6和第二齿轮副7可以根据不同传动要求来选择具有不同齿速比的齿轮副。
[0035] 下面参考图I描述驱动系统100不同工况下各部件的工作状态。
[0036] 当混合动力汽车的工况为启动工况时,即控制单元控制混合动力汽车的工况为启动工况时,制动器5脱离制动电动发电机2的输出轴,离合器4接合,电动发电机2输出的动力经由星架传31递至发动机I以启动发动机I。具体地说,在启动工况时,电动发电机2工作,制动器5脱离制动电动发电机2的输出轴,电动发电机2输出的动力依次经过电动发电机2的输出轴、第一太阳轮32、第一行星齿轮33、行星架31、第一齿轮副6、离合器4和发动机I输出轴传递至发动机I以启动发动机I。此时,电动发电机2的功能相当于传统汽车中的起动机。
[0037] 当混合动力汽车的工况为纯发动机驱动工况时,即控制单元控制混合动力汽车的驱动工况为纯发动机驱动工况时,制动器5制动电动发电机2的输出轴,离合器4接合,发动机1输出的动力经由行星架31、两个第二行星齿轮35、第二太阳轮34和动力耦合组件3 的输出轴36传递至驱动桥200。具体地说,在纯发动机驱动工况时,发动机1输出的动力经 过动力耦合组件3传递后全部用于驱动汽车行驶,此时电动发电机2不工作。纯发动机驱 动工况适于混合动力汽车高速工况,保证汽车高速工况下具有良好的动力性能。
[0038] 当混合动力汽车的工况为纯电动驱动工况时,即控制器控制混合动力汽车的驱动 工况为纯电动驱动工况时,制动器5脱离制动电动发电机2的输出轴,离合器4分离,电动 发电机2输出的动力经由第一太阳轮32、两个第一行星齿轮33、行星架31、两个第二行星 齿轮35、第二太阳轮34和动力耦合组件3的输出轴36传递至驱动桥200。具体地说,在纯 电动驱动工况时,电动发电机2输出的动力经过动力耦合组件3传递后全部用于驱动汽车 行驶,此时发动机1与行星架31分离,优选地,发动机1停止工作,由此可以有效节约燃油, 降低行车成本。可选地,发动机1此时也可怠速运转,由此在保证良好的燃油经济性的情况 下,发动机1可随时与行星架31接合以转换成混合驱动工况。纯电动驱动工况适于城市低 速行驶,由于此时汽车的动力全部来源于电能,不排放有害气体,利于环保。
[0039] 需要说明的是,在纯电动驱动工况时,若动力电池的电量不足,例如汽车长时间处 于纯电动驱动工况,此时离合器4接合,发动机1输出动力驱动汽车行驶同时驱动电动发电 机2电动发电以给动力电池充电,补充电能,维持动力电池的平衡,也就是说,在纯电动驱 动工况时,若动力电池电量不足,控制系统会控制汽车转换为混合驱动工况。
[0040] 当混合动力汽车的工况为混合动力驱动工况时,即控制器控制混合动力汽车的驱 动工况为混合动力驱动工况时,制动器5脱离制动电动发电机2的输出轴,离合器4接合, 发动机1输出的动力中的一部分经由行星架31、两个第二行星齿轮33、第二太阳轮34和动 力耦合组件3的输出轴36传递至驱动桥200,且发动机1输出的动力中的剩余部分经由行 星架31、两个第一行星齿轮33和第一太阳轮32传递至电动发电机2以驱动电动发电机2 电动发电并将电能存储在动力电池中。换言之,此工况下,发动机1输出的动力一部分用于 驱动汽车行驶,另一部分分流的动力用于驱动电动发电机2电动发电。混合动力驱动工况 适于城市中高速工况,在保证汽车一定的动力性能和通过性能的前提下最大限定地节约了 燃油,降低行车成本且排放较少的有害气体。
[0041] 需要说明的是,在混合动力驱动工况时,电动发电机2还可以作为调整电机,通过 改变电动发电机2的转速输出而调整输出轴的目标转速,从而实现动力耦合组件3的无级 变速功能,进而最大限度地提高发动机1的工作效率。
[0042] 当混合动力汽车的工况为制动能量回收工况时,即控制器控制混合动力汽车的工 况为制动能量回收工况时,离合器4分离,制动器5脱离制动电动发电机2的输出轴,电动 发电机2电动发电,也就是说,电动发电机2利用制动产生的反制动力带动电动发电机2电 动发电,为动力电池充电。由此,在汽车制动时,可以回收部分制动能量并存储在动力电池 中,提供了能量利用率。
[0043] 根据本实用新型实施例的用于混合动力汽车的驱动系统100,通过设置动力耦合 组件3,可更好地实现汽车不同工况下动力的传递,提高传递效率,降低传递能量损失,同时 动力耦合组件3结构紧凑、体积小,方便装配,同时第一行星齿轮33和第二行星齿轮35不 存在传动封闭回路,不会产生循环功率流。此外,驱动系统100采用单电机即一个电动发电 机,更进一步缩小了驱动系统100的体积,且在动力电池电量不足时可由发动机1为其充电并可反向调节发动机I的转速,使发动机I 一直高效工作,同时还可在一定范围内调节输出 轴的转速,从而实现无级变速功能。
[0044] 在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结 构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术 语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或 者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0045] 尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例,本领域的普通技术人员可以理解: 在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换 和变型,本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1. 一种用于混合动力汽车的驱动系统,其特征在于,包括: 发动机; 电动发电机; 动力耦合组件,所述动力耦合组件包括: 行星架; 第一太阳轮,所述第一太阳轮同轴地设在所述行星架上; 两个第一行星齿轮,所述两个第一行星齿轮分别与所述行星架刚性连接且分别与所述第一太阳轮哨合; 第二太阳轮,所述第二太阳轮同轴地设在所述行星架上且与所述第一太阳轮在轴向上彼此间隔开; 两个第二行星齿轮,所述两个第二行星齿轮分别与所述行星架刚性连接且分别与所述第二太阳轮哨合; 离合器,所述离合器设在所述发动机的输出轴与所述行星架之间; 用于制动所述电动发电机输出轴的制动器; 控制单元,所述控制单元控制所述混合动力汽车的工况为启动工况、驱动工况或制动能量回收工况中的其中一种,其中所述驱动工况包括纯发动机驱动工况、纯电动驱动工况和混合驱动工况;其中 所述发动机的输出轴与所述行星架相连,所述电动发电机的输出轴与所述第一太阳轮相连,所述第二太阳轮与所述动力耦合组件的输出轴相连以将动力传递给所述混合动力汽车的驱动桥。
2.根据权利要求I所述的用于混合动力汽车的驱动系统,其特征在于,还包括: 第一齿轮副,所述第一齿轮副设在所述发动机的输出轴与所述行星架之间。
3.根据权利要求I所述的用于混合动力汽车的驱动系统,其特征在于,还包括: 第二齿轮副,所述第二齿轮副设在所述动力耦合组件的输出轴与所述驱动桥之间。
4.根据权利要求I所述的用于混合动力汽车的驱动系统,其特征在于,所述控制单元控制所述混合动力汽车的工况为启动工况时,所述制动器脱离制动所述电动发电机的输出轴,所述离合器接合,所述电动发电机输出的动力经由所述行星架传递至所述发动机以启动所述发动机。
5.根据权利要求I所述的用于混合动力汽车的驱动系统,其特征在于,所述控制单元控制所述混合动力汽车的驱动工况为纯发动机驱动工况时,所述制动器制动所述电动发电机的输出轴,所述离合器接合,所述发动机输出的动力经由所述行星架、所述两个第二行星齿轮、所述第二太阳轮和所述动力耦合组件的输出轴传递至所述驱动桥。
6.根据权利要求I所述的用于混合动力汽车的驱动系统,其特征在于,所述控制器控制所述混合动力汽车的驱动工况为纯电动驱动工况时,所述制动器脱离制动所述电动发电机的输出轴,所述离合器分离,所述电动发电机输出的动力经由所述第一太阳轮、两个所述第一行星齿轮、所述行星架、两个所述第二行星齿轮、所述第二太阳轮和所述动力耦合组件的输出轴传递至所述驱动桥。
7.根据权利要求I所述的用于混合动力汽车的驱动系统,其特征在于,所述控制器控制所述混合动力汽车的驱动工况为混合动力驱动工况时,所述制动器脱离制动所述电动发电机的输出轴,所述离合器接合,所述发动机输出的动力中的一部分经由所述行星架、所述两个第二行星齿轮、所述第二太阳轮和所述动力耦合组件的输出轴传递至所述驱动桥,且所述发动机输出的动力中的剩余部分经由所述行星架、所述两个第一行星齿轮和所述第一太阳轮传递至所述电动发电机以驱动所述电动发电机电动发电。
8.根据权利要求I所述的用于混合动力汽车的驱动系统,其特征在于,所述控制器控制所述混合动力汽车的工况为制动能量回收工况时,所述离合器分离,所述制动器脱离制动所述电动发电机的输出轴,所述电动发电机电动发电。
9.根据权利要求I所述的用于混合动力汽车的驱动系统,其特征在于,所述两个第一行星齿轮相对于所述第一太阳轮对称设置。
10.根据权利要求I所述的用于混合动力汽车的驱动系统,其特征在于,所述两个第二行星齿轮相对于所述第二太阳轮对称设置。
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