CN203713523U - 混合动力驱动系统及混合动力车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种混合动力驱动系统及混合动力车辆，包括发动机、第一电机、第二电机、动力耦合差速器、传动装置及动力电池，所述发动机的输出轴与所述动力耦合差速器的壳体连接，所述第一电机的输出轴与所述动力耦合差速器的左端锥齿轮连接，所述动力耦合差速器的右端锥齿轮及所述第二电机的输出轴分别与所述传动装置连接，所述混合动力驱动系统还包括用于结合和分离所述发动机和第一电机的第一离合器及用于阻止和允许所述动力耦合差速器的壳体转动的第二离合器。本实用新型的混合动力驱动系统，通过第一离合器断开及第二离合器接合可以实现纯电动模式下的双电机驱动，大大提高了车辆在纯电动模式下的动力性。

Description

混合动力驱动系统及混合动力车辆

技术领域

本实用新型属于混合动力技术领域，特别是涉及一种混合动力驱动系统及混合动力车辆。

背景技术

油电混合动力车辆按耦合方式有串联式混合动力、并联式混合动力和混联式混合动力。目前市面有最典型混联式混合动力系统为丰田普锐斯，普锐斯有两个典型特点，一是采用行星轮机构将发动机、发电机和驱动电机进行驱动力耦合；二是采取了两个电机和行星轮机构的一体化设计。

从目前市场表现来看行星轮式混联系统明显优于其它类型的混动系统，但是行星轮机构对机械结构设计、材料和加工技术要求较高，开发难度很大，国内尚不具备产业化的能力。另外一体化设计的混动机构将电机和行星轮完全整合，设计定型后电机无法修改，将这套机构移植到其他车型上需重新设计。

现有技术中的混合动力驱动系统，可包括发动机、发电机、电机、差速器机构、传动装置和动力电池，动力电池连接在发电机与电机之间，差速器机构的行星架（壳体）与发动机的输出轴连接，差速器机构的左端锥齿轮与发电机的输出轴连接，速器机构的右端锥齿轮及电机的输出轴与传动装置连接。上述技术方案，在发动机单独驱动时，发动机的动力首先通过发动机输出轴传递至差速器机构的行星架（壳体），然后该动力在差速器机构的左端锥齿轮与右端锥齿轮之间进行分配，分别传递给发电机进行发电以及传递给传动装置以驱动车辆行驶。在这种情况下，通过对发电机的转速进行调节，可以相应地对发动机的输出功率进行调节，使发动机工作在最佳状态，提高发动机的燃油经济性。

但是，上述技术方案中，在车辆低速行驶，或者需要频繁启动和停车时，才进入纯电动驱动模式，并且在纯电动模式下只由一个电机单独驱动，可见上述技术方案提供的混合动力驱动系统在纯电动模式下只能是满足车辆低速行驶的需要，不能实现纯电动模式下的中高速行驶的需求，即在纯电动模式下的动力性不足。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有的混合动力驱动系统在纯电动模式下的动力性不足的缺陷，提供一种混合动力驱动系统。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

提供一种混合动力驱动系统，包括发动机、第一电机、第二电机、动力耦合差速器、传动装置及用于给所述第一电机及第二电机供电的动力电池，所述发动机的输出轴与所述动力耦合差速器的壳体连接，所述第一电机的输出轴与所述动力耦合差速器的左端锥齿轮连接，所述动力耦合差速器的右端锥齿轮及所述第二电机的输出轴分别与所述传动装置连接，所述混合动力驱动系统还包括用于结合和分离所述发动机和第一电机的第一离合器及用于阻止和允许所述动力耦合差速器的壳体转动的第二离合器。

进一步地，所述发动机的输出轴通过第一齿轮副与所述动力耦合差速器的壳体连接，所述第一齿轮副包括与所述发动机的输出轴连接的第一主动齿轮及与所述动力耦合差速器的壳体连接的第一从动齿轮。

进一步地，所述第一电机的输出轴通过第二齿轮副与所述动力耦合差速器的左端锥齿轮连接，所述第二齿轮副包括与所述第一电机的输出轴连接的第二主动齿轮及与所述动力耦合差速器的左端锥齿轮连接的第二从动齿轮。

进一步地，所述传动装置包括与所述动力耦合差速器的右端锥齿轮连接的动力输出轴、连接在所述动力输出轴上的输出齿轮、连接在所述动力输出轴上且位于动力传递路径后方的主减速器、驱动差速器、左半轴及右半轴，所述主减速器的动力输出侧与所述驱动差速器的壳体连接，所述左半轴及右半轴的一端分别与所述驱动差速器的左端锥齿轮及右端锥齿轮连接，所述左半轴及右半轴的另一端分别连接车辆的左车轮及右车轮。

进一步地，所述动力耦合差速器与所述驱动差速器均为对称式锥齿轮差速器。

进一步地，所述第二离合器的一端连接在变速箱壳体或车身上，另一端连接在所述发动机至所述动力耦合差速器的动力传输路径上。

进一步地，所述混合动力驱动系统还包括连接在所述发动机曲轴与输出轴之间的扭转减震器，所述第一离合器设置在所述第一电机与所述扭转减震器之间。

进一步地，所述第一离合器的一端连接在所述扭转减震器上，另一端连接在所述第一电机的输出轴或转子上。

根据本实用新型的混合动力驱动系统，设置有用于结合和分离所述发动机和第一电机的第一离合器及用于阻止和允许所述动力耦合差速器的壳体转动的第二离合器，这样，在纯电动模式下，可以通过混动控制器控制第一离合器断开（发动机和第一电机分离）及第二离合器接合（动力耦合差速器的壳体不允许转动），由于发动机连接在动力耦合差速器的壳体上，因而发动机不能转动，第一电机的驱动力矩（扭矩）由动力耦合差速器的左端锥齿轮输入，从动力耦合差速器的右端锥齿轮输出，以将驱动力矩传递至传动装置，而与传动装置相连的第二电机也将驱动力矩传递至传动装置，这样就实现了纯电动模式下的双电机驱动，大大提高了车辆在纯电动模式下的动力性。

另外，本实用新型还提供了一种混合动力车辆，其包括上述的混合动力驱动系统。

进一步地，所述混合动力车辆为增程式混合动力车辆。

附图说明

图1是本实用新型一实施例提供的混合动力驱动系统的结构示意图；

图2是动力耦合差速器的结构简图；

图3是为本实用新型一实施例提供的混合动力驱动系统在纯电动模式下的机械能传递示意图；

图4是为本实用新型一实施例提供的混合动力驱动系统在混合驱动模式下的机械能传递示意图；

图5是为本实用新型一实施例提供的混合动力驱动系统在发动机直接驱动模式下的机械能传递示意图。

说明书中的附图标记如下：

1、发动机；11、发动机的输出轴；2、第一电机；21、第一电机的输出轴；3、第二电机；31、第二电机的输出轴；311、齿轮；4、动力耦合差速器；41、壳体；42、行星架；43、左端锥齿轮；44、右端锥齿轮；45、行星轮；5、传动装置；51、动力输出轴；52、输出齿轮；53、主减速器；54、驱动差速器；55、左半轴；56、右半轴；6、动力电池；7、第一离合器；8、第二离合器；9、电机控制器；10、混动控制器；200、扭转减震器；301、第一主动齿轮；302、第一从动齿轮；401、第二主动齿轮；402、第二从动齿轮。

具体实施方式

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的详细说明。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。

请一参照图1，本实用新型一实施例提供的混合动力驱动系统，包括发动机1、第一电机2、第二电机3、动力耦合差速器4、传动装置5、用于给所述第一电机2及第二电机3供电的动力电池6、用于结合和分离所述发动机1和第一电机2的第一离合器7、用于阻止和允许所述动力耦合差速器的壳体转动的第二离合器8、用于控制电机运转的电机控制器9及用于控制该驱动系统的驱动模式的混动控制器10。

本实施例中，所述电机控制器9连接在第一电机2与第二电机3之间，以控制第一电机2与第二电机3的运转。所述动力电池6的一端与电机控制器9电连接，以通过电机控制器9给第一电机2及第二电机3供电，或者反过来通过第一电机2及第二电机3给动力电池6充电；所述动力电池6的另一端与混动控制器10电连接，以给混动控制器10供电；所述混动控制器10与发动机1及电机控制器9电连接。这样，混动控制器10可以控制发动机的输出功率（输出扭矩），并在不同驱动模式下向电机控制器发送请求，以控制第一电机2及第二电机3的目标转速。

本实施例中，动力耦合差速器4为常规的对称式锥齿轮差速器。如图2所示，该差速器包括壳体41、与壳体41固定连接或一体形成的行星架42、左端锥齿轮43、右端锥齿轮44及转动连接在行星架42上且与左端锥齿轮43及右端锥齿轮44啮合的多个行星轮45。

本实施例中，如图1及图2所示，所述发动机的输出轴11与所述动力耦合差速器的壳体41连接，所述第一电机的输出轴21与所述动力耦合差速器的左端锥齿轮43连接，所述动力耦合差速器的右端锥齿轮44及所述第二电机的输出轴31分别与所述传动装置5连接。

本实施例中，所述混合动力驱动系统还包括连接在所述发动机曲轴与输出轴11之间的扭转减震器200，所述第一离合器7设置在所述第一电机2与所述扭转减震器200之间。扭转减震器200用于吸收发动机的振动，避免将振动传递至输出轴11。优选地，所述第一离合器7的一端连接在所述扭转减震器200上，另一端连接在所述第一电机的输出轴21或转子上。

本实施例中，所述第二离合器8的一端连接在变速箱壳体或车身上，另一端连接在所述发动机1至所述动力耦合差速器4的动力传输路径上，即所述第二离合器8的另一端可以是连接在发动机的输出轴11上，也可以是连接在所述动力耦合差速器的壳体41上。

这样，当第一离合器7接合而第二离合器8断开时，发动机1与第一电机2结合一起绕发动机的输出轴11转动，连接在所述发动机的输出轴11上的所述动力耦合差速器的壳体41与连接在所述第一电机2的输出轴21或转子上的所述动力耦合差速器的左端锥齿轮43同步转动（即没有相对运动），即动力耦合差速器的左端锥齿轮43和壳体41被第一离合器7锁住无法相对运动，这样，动力耦合差速器4的内部不发生作用（动力耦合差速器4此时相当于联轴器），动力耦合差速器4不改变传递的扭矩，发动机1和第一电机2的扭矩直接传递至传动装置5；而当第一离合器7断开而第二离合器8接合时，动力耦合差速器的壳体41不允许转动，由于发动机1连接在动力耦合差速器的壳体41上，因而发动机1也不能转动，此时通过第一电机2和第二电机3共同驱动车辆，实现双电机驱动的纯电动模式。

本实施例中，如图1所示，所述发动机的输出轴11通过第一齿轮副与所述动力耦合差速器的壳体41连接，所述第一齿轮副包括与所述发动机的输出轴11连接的第一主动齿轮301及与所述动力耦合差速器的壳体41连接的第一从动齿轮302，这样通过第一主动齿轮301与第一从动齿轮302的啮合，可将发动机的扭矩传递给动力耦合差速器的壳体41。当然，在其它实施例中，也可以将发动机的输出轴11直接与动力耦合差速器的壳体41连接。

本实施例中，如图1所示，所述第一电机的输出轴21通过第二齿轮副与所述动力耦合差速器的左端锥齿轮43连接，所述第二齿轮副包括与所述第一电机的输出轴21连接的第二主动齿轮401及与所述动力耦合差速器的左端锥齿轮43连接的第二从动齿轮402。这样通过第二主动齿轮401与第二从动齿轮402的啮合，可将第一电机输出的扭矩传递给动力耦合差速器的左端锥齿轮43，或者是反过来将左端锥齿轮43输出的扭矩传递给第一电机以驱使第一电机发电。当然，在其它实施例中，也可以将第一电机的输出轴21直接与动力耦合差速器的左端锥齿轮43连接。

本实施例中，所述传动装置5为常规的结构，如图1所示，所述传动装置5包括与所述动力耦合差速器的右端锥齿轮43连接的动力输出轴51、连接在所述动力输出轴51上的输出齿轮52、连接在所述动力输出轴52上且位于动力传递路径后方的主减速器53、驱动差速器54、左半轴55及右半轴56，所述主减速器53的动力输出侧与所述驱动差速器54的壳体连接，所述左半轴55及右半轴56的一端分别与所述驱动差速器54的左端锥齿轮及右端锥齿轮连接，所述左半轴56及右半轴56的另一端分别连接车辆的左车轮及右车轮。

本实施例中，所述第二电机的输出轴31上设置有与所述输出齿轮52啮合的齿轮311，以将动力传输至动力输出轴51上，或者是接受动力输出轴51传输过来的动力，使第二电机反转发电。

如图3至图5所示，为本实用新型上述实施例的混合动力驱动系统在纯电动模式、混合驱动模式及发动机直接驱动模式下的机械能传递示意图。在图3至图5中，粗实线的箭头其走向表示机械能的传递路径。

纯电动模式如图3所示，当车辆电能充足时，则进入纯电动模式，此时第一离合器7断开，第二离合器8接合使得动力耦合差速器的壳体41被固定到变速箱壳体或车身上，由于发动机连接在动力耦合差速器的壳体41上，因而发动机1不能转动，第一电机2的驱动力矩（扭矩）由动力耦合差速器的左端锥齿轮43输入，从动力耦合差速器的右端锥齿轮44输出，以将第一电机2的驱动力矩传递至主减速器53和驱动差速器54，而第二电机3的驱动力矩通过齿轮311与输出齿轮52的啮合，也传递到主减速器53和驱动差速器54上，最后第一电机2与第二电机3的合成力矩经由驱动差速器54输出至左右半轴以驱动车轮。该模式下第一电机2和第二电机3同时驱动车辆，提高了纯电动模式下的动力性，适合需要长时间纯电动驱动的增程式混合动力车辆（也称增程式电动车）。

混合驱动模式如图4所示，当车辆电量较低且车速也较低时，则进入混合驱动模式，此时第一离合器7和第二离合器8都断开，发动机和两个电机配合驱动车辆，实现发动机与驱动轴（左半轴及右半轴）之间的无极变速。控制流程为混动控制器10根据油门开度、动力电池SOC（荷电状态）、车速、第二电机3反馈的实际转速n_m2及动力电池充放电能力限制，计算出当前发动机1需要产生的功率p_eng，再根据发动机最优工作曲线获取该功率p_eng下发动机工作的转速n_eng和扭矩T_eng，通过等功率线与发动机最优工作曲线的交点获得发动机目标转速和扭矩，此时混动控制器10向发动机1发出的扭矩请求为T_eng，向第二电机3的请求力矩 $T_{m2}=i_{\mathrm{FE}}(\frac{T_r}{i}-\frac{0.5T_{\mathrm{eng}}}{i_{\mathrm{BD}}}),$ 第一电机2的控制目标转速为 $n_{m1}=\frac{2n_{\mathrm{eng}}{i}_{\mathrm{BD}}-n_{m2}{i}_{\mathrm{FE}}}{i_{\mathrm{AC}}}$ （i_BD为第一主动齿轮301和第一从动齿轮302的速比）。

发动机直接驱动模式如图5所示，当动力电池电量较低，且车辆处于中速或高速行驶时进入发动机直接驱动模式，此时第一离合器7接合将发动机1和第一电机2结合在一起，第二离合器8处于断开状态。由于发动机1和第一电机2分别连接动力耦合差速器的左端锥齿轮43和壳体41，因而动力耦合差速器的左端锥齿轮43和壳体41被第一离合器7锁住，无法相对运动，发动机2和第一电机2的合成扭矩直接通过动力输出轴51传递到主减速器53和驱动差速器54上（动力耦合差速器4不改变传递的扭矩），第二电机3的驱动力矩通过齿轮311与输出齿轮52的啮合递到主减速器53和驱动差速器54上。该模式第一电机2和第二电机3可以完全不输出扭矩（第一电机和第二电机空转），发动机1单独驱动车辆，当然，第一电机2和第二电机3也可以充当负荷调节电机的作用适当调节发动机负荷，这样第一电机2和第二电机3反转发电，第一电机2及第二电机3向传动装置5传递一与发动机1传递至传动装置5上的扭矩相反的扭矩，如图5粗实线箭头所示。

根据本实用新型上述实施例的混合动力驱动系统，设置有用于结合和分离所述发动机和第一电机的第一离合器及用于阻止和允许所述动力耦合差速器的壳体转动的第二离合器，这样，在纯电动模式下，可以通过混动控制器控制第一离合器断开（发动机和第一电机分离）及第二离合器接合（动力耦合差速器的壳体不允许转动），由于发动机连接在动力耦合差速器的壳体上，因而发动机不能转动，第一电机的驱动力矩（扭矩）由动力耦合差速器的左端锥齿轮输入，从动力耦合差速器的右端锥齿轮输出，以将驱动力矩传递至传动装置，而与传动装置相连的第二电机也将驱动力矩传递至传动装置，这样就实现了纯电动模式下的双电机驱动，大大提高了车辆在纯电动模式下的动力性。

另外，本实用新型一实施例还提供了一种混合动力车辆，其包括上述的混合动力驱动系统。优选地，所述混合动力车辆为增程式混合动力车辆（也称增程式电动车）。

当然，在其它实施例中，上述混合动力车辆也可以是插电式混合动力车辆及其它类型的混合动力车辆。

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)

1.一种混合动力驱动系统，包括发动机、第一电机、第二电机、动力耦合差速器、传动装置及用于给所述第一电机及第二电机供电的动力电池，所述发动机的输出轴与所述动力耦合差速器的壳体连接，所述第一电机的输出轴与所述动力耦合差速器的左端锥齿轮连接，所述动力耦合差速器的右端锥齿轮及所述第二电机的输出轴分别与所述传动装置连接，其特征在于，所述混合动力驱动系统还包括用于结合和分离所述发动机和第一电机的第一离合器及用于阻止和允许所述动力耦合差速器的壳体转动的第二离合器。

2.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述发动机的输出轴通过第一齿轮副与所述动力耦合差速器的壳体连接，所述第一齿轮副包括与所述发动机的输出轴连接的第一主动齿轮及与所述动力耦合差速器的壳体连接的第一从动齿轮。

3.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述第一电机的输出轴通过第二齿轮副与所述动力耦合差速器的左端锥齿轮连接，所述第二齿轮副包括与所述第一电机的输出轴连接的第二主动齿轮及与所述动力耦合差速器的左端锥齿轮连接的第二从动齿轮。

4.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述传动装置包括与所述动力耦合差速器的右端锥齿轮连接的动力输出轴、连接在所述动力输出轴上的输出齿轮、连接在所述动力输出轴上且位于动力传递路径后方的主减速器、驱动差速器、左半轴及右半轴，所述主减速器的动力输出侧与所述驱动差速器的壳体连接，所述左半轴及右半轴的一端分别与所述驱动差速器的左端锥齿轮及右端锥齿轮连接，所述左半轴及右半轴的另一端分别连接车辆的左车轮及右车轮。

5.根据权利要求4所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述动力耦合差速器与所述驱动差速器均为对称式锥齿轮差速器。

6.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述第二离合器的一端连接在变速箱壳体或车身上，另一端连接在所述发动机至所述动力耦合差速器的动力传输路径上。

7.根据权利要求1至6任意一项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连接在所述发动机曲轴与输出轴之间的扭转减震器，所述第一离合器设置在所述第一电机与所述扭转减震器之间。

8.根据权利要求7所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述第一离合器的一端连接在所述扭转减震器上，另一端连接在所述第一电机的输出轴或转子上。

9.一种混合动力车辆，其特征在于，包括权利要求1至8任意一项所述的混合动力驱动系统。

10.根据权利要求9所述的混合动力车辆，其特征在于，所述混合动力车辆为增程式混合动力车辆。