CN205601593U - 两挡混合动力系统及混合动力汽车 - Google Patents

Abstract

一种两挡混合动力系统及混合动力汽车，包括发动机；发电机，与该发动机同轴相连；离合器，设置在该发动机与该发电机之间；差速器；驱动电机，通过齿轴变速传动系统分别与该离合器和该差速器相连。本实施例提供的两挡混合动力系统，结构简单，节省空间，方便布置，克服现有并联式混合动力汽车及其动力总成尺寸空间大，结构复杂等缺点；针对现有的混合动力系统大多只有一个挡位，动力性和经济性受限的问题，将挡位增加为两个，通过不同传动比下的挡位设置，大大提高了混合动力系统的动力性和经济性；通过增加到两个挡位的设置方案，在不同驱动模式时都有不同挡位可以选择，即使在驱动电机失效的时候，发动机仍然可以直接驱动车辆行驶，可靠性增加。

Description

两挡混合动力系统及混合动力汽车

技术领域

本实用新型涉及混合动力汽车的技术领域，更具体的是涉及一种两挡混合动力系统及具有该两挡混合动力系统的混合动力汽车。

背景技术

随着石油资源的缺乏和人们环保意识的提高，以及越来越严格的环境保护法规的要求，迫切需要可节省能源和低排放甚至是零排放的绿色环保汽车产品。为此，世界各国政府以及各大汽车制造商都在加大力度开发各种不同类型的新能源汽车。

与传统内燃机相比，混合动力汽车是指使用两种以上能量来源的车辆。最常见的油电混合动力汽车是有发动机和电动机，发动机消耗燃油，牵引电动机消耗动力电池的电能。近年来，用于混合动力汽车的动力驱动系统及其工作模式已成为研究热点。

由于混合动力系统涉及传统发动机驱动以及电动机驱动，结构往往比较复杂，占用空间较大，影响车辆其他部件的布置。一方面目前比较主流的电机并联式混合动力系统中，普遍是电机采用盘式结构，安装在发动机与变速器之间，占用一定的轴向尺寸，造成动力总成轴向长度大，在整车上布置困难。由于受尺寸限制，电机的功率一般不大，纯电动下动力性能较差。另一方面，目前混合动力变速箱集成电机的方案中普遍采用一挡齿轮结构，一般很少采用多挡齿轮结构，要获得满意的动力性和经济性都往往比较困难。

中国专利第CN201420395631.3号即公开了一种电动汽车动力耦合系统，包括发动机；发电机，与发动机同轴相连；离合器，设置在发动机与发电机之间；驱动电机，通过传动装置分别与离合器和差速器相连。该电动汽车动力耦合系统，虽然各部件布局比较合理，结构紧凑，有利于装配且节省空间， 提高了车内空间利用率。但是，该方案在纯电驱动和混合动力模式驱动时仅有一个固定传动比的挡位，会导致整个动力耦合系统的动力性受限，经济性也还有进一步提升的空间；另外该方案无驻车机构，无法实现驻车功能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种两挡混合动力系统及混合动力汽车，解决目前的混合动力系统占用空间大、在整车上布置困难，以及大多只有一个挡位，动力性和经济性受限的问题。

本实用新型实施例提供一种两挡混合动力系统，包括：

发动机；

发电机，与该发动机同轴相连；

离合器，设置在该发动机与该发电机之间；

差速器；

驱动电机，通过齿轴变速传动系统分别与该离合器和该差速器相连；

其中，该齿轴变速传动系统包括第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮、第六齿轮、主减速齿轮、同步器、中间轴和驱动电机输出轴；

该离合器包括相互配合的主动部分和从动部分，该离合器的主动部分与该发动机相连，该离合器的从动部分通过连接轴与该第一齿轮相连，该第一齿轮位于该发电机和该发动机所在的轴上；

该第二齿轮、该同步器、该第三齿轮、该第六齿轮位于该中间轴上；

该第四齿轮、该第五齿轮位于该驱动电机输出轴上；

该第一齿轮与该第二齿轮相互啮合；

该第二齿轮与该第四齿轮相互啮合；

该第三齿轮与该第五齿轮相互啮合；

该同步器位于该第二齿轮与该第三齿轮之间，该同步器控制该第二齿轮 和该第三齿轮与该中间轴的分离与同步；

该第六齿轮与该主减速齿轮相互啮合；

该主减速齿轮与该差速器相连接；

该差速器通过驱动半轴将驱动力分别传递到驱动轮。

进一步地，该两挡混合动力系统还包括驻车齿轮，该驻车齿轮位于该中间轴上。

进一步地，该两挡混合动力系统还包括驻车齿轮，该驻车齿轮位于该差速器的壳体上。

进一步地，该发动机的输出轴与该发电机的发电机输入轴为同一轴。

进一步地，该两挡混合动力系统具有纯电动模式、增程模式和混合驱动模式。

进一步地，在该纯电动模式下，该发动机和该发电机均不工作，该离合器断开，该驱动电机的动力经该第五齿轮到第三齿轮或经第四齿轮到第二齿轮，然后再经过第六齿轮到主减速齿轮后传递给差速器，差速器通过驱动半轴将动力传递到驱动轮。

进一步地，在该增程模式下，该离合器断开，该发动机启动，该发动机带动该发电机发电以向动力电池充电或给该驱动电机供电，该驱动电机的动力经该第五齿轮到第三齿轮或经第四齿轮到第二齿轮，然后再经过第六齿轮到主减速齿轮后传递给差速器，差速器通过驱动半轴将动力传递到驱动轮。

进一步地，在该混合驱动模式下，该离合器结合，该发动机启动，该发动机的动力一部分经第一齿轮、第二齿轮到中间轴或经第一齿轮、第二齿轮、第四齿轮到驱动电机输出轴与驱动电机的输出动力相耦合，驱动电机的动力经第五齿轮到第三齿轮或经第四齿轮到第二齿轮，然后再经过第六齿轮到主减速齿轮后传递给差速器，差速器通过驱动半轴将动力传递到驱动轮。

进一步地，该离合器为双离合器，该双离合器包括第一离合器和第二离合器，该第一离合器和该第二离合器的主动部分均与该发动机相连，该第一 离合器的从动部分与该发电机相连，该第二离合器的从动部分与该第一齿轮相连。

进一步地，该两挡混合动力系统还包括减振器，该减振器设置在该发动机与该离合器之间，该减振器的输入端与该发动机相连，该减振器的输出端与该离合器的主动部分相连。

本实用新型实施例还提供一种混合动力汽车，所述混合动力汽车包括上述的两挡混合动力系统。

本实施例提供的两挡混合动力系统及混合动力汽车，结构简单，节省空间，方便布置，克服现有并联式混合动力汽车及其动力总成尺寸空间大，结构复杂等缺点；针对现有的混合动力系统大多只有一个挡位，动力性和经济性受限的问题，将挡位增加为两个，通过不同传动比下的挡位设置，大大提高了混合动力系统的动力性和经济性；通过增加到两个挡位的设置方案，在不同驱动模式时都有不同挡位可以选择，即使在驱动电机失效的时候，发动机仍然可以直接驱动车辆行驶，可靠性增加；另外还增加驻车齿轮机构，可以在停车时实现驻车功能，增加了停车时的安全性。。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本实用新型第一实施例的两挡混合动力系统的结构示意图。

图2是本实用新型第一实施例的两挡混合动力系统的控制流程示意图。

图3、图4是本实用新型第一实施例的两挡混合动力系统工作在纯电动模式下的动力传递示意图。

图5、图6是本实用新型第一实施例的两挡混合动力系统工作在增程模 式下的动力传递示意图。

图7、图8是本实用新型第一实施例的两挡混合动力系统工作在混合驱动模式下的动力传递示意图；

图9是本实用新型第二实施例的两挡混合动力系统的结构示意图。

图10、图11是本实用新型第二实施例的两挡混合动力系统工作在纯电动模式下的动力传递示意图。

图12、图13是本实用新型第二实施例的两挡混合动力系统工作在增程模式下的动力传递示意图。

图14、图15是本实用新型第二实施例的两挡混合动力系统工作在混合驱动模式下的动力传递示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本实用新型进行详细说明如下。

[第一实施例]

本实用新型实施例提供一种两挡混合动力系统，其可在不同挡位下工作，且具有纯电动模式、增程模式、混合驱动模式，每种模式具有两个挡位，结构如图1所示。

请参照图1所示，本实施例提供的两挡混合动力系统，包括：

发动机1；

发电机8，与发动机1同轴相连；

离合器4，设置在发动机1与发电机8之间；

差速器20；

驱动电机16，通过齿轴变速传动系统分别与离合器4和差速器20相连；

驻车齿轮18，位于中间轴12上，可以通过锁止以实现驻车功能；

其中，齿轴变速传动系统包括第一齿轮7、第二齿轮9、第三齿轮11、 第四齿轮13、第五齿轮14、第六齿轮17、主减速齿轮19、同步器10、中间轴12、驱动电机输出轴15；

其中，离合器4包括相互配合的主动部分和从动部分，离合器4的主动部分与发动机1的输出轴3相连，离合器4的从动部分通过连接轴6与第一齿轮7相连，第一齿轮7位于发电机8和发动机1所在的轴上；

第二齿轮9、同步器10、第三齿轮11、第六齿轮17位于中间轴12上；

第四齿轮13、第五齿轮14位于驱动电机输出轴15上；

第一齿轮7与第二齿轮9相互啮合；

第二齿轮9与第四齿轮13相互啮合；

第三齿轮11与第五齿轮14相互啮合；

同步器10位于第二齿轮9与第三齿轮11之间，同步器10控制第二齿轮9和第三齿轮11与中间轴12的分离与同步；

第六齿轮17与主减速齿轮19相互啮合；

主减速齿轮19与差速器20相连接；

差速器20通过驱动半轴21、22将驱动力分别传递到驱动轮23、24；

减振器2，设置在发动机1与离合器4之间，减振器2的输入端与发动机1相连，减振器2的输出端与离合器4的主动部分相连。具体的，减振器2可以为扭转减振器或液力耦合器。

本实施例中，发动机1与发电机8同轴相连，结构更为紧凑，并且因为省去了二者之间额外的传动装置，传动效率更高。由此，图1所示的发动机1的输出轴3与发电机8的发电机输入轴5为同一轴。

本实施例中，作为另一种实现方式，离合器4为双离合器，该双离合器包括第一离合器和第二离合器，第一离合器和第二离合器的主动部分均与发动机1相连，第一离合器的从动部分与发电机8相连，第二离合器的从动部分与第一齿轮7相连。

上述结构的两挡混合动力系统，各部件布局合理，结构紧凑，有利于装 配且节省空间，提高了车内空间利用率，改善动力性和经济性。当需要驻车时，驻车机构执行动作以锁止与中间轴12相连接的驻车齿轮18，以实现驻车功能。

本实施例的两挡混合动力系统具有纯电动模式、增程模式及混合驱动模式，可根据电池SOC值及车速需求自动实现三种模式的切换，由此，本实施例的控制流程，请参照图2所示，包括：

步骤S1，判断电池SOC值与第一阈值的大小关系，或者同时判断电池SOC值与第一阈值的大小关系以及车速与第二阈值的大小关系；

步骤S2，根据判断结果，切换所述两挡混合动力系统的工作模式。

具体地，如图3、图4的两个挡位图所示，当步骤S1判断电池SOC值高于第一阈值时，步骤S2包括：控制发动机1、发电机8均不工作，离合器4断开，驱动电机16的动力经第五齿轮14到第三齿轮11或经第四齿轮13到第二齿轮9，然后再经过第六齿轮17到主减速齿轮19两级减速后传递给差速器20，差速器20通过驱动半轴21、22将动力传递到驱动轮23、24，此时车辆以纯电动模式行驶在全车速区域，动力传递路线如图3和图4中箭头所示。

如图5和图6的两个挡位图所示，当步骤S1判断电池SOC值低于第一阈值且车速低于第二阈值时，步骤S2包括：控制离合器4断开，控制发动机1启动，发动机1带动发电机8发电，以向动力电池充电或给驱动电机16供电，驱动电机16的动力经第五齿轮14到第三齿轮11或经第四齿轮13到第二齿轮9，然后再经过第六齿轮17到主减速齿轮19两级减速后传递给差速器20，差速器20通过驱动半轴21、22将动力传递到驱动轮23、24，此时车辆以增程模式行驶在低速区域，动力传递路线如图5和图6中箭头所示。

如图7和图8的两个挡位图所示，当步骤S1判断电池SOC值低于第一阈值且车速高于第二阈值时，步骤S2包括：控制离合器4结合，控制发动机1启动，发动机1的动力一部分经第一齿轮7、第二齿轮9到中间轴12或经 第一齿轮7、第二齿轮9、第四齿轮13到驱动电机输出轴15与驱动电机的输出动力相耦合。驱动电机16的动力经第五齿轮14到第三齿轮11或经第四齿轮13到第二齿轮9，然后再经过第六齿轮17到主减速齿轮19两级减速后传递给差速器20，差速器20通过驱动半轴21、22将动力传递到驱动轮23、24，此时车辆以混合驱动模式行驶在高速区域，动力传递路线如图7和图8中箭头所示。

在上述增程模式中，当电池SOC值较低需要启动发动机时，发电机8作为启动电机使用，用于启动发动机1，使发动机1带动发电机8向动力电池充电或者给驱动电机16供电；当汽车需要高速行驶时，发电机8同样将作为启动电机使用，用于启动发动机1，发动机1输出驱动力矩，驱动电机16则辅助驱动，进入混合驱动模式。

上述三种模式以表格体现如下：

第一阈值用于判断电池SOC值的高低，第二阈值用于判断车速的高低，本实施例不对第一阈值和第二阈值的取值范围做限定，通常可以根据具体的控制策略自由设定，不同的控制策略下，第一阈值和第二阈值的取值都不尽相同。设定好第一阈值和第二阈值后，则自动判断并根据判断结果在三种模式间自动切换。

此外，汽车制动时，驱动电机16产生制动力矩制动车轮，同时其电机绕组中将产生感应电流向动力电池充电，实现制动能量的回收。由此，本实 施例的控制方法还包括：

步骤S3，在制动时控制驱动电机产生制动力矩并且在电机绕组中产生感应电流以向动力电池充电。

在需要驻车时，步骤S4，控制所述驻车机构执行动作锁止位于中间轴上的驻车齿轮，以实现驻车效果；

另外，当汽车需要倒车时，驱动电机16反转实现倒挡功能。

[第二实施例]

本实用新型的第二实施例提供的两挡混合动力系统，其结构如图9所示。本实施例与上述第一实施例的区别仅在于驻车机构，在本实施例中，驻车齿轮18位于差速器20的壳体上，通过锁止驻车齿轮18可实现驻车功能。当需要驻车时，控制驻车机构执行动作以锁止与差速器壳体相连接的驻车齿轮18，即实现驻车功能。

同样的，本实施例提供的两挡混合动力系统具有纯电动模式、增程模式及混合驱动模式，可根据电池SOC值及车速需求自动实现纯电动模式、増程模式、混合驱动模式三种工作模式的切换。

当电池SOC值高于第一阈值时，发动机1、发电机8均不工作，离合器4断开，驱动电机16的动力经第五齿轮14到第三齿轮11或经第四齿轮13到第二齿轮9，然后再经过第六齿轮17到主减速齿轮19两级减速后传递给差速器20，差速器20通过驱动半轴21、22将动力传递到驱动轮23、24，此时车辆以纯电动模式行驶在全车速区域，动力传递路线如图10、图11中箭头所示。

当电池SOC值低于第一阈值且车速低于第二阈值时，离合器4断开，发动机1启动，发动机1带动发电机8发电，以向动力电池充电或给驱动电机16供电，驱动电机16的动力经第五齿轮14到第三齿轮11或经第四齿轮13到第二齿轮9，然后再经过第六齿轮17到主减速齿轮19两级减速后传递给差速器20，差速器20通过驱动半轴21、22将动力传递到驱动轮23、24，此 时车辆以增程模式行驶在低速区域，动力传递路线如图12、图13中箭头所示。

当电池SOC值低于第一阈值且车速高于第二阈值时，离合器4结合，发动机1启动，发动机1的动力一部分经第一齿轮7、第二齿轮9到中间轴12或经第一齿轮7、第二齿轮9、第四齿轮13到驱动电机输出轴15与驱动电机的输出动力相耦合。驱动电机16的动力经第五齿轮14到第三齿轮11或经第四齿轮13到第二齿轮9，然后再经过第六齿轮17到主减速齿轮19两级减速后传递给差速器20，差速器20通过驱动半轴21、22将动力传递到驱动轮23、24，此时车辆以混合驱动模式行驶在高速区域，动力传递路线如图14、图15中箭头所示。

上述实施例中，提供了一种适用于混合动力汽车的两挡混合动力系统，其中，发电机与发动机同轴相连；减振器位于发动机和离合器之间，对发动机的输出进行缓冲和减振；离合器位于发动机与发电机之间，用来控制齿轮系统与发动机输出轴的分离或结合；驻车齿轮位于中间轴上或者位于差速器壳体上，通过锁止驻车齿轮可实现驻车功能。驱动电机通过齿轴变速传动系统与差速器和驱动轮相连接；位于中间轴、驱动电机输出轴的两个挡位(1-2挡)齿轮组通过同步器的控制可以实现两个挡位的变速作用。该两挡混合动力系统中双电机和齿轴变速传动系统都集成在一个壳体里面。该两挡混合动力系统可以实现纯电动模式、増程模式、混合驱动模式等多种工作模式。

上述实施例提供的两挡混合动力系统，具有以下优点：

结构简单，节省空间，方便布置，克服现有并联式混合动力汽车及其动力总成尺寸空间大，结构复杂等缺点。

纯电动和混合驱动模式时，可以通过选择不同的减速齿轮传动比驱动，提高了低速下纯电的动力性及高速时纯电经济性，改善现有方案只有一个挡位时动力性和经济性的局限。

通过增加到两个挡位的设置方案，在不同驱动模式时都有不同挡位可以 选择，改善已有方案只有一个挡位时动力性和经济性的局限；另外即使在驱动电机失效的时候，发动机仍然可以直接驱动车辆行驶，可靠性增加。

另外增加驻车机构，可以实现驻车功能，增加了整个混合动力耦合系统的可靠性和安全性。

本实用新型还提供一种混合动力汽车，该混合动力汽车包括上述的两挡混合动力系统。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (11)

1.一种两挡混合动力系统，其特征在于，包括：

发动机(1)；

发电机(8)，与该发动机(1)同轴相连；

离合器(4)，设置在该发动机(1)与该发电机(8)之间；

差速器(20)；

驱动电机(16)，通过齿轴变速传动系统分别与该离合器(4)和该差速器(20)相连；

其中，该齿轴变速传动系统包括第一齿轮(7)、第二齿轮(9)、第三齿轮(11)、第四齿轮(13)、第五齿轮(14)、第六齿轮(17)、主减速齿轮(19)、同步器(10)、中间轴(12)和驱动电机输出轴(15)；

该离合器(4)包括相互配合的主动部分和从动部分，该离合器(4)的主动部分与该发动机(1)相连，该离合器(4)的从动部分通过连接轴(6)与该第一齿轮(7)相连，该第一齿轮(7)位于该发电机(8)和该发动机(1)所在的轴上；

该第二齿轮(9)、该同步器(10)、该第三齿轮(11)、该第六齿轮(17)位于该中间轴(12)上；

该第四齿轮(13)、该第五齿轮(14)位于该驱动电机输出轴(15)上；

该第一齿轮(7)与该第二齿轮(9)相互啮合；

该第二齿轮(9)与该第四齿轮(13)相互啮合；

该第三齿轮(11)与该第五齿轮(14)相互啮合；

该同步器(10)位于该第二齿轮(9)与该第三齿轮(11)之间，该同步器(10)控制该第二齿轮(9)和该第三齿轮(11)与该中间轴(12)的分离与同步；

该第六齿轮(17)与该主减速齿轮(19)相互啮合；

该主减速齿轮(19)与该差速器(20)相连接；

该差速器(20)通过驱动半轴(21、22)将驱动力分别传递到驱动轮(23、24)。

2.如权利要求1所述的两挡混合动力系统，其特征在于：该两挡混合动力系统还包括驻车齿轮(18)，该驻车齿轮(18)位于该中间轴(12)上。

3.如权利要求1所述的两挡混合动力系统，其特征在于：该两挡混合动力系统还包括驻车齿轮(18)，该驻车齿轮(18)位于该差速器(20)的壳体上。

4.如权利要求1所述的两挡混合动力系统，其特征在于：该发动机(1)的输出轴(3)与该发电机(8)的发电机输入轴(5)为同一轴。

5.如权利要求1所述的两挡混合动力系统，其特征在于：该两挡混合动力系统具有纯电动模式、增程模式和混合驱动模式。

6.如权利要求5所述的两挡混合动力系统，其特征在于：在该纯电动模式下，该发动机(1)和该发电机(8)均不工作，该离合器(4)断开，该驱动电机(16)的动力经该第五齿轮(14)到第三齿轮(11)或经第四齿轮(13)到第二齿轮(9)，然后再经过第六齿轮(17)到主减速齿轮(19)后传递给差速器(20)，差速器(20)通过驱动半轴(21、22)将动力传递到驱动轮(23、24)。

7.如权利要求5所述的两挡混合动力系统，其特征在于：在该增程模式下，该离合器(4)断开，该发动机(1)启动，该发动机(1)带动发电机(8)发电，以向动力电池充电或给驱动电机(16)供电，驱动电机(16)的动力经该第五齿轮(14)到第三齿轮(11)或经第四齿轮(13)到第二齿轮(9)，然后再经过第六齿轮(17)到主减速齿轮(19)后传递给差速器(20)，差速器(20)通过驱动半轴(21、22)将动力传递到驱动轮(23、24)。

8.如权利要求5所述的两挡混合动力系统，其特征在于：在该混合驱动模式下，该离合器(4)结合，该发动机(1)启动，该发动机(1)的动力一部分经第一齿轮(7)、第二齿轮(9)到中间轴(12)或经第一齿轮(7)、第 二齿轮(9)、第四齿轮(13)到驱动电机输出轴(15)与驱动电机的输出动力相耦合，驱动电机(16)的动力经第五齿轮(14)到第三齿轮(11)或经第四齿轮(13)到第二齿轮(9)，然后再经过第六齿轮(17)到主减速齿轮(19)后传递给差速器(20)，差速器(20)通过驱动半轴(21、22)将动力传递到驱动轮(23、24)。

9.如权利要求1所述的两挡混合动力系统，其特征在于：该离合器(4)为双离合器，该双离合器包括第一离合器和第二离合器，该第一离合器和该第二离合器的主动部分均与该发动机(1)相连，该第一离合器的从动部分与该发电机(8)相连，该第二离合器的从动部分与该第一齿轮(7)相连。

10.如权利要求1所述的两挡混合动力系统，其特征在于：该两挡混合动力系统还包括减振器(2)，该减振器(2)设置在该发动机(1)与该离合器(4)之间，该减振器(2)的输入端与该发动机(1)相连，该减振器(2)的输出端与该离合器(4)的主动部分相连。

11.一种混合动力汽车，其特征在于，所述混合动力汽车包括如权利要求1至10任一项所述的两挡混合动力系统。