CN205836511U - 混合动力耦合系统及混合动力汽车 - Google Patents

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CN205836511U CN201620615684.0U CN201620615684U CN205836511U CN 205836511 U CN205836511 U CN 205836511U CN 201620615684 U CN201620615684 U CN 201620615684U CN 205836511 U CN205836511 U CN 205836511U
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赵江灵
黄少堂
张�雄
梅骜
吴为理
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Abstract

一种混合动力耦合系统,包括发动机,发电机,驱动电机、差速器、第一同步器、第二同步器和第三同步器,差速器通过齿轴系统分别与发动机、发电机和驱动电机相连;通过控制第一同步器、第二同步器使得使得参与驱动的发动机有四个挡位可以选,优化了发动机的工作范围,提高了发动机的动力性和经济性;通过控制第三同步器使得参与驱动的驱动电机有两个挡位可以选择,提高了低速下纯电的动力性及高速时纯电的经济性。本实用新型还提供一种混合动力汽车。

Description

混合动力耦合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动力系统技术领域,更具体的是涉及一种混合动力耦合系统及具有该混合动力耦合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。混合动力汽车是新能源汽车的一种,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具有发动机和电动机,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混合动力驱动系统及其工作模式已成为研究热点。
由于混合动力驱动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,要获得动力性和经济都满意往往比较困难。
申请号为CN201420395631.3的中国专利揭示了一种电动汽车动力耦合系统,该电动汽车动力耦合系统包括:发动机,与发动机同轴相连的发电机,设置在发动机与发电机之间的离合器,通过传动装置分别与离合器和差速器相连的驱动电机。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,该电动汽车动力耦合系统的发动机直接驱动时,只有一个固定传动比的挡位,不利于发动机工作的效率,驱动电机驱动时也只有一个挡位,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。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种混合动力耦合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、在整车上布置困难的问题,且在发动机参与驱动时有四个挡位可以选择,解决了目前的混合动力系统在发动机直接驱动时只有一个固定传动比的挡位的问题,优化了发动机的工作范围,提高了发动机的动力性和经济性,驱动电机驱动时有两个档位可以选择,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的经济性。
本实用新型实施例提供一种混合动力耦合系统,包括:
发动机;
发电机,与所述发动机同轴相连;
驱动电机;
差速器,通过齿轴系统分别与所述发动机、所述发电机和所述驱动电机相连;
其中,所述齿轴系统包括第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮、第六齿轮、第七齿轮、第八齿轮、第九齿轮、第十齿轮、第十一齿轮、主减速齿轮、第一轴、第二轴、第三轴和驱动电机输出轴;
所述混合动力耦合系统还包括第一同步器、第二同步器和第三同步器;
所述第一轴为所述发动机与所述发电机所在的轴,所述第一齿轮和第二齿轮位于所述第一轴;所述第一同步器设置在所述第一轴并位于所述第一齿轮和所述第二齿轮之间,所述第一同步器控制所述第一齿轮和所述第二齿轮与所述第一轴的接合与分离;
所述第二轴设有所述第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮和第六齿轮,所述第二同步器设置在所述第二轴并位于所述第三齿轮和第四齿轮之间,所述第二同步器控制所述第三齿轮和所述第四齿轮与所述第二轴的接合与分离;所述第五齿轮与所述第一齿轮相互啮合,所述第六齿轮与所述第二齿轮相互啮合;
所述第三轴设有所述第七齿轮、第八齿轮和第九齿轮,所述第七齿轮与所述第三齿轮相互啮合,所述第八齿轮与所述第四齿轮相互啮合;
所述驱动电机输出轴设有所述第十齿轮和所述第十一齿轮,所述第十齿轮与所述第七齿轮相互啮合,所述第十一齿轮与所述第八齿轮相互啮合;所述第三同步器设置在所述驱动电机输出轴并位于所述第十齿轮和所述第十一齿轮之间,所述第三同步器控制所述第十齿轮和所述第十一齿轮与所述驱动电机输出轴的接合与分离;
所述主减速齿轮与所述差速器相连接并与所述第九齿轮相互啮合;
所述差速器通过第一驱动半轴和第二驱动半轴将驱动力分别传递到第一驱动轮和第二驱动轮。
进一步地,所述混合动力耦合系统还包括第一离合器和单向离合器,所述第一离合器和单向离合器设置在所述第一轴并位于所述发动机与所述第一齿轮之间,所述第一轴包括与所述发动机相连的发动机输出轴和与所述发电机相连的发电机输入轴,所述第一离合器和所述单向离合器的主动部分通过所述发动机输出轴与所述发动机相连;所述第一离合器和所述单向离合器的从动部分通过所述发电机输入轴与所述发电机相连;所述第一齿轮、所述第一同步器和所述第二齿轮设置在所述发电机输入轴并位于所述第一离合器与所述发电机之间。
进一步地,所述混合动力耦合系统还包括第二离合器,所述第二离合器设置在所述第二轴并位于所述第四齿轮与所述第五齿轮之间。
进一步地,所述混合动力耦合系统还包括减震器,所述减震器设置在所述第一轴并位于所述发动机与所述第一齿轮之间。
进一步地,所述混合动力耦合系统具有纯电动模式、增程模式和混合驱动模式。
进一步地,在所述纯电动模式下,所述发动机和所述发电机均不工作;所述第一同步器、所述第二同步器分离,所述第三同步器接合所述驱动电机输出轴和所述第十齿轮或者所述第三同步器接合所述驱动电机输出轴和所述第十一齿轮,所述驱动电机的动力经所述第十齿轮到所述第七齿轮、或者经所述第十一齿轮到所述第八齿轮,然后再经所述第九齿轮到所述主减速齿轮后传递给所述差速器,所述差速器通过所述第一驱动半轴和第二驱动半轴将动力传递到所述第一驱动轮和第二驱动轮。
进一步地,在所述纯电动模式下,所述发动机不工作,所述第一同步器接合所述第一轴与所述第一齿轮或者所述第一同步器接合所述第一轴与所述第二齿轮,所述第二同步器接合所述第二轴与所述第三齿轮或者所述第二同步器接合所述第二轴与所述第四齿轮;所述发电机的动力依次经所述第一齿轮、第五齿轮、第三齿轮、第七齿轮或者依次经所述第一齿轮、第五齿轮、第四齿轮、第八齿轮或者依次经所述第二齿轮、第六齿轮、第三齿轮、第七齿轮或者依次经所述第二齿轮、第六齿轮、第四齿轮、第八齿轮到所述第三轴与所述驱动电机的动力耦合;所述第三同步器接合所述驱动电机输出轴和所述第十齿轮或者所述第三同步器接合所述驱动电机输出轴和所述第十一齿轮,所述驱动电机的动力经所述第十齿轮到所述第七齿轮、或者经所述第十一齿轮到所述第八齿轮,然后再经所述第九齿轮到所述主减速齿轮后传递给所述差速器,所述差速器通过所述第一驱动半轴和第二驱动半轴将动力传递到所述第一驱动轮和第二驱动轮。
进一步地,在所述增程模式下,所述发动机启动,所述第一同步器、所述第二同步器分离,所述发动机带动所述发电机发电以向动力电池充电或给所述驱动电机供电;所述第三同步器接合所述驱动电机输出轴和所述第十齿轮或者所述第三同步器接合所述驱动电机输出轴和所述第十一齿轮,所述驱动电机的动力经所述第十齿轮到所述第七齿轮、或者经所述第十一齿轮到所述第八齿轮,然后再经所述第九齿轮到所述主减速齿轮后传递给所述差速器,所述差速器通过所述第一驱动半轴和第二驱动半轴将动力传递到所述第一驱动轮和第二驱动轮。
进一步地,在所述混合驱动模式下,所述发动机启动,所述第一同步器接合所述第一轴与所述第一齿轮或者所述第一同步器接合所述第一轴与所述第二齿轮,所述第二同步器接合所述第二轴与所述第三齿轮或者所述第二同步器接合所述第二轴与所述第四齿轮;所述发动机的动力依次经所述第一齿轮、第五齿轮、第三齿轮、第七齿轮或者依次经所述第一齿轮、第五齿轮、第四齿轮、第八齿轮或者依次经所述第二齿轮、第六齿轮、第三齿轮、第七齿轮或者依次经所述第二齿轮、第六齿轮、第四齿轮、第八齿轮到所述第三轴与所述驱动电机的动力耦合;所述第三同步器接合所述驱动电机输出轴和所述第十齿轮或者所述第三同步器接合所述驱动电机输出轴和所述第十一齿轮,所述驱动电机的动力经所述第十齿轮到所述第七齿轮、或者经所述第十一齿轮到第八齿轮,然后再经所述第九齿轮到所述主减速齿轮减速后传递给所述差速器,所述差速器通过所述第一驱动半轴和第二驱动半轴将动力传递到所述第一驱动轮和第二驱动轮。
本实用新型实施例还提供一种混合动力汽车,该混合动力汽车包括上述的混合动力耦合系统。
本实用新型实施例提供的混合动力耦合系统,其发电机与发动机通过第一轴同轴相连;第一轴上设有第一齿轮和第二齿轮,第一同步器设置在第一齿轮和第二齿轮之间,用于控制第一轴与第一齿轮或第二齿轮的接合或分离;第二轴上设有第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮和第六齿轮,第三齿轮和第四齿轮之间设有第二同步器,第二同步器控制第三齿轮和第四齿轮与第二轴的接合与分离;第五齿轮与第一齿轮相互啮合,第六齿轮与第二齿轮相互啮合;第三轴设有第七齿轮、第八齿轮和第九齿轮,第七齿轮与第三齿轮相互啮合,第八齿轮与第四齿轮相互啮合;驱动电机输出轴设有第十齿轮和第十一齿轮,第十齿轮与第七齿轮相互啮合,第十一齿轮与第八齿轮相互啮合,第三同步器设置在第十齿轮和第十一齿轮之间,用于控驱动电机输出轴与第十齿轮或第十一齿轮的接合或分离。主减速齿轮与差速器相连接并与第九齿轮相互啮合。该混合动力耦合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。在纯电动模式下有两种驱动方式,第一种驱动方式为驱动电机驱动,第三同步器使得驱动电机有两个挡位可以选择;第二种驱动方式为驱动电机和发电机同时驱动,通过控制第一同步器、第二同步器和第三同步器使得发电机有四个挡位可选择、驱动电机有两个挡位可选择,该模式下有八个不同的功率流方案。在增程模式下,通过控制第三同步器使得驱动电机有两个挡位可以选择。在混合驱动模式下,通过控制第一同步器、第二同步器和第三同步器使得使得发动机有四个挡位可以选择、驱动电机有两个挡位可以选择,因此该模式下同样有八个不同的功率流方案。该混合动力耦合系统的结构简单,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。纯电动模式下驱动电机有两个挡位可以选择,并且在发电机参与驱动时,发电机有四个挡位可以选择,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的经济性。在发动机参与驱动时,发动机有四个挡位可以选择,优化了发动机的工作范围,提高了发动机的动力性和经济性。在换挡前后,通过对发电机和驱动电机调速,减小了换挡冲击,延长了同步器的使用寿命;并且在换挡过程中,驱动电机在调速的同时还可以输出动力,不存在动力中断的情况。
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混合动力耦合系统的结构示意图。
图2是本实用新型第一实施例的混合动力耦合系统的控制流程示意图。
图3a至图3b是本实用新型第一实施例的混合动力耦合系统工作在纯电动模式下的动力传递示意图。
图4a至图4b是本实用新型第一实施例的混合动力耦合系统工作在增程模式下的动力传递示意图。
图5a至图5h是本实用新型第一实施例的混合动力耦合系统工作在混合驱动模式下的动力传递示意图。
图6a至图6b是本实用新型第一实施例的混合动力耦合系统工作在制动能量回收模式下的动力传递示意图。
图7是本实用新型第二实施例的混合动力耦合系统的结构示意图。
图8是本实用新型第二实施例的混合动力耦合系统工作在纯电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]
本实用新型第一实施例提供一种混合动力耦合系统,其结构如图1所示,混合动力耦合系统包括包括:
发动机11;
发电机12,与发动机11同轴相连;
驱动电机14;
差速器15,通过齿轴系统分别与发动机11、发电机12和驱动电机14相连。
齿轴系统包括第一齿轮101、第二齿轮102、第三齿轮103、第四齿轮104、第五齿轮105、第六齿轮106、第七齿轮107、第八齿轮108、第九齿轮109、第十齿轮110、第十一齿轮111、主减速齿轮112、第一轴31、第二轴32、第三轴33和驱动电机输出轴34。
第一轴31为发动机11与发电机12所在的轴,也即是发动机11的输出轴和发电机12的输入轴。第一齿轮101和第二齿轮102位于第一轴31上并位于发动机11与发电机12之间。具体地,如图1所示,第一齿轮101靠近发动机11,第二齿轮102靠近发电机12。
第二轴32位于第一轴31旁,第二轴32上设有第三齿轮103、第四齿轮104、第五齿轮105和第六齿轮106。其中,第三齿轮103和第四齿轮104相邻设置,第五齿轮105与第一齿轮101相互啮合;第六齿轮106与第二齿轮102相互啮合。
混合动力耦合系统还包括第一同步器131和第二同步器132。
第一同步器131设置在第一轴31并位于第一齿轮101和第二齿轮102之间。第一同步器131控制第一齿轮101和第二齿轮102与第一轴31的接合与分离。第二同步器132设置在第二轴32并位于第三齿轮103和第四齿轮104之间,第二同步器132控制第三齿轮103和第四齿轮104与第二轴32的接合与分离。
在发电机12驱动发动机11启动后,根据不同的工况控制第一同步器131接合第一轴31与第一齿轮101、或者控制第一同步器131接合第一轴31与第二齿轮102,同时控制第二同步器132接合第二轴32与第三齿轮103、或者控制第二同步器132接合第二轴32与第四齿轮104。发动机11的动力传递有四条路线可以选择,因此,在发动机11参与驱动时,发动机11有四个挡位可以选择。
第三轴33上设有第七齿轮107、第八齿轮108和第九齿轮109,其中,第七齿轮107与第三齿轮103相互啮合,第八齿轮108与第四齿轮104相互啮合。
驱动电机输出轴34与驱动电机14相连,驱动电机输出轴34上设有第十齿轮110和第十一齿轮111。其中,第十齿轮110与第七齿轮107相互啮合,第十一齿轮111与第八齿轮108相互啮合。
混合动力耦合系统还包括第三同步器133,第二同步器133设置在驱动电机输出轴34并位于第十齿轮110和第十一齿轮111之间,第三同步器133控制第十齿轮110和第十一齿轮111与驱动电机输出轴34的接合与分离。第三同步器133使得驱动电机14参与驱动时有两个挡位可以选择。
主减速齿轮112与差速器15相连接并与第九齿轮109相互啮合。
差速器15通过第一驱动半轴35和第二驱动半轴36将驱动力分别传递到第一驱动轮41和第二驱动轮42。
为对发动机11的输出进行缓冲和减震,本实用新型实施例还包括减震器16。减震器16设置在发动机11与发电机12之间。具体地,减震器16设置在第一轴31上并位于发动机11与第一齿轮101之间。减震器16例如为扭转减震器或液力耦合器。
本实施例的混合动力耦合系统具有纯电动模式、增程模式和混合驱动模式,可根据电SOC值及车速的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S11,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S12,根据判断结果,切换混合动力耦合系统的工作模式。
具体地,如图3a和图3b所示,当步骤S11判断电池SOC值高于第一阈值时,步骤S12包括:控制发动机11、发电机12均不工作,控制第一同步器131、第二同步器132分离,控制第三同步器133接合驱动电机输出轴34和第十齿轮110或者控制第三同步器133接合驱动电机输出轴34和第十一齿轮111,驱动电机14的动力经第十齿轮110到第七齿轮107、或者经第十一齿轮111到第八齿轮108,然后再经第九齿轮109到主减速齿轮112减速后传递给差速器15,差速器15通过第一驱动半轴35、第二驱动半轴36分别将动力传递到第一驱动轮41、第二驱动轮42,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3a和图3b中箭头所示。
如图4a和图4b所示,当步骤S11判断电池SOC值低于第一阈值且车速低于第二阈值时,步骤S12包括:控制发动机11启动,控制第一同步器131、第二同步器132分离,发动机11带动发电机12发电,以向动力电池充电或给驱动电机14供电;控制第三同步器133接合驱动电机输出轴34和第十齿轮110或者控制第三同步器133接合驱动电机输出轴34和第十一齿轮111,驱动电机14的动力经第十齿轮110到第七齿轮107、或者经第十一齿轮111到第八齿轮108,然后再经第九齿轮109到主减速齿轮112减速后传递给差速器15,差速器15通过第一驱动半轴35、第二驱动半轴36分别将动力传递到第一驱动轮41、第二驱动轮42,此时车辆以增程模式行驶在低速区域,动力传递路线如图4a和图4b中箭头所示。
如图5a至图5h所示,当步骤S11判断电池SOC值低于第一阈值且车速高于第二阈值时,步骤S12包括:控制发动机11启动,控制第一同步器131接合第一轴31与第一齿轮101或者控制第一同步器131接合第一轴31与第二齿轮102,控制第二同步器132接合第二轴32与第三齿轮103或者控制第二同步器132接合第二轴32与第四齿轮104;发动机11的动力依次经第一齿轮101、第五齿轮105、第三齿轮103、第七齿轮107或者依次经第一齿轮101、第五齿轮105、第四齿轮104、第八齿轮108或者依次经第二齿轮102、第六齿轮106、第三齿轮103、第七齿轮107或者依次经第二齿轮102、第六齿轮106、第四齿轮104、第八齿轮108到第三轴33与驱动电机14的动力耦合;同时控制第三同步器133接合驱动电机输出轴34和第十齿轮110或者控制第三同步器133接合驱动电机输出轴34和第十一齿轮111,驱动电机14的动力经第十齿轮110到第七齿轮107、或者经第十一齿轮111到第八齿轮108,然后再经第九齿轮109到主减速齿轮112减速后传递给差速器15,差速器15通过第一驱动半轴35、第二驱动半轴36将动力传递到第一驱动轮41、第二驱动轮42,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5a至图5h中箭头所示,即在混合驱动模式下一共有八个不同的功率流方案。
本实用新型的混合动力耦合系统,在发动机11未参与驱动时,第一同步器131、第二同步器132呈分离状态,第三同步器133接合发动机输出轴34与第十齿轮110或第十一齿轮111,此时第三轴33转动以传递动力;第三齿轮103和第四齿轮104空转。在发动机11参与驱动后且需要换挡的时候,对发电机12调速,发电机12可以调节第一轴31的转速,当第一轴31与第一齿轮101或第二齿轮102的转速一致或者相差很小的时候,使第一同步器131接合第一轴31与第一齿轮101或第二齿轮102。第一同步器131接合后会带动第二轴32转动,第二轴32转动后,对发电机12和驱动电机14调速,发动机12调节第二轴32的转速,驱动电机14调节第三齿轮103或第四齿轮104的转速,当第二轴32与第三齿轮103或第四齿轮104的转速一致或者相差很小的时候,使第二同步器131接合第二轴32与第三齿轮103或第四齿轮104。依次对各同步器接合,并且每一同步器在接合的前后,对发电机12和驱动电机14调速以使被接合的两个零件的转速差比较小,有效减小了换挡冲击,延长了同步器的使用寿命。驱动电机14在调速的同时还可以输出动力,因此在换挡过程中,不存在动力中断的情况。
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12作为启动电机使用,用于启动发动机11,使发动机11带动发电机12向动力电池充电或者给驱动电机14供电;当汽车需要高速行驶时,发电机12同样将作为启动电机使用,用于启动发动机11,发动机11输出驱动力矩,驱动电机14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14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S13,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。
具体地,如图6a和图6b所示,步骤13包括:在汽车制动时,第一驱动轮41、第二驱动轮42分别经第一驱动半轴35、第二驱动半轴36输出力矩,产生的动力经差速器15到主减速齿轮112再到第九齿轮109,然后再经第七齿轮107到第十齿轮110、或者经第八齿轮108到第十一齿轮111传递给驱动电机14,驱动电机14转为发电机再生发电,其电机绕组将产生的感应电流向动力电池充电。此时车辆运行在制动能量回收模式下,动力传递路线如图6a和图6b中箭头所示,该模式下同样也有两个挡位可以选择。
[第二实施例]
本实用新型第二实施例提供一种混合动力耦合系统,其结构如图7所示,本实施例与上述第一实施例的区别在于:在第一轴31设置了第一离合器171和单向离合器18。
第一离合器171例如为湿式多片离合器。本实施例中,第一轴31分为两部分,包括与发动机11相连的发动机输出轴(图未标注)和与发电机12相连的发电机输入轴(图未标注)。第一离合器171和单向离合器18的主动部分通过发动机输出轴与发动机11相连;第一离合器171和单向离合器18的从动部分通过发电机输入轴与发电机12相连。减震器16设置在发动机输出轴上并位于发动机11和第一离合器171之间,第一齿轮101、第一同步器131和第二齿轮102设置在发电机输入轴上并位于第一离合器171与发电机12之间。
在发动机11需要启动时,第一离合器171结合,发电机12启动发动机11,发动机11启动后,第一离合器171断开,发动机11通过单向离合器18传递驱动力。
本实施例的混合动力耦合系统的第二轴32还设置有第二离合器172,第二离合器172设置在第四齿轮104与第五齿轮105之间。第二离合器172例如为湿式多片离合器。其它实施例中,第二离合器172也可省略设置。
第二实施例的混合动力耦合系统的其它结构与第一实施例的相同,在此不再赘述。
同样的,本实施例提供的混合动力耦合系统具有纯电动模式、增程模式和混合驱动模式,可根据电SOC值及车速的需求自动实现三种模式的切换。本实施例的混合动力耦合系统在纯电动模式下具有两种驱动方式:一种为驱动电机14驱动,另一种为发电机12和驱动电机14同时驱动。
具体地,当电池SOC值高于第一阈值时,发动机11、发电机12均不工作,第一离合器171、单向离合器18和第二离合器172均断开,第一同步器131、第二同步器132分离,第三同步器133接合驱动电机输出轴34和第十齿轮110或者第三同步器133接合驱动电机输出轴34和第十一齿轮111,驱动电机14的动力经第十齿轮110到第七齿轮107、或者经第十一齿轮111到第八齿轮108,然后再经第九齿轮109到主减速齿轮112减速后传递给差速器15,差速器15通过第一驱动半轴35、第二驱动半轴36分别将动力传递到第一驱动轮41、第二驱动轮42,此时仅驱动电机14参与驱动,车辆以纯电动模式一行驶在全车速区域,动力传递路线可参考第一实施例的图3a和图3b中箭头所示。
当电池SOC值高于第一阈值时,发动机11不工作,第一离合器171断开,单向离合器18断开,第二离合器172结合,第一同步器131接合第一轴31的发电机输入轴与第一齿轮101或者第一同步器131接合第一轴31的发电机输入轴与第二齿轮102,第二同步器132接合第二轴32与第三齿轮103或者第二同步器132接合第二轴32与第四齿轮104;发电机12的动力依次经第一齿轮101、第五齿轮105、第三齿轮103、第七齿轮107或者依次经第一齿轮101、第五齿轮105、第四齿轮104、第八齿轮108或者依次经第二齿轮102、第六齿轮106、第三齿轮103、第七齿轮107或者依次经第二齿轮102、第六齿轮106、第四齿轮104、第八齿轮108到第三轴33与驱动电机14的动力耦合;同时第三同步器133接合驱动电机输出轴34和第十齿轮110或者第三同步器133接合驱动电机输出轴34和第十一齿轮111,驱动电机14的动力经第十齿轮110到第七齿轮107、或者经第十一齿轮111到第八齿轮108,然后再经第九齿轮109到主减速齿轮112减速后传递给差速器15,差速器15通过第一驱动半轴35、第二驱动半轴36分别将动力传递到第一驱动轮41、第二驱动轮42,此时发电机12和驱动电机14均参与驱动,车辆以纯电动模式二行驶在高速区域。动力传递路线可参考的图8中箭头所示,图8仅绘示了其中一条传递路线,在该模式下的其它动力传递路线可参考第一实施例的混合驱动模式下动力传递路线,可以理解,在该模式下同样具有八个不同的功率流方案。
当电池SOC值低于第一阈值且车速低于第二阈值时,第一离合器171结合,发电机12启动发动机11,发动机11启动后,第一离合器171断开,单向离合器18结合,发动机11的动力经单向离合器18传递;第一同步器131、第二同步器132分离,第二离合器172断开,发动机11带动发电机12发电,以向动力电池充电或给驱动电机14供电;第三同步器133接合驱动电机输出轴34和第十齿轮110或者第三同步器133接合驱动电机输出轴34和第十一齿轮111,驱动电机14的动力经第十齿轮110到第七齿轮107、或者经第十一齿轮111到第八齿轮108,然后再经第九齿轮109到主减速齿轮112减速后传递给差速器15,差速器15通过第一驱动半轴35、第二驱动半轴36分别将动力传递到第一驱动轮41、第二驱动轮42,此时车辆以增程模式行驶在低速区域,动力传递路线请参考第一实施例的图4a和图4b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,第一离合器171结合,发电机12启动发动机11,发动机11启动后,第一离合器171断开,单向离合器18结合,发动机11的动力经单向离合器18传递;第二离合器172结合,第一同步器131接合第一轴31的发电机输入轴与第一齿轮101或者第一同步器131接合第一轴31的发电机输入轴与第二齿轮102,第二同步器132接合第二轴32与第三齿轮103或者第二同步器132接合第二轴32与第四齿轮104;发动机11的动力依次经第一齿轮101、第五齿轮105、第三齿轮103、第七齿轮107或者依次经第一齿轮101、第五齿轮105、第四齿轮104、第八齿轮108或者依次经第二齿轮102、第六齿轮106、第三齿轮103、第七齿轮107或者依次经第二齿轮102、第六齿轮106、第四齿轮104、第八齿轮108到第三轴33与驱动电机14的动力耦合;同时第三同步器133接合驱动电机输出轴34和第十齿轮110或者第三同步器133接合驱动电机输出轴34和第十一齿轮111,驱动电机14的动力经第十齿轮110到第七齿轮107、或者经第十一齿轮111到第八齿轮108,然后再经第九齿轮109到主减速齿轮112减速后传递给差速器15,差速器15通过第一驱动半轴35、第二驱动半轴36将动力传递到第一驱动轮41、第二驱动轮42,此时车辆以混合驱动模式行驶在高速区域,在混合驱动模式下一共有八个不同的功率流方案,动力传递路线请参考第一实施例的图5a至图5h中箭头所示。
上述三种模式以表格体现如下:
以上表格仅列出了各离合器的状态,第二实施例中各同步器的状态与第一实施例相同,请参考第一实施例。
在汽车制动时,第一驱动轮41、第二驱动轮42分别经第一驱动半轴35、第二驱动半轴36输出力矩,产生的动力经差速器15到主减速齿轮112再到第九齿轮109,然后再经第七齿轮107到第十齿轮110、或者经第八齿轮108到第十一齿轮111传递给驱动电机14,驱动电机14转为发电机再生发电,其电机绕组将产生的感应电流向动力电池充电。此时车辆运行在制动能量回收模式下,动力传递路线请参考第一实施例的图6a和图6b中箭头所示,该模式下有两个挡位可以选择。
上述实施例中,提供了一种适用于混合动力汽车的混合动力耦合系统,其中,发电机与发动机通过第一轴同轴相连;第一轴上设有第一齿轮和第二齿轮,第一同步器设置在第一齿轮和第二齿轮之间,用于控制第一轴与第一齿轮或第二齿轮的接合或分离;第二轴上设有第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮和第六齿轮,第三齿轮和第四齿轮之间设有第二同步器,第二同步器控制第三齿轮和第四齿轮与第二轴的接合与分离;第五齿轮与第一齿轮相互啮合,第六齿轮与第二齿轮相互啮合;第三轴设有第七齿轮、第八齿轮和第九齿轮,第七齿轮与第三齿轮相互啮合,第八齿轮与第四齿轮相互啮合;驱动电机输出轴设有第十齿轮和第十一齿轮,第十齿轮与第七齿轮相互啮合,第十一齿轮与第八齿轮相互啮合,第三同步器设置在第十齿轮和第十一齿轮之间,用于控驱动电机输出轴与第十齿轮或第十一齿轮的接合或分离。主减速齿轮与差速器相连接并与第九齿轮相互啮合。该混合动力耦合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。在纯电动模式下有两种驱动方式,第一种驱动方式为驱动电机驱动,第三同步器使得驱动电机有两个挡位可以选择;第二种驱动方式为驱动电机和发电机同时驱动,通过控制第一同步器、第二同步器和第三同步器使得发电机有四个挡位可选择、驱动电机有两个挡位可选择,该模式下有八个不同的功率流方案。在增程模式下,通过控制第三同步器使得驱动电机有两个挡位可以选择。在混合驱动模式下,通过控制第一同步器、第二同步器和第三同步器使得使得发动机有四个挡位可以选择、驱动电机有两个挡位可以选择,因此该模式下同样有八个不同的功率流方案。
上述实施例提供的混合动力耦合系统,具有以下优点:
1、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。
2、纯电动模式下驱动电机有两个挡位可以选择,并且在发电机参与驱动时,发电机有四个挡位可以选择,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的经济性。
3、在发动机参与驱动时,发动机有四个挡位可以选择,优化了发动机的工作范围,提高了发动机的动力性和经济性。在换挡前后,通过对发电机和驱动电机调速,减小了换挡冲击,延长了同步器的使用寿命;并且在换挡过程中,驱动电机在调速的同时还可以输出动力,不存在动力中断的情况。
本实用新型实施例还提供一种混合动力汽车,该混合动力汽车包括如上所述的混合动力耦合系统,关于该混合动力汽车的其他结构可以参见现有技术,在此不赘述。
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 (10)

1.一种混合动力耦合系统,其特征在于,包括:
发动机(11);
发电机(12),与所述发动机(11)同轴相连;
驱动电机(14);
差速器(15),通过齿轴系统分别与所述发动机(11)、所述发电机(12)和所述驱动电机(14)相连;
其中,所述齿轴系统包括第一齿轮(101)、第二齿轮(102)、第三齿轮(103)、第四齿轮(104)、第五齿轮(105)、第六齿轮(106)、第七齿轮(107)、第八齿轮(108)、第九齿轮(109)、第十齿轮(110)、第十一齿轮(111)、主减速齿轮(112)、第一轴(31)、第二轴(32)、第三轴(33)和驱动电机输出轴(34);
所述混合动力耦合系统还包括第一同步器(131)、第二同步器(132)和第三同步器(133);
所述第一轴(31)为所述发动机(11)与所述发电机(12)所在的轴,所述第一齿轮(101)和第二齿轮(102)位于所述第一轴(31);所述第一同步器(131)设置在所述第一轴(31)并位于所述第一齿轮(101)和所述第二齿轮(102)之间,所述第一同步器(131)控制所述第一齿轮(101)和所述第二齿轮(102)与所述第一轴(31)的接合与分离;
所述第二轴(32)设有所述第三齿轮(103)、第四齿轮(104)、第五齿轮(105)和第六齿轮(106),所述第二同步器(132)设置在所述第二轴(32)并位于所述第三齿轮(103)和第四齿轮(104)之间,所述第二同步器(132)控制所述第三齿轮(103)和所述第四齿轮(104)与所述第二轴(32)的接合与分离;所述第五齿轮(105)与所述第一齿轮(101)相互啮合,所述第六齿轮(106)与所述第二齿轮(102)相互啮合;
所述第三轴(33)设有所述第七齿轮(107)、第八齿轮(108)和第九齿轮(109),所述第七齿轮(107)与所述第三齿轮(103)相互啮合,所述第八齿轮(108)与所述第四齿轮(104)相互啮合;
所述驱动电机输出轴(34)设有所述第十齿轮(110)和所述第十一齿轮(111),所述第十齿轮(110)与所述第七齿轮(107)相互啮合,所述第十一齿轮(1111)与所述第八齿轮(108)相互啮合;所述第三同步器(133)设置在所述驱动电机输出轴(34)并位于所述第十齿轮(110)和所述第十一齿轮(111)之间,所述第三同步器(133)控制所述第十齿轮(110)和所述第十一齿轮(111)与所述驱动电机输出轴(34)的接合与分离;
所述主减速齿轮(112)与所述差速器(15)相连接并与所述第九齿轮(109)相互啮合;
所述差速器(15)通过第一驱动半轴(35)和第二驱动半轴(36)将驱动力分别传递到第一驱动轮(41)和第二驱动轮(42)。
2.如权利要求1所述的混合动力耦合系统,其特征在于,所述混合动力耦合系统还包括第一离合器(171)和单向离合器(18),所述第一离合器(171)和单向离合器(18)设置在所述第一轴(31)并位于所述发动机(11)与所述第一齿轮(101)之间,所述第一轴(31)包括与所述发动机(11)相连的发动机输出轴和与所述发电机(12)相连的发电机输入轴,所述第一离合器(171)和所述单向离合器(18)的主动部分通过所述发动机输出轴与所述发动机(11)相连;所述第一离合器(171)和所述单向离合器(18)的从动部分通过所述发电机输入轴与所述发电机(12)相连;所述第一齿轮(101)、所述第一同步器(131)和所述第二齿轮(102)设置在所述发电机输入轴并位于所述第一离合器(171)与所述发电机(12)之间。
3.如权利要求1所述的混合动力耦合系统,其特征在于,所述混合动力耦合系统还包括第二离合器(172),所述第二离合器(172)设置在所述第二轴(32)并位于所述第四齿轮(104)与所述第五齿轮(105)之间。
4.如权利要求1所述的混合动力耦合系统,其特征在于,所述混合动力耦合系统还包括减震器(16),所述减震器(16)设置在所述第一轴(31)上并位于所述发动机(11)与所述第一齿轮(101)之间。
5.如权利要求1所述的混合动力耦合系统,其特征在于,所述混合动力耦合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所述的混合动力耦合系统,其特征在于,在所述纯电动模式下,所述发动机(11)和所述发电机(12)均不工作;所述第一同步器(131)、所述第二同步器(132)分离,所述第三同步器(133)接合所述驱动电机输出轴(34)和所述第十齿轮(110)或者所述第三同步器(133)接合所述驱动电机输出轴(34)和所述第十一齿轮(111),所述驱动电机(14)的动力经所述第十齿轮(110)到所述第七齿轮(107)、或者经所述第十一齿轮(111)到所述第八齿轮(108),然后再经所述第九齿轮(109)到所述主减速齿轮(112)后传递给所述差速器(15),所述差速器(15)通过所述第一驱动半轴(35)和第二驱动半轴(36)将动力传递到所述第一驱动轮(41)和第二驱动轮(42)。
7.如权利要求5所述的混合动力耦合系统,其特征在于,在所述纯电动模式下,所述发动机(11)不工作,所述第一同步器(131)接合所述第一轴(31)与所述第一齿轮(101)或者所述第一同步器(131)接合所述第一轴(31)与所述第二齿轮(102),所述第二同步器(132)接合所述第二轴(32)与所述第三齿轮(103)或者所述第二同步器(132)接合所述第二轴(32)与所述第四齿轮(104);所述发电机(12)的动力依次经所述第一齿轮(101)、第五齿轮(105)、第三齿轮(103)、第七齿轮(107)或者依次经所述第一齿轮(101)、第五齿轮(105)、第四齿轮(104)、第八齿轮(108)或者依次经所述第二齿轮(102)、第六齿轮(106)、第三齿轮(103)、第七齿轮(107)或者依次经所述第二齿轮(102)、第六齿轮(106)、第四齿轮(104)、第八齿轮(108)到所述第三轴(33)与所述驱动电机(14)的动力耦合;所述第三同步器(133)接合所述驱动电机输出轴(34)和所述第十齿轮(110)或者所述第三同步器(133)接合所述驱动电机输出轴(34)和所述第十一齿轮(111),所述驱动电机(14)的动力经所述第十齿轮(110)到所述第七齿轮(107)、或者经所述第十一齿轮(111)到所述第八齿轮(108),然后再经所述第九齿轮(109)到所述主减速齿轮(112)后传递给所述差速器(15),所述差速器(15)通过所述第一驱动半轴(35)和第二驱动半轴(36)将动力传递到所述第一驱动轮(41)和第二驱动轮(42)。
8.如权利要求5所述的混合动力耦合系统,其特征在于,在所述增程模式下,所述发动机(11)启动,所述第一同步器(131)、所述第二同步器(132)分离,所述发动机(11)带动所述发电机(12)发电以向动力电池充电或给所述驱动电机(14)供电;所述第三同步器(133)接合所述驱动电机输出轴(34)和所述第十齿轮(110)或者所述第三同步器(133)接合所述驱动电机输出轴(34)和所述第十一齿轮(111),所述驱动电机(14)的动力经所述第十齿轮(110)到所述第七齿轮(107)、或者经所述第十一齿轮(111)到所述第八齿轮(108),然后再经所述第九齿轮(109)到所述主减速齿轮(112)后传递给所述差速器(15),所述差速器(15)通过所述第一驱动半轴(35)和第二驱动半轴(36)将动力传递到所述第一驱动轮(41)和第二驱动轮(42)。
9.如权利要求5所述的混合动力耦合系统,其特征在于,在所述混合驱动模式下,所述发动机(11)启动,所述第一同步器(131)接合所述第一轴(31)与所述第一齿轮(101)或者所述第一同步器(131)接合所述第一轴(31)与所述第二齿轮(102),所述第二同步器(132)接合所述第二轴(32)与所述第三齿轮(103)或者所述第二同步器(132)接合所述第二轴(32)与所述第四齿轮(104);所述发动机(11)的动力依次经所述第一齿轮(101)、第五齿轮(105)、第三齿轮(103)、第七齿轮(107)或者依次经所述第一齿轮(101)、第五齿轮(105)、第四齿轮(104)、第八齿轮(108)或者依次经所述第二齿轮(102)、第六齿轮(106)、第三齿轮(103)、第七齿轮(107)或者依次经所述第二齿轮(102)、第六齿轮(106)、第四齿轮(104)、第八齿轮(108)到所述第三轴(33)与所述驱动电机(14)的动力耦合;所述第三同步器(133)接合所述驱动电机输出轴(34)和所述第十齿轮(110)或者所述第三同步器(133)接合所述驱动电机输出轴(34)和所述第十一齿轮(111),所述驱动电机(14)的动力经所述第十齿轮(110)到所述第七齿轮(107)、或者经所述第十一齿轮(111)到第八齿轮(108),然后再经所述第九齿轮(109)到所述主减速齿轮(112)减速后传递给所述差速器(15),所述差速器(15)通过所述第一驱动半轴(35)和第二驱动半轴(36)将动力传递到所述第一驱动轮(41)和第二驱动轮(42)。
10.一种混合动力汽车,其特征在于,所述混合动力汽车包括如权利要求1至9任一项所述的混合动力耦合系统。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108674172A (zh) * 2018-05-15 2018-10-19 湖州伊立机械有限公司 一种多模态的混合动力的集成驱动装置
CN110936804A (zh) * 2018-09-21 2020-03-31 长城汽车股份有限公司 用于车辆的动力传动系统及车辆
CN110936805A (zh) * 2018-09-21 2020-03-31 长城汽车股份有限公司 用于车辆的动力传动系统以及车辆

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