CN206718950U - 一种单电机深度混合驱动系统 - Google Patents

Abstract

一种单电机深度混合驱动系统，包括发动机、电机、行星轮系、第一离合器和第二离合器，电机连接有电机控制器和动力电池组，行星轮系包括太阳轮、行星轮、行星架、齿圈以及齿圈制动器，发动机、行星轮系以及电机依次同轴设置，发动机的输出轴通过第一离合器与齿圈连接，电机的输出轴与太阳轮连接，行星架通过第二离合器与太阳轮连接，通过发动机、电机、第一离合器、第二离合器以及齿圈制动器协同工作，驱动系统具有多种不同的工作模式，所述工作模式包括：怠速发电模式、单驱模式、转矩耦合模式，转速耦合模式和动能回收模式。

Description

一种单电机深度混合驱动系统

技术领域

本实用新型涉及新能源汽车技术领域，特别是涉及一种单电机深度混合驱动系统。

背景技术

具备纯电机驱动模式的混合动力驱动系统称为深度混合动力系统，简称深混驱动系统。在深混驱动系统中，电机、动力电池的功率较大，并且考虑到汽车运行成本问题，驱动系统还配备充电功能，即通过外部电网对汽车的动力电池进行充电。利用电网对动力电池组的充电可使车辆更多依靠纯电动驱动满足日常用途。这种车辆电气化、电网化是目前行业发展趋势，可实现对传统车辆节能减排，也成为各大汽车生产制造的研发方向。在如下文献中还可以发现更多与上述技术方案相关的信息。

在专利CN102501754A和CN103802654中分别公开了一种可实现电机和发动机转矩耦合的混合动力驱动系统。专利CN103273835A公开了一种基于双转子电机的混联式混合动力驱动系统。专利CN103963625A公开了一种基于平行轴齿轮系变速器的混合动力驱动系统。专利CN101439668A公开了一种基于行星轮系混合动力驱动系统。专利CN10333212A公开了一种基于双离合器自动变速器的混合动力驱动系统。在实现本实用新型的过程中，实用新型人发现现有技术中存在如下问题：

在专利CN102501754A和CN103802654由于发动机曲轴和电机转子相连的布置，故动力耦合时二者转速一致，只能实现转矩耦合，发动机转速随车速改变，无法避开非高效区。并且CN103802654采用CVT与行星轮系组合的驱动系统，其传递扭矩受限于现有CVT扭矩容量，不易于推广应用于重载车辆上。

在专利CN103273835A中采用双转子电机来实现混联式驱动，其并联模式下要求双转子转速接近且离合器处于半联动状态，故只能处于瞬时或短时间工作(参见其说明书44段)。因此在本质上无法实现常规并联式混合动力长时间双动力驱动模式，发动机或电机的匹配功率较大，增加了成本。

在专利CN103963625A中在传统平行轴式自动变速器上增设电机动力输入端，可适应国内制造工艺水平。然而，不可避免驱动总成尺寸大、控制难等问题，并且同样无法实现发动机工作时转速与车速的解耦，从而无法避开非高效区。

在专利CN101439668A中基于双离合器的定轴轮系自动变速器来实现混合动力多模式驱动，同样存在总成尺寸大、轮齿强度要求高、无法发动机转速与车速的解耦。

在专利CN10333212A采用电机和发动机交错轴布置，因此增设了一组换向齿轮。此外，电机不经过行星轮系的单独电驱动时需增加一组定轴齿轮来减小电机的匹配扭矩。显然，该系统结构相对复杂及提高了成本。

实用新型内容

为此，需要对现有的混合动力系统进行改进，提供一种结构简单且工作效率更高的混合动力系统。

为实现上述目的，实用新型人提供了一种单电机深度混合驱动系统，包括发动机、电机、行星轮系、第一离合器和第二离合器，所述电机连接有电机控制器和动力电池组；

所述行星轮系包括太阳轮、行星轮、行星架、齿圈以及齿圈制动器，所述太阳轮与行星轮啮合，行星轮与齿圈啮合；

所述发动机、行星轮系以及电机依次同轴设置，发动机的输出轴通过第一离合器与齿圈连接，所述电机的输出轴与太阳轮连接，所述行星架为驱动系统的动力输出端，行星架通过第二离合器与太阳轮连接；

通过发动机、电机、第一离合器、第二离合器以及齿圈制动器协同工作，驱动系统具有多种不同的工作模式，所述工作模式包括：怠速发电模式、单驱模式、转矩耦合模式，转速耦合模式和动能回收模式。

区别于现有技术，上述技术方案具有如下优点：通过将发动机、行星轮系和电机同轴设置，其结构简单，设置紧凑，单一传动轴的可靠性高，且制造成本低廉，发动机通过第一离合器与行星轮系的齿圈传动连接，电机通过第二离合器与行星架连接，并配合齿圈制动器，使发动机、电机和行星轮系协同工作，实现多种工作模式，扩大电机的高效区，使动力输出轴得以继承双动力源的扭矩和功率。

进一步的，所述电机为轴套结构，电机的中轴线上设置有中空通道，行星架的动力输出轴贯穿所述中空通道连接于传动装置。

进一步的，所述传动装置包括减速器、差速器和驱动桥，驱动系统的输出动力依次经过所述减速器、差速器和驱动桥传输至驱动轮。

进一步的，所述驱动系统的工作模式还包括高速行车发电模式，高速行车发电模式下第一离合器分离，第二离合器结合，齿圈制动器释放，发动机的输出动力一部分通过第二离合输出，另一部分通过电机发电后给动力电池充电。

进一步的，所述第一离合器通过联轴器与齿圈连接。

进一步的，所述动力电池组连接有用于通过外部电网对动力电池组进行充电的充电单元。

附图说明

图1为本实用新型实施例中单电机深度混合驱动系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中单电机深度混合驱动系统怠速发电时的工作状态示意图；

图3为本实用新型实施例中单电机深度混合驱动系统起步时电机单驱动的工作状态示意图；

图4为本实用新型实施例中单电机深度混合驱动系统起步后正常行驶时电机单驱动的工作状态示意图；

图5为本实用新型实施例中单电机深度混合驱动系统起步后普通行驶时发动机单驱动的工作状态示意图；

图6为本实用新型实施例中单电机深度混合驱动系统起步后普通行驶时发动机电机双驱动的工作状态示意图；

图7为本实用新型实施例中单电机深度混合驱动系统处于高速行驶状态时发动机电机耦合驱动的工作状态示意图；

图8为本实用新型实施例中单电机深度混合驱动系统处于高速行驶状态时发动机行车发电状态的工作状态示意图。

附图标记说明：

101、发动机；

201、电机；

301、行星轮系；302、太阳轮；303、行星轮；304、行星架；

305、齿圈；306、齿圈制动器；

401、第一离合器；

501、联轴器；

601、第二离合器；

701、动力输出轴；

801、电机控制器；

901、动力电池组；902、充电单元。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

请参阅图1，图1为本实用新型实施例中单电机深度混合驱动系统的结构示意图，发动机101、行星轮系301和电机201同轴设置，行星轮系301包括太阳轮302、行星轮303、行星架304、齿圈304和齿圈制动器306，行星轮303设置在太阳轮302和齿圈304之间，并与太阳轮302和齿圈304相啮合，行星架304与行星轮303相连接，齿圈制动器306与齿圈304可离合地连接，发动机101通过第一离合器401与联轴器501传动连接，联轴器501与齿圈305传动连接，电机201与行星轮系301的太阳轮302传动连接，并通过第二离合器601与行星轮303传动连接，电机201为轴套结构，电机201的中轴线设有中空通道，动力输出轴701贯穿电机201的中空通道，行星架304通过动力输出轴701依次与传动装置的减速器、差速器和驱动桥传动连接，动力电池组901通过电机控制器801与电机201电连接，充电单元902与动力电池组901导线连接。

根据上述结构，在具体操作时，请参阅图2，图2为本实用新型实施例中单电机深度混合驱动系统怠速发电时的工作状态示意图，当驱动系统处于怠速发电状态时，第一离合器401处于结合状态，齿轮制动器306和第二离合器601处于分离状态，此时发动机101通过第一离合器401向齿圈305传递动力，使发动机101与齿圈305的转速相同，假设齿圈齿数是太阳轮齿轮的2倍，发动机与电机的转速关系为：且n_H＝0，在行星架304不转动的状态下，齿圈305通过在原地转动的行星轮303带动太阳轮302转动，与太阳轮302传动连接的电机201发电，为动力电池组901进行充电。

请参阅图3，图3为本实用新型实施例中单电机深度混合驱动系统起步时电机单驱动的工作状态示意图，当车辆电量充足时在车辆起步状态进行纯电驱动时，第二离合器601处于分离状态，齿轮制动器306与第一离合器401处于结合状态，当齿圈305受到齿轮制动器306与第一离合器401传递的发动机101阻力制动而固定时，被太阳轮302带动的行星轮303环绕齿圈305转动，起到减速器的作用，此时传动比为由动力电池组901提供动力，经过电机控制器801使电机201转动，电机201带动太阳轮302转动，太阳轮302带动行星轮303转动，行星轮303带动行星架304，行星架304带动动力输出轴701，将动力依次通过减速器、差速器和驱动桥进行调整后传送至驱动轮，在电量充足的情况下，实现纯电驱动车辆起步，关闭的发动机不产生排放。

请参阅图4，图4为本实用新型实施例中单电机深度混合驱动系统起步后普通行驶时电机单驱动的工作状态示意图，在车辆电力充足时，在车辆介于起步与高速状态之间，进行纯电行驶时，第二离合器601结合，齿圈制动器306和第一离合器401分离，此时行星轮系301相当于一个整体，动力通过电机201传递给行星轮系301，行星轮系301将动力传递给动力输出轴701，动力输出轴701将动力依次通过减速器、差速器和驱动桥进行调整后传送至驱动轮，此时电机201的转速即为动力输出轴701的转速，关闭的发动机实现了零排放。

请一并参阅图4和图5，当执行元件工作状态由图4向图5转变过程中，本实用新型实施例中单电机深度混合驱动系统起步后启动发动机，第一离合器401由分离逐渐结合，动力通过电机201传递给行星轮系301，行星轮系301将动力一部分启动发动机，一部分传递给动力输出轴701，动力输出轴701将动力依次通过减速器、差速器和驱动桥进行调整后传送至驱动轮。

请参阅图5，图5为本实用新型实施例中单电机深度混合驱动系统起步后普通行驶时发动机单驱动的工作状态示意图，当车辆电力不足时，车辆采用纯发动机101驱动，此时第一离合器401和第二离合器601结合，齿圈制动器306分离，动力由发动机101经过第一离合器401将动力传输至齿圈305，齿圈305将动力传递至行星轮303上，行星轮303通过行星架304和第二离合器601同时带动动力输出轴701和电机201转动，动力输出轴701将动力依次通过减速器、差速器和驱动桥进行调整后传送至驱动轮，同时通过第二离合器601使行星轮303和太阳轮302形成整体联动，带动电机201转动为动力电池组901充电。

请参阅图6，图6为本实用新型实施例中单电机深度混合驱动系统起步后普通行驶时发动机电机双驱动的工作状态示意图，在电力充足且需要大扭矩的状态下，此时第一离合器401和第二离合器601结合，齿圈制动器306分离，发动机101和电机201同时工作，两个动力源叠加至行星轮303上，实现转矩耦合，并带动行星架304驱动动力输出轴701，动力输出轴701的动力依次通过传动装置的减速器、差速器和驱动桥，向驱动轮传递动力。

请参阅图7，图7为本实用新型实施例中单电机深度混合驱动系统处于高速行驶状态时发动机电机耦合驱动的工作状态示意图，当车辆起步后处在高速公路等需要高速行驶载重的工况情况下时，第一离合器401和第二离合器601结合，齿圈制动器306分离，此时发动机101通过第一离合器401带动齿圈305旋转，电机201通过第二离合器601带动太阳轮302旋转，此时行星架304的转速由太阳轮302的转速和齿圈305的转速共同影响，即使用电机201进行调速，使发动机101在不同的车速下在高效区工作。

请参阅图8，图8为本实用新型实施例中单电机深度混合驱动系统处于高速行驶状态时发动机行车发电状态的工作状态示意图，当车辆处于高速行驶且载重较轻的工况时，第一离合器401和第二离合器601结合，齿圈制动器306分离，在高速公路等区域需要高速行驶过程中，且不处在载货的轻载工况时，动力从发动机101通过第一离合器401传递至齿圈305，齿圈305将一部分力通过行星轮303传递给行星架304，行星架304通过动力输出轴701将动力依次通过传动装置的减速器、差速器和驱动桥，向驱动轮传递动力，另一部分动力传输至电机201，电机201为动力电池组901充电，在发动机处于高效区运转时回收一部分能量。

请参照图1，在制动状态时，当车辆处于不同的车速状态时，对应不同的制动方式，当车辆在起步状态需要制动时，齿圈制动器306和第一离合器401处于结合状态，第二离合器601处于分离状态，发动机101停止工作，通过第一离合器401进行反拖和齿圈制动器306共同参与车辆制动，电机201受到太阳轮302转动的作用继续转动，处于发电状态的电机201向动力电池组901进行充电；当车辆在介于起步与高速状态行驶时制动，第一离合器401和第二离合器601处于结合状态，第二离合器601处于分离状态，发动机101停止工作，通过第一离合器401进行反拖对车辆进行制动，车辆行驶时行星架的转速通过第二离合器传递给电机201，处于发电状态的电机201向动力电池组901进行充电；当车辆在高速公路等区域进行高速状态行驶时制动，发动机101停止工作，第一离合器401处于结合状态，齿圈制动器306和第二离合器601处于分离状态，发动机101停止工作，通过第一离合器401进行反拖参与制动，电机201受到太阳轮302转动的作用继续转动，处于发电状态的电机201向动力电池组901进行充电。

实施例中驱动系统各主要工作模式如表1

表中G表示电机发电状态、M表示电驱动状态、W表示发动机工作状态、×表示非工作状态、√表示结合状态。

在上述实施例中，T_H为行星架转矩，T_e为发动机转矩，T_m为电机转矩，n_H为行星架转速，n_e为发动机转速，n_m是电机转速，k为齿圈齿数与太阳轮齿数之比，i为传动比。

在上述实施例中，高效区代表电机、发动机及混合驱动系统效率较高的状态，电机在低速状态时效率较高，随着速度的增加效率降低，发动机大致在转速为2500转至3000转时效率较高，混合驱动系统的效率在电机和发动机效率接近时效率较高。

在上述实施例中，当车辆停车需要充电时，通过充电模块902与充电桩或家用电源进行接通，对动力电池组901进行充电。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利保护范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围之内。

Claims (6)

1.一种单电机深度混合驱动系统，其特征在于，包括发动机、电机、行星轮系、第一离合器和第二离合器，所述电机连接有电机控制器和动力电池组；

所述行星轮系包括太阳轮、行星轮、行星架、齿圈以及齿圈制动器，所述太阳轮与行星轮啮合，行星轮与齿圈啮合；

所述发动机、行星轮系以及电机依次同轴设置，发动机的输出轴通过第一离合器与齿圈连接，所述电机的输出轴与太阳轮连接，所述行星架为驱动系统的动力输出端，行星架通过第二离合器与太阳轮连接；

通过发动机、电机、第一离合器、第二离合器以及齿圈制动器协同工作，驱动系统具有多种不同的工作模式，所述工作模式包括：怠速发电模式、单驱模式、转矩耦合模式，转速耦合模式和动能回收模式。

2.根据权利要求1所述的单电机深度混合驱动系统，其特征在于，所述电机为轴套结构，电机的中轴线上设置有中空通道，行星架的动力输出轴贯穿所述中空通道连接于传动装置。

3.根据权利要求2所述的单电机深度混合驱动系统，其特征在于，所述传动装置包括减速器、差速器和驱动桥，驱动系统的输出动力依次经过所述减速器、差速器和驱动桥传输至驱动轮。

4.根据权利要求1所述的单电机深度混合驱动系统，其特征在于，所述驱动系统的工作模式还包括高速行驶发电模式，高速行车发电模式下第一离合器分离，第二离合器结合，齿圈制动器释放，发动机的输出动力一部分通过第二离合输出，另一部分通过电机发电后给动力电池充电。

5.根据权利要求4所述的单电机深度混合驱动系统，其特征在于，所述第一离合器通过联轴器与齿圈连接。

6.根据权利要求1所述的单电机深度混合驱动系统，其特征在于，所述动力电池组连接有用于通过外部电网对动力电池组进行充电的充电单元。