CN206914128U - 一种混合动力汽车动力耦合系统 - Google Patents

Abstract

一种混合动力汽车动力耦合系统，包括发动机、发电机、驱动电机和差速器，发动机和发电机之间、发动机与差速器之间、以及驱动电机与差速器之间通过传动机构连接，在发动机和发电机之间形成第一传动路径，在发动机与差速器之间形成第二传动路径和第三传动路径，在驱动电机与差速器之间形成第四传动路径，第二传动路径和第三传动路径存在共用部分和单用部分，第二传动路径或第三传动路径的单用部分设有用于调整发动机工作档位的同步器或爪式离合器。该系统在发动机参与驱动时，可以利用同步器或爪式离合器选择导通第二传动路径或第三传动路径，从而使发动机有两个档位可以选择，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。

Description

一种混合动力汽车动力耦合系统

技术领域

本实用新型涉及新能源汽车领域，尤其涉及一种混合动力汽车动力耦合系统。

背景技术

随着石油资源的缺乏和人们环保意识的提高，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。目前市面上常见的新能源汽车多为混合动力汽车。混合动力汽车常以发动机和电动机作为动力源，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，并且，其中采用混合动力变速箱集成电机的方案中普遍采用一档齿轮结构，而很少采用多档齿轮结构，要同时获得比较满意的动力性和经济性往往比较困难。

实用新型内容

有鉴于此，有必要提供一种在混合动力模式下发动机具有多个档位选择的混合动力汽车动力耦合系统。

本实用新型提供的混合动力汽车动力耦合系统，包括发动机、发电机、驱动电机和差速器，所述发动机和所述发电机之间、所述发动机与所述差速器之间、以及所述驱动电机与所述差速器之间通过传动机构连接，在所述发动机和所述发电机之间形成第一传动路径，在所述发动机与所述差速器之间形成第二传动路径和第三传动路径，在所述驱动电机与所述差速器之间形成第四传动路径，所述第二传动路径和所述第三传动路径存在共用部分和单用部分，所述第二传动路径或所述第三传动路径的单用部分设有用于调整发动机工作档位的同步器或爪式离合器。

进一步地，所述混合动力汽车动力耦合系统进一步包括一用于控制传动路径通断的离合器，所述离合器设于所述第二传动路径和所述第三传动路径的共用部分。

进一步地，所述离合器仅设于所述第二和第三两条传动路径的共用部分。

进一步地，所述第一传动路径存在单用部分以及与所述第二传动路径和所述第三传动路径共用的部分，所述离合器设于所述第一、第二以及第三三条传动路径的共用部分。

进一步地，所述第一传动路径和所述第四传动路径在所述混合动力汽车采用增程模式时同时导通，所述第四传动路径在所述混合动力汽车采用纯电动模式时导通，所述第二传动路径或所述第三传动路径在所述混合动力汽车采用混合驱动模式时导通。

进一步地，所述传动机构包括第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴、第四传动轴和第五传动轴，以及第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮、第六齿轮、第七齿轮和第八齿轮，所述第一传动轴和所述第三传动轴位于所述第二传动路径上，所述第一齿轮套设于所述第一传动轴上，所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合，且通过所述第二传动轴与所述发电机相连，所述第三齿轮和所述第四齿轮套设于所述第三传动轴上且位于所述同步器或所述爪式离合器的两侧，所述第五齿轮和所述第六齿轮分别与所述第三齿轮和所述第四齿轮啮合，且通过所述第四传动轴连接，所述第七齿轮和所述第八齿轮分别与所述第五齿轮和所述第六齿轮啮合，且所述第七齿轮通过所述第五传动轴与所述驱动电机相连，所述第八齿轮与所述差速器相连。

进一步地，所述混合动力汽车动力耦合系统进一步包括一离合器，所述离合器位于所述第一传动轴和所述第三传动轴之间，且位于所述第一齿轮和所述第三齿轮之间。

进一步地，所述混合动力汽车动力耦合系统进一步包括一离合器，所述离合器设于所述第一传动轴和所述第三传动轴之间，且位于所述发动机和所述第一齿轮之间。

进一步地，所述混合动力汽车动力耦合系统进一步包括一减震器，所述减震器位于所述发动机和所述第一齿轮之间。

进一步地，所述发电机和所述发动机并排设置，且通过所述第一传动路径与所述发动机相连。

本实用新型的混合动力汽车动力耦合系统中，当发动机参与驱动时，可以利用同步器或爪式离合器选择导通第二传动路径或第三传动路径，从而使发动机有两个档位可以选择，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。

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所示为本实用新型第一实施例的混合动力汽车动力耦合系统的示意图；

图2所示为图1的混合动力汽车动力耦合系统在纯电动模式下的动力传输路径示意图；

图3所示为图1的混合动力汽车动力耦合系统在增程模式下的动力传输路径示意图；

图4和图5所示为图1的混合动力汽车动力耦合系统在混合驱动模式下的动力传输路径示意图；

图6所示为本实用新型混合动力汽车动力耦合系统中驱动电机的特性曲线图。

图7所示为本实用新型第二实施例的混合动力汽车动力耦合系统的示意图。

图8所示为图7的混合动力汽车动力耦合系统在纯电动模式下的动力传输路径示意图；

图9所示为图7的混合动力汽车动力耦合系统在增程模式下的动力传输路径示意图；

图10和图11所示为图7的混合动力汽车动力耦合系统在混合驱动模式下的动力传输路径示意图；

图12所示为本实用新型第三实施例的混合动力汽车动力耦合系统的示意图；

图13所示为图12的混合动力汽车动力耦合系统在纯电动模式下的动力传输路径示意图；

图14所示为图12的混合动力汽车动力耦合系统在增程模式下的动力传输路径示意图；

图15和图16所示为图12的混合动力汽车动力耦合系统在混合驱动模式下的动力传输路径示意图。

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，对本实用新型详细说明如下。

第一实施例

具体地，如图1所示，本实用新型第一实施例提供的混合动力汽车动力耦合系统包括发动机1、减震器2、发电机6、离合器8、同步器10、驱动电机15、差速器20及传动机构。

其中，传动机构包括第一传动轴3、第一齿轮4、第二齿轮5、第二传动轴7、第三传动轴9、第三齿轮11、第四齿轮13、第五齿轮12、第六齿轮14、第四传动轴18、第五传动轴16、第七齿轮17和第八齿轮19。

发动机1和发电机6并排设置，减震器2(本实施例为扭转减震器，但实际不限于此)与发动机1相连，且通过第一传动轴3与离合器8的主动部分相连，同步器10位于第三传动轴9上，且通过第三传动轴9与离合器8的从动部分相连。

第一齿轮4套设于第一传动轴3上，且位于减震器2与离合器8的主动部分之间。第二齿轮5与第一齿轮4啮合，且通过第二传动轴7与发电机6相连。

第三齿轮11和第四齿轮13套设于第三传动轴9上，且分别位于同步器10的两侧。第三齿轮11和第四齿轮13分别与第五齿轮12和第六齿轮14啮合，第五齿轮12和第六齿轮14通过第四传动轴18连接，第五齿轮12和第六齿轮14更分别与第七齿轮17和第八齿轮19啮合，第七齿轮17通过第五传动轴16与驱动电机15相连，第八齿轮19与差速器20相连。

在本实施例中，发动机1和发电机6以及位于它们之间的减震器2、第一传动轴3、第一齿轮4、第二齿轮5和第二传动轴7形成第一传动路径。

在第一传动路径上，第一齿轮4和第二齿轮5形成增速齿轮副，使第二齿轮5的角速度大于第一齿轮4的角速度，从而可以优化发电时发动机1的工作区间，提升发动机1发电的效率。

在本实施例中，发动机1、减震器2、第一传动轴3、离合器8、第三传动轴9、第三齿轮11、第五齿轮12、第四传动轴18、第六齿轮14、第八齿轮19以及差速器20形成第二传动路径。发动机1、减震器2、第一传动轴3、离合器8、第三传动轴9、同步器10、第四齿轮13、第六齿轮14、第八齿轮19以及差速器20形成第三传动路径。

在本实施例中，驱动电机15、第五传动轴16、第七齿轮17、第五齿轮12、第四传动轴18、第六齿轮14、第八齿轮19以及差速器20形成第四传动路径。

也就是说，上述四条传动路径均存在单用部分以及与其它传动路径的共用部分，其中，离合器8位于第二传动路径与第三传动路径两条传动路径的共用部分，同步器10设于第二传动路径或第三传动路径的单用部分，发动机1、减震器2以及第一齿轮4位于第一、第二、第三三条传动路径的共用部分。

进一步地，采用本实用新型动力耦合系统的混合动力汽车具有四种工作模式，分别为纯电动模式、增程模式、混合驱动模式1和混合驱动模式2。上述四种模式具体以表格体现如下：

注：SOC(State of Charge)，荷电状态，也叫剩余电量

如上表所示，当电池电量充足时，可以采用纯电动模式(如图2所示)，导通第四传动路径，使发动机1和发电机6均不工作。当电池电量不足时，可以采用增程模式(如图3所示)，导通第一传动路径和第四传动路径，利用发电机6启动发动机1，当发动机1启动后，将发动机1的动力输出给发电机6发电。当对整车车速要求较高时，可以采用混合驱动模式(如图4和图5所示)，导通第四传动路径和第二传动路径或第三传动路径。在混合驱动模式下，发动机1有两个档位可以选择，在模式切换过程中，驱动电机15参与驱动，动力不存在中断。

在混合驱动模式下，同步器10和离合器8的位置状态如下表所示：

在本实施例中，离合器8用于控制发动机1是否参与驱动，当离合器8断开时，系统可以工作在纯电动模式或增程模式，当离合器8结合时，系统可以工作在混合动力模式，发动机参与直驱。同步器10用于控制发动机1档位的切换，当同步器10左侧结合时，第二传动路径导通，发动机1位于1挡，当同步器10右侧结合时，第三传动路径导通，发动机1位于2挡。

需要说明的是，在本实施例中，同步器10位于第三传动路径上，可以理解的，同步器10位于第二传动路径上可同样起到控制发动机1档位切换的作用，当同步器10设于第二传动路径上时，同步器10位于第四传动轴18上，第五齿轮12和第六齿轮14分别位于同步器10的两侧。

另外，该系统的驱动电机15采用了高压高转速的方案。如图6所示，通过提升驱动电机15的工作电压和转速，一方面可以降低低转速区间驱动电机15的扭矩需求，有利于减小电机的外包络尺寸，从而节省空间和实现电机轻量化，另一方面可以提升高速区间电机的扭矩特性，提升车辆高速行驶时的动力性能。

第二实施例

如图7所示，本实用新型第二实施例的混合动力汽车动力耦合系统与第一实施例的混合动力汽车动力耦合系统基本类似，其不同之处在于，离合器8的位置与第一传动轴3和第三传动轴9的长短。

在本实施例中，离合器8位于第一传动轴3和第三传动轴9之间，且同时位于减震器2和第一齿轮4之间，第一传动轴3由发动机1输出端经过减震器2延伸至离合器8的主动部分，第三传动轴9由离合器8的从动部分经过第一齿轮4、第三齿轮11和同步器10延伸至第四齿轮13；而第一实施例中，离合器8则位于第一传动轴3和第三传动轴9之间，且同时位于第一齿轮4和第三齿轮11之间，第一传动轴3则由发动机1输出端经过减震器2和第一齿轮4延伸至离合器8的主动部分，第三传动轴9由离合器8的从动部分经过第三齿轮11和同步器10延伸至第四齿轮13。

也就是说，在第一实施例中，离合器8仅位于第二和第三两条传动路径的共用部分，而在本实施例中，离合器8则位于第一、第二、第三三条传动路径的共用部分。通过此种设置，离合器8不但能够控制第二和第三传动路径的通断，还可以控制第一传动路径的通断，即离合器8不但可以控制发动机1是否参与驱动，还可以控制发电机6是否能够启动发动机1以及发动机1是否能够向发电机6提供动力输出。

在本实施例中，第一传动路径上的元件包括发动机1、减震器2、第一传动轴3、离合器8、第三传动轴9、第一齿轮4、第二齿轮5和第二传动轴7和发电机6。第二传动路径上的元件包括发动机1、减震器2、第一传动轴3、离合器8、第三传动轴9、第三齿轮11、第五齿轮12、第四传动轴18、第六齿轮14、第八齿轮19以及差速器20。第三传动路径上的元件包括发动机1、减震器2、第一传动轴3、离合器8、第三传动轴9、同步器10、第四齿轮13、第六齿轮14、第八齿轮19以及差速器20。第四传动路径上的元件包括驱动电机15、第五传动轴16、第七齿轮17、第五齿轮12、第四传动轴18、第六齿轮14、第八齿轮19以及差速器20。

当混合动力汽车采用纯电动模式(如图8所示)时，驱动电机15工作，第四传动路径导通。当混合动力汽车采用增程模式(如图9所示)时，发动机1、发电机6和驱动电机15工作，离合器8结合，同步器10位于中位，第一传动路径和第四传动路径导通。当混合动力汽车采用混合驱动模式1(如图10所示)时，发动机1和驱动电机15工作(发电机6可以工作，也可以不工作)，离合器8结合，同步器10左侧结合，第一、第二和第四传动路径导通，发动机1位于1挡；当混合动力汽车采用混合驱动模式2(如图11所示)时，同步器10右侧结合，第一、第三和第四传动路径导通，发动机1位于2挡。

第三实施例

如图12所示，本实用新型第三实施例的混合动力汽车动力耦合系统与第一实施例的混合动力汽车动力耦合系统基本类似，其不同之处在于，本实施例中没有设置离合器8，而直接以同步器10同时实现第一实施例中的离合器和同步器两个元件的功能。相应地，第一实施例中的第一传动轴3和第三传动轴9在本实施例中也合二为一，直接以第一传动轴3来表示。

另外，需要说明的是，在本实施例和前述的两个实施例中，同步器10均可以以爪式离合器来代替。

在本实施例中，第一传动路径上的元件包括发动机1、减震器2、第一传动轴3、第一齿轮4、第二齿轮5和第二传动轴7和发电机6。第二传动路径上的元件包括发动机1、减震器2、第一传动轴3、第三齿轮11、第五齿轮12、第四传动轴18、第六齿轮14、第八齿轮19以及差速器20。第三传动路径上的元件包括发动机1、减震器2、第一传动轴3、同步器10、第四齿轮13、第六齿轮14、第八齿轮19以及差速器20。第四传动路径上的元件包括驱动电机15、第五传动轴16、第七齿轮17、第五齿轮12、第四传动轴18、第六齿轮14、第八齿轮19以及差速器20。

当混合动力汽车采用纯电动模式(如图13所示)时，驱动电机15工作，第四传动路径导通。当混合动力汽车采用增程模式(如图14所示)时，发动机1、发电机6和驱动电机15工作，同步器10位于中位，第一传动路径和第四传动路径导通。当混合动力汽车采用混合驱动模式1(如图15所示)时，发动机1和驱动电机15工作(发电机6可以工作，也可以不工作)，同步器10左侧结合，第一、第二和第四传动路径导通，发动机1位于1挡；当混合动力汽车采用混合驱动模式2(如图16所示)时，同步器10右侧结合，第一、第三和第四传动路径导通，发动机1位于2挡。

综上所述，本实用新型的混合动力汽车动力耦合系统具有如下优点：

1.当发动机参与驱动时，发动机有两个档位可以选择，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。

2.在模式切换过程中，驱动电机参与驱动，动力不存在动力中断。

3.发动机与发电机并排布置，并且通过增速的齿轮副连接，可以优化发电时发动机的工作区间，提升发动机发电的效率。

4.驱动电机采用高压方案，一方面可以降低低转速区间驱动电机的扭矩需求，有利于减小电机的外包络尺寸，实现电机轻量化和节省空间，另一方面可以提升高速区间电机的扭矩特性，提升车辆高速行驶时的动力性能。

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)

1.一种混合动力汽车动力耦合系统，其特征在于，包括：发动机(1)、发电机(6)、驱动电机(15)和差速器(20)，所述发动机(1)和所述发电机(6)之间、所述发动机(1)与所述差速器(20)之间、以及所述驱动电机(15)与所述差速器(20)之间通过传动机构连接，在所述发动机(1)和所述发电机(6)之间形成第一传动路径，在所述发动机(1)与所述差速器(20)之间形成第二传动路径和第三传动路径，在所述驱动电机(15)与所述差速器(20)之间形成第四传动路径，所述第二传动路径和所述第三传动路径存在共用部分和单用部分，所述第二传动路径或所述第三传动路径的单用部分设有用于调整发动机(1)工作档位的同步器(10)或爪式离合器。

2.根据权利要求1所述的混合动力汽车动力耦合系统，其特征在于，所述混合动力汽车动力耦合系统进一步包括一用于控制传动路径通断的离合器(8)，所述离合器(8)设于所述第二传动路径和所述第三传动路径的共用部分。

3.根据权利要求2所述的混合动力汽车动力耦合系统，其特征在于，所述离合器(8)仅设于所述第二和第三两条传动路径的共用部分。

4.根据权利要求2所述的混合动力汽车动力耦合系统，其特征在于，所述第一传动路径存在单用部分以及与所述第二传动路径和所述第三传动路径共用的部分，所述离合器(8)设于所述第一、第二以及第三三条传动路径的共用部分。

5.根据权利要求1所述的混合动力汽车动力耦合系统，其特征在于，所述第一传动路径和所述第四传动路径在所述混合动力汽车采用增程模式时同时导通，所述第四传动路径在所述混合动力汽车采用纯电动模式时导通，所述第二传动路径或所述第三传动路径在所述混合动力汽车采用混合驱动模式时导通。

6.根据权利要求1所述的混合动力汽车动力耦合系统，其特征在于，所述传动机构包括第一传动轴(3)、第二传动轴(7)、第三传动轴(9)、第四传动轴(18)和第五传动轴(16)，以及第一齿轮(4)、第二齿轮(5)、第三齿轮(11)、第四齿轮(13)、第五齿轮(12)、第六齿轮(14)、第七齿轮(17)和第八齿轮(19)，所述第一传动轴(3)和所述第三传动轴(9)位于所述第二传动路径上，所述第一齿轮(4)套设于所述第一传动轴(3)上，所述第二齿轮(5)与所述第一齿轮(4)啮合，且通过所述第二传动轴(7)与所述发电机(6)相连，所述第三齿轮(11)和所述第四齿轮(13)套设于所述第三传动轴(9)上且位于所述同步器(10)或所述爪式离合器的两侧，所述第五齿轮(12)和所述第六齿轮(14)分别与所述第三齿轮(11)和所述第四齿轮(13)啮合，且通过所述第四传动轴(18)连接，所述第七齿轮(17)和所述第八齿轮(19)分别与所述第五齿轮(12)和所述第六齿轮(14)啮合，且所述第七齿轮(17)通过所述第五传动轴(16)与所述驱动电机(15)相连，所述第八齿轮(19)与所述差速器(20)相连。

7.根据权利要求6所述的混合动力汽车动力耦合系统，其特征在于，所述混合动力汽车动力耦合系统进一步包括一离合器(8)，所述离合器(8)位于所述第一传动轴(3)和所述第三传动轴(9)之间，且位于所述第一齿轮(4)和所述第三齿轮(11)之间。

8.根据权利要求6所述的混合动力汽车动力耦合系统，其特征在于，所述混合动力汽车动力耦合系统进一步包括一离合器(8)，所述离合器(8)设于所述第一传动轴(3)和所述第三传动轴(9)之间，且位于所述发动机(1)和所述第一齿轮(4)之间。

9.根据权利要求6所述的混合动力汽车动力耦合系统，其特征在于，所述混合动力汽车动力耦合系统进一步包括一减震器(2)，所述减震器(2)位于所述发动机(1)和所述第一齿轮(4)之间。

10.根据权利要求1所述的混合动力汽车动力耦合系统，其特征在于，所述发电机(6)和所述发动机(1)并排设置，且通过所述第一传动路径与所述发动机(1)相连。