CN206926510U - 汽车混合动力耦合系统和混合动力汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及汽车领域，公开了一种汽车的混合动力耦合系统，该汽车混合动力耦合系统包括至少两个离合器和与离合器数量相同且输出的转速各不相同的传动装置，发电机和发动机同轴连接，该离合器设于发动机和发电机之间，全部离合器的主动端连接在一起后整体与发动机连接，而离合器的从动端与传动装置一一对应连接，传动装置通过传动轴与主减速器连接，驱动电机与其中一个传动装置连接，该种结构简单，也节省空间；此外，通过闭合不同的离合器可以实现平顺换挡，且通过控制离合器的断开与否以实现电动与混动模式的切换，同时满足了汽车的动力性和经济性要求。

Description

汽车混合动力耦合系统和混合动力汽车

技术领域

本实用新型涉及汽车领域，特别是涉及一种汽车混合动力耦合系统和混合动力汽车。

背景技术

进入21世纪以来，中国汽车产销量持续增长，成为世界汽车大国。在此背景下，汽车产业内部增长动力、消费结构、生产模式与竞争格局等均在发生深刻变化，而能源、环境、交通等产业外部因素制约也日益严峻。节能与新能源汽车作为汽车工业未来发展的重要方向，对中国能源、环境、科技、经济等方面将产生深远影响。发展节能与新能源汽车(如油电混合动力汽车)，遵循了中国倡导发展循环经济与节约经济的战略方针，对于践行供给侧改革思路、促进汽车产业转型升级、提升产业国际竞争力，以及建设环境友好型社会具有重大战略意义。

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混合动力耦合系统及其工作模式已成为研究热点。

混合动力耦合系统涉及到发动机、电动机、齿轴传动系统等的集成设计与布置，往往结构复杂，占用空间大，在整车上布置困难，同时混合动力耦合系统的控制也较为困难；另一方面，目前常见的混合动力耦合系统在传动方案中普遍采用单一档位的结构，较少采用两档或者多档结构，这样整个传动系统就只有一个固定的速比，在某些工况下，发动机或驱动电机不能工作在最佳工作区，使得整车的动力性和经济性受限。而有些两档设置的混合动力耦合系统，一般都是采用同步器来进行换挡，而同步器的容量比较有限，容易产生换挡过程动力中断、打齿异响等问题；同时还需要一套操纵同步器的换挡执行机构，这就增加了整个系统的集成设计难度。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种结构简单、节省空间、换挡平顺且能够实现动力模式切换的汽车混合动力耦合系统以及采用该混合动力耦合系统的混合动力汽车。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种汽车混合动力耦合系统，其包括发动机、发电机、驱动电机、主减速器和差速器，所述主减速器通过所述差速器将动力传递至车轮，所述汽车混合动力耦合系统还包括至少两个离合器和与所述离合器数量相同且输出的转速各不相同的传动装置，所述发动机与所述发电机同轴连接，所述离合器设于所述发动机与所述发电机之间，所述离合器的两端分别为主动端和从动端，各所述离合器的主动端连接在一起后整体与所述发动机连接，各所述离合器的从动端分别与各所述传动装置一一对应连接；各所述传动装置与所述主减速器通过传动轴连接，所述驱动电机与其中一个所述传动装置连接。

作为优选方案，所述离合器设置为两个，两个所述离合器分别为第一离合器和第二离合器，相应地，所述传动装置设有两个，两个所述传动装置分别为第一传动装置和第二传动装置，所述第一离合器的主动端与所述第二离合器的主动端连接在一起后整体与所述发动机连接，所述第一离合器的从动端与第一传动装置连接，所述第二离合器的从动端与所述第二传动装置连接；

所述驱动电机与所述第一传动装置连接。

作为优选方案，所述第二传动装置包括第二连接轴、第四齿轮和与所述第四齿轮外啮合传动的第五齿轮，所述第二离合器的从动端通过所述第二连接轴与所述第四齿轮连接，所述第五齿轮设于所述传动轴上。

作为优选方案，所述第二连接轴为空心轴。

作为优选方案，所述第一传动装置包括第一连接轴、第一齿轮和第二齿轮副，所述第二齿轮副包括第二齿轮和与所述第二齿轮外啮合传动的第三齿轮，所述第一齿轮与所述第二齿轮外啮合传动，所述第一离合器的从动端通过所述第一连接轴与所述第一齿轮连接，所述第二齿轮设于所述传动轴上，所述驱动电机与所述第三齿轮连接。

作为优选方案，所述第二传动装置包括第二连接轴、第四齿轮和与所述第四齿轮外啮合传动的第五齿轮，所述第二离合器的从动端通过所述第二连接轴与所述第四齿轮连接，所述第五齿轮设于所述传动轴上。

作为优选方案，所述第四齿轮与第五齿轮的直径比大于所述第一齿轮与第二齿轮的直径比。

作为优选方案，所述第一连接轴与所述第二连接轴均为空心轴，所述第二连接轴套设于所述第一连接轴外侧。

作为优选方案，所述主减速器包括第六齿轮和与所述第六齿轮外啮合传动的第七齿轮，所述第六齿轮设于所述传动轴上，所述第七齿轮与所述差速器连接。

本实用新型还提供一种混合动力汽车，其包括上述的汽车混合动力耦合系统。

综上，本实用新型提供一种汽车的混合动力耦合系统，该汽车混合动力耦合系统包括至少两个离合器和与离合器数量相同且输出的转速各不相同的传动装置，发电机和发动机同轴连接，该离合器设于发动机和发电机之间，全部离合器的主动端连接在一起后整体与发动机连接，而离合器的从动端与传动装置一一对应连接，传动装置通过传动轴与主减速器连接，驱动电机与其中一个传动装置连接，该种结构简单，也节省空间；此外，通过闭合不同的离合器可以实现平顺换挡，且通过控制离合器的断开与否以实现电动与混动模式的切换，同时满足了汽车的动力性和经济性要求。

附图说明

图1是本实用新型实施例的汽车混合动力耦合系统结构图；

图2是本实用新型实施例的汽车混合动力耦合系统在纯电动模式下动力传递的示意图；

图3是本实用新型实施例的汽车混合动力耦合系统在增程模式下动力传递的示意图；

图4是本实用新型实施例的汽车混合动力耦合系统在混合驱动一档模式下动力传递的示意图；

图5是本实用新型实施例的汽车混合动力耦合系统在混合驱动二档模式下动力传递的示意图；

图6是本实用新型实施例的汽车混合动力耦合系统的控制方法的流程示意图。

其中，1、发动机；10、扭转减震器；11、第一齿轮；12、第二齿轮；13、第三齿轮；14、第四齿轮；15、第五齿轮；16、第六齿轮；17、第七齿轮；18、差速器；21、第一离合器；22、第二离合器；3、发电机；4、驱动电机；5、车轮；61、第一连接轴；62、第二连接轴；7、传动轴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

如图1所示，本实用新型实施例的一种汽车混合动力耦合系统，包括发动机1、发电机3、驱动电机4、主减速器和差速器18，该主减速器通过差速器18将动力传递至车轮5，该汽车混合动力耦合系统还包括至少两个离合器和与离合器数量相同且输出的转速各不相同的传动装置，发电机3和发动机1同轴连接，该离合器设于发动机1和发电机3之间，各离合器的两端分别为主动端和从动端，各离合器的主动端连接在一起后整体与发动机1连接，使得发动机1启动后，各离合器的主动端随发动机1的输出轴一同转动，而各离合器的从动端与各传动装置一一对应连接，即一个离合器的从动端对应连接一个传动装置，且任意两个离合器的从动端不与同一个传动装置连接，各传动装置与主减速器之间通过传动轴7连接起来，使得传动装置上的动力可以传递至主减速器，驱动电机4与其中一个传动装置连接，使得驱动电机4上的动力可以依次经过传动装置、传动轴7、主减速器传递至差速器18上，该种结构简单，节省空间；当闭合任意一个离合器时，发动机1的动力能够通过该闭合的离合器传递到传动装置上并再依次经过传动轴7、主减速器、差速器18将动力传递至车轮5，且驱动电机4始终与传动装置连接，故驱动电机4能始终为差速器提供动力，保持动力不中断，从而实现混动模式；当发动机1不工作时，实现纯电动模式；当发动机1工作且离合器全部断开时，实现增程模式；当发动机工作时，闭合不同的离合器，以实现平顺换挡，从而能够同时可以满足汽车的动力性和经济性要求。

基于上述技术方案，本实施例提供的一种汽车的混合动力耦合系统，该汽车混合动力耦合系统包括至少两个离合器和与离合器数量相同且输出的转速各不相同的传动装置，发电机和发动机同轴连接，该离合器设于发动机和发电机之间，全部离合器的主动端连接在一起后整体与发动机连接，而离合器的从动端与传动装置一一对应连接，传动装置通过传动轴与主减速器连接，驱动电机与其中一个传动装置连接，该种结构简单，也节省空间，此外，通过闭合不同的离合器可以实现平顺换挡，且通过控制全部离合器的断开与否以实现电动与混动模式的切换，同时满足了汽车的动力性和经济性要求。

具体地，如图1所示，本实用新型实施例提供的一种汽车混合动力耦合系统，上述的离合器设置为两个，该两个离合器分别为第一离合器21和第二离合器22，相应地，传动装置设置为两个，该两个传动装置分别为第一传动装置和第二传动装置，第一离合器21的主动端与第二离合器22的主动端连接在一起后整体与发动机1的输出轴连接，第一离合器21的从动端与第一传动装置连接，第二离合器22的从动端与第二传动装置连接，第一传动装置和第二传动装置间隔地设置在上述的传动轴7上，驱动电机4与第一传动装置连接，该种双离合器的设置，使得可以实现两个档位之间的平顺切换，不仅提高了换挡舒适性，而且结构紧凑、集成度高。

优选地，如图1所示，上述的第一传动装置包括第一齿轮11和第二齿轮副，该第二齿轮副包括第二齿轮12和与第二齿轮12外啮合传动的第三齿轮13，第一齿轮11与第二齿轮12外啮合传动，第一离合器21的从动端通过第一连接轴61与第一齿轮11连接，第二齿轮12设于传动轴7上，驱动电机4的动力输出轴与第三齿轮13连接，该种齿轮传动方式结构简单且传动稳定，满足汽车的动力传递要求，可以实现一档的混动模式。

优选地，如图1所示，上述的第二传动装置包括第四齿轮14和与第四齿轮14外啮合传动的第五齿轮15，第二离合器22的从动端通过第二连接轴62与第四齿轮14连接，第五齿轮15设于传动轴7上，当第二离合器22闭合时，发动机1的动力可以依次经过第二离合器22、第四齿轮14、第五齿轮15、传动轴7、主减速器传递至差速器18上，第四齿轮14与第五齿轮15的直径比大于第一齿轮11与第二齿轮12的直径比，从而实现较大的输出转速，该种传动方式可以实现二档的混动模式，满足了经济性和动力性的要求。

优选地，如图1所示，上述的主减速器包括第六齿轮16和与第六齿轮16外啮合传动的第七齿轮17，该第六齿轮16设于传动轴7上，第七齿轮17与差速器18连接，从而可以将传动轴7上的动力经第六齿轮16、第七齿轮17传递至差速器18上，该结构简单，易布置，节省了空间。

优选地，所述第一连接轴61与所述第二连接轴62均为空心轴，所述第二连接轴62套设于所述第一连接轴61外侧，由此节省了布置空间。

进一步优选地，如图1所示，上述的汽车混动动力耦合系统还包括扭转减震器10，该扭转减震器10的一端与发动机1连接，该扭转减震器10的另一端与离合器的主动端连接，由此能够缓和非稳定工况下扭转冲击载荷，改善接合与传动的平顺性。

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汽车混合动力耦合系统，使得该混合动力汽车能够实现平顺地换挡且结构简单易布置，节省空间，还能够实现电动模式与混动模式之间的切换，能够有效满足汽车经济性和动力性的需求。

此外，本实用新型实施例还提供一种基于上述的汽车混合动力耦合系统的控制方法，如图6所示，包括以下步骤：

(S1)判断电池的剩余电量值(SOC值)与第一阈值的大小关系，电池SOC值高于第一阈值时，汽车以纯电动模式行驶；

具体地，当电池SOC值高于第一阈值时，控制发动机、发电机均不工作，控制全部离合器分离，控制驱动电机工作，驱动电机的动力经过第一传动装置、传动轴、主减速器将动力传递到差速器，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2中箭头所示：驱动电机第三齿轮第二齿轮传动轴第六齿轮第七齿轮差速器车轮。

(S2)当电池SOC值低于第一阈值时，同时判断汽车车速与第二阈值的大小关系，当汽车车速低于第二阈值时，汽车以增程模式行驶；

具体地，当电池SOC值低于第一阈值且汽车车速低于第二阈值时，控制发电机启动发动机，启动后的发动机带动发电机发电，以向电池充电或给驱动电机供电，控制全部离合器分离，控制驱动电机工作，驱动电机的动力经传动装置、传动轴、主减速器传递给差速器，此时车辆以增程模式行驶在低速区域，动力传递路线如图3中箭头所示，第一条路线：发动机发电机；第二条路线：驱动电机第三齿轮第二齿轮传动轴第六齿轮第七齿轮差速器车轮。

(S3)当电池SOC值低于第一阈值且汽车车速高于第二阈值时，汽车以混合驱动模式行驶，此时通过判断汽车车速与第三阈值的大小关系，来控制汽车以混合驱动一档或二档模式行驶；

当汽车以混合驱动模式行驶时，如果车速低于第三阈值，则控制第一离合器21结合，第二离合器22分离，汽车进入混合驱动一档模式；如果车速高于第三阈值，则控制第一离合器21分离，第二离合器22结合，汽车进入混合驱动二档模式；也就是说，当汽车以混合驱动模式行驶时，可以通过判断车速与第三阈值的大小关系，同时控制第一离合器21、第二离合器22的分离或闭合，来实现混合驱动一档或二档的无动力中断切换，以满足整车的动力需求。

具体地，当电池SOC值低于第一阈值且汽车车速高于第二阈值但小于第三阈值时，控制发电机启动发动机，启动后的发动机一部分动力用来带动发电机发电，以向电池充电或给驱动电机供电；另一部分动力经第一离合器传递至传动装置；控制驱动电机用于辅助驱动，实现发动机与驱动电机的动力耦合，耦合后的动力经传动轴、主减速器传递到差速器，此时车辆以混合驱动一档模式行驶在中速区域，动力传递路线如图4中箭头所示：第一条路线：发动机发电机；第二条路线：驱动电机第三齿轮第二齿轮传动轴第六齿轮第七齿轮差速器车轮；第三条路线：发动机第一离合器第一齿轮第二齿轮传动轴第六齿轮第七齿轮差速器车轮。

当电池SOC值低于第一阈值且汽车车速高于第三阈值时，控制发电机启动发动机，启动后的发动机一部分动力用来带动发电机发电，以向电池充电或给驱动电机供电；另一部分动力经第二离合器传递至传动装置；控制驱动电机用于辅助驱动，实现发动机与驱动电机的动力耦合，耦合后的动力经传动轴、主减速器传递到差速器，此时车辆以混合驱动二档模式行驶在高速区域，动力传递路线如图5中箭头所示：第一条路线：发动机发电机；第二条路线：驱动电机第三齿轮第二齿轮传动轴第六齿轮第七齿轮差速器车轮；第三条路线：发动机第二离合器第四齿轮第五齿轮传动轴第六齿轮第七齿轮差速器车轮。

此外，汽车制动减速时，驱动电机产生制动力矩使汽车减速，同时其驱动电机的线圈绕组中将产生感应电流向电池充电，实现制动能量的回收，由此，本实施例的控制方法还包括：

(S4)在制动减速时，控制所述驱动电机产生制动力矩并且在驱动电机的线圈绕组中产生感应电流以向动力电池充电。

上述的几种工作模式以表格体现如下：

上述的第一阈值用于判断电池SOC值的高低，第二阈值和第三阈值用于判断车速的高低，本实施例不对第一阈值、第二阈值和第三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、第二阈值和第三阈值的取值都不尽相同。设定好第一阈值、第二阈值和第三阈值后，则自动判断并根据判断结果在不同模式间自动切换。

综上，本实用新型实施例提供的一种汽车的混合动力耦合系统，该汽车混合动力耦合系统包括至少两个离合器和与离合器数量相同且输出的转速各不相同的传动装置，发电机和发动机同轴连接，该离合器设于发动机和发电机之间，全部离合器的主动端连接在一起后整体与发动机连接，而离合器的从动端与传动装置一一对应连接，传动装置通过传动轴与主减速器连接，驱动电机与其中一个传动装置连接，该种结构简单，也节省空间，此外，通过闭合不同的离合器可以实现平顺换挡，且通过控制全部离合器的断开与否以实现电动与混动模式的切换，同时满足了汽车的动力性和经济性要求。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种汽车混合动力耦合系统，其包括发动机、发电机、驱动电机、主减速器和差速器，所述主减速器通过所述差速器将动力传递至车轮，其特征在于，

所述汽车混合动力耦合系统还包括至少两个离合器和与所述离合器数量相同且输出的转速各不相同的传动装置，所述发动机与所述发电机同轴连接，所述离合器设于所述发动机与所述发电机之间，所述离合器的两端分别为主动端和从动端，各所述离合器的主动端连接在一起后整体与所述发动机连接，各所述离合器的从动端分别与各所述传动装置一一对应连接；各所述传动装置与所述主减速器通过传动轴连接，所述驱动电机与其中一个所述传动装置连接。

2.如权利要求1所述的汽车混合动力耦合系统，其特征在于，所述离合器设置为两个，两个所述离合器分别为第一离合器和第二离合器，相应地，所述传动装置设有两个，两个所述传动装置分别为第一传动装置和第二传动装置，所述第一离合器的主动端与所述第二离合器的主动端连接在一起后整体与所述发动机连接，所述第一离合器的从动端与第一传动装置连接，所述第二离合器的从动端与所述第二传动装置连接；

所述驱动电机与所述第一传动装置连接。

3.如权利要求2所述的汽车混合动力耦合系统，其特征在于，所述第二传动装置包括第二连接轴、第四齿轮和与所述第四齿轮外啮合传动的第五齿轮，所述第二离合器的从动端通过所述第二连接轴与所述第四齿轮连接，所述第五齿轮设于所述传动轴上。

4.如权利要求3所述的汽车混合动力耦合系统，其特征在于，所述第二连接轴为空心轴。

5.如权利要求2所述的汽车混合动力耦合系统，其特征在于，所述第一传动装置包括第一连接轴、第一齿轮和第二齿轮副，所述第二齿轮副包括第二齿轮和与所述第二齿轮外啮合传动的第三齿轮，所述第一齿轮与所述第二齿轮外啮合传动，所述第一离合器的从动端通过所述第一连接轴与所述第一齿轮连接，所述第二齿轮设于所述传动轴上，所述驱动电机与所述第三齿轮连接。

6.如权利要求5所述的汽车混合动力耦合系统，其特征在于，所述第二传动装置包括第二连接轴、第四齿轮和与所述第四齿轮外啮合传动的第五齿轮，所述第二离合器的从动端通过所述第二连接轴与所述第四齿轮连接，所述第五齿轮设于所述传动轴上。

7.如权利要求6所述的汽车混合动力耦合系统，其特征在于，所述第四齿轮与第五齿轮的直径比大于所述第一齿轮与第二齿轮的直径比。

8.如权利要求6所述的汽车混合动力耦合系统，其特征在于，所述第一连接轴与所述第二连接轴均为空心轴，所述第二连接轴套设于所述第一连接轴外侧。

9.如权利要求1-8任一项所述的汽车混合动力耦合系统，其特征在于，所述主减速器包括第六齿轮和与所述第六齿轮外啮合传动的第七齿轮，所述第六齿轮设于所述传动轴上，所述第七齿轮与所述差速器连接。

10.一种混合动力汽车，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的汽车混合动力耦合系统。