CN208035935U - 汽车混合动力耦合系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及汽车技术领域，公开一种汽车混合动力耦合系统，该耦合系统的发动机通过行星排与发电机连接，驱动电机通过传动装置与差速器连接；行星排包括三个旋转元件；三个旋转元件中的其中一个上设有第一制动器，三个旋转元件的其余两个分别与发动机、发电机一一对应连接；行星排通过其设有第一制动器的旋转元件与传动装置传动连接；发电机输出轴上设有第二制动器；驱动电机输出轴上设有第三制动器；通过行星排可以实现发动机输出轴与发电机输出轴的速比调节，以同时满足汽车的动力性和经济性要求；而且本实用新型的耦合系统结构紧凑且能够使其实现多种工作模式之间的切换。

Description

汽车混合动力耦合系统

技术领域

本实用新型涉及汽车技术领域，特别是涉及一种汽车混合动力耦合系统。

背景技术

现有的动力系统包括发动机(内燃机)和一个由变速器、差速器和传动轴组成的传动系统。它的作用是向车辆提供驱动轮所需的驱动动力。内燃机有一定的速度和扭矩范围，并在其中很小的范围内达到最佳的工作状态，这时或是油耗最小，或是有害排放最低，或是俩者皆然。然而，实际路况千变万化，不但表现在驱动轮的速度上，同时还表现在驱动轮所要求的扭矩。因此，实现内燃机的转速和扭矩最优，即动力最优状态，与驱动轮动力状态之匹配好，是变速器的首要任务。

目前市场上的变速器主要有有级变速器和无级变速器两大类。有级变速器又细分为手动和自动两种。它们大多通过齿轮系或行星轮系不同的啮合排列来提供有限个离散的输出输入速比。两相邻速比之间驱动轮速度的调节则依靠内燃机的速度变化来实现。无级变速器，无论是机械式，液压式，或机一电式的，都能在一定速度范围内提供无限个连续可选用的速比，理论上说，驱动轮的速度变化完全可通过变速器来完成。这样，内燃机可以尽可能的工作在最佳速度范围内。同时无级变速器和有级变速器相比，具有调速平稳，能充分利用内燃机最大功率等诸多优点，因此，无级变速器多年来一直是各国工程师们研究的对象。

近年来，电机混合动力技术的诞生为实现内燃机与动力轮之间动力的完全匹配开拓了新的途径。在众多的动力总成设计案中，最具代表性的有串联混合系统和并联混合系统两种。电机串联混合系统中，内燃机一发电机一电动机一轴系一驱动轮组成一条串联的动力链，动力总成结构极为简单。其中，发电机一电动机组合可视为传统意义下的变速器。当与储能器，如电池，电容等联合使用时，该变速器又可作为能量调节装置，完成对速度和扭矩的独立调节。

电机并联系统有两条并行的独立的动力链。一条由传统的机械变速器组成，另一条由电机一电池系统组成。机械变速器负责完成对速度的调节，而电机一电池系统则完成对功率或扭矩的调节。为充分发挥整个系统的潜能，机械变速器还需采用无级变速方式。

串联混合系统的优点在于结构简单，布局灵活。但全部动力通过发电机和电动机，因此电机的功率要求高，体积大，重量重。同时，由于能量传输过程经过两次机一电，电一机的转换，整个系统的效率较低。在并联混合系统中，只有部分动力通过电机系统，因此，对电机的功率要求相对较低，整体系统的效率高。然而，此系统需两套独立的子系统，造价高；上述混合动力系统通过合理的控制相关动力源，虽然可实现纯电动和混合驱动工作模式，但该系统轴系较多，结构复杂，对电机及传动结构的空间布置要求高，开发及设计成本高，而且无法切换发动机直驱的工作模式，难以满足用户对混动力汽车的更高要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种结构紧凑且具有多种工作模式的汽车混合动力耦合系统，从而能够根据工况需求精准实现多种工作模式之间的切换。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供一种汽车混合动力耦合系统，包括发动机、发电机、驱动电机和差速器，所述发动机通过第一行星排与所述发电机连接，所述驱动电机通过传动装置与所述差速器连接；

所述第一行星排包括三个第一旋转元件，所述三个第一旋转元件分别为第一太阳轮、第一行星架和第一齿圈；

所述三个第一旋转元件中的其中一个第一旋转元件上设有第一制动器，所述三个第一旋转元件的其余两个分别与所述发动机的输出轴、所述发电机的输出轴一一对应连接；

所述第一行星排通过其设有所述第一制动器的所述第一旋转元件与所述传动装置传动连接；

所述发电机的输出轴上设有第二制动器；

所述驱动电机的输出轴上设有第三制动器。

作为优选方案，所述传动装置包括传动比可调的传动机构，所述驱动电机通过所述传动机构与所述差速器连接以实现速比可调。

作为优选方案，所述传动机构包括第二行星排，所述第二行星排包括三个第二旋转元件，所述三个第二旋转元件分别为第二太阳轮、第二行星架和第二齿圈；

所述三个第二旋转元件中的其中一个与所述第一行星排传动连接，所述三个第二旋转元件的其余两个分别与所述驱动电机的输出轴、所述差速器一一对应连接。

作为优选方案，所述传动机构还包括中间轴齿轮，所述第二行星排通过所述中间轴齿轮与所述差速器连接；

所述中间轴齿轮包括中间轴和固设于所述中间轴上的第一齿轮，所述中间轴的一端与所述第二旋转元件的旋转轴固定连接，且所述中间轴与所述第二行星排同轴设置，所述第一齿轮与所述差速器上的第二齿轮外啮合传动连接。

作为优选方案，所述汽车混合动力耦合系统还包括扭转减震器，所述扭转减震器的一端与所述发动机连接，所述扭转减震器的另一端与所述第一行星排连接。

综上，本实用新型实施例提供的一种汽车混合动力耦合系统，具有如下优点：

1、该耦合系统的发动机可以直接单独参与驱动，本实施例的耦合系统具有纯电动模式、增程模式和混合驱动模式等多种工作模式；

2、该耦合系统的发动机和发电机通过行星排连接，速比可调，速比范围较大，可以减小发电机的体积；

3、在混合动力模式下，可以通过行星排调速，优化发动机的工作区间，提高发动机的经济性能；

4、在控制模式切换过程中，驱动电机参与驱动，动力不存在动力中断；

5、本耦合系统只有三个轴系，结构紧凑；

6、本系统可以减小电机体积，降低电机成本，能够得到广泛的应用。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种汽车混合动力耦合系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种汽车混动动力耦合系统在纯电动模式下的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种汽车混合动力耦合系统在增程模式下的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种汽车混合动力耦合系统在混合驱动模式下的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的一种汽车混合动力耦合系统在发动机直驱模式下的结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供的一种汽车混合动力耦合系统的混合动力控制装置的控制方法的步骤流程图；

其中，1、发动机；2、发电机；3、驱动电机；101、第一行星排；102、第二行星排；5、第一齿圈；6、第一行星架；7、第一太阳轮；8、第二太阳轮；9、第二齿圈；10、第二行星架；21、中间轴；11、第一齿轮；121、第二齿轮；12、差速器；13、轮胎；14、扭转减震器。

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，本实用新型优选实施例提供的一种汽车混合动力耦合系统，包括发动机1、发电机2、驱动电机3和差速器12，所述发动机1通过第一行星排101与所述发电机2连接，所述驱动电机3通过传动装置与所述差速器12连接，以实现将动力传递至汽车轮胎13；所述第一行星排101包括三个第一旋转元件，所述三个第一旋转元件分别为第一太阳轮7、第一行星架6和第一齿圈5；所述三个第一旋转元件中的其中一个第一旋转元件上设有第一制动器B1，所述三个第一旋转元件的其余两个分别与所述发动机输出轴4、所述发电机输出轴71一一对应连接；所述第一行星排101通过其设有所述第一制动器B1的所述第一旋转元件与所述传动装置传动连接；所述发电机输出轴71上设有第二制动器B2；所述驱动电机输出轴81上设有第三制动器B3；发动机通过第一行星排与发电机连接，从而可以实现发电机启动发动机以及发动机给发电机充电的功能，而且当第一制动器和第二制动器断开时通过第一行星排的行星排属性可以实现发动机输出轴与发电机输出轴的速比调节，速比范围较大，可以相应减小发电机的体积，以同时满足汽车的动力性和经济性要求；而且本实用新型实施例的耦合系统结构紧凑还能够实现四种工作模式，具体地，当第一制动器闭合且其它制动器断开时，发动机的动力无法传递至传动装置，故驱动电机可以通过传动装置将动力传递给差速器实现单独纯电驱动的纯电动模式，也可以通过发电机启动发动机给发电机充电，以实现增程模式；当全部制动器断开时，发动机的动力可以传至传动装置并与驱动电机的动力耦合后共同传递至差速器，从而实现混合驱动模式，在该混合驱动模式下，还可以通过第一行星排调速，优化发动机的工作区间，提高发动机的经济性能；此外，当第一制动器断开且其余制动器闭合时，驱动电机无法传递出动力，发动机的全部动力只能通过第一行星排、传动装置传递至差速器，从而实现发动机直驱模式。

优选地，所述传动装置包括传动比可调的传动机构，所述驱动电机3通过所述传动机构与所述差速器12连接以实现速比可调，具体地，所述传动机构包括第二行星排102，所述第二行星排102包括三个第二旋转元件，所述三个第二旋转元件分别为第二太阳轮8、第二行星架10和第二齿圈9；所述三个第二旋转元件中的其中一个与所述第一行星排101传动连接，所述三个第二旋转元件的其余两个分别与所述驱动电机输出轴81、所述差速器12一一对应连接；更具体地，发动机输出轴4与第一齿圈5连接，发电机输出轴71与第一太阳轮7连接，第一制动器B1设于第一行星架6上，第一行星架6上同轴设有一齿轮Z1，而驱动电机输出轴81与第二太阳轮8连接，差速器12与第二行星架10连接，第二齿圈9的外围设有与所述齿轮Z1外啮合的外轮齿Z2，从而实现第一行星排101的第一行星架6与第二行星排102的第二齿圈9的传动连接，当第一制动器B1闭合时第一行星架6和第二齿圈9同步静止，从而可以通过第一制动器B1的闭合与否来控制发动机的动力是否能够传递至差速器；由此，驱动电机通过第二行星排连接输出，可以增加驱动电机的速比，有利于电机的高速化，从而减小电机体积，有利于节省空间和轻量化，降低成本。

优选地，为使得本实施例的耦合系统结构紧凑便于空间布置，所述传动机构还包括中间轴齿轮，所述第二行星排102通过所述中间轴齿轮与所述差速器12连接；所述中间轴齿轮包括中间轴21和固设于所述中间轴21上的第一齿轮11，所述中间轴21的一端与第二行星架10固定连接，且所述中间轴21与所述第二行星排102同轴设置，所述第一齿轮11与所述差速器12上的第二齿轮121外啮合传动连接。

更优选地，所述汽车混合动力耦合系统还包括扭转减震器14，所述扭转减震器14的一端与所述发动机1连接，所述扭转减震器14的另一端与所述第一行星排101连接，由此能够缓和非稳定工况下扭转冲击载荷，改善传动的平顺性。

此外，如图2至图6所示，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，包括以下步骤：判断电池的剩余电量值以及车速，并根据判断的结果，切换所述汽车混合动力耦合系统的工作模式：

当电池的剩余电量值高于第一阈值时，控制所述第一制动器闭合，控制所述第二制动器和所述第三制动器断开，且所述发动机、发电机均不工作，所述驱动电机经所述传动装置将动力传递给所述差速器，所述汽车混合动力耦合系统进入纯电动模式；

当电池的剩余电量值低于第一阈值且车速低于第二阈值时，控制所述第一制动器闭合，控制所述第二制动器和所述第三制动器断开，且所述发动机工作，所述发动机带动所述发电机发电，所述驱动电机的动力经所述传动装置传递给所述差速器，所述汽车混合动力耦合系统进入增程模式；

当车速高于第二阈值时，控制所述第一制动器、所述第二制动器和所述第三制动器均断开，且所述发动机工作，所述发动机的一部分动力与所述驱动电机的动力相耦合并传递给所述差速器，所述发动机的另一部分动力带动所述发电机发电，所述汽车混合动力耦合系统进入混合驱动模式。

当车速高于第二阈值时，控制所述第一制动器断开，控制所述第二制动器和所述第三制动器均闭合，且所述发电机启动发动机工作，所述发动机的动力经所述第一行星排和传动装置传递给差速器，所述汽车混合动力耦合系统进入发动机直驱模式。

上述四种模式以表格体现如下：

优选地，所述汽车混合动力耦合系统的控制方法还包括：在刹车制动时，控制所述驱动电机产生制动力矩并且在所述驱动电机的线圈绕组中产生感应电流以向电池充电。

此外，本实用新型实施例还一种上述的汽车混合动力耦合系统的混合动力控制装置(未图示)，该混合动力控制装置包括第一控制单元：

其用于判断电池的剩余电量值以及车速，并根据判断的结果，切换所述汽车混合动力耦合系统的工作模式：

当电池的剩余电量值高于第一阈值时，控制所述第一制动器闭合，控制所述第二制动器和所述第三制动器断开，且所述发动机、发电机均不工作，所述驱动电机经所述传动装置将动力传递给所述差速器，所述汽车混合动力耦合系统进入纯电动模式；

当电池的剩余电量值低于第一阈值且车速低于第二阈值时，控制所述第一制动器闭合，控制所述第二制动器和所述第三制动器断开，且所述发动机工作，所述发动机带动所述发电机发电，所述驱动电机的动力经所述传动装置传递给所述差速器，所述汽车混合动力耦合系统进入增程模式；

当车速高于第二阈值时，控制所述第一制动器、所述第二制动器和所述第三制动器均断开，且所述发动机工作，所述发动机的一部分动力与所述驱动电机的动力相耦合并传递给所述差速器，所述发动机的另一部分动力带动所述发电机发电，所述汽车混合动力耦合系统进入混合驱动模式。

优选地，所述第一控制单元还用于当车速高于第二阈值时，控制所述第一制动器断开，控制所述第二制动器和所述第三制动器均闭合，且所述发电机启动发动机工作，所述发动机的动力经所述第一行星排和传动装置传递给差速器，所述汽车混合动力耦合系统进入发动机直驱模式。

优选地，该混合动力控制装置还包括第二控制单元，其用于在刹车制动时，控制所述驱动电机产生制动力矩并且在所述驱动电机的线圈绕组中产生感应电流以向电池充电。

由此可以根据整车的工况，当电池电量剩余较多时可以采用纯电驱动，当电量较低时并根据车速的要求，耦合机构可以在增程模式、混合驱动模式和发动机直驱模式之间进行切换，以同时满足经济性和动力性要求，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。

综上，本实用新型实施例提供的一种汽车混合动力耦合系统和混合动力控制方法、装置，具有如下优点：

1、该耦合系统的发动机可以直接单独参与驱动，本实施例的耦合系统具有纯电动模式、增程模式、混合驱动模式和发动机直驱模式这四种工作模式；

2、该耦合系统的发动机和发电机通过行星排连接，速比可调，速比范围较大，可以减小发电机的体积；

3、在混合动力模式下，可以通过行星排调速，优化发动机的工作区间，提高发动机的经济性能；

4、驱动电机通过行星排连接输出，可以增加驱动电机的速比，有利于电机的高速化，从而可以减小电机体积，有利于节省空间和轻量化；

5、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；

6、本耦合系统只有三个轴系，结构紧凑；

7、本系统可以减小电机体积，降低电机成本，能够得到广泛的应用。

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 (5)

1.一种汽车混合动力耦合系统，包括发动机、发电机、驱动电机和差速器，其特征在于，所述发动机通过第一行星排与所述发电机连接，所述驱动电机通过传动装置与所述差速器连接；

所述第一行星排包括三个第一旋转元件，所述三个第一旋转元件分别为第一太阳轮、第一行星架和第一齿圈；

所述三个第一旋转元件中的其中一个第一旋转元件上设有第一制动器，所述三个第一旋转元件的其余两个分别与所述发动机的输出轴、所述发电机的输出轴一一对应连接；

所述第一行星排通过其设有所述第一制动器的所述第一旋转元件与所述传动装置传动连接；

所述发电机的输出轴上设有第二制动器；

所述驱动电机的输出轴上设有第三制动器。

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，所述传动装置包括传动比可调的传动机构，所述驱动电机通过所述传动机构与所述差速器连接以实现速比可调。

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，所述传动机构包括第二行星排，所述第二行星排包括三个第二旋转元件，所述三个第二旋转元件分别为第二太阳轮、第二行星架和第二齿圈；

所述三个第二旋转元件中的其中一个与所述第一行星排传动连接，所述三个第二旋转元件的其余两个分别与所述驱动电机的输出轴、所述差速器一一对应连接。

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，所述传动机构还包括中间轴齿轮，所述第二行星排通过所述中间轴齿轮与所述差速器连接；

所述中间轴齿轮包括中间轴和固设于所述中间轴上的第一齿轮，所述中间轴的一端与所述第二旋转元件的旋转轴固定连接，且所述中间轴与所述第二行星排同轴设置，所述第一齿轮与所述差速器上的第二齿轮外啮合传动连接。

5.如权利要求1-4任一项所述的汽车混合动力耦合系统，其特征在于，所述汽车混合动力耦合系统还包括扭转减震器，所述扭转减震器的一端与所述发动机连接，所述扭转减震器的另一端与所述第一行星排连接。