CN209666820U - 混合动力驱动系统及车辆 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种混合动力驱动系统，包括发电机、第一轴、行星齿轮机构、变速箱壳体、第二轴、发动机、第一齿轮、第三轴、第二齿轮、第三齿轮、第四轴、驱动电机、第四齿轮和差速器；其中，发电机连接第一轴，发动机连接第二轴，驱动电机连接第四轴；第一轴与第二轴同轴设置；行星齿轮机构包括太阳轮、行星轮、齿圈和行星架，太阳轮固定在第一轴，齿圈和行星架中的其中之一固定在第二轴，齿圈和行星架中的另一固定在变速箱壳体；第二齿轮固定在第三轴，第三齿轮固定在第四轴，第三齿轮和第四齿轮的其中之一与第二齿轮啮合，另一与第一齿轮啮合；第四齿轮连接差速器。本实用新型还提供一种具有该混合动力驱动系统的车辆。
Description
技术领域
本实用新型涉及新能源技术领域，特别涉及一种混合动力驱动系统及具有该混合动力驱动系统的车辆。
背景技术
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、液压式或机电式，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。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方案中，最具代表性的有串联混合系统和并联混合系统两种。串联混合系统中，内燃机、发电机、电动机、轴系、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、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。
并联混合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、电池系统组成。机械变速器负责完成对速度的调节，而电机、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电、电机的转换，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，并联混合系统需两套独立的子系统，造价高，通常只用于弱混合系统。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供一种混合动力驱动系统，其结构较简单，具有多种工作模式，平台化好。
本实用新型提供一种混合动力驱动系统，包括发电机、第一轴、行星齿轮机构、变速箱壳体、第二轴、发动机、第一齿轮、第三轴、第二齿轮、第三齿轮、第四轴、驱动电机、第四齿轮和差速器；其中：
该发电机连接该第一轴，该发动机连接该第二轴，该驱动电机连接该第四轴；
该第一轴与该第二轴同轴设置；
该行星齿轮机构包括太阳轮、行星轮、齿圈和行星架，该太阳轮固定在该第一轴，该齿圈和该行星架中的其中之一固定在该第二轴，该齿圈和该行星架中的另一固定在该变速箱壳体；
该第二齿轮固定在该第三轴，该第三齿轮固定在该第四轴，该第三齿轮和该第四齿轮的其中之一与该第二齿轮啮合，另一与该第一齿轮啮合；
该第四齿轮连接该差速器。
进一步地，该齿圈固定在该第二轴，该行星架固定在该变速箱壳体。
进一步地，该行星架固定在该第二轴，该齿圈固定在该变速箱壳体。
进一步地，该第三轴与该第二轴之间断开连接，该发电机和该发动机的动力不能从该第二轴传递到该第三轴。
进一步地，该混合动力驱动系统还包括离合器和第五齿轮，该第五齿轮空套在该第二轴，该第一齿轮固定在该第三轴，该第五齿轮与该第一齿轮啮合，该离合器用于结合或分离该第五齿轮与该第二轴。
进一步地，该第三齿轮与该第二齿轮啮合，该第四齿轮与该第一齿轮啮合。
进一步地，该第四齿轮与该第二齿轮啮合，该第三齿轮与该第一齿轮啮合。
进一步地，该第一轴为该发电机的输出轴，该第二轴为该发动机的输出轴，该第四轴为该驱动电机的输出轴。
进一步地，该第四齿轮为差速器齿轮。
本实用新型还提供一种车辆，包括上述的混合动力驱动系统。
本实用新型实施例提供的混合动力驱动系统，主要有以下几个优点：
1.该驱动系统整体结构较简单，可以实现发动机直驱模式、并联混动模式、串联混动模式、纯电动模式、以及制动能量回收、驻车发电等多种工作模式，具有较强的灵活性；
2.发电机通过行星齿轮升速降扭，可有效减小发电机体积；
3.在各模式切换过程中，驱动电机参与驱动，不存在动力中断；
4.该驱动系统可以覆盖HEV(Hybrid Electric Vehicle，即混合动力汽车)车型和PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle，即插电式混合动力汽车)车型，平台化好。
附图说明
图1为本实用新型第一实施例中的混合动力驱动系统的结构示意图。
图2为第一实施例的混合动力驱动系统工作在发动机直驱模式的示意图
图3为第一实施例的混合动力驱动系统工作在并联混动模式的示意图。
图4为第一实施例的混合动力驱动系统工作在串联混动模式的示意图。
图5为第一实施例的混合动力驱动系统工作在纯电动模式的示意图。
图6为本实用新型第二实施例的混合动力驱动系统的结构示意图。
图7为本实用新型第三实施例中的混合动力驱动系统的结构示意图。
图8为第三实施例的混合动力驱动系统工作在串联混动模式的示意图。
图9为第三实施例的混合动力驱动系统工作在纯电动模式的示意图。
图10为本实用新型第四实施例的混合动力驱动系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的实施方式作进一步地描述。
第一实施例
图1为本实用新型第一实施例中的混合动力驱动系统的结构示意图。如图1所示，本实施例的混合动力驱动系统包括发电机1、第一轴2、行星齿轮机构、变速箱壳体6、离合器18、第五齿轮19、第二轴8、发动机9、第一齿轮10、第三轴11、第二齿轮12、第三齿轮13、第四轴14、驱动电机15、第四齿轮16和差速器17。其中，行星齿轮机构包括太阳轮3、行星轮4、齿圈5和行星架7。
发电机1连接第一轴2，发动机9连接第二轴8，驱动电机15连接第四轴14。具体地，第一轴2为发电机1的输出轴，第二轴8为发动机9的输出轴，第四轴14为驱动电机15的输出轴。发动机9可以为汽油发动机或柴油发动机，发电机1和驱动电机15可以为驱动和发电一体机。
第一轴2与第二轴8同轴设置。
太阳轮3固定在第一轴2，齿圈5固定在第二轴8，行星架7固定在变速箱壳体6。由于行星架7连接变速箱壳体6进行制动，此时行星齿轮机构等同于定轴齿轮机构，实现定速比传动。
第五齿轮19空套在第二轴8，第一齿轮10固定在第三轴11，第五齿轮19与第一齿轮10啮合。离合器18用于结合或分离第五齿轮19与第二轴8。当离合器18结合时，第五齿轮19和第二轴8固定在一起；当离合器18分离时，第五齿轮19和第二轴8相互分离。离合器18用于控制发动机的动力是否输出，实现多模式的切换。
第二齿轮12固定在第三轴11，第三齿轮13固定在第四轴14，在图1所示的实例中，第三齿轮13与第二齿轮12啮合，第四齿轮16与第一齿轮10啮合。但不限于此，在图未示的另一实例中，也可以是第四齿轮16与第二齿轮12啮合，第三齿轮13与第一齿轮10啮合。
第四齿轮16连接差速器17。具体地，第四齿轮16为差速器齿轮。
进一步地，该混合动力驱动系统还包括动力电池(图未示)，动力电池分别与发电机1、驱动电机15电性连接。动力电池可以为发电机1和驱动电机15提供驱动用的电能，同时发电机1和驱动电机15被驱动旋转时产生的电能也可以存储在动力电池中。
该驱动系统包含两个电机(一个驱动电机15、一个发电机1)、一个发动机11、一个单排行星齿轮机构及轴齿系统等。该驱动系统可以实现发动机直驱模式、并联混动模式、串联混动模式、纯电动模式、以及制动能量回收、驻车发电等多种工作模式。
图2为该驱动系统工作在发动机直驱模式的示意图。此时，离合器18结合，动力由发动机9、第二轴8、离合器18、第五齿轮19、第一齿轮10、第四齿轮16、差速器17最终传递至车轮。
图3为该驱动系统工作在并联混动模式的示意图。此时，离合器18结合，该模式共具有三条动力传输路径。路径一：发动机9的动力由第二轴8、离合器18、第五齿轮19、第一齿轮10、第四齿轮16、差速器17最终传递至车轮。路径二：发电机1的动力通过第一轴2、太阳轮3、行星轮4、齿圈5、第二轴8、离合器18、第五齿轮19、第一齿轮10、第四齿轮16、差速器17最终传递至车轮。路径三：驱动电机15的动力通过第四轴14、第三齿轮13、第二齿轮12、第三轴11、第一齿轮10、第四齿轮16、差速器17最终传递至车轮。
图4为该驱动系统工作在串联混动模式的示意图。此时，离合器18分离，该模式共具有两条动力传输路径。路径一：发动机9的动力经由第二轴8、齿圈5、行星轮4、太阳轮3、第一轴2传递至发电机1发电，并将电能存储在动力电池中。路径二：驱动电机15的动力通过第四轴14、第三齿轮13、第二齿轮12、第三轴11、第一齿轮10、第四齿轮16、差速器17最终传递至车轮。
图5为该驱动系统工作在纯电动模式的示意图。此时，离合器18分离，驱动电机15的动力通过第四轴14、第三齿轮13、第二齿轮12、第三轴11、第一齿轮10、第四齿轮16、差速器17最终传递至车轮。
此外，汽车制动时，驱动电机15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电池充电，实现制动能量的回收。
本实施例的驱动系统可以实现发动机直驱模式、并联混动模式、串联混动模式以及纯电动模式等多种工作模式，可根据动力电池的SOC(剩余电量)值及车速需求自动实现不同模式的切换。例如，判断动力电池SOC值与第一阈值的大小关系，或者同时判断动力电池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；根据判断结果，切换该混合动力驱动系统的工作模式。需要说明的是，第一阈值用于判断动力电池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各种模式之间自动切换。
上述各种工作模式具体以表格体现如下：
| 模式 | 发动机 | 发电机 | 驱动电机 | 离合器 |
| 发动机直驱模式 | 驱动 | / | / | 结合 |
| 并联混动模式 | 驱动 | 驱动、发电 | 驱动 | 结合 |
| 串联混动模式 | 发电 | 发电、启动发动机 | 驱动 | 分离 |
| 纯电驱动模式 | / | / | 驱动 | 分离 |
在动力调节方面，该驱动系统可通过动力电池有效的补充动力轮所需的驱动动力，从而更合理地调配内燃机的动力，保持发动机的工作状态不受或少受路况的影响，发动机可始终工作在设定的最佳状态，以提高整车的效率。
因此，该驱动系统主要有以下几个优点：
1.该驱动系统整体结构较简单，可以实现发动机直驱模式、并联混动模式、串联混动模式、纯电动模式、以及制动能量回收、驻车发电等多种工作模式，具有较强的灵活性；
2.发电机通过行星齿轮升速降扭，可有效减小发电机体积；
3.在各模式切换过程中，驱动电机参与驱动，不存在动力中断；
4.该驱动系统可以覆盖HEV(Hybrid Electric Vehicle，即混合动力汽车)车型和PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle，即插电式混合动力汽车)车型，平台化好。
第二实施例
图6为本实用新型第二实施例的混合动力驱动系统的结构示意图。如图6所示，本实施例的混合动力驱动系统与上述第一实施例基本相同，不同点仅在于改变了行星齿轮机构中被制动的元件，即在本实施例中，太阳轮3固定在第一轴2，行星架7固定在第二轴8，齿圈5固定在变速箱壳体6。由于齿圈5连接变速箱壳体6进行制动，此时行星齿轮机构等同于定轴齿轮机构，实现定速比传动。
关于本实施例的其他结构及工作模式，可以参见上述第一实施例，在此不再赘述。
第三实施例
图7为本实用新型第三实施例中的混合动力驱动系统的结构示意图。如图7所示，本实施例的混合动力驱动系统与上述第一实施例基本相同，不同点仅在于取消了离合器18和第五齿轮19。此时，由于第三轴11与第二轴8之间断开连接，发电机1和发动机9的动力不能从第二轴8传递到第三轴11，因此本实施例的混合动力驱动系统只存在两种工作模式(串联混动模式、纯电动模式)。
关于本实施例的其他结构，可以参见上述第一实施例，在此不再赘述。
图8为该驱动系统工作在串联混动模式的示意图。
图8是串联混动模式的示意图。此时，该模式共具有两条动力传输路径。路径一：发动机9的动力经由第二轴8、齿圈5、行星轮4、太阳轮3、第一轴2传递至发电机1发电，并将电能存储在动力电池中。路径二：驱动电机15的动力通过第四轴14、第三齿轮13、第二齿轮12、第三轴11、第一齿轮10、第四齿轮16、差速器17最终传递至车轮。
图9为该驱动系统工作在纯电动模式的示意图。
图9是纯电动模式的示意图。此时，驱动电机15的动力通过第四轴14、第三齿轮13、第二齿轮12、第三轴11、第一齿轮10、第四齿轮16、差速器17最终传递至车轮。
第四实施例
图10为本实用新型第四实施例的混合动力驱动系统的结构示意图。如图10所示，本实施例的混合动力驱动系统与上述第三实施例基本相同，不同点仅在于改变了行星齿轮机构中被制动的元件，即在本实施例中，太阳轮3固定在第一轴2，行星架7固定在第二轴8，齿圈5固定在变速箱壳体6。由于齿圈5连接变速箱壳体6进行制动，此时行星齿轮机构等同于定轴齿轮机构，实现定速比传动。
关于本实施例的其他结构及工作模式，可以参见上述第三实施例，在此不再赘述。
进一步地，本实用新型还提供一种车辆，包括上述任意实施例中的混合动力驱动系统。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种混合动力驱动系统，其特征在于，包括发电机(1)、第一轴(2)、行星齿轮机构、变速箱壳体(6)、第二轴(8)、发动机(9)、第一齿轮(10)、第三轴(11)、第二齿轮(12)、第三齿轮(13)、第四轴(14)、驱动电机(15)、第四齿轮(16)和差速器(17)；其中：
该发电机(1)连接该第一轴(2)，该发动机(9)连接该第二轴(8)，该驱动电机(15)连接该第四轴(14)；
该第一轴(2)与该第二轴(8)同轴设置；
该行星齿轮机构包括太阳轮(3)、行星轮(4)、齿圈(5)和行星架(7)，该太阳轮(3)固定在该第一轴(2)，该齿圈(5)和该行星架(7)中的其中之一固定在该第二轴(8)，该齿圈(5)和该行星架(7)中的另一固定在该变速箱壳体(6)；
该第二齿轮(12)固定在该第三轴(11)，该第三齿轮(13)固定在该第四轴(14)，该第三齿轮(13)和该第四齿轮(16)的其中之一与该第二齿轮(12)啮合，另一与该第一齿轮(10)啮合；
该第四齿轮(16)连接该差速器(17)。
2.如权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于，该齿圈(5)固定在该第二轴(8)，该行星架(7)固定在该变速箱壳体(6)。
3.如权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于，该行星架(7)固定在该第二轴(8)，该齿圈(5)固定在该变速箱壳体(6)。
4.如权利要求2或3所述的混合动力驱动系统，其特征在于，该第三轴(11)与该第二轴(8)之间断开连接，该发电机(1)和该发动机(9)的动力不能从该第二轴(8)传递到该第三轴(11)。
5.如权利要求2或3所述的混合动力驱动系统，其特征在于，该混合动力驱动系统还包括离合器(18)和第五齿轮(19)，该第五齿轮(19)空套在该第二轴(8)，该第一齿轮(10)固定在该第三轴(11)，该第五齿轮(19)与该第一齿轮(10)啮合，该离合器(18)用于结合或分离该第五齿轮(19)与该第二轴(8)。
6.如权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于，该第三齿轮(13)与该第二齿轮(12)啮合，该第四齿轮(16)与该第一齿轮(10)啮合。
7.如权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于，该第四齿轮(16)与该第二齿轮(12)啮合，该第三齿轮(13)与该第一齿轮(10)啮合。
8.如权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于，该第一轴(2)为该发电机(1)的输出轴，该第二轴(8)为该发动机(9)的输出轴，该第四轴(14)为该驱动电机(15)的输出轴。
9.如权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于，该第四齿轮(16)为差速器齿轮。
10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的混合动力驱动系统。
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