CN209904516U - 实现多动力源耦合的车用混合动力系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于一种车用变速器，提供了一种实现多动力源耦合的车用混合动力系统，解决现有混联动力系统由于电动机转矩过大、转速过低，使得系统体积大、重量大、成本高的问题。该系统包括发动机、第一电机、第二电机、减速器、输出法兰盘；减速器包括减速器箱体、输入轴、输出轴、设在减速器箱体内的单向离合器、行星轮系、第一电机齿轮副、第二电机齿轮副；行星轮系包括太阳轮、行星架、齿圈、行星轮；输入轴一端设在减速器箱体上且与发动机输出相连，另一端设在齿圈上；输出轴一端与齿圈固连，另一端与输出法兰盘固连，每个行星轮外齿分别与齿圈内齿、太阳轮外齿啮合；第一电机被动齿轮设置在齿圈外侧面；第二电机被动齿轮与太阳轮同轴固连。

Description

实现多动力源耦合的车用混合动力系统

技术领域

本实用新型属于一种车用变速器，特别涉及一种实现多动力源耦合的车用混合动力系统。

背景技术

由于目前能源短缺和环境污染日益严重，节能、环保成为汽车发展的必由之路。混合动力汽车作为一种新兴的节能环保型汽车，其技术和市场处于一种蓬勃的发展阶段。

混合动力汽车与传统汽车及纯电动汽车相比，最大的差别在于动力系统。对于并联和混联混合动力汽车，动力耦合系统负责将多个动力组合在一起，实现多动力源间合理的功率分配并把动力传给驱动桥，动力耦合系统在混合动力汽车开发中处于重要地位，其性能直接关系到整车性能是否达到设计要求，是混合动力汽车最核心部分。行星轮系具有多自由度、输入输出灵活可控的特点，而且结构紧凑、体积小、速比大，因此被越来越多的混合动力汽车动力耦合系统所采用，这也是当今混合动力汽车动力总成发展的一种趋势。

现有的混联动力系统一般是采用一套行星齿轮机构，行星架与发动机连接，太阳轮与发电机连接，齿圈与电动机连接，并设置有用于驱动车辆的动力输出接口，这种结构可以发挥串联式与并联式的优点。但是由于齿圈的转速较低，所要求的电动机转矩势必很大，这种低速大扭矩的电动机使得混联动力系统体积大、重量大、成本高。

实用新型内容

为了解决现有混联动力系统由于电动机转矩过大、转速过低，使得混联动力系统体积大、重量大、成本高的问题。本实用新型提供了一种实现多动力源耦合的车用混合动力系统，通过内部的结构设计实现高效的传动，同时降低传动系统对电机转速和扭矩的要求，能够实现混合动力汽车多动力源的耦合。

为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案是：

一种实现多动力源耦合的车用混合动力系统，其特殊之处在于：包括发动机、第一电机、第二电机、减速器、输出法兰盘；所述减速器包括减速器箱体、输入轴、输出轴，以及设置在减速器箱体内的单向离合器、行星轮系、第一电机齿轮副、第二电机齿轮副；所述行星轮系包括太阳轮、行星架、齿圈及多个行星轮；所述输入轴的一端通过轴承设置在减速器箱体上，且与所述发动机输出相连，其另一端通过轴承同轴设置在齿圈上；所述输出轴的一端与齿圈固连，另一端与输出法兰盘固连；所述单向离合器、太阳轮、行星架从靠近发动机到远离发动机依次设置在输入轴上，太阳轮套设在输入轴上，行星架与输入轴相连，且太阳轮和行星架同轴设置，至少三个行星轮沿行星架圆周方向分布，每个行星轮的外齿分别与齿圈的内齿、太阳轮的外齿啮合；所述第一电机齿轮副包括相互啮合的第一电机主动齿轮、第一电机被动齿轮；第一电机输入轴设置在减速器箱体上；所述第一电机主动齿轮设置在第一电机输入轴上，所述第一电机被动齿轮设置在齿圈的外侧面；所述第二电机齿轮副包括相互啮合的第二电机主动齿轮、第二电机被动齿轮；第二电机输入轴设置在减速器箱体上；第二电机主动齿轮设置在第二电机输出轴上，所述第二电机被动齿轮与太阳轮同轴固连；所述输入轴从第二电机被动齿轮的转轴中穿过。

进一步地，所述第一电机和第二电机均设置在减速器箱体远离发动机的一侧，且均位于输出法兰盘的上侧，可缩短横向尺寸，方便空间布置，降低传动系统对电机的设计和制造要求。

进一步地，所述第一电机和第二电机以输出法兰盘为对称轴对称分布。

进一步地，所述第一电机齿轮副的减速比大于3，采用一对大于3的大减速器比的平行轴齿轮副，对第一电机端实现大幅程度的降扭增速；所述第二电机齿轮副的减速比大于1，采用一对大于1的小减速比的平行轴齿轮，对第二电机端实现一定的降扭增速。

进一步地，所述第一电机齿轮副的减速比大于3且小于4；所述第二电机齿轮副的减速比大于1且小于1.5。

进一步地，还包括扭转减震器；所述扭转减震器设置在输入轴上，且位于发动机与减速器之间。

进一步地，所述单向离合器内圈与输入轴固连，其外圈与减速器箱体固连。

进一步地，所述单向离合器为楔块式超越离合器。

进一步地，行星轮的数量为5个，沿行星架圆周方向均布。

进一步地，所述第一电机及第二电机上均设有电机冷却系统和控制系统。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：

1、本实用新型的混合动力系统，双电机驱动模式下，同样的动力源可以输出更大的驱动力矩；相同的驱动力条件，可以选用峰值扭矩较小的发动机及电机；内部结构紧凑，轴向尺寸短，使得混合动力系统体积偏小，重量轻、成本低；

同时，通过两个电机的控制，可实现电子无极变速功能，控制发动机始终工作在最佳燃油经济区，提高整车燃油经济性，实现低排放，克服现有混联式混合动力汽车对电机依赖性大，需要大扭矩低速电机来提供足够驱动力的缺点。

2、本实用新型的第一电机和第二电机设置在减速器箱体远离发动机一侧，降低传动系统对电机的设计和制造要求。

3、本实用新型第一电机齿轮副采用一对大于3的大减速器比的平行轴齿轮副，对第一电机端实现大幅程度的降扭增速；本实用新型第二电机齿轮副采用一对大于1的小减速比的平行轴齿轮，对发第二电机端实现一定的降扭增速。

4、本实用新型在输入轴上设置有扭转减震器，具有降低发动机曲轴与传动系接合部分的扭转刚度，从而降低传动系扭振固有频率；增加传动系扭转阻尼，抑制扭转共振相应的振幅，并衰减因冲击产生的瞬态扭振；控制动力传动总成怠速时发动机与减速器轴系的扭振，消除减速器怠速扭振及噪声；缓和非稳定工况下传动系的扭转冲击载荷，改善发动机与减速器的接合平顺性。

5、本实用新型在发动机与行星架之间的输入轴上设置有单向离合器，单向离合器内圈与输入轴连接，外圈与减速器箱体固接，为该混合动力系统增加了双电机驱动工作模式，在满足同样输出扭矩的前提下，进一步对降低电动机端所需的扭矩。

6、本实用新型的单向离合器结构形式为楔块式超越离合器，当发动机输出转速超过一定值后可实现楔块与离合器内外圈无接触的彻底分离，将单向离合器的能量损失降至最低。

7、本实用新型的第一电机和第二电机独立布置，分别设置有电机冷却系统和控制系统，从而有效降低了电机的加工制造难度和生产成本，提高了电机的可靠性和稳定性，同时方便电机的维修。

8、本实用新型的混合动力系统，电动机驱动模式及双电机驱动模式下，通过单向离合器正向分离、反向锁止的特性，可避免发动机倒转，简化传动系统的控制。

9、本实用新型的混合动力系统内部结构紧凑，轴向尺寸短，同时两电机连接接口位于减速器后端面偏上位置，横向尺寸短，方便空间布置。

附图说明

图1为本实用新型混合动力系统的结构示意图；

图2为本实用新型混合动力系统一个方向的示意图。

其中，附图标记如下：

1-发动机、2-扭转减震器、3-单向离合器、4-输入轴、5-太阳轮、6-减速器箱体、7-行星轮、8-第一电机输入轴、9-第一电机主动齿轮、10-第一电机、11-行星架、12-输出轴、13-输出法兰盘、14-齿圈、15-第一电机被动齿轮、16-第二电机、17-第二电机输入轴、18-第二电机主动齿轮、19-第二电机被动齿轮、20-第二电机止口、21-第一电机止口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

本实用新型提供的实现多动力源耦合的车用混合动力系统，可实现以行星差速结构作为机电耦合装置的混联式混合动力系统，实现电子无级变速功能，控制发动机始终工作在最佳燃油经济区，提高整车燃油经济性，实现低排放，克服混联式混合动力汽车对电机依赖性大，需要大扭矩低速电机来提供足够驱动力的缺点。

本实用新型的技术方案是：采用“行星差速结构+平行轴”传动方式，行星排为行星差速结构，包括太阳轮、行星架、齿圈以及多个行星轮，行星架与发动机连接，太阳轮经过第二电机齿轮副与第二电机连接，齿圈经过第一电机齿轮副与第一电机连接，同时通过输出轴一端与齿圈连接，另一端连接到输出法兰盘输出动力；第一电机齿轮副采用一对大于3的大减速器比的平行轴齿轮副，对第一电机端实现大幅程度的降扭增速；第二电机齿轮副采用一对大于1的小减速比的平行轴齿轮，对第二电机端实现一定的降扭增速；发动机与行星架之间的输入轴上设置有单向离合器，单向离合器内圈与输入轴花键连接，外圈与减速器箱体固定连接，为该混合动力系统增加了双电机驱动工作模式，在满足同样输出扭矩的前提下，进一步对降低电动机端所需的扭矩。

如图1所示，实现多动力源耦合的车用混合动力系统，主要由发动机1、第一电机10、第二电机16、减速器、输出法兰盘13组成，减速器包括减速器箱体6、输入轴4、输出轴12，以及设置在减速器箱体6内的单向离合器3、行星差速结构、第一电机齿轮副、第二电机齿轮副；行星差速结构包括太阳轮5、行星架11、齿圈14及多个行星轮7；第一电机齿轮副包括相互啮合的第一电机主动齿轮9和第一电机被动齿轮15；第二电机齿轮副包括相互啮合的第二电机主动齿轮18、第二电机被动齿轮19。

输入轴4一端通过轴承支撑在减速器箱体6上，另一端通过轴承支撑在齿圈14上，输入轴4从左右到依次布置有单向离合器3、第二电机被动齿轮19、太阳轮5和行星架11，单向离合器3的内圈与输入轴4通过花键连接，单向离合器3的外圈与减速器箱体6固连；第二电机被动齿轮19与太阳轮5焊接成一体并通过轴承支撑在输入轴4上；行星架11与输入轴4通过花键连接，5个结构相同的行星轮7通过行星轮7销轴均匀地安装在行星架11上，行星轮7的外齿分别与太阳轮5的外齿和齿圈14的内齿啮合。齿圈14与布置在其上的第一电机被动齿轮15通过一圈螺栓固定连接在一起。

减速器设置有第一电机输入轴8，第一电机输入轴8通过轴承支撑在减速器箱体6上，第一电机输入轴8为自带第一电机主动齿轮9的齿轮轴结构，第一电机主动齿轮9与第一电机被动齿轮15通过外齿啮合，第一电机输入轴8后端与第一电机10通过花键连接，接受第一电机10的动力输入。减速器设置有第二电机输入轴17，第二电机输入轴17通过轴承支撑在减速器箱体6上，发电机主动齿轮通过过盈配合固连在第二电机输入轴17上，第二电机主动齿轮18与第二电机被动齿轮19通过外齿啮合，第二电机输入轴17后端预留发第二电机16连接花键，接受第二电机16的动力输入或者输出动力到第二电机16。行星差速结构的齿圈14通过花键连接输出轴12，输出轴12通过轴承支撑在减速器箱体6上，通过花键连接输出法兰盘13。

本实用新型在输入轴上还设有扭转减震器，且位于发动机与减速器之间，具有降低发动机曲轴与传动系接合部分的扭转刚度，从而降低传动系扭振固有频率；增加传动系扭转阻尼，抑制扭转共振相应的振幅，并衰减因冲击产生的瞬态扭振；控制动力传动总成怠速时发动机与减速器轴系的扭振，消除减速器怠速扭振及噪声；缓和非稳定工况下传动系的扭转冲击载荷，改善发动机与减速器的接合平顺性。

本实用新型采用的是电机平行轴传动结构(电机通过一对齿轮副将动力传输到法兰盘)，与太阳轮5连接的第二电机16、与齿圈14连接的第一电机10设置于减速器的后端面，远离发动机1一侧，从输出法兰盘13朝发动机1方向看，两电机朝上偏移布置，如图2所示，第二电机止口20和第一电机止口21分别位于输出法兰盘13的上侧，第二电机和第一电机以输出法兰盘13的轴线为对称轴，分布输出法兰盘13的左右两侧，可缩短横向尺寸，方便空间布置。两电机独立布置，可分别设置有电机冷却系统和控制系统，从而有效降低了电机的加工制造难度和生产成本，提高了两电机的可靠性和稳定性，同时方便电机的维修。

本实用新型发动机1端输入轴4上设置有单向离合器3，单向离合器3的功能是实现发动机1旋转正向时分离，发动机1旋转反向时锁止。单向离合器3结构形式为楔块式超越离合器，内圈连接输入轴4，外圈连接减速器箱体6，当发动机1输出转速超过一定值后可实现楔块与内外圈无接触的彻底分离，将单向离合器3的能量损失降至最低。

本实施例中第一电机齿轮副采用一对大于3小于4的大减速器比的平行轴齿轮副，对第一电机端实现大幅程度的降扭增速；第二电机齿轮副采用一对大于1小于1.5的小减速比的平行轴齿轮，对第二电机端实现一定的降扭增速；优选所述第一电机齿轮副的减速比大于3.1；所述第二电机齿轮副的减速比大于1.2。

对本实用新型混合动力系统工作模式的工作过程进行说明：

1)发动机1启动：在发动机1启动时，可以使用第二电机16启动发动机1，第二电机16转动并输出扭矩，动力通过第二电机主动齿轮18、第二电机被动齿轮19、太阳轮5、行星架11、输入轴4传递给发动机1，带动发动机1启动，此时车辆静止，齿圈14处于锁止状态。

2)第一电机10驱动模式：此工作模式下，发动机1熄火并因自身倒拖扭矩及单向离合器3阻力矩作用处于静止状态，第一电机10转动并输出扭矩，动力经过第一电机主动齿轮9、第一电机被动齿轮15、齿圈14、输出轴12、输出法兰盘13传递给整车。此时，行星架11处于静止，第二电机16空转；使用本实用新型动力系统的第一电机10驱动模式，第一电机10通过平行轴连接到齿圈14，齿圈14通过输出轴12连接到输出法兰盘13输出动力，因此动力传递路线短，传动效率高。此工作模式下，超越离合器自动锁止输入轴4，避免发动机1曲轴的倒转，保护发动机1。

3)双电机驱动模式：此工作模式下，发动机1熄火并因自身倒拖扭矩及单向离合器3锁止作用处于锁止状态，第一电机10与第二电机16共同输出扭矩，第一电机10转动并输出扭矩，动力经过第一电机主动齿轮9、第一电机被动齿轮15、齿圈14、输出轴12、输出法兰盘13传递给整车；第二发电机16的动力输出路线为：动力经过第二电机主动齿轮18、第二电机被动齿轮19、太阳轮5、行星轮7、齿圈14、输出轴12、输出法兰盘13传递给整车。双电机驱动模式中，两电机输出扭矩经过行星差速机构进行扭矩耦合，此时系统可输出最大扭矩，整车动力性最强。

使用本实用新型传动系统的双电机驱动模式，在上述第一电机10驱动模式基础上，单向离合器3自动锁止输入轴4，发电机通过行星架11锁止的行星差速结构输出动力，与第一电机10一起进行驱动，整个传动系统的动力性可大幅提升。由于超越离合器锁止输入轴4是离合器本身的特性，不需要控制系统进行控制，控制系统仅需对两电机进行控制。

4)混合动力模式：此工作模式下，发动机1启动，动力通过输入轴4和行星架11的，一部分在齿圈14上与第一电机10输出的经过电动机齿轮副增大的扭矩耦合，经输出轴12、输出法兰盘13传递给整车，另一部分动力经过太阳轮5、第二电机被动齿轮19、第二电机主动齿轮18、第二电机输入轴17传递给第二电机16，第二电机16发电。通过控制第一电机10的转速可以控制车速，控制第二电机16的转速，使发动机1始终工作在保持在最佳燃油经济区。

5)制动能量回收模式：当车辆下坡或减速时，汽车的惯性通过输出法兰盘13、输出轴12传递到齿圈14，此时的齿圈14作为动力输入，可以将扭矩作用到第一电机10和第二电机16发电，用于蓄电池的充电，实现能量回收再利用。

6)停车充电模式：当车辆处于驻车状态，车辆的停车锁止装置将输出法兰盘13锁止，此时的齿圈14处于锁止状态，第二电机16处于发电状态，发动机1的动力通过输入轴4、行星架11、太阳轮5、第二电机被动齿轮19、第二电机主动齿轮18、第二电机输入轴17传递到第二电机16发电，用于蓄电池的充电。

以上仅是对本实用新型的优选实施方式进行了描述，并不将本实用新型的技术方案限制于此，本领域技术人员在本实用新型主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本实用新型所要保护的技术范畴。

Claims (10)

1.实现多动力源耦合的车用混合动力系统，其特征在于：包括发动机(1)、第一电机(10)、第二电机(16)、减速器、输出法兰盘(13)；

所述减速器包括减速器箱体(6)、输入轴(4)、输出轴(12)，以及设置在减速器箱体(6)内的单向离合器(3)、行星差速结构、第一电机齿轮副、第二电机齿轮副；

所述行星差速结构包括太阳轮(5)、行星架(11)、齿圈(14)及多个行星轮(7)；

所述输入轴(4)的一端通过轴承设置在减速器箱体(6)上，且与所述发动机(1)输出相连，其另一端通过轴承同轴设置在齿圈(14)上；

所述输出轴(12)的一端与齿圈(14)固连，另一端与输出法兰盘(13)固连；

所述单向离合器(3)、太阳轮(5)、行星架(11)从靠近发动机(1)到远离发动机(1)依次设置在输入轴(4)上，太阳轮(5)套设在输入轴(4)上，行星架(11)与输入轴(4)相连，且太阳轮(5)和行星架(11)同轴设置；

至少三个行星轮(7)沿行星架(11)圆周方向分布，每个行星轮(7)的外齿分别与齿圈(14)的内齿、太阳轮(5)的外齿啮合；

所述第一电机齿轮副包括相互啮合的第一电机主动齿轮(9)和第一电机被动齿轮(15)；第一电机输入轴(8)设置在减速器箱体(6)上；所述第一电机主动齿轮(9)设置在第一电机输入轴(8)上，所述第一电机被动齿轮(15)设置在齿圈(14)的外侧面；

所述第二电机齿轮副包括相互啮合的第二电机主动齿轮(18)、第二电机被动齿轮(19)；第二电机输出轴(17)设置在减速器箱体(6)上；第二电机主动齿轮(18)设置在第二电机输出轴(17)上，所述第二电机被动齿轮(19)与太阳轮(5)同轴固连；所述输入轴(4)从第二电机被动齿轮(19)的转轴中穿过。

2.根据权利要求1所述的实现多动力源耦合的车用混合动力系统，其特征在于：所述第一电机(10)和第二电机(16)均设置在减速器箱体(6)远离发动机(1)的一侧，且均位于输出法兰盘(13)的上侧。

3.根据权利要求2所述的实现多动力源耦合的车用混合动力系统，其特征在于：所述第一电机(10)和第二电机(16)以输出法兰盘(13)对称分布。

4.根据权利要求1或2或3所述的实现多动力源耦合的车用混合动力系统，其特征在于：

所述第一电机齿轮副的减速比大于3；

所述第二电机齿轮副的减速比大于1。

5.根据权利要求4所述的实现多动力源耦合的车用混合动力系统，其特征在于：

所述第一电机齿轮副的减速比大于3且小于4；

所述第二电机齿轮副的减速比大于1且小于1.5。

6.根据权利要求5所述的实现多动力源耦合的车用混合动力系统，其特征在于：还包括扭转减震器(2)；

所述扭转减震器(2)设置在输入轴(4)上，且位于发动机(1)与减速器之间。

7.根据权利要求1所述的实现多动力源耦合的车用混合动力系统，其特征在于：

所述单向离合器(3)内圈与输入轴(4)固连，其外圈与减速器箱体(6)固连。

8.根据权利要求7所述的实现多动力源耦合的车用混合动力系统，其特征在于：所述单向离合器(3)为楔块式超越离合器。

9.根据权利要求1所述的实现多动力源耦合的车用混合动力系统，其特征在于：所述行星轮(7)的数量为5个，沿行星架(11)圆周方向均布。

10.根据权利要求1所述的实现多动力源耦合的车用混合动力系统，其特征在于：所述第一电机(10)及第二电机(16)上均设有电机冷却系统和控制系统。

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