CN211166413U - 混合动力驱动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种混合动力驱动系统，用于向外部车轴输出扭矩，其包括发动机、第一电机、第二电机、传动组件；传动组件包括第一轴、第一接合单元、第二轴、第一传动机构、第二接合单元以及动力输出单元；本实用新型的混合动力驱动系统具有如下优点：驱动系统的结构简单、制造成本低、开发难度小，运行时通过使第一接合单元脱开且使第二接合单元接合，可实现双电机驱动，且控制单元可根据动力需求在单电机驱动、双电机驱动、三动力源混合驱动三种动力模式间切换，更大化地提高能源效率，且对应地可对各动力源进行设计功率的降级，使得驱动系统整体结构紧凑、需要的安装空间小。

Description

混合动力驱动系统

技术领域

本实用新型涉及汽车技术领域，特别是涉及一种混合动力驱动系统。

背景技术

随着科学技术的发展，交通运输水平的提升，减污减排已经成为社会发展必然和社会发展共识。作为城市的交通运输工具的电动车已经愈来愈成为交通运输的主流工具，而纯电动汽车作为城市新能源交通运输主流交通工具，占比达到80％，可以降低城市内部的污染排放，维护城市空气质量，给人类带来更大的健康指数。但作为纯电交通工具，其续航里程、高速行驶经济效率及充电便利性却成为困扰大多用户出行的首要不利因素。于是，出现了多种混合动力驱动，包括插电式混动、48V及增程式等。其中，插电式强混需要在原来的燃油车上增加一套三电系统，成本过高，而且一般只使用在B级及以上的车型；48V则不能使用纯电驱动模式，在市区行驶不能带来绝对的减污减排作用；增程式分为串联增程式和串并联增程式两种，串联当电量不足时，完全通过发动机发电，电机进行驱动，增加了能量流的传递路径，效率降低，且在高速(一般超过80km/h)的情况下，电机效率下降，使得整体效率低于纯燃油驱动效率，纯电模式下也如此。串并联增程式目前以吉凯恩等多模箱为代表，但是发动机及电机受到单减速比限制，皆不能很好的发挥良好工况下的转速及转矩需求，电机在高速状态下也存在效率问题，且发电机和发动机没有离合状态，需要进行能量分流管理，增加了电控系统的复杂性或系统效率的低效性。

实用新型内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种混合动力驱动系统，旨在解决当前混合动力系统动力模式单一、系统辅助性高且效率低的问题。

技术方案：为实现上述目的，本实用新型的混合动力驱动系统，用于向外部车轴输出扭矩，其特征在于，其包括发动机、第一电机、第二电机、传动组件；

所述传动组件包括：

第一轴，所述第二电机与其驱动连接；

第一接合单元，其用于建立或断开所述发动机与所述第一轴的动力连接关系；

第二轴，其与所述第一轴平行设置；所述第一电机与其驱动连接；

第一传动机构，其设置在所述第一轴与所述第二轴之间以在两者间传递动力；

第二接合单元，其设置在所述第一轴或第二轴上，用于建立或断开其所在的轴与所述第一传动机构的动力连接关系；以及

动力输出单元，所述第二轴与其驱动连接。

进一步地，所述传动组件还包括：

单向离合器，其设置在所述第二轴上，以使得所述第一传动机构与所述第二轴两者之间可正向传递动力而不能反向传递动力。

进一步地，所述第一电机和/或第二电机可作为发电机反向为其所连接的电池充电。

进一步地，至少所述第一电机可作为发电机发电，且其与第二电机之间设有直接供电线路。

进一步地，所述动力输出单元包括差速器，所述差速器连接外部车轴；

所述第二轴上固连有与所述差速器的外侧齿轮卡合的第一齿轮。

进一步地，所述第二电机通过第一齿轮组与所述第一轴建立传动关系。

进一步地，所述第一电机通过第二齿轮组与所述第二轴建立传动关系。

进一步地，所述传动组件还包括箱体，所述第一轴、第一接合单元、第二轴、第一传动机构、第二接合单元以及动力输出单元均安装在箱体内。

有益效果：本实用新型的混合动力驱动系统具有如下优点：驱动系统的结构简单、制造成本低、开发难度小，运行时通过使第一接合单元脱开且使第二接合单元接合，可实现双电机驱动，且控制单元可根据动力需求在单电机驱动、双电机驱动、三动力源混合驱动三种动力模式间切换，更大化地提高能源效率，且对应地可对各动力源进行设计功率的降级，使得驱动系统整体结构紧凑、需要的安装空间小。

附图说明

附图1为实施例一之混合动力驱动系统的结构图；

附图2为实施例一之混合动力驱动系统的流程示意图；

附图3为实施例二之混合动力驱动系统的结构图。

图中：1-发动机；2-第一电机；3-第二电机；4-传动组件；401-第一轴；402-第一接合单元；403-第二轴；404-第二接合单元；405-单向离合器；406-差速器；407-第一齿轮；408-箱体；409-第二齿轮；410-第三齿轮；411-第四齿轮；412-第五齿轮；413-第六齿轮；414-第七齿轮；5-电池；6-直接供电线路；7-控制单元。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

实施例一

本实施例提供了一种混合动力驱动系统(以下简称“驱动系统”)，该驱动系统用于向外部车轴输出扭矩，以达到驱动车轮转动，使得搭载该驱动系统的车辆行驶的目的。

如附图1所示，驱动系统包括发动机1、第一电机2、第二电机3、传动组件4及电池5。

其中，所述电池5电连接所述第一电机2与第二电机3，用于为第一电机2与第二电机3提供电能，使得两者可以运转输出动力，在优选的实施例中，上述第一电机2与第二电机3均为可发电式的电机，两者在受到扭矩输入而被动运转时可产生电能反向为电池5充电，如此在适当的车况下 (如车辆减速情形下)电机可为电池5补充电量，提升车辆的续航水平。

所述传动组件4为齿轮箱形式，如附图1所示，其包含箱体408，所述箱体408内具有齿轮组、传动轴等零部件，箱体408的侧壁上设置有用于安装动力源的三个安装口，上述发动机1、第一电机2、第二电机3分别安装在一个安装口位置，并与箱体408内的若干零部件接合以与传动组件4 产生动力交互，执行车辆行驶过程中的驱动任务。电池5外置于箱体408设置。

具体地，上述箱体408内安装有第一轴401、第一接合单元402、第二轴403、第一传动机构、第二接合单元404以及动力输出单元。下面将对各零部件的连接关系与传动关系进行详细说明。

其中，所述第二电机3与第一轴401其驱动连接，即第二电机3与第一轴401两者之间，有一者运转会驱使另一者运转，如第二电机3自身作为电动机转动会驱动第一轴401转动，而第二电机3本身不运转时，第一轴401受到其他动力源驱动转动时也会带动第二电机3被动转动，使得第二电机3作为发电机向电池5反向充电。在本实施例中，第二电机3与第一轴401并非直连关系，第二电机3通过第一齿轮组与所述第一轴401建立传动关系，即第二电机3的输出轴上连接有第二齿轮409，第一轴401上固定安装有与第二齿轮409卡合的第三齿轮410，第一齿轮组赋予第二电机 3与第一轴401两者以第一传动比。

发动机1的输出轴与第一轴401之间设置有第一接合单元402，所述第一接合单元402可建立或解除发动机1的输出轴与第一轴401之间的动力连接关系，此处，第一接合单元402为离合器，通过控制离合器的接合与断开状态，使得发动机1的输出轴与第一轴401之间可以进行动力传递或使两者之间的动力传递断开。

第二轴403与所述第一轴401平行设置，所述第一电机2与其驱动连接，此处驱动连接的含义与上述第二电机3与第一轴401之间驱动连接的含义相同，且本实施例中，第一电机2也非与第二轴403直连，而是通过第二齿轮组建立两者之间的驱动连接关系，第二齿轮组包括连接在第一电机2的输出轴上的第四齿轮411以及固连在所述第二轴403上的第五齿轮 412，所述第四齿轮411与第五齿轮412卡合以赋予第一电机2与第二轴403 两者以第二传动比。

第一传动机构设置在所述第一轴401与所述第二轴403之间以在两者间传递动力；所述第二接合单元404设置在第一轴401上，用于建立或断开第一轴401与所述第一传动机构的动力连接关系。具体地，在本实施例中，第一传动机构为齿轮组，其包括安装在第一轴401上的第六齿轮413 及固定在第二轴403上的第七齿轮414，所述第六齿轮413与第七齿轮414 卡合，所述第二接合单元404设置在第一轴401与第六齿轮413之间，此处，第二接合单元404为离合器或同步器，当其处于接合状态时，第一轴 401与第六齿轮413处于相对固定状态，此时，第一传动机构可在第一轴 401与第二轴403之间传递动力，并赋予两者以第三传动比。

在其他实施例中，第二接合单元404可以设置在所述或第二轴402上，用于建立或断开第七齿轮414与第二轴403之间的动力连接关系。

此外，第一传动机构也可包含设置在第一轴401与第二轴403之间的多对齿轮组，各对齿轮组的传动比不同，此时，第二接合单元404为同步器，同步器通过使不同的齿轮组产生动力传递作用，可赋予第一轴401与第二轴403两者以不同的传动比，完成档位切换操作。

动力输出单元与外部车轴连接，以输出扭矩给外部车轴，所述第二轴403与其驱动连接。具体地，所述动力输出单元包括差速器406，所述差速器406连接外部车轴，所述第二轴403上固连有与所述差速器406的外侧齿轮卡合的第一齿轮407。

为了使得各动力单元与接合单元可控以实现不同车况下对于动力模式的控制，驱动系统还包括控制单元7，控制单元7电连接所述第一电机2、第二电机3、发动机1、第一接合单元402以及第二接合单元404。

基于上述结构与电路，驱动系统可实现三种动力模式，现分别介绍如下：

模式一：单电机驱动模式。此模式适用于对转矩要求较低的情形，如低速情形下，此模式下，采用第一电机2单独驱动，此时第二接合单元404 处于断开状态，第一电机2的动力直接通过第二轴403传递给差速器406。此模式下，第一接合单元402可处于断开状态，或者第一接合单元402也可以处于接合状态，当第一接合单元402处于接合状态时，控制单元7可启动发动机1以驱动第二电机3被动运转作为发动机为电池5充电。在其他实施例中，第一电机2与第二电机3之间设有直接供电线路6，且控制单元7可控制直接供电线路6以及电池5与第一电机2和第二电机3之间连接的通断，在必要情形下，控制单元7可断开电池5与两个电机的连接，并使直接供电线路6连通使得第二电机3直接向第一电机2发电。

模式二：双电机驱动模式。此模式适用于加速、爬坡等需要更大驱动力的情形，此模式下，第一电机2与第二电机3均处于运转状态，且第二接合单元404处于接合状态，第一接合单元402处于接合状态，第一电机2 与第二电机3向第二轴403并联输出动力。

模式三：三动力源混合驱动模式。此模式适合高速(车速高于80KM/h) 情形，高速状态下，由于电机在高速状态下存在效率问题，发动机驱动的效率可能高于电机效率，因此选择发动机介入有利于驱动效率。进入三动力源混合驱动模式的过程如下：一开始，第一接合单元402与第二接合单元404均处于断开状态，首先，第一接合单元402先切换为接合状态，此时，由于第二电机3处于运转状态，第二电机3可反托发动机1启动并进行调速控制，当转速达到可以和第一电机2进行同步并联时，控制第二接合单元404接合使得三动力源并联驱动。在刹车、减速等情形下，第一电机2与第二电机3可作为发电机回收动能转化为电能反向为电池5充电。

由于驱动单元7可控制驱动系统在三种模式间切换，使得各动力源的设计功率可进行功率降级，可采用较小功率的电机与发动机，一来可以根据需求切换至与之适配的动力模式，提高能源利用率，二来由于电机与发动机的功率较小，其体积也相应较小，可使得驱动系统整体结构紧凑，体积小，节省安装空间。

本实施例还提供了一种混合动力驱动方法，其基于上述驱动系统，该方法应用于控制单元7，所述控制单元7内至少存储有对应于车速数据的第一阈值与对应于需求扭矩数据的第二阈值，如附图2所示，所述方法包括如下步骤A1-A5：

步骤A1，获取车辆的车速数据与需求扭矩数据；

本步骤中，车速数据与需求扭矩数据由控制单元7从车载控制系统获取，或者，控制单元7为车载控制系统本身，车载控制系统直接从车辆运行数据中读取这些数据。

步骤A2，判断车速数据和需求扭矩数据分别与第一阈值与第二阈值的关系；

步骤A3，当车速数据小于第一阈值且需求扭矩数据小于第二阈值，切换为单电机驱动模式输出扭矩；

步骤A4，当车速数据小于第一阈值且需求扭矩数据大于第二阈值，切换为双电机驱动模式输出扭矩；

步骤A5，当车速数据大于第一阈值且需求扭矩数据大于第二阈值，切换为三动力源混合驱动模式输出扭矩。

通过上述驱动方法，驱动系统可合理规划动力输出模式，使得车辆一直以较高的效率运行。

实施例二

本实施例提供了一种混合动力驱动系统(以下简称“驱动系统”)，该驱动系统用于向外部车轴输出扭矩，以达到驱动车轮转动，使得搭载该驱动系统的车辆行驶的目的。

如附图3所示，本实施例中的驱动系统的结构与实施例一中的驱动系统在结构上大致相同，唯一的区别是本实施例中传动组件4除了实施例一中所述的箱体408、第一轴401、第一接合单元402、第二轴403、第一传动机构、第二接合单元404以及动力输出单元之外还包括单向离合器405，单向离合器405设置在所述第二轴403上，以使得所述第一传动机构与所述第二轴403两者之间可正向传递动力而不能反向传递动力，即第一轴401 通过第一传动机构可传递动力给第二轴403，而第二轴403无法反向传递动力给第一传动机构。

基于本实施例之驱动系统，控制单元7也可通过各动力源与接合单元实现类似于实施例一种的三种动力模式，即单电机驱动模式、双电机驱动模式及三动力源混合驱动模式，区别在于：在从单电机驱动模式切换至双电机驱动模式时，无需先对第二电机3进行预调速使其转速达到可以与第一电机2并联的条件再控制第二接合单元404接合，因为第二电机3转速较低时，单向离合器405处于反向可转动状态，第二轴403不会浪费动力去提升第二电机3的动力，当第二电机3的转速达到了可与第一电机2并联驱动的条件时，单向离合器405自动转换为正向锁止状态，第二电机3 的动力可加载至第二轴403以增加扭矩提升车辆的加速或爬坡能力。

同理在切换至三动力源混合驱动模式的过程中，也无需按照实施例一之切换过程执行，控制单元7可直接控制第一接合单元402与第二接合单元404接合，第二电机3反托发动机1启动，两者转速共同提升至满足并联条件时，单向离合器405会由反向可转动状态切换至正向锁止状态实现三动力源并联。

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原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.混合动力驱动系统，用于向外部车轴输出扭矩，其特征在于，其包括发动机、第一电机、第二电机、传动组件；

所述传动组件包括：

第一轴，所述第二电机与其驱动连接；

第一接合单元，其用于建立或断开所述发动机与所述第一轴的动力连接关系；

第二轴，其与所述第一轴平行设置；所述第一电机与其驱动连接；

第一传动机构，其设置在所述第一轴与所述第二轴之间以在两者间传递动力；

第二接合单元，其设置在所述第一轴或第二轴上，用于建立或断开其所在的轴与所述第一传动机构的动力连接关系；以及

动力输出单元，所述第二轴与其驱动连接。

2.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述传动组件还包括：

单向离合器，其设置在所述第二轴上，以使得所述第一传动机构与所述第二轴两者之间可正向传递动力而不能反向传递动力。

3.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述第一电机和/或第二电机可作为发电机反向为其所连接的电池充电。

4.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于，至少所述第一电机可作为发电机发电，且其与第二电机之间设有直接供电线路。

5.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述动力输出单元包括差速器，所述差速器连接外部车轴；

所述第二轴上固连有与所述差速器的外侧齿轮卡合的第一齿轮。

6.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述第二电机通过第一齿轮组与所述第一轴建立传动关系。

7.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述第一电机通过第二齿轮组与所述第二轴建立传动关系。

8.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述传动组件还包括箱体，所述第一轴、第一接合单元、第二轴、第一传动机构、第二接合单元以及动力输出单元均安装在箱体内。

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