CN211519236U - 一种双电机混合动力驱动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种双电机混合动力驱动系统，包括发动机、离合器、第一电机、第二电机、第一减速机构、第二减速机构、一档主动齿轮、一档从动齿轮、二档从动齿轮、一二档同步器、输入轴、输出轴、差速器驱动齿轮、差速器、第一逆变器、第二逆变器、电池、线束和驻车系统，第一电机可通过第一减速机构与输入轴连接，第二电机可通过第二减速机构与输出轴连接，离合器的一端与输入轴连接而另一端可与发动机连接，输入轴上还设有一档主动齿轮，输出轴上设有一档从动齿轮、二档从动齿轮、一二档同步器和差速器驱动齿轮。本实用新型可采用两种发动机直接驱动、两种纯电驱动、两种纯电并联驱动、发动机电驱并联驱动等工况模式以提高燃油经济性。

Description

一种双电机混合动力驱动系统

技术领域

本实用新型属于混合动力技术领域，具体是涉及一种双电机混合动力驱动系统。

背景技术

当今世界面临能源匮乏和环境恶化两大挑战，其中传统燃油车也正受到石油危机和环境恶化的严重影响，故节能减排逐渐成为汽车行业的焦点课题。现有混合动力汽车可通过多种方式来改善车辆燃油经济性，如发动机在怠速、减速或制动期间关闭以采用纯电驱动模式行驶，或在混合驱动模式下补充发动机的转矩或功率，最终实现降低油耗和排放的目标。

然而，现有大部分混合动力驱动系统仅为传统多档位变速器的变形，其存在结构复杂、档位冗余、总成较长、布置较为困难等诸多问题；再有，大部分双电机混合动力驱动系统仅设置有一个纯电驱动档位，致使其节油效果仍然不佳。

实用新型内容

针对上述现有技术，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种结构合理、节能效果更佳的双电机混合动力驱动系统。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种双电机混合动力驱动系统，包括发动机、减振器、离合器、第一电机、第二电机、第一减速机构、第二减速机构、一档主动齿轮、一档从动齿轮、二档从动齿轮、一二档同步器、输入轴、输出轴、差速器驱动齿轮、差速器、第一逆变器、第二逆变器、电池、线束和驻车系统，所述第一逆变器与第二逆变器可通过线束连接且均可通过线束与电池连接，所述第一逆变器和第二逆变器可分别通过线束与第一电机和第二电机连接，所述第一电机可通过第一减速机构与输入轴连接，所述第二电机可通过第二减速机构与输出轴连接；所述输入轴的一端可通过离合器、减振器与发动机连接，所述输入轴上还安装有一档主动齿轮；所述输出轴上还安装有一档从动齿轮、二档从动齿轮、一二档同步器和差速器驱动齿轮，所述一二档同步器可与一档从动齿轮或二档从动齿轮接合，所述差速器驱动齿轮可与差速器啮合传动，所述一档从动齿轮可与一档主动齿轮啮合传动，所述二档从动齿轮可与第一减速机构啮合传动，所述输出轴还可与驻车系统传动连接。

更进一步，所述第一减速机构包括与第一电机连接的第一电机驱动轴、安装在第一电机驱动轴上的第一电机驱动齿轮和安装在输入轴上且与第一电机驱动齿轮啮合传动的二档主动齿轮，所述二档主动齿轮可与二档从动齿轮啮合驱动。

更进一步，所述离合器设置在一档主动齿轮及二档主动齿轮的同一侧。

更进一步，所述第二减速机构包括与第二电机连接的第二电机驱动轴、安装在第二电机驱动轴上的第二电机驱动齿轮、与第二电机驱动齿轮啮合传动的第二电机惰轮总成和安装在输出轴上且与第二电机惰轮总成啮合传动的第二电机从动齿轮。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、通过设置具有不同速比的两种纯电独立驱动档以及两种纯电并联驱动档，这样可使纯电驱动的效率更高、使用范围更宽；同时，在车辆频繁启停、车速较低的工况下采用纯电驱动，这样可避免发动机在高油耗区工作。

2、在中速工况下，当纯电驱动的系统效率高于发动机一档驱动的系统效率时，通过电驱一档串联驱动或者电驱二档串联驱动，这样可使系统综合效率最低；当纯电驱动的系统效率低于发动机一档驱动的系统效率时，通过发动机一档独立驱动，这样可使系统综合效率最低且可避免“机械能-电能-机械能”转化过程中的效率损失；当需要输出更强的动力时，可通过发动机一档与电驱二档并联驱动。

3、当路面阻力较小且发动机在较低扭矩状态下工作时，发动机效率较低，通过增加发动机扭矩以将发动机调整到高效区间，这样就可将发动机的一部分扭矩分配给第一电机以对第一电机充电而另一部分扭矩用以维持整车运行，从而提高整车的系统综合效率。

4、在高速工况下，发动机效率较高，通过发动机二档独立驱动，这样也可避免“机械能 -电能-机械能”转化过程中的效率损失，从而提高整车的系统综合效率。

5、通过将电驱二档与车轮固联，这样在所有减速工况下均可实现制动能量回收，而且在制动能量回收过程中无换档动作、回收效率高；同时，通过设置两种纯电驱动档回收制动能量，这样可使制动能量回收的车速下限更低，从而更加适应于大城市交通状况。

附图说明

图1为本实用新型一种双电机混合动力驱动系统的整体结构示意图。

图2为图1中停车充电时的动力传递路径图。

图3为图1中电机冷启动发动机时的动力传递路径图。

图4为图1中电驱一档纯电驱动时的动力传递路径图。

图5为图1中电驱一档、电驱二档并联驱动时的动力传递路径图。

图6为图1中电驱一档、制动能量回收时的动力传递路径图。

图7为图1中电驱一档路起发动机时的动力传递路径图。

图8为图1中发动机一档独立驱动时的动力传递路径图。

图9为图1中发动机一档驱动、同时补充电能时的动力传递路径图。

图10为图1中发动机一档、电驱二档并联驱动时的动力传递路径图。

图11为图1中电驱二档纯电驱动时的动力传递路径图。

图12为图1中电驱二档串联驱动时的动力传递路径图。

图13为图1中电驱二档、电驱三档并联驱动时的动力传递路径图。

图14为图1中电驱二档路起发动机时的动力传递路径图。

图15为图1中电驱二档、制动能量回收时的动力传递路径图。

图16为图1中发动机二档独立驱动时的动力传递路径图。

图17为图1中发动机二档驱动、同时补充电能时的动力传递路径图。

图18为图1中发动机二档、电驱二档并联驱动时的动力传递路径图。

图19为图1中电驱三档、电驱二档行进间启动发动机时的动力传递路径图。

图20为图1中电驱R档时的动力传递路径图。

图21为图1中电驱R档串联驱动时的动力传递路径图。

图22为图1中驻车P档时的动力传递路径图。

图23为图1中实现驻车P档的结构示意图。

图示说明：210-第一电机，211-第一电机驱动轴，212-第一电机驱动齿轮，220-第二电机，221-第二电机驱动轴，222-第二电机驱动齿轮，230-发动机，240-第一逆变器，241-第一逆变器电池线束，242-逆变器间线束，243-第一电机高压线束，250-第二逆变器，251-第二逆变器电池线束，252-第二电机高压线束，260-电池，270-减振器，101-离合器，102-一档主动齿轮，103-输入轴，104-二档主动齿轮，105-输出轴，106-差速器驱动齿轮，107-差速器，108-一档从动齿轮，109-一二档同步器，110-二档从动齿轮，111-第二电机从动齿轮，112-驻车制动齿轮，113-第二电机惰轮总成,150-双联齿轮，151-控制轴总成，152-驻车臂总成。

具体实施方式

下面结合附图和优选实施例对本实用新型作进一步地说明。

如图1所示为本实用新型一种双电机混合动力驱动系统的整体结构示意图，包括发动机 230、减振器270、离合器101、第一电机210、第二电机220、第一减速机构、第二减速机构、一档主动齿轮102、一档从动齿轮108、二档从动齿轮110、一二档同步器109、驻车制动齿轮112、输入轴103、输出轴105、差速器驱动齿轮106、差速器107、第一逆变器240、第二逆变器250、电池260、第一逆变器电池线束241、逆变器间线束242、第一电机高压线束243、第二逆变器电池线束251、第二电机高压线束252以及驻车系统中的驻车制动齿轮112、双联齿轮150、控制轴总成151和驻车臂总成152。

上述第一逆变器240既可通过第一逆变器电池线束241与电池260电性连接，又可通过第一电机高压线束243与第一电机210电性连接，还可通过逆变器间线束242与第二逆变器 250电性连接，而第二逆变器250又可通过第二逆变器电池线束251与电池260电性连接，还可通过第二电机高压线束252与第二电机220电性连接。

上述发动机230的动力输出端传动连接有减振器270，且减振器270的动力输出端可与离合器101的主动盘传动连接，而离合器101的从动盘可与输入轴103传动连接。

上述第一电机210可通过第一减速机构与输入轴103连接。具体来说是，第一减速机构包括与第一电机210连接的第一电机驱动轴211、固定安装在第一电机驱动轴211上的第一电机驱动齿轮212和固定安装在输入轴103上的二档主动齿轮104，其中二档主动齿轮104 可与第一电机驱动齿轮212啮合传动，且二档主动齿轮104设置在远离发动机230的一端。在输入轴103上还固定安装有一档主动齿轮102，该一档主动齿轮102设置在离合器101与二档主动齿轮104之间。

上述第二电机220可通过第二减速机构与输出轴105连接。具体来说是，第二减速机构包括与第二电机220连接的第二电机驱动轴221、固定安装在第二电机驱动轴221上的第二电机驱动齿轮222、与第二电机驱动齿轮222啮合传动的第二电机惰轮总成112和固定安装在输出轴105上的第二电机从动齿轮111，该第二电机从动齿轮111可与第二电机驱动齿轮 222啮合传动。

上述输出轴105上还通过轴承套装有一档从动齿轮108和二档从动齿轮110，同时在输出轴105上固定安装有一二档同步器109、驻车制动齿轮112和差速器驱动齿轮106，其中一二档同步器109可与一档从动齿轮108或二档从动齿轮110接合实现啮合传动，而一档从动齿轮108又可与一档主动齿轮102啮合传动，二档从动齿轮110又可与二档主动齿轮104啮合传动，差速器驱动齿轮106可与差速器107中的主减齿轮啮合传动，驻车制动齿轮112可通过控制驻车系统中双联齿轮150的旋转角度来实现驻车在档或脱档的目的。

如图2至图22所示为本实用新型一种双电机混合动力驱动系统在各主要工况下的动力传递路径图，同时为更好地阐述本实用新型在各主要工况下的工作原理，下表列出了各主要工况下离合器101、一二档同步器109、发动机230、第一电机210及第二电机220的工作状态，具体如下：

如图2所示为停车充电工况时的动力传递路径图，即当车辆处于停车状态且电池260电量不足时，可以选择停车充电工况模式，此时离合器101处于接合状态、一二档同步器109 处于空档位置、发动机230处于驱动状态、第一电机210处于发电状态、第二电机220处于自由状态。在此停车充电工况模式下，发动机230处在经济转速区间，这样可兼顾燃油经济性和NVH特性；同时，第一电机210产生的交流电可经第一逆变器240转为直流电后存储于电池260中，且当充电量达到一定比率时可根据需要切换为其它工况模式。

如图3所示为电机冷启动发动机工况时的动力传递路径图，即在停车状态下需要冷启动发动机230时，可以选择电机冷启动发动机工况模式，此时第一电机210处于驱动状态、第二电机220处于自由状态、离合器101处于接合状态、一二档同步器109处于空档位置、发动机230被启动。在此电机冷启动发动机工况模式下，不会产生动力突然冲击等车辆舒适性问题；同时，因减少了用于启动发动机的起动机，这样可使整车的组成元件进一步减少。

如图4所示为电驱一档纯电驱动工况时的动力传递路径图，即当车速较低时可以选择电驱一档纯电驱动工况模式，此时第一电机210处于驱动状态、第二电机220处于自由状态、离合器101处于分离状态、一二档同步器109处于一档位置、发动机230处于关闭状态。在此电驱一档纯电驱动工况模式下，因电驱一档具有可满足爬坡等扭矩要求较大的速比，这样可使电驱一档覆盖低车速工况，从而可使系统效率保持较高水平；同时，当电池260电量不足时，可根据需要切换为电驱一档串联工况模式。

如图5所示为电驱一档、电驱二档并联驱动工况时的动力传递路径图，即当电池260电量足够且车辆需要较大扭矩时，可以选择电驱一档与电驱二档并联驱动工况模式，此时第一电机210、第二电机220均处于驱动状态、离合器101处于分离状态、发动机230处于关闭状态、一二档同步器109处于一档位置。在此电驱一档与电驱二档并联驱动工况模式下，车辆可满足爬坡等扭矩要求较大需求；同时，当电池260电量不足时，可根据需要切换为电驱一档串联工况模式。

如图6所示为电驱一档、制动能量回收工况时的动力传递路径图，即当车辆以电驱一档行驶且遇到减速或者长坡路况时，可以选择电驱一档、制动能量回收工况模式以将机械能转化为电能存储于电池260中，此时第二电机220处于自由状态、发动机230处于关闭状态、离合器101处于分离状态、一二档同步器109仍然处在一档位置、第一电机210由驱动状态切换为发电状态。在此电驱一档、制动能量回收工况模式下，第一电机210产生的交流电可经第一逆变器240转为直流电后存储于电池260中；同时，因电驱一档车速较低且具有较大的速比，这样可使第一电机210处于较高效工作区间，系统效率保持较高水平，同时使电驱一档有效制动能量回收的速度范围更广、回收效率更高。

如图7所示为电驱一档路起发动机工况时的动力传递路径图，即当车辆以电驱一档行驶且需同时启动发动机时，可以选择电驱一档路起发动机工况模式，此时第一电机210处于驱动状态、第二电机220保持自由状态、一二档同步器109保持一档位置不变、离合器101处于接合状态、发动机230被启动。在此电驱一档路起发动机工况模式下，因不需停车、也不需切换为其它档位，这样就不会使车辆舒适性变差，更不会产生动力中断问题。

如图8所示为发动机一档独立驱动工况时的动力传递路径图，即当车辆中速行驶时，可根据需要选择发动机一档独立驱动工况模式，此时发动机230处于驱动状态、离合器101处于接合状态、第一电机210及第二电机220均处于自由状态、一二档同步器109处于一档位置。在此发动机一档独立驱动工况模式下，因发动机230处于油耗效率较高区间，这样可使系统效率保持较高水平。

如图9所示为发动机一档驱动、同时补充电能工况时的动力传递路径图，即当发动机以一档驱动且其功率富余时，可以选择发动机一档驱动、同时补充电能工况模式，此时发动机 230处于驱动状态、离合器101处于接合状态、第一电机210处于发电状态、第二电机220 处于自由状态、一二档同步器109仍然处于一档位置。在此发动机一档驱动、同时补充电能工况模式下，第一电机210产生的交流电可经第一逆变器240转为直流电后存储于电池260 中。

如图10所示为发动机一档、电驱二档并联驱动工况时的动力传递路径图，即当发动机一档独立驱动或者电驱二档纯电独立驱动无法满足整车驱动功率需求时，可以选择发动机一档、电驱二档并联驱动工况模式，此时发动机230处于驱动状态、离合器处于101接合状态、一二档同步器109处于一档位置不变、第二电机220处于驱动状态、第一电机210处于自由状态。在此发动机一档、电驱二档并联驱动工况模式下，通过发动机230和第二电机220同时驱动可增大总输出扭矩，这样能更好地满足爬坡、动力性等要求。

如图11所示为电驱二档纯电驱动工况时的动力传递路径图，即当车辆中速行驶且电池电量足够时，可以根据车速选择电驱二档纯电驱动工况模式，此时离合器101处于分离状态、一二档同步器109处于空档位置、发动机230处于关闭状态、第一电机210处于自由状态、第二电机220处于驱动状态。在此电驱二档纯电驱动工况模式下，因电驱二档的速比小于电驱一档的速比，通过将电驱一档纯电驱动工况模式切换为电驱二档纯电驱动工况模式，这样可使电机依然处于高效区间内，从而使系统效率仍处于较高水平；同时，当电池260电量不足时，可根据需要切换为电驱二档串联驱动工况模式。

如图12所示为电驱二档串联驱动工况时的动力传递路径图，即当电池电量不足时，可以选择启动电驱二档串联驱动工况模式，此时发动机230处于驱动状态、离合器101处于接合状态、一二档同步器109仍处于空档位置、第一电机210处于发电状态、第二电机220处于驱动状态。在此电驱二档串联驱动工况模式下，第一电机210产生的交流电可不经过第一逆变器240和电池260而直接传递给第二电机220，这样就减少了能量转化传递过程中的功率损失。

如图13所示为电驱二档、电驱三档并联驱动工况时的动力传递路径图，即当车速较高且电池电量充足，而电驱二档纯电独立驱动又无法提供足够的扭矩时，可以选择电驱二档、电驱三档并联驱动工况模式，此时发动机230处于关闭状态、离合器101处于分离状态、第一电机210和第二电机220均处于驱动状态、一二档同步器109处于二档位置。

如图14所示为电驱二档路起发动机工况时的动力传递路径图，即当车辆在电驱二档纯电驱动行驶过程中需要启动发动机时，可以选择电驱二档路起发动机工况模式，此时第一电机 210处于自由状态、第二电机220处于驱动状态、一二档同步器109处于一档或者二档位置、离合器101处于接合状态、发动机230被启动。在此电驱二档路起发动机工况模式下，启动发动机230的过程不会产生动力中断及舒适性问题。

如图15所示为电驱二档、制动能量回收工况时的动力传递路径图，即当满足系统制动能量回收条件时，可以选择电驱二档、制动能量回收工况模式，此时离合器101处于分离状态、发动机230保持关闭状态、第一电机210处于自由状态、第二电机220由驱动状态切换为发电状态、一二档同步器109处于空档位置。在此电驱二档、制动能量回收工况模式下，无需额外换档就可使第二电机220产生的交流电经第二逆变器250转为直流电后存储于电池260 中。

如图16所示为发动机二档独立驱动工况时的动力传递路径图，即当车速较高且纯电驱动效率较低而无法提供足够功率时，可以选择发动机二档独立驱动工况模式，此时发动机230 处于驱动状态、离合器101处于接合状态、一二档同步器109处于二档位置、第一电机210 和第二电机220均处于自由状态。在此发动机二档独立驱动工况模式下，不仅可适用于车辆长时间高速行驶，而且可消除能量转化环节的能量消耗，减少电气元件的发热温升；同时，因发动机二档的速比小于发动机一档的速比，通过发动机二档独立驱动可使发动机在车辆高速行驶时的效率处于相对高效区间，这样就可使系统效率仍然保持较高水平。

如图17所示为发动机二档驱动、同时补充电能工况时的动力传递路径图，即当发动机以二档驱动且功率存在富余时，可以选择发动机二档驱动、同时补充电能工况模式，此时发动机230处于驱动状态、离合器101处于接合状态、一二档同步器109处于二档位置、第一电机210处于充电状态、第二电机220处于自由状态。在此发动机二档驱动、同时补充电能工况模式下，发动机230可将驱动车辆行驶的多余能量通过第一电机210及第一逆变器240存储于电池260中，这样可有效避免能量浪费。

如图18所示为发动机二档、电驱二档并联驱动工况时的动力传递路径图，即当车速较高且发动机以二档独立驱动而需求更大输出扭矩时，可以选择发动机二档、电驱二档并联驱动工况模式，此时发动机230和第二电机220均处于驱动状态、离合器101处于接合状态、第一电机210处于自由状态、一二档同步器109处于二档位置。

如图19所示为电驱三档、电驱二档行进间启动发动机工况时的动力传递路径图，此时第一电机210处于驱动状态、第二电机220处于驱动状态、一二档同步器109处于二档位置、离合器101处于接合状态、发动机230被启动。在电驱三档、电驱二档行进间启动发动机工况下，无需停车即可根据需要切换为其它档位，且在启动发动机过程中不会产生动力中断和舒适性问题。

如图20所示为电驱R档工况时的动力传递路径图，即当车辆需要倒车时，可以选择电驱 R档工况模式，此时发动机230处于关闭状态、离合器101处于分离状态、一二档同步器109 处于空档位置、第二电机220处于自由状态、第一电机210处于反转驱动状态。在此电驱R 档工况模式下，因采用电驱R档结构形式，这样可使驱动系统的结构更加简单、紧凑。

如图21所示为电驱R档串联驱动工况时的动力传递路径图，即当车辆需要长时间倒车而电池电量不足时，可以选择电驱R档串联驱动工况模式，此时发动机230处于驱动状态、离合器101处于接合状态、第一电机210处于发电状态、一二档同步器109处于空档位置、第二电机220处于反转驱动状态。在此电驱R档串联驱动工况模式下，第一电机210产生的交流电可直接传递给第二电机220以免能量浪费。

如图22所示为驻车P档时的动力传递路径图，即当车辆需要长时间停车时，可以选择驻车P档工况模式，此时发动机230处于关闭状态、离合器101处于分离状态、一二档同步器 109处于空档位置、第一电机210和第二电机220均处于自由状态。

如图23所示为实现驻车P档的结构示意图，其中驻车系统中的双联齿轮150可与动力源相连，而通过控制驻车系统中的双联齿轮150旋转一定角度，就可控制控制轴总成151及驻车臂总成152来实现脱档或在档目的。

以上所述仅表达了本实用新型的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种双电机混合动力驱动系统，包括发动机（230）、减振器（270）、离合器（101）、第一电机（210）、第二电机（220）、第一减速机构、第二减速机构、一档主动齿轮（102）、一档从动齿轮（108）、二档从动齿轮（110）、一二档同步器（109）、输入轴（103）、输出轴（105）、差速器驱动齿轮（106）、差速器（107）、第一逆变器（240）、第二逆变器（250）、电池（260）、线束和驻车系统，所述第一逆变器（240）与第二逆变器（250）可通过线束连接且均可通过线束与电池（260）连接，所述第一逆变器（240）和第二逆变器（250）可分别通过线束与第一电机（210）和第二电机（220）连接，其特征在于：

所述第一电机（210）可通过第一减速机构与输入轴（103）连接，所述第二电机（220）可通过第二减速机构与输出轴（105）连接；

所述离合器（101）的一端可与输入轴（103）传动连接而另一端可通过减振器（270）与发动机（230）传动连接，所述输入轴（103）上还安装有一档主动齿轮（102）；

所述输出轴（105）上还安装有一档从动齿轮（108）、二档从动齿轮（110）、一二档同步器（109）和差速器驱动齿轮（106），所述一二档同步器（109）可与一档从动齿轮（108）或二档从动齿轮（110）接合，所述差速器驱动齿轮（106）可与差速器（107）啮合传动，所述一档从动齿轮（108）可与一档主动齿轮（102）啮合传动，所述二档从动齿轮（110）可与第一减速机构啮合传动，所述输出轴（105）还可与驻车系统传动连接。

2.根据权利要求1所述的一种双电机混合动力驱动系统，其特征在于：所述第一减速机构包括与第一电机（210）连接的第一电机驱动轴（211）、安装在第一电机驱动轴（211）上的第一电机驱动齿轮（212）和安装在输入轴（103）上且与第一电机驱动齿轮（212）啮合传动的二档主动齿轮（104），所述二档主动齿轮（104）可与二档从动齿轮（110）啮合驱动。

3.根据权利要求2所述的一种双电机混合动力驱动系统，其特征在于：所述离合器（101）设置在一档主动齿轮（102）及二档主动齿轮（104）的同一侧。

4.根据权利要求1所述的一种双电机混合动力驱动系统，其特征在于：所述第二减速机构包括与第二电机（220）连接的第二电机驱动轴（221）、安装在第二电机驱动轴（221）上的第二电机驱动齿轮（222）、与第二电机驱动齿轮（222）啮合传动的第二电机惰轮总成（113）和安装在输出轴（105）上且与第二电机惰轮总成（113）啮合传动的第二电机从动齿轮（111）。

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