CN211995136U - 一种双电机两档混合动力传动机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种双电机两档混合动力传动机构，其发动机曲轴通过双离合器连接两个齿轮，其中主动齿轮I链接发电/启动一体机输入轴，主要起启动发动机及发电的作用；主动齿轮II链接行星轮系的行星架输出轴的直驱齿轮，使得发动机可以直接车辆行驶；主驱动电机的输出经行星轮系减速，可以驱动车辆行驶；发电/启动一体机可通过行星轮系的太阳轮，与主驱动电机动力耦合共同驱动车辆。本实用新型具有纯电、混动和发动机直驱三种模式；纯电模式，通过变传动比，可以提高主驱动电机的工作效率；混动模式，发动机可驱动发电，也可与主驱动电机共同驱动行驶；高速直驱模式，发动机通过直驱齿轮驱动车辆，减小能量转换，提高能源使用效率。

Description

一种双电机两档混合动力传动机构

【技术领域】

本实用新型涉及一种汽车的组成机构，具体涉及一种双电机两档混合动力传动机构，属于汽车驱动系统技术领域。

【背景技术】

现有混合动力乘用车驱动系统主要由以下几种类型及特点：

1、串联式混合动力驱动系统

主要组成：发动机+发电机(/启动机)+电动机(/发电机)+ 功率电子设备+动力电池及管理器；

传动系统原理：发动机驱动发电机给动力电池充电，动力电池通过功率电子设备驱动电动机，再经过驱动桥驱动车辆行驶；

主要特点：发动机与车轮之间无机械链接，只负责驱动发电机发电，由电动机驱动车辆及车辆制动时的能量回收；由于发动机只负责发电，可以使发动机在经济工况下进行发电来提高车辆的燃油经济性。

2、并联式混合动力驱动系统

主要组成：发动机+电动机+机械式变速器+功率电子设备+动力电池及管理器；

传动系统原理：发动机、电机安装于一根轴上(或双轴)共同驱动机械变速器，经过驱动桥驱动车辆行驶；

主要特点：电机可以根据车辆实时功率需要在发电机与电动机之间转换，发动机可以工作于较好的经济工况，提高车辆的燃油经济性。

3、混联式混合动力驱动系统

混联式混合动力系统的结构较多，代表性的结构主要有：行星齿轮功率分流器的ECVT双电机混动机构(丰田)、机械双离合变速器+单电机+减速器(比亚迪秦、荣威)、本田的I-MMD双电机混动系统及多套行星齿轮机构+双电机+多个离合器(/制动器) (GM、BMW、戴姆勒、国内科研院所)等。

由于混联式系统具有串联和并联的优点，所以目前实际乘用车应用较多一般为混联式系统。

然而，现有的主流混联系统的主要缺点如下：

(1)丰田和比亚迪混动系统

驱动电机通过减速机可以直接驱动车辆(全车速范围)，对驱动电机功率及功率电子器件及电控系统要求较高；

由于电机在没有变速器(只有单速减速器)的情况下驱动车况，不能很好的适应车辆在不同车速工况下对转速和转矩的要求，在车辆行驶过程中(低、中、高速)，电机的转速范围很宽，驱动效率变化较大，导致车辆驱动系统运行的总体效率不高，而这对于动力电池容量还不充裕的新能源车辆而言，急需改进。

(2)IMMD混动系统

一般工况下，车辆由主驱动电机通过固定减速比减速后驱动行驶；小功率电动(发电)机负责启动发动机和发电给驱动电机和动力电池充电；该混动系统对主驱动电机功率、动力电池及其电力电子驱动器件的要求较高；由于主电机也是通过固定减速后驱动车辆，存在电机工作转速范围过宽、运行效率有待提高的缺点。

(3)多套行星机构+双电机+多离合器系统

由于行星轮系、执行部件较多，运行模式及机构较复杂，对控制的要求较高，且发动机一般不独立驱动车辆；对主驱动电机动率及其电力电子驱动器件的要求较高，成本较高。

因此，为解决上述技术问题，确有必要提供一种创新的双电机两档混合动力传动机构，以克服现有技术中的所述缺陷。

【实用新型内容】

为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种双电机两档混合动力传动机构，其采用主驱动电机+行星减速机构+发电/启动一体机+换挡离合/制动器和一套由发动机+双离合传动机构组成两路动力传动机构，通过对换挡离合/制动器的控制进行换挡，实现电机转速转矩的优化和效率的提升，通过对双离合器的控制实现发动机参与(/独立)驱动车辆行驶、发电等混动工作模式。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：一种双电机两档混合动力传动机构，其包括发动机、离合器I、离合器II、发电/驱动一体机、主驱动电机、行星轮系、最终输出轴、差速器、左半轴以及右半轴；

其中，所述离合器I、离合器II同轴安装于发动机的输出端；所述离合器I、离合器II的输出端分别安装主动齿轮I和单向离合器；所述单向离合器连接一主动齿轮II；

所述发电/驱动一体机的输出轴I上安装有从动齿轮I和换挡离合/制动器；

所述行星轮系包括行星轮、外齿圈和太阳轮；所述主驱动电机的输出轴II上连接行星轮系的外齿圈；所述行星轮系的太阳轮输出轴与换挡离合/制动器链接；所述行星轮系的行星架输出轴上安装有行星架输出齿轮和发动机直驱齿轮；

所述最终输出轴上安装有被动齿轮及主减主动齿轮；所述差速器上安装有主减从动齿轮和左、右半轴；所述主动齿轮I和主动齿轮II分别与从动齿轮I和发动机直驱齿轮啮合；所述行星架输出齿轮与最终输出轴上的被动齿轮啮合，并通过其驱动最终输出轴。

本实用新型的双电机两档混合动力传动机构进一步设置为：所述离合器I、离合器II的轴线和输出轴I、输出轴II为平行设置。

本实用新型的双电机两档混合动力传动机构进一步设置为：所述主动齿轮II通过单向离合器安装于离合器I输出轴上；单向离合器锁止方向为：车辆前向行驶时，离合器I输出轴驱动主动齿轮II。

本实用新型的双电机两档混合动力传动机构进一步设置为：所述发电/启动一体机和主驱动电机为同轴线设置且于行星轮系两侧安装。

本实用新型的双电机两档混合动力传动机构还设置为：所述换挡离合/制动器的离合部件与制动部件采取同轴、同位置安装；所述离合部件与制动部件通过一电磁阀控制，使离合部件与制动部件的工作状态相反。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1.本实用新型的双电机两档混合动力传动机构在车辆中低速工况下，采用主驱动电机进行驱动，中高速工况下，由发电/启动一体机或发动机与主驱动电机共同驱动，在高速巡航工况下，由发动机直接驱动等混动工作模式。

2.本实用新型的双电机两档混合动力传动机构通过对双离合器及离合/制动器进行控制可实现模式切换过程中动力不中断；主驱动电机可获得较高的工作效率，发动机的高速巡航直驱也可获得较高的能源利用效率，具有较好的应用前景。

3.本实用新型的双电机两档混合动力传动机构具有纯电、混动和发动机直驱三种模式；纯电模式，通过变传动比，可以提高主驱动电机的工作效率；混动模式，发动机可驱动发电，也可与主驱动电机共同驱动行驶；高速直驱模式，发动机通过直驱齿轮驱动车辆，减小能量转换，提高能源使用效率。

【附图说明】

图1是本实用新型的双电机两档混合动力传动机构的原理图。

图2是图1中的换挡离合/制动器结构及控制原理示意图。

【具体实施方式】

请参阅说明书附图1和附图2所示，本实用新型为一种双电机两档混合动力传动机构，其由发动机10、离合器I11、离合器 II12、发电/驱动一体机20、主驱动电机30、行星轮系31、最终输出轴40、差速器51、左半轴50以及右半轴53等几部分组成。

其中，所述离合器I11、离合器II12同轴安装于发动机10的输出端，用于连接和中断发动机的动力输出。所述离合器I11、离合器II12的输出端分别安装有单向离合器15、主动齿轮I13。所述单向离合器15连接一主动齿轮II14。

所述发电/启动一体机20由永磁转子202和电枢线圈201组成，其输出轴I21安装有从动齿轮I22及换挡离合/制动器23。所述换挡离合/制动器23的离合部件231与制动部件232采取同轴、同位置安装，以助于减小轴向尺寸。所述离合部件231与制动部件232通过一电磁阀233控制，使离合部件231与制动部件232 的工作状态相反。所述换挡离合/制动器23初始工作状态设置为：离合部件231断开，制动部件232结合。

所述行星轮系31由行星轮311、外齿圈312和太阳轮313等几部分组成，通过离合部件231，发电/启动一体机20输出轴可以驱动行星轮系31的太阳轮313。

所述主驱动电机30的输出轴II36安装有行星轮系31的部件外齿圈312，其与太阳轮313共同驱动行星轮311及其行星架输出轴32，输出轴32上安装有输出齿轮35及发动机直驱齿轮34，从而利于在双电机驱动时，对发电/启动一体机20的功率需求较小。太阳轮输出轴33左侧与换挡离合/制动器23的制动部件232链接，通过对制动部件进行制动可以实现中低速工况下主驱动电机30独立驱动车辆。

在本实施方式中，所述离合器I11、离合器II12的轴线和输出轴I21、输出轴II36为平行设置。所述发电/启动一体机20和主驱动电机30为同轴线设置且于行星轮系两侧安装。

所述主动齿轮I13和主动齿轮II14分别与从动齿轮I和发动机直驱齿轮34啮合。所述主动齿轮II14通过单向离合器15安装于离合器I11输出轴上；单向离合器15锁止方向为，车辆前向行驶时，离合器I11输出轴16驱动主动齿轮II14，反之则不能传递动力。

所述最终输出轴40上安装有被动齿轮41、主减主动齿轮42。所述被动齿轮41与行星架输出齿轮35啮合，从而实现驱动电机或发动机的动力传递。

所述差速器51上安装有主减从动齿轮52和左半轴50、右半轴53。所述主减从动齿轮52和主减主动齿轮42啮合，并驱动差速器51，所述差速器51对转速进行差速并驱动左半轴50和右半轴53，最终驱动车轮转动。

进一步的，在本实施方式中，没有设置专用倒挡齿轮，可以利用电机的反转实现倒挡工作状态，例如在本实施方案中可以利用主驱动电机30反转状态工作实现车辆的倒挡行驶。

本实用新型的车用双电机两档混合动力传动机构的设计原理如下：

1、纯电动模式(动力电池SOC高，发动机10停机)

(1)车辆起步及中低速工况(1档)

制动部件232结合制动，行星轮系的太阳轮输出轴33固定，主驱动电机30以电动状态运行，通过行星轮系31的减速后驱动行星架输出轴32及输出齿轮35，将动力传递给最终输出轴40上的被动齿轮41，再通过同轴安装的主减主动齿轮42将动力传递给差速器51，最后由左半轴50和右半轴53，将动力传递给车轮，驱动车辆行驶。

(2)中高速工况(2档，双电机驱动)

当车速达到换挡要求时，发电/启动一体机20以电动模式工作，同时制动部件232断开，离合部件231结合，发电/启动一体机20驱动行星轮系的太阳轮313工作，与主驱动电机30的动力耦合后共同驱动行星架输出轴32旋转；由于双电机同时驱动，增大的整车的驱动功率，同时由于改变了传动系统传动比，降低了主驱动电机30的最高转速，有助于提高主驱动电机的工作效率。

(3)制动能量回收

当驾驶员收油门，或踩制动踏板时，控制系统根据车况及驾驶员意图，将主驱动电机30工作状态由电动模式调整为发电模式，将车辆的动能转化为电能为动力电池充电，以提高电能源的利用效率。根据车速有两种情况：1档工况，主驱动电机30工作状态由电动模式调整为发电模式即可；2档工况，将离合部件231断开，并切断发电/启动一体机20的供电，使其自由旋转，同时制动部件 232制动，切换为1档模式，再将主驱动电机30工作状态由电动模式调整为发电模式即可。

2、混动(串联)模式(1档工作)

(1)车辆起步及中低速工况

离合器I11断开，离合器II12结合，发动机10由发电/启动一体机20启动，启动后发动机动力通过离合器II12、主动齿轮I13、从动齿轮I22，驱动发电/启动一体机20发电，给动力电池充电；主驱动电机I30(由发电/启动一体机20发电供给)负责车辆的起步和驱动行驶。

(2)制动能量回收

在制动能量回收模式下，发动机转速快速下降至怠速，处于发电模式的发电/启动一体机20停止发电，随动运转；驱动车辆行驶的主驱动电机30由电动模式转为发电模式运行进行能量回收，使车辆减速。

3、混动(并联)模式(2档工作)

该模式在原来混动(串联)模式运行的基础上，如果驱动车辆所需的动力较高，则换挡离合/制动器23的离合部件231结合，制动部件232断开，发动机的一部分动力直接通过离合器II、主动齿轮I、从动齿轮I及离合部件231对行星轮系31的太阳轮313 进行驱动，此时驱动车辆的力矩为为发动机力矩+主驱动电机力矩，以适应车辆的高动力需求。

4、高速巡航工况(发动机直接驱动)

(1)前进工况

在车辆高速巡航工况，发动机直接驱动车辆可以获得较高的燃油效率。此工况下，两个电机均不工作，离合器I结合，离合器II断开，主驱动电机30不工作，随动旋转，发动机动力通过离合器I、单向离合器、主动齿轮II14，驱动行星架输出轴32，再通过后续传递路线驱动车辆行驶。

(2)制动能量回收工况

当油门踏板快速减小时，由于单向离合器15存在，发动机10 不能起到对车辆的制动作用，发动机转速快速降低，但是主驱动电机30转速与车速同步，只需将主驱动电机30以发电模式工作，就可以进行能量回收使车辆减速；由于单向离合器15的作用，该控制模式的转换只需电机驱动控制系统对主驱动电机30的运行模式进行改变就可以实现，在需要恢复巡航时，也只需将主驱动电机30停止工作即可，而不需要对离合器II进行断开和结合的控制，系统功能变换控制简单、可靠。

以上的具体实施方式仅为本创作的较佳实施例，并不用以限制本创作，凡在本创作的精神及原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本创作的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种双电机两档混合动力传动机构，其特征在于：包括发动机、离合器I、离合器II、发电/驱动一体机、主驱动电机、行星轮系、最终输出轴、差速器、左半轴以及右半轴；

其中，所述离合器I、离合器II同轴安装于发动机的输出端；所述离合器I、离合器II的输出端分别安装主动齿轮I和单向离合器；所述单向离合器连接一主动齿轮II；

所述发电/驱动一体机的输出轴I上安装有从动齿轮I和换挡离合/制动器；

所述行星轮系包括行星轮、外齿圈和太阳轮；所述主驱动电机的输出轴II上连接行星轮系的外齿圈；所述行星轮系的太阳轮输出轴与换挡离合/制动器链接；所述行星轮系的行星架输出轴上安装有行星架输出齿轮和发动机直驱齿轮；

所述最终输出轴上安装有被动齿轮及主减主动齿轮；所述差速器上安装有主减从动齿轮和左、右半轴；所述主动齿轮I和主动齿轮II分别与从动齿轮I和发动机直驱齿轮啮合；所述行星架输出齿轮与最终输出轴上的被动齿轮啮合，并通过其驱动最终输出轴。

2.如权利要求1所述的双电机两档混合动力传动机构，其特征在于：所述离合器I、离合器II的轴线和输出轴I、输出轴II为平行设置。

3.如权利要求1所述的双电机两档混合动力传动机构，其特征在于：所述主动齿轮II通过单向离合器安装于离合器I输出轴上。

4.如权利要求1所述的双电机两档混合动力传动机构，其特征在于：所述发电/启动一体机和主驱动电机为同轴线设置且于行星轮系两侧安装。

5.如权利要求1所述的双电机两档混合动力传动机构，其特征在于：所述换挡离合/制动器的离合部件与制动部件采取同轴、同位置安装；所述离合部件与制动部件通过一电磁阀控制，使离合部件与制动部件的工作状态相反。

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