CN212022289U - 一种车用双电机双离合混动变速传动机构 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种车用双电机双离合混动变速传动机构,其发动机曲轴通过双离合器连接双电机系统的两个驱动齿轮;驱动齿轮通过单向离合器连接电机I和电机II输出轴;电机I输出轴驱动奇数档齿轮及换挡部件;电机II输出轴驱动偶数档齿轮及换挡部件;奇数档和偶数档齿轮驱动最终输出轴;再通过主减速器驱动差速器;最后驱动车轮旋转。本实用新型具有纯电、混动和发动机直驱三种工作模式;纯电模式,双电机交替驱动实现无动力中断换挡,减小电机转速变化范围,提高电机工作效率;混动模式,发动机通过双离合器驱动双电机在发电、电动模式下交替工作,给电池充电或驱动车辆;发动机直驱模式,高速巡航时,发动机直接驱动车辆,提高能源使用效率。

Description

一种车用双电机双离合混动变速传动机构
【技术领域】
本实用新型涉及一种汽车的组成机构,具体涉及一种车用双电机双离合混动变速传动机构,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联系,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,其工况与车速无关,可以通过使发动机在经济工况下进行发电及车辆减速时的能量回馈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模式与电动模式之间转换,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,所以目前乘用车应用较多一般为混联式系统。
主流混联系统的主要缺点:
(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,需要进一步改进。
(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;发动机只有在车辆高速巡航时通过控制模式转换离合器直接驱动车辆,减少能量转换以提高能源利用效率;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,也存在丰田和比亚迪混动系统的电机传动系统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,且发动机一般不能独立驱动车辆;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车用双电机双离合混动变速传动机构,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车用双电机双离合混动变速传动机构,其采用两个电机+变速换挡机构(奇数档及偶数档)和一套由发动机+双离合传动机构组成两路动力传动机构,来实现与两个电机+变速换挡机构动力耦合,通过对双电机工作模式控制实现换挡,提升电机工作的效率,通过对双离合器的控制实现发动机参与(或独立)驱动车辆行驶、发电机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:一种车用双电机双离合混动变速传动机构,其包括发动机、离合器I、离合器II、电机I、电机II、最终输出轴以及差速器;
其中,所述离合器I、离合器II同轴安装于发动机的曲轴输出端;离合器I、II的输出端分别安装有耦合主动齿轮I和耦主动齿轮II;
所述电机I的输出轴I上安装有1档主动齿轮、3档主动齿轮、奇数档结合套以及单向离合器I;所述单向离合器I上安装有从动齿轮I;
所述电机II的输出轴II上安装有2档主动齿轮、4档主动齿轮、偶数档结合套、单向离合器II;所述单向离合器II上安装有从动齿轮II;
所述最终输出轴上并列安装有1、2、3和4档从动齿轮及主减速器主动齿轮;所述差速器上安装有主减速器从动齿轮、左半轴以及右半轴;
所述耦合主动齿轮I和耦合主动齿轮II分别与从动齿轮I和从动齿轮II啮合;所述1档主动齿轮、2档主动齿轮、3档主动齿轮和4档主动齿轮分别与1档从动齿轮、2档从动齿轮、3档从动齿轮和4档从动齿轮啮合,并通过其驱动最终输出轴;所述主减速器主动齿轮与主减速器从动齿轮啮合,并由其驱动差速器;所述左半轴、右半轴安装在差速器两端,并由其驱动。
本实用新型的车用双电机双离合混动变速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。
本实用新型的车用双电机双离合混动变速传动机构进一步设置为:所述从动齿轮I通过单向离合器I安装在输出轴I上;单向离合器I锁止方向为:车辆前向行驶时,从动齿轮I驱动输出轴I。
本实用新型的车用双电机双离合混动变速传动机构进一步设置为:所述从动齿轮II通过单向离合器II安装在输出轴II上;单向离合器锁止方向为:车辆前向行驶时,从动齿轮II驱动输出轴 II。
本实用新型的车用双电机双离合混动变速传动机构进一步设置为:所述电机I和电机II为对称且同轴线设置。
本实用新型的车用双电机双离合混动变速传动机构进一步设置为:所述电机I和电机II设置为轴线平行安装。
本实用新型的车用双电机双离合混动变速传动机构还设置为:所述电机I和电机II设置为同轴、同侧安装,其中,所述电机I包括电机I永磁转子和电机I电枢线圈;所述电机II包括电机 II永磁转子和电机II电枢线圈。
与现有技术相比,本实用新型具有如下有益效果:
1.本实用新型的车用双电机双离合混动变速传动机构采用双驱动电机交替驱动车辆,完成机械档位变换,在换挡过程中动力不中断,根据车辆的行驶工况通过双离合器使电机动力与发动机动力耦合,可以实现发动机驱动电机发电、直接驱动车辆、与电机共同驱动车辆或在驱动车辆行驶的同时驱动电机发电等混合动力功能;
2.本实用新型的车用双电机双离合混动变速传动机构的电机与发动机共用同一个机械变速系统,电机和发动机两种动力都可以单独驱动车辆也可以共同驱动车辆,使得电机驱动和发动机驱动都能获得较高的能源利用效率,具有较好的应用前景。
3.本实用新型的车用双电机双离合混动变速传动机构具有纯电、混动和发动机直驱三种工作模式;纯电模式,双电机交替驱动实现无动力中断换挡,减小电机转速变化范围,提高电机工作效率;混动模式,发动机通过双离合器驱动双电机在发电、电动模式下交替工作,给电池充电或驱动车辆;发动机直驱模式,高速巡航时,发动机直接驱动车辆,提高能源使用效率。
【附图说明】
图1是本实用新型的车用双电机双离合混动变速传动机构第一实施方式的原理图。
图2是本实用新型的车用双电机双离合混动变速传动机构第二实施方式的原理图。
图3是图2中轴系位置图。
图4是本实用新型的车用双电机双离合混动变速传动机构第三实施方式的原理图。
【具体实施方式】
请参阅说明书附图1所示,其为本实用新型的一种车用双电机双离合混动变速传动机构的第一实施方式,其由发动机10、离合器I11、离合器II12、电机I30、电机II20、最终输出轴40以及差速器60等几部分组成。
其中,所述离合器I11、离合器II12同轴固接于发动机10曲轴输出端,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80分别安装有耦合驱动齿轮I81、耦合驱动齿轮II13。
所述电机I30的输出轴I32安装有1档主动齿轮31、3档主动齿轮33、奇数档结合套36及单向离合器I34。所述单向离合器I34 上安装有从动齿轮I35。具体的说,所述从动齿轮I34通过单向离合器I34安装在输出轴I32上;单向离合器I34锁止方向设定为:车辆前向行驶时,耦合从动齿轮I可以驱动输出轴I,反之则不能驱动。所述从动齿轮I35与耦合驱动齿轮I81啮合,实现发动机 10驱动电机I30及其输出轴I32。
所述电机II20的输出轴II26安装有2档主动齿轮22、4档主动齿轮24、偶数档结合套25及单向离合器II21。所述单向离合器 II21上安装有从动齿轮II23。具体的说,所述从动齿轮II23通过单向离合器II21安装在输出轴II26上;单向离合器21锁止方向设定为:车辆前向行驶时,从动齿轮II23可以驱动输出轴II26,反之则不能驱动。所述从动齿轮II23与耦合驱动齿轮II13啮合,实现发动机10驱动电机II20及其输出轴II26。
所述最终输出轴40上并列安装有1档从动齿轮41、2档从动齿轮42、3档从动齿轮43、4档从动齿轮44、主减速器主动齿轮 45。所述1档从动齿轮41与1档主动齿轮31啮合,2档从动齿轮 42与2档主动齿轮22啮合,3档从动齿轮43与3档主动齿轮33 啮合,4档从动齿轮44与4档主动齿轮24啮合,从而实现各档位的动力传递。
所述主减速器主动齿轮45与主减速器从动齿轮61啮合,并由其驱动差速器60;所述左半轴50、右半轴70安装在差速器60 两端,并由其驱动,最终驱动车轮转动,车轮行驶。
本实施方式中,虽然没有设置专用倒挡齿轮,但由于是混动系统,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2档主动齿轮22和控制电机II20反转状态工作实现车辆的倒挡行驶。
在本实施方式中,所述离合器I11、离合器II12的轴线和输出轴I32、输出轴II26为平行设置。所述电机I30和电机II20为对称且同轴线设置。
请参阅说明书附图2和附图3所示,其为本实用新型的一种车用双电机双离合混动变速传动机构的第二实施方式,在本实施方式中,所述电机I30和电机II20以轴线平行方式安装,以减小系统轴向尺寸,其轴系布置位置见附图3所示,以满足窄车身的安装要求
请参阅说明书附图4所示,其为本实用新型的一种车用双电机双离合混动变速传动机构的第三实施方式,在本实施方式中,所述电机I30和电机II20可以设置为同轴、同侧安装,系统布置原理图见附图4所示。其中,所述电机I30包括电机I永磁转子37和电机I电枢线圈38;所述电机II20包括电机II永磁转子27 和电机II电枢线圈28。
本实用新型的车用双电机双离合混动变速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
奇数档结合套36向左结合1档主动齿轮31,电机I30工作(电机II20停机),动力通过输出轴I32传递给结合套36,结合套36 将动力传递给1档主动齿轮31,通过齿轮啮合将动力传递给最终输出轴40上的1档从动齿轮41,再通过同轴安装的主减速主动齿轮45将动力传递给差速器60,通过左半轴50和右半轴70,将动力传递给车轮,驱动车辆行驶。
(2)换挡(升档)
在1档工作的前提下,当达到2档工作条件时,电机II20启动运转,在汽车驱动系统控制下使输出轴II26的转速与2档主动齿轮22转速同步时,结合套25向右结合挂入2档,使得电机II30 动力通过2档主动齿轮22传递给2档从动齿轮42;此时车辆处于 1档和2档双机同时驱动工作状态,控制系统降低电机I30的电流,同时加大电机II20的电流,加大其动力输出,当电机I30的电流减为0,结合套36向右推回中间空挡位置,脱离1档状态,电机 I30停止工作,车辆完全由电机II20驱动,处于2档工作状态,完成无离合器操作、无动力中断换挡。2档升入3档,3档升入4档的操作方法相似,这里不再赘述。
(3)换挡(降档)
降档控制过程与升档控制过程相似,这里不再赘述。
(4)制动能量回收
当驾驶员收油门,或踩制动时,控制系统根据车况及驾驶员意图,将相应档位的驱动电机工作状态有电动模式转为发电模式,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。
2、混动(串联)模式(动力电池SOC较低,发动机工作)
(1)车辆起步
离合器I11断开,离合器II12结合,发动机10由其自配的启动电机启动,启动后发动机动力通过离合器II,耦合主动齿轮II13,从动齿轮II23及单向离合器II21,驱动电机II20发电;同时电机 I(电能由电机II发电和动力电池共同供给)负责车辆的起步,起步控制方法与纯电动模式起步相同。
(2)换挡操作
在1档工作的前提下,当达到2档工作条件时,离合器II断开,电机II20由发电模式转化为电动模式工作,后续升档的操作方法与纯电动模式方法相同;当换挡动作完成后,离合器I11结合,发动机10的动力通过耦合主动齿轮I81,驱动从动齿轮I35及单向离合器I34,进而驱动电机I10发电供电机II使用和动力电池充电。2档升入3档,3档升入4档的控制方法相似,这里不再赘述。
(3)制动能量回收
在制动能量回收模式下,发动机10转速快速下降至怠速,处于发电模式的电机停止发电,随动运转;驱动车辆行驶的电机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(串、并联)模式(动力电池SOC较低,发动机工作)
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,则对应驱动路线的离合器结合,发动机10的一部分动力直接通过离合器11、12、耦合驱动齿轮81、13、从动齿轮35、23及单向离合器34、21对驱动电机的输出轴进行加力,加大车辆的驱动力,即此时驱动车辆的力矩为为发动机力矩+电机力矩,有利于急加速工况时,车辆的高动力需求。
4、高速巡航工况(发动机驱动)
(1)驱动工况
在车辆高速巡航工况,以发动机10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20、30均不工作,换挡结合套位于最高档4挡位置,电机II20随动旋转,离合器II12结合,车辆完全由发动机20驱动。奇数档结合套36位于中间空挡位置,电机I30停止运转。
(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34、21存在,发动机10不能起到对车辆的制动作用,发动机10快速降低至怠速运转,但是电机II20转速与车速同步,只需将电机II20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34、21 的作用,该能量回收模式转换只需控制系统对电机II20的运行模式进行改变就可以实现,当需要恢复巡航时,也只需将电机II20 停止工作即可,而不需要对离合器II12进行断开和结合的控制,系统功能变换控制方法简单、可靠。
5、双电机驱动
纯电动工况下,如需急加速,或短时车辆负载大(如爬坡工况),则系统可以同时将电机I30和电机II20的传动路线结合,双电机共同驱动车辆,以满足短时的车辆行驶动力所需,提高车车辆的动力性能。如当前档位处于2档,电机II20驱动车辆,可以将电机I30输出轴上的奇数档结合套36推入1档位置,电机I30 以电动模式工作驱动车辆以满足短时车辆驱动的大功率需要。
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 (7)

1.一种车用双电机双离合混动变速传动机构,其特征在于:包括发动机、离合器I、离合器II、电机I、电机II、最终输出轴以及差速器;
其中,所述离合器I、离合器II同轴安装于发动机的曲轴输出端;离合器I、II的输出端分别安装有耦合主动齿轮I和耦主动齿轮II;
所述电机I的输出轴I上安装有1档主动齿轮、3档主动齿轮、奇数档结合套以及单向离合器I;所述单向离合器I上安装有从动齿轮I;
所述电机II的输出轴II上安装有2档主动齿轮、4档主动齿轮、偶数档结合套、单向离合器II;所述单向离合器II上安装有从动齿轮II;
所述最终输出轴上并列安装有1、2、3和4档从动齿轮及主减速器主动齿轮;所述差速器上安装有主减速器从动齿轮、左半轴以及右半轴;
所述耦合主动齿轮I和耦合主动齿轮II分别与从动齿轮I和从动齿轮II啮合;所述1档主动齿轮、2档主动齿轮、3档主动齿轮和4档主动齿轮分别与1档从动齿轮、2档从动齿轮、3档从动齿轮和4档从动齿轮啮合,并通过其驱动最终输出轴;所述主减速器主动齿轮与主减速器从动齿轮啮合,并由其驱动差速器;所述左半轴、右半轴安装在差速器两端,并由其驱动。
2.如权利要求1所述的车用双电机双离合混动变速传动机构,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所述的车用双电机双离合混动变速传动机构,其特征在于:所述从动齿轮I通过单向离合器I安装在输出轴I上。
4.如权利要求1所述的车用双电机双离合混动变速传动机构,其特征在于:所述从动齿轮II通过单向离合器II安装在输出轴II上。
5.如权利要求1所述的车用双电机双离合混动变速传动机构,其特征在于:所述电机I和电机II为对称且同轴线设置。
6.如权利要求1所述的车用双电机双离合混动变速传动机构,其特征在于:所述电机I和电机II设置为轴线平行安装。
7.如权利要求1所述的车用双电机双离合混动变速传动机构,其特征在于:所述电机I和电机II设置为同轴、同侧安装,其中,所述电机I包括电机I永磁转子和电机I电枢线圈;所述电机II包括电机II永磁转子和电机II电枢线圈。
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