CN212796516U - 一种动力耦合传动装置、混合动力车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种动力耦合传动装置、混合动力车辆，动力耦合传动装置包括：壳体、第一输入轴、第二输入轴、输出轴、行星轮系以及切换元件，所述第一输入轴用于接收来自第一动力源和第二动力源的动力，且所述第一输入轴与所述行星轮系的第一构件连接，所述行星轮系的第二构件输出来自第一动力源和/或第二动力源的动力，所述第三构件与所述壳体连接；所述第二输入轴用于接收来自第三动力源的动力；所述输出轴用于将来自所述第一动力源、第二动力源、第三动力源的动力输出；所述切换元件的数量为一个。本实用新型仅使用一个切换元件，通过与各动力源的配合，能实现各不同工作模式的切换。

Description

一种动力耦合传动装置、混合动力车辆

技术领域

本实用新型属于车辆领域，具体涉及一种动力耦合传动装置、混合动力车辆。

背景技术

随着化石燃料能源的日益减少以及各国排放法规不断变得严格，使用清洁能源来驱动汽车的技术已经开始大规模应用。根据能量来源的不同，在传统的燃油汽车之外，可以将新能源车辆分为纯电动汽车、混合动力汽车以及燃料电池汽车。在实际的应用中，我国大规模推行的是纯电动汽车，但是受到电池性能不足、充电站数量少、充电速度慢等因素的制约，纯电动汽车仍然存在续航里程不足、电池性能下降快等问题，因此纯电动汽车的使用场景受到限制。一些观点认为，燃料电池汽车是汽车的最终动力形式，且目前丰田等汽车公司已经有相关的产品推向市场，但是整体而言燃料电池汽车仍然存在诸多的待解决的问题。

作为一种过渡方案，混合动力汽车近年来在市场上获得了进一步的认可，以丰田、本田等为代表的厂商开始大量推出混动版本。混合动力汽车具有多种动力混合方案，按照传统的分类方法，可以分为串联、并联、混联等形式。以中国专利申请CN 102874092A为例，其公开了一种增程式电动汽车，包括内燃机、两个电动机、两个双离传动装置以及两套变速齿轮机构，以提高整车的燃油经济性。然而，该方案采用了四个离合器，在元件数量较多的情况下，也增加了控制的复杂性。

中国实用新型专利CN 206765799 U公开了一种增程式电动汽车传动装置，包括电机、双行星轮行星排、两个离合器和一个制动器，通过控制两个离合器和一个制动器的工作来进行驱动模式的控制，以提高工作效率。然而，该方案同样存在离合器和制动器数量较多、控制复杂的问题。

实用新型内容

为此，本实用新型提出以下技术方案：

一种动力耦合传动装置，包括：壳体、第一输入轴、第二输入轴、输出轴、行星轮系以及切换元件，

所述第一输入轴用于接收来自第一动力源和第二动力源的动力，且所述第一输入轴与所述行星轮系的第一构件连接，所述行星轮系的第二构件输出来自第一动力源和/或第二动力源的动力，所述第三构件与所述壳体连接；

所述第二输入轴用于接收来自第三动力源的动力；

所述输出轴用于将来自所述第一动力源、第二动力源、第三动力源的动力输出；

所述切换元件的数量为一个。

本实用新型的以下特征可以在上述方案中单独使用或者组合使用：

-所述第一构件是行星架，所述第二构件是太阳轮，所述第三构件是齿圈。

-还设置有第一传动齿轮，所述第一传动齿轮通过所述切换元件与所述行星轮系的第二构件连接或者断开。

-所述第一动力源是内燃机，所述第二动力源是ISG，所述第三动力源是牵引电机。

-所述第二输入轴与所述输出轴通过一对齿轮连接。

-还设置有中间轴，所述第二输入轴与所述中间轴通过第一齿轮副连接，所述中间轴与所述输出轴通过第二齿轮副连接。

-所述第三动力源与所述行星轮系位于所述第一齿轮副或第二齿轮副的不同侧。

-所述输出轴与差速传动装置连接。

本实用新型还提出了一种混合动力车辆以及该混合动力车辆的操作方法，具体技术方案如下：

一种混合动力车辆，包括：第一动力源、第二动力源和第三动力源，所述混合动力车辆还包括上述方案中的动力耦合传动装置。

一种混合动力车辆的操作方法，所述操作方法使所述混合动力车辆处于以下工作模式：

a)纯电模式：第一动力源和第二动力源不工作，且切换元件脱开，第三动力源工作；

b)增程模式：第一动力源输出动力，第二动力源将第一动力源的动力转化成电能，切换元件脱开，第三动力源驱动车辆行驶；

c)混动模式1：第一动力源输出动力，第二动力源将第一动力源的动力转化成电能，切换元件结合，第一动力源和第三动力源共同驱动车辆行驶；

d)混动模式2：第一动力源、第二动力源、第三动力源均驱动车辆行驶；

e)制动能量回收模式：第一动力源和第二动力源均不工作，切换元件脱开，第三动力源将车辆的动能转化为电能；

f)停车充电模式：第一动力源工作以使第二动力源发电，第三动力源不工作；

g)燃油模式1：第一动力源工作，驱动车辆行驶，第二动力源和第三动力源不工作；

h)燃油模式2：第一动力源带动第二动力源进行发电，且第一动力源还驱动车辆前进，第三动力源不工作。

由以上技术方案可知，本实用新型仅使用一个切换元件，通过与各动力源的配合，能实现各不同工作模式的切换。

在阅读完结合附图所进行的本实用新型的技术方案的详细描述之后，本实用新型的其他优点将会更加容易理解。

附图说明

图1示出了本实用新型的第一实施例的示意性结构图；

图2示出了本实用新型的第二实施例的示意性结构图；

图3示出了本实用新型的第三实施例的示意性结构图。

具体实施方式

需要说明的是，虽然附图以及在下述的描述中将本实用新型分为多个实施例进行描述，但是本领域技术人员理解，在不冲突的情况下，本申请中的各个实施例及实施例中的特征可以相互组合。

参见图1，本实用新型的动力耦合装置用于混合动力车辆，并且可以进行三个动力源的动力耦合。在混合动力车辆中，具有传统的内燃机(未示出)作为第一动力源，还设置有ISG电机3作为第二动力源。此外还会设置一个牵引电机9作为主要的电驱动动力源。ISG电机受内燃机的直接驱动，能够以发电机模式进行工作，从而给车辆的电池进行充电。

此外，作为电机本身的特性，牵引电机在车辆制动时，也能够以发电机的模式进行工作，以将车辆的动能转化为电能。

ISG电机和牵引电机均包括定子和转子。一般由转子带动转子轴旋转，从而输出动力。

在图1中，左侧示出了用于内燃机的飞轮减震装置。在本实用新型的动力耦合装置中，在壳体2之中设置有第一输入轴1、ISG电机3、行星轮系、切换元件C1、第一传动齿轮7、第二输入轴8以及牵引电机9和输出轴10，在输出轴10上设置有第二传动齿轮11，与第一传动齿轮7常啮合。

在图1所示的示例性实施例中，输出轴10上还设置有输出齿轮12，该输出齿轮12与差速器14的输入齿轮13啮合，从而将动力耦合传动装置的动力输出至差速器14，并将动力由差速器14最终输出给车轮。当然，所属领域技术人员理解，也可以由第二传动齿轮11直接将动力输出。

图1所示的行星轮系包括三个传动件，分别是作为输入构件的行星架4、作为输出构件的太阳轮6以及与壳体2固定连接的齿圈5。其中，行星架4与第一输入轴1连接，用于接收来自内燃机或者ISG电机3的动力。

在行星轮系与第一传动齿轮7之间设置有切换元件C1。C1的一侧连接太阳轮6，另一侧连接第一传动齿轮7。切换元件C1具有两种工作状态，可以将太阳轮6和第一传动齿轮7连接或者断开连接。典型地，切换元件C1采用离合器的形式。具体地，离合器可以选用多片式离合器或者干式离合器。

牵引电机9的转子与第二输入轴8连接，用于将动力输出。第二输入轴与第一传动齿轮7连接。因此，通过切换元件C1，可以实现来自内燃机、ISG电机3的动力与来自牵引电机9的动力的耦合。根据需要，ISG电机3和牵引电机9均可以以发电机的形式工作，或者以电动机的形式工作。与三个动力源的工作状态相配合，混合动力车辆可以工作在将在下文进行详细描述的多种工作模式之中。

图2示出了本实用新型的动力耦合传动装置的第二实施例。具体地，图2所示的实施例与图1所示的实施例的区别主要在于，牵引电机的转子轴上的齿轮并非直接与输出轴上的齿轮连接，而是通过中间轴进行连接。如图2所示，牵引电机的转子轴上设置有传动齿轮，而该传动齿轮与中间轴的传动齿轮连接，进而才与输出轴上的传动齿轮连接。该中间轴与行星轮系的太阳轮通过切换元件C1连接。通过在牵引电机与输出轴之间增设一级齿轮传动，可以选用功率相对较小的牵引电机，也可以增加牵引电机的工作范围。

此外，作为对图2所示的实施例的进一步改进，如图3所示，还可以在图2所示的中间轴上再增设一个传动齿轮来与牵引电机的转子轴上的传动齿轮啮合，并且将牵引电机相对于传动齿轮副而言与ISG、行星轮系设置在同一侧，从而可以在轴向上减小动力耦合装置的尺寸。

以上已经对本实用新型的动力耦合传动装置的结构做了说明，下面结合表1对其工作模式进行说明。

参见表1，在图1所示的动力耦合传动装置中，根据三个动力源的工作状态以及切换元件的工作状态，共可以产生8种工作模式。

表1图1所示增程式动力耦合传动装置的工作模式

在纯电模式中，内燃机和ISG3均不工作，且离合器C1脱开，而牵引电机9工作。此时车辆仅由牵引电机9驱动，牵引电机9从动力电池中获取能量从而旋转，由转子带动第二输入轴8旋转，进而带动轴上的传动齿轮7旋转，依次带动传动齿轮11、输出轴10、传动齿轮12、差速传动装置输入齿轮13旋转，最终带动差速器14运转，从而驱动车辆运行。根据牵引电机9的旋转方向不同，可以使车辆前进或后退。这种模式尤其适用于车辆起步。

在增程模式中，内燃机工作，带动ISG的转子轴旋转，而ISG处于发电状态中，其产生的电能被储存至动力电池中。此时切换元件C1脱开，来自内燃机的动力并不驱动车轮，而仍然由牵引电机来驱动车轮。这种模式适于当动力电池的SOC低于预设值的情况。

混动模式1与增程模式的区别在于切换元件C1结合，此时内燃机的动力除了带动ISG给电池充电外，还与牵引电机一起驱动车轮。这种模式适于当车辆所需牵引功率较大且SOC值较低的状态。

混动模式2与混动模式1的区别在于ISG也工作于驱动状态。这种模式相对于混动模式1，适用于车辆所需牵引功率更大的情况。

当车辆在正常行驶过程中驾驶员松开油门踏板(滑行)或者踩下制动踏板(制动)时，内燃机和ISG均不工作，且切换元件C1脱开，而牵引电机处于发电机模式下，将车辆的动能转化为电能加以回收，此即能量回收模式。

如果车辆处于静止状态，则牵引电机无需工作，此时可以由内燃机带动处于发电机模式下的ISG工作，为电池充电。

此外，也可以采用常规的燃油模式。在燃油模式1下，内燃机驱动车辆前进，而ISG不工作。在燃油模式2下，内燃机除了驱动车辆前进，还通过ISG给电池充电。在燃油模式1和燃油模式2中，切换元件C1均结合，以将来自第一动力源、第二动力源的动力通过传动齿轮7传递出去。

各模式之间的切换所依据的控制参数可以包括车速、SOC值以及油门踏板深度等。根据预设的参考值，当各参数处于相应的参考值范围时使车辆处于对应的工作模式。

以上已经对本实用新型的各个实施例的结构进行了详细的说明，同时对本实用新型的动力耦合传动装置的工作模式进行了说明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种动力耦合传动装置，包括：壳体、第一输入轴、第二输入轴、输出轴、行星轮系以及切换元件，其特征在于：

所述第一输入轴用于接收来自第一动力源和第二动力源的动力，且所述第一输入轴与所述行星轮系的第一构件连接，所述行星轮系的第二构件输出来自第一动力源和/或第二动力源的动力，所述行星轮系的第三构件与所述壳体连接；

所述第二输入轴用于接收来自第三动力源的动力；

所述输出轴用于将来自所述第一动力源、第二动力源、第三动力源的动力输出；

所述切换元件的数量为一个。

2.根据权利要求1所述的一种动力耦合传动装置，其特征在于：

所述第一构件是行星架，所述第二构件是太阳轮，所述第三构件是齿圈。

3.根据权利要求2所述的一种动力耦合传动装置，其特征在于：

还设置有第一传动齿轮，所述第一传动齿轮通过所述切换元件与所述行星轮系的第二构件连接或者断开。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种动力耦合传动装置，其特征在于：

所述第一动力源是内燃机，所述第二动力源是ISG，所述第三动力源是牵引电机。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的一种动力耦合传动装置，其特征在于：

所述第二输入轴与所述输出轴通过一对齿轮连接。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的一种动力耦合传动装置，其特征在于：

还设置有中间轴，所述第二输入轴与所述中间轴通过第一齿轮副连接，所述中间轴与所述输出轴通过第二齿轮副连接。

7.根据权利要求6所述的一种动力耦合传动装置，其特征在于：

所述第三动力源与所述行星轮系位于所述第一齿轮副或第二齿轮副的不同侧。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的一种动力耦合传动装置，其特征在于：

所述输出轴与差速传动装置连接。

9.一种混合动力车辆，包括：第一动力源、第二动力源和第三动力源，其特征在于，所述混合动力车辆还包括根据权利要求1-8中任一项所述的动力耦合传动装置。

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