CN212979858U - 一种基于cvt的单电机插电式混合动力系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于CVT的单电机插电式混合动力系统，具体涉及新能源汽车动力总成技术领域，包括依次相连的发动机、CVT、ISG电机和齿轮传动装置、主减速器和差速器；所述CVT包括与发动机固定连接的主动带轮组以及与所述主动带轮组相连的从动带轮组；所述主动带轮组通过金属带与所述从动带轮组相连。本实用新型在中速混合驱动模式下，发动机转速处于燃油经济区范围，不需要CVT对转速调节，仅需通过ISG电机对转矩进行调节，以使发动机转速和转矩都处于燃油经济区，由于该模式下功率不经过CVT装置，避免了CVT装置对功率的损耗，因此可提高插电式混合动力系统的燃油经济性。

Description

一种基于CVT的单电机插电式混合动力系统

技术领域

本实用新型涉及新能源汽车动力总成技术领域，更具体地说，本实用新型涉及一种基于CVT的单电机插电式混合动力系统。

背景技术

插电式混合动力电动汽车是兼具纯电动汽车和传统内燃机汽车优点的新能源汽车，既可以通过外部电网对储能装置进行充电，降低车辆对燃油的依赖性和使用成本，又可以保证汽车的续驶里程，是解决节能与环保问题的切实可行方案，已成为新能源汽车领域的一个重要发展方向。目前，已实现产业化和商业化的插电式混合动力汽车，主要采用双电机功率分流式混合动力系统和单电机并联式混合动力系统，前者控制复杂、成本高和具有较高的技术壁垒，后者虽具有控制简单和生产继承性好等特点，但对燃油经济性和动力性的改善不够理想。

实用新型内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本实用新型的实施例提供一种基于CVT 的单电机插电式混合动力系统，通过在中速混合驱动模式下，发动机转速处于燃油经济区范围，不需要CVT对转速调节，仅需通过ISG电机对转矩进行调节，以使发动机转速和转矩都处于燃油经济区，由于该模式下功率不经过 CVT装置，避免了CVT装置对功率的损耗，因此可提高插电式混合动力系统的燃油经济性。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于CVT的单电机插电式混合动力系统，包括依次相连的发动机、CVT、ISG电机和齿轮传动装置、主减速器和差速器；所述CVT包括与发动机固定连接的主动带轮组以及与所述主动带轮组相连的从动带轮组；所述主动带轮组通过金属带与所述从动带轮组相连；所述CVT的主动带轮组与所述ISG电机通过第一离合器相连；所述齿轮传动装置包括输入轴、中间轴、输出轴、输入齿轮、中间齿轮和输出齿轮；所述ISG电机与所述齿轮传动装置的输入轴固定连接；所述输入齿轮与所述齿轮传动装置的输入轴固定连接；所述中间轴上刚性设置有中间齿轮；所述中间齿轮分别与齿轮传动装置输入轴上的输入齿轮和齿轮传动装置输出轴上的输出齿轮啮合；所述CVT的从动带轮组通过第二离合器与齿轮传动装置的输出轴连接；所述输出齿轮刚性连接在齿轮传动装置的输出轴上，齿轮传动装置的动力经过输出齿轮、主减速器和差速器后输出。

一种基于CVT的单电机插电式混合动力系统的工作模式，CVT的主动带轮组经过第一离合器与ISG电机连接，CVT的从动带轮组经过第二离合器与齿轮传动装置的输出轴连接。第一离合器、第二离合器和同步器为执行元件；

执行元件中第一离合器和第二离合器分离时，为纯电动工作模式，ISG电机功率经过齿轮传动装置输入轴、输入齿轮、中间齿轮、输出齿轮、主减速器和差速器后，提供驱动或再生制动功率；

执行元件中第二离合器分离，第一离合器接合时，为中速混合驱动工作模式，发动机与ISG电机在齿轮传动装置的输入轴上实现转矩耦合后，输出功率经过齿轮传动装置输入轴、输入齿轮、中间齿轮、输出齿轮、主减速器和差速器后，输出驱动功率；

在一个优选地实施方式中，执行元件中第一离合器分离，第二离合器接合时，为非中速混合驱动工作模式，其中所输出的速度为中速，发动机功率经过CVT传递到齿轮传动装置的输出轴上，再通过输出轴将功率传递到输出齿轮上，ISG电机功率经过齿轮传动装置输入轴、输入齿轮和中间齿轮后传递到输出齿轮上，在输出齿轮上实现转矩耦合后经过主减速器和差速器后，输出驱动功率；

在一个优选地实施方式中，所述的中速混合驱动工作模式，所述中速为发动机高效区的转速范围转换成车速后所对应的车速范围。假设发动机高效区转速范围为[N_{opt_l},N_{opt_h}],齿轮传动装置的速比为i₁,主减速器速比为i₀，车轮半径为R，则中速对应的车速范围为

本实用新型的技术效果和优点：

1、本实用新型中在中速混合驱动模式下，发动机转速处于燃油经济区范围，不需要CVT对转速调节，仅需通过ISG电机对转矩进行调节，以使发动机转速和转矩都处于燃油经济区，由于该模式下功率不经过CVT装置，避免了CVT装置对功率的损耗，因此可提高插电式混合动力系统的燃油经济性；

2、本实用新型中在非中速混合驱动模式下，通过CVT对发动机转速的调节和ISG电机对发动机输出转矩的调节，可实现发动机转速转矩与车轮转速转矩的同时解耦，因此可提高插电式混合动力系统在非中速工况下的燃油经济性；

3、本实用新型中只有第一离合器和第二离合器两个执行元件，执行元件较少，因此成本低和控制简单，与双电机混合动力系统相比，本发明采用单电机具有成本低和控制简单等优势。

附图说明

图1为本发明所述的一种基于CVT的单电机插电式混合动力系统。

图2为纯电动驱动工作模式下的能量传递路线示意图。

图3为中速混合驱动工作模式下的能量传递路线示意图。

图4为非中速混合驱动工作模式下的能量传递路线示意图。

附图标记为：1发动机、2 CVT、21主动带轮组、22金属带、23从动带轮组、3第一离合器、4ISG电机、5齿轮传动装置、51输入轴、52输入齿轮、 53中间齿轮、54中间轴、55输出齿轮、56输出轴、6第二离合器、7主减速器及差速器总成。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如附图1至附图4所示的一种基于CVT的单电机插电式混合动力系统，包括发动机1、CVT 2、第一离合器3、ISG电机4、齿轮传动装置5、第二离合器6、主减速器及差速器总成7。CVT 2包括主动带轮组21、金属带22 和从动带轮组23。齿轮传动装置5包括输入轴51、输入齿轮52、中间齿轮53、中间轴54、输出齿轮55和输出轴56，发动机1与CVT主动带轮组21固定连接，CVT主动带轮组21与ISG电机4通过第一离合器3连接，主动带轮组 21通过金属带22与从动带轮组23相连，CVT的从动带轮组23通过第二离合器6与齿轮传动装置的输出轴56连接，输入轴51上刚性设置有ISG电机4 和输入齿轮52，中间轴54上刚性设置有中间齿轮53，输出轴56上刚性设置有输出齿轮55，中间齿轮53分别与输入齿轮52和输出齿轮55啮合，动力通过输出齿轮55和主减速器及差速器总成7输出给车轮。

其中一种基于CVT的单电机插电式混合动力系统共有三种工作模式，各工作模式下执行元件的工作状态如表1所示，其中，C1代表第一离合器3， C2代表第二离合器6。

表1中的纯电动工作模式，适用于纯电动驱动模式或再生制动模式，此时执行元件中第一离合器3和第二离合器6分离，为整车提供驱动或再生制动功率，驱动工况下系统能量传递路线示意图如图2所示。

中速混合驱动工作模式，此时执行元件中第二离合器6分离，第一离合器3接合。此工作模式可适用于中速工况下的发动机单独驱动、发动机与ISG 电机混合驱动或行车充电三种工作模式，中速对应的车速范围为

在该车速范围内，发动机转速处于其高效区转速范围 [N_{opt_l},N_{opt_h}]内，当负载转矩也正处于发动机高效区对应的转矩范围内时，则系统可工作在发动机单独驱动工作模式下；当负载转矩高于发动机高效区转矩范围的上限值时，系统可工作在发动机与ISG电机混合驱动工作模式下，在该模式下，发动机可工作在其高效区转矩范围的上限值处，ISG电机提供辅助转矩；当负载转矩小于发动机高效区转矩范围的下限值时，系统可工作在行车充电工作模式下，该模式下，发动机可工作在其高效区转矩范围的下限值处，多余的转矩通过ISG电机给电池充电。中速混合驱动工作模式下系统能量传递路线示意图如图3所示。

非中速混合驱动工作模式，适用于低速或高速工况下发动机单独驱动、发动机和ISG电机混合驱动或行车充电模式，执行元件中第一离合器3分离，第二离合器6接合，发动机和ISG电机混合驱动工作模式下系统能量传递路线示意图如图4所示。

低速和高速两种混合驱动工作模式下的系统动力学方程为：

N_e/i_cvt＝N_wi₀

T_ei_cvtη_cvt+T_mi₁＝T_d/i₀

式中N_e和T_e分别为发动机转速和转矩；i_cvt和η_cvt分别为CVT速比和效率；T_m为ISG电机输出转矩；N_w和T_d分别为车轮转速转矩；i₀为齿轮传动装置输出轴到车轮之间的速比；i₁为齿轮传动装置的速比。

由低速和高速两种混合驱动工作模式下的系统动力学方程可知，可通过 CVT速比对发动机转速进行调节，并通过ISG电机对发动机输出转矩进行调节，从而实现发动机转速转矩与车轮转速转矩的同时解耦，最终提高插电式混合动力系统在低速和高速工况下的燃油经济性。

最后：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于CVT的单电机插电式混合动力系统，包括依次相连的发动机、CVT 、ISG电机和齿轮传动装置、输出齿轮、主减速器和差速器，其特征在于；

所述CVT包括与发动机固定连接的主动带轮组以及与所述主动带轮组相连的从动带轮组；

所述主动带轮组通过金属带与所述从动带轮组相连；

所述CVT的主动带轮组与所述ISG电机通过第一离合器相连；

所述齿轮传动装置包括输入轴、中间轴、输出轴、输入齿轮、中间齿轮和输出齿轮；

所述ISG电机与齿轮传动装置的输入轴固定连接；

所述输入齿轮与所述齿轮传动装置的输入轴固定连接；

所述中间轴上刚性设置有中间齿轮；

所述输出齿轮固定连接在齿轮传动装置的输出轴上；

所述中间齿轮分别与齿轮传动装置输入轴上的输入齿轮和齿轮传动装置输出轴上的输出齿轮啮合；

所述CVT的从动带轮组通过第二离合器与齿轮传动装置的输出轴连接；

所述输出齿轮刚性连接在齿轮传动装置的输出轴上，齿轮传动装置上的动力经过输出齿轮、主减速器和差速器后输出。

2.根据权利要求1所述的一种基于CVT的单电机插电式混合动力系统，其特征在于：所述CVT的主动带轮组经过第一离合器与ISG电机连接，CVT的从动带轮组经过第二离合器与齿轮传动装置的输出轴连接，

第一离合器和第二离合器为执行元件；

执行元件中第一离合器和第二离合器分离时，为纯电动工作模式，ISG电机功率经过齿轮传动装置输入轴、输入齿轮、中间齿轮、输出齿轮、主减速器和差速器后，提供驱动或再生制动功率；

执行元件中第二离合器分离，第一离合器接合时，为中速混合驱动工作模式，其中所输出的速度为中速，发动机与ISG电机在齿轮传动装置的输入轴上实现转矩耦合后，输出功率经过齿轮传动装置输入轴、输入齿轮、中间齿轮、输出齿轮、主减速器和差速器后，输出驱动功率；

执行元件中第一离合器分离，第二离合器接合时，为非中速混合驱动工作模式，发动机功率经过CVT传递到齿轮传动装置的输出轴上，再通过输出轴将功率传递到输出齿轮上，ISG电机功率经过齿轮传动装置输入轴、输入齿轮和中间齿轮后传递到输出齿轮上，在输出齿轮上实现转矩耦合后经过主减速器和差速器后，输出驱动功率。

3.根据权利要求2所述的一种基于CVT的单电机插电式混合动力系统，其特征在于：所述中速为发动机高效区的转速范围转换成车速后所对应的车速范围，假设发动机高效区转速范围为[N_{opt_l},N_{opt_h}],齿轮传动装置的速比为i₁,主减速器速比为i₀，车轮半径为R，则中速对应的车速范围为

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