CN214355510U - 一种混合动力系统及车辆 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及混合动力系统技术领域，具体公开了一种混合动力系统及车辆，该混合动力系统包括变速箱、第一动力源、第二动力源和动力耦合机构。变速箱包括第一输入轴、中间轴、同步器和动力输出轴，第一输入轴与中间轴传动连接，同步器能够使第一输入轴和动力输出轴选择性传动连接，且能使中间轴和动力输出轴选择性传动连接；第一动力源的输出轴能选择性与第一输入轴传动连接，第二动力源的输出轴设有第一齿轮；动力耦合机构能使第一齿轮与动力输出轴选择性传动连接，且能使第一齿轮与中间轴选择性传动连接，第一动力源和第二动力源可单独输出或同时输出，且通过调节同步器和动力耦合机构，可使该混合动力系统具有多种不同的输出方式。

Description

一种混合动力系统及车辆
技术领域
本实用新型涉及混合动力系统技术领域，尤其涉及一种混合动力系统及车辆。
背景技术
目前市场上的混合动力系统如申请号为CN201822164584.2的前期专利中所公开的混合动力系统，该混合动力系统包括燃油动力系统和电力动力系统，燃油动力系统与电力动力系统通过第一输出轴连接，第一输出轴向主减速器输送扭矩。燃油动力系统包括第一动力源和与第一动力源的第二输出轴连接的单排行星齿轮组，单排行星齿轮组与ISG电机连接，单排行星齿轮组与第一输出轴连接。ISG电机带动单排行星齿轮组转动，调节第一动力源的第二输出轴的转速，使第一动力源始终在高效区工作。电力动力系统包括与第一电机连接的第一齿轮，和与第一齿轮啮合的第二齿轮，第二齿轮设置在第一输出轴上。电力动力系统可以单独工作也可以和燃油动力系统一同工作以实现纯电模式输出或混动模式输出，但是该混合动力系统的工作模式有限，无法适应不同工况需求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于：提供一种混合动力系统及车辆，以解决相关技术中混合动力系统的工作模式有限，无法适应不同工况需求的问题。
一方面，本实用新型提供一种混合动力系统，该混合动力系统包括：
变速箱，包括第一输入轴、中间轴、同步器和动力输出轴，所述第一输入轴与所述中间轴传动连接，所述同步器能够使所述第一输入轴和所述动力输出轴选择性传动连接，且能使所述中间轴和所述动力输出轴选择性传动连接；
第一动力源，所述第一动力源的输出轴能选择性与所述第一输入轴传动连接；
第二动力源，其输出轴设有第一齿轮；
动力耦合机构，能使所述第一齿轮与所述动力输出轴选择性传动连接，且能使所述第一齿轮与所述中间轴选择性传动连接。
作为混合动力系统的优选技术方案，所述动力耦合机构包括套设于所述动力输出轴的第二输入轴，滑动设置于所述第二输入轴的滑套，固设于所述第二输入轴的第二齿轮，固定设置于所述动力输出轴的第一结合齿轮，固设于所述中间轴的配合齿轮，以及与所述配合齿轮啮合的第二结合齿轮；
所述第二齿轮与所述第一齿轮始终啮合，所述滑套能相对所述第二输入轴滑动并能与所述第一结合齿轮结合或分离，且能与所述第二结合齿轮结合或分离。
作为混合动力系统的优选技术方案，所述混合动力系统包括两个所述第二动力源，所述第二动力源为电机，两个所述电机的输出轴均设有所述第一齿轮，两个所述第一齿轮均与所述第二齿轮啮合。
作为混合动力系统的优选技术方案，两个所述电机中的一个为低速电机，另一个为高速电机。
作为混合动力系统的优选技术方案，两个所述电机均为高速电机。
作为混合动力系统的优选技术方案，两个所述电机平行设置。
作为混合动力系统的优选技术方案，所述变速箱还包括固设于所述第一输入轴的第三齿轮和第三结合齿轮，转动套设于所述动力输出轴的第四齿轮，固设于所述第四齿轮的第四结合齿轮，以及固设于所述中间轴的第五齿轮和第六齿轮，所述第三齿轮与所述第五齿轮啮合，所述第四齿轮与所述第六齿轮啮合；
所述同步器固设于所述动力输出轴，所述同步器能与所述第三结合齿轮结合或分离，且所述同步器能与所述第四结合齿轮结合或分离。
作为混合动力系统的优选技术方案，所述混合动力系统还包括离合器，所述离合器能将所述第一动力源的输出轴与所述第一输入轴连接或分离。
作为混合动力系统的优选技术方案，所述混合动力系统还包括固设于所述中间轴的第一转速信号齿，以及固设于所述动力输出轴的第二转速信号齿。
另一方面，本实用新型提供一种车辆，包括上述任一方案中的混合动力系统。
本实用新型的有益效果为：
本实用新型提供一种混合动力系统及车辆，该混合动力系统包括变速箱、第一动力源、第二动力源和动力耦合机构。其中，变速箱包括第一输入轴、中间轴、同步器和动力输出轴，第一输入轴与中间轴传动连接，同步器能够使第一输入轴和动力输出轴选择性传动连接，且能使中间轴和动力输出轴选择性传动连接；第一动力源的输出轴能选择性与第一输入轴传动连接，第二动力源的输出轴设有第一齿轮；动力耦合机构能使第一齿轮与动力输出轴选择性传动连接，且能使第一齿轮与中间轴选择性传动连接。从而，通过同步器可使第一动力源输出的动力通过第一输入轴直接传递至动力输出轴，或者第一动力源的动力通过第一输入轴、中间轴传递至动力输出轴，通过动力耦合机构，可使第一动力源输出的动力通过第一齿轮传递至动力输出轴，或者通过中间轴以及同步器传递至动力输出轴，第一动力源和第一动力源可单独输出动力，亦可同步输出动力，从而，通过使第一动力源和第一动力源单独输出或同时输出，且通过调节同步器和动力耦合机构，可使该混合动力系统具有多种不同的输出方式，以适应不同的工况需求。
附图说明
图1为本实用新型实施例中混合动力系统的结构示意图；
图2为本实用新型实施例中纯电机驱动模式I中一个电机单独驱动功率流示意图；
图3为本实用新型实施例中纯电机驱动模式I中另一个电机单独驱动功率流示意图；
图4为本实用新型实施例中纯电机驱动模式I中两个电机同时驱动功率流示意图；
图5为本实用新型实施例中纯电机驱动模式II中同步器与第四结合齿轮结合时一个电机单独驱动功率流示意图；
图6为本实用新型实施例中纯电机驱动模式II中同步器与第四结合齿轮结合时另一个电机单独驱动功率流示意图；
图7为本实用新型实施例中纯电机驱动模式II中同步器与第四结合齿轮结合时两个电机同时驱动功率流示意图；
图8为本实用新型实施例中纯电机驱动模式II中同步器与第三结合齿轮结合时一个电机单独驱动功率流示意图；
图9为本实用新型实施例中纯电机驱动模式II中同步器与第三结合齿轮结合时另一个电机单独驱动功率流示意图；
图10为本实用新型实施例中纯电机驱动模式II中同步器与第三结合齿轮结合时两个电机同时驱动功率流示意图；
图11为本实用新型实施例中第一动力源单独驱动模式中同步器与第四结合齿轮时的功率流示意图；
图12为本实用新型实施例中第一动力源单独驱动模式中同步器与第三结合齿轮时的功率流示意图；
图13为本实用新型实施例中混合驱动模式中的一种功率流示意图。
图中：
1、第一输入轴；2、中间轴；3、同步器；4、动力输出轴；5、第三齿轮；6、第三结合齿轮；7、第四齿轮；8、第四结合齿轮；9、第五齿轮；10、第六齿轮；11、第二输入轴；12、电机；13、第一齿轮；14、滑套；15、第二齿轮；16、第一结合齿轮；17、配合齿轮；18、离合器；19、第二结合齿轮； 20、第一转速信号齿；21、第二转速信号齿；22、第一转速传感器；23、第二转速传感器；24、换挡执行机构。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置，而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
如图1～13所示，本实施例提供一种混合动力系统，该混合动力系统包括变速箱、第一动力源、第二动力源和动力耦合机构。其中，变速箱包括第一输入轴1、中间轴2、同步器3和动力输出轴4，第一输入轴1与中间轴2传动连接，同步器3能够使第一输入轴1和动力输出轴4选择性传动连接，且能使中间轴2 和动力输出轴4选择性传动连接；第一动力源的输出轴能选择性与第一输入轴1 传动连接，具体地，本实施例中，第一动力源为发动机，混合动力系统还包括离合器18，离合器18能将发动机的输出轴与第一输入轴1连接或分离，在其他的实施例中，第一动力源还可为电动或液压马达。第二动力源的输出轴设有第一齿轮13。本实施例中，第二动力源为电机12，在其他的实施例中，第二动力源还可为发动机或液压马达。动力耦合机构能使第一齿轮13与动力输出轴4选择性传动连接，且能使第一齿轮13与中间轴2选择性传动连接。从而，通过同步器3可使第一动力源输出的动力通过第一输入轴1直接传递至动力输出轴4，或者第一动力源的动力通过第一输入轴1、中间轴2传递至动力输出轴4，通过动力耦合机构，可使第二动力源输出的动力通过第一齿轮13传递至动力输出轴4，或者通过中间轴2以及同步器3传递至动力输出轴4，第一动力源和第二动力源可单独输出动力，亦可同步输出动力。从而，通过使第一动力源和第二动力源单独输出或同时输出，且通过调节同步器3和动力耦合机构，可使该混合动力系统具有多种不同的输出方式，以适应不同的工况需求。
可选地，动力耦合机构包括套设于动力输出轴4的第二输入轴11，滑动地设置于第二输入轴11的滑套14，固设于第二输入轴11的第二齿轮15，固定设置于动力输出轴4的第一结合齿轮16，固设于中间轴2的配合齿轮17，以及与配合齿轮17啮合的第二结合齿轮19；第二齿轮15与第一齿轮13始终啮合，滑套14能相对第二输入轴11滑动并能与第一结合齿轮16结合或分离，且能与第二结合齿轮19结合或分离。本实施例中，第二结合齿轮19的外周设有齿，用于和配合齿轮17啮合，第二结合齿轮19的一侧轴向端面设有第一端面齿圈。可以在滑套14一侧端面设置第二端面齿圈以和第一端面齿圈啮合。滑套14由换挡执行机构24驱动而能沿第二输入轴11移动，能够保证在换挡过程中，动力不会中断。当滑套14与第一结合齿轮16结合时，滑套14与第二结合齿轮19 分离，滑套14挂入二挡，电机12输出的扭矩能够依次由第一齿轮13、第二齿轮15、第二输入轴11、滑套14、第一结合齿轮16输入至动力输出轴4；当滑套14与第二结合齿轮19结合且同步器3连接中间轴2和动力输出轴4时，滑套14与第一结合齿轮16分离，滑套14挂入一挡，电机12输出的扭矩能够依次由第一齿轮13、第二齿轮15、第二输入轴11、滑套14、第二结合齿轮19、配合齿轮17、中间轴2、同步器3输入至动力输出轴4；当滑套14与第一结合齿轮16分离且同时与第二结合齿轮19分离时，电机12脱开，此时滑套14位于空挡位置。
本实施例中，动力耦合机构与变速箱集成在一起，如此设置可提高混合动力系统整体的紧凑度。
可选地，混合动力系统包括两个第二动力源，两个第二动力源的输出轴均设有第一齿轮13，两个第一齿轮13均与第二齿轮15啮合。本实施例中，混合动力系统采用双电机12结构，如此设置可增加该系统的使用工况范围。优选地，两个电机12中的一个为低速电机，另一个为高速电机。以增加该混合动力系统的适用范围。当然，两个电机12亦可均为高速电机。
可选地，两个电机12平行设置，可有效减小混合动力系统的轴向长度，同时动力输出轴4也可以有效缩短，可以帮助进一步实现混合动力系统的轻量化。具体地，本实施例中，两个电机12后置，即两个电机12设置于动力输出轴4的两侧，并且两个电机12均可采用高效电机。
可选地，变速箱还包括固设于第一输入轴1的第三齿轮5和第三结合齿轮6，转动套设于动力输出轴4的第四齿轮7，固设于第四齿轮7的第四结合齿轮 8，以及固设于中间轴2的第五齿轮9和第六齿轮10，第三齿轮5与第五齿轮9 啮合，第四齿轮7与第六齿轮10啮合；同步器3固设于动力输出轴4，同步器 3能与第三结合齿轮6结合或分离，且同步器3能与第四结合齿轮8结合或分离。本实施例中，同步器3同样由换挡执行机构24而驱动。当同步器3与第三结合齿轮6结合时，同步器3与第四结合齿轮8分离，此时同步器3挂入二挡，当同步器3与第四结合齿轮8结合时，同步器3与第三结合齿轮6分离，此时同步器3挂入一挡，当然，同步器3还可同时与第三结合齿轮6以及第四结合齿轮8分离，此时同步器3挂入空挡。
可选地，混合动力系统还包括固设于中间轴2的第一转速信号齿20，以及固设于动力输出轴4的第二转速信号齿21，对应第一转速信号齿20设置有第一转速传感器22，以检测中间轴2的转速，对应第二转速信号齿21设置有第二转速传感器23，以检测动力输出轴4的转速。其中，第一转速信号齿20还可集成于配合齿轮17，如此可避免单独设置。
该混合动力系统具有以下几个工作模式。
1)、纯电机驱动模式I：通过换挡执行机构24操纵滑套14与第一结合齿轮 16结合，电机12输出的扭矩依次由第一齿轮13、第二齿轮15、第二输入轴11、滑套14、第一结合齿轮16输入至动力输出轴4。此时可以是单个电机12参与驱动，也可以两电机12同时参与驱动。在该模式下，第一动力源通过离合器18 与第一输入轴1断开，或者同步器3同时与第三结合齿轮6以及第四结合齿轮8 分离。如图2所示为其中一个电机12单独驱动功率流示意图，图3所示为另一个电机12单独驱动功率流示意图，图4所示为两电机12同时驱动的功率流示意图。
2)、纯电机驱动模式II：通过换挡执行机构24操纵滑套14与第二结合齿轮 19结合；通过换挡执行机构24操纵同步器3与第四结合齿轮8或者第三齿轮5 结合。当换挡执行机构24操纵同步器3与第四结合齿轮8结合时，电机12输入的扭矩能够依次由第一齿轮13、第二齿轮15、第二输入轴11、滑套14、第二结合齿轮19、配合齿轮17、中间轴2、第六齿轮10、第四齿轮7、第四结合齿轮8、同步器3输入至动力输出轴4；当换挡执行机构24操纵同步器3与第三结合齿轮6结合时，电机12输入的扭矩能够依次由第一齿轮13、第二齿轮 15、第二输入轴11、滑套14、第二结合齿轮19、配合齿轮17、中间轴2、第五齿轮9、第三齿轮5、第三结合齿轮6、同步器3输入至动力输出轴4。此模式下，第一动力源通过离合器18与第一输入轴1断开。可以为单个电机12参与驱动，亦可为两个电机12同时参与驱动。具体地，如图5、图6、图8和图9 所示，为单个电机12参与驱动，其中，图5和图6中，同步器3与第四结合齿轮8结合，图7和图8中，同步器3与第三结合齿轮6结合。如图7和图10所示，为两电机12同时参与驱动。其中，图7中，同步器3与第四结合齿轮8结合，图10中，同步器3与第三结合齿轮6结合。
3)、第一动力源单独驱动模式：通过换挡执行机构24操纵滑套14与第一结合齿轮16以及第二结合齿轮19同时分离，两电机12动力脱开。通过换挡执行机构24操纵同步器3与第四结合齿轮8或者第三齿轮5结合。第一动力源通过变速器降速增扭后驱动车辆。具体地，如图11所示为同步器3与第四结合齿轮8时的功率流示意图。此时，第一动力源输出的扭矩通过第一输入轴1、第三齿轮5、第五齿轮9、中间轴2、第六齿轮10、第四齿轮7、第四结合齿轮8、同步器3输入至动力输出轴4。图12所示为同步器3与第三结合齿轮6的功率流示意图，此时，第一动力源输出的扭矩通过第一输入轴1、第三齿轮5、第五齿轮9、第三结合齿轮6、同步器3输入至动力输出轴4。
4)、混合驱动模式：根据整车需求，通过换挡执行机构24操纵同步器3和滑套14与不同结合齿轮接合，实现不同的驱动组合模式。此模式下，第一动力源和电机12同时输出，其中，可以为一个电机12输出亦可为两个电机12同时输出，其中，图13中仅示例性地给出了滑套14与第一结合齿轮16结合，同步器3与第四结合齿轮8结合，一个电机12输出的功率流。
5)、能量回收模式：根据整车需求，车辆通过传动系倒拖动发电，将车辆动能转换为电能存储在电能蓄能部件中。
其换挡方法描述如下：
升挡的控制方法
S11：纯电动起步后，当车速达到混合驱动车速，离合器18接合，第一动力源倒拖启动，第一动力源和电机12混动驱动。
S12：当车速达到升挡车速，电机12清扭，扭矩降低至标定值n1以下，换挡执行机构24操纵滑套14摘挡至空挡位置，电机12调速使第二输入轴11转速与动力输出轴4转速的绝对值差小于标定值n2，换挡执行机构24操纵滑套 14挂2挡，电机12开始增加输出扭矩，同时第一动力源清扭，输出扭矩降低至标定值n3以下，离合器18分离。换挡执行机构24操纵同步器3摘挡并挂入二挡，接合离合器18。
S13：第一动力源开始增加扭矩，同时电机12开始降扭，换挡执行机构24 操纵滑套14摘挡至空挡位置，电机12调速使第二输入轴11转速与动力输出轴 4转速与2挡速比之乘积的绝对值差小于标定值n4，换挡执行机构24操纵滑套 14挂挡至2挡驱动位置，电机12根据整车策略要求增加扭矩或空转。
降挡的控制方法
S21：当车速降低至降挡车速时，电机12清扭，扭矩降低至标定值n5以下，换挡执行机构24操纵滑套14摘挡至空挡位置，电机12调速使第二输入轴11 转速与动力输出轴4转速绝对值差小于标定值n6，换挡执行机构24操纵滑套 14挂二挡，电机12开始增加输出扭矩，同时第一动力源清扭，扭矩降低至标定值n7以下，离合器18分离。换挡执行机构24操纵同步器3摘挡并挂入一挡，接合离合器18。
S22：第一动力源开始增加扭矩，同时电机12降扭，扭矩降低至标定值n8 以下，换挡执行机构24操纵滑套14摘挡至空挡位置，电机12调速使第二输入轴11转速与动力输出轴4转速与1挡速比之乘积的绝对值差小于标定值n9，换挡执行机构24操纵滑套14挂挡，电机12根据整车策略要求增加扭矩或空转。
升挡的控制方法及降挡的控制方法中涉及电机12时，根据动力需求，可以是单个电机12参与驱动，也可以两电机12同时参与驱动。
本实施例还提供一种车辆，包括上述方案中的混合动力系统。
显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种混合动力系统，其特征在于，包括：
变速箱，包括第一输入轴(1)、中间轴(2)、同步器(3)和动力输出轴(4)，所述第一输入轴(1)与所述中间轴(2)传动连接，所述同步器(3)能够使所述第一输入轴(1)和所述动力输出轴(4)选择性传动连接，且能使所述中间轴(2)和所述动力输出轴(4)选择性传动连接；
第一动力源，所述第一动力源的输出轴能选择性与所述第一输入轴(1)传动连接；
第二动力源，其输出轴设有第一齿轮(13)；
动力耦合机构，能使所述第一齿轮(13)与所述动力输出轴(4)选择性传动连接，且能使所述第一齿轮(13)与所述中间轴(2)选择性传动连接。
2.根据权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于，所述动力耦合机构包括套设于所述动力输出轴(4)的第二输入轴(11)，滑动设置于所述第二输入轴(11)的滑套(14)，固设于所述第二输入轴(11)的第二齿轮(15)，固定设置于所述动力输出轴(4)的第一结合齿轮(16)，固设于所述中间轴(2)的配合齿轮(17)，以及与所述配合齿轮(17)啮合的第二结合齿轮(19)；
所述第二齿轮(15)与所述第一齿轮(13)始终啮合，所述滑套(14)能相对所述第二输入轴(11)滑动并能与所述第一结合齿轮(16)结合或分离，且能与所述第二结合齿轮(19)结合或分离。
3.根据权利要求2所述的混合动力系统，其特征在于，所述混合动力系统包括两个所述第二动力源，所述第二动力源为电机(12)，两个所述电机(12)的输出轴均设有所述第一齿轮(13)，两个所述第一齿轮(13)均与所述第二齿轮(15)啮合。
4.根据权利要求3所述的混合动力系统，其特征在于，两个所述电机(12) 中的一个为低速电机，另一个为高速电机。
5.根据权利要求3所述的混合动力系统，其特征在于，两个所述电机(12)均为高速电机。
6.根据权利要求3所述的混合动力系统，其特征在于，两个所述电机(12)平行设置。
7.根据权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于，所述变速箱还包括固设于所述第一输入轴(1)的第三齿轮(5)和第三结合齿轮(6)，转动套设于所述动力输出轴(4)的第四齿轮(7)，固设于所述第四齿轮(7)的第四结合齿轮(8)，以及固设于所述中间轴(2)的第五齿轮(9)和第六齿轮(10)，所述第三齿轮(5)与所述第五齿轮(9)啮合，所述第四齿轮(7)与所述第六齿轮(10)啮合；
所述同步器(3)固设于所述动力输出轴(4)，所述同步器(3)能与所述第三结合齿轮(6)结合或分离，且所述同步器(3)能与所述第四结合齿轮(8)结合或分离。
8.根据权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于，所述混合动力系统还包括离合器(18)，所述离合器(18)能将所述第一动力源的输出轴与所述第一输入轴(1)连接或分离。
9.根据权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于，所述混合动力系统还包括固设于所述中间轴(2)的第一转速信号齿(20)，以及固设于所述动力输出轴(4)的第二转速信号齿(21)。
10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的混合动力系统。
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