CN218558559U - 一种混合动力驱动系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种混合动力驱动系统，包括燃油驱动动力提供机构、电驱动动力提供机构、混合动力变速器、主驱动电机、副驱动电机、主减速机构和集成有差速器的半轴组件；燃油驱动动力提供机构包括发动机和离合器，离合器的输出端与混合动力变速器连接，主驱动电机能够脱离或连接混合动力变速器的传动轴组件；电驱动动力提供机构包括电源和逆变器，且逆变器的输出端与主驱动电机和副驱动电机各自电性连接；混合动力变速器的输出端通过主减速机构连接于副驱动电机的输出端和半轴组件的输入端。本实用新型通过合理的结构和动力传输路径设计，使得其相较于传统方案及现有混合动力技术方案，可有效降低传动系统损耗及电气损耗，提升燃油经济性。
Description
技术领域
本实用新型涉及混合动力汽车的驱动结构领域，具体地，涉及一种混合动力驱动系统。
背景技术
现有的混合动力技术通过低速纯电驱动、中高车速混合动力驱动(优化发动机工作区间)及制动能量回收来实现节能减排。应用于以高速长途运输为主的使用场景时，对发动机工作区间的优化能力有限，相比于传统车辆直接挡驱动，增加了额外的电机反电动势损耗、齿轮副啮合及惯量损耗、电循环损耗及电气系统主动冷却系统损耗，高速工况燃油消耗率反而高于传统车型。
实用新型内容
针对上述现有技术，本实用新型的目的在于克服现有技术中的混合动力技术应用于高速工况中的传动效率低，电气系统损耗大，不利于在以高速工况为主的长途运输车辆上推广等问题，从而提供一种能够通过合理的结构和动力传输路径设计，使得其相较于传统方案及现有混合动力技术方案，可有效降低传动系统损耗及电气损耗，提升燃油经济性的混合动力驱动系统。
为了实现上述目的，本实用新型提供了一种混合动力驱动系统，所述混合动力驱动系统包括燃油驱动动力提供机构、电驱动动力提供机构、混合动力变速器、主驱动电机、副驱动电机、主减速机构和集成有差速器的半轴组件；其中，
所述燃油驱动动力提供机构至少包括顺次连接的发动机和离合器，所述离合器的输出端与所述混合动力变速器的传动轴组件连接，所述主驱动电机通过齿轮副组件能够脱离或连接所述混合动力变速器的传动轴组件；
所述电驱动动力提供机构至少包括顺次连接的电源和逆变器，且所述逆变器的输出端与所述主驱动电机和所述副驱动电机各自电性连接；
所述混合动力变速器的输出端通过所述主减速机构分别传动连接于所述副驱动电机的输出端和所述半轴组件的输入端。
优选地，所述传动轴组件包括与所述离合器的输出端连接的变速器输入轴，与所述变速器输入轴之间通过第一齿轮副传动连接的变速器中间轴，以及与所述变速器中间轴之间通过挡位齿轮副传动连接的变速器输出轴。
优选地，所述齿轮副组件包括与所述主驱动电机的输出端连接的第二齿轮副，与所述挡位齿轮副啮合传动连接的第三齿轮副，以及连接于所述第二齿轮副与所述第三齿轮副之间的通断结构，所述通断结构能够连接或断开所述第二齿轮副与所述第三齿轮副。
优选地，所述通断结构包括与所述第二齿轮副的输出齿轮同轴连接的主动盘，以及与所述第三齿轮副的输出齿轮同轴连接的从动盘，且所述主动盘与所述从动盘能够相互连接或断开，所述主动盘与所述从动盘同轴设置。
优选地，所述主动盘和/或所述从动盘为电磁铁。
优选地，所述主驱动电机和所述副驱动电机通过所述逆变器与所述电源形成为高压电气连接；
且所述电源为动力电池。
优选地，所述主驱动电机为永磁同步电机，所述副驱动电机为感应电机，且所述副驱动电机上还可集成设置有减速装置。
优选地，所述混合动力驱动系统还包括控制机构，所述控制机构能够控制所述燃油驱动动力提供机构、所述电驱动动力提供机构、所述混合动力变速器、所述主驱动电机、所述副驱动电机、所述主减速机构和所述半轴组件中的一种或多种。
优选地，所述控制机构包括电源管理单元、发动机控制单元、变速器控制单元和混合动力控制单元中的至少一种；其中，
所述电源管理单元与所述电源电性连接，且用于控制和监控所述电源的工作状态；
所述发动机控制单元与所述发动机电性连接，且用于控制和监控所述发动机的工作状态；
所述变速器控制单元与所述混合动力变速器和所述离合器各自电性连接，且用于控制和监控所述混合动力变速器和所述离合器的工作状态；
所述混合动力控制单元用于根据接收到的整车信号，结合所述电源管理单元、所述发动机控制单元和所述变速器控制单元监控到的工作状态，调节各动力源的输出参数和缓和动力变速器的工作挡位。
通过上述技术方案，本实用新型的主驱动电机及其齿轮副组件与混合动力变速器的传动轴组件能够连接或断开，可实现高速挡驱动时主驱动电机及其关联齿轮副组件脱离啮合不运转，低速挡时发动机与主驱电机共用挡位齿轮进行减速增扭传动。基于此，通过主驱动电机介入工作，不仅实现了传统混合动力技术的低速纯电驱动、中高车速混合动力驱动(优化发动机工作区间)功能，且在高速巡航时通过直接挡行驶，降低主驱动电机及其关联齿轮副组件的运转损耗。高速工况提速超车或滑行降速时通过副驱动电机直接介入补偿或回收系统功率，动力响应快，发动机输出功率可一直维持在最优区间，可充分改善车辆高速应用场景的能耗及排放表现。
本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图1是本实用新型提供的混合动力驱动系统的结构示意图；
图2是本实用新型提供的混合动力变速器和主驱动电机的示意图；
图3是本实用新型提供的主减速机构的局部结构示意图；
图4是本实用新型提供的混合动力变速器和主驱动电机的内部结构示意图。
附图标记说明
01-发动机；02-电源管理单元；03-离合器；04-电源；05-逆变器；06-副驱动电机；07-主减速机构；08-半轴组件；09-连接轴；10-混合动力变速器；11-变速器控制单元；12-混合动力控制单元；13-发动机控制单元；14-主驱动电机；
071-输入齿轮；072-输出齿轮；
101-变速器输入轴；102-第一齿轮副；103-变速器中间轴；104-第三齿轮副；105-从动盘；106-主动盘；108-第二齿轮副；109-变速器输出轴；110-挡位齿轮副。
具体实施方式
以下对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
以下结合附图对本实用新型的技术方案进行详细的说明。
如图1-图4所示，本实用新型提供了一种混合动力驱动系统，具体地，包括发动机01(具体可以采用内燃机，用ICE指代)及发动机控制单元13(用ECU指代)、离合器03(用Clutch指代)、集成主驱动电机14(用MOTOR指代)的混合动力变速器10(用Transmission指代)及变速器控制单元11(用TCU指代)、连接轴09、主减速机构07、副驱动电机06(用Motor B指代)、集成差速器的半轴组件08、逆变器05(用Inverter指代)、电源04(具体可以采用动力电池，用Power Battery指代)及电源管理单元02(用BMS指代)、混合动力控制单元12(用HCU指代)。
混合动力变速器10上机械集成主驱动电机14。主驱动电机14在低速挡时与混合动力变速器10共用挡位齿轮传动，高速挡时可断开与传动系连接，不参与工作。
具体地，混合动力变速器10包含变速器输入轴101、第一齿轮副102、变速器中间轴103、第三齿轮副104、电机离合器从动盘105、电机离合器主动盘106、主驱动电机14、第二齿轮副108、变速器输出轴109、挡位齿轮副110。变速器输入轴101通过第一齿轮副102与变速器中间轴103形成机械连接，变速器中间轴103通过变速器各挡位齿轮副110与变速器输出轴109形成机械连接。内燃机01输入的动力可经过变速器输入轴101、第一齿轮副102、变速器中间轴103及变速器各挡位齿轮副110传递到变速器输出轴109。
主驱动电机14通过第二齿轮副108与电机离合器主动盘106形成机械连接。电机离合器主动盘106与电机离合器从动盘105可在变速器控制单元11控制下实现连接传递扭矩或断开连接。电机离合器从动盘105通过第三齿轮副104与变速器中间轴103形成机械连接。电机离合器主动盘106与电机离合器从动盘105结合时，主驱动电机14的动力可经第二齿轮副108、电机离合器主动盘106、电机离合器从动盘105、第三齿轮副104、变速器中间轴103及变速器各挡位齿轮副110传递到变速器输出轴109。
电机离合器主动盘106与电机离合器从动盘105在低速挡时结合传递主驱动电机14输出的动力，高速挡时可断开连接，主驱动电机14不参与工作。这里主动盘106和从动盘105的连接和断开方式可以采用本领域技术人员能够理解和常规使用的方式，例如，可以通过通断电的方式来基于电磁铁实现。当然，任意其他合适的方式在此均可以使用。
发动机01通过离合器03与混合动力变速器10输入端机械连接，混合动力变速器10输出端与连接轴09机械连接，连接轴09与主减速机构07中的输入齿轮071机械连接。输入齿轮071与输出齿轮072啮合传递动力。输出齿轮072与副驱动电机06的动力输出端和半轴组件08的动力输入端机械连接。
主驱动电机14、副驱动电机06通过逆变器05与电源04形成高压电气连接。主驱动电机14为永磁同步电机。副驱动电机06为感应电机，高速随转时不产生反电动势及电磁损耗。副驱动电机06可集成减速装置。
电源管理单元02与电源04电气连接，可控制及监控电源04工作状态。
发动机控制单元13与发动机01电气连接，可控制及监控发动机01工作状态。
变速器控制单元11与混合动力变速器10、离合器03电气连接，可控制及监控变速器10、离合器03工作状态。
混合动力控制单元12接收整车控制器(用VCU指代)及其他部件的信号并解析出动力系统的输出扭矩或转速需求，结合系统内部发动机01、混合动力变速器10、副驱动电机06、主驱动电机14的工作状态及电源04的SOC值，智能分配各动力源的输出扭矩/转速及变速箱工作挡位，以实现系统效率最优。
副驱动电机06负责车辆蠕行、低车速小负荷行驶时提供动力驱动车辆行驶；高车速下加速或减速、全车速范围急加速或急减速时快速补充车辆需求动力或能量回收；重载大负荷行驶时协同发动机01、主驱动电机14共同驱动车辆行驶。
主驱动电机14负责纯电模式车辆正常起步过程中提供驱动力；混合动力模式下协同驱动或发电以调节发动机01工作扭矩范围，提升发动机01工作经济性；纯电及混合动力模式下能量回收。
车辆蠕行及低速小负荷行驶时，混合动力变速器10挂空挡，发动机01及主驱动电机14不参与工作。副驱动电机06输出动力驱动车辆行驶。
车辆正常起步及低速行驶且动力电池SOC充足时，离合器03断开，发动机01不参与工作。混合动力变速器10挂低速挡，主驱动电机14动力经混合动力变速器10减速增扭后驱动车辆行驶。
车辆坡道起步或中低速大负荷行驶时，混合动力变速器10挂低速挡，离合器03结合，发动机01、主驱动电机14同时工作，动力经混合动力变速器10减速增扭后共同驱动车辆行驶。必要时，副驱动电机06可同时参与工作，提供一部分驱动功率。
车辆中等车速巡航时，混合动力变速器10挂中速挡，离合器03结合，发动机01、主驱动电机14同时工作，动力经混合动力变速器10减速增扭后与副驱动电机06动力在主减速机构07处汇合，共同驱动车辆行驶。主驱动电机14对发动机01输出扭矩进行调节，以优化发动机01工作区域。
车辆高速巡航时，混合动力变速器10挂直接挡，离合器03结合，主驱动电机14不参与工作。发动机01动力经混合动力变速器10直接挡、传动轴09、主减速机构07至半轴组件08驱动车辆行驶。副驱动电机06随转不参与工作。提速超车或滑行降速时通过副驱动电机06直接介入补偿或回收部分动力。
本实用新型具有以下优点：
1、本实用新型通过断开主驱动电机14与传动系统连接，采用感应电机(即副驱动电机06)进行辅助驱动，可以降低高速工况混合动力系统高压电气部件高速随转产生的能耗。
2、通过与主减速机构07直连的感应电机进行高速工况辅助驱动/能量回收，无需换挡元件动作，可提升高速工况动力响应速度。
3、在低速换挡过程中，副驱动电机06可持续输出动力，避免了换挡过程中的动力中断。
4、通过双电机分流的模式，可以减小各个驱动电机尺寸和重量，以及混合动力变速器10、连接轴09、主减速机构07负载及转矩容量，有利于动力系统轻量化。
5、主减速机构07集成相对较小的感应电机，将电机对驱动桥簧下质量的影响降至最低。
6、本实用新型更符合以高速为主的长途运输车辆工况需求，对推进交通运输行业节能减排具有重要价值。
以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。
Claims (9)
1.一种混合动力驱动系统，其特征在于，所述混合动力驱动系统包括燃油驱动动力提供机构、电驱动动力提供机构、混合动力变速器(10)、主驱动电机(14)、副驱动电机(06)、主减速机构(07)和集成有差速器的半轴组件(08)；其中，
所述燃油驱动动力提供机构至少包括顺次连接的发动机(01)和离合器(03)，所述离合器(03)的输出端与所述混合动力变速器(10)的传动轴组件连接，所述主驱动电机(14)通过齿轮副组件能够脱离或连接所述混合动力变速器(10)的传动轴组件；
所述电驱动动力提供机构至少包括顺次连接的电源(04)和逆变器(05)，且所述逆变器(05)的输出端与所述主驱动电机(14)和所述副驱动电机(06)各自电性连接；
所述混合动力变速器(10)的输出端通过所述主减速机构(07)分别传动连接于所述副驱动电机(06)的输出端和所述半轴组件(08)的输入端。
2.根据权利要求1所述的一种混合动力驱动系统，其特征在于，所述传动轴组件包括与所述离合器(03)的输出端连接的变速器输入轴(101)，与所述变速器输入轴(101)之间通过第一齿轮副(102)传动连接的变速器中间轴(103)，以及与所述变速器中间轴(103)之间通过挡位齿轮副(110)传动连接的变速器输出轴(109)。
3.根据权利要求2所述的一种混合动力驱动系统，其特征在于，所述齿轮副组件包括与所述主驱动电机(14)的输出端连接的第二齿轮副(108)，与所述挡位齿轮副(110)啮合传动连接的第三齿轮副(104)，以及连接于所述第二齿轮副(108)与所述第三齿轮副(104)之间的通断结构，所述通断结构能够连接或断开所述第二齿轮副(108)与所述第三齿轮副(104)。
4.根据权利要求3所述的一种混合动力驱动系统，其特征在于，所述通断结构包括与所述第二齿轮副(108)的输出齿轮同轴连接的主动盘(106)，以及与所述第三齿轮副(104)的输出齿轮同轴连接的从动盘(105)，且所述主动盘(106)与所述从动盘(105)能够相互连接或断开，所述主动盘(106)与所述从动盘(105)同轴设置。
5.根据权利要求4所述的一种混合动力驱动系统，其特征在于，所述主动盘(106)和/或所述从动盘(105)为电磁铁。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种混合动力驱动系统，其特征在于，所述主驱动电机(14)和所述副驱动电机(06)通过所述逆变器(05)与所述电源(04)形成为高压电气连接；
且所述电源(04)为动力电池。
7.根据权利要求6所述的一种混合动力驱动系统，其特征在于，所述主驱动电机(14)为永磁同步电机，所述副驱动电机(06)为感应电机，且所述副驱动电机(06)上还可集成设置有减速装置。
8.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种混合动力驱动系统，其特征在于，所述混合动力驱动系统还包括控制机构，所述控制机构能够控制所述燃油驱动动力提供机构、所述电驱动动力提供机构、所述混合动力变速器(10)、所述主驱动电机(14)、所述副驱动电机(06)、所述主减速机构(07)和所述半轴组件(08)中的一种或多种。
9.根据权利要求8所述的一种混合动力驱动系统，其特征在于，所述控制机构包括电源管理单元(02)、发动机控制单元(13)、变速器控制单元(11)和混合动力控制单元(12)中的至少一种；其中，
所述电源管理单元(02)与所述电源(04)电性连接，且用于控制和监控所述电源(04)的工作状态；
所述发动机控制单元(13)与所述发动机(01)电性连接，且用于控制和监控所述发动机(01)的工作状态；
所述变速器控制单元(11)与所述混合动力变速器(10)和所述离合器(03)各自电性连接，且用于控制和监控所述混合动力变速器(10)和所述离合器(03)的工作状态；
所述混合动力控制单元(12)用于根据接收到的整车信号，结合所述电源管理单元(02)、所述发动机控制单元(13)和所述变速器控制单元(11)监控到的工作状态，调节各动力源的输出参数和缓和动力变速器的工作挡位。
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