CN220742696U - 混合动力驱动系统及混合动力车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种混合动力驱动系统及混合动力车辆。混合动力驱动系统包括发动机、发电机、驱动电机、离合器、差速器、发动机轴、多档变速器以及驱动电机轴。驱动电机与发动机分别通过不同的路径提供动力，发动机与驱动电机各司其职，此外驱动电机还可配合高热效率的发动机，在不同工况模式下，多档变速器都能让发动机和驱动电机工作在高效区间，从而达到节省能耗以及减小空间占用的效果。

Description

混合动力驱动系统及混合动力车辆

技术领域

本发明涉及混合动力技术领域，尤其涉及一种混合动力驱动系统及混合动力车辆。

背景技术

当今在汽车领域，新能源汽车得到了迅速的发展，其中，混合动力汽车(HybridElectric Vehicle，HEV)的推广和应用更是占据了非常重要的地位。混合动力汽车是指车辆驱动系统由两个或多个能够同时运行的单个驱动系统联合组成的车辆，车辆的动力来自具有至少两种动力单元的混合动力系统。

相关技术中，已知的混合动力变速器(dedicated hybrid transmission DHT)只能为驱动电机或发动机提供单挡位，由于单档位的传动比固定，在车辆起步或中低速时(例如车辆车速在0～100km/h范围时)，使得发动机的无法工作在高效工作区域下，或导致发动机的转速过大，或造成能源浪费，因此发动机无法介入。因此，在起步或中低速时，只驱动电机工作，因此对驱动电机的功率和性能的要求相对更高，导致驱动电机成本高且占用尺寸大。而采用三档位的混合动力变速器多采用行星齿轮，通常也需要两个离合器，这将导致整个混合东西系统的结构复杂、易坏、成本高，且也将占用大量的空间。

实用新型内容

为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种混合动力驱动系统及混动动力车辆。

根据本公开实施例的第一方面，本公开提供一种混合动力驱动系统，包括：发动机、发电机、驱动电机、离合器和差速器；以及发动机轴，所述发动机轴的一端与所述发动机传动连接，所述发动机轴的另一端抗扭地设置有发动机传动齿轮；发电机轴，所述发电机轴的一端与所述发电机的转子抗扭连接，所述发电机轴的另一端抗扭地设置有与所述发动机传动齿轮啮合的发电机传动齿轮，使所述发电机始终与所述发动机传动连接；多档变速器，包括变速器输入轴、换挡齿轮组和变速器输出轴，所述离合器设置于所述发动机轴和所述变速器输入轴之间，所述变速器输入轴和所述变速器输出轴通过所述换挡齿轮组传动连接并实现换挡，所述变速器输出轴通过换挡传动齿轮与所述差速器的共用从动齿轮传动连接；驱动电机轴，所述驱动电机轴的一端与所述驱动电机的转子抗扭连接，所述驱动电机轴的另一端通过二级减速齿轮组与所述差速器的共用从动齿轮传动连接。

在一些实施例中，在轴向上，所述发电机轴的长度大于且覆盖所述变速器输入轴，使所述发电机位于所述变速器输入轴远离所述发动机的一端，并在径向上，所述发电机与所述换挡齿轮组部分重叠。

在一些实施例中，沿轴向上，所述发电机、所述驱动电机以及所述多档变速器位于所述发动机传动齿轮远离所述发动机的轴向一侧。

在一些实施例中，沿轴向上，所述差速器位于所述共用从动齿轮远离所述发动机的一侧。

在一些实施例中，所述换挡齿轮组包括第一齿轮组、第二齿轮组和第三齿轮组以及第一同步器和第二同步器，所述第一同步器用于选择性地与所述第一齿轮组或第二齿轮组抗扭连接；所述第二同步器用于选择性地与所述第三齿轮组抗扭连接。

在一些实施例中，所述第一齿轮组、第二齿轮组和第三齿轮组的主动齿轮与所述变速器输入轴抗扭连接，所述第一齿轮组、第二齿轮组和第三齿轮组的从动齿轮空套于所述变速器输出轴，所述第一同步器和所述第二同步器抗扭连接于所述变速器输出轴；或所述第一齿轮组、第二齿轮组和第三齿轮组的主动齿轮空套于所述变速器输入轴，所述第一同步器和所述第二同步器抗扭连接于所述变速器输入轴，所述第一齿轮组、第二齿轮组和第三齿轮组的从动齿轮与所述变速器输出轴抗扭连接。

在一些实施例中，沿轴向远离所述发动机的一侧，所述第一齿轮组、所述第一同步器、第二齿轮组、第三齿轮组和所述第二同步器依次设置。

在一些实施例中，所述二级减速齿轮组包括：一级减速齿轮，与所述驱动电机轴的另一端抗扭连接；中间轴，与所述驱动电机轴平行且径向错开；一级从动齿轮，抗扭连接在所述中间轴的一端并与所述一级减速齿轮啮合；以及二级减速齿轮，抗扭连接在所述中间轴的另一端并与所述共用从动齿轮啮合。

在一些实施例中，所述混合动力驱动系统还包括阻尼器，所述阻尼器设置于所述发动机轴，并位于所述发动机和所述发动机传动齿轮之间。

根据本发明实施例的第一方面，本发明提供一种混合动力车辆，所述车辆包括如第一方面所述的混合动力驱动系统。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：发动机与驱动电机各司其职，或驱动电机配合高热效率的发动机，在不同工况模式下，多档变速器都能让发动机和驱动电机工作在高效区间，从而达到节省能耗的效果。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种混合动力驱动系统的布局示意图；

图2是图1中的混合动力驱动系统在纯电模式时动力传递示意图；

图3是图1中的混合动力驱动系统在发动机启动时的动力传递示意图；

图4是图1中的混合动力驱动系统在串联增程模式时动力传递示意图；

图5是图1中的混合动力驱动系统在并联驱动换挡模式的第一档位时的动力传递示意图；

图6是图1中的混合动力驱动系统在并联驱动换挡模式的第二档位时的动力传递示意图；

图7是图1中的混合动力驱动系统在并联驱动换挡模式的第三档位时的动力传递示意图；

图8是图1中的混合动力驱动系统在混联换档驱动模式且位于第一档位的动力传递示意图；

图9是图1中的混合动力驱动系统在回收模式时的动力传递示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本发明中，术语“传动连接”是指两个部件之间能够传递驱动力/扭矩，这两个部件可以直接连接也可以通过各种传动机构或连接结构以实现上述功能。术语“抗扭连接”是指两个元件之间以不相对于彼此转动的方式连接，其可以经由压配合(即过盈配合)来实现，也可以通过将所提及的两个部件一体地形成来实现。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

混动动力驱动系统通常包括发动机、DHT变速机构、电池以及电控等一系列的构件。混合动力驱动系统通常采用双电机的串并联结构，例如P1+P3或P2+P3等，P1电机为发电机，位于发动机的曲轴上并位于离合器前，P2电机位于离合器后变速器前，P3电机为驱动电机。

为解决上述技术问题，本公开提供一种混合动力驱动系统100，如图1所示，混合动力驱动系统100包括：发动机ICE、发电机EM1、驱动电机EM2以及发动机轴S1、发电机轴S2、驱动电机轴S5。其中，发电机轴S1、发电机轴S2以及驱动电机轴S5在轴向A相互平行，且沿径向R错开，以充分利用径向R上的空间。

混合动力驱动系统100还包括离合器C0、差速器10以及多档变速器20的变速器输入轴S3和变速器输出轴S4。

其中，发动机轴S1的一端与发动机ICE传动连接，发动机轴S1的另一端抗扭地设置有发动机传动齿轮G2；发电机轴S2与发动机轴S1非同轴且径向R错开，发电机轴S2的一端与发电机EM1的转子抗扭连接，发电机轴S2的另一端抗扭地设置有与发动机传动齿轮G2啮合的发电机传动齿轮G1，使发电机EM1始终与发动机ICE传动连接。

多档变速器20还包括换挡齿轮组30，变速器输入轴S3和变速器输出轴S4通过换挡齿轮组30传动连接并实现换挡。

变速器输入轴S3与发动机轴S1同轴，离合器C0设置于发动机轴S1和变速器输入轴S3之间，离合器C0的输入端与发动机输入轴S1的另一端抗扭连接，优选地，离合器C0的输入端位于发动机传动齿轮G2远离发动机ICE的一侧，离合器C0的输出端与变速器输入轴S3抗扭连接。通过控制离合器C0的连通或断开以控制变速器输入轴S3与发动机输入轴S1之间的连接与断开，实现多档变速器20与发动机输入轴S1之间的连接或断开。

差速器10包括共用从动齿轮G10，差速器10设置在车轮驱动轴S7，共用从动齿轮G10与车轮驱动轴S7抗扭连接，变速器输出轴S4的一端设置有换挡传动齿轮G9，变速器输出轴S4通过换挡传动齿轮G9与差速器10的共用从动齿轮G10传动连接。

当发动机ICE向车轮驱动轴S7传递动力时，离合器C0闭合，发动机ICE的动力依次通过发动机轴S1、离合器C0、变速器输入轴S3、换挡齿轮组30、变速器输出轴S4、换挡传动齿轮G9以及差速器10的共用从动齿轮G10，实现发动机ICE的驱动。

驱动电机轴S5的一端与驱动电机EM2的转子抗扭连接，驱动电机轴S5的另一端通过二级减速齿轮组40与差速器10的共用从动齿轮G10传动连接，如此可以实现驱动电机EM2的直接驱动，无需通过多档变速器20。

发动机ICE与驱动电机EM2各司其职，或驱动电机EM2配合高热效率的发动机ICE，在不同工况模式下，多档变速器20都能让发动机ICE和驱动电机EM2工作在高效区间，从而达到节省能耗的效果。

在一些实施例中，在轴向A上，发电机轴S2的长度大于且覆盖变速器输入轴S3，当发电机EM1位于变速器输入轴S3远离发动机ICE的一端时，发电机轴S2上的发电机EM1与多档变速器20的换挡齿轮组30在轴向A上大部分无干涉。在径向R上，发电机EM1又与换挡齿轮组30部分重叠，如此，使发电机EM1可以在径向R上延伸，以减小径向R上的占用空间。

在一些实施例中，沿轴向A上，发电机EM1、驱动电机EM2以及多档变速器20位于发动机传动齿轮G2远离发动机ICE的轴向一侧(例如图1中的左侧)，进一步地，沿轴向A上，差速器10位于共用从动齿轮G10远离发动机ICE的一侧。如此，可充分利用轴向A上的空间，进一步减小径向R上的空间占用和堆叠。

在一些实施例中，换挡齿轮组30包括第一齿轮组Z34、第二齿轮组Z56和第三齿轮组Z78，即多档变速器20可以包括三个档位，其中，第三齿轮组Z78为第一档位，第一齿轮组Z34为第二档位，第二齿轮组Z56为第三档位。

换挡齿轮组30还包括第一同步器31和第二同步器32，第一同步器31轴向位于第一齿轮组Z34和第二齿轮组Z56之间，通过轴向A移动用于选择性地与第一齿轮组Z34或第二齿轮组Z56抗扭连接，即当第一同步器31与第一齿轮组Z34抗扭连接时，混合动力驱动系统100处于并联驱动换挡模式的第二档位，当第一同步器31与第二齿轮组Z56抗扭连接时，混合动力驱动系统100处于并联驱动换挡模式的第三档位。第二同步器32则通过轴向A移动用于选择性地与第三齿轮组Z78抗扭连接。第一同步器31和第二同步器32使换挡结构简单，且平顺性好。

在混合动力驱动系统100处于并联驱动换挡模式下，发动机ICE的动力通过多档变速器20，使发动机ICE在车辆启动或车速处于中低速时也能够介入，并与驱动电机EM1一起为车轮驱动轴S7提供动力。因此，驱动电机EM1可以提供较小的驱动力，从而降低对驱动电机EM1的性能要求，以降低成本，也可以减小驱动电机EM1的尺寸，减小轴向和径向R空间的占用。另外，也可以使发动机ICE的转速始终处于高效区间内，高效节能。

在本实施例中，第一齿轮组Z34、第二齿轮组Z56和第三齿轮组Z78的主动齿轮G3、G5、G7与变速器输入轴S3抗扭连接，第一齿轮组Z34、第二齿轮组Z56和第三齿轮组Z78的从动齿轮G4、G6、G8空套于变速器输出轴S4，第一同步器31和第二同步器32抗扭连接于变速器输出轴S4。

在一些实施例中，第一齿轮组Z34、第二齿轮组Z56和第三齿轮组Z78的主动齿轮G3、G5、G7空套于变速器输入轴S3，第一同步器31和第二同步器32抗扭连接于变速器输入轴S3，第一齿轮组Z34、第二齿轮组Z56和第三齿轮组Z78的从动齿轮G4、G6、G8与变速器输出轴S4抗扭连接。

进一步地，沿轴向A远离发动机ICE的一侧，第一齿轮组Z34、第一同步器31、第二齿轮组Z56、第三齿轮组Z78和第二同步器32依次设置。

变速器输出轴S4远离发动机ICE的一端凸出于变速器输入轴S3远离发动机ICE的一端，第二同步器32距离发动机ICE最远，而第二同步器32占用径向尺寸小，从而允许发电机EM2与换挡齿轮组30在径向R上具有更大的重叠尺寸，同时发电机EM2可以与第二同步器32在轴向上重叠，从而缩短发电机轴S2的长度，以此使的整个混合动力驱动系统100无论在轴向A还是径向R上可以尽可能减小尺寸，布局更加紧凑。

在一些实施例中，二级减速齿轮组40包括一级减速齿轮G13、一级从动齿轮G12、二级减速齿轮G11以及中间轴S6，一级减速齿轮G13与驱动电机轴S5的另一端抗扭连接；中间轴S6与驱动电机轴S5平行且径向错开；一级从动齿轮G12抗扭连接在中间轴S6的一端并与一级减速齿轮G13啮合，二级减速齿轮G11抗扭连接在中间轴S6的另一端并与共用从动齿轮G10啮合。

在一些实施例中，混合动力驱动系统100还包括阻尼器50，阻尼器50设置于发动机轴S1，并位于发动机ICE和发动机传动齿轮G2之间。阻尼器50用于吸收发动机ICE向多档变速器20传递扭矩时的振动，以提高整车的NVH性能。

在本公开中，混合动力驱动系统100可以包括以下工作模式：纯电模式、串联增程模式、并联驱动换挡模式。

纯电模式，如图2所示，在车辆起步后或中低速时就可以用纯电模式，由驱动电机EM2直接通过二级减速齿轮组40驱动车轮驱动轴S7，此时离合器C0断开，发动机ICE无法直接驱动，发动机ICE不介入。

串联增程模式，如图4所示，如果在中高速或电量不足的情况下，可以进入串联增程模式，此时离合器C0断开，发动机ICE工作在最佳经济区间，带动发电机EM1进行发电，发电机EM1的电能以驱动驱动电机EM2使其维持电量平衡，当发电机EM1供电不足时，由电池向驱动电机EM2补充电能，当发电机EM1供电充足时，额外电能向电池充电。

并联驱动换挡模式，如图5至图7所示，如果需要大功率输出时，混合动力驱动系统100还可以进入并联驱动换挡模式，此时离合器C0连接，发动机ICE可以与驱动电机EM2共同驱动车辆，提供强劲的动力输出，实现发动机ICE直驱和驱动电机EM2直驱，提高能量传递效率。

其中，图5至图7分别为并联驱动换挡模式的第一档位(第三齿轮组Z78)、第二档位(第一齿轮组Z34)和第三档位(第二齿轮组Z56)。

进一步地，如图3所示，在发动机ICE启动前，需要通过发电机EM1向发动机ICE供电，另外，混合动力驱动系统100还可以包括，混联换档驱动模式(如图8所示)以及回收模式(如图9所示)。

如图8所示，混联换档驱动模式可以在发动机ICE向车轮驱动轴S7提供动力时，将多余的功率转化为电能为发电机EM1供电，从而避免功率的浪费。

基于相同的发明构思，本发明提供一种混合动力车辆，车辆包括如上的混合动力驱动系统100。关于上述实施例中的混合动力车辆中实现的功能的具体方式已经在有关该混合动力驱动系统100的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

进一步可以理解的是，术语“第一”、“第二”等用于描述各种结构，但这些结构不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的结构彼此区分开，并不表示特定的顺序或者重要程度。实际上，“第一”、“第二”等表述完全可以互换使用。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一结构也可以被称为第二结构，类似地，第二结构也可以被称为第一结构。

进一步可以理解的是，本公开实施例中尽管在附图中以特定的顺序描述操作，但是不应将其理解为要求按照所示的特定顺序或是串行顺序来执行这些操作，或是要求执行全部所示的操作以得到期望的结果。在特定环境中，多任务和并行处理可能是有利的。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利范围指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利范围来限制。

Claims (10)

1.一种混合动力驱动系统(100)，其特征在于，包括：

发动机(ICE)、发电机(EM1)、驱动电机(EM2)、离合器(C0)和差速器(10)；以及

发动机轴(S1)，所述发动机轴(S1)的一端与所述发动机(ICE)传动连接，所述发动机轴(S1)的另一端抗扭地设置有发动机传动齿轮(G2)；

发电机轴(S2)，所述发电机轴(S2)的一端与所述发电机(EM1)的转子抗扭连接，所述发电机轴(S2)的另一端抗扭地设置有与所述发动机传动齿轮(G2)啮合的发电机传动齿轮(G1)，使所述发电机(EM1)始终与所述发动机(ICE)传动连接；

多档变速器(20)，包括变速器输入轴(S3)、换挡齿轮组(30)和变速器输出轴(S4)，所述离合器(C0)设置于所述发动机轴(S1)和所述变速器输入轴(S3)之间，所述变速器输入轴(S3)和所述变速器输出轴(S4)通过所述换挡齿轮组(30)传动连接并实现换挡，所述变速器输出轴(S4)通过换挡传动齿轮(G9)与所述差速器(10)的共用从动齿轮(G10)传动连接；

驱动电机轴(S5)，所述驱动电机轴(S5)的一端与所述驱动电机(EM2)的转子抗扭连接，所述驱动电机轴(S5)的另一端通过二级减速齿轮组(40)与所述差速器(10)的共用从动齿轮(G10)传动连接。

2.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统(100)，其特征在于，

在轴向(A)上，所述发电机轴(S2)的长度大于且覆盖所述变速器输入轴(S3)，使所述发电机(EM1)位于所述变速器输入轴(S3)远离所述发动机(ICE)的一端，并在径向(R)上，所述发电机(EM1)与所述换挡齿轮组(30)部分重叠。

3.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统(100)，其特征在于，

沿轴向(A)上，所述发电机(EM1)、所述驱动电机(EM2)以及所述多档变速器(20)位于所述发动机传动齿轮(G2)远离所述发动机(ICE)的轴向一侧。

4.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统(100)，其特征在于，

沿轴向(A)上，所述差速器(10)位于所述共用从动齿轮(G10)远离所述发动机(ICE)的一侧。

5.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统(100)，其特征在于，

所述换挡齿轮组(30)包括第一齿轮组(Z34)、第二齿轮组(Z56)和第三齿轮组(Z78)以及第一同步器(31)和第二同步器(32)，

所述第一同步器(31)用于选择性地与所述第一齿轮组(Z34)或第二齿轮组(Z56)抗扭连接；所述第二同步器(32)用于选择性地与所述第三齿轮组(Z78)抗扭连接。

6.根据权利要求5所述的混合动力驱动系统(100)，其特征在于，

所述第一齿轮组(Z34)、第二齿轮组(Z56)和第三齿轮组(Z78)的主动齿轮(G3、G5、G7)与所述变速器输入轴(S3)抗扭连接，所述第一齿轮组(Z34)、第二齿轮组(Z56)和第三齿轮组(Z78)的从动齿轮(G4、G6、G8)空套于所述变速器输出轴(S4)，所述第一同步器(31)和所述第二同步器(32)抗扭连接于所述变速器输出轴(S4)；或

所述第一齿轮组(Z34)、第二齿轮组(Z56)和第三齿轮组(Z78)的主动齿轮(G3、G5、G7)空套于所述变速器输入轴(S3)，所述第一同步器(31)和所述第二同步器(32)抗扭连接于所述变速器输入轴(S3)，所述第一齿轮组(Z34)、第二齿轮组(Z56)和第三齿轮组(Z78)的从动齿轮(G4、G6、G8)与所述变速器输出轴(S4)抗扭连接。

7.根据权利要求5或6所述的混合动力驱动系统(100)，其特征在于，

沿轴向(A)远离所述发动机(ICE)的一侧，所述第一齿轮组(Z34)、所述第一同步器(31)、第二齿轮组(Z56)、第三齿轮组(Z78)和所述第二同步器(32)依次设置。

8.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统(100)，其特征在于，

所述二级减速齿轮组(40)包括：

一级减速齿轮(G13)，与所述驱动电机轴(S5)的另一端抗扭连接；

中间轴(S6)，与所述驱动电机轴(S5)平行且径向(R)错开；

一级从动齿轮(G12)，抗扭连接在所述中间轴(S6)的一端并与所述一级减速齿轮(G13)啮合；以及

二级减速齿轮(G11)，抗扭连接在所述中间轴(S6)的另一端并与所述共用从动齿轮(G10)啮合。

9.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统(100)，其特征在于，

所述混合动力驱动系统(100)还包括阻尼器(50)，所述阻尼器(50)设置于所述发动机轴(S1)，并位于所述发动机(ICE)和所述发动机传动齿轮(G2)之间。

10.一种混合动力车辆，其特征在于，所述车辆包括如权利要求1-9任一项所述的混合动力驱动系统(100)。