CN216153556U - 一种混合动力驱动***及车辆 - Google Patents

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金辉辉
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Abstract

本实用新型提供了一种混合动力驱动***及车辆,属于混合动力技术领域,所述混合动力驱动***包括发动机、第一电机、第二电机、第二离合器、输入轴、第一输出轴、第二输出轴、驻车齿轮及设于所述第二输出轴上的二挡从动齿轮以及设于所述输入轴上的二挡主动齿轮;其中,所述第一电机设有第一电机轴,所述第一电机轴上设有第一电机输入齿轮,所述第一电机输入齿轮与所述二挡主动齿轮啮合,所述第二电机与所述第一输出轴经齿轮副啮合耦合连接。本实用新型用离合器替代了同步器的作用,省去了同步器、换挡机构等多余的零部件,大幅减小了占用空间,结构更加简单,并可根据需要调整不同工况模式,有效提高了车辆燃油经济性。

Description

一种混合动力驱动***及车辆
技术领域
本实用新型属于涉及混合动力技术领域,具体为一种混合动力驱动***及车辆。
背景技术
当今世界面临能源匮乏和环境恶化两大挑战,其中传统燃油车也正受到石油危机和环境恶化的严重影响,故节能减排已经成为汽车行业的焦点课题。混合动力汽车的产生为缓解能源匮乏和环境恶化带来新的希望。其中,混合动力驱动***是混合动力汽车的核心部件,是混合动力汽车的动力来源。在混合动力驱动***当中,一般包括电机和发动机,电机采用纯电驱动,发动机采用燃油驱动,两者相互配合形成混合动力汽车的多样驱动方式。然而,现有大部分混合动力驱动***仅为传统多档位变速器的变形,其存在结构复杂、档位冗余、总成较长、布置较为困难,且车辆燃油经济性提高有限等诸多问题。
实用新型内容
为了解决上述技术问题,本实用新型提供了一种混合动力驱动***,解决以解决现有技术结构复杂,对车辆燃油经济性提高有限的问题。
该实用新型提供以下技术方案,一种混合动力驱动***,包括动力装置、传动机构以及机械控制装置、动力传递装置,
所述动力装置包括发动机、第一电机、第二电机;
所述机械控制装置包括第二离合器;
所述动力传递装置包括与所述发动机相连接的输入轴、第一输出轴、第二输出轴、设于所述第二输出轴上的驻车齿轮及耦合连接在所述输入轴和所述第二输出轴之间的二挡位齿轮副;所述二挡齿轮副包括设于所述第二输出轴上的二挡从动齿轮以及设于所述输入轴上的二挡主动齿轮;
其中,所述第二离合器设于所述第二输出轴上,以控制所述二挡位齿轮副的啮合与分离;所述第一电机设有第一电机轴,所述第一电机轴设有第一电机输入齿轮,所述第一电机输入齿轮与所述二挡主动齿轮啮合,所述第二电机设有第二电机轴,所述第二电机轴与所述第一输出轴经齿轮副啮合耦合连接。
与现有技术相比,本实用新型的有益效果:本实用新型用离合器替代了同步器的作用,省去了同步器、换挡机构等多余的零部件,大幅减小了占用空间,结构更加简单,与此同时,在结构简化的同时可根据需要调整不同工况模式,有效提高车辆燃油经济性。
较优地,所述混合动力驱动***还包括逆变器、与所述逆变器连接的电池组,所述逆变器的一端与所述第一电机电连接,所述逆变器的另一端与所述第二电机电连接。
较优地,所述混合动力驱动***还包括减震器,所述减震器设于所述发动机和所述二挡主动齿轮之间。
较优地,所述混合动力驱动***还包括差速器总成,所述差速器总成上设有主减速齿轮。
较优地,所述第一输出轴设有第一减速齿轮,所述第二输出轴设第二减速齿轮,所述第一减速齿轮、所述第二减速齿轮与所述主减速齿轮啮合。
较优地,所述第二电机轴设有第二电机输入齿轮,所述第二电机输入齿轮与所述一挡从动齿轮啮合。
较优地,所述机械控制装置包括第一离合器,所述输入轴还设有一挡主动齿轮,所述一挡主动齿轮与所述一挡从动齿轮啮合,形成一挡齿轮副,所述第一离合器设于所述输入轴上,以控制所述一挡齿轮副的啮合与分离。
本实用新型还提供一种车辆,其包括上述所述的混合动力驱动***,结构相对简单,可根据需要调整不同工况模式,有效提高了车辆燃油经济性。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型第一实施例提供的混合动力驱动***的结构示意图;
图2为图1中电机冷启动发动机时的动力传递路径图;
图3为图1中停车充电时的动力传递路径图;
图4为图1中纯电驱动时的动力传递路径图;
图5为图1中制动能量回收时动力传递路径图;
图6为图1中纯电驱动路起发动机时的动力传递路径图;
图7为发动机一挡独立驱动时的动力传递路径图;
图8为发动机二挡独立驱动时的动力传递路径图;
图9为串联驱动时的动力传递路径图;
图10为发动机一挡驱动,第一电机发电时的动力传递路径图;
图11为发动机二挡驱动,第一电机发电时的动力传递路径图;
图12为图1中发动机一挡驱动,电驱并联驱动时的动力传递路径图;
图13为图1中发动机二挡驱动,电驱并联驱动时的动力传递路径图;
图14为驻车P档时的动力传递路径图;
图15纯电倒档时的动力传递路径图;
图16为本实用新型第二实施例提供的混合动力驱动***的结构示意图;
附图标记说明:
第一电机-1,第一电机输入齿轮-2,第一电机轴-3,二挡从动齿轮-4,驻车齿轮-5,第二减速齿轮-6,第二输出轴-7,一挡主动齿轮-8,减震器-9,发动机-10,第一离合器-11,第一输出轴-12,第一减速齿轮-13,差速器-14,主减速齿轮-15,第二电机输入齿轮-16,第二电机轴-17,第二电机-18,一挡从动齿轮-19,输入轴-20,二挡主动齿轮-21,第二离合器-22,第二电机与逆变器高压线束-23,第一电机与逆变器高压线束-24,逆变器-25,逆变器与电池间线束-26,电池组-27。
具体实施方式
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,旨在用于解释本实用新型的实施例,而不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型实施例的描述中,需要理解的是,术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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实施例和简化描述,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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型实施例的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
在本实用新型实施例中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。
在本实用新型的第一实施例中,如图1所示,一种混合动力驱动***,包括动力装置、传动机构以及机械控制装置、动力传递装置,所述动力装置包括发动机10、第一电机1、第二电机18;所述机械控制装置包括第二离合器22;所述动力传递装置包括与所述发动机10相连接的输入轴20、第一输出轴12、第二输出轴7、设于所述第二输出轴7上的驻车齿轮5及耦合连接在所述输入轴20和所述第二输出轴7之间的二挡位齿轮副;所述二挡齿轮副包括设于所述第二输出轴7上的二挡从动齿轮4以及设于所述输入轴20上的二挡主动齿轮21;其中,所述第二离合器22设于所述第二输出轴7上,以控制二挡位齿轮副的啮合与分离;所述第一电机1设有第一电机轴3,所述第一电机轴3上设有第一电机输入齿轮2,所述第一电机输入齿轮2与所述二挡主动齿轮21啮合,所述第二电机18设有第二电机轴17,与所述第一输出轴12经齿轮副啮合耦合连接。
本实用新型用离合器替代了同步器的作用,省去了同步器、换挡机构等多余的零部件,大幅减小了占用空间,结构更加简单,与此同时,在结构简化的同时还保持了包括低负载下的纯电驱动、高负载下的内燃机独立驱动、并联驱动、制动能量回收、停车充电、行进中启动内燃机、行进中发电等功能,并可根据需要调整不同工况模式,有效提高了车辆燃油经济性。本实用新型为提高车辆燃油经济性采用了如下措施:
(1)车辆在频繁启停、车速较低的工况下,采用纯电驱动,避免发动机10在高油耗区工作;当纯电驱动无法满足扭矩需求时,使用发动机10、电驱并联驱动,满足大扭矩需求;
(2)在中速工况下,存在三种情况:当电机驱动时***效率高于发动机10一挡驱动的***效率时,通过纯电驱动,使***综合效率最高;当电机驱动效率低于发动机10独立驱动效率时,通过发动机10独立驱动,使***综合效率最高;当需要更强的动力输出时,可选择发动机10、电驱并联驱动。
(3)当路面阻力较小,发动机10在低扭状态工作时,发动机10效率较低,可通过增加发动机10扭矩,将发动机10调整到高效区间,一部分扭矩分配给第一电机,对电池进行充电,另一部分扭矩维持整车运行,提高整车的综合效率。
(4)在高速工况下,发动机10效率较高,通过发动机10二挡独立驱动车辆,减少对电机使用,避免了“机械能-电能-机械能”转化过程的效率损失,进而提高综合效率。
(5)制动能量回收,由于本发明电机具有驱动和发电功能,第二电机与车轮固连,所有减速工况均可实现制动能量回收。
较优地,所述混合动力驱动***还包括逆变器25、与所述逆变器25连接的电池组27,所述逆变器25的一端经第一电机1与逆变器高压线束24与所述第一电机1电连接,所述逆变器25的另一端经第二电机与逆变器高压线束23与所述第二电机18电连接,所述逆变器25经逆变器与电池间高压线束26与所述电池组27电性连接。
较优地,所述混合动力驱动***还包括减震器9,所述减震器9设于所述发动机10和所述输入轴20之间。
较优地,所述混合动力驱动***还包括差速器总成14,所述差速器总成14上设有主减速齿轮15。所述第一输出轴12设有第一减速齿轮13,所述第二输出轴7设有第二减速齿轮6,所述第一减速齿轮13与所述主减速齿轮15啮合,所述第二减速齿轮6与所述主减速齿轮15啮合。
较优地,所述第一输出轴12上设有一挡从动齿轮,所述第二电机轴17上设置有第二电机输入齿轮16,所述第二电机输入齿轮16与所述一挡从动齿轮19啮合。
较优地,所述一挡从动齿轮19、所述第一减速齿轮13在所述第一输出轴12上从左往右依次设置,所述第二离合器22、所述二挡从动齿轮4组件、所述驻车齿轮5、所述第二减速齿轮6在所述第二输出轴7从左往右依次设置。
所述机械控制装置包括第一离合器11,所述输入轴20还设有一挡主动齿轮8,所述一挡主动齿轮8与所述一挡从动齿轮19啮合,形成一挡齿轮副,所述第一离合器11设于所述输入轴20上,以控制所述一挡齿轮副的啮合与分离。
较优地,所述二挡主动齿轮21、所述一挡主动齿轮8、所述第一离合器11、所述减震器9在所述输入轴20上从左往右依次设置。
本实用新型还提供一种车辆,其包括上述所述的混合动力驱动***,结构相对简单,可根据需要调整不同工况模式,有效提高了车辆燃油经济性
如图2至图15所示为本实用新型中所述混合动力驱动***在各主要工况下的动力传递路径图,展示了各主要工况下第一离合器11、第二离合器22、发动机10、第一电机1及第二电机18的工作状态。
工况1:停车时冷启动发动机工况;如图2所示为电机冷启动发动机时的动力传递路径图,停车时冷启动发动机10,当停车状态需要启动发动机10时,使第一电机1处于驱动状态,第二电机18处于自由状态,第一离合器11分离,第二离合器22分离,发动机10由关闭状态被启动,驻车齿轮5处于空档;停车时第一电机1冷启动发动机10不会产生舒适性问题;因为减少了原有发动机10起动机,减少了车辆的组成元件。
工况2:停车充电工况;如图3所示为停车充电时的动力传递路径图;停车充电工况,当车辆在停车状态,电池电量不足时,可以选择车辆停车充电,此时,发动机10处于驱动状态,第二电机18处于自由状态,第一电机1处于发电状态,第一离合器11分离,第二离合器22分离,驻车齿轮5处于空档;在发电时,第一电机1产生的交流电经逆变器25转为直流电,后经第一电机1线束传递给电池,存储于电池中;发动机10处在经济转速区间,兼顾燃油经济性和噪声,当充电量达到一定比率时,根据需要切换其它工况。
工况3:纯电驱动工况;如图4所示为纯电驱动时的动力传递路径图,当车速较低时,如果使用发动机10驱动,发动机10的燃油经济性较差,而使用纯电驱动覆盖低车速工况,可以使***效率保持较高水平。当第二电机18纯电驱动时,第二电机18处于驱动状态,第一电机1处于自由状态,发动机10关闭,第一离合器11分离,第二离合器22分离,驻车齿轮5处于空档位置;电量不足时,可以切换到串联驱动模式。
工况4:能量回收,如图5所示制动能量回收时动力传递路径图,由于第二电机18与车轮固联,任何工况下都能快速切换到能量回收工况,不需要挂档操作,工作时,发动机10处于自由状态,第一电机1处于自由状态,第一离合器11分离,第二离合器22分离,驻车齿轮5处于空档位置,第二电机18处于发电状态;在发电时,第二电机18产生的交流电经逆变器25转为直流电,后经第二电机18线束传递给电池,存储于电池中。
工况5:纯电驱动路起发动机工况;如图6所示为纯电驱动路起发动机时的动力传递路径图,当车辆在纯电驱动行驶,需要启动发动机10时,第一离合器11接合,第二离合器22分离,第一电机1处于自由状态,第二电机18处于驱动状态,驻车齿轮5处于空档,发动机10被启动。纯电驱动路起发动机10无需动力中断,无需挂档。
工况6:发动机一档独立驱动工况,如图7所示为发动机一挡独立驱动时的动力传递路径图,发动机10在不同扭矩、转速时效率不同,***据此选择发动机10独立驱动档位。当发动机10一挡独立驱动时,发动机10处于驱动状态,第一电机1、第二电机18处于自由状态,第一离合器11接合,第二离合器22分离,驻车齿轮5处于空档位置;中速时发动机10处于油耗效率较高区间,此时相比纯电驱动档位,发动机10独立驱动可以使***效率保持较高水平。发动机10一挡独立驱动主要用于中高速区间。
工况7:发动机二档独立驱动,如图8所示为发动机二挡独立驱动时的动力传递路径图,当***选择发动机10二挡独立驱动时,发动机10处于驱动状态,第一电机1、第二电机18处于自由状态,第一离合器11分离,第二离合器22接合,驻车齿轮5处于空档位置。发动机10二挡独立驱动主要用于高速区间。
工况8:串联驱动工况;如图9所示为串联驱动时的动力传递路径图,当电池电量不足,纯电驱动模式时***效率最高,应选择串联驱动,工作时,发动机10处于驱动状态,第一电机1处于发电状态,第一离合器11分离,第二离合器22分离,驻车齿轮5处于空档位置,第二电机18处于驱动状态;第一电机1产生的交流电不经过电池,直接传递给第二电机18,使第二电机18驱动车辆行驶,减少了能量转化传递过程中的损失;串联驱动模式能长时间工作,并使发动机10长时间处于高效率区间。
工况9:发动机一档驱动,第一电机发电工况;如图10所示为发动机一挡驱动,第一电机1发电时的动力传递路径图,当发动机10一挡驱动,电池电量不足时,***所需扭矩不大,将发动机10增扭到高效区间,驱动车辆时可补充电能。选择发动机10一挡驱动,第一电机1发电,此时,发动机10处于驱动状态,第一电机1处于发电状态,第二电机18处于自由状态,第一离合器11接合,第二离合器22分离,驻车齿轮5处于空档位置。
工况10:发动机二档驱动,第一电机发电工况;如图11所示为发动机二挡驱动,第一电机1发电时的动力传递路径图,当发动机10二挡驱动,第一电机1发电时,发动机10处于驱动状态,第一电机1处于发电状态,第二电机18处于自由状态,第一离合器11分离,第二离合器22接合,驻车齿轮5处于空档位置。
工况11:发动机一档,电驱并联驱动工况;如图12所示为发动机一挡,电驱并联驱动时的动力传递路径图;发动机10一挡,电驱并联驱动,当发动机10一挡或者第二电机18纯电驱动无法满足扭矩需求时,可选择发动机10一挡,第二电机18并联驱动,此时,发动机10处于驱动状态,第一电机1处于自由状态,第二电机18处于驱动状态,第一离合器11接合,第二离合器22分离,驻车齿轮5处于空档位置。
工况12:发动机二档,电驱并联驱动工况;如图13所示为发动机二挡驱动,电驱并联驱动时的动力传递路径图;,当发动机10二挡或者纯电驱动无法满足扭矩需求时,可选择发动机10二挡,电驱并联驱动,此时,发动机10处于驱动状态,第一电机1处于自由状态,第二电机18处于驱动状态,第一离合器11分离,第二离合器22接合,驻车齿轮5处于空档位置。
工况13:驻车P档工况;如图14所示为驻车P档时的动力传递路径图,当需要停车时,关闭发动机10,第一电机1、第二电机18处于自由状态,第一离合器11分离,第二离合器22分离,驻车齿轮5处于P档。
工况14:纯电倒档工况;如图15所示为纯电倒档时的动力传递路径图,当车辆需要倒车时,发动机10处于关闭状态,第一电机1处于自由状态,第二电机18反转驱动车辆倒车,第一离合器11分离,第二离合器22分离,驻车齿轮5处于空档位置。由于具有纯电倒档,可去除机械倒档,使机构更简单、紧凑,有利于缩小变速器包络,增加变速器在整车上的可装配性。
如图2-15所描述的所述混合动力驱动***在不同工况下第一离合器11、第二离合器22、发动机10、第一电机1及第二电机18的工作状态,总结起来,如表一所示,
表一
Figure BDA0003263937350000111
本实用新型第二实施例,如图16所示,本实施例基于第一实施例,与第一实施例不同在于,本实施例设置成单档,省去了所述第一离合器11与所述一挡主动齿轮21,减小了占用空间,结构更加简单,以满足客户的需求。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种混合动力驱动***,包括动力装置、传动机构以及机械控制装置、动力传递装置,其特征在于,
所述动力装置包括发动机、第一电机、第二电机;
所述机械控制装置包括第二离合器;
所述动力传递装置包括与所述发动机相连接的输入轴、第一输出轴、第二输出轴、设于所述第二输出轴上的驻车齿轮和耦合连接在所述输入轴及所述第二输出轴之间的二挡位齿轮副;所述二挡齿轮副包括设于所述第二输出轴上的二挡从动齿轮以及设于所述输入轴上的二挡主动齿轮;
其中,所述第二离合器设于所述第二输出轴上,以控制所述二挡位齿轮副的啮合与分离;所述第一电机设有第一电机轴,所述第一电机轴上设有第一电机输入齿轮,所述第一电机输入齿轮与所述二挡主动齿轮啮合,所述第二电机设有第二电机轴,所述第二电机轴与所述第一输出轴经齿轮副啮合耦合连接。
2.根据权利要求1所述的混合动力驱动***,其特征在于,所述混合动力驱动***还包括逆变器、与所述逆变器连接的电池组,所述逆变器的一端与所述第一电机电连接,所述逆变器的另一端与所述第二电机电连接。
3.根据权利要求1所述的混合动力驱动***,其特征在于,所述混合动力驱动***还包括减震器,所述减震器设于所述发动机和所述二挡主动齿轮之间。
4.根据权利要求1所述的混合动力驱动***,其特征在于,所述混合动力驱动***还包括差速器总成,所述差速器总成上设有主减速齿轮。
5.根据权利要求4所述的混合动力驱动***,其特征在于,所述第一输出轴设有第一减速齿轮,所述第二输出轴设有第二减速齿轮,所述第一减速齿轮、所述第二减速齿轮分别与所述主减速齿轮啮合。
6.根据权利要求1所述的混合动力驱动***,其特征在于,所述第一输出轴上设有一挡从动齿轮,所述第二电机轴上设有第二电机输入齿轮,所述第二电机输入齿轮与所述一挡从动齿轮啮合。
7.根据权利要求6所述的混合动力驱动***,其特征在于,所述机械控制装置包括第一离合器,所述输入轴还设有一挡主动齿轮,所述一挡主动齿轮与所述一挡从动齿轮啮合,形成一挡齿轮副,所述第一离合器设于所述输入轴上,以控制所述一挡齿轮副的啮合与分离。
8.一种车辆,其特征在于,具有如权利要求1-7任一项所述的混合动力驱动***。
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