混合动力柔性耦合混联系统的制作方法
【专利摘要】一种混合动力柔性耦合混联系统，包括：第一电机，其输出端连接有第一输出轴；第二电机，其输出端连接有第二输出轴，所述第二输出轴平行于所述第一输出轴；发动机，其输出端连接有第三输出轴，所述第三输出轴与所述第二输出轴通过离合器同轴连接；其中，所述第一输出轴、所述第二输出轴分别通过变速系统与车桥连接。通过平行设置电机和发动机的输出轴，整个混联系统只需要一个离合器就可以实现纯电动、串联或混联等驱动模式的转换，结构简单、布置紧凑，系统成本低。
【专利说明】混合动力柔性耦合混联系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种混合动力电动汽车的动力系统,具体为混合动力柔性耦合混联系统。
【背景技术】
[0002]面对日趋严重的能源短缺与环境恶化问题，寻求社会、经济与资源、环境相互促进与协调发展的可持续发展模式正在成为世界性潮流。在这种背景下，混合动力电动汽车技术成为汽车研究领域的一大热点，混合动力电动汽车是指在同一辆汽车中同时采用了电机和发动机作为其动力源的新型汽车。与燃油汽车相比，混合动力电动汽车具有高性能、低能耗和低污染的特点以及技术、经济和环境等方面的综合优势。
[0003]混合动力汽车动力系统的形式多种多样，大致上有串联、并联及混联三种基本结构，其中混联系统因其结合了串、并联方案的特点，有其固有的优越性，但混联系统的结构通常比较庞大，而现有技术混联系统中发动机和电机在不同工作模式分别或者共同输出驱动转矩时，各种工作模式之间的转换需要通过复杂的控制和操作来实现，因而尚待改进。
[0004]现有技术的混联系统在换挡的过程中都存在一个问题:由于换挡时需要暂时切断动力源与输出系统的连接，此时输出系统无动力供给，车辆靠惯性行驶，换挡完成后才能恢复动力供给，即在换挡时存在动力中断，造成驾驶的平顺性降低。
实用新型内容
[0005]本实用新型解决的问题是现有技术混联系统结构庞大、控制操作复杂、换挡平顺性不高。
[0006]为解决上述问题，本实用新型提供一种柔性耦合混联系统，包括:
[0007]第一电机，其输出端连接有第一输出轴；
[0008]第二电机，其输出端连接有第二输出轴，所述第二输出轴平行于所述第一输出轴；
[0009]发动机,其输出端连接有第三输出轴，所述第三输出轴与所述第二输出轴通过尚合器同轴连接；
[0010]其中，所述第一输出轴、所述第二输出轴分别通过变速系统与车桥连接。
[0011]可选的，所述变速系统包括:
[0012]驱动轴，所述驱动轴平行于所述第一输出轴和所述第二输出轴，其输出端连接于所述车桥；
[0013]多组第一变速齿轮组，所述每组第一变速齿轮组包括连接于所述第一输出轴上的第一主动齿轮、以及与所述第一主动齿轮啮合并空套于所述驱动轴上的第一从动齿轮；
[0014]多组第二变速齿轮组，所述每组第二变速齿轮组包括连接于所述第二输出轴上的第二主动齿轮以及与所述第二主动齿轮啮合并空套于所述驱动轴上的第二从动齿轮；
[0015]所述第一变速齿轮组与所述第二变速齿轮组的数目相等。
[0016]可选的，所述驱动轴上具有多个可沿驱动轴轴向行走的同步器，所述第一从动齿轮和所述第二从动齿轮分别通过所述同步器与所述驱动轴连接；
[0017]其中，每个所述第一从动齿轮和所述第二从动齿轮分别对应一个所述同步器，或者所述多组第一变速齿轮组相邻的第一从动齿轮之间以及所述多组第二变速齿轮组相邻的第二从动齿轮之间共用一个同步器。
[0018]可选的，还包括储能装置，所述储能装置与所述第二电机连接。
[0019]可选的，所述变速系统的输出端通过差速器连接至车桥。
[0020]可选的，还包括控制系统，所述控制系统用于控制所述混联系统处于以下工作模式:
[0021]纯电动模式:所述离合器分离，一个所述第一从动齿轮与一个所述第二从动齿轮分别与所述驱动轴连接，所述第一电机和所述第二电机并联并同时向所述驱动轴输出驱动转矩。
[0022]可选的，还包括并联模式，所述并联模式包括以下步骤:
[0023]单电机驱动:所述离合器分离，一个所述第一从动齿轮与所述驱动轴连接，由所述第一电机向所述驱动轴输出驱动转矩；
[0024]发动机启动:所述离合器闭合，所述第二电机向发动机输出驱动转矩；
[0025]发动机并联加载:一个所述第二从动齿轮与所述驱动轴连接，所述第一电机、所述第二电机和所述发动机均向所述驱动轴输出驱动转矩。
[0026]可选的，所述储能装置还与第一电机连接；
[0027]所述工作模式还包括串联模式:所述离合器闭合，所述发电机向所述第二电机输出驱动转矩，所述第二电机通过所述储能装置与所述第一电机串联，一个所述第一从动齿轮与所述驱动轴连接，由所述第一电机向所述驱动轴输出驱动转矩。
[0028]可选的，还包括制动能量回收模式:驱动轴反向输出转矩至第一电机和第二电机中的一个或两个。
[0029]可选的，所述控制系统控制各个工作模式之间的相互切换。
[0030]与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下优点:
[0031]通过平行设置电机和发动机的输出轴，整个混联系统只需要一个离合器就可以实现纯电动、串联或混联等驱动模式的转换，结构简单、布置紧凑，系统成本低；
[0032]进一步，在各种工作模式之间转换时，控制系统只需要对一个离合器和各个同步器的动作进行控制，控制和操作更简单。
[0033]进一步，输出轴接收第一电机、第二电机和发动机分别通过第一变速齿轮组和第二变速齿轮组输出的叠加转矩，其中两组变速齿轮组交错换挡，即当第二变速齿轮组换挡时，第一变速齿轮组不换挡、仍向输出轴输出转矩，也就是说，车辆运行状态下，第一电机始终输出驱动转矩，换挡过程中无动力中断，驾驶平顺性相应得到提高。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1是本实用新型实施例柔性耦合混联系统的结构示意图；
[0035]图2是图1中变速系统的局部放大图；
[0036]图3是本实用新型实施例中纯电动模式转矩传递图；
[0037]图4是本实用新型实施例中并联模式中单电机驱动转矩传递图；
[0038]图5是本实用新型实施例中并联模式中发动机启动转矩传递图；
[0039]图6是本实用新型实施例中并联模式中发动机并联加载转矩传递图；
[0040]图7是本实用新型实施例中串联模式转矩传递图。
【具体实施方式】
[0041]为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。
[0042]本实用新型实施例提供一种柔性耦合混联系统，如图1所示，包括:第一电机100，其输出端连接有第一输出轴110 ;第二电机200，其输出端连接有第二输出轴210，所述第二输出轴210平行于所述第一输出轴110 ;发动机300，其输出端连接有第三输出轴310，所述第三输出轴310与所述第二输出轴210通过离合器400同轴连接；其中，所述第一输出轴110、所述第二输出轴210分别通过变速系统500与车桥600连接。
[0043]本实施例中，第二电机200和发动机300的输出轴210、310通过共同的输出端统一连接至变速系统500，并且与第一电机100的输出轴110平行设置，整个混联系统只有一个离合器，可以实现纯电动、串联或混联等驱动模式的转换。
[0044]参照图1并结合图2所示,所述变速系统500包括:驱动轴510,所述驱动轴510平行于所述第一输出轴110和所述第二输出轴210，其输出端连接于所述车桥600 ;多组第一变速齿轮组520，所述每组第一变速齿轮组520包括连接于所述第一输出轴110上的第一主动齿轮521、以及与所述第一主动齿轮啮合并空套于所述驱动轴510上的第一从动齿轮522 ;多组第二变速齿轮组530，所述每组第二变速齿轮组530包括连接于所述第二输出轴210上的第二主动齿轮531、以及与所述第二主动齿轮啮合并空套于所述驱动轴510上的第二从动齿轮532 ;所述第一变速齿轮组520与所述第二变速齿轮组530的数目相等。
[0045]所述驱动轴510上具有多个可沿驱动轴510轴向行走的同步器540，所述第一从动齿轮522和所述第二从动齿轮532分别通过所述同步器540与所述驱动轴510连接。
[0046]多组第一变速齿轮组520相邻的第一从动齿轮522之间以及所述多组第二变速齿轮组530相邻的第二从动齿轮532之间共用一个同步器540。在其他实施例中，也可以设置成每个第一从动齿轮522和第二从动齿轮532分别对应一个所述同步器540。
[0047]所述第一变速齿轮组520与所述第二变速齿轮组520的数目相等。
[0048]其中，变速系统500可以为两档变速系统或者多挡变速系统。本实施例中为两档变速系统。其中，第一变速齿轮组520和第二变速齿轮组530分别具有两组，且分别为一挡变速齿轮组和两档变速齿轮组。
[0049]如图1所示，本实施例的柔性耦合混联系统中，还包括储能装置700，所述储能装置700与所述第二电机200连接。本实施例中，储能装置700还与第一电机100连接，SP:所述第二电机200通过所述储能装置700与所述第一电机100串联。其中，储能装置700可以是动力电池或者其他能够实现能量存储和释放的装置。本实施例还包括差速器800，所述变速系统500的输出端通过差速器800连接至车桥600。通过差速器800可以使得驱动轴510向不同的车轮输出不同的驱动转矩。
[0050]另外，本实施例的柔性耦合混联系统还包括控制系统(图中未示出)，所述控制系统用于控制所述混联系统处于以下工作模式:
[0051]I)纯电动模式:参照图3，控制系统控制所述离合器400分离，一个所述第一从动齿轮522与一个所述第二从动齿轮532分别与所述驱动轴510连接，所述第一电机100和所述第二电机200并联并同时向所述驱动轴510输出驱动转矩。
[0052]图3中实心箭头指示方向为转矩传递方向。此时，发动机300不向驱动轴510输出转矩，第一电机100和第二电机200处于并联状态，同时作为驱动电机驱动车辆的运行，即此时车辆为纯电动模式，即纯电机驱动，驱动轴510接收上述两个电机的并联耦合的较大转矩；该模式可以用于车辆的起步。
[0053]2)并联模式，所述并联模式包括以下步骤:
[0054]A.单电机驱动:参照图4，所述离合器400分离，一个第一从动齿轮522与所述驱动轴510连接，由所述第一电机100向所述驱动轴510输出驱动转矩。
[0055]图4中实心箭头指示方向为转矩传递方向。此时，第二电机200和发动机300均不向驱动轴510输出转矩，仅由第一电机100作为驱动电机驱动车辆的运行。B.发动机启动:参照图5，所述离合器400闭合，所述第二电机200向发动机300输出驱动转矩。
[0056]图5中实心箭头指示方向为转矩传递方向。此时，第一电机100作为驱动电机用于驱动车辆的运行，第二电机200作为发动机300的启动电机用于驱动发动机300启动。
[0057]C.发动机并联加载:参照图6，一个所述第二从动齿轮532与所述驱动轴510连接，所述第一电机100、所述第二电机200和所述发动机300均向所述驱动轴510输出驱动转矩。
[0058]图6中实心箭头指示方向为转矩传递方向。此时，第一电机100、第二电机200和发动机300处于并联状态，并向驱动轴510输出并联加载的驱动转矩，实现车辆的大功率驱动。
[0059]3)串联模式:参照图7，所述离合器510闭合，所述发动机300向所述第二电机200输出驱动转矩，所述第二电机200通过所述储能装置700与所述第一电机100串联，所述第一从动齿轮522与所述驱动轴510连接，由所述第一电机100向所述驱动轴510输出驱动转矩。
[0060]图7中实心箭头指示方向为转矩传递方向。此时，第一电机100、第二电机200和发动机300以及储能装置700处于串联状态:第二电机200作为发电机，发动机300带动第二电机200发电，并将电能储存于储能装置700 ;第一电机100作为驱动电机由储能装置700提供电能并通过第一变速齿轮组520驱动车辆的运行。
[0061]4)制动能量回收模式:参照图3、图6-7，驱动轴510反向输出转矩至第一电机100和第二电机200中的一个或两个。该模式用于油门踏板松开或制动踏板踩下时对产生的制动能量的回收，回收的能量储存在储能装置700中。制动过程中第一电机100、第二电机200以及发动机300均没有驱动转矩输出，车辆靠惯性行驶，并带动驱动轴转动，将转矩通过驱动轴510以及第一输出轴110和第二输出轴210反向传输给第一电机100和第二电机200中的一个或两个，并带动其旋转，此时第一电机100和第二电机200作为发电机使用，将制动转矩转化为能量并储存于储能装置700中。
[0062]图3、图6以及图7中空心箭头指示方向为制动能量回收模式中的转矩传递方向。其中，参照图3和图6，当车辆处于上述纯电动模式或并联模式时，第一电机100和第二电机200均可用于回收制动能量；参照图7，当车辆处于串联模式时，第一电机100用于制动能量回收，而第二电机200不参与制动能量回收。
[0063]进一步的，本实施例中，所述控制系统控制各个工作模式之间的相互切换。并且，控制系统只需要控制一个离合器和各个同步器的动作，就能实现各个模式之间的切换，简单易操作。例如:
[0064]车辆在纯电动模式下起步，当车辆达到一定速度后，高速下车辆行驶需要较大驱动力，则控制系统可以控制混联系统向并联模式转化:控制系统首先控制第二变速齿轮组530的第二从动齿轮断开与驱动轴510的连接(即空转)；然后控制离合器400闭合，由第二电机200作为发动机启动电机，启动发动机运转；当发动机启动后，控制系统控制第二变速齿轮组530中一个第二从动齿轮532与驱动轴510连接，完成向并联模式的转化，驱动轴510接收第一电机100、第二电机200以及发动机300输出的叠加转矩；
[0065]当车辆低速运行或处于长下坡时，不需要过大的驱动力，则控制系统可以控制混联系统例如由并联系统向串联模式转化:控制系统首先控制第二变速齿轮组520的第二从动齿轮断开与驱动轴510的连接(即空转)；然后将第二电机200作为发电机，由发动机300向第二电机200输出转矩，第二电机200将机械能转化成电能并储存于储能装置700中，储能装置700将电能提供给第一电机100，第一电机100向驱动轴510输出转矩并驱动车辆运行。
[0066]需注意的是，在本实施例中，工作模式之间的转化不限于上述方式，控制系统可以控制各个工作模式之间的任意转化。另外，控制系统可以是手动控制系统或者自动控制系统。
[0067]由此可见，本实施例的柔性耦合混联系统中，车辆在运行状态下，第一电机100始终向驱动轴510输出转矩，即第一电机100始终作为驱动电机驱动车辆的运行，相比较于现有技术更优的是:第一变速齿轮组520接收第一电机100输出的转矩，第二变速齿轮组530接收第二电机200和发动机300输出的叠加转矩，驱动轴510接收第一变速齿轮组520和第二变速齿轮组530输出的叠加转矩；车辆运行状态下，第一变速齿轮组520和第二变速齿轮组530交错换挡，即当第二变速齿轮组530换挡时，第一变速齿轮组520保持原挡位输出、不换挡，也就是说，第一电机100始终向车桥输出驱动转矩，换挡过程中动力仅仅是减弱，而不中断，因此可以实现整个换挡过程车辆的运行无动力中断，驾驶平顺性更好。
[0068]虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
【权利要求】
1.一种混合动力柔性耦合混联系统，其特征在于，包括: 第一电机，其输出端连接有第一输出轴； 第二电机，其输出端连接有第二输出轴，所述第二输出轴平行于所述第一输出轴； 发动机，其输出端连接有第三输出轴，所述第三输出轴与所述第二输出轴通过离合器同轴连接； 其中，所述第一输出轴、所述第二输出轴分别通过变速系统与车桥连接。
2.如权利要求1所述的柔性耦合混联系统，其特征在于，所述变速系统包括: 驱动轴，所述驱动轴平行于所述第一输出轴和所述第二输出轴，其输出端连接于所述车桥； 多组第一变速齿轮组，所述每组第一变速齿轮组包括连接于所述第一输出轴上的第一主动齿轮、以及与所述第一主动齿轮啮合并空套于所述驱动轴上的第一从动齿轮； 多组第二变速齿轮组，所述每组第二变速齿轮组包括连接于所述第二输出轴上的第二主动齿轮、以及与所述第二主动齿轮啮合并空套于所述驱动轴上的第二从动齿轮； 所述第一变速齿轮组与所述第二变速齿轮组的数目相等。
3.如权利要求2所述的柔性耦合混联系统，其特征在于，所述驱动轴上具有多个可沿驱动轴轴向行走的同步器，所述第一从动齿轮和所述第二从动齿轮分别通过所述同步器与所述驱动轴连接； 其中，每个所述第一从动齿轮和所述第二从动齿轮分别对应一个所述同步器，或者所述多组第一变速齿轮组相邻的第一从动齿轮之间以及所述多组第二变速齿轮组相邻的第二从动齿轮之间共用一个同步器。
4.如权利要求3所述的柔性耦合混联系统，其特征在于，还包括储能装置，所述储能装置与所述第二电机连接。
5.如权利要求1所述的柔性耦合混联系统，其特征在于，所述变速系统的输出端通过差速器连接至车桥。
6.如权利要求4所述的柔性耦合混联系统，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统用于控制所述混联系统处于以下工作模式: 纯电动模式:所述离合器分离，一个所述第一从动齿轮与一个所述第二从动齿轮分别与所述驱动轴连接，所述第一电机和所述第二电机并联并同时向所述驱动轴输出驱动转矩。
7.如权利要求6所述的柔性耦合混联系统，其特征在于，还包括并联模式，所述并联模式包括以下步骤: 单电机驱动:所述离合器分离，一个所述第一从动齿轮与所述驱动轴连接，由所述第一电机向所述驱动轴输出驱动转矩； 发动机启动:所述离合器闭合，所述第二电机向发动机输出驱动转矩； 发动机并联加载:一个所述第二从动齿轮与所述驱动轴连接，所述第一电机、所述第二电机和所述发动机均向所述驱动轴输出驱动转矩。
8.如权利要求7所述的柔性耦合混联系统，其特征在于，所述储能装置还与第一电机连接； 所述工作模式还包括串联模式:所述离合器闭合，所述发动机向所述第二电机输出驱动转矩，所述第二电机通过所述储能装置与所述第一电机串联，一个所述第一从动齿轮与所述驱动轴连接，由所述第一电机向所述驱动轴输出驱动转矩。
9.如权利要求8所述的柔性耦合混联系统，其特征在于，还包括制动能量回收模式:所述驱动轴反向输出转矩至所述第一电机和所述第二电机中的一个或两个。
10.如权利要求9所述的柔性耦合混联系统，其特征在于，所述控制系统控制各个工作模式之间的相互切换。
【文档编号】B60K6/44GK203957833SQ201420425649
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年7月30日 优先权日:2014年7月30日
【发明者】姚杰 申请人:上海汽车集团股份有限公司