混合动力驱动系统的制作方法

本实用新型涉及新能源技术领域，特别涉及一种混合动力驱动系统。

背景技术：

动力系统包括发动机(内燃机)和一个由变速器、差速器和传动轴组成的传动系统。它的作用是向车辆提供驱动轮所需的驱动动力。内燃机有一定的速度和扭矩范围，并在其中很小的范围内达到最佳的工作状态，这时或是油耗最小，或是有害排放最低，或是俩者皆然。然而，实际路况千变万化，不但表现在驱动轮的速度上，同时还表现在驱动轮所要求的扭矩。因此，实现内燃机的转速和扭矩最优，即动力最优状态，与驱动轮动力状态之匹配好，是变速器的首要任务。

近年来，电机混合动力技术的诞生为实现内燃机与动力轮之间动力的完全匹配开拓了新的途径。在众多的动力总成设计案中，最具代表性的有串联混合系统和并联混合系统两种。电机串联混合系统中，内燃机、发电机、电动机、轴系、驱动轮组成一条串联的动力链，动力总成结构极为简单。其中，发电机和电动机组合可视为传统意义下的变速器。当与储能器，如电池，电容等联合使用时，所述变速器又可作为能量调节装置，完成对速度和扭矩的独立调节。

电机并联系统有两条并行的独立的动力链。一条由传统的机械变速器组成，另一条由电机和电池系统组成。机械变速器负责完成对速度的调节，而电机和电池系统则完成对功率或扭矩的调节。为充分发挥整个系统的潜能，机械变速器还需采用无级变速方式。

串联混合系统的优点在于结构简单，布局灵活。但由于全部动力通过发电机和电动机，因此电机的功率要求高，体积大，重量重。同时，由于能量传输过程经过两次机与电，电与机的转换，整个系统的效率较低。在并联混合系统中，只有部分动力通过电机系统，因此，对电机的功率要求相对较低，整体系统的效率高。然而，此系统需两套独立的子系统，造价高，通常只用于弱混合系统。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供一种混合动力驱动系统，具有多种工作模式，能提高整车的动力性能。

一种混合动力驱动系统，包括发动机、传动轴、第一离合器、第二离合器、第三离合器、第一传动齿轮、第二传动齿轮、中间轴、第一电机和第二电机，其中发动机具有发动机输出轴，第一离合器分别与发动机输出轴、传动轴连接，第一离合器用于将发动机输出轴与传动轴接合或断开；第二离合器分别与传动轴、第一传动齿轮连接，第二离合器用于将传动轴与第一传动齿轮接合或断开，第一传动齿轮空套在传动轴上，第一传动齿轮与中间轴连接并通过中间轴输出动力至轮端；第三离合器分别与传动轴、第二传动齿轮连接，第三离合器用于将传动轴与第二传动齿轮接合或断开，第二传动齿轮空套在传动轴上，第二传动齿轮与中间轴连接并通过中间轴输出动力至轮端；第一电机与传动轴连接；第二电机与中间轴连接并通过中间轴输出动力至轮端。

在本实用新型的实施例中，上述传动轴上固定有第一齿轮，所述第一电机具有第一电机输出轴，所述第一电机输出轴上固定有第二齿轮，所述第二齿轮与所述第一齿轮相互啮合。

在本实用新型的实施例中，上述第一离合器的主动部分与所述发动机输出轴连接，所述第一离合器的从动部分与所述传动轴连接；所述第二离合器的主动部分与所述传动轴连接，所述第二离合器的从动部分与所述第一传动齿轮连接；所述第三离合器的主动部分与所述传动轴连接，所述第三离合器的从动部分与所述第二传动齿轮连接。

在本实用新型的实施例中，上述第二离合器和所述第三离合器集成设置在同一个壳体内。

在本实用新型的实施例中，上述中间轴上固定有第三齿轮、第四齿轮和第五齿轮，所述第三齿轮与所述第一传动齿轮相互啮合；所述第五齿轮与所述第二传动齿轮相互啮合；所述第二电机具有第二电机输出轴，所述第二电机输出轴上固定有第六齿轮，所述第六齿轮与所述第三齿轮相互啮合；所述混合动力驱动系统还包括差速器，所述差速器上设有差速器齿轮，所述第四齿轮与所述差速器齿轮相互啮合。

在本实用新型的实施例中，上述混合动力驱动系统具有单电机电动模式、双电机电动一档模式和双电机电动二档模式；在所述单电机电动模式下，所述第一离合器、所述第二离合器、所述第三离合器和所述第一电机均不工作，所述第二电机进行驱动；在所述双电机电动一档模式下，所述第一离合器和所述第三离合器均不工作，所述第二离合器工作，所述第二离合器将所述第一传动齿轮与所述传动轴接合，所述第一电机和所述第二电机进行驱动；在所述双电机电动二档模式下，所述第一离合器和所述第二离合器均不工作，所述第三离合器工作，所述第三离合器将所述第二传动齿轮与所述传动轴接合，所述第一电机和所述第二电机进行驱动。

在本实用新型的实施例中，上述混合动力驱动系统具有发动机直驱一档模式和发动机直驱二档模式；在所述发动机直驱一档模式下，所述第一离合器和所述第二离合器工作，所述第一离合器将所述发动机输出轴与所述传动轴接合，所述第二离合器将所述第一传动齿轮与所述传动轴接合，所述第三离合器、所述第一电机和所述第二电机均不工作，所述发动机进行驱动；在所述发动机直驱二档模式下，所述第一离合器和所述第三离合器工作，所述第一离合器将所述发动机输出轴与所述传动轴接合，所述第三离合器将所述第二传动齿轮与所述传动轴接合，所述第二离合器、所述第一电机和所述第二电机均不工作，所述发动机进行驱动。

在本实用新型的实施例中，上述混合动力驱动系统具有一级混动模式和二级混动模式；在所述一级混动模式下，所述第一离合器和所述第二离合器工作，所述第一离合器将所述发动机输出轴与所述传动轴接合，所述第二离合器将所述第一传动齿轮与所述传动轴接合，所述第三离合器和所述第一电机均不工作，所述发动机和所述第二电机进行驱动；在所述二级混动模式下，所述第一离合器和所述第三离合器工作，所述第一离合器将所述发动机输出轴与所述传动轴接合，所述第三离合器将所述第二传动齿轮与所述传动轴接合，所述第二离合器和所述第一电机均不工作，所述发动机和所述第二电机进行驱动。

在本实用新型的实施例中，上述混合动力驱动系统具有增程模式；在所述增程模式下，所述第一离合器工作，所述第一离合器将所述发动机输出轴与所述传动轴接合，所述第二离合器和所述第三离合器不工作，所述发动机驱动所述第一电机发电，所述第二电机进行驱动。

在本实用新型的实施例中，上述混合动力驱动系统具有制动发电模式；在所述制动发电模式下，第一离合器、所述第二离合器、所述第三离合器和所述第一电机均不工作，车辆制动时的动力由轮端传递到所述第二电机进行发电。

本实用新型的混合动力驱动系统的发动机具有发动机输出轴，第一离合器分别与发动机输出轴、传动轴连接，第一离合器用于将发动机输出轴与传动轴接合或断开；第二离合器分别与传动轴、第一传动齿轮连接，第二离合器用于将传动轴与第一传动齿轮接合或断开，第一传动齿轮空套在传动轴上，第一传动齿轮与中间轴连接并通过中间轴输出动力至轮端；第三离合器分别与传动轴、第二传动齿轮连接，第三离合器用于将传动轴与第二传动齿轮接合或断开，第二传动齿轮空套在传动轴上，第二传动齿轮与中间轴连接并通过中间轴输出动力至轮端；第一电机与传动轴连接；第二电机与中间轴连接并通过中间轴输出动力至轮端。本实用新型的混合动力驱动系统的发动机可以直接参与驱动，并且发动机具有两个档位可以选择。而且，混合动力驱动系统能实现双电机纯电动模式，可以降低第二电机的尺寸和成本，提高整车的动力性能。

附图说明

图1是本实用新型第一实施例的混合动力驱动系统的结构示意图。

图2是图1的混合动力驱动系统在单电机电动模式下的动力传递示意图。

图3是图1的混合动力驱动系统在双电机电动一档模式下的动力传递示意图

图4是图1的混合动力驱动系统在双电机电动二档模式下的动力传递示意图

图5是图1的混合动力驱动系统在发动机直驱一档模式下的动力传递示意图。

图6是图1的混合动力驱动系统在发动机直驱二档模式下的动力传递示意图。

图7是图1的混合动力驱动系统在一级混动模式下的动力传递示意图。

图8是图1的混合动力驱动系统在二级混动模式下的动力传递示意图。

图9是图1的混合动力驱动系统在增程模式下的动力传递示意图。

图10是图1的混合动力驱动系统在制动发电模式下的动力传递示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的实施方式作进一步地描述。

图1是本实用新型第一实施例的混合动力驱动系统的结构示意图。如图1所示，混合动力驱动系统10包括发动机11、传动轴13、第一离合器14a、第二离合器14b、第三离合器14c、第一传动齿轮15a、第二传动齿轮15b、中间轴16、第一电机17、第二电机18、差速器19和动力电池(图未示)。

发动机11具有发动机输出轴112。在本实施例中，发动机11例如为汽油发动机或柴油发动机。

传动轴13与发动机输出轴112同轴设置，传动轴13上固定有第一齿轮132。

第一离合器14a分别与发动机输出轴112、传动轴13连接，第一离合器14a用于将发动机输出轴112与传动轴13接合或断开。具体地，第一离合器14a的主动部分与发动机输出轴112连接，第一离合器14a的从动部分与传动轴13连接。当第一离合器14a工作时，第一离合器14a将发动机输出轴112与传动轴13接合；当第一离合器14a不工作时，第一离合器14a将发动机输出轴112与传动轴13断开。

第二离合器14b分别与传动轴13、第一传动齿轮15a连接，第二离合器14b用于将传动轴13与第一传动齿轮15a接合或断开。具体地，第二离合器14b的主动部分与传动轴13连接，第二离合器14b的从动部分与第一传动齿轮15a连接。当第二离合器14b工作时，第二离合器14b将传动轴13与第一传动齿轮15a接合；当第二离合器14b不工作时，第二离合器14b将传动轴13与第一传动齿轮15a断开。

第三离合器14c分别与传动轴13、第二传动齿轮15b连接，第三离合器14c用于将传动轴13与第二传动齿轮15b接合或断开。具体地，第三离合器14c的主动部分与传动轴13连接，第三离合器14c的从动部分与第二传动齿轮15b连接。当第三离合器14c工作时，第三离合器14c将传动轴13与第二传动齿轮15b接合；当第三离合器14c不工作时，第三离合器14c将传动轴13与第二传动齿轮15b接合。在本实施例中，第二离合器14b和第三离合器14c集成设置在同一壳体内，但并不因此为限。

第一传动齿轮15a空套在传动轴13上，即第一传动齿轮15a与传动轴13各自转动时相互不受影响。第一传动齿轮15a与中间轴16连接并通过中间轴16输出动力至轮端。

第二传动齿轮15b空套在传动轴13上，即第二传动齿轮15b与传动轴13各自转动时相互不受影响。传第二传动齿轮15b与中间轴16连接并通过中间轴16输出动力至轮端。

中间轴16上固定有第三齿轮161、第四齿轮162和第五齿轮163，第三齿轮161、第四齿轮162和第五齿轮163相互间隔设置。第三齿轮161与第一传动齿轮15a相互啮合；第五齿轮162与第二传动齿轮15b相互啮合。

第一电机17与传动轴13连接。第一电机17具有第一电机输出轴171，第一电机输出轴171上固定有第二齿轮172，第二齿轮172与第一齿轮132相互啮合，第二齿轮172与第一齿轮132形成增速齿轮，使得发动机11可对第一电机17做增速、降扭矩处理，提高了第一电机17的发电效率，可以减小第一电机17的尺寸和成本。在本实施例中，第一电机17为驱动和发电一体机。

第二电机18与中间轴16连接并通过中间轴16输出动力至轮端。第二电机18具有第二电机输出轴181，第二电机输出轴181上固定有第六齿轮182，第六齿轮182与第三齿轮161相互啮合。在本实施例中，第二电机18为驱动和发电一体机。

差速器19上设有差速器齿轮191，第四齿轮162与差速器齿轮191相互啮合。差速器19用于调整左右轮的转速差，当汽车转弯行驶或在不平路面上行驶时，使左右车轮以不同转速滚动。

动力电池分别与第一电机17、第二电机18电性连接。动力电池为第一电机17和第二电机18提供驱动用的电能，同时第一电机17和第二电机18在发电时产生的电能可存储在动力电池中。在本实施例中，当汽车制动时，制动时的动力由轮端经过差速器19、差速器齿轮191、第四齿轮162、第三齿轮161、第六齿轮182后传递到第二电机18，驱使第二电机18旋转产生电能，所述电能可存储在动力电池中；或者发动机11驱使第一电机17旋转产生电能，所述电能可存储在动力电池中。

本实施例的混合动力驱动系统10具有单电机电动模式、双电机电动一档模式、双电机电动二档模式、发动机直驱一档模式、发动机直驱二档模式、一级混动模式、二级混动模式、增程模式和制动发电模式。

图2是图1的混合动力驱动系统在单电机电动模式下的动力传递示意图，动力传递方向如图中箭头方向所示，在单电机电动模式下，第一离合器14a、第二离合器14b、第三离合器14c和第一电机17均不工作，第二电机18进行驱动。此时，动力传递具有一条路径，即由第二电机18通过第六齿轮182传递到第三齿轮161、中间轴16、第四齿轮162、差速器齿轮191、差速器19，最后到轮端。当汽车处于全车速行驶时，混合动力驱动系统10可在单电机电动模式下进行驱动。

图3是图1的混合动力驱动系统在双电机电动一档模式下的动力传递示意图，动力传递方向如图中箭头方向所示，在双电机电动一档模式下，第一离合器14a和第三离合器14c均不工作，第二离合器14b工作，第二离合器14b将第一传动齿轮15a与传动轴13接合，第一电机17和第二电机18进行驱动。此时，动力传递具有两条路径，其中路径一由第一电机17通过第二齿轮172传递到第一齿轮132、传动轴13、第一传动齿轮15a、第三齿轮161、中间轴16、第四齿轮162、差速器齿轮191、差速器19，最后到轮端；路径二由第二电机18通过第六齿轮182传递到第三齿轮161、中间轴16、第四齿轮162、差速器齿轮191、差速器19，最后到轮端。当汽车处于低速、急加速行驶时，混合动力驱动系统10可在双电机电动模式下进行驱动。

图4是图1的混合动力驱动系统在双电机电动二档模式下的动力传递示意图，动力传递方向如图中箭头方向所示，在双电机电动二档模式下，第一离合器14a和第二离合器14b均不工作，第三离合器14c工作，第三离合器14c将第二传动齿轮15b与传动轴13接合，第一电机17和第二电机18进行驱动。此时，动力传递具有两条路径，其中路径一由第一电机17通过第二齿轮172传递到第一齿轮132、传动轴13、第二传动齿轮15b、第五齿轮163、中间轴16、第四齿轮162、差速器齿轮191、差速器19，最后到轮端；路径二由第二电机18通过第六齿轮182传递到第三齿轮161、中间轴16、第四齿轮162、差速器齿轮191、差速器19，最后到轮端。当汽车处于高速、急加速行驶时，混合动力驱动系统10可在双电机电动模式下进行驱动。

图5是图1的混合动力驱动系统在发动机直驱一档模式下的动力传递示意图，动力传递方向如图中箭头方向所示，在发动机直驱一档模式下，第一离合器14a和第二离合器14b工作，第一离合器14a将发动机输出轴112与传动轴13接合，第二离合器14b将传动轴13与第一传动齿轮15a接合，第三离合器14c、第一电机17和第二电机18均不工作，发动机11进行驱动。此时，动力传递具有一条路径，动力由传动轴13、第一传动齿轮15a、第三齿轮161、中间轴16、第四齿轮162、差速器齿轮191、差速器19，最后到轮端。当汽车处于中速行驶时，混合动力驱动系统10可在发动机直驱一档模式下进行驱动。

图6是图1的混合动力驱动系统在发动机直驱二档模式下的动力传递示意图，动力传递方向如图中箭头方向所示，在发动机直驱二档模式下，第一离合器14a和第三离合器14c工作，第一离合器14a将发动机输出轴112与传动轴13接合，第三离合器14c将第二传动齿轮15b与传动轴13接合，第二离合器14b、第一电机17和第二电机18均不工作，发动机11进行驱动。此时，动力由第二传动齿轮15b、第五齿轮163、中间轴16、第四齿轮162、差速器齿轮191、差速器19，最后到轮端。当汽车处于高速行驶时，混合动力驱动系统10可在发动机直驱二档模式下进行驱动。

图7是图1的混合动力驱动系统在一级混动模式下的动力传递示意图，动力传递方向如图中箭头方向所示，在一级混动模式下，第一离合器14a和所述第二离合器14b工作，第一离合器14a将发动机输出轴112与传动轴13接合，第二离合器14b将传动轴12与第一传动齿轮15a接合，第三离合器14c和第一电机17均不工作，发动机11和第二电机18进行驱动。此时，动力传递具有两条路径，其中路径一，动力由传动轴13、第一传动齿轮15a、第三齿轮161、中间轴16、第四齿轮162、差速器齿轮191、差速器19，最后到轮端；路径二，由第二电机18通过第六齿轮182传递到第三齿轮161、中间轴16、第四齿轮162、差速器齿轮191、差速器19，最后到轮端。当汽车处于中速行驶时，混合动力驱动系统10可在一级混动模式下进行驱动。

图8是图1的混合动力驱动系统在二级混动模式下的动力传递示意图，动力传递方向如图中箭头方向所示，在二级混动模式下，第一离合器14a和第三离合器14c工作，第一离合器14a将发动机输出轴112与传动轴13接合，第三离合器14c将第二传动齿轮15b与传动轴13接合，第二离合器14b和第一电机17均不工作，发动机11和第二电机18进行驱动。此时，动力传递具有两条路径，其中路径一，动力由第二传动齿轮15b、第五齿轮163、中间轴16、第四齿轮162、差速器齿轮191、差速器19，最后到轮端；路径二，由第二电机18通过第六齿轮182传递到第三齿轮161、中间轴16、第四齿轮162、差速器齿轮191、差速器19，最后到轮端。当汽车处于高速行驶时，混合动力驱动系统10可在二级混动模式下进行驱动。

图9是图1的混合动力驱动系统在增程模式下的动力传递示意图，动力传递方向如图中箭头方向所示，在增程模式下，第一离合器14a工作，第一离合器14a将发动机输出轴112与传动轴13接合，第二离合器14b、第三离合器14c均不工作，发动机11驱动第一电机17发电，第二电机18进行驱动。此时，动力传递具有一条路径，由第二电机18通过第六齿轮182传递到第三齿轮161、中间轴16、第四齿轮162、差速器齿轮191、差速器19，最后到轮端。

图10是图1的混合动力驱动系统在制动发电模式下的动力传递示意图，动力传递方向如图中箭头方向所示，在制动发电模式下，第一离合器14a、第二离合器14b、第三离合器14c和第一电机17均不工作，车辆制动时的动力由轮端传递到第二电机18进行发电。

本实施例的混合动力驱动系统10具有单电机电动模式、双电机电动一档模式、双电机电动二档模式、发动机直驱一档模式、发动机直驱二档模式、一级混动模式、二级混动模式、增程模式和制动发电模式，可根据动力电池的SOC值(State of Charge,即剩余电量)及车速需求自动实现不同模式的切换。例如，判断动力电池的SOC值与第一阈值的大小关系，或者同时判断动力电池的SOC值与第一阈值的大小关系以及车速与第二阈值的大小关系；根据判断结果，切换混合动力驱动系统10的工作模式。需要说明的是，第一阈值用于判断动力电池SOC值的高低，第二阈值用于判断车速的高低，本实施例不对第一阈值和第二阈值的取值范围做限定，通常可以根据具体的控制策略自由设定，不同的控制策略下，第一阈值和第二阈值的取值都不尽相同。设定好第一阈值和第二阈值后，则自动判断并根据判断结果在各种模式间自动切换。上述工作模式具体以表格体现如下：

本实用新型的混合动力驱动系统10，整体结构较简单，具有单电机电动模式、双电机电动一档模式、双电机电动二档模式、发动机直驱一档模式、发动机直驱二档模式、一级混动模式、二级混动模式、增程模式和制动发电模式等多种工作模式，可根据电池的SOC值及车速需求自动实现不同模式的切换，具有较强的灵活性，而且在进行工作模式切换时，第二电机18参与驱动，动力不存在中断。

本实用新型的混合动力驱动系统10的发动机11具有发动机输出轴112，第一离合器14a分别与发动机输出轴112、传动轴13连接，第一离合器14a用于将发动机输出轴112与传动轴13接合或断开；第二离合器14b分别与传动轴13、第一传动齿轮15a连接，第二离合器14b用于将传动轴13与第一传动齿轮15a接合或断开，第一传动齿轮15a空套在传动轴13上，第一传动齿轮15a与中间轴16连接并通过中间轴16输出动力至轮端；第三离合器14c分别与传动轴13、第二传动齿轮15b连接，第三离合器14c用于将传动轴13与第二传动齿轮15b接合或断开，第二传动齿轮15b空套在传动轴13上，第二传动齿轮15b与中间轴16连接并通过中间轴16输出动力至轮端；第一电机17与传动轴13连接；第二电机18与中间轴16连接并通过中间轴16输出动力至轮端。本实用新型的混合动力驱动系统10的发动机11可以直接参与驱动，并且发动机11具有两个档位可以选择。而且，混合动力驱动系统10能实现双电机纯电动模式，可以降低第二电机18的尺寸和成本，提高整车的动力性能。

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。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。