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CN107264260A - 一种混合动力驱动系统和汽车 - Google Patents

一种混合动力驱动系统和汽车 Download PDF

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CN107264260A
CN107264260A CN201610210290.1A CN201610210290A CN107264260A CN 107264260 A CN107264260 A CN 107264260A CN 201610210290 A CN201610210290 A CN 201610210290A CN 107264260 A CN107264260 A CN 107264260A
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CN
China
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gear
clutch
shaft
input shaft
motor
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Application number
CN201610210290.1A
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王敬明
王兆辉
张化东
朱恩强
唐来明
贺燕铭
田安民
李继凯
姜强
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BAIC Motor Powertrain Co Ltd
Original Assignee
BAIC Motor Powertrain Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种混合动力驱动系统和汽车。混合动力驱动系统包括：变速箱，包括第一输入轴和第二输入轴，第一传动轴和第二传动轴；第一离合器，设置于第一传动轴上；第二离合器，设置于第二传动轴上；第一齿轮和第二齿轮，设置于第一传动轴上；第一齿轮靠近第一输入轴设置；第三齿轮和第四齿轮，设置于第二传动轴上；第一齿轮和第三齿轮啮合，第二齿轮和第四齿轮啮合，第一齿轮和第三齿轮的齿数相同，变速箱形成两个挡位；驱动电机，与第一输入轴直接连接；第三离合器。本发明的混合动力驱动系统的变速箱，零件数量少，技术成熟，结构简单易于集成；由于增加了变速箱的挡位控制，驱动电机的功率和体积更小，续航里程更长，动力性也得以提高。

Description

一种混合动力驱动系统和汽车
技术领域
本发明涉及汽车制造技术领域，尤其涉及一种混合动力驱动系统和汽车。
背景技术
日前，我们汽车产销量仍以两位数增长，对石油总量需要持续加大，环境也日益恶劣。国家已实行了相关措施强制汽车厂商往小排量，轻量化，新能源方向发展。混合动力是目前比较适合中国国情的过渡新能源方案。混合动力汽车一般都需要动力耦合机构来协调发动机与电机的动力输出，还能选择动力输出模式，使发动机工作在经济区，并且兼顾了车辆的动力性和舒适性。
随着人们对生活水平的提高，在国内外的一些小区内行车倡导绿色出行，小区内行驶零排放及无噪声。因此，具有适时纯电动模式也应是混合动力汽车的不可或缺的功能之一。
混合动力耦合系统目前主要有行星轮系和离合器。行星轮式结构相对简单，模式较多，但是控制复杂。离合器式的运行模式简单明了，控制比较简单，驾驶模式的变换通过控制不同离合器的接合和断开来实现。但由于有时需要电机直接驱动汽车，进行电机设计匹配时，电机功率体积都会选择相对较大。
发明内容
为了克服现有技术中插电式混合动力汽车纯电行驶里程不足，电机功率和体积较大的技术问题，本发明提供了一种混合动力驱动系统和汽车。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种混合动力驱动系统，包括：
变速箱，包括第一输入轴和第二输入轴，第一传动轴和第二传动轴；所述第一输入轴与第一传动轴连接，所述第二输入轴与第二传动轴连接；
输出轴，与所述第二传动轴连接；
第一离合器，设置于所述第一传动轴上；
第二离合器，设置于所述第二传动轴上；
位于所述第一输入轴和所述输出轴之间的第一齿轮和第二齿轮，设置于所述第一传动轴上；所述第一齿轮和所述第二齿轮分别位于所述第一离合器的两侧，所述第一齿轮靠近所述第一输入轴设置；
位于所述第二输入轴和所述输出轴之间的第三齿轮和第四齿轮，设置于所述第二传动轴上；所述第三齿轮和所述第四齿轮分别位于所述第二离合器的两侧，所述第三齿轮靠近所述第二输入轴设置；
所述第一齿轮和所述第三齿轮啮合，所述第二齿轮和所述第四齿轮啮合，所述第一齿轮和所述第三齿轮的齿数相同，所述变速箱形成两个挡位；
驱动电机，与所述第一输入轴直接连接；
第三离合器，发动机通过所述第三离合器与所述第二输入轴连接。
进一步来说，所述的混合动力驱动系统中，所述变速箱包括：所述第一离合器接合，所述第二离合器分离的低速挡；及
所述第一离合器分离，所述第二离合器接合的高速挡；及
所述第一离合器接合，所述第二离合器接合，所述输出轴被锁死的锁死挡。
进一步来说，所述的混合动力驱动系统中，所述混合动力驱动系统包括纯电动驱动模式：
所述驱动电机运转，所述发动机停止工作，所述第三离合器分离；所述第一输入轴将所述驱动电机的扭矩通过所述变速箱传递至所述输出轴。
进一步来说，所述的混合动力驱动系统中，所述混合动力驱动系统包括第一混合驱动模式：
所述第三离合器接合，所述驱动电机和所述发动机同时运转，所述第一输入轴将所述驱动电机的扭矩通过所述变速箱传递至所述输出轴，所述第二输入轴将所述发动机的扭矩通过所述变速箱传递至所述输出轴。
进一步来说，所述的混合动力驱动系统中，所述混合动力驱动系统包括第二混合驱动模式：
所述第三离合器接合，所述驱动电机停止工作，所述发动机运转；所述第二输入轴将所述发动机的扭矩通过所述变速箱传递至所述输出轴。
进一步来说，所述的混合动力驱动系统中，所述混合动力驱动系统包括第三混合驱动模式：
所述第三离合器接合，所述驱动电机作为发电机运转，所述发动机运转；所述第二输入轴将所述发动机的扭矩通过所述变速箱传递至所述输出轴；所述发动机通过所述第二输入轴、所述第三齿轮、所述第一齿轮和所述第一输入轴带动所述驱动电机转动发电。
进一步来说，所述的混合动力驱动系统中，所述混合动力驱动系统包括坡道辅助制动模式：
所述第一离合器接合，所述第二离合器接合，所述输出轴锁死；起步时，所述驱动电机运转，所述驱动电机的扭矩通过所述变速箱传递至所述输出轴；所述驱动电机的扭矩到达设定值后，所述第二离合器分离。
进一步来说，所述的混合动力驱动系统中，所述第二齿轮的齿数小于所述第四齿轮的齿数。
进一步来说，所述的混合动力驱动系统中，所述输出轴与差速器连接。
本发明还提供了一种汽车，包括如上任意一项所述的混合动力驱动系统。
本发明的有益效果是：本发明的混合动力驱动系统的变速箱，零件数量少，技术成熟，结构简单易于集成；由于增加了变速箱的挡位控制，驱动电机的功率和体积更小，续航里程更长，动力性也得以提高。
附图说明
图1表示本发明实施例中混合动力驱动系统的结构示意图；
图2表示本发明实施例中混合动力驱动系统的变速箱的结构示意图；
图3表示本发明实施例中混合动力驱动系统的变速箱的低挡状态示意图；
图4表示本发明实施例中混合动力驱动系统的变速箱的高挡状态示意图；
图5表示本发明实施例中混合动力驱动系统的变速箱的锁死状态示意图；
图6表示本发明实施例中混合动力驱动系统的混合动力模式状态示意图之一；
图7表示本发明实施例中混合动力驱动系统的混合动力模式状态示意图之二；
图8表示本发明实施例中混合动力驱动系统的坡道辅助制动模式状态示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。
参照图1所示，本发明提供了一种混合动力驱动系统，包括变速箱5、驱动电机1、第一离合器3、第二离合器8和第三离合器10。包括第一输入轴和第二输入轴，第一传动轴和第二传动轴；第一输入轴与第一传动轴连接，第二输入轴与第二传动轴连接；第一传动轴和第二传动轴与输出轴分别连接；输出轴，与第二传动轴连接；第一离合器3，设置于第一传动轴上；第二离合器8，设置于第二传动轴上；位于第一输入轴和输出轴之间的第一齿轮2和第二齿轮4，设置于第一传动轴上；第一齿轮2和第二齿轮4分别位于第一离合器3的两侧，第一齿轮2靠近第一输入轴设置；位于第二输入轴和输出轴之间的第三齿轮9和第四齿轮7，设置于第二传动轴上；第三齿轮9和第四齿轮7分别位于第二离合器8的两侧，第三齿轮9靠近第二输入轴设置；第一齿轮2和第三齿轮9啮合，第二齿轮4和第四齿轮7啮合，第一齿轮2和第三齿轮9的齿数相同，变速箱5形成两个挡位；驱动电机1，与第一输入轴直接连接；第三离合器10，发动机11通过第三离合器10与第二输入轴连接。
具体来说，本发明的混合动力驱动系统中，变速箱5通过两个传动轴，及每个传动轴上的设置的齿轮，即第一离合器3和第二离合器8的断开和接合来实现两个挡位。变速箱5有两个输入轴，其中一输入轴与驱动电机1直接连接；另一输入轴通过第三离合器10与发动机11连接。当第三离合器10断开时，为纯电动工作模式；当第三离合器10接合时，为混合动力驱动模式。无论纯电动模式还是混合动力模式动力均传递至两挡的变速箱5的输出轴，经过主减速器和差速器，最终传递到车轮。该混合动力驱动系统控制简单，结构紧凑，且提高了动力性，经济性。通过第三离合器10，选择将发动机11的扭矩是否传递至变速箱5内，从而将发动机11与驱动电机1的能量的耦合，或是实现纯电动模式。该混合动力驱动系统能够实现混合动力驱动和纯电动模式，且两种模式下变速箱5都能起到作用，可以有效减小了驱动电机1的功率以及体积。目前在相同动力性下，使用两挡的纯电动模式比使用单级减速纯电动功率小15％以上。且由于挡位增加，动力性能得到提高，对于后半程提速具有有利效果，避免整个加速过程电机都处于高能耗工作。当起步或车辆在城市市区行驶，需要降低噪声或排放时，驾驶员能够进行切换为纯电动模式，可以实现节能和减排。
参照图2和图3所示，变速箱5包括第一离合器3接合，第二离合器8分离的低速挡。当第一离合器3集合，第二离合器8分离时，为一挡，也为低速挡；此时传动比可以计算为nin/nout＝Z4/Z2。其中，nin为输入的转速大小，nout为输出轴out输出的转速大小；第二齿轮4的齿数为Z2，第四齿轮7的齿数为Z4。
参照图2和图4所示，变速箱5包括第一离合器3分离，第二离合器8接合的高速挡。当第一离合器分离，第二离合器8接合时，为二挡，也为高速挡，此设计关键在于定义Z1＝Z3。将纯电动驱动和有发动机11驱动时变速箱5的挡位变化原理归为一致，此时传动比可以计算为nin/nout＝1，纯电动驱动和混合动力驱动模式下变速箱5均工作。其中，nin为输入的转速大小，nout为输出轴out输出的转速大小；第一齿轮2的齿数为Z1，第三齿轮9的齿数为Z3。
将变速箱5分为两挡，将第二齿轮4的齿数小于第四齿轮7的齿数，从而产生不同的传动比，划分出第一挡和第二挡。避免驱动电机1在低速高扭矩时的低效率情况，并且在高速状态下可以降低驱动电机1的转速，提高电池的续航能力。
参照图2和图5所示，第一离合器3接合，第二离合器8接合，输出轴被锁死的锁止挡，输出轴被锁止，因此差速器6和车轮也被锁死。该变速箱5具有锁死功能，使车辆在坡道起步，停车时具有很好的制动作用，可以省去坡道辅助系统，节省整车成本。
参照图6所示，混合动力驱动系统包括纯电动驱动模式。该模式下驱动电机1运转，发动机11停止工作，第三离合器10分离；第一输入轴将驱动电机1的扭矩通过变速箱5传递至输出轴。当汽车起步状态，或者驾驶员人为切换为纯电动模式时，第三离合器10分离，发动机11不工作。电控系统控制驱动电机1，驱动电机1传递扭矩给变速箱5的第一输入轴，变速箱5的第一离合器3和第二离合器8可以根据车况进行相应挡位控制和调整，再由输出轴out传递到差速器6，直至车轮。两挡位设置的变速箱5有效较小了驱动电机1的设计要求。该模式下，可以在城市内拥堵以及在小区或者公园内实现绿色行驶。
参照图7所示，混合动力驱动系统包括混合驱动模式。采用混合动力模式时，第三离合器10接合，由发动机11和驱动电机1组成混合动力系统。此工作模式下，根据驱动电机1的用途可以分为工作模式。
其中，第一混合驱动模式中，第三离合器10接合，驱动电机1和发动机11同时运转，第一输入轴将驱动电机1的扭矩通过变速箱5传递至输出轴，第二输入轴将发动机11的扭矩通过变速箱5传递至输出轴。驱动电机1作为电动机与发动机11共同驱动车辆，此模式可以满足大功率工况的需求，可以提高车辆的动力性，同时降低发动机和电动机的设计要求。
其中，第二混合驱动模式中，第三离合器10接合，驱动电机1停止工作，发动机11运转；第二输入轴将发动机11的扭矩通过变速箱5传递至输出轴。该模式下，驱动电机1不工作，由发动机11单独驱动车辆。此时适合在高速路上匀速巡航的工况，发动机11工作在经济区。
其中，第三混合驱动模式中，第三离合器10接合，驱动电机1作为发电机运转，发动机11运转；第二输入轴将发动机11的扭矩通过变速箱5传递至输出轴；发动机11通过第二输入轴、第三齿轮9、第一齿轮2和第一输入轴带动驱动电机1转动发电。驱动电机1作为发电机，发动机11带动驱动电机1的同时驱动车辆。此模式适合于电池电量在控制值以下需要充电，且发动机11的功率输出在满足车辆驱动还有剩余的工况。
在混合动力驱动模式下，整车控制系统能够根据具体工况和电池系统的状态，自动选择工作模式。该混合动力驱动系统可以在纯电驱动模式、混合动力模式(巡航发电、混合驱动和怠速充电)，且在每种驱动模式下都能够进行两挡变速。从而解决插电式混合动力汽车纯电行驶里程不足，电机设计功率和体积过大，能耗大等问题，提高电池续航能力。本系统主要侧重纯电行驶，并且发动机的存在可以免去纯电汽车的续航里程焦虑。
请参照图8所示，混合动力驱动系统包括坡道辅助制动模式。此模式下，第一离合器3接合，第二离合器8接合，输出轴锁死；起步时，驱动电机1运转，驱动电机1的扭矩通过变速箱5传递至输出轴；驱动电机1的扭矩到达设定值后，第二离合器8分离。当汽车在坡道准备起步控制时，当第一离合器3和第二离合器8同时接合时，整个变速箱5抱死堵转，此时主减速器以致锁死。起步时，驱动电机1慢慢提供扭矩，当达到一定扭矩时，即车辆不会后溜状态，第二离合器8则慢慢松开即自动挂上一挡，让车辆进行起步行驶。该模式充分利用的该系统机构，便于坡道控制，可以省去车辆额外的坡道辅助系统，简化了车辆传动系统，降低了整车成本。
本发明还提供了一种汽车，包括如上任意一项所述的混合动力驱动系统。
需要说明的是，该汽车是包括上述混合动力驱动系统的汽车，上述混合动力驱动系统实施例的实现方式同样适用于该汽车的实施例中，也能达到相同的技术效果，在此不再赘述。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“径向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“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发明和简化描述，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发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种混合动力驱动系统，其特征在于，包括：
变速箱(5)，包括第一输入轴和第二输入轴，第一传动轴和第二传动轴；所述第一输入轴与所述第一传动轴连接，所述第二输入轴与所述第二传动轴连接；
输出轴，与所述第二传动轴连接；
第一离合器(3)，设置于所述第一传动轴上；
第二离合器(8)，设置于所述第二传动轴上；
位于所述第一输入轴和所述输出轴之间的第一齿轮(2)和第二齿轮(4)，设置于所述第一传动轴上；所述第一齿轮(2)和所述第二齿轮(4)分别位于所述第一离合器(3)的两侧，所述第一齿轮(2)靠近所述第一输入轴设置；
位于所述第二输入轴和所述输出轴之间的第三齿轮(9)和第四齿轮(7)，设置于所述第二传动轴上；所述第三齿轮(9)和所述第四齿轮(7)分别位于所述第二离合器(8)的两侧，所述第三齿轮(9)靠近所述第二输入轴设置；
所述第一齿轮(2)和所述第三齿轮(9)啮合，所述第二齿轮(4)和所述第四齿轮(7)啮合，所述第一齿轮(2)和所述第三齿轮(9)的齿数相同，所述变速箱(5)形成两个挡位；
驱动电机(1)，与所述第一输入轴直接连接；
第三离合器(10)，发动机(11)通过所述第三离合器(10)与所述第二输入轴连接。
2.如权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述变速箱(5)包括：所述第一离合器(3)接合，所述第二离合器(8)分离的低速挡；及
所述第一离合器(3)分离，所述第二离合器(8)接合的高速挡；及
所述第一离合器(3)接合，所述第二离合器(8)接合，所述输出轴被锁死的锁死挡。
3.如权利要求2所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述混合动力驱动系统包括纯电动驱动模式：
所述驱动电机(1)运转，所述发动机(11)停止工作，所述第三离合器(10)分离；所述第一输入轴将所述驱动电机(1)的扭矩通过所述变速箱(5)传递至所述输出轴。
4.如权利要求2所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述混合动力驱动系统包括第一混合驱动模式：
所述第三离合器(10)接合，所述驱动电机(1)和所述发动机(11)同时运转，所述第一输入轴将所述驱动电机(1)的扭矩通过所述变速箱(5)传递至所述输出轴，所述第二输入轴将所述发动机(11)的扭矩通过所述变速箱(5)传递至所述输出轴。
5.如权利要求2所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述混合动力驱动系统包括第二混合驱动模式：
所述第三离合器(10)接合，所述驱动电机(1)停止工作，所述发动机(11)运转；所述第二输入轴将所述发动机(11)的扭矩通过所述变速箱(5)传递至所述输出轴。
6.如权利要求2所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述混合动力驱动系统包括第三混合驱动模式：
所述第三离合器(10)接合，所述驱动电机(1)作为发电机运转，所述发动机(11)运转；所述第二输入轴将所述发动机(11)的扭矩通过所述变速箱(5)传递至所述输出轴；所述发动机(11)通过所述第二输入轴、所述第三齿轮(9)、所述第一齿轮(2)和所述第一输入轴带动所述驱动电机(1)转动发电。
7.如权利要求2所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述混合动力驱动系统包括坡道辅助制动模式：
所述第一离合器(3)接合，所述第二离合器(8)接合，所述输出轴锁死；起步时，所述驱动电机(1)运转，所述驱动电机(1)的扭矩通过所述变速箱(5)传递至所述输出轴；所述驱动电机(1)的扭矩到达设定值后，所述第二离合器(8)分离。
8.如权利要求1或2所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述第二齿轮(4)的齿数小于所述第四齿轮(7)的齿数。
9.如权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述输出轴与差速器(6)连接。
10.一种汽车，其特征在于，包括如权利要求1至9中任意一项所述的混合动力驱动系统。
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