一种基于自动变速器的单电机深度混合动力系统的制作方法

文档序号:3884112阅读:170来源:国知局
一种基于自动变速器的单电机深度混合动力系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于自动变速器的单电机深度混合动力系统,其特征在于,主要由发动机(1),集成在自动变速器(3)上部的电动机(9),与电动机(9)相连接的控制器(10),与控制器(10)相连接并为电动机(9)提供电能的动力电池(11),主动盘与发动机(1)的曲轴输出端相连接、从动盘与自动变速器(3)的输入轴(31)相连接的第一离合器(2),以及设置在自动变速器(3)的第5档与自动变速器(3)的输出轴(34)之间的第二离合器(35)组成。本发明传动效率高、制造成本低,能实现深度(含插电式)混合动力系统的全部功能,同时还能确保AMT传递动力的连续性。
【专利说明】—种基于自动变速器的单电机深度混合动力系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及深度混合动力系统【技术领域】,具体是指一种适用于深度混合动力车型(HEV)和插电式混合动力车型(PHEV)的基于自动变速器的单电机深度混合动力系统。
【背景技术】
[0002]目前,整个世界都面临着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,电动汽车技术成为汽车研究领域的一大热点;混合动力电动汽车与电动汽车和燃油汽车相比,具有高效能、低能耗和低污染的特点以及技术、经济、环境和设施建设等方面的综合优势,混合动力电动汽车动力系统的形式多种多样,大致上有串联、并联和混联三种基本结构。混合动力电动汽车同时采用了电动机和发动机双动力源作为其动力装置,通过先进的控制系统使两种动力装置有机协调配合,以实现最佳动力分配、能量管理,达到低能耗、低污染的目的。而在混合动力电动汽车的多样化中,深度混合动力和插电式混合动力能大幅度降低燃油消耗和改善排放,从整车增加成本和技术成熟度分析,是最合理的、更易产品化的技术选择。
[0003]目前,国外大汽车公司纷纷推出了混合动力车型,如丰田Prius、通用Tahoe、奔驰S400Hybrid、宝马ActiveHybrid7等等,其车型传动系统基本采用了行星轮结构,具有结构紧凑、集成度高等特点,属深度混合动力系统。然而,这些混合动力车型却对加工工艺要求较高,其制作成本较为昂贵。因此,研究开发一种适合现中国国情以及符合现加工、制造能力的高效、可靠、成本低、易实现高度集成和批量生产的深度混合动力系统便是迫在眉睫的事情。

【发明内容】

[0004]本发明的目的在于克服目前国外深度混合动力系统所存在的结构复杂、加工工艺要求较高、成本较为昂贵的缺陷,提供一种不仅结构简单,而且符合我国加工、制造能力的一种可实现高度集成和批量生产的一种基于自动变速器的单电机深度混合动力系统。
[0005]本发明的目的通过下述技术方案实现:一种基于自动变速器的单电机深度混合动力系统,主要由发动机,集成在自动变速器上部的电动机,与电动机相连接的控制器,与控制器相连接并为电动机提供电能的动力电池,主动盘与发动机的曲轴输出端相连接、从动盘与自动变速器的输入轴相连接的第一离合器,以及设置在自动变速器的第5档与自动变速器的输出轴之间的第二离合器组成。
[0006]进一步地,所述的第一离合器为干式离合器或湿式离合器,所述的自动变速器为电控机械式自动变速器。
[0007]为了确保使用效果与传递效率,所述的第二离合器由与输出轴相连接的从动齿轮,设置在输出轴上的花键毂,套在该花键毂外侧并能沿其表面作轴向移动的接合套,与接合套外表面的环槽相匹配的离合拨叉,以及与离合拨叉相连接的第二离合控制器组成。[0008]为了确保结构的可靠性,所述从动齿轮的内孔通过滚针轴承与输出轴作转动连接,从动齿轮靠接合套侧的外圆柱有外花键接合齿圈,从动齿轮的外花键接合齿圈与接合套的内花键齿相匹配。
[0009]为了确保结构的稳定性,所述电动机的壳体与自动变速器的壳体连为一体或集成一体。
[0010]为了确保结构的合理性,在电动机输出轴的传动齿轮与自动变速器的第5档的主动齿轮之间还设有过渡齿轮。
[0011]本发明较现有技术相比具有以下优点及有益效果:
(I)本发明传动效率高、制造成本低,能实现深度(含插电式)混合动力系统的全部功能,同时还能确保AMT传递动力的连续性,其结构简单,轴向尺寸短,易于布置,经济性和排放性效果显著。
[0012](2)本发明与现有的单电机深度混合动力系统相比,不仅节省了一套结构复杂的耦合离合器和相关的操纵系统,而且本发明系统结构更简单、轴向尺寸更短、控制更简便。
[0013]( 3 )本发明的电动机最高转速不受发动机转速牵制,可独立之外的匹配高转速电机,从而能显著的提高电动机效率,缩小外形尺寸。
[0014](4)本发明同时具备停车充电模式和发动机行车充电两种模式,能有效克服传统单电机系统只能具有单一充电模式的缺陷。
[0015](5)本发明的动力系统取消了发动机的传统起动机、发动机前轮系空调压缩机、传统发电机和液压转向助力泵,并适当减小了起动电瓶的容量,从而很大程度的减少了系统的复杂度。
[0016](6)本发明属并联式深度混合动力系统,发动机驱动时SOC为电量保持模式,因此,动力电池和电动机能输出较大的瞬时(峰值)功率。在发动机驱动的换挡过程中,依据车速、节气门开度、SOC参数,通过控制发动机和电动机,由电动机提供瞬时直接驱动车辆的动力,并减小第一离合器主、从动盘转速差,缩短换挡时间,降低转矩冲击,以确保动力的连续性和避免换挡过程中出现顿挫感。
【专利附图】

【附图说明】
[0017]图1为本发明单电机深度混合动力系统结构示意图;
图2为本发明单电机深度混合动力系统平面布置框图;
图3为本发明的第二离合器结构示意图。
[0018]其中,以上附图中的附图标记分别为:
I一发动机,2一第一尚合器,3一自动变速器,4一主减速器,5一差速器,6一车轮,7一过渡齿轮,8—传动齿轮,9一电动机,10一控制器,11一动力电池,31一输入轴,32一主动齿轮,33—从动齿轮,34—输出轴,35—第二离合器,351—接合套,352—花键毂,353—外花键接合齿圈,354一环槽。
【具体实施方式】
[0019]下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明,但本发明的实施方式不限于此。实施例
[0020]如图1、2所示,本发明主要包括有发动机1、第一离合器2、自动变速器3、主减速器4、差速器5、车轮6、过渡齿轮7、电动机9、控制器10、动力电池11及第二离合器35这几大部分。其中,发动机I的曲轴输出端与第一离合器2的主动盘相连接,而该第一离合器2的从动盘则与自动变速器3的输入轴31相连接;控制器10与电动机9相连接,且电动机9接受控制器10的控制;第二离合器35设置在自动变速器3的第5档与自动变速器3的输出轴34之间;动力电池11通过控制器10与电动机9实现高压连接,并为其提供电能。
[0021]混合动力运行时,发动机I与电动机9的动力通过自动变速器3的主动齿轮32或输出轴34耦合,并经输出轴34、主减速器4、差速器5向车轮6传递驱动动力。
[0022]为了能尽可能的降低系统构造和尺寸,所述电动机9优先集成在自动变速器3上,即该电动机9的壳体与自动变速器3的壳体连为一体或集成一体,以实现模块化设计。为了尽可能的确保电动机9与自动变速器3之间的动力传递效果,必要时,在电动机9输出轴的传动齿轮8与自动变速器3的第5档的主动齿轮32之间还设有过渡齿轮7,即电动机9的输出轴的传动齿轮8经过渡齿轮7与自动变速器3的第5档的主动齿轮32相互啮合。
[0023]第一离合器2可以采用干式离合器来实现,也可以采用湿式离合器来实现。为了确保使用效果,本发明实施例中的第一离合器2优先采用AMT变速器总成所配套的具有自动补偿磨损间隙功能的干式离合器。同时,自动变速器3采用电控机械式自动变速器来实现。
[0024]第二离合器35的结构如图3所示,其由与输出轴34相连接的从动齿轮33,设置在输出轴34上的花键毂352,套在该花键毂352外侧并能沿其表面作轴向移动的接合套351,与接合套351外表面的环槽354相匹配的离合拨叉,以及与离合拨叉相连接的第二离合控制器组成
其中,从动齿轮33侧外圆柱上设有外花键接合齿圈353,从动齿轮33的内孔通过滚针轴承与输出轴34作转动连接。而输出轴34在与花键毂352的连接位置上则设有外花键。接合套351的外圆柱面加工有与离合拨叉匹配的环槽354,而其内环的内壁上则设有内花键。花键毂352的内孔和外圆柱面上都加工有花键,其内花键与输出轴34上的外花键配合连接,并用垫圈和卡环作轴向定位,而其外花键则与接合套351的内花键作滑动连接。使用时,第二离合控制器控制离合拨叉进行拨动动作,从而使得接合套351沿花键毂352作轴向移动,进而实现从动齿轮33与输出轴34之间的接合和分离。
[0025]使用时,当离合拨叉拨动接合套351外圆柱面上的环槽354向从动齿轮33方向轴向移动时,接合套351的内花键齿保持与花键毂352的外花键齿滑动连接并与从动齿轮33侧外圆柱的外花键接合齿圈353连接,此时第二离合器35接合。
[0026]本发明实施例的自动变速器3设有6个挡位,其中I?5档为前进挡,R档为倒车档,第5档为最高速档。
[0027]本发明的动力系统主要包括以下几种工作模式:
1、怠速暖机/怠速停机工作模式。在发动机I冷机带载使用及运行前,由于发动机I的水温较低、三元催化器尚未达到正常工作温度、机油也未对缸内润滑,系统应提前进入怠速暖机模式,为之后发动机I快速重起做准备;系统控制依据电池S0C、档位操作杆位置开关信号、制动踏板开关信号、发动机I起动按键信号等,可停车怠速暖机和在纯电动工作模式下怠速暖机。
[0028]停车怠速暖机。此时车辆处于停车状态,第二离合器35分离(从动齿轮33与输出轴34之间分离)、自动变速器3自动挂入第5档、第一离合器2接合;电动机9起动并运转,其输出动力经传动齿轮8、过渡齿轮7、第5档的主动齿轮32、输入轴31、第一离合器2传递给发动机I ;发动机I起动后,第一离合器2分离,发动机I保持怠速运转,系统进入怠速暖机模式;当发动机I的水温达到预设值时,系统切换至怠速停机模式,发动机I停止运转。
[0029]而纯电动工作模式下怠速暖机与下述发动机工作模式原理基本相同,不同的是:发动机I起动后,第一离合器2分离,发动机I保持怠速运转,系统进入纯电动工作模式下怠速暖机模式。
[0030]2、停车充电工作模式。此时车辆处于停车状态,动力电池11的电量低于设定值,系统按停车怠速暖机工作模式起动发动机I ;起动后,发动机I工作在最低稳定及以上转速,第一离合器2维持接合,电动机9停止工作;发动机I的动力经第一离合器2、输入轴31、第5档的主动齿轮32、过渡齿轮7、传动齿轮8传递给电动机9使其旋转并发电,为动力电池11充电。
[0031]3、纯电动工作模式。当动力电池11的电量处于正常范围时,车辆以纯电动模式工作;此时发动机I停止待机,第一离合器2分离、第二离合器35接合、自动变速器3自动挂入空档;动力电池11经控制器10给电动机9输送电能,电动机9的输出动力经传动齿轮8、过渡齿轮7、第5档的主动齿轮32、第二离合器35、输出轴34、主减速器4及差速器5传递到车轮6,驱动车辆行驶。
[0032]注:纯电动及下述工作模式,第二离合器35均处接合状态(从动齿轮33与输出轴34之间接合),不再重述。
[0033]4、发动机工作模式。在纯电动模式下,随着车速的提升,当车辆功率需求位于发动机I的燃油高效区或动力电池剩余电量较低时,自动变速器3依据车速、加速踏板开度自动挂入相应档位,第一离合器2逐渐接合,电动机9在继续驱动车辆提速的同时,分配一定的功率经传动齿轮8、过渡齿轮7、第5档的主动齿轮32、相应档位齿轮、输入轴31、第一离合器2传递给发动机I ;发动机I起动,系统切换至发动机工作模式,发动机I的输出动力经第一离合器2、输入轴31、相应档位齿轮、输出轴34、主减速器4、差速器5传递给车轮6驱动车辆行驶,此时电动机9停止工作转入随动状态;若动力电池11的剩余电量较低,则发动机I的动力除驱动车辆外,还将输出一部分额外功率经主动齿轮32、过渡齿轮7、传动齿轮8传递给电动机9,电动机9以发电机的方式工作,并为动力电池11充电。
[0034]5、混合驱动工作模式。系统维持在发动机工作模式,当车辆功率需求超过发动机I的燃油高效区上限时,系统在发动机工作模式下,电动机9也参与驱动车辆行驶,即发动机I与电动机9的动力通过主动齿轮32或输出轴34耦合,并经输出轴34、主减速器4、差速器5向车轮6传递驱动动力;此时系统由发动机工作模式切换至混合驱动工作模式。
[0035]6、滑行/制动能量回馈模式。当松开加速踏板或踩下制动踏板时,系统进入滑行/制动能量回馈模式,车辆动能通过车轮6、差速器5、主减速器4、输出轴34、相应档位齿轮、主动齿轮32、过渡齿轮7、传动齿轮8传递给电动机9使其旋转,电动机9以发电机方式将动能转换为电能,给动力电池11充电;此时系统控制将依据车速、制动踏板开度、动力电池11的SOC控制第一离合器2的接合和分离。[0036]7、倒车工作模式。在动力电池SOC处于正常值范围时,系统以纯电动模式工作,控制器10控制电动机9反向旋转驱动车辆倒车;当SOC下降到设定值时,起动发动机1,系统按传统汽车方式由自动变速器3倒档驱动车辆倒车,电动机9并联于系统中,以发电机方式调节发动机I工作于低油耗区,并给动力电池11充电。
[0037]如上所述,便可以很好的实现本发明。
【权利要求】
1.一种基于自动变速器的单电机深度混合动力系统,其特征在于,主要由发动机(1),集成在自动变速器(3)上部的电动机(9),与电动机(9)相连接的控制器(10),与控制器(10)相连接并为电动机(9)提供电能的动力电池(11 ),主动盘与发动机(I)的曲轴输出端相连接、从动盘与自动变速器(3)的输入轴(31)相连接的第一离合器(2),以及设置在自动变速器(3)的第5档与自动变速器(3)的输出轴(34)之间的第二离合器(35)组成。
2.根据权利要求1所述的一种基于自动变速器的单电机深度混合动力系统,其特征在于,所述的第一离合器(2)为干式离合器或湿式离合器。
3.根据权利要求2所述的一种基于自动变速器的单电机深度混合动力系统,其特征在于,所述的第二离合器(35)由与输出轴(34)相连接的从动齿轮(33),设置在输出轴(34)上的花键毂(352),套在该花键毂(352)外侧并能沿其表面作轴向移动的接合套(351),与接合套(351)外表面的环槽(354)相匹配的离合拨叉,以及与离合拨叉相连接的第二离合控制器组成。
4.根据权利要求3所述的一种基于自动变速器的单电机深度混合动力系统,其特征在于,所述从动齿轮(33)的内孔通过滚针轴承与输出轴(34)作转动连接,从动齿轮(33)靠接合套(351)侧的外圆柱有外花键接合齿圈(353 ),从动齿轮(33 )的外花键接合齿圈(353 )与接合套(351)的内花键齿相匹配。
5.根据权利要求1?4任一项所述的一种基于自动变速器的单电机深度混合动力系统,其特征在于,所述的自动变速器(3 )为电控机械式自动变速器。
6.根据权利要求5所述的一种基于自动变速器的单电机深度混合动力系统,其特征在于,所述电动机(9)的壳体与自动变速器(3)的壳体连为一体或集成一体。
7.根据权利要求6所述的一种基于自动变速器的单电机深度混合动力系统,其特征在于,在电动机(9)输出轴的传动齿轮(8)与自动变速器(3)的第5档的主动齿轮(32)之间还设有过渡齿轮(7)。
【文档编号】B60K6/42GK103963625SQ201410230137
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月28日 优先权日:2014年5月28日
【发明者】李剑波 申请人:李剑波
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