混合动力汽车动力耦合传动系统、实现方法及汽车

1.本发明涉及汽车传动系统技术领域，尤其涉及一种混合动力汽车动力耦合传动系统、实现方法及汽车。


背景技术：

2.混合动力汽车作为汽车发展的一种新趋势，具有动力性能好，节能环保等优点，混合动力汽车的传动系统集成了发动机和电机两种动力源。目前混动汽车传动系统耦合构型主要有功率分流行星齿轮构型，根据电机的位置可分为p2构型、p2.5和p1+p3构型。然而以丰田ths为代表的行星齿轮构型动力传递路径长，能量损失大，且由于特殊的行星齿轮架构导致驱动电机最高转速受到发电机转速的制约，动力性一般；p2构型对空间要求高且核心技术被国外公司掌握；p2.5构型存在机电控制难度高等缺点。p1+p3构型结构简单、运行高效且加速性能好，已成为当前主流构型，代表技术包括本田immd、比亚迪dm-i和长城柠檬dht。本田immd和比亚迪dm-i将发动机和发电机耦合在一起通过离合器与驱动电机并联，从而实现纯电动模式、行车充电模式、并联模式、发动机单独驱动和制动能量回收等模式，整套系统采用固定齿比传动，依靠双电机对发动机进行调速调矩使发动机一直工作在高效区，从而达到节油效果，依靠大功率电机使汽车具有较好的动力性。长城柠檬dht在上述的基础上采用两档结构，由于存在两挡变速器，在中低速工况下便可进入并联模式，提高汽车动力性；高挡位的减速比，可以使汽车在高速巡航时发动机的转速适当降低，有利于提高nvh性能；高速超车时可以降档，超车加速性能更好。
3.但是现有技术仍然存在以下缺点，
①
在起步及低速时，大功率驱动电机效率相对较低；
②
发动机和发电机耦合在一起，发动机与驱动电机并联驱动时，发动机拖动发电机空转；发动机单独驱动时，两个电机都会被拖动，从而造成能量损失；
③
高速超车时驱动模式为发动机与驱动电机并联驱动或发动机单独驱动，加速性能相对较一般，有进一步提升空间。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种混合动力汽车动力耦合传动系统、实现方法及汽车，解决了起步及低速时电机效率较低，电机被拖动导致空转问题较严重，高速超车时加速性能一般的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：一种混合动力汽车动力耦合传动系统，包括发动机、第一电机、第二电机、传动组件、动力电池和车轮端；所述发动机和第一电机通过共用的第一主轴与传动组件连接，所述第二电机通过第四主轴与传动组件连接，所述传动组件与车轮端连接，所述动力电池分别与第一电机和第二电机连接；在第一主轴的发动机与第一电机之间设有第一离合器，在第四主轴上设有第二离合器。
6.作为优化，所述传动组件包括第二主轴和第三主轴，在第二主轴上设有第二主轴输出齿轮和被动齿轮，在第三主轴上设有第三主轴输入齿轮和第三主轴输出齿轮，所述被动齿轮与设置在第一主轴上的主动齿轮啮合，第二主轴输出齿轮与第三主轴输入齿轮啮合，所述第三主轴输入齿轮还与设置在第四主轴上的电机输出齿轮啮合，所述第三主轴输出齿轮与车轮端连接。
7.作为优化，所述车轮端包括差速器，所述差速器通过差速器输入齿轮与第三主轴输出齿轮啮合，通过车轴与车轮连接。
8.作为优化，所述主动齿轮包括沿第一主轴的轴线并排设置的一档主动齿轮和二档主动齿轮，对应的，所述被动齿轮包括一档被动齿轮和二档被动齿轮，在一档被动齿轮和二档被动齿轮之间设有同步器。
9.作为优化，所述第一电机的功率小于第二电机的功率。
10.作为优化，还包括控制系统，所述控制系统能够向发动机、第一电机、第二电机、第一离合、第二离合和同步器发送启闭指令。
11.基于上述系统，本发明还提供了一种混合动力汽车动力耦合传动的实现方法，包括所述的混合动力汽车动力耦合传动系统，控制系统根据预设的车辆运行模式，向第一离合器、第二离合器、发动机、第一电机、第二电机及同步器发送启闭指令，使传动组件向车轮端输出与车辆运行模式对应的扭矩，或第一电机和/或第二电机向动力电池充电。
12.作为优化，所述车辆的运行模式包括，纯电动模式、并联模式、发动机单独驱动模式、行车充电模式、驻车充电模式、制动能量回收模式；所述纯电动模式包括起步及低速模式和中高速模式；所述并联模式包括中高速并联模式和并联超车模式。
13.作为优化，控制系统根据所述车辆的运行模式，向第一离合器、第二离合器、发动机、第一电机、第二电机及同步器发送启闭指令，包括，当车辆的运行模式为起步及低速模式时，发动机和第二电机不工作，第一电机工作，第一离合器和第二离合器分离，同步器与一档被动齿轮连接；当车辆的运行模式为中高速模式时，发动机和第一电机不工作，第二电机工作，第一离合器分离，第二离合器接合，同步器不工作；当车辆的运行模式为中高速并联模式时，发动机和第二电机工作，第一电机不工作，第一离合器和第二离合器接合，同步器与一档被动齿轮或二档被动齿轮连接；当车辆的运行模式为并联超车模式时，发动机、第一电机和第二电机皆工作，第一离合器和第二离合器接合，同步器与一档被动齿轮或二档被动齿轮连接；当车辆的运行模式为发动机单独驱动模式时，发动机工作，第一电机和第二电机不工作，第一离合器接合，第二离合器分离，同步器与一档被动齿轮或二档被动齿轮连接；当车辆的运行模式为行车充电模式时，发动机、第一电机和第二电机皆工作，第一离合器和第二离合器接合，同步器与一档被动齿轮或二档被动齿轮连接；当车辆的运行模式为驻车充电模式时，发动机、第一电机工作，第二电机不工作，第一离合器接合，第二离合器分离，同步器不工作；当车辆的运行模式为制动能量回收模式时，第一电机与第二电机开启发电工作模式，车轮端通过传动组件带动第一电机和第二电机向动力电池充电。
14.基于上述系统，本发明还提供了一种汽车，在所述汽车上安装有所述的混合动力汽车动力耦合传动系统。
15.本技术与现有技术相比具有以下有益效果：通过在传统的p1+p3构型中，将发动机与第一电机通过离合器解耦，并在第二电机前设置离合器；将第一电机设置为小功率电机，并在起步及低速时采用小功率电机驱动；将第一主轴作为第一电机的转子。通过将第一主轴作为小功率电机的转子，且将离合器设置在发动机和小功率电机间，将二者解耦，并在大功率主驱动电机前设置一个离合器，如此将有效解决电机被拖动问题，并且在高速超车时三个动力源可同时驱动，可有效提高汽车经济性和超车加速性能，并且将传统第一电机改为小功率电机，在起步及低速时采用小功率电机驱动，从而经济性得到提升。
附图说明
16.图1为本发明的系统结构示意图；图2为本发明的工作状态示意表；图中，1-发动机；2-第一离合器；3-第一电机；4-第一主轴；5-一档主动齿轮；6-二档主动齿轮；7-动力电池；8-二档被动齿轮；9-第二主轴；10-同步器；11-车轮；12-第二电机；13-第四主轴；14-第二离合器；15-电机输出齿轮；16-第三主轴输入齿轮；17-第三主轴；18-一档被动齿轮；19-第二主轴输出齿轮；20-第三主轴输出齿轮；21-差速器输入齿轮；22-差速器；23-车轴。
具体实施方式
17.下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
18.具体实施时：参见图1，一种混合动力汽车动力耦合传动系统，包括发动机1、小功率的第一电机3、常规大功率的第二电机12、传动组件、动力电池7和车轮端。所述发动机1和第一电机3通过共用的第一主轴4与传动组件连接，所述第二电机12通过第四主轴13与传动组件连接，所述传动组件与车轮端连接，所述动力电池7分别与第一电机3和第二电机12连接；在第一主轴4的发动机1与第一电机3之间设有第一离合器2，在第四主轴13上设有第二离合器14。所述传动组件包括第二主轴9和第三主轴17，在第二主轴9上设有第二主轴输出齿轮19和被动齿轮，在第三主轴17上设有第三主轴输入齿轮16和第三主轴输出齿轮20，所述被动齿轮与设置在第一主轴4上的主动齿轮啮合，所述主动齿轮包括沿第一主轴4的轴线并排设置的一档主动齿轮5和二档主动齿轮6，对应的，所述被动齿轮包括一档被动齿轮18和二档被动齿轮8，在一档被动齿轮18和二档被动齿轮8之间设有同步器10。第二主轴输出齿轮19与第三主轴输入齿轮16啮合，所述第三主轴输入齿轮16还与设置在第四主轴13上的电机输出齿轮15啮合，所述第三主轴输出齿轮20与车轮端连接。所述车轮端包括差速器22，所述差速器22通过差速器输入齿轮21与第三主轴输出齿轮20啮合，通过车轴23与车轮11连接。
19.还包括控制系统，所述控制系统可根据车辆的不同运行模式向发动机1、第一电机3、第二电机12、第一离合器2、第二离合器14和同步器10发送启闭指令，具体的，该指令可以是自动控制的控制信号，也可以是人工的控制信号。
20.基于上述系统，本发明还提供了一种混合动力汽车动力耦合传动的实现方法，包
括所述的混合动力汽车动力耦合传动系统，控制系统根据预设的车辆运行模式，向第一离合器2、第二离合器14、发动机1、第一电机3、第二电机12及同步器10发送启闭指令，使传动组件向车轮端输出与车辆运行模式对应的扭矩，或第一电机3和/或第二电机12向动力电池7充电。
21.所述车辆的运行模式包括，纯电动模式、并联模式、发动机单独驱动模式、行车充电模式、驻车充电模式、制动能量回收模式；所述纯电动模式包括起步及低速模式和中高速模式；所述并联模式包括中高速并联模式和并联超车模式。
22.具体的，控制系统根据所述车辆的运行模式，向第一离合器2、第二离合器14、发动机1、第一电机3、第二电机12及同步器10发送启闭指令，使其工作或不工作，如图2所示，当车辆的运行模式为起步及低速模式时，发动机1和第二电机12不工作，第一电机3工作，第一离合器2和第二离合器14分离，同步器10与一档被动齿轮18连接；动力传递路径为：第一电机3输出的机械能到第一主轴4，通过一档主动齿轮5和一档被动齿轮18将机械能输出到第二主轴9，然后机械能通过第二主轴输出齿轮19、第三主轴输入齿轮16、第三主轴17、第三主轴输出齿轮20、差速器输入齿轮21将机械能传递至差速器22，最后传递至车轮11，驱动车辆行驶。
23.当车辆的运行模式为中高速模式时，发动机1和第一电机3不工作，第二电机12工作，第一离合器2分离，第二离合器14接合，同步器10不工作；动力传递路径为：第二电机12输出的机械能到第三主轴输入齿轮16，然后机械能通过第三主轴17到第三主轴输出齿轮20、最后差速器输入齿轮21将机械能传递至差速器22，机械能传递至车轮11，驱动车辆行驶。
24.当车辆的运行模式为中高速并联模式时，发动机1和第二电机12工作，第一电机3不工作，第一离合器2和第二离合器14接合，同步器10与一档被动齿轮18或二档被动齿轮8连接；动力传递路径为：发动机1输出的机械能到第一主轴4，通过一档主动齿轮5和一档被动齿轮18将机械能输出到第二主轴9，或者通过二档主动齿轮6和二档被动齿轮8将机械能输出到第二主轴9，然后机械能输出到第二主轴输出齿轮19，第二电机12输出的机械能与发动机1输出的机械能在第三主轴输入齿轮16汇合，汇合的机械能通过第三主轴17到第三主轴输出齿轮20、最后差速器输入齿轮21将机械能传递至差速器22，机械能最终传递至车轮11，驱动车辆行驶。
25.当车辆的运行模式为并联超车模式时，发动机1、第一电机3和第二电机12皆工作，第一离合器2和第二离合器14接合，同步器10与一档被动齿轮18或二档被动齿轮8连接；动力传递路径为：发动机1和第一电机3输出的机械能到第一主轴4，通过一档主动齿轮5和一档被动齿轮18将机械能输出到第二主轴9，或者通过二档主动齿轮6和二档被动齿轮8将机械能输出到第二主轴9，然后机械能输出到第二主轴输出齿轮19，第二电机12输出的机械能与发动机1输出的机械能在第三主轴输入齿轮16汇合，汇合的机械能通过第三主轴17到第三主轴输出齿轮20、最后差速器输入齿轮21将机械能传递至差速器22，机械能最终传递至车轮11，驱动车辆行驶。
26.当车辆的运行模式为发动机单独驱动模式时，发动机1工作，第一电机3和第二电机12不工作，第一离合器2接合，第二离合器14分离，同步器10与一档被动齿轮18或二档被
动齿轮8连接；动力传递路径为：发动机1输出的机械能到第一主轴4，通过一档主动齿轮5和一档被动齿轮18将机械能输出到第二主轴9，或者通过二档主动齿轮6和二档被动齿轮8将机械能输出到第二主轴9，然后机械能通过第二主轴输出齿轮19、第三主轴输入齿轮16、第三主轴17、第三主轴输出齿轮20、差速器输入齿轮21将机械能传递至差速器22，最后传递至车轮11，驱动车辆行驶。
27.当车辆的运行模式为行车充电模式时，发动机1、第一电机3和第二电机12皆工作，第一离合器2和第二离合器14接合，同步器10与一档被动齿轮18或二档被动齿轮8连接；动力传递路径为：发动机1输出的一部分机械能驱动第一电机3发电，并将电量储存在动力电池7中，发动机1输出的另一部分机械能到第一主轴4，通过一档主动齿轮5和一档被动齿轮18将机械能输出到第二主轴9，或者通过二档主动齿轮6和二档被动齿轮8将机械能输出到第二主轴9，然后机械能输出到第二主轴输出齿轮19，第二电机12输出的机械能与发动机1输出的机械能在第三主轴输入齿轮16汇合，汇合的机械能通过第三主轴17到第三主轴输出齿轮20、最后差速器输入齿轮21将机械能传递至差速器22，机械能最终传递至车轮11，驱动车辆行驶。
28.当车辆的运行模式为驻车充电模式时，发动机1、第一电机3工作，第二电机12不工作，第一离合器2接合，第二离合器14分离，同步器10不工作；动力传递路径为：发动机1输出的机械能到第一主轴4带动第一电机3工作发电，并将电量储存在动力电池7中。
29.当车辆的运行模式为制动能量回收模式时，第一电机3与第二电机12开启发电工作模式，车轮端通过传动组件带动第一电机3和第二电机12向动力电池7充电。
30.基于上述系统，本发明还提供了一种汽车，在所述汽车上安装有所述的混合动力汽车动力耦合传动系统。
31.本技术与现有技术相比具有以下有益效果：通过在传统的p1+p3构型中，将发动机与第一电机通过离合器解耦，并在第二电机前设置离合器；将第一电机设置为小功率电机，并在起步及低速时采用小功率电机驱动；将第一主轴作为第一电机的转子。通过将第一主轴作为小功率电机的转子，且将离合器设置在发动机和小功率电机间，将二者解耦，并在大功率主驱动电机前设置一个离合器，如此将有效解决电机被拖动问题，并且在高速超车时三个动力源可同时驱动，可有效提高汽车经济性和超车加速性能，并且将传统第一电机改为小功率电机，在起步及低速时采用小功率电机驱动，从而经济性得到提升。
32.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以在不脱离本发明的原理和基础的情况下对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附加权利要求及其等同物限定，因此本发明的实施例只是针对本发明的说明示例，无论从哪一点来看本发明的实施例都不构成对本发明的限制。