混合动力驱动系统及混合动力车辆的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种混合动力驱动系统及混合动力车辆，包括发动机、第一电机、第二电机、动力耦合差速器、传动装置及动力电池，所述发动机的输出轴与所述动力耦合差速器的壳体连接，所述第一电机的输出轴与所述动力耦合差速器的左端锥齿轮连接，所述动力耦合差速器的右端锥齿轮及所述第二电机的输出轴分别与所述传动装置连接，所述混合动力驱动系统还包括用于结合和分离所述发动机和第一电机的第一离合器及用于阻断所述第一电机的动力输出的第二离合器。根据本实用新型的混合动力驱动系统，通过控制第一离合器接合和断开及第二离合器的接合和断开使得其应驱动系统的发动机直驱模式有两档可选择，提高了车辆在中高速行驶时的系统传递效率。
【专利说明】混合动力驱动系统及混合动力车辆
【技术领域】
[0001]本实用新型属于混合动力【技术领域】，特别是涉及一种混合动力驱动系统及混合动力车辆。
【背景技术】
[0002]油电混合动力车辆按耦合方式有串联式混合动力、并联式混合动力和混联式混合动力。目前市面有最典型混联式混合动力系统为丰田普锐斯，普锐斯有两个典型特点，一是采用行星轮机构将发动机、发电机和驱动电机进行驱动力耦合；二是采取了两个电机和行星轮机构的一体化设计。
[0003]从目前市场表现来看行星轮式混联系统明显优于其它类型的混动系统，但是行星轮机构对机械结构设计、材料和加工技术要求较高，开发难度很大，国内尚不具备产业化的能力。另外一体化设计的混动机构将电机和行星轮完全整合，设计定型后电机无法修改，将这套机构移植到其他车型上需重新设计。
[0004]现有技术中的混合动力驱动系统，可包括发动机、发电机、电机、差速器机构、传动装置和动力电池，动力电池连接在发电机与电机之间，差速器机构的行星架(壳体)与发动机的输出轴连接，差速器机构的左端锥齿轮与发电机的输出轴连接，速器机构的右端锥齿轮及电机的输出轴与传动装置连接。上述技术方案，在发动机单独驱动时，发动机的动力首先通过发动机输出轴传递至差速器机构的行星架(壳体)，然后该动力在差速器机构的左端锥齿轮与右端锥齿轮之间进行分配，分别传递给发电机进行发电以及传递给传动装置以驱动车辆行驶。在这种情况下，通过对发电机的转速进行调节，可以相应地对发动机的输出功率进行调节，使发动机工作在最佳状态，提高发动机的燃油经济性。
[0005]但是，上述技术方案中，在发动机单独驱动时，发动机的扭矩总是由差速器机构的行星架(壳体)分配至左端锥齿轮及右端锥齿轮，因此，该技术方案提供的混合动力驱动系统在发动机单独驱动时很难满足车辆的中速或高速高负荷工况，而需要通过发电动机和电机共同作用的串联模式或混联模式才能实现。
实用新型内容
[0006]本实用新型所要解决的技术问题是针对现有的混合动力驱动系统在发动机单独驱动时很难满足车辆的中速或高速高负荷工况的缺陷，提供一种混合动力驱动系统。
[0007]本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案如下:
[0008]提供一种混合动力驱动系统，包括发动机、第一电机、第二电机、动力稱合差速器、传动装置及用于给所述第一电机及第二电机供电的动力电池，所述发动机的输出轴与所述动力耦合差速器的壳体连接，所述第一电机的输出轴与所述动力耦合差速器的左端锥齿轮连接，所述动力耦合差速器的右端锥齿轮及所述第二电机的输出轴分别与所述传动装置连接，所述混合动力驱动系统还包括用于结合和分离所述发动机和第一电机的第一离合器及用于阻断所述第一电机的动力输出的第二离合器。[0009]进一步地，所述发动机的输出轴通过第一齿轮副与所述动力耦合差速器的壳体连接，所述第一齿轮副包括与所述发动机的输出轴连接的第一主动齿轮及与所述动力耦合差速器的壳体连接的第一从动齿轮。
[0010]进一步地，所述第一电机的输出轴通过第二齿轮副与所述动力耦合差速器的左端锥齿轮连接，所述第二齿轮副包括与所述第一电机的输出轴连接的第二主动齿轮及与所述动力耦合差速器的左端锥齿轮连接的第二从动齿轮。
[0011]进一步地，所述传动装置包括与所述动力耦合差速器的右端锥齿轮连接的动力输出轴、连接在所述动力输出轴上的输出齿轮、连接在所述动力输出轴上且位于动力传递路径后方的主减速器、驱动差速器、左半轴及右半轴，所述主减速器的动力输出侧与所述驱动差速器的壳体连接，所述左半轴及右半轴的一端分别与所述驱动差速器的左端锥齿轮及右端锥齿轮连接，所述左半轴及右半轴的另一端分别连接车辆的左车轮及右车轮。
[0012]进一步地，所述动力耦合差速器与所述驱动差速器均为对称式锥齿轮差速器。
[0013]进一步地,所述第二离合器的一端与车身连接，另一端与所述第一电机的输出轴或转子连接。
[0014]进一步地，所述混合动力驱动系统还包括连接在所述发动机曲轴与输出轴之间的扭转减震器，所述第一离合器设置在所述第一电机与所述扭转减震器之间。
[0015]进一步地，所述第一离合器的一端与所述扭转减震器连接，另一端与所述第一电机的输出轴或转子连接。
[0016]根据本实用新型的混合动力驱动系统，设置有用于结合和分离所述发动机和第一电机的第一离合器及用于阻断第一电机的动力输出的第二离合器，这样，当动力电池电量较低且车辆处于中速或高速高负荷行驶时，可以通过混动控制器控制第一离合器接合及第二离合器断开(进入发动机一档直接驱动模式)，以使得发动机和第一电机结合并一体地转动，由于发动机和第一电机分别连接在动力稱合差速器的左端锥齿轮和壳体上，这样，动力耦合差速器的左端锥齿轮和壳体被第一离合器锁住无法相对运动，动力耦合差速器不改变传递的扭矩，发动机和第一电机的扭矩直接传递至传动装置，以提供发动机单独驱动时车辆的中速或高速高负荷工况所需的扭矩；而当动力电池电量较低且车辆处于高速低负荷行驶时，可以通过混动控制器控制第一离合器断开及第二离合器接合(进入发动机二档直接驱动模式)，以使得发动机和第一电机分离且第一电机的输出轴不能转动，由于第一电机的输出轴与动力耦合差速器的左端锥齿轮连接，这样，动力耦合差速器的左端锥齿轮被固定，动力耦合差速器的壳体和右端锥齿轮产生一增速度传动比，发动机输入到动力耦合差速器的扭矩被降低后输出到传动装置，有利于高速低负荷下将发动机转速稳定在高效区间。
[0017]由上可见，本实用新型的混合动力车辆驱动系统其发动机直驱模式有两档可选择，提高了车辆在中高速行驶时的系统传递效率，且在车辆的中速或高速高负荷工况，不需要通过发电动机和电机共同作用的串联模式或混联模式工作，因此动力电池的电池容积可以不必太大，使得本实用新型的混合动力车辆驱动系统更加适用非插电式混合动力车辆。
[0018]另外，本实用新型还提供了一种混合动力车辆，其包括上述的混合动力驱动系统。
[0019]进一步地，所述混合动力车辆为非插电式混合动力车辆。
【专利附图】
【附图说明】[0020]图1是本实用新型一实施例提供的混合动力驱动系统的结构示意图；
[0021]图2是动力耦合差速器的结构简图；
[0022]图3是为本实用新型一实施例提供的混合动力驱动系统在纯电动模式下的机械能传递示意图；
[0023]图4是为本实用新型一实施例提供的混合动力驱动系统在混合驱动模式下的机械能传递示意图；
[0024]图5是为本实用新型一实施例提供的混合动力驱动系统在发动机一档直接驱动模式下的机械能传递示意图；
[0025]图6是为本实用新型一实施例提供的混合动力驱动系统在发动机二档直接驱动模式下的机械能传递示意图。
[0026]说明书中的附图标记如下:
[0027]1、发动机；11、发动机的输出轴；2、第一电机；21、第一电机的输出轴；3、第二电机；31、第二电机的输出轴；311、齿轮；4、动力耦合差速器；41、壳体；42、行星架；43、左端锥齿轮；44、右端锥齿轮；45、行星轮；5、传动装置；51、动力输出轴；52、输出齿轮；53、主减速器；54、驱动差速器；55、左半轴；56、右半轴；6、动力电池；7、第一离合器；8、第二离合器；9、电机控制器；10、混动控制器；200、扭转减震器；301、第一主动齿轮；302、第一从动齿轮；401、第二主动齿轮；402、第二从动齿轮。
【具体实施方式】
[0028]为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0029]请一参照图1，本实用新型一实施例提供的混合动力驱动系统，包括发动机1、第一电机2、第二电机3、动力稱合差速器4、传动装置5、用于给所述第一电机2及第二电机3供电的动力电池6、用于结合和分离所述发动机I和第一电机2的第一离合器7、用于阻断所述第一电机2的动力输出的第二离合器8、用于控制电机运转的电机控制器9及用于控制该驱动系统的驱动模式的混动控制器10。
[0030]本实施例中，所述电机控制器9连接在第一电机2与第二电机3之间，以控制第一电机2与第二电机3的运转。所述动力电池6的一端与电机控制器9电连接，以通过电机控制器9给第一电机2及第二电机3供电，或者反过来通过第一电机2及第二电机3给动力电池6充电；所述动力电池6的另一端与混动控制器10电连接，以给混动控制器10供电；所述混动控制器10与发动机I及电机控制器9电连接。这样，混动控制器10可以控制发动机的输出功率(输出扭矩)，并在不同驱动模式下向电机控制器发送请求，以控制第一电机2及第二电机3的目标转速。
[0031]本实施例中，动力耦合差速器4为常规的对称式锥齿轮差速器。如图2所示，该差速器包括壳体41、与壳体41固定连接或一体形成的行星架42、左端锥齿轮43、右端锥齿轮44及转动连接在行星架42上且与左端锥齿轮43及右端锥齿轮44啮合的多个行星轮45。
[0032]本实施例中，如图1及图2所示，所述发动机的输出轴11与所述动力耦合差速器的壳体41连接，所述第一电机的输出轴21与所述动力耦合差速器的左端锥齿轮43连接，所述动力耦合差速器的右端锥齿轮44及所述第二电机的输出轴31分别与所述传动装置5连接。
[0033]本实施例中，所述混合动力驱动系统还包括连接在所述发动机曲轴与输出轴11之间的扭转减震器200，所述第一离合器7设置在所述第一电机2与所述扭转减震器200之间。扭转减震器200用于吸收发动机的振动，避免将振动传递至输出轴11。优选地，所述第一离合器7的一端与所述扭转减震器200连接，另一端与所述第一电机的输出轴31或转子连接。
[0034]本实施例中，所述第二离合器8的一端与车身固定连接，另一端与所述第一电机的输出轴31或转子连接。
[0035]这样，当第一离合器7接合而第二离合器8断开时，发动机I与第一电机2结合一起绕发动机的输出轴I转动，连接在所述发动机的输出轴11上的所述动力耦合差速器的壳体41与连接在所述第一电机2的输出轴21或转子上的所述动力耦合差速器的左端锥齿轮43同步转动(即没有相对运动)，即动力耦合差速器的左端锥齿轮43和壳体41被第一离合器7锁住无法相对运动，这样，动力耦合差速器4的内部不发生作用(动力耦合差速器4此时相当于联轴器)，动力耦合差速器4不改变传递的扭矩，发动机I和第一电机2的扭矩直接传递至传动装置5 ;而当第一离合器7断开而第二离合器8接合时，发动机I与第一电机2相对转动，第一电机的输出轴31或转子相对车身不能转动,动力稱合差速器的左端锥齿轮43被固定，动力耦合差速器的壳体41和右端锥齿轮44产生一增速度传动比(例如1:2的增速度传动比)，这样发动机输入到动力耦合差速器4的扭矩被降低后输出到传动装置5。
[0036]本实施例中，如图1所示，所述发动机的输出轴11通过第一齿轮副与所述动力耦合差速器的壳体41连接，所述第一齿轮副包括与所述发动机的输出轴11连接的第一主动齿轮301及与所述动力耦合差速器的壳体41连接的第一从动齿轮302，这样通过第一主动齿轮301与第一从动齿轮302的哨合,可将发动机的扭矩传递给动力稱合差速器的壳体41。当然，在其它实施例中，也可以将发动机的输出轴11直接与动力耦合差速器的壳体41连接。
[0037]本实施例中，如图1所示，所述第一电机的输出轴21通过第二齿轮副与所述动力耦合差速器的左端锥齿轮43连接，所述第二齿轮副包括与所述第一电机的输出轴21连接的第二主动齿轮401及与所述动力耦合差速器的左端锥齿轮43连接的第二从动齿轮402。这样通过第二主动齿轮401与第二从动齿轮402的卩齿合,可将第一电机输出的扭矩传递给动力耦合差速器的左端锥齿轮43，或者是反过来将左端锥齿轮43输出的扭矩传递给第一电机以驱使第一电机发电。当然，在其它实施例中，也可以将第一电机的输出轴21直接与动力耦合差速器的左端锥齿轮43连接。
[0038]本实施例中，所述传动装置5为常规的结构，如图1所示，所述传动装置5包括与所述动力耦合差速器的右端锥齿轮43连接的动力输出轴51、连接在所述动力输出轴51上的输出齿轮52、连接在所述动力输出轴52上且位于动力传递路径后方的主减速器53、驱动差速器54、左半轴55及右半轴56，所述主减速器53的动力输出侧与所述驱动差速器54的壳体连接，所述左半轴55及右半轴56的一端分别与所述驱动差速器54的左端锥齿轮及右端锥齿轮连接，所述左半轴56及右半轴56的另一端分别连接车辆的左车轮及右车轮。
[0039]本实施例中，所述第二电机的输出轴31上设置有与所述输出齿轮52哨合的齿轮311，以将动力传输至动力输出轴51上，或者是接受动力输出轴51传输过来的动力。
[0040]如图3至图6所示，为本实用新型上述实施例的混合动力驱动系统在纯电动模式、混合驱动模式、发动机一档直接驱动模式及发动机二档直接驱动模式下的机械能传递示意图。在图3至图6中，粗实线的箭头其走向表示机械能的传递路径。
[0041]纯电动模式如图3所示，当车辆电能充足且车辆处于低速行驶时，则进入纯电动模式，此时第一离合器7和第二离合器8均断开，第二电机3的驱动力矩通过齿轮311与输出齿轮52的啮合，传递到主减速器53和驱动差速器54上，驱动差速器54输出动力至左右半轴以驱动车轮。此时第一电机2需要克服自身阻力反向旋转，防止倒拖发动机1旋转。发动机的目标扭矩为0，混动控制器10向第二电机3的请求力矩
【权利要求】
1.一种混合动力驱动系统,包括发动机、第一电机、第二电机、动力稱合差速器、传动装置及用于给所述第一电机及第二电机供电的动力电池，所述发动机的输出轴与所述动力耦合差速器的壳体连接，所述第一电机的输出轴与所述动力耦合差速器的左端锥齿轮连接，所述动力耦合差速器的右端锥齿轮及所述第二电机的输出轴分别与所述传动装置连接，其特征在于，所述混合动力驱动系统还包括用于结合和分离所述发动机和第一电机的第一离合器及用于阻断所述第一电机的动力输出的第二离合器。
2.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述发动机的输出轴通过第一齿轮副与所述动力耦合差速器的壳体连接，所述第一齿轮副包括与所述发动机的输出轴连接的第一主动齿轮及与所述动力耦合差速器的壳体连接的第一从动齿轮。
3.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述第一电机的输出轴通过第二齿轮副与所述动力耦合差速器的左端锥齿轮连接，所述第二齿轮副包括与所述第一电机的输出轴连接的第二主动齿轮及与所述动力耦合差速器的左端锥齿轮连接的第二从动齿轮。
4.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述传动装置包括与所述动力耦合差速器的右端锥齿轮连接的动力输出轴、连接在所述动力输出轴上的输出齿轮、连接在所述动力输出轴上且位于动力传递路径后方的主减速器、驱动差速器、左半轴及右半轴，所述主减速器的动力输出侧与所述驱动差速器的壳体连接，所述左半轴及右半轴的一端分别与所述驱动差速器的左端锥齿轮及右端锥齿轮连接，所述左半轴及右半轴的另一端分别连接车辆的左车轮及右车轮。
5.根据权利要求4所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述动力耦合差速器与所述驱动差速器均为对称式锥齿轮差速器。
6.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述第二离合器的一端与车身连接，另一端与所述第一电机的输出轴或转子连接。
7.根据权利要求1至6任意一项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还包括连接在所述发动机曲轴与输出轴之间的扭转减震器，所述第一离合器设置在所述第一电机与所述扭转减震器之间。
8.根据权利要求7所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述第一离合器的一端与所述扭转减震器连接，另一端与所述第一电机的输出轴或转子连接。
9.一种混合动力车辆，其特征在于，包括权利要求1至8任意一项所述的混合动力驱动系统。
10.根据权利要求9所述的混合动力车辆，其特征在于，所述混合动力车辆为非插电式混合动力车辆。
【文档编号】B60K6/36GK203713522SQ201320848897
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2013年12月20日 优先权日:2013年12月20日
【发明者】王敏, 夏珩, 魏丹, 伊海霞, 张 雄 申请人:广州汽车集团股份有限公司