混合动力耦合模块及混合动力系统的制作方法

本发明涉及混合动力汽车技术领域，尤其涉及一种混合动力耦合模块及混合动力系统。

背景技术：

混合动力汽车作为一种新能源汽车，具有广泛的应用前景。现有的混合动力汽车一般是在传统汽车的基础上进行改造，以传统的内燃式发动机为主要动力源，驱动电机为辅助动力源，经过动力耦合后实现混合动力输出。常见的混合动力汽车动力耦合方式有转矩耦合、转速耦合，以及同时包含转矩耦合和转速耦合的方式，混合动力驱动使发动机工作在高效率区，与传统汽车相比，大大提高了燃油经济性，降低了污染物排放。

但目前，市场上现有的动力耦合装置通常存在结构复杂，体积笨重，布置空间大的弊端，不适用于将传统车型改造混合动力车型，使用非常不便。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决现有混合动力耦合装置及混合动力系统结构复杂，体积过大，不适用于将传统车型改造混合动力车型的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种混合动力耦合模块，包括辅助发电机，以及平行间隔设置的第一轴、第二轴和第三轴；

所述第一轴一端为驱动电机输入端，用于与提供车辆动力的驱动电机的输出端连接，所述第一轴设有第一离合器和第一齿轮，所述第一齿轮套设于所述第一轴，所述第一离合器设于所述第一齿轮与所述驱动电机输入端之间；

所述第二轴上套设有第二齿轮，所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合；所述第二轴一端与所述辅助发电机输出端连接；

所述第三轴一端为发动机输入端，用于与提供车辆动力的发动机的输出端连接，另一端为模块输出端，用于输出动力；所述第三轴设有第二离合器、第三离合器和第三齿轮，所述第三齿轮套设于所述第三轴，并与所述第二齿轮啮合，所述第二离合器设于所述第三齿轮与所述发动机输入端之间，所述第三离合器设于所述第三齿轮与所述模块输出端之间。

优选地，所述第一轴、第二轴和第三轴设于壳体内，所述驱动电机输入端、发动机输入端和模块输出端伸出所述壳体。

优选地，所述辅助发电机为内置发电机，设于所述壳体内部。

优选地，所述第一轴另一端为辅助输出端，用于实现四轮驱动。

本发明还提供了一种混合动力系统，包括驱动电机、发动机、控制模块以及如上述任一项所述的混合动力耦合模块；

所述驱动电机的输出端与所述混合动力耦合模块中第一轴的驱动电机输入端连接；

所述发动机的输出端与所述混合动力耦合模块中第三轴的发动机输入端连接；

所述控制模块与所述混合动力耦合模块、驱动电机和发动机均连接，用于接收用户指令，或根据车辆剩余电量、车速，向所述混合动力耦合模块、驱动电机和发动机发送控制指令，控制该混合动力系统以不同的工作模式进行工作。

优选地，所述混合动力系统的工作模式包括单电机纯电动模式、双电机纯电动模式、发动机单独驱动模式、发动机怠速充电模式、第一混合驱动模式、第二混合驱动模式和全加速混合模式。

优选地，所述控制模块在该混合动力系统切换至单电机纯电动模

式时，向第一离合器和第三离合器发送离合器接合控制指令，向第二离合器发送离合器断开控制指令，并向驱动电机发送主动提供动力控制指令，向辅助发电机发送被动转动发电控制指令；和/或

所述控制模块在该混合动力系统切换至双电机纯电动模式时，向第一离合器和第三离合器发送离合器接合控制指令，向第二离合器发送离合器断开控制指令，并向驱动电机和辅助发电机发送主动提供动力控制指令。

优选地，所述控制模块在该混合动力系统切换至发动机单独驱动模式时，向第一离合器发送离合器断开控制指令，向第二离合器和第三离合器发送离合器接合控制指令，并向发动机发送主动提供动力控制指令，向辅助发电机发送被动转动发电控制指令；和/或

所述控制模块在该混合动力系统切换至发动机怠速充电模式时，向第一离合器和第二离合器发送离合器接合控制指令，向第三离合器发送离合器断开控制指令，并向发动机发送主动提供动力控制指令，向辅助发电机和驱动电机发送被动转动发电控制指令。

优选地，所述控制模块在该混合动力系统切换至第一混合驱动模式时，向第一离合器发送离合器断开控制指令，向第二离合器和第三离合器发送离合器接合控制指令，并向发动机和辅助发电机发送主动提供动力控制指令；和/或

所述控制模块在该混合动力系统切换至第二混合驱动模式时，向第一离合器、第二离合器和第三离合器发送离合器接合控制指令，并向发动机和驱动电机发送主动提供动力控制指令，向辅助发电机发送被动转动发电控制指令。

优选地，所述控制模块在该混合动力系统切换至全加速混合模式时，向第一离合器、第二离合器和第三离合器发送离合器接合控制指令，并向发动机、驱动电机和辅助发电机发送主动提供动力控制指令。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供了一种混合动力汽车用混合动力耦合装置，结构简单，有效节省空间，适用于混合动力汽车动力耦合的关键零部件，特别适用于对传统车型进行混合动力车型的改造，通过对离合器的控制可实现多种工作模式，且不影响传统车型的发动机输出性能，通过外接不同参数的驱动电机可达到不同的动力要求，并能够作为驱动电机的减速器，通过修改齿轮的参数可以适应大多数动力要求。

本发明还提供了一种混合动力系统，该混合动力系统具有多种不同的工作模式，能够实现发动机动力和驱动电机动力合理分配以及有效动能回收，从而提升汽车动力性，并有效提升燃油利用效率，降低油耗和排放，该混合动力系统也可以适用于对传统车型进行混合动力车型的改造。

附图说明

图1是本发明实施例一中混合动力耦合模块结构示意图；

图2是本发明实施例一中另一种混合动力耦合模块结构示意图；

图3是本发明实施例二中混合动力系统单电机纯电动模式能量流动示意图；

图4是本发明实施例二中混合动力系统双电机纯电动模式能量流动示意图；

图5是本发明实施例二中混合动力系统发动机单独驱动模式能量流动示意图；

图6是本发明实施例二中混合动力系统发动机怠速充电模式能量流动示意图；

图7是本发明实施例二中混合动力系统第一混合驱动模式能量流动示意图；

图8是本发明实施例二中混合动力系统第二混合驱动模式能量流动示意图；

图9是本发明实施例二中混合动力系统全加速混合模式能量流动示意图。

图中：1：第一轴；11：驱动电机输入端；12：第一离合器；13：第一齿轮；2：第二轴；21：第二齿轮；3：第三轴；31：发动机输入端；32：第二离合器；33：第三离合器；34：第三齿轮；35：模块输出端；4：辅助发电机；5：驱动电机；6：发动机。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供的一种混合动力耦合模块，包括辅助发电机4，以及平行间隔设置的第一轴1、第二轴2和第三轴3。其中，第一轴1一端为驱动电机输入端11，用于与提供车辆动力的驱动电机5的输出端连接，第一轴1设有第一离合器12和第一齿轮13，第一齿轮13套设于第一轴1，能够与第一轴1同轴转动，第一离合器12设于第一齿轮13与驱动电机输入端11之间。即，第一离合器12将

第一轴1分为了同轴设置的第一段和第二段，第一段第一轴1与驱动电机5的输出端连接，与驱动电机5的输出端同步转动，第二段第一轴1上套设有第一齿轮13，第一齿轮13与该段第一轴1同轴，且与该段第一轴1同步转动，优选地，第一齿轮13与第二段第一轴1为一体式结构。当第一离合器12接合，第一轴1的两段连接，第一段与第二段第一轴1同步转动；当第一离合器12断开，第一轴1的两段相对分离，第一段或第二段转动不影响另一段。

第二轴2上套设有第二齿轮21，第二齿轮21与第一齿轮13啮合；

第二轴2一端与辅助发电机4输出端连接。第二轴2与辅助发电机4的输出端同步转动，优选与辅助发电机4转子同轴相连，辅助发电机4能够作为启停电机，驱动第二轴2转动，也能够作为发电机，在第二轴2被其他动力带动转动时发电，为相连的蓄电池进行充电。

第三轴3一端为发动机输入端31，用于与提供车辆动力的发动机6的输出端连接，另一端为模块输出端35，用于输出动力。第三轴3设有第二离合器32、第三离合器33和第三齿轮34，第三齿轮34套设于第三轴3，能够与第三轴3同轴转动，并与第二齿轮21啮合，第二离合器32设于第三齿轮34与发动机输入端31之间，第三离合器33设于第三齿轮34与模块输出端35之间。即，第二离合器32和第三离合器33将第三轴3分为了同轴设置的第一段、第二段和第三段。第一段第三轴3与发动机6的输出端连接，与发动机6的输出端同步转动。第二段第三轴3上套设有第三齿轮34，第三齿轮34与该段第三轴3同轴，且与该段第三轴3同步转动，优选地，第三齿轮34与第二段第三轴3为一体式结构。第三段第三轴3一端为该混合动力耦合模块输出动力的模块输出端35，根据需要向外(例如车辆前桥)输出动力。当第二离合器32接合、第三离合器33断开，第一、二段第三轴3连接，第一、二段第三轴3同步转动，不影响第三段第三轴3；当第二离合器32断开、第三离合器33接合，第二、三段第三轴3连接，第二、三段第三轴3同步转动，不影响第一段第三轴3；当第二离合器32和第三离合器33均接合，第一至第三段第三轴3同步转动；当第二离合器32和第三离合器33均断开，第三轴3的三段相对分离，第一段、第二段或第三段转动不影响其他段。

本发明提供了一种混合动力耦合模块，其结构简单，体积小，可作为研发混合动力汽车的关键零部件，且特别适用于传统内燃式发动机车型改造混合动力汽车。对于传统发动机汽车，在其变速箱输出端，或发动机和变速箱之间安装本发明的混合动力耦合模块，再在本模块驱动电机输入端11配置适应的驱动电机5，则可将传统车型改造成混合动力车型，极大方便传统车型改造成混合动力车型。并且，通过对该混合动力耦合模块第一至第三离合器的控制，能够实现汽车的多种不同行驶模式；可以配置不同参数的驱动电机以达到不同的动力要求。

同时，该混合动力耦合模块的模块输出端35与发动机输入端31同轴，可保证改造后，传统燃油车输出性能不会因齿轮传动受任何影响，并且，若车辆处于纯电动模式时，还将混合动力耦合模块可作为驱动电机5的二级减速箱，当第二离合器32断开，第一离合器12、第三离合器33接合，车辆驱动力来源只有驱动电机5，为纯电动模式，能量流动为驱动电机5至三级齿轮(第一至第三齿轮)后至模块输出端35，三个齿轮的啮合传动，此时该模块为驱动电机5的二级减速箱，通过修改第一至第三齿轮34的参数可以适应大多数动力要求，驱动电机无需单独配减速箱。

优选地，第一轴1、第二轴2和第三轴3设于壳体内，驱动电机输入端11、发动机输入端31和模块输出端35向外伸出壳体。设置壳体有助于保护该混合动力耦合模块，确保第一轴1、第二轴2和第三轴3位置不发生变动，各齿轮保持啮合，且拆装方便、易于装配至车辆中。壳体优选采用长方体结构。

优选地，辅助发电机4为内置发电机，设于壳体内部。进一步优选地，内置发电机可采用扁平式电机，内置发电机的定子可与壳体为一体。内置的辅助发电机4有助于节省空间，且整体的混合动力耦合模块拆装方便。

外置的辅助发电机4其优势在于便于更换。优选地，为了满足体积紧凑性要求，辅助发电机4外置时，壳体可采用凹字型结构，外置的辅助发电机4嵌设于壳体凹进处，并与第二轴2一端连接。

优选地，如图2所示，第一轴1另一端为辅助输出端，用于实现四轮驱动。第一轴1的另一端，即未连接驱动电机5的一端，可作为该混合动力耦合模块的辅助输出端，例如模块输出端35连接车辆的前桥，辅助输出端可连接车辆的后桥，以实现四驱，提高车辆性能。

实施例二

本实施例二提供了一种混合动力系统，包括驱动电机5、发动机6、控制模块以及上述任一项所述的混合动力耦合模块。

其中，驱动电机5的输出端与混合动力耦合模块中第一轴1的驱动电机输入端11连接；发动机6的输出端与混合动力耦合模块中第三轴3的发动机输入端31连接；控制模块与混合动力耦合模块、驱动电机5和发动机6均连接，用于接收用户指令，或根据车辆剩余电量、车速等信息进行综合判断，向混合动力耦合模块、驱动电机5和发动机6发送控制指令，控制该混合动力系统以不同的工作模式进行工作。

本发明提供的混合动力系统功能性强，可以实现汽车多种驾驶模式，发动机与驱动电机相互配合，从而使发动机能一直保持在经济区域内工作，极大程度上减轻燃油消耗，降低排放，提高车辆动力性，提升车辆续驶里程。

优选地，混合动力系统的工作模式包括单电机纯电动模式、双电机纯电动模式、发动机单独驱动模式、发动机怠速充电模式、第一混合驱动模式(发动机驱动、辅助发电机辅助驱动)、第二混合驱动模式(发动机和驱动电机驱动)和全加速混合模式，控制模块可控制混合动力系统以上述任一模式进行工作，并根据需要快速切换至另一模式继续工作。

优选地，如图3所示，控制模块在该混合动力系统切换至单电机纯电动模式时，向第一离合器12和第三离合器33发送离合器接合控制指令，向第二离合器32发送离合器断开控制指令，并向驱动电机5发送主动提供动力控制指令，向辅助发电机4发送被动转动发电控制指令。即，控制模块控制第一离合器12接合、第二离合器32断开、第三离合器33接合，驱动电机5主动转动提供驱动动力，辅助发电机4被动转动进行发电，在车辆行驶时为辅助发电机4为电池充电，发动机6不参与工作，实现单电机纯电动模式工作。进一步优选地，该单电机纯电动模式工作的使用条件为soc(剩余容量)高、车速为全车速。

外接的驱动电机5可以单独驱动车辆行驶，也可以与辅助电机共同驱动车辆起步加速，提高车辆的加速度。优选地，如图4所示，控制模块在该混合动力系统切换至双电机纯电动模式时，向第一离合器12和第三离合器33发送离合器接合控制指令，向第二离合器32发送离合器断开控制指令，并向驱动电机5和辅助发电机4发送主动提供动力控制指令。即，控制模块控制第一离合器12接合、第二离合器32断开、第三离合器33接合，驱动电机5主动转动提供驱动动力，辅助发电机4主动转动提供驱动动力，发动机6不参与工作，实现双电机纯电动模式工作。进一步优选地，该双电机纯电动模式工作的使用条件为soc高、车速为全车速。

优选地，如图5所示，控制模块在该混合动力系统切换至发动机单独驱动模式时，向第一离合器12发送离合器断开控制指令，向第二离合器32和第三离合器33发送离合器接合控制指令，并向发动机6发送主动提供动力控制指令，向辅助发电机4发送被动转动发电控制指令。即，控制模块控制第一离合器12断开、第二离合器32接合、第三离合器33接合，发动机6主动转动提供驱动动力，辅助发电机4被动转动进行发电，驱动电机5不参与工作，实现发动机单独驱动模式工作。进一步优选地，该发动机单独驱动模式工作的使用条件为soc任意值、车速为全车速。

优选地，如图6所示，控制模块在该混合动力系统切换至发动机怠速充电模式时，向第一离合器12和第二离合器32发送离合器接合控制指令，向第三离合器33发送离合器断开控制指令，并向发动机6发送主动提供动力控制指令，向辅助发电机4和驱动电机5发送被动转动发电控制指令。即，控制模块控制第一离合器12接合、第二离合器32接合、第三离合器33断开，发动机6主动转动提供动力，辅助发电机4被动转动进行发电，驱动电机5被动转动进行发电，实现发动机怠速充电模式工作。进一步优选地，该发动机单独驱动模式工作的使用条件为soc低、车速为0。

优选地，如图7所示，控制模块在该混合动力系统切换至第一混合驱动模式时，向第一离合器12发送离合器断开控制指令，向第二离合器32和第三离合器33发送离合器接合控制指令，并向发动机6和辅助发电机4发送主动提供动力控制指令。即，控制模块控制第一离合器12断开、第二离合器32接合、第三离合器33接合，发动机6主动转动提供驱动动力，辅助发电机4主动转动提供辅助驱动动力，驱动电机5不参与工作，实现第一混合驱动模式工作。进一步优选地，该第一混合驱动模式工作的使用条件为soc高、车速为高速。

优选地，如图8所示，控制模块在该混合动力系统切换至第二混合驱动模式时，向第一离合器12、第二离合器32和第三离合器33发送离合器接合控制指令，并向发动机6和驱动电机5发送主动提供动力控制指令，向辅助发电机4发送被动转动发电控制指令。即，控制模块控制第一离合器12接合、第二离合器32接合、第三离合器33接合，发动机6主动转动提供驱动动力，辅助发电机4被动转动进行发电，驱动电机5主动转动提供驱动动力，实现第二混合驱动模式工作。进一步优选地，该第二混合驱动模式工作的使用条件为soc高、车速为高速。

优选地，控制模块在该混合动力系统切换至全加速混合模式时，向第一离合器12、第二离合器32和第三离合器33发送离合器接合控制指令，并向发动机6、驱动电机5和辅助发电机4发送主动提供动力控制指令。即，控制模块控制第一离合器12接合、第二离合器32接合、第三离合器33接合，发动机6主动转动提供驱动动力，辅助发电机4主动转动提供驱动动力，驱动电机5主动转动提供驱动动力，实现全加速混合模式工作，其能量流动示意图如图9所示。进一步优选地，该全加速混合模式工作的使用条件为soc高、车速为高速。

各工作模式对应的执行部件状态及使用条件对照表请参阅表1。

表1各工作模式对应执行部件状态及使用条件

综上所述，本发明提供了一种基于转矩耦合原理设计的混合动力耦合模块，及包括混合动力耦合模块的混合动力系统，本发明的技术方案通过对离合器的控制可以实现汽车多种行驶模式，例如纯电动模式、双电机加速模式、三擎驱动模式、怠速充电模式、发动机单独驱动模式等，能够使发动机一直保持在经济区域内工作以降低油耗，同时混合动力耦合模块设有辅助发电机，可以快速使发动机进入经济区域内工作，外置的驱动电机可以单独驱动车辆行驶，也可以与辅助发电机共同驱动车辆起步加速，提高车辆的加速度；在车辆高速运行时，发动机工作在经济区域内，单独驱动车辆，辅助发电机处于充电状态，外置的驱动电机由电池荷电状态决定是否充电。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。