CN111071025A - 一种双电机混合动力变速驱动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种双电机混合动力变速驱动系统，包括发动机、离合器、第一电机、第二电机、第一减速机构、第二减速机构、动力输出机构、第一输入轴、第二输入轴、二档主动齿轮、一二档同步器、一档主动齿轮、差速器、第一逆变器、第二逆变器、电池、线束和驻车系统，第一电机可通过第一减速机构与第一输入轴连接，第一输入轴的一端可与发动机连接，第一输入轴与第二输入轴之间设有离合器，第二输入轴上安装有二档主动齿轮、一二档同步器及一档主动齿轮，一档主动齿轮或二档主动齿轮可通过动力输出机构与差速器连接，第二电机可通过第二减速机构与动力输出机构或差速器连接。本发明可根据需要采用不同工况模式以提高燃油经济性。
Description
技术领域
本发明属于混合动力技术领域，具体是涉及一种双电机混合动力变速驱动系统。
背景技术
当今世界面临能源匮乏和环境恶化两大挑战，其中传统燃油车也正受到石油危机和环境恶化的严重影响，故节能减排逐渐成为汽车行业的研究课题。现有混合动力汽车可通过多种方式来改善车辆燃油经济性，如发动机在怠速、减速或制动期间关闭以采用纯电驱动模式行驶，或在混合驱动模式下补充发动机的转矩或功率，最终实现降低油耗和排放的目标。
然而，现有大部分混合动力驱动系统仅为传统多档位变速器的变形，其存在结构复杂、档位冗余、总成较长、布置较为困难等诸多问题。
发明内容
针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题在于提供一种结构简单合理的双电机混合动力变速驱动系统。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种双电机混合动力变速驱动系统，包括发动机、减振器、离合器、第一电机、第二电机、第一减速机构、第二减速机构、动力输出机构、第一输入轴、第二输入轴、二档主动齿轮、一二档同步器、一档主动齿轮、差速器、第一逆变器、第二逆变器、电池、线束和驻车系统，所述第一逆变器与第二逆变器可通过线束连接且均可通过线束与电池连接，所述第一逆变器和第二逆变器可通过线束分别与第一电机和第二电机连接，所述第一电机可通过第一减速机构与第一输入轴传动连接，所述第一输入轴的一端可通过减振器与发动机连接而另一端可与离合器的主动盘连接，所述第二输入轴的一端可与离合器的从动盘连接而另一端安装有二档主动齿轮、一二档同步器及一档主动齿轮，所述一二档同步器可与一档主动齿轮或二档主动齿轮接合，所述一档主动齿轮或二档主动齿轮可通过动力输出机构与差速器传动连接，所述第二电机可通过第二减速机构与动力输出机构或差速器传动连接，所述动力输出机构还可与驻车系统传动连接。
更进一步，所述第一减速机构包括与第一电机连接的第一电机驱动轴、安装在第一电机驱动轴上的第一电机驱动齿轮、与第一电机驱动齿轮啮合传动的第一电机惰轮总成和安装在第一输入轴上且与第一电机惰轮总成啮合传动的第一电机从动齿轮，所述离合器设置在二档主动齿轮与第一电机从动齿轮之间。
更进一步，所述第一减速机构包括与第一电机连接的第一电机驱动轴、安装在第一电机驱动轴上的第一电机驱动齿轮和与第一电机驱动齿轮啮合传动的从动齿轮，所述从动齿轮与离合器的主动盘固定连接。
更进一步，所述动力输出机构包括输出轴、一档从动齿轮、二档从动齿轮、差速器驱动齿轮和驻车制动齿轮，所述差速器驱动齿轮可与差速器啮合传动，所述一档从动齿轮可与一档主动齿轮啮合传动，所述二档从动齿轮可与二档主动齿轮啮合传动。
更进一步，所述第二减速机构包括与第二电机连接的第二电机驱动轴、安装在第二电机驱动轴上的第二电机驱动齿轮和与第二电机驱动齿轮啮合传动的第二电机惰轮总成Ⅰ，所述第二电机惰轮总成Ⅰ可与一档从动齿轮或二档从动齿轮啮合传动。
更进一步，所述第二减速机构包括与第二电机连接的第二电机驱动轴、安装在第二电机驱动轴上的第二电机驱动齿轮和与第二电机驱动齿轮啮合传动的第二电机惰轮总成Ⅱ，所述第二电机惰轮总成Ⅱ可与差速器啮合传动。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、在车辆频繁启停、车速较低的工况下可采用纯电驱动以避免发动机在高油耗区工作；而当纯电驱动无法满足扭矩需求时，可采用发动机一档或二档与电驱并联驱动。
2、在中速工况下，当纯电驱动的系统效率高于发动机一档驱动的系统效率时，可采用纯电驱动使系统综合效率最低；当纯电驱动的系统效率低于发动机一档或发动机二档独立驱动的系统效率时，可采用发动机一档或发动机二档独立驱动使系统综合效率最低且可避免“机械能-电能-机械能”转化过程中的效率损失；当需要输出更强的动力时，可采用发动机一档或二档与电驱并联驱动。
3、当路面阻力较小且发动机在较低扭矩状态下工作时，发动机效率较低，可通过增加发动机扭矩将发动机调整到高效区间，这样就可将发动机的一部分扭矩分配给第一电机以对第一电机充电而另一部分扭矩用以维持整车运行，从而提高整车的系统综合效率。
4、在高速工况下，发动机效率较高，通过发动机二档独立驱动，这样也可避免“机械能-电能-机械能”转化过程中的效率损失，从而提高整车的系统综合效率。
5、通过将第二电机与车轮固联，这样在所有减速工况下均可实现制动能量回收，而且在制动能量回收过程中无换挡动作、回收效率高。
附图说明
图1为本发明一种双电机混合动力变速驱动系统第一种实施方式的整体结构示意图。
图2为图1中停车充电时的动力传递路径图。
图3为图1中停车时电机冷启动发动机的动力传递路径图。
图4为图1中行进间启动发动机时的动力传递路径图。
图5为图1中纯电驱动时的动力传递路径图。
图6为图1中增程驱动时的动力传递路径图。
图7为图1中制动能量回收时的动力传递路径图。
图8为图1中发动机一档独立驱动时的动力传递路径图。
图9为图1中发动机一档驱动、同时补充电能时的动力传递路径图。
图10为图1中发动机一档、电驱并联驱动时的动力传递路径图。
图11为图1中发动机二档独立驱动时的动力传递路径图。
图12为图1中发动机二档驱动、同时补充电能时的动力传递路径图。
图13为图1中发动机二档、电驱并联驱动时的动力传递路径图。
图14为图1中电驱R档时的动力传递路径图。
图15为图1中驻车P档时的动力传递路径图。
图16为本发明一种双电机混合动力变速驱动系统第二种实施方式的整体结构示意图。
图17为本发明一种双电机混合动力变速驱动系统第三种实施方式的整体结构示意图。
图示说明：210-第一电机，211-第一电机驱动轴，212-第一电机驱动齿轮，220-第二电机，221-第二电机驱动齿轮，222-第二电机驱动轴，230-发动机，240-第一逆变器，241-第一逆变器电池线束，242-逆变器间线束，243-第一电机高压线束，250-第二逆变器，251-第二逆变器电池线束，252-第二电机高压线束，260-电池，270-减振器，101-第一电机从动齿轮，102-第一电机惰轮总成，103-离合器Ⅰ，104-第二输入轴，105-二档主动齿轮，106-一二档同步器，107-一档主动齿轮，108-输出轴，109-差速器驱动齿轮，110-二档从动齿轮，111-一档从动齿轮，112-第二电机惰轮总成Ⅰ，113-驻车制动齿轮，114-差速器，115-第一输入轴，121-离合器Ⅱ，122-第二电机惰轮轴，123-第二电机中间齿轮Ⅰ，124-第二电机中间齿轮Ⅱ。
具体实施方式
下面结合附图和优选实施例对本发明作进一步地说明。
实施例一：
如图1所示为本发明一种双电机混合动力变速驱动系统第一种实施例的整体结构示意图，包括发动机230、减振器270、离合器Ⅰ103、第一电机210、第二电机220、第一减速机构、第二减速机构、动力输出机构、一档主动齿轮107、二档主动齿轮105、一二档同步器106、第一输入轴115、第二输入轴104、差速器114、驻车制动齿轮113、第一逆变器240、第二逆变器250、电池260、第一逆变器电池线束241、逆变器间线束242、第一电机高压线束243、第二逆变器电池线束251、第二电机高压线束252和驻车系统中的驻车制动齿轮113。
上述第一逆变器240既可通过第一逆变器电池线束241与电池260电性连接，又可通过第一电机高压线束243与第一电机210电性连接，还可通过逆变器间线束242与第二逆变器250电性连接。上述第二逆变器250也可通过第二逆变器电池线束251与电池260电性连接，又可通过第二电机高压线束252与第二电机220电性连接。
上述第一电机210可通过第一减速机构与第一输入轴115连接。具体来说是，第一减速机构包括与第一电机210连接的第一电机驱动轴211、固定安装在第一电机驱动轴211上的第一电机驱动齿轮212、与第一电机驱动齿轮212啮合传动的第一电机惰轮总成102和固定安装在第一输入轴115上的第一电机从动齿轮101，该第一电机从动齿轮101可与第一电机惰轮总成102啮合传动。上述发动机230的动力输出端转动连接有减振器270，在该减振器270的动力输出端转动连接有第一输入轴115，在该第一输入轴115的另一端转动连接有离合器Ⅰ103的主动盘。
上述第二输入轴104的一端可与离合器Ⅰ103的从动盘转动连接而另一端通过轴承套装有二档主动齿轮105和一档主动齿轮107，且在二档主动齿轮105与一档主动齿轮107之间通过花键安装有一二档同步器106，该一二档同步器106可与一档主动齿轮107或二档主动齿轮105接合实现啮合传动。
上述一档主动齿轮107和二档主动齿轮105可通过动力输出机构与差速器114传动连接。具体来说是，动力输出机构包括输出轴108、一档从动齿轮111、二档从动齿轮110、驻车制动齿轮113、差速器驱动齿轮109和驻车制动齿轮113，其中一档从动齿轮111可与一档主动齿轮107啮合传动，二档从动齿轮110可与二档主动齿轮105啮合传动，差速器驱动齿轮109可与差速器114中的主减齿轮啮合传动。
上述第二电机220可通过第二减速机构与动力输出机构传动连接。具体来说是，第二减速机构包括与第二电机220连接的第二电机驱动轴222、固定安装在第二电机驱动轴222上的第二电机驱动齿轮221和与第二电机驱动齿轮221啮合传动的第二电机惰轮总成Ⅰ112，其中第二电机惰轮总成Ⅰ112可与一档从动齿轮111啮合传动。
如图2至图15所示为本发明一种双电机混合动力变速驱动系统在各主要工况下的动力传递路径图，同时为更好地阐述本发明在各主要工况下的工作原理，下表列出了各主要工况下离合器Ⅰ103、一二档同步器106、发动机230、第一电机210及第二电机220的工作状态，具体如下：
如图2所示为停车充电工况时的动力传递路径图，即当车辆处于停车状态且电池260电量不足时，可以选择停车充电工况模式，此时离合器Ⅰ103处于分离状态、一二档同步器106处于空档位置、发动机230处于驱动状态、第一电机210处于发电状态、第二电机220处于自由状态。在此停车充电工况模式下，发动机230处于经济转速区间，这样可兼顾燃油经济性和NVH特性；同时，第一电机210产生的交流电可经第一逆变器240转为直流电后存储于电池260中，且当充电量达到一定比率时可根据需要切换为其它工况模式。
如图3所示为电机冷启动发动机工况时的动力传递路径图，即在停车状态下需要冷启动发动机230时，可以选择电机冷启动发动机工况模式，此时第一电机210处于驱动状态、第二电机220处于自由状态、离合器Ⅰ103处于分离状态、一二档同步器106处于空档位置、发动机230被启动。在此电机冷启动发动机工况模式下，不会产生动力冲击和舒适性问题；同时，因减少了用于启动发动机的起动机，这样可使整车的组成元件进一步减少。
如图4所示为行进间启动发动机工况时的动力传递路径图，即当车辆以纯电驱动行驶且需同时启动发动机时，可以选择行进间启动发动机工况模式，此时第一电机210处于驱动状态、第二电机220处于驱动或自由状态、一二档同步器106处于一档或二档或空挡位置、离合器103处于分离状态、发动机230被启动。在此行进间启动发动机工况模式下，因不需停车、也不需切换为其它档位，这样就不会产生动力冲击和舒适性问题。
如图5所示为纯电驱动工况时的动力传递路径图，即当车速较低时可以选择纯电驱动工况模式，此时发动机230处于关闭状态、第一电机210处于自由状态、第二电机220处于驱动状态、离合器Ⅰ103处于分离状态、一二档同步器106处于空档位置。在此纯电驱动工况模式下，因纯电驱动具有可满足爬坡等扭矩要求较大的速比，这样可使纯电驱动覆盖低车速工况，从而可使系统效率保持较高水平；同时，当电池260电量不足时，可根据需要切换为增程工况模式。
如图6所示为增程驱动工况时的动力传递路径图，即当电池260电量不足时，可以选择增程驱动工况模式，此时第一电机210处于发电状态、第二电机220处于驱动状态、离合器Ⅰ103处于分离状态、发动机230处于驱动状态、一二档同步器106处于空档位置。在此增程驱动工况模式下，通过将第一电机210产生的交流电直接传递给第二电机220以使第二电机220驱动车辆行驶，这样可减少能量转化过程中的效力损失，同时可使发动机长时间处于高效率区间。
如图7所示为制动能量回收工况时的动力传递路径图，即当车辆遇到减速或者下长坡路况时，可以选择制动能量回收工况模式以将机械能转化为电能存储于电池260中，此时第一电机210处于自由状态、发动机230处于关闭状态、离合器Ⅰ103处于分离状态、一二档同步器106处在空档位置、第二电机220由驱动状态切换为发电状态。在此制动能量回收工况模式下，第二电机220产生的交流电可经第二逆变器250转为直流电后存储于电池260中。
如图8所示为发动机一档独立驱动工况时的动力传递路径图，即当车辆中速行驶时，可根据需要选择发动机一档独立驱动工况模式，此时发动机230处于驱动状态、离合器Ⅰ103处于接合状态、第一电机210及第二电机220均处于自由状态、一二档同步器106处于一档位置。在此发动机一档独立驱动工况模式下，可避免发动机230处于油耗效率较高区间，从而使系统效率保持较高水平。
如图9所示为发动机一档驱动、同时补充电能工况时的动力传递路径图，即当发动机以一档驱动且其功率富余时，可以选择发动机一档驱动、同时补充电能工况模式，此时发动机230处于驱动状态、离合器Ⅰ103处于接合状态、第一电机210处于发电状态、第二电机220处于自由状态、一二档同步器106仍然处于一档位置。在此发动机一档驱动、同时补充电能工况模式下，第一电机210产生的交流电可经第一逆变器240转为直流电后存储于电池260中。
如图10所示为发动机一档、电驱并联驱动工况时的动力传递路径图，即在发动机一档独立驱动或者纯电驱动无法满足整车驱动功率需求时，可以选择发动机一档、电驱并联驱动工况模式，此时发动机230处于驱动状态、离合器Ⅰ103处于接合状态、一二档同步器106处于一档位置不变、第二电机220处于驱动状态、第一电机210处于自由状态。在此发动机一档、电驱并联驱动工况模式下，通过发动机230和第二电机220同时驱动可增大总输出扭矩，同时能更好地满足爬坡、动力性等要求。
如图11所示为发动机二档独立驱动工况时的动力传递路径图，即当车速较高且纯电驱动效率较低而无法提供足够功率时，可以选择发动机二档独立驱动工况模式，此时发动机230处于驱动状态、离合器Ⅰ103处于接合状态、一二档同步器106处于二档位置、第一电机210和第二电机220均处于自由状态。在此发动机二档独立驱动工况模式下，不仅可适用于车辆长时间高速行驶，而且可消除能量转化环节的能量消耗，减少电气元件的发热温升；同时，因发动机二档的速比小于发动机一档的速比，通过发动机二档独立驱动可使发动机在车辆高速行驶时的效率仍处于相对高效区间，从而使系统效率仍然保持较高水平。
如图12所示为发动机二档驱动、同时补充电能工况时的动力传递路径图，即当发动机以二档驱动且功率存在富余时，可以选择发动机二档驱动、同时补充电能工况模式，此时发动机230处于驱动状态、离合器Ⅰ103处于接合状态、一二档同步器106处于二档位置、第一电机210处于发电状态、第二电机220处于自由状态。在此发动机二档驱动、同时补充电能工况模式下，通过将发动机230驱动车辆行驶的多余能量经第一电机210及第一逆变器240转化为直流电后存储于电池260中，这样可有效避免能量浪费以提高燃油利用率。
如图13所示为发动机二档、电驱并联驱动工况时的动力传递路径图，即当车速较高、发动机以二档独立驱动或纯电驱动而需求更大输出扭矩时，可以选择发动机二档、电驱并联驱动工况模式，此时发动机230和第二电机220均处于驱动状态、离合器Ⅰ103处于接合状态、第一电机210处于自由状态、一二档同步器106处于二档位置。
如图14所示为电驱R档工况时的动力传递路径图，即当车辆需要倒车时，可以选择电驱R档工况模式，此时发动机230处于关闭状态、离合器Ⅰ103处于分离状态、一二档同步器106处于空档位置、第一电机210处于自由状态、第二电机220处于反转驱动状态。在此电驱R档工况模式下，因采用电驱R档结构形式，这样可使驱动系统的结构更加简单、紧凑。此外，当车辆需要长时间倒车而电池电量不足时，可以选择电驱R档串联驱动工况模式，此时发动机230由关闭状态切换为驱动状态、第一电机210由自由状态切换为发电状态，这样就可使第一电机产生的交流电直接传递给第二电机使用，以避免能量转化过程中的效率损失。
如图15所示为驻车P档工况时的动力传递路径图，即当车辆需要长时间停车时，可以选择电驱P档工况模式，此时发动机230处于关闭状态、离合器Ⅰ103处于分离状态、第一电机210和第二电机处于自由状态、一二档同步器106处于空档位置。
实施例二：
如图16所示为本发明一种双电机混合动力变速驱动系统第二种实施例的整体结构示意图。本实施例与实施例一的不同之处在于：第一减速机构包括与第一电机210连接的第一电机驱动轴211、固定安装在第一电机驱动轴211上的第一电机驱动齿轮212和与第一电机驱动齿轮212啮合传动的从动齿轮，该从动齿轮可与离合器的主动盘固定连接以形成一个整体的离合器Ⅱ121，这样可使整体结构更加简化和紧凑。
实施例三：
如图17所示为本发明一种双电机混合动力变速驱动系统第三种实施例的整体结构示意图。本实施例与实施例二的不同之处在于：第二电机220可通过第二减速机构与差速器114连接，其中第二减速机构包括与第二电机220连接的第二电机驱动轴222、固定安装在第二电机驱动轴222上的第二电机驱动齿轮221和与第二电机驱动齿轮221啮合传动的第二电机惰轮总成Ⅱ，而第二电机惰轮总成Ⅱ又包括第二电机惰轮轴122、与第二电机驱动齿轮221啮合传动的第二电机中间齿轮Ⅰ123和可与差速器114中主减齿轮啮合传动的第二电机中间齿轮Ⅱ124，这样可使电驱工况模式的速比减小。
以上所述仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种双电机混合动力变速驱动系统，包括发动机（230）、减振器（270）、离合器、第一电机（210）、第二电机（220）、第一减速机构、第二减速机构、动力输出机构、第一输入轴（115）、第二输入轴（104）、二档主动齿轮（105）、一二档同步器（106）、一档主动齿轮（107）、差速器（114）、第一逆变器（240）、第二逆变器（250）、电池（260）、线束和驻车系统，所述第一逆变器（240）与第二逆变器（250）可通过线束连接且均可通过线束与电池（260）连接，所述第一逆变器（240）和第二逆变器（250）可通过线束分别与第一电机（210）和第二电机（220）连接，其特征在于：所述第一电机（210）可通过第一减速机构与第一输入轴（115）传动连接，所述第一输入轴（115）的一端可通过减振器（270）与发动机（230）连接而另一端可与离合器的主动盘连接，所述第二输入轴（104）的一端可与离合器的从动盘连接而另一端安装有二档主动齿轮（105）、一二档同步器（106）及一档主动齿轮（107），所述一二档同步器（106）可与一档主动齿轮（107）或二档主动齿轮（105）接合，所述一档主动齿轮（107）或二档主动齿轮（105）可通过动力输出机构与差速器（114）传动连接，所述第二电机（220）可通过第二减速机构与动力输出机构或差速器（114）传动连接，所述动力输出机构还可与驻车系统传动连接。
2.根据权利要求1所述的一种双电机混合动力变速驱动系统，其特征在于：所述第一减速机构包括与第一电机（210）连接的第一电机驱动轴（211）、安装在第一电机驱动轴（211）上的第一电机驱动齿轮（212）、与第一电机驱动齿轮（212）啮合传动的第一电机惰轮总成（102）和安装在第一输入轴（115）上且与第一电机惰轮总成（102）啮合传动的第一电机从动齿轮（101），所述离合器设置在二档主动齿轮（105）与第一电机从动齿轮（101）之间。
3.根据权利要求1所述的一种双电机混合动力变速驱动系统，其特征在于：所述第一减速机构包括与第一电机（210）连接的第一电机驱动轴（211）、安装在第一电机驱动轴（211）上的第一电机驱动齿轮（212）和与第一电机驱动齿轮（212）啮合传动的从动齿轮，所述从动齿轮与离合器的主动盘固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种双电机混合动力变速驱动系统，其特征在于：所述动力输出机构包括输出轴（108）、一档从动齿轮（111）、二档从动齿轮（110）、差速器驱动齿轮（109）和驻车制动齿轮（113），所述差速器驱动齿轮（109）可与差速器（114）啮合传动，所述一档从动齿轮（111）可与一档主动齿轮（107）啮合传动，所述二档从动齿轮（110）可与二档主动齿轮（105）啮合传动。
5.根据权利要求4所述的一种双电机混合动力变速驱动系统，其特征在于：所述第二减速机构包括与第二电机（220）连接的第二电机驱动轴（222）、安装在第二电机驱动轴（222）上的第二电机驱动齿轮（221）和与第二电机驱动齿轮（221）啮合传动的第二电机惰轮总成Ⅰ（112），所述第二电机惰轮总成Ⅰ（112）可与一档从动齿轮（111）或二档从动齿轮（110）啮合传动。
6.根据权利要求1～4所述的任一种双电机混合动力变速驱动系统，其特征在于：所述第二减速机构包括与第二电机（220）连接的第二电机驱动轴（222）、安装在第二电机驱动轴（222）上的第二电机驱动齿轮（221）和与第二电机驱动齿轮（221）啮合传动的第二电机惰轮总成Ⅱ，所述第二电机惰轮总成Ⅱ可与差速器（114）啮合传动。
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