混合動力耦合系統及混合動力汽車的制作方法
【專利摘要】一種混合動力耦合系統，其發電機與發動機通過第一軸同軸相連；第一軸上設有第一齒輪和第二齒輪，同步器設置在第一齒輪和第二齒輪之間控制第一軸與第一齒輪或第二齒輪的接合或分離，差速器通過齒軸系統分別與發動機和驅動電機相連。該混合動力耦合系統無需設置離合器，結構簡單，節省空間，方便布置。在發動機參與驅動時，發動機有兩個擋位可以選擇，優化了發動機的工作范圍，提高了發動機的動力性和經濟性。在換擋前后，通過對兩個電機調速，減小了換擋沖擊，延長了同步器的使用壽命；并且在換擋過程中，驅動電機在調速的同時還可以輸出動力，不存在動力中斷的情況。本發明還提供一種混合動力汽車。
【專利說明】
混合動力絹合系統及混合動力汽車
技術領域
[0001] 本發明涉及混合動力汽車的動力系統技術領域，更具體的是涉及一種混合動力耦 合系統及具有該混合動力耦合系統的混合動力汽車。
【背景技術】
[0002] 隨著石油資源的缺乏和人們環保意識的提高，以及越來越嚴格的環境保護法規的 要求，迫切需要可節省能源和低排放甚至是零排放的綠色環保汽車產品。為此，世界各國政 府以及各大汽車制造商都在加大力度開發各種不同類型的新能源汽車。混合動力汽車是新 能源汽車的一種，與傳統內燃機相比，混合動力汽車是指使用兩種以上能量來源的車輛。
[0003] 最常見的油電混合動力汽車具有發動機和電動機，發動機消耗燃油，牽引電動機 消耗動力電池的電能。近年來，用于混合動力汽車的混合動力驅動系統及其工作模式已成 為研究熱點。
[0004] 由于混合動力驅動系統涉及傳統發動機驅動以及電動機驅動，結構往往比較復 雜，占用空間較大，影響車輛其他部件的布置。一方面目前比較主流的電機并聯式混合動力 系統中，普遍是電機采用盤式結構，安裝在發動機與變速器之間，占用一定的軸向尺寸，造 成動力總成軸向長度大，在整車上布置困難。由于受尺寸限制，電機的功率一般不大，純電 動下動力性能較差。另一方面，目前混合動力變速箱集成電機的方案中普遍采用一擋齒輪 結構，一般很少采用多擋齒輪結構，要獲得動力性和經濟都滿意往往比較困難。
[0005] 申請號為CN201420395631.3的中國專利揭示了一種電動汽車動力耦合系統，該電 動汽車動力親合系統包括:發動機，與發動機同軸相連的發電機，設置在發動機與發電機之 間的離合器，通過傳動裝置分別與離合器和差速器相連的驅動電機。該電動汽車動力耦合 系統，雖然各部件布局比較合理，結構緊湊，有利于裝配且節省空間，提高了車內空間利用 率。但是，該電動汽車動力耦合系統的發動機直接驅動時，只有一個固定傳動比的擋位，會 導致整個動力耦合系統的動力性受限，不利于發動機工作的效率，經濟性也還有進一步提 升的空間。

【發明內容】

[0006] 本發明的目的在于提供一種混合動力耦合系統及混合動力汽車，解決目前的混合 動力系統占用空間大、在整車上布置困難的問題，且在發動機參與驅動時有兩個擋位可以 選擇，解決了目前的混合動力系統在發動機直接驅動時只有一個固定傳動比的擋位的問 題，優化了發動機的工作范圍，提高了發動機的動力性和經濟性。
[0007] 本發明實施例提供一種混合動力耦合系統，包括：
[0008] 發動機；
[0009] 發電機，與所述發動機同軸相連；
[0010] 同步器，設置在所述發動機與所述發電機之間；
[0011] 驅動電機；
[0012] 差速器，通過齒軸系統分別與所述發動機和所述驅動電機相連；
[0013] 其中，所述齒軸系統包括第一齒輪、第二齒輪、第三齒輪、第四齒輪、第五齒輪、第 六齒輪和主減速齒輪、第一軸、第二軸、驅動電機輸出軸；
[0014] 所述第一齒輪和第二齒輪位于所述第一軸；
[0015] 所述同步器設置在所述第一軸并位于所述第一齒輪和所述第二齒輪之間，所述同 步器控制所述第一齒輪和所述第二齒輪與所述第一軸的接合與分離；
[0016] 所述第三齒輪、第四齒輪和第五齒輪位于所述第二軸，所述第三齒輪與所述第一 齒輪相互嚙合;所述第四齒輪與所述第二齒輪相互嚙合；
[0017] 所述第六齒輪位于所述驅動電機輸出軸并與所述第三齒輪相互嚙合；
[0018] 所述主減速齒輪與所述差速器相連接并與所述第五齒輪相互嚙合；
[0019] 所述差速器通過第一驅動半軸和第二驅動半軸將驅動力分別傳遞到第一驅動輪 和第二驅動輪。
[0020] 進一步地，所述混合動力耦合系統具有純電動模式、增程模式和混合驅動模式。
[0021] 進一步地，在所述純電動模式下，所述發動機和發電機均不工作，所述驅動電機的 動力經所述第六齒輪到所述第三齒輪再經所述第五齒輪到所述主減速齒輪后傳遞給所述 差速器，所述差速器通過所述第一驅動半軸和第二驅動半軸將動力傳遞到所述第一驅動輪 和第二驅動輪。
[0022] 進一步地，在所述增程模式下，所述發動機啟動，所述發動機帶動所述發電機發電 以向動力電池或給所述驅動電機供電，所述驅動電機的動力經所述第六齒輪到所述第三齒 輪再經所述第五齒輪到所述主減速齒輪后傳遞給所述差速器，所述差速器通過所述第一驅 動半軸和第二驅動半軸將動力傳遞到所述第一驅動輪和第二驅動輪。
[0023] 進一步地，在所述混合驅動模式下，所述發動機啟動，所述同步器接合所述第一軸 與所述第一齒輪，所述發動機的動力經所述第一齒輪、所述第三齒輪到所述第二軸與所述 驅動電機的動力耦合，所述驅動電機的動力經所述第六齒輪到所述第三齒輪再經所述第五 齒輪到所述主減速齒輪后傳遞給所述差速器，所述差速器通過所述第一驅動半軸和第二驅 動半軸將動力傳遞到所述第一驅動輪和第二驅動輪。
[0024] 進一步地，在所述混合驅動模式下，所述發動機啟動，所述同步器接合所述第一軸 與所述第二齒輪，所述發動機的動力經所述第二齒輪、所述第四齒輪到所述第二軸與所述 驅動電機的動力耦合，所述驅動電機的動力經所述第六齒輪到所述第三齒輪再經所述第五 齒輪到所述主減速齒輪后傳遞給所述差速器，所述差速器通過所述第一驅動半軸和第二驅 動半軸將動力傳遞到所述第一驅動輪和第二驅動輪。
[0025] 進一步地，所述混合動力耦合系統還包括減震器，所述減震器設置在所述發動機 與所述同步器之間。
[0026]本發明實施例還提供一種混合動力汽車，該混合動力汽車包括上述的混合動力耦 合系統。
[0027]本發明實施例提供的混合動力耦合系統，其發電機與發動機通過第一軸同軸相 連;第一軸上設有第一齒輪和第二齒輪，同步器設置在第一齒輪和第二齒輪之間，用以控制 第一軸與第一齒輪或第二齒輪的接合或分離，差速器通過齒軸系統分別與發動機和驅動電 機相連，差速器通過第一驅動半軸和第二驅動半軸將驅動力分別傳遞到第一驅動輪和第二 驅動輪。該混合動力耦合系統可以實現純電動模式、増程模式、混合驅動模式等多種工作模 式。該混合動力耦合系統無需設置離合器，結構簡單，節省空間，方便布置，克服現有并聯式 混合動力汽車及其動力總成尺寸空間大，結構復雜等缺點。在發動機參與驅動時，發動機有 兩個擋位可以選擇，優化了發動機的工作范圍，提高了發動機的動力性和經濟性。在換擋前 后，通過對兩個電機調速，減小了換擋沖擊，延長了同步器的使用壽命;并且在換擋過程中， 驅動電機在調速的同時還可以輸出動力，不存在動力中斷的情況。
[0028]上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段， 而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本發明的上述和其他目的、特征和優點能夠 更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。
【附圖說明】
[0029]圖1是本發明實施例的混合動力耦合系統的結構示意圖。
[0030] 圖2是本發明實施例的混合動力耦合系統的控制流程示意圖。
[0031] 圖3是本發明實施例的混合動力耦合系統工作在純電動模式下的動力傳遞示意 圖。
[0032]圖4是本發明實施例的混合動力耦合系統工作在增程模式下的動力傳遞示意圖。 [0033]圖5至圖6是本發明實施例的混合動力耦合系統工作在混合驅動模式下的動力傳 遞示意圖。
【具體實施方式】
[0034]為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所采取的技術手段及功效，以下結合 附圖及較佳實施例，對本發明進行詳細說明如下。
[0035]本發明實施例提供一種混合動力耦合系統，其結構如圖1所示，混合動力耦合系統 包括包括：
[0036] 發動機11;
[0037]發電機12,與發動機11同軸相連；
[0038]同步器13,設置在發動機11與發電機12之間；
[0039] 驅動電機14;
[0040]差速器15,通過齒軸系統分別與發動機11、發電機12、驅動電機14相連。
[00411齒軸系統包括第一齒輪21、第二齒輪22、第三齒輪23、第四齒輪24、第五齒輪25、第 六齒輪26、主減速齒輪27、第一軸31、第二軸32和驅動電機輸出軸34。
[0042] 第一軸31為發動機11與發電機12所在的軸，也即是發動機11的輸出軸與發電機12 的輸入軸。第一齒輪21和第二齒輪22位于第一軸31上并位于發動機11與發電機12之間。具 體地，如圖1所示，第一齒輪21位于第一軸31上并靠近發動機11，第二齒輪22位于第一軸31 上并靠近發電機12。
[0043] 同步器13設置在第一軸31上并位于第一齒輪21和第二齒輪22之間。同步器13用于 控制第一軸31與齒輪的接合與分離來控制第一軸31是否參與驅動，同時，通過同步器13控 制第一軸31與不同的齒輪同步接合還可以實現變速換擋。
[0044] 本實施例中，同步器13控制第一齒輪21和第二齒輪22與第一軸31的接合與分離， 在發電機12驅動發動機11啟動后，根據不同的工況控制同步器13接合第一軸31與第一齒輪 21、或者控制同步器13接合第一軸31與第二齒輪22以及控制同步器13與第一齒輪21或第二 齒輪22分離。具體地，同步器13與第一齒輪21和第二齒輪22分離時，第一齒輪21和第二齒輪 22空轉，當需要換擋的時候，對發電機12和驅動電機14調速，發電機12可以調節第一軸31的 轉速，驅動電機14可以調節第三齒輪23及第一齒輪21的轉速，當第一軸31與第一齒輪21的 轉速一致或者相差很小的時候，使同步器13接合第一軸31與第一齒輪21，這樣在同步器13 接合的前后，需要同步的兩個零件(第一軸31和第一齒輪21)的轉速差比較小，換擋沖擊小， 延長了同步器13的使用壽命。驅動電機14在調速的同時還可以輸出動力，因此在換擋過程 中，不存在動力中斷的情況。可以理解，通過調節驅動電機14的轉速，也可以調節第四齒輪 24及第二齒輪22的轉速，當第一軸31與第二齒輪22的轉速一致或者相差很小的時候，使同 步器13接合第一軸31與第二齒輪22。因此，在發動機參與驅動時，有兩個擋位可以選擇。 [0045]第三齒輪23、第四齒輪24和第五齒輪25位于第二軸32上，第四齒輪24位于第三齒 輪23與第五齒輪25之間。第三齒輪23與第一齒輪21相互嚙合;第四齒輪24與第二齒輪22相 互嗤合。
[0046]驅動電機輸出軸34與驅動電機14相連，第六齒輪26位于驅動電機輸出軸34上并與 第三齒輪23相互嚙合。
[0047] 主減速齒輪27與差速器15相連接并與第五齒輪25相互嚙合。
[0048] 差速器15通過第一驅動半軸35和第二驅動半軸36將驅動力分別傳遞到第一驅動 輪41和第二驅動輪42。
[0049] 為對發動機11的輸出進行緩沖和減震，本發明實施例還包括減震器16。減震器16 設置在發動機11與發電機12之間。具體地，減震器16設置在第一軸31上并位于發動機11與 第一齒輪21之間。減震器16例如為扭轉減震器或液力親合器。
[0050] 本實施例的混合動力耦合系統具有純電動模式、增程模式和混合驅動模式，可根 據電S0C值及車速的需求自動實現三種模式的切換，由此，本實施例的控制流程，請參照圖2 所示，包括：
[0051 ]步驟S1，判斷電池S 0C值與第一閾值的大小關系，或者同時判斷電池S0 C值與第一 閾值的大小關系以及車速與第二閾值的大小關系；
[0052]步驟S2,根據判斷結果，切換混合動力耦合系統的工作模式。
[0053] 具體地，如圖3所示，當步驟S1判斷電池S0C值高于第一閾值時，步驟S2包括:控制 發動機11、發電機12均不工作，同步器13斷開，驅動電機14的動力經第六齒輪26到第三齒輪 23再經第五齒輪25到主減速齒輪27減速后傳遞給差速器15,差速器15通過第一驅動半軸 35、第二驅動半軸36將動力傳遞到第一驅動輪41、第二驅動輪42,此時車輛以純電動模式行 駛在全車速區域，動力傳遞路線如圖3中箭頭所示。
[0054] 如圖4所示，當步驟S1判斷電池S0C值低于第一閾值且車速低于第二閾值時，步驟 S2包括:控制發動機11啟動，控制同步器13斷開，發動機11帶動發電機12發電，以向動力電 池充電或給驅動電機14供電，驅動電機14的動力經第六齒輪26到第三齒輪23再經第五齒輪 25到主減速齒輪27減速后傳遞給差速器15,差速器15通過第一驅動半軸35、第二驅動半軸 36將動力傳遞到第一驅動輪41、第二驅動輪42,此時車輛以增程模式行駛在低速區域，動力 傳遞路線如圖4中箭頭所示。
[0055] 如圖5和圖6所示，當步驟S1判斷電池S0C值低于第一閾值且車速高于第二閾值時， 步驟S2包括:控制發動機11啟動，同步器13接合第一軸31與第一齒輪21或者同步器13接合 第一軸31與第二齒輪22,發動機11的動力經第一齒輪21、第三齒輪23或者經第二齒輪22、第 四齒輪24到第二軸32與驅動電機14的動力耦合，驅動電機14的動力經第六齒輪26到第三齒 輪23再經第五齒輪25到主減速齒輪27減速后傳遞給差速器15,差速器15通過第一驅動半軸 35、第二驅動半軸36將動力傳遞到第一驅動輪41、第二驅動輪42,此時車輛以混合驅動模式 行駛在高速區域，動力傳遞路線如圖5和圖6中箭頭所示。
[0056]在上述增程模式中，當電池S0C值較低需要啟動發動機時，發電機12作為啟動電機 使用，用于啟動發動機11，使發動機11帶動發電機12向動力電池充電或者給驅動電機14供 電；當汽車需要高速行駛時，發電機12同樣將作為啟動電機使用，用于啟動發動機11，發動 機11輸出驅動力矩，驅動電機14則輔助驅動，進入混合驅動模式。
[0057] 上述三種模式以表格體現如下：
[0059]第一閾值用于判斷電池S0C值的高低，第二閾值用于判斷車速的高低，本實施例不 對第一閾值和第二閾值的取值范圍做限定，通常可以根據具體的控制策略自由設定，不同 的控制策略下，第一閾值和第二閾值的取值都不盡相同。設定好第一閾值和第二閾值后，則 自動判斷并根據判斷結果在三種模式間自動切換。
[0060]上述實施例中，提供了一種適用于混合動力汽車的混合動力耦合系統，其中，發電 機與發動機通過第一軸同軸相連;第一軸上設有第一齒輪和第二齒輪，同步器設置在第一 齒輪和第二齒輪之間，用以控制第一軸與第一齒輪或第二齒輪的接合或分離，差速器通過 齒軸系統分別與發動機和驅動電機相連，差速器通過第一驅動半軸和第二驅動半軸將驅動 力分別傳遞到第一驅動輪和第二驅動輪。該混合動力耦合系統可以實現純電動模式、増程 模式、混合驅動模式等多種工作模式。
[0061 ]上述實施例提供的混合動力耦合系統，具有以下優點：
[0062] 無需設置離合器，結構簡單，節省空間，方便布置，克服現有并聯式混合動力汽車 及其動力總成尺寸空間大，結構復雜等缺點。
[0063] 在發動機參與驅動時，發動機有兩個擋位可以選擇，優化了發動機的工作范圍，提 高了發動機的動力性和經濟性。在換擋前后，通過對兩個電機調速，減小了換擋沖擊，延長 了同步器的使用壽命;并且在換擋過程中，驅動電機在調速的同時還可以輸出動力，不存在 動力中斷的情況。
[0064] 本發明實施例還提供一種混合動力汽車，該混合動力汽車包括如上所述的混合動 力耦合系統，關于該混合動力汽車的其他結構可以參見現有技術，在此不贅述。
[0065] 以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，雖 然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人 員，在不脫離本發明技術方案范圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾 為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質對 以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。
【主權項】
1. 一種混合動力耦合系統，其特征在于，包括： 發動機(11); 發電機(12 )，與所述發動機(11)同軸相連； 同步器(13)，設置在所述發動機(11)與所述發電機(12)之間； 驅動電機(14); 差速器(15)，通過齒軸系統分別與所述發動機(11)和所述驅動電機(14)相連； 其中，所述齒軸系統包括第一齒輪(21)、第二齒輪(22)、第三齒輪(23)、第四齒輪(24)、 第五齒輪(25)、第六齒輪(26)、主減速齒輪(27)、第一軸(31)、第二軸(32)和驅動電機輸出 軸(34); 所述第一齒輪(21)和第二齒輪(22)位于所述第一軸(31); 所述同步器（13)設置在所述第一軸（31)并位于所述第一齒輪（21)和所述第二齒輪 (22)之間，所述同步器(13)控制所述第一齒輪(21)和所述第二齒輪(22)與所述第一軸(31) 的接合與分離； 所述第三齒輪(23)、第四齒輪(24)和第五齒輪（25)位于所述第二軸（32)，所述第三齒 輪(23)與所述第一齒輪(21)相互嚙合;所述第四齒輪(24)與所述第二齒輪(22)相互嚙合； 所述第六齒輪(26)位于所述驅動電機輸出軸(34)并與所述第三齒輪(23)相互嚙合； 所述主減速齒輪(27)與所述差速器（15)相連接并與所述第五齒輪(25)相互嚙合； 所述差速器（15)通過第一驅動半軸（35)和第二驅動半軸(36)將驅動力分別傳遞到第 一驅動輪(41)和第二驅動輪(42)。2. 如權利要求1所述的混合動力耦合系統，其特征在于，所述混合動力耦合系統具有純 電動模式、增程模式和混合驅動模式。3. 如權利要求2所述的混合動力耦合系統，其特征在于，在所述純電動模式下，所述發 動機(11)和發電機(12)均不工作，所述驅動電機(14)的動力經所述第六齒輪(26)到所述第 三齒輪(23)再經所述第五齒輪(25)到所述主減速齒輪(27)后傳遞給所述差速器（15)，所述 差速器（15)通過所述第一驅動半軸(35)和第二驅動半軸(36)將動力傳遞到所述第一驅動 輪(41)和第二驅動輪(42)。4. 如權利要求2所述的混合動力耦合系統，其特征在于，在所述增程模式下，所述發動 機（11)啟動，所述發動機（11)帶動所述發電機（12)發電以向動力電池或給所述驅動電機 (14)供電，所述驅動電機(14)的動力經所述第六齒輪(26)到所述第三齒輪(23)再經所述第 五齒輪(25)到所述主減速齒輪(27)后傳遞給所述差速器（15)，所述差速器（15)通過所述第 一驅動半軸（35)和第二驅動半軸（36)將動力傳遞到所述第一驅動輪(41)和第二驅動輪 (42)。5. 如權利要求2所述的混合動力耦合系統，其特征在于，在所述混合驅動模式下，所述 發動機（11)啟動，所述同步器（13)接合所述第一軸(31)與所述第一齒輪(21)，所述發動機 (11)的動力經所述第一齒輪(21)、所述第三齒輪(23)到所述第二軸（32)與所述驅動電機 (14)的動力耦合，所述驅動電機(14)的動力經所述第六齒輪(26)到所述第三齒輪(23)再經 所述第五齒輪(25)到所述主減速齒輪(27)后傳遞給所述差速器（15)，所述差速器（15)通過 所述第一驅動半軸(35)和第二驅動半軸(36)將動力傳遞到所述第一驅動輪(41)和第二驅 動輪(42)。6. 如權利要求2所述的混合動力耦合系統，其特征在于，在所述混合驅動模式下，所述 發動機（11)啟動，所述同步器（13)接合所述第一軸(31)與所述第二齒輪(22)，所述發動機 (11)的動力經所述第二齒輪(22)、所述第四齒輪(24)到所述第二軸（32)與所述驅動電機 (14)的動力耦合，所述驅動電機(14)的動力經所述第六齒輪(26)到所述第三齒輪(23)再經 所述第五齒輪(25)到所述主減速齒輪(27)后傳遞給所述差速器（15)，所述差速器（15)通過 所述第一驅動半軸(35)和第二驅動半軸(36)將動力傳遞到所述第一驅動輪(41)和第二驅 動輪(42)。7. 如權利要求1所述的混合動力耦合系統，其特征在于，所述混合動力耦合系統還包括 減震器(16)，所述減震器(16)設置在所述發動機(11)與所述同步器(13)之間。8. -種混合動力汽車，其特征在于，所述混合動力汽車包括如權利要求1至7任一項所 述的混合動力耦合系統。
【文檔編號】B60K6/547GK106004406SQ201610453118
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月20日
【發明人】趙江靈, 黃少堂, 張 雄, 梅驁, 吳為理
【申請人】廣州汽車集團股份有限公司