CN219154224U - 混合动力耦合系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型混合动力耦合系统及车辆，包括发动机、第一电机、第二电机、行星排、制动器、第一离合器、第二离合器和输入轴，行星排包括太阳轮、行星架和齿圈；发动机通过第一离合器连接于齿圈，发动机通过第二离合器连接于输入轴；太阳轮和第一电机均连接于输入轴；制动器连接于第一电机；行星架和第二电机均传动连接至差速器。通过控制第一离合器、第二离合器和制动器，能够实现纯电动模式、串联混动模式、并联混动模式及E‑CVT模式等多种模式，提高系统效率，在不同的工况均取得良好的动力性和经济性；模式切换的过程中，第二电机参与驱动，避免动力中断，第二电机驱动时第一电机可以发电，保证动力电池电量平衡，进而保证系统效率。

Description

混合动力耦合系统及车辆

技术领域

本实用新型属于新能源车辆领域，特别是涉及混合动力耦合系统及车辆。

背景技术

动力系统包括发动机(内燃机)和一个由变速器、差速器和传动轴组成的传动系统；它的作用是向车辆提供驱动轮所需的驱动动力。内燃机有一定的速度和扭矩范围，并在其中很小的范围内达到最佳的工作状态，这时或是油耗最小，或是有害排放最低，或是俩者皆然。然而，实际路况千变万化，不但表现在驱动轮的速度上，同时还表现在驱动轮所要求的扭矩。因此，实现内燃机的转速和扭矩最优，即动力最优状态，与驱动轮动力状态之匹配好，是变速器的首要任务。

目前市场上的变速器主要有有级变速器和无级变速器两大类。有级变速器又细分为手动和自动两种。它们大多通过齿轮系或行星轮系不同的啮合排列来提供有限个离散的输出输入速比。两相邻速比之间驱动轮速度的调节则依靠内燃机的速度变化来实现。无级变速器，无论是机械式，液压式，或机一电式的，都能在一定速度范围内提供无限个连续可选用的速比，理论上说，驱动轮的速度变化完全可通过变速器来完成。这样，内燃机可以尽可能的工作在最佳速度范围内。同时无级变速器和有级变速器相比，具有调速平稳，能充分利用内燃机最大功率等诸多优点，因此，无级变速器多年来一直是各国工程师们研究的对象。

近年来，电机混合动力技术的诞生为实现内燃机与动力轮之间动力的完全匹配开拓了新的途径。在众多的动力总成设计案中，最具代表性的有串联混合系统和并联混合系统两种。电机串联混合系统中，内燃机一发电机一电动机一轴系一驱动轮组成一条串联的动力链，动力总成结构极为简单。其中，发电机一电动机组合可视为传统意义下的变速器。当与储能器，如电池，电容等联合使用时，该变速器又可作为能量调节装置，完成对速度和扭矩的独立调节。

电机并联系统有两条并行的独立的动力链。一条由传统的机械变速器组成，另一条由电机一电池系统组成。机械变速器负责完成对速度的调节，而电机一电池系统则完成对功率或扭矩的调节。为充分发挥整个系统的潜能，机械变速器还需采用无级变速方式。

串联混合系统的优点在于结构简单，布局灵活。但由于全部动力通过发电机和电动机，因此电机的功率要求高，体积大，重量重。同时，由于能量传输过程经过两次机一电，电一机的转换，整个系统的效率较低。在并联混合系统中，只有部分动力通过电机系统，因此，对电机的功率要求相对较低。整体系统的效率高。然而，此系统需两套独立的子系统，造价高。通常只用于弱混合系统。

现有的一种动力耦合系统中，发动机连接于行星架，第一电机连接于太阳轮，齿圈输出动力至输出轴，第二电机连接于输出轴，输出轴输出动力至差速器，该动力耦合系统只有纯电动模式和E-CVT模式，存在因功率循环导致系统效率较低的问题，只适用于城市工况和中小车型，对于非城市工况和较大车型，动力性和经济性都不足。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：针对现有方案系统效率较低的问题，提供一种混合动力耦合系统及车辆。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种混合动力耦合系统，包括发动机、第一电机、第二电机、行星排、制动器、第一离合器、第二离合器和输入轴，所述行星排包括太阳轮、行星架和齿圈；

所述发动机通过所述第一离合器连接于所述齿圈，所述发动机通过所述第二离合器连接于所述输入轴；

所述太阳轮和所述第一电机均连接于所述输入轴；所述制动器连接于所述第一电机，用于制动所述第一电机；

所述行星架传动连接至差速器；

所述第二电机传动连接至所述差速器。

可选地，还包括第一中间轴和第一中间齿轮副；

所述行星架通过所述第一中间齿轮副传动连接于所述第一中间轴；

所述第一中间轴传动连接于差速器。

可选地，还包括第二中间齿轮副，所述第二电机通过所述第二中间齿轮副传动连接于所述第一中间轴。

可选地，所述第一中间齿轮副包括固设于所述行星架上的第一中间齿轮及固设于所述第一中间轴上的第二中间齿轮，所述第一中间齿轮与所述第二中间齿轮相互啮合；

所述第二中间齿轮副包括所述第二中间齿轮及固设于所述第二电机上的第三中间齿轮，所述第二中间齿轮与所述第三中间齿轮相互啮合。

可选地，所述第一中间齿轮副包括固设于所述行星架上的第一中间齿轮及固设于所述第一中间轴上的第二中间齿轮，所述第一中间齿轮与所述第二中间齿轮相互啮合；

所述第二中间齿轮副包括固设于所述第二电机上的第三中间齿轮及固设于所述第一中间轴上的第四中间齿轮，所述第三中间齿轮与所述第四中间齿轮相互啮合。

可选地，还包括第一中间输出齿轮，所述第一中间输出齿轮固设于所述第一中间轴上，所述第一中间输出齿轮与所述差速器的输出齿圈啮合。

可选地，还包括第二中间轴和第二中间齿轮副；

所述第二中间齿轮副包括固设于所述第二电机上的第三中间齿轮及固设于所述第二中间轴上的第五中间齿轮，所述第五中间齿轮与所述第三中间齿轮相互啮合；

所述第二中间轴传动连接于差速器。

可选地，还包括第二中间输出齿轮，所述第二中间输出齿轮固设于所述第二中间轴上，所述第二中间输出齿轮与所述差速器的输出齿圈啮合。

可选地，所述第一离合器和所述第二离合器同轴设置，所述第一离合器包括第一离合器外毂和第一离合器内毂，所述第二离合器包括第二离合器外毂和第二离合器内毂；

所述第一离合器内毂和所述第二离合器外毂集成为一体式的输入毂，所述输入毂与所述发动机相连；

所述第一离合器外毂与所述内齿圈相连，所述第二离合器内毂与所述太阳轮相连。

本实用新型实施例提供了一种车辆，包括前述混合动力耦合系统。

本实用新型实施例提供的混合动力耦合系统及车辆，通过控制第一离合器、第二离合器和制动器的工作状态，能够实现纯电动模式、串联混动模式、两个挡位的并联混动模式及E-CVT模式等多种模式，可以提高系统效率，在不同的工况均取得良好的动力性和经济性，适于HEV车型和PHEV车型，平台化好；设置第一电机的同时，设置第二电机，模式切换的过程中，第二电机参与驱动，避免动力中断，且第二电机驱动时，第一电机可以发电，保证动力电池电量平衡，进而可在有燃油的情况下避免电量耗尽而无法进行电驱，保证系统效率。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的混合动力耦合系统的结构简图一；

图2为本实用新型实施例提供的混合动力耦合系统的结构简图二；

图3为本实用新型实施例提供的混合动力耦合系统的结构简图三；

说明书中的附图标记如下：

1、发动机；2、第一电机；3、第二电机；

4、行星排；41、太阳轮；42、行星架；43、齿圈；44、行星轮；

5、制动器；51、制动器外毂；52、制动器内毂；

6、第一离合器；61、第一离合器外毂；62、第一离合器内毂；

7、第二离合器；71、第二离合器外毂；72、第二离合器内毂；

8、输入轴；9、第一中间轴；10、第二中间轴；

11、第一中间齿轮副；12、第二中间齿轮副；

111、第一中间齿轮；112、第二中间齿轮；

121、第三中间齿轮；122、第四中间齿轮；123、第五中间齿轮；

13、第一中间输出齿轮；14、第二中间输出齿轮；

15、差速器；151、输出齿圈。

具体实施方式

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用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1、图2或图3所示，本实用新型实施例提供的混合动力耦合系统，包括发动机1、第一电机2、第二电机3、行星排4、制动器5、第一离合器6、第二离合器7和输入轴8，行星排4包括太阳轮41、行星架42和齿圈43；

发动机1通过第一离合器6连接于齿圈43，发动机1通过第二离合器7连接于输入轴8；

太阳轮41和第一电机2均连接于输入轴8；制动器5连接于第一电机2，用于制动第一电机2；

行星架42传动连接至差速器15；

第二电机3传动连接至差速器15。

本实用新型混合动力耦合系统具有纯电动模式、串联混动模式、并联混动模式(并联混动一挡模式、并联混动二挡模式)及E-CVT模式等多种工作模式；

其中，前述各工作模式以表1进行体现。

表1

以下各模式，结合图1、图2或图3说明混合动力耦合系统的动力传递路线；

(1)纯电动模式

分离第一离合器6，分离第二离合器7，分离或结合制动器5，发动机1和第一电机2不工作，第二电机3驱动，以建立纯电动模式；

具体地，该驱动模式下的动力传递路线为：第二电机3－〉差速器15－〉车轮。

(2)串联混动模式

分离第一离合器6，结合第二离合器7，分离制动器5，发动机1工作并带动第一电机2发电，第二电机3驱动，以建立串联混动模式；

具体地，该驱动模式下的动力传递路线1为：发动机1－〉第二离合器7－〉输入轴8－〉第一电机2；

该驱动模式下的动力传递路线2为：第二电机3－〉差速器15－〉车轮。

(3)并联混动一挡模式

结合第一离合器6，分离第二离合器7，结合制动器5，发动机1工作，第一电机2不工作，第二电机3驱动，以建立并联混动一挡模式；

具体地，该驱动模式下的动力传递路线1为：发动机1－〉第一离合器6－〉内齿圈43－〉行星轮44－〉行星架42－〉差速器15；

该驱动模式下的动力传递路线2为：第二电机3－〉差速器15－〉车轮。

(4)并联混动二挡模式

结合第一离合器6，结合第二离合器7，分离制动器5，发动机1工作，第一电机2驱动，第二电机3驱动，以建立并联混动二挡模式；

具体地，该驱动模式下的动力传递路线1为：发动机1－〉第一离合器6、第二离合器7、行星排4－〉差速器15－〉车轮；

该驱动模式下的动力传递路线2为：第一电机2－〉输入轴8－〉行星排4－〉差速器15－〉车轮；

该驱动模式下的动力传递路线3为：第二电机3－〉差速器15－〉车轮。

(5)E-CVT模式

结合第一离合器6，分离第二离合器7，分离制动器5，发动机1工作，第一电机2驱动，第二电机3驱动，以建立E-CVT模式；

具体地，该驱动模式下的动力传递路线1为：发动机1－〉第一离合器6－〉内齿圈43－〉行星轮44－〉行星架42－〉差速器15－〉车轮；

该驱动模式下的动力传递路线2为：第一电机2－〉输入轴8－〉太阳轮41－〉行星轮44－〉行星架42－〉差速器15－〉车轮；

该驱动模式下的动力传递路线3为：第二电机3－〉差速器15－〉车轮。

本实用新型实施例提供的混合动力耦合系统，通过控制第一离合器6、第二离合器7和制动器5的工作状态(结合或分离)，能够实现纯电动模式、串联混动模式、两个挡位的并联混动模式及E-CVT模式等多种模式，可以根据动力电池SOC值及车速需求切换模式，提高系统效率，在不同的工况均取得良好的动力性和经济性，适于HEV车型和PHEV车型，平台化好；设置第一电机2的同时，设置第二电机3，模式切换的过程中，第二电机3参与驱动，避免动力中断，且第二电机3驱动时，第一电机2可以发电，保证动力电池电量平衡，进而可在有燃油的情况下避免电量耗尽而无法进行电驱，保证系统效率。

在一实施例中，如图1、图2或图3所示，还包括第一中间轴9和第一中间齿轮副11；

行星架42通过第一中间齿轮副11传动连接于第一中间轴9；

第一中间轴9传动连接于差速器15。设置第一中间轴9和第一中间齿轮副11，既实现行星架41至差速器15之间的过渡连接，又便于通过第一中间齿轮副11设计从行星架42到差速器15的传动比，更好地匹配车轮的动力需求，结构简单、紧凑。

具体地，第一中间齿轮副11包括固设于行星架42上的第一中间齿轮111及固设于第一中间轴9上的第二中间齿轮112，第一中间齿轮111与第二中间齿轮112相互啮合，结构简单，传动平稳。

在一实施例中，如图1或图2所示，还包括第二中间齿轮副12，第二电机3通过第二中间齿轮副12传动连接于第一中间轴9。设置第二中间齿轮副12，且第一中间齿轮副11和第二中间齿轮副12均通过第一中间轴9传动连接于差速器15，便于通过第一中间齿轮副11设计从行星架42到差速器15的传动比及通过第二中间齿轮副12设计从第二电机3到差速器15的传动比，更好地匹配车轮的动力需求，结构简单、紧凑。

具体地，如图1所示，第二中间齿轮副12可包括第二中间齿轮112及固设于第二电机3上的第三中间齿轮121，第二中间齿轮112与第三中间齿轮121相互啮合，第一中间齿轮副11和第二中间齿轮副12共用第二中间齿轮112，结构更为简单、紧凑；

如图2所示，第二中间轴10齿轮副也可包括固设于第二电机3上的第三中间齿轮121及固设于第一中间轴9上的第四中间齿轮122，第三中间齿轮121与第四中间齿轮122相互啮合，结构简单，优选同时设置包括第一中间齿轮111和第二中间齿轮112的第一中间齿轮副11，第一中间齿轮副11和第二中间齿轮副12相互独立，方便独立地设计从第二电机3到差速器15的传动比，而不影响从行星架42到差速器15的传动比设计，进而不影响从发动机1到差速器15的传动比设计。

在一实施例中，如图1、图2或图3所示，还包括第一中间输出齿轮13，第一中间输出齿轮13固设于第一中间轴9上，第一中间输出齿轮13与差速器15的输出齿圈151啮合，结构简单，第一中间输出齿轮13与差速器15的输出齿圈151可构成主减速齿轮副，实现发动机1、第一电机2及传动连接于第一中间轴9的第二电机3朝向车轮输出动力时的主减速。

图1所示的混合动力耦合系统中：

从行星架42至车轮的动力传递路线为：行星架42－〉第一中间齿轮111－〉第二中间齿轮112－〉第一中间轴9－〉第一中间输出齿轮13－〉差速器15－〉车轮；

从第二电机3至车轮的动力传递路线为：第二电机3－〉第三中间齿轮121－〉第二中间齿轮112－〉第一中间轴9－〉第一中间输出齿轮13－〉差速器15－〉车轮。

图2所示的混合动力耦合系统中：

从行星架42至车轮的动力传递路线为：行星架42－〉第一中间齿轮111－〉第二中间齿轮112－〉第一中间轴9－〉第一中间输出齿轮13－〉差速器15－〉车轮；

从第二电机3至车轮的动力传递路线为：第二电机3－〉第三中间齿轮121－〉第四中间齿轮122－〉第一中间轴9－〉第一中间输出齿轮13－〉差速器15－〉车轮。

在一实施例中，如图3所示，还包括第二中间轴10和第二中间齿轮副12；第二电机3通过第二中间齿轮副12传动连接于第二中间轴10；

第二中间轴10传动连接于差速器15。设置第二中间轴10和第二中间齿轮副12，便于通过第二中间齿轮副12设计从第二电机3到差速器15的传动比，更好地匹配车轮的动力需求，结构简单、紧凑。优选地，同时设置第一中间轴9、第一中间齿轮副11、第二中间轴10和第二中间齿轮副12，使得从行星架42至第一中间轴9以及从第二电机3至第二中间轴10的传力路径相互独立，从而能够独立调整第一中间齿轮副11和第二中间齿轮副12的传动比，方便从发动机1到差速器15的传动比调整及从第二电机3至差速器15的传动比调整。

具体地，如图3所示，第二中间齿轮副12包括固设于第二电机3上的第三中间齿轮121及固设于第二中间轴10上的第五中间齿轮123，第五中间齿轮123与第三中间齿轮121相互啮合，结构简单，传动平稳。

具体地，第一中间轴9平行于输入轴8设置，设有第二中间轴10时，优选第二中间轴10分别平行于输入轴8和第二中间轴10设置，采用平行轴齿系统进行传动，结构简单。

在一实施例中，如图3所示，还包括第二中间输出齿轮14，第二中间输出齿轮14固设于第二中间轴10上，第二中间输出齿轮14与差速器15的输出齿圈151啮合，结构简单，实现传动连接于第二中间轴10的第二电机3朝向车轮输出动力时的主减速。

图3所示的混合动力耦合系统中：

从行星架42至车轮的动力传递路线为：行星架42－〉第一中间齿轮111－〉第二中间齿轮112－〉第一中间轴9－〉第一中间输出齿轮13－〉差速器15－〉车轮；

从第二电机3至车轮的动力传递路线为：第二电机3－〉第三中间齿轮121－〉第五中间齿轮123－〉第二中间轴10－〉第二中间输出齿轮14－〉差速器15－〉车轮。

在一实施例中，如图1、图2或图3所示，第一离合器6和第二离合器7同轴设置，第一离合器6包括第一离合器外毂61和第一离合器内毂62，第二离合器7包括第二离合器外毂71和第二离合器内毂72；

第一离合器内毂62和第二离合器外毂71集成为一体式的输入毂，输入毂与发动机1相连；

第一离合器外毂61与内齿圈43相连，第二离合器内毂72与太阳轮41相连。如此第一离合器6和第二离合器7层叠布置并且共用一个输入毂，集成化程度高，结构更为紧凑。

在一实施例中，如图1、图2或图3所示，制动器5包括制动器外毂51和制动器内毂52，制动器外毂51与变速器壳体相连，制动器内毂52与输入轴8相连，结构简单，便于输入轴8、制动器5和第一电机2的连接。

本实用新型实施例还提供了车辆，包括前述任一实施例述及的混合动力耦合系统。当然车辆还包括控制器和连接于控制器的动力电池，发动机1、第一电机2和第二电机3连接于控制器并受控制器控制。

采用前述混合动力耦合系统，第一电机2能在发动机1的驱动下为动力电池发电，动力电池能够为第一电机2和第二电机3提供驱动车轮的动力，发动机1、第一电机2和第二电机3能够驱动车轮，可以根据动力电池SOC值及车速需求，切换第一离合器6、第二离合器7及制动器5的工作状态，实现不同模式切换，提高系统效率。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种混合动力耦合系统，包括发动机、第一电机、第二电机、行星排、制动器、第一离合器、第二离合器和输入轴，所述行星排包括太阳轮、行星架和齿圈，其特征在于，所述发动机通过所述第一离合器连接于所述齿圈，所述发动机通过所述第二离合器连接于所述输入轴；

所述太阳轮和所述第一电机均连接于所述输入轴；所述制动器连接于所述第一电机，用于制动所述第一电机；

所述行星架传动连接至差速器；

所述第二电机传动连接至所述差速器。

2.根据权利要求1所述的混合动力耦合系统，其特征在于，还包括第一中间轴和第一中间齿轮副；

所述行星架通过所述第一中间齿轮副传动连接于所述第一中间轴；

所述第一中间轴传动连接于差速器。

3.根据权利要求2所述的混合动力耦合系统，其特征在于，还包括第二中间齿轮副，所述第二电机通过所述第二中间齿轮副传动连接于所述第一中间轴。

4.根据权利要求3所述的混合动力耦合系统，其特征在于，所述第一中间齿轮副包括固设于所述行星架上的第一中间齿轮及固设于所述第一中间轴上的第二中间齿轮，所述第一中间齿轮与所述第二中间齿轮相互啮合；

所述第二中间齿轮副包括所述第二中间齿轮及固设于所述第二电机上的第三中间齿轮，所述第二中间齿轮与所述第三中间齿轮相互啮合。

5.根据权利要求3所述的混合动力耦合系统，其特征在于，所述第一中间齿轮副包括固设于所述行星架上的第一中间齿轮及固设于所述第一中间轴上的第二中间齿轮，所述第一中间齿轮与所述第二中间齿轮相互啮合；

所述第二中间齿轮副包括固设于所述第二电机上的第三中间齿轮及固设于所述第一中间轴上的第四中间齿轮，所述第三中间齿轮与所述第四中间齿轮相互啮合。

6.根据权利要求2所述的混合动力耦合系统，其特征在于，还包括第一中间输出齿轮，所述第一中间输出齿轮固设于所述第一中间轴上，所述第一中间输出齿轮与所述差速器的输出齿圈啮合。

7.根据权利要求1或2所述的混合动力耦合系统，其特征在于，还包括第二中间轴和第二中间齿轮副；

所述第二中间齿轮副包括固设于所述第二电机上的第三中间齿轮及固设于所述第二中间轴上的第五中间齿轮，所述第五中间齿轮与所述第三中间齿轮相互啮合；

所述第二中间轴传动连接于差速器。

8.根据权利要求7所述的混合动力耦合系统，其特征在于，还包括第二中间输出齿轮，所述第二中间输出齿轮固设于所述第二中间轴上，所述第二中间输出齿轮与所述差速器的输出齿圈啮合。

9.根据权利要求1所述的混合动力耦合系统，其特征在于，所述第一离合器和所述第二离合器同轴设置，所述第一离合器包括第一离合器外毂和第一离合器内毂，所述第二离合器包括第二离合器外毂和第二离合器内毂；

所述第一离合器内毂和所述第二离合器外毂集成为一体式的输入毂，所述输入毂与所述发动机相连；

所述第一离合器外毂与内齿圈相连，所述第二离合器内毂与所述太阳轮相连。

10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的混合动力耦合系统。

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