一種基于自動變速器的單電機深度混合動力系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于自動變速器的單電機深度混合動力系統，其特征在于，主要由發動機（1），集成在自動變速器（3）上部的電動機（9），與電動機（9）相連接的控制器（10），與控制器（10）相連接并為電動機（9）提供電能的動力電池（11），主動盤與發動機（1）的曲軸輸出端相連接、從動盤與自動變速器（3）的輸入軸（31）相連接的第一離合器（2），以及設置在自動變速器（3）的第5檔與自動變速器（3）的輸出軸（34）之間的第二離合器（35）組成。本實用新型傳動效率高、制造成本低，能實現深度（含插電式）混合動力系統的全部功能，同時還能確保AMT傳遞動力的連續性。
【專利說明】—種基于自動變速器的單電機深度混合動力系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及深度混合動力系統【技術領域】，具體是指一種適用于深度混合動力車型(HEV)和插電式混合動力車型(PHEV)的基于自動變速器的單電機深度混合動力系統。
【背景技術】
[0002]目前，整個世界都面臨著日趨嚴重的能源短缺與環境惡化問題，尋求社會、經濟與資源、環境相互促進與協調發展的可持續發展模式正在成為世界性潮流。在這種背景下，電動汽車技術成為汽車研究領域的一大熱點；混合動力電動汽車與電動汽車和燃油汽車相比，具有高效能、低能耗和低污染的特點以及技術、經濟、環境和設施建設等方面的綜合優勢,混合動力電動汽車動力系統的形式多種多樣,大致上有串聯、并聯和混聯三種基本結構。混合動力電動汽車同時采用了電動機和發動機雙動力源作為其動力裝置，通過先進的控制系統使兩種動力裝置有機協調配合，以實現最佳動力分配、能量管理，達到低能耗、低污染的目的。而在混合動力電動汽車的多樣化中，深度混合動力和插電式混合動力能大幅度降低燃油消耗和改善排放，從整車增加成本和技術成熟度分析，是最合理的、更易產品化的技術選擇。
[0003]目前，國外大汽車公司紛紛推出了混合動力車型，如豐田Prius、通用Tahoe、奔馳S400Hybrid、寶馬ActiveHybrid7等等,其車型傳動系統基本采用了行星輪結構，具有結構緊湊、集成度高等特點，屬深度混合動力系統。然而，這些混合動力車型卻對加工工藝要求較高，其制作成本較為昂貴。因此，研究開發一種適合現中國國情以及符合現加工、制造能力的高效、可靠、成本低、易實現高度集成和批量生產的深度混合動力系統便是迫在眉睫的事情。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的在于克服目前國外深度混合動力系統所存在的結構復雜、加工工藝要求較高、成本較為昂貴的缺陷，提供一種不僅結構簡單，而且符合我國加工、制造能力的一種可實現高度集成和批量生產的一種基于自動變速器的單電機深度混合動力系統。
[0005]本實用新型的目的通過下述技術方案實現:一種基于自動變速器的單電機深度混合動力系統，主要由發動機，集成在自動變速器上部的電動機，與電動機相連接的控制器，與控制器相連接并為電動機提供電能的動力電池，主動盤與發動機的曲軸輸出端相連接、從動盤與自動變速器的輸入軸相連接的第一離合器，以及設置在自動變速器的第5檔與自動變速器的輸出軸之間的第二離合器組成。
[0006]進一步地，所述的第一離合器為干式離合器或濕式離合器，所述的自動變速器為電控機械式自動變速器。
[0007]為了確保使用效果與傳遞效率，所述的第二離合器由與輸出軸相連接的從動齒輪，設置在輸出軸上的花鍵轂，套在該花鍵轂外側并能沿其表面作軸向移動的接合套，與接合套外表面的環槽相匹配的離合撥叉，以及與離合撥叉相連接的第二離合控制器組成。
[0008]為了確保結構的可靠性，所述從動齒輪的內孔通過滾針軸承與輸出軸作轉動連接，從動齒輪靠接合套側的外圓柱有外花鍵接合齒圈，從動齒輪的外花鍵接合齒圈與接合套的內花鍵齒相匹配。
[0009]為了確保結構的穩定性,所述電動機的殼體與自動變速器的殼體連為一體或集成一體。
[0010]為了確保結構的合理性，在電動機輸出軸的傳動齒輪與自動變速器的第5檔的主動齒輪之間還設有過渡齒輪。
[0011]本實用新型較現有技術相比具有以下優點及有益效果:
[0012](I)本實用新型傳動效率高、制造成本低，能實現深度(含插電式)混合動力系統的全部功能，同時還能確保AMT傳遞動力的連續性，其結構簡單，軸向尺寸短，易于布置，經濟性和排放性效果顯著。
[0013](2)本實用新型與現有的單電機深度混合動力系統相比，不僅節省了一套結構復雜的耦合離合器和相關的操縱系統，而且本實用新型系統結構更簡單、軸向尺寸更短、控制更簡便。
[0014](3)本實用新型的電動機最高轉速不受發動機轉速牽制，可獨立之外的匹配高轉速電機，從而能顯著的提高電動機效率，縮小外形尺寸。
[0015](4)本實用新型同時具備停車充電模式和發動機行車充電兩種模式，能有效克服傳統單電機系統只能具有單一充電模式的缺陷。
[0016](5)本實用新型的動力系統取消了發動機的傳統起動機、發動機前輪系空調壓縮機、傳統發電機和液壓轉向助力泵，并適當減小了起動電瓶的容量，從而很大程度的減少了系統的復雜度。
[0017](6)本實用新型屬并聯式深度混合動力系統，發動機驅動時SOC為電量保持模式，因此，動力電池和電動機能輸出較大的瞬時(峰值)功率。在發動機驅動的換擋過程中，依據車速、節氣門開度、SOC參數，通過控制發動機和電動機，由電動機提供瞬時直接驅動車輛的動力，并減小第一離合器主、從動盤轉速差，縮短換擋時間，降低轉矩沖擊，以確保動力的連續性和避免換擋過程中出現頓挫感。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型單電機深度混合動力系統結構示意圖；
[0019]圖2為本實用新型單電機深度混合動力系統平面布置框圖；
[0020]圖3為本實用新型的第二離合器結構示意圖。
[0021]其中，以上附圖中的附圖標記分別為:
[0022]I一發動機，2—第一離合器，3—自動變速器，4一主減速器，5—差速器，6—車輪，7一過渡齒輪，8—傳動齒輪，9一電動機,10—控制器,11一動力電池，31—輸入軸，32—主動齒輪，33—從動齒輪，34—輸出軸，35—第二離合器，351—接合套，352—花鍵轂，353—外花鍵接合齒圈，354—環槽。
【具體實施方式】
[0023]下面結合實施例對本實用新型作進一步地詳細說明，但本實用新型的實施方式不限于此。
實施例
[0024]如圖1、2所示，本實用新型主要包括有發動機1、第一離合器2、自動變速器3、主減速器4、差速器5、車輪6、過渡齒輪7、電動機9、控制器10、動力電池11及第二離合器35這幾大部分。其中，發動機I的曲軸輸出端與第一離合器2的主動盤相連接,而該第一離合器2的從動盤則與自動變速器3的輸入軸31相連接；控制器10與電動機9相連接，且電動機9接受控制器10的控制；第二離合器35設置在自動變速器3的第5檔與自動變速器3的輸出軸34之間；動力電池11通過控制器10與電動機9實現高壓連接，并為其提供電能。
[0025]混合動力運行時，發動機I與電動機9的動力通過自動變速器3的主動齒輪32或輸出軸34耦合，并經輸出軸34、主減速器4、差速器5向車輪6傳遞驅動動力。
[0026]為了能盡可能的降低系統構造和尺寸，所述電動機9優先集成在自動變速器3上，即該電動機9的殼體與自動變速器3的殼體連為一體或集成一體，以實現模塊化設計。為了盡可能的確保電動機9與自動變速器3之間的動力傳遞效果，必要時，在電動機9輸出軸的傳動齒輪8與自動變速器3的第5檔的主動齒輪32之間還設有過渡齒輪7，即電動機9的輸出軸的傳動齒輪8經過渡齒輪7與自動變速器3的第5檔的主動齒輪32相互嚙合。
[0027]第一離合器2可以采用干式離合器來實現，也可以采用濕式離合器來實現。為了確保使用效果，本實用新型實施例中的第一離合器2優先采用AMT變速器總成所配套的具有自動補償磨損間隙功能的干式離合器。同時，自動變速器3采用電控機械式自動變速器來實現。
[0028]第二離合器35的結構如圖3所示，其由與輸出軸34相連接的從動齒輪33，設置在輸出軸34上的花鍵轂352，套在該花鍵轂352外側并能沿其表面作軸向移動的接合套351，與接合套351外表面的環槽354相匹配的離合撥叉，以及與離合撥叉相連接的第二離合控制器組成
[0029]其中，從動齒輪33側外圓柱上設有外花鍵接合齒圈353，從動齒輪33的內孔通過滾針軸承與輸出軸34作轉動連接。而輸出軸34在與花鍵轂352的連接位置上則設有外花鍵。接合套351的外圓柱面加工有與離合撥叉匹配的環槽354，而其內環的內壁上則設有內花鍵。花鍵轂352的內孔和外圓柱面上都加工有花鍵，其內花鍵與輸出軸34上的外花鍵配合連接，并用墊圈和卡環作軸向定位，而其外花鍵則與接合套351的內花鍵作滑動連接。使用時，第二離合控制器控制離合撥叉進行撥動動作，從而使得接合套351沿花鍵轂352作軸向移動，進而實現從動齒輪33與輸出軸34之間的接合和分離。
[0030]使用時，當離合撥叉撥動接合套351外圓柱面上的環槽354向從動齒輪33方向軸向移動時，接合套351的內花鍵齒保持與花鍵轂352的外花鍵齒滑動連接并與從動齒輪33側外圓柱的外花鍵接合齒圈353連接，此時第二離合器35接合。
[0031]本實用新型實施例的自動變速器3設有6個擋位，其中I?5檔為前進擋，R檔為倒車檔，第5檔為最高速檔。
[0032]本實用新型的動力系統主要包括以下幾種工作模式:
[0033]1、怠速暖機/怠速停機工作模式。在發動機I冷機帶載使用及運行前，由于發動機I的水溫較低、三元催化器尚未達到正常工作溫度、機油也未對缸內潤滑，系統應提前進入怠速暖機模式，為之后發動機I快速重起做準備；系統控制依據電池SOC、檔位操作桿位置開關信號、制動踏板開關信號、發動機I起動按鍵信號等，可停車怠速暖機和在純電動工作模式下怠速暖機。
[0034]停車怠速暖機。此時車輛處于停車狀態，第二離合器35分離(從動齒輪33與輸出軸34之間分離)、自動變速器3自動掛入第5檔、第一離合器2接合；電動機9起動并運轉，其輸出動力經傳動齒輪8、過渡齒輪7、第5檔的主動齒輪32、輸入軸31、第一離合器2傳遞給發動機I ;發動機I起動后，第一離合器2分離，發動機I保持怠速運轉，系統進入怠速暖機模式；當發動機I的水溫達到預設值時，系統切換至怠速停機模式，發動機I停止運轉。
[0035]而純電動工作模式下怠速暖機與下述發動機工作模式原理基本相同，不同的是:發動機I起動后，第一離合器2分離，發動機I保持怠速運轉，系統進入純電動工作模式下怠速暖機模式。
[0036]2、停車充電工作模式。此時車輛處于停車狀態,動力電池11的電量低于設定值，系統按停車怠速暖機工作模式起動發動機I ;起動后，發動機I工作在最低穩定及以上轉速，第一離合器2維持接合，電動機9停止工作；發動機I的動力經第一離合器2、輸入軸31、第5檔的主動齒輪32、過渡齒輪7、傳動齒輪8傳遞給電動機9使其旋轉并發電，為動力電池11充電。
[0037]3、純電動工作模式。當動力電池11的電量處于正常范圍時，車輛以純電動模式工作；此時發動機I停止待機，第一離合器2分離、第二離合器35接合、自動變速器3自動掛入空檔；動力電池11經控制器10給電動機9輸送電能，電動機9的輸出動力經傳動齒輪8、過渡齒輪7、第5檔的主動齒輪32、第二離合器35、輸出軸34、主減速器4及差速器5傳遞到車輪6，驅動車輛行駛。
[0038]注:純電動及下述工作模式，第二離合器35均處接合狀態(從動齒輪33與輸出軸34之間接合)，不再重述。
[0039]4、發動機工作模式。在純電動模式下，隨著車速的提升，當車輛功率需求位于發動機I的燃油高效區或動力電池剩余電量較低時，自動變速器3依據車速、加速踏板開度自動掛入相應檔位，第一離合器2逐漸接合，電動機9在繼續驅動車輛提速的同時，分配一定的功率經傳動齒輪8、過渡齒輪7、第5檔的主動齒輪32、相應檔位齒輪、輸入軸31、第一離合器2傳遞給發動機I ;發動機I起動，系統切換至發動機工作模式，發動機I的輸出動力經第一離合器2、輸入軸31、相應檔位齒輪、輸出軸34、主減速器4、差速器5傳遞給車輪6驅動車輛行駛，此時電動機9停止工作轉入隨動狀態；若動力電池11的剩余電量較低,則發動機I的動力除驅動車輛外，還將輸出一部分額外功率經主動齒輪32、過渡齒輪7、傳動齒輪8傳遞給電動機9，電動機9以發電機的方式工作，并為動力電池11充電。
[0040]5、混合驅動工作模式。系統維持在發動機工作模式，當車輛功率需求超過發動機I的燃油高效區上限時，系統在發動機工作模式下，電動機9也參與驅動車輛行駛，即發動機I與電動機9的動力通過主動齒輪32或輸出軸34耦合，并經輸出軸34、主減速器4、差速器5向車輪6傳遞驅動動力；此時系統由發動機工作模式切換至混合驅動工作模式。
[0041]6、滑行/制動能量回饋模式。當松開加速踏板或踩下制動踏板時，系統進入滑行/制動能量回饋模式，車輛動能通過車輪6、差速器5、主減速器4、輸出軸34、相應檔位齒輪、主動齒輪32、過渡齒輪7、傳動齒輪8傳遞給電動機9使其旋轉，電動機9以發電機方式將動能轉換為電能，給動力電池11充電；此時系統控制將依據車速、制動踏板開度、動力電池11的SOC控制第一離合器2的接合和分離。
[0042]7、倒車工作模式。在動力電池SOC處于正常值范圍時，系統以純電動模式工作，控制器10控制電動機9反向旋轉驅動車輛倒車；當SOC下降到設定值時，起動發動機1，系統按傳統汽車方式由自動變速器3倒檔驅動車輛倒車，電動機9并聯于系統中，以發電機方式調節發動機I工作于低油耗區，并給動力電池11充電。
[0043]如上所述，便可以很好的實現本實用新型。
【權利要求】
1.一種基于自動變速器的單電機深度混合動力系統，其特征在于，主要由發動機(1)，集成在自動變速器(3)上部的電動機(9)，與電動機(9)相連接的控制器(10)，與控制器(10)相連接并為電動機(9)提供電能的動力電池(11 )，主動盤與發動機(I)的曲軸輸出端相連接、從動盤與自動變速器(3)的輸入軸(31)相連接的第一離合器(2)，以及設置在自動變速器(3)的第5檔與自動變速器(3)的輸出軸(34)之間的第二離合器(35)組成。
2.根據權利要求1所述的一種基于自動變速器的單電機深度混合動力系統，其特征在于，所述的第一離合器(2)為干式離合器或濕式離合器。
3.根據權利要求2所述的一種基于自動變速器的單電機深度混合動力系統，其特征在于，所述的第二離合器(35)由與輸出軸(34)相連接的從動齒輪(33),設置在輸出軸(34)上的花鍵轂(352)，套在該花鍵轂(352)外側并能沿其表面作軸向移動的接合套(351)，與接合套(351)外表面的環槽(354)相匹配的離合撥叉，以及與離合撥叉相連接的第二離合控制器組成。
4.根據權利要求3所述的一種基于自動變速器的單電機深度混合動力系統，其特征在于，所述從動齒輪(33)的內孔通過滾針軸承與輸出軸(34)作轉動連接，從動齒輪(33)靠接合套(351)側的外圓柱有外花鍵接合齒圈(353 )，從動齒輪(33 )的外花鍵接合齒圈(353 )與接合套(351)的內花鍵齒相匹配。
5.根據權利要求1?4任一項所述的一種基于自動變速器的單電機深度混合動力系統，其特征在于，所述的自動變速器(3 )為電控機械式自動變速器。
6.根據權利要求5所述的一種基于自動變速器的單電機深度混合動力系統，其特征在于，所述電動機(9)的殼體與自動變速器(3)的殼體連為一體或集成一體。
7.根據權利要求6所述的一種基于自動變速器的單電機深度混合動力系統，其特征在于，在電動機(9)輸出軸的傳動齒輪(8)與自動變速器(3)的第5檔的主動齒輪(32)之間還設有過渡齒輪(7)。
【文檔編號】B60K6/36GK203854501SQ201420278229
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年5月28日 優先權日:2014年5月28日
【發明者】李劍波 申請人:李劍波