一种混合动力系统的制作方法

专利2025-03-15  24


本发明涉及混合动力驱动领域,尤其是涉及一种发动机与电机和或液压泵为动力源的混合动力驱动系统。


背景技术:

1、用油、气或其它燃料做动力的机械如挖掘机、装载机、起吊设备、钻机等工程机械以及交通工具,都存在提高热效率、节省燃料、减少排放的强烈需求,目前汽车特别是小型乘用车较为广泛采用混合动力,其余工程机械和交通工具采用混合动力技术较少,即便采用也较为原始。设备不同的运行工况以及发动机的万有特性决定发动机存在部分区间热效率不高的问题,混合动力系统具有天然的能量缓冲特性,可有效保证发动机持续在高效区间运行及最终提高整个系统输出效率。

2、理想的混合动力系统是使用性能与运行经济性、环保性的协调统一:提升了燃料及电能使用效率的同时兼顾了使用性能的提升。但工况千变万化,功率及扭矩需求、最佳效率区间需要调和才能契合使用性能与经济性的统一;现行混动技术不论是差速流还是换挡流都片面强调某些特性,顾此失彼,难以达到性能与经济性的协调一致。

3、以使用广泛的车辆混合动力系统为例进行说明,理论上基于电机的恒扭矩、恒功率的扭矩输出特征及功率可逆性与内燃机的扭矩特征及功率上升特征,对于任何需要较为频繁变工况、两极工况、高响应要求的使用条件均应具有比常规燃料型动力更加优异的性能与燃料经济性,但现行技术均无法充分发挥这些混合动力系统应有的期望,在混合动力车辆驱动领域直接体现在全局性能割裂,如低速性能极佳但中高速表现孱弱、效率测试数据与实际表现分化,行车过程中突然失速等等。在其它混合动力使用领域,如工程机械领域,更多是简单串入或者并入,仅仅起到削峰填谷乃至复合传动的作用,并无系统颠覆性的优势,其根源是未将两种不同特性动力源一体的整合,实现取长补短。

4、现行的车辆混合动力系统,尤其是基于行星齿轮差速结构的混合动力系统,虽然节能性能优于传统燃油车,但基于动力分割思想使得混动模式必须由发电或电动产生的电磁力提供保持扭矩,从动力分割机构可输出的扭矩范围小,高机动响应主要依靠其它电机提供补偿扭矩,这一控制模式导致非必要的能量传递、转换,既降低了效率,又导致电控链路复杂化,且混动模块直接关联的设计思想导致综合性能妥协甚多,难以发挥全部动力源装机功率,使得实用装机最大可用功率总是小于电机和发动机功率之和过多,现行的普遍水准在50%左右,这其中固然有最佳效率区间的考量,更多则是无法平衡发动机与电机最佳效率区间与可调扭矩范围的矛盾,混合动力系统是一个系统性的工程,需要整体系统性考量。

5、专利文献1(cn202310747031)记载的混合动力系统,即丰田第五代thsⅱecvt,其混动机构为行星差速式分割机构,基于结构须由第一电机发电或电动产生的电磁力提供电保持扭矩,发动机一部分机械能需经过第一电机发电后再流向电池存储或第二电机用于驱动,即混和驱动过程中电机所占输出功率总是存在部分一级发电效率损失和一级电动效率损失,其发动机仅部分分属直驱;其动力分割机构混动状态无法输出大扭矩,主要负责调功,其动力变速或者说变扭主要基于第二电机,快速的动能变化部分均要经过电转化环节,动能维持部分也只有部分直接来自发动机,车辆动能的变化速度越快(加速态)直驱功率占比就越小,仅在极为稳定的巡航状态,发动机直驱功率占比相对于其系统相对较高,仍然只是部分,且其调扭性能孱弱,为此其高端车采用ecvt+at变速箱模式以拓展扭矩可调区间,只是高达4~7套的滑摩离合器及制动器会带来较大的寄生摩擦损失降低传动效率且成本较高;其第一电机无论是否参与纯电驱动,都需要经过一级差速装置传动转换,即使其空转拖动,也会增加不必要的损失。

6、至于增程式混合动力系统,在利用外部充电储存电能后,发动机启动工况下,无论是发电驱动组合或发电存储再驱动组合或复合模式,从技术原理上,只要能量转换就会折减,影响能源效率,且频繁充放电浪费电池寿命;混合动力系统是系统工程,发电的效率高并不等同于系统总效率高,在经过储能转换、发电和电动转换等多次折减后至少损失10%,大幅消减了发电高效率优势,其结构设计与其说是高效混动,不如说是延长电池行驶里程不足的应急混动。

7、专利文献2(cn202110255120)在性能与专利文献1类似的情况下基于使用复合差速组件绕行的缘故,结构更加复杂,成本明显偏高。

8、现行某些混合动力汽车出现失速现象,是因为其混合动力系统双动力源自身不能动态匹配功率来源比例且混和动力输出又依赖双动力源配合,造成一路接近失效,通常是亏电,车辆即发生失速现象,这些情况极易造成不可预测的安全事故。

9、限于经济,我国汽车起步晚,国外专利布局也制约了我国汽车的发展,在燃油车和混动车以跟随为主,客观上,专利的绕避也是跟随。职业团队的跟随易于扼杀创新、固化思维。在混合动力上,长期受paice和丰田专利制约。因此,现有工程机械、混合动力汽车等都亟待一种解决上述问题的新混动系统,以突破现有专利网,提高效率和效能,实现节能减排与性能提升。

10、发明方案

11、为解决上述问题之一乃至全部,本发明公开了一种新的混合动力系统,该系统通过档位切换不同模式下以扭矩需求优先和经济转速优先模式来保持单驱状态、混动状态整体高效率运行:可以支持单驱一到多档模式,以扩大单驱经济转速范围及可调扭矩范围;可以支持一到多定比混动模式,以应对多工况最大化的直驱占比,减少电转换;可以支持一到多档差速混动模式,以应对全工况全速域高动态响应、功率源状态调整,既可以支持全部差速分流即驻车发电状态,也可以支持差速合流直至支持全部装机功率输出,提高动力源服役效率,也可以支持全部装机扭矩0速起全部直接叠加和或变速后叠加输出。


技术实现思路

1、本发明是这样实现的:

2、系统包括:动力源单元、变速单元、差速单元,所述动力源单元至少包括2台独立的动力源,第一动力源为发动机,另外为电机和或液压类动力源;

3、所述变速单元至少包括一组变速机构和一组换挡机构;

4、所述变速机构是齿轮耦合或链带耦合变速机构,包括输入件、输出件,当所述变速机构不是行星齿轮变速机构时,还包括输入轴、输出轴,所述输入轴、输出轴可为共用件,优选地,为双齿轮啮合变速机构,所述输入件和输出件均为齿轮,当所述变速机构是行星齿轮变速机构时,包括太阳轮、行星保持架、齿圈,优选地,所述太阳轮为变速机构所属输入件;

5、所述换挡机构至少具有两个工作位置,为齿牙结合结构或滑摩结合结构或复合结构,当对应变速机构为行星齿轮变速结构时,优选地,所述换挡机构是滑摩结合结构的离合器或制动器;

6、所述差速单元至少可分离出三轴,至少包括一个太阳轮轴和一个行星保持架轴,剩余至少一轴是齿圈轴或另一太阳轮轴,所述可分离出的轴至少有一轴是向外动力传输轴,连接动力需求,其余至少有一轴经由变速单元连接至少一个动力源,剩余至少有一轴直接或经由变速单元连接另一动力源,至少一个连接动力需求的轴与至少两个连接动力源的轴构成可差速结构;

7、当所述变速单元仅包括一组变速机构和一组换挡机构,所述换挡机构为第一换挡机构,所述第一换挡机构与所述差速单元共轴套合,构成将所述差速单元一体锁止可整体旋转结构和解锁可差速旋转结构;

8、当所述变速单元包括两组及以上变速机构和一组换挡机构时,所述变速机构不是行星齿轮变速结构,且至少有两组变速机构所属输入件或中间传动件共轴心布置,所属输出件分别与差速单元连对应两轴共轴固定,所述换挡机构为第一换挡机构,所述第一换挡机构可与所述变速机构所属该共轴套合,可将该两组变速机构输入链路一体锁定,构成联动强制所述差速单元所属轴定比旋转结构和解锁可差速旋转结构;当所述两组变速机构齿比相同,定比为1,即差速单元所述轴相对转速为零,等效将差速单元一体锁定;基于此,当后述有采用复合换挡结构时可以额外增加更多的档位,即增加更多的定比差速档位,所述的定比差速指的是,将两个关联输入一体锁定输入到差速单元所属两轴,因两个输入可能存在不同齿比同步输入,因此差速单元所属输出轴必须产生一定比例的差速后输出,特殊情况即当两个输入的齿比相同时,则差速单元所属轴以相对零速输出,此时等效将差速单元一体锁止解除差速状态,谓之定比差速;

9、当所述变速单元包含一组及以上变速机构和两组及以上换挡机构,且所述变速机构是行星齿轮变速结构时,除开第一换挡机构,其它换挡机构,优选地,是滑摩结合结构的离合器或制动器;

10、当所述变速单元包含两组及以上变速机构和两组及以上换挡机构,且所述变速机构不是行星齿轮变速结构时,除开第一换挡机构,其它换挡机构套合在所述变速机构所属输入轴或输出轴,构成将对应输入件与输入轴或输出件与输出轴结合一体锁定旋转和分离相对自由旋转的换挡结构。

11、所述差速单元可以是基本构型的三轴差速装置,也可以是其派生改型及复合,基于传动效率、零部件数量、制造难度、结构尺寸、可变速比等考量,拉维瑙式及其派生结构都是相对优选的结构;单太阳轮的差速装置与双太阳轮的差速装置,在不考虑可设计速比的情况下,单太阳轮型的差速装置所属齿圈轴结构逻辑上等于双太阳轮型差速装置所属的其中的一个太阳轮轴。

12、所述变速单元所属变速机构位于动力源传输链路时,所述变速机构所属输出件与对应的差速单元所属分离轴共轴连接或共轴套合,所属输入件与对应动力源所属传动轴共轴套合或共轴连接,所述换挡机构通过切换所述输入件或输出件与套合轴连接构成换挡结构;

13、所述差速单元所属连接动力源的轴上至少连接一个动力源,也可以是连接两个及以上动力源,所述变速机构所属输入轴上至少连接一个动力源,也可以是连接两个及以上动力源,多个动力源还可以分开布置,构成多驱分布结构,可以使用电传动和或机械混合电传动结构;

14、优选地,第一动力源直接并入或串入一个拥有启动作用的动力源可以提高系统响应性并降低耦合冲击;所述动力源为电机类时,优选地,为发电电动两用机和或作为启动装置存在;

15、所述液压类动力源为从动型动力源,优选配对使用,当单独配置时,优选配置离合装置或锁止装置用于解耦,以适应两极工况;

16、所述变速单元所属变速机构是齿轮耦合结构或链带耦合结构,所述变速机构可是最简的双齿轮啮合变速结构也可是行星齿轮变速机构,其中双齿轮啮合变速机构可是平行轴结构也可是相交轴结构,进一步地,也可是双/多齿轮/链轮/带轮经由齿带/链条/挠性带耦合的传动结构,以优化空间布局;

17、所述变速单元所属换挡机构每一个换挡机构至少包括两个操作位置,使用主动同步结合方式和或被动同步方式结合,优选地为狗牙式结构或滑摩结构;

18、当所述换挡机构是负责锁止及解锁差速单元,且采用齿牙式锁止结构时,其结合采用所述混合动力系统主动同步后锁止的方式;

19、所述换挡机构可以是不同结构类型的组合,当位于差速单元时,所述换挡机构可以是差速锁结构,且可以是完全结合结构,也可以是不完全结合结构,例如粘性差速锁,当变速机构为行星齿轮结构式,所述换挡机构还可以是滑摩结构的制动器或离合器;

20、所述变速单元包含2组及以上换挡机构和2组及以上换挡机构,所述变速单元可采用组合式换挡,可复用变速机构,且为优选;

21、所述差速单元可以是三轴差速结构,可是五轴差速结构,可以是七轴差速结构,等差数列依次下排;

22、优选地,所述差速单元是三轴差速结构,其中两轴最终连接动力源,一轴最终连接动力输出,宜用作单路输出;

23、优选地,所属差速单元是五轴差速结构,其中至少两轴最终连接动力源,两轴最终连接动力输出,宜用作双路输出,此时可位于差速单元所属的两个差速装置之间的可差速轴上的换挡机构可以是差速锁结构或多个复合结构,且可以不完全结合;

24、所述变速单元至少包括一个与差速单元所属轴耦合连接的输出点,此时所述变速单元只包括一个变速机构,为最小架构;

25、所述变速单元与差速单元耦合构成混合动力系统基本传动架构,所述基本传动架构至少包括一个差速混动档和一个定比混动档;

26、增加变速单元所属变速机构和换挡机构数量可拓展所述混合动力系统的扭矩区间及经济运行区间;

27、进一步地,

28、所述混合动力系统还包括至少一套离合装置和/或锁止装置;优选地,至少包括一套离合第一动力源的离合装置,此时,变速单元可以设计单纯的第一动力源倒挡,用于故障后性能冗余;

29、当包含对应的离合装置时,对应换挡机构支持被动的滑摩切换结合方式;

30、当包括锁止装置时,所述锁止装置将动力源输入联动输入轴锁定不可旋转结构,优选地,所述锁止装置位于第一动力源动力传输链路;也可以是锁止解耦其它动力源或者作为反作用扭矩代偿使用;

31、所述混合动力系统在换挡装置和或离合装置和或锁止装置组合操作下可依次与差速单元耦合形成不同齿比不同动力源配置的差速混动结构和定比混动结构、单驱单档多档/多驱单档多档差速结构,可组合出各种适用特性的动力包;

32、整体上,第一动力源优选配置离合装置,离合装置优选滑摩结构,所述混合动力系统相对可以组合出更多的档位以适应更多的经济工况,且第一动力源的耦入可以不受最小速度限制;

33、所述变速单元所述换挡机构在将差速混动切换成定比混动时,采用的是主动同步方式,进一步地,当所述混合动力系统不包括离合装置,所述换挡机构均为主动同步后结合方式,当带有滑摩式的离合装置时,所述换挡机构可以支持被动的滑摩同步后结合方式,当离合装置为单向结构或者齿牙结构时,所述换挡机构则采用主动同步后结合方式,主动同步存在适用区间;

34、所述混合动力系统进包括2个动力源,离合装置或锁止装置位于第一动力源动力传输链路,此时启动方式可以是另一动力源分流拖动或辅以系统惯性拖动启动发动机;

35、当包括3个及以上动力源时,第一动力源宜直接与另一具有启动机功能的动力源连接,以便于扩大耦入范围以及降低耦合冲击直至无感,且该动力源可以仅作为启动机存在,该动力源可以位于第一动力源p0位置,也可以与第一动力源共轴直连或经由离合装置共轴连接;

36、还可以包括液压泵/马达以及两用马达,分别并入或串入所述混合动力系统,构成混合电液燃多类混动系统以适应不同的动力需求,通常情况下,液压类动力源为被动型,可调脉动,不易于存储,宜配对使用,可耦入任何传动位置,带有泵类属性的宜与动力源直接串联并联,带有马达属性的宜与动力需求串/并联。

37、变速单元包括的变速机构组数可以平衡性能、适应范围与运行经济性,动力源耦合速比调整可以匹配不同动力源的输出曲线及动力特性,在电控单元性能满足条件的情况下换挡方式在结构上可以支持自动追平相对零速的低冲击乃至无冲击耦合;

38、当所述混合动力系统作为车辆动力包时,可以没有差速器,如作为单轮驱动摩托车动力包;

39、当所述混合动力系统包括差速器单元时,至少包括一个差速器;所述差速器与所述差速单元所属向外动力传输轴通过机械传动和或液力传动耦合,或所述差速器独立电传动耦合,或机电复合传动耦合,所述耦合结构常附加减速功能。

40、所述混合动力系统,优选地,所述差速单元以基本型拉维瑙式差速装置为基础,具有广谱适应性;

41、可以是:

42、动力源单元包括第一动力源和第二动力源,变速单元包括第一变速机构和第一换挡机构,差速单元可分离出太阳轮轴、行星保持架轴和齿圈轴;

43、所述第一变速机构是双齿轮啮合变速机构,所属输入齿轮共轴连接第二动力源传动轴,所属输出齿轮与差速单元所属齿圈轴共轴连接,所述第一换挡机构套合在所述差速单元所属太阳轮外延轴上,构成可将差速单元一体锁定和解锁可差速结构;

44、所述差速单元所属太阳轮外延轴经由离合装置连接第一动力源;

45、此结构下,第一动力源的行进间耦入为第二动力源分流拖动和或辅以惯性拖动启动耦入,布局结构较为适合轴向单输出轴传动,当第二动力源为电机时,具有一档电动、一档定比混动和一档差速混动。

46、进一步地,还包括第三动力源,所述第三动力源位于第一动力源p0位置并与第一动力源耦合,此结构下,第一动力源的耦入不受最小转速限制,且第三动力源可以仅作为启动装置存在;

47、此结构为基础型的结构,向外动力输出连接可能受到动力源尺寸限制,可能需要使用惰轮或者齿带结构引出,这些不但影响传动效率且结构寿命不如双齿轮啮合传动引出。

48、可以是:

49、动力源单元包括第一动力源和第二动力源,变速单元包括第一变速机构和第一换挡机构,差速单元可分离出太阳轮轴、行星保持架轴和齿圈轴;

50、所述第一变速机构是行星齿轮变速机构,所属齿圈轴相对壳体固定,所属输入件是行星齿轮变速机构所属太阳轮,共轴连接第二动力源传动轴,所属输出件是行星齿轮变速机构所属行星保持架,与差速单元所属齿圈轴共轴连接,所述第一换挡机构套合在所述差速单元所属太阳轮外延轴上,构成可将差速单元一体锁定和解锁可差速结构;

51、所述差速单元所属太阳轮外延轴经由离合装置连接第一动力源;

52、此结构配置下,径向尺寸较为紧凑,性能与前一相同,造价则明显偏高,将第一动力源与第二动力源移至同侧较为适用轴传动摩托车的混合动力包结构;

53、进一步地,所述变速单元可以包括更多的类第一变速机构的变速机构,且可以分别位于两个不同动力源链路,拓展更大的扭矩范围与经济运行区间,此时优选地,位于动力源传输链路的换挡机构为滑摩式的离合器和或制动器;

54、更进一步地,还可以包括位于第一动力源p0位置的动力源,此时,第一动力源的耦入可以不受最小转速限制;

55、可以是:

56、动力源单元包括第一动力源、第二动力源、第三动力源,变速单元包括第一、第二变速机构和第一、第二换挡机构,差速单元可分离出太阳轮轴、行星保持架轴和齿圈轴或另一太阳轮轴;

57、所述第一变速机构是双齿轮啮合变速机构,所属输入齿轮共轴连接第二动力源传动轴,所属输出齿轮与差速单元所属齿圈轴或另一太阳轮轴共轴连接,所述第一换挡机构套合在所述差速单元所属太阳轮外延轴上,构成可将差速单元一体锁定和解锁可差速结构;

58、所述第二变速机构是双齿轮啮合变速机构,所属输入齿轮共轴套合在第一动力源传动轴,所属输出齿轮与差速单元所属太阳轮轴外延轴共轴连接,所述第二换挡机构套合在所述第一动力源传动轴上,构成向一侧结合一体锁定第一动力源传动轴和第二动力源传动轴,向另一侧结合将第一动力源传动轴与第二变速机构所属输入齿轮一体锁定结构;

59、所述第一动力源传动轴共轴连接第一动力源和第三动力源,并与第二动力源传动轴共轴套合;

60、此结构下,可以获得较好的重心位置,适合较小的第一动力源与较大的第二动力源配置,第三动力源可以作为第一动力源启动装置,第一动力源的耦入可以大范围做到低感乃至无感耦入,较为适合作为增程类混合动力的换代构型;

61、进一步地,第一动力源经由离合装置连接第一动力源传动轴,此结构下,当第二第三动力源均为电机,可以组合多档电驱结构,包括电驱差速混动档,可以拓展电驱高效率区间及可调扭矩区间范围;

62、再进一步地,还可包括第四动力源,所述第四动力源与第一动力源于p0位置耦合,较为适用较小的第一动力源配置;

63、更进一步地,还可包括更多的类同第二变速机构的其它变速机构和所属换挡机构以拓展档位适用区间。

64、可以是:

65、动力源单元包括第一动力源、第二动力源,变速单元包括第一、第二、第三、第四、变速机构和第一、第二、第三换挡机构,差速单元可分离出太阳轮轴、行星保持架轴和齿圈轴;

66、所述第一、第二、第三、第四变速机构是双齿轮啮合变速机构,均包括输入齿轮和输出齿轮;

67、所述第一变速机构所属输入齿轮共轴连接第二动力源传动轴,所属输出齿轮与差速单元所属齿圈轴共轴连接,所述第一换挡机构套合在所述差速单元所属太阳轮轴外延轴上,构成可将差速单元一体锁定和解锁可差速结构;

68、所述第二变速机构所属输入齿轮共轴套合在第一动力源传动轴,所属输出齿轮与差速单元所属太阳轮轴外延轴共轴连接,所述第二换挡机构套合在所述第一动力源传动轴上,构成向一侧结合一体锁定第一动力源传动轴和第二动力源传动轴,向另一侧结合将第一动力源传动轴与第二变速机构所属输入齿轮一体锁定结构;

69、所述第三、第四变速机构所属输入齿轮共轴连接第一动力源传动轴,所属输出齿轮共轴套合在所述差速单元所属太阳轮轴外延轴上,所述第三换挡机构共轴套合在所述差速单元所属太阳轮轴外延轴上,构成向一侧结合将所述外延轴与第三变速机构所属输出齿轮一体锁定,向另一侧结合将所述外延轴与第四变速机构所属输出齿轮一体锁定结构;所述第一动力源传动轴经由离合装置共轴连接第一动力源;所述第三换挡机构也可套合在第一动力源传动轴,组合逻辑类同;

70、此结构下,当第二动力源为电机时,可以获得高达6个定比混动档、3个差速混动档、3个电驱档,工况及车况复合适应范围宽,相对高效区间范围宽,行进中第一动力源的耦入需要第二动力源分流拖动或辅以惯性拖动启动耦入,可能存在耦入冲击,并有最小转速耦入限制;

71、进一步地,当还包括第三动力源,且第三动力源位于第一动力源p0位置并与第一动力源耦合,则第一动力源没有耦入最小转速限制,且存在较为宽广的低冲击乃至无感的耦入速域区间;

72、更进一步地,可以取消第一动力源离合装置,即将第一动力源传动轴经由扭矩减震装置直接连接第一动力源,结构更加紧凑,但电驱档减少到1档,且第一动力源的耦入有最小转速限制。

73、可以是:

74、动力源单元包括第一动力源、第二动力源、第三动力源,变速单元包括第一、第二、第三变速机构和第一、第二、第三换挡机构,差速单元可分离出太阳轮轴、行星保持架轴和齿圈轴;

75、所述第一、第二、第三变速机构是双齿轮啮合变速机构,均包括输入齿轮和输出齿轮;

76、所述第一变速机构所属输入齿轮共轴套合第二动力源传动轴,所属输出齿轮与差速单元所属齿圈轴共轴连接,所述第一换挡机构套合在所述差速单元所属太阳轮轴外延轴上,构成可将差速单元一体锁定和解锁可差速结构;

77、所述第二换挡机构套合在所述第二动力源传动轴上,构成向一侧结合一体锁定第二动力源传动轴和第一变速机构所属输入齿轮,向另一侧结合将第二动力源传动轴与第一动力源传动轴一体锁定结构;

78、所述第二、第三变速机构所属输入齿轮共轴连接第一动力源传动轴,所属输出齿轮共轴套合在所述差速单元所属太阳轮轴外延轴上,所述第三换挡机构共轴套合在所述差速单元所属太阳轮轴外延轴上,构成向一侧结合将所述外延轴与第二变速机构所属输出齿轮一体锁定,向另一侧结合将所述外延轴与第三变速机构所属输出齿轮一体锁定结构;

79、所述第一动力源传动轴经由离合装置共轴连接第一动力源,第三动力源与第一动力源耦合并位于第一动力源p0位置。

80、此结构下,当第二第三动力源均为电机时,所述混合动力系统至少可构成:3档电驱、4档定比混动、2档差速混动,属于较为优选的架构。

81、可以是:

82、动力源单元包括第一动力源、第二动力源、第三动力源,变速单元包括第一、第二变速机构和第一、第二换挡机构,差速单元可分离出太阳轮轴、行星保持架轴和齿圈轴;

83、所述第一、第二、第三变速机构是双齿轮啮合变速机构,均包括输入齿轮和输出齿轮;

84、所述第一变速机构所属输入齿轮共轴连接第二动力源传动轴,所属输出齿轮与差速单元所属齿圈轴共轴连接,所述第一换挡机构套合在所述差速单元所属太阳轮外延轴上,构成可将差速单元一体锁定和解锁可差速结构;

85、所述第二变速机构所属输入齿轮共轴套合在第一动力源传动轴,所属输出齿轮与差速单元所属太阳轮轴外延轴共轴连接,所述第二换挡机构套合在所述第一动力源传动轴上,构成向一侧结合一体锁定第一动力源传动轴和第二动力源传动轴,向另一侧结合将第一动力源传动轴与第二变速机构所属输入齿轮一体锁定结构;

86、所述第三变速机构所属输入齿轮共轴连接第三动力源传动轴,所属输出齿轮与差速单元所属行星保持架轴共轴连接;所述第一动力源传动轴共轴连接第一动力源。

87、此结构下,所述混合动力系统可构成:1档双电驱、2档定比混动、1档差速混动;

88、第一动力源的耦入狭义上不受最小转速限制,即第一动力源在任何速度下启动并以电传方式耦入;

89、进一步地,当包括第四动力源且位于p0位置且配置有离合装置,第一动力源的耦入可以不受广义最小转速限制,即可以在0速起获得全部动力源扭矩变速叠加后输出。

90、可以是:

91、动力源单元包括第一动力源、第二动力源,变速单元包括第一、第二变速机构和第一、第二换挡机构,差速单元是由第一差速机构、第二差速机构两个三轴差速机构复合而成的五轴差速装置,优选地,所述三轴差速机构为拉维瑙行星排,所述两个三轴差速机构分属太阳轮轴共轴连接复合成五轴差速装置,可分离出一个太阳轮共轴、两个行星保持架轴和两个齿圈轴,所述两个行星保持架轴为向外动力传输轴;

92、所述第一、第二变速机构是双齿轮啮合变速机构,均包括输入齿轮和输出齿轮;

93、所述第一变速机构所属输入齿轮共轴连接第二动力源传动轴,所属输出齿轮与第二差速机构所属齿圈轴共轴连接,所述第一换挡机构套合在所述差速单元所属太阳轮共轴上,构成可将第一差速机构或第二差速机构一体锁定和解锁可差速结构;

94、所述第二变速机构所属输入齿轮共轴套合在第一动力源传动轴,所属输出齿轮与第一差速机构所属齿圈轴共轴连接,所述第二换挡机构套合在所述第一动力源传动轴上,构成向一侧结合一体锁定第一动力源传动轴和第二动力源传动轴,向另一侧结合将第一动力源传动轴与第二变速机构所属输入齿轮一体锁定;

95、所述第一动力源传动轴经由离合装置共轴连接第一动力源;

96、此结构下,当用作车辆驱动,且第二动力源为电机时,所述混合动力可构成:1档电两驱、1档电四驱、1档混动2驱、3档差速混动四驱,极为适合作为四驱构型使用,且硬件结合软件能够媲美带有托森差速器的四驱架构,第一动力源的行进间耦入为第二动力源分流拖动和或辅以惯性拖动;

97、进一步地,还包括第三动力源,且第三动力源位于第一动力源p0位置,并于第一动力源耦合,此时,第一动力源的耦入可以不受最小转速限制;

98、更进一步地,取消离合装置,第一动力源直接经由扭矩减震装置连接第一动力源传动轴,此时第一动力源的耦入受最小转速限制。

99、对于四驱乃至更多驱,可以使用机械连接结构,也可以使用电传动结构,当使用电传动四驱及多驱构型时,与所述混合动力系统主体结构连接的可以仅包括第一动力源第二动力源,不包括第一动力源离合装置,而对整个系统的运行影响微乎其微。

100、整体上,所述混合动力系统运行模式可以概括为:

101、当动力源为发动机和电机两种类型的动力源混动时,可以概括为三大类模式:

102、第一类为电驱模式、第二类为定比混动模式、第三类为差速混动模式;

103、第一类电驱模式用于储能系统能量能够满足驱动需求的从0速开始的驱动,且电机也有经济转速区间,因此更多的电驱档位有助于电驱传动模式电传动效率的提高;

104、第二类定比混动模式用于发动机直驱模式,此时支持电机空转,电机主要负责发动机工作在最佳效率区间时能量的增减,此模式适用混动态最少的能量状态转换;第三类差速混动模式适用于:

105、储能亏电的0速开始的驱动状态,此种状态处于差速分流模式,一部分能量向外输出转变成动能及惯性维持能耗,一部分流向储能存储,且分流功率占比大范围可调,当无向外输出时,即为驻车发电状态,配置合理的情况下,发动机支持全功率输出;

106、大扭矩大功率驱动状态,此种状态一般处于差速合流模式,一般设置为,电机处于恒扭矩范围输出,发动机可处于持续的提速直至发动机限速,可以将此模式设计成极速输出时的状态;且此模式可以用于混动急加速偏油输出,当加速至预期速度后,发动机减速输出,电机加速输出,直至差速单元所属轴相对0速,即主动同步,此时对应换挡机构结合锁止解除差速单元可差速模式从而进入定比混动模式,此时发动机直驱输出主要负责惯性维持功耗,电机负责微调加减能量需求,电机允许空转。

107、对于每一个差速混动档位,基于电机或发动机均有转速限制要求且每一个差速混动档位其最大输出扭矩基本确定,因此增加差速混动档位可以覆盖更大的经济可调扭矩区间以尽可能减少电-电转换;且每增加一个差速混动档位,至少可以同时增加至少一个定比混动档位。

108、通过变速单元所属变速机构与差速单元的组合复用及变速单元所属换挡机构的组合式换挡,所述混合动力系统可以获得同比现行技术更多的可用档位。

109、当动力源为发动机和液压类2种类型的动力源混动时,发动机至少需要带有自启动装置,适用场景发生了变化,基于液力系统的效率普遍低于电传动,但具有极大的功率密度及扭矩密度且控制方式可以完全不依赖电,所述混合动力系统可构成液力传动混合动力系统,将前述的电机替换成液压泵并增加液压马达与差速单元向外动力传输轴连接,因为液压类动力源为从动型动力源,所述混合动力系统缺省了前述的液压直驱模式,保留了定比混动模式和差速混动模式,所述的混合动力构成液力传动混合动力,其相比传统的发动机直连液压泵+液压马达的驱动方式在于保留了原有一切性能,同时可将部分乃至全部动力传输不经由液压转换输出,提高了系统性的整体传动效率。

110、当动力源为发动机、电机、液压类三种类型的动力源混动时,可以将电机类与液压类使用两者等效位置连接,通过换挡机构和或离合机构切换来实现电传动混动、液力传动混动、电传动复合液力传动、电传动复合液力传动复合直驱传动、发动机直驱传动。

111、整体上,所述混合动力系统在超过一定的最小转速限制后,第一动力源动力可以100%用于直驱,在此之前从零开始,第一动力源动力直驱占比从零开始直至100%用于直驱,所述的最小速度限制狭义可分为两种,一种是定比混动状态,第一动力源最低稳定输出转速所对应的速度;第二种是,多动力源差速混动且同时输出不分流近似合流开始时第一动力源最低稳定输出转速所对应的速度;通常,第二种情况对应速度远小于第一种情况,如对应车速,如果第一动力源可单独启动且带有离合装置,所述对应速度可以约等于0,此时所述混合动力系统近似一台amt变速箱。

112、发明效果

113、本发明相对具有更短的传动链、更少的储能依赖、更高的系统效率,并可自行优化功率源功率输出占比,兼顾高性能响应与运行经济性,且结构简单可靠、造价低、具有广谱工况适应性。

114、如车辆的混动系统,本发明支持电机空转的定比混动巡航模式,定比混动状态可以等效于一台amt变速箱,可最大化发动机直驱输出占比、最小化加减能量转换占比,可以在硬件上解决失速问题,可适用比丰田第五代thsⅱ混合动力系统更小的容量或相同的容量更长的寿命;支持差速混动模式装机全功率输出,同比极速得以大幅提高;支持大范围的动力源输出占比动态调整、分流比例动态调整、合流比例动态调整,可以复合车况与工况按需转换。


技术特征:

1.一种混合动力系统,其特征在于,包括:

2.根据权利要求1所述的混合动力系统,其特征在于,所述动力源为电机类时,优选地,为发电电动两用机;当一个动力源位于第一动力源p0位置时,优选地,该动力源为启动电机;

3.根据权利要求1所述的混合动力系统,其特征在于,所述变速单元所属换挡机构使用主动同步结合方式和或被动同步方式结合,优选为狗牙式结构或滑摩结构;

4.根据权利要求1所述的混合动力系统,其特征在于,包括至少一套离合装置和/或锁止装置:

5.根据权利要求1所述的混合动力系统,其特征在于,动力源单元包括第一动力源、第二动力源、第三动力源,变速单元包括第一、第二变速机构和第一、第二换挡机构,差速单元可分离出太阳轮轴、行星保持架轴和齿圈轴或另一太阳轮轴;

6.根据权利要求4所述的混合动力系统,其特征在于,动力源单元包括第一动力源和第二动力源,变速单元包括第一变速机构和第一换挡机构,差速单元可分离出太阳轮轴、行星保持架轴和齿圈轴或另一太阳轮轴;

7.根据权利要求4所述的混合动力系统,其特征在于,动力源单元包括第一动力源和第二动力源,变速单元包括第一变速机构和第一换挡机构,差速单元可分离出太阳轮轴、行星保持架轴和齿圈轴;

8.根据权利要求4所述的混合动力系统,其特征在于,动力源单元包括第一动力源、第二动力源、第三动力源,变速单元包括第一、第二变速机构和第一、第二换挡机构,差速单元可分离出太阳轮轴、行星保持架轴和齿圈轴或另一太阳轮轴;

9.根据权利要求4所述的混合动力系统,其特征在于,动力源单元包括第一动力源、第二动力源,变速单元包括第一、第二、第三、第四变速机构和第一、第二、第三换挡机构,差速单元可分离出太阳轮轴、行星保持架轴和齿圈轴或另一太阳轮轴;

10.根据权利要求4所述的混合动力系统,其特征在于,动力源单元包括第一动力源、第二动力源、第三动力源,变速单元包括第一、第二、第三变速机构和第一、第二、第三换挡机构,差速单元可分离出太阳轮轴、行星保持架轴和齿圈轴或另一太阳轮轴;

11.根据权利要求4所述的混合动力系统,其特征在于,动力源单元包括第一动力源、第二动力源,变速单元包括第一、第二变速机构和第一、第二换挡机构,差速单元是由第一差速机构、第二差速机构两个三轴差速机构复合而成的五轴差速装置,优选地,所述三轴差速机构为拉维瑙行星排,所述两个三轴差速机构分属太阳轮轴共轴连接复合成五轴差速装置,可分离出一个太阳轮共轴、两个行星保持架轴和两个齿圈轴,所述两个行星保持架轴为向外动力传输轴;

12.根据权利要求4、6、7、8、9、10、11任一项所述的混合动力系统,其特征在于,所述变速单元还包括第一动力源倒挡变速机构。

13.根据权利要求1至12所述的混合动力系统,其特征在于,还包括:


技术总结
本发明提供一种混合动力系统,包括动力源单元、变速单元、差速单元,三者耦合构成混合动力系统,构成至少1档差速混动、1档定比混动、1档单驱结构和至少一轴输出,可根据要求增加变速单元所属变速机构和所属换挡装置数量及布局方式拓展前述三类档位覆盖范围,差速单元至少是三轴可差式,可通过扩展可差轴数量增加输出可输出轴数量。本发明可用于驱动各类车辆等交通工具、多变工况工程机械,尤其是相较于现有车辆混合动力系统,本发明具有更短的传动链、更少的储能依赖、更高的系统效率,并可自行优化功率源功率输出占比,兼顾高性能响应与运行经济性,且结构简单可靠、造价低、具有广谱工况适应性。

技术研发人员:马晓东
受保护的技术使用者:马晓东
技术研发日:
技术公布日:2024/12/17
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