一种多挡高效混合动力驱动系统的制作方法

1.本发明属于新能源车辆技术领域，涉及一种多挡高效混合动力驱动系统。


背景技术：

2.混合动力汽车是一种使用多种能量来源的车辆，通常是使用液体燃料的常规发动机(ice)和使用电能的电动机驱动车辆。混合动力汽车可在多种驱动模式下运行，然而电池容量有限，主要依靠发动机燃烧提供动力。双电机p1 p3混动是现阶段的混合动力结构主流方案之一，如本田的immd和丰田的功率分流的ths系统。如图1所示为一种丰田ths混合动力系统，由两排行星机构构成的变速器、发电机、驱动电机、输出轴以及差速器总成等部件组成。发电机和发动机分别出于行星排的太阳轮和行星架，实现功率分流，驱动电机与另一个行星机构实现速比放大。该混合动力系统可以执行发动机功率分流、驱动电机单独驱动。该混动方案除电驱有固定速比，发动机和发电机组成电子无极变速，故发动机可以定点高效驱动，提高了工作效率，车辆油耗表现良好。
3.但由于该方案采用纯功率分流的方法，使得发动机只能采用功率分流的方式输出动力，无扭矩放大，因此动力输出不能放大，从而影响了车辆的动力加速性。并且在高速行驶时，发动机的部分功率还必须通过发电机分流到驱动电机或电池，产生额外的能量损耗，使得车辆油耗恶化。并且采用单p3电机驱动车辆，导致电机设计功率与设计扭矩均较大，成本和空间要求较高。同时在高速直驱等工况，p3电机拖曳力矩大，消耗能量较高。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是提供一种多挡高效混合动力驱动系统。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.一种多挡高效混合动力驱动系统，包括输入轴与输出轴、与输入轴传动连接的发动机与第一驱动电机、设于输入轴与输出轴之间的多挡位传动组件、与输出轴传动连接的差速器总成，以及与差速器总成传动连接的第二驱动电机。
7.进一步地，所述的发动机通过离合器与输入轴传动连接，所述的离合器包括多个相互交错堆叠设置且彼此间设有间隙的传动片与摩擦片，以及用于对最外侧传动片施压使交错的多个传动片与摩擦片依次相互贴合的推动活塞；
8.所述的传动片与发动机输出端传动连接，所述的摩擦片与输入轴传动连接。
9.进一步地，所述的发动机输出端上传动连接有传动齿轮，所述的传动齿轮侧面开设有离合容纳环槽，所述的输入轴侧壁上设有延伸至离合容纳环槽内的离合配合座；
10.所述的传动片与离合容纳环槽侧壁固定连接，所述的摩擦片与离合配合座固定连接。
11.进一步地，所述的系统还包括用于支撑传动齿轮的传动齿轮座，所述的推动活塞设于该传动齿轮座上；
12.所述的离合容纳环槽底部开设有通孔，所述的推动活塞的活动端上还滑动连接有
推动杆，所述的推动杆能够在推动活塞的推动作用下，穿过该通孔，并与最外侧传动片相抵接的。
13.所述的推动杆一端为用于与传动片相抵接的抵接端，另一端上设有与传动齿轮同轴设置的滑动接触环，所述的推动活塞的活动端与该滑动接触环滑动连接。
14.进一步地，所述的推动杆上设有沿传动齿轮径向延伸的复位延伸部，所述的复位延伸部与传动齿轮之间设有离合复位弹性件。
15.进一步地，所述的离合复位弹性件为液压弹簧。
16.进一步地，所述的差速器总成与第二驱动电机输出端之间设有脱开机构，该脱开机构包括与第二驱动电机输出端传动连接的脱开环座、环绕于脱开环座外并与差速器总成传动连接的脱开环槽，以及多个沿周向排列并设于脱开环座与脱开环槽之间的滚珠；
17.所述的脱开环座的外侧壁上沿轴向并列设有平滑环台与滚珠固定座，所述的滚珠固定座包括多个沿周向布设于脱开环座上的滚珠固定槽；所述的脱开环槽的内侧壁上沿周向布设有多个滚珠滑动槽，所述的滚珠滑动槽的底部向外倾斜设置，使得
18.当滚珠嵌设于滚珠固定槽与滚珠滑动槽之间时，所述的脱开环座与脱开环槽传动连接；在离心作用下，当滚珠沿滚珠滑动槽向外移动时，该滚珠能够从滚珠固定槽移动至平滑环台上，并使脱开环座与脱开环槽失去传动连接。
19.进一步地，相对于滚珠固定座，所述的平滑环台设于靠近脱开环槽底部一侧；所述的脱开机构还包括用于将滚珠从平滑环台推至滚珠固定槽的脱开复位件，所述的脱开复位件包括沿轴向设置且一端与脱开环槽底部相抵接的脱开复位弹性件，以及两端分别与脱开复位弹性件及脱开复位弹性件相抵接的抵接件。
20.另一方面，本发明也可采用同步器或狗齿离合器作为脱开机构。
21.进一步地，所述的多挡位传动组件包括设多个于输入轴上的挡位主动齿轮、多个相应设于输出轴上的挡位从动齿轮，以及设于输入轴上并与相应的挡位主动齿轮相适配、或者设于输出轴上并与相应的挡位从动齿轮相适配的挡位同步器。
22.进一步地，所述的第一驱动电机上传动连接有第一电机驱动齿轮；所述的第一电机驱动齿轮与传动齿轮或挡位主动齿轮传动连接。
23.进一步地，所述的挡位同步器替换为狗齿离合器，即所述的多挡位传动组件包括设多个于输入轴上的挡位主动齿轮、多个相应设于输出轴上的挡位从动齿轮，以及设于输入轴上并与相应的挡位主动齿轮相适配、或者设于输出轴上并与相应的挡位从动齿轮相适配的狗齿离合器。
24.作为优选的技术方案，所述的输入轴、输出轴、第二电机中间轴等轴组件采用推力轴承支撑。
25.与现有技术相比，本发明具有以下特点：
26.1)本发明中发动机与第一驱动电机部分采用多档位模式，第二驱动电机采用单档位模式，通过双电机和发动机可实现并联三动力源同时输出动力，动力性强，挡位传递链短，效率高，且变速器结构简单，空间布置紧凑，模式切换和挡位切换均可以实现无动力中断，成本优势明显；
27.2)离合器与脱开机构内置于齿轮内部，和齿轮同步旋转，同时采用推力轴承和高压活塞方案，节省空间，降低泄漏损失，提升搭载性和系统效率；
28.3)本发明提供了一种机械式高效脱开机构，利用高速转动产生的离心力，控制结合和分离，相比于采用同步器或狗齿离合器作为脱开机构，能够取得及时脱开传动的效果，并且结构更为简单可靠。
附图说明
29.图1为一种丰田ths混合动力系统的结构示意图；
30.图2、图3为实施例1中一种多挡高效混合动力驱动系统的结构示意图；
31.图4为图3中a处的局部放大示意图；
32.图5为图3中b处的局部放大示意图；上部分为脱开机构在传动状态下的结构示意图，下部分为脱开机构在脱开状态下的结构示意图；
33.图6为脱开机构在传动状态下的结构示意图；
34.图7为脱开机构在半脱开状态下的结构示意图；
35.图8为脱开机构在脱开状态下的结构示意图；
36.图9为实施例2中一种多挡高效混合动力驱动系统的结构示意图；
37.图10为实施例3中一种多挡高效混合动力驱动系统的结构示意图；
38.图11为实施例4中一种多挡高效混合动力驱动系统的结构示意图；
39.图12为实施例5中一种多挡高效混合动力驱动系统的结构示意图；
40.图中标记说明：
41.1-发动机、2-限扭器、3-传动齿轮、301-离合容纳环槽、4-第一电机驱动齿轮、5-第一驱动电机、6-2挡主动齿轮、7-1挡主动齿轮、8-3挡主动齿轮、9-2挡同步器、10-2挡从动齿轮、11-1挡从动齿轮、12-1/3挡同步器、13-3挡从动齿轮、14-主减齿轮、15-差速器总成、16-第二电机中间轴、17-输出轴、18-第二驱动电机、19-第二电机驱动齿轮、20-离合器、2001-传动片、2002-摩擦片、2003-推动活塞、2004-推动杆、2005-离合复位弹性件、21-输入轴、2101-离合配合座、22-脱开机构、2201-脱开环座、2202-脱开环槽、2203-滚珠、2204-平滑环台、2205-滚珠固定槽、2206-滚珠滑动槽、2207-抵接件、2208-脱开复位弹性件、23-传动齿轮座、24-副传动齿轮。
具体实施方式
42.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
43.实施例1：
44.如图2、图3所示的一种多挡高效混合动力驱动系统，包括输入轴21与输出轴17、通过离合器20与输入轴21传动连接的传动齿轮3、与传动齿轮3传动连接的第一驱动电机5与发动机1、设于输入轴21与输出轴17之间的多挡位传动组件、设于输出轴17上的主减齿轮14、与主减齿轮14传动连接的差速器总成15，以及与差速器总成15传动连接的第二驱动电机18。
45.如图4所示，离合器20包括多个相互交错堆叠设置的传动片2001与摩擦片2002，以及推动活塞2003。传动片2001与摩擦片2002均为环片，相邻的传动片2001与摩擦片2002之
间设有间隙，使得常态下传动齿轮3与输入轴21之间不具有传动效果；推动活塞2003能够对最外侧传动片2001施压，以消除间隙，并使传动片2001与摩擦片2002之间保持良好接触，从而产生传动效果。
46.发动机1输出端上连接有限扭器2并通过限扭器2与传动齿轮3传动连接。传动齿轮3侧面开设有离合容纳环槽301，输入轴21上设有延伸至离合容纳环槽301内的离合配合座2101；传动片2001与离合容纳环槽301侧壁固定连接，摩擦片2002与离合配合座2101固定连接，并进而实现传动片2001与发动机1输出端传动连接，摩擦片2002与输入轴21传动连接。
47.并且，本实施例还包括用于支撑传动齿轮3的传动齿轮座23，推动活塞2003设有多个并分布于该传动齿轮座23上；离合容纳环槽301底部开设有多个通孔，每个通孔内活动设有推动杆2004，该推动杆2004的一端指向最外侧的传动片2001，另一端上设有连接其余推动杆2004端部的滑动接触环，并通过该滑动接触环与推动活塞2003滑动接触并传动连接；并且该滑动接触环作为推动杆2004端部沿径向向内延伸的复位延伸部，其与传动齿轮3之间还设有离合复位弹性件2005。
48.当多个推动活塞2003同步推动滑动接触环，使推动杆2004端部与最外侧的传动片2001相抵接时，交叠设置的传动片2001与摩擦片2002被施压，间隙消除并使摩擦片2002与传动片2001相接触，从而将发动机1产生的动力传递至输入轴21；当推动活塞2003失去对滑动接触环的推力时，推动杆2004在离合复位弹性件2005的弹性作用下回缩复位，传动片2001与摩擦片2002分离，输入轴21与发动机1之间失去传动效果。
49.具体的，本实施例中的离合复位弹性件2005为液压弹簧。此外，在离合容纳环槽301侧壁上还设有离合挡块，使得交叠设置的传动片2001与摩擦片2002能够夹紧于推动杆2004与离合挡块之间。
50.如图2、图3所示，第一驱动电机5的输出端上连接有与传动齿轮3相啮合的第一电机驱动齿轮4。多挡位传动组件包括依次设于输入轴21上的2挡主动齿轮6、1挡主动齿轮7、3挡主动齿轮8，相应设于输出轴17上的2挡从动齿轮10、1挡从动齿轮11、3挡从动齿轮13，以及设于输出轴17上并与2挡从动齿轮10相适配的2挡同步器9、位于1挡从动齿轮11与3挡从动齿轮13之间并相适配的1/3挡同步器12。离合配合座2101轴向延伸设于3挡主动齿轮8上。
51.第二驱动电机18的输出端上传动连接有第二电机驱动齿轮19，差速器总成15与第二驱动电机18之间还设有第二电机中间轴16，在第二电机中间轴16上设有与第二电机驱动齿轮19传动连接的第一从动轮，以及与差速器总成15传动连接的第二从动轮。第二驱动电机18依次通过第二电机驱动齿轮19、第一从动轮、第二电机中间轴16、第二从动轮，与差速器总成15传动连接。
52.如图5所示，第二驱动电机18输出端与第二电机驱动齿轮19之间还设有脱开机构22，该脱开机构22包括通过径向延伸的连接环板与第二驱动电机18输出端相连接的脱开环座2201、环绕于脱开环座2201外并与第二电机驱动齿轮19固定连接的脱开环槽2202，以及多个沿周向排列并设于脱开环座2201与脱开环槽2202侧壁之间的滚珠2203。
53.如图5、图6所示，脱开环座2201的外侧壁上沿轴向并列设有平滑环台2204与滚珠固定座，平滑环台2204设于相对靠近脱开环槽2202底部一侧，滚珠固定座包括多个沿周向紧密布设于脱开环座2201上的滚珠固定槽2205；脱开环槽2202的内侧壁上沿周向布设有多个滚珠滑动槽2206。滚珠滑动槽2206的底部向外倾斜设置，其倾斜外端与平滑环台2204相
对应，倾斜内端与滚珠固定槽2205相对应，滚珠2203滑动嵌设于滚珠滑动槽2206内并与平滑环台2204或滚珠固定座相抵接。
54.在滚珠2203与脱开环槽2202底部之间还设有弹性复位组件，该弹性复位组件包括截面呈“几”字形的抵接件2207，以及沿轴向设置的脱开复位弹性件2208。抵接件2207的一端与滚珠2203滑动接触，另一端绕过脱开环座2201的端部，延伸至连接环板处，脱开复位弹性件2208的两端分别与该延伸端，以及脱开环槽2202底部相抵接。本实施例中脱开复位弹性件2208为弹簧。
55.当滚珠2203嵌设于滚珠固定槽2205与滚珠滑动槽2206之间时(如图5上部分所示)，滚珠固定槽2205与滚珠滑动槽2206通过滚珠2203相卡接，脱开环座2201与脱开环槽2202传动连接(如图6-7所示)；在离心作用下，当滚珠2203沿滚珠滑动槽2206向外移动，至该滚珠2203从滚珠固定槽2205移动至平滑环台2204上时(如图5下部分所示)，此时滚珠2203滚动于平滑环台2204与滚珠固定槽2205之间，脱开环座2201与脱开环槽2202失去传动连接；在转速降低，离心作用减小时，则在脱开复位弹性件2208的推动作用下，从平滑环台2204移动至滚珠固定槽2205内，脱开环座2201与脱开环槽2202之间恢复传动效果。
56.纯电驱动：p3电机，即第二驱动电机18通过第二电机驱动齿轮19、第二电机中间轴16与差速器总成15相连接，从而可以实现纯电动行驶。
57.倒挡驱动：在纯电驱动状态下，通过p3电机反转驱动方向变化，能快速实现整车倒挡工况行驶。
58.并联驱动：发动机1通过离合器20依次连接输入轴21、1挡主动齿轮7、1挡从动齿轮11、1/3挡同步器12、输出轴17，与差速器总成15传动连接，可以实现1挡行驶；类似的，也可通过含有2挡主动齿轮6、2挡从动齿轮10、2挡同步器9的传动路径，或者含有3挡主动齿轮8、3挡从动齿轮11、1/3挡同步器12的传动路径，实现2挡或3挡行驶。
59.此时p1电机，即第一驱动电机5可通过传动齿轮3，第一电机驱动齿轮4充电或驱动。p3电机则通过第二电机驱动齿轮19，第二电机中间轴16与差速器总成15连接，可以实现驱动或充电。
60.实施例2：
61.如图9所示，本实施例中，采用p2x电机作为第一驱动电机5，即采用p2x p3结构；第一驱动电机5上的第一电机驱动齿轮4与2挡主动齿轮6相啮合而非传动齿轮3，采用1/2挡同步器取代1/3挡同步器12并相应调整档位主动齿轮与档位从动齿轮的位置，轴向尺寸更小小，空间利用率更高，其余同实施例1。
62.实施例3：
63.如图10所示，本实施例中，传动齿轮3直接套设于输入轴21上；限扭器2与输入轴21传动连接，1/3挡同步器12设于输入轴21上，其余同实施例1。在其他实施例中，1/3挡同步器12替换为狗齿离合器。
64.实施例4：
65.如图11所示，本实施例中，第一驱动电机5上的第一电机驱动齿轮4与3挡主动齿轮8相啮合，1/3挡同步器12替换为狗齿离合器，去除传动齿轮3，限扭器2与输入轴21传动连接，其余同实施例1。
66.实施例5：
67.如图12所示，本实施例中，采用p2x电机作为第一驱动电机5，即采用p2x p3结构，输入轴21上还设有副传动齿轮24，第一驱动电机5上的第一电机驱动齿轮4与该副传动齿轮24相啮合，而非传动齿轮3，其余同实施例1。
68.实施例6：
69.本实施例中选用狗齿离合器替代1/3挡同步器12以及2挡同步器9，其余同实施例1。
70.实施例7：
71.本实施例中选用狗齿离合器替代脱开机构，其余同实施例1。
72.实施例8：
73.本实施例采用p1电机作为第一驱动电机5，采用p3电机作为第二驱动电机18，去除离合器，并采用限扭器2直联输入轴7，并采用狗齿离合器作为脱开机构，以传动连接p3电机与第二电机驱动齿轮19，其余同实施例2。
74.上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。