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采用同步器实现模式切换的增程式混合动力 汽车动力系统

阅读：821发布：2023-03-03

专利汇可以提供采用同步器实现模式切换的增程式混合动力汽车动力系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型的提供了一种采用同步器实现模式切换的增程式混合动力汽车动力系统，它包括：第一电机与第二电机，发动机，行星轮系，同步器，与箱体相固连的固定犬齿环，与第一电机输出轴的齿轮相固连的轴齿轮犬齿环，电池与逆变器，发动机与行星轮系的行星架相连，第二电机通过套轴与行星轮系的太阳轮相连，行星轮系的环内齿轮可以由同步器固定于箱体上，也可以由同步器与第一电机输出轴相连，第一电机输出轴与主变速齿轮相连；所述同步器位于所述固定犬齿环与轴齿轮犬齿环之间，行星轮系的环内齿轮与同步器的轴套花键连接，本实用新型它可以由纯电动行驶，实现零油耗与零排放，如果需要长距离行驶，则可在增程模式下运行，其模式切换由电机控制同步器位置实现。，下面是采用同步器实现模式切换的增程式混合动力汽车动力系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种采用同步器实现模式切换的增程式混合动力汽车动力系统，其特征在于：它包括：第一电机与第二电机，发动机，行星轮系，同步器，与箱体相固连的固定犬齿环，与第一电机输出轴的齿轮相固连的轴齿轮犬齿环，电池与逆变器，发动机与行星轮系的行星架相连，第二电机通过套轴与行星轮系的太阳轮相连，行星轮系的环内齿轮可以由同步器固定于箱体上，也可以由同步器与第一电机输出轴相连，第一电机输出轴与主变速齿轮相连；所述同步器位于所述固定犬齿环与轴齿轮犬齿环之间，行星轮系的环内齿轮与同步器的轴套花键连接；当同步器位于空挡位置时，第一电机与环内齿轮分离，当同步器位于右端位置时，该同步器的接合套与轴齿轮犬齿环相接合，第一电机与环内齿轮连接，当同步器位于左端位置时，该同步器的接合套与固定犬齿环相接合，环内齿轮固定于箱体上；在包含行星轮系与同步器的箱体内，该动力系统还包括一由模式切换控制电机驱动旋转的凸槽轴，其轴线与同步器的轴线相平行；所述凸槽轴上具有一换挡槽，该换挡槽中可移动插有同步器拨叉杆的拨叉触头，该拨叉杆与同步器相连接并允许同步器相对其转动，所述换挡槽具有对应于所述同步器右端位置的第一挡部、对应于同步器左端位置的第二挡部和位于所述第一挡部和第二挡部之间的空挡转角部，所述拨叉触头位于所述换挡槽的第一挡部时，所述同步器与轴齿轮犬齿环相连；所述拨叉触头位于所述换挡槽的第二挡部时，所述同步器与固定犬齿环相连；所述拨叉触头位于所述换挡槽的空挡转角部时，所述拨叉触头保持于围绕凸槽轴的轴线的圆周方向以使同步器位于空挡位置；
本发明具有三个运行模式：纯电动，串联混合动力，并联混合动力；
纯电动运行模式：汽车在此模式运行时，同步器位于空挡位置，发动机与第二电机都关闭，汽车由第一电机驱动，所有驱动力由电池提供，根据设计需要，此模式可以保证汽车在一定航程内纯电动；
串联混合动力模式：汽车在此模式运行时，同步器位于左端位置即第二挡位置，行星轮系的环内齿轮固定于箱体上，在进入此模式时，发动机首先由第二电机启动，然后经过行星轮系提供动力给第二电机发电，在此模式下，汽车仍然由第一电机驱动，此模式实际上是串联运行模式，也就是说，发动机驱动第二电机发电，所发出的电能提供给第一电机驱动汽车，多余电能还可以通过逆变器给电池充电，此模式适合中低功率需求工况时以增程模式运行；
并联混合动力模式：汽车在此模式运行时，同步器位于右端位置即第一挡位置，环内齿轮与第一电机输出轴连接，此模式适合汽车高功率需求工况，此模式实际上是一种电动CVT模式，主要作为增程模式在高功率工况时运行。
2.根据专利要求1所述的增程式混合动力汽车动力系统，其特征在于：发动机与行星轮系的行星架相连，第二电机与行星轮系的太阳轮相连，行星轮系的环内齿轮可以通过同步器与箱体固连，也可以通过同步器与第一电机输出轴相连。
3.根据权利要求1所述的增程式混合动力汽车动力系统，其特征在于：其运行模式切换由同步器实现，同步器的位置即第一挡位置，空挡位置和第二挡位置由单一控制电机驱动的凸槽轴控制。
4.根据权利要求1所述的增程式混合动力汽车动力系统，其特征在于：所述凸槽轴上加工有换挡槽，所述换挡槽的第一挡部包括第一挡位置和位于所述第一挡位置与所述空挡转角部之间的第一挡坡，该第一挡坡对应换挡槽的第一转角。
5.根据权利要求1所述增程式混合动力汽车动力系统，其特征在于：所述换挡槽的第二挡部包括第二挡位置和位于所述第二挡位置与所述空挡转角部之间的第二挡坡，该第二挡坡对应换挡槽的第二转角。
6.根据权利要求1所述的增程式混合动力汽车动力系统，其特征在于：所述自动换挡装置具有处于第一挡部和第二挡部之间的空挡转角部以使同步器在换挡过程中处于空挡位置，对动力电机进行调速控制，以实现模式切换同步平稳，从而优化换挡快捷性与平稳性，并且大为降低同步器磨损，大幅提高同步器的寿命。

说明书全文

采用同步器实现模式切换的增程式混合动力 汽车动力系统

技术领域

[0001] 本实用新型涉及一种汽车动力系统，特别涉及一种采用同步器实现模式切换的增程式混合动力汽车动力系统。

背景技术

[0002] 混合动力汽车具有节油与低排放的优点，但仍然依靠燃油提供动力。纯电动汽车则无需燃油，但在目前电池技术条件下，一次充电里程有限。增程式混合动力汽车可以综合电动汽车与传统汽车的优点，在一定设计里程内，它可以纯电动行驶，实现零油耗与零排放。如果需要长距离行驶，则可在增程模式下运行。目前在汽车工业界所采用的混合动力系统（包括增程设计）一般是串联混合系统或者是并联混合系统，其模式切换由电磁离合器实现，结构复杂，制造成本昂贵，且运行模式有限。发明内容

[0003] 本实用新型的目的提供了一种采用同步器实现模式切换的增程式混合动力汽车动力系统，它可以由纯电动行驶，实现零油耗与零排放，如果需要长距离行驶，则可在增程模式下运行，其模式切换由电机控制同步器位置实现。

[0004] 一种采用同步器实现模式切换的增程式混合动力汽车动力系统，它包括：第一电机与第二电机，发动机，行星轮系，同步器，与箱体相固连的固定犬齿环，与第一电机输出轴的齿轮相固连的轴齿轮犬齿环，电池与逆变器，发动机与行星轮系的行星架相连，第二电机通过套轴与行星轮系的太阳轮相连，行星轮系的环内齿轮可以由同步器固定于箱体上，也可以由同步器与第一电机输出轴相连，第一电机输出轴与主变速齿轮相连；所述同步器位于所述固定犬齿环与轴齿轮犬齿环之间，行星轮系的环内齿轮与同步器的轴套花键连接。当同步器位于空挡位置时，第一电机与环内齿轮分离，当同步器位于右端位置时，其该同步器的接合套与轴齿轮犬齿环相接合，第一电机与环内齿轮连接，当同步器位于左端位置时，该同步器的接合套与固定犬齿环相接合，环内齿轮固定于箱体上；在包含行星轮系与同步器的箱体内，该动力系统还设置包括有一由模式切换控制电机驱动旋转的凸槽轴，其轴线与同步器的轴线相平行；所述凸槽轴上具有一换挡槽，该换挡槽中可移动插有同步器拨叉杆的拨叉触头，该拨叉杆与同步器相连接并允许同步器相对其转动，所述换挡槽具有对应于所述同步器右端位置的第一挡部、对应于同步器左端位置的第二挡部和位于所述第一挡部和第二挡部之间的空挡转角部，所述拨叉触头位于所述换挡槽的第一挡部时，所述同步器与轴齿轮犬齿环相连；所述拨叉触头位于所述换挡槽的第二挡部时，所述同步器与固定犬齿环相连；所述拨叉触头位于所述换挡槽的空挡转角部时，所述拨叉触头保持于围绕凸槽轴的轴线的圆周方向以使同步器位于空挡位置；

[0005] 本实用新型具有三个运行模式：纯电动，串联混合动力，并联混合动力；

[0006] 纯电动运行模式：汽车在此模式运行时，同步器位于空挡位置，发动机与第二电机都关闭，汽车由第一电机驱动，所有驱动力由电池提供，根据设计需要，此模式可以保证汽车在一定航程内纯电动；

[0007] 串联混合动力模式：汽车在此模式运行时，同步器位于左端位置（即第二挡位置），行星轮系的环内齿轮固定于箱体上，在进入此模式时，发动机首先由第二电机启动，然后经过行星轮系提供动力给第二电机发电，在此模式下，汽车仍然由第一电机驱动，此模式实际上是串联运行模式，也就是说，发动机驱动第二电机发电，所发出的电能提供给第一电机驱动汽车，多余电能还可以通过逆变器给电池充电，此模式适合中低功率需求工况时以增程模式运行；

[0008] 并联混合动力模式：汽车在此模式运行时，同步器位于右端位置（即第一挡位置），环内齿轮与第一电机输出轴连接，此模式适合汽车高功率需求工况，此模式实际上是一种电动CVT模式，主要作为增程模式在高功率工况时运行。

[0009] 优选地，发动机与行星轮系的行星架相连，第二电机与行星轮系的太阳轮相连，行星轮系的环内齿轮可以通过同步器与箱体固连，也可以通过同步器与第一电机输出轴相连。

[0010] 优选地，它具有三个运行模式，即纯电动模式，串联混合动力模式与并联混合动力模式，因为具有此三个模式，装备此系统的车辆可以在一定里程内由纯电动运行，需要长距离运行时，可用增程式模式（串联混合动力或并联混合动力模式）运行。

[0011] 优选地，其运行模式切换由同步器实现，同步器的位置即第一挡位置，空挡位置和第二挡位置由单一控制电机驱动的凸槽轴控制。

[0012] 优选地，所述凸槽轴上加工有换挡槽，所述换挡槽的第一挡部包括第一挡位置和位于所述第一挡位置与所述空挡转角部之间的第一挡坡，该第一挡坡对应换挡槽的第一转角。

[0013] 优选地，所述换挡槽的第二挡部包括第二挡位置和位于所述第二挡位置与所述空挡转角部之间的第二挡坡，该第二挡坡对应换挡槽的第二转角。

[0014] 优选地，所述自动换挡装置具有处于第一挡部和第二挡部之间的空挡转角部以使同步器在换挡过程中处于空挡位置，对动力电机进行调速控制，以实现模式切换同步平稳，从而优化换挡快捷性与平稳性，并且大为降低同步器磨损，大幅提高同步器的寿命。

[0015] 本实用新型提出的采用同步器实现模式切换的增程式混合动力汽车的动力系统采用行星轮设计，其模式切换由电机控制同步器位置实现，结构简单，具备纯电动，串联混合动力，并联混合动力三种运行模式，是一种全能型的增程式混合动力系统。本实用新型较之目前存在的混合动力汽车和纯电动汽车具有成本低，里程长与结构简单等技术优点。附图说明

[0016] 附图1是本实用新型的结构示意图。

[0017] 附图2是本实用新型中的换挡槽的节线展开图。

[0018] 附图3是本实用新型的纯电动模式工作原理示意图。

[0019] 附图4是本实用新型的串联混合动力模式工作原理示意图。

[0020] 附图5是本实用新型的并联混合动力模式工作原理示意图。

[0021] 附图中：1、第一电机；2、第二电机；3、行星架；4、第二挡部；41第二挡位置；42、第二挡坡；43第二转角；5第一挡部；51第一挡位置；52第一挡坡；53、第一转角；6、发动机；7、电池；8、太阳轮；9、环内齿轮；10、逆变器；11、套轴；12、第一电机输出轴；13、主变速齿轮；14、同步器；15、固定犬齿环；16、轴齿轮犬齿环；17、凸槽轴；18、换档槽；19、拔叉杆；20、拔叉触头；21、空挡转角部；211、空挡转角；22、箱体。

具体实施方式

[0022] 下面结合附图1-5对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围作出更为清楚明确的界定。

[0023] 本实用新型所提出了一种采用同步器实现模式切换的增程式混合动力汽车动力系统结构如附图1所示。此系统包括一个发动机6，第一电机1和第二电机2，一个行星轮系，同步器14、固定犬齿环15，轴齿轮犬齿环16，一组电池7与动力电子系统（即逆变器10）。发动机6与行星轮系的行星架3相连接，第二电机2与行星轮系的太阳轮8通过套轴
11连接，行星轮系的环内齿轮9可以通过同步器14与箱体22固连，也可以通过同步器14与第一电机输出轴12相连。所述轴齿轮犬齿环16置于第一电机输出轴12上，所述第一电机输出轴12与汽车主变速齿轮13的驱动轮相连。所述同步器14位于所述固定犬齿环15与所述第一电机输出轴12上的轴齿轮犬齿环16之间，行星轮系的环内齿轮9与同步器14的轴套花键相连接，当同步器14位于空挡位置时，第一电机1与环内齿轮9分离，当同步器
14位于右端位置（即第一挡位置）时，其接合套与轴齿轮犬齿环16接合，第一电机1与环内齿轮9相连接，当同步器14位于右端位置时（即第二挡位置)，该同步器14的接合套与固定犬齿环15相接合，环内齿轮9固定于箱体22上。在包含行星轮系与同步器14的箱体22内，设置有一模式切换控制电机驱动旋转的凸槽轴17，该凸槽轴17的轴线与同步器14的轴线相平行。所述凸槽轴17上具有一换挡槽18，其节线展开图如附图2所示，所述换挡槽
18中可移动地插有拨叉杆19的拨叉触头20，该拨叉杆19与同步器14相连接并允许同步器14相对其转动，所述换挡槽18具有对应于同步器14右端位置的第一挡部5、对应于同步器14左端位置的第二挡部4和位于所述第一挡部5和所述第二挡部4之间的空挡转角部
21，所述拨叉触头20位于所述换挡槽18的第一挡部5一挡位置51时，所述同步器14与轴齿轮犬齿环16相连；所述拨叉触头20位于所述换挡槽18的第二挡部4二挡位置41时，所述同步器14与固定犬齿环9相连；所述拨叉触头20位于所述换挡槽18的空挡转角部21时，所述拨叉触头20保持于围绕凸槽轴17轴线的圆周方向以使同步器14位于空挡位置。

[0024] 本实用新型增程式混合动力汽车的动力系统具有三个运行模式，纯电动，串联混合动力，与并联混合动力。因为具有此三个模式，装备此系统的车辆可以在一定里程内由纯电动运行，需要长距离运行时，可用增程式模式（串联混合动力或并联混合动力模式）运行。其模式切换由电机控制同步器位置实现。所实用新型的系统工作原理如下所述：

[0025] 纯电动模式：

[0026] 在此模式下，发动机6与第二电机2关闭。同步器14处于空挡位置，第一电机输出轴12与环内齿轮9脱离，此模式适应汽车起步，倒车，低速运行与巡航工况。适合速度-30公里/小时至60公里/小时，功率需求范围0至30千瓦。此模式动力全部由电池7提供，其动力传递路线如附图3所示。

[0027] 如第一电机输出轴12后的主传动比为，则驱动轮和第一电机1之间力矩和转速之间的关系为：

[0028]

[0029] 此处，和为第一电机1的转速与力矩，和为驱动轮的转速与力矩。

[0030] 串联混合动力模式：

[0031] 在此模式下，同步器14处于左端位置（即第二挡位置），第一电机输出轴12与环内齿轮脱离，行星轮系的环内齿轮9被固定于箱体22上。当汽车进入此运行模式时，发动机6首先由第二电机2启动。然后发动机6通过行星轮系驱动第二电机2发电。所发出的电力可以直接驱动第一电机1开车或给电池7充电。此模式适合速度范围大约为0~60公里/小时，功率范围为大约为30~50Kw。

[0032] 此模式的动力传递路线如附图4所示。

[0033] 此模式下电机，发动机，驱动轮之间存在以下转速与力矩关系：

[0034]

[0035]

[0036]

[0037] 此处, , 和分别为车轮、发动机6与行星架3转速，，和分别为第二电机2、发动机6和车轮扭矩，为行星轮参数，其等于环内齿轮9的齿数除以太阳轮8齿数。

[0038] 并联混合混合模式：

[0039] 在此模式下，同步器处于右端位置（即第一挡位置），第一电机输出轴12与环内齿轮9相连。此模式适合高功率需求工况，所适合速度范围大于50公里/小时，功率需求范围为50千瓦以上。此模式下动力传递路线如附图5所示。

[0040] 在此模式下，发动机6，第一电机1和第二电机2，驱动轮之间存在以下转速与扭矩关系：

[0041]

[0042] 运行模式切换：

[0043] 为描述方便，现将纯电动模式定义为模式一，串联混合动力模式定义为模式二，并列混合动力模式定义为模式三。

[0044] 根据不同工况及电池7充电量，汽车在三个模式之间切换。三种模式之间切换如下所述。

[0045] 模式一→模式二：汽车在模式一运行时，发动机6，第二电机2，行星轮系静止。因行星轮具有两个自由度，同步器14接合套可以轻易平稳的接合固定犬齿环15，以使环内齿轮15固定后，第二电机2先启动发动机6，然后进入模式二运行。

[0046] 模式二→模式三：从模式二切换至模式三时，同步器14脱离固定犬齿环15，然后通过控制第二电机2的转速使环内齿轮9转速与第一电机输出轴12的转速达到同步后，再将同步器14接合套接合轴齿轮犬齿环16，这样就可以实现模式二到模式三的平稳快捷的切换。

[0047] 模式一→模式三：在整车控制器控制下，汽车先从模式一切换到模式二，然后再从模式二切换到模式三。

[0048] 模式二→模式一：只需使同步器14接合套脱离固定犬齿环15并置于空挡位置，发动机6熄火，第二电机2断电即可。

[0049] 模式三→模式一：只需使同步器14接合套脱离第一电机输出轴12上的轴齿轮犬齿环16并置于空挡位置，发动机6熄火，第二电机2断电即可。

[0050] 模式三→模式二：首先使同步器14脱离第一电机输出轴12上的轴齿轮犬齿环16并置于空挡位置，然后通过控制第二电机2转速使行星轮系的环内齿轮9的转速为零，然后使同步器14接合套无冲击平稳的结合固定犬齿环15。

[0051] 如上所述各种模式根据汽车工况与电池7充电量选择，以达到动力性，舒适性，低能耗，低排放的优化结果。因为纯电动模式可根据设计要求达到100公里左右的行程，此种增程式混合动力汽车的动力系统可以保证在大多数情形下纯电动运行，必要时增程式运行，从而最大程度上实现便捷性，低能耗，零排放（或最低排放）。

[0052] 同步器14的位置控制：动力系统的运行模式切换由同步器14实现，同步器14的位置即第一挡位置51，空挡位置和第二挡位置41由单一控制电机驱动的凸槽轴17控制。所述凸槽轴17上加工有换挡槽18，所述换挡槽18的第一挡部5包括第一挡位置51和位于所述第一挡位置51与所述空挡转角部21之间的第一挡坡52，该第一挡坡52对应换挡槽
18的第一转角53。所述换挡槽18的第二挡部4包括第二挡位置41和位于所述第二挡位置41与所述空挡转角部21之间的第二挡坡42，该第二挡坡42对应换挡槽18的第二转角
43。

[0053] 该凸槽轴18具有处于第一挡部5和第二挡部4之间的空挡转角部21以使同步器14在换挡过程中处于空挡位置，对动力电机进行调速控制，以实现模式切换同步平稳，从而优化换挡快捷性与平稳性，并且大为降低同步器14的磨损，大幅提高同步器14的寿命。

[0054] 下面以模式一→模式二与模式二→模式三的控制过程为例描述所实用新型的增程式混合汽车动力系统模式切换控制。

[0055] 汽车在模式一运行时，拨叉触头20处于空挡位置21，第一电机输出轴12与环内齿轮9脱离，汽车由第一电机驱动，收到模式一→模式二切换指示后，换挡控制电机带动凸槽轴17转动，在0.2秒左右将拨叉触头20处于第二挡坡42底部。然后进入第二挡坡42，换挡控制电机带动凸槽轴17继续旋转第二转角43，以使同步器14接合套接合固定犬齿环15，从而完成模式一到模式二的切换。

[0056] 汽车在模式二运行时，拨叉触头20处于第二挡位置41，同步器14的接合套与行星犬齿环15接合，收到模式二→模式三切换指示后，换挡电机带动凸槽轴17转动，在0.2秒左右使拨叉触头20处于第二挡坡42的底部，使同步器14接合套脱离固定犬齿环15，此时同步器14处于空挡，同时换挡电机带动凸槽轴17继续旋转。因为设有空挡转角部21，拨叉触头20保持其轴向位置，仍然处于空挡位置，在换挡凸槽轴17转过空挡转角211的时间内，通过对第二电机2加以电压控制使环内齿轮9的转速与第一电机的转速一致，然后拨叉触头20在控制电机带动下沿着第一挡坡52到达第一挡位置51，使同步器14的接合套与轴齿轮犬齿环16接合，从而完成模式二至模式三的切换。切换过程中的少许转速差在第一挡坡52的第一转角53内由同步器14同步。

[0057] 其他切换过程原理与上述描述中的切换过程相似。

[0058] 本实用新型提出的采用同步器14实现模式切换的增程式混合动力汽车的动力系统采用行星轮的设计，其模式切换由电机控制同步器14位置实现，结构简单，具备纯电动，串联混合动力，并联混合动力三种运行模式，是一种全能型的增程式混合动力系统。本实用新型较之目前存在的混合动力汽车和纯电动汽车具有成本低，里程长与结构简单等技术优点。

[0059] 以上对本实用新型提出的增程式混合动力汽车的动力系统结构与原理及实施方案进行了详细的技术阐述。很明显，在不离开本实用新型的范围和精神的基础上，可以对现有实用新型（包括技术工艺）进行修改。在本实用新型所属技术领域，只要掌握基础技术知识，就可以在本实用新型的技术要旨范围内，进行各种变更。

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