CN101590805B - 一种混合动力驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种混合动力驱动系统，包括电机，发动机，离合器，制动器，输出端以及具有第一转动元件、第二转动元件和第三转动元件的行星齿轮机构，其中所述电机与所述第一转动元件连接，所述发动机通过所述离合器与所述第一转动元件连接；所述制动器与所述第二转动元件连接以控制该第二转动元件；所述输出端与所述第三转动元件连接。按照本发明所提供的混合动力驱动系统，由于发动机和电机均与行星齿轮机构中的第一转动元件连接，因而在很大程度上使该混合动力驱动系统的结构得以简化，从而便于对其进行精准地控制。

Description

一种混合动力驱动系统
技术领域
本发明涉及混合动力车领域，具体地说，涉及一种用于混合动力车的混合动力驱动系统。
背景技术
随着能源的日益匮乏以及对车辆在环境保护方面的严格要求，在纯电动车辆在产业上还不够成熟的背景下，越来越多的汽车制造商将注意力投向混合动力车。而且，由于混合动力车结合有以发动机作为动力源的车辆的动力性和以电动机作为动力源的环保性，符合当前车辆的发展趋势，因而，很多汽车制造商对混合动力车都投入了巨大的人力财力加以研究。
在混合动力车辆中，通常同时具有两种不同的动力源，即电力驱动的电机和燃油驱动的发动机。根据不同的连接组合方式，混合动力驱动系统通常分为串联驱动系统、并联驱动系统和混联驱动系统。
在所谓串联驱动系统中，发动机驱动发电机发电，然后再利用发电机发出的电力来驱动电动机，进而通过电动机的动力向车辆提供动力。在所谓的并联驱动系统中，发动机和电动机共同驱动车轮，可以根据不同驾驶状态使用两种动力。但是由于这两种驱动系统驱动方式相对单一，不能充分发挥混合动力在环保节能方面的优势，因而使用较少。
而对于混联驱动系统来说，由于该种驱动系统能够有效地将串联驱动系统和并联驱动系统组合起来，能够充分发挥二者的优点，因而在现有技术中得以较多地采用。
中国专利CN2693516Y公开了一种混合动力汽车的驱动系统，如图1所示，该驱动系统包括发动机100、电机200以及行星齿轮机构，该行星齿轮机构包括内齿圈400、承载有行星齿轮的行星架500和太阳轮600，其中，电机200通过齿轮300而将动力传递到内齿圈400，发动机100能够将动力传递给太阳轮600，然后将二者的动力通过行星架而合并在一起。
通过中国专利CN2693516Y中说明书附图及其说明书的描述可知，在该驱动系统中，由于电机2和发动机1分别将动力传递给行星齿轮机构中的不同部件，因而该驱动系统需要多个制动器以及离合器的配合才能在多种工况下的有效地发挥作用。因此，上述驱动系统中部件较多，其结构较为复杂，且对该驱动系统的准确控制较为困难。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的混合动力驱动系统结构较为复杂的缺陷，而提供了一种结构相对简单的混合动力驱动系统。
本发明提供了一种混合动力驱动系统，该混合动力驱动系统包括电机，发动机，离合器，制动器，输出端以及具有第一转动元件、第二转动元件和第三转动元件的行星齿轮机构，其中所述电机与所述第一转动元件连接，所述发动机通过所述离合器与所述第一转动元件连接，用于控制该第一转动元件的锁定和松开；所述制动器与所述第二转动元件连接；所述输出端与所述第三转动元件连接。
按照本发明所提供的混合动力驱动系统，与CN2693516Y中发动机和电机分别连接于不同元件的情形不同，由于发动机和电机均与行星齿轮机构中的第一转动元件连接，则将该转动元件作为动力输入元件，同时将第二转动元件锁定，则第三转动元件为动力输出元件，因而在很大程度上使该混合动力驱动系统的结构得以简化，从而便于对其进行精准地控制。
附图说明
图1为CN2693516Y中公开的驱动系统的示意图；
图2为根据本发明一种实施方式的混合动力驱动系统的示意图；
图3为根据本发明另一实施方式的混合动力驱动系统的示意图。
具体实施方式
下面参考附图对本发明的实施方式进行详细地描述。
根据本发明的实施方式，提供了一种混合动力驱动系统，该混合动力驱动系统包括电机1、发动机2、离合器9、制动器8、输出端10以及具有第一转动元件、第二转动元件和第三转动元件的行星齿轮机构，其中，电机1与第一转动元件连接，发动机2通过离合器9与第一转动元件连接；制动器8与第二转动元件连接，并控制该第二转动元件；输出端10与第三转动元件连接。
由此可知，在本发明的实施方式中，电机1和发动机2同时连接于行星齿轮机构中的第一转动元件，并将该转动元件作为动力输入元件，而将剩余的第二转动元件锁定，将第三转动元件作为动力输出元件。因而，在很大程度上使该混合动力驱动系统的结构得以简化，从而使本发明的实施方式所提供的混合动力驱动系统结构更为紧凑、控制更为精准且其运行更为可靠。
由图2和图3可知，行星齿轮机构包括太阳轮3、齿圈5和承载有与太阳轮3和齿圈5啮合的行星轮7的行星架4，其中，太阳轮3、行星架4和齿圈5均可作为第一转动元件、第二转动元件和第三转动元件中的任意一个。因而，电机1和发动机2可以与太阳轮3、行星架4和齿圈5中的任意一个连接。
根据本发明的一种实施方式，所述第一转动元件为太阳轮3，电机1连接于该太阳轮3，发动机2通过离合器9连接于所述太阳轮3。
根据该实施方式中的一个实施例，第二转动元件为行星架4，则制动器8与行星架4连接并将该行星架4锁定，在该实施例中，与电机1和发动机2连接的太阳轮3作为动力输入元件，而齿圈5作为动力输出元件，并将动力传递至输出端10；
根据该实施方式中的另一实施例，第二转动元件为齿圈5，则制动器8与齿圈5连接并将该齿圈5锁定，在该实施例中，与电机1和发动机2连接的太阳轮3为动力输入元件，而行星架4为动力输出元件，并将动力传递至输出端10。
根据本发明的另一种实施方式，所述第一转动元件为齿圈5，电机1连接于该齿圈5，发动机2通过离合器9与齿圈5连接。
根据该实施方式的一个实施例，第二转动元件为行星架4，则制动器8与行星架4连接并将该行星架4锁定，在该实施例中，与电机1和发动机2连接的齿圈5作为动力输入元件，而太阳轮3作为动力输出元件，并将动力传递至输出端10；
根据该实施方式的另一实施例，第二转动元件为太阳轮3，则制动器8与太阳轮3连接并将该太阳轮3锁定，在该实施例中，与电机1和发动机2连接的齿圈作为动力输入元件，而行星架4作为动力输出元件，并将动力传递至输出端10。
为了进一步使所述混合动力驱动系统在结构上便于布置，在优选情况下，所述第一转动元件为行星齿轮机构的行星架4。由于行星架4位于太阳轮3和齿圈5之间，因而可以将行星架4一侧的转动元件用作动力输入元件，同时将另一侧的转动元件用作动力输出元件，不容易在结构上产生干涉或影响，从而更加便于各个部件的设置，使结构更为紧凑。
在该优选情况下，根据本发明的一种实施方式，所述第二转动元件为行星齿轮机构的太阳轮3，则第三转动元件为行星齿轮机构的齿圈5。
因而，在该实施方式中，与电机1和发动机2连接的行星架4作为动力输入元件，同时制动器8连接太阳轮3并将该太阳轮3锁定。则齿圈5作为动力输出元件，并将动力传递至输出端10，如图2所示。
参考图2，电机1连接于行星架4，例如可以将电机1的主轴直接连接于行星架4(如花键联接)，或者通过连轴器而使电机1的主轴与行星架4相互连接。由于电机1与行星架4连接在一起，因而行星架4与电机1的主轴同步运动。
发动机2通过离合器9与行星架4连接。当离合器9接合时，发动机2的主轴与行星架4连接，因而发动机2的主轴与行星架4和电机1的主轴具有同步的运动；当离合器9断开时，行星架4与发动机2的主轴分开，二者之间不会相互传递动力。离合器9可以为实现行星架4与发动机2的主轴之间接合和断开的现有离合器的任意一种，如嵌合式离合器、牙嵌式离合器等。
制动器8可以为能够控制太阳轮3锁止和松开的任意一种装置，如嵌合式离合器。
输出端10可以是齿圈5的联动齿轮或与齿圈5为一体部件，只要实现与齿圈5同步运动即可。而且，输出端10将齿圈5的动力通过变速箱或差速器等传动装置而传递至车轮，以用于驱动车辆运动。
如图2所示，制动器8将太阳轮3制动锁止后，由于太阳轮3并不与电机1的主轴与行星架4固定在一起，因而虽然太阳轮3在制动器8的作用下保持固定不动，但不会影响电机1与行星架4的运动。
通过以上描述可知，在图2所示的实施方式中，第一转动元件为行星架4，第二转动元件为太阳轮3且第三转动元件为齿圈5。电机1和/或发动机2的动力通过行星架4传递至齿圈5，进而传递至输出端10。
电机1通常由储能装置(未显示)供应电力。该储能装置可以是可充电电池、各种燃料电池等。
下面结合图2详细描述在各个工况下，图2所示的实施方式的工作过程。
纯电机驱动工况：
当驱动电机1的储能装置能量充足时，车辆仅由电机1驱动运行。此时，离合器9分离，制动器8锁定所述太阳轮3，所述电机1的动力通过行星架4和齿圈5传递至输出端10。
由于离合器9分离，从而将电机1和行星架4与发动机2隔绝开，因而电机1和行星架4的旋转不会受到发动机2的影响。在该情况下，通过制动器8将太阳轮3锁定，则对于行星齿轮机构而言，行星架4作为动力输入元件，而齿圈5作为动力输出元件。因而，电机1的动力输入至行星架4，由齿圈5输出，传递至输出端10。
在该工况下，不需要启动发动机2，仅由电机1作为动力源来驱动车辆移动，因而，仅会消耗电能，而不会消耗燃油，具有较好的环保作用。
纯发动机驱动工况：
当驱动电机1的储能装置电力不足时，需要由发动机2直接驱动车辆行进。此时离合器9接合，制动器8锁定太阳轮3，发动机2的动力通过所合器9、行星架4和齿圈5传递至输出端10。
由于离合器9接合，则发动机2的动力可以通过该离合器9而传递至行星架4上。在该情况下，通过制动器8将太阳轮3锁定，则对于行星齿轮机构而言，行星架4作为动力输入元件，而齿圈5作为动力输出元件。因而，发动机2的动力输入至行星架4，由齿圈5输出，进而传递至输出端10。
而对于电机1而言，有两种工作模式：一种模式是，当发动机2驱动行星架4旋转的同时，也驱动电机1发电，此时，电机1将机械能转化为电能，进而可以储存在储能装置中；另一种模式是，电机1与储能装置之间的电连接断开(即电路断开)，此时电机1的主轴仅做空转，不会消耗发动机2输出的机械能的一部分。
在该工况下，仅由发动机2驱动，与普通的汽车车辆类似。
电机和发动机的混合驱动工况：
当车辆的负载较大，需要较大动力时，电机1和发动机2同时运行来驱动车辆行进。此时，离合器9接合，制动器8锁定太阳轮3，电机1和发动机2的动力一起通过行星架4和齿圈5而传递至输出端10。
电机1将动力直接传递至行星架4，发动机2通过接合的离合器9而也将动力传递至行星架4，因而，电机1和发动机2所输出的功率在行星架4上实现叠加。在该情况下，通过制动器8将太阳轮3锁定，则对于行星齿轮机构而言，行星架4作为动力输入元件，而齿圈5作为动力输出元件。因而，电机1和发动机2的总动力输入至行星架4，由齿圈5输出，进而传递至输出端10。
在该工况下，由于发动机2和电机1共同驱动，因而具有强劲的动力。
驻车发电工况：
当储能装置的电力不足，且没有外接电源给储能装置补充电能的情况下，可以将车辆停驻，利用发动机2驱动电机1发电。此时，离合器9接合，制动器8松开太阳轮3，发动机2驱动电机1发电。
在该情况下，由于车辆处于停止状态，因而由于车轮的固定不同而使齿圈5保持固定，同时制动器8将太阳轮3松开，因而，对于行星齿轮机构而言，行星架4为动力输入元件，而松开的太阳轮3为动力输出元件。
这样，当发动机2通过离合器9驱动行星架4旋转时，同时驱动电机1的主轴旋转，电机1将旋转的机械能转化为电能并储存在储能装置中。而此时，太阳轮3保持空转，不对外做功。
在该工况下，发动机2驱动电机1发电，以补充储能装置中的电力。
此外，还可利用电机1启动发动机2，此时，离合器9接合，制动器8松开太阳轮3，在该情况下，电机1的主轴通过行星架4传递至发动机2的主轴，从而可以将电机1用作发动机2的启动电机。
而且，当车辆刹车、减速时，电机1还可以将行星架4中的部分机械能转化为电能，从而起到节能的作用。
根据本发明的另一优选实施方式，所述第一转动元件为行星齿轮机构的行星架4，所述第二转动元件为行星齿轮机构的齿圈5，第三转动元件为行星齿轮机构的太阳轮3。
如图3所示，电机1与行星架4连接，发动机2通过离合器9而与行星架4连接，制动器8可控制齿圈5的锁定与松开。因而，在该实施方式中，与电机1和发动机2连接的行星架4作为动力输入元件，太阳轮3作为动力输出元件，并将动力传递至输出端10。
图3所示的实施方式与图2所示的实施方式十分类似，不同之处在于：在图2所示的实施方式中，制动器8用于控制太阳轮3，并通常以齿圈5作为动力输出元件；而在图3所示的实施方式中，制动器8用于控制齿圈5，并通常以太阳轮3作为动力输出元件。因此，在上述两种实施方式中，输出端10分别位于齿圈5上和太阳轮3上。
下面参考图3来简要描述图3所示的实施方式的各个工作工况。
纯电机驱动工况：在该工况下，离合器9分离，制动器8锁定齿圈5，因而，电机1的动力通过行星架4和太阳轮3而传递至输出端10。
纯发动机驱动工况：在该工况下，离合器9接合，制动器8锁定齿圈5，此时发动机1的动力通过离合器9、行星架4和太阳轮3而传递至输出端10。与图2所示的实施方式类似，在纯发动机驱动工况中，发动机2可以驱动电机1发电，或者电机1的电路断开而仅进行空转。
电机和发动机混合驱动工况：在该工况下，离合器9接合，制动器锁定齿圈5，此时，电机1和发动机2的功率在行星架4上得以叠加，从而将电机1和发动机2的动力通过行星架4和太阳轮3而传递至输出端10。
此外，根据图3所示的实施方式，在驻车发电工况、刹车减速时发电工况以及电机1用作发动机2的启动电机时，与图2所示的实施方式的原理类似，在此不再详细描述。
虽然上述文字对本发明的具体实施方式进行了描述，但本领域的普通技术人员应该明白，本发明所包含的内容并不限于此，在不脱离本发明实质范围的前提下，可以作出各种修改、替换和变化。

Claims (10)

1.一种混合动力驱动系统，该混合动力驱动系统包括电机（1），发动机（2），离合器（9），制动器（8），输出端（10），以及具有第一转动元件、第二转动元件和第三转动元件的行星齿轮机构，其中：
所述电机（1）与所述第一转动元件连接，所述发动机（2）通过所述离合器（9）与所述第一转动元件连接；
所述制动器（8）与所述第二转动元件连接，用于控制该第二转动元件的锁定和松开；
所述输出端（10）与所述第三转动元件连接；
其中，所述第一转动元件为所述行星齿轮机构的行星架（4）。
2.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统，其中所述第二转动元件为所述行星齿轮机构的太阳轮（3）。
3.根据权利要求2所述的混合动力驱动系统，其中所述第三转动元件为所述行星齿轮机构的齿圈（5）。
4.根据权利要求3所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述离合器（9）分离，所述制动器（8）锁定所述太阳轮（3），所述电机（1）的动力通过所述行星架（4）和齿圈（5）传递至所述输出端（10）。
5.根据权利要求3所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述离合器（9）接合，所述制动器（8）锁定所述太阳轮（3），所述发动机（2）的动力通过所述离合器（9）、行星架（4）和齿圈（5）传递至所述输出端（10）。
6.根据权利要求5所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述发动机（2）驱动所述电机（1）发电。
7.根据权利要求5所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述电机（1）空转。
8.根据权利要求3所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述离合器（9）接合，所述制动器（8）锁定所述太阳轮（3），所述电机（1）和发动机（2）的动力一起通过所述行星架（4）和齿圈（5）而传递至所述输出端（10）。
9.根据权利要求3所述的混合动力传动系统，其特征在于，所述离合器（9）接合，所述制动器（8）松开所述太阳轮（3），所述发动机（2）驱动所述电机（1）发电。
10.根据权利要求1所述的混合动力传动系统，其特征在于，所述第二转动元件为所述行星齿轮机构的齿圈（5）。
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