CN102107658A - 一种混合动力系统和混合动力车 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种混合动力系统和混合动力车，包括复合电机单元，行星齿轮单元，第一离合器和第二离合器，发动机，第一制动器和第二制动器，以及单向离合器。本发明的混合动力系统，结合了行星齿轮单元的转速耦合特性和复合电机单元的电磁耦合特性，通过组合可以实现四个前进驱动模式，一个后退驱动模式，和一个停车充电模式，增强了驾驶乐趣。而且在优化燃油经济性的同时，也能兼顾动力输出，将混合动力系统在经济性与动力性方面的优势得以更充分的发挥。

Description

一种混合动力系统和混合动力车

技术领域

本发明涉及混合动力汽车领域，特别是涉及一种能实现多种驱动模式的混合动力系统和使用该动力系统的混合动力车。

背景技术

混合动力已成为当前汽车发展的重点，其节能减排的优势受到汽车企业与研究机构广泛重视，并投入大力予以研究和开发，且已有很多成型产品投放市场。在可以预见的未来，其将作为汽车发展的主流方向予以大规模的推广和运用。

现有混合动力一般为纯电动行驶和混合驱动两种模式，如比亚迪F3DM双模混合动力，为双离合+双电机结构，通过合理匹配可实现优于传统车的燃油经济性，但其结构复杂；另外也有三模功能的混合动力汽车系统，如雷克萨斯LS600hL三模混合动力，其三模功能分别为混合、动力和雪地三种模式，“混合”模式能平稳运行，适于市内或郊外行驶，“动力”模式加快加速踏板反应，“雪地”模式减缓加速踏板反应，易于在光滑路面加速，但其三模功能并非混合动力所特有，混合动力在经济性和动力性结合方面的优势并未得到充分发挥。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明的目的是提出一种混合动力系统，该系统可实现多种工作模式，分别为：电动、发电、电磁耦合、机电耦合。

本发明的混合动力系统，包括：

复合电机单元，所述复合电机单元包括第一复合电机和第二复合电机，所述第一和第二复合电机通过相互间电磁耦合传递转矩；

行星齿轮单元，所述行星齿轮单元包括共用太阳轮的第一行星齿轮机构和第二行星齿轮机构，其中第一行星齿轮机构内齿圈与第一复合电机的电机轴相连，同时第一行星齿轮机构行星架与第二行星齿轮机构内齿圈相连，并形成混合动力系统的输出端；

第一离合器和第二离合器；

发动机，所述发动机的输出端通过所述第一离合器与行星齿轮单元的太阳轮相连，并通过所述第二离合器与第二复合电机轴相连；以及

单向离合器，用于单向固定第二行星齿轮机构行星架。

作为优选，该混合动力系统还包括第一制动器，所述第一制动器用于制动行星齿轮单元太阳轮。

作为优选，该混合动力系统还包括第二制动器，所述第二制动器用于制动第二行星机构行星架。

作为优选，所述行星齿轮单元为双排行星齿轮单元，所述第一行星齿轮机构和第二行星齿轮机构为单排单级结构。

本发明的另一个目的是提供一种混合动力车，该车具有多种驱动模式。

本发明的混合动力车，其动力系统包括：

复合电机单元，所述复合电机单元包括第一复合电机和第二复合电机，所述第一和第二复合电机通过相互间电磁耦合传递转矩；

行星齿轮单元，所述行星齿轮单元包括共用太阳轮的第一行星齿轮机构和第二行星齿轮机构，其中第一行星齿轮机构内齿圈与第一复合电机的电机轴相连，同时第一行星齿轮机构行星架与第二行星齿轮机构内齿圈相连，并形成混合动力系统的输出端；

第一离合器和第二离合器；

发动机，所述发动机的输出端通过所述第一离合器与行星齿轮单元的太阳轮相连，并通过所述第二离合器与第二复合电机轴相连；以及

单向离合器，用于单向固定第二行星齿轮机构行星架。

作为优选，本发明混合动力车的动力系统还包括第一制动器，所述第一制动器用于制动行星齿轮单元太阳轮。

作为优选，本发明混合动力车的动力系统还包括第二制动器，所述第二制动器用于制动第二行星机构行星架。

作为优选，所述行星齿轮单元为双排行星齿轮单元，所述第一行星齿轮机构和第二行星齿轮机构为单排单级结构。

本发明的混合动力系统和混合动力车，通过第一复合电机的电动，和单向离合器的接合，产生第一前进驱动模式；通过第一复合电机的电动，和第一制动器的制动，产生第二前进驱动模式；通过第一复合电机的电动，第二复合电机的发电或耦合输出，第一制动器的制动，以及第二离合器的接合，产生第三前进驱动模式；通过第一复合电机和第二复合电机的电动，发动机的输出，以及第一和第二离合器的接合，产生第四前进驱动模式；通过第二复合电机的电动，第二制动器的制动，以及第一离合器的接合，产生第一后退驱动模式；通过第二复合电机的发电，第二离合器的接合，产生停车充电模式。

如上所述，本发明结合了行星齿轮单元的转速耦合特性和复合电机单元的电磁耦合特性，通过组合可以实现四个前进驱动模式，一个后退驱动模式，和一个停车充电模式，增强了驾驶乐趣。而且在优化燃油经济性的同时，也能兼顾动力输出，将混合动力系统在经济性与动力性方面的优势得以更充分的发挥。

附图说明

图1为本发明混合动力系统结构原理图。

1：复合电机单元；2：行星齿轮单元；3：输出端；M/G1：第一复合电机；M/G2：第二复合电机；B1：第一制动器；B2：第二制动器F：单向离合器；C1：第一离合器；C2：第二离合器，E：发动机。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。对于所属技术领域的技术人员而言，从对本发明的详细说明中，本发明的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。

本发明混合动力系统结构原理图如图1所示。其包括复合电机单元1，行星齿轮单元2，发动机E，并使用了第一离合器C1、第二离合器C2、第一制动器B1、第二制动器B2和单向离合器F共五个执行元件。

五个执行元件的作用如表1所示。

执行元件	作用
		C1	驱动共用太阳轮
C2	驱动前排内齿轮
		B1	制动共用太阳轮
B2	制动后排行星架
		F	单向固定后排行星架

表1

复合电机单元4包括第一复合电机M/G1和第二复合电机M/G2，两个复合电机为所属领域技术人员通常采用的电动/发电机，其可以具有相同的型号或功率，也可以具有不同的型号或功率。第一复合电机M/G1和第二复合电机M/G2之间非机械连接，而是通过相互间电磁耦合传递转矩。第一和第二复合电机即可以单独输出动力，也可以通过电磁耦合输出动力。

行星齿轮单元2包括第一行星齿轮机构G1和第二行星齿轮机构G2。行星齿轮单元2采用共用太阳轮的辛普森行星齿轮系。第一行星齿轮机构G1和第二行星齿轮机构G2分别为单排单级结构，所形成行星齿轮单元具有双排结构，第一行星齿轮结构G1位于前排，第二齿轮结构G2位于后排，并相互复合在一起。如图1的原理图所示，两个单排单级行星齿轮机构共用太阳轮SG，并且其中第一行星齿轮机构G1的内齿圈与第一复合电机M/G1的电机轴相连，同时第一行星齿轮机构G1行星架与第二行星齿轮机构G2内齿圈相连，形成混合动力系统的输出端3。

发动机E的输出端通过第一离合器C1与行星齿轮单元2的太阳轮SG相连，并通过第二离合器C2与第二复合电机M/G2的电机轴相连。

通过控制和组合各执行元件、发动机和复合电机的工作状态，本发明的混合动力系统能够实现多种工作模式，分别是：电动、发电、电磁耦合、机电耦合。并可以实现四个前进驱动模式，一个后退驱动模式，和一个停车充电模式。不同驱动模式下各执行元件状态如表2所示。

表2

[第一前进驱动模式]

当整车起步时，可采用纯电动驱动模式。此时发动机E不工作，离合器C1、C2分离，单向离合器F接合，复合电机单元2的第一复合电机M/G1工作在电动状态。M/G1驱动前排第一行星齿轮机构G1的内齿圈顺时针旋转，第一行星齿轮机构G1是动力输出端，旋转阻力较大，可暂时视为固定，于是行星轮顺时针旋转，共用太阳轮SG逆时针旋转。后排第二行星齿轮G2共用太阳轮SG逆时针旋转，行星轮顺时针旋转；后排第二行星齿轮G2内齿圈是动力输出端，旋转阻力较大，行星轮顺时针旋转会带动行星架有逆时针旋转的趋势，此时单向离合器F锁止，防止行星架逆时针旋转，于是内齿圈被行星轮顺时针驱动旋转。从而获得较大传动比的同向输出，相当于低档驱动。

[第二前进驱动模式]

当整车小负荷驱动行驶时，也可用纯电动驱动模式，但需较小的输出传动比以获得较高的驱动效率。此时制动器B1工作，复合电机单元1的M/G1工作在电动状态，驱动前排第一行星齿轮机构G1内齿圈，内齿圈顺时针旋转，由于制动器B1固定了共用太阳轮SG，则行星齿轮顺时针旋转的同时在太阳轮SG上带动行星架顺时针旋转。其可获得较小的传动比，因此相当于高档驱动。

[第三前进驱动模式]

当整车在中等负荷行驶时，可采用电磁耦合方式满足较大驱动功率需求。此时离合器C2接合，复合电机M/G1和M/G2都处于工作状态，制动器B1工作，传动比相当于高档行驶。发动机不直接与输出轴3相连，而是通过复合电机系统耦合输出，其中第一复合电机M/G1工作于电动状态，第二复合电机M/G2工作在发电或耦合输出状态，发动机的功率可通过第一复合电机M/G1发电供第二复合电机M/G2驱动，或有富裕电量存储于电池，或是通过第二复合电机M/G2直接耦合到第一复合电机M/G1并直接用于输出驱动，从而可实现电磁耦合大功率输出和行车充电功能。

[第四前进驱动模式]

当整车大负荷驱动需求时，可采用机电耦合方式输出。离合器C1和C2都接合，复合电机太阳轮，行星齿轮单元中有2个部件同时被输入轴转速驱动，整个行星齿轮单元2作为一个整体。复合电机M/G1和M/G2都工作在电动状态，第一复合电机M/G1，前排第一行星齿轮机构G1内齿圈，发动机E和第二复合电机M/G2驱动旋转，传动比为1。而此时三个动力源出力，以机电耦合方式输出，可满足大功率驱动需求。

[停车充电模式]

当停车充电时，第二离合器C2接合，发动机E带动第二复合电机M/G2工作在发电状态，给电池组充电。

[第一后退驱动模式]

当倒车时，为纯电动驱动。第二复合电机M/G2工作于电动状态，离合器C1接合，M/G2驱动共用太阳轮SG，太阳轮SG顺时针旋转，太阳轮SG与行星齿轮外啮合，行星轮逆时针旋转，第二制动器B2工作并固定行星架，因行星齿轮在行星架上逆时针旋转，于是行星轮驱动内齿圈逆时针减速旋转，从而获得与输入反向的动力输出，用于倒车驱动。

本发明的另一个目的是提供一种混合动力车。该混合动力车具有上述的混合动力系统，由该混合动力系统驱动混合动力车的车轮使混合动力车运行。通过控制和组合该混合动力车的动力系统中各执行元件、发动机和复合电机的工作状态，本发明的混合动力车能够实现多种工作模式，分别是：电动、发电、电磁耦合、机电耦合。并可以实现四个前进驱动模式，一个后退驱动模式，和一个停车充电模式。

从以上对本发明的结构和工作模式的说明可以看出，本发明结合了行星齿轮单元的转速耦合特性和复合电机单元的电磁耦合特性，通过组合可以实现四个前进驱动模式，一个后退驱动模式，和一个停车充电模式，增强了驾驶乐趣。而且在优化燃油经济性的同时，也能兼顾动力输出，将混合动力系统在经济性与动力性方面的优势得以更充分的发挥。因此，本发明的优点是显而易见的。

应当理解，本发明虽然已通过以上实施例及其附图而清楚说明，然而在不背离本发明精神及其实质的情况下，所属技术领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的变化和修正，但这些相应的变化和修正都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种混合动力系统，其特征在于，包括：

复合电机单元，所述复合电机单元包括第一复合电机和第二复合电机，所述第一和第二复合电机通过相互间电磁耦合传递转矩；

行星齿轮单元，所述行星齿轮单元包括共用太阳轮的第一行星齿轮机构和第二行星齿轮机构，其中第一行星齿轮机构内齿圈与第一复合电机的电机轴相连，同时第一行星齿轮机构行星架与第二行星齿轮机构内齿圈相连，并形成混合动力系统的输出端；

第一离合器和第二离合器；

发动机，所述发动机的输出端通过所述第一离合器与行星齿轮单元的太阳轮相连，并通过所述第二离合器与第二复合电机轴相连；以及

单向离合器，用于单向固定第二行星齿轮机构行星架。

2.如权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于，还包括：

第一制动器，所述第一制动器用于制动行星齿轮单元太阳轮。

3.如权利要求1或2所述的混合动力系统，其特征在于，还包括：

第二制动器，所述第二制动器用于制动第二行星机构行星架。

4.如权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于，所述行星齿轮单元为双排行星齿轮单元，所述第一行星齿轮机构和第二行星齿轮机构为单排单级结构。

5.一种混合动力车，包括混合动力系统，其特征在于，所述混合动力系统包括：

复合电机单元，所述复合电机单元包括第一复合电机和第二复合电机，所述第一和第二复合电机通过相互间电磁耦合传递转矩；

行星齿轮单元，所述行星齿轮单元包括共用太阳轮的第一行星齿轮机构和第二行星齿轮机构，其中第一行星齿轮机构内齿圈与第一复合电机的电机轴相连，同时第一行星齿轮机构行星架与第二行星齿轮机构内齿圈相连，并形成混合动力系统的输出端；

第一离合器和第二离合器；

发动机，所述发动机的输出端通过所述第一离合器与行星齿轮单元的太阳轮相连，并通过所述第二离合器与第二复合电机轴相连；以及

单向离合器，用于单向固定第二行星齿轮机构行星架。

6.如权利要求5所述的混合动力车，其特征在于，所述混合动力系统还包括：

第一制动器，所述第一制动器用于制动行星齿轮单元太阳轮。

7.如权利要求5或6所述的混合动力车，其特征在于，所述混合动力系统还包括：

第二制动器，所述第二制动器用于制动第二行星机构行星架。

8.如权利要求5所述的混合动力车，其特征在于，所述行星齿轮单元为双排行星齿轮单元，所述第一行星齿轮机构和第二行星齿轮机构为单排单级结构。

Images