CN102815194B - 混合动力传动装置及混合动力汽车 - Google Patents

Abstract

本发明具体实施例的混合动力传动装置，用于连接发动机、第一电机、第二电机至动力输出轴，所述传动装置包括第一行星排和第二行星排，其中，所述第一行星排的齿圈连接至发动机，第一、二行星排共用同一个行星架，所述行星架连接至第一电机，所述第一行星排的太阳轮连接至第二电机，所述第二行星排的齿圈连接至动力输出轴。本发明还提供混合动力汽车的具体实施例。本实施例的混合动力传动装置、混合动力汽车采用双行星排机构，可实现无级变速；另外，发动机、第一电机以及第二电机三个输入的转矩耦合后传递到输出端，并最终传递到车轮，因此，在实际使用时，上述三个输入端的不同工作模式和状态的组合可以产生多种不同的输出模式。

Description

混合动力传动装置及混合动力汽车

技术领域

本发明涉及一种混合动力汽车，尤其涉及一种混合动力汽车的传动装置。

背景技术

由于能源短缺以及公众环保意识的增强，环保的电动汽车或燃料电池汽车便应运而生，然而由于技术的制约，上述类型的汽车还难以在短时间内全面推广，因此，技术上比较成熟的混合动力汽车是目前比较理想的一种选择。

混合动力汽车(HEV，Hybrid-Electric Vehicle)作为一种新兴的节能环保型汽车，其技术和市场处于一种蓬勃的发展阶段，混合动力汽车与传统汽车及纯电动汽车相比，最大差别是动力系统。对于并联和混联式HEV，动力耦合系统负责将HEV的多个动力组合在一起，实现多动力源间合理的功率分配并把动力传给驱动桥，它在HEV开发中处于重要地位，其性能直接关系到HEV整车性能是否达到设计要求，是HEV最核心部分。行星轮系具有多自由度、输入输出灵活可控的特点，而且结构紧凑、体积小、速比大，因此被越来越多的混合动力汽车动力耦合系统所采用，这也是当今混合动力汽车动力总成发展的一种趋势。

1997年丰田推出首款混合动力汽车Prius，2005年又推出了搭载最新第3代机电混合动力系统的2006款Prius，仍采用THS混联式结构，行星齿轮系统对发动机的输出功率进行重新分配，达到合理平衡发动机负荷的目的。附图1所示即为丰田Prius混合动力轿车变速器的结构原理图，包括发动机e、电机MG1、电机MG2以及包括一个单行星排的动力耦合系统等部件，在此机构中，发动机e通过减震阻尼器与单行星排的行星架a相连，并通过行星齿轮b将动力传递给外齿圈c和太阳轮d，外齿圈c与输出轴相连，输出轴通过减速齿轮组e和电机MG2的转子相连，太阳轮d与电机MG1的转子相连，输出轴通过链传动系统f、主减速器g以及差速器h将动力传递给车轮。该系统将发动机e大部分转矩直接传递到输出轴上，将小部分转矩传给电机MG1以用于发电，电机MG1发出的电能根据指令用于电池充电或驱动电机MG2，以增加驱动力。这种结构可以通过调节电机MG1的转矩和转速使发动机一直处于高效率区或低排放区，此外，通过调节行星排各元件的转速，使其像无级变速器一样工作。

然而，由于该变速器的两个电机MG1、MG2布置在单行星排的两侧，并共用一套冷却系统，因此电机冷却系统布置复杂，电机系统集成度低，并且行星排两侧的传动轴不等长，不利于前舱布置。此外，电机MG1和发动机e并排布置于行星排同侧，由于两者距离比较近，并且电机MG1的最佳工作温度为60℃，而发动机e的最佳工作温度为90℃，因此电机MG1会受到发动机e散热的影响而快速升温，使相应的电机冷却系统经常处于工作状态，进而影响整车的效率。

由于该变速器采用单排行星轮系，其减速比低，从而要求电机的转速变化范围宽，对转矩的要求高，所以，对电机的制造精度、转速/扭矩特性及其动平衡要求十分苛刻；为了达到足够的减速比，输出轴的减速装置采用了包括链传动系统f、主减速器g的多级传动部件，进一步加大了系统的复杂性，提高了系统对空间布置的要求。

中国专利文献上公开的一种公开号为CN 101149094A的基于双行星排的混合动力驱动装置，包括内燃机、电机、动力输出端以及前、后行星排，前行星排的行星架与后行星排的齿圈相连接，前、后行星排的太阳轮共同连接到电机轴上，发动机通过离合器可选择地与前行星排的齿圈或行星架连接，后行星排的行星架与输出端连接。由于其前、后行星排为并排布置，因此其外形尺寸较大，结构不够紧凑；由于只有二个输入轴和一个电机，因此，对电机的控制要求比较高。

有鉴于此，实有必要提出一种新的混合动力传动装置，以解决或改善上述技术问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种新的混合动力传动装置，其可实现无级变速，并具有多种不同的功率输出模式。

为实现上述目的，本发明提供一种混合动力传动装置，用于连接发动机、第一电机、第二电机至动力输出轴，所述传动装置包括第一行星排和第二行星排，其中，所述第一行星排的齿圈连接至发动机，第一、二行星排共用同一个行星架，所述行星架连接至第一电机，所述第一行星排的太阳轮连接至第二电机，所述第二行星排的齿圈连接至动力输出轴。

可选地，还包括连接第一行星排的太阳轮与第二行星排的太阳轮的第一离合器，及连接第一行星排的齿圈与行星架的第二离合器。

可选地，还包括用于对第一电机进行锁止控制的第一制动器，及用于对第二行星排的太阳轮进行锁止控制的第二制动器。

可选地，还包括连接第一行星排的齿圈与行星架的第二离合器。

可选地，所述第一、二行星排均包括第一级行星轮、第二级行星轮，所述第一级行星轮与齿圈相啮合，所述第二级行星轮位于太阳轮、第一级行星轮之间并与它们相啮合。

可选地，所述第一电机、第二电机位于第一、二行星排的同一侧，所述发动机位于第一、二行星排的另一侧。

可选地，所述第一电机与所述第二电机集成为一体。

为实现上述目的，本发明还提供一种混合动力汽车，包括发动机、第一电机、第二电机及如前面所述的混合动力传动装置。

可选地，还包括CAN总线、发动机控制器、整车控制单元、电机控制单元、电池与电池控制器。

与现有技术相比，本实施例的混合动力传动装置、混合动力汽车采用双行星排机构，可实现无级变速；另外，发动机、第一电机以及第二电机三个输入的转矩耦合后传递到输出端，并最终传递到车轮，因此，在实际使用时，上述三个输入端的不同工作模式和状态的组合可以产生多种不同的输出模式。

附图说明

图1是丰田Prius混合动力轿车变速器的结构原理图。

图2是本发明提供的混合动力传动装置具体实施例的结构示意图。

图3是图2所示混合动力传动装置中第一、二行星排的结构示意图。

图4是本发明提供的混合动力汽车具体实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

图2是本发明提供的混合动力传动装置具体实施例的结构示意图。图3是图2所示混合动力传动装置中前、第二行星排的结构示意图。请参照图2与图3所示，根据本发明的混合动力传动装置用于连接发动机ICE、第一电机E1、第二电机E2至动力输出轴85，该混合动力传动装置包括第一行星排4和第二行星排5，其中，第一行星排4包括太阳轮41、行星轮42、齿圈43，第二行星排5包括太阳轮51、行星轮52、齿圈53，第一行星排4与第二行星排共用同一个行星架45。第一行星排4的齿圈43连接至发动机ICE，行星架45的转轴与第一电机E1的转子相连接，第一行星排4的太阳轮41的转轴与第二电机E2的转子相连接，第二行星排5的齿圈53连接至动力输出轴85以向车轮输出动力。本实施例的传动装置采用双行星排机构，可实现无级变速；另外，发动机ICE、第一电机E1以及第二电机E2三个输入的转矩耦合后传递到输出端，并最终传递到车轮，因此，在实际使用时，上述三个输入端的不同工作模式和状态的组合可以产生多种不同的输出模式。

行星架45适合自转，包括中心轴456、与中心轴456平行设置的数个支杆452及垂直中心轴456设置的连接部454。其中，中心轴456是行星架45自转过程中的转轴；支杆452进入第一、二行星架4、5行星轮42、52的中心，作为行星轮42、52在自转过程中的转动轴；连接部454连接中心轴456、支杆452，使整个行星架45成为一个整体。

第一行星排4的太阳轮41可转动地套设在行星架45的中心轴456外，行星轮42嵌套在行星架45的支杆452上。行星轮42为双级行星轮，包括第一级行星轮42a、第二级行星轮42b；其中，第一级行星轮42a与齿圈43相啮合，第二级行星42b轮位于太阳轮41、第一级行星轮42a之间并与它们相啮合。为了受力平衡，第一级行星轮42a、第二级行星轮42b均可以设置为多个，比如为3、4或6个，并使它们在圆周方向上等分布置。在本实施例中，第一级行星轮42a、第二级行星轮42b的数目都为3个。

第二行星排5的太阳轮51可转动地套设在第一行星排4的太阳轮41的转轴外，行星轮52嵌套在行星架45的支杆452上。与第一行星排4类似，第二行星排5的行星轮52为双级行星轮，包括第一级行星轮52a、第二级行星轮52b；其中，第一级行星轮52a与齿圈53相啮合，第二级行星52b轮位于太阳轮51、第一级行星轮52a之间并与它们相啮合。为了受力平衡，第一级行星轮52a、第二级行星轮52b均可以设置为多个，比如为3、4或6个，并使它们在圆周方向上等分布置。在本实施例中，第一级行星轮52a、第二级行星轮52b的数目都为3个。

发动机ICE的转轴12可以直接连接在第一行星排4的齿圈43，以将来自发动机ICE的动力通过第一行星排4或第二行星排5传递给车轮或第一电机E1、第二电机E2。在本实施例中，发动机ICE的转轴12通过一个减震阻尼器15间接与第一行星排4的齿圈43相连接；减震阻尼器15与发动机ICE之间设有第三离合器13以控制两者之间的断开与接合。

第二行星排5的齿圈53可以直接连接至动力输出轴85，以驱动车辆的前进或后退。在本实施例中，第二行星排5的齿圈53通过由齿轮组构成的主减速器(图中未标号)与差速器齿轮82相连接，所述主减速器包括与齿圈53相连接的主减速齿轮71、设于主减速齿轮71旁侧并与其啮合的主减速输入齿轮72、与主减速输入齿轮72同轴相连接的主减速输出齿轮73，主减速输出齿轮73与差速器齿轮82啮合从而输出动力至差速器D、动力输出轴85及车轮(未图示)。

本实施例中的混合动力传动装置还包括连接第二行星排5的太阳轮51与第一行星排4的太阳轮41的第一离合器C1，及连接第一行星排4的齿圈43与行星架45的第二离合器C2。具体地，第一离合器C1的一边与第一行星排4的太阳轮41的转轴(图中未标示)相连接，另一边与第二行星排5的太阳轮51的转轴(图中未标号)相连接；第二离合器C2的一边与第一行星排4的齿圈43的转轴(图中未标号)相连接，另一边与行星架45的转轴456相连接。通过控制第一离合器C1、第二离合器C2的接合与断开，可以使混合动力传动装置具有更多种类的工作模式，从而降低系统对电机(包括第一电机E1、第二电机E2)的转速和转矩的要求，减小了电机的加工制造难度。不仅如此，第二离合器C2接合时直接连通发动机ICE与第一电机E1，可以使第一电机E1与发动机ICE等速同步，从而提高发动机ICE与第一电机E1之间的能量转移或转化效率。

本实施例中的混合动力传动装置还包括用于对第一电机E1进行锁止控制的第一制动器B1，及用于对第二行星排5的太阳轮51进行锁止控制的第二制动器B2。具体地，第一制动器B1的一边固定在传动装置的壳体20上，另一边连接在第一电机E1的转子(图中未标号)相连接；第二制动器B2的一边固定在壳体20上(图中未显示第二制动器B2是如何固定在壳体20上的，但这属于本领域技术人员很容易实现的技术，因而这里不赘述)，另一边连接在第二行星排5的太阳轮51上。本实施例的混合动力传动装置在不需要第一电机E1或第二行星排5的太阳轮51转动时，可以利用第一制动器B1、第二制动器B2分别对第一电机E1、第二行星排5的太阳轮51进行锁止操作，避免不必要的能量损耗，提高系统的效率。

本实施例中，混合动力传动装置的第一电机E1、第二电机E2位于两个行星排(即第一行星排4与第二行星排5)的同一侧，发动机ICE位于两个行星排的另一侧。与传统的两个电机位于行星排不同侧的结构相比，本实施例中的两个电机位于行星排同一侧的设计可以降低其所需的冷却系统的复杂度。不仅如此，电机的最佳工作温度为60℃，发动机的最佳工作温度为90℃，传统设计中电机和发动机并排布置于行星排同侧，两者距离比较近，因此电机会受到发动机散热的影响而快速升温，使相应的电机冷却系统经常处于工作状态，进而影响整车的效率；而本实施例中发动机、电机位于行星排不同侧的设计则可以很好的避免发动机对电机的升温效应。在其它实施方式中，第一电机E1与第二电机E2可以集成为一体。

图4是本发明提供的混合动力汽车具体实施例的结构示意图。请参照图4所示，混合动力汽车1000包括发动机ICE、第一电机E1、第二电机E2、差速器D及连接上述装置的混合动力传动装置100。工作中，混合动力传动装置100可以将发动机ICE、第一电机E1或第二电机E2提供的动力传递给差速器D，以驱动车轮；也可以将发动机ICE提供的动力部分或全部传递给第一电机E1或第二电机E2，并转化为电能而储存起来；还可以在制动过程中将汽车的动能传递给第一电机E1或第二电机E2，进而转化为电能而储存起来。在具体实施中，混合动力传动装置100可以是图2、图3所示实施例中的混合动力传动装置。

混合动力汽车1000还包括控制总线900、发动机控制器EMS、整车控制单元VCU、电机控制单元MCU、电池300与电池控制器BMS。其中，电池300可以是300V的高压蓄电池；在第一电机E1或第二电机E2作为电动机使用时，电池300可为第一电机E1或第二电机E2提供电力；在第一电机E1或第二电机E2作为发电机使用时，电池300可将第一电机E1或第二电机E2产生的电力保存。

电池控制器BMS连接控制总线900与电池300，用于根据总线900提供的信息(如电机需求的电流大小等)对电池300进行控制，也用于将检测到的电池信息(如电池电量、电池输出电流等信息)发送给控制总线900。

电机控制单元MCU连接控制总线900与第一电机E1、第二电机E2，用于根据总线900提供的信息(如需求的电机转速等)对第一电机E1或第二电机E2进行控制，也用于将检测到的电机信息(如电机的实际转速、电机的温度等信息)发送给总线900。在本实施例中，电机控制单元MCU通过一个连接器(connector)500实现对两个电机(即第一电机E1、第二电机E2)的连接。

整车控制单元VCU连接在控制总线900，用于从控制总线900处获得车辆的各种信息(如加速踏板开度信号、制动踏板信号、输入的车速信号、最大放电电流和最大充电电流等信息)，并对上述信息进行处理以生成各种控制信号，而后将控制信息发送至对应的控制单元，从而实现对整车的控制。

发动机控制器EMS连接控制总线900与发动机ICE，用于根据总线900提供的信息(如需求的发动机转速等)对发动机ICE进行控制，也用于将检测到的发动机信息(如发动机的实际转速、发动机的温度等信息)发送给控制总线900。

在本实施例中，控制总线900为车辆上常用的CAN总线(Controller AreaNetwork BUS)。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种混合动力传动装置，用于连接发动机、第一电机、第二电机至动力输出轴，所述传动装置包括第一行星排和第二行星排，其特征在于，所述第一行星排的齿圈连接至发动机，第一、二行星排共用同一个行星架，所述行星架连接至第一电机，所述第一行星排的太阳轮连接至第二电机，所述第二行星排的齿圈连接至动力输出轴；

还包括连接第一行星排的太阳轮与第二行星排的太阳轮的第一离合器，及连接第一行星排的齿圈与行星架的第二离合器。

2.如权利要求1所述的混合动力传动装置，其特征在于，还包括用于对第一电机进行锁止控制的第一制动器，及用于对第二行星排的太阳轮进行锁止控制的第二制动器。

3.如权利要求2所述的混合动力传动装置，其特征在于，所述第一、二行星排均包括第一级行星轮、第二级行星轮，所述第一级行星轮与齿圈相啮合，所述第二级行星轮位于太阳轮、第一级行星轮之间并与它们相啮合。

4.如权利要求1所述的混合动力传动装置，其特征在于，所述第一电机、第二电机位于第一、二行星排的同一侧，所述发动机位于第一、二行星排的另一侧。

5.如权利要求4所述的混合动力传动装置，其特征在于，所述第一电机与所述第二电机集成为一体。

6.一种混合动力汽车，其特征在于，包括发动机、第一电机、第二电机及如权利要求1至5任一项所述的混合动力传动装置。

7.如权利要求6所述的混合动力汽车，其特征在于，还包括CAN总线、发动机控制器、整车控制单元、电机控制单元、电池与电池控制器。