CN104723857A - 混合动力变速器、混合动力驱动系统及混合动力车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种混合动力变速器，包括：输入构件；静止构件；输出构件；第一转矩传递机构和第二转矩传递机构；具有第一节点、第二节点和第三节点的行星齿轮组；第三节点与第一电机连续地连接，输入构件一端连续地连接到第一节点上，另一端连续地连接到发动机上；第一转矩传递机构选择地接合以将第二节点连接到静止构件上，输出构件与第二电机连续地连接，第二转矩传递机构连接在第二节点与第二电机之间或第二节点与输出构件之间，第二转矩传递机构选择地接合以将第二节点连接到第二电机或输出构件上。本发明的混合动力变速器，实现纯电驱动模式、串联模式和混合驱动模式这三种驱动模式时只采用了两个离合器，因而结构简单、紧凑。

Description

混合动力变速器、混合动力驱动系统及混合动力车辆

技术领域

本发明属于混合动力技术领域，特别是涉及一种混合动力变速器、混合动力驱动系统及混合动力车辆。

背景技术

混合动力变速器可以通过多种方式改进车辆燃料经济性。例如，发动机可以在怠速、减速、制动和相对低车速或低负荷运行期间关闭，采用纯电驱动模式，以消除由于发动机阻力导致的效率损失。通过再生制动产生或由电机在发动机运行期间发电存储在动力电池中的能量，可在纯电驱动模式下被利用，或在混合驱动模式下补充发动机的转矩或功率。

通过电机在发动机运行期间对发动机转矩或功率的瞬态补充，从而在不明显降低车辆的性能的前提下降低发动机的尺寸。另外，来自动力电池的电力通过电机用作可变转矩储备，从而允许变速器以相对较低的速比运行。

混合动力车辆能够有效的结合至少两种不同的动力源来进行驱动，目前大部分混合动力车辆都是油电混合，即包括从燃油得到动力的发动机和由电力驱动的电动机。为了最大程度上改善发动机的燃烧效率，国内外很多汽车厂商开发的混合动力系统都采用了双电机结构，即除驱动电机外，还增加了一个发电机。由于同时存在发动机、发电机和驱动电机，三者之间的连接和控制将直接影响混合动力车辆的性能。

目前，利用行星齿轮和双电机实现纯电驱动模式、串联模式和混合驱动模式的车辆有通用公司的沃兰达（Volt），但是，其三模式驱动的功能实现需要3个多片离合器，并且为了实现纯电驱动模式，需要采用大扭矩容量的离合器来锁止齿圈。可见，现有的混合动力变速器，零部件较多，导致混合动力变速器的结构复杂及系统效率低，且由于需要大扭矩容量的离合器，因此成本高昂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有的混合动力变速器在发动机独立驱动时很难满足车辆的中速或高速高负荷工况的缺陷，提供一种混合动力变速器。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

提供一种混合动力变速器，包括：

输入构件；

静止构件；

输出构件；

第一转矩传递机构和第二转矩传递机构；

具有第一节点、第二节点和第三节点的行星齿轮组；

其中，所述第三节点与第一电机连续地连接，所述输入构件一端连续地连接到所述第一节点上，另一端连续地连接到发动机上；所述第一转矩传递机构选择地接合以将所述第二节点连接到所述静止构件上，所述输出构件与第二电机连续地连接，所述第二转矩传递机构连接在所述第二节点与所述第二电机之间或所述第二节点与所述输出构件之间，所述第二转矩传递机构选择地接合以将所述第二节点连接到所述第二电机或所述输出构件上。

进一步地，所述行星齿轮组为单排单级行星齿轮组，所述第一节点、第二节点及第三节点分别为所述单排单级行星齿轮组的齿圈、行星架及太阳轮。

进一步地，所述行星齿轮组为单排双级式行星齿轮组，所述第一节点、第二节点及第三节点分别为所述单排双级式行星齿轮组的行星架、齿圈及太阳轮。

进一步地，所述混合动力变速器还包括连接在发动机曲轴与所述输入构件之间的扭转减震器。

进一步地，所述输入构件为一与发动机曲轴同轴设置的输出轴，所述第一电机及第二电机的输出轴与所述输入构件同轴设置。

进一步地，所述第二转矩传递机构连接在所述第二节点与所述第二电机之间，所述混合动力变速器还包括连接在的所述第二电机与所述输出构件之间的减速机构。

进一步地，所述混合动力变速器还包括第三转矩传递机构，所述第三转矩传递机构选择地接合以将所述第一节点连接到所述静止构件上。

根据本发明的混合动力变速器，输入构件一端连续地连接到行星齿轮组的第一节点上，另一端连续地连接到发动机上，第一转矩传递机构选择地接合以将所述第二节点连接到静止构件上，第二电机连续地连接到输出构件上，第二转矩传递机构连接在第二节点与第二电机之间或第二节点与输出构件之间，第二转矩传递机构选择地接合以将第二节点连接到第二电机或输出构件上，这样，通过第一转矩传递机构和第二转矩传递机构的接合和分离，可实现发动机停机（关闭）而第二电机独立驱动的纯电驱动模式、发动机运转驱动第一电机发电而第二电机独立驱动的串联模式和发动机与第一电机和/或第二电机共同驱动的混合驱动模式。且在混合驱动模式下，可通过调节第一电机的转速来实现发动机的无极调速，优化发动机工作点，第二电机则通过对动力电池充电和输出扭矩，可以起到可变转矩储备的作用。根据不同的工况采用合适的驱动模式，以实现动力系统的最高效率。另外，本发明的的混合动力变速器在实现上述的三种驱动模式时只需采用两个离合器，并且离合器扭矩容量无特殊要求，可以采用离合器扭矩容量小的离合器，且在纯电驱动模式下又不需要锁止齿圈的锁止离合器，因而，相对于现有的混合动力变速器，本发明提供的混合动力变速器零部件较少，结构简单、紧凑，能量传递损失较少，由该混合动力变速器组成的混合动力驱动系统其工作效率高。

另外，本发明还提供了一种混合动力驱动系统，包括：

发动机；

输入构件；

静止构件；

输出构件；

第一电机和第二电机；

第一转矩传递机构和第二转矩传递机构；

具有第一节点、第二节点和第三节点的行星齿轮组；

其中，所述第一电机连续地连接到所述第三节点上，所述输入构件一端连续地连接到所述第一节点上，另一端连续地连接到所述发动机上；所述第一转矩传递机构选择地接合以将所述第二节点连接到所述静止构件上，所述第二电机连续地连接到所述输出构件上，所述第二转矩传递机构连接在所述第二节点与所述第二电机之间或所述第二节点与所述输出构件之间，所述第二转矩传递机构选择地接合以将所述第二节点连接到所述第二电机或所述输出构件上。

进一步地，在所述发动机关闭且所述第二电机独立驱动时，所述第二转矩传递机构分离，以建立纯电驱动模式；在所述发动机运转且所述第二电机独立驱动时，所述第一转矩传递机构接合且所述第二扭矩传递机构分离，以建立串联模式；在所述发动机与所述第一电机和/或第二电机共同驱动时，所述第一转矩传递机构分离且所述第二扭矩传递机构接合，以建立混合驱动模式。

另外，本发明还提供了一种混合动力车辆，其包括上述的混合动力驱动系统。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的混合动力驱动系统的结构简图；

图2是图1所示的混合动力驱动系统一实施例的结构示意图；

图3是图1所示的混合动力驱动系统另一实施例的结构示意图；

图4是本发明另一实施例提供的混合动力驱动系统的结构简图。

说明书中的附图标记如下：

1、输入构件；2、静止构件；3、输出构件；31、输入齿轮；32、第一中间齿轮；33、第二中间齿轮；34、输出齿轮；35、行星齿轮差速器；4、第一电机；40、电机壳体；41、第一电机的输出轴；5、第二电机；51、第二电机的输出轴；6、第一转矩传递机构；60、第一多片离合器；7、第二转矩传递机构；70、第二多片离合器；8、行星齿轮组；81、太阳轮；82、行星架；83、齿圈；9、扭转减震器；10、发动机；11、曲轴；20、行星轮减速机构；21、齿圈；22、行星架；23、太阳轮。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参照图1及图2，本发明一实施例提供的混合动力驱动系统，包括发动机10、输入构件1、静止构件2、输出构件3、第一电机4、第二电机5、第一转矩传递机构6和第二转矩传递机构7以及具有第一节点A、第二节点B和第三节点C的行星齿轮组8；其中，所述第一电机连续4地连接到所述第三节点C上，所述输入构件1一端连续地连接到所述第一节点A上，另一端连续地连接到发动机10上；所述第一转矩传递机构6选择地接合以将所述第二节点B连接到所述静止构件2上，所述第二电机4连续地连接到所述输出构件3上，所述第二转矩传递机构7连接在所述第二节点B与所述第二电机5之间，所述第二转矩传递机构7选择地接合以将所述第二节点B连接到所述第二电机5上。

上述的输入构件1、静止构件2、输出构件3、第一转矩传递机构6和第二转矩传递机构7构成本实施例的混合动力变速器。

行星齿轮组8的第一节点A、第二节点B和第三节点C为转矩输入或输出的三个位置。

作为公知常识，在第一节点A、第二节点B和第三节点C均连接有元件（非自由）的情况下，行星齿轮组具有以下特性：

（1）转矩由行星齿轮组的第一节点、第二节点和第三节点中任意一个节点输入，在其它两个节点均未被锁死时，输入的转矩从其它两个节点输出。

（2）转矩由行星齿轮组的第一节点、第二节点和第三节点中任意一个节点输入，在其中一个节点被锁死时，输入的转矩只能从未被锁死的另一个节点输出。

（3）转矩由行星齿轮组的第一节点、第二节点和第三节点中任意两个节点输入，在另外一个节点未被锁死时，输入的转矩合成后从另外一个节点输出。

这样，在所述发动机10关闭且所述第二电机5独立驱动时，所述第二转矩传递机构7分离，以建立纯电驱动模式；在所述发动机1运转且所述第二电机5独立驱动时，所述第一转矩传递机构6接合且所述第二扭矩传递机构7分离，以建立串联模式；在所述发动机1与所述第一电机4和/或第二电机5共同驱动时，所述第一转矩传递机构6分离且所述第二扭矩传递机构7接合，以建立混合驱动模式。纯电驱动模式、串联模式及混合驱动模式的建立条件请参照表1。

表1

第一扭矩传递机构	第二扭矩传递机构	发动机	驱动模式
				接合或分离	分离	关闭	纯电驱动模式
接合	分离	运转	串联模式
				分离	接合	运转	混合驱动模式

本实施例中，第一电机4与第二电机5均为电动/发电机（M/G）。

本实施例中，如图2所示，所述输入构件1为一与发动机曲轴11同轴设置的输出轴。更为优选地，所述第一电机的输出轴41及第二电机的输出轴51与所述输入构件1（输出轴）同轴设置。这样，发动机10、第一电机4及第二电机5直线排列，从而使得该混合动力变速器结构紧凑及占用空间少。

静止构件32可以是第一电机壳体、第二电机壳体、变速器壳体及其它相对车身静止的构件。本实施例中，优选地，如图2所示，第一电机4与第二电机5共用一个电机壳体40，第一电机4的转子即第二电机5的转子呈直线排列在所述电机壳体40中，这样，使得该混合动力变速器结构更为紧凑。

第一转矩传递机构6和第二扭矩传递机构7可以是多片离合器、单盘离合器、多盘离合器及带锁止的单向离合器等，本实施例中，第一转矩传递机构6和第二扭矩传递机构7均为多片离合器。如图2所示，第一转矩传递机构6和第二扭矩传递机构7分别为第一多片离合器60及第二多片离合器70。

本实施例中，如图2所示，所述行星齿轮组8为由太阳轮81、行星架82和齿圈83组成的单排单级行星齿轮组（例如2K-H(NGW)型行星齿轮组），所述第一节点A、第二节点B及第三节点C分别为所述单排单级行星齿轮组的齿圈83、行星架82及太阳轮81。具体地，输入构件1与行星齿轮组的齿圈83相连，第一电机4的转子与行星齿轮组的太阳轮81相连，行星齿轮组的行星架82与第一多片离合器60的內毂和第二多片离合器70的外毂相连，第一多片离合器60的外毂与电机外壳40相连，第二多片离合器62的內毂与输出构件3相连。

输出构件3为常规部件，输出构件3可以是或者包括行星齿轮组、一个或多个并联的轴齿轮组、链条传动机构及皮带传动机构等，本实施例中，输出构件3包含两级减速的轴齿轮组和行星齿轮差速器，具体地，如图2所示，所述输出构件3包括与第二电机的输出轴51连接的输入齿轮31、与所述输入齿轮31啮合的第一中间齿轮32、与所述第一中间齿轮32同轴设置的第二中间齿轮33、与所述第二中间齿轮33啮合的输出齿轮34及行星齿轮差速器35，所述输出齿轮34固定或一体形成在所述行星齿轮差速器35的壳体上，所述行星齿轮差速器35的左端半锥齿轮及右端半锥齿轮分别连接左右半轴36，所述左右半轴36分别连接左右车轮，以实现将该混合动力变速器的动力传递至左右车轮，以驱动车辆行驶。

本实施例中，所述混合动力变速器还包括连接在发动机曲轴11与所述输入构件1之间的扭转减震器9，扭转减震器9用于吸收发动机侧的振动，避免振动传递至输入构件1，进而可以提高输入构件1旋转的均匀性。

本实施例中，该混合动力变速器还可以包括图中未示出的第三转矩传递机构，所述第三转矩传递机构选择地接合以将所述第一节点A连接到所述静止构件2上，以实现第一电机4和第二电机5的转速均与输出构件3成比例变化的纯电驱动模式。

请参照图2及表1，上述实施例提供的混合动力驱动系统的工作原理如下：

纯电驱动模式：发动机10关闭且所述第二电机5独立驱动，通过第二多片离合器70的分离，实现第一电机4及发动机10与第二电机5的机械分离，输出构件3完全由第二电机5驱动，此时，第二电机5的能量源完全由与第二电机5相连的能量储存装置（例如动力电池、超级电容等）提供，实现了发动机停机（关闭）而第二电机独立驱动的纯电驱动模式。

串联模式：发动机10运转且所述第二电机5独立驱动，通过第二多片离合器70的分离，实现第一电机4及发动机10与第二电机5的机械分离，输出构件3完全由第二电机5驱动。而通过第一多片离合器60的接合实现了行星架82（第二节点B）与静止构件2的接合，以锁止行星架82，这样，发动机的动力经由输入构件1从行星齿轮组的齿圈83（第一节点A）输入，从行星齿轮组的太阳轮81（第三节点C）输出至第一电机4，进而实现了发动机10与第一电机4连续地接合，此时发动机10运转驱动第一电机4发电，第一电机4产生的电能直接向第二电机5提供，或给能量储存装置充电，以实现发动机运转驱动第一电机发电而第二电机驱动的串联模式。

混合驱动模式：发动机10及第一电机4均运转，通过接合第二多片离合器70及分离第一多片离合器60，实现第二电机5及输出构件3与行星架82（第二节点B）相连，此时发动机10、第一电机4分别通过齿圈83、太阳轮81向行星架82及输出构件3输出转矩，而第二电机5则根据转矩需求反转发电以向第一电机4或能量储存装置提供能量，或者第二电机5向输出构件3提供转矩，以实现发动机、第一电机和/或第二电机的共同驱动的混合驱动模式。

根据本发明上述实施例的混合动力驱动系统的混合动力变速器，输入构件一端连续地连接到行星齿轮组的第一节点上，另一端连续地连接到发动机上，第一转矩传递机构选择地接合以将所述第二节点连接到静止构件上，第二电机连续地连接到输出构件上，第二转矩传递机构连接在第二节点与第二电机之间或第二节点与输出构件之间，第二转矩传递机构选择地接合以将第二节点连接到第二电机或输出构件上，这样，通过第一转矩传递机构和第二转矩传递机构的接合和分离，可实现发动机停机（关闭）而第二电机独立驱动的纯电驱动模式、发动机运转驱动第一电机发电而第二电机独立驱动的串联模式和发动机与第一电机和/或第二电机共同驱动的混合驱动模式。且在混合驱动模式下，可通过调节第一电机的转速来实现发动机的无极调速，优化发动机工作点，第二电机则通过对动力电池充电和输出扭矩，可以起到可变转矩储备的作用。根据不同的工况采用合适的驱动模式，以实现动力系统的最高效率。

另外，本发明上述实施例的混合动力驱动系统的混合动力变速器在实现上述的三种驱动模式时只需采用两个离合器，并且离合器扭矩容量无特殊要求，可以采用离合器扭矩容量小的离合器，且在纯电驱动模式下又不需要锁止齿圈的锁止离合器，因而，相对于现有的混合动力变速器，本发明提供的混合动力变速器零部件较少，结构简单、紧凑，能量传递损失较少，由该混合动力变速器组成的混合动力驱动系统其工作效率高。

另外，请参照图3，为本发明另一实施例提供的混合动力驱动系统，与图2所示实施例不同之处在于，本实施例中，所述混合动力变速器还包括连接在的所述第二电机5与所述输出构件3之间的减速机构20。减速机构20，例如可以是常规的行星轮减速机构。减速机构20的作用是，增大第二电机5到输出构件3之间的传动比，以匹配高转速的第二电机5。

如图3所示，本实施例中，行星轮减速机构20包括与所述电机壳体40连接的齿圈21、与所述输入齿轮31连接的行星架22及与所述第二电机5的转子连接的太阳轮23。

另外，在本发明其它实施例中，行星齿轮组还可以是现有的2K-H(NN)式单排单级式行星齿轮组、2K-H(ZUWGW)式单排单级行星齿轮组或单排双级式行星齿轮组。若采用单排双级式行星齿轮组，则所述第一节点、第二节点及第三节点分别为所述单排双级式行星齿轮组的行星架、齿圈及太阳轮。

另外，请参照图4，为本发明另一实施例提供的混合动力驱动系统，与图1所示实施例不同之处在于，本实施例中，所述第二转矩传递机构7连接在所述第二节点B与所述输出构件3之间，而第二电机5则连接在所述输出构件3与车轮之间。

另外，本发明一实施例还提供了一种混合动力车辆，其包括上述的混合动力驱动系统。所述混合动力车辆可以是非插电式混合动力车辆，也可以是插电式混合动力车辆。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种混合动力变速器，其特征在于，包括：

输入构件；

静止构件；

输出构件；

第一转矩传递机构和第二转矩传递机构；

具有第一节点、第二节点和第三节点的行星齿轮组；

其中，所述第三节点与第一电机连续地连接，所述输入构件一端连续地连接到所述第一节点上，另一端连续地连接到发动机上；所述第一转矩传递机构选择地接合以将所述第二节点连接到所述静止构件上，所述输出构件与第二电机连续地连接，所述第二转矩传递机构连接在所述第二节点与所述第二电机之间或所述第二节点与所述输出构件之间，所述第二转矩传递机构选择地接合以将所述第二节点连接到所述第二电机或所述输出构件上。

2.根据权利要求1所述的混合动力变速器，其特征在于，所述行星齿轮组为单排单级行星齿轮组，所述第一节点、第二节点及第三节点分别为所述单排单级行星齿轮组的齿圈、行星架及太阳轮。

3.根据权利要求1所述的混合动力变速器，其特征在于，所述行星齿轮组为单排双级式行星齿轮组，所述第一节点、第二节点及第三节点分别为所述单排双级式行星齿轮组的行星架、齿圈及太阳轮。

4.根据权利要求1所述的混合动力变速器，其特征在于，所述混合动力变速器还包括连接在所述发动机的曲轴与所述输入构件之间的扭转减震器。

5.根据权利要求1所述的混合动力变速器，其特征在于，所述输入构件为一与所述发动机的曲轴同轴设置的输出轴，所述第一电机及第二电机的输出轴与所述输入构件同轴设置。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的混合动力变速器，其特征在于，所述第二转矩传递机构连接在所述第二节点与所述第二电机之间，所述混合动力变速器还包括连接在的所述第二电机与所述输出构件之间的减速机构。

7.根据权利要求1至5任意一项所述的混合动力变速器，其特征在于，所述混合动力变速器还包括第三转矩传递机构，所述第三转矩传递机构选择地接合以将所述第一节点连接到所述静止构件上。

8.一种混合动力驱动系统，其特征在于，包括：

发动机；

输入构件；

静止构件；

输出构件；

第一电机和第二电机；

第一转矩传递机构和第二转矩传递机构；

具有第一节点、第二节点和第三节点的行星齿轮组；

其中，所述第一电机连续地连接到所述第三节点上，所述输入构件一端连续地连接到所述第一节点上，另一端连续地连接到所述发动机上；所述第一转矩传递机构选择地接合以将所述第二节点连接到所述静止构件上，所述第二电机连续地连接到所述输出构件上，所述第二转矩传递机构连接在所述第二节点与所述第二电机之间或所述第二节点与所述输出构件之间，所述第二转矩传递机构选择地接合以将所述第二节点连接到所述第二电机或所述输出构件上。

9.根据权利要求8所述的混合动力变速器，其特征在于，在所述发动机关闭且所述第二电机独立驱动时，所述第二转矩传递机构分离，以建立纯电驱动模式；在所述发动机运转且所述第二电机独立驱动时，所述第一转矩传递机构接合且所述第二扭矩传递机构分离，以建立串联模式；在所述发动机与所述第一电机和/或第二电机共同驱动时，所述第一转矩传递机构分离且所述第二扭矩传递机构接合，以建立混合驱动模式。

10.一种混合动力车辆，其特征在于，包括权利要求8或9所述的混合动力驱动系统。