CN104742719B - 一种混合动力系统及使用该混合动力系统的汽车 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种混合动力系统及汽车。本发明混合动力系统的第一行星轮系的齿圈与第二行星轮系的齿圈同轴设置并连接为一体；发动机与第一行星轮系的行星架相连；第一电机的输出轴与第一行星轮系的太阳轮相连；第二电机的输出轴与第二行星轮系的太阳轮相连；输出传动齿轮组与第二行星轮系的行星架相连；第一转矩传递机构设置在所述第一行星轮系的齿圈及第二行星轮系的齿圈与汽车的静止构件之间；第二转矩传递机构设置在发动机的输出轴与第一电机的输出轴之间。利用第一行星轮系和第二行星轮系将发动机、第一电机和第二电机连接起来，通过控制第一转矩传递结构及第二转矩传递机构的接合与分离，即可实现不同驱动或工作模式之间的切换。

Description

一种混合动力系统及使用该混合动力系统的汽车

技术领域

本发明涉及一种汽车的动力系统，尤其涉及一种混合动力汽车的混合动力系统及使用该混合动力系统的汽车。

背景技术

混合动力汽车能够有效的接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汽车都是油电混合，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汽车的性能，现有技术的双电机混合动力系统的耦合以齿轮系或单个行星轮系为主。采用单个行星轮系的驱动系统,驱动模式比较单一。

发明内容

本发明的特征和优点在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实践本发明而学习。

为了克服现有技术的缺点，本发明提供一种混合动力系统，该混合动力系统能够实现多种驱动模式，并且各驱动模式之间的切换简单。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

提供一种混合动力系统，包括第一行星轮系、第二行星轮系、发动机、第一电机、第二电机、输出传动齿轮组、第一转矩传递机构及第二转矩传递机构：所述第一行星轮系的齿圈与所述第二行星轮系的齿圈同轴设置并连接为一体；所述发动机与所述第一行星轮系的行星架相连；所述第一电机的输出轴与所述第一行星轮系的太阳轮相连；所述第二电机的输出轴与所述第二行星轮系的太阳轮相连；所述输出传动齿轮组与所述第二行星轮系的行星架相连；所述第一转矩传递机构设置在所述第一行星轮系的齿圈及第二行星轮系的齿圈与汽车的静止构件之间；所述第二转矩传递机构设置在所述发动机的输出轴与所述第一电机的输出轴之间。

提供一种如上所述的混合动力系统，所述第一电机为发电机，所述第二电机为马达；或者，所述第一电机为马达，所述第二电机为发电机；或者，所述第一电机及所述第二电机均为发电机；或者，所述第一电机及所述第二电机均为马达。

提供一种如上所述的混合动力系统，所述第一行星轮系的特征参数根据所述发动机及所述第一电机的高效率转速比值设计。

提供一种如上所述的混合动力系统，所述第一转矩传递机构及所述第二转矩传递机构为离合器或制动器。

提供一种如上所述的混合动力系统，所述发动机的输出轴与所述第一行星轮系的行星架之间设有输入构件；所述第二转矩传递机构设置在所述输入构件与所述第一电机的输出轴之间；所述输出传动齿轮组与所述第二行星轮系的行星架之间还设有输出构件。

提供一种如上所述的混合动力系统，所述输入构件或输出构件为：带有花键的轴系元件。

提供一种如上所述的混合动力系统，所述发动机的输出轴上还设有扭转减振元件。

提供一种如上所述的混合动力系统，所述系统还包括能量存储装置及逆变器或具有逆变器功能的控制器，所述逆变器或具有逆变器功能的控制器与所述能量存储装置相连；所述第一电机及第二电机分别与所述逆变器或具有逆变器功能的控制器相连。

提供一种如上所述的混合动力系统，所述能量存储装置包括：能量存储装置包括动力电池及对所述动力电池进行监控和管理的电池管理系统。

还提供一种汽车，包括驱动轮、与所述驱动轮相连的驱动桥及如上所述的混合动力系统，所述混合动力系统的输出传动齿轮组还与所述驱动桥连接，用于将所述混合动力系统产生的动力输出到所述驱动桥，由所述驱动桥驱动所述驱动轮。

与现有技术相比，本发明实施例混合动力系统及汽车，在混合动系统中设置第一行星轮系、第二行星轮系、第一转矩传递结构及第二转矩传递机构，利用第一行星轮系和第二行星轮系将发动机、第一电机和第二电机连接起来，利用行星轮系的运动特性实现发动机、第一电机和第二电机三者转速的独立控制，通过控制第一转矩传递结构及第二转矩传递机构的接合与分离，即可实现不同驱动或工作模式之间的切换，且不同的驱动模式之间切换操作较为简单。

通过阅读说明书，本领域普通技术人员将更好地了解这些技术方案的特征和内容。

附图说明

下面通过参考附图并接合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：

图1为本发明实施例一提供的一种混合动力系统的结构原理示意图。

图2为本发明实施例二提供的一种混合动力系统的结构示意图。

图3为图2所示混合动力系统的纯电模式功率/能量流示意图。

图4为图2所示混合动力系统的增程模式的功率/能量流示意图。

图5为图2所示混合动力系统的混合驱动模式的功率/能量流示意图。

图6为图2所示混合动力系统的空档发电模式的功率/能量流示意图。

图7为本发明实施例三提供的一种混合动力系统的结构示意图。

图8为图7所示混合动力系统的纯电模式的功率/能量流示意图。

图9为图7所示混合动力系统的混合驱动模式的功率/能量流示意图。

图10为本发明实施例四提供的一种汽车的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例一提供了一种混合动力系统，请参阅图1，所述混合动力系统包括：发动机11、第一电机12、第二电机13、输出传动齿轮组14、第一转矩传递机构15、第二转矩传递机构16、第一行星轮系17及第二行星轮系18。

所述第一行星轮系17的齿圈与所述第二行星轮系18的齿圈同轴设置并连接为一体；

所述发动机11与所述第一行星轮系17的行星架相连；

所述第一电机12的输出轴与所述第一行星轮系17的太阳轮相连；

所述第二电机13的输出轴与所述第二行星轮系18的太阳轮相连；

所述输出传动齿轮组14与所述第二行星轮系18的行星架相连；

所述第一转矩传递机构15设置在所述第一行星轮系17的齿圈及第二行星轮系18的齿圈与汽车的静止构件之间；

所述第二转矩传递机构16设置在所述发动机11的输出轴与所述第一电机12的输出轴之间。

具体的，所述第一电机12是发电机，所述第二电机13是马达；或者所述第一电机12是马达，所述第二电机13是马达；或者，所述第一电机12及所述第二电机13均为马达；或者，所述第一电机12及所述第二电机13均为发电机。所述第一转矩传递机构15及第二转矩传递机构16可以是离合器或制动器。

进一步的，所述发动机11的输出轴上还可以设置扭转减振元件，用以对发动机11的输出进行缓冲和减振。在所述发动机11的输出轴与所述第一行星轮系17的行星架之间还可以设置输入构件，此时所述第二转矩传递机构16设置在所述输入构件与所述第一电机12的输出轴之间。其中，所述输入构件为带有花键的轴系元件。

进一步的，所述输出传动齿轮组14与所述第二行星轮系18的行星架之间还可以设置输出构件。其中，所述输出构件为带有花键的轴系元件。

进一步的，所述系统还可以设置逆变器及能量存储装置，所述第一电机12、第二电机13分别与所述逆变器相连。所述能量存储装置包括：动力电池及对所述动力电池进行监控和管理的电池管理系统。

具体的，逆变器也可替换为具有逆变器功能的控制器。

请参阅表1，通过控制所述第一转矩传递机构15及第二转矩传递机构16的分离及接合，同时结合发动机11的关闭或运行，可以实现混合动力系统在不同驱动模式或工作模式之间的切换。

表1

本实施例利用第一行星轮系和第二行星轮系将发动机、第一电机、第二电机和输出传动齿轮组连接起来，并且通过第一转矩传递机构控制第一行星轮系及第二行星轮系齿圈的转动，通过第二转矩传递机构控制发动机与第一电机的连接，即可实现混合动力系统在不同驱动或工作模式之间的切换。在纯电模式下，第二电机到输出传动齿轮组之间有较大的传动比，可保证较好的动力性能。

本发明实施例二提供了一种混合动力系统，请参阅图2，所述混合动力系统包括：21发动机、发电机22、马达23、输出传动齿轮组24、第一转矩传递机构25、第二转矩传递机构26、第一行星轮系、第二行星轮系、输入构件29、输出构件210、逆变器216及能量存储装置217。

第一行星轮系设有第一齿圈、第一太阳轮213及第一行星架212。第二行星轮系设有第二齿圈、第二太阳轮215及第二行星架214。第一齿圈与第二齿圈同轴设置并连接为一体，构成齿圈组件211。第一转矩传递机构25设置在齿圈组件211与汽车的静止构件之间。第一行星架212与发动机21的输出轴之间通过输入构件29相连。第一太阳轮213与发电机22的输出轴相连。第二行星架214与输出传动齿轮组24通过输出构件210相连。第二太阳轮215与马达23的输出轴相连。

发电机22的输出轴与输入构件29之间设有第二转矩传递机构26。

逆变器16分别与发电机22、马达23及能量存储装置17相连。

请继续参阅图3至图6（图中实线箭头表示机械能的传递方向，虚线箭头表示电能的传递方向），各驱动模式或工作模式及功率/能量流动的实现方式如下：

纯电模式：如图3所示，采用此驱动模式运行时，第一转矩传递机构25接合，将齿圈组件211与汽车的静止构件连接起来。此时发动机21及发电机22都处于关闭状态，第二转矩传递机构26分离。能量存储装置217提供的电能经逆变器216传输到马达23，由马达23转化成机械能，从第二太阳轮215输入，第二行星架214输出至输出传动齿轮组24。此时，汽车完全由马达23驱动，而马达23的电力全部来源于能量存储装置217。由于马达23的动力从第二太阳轮215输入，第二行星架214输出，马达23与输出传动齿轮组24之间可实现较大的传动比，从而能够保证较好的动力性能。在纯电模式下，第一行星齿轮组与第二行星齿轮组无耦合，发动机21转速与第二行星齿轮组的转速无关，能量存储装置217的电量下降时，可启动发动机21，进入串联模式。

串联模式：如图4所示，此驱动模式也可称为增程模式，采用此驱动模式运行时，第一转矩传递机构25接合，将齿圈组件211与汽车的静止构件连接起来，第二转矩传递机构26分离。发动机21启动，然后通过第一行架212及第一太阳轮213驱动发电机22发电，所产生的电能经逆变器216将电能提供给马达23，转换成机械能经由第二行星轮系输出至输出传动齿轮组24。此驱动模式下，汽车依然由马达23独立驱动，并且发动机21驱动发电机22发电，产生的多余电能还可以通过逆变器216给能量存储装置217充电，适合在中低工况时运行。在增程模式下，可根据发动机21与发电机22的高效率转速比值来设计第一行星轮系的特征参数，从而保证发动机21与发电机22均能够高效率运行。

混合驱动模式：请参阅图5，采用此驱动模式运行时，第一转矩传递机构25分离，第二转矩传递机构26接合，发动机21、发电机22与马达23均处于工作状态。此模式下，发动机21输出的机械能一部分通过第一行星轮系及第二行星轮系与马达23输出的机械能耦合后经输出传动齿轮组24输出，另一部份经第二转矩传递机构26输出到发电机22，由发电机22转换成电能，再经逆变器216传送到能量存储装置217。在此驱动模式下，第二转矩传递机构26接合将发动机21与发电机22连接到一起，形成转矩耦合，而第二行星齿轮组形成转速耦合调节发动机21的转速，在保持发动机21高效运行的同时避免了该驱动模式下转矩输出不足的问题。

空档模式：此模式下，第一转矩传递机构25接合，第二转矩传递机构26分离，发动机21处于关闭状态，无功率/能量流动。

空档发电模式：请参阅图6，此模式下，汽车静止，第一转矩传递机构25接合，第二转矩传递机构26分离。此时，发电机21运行，输出的机械能经第一行星轮系传输到发电机22，由发电机22转换成电能，经由逆变器216存储到能量存储装置217中。

本实施例利用两个并列的行星轮齿轮组将发动机、发电机和马达连接起来，利用行星轮结构的运动特性实现发动机、发电机和马达三者转速的独立控制，通过控制第一转矩传递机构和第二转矩传递机构的接合或分离建立不同的驱动模式，且不同的驱动模式之间的切换操作较为简单。在纯电模式下，马达到输出传动齿轮组之间有较大的传动比，可保证较好的动力性能；在串联模式下，可通过设计第一行星齿轮组的传动比使发动机与马达均高效率运行；在混合驱动模式下，第二转矩传递机构接合，将发动机与发电机连接到一起，形成转矩耦合，而第二行星齿轮组形成转速耦合调节发动机转速，在保持发动机高效运行的同时避免了混合驱动模式下转矩输出不足的问题。

本发明实施例三提供了一种混合动力系统，请参阅图7，所述混合动力系统包括：发动机71、第一马达72、第二马达73、输出传动齿轮组74、第一转矩传递机构75、第二转矩传递机构76、第一行星轮系、第二行星轮系、输入构件79、输出构件710、具有逆变器功能的控制器716及能量存储装置717。

第一行星轮系设有第一齿圈、第一太阳轮715及第一行星架712。第二行星轮系设有第二齿圈、第二太阳轮715及第二行星架714。第一齿圈与第二齿圈同轴设置并连接为一体，构成齿圈组件711。第一转矩传递机构75设置在齿圈组件711与汽车的静止构件之间。第一行星架712与发动机72的输出轴之间通过输入构件79相连。第一太阳轮713与第一马达72的输出轴相连。第二行星架714与输出传动齿轮组74通过输出构件710相连。第二太阳轮715与第二马达73的输出轴相连。

第一马达72的输出轴与输入构件79之间设置第二转矩传递机构76。

控制器716分别与第一马达72、第二马达73及能量存储装置717相连。

请继续参阅图8及图9（图中实线箭头表示机械能的传递方向，虚线箭头表示电能的传递方向），各驱动模式或工作模式及功率/能量流动的实现方式如下：

纯电模式：如图8所示，采用此驱动模式运行时，第一转矩传递机构75接合，将齿圈组件711与汽车的静止构件连接起来。此时发动机71及第一马达72都处于关闭状态，第二转矩传递机构76分离或接合。能量存储装置717提供的电能经控制器716传输到第二马达73，由第二马达73转化成机械能，从第二太阳轮715输入，第二行星架714输出至输出传动齿轮组74。此时，汽车完全由第二马达73驱动，第二马达73的电力全部来源于能量存储装置717。由于第二马达73的动力从第二太阳轮715输入，第二行星架714输出，第二马达73与输出传动齿轮组74之间可实现较大的传动比，从而能够保证较好的动力性能。

混合驱动模式：请参阅图9，采用此驱动模式运行时，第一转矩传递机构75分离，第二转矩传递机构76接合，发动机71、第一马达72与第二马达73均处于工作状态。此时，能量存储装置717提供的电能经过带逆变器功能的控制器716，同时驱动第一马达72和第二马达73输出机械能，其中第一马达72输出的机械能与发动机71输出的机械能经第一行星轮系及第二行星轮系与第二马达73输出的机械能耦合后经输出传动齿轮组74输出。在此驱动模式下，第二转矩传递机构76接合将发动机71与第一马达72连接到一起，形成转矩耦合，而第二行星齿轮组形成转速耦合调节发动机71的转速，在保持发动机71高效运行的同时避免了该驱动模式下转矩输出不足的问题。

空档模式：此模式下，第一转矩传递机构75接合，第二转矩传递机构76分离，发动机71处于关闭状态，无功率/能量流动。

本实施例混合动力系统，利用两个并列的行星轮系将发动机、第一马达和第二马达连接起来，利用行星轮系结构的运动特性实现发动机、第一马达、第二马达三者转速的独立控制，通过控制第一转矩传递机构和第二转矩传递机构的接合或分离实现不同的驱动模式，且不同的驱动模式之间切换操作较为简单。在纯电模式下，第二马达到输出传动齿轮组之间有较大的传动比，可保证较好的动力性能；在混合驱动模式下，第二转矩传递机构接合将发动机与第一马达连接到一起，形成转矩耦合，而第二行星齿轮组形成转速耦合调节发动机转速，在保持发动机高效运行的同时避免了混合驱动模式下转矩输出不足的问题。

具体的，本发明混合动力系统中也可以是第一电机采用马达，第二电机采用发电机，或者第一电机和第二电机均采用马达，或者第一电机和第二电机均采用发电机，其工作模式及功率/能量流动与本实施例相似，不再赘述。

本发明实施例四提供了一种采用混合动力系统的汽车，请参阅图10，所述汽车包括：驱动轮103、与该驱动轮103相连的驱动桥102及混合动力系统101。

混合动力系统101可以采用上述实施例中提供的混合动力系统，此处不再赘述。

混合动力系统101的输出传动齿轮组连接驱动桥102，用于将混合动力系统101产生的动力输出到所述驱动桥102，由该驱动桥102驱动汽车的驱动轮103。

本实施例的汽车，通过混合动力系统的第一行星轮系和第二行星轮系将发动机、第一电机和第二电机连接起来，利用行星轮系的运动特性实现发动机、发电机和驱动电机三者转速的独立控制，并且通过控制第一转矩传递机构及第二转矩传递机构的分离或接合，实现不同的驱动模式，且不同的驱动模式之间切换操作较为简单。

综上所述，本发明提供的混合动力系统及使用该混合动力系统的汽车，通过并列设置的第一行星轮系和第二行星轮系将发动机、第一电机和第二电机连接起来，利用行星轮系的运动特性实现发动机、第一电机和第二电机三者转速的独立控制，通过控制第一转矩传输机构及第二转矩传输机构的接合与分离，即可实现不同驱动或工作模式之间的切换，因此该混合动力系统各模式间的切换操作较为简单。同时由于第二电机的动力从第二行星轮系的太阳轮输入，行星架输出，第二电机与驱动车轮之间可实现较大的传动比，因此该混合动力系统在纯电模式下具有较好的动力性能。同时第一行星轮系的特征参数根据发动机与第一电机的高效率转速比值设计，因此能够保证发动机与第一电机均能够高效率运行，可以最大程度上降低油耗和排放。

以上参照附图说明了本发明的优选实施例，本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质，可以有多种变型方案实现本发明。举例而言，作为一个实施例的部分示出或描述的特征可用于另一实施例以得到又一实施例。以上仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (9)

1.一种混合动力系统，其特征在于，包括第一行星轮系、第二行星轮系、发动机、第一电机、第二电机、输出传动齿轮组、第一转矩传递机构及第二转矩传递机构：

所述第一行星轮系的齿圈与所述第二行星轮系的齿圈同轴设置并连接为一体；

所述发动机与所述第一行星轮系的行星架相连；

所述第一电机的输出轴与所述第一行星轮系的太阳轮相连；

所述第二电机的输出轴与所述第二行星轮系的太阳轮相连；

所述输出传动齿轮组与所述第二行星轮系的行星架相连；

所述第一转矩传递机构设置在所述第一行星轮系的齿圈及第二行星轮系的齿圈与汽车的静止构件之间；

所述第二转矩传递机构设置在所述发动机的输出轴与所述第一电机的输出轴之间。

2.如权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于，

所述第一电机为发电机，所述第二电机为马达；或者，

所述第一电机为马达，所述第二电机为发电机；或者，

所述第一电机及所述第二电机均为发电机；或者，

所述第一电机及所述第二电机均为马达。

3.如权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于，所述第一转矩传递机构及所述第二转矩传递机构为离合器或制动器。

4.如权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于，

所述发动机的输出轴与所述第一行星轮系的行星架之间设有输入构件；

所述第二转矩传递机构设置在所述输入构件与所述第一电机的输出轴之间；

所述输出传动齿轮组与所述第二行星轮系的行星架之间还设有输出构件。

5.如权利要求4所述的混合动力系统，其特征在于，所述输入构件或输出构件为：带有花键的轴系元件。

6.如权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于，所述发动机的输出轴上还设有扭转减振元件。

7.如权利要求1至6任一项所述的混合动力系统，其特征在于，所述系统还包括能量存储装置及逆变器或具有逆变器功能的控制器：

所述逆变器或具有逆变器功能的控制器与所述能量存储装置相连；

所述第一电机及第二电机分别与所述逆变器或具有逆变器功能的控制器相连。

8.如权利要求7所述的混合动力系统，其特征在于，所述能量存储装置包括动力电池及对所述动力电池进行监控和管理的电池管理系统。

9.一种汽车，包括驱动轮及与所述驱动轮相连的驱动桥，其特征在于还包括如权利要求1至8任一项所述的混合动力系统，所述混合动力系统的输出传动齿轮组还与所述驱动桥连接，用于将所述混合动力系统产生的动力输出到所述驱动桥，由所述驱动桥驱动所述驱动轮。