CN104816624B - 一种混合动力汽车驱动系统及驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种混合动力汽车驱动系统及驱动方法，包括：发动机、单向离合器、电机、离合器、制动器、变速器和行星齿轮系，发动机连接太阳轮，单向离合器内圈连接太阳轮，制动器连接太阳轮，行星架连接变速器，离合器的一端连接行星架，另一端连接齿圈，电机的转子连接于齿圈，定子固定在壳体上。本发明利用行星齿轮系、电机、制动器、单向离合器和离合器构成的动力耦合装置连接发动机和变速器，通过控制离合器和制动器的工作状态，使混合动力汽车能够运行于多种动力驱动工作模式，解决了前驱前置型混合动力汽车动力的布置难题，满足了整车各项性能要求，能够实现行驶过程中平稳启动发动机，具有效率高、成本低、尺寸小、动力性好等优点。

Description

一种混合动力汽车驱动系统及驱动方法

技术领域

本发明涉及混合动力汽车驱动传动领域，更具体的涉及一种混合动力汽车的驱动系统和驱动方法，尤其是单排行星轮、单电机的混合动力汽车的驱动系统及驱动方法。

背景技术

能源危机、环境严厉及温室效应是制约全球发展的重要因素，研究节能、环保的新能源汽车是解决上述问题的有效手段之一。混合动力汽车兼顾了内燃机和纯电动汽车的优点，具有低油耗、低排放及长行驶里程的优点，是当前切实可行的一种方案。混合动力汽车的驱动系统在结构上主要有串联、并联、混联三种方式。串联结构的特征是发动机在机械上与传动系解耦，发动机直接驱动发电机对储能装置或驱动电机进行供电，串联结构的缺点是系统效率低，双电机系统导致整车成本高；混联结构的特征是发动机的动力可以实现分流，一部分用于整车驱动，一部分用于驱动发电机发电，混联系统的缺点是双电机系统导致整车成本高，系统控制复杂。目前混合动力汽车的驱动系统种类较多，基本都能实现混合动力汽车所具备的各种功能。比如公开号为：CN101417606A的中国专利“混合动力驱动系统及其驱动方法”，介绍了一种混联式驱动系统及车辆能够实现的功能，该系统采用的是双电机，通过发动机的动力分流，实现车辆在所有工况下发电功能；再如公开号为：CN101456347A的中国专利“用于控制混合动力车辆中离合器结合的系统和方法”，介绍一种并联式混合动力驱动系统，该系统也是采用双电机，与发动机并轴连接的发电机能够实现车辆在所有工况下发电功能，等等这些现有的混合动力汽车驱动系统都是基于双电机运行的，都需要通过额外的发电机来实现发电功能，双电机的使用不但大大增加了混合动力驱动系统的整体成本，而且增加了系统体积、复杂了结构布置，严重的限制了混合动力在小型车辆中的应用。

发明内容

本发明基于上述现有技术问题，创新的提出一种传动效率高、成本低、驱动系统轴向尺寸小的单排行星轮、单电机的混合动力汽车驱动系统及其驱动方法，通过创新设置发动机和变速器之间的动力耦合传递装置和电机，有效解决了前置前驱型混合动力汽车的动力布置难题，实现了混合动力汽车特有的功能要求，包括：怠速启停发动机、纯电动行驶、行驶中发动机启停、发动机和电机并联驱动、电机辅助驱动、电机巡航发电、再生制动能量回收等功能，同时满足了整车各项性能要求。本发明特别适用于插电式混合动力汽车及非插电式混合动力汽车。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

一种混合动力汽车驱动系统，包括：发动机1、电机5、离合器6、制动器7、变速器8、齿圈9、行星架10、太阳轮11、行星轮12和壳体；所述发动机(1)的转轴连接太阳轮11的中轴；所述制动器7的一端连接太阳轮11的中轴，另一端连接壳体，用于锁止发动机转动；所述太阳轮11啮合于所述行星轮12，所述行星轮12啮合于所述齿圈9，所述行星架10连接所述行星轮12，由所述齿圈9、行星架10、太阳轮11和行星轮(12)组成行星齿轮系，所述行星架10连接变速器8的转轴，所述离合器6的一端连接所述行星架10，所述离合器6的另一端连接所述齿圈9，所述电机5同时具有发电和电动功能并包括有定子和转子，所述电机5的转子连接所述齿圈9，所述电机5的定子固定在壳体上。

进一步的根据本发明所述的混合动力汽车驱动系统，其中所述离合器6为湿式多片离合器，且所述离合器6能够锁定所述行星齿轮系，即当所述离合器6处于分离状态时，所述行星架10和齿圈9分离，当所述离合器6处于结合状态时，所述行星架10和齿圈9结合，所述行星齿轮系锁定在一起进行整体转动。

进一步的根据本发明所述的混合动力汽车驱动系统，其中还包括有减振飞轮2，所述发动机(1)的转轴连接所述减振飞轮2的初级，所述减振飞轮2的次级连接所述太阳轮11的中轴，通过所述减振飞轮2衰减发动机输出的高频振动。

进一步的根据本发明所述的混合动力汽车驱动系统，其中所述行星齿轮系为单排行星轮结构，所述电机为单电机结构。

进一步的根据本发明所述的混合动力汽车驱动系统，其中还包括有单向离合器4，所述单向离合器的内圈连接太阳轮11的中轴，所述单向离合器的外端连接壳体，用于确保发动机不反转和模式切换平稳。

一种采用本发明上述任一项混合动力汽车驱动系统进行的混合动力汽车驱动方法，所述驱动方法包括控制所述混合动力汽车驱动系统处于以下工作模式之一：

（一）、纯电动驱动模式：控制所述离合器6处于分离状态，控制所述制动器7处于制动闭合状态；

（二）、并联驱动模式：控制所述制动器7处于分离状态，控制所述离合器6处于闭合状态，通过所述离合器锁定行星齿轮系，即将所述太阳轮、行星轮、行星架和齿圈锁定在一起；

（三）、差速驱动模式：控制离合器6处于分离状态，控制制动器7处于分离状态。

进一步的根据本发明所述的混合动力汽车驱动方法，其中所述驱动方法还包括控制所述混合动力汽车驱动系统处于以下工作模式切换过程之一：

（一）、纯电动驱动模式切换成并联驱动模式：切换前发动机1静止、制动器7闭合、离合器6分离、电机5正向转动，切换时控制制动器7分离，控制离合器6闭合将行星齿轮系锁定，并通过太阳轮拖动发动机转动并喷油点火，进入并联驱动模式；

（二）、差速驱动模式切换成纯电动驱动模式：切换前制动器7分离，离合器6分离，发动机1工作并正转，电机正转或反转；切换时关闭发动机1，控制制动器7闭合锁定发动机，电机转速增大进入纯电动驱动模式；

（三）、差速驱动模式切换到并联驱动模式：切换前制动器7分离，离合器6分离，发动机1工作并正转，电机正转或反转；切换时控制离合器6闭合，将行星齿轮系锁定，系统进入并联驱动模式；

（四）、并联驱动模式切换到差速驱动模式：切换前制动器7分离，离合器6闭合，将行星齿轮系锁定在一起；切换时控制离合器6分离，将行星齿轮系解锁释放，系统进入差速驱动模式。

进一步的根据本发明所述的混合动力汽车驱动方法，其中所述纯电动驱动模式下包括以下两种工况：

（1）、纯电动启动：发动机1不工作，电机5转子的输出扭矩作用在齿圈9上，通过行星架10减速和放大扭矩后作用在变速器8的输入轴上，通过变速器8单独驱动车辆行驶，同时利用制动器7防止发动机1反转；

（2）、纯电动制动：发动机1不工作，电机5将反方向扭矩作用在齿圈9上，通过行星架减速和放大扭矩后作用在变速器8的输入轴上，通过变速器在车轮上产生制动力，同时利用制动器7防止发动机1反转。

进一步的根据本发明所述的混合动力汽车驱动方法，其中所述并联驱动模式下包括以下四种工况：

（1）、发动机驱动：发动机1工作，电机5空转、输出零扭矩，发动机1输出的转速和扭矩通过被锁定为一体的行星齿轮系1:1的输出给变速器8；

（2）、发动机与电机共同驱动：发动机1和电机5同时工作，电机5与发动机1同转速并同时输出功率，两者的扭矩相叠加后通过被锁定为一体的行星齿轮系输出给变速器8；

（3）、发动机驱动与电机发电：发动机1工作，电机5处于正转负扭矩发电状态，发动机1的驱动扭矩与电机5的发电扭矩相减后通过被锁定为一体的行星齿轮系输出给变速器8；

（4）、行驶中发动机倒拖与电机发电：行驶中车辆制动，发动机停止喷油，呈现倒拖，电机5以正转负扭矩方式进入发电状态，车辆的动能从变速器8输出到行星架，通过被锁定为一体的行星齿轮系分流输出给发动机和电机，发动机将能量消耗掉，电机将能量发电回收。

进一步的根据本发明所述的混合动力汽车驱动方法，其中所述差速驱动模式下包括以下四种工况：

（1）、发动机1正转并输出正扭矩，电机5正转并输出正扭矩，电机5与发动机1的输出转速通过行星轮耦合，且扭矩相叠加输出给变速器8；

（2）、发动机1正转并输出正扭矩，电机5反转但输出正扭矩，电机5与发动机1的输出转速通过行星轮耦合，且扭矩相叠加输出给变速器8；

（3）、发动机驱动车辆起步：起步前，发动机怠速、驱动太阳轮正向转动，车轮处于静止状态，与之连接的变速器和行星架转速为零，受行星齿轮系运动学的约束，齿圈带动电机反向转动；起步时，发动机和电机分别输出正向扭矩，经过行星齿轮系的耦合，输出到变速器上推动车轮转动，行星架的转速由零逐步增大，同时齿圈做正方向加速，转速由负值迅速增大成正值；当齿圈和行星架速度相同时，控制离合器闭合进入并联驱动模式。

本发明的技术方案至少具有以下技术创新和技术效果：

1）、本发明所提供的混合动力汽车驱动系统基于单排行星轮、单电机实现了混合动力汽车特有的功能要求，而且大大降低了整车成本；

2）、本发明通过创新动力耦合装置与变速器、发动机的集成，使得动力总结构紧凑，轴向尺寸小，便于布置，移植性好，便于向不同平台车型扩展，市场推广应用前景广阔；

总之，混合动力汽车兼顾了内燃机和纯电动汽车的优点，具有低油耗、低排放及长行使里程的优点，是当前切实可行的一种方案，但由于电机功率提升、电机尺寸较大、前舱布置困难、轴向尺寸大等问题限制了其有效应用，同时在行驶过程中启动发动机也是其技术难点之一，而本发明所提供的混合动力汽车驱动系统有效解决了前驱前置型混合动力汽车动力的布置难题，同时满足了整车的各项性能要求，特别是用于插电式混合动力汽车及非插电式混合动力汽车，同时能够实现行驶过程中平稳启动发动机，整车驾驶性好，同时具有效率高、成本低、尺寸小、动力性好等优点。

附图说明

附图1为本发明提出的混合动力汽车驱动系统的整体结构示意图；

附图2为本发明提出的混合动力汽车驱动系统在纯电动模式工作时的结构示意简图；

附图3（a）为附图2所示纯电动模式在第一工况下的发动机、电机和变速器的

转速对应关系和能量流动方向示意图；

附图3（b）为附图2所示纯电动模式在第二工况下的发动机、电机和变速器的转速对应关系和能量流动方向示意图；

附图4为本发明提出的混合动力汽车驱动系统在并联模式工作时的结构示意简图；

附图5（a）为附图4所示并联模式在第一工况下的发动机、电机和变速器的转

速对应关系和能量流动方向示意图；

附图5（b）为附图4所示并联模式在第二工况下的发动机、电机和变速器的转

速对应关系和能量流动方向示意图；

附图5（c）为附图4所示并联模式在第三工况下的发动机、电机和变速器的转

速对应关系和能量流动方向示意图；

附图5（d）为附图4所示并联模式在第四工况下的发动机、电机和变速器的转

速对应关系和能量流动方向示意图；

附图6为本发明提出的混合动力汽车驱动系统在差速模式工作时的结构示意简图；

附图7（a）为附图6所示差速模式在第一工况下的发动机、电机和变速器的转

速对应关系和能量流动方向示意图；

附图7（b）为附图6所示差速模式在第二工况下的发动机、电机和变速器的转

速对应关系和能量流动方向示意图；

附图7（c）为附图6所示差速模式在第三工况下的发动机、电机和变速器的转

速对应关系和能量流动方向示意图；

附图8为本发明提出的混合动力汽车驱动系统在停车启动发动机至怠速发电模

式下的发动机、电机和变速器的转速对应关系和能量流动方向示意图；

附图9为本发明提出的混合动力汽车驱动系统在行驶中启动发动机模式下发动

机、电机和变速器的转速对应关系和能量流动方向示意图；

附图10为本发明提出的混合动力汽车驱动系统由差速模式切换至纯电动模式

下发动机、电机和变速器的转速对应关系和能量流动方向示意图；

附图11为本发明提出的混合动力汽车驱动系统由差速模式切换到并联模式下

发动机、电机和变速器的转速对应关系和能量流动方向示意图；

附图12为本发明提出的混合动力汽车驱动系统由并联模式切换到差速模式下

发动机、电机和变速器的转速对应关系和能量流动方向示意图；

附图13为本发明提出的混合动力汽车驱动系统在各模式间的切换示意图；

附图14为本领域行星齿轮系的结构示意图。

图中各附图标记的含义如下：

1-发动机；2-减振飞轮；3-电动油泵，4-单向离合器；5-电机；6-离合器；7-制动器；8-变速器；9-齿圈；10-行星架；11-太阳轮，12-行星轮。

其中附图3、5、7-12所示的各种工作模式下发动机、电机和变速器的转速对应关系和能量流动方向的杠杆示意图中：（1）发动机与太阳轮相连接，杠杆图中箭头方向及长度代表发动机（太阳轮）的转速方向及速度大小；（2）电机与齿圈相连接，杠杆图中箭头方向及长度代表电机（齿圈）的转速方向及速度大小；（3）行星架与变速器输入轴相连接，杠杆图中箭头方向及长度代表变速器输入轴（行星架）的转速方向及速度大小。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案进行详细的描述，以使本领域技术人员能够更加清楚的理解本发明，但并不因此限制本发明的保护范围。

本发明所述的混合动力汽车驱动系统集成了单电机和单排行星轮，集成在CVT前箱体中，通过对离合器、制动器的控制，能够工作于纯电动模式、并联模式和差速驱动模式，并可以实现混合动力汽车的多种功能，如：纯电动行驶、发动机与电机联合驱动、发动机单独驱动、怠速启停发动机、行驶中发动机启停、电机辅助驱动、电机巡航发电、再生制动能量回收等。

具体的如附图1所示，本发明所述的混合动力汽车驱动系统包括发动机1、减振飞轮2、电动油泵3、单向离合器4、电机5、离合器6、制动器7、变速器8、齿圈9、行星架10、太阳轮11和行星轮12，其中发动机1的输出轴连接减振飞轮2的初级，减振飞轮2的次级连接太阳轮11的中心轴，通过减振飞轮2衰减发动机输出的高频振动，单向离合器4的内圈接太阳轮11的中心轴，外圈接壳体（未画出），其功能是允许发动机自由地正向转动，但阻止发动机反转，单向离合器的设置能够使模式切换更加平稳，但不作为必需部件；制动器7的一端接太阳轮11的中心轴，另一端接壳体，其功能是锁止发动机；电机5的转子与齿圈35用平键配合连接，电机5的定子固定在变速器的壳体上，所述的电机为同时具有发电机和电动机两种功能的电动发电机。所述的齿圈9、行星架10、太阳轮11和行星轮12组成行星齿轮系，所述太阳轮11的周边齿轮啮合于若干行星轮12，所述行星轮12啮合于齿圈9的内圈齿轮，行星架10连接各行星轮12的中心轴，并基于行星轮的转动提供动力输出/输入，所述太阳轮11的中心轴提供动力的输入/输出，这种行星齿轮系的运行原理同附图14所示本领域的单行星齿轮系结构，在此对其运行原理不做描述。所述行星架10与变速器8的输入轴通过花键连接，所述离合器6的两端分别与行星架10和齿圈9连接，所述离合器6采用湿式离合器，通过控制离合器6的分离与接合，能够实现对行星齿轮系的变速控制，即当离合器6处于分离状态时，行星架10和齿圈9分离，行星齿轮系正常运转，当离合器6处于接合状态时，行星架10和齿圈9接合，整个行星齿轮系处于锁死状态，此时太阳轮、行星轮、行星架和齿圈被锁定在一起整体进行同步转动，整个行星齿轮系通过行星架10将变速器进行动力传递；所述变速器是任何一种自动变速器，不包括液力变矩器，但保留原有前进倒挡离合器结构，可实现前进、倒挡以及变速比功能。另外还包括有与电机连接的储能装置，用于收集电机作为发动机使用时产生的电能。由所述行星齿轮系、电机、制动器、单向离合器和离合器共同构成应用于本发明所述驱动系统中的动力耦合装置，这种动力耦合装置连接发动机和变速器，并集成在变速器的前箱体中。本发明提供的上述混合动力汽车驱动系统总成结构非常紧凑，集成度高，能够满足整车前舱布置空间需求。整个驱动系统采用单电机机构，正常情况下，纯电动驱动、行驶过程中起动发动机、辅助驱动及巡航发电都是通过电机5完成的。发动机和动力耦合装置之间装有减振飞轮，稳定了冷启动及其它特殊情况下启动发动机时的高频振动。离合器采用湿式多片离合器，可通过控制油压来控制其传动扭矩，完成行驶过程中启动发动机的功能。液压系统采用机械油泵和电动油泵结合的方式，在整车起步阶段，整车控制器控制电动油泵3工作，建立变速器油压，实现车辆平稳起步功能，变速器保留原有前进倒档离合器结构，实现整车前进、倒档功能。

本发明所提出的基于单电机的混合动力汽车驱动系统能够实现全部混合动力功能，包括纯电动行驶、发动机启动、动力辅助、再生制动及调速驱动等功能，通过对离合器、制动器的控制可以实现各工作模式的切换，尤其是高速时，可以将离合器结合，进入并联模式，能够进一步提高整车的动力性，具体的基于本发明所述混合动力汽车驱动系统实现的驱动方法包括以下工作模式和基于各工作模式实现的如下多种工作状态和动力功能：

一、纯电动驱动模式，如附图2所示，在该模式下，控制离合器6处于分离状态，控制制动器7处于制动闭合状态。在纯电动驱动模式下，包括以下两种工况：

（1）、该模式下第一工况为纯电动启动：发动机1不工作、电机5通过变速器8单独驱动车辆行驶。电机5转子的输出扭矩作用在齿圈9上，通过行星架10减速（扭矩放大）后作用在变速器8的输入轴上，受齿圈齿轮的作用，行星轮12将反向扭矩作用在太阳轮11上，倾向于使发动机1反向转动，但制动器7处于闭合制动状态且单向离合器4也处于工作状态，可以防止发动机1反转，这样电机5输出的能量通过齿圈9和行星架10，流向变速器8的输入轴，通过变速器8单独驱动车辆行驶，附图3（a）给出该工况下发动机、电机和变速器的速度杠杆图和能量流动方向示意图。

（2）、该模式下第二种工况为纯电动制动（再生制动能量回收）：发动机1不工作、电机5通过变速器8施加制动扭矩，同时产生电能并存入储能装置（蓄电池）中，实现能量再生制动工况。具体的，发动机1不工作，电机5反方向扭矩作用在齿圈9上，通过行星架减速（扭矩放大）后作用在变速器8的输入轴上，最终在车轮上产生制动力；受齿圈齿轮的作用，行星轮12将正向扭矩作用在太阳轮11上，倾向于使发动机正向转动，但制动器7闭合，将发动机锁定，可以防止发动机转动，从而使得电机5尽可能多地回收能量，车辆的动能沿变速器、行星架和齿圈流向电机，如附图3（b）所示发动机、电机和变速器的速度杠杆图和能量流动方向示意图。

二、并联驱动模式，如附图4所示，在该模式下，控制制动器7处于分离状态、单向离合器4处于自由状态、控制离合器6处于闭合状态，此时行星齿轮系处于锁死状态，即太阳轮、行星轮、行星架和齿圈被锁定在一起转动，在并联驱动模式下，包括以下四种工况：

（1）、该模式下第一种工况为发动机驱动：发动机1工作，电机5不工作空转、输出零扭矩，发动机1输出的转速及扭矩通过行星齿轮系1:1输出给变速器8，能量流从发动机输出，通过被锁定为一体的行星齿轮系输出到变速器8，附图5（a）给出这种工况下发动机、电机和变速器的速度杠杆图和能量流动方向示意图。

（2）、该模式下第二种工况为发动机与电机共同驱动：发动机1和电机5同时工作，电机5与发动机1同转速并同时输出功率，两者的扭矩相叠加后通过行星齿轮系输出给变速器，能量流分别从发动机和电机输出，通过被锁定为一体的行星齿轮系输出到变速器，附图5（b）给出了这种工况下发动机、电机和变速器的速度杠杆图和能量流动方向示意图。

（3）、该模式下第三种工况为发动机驱动、电机发电：发动机1工作，电机5处于正转负扭矩发电状态（通过电磁控制使电机处于发电机模式，利用扭矩发电原理同现有发电机，在此不做详述），发动机1的驱动扭矩与电机5的发电扭矩相减后输出给变速器8；能量流从发动机输出，通过被锁定为一体的行星齿轮机构，分流输出到变速器和电机，附图5（c）给出了这种工况下发动机、电机和变速器的速度杠杆图和能量流动方向示意图。

（4）、该模式下第四种工况为行驶中发动机倒拖、电机发电：在并联模式高速行驶时，车辆制动，发动机停止喷油，呈现倒拖；电机5以正转负扭矩方式进入发电状态，将车辆的动能转换成电能，存入蓄电池；能量流从变速器8输出到行星架，通过被锁定为一体的行星齿轮系在输出到发动机和电机，发动机将能量消耗掉，电机则将能量回收，附图5（d）给出了这种工况下发动机、电机和变速器的速度杠杆图和能量流动方向示意图。

三、差速驱动模式，如附图6所示，在该模式下，控制离合器6处于分离状态，单向离合器4处于自由状态，控制制动器7处于分离状态，此时行星轮处于速度耦合状态，可分为附图7所示的三种工况：

（1）、该模式下第一种工况：如图7（a）所示，发动机1正转并输出正扭矩，电机5正转并输出正扭矩；电机5与发动机1的输出转速通过行星轮耦合，且扭矩相叠加输出给变速器8，发动机、电机和变速器间的速度杠杆图及能量流动方向如附图7（a）所示。

（2）、该模式下第二种工况：发动机1正转并输出正扭矩，电机5反向转动但输出正扭矩；电机5与发动机1的输出转速通过行星轮耦合，且两个正向扭矩相叠加输出给变速器8，发动机、电机和变速器间的速度杠杆图及能量流动方向如附图7（a）所示。

（3）、该模式下第三种工况：差速驱动模式下，由发动机驱动车辆起步。起步前，发动机怠速、驱动太阳轮正向转动；车轮处于静止状态，与之连接的变速器和行星架转速为零；受行星齿轮系运动学的约束，齿圈带动电机反向转动①，起步时，发动机和电机分别输出正向扭矩，经过行星齿轮系的耦合，传递到行星架上，输出到变速器，推动车轮转动，行星架的转速由零逐步增大；同时齿圈做正方向加速，转速由负值（反转）迅速增大，变成正值（正转）②；当齿圈和行星架速度相同时，控制离合器6闭合，系统进入并联驱动模式③，发动机、电机和变速器间的速度杠杆图及能量流动方向如附图7（c）所示。

此外本发明所述混合动力汽车驱动系统还能够实现停车启动发动机至怠速发电模式以及差速驱动模式、并联模式和纯电动模式之间的相互切换工作模式，附图8为停车启动发动机至怠速发电模式下发动机、电机和变速器间的速度杠杆图和能量流动方向示意图，变速器8挂P挡或N档，变速器8内的换向离合器（未画出）分离，同时控制离合器6闭合，电机5正转启动发动机1，发动机启动后，电机5进入发电模式，能量流从发动机发出，通过被锁定为一体的行星齿轮机构，输出到电机。

附图9给出了行驶中启动发动机，也就是由纯电动模式驱动转换成并联模式驱动的过程：启动前，发动机1静止、制动器7锁定、离合器6分离、电机5正向转动，太阳轮11、行星架10和齿圈9的速度杠杆图如附图9中的①所示；启动时，分离制动器7，这时单向离合器4限制发动机反转；然后结合离合器6，将行星齿轮系锁定，并通过太阳轮，拖动发动机转动并喷油点火，进入并联驱动模式，太阳轮、行星架和齿圈的速度杠杆图如附图9中的②所示。

附图10给出了由差速驱动模式切换成纯电驱动模式的过程。切换前，车辆以差速驱动模式行驶，制动器7分离，离合器6分离，发动机1工作并正转，电机正转①或反转②；切换时，关闭发动机1，制动器7闭合并锁定发动机，电机转速有所增大，系统进入纯电驱动模式③。

附图11给出由差速驱动模式切换到并联驱动模式的过程。切换前，车辆以差速驱动模式行驶，制动器7分离，离合器6分离，发动机1工作并正转，电机正转①或反转②；切换时，离合器6闭合，将太阳轮、齿圈和行星架锁定在一起，系统进入并联驱动模式③。

附图12给出由并联驱动模式切换到差速驱动模式的过程。切换前，车辆以并联驱动模式行驶，制动器7分离，离合器6闭合，将太阳轮、齿圈和行星架锁定在一起①；切换时，离合器6分离，将太阳轮、行星架和齿圈释放，系统进入差速驱动模式②。

本发明所提供的混合动力汽车驱动系统通过控制制动器、离合器的工作状态，不但能够运行于纯电动模式、并联模式和差速驱动模式，而且能够在这些模式间进行切换，从而使混合动力车能够工作于多种工况包括纯电动行驶、发动机与电机联合驱动、发动机单独驱动、怠速启停发动机、行驶中发动机启停、电机辅助驱动、电机巡航发电、再生制动能量回收等，附图13具体给出基于本发明的混合动力汽车驱动系统能够实现的各功能切换示意图，图示中纯电驱动、制动无倒拖、发动机起步的条件为离合器分离、变速器挂入前进或倒档模式；纯机驱动（发动机单独驱动）、巡航发电、机电双驱动、制动+倒拖的实现条件为离合器结合、变速器挂入前进或倒档模式等等。

本发明所提供的混合动力汽车驱动系统通过创新引入由行星齿轮系、电机、制动器、单向离合器和离合器共同构成的动力耦合装置，利用这种动力耦合装置连接发动机和变速器，通过控制离合器和制动器的工作状态，使得混合动力汽车能够运行于多种动力驱动传递工作模式，有效解决了前驱前置型混合动力汽车动力的布置难题，同时满足了整车的各项性能要求，特别是用于插电式混合动力汽车及非插电式混合动力汽车，同时能够实现行驶过程中平稳启动发动机，整车驾驶性好，同时具有效率高、成本低、尺寸小、动力性好等优点。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种混合动力汽车驱动系统，其特征在于，包括：发动机（1）、电机（5）、离合器（6）、制动器（7）、变速器（8）、齿圈（9）、行星架（10）、太阳轮（11）、行星轮（12）和壳体；所述发动机(1)的转轴连接太阳轮（11）的中轴；所述制动器（7）的一端连接太阳轮（11）的中轴，另一端连接壳体，用于锁止发动机转动；所述太阳轮（11）啮合于所述行星轮（12），所述行星轮（12）啮合于所述齿圈（9），所述行星架（10）连接所述行星轮（12），由所述齿圈（9）、行星架（10）、太阳轮（11）和行星轮(12)组成行星齿轮系，所述行星架（10）连接变速器（8）的转轴，所述离合器（6）的一端连接所述行星架（10），所述离合器（6）的另一端连接所述齿圈（9），所述电机（5）同时具有发电和电动功能并包括有定子和转子，所述电机（5）的转子连接所述齿圈（9），所述电机（5）的定子固定在壳体上，同时所述系统为单电机结构；所述变速器能够实现前进、倒挡以及变速比功能；所述离合器（6）为湿式多片离合器，且所述离合器（6）能够锁定所述行星齿轮系，即当所述离合器（6）处于分离状态时，所述行星架（10）和齿圈（9）分离，当所述离合器（6）处于结合状态时，所述行星架（10）和齿圈（9）结合，所述行星齿轮系锁定在一起进行整体转动；

还包括有减振飞轮（2），所述发动机(1)的转轴连接所述减振飞轮（2）的初级，所述减振飞轮（2）的次级连接所述太阳轮（11）的中轴，通过所述减振飞轮（2）衰减发动机输出的高频振动。

2.根据权利要求1所述的混合动力汽车驱动系统，其特征在于，所述行星齿轮系为单排行星轮结构。

3.根据权利要求1、2任一项所述的混合动力汽车驱动系统，其特征在于，还包括有单向离合器（4），所述单向离合器的内圈连接太阳轮（11）的中轴，所述单向离合器的外端连接壳体，用于确保发动机不反转和模式切换平稳。

4.一种采用权利要求1-3任一项所述的混合动力汽车驱动系统进行的混合动力汽车驱动方法，其特征在于，所述驱动方法包括控制所述混合动力汽车驱动系统处于以下工作模式之一：

（一）、纯电动驱动模式：控制所述离合器（6）处于分离状态，控制所述制动器（7）处于制动闭合状态；

（二）、并联驱动模式：控制所述制动器（7）处于分离状态，控制所述离合器（6）处于闭合状态，通过所述离合器锁定行星齿轮系，即将所述太阳轮、行星轮、行星架和齿圈锁定在一起；

（三）、差速驱动模式：控制离合器（6）处于分离状态，控制制动器（7）处于分离状态。

5.根据权利要求4所述的混合动力汽车驱动方法，其特征在于，所述驱动方法还包括控制所述混合动力汽车驱动系统处于以下工作模式切换过程之一：

（一）、纯电动驱动模式切换成并联驱动模式：切换前发动机（1）静止、制动器（7）闭合、离合器（6）分离、电机（5）正向转动，切换时控制制动器（7）分离，控制离合器（6）闭合将行星齿轮系锁定，并通过太阳轮拖动发动机转动并喷油点火，进入并联驱动模式；

（二）、差速驱动模式切换成纯电动驱动模式：切换前制动器（7）分离，离合器（6）分离，发动机（1）工作并正转，电机正转或反转；切换时关闭发动机（1），控制制动器（7）闭合锁定发动机，电机转速增大进入纯电动驱动模式；

（三）、差速驱动模式切换到并联驱动模式：切换前制动器（7）分离，离合器（6）分离，发动机（1）工作并正转，电机正转或反转；切换时控制离合器（6）闭合，将行星齿轮系锁定，系统进入并联驱动模式；

（四）、并联驱动模式切换到差速驱动模式：切换前制动器（7）分离，离合器（6）闭合，将行星齿轮系锁定在一起；切换时控制离合器（6）分离，将行星齿轮系解锁释放，系统进入差速驱动模式。

6.根据权利要求4或5所述的混合动力汽车驱动方法，其特征在于，其中所述纯电动驱动模式下包括以下两种工况：

（1）、纯电动启动：发动机（1）不工作，电机（5）转子的输出扭矩作用在齿圈（9）上，通过行星架（10）减速和放大扭矩后作用在变速器（8）的输入轴上，通过变速器（8）单独驱动车辆行驶，同时利用制动器（7）防止发动机（1）反转；

（2）、纯电动制动：发动机（1）不工作，电机（5）将反方向扭矩作用在齿圈（9）上，通过行星架减速和放大扭矩后作用在变速器（8）的输入轴上，通过变速器在车轮上产生制动力，同时利用制动器（7）防止发动机（1）反转。

7.根据权利要求4或5所述的混合动力汽车驱动方法，其特征在于，其中所述并联驱动模式下包括以下四种工况：

（1）、发动机驱动：发动机（1）工作，电机（5）空转、输出零扭矩，发动机（1）输出的转速和扭矩通过被锁定为一体的行星齿轮系1:1的输出给变速器（8）；

（2）、发动机与电机共同驱动：发动机（1）和电机（5）同时工作，电机（5）与发动机（1）同转速并同时输出功率，两者的扭矩相叠加后通过被锁定为一体的行星齿轮系输出给变速器（8）；

（3）、发动机驱动与电机发电：发动机（1）工作，电机（5）处于正转负扭矩发电状态，发动机（1）的驱动扭矩与电机（5）的发电扭矩相减后通过被锁定为一体的行星齿轮系输出给变速器（8）；

（4）、行驶中发动机倒拖与电机发电：行驶中车辆制动，发动机停止喷油，呈现倒拖，电机（5）以正转负扭矩方式进入发电状态，车辆的动能从变速器（8）输出到行星架，通过被锁定为一体的行星齿轮系分流输出给发动机和电机，发动机将能量消耗掉，电机将能量发电回收。

8.根据权利要求4或5所述的混合动力汽车驱动方法，其特征在于，其中所述差速驱动模式下包括以下四种工况：

（1）、发动机（1）正转并输出正扭矩，电机（5）正转并输出正扭矩，电机（5）与发动机（1）的输出转速通过行星轮耦合，且扭矩相叠加输出给变速器（8）；

（2）、发动机（1）正转并输出正扭矩，电机（5）反转但输出正扭矩，电机（5）与发动机（1）的输出转速通过行星轮耦合，且扭矩相叠加输出给变速器（8）；

（3）、发动机驱动车辆起步：起步前，发动机怠速、驱动太阳轮正向转动，车轮处于静止状态，与之连接的变速器和行星架转速为零，受行星齿轮系运动学的约束，齿圈带动电机反向转动；起步时，发动机和电机分别输出正向扭矩，经过行星齿轮系的耦合，输出到变速器上推动车轮转动，行星架的转速由零逐步增大，同时齿圈做正方向加速，转速由负值迅速增大成正值；当齿圈和行星架速度相同时，控制离合器闭合进入并联驱动模式。