CN106515421A - 混合动力系统及变速总成 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种混合动力系统及变速总成。该混合动力系统包括：行星运动机构，包括动力输入件、传动控制件以及动力输出件；电动机，与传动控制件连接；第一离合机构，选择性接合以使动力输入件同步传动动力输出件；第一制动机构，选择性接合以制动动力输入件；第二制动机构，选择性接合以制动传动控制件；以不同组合接合第一离合机构、第一和第二制动机构，以使混合动力系统具有不同的工作模式。本发明能够以较少部件实现混合动力系统的工作模式和性能优点。

Description

混合动力系统及变速总成
技术领域
本发明实施例涉及动力驱动技术领域，特别涉及一种混合动力系统以及使用该混合动力系统的变速总成。
背景技术
用于车辆的混合动力系统在车辆处于不同工作模式下使用不同动力源。例如，电动-机械混合动力系统通常具有例如汽油发动机或柴油发动机的内燃发动机和至少一个电动机。通过接合不同组合的制动器和离合器，并控制发动机和电动机，使得混合动力系统具有不同的工作模式，例如纯发动机工作模式、纯电动工作模式以及混合动力工作模式，从而有利于提高燃料经济性。然而，当前混合动力系统所需要的部件，例如电动机、制动器和/或离合器等，数量较多，生产成本较高，控制难度高等。
发明内容
为了解决现有技术中混合动力系统的结构过于复杂，成本太高以及控制难度高的技术问题，本发明提供一种混合动力系统及变速总成。
本发明一实施例的混合动力系统，包括：输入轴，与发动机连接以从发动机接收动力；行星运动机构，包括动力输入件、传动控制件以及动力输出件，其中动力输入件与输入轴连接；电动机，与行星运动机构的传动控制件连接；输出轴，与动力输出件连接以输出动力；第一离合机构，用于选择性接合，以导通动力输入件和动力输出件之间，或者动力输入件和电动机之间，或者动力输出件和电动机之间的动力传输路径；第一制动机构，用于选择性接合以制动动力输入件；第二制动机构，用于选择性接合以制动传动控制件；其中，第一离合机构、第一制动机构和第二制动机构以不同组合进行接合，以使混合动力系统具有不同的工作模式。
可选地，行星运动机构包括太阳轮、设置于太阳轮周围并与太阳轮外啮合的行星齿轮组、与行星齿轮组内啮合的齿圈以及设置于述行星齿轮组上的行星架，齿圈为动力输入件，行星架为动力输出件，太阳轮为传动控制件，行星齿轮组为传动件。
可选地，第一制动机构包括第一制动件和第一被制动件，第二被制动件与齿圈同轴固定，第一制动件用于对第一被制动件进行选择性制动。
可选地，第二制动机构包括第二制动件和第二被制动件，第二被制动件与太阳轮同轴固定，第二制动件用于对第一被制动件进行选择性制动。
可选地，第一离合机构包括第一主动件和第一从动件，第一主动件与齿圈连接，第一从动件与行星架连接。
可选地，第一离合机构包括第一主动件和第一从动件，第一主动件与齿圈连接，第一从动件与太阳轮连接。
可选地，第一离合机构包括第一主动件和第一从动件，第一主动件与行星架连接，第一从动件与太阳轮连接。
可选地，混合动力系统还包括第二离合机构，第二离合机构包括第二主动件和第二从动件，第二主动件和第二从动件用于选择性接合，以将发动机输出的动力选择性输出至输入轴。
本发明一实施例的变速总成，包括上述混合动力系统。
有益效果：本发明实施例利用单行星运动机构仅配合一个电动机即可使得混合动力系统在不同工作模式之间进行切换，尽量减少部件的同时而不会牺牲混合动力系统的工作模式和性能优点。
附图说明
图1是本发明第一实施例的混合动力系统的结构示意图；
图2是本发明第二实施例的混合动力系统的结构示意图；
图3是本发明第三实施例的混合动力系统的结构示意图；
图4是本发明第四实施例的混合动力系统的结构示意图；
图5是本发明第五实施例的混合动力系统的结构示意图；
图6是本发明第六实施例的混合动力系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明所提供的各个示例性的实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参阅图1，为本发明第一实施例的混合动力系统。所述混合动力系统所适用的动力装置包括但不限于车辆、船舶等，并且可以作为独立部件连接于发动机和变速齿轮组之间，用于从发动机接收动力，并通过变速齿轮组以及与变速齿轮组连接的差速器输出动力以驱动负载，所述负载包括但不限于例如汽车车轮等。本实施例的混合动力系统包括输入轴10、输出轴20、第一制动机构30、第二制动机构40、第一离合机构50、第二离合机构60、行星运动机构和电动机70。
输入轴10与发动机连接以从发动机接收动力。
输出轴20与变速齿轮组连接以向变速齿轮组输出动力。
电动机70与行星运动机构中的元件连接，例如电动机70可与行星运动机构中的太阳轮11同轴固定。
行星运动机构连接于输入轴10和输出轴20之间。行星运动机构为单行星运动机构，包括太阳轮11、设置于太阳轮11周围并与太阳轮11外啮合的行星齿轮组12、与行星齿轮组12内啮合的齿圈13以及设置于行星齿轮组12上的行星架14。齿圈13与输入轴10连接，作为行星运动机构的动力输入件。行星架14与输出轴20连接，以输出动力至变速齿轮组，作为行星运动机构的动力输出件。太阳轮11为行星运动机构的传动控制件，行星齿轮组12为行星运动机构的传动件。
第一制动机构30、第二制动机构40和第一离合机构50、第二离合机构60为行星运动机构的控制机构，该控制机构用于以不同组合进行接合以对行星运动机构中的元件进行控制，使得从输入轴10以及电动机70接收的动力经由行星运动机构中的元件传递至输出轴20。
请继续参阅图1所示，第一制动机构30包括第一制动件31和第一被制动件32，第一制动件31为静止构件，该静止构件可以是变速器壳体或其他不转动构件，用于对第一被制动件32进行选择性制动。具体地，当第一制动件31和第一被制动件32接合时，第一制动机构30处于制动状态，以此将齿圈13固定连接至静止构件；当第一制动件31和第一被制动件32分离时，第一制动机构30处于分离状态。
第二制动机构40包括第二制动件41和第二被制动件42，第二制动件41为静止构件，该静止构件也可以是变速器壳体或其他不转动构件，用于对第二被制动件42进行选择性制动。具体地，当第二制动件41和第二被制动件42接合时，第二制动机构40处于制动状态，以此将太阳轮11固定连接至静止构件；当第二制动件41和第二被制动件42分离时，第二制动机构40处于分离状态。
第一离合机构50包括第一主动件51和第一从动件52，用于选择性接合以使动力经过第一离合机构50输出至行星运动机构。
第二离合机构60包括第二主动件和第二从动件，用于选择性接合以将动力由输入轴10输出至行星运动机构的动力输入件。具体地，当第二主动件和第二从动件接合时，第二离合机构60处于接合状态，发动机的动力输出至行星运动机构，以此使输入轴10同步传动齿圈13；当第二主动件和第二从动件分离时，第二离合机构60处于分离状态，输入轴10与齿圈13分离。第二离合机构60可以为湿式或干式离合机构。当然，如图2所示，第二离合机构60也可以为单向离合机构，在行星运动机构的与输入轴10连接的元件(齿圈13)的转速大于发动机的转速时，单向离合机构处于超越状态，避免动力的回流。
在本实施例中，第一主动件51设置于齿圈13的内侧，第一从动件52设置于行星架14上且与行星架14同轴设置，第一被制动件32设置于齿圈13上且与齿圈13同轴固定，第二被制动件42设置于太阳轮11上且与太阳轮11同轴固定。在实际场景中，第一制动机构30、第二制动机构40和第一离合机构50包括但不限于摩擦片式离合器(又称摩擦片式制动器)、电磁式离合器(又称电磁式制动器)。
继续参阅图1，发动机可视为第一动力源，优选其为柴油或汽油发动机，电动机70可视为第二动力源。上述控制机构以不同组合进行接合，以使混合动力系统具有不同的工作模式。具体而言：
驻车发电模式：当电动机70的电池SOC(State of Charge,荷电状态或剩余电量)较低时，控制第二离合机构60接合，同时控制第一离合机构50、第一制动机构30和第二制动机构40处于分离状态，此时，电动机70作为发电机为电池充电。在该驻车发电模式下，动力的传递路径为：发动机输出的动力依次经由齿圈13、行星齿轮组12和太阳轮11传递至电动机70。
纯电动起步及低速行驶模式：发动机关闭，控制第一制动机构30制动，同时控制第二制动机构40和第一离合机构50处于分离状态，此时，电动机70带动太阳轮11转动，并向太阳轮11提供扭矩，该扭矩通过行星齿轮组12提供给行星架14以推进车辆。在该纯电动起步及低速行驶模式下，动力的传递路径为：电动机70输出的动力依次经由太阳轮11、行星齿轮组12、行星架14传递至输出轴20。
纯电动高速行驶模式：发动机关闭，控制第一离合机构50接合，同时控制第一制动机构30、第二制动机构40和第二离合机构60处于分离状态，此时，电动机70通过齿圈13以第一速度比(等速比)驱动行星运动机构的输出轴20。也就是说，齿圈13所接收的动力在齿圈13和行星架14之间直接传递，进而使得动力等速传递至输出轴20，车辆可以在电动机70的转速较低时高速度行驶。在该纯电动高速行驶模式下，动力的传递路径为：电动机70输出的动力依次经由太阳轮11、行星齿轮组12、齿圈13、第一离合机构50、行星架14传递至输出轴20。
混合动力驱动模式：
(1)控制第一离合机构50和第二离合机构60接合，同时控制第一制动机构30和第二制动机构40均处于分离状态，此时，发动机通过齿圈13以第一速度比驱动行星架14，电动机70也通过齿圈13以第一速度比驱动行星架14，从而驱动车辆。在该混合动力驱动模式下，动力的传递路径有两条：一条是，发动机输出的动力依次经由第二离合机构60、第一离合机构50、行星架14传递至输出轴20；另一条是，电动机70输出的动力依次经由太阳轮11、行星齿轮组12、行星架14传递至输出轴20。
(2)控制第二离合机构60接合，同时控制第一制动机构30和第二制动机构40、第一离合机构50处于分离状态，此时，发动机或电动机70作为主动力驱动车辆。在该混合动力驱动模式下，动力的传递路径有两条：一条是，发动机输出的动力依次经由第二离合机构60、齿圈13、行星齿轮组12、行星架14传递至输出轴20；另一条是，电动机70输出的动力依次经由太阳轮11、行星齿轮组12、行星架14传递至输出轴20。另外，在该混合动力驱动模式下，发动机和电动机70也可以协调运行，电动机70可以通过正转或者反转来调节发动机的转速，以让发动机工作在最佳转速范围内，达到最节油效果。
纯发动机驱动模式：在车辆高速行驶中，发动机的效率相对较高，可以完全由发动机驱动车辆，而电动机70停止动力输出。
(1)控制第一离合机构50和第二离合机构60接合，同时控制第一制动机构30和第二制动机构40处于分离状态，此时，发动机与齿圈13以第一速度比驱动行星运动机构的行星架14。在该纯发动机驱动模式下，动力的传递路径为：发动机输出的动力依次经由第二离合机构60、第一离合机构50、行星架14传递至输出轴20。
(2)控制第二离合机构60接合，控制第二制动机构40制动，同时控制第一制动机构30和第一离合机构50处于分离状态，此时，发动机通过齿圈13以第二速度比(减速比)驱动行星运动机构的输出轴20。也就是说，齿圈13所接收的动力经过行星齿轮组12传递至行星架14，动力经行星齿轮组12减速后传递至输出轴20。在该纯发动机驱动模式下，动力的传递路径为：发动机输出的动力依次经由第二离合机构60、齿圈13、行星齿轮组12、行星架14传递至输出轴20。
(3)控制第一离合机构50和第二离合机构60接合，同时控制第一制动机构30和第二制动机构40处于分离状态，此时，发动机通过齿圈13以第一速度比驱动行星运动机构的输出轴20。在此过程中，发动机的动力可以通过齿圈13、行星齿轮组12和太阳轮11传递至电动机70，从而带动电动机70作为发电机为电池充电。也就是说，在该纯发动机驱动模式下，动力的传递路径有两条：一条是，发动机输出的动力依次经由第二离合机构60、第一离合机构50、行星架14传递至输出轴20；另一条是，电动机70输出的动力依次经由第二离合机构60、第一离合机构50、行星齿轮组12、太阳轮11传递至电动机70。
制动回收能量模式：当车辆滑行或驾驶员踩下制动踏板以制动时，车辆动能通过变速齿轮组的在挡反拖，带动电动机70作为发电机为电池充电。
(1)控制第一离合机构50接合，同时控制第一制动机构30、第二制动机构40和第二离合机构60处于分离状态，此时，车轮的转动带动行星运动机构转动，并通过太阳轮11以第一速度比带动电动机70作为发电机为电池充电。在该制动回收能量模式下，动力的传递路径为：车轮带动行星架14、第一离合机构50、齿圈13、行星齿轮组12、太阳轮11，并传动电动机70。
(2)控制第一制动机构30接合，同时控制第二制动机构40、第一离合机构50处于分离状态，此时，车轮的转动带动行星运动机构转动，并通过太阳轮11以第二速度比带动电动机70作为发电机为电池充电。在该制动回收能量模式下，动力的传递路径为：车轮带动行星架14、行星齿轮组12、太阳轮11，并传动电动机70。
通过上述方式，本发明实施例利用单行星运动机构仅配合一个电动机70即可使得混合动力系统在不同工作模式之间进行切换，尽量减少部件的同时而不会牺牲混合动力系统的工作模式和性能优点。
应该理解到，本发明的第一离合机构50还可以有其他设置方式。例如，参阅图3，第一离合机构50的第一主动件51设置于齿圈13的内侧，第一从动件52与电动机70连接，第一离合机构50用于选择性接合以导通齿圈13与电动机70之间的动力传输路径；又例如，参阅图5，第一离合机构50的第一主动件51设置于行星架14上且与行星架14同轴设置，第一从动件52与电动机70连接，第一离合机构50用于选择性接合以导通行星架14与电动机70之间的动力传输路径。
进一步地，第二离合机构60也可以有其他设置方式。例如，参阅图4和图6，第二离合机构60可以为单向离合机构，其工作原理可参阅图2所示实施例的描述。
本发明实施例还提供一种变速总成，其包括上述实施例的混合动力系统(例如图1～6所示的混合动力系统)，因此具有相同的有益效果。所述变速总成适用的动力装置包括但不限于车辆、船舶等。
应理解，以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种混合动力系统，其特征在于，所述混合动力系统包括：
输入轴，与发动机连接以从所述发动机接收动力；
行星运动机构，包括动力输入件、传动控制件以及动力输出件，其中所述动力输入件与所述输入轴连接；
电动机，与所述行星运动机构的传动控制件连接；
输出轴，与所述动力输出件连接以输出动力；
第一离合机构，用于选择性接合，以导通所述动力输入件和所述动力输出件之间，或者所述动力输入件和所述电动机之间，或者所述动力输出件和所述电动机之间的动力传输路径；
第一制动机构，用于选择性接合以制动所述动力输入件；
第二制动机构，用于选择性接合以制动所述传动控制件；
其中，第一离合机构、第一制动机构和第二制动机构以不同组合进行接合，以使所述混合动力系统具有不同的工作模式。
2.根据权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于，所述行星运动机构包括太阳轮、设置于所述太阳轮周围并与所述太阳轮外啮合的行星齿轮组、与所述行星齿轮组内啮合的齿圈以及设置于所述行星齿轮组上的行星架，所述齿圈为所述动力输入件，所述行星架为所述动力输出件，所述太阳轮为所述传动控制件，所述行星齿轮组为传动件。
3.根据权利要求2所述的混合动力系统，其特征在于，所述第一制动机构包括第一制动件和第一被制动件，所述第二被制动件与齿圈同轴固定，所述第一制动件用于对第一被制动件进行选择性制动。
4.根据权利要求2所述的混合动力系统，其特征在于，所述第二制动机构包括第二制动件和第二被制动件，所述第二被制动件与太阳轮同轴固定，所述第二制动件用于对第一被制动件进行选择性制动。
5.根据权利要求2所述的混合动力系统，其特征在于，所述第一离合机构包括第一主动件和第一从动件，所述第一主动件与所述齿圈连接，所述第一从动件与所述行星架连接。
6.根据权利要求2所述的混合动力系统，其特征在于，所述第一离合机构包括第一主动件和第一从动件，所述第一主动件与所述齿圈连接，所述第一从动件与所述太阳轮连接。
7.根据权利要求2所述的混合动力系统，其特征在于，所述第一离合机构包括第一主动件和第一从动件，所述第一主动件与所述行星架连接，所述第一从动件与所述太阳轮连接。
8.根据权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于，所述混合动力系统还包括第二离合机构，所述第二离合机构包括第二主动件和第二从动件，所述第二主动件和第二从动件用于选择性接合，以将所述发动机输出的动力选择性输出至所述输入轴。
9.一种变速总成，其特征在于，所述变速总成包括变速器以及与所述变速器连接的如权利要求1-8任一项所述的混合动力系统。
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