CN106915247B - 混合动力系统以及具有其的车辆 - Google Patents

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    • B60K6/36—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the transmission gearings
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Abstract

本发明提供了一种混合动力系统以及具有其的车辆，混合动力系统包括：发动机、电动机和发电机；第一行星齿轮机构和第二行星齿轮机构，第一行星齿轮机构包括：第一太阳轮、第一行星轮、第一行星架和第一齿圈，第二行星齿轮机构包括：第二太阳轮、第二行星轮、第二行星架和第二齿圈，发动机与第一行星架相连，发电机与第一齿圈相连，第一太阳轮与第二太阳轮相连，电动机与第二行星架相连；制动组件，制动组件设置成可选择性地对第一太阳轮、第一行星架和第一齿圈中的一个进行制动；差速器，差速器与第二太阳轮相连。由此，混合动力系统可以实现多种驱动模式，而且动力性好。

Description

混合动力系统以及具有其的车辆
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，特别涉及一种混合动力系统以及具有该混合动力系统的车辆。
背景技术
相关技术中，在混合动力系统中，发动机与减速机构相连，在减速机构(变速器)的输入轴前段加装一组电动模块(充当动力源电机)，该电动模块主要由飞轮、离合器执行机构、电机以及电机冷却水套等组成；它的前段与发动机曲轴连接，后端与变速器输入轴连接。
上述结构中动力由发动机和电机混合提供，也可以实现短时间的纯电动模式，从而实现降低整车油耗的目的，消弱汽车对石油能源的依赖性，减少二氧化碳排放，保护环境。
但是，该种混合动力系统存在着诸多不足之处：首先，该结构只是将电动模块加装在发动机和减速机构(变速器)之间，这样就会增加传动系统的轴向长度，然而目前减速机构(变速器)的优化已经到了极致，很难再缩短轴向长度；如果想通过减小电动模块的长度来解决这个问题，但事实上这一点很难解决；因为，电动模块的长度直接影响了电机的容量，换言之，如果太短，那么电机的容量就会很小，电机驱动的行驶里程就非常有限，电动模块就失去了它存在的价值；其次，目前该结构传动系统的控制模式较为单一，个别结构只是具备发动机起动电机和低速动车的功能。这样就不能充分利用电机的动率特性。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种混合动力系统，以解决混合动力系统模式单一的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种混合动力系统，包括：发动机、电动机和发电机；第一行星齿轮机构和第二行星齿轮机构，所述第一行星齿轮机构包括：第一太阳轮、第一行星轮、第一行星架和第一齿圈，所述第二行星齿轮机构包括：第二太阳轮、第二行星轮、第二行星架和第二齿圈，所述发动机与所述第一行星架相连，所述发电机与所述第一齿圈相连，所述第一太阳轮与所述第二太阳轮相连，所述电动机与所述第二行星架相连；制动组件，所述制动组件设置成可选择性地对所述第一太阳轮、所述第一行星架和所述第一齿圈中的一个进行制动；差速器，所述差速器与所述第二太阳轮相连。
进一步地，所述发电机位于所述第一行星齿轮机构和所述发动机之间，所述发电机套设在所述发动机连接所述第一行星架的输入轴上。
进一步地，所述电动机位于所述第一行星齿轮机构和所述第二行星齿轮机构之间，所述第一太阳轮与所述第二太阳轮之间连接有中间轴，所述电动机套设在所述中间轴上。
进一步地，所述第一太阳轮和所述第二太阳轮之间设置有离合器。
进一步地，所述制动组件包括：太阳轮制动器、行星架制动器和齿圈制动器，所述太阳轮制动器用于制动所述第一太阳轮，所述行星架制动器用于制动所述第一行星架，所述齿圈制动器用于制动所述第一齿圈。
进一步地，所述太阳轮制动器、所述行星架制动器和所述齿圈制动器在所述发动机的输入轴的轴向间隔开布置。
进一步地，所述太阳轮制动器、所述行星架制动器和所述齿圈制动器均包括：内摩擦片和外摩擦片，所述内摩擦片用于接合或分离所述外摩擦片，所述外摩擦片被固定。
进一步地，所述混合动力系统还包括：壳体，所述电动机、所述发电机、所述第一行星齿轮机构、所述第二行星齿轮机构和所述制动组件设置在所述壳体内，所述太阳轮制动器、所述行星架制动器和所述齿圈制动器中的所述外摩擦片固定在所述壳体上。
进一步地，所述混合动力系统还包括：扭矩管理器，所述扭矩管理器与所述第二太阳轮相连，所述差速器为两个且分别为前差速器和所述后差速器，所述前差速器与所述扭矩管理器相连，所述后差速器与所述第二太阳轮相连。
相对于现有技术，本发明所述的混合动力系统具有以下优势：
根据本发明的混合动力系统，通过设置第一行星齿轮机构和第二行星齿轮机构，可以使得混合动力系统实现多种驱动模式，可以提高发动机的燃油经济性，还可以提高混合动力系统的动力性。
本发明的另一目的在于提出一种车辆。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种车辆，包括上述的混合动力系统。
所述车辆与上述混合动力系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的车辆的结构示意图；
图2为本发明实施例所述的混合动力系统的局部结构示意图；
图3为图2中的混合动力系统的结构示意图，且电动机单独驱动；
图4为图2中的混合动力系统的结构示意图，且电动机单独驱动并带动发动机；
图5为图2中的混合动力系统的结构示意图，且电动机单独驱动、发动机带动发电机发电；
图6为图2中的混合动力系统的结构示意图，且车辆处于制动能量回收状态；
图7为图2中的混合动力系统的结构示意图，且电动机和发动机共同驱动。
附图标记说明：
车辆1000；
混合动力系统100；
发动机10；输入轴10a；电动机20；发电机30；
第一行星齿轮机构40；第一太阳轮41；第一行星轮42；第一行星架43；第一齿圈44；
第二行星齿轮机构50；第二太阳轮51；第二行星轮52；第二行星架53；第二齿圈54；
制动组件60；太阳轮制动器61；行星架制动器62；齿圈制动器63；
前差速器70a；后差速器70b；中间轴80；离合器90；壳体110；扭矩管理器120。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明实施例的混合动力系统100。
根据本发明实施例的混合动力系统100可以包括：发动机10、电动机20、发电机30、第一行星齿轮机构40、第二行星齿轮机构50、制动组件60和差速器。如图2-图7所示，第一行星齿轮机构40可以包括：第一太阳轮41、第一行星轮42、第一行星架43和第一齿圈44，第一行星轮42安装在第一行星架43上，而且第一行星轮42分别与第一太阳轮41和第一齿圈44啮合。发动机10与第一行星架43相连，发电机30与第一齿圈44相连。可以理解的是，当发动机10输出动力时，第一行星架43可以作为第一行星齿轮机构40的动力输入端。
可选地，如图2-图7所示，发电机30可以位于第一行星齿轮机构40和发动机10之间，发电机30套设在发动机10连接第一行星架43的输入轴10a上。由此，至少一定程度上可以降低发电机30占用混合动力系统100的空间，可以提高混合动力系统100在车辆1000上的布置灵活性，而且可以避免增加混合动力系统100的轴向长度。
第二行星齿轮机构50包括：第二太阳轮51、第二行星轮52、第二行星架53和第二齿圈54，第二行星轮52套设在第二行星架53上，而且第二行星轮52分别与第二太阳轮51和第二齿圈54啮合，第一太阳轮41与第二太阳轮51相连，电动机20与第二行星架53相连。需要说明的是，第二齿圈54可以被固定。可选地，如图2-图7所示，电动机20可以位于第一行星齿轮机构40和第二行星齿轮机构50之间，第一太阳轮41与第二太阳轮51之间连接有中间轴80，电动机20套设在中间轴80上。由此，至少一定程度上可以降低电动机20占用混合动力系统100的空间，可以提高混合动力系统100的布置灵活性，而且可以避免增加混合动力系统100的轴向长度。
制动组件60设置成可选择性地对第一太阳轮41、第一行星架43和第一齿圈44中的一个进行制动。可选地，如图2-图7所示，制动组件60可以包括：太阳轮制动器61、行星架制动器62和齿圈制动器63，太阳轮制动器61用于制动第一太阳轮41，行星架制动器62用于制动第一行星架43，齿圈制动器63用于制动第一齿圈44。由此，制动组件60结构简单且实现制动可靠。可选地，如图2-图7所示，太阳轮制动器61、行星架制动器62和齿圈制动器63可以在发动机10的输入轴10a的轴向(即图2所示的前后方向)间隔开布置。通过合理设置太阳轮制动器61、行星架制动器62和齿圈制动器63，可以使得制动组件60结构简单且可靠，而且可以使得制动组件60占用混合动力系统100的空间较小。
根据本发明的一个优选实施例，太阳轮制动器61、行星架制动器62和齿圈制动器63均包括：内摩擦片和外摩擦片，内摩擦片用于接合或分离外摩擦片，外摩擦片被固定。可选地，如图2-图7所示，混合动力系统100还可以包括：壳体110，电动机20、发电机30、第一行星齿轮机构40、第二行星齿轮机构50和制动组件60设置在壳体110内，太阳轮制动器61、行星架制动器62和齿圈制动器63中的外摩擦片固定在壳体110上。
差速器与第二太阳轮51相连。由此，第二太阳轮51可以作为第二行星齿轮机构50的动力输出端，动力经过差速器的差速后传递给左右两个车轮以驱动车辆1000运动。可选地，如图1所示，混合动力系统100还可以包括：扭矩管理器120，扭矩管理器120与第二太阳轮51相连，差速器为两个，而且两个差速器分别为前差速器70a和后差速器70b，前差速器70a与扭矩管理器120相连，后差速器70b与第二太阳轮51相连。扭矩管理器120可以向前差速器70a分配动力，从而可以使得车辆1000实现四驱驱动模式。
根据本发明的一个实施例，如图2-图7所示，第一太阳轮41和第二太阳轮51之间可以设置有离合器90。通过设置离合器90，至少一定程度上可以降低能量损失，例如，当电动机20单独驱动时，离合器90可以处于断开状态，从而可以防止一部分动力通过第一行星齿轮机构40传递至发电机30和发动机10处。
下面结合附图详细描述根据本发明实施例的混合动力系统100的多种驱动模式。
经济模式：如图3所示，发动机10和发电机30停止工作且电动机20工作，电动机20的动力可以依次通过第二行星架53、第二行星轮52、第二太阳轮51传递给扭矩管理器120，扭矩管理器120将动力传递给前差速器70a，第二太阳轮51可以直接连接后差速器70b，从而可以实现车辆1000的四驱模式。
在此过程中，整车驱动力控制系统会时刻监控四个车轮的转速，分析其对应路面的摩擦系数，决定传递给前桥的扭矩大小(调节扭矩大小的方法是改变施加在摩擦片上的压力)。而且，控制系统会根据整车的横向加速度传感器反馈的数值，来判定整车运行状态(例如转弯、甩尾等)，然后适时地控制传递到前桥的扭矩大小，可以实现50:50的扭矩分配。
增程充电模式：如图5所示，发动机10、发电机30和电动机20同时工作，太阳轮制动器61制动第一太阳轮41，发动机10的动力依次通过第一行星架43、第一行星轮42和第一齿圈44后传递给发电机30发电，电能可以储存在车辆1000上的动力电池内。
发动机启动模式：如图4所示，发电机30停止工作且电动机20工作，离合器90处于接合状态，齿圈制动器63制动第一齿圈44。电动机20的一部分动力依次通过第二行星架53、第二行星轮52、第二太阳轮51传递给扭矩管理器120，扭矩管理器120将动力传递给前差速器70a，第二太阳轮51可以直接连接后差速器70b，从而可以实现车辆1000的四驱模式；电动机20的另一部分动力依次经过：第二行星架53、第二行星轮52、第二太阳轮51、中间轴80、离合器90、第一太阳轮41、第一行星轮42和第一行星架43后传递给发动机10以使得发动机10启动。发动机10启动后，断开离合器90，齿圈制动器63解除对第一齿圈44的制动。
匀速巡航模式：电动机20工作且发动机10和发电机30停止工作，电动机20的动力传动路线与电动机20在上述的经济模式的传动路线相同。
制动能量回收模式：如图6所示，发电机30工作，离合器90处于接合状态且行星架制动器62制动第一行星架43，前差速器70a的动力经过扭矩管理器120的管理后和后差速器70b的动力耦合，然后耦合后的动力依次通过第二太阳轮51、中间轴80、离合器90、第一太阳轮41、第一行星轮42和第一齿圈44后传递给发电机30，电能可以储存在车辆1000上的动力电池内。
加速模式：如图7所示，发电机30停止工作且电动机20和发动机10工作，离合器90处于接合状态且齿圈制动器63制动第一齿圈44，发动机10的动力依次通过第一行星架43、第一行星轮42、第一太阳轮41、中间轴80、离合器90传递至第二太阳轮51，电动机20的动力依次通过第二行星架53和第二行星轮52后传递至第二太阳轮51，发动机10和电动机20的动力在第二太阳轮51处耦合后一部分传递给后差速器70b，另一部分通过扭矩管理器120传递给前差速器70a，从而可以实现车辆1000的四驱模式。
由此，根据本发明实施例的混合动力系统100，通过设置第一行星齿轮机构40和第二行星齿轮机构50，可以使得混合动力系统100实现多种驱动模式，可以提高发动机10的燃油经济性，还可以提高混合动力系统100的动力性，例如上述的加速模式。
根据本发明实施例的车辆1000，包括上述实施例的混合动力系统100，由于上述的混合动力系统100内设置有第一行星齿轮机构40和第二行星齿轮机构50，可以使得混合动力系统100实现多种驱动模式，可以提高发动机10的燃油经济性，还可以提高混合动力系统100的动力性，例如上述的加速模式。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种混合动力系统(100)，其特征在于，包括：
发动机(10)、电动机(20)和发电机(30)；
第一行星齿轮机构(40)和第二行星齿轮机构(50)，所述第一行星齿轮机构(40)包括：第一太阳轮(41)、第一行星轮(42)、第一行星架(43)和第一齿圈(44)，所述第二行星齿轮机构(50)包括：第二太阳轮(51)、第二行星轮(52)、第二行星架(53)和第二齿圈(54)，所述发动机(10)与所述第一行星架(43)相连，所述发电机(30)与所述第一齿圈(44)相连，所述第一太阳轮(41)与所述第二太阳轮(51)相连，所述电动机(20)与所述第二行星架(53)相连；
制动组件(60)，所述制动组件(60)设置成可选择性地对所述第一太阳轮(41)、所述第一行星架(43)和所述第一齿圈(44)中的一个进行制动；
差速器，所述差速器与所述第二太阳轮(51)相连；
所述制动组件(60)包括：太阳轮制动器(61)、行星架制动器(62)和齿圈制动器(63)，所述太阳轮制动器(61)用于制动所述第一太阳轮(41)，所述行星架制动器(62)用于制动所述第一行星架(43)，所述齿圈制动器(63)用于制动所述第一齿圈(44)。
2.根据权利要求1所述的混合动力系统(100)，其特征在于，所述发电机(30)位于所述第一行星齿轮机构(40)和所述发动机(10)之间，所述发电机(30)套设在所述发动机(10)连接所述第一行星架(43)的输入轴上。
3.根据权利要求1所述的混合动力系统(100)，其特征在于，所述电动机(20)位于所述第一行星齿轮机构(40)和所述第二行星齿轮机构(50)之间，所述第一太阳轮(41)与所述第二太阳轮(51)之间连接有中间轴(80)，所述电动机(20)套设在所述中间轴(80)上。
4.根据权利要求1所述的混合动力系统(100)，其特征在于，所述第一太阳轮(41)和所述第二太阳轮(51)之间设置有离合器(90)。
5.根据权利要求4所述的混合动力系统(100)，其特征在于，所述太阳轮制动器(61)、所述行星架制动器(62)和所述齿圈制动器(63)在所述发动机(10)的输入轴的轴向间隔开布置。
6.根据权利要求5所述的混合动力系统(100)，其特征在于，所述太阳轮制动器(61)、所述行星架制动器(62)和所述齿圈制动器(63)均包括：内摩擦片和外摩擦片，所述内摩擦片用于接合或分离所述外摩擦片，所述外摩擦片被固定。
7.根据权利要求6所述的混合动力系统(100)，其特征在于，还包括：壳体(110)，所述电动机(20)、所述发电机(30)、所述第一行星齿轮机构(40)、所述第二行星齿轮机构(50)和所述制动组件(60)设置在所述壳体(110)内，所述太阳轮制动器(61)、所述行星架制动器(62)和所述齿圈制动器(63)中的所述外摩擦片固定在所述壳体(110)上。
8.根据权利要求1所述的混合动力系统(100)，其特征在于，还包括：扭矩管理器(120)，所述扭矩管理器(120)与所述第二太阳轮(51)相连，所述差速器为两个且分别为前差速器(70a)和后差速器(70b)，所述前差速器(70a)与所述扭矩管理器(120)相连，所述后差速器(70b)与所述第二太阳轮(51)相连。
9.一种车辆(1000)，其特征在于，包括根据权利要求1-8中任一项所述的混合动力系统(100)。
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