CN109203968A - 一种混合动力变速系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种混合动力变速系统，包括：发动机，第一电机和第二电机，第一离合器、第二离合器和第三离合器以及第一传动轴、第二传动轴和第三传动轴，行星架，制动器，第一齿轮和第二齿轮，齿圈，太阳轮，动力输出接口，其中：发动机通过曲轴与第一离合器相连；行星架分别与齿圈与太阳轮啮合连接，形成行星排结构；行星排结构分别与第一齿轮、第二齿轮直接连接；第一电机通过第三离合器与齿圈可选择性的连接；第二电机转子与太阳轮直接连接；制动器可选择性的制动所述齿圈；第二传动轴通过第二离合器与第一传动轴可选择性的连接；动力输出接口通过第三传动轴连接所述行星排结构。解决了混动变速系统结构复杂，变速时消耗扭矩过大的问题。

Description

一种混合动力变速系统
技术领域
本发明涉及汽车领域，包括一种混合动力变速系统。
背景技术
由于能源危机和大气污染日益加剧，国家出台了一系列节能减排措施，对汽车工业也推出了更为严格的排放规定，由此促进了混合动力汽车的技术进步。
现有技术中，如图1所示，在混合动力汽车中使用的变速系统通常采用一个简单行星排，其中发动机连接太阳轮，电机MG1连接齿圈，电机MG2连接行星架。两个离合器C2和C3，其中C2连接齿圈和输出端，C3连接行星架和输出端，两个制动器B1和B2，其中B1制动行星架，B2制动齿圈。可实现纯电动模式、纯发动机模式、混合动力模式和制动能量回收模式。
然而上述技术方案存在以下缺点：首先，采用两个离合器和两个制动器，轴向长度较长，不利于整车空间搭载，其次，电机MG1和电机MG2无法直接连接发动机曲轴，若通过行星排启动发动机，需要电机扭矩和功率较大，或是增加启动电机，增加系统复杂度，其中，增程模式需要通过复杂的行星排结构实现，需要较大电机扭矩和功率，造成结构和控制复杂。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种混合动力变速系统，以解决现有技术中的混合动力变速系统中采用的双离合以及发动机、电机与复杂行星排的结构，而导致的在混合驱动模式下，扭矩输出结构以及控制复杂的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种混合动力变速系统，包括：发动机，第一电机和第二电机，第一离合器、第二离合器和第三离合器以及第一传动轴、第二传动轴和第三传动轴，行星架，制动器，第一齿轮和第二齿轮，齿圈，太阳轮，动力输出接口，其中：所述发动机通过曲轴与所述第一离合器相连；所述行星架分别与所述齿圈与太阳轮啮合连接，形成行星排结构；所述行星排结构分别与所述第一齿轮直接连接，以输出动力；所述第一电机通过第三离合器与所述齿圈可选择性的连接，以将电力输出至所述行星排结构；所述第二电机转子与所述太阳轮直接连接，以将电力输出至太阳轮；所述制动器可选择性的制动所述齿圈；所述第二传动轴通过所述第二离合器与所述第一传动轴可选择性的连接，以接收所述行星排结构输出动力；所述动力输出接口通过第三传动轴连接所述行星排结构，以将所述发动机、所述第一电机和第二电机中的至少一个动力输出。
进一步的，所述第三离合器为牙嵌离合器。
进一步的，所述第三传动轴通过所述动力输出接口与所述差速器连接；所述第三传动轴与所述第二齿轮直接相连，以将所述发动机、所述第一电机和第二电机中的至少一个动力输出。
进一步的，所述混合动力变速系统包括：纯电动模式，纯发动机模式和混合驱动模式；所述混合动力变速系统处于纯电动模式时，所述发动机不工作，且所述第一电机和/或所述第二电机根据所述行车挡位需求动力进行驱动；所述混合动力变速系统处于纯发动机模式时，所述第一电机和所述第二电机不工作，且第一离合器和第三离合器接合，第二离合器可选择性结合；所述混合动力变速系统处于混合驱动模式时，所述第一电机和/或所述第二电机，结合所述发动机根据所述行车挡位需求动力进行驱动，且至少所述第一离合器接合。
进一步的，所述混合动力变速系统处于纯电动模式时，所述发动机不工作，且若所述行车挡位处于第一前进挡位或倒挡位，则所述第一电机和/或耦合所述第二电机混合提供动力，所属制动器制动，所述第二离合器接合。
进一步的，其特征在于，所述混合动力变速系统处于混合驱动模式时，且若所述行车挡位处于第一前进挡位，则所述第一电机和/或耦合所述第二电机，以及所述发动机混合提供动力，所属制动器制动，所述第一离合器和所述第二离合器接合。
进一步的，所述混合动力变速系统处于混合驱动模式时，且若所述行车挡位处于第二前进挡位，则所述第一电机和/或耦合所述第二电机混合提供动力，述第一离合器和所述第三离合器接合。
进一步的，所述混合动力变速系统处于混合驱动模式时，且若所述行车挡位处于增程挡位，则所述制动器制动，所述第一离合器接合。
进一步的，所述混合动力变速系统处于混合驱动模式时，且若所述行车挡位处于调速挡位，则所述第一离合器和所述第三离合器接合。
相对于现有技术，本发明所述的混合动力变速系统具有以下优势：首先，结构简单，利于空间搭载，其中，本方案中第一离合器和第二直接连接发动机和电机的输出端，其承载扭矩较小，降低设计复杂性，第一电机可通过结合第一离合器直接启动发动机,响应迅速，其次可通过离合器结合直接实现增程模式，降低电机需求扭矩和功率。
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为本发明背景技术中的一种动力传动系统示意图；
图2为本发明实施例二所述的一种混合动力变速系统示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
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。
实施例一
参照图1，为本发明实施例所述的一种混合动力变速系统的示意图，具体可以包括：
发动机ENG，第一电机M1和第二电机M2，第一离合器C1、第二离合器C2和第三离合器C3以及第一传动轴1、第二传动轴2和第三传动轴3，行星架PC，制动器B，第一齿轮Z1和第二齿轮Z2，齿圈R，太阳轮S，动力输出接口OUT，其中：
所述发动机ENG通过曲轴与所述第一离合器C1相连；
所述行星架PC分别与所述齿圈R与太阳轮S啮合连接，形成行星排结构；
所述行星排结构分别与所述第一齿轮Z1直接连接，以输出动力；
所述第一电机M1通过第三离合器C3与所述齿圈R可选择性的连接，以将电力输出至所述行星排结构；
所述第二电机M2转子与所述太阳轮S直接连接，以将电力输出至太阳轮S；
所述制动器B可选择性的制动所述齿圈R；
所述第二传动轴2通过所述第二离合器C2与所述第一传动轴1可选择性的连接，以接收所述行星排结构输出动力；
所述动力输出接口OUT通过第三传动轴3连接所述行星排结构，以将所述发动机ENG、所述第一电机M1和第二电机M2中的至少一个动力输出。
如图1所示，所述第三离合器C3为牙嵌离合器。
本发明实施例中，当第三离合器闭合时，第一电机与齿圈连接，可以将动力输出至行星排结构中，并可以结合第二电机或者发动机实现混合动力输出值第一传动轴和/或第二传动轴，而当第三离合器不闭合时，第一电机并不输出电力，所以第一电机M1通过第三离合器C3与所述齿圈R可选择性的连接。
具体而言，本发明中描述的离合器都有断开和闭合两种工作状态，所以通过离合器相连的部件都是在离合器闭合状态下实现连接，在离合器断开状态下连接也是断开的，所以都是可选择性的连接。
所述第三传动轴3通过所述动力输出接口OUT与所述差速器连接。
在本发明实施例中，动力输出接口并不是单一的部件，而是一个整体系统，其中第三传动轴连接通过输出接口与差速器连接。
所述第三传动轴3与所述第二齿轮Z2直接相连，以将所述发动机ENG、所述第一电机M1和第二电机M2中的至少一个动力输出。
在本发明实施例中，所述混合动力变速系统处于纯电动模式时，所述发动机ENG不工作，且所述第一电机M1和/或所述第二电机M2根据所述行车挡位需求动力进行驱动；
具体的，如表1所示的，混合动力变速系统处于纯电动模式时，所述发动机ENG不工作，且若所述行车挡位处于第一前进挡位或倒挡位，则所述第一电机和/或耦合所述第二电机混合提供动力，所属制动器制动，所述第二离合器接合。
C1 C2 C3 B M1 M2 ENG 挡位 能量回收元件
模式① ○ × 1挡 M2
模式② ○ ○ × × 1挡 M1,M2
模式③ ○ ○ ○ × × × 1挡 M1,M2
模式④ ○ ○ × × 2挡 M1
模式⑤ ○ ○ × × × 2挡 M1
模式⑥ ○ ○ ○ × 3挡 M1,M2
模式⑦ ○ ○ × × × 增程 M1
模式⑧ ○ ○ ×/- × × 调速挡 M1,M2
模式⑨ ○ ○ × × 倒挡 M1,M2
表一，驱动模式与离合、挡位工作状态对照表
例如，表一中的模式①：在起步时使用，采用第二电机M2－﹥传动轴2－﹥太阳轮S－﹥行星架PC－﹥第一齿轮Z1－﹥第二齿轮Z2－﹥传动轴3输出，实现第一前进挡1挡。
表一中的模式②：车辆处于低速加速时使用，第一电机M1－﹥传动轴1－﹥传动轴2－﹥耦合第二电机M2动力－﹥第二传动轴2－﹥太阳轮S－﹥行星架PC－﹥第一齿轮Z1－﹥第二齿轮Z2－﹥第三传动轴3输出，实现第一前进挡1挡。
模式⑨：倒挡时使用，电机M1反转－﹥第一传动轴1－﹥第二传动轴2－﹥耦合第二电机M2动力(反转)－﹥第二传动轴2－﹥太阳轮S－﹥行星架PC－﹥第一齿轮Z1－﹥第二齿轮Z2－﹥第三传动轴3输出，实现倒挡。各模式及各挡位下，均具有与之对应的能量回收元件，以保证整车能量的有效回收。
本发明实施例中，所述混合动力变速系统处于纯发动机模式时，所述第一电机M1和所述第二电机M2不工作，且第一离合器C1和第三离合器C3接合，第二离合器C2可选择性的接合。
例如表一中的模式⑥：车辆在中高速巡航时使用，发动机ENG－﹥第一传动轴1－﹥齿圈R和太阳轮S－﹥行星架PC输出－﹥第一齿轮Z1－﹥第二齿轮Z2－﹥第三传动轴3输出，实现第三前进挡3挡。
所述混合动力变速系统处于混合驱动模式时，所述第一电机M1和/或所述第二电机M2，结合所述发动机ENG根据所述行车挡位需求动力进行驱动，且至少所述第一离合器C1接合，需要说明的是，第二离合器可以接合，也可以不接合。
具体的，所述混合动力变速系统处于混合驱动模式时，且若所述行车挡位处于第一前进挡位，则所述第一电机M1和/或耦合所述第二电机M2，以及所述发动机ENG混合提供动力，所属制动器B制动，所述第一离合器C1和所述第二离合器C2接合。
例如，表一中的模式③：在车辆处于低速急加速时使用，发动机ENG－﹥传动轴1－﹥耦合第一电机M1动力－﹥传动轴2－﹥耦合第二电机M2动力－﹥第二传动轴2－﹥太阳轮S－﹥行星架PC－﹥第一齿轮Z1－﹥第二齿轮Z2－﹥第三传动轴3输出，实现第一前进挡1挡。
在本发明实施例中，所述混合动力变速系统处于混合驱动模式时，且若所述行车挡位处于第二前进挡位，则所述第一电机和/或耦合所述第二电机混合提供动力，所述第一离合器和所述第三离合器接合。
例如，表一中的模式④：在车辆处于中速时使用，发动机ENG－﹥第一传动轴1－﹥齿圈R－﹥第一电机M2制动－﹥行星架PC输出－﹥第一齿轮Z1－﹥第二齿轮Z2－﹥第三传动轴3输出，实现第二前进挡2挡。
表一中的模式⑤：在车辆处于中速时使用，发动机ENG－﹥第一传动轴1－﹥耦合第一电机M1动力－﹥齿圈R－﹥第二电机M2制动－﹥行星架PC输出－﹥第一齿轮Z1－﹥第二齿轮Z2－﹥第三传动轴3输出，实现第二前进挡2挡。
在本发明实施例中，所述混合动力变速系统处于混合驱动模式时，且若所述行车挡位处于增程挡位，则所述制动器B制动，所述第一离合器C1接合。
例如，表一中的模式⑦：车辆处于电量不足时使用，发动机ENG－﹥轴1－﹥第一电机M1－﹥发电给第二电机M2－﹥第二传动轴2－﹥太阳轮S－﹥行星架PC－﹥第一齿轮Z1－﹥第二齿轮Z2－﹥第三传动轴3输出，实现增程。
在本发明实施例中，所述混合动力变速系统处于混合驱动模式时，且若所述行车挡位处于调速挡位，则所述第一离合器C1和所述第三离合器C3接合。
例如，表一中的模式⑧：车辆处于高速工况下使用，发动机ENG－﹥第一传动轴1－﹥耦合第一电机M1动力－﹥齿圈R(根据实际工况不同，第一电机M1也可不输出动力)；第二电机M2－﹥第二传动轴2－﹥太阳轮S－﹥行星排调速－﹥行星架PC－﹥第一齿轮Z1－﹥第二齿轮Z2－﹥第三传动轴3输出，实现调速挡。
本发明实施例中所谓混合动力变速系统可提供的驱动模式与离合、挡位工作状态，可以由车辆型号、电机、发动机参数、路况等决定的行车参数共同制定，并不限于表一中所描述的9种模式，本发明实施例对此不加以限制。
在本发明实施例中，通过动力源与混合动力变速系统的连接方式，可实现的不同工作模式，即纯发动机模式、纯电动模式、混合动力模式和增程模式；各个挡位的实现方案，离合器和制动器的结合分离状态，其中，采用牙嵌式离合器C3,可成分利用电机转子内部空间,缩短轴向长度,利于空间搭载；本方案中离合器直接连接发动机和电机的输出端,其承载扭矩小,减小尺寸，降低设计复杂性，电机可通过结合离合器直接启动发动机,响应迅速，可通过离合器结合直接实现增程模式，不需要通过行星排结构，降低电机需求扭矩和功率的有益效果。
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)

1.一种混合动力变速系统，应用于混合动力汽车，其特征在于，所述系统包括：
发动机，第一电机和第二电机，第一离合器、第二离合器和第三离合器以及第一传动轴、第二传动轴和第三传动轴，行星架，制动器，第一齿轮和第二齿轮，齿圈，太阳轮，动力输出接口，其中：
所述发动机通过曲轴与所述第一离合器相连；
所述行星架分别与所述齿圈与太阳轮啮合连接，形成行星排结构；
所述行星排结构分别与所述第一齿轮直接连接，以输出动力；
所述第一电机通过第三离合器与所述齿圈可选择性的连接，以将电力输出至所述行星排结构；
所述第二电机转子与所述太阳轮直接连接，以将电力输出至太阳轮；
所述制动器可选择性的制动所述齿圈；
所述第二传动轴通过所述第二离合器与所述第一传动轴可选择性的连接，以接收所述行星排结构输出动力；
所述动力输出接口通过第三传动轴连接所述行星排结构，以将所述发动机、所述第一电机和第二电机中的至少一个动力输出。
2.根据权利要求1所述的混合动力变速系统，其特征在于，所述第三离合器为牙嵌离合器。
3.根据权利要求1所述的混合动力变速系统，其特征在于，所述第三传动轴通过所述动力输出接口与所述差速器连接；
所述第三传动轴与所述第二齿轮直接相连，以将所述发动机、所述第一电机和第二电机中的至少一个动力输出。
4.根据权利要求1所述的混合动力变速系统，其特征在于，所述混合动力变速系统包括：纯电动模式，纯发动机模式和混合驱动模式；
所述混合动力变速系统处于纯电动模式时，所述发动机不工作，且所述第一电机和/或所述第二电机根据所述行车挡位需求动力进行驱动；
所述混合动力变速系统处于纯发动机模式时，所述第一电机和所述第二电机不工作，且第一离合器和第三离合器接合，第二离合器可选择性结合；
所述混合动力变速系统处于混合驱动模式时，所述第一电机和/或所述第二电机，结合所述发动机根据所述行车挡位需求动力进行驱动，且至少所述第一离合器接合。
5.根据权利要求4所述的混合动力变速系统，其特征在于，所述混合动力变速系统处于纯电动模式时，所述发动机不工作，且若所述行车挡位处于第一前进挡位或倒挡位，则所述第一电机和/或耦合所述第二电机混合提供动力，所述制动器制动，所述第二离合器接合。
6.根据权利要求4所述的混合动力变速系统，其特征在于，所述混合动力变速系统处于混合驱动模式时，且若所述行车挡位处于第一前进挡位，则所述第一电机和/或耦合所述第二电机，以及所述发动机混合提供动力，所述制动器制动，所述第一离合器和所述第二离合器接合。
7.根据权利要求4所述的混合动力变速系统，其特征在于，所述混合动力变速系统处于混合驱动模式时，且若所述行车挡位处于第二前进挡位，则所述第一电机和/或耦合所述第二电机混合提供动力，所述第一离合器和所述第三离合器接合。
8.根据权利要求4所述的混合动力变速系统，其特征在于，所述混合动力变速系统处于混合驱动模式时，且若所述行车挡位处于增程挡位，则所述制动器制动，所述第一离合器接合。
9.根据权利要求4所述的混合动力变速系统，其特征在于，所述混合动力变速系统处于混合驱动模式时，且若所述行车挡位处于调速挡位，则所述第一离合器和所述第三离合器接合。
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