CN110816251A - 混合动力驱动系统及混合动力汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明属于混合动力技术领域，涉及一种混合动力驱动系统及混合动力汽车，该混合动力驱动系统包括：发动机、输入元件、输出元件、箱体、第一电机、第二电机、第一行星排、第二行星排、第三行星排、第一离合器、第二离合器、第一制动器及第二制动器。本申请的混合动力驱动系统，通过行星排机械结构及多个操纵元件(第一离合器、第二离合器、第一制动器及第二制动器)的合理布局提供一个基本的三行星排行星齿轮构型，可实现三种E‑CVT工作模式，以获得较高的传动效率。通过选择性地接合第一离合器、第二离合器、第一制动器及第二制动器中的一个或多个可以实现更多的工作模式，进一步获得更高的传动效率。

Description

混合动力驱动系统及混合动力汽车
技术领域
本发明属于混合动力技术领域，特别是涉及一种混合动力驱动系统及混合动力汽车。
背景技术
目前，混合动力汽车(包含插电式混合动力汽车，即PHEV)的驱动系统主要包含串联、并联和混联(功率分流型)三种基本形式。串联形式下发动机与输出轴之间无机械连接，可实现转速/转矩的最优控制，但是其全部能量都需经过两次机械功率/电功率之间的转换才能传递到输出轴，损失较大。并联传动效率高，但发动机与输出轴之间机械连接，不能保证发动机始终处于较优的工作区域内，通常用于中高速。混联结合了串联和并联的优点，既能实现发动机的优化控制、又能实现中高速的高效控制，但车辆起步时对电机的极限功率要求高，而且效率较低。可见，理想的驱动方案是基于混联式混合动力驱动系统，实现纯电起步、中低速功率分流、中高速发动机直驱或并联驱动等功能。
混联式混合动力驱动系统主要采用行星机构作为功率分流装置，根据电机、发动机在机构中的位置分为输入分流、输出分流、复合分流及组合分流四种基本形式。当前，主流的行星混合动力驱动系统有：一是丰田THS(HSD)单E-CVT模式混动系统，用于搭载丰田普锐斯、卡罗拉、雷凌、凯美瑞、Lexus HS250h和汉兰达，以及福特Escape等车型。二是通用单E-CVT模式和双E-CVT模式混动系统，用于搭载沃蓝达、凯雷德及奔驰ML450等车型。
丰田混动系统可实现纯电、E-CVT混动模式及再生制动等模式。根据其搭载车型级别不同，分为单行星排和双行星排系统，其目的通过新增一个行星排构造减速比(1+k)以增加驱动电机端传递扭矩，降低对驱动电机转矩的需求(特别是纯电起步工况)，从而减小驱动电机体积和重量。
通用E-CVT模式混动系统可实现纯电、E-CVT混动及再生制动等模式，根据其搭载车型级别不同，分为单行星排、双行星排及三行星排系统。
根据丰田和通用混动系统功率分流比特性分析可得：单E-CVT模式混动系统在低速和高速工况下，电气路传递功率相对机械路传递功率占比较大，因电气路传递功率需经过机械功率到电功率，电功率再到机械功率的两次转换，损失较大，此时系统效率较低。虽然低速工况可采用纯电模式，避免使用E-CVT模式，提高了系统效率，但对于高速工况，该系统只能采用唯一的E-CVT模式。针对以上问题，通用公司发展了双E-CVT模式，但是当车速上升到一定程度，速比超过其第二个E-CVT模式的第二机械点速比时，该混合动力系统的传动效率将会下降。可见，现有技术中的混合动力系统在汽车高速工况时的传动效率不高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术中的混合动力系统在汽车高速工况时的效率不高的问题，提供一种混合动力驱动系统及混合动力汽车。
为解决上述技术问题，一方面，本发明实施例提供一种混合动力驱动系统，包括：
发动机；
输入元件；
输出元件；
箱体；
第一电机及第二电机；
第一行星排、第二行星排及第三行星排；所述第一行星排包括第一太阳轮、第一行星轮、第一齿圈及第一行星架，所述第一太阳轮与第一行星轮外啮合传动，所述第一行星轮与第一齿圈内啮合传动，所述第一行星轮旋转支撑在所述第二行星架上；所述第二行星排包括第二太阳轮、第二行星轮、第二齿圈及第二行星架，所述第二太阳轮与第二行星轮外啮合传动，所述第二行星轮与第二齿圈内啮合传动，所述第二行星轮旋转支撑在所述第二行星架上；所述第三行星排包括第三太阳轮、第三行星轮、第三齿圈及第三行星架，所述第三太阳轮与第三行星轮外啮合传动，所述第三行星轮与第三齿圈内啮合传动，所述第三行星轮旋转支撑在所述第三行星架上；所述第一太阳轮与第二齿圈固定相连，所述第一行星架与第二太阳轮固定相连，所述第三太阳轮与第一电机的转子固定相连，所述第二行星架与第二电机的转子固定相连，所述输入元件连接在所述发动机与第一行星架之间，所述输出元件与第三行星架相连；
第一离合器、第二离合器、第一制动器及第二制动器，所述第三太阳轮通过所述第一离合器与第一齿圈相连，所述第二行星架通过所述第二离合器与第三齿圈相连，所述第一齿圈通过所述第一制动器与箱体相连，所述第三齿圈通过所述第二制动器与箱体相连。
根据本发明实施例的混合动力驱动系统，通过行星排机械结构及多个操纵元件(第一离合器、第二离合器、第一制动器及第二制动器)的合理布局提供一个基本的三行星排行星齿轮构型，可实现三种E-CVT工作模式，以获得较高的传动效率。通过选择性地接合第一离合器、第二离合器、第一制动器及第二制动器中的一个或多个可以实现更多的工作模式，进一步获得更高的传动效率。
可选地，所述混合动力驱动系统具有第一E-CVT模式、第二E-CVT模式及第三E-CVT模式；
在所述发动机及第一电机共同驱动，且所述第二电机发电用于所述第一电机驱动时，接合所述第一离合器及第二制动器，且分离所述第二离合器及第一制动器，以建立所述第一E-CVT模式；
在所述发动机及第二电机共同驱动，且所述第一电机发电用于所述第二电机驱动时，接合所述第一离合器及第二离合器，且分离所述第一制动器及第二制动器，以建立所述第二E-CVT模式；
在所述发动机及第一电机共同驱动，且所述第二电机发电用于所述第一电机驱动时，接合所述第二离合器及第一制动器，且分离所述第一离合器及第二制动器，以建立所述第三E-CVT模式。
可选地，所述混合动力驱动系统还具有第一纯电模式及第二纯电模式；
在所述发动机及第二电机不参与工作，仅由所述第一电机驱动时，以下条件之一均建立所述第一纯电模式：
接合所述第二制动器，且分离所述第一离合器、第二离合器及第一制动器；
接合所述第一制动器及第二制动器，且分离所述第一离合器及第二离合器；
接合所述第一制动器、第二制动器及第二离合器，且分离所述第一离合器；
接合所述第二制动器、第一离合器及第二离合器，且分离所述第一制动器；
接合所述第二制动器及第二离合器，且分离所述第一离合器及第一制动器；
在所述发动机及第一电机不参与工作，仅由所述第二电机驱动时，接合所述第一制动器、第一离合器及第二离合器，且分离所述第一制动器，以建立所述第二纯电模式。
可选地，所述混合动力驱动系统还具有第一发动机直驱/并联模式及第二发动机直驱/并联模式；
在所述第二电机不参与工作，所述发动机驱动，且所述第一电机驱动或发电时，接合所述第一离合器、第二离合器及第二制动器，且分离所述第一制动器，以建立所述第一发动机直驱/并联模式；
在所述第一电机不参与工作，所述发动机驱动，且所述第二电机驱动或发电时，接合所述第一离合器、第二离合器及第一制动器，且分离所述第二制动器，以建立所述第二发动机直驱/并联模式。
可选地，所述混合动力驱动系统还具有第一制动能量回收模式及第二制动能量回收模式；
在所述发动机及第二电机不参与工作，所述第一电机发电时，以下条件之一均建立所述第一制动能量回收模式：
接合所述第二制动器，且分离所述第一离合器、第二离合器及第一制动器；
接合所述第一制动器及第二制动器，且分离所述第一离合器及第二离合器；
接合所述第一制动器、第二制动器及第二离合器，且分离所述第一离合器；
接合所述第二制动器、第一离合器及第二离合器，且分离所述第一制动器；
接合所述第二制动器及第二离合器，且分离所述第一离合器及第一制动器；
在所述发动机及第一电机不参与工作，所述第二电机发电时，接合所述第一制动器、第一离合器及第二离合器，且分离所述第二制动器，以建立所述第二制动能量回收模式。
可选地，所述混合动力驱动系统还具有第一发动机重启动模式及第二发动机重启动模式；
当所述混合动力驱动系统在所述第一纯电模式下的输出功率不足以满足汽车驱动功率需求或者电池电量偏低时，重启动所述发动机，以建立所述第一发动机重启动模式；
当所述混合动力驱动系统在所述第二纯电模式下的输出功率不足以满足汽车驱动功率需求或者电池电量偏低时，重启动所述发动机，以建立所述第二发动机重启动模式。
可选地，在所述混合动力驱动系统处于所述第一发动机重启动模式时，当所述第一电机的功率不足以满足汽车驱动功率需求和启动所述发动机时，在仅接合所述第一制动器或者仅接合所述第一制动器与第二制动器的条件下可使用所述第二电机输出功率。
可选地，所述混合动力驱动系统还具有第三发动机重启动模式及第四发动机重启动模式；
在所述第一制动能量回收模式下的制动过程即将完成时，重启动所述发动机，以建立所述第三发动机重启动模式；
在所述第二制动能量回收模式下的制动过程即将完成时，重启动所述发动机，以建立所述第四发动机重启动模式。
可选地，在所述混合动力驱动系统处于所述第三发动机重启动模式时，当剩余制动能量不足以重启所述发动机时，仅使用所述第一电机进行能量回收；当仅使用所述第一电机进行制动能量回收时，剩余制动能量仍然不足以启动所述发动机时，关闭所述第一制动能量回收模式，使用全部的制动能量重启所述发动机；
在所述混合动力驱动系统处于所述第四发动机重启动模式时，仅使用所述第二电机进行能量回收；当仅使用所述第二电机进行制动能量回收时，剩余制动能量不足以启动所述发动机时，关闭所述第二制动能量回收模式，使用全部的制动能量重启所述发动机。
可选地，所述混合动力驱动系统还包括第三离合器，所述输入元件通过所述第三离合器与所述第一行星架相连。
可选地，所述混合动力驱动系统具有第一E-CVT模式、第二E-CVT模式及第三E-CVT模式；
在所述发动机及第一电机共同驱动，且所述第二电机发电用于所述第一电机驱动时，接合所述第一离合器、第三离合器及第二制动器，且分离所述第二离合器及第一制动器，以建立所述第一E-CVT模式；
在所述发动机及第二电机共同驱动，且所述第一电机发电用于所述第二电机驱动时，接合所述第一离合器、第二离合器及第三离合器，且分离所述第一制动器及第二制动器，以建立所述第二E-CVT模式；
在所述发动机及第一电机共同驱动，且所述第二电机发电用于所述第一电机驱动时，接合所述第二离合器、第三离合器及第一制动器，且分离所述第一离合器及第二制动器，以建立所述第三E-CVT模式。
可选地，所述混合动力驱动系统还具有第一纯电模式及第二纯电模式；
在所述发动机及第二电机不参与工作，仅由所述第一电机驱动时，以下条件之一均建立所述第一纯电模式：
接合所述第二制动器，且分离所述第一离合器、第二离合器、第三离合器、及第一制动器；
接合所述第一制动器及第二制动器，且分离所述第一离合器、第二离合器及第三离合器；
接合所述第一制动器、第二制动器及第二离合器，且分离所述第一离合器及第三离合器；
接合所述第二制动器、第一离合器及第二离合器，且分离所述第三离合器及第一制动器；
接合所述第二制动器及第二离合器，且分离所述第一离合器、第三离合器及第一制动器。
在所述发动机及第一电机不参与工作，仅由所述第二电机驱动时，接合所述第一制动器、第一离合器及第二离合器，且分离所述第三离合器及第一制动器，以建立所述第二纯电模式。
可选地，所述混合动力驱动系统还具有第一发动机直驱/并联模式及第二发动机直驱/并联模式；
在所述第二电机不参与工作，所述发动机驱动，且所述第一电机驱动或发电时，接合所述第一离合器、第二离合器、第三离合器及第二制动器，且分离所述第一制动器，以建立所述第一发动机直驱/并联模式；
在所述第一电机不参与工作，所述发动机驱动，且所述第二电机驱动或发电时，接合所述第一离合器、第二离合器、第三离合器及第一制动器，且分离所述第二制动器，以建立所述第二发动机直驱/并联模式。
可选地，所述混合动力驱动系统还具有第一制动能量回收模式及第二制动能量回收模式；
在所述发动机及第二电机不参与工作，所述第一电机发电时，以下条件之一均建立所述第一制动能量回收模式：
接合所述第二制动器，且分离所述第一离合器、第二离合器、第三离合器及第一制动器；
接合所述第一制动器及第二制动器，且分离所述第一离合器、第二离合器及第三离合器；
接合所述第一制动器、第二制动器及第二离合器，且分离所述第一离合器及第三离合器；
接合所述第二制动器、第一离合器及第二离合器，且分离所述第三离合器及第一制动器；
接合所述第二制动器及第二离合器，且分离所述第一离合器、第三离合器及第一制动器；
在所述发动机及第一电机不参与工作，所述第二电机发电时，接合所述第一制动器、第一离合器及第二离合器，且分离所述第三离合器及第二制动器，以建立所述第二制动能量回收模式。
另一方面，本发明实施例还提供一种混合动力汽车，其包括上述的混合动力驱动系统。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的混合动力驱动系统的示意图；
图2是本发明一实施例提供的混合动力驱动系统在第一E-CVT模式下的功率传递路线图；
图3是本发明一实施例提供的混合动力驱动系统在第二E-CVT模式下的功率传递路线图；
图4是本发明一实施例提供的混合动力驱动系统在第三E-CVT模式下的功率传递路线图；
图5是本发明一实施例提供的混合动力驱动系统在第一纯电模式下的功率传递路线图(接合所述第二制动器，且分离所述第一离合器、第二离合器、第三离合器、及第一制动器)；
图6是本发明一实施例提供的混合动力驱动系统在第一纯电模式下的功率传递路线图(接合所述第一制动器及第二制动器，且分离所述第一离合器、第二离合器及第三离合器)；
图7是本发明一实施例提供的混合动力驱动系统在第一纯电模式下的功率传递路线图(接合所述第一制动器、第二制动器及第二离合器，且分离所述第一离合器及第三离合器)；
图8是本发明一实施例提供的混合动力驱动系统在第一纯电模式下的功率传递路线图(接合所述第二制动器、第一离合器及第二离合器，且分离所述第三离合器及第一制动器)；
图9是本发明一实施例提供的混合动力驱动系统在第一纯电模式下的功率传递路线图(接合所述第二制动器及第二离合器，且分离所述第一离合器、第三离合器及第一制动器)；
图10是本发明一实施例提供的混合动力驱动系统在第二纯电模式下的功率传递路线图；
图11是本发明一实施例提供的混合动力驱动系统在第一发动机直驱/并联模式下的功率传递路线图；
图12是本发明一实施例提供的混合动力驱动系统在第二发动机直驱/并联模式下的功率传递路线图；
图13是本发明一实施例提供的混合动力驱动系统在第一制动能量回收模式下的功率传递路线图(接合所述第二制动器，且分离所述第一离合器、第二离合器、第三离合器及第一制动器)；
图14是本发明一实施例提供的混合动力驱动系统在第一制动能量回收模式下的功率传递路线图(接合所述第一制动器及第二制动器，且分离所述第一离合器、第二离合器及第三离合器)；
图15是本发明一实施例提供的混合动力驱动系统在第一制动能量回收模式下的功率传递路线图(接合所述第一制动器、第二制动器及第二离合器，且分离所述第一离合器及第三离合器)；
图16是本发明一实施例提供的混合动力驱动系统在第一制动能量回收模式下的功率传递路线图(接合所述第二制动器、第一离合器及第二离合器，且分离所述第三离合器及第一制动器)；
图17是本发明一实施例提供的混合动力驱动系统在第一制动能量回收模式下的功率传递路线图(接合所述第二制动器及第二离合器，且分离所述第一离合器、第三离合器及第一制动器)。
图18是本发明一实施例提供的混合动力驱动系统在第二制动能量回收模式下的功率传递路线图；
图19是本发明一实施例提供的混合动力驱动系统在第一发动机重启动模式下的功率传递路线图；
图20是本发明一实施例提供的混合动力驱动系统在第二发动机重启动模式下的功率传递路线图；
图21是本发明一实施例提供的混合动力驱动系统在第三发动机重启动模式下的功率传递路线图；
图22是本发明一实施例提供的混合动力驱动系统在第四发动机重启动模式下的功率传递路线图；
图23是本发明另一实施例提供的混合动力驱动系统的示意图。
说明书中的附图标记如下：
1、输入元件；2、输出元件；3、第一电机；4、第二电机；5、第一制动器；6、第二制动器；7、第一离合器；8、第二离合器；9、第三离合器；10、第一太阳轮；11、第一行星轮；12、第一行星架；13、第一齿圈；14、第二太阳轮；15、第二行星轮；16、第二行星架；17、第二齿圈；18、第三太阳轮；19、第三行星轮；20、第三行星架；21、第三齿圈；22、箱体。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，本发明实施例提供的混合动力驱动系统，包括发动机(图中未示出)、输入元件1、输出元件2、箱体22、第一电机3、第二电机4、第一行星排、第二行星排、第三行星排、第一离合器7、第二离合器8、第三离合器9、第一制动器5及第二制动器6。第一离合器7、第二离合器8及第三离合器9在图中分别用C1、C2及C3表示，第一制动器5及第二制动器6在图中分别用B1及B2表示。
所述输入元件1与所述发动机相连，此处的相连，例如可以是通过扭转减震器或双质量飞轮相连。
本实施例中，第一行星排、第二行星排及第三行星排均为单行星排(简单行星排)。
所述第一行星排包括第一太阳轮10、第一行星轮11、第一齿圈13及第一行星架12，所述第一太阳轮10与第一行星轮11外啮合传动，所述第一行星轮11与第一齿圈13内啮合传动，所述第一行星轮11通过滚动轴承或滑动轴承旋转支撑在所述第二行星架16的销轴上。
所述第二行星排包括第二太阳轮14、第二行星轮15、第二齿圈17及第二行星架16，所述第二太阳轮14与第二行星轮15外啮合传动，所述第二行星轮15与第二齿圈17内啮合传动，所述第二行星轮15通过滚动轴承或滑动轴承旋转支撑在所述第二行星架16的销轴上。
所述第三行星排包括第三太阳轮18、第三行星轮19、第三齿圈21及第三行星架20，所述第三太阳轮18与第三行星轮19外啮合传动，所述第三行星轮19与第三齿圈21内啮合传动，所述第三行星轮19通过滚动轴承或滑动轴承旋转支撑在所述第三行星架20的销轴上。
如图1所示，所述第一太阳轮10与第二齿圈17固定相连，所述第一行星架12与第二太阳轮14固定相连，所述第三太阳轮18与第一电机3的转子固定相连，所述第二行星架16与第二电机4的转子固定相连。此处的固定相连可以是花键连接、焊接或一体形成。即，所述第一太阳轮10与第二齿圈17花键连接、焊接或一体形成，所述第三太阳轮18与第一电机3的转子花键连接、焊接或一体形成，所述第二行星架16与第二电机4的转子花键连接、焊接或一体形成。
如图1所示，所述第三太阳轮18通过所述第一离合器7与第一齿圈13相连，所述第二行星架16通过所述第二离合器8与第三齿圈21相连，所述第一齿圈13通过所述第一制动器5与箱体22相连，所述第三齿圈21通过所述第二制动器6与箱体22相连，所述输入元件1连接在所述发动机与第一行星架12之间，所述输出元件2与第三行星架20相连。优选地，所述输入元件1通过所述第三离合器9与所述第一行星架12相连。
离合器的作用是通过接合或分离实现两构件间的固定连接与分离，本实施例可采用多片式湿式离合器或犬牙式离合器(Dog Clutch)。即，所述第一离合器7、第二离合器8及第三离合器9为多片式湿式离合器或犬牙式离合器。
制动器作用是通过接合或分离实现构件与箱体22的相连或分离，以对构件制动或分离，本实施例可采用鼓式制动器、多片式湿式制动器、多模离合器或单向离合器。即，所述第一制动器5及第二制动器6为鼓式制动器、多片式湿式制动器、多模离合器或单向离合器。
所述输入元件1可为一与发动机曲轴同轴设置的输出轴。更为优选地，所述第一电机3的输出轴及第二电机4的输出轴与所述输入元件1(输出轴)同轴设置。这样，发动机、第一电机3及第二电机4呈直线排列，从而使得该混合动力驱动系统结构紧凑及占用空间少。
所述箱体22可以是第一电机3的壳体、第二电机4的壳体、变速器的壳体或其它相对车身静止的构件。本实施例中，优选地，第一电机3与第二电机4共用一个壳体，第一电机3的转子与第二电机4的转子呈直线排列在共用的壳体中，这样，使得该混合动力驱动系统结构更为紧凑。
所述第一电机3与第二电机4均为电动/发电机(M/G)。即第一电机3与第二电机4均可用于发电和驱动。
所述输出元件2可以是行星齿轮组、一个或多个并联的轴齿轮组、链条传动机构及皮带传动机构等。
根据本发明实施例的混合动力驱动系统，通过行星排机械结构及多个操纵元件(第一离合器7、第二离合器8、第三离合器9、第一制动器5及第二制动器6)的合理布局提供一个基本的三行星排行星齿轮构型，可实现三种E-CVT工作模式，以获得较高的传动效率。通过选择性地接合第一离合器7、第二离合器8、第三离合器9、第一制动器5及第二制动器6中的一个或多个可以实现更多的工作模式，进一步获得更高的传动效率。
本实施例的混合动力驱动系统具有多个工作模式，具体为：3个E-CVT模式(第一E-CVT模式、第二E-CVT模式及第三E-CVT模式)、2个纯电模式(第一纯电模式及第二纯电模式)、2个发动机直驱/并联模式(第一发动机直驱/并联模式及第二发动机直驱/并联模式)、2个制动能量回收模式(第一制动能量回收模式及第二制动能量回收模式)、4个发动机重启动模式(第一发动机重启动模式、第二发动机重启动模式、第三发动机重启动模式及第四发动机重启动模式)。各个工作模式下的操作逻辑如表1所示。
表1工作模式操作逻辑表
Figure BDA0001761104240000131
Figure BDA0001761104240000141
表1中，标●表示该操纵元件接合，空白处表示该操纵元件分离。K1为第一齿圈13与第一太阳轮10的齿数之比。K2为第二齿圈17与第二太阳轮14的齿数之比，K3为第三齿圈21与第三太阳轮18的齿数之比。
其中，在第一E-CVT模式、第二E-CVT模式及第三E-CVT模式下，该混合动力系统具有两个输入(发动机与其中一个电机共同驱动)，此时，无法通过简单的输入转速与输出转速比值来计算速比，因而，在第一E-CVT模式、第二E-CVT模式及第三E-CVT模式下采用机械点速比。机械点速比，是指不考虑第一电机3与第二电机4的输入，只考虑发动机的输入，即此时的机械点速比为发动机的输入转速与该混合动力驱动系统的输出速度的比值。
以下结合图2至图22，详细说明各个工作模式下的功率传递路线(传递路线上线条加粗处理)。
(1)第一E-CVT模式
接合所述第一离合器7、第三离合器9及第二制动器6，且分离所述第二离合器8及第一制动器5，可实现所述第一E-CVT模式。第一E-CVT模式为输入功率分流模式，在速比高于该模式下的机械点速比时具有高的传动效率，故适用于低速工况。在这种模式下，所述发动机及第一电机3共同驱动，所述第二电机4发电用于所述第一电机3驱动，具体的功率传递路线如图2所示，此时，该模式下的机械点速比为：i＝[K1*K2*(1+K3)]/[1+K2*(1+K1)]。
(2)第二E-CVT模式
接合所述第一离合器7、第二离合器8及第三离合器9，且分离所述第一制动器5及第二制动器6，可实现第二E-CVT模式。该模式为复合功率分流模式，当速比处于其该第二E-CVT模式下的两个机械点速比之间时具有高的传动效率，故适用于中高车速段。在这种模式下，所述述发动机及第二电机4共同驱动，且所述第一电机3发电用于所述第二电机4驱动，具体的功率传递路线如图3所示。此时，两个机械点速比分别为：第一机械点速比i1＝[K1*K2*(1+K3)]/[1+K2*(1+K1)]，第二机械点速比i2＝[(1+K2)*(1+K3)]/{K3*[1+K2*(1+K1)]}。
(3)第三E-CVT模式
当该混合动力驱动系统的速比小于第二E-CVT模式的第二机械点速比时，为了使得系统仍获得较高的系统效率，采用第三E-CVT模式。第三E-CVT模式为输出分流模式，第三E-CVT模式的机械点速比为第二E-CVT模式的第二机械点速比。在这种工作模式下，接合所述第二离合器8、第三离合器9及第一制动器5，且分离所述第一离合器7及第二制动器6，该模式下，所述发动机及第一电机3共同驱动，且所述第二电机4发电用于所述第一电机3驱动，具体的功率传递路线如图4所示，其机械点速比为：i＝[(1+K2)*(1+K3)]/{K3*[1+K2*(1+K1)]}。
(4)第一纯电模式
以下条件之一均可实现所述第一纯电模式：
如图5所示，接合所述第二制动器6，且分离所述第一离合器7、第二离合器8、第三离合器9、及第一制动器5；
如图6所示，接合所述第一制动器5及第二制动器6，且分离所述第一离合器7、第二离合器8及第三离合器9；
如图7所示，接合所述第一制动器5、第二制动器6及第二离合器8，且分离所述第一离合器7及第三离合器9；
如图8所示，接合所述第二制动器6、第一离合器7及第二离合器8，且分离所述第三离合器9及第一制动器5；
如图9所示，接合所述第二制动器6及第二离合器8，且分离所述第一离合器7、第三离合器9及第一制动器5。
该模式下，所述发动机及第二电机4不参与工作，仅由所述第一电机3驱动，此时，第三离合器9分离以减少发动机惯量带来的功率损耗。该模式可用于汽车起步及交通拥堵等低速工况。功率传递路线如图5至图9所示，该模式下的传动比为:i＝(1+K3)。
(5)第二纯电模式
接合所述第一制动器5、第一离合器7及第二离合器8，且分离所述第三离合器9及第一制动器5，可实现第二纯电模式。该模式下，所述发动机及第一电机3不参与工作，仅由所述第二电机4驱动。此模式下，第三离合器9分离以减少发动机惯量带来的损耗。该模式下的功率传递路线如图10所示，传动比为：i＝(1+K3)/K3。
(6)第一发动机直驱/并联模式(包含第一发动机直驱模式及第一并联驱动模式)
接合所述第一离合器7、第二离合器8、第三离合器9及第二制动器6，且分离所述第一制动器5，可实现第一发动机直驱/并联模式。在这种模式下，所述第二电机4不参与工作，所述发动机驱动，所述第一电机3驱动或发电。此时，第一电机3用作发电机还是驱动电机，取决于汽车及发动机运行工况的具体需求。例如，当发动机提供的功率不足时，可通过第一电机3提供额外转矩，实现第一并联驱动模式，提升系统动力。当发动机处于经济区运行时，在输出功率过剩时，第一电机3作为发电机使用，实现第一发动机直驱模式。具体的功率传递路线如图11所示，其对应的传动比为：i＝[K1*K2*(1+K3)]/[1+K2*(1+K1)]。
(7)第二发动机直驱/并联模式(包含第二发动机直驱模式及第二并联驱动模式)
接合所述第一离合器7、第二离合器8、第三离合器9及第一制动器5，且分离所述第二制动器6，可实现第二发动机直驱/并联模式。在这种模式下，所述第一电机3不参与工作，所述发动机驱动，所述第二电机4驱动或发电。此时，第二电机4用作发电机还是驱动电机，取决于汽车及发动机运行工况的具体需求。例如，当发动机提供的功率不足时，可通过第二电机4提供额外转矩，实现第二并联驱动模式，提升系统动力。当发动机处于经济区运行时，在输出功率过剩时，第二电机4作为发电机使用，实现第二发动机直驱模式。具体的功率传递路线如图12所示，其对应的传动比为：i＝[(1+K2)*(1+K3)]/{K3*[1+K2*(1+K1)]}。
(8)第一制动能量回收模式
在高速行驶的汽车出现的长时间制动时，以下条件之一均可实现所述第一制动能量回收模式：
如图13所示，接合所述第二制动器6，且分离所述第一离合器7、第二离合器8、第三离合器9及第一制动器5；
如图14所示，接合所述第一制动器5及第二制动器6，且分离所述第一离合器7、第二离合器8及第三离合器9；
如图15所示，接合所述第一制动器5、第二制动器6及第二离合器8，且分离所述第一离合器7及第三离合器9；
如图16所示，接合所述第二制动器6、第一离合器7及第二离合器8，且分离所述第三离合器9及第一制动器5；
如图17所示，接合所述第二制动器6及第二离合器8，且分离所述第一离合器7、第三离合器9及第一制动器5。
在该模式下，所述发动机及第二电机4不参与工作，制动所产生的能量通过功率转换器存储在电池中，所述第一电机3发电。此模式对应于第一纯电模式的逆过程。此时，第三离合器9分离以减少发动机惯量带来的损耗。具体的功率传递路线如图13至图17所示，其对应的传动比为：i＝1/(1+K3)。
(9)第二制动能量回收模式
同样，在高速行驶汽车出现长时间的制动时，接合所述第一制动器5、第一离合器7及第二离合器8，且分离所述第三离合器9及第二制动器6，可实现第二制动能量回收模式。在该模式下，所述发动机及第一电机3不参与工作，制动所产生的能量通过功率转换器存储在电池中，所述第二电机4发电。此模式对应于第二纯电模式的逆过程。此时，第三离合器9分离以减少发动机惯量带来的损耗。具体的功率传递路线如图18所示，其对应的传动比为i＝K3/(1+K3)。
(10)第一发动机重启动模式
每一个纯电模式和每一个制动能量回收模式都能对应一个发动机重启动模式。具体为，当每一个纯电模式下功率不足以满足汽车驱动功率需求或者电池电量偏低时，必须引入发动机时，使用发动机重启动模式(包括第一发动机重启动模式以及下述的第二发动机重启动模式、第三发动机重启动模式与第四发动机重启动模式)。当长制动过程即将完成，需要重启动发动机时，也会使用发动机重启动模式。发动机重启动模式下第三离合器9分离。
当所述混合动力驱动系统在所述第一纯电模式下的输出功率不足以满足汽车驱动功率需求或者电池电量偏低时，重启动所述发动机，以建立所述第一发动机重启动模式。在所述混合动力驱动系统处于所述第一发动机重启动模式时，当所述第一电机3的功率不足以满足汽车驱动功率需求和启动所述发动机时，在仅接合所述第二制动器6或仅接合所述第一制动器5与第二制动器6的条件下可使用所述第二电机4输出功率。第一发动机重启动模式下的功率传递路线如图19所示。
(11)第二发动机重启动模式
当所述混合动力驱动系统在所述第二纯电模式下的输出功率不足以满足汽车驱动功率需求或者电池电量偏低时，重启动所述发动机，以建立所述第二发动机重启动模式。第二发动机重启动模式下的功率传递路线如图20所示。
(12)第三发动机重启动模式
在所述第一制动能量回收模式下的制动过程(长制动)即将完成时，重启动所述发动机，以建立所述第三发动机重启动模式。在所述混合动力驱动系统处于所述第三发动机重启动模式时，当剩余制动能量不足以重启所述发动机时，仅使用所述第一电机3进行能量回收；当仅使用所述第一电机3进行制动能量回收时，剩余制动能量仍然不足以启动所述发动机时，关闭所述第一制动能量回收模式，使用全部的制动能量重启所述发动机。第三发动机重启动模式下的功率传递路线如图21所示。
(13)第四发动机重启动模式
在所述第二制动能量回收模式下的制动过程(长制动)即将完成时，重启动所述发动机，以建立所述第四发动机重启动模式。在所述混合动力驱动系统处于所述第四发动机重启动模式时，仅使用所述第二电机4进行能量回收；当仅使用所述第二电机4进行制动能量回收时，剩余制动能量不足以启动所述发动机时，关闭所述第二制动能量回收模式，使用全部的制动能量重启所述发动机。此模式下，第一制动器5和第一离合器7接合，第一电机3制动，整个过程只有第二电机4可以回收能量。
上述实施例的混合动力驱动系统具有以下优点：
(1)实现了三个E-CVT模式(第一E-CVT模式、第二E-CVT模式与第一第三E-CVT模式)。在低速段使用第一E-CVT模式(输入分流模式)，在中高速段使用第二E-CVT模式(复合分流模式)，当车速上升到一定程度，车速超过第二E-CVT模式的第二机械点的车速时，系统效率将会下降，故在车速超过其第二E-CVT模式的第二机械点的车速时，采用第三E-CVT模式驱动，第三E-CVT模式为输出分流模式，在高速工况时具有低的电功率，从而保证高速工况仍具有较高的传动效率。
(2)实现了两档纯电模式(第一纯电模式与第二纯电模式)，使得在纯电模式下能够尽可能的使电机处于高效率工作区间，提高传动效率，对于插电式混合动力汽车尤为重要。
(3)实现了两个固定档位的发动机直驱模式(第一发动机直驱模式与第二发动机直驱模式)，进一步地减少电功率损耗，提高传动效率，通过固定速比的引入能够消除电机的堵转，能够减少电机的损耗，提高电机的寿命。
(4)实现了两个固定档位的并联驱动模式(第一并联驱动模式与第二并联驱动模式)，范围覆盖低中高速段，保证变速器在各个速度段都有比较优异的动力性。
(5)实现了多个固定档位的制动能量回收模式(第一制动能量回收模式及第二制动能量回收模式)，在低、中及高速段都有对应的制动能量回收模式，保证各个速度段的制动能力均能被充分利用。
(6)实现了多个固定档位的发动机重启动模式(第一发动机重启动模式、第二发动机重启动模式、第三发动机重启动模式及第四发动机重启动模式)，使得在各个速度段内的纯电模式下或者制动能量回收模式下均可以按需求随时启动发动机。
另外，请参照图23，为本发明另一实施例提供的混合动力驱动系统，与图1所示实施例不同之处在于，本实施例中，取消第三离合器9，所述输入元件1与所述第一行星架12直接相接。所述输入元件1与所述第一行星架12直接相接的方式为花键连接、焊接或一体形成。本实施例相对于图1所示实施例，减少了一个离合器，使得该混合动力驱动系统结构更为简单，成本更低。另外，本实施例不涉及第三离合器9的控制，使得该混合动力驱动系统的控制更为简单。本实施例中，各个工作模式下的操作逻辑如表2所示。
表2工作模式操作逻辑表
Figure BDA0001761104240000211
Figure BDA0001761104240000221
本实施例中，只需要在图1所示实施例的基础上，取消第三离合器9的控制即可。因而，本实施例中，各个工作模式下的功率传递路线与图1所示实施例类似。
另外，本发明实施例还提供了一种混合动力汽车，其包括上述实施例的混合动力驱动系统。
所述混合动力汽车可以是非插电式混合动力汽车，也可以是插电式混合动力汽车。
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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种混合动力驱动系统，其特征在于，包括：
发动机；
输入元件；
输出元件；
箱体；
第一电机及第二电机；
第一行星排、第二行星排及第三行星排；所述第一行星排包括第一太阳轮、第一行星轮、第一齿圈及第一行星架，所述第一太阳轮与第一行星轮外啮合传动，所述第一行星轮与第一齿圈内啮合传动，所述第一行星轮旋转支撑在所述第二行星架上；所述第二行星排包括第二太阳轮、第二行星轮、第二齿圈及第二行星架，所述第二太阳轮与第二行星轮外啮合传动，所述第二行星轮与第二齿圈内啮合传动，所述第二行星轮旋转支撑在所述第二行星架上；所述第三行星排包括第三太阳轮、第三行星轮、第三齿圈及第三行星架，所述第三太阳轮与第三行星轮外啮合传动，所述第三行星轮与第三齿圈内啮合传动，所述第三行星轮旋转支撑在所述第三行星架上；所述第一太阳轮与第二齿圈固定相连，所述第一行星架与第二太阳轮固定相连，所述第三太阳轮与第一电机的转子固定相连，所述第二行星架与第二电机的转子固定相连，所述输入元件连接在所述发动机与第一行星架之间，所述输出元件与第三行星架相连；
第一离合器、第二离合器、第一制动器及第二制动器，所述第三太阳轮通过所述第一离合器与第一齿圈相连，所述第二行星架通过所述第二离合器与第三齿圈相连，所述第一齿圈通过所述第一制动器与箱体相连，所述第三齿圈通过所述第二制动器与箱体相连。
2.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述混合动力驱动系统具有第一E-CVT模式、第二E-CVT模式及第三E-CVT模式；
在所述发动机及第一电机共同驱动，且所述第二电机发电用于所述第一电机驱动时，接合所述第一离合器及第二制动器，且分离所述第二离合器及第一制动器，以建立所述第一E-CVT模式；
在所述发动机及第二电机共同驱动，且所述第一电机发电用于所述第二电机驱动时，接合所述第一离合器及第二离合器，且分离所述第一制动器及第二制动器，以建立所述第二E-CVT模式；
在所述发动机及第一电机共同驱动，且所述第二电机发电用于所述第一电机驱动时，接合所述第二离合器及第一制动器，且分离所述第一离合器及第二制动器，以建立所述第三E-CVT模式。
3.根据权利要求2所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述混合动力驱动系统还具有第一纯电模式及第二纯电模式；
在所述发动机及第二电机不参与工作，仅由所述第一电机驱动时，以下条件之一均建立所述第一纯电模式：
接合所述第二制动器，且分离所述第一离合器、第二离合器及第一制动器；
接合所述第一制动器及第二制动器，且分离所述第一离合器及第二离合器；
接合所述第一制动器、第二制动器及第二离合器，且分离所述第一离合器；
接合所述第二制动器、第一离合器及第二离合器，且分离所述第一制动器；
接合所述第二制动器及第二离合器，且分离所述第一离合器及第一制动器；
在所述发动机及第一电机不参与工作，仅由所述第二电机驱动时，接合所述第一制动器、第一离合器及第二离合器，且分离所述第一制动器，以建立所述第二纯电模式。
4.根据权利要求2所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述混合动力驱动系统还具有第一发动机直驱/并联模式及第二发动机直驱/并联模式；
在所述第二电机不参与工作，所述发动机驱动，且所述第一电机驱动或发电时，接合所述第一离合器、第二离合器及第二制动器，且分离所述第一制动器，以建立所述第一发动机直驱/并联模式；
在所述第一电机不参与工作，所述发动机驱动，且所述第二电机驱动或发电时，接合所述第一离合器、第二离合器及第一制动器，且分离所述第二制动器，以建立所述第二发动机直驱/并联模式。
5.根据权利要求2所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述混合动力驱动系统还具有第一制动能量回收模式及第二制动能量回收模式；
在所述发动机及第二电机不参与工作，所述第一电机发电时，以下条件之一均建立所述第一制动能量回收模式：
接合所述第二制动器，且分离所述第一离合器、第二离合器及第一制动器；
接合所述第一制动器及第二制动器，且分离所述第一离合器及第二离合器；
接合所述第一制动器、第二制动器及第二离合器，且分离所述第一离合器；
接合所述第二制动器、第一离合器及第二离合器，且分离所述第一制动器；
接合所述第二制动器及第二离合器，且分离所述第一离合器及第一制动器；
在所述发动机及第一电机不参与工作，所述第二电机发电时，接合所述第一制动器、第一离合器及第二离合器，且分离所述第二制动器，以建立所述第二制动能量回收模式。
6.根据权利要求3所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述混合动力驱动系统还具有第一发动机重启动模式及第二发动机重启动模式；
当所述混合动力驱动系统在所述第一纯电模式下的输出功率不足以满足汽车驱动功率需求或者电池电量偏低时，重启动所述发动机，以建立所述第一发动机重启动模式；
当所述混合动力驱动系统在所述第二纯电模式下的输出功率不足以满足汽车驱动功率需求或者电池电量偏低时，重启动所述发动机，以建立所述第二发动机重启动模式。
7.根据权利要求6所述的混合动力驱动系统，其特征在于，在所述混合动力驱动系统处于所述第一发动机重启动模式时，当所述第一电机的功率不足以满足汽车驱动功率需求和启动所述发动机时，在仅接合所述第一制动器或者仅接合所述第一制动器与第二制动器的条件下可使用所述第二电机输出功率。
8.根据权利要求5所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述混合动力驱动系统还具有第三发动机重启动模式及第四发动机重启动模式；
在所述第一制动能量回收模式下的制动过程即将完成时，重启动所述发动机，以建立所述第三发动机重启动模式；
在所述第二制动能量回收模式下的制动过程即将完成时，重启动所述发动机，以建立所述第四发动机重启动模式。
9.根据权利要求8所述的混合动力驱动系统，其特征在于，在所述混合动力驱动系统处于所述第三发动机重启动模式时，当剩余制动能量不足以重启所述发动机时，仅使用所述第一电机进行能量回收；当仅使用所述第一电机进行制动能量回收时，剩余制动能量仍然不足以启动所述发动机时，关闭所述第一制动能量回收模式，使用全部的制动能量重启所述发动机；
在所述混合动力驱动系统处于所述第四发动机重启动模式时，仅使用所述第二电机进行能量回收；当仅使用所述第二电机进行制动能量回收时，剩余制动能量不足以启动所述发动机时，关闭所述第二制动能量回收模式，使用全部的制动能量重启所述发动机。
10.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述混合动力驱动系统还包括第三离合器，所述输入元件通过所述第三离合器与所述第一行星架相连。
11.根据权利要求10所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述混合动力驱动系统具有第一E-CVT模式、第二E-CVT模式及第三E-CVT模式；
在所述发动机及第一电机共同驱动，且所述第二电机发电用于所述第一电机驱动时，接合所述第一离合器、第三离合器及第二制动器，且分离所述第二离合器及第一制动器，以建立所述第一E-CVT模式；
在所述发动机及第二电机共同驱动，且所述第一电机发电用于所述第二电机驱动时，接合所述第一离合器、第二离合器及第三离合器，且分离所述第一制动器及第二制动器，以建立所述第二E-CVT模式；
在所述发动机及第一电机共同驱动，且所述第二电机发电用于所述第一电机驱动时，接合所述第二离合器、第三离合器及第一制动器，且分离所述第一离合器及第二制动器，以建立所述第三E-CVT模式。
12.根据权利要求11所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述混合动力驱动系统还具有第一纯电模式及第二纯电模式；
在所述发动机及第二电机不参与工作，仅由所述第一电机驱动时，以下条件之一均建立所述第一纯电模式：
接合所述第二制动器，且分离所述第一离合器、第二离合器、第三离合器、及第一制动器；
接合所述第一制动器及第二制动器，且分离所述第一离合器、第二离合器及第三离合器；
接合所述第一制动器、第二制动器及第二离合器，且分离所述第一离合器及第三离合器；
接合所述第二制动器、第一离合器及第二离合器，且分离所述第三离合器及第一制动器；
接合所述第二制动器及第二离合器，且分离所述第一离合器、第三离合器及第一制动器。
在所述发动机及第一电机不参与工作，仅由所述第二电机驱动时，接合所述第一制动器、第一离合器及第二离合器，且分离所述第三离合器及第一制动器，以建立所述第二纯电模式。
13.根据权利要求11所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述混合动力驱动系统还具有第一发动机直驱/并联模式及第二发动机直驱/并联模式；
在所述第二电机不参与工作，所述发动机驱动，且所述第一电机驱动或发电时，接合所述第一离合器、第二离合器、第三离合器及第二制动器，且分离所述第一制动器，以建立所述第一发动机直驱/并联模式；
在所述第一电机不参与工作，所述发动机驱动，且所述第二电机驱动或发电时，接合所述第一离合器、第二离合器、第三离合器及第一制动器，且分离所述第二制动器，以建立所述第二发动机直驱/并联模式。
14.根据权利要求11所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述混合动力驱动系统还具有第一制动能量回收模式及第二制动能量回收模式；
在所述发动机及第二电机不参与工作，所述第一电机发电时，以下条件之一均建立所述第一制动能量回收模式：
接合所述第二制动器，且分离所述第一离合器、第二离合器、第三离合器及第一制动器；
接合所述第一制动器及第二制动器，且分离所述第一离合器、第二离合器及第三离合器；
接合所述第一制动器、第二制动器及第二离合器，且分离所述第一离合器及第三离合器；
接合所述第二制动器、第一离合器及第二离合器，且分离所述第三离合器及第一制动器；
接合所述第二制动器及第二离合器，且分离所述第一离合器、第三离合器及第一制动器；
在所述发动机及第一电机不参与工作，所述第二电机发电时，接合所述第一制动器、第一离合器及第二离合器，且分离所述第三离合器及第二制动器，以建立所述第二制动能量回收模式。
15.一种混合动力汽车，其特征在于，包括权利要求1-14任意一项所述的混合动力驱动系统。
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