CN114571981B - 混合动力汽车的动力传动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混合动力汽车的动力传动系统，包括发动机和驱动电机，还包括齿轮传动机构和行星齿轮机构；所述行星齿轮机构包括第一太阳轮、第二太阳轮、短行星轮、长行星轮、行星架和齿圈，所述第一太阳轮与所述长行星轮啮合，所述第二太阳轮与所述短行星轮啮合，所述短行星轮与所述长行星轮啮合，所述长行星轮与所述齿圈啮合，所述短行星轮和所述长行星轮共用一个所述行星架；所述驱动电机用于通过所述齿轮传动机构与所述行星架传动连接；所述第一太阳轮和所述第二太阳轮均能够与所述发动机传动连接，所述齿圈与系统输出轴传动连接。该动力传动系统的结构使发动机能够较长时间工作在高效区，有效提升了整车的经济性和动力性。

Description

混合动力汽车的动力传动系统
技术领域
本发明涉及汽车传动技术领域，特别是涉及一种混合动力汽车的动力传动系统。
背景技术
随着环境能源法规的严苛即消费者对汽车燃油经济性和舒适性的高要求，新能源汽车成为汽车工业界的热点；根据动力源类型，新能源汽车可以分为纯电动汽车和混合动力汽车，其中，纯电动汽车因续航里程短和成本高，短时间内难以适应汽车市场，混合动力汽车采用多种动力源，相对来说更适合当前的汽车市场需求。
混合动力汽车的多种动力源通常为发动机和电机，动力源的布置及动力源之间的动力耦合装置的布置及控制决定了动力传动路径和传动效率，将直接影响整车的经济性。
现在汽车市场上的混合动力汽车的动力耦合机构多为自动变速器和双离合变速器等，动力总成体积庞大，同时受无极变速器扭矩受限的问题等，难以使发动机更多地运行于高效区，整车动力性较差。
有鉴于此，如何对混合动力汽车的动力传动系统进行改进，以使得发动机能够长时间工作在高效区，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种混合动力汽车的动力传动系统，该动力传动系统的结构使发动机能够较长时间工作在高效区，有效提升了整车的经济性和动力性。
为解决上述技术问题，本发明提供一种混合动力汽车的动力传动系统，包括发动机和驱动电机，还包括齿轮传动机构和行星齿轮机构；
所述行星齿轮机构包括第一太阳轮、第二太阳轮、短行星轮、长行星轮、行星架和齿圈，所述第一太阳轮与所述长行星轮啮合，所述第二太阳轮与所述短行星轮啮合，所述短行星轮与所述长行星轮啮合，所述长行星轮与所述齿圈啮合，所述短行星轮和所述长行星轮共用一个所述行星架；
所述驱动电机用于通过所述齿轮传动机构与所述行星架传动连接；所述第一太阳轮和所述第二太阳轮均能够与所述发动机传动连接，所述齿圈与系统输出轴传动连接。
本发明提供的上述动力传动系统包括齿轮传动机构和行星齿轮机构，其中的行星齿轮机构实际为拉维娜行星齿轮机构，驱动电机通过齿轮传动机构可与行星齿轮机构的行星架传动连接，发动机也可与行星齿轮机构传动连接，通过对相关传动连接的设置，动力传动系统可以具有多种工作模式，为整车能量管理策略提供更大的自由度；其中，当发动机只与行星齿轮机构的第一太阳轮传动连接，驱动电机通过与齿轮传动系统与行星架传动连接时，动力传动系统处于单行星轮行星排混动模式，驱动电机的输出动力经过齿轮传动机构传递至行星架，发动机的输出动力经第一太阳轮、长行星轮传递至行星架，两个动力源的动力在行星架耦合后传递至齿圈，最后传递至系统输出轴，该模式下，利用单行星排的传动特性可以实现发动机转速解耦，即实现发动机的无级调速，使得发动机能够更多地运行于高效区，有效地提升了整车的经济性和动力性。
如上所述的混合动力汽车的动力传动系统，所述驱动电机的输出轴与所述发动机的输出轴相平行设置，所述发动机的输出轴的轴线与所述第一太阳轮、所述第二太阳轮的中心轴线重合。
如上所述的混合动力汽车的动力传动系统，所述发动机的输出轴通过第一连接部件与所述第一太阳轮连接；所述第一连接部件具有接合位置和分离位置，所述第一连接部件处于所述接合位置，所述发动机的输出轴与所述第一太阳轮传动连接，所述第一连接部件处于所述分离位置，所述发动机的输出轴与所述第一太阳轮处于动力中断状态。
如上所述的混合动力汽车的动力传动系统，所述第一连接部件具体为同步器，还包括外套于所述发动机的输出轴的空心轴，所述第一太阳轮与所述空心轴固连，所述同步器的第一同步器组件与所述发动机的输出轴固连，第二同步器组件与所述空心轴固连。
如上所述的混合动力汽车的动力传动系统，还包括设于第一太阳轮与壳体之间的制动器，所述制动器具有制动状态和分离状态。
如上所述的混合动力汽车的动力传动系统，所述发动机的输出轴通过第二连接部件与所述第二太阳轮连接；所述第二连接部件具有接合位置和分离位置，所述第二连接部件处于所述接合位置，所述发动机的输出轴与所述第二太阳轮传动连接，所述第二连接部件处于所述分离位置，所述发动机的输出轴与所述第二太阳轮处于动力中断状态。
如上所述的混合动力汽车的动力传动系统，所述齿轮传动机构包括第一传动齿轮和与所述第一传动齿轮啮合的第二传动齿轮；所述第一传动齿轮能够与所述驱动电机传动连接，所述第二传动齿轮与所述行星架固连。
如上所述的混合动力汽车的动力传动系统，所述驱动电机的输出轴通过第三连接部件与所述第一传动齿轮连接；所述第三连接部件具有接合位置和分离位置，所述第三连接部件处于所述接合位置，所述驱动电机的输出轴与所述第一传动齿轮传动连接，所述第三连接部件处于所述分离位置，所述驱动电机的输出轴与所述第一传动齿轮处于动力中断状态。
如上所述的混合动力汽车的动力传动系统，还包括具有驱动功能和发电功能的电机部件，所述电机部件位于所述发动机与所述行星齿轮机构之间，所述电机部件和所述发动机的输出轴为同一输出轴。
如上所述的混合动力汽车的动力传动系统，所述电机部件具体为ISG电机。
附图说明
图1为本发明所提供混合动力汽车的动力传动系统的一种具体实施例的结构简示图；
图2示出了图1所示动力传动系统处于第一工作模式下的动力传递示意图；
图3示出了图1所示动力传动系统处于第二工作模式下的动力传递示意图；
图4示出了图1所示动力传动系统处于第三工作模式下的动力传递示意图；
图5示出了图1所示动力传动系统处于第四工作模式下的动力传递示意图；
图6示出了图1所示动力传动系统处于第五工作模式下的动力传递示意图。
附图标记说明：
发动机10，ISG电机20，驱动电机30；
第一太阳轮41，第二太阳轮42，短行星轮43，长行星轮44，行星架45，齿圈46；
第一传动齿轮51，第二传动齿轮52；
第一空心轴61，第二空心轴62；
第一同步器71，第二同步器72，制动器73，离合器74；
系统输出轴80。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1，图1为本发明所提供混合动力汽车的动力传动系统的一种具体实施例的结构简示图。
该实施例中，混合动力汽车的动力传动系统包括发动机10和驱动电机30，还包括齿轮传动机构和行星齿轮机构。
行星齿轮机构包括第一太阳轮41、第二太阳轮42、短行星轮43、长行星轮44、行星架45和齿圈46，其中，第一太阳轮41与长行星轮44啮合，第二太阳轮42与短行星轮43啮合，长行星轮44与齿圈46啮合，短行星轮43和长行星轮44共用一个行星架45。可以理解，该行星齿轮机构实际为拉维娜行星齿轮机构。
驱动电机30用于通过齿轮传动机构与行星齿轮机构的行星架45传动连接，发动机10能够与第一太阳轮41和第二太阳轮42传动连接，行星齿轮机构的齿圈46与系统输出轴80传动连接。
如上设置后，该动力传动系统具有两个动力源，即发动机10和驱动电机30，其中驱动电机30通过齿轮传动机构、行星齿轮机构能够与系统输出轴80实现动力传递，发动机10通过行星齿轮机构能够与系统输出轴80实现动力传递，实际应用中，通过对相关传动连接的设置，可以具有多种工作模式，为整车能量管理策略提供更大的自由度。
其中，当发动机10只与行星齿轮机构的第一太阳轮41传动连接，驱动电机30通过与齿轮传动系统与行星架45传动连接时，动力传动系统处于单行星轮行星排混动模式，驱动电机30的输出动力经过齿轮传动机构传递至行星架45，发动机10的输出动力经第一太阳轮41、长行星轮44传递至行星架45，两个动力源的动力在行星架45耦合后传递至齿圈46，最后传递至系统输出轴80，该模式下，利用单行星排的传动特性可以实现发动机转速解耦，即实现发动机10的无级调速，使得发动机10能够更多地运行于高效区，有效地提升了整车的经济性和动力性。
如图1所示，具体的方案中，驱动电机30的输出轴与发动机10的输出轴相平行设置，发动机10的输出轴的轴线与第一太阳轮41、第二太阳轮42的中心轴线重合。
如此设置，可以使动力传动系统的整个结构更紧凑，占用空间相对较小，有利于整车布置。
具体的方案中，发动机10的输出轴通过第一连接部件与第一太阳轮41连接，第一连接部件具有接合位置和分离位置，第一连接部件处于接合位置，发动机10的输出轴与第一太阳轮41传动连接，第一连接部件处于分离位置，发动机10的输出轴与第一太阳轮41处于动力中断状态。也就是说，通过切换第一连接部件的位置，能够实现发动机10输出轴和第一太阳轮41之间的动力连接或中断，以根据实际工况需求选择不同的动力模式。
在图示方案中，第一连接部件具体设为第一同步器71，在发动机10的输出轴外套有第一空心轴61，第一太阳轮41固连在第一空心轴61的一端，第一同步器71的一个同步器组件固连在第一空心轴61的另一端，另一个同步器组件固连在发动机10的输出轴上，这样，当第一同步器71的接合套将其两个同步器组件接合后，发动机10的输出轴与第一空心轴61之间处于传动连接状态，从而发动机10的输出轴与第一太阳轮41之间能够实现动力传递，当第一同步器71的两个同步器组件分离后，发动机10的输出轴与第一太阳轮41之间处于动力中断状态，即发动机10的输出动力不会传递至第一太阳轮41。
可以理解，实际设置时，第一连接部件也可以不采用同步器的形式，比如可以采用离合器等其他具有可接合或分离功能的实现切换动力传递或中断的部件。
具体的方案中，在第一太阳轮41和壳体之间还设有制动器73，可以理解，该壳体可以是收纳动力传动系统的壳体，或者其他固定不动的壳体部件，制动器73具有制动状态和分离状态，显然，制动器73处于制动状态时，第一太阳轮41无法转动，制动器73处于分离状态时，第一太阳轮41可自由转动。制动器73的设置可以在某些无需第一太阳轮41参与传动的模式下，防止第一太阳轮41空转而浪费能量。
图示方案中，在第一太阳轮41固连在第一空心轴61的基础上，制动器73的第一制动器构件与壳体固连，第二制动器构件与第一空心轴61固连。
具体的方案中，发动机10的输出轴通过第二连接部件与第二太阳轮42连接，第二连接部件具有接合位置和分离位置，第二连接部件处于接合位置，发动机10的输出轴与第二太阳轮42传动连接，第二连接部件处于分离位置，发动机10的输出轴与第二太阳轮42处于动力中断状态。也就是说，通过切换第二连接部件的位置，能够实现发动机10输出轴和第二太阳轮42之间的动力连接或中断，以根据实际工况需求选择不同的动力模式。
在图示方案中，第二连接部件具体为离合器74，在前述第一连接部件为第一同步器71的基础上，发动机10的输出轴穿过第一空心轴61与离合器74的第一离合器构件固连，离合器74的第二离合器构件与第二太阳轮42固连，这样，当离合器74的第一离合器构件和第二离合器构件接合后，发动机10的输出轴与第二太阳轮42之间处于传动连接状态，能够实现动力传递，当离合器74的第一离合器构件和第二离合器构件分离后，发动机10的输出轴与第二太阳轮42之间处于动力中断状态，即发动机10的输出动力不会传递至第二太阳轮42。
可以理解，实际设置时，第二连接部件也可以不采用离合器的形式，比如也可以如第一连接部件一样采用同步器的结构形式，相关连接部件做适应性改变即可，当然也可以为其他能够切换传动状态的部件。
需要说明的是，图示方案中，发动机10与第一太阳轮41、第二太阳轮42之间是否传动连接都是可以选择的，在实际设置时，也可以不设置第一连接部件，将发动机10的输出轴直接与第一太阳轮41传动连接，这样的话，该动力传动系统的工作模式相应减少，实际应用中可以根据需要来设置。
具体的方案中，齿轮传动系统包括第一传动齿轮51和第二传动齿轮52，第一传动齿轮51和第二传动齿轮52啮合，其中，第一传动齿轮51能够与驱动电机30传动连接，第二传动齿轮52与行星齿轮机构的行星架45固连。
如此，驱动电机30的动力可经第一传动齿轮51、第二传动齿轮52传递至行星架45，进而通过齿圈46传递至系统输出轴80。
驱动电机30的输出轴可以直接与第一传动齿轮51固连，也可以通过第三连接部件与第一传动齿轮51连接，其中，第三连接部件具有接合位置和分离位置，第三连接部件处于接合位置时，驱动电机30的输出轴与第一传动齿轮51传动连接，第三连接部件处于分离位置时，驱动电机30的输出轴与第一传动齿轮51处于动力中断状态。
在图示方案中，第三连接部件具体设为第二同步器72，在驱动电机30的输出轴外套有第二空心轴62，第一传动齿轮51固连在第二空心轴62的一端，第二同步器72的一个同步器组件固连在第二空心轴62的另一端，另一个同步器组件固连在驱动电机30的输出轴上，这样，当第二同步器72的接合套将两个同步器组件接合后，驱动电机30的输出轴与第一传动齿轮51之间处于传动连接状态，驱动电机30的输出轴与第一传动齿轮51之间能够实现动力传递，当第二同步器72的两个同步器组件分离后，驱动电机30的输出轴与第一传动齿轮51之间处于动力中断状态，即驱动电机30的输出动力不会传递至第一传动齿轮51。
可以理解，实际设置时，第三连接部件也可以不采用同步器的形式，比如可以采用离合器等其他具有可接合或分离功能的实现切换动力传递或中断的部件。
进一步的方案中，该动力传动系统还包括具有驱动功能和发电功能的电机部件，该电机部件位于发动机10与行星齿轮机构之间，该电机部件和发动机10的输出轴为同一输出轴。
具体的，该电机部件可以选用ISG电机20(Integrated Starter Generator，集成启动/发电一体化电机)，结构简单，布置方便。
ISG电机20的如上设置可以增加该动力传动系统的工作模式，为整车能量管理策略提供更大的自由度。
如上设置各相关部件后，图1所示的动力传动系统具有的工作模式可参考下表1理解。
表1中的执行元件指的是第一同步器71、第二同步器72、制动器73和离合器74，“●”表示同步器/离合器处于接合位置或制动器处于制动状态，“○”表示同步器/离合器/制动器处于分离位置。
表1-工作模式与执行元件工作状态对应表
下面就结合图2至图6一一说明各工作模式，图2至图6中以虚线实心箭头表明动力传递路径。
如图2所示，第一工作模式下，驱动电机30处于工作状态，第二同步器72处于接合位置，制动器73处于制动状态，第一同步器71处于分离位置，离合器74处于分离位置。
第一工作模式下，行星齿轮机构相当于一级传动齿轮，驱动电机30输出的动力经过第二同步器72、第一传动齿轮51和第二传动齿轮52传递至行星架45，再经长行星轮44传递至齿圈46，最后从系统输出轴80输出，此时，发动机10可以不工作，那么动力传动系统为纯电模式。
当然，在此模式下，发动机10也可以处于驱动状态，此时ISG电机20处于发电状态，可实现串联驱动模式，即ISG电机20发电至电池，驱动电机30可通过电池取电驱动。
在此模式下，若车辆处于制动状态，那么驱动电机30处于发电状态，可实现能量回收，即为再生制动模式，再生制动模式下的动力传递路径与图2中所示箭头相反，不再单独示意，即系统输出轴80为功率输入端，沿上述反向输入功率至驱动电机30。
也就是说，在图2所示第一工作模式下，动力传动系统可以为纯电驱动模式，也可以为串联驱动模式，还可以为再生制动模式。
如图3所示，第二工作模式下，发动机10处于驱动状态，驱动电机30不工作，第一同步器71处于接合位置，第二同步器72处于分离位置，制动器73处于分离状态，离合器74处于接合位置。
该模式下，发动机10输出的动力有三条路径，第一条路径的动力经第一同步器71、第一太阳轮41传递至长行星轮44，第二条路径的动力经离合器74、第二太阳轮42、短行星轮43传递至长行星轮44，与第一条路径的动力耦合，第三条路径的动力经离合器74、第二太阳轮42、短行星轮43传递至行星架45，与第一条、第二条路径传递的动力在行星架45耦合后传递至齿圈46，最后经系统输出轴80输出。该模式为纯发动机驱动模式，在该模式下，可以选择启动ISG电机20以增加系统扭矩输出。
如图4所示，第三工作模式下，发动机10处于驱动状态，驱动电机30处于工作状态，第一同步器71处于接合位置，第二同步器72处于接合位置，制动器73处于分离状态，离合器74处于分离位置。
该模式下，发动机10输出的动力经第一同步器71、第一太阳轮41、长行星轮44传递至行星架45，驱动电机30输出的动力经第二同步器72、第一传动齿轮51、第二传动齿轮52传递至行星架45，两个动力源的动力在行星架45耦合后传递至齿圈46，最后经系统输出轴80输出，该模式下的动力耦合可视为单行星轮行星排传动，利用单行星排的传动特性可实心发动机转速解耦，即发动机10处于无级调速模式，此时，还可以启动ISG电机20对发动机10进行转矩补偿，可实现发动机转矩解耦控制，使发动机更多的运行于高效区，能够有效地提升整车的经济性和动力性。
如图5所示，在第四工作模式下，发动机10处于驱动状态，驱动电机30处于工作状态，ISG电机20处于发电状态，第一同步器71处于分离位置，第二同步器72处于接合位置，制动器73处于分离位置，离合器74处于接合位置。
该模式下，发动机10和ISG电机20的动力耦合后经离合器74、第二太阳轮42、短行星轮43传递至行星架45，驱动电机30输出的动力经第二同步器72、第一传动齿轮51、第二传动齿轮52传递至行星架45，两个动力源的动力在行星架45耦合后传递至齿圈46，最后经系统输出轴80输出，该模式下的动力耦合可视为双行星轮行星排传动。
如图6所示，第五工作模式下，发动机10处于驱动状态，ISG电机20处于发电状态，第一同步器71处于分离位置，第二同步器72处于分离位置，制动器73处于制动状态，离合器74处于分离位置。
该模式下，发动机10输出的动力直接传递至ISG电机20发电，为怠速充电模式。
以上对图1所示的动力传动系统的各工作模式做了介绍。如前所述，在实际应用中，可以不设置ISG电机20，那么上述涉及到ISG电机20的各模式则相应不存在，具体应用以实际需求为准。在实际应用中，也可以不设置第一同步器71，即发动机10的输出轴或者或发动机10和ISG电机20的输出轴与第一太阳轮41直接传动连接，这样的话，前述串联驱动模式和怠速充电模式则不存在，同样地，具体应用以实际需求为准。
以上对本发明所提供的混合动力汽车的动力传动系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.混合动力汽车的动力传动系统，包括发动机和驱动电机，其特征在于，还包括齿轮传动机构和行星齿轮机构；
所述行星齿轮机构包括第一太阳轮、第二太阳轮、短行星轮、长行星轮、行星架和齿圈，所述第一太阳轮与所述长行星轮啮合，所述第二太阳轮与所述短行星轮啮合，所述短行星轮与所述长行星轮啮合，所述长行星轮与所述齿圈啮合，所述短行星轮和所述长行星轮共用一个所述行星架；
所述驱动电机用于通过所述齿轮传动机构与所述行星架传动连接；所述第一太阳轮和所述第二太阳轮均能够与所述发动机传动连接，所述齿圈与系统输出轴传动连接；
所述发动机的输出轴通过第一连接部件与所述第一太阳轮连接；所述第一连接部件具有接合位置和分离位置，所述第一连接部件处于所述接合位置，所述发动机的输出轴与所述第一太阳轮传动连接，所述第一连接部件处于所述分离位置，所述发动机的输出轴与所述第一太阳轮处于动力中断状态；
所述发动机的输出轴通过第二连接部件与所述第二太阳轮连接；所述第二连接部件具有接合位置和分离位置，所述第二连接部件处于所述接合位置，所述发动机的输出轴与所述第二太阳轮传动连接，所述第二连接部件处于所述分离位置，所述发动机的输出轴与所述第二太阳轮处于动力中断状态；
还包括设于第一太阳轮与壳体之间的制动器，所述制动器具有制动状态和分离状态。
2.根据权利要求1所述的混合动力汽车的动力传动系统，其特征在于，所述驱动电机的输出轴与所述发动机的输出轴相平行设置，所述发动机的输出轴的轴线与所述第一太阳轮、所述第二太阳轮的中心轴线重合。
3.根据权利要求1所述的混合动力汽车的动力传动系统，其特征在于，所述第一连接部件具体为同步器，还包括外套于所述发动机的输出轴的空心轴，所述第一太阳轮与所述空心轴固连，所述同步器的第一同步器组件与所述发动机的输出轴固连，第二同步器组件与所述空心轴固连。
4.根据权利要求1所述的混合动力汽车的动力传动系统，其特征在于，所述齿轮传动机构包括第一传动齿轮和与所述第一传动齿轮啮合的第二传动齿轮；所述第一传动齿轮能够与所述驱动电机传动连接，所述第二传动齿轮与所述行星架固连。
5.根据权利要求4所述的混合动力汽车的动力传动系统，其特征在于，所述驱动电机的输出轴通过第三连接部件与所述第一传动齿轮连接；所述第三连接部件具有接合位置和分离位置，所述第三连接部件处于所述接合位置，所述驱动电机的输出轴与所述第一传动齿轮传动连接，所述第三连接部件处于所述分离位置，所述驱动电机的输出轴与所述第一传动齿轮处于动力中断状态。
6.根据权利要求1-5任一项所述的混合动力汽车的动力传动系统，其特征在于，还包括具有驱动功能和发电功能的电机部件，所述电机部件位于所述发动机与所述行星齿轮机构之间，所述电机部件和所述发动机的输出轴为同一输出轴。
7.根据权利要求6所述的混合动力汽车的动力传动系统，其特征在于，所述电机部件具体为ISG电机。
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