CN104325875A - 一种混合动力***及使用该混合动力***的汽车 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种混合动力***及使用该混合动力***的汽车。本发明实施例的混合动力***包括发动机、发电机、驱动电机和第一行星轮系，还包括第一制动器和第二行星轮系。本发明实施例混合动力***通过第一行星轮系和第二行星轮系将发动机、发电机和驱动电机连接起来，利用行星轮系的运动特性实现对发动机、发电机和驱动电机三者转速的独立控制，通过第一制动器的制动与释放，控制第一行星轮系和第二行星轮系齿圈的转动，可实现不同驱动模式之间及工作模式之间的切换，操作较为简单。

Description

一种混合动力***及使用该混合动力***的汽车

技术领域

本发明涉及一种汽车的动力***，尤其涉及一种混合动力汽车的混合动力***及使用该混合动力***的汽车。

背景技术

混合动力汽车能够有效的结合至少两种不同的动力源来进行驱动，目前大部分混合动力汽车都是油电混合，即包括从燃油得到动力的发动机和由电力驱动的电动机。为了最大程度上改善发动机的燃烧效率，国内外很多汽车厂商开发的混合动力***都采用了双电机结构，即除驱动电机外，还增加了一个发电机。由于同时存在发动机、发电机和驱动电机，三者之间的连接和控制将直接影响混合动力汽车的性能，现有技术的双电机混合动力***的耦合以齿轮系或单个行星轮系为主。采用单个行星轮系的驱动***虽然能够实现多种驱动模式，但各驱动模式之间的切换较为复杂。

发明内容

本发明的特征和优点在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实践本发明而学习。

为了克服现有技术的缺点，本发明提供一种混合动力***，该混合动力***能够实现多种驱动模式，并且各驱动模式之间的切换简单，而且能够提高混合驱动模式下的燃效。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

提供一种混合动力***，包括发动机、发电机、驱动电机和第一行星轮系，还包括第一制动器、第二行星轮系和输出齿轮，所述第一行星轮系和所述第二行星轮系均设有太阳轮、行星架和齿圈；所述第一行星轮系的齿圈和所述第二行星轮系的齿圈同轴设置并连接为一体；所述发动机与所述第一行星轮系的行星架相连；所述发电机与所述第一行星轮系的太阳轮相连；所述驱动电机与所述第二行星轮系的太阳轮相连；所述第一制动器设置在所述第一行星轮系及所述第二行星轮系的齿圈的外周；所述输出齿轮与所述第二行星轮系的行星架相连。

提供一种如上所述的混合动力***，所述发动机、所述发电机和所述驱动电机依次同轴设置在汽车机舱内，所述发电机置于所述发动机的输出端，所述第一行星轮系和所述第二行星轮系置于所述发电机与所述驱动电机之间。

提供一种如上所述的混合动力***，所述发电机与所述第一行星轮系的太阳轮相连，通过如下方式实现：所述发电机通过套轴与所述第一行星轮系的太阳轮相连；所述发动机与所述第一行星轮系的行星架相连，通过如下方式实现：所述发动机的输出轴穿过所述发电机的套轴与所述第一行星轮系的行星架相连；所述驱动电机与所述第二行星轮系的太阳轮相连，通过如下方式实现：所述驱动电机的输出轴与所述第二行星轮系的太阳轮相连。

提供一种如上所述的混合动力***，所述发动机、驱动电机和发电机依次同轴设置在汽车机舱内，所述驱动电机置于所述发电机的输出端，所述第一行星轮系和所述第二行星轮系置于所述驱动电机与所述发动机之间。

提供一种如上所述的混合动力***，所述驱动电机与第二行星轮系的太阳轮相连，通过如下方式实现：所述驱动电机通过套轴与所述第二行星轮系的太阳轮相连；所述发电机与所述第一行星轮系的太阳轮相连，通过如下方式实现：所述发电机的输出轴穿过所述驱动电机的套轴与所述第一行星轮系的太阳轮相连；所述发动机与所述第一行星轮系的行星架相连，通过如下方式实现：所述发动机的输出轴与所述第一行星轮系的行星架相连。

提供一种如上所述的混合动力***，还包括第二制动器，所述第二制动器设置在所述电动机的转子上、输出套轴上或输出轴末端。

提供一种如上所述的混合动力***，所述第一行星轮系的特征参数可根据所述发动机与所述发电机的高效率转速比值来设计。

提供一种如上所述的混合动力***，所述第一制动器与所述第二制动器为带式制动器或片式离合器。

还提供一种汽车，包括驱动轮及与所述驱动轮相连的驱动桥，还包括如上所述的混合动力***，所述混合动力***的输出齿轮还与所述驱动桥连接，用于将所述混合动力***产生的动力输出到所述驱动桥，由所述驱动桥驱动所述驱动轮。

提供一种如上所述的汽车，还包括第二制动器，所述第二制动器设置在所述混合动力***的电动机的转子上、输出套轴上或输出轴末端。

与现有技术相比，本发明实施例混合动力***及汽车，在混合动***中设置第一行星轮系、第二行星轮系及第一制动器，通过第一行星轮系和第二行星轮系将发动机、发电机和驱动电机连接起来，利用行星轮系的运动特性实现发动机、发电机和驱动电机三者转速的独立控制，通过控制第一制动器的制动与释放，控制第一行星轮系和第二行星轮系齿圈的转动，即可实现不同驱动或工作模式之间的切换。

本发明实施例还可在发电机转子上、输出套轴上或输出轴末端设置第二制动器，通过第二制动器的制动与释放，控制发电机的工作状态，可实现对并联混动模式下输出功率的控制，因此该混合动力***各模式间的切换操作较为简单。另外，混合动力***的输出齿轮与第二行星轮系的行星架相连，使得驱动电机的动力从第二行星轮系的太阳轮输入，行星架输出，驱动电机与驱动车轮之间可实现较大的传动比，因此该混合动力***在纯电动模式下具有较好的动力性能。

根据发动机与发电机的高效率转速比值设计第一行星轮系的特征参数，能够保证发动机与发电机均能够高效率运行，可以最大程度上降低油耗和排放。

通过阅读说明书，本领域普通技术人员将更好地了解这些技术方案的特征和内容。

附图说明

下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：

图1为本发明混合动力***的结构原理示意图。

图2为本发明混合动力***的一个实施例的结构示意图。

图3为图2所示混合动力***的纯电动模式功率/能量流示意图。

图4为图2所示混合动力***的增程模式的功率/能量流示意图。

图5为图2所示混合动力***的并联混动模式的功率/能量流（发动机动力同时用于驱动和发电）示意图。

图6为图2所示混合动力***的并联混动模式的功率/能量流（发动机动力全部用于驱动）示意图。

图7为图2所示混合动力***的并联混动模式的功率/能量流（驱动电机、发动机、发电机均参与驱动）示意图。

图8为图2所示混合动力***的制动能量回收模式的功率/能量流示意图。

图9为图2所示混合动力***的停车发电模式的功率/能量流示意图。

图10为本发明混合动力***的另一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例采用混合动力***的汽车包括驱动轮、与该驱动轮相连的驱动桥及混合动力***。

混合动力***包括发动机、发电机、驱动电机、第一行星轮系、第二行星轮系、第一制动器及输出齿轮。所述第一行星轮系和所述第二行星轮系均设有太阳轮、行星架和齿圈。第一行星轮系的齿圈和第二行星轮系的齿圈同轴设置并连接为一体。发动机与第一行星轮系的行星架相连，发电机与第一行星轮系的太阳轮相连；驱动电机与第二行星轮系的太阳轮相连；第一制动器设置在所述第一行星轮系及所述第二行星轮系的齿圈的外周。输出齿轮连接第二行星轮系的行星架与汽车的驱动桥，用于将混合动力***产生的动力输出到所述驱动桥，由该驱动桥驱动汽车的驱动轮。

本发明实施例的混合动力***及使用该混合动力***的汽车，通过第一行星轮系和第二行星轮系将发动机、发电机和驱动电机连接起来，利用行星轮系的运动特性实现发动机、发电机和驱动电机三者转速的独立控制，并且通过第一制动器控制第一行星轮系及第二行星轮系齿圈的转动，可实现混合动力***在不同驱动或工作模式之间的切换。

另外，本发明实施例的汽车的混合动力***也可采用两个制动器共同实现在不同驱动或工作模式之间的切换。下面结合图1以设有两个制动器的混合动力***为例，对本发明实施例混合动力***的结构原理进行说明。

请参阅图1，所述的混合动力***包括发动机1、发电机2、驱动电机3、第一行星轮系、第二行星轮系、第一制动器9和第二制动器10、输出齿轮11。第一行星轮系和第二行星轮系均包括太阳轮、行星架和齿圈；第一行星轮系的齿圈和第二行星轮系的齿圈同轴设置并连接为一体，构成齿圈8。第一行星轮系的齿圈与第二行星轮系的齿圈连为一体，可通过多种方式实现，比如：第一行星轮系和第二行星轮系共用一个齿圈，或者第一行星轮系的齿圈和第二行星轮系的齿圈仅在设置第一制动器9的位置处固定连接，或者在两个齿圈的多个位置进行固定连接。

发动机1与第一行星轮系的行星架6相连，发电机2与第一行星轮系的太阳轮4相连；驱动电机3与第二行星轮系的太阳轮5相连，第二行星轮系的行星架7与输出齿轮11相连，用于将动力输出。第一制动器9设于齿圈8的外周，用于控制齿圈8的转动；第二制动器10设置在电动机2的转子或输出轴上，用于控制发电机2的转子的转动。

本发明实施例的混合动力***可实现三种驱动模式：纯电动模式、串联混动模式（增程模式）和并联混动模式，另外还能实现制动能量回收和停车发电等工作模式。各模式工作过程如下：

纯电动模式：第一制动器9制动，将齿圈8固定，发动机1与发电机2都处于关闭状态，驱动电机3工作，动力经第二行星轮系减速增扭由输出齿轮11输出，驱动汽车行驶。在纯电动模式下，由于驱动电机的动力从第二行星轮系的太阳轮输入，行星架输出，驱动电机与驱动车轮之间可实现较大的传动比，从而能够保证较好的动力性能。

串联混动模式：第一制动器9制动，将齿圈8固定，第二制动器10释放，发动机1先由发电机2启动，然后通过第一行星轮系驱动发电机2发电，产生的电能提供给驱动电机3。此时，汽车依然由驱动电机3独立驱动。

并联混动模式：第一制动器9释放，发动机1与驱动电机2均处于工作状态，动力通过第一行星轮系和第二行星轮系耦合后由输出齿轮11输出，驱动汽车行驶。此模式下，通过控制第二制动器10的制动与释放，可实现发电机2发电、停机固定和反转驱动三种状态，以满足对混合动力***的不同输出功率的要求。

制动能量回收模式：当需要进行能量回收时，可控制第一制动器9制动，将齿圈8固定，然后利用驱动电机3回收能量。

停车发电模式：在汽车静止时，驱动电机3关闭，第一制动器9制动，固定齿圈8，第二制动器10处于释放状态，发动机1开启，驱动发电机2发电。

本发明实施例的混合动力***，通过第一行星轮系和第二行星轮系将发动机、发电机和驱动电机连接起来，利用行星轮系的运动特性实现发动机、发电机和驱动电机三者转速的独立控制，并且通过控制第一制动器可实现混合动力***在不同驱动或工作模式之间的切换，通过控制第二制动器又可对混合动力***在并联混动模式下的输出功率进一步进行控制，因此各模式之间的切换操作较为简单。并且，在纯电动模式下，由于驱动电机的动力从第二行星轮系的太阳轮输入，行星架输出，驱动电机与驱动车轮之间可实现较大的传动比，从而能够保证较好的动力性能。

下面结合两个具体的实施例，对本发明的混合动力***进行详细的说明。

请参阅图2，为本发明混合动力***的一个实施例。

本实施例混合动力***包括：发动机1、发电机2、驱动电机3、第一行星轮系、第二行星轮系、第一制动器9、第二制动器10和输出齿轮11。第一行星轮系和第二行星轮系均包括太阳轮、行星架和齿圈；第一行星轮系的齿圈和所述第二行星轮系的齿圈同轴设置并连接为一体，构成齿圈8。

发动机1、发电机2和驱动电机3三者同轴设置在汽车机舱内，并且发电机2位于发动机1的输出端，驱动电机3置于发电机2的后端，即发电机2位于发动机1与驱动电机3之间。第一行星轮系和第二行星轮系并排布置在发电机2与驱动电机3之间。发电机2通过套轴与第一行星轮系的太阳轮4相连；发动机1的输出轴（该输出轴也可安装扭转减振器）穿过发电机2的套轴与第一行星轮系的行星架6相连。驱动电机3的输出轴与第二行星轮系的太阳轮5相连；输出齿轮11与第二行星轮系的行星架7相连，将耦合后的动力输出。第一制动器9设置在齿圈8的外周，通过控制第一制动器9，可实现对齿圈8的控制；第二制动器10设置在发电机2的转子或输出套轴上，通过控制第二制动器10，可实现对发电机2的转子及第一行星轮系太阳轮4的控制。第一制动器9和第二制动器10可采用带式制动器或片式离合器。

本实施例混合动力***可实现三种驱动模式：纯电动模式、串联混动模式（增程模式）和并联混动模式，另外还能实现制动能量回收和停车发电等工作模式，下面结合图3至9具体分析各驱动模式或工作模式的实现及功率/能量流动。

纯电动模式：汽车采用此驱动模式运行时，第一制动器9制动，将齿圈8固定，驱动电机3工作，发动机1与发电机2都处于关闭状态，此时第二制动器10可处于制动状态也可以处于释放状态。驱动电机3产生的动力经第二行星轮系减速增扭由行星架7及输出齿轮11输出驱动汽车行驶，此时汽车完全由驱动电机3驱动，驱动电机3的电力全部来源于动力电池。该模式下的功率/能量流动路径如图3所示。在纯电动模式下，由于驱动电机3的动力从太阳轮5输入，行星架7输出，驱动电机3与驱动车轮之间可实现较大的传动比，因此能够保证较好的动力性能。

串联混动模式：此模式也可称为增程模式，汽车采用此驱动模式运行时，第一制动器9制动，将齿圈8固定，第二制动器10释放。发动机1先由发电机2启动，然后通过第一行星轮系驱动发电机2发电，所产生的电能提供给驱动电机3驱动汽车。此驱动模式下，汽车依然由驱动电机3独立驱动，并且发动机1驱动发电机2发电，产生的多余电能还可以通过逆变器给电池充电，适合在中低工况时运行，该模式下的功率/能量流动路径如图4所示。在增程模式下，可根据发动机1与发电机2的高效率转速比值来设计第一行星轮系的特征参数，从而保证发动机1与发电机2均能够高效率运行。

并联混动模式：汽车采用此驱动模式运行时，第一制动器9释放，发动机1与驱动电机3均处于工作状态，两者输出的动力通过第一行星轮系及第二行星轮系耦合后经输出齿轮11输出，同时驱动汽车行驶。此模式下，发电机2可有发电、停机固定和反转驱动三种状态，功率/能量流动路径分别如图5、图6、图7所示。请参阅图5，在大部分工况下可控制发电机2发电，此时第二制动器10释放，发动机1在驱动汽车行驶的同时还驱动发电机2发电。请参阅图6，当需要大功率输出时，使发电机2停机并通过第二制动器10的制动，固定发电机2的转子，此时发动机1的功率全部输出参与驱动。请参阅图7，当功率要求进一步增大时，可释放第二制动器10，并控制发电机2反转参与驱动。在此模式下，可根据行星轮系的运动特性，调整控制发动机1、发电机2和驱动电机3的转速使***效率达到最高，同时还可通过对发电机2的控制实现不同功率的耦合输出，以满足不同工况下的功率需求。

制动能量回收模式：当需要进行能量回收时，可控制第一制动器9制动，固定齿圈8，此时发动机1与发电机2都处于关闭状态，第二制动器10可处于制动状态也可以处于释放状态，然后利用驱动电机3回收能量，该模式下的功率/能量流动如图8所示。

停车发电模式：在汽车静止时，驱动电机3关闭，第一制动器9制动，固定齿圈8，第二制动器10处于释放状态，开启发动机1，驱动发电机2发电，该模式下的功率/能量流动如图9所示。

本实施例通过并列设置的第一行星轮系和第二行星轮系将发动机、发电机和驱动电机连接起来，利用行星轮系的运动特性实现发动机、发电机和驱动电机三者转速的独立控制。并且通过控制第一制动器可实现混合动力***在不同驱动或工作模式之间的切换，通过控制第二制动器又可对混合动力***在并联混动模式下的输出功率进一步进行控制，因此模式切换操作较为简单。并且，在纯电动模式下，由于驱动电机的动力从第二行星轮系的太阳轮输入，行星架输出，驱动电机与驱动车轮之间可实现较大的传动比，从而能够保证较好的动力性能。并且，在保证混合动力***在纯电动模式下具有较好的动力性能的同时，也能够保证在串联混动模式及并联混动模式下发动机热效率和***效率较高，从而可以最大程度上降低油耗和排放。

请参阅图10，为本发明混合动力***的另一个实施例。

本实施例混合动力***包括：包括发动机1、发电机2、驱动电机3、第一行星轮系、第二行星轮系、第一制动器9、第二制动器10和输出齿轮11。其中，第一行星轮系和第二行星轮系均包括太阳轮、行星架和齿圈；第一行星轮系的齿圈和所述第二行星轮系的齿圈同轴设置并连接为一体，构成齿圈8。

发动机1、发电机2和驱动电机3三者同轴设置在汽车机舱内，发电机2位于驱动电机3的后端，驱动电机3置于发动机1的输出端，即驱动电机3置于该发动机1与发电机2之间。第一行星轮系和第二行星轮系并排设置在驱动电机3与发动机1之间。驱动电机3通过套轴与第二行星轮系的太阳轮5相连；输出齿轮11与第二行星轮系的行星架7相连，将耦合后的动力输出。发动机1的输出轴（该输出轴也可安装扭转减振器）与第一行星轮系的行星架6相连，发电机2的输出轴穿过驱动电机3的套轴与第一行星轮系的太阳轮4相连。第一制动器9设置在齿圈8的外周，通过控制第一制动器9，可实现对齿圈8的控制；第二制动器10设置在发电机2的转子或输出轴末端，通过控制第二制动器10，可实现对发电机2的转子及第一行星轮系太阳轮的控制。

本实施例混合动力***可实现三种驱动模式：纯电动模式、串联混动模式（增程模式）和并联混动模式，并且还能实现制动能量回收和停车发电等工作模式，上述各驱动模式或工作模式的实现及功率/能量流动与本发明第二实施例基本相同，此处不再赘述。

在实际应用中，若仅在齿圈8的外周设置第一制动器9（即不在电动机2的转子或输出轴上设置第二制动器10），也可实现上述三种驱动模式及实现制动能量回收和停车发电等工作模式，与在电动机2的转子或输出轴上设有第二制动器10的情况所不同的是，在实现并联混动模式时，发电机2仅有发电和反转驱动两种工作状态。

本发明实施例混合动力***及使用该混合动力***的汽车，通过并列设置的第一行星轮系和第二行星轮系将发动机、发电机和驱动电机连接起来，利用行星轮系的运动特性实现发动机、发电机和驱动电机三者转速的独立控制，同时可实现纯电动模式、串联混动模式（增程模式）和并联混动模式三种驱动模式，通过控制第一制动器的制动与释放，可控制第一行星轮系和第二行星轮系齿圈的转动，即可实现不同驱动或工作模式之间的切换；通过第二制动器的制动与释放，控制发电机的工作状态，可实现对并联混动模式下输出功率的控制，因此该混合动力***各模式间的切换操作较为简单。由于驱动电机的动力从第二行星轮系的太阳轮输入，行星架输出，驱动电机与驱动车轮之间可实现较大的传动比，因此该混合动力***在纯电动模式下具有较好的动力性能。第一行星轮系的特征参数根据发动机与发电机的高效率转速比值设计，因此能够保证发动机与发电机均能够高效率运行，可以最大程度上降低油耗和排放。

以上参照附图说明了本发明的优选实施例，本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质，可以有多种变型方案实现本发明。举例而言，作为一个实施例的部分示出或描述的特征可用于另一实施例以得到又一实施例。以上仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (10)

1.一种混合动力***，包括发动机、发电机、驱动电机和第一行星轮系和输出齿轮，其特征在于，还包括第一制动器和第二行星轮系，所述第一行星轮系和所述第二行星轮系均设有太阳轮、行星架和齿圈；

所述第一行星轮系的齿圈和所述第二行星轮系的齿圈同轴设置并连接为一体；

所述发动机与所述第一行星轮系的行星架相连；

所述发电机与所述第一行星轮系的太阳轮相连；

所述驱动电机与所述第二行星轮系的太阳轮相连；

所述第一制动器设置在所述第一行星轮系及所述第二行星轮系的齿圈的外周；

所述输出齿轮与所述第二行星轮系的行星架相连。

2.如权利要求1所述的混合动力***，其特征在于，所述发动机、所述发电机和所述驱动电机依次同轴设置在汽车机舱内，所述发电机置于所述发动机的输出端，所述第一行星轮系和所述第二行星轮系置于所述发电机与所述驱动电机之间。

3.如权利要求2所述的混合动力***，其特征在于，所述发电机与所述第一行星轮系的太阳轮相连，通过如下方式实现：所述发电机通过套轴与所述第一行星轮系的太阳轮相连；

所述发动机与所述第一行星轮系的行星架相连，通过如下方式实现：所述发动机的输出轴穿过所述发电机的套轴与所述第一行星轮系的行星架相连；

所述驱动电机与所述第二行星轮系的太阳轮相连，通过如下方式实现：所述驱动电机的输出轴与所述第二行星轮系的太阳轮相连。

4.如权利要求1所述的混合动力***，其特征在于，所述发动机、驱动电机和发电机依次同轴设置在汽车机舱内，所述驱动电机置于所述发电机的输出端，所述第一行星轮系和所述第二行星轮系置于所述驱动电机与所述发动机之间。

5.如权利要求4所述的混合动力***，其特征在于，

所述驱动电机与第二行星轮系的太阳轮相连，通过如下方式实现：所述驱动电机通过套轴与所述第二行星轮系的太阳轮相连；

所述发电机与所述第一行星轮系的太阳轮相连，通过如下方式实现：所述发电机的输出轴穿过所述驱动电机的套轴与所述第一行星轮系的太阳轮相连；

所述发动机与所述第一行星轮系的行星架相连，通过如下方式实现：所述发动机的输出轴与所述第一行星轮系的行星架相连。

6.如权利要求1至5任一项所述的混合动力***，其特征在于，还包括第二制动器，所述第二制动器设置在所述电动机的转子上或输出套轴上或输出轴末端。

7.如权利要求6所述的混合动力***，其特征在于，所述第一行星轮系的特征参数可根据所述发动机与所述发电机的高效率转速比值来设计。

8.如权利要求7所述的混合动力***，其特征在于，所述第一制动器与所述第二制动器为带式制动器或片式离合器。

9.一种汽车，包括驱动轮及与所述驱动轮相连的驱动桥，其特征在于还包括如权利要求1至5任一项所述的混合动力***，所述混合动力***的输出齿轮还与所述驱动桥连接，用于将所述混合动力***产生的动力输出到所述驱动桥，由所述驱动桥驱动所述驱动轮。

10.如权利要求9所述的汽车，其特征在于，还包括第二制动器，所述第二制动器设置在所述混合动力***的电动机的转子上或输出套轴上或输出轴末端。