CN104494414A - 动力传动***及具有其的车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种动力传动***及具有其的车辆。所述动力传动***包括行星齿轮机构，所述行星齿轮机构包括太阳轮、行星轮、行星架和齿圈，所述行星轮设置在所述行星架上且所述行星轮分别与所述太阳轮和所述齿圈啮合；发动机，所述发动机设置成可选择性地与所述齿圈联动；第一电机，所述第一电机设置在所述发动机与所述齿圈之间，所述发动机与所述第一电机相连，所述第一电机与所述齿圈之间设置有第一离合装置；第二电机，所述第二电机与所述太阳轮相连，并且所述第二电机与所述齿圈之间设置有第二离合装置可以选择性地与所述齿圈联动；以及用于制动所述齿圈的换挡执行元件。根据本发明实施例的动力传动***，结构简单、控制简单、传动效率高。

Description

动力传动***及具有其的车辆

技术领域

本发明涉及混合动力车辆领域，特别涉及一种动力传动***及具有该动力传动***的车辆。

背景技术

混合驱动汽车、电动汽车、增程式电动汽车是未来汽车发展方向，也是新能源汽车主要方式。相关技术中，动力传动***的结构复杂、工作模式复杂且控制策略繁琐，能量转换效率有待提高，不能充分利用发动机动能和电池电能，存在能量二次转换、控制复杂，效率低的问题。具体而言，相关技术中，动力传动***通过控制两个电机发电、电动的电磁扭矩来调整输出扭矩和转速，从而造成能量的二次转换且效率低下。另外，相关技术中的多挡变速器中，多数是通过拨叉、滑套在离合器切断动力时来选择挡位，齿轮对数较多，占用空间大，结构复杂。由此存在改进空间。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种动力传动***，以实现控制策略简单、提高传动效率的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种动力传动***，包括：行星齿轮机构，所述行星齿轮机构包括太阳轮、行星轮、行星架和齿圈，所述行星轮设置在所述行星架上且所述行星轮分别与所述太阳轮和所述齿圈啮合；发动机，所述发动机设置成可选择性地与所述齿圈联动；第一电机，所述第一电机设置在所述发动机与所述齿圈之间，所述发动机与所述第一电机相连，所述第一电机与所述齿圈之间设置有第一离合装置；第二电机，所述第二电机与所述太阳轮相连，并且所述第二电机与所述齿圈之间设置有第二离合装置以可选择性地与所述齿圈联动；以及用于制动所述齿圈的换挡执行元件。

进一步地，所述第一离合装置与所述齿圈之间通过至少一个齿轮传动。

可选地，所述第一驱动电机为发电机，所述第二驱动电机为电动机。

进一步地，所述动力传动***还包括：电池模组，所述电池模组通过变频器与所述第一驱动电机和所述第二驱动电机相连。

相对于现有技术，本发明所述的动力传动***具有以下优势：

(1)本发明所述的动力传动***，第二电机与行星齿轮机构的太阳轮相连，发动机与行星齿轮机构的齿圈之间设有第一电机，通过控制发动机与行星齿轮机构的齿圈的接合或分离、控制第二电机与行星齿轮机构的齿圈的接合或分离以及控制齿圈的制动或松开，实现动力传动***的不同工作模式，即实现发动机、第一电机、第二电机三个动力源中的至少一个输出动力或将上述动力耦合后输出。由此实现了动力传动***以不同速比传动，满足不同路况的需求，控制策略简单，提高了传动效率及燃油经济性，可在减少能量损耗的同时最大化的增加车辆动力性。此外，该动力传动***由于采用行星齿轮机构，从而结构紧凑、占用空间小、尺寸小、重量轻、承载力大且抗振能力强。

本发明的另一目的在于提出一种动力传动***，以实现控制策略简单、提高传动效率的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种动力传动***包括：行星齿轮机构，所述行星齿轮机构包括太阳轮、行星轮、行星架和齿圈，所述行星轮设置在所述行星架上且所述行星轮分别与所述太阳轮和所述齿圈啮合；发动机，所述发动机与所述发电机相连，所述发电机与所述齿圈之间设置有第一离合装置；电动机，所述电动机与所述太阳轮相连且所述电动机与所述齿圈之间还设置有第二离合装置；电池模组，所述电池模组通过变频器与所述发动机和所述电动机相连；以及用于制动所述齿圈的制动器。

进一步地，所述动力传动***具有驻车发电模式、发动机单独驱动模式和行车发电模式，在所述动力传动***处于所述驻车发电模式时，所述第一离合装置分离，所述第二离合装置分离；在所述动力传动***处于发动机单独驱动模式时，所述第一离合装置接合，所述第二离合装置接合，所述制动器松开；在所述动力传动***处于行车发电模式时，所述第一离合装置接合，所述第二离合装置接合。

进一步地，所述动力传动***具有第一纯电动驱动模式和第二纯电动模式，在所述动力传动***处于所述第一纯电动驱动模式时，所述第一离合装置分离，所述第二离合装置接合，所述制动器松开；在所述动力传动***处于所述第二纯电动驱动模式时，所述第一离合装置分离，所述第二离合装置分离，所述制动器制动。

进一步地，所述动力传动***具有第一混合驱动模式和第二混合驱动模式，在所述动力传动***处于第一混合驱动模式时，所述第一离合装置接合，所述第二离合装置接合，所述制动器松开；在所述动力传动***处于第二混合驱动模式时，所述第一离合装置接合，所述第二离合装置分离，所述制动器松开。

进一步地，所述动力传动***具有第一再生制动模式和第二再生制动模式，在所述动力传动***处于第一再生制动模式时，所述第一离合装置分离，所述第二离合装置接合，所述制动器松开。在所述动力传动***处于第二再生制动模式时，所述第一离合装置分离，所述第二离合装置分离，所述制动器制动。

相对于现有技术，本发明所述的动力传动***具有以下优势：

(1)根据本发明实施例的动力传动***，通过控制第一离合装置、第二离合装置以及制动器的工作状态，实现动力传动***的不同工作模式。由此实现了动力传动***以不同速比传动，满足不同路况的需求，控制策略简单，提高了传动效率及燃油经济性，可在减少能量损耗的同时最大化的增加车辆动力性。此外，该动力传动***由于采用行星齿轮机构，从而结构紧凑、占用空间小、尺寸小、重量轻、承载力大且抗振能力强。

本发明的又一目的在于提出一种车辆，以实现降级油耗、提升动力、提升传动效率的目的。

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是根据本发明实施例的动力传动***。

附图标记说明：

车辆1000，100-动力传动***，1-行星齿轮机构，11-太阳轮，12-行星轮，13-行星架，14-齿圈，2-发动机，3-第一电机，3a-发电机，4-第二电机，4a-电动机，5-换挡执行元件，5a-制动器，61-第一齿轮，62-第二齿轮，63-第三齿轮，7电池模组，8-变频器，C1-第一离合装置，C2-第二离合装置，91-主减速器，92-差速器，93-车轮。

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。下面参照图1描述根据本发明实施例的车辆1000。根据本发明实施例的车辆1000包括动力传动***100。可以理解的是，车辆1000的其它部件，例如主减速器91、差速器92以及车轮93对于本领域技术人员而言均为已知，在此不再详细叙述。

首先参照图1描述根据本发明实施例的动力传动***100。如图1所示，根据本发明实施例的动力传动***100包括行星齿轮机构1、发动机2、第一电机3、第二电机4以及换挡执行元件5。

行星齿轮机构1包括太阳轮11、行星轮12、行星架13和齿圈14，如图1所示，行星轮12设置在行星架13上，行星轮12分别与太阳轮11和齿圈14啮合，具体而言，行星轮12与太阳轮11外啮合，行星轮12与齿圈14内啮合。

发动机2设置成可选择性地与齿圈14联动，也就是说，发动机2可以与齿圈14联动以将发动机2的动力传递给齿圈14，发动机2可以与齿圈14分离，从而发动机2的动力不会传递到齿圈14上。其中，发动机2与齿圈14联动是指发动机2与齿圈14可以同步转动，或者发动机2与齿圈14之间通过传动机构间接传动。

第一电机3设置在发动机2与齿圈14之间，由此发动机2可以驱动第一电机3发电，或者发动机2输出的动力与第一电机3输出的动力耦合后输出给齿圈14。

参照图1所示，发动机2可以与第一电机3相连，例如发动机2的输出轴与第一电机3的转子相连。第一电机3与齿圈14之间可以设置有第一离合装置C1。

第一离合装置C1具有分离和接合两种状态，第一离合装置C1处于分离状态时，第一电机3与齿圈14分离，第一电机3输出的动力不能传递到齿圈14，且齿圈14也不能驱动第一电机3发电。第一离合装置C1处于接合状态时，第一电机3与齿圈14接合，第一电机3输出的动力可以传递到齿圈14，或者齿圈14可以驱动第一电机3发电。

可选地，第一离合装置C1与齿圈14之间可以通过至少一个齿轮传动，由此传动比的变化范围广，动力传动***100的使用更方便。

在本发明的一个具体示例中，如图1所示，第一离合装置C1与齿圈14之间可以通过三个齿轮传动，其中第一齿轮61与第一离合装置C1相连，第二齿轮62与第一齿轮61啮合，第三齿轮63与齿圈14外啮合，且第二齿轮62与第三齿轮63同轴相连，也就是说第二齿轮62与第三齿轮63可以同步转动，第一齿轮61的旋转方向与齿圈14的旋转方向相同。

第二电机4与太阳轮11相连，第二电机4还设置成可选择性地与齿圈14联动。也就是说，第二电机4可以与齿圈14联动以将动力传递给齿圈14，第二电机4也可以与齿圈14分离，从而第二电机4的动力不会传递到齿圈14上。其中第二电机4可以与齿圈14联动是指第二电机4与齿圈14可以同步转动，或者第二电机4与齿圈14之间通过传动机构间接传动。

参照图1所示，第二电机4与齿圈14之间可以设置有第二离合装置C2。第二离合装置C2具有分离和接合两种状态，第二离合装置C2处于分离状态时，第二电机4与齿圈14分离，第二电机4输出的动力不能传递到齿圈14，且齿圈14也不能驱动第二电机4发电。第二离合装置C2处于接合状态时，第二电机4与齿圈14联动，第二电机4与齿圈14接合，第二电机4与齿圈14联动，第二电机4输出的动力可以传递到齿圈14，或者齿圈14可以驱动第二电机4发电。

换挡执行元件5用于制动齿圈14，换挡执行元件5具有制动状态和松开状态(即解除制动状态)，换挡执行元件5处于制动状态时，换挡执行元件5制动齿圈14，齿圈14被固定，换挡执行元件5处于松开状态时，换挡执行元件5松开齿圈14，齿圈14可转动。可选地，换挡执行元件5可以为制动器5a，由此结构简单、制造成本低。

根据本发明实施例的动力传动***100，第二电机4与行星齿轮机构1的太阳轮11相连，发动机2与行星齿轮机构1的齿圈14之间设有第一电机3，通过控制发动机2与行星齿轮机构1的齿圈14的接合或分离、控制第二电机4与行星齿轮机构1的齿圈14的接合或分离以及控制齿圈14的制动或松开，实现动力传动***100的不同工作模式，即实现发动机2、第一电机3、第二电机4三个动力源中的至少一个输出动力或将动力耦合后输出。由此实现了动力传动***100以不同速比传动，满足不同路况的需求，控制策略简单，提高了传动效率及燃油经济性，可在减少能量损耗的同时最大化的增加车辆1000动力性。此外，该动力传动***100由于采用行星齿轮机构1，从而结构紧凑、占用空间小、尺寸小、重量轻、承载力大且抗振能力强。

如图1所示，动力传动***100的输出的动力通过行星齿轮机构1的行星架13输出，其中行星架13适于与主减速器91相连，主减速器91与差速器92相连，差速器92的两个输出端分别与位于差速器92两侧的车轮93相连。

根据本发明实施例的车辆1000，通过设置上述动力传动***100，从而具有动力性能好、油耗低、结构紧凑等优点。

在本发明的一个具体的实施例中，如图1所示，动力传动***100包括行星齿轮机构1、发动机2、第一电机3、第二电机4、换挡执行元件5以及电池模组7。电池模组7通过变频器8与第一电机3和第二电机4相连，其中第一电机3为发电机3a，第二电机4为电动机4a。也就是说，在该实施例中，电池模组7可以通过变频器8与第一电机3相连，从而将第一电机3输出的电能通过变频器8输出给电池模组7以为电池模组7充电。电池模组7还可以通过变频器8与第二电机4相连，从而电池模组7输出的电能通过变频器8输出给第二电机4以驱动第二电机4工作。

下面参照图1描述根据本发明动力传动***100的一个具体实施例。如图1所示，动力传动***100包括行星齿轮机构1、发动机2、发电机3a、电动机4a、电池模组7和制动器5a。

行星齿轮机构1包括太阳轮11、行星轮12、行星架13和齿圈14，行星轮12设置在行星架13上，且行星轮12分别与太阳轮11和齿圈14啮合。发动机2与发电机3a相连，发电机3a与齿圈14之间设置有第一离合装置C1，电动机4a与太阳轮11相连，且电动机4a与齿圈14之间还设置有第二离合装置C2，电池模组7通过变频器8与发动机2和电动机4a相连，制动器5a用于制动齿圈14。

根据本发明实施例的动力传动***100，通过控制第一离合装置C1、第二离合装置C2以及制动器5a的工作状态，实现动力传动***100的不同工作模式。由此实现了动力传动***100以不同速比传动，满足不同路况的需求，控制策略简单，提高了传动效率及燃油经济性，可在减少能量损耗的同时最大化的增加车辆1000动力性。此外，该动力传动***100由于采用行星齿轮机构1，从而结构紧凑、占用空间小、尺寸小、重量轻、承载力大且抗振能力强。

下面参照图1并结合上述描述详细介绍根据本发明实施例的车辆1000的动力传动过程：

上述动力传动***100具有驻车发电模式、纯电动驱动模式、混合驱动模式、发动机单独驱动模式、行车发电模式和再生制动模式。

1)驻车发电模式：

在动力传动***100处于驻车发电模式时，第一离合装置C1分离、第二离合装置C2分离。当电池模组7的电量较低且车辆1000处于空挡时，启动该模式，该模式下发动机2带动发电机3a发电并将输出的电能通过变频器8传输给电池模组7储存。

2)第一纯电动模式：

在动力传动***100处于第一纯电动模式时，第一离合装置C1分离、第二离合装置接合、制动器5a松开。当车辆1000以高速行驶，且发动机2不参与动力输出时，启动该模式，该模式下电动机4a与行星齿轮机构1的齿圈14刚性连接，动力传动***100的传动比为1:1，且电动机4a的动力经由行星架13、主减速器91、差速器92传递到车轮93以驱动车辆1000行驶。

3)第二纯电动模式：

在动力传动***100处于第二纯电动模式时，第一离合装置C1分离、第二离合装置C2分离、制动器5a制动。当车辆1000以低速行驶，且发动机2不参与动力输出时，启动该模式，该模式下，行星齿轮机构1的齿圈14被制动，电动机4a与行星齿轮机构1的太阳轮11相连，动力传动***100的传动比为1:(1+α)，电动机4a的动力依次经由行星架13、主减速器91、差速器92传递到车轮93以驱动车辆1000行驶。

通过上述描述可知，第一纯电动模式和第二纯电动模式为传动比不同的两种纯电动模式，即发动机2不参与动力输出。根据本发明实施例的动力传动***100处于纯电动模式(包括第一纯电动模式和第二纯电动模式)时，可解决车辆1000起步或车速较低时油耗高的问题，并且通过控制第一离合装置C1、第二离合装置C2和制动器5a的工作状态，实现不同速比的传动，增加了纯电动扭矩区间。

4)第一混合驱动模式：

在动力传动***100处于第一混合驱动模式时，第一离合装

置C1接合、第二离合装置C2接合、制动器5a松开。发动机2输出的动力和电动机4a输出的动力耦合后依次经由行星架13、主减速器91、差速器92传递到车轮93以驱动车辆1000行驶。此时动力传动***100的传动比为1:1。

5)第二混合驱动模式：

在动力传动***100处于第一混合驱动模式时，为了保证发

动机2工作在较经济的区域内，第一离合装置C1接合、第二离合装置C2断开、制动器5a松开，发动机2输出的动力和电动机4a输出的动力耦合后依次经由行星架13、主减速器91、差速器92传递到车轮93以驱动车辆1000行驶。该模式下，可通过调节电动机4a的输出扭矩来调节发动机2的输出扭矩，从而使发动机2始终工作在经济区域内，实现调速功能，因此该模式又称为调速模式。

通过上述描述可知，第一混合驱动模式和第二混合驱动模式为传动比不同的两种混合驱动模式，根据本发明实施例的动力传动***100处于混合驱动模式时，可由电动机4a控制扭矩降低油耗，电动机4a也可作为动力输出源提供动力，同时通过控制制动器5a、第一离合装置C1、第二离合装置C2的工作状态实现不同的传动比，提高动力传动***100的传动效率。

5)发动机单独驱动模式：

在动力传动***100处于发动机2单独驱动模式时，第一

离合装置C1接合、第二离合装置C2接合、制动器5a松开。当车辆1000行驶过程中，发动机2的转速在一个较为经济的区域时，启动发动机单独驱动模式，此时发动机2通过第一离合装置C1的接合将输出的动力依次经由行星架13、主减速器91、差速器92传递到车轮93以驱动车辆1000行驶，而电动机4a处于空转状态。

6)行车发电模式：

在动力传动***100处于行车发电模式时，第一离合装置C1

接合，第二离合装置C2接合。在车辆1000行驶过程中，当电池模组7的电量较低时，发动机2输出的一部分动力依次经由行星架13、主减速器91、差速器92传递到车轮93以驱动车辆1000行驶，发动机2输出的另一部分动力驱动发电机3a发电，并将输出的电能通过变频器8传输给电池模组7储存。

7)第一再生制动模式：

在动力传动***100处于第一再生制动模式时，第一离合装置C1分离，第二离合装置C2接合，制动器5a松开。当车辆1000在中高速制动时，启动该模式，车轮93制动时的能量传递给电动机4a带动电动机4a发电，并将电动机4a输出的电能通过变频器8传输给电池模组7储存。该模式下动力传动***100的传动比为1:1。

8)第二再生制动模式：

在动力传动***100处于第二再生制动模式时，第一离合装置C1分离，第二离合装置C2分离，制动器5a接合。当车辆1000在低速制动时，启动该模式，车轮93制动时的能量传递给电动机4a带动电动机4a发电，并将电动机4a输出的电能通过变频器8传输给电池模组7储存。该模式下动力传动***100的传动比为1:(1+α)。

也就是说，动力传动***100通过不同的速比传递可在高速或低速时分情况对车辆1000进行再生能量制动，即车辆1000高速行驶时采用第一再生制动模式制动，车辆1000低速行驶时采用第二再生制动模式制动。

根据本发明实施例的动力传动***100，包括发动机2、第一电机3、第二电机4以及行星齿轮机构1，第二电机4可以直接驱动车辆1000行驶，第二电机4也可以通过行星齿轮机构1与发动机2共同驱动车辆1000行驶，从而实现多模式运行，满足不同路况的需求，控制策略简单，优化了整体结构，提高了传动效率及燃油经济性，可在减少能量损耗的同时最大化的增加车辆1000动力性。

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 (10)

1.一种动力传动***(100)，其特征在于，包括：

行星齿轮机构(1)，所述行星齿轮机构(1)包括太阳轮(11)、行星轮(12)、行星架(13)和齿圈(14)，所述行星轮(12)设置在所述行星架(13)上且所述行星轮(12)分别与所述太阳轮(11)和所述齿圈(14)啮合；

发动机(2)，所述发动机(2)设置成可选择性地与所述齿圈(14)联动；

第一电机(3)，所述第一电机(3)设置在所述发动机(2)与所述齿圈(14)之间，所述发动机(2)与所述第一电机(3)相连，所述第一电机(3)与所述齿圈(14)之间设置有第一离合装置(C1)；

第二电机(4)，所述第二电机(4)与所述太阳轮(11)相连，并且所述第二电机(4)与所述齿圈(14)之间设置有第二离合装置(C2)以可选择性地与所述齿圈(14)联动；以及

用于制动所述齿圈(14)的换挡执行元件(5)。

2.根据权利要求1所述的动力传动***(100)，其特征在于，所述第一离合装置(C1)与所述齿圈(14)之间通过至少一个齿轮传动。

3.根据权利要求1所述的动力传动***(100)，其特征在于，所述第一电机(3)为发电机(3a)，所述第二电机(4)为电动机(4a)。

4.根据权利要求1所述的动力传动***(100)，其特征在于，还包括：电池模组(7)，所述电池模组(7)通过变频器(8)与所述第一电机(3)和所述第二电机(4)相连。

5.一种动力传动***(100)，其特征在于，包括：

行星齿轮机构(1)，所述行星齿轮机构(1)包括太阳轮(11)、行星轮(12)、行星架(13)和齿圈(14)，所述行星轮(12)设置在所述行星架(13)上且所述行星轮(12)分别与所述太阳轮(11)和所述齿圈(14)啮合；

发动机(2)；

发电机(3a)，所述发动机(2)与所述发电机(3a)相连，所述发电机(3a)与所述齿圈(14)之间设置有第一离合装置(C1)；

电动机(4a)，所述电动机(4a)与所述太阳轮(11)相连且所述电动机(4a)与所述齿圈(14)之间还设置有第二离合装置(C2)；

电池模组(7)，所述电池模组(7)通过变频器(8)与所述发动机(2)和所述电动机(4a)相连；以及

用于制动所述齿圈(14)的制动器(5a)。

6.根据权利要求5所述的动力传动***(100)，其特征在于，所述动力传动***(100)具有驻车发电模式、发动机单独驱动模式和行车发电模式，

在所述动力传动***(100)处于所述驻车发电模式时，所述第一离合装置(C1)分离，所述第二离合装置(C2)分离；

在所述动力传动***(100)处于发动机单独驱动模式时，所述第一离合装置(C1)接合，所述第二离合装置(C2)接合，所述制动器(5a)松开；

在所述动力传动***(100)处于行车发电模式时，所述第一离合装置(C1)接合，所述第二离合装置(C2)接合。

7.根据权利要求6所述的动力传动***(100)，其特征在于，所述动力传动***(100)还具有第一纯电动驱动模式和第二纯电动模式，

在所述动力传动***(100)处于所述第一纯电动驱动模式时，所述第一离合装置(C1)分离，所述第二离合装置(C2)接合，所述制动器(5a)松开；

在所述动力传动***(100)处于所述第二纯电动驱动模式时，所述第一离合装置(C1)分离，所述第二离合装置(C2)分离，所述制动器(5a)制动。

8.根据权利要求7所述的动力传动***(100)，其特征在于，所述动力传动***(100)还具有第一混合驱动模式和第二混合驱动模式，

在所述动力传动***(100)处于第一混合驱动模式时，所述第一离合装置(C1)接合，所述第二离合装置(C2)接合，所述制动器(5a)松开；

在所述动力传动***(100)处于第二混合驱动模式时，所述第一离合装置(C1)接合，所述第二离合装置(C2)分离，所述制动器(5a)松开。

9.根据权利要求8所述的动力传动***(100)，其特征在于，所述动力传动***(100)还具有第一再生制动模式和第二再生制动模式，

在所述动力传动***(100)处于第一再生制动模式时，所述第一离合装置(C1)分离，所述第二离合装置(C2)接合，所述制动器(5a)松开。

在所述动力传动***(100)处于第二再生制动模式时，所述第一离合装置(C1)分离，所述第二离合装置(C2)分离，所述制动器(5a)制动。

10.一种车辆(1000)，其特征在于，包括根据权利要求1-9中任一项所述的动力传动***(100)。