CN113232502A - 混合动力汽车驱动***及汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混合动力汽车驱动***，其包括发动机、行星排、第一电机和第二电机，发动机通过第一离合器与行星架连接，发动机通过第二离合器与齿圈连接，第一电机的输出轴与太阳轮固连，齿圈上固连有第一齿轮，第一齿轮通过齿轮传动机构与差速器的输入齿轮传动连接，第二电机的输出轴上固连有第二齿轮，第二齿轮也通过齿轮传动机构与差速器的输入齿轮传动连接，第一电机通过第一逆变器与动力电池连接，第二电机通过第二逆变器与动力电池连接。本发明还公开了一种使用上述驱动***的汽车。其目的是为了提供一种混合动力汽车驱动***及汽车，其能在包括高速巡航等各种工况下均实现高效工作，降低综合油耗。

Description

混合动力汽车驱动***及汽车
技术领域
本发明涉及混合动力汽车领域，特别是涉及一种混合动力汽车驱动***及汽车。
背景技术
在石油能源紧缺和环境保护双重压力下，油电混合动力逐渐成为汽车动力传动***的重要选择。功率分流***可以通过杠杆原理，实现发动机无极调速，使车辆在大部分车速功率下，发动机都能工作在比较高效的区间。由于功率分流***在城市工况出色的经济性，基于功率分流***的混动汽车在近二十年成为混合动力汽车的主要选择之一。
如图1所示，现有的功率分流混动汽车，发动机连接太阳轮，电机Ⅰ连接行星架，行星轮系的齿圈输出扭矩通过减速齿轮系到差速器。在该混动***中，发动机、电机Ⅰ与齿圈的转速符合杠杆原理。电机Ⅰ需始终保持在工作状态以控制发动机转速，将发动机工作点控制在高效范围内。
现有的行星排功率分流混动***，车辆纯电行驶时，驱动电机驱动车辆，但与传动***相连的行星轮齿圈跟随转动，从而带动电机Ⅰ空转，导致能量损耗；车辆低速混动行驶时，电机Ⅰ需正转发电，产生的电能储存到动力电池中或者供电机Ⅱ驱动车辆行驶；车辆高速混动巡航时，为使发动机保持在高效区转速内，电机Ⅰ需反转驱动，消耗电能，而所耗电能则源自动力电池及电机Ⅱ发电，这个过程，导致电机***额外的能量消耗，以至于现有功率分流混动汽车高速油耗和动力性成为一直以来被诟病的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种混合动力汽车驱动***及汽车，其保留了现有行星排混动***结构的优点，同时通过增加离合器使***能够切换不同驱动模式，能够实现纯电动行驶时，发电机无需作为负载跟随传动***转动消耗机械能；高速巡航时，发动机也可以单独直接驱动车辆，而无需发电机反向驱动以降低发动机转速，避免了不必要的反向串联消耗***机械能。基于此，本发明能在包括高速巡航等各种工况下均实现高效工作，降低综合油耗。
本发明中的混合动力汽车驱动***，包括发动机、行星排、第一电机和第二电机，所述发动机的输出轴通过第一离合器与行星排的行星架连接，所述发动机的输出轴通过第二离合器与行星排的齿圈连接，所述第一电机的输出轴与行星排的太阳轮固定连接，所述齿圈上固定连接有第一齿轮，所述第一齿轮通过齿轮传动机构与差速器的输入齿轮传动连接，所述第二电机的输出轴上固定连接有第二齿轮，所述第二齿轮也通过所述齿轮传动机构与差速器的输入齿轮传动连接，所述第一电机通过第一逆变器与动力电池连接，所述第二电机通过第二逆变器与所述动力电池连接。
本发明中的混合动力汽车驱动***，其中所述齿轮传动机构包括第三齿轮和第四齿轮，所述第三齿轮与第四齿轮同轴布置并且固定连接，所述第三齿轮分别与第一齿轮和第二齿轮啮合，所述第四齿轮与差速器的输入齿轮啮合。
本发明中的汽车，包括上述的混合动力汽车驱动***。
本发明混合动力汽车驱动***及汽车与现有技术不同之处在于：
车辆纯电动行驶时，第一离合器和第二离合器均分离，发动机停机并与行星排断开。此时，第二电机通过第二齿轮、齿轮传动机构以及差速器的输入齿轮将驱动扭矩输入到差速器，并最终通过车轮输出，从而驱动车辆行驶。
车辆中低速混动行驶时，第二离合器分离，第一离合器结合，将发动机与行星排的行星架相结合，此时发动机通过行星架、齿圈、第一齿轮、齿轮传动机构以及差速器的输入齿轮将驱动扭矩输入到差速器，并最终通过车轮输出，从而驱动车辆。在此过程中，第一电机通过与之相连的太阳轮和行星轮相互作用，从而控制行星架的转速，亦即发动机的转速。
车辆高速混动巡航时，第一离合器分离，第二离合器结合，将发动机与齿圈相结合，然后通过第一齿轮、齿轮传动机构以及差速器的输入齿轮将驱动扭矩输入到差速器，并最终通过车轮输出，从而驱动车辆行驶。
车辆高速加速或超车时，第一离合器、第二离合器均结合，将行星排锁定，此时发动机、第一电机、第二电机三个动力源并联，此时，发动机和第一电机均可通过行星排、第一齿轮、齿轮传动机构以及差速器的输入齿轮将驱动扭矩输入到差速器，第二电机可通过第二齿轮、齿轮传动机构以及差速器的输入齿轮将驱动扭矩输入到差速器，由此可见，发动机、第一电机和第二电机可同时输出动力到车轮，从而获得最大动力输出。
车辆在任何驱动模式下，第二电机均可通过第二齿轮与齿轮传动机构连接，参与车辆的驱动或能量回收。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为现有技术中的功率分流混动***原理示意图；
图2为本发明中的混合动力汽车驱动***的结构示意图。
具体实施方式
如图2所示，本发明中的混合动力汽车驱动***，包括发动机1、行星排、第一电机11和第二电机17，所述发动机1的输出轴通过第一离合器2与行星排的行星架4连接，所述发动机1的输出轴通过第二离合器3与行星排的齿圈5连接，所述第一电机11的输出轴与行星排的太阳轮7固定连接，所述齿圈5上固定连接有第一齿轮8，所述第一齿轮8通过齿轮传动机构与差速器14的输入齿轮15传动连接，所述第二电机17的输出轴上固定连接有第二齿轮16，所述第二齿轮16也通过所述齿轮传动机构与差速器14的输入齿轮15传动连接，所述第一电机11通过第一逆变器12与动力电池19连接，所述第二电机17通过第二逆变器18与所述动力电池19连接。
第一离合器2结合时，发动机1与行星架4固定连接，相反，第一离合器2断开时，发动机1与行星架4断开连接。第二离合器3结合时，发动机1与齿圈5固定连接，相反，第二离合器3断开时，发动机1与齿圈5断开连接。至于离合器的结构以及工作原理均为现有技术，在此对其不予赘述。
行星排包括太阳轮7、行星轮6、行星架4和齿圈5，其为现有技术，在此对其具体结构以及工作原理不予赘述。
本发明中的混合动力汽车驱动***，其中所述齿轮传动机构包括第三齿轮9和第四齿轮10，所述第三齿轮9与第四齿轮10同轴布置并且固定连接，所述第三齿轮9分别与第一齿轮8和第二齿轮16啮合，所述第四齿轮10与差速器14的输入齿轮15啮合。
由于齿圈5和第一齿轮8固定连接，因此第一齿轮8能够跟随齿圈5同时转动，又由于第一齿轮8和第二齿轮16均与第三齿轮9啮合，而第四齿轮10又与差速器14的输入齿轮15啮合，所以，齿圈5、第一齿轮8、第三齿轮9、第四齿轮10和差速器14的输入齿轮15能够组成一条动力传递路径，第二齿轮16、第三齿轮9、第四齿轮10和差速器14的输入齿轮15能够组成另一条动力传递路径。
本发明中的汽车，包括上述的混合动力汽车驱动***。
本发明混合动力汽车驱动***及汽车与现有技术不同之处在于：
车辆纯电动行驶时，第一离合器2和第二离合器3均分离，发动机1停机并与行星排断开。此时，第二电机17通过第二齿轮16、齿轮传动机构(即第三齿轮9和第四齿轮10)以及差速器14的输入齿轮15将驱动扭矩输入到差速器14，并最终通过车轮13输出，从而驱动车辆行驶。
车辆中低速混动行驶时，第二离合器3分离，第一离合器2结合，将发动机1与行星排的行星架4相结合，此时发动机1通过行星架4、齿圈5、第一齿轮8、齿轮传动机构(即第三齿轮9和第四齿轮10)以及差速器14的输入齿轮15将驱动扭矩输入到差速器14，并最终通过车轮13输出，从而驱动车辆。在此过程中，第一电机11通过与之相连的太阳轮7和行星轮6相互作用，从而控制行星架4的转速，亦即发动机1的转速。
车辆高速混动巡航时，第一离合器2分离，第二离合器3结合，将发动机1与齿圈5相结合，然后通过第一齿轮8、齿轮传动机构(即第三齿轮9和第四齿轮10)以及差速器14的输入齿轮15将驱动扭矩输入到差速器14，并最终通过车轮13输出，从而驱动车辆行驶。
车辆高速加速或超车时，第一离合器2、第二离合器3均结合，将行星排锁定，此时发动机1、第一电机11、第二电机17三个动力源并联，此时，发动机1和第一电机11均可通过行星排、第一齿轮8、齿轮传动机构(即第三齿轮9和第四齿轮10)以及差速器14的输入齿轮15将驱动扭矩输入到差速器14，第二电机17可通过第二齿轮16、齿轮传动机构以及差速器14的输入齿轮15将驱动扭矩输入到差速器14，由此可见，发动机1、第一电机11和第二电机17可同时输出动力到车轮13，从而获得最大动力输出。
车辆在任何驱动模式下，第二电机17均可通过第二齿轮16与齿轮传动机构连接，即第二齿轮16与齿轮传动机构中的第三齿轮9啮合，参与车辆的驱动或能量回收。
本发明保留了行星排混动***结构的优点，同时通过增加离合器使***能够切换不同驱动模式，能够实现纯电动行驶时，发电机无需作为负载跟随传动***转动消耗机械能；高速巡航时，发动机1也可以单独直接驱动车辆，而无需发电机反向驱动以降低发动机1转速，避免了不必要的反向串联消耗***机械能。基于此，本发明能在包括高速巡航等各种工况下均实现高效工作，降低综合油耗。
在本发明中，动力源为发动机1、第一电机11和第二电机17，被驱动对象为车轮13，动力源通过动力传动***驱动车轮13。在本实施例中，动力传动***包括第一离合器2、第二离合器3、行星排、第一齿轮8、第二齿轮16、齿轮传动机构、差速器14的输入齿轮15以及差速器14等部件。其中差速器14为现有技术，其具体结构以及如何驱动车轮在此不予赘述。
在本发明中，车辆纯电动行驶时，第一电机11无需跟随动力传动***空转，从而减少了机械损失；车辆高速巡航时，发动机1可以直接单独驱动车辆而无需第二电机17发电-同时第一电机11放电驱动以控制发动机1转速，避免了不必要的能量消耗，从而提高了驱动***总体效率，解决了现有行星排耦合的混动***高速不节能、动力性差的缺点。其中动力电池19的作用在于为电机供电或存储电机发的电能。
本发明通过增加离合器并改变离合器的工作状态，在具备常规功率分流功能的集成上，进一步地实现了发动机1可以完全与动力传动***断开(此时两个离合器均分离)或者直接与行星排的输出齿轮(如齿圈5)相连实现发动机1单独驱动，同时额外增加了行星排锁定功能，实现了发动机1、第一电机11和第二电机17三动力源并联同时驱动车辆的功能。避免了纯电动行驶时第一电机11随动造成的机械损耗；避免了高速行驶时为了控制发动机1转速在高效区，第二电机17发电–第一电机11放电造成的***额外消耗，从而降低了***低速、高速行驶时的能耗，提高了驱动***综合效率，降低了油耗，还提高了中高速动力性。
需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“中”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种混合动力汽车驱动***，其特征在于：包括发动机、行星排、第一电机和第二电机，所述发动机的输出轴通过第一离合器与行星排的行星架连接，所述发动机的输出轴通过第二离合器与行星排的齿圈连接，所述第一电机的输出轴与行星排的太阳轮固定连接，所述齿圈上固定连接有第一齿轮，所述第一齿轮通过齿轮传动机构与差速器的输入齿轮传动连接，所述第二电机的输出轴上固定连接有第二齿轮，所述第二齿轮也通过所述齿轮传动机构与差速器的输入齿轮传动连接，所述第一电机通过第一逆变器与动力电池连接，所述第二电机通过第二逆变器与所述动力电池连接。
2.根据权利要求1所述的混合动力汽车驱动***，其特征在于：所述齿轮传动机构包括第三齿轮和第四齿轮，所述第三齿轮与第四齿轮同轴布置并且固定连接，所述第三齿轮分别与第一齿轮和第二齿轮啮合，所述第四齿轮与差速器的输入齿轮啮合。
3.一种汽车，其特征在于：包括权利要求1-2任一项所述的混合动力汽车驱动***。
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