专利名称：混合动力汽车用动力总成和混合动力汽车的制作方法
技术领域：
本发明涉及混合动力汽车用动力总成结构技术，尤其涉及一种混合动力汽车用动力总成和混合动力汽车。
背景技术：
迫于能源和环保压力以及技术的限制，混合动力汽车越来越受到消费者和制造商的青睐。混合动力汽车作为向纯电动汽车发展的过渡方案兼有传统汽车和纯电动汽车的优势，是目前最具实用价值的新能源汽车。混合动力汽车的动力总成一般是以行星齿轮机构结合发动机和电机，将发动机和电机的动力提供给汽车的驱动轴，从而实现以混合动力驱动汽车行驶。行星齿轮机构结构紧凑、传动效率高、传动比大，容易实现动力的合成和分配，非常适合用于混合动力汽车的动力耦合装置。全混混合动力系统的混合度可以达到甚至超过50%，是将来混合动力技术发展的主要方向。但是，发动机和电机各自具有效率较高的有效工作区间，如何使发动机和电机等各动力源尽量工作在有效工作区间以发挥最优的工作效率组合是现有技术需要解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种混合动力汽车用动力总成和混合动力汽车，以实现各种动力源之间的灵活组合，发挥各动力源的最佳工作效率。本发明实施例提供一种混合动力汽车用动力总成，其中包括发动机、第一电机、第二电机、第一离合器、第二离合器、第三离合器和行星齿轮系；所述发动机通过第三离合器与所述行星齿轮系的第一传动轴相连以同轴转动；所述第一电机的转子与所述行星齿轮系的第二传动轴传动相连以同步转动；所述行星齿轮系的第三传动轴与所述第二电机的转子相连以同轴转动，其中，所述第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴和所述行星齿轮系的外齿圈之间相互传动相连；所述外齿圈与所述第一离合器的第一端传动相连以同步转动；所述第二电机的转子与第二离合器的第一端传动相连以同步转动；所述第一离合器和第二离合器各自的第二端分别与汽车的驱动轴传动相连以同步转动。本发明实施例还提供了一种混合动力汽车，其中采用本发明所提供的混合动力汽车用动力总成。本发明提供的混合动力汽车用动力总成和混合动力汽车，实现了混合动力汽车用行星齿轮动力耦合结构，能够实现多动力源能量的合理分配，通过调整控制策略可以实现多个动力源的最佳匹配。一方面可以更加有效的调节发动机的工作点，降低油耗和排放；另一方面可以不必加装变速器且可以实现连续改变速比，使结构更紧凑。
图1为本发明实施例提供的混合动力汽车用动力总成的结构原理图。附图标记1-发动机； 2-第一电机；3-第二电机；4-第一离合器；5-第二离合器；6-第三离合器；7-第一传动轴；8-第二传动轴；9-第三传动轴；10-外齿圈；11-小太阳轮；12-大太阳轮；13-—级行星轮；14-二级行星轮；15-行星架；16-驱动轴； 17-第一齿轮； 18-第二齿轮；19-第三齿轮；20-第四齿轮； 21-第五齿轮；22-第六齿轮；23-车轮。
具体实施例方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明实施例提供了一种混合动力汽车用动力总成，包括发动机、第一电机、第二电机、第一离合器、第二离合器、第三离合器和行星齿轮系。其中，发动机通过第三离合器与行星齿轮系的第一传动轴相连以同轴转动；第一电机的转子与行星齿轮系的第二传动轴传动相连以同步转动；行星齿轮系的第三传动轴与第二电机的转子相连以同轴转动，其中，第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴和行星齿轮系的外齿圈之间相互传动相连；外齿圈与第一离合器的第一端传动相连以同步转动；第二电机的转子与第二离合器的第一端传动相连以同步转动；第一离合器和第二离合器各自的第二端分别与汽车的驱动轴传动相连以同步转动。上述技术方案中，第一传动轴、第二传动轴和第三传动轴分别能与发动机、第一电机和第二电机之间传输动能，且第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴和行星齿轮系的外齿圈之间相互传动相连，使得发动机、第一电机和第二电机能够相互独立地与汽车的驱动轴之间传输动能。发动机一般只能提供动能，而电机可以控制在电动状态和发电状态之间切换，从而既能够向汽车的驱动轴提供动能，也能够从汽车的驱动轴获取动能来发电。再结合离合器的使用，第三离合器用于发动机与动力总成其他部件的连接分离，第二离合器和第三离合器用于汽车运行模式的切换，能够实现发动机、第一电机和第二电机与汽车驱动轴之间动能的相互独立传输，进而可以实现多种动能的灵活组合以构成不同的运行模式。因此，可以通过这些动能组合，使发动机、第一电机和第二电机在不同的路况行驶条件都尽可能工作在各自的有效工作区间内，从而达到最佳的工作效率，也能最大限度的节约能源。能够实现上述功能的行星齿轮系的具体结构形式有多种，例如可采用拉维娜行星齿轮系，拉威娜行星齿轮系的结构特点是有两个行星排，两个行星排的太阳轮各自独立，而行星架和外齿圈共用；两个行星排中，一排是单级行星齿轮机构，通常为长行星齿轮，由大太阳轮带动长行星齿轮，长行星齿轮带动外齿圈；另一排是双级行星齿轮机构，通常为短行星齿轮，由小太阳轮带动短行星齿轮，短行星齿轮再带动长行星齿轮，最后再带动外齿圈。下面结合符合对优选实施例的技术方案进行描述。图1为本发明实施例提供的混合动力汽车用动力总成的结构原理图，该混合动力汽车用动力总成包括发动机1、第一电机2、第二电机3、第一离合器4、第二离合器5、第三离合器6和行星齿轮系。行星齿轮系即为拉维娜行星齿轮系，包括第一传动轴7、第二传动轴 8、第三传动轴9、外齿圈10、小太阳轮11、大太阳轮12、一级行星轮13、二级行星轮14和行星架15。第一传动轴7和第二传动轴8相互嵌套能独立转动，具体是第二传动轴8套设在第一传动轴7的外侧，第一传动轴7与第三离合器6的第一端固定相连，第三离合器6与发动机1的输出轴固定相连；第一传动轴7与行星架15固定相连，第二传动轴8与小太阳轮 11固定相连，第三传动轴9与大太阳轮12固定相连，一级行星轮13和二级行星轮14的转动轴分别固定在行星架15上；小太阳轮11与一级行星轮13相互啮合连接，一级行星轮13 和大太阳轮12并行地与二级行星轮14相互啮合连接，二级行星轮14与外齿圈10通过内啮合形式相互啮合连接；外齿圈10的转动轴与第三传动轴9相互嵌套能独立转动，具体是外齿圈10的转动轴套设在第三传动轴9的外侧，能够相对独立地转动。第二电机3的转子固定在第三传动轴9上同轴转动。第一电机2和第二电机3各自的定子是固定不转动的， 则可以固定在动力总成的固定部件处，例如固定在动力总成的外壳内壁上。外齿圈10的转动轴和第三传动轴9作为与驱动轴16之间传输动力的接口，具体的，外齿圈10的转动轴和第三传动轴9通过一定轴齿轮系与汽车的驱动轴16传动连接。该动力总成进一步包括的定轴齿轮系具体包括五个齿轮，其中，第一齿轮17与外齿圈10固定连接以同轴转动，实际上即是固定连接在外齿圈10的转动轴上来实现同轴转动；第二齿轮18与第三传动轴9固定连接以同轴转动；第三齿轮19和第四齿轮20，分别固定连接在第一离合器4和第二离合器5各自的第一端上，第三齿轮19与第一齿轮17相互啮合连接，第四齿轮20与第二齿轮18相互啮合连接；第五齿轮21与第一离合器4和第二离合器5各自的第二端固定连接以同轴转动，离合器的第一端和第二端可以是离合器的两个盘片等结构。第五齿轮21与固定在驱动轴16上的第六齿轮22相互啮合连接。驱动轴 16可以设置在汽车传动系中，例如连接在车轮23之间。本实施例的技术方案是油电混合动力汽车双行星排动力耦合总成，能够使发动机 1、第一电机2和第二电机3与驱动轴16之间的动能传输相互独立进行，从而获得灵活的动能组合。本实施例的技术方案为本发明优选的实施方案之一，发动机1、第一电机2和第二电机3与驱动轴16之间的传动并不限于本实施例提供的结构。具备上述结构的动力总成能够实现多种运行模式，优选的是该动力总成中进一步包括一控制装置，该控制装置包括下述模块的一个或多个低速模块，用于在监测到低速模式的触发条件时，控制发动机停机，控制第一电机空转，控制第二电机处于电动状态，控制第一离合器和第三离合器分离，以及控制第二离合器结合；发动机启动模块，用于在监测到发动机启动模式的触发条件时，控制发动机启动，控制第一电机空转，控制第二电机处于电动状态，控制第一离合器分离，以及控制第二离合器和第三离合器结合；驱动模块，用于在监测到驱动模式的触发条件时，控制发动机处于运转状态，控制第一电机和/或第二电机处于发电状态，控制第一离合器和第三离合器结合，以及控制第二离合器分离，对于未处于发电状态的电机，可控制其处于空转状态；助力模块，用于在监测到助力模式的触发条件时，控制发动机处于运转状态，控制第一电机和第二电机处于电动状态，控制第一离合器、第二离合器和第三离合器结合；制动模块，用于在监测到制动模式的触发条件时，控制发动机停机，控制第一电机空转，控制第二电机处于发电状态，控制第一离合器和第三离合器分离，以及控制第二离合器结合。上述各模式的触发条件可以根据具体需要设定，例如驾驶员的指令、控制装置按照设定规律发出的指令。控制装置可能通过传感器采集行驶状态的信息，而后发出相应的指令。本发明实施例的动力总成结构提供了实现各运行模式的可能。下面具体说明各运行模式的执行过程一、低速模式一般是汽车启动及中速以下行驶时要采用的运行模式。低速模式下， 控制发动机1处于停机状态；控制第一电机2处于空转状态，空转状态即取消定子和转子之间的电磁感应，电机在几乎无阻力的状态下转动；控制第二电机3处于电动状态，可以由蓄电池为第二电机3进行供电；控制第一离合器4和第三离合器6分离，以及控制第二离合器 5结合，离合器的分离与结合即第一端和第二端之间的断开与结合，结合时能够传输动能， 分离时无动能传输且可视为因阻力对动能的消耗很少。在低速模式下，由第二电机3通过第二离合器5向驱动轴16提供纯电力的动能来驱动汽车行驶。由于第一离合器4分离，所以第二电机3输出的动能经第三传动轴9、大太阳轮12、二级行星轮14、外齿圈10、第一齿轮17和第三齿轮19后，实际上无法输出到驱动轴16。由于第三离合器6分离，所以第二电机3输出的动能经第三传动轴9、大太阳轮12、 二级行星轮14、行星架15和第一传动轴7后，实际上无法传输到发动机1。第一电机2处于空转状态，所以第二电机3的工作对第一电机2也没有影响。低速模式采用纯电动驱动模式，能够避免发动机在低速时的低功效。二、发动机启动模块一般是需要启动发动机1的情况。发动机1启动模式下，控制发动机1启动，控制第一电机2空转，控制第二电机3处于电动状态，控制第一离合器4分离，以及控制第二离合器5和第三离合器6结合。类似于低速模式，仍然由第二电机3为汽车提供动能，且对第二电机3没有影响， 同时，由于第三离合器6结合，所以第二电机3提供的动能经第三传动轴9、大太阳轮12、二级行星轮14、行星架15和第一传动轴7后，由第三离合器6传输给发动机1，辅助发动机1 启动，使发动机1迅速进入额定转速下的有效工作区间。正常情况下，发动机1应该经第一传动轴7、行星架15、二级行星轮14、外齿圈10和第一离合器4向驱动轴16输出动能，但此时由于第一离合器4分离，所以不会给发动机1的启动过程施加负载，有利于发动机1从点火开始迅速提高转速到达最经济的有效工作区间。低速模式和发动机启动模式，可以实现汽车的完全纯电动行驶，并可随时启动发动机1。
三、驱动模式一般是汽车正常速度下运行的情况，实现了边行驶边充电。在驱动模式下，控制发动机1处于运转状态，控制第一电机2和/或第二电机3处于发电状态，控制第一离合器4和第三离合器6结合，以及控制第二离合器5分离。驱动模式一般是在发动机启动模式之后执行，即发动机1已经处于运转状态时执行。此时，发动机1可以运转在额定转速下，即处于燃油经济性最佳的有效工作区间内来提供动能。发动机1经第一离合器4、第一传动轴7、行星架15、二级行星轮14、外齿圈
10、第一齿轮17、第三齿轮19和第一离合器4，将动能传输给驱动轴16。同时，发动机1输出的动能在经行星齿轮系的第三传动轴9输出给第二电机3后能够驱动第二电机3的转子转动发电，由于第二离合器5分离，所以驱动轴16不会将负载传输给第二电机3。发动机1 输出的动能还经过行星齿轮系的第一传动轴7、行星架15、一级行星轮13、小太阳轮11和第二传动轴8传输给第一电机2，驱动第一电机2的转子转动发电。在汽车行驶过程中，当所需动能低于发动机1额定工况的驱动能力时，额外的发动机1动能就可以用来发电。既能够保证发动机1工作在有效工作区间来提高工作效率，又能够将多余的动能发电，电能存储于蓄电池中以备其他情况使用，并且，由于搭载了双电机，增加了自由度，所以还能够保证电机始终以高功效发电。 具体应用中，也可以通过设置第一电机2或第二电机3空转，或两电机全部空转来减少发动机1的工作负载，使发动机1仅驱动汽车行驶。四、助力模式一般是在汽车所需动能超出发动机1额定工况驱动能力，例如需要大转矩加速的情况。在助力模式下，控制发动机1处于运转状态，控制第一电机2和第二电机3处于电动状态，控制第一离合器4、第二离合器5和第三离合器6结合。此模式下，发动机1、第一电机2和第二电机3均向驱动轴16提供动能，第一电机 2和第二电机3在蓄电池电力的驱动下输出动能，辅助发动机1驱动汽车行驶。发动机1和第二电机3向驱动轴16输出动能的路径如前所述，第一电机2经第二传动轴8、小太阳轮
11、一级行星轮13、二级行星轮14、外齿圈10、第一齿轮17、第三齿轮19和第一离合器4向驱动轴16输出动能。五、制动模式下，控制发动机1停机，控制第一电机2空转，控制第二电机3处于发电状态，控制第一离合器4和第三离合器6分离，以及控制第二离合器5结合。在制动模式下，发动机1停机不再输出动能，利用第二电机3发电来形成负载，从驱动轴16回收动能。此时的动能传递路线与低速模式相同，只是动能传递的方向相反。驱动轴16的动能经第六齿轮22、第五齿轮21、第二离合器5、第四齿轮20、第二齿轮18和第三传动轴9驱动第二电机3的转子转动发电，为蓄电池发电。同时由于驱动轴16需要带动发电负载，所以形成制动力，逐渐减速。具体应用中，发电制动力可以结合机械制动力。该模式可以实现较高的制动能量回收，能够通过分离第三离合器6切断发动机1 和动力系统其他部件的联系，在无发动机1倒拖的情况下可以更好的回收制动能量。本发明实施例还提供了一种混合动力汽车，其采用本发明任意实施例所提供的混合动力汽车用动力总成。本发明的技术方案，提供了一种混合动力汽车用行星齿轮动力耦合结构，能够实现多动力源能量的合理分配，通过调整控制策略可以实现多个动力源的最佳匹配。一方面可以更加有效的调节发动机的工作点，降低油耗和排放；另一方面可以不必加装变速器，且可以通过改变电机的转速来实现连续改变速比，使结构更紧凑。 最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
权利要求
1.一种混合动力汽车用动力总成，其特征在于包括发动机、第一电机、第二电机、第一离合器、第二离合器、第三离合器和行星齿轮系；所述发动机通过第三离合器与所述行星齿轮系的第一传动轴相连以同轴转动； 所述第一电机的转子与所述行星齿轮系的第二传动轴传动相连以同步转动； 所述行星齿轮系的第三传动轴与所述第二电机的转子相连以同轴转动，其中，所述第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴和所述行星齿轮系的外齿圈之间相互传动相连； 所述外齿圈与所述第一离合器的第一端传动相连以同步转动； 所述第二电机的转子与第二离合器的第一端传动相连以同步转动； 所述第一离合器和第二离合器各自的第二端分别与汽车的驱动轴传动相连以同步转动。
2.根据权利要求1所述的混合动力汽车用动力总成，其特征在于所述行星齿轮系包括第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴、外齿圈、小太阳轮、大太阳轮、一级行星轮、二级行星轮和行星架；所述第一传动轴和所述第二传动轴相互嵌套能独立转动；所述第一传动轴与所述行星架固定相连，所述第二传动轴与所述小太阳轮固定相连， 所述第三传动轴与所述大太阳轮固定相连，所述一级行星轮和二级行星轮的转动轴分别固定在所述行星架上；所述小太阳轮与所述一级行星轮相互啮合连接，所述一级行星轮和所述大太阳轮并行地与所述二级行星轮相互啮合连接，所述二级行星轮与所述外齿圈相互啮合连接； 所述外齿圈的转动轴与所述第三传动轴相互嵌套能独立转动。
3.根据权利要求1所述的混合动力汽车用动力总成，其特征在于，还包括 第一齿轮，与所述外齿圈固定连接以同轴转动；第二齿轮，与所述第三传动轴固定连接以同轴转动；第三齿轮和第四齿轮，分别固定连接在所述第一离合器和第二离合器各自的第一端上，所述第三齿轮与所述第一齿轮相互啮合连接，所述第四齿轮与所述第二齿轮相互啮合连接；第五齿轮，与所述第一离合器和第二离合器各自的第二端固定连接以同轴转动，所述第五齿轮与固定在所述驱动轴上的第六齿轮相互啮合连接。
4.根据权利要求1或2或3所述的混合动力汽车用动力总成，其特征在于，还包括控制装置，所述控制装置包括下述模块的一个或多个低速模块，用于在监测到低速模式的触发条件时，控制所述发动机停机，控制所述第一电机空转，控制所述第二电机处于电动状态，控制所述第一离合器和第三离合器分离，以及控制所述第二离合器结合；发动机启动模块，用于在监测到发动机启动模式的触发条件时，控制所述发动机启动， 控制所述第一电机空转，控制所述第二电机处于电动状态，控制所述第一离合器分离，以及控制所述第二离合器和第三离合器结合；驱动模块，用于在监测到驱动模式的触发条件时，控制所述发动机处于运转状态，控制所述第一电机和/或第二电机处于发电状态，控制所述第一离合器和第三离合器结合，以及控制所述第二离合器分离；助力模块，用于在监测到助力模式的触发条件时，控制所述发动机处于运转状态，控制所述第一电机和第二电机处于电动状态，控制所述第一离合器、第二离合器和第三离合器结合；制动模块，用于在监测到制动模式的触发条件时，控制所述发动机停机，控制所述第一电机空转，控制第二电机处于发电状态，控制所述第一离合器和第三离合器分离，以及控制所述第二离合器结合。
5. 一种混合动力汽车，其特征在于采用权利要求1 4任一所述的混合动力汽车用动力总成。
全文摘要
本发明公开了一种混合动力汽车用动力总成和混合动力汽车。该动力总成中包括发动机，第一和第二电机，第一、第二和第三离合器，以及行星齿轮系；发动机通过第三离合器与行星齿轮系的第一传动轴相连以同轴转动；第一电机的转子与行星齿轮系的第二传动轴传动相连以同步转动；行星齿轮系的第三传动轴与第二电机的转子相连以同轴转动，其中，第一、第二、第三传动轴和行星齿轮系的外齿圈之间相互传动相连；外齿圈与第一离合器的第一端传动相连以同步转动；第二电机的转子与第二离合器的第一端传动相连以同步转动；第一和第二离合器各自的第二端分别与汽车的驱动轴传动相连以同步转动。本发明通过调整控制策略可以实现多个动力源的最佳匹配。
文档编号B60K6/42GK102310756SQ20101022110
公开日2012年1月11日 申请日期2010年6月29日 优先权日2010年6月29日
发明者何强, 孙增光, 李宝, 李峰, 李昱, 赵云, 黎旸 申请人:北汽福田汽车股份有限公司