混合动力耦合装置、混合动力驱动系统以及混合动力汽车的制作方法

本发明涉及一种混合动力耦合装置、包括该混合动力耦合装置的混合动力驱动系统以及一种包括该混合动力驱动系统的混合动力汽车。

背景技术：

纯电动车是新能源车发展的重要方向之一，但目前电池技术尚未成熟等因素仍制约着纯电动车的发展。因此，就目前而言，混合动力技术、特别是深度混合动力和插电式混合动力能大幅度降低燃油消耗和改善尾气排放，从整车增加成本和技术成熟度分析，混合动力技术是较为合理、更容易产品化的技术选择。

在混合动力车中，混合动力耦合装置可用于传递或耦合发动机和电机的动力。目前，市场上的主流混合动力驱动系统可以大致分为单电机和多电机形式。

现有的单电机混合动力形式通常使用复杂的混合动力耦合装置，混合动力耦合装置通常至少包括多个离合器(不少于三个离合器)以及行星齿轮组或齿轮副，例如如us6837816b2中所公开的。

对于多电机混合动力形式，使用至少两个电驱动系统，这增加了系统成本和集成难度，例如如us7252612b2中所公开的。

现有的单电机混合动力系统仅具有一个电驱动单元，但是通常需要使用复杂的混合动力耦合装置来实现较好的动力和燃油经济性。混合动力耦合装置通常由至少三个离合器以及至少两个行星齿轮组或至少四个齿轮副构成，这显然增加了系统集成的复杂性和系统成本。如果混合动力耦合装置被进一步简化则不能实现纯电力驱动，从而不能用于插电式混合动力汽车中。现有的多电机混合动力系统具有至少两个电驱动单元和动力耦合装置来满足动力和经济性方面的要求。系统成本和复杂性的提高主要源自附加电机和相应的电子器件。通常动力耦合装置本身也较为复杂，因此还会进一步提高系统的成本和复杂性。

因此，目前迫切需要对现有的混合动力耦合装置、混合动力驱动系统进行改进，以降低成本和复杂性，同时仍能允许纯电力驱动。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种结构优化、成本较低且仍能实现包括纯电力驱动在内的多种工作模式的混合动力耦合装置、一种包括该混合动力耦合装置的混合动力驱动系统以及一种包括该混合动力驱动系统的混合动力汽车。

根据本发明的第一个方面，提供了一种机电混合动力耦合装置，包括：旋转离合器；制动离合器；固定部件；以及行星齿轮组，其具有齿圈、行星架和太阳轮；其中，行星架作为输出部件输出动力，机械动力源始终连接到齿圈，根据需要能够作为电动机或发电机工作的电机连接到太阳轮，旋转离合器位于齿圈与行星架之间，以便控制齿圈与行星架的连接或脱开，而且制动离合器位于齿圈与固定部件之间，以便控制齿圈与固定部件之间的连接或脱开。

根据一个可选的实施方式，所述机械动力源是发动机；和/或所述固定部件是传动箱；和/或所述机械动力源通过减振器连接到所述齿圈。

根据一个可选的实施方式，所述电机通过其转子直接连接到所述太阳轮；和/或所述传动箱容纳旋转离合器、制动离合器、行星齿轮组以及电机；和/或所述机电混合动力耦合装置用于混合动力汽车中。

根据一个可选的实施方式，在仅电机作为电动机工作来提供动力的纯电动驱动模式下，所述机械动力源被关停，所述旋转离合器打开，而所述制动离合器闭合，从而，所述电机作为电动机工作时的动力通过所述太阳轮传递到所述行星架，然后通过所述行星架输出。

根据一个可选的实施方式，在仅机械动力源提供动力的仅机械驱动模式下，所述旋转离合器闭合，而制动离合器打开，使得所述齿圈、行星架和太阳轮固定在一起，电机被关停而随着机械动力源一起以相同速度旋转，从而，机械动力源的动力传递到行星齿轮组而经由所述行星架输出。

根据一个可选的实施方式，在混合驱动模式i下，旋转离合器闭合，而制动离合器打开，在电机作为电动机工作时，机械动力源的动力和电机的动力分别从齿圈和太阳轮传递到行星架，在电机作为发电机工作时，机 械动力源的多余动力传递到电机；和/或在混合驱动模式ii下，所述旋转离合器和制动离合器均打开，在电机作为电动机工作时，机械动力源的动力和电机的动力分别从齿圈和太阳轮传递到行星架，在电机作为发电机工作时，机械动力源的多余动力传递到电机。

根据本发明的第二个方面，提供了一种用于混合动力汽车的混合动力驱动系统，其中，所述混合动力驱动系统包括所述的机电混合动力耦合装置、与所述机电混合动力耦合装置的行星架连接的主减速器、与所述主减速器连接的差速器以及与差速器连接的用于机械制动的机械制动器。

根据一个可选的实施方式，在机械制动模式下，旋转离合器和制动离合器均打开，使得仅机械制动力矩施加给机械制动器；和/或在再生制动模式下，机械动力源被关停，电机作为发电机工作且通过闭合制动离合器提供再生制动力矩；和/或在混合制动模式下，机械动力源被关停，旋转离合器打开，制动离合器闭合，机械制动力矩和电机作为发电机工作所提供的再生制动力矩共同提供制动作用。

根据一个可选的实施方式，在停车充电模式下，旋转离合器和制动离合器均打开，而机械制动器闭合，机械动力源的动力通过行星架传递到太阳轮，然后传递到电机使其作为发电机工作。

根据本发明的第三个方面，提供了一种混合动力汽车，其中，所述混合动力汽车包括所述的混合动力驱动系统。

本发明的混合动力驱动系统结构简单，成本较低，同时仍可实现纯电力驱动。

附图说明

下面，通过参看附图更详细地描述本发明，可以更好地理解本发明的原理、特点和优点。附图包括：

图1示出了根据一个本发明的示例性实施例的混合动力驱动系统的示意图。

图2a示出了处于纯电动驱动模式下的混合动力驱动系统的工作状态和功率流图。

图2b示出了处于纯发动机驱动模式下的混合动力驱动系统的工作状态和功率流图。

图2c示出了处于混合驱动模式i下的混合动力驱动系统的工作状态和功率流图。

图2d示出了处于混合驱动模式ii下的混合动力驱动系统的工作状态和功率流图。

图2e示出了处于机械制动模式下的混合动力驱动系统的工作状态和功率流图。

图2f示出了处于再生制动模式下的混合动力驱动系统的工作状态和功率流图。

图2g示出了处于混合制动模式下的混合动力驱动系统的工作状态和功率流图。

图2h示出了处于停车充电模式下的混合动力驱动系统的工作状态和功率流图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案以及有益的技术效果更加清楚明白，以下将结合附图以及多个实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而不是用于限定本发明的保护范围。

图1示出了根据一个本发明的示例性实施例的混合动力驱动系统的示意图。

如图1所示，该混合动力驱动系统包括发动机1、电机2、行星齿轮组3、旋转离合器4、制动离合器5、减振器6、传动箱7、主减速器8和差速器9，其中，行星齿轮组3主要由齿圈r、行星架c和太阳轮s组成，电机2根据需要可以作为电动机或发电机操作。传动箱7优选至少可以容纳电机2、行星齿轮组3、旋转离合器4、制动离合器5。通常，主减速器8和差速器9独立构成一个组件。此外，还设有与差速器9连接的机械制动器10，以用于机械制动。

发动机1通过减振器6连接到齿圈r，电机2直接连接到太阳轮s，旋转离合器4位于齿圈r与行星架c之间，以便控制齿圈r与行星架c之间的连接或脱开。制动离合器5位于齿圈r与传动箱7之间，以便控制齿圈r与传动箱7之间的连接或脱开。传动箱7为固定壳体部件。输出动力通 过行星架c依次传递到主减速器8和差速器9，最终传递到驱动车轮。

减振器6用于对发动机1的振动进行衰减。显然，在发动机1的振动足够小而不需要衰减时，也可以省去减振器6。此外，制动离合器5位于齿圈r与传动箱7之间并不排除制动离合器5也可设置在齿圈r与其他固定部件之间。

在该混合动力驱动系统中，行星齿轮组3、旋转离合器4、制动离合器5和传动箱7或其他固定部件构成混合动力耦合装置，用于传递或耦合发动机1和电机2的动力。

在此，需要指出的是，发动机1仅是机械动力源的一个示例，显然也可采用其他任何合适的机械动力装置。此外，电机2优选通过其转子直接连接到太阳轮s，从而能够使得结构更为紧凑。

该混合动力驱动系统可实现多种功率流模式，即，纯电动驱动、纯发动机驱动、混合驱动、制动以及停车充电模式。具体地讲，通过离合器结合或分离、电机作为电动机或发电机操作、机械制动器夹紧或释放的各种操作组合，功率流模式可进一步扩展为八种工作模式，如图2a-2h所示。此外，对于各种工作模式，旋转离合器4、制动离合器5以及电机2的具体操作在表1中示出，其中，◆和◇分别表示离合器或机械制动器的锁止和解锁状态。

表1混合动力驱动系统的工作模式

下面，将详细地描述各具体工作模式的行驶条件、操作方法、状态以及功率流。

1)纯电动驱动模式

当行驶阻力和汽车速度相对较低且电池的剩余电量足够高时，混合动力汽车仅通过电机2驱动，即，以纯电动驱动模式操作。在这种驱动模式下，如图2a所示，发动机1被关停，旋转离合器4打开，而制动离合器5闭合。从而，电机2作为电动机操作的动力从其转子通过太阳轮s传递到行星架c，然后依次通过与行星架c连接的主减速器8、与主减速器8连接的差速器9而最终传递到与差速器9连接的驱动车轮，以驱动车辆。图2a中的箭头示出了功率流的传递方式。

2)纯发动机驱动模式

当行驶阻力和汽车速度相对较高时，混合动力汽车仅通过发动机1驱动，即，以纯发动机驱动模式操作。在这种驱动模式下，如图2b所示，旋转离合器4闭合，而制动离合器5打开。此时，齿圈r、行星架c和太阳轮s固定在一起，因此，行星齿轮组3起着直接驱动轴的作用。电机2被关停而随着发动机1一起以相同速度旋转。从而，发动机1的动力从其曲轴通过减振器6依次传递到行星齿轮组3、主减速器8、差速器9并最终传递到驱动车轮，以驱动车辆。图2b中的箭头示出了功率流的传递方式。

3)混合驱动模式

具体包括两种不同类型的混合驱动模式：混合驱动模式i和混合驱动模式ii。

·混合驱动模式i

当行驶阻力高但汽车速度低时，例如在全力加速或爬坡条件下，混合动力汽车由发动机1和电机2共同驱动。在这种情况下，电机2作为电动机操作，从而，可为车辆行驶提供最大的动力。然而，如果行驶动力需求不是那么高且电池的剩余电量较低，电机2也可使用发动机1的多余动力作为发电机操作，以便为电池充电。总之，电机2可用于将驱动系统工作点调节到高效区域。

在该混合驱动模式i中，如图2c所示，旋转离合器4闭合，制动离合器5打开，因此，行星齿轮组3起着直接驱动轴的作用，电机2与发动机1 以相同速度一起旋转。从而，在电机2作为电动机操作时，发动机1的动力和电机2的动力分别从齿圈r和太阳轮s传递到行星齿轮组3的行星架c，然后依次传递到主减速器8、差速器9并最终传递到驱动车轮，以驱动车辆。图2c中的箭头示出了功率流的传递方式。

·混合驱动模式ii

当行驶阻力高且汽车速度也高时，例如在全速行驶条件下，混合动力汽车也由发动机1和电机2共同驱动。在该混合驱动模式ii下，如图2d所示，旋转离合器4和制动离合器5均打开，混合动力驱动系统在该模式下充当具有两个自由度的电子无级变速器(evt)。不管汽车速度和负载具体如何，附加的一个自由度均可使深度混合动力汽车/插电式混合动力汽车具有更大的灵活性来将发动机1的速度调节到其高效区域。根据发动机速度要求，电机2可作为电动机或发电机操作。与混合驱动模式i类似，在电机2作为电动机操作时，发动机1的动力和电机2的动力分别从齿圈r和太阳轮s传递到行星齿轮组3的行星架c，然后依次传递到主减速器8、差速器9并最终传递到驱动车轮，以驱动车辆。图2d中的箭头示出了功率流的传递方式。

4)制动模式

具体包括三种不同类型的制动模式：机械制动模式、再生制动模式和混合制动模式。

·机械制动模式

在机械制动模式下，通过同时释放旋转离合器4和制动离合器5，将所有制动力矩通过杠杆机构施加给机械制动器10，如图2e所示。

·再生制动模式

在再生制动模式下，发动机1被关停，电机2作为发电机工作且通过闭锁制动离合器5提供再生制动力矩。由此可以看出，功率流在再生制动模式下与在纯电动驱动模式下正好相反，如图2f所示。

·混合制动模式

机械制动模式与再生制动模式组合成混合制动模式，以便在电机2不能提供全部所需的制动力矩时回馈更多的制动能量，如图2g所示。

5)停车充电模式

在电池需要充电时，例如在混合驱动模式下经过长时间的全力加速或爬坡而使电池的剩余电量达到下限时，本发明的混合动力驱动系统还可提供停车充电的可能性。在停车充电模式下，旋转离合器4和制动离合器5均打开，而机械制动器10闭合。发动机1的动力从其曲轴通过减振器6和行星架c传递到太阳轮s，然后传递到电机2使其作为发电机工作而对电池进行充电，如图2d所示。

由此可以看出，本发明的混合动力驱动系统是相当简单的，其采用单个行星齿轮组、单个电机、一个制动离合器和一个旋转离合器。通过这些部件的不同操作的组合，实现了多种不同的工作模式且适用于不同的行驶条件。从而，减少了现有的单电机和多电机混合动力驱动系统的缺陷，即本发明的混合动力驱动系统具有较低的成本和系统复杂性，同时又没有牺牲任何动力性能和经济性能。具体地讲，系统成本降低但没有牺牲汽车性能，机械和电力方面的系统集成难度均得到降低，而且由于仅使用一个电机和简化的混合动力耦合装置而使得混合动力驱动系统具有更为紧凑的尺寸。特别地，本发明的混合动力驱动系统仍可实现纯电力驱动。

对于本领域的技术人员来说，本发明的混合动力驱动系统显然也可应用于其他合适的应用场合，并不局限于混合动力汽车。

而且，对于本领域的技术人员而言，本发明的其他优点和替代性实施方式是显而易见的。因此，本发明就其更宽泛的意义而言并不局限于所示和所述的具体细节、代表性结构和示例性实施例。相反，本领域技术人员可以在不脱离本发明的基本精神和范围的情况下进行各种修改和替代。