混合动力驱动系统及具有其的混合动力车辆的制作方法

本实用新型涉及混合动力汽车的技术领域，尤其是一种混合动力驱动系统及具有该驱动系统的混合动力车辆。

背景技术：

随着车辆技术的发展，人们对车辆的性能提出了越来越多的要求，混合动力汽车因其不仅具有良好的动力性、操纵性、舒适性和安全性，而且还能够降低油耗及排放，越来越受到人们的欢迎。

混合动力汽车是指由两个或多个能够同时运转的驱动单元提供动力的车辆，它依据车辆实际行驶状态选择不同驱动单元独立或联合地提供动力。在现有技术中，最具代表性的混合动力系统有两种一种是丰田普锐斯上应用的差速驱动模式，一种是大众集团的并联驱动模式。

丰田普锐斯的差速驱动模式包括发动机、两台电机、前行星排及后行星排，发动机直接驱动前行星排的行星架，第一电机驱动前行星排的太阳轮，第二电机驱动后行星排的太阳轮，通过两台电机与发动机之间的耦合来驱动前行星排与后行星排共用的大齿圈，以达到动力混合的目的，此种方案可以实现混合动力充电状态、混合动力助力加速状态、纯电动模式及发动机与电机转速及扭矩耦合动力模式等多种工作模式，能够充分发挥发动机的最佳工作空间，且传动系统简单，无需复杂的变速器，加速过程平稳。然而丰田普锐斯的方案第一电机在工作过程中会带动发动机旋转，因此其具有以下两个问题，第一个问题是无法实现纯发动机驱动，在车辆的不同状况下选择合适的驱动模式能够有效的提高动力转化的效率，且会更加省油，在车辆高速巡航且车辆采用纯发动机驱动时，动力的传递过程没有化学能、机械能及电能的来回转化，因而可以使车辆具有更高的动力转化效率，丰田普锐斯方案无法实现纯发动机驱动，在车辆高速巡航等状况下就会使动力转换效率低下，浪费能源。第二个问题是在纯电动模式下，为了保证发动机静止，需要使第二电机与第一电机具有相反的转动方向，这会浪费能源，且由于受到两个电机转速的显示，在纯电动模式下，最高车速比较低，大约只能达到50km/h，若需要更高的车速，就必须使发动机参与工作。

大众集团的并联驱动模式是在传统的发动机与变速器之间添加一个电机，在电机的两侧各布置一个离合器，或者只在发动机与电机之间布置一个离合器，此种结构能够最大限度地利用现有的零件，以最小的改动实现车辆的混合动力化，而且可以实现多种驱动模式，如混动充电模式、混动助力加速状态、纯电动驱动模式、纯发动机驱动模式及制动能量回收模式等。但是，由于此结构添加的电机及离合器均设于发动机的动力输入轴上，因此其具有以下两个问题，第一个问题是该方案所需的布置空间较大，横置前驱车无法布置，传统前驱车的机舱Y轴方向比较紧凑，由于电机与离合器的加入，动力总成的曲轴方向需要较大的尺寸，因而横置平台基本难以满足此种方案布设所需的空间。第二个问题是，无法实现转速与转矩的双耦合，发动机最佳工作区间小，该方案发动机与变速器的输入是同轴的，因此发动机与电机进行功率耦合时，发动机与电机的转速是一样的，只能进行扭矩调节，无法像丰田普锐斯方案中的方案一样进行转速与扭矩的双耦合，所以发动机的最佳工作区间有限，无法达到最优的混动效果。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种混合动力驱动系统及具有该混合动力驱动系统的混合动力车辆，该混合动力驱动系统综合了差速驱动模式及并联驱动模式的优点，能够实现纯发动机驱动，保证车辆在高速巡航时的经济性，克服纯电动模式下需要双电机反转的缺点，同时又可以实现发动机与电机转速、扭矩双耦合，提高燃油经济性。

本实用新型提供了一种混合动力驱动系统，包括发动机、起动机、电机、行星排、第一离合器、第二离合器、第一制动器、第二制动器、输出轴及变速器齿轮机构，所述行星排包括太阳轮、行星轮、齿圈及行星架，所述起动机与发动机相连，以启动发动机，所述发动机通过所述第一离合器与行星排中所述太阳轮、所述齿圈或所述行星架相连，当所述发动机通过所述第一离合器与所述太阳轮相连时，所述电机与所述齿圈及所述行星架的其中之一相连，所述输出轴与所述齿圈及所述行星架的其中另一相连；当所述发动机通过所述第一离合器与所述行星架相连时，所述电机与所述齿圈及所述太阳轮的其中之一相连，所述输出轴与所述齿圈及所述太阳轮的其中另一相连；当所述发动机通过所述第一离合器与所述齿圈相连时，所述电机与所述行星架相连，所述输出轴与所述太阳轮相连；所述第二离合器设置于所述发动机及与所述电机相连的所述行星排的部件之间，所述第一制动器设置于与所述发动机相连的所述行星排的部件上，并对该部件进行制动，所述第二制动器设置于与所述电机相连的所述行星排的部件上，并对该部件进行制动。

进一步地，所述驱动系统具有纯电动工作模式，在该工作模式下，所述第一离合器处于松开状态，所述第二离合器处于松开状态，所述第一制动器处于压紧状态，所述第二制动器处于松开状态，所述电机作为电动机向所述行星排输出动力，以供车辆行驶或电机作为发电机在能量再生过程中进行发电。

进一步地，所述混合动力系统具有纯发动机工作模式，在该模式下，所述第一离合器处于压紧状态，所述第二离合器处于松开状态，所述第一制动器处于松开状态，所述第二制动器处于压紧状态，所述发动机向所述行星排输出动力。

进一步地，所述驱动系统具有电可变工作模式，在该模式中，所述第一离合器处于压紧状态，所述第二离合器处于松开状态，所述第一制动器处于松开状态，所述第二制动器处于松开状态，所述发动机向外输出动力，所述电机根据需要作为电动机向所述行星排输出动力，或作为发电机接收所述发动机的动力进行发电。

进一步地，所述驱动系统具有直接驱动工作模式，在该模式下，所述第一离合器处于压紧状态，所述第二离合器处于压紧状态，所述第一制动器及所述第二制动器均处于松开状态。

进一步地，所述驱动系统具有变扭矩、固定档位工作模式，在该模式下，所述第一离合器处于松开状态，所述第二离合器处于压紧状态，所述第一制动器处于压紧状态，所述第二制动器处于松开状态。

本实用新型还提供了一种混合动力车辆，所述混合动力车辆包括本实用新型所提供的任意一项混合动力驱动系统。

综上所述，本实用新型提供的混合动力驱动系统，能够综合差速驱动模式及并联驱动模式的优点，能够实现纯发动机驱动，保证车辆在高速巡航时的经济性，克服纯电动模式下需要双电机反转的缺点，同时又可以实现发动机与电机转速、扭矩双耦合，提高燃油经济性。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本实用新型第一实施例提供的混合动力驱动系统的结构示意图。

图2为本实用新型第四实施例提供的混合动力驱动系统的结构示意图。

图3为本实用新型第五实施例提供的混合动力驱动系统的结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本实用新型进行详细说明如下。

本实用新型提供了一种混合动力驱动系统及具有该混合动力驱动系统的混合动力车辆，该混合动力驱动系统综合了差速驱动模式及并联驱动模式的优点，能够实现纯发动机驱动，保证车辆在高速巡航时的经济性，克服纯电动模式下需要双电机反转的缺点，同时又可以实现发动机与电机转速、扭矩双耦合，提高燃油经济性。图1为本实用新型第一实施例提供的混合动力驱动系统的结构示意图，如图1所示，本实用新型提供的混合动力驱动系统包括发动机11、起动机12、电机20、行星排30、第一离合器41、第二离合器42、第一制动器43、第二制动器44、输出轴50及变速器齿轮机构60。

起动机12与发动机11相连，以便启动发动机11。行星排30包括太阳轮31、行星轮(图未示)、齿圈32及行星架33，若干行星轮啮合于太阳轮31与齿圈32之间，行星架33连接于各行星轮的中心轴上，关于行星排30的具体结构及运行原理请参见现有技术，在此不再赘述。

电机20与齿圈32相连，并能够通过齿圈32将动力传递至行星排30。

在本实施例中，第一离合器41设置于发动机11与行星架33之间，控制发动机11与行星架33的接合与分离，当第一离合器41与行星架33接触时，即第一离合器41处于压紧状态时，发动机11的动力可以通过第一离合器41及行星架33传送至行星排30，当第一离合器41与太阳轮31分开时，即第一离合器41处于松开状态时，行星架33与发动机11之间断开连接。

第二离合器42设置于发动机11与齿圈32之间，通过控制第二离合器42的压紧与松开，能够控制发动机11与齿圈32的结合与分离，即当第二离合器42处于压紧状态时，发动机11的动力可以通过第二离合器42及齿圈32传递至行星排30。

第一离合器41与第二离合器42的组合，能够使发动机11的动力传递达到以下的效果：当第一离合器41处于压紧状态，而第二离合器42处于松开状态时，发动机11与行星架33相连，与齿圈32断开连接，发动机11的动力通过第一离合器41传递至行星架33；当第一离合器41处于松开状态，而第二离合器42处于压紧状态时，发动机11与行星架33断开连接，与齿圈32相连，发动机11的动力通过第二离合器42传递至齿圈32；当第一离合器41与第二离合器42均处于压紧状态时，此时相当于齿圈32与行星架33通过第一离合器41与第二离合器42相连，行星排30被锁死，发动机11带动齿圈32及行星排30共同转动。

第一制动器43设置于与发动机11相连的行星架33上，通过第一制动器43可以将行星架33与车身的静止部件连接，当第一制动器43压紧行星架33时，即第一制动器43处于压紧状态时，行星架33保持静止，行星轮仅可绕自身轴线转动，第一制动器43限制发动机11的动力输入进行星架33，若此时电机20产生的动力能够不受限制地进入行星排30，则此时行星排30能够以固定速比传递电机20的动力；当第一制动器43松开行星架33时，即第二制动器44处于松开状态时，发动机11的动力可以通过第一离合器41及行星架33进入行星排30。

第二制动器44设置于与电机20相连的齿圈32上，通过第二制动器44可以将齿圈32与车身的静止部件连接，当第二制动器44处于压紧状态时，齿圈32保持静止，第一制动器43限制电机20的动力输入进齿圈32，若此时发动机11产生的动力能够不受限制地进入行星排30，则此时行星排30能够以固定速比传递发动机11的动力；当第二制动器44松开齿圈32时，即第二制动器44处于松开状态时，电机20的动力可以通过齿圈32进入行星排30。

太阳轮31通过输出轴50与变速器齿轮机构60连接，并通过输出轴50将动力传递至变速器齿轮机构60。

本实用新型提供的混合动力驱动系统可以实现纯电动工作模式、纯发动机11工作模式、电可变工作模式、直接驱动工作模式及变扭矩、固定档位工作模式。

以下对本实用新型提供的混合动力驱动系统在各个工作模式中的工作方式进行描述。

纯电动工作模式：在该模式下，第一离合器41处于松开状态，发动机11与行星架33脱离接触。第二离合器42处于松开状态，发动机11与齿圈32脱离接触。第一制动器43处于压紧状态，行星架33与车身静止部件连接。第二制动器44处于松开状态，齿圈32能够自由转动。在该模式下，电机20作为电动机向齿圈32提供动力，电机20输出的动力进过行星排30及输出轴50后进入变速器齿轮装置，以供车辆行驶。由于发动机11在车辆启动时所受到的摩擦力较高，纯电动工作模式可以用于发动车辆，以获得更好的燃料经济性。可以理解地，纯电动工作模式也可以用于车辆减速或制动时的能量再生过程，此时电机20作为发电机20，通过行星排30传递的动力进行发电，由于此时发动机11不再与行星排30接触，在能量再生时，纯电动工作模式可以避免因发动机11的旋转而造成的损耗，以使更多的能量通过电机20转换成电能。

纯发动机11工作模式：在该模式下，第一离合器41处于压紧状态，发动机11与行星排30连接。第二离合器42处于松开状态，发动机11与齿圈32脱离接触。第一制动器43处于松开状态，行星排30能够自由旋转。第二制动器44处于压紧状态，齿圈32与车身静止部件连接。在此过程中，电机20处于不工作状态，仅由发动机11向行星排30输出动力。

在该模式下，车辆的启动可以使用发动机11提供的能量来完成。起动机12可以被用来启动发动机11，当使用起动机12来启动发动机11时，第一离合器41处于压紧状态，发动机11与行星排30连接，起动机12带动发动机11开始转动，直至发动机11的转速与行星架33的转速相等。由于第二制动器44的压紧，此时发动机11输入行星排30的动力经过固定的传动比传递至输出轴50，并带动车辆运动。

在其他车况，如当混合动力系统中，于电机20相连的蓄电池的温度在预定的可接受范围之外时，可选择纯发动机11工作模式。另外在蓄电池处于完全荷电状态，且车辆以相对高速巡航时，则也可以以纯发动机11工作模式进行工作，且由于电磁损失较高，且电-机械转换路径的效率较低，纯发动机11工作模式能够比电池放电工作更具有效率。在高速巡航器件，当扭矩需求降低时，固定档位上纯发动机11工作模式相比于其他工作模式具有更高的效率。

如果车辆事先以纯电动工作模式启动，则汽车可以一直以该模式进行行驶，直至车速要求超过电机20峰值动力或者电池下降到低于特定的最低荷电状态为止。此时，可以通过起动机12启动发动机11，一旦发动机11获得启动转速，第一制动器43离合松开。由于发动机11启动过程中电机20与发动机11之间没有相互影响，因此，电机20在行星排30及各转轴上不会损失动力，一旦发动机11启动，来自发动机11的动力可以通过第一离合器41的压紧而传输进行星排30，继而与电机20的动力进行耦合。

电可变工作模式：在该模式下，第一离合器41处于压紧状态，发动机11与行星排30连接。第二离合器42处于松开状态，发动机11与齿圈32脱离接触。第一制动器43处于松开状态，行星排30能够自由旋转。第二制动器44处于松开状态，齿圈32能够自由旋转。在该模式中发动机11向行星排30输出动力，电机20根据需要可以作为电动机放电向行星排30输出动力，也可以作为发电机20接收发动机11的动力进行发电，行星排30将发动机11及电机20的动力耦合后通过输出轴50传递至变速器齿轮装置。

在本系统中，上述各模式之间的过渡过程不存在发作用的扭矩损失。当从纯电动工作模式过渡到电可变工作模式时，通过控制第一制动器43松开及第二离合器42压紧，在行星架33处的反作用扭矩可以得到维持；当从电可变工作模式过渡到纯电动工作模式时，控制第一离合器41松开及第二制动器44压紧，即可完成转换；当从纯电动工作模式过渡到纯发动机11工作模式时，控制第一离合器41压紧、第一制动器43松开以及第二制动器44压紧，即可完成两种模式的转换；当从纯发动机11工作模式过渡到纯电动工作模式时，通过控制第一离合器41松开、第一制动器43压紧以及第二制动器44松开，即可完成两种模式的转换；当从纯发动机11工作模式过渡到电可变工作模式时，通过控制第二制动器44松开，即可完成两种工作模式的转换。当从电可变工作模式过渡到纯发动机11工作模式时，通过控制第二制动器44压紧，以提供反作用扭矩，即可完成两种工作模式的转换。

直接驱动工作模式：第一离合器41处于压紧状态，第二离合器42同样处于压紧状态，第一制动器43及第二制动器44均处于松开状态，发动机11的动力传递至行星架33及齿圈32，行星排30被锁死，行星排30的传动比为1，行星排30的各部件及输出轴50以相同的速度转动。

变扭矩、固定档位工作模式：第一离合器41处于松开状态、第二离合器42处于压紧状态，第一制动器43处于压紧状态，第二制动器44处于松开状态。发动机11通过第二离合器42与齿圈32相连，行星架33于静止部件相连，扭矩通过行星排30耦合后其扭矩发生改变，为车辆提供多种可选择的扭矩。在本实施例中，扭矩通过行星排30耦合后传递到输出轴50的扭矩大于行星架33处的扭矩，该模式能够增强车辆的性能，能够使车辆在具有较高速度的同时具有较大的扭矩。

本实施例提供的混合动力驱动系统综合了差速驱动模式及并联驱动模式的优点，同时又克服了差速驱动模式及并联驱动模式的缺点，能够实现发动机11驱动，保证车辆在高速巡航时的经济性，克服纯电动模式下需要双电机20反转的缺点，同时又可以实现发动机11与电机20转速及扭矩双耦合，提高燃油经济性。

作为对本实施例的变形，发动机11及电机20与行星排30还具有多种连接方式，即当发动机11通过第一离合器41与太阳轮31相连时，电机20与齿圈32及行星架33的其中之一相连，输出轴50与齿圈32及行星架33的其中另一相连；当发动机11通过第一离合器41与行星架33相连时，电机20与齿圈32及太阳轮31的其中之一相连，输出轴50与齿圈32及太阳轮31的其中另一相连；当发动机11通过第一离合器41与齿圈32相连时，电机20与行星架33相连，输出轴50与太阳轮31相连。另外，第一离合器41设置于发动机11及与发动机11相连的行星排30的部件之间，第二离合器42设置于发动机11及与电机20相连的行星排30的部件之间，即若电机20与齿圈32相连，则第二离合器42设置于发动机11与齿圈32之间；若电机20与行星架33相连，则第二离合器42设置于发动机11与行星架33之间。第一制动器43设置于与发动机11相连的行星排30的部件上，并对该部件进行制动，第二制动器44设置于与电机20相连的行星排30的部件上，并对该部件进行制动。本实用新型提供的混合动力驱动系统各部件之间连接状态如下表所示：

表二：混合动力驱动系统各部件连接关系

(S代表太阳轮；C代表行星架；R代表齿圈)

以下以实施例四及实施例五为例进行详细的说明，上述五个实施例中未提及的其余实施例其不同之处仅在于各部件之间连接关系不同，因而不再一一叙述。

图2为本发明第四实施例提供的混合动力驱动系统的结构示意图，如图2所示，在本实施例中，发动机11通过第一离合器41与太阳轮31相连，电机20与行星架33相连，发动机11通过第二离合器42与行星架33相连，输出轴50与齿圈32相连，第一制动器43与太阳轮31相连，第二制动器44与行星架33相连。通过第一离合器41与第二离合器42的压紧与松开，可以有选择地将发动机11与太阳轮31与行星架33的两者之一或两者全部相连。在本实施例中，在各工作模式中第一离合器41、第二离合器42、第一制动器43及第二制动器44的压紧与松开的状态，以及电机20与发动机11的工作状态与实施例一相同，在此不再赘述。

图3为本发明第五实施例提供的混合动力驱动系统的结构示意图，如图3所示，在本实施例中，发动机11通过第一离合器41与齿圈32相连，电机20与行星架33相连，发动机11通过第二离合器42与行星架33相连，输出轴50与太阳轮31相连，第一制动器43与齿圈32相连，第二制动器44与行星架33相连。在本实施例中，在各工作模式中第一离合器41、第二离合器42、第一制动器43及第二制动器44的压紧与松开的状态，以及电机20与发动机11的工作状态与实施例一相同，在此不再赘述。

综上所述，本实用新型提供的混合动力驱动系统，能够综合差速驱动模式及并联驱动模式的优点，能够实现纯发动机11驱动，保证车辆在高速巡航时的经济性，克服纯电动模式下需要双电机20反转的缺点，同时又可以实现发动机11与电机20转速、扭矩双耦合，提高燃油经济性。

本实用新型还提供一种混合动力车辆，包括如上所述的混合动力驱动系统，关于该混合动力车辆的其他结构可以参见现有技术，在此不再赘述。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。