混合动力驱动系统及车辆的制作方法

本实用新型涉及新能源技术领域，特别涉及一种混合动力驱动系统及具有该混合动力驱动系统的车辆。

背景技术：

目前市场上的变速器主要有有级变速器和无级变速器两大类。有级变速器又细分为手动和自动两种，它们大多通过齿轮系或行星轮系不同的啮合排列来提供有限个离散的输出输入速比，两相邻速比之间驱动轮速度的调节则依靠内燃机的速度变化来实现。无级变速器，无论是机械式、液压式或机电式，都能在一定速度范围内提供无限个连续可选用的速比，理论上说，驱动轮的速度变化完全可通过变速器来完成，这样内燃机可以尽可能的工作在最佳速度范围内。无级变速器和有级变速器相比，具有调速平稳，能充分利用内燃机最大功率等诸多优点，因此无级变速器多年来一直是各国工程师们研究的对象。

近年来，电机混合动力技术的诞生为实现内燃机与动力轮之间动力的完全匹配开拓了新的途径。在众多的动力总成设计方案中，最具代表性的有串联混合系统和并联混合系统两种。串联混合系统中，内燃机、发电机、电动机、轴系、驱动轮组成一条串联的动力链，动力总成结构极为简单。其中，发电机、电动机组合可视为传统意义下的变速器。当与储能器，如电池、电容等联合使用时，该变速器又可作为能量调节装置，完成对速度和扭矩的独立调节。

并联混合系统有两条并行的独立的动力链。一条由传统的机械变速器组成，另一条由电机、电池系统组成。机械变速器负责完成对速度的调节，而电机、电池系统则完成对功率或扭矩的调节。为充分发挥整个系统的潜能，机械变速器还需采用无级变速方式。

串联混合系统的优点在于结构简单，布局灵活，但全部动力通过发电机和电动机，因此电机的功率要求高，体积大，重量重。同时，由于能量传输过程经过两次机电、电机的转换，整个系统的效率较低。在并联混合系统中，只有部分动力通过电机系统，因此对电机的功率要求相对较低，整体系统的效率高。然而，并联混合系统需两套独立的子系统，造价高，通常只用于弱混合系统。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供一种混合动力驱动系统，其结构较简单，具有多种工作模式，平台化好。

本实用新型第一实施例提供一种混合动力驱动系统，包括发动机、第一轴、第一离合器、中间轴、制动器、行星齿轮机构、第二离合器、第一齿轮、第二齿轮、第二轴、发电机、第三齿轮、第四齿轮、第三轴、第五齿轮、第四轴、驱动电机、第六齿轮、第一差速器、后驱电机、第五轴、第七齿轮、第八齿轮、第六轴、第九齿轮、第十齿轮和第二差速器；其中：

该发动机连接该第一轴，该发电机连接该第二轴，该驱动电机连接该第四轴，该后驱电机连接该第五轴，该第一离合器用于结合或分离该第一轴与该中间轴；

该第一齿轮固定在该中间轴，该第二齿轮固定在该第二轴，该第二齿轮与该第一齿轮啮合；

该行星齿轮机构包括行星架、太阳轮、行星轮和齿圈，该太阳轮空套在该中间轴，该齿圈固定在该中间轴，该制动器用于制动或解锁该太阳轮，该第二离合器用于结合或分离该行星架与该齿圈；

该第三齿轮固定在该第三轴，该第三齿轮与该行星架啮合；

该第四齿轮固定在该第三轴，该第五齿轮固定在该第四轴，该第五齿轮和该第六齿轮的其中之一与该第四齿轮啮合，另一与该第三齿轮啮合；

该第六齿轮连接该第一差速器；

该第七齿轮固定在该第五轴，该第八齿轮固定在该第六轴，该第八齿轮与该第七齿轮啮合；

该第九齿轮固定在该第六轴，该第十齿轮与该第九齿轮啮合，且该第十齿轮连接该第二差速器。

本实用新型第二实施例提供一种混合动力驱动系统，包括发动机、第一轴、第一离合器、中间轴、制动器、行星齿轮机构、第二离合器、第一齿轮、第二齿轮、第二轴、发电机、第三齿轮、第四齿轮、第三轴、第五齿轮、第四轴、驱动电机、第六齿轮、第一差速器、后驱电机、第五轴、第七齿轮、第八齿轮、第六轴、第九齿轮、第十齿轮和第二差速器；其中：

该发动机连接该第一轴，该发电机连接该第二轴，该驱动电机连接该第四轴，该后驱电机连接该第五轴，该第一离合器用于结合或分离该第一轴与该中间轴；

该第一齿轮固定在该中间轴，该第二齿轮固定在该第二轴，该第二齿轮与该第一齿轮啮合；

该行星齿轮机构包括行星架、太阳轮、行星轮和齿圈，该太阳轮空套在该中间轴，该齿圈固定在该中间轴，该制动器用于制动或解锁该太阳轮，该第二离合器用于结合或分离该行星架与该齿圈；

该第三齿轮固定在该第三轴，该第三齿轮与该行星架啮合；

该第四齿轮固定在该第三轴，该第五齿轮固定在该第四轴，该第五齿轮和该第六齿轮的其中之一与该第四齿轮啮合，另一与该第三齿轮啮合；

该第六齿轮连接该第一差速器；

该第七齿轮固定在该第五轴，该第八齿轮空套在该第六轴，该第八齿轮与该第七齿轮啮合；

该第九齿轮固定在该第六轴，该第十齿轮与该第九齿轮啮合，且该第十齿轮连接该第二差速器；

该第十一齿轮固定在该第五轴，该第十二齿轮空套在该第六轴，该同步器设置在该第六轴上并位于该第八齿轮与该第十二齿轮之间。

进一步地，该第五齿轮与该第四齿轮啮合，该第六齿轮与该第三齿轮啮合。

进一步地，该第六齿轮与该第四齿轮啮合，该第五齿轮与该第三齿轮啮合。

进一步地，该第一轴与该中间轴同轴设置。

进一步地，该第一轴为该发动机的输出轴，该第二轴为该发电机的输出轴，该第四轴为该驱动电机的输出轴。

进一步地，该第六齿轮为该第一差速器的差速器齿轮，该第十齿轮为该第二差速器的差速器齿轮。

进一步地，该混合动力驱动系统具有两种发动机直驱模式、两种混合动力驱动模式、四种单电机纯电动模式、五种双电机纯电动模式和两种串联增程模式。

本实用新型还提供一种车辆，包括上述的混合动力驱动系统。

本实用新型实施例提供的混合动力驱动系统，主要有以下几个优点：

1.该驱动系统整体结构较简单，可以实现两种发动机直驱模式、两种混合动力驱动模式、四种单电机纯电动模式、五种双电机纯电动模式、两种串联增程模式，以及制动能量回收、驻车发电等多种工作模式，具有较强的灵活性；

2.在各模式切换过程中，驱动电机(或后驱电机)参与驱动，不存在动力中断；

3.该驱动系统为四驱方案，具有更好的动力性；

4.该驱动系统可以覆盖hev(hybridelectricvehicle，即混合动力汽车)车型和phev(plug-inhybridelectricvehicle，即插电式混合动力汽车)车型，平台化好。

附图说明

图1为本实用新型第一实施例的混合动力驱动系统的结构示意图。

图2-图3为该驱动系统工作在发动机直驱模式的示意图。

图4-图5为该驱动系统工作在混合动力模式的示意图。

图6-图9为该驱动系统工作在单电机驱动模式的示意图。

图10-图14为该驱动系统工作在双电机驱动模式的示意图。

图15-图16为该驱动系统工作在串联增程模式的示意图。

图17为本实用新型第二实施例的混合动力驱动系统的结构示意图。

图18为本实用新型第三实施例的混合动力驱动系统的结构示意图。

图19为本实用新型第四实施例的混合动力驱动系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的实施方式作进一步地描述。

第一实施例

图1是本实用新型第一实施例的混合动力驱动系统的结构示意图。如图1所示，该混合动力驱动系统包括发动机1、第一轴2、第一离合器3、中间轴4、制动器5、行星齿轮机构、第二离合器10、第一齿轮11、第二齿轮12、第二轴13、发电机14、第三齿轮15、第四齿轮16、第三轴17、第五齿轮18、第四轴19、驱动电机20、第六齿轮21、第一差速器22、后驱电机23、第五轴24、第七齿轮25、第八齿轮26、第六轴27、第九齿轮28、第十齿轮29和第二差速器30。其中，行星齿轮机构包括行星架6、太阳轮7、行星轮8和齿圈9。

发动机1连接第一轴2，发电机14连接第二轴13，驱动电机20连接第四轴19，后驱电机23连接第五轴24。具体地，第一轴2为发动机1的输出轴，第二轴13为发电机14的输出轴，第四轴19为驱动电机20的输出轴，第五轴24为后驱电机23的输出轴。发动机1可以为汽油发动机或柴油发动机，发电机14、驱动电机20和后驱电机23可以为驱动和发电一体机。

第一轴2与中间轴4同轴设置。第一离合器3用于结合或分离第一轴2与中间轴4，即第一轴2通过第一离合器3与中间轴4相连。当第一离合器3结合时，发动机1的动力传递至中间轴4；当第一离合器3分离时，发动机1与中间轴4之间断开。

第一齿轮11固定在中间轴4，第二齿轮12固定在第二轴13，第二齿轮12与第一齿轮11啮合，即发电机14通过第二轴13、第二齿轮12、第一齿轮11与中间轴4相连。

太阳轮7空套在中间轴4，齿圈9固定在中间轴4，制动器5用于制动或解锁太阳轮7。当制动器5制动太阳轮7时，太阳轮7被固定而不能围绕中间轴4转动；当制动器5解锁太阳轮7时，太阳轮7能够围绕中间轴4进行转动。

第二离合器10用于结合或分离行星架6与齿圈9。当第二离合器10结合时，行星架6和齿圈9锁定在一起；当第二离合器10分离时，行星架6和齿圈9相互分离。

第三齿轮15固定在第三轴17，第三齿轮15与行星架6啮合。

第四齿轮16固定在第三轴17，第五齿轮18固定在第四轴19，在本实施例中，第五齿轮18与第四齿轮16啮合，第六齿轮21与第三齿轮15啮合。

第六齿轮21连接第一差速器22。具体地，第六齿轮21为第一差速器22的差速器齿轮。

第七齿轮25固定在第五轴24，第八齿轮26固定在第六轴27，第八齿轮26与第七齿轮25啮合。

第九齿轮28固定在第六轴27，第十齿轮29与第九齿轮28啮合，且第十齿轮29连接第二差速器30。具体地，第十齿轮29为第二差速器30的差速器齿轮。

进一步地，该混合动力驱动系统还包括动力电池(图未示)，动力电池分别与发电机14、驱动电机20、后驱电机23电性连接。动力电池可以为发电机14、驱动电机20和后驱电机23提供驱动用的电能，同时发电机14、驱动电机20和后驱电机23被驱动旋转时产生的电能也可以存储在动力电池中。

该驱动系统包含两个离合器(3、10)和一个制动器5。其中，第一离合器3用于控制发动机1的动力是否输出，实现纯电模式和混动模式之间的切换；制动器5用于制动行星齿轮机构的太阳轮7，此时行星齿轮机构等同于定轴齿轮机构，实现定速比传动；第二离合器10用于锁止行星齿轮机构的行星架6和齿圈9，实现速比切换。

该驱动系统包含三个电机(两个电机14、20用于解耦发动机转速转矩，一个电机23作为单独后驱辅助驱动)、一个发动机1、一个单排行星齿轮机构及轴齿系统等。该驱动系统可以实现两种发动机直驱模式、两种混合动力驱动模式、四种单电机纯电动模式、五种双电机纯电动模式、两种串联增程模式，以及制动能量回收、驻车发电等多种工作模式。

图2-图4为该驱动系统工作在发动机直驱模式的示意图。

图2是发动机直驱模式一的示意图。此时，第一离合器3结合，制动器5制动，第二离合器10分离。动力由发动机1、第一轴2、第一离合器3、中间轴4、齿圈9、行星轮8、行星架6、第三齿轮15、第六齿轮21、第一差速器22最终传递至前轮。

图3是发动机直驱模式二的示意图。此时，第一离合器3和第二离合器10均结合，制动器5分离。行星齿轮机构中的行星架6与齿圈9锁死为一体，行星齿轮机构整体旋转速比为1。动力由发动机1、第一轴2、第一离合器3、中间轴4、行星齿轮机构(6、7、8、9)、第三齿轮15、第六齿轮21、第一差速器22最终传递至前轮。

图4-图5为该驱动系统工作在混合动力模式的示意图。

图4是混合动力模式一的示意图。此时，第一离合器3结合，制动器5制动，第二离合器10分离。该模式一共具有四条动力传输路径。路径一：发动机1的动力由第一轴2、第一离合器3、中间轴4、齿圈9、行星轮8、行星架6、第三齿轮15、第六齿轮21、第一差速器22最终传递至前轮。路径二：发电机14的动力通过第二轴13、第二齿轮12、第一齿轮11、中间轴4、齿圈9、行星轮8、行星架6、第三齿轮15、第六齿轮21、第一差速器22最终传递至前轮。路径三：驱动电机20的动力通过第四轴19、第五齿轮18、第四齿轮16、第三轴17、第三齿轮15、第六齿轮21、第一差速器22最终传递至前轮。路径四：后驱电机23的动力通过第五轴24、第七齿轮25、第八齿轮26、第六轴27、第九齿轮28、第十齿轮29和第二差速器30最终传递至后轮。

图5是混合驱动模式二的示意图。此时，第一离合器3和第二离合器10均结合，制动器5分离。行星齿轮机构中的行星架6与齿圈9锁死为一体，行星齿轮机构整体旋转速比为1。该模式二共具有四条动力传输路径。路径一：发动机1的动力经由第一轴2、第一离合器3、中间轴4、行星齿轮机构(6、7、8、9)、第三齿轮15、第六齿轮21、第一差速器22最终传递至前轮。路径二：发电机14的动力通过第二轴13、第二齿轮12、第一齿轮11、中间轴4、行星齿轮机构(6、7、8、9)、第三齿轮15、第六齿轮21、第一差速器22最终传递至前轮。路径三：驱动电机20的动力通过第四轴19、第五齿轮18、第四齿轮16、第三轴17、第三齿轮15、第六齿轮21、第一差速器22最终传递至前轮。路径四：后驱电机23的动力通过第五轴24、第七齿轮25、第八齿轮26、第六轴27、第九齿轮28、第十齿轮29和第二差速器30最终传递至后轮。

图6-图9为该驱动系统工作在单电机驱动模式的示意图。

图6是单电机驱动模式一的示意图。此时，制动器5制动，第一离合器3和第二离合器10均分离。发电机14的动力通过第二轴13、第二齿轮12、第一齿轮11、中间轴4、齿圈9、行星轮8、行星架6、第三齿轮15、第六齿轮21、第一差速器22最终传递至前轮。

图7为单电机驱动模式二的示意图。此时，第二离合器10结合，制动器5和第一离合器3均分离。行星齿轮机构中的行星架6与齿圈9锁死为一体，行星齿轮机构整体旋转速比为1。发电机14的动力通过第二轴13、第二齿轮12、第一齿轮11、中间轴4、齿圈9、行星轮8、行星架6、第三齿轮15、第六齿轮21、第一差速器22最终传递至前轮。

图8为单电机驱动模式三的示意图。此时，制动器5、第一离合器3和第二离合器10均分离。驱动电机20的动力通过第四轴19、第五齿轮18、第四齿轮16、第三轴17、第三齿轮15、第六齿轮21、第一差速器22最终传递至前轮。

图9为单电机驱动模式四的示意图。此时，制动器5、第一离合器3和第二离合器10均分离。后驱电机23的动力通过第五轴24、第七齿轮25、第八齿轮26、第六轴27、第九齿轮28、第十齿轮29和第二差速器30最终传递至后轮。

图10-图14为该驱动系统工作在双电机驱动模式的示意图。

图10是双电机驱动模式一的示意图。此时，制动器5制动，第一离合器3和第二离合器10均分离。该模式一共具有两条动力传输路径。路径一：发电机14的动力通过第二轴13、第二齿轮12、第一齿轮11、中间轴4、齿圈9、行星轮8、行星架6、第三齿轮15、第六齿轮21、第一差速器22最终传递至前轮。路径二：驱动电机20的动力通过第四轴19、第五齿轮18、第四齿轮16、第三轴17、第三齿轮15、第六齿轮21、第一差速器22最终传递至前轮。

图11为双电机驱动模式二的示意图。此时，第二离合器10结合，制动器5和第一离合器3均分离。行星齿轮机构中的行星架6与齿圈9锁死为一体，行星齿轮机构整体旋转速比为1。该模式二共具有两条动力传输路径。路径一：发电机14的动力通过第二轴13、第二齿轮12、第一齿轮11、中间轴4、行星齿轮机构(6、7、8、9)、第三齿轮15、第六齿轮21、第一差速器22最终传递至前轮。路径二：驱动电机20的动力通过第四轴19、第五齿轮18、第四齿轮16、第三轴17、第三齿轮15、第六齿轮21、第一差速器22最终传递至前轮。

图12为双电机驱动模式三的示意图，此时，制动器5制动，第一离合器3和第二离合器10均分离。该模式三共具有两条动力传输路径。路径一：发电机14的动力通过第二轴13、第二齿轮12、第一齿轮11、中间轴4、齿圈9、行星轮8、行星架6、第三齿轮15、第六齿轮21、第一差速器22最终传递至前轮。路径二：后驱电机23的动力通过第五轴24、第七齿轮25、第八齿轮26、第六轴27、第九齿轮28、第十齿轮29和第二差速器30最终传递至后轮。

图13为双电机驱动模式四的示意图，此时，第二离合器10结合，制动器5和第一离合器3均分离。该模式四共具有两条动力传输路径。路径一：发电机14的动力通过第二轴13、第二齿轮12、第一齿轮11、中间轴4、行星齿轮机构(6、7、8、9)、第三齿轮15、第六齿轮21、第一差速器22最终传递至前轮。路径二：后驱电机23的动力通过第五轴24、第七齿轮25、第八齿轮26、第六轴27、第九齿轮28、第十齿轮29和第二差速器30最终传递至后轮。

图14为双电机驱动模式五的示意图，此时，制动器5、第一离合器3和第二离合器10均分离。该模式五共具有两条动力传输路径。路径一：驱动电机20的动力通过第四轴19、第五齿轮18、第四齿轮16、第三轴17、第三齿轮15、第六齿轮21、第一差速器22最终传递至前轮。路径二：后驱电机23的动力通过第五轴24、第七齿轮25、第八齿轮26、第六轴27、第九齿轮28、第十齿轮29和第二差速器30最终传递至后轮。

图15-图16为该驱动系统工作在串联增程模式的示意图。

图15是串联增程模式一的示意图。此时，第一离合器3结合，第二离合器10和制动器5均分离。该模式一共具有两条动力传输路径。路径一：发动机1的动力经由第一轴2、第一离合器3、中间轴4、第一齿轮11、第二齿轮12、第二轴13传递至发电机14发电，并将电能存储在动力电池中。路径二：驱动电机20的动力通过第四轴19、第五齿轮18、第四齿轮16、第三轴17、第三齿轮15、第六齿轮21、第一差速器22最终传递至前轮。

图16是串联增程模式二的示意图。此时，第一离合器3结合，第二离合器10和制动器5均分离。该模式二共具有两条动力传输路径。路径一：发动机1的动力经由第一轴2、第一离合器3、中间轴4、第一齿轮11、第二齿轮12、第二轴13传递至发电机14发电，并将电能存储在动力电池中。路径二：后驱电机23的动力通过第五轴24、第七齿轮25、第八齿轮26、第六轴27、第九齿轮28、第十齿轮29和第二差速器30最终传递至后轮。

此外，汽车制动时，驱动电机20或后驱电机23产生制动力矩制动车轮，同时其电机绕组中将产生感应电流向电池充电，实现制动能量的回收。

本实施例的驱动系统可以实现两种发动机直驱模式、两种混合动力驱动模式、四种单电机纯电动模式、五种双电机纯电动模式、两种串联增程模式，以及制动能量回收、驻车发电等多种工作模式，以及制动能量回收、驻车发电等多种工作模式，可根据动力电池的soc(剩余电量)值及车速需求自动实现不同模式的切换。例如，判断动力电池soc值与第一阈值的大小关系，或者同时判断动力电池soc值与第一阈值的大小关系以及车速与第二阈值的大小关系；根据判断结果，切换该混合动力驱动系统的工作模式。需要说明的是，第一阈值用于判断动力电池soc值的高低，第二阈值用于判断车速的高低，本实施例不对第一阈值和第二阈值的取值范围做限定，通常可以根据具体的控制策略自由设定，不同的控制策略下，第一阈值和第二阈值的取值都不尽相同。设定好第一阈值和第二阈值后，则自动判断并根据判断结果在各种模式之间自动切换。

上述各种工作模式具体以表格体现如下：

在动力调节方面，该驱动系统可通过动力电池有效的补充动力轮所需的驱动动力，从而更合理地调配内燃机的动力，保持发动机的工作状态不受或少受路况的影响，发动机可始终工作在设定的最佳状态，以提高整车的效率。

因此，该驱动系统主要有以下几个优点：

1.该驱动系统整体结构较简单，可以实现两种发动机直驱模式、两种混合动力驱动模式、四种单电机纯电动模式、五种双电机纯电动模式、两种串联增程模式，以及制动能量回收、驻车发电等多种工作模式，具有较强的灵活性；

2.在各模式切换过程中，驱动电机或后驱电机参与驱动，不存在动力中断；

3.该驱动系统为四驱方案，具有更好的动力性；

4.该驱动系统可以覆盖hev(hybridelectricvehicle，即混合动力汽车)车型和phev(plug-inhybridelectricvehicle，即插电式混合动力汽车)车型，平台化好。

第二实施例

图17为本发明第二实施例的混合动力驱动系统的结构示意图。如图17所示，本实施例的混合动力驱动系统与上述第一实施例基本相同，不同点仅在于，在本实施例中，第六齿轮21与第四齿轮16啮合，第五齿轮18与第三齿轮15啮合。

关于本实施例的其他结构及工作模式，可以参见上述第一实施例，在此不再赘述。

第三实施例

图18是本实用新型第三实施例的混合动力驱动系统的结构示意图。如图18所示，本实施例的混合动力驱动系统与上述第一实施例大致相同，不同点在于：在本实施例中，该混合动力驱动系统还包括第十一齿轮31、第十二齿轮32和同步器33，第八齿轮26空套在第六轴27而不是固定在第六轴27，第十一齿轮31固定在第五轴24，第十二齿轮32空套在第六轴27，同步器33设置在第六轴27上并位于第八齿轮26与第十二齿轮32之间，同步器33可以选择性地将第八齿轮26或第十二齿轮32结合至第六轴27。例如，当同步器33处于左位时，将第八齿轮26和第六轴27固定在一起；当同步器33处于右位时，将第十二齿轮32和第六轴27固定在一起。同步器33通过调节结合位置，可以实现后驱电机23动力输出的多档位化。

关于本实施例的其他结构及工作原理，可以参见上述第一实施例，在此不再赘述。

第四实施例

图19为本发明第四实施例的混合动力驱动系统的结构示意图。如图19所示，本实施例的混合动力驱动系统与上述第三实施例基本相同，不同点仅在于，在本实施例中，第六齿轮21与第四齿轮16啮合，第五齿轮18与第三齿轮15啮合。

关于本实施例的其他结构及工作模式，可以参见上述第三实施例，在此不再赘述。

进一步地，本实用新型还提供一种车辆，包括上述任意实施例中所述的混合动力驱动系统。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。