一种混合动力驱动装置的制作方法

1.本实用新型涉及车辆动力领域，尤其涉及一种混合动力驱动装置。


背景技术：

2.现有车辆的混合动力驱动系统，通常如图1所示包括发动机(eng)1、行星排2、第一电机(mg1)3、电池(bt)4、输出齿轮5、车轮6和第二电机(mg2)7，其中，行星排2包括太阳轮201、齿圈202、行星架203。发动机1与第二电机7和齿圈202连接，第一电机3与太阳轮201连接，行星架203与输出齿轮5连接，输出齿轮5将动力输出给车轮6，第一电机3和第二电机7与电池4连接。
3.上述混合动力驱动系统的杠杆原理如图2所示，其横坐标为发动机1、第一电机3、输出齿轮5的位置关系(速比关系)，纵坐标为发动机1、第一电机3、输出齿轮5等运动部件的转速，发动机转速n
eng
、第一电机转速n
mg1
和输出齿轮转速n
out
满足：
4.n
mg1
+k
·
n
eng
＝(k+1)n
out
ꢀꢀ
(1)
5.其中，k为行星排20的速比，现有技术k＝1.87，s为太阳轮、c为行星架、r为齿圈、out为输出齿轮、eng为发动机、mg1为第一电机，箭头表示发动机扭矩t
eng
、第一电机扭矩t
mg1
、输出齿轮扭矩t
out
等运动部件的方向，规定以发动机输出扭矩方向为正，第一电机扭矩与发动机扭矩方向相同，为正，输出齿轮扭矩方向与发动机扭矩方向相反，为负。发动机扭矩t
eng
、第一电机扭矩t
mg1
、输出齿轮扭矩t
out
大小关系满足：
6.t
mg1
∶t
eng
∶t
out
＝1∶k∶(k+1)
ꢀꢀ
(2)
7.该系统在低速混合动力工况下，可实现轮端功率全部由发动机1提供，此时发动机1运行在经济工况点，发动机1功率大于轮端功率，能量流如图3所示，发动机1多余的机械能通过第一电机3或第一电机3与第二电机7发电转化为电能输至电池4。
8.在混合动力中速、高速及超高速工况，第一电机为正转速，处于驱动状态，能量流如图4所示，发动机1一部分动力输出到行星排2，一部分动力输出到第二电机7发电并输出给第一电机3，第一电机3做功输出动力到行星排2，行星排2将发动机1和第一电机3输入的动力汇合后经输出齿轮5输出到车轮6，此时第二电机7除了给第一电机3提供电能外，还给车辆电器系统提供电能，电池4功率一般为0。
9.现有技术车辆效率比增程式电动车效率要高，但在中速、高速工况下始终有较大比例的功率需要经过机械能
‑
电能
‑
机械能的转换，系统效率不佳。


技术实现要素：

10.为解决上述现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种混合动力驱动装置，可实现从低速到高速工况发动机直驱，避免能量转换损失，提高驱动效率。
11.本实用新型具体的技术方案如下：
12.一种混合动力驱动装置，其特征在于，所述驱动装置包括发动机、第一行星排、第二行星排、第一电机、电池、输出齿轮、车轮和第二电机；所述第一行星排包括由里向外啮合
连接的第一太阳轮、第一齿圈和第一行星架，所述第二行星排包括由里向外啮合连接的第二太阳轮、第二齿圈和第二行星架；
13.所述发动机与所述第一齿圈连接，所述第一电机在所述第一行星排和所述第二行星排之间与所述第二太阳轮连接，所述第一太阳轮与所述第二齿圈连接，所述第一行星架、所述第二行星架和所述输出齿轮共同连接；所述第一电机和所述第二电机与所述电池共同连接；所述输出齿轮和所述第二电机与所述车轮相连，共同驱动所述车轮转动。
14.进一步地，所述第一行星排与所述第二行星排采用相同或者不同的速比。
15.进一步地，所述发动机、所述第一行星排、所述第一电机、所述第二行星排同轴设置。
16.进一步地，所述第一太阳轮、所述第一齿圈和所述第一行星架同轴设置。
17.进一步地，所述第二太阳轮、所述第二齿圈和所述第二行星架同轴设置。
18.进一步地，所述驱动装置还包括制动器，所述制动器与所述第二齿圈相连。
19.进一步地，所述驱动装置还包括单向离合器，所述单向离合器在所述发动机与所述第一齿圈之间安装在所述发动机的发动机输出轴上。
20.本实用新型的有益效果：
21.本实用新型通过引入第二行星排，形成双行星排功率分流系统，总速比k
′
＝k1·
k2‑
1,与现有技术中的单排调节相比更灵活，通过调节第一行星排速比k1和第二行星排速比k2，可获得更大的总速比k
′
，获得更优的系统效率。
22.本实用新型通过改变第一电机的受力方向，使得混合动力驱动装置的功率流分配更合理，有效地将发动机直驱工况从低速工况拓展至高速工况，大大提升了驱动装置的驱动效率。且驱动装置从中速到高速工况，第一电机转速很低，第一电机处于小功率驱动或者小功率发电状态，发动机直驱比例很高，与现有技术相比，大大提高了驱动装置的综合效率。
23.另外，现有技术的混合动力驱动系统是单行星排，行星排速比做大有利于减小第一电机的扭矩，但会造成齿圈线速度增大，影响nvh，其第一电机扭矩t
mg1
＝1/1.87t
eng
。而本实用新型在k
′
＝2.96时，第一电机扭矩可见，本实用新型的第一电机扭矩仅是现有技术第一电机的47％，大大降低了变速器的成本。
24.此外，本实用新型还通过制动器更好的实现中、高速工况下发动机直驱状态，通过单向离合器可扩大本实用新型驱动装置的适用范围，实现最经济设计。
附图说明
25.图1为现有技术方案原理图；
26.图2为现有技术方案杠杆原理图；
27.图3为现有技术方案低速工况能量流示意图；
28.图4为现有技术方案中速、高速及超高工况能量流示意图；
29.图5为本实用新型混合动力驱动装置的原理图；
30.图6为本实用新型混合动力驱动装置的杠杆原理图；
31.图7为本实用新型低速工况能量流示意图；
32.图8为本实用新型中速、高速工况能量流示意图；
33.图9为本实用新型超高速工况能量流示意图；
34.图10为本实用新型增加制动器方案原理图；
35.图11为本实用新型增加制动器方案杠杆原理图；
36.图12为本实用新型增加制动器方案能量流示意图；
37.图13为本实用新型增加单向离合器方案原理图；
38.图14为本实用新型增加单向离合器方案杠杆原理图。
39.其中：1
‑
发动机、2
‑
行星排、201
‑
太阳轮、202
‑
齿圈、203
‑
行星架、21
‑
第一行星排、211
‑
第一太阳轮、212
‑
第一齿圈、213
‑
第一行星架、22
‑
第二行星排、221
‑
第二太阳轮、222
‑
第二齿圈、223
‑
第二行星架、3
‑
第一电机、4
‑
电池、5
‑
输出齿轮、6
‑
车轮、7
‑
第二电机、8
‑
制动器、9
‑
发动机输出轴、10
‑
单向离合器。
具体实施方式
40.为了使本领域的技术人员更好地理解本技术的技术方案，以下将结合附图及实施例对本实用新型做进一步详细说明。
41.本技术文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。
42.本实用新型中，术语“安装”、“相连”、“相接”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，也可以是一体地连接，也可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信，也可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元器件内部的联通，也可以是两个元器件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
43.实施例一
44.本实施例记载了一种混合动力驱动装置，可实现从低速到高速工况发动机直驱，避免能量转换损失。
45.如图5所示，该驱动装置包括发动机1、第一行星排21、第二行星排22、第一电机3、电池4、输出齿轮5、车轮6和第二电机7，其中，第一行星排21包括由里向外啮合连接的第一太阳轮211、第一齿圈212和第一行星架213，第二行星排22包括由里向外啮合连接的第二太阳轮221、第二齿圈222和第二行星架223。
46.发动机1与第一齿圈212连接，第一电机3与第二太阳轮221连接，第一太阳轮211与第二齿圈222连接，第一行星架213、第二行星架223和输出齿轮5共同连接，第一电机3设置在第一行星排21与第二行星排22之间，第二电机7和第一电机3平行布置并与电池4共同连接，输出齿轮5和第二电机7与车轮6相连，共同驱动车轮6转动，第二电机7用于平衡对车轮6的驱动功率。
47.本实施例中发动机1、第一行星排21、第一电机3、第二行星排22同轴设置。第一太阳轮211、第一齿圈212和第一行星架213同轴设置，第二太阳轮221、第二齿圈222和第二行星架223同轴设置。
48.本实施例驱动装置的杠杆原理图如图6所示，其横坐标为发动机1、第一电机3、输出齿轮5的位置关系(速比关系)，纵坐标为发动机1、第一电机3、输出齿轮5等运动部件的转
速，发动机转速n
eng
、第一电机转速n
mg1
和输出齿轮转速n
out
满足：
49.n
mg1
+k
′
·
n
out
＝(k
′
+1)n
eng
ꢀꢀ
(3)
50.其中，k
′
＝k1·
k2‑
1，k
′
为本实施例第一行星排21和第二行星排22组合的总速比，k1、k2分别为第一行星排21和第二行星排22的速比。
51.为耦合出不同的动力学和运动学关系，第一行星排21、第二行星排22可采用相同或不同的速比，以拓展该驱动装置的适用范围，如选用k1＝1.8、k2＝2.2，即k
′
＝2.96，第一电机扭矩电机扭矩图6中，箭头表示发动机扭矩t
eng
、第一电机扭矩t
mg1
、输出齿轮扭矩t
out
等运动部件的方向，s1为第一太阳轮、s2为第二太阳轮、c1为第一行星架、c2为第二行星架、r1为第一齿圈、r2为第二齿圈、out为输出齿轮、eng为发动机、mg1为第一电机。本实施例规定以发动机扭矩方向为正，第一电机扭矩和输出齿轮扭矩方向始终与发动机扭矩方向相反，为负。发动机扭矩t
eng
、第一电机扭矩t
mg1
、输出齿轮扭矩t
out
大小关系满足：
52.t
mg1
:t
out
：t
eng
＝1:k
′
:(k
′
+1)
ꢀꢀ
(4)
53.在混合动力低速工况下，该驱动装置车轮6轮端功率全部由发动机1提供，能量流如图7所示，发动机1通过第一行星排21、第二行星排22驱动车轮6，发动机1多余的机械能量通过第一电机3或者第一电机3和第二电机7发电转化为电能输出给电池4。
54.在混合动力中速、高速工况下，第一电机3根据油门功率需求将发动机1控制在最佳工况点，在功率平衡状态，第一电机3转速转很低，处于小功率驱动或者小功率发电状态，能量流如图8所示，第二电机7根据驱动装置功率平衡和整车电器系统需求工作在小功率发电或者小功率驱动状态，电池4功率为0，发动机1直驱比例很高。
55.在混合动力超高速工况下，能量流如图9所示，发动机1将动力输出到第一行星排21，一部分动力经第二行星排22输出到第一电机3发电并输出给第二电机7，第二电机7做功输出动力与输出齿轮5输出的动力汇合后驱动车轮6。
56.为了实现在中、高速工况下发动机1直驱车轮6，本实施例在第二行星排22的第二齿圈222上设置一个制动器8，如图10所示。
57.由于第二齿圈222与第一太阳轮211连接，当制动器8结合时，第二齿圈222与第一太阳轮211被锁止，本驱动装置的传动关系如图11所示，此时发动机1动力经第一行星排21减速后与第一电机3动力经过第二行星排22减速后汇合输出到输出齿轮5。
58.在中、高速匀速工况，制动器8锁止，发动机1动力经第一行星排21减速后100％输出到车轮6，此时第一电机3、第二电机7处于随动状态，驱动装置的能量流如图12所示。当车辆有电量需求时，发动机1动力经第一行星排21减速后一部分输出给车辆，一部分输出给第一电机3发电，此时车轮6的功率依然100％来源于发动机1。
59.实施例二
60.将上述实施例中的驱动装置的功率分流应用于hev车辆(混合动力车辆)，ev(电动)工况时，第二电机7驱动，第一电机3处于反向随动状态，此时第一电机3不能参与驱动，否则将拖动发动机1反向转动。本驱动装置也可以应用于phev车辆(新能源汽车)，但与hev车辆相比，phev车辆ev工况车速高，电机功率需求大。
61.如图13所示，在发动机1与第一齿圈212之间，发动机输出轴9上设置一个单向离合器10。在ev工况第一电机3参与驱动时，单向离合器10将发动机1反转锁止，因此可实现双电机同时驱动，大大增加了电驱动功率。因此，一套变速器可兼容hev和phev两种车型，实现最
经济设计。
62.ev工况下，第一行星排21和第二行星排22的转速和扭矩关系如图14所示，此时第一电机3负转速、负扭矩，输出功率。
63.虽然上面结合本实用新型的优选实施例对本实用新型的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本实用新型的示意性实现方式的解释，并非对本实用新型包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本实用新型范围的限制，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，任何基于本实用新型技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本实用新型保护范围之内。