专利名称：混合动力车驱动系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及 一种混合动力车驱动系统。
背景技术：
当今世界人类面临着能源匮乏和环境恶化两大挑战，传统汽车日益受到 石油危机的严重困扰，节能环保逐渐成为汽车行业的发展主题。近年来，具 有两种不同动力源、实现降低油耗和排放的混合动力汽车，得到了开发应用，
并投入商业生产推向市场。目前量产的混合动力汽车有丰田Prius、丰田 Crown、本田Insight、本田Civic等等，不一而足。已知的混合动力车驱动 系统，根据其机电耦合特征大致可分为串联、并联和混联三种结构形式。
串联式动力由发动机、发电机和电机三部分动力总成组成，它们之间用 串联的方式组成动力单元系统，发动机驱动发电机发电，电能通过控制器输 送到电池或电机，由电机通过变速机构驱动汽车。小负荷时由电池驱动电机 驱动车轮，大负荷时由发动机带动发电机发电驱动电机。当车辆处启动、加 速、爬坡工况时，发动机-电机组和电池组共同向电机提供电能；当电动车 处于低速、滑行、怠速的工况时，则由电池组驱动电机，当电池组缺电吋则 由发动机-发电机组向电池组充电。串联式结构适用于城市内频繁起步和低 速运行工况，可以将发动机调整在最佳工况点附近稳定运转，通过调整电池 和电机的输出来达到调整车速的目的。使发动机避免了怠速和低速运转的工 况，从而提高了发动机的效率，减少了废气排放。但是它的缺点是能量几经 转换，机械效率较低。
并联式动力由发动机和电机共同驱动汽车，发动机与电机分属两套系 统，可以分别独立地向汽车传动系提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驱动又可以单独驱动。当汽车加速爬坡时，电机和发动机能够同时向传动机构 提供动力， 一旦汽车车速达到巡航速度，汽车将仅仅依靠发动机维持该速度。 电机既可以作电机又可以作发电机使用，又称为电动一发电机组。由于没有 单独的发电机，发动机可以直接通过传动机构驱动车轮，这种装置更接近传 统的汽车驱动系统，机械效率损耗与普通汽车差不多。
混联式动力包含了串联式和并联式的特点。动力系统包括发动机、发电 机和电机，根据助力装置不同，它又分为发动机为主和电机为主两种。以发 动机为主的形式中，发动机作为主动力源，电机为辅助动力源；以电机为主 的形式中，发动机作为辅助动力源，电机为主动力源。该结构的优点是控制 方便，缺点是结构比较复杂。
图1显示了一种现有技术中典型的混合动力车驱动系统的结构。如图1 所示，发动机l的动力输出轴连接到行星齿轮机构3的行星架上，从而一部 分动力通过行星齿轮机构3中的齿圈传递到传动装置5并驱动车轮6转动， 另一部分动力则通过太阳轮驱动发电机2发电并将电能输送到电池组7屮， 然后由电池组7向电机4供电，驱动电机4向传动装置5输出动力以驱动车 轮6旋转。另外，还可以根据需要在传动装置5部分设置变速器。在这种结 构中，行星齿轮机构3作为一种动力分配机构使用。在有些情况下，也可以 使用动力合成机构如行星齿轮机构，用于将发动机1的输出动力与电机4的 输出动力进行合成，然后输出给车轮6。
这些混合动力车驱动系统已经记载在多篇专利文献中，例如CN 1413855 A，并且在现有技术中己经有广泛应用。
但是，在现有技术中还缺少这样一种混合动力车驱动系统，该系统能够 在车辆低速行驶时选用串联式动力传递，在车辆高速行驶时选用并联式动力 传递，从而既能满足车辆低速行驶时大转矩的需求，又能满足车辆高速行驶 时大功率的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种混合动力车驱动系统，该系统能够在车辆低速 行驶时选用串联式动力传递，在车辆高速行驶时选用并联式动力传递，从而 既能满足车辆低速行驶时大转矩的需求，又能满足车辆高速行驶时大功率的 需求。
本发明提供一种混合动力车驱动系统，该系统包括为传动装置提供动力 的发动机和电机，用于接收发动机动力进行发电的发电机，以及电连接在发 电机和电机之间的电源，其中该系统还包括双离合器，该双离合器连接在发 动机与发电机和传动装置之间，用于选择性地将发动机的动力传递给发电机 或传动装置。
当车辆低速行驶时，例如低于特定速度如50km/h行驶时，控制双离合 器中的第一离合器分离，第二离合器接合，使得发动机的动力经过接合的第 二离合器传递给发电机进行发电，并将发出的电能储存到电源中，然后由电 源为电机供电，由电机向传动装置输出机械能并驱动车辆行驶，从而实现混 合动力车的串联式驱动。在这种情况下，发动机可以在经济工况下运行，提 高了燃油经济性，降低了排放。同时，电机转速较低，因此扭力大，工作效 力高。并且，由于电机本身所具有的自调速功能，所以还能简单地实现车辆 的无级变速。
当车辆高速行驶时，例如高于特定速度如50km/h行驶时，控制双离合 器中的第一离合器接合，第二离合器分离，使得发动机的动力经过接合的离 合器直接传递给传动装置而驱动车辆行驶，即简单地实现发动机动力驱动， 满足车辆高速行驶时的大功率需求。
在车辆加速行驶或者爬坡等需要更大功率的情况下，还可以启动电机同 时工作，电机由电源供应电能，此时发动机的动力和电机的动力同时传递给传动装置而驱动车辆行驶，实现车辆的并联式驱动。
在本发明的一种优选实施方式中，该系统还可以包括行星齿轮机构，该 行星齿轮机构包括第一至第三转动元件，分别与第一离合器的从动部分、第 二离合器的从动部分以及传动装置连接。在一种更优选的实施方式中，该行 星齿轮机构3可以包括连接到第一离合器从动部分的行星架、连接到第二离 合器从动部分的太阳轮以及连接到传动装置的齿圈。
在这种优选实施方式中，由于使用了行星齿轮机构，所以在车辆加速行 驶或者爬坡等需要更大功率的情况下，发动机的动力可以通过行星齿轮机构 进行分配，使得一部分动力传递给传动装置，另一部分动力传递给发电机进 行发电，并将发出的电能储存到电源中并由电源向电机供电，使电机向传动 装置传递动能。在这种情况下，可以简单地实现车辆的混联驱动模式。
图1是一种现有技术中典型的混合动力车驱动系统的结构示意图。
图2是根据本发明的一种实施方式的混合动力车驱动系统的结构示意图。
图3是根据本发明的另一种实施方式的混合动力车驱动系统的结构示意图。
具体实施例方式
下面参照附图详细说明本发明的具体实施方式
。
图2是根据本发明的一种实施方式的混合动力车驱动系统的结构示意图。
如图2所示，本发明的混合动力车驱动系统包括为传动装置5提供动力 的发动机1和电机4，用于接收发动机1动力进行发电的发电机2，以及电
连接在发电机2和电机4之间的电源7，其中该系统还包括双离合器8，该 双离合器8连接在发动机1与发电机2和传动装置5之间，用于选择性地将 发动机1的动力传递给发电机2或传动装置5。
双离合器通常用在变速器上，构成双离合器自动变速器(DCT)，用于 实现动力不中断的换档操作。DCT不仅保证了车辆的动力性和经济性，而且 也极大地改善了汽车的舒适性。
双离合器技术是在AMT技术基础上采用两套离合器对奇偶数挡分别控 制，在换挡过程中一个挡分离之前另一挡已经在啮合状态，从而解决了在两 挡转换间的动力中断的问题。DCT既可以采用干式离合器，也可以采用湿式 离合器，但两者的工作特性存在较大的差别。干式离合器可以通过压板和飞 轮吸收较大热量，对滑磨产生热量的速度不敏感，但因为空气散热较慢，热 量不易在短时间内散发出去，因此它受滑磨产生的总热量的限制。干式离合 器适于在短时间内结合，这样滑磨时间短，产生热量少。湿式离合器用油冷 却摩擦片，它受限于产生热量的速度，但不受产生的总热量的限制，所以适 用于离合器结合过程中压力逐步增加、发热速度较慢的场合。在设计中可以 选用较小的离合器储备系数，并控制加压油缸的油压增长速度，使摩擦扭矩 逐步增加。
双离合器是基于平行轴式手动变速器发展而来的，它继承了手动变速器 传动效率高、安装空间紧凑、重量轻、价格便宜等许多优点。而且，它与 AMT —样，可以尽量保护现有手动变速器的生产设备投资。另外，DCT实 现了动力换挡，使换挡过程不再产生动力中断，这也吸收了AT动力换挡品 质好的优点。它的一些结构也是目前国内外重点研究的混合动力车辆项H中 传动系统的基本组成部分。
CN 2587699 Y公开了一种双离合器式自动变速机构，包括与离合器、 换挡同步器相联结的换挡控制系统和电控系统TCU及五挡位变速器，动力
输入轴上设置有两个湿式离合器C1和C2，变速器各挡位主动齿轮按奇偶数
挡位分别与离合器Cl和C2驱动连接，离合器Cl和C2交替传递工作动力 以实现挡位切换。该机构可以有效地解决目前汽车电控机械式自动变速器在 换档过程中产生的动力中断问题，以提高汽车运行的舒适性。上述公开的双 离合器可以应用到本发明中。
另外，双离合器还在CN 1621715 A、 CN 1523253A等多篇专利文献被 公开，并且在现有技术中被广泛应用。所有的这些双离合器以及现有技术中 的其它合适的双离合器都可以作为本发明中的双离合器8进行使用。本发明 不再对双离合器的具体结构作详细描述。
作为一种典型的实施例，如图2所示，本发明的双离合器8可以包括第 一离合器Cl和第二离合器C2，第一离合器Cl的从动部分81连接到传动装 置5，第二离合器C2的从动部分82连接到发电机2，该双离合器8的主动 部分83连接在发动机1的输出轴11上。
第一离合器Cl和第二离合器C2可以采用现有的干式或者湿式离合器， 它们的接合或者分离状态可以通过现有的各种离合器操纵机构进行控制。操 纵机构可以采用机械式的、液压式的、电子控制式的等等。
在车辆低速行驶时，例如在城市道路上以低于某个特定车速如50km/h 行驶时，通过现有的离合器操纵机构使第一离合器C1分离，第二离合器C2 接合，则发动机1的动力就可以依次通过发动机1的输出轴11、双离合器8 的主动部分83、第二离合器C2的从动部分82而传递到发电机2，驱动发电 机2的转子旋转而发电，并将发出的电能输送到电源7中。然后，电源7向 电机4供电，由电机4向传动装置5输出动力，从而驱动车辆低速行驶。在 这种情况下，发动机l可以在经济工况下运行，提高了燃油经济性，降低了 排放。同时，电机4转速较低，因此扭力大，工作效力高。并且，由于电机 4本身所具有的自调速功能，所以还能简单地实现车辆的无级变速。在车辆高速行驶时，例如在公路上以高于某个特定车速如50km/h行驶 时，通过现有的离合器操纵机构使第一离合器Cl接合，第二离合器C2分 离，则发动机1的动力就可以依次通过发动机1的输出轴11、双离合器8 的主动部分83、第一离合器C1的从动部分81而传递到传动装置，从而驱 动车辆行驶，即简单地实现发动机动力驱动，满足车辆高速行驶时的大功率 需求。
在车辆加速行驶或者爬坡等需要更大功率时，还可以在发动机动力驱动 时同时启动电机4同时工作，此时电机4由电源7供电。在这种情况下，发 动机l的动力和电机4的动力同时传递给传动装置5而驱动车辆行驶，可以 简单地实现车辆的并联式驱动。另外，在这种情况下，还可以使用现有的动 力复合机构如行星齿轮机构将发动机l的输出动力与电机4的输出动力进行 复合后一起传递给传动装置5，以驱动车辆行驶。
在车辆制动或者减速时，电机4可以作为发电机回收能量，即将来自传 动装置5的机械能转化为电能并储存到电源7中。
当车辆从高速降到低速时，则相应地使第二离合器C2接合，第一离合 器C1逐渐分离，实现车辆在低速行驶时的串连驱动模式。
此外，传动装置5通常包括车辆的传动轴、减速器、差速器、半轴以及 驱动车轮等。根据需要，还可以在传动装置5中设置变速器，如在CN 1413855 A中所公开的，以便在车辆行驶时，尤其是在发动机驱动模式或者并联式驱 动模式下通过变速器实现车辆变速行驶。
图3是根据本发明的另一种实施方式的混合动力车驱动系统的结构示意 图。与第一种实施方式不同的是，在这种实施方式中主要是增加了行星齿轮 机构3。通过该行星齿轮机构3，可以实现车辆的混联驱动。
如图3所示，该系统还包括行星齿轮机构3，该行星齿轮机构3包括第 -至第三转动元件31、 32、 33，分别与第一离合器C1的从动部分81、第二离合器C2的从动部分82以及传动装置5连接。行星齿轮机构3在本领域是 熟知的， 一般包括太阳轮、行星轮(与行星架连接)和齿圈。根据需要，还 可以具有制动器或者控制器，用于选择性地固定或者约束这三个转动元件中 的任何一个。
优选地，该行星齿轮机构3包括连接到第一离合器Cl从动部分81的行 星架31、连接到第二离合器C2从动部分82的太阳轮32以及连接到传动装 置5的齿圈33。但本领域技术人员容易想到，本发明并不限于这种优选的结 构，而是还可以进行各种改变。例如，第一离合器C1的从动部分81可以连 接到齿圈33，第二离合器C2的从动部分82连接到太阳轮32，而传动装置 5则连接到行星架31。
在这种实施方式中，在车辆低速行驶时，例如在城市道路上以低于某个 特定车速如50km/h行驶时，通过现有的离合器操纵机构使第一离合器Cl 分离，第二离合器C2接合，则发动机l的动力就可以依次通过发动机l的 输出轴11、双离合器8的主动部分83、第二离合器C2的从动部分82而传 递到发电机2，驱动发电机2的转子旋转而发电，并将发出的电能输送到电 源7中。电源7向电机4供电，由电机4向传动装置5输出动力，从而驱动 车辆低速行驶。在这种情况下，发动机l可以在经济工况下运行，提高了燃 油经济性，降低了排放。同时，电机4转速较低，因此扭力大，工作效率高。 并且，由于电机4本身所具有的自调速功能，所以还能简单地实现车辆的无 级变速。
在这种情况下，由于第二离合器C2的从动部分82还连接到太阳轮32， 所以太阳轮32也将会和第二离合器C2的从动部分82以及发电机2的转子 同步旋转。同时，由于传动装置5连接到齿圈33，所以齿圈33也将旋转。 但由于行星齿轮机构3中的三个转动元件都没有固定而可以自由旋转，因此 并不向外输出机械能，即三个转动元件都处于空转状态。
作为选择，可以在发电机2与太阳轮32之间设置离合器9。通过使离合 器9分离，则可以防止第二离合器C2的从动部分82或者发电机2的转子将 动力传递到太阳轮32。同时，还可以在齿圈33与传动装置5之间设置离合 器10，通过使该离合器10分离而可以防止齿圈33由于传动装置5而旋转。 从而，通过设置这两个离合器9和IO并使它们分离，可以使三个转动元件 31、 32、 33都处于静止状态。为了便于实现自动化控制，所述离合器9和 IO优选为电控离合器。
在车辆高速行驶时，例如在公路上以高于某个特定车速如50km/h行驶 时，通过现有的离合器操纵机构使第一离合器Cl接合，第二离合器C2分 离，则发动机1的动力就可以依次通过发动机1的输出轴11、双离合器8 的主动部分83、第一离合器Cl的从动部分81、行星齿轮机构3中的行星架 31以及齿圈33而传递到传动装置5，从而驱动车辆行驶，即简单地实现发 动机动力驱动，满足车辆高速行驶时的大功率需求。这时候，可以通过行星 齿轮机构3中的制动器固定太阳轮32，以便通过齿圈33向传动装置5输出 动能。或者，在没有制动器的情况下，也可以通过控制器对发电机2的转子 进行控制，由此可以约束与发电机2的转子相连的太阳轮32的状态。
在车辆加速行驶或者爬坡等需要更大功率时，还可以在发动机动力驱动 时同时启动电机4同时工作，此时电机4可以由电源7供电。在这种情况下， 发动机1的动力和电机4的动力同时传递给传动装置5而驱动车辆行驶，可 以简单地实现车辆的并联式驱动。当电源7的电力不足而需要充电时，则可 以解除对行星齿轮机构3中的太阳轮32的制动或者约束，使发动机1的部 分动力还能够通过太阳轮32传递给发电机2，驱动发电机2发电并将发出的 电能储存到电源7中，然后由电源7向电机4供电，驱动电机4向传动装置 5输出动能。
在车辆制动或者减速时，电机4可以作为发电机回收能量，即将来自传
动装置5的机械能转化为电能并储存到电源7中。当车辆从高速降到低速时，
则相应地使第二离合器C2接合，第一离合器C1逐渐分离，实现车辆在低
速行驶时的串连驱动模式。这与第一种实施方式相同。
另外，与第一种实施方式相同，在该第二种实施方式中，也可以在传动
装置5中设置变速器，以便在车辆行驶时通过变速器实现车辆的变速行驶。
权利要求
1. 一种混合动力车驱动系统，该系统包括为传动装置(5)提供动力的发动机(1)和电机(4)，用于接收发动机(1)的动力进行发电的发电机(2)，以及电连接在发电机(2)和电机(4)之间的电源(7)，其特征在于，该系统还包括双离合器(8)，该双离合器(8)连接在发动机(1)与发电机(2)和传动装置(5)之间，用于选择性地将发动机(1)的动力传递给发电机(2)或传动装置(5)。
2、 根据权利要求1所述的驱动系统，其中，所述双离合器(8)包括第一离合器(Cl)和第二离合器(C2)，第一离合器(Cl)的从动部分(81) 连接到传动装置(5)，第二离合器(C2)的从动部分(82)连接到发电机(2)， 该双离合器(8)的主动部分(83)连接在发动机(1)的输出轴(11)上。
3、 根据权利要求2所述的驱动系统，其中，该系统还包括行星齿轮机构(3)，该行星齿轮机构(3)包括第一至第三转动元件(31、 32、 33)，分 别与第一离合器(Cl)的从动部分(81)、第二离合器(C2)的从动部分(82) 以及传动装置(5)连接。
4、 根据权利要求2所述的驱动系统，其中，该系统还包括行星齿轮机构(3)，该行星齿轮机构(3)包括连接到第一离合器(Cl)从动部分(81) 的行星架(31)、连接到第二离合器(C2)从动部分(82)的太阳轮(32) 以及连接到传动装置(5)的齿圈(33)。
5、 根据权利要求4所述的驱动系统，其中，该系统还包括连接在发电 机(2)与太阳轮(32)之间的离合器(9)。
6、 根据权利要求4或5所述的驱动系统，其中，该系统还包括连接在 齿圈(33)与传动装置(5)之间的离合器(10)。
7、 根据权利要求6所述的驱动系统，其中，所述离合器(9和10)为 电控离合器。
8、 根据权利要求1所述的驱动系统，其中，在所述传动装置(5)上具 有变速器。
全文摘要
本发明提供一种混合动力车驱动系统，该系统包括为传动装置提供动力的发动机和电机，用于接收发动机动力进行发电的发电机，以及电连接在发电机和电机之间的电源，其中该系统还包括双离合器，该双离合器连接在发动机与发电机和传动装置之间，用于选择性地将发动机的动力传递给发电机或传动装置。当车辆低速行驶时，控制双离合器，使发动机的动力传递给发电机发电，由电机接收电能并向传动装置输出机械能而驱动车辆行驶，从而实现混合动力车的串联式驱动。当车辆高速行驶时，控制双离合器，使发动机的动力直接传递给传动装置而驱动车辆行驶。
文档编号B60K6/38GK101204920SQ20061016790
公开日2008年6月25日 申请日期2006年12月19日 优先权日2006年12月19日
发明者毅 任, 宋佑川, 张晓玲, 王传福, 罗红斌 申请人:比亚迪股份有限公司