一种混合动力驱动总成及设有该总成的汽车的制作方法

本发明实施例涉及混合动力驱动技术领域，更具体地，涉及一种混合动力驱动总成及设有该总成的汽车。

背景技术：

混合动力汽车是指具有至少两个能够同时运转的动力源的车辆。最常见的是油电混合动力汽车，即采用传统的内燃机和电动机作为动力源的汽车。与传统汽车仅通过内燃机进行驱动的方式相比，混合动力汽车的油耗及排放水平有很大的提升，对环境保护及能源节约具有重大意义。

目前，一部分混合动力汽车通过采用二挡变速器或单级减速齿轮组进行减速增扭来驱动车辆。这种车辆的驱动系统，虽然结构紧凑，但也存在问题，即：要保证车辆的起步加速性能和爬坡性能，就要将系统输出最大速比设置在较大值；而由于挡位数较少，系统输出最大速比和最小速比的比值不能太大，因为太大会造成换挡困难，降低换挡品质；所述比值不能太大就要求系统输出最小速比较大，从而导致发动机工作效率低，经济性差。可见，采用二挡变速器或单级减速齿轮组的驱动系统存在难以同时兼顾车辆的起步加速性能、爬坡性能和整体经济性的问题。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明实施例的一个目的是，提供一种混合动力驱动总成，以解决现有技术中难以同时兼顾车辆的起步加速性能、爬坡性能和整体经济性的问题。

本发明实施例的另一个目的是提供一种汽车。

(二)技术方案

为了克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明实施例提供一种混合动力驱动总成，包括：发动机、第二电机和混合动力变速箱；所述混合动力变速箱包括第一行星机构、第一电机、耦合离合器、两挡变速机构和一级主动齿轮。其中，所述发动机通过所述第一行星机构连接所述第一电机，所述第一行星机构构成一个增速机构；所述耦合离合器的主动端连接所述第一电机的转子，所述耦合离合器的从动端连接所述两挡变速机构；所述两挡变速机构连接所述第二电机和所述一级主动齿轮。

其中，所述第一行星机构包括第一行星架、第一太阳轮、第一内齿圈和安装在所述第一行星架上的第一行星轮。其中所述第一行星架连接所述发动机，所述第一太阳轮固定安装于所述混合动力变速箱壳体上，所述第一内齿圈连接所述第一电机的转子。

其中，所述两挡变速机构包括：第二行星机构、一挡制动器和二挡离合器；所述第二行星机构包括第二行星架、第二太阳轮、第二内齿圈和安装在所述第二行星架上的第二行星轮。其中，所述第二太阳轮连接所述第二电机的转子，且与所述耦合离合器的从动端连接，所述第二内齿圈连接所述一级主动齿轮。所述一挡制动器固定安装于所述混合动力变速箱的壳体上，且选择性制动所述第二行星架。所述二挡离合器的主动端连接所述第二太阳轮，所述二挡离合器的从动端连接所述第二内齿圈。

其中，所述二挡离合器布置在所述第二电机的转子内部。

进一步的，所述混合动力驱动总成还包括：中间轴总成和差速器总成；所述中间轴总成至少包括一级被动齿轮和二级主动齿轮，所述差速器总成至少包括二级被动齿轮。其中，所述一级被动齿轮与所述一级主动齿轮啮合，所述二级主动齿轮与所述一级被动齿轮连接，且与所述二级被动齿轮啮合。

进一步的，所述混合动力驱动总成还包括液压阀块总成，所述液压阀块总成用于控制所述耦合离合器、所述一挡制动器和所述二挡离合器的分离与接合。

进一步的，所述液压阀块总成还包括电动油泵总成。

其中，所述第一电机和/或所述第二电机布置在所述混合动力变速箱的壳体内部。

其中，所述第一行星机构和/或所述耦合离合器布置在所述第一电机的转子内部。

本发明实施例还提供一种汽车，包括上述的混合动力驱动总成。

(三)有益效果

本发明实施例提供的混合动力驱动总成及设有该总成的汽车，通过采用第一行星机构，能够减小发动机输出最小速比、增大输出最大速比和最小速比的比值，在兼顾车辆起步加速性能和爬坡性能的同时，使发动机有更多机会工作在高效区，提高整体的经济性。

附图说明

图1为本发明实施例混合动力驱动总成的结构示意图；

图2为本发明实施例第一行星机构的结构示意图。

图中：1为发动机；2为第一行星机构；21为第一太阳轮；22为第一行星轮；23为第一行星架；24为第一内齿圈；3为第一电机；4为耦合离合器；5为两挡变速机构；51为第二太阳轮；52为第二行星架；53为一挡制动器；54为第二内齿圈；55为第二行星轮；56为二挡离合器；6为一级主动齿轮；7为第二电机；8为中间轴总成；81为一级被动齿轮；82为二级主动齿轮；9为差速器总成；10为液压阀块总成；11为电动油泵总成。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为本发明实施例混合动力驱动总成的结构示意图，包括：发动机1、第二电机7和混合动力变速箱。所述混合动力变速箱包括第一行星机构2、第一电机3、耦合离合器4、两挡变速机构5、和一级主动齿轮6。其中，发动机1通过第一行星机构2连接第一电机3，第一行星机构2构成一个增速机构；耦合离合器4的主动端连接第一电机3的转子，耦合离合器4的从动端连接两挡变速机构5；两挡变速机构5连接第二电机7和一级主动齿轮6。

具体而言，发动机1和第二电机7作为动力源为系统提供驱动力。第二电机7的转子连接两挡变速机构5，将速度传递给两挡变速机构5并经两挡变速机构5变速后经一级主动齿轮6输出，用于驱动车辆。第一行星机构2构成一个增速机构，发动机1的速度经第一行星机构2增速后传递到第一电机3。通过控制耦合离合器4主动端和从动端的分离与接合，控制去除或投入发动机1驱动车辆的驱动力。

当第二电机7的驱动力不足时，控制启动发动机并使耦合离合器4主动端和从动端接合，驱动力由第一电机3传递到两挡变速机构5，由两挡变速机构5变速后经一级主动齿轮6输出，用于驱动车辆。此时发动机处于低速状态，第一电机3处于高速状态。当电池电量不足需要充电时，控制启动发动机并使耦合离合器4主动端和从动端分离，发动机1经第一行星机构2增速作用驱动第一电机3高速运行发电。

由此，在发动机投入使用时，根据电机和发动机的特性，电机在转速较高时效率高，发动机在转速较低时效率高。在充电时，第一行星机构2对发动机1进行增速之后将驱动力传递到第一电机3，即使发动机1工作在低速状态、第一电机3工作在高速状态，因而发动机1和第一电机3可以同时处于高效率区间。

本实施例提供的混合动力驱动总成，通过设置第一行星机构2，对发动机1进行增速，能够在不影响车辆驱动力的情况下，使发动机1在投入运行时的各种工况下一直处于高效率运行状态，整体经济性提高。

在上述实施例的基础上，为了缩短总成的轴向长度，使结构紧凑，把第一电机3和/或第二电机7布置在混合动力变速箱的壳体内部。同样的，把第一行星机构2和/或耦合离合器4布置在第一电机3的转子的内部。

本实施例充分利用混合动力变速箱和电机的内部空间，能够有效缩短总成的轴向长度、减小结构尺寸，使整体结构紧凑，利于机舱布置。

根据上述实施例，如图2所示，为本实施例第一行星机构2的结构示意图，包括第一太阳轮21、第一行星架23、第一内齿圈24和安装在第一行星架23上的第一行星轮22。其中第一行星架23连接发动机1，第一太阳轮21固定安装于混合动力变速箱的壳体上，第一内齿圈24连接第一电机3的转子。

具体而言，第一太阳轮21固定在混合动力变速箱的壳体上，转速为零；第一行星架23连接在发动机1的输出端上，速度与发动机1的速度保持一致；第一内齿圈24固定连接在第一电机3的转子上，速度与第一电机3的速度保持一致。基于这种连接关系，发动机1与第一电机3的转速比就等于第一行星架23与第一内齿圈24的转速比。

由行星齿轮机构运动规律可得特性方程：

n_T1+a₁n_Q1-(1+a₁)n_J1＝0；

其中，n_T1为第一太阳轮21的转速，n_Q1为第一齿轮圈24的转速，n_J1为第一行星架23的转速，a₁为第一内齿圈24与第一太阳轮21的齿数比。

第一太阳轮21固定，则n_T1的值为零，于是由上述可知发动机1与第二电机3的转速比等于第一行星架23与第一内齿圈24的转速比，大小为：

其中，n_Q1为第一齿轮圈24的转速，n_J1为第一行星架23的转速，a₁为第一内齿圈24与第一太阳轮21的齿数比。

本实施例提供的混合动力驱动总成，发动机1的驱动力由第一行星机构2的第一行星架23输入，由第一内齿圈24输出，能够实现对发动机1的增速作用。可见第一行星机构2对发动机1起到增速作用。

根据上述实施例，两挡变速机构5包括：第二行星机构、一挡制动器53和二挡离合器56。其中第二行星机构包括第二太阳轮51、第二行星架52、第二内齿圈54和安装在第二行星架上的第二行星轮55。其中，第二太阳轮51连接第二电机7的转子，且第二太阳轮51与耦合离合器4的从动端连接，第二内齿圈54连接一级主动齿轮6。一挡制动器53固定安装于混合动力变速箱的壳体上，且选择性制动第二行星架52。二挡离合器56的主动端连接第二太阳轮51，从动端连接第二内齿圈54。

其中，为了缩短混合动力变速箱轴向尺寸，充分利用空间，将二挡离合器56布置在第二电机7的转子内部。

具体而言，耦合离合器4的主动端连接第一电机3，从动端连接第二太阳轮51，第二太阳轮51同时连接第二电机7的转子，为混合动力变速箱的输入端。一级主动齿轮6固定连接在第二内齿圈54上，构成混合动力变速箱的输出端。

一挡制动器53固定安装于混合动力变速箱的壳体上，且选择性连接第二行星架52，连接关系可控。二挡离合器56布置在第二电机7的转子内部，且主动端连接第二太阳轮51，从动端连接第二内齿圈54。

第二行星机构的运动特性方程为：

n_T2-a₂n_Q2+(a₂-1)n_J2＝0；

其中，n_T2为第二太阳轮51的转速，n_Q2为第二齿轮圈54的转速，n_J2为第二行星架53的转速，a₂为第二内齿圈54与第二太阳轮51的齿数比。

控制一挡制动器53接合，则第二行星架52被固定，第二行星架52的速度值为零。同时二挡离合器56断开，发动机1或第二电机7的驱动力从第二太阳轮51输入，由第二内齿圈54输出，并最终经与之连接的一级主动齿轮6进行输出。此时两挡变速机构5为一挡状态。若第二内齿圈54的齿数为Z_r2、第二太阳轮51的齿数为Z_s2，则根据上述第二行星机构的运动特性方程可得两挡变速机构5的一挡速比为：

其中，n_T2为第二太阳轮51的转速，n_Q2为第二齿轮圈54的转速，a₂为第二内齿圈54与第二太阳轮51的齿数比。

即两挡变速机构5的一挡速比为第二内齿圈54与第二太阳轮51的齿数比。

控制一挡制动器53断开、二挡离合器56接合，则第二太阳轮51和第二内齿圈54连接在一起，此时两挡变速机构5为二挡状态。根据行星机构特性，此时输入的转速与输出的转速相同，即两挡变速机构5的二挡速比为：i₂＝1。

本实施例的混合动力驱动总成，采用两挡变速机构，能够对车辆进行调挡调速，降低对驱动电机功率及扭矩的需求；同时将二挡离合器56布置在第二电机7的转子内部，进一步缩小了结构尺寸。

进一步的，在上述实施例的基础上，所述混合动力驱动总成还包括：中间轴总成8和差速器总成9；其中，中间轴总成8至少包括一级被动齿轮81和二级主动齿轮82，差速器总成9至少包括二级被动齿轮；一级被动齿轮81与一级主动齿轮6啮合，二级主动齿轮82与一级被动齿轮81同轴连接，且与二级被动齿轮啮合。

具体而言，在上述实施例的基础上增加中间轴总成8和差速器总成9。中间轴总成8包括与一级主动齿轮6啮合的一级被动齿轮81，一级被动齿轮81通过中间连接环节连接二级主动齿轮82。差速器总成9包括与二级主动齿轮82啮合的二级被动齿轮。

发动机1或第二电机7的动力由一级主动齿轮6输出后，传递到一级被动齿轮81，再经中间连接环节传递到二级主动齿轮82；二级主动齿轮82驱动与之啮合的二级被动齿轮，将动力经差速器总成9传递至车轮，形成两级减速，即主减速。

上述两级减速的减速比分别为：一级被动齿轮81与一级主动齿轮6的齿数比，包含在差速器总成9中的二级被动齿轮与二级主动齿轮82的齿数比，二者乘积即为主减速比i₀。因此，第一电机3和第二电机7到差速器总成9的速比一挡时为i₀i₁，二挡时为i₀i₂。发动机1到差速器总成9的速比一挡时为i₀i₁i_p，二挡时为i₀i₂i_p。

爬坡、起步和低速行驶时，两挡变速机构5处于一挡，第二电机7的扭矩或者发动机1与第二电机7的合成扭矩传递到差速器总成9的减速比为i_max＝i₀i₁。根据汽车理论，该数值越大，车辆的爬坡性能和起步加速性能越好。在车速较高时，一般采用发动机驱动模式，两挡变速机构5处于二挡，发动机1的减速比为i_min＝i₀i₂i_p。根据汽车理论，该数值越小越利于发动机的燃油经济性。

可见，驱动系统输出的最大减速比i_max与最小减速比i_min的比值i_max/i_min越大，越有利于在兼顾发动机的燃油经济性的同时车辆爬坡性能和起步加速性能的提高。采用普通的二挡变速器，i_max/i_min值为：

其中，i_max为驱动系统的最大减速比，i_min为驱动系统的最小速比，i₀为驱动系统的主减速比，i₁为二挡变速器的一挡减速比，i₂为二挡变速器的二挡减速比。

若要兼顾采用普通二挡变速器车辆良好的起步加速性能、爬坡性能和发动机的燃油经济性，i₁/i₂值应维持在较大值。但是，i₁/i₂值过大，会造成换挡困难，降低换挡品质。

本实施例在两挡变速机构5的基础上增加第一行星机构2，i_max/i_min值的计算方式为：

其中，i_max为驱动系统的最大减速比，i_min为驱动系统的最小速比，i₀为驱动系统的主减速比，i₁为二挡变速器的一挡减速比，i₂为二挡变速器的二挡减速比，i_p为第一行星机构1的减速比。

通过调整主减速比i₀值，可以将i_max＝i₀i₁设置在较大值，使车辆具有较好的爬坡性能和起步加速性能。另一方面通过i_p值的选取，可以在不影响主减速比i₀的情况下减小i_min＝i₀i₂i_p值，从而提高发动机的燃油经济性。可见，第一行星机构2的引入使i_max/i_min值相较普通二挡变速器数值增大，达到兼顾车辆良好的起步加速性能、爬坡性能和发动机的燃油经济性的目的。

本实施例在上述实施例的基础上增加中间轴总成8和差速器总成9，形成两级减速，即主减速。通过设置所需主减速比i₀值和第一行星机构2的值，能够兼顾车辆起步加速性能、爬坡性能和发动机的燃油经济性。

进一步的，在上述实施例的基础上，所述混合动力驱动总成还包括液压阀块总成10，其中液压阀块总成10用于控制耦合离合器4、一挡制动器53和二挡离合器56的分离与接合。

具体的，在相应工况下，液压阀块总成10中包含的相应阀门动作，控制分离或接合耦合离合器4和二挡离合器56的主动端和从动端，从而切断或连接发动机1和第二电机7的驱动力传递路径；还可控制一挡制动器53的接合与切断，进行换挡控制。

本实施例通过加入液压阀块总成10，能够灵活控制驱动总成中离合器和制动器的分离与接合，从而调整在不同工况下的驱动结构组成。

进一步的，在上述实施例的基础上，液压阀块总成10还包括电动油泵总成11。

具体而言，电动油泵总成11输出动力驱动液压阀块总成10，使液压阀块总成10内相应阀门动作，控制调整不同的驱动结构组成。另外，电动油泵总成11包含冷却机构和润滑机构，可以对车辆各零部件进行冷却及润滑。

本实施例采用的电动油泵总成11，能够为液压阀块总成10提供动力，同时可以对车辆各零部件进行冷却及润滑。

整体而言，对于上述实施例，发动机1和第二电机7作为动力源为系统提供驱动力。发动机1的速度经第一行星机构2增速后传递到第一电机3。通过控制耦合离合器4主动端和从动端的分离与接合，控制去除或投入发动机1的驱动力，从而实现以下几种驱动模式：

(1)纯电动驱动模式：发动机1不工作，耦合离合器4断开；第二电机7输出的速度输入到两挡变速器5，经两挡变速器5变速之后由一级主动齿轮6输出，并经中间轴总成8传递到差速器总成9驱动车辆。与传统发动机驱动相比，该驱动模式有利于提高发动机的工作效率，且电机启停方便，避免了怠速时的能源浪费。

(2)串联式混合动力模式：当电池的电量偏低时，发动机1启动，经第一行星机构2增速之后驱动第一电机3发电，所发电能用于驱动第二电机7。第二电机7输出的速度输入到两挡变速器5，经两挡变速器5变速之后由一级主动齿轮6输出，并经中间轴总成8传递到差速器总成9驱动车辆。此模式下耦合离合器4断开，发动机1的输出转速和扭矩与车速及整车阻力无关，因此可以将发送机1设置在高效率工作状态。

(3)发动机驱动模式：发动机1启动，耦合离合器4接合使第一电机3的转子与两挡变速器5形成连接。发动机1输出的驱动力经第一行星机构2传递到第一电机3，然后传递到与之形成连接的两挡变速器5，经两挡变速器5变速之后由一级主动齿轮6输出，并经中间轴总成8传递到差速器总成9驱动车辆。此模式下，由于第一行星机构2的增速作用，发动机1可以一直处于高效率工作状态，第二电机7则有三种状态：当发动机1提供的扭矩与驱动车辆的扭矩相当时，第二电机7空转；当发动机1提供的扭矩不足以驱动车辆时，第二电机7做功助力；当发动机1提供的扭矩驱动车辆还有盈余时，多余的驱动力驱动第二电机7发电。

在车辆启动前，先检查车辆电池电量。当电池电量不足时，第一电机3启动并通过第一行星机构2带动发动机1启动，发动机1启动后，反过来通过第一行星机构2带动第一电机3发电。此时第二电机7不工作，车辆驻车充电。

当电池电量充足时，启动第二电机7，控制一挡制动器53接合，二挡离合器56断开，两挡变速机构5处于一挡状态。此时两挡变速机构5的一挡速比为第二内齿圈54与第二太阳轮51的齿数比，车辆具有较大的驱动力。由第二电机7驱动车辆以纯电动模式启动并行使。

当车辆需要在坡道起步或需要急加速起步时，第二电机7启动，将驱动力传递到两挡变速器5；控制一挡制动器53接合，二挡离合器56断开，两挡变速机构5处于一挡状态。同时第一电机3启动并通过第一行星机构2带动发动机1启动。耦合离合器4接合，进入发动机驱动模式驱动车辆起步。此时发动机1和第二电机7共同驱动车辆。在发动机1运行时，第一行星机构2对发动机1进行增速，使发动机1不需要很高的速度就能满足驱动车辆的扭矩，从而提高了发动机1的效率。

当车辆以纯电动驱动模式低速行驶时，控制一挡制动器53接合，二挡离合器56断开，车辆以较大的驱动力克服整车车辆阻力。当车速增加到一定值，控制一挡制动器53断开，二挡离合器56接合，两挡变速机构5切换到2挡，此时两挡变速机构5的二挡速比为1，两挡变速机构5第二内齿圈54的速度等于由第二太阳轮51输入的速度。

同时，第一电机3启动并通过第一行星机构2带动发动机1启动，耦合离合器4接合，进入发动机1驱动模式。此时驱动输出速比使发动机1的驱动力尚有盈余，剩余的能量驱动第二电机7发电，发动机1维持高效运转。当车速进一步升高，车辆阻力和发动机1的动力相对平衡，发动机1维持高效运转，第二电机7空转。当车辆进一步加速，发动机1动力不足，第二电机7启动助力，共同驱动车辆加速并维持高速行驶。

在发动机1和第二电机7共同驱动下，第二电机7与第一电机3保持同速，于是发动机1和第二电机7的转速比等于发动机1和第一电机3的转速比，即发动机1低转速、第二电机7高转速。无论发动机1驱动第二电机7发电还是第二电机7助力时，发动机1、第一电机3和第二电机7可以同时处于高效率区间。

在车辆需要制动时，在满足制动安全的前提下，将第一电机3和第二电机7分别单独或者全部切换为发电机模式，为整车提供制动扭矩，同时将车辆动能转化为电能储存至电池，避免能源浪费。

作为本发明的另一种实施例，本实施例提供一种汽车，该汽车包括上述实施例的混合动力驱动总成。该汽车通过设置上述的混合动力驱动总成，能够实现在各种运行状态下都能获得最佳动力，降低了对驱动电机功率及扭矩的需求，同时使发动机具有更好的经济性，汽车有更多机会工作在高效区，提高汽车的整体工作性能。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。