一种车辆混合动力传动系统的制作方法

本实用新型涉及汽车新能源技术领域,特别涉及一种车辆混合动力传动系统。

背景技术：

近年来，由于二氧化碳等温室气体排放增加导致的全球气候变暖、冰川融化、海平面上升等环境问题，已经引起了全球范围的警觉。再加上我国的石油储量少，原油高度依赖进口的客观因素，降低车辆汽柴油消耗率已经逐步引起国家重视。目前在车用动力电池、燃料电池受关键技术制约，充电设施不普及，电动汽车短时间内难以全面推广的大环境下，混合动力汽车因其成熟的技术而成为目前较为适合的发展路线。

目前，市场上的混合动力汽车的动力传动装置大都是通过发动机或电动机动力输出后，经过传动元件、调速装置、差速器等与车轮相连，如申请公布号为cn107825954a所述的一种双行星排双电机同轴混合动力转动装置，其利用发动机与电动机输出的动力，带动双行星排运转，并最终从输出轴端输出，输出轴仅设置有一个，输出轴还需经过差速器才能连接到两个车轮上，造成混合动力汽车的整体零件多且复杂，从而成本也相应加大。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种车辆混合动力传动系统，在实现车辆差速行驶的同时，使得系统整体更为轻量化、经济效益更高。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：一种车辆混合动力传动系统，其主体设置有输入构件，所述输入构件设置有行星齿轮组和车轮，所述车轮设置有两个，所述行星齿轮组设置有两组，所述两组行星齿轮组分别连接于两个车轮上。

通过采用上述技术方案，将两个车轮分别连接于两组行星齿轮组上，使得此混合动力传动系统具有两个输出轴，可实现对两个车轮的单独驱动，无需再接差速器即可实现两个车轮的差速行驶过程，因此，所需零部件相对减少，其生产成本得以降低。

优选的，所述行星齿轮组与车轮之间设置有第一传动构件。

通过采用上述技术方案，第一传动构件实现行星齿轮组与车轮之间的连接。

优选的，所述行星齿轮组包括太阳轮、行星轮和环形齿圈，所述行星轮配合设置于环形齿圈的内圈，所述太阳轮与行星轮啮合，所述行星轮的一侧连接有行星架，所述行星轮转动连接于行星架。

通过采用上述技术方案，行星齿轮组中的太阳轮与行星轮啮合，行星轮与环形齿圈啮合，行星架与行星轮转动连接，从而实现力与速度的传递。

优选的，所述车辆混合动力传动系统设置有输出构件，所述输出构件设置有电动发电机组，所述电动发电机组设置有两组，所述两组电动发电机组分别与两组行星齿轮组连接。

通过采用上述技术方案，利用输出构件中的电动发电机组实现对行星齿轮组的电驱动，且利用行星齿轮组的运动还可实现电动发电机的发电过程。

优选的，所述电动发电机组与环形齿圈配合连接。

通过采用上述技术方案，将电动发电机组与环形齿圈配合，使得电动发电机组输出的作用力与速度，经过环形齿圈与行星轮、行星架后传递到车轮，实现变速功能。

优选的，所述输出构件包括发动机，所述发动机与行星齿轮组之间设置有第二传动构件。

通过采用上述技术方案，发动机输出的转速通过第二传动构件传递到行星齿轮组上，实现对行星齿轮组的发动机驱动过程。

优选的，所述第二传动构件连接并作用于两组行星齿轮组中的太阳轮。

通过采用上述技术方案，第二传动构件的设置，使得两组行星齿轮组中的太阳轮可保持同步运动，并且此连接方式，使得系统整体结构更为紧凑。

优选的，所述电动发电机组设置有电源模块，所述电源模块通过连接电路连接于电动发电机组。

通过采用上述技术方案，电源模块的设置，可实现电动发电机组的充放电。

优选的，其主体还设置有静止构件，所述静止构件与输入构件、输出构件连接。

通过采用上述技术方案，与输入构件、输出构件连接的静止构件，可实现对输入构件、输出构件的支撑与限位作用。

优选的，所述车辆混合动力传动系统还设置有控制器，所述控制器通过连接电路连接于输出构件。

通过采用上述技术方案，控制器对输出构件的工作状态进行监测，并实现对电动发电机组的发电与电动输出状态的转换控制。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：(1)通过将两组行星齿轮组分别与两个车轮连接，使得两组行星齿轮组对两个车轮的分别驱动，无需差速器即可实现两个车轮的差速功能，相对减小了系统整体的零部件；(2)利用发动机与行星齿轮组之间的第二传动构件，且第二传动构件连接并作用于两组行星齿轮组中的太阳轮，使得发动机可对行星齿轮组中的太阳轮实现同步驱动；(3)通过将电动发电机组连接到行星齿轮组中的环形齿圈上，实现对行星齿轮组及车轮的调速，且结构紧凑。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图；

图2为实施例1中行星齿轮组的结构简图。

图中：1-行星齿轮组；110-太阳轮；120-行星轮；130-环形齿圈；140-行星架；2-车轮；3-第一传动构件；4-电动发电机组；5-发动机；6-第二传动构件；7-电源模块。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

实施例1

如图1所示的一种车辆混合动力传动系统，其主体设置输入构件和输出构件，其中，输出构件为整个传动系统提供作用力，输入构件与输出构件相连，利用输出构件的输出作用力带动输入构件运动。

此车辆混合动力传动系统还设置有静止构件，静止构件与输入构件、输出构件相连，对输入构件与输出构件实现支撑或限位作用。

在本实施例中，所述输出构件设置有发动机5，发动机5与输入构件相连，以实现发动机5驱动过程。

所述输出构件设置有电动发电机组4，电动发电机组4与输入构件相连，以实现电驱动过程。此处的电动发电机组4为现有市场上较为常见的集电动机与发电机于一体的设备。

所述输入构件包括行星齿轮组1和车轮2，其中，行星齿轮组1和车轮2均设置有两组，两组行星齿轮组1左右对称设置，如图1所示，两个车轮2对称安装于两组行星齿轮组1外侧，两个车轮2分别通过两组行星齿轮组1实现单独控制驱动，此种连接方式，无需再连接差速器即可实现两个车轮2的差速行驶过程，相对减小了整个系统的零部件，使得整个系统结构更加简单，因此其所需成本也相应降低。

所述行星齿轮组1设置有太阳轮110、行星轮120和环形齿圈130。太阳轮110与行星轮120啮合，行星轮120配合设置于环形齿圈130的内圈，太阳轮110、行星轮120和环形齿圈130三者的位置关系如图1和图2所示，行星轮120的外侧设置有行星架140，行星轮120通过轴承转动连接于行星架140上。当太阳轮110转动时，行星轮120会发生绕太阳轮110的公转与自身的自转，带动与其连接的行星架140绕太阳轮110转动；另外，当环形齿圈130转动时，同样会带动行星轮120自转与公转，从而实现行星架140的转动，由此可实现太阳轮110、行星架140和环形齿圈130之间的转矩传动过程。

所述行星齿轮组1与车轮2之间设置有第一传动构件3，第一传动构件3将行星齿轮组1与车轮2连接。具体的，第一传动构件3的两端分别与行星架140、车轮2连接，第一传动构件3实现行星架140与车轮2的同步运转，即车轮2的转速(最终输出转速)与行星架140转速相同。

在本实施例中，所述发动机5与行星齿轮组1之间设置有第二传动构件6，第二传动构件6实现发动机5与行星齿轮组1之间的连接。

进一步的，第二传动构件6连接并作用于两组行星齿轮组1中的太阳轮110，如图1所示，发动机5输出的作用力，经过第二传动构件6，传递给两个太阳轮110，保证两个太阳轮110的同步运转。此种布置方式，使得整个传动系统结构更为紧凑。

所述电动发电机组4设置有两组，如图1所示，两组电动发电机组4对称设置，且分别与两组行星齿轮组1连接，用于实现对行星齿轮组1和车轮2的电驱动。

具体的，电动发电机4组配合连接于行星齿轮组1中的环形齿圈130，利用电动发电机组4带动环形齿圈130运转，其中，电动发电机组4与环形齿圈130的连接方式优选但不局限于齿轮啮合。

所述电动发电机组4通过连接电路连接有电源模块7，电源模块7可实现电动发电机组4的充放电过程。此处的电源模块7优选但不局限于电池。

所述静止构件为输入构件及输出构件提供支撑与限位作用，来确保运动方向的准确性，此处的静止构件包括在实际生产中用于支撑和固定行星架140、环形齿圈130和电动发电机组4的限位件或支撑件。

在本实施例中，所述车辆混合动力传动系统还设置有控制器，控制器通过连接电路连接于输出构件，具体的连接于输出构件中的电动发电机组4，以此实现单独对任一电动发电机组4的发电状态和电动输出状态的转换控制、运转速度、运转方向及制动控制。此处控制器与电动发电机组4的控制连接属于现有技术，此处不再赘述。

在本实施例中，第一传动构件3、第二传动构件6处均设置有制动器，通过控制制动器可以产生一定的制动阻力，电动发电机组4通过电机制动产生制动力，用于实现行星齿轮组1的太阳轮110、行星架140和环形齿圈130其任意一个部件的静止状态。此处的制动器属于本领域常见设备，在此不做详述。

本实施例的车辆混合动力传动系统，其具体的传动方式包括纯电动形式模式、纯发动机形式模式、发动机和电动发电机组合并动力输出模式、行驶发电模式、纯发电模式和倒车模式。

其中，纯电行驶模式，即为电动发电机组4带动车轮2转动，此时发动机5无输出，两组行星齿轮组1中的太阳轮110保持不动，由两组电动发电机组4带动两个环形齿圈130运转，再由环形齿圈130分别带动行星轮120与行星架140运动，从而驱动车轮2前进。将此处的环形齿圈130转动方向设定为正向转动。

当行驶速度超过一定值后，两组行星齿轮组1的行星架140正在运动且保持运动惯量，此时，发动机5启动，两组电动发电机组4因电机制动停止动力输出，使得环形齿圈130静止，此时为纯发动机行驶模式。由发动机5带动第二传动构件6驱动两组行星齿轮组1中的太阳轮110进行运动，太阳轮110通过行星轮120驱动行星架140运动，从而驱动车轮2前进。需要注意的是，纯电行驶模式与纯发动机行驶模式之间的转变行驶速度参考值为30-50km/h。发动机5在车辆速度达到此参考值才介入工作的目的在于，可确保此传动系统对车辆的传动输出能提供合理的转矩，并且防止发动机5运转较慢造成熄火。

当行星架140转动速度低于发动机5的启动速度时，车辆行驶速度也会降低，不满足纯发动机5行驶模式的设定。则会关闭发动机5，改用纯电动模式行驶。

当行驶速度超过一定值后，发动机5启动进入到纯发动机行驶模式。此时如果需要更强的动力输出，电动发电机组4则会启动电动机驱动两组行星齿轮组1中的环形齿圈130进行正向转动。通过发动机5驱动太阳轮110，电动发电机组4驱动环形齿圈130，为行星架140提供更多的转矩，此时为发动机5和电动发电机组4合并动力输出模式。

当车辆电池组内的电池容量较低，导致无法进行纯电行驶时，发动机5的输出动力提高，两组电动发电机组4处于发电模式。两组行星齿轮组1在太阳轮110驱动行星架140运动的同时，带动环形齿圈130正向转动，实现边行驶边发电，此时为行驶发电模式。这种模式需要车辆运行在发动机5启动速度以上时实现。

当车辆静止时，如果车辆电池组内电池容量过低，导致无法进行纯电行驶时，发动机5会启动，驱动两套行星齿轮组1的太阳轮110运动。而此时两侧行星架140连接的车轮2处于刹车状态，形成很高的转动阻力。继而太阳轮110会通过行星轮120驱动环形齿圈130反向运动，从而实现纯发电模式。

当车辆需要进行倒车时，发动机5停止工作。由两组电动发电机组4驱动两套行星齿轮组1的环形齿圈130反向运动，从而驱动两侧行星架140的反向运动。从而实现倒车模式。

上述车辆混合动力传动系统的在各传动方式下的车辆及零部件状态如下表所示：

本实施例实现上述传动方式是通过改变行星齿轮组1内的作用力矩实现的。具体如图2所示，行星齿轮组的理论转矩存在如下关：

其中，ms为行星轮对太阳轮理论作用力矩；

mr为行星轮对环形齿圈理论作用力矩；

mc为行星轮对行星架理论作用力矩；

k为环形齿圈齿数与太阳轮齿数之比，称为行星排特性参数。

当实现纯电驱动时，电动发电机组4通过环形齿圈130施加转矩给行星轮120，形成对行星架140的转矩。这时候只要第二传动构件6处的制动器施加制动力矩大于等于作用于行星轮120对太阳轮110作用的转矩ms即可保持太阳轮110静止。

当实现纯发动机5驱动时，发动机5通过太阳轮110施加转矩给行星轮120，形成对行星架140的转矩。这时候只要电动发电机组4施加的制动力矩大于等于行星轮120对环形齿圈130的转矩mr即可保持环形齿圈130静止。

当电动发电机组4制动力矩/负载力矩小于行星轮120对环形齿圈130的作用转矩mr，即可实现太阳轮110驱动行星架140运动同时，带动环形齿圈130运动。即发动机5可以驱动车辆行驶同时实现发电。

如果第一传动构件处3的制动器对行星架140的制动力矩大于等于mc，则可以实现太阳轮110直接通过行星轮120带动环形齿圈130运动，即实现车辆静止时发电。

在纯电行驶模式或发动机5与电动发电机组4合并动力输出行驶模式下，当两个车轮2的行驶阻力不同时，会造成两个行星架140的转矩差异，从而使得两个环形齿圈130形成不同的转矩。而环形齿圈130的转矩差异会造成电动发电机组4输出动力时不同的转动阻力，形成运动差异。利用环形齿圈130的运动差异来实现两个行星架140的不同运行速度，从而实现差速功能。

具体的，根据行星齿轮组1力矩平衡原理可知，太阳轮110、行星架140和环形齿圈130之间，任意一个构件的输入功率，都会分流到另外两个构件，即ps+pr+ph＝0。其中，ps代表太阳轮110上的作用功率，pr代表环形齿圈130上的作用功率，ph代表行星架140上的作用功率。注：当发动机5输出时，ps对应输入功率，pr和ph对应输出功率，互为负值。行星齿轮组的传动力矩分配公式为：

fs*ns+fr*nr+fh*nh＝0

其中fs代表太阳轮上的作用力；

fr代表环形齿圈上的作用力；

fh代表行星架上的作用力；

ns代表太阳轮转速；

nr代表环形齿圈转速；

nh代表行星架转速。

当一侧车轮2行驶阻力变化，车轮2(行星架140)的运行速度将发生变化，原有太阳轮110或环形齿圈130对行星轮120作用力矩平衡被打破。

此行星齿轮组1还具有如下的传动比计算公式：

ns+k*nr-(1+k)*nh＝0

其中k代表环形齿圈与太阳轮的齿比，即行星排特征参数。

当纯发动机5行驶时，太阳轮110在两组行星齿轮组1的输出是同步的，转矩相同。则行星架140运转阻力增大时，会增加行星轮120对环形齿圈130的转矩。通过传动比计算公式可以得出，原环形齿圈130的转速为0，则ns＝(1+k)*nh；当行星轮120对环形齿圈130转矩大于环形齿圈130阻力时，驱动环形齿圈130反向运动，nr不等于0。则根据公式可以计算出行星架140转速小于nr＝0时的速度。

当纯电驱动或合并动力输出驱动时，一侧车轮2增大的阻力会增加该行星轮120对环形齿圈130的转矩。由于电动发电机组4驱动的环形齿圈130运转阻力增大，会破坏电动发电机组4的输出平衡，导致输出速度降低。从而实现环形齿圈130降低运行速度，继而降低该侧行星架140运行速度，形成差速结果。因此，当两侧车轮2处在不同运动阻力时，会通过环形齿圈130的不同运动速度实现差速功能。

另外，当发动机5输出作用力时，利用上述行星齿轮组1的传动比公式可知，当太阳轮110转速(发动机5转速)一定时，可通过环形齿圈130转速与行星架140转速的定比调节，来实现动力输出与行驶阻力的匹配，因此，本实施例无需使用离合器来平衡发动机5的输出动力与行驶阻力。

本实施例的车辆混合动力系统在保证内部结构简单的同时，还可保证燃料使用的经济性。通过对燃料发动机车型的运行分析，一般车辆在变速箱处于高速巡航档位较低转速时，相对更能提高效率并节省燃油。而传统燃料发动机车辆的发动机常见的终传比(发动机5转速与车轮2转速的反比)大约为1:3～4之间，其中包括了变速箱的传动比和差速器的传动比两套传动系统的综合作用结果。

由上述行星齿轮组1的传动比理论计算公式ns+k*nr-(1+k)*nh＝0可知，当纯发动机5驱动时，环形齿圈130静止，其nr＝0；可以得出发动机5转速(太阳轮110转速ns)与车轮2转速(行星架140转速nh)之间的关系为ns＝(1+k)*nh。即传动比为i＝nh/ns＝1:(1+k)。

将发动机5经第二传动构件6与太阳轮110结合，驱动行星架140运行，并以行星架140作为驱动车轮2运行的直接动力输出构件。由于太阳轮110和行星架140之间的传动比小于1:2(由于k>1)，正好可以设计实现与传统燃料发动机相同的终传比，而无需增加其他变速装置。从而使发动机5工作在高效且省油区间，从而实现与传统燃料发动机车辆一样的高效率低油耗特征。

本实施例所涉及的车辆混合动力输出传动装置，是一套简单小型化的装置，可以满足于不同车辆驱动结构的设计使用。可以实现车辆前纵置发动机5布局的前驱驱动形式，也可以实现前横置发动机5的前驱驱动形式，也可实现后纵置发动机5的后驱驱动形式，以及前纵置发动机5的后驱驱动形式等对于车辆设计人员可以根据该传动原理设计适合车型的驱动结构。需要说明的是，如果实现前纵置发动机5的后驱驱动形式，则需要考虑电动发电机组4的小型化，以及会更多侵占后轴上部空间，对车辆乘坐空间布局形成一定影响。

尽管以上详细地描述了本实用新型的优选实施例，但是应该清楚地理解，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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。