一种汽车混合动力传动装置及汽车的制作方法

1.本实用新型涉及汽车混合动力传动的技术领域，特别涉及一种汽车混合动力传动装置及汽车。


背景技术：

2.如图1及图2所示，目前应用于汽车的ps型(power split,功率分流) 混合动力，其原理是将发动机1和两个电机(第一电机2以及第二电机3)通过一个行星轮系(以下称为pcu 4模块)的三个运动构件连接在一起。其原理特点是：
①
发动机1和第一电机2的动力通过pcu 4的行星排耦合后输出驱动整车，同时发动机1的转速与整车车速解耦，通过适当的控制策略，在不同的车速工况下，都可以实现发动机1在高效区运行，以提升整车经济性的目的。
②
第二电机3是以定速比的机械连接方式与发动机的动力并联，实现电驱动或电制动。
3.现有技术还提供了一种前面结构的升级版本，如图3所示，其特点是在第二电机3的定速比连接方式基础上，第二电机3的动力输入增加了一级行星减速器7，做到在第二电机3功率不变的情况下，提升电机工作转速，降低电机的最大扭矩，从而电机的体积重量也会下降，达到提升第二电机3的功率密度，降低其重量和成本的目的。
4.但是，随着应用该构型的车型总重量增大，对动力性的需求也会增大，上述的两款动力传动都会带来一些问题：
5.①
更大质量的电机高速化困难，主要体现在大轴承的极限转速限制和动平衡难度增大；
6.②
对于升级版本而言，电机高速化后，整车的nhv(噪声、振动与声振粗糙度的性能)性能下降，降低了整车的舒适性。并且，由于行星减速机构在全工况下都参与工作，寿命可靠性低。


技术实现要素：

7.为此，需要提供一种汽车混合动力传动装置及汽车，用以解决现有第二电机的高速化问题，从而避免了电机动平衡难度大和轴承转速限制的技术问题。
8.为实现上述目的，发明人提供了一种汽车混合动力传动装置，包括发动机、第一电机、第二电机、pcu以及变速器；
9.所述发动机与所述第一电机通过pcu与所述变速器连接，所述变速器与动力输出轴连接；
10.所述变速器还与所述第二电机连接，所述变速器用于调整所述第二电机的速度。
11.作为本实用新型的一种优选结构，所述变速器包括变速器行星架、变速器齿圈、变速器太阳轮、两个以上的变速器行星轮以及变速机构；
12.所述变速器行星架为变速器的动力输出件，所述变速器行星架与动力输出轴连接；
13.两个以上所述变速器行星轮相互固联，且可旋转的设置于所述变速器行星架上；
14.所述变速器太阳轮与两个以上所述变速器行星轮传动连接，所述两个所述变速器行星轮还与所述变速器齿圈啮合；
15.所述变速机构包括两个以上挡位以及变速执行机构，所述变速执行机构用于切换所述挡位。
16.作为本实用新型的一种优选结构，所述汽车混合动力传动装置还包括壳体，所述变速机构包括第一挡、第二挡以及第三挡；
17.所述变速执行机构切换成第一挡时，所述变速器齿圈与所述壳体锁定，所述变速器为减速挡；
18.所述变速执行机构切换成第三挡时，所述变速器的行星轮系锁定，所述第二电机将输入动力直接输出给所述动力输出轴；
19.所述变速执行机构切换成第二挡时，第二挡为所述变速器的空挡，方便所述变速执行机构在第一挡与第三挡之间来回切换。
20.作为本实用新型的一种优选结构，所述变速器设置有四个模式，包括第一模式、第二模式、第三模式以及第四模式。
21.作为本实用新型的一种优选结构，所述变速器为第一模式时，所述变速执行机构切换成第一挡，第一电机的转速nm1＝-k1*n；
22.其中，k1为pcu齿圈与pcu太阳轮的齿数比，n为所述动力输出轴的转速。
23.作为本实用新型的一种优选结构，所述变速器为第二模式时，启动所述发动机，所述第一电机的转速nm1＝(k1+1)*n1-k1*n；
24.其中，k1为pcu齿圈与pcu太阳轮的齿数比，n为所述动力输出轴的转速，n1为所述发动机的转速。
25.作为本实用新型的一种优选结构，所述变速器为第三模式时，启动所述发动机，所述第一电机发电，第一电机的扭矩tm1＝-te/(k1+1)；
26.其中，te为所述发动机的扭矩，k1为pcu齿圈与pcu太阳轮的齿数比。
27.作为本实用新型的一种优选结构，所述变速器为第四模式时，所述变速执行机构通过切换第二挡实现切换第一挡或者第三挡；
28.所述变速执行机构通过切换第二挡实现切换第三挡时，第二电机的转速 nm2＝n
±△
；
29.所述变速执行机构通过切换第二挡实现切换第一挡时，第二电机的转速 nm2＝n/(k2+1)
±△
；
30.其中，n为所述动力输出轴的转速，k2为所述变速器齿圈与所述变速器太阳轮的齿数比，
△
为允许第二电机转速的偏差量。
31.区别于现有技术，上述技术方案设置了变速器，变速器与第二电机连接，变速器还与动力输出轴连接，将第二电机的速度调整后输出。通过变速器调速解决了第二电机的高速化问题，从而避免了电机动平衡难度大和轴承转速限制的问题。同时也降低了动力总成的nvh对整车舒适性的影响。另外，变速器还会提高第二电机运行工况的综合效率，同时降低相比行星减速机构的工作转速和工作载荷，可提高第二电机的使用寿命。
32.为实现上述目的，发明人还提供了一种汽车，包括发明人上述任意一项所述的汽车混合动力传动装置。
33.区别于现有技术，上述技术方案设置了变速器，变速器与第二电机连接，变速器还与动力输出轴连接，将第二电机的速度调整后输出。通过变速器调速解决了第二电机的高速化问题，从而避免了电机动平衡难度大和轴承转速限制的问题。同时也降低了动力总成的nvh对整车舒适性的影响。另外，变速器还会提高第二电机运行工况的综合效率，同时降低相比行星减速机构的工作转速和工作载荷，可提高第二电机的使用寿命。
附图说明
34.图1为背景技术所述汽车混合动力传动装置的结构示意图；
35.图2为图1的拓扑连接原理图；
36.图3为背景技术所述汽车混合动力传动装置的另一结构示意图；
37.图4为具体实施方式所述汽车混合动力传动装置的结构示意图；
38.图5为图4的拓扑连接原理图；
39.图6为具体实施方式所述汽车混合动力传动装置的另一结构示意图；
40.图7为具体实施方式所述变速机构的结构示意图。
41.附图标记说明：
42.1、发动机；
43.2、第一电机；
44.3、第二电机；
45.4、pcu；
46.41、pcu太阳轮；
47.42、pcu齿圈；
48.43、pcu行星架；
49.44、pcu行星轮；
50.5、变速器；
51.51、变速器行星架；
52.52、变速器齿圈；
53.53、变速器太阳轮；
54.54、变速器行星轮；
55.55、变速机构；
56.551、变速执行机构；
57.552、第一挡；
58.553、第二挡；
59.554、第三挡；
60.6、壳体；
61.7、行星减速器。
具体实施方式
62.为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。
63.在本技术的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”、仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；除非另有规定或说明，术语“多个”是指两个或两个以上；术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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。
64.本说明书的描述中，需要理解的是，本技术实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本技术实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。
65.如图4及图5所示，本实施例还涉及一种汽车混合动力传动装置，包括发动机1、第一电机2、第二电机3、pcu 4以及变速器5。发动机1与第一电机2通过pcu 4与变速器5连接，变速器5与动力输出轴连接。变速器5还与第二电机3连接，变速器5用于调整第二电机3的速度。
66.结合图6，pcu 4包括pcu行星架43、pcu行星轮44、pcu太阳轮41以及pcu齿圈42。pcu齿圈42内设置有pcu行星轮44、pcu太阳轮41以及pcu 行星架43。pcu行星架43上设置有两个以上的pcu行星轮44，每个pcu行星轮44通过转轴设置在pcu行星架43上。pcu行星轮44带有外齿，pcu太阳轮41也带有外齿，pcu齿圈42带有内齿。pcu行星轮44分别与pcu太阳轮 41以及pcu齿圈42啮合。
67.发动机1与pcu行星架43连接，第一电机2与pcu太阳轮41连接，pcu 齿圈42与变速器5连接，变速器5作为动力传输机构与动力传输轴连接。另外，第二电机3设置在pcu以及变速器5之间，第二电机3还与变速器5连接，变速器5对第二电机3的速度调整后输出。通过变速器5调速解决了第二电机3的高速化问题，从而避免了电机动平衡难度大和轴承转速限制的问题。同时也降低了动力总成的nvh对整车舒适性的影响。另外，变速器5还会提高第二电机3运行工况的综合效率，同时降低相比行星减速机构的工作转速和工作载荷，可提高第二电机3的使用寿命。
68.根据本技术的一些实施例，可选地，变速器5可以是行星齿轮变速器外，还可以是定轴齿轮变速传动，或者现有技术中的其他变速器5。作为一种优选实施例，如图6及图7所示，变速器5包括变速器行星架51、变速器齿圈52、变速器太阳轮53、两个以上的变速器行星轮54以及变速机构55。变速器行星架51为变速器的动力输出件，变速器行星架51与动力输出轴连接。两个以上变速器行星轮54相互固联，且可旋转的设置于变速器行星架51上。变速器太阳轮53与两个以上变速器行星轮54传动连接，两个变速器行星轮54 还与变速器齿圈52啮合。变速机构55包括两个以上挡位以及变速执行机构 551，变速执行机构551用于切换挡位。
69.变速器5包括变速器行星架51、变速器行星轮54、变速器太阳轮53、变速器齿圈52以及变速机构55。变速器齿圈52内设置有变速器行星轮54、变速器太阳轮53以及变速器行星架51。变速器行星架51上设置有两个以上的变速器行星轮54，每个变速器行星轮54通过转轴设置在变速器行星架51上。变速器行星轮54带有外齿，变速器太阳轮53也带有外齿，变
速器齿圈52带有内齿。变速器行星轮54分别与变速器太阳轮53以及变速器齿圈52啮合。 pcu齿圈42与变速器行星架51连接，将pcu输出给动力输出轴。第二电机3 与变速器太阳轮53相连，变速器5设计了一套变速机构55，变速机构55至少设置两个挡位进行切换。作为一优选实施例，变速机构包括三个挡位，由变速执行机构551进行挡位的切换。通过挡位的切换，从而调整第二电机3 输出的速度。
70.根据本技术的一些实施例，可选地，如图7所示，汽车混合动力传动装置还包括壳体6，所述变速机构包括第一挡552、第二挡553以及第三挡554。变速执行机构551切换成第一挡552时，变速器齿圈52与壳体6锁定，变速器5为减速挡。变速执行机构551切换成第三挡554时，变速器5的行星轮系锁定，第二电机3将输入动力直接输出给动力输出轴。变速执行机构551 切换成第二挡553时，第二挡553位为变速器5的空挡，方便变速执行机构551在第一挡552与第三挡554之间来回切换。
71.当变速执行构件在第一挡552时，即将变速器齿圈52与壳体6锁定，变速器5形成一个减速挡，第二电机3动力由变速器太阳轮53以减速增扭的模式输出到动力输出轴；当变速执行构件在第三挡554时，整个变速器5的行星轮系锁定为1:1的直接挡，即整个变速器5作为一个转轴，第二电机3的动力将直接输出到动力输出轴。当变速执行构件在第二挡553时，此挡为变速器5的空挡，是直接挡和减速挡的过渡挡位，在挡位切换过程，方便第二电机3可以进行调速。
72.根据本技术的一些实施例，可选地，变速器5设置有四个模式，包括第一模式、第二模式、第三模式以及第四模式。
73.其中，k1为pcu齿圈42与pcu太阳轮41的齿数比，即z1和z2分别为 pcu太阳轮41和pcu齿圈42的齿数，k1＝z2/z1。
74.k2为变速器齿圈52与变速器太阳轮53的齿数比，即z3和z4分别为变速器太阳轮53和变速器齿圈52的齿数，k2＝z4/z3。
75.n为动力输出轴的转速，n1为发动机1的转速。
76.te为发动机1的扭矩。
77.△
为允许第二电机3转速的偏差量。
78.根据本技术的一些实施例，可选地，变速器5为第一模式时，变速执行机构551切换成第一挡552，第一电机2的转速nm1＝-k1*n。
79.变速器5的第一模式为纯电动起步。此时发动机1熄火，变速器5的变速机构55在第一挡552上。第二电机3响应司机油门，在扭矩模式下动力输出，此时第二电机3的动力经过变速器5的减速增扭驱动整车起步和加速。为了不使发动机1跟转，第一电机2的转速nm1＝-k1*n。
80.根据本技术的一些实施例，可选地，变速器5为第二模式时，启动发动机1，第一电机2的转速nm1＝(k1+1)*n1-k1*n。
81.变速器5的第二模式为发动机1启动。当纯电驱动整车的车速到达某一设定阈值，需要启动发动机1到怠速以上的某一具体转速n1时，第一电机2 的转速nm1＝(k1+1)*n1-k1*n。
82.根据本技术的一些实施例，可选地，变速器5为第三模式时，启动发动机1，第一电机2发电，第一电机2的扭矩tm1＝-te/(k1+1)。
83.变速器5的第三模式为混动模式驱动整车。当发动机1启动后，需要由发动机1来驱动整车，那么发动机1就根据司机的油门开度来发出动力。此时第一电机2应处于发电状态，且第一电机2的扭矩tm1＝-te/(k1+1)。根据实际策略要求，第二电机3可以随时参与辅助驱动或电制动。
84.根据本技术的一些实施例，可选地，变速器5为第四模式时，变速执行机构551通过切换第二挡553实现切换第一挡552或者第三挡554。变速执行机构551通过切换第二挡553实现切换第一挡552时，第二电机3的转速nm2＝n
ꢀ±△
。变速执行机构551通过切换第二挡553实现切换第三挡554时，第二电机3的转速nm2＝n/(k2+1)
±△
。
85.变速器5的第四模式为变速器的换挡过程。变速器5的变速时机可以根据需要来设计定，而不受发动机1是否启动或熄火而影响。当车速或其他触发条件满足一定阈值时，可以将变速器5由低速挡挂到高速挡位：此时，第二电机3撤扭，变速机构55在第二挡553，第二电机3根据法兰转速调定到目标转速nm2＝n
±△
，即可将变速器5设定在第三挡554，如此就完成了高速挡位的切换。
86.也可以将变速器5由高速挡位挂到低速挡位：此时，第二电机3撤扭，变速机构55在第二挡553，第二电机3根据法兰转速调定到目标转速 nm2＝n/(k2+1)
±△
，即可将变速器5设定在第一挡552，如此就完成了低速挡位的切换。
87.若此过程还处于混动阶段，变速器5的换挡并不会导致整车动力丢失。
88.本实施例还涉及一种汽车，包括的汽车混合动力传动装置。优选的，汽车为新能源汽车。在汽车的车架上设置汽车混合动力传动装置，混合动力包括发动机1的动力以及第一电机2、第二电机3的动力。混合动力的好处在于：发动机1与第一电机2的动力通过pcu 4的行星排耦合后输出驱动整车，同时发动机1的转速与整车车速解耦，通过适当的控制策略，在不同的车速工况下，都可以实现发动机1在高效区运行，以提升整车经济性的目的。另外，第二电机3在变速器的作用下使第二电机3高速化，辅助提供动力，适用不同结构的车型。
89.上述技术方案设置了变速器5，变速器5与第二电机3连接，变速器5还与动力输出轴连接，将第二电机3的速度调整后输出。通过变速器5调速解决了第二电机3的高速化问题，从而避免了电机动平衡难度大和轴承转速限制的问题。同时也降低了动力总成的nvh对整车舒适性的影响。另外，变速器5还会提高第二电机3运行工况的综合效率，同时降低相比行星减速机构的工作转速和工作载荷，可提高第二电机3的使用寿命。
90.需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本实用新型的专利保护范围。因此，基于本实用新型的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本实用新型专利的保护范围之内。