一种单行星排传动组件及混合动力系统和车辆的制作方法

本发明涉及一种车辆动力系统，具体涉及一种单行星排传动组件及混合动力系统和车辆。

背景技术：

混联式混合动力系统相对于串联式混合动力系统和并联式混合动力系统来讲，具有巨大的性能优势。目前，混联式混合动力系统主要采用行星排作为功率分流装置，行星排功率分流装置主要有两种形式，一种是单行星排结构，属于单模功率分流装置，只能实现输入式功率分流一种模式，在高速区传动效率低，还有一种采用双排或三排行星排来实现功率分流，可实现输入式功率分流和复合式功率分流，这两种模式相互弥补，使得分流装置的传动效率在整个车速区域内都能维持在较高的水平。

在授权公告号为cn204659438u的中国实用新型专利中公开了一种混合动力系统，包括发动机、两电机、前行星排，后行星排和系统输出轴，前行星排的太阳轮与第一电机的转轴传动连接，前行星排的行星架与发动机传动连接，前行星排的齿圈与第二电机的转轴、后行星排的太阳轮传动连接，后行星排的行星架与系统输出轴传动连接，对应后行星排的齿圈设置有后锁止离合器，对应前行星排的太阳轮设置有前锁止离合器，在第一电机的转轴与发动机转轴之间设有前模式离合器，在第二电机的转轴与行星架之间则设有后模式离合器，通过前、后模式离合器及前、后锁止离合器的不同工作状态，实现整个混合动力系统的纯电动、混合驱动等模式的切换。但是，这种类型的混合动力系统中，后行星排只有太阳轮作为输入件直接与第二电机的转轴、前行星排的齿圈传动连接，导致混合动力系统无法实现在第二电机驱动的纯电动模式下前后行星排完全脱开的问题，第二电机输出动力时会受到前行星排的影响，而且，由于后行星排变速调整性能较差，导致与后行星排对应的第二电机的工作点调节效率相对较差的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种结构简单、方便实现混合动力系统中前、后行星排脱开的单行星排传动组件；同时，本发明还提供一种使用上述单行星排传动组件的混合动力系统和车辆。

为实现上述目的，本发明所提供的单行星排传动组件的技术方案是：单行星排传动组件，包括具有太阳轮、齿圈及行星架的单行星排结构，太阳轮、齿圈及行星架中的其中一个为传动组件的第一输入件、一个为传动组件的输出件、传动组件还包括第二输入件，第二输入件通过第一离合器与第一输入件传动连接、通过第二离合器与所述输出件传动连接。

所述太阳轮、齿圈及行星架中除第一输入件、输出件之外的一个为可调整输出件输出性能的调整件，传动组件包括对应所述调整件设有的用于锁止、释放调整件的调整件锁止器，传动组件包括与第一输入件传动连接的输入部，输入部和第一输入件之间设有第三离合器。

所述太阳轮为所述第一输入件，齿圈为所述调整件、行星架为所述输出件，第二输入件为贯穿所述太阳轮的传动输入轴。

本发明所提供的使用上述单行星排传动组件的混合动力系统的技术方案是：混合动力系统，包括发动机、第一电机、第二电机、前行星排、后行星排及系统输出轴，前行星排的前太阳轮、前行星架及前齿圈形成两个输入件和一个输出件，前行星排的两输入件一一对应地与发动机、第一电机传动连接，后行星排的后太阳轮、后齿圈及后行星架中的其中一个为与第二电机传动连接的输入件、一个为与系统输出轴传动连接的输出件，前行星排的输出件通过第一离合器与所述后行星排的输入件传动连接、通过第二离合器与所述后行星排的输出件传动连接。

所述后行星排的后太阳轮、后齿圈及后行星架中除输入件、输出件之外的一个为可调整输出件输出性能的调整件，传动组件包括对应所述调整件设有的用于锁止、释放调整件的调整件锁止器。

所述后行星排的输入件通过第三离合器与所述第二电机传动连接。

所述前行星排的一个输入件与所述第一电机的转轴同步转动传动连接，对应第一电机的转轴设有用于锁止、释放电机转轴的输入件锁止器，根据发动机、第一电机、第二电机、输入件锁止器、调整件锁止器及三个离合器的不同工作状态，混合动力系统具有如下工作模式：

(1)纯电动工作模式，输入件锁止器处于释放状态或者锁止状态，调整件锁止器处于锁止状态，第三离合器处于锁止状态，第一离合器处于释放状态，第二离合器处于释放状态，发动机和第一电机不工作，第二电机工作；

(2)纯电动工作模式，输入件锁止器处于释放状态，调整件锁止器处于释放状态，第三离合器锁止状态，第一离合器处于锁止状态，第二离合器处于锁止状态，发动机不工作，第一电机处于空转状态，第二电机工作；

(3)混合动力模式，输入件锁止器处于释放状态，调整件锁止器处于锁止状态，第三离合器锁止状态，第一离合器处于锁止状态，第二离合器处于释放状态，发动机和第二电机输出驱动力，第一电机处于发电状态；

(4)混合动力模式，输入件锁止器处于释放状态，调整件锁止器处于释放状态，第三离合器锁止状态，第一离合器处于锁止状态，第二离合器处于锁止状态，并且，发动机和第二电机输出驱动力，第一电机处于发电状态；

(5)发动机直驱模式，输入件锁止器处于锁止状态，调整件锁止器处于释放状态，第三离合器释放状态，第一离合器处于释放状态，第二离合器处于锁止状态；

(6)制动能量回收模式，输入件锁止器处于释放状态或锁止状态，调整件锁止器处于锁止状态，第三离合器锁止状态，第一离合器处于释放状态，第二离合器处于释放状态，发动机和第一电机不工作，第二电机处于发电状态；

(7)制动能量回收模式，输入件锁止器处于释放状态，调整件锁止器处于释放状态，第三离合器锁止状态，第一离合器处于锁止状态，第二离合器处于锁止状态，发动机不工作，第一电机空转，第二电机处于发电状态。

所述后太阳轮为后行星排的输入件，后齿圈为后行星排的调整件，后行星架为后行星排的输出件。

所述第二电机位于前行星排和后行星排之间，第二电机的转轴为空心轴，空心轴中贯穿有中间传动轴，中间传动轴的一端与前行星排的输出件传动连接，另一端则通过第一离合器与后太阳轮传动连接、通过第二离合器与后行星架传动连接。

本发明所提供的使用上述混合动力系统的车辆的技术方案是：车辆，包括混合动力系统，混合动力系统包括发动机、第一电机、第二电机、前行星排、后行星排及系统输出轴，前行星排的前太阳轮、前行星架及前齿圈形成两个输入件和一个输出件，前行星排的两输入件一一对应地与发动机、第一电机传动连接，后行星排的后太阳轮、后齿圈及后行星架中的其中一个为与第二电机传动连接的输入件、一个为与系统输出轴传动连接的输出件，前行星排的输出件通过第一离合器与所述后行星排的输入件传动连接、通过第二离合器与所述后行星排的输出件传动连接。

所述后行星排的后太阳轮、后齿圈及后行星架中除输入件、输出件之外的一个为可调整输出件输出性能的调整件，传动组件包括对应所述调整件设有的用于锁止、释放调整件的调整件锁止器。

所述后行星排的输入件通过第三离合器与所述第二电机传动连接。

所述前行星排的一个输入件与所述第一电机的转轴同步转动传动连接，对应第一电机的转轴设有用于锁止、释放电机转轴的输入件锁止器。

本发明的有益效果是：本发明所提供的混合动力系统中，利用前行星排的输出件与后行星排的输入件之间的第一离合器，以及利用前行星排的输出件与后行星排的输出件之间的第二离合器，实现在纯电动模式下使前后行星排之间的断开，有效避免纯电动模式下前行星排对第二电机的影响。

进一步地，利用调整件锁止器及第三离合器、第一离合器、第二离合器的配合，实现在第二电机纯电动模式下对第二电机工作点的调节，有效提高纯电动模式下的效率。

附图说明

图1为本发明所提供的混合动力系统的一种实施例的结构示意图；

图2为图1所示混合动力系统处于纯电驱动模式1的示意图；

图3为图1所示混合动力系统处于纯电驱动模式2的示意图；

图4为图1所示混合动力系统处于混合动力模式1的示意图；

图5为图1所示混合动力系统处于混合动力模式2的示意图；

图6为图1所示混合动力系统处于发动机直驱模式的示意图；

图7为图1所示混合动力系统处于制动能量回收模式1的示意图；

图8为图1所示混合动力系统处于制动能量回收模式2的示意图；

图9为本发明所提供的单行星排传动组件的一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实例和附图对本发明进行详细说明。以下实例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

本发明所提供的混合动力系统的具体实施例，如图1所示，该实施例中的混合动力系统包括发动机1、第一电机3、第二电机7、前行星排6、后行星排9及系统输出轴13，两电机对应由动力电源4及相应的控制单元控制工作状态，系统输出轴13则用于与车桥传动连接。

前行星排6具体包括前太阳轮6c、前行星架6b及前齿圈6a，前行星排6具有两个输入件和一个输出件，本实施例中，前行星架6b为通过扭转减震器2与发动机1的转轴传动连接的一个输入端，前太阳轮6c为与第一电机3的转轴传动连接的另一个输入端，对应第一电机3的转轴设有用于锁止、释放电机转轴的输入件锁止器，该输入件锁止器具体可为锁止离合器，前齿圈6a作为输出件通过中间传动轴30向后行星排9输出驱动力矩。

而且，在本实施例中，第一电机3的转轴具体为空心轴，扭转减震器2通过贯穿第一电机转轴的前传动轴20与前行星架6b传动连接。

后行星排9包括后太阳轮9c、后齿圈9a及后行星架9b，后太阳轮9c作为后行星排9的一个输入件通过第三离合器10与第二电机7的转轴传动连接，后行星架9b作为后行星排9的输出件与系统输出轴13传动连接，后齿圈9a则作为可调整输出件输出性能的调整件，对应后齿圈9a设有的用于锁止、释放调整件的调整件锁止器8，调整件锁止器具体选用锁止离合器。

本实施例中，前行星排6的输出件通过第一离合器11与后行星排9的输入件传动连接、通过第二离合器12与后行星排9的输出件传动连接。具体来说，作为前行星排6的输出件的齿圈6a通过中间传动轴30向后行星排输出扭矩，中间传动轴30的一端与前行星排的齿圈6a传动连接，另一端则通过第一离合器11与后太阳轮9c传动连接、通过第二离合器12与后行星架9b传动连接。

在本实施例中，第二电机7位于前行星排6和后行星排9之间，并且，第二电机7的转轴为空心轴，空心轴中贯穿有中间传动轴30，中间传动轴实现前后行星排之间的动力传递。

本实施例中，第一离合器、第二离合器及第三离合器也为锁止离合器结构，其具有相应的锁止、释放状态，以实现相应离合器的接合、脱离。

根据发动机、第一电机、第二电机的工作状态以及各锁止离合器的工作状态，本发明所提供的混合动力系统的具体工作模式如下表所示：

混合动力系统的具体工作模式为：

(1)纯电动工作模式1，该模式具体为低速纯电模式。

该模式下，输入件锁止器5可处于释放状态或者锁止状态，调整件锁止器8处于锁止状态，第三离合器10处于锁止状态，第一离合器11处于释放状态，第二离合器12处于释放状态。并且，发动机1和第一电机3均不工作，第二电机7工作。如图2所示，动力传递路线为第二电机7、第三离合器10、后太阳轮9c、后行星架9b，最后到系统输出轴13。

对于混合动力系统而言，系统输入为第二电机7，系统输出为系统输出轴13，具体的转矩关系为：tout＝k2tmg2，其中k2为后行星排的后齿圈9a半径与后太阳轮9c半径的比值，tmg2为第二电机7的转矩，tout为输出轴的输出转矩，适合于低速纯电工况。

这种工作模式中，第一离合器11和第二离合器12均处于释放状态，可有效地将前行星排与后行星排断开，避免前行星排对这种纯电动模式造成影响。

(2)纯电动工作模式2，该模式具体为高速纯电模式。

该模式下，输入件锁止器5处于释放状态，调整件锁止器8处于释放状态，第三离合器10锁止状态，第一离合器11处于锁止状态，第二离合器12处于锁止状态。并且，发动机1不工作，第一电机3则处于空转状态，第二电机7工作。如图3所示，动力传递路线为第二电机7、第三离合器10、第一离合器11、后太阳轮9c、第二离合器12、后行星架9b，最后到系统输出轴13。

调整件锁止器8处于释放状态，后齿圈9a处于放空状态，后行星架9b的转动不受后齿圈9a的任何影响。

对于混合动力系统而言，处于锁止状态的第一离合器11和第二离合器12处于锁止状态，使得太阳轮9c和后行星架9b固定装配在一起，此时系统的输入为第二电机7，输出为系统输出轴13，具体的转矩关系为：tout＝tmg2，tmg2为第二电机(7)转矩，tout为输出轴的输出转矩，适合高速纯电工况。

(3)混合动力模式1，该模式具体为低速混合动力模式。

该模式下，输入件锁止器5处于释放状态，调整件锁止器8处于锁止状态，第三离合器10锁止状态，第一离合器11处于锁止状态，第二离合器12处于释放状态。并且，发动机1和第二电机输出驱动力，第一电机3处于发电状态。

如图4所示，动力传递路线为：发动机1向前行星排6输入的驱动力分为两部分，一部分动力经前太阳轮6c输向第一电机3以驱动第一电机3发电，另一部分动力经前齿圈6a输向后行星排9，并经第一离合器11输向后太阳轮9c，同时，第二电机7通过第三离合器10向后太阳轮9c输出驱动力，后太阳轮9c通过后行星架9b驱动系统输出轴13转动。

由于调整件锁止器9处于锁止状态，相应的后齿圈9a处于固定状态，主要起支撑作用，不会对后行星架9b的输出造成影响。

在该混合动力模式下，系统的输入为发动机1和第二电机7，输出为系统输出轴13，具体的转矩关系为：tout＝(k1/(1+k1)te+tmg2)k2，其中k1为前齿圈6a半径与前太阳轮6c半径的比值，k2为后齿圈9a半径与后太阳轮9c半径的比值，tmg2为第二电机7转矩，te为发动机1的转矩，tout为系统输出轴13的输出转矩，前行星排的前齿圈输出的扭矩通过后行星排增扭，适合于低速混动工况。

(4)混合动力模式2，该模式具体为高速混合动力模式。

该模式下，输入件锁止器5处于释放状态，调整件锁止器8处于释放状态，第三离合器10锁止状态，第一离合器11处于锁止状态，第二离合器12处于锁止状态。并且，发动机1和第二电机输出驱动力，第一电机3处于发电状态。

由于第一离合器11和第二离合器12均处于锁止状态，配合后行星架上的行星轮与后太阳轮的啮合传动，在这种模式下，后行星架9b和后太阳轮9c相应固定装配在一起形成转动单元。

如图5所示，动力传递路线为：发动机1向前行星排6输入的驱动力分为两部分，一部分动力经前太阳轮6c输向第一电机3以驱动第一电机3发电，另一部分动力经前齿圈6a输向后行星排9，并经第一离合器11输向后太阳轮9c、经第二离合器输向后行星架9b，同时，第二电机7通过第三离合器10向后太阳轮9c输出驱动力，后太阳轮9c及后行星架9b共同驱动系统输出轴13转动。

该模式下，系统的输入为发动机1和第二电机7，输出为系统输出轴13，具体的转矩关系为：tout＝k1/(1+k1)te+tmg2，其中k1为前行星排的前齿圈6a半径与前太阳轮6c半径的比值，tmg2为第二电机7转矩，te为发动机7的转矩，tout为系统输出轴13的输出转矩，通过第一离合器11和第二离合器12锁止，降低第二电机7的转速，适合于高速混动工况。

(5)发动机直驱模式，即发动机工作，两电机不工作。

该模式下，输入件锁止器5处于锁止状态，调整件锁止器8处于释放状态，第三离合器10释放状态，第一离合器11处于释放状态，第二离合器12处于锁止状态。

如图6所示，动力传递路线为：发动机1的驱动力经前行星架6b、前齿圈6a输向后行星排9的后行星架9b，后行星架9b驱动系统输出轴13转动。

此时系统的输入为发动机1，输出为系统输出轴13，具体的转矩关系为：tout＝k1/(1+k1)te，其中k1为前行星排的前齿圈6a半径与前太阳轮6c半径的比值，te为发动机1的转矩，tout为输出轴的输出转矩，适合于车辆以高速行驶，且整车功率需求位于发动机高效区的驱动工况，避免了现有混联系统在发动机直驱时存在的机电转换问题，提高动力系统的效率。

(6)制动能量回收模式1，该模式具体应用于低速工况制动能量回收。

该模式下，输入件锁止器5可处于释放状态或者锁止状态，调整件锁止器8处于锁止状态，第三离合器10锁止状态，第一离合器11处于释放状态，第二离合器12处于释放状态。发动机1和第一电机3不工作，第二电机7处于发电状态。

如图7所示，动力传递路线为：系统输出轴13经后行星架9b、后太阳轮9c、第三离合器10向第二电机7输入驱动力，驱动第二电机发电。

此时，系统的输入为系统输出轴13，输出为第二电机7。具体的转矩关系为：tmg2＝1/k2tout，其中，k2为后行星排的后齿圈9a半径与后太阳轮9c半径的比值，tmg2为第二电机7转矩，tout为系统输出轴转矩，适合于低速制动工况。

(7)制动能量回收模式2，该模式具体应用于高速工况制动能量回收。

该模式下，输入件锁止器5处于释放状态，调整件锁止器8处于释放状态，第三离合器10锁止状态，第一离合器11处于锁止状态，第二离合器12处于锁止状态。发动机1不工作，第一电机3空转，第二电机7处于发电状态。

如图8所示，动力传递路线为：系统输出轴13经后行星架9b、后太阳轮9c、第三离合器10向第二电机7输入驱动力，驱动第二电机发电。

此时系统的输入为输出轴(13)，输出为第二电机(7)，具体的转矩关系为：tmg2＝tout，其中，适合于高速制动工况。

上述几种模式中，可利用第一离合器11的锁止、释放状态的切换，将前行星排的前齿圈的扭矩通过后行星排增扭，进而提高爬坡能力。

利用第三离合器10的锁止、释放状态的切换，在高速行驶不需要电机助力的时候，可将第二电机与后行星排有效脱开，避免弱磁损失。

利用输入件锁止器5的锁止、释放状态的切换，解决现有行星排混联系统在发动机直驱模式时因第一电机堵转而无法长时间直接驱动的问题。并且，在车辆以较高车速行驶且整个驱动力需求位于发动机高效区时发动机高速直接驱动整车，避免现有混联系统在混合驱动时存在的机电转换的问题，有效提高了混合动力系统效率。

利用调整件锁止器，第三离合器、第一离合器及第二离合器的锁止、释放装配的切换及配合，可在纯电行驶时，使后行星排与前行星排有效脱开，并且能够调节第二电机的工作模式，有效提高纯电动模式下的驱动效率。

本发明所提供的混合动力系统中，前行星排的两输入件为前太阳轮和前行星架，前齿圈作为输出件以向后行星排输出驱动力。在其他实施例中，前行星排的两输入件也可为前太阳轮和前齿圈，前齿圈可与第一电机传动连接，前太阳轮可与发动机传动连接，此时，前行星架作为输出件；当然，前行星排的两输入件也可为前齿圈和前行星架，与第一电机、发动机对应传动连接，前太阳轮作为输出件向后行星排输出驱动力。

本发明所提供的混合动力系统中，后行星排的输入件为后太阳轮，输出件为后行星架，调整件则为后齿圈。在其他实施例中，后行星排的输出件也可为后齿圈，此时，后行星架可作为输入件或者是调整件，此时，后太阳轮则对应为调整件或输入件。当然，也可以选后太阳轮为输出件，此时，后行星架和后齿圈中的其中一个为与第二电机传动连接的输入件，另一个则为相应的调整件。

本发明所提供的混合动力系统中，利用前行星排的输出件与后行星排的输入件之间的第一离合器，以及利用前行星排的输出件与后行星排的输出件之间的第二离合器，实现在纯电动模式下使前后行星排之间的断开。并且，利用调整件锁止器及第三离合器、第一离合器、第二离合器的配合，实现在第二电机纯电动模式下，对第二电机工作模式的调节，有效提高纯电动模式下的效率。在其他实施例中，如果仅用于实现前后行星排的切断时，也可仅在行星排的输出件与后行星排的输入件之间设置第一离合器，在前行星排的输出件与后行星排的输出件之间设置第二离合器，不需要设置第三离合器及相应的调整件锁止器。

本发明还提供一种车辆，该车辆采用混联式混合动力系统，该混联式混合动力系统的结构与上述图1所示的混合动力系统的结构相同，在此不再赘述。

本发明还提供一种单行星排传动组件的实施例，如图9所示，该实施例中的单行星排传动组件包括单行星排结构40，单行星排结构40与上述图1所示混合动力系统中的后行星排的结构相同，包括太阳轮40c、齿圈40a及行星架40b，太阳轮40c、齿圈40a及行星架40b中的其中一个为传动组件的第一输入件、一个为传动组件的输出件、一个为调整件，本实施例中，太阳轮为第一输入件，齿圈为调整件、行星架为输出件，行星架上传动连接有输出轴45，并且，传动组件包括对应所述调整件设有的用于锁止、释放调整件的调整件锁止器。

本实施例中，传动组件还包括第二输入件47，第二输入件47通过第一离合器41与作为第一输入件的太阳轮40c传动连接、通过第二离合器42与作为输出件的行星架40b传动连接。本实施例中，第二输入件具体为贯穿太阳轮40c的传动输入轴47。

本实施例中，传动组件还包括与第一输入件传动连接的输入部46，输入部46和作为第一输入件的太阳轮40c之间设有第三离合器43。

使用时，可将输入部46与第一动力输出单元如发动机或电动机传动连接，将传动输入轴47与第二动力输出单元如发动机或电动机传动连接，通过控制第一离合器、第二离合器、第三离合器及调整件离合器的工作状态，可实现对两动力输入单元的动力输出控制，可在一个动力输出单元工作时，有效切换另一个动力输出单元的影响，并且，可有效调整相应第一动力输出单元的动力输出性能。

在其他实施例中，如果仅用于切换两动力输出单元之间的相互影响的话，也可仅在第二输入件与第一输入件之间设置第一离合器，以及在第二输入件及输出件之间设置第二离合器，不需要设置第三离合器及相应的调整件锁止器。

本实施例中，太阳轮为第一输入件，齿圈为调整件、行星架为输出件。在其他实施例中，也可使行星架为输入件，齿圈和太阳轮中的其中一个为输出件、另一个调整件；或者是使齿圈为输入件，太阳轮和行星架中的其中一个为输出件、另一个为调整件。