混合动力模块和车辆的制作方法

本发明涉及一种混合动力模块。本发明还涉及一种包括上述混合动力模块的车辆。

背景技术

在一种当前的插电式混合动力模块中，设置两个电机与混合动力变速器连接，并且内燃机通过液压式离合器与混合动力变速器连接，由此，该混合动力模块能够实现多种工作模式。但是，牵引电机和内燃机均只能提供单一的挡位，不足以优化电机或内燃机的工作点。液压式离合器根据内燃机的情况接合或断开。例如在公路行驶中，内燃机效率较高、车速较高，此时液压式离合器接合，内燃机输出扭矩，而牵引电机仅作为发电机运行，不能输出扭矩；而在城市行驶中，内燃机效率非常低，车速也较低，液压式离合器断开，仅靠牵引电机输出扭矩。因此，混合驱动系统的低速性能，尤其是爬坡性能并不理想。此外，由于牵引电机的牵引扭矩有限，所以通常需要额外的后轮驱动装置，因此混合动力驱动系统成本非常高。另外，现有的布置有两个电机的混合动力模块具有较大的尺寸，这对于在混合动力车辆中的灵活布置非常不利。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于车辆的混合动力模块，使得车辆，特别是混合动力车辆在各种行驶状况中均能够兼顾动力性能和燃油经济性，同时，混合动力模块还具有减小的尺寸。

上述技术问题通过一种用于车辆的混合动力模块解决，该混合动力模块包括混合动力变速器、第一电机和第二电机，其中，所述混合动力变速器包括与车辆的内燃机连接的输入轴、第一行星齿轮机构、离合装置和输出轴，其中，第一行星齿轮机构包括太阳轮、行星架和齿圈，其中，输入轴与行星架抗扭连接，第一电机的第一电机轴与太阳轮抗扭连接，齿圈能够将动力传递到输出轴上，并且第二电机能够通过第二电机轴将动力输出到输出轴上，其中，离合装置具有能够相互接合和断开的第一端和第二端，第一端和第二端分别与所述行星架和所述齿圈抗扭连接。若接合离合装置，则实现行星架和齿圈之间的连接，使得行星架和齿圈以相同的转速转动，根据行星齿轮机构的特性，还进一步使得太阳轮、行星架和齿圈以相同的转速转动；若断开离合装置，混合动力变速器的行星齿轮机构则根据其自身的工作原理运行。因此，能够实现更多的挡位，满足各行驶状况的需求。

根据本发明，第一行星齿轮机构、第一电机和第二电机被同轴线地布置，其中，第一电机和第二电机均位于第一行星齿轮机构的、远离内燃机的一侧，其中，第二电机轴是空心轴，第一电机轴同轴地穿过第二电机轴。

在一个优选实施方式中，混合动力变速器还包括一对啮合的直齿轮，即第一齿轮和第二齿轮，其中，第一齿轮与第一行星齿轮机构的齿圈一体式设计，第二齿轮与输出轴抗扭连接从而能够在减小混合动力模块的径向尺寸的同时简化装配过程。

在另外的优选实施方式中，第一电机是集成式起动发电机，第二电机是牵引电机。在本发明中，集成式起动发电机主要用于发电、调速以及起动内燃机，而牵引电机主要用于牵引驱动车辆。

在另外的优选实施方式中，所述混合动力变速器还包括第二行星齿轮机构，其中，第二行星齿轮机构与第一行星齿轮机构同轴线地布置，第二电机的第二电机轴与第二行星齿轮机构的太阳轮抗扭连接，第二行星齿轮机构的行星轮被固定在混合动力变速器的壳体上，并且所述第一行星齿轮机构的齿圈与所述第二行星齿轮机构的齿圈抗扭连接。因此，实现第二电机和所述第一行星机构的齿圈之间的一级传动。另外，也能将第二行星齿轮机构的行星架固定在混合动力变速器的壳体上，使得该行星架的转速始终为零，从而实现一级传动。

有利地，第一行星齿轮机构的齿圈与第二行星齿轮机构的齿圈被设计为一体式。由此，也能通过齿轮对在第二行星齿轮机构与混合动力变速器的输出轴之间传递动力。同时，一体式的设计还能简化制造，特别是减少装配步骤。

备选地，混合动力变速器还包括第三齿轮和第四齿轮，其中，第三齿轮被设计为具有内齿部的齿环并且第四齿轮与第三齿轮的内齿部啮合，其中，第三齿轮与第一行星机构的齿圈抗扭连接，第四齿轮与第二电机轴抗扭连接。从而能将第二电机的扭矩传递到输出轴上。同时，也能够一体式地设计第三齿轮和第一行星机构的齿圈，从而简化装配。

另外备选地，混合动力变速器还包括一对啮合的直齿轮，即第五齿轮和第六齿轮，其中，第五齿轮与第二电机的第二电机轴抗扭连接，第六齿轮与输出轴抗扭连接。从而能将简单方便地第二电机的扭矩传递到输出轴上，并且能够通过合理地设置齿轮参数，得到所需的传动比，改善车辆电驱动的性能。

在另外的优选实施方式中，离合装置是牙嵌离合器或同步器。由此能够快速、可靠且节省成本地实现行星架和齿圈之间断开和接合。

在另外的优选实施方式中，离合装置还具有与混合动力变速器的壳体抗扭连接的第三端，第一端和第三端能够相互接合和断开，其中，第一端能够择一地与第二端或第三端接合。第一端也能够与第二端和第三端断开连接。若接合离合装置的第三端和第一端，即将第一行星机构的行星架和混动动力变速器的壳体连接，则使得行星架无法转动，由此将连接到内燃机的输入轴锁住，在车辆电驱动模式下，有利于电驱动力的输出。

根据本发明，上述技术问题还通过一种车辆，特别是混合动力车辆解决，该车辆包括具有上述特征的混合动力模块。

由此，根据本发明，能够根据内燃机、第一电机、第二电机和离合装置的不同状态提供以下功能：

·通过牵引电机的纯电动驱动

·在车辆停止状态下的内燃机起动

·在车辆行驶过程中的内燃机启动

·具有ecvt模式的混合驱动

·通过内燃机直接驱动的混合驱动

·纯内燃机驱动

·回收充电

·标准充电

特别是在具有ecvt模式的混合驱动模式中，能够优化混合动力驱动系统的效率，特别能优化内燃机的工作点，因此混合动力车辆具有良好的燃油经济性，在根据本发明的车辆起步和低速行驶中，其动力性能和驱动系统的效率均有提升。在高速行驶时，能够采用内燃机直接驱动的模式，因此无需损失额外的功率来调整内燃机的工作点，因此，混合动力车辆的系统效率和燃油经济性得到优化。

附图说明

下面通过附图来示意性地阐述本发明。附图为：

图1是根据本发明的第一优选实施方式的混合动力模块的示意图，

图2是第一优选实施方式的纯电动驱动模式的动力传递示意图和行星齿轮机构的等效杠杆图，

图3是第一优选实施方式的第一内燃机起动模式的动力传递示意图和行星齿轮机构的等效杠杆图，

图4是第一优选实施方式的第二内燃机起动模式的动力传递示意图和行星齿轮机构的等效杠杆图，

图5是第一优选实施方式的第一混合动力模式的动力传递示意图和行星齿轮机构的等效杠杆图，

图6是第一优选实施方式的第二混合动力模式的动力传递示意图，

图7是第一优选实施方式的第三混合动力模式的动力传递示意图，

图8是第一优选实施方式的纯内燃机驱动模式的动力传递示意图，

图9是第一优选实施方式的回收充电模式的动力传递示意图和行星齿轮机构的等效杠杆图，

图10是第一优选实施方式的标准充电模式的动力传递示意图和行星齿轮机构的等效杠杆图，

图11是根据第一优选实施方式的第一变形方案，

图12是根据第一优选实施方式的第二变形方案，

图13是根据第一优选实施方式的第三变形方案，

图14是根据第一优选实施方式的第四变形方案，

图15是根据本发明的第二优选实施方式的混合动力模块的示意图，以及

图16是根据本发明的第三优选实施方式的混合动力模块的示意图。

在附图中，相同的或功能相同的部件使用相同的附图标记。在行星齿轮机构的等效杠杆图中，noutput是齿圈的转速，nisg是集成式起动发电机的转速，ntm是牵引电机的转速，nice是与内燃机连接的输入轴的转速。

具体实施方式

图1示出了根据本发明第一优选实施方式的混合动力模块。该混合动力模块包括混合动力变速器和两个独立的电机，即被设计为集成式起动发电机的第一电机4和被设计为牵引电机的第二电机11。在本优选实施方式中，混合动力变速器具有与内燃机1连接的输入轴3、输出轴14、离合装置6和两套同轴地且相邻地布置的行星齿轮机构，即第一行星齿轮机构和第二行星齿轮机构，其中，第一行星齿轮机构包括行星架9、太阳轮7和齿圈8，第二行星齿轮机构包括行星架18、太阳轮19和齿圈17。混合动力变速器的输入轴3、集成式起动发电机4、牵引电机11和两套行星齿轮机构被同轴线地布置，并且相对两套行星齿轮机构，集成式起动发电机4和牵引电机11均被布置在远离内燃机1的一侧，其中，牵引电机11沿轴向被布置在两套行星齿轮机构和集成式起动发电机4之间。通过这样的布置方式，能够减小混合动力模块的沿变速器输入轴径向方向的高度，并且有利于统一地密封两个电机，简化密封设计。

如图1所示，第一行星齿轮机构被布置在内燃机1一侧。在第一行星齿轮机构中，行星架9借助输入轴3有利地通过双质量飞轮2与内燃机1连接。太阳轮7通过第一电机轴5(即集成式起动发电机轴)与集成式起动发电机4，特别是集成式起动发电机4的转子连接。第一齿轮13被设计为齿圈8上的外齿，第二齿轮12被布置在混合动力变速器的输出轴14上，并且第一齿轮13与第二齿12轮啮合。由此，能够通过啮合的齿轮对13，12在第一行星齿轮机构与混合动力变速器的输出轴14之间传递动力。行星架9和齿圈8分别与离合装置6的第一端和第二端相互抗扭连接，因此当接合离合装置6时，行星架9和齿圈8连接，并由此能够同步转动。

第二行星齿轮机构被布置在靠近牵引电机11一侧。在第二行星齿轮机构中，太阳轮19通过第二电机轴10(即牵引电机轴)与牵引电机11连接。将第二电机轴10设计为空心轴，第一电机轴5同轴地穿过第二电机轴10。由此实现两套行星齿轮机构、集成式起动发电机4和牵引电机11的紧凑的径向布置。行星架18被固定在混合动力变速器的壳体上。第二行星齿轮机构的齿圈17与第一行星齿轮机构的齿圈8一体式地设计，由此，也能通过齿轮对13，12在第二行星齿轮机构与混合动力变速器输出轴14之间传递动力。另外，混合动力变速器的输出轴14能够通过差速器进一步将动力传递到车轮。

通过根据本优选实施方式的混合动力模块，能够根据内燃机1，集成式起动发电机4，牵引电机11，离合装置6的不同状态提供以下工作模式：

1)纯电动驱动模式，即只通过牵引电机11驱动的模式。如图2上方的动力传递示意图所示，内燃机1和集成式起动发电机4均不工作，离合装置6断开，牵引电机11作为唯一的动力源驱动车辆。牵引电机11的扭矩从牵引电机轴10经过第二行星齿轮机构的太阳轮19、行星架18、齿圈17和齿轮对13，12传递输出轴14，从而带动车轮转动。如图2中间的第一行星齿轮机构的等效杠杆图所示，与内燃机1连接的输入轴的转速为0，即nice＝0，集成式起动发电机4的转速是nisg＝-ρ1*noutput，其中，ρ1是第一行星齿轮机构的齿圈8和太阳轮7之间的传动比。如图2下方的第二行星齿轮机构的等效杠杆图所示，行星架18被固定在壳体上，因此ntm＝-ρ2*noutput，其中，ρ2是第二行星齿轮机构的齿圈17和太阳轮19之间的传动比。综上得出，nisg＝ρ1*ntm/ρ2。

2)第一内燃机起动模式，其中，内燃机的起动在车辆停止状态下进行。如图3上方的动力传递示意图所示，牵引电机11不工作，离合装置6断开，集成式起动发电机4的扭矩依次经过空心的集成式起动发电机轴5、第一行星齿轮机构的太阳轮7和行星架9传递到输入轴3，由此在车辆停止的状态下起动内燃机1。如图3下方的等效杠杆图所示，齿圈8的转速为0，即noutput＝0，集成式起动发电机4带动内燃机1，nisg＝(1+ρ1)*nice，其中，ρ1是第一行星齿轮机构的齿圈8和太阳轮7之间的传动比。

3)第二内燃机起动模式，其中，内燃机起动在车辆行驶过程中进行。如图4上方的动力传递示意图所示，离合装置6断开，牵引电机11和集成式起动发电机4工作，牵引电机11的扭矩从牵引电机轴10经过第二行星齿轮机构的太阳轮19、行星架18、齿圈17和齿轮对13，12传递到变速器输出轴14，从而带动车轮转动，同时，集成式起动发电机4的扭矩依次经过空心的集成式起动发电机轴5、第一行星齿轮机构的太阳轮7和行星架9传递到输入轴3，由此在车辆行驶过程中起动内燃机1。如图4下方的等效杠杆图所示，齿圈8以noutput的转速转动，集成式起动发电机4带动内燃机1转动，nice＝1/(1+ρ1)*nisg+noutput，其中，ρ1是第一行星齿轮机构的齿圈8和太阳轮7之间的传动比。

4)第一混合驱动模式，其中，该驱动模式具有ecvt功能，并且集成式起动发电机4作为发电机工作。如图5上方的动力传递示意图所示，离合装置6断开，牵引电机11的扭矩从牵引电机轴10经过第二行星齿轮机构的太阳轮19、行星架18、齿圈17和齿轮对13，12传递到输出轴14，而内燃机1的扭矩从输入轴3依次经过双质量飞轮2、第一行星齿轮机构的行星架9、齿圈8和齿轮对13，12传递到变速器的输出轴14，从而共同带动车轮转动，集成式起动发电机4作为发电机，将内燃机1依次经输入轴3、行星架9、太阳轮7和集成式起动发电机轴5传递来的机械能(扭矩)转换为电能，储存在蓄电池中。如图5下方的等效杠杆图所示，齿圈8和内燃机1分别以noutput和nice的转速转动，集成式起动发电机4反转，nisg＝-(1+ρ1)(noutput-nice)，其中，ρ1是第一行星齿轮机构的齿圈8和太阳轮7之间的传动比。

5)第二混合驱动模式，其中，通过内燃机直接驱动的混合驱动，并且集成式起动发电机4作为发电机工作。如图6所示，离合装置6接合，内燃机1的扭矩从输入轴3依次经过双质量飞轮2、第一行星齿轮机构的齿圈8和齿轮对13，12传递到变速器的输出轴14，从而带动车轮转动，同时，车辆行驶不需要由内燃机1产生的全部动力，集成式起动发电机4作为发电机，将经输入轴3、第一行星齿轮机构的行星架9、太阳轮7和集成式起动发电机轴5传递来的内燃机1多余的动能转换为电能，储存在蓄电池中，由此充电。这种将内燃机1与齿圈8连接并且直接向变速器的输出轴14输出动力的模式，有助于在高速公路行驶期间降低系统功率损失。

6)第三混合驱动模式，其中，通过内燃机直接驱动的混合驱动，并且集成式起动发电机4作为牵引电机工作。如图7所示，离合装置6接合，内燃机1的扭矩从输入轴3依次经过双质量飞轮2、第一行星齿轮机构的齿圈8和齿轮对13，12传递到变速器的输出轴14，同时，集成式起动发电机4作为牵引电机，其输出扭矩从集成式起动发电机轴5依次经过太阳轮7、行星架9、齿圈8和齿轮对13，12同样传递变速器的输出轴14，此外，牵引电机11也输出扭矩，通过第二行星齿轮机构和齿轮对13，12附加到输出轴14上，从而共同地带动车轮转动。这样将内燃机1与齿圈8连接并且直接向变速器的输出轴14输出动力，有助于特别在高速公路行驶期间降低系统功率损失。

7)纯内燃机驱动模式，如图8所示，集成式起动发电机4和牵引电机11不工作，离合装置6接合，内燃机1是唯一的动力来源，其扭矩从输入轴3依次经过双质量飞轮2、齿圈8和齿轮13，12传递到变速器的输出轴14，从而带动车轮。在纯内燃机驱动模式下，特别是在车速大于80km/h的公路行驶期间，由于离合装置6接合，noutput＝nice＝nisg＝-ntm/ρ1，其中，ρ1是第一行星齿轮机构的齿圈8和太阳轮7之间的传动比。

8)回收充电模式，如图9上方的动力传递示意图所示，内燃机1和集成式起动发电机4均不工作，离合装置6断开，牵引电机11以发电机模式回收经过齿轮对12，13和第二行星齿轮机构传递的车轮的制动动力，将机械能转变为电能。如图9下方的等效杠杆图所示，在回收充电期间，与内燃机1连接的输入轴的转速为0，即nice＝0，集成式起动发电机4的转速nisg＝-ρ1*noutput，因此，nisg＝ρ1*ntm/ρ2其中，ρ1是第一行星齿轮机构的齿圈8和太阳轮7之间的传动比，ρ2是第二行星齿轮机构的齿圈17和太阳轮19之间的传动比。

9)标准充电模式，如图10上方的动力传递示意图所示，牵引电机11不工作，集成式起动发电机4作为发电机，将从输入轴3依次经行星架9和太阳轮7传递来的内燃机1的动能转换为电能，储存在蓄电池中，由此标准充电。如图10下方的等效杠杆图所示，在标准充电期间，牵引电机转速为0，即noutput＝0，内燃机1带动集成式起动发电机4转动，其转速关系通过nisg＝(1+ρ1)*nice表示，其中，ρ1是第一行星齿轮机构的齿圈8和太阳轮7之间的传动比。

此外，为了节省成本，还能够将上述的离合装置6替换为牙嵌离合器或同步器等其它离合装置。

图11和图2分别示出了根据第一优选实施方式的混合动力模块的两种变形方案。在图11中示出第一变形方案，其中，混合动力变速器的离合装置是牙嵌离合器6，在图12中示出第二变形方案，其中，混合动力变速器的离合装置是同步器6。第一行星齿轮机构的行星架9和齿圈8能够通过牙嵌离合器6或同步器6快速且可靠地相互连接或者相互断开，由此在接合牙嵌离合器6或同步器6时，noutput＝nice＝nisg＝-ntm/ρ1，其中，ρ1是第一行星齿轮机构的齿圈8和太阳轮7之间的传动比。

图13和图14分别示出了根据第一优选实施方式的混合动力模块的另外两种变形方案。在图13中示出第三变形方案，其中，在第一变形方案的基础上，牙嵌离合器6还能够将行星架9和混合动力变速器的壳体连接，或者将行星架9和齿圈8连接。在图14中示出第四变形方案，其中，在第二变形方案的基础上，同步器6还能够将行星架9和混合动力变速器的壳体连接，或者将行星架9和齿圈8连接。当行星架9和壳体连接，即牙嵌离合器或同步器示意性地如图左接，则使得行星架9无法转动，由此将连接内燃机1的输入轴3锁住，因此，当牵引电机11和集成式起动发电机4均处于牵引模式时，能够共同驱动车辆，提高车辆的电驱动性能。当行星架9和齿圈8连接，即牙嵌离合器或同步器示意性地如图右接，则齿圈8、行星架9和太阳轮7同步转动，noutput＝nice＝nisg＝-ntm/ρ1，其中，ρ1是第一行星齿轮机构的齿圈8和太阳轮7之间的传动比。

图15示出了根据本发明的第二优选实施方式的混合动力模块的示意图。其中，在混合动力变速器中将上述的第二行星齿轮机构省去，替换为一对啮合的齿轮，即与第一行星机构的齿圈8设计为一体的齿环形式的第三齿轮20和设置在牵引电机轴10上的第四齿轮21，其中，第四齿轮21与第三齿轮20的内齿部啮合。因此，在牵引电机11作为电动机驱动车辆时，牵引电机11输出的扭矩经齿轮对21，20传递到变速器的输出轴14上，并能进一步通过差速器传递到车轮。另外，在回收充电模式下，牵引电机11以发电机模式回收经过齿轮对20，21传递的车轮的制动动力，将机械能转变为电能。

图16示出了根据本发明的第三优选实施方式的混合动力模块的示意图。其中，在混合动力变速器中将第一优选实施方式中的第二行星齿轮机构省去，替换为一对啮合的正齿轮，即设置在牵引电机轴10上的第五齿轮16和设置在变速器的输出轴14上的第六齿轮15。因此，在牵引电机11作为电动机驱动车辆时，牵引电机11输出的扭矩经齿轮对16，15传递到变速器的输出轴14上，并能进一步通过差速器传递到车轮。另外，在回收充电模式下，牵引电机11以发电机模式回收经过齿轮对15，16传递的车轮的制动动力，将机械能转变为电能。

虽然在上述说明中示例性地描述了可能的实施例，但是应该理解到，仍然通过所有已知的和此外技术人员容易想到的技术特征和实施方式的组合存在大量实施例的变化。此外还应该理解到，示例性的实施方式仅仅作为一个例子，这种实施例绝不以任何形式限制本发明的保护范围、应用和构造。通过前述说明更多地是向技术人员提供一种用于转化至少一个示例性实施方式的技术指导，其中，只要不脱离权利要求书的保护范围，便可以进行各种改变，尤其是关于所述部件的功能和结构方面的改变。

附图标记列表

1内燃机

2双质量飞轮

3输入轴

4第一电机，集成式起动发电机

5第一电机轴，集成式起动发电机轴

6离合装置

7太阳轮

8齿圈

9行星架

10第二电机轴，牵引电机轴

11第二电机，牵引电机

12第二齿轮

13第一齿轮

14输出轴

15第六齿轮

16第五齿轮

17齿圈

18行星架

19太阳轮

20第三齿轮

21第四齿轮