用于混合动力车辆的动力系统的制作方法

本实用新型涉及混合动力车辆领域，特别是涉及一种用于混合动力车辆的动力系统。

背景技术：

目前，采用油电混合动力作为车辆动力源越来越成为车辆发展的主流趋势。油电混合动力的车辆，通常包括有一个相比于传统发动机具有较小排量的发动机和一个或者二个电机。一般情况下，当在低速状况下行驶(例如城市路面) 或者需要频繁起动的情况下，可以仅通过电机来驱动车辆；当需要高速行驶时可以仅采用发动机来驱动车辆，以达到节省能源的目的。在现有技术中，油电混合动力汽车的混合方式主要包括有串联、并联以及混联三种方式。

现有混合动力车辆中的动力系统的结构比较单一，适应性较差。

技术实现要素：

本实用新型的一个目的是要提供一种结构简单但适应性强的用于混合动力车辆的动力系统。

本实用新型一个进一步的目的是要使得动力系统可以提供较大的减速比，有效减少电动机的尺寸或提高车辆加速性能。

一方面，本实用新型提供了一种用于混合动力车辆的动力系统，所述动力系统包括发动机、第一电机、第二电机、第一行星齿轮机构、输入轴、第一离合器、第一制动器；

所述发动机和所述第一电机相连接，所述第一离合器设置于所述第一电机和所述输入轴之间，以通过所述第一离合器切断或者结合所述第一电机与所述输入轴之间的动力传输；所述第二电机设置在所述输入轴上，用于驱动所述输入轴转动；

所述第一行星齿轮机构包括第一太阳轮、第一组行星轮、第二组行星轮、第一齿圈以及所述第一组行星轮和所述第二组行星轮共用的第一行星架，所述第二组行星轮的外齿轮分别与所述第一组行星轮的外齿轮和所述第一齿圈的内齿轮相啮合，所述第一太阳轮设置于所述输入轴上使得所述第一太阳轮随所述输入轴转动，所述第一齿圈用于传输所述动力系统输出的动力；所述第一制动器设置在所述第一行星架和所述动力系统的壳体之间；其中，所述第一行星齿轮机构还包括与所述第一太阳轮同轴设置的第二太阳轮，所述第二太阳轮与所述输入轴相互独立，且所述第二太阳轮的外齿轮与所述第二组行星轮的外齿轮相啮合；

所述动力系统还包括第二制动器或/和第二离合器：所述第二制动器配置成当所述第二制动器处于制动状态时固定所述第二太阳轮，以使其与所述动力系统的壳体之间保持相对静止；所述第二离合器配置成当所述第二离合器处于接合状态时使得所述第二太阳轮随所述输入轴转动。

可选地，所述第二制动器设置于所述第二太阳轮和所述动力系统的壳体之间。

可选地，所述第二离合器设置于所述输入轴与所述第二太阳轮之间。

可选地，所述第二离合器设置于所述第二电机的转子与所述第二太阳轮之间。

可选地，所述第二电机通过第二行星齿轮机构与所述输入轴相连，所述第二行星齿轮机构包括第三太阳轮、至少一组行星轮、第二齿圈和第二行星架。

可选地，所述第三太阳轮固定于所述第二电机的转子上且随所述转子一起转动，所述第二行星架与壳体固定，所述第二电机通过所述第二齿圈将动力传输至所述输入轴。

可选地，所述第三太阳轮固定于壳体；所述第二齿圈固定于所述第二电机的转子上且随所述转子一起转动，所述第二电机通过所述第二行星架将动力传输至所述输入轴。

另一方面，本实用新型还提供了一种用于混合动力车辆的动力系统，所述动力系统包括发动机、第一电机、第二电机、第一行星齿轮机构、第二行星齿轮机构、输入轴、第一离合器、第二离合器、第一制动器、第二制动器；

所述发动机和所述第一电机相连接，所述第一离合器设置于所述第一电机和所述输入轴之间，通过所述第一离合器能够切断或者结合所述发动机和/或所述第一电机与所述输入轴之间的动力传输；所述第二电机设置在所述输入轴上，用于驱动所述输入轴转动；

所述第一行星齿轮机构包括第一太阳轮、第一组行星轮、第一齿圈和第一行星架；所述第一太阳轮设置于所述输入轴上使得所述第一太阳轮随所述输入轴转动；所述第二行星齿轮机构包括第二太阳轮、第二组行星轮、第二齿圈和第二行星架；所述第二太阳轮与所述输入轴相互独立；其中，所述第二齿圈与所述第一行星架固定相连，所述第一齿圈与所述第二行星架固定相连，所述第二齿圈用于传输所述动力系统输出的动力；

所述第一制动器设置在所述第二行星架和所述动力系统的壳体之间；所述第二制动器所述第二太阳轮与所述动力系统的壳体之间，所述第二离合器设置于所述第二太阳轮与所述输入轴之间。

可选地，所述第二电机通过第三行星齿轮机构与所述输入轴相连，所述第三行星齿轮机构包括第三太阳轮、至少一组行星轮、第三齿圈和第三行星架。

可选地，所述第三太阳轮固定于所述第二电机的转子上且随所述转子一起转动，所述第三行星架固定在壳体上，所述第二电机通过所述第三齿圈将动力传输至所述输入轴；或

所述第三太阳轮固定于壳体；所述第三齿圈固定于所述第二电机的转子上且随所述转子一起转动，所述第二电机通过所述第三行星架将动力传输至所述输入轴。

本实用新型的用于混合动力车辆的动力系统，由于采用双太阳轮的第一行星齿轮机构，其中第一太阳轮随输入轴转动，第二太阳轮与输入轴相互独立，第二太阳轮通过第二制动器或/和第二离合器以实现不同的运动状态，与第一制动器相配合，以提供不同的传动比，使动力系统不仅结构简单、成本低，而且适应性更强。

进一步地，本实用新型的第二电机通过第二行星齿轮机构与输入轴相连，能够通过行星齿轮机构降低第二电机的速度，增加扭矩，以有效减小第二电机的尺寸或提高了车辆加速性能。

本实用新型的用于混合动力车辆的动力系统，由于采用相互配合的第一行星齿轮机构和第二行星齿轮机构，其中第一太阳轮随输入轴转动，第二太阳轮与输入轴相互独立，第二太阳轮通过第二制动器或/和第二离合器以实现不同的运动状态，与第一制动器相配合，以提供不同的传动比，使动力系统不仅结构简单、成本低，而且适应性更强。

根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本实用新型一个实施例的动力系统的示意性结构图；

图2是根据本实用新型另一个实施例的动力系统的示意性结构图；

图3是根据本实用新型又一个实施例的动力系统的示意性结构图。

具体实施方式

实施例一

图1是根据本实用新型一个实施例的动力系统的示意性结构图。如图1所示，本实施例中的用于混合动力车辆的动力系统包括：发动机1、第一电机2、第二电机3、第一行星齿轮机构4、输入轴6、第一离合器7、第一制动器8。其中，发动机1(ICE)、第一电机2(P1)和第二电机3(P3)构成了本实用新型的动力系统的动力源。优选地，第一电机2为集成启动电机(ISG电机)，第二电机3为大功率驱动电机(TM电机)。第一离合器7、第二制动器9用于实现本实用新型的动力系统传输动力的结合和中断。

当然，本领域的技术人员可以理解，混合动力车辆的动力系统还应当进一步包括有诸如发动机1与第一电机2之间的减震器、实现车轮转弯时不同速度的差速器、驱动车轮的驱动桥以及使车辆行驶的车轮。本实用新型的动力系统可以直接与上述系统按照常规连接连接方式连接以实现车辆的运行，这些并不是本实用新型技术方案的重点，而且对于本领域的技术人员也是熟知的技术，因此在本说明书中并不多赘述。本实用新型的动力系统各个元件的具体连接方式以及工作原理将在下文中进行详细并优选的描述。

继续参考图1，发动机1和第一电机2相连接，发动机1的曲轴经减振器与第二电机3的转子相连。第一离合器7设置于第一电机2的转子和输入轴6 之间，通过第一离合器7能够切断或者结合发动机1和/或第一电机2与输入轴 6之间的动力传输。第一电机2具有发电和驱动两个功能，其结构以及工作原理在多篇相关专利中己经有详细描述，这里不多赘述。将发动机1与第一电机 2直接连接。第一电机2可启动发动机1，发动机1直接拖动第一电机2高效发电。第一电机2的电能直接输送到电动机驱动，减少电能-化学能的转换损失。

第二电机3设置在输入轴6上，用于驱动输入轴6转动。第二电机3也可当作发电机用来回收车辆制动能量。为提高齿轮传动精度、提高NVH性能，三个原动机优选地采用同轴布置，除差速器外，整个变速器只有两根轴。进一步地，将发动机1与第二电机3之间通过第一离合器7连接，当第二电机3单独驱动时，该离合器脱开，发动机1拖拽力就不会阻碍第二电机3的驱动，从而提高电机驱动效率。

第一行星齿轮机构4包括第一太阳轮41、第一组行星轮43、第二组行星轮44、第一齿圈45以及第一组行星轮43和第二组行星轮44共用的第一行星架46，第二组行星轮44的外齿轮分别与第一组行星轮43的外齿轮和第一齿圈 45的内齿轮相啮合，第一组行星轮43的外齿轮除了和第二组行星轮44的外齿轮相啮合外，还与第一太阳轮41的外齿轮相啮合。第一太阳轮41设置于输入轴6上使得第一太阳轮41随输入轴6转动，具体地，第一太阳轮41可以通过花键连接方式连接到输入轴6上。第一齿圈45用于输出动力，具体地，第一齿圈45的外齿轮与输出轴上的被动轮相啮合，将第一行星齿轮机构4的接受的输入动力变速后传输给输出轴。第一制动器8设置在第一行星架46和动力系统的壳体之间，通过第一制动器8可以使第一行星架46与壳体保持相对静止。

继续参考图1，其中，第一行星齿轮机构4还包括与第一太阳轮41同轴设置的第二太阳轮42，第二太阳轮42与输入轴6相互独立，具体地，第一太阳轮41和第二太阳轮42同轴设置且第二太阳轮42的外齿轮与第二组行星轮44 的外齿轮相啮合。为了使第二太阳轮42具有不同的运动状态，动力系统还设置了第二制动器9。第二制动器9设置于第二太阳轮42和动力系统的壳体之间。第二制动器9配置成当第二制动器9处于接合状态时以固定第二太阳轮42，使其与动力系统的壳体之间保持相对静止。第二制动器9还可以设置于第二电机 3的定子32与第二太阳轮42之间。

继续参考图1，在另一个优选地实施例中，第二电机3通过第二行星齿轮机构5与输入轴6相连，第二行星齿轮机构5包括第三太阳轮51、至少一组行星轮、第二齿圈53和第二行星架54。在本实施例中，设置了一组行星轮，为第三组行星轮52。在其他实施例中，还可以设置多组行星轮。在第二电机与输入轴6之间设置第二行星齿轮机构5，可以改变电机的输出速度，进而改变扭矩。该结构适用于第二电机3功率较大，高效速度区与发动机1高效速度区较接近的混动汽车。

在本实施例中，第三太阳轮51固定于壳体，第二齿圈53固定于第二电机 3的转子31上且随转子一起转动，第二电机3通过第二行星架54将动力传输至输入轴6。如图1所示，启动第二电机3。由于第二行星齿轮机构5中的第三太阳轮51固定，第二电机3的转子31带动第二齿圈53旋转。此时，第二行星架54的输出转速为：

上式中，nr是第二齿圈53即第二电机3的转速，nc是第二行星齿轮机构5 的第二行星架54的输出转速，α1是第二齿圈53与第三太阳轮51的齿数比，一般α1值设在2到3之间。从上述公式可看出第二行星齿轮机构5将第二电机3的输出转速降低了约1/3，即将扭矩增加了50％，有效地减小了电机尺寸或提高了车辆加速性能。

为了要求更大的减速比，第二电机3和第二行星齿轮机构5之间可采用不同的联接方式。在一个优选的实施例中，第二行星齿轮机构5包括第三太阳轮 51、至少一组行星轮、第二齿圈53和第二行星架54。在本实施例中，至少有一组行星轮，称之为第三组行星轮52，在其他实施例中，还可以为多组行星轮，此处不再详述。第三太阳轮51固定于第二电机3的转子上且随转子一起转动，第三太阳轮51的外齿轮与第三组行星轮52的外齿轮相啮合，第二行星架固定于壳体，第三组行星轮52的的外齿轮与第二齿圈53的内齿轮相啮合，第二齿圈53与输入轴6相连，第二电机3通过第二齿圈53将动力传输至输入轴6。该结构适用于第二电机3功率较小、空间较小、转速较高的混动汽车。

如果第二电机3功率大、电池功率也大的插电式混动汽车，可省去第二电机3的第二行星齿轮机构5，节省成本。

以上是对动力系统的结构进行了详细描述，下面对动力系统的工作模式做进一步描述。

图1所示的动力系统具有两档传动。由于行星齿轮结构在动力系统中起传动作用，因此，速度比可以抽象为输入轴6转速与差速器转速之间的比值。下面，以图1所示的实施例为例，对本实用新型的动力系统的工作模式做出进一步的说明。本实施例的动力系统可以根据行驶实际情况在不同运行模式和运行档位之间进行切换。

发动机1启动和充电时，因发动机1的曲轴直接连到第一电机2的转子上，

第一电机2转动即可启动发动机1。反之，发动机1运转就可带动第一电机2 给电池充电。在本实施例中，因发动机1在低速时主要功能是发电，而第一电机2的转速应与发动机1一致，因此，发动机1和第一电机2的高效转速区应该设计为一致。

在本实施例中，混合动力车辆具有两个档位，当第一制动器8结合，第二制动器9断开时，第一行星齿轮机构4的第一行星架46通过第一制动器8的结合固定连接在动力系统的壳体上，由第一齿圈45将动力传输至输出轴，此时动力系统具有一个速度比，此时车辆处于一档模式，可用来协助电机启步或加速。在一档时，第一齿圈45与第一太阳轮41的齿数比一般设置在2到3之间。当第二制动器9结合，第一制动器8断开时，第二太阳轮42通过第二制动器8的结合固定连接在动力系统的壳体上，由第一齿圈45将动力传输至输出轴，此时车辆处于二档模式，可以用来驱动车辆高速巡航或高效发电。

在一档或二挡时，如果只有第二电机3处于工作状态，则为纯电动一档或二挡；如果只有发动机1处于工作状态，则为发动机一档或二挡；如果发动机 1和第二电机3处于工作状态，第一电机2处于停止状态，则为混合并联一档或二挡；如果发动机1、第一电机2和第二电机3均处于工作状态，发动机1 驱动第一电机2进行发电，第一电机2发电后将电能存储到电池管理单元或直接供给第二电机3，则为混合串联一档或二挡。车辆在换挡过程如下：当车速高于预设值时，第一制动器8断开，第二制动器9结合，动力系统的速度比改变，完成换挡。具体地，本实施例的动力系统具有四个档位，分别是：电动一档、电动二挡、发动机一档和发动机二挡。本实用新型的动力系统可实现上述多种控制模式，提高车辆燃油经济性。

发动机1单独驱动模式，第一离合器7接合，发动机1可以将全部或部分动力传递给输入轴6，发动机1单独驱动时是还可分配一定功率经第一电机2 给电池充电。根据车辆运行情况，可将发动机1剩余的动力分配给第一电机2，从而提高燃油经济性。在油门较大时，可将第一电机2的扭矩控制为0，将所有发动机1动力分配给输入轴6，以保证车辆启步加速性。

第二电机3单独驱动模式(纯电动模式)，第一离合器7脱开，第一制动器8或第二制动器9结合，由第二电机3驱动输入轴6。

发动机1和第二电机3同时驱动模式(包含并联模式和串联模式)，第一离合器7接合，同时启动发电机和第二电机3，发动机1的扭矩减去拖动第一电机2的扭矩后经第一离合器7传到输入轴6上。第二电机3的扭矩直接或经行星齿轮机构放大后也叠加在输入轴6上。进行扭矩叠加，增加输出动力。如果控制第一电机2的扭矩为0，此时输入轴6上可达到最大输入扭矩。

车辆制动能量回收模式，在车辆减速制动或滑行时，第一制动器8结合，车辆惯性经差速器、输出轴拖动第一齿圈45、第一太阳轮41、输入轴6及第二电机3转子发电，实现制动能回收，在车辆能量回收时，优选地，采用一档进行能量回收，效率较高。

实施例二

图2是根据本实用新型另一个实施例的动力系统的示意性结构图。如图2 所示，在本实施例中，动力系统的基本结构没有变化，只是将图1所示实施例中的第二制动器9取消，换成第二离合器10。第二离合器10配置成当第二离合器10处于接合状态时以使第二太阳轮42随输入轴6转动。第二离合器10 设置于输入轴6与第二太阳轮42之间。在本实施例中，车辆可实现的模式与实施例一中所实现的模式一样，唯一的区别点是当第二离合器10接合时，第二太阳轮42随输入轴6一起转动，此时，两个太阳轮一起随输入轴6转动，相当于把第一行星齿轮机构4内部锁死，动力系统的最终传动比与第一行星齿轮机构4无关，此时为二挡。

在其他实施例中，第二离合器10设置于第二电机3的转子与第二太阳轮 42之间。当第二离合器10设置于第二电机3的转子与第二太阳轮42之间时，第二离合器10的转子与输入轴6直接连接，不再需要第二行星齿轮机构5。

实施例三

在其他优选的实施例中，动力系统还包括第二制动器9和第二离合器10，具体来说，就是将图1和图2中的方案合并在一起。第二制动器9配置成当第二制动器9处于制动状态时以固定第二太阳轮42，使其与动力系统的壳体之间保持相对静止，第二离合器10配置成当第二离合器10处于接合状态时以使第二太阳轮42随输入轴6转动。采用上述结构可以实现车辆三挡模式，具体如下，当第一制动器8结合，第二制动器9和第二离合器10断开时，第一行星齿轮机构4的第一行星架46通过第一制动器8的结合固定连接在动力系统的壳体上，由第一齿圈45将动力传输至输出轴，此时动力系统具有一个速度比，此时为一档，可用来协助电机启步或加速。在一档时，第一齿圈45与第一太阳轮41的齿数比一般设置在2到3之间。当第二制动器9结合，第一制动器8 和第二离合器10断开时，第二太阳轮42通过第二制动器9的结合固定连接在动力系统的壳体上，由第一齿圈45将动力传输至输出轴，此时动力系统具有另一个速度比，此时为二挡，可以用来驱动车辆高速巡航或高效发电。当第二离合器10接合，第一制动器8和第二制动器9断开时，第二太阳轮42随输入轴6一起转动，此时，两个太阳轮一起随输入轴6转动，相当于把第一行星齿轮机构4内部锁死，动力系统的最终传动比与第一行星齿轮机构4无关，此时为三挡。

实施例四

图3是根据本实用新型又一个实施例的动力系统的示意性结构图。如图3 所示，动力系统包括发动机1、第一电机2、第二电机3、第一行星齿轮机构4、第二行星齿轮机构5、输入轴6、第一离合器7、第二离合器10、第一制动器8、第二制动器9。发动机1和第一电机2相连接，第一离合器7设置于第一电机 2和输入轴6之间，通过第一离合器7能够切断或者结合发动机1和/或第一电机2与输入轴6之间的动力传输；第二电机3设置在输入轴6上，用于驱动输入轴6转动；第一制动器8设置在第二行星架54和动力系统的壳体之间。

继续参考图3，第一行星齿轮机构4包括第一太阳轮41、第一组行星轮42、第一齿圈43和第一行星架44。第一太阳轮41设置于输入轴6上使得第一太阳轮41随输入轴6转动。第一太阳轮41的外齿轮与第一组行星轮42的外齿轮相啮合，第一组行星轮42的外齿轮还和第一齿圈43的内齿轮相啮合。第二行星齿轮机构5包括第二太阳轮51、第二组行星轮52、第二齿圈53和第二行星架54；第二太阳轮51与输入轴6相互独立。第二太阳轮51的外齿轮与第二组行星轮52的外齿轮相啮合，第二组行星轮52的外齿轮还和第二齿圈53的内齿轮相啮合。第一行星齿轮机构4和第二行星齿轮机构5相互连接，具体为，第二齿圈53与第一行星架44固定相连，第一齿圈43与第二行星架54固定相连，第二齿圈53用于传输动力系统输出的动力。第一制动器8设置在第二行星架54和动力系统的壳体之间；第二制动器9设置于第二太阳轮51与动力系统的壳体之间，或者设置于第二太阳轮51与定子32之间，第二离合器10设置于第二太阳轮51与输入轴6之间。

采用上述结构，同样可以实现车辆的三档模式，具体如下，当第一制动器 8结合，第二制动器9和第二离合器10断开时，第二行星齿轮机构5的第二行星架54通过第一制动器8的结合固定连接在动力系统的壳体上，由第一行星架44将动力传输至输出轴，此时动力系统具有一个速度比，此时为一档，可用来协助电机启步或加速。当第二制动器9结合，第一制动器8和第二离合器 10断开时，第二太阳轮51通过第二制动器9的结合固定连接在动力系统的壳体上，由第二齿圈53将动力传输至输出轴，此时动力系统具有另一个速度比，此时为二挡，可以用来驱动车辆高速巡航或高效发电。当第二离合器10接合，第一制动器8和第二制动器9断开时，第二太阳轮51随输入轴6一起转动，此时，两个太阳轮一起随输入轴6转动，相当于把第一行星齿轮机构4内部锁死，动力系统的最终传动比与第一行星齿轮机构4无关，此时为三挡。关于其他运行模式，与实施例一中的原理相同，此处不再详述。

在一个进一步的实施例中，第二电机3通过第三行星齿轮机构与输入轴6 相连，第三行星齿轮机构包括第三太阳轮、至少一组行星轮、第三齿圈5和第三行星架。具体地，第三太阳轮固定于第二电机3的转子31上且随转子31一起转动，第二电机3通过第三齿圈将动力传输至输入轴6；还可以是第三太阳轮固定于壳体；第三齿圈固定于第二电机3的转子上且随转子一起转动，第二电机3通过第三行星架将动力传输至输入轴6。

进一步地，采用本实用新型的动力系统的混合动力车辆还可以设有例如理电池储能系统、对储能系统进行管理的电池管理系统等。这样，第二电机3和第一电机2的电力可以直接通过理电池储能系统进行供给。并且第一电机2可以通过发动机1向该理电池储能系统进行充电。这些能量管理系统并不是本实用新型的重点，在此不多赘述。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本实用新型的多个示例性实施例，但是，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，仍可根据本实用新型公开的内容直接确定或推导出符合本实用新型原理的许多其他变型或修改。因此，本实用新型的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。