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改变第二电机的输出扭矩，以有效减小第二电机的尺寸或提高了车辆加速性能。

特别地，本实用新型提供了一种用于混合动力车辆的动力系统，其特征在于，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，第一输入轴、第一离合器、第二离合器、制动器；

所述发动机和所述第一电机传动连接，所述第一离合器设置于所述第一电机和所述第一输入轴之间，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第一输入轴之间的动力传输；

所述第一行星齿轮机构包括第一太阳轮、至少一组行星轮、第一齿圈以及第一行星架，所述第一太阳轮设置于所述第一输入轴上使得所述第一太阳轮随所述第一输入轴转动，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，所述制动器结合以实现所述动力系统的一档档位；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一行星架随所述第一输入轴转动，以实现所述动力系统的二挡档位；

所述第二电机与所述第一输入轴相连，用于驱动所述第一输入轴转动，其中，所述第二电机通过所述第二行星齿轮机构与所述第一输入轴相连，所述第二行星齿轮机构包括第二太阳轮、至少一组行星轮、第二齿圈和第二行星架。

可选地，所述第二太阳轮、所述第二齿圈或所述第二行星架三个部件中的任意一个相对于所述动力系统的壳体固定，所述第二电机的第二转子与其中一个未固定部件传动连接以向其提供动力，另一个未固定部件与所述第一输入轴传动连接以驱动所述第一输入轴。

可选地，所述第二电机的第二转子通过转子支撑板与所述第二行星齿轮机构中的一个未固定部件传动连接。

可选地，还包括固定安装于前壳体靠近所述第一行星齿轮机构一端的中间支撑，所述中间支撑和所述前壳体之间形成一个用于安装所述制动器和与所述制动器对应的第三执行油缸的空腔结构。

可选地，所述第一齿圈与所述动力系统的输出齿轮传动连接，所述输出齿轮通过第一支撑轴承支撑在所述中间支撑上，所述中间支撑通过滑动轴承支撑在所述第一行星架上。

可选地，还包括套装于所述第一输入轴外侧的第二输入轴，所述第一输入轴与所述第二输入轴之间相互独立；

所述第二输入轴的一端与所述第一行星架传动连接，其另一端与所述第二离合器传动连接，所述第二输入轴还与所述制动器传动连接。

可选地，还包括与所述第一离合器对应的第一执行油缸和与所述第二离合器对应的第二执行油缸；

所述第一执行油缸、所述第二执行油缸、所述第三执行油缸均设置于所述前壳体内，所述前壳体内还设置有与所述第一执行油缸、所述第二执行油缸和所述第三执行油缸相连的油道。

可选地，所述动力系统还包括与所述输出齿轮相啮合的被动齿轮和用于刹车的驻车棘轮，其中，所述被动齿轮和所述驻车棘轮为一体化设置。

可选地，所述动力系统还包括差速器和用于输出动力的中间轴，所述差速器通过第三行星齿轮机构与所述中间轴的主减速齿轮传动连接，其中，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，所述第三太阳轮、所述第三齿圈或所述第三行星架三个部件中任意一个相对于所述动力系统的壳体固定，所述主减速齿轮与其中一个未固定部件传动连接以向其提供动力，另一个未固定部件与所述差速器的输入端传动连接以驱动所述差速器。

可选地，所述第一执行油缸通过第一分离轴承控制所述第一离合器，所述第二执行油缸通过第二分离轴承控制所述第二离合器。

可选地，所述第二太阳轮固定于后壳体；所述第二齿圈固定于所述第二电机的第二转子上且随所述第二转子一起转动，所述第二电机通过所述第二行星架将动力传输至所述第一输入轴。

可选地，所述第二太阳轮固定于所述第二电机的第二转子上且随所述第二转子一起转动，所述第二行星架安装于后壳体且相对于所述后壳体固定，所述第二电机通过所述第二齿圈将动力传输至所述第一输入轴。

可选地，所述第二太阳轮通过传动链与所述第二电机的输出轴传动连接，所述第二齿圈安装于后壳体且相对于所述后壳体固定，所述第二电机通过所述第二行星架将动力传输至所述第一输入轴。

本实用新型的混合动力车辆的动力系统，由于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。

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100的示意性结构图。本实用新型的动力系统100即可适用于具有两驱传动机构的车辆，又可适用于具有四驱传动结构的车辆。如图1所示，动力系统100主要包括发动机54、第一电机101、第二电机102、第一行星齿轮机构104、第一输入轴2、第一离合器7、制动器30。第一电机101包括第一定子40和第一转子5，第二电机102包括第二定子18和第二转子19。发动机54和第一电机101传动连接，第一离合器7设置于第一电机101和第一输入轴2之间，以通过第一离合器7切断或者结合第一电机101与第一输入轴2之间的动力传输。第一行星齿轮机构104包括第一太阳轮25、至少一组行星轮、第一齿圈16以及第一行星架27，第一太阳轮25设置于第一输入轴2上使得第一太阳轮25随第一输入轴2转动，第一齿圈16用于传输动力系统100输出的动力。制动器30设置在第一行星架27和动力系统100的壳体之间。动力系统100还包括第二离合器4，第二离合器4配置成当第二离合器4处于接合状态时使得第一行星架27随第一输入轴2转动。第二电机102与第一输入轴2相连，用于驱动第一输入轴2转动，其中，第二电机102通过第二行星齿轮机构103与第一输入轴2相连，第二行星齿轮机构103包括第二太阳轮24、至少一组行星轮、第二齿圈21和第二行星架53。第二太阳轮24、第二齿圈21或第二行星架53中任意一个部件相对于动力系统100的壳体固定，第二电机102的第二转子与其中一个未固定部件相连以向其提供动力，另一个未固定部件与第一输入轴2相连以驱动第一输入轴。具体来说，第二电机与第一输入轴之间可以实现六种不同的传动方式，可根据实际需要的传动比、第二电机尺寸、第二电机安装位置等选用最合适的传动方式。

本实用新型的混合动力车辆的动力系统100，由于第二电机102通过第二行星齿轮机构103与输入轴相连，能够通过行星齿轮机构降低第二电机102的速度，增加扭矩，以有效减小第二电机102的尺寸或提高了车辆加速性能。由于在第二电机102驱动时输入一轴2与发动机54之间的第一离合器7脱开，减少了发动机54的拖曳阻力，提高了车辆的燃油经济性。

继续参考图1，在如图1所示的动力系统100的结构图中，包括以下结构：电机输入轴1，第一输入轴2，滚针轴承3，第二离合器4，第一转子5，前壳体6，第一离合器7，第一转速传感器8，第一分离轴承9，第二分离轴承10，第一执行油缸11，第一冷却水套12，第三执行油缸13，第一支撑轴承14，输出齿轮15，第一齿圈16，后壳体17，第二定子18，第二转子19，中间支撑20，第二齿圈21，转子支撑板22，第二支撑轴承23，第二太阳轮24，第一太阳轮25，第二行星齿轮26，第一行星架27，第一双排行星齿轮28，被动齿轮29，制动器30，左侧支撑轴承31，主减速齿轮32，差速器左端支撑轴承33，差速器输出半轴34，差速器35总成，差速器右端支撑轴承36，差速器齿圈37，中间轴52右端支撑轴承38，第一回位弹簧39，第一定子40，第三执行油缸13，第二回位弹簧42，离合器前端盖43，第二离合器4毂外侧支撑轴承44，第二离合器4毂内侧支撑轴承45，双质量飞轮46，第二冷却水套47，第二输入轴48，驻车棘轮49，第一离合器外毂50，第二双排行星齿轮51，中间轴52，第二行星架53，发动机54，第二转速传感器55。

第一电机101、第一离合器7和第二离合器4均设置于前壳体6的容置空间内。第一电机101的第一转子5经第一离合器7的外毂与第一输入轴2花键连接。第一电机101与前壳体6的内壁之间设有用于对第一电机101进行冷却的第一冷却水套12，前壳体6内还设置有与第一离合器7相对应的第一执行油缸11和与第二离合器4相对应的第二执行油缸41，第一执行油缸11、第二执行油缸41均设置于前壳体6内，前壳体6内设置有与第一执行油缸11、第二执行油缸41相连的油道。动力系统100内还包括一固定安装于前壳体6靠近第一行星齿轮机构104一端的中间支撑20，中间支撑20和前壳体6之间形成一个用于安装制动器30和与制动器30对应的第三执行油缸13的空腔结构。具体地，中间支撑20与前壳体6后端形成相对封闭的腔，制动器30的第三执行油缸13及制动器30都布置在这个腔中，可有效利用这个空间。制动器30可为多片离合器式制动器30或带式制动器30。第三执行油缸13设置于前壳体6内，前壳体6内设置有与第三执行油缸13相连的油道。

继续参考图1，第一齿圈16通过花键与动力系统100的输出齿轮15固定连接，输出齿轮15通过轴承支撑在中间支撑20上，中间支撑20的内端面与第一行星架27通过轴承连接。第一齿圈16通过花键与输出齿轮15连接，输出齿轮15通过第一支撑轴承14支撑在中间支撑20上。这样动力就可以由第一行星齿轮机构104的第一齿圈16同步稳定高效地传输至输出齿轮15。在此方案中通过在前壳体6后端面布置中间支撑20，然后中间支撑20的内端面与第一行星架27通过轴承连接，可有效传递输出齿轮15啮合产生的径向力。

三个执行油缸采用上述设置，一方面节省了空间；另一方面，压力油通过前壳体6内的油道可直接进入执行油缸，便于高压油密封，同时以缩短油路路线。将上述三个执行油缸采用集中布置的方式，还进一步便于系统高压油油道布置和管理。

继续参考图1，第二电机102、第一行星齿轮机构104、第二行星齿轮机构103设置于后壳体17的容置空间中，第二电机102与后壳体17的内壁之间设有用于对第二电机102进行冷却的第二冷却水套47。第一行星齿轮机构104的第一太阳轮25与第一输入轴2固定在一起。第一行星架27的一侧通过第二输入轴48与制动器30转鼓固定连接，固定在中间支撑20上的制动器30在第三执行油缸13作用时可将第一行星架27制动。第二太阳轮24固定于后壳体17。第二齿圈21固定于第二电机102的第二转子19上且随第二转子19一起转动，第二电机102通过第二行星架53将动力传输至第一输入轴2。

动力系统100还包括套装于第一输入轴2外侧的第二输入轴48，第一输入轴2与第二输入轴48之间相互独立。第一行星架27通过第二输入轴48、第二离合器4与第一输入轴2相连。第二输入轴48的一端与第一行星架27固定连接，其另一端与第二离合器4相连，第二输入轴48与制动器30固定连接。。这样通过一根空心轴套在输入一轴上连接三个部件，有效的缩短了变速器的径向空间，使布置更加紧凑。

继续参考图1，在本实施例中，第二电机与第一输入轴同轴布置。第二电机102的第二转子19通过转子支撑板22与第二齿圈21固定连接。在本实施例中，采用转子支撑板22，把第二电机102的第二转子19与第二齿圈21通过花键连接(采用卡环或铆接或固定的方式)，使动力由第二电机传至第二行星齿轮机构。转子支撑板22根据所受力的需要，可采用一个或多个第二支撑轴承23支撑在变速器的后壳体17上。这种布置方式可使第二行星齿轮机构103布置在第二转子19的内侧，优化布置空间，缩短了轴向长度。进一步的，根据整车动力需要，可通过改变布置方式来改变电机转子与第二行星齿轮机构103的连接方式，来改变电机扭矩与转速输出的传动比来满足整车需求。

在本实施例中，前壳体6与后壳体17通过螺栓或其他连接方式固定连接，以组成一个完整的变速器壳体(或称动力系统的壳体)。在其他实施例中，整个壳体还可以一体化设置。第一输入轴2的两端分别与第一电机101和第二电机102传动连接。发动机54的曲轴末端经双质量飞轮46与第一电机101的电机输入轴1连接。在其他实施例中，双质量飞轮46还可以由减震器、单质量飞轮或连接盘代替。当第二离合器4作用时，第一行星齿轮机构104的输入、输出转速相等，速比为1。第一行星齿轮机构104的第一齿圈16为输出齿轮，与其花键连接的输出齿轮15通过第一支撑轴承14支撑在中间支撑20上，然后与中间轴52上的被动齿轮29相啮合，将第一行星齿轮机构104接受的输入动力变速后传给中间轴52。第二电机102的第二转子19通过转子支撑板22连接到第二行星齿轮机构103的第二齿圈21上，然后通过第二支撑轴承23支撑在变速器的后壳体17上。第二行星齿轮机构103的第二太阳轮24固定在变速器的后壳体17上。在本实施例中，第二行星齿轮机构103的输出件是第二行星架53。第二行星齿轮机构103将第二电机102的速度改变后输给第一输入轴2，第一行星齿轮机构104再将输入速度换挡后输给中间轴52。中间轴52的主减速齿轮32再驱动差速器35上的差速器齿圈37，将发动机54和第二电机102的驱动功率传到差速器输出半轴34，带动车辆运动。

在本实施例中，变速器壳体内还设置有用于检测第一电机101转速的第一转速传感器8和用于检测第二电机102转速的第二转速传感器55。

进一步地，动力系统100还包括与输出齿轮15相啮合的被动齿轮29和用于刹车的驻车棘轮49，其中，被动齿轮29和驻车棘轮49为一体化设置。被动齿轮29与驻车棘轮49采用一体式的设计结构，有利于节省布置空间，减少零部件的加工，节省成本。

进一步地，根据传动比的需要，在布置空间内可调整中间轴52主减速齿轮32与差速器齿圈37的传动比来适应整车需求，有利于平台化开发。

进一步地，中间轴52右端采用垫块支撑，具有灵活性，可依据空间来做调整。中间轴52右端也可支撑在前壳体6上，根据空间需要来定。

进一步地，差速器35通过第三行星齿轮机构与中间轴52的主减速齿轮32传动连接，其中，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，第三太阳轮、第三齿圈或第三行星架中任意一个部件相对于动力系统的壳体固定，主减速齿轮32与其中一个未固定部件相连以向其提供动力，另一个未固定部件与差速器35的输入端相连以驱动差速器。具体来说，第二电机与第一输入轴之间可以实现六种不同的传动方式，可根据实际需要的传动比、第二电机尺寸、第二电机安装位置等选用最合适的传动方式。

在一个具体的实施例中，差速器35输入端可采用第三行星齿轮机构与中间轴的主减速齿轮32传动连接；其中，第三行星齿轮机构的第三齿圈固定，动力经第三太阳轮输入，传至与差速器壳体做为一体的第三行星架，然后动力由差速器输出半轴输出。

继续参考图1，第一执行油缸11通过第一分离轴承9控制第一离合器7，第二执行油缸41通过第二分离轴承10控制第二离合器4。具体地，在接收到接合信号后，执行油缸推动分离轴承使离合器接合，当接合信号消失后，在回位弹簧的作用下，离合器断开。在其他实施例中，分离轴承也可为自动变速器(AT)结构的平衡腔结构，在本方案中采用分离轴承代替平衡腔结构节省了布置空间。

以下为本实施例中的动力系统100的多种工作模式，具体如下：

1.发动机54的启动和充电

发动机54经双质量飞轮46、电机输入轴1与第一离合器外毂50花键连接，第一离合器外毂50与第一电机101的第一转子5固定连接，第一电机101转动即可启动发动机54。反之，发动机54运转就可带动第一电机101给电池充电。因第一电机101主要功能是发电，而第一电机101的转速总与发动机54一致，发动机54和第一电机101的高效转速区应该设计为一致。

2.发动机54单独驱动

发动机54运转时接合第一离合器7就可将发动机54的全部或部分动力传给第一输入轴2，如果结合制动器30，第一输入轴2上的第一太阳轮25经第一双排行星齿轮28和第二双排行星齿轮51驱动第一齿圈16。采用双排行星轮机构是为保证太阳轮与齿圈转向一致。输出齿轮15与中间轴52上的被动齿轮29啮合，将发动机54的动力传到中间轴52。中间轴52上的主减速齿轮32和差速器35上的差速器齿圈37啮合而驱动半轴差速器输出半轴34。发动机54单独驱动时还可分配一定功率经第一电机101给电池充电。根据车辆运行情况可将发动机54剩余的动力分配给第一电机101，从而提高燃油经济性。在全油门时可将第一电机101的扭矩控制为0，将所有发动机54动力用来驱动，以保证车辆启步加速性。车速较高时，松开制动器3030，结合第二离合器4，第一行星齿轮机构104的速比从一挡的3左右降到二挡的1。如果一挡的总速比是9，那么二挡的速比就变为3，正好用来高速巡航或高效发电。

3.电动机单独驱动

脱开第一离合器7，启动第二电机102。在第二行星齿轮机构103中的第二太阳轮24固定于变速器后壳体17上，第二电机102的第二转子19经转子支撑板22带动第二齿圈21旋转。此时，第二行星架53的输出速度降为：

上式中，nr是第二齿圈21即第二转子19的转速；nc第二行星齿轮机构103的第二行星架53的输出速度；α1是第二齿圈21与第二太阳轮24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103将电机速度降低了约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。

4.发动机54和电动机同时驱动。

同时启动第二电机102和发动机54，接合第一离合器7，发动机54的扭矩减去拖动第一电机101的扭矩后经第一离合器7传到第一输入轴2上。第二电机102的扭矩经第二行星齿轮机构103放大后也叠加在第一输入轴2上。如果控制第二电机102的扭矩为峰值扭矩，最大输入扭矩(第一输入轴2上)可达：

式中：Te是发动机54的输出扭矩；Tp3是第二电机102的输出扭矩；Tin是输入扭矩。这个扭矩相当于普通发动机54输出扭矩的两倍，可保证汽车良好加速性能。

5.换挡

在发动机54驱动时，接合第一离合器7和制动器30，发动机54的扭矩经第一离合器7传到第一输入轴2上。第一行星齿轮机构104的第一太阳轮25为输入轮，第一齿圈16是输出轮，第一行星齿轮机构104的速比为α2。α2是第一齿圈16与第一太阳轮25的齿数比。一般α2值设在2到3之间。

当速度高于设定值时，松开制动器30，结合第二离合器4，第一行星齿轮机构104的第一太阳轮25与第一行星架27同速旋转，第一行星齿轮机构104的速比降为1。如果输出齿轮15、被动齿轮29和主减速轮、差速器齿圈37的速比之积是id，那么发动机54驱动的二挡总速比就为id，正好用来驱动车辆高速巡航或高效发电。一挡总速比为idα2，可用来协助电机启步或加速。

第二电机102驱动时仅需接合制动器30就可实现一挡速比。一挡总速比为：

车速较高时，松开制动器30，结合第二离合器4(C0)，第一行星齿轮机构104速比为1，二挡总速比：

本实用新型中的一档和两档只是档位名称，并不是特指汽车变速箱中按顺序排列的档位。

6.车辆制动能量回收

在车辆减速制动时，制动器30结合，车辆惯性经差速器35、差速器输出半轴34拖动差速器齿圈37、第一太阳轮25、第一输入轴2、第二行星架53、第二齿圈21、及第二转子19发电，实现制动能回收。

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100的示意性结构图。如果要求更大减速比，第二行星齿轮机构103可采用不同联接方式。在本实施例中，第二电机与第一输入轴同样是同轴布置。参考图2，第二太阳轮24固定于第二电机102的第二转子19上且随第二转子19一起转动，具体地，第二太阳轮24通过转子支撑板22与第二电机102的第二转子19传动连接，第二行星架53安装于后壳体17且相对于后壳体17固定，第二齿圈21与第一输入轴2传动连接。第二电机102通过第二齿圈21将动力传输至第一输入轴2。采用上述结构，就可获得较大的减速比。

在本实施例中，除了第二电机102与第一输入轴2的连接方式不同外，其他连接结构和运行模式与实施例一中的均无太大差别，故不再详述。

实施例三

图3是根据本实用新型又一个实施例的动力系统100的示意性结构图。如图3所示，在本实施例中，第一电机(P1)与上述实施例一样布置，第二电机(P3)与第一输入轴之间是偏轴布置。第二太阳轮24通过传动链110与第二电机102的第二转子19传动连接，第二齿圈21安装于后壳体17且相对于后壳体17固定，第二电机102通过第二行星架53将动力传输至第一输入轴2。在本实施例中，除了第二电机102与第一输入轴2的连接方式不同外，其他连接结构和运行模式与实施例一中的均无太大差别，故不再详述。

采用本实用新型的动力系统，可以使整个结构空间紧凑，缩短了变速器的轴向长度，提高了搭载性。

进一步地，采用本实用新型的动力系统100的混合动力车辆还可以设有例如锂电池储能系统、对储能系统进行管理的电池管理系统等。这样，第二电机102和第一电机101的电力可以直接通过锂电池储能系统进行供给。并且第一电机101可以通过发动机54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。