專利名稱：汽車混合動力驅動系統(tǒng)及其檔位操作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種汽車混合動力驅動系統(tǒng)，更具體地，涉及一種包括行星齒輪耦合 機構和減速機構的汽車混合動力驅動系統(tǒng)。此外，本發(fā)明還涉及一種汽車混合動力驅動系 統(tǒng)的檔位操作方法。
背景技術：
目前，汽車在環(huán)境保護方面的要求日趨嚴格。純電動汽車(EV)在技術上還不能滿 足不同工況下對汽車動力性的需求，混合動力車(HEV)則以其動力性和環(huán)保性兩方面的優(yōu) 點獲得了較快的發(fā)展?；旌蟿恿ζ嚲哂袃煞N不同的動力源，即電機和內(nèi)燃機，該汽車的混合動力驅動 系統(tǒng)按動力傳遞路線分為串聯(lián)式驅動系統(tǒng)、并聯(lián)式驅動系統(tǒng)以及混聯(lián)式驅動系統(tǒng)。所謂串 聯(lián)式驅動系統(tǒng)，即內(nèi)燃機驅動發(fā)電機發(fā)電，然后再利用發(fā)電機發(fā)出的電力來驅動電動機，進 而通過電動機的動力向車輛提供動力；所謂并聯(lián)式驅動系統(tǒng)中，即內(nèi)燃機和電動機共同驅 動汽車，發(fā)動機與電動機分屬兩套系統(tǒng)，可以分別獨立地向汽車傳動系提供扭矩，在不同的 路面上既可以共同驅動又可以單獨驅動汽車。所述混聯(lián)式驅動系統(tǒng)，即將內(nèi)燃機的動力和 電動機的動力耦合后傳遞給汽車的傳動系，混聯(lián)式驅動系統(tǒng)的工作模式因為動力耦合技術 和電動機-發(fā)電機轉換技術的發(fā)展而呈現(xiàn)出多樣化趨勢。電動機-發(fā)電機轉換技術目前已經(jīng)比較成熟，其主要原理是通過增加電路轉換元 件使得電機既可以作為電動機使用，也可以轉換為發(fā)電機使用，例如，對于直流電機而言， 直流電動機和永磁發(fā)電機的工作原理實質(zhì)均是電磁感應原理，所不同的只是直流電動機通 過使得電動機轉子通電而在磁場中受力旋轉，而永磁發(fā)電機則通過外力驅動發(fā)電機轉子旋 轉以切割磁力線而產(chǎn)生電流，因此，在永磁發(fā)電機的基礎上增加電路轉換元件以及直流電 動機的電刷等配件，可以使得電機選擇性地工作在發(fā)電機和電動機兩種工作模式下，這在 電機領域稱作電動機-發(fā)電機組，簡稱為電機。此外，混聯(lián)式驅動系統(tǒng)的重要技術之一在于內(nèi)燃機和電動機的動力耦合技術，例 如，C擬693516Y公開了一種汽車混合動力驅動系統(tǒng)，如圖3所示，該驅動系統(tǒng)包括內(nèi)燃機 100、電動機200以及作為動力耦合機構的行星齒輪機構，該行星齒輪機構包括齒圈400、安 裝有行星齒輪的行星架500和太陽輪600，其中，電動機200通過齒輪300將動力傳遞給齒 圈400，內(nèi)燃機100將動力傳遞給太陽輪600，然后將二者的動力通過行星架而耦合在一起 并傳輸給汽車的行駛系。公知地，汽車的內(nèi)燃機或電動機的轉速較高，由內(nèi)燃機或電動機輸出的轉動傳遞 到汽車的驅動輪之前，必須經(jīng)過減速機構減速增扭以驅動汽車，這在混合動力汽車上同樣 如此。減速機構主要由減速齒輪系構成，其減速比在減速齒輪箱制造完成之后是固定不變 的。為適應不同工況下汽車減速增扭的需要，傳統(tǒng)汽車驅動系統(tǒng)(即僅由內(nèi)燃機驅動)安 裝有變速箱以進行汽車的檔位操作，但是，對于混合動力汽車而言，由于其動力機構(即內(nèi) 燃機和電機)的布置形式以及動力耦合機構的限制，安裝變速箱不但使得驅動系統(tǒng)結構過于復雜，而且在安裝結構上也難以實現(xiàn)。因此，混合動力汽車的倒擋主要通過控制電動機的 正反轉實現(xiàn)，而變速則主要通過調(diào)整電動機的轉速來實現(xiàn)，這相當于一種無級變速，這種變 速方式實際是通過改變電動機的輸出功率來改變電動機的輸出轉速。但是，混合動力汽車的這種變速方式并不能適應汽車不同工況下的需要，例如，對 于上述C擬693516Y公開了的混合動力驅動系統(tǒng)而言，當汽車處于爬坡(假設坡度是該汽車 滿載下所能行駛的極限坡度)情形下時，需要使得內(nèi)燃機100和電動機200耦合后的輸出 功率達到最大，此時電動機200的輸出轉速應當在該情形下達到最大，但是該輸出轉速必 須經(jīng)過減速機構減速以增加扭矩才能帶動汽車爬坡(尤其是汽車滿載而質(zhì)量較大時)，為 適應此種工況減速機構的減速比必須設計得較大。但是，如果以該較大的減速比來作為該 混合動力驅動系統(tǒng)減速機構的減速比卻不能適應該汽車其它工況的需要，例如，當該汽車 空載并行駛在平坦路面上時，此時要求汽車能夠以比較高的速度行使，然而由于減速機構 的減速比已經(jīng)設計得較大，此時即使電動機200和內(nèi)燃機100耦合后的轉速達到最大，但經(jīng) 過減速機構較大的減速比的減速，汽車的行駛速度仍然不夠理想。由上分析可知，傳統(tǒng)的汽車混合動力驅動系統(tǒng)的變速方式并不能滿足汽車不同工 況下的行駛需要，這在汽車混合動力驅動系統(tǒng)的設計上一直是一個比較難于解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種汽車混合動力驅動系統(tǒng)，該混合動力驅動 系統(tǒng)不但能夠適應汽車不同襠位的操作，而且能夠使得汽車在不同工作模式下的前進檔具 有可選擇的兩種減速比，以適應汽車在不同工況下的行駛需要。為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種汽車混合動力驅動系統(tǒng)，該汽車混合動力 驅動系統(tǒng)包括內(nèi)燃機、第一電機、第二電機、行星耦合機構、減速機構以及差速器，其中，所 述內(nèi)燃機的輸出軸連接于所述第一電機的輸入軸，該第一電機的輸出軸通過第一離合器連 接于所述第二電機的輸出軸，該第二電機的輸出軸在其軸向方向的一個位置上連接于所述 行星耦合機構的太陽輪和齒圈中的一者，并且該第二電機的輸出軸在其軸向方向的另一個 位置上通過第二離合器連接于所述太陽輪和齒圈中的另一者，該太陽輪和齒圈中的另一者 上設置有制動器，所述行星耦合機構的行星架連接于所述減速機構的輸入齒輪上，該減速 機構的輸出齒輪連接于所述差速器殼體上。此外，本發(fā)明還提供一種上述汽車混合動力驅動系統(tǒng)的檔位操作方法，其中，在所 述汽車前進狀態(tài)下，通過操縱所述第二離合器分離并操縱所述制動器接合，以使得所述汽 車混合動力驅動系統(tǒng)處于第一前進檔，或者通過操縱所述第二離合器接合并操縱所述制動 器分離，以使得所述汽車混合動力驅動系統(tǒng)處于第二前進檔；在所述汽車倒車狀態(tài)下，通過 操縱所述第一離合器分離并操縱所述第二離合器分離，同時操縱所述制動器接合，以使得 所述汽車混合動力驅動系統(tǒng)處于倒車檔；在所述汽車暫時駐車狀態(tài)下，通過操縱所述第一 離合器分離并操縱所述第二離合器分離，同時操縱所述制動器分離，以使得所述汽車混合 動力驅動系統(tǒng)處于空檔；在所述汽車停車發(fā)電狀態(tài)下，通過操縱所述第一離合器分離，并使 得所述內(nèi)燃機運轉以帶動所述第一電機發(fā)電。通過本發(fā)明的上述混合動力驅動系統(tǒng)，由于能夠通過調(diào)整行星耦合機構而使得該 行星耦合機構參與減速，并由此形成汽車前進檔的兩個檔級，因此能夠減小減速機構的減速比，以協(xié)調(diào)汽車不同工況下的行駛需要。例如，在汽車滿載爬坡時，采用第一前進檔的減 速比，從而使得第二電機和/或內(nèi)燃機的輸出轉速經(jīng)由行星耦合機構和減速機構的共同減 速而大幅降低，從而達到減速增扭的目的；當汽車在平坦路面行駛時，可以采用第二前進檔 的減速比，以使得第二電機和/或內(nèi)燃機轉速僅由減速機構減速，從而使得汽車在減速后 仍能夠以理想的速度行駛。同時，由于減小了減速機構的減速比，因此能夠減小減速機構的 齒輪數(shù)量和尺寸，從而節(jié)減了成本。因此，本發(fā)明汽車混合動力驅動系統(tǒng)能夠根據(jù)汽車的不 同行駛工況，靈活選擇各種工作模式和各個對應檔位。此外，本發(fā)明的具有可調(diào)整的兩個前 進檔級的汽車混合動力驅動系統(tǒng)能夠使得整車低速扭矩增大、起步更塊，而在高速下能夠 更大地發(fā)揮出電機與發(fā)動機的最高效率點，提高了電能轉換效率，減少了尾氣排放與能量 損耗，最終達到整車的低排放、低油耗和高動能等效果。


下面結合附圖詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，通過詳細描述，本發(fā)明的上述和 其它目的、特征和優(yōu)點將是明顯的，其中圖1是本發(fā)明汽車混合動力驅動系統(tǒng)的一種實施方式的示意圖，圖中的X號代表 固定連接；圖2是本發(fā)明汽車混合動力驅動系統(tǒng)的另一種實施方式的示意圖，圖中的X號代 表固定連接；以及

圖3是現(xiàn)有技術C擬693516Y公開的汽車混合動力驅動系統(tǒng)的示意圖 附圖標記說明
2 4 6 8
1 內(nèi)燃機
3 第一離合器 5 制動器
7 -JtM 9:第-11:第 13 第 15 第 17 第 19 半軸 21 差速器
架
從動齒輪
二從動齒輪(輸出齒輪) 二電機
-電機輸入軸 二電機輸出軸
第一電機 第二離合器 齒圈 太陽輪 10 第二主動齒輪 12 驅動車輪 14 內(nèi)燃機輸出軸 16 第一電機輸出軸 18 行星齒輪
20 第一主動齒輪(輸入齒輪) J 減速機構
具體實施例方式
以下結合附圖詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。需要說明的是，本發(fā)明的主要技 術構思在于提供一種混合動力系統(tǒng)的連接布置形式，而相關部件的具體結構在汽車領域內(nèi) 是公知的，本領域的技術人員可以選擇通過多種具體結構的零部件來實現(xiàn)本發(fā)明混合動力 系統(tǒng)的連接布置形式。因此，在下述詳細說明中將重點描述本發(fā)明混合動力系統(tǒng)的連接形 式，當然為使得本發(fā)明的技術方案更容易理解，也會附帶說明一些零部件的典型結構，但這 種具體結構的說明不應認為是對本發(fā)明保護范圍的限制。
如圖1所示，本發(fā)明優(yōu)選實施方式的汽車混合動力驅動系統(tǒng)是一種以第二電機13 驅動為主的混合動力驅動系統(tǒng)。該混合動力驅動系統(tǒng)主要包括內(nèi)燃機1、第一電機2、第二 電機13、行星耦合機構、減速機構J以及差速器21。優(yōu)選地，所述內(nèi)燃機1的輸出軸14、所 述第一電機2的輸入軸15和輸出軸16、所述行星耦合機構的中心線以及所述第二電機的輸 出軸17處于同一軸線上。更優(yōu)選地，所述內(nèi)燃機1和所述第一電機2位于所述行星耦合機 構的一側，所述第二電機13位于所述行星耦合機構的另一側。廠下面詳細描述本發(fā)明的混合動力驅動系統(tǒng)各部件的布置結構。首先，第一電機2和第二電機13不但具有圖1中所示的機械連接，公知地，該第一 電機2和第二電機13還存在電路連接(在附圖中未顯示)，第一電機2和第二電機13均電 連接到控制裝置上，通過該控制裝置進而連接到蓄電池上，其中所述控制裝置能夠切換電 流流向并控制電流量，例如，當?shù)谝浑姍C2處于發(fā)電機工作模式時，該第一電機2所產(chǎn)生的 電流可以經(jīng)由控制裝置流向蓄電池儲存，也可以經(jīng)由控制裝置的切換直接供給到第二電機 13以驅動第二電機13運轉。這種電路連接以及控制裝置使得混合動力驅動系統(tǒng)的工作模 式多樣化，但在混合動力汽車上已經(jīng)比較常用，因此不再贅述。如圖1所示，內(nèi)燃機1的輸出軸14連接到第一電機2的輸入軸15上，其連接結構 可以采用多種公知的連接形式，例如通過聯(lián)軸器、法蘭盤等。第一電機2的輸出軸16的端 部通過離合器3連接到第二電機13的輸出軸17的端部，其中，離合器13可以采用常用的 離合器，例如摩擦盤式離合器，其操縱機構(圖中未顯示)可以是液壓操縱機構、氣壓操縱 機構、機械操縱機構等，例如在離合器3采用膜片彈簧離合器時，其操縱機構可以采用包括 撥桿以及分離軸承的機械操縱機構，這些具體結構可以根據(jù)整車類型進行選擇。如圖1所示，在第二電機13輸出軸17的不同軸向位置上，該第二電機13的輸出 軸17還分別連接到行星耦合機構的太陽輪8和齒圈6上，其中，與太陽輪8的連接可以采 用鍵齒鍵槽連接、花鍵連接等，與齒圈8的連接通過離合器4間接連接，從而能夠通過離合 器4的接合或分離而選擇性地與齒圈8連接或斷開。離合器4可以采用多種具體結構的離 合器，例如，在圖1中，離合器4采用摩擦盤式離合器，該摩擦盤式離合器包括離合器蓋、主 動摩擦盤以及從動摩擦盤等構件，其中，第二電機13的輸出軸17穿過中空的離合器蓋并固 定連接到該離合器蓋的端部，主動摩擦盤和從動摩擦盤均為環(huán)形，并且該主動摩擦盤設置 在離合器蓋上，而從動摩擦盤則與主動摩擦盤相對地設置在齒圈6上，在離合器操作機構 (未顯示)的操縱下，主動摩擦盤能夠在離合器蓋上沿軸向移動，從而選擇性地與從動摩擦 盤接合或分離。這種離合器的具體結構本領域的技術人員能夠想到多種變型，但其接合分 離的原理基本均是類似的。行星耦合機構主要用于耦合內(nèi)燃機1、第一電機2以及第二電機13的動力輸出，但 本發(fā)明的行星耦合機構比較獨特，其不僅作為動力耦合機構，還能夠通過上述離合器4以 及下述的制動器5來作為調(diào)整汽車前進檔減速比的調(diào)整機構。如圖1所示，齒圈6上設置 有制動器5，該制動器5與常用的汽車制動器的結構與原理是相似的，可以是在齒圈6的外 周面的部分長度上設置制動蹄或制動塊，并通過液壓式制動操作機構(未顯示)來操縱該 制動蹄或制動塊，以選擇地與齒圈6的外周面接合或分離，從而使得齒圈6固定或能夠自由 轉動。公知地，行星耦合機構包括齒圈8、安裝有多個行星輪18的行星架7以及太陽輪8，其配合關系公知為行星輪18嚙合在太陽輪8和齒圈6之間。如圖1所示，行星架7作為 行星耦合機構的輸出軸與減速機構J的第一主動齒輪20連接。在此需要說明的是，圖1(以 及圖2)中的虛線表示減速結構的所在部位，其與實際的減速機構殼體的形狀并不一定相 同，僅是為便于理解而作的標示。行星架7與第一主動齒輪20 (減速機構的輸入齒輪)可 以形成為一體，當然在實際情形中，行星架7多連接到該第一主動齒輪20的齒輪軸(即為 減速機構的輸入軸或行星架7與第一主動齒輪20的連接軸)上，通過該齒輪軸帶動減速機 構內(nèi)部的齒輪副進行減速增扭，在圖1中所示的結構中，行星架7與第一主動齒輪20之間 的連接軸為中空的，以使得第二電機13的輸出軸17能夠從中穿過，當然這只是一種具體結 構，在本發(fā)明的技術構思范圍內(nèi)可以具有多種其它變型布置結構。減速機構J中的減速齒輪副可以根據(jù)實際需要安裝為多對，其主要是通過多級大 小齒輪副的嚙合來實現(xiàn)減速，例如在圖1中，減速機構J中包括兩對齒輪副，其中第一主動 齒輪20與第一從動齒輪9嚙合實現(xiàn)一級減速(第一主動齒輪20的齒數(shù)小于第一從動齒輪 9的齒數(shù))，與第一從動齒輪9同軸安裝的第二主動齒輪10與第二從動齒輪11嚙合實現(xiàn)二 級減速(第二主動齒輪10的齒數(shù)小于第二從動齒輪11的齒數(shù))。第二從動齒輪11 (減速 機構的輸出齒輪)固定連接到差速器21的殼體上，該差速器21進而通過半軸19連接到驅 動車輪12上。在此需要說明的是，由于圖1(以及圖2)僅是示意圖，為使得圖形簡潔清楚而省略 了其中的支撐軸承等構件，但這些均是本領域技術人員能夠容易想到的，在實際安裝過程 中會根據(jù)具體情況進行支撐。以下將說明通過圖1中的布置結構實現(xiàn)汽車前進檔的兩個檔級的原理。公知地，行星齒輪系的傳動關系存在如下等式(1)nl+n3 · K = (1+K) · n2其中nl為太陽輪8的轉速，n2為行星架7的轉速，η3為齒圈6的轉速，K為齒圈 齒數(shù)/太陽輪齒數(shù)。在圖1中，當操縱制動器5接合以使得齒圈4固定并保持離合器4處于分離狀態(tài) 時，上述等式(1)中齒圈6的轉速n3為零，從而存在如下等式O)nl = (1+K) · n2從而，此時行星耦合機構的減速比I1 = nl/n2 = 1+K,由于減速機構J的減速比 為定值i2(圖1中為二級減速機構，當然該減速機構還可以為一級減速機構或多級減速機 構)，因此在該操作狀態(tài)下整個混合動力驅動系統(tǒng)的減速比為I = I1 · i2 = (1+K) · i2，這 是圖1中混合動力驅動系統(tǒng)的第一前進檔的減速比，該整體減速比較大，這特別適用于低 速爬坡等需要大幅降低轉速以增加扭矩的工況。此外，在圖1中，當使得離合器4接合而保持制動器5處于分離狀態(tài)時，由于齒圈 6通過第二電機13的輸出軸17與太陽輪8連接為整體，因此上述等式(1)中的nl =n3， 從而存在如下等式(3)nl+nl · K = (1+K) · n2即此時nl = n2，也就是說，行星耦合機構在該操作狀態(tài)下，太陽輪8、行星架7和 齒圈6的轉速均相等，此時實現(xiàn)直接傳動，行星耦合機構的減速比I1 = 1，因此在該操作狀 態(tài)下整個混合動力驅動系統(tǒng)的減速比為I = I1 · i2 = i2，這是圖1中本發(fā)明動力驅動系統(tǒng)的第二前進檔的減速比，該減速比較小(僅取決于減速機構J的減速比i2)，這特別適用于 高速行駛等工況。由上分析可知，通過本發(fā)明優(yōu)選實施方式的上述混合動力驅動系統(tǒng)，由于能夠通 過調(diào)整行星耦合機構而使得該行星耦合機構參與減速，并由此形成汽車前進檔的兩個檔 級，因此能夠減小減速機構J的減速比，以協(xié)調(diào)汽車不同工況下行駛需要。例如，在汽車滿 載爬坡時，采用第一前進檔的減速比，從而使得第二電機13(或混聯(lián)模式下內(nèi)燃機1、第一 電機2以及第二電機13)的輸出轉速經(jīng)由行星耦合機構和減速機構J的共同減速而大幅降 低，從而達到減速增扭的目的；當汽車在平坦路面行駛時，可以采用第二前進檔的減速比， 以使得第二電機13 (或混聯(lián)模式下內(nèi)燃機1、第一電機2以及第二電機1 轉速僅由減速機 構J減速，從而使得汽車在減速后仍能夠以理想的速度行駛。同時，由于減小了減速機構J 的減速比，因此能夠減小減速機構J的齒輪數(shù)量和尺寸，從而節(jié)減了成本。圖2所示的是本發(fā)明混合動力驅動系統(tǒng)的一種變型方式，其基本結構與圖1所示 實施方式類似，不同的是第二電機13的輸出軸17直接固定到齒圈6上，同時該第二電機13 的輸出軸通過離合器4連接太陽輪8上，以通過離合器4的操作而與太陽輪8連接或斷開， 該離合器4與圖1中的離合器3的結構基本是相似的，僅是從動摩擦盤連接到太陽輪8的 中心通孔的內(nèi)周面上，主動摩擦盤則直接設置在第二電機13的輸出軸17上，該主動摩擦盤 通過離合器操作機構(未顯示)的操作能夠移動以與從動摩擦盤接合或分離。此外，制動 器5設置在太陽輪8上，在圖2中太陽輪8形成有專門與制動器5接合的接合面，當然該太 陽輪8的具體結構還有多種變型形式，例如將制動器5直接設置在太陽輪5的端面上。圖2中的布置結構同樣能夠實現(xiàn)汽車前進檔的兩個檔級，具體如下當汽車處于爬坡等工況而需要增加扭矩是，使得制動器5接合以將太陽輪6固定， 同時使得離合器4保持分離狀態(tài)。此時，上述等式(1)中太陽輪的轉速nl為零，并得到如 下等式⑷n3 · K = (1+K) · n2此時行星耦合機構的減速比I1 = n3/n2 = (1+K)/K，由于減速機構J的減速比為 定值i2(圖2中也為二級減速機構，當然該減速機構還可以為一級減速機構或多級減速機 構)，因此在該操作狀態(tài)下整個混合動力驅動系統(tǒng)的減速比為I = I1 = (1+Κ) · 2/Κ，這 是圖2中本發(fā)明動力驅動系統(tǒng)的第一前進檔的減速比，該第一前進檔的減速比雖然小于圖 1中所示實施方式的第一前進檔的減速比，但仍然能夠滿足汽車的減速增扭需要，并提供了 本發(fā)明技術構思范圍內(nèi)的另一種選擇方案。此外，在圖2中，當使得離合器4接合而保持制動器5處于分離狀態(tài)時，由于齒圈 6通過第二電機13的輸出軸17與太陽輪8連接為整體，因此上述等式(1)中的nl = n3, 從而存在如下等式(5)η3+η3 · K = (1+K) · n2即此時n3 = n2，也就是說，行星耦合機構在該操作狀態(tài)下，太陽輪8、行星架7和 齒圈6的轉速均相等，此時實現(xiàn)直接傳動，行星耦合機構的減速比I1 = 1，因此在該操作狀 態(tài)下整個混合動力驅動系統(tǒng)的減速比為I = I1 · i2 = i2，這是圖2中本發(fā)明動力驅動系統(tǒng) 的第二前進檔的減速比，該減速比較小(僅取決于減速機構J的減速比i2)，與圖1中所示 實施方式一樣，該第二前進檔的減速比特別適用于高速行駛等工況。
由上分析可知，本發(fā)明的汽車混合動力驅動系統(tǒng)通過巧妙地設置行星耦合機構， 不但使得行星耦合機構作為動力耦合機構發(fā)揮作用，而且還使得該行星耦合機構參與減速 功能，從而在第二電機13無級變速的基礎上另外實現(xiàn)了汽車前進檔的兩個機械檔級，更好 地滿足了汽車在不同工況下的行駛需要。以下結合圖1和圖2說明本發(fā)明的汽車混合動力驅動系統(tǒng)在汽車處于不同工況以 及動力模式下的檔位操作方法，具體參見下表1 表 1
縱部件 檔位^^^^^^第一離合器第二離合器制動器停車檔倒車檔〇〇 空檔〇〇〇電動模式第一前進檔〇〇參第二前進檔〇 〇混合 動力模式串 聯(lián)第一前進檔〇〇 第二前進檔〇參〇混 聯(lián)第一前進檔 〇 第二前進檔 〇停車發(fā)電〇注〇為分離，眷為接合，——為分離與接合均可如上所述，本發(fā)明的汽車混合動力驅動系統(tǒng)以第二電機13驅動為主，但通過控制 裝置以及離合器的控制，能夠以兩種工作模式純電動模式(EV)和混合動力模式(HEV)工 作(詳見下述)。第一是停車檔，此時汽車的內(nèi)燃機1、第一電機2以及第二電機13均停止運轉，第 一離合器3、第二離合器4以及制動器5保持在接合或分離狀態(tài)對汽車不會產(chǎn)生影響。第二是倒車檔，此時第一離合器3處于分離狀態(tài)，汽車由第二電機13驅動，當然第 一離合器3處于分離狀態(tài)并不代表內(nèi)燃機1和第一電機2不工作，此時根據(jù)需要可以啟動 內(nèi)燃機1驅動第一電機2以發(fā)電機模式發(fā)電，并通過上述控制裝置的切換而將產(chǎn)生的電力 儲存到汽車蓄電池內(nèi)(以下第一離合器3處于分離狀態(tài)時，內(nèi)燃機1和第一電機2均能夠 選擇此種工作狀態(tài)，尤其是蓄電池電力不足而需要采用混合動力串聯(lián)模式時更需采用此種 工作狀態(tài))。在倒車檔，第二電機13在控制裝置的控制下反轉，并使得第二離合器4分離，制動器5接合，如上所述，此時圖1和圖2中兩種方式的混合動力驅動系統(tǒng)的減速比分別為 (1+K) 42和(1+Κ) · 2/Κ，該減速比較大，并且加上第二電動機13本身的變速，從而汽車能 夠以緩慢的速度進行倒車，確保了安全性。第三為空檔，也就是在行駛過程中的暫時駐車狀態(tài)(第二電機13不停止運轉，但 汽車并不前進，如客車中途停靠)，此時第一離合器3、第二離合器4以及制動器5保持在分 離狀態(tài)，由于行星耦合機構的太陽輪8、行星架7以及齒圈8均不固定，并且也無二個構件連 成一體，公知地，此時行星耦合機構不傳遞力矩，即行星耦合機構的輸出轉速為零，從而此 時即使第二電機13處于運轉狀態(tài)，也不會驅動汽車前進，從而實現(xiàn)了空檔運轉。第四為純電動模式下的前進檔，當蓄電池電量充足時，如果汽車處于高速或低速 行駛工況，本發(fā)明的混合動力汽車驅動系統(tǒng)主要采用純電動模式(EV)，通過控制裝置控制 第二電機正轉并以第二電機13作為惟一的動力源。純電動模式下的前進擋共有兩個檔級， 具體如下純電動模式的第一前進擋此時第一離合器3和第二離合器4均分離，操作制動器 5處于接合制動狀態(tài)，如上所述，此時圖1和圖2中兩種方式的混合動力驅動系統(tǒng)的減速比 分別為(1+Κ) · 12和(1+Κ) · i2/K，該減速比較大，因而可以使得汽車保持在相對較低的勻 速行駛狀態(tài)。當然在純電動模式下，汽車還可以通過增大第二電機13本身的功率輸出而實 現(xiàn)緩慢的加速狀態(tài)。純電動模式的第二前進擋此時第一離合器3分離，第二離合器4接合，制動器5 則處于分離狀態(tài)，如上所述，此時圖1和圖2中兩種方式的混合動力驅動系統(tǒng)的行星耦合機 構均處于直接傳動狀態(tài)，整個混合動力驅動系統(tǒng)的減速比均為減速機構J的減速比i2，因此 汽車可以保持在相對較高的勻速行駛狀態(tài)。第五為混合動力串聯(lián)模式下的前進檔，如背景技術部分所述，混合動力的串聯(lián)模 式主要是通過內(nèi)燃機1帶動第一電機2發(fā)電，并通過所述控制裝置將第一電機2產(chǎn)生的電 力直接供給第二電機13或者儲存到蓄電池后再供給到第二電機13，以使得第二電機13作 為直接動力源驅動汽車前進。該混合動力串聯(lián)模式主要適用于蓄電池電量不足，并且需要 保持汽車均勻的高速或低速行駛的工況。該混合動力串聯(lián)模式下的前進檔與純電動模式下 的前進檔是相似的，所不同的僅是需要使得內(nèi)燃機1帶動第一電機2發(fā)電，并將產(chǎn)生的電力 供給到第二電機13，因此，如表1中所示，該混合動力串聯(lián)模式下的第一前進檔和第二前進 檔的離合器和制動器的控制可以參見上述純電動模式下的第一前進檔和第二前進檔。第六為混合動力混聯(lián)模式下的前進檔?；旌蟿恿ο到y(tǒng)的混聯(lián)模式主要適用于汽車 爬坡或急加速的情形，此時汽車需要較大的功率輸出，因此使得第一離合器3接合，通過內(nèi) 燃機1和/或第一電機2為第二電機13助力。在該混聯(lián)模式下，存在多種動力傳遞路線以 適應不同的行駛需要。例如，使得內(nèi)燃機1運轉，而第一電機2通過所述控制裝置的控制而 以發(fā)電機的模式工作，此時內(nèi)燃機1動力一部分經(jīng)由第一電機2轉換成電能儲存到蓄電池 內(nèi)，另一部分通過第一電機的輸出軸16與第二電機13的輸出的動力會合，進而通過行星耦 合機構的耦合輸出到減速機構J，需要注意的是，在此情形下，存在內(nèi)燃機1和第二電機13 的轉速同步匹配的問題，一般由于電機的轉速高于內(nèi)燃機，因此主要通過所述控制裝置控 制第二電機13的轉速以使其與內(nèi)燃機1的轉速大致相當，當然由于內(nèi)燃機1的轉速會有輕 微的波動，但由于第一離合器3多是采用摩擦原理的離合器，因此內(nèi)燃機1和第二電機13的轉速的輕微不匹配并不會影響汽車行駛的平順性(以下的轉速匹配原理相同)；再如，使 得內(nèi)燃機1運轉，同時通過所述控制裝置使得第一電機2也以電動機的模式工作，并通過所 述控制裝置從蓄電池將電力通過供給到第一電機2和第二電機13，此時內(nèi)燃機1和第一電 機2共同為第二電機13助力，這主要適用于極限爬坡的情形；又如，在蓄電池電量耗盡時， 可以使得內(nèi)燃機1運轉，并僅由內(nèi)燃機1驅動汽車前進，此時該內(nèi)燃機1可以帶動第一電機 1(在需要是還可以同時帶動第二電機1 發(fā)電以給蓄電池充電等。由此可見，在混合動力 混聯(lián)模式下動力傳遞的路線較多，這在本申請人的多種車型中已經(jīng)得到運用，該混聯(lián)模式 的一個較大的優(yōu)點是能夠使得內(nèi)燃機1始終保持在最大效率區(qū)，使得內(nèi)燃機1的輸出動力 充分得到利用。此時無論動力傳遞的路線如何，該混合動力混聯(lián)模式下的前進檔同樣分為 兩級，具體如下混合動力混聯(lián)模式的第一前進檔第一離合器3接合，第二離合器4分離，制動器 5處于接合制動狀態(tài)，如上所述，此時圖1和圖2中兩種方式的混合動力驅動系統(tǒng)的減速比 分別為(1+K) · “和(1+K) · i2/K，該減速比較大，因而可以使得內(nèi)燃機1、第二電機13(和 /或第一電機2、的轉速有效地降低以達到增加扭矩目的，由于混合后的功率輸出較大，因 此增加的扭矩能夠保證汽車實現(xiàn)爬坡等行駛工況?；旌蟿恿炻?lián)模式的第二前進擋第一離合器3接合，第二離合器4接合，制動器 5則處于分離狀態(tài)，如上所述，此時圖1和圖2中兩種方式的混合動力驅動系統(tǒng)的行星耦合 機構均處于直接傳動狀態(tài)，整個混合動力驅動系統(tǒng)的減速比均為減速機構的減速比i2，此 時汽車可以通過強大的功率輸出而實現(xiàn)急加速，并能夠隨后通過上述的純電動模式保持在 最高的勻速行駛狀態(tài)。此外，即使在汽車停車狀態(tài)下(第二電機13停止運轉)，仍然可以通過使得第一 離合器3分離，并單獨啟動內(nèi)燃機1來帶動第一電機1發(fā)電，以為蓄電池充電。在該停車發(fā) 電檔位下，由于第一離合器3分離，第二離合器4和制動器5處于分離或接合狀態(tài)均無關緊 要，內(nèi)燃機1并不會將動力傳遞給行星耦合機構。由上分析可以看出，本發(fā)明汽車混合動力驅動系統(tǒng)根據(jù)汽車的不同行駛工況，靈 活選擇各種工作模式和對應檔位，以第二電機13驅動為主，而內(nèi)燃機1在混合動力混聯(lián)模 式下幾乎一直工作在其最大效率區(qū)，避免了內(nèi)燃機1處于怠速和低速運轉工況，從而提高 了燃油利用率；其次，第一電機2仍然可以作為傳統(tǒng)內(nèi)燃機1的啟動電機，因此第一電機2 實際具有三重功能啟動電機、發(fā)電機以及為第二電機13助力的電動機。此外，具有可調(diào)整 的兩個前進檔級的汽車混合動力驅動系統(tǒng)能夠使得整車有效減速以增大扭矩、起步更快， 而在高速下能夠更大地發(fā)揮出電機與發(fā)動機的最高效率，提高電能轉換效率，減少尾氣排 放與減少能量損耗，最終達到整車的低排放、低油耗和高動能等效果。以上描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但本發(fā)明并限于上述實施方式以及附圖中顯 示的一些具體結構，本領域的技術人員在本發(fā)明的技術構思范圍內(nèi)，能夠作出多種變型，例 如，本發(fā)明還可以將行星耦合機構和減速機構J構造成一體而封裝在一個殼體內(nèi)部等，這 些簡單變型方式均屬于本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的保護范圍由權利要求限定。
權利要求
1.一種汽車混合動力驅動系統(tǒng)，該汽車混合動力驅動系統(tǒng)包括內(nèi)燃機(1)、第一電機 O)、第二電機(13)、行星耦合機構、減速機構(J)以及差速器(21)，其中，所述內(nèi)燃機⑴ 的輸出軸(14)連接于所述第一電機(2)的輸入軸(15)，該第一電機⑵的輸出軸(16)通過 第一離合器⑶連接于所述第二電機(13)的輸出軸(17)，該第二電機(13)的輸出軸(17) 在其軸向方向的一個位置上連接于所述行星耦合機構的太陽輪(8)和齒圈(6)中的一者， 并且該第二電機(1 的輸出軸(17)在其軸向方向的另一個位置上通過第二離合器(4)連 接于所述太陽輪(8)和齒圈(6)中的另一者，該太陽輪(8)和齒圈(6)中的另一者上設置 有制動器(5)，所述行星耦合機構的行星架(7)連接于所述減速機構(J)的輸入齒輪00) 上，該減速機構(J)的輸出齒輪(11)連接于所述差速器的殼體上。
2.根據(jù)權利要求1所述的汽車混合動力驅動系統(tǒng)，其中，所述制動器( 設置在所述太 陽輪⑶和齒圈(6)中的另一者的外周面上。
3.根據(jù)權利要求1所述的汽車混合動力驅動系統(tǒng)，其中，所述第一離合器(3)、所述第 二離合器以及所述制動器( 分別通過各自的液壓操縱機構操縱。
4.根據(jù)上述權利要求中任一項所述的汽車混合動力驅動系統(tǒng)，其中，所述內(nèi)燃機(1) 的輸出軸(14)、所述第一電機(2)的輸入軸(15)和輸出軸(16)、所述行星耦合機構的中心 線以及所述第二電機的輸出軸(17)處于同一軸線上。
5.根據(jù)權利要求4所述的汽車混合動力驅動系統(tǒng)，其中，所述內(nèi)燃機(1)和所述第一 電機(2)位于所述行星耦合機構的一側，所述第二電機(13)位于所述行星耦合機構的另一 側，并且所述行星架(7)通過中空的連接軸連接到所述減速機構(J)的輸入齒輪OO)上， 所述第二電機(13)的輸出軸(17)從該中空的連接軸內(nèi)穿過。
6.根據(jù)權利要求5所述的汽車混合動力驅動系統(tǒng)，其中，所述行星耦合機構和所述減 速機構(J)封裝在一個殼體內(nèi)。
7.一種根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的汽車混合動力驅動系統(tǒng)的檔位操作方法， 其中，在所述汽車前進狀態(tài)下，通過操縱所述第二離合器(4)分離并操縱所述制動器(5)接 合，以使得所述汽車混合動力驅動系統(tǒng)處于第一前進檔，或者通過操縱所述第二離合器(4) 接合并操縱所述制動器(5)分離，以使得所述汽車混合動力驅動系統(tǒng)處于第二前進檔；在所述汽車倒車狀態(tài)下，通過操縱所述第一離合器(3)分離并操縱所述第二離合器 (4)分離，同時操縱所述制動器(5)接合，以使得所述汽車混合動力驅動系統(tǒng)處于倒車檔；在所述汽車暫時駐車狀態(tài)下，通過操縱所述第一離合器(3)分離并操縱所述第二離合 器(4)分離，同時操縱所述制動器(5)分離，以使得所述汽車混合動力驅動系統(tǒng)處于空檔；在所述汽車停車發(fā)電狀態(tài)下，通過操縱所述第一離合器C3)分離，并使得所述內(nèi)燃機 (1)運轉以驅動所述第一電機( 發(fā)電。
8.根據(jù)權利要求7所述的檔位操作方法，其中，在所述汽車前進狀態(tài)下，通過操縱所述 第一離合器(3)分離并且使得所述內(nèi)燃機(1)不工作，以使得所述汽車處于純電動模式下 的第一前進檔或第二前進檔。
9.根據(jù)權利要求7所述的檔位操作方法，其中，在汽車前進狀態(tài)下，通過操縱所述第一 離合器(3)分離并且使得所述內(nèi)燃機(1)工作以驅動所述第一電機(2)發(fā)電，以使得所述 汽車處于混合動力串聯(lián)模式下的第一前進檔或第二前進檔。
10.根據(jù)權利要求7所述的檔位操作方法，其中，在汽車前進狀態(tài)下，通過操縱所述第 一離合器C3)接合并使得所述內(nèi)燃機(1)和/或所述第一電機( 工作，以使得所述汽車 處于混合動力混聯(lián)模式下的第一前進檔或第二前進檔。
全文摘要
一種混合動力驅動系統(tǒng)及其檔位操作方法，該系統(tǒng)包括內(nèi)燃機、第一電機、第二電機、行星耦合機構、減速機構以及差速器，其中內(nèi)燃機的輸出軸連接于第一電機的輸入軸，該第一電機的輸出軸通過第一離合器連接于第二電機的輸出軸，該第二電機的輸出軸在其軸向方向的一個位置上連接于行星耦合機構的太陽輪和齒圈中的一者，并且該第二電機的輸出軸在其軸向方向的另一個位置上通過第二離合器連接于設置有制動器的太陽輪和齒圈中的另一者。本發(fā)明能夠通過調(diào)整行星耦合機構而形成汽車前進檔的兩個檔級，從而根據(jù)汽車的不同行駛工況，靈活選擇工作模式和對應檔位，達到整車的低排放、低油耗和高動能等效果。
文檔編號B60W10/10GK102107604SQ20091024954
公開日2011年6月29日 申請日期2009年12月25日 優(yōu)先權日2009年12月25日
發(fā)明者任毅, 李軍, 楊勝麟 申請人:比亞迪股份有限公司