專利名稱：混合動力傳動裝置及混合動力汽車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混合動力汽車，尤其涉及一種混合動力汽車的傳動裝置。
背景技術(shù)：
由于能源短缺以及公眾環(huán)保意識的增強，環(huán)保的電動汽車或燃料電池汽車便應(yīng)運而生，然而由于技術(shù)的制約，上述類型的汽車還難以在短時間內(nèi)全面推廣，因此，技術(shù)上比較成熟的混合動力汽車是目前比較理想的一種選擇?；旌蟿恿ζ?HEV, Hybrid-Electric Vehicle)作為一種新興的節(jié)能環(huán)保型汽車，其技術(shù)和市場處于一種蓬勃的發(fā)展階段，混合動力汽車與傳統(tǒng)汽車及純電動汽車相比，最大差別是動力系統(tǒng)。對于并聯(lián)和混聯(lián)式HEV，動力耦合系統(tǒng)負責(zé)將HEV的多個動力組合在 一起，實現(xiàn)多動力源間合理的功率分配并把動力傳給驅(qū)動橋，它在HEV開發(fā)中處于重要地位，其性能直接關(guān)系到HEV整車性能是否達到設(shè)計要求，是HEV最核心部分。行星輪系具有多自由度、輸入輸出靈活可控的特點，而且結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、速比大，因此被越來越多的混合動力汽車動力耦合系統(tǒng)所采用，這也是當今混合動力汽車動力總成發(fā)展的一種趨勢。1997年豐田推出首款混合動力汽車Prius，2005年又推出了搭載最新第3代機電混合動力系統(tǒng)的2006款Prius，仍采用THS混聯(lián)式結(jié)構(gòu)，行星齒輪系統(tǒng)對發(fā)動機的輸出功率進行重新分配，達到合理平衡發(fā)動機負荷的目的。附圖I所示即為豐田Prius混合動力轎車變速器的結(jié)構(gòu)原理圖，包括發(fā)動機e、電機MG1、電機MG2以及包括一個單行星排的動力耦合系統(tǒng)等部件，在此機構(gòu)中，發(fā)動機e通過減震阻尼器與單行星排的行星架a相連，并通過行星齒輪b將動力傳遞給外齒圈c和太陽輪d，外齒圈c與輸出軸相連，輸出軸通過減速齒輪組e和電機MG2的轉(zhuǎn)子相連，太陽輪d與電機MGl的轉(zhuǎn)子相連，輸出軸通過鏈傳動系統(tǒng)f、主減速器g以及差速器h將動力傳遞給車輪。該系統(tǒng)將發(fā)動機e大部分轉(zhuǎn)矩直接傳遞到輸出軸上，將小部分轉(zhuǎn)矩傳給電機MGl以用于發(fā)電，電機MGl發(fā)出的電能根據(jù)指令用于電池充電或驅(qū)動電機MG2，以增加驅(qū)動力。這種結(jié)構(gòu)可以通過調(diào)節(jié)電機MGl的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速使發(fā)動機一直處于高效率區(qū)或低排放區(qū)，此外，通過調(diào)節(jié)行星排各元件的轉(zhuǎn)速，使其像無級變速器一樣工作。然而，由于該變速器的兩個電機MG1、MG2布置在單行星排的兩側(cè)，并共用一套冷卻系統(tǒng)，因此電機冷卻系統(tǒng)布置復(fù)雜，電機系統(tǒng)集成度低，并且行星排兩側(cè)的傳動軸不等長，不利于前艙布置。此外，電機MGl和發(fā)動機e并排布置于行星排同側(cè)，由于兩者距離比較近，并且電機MGl的最佳工作溫度為60°C，而發(fā)動機e的最佳工作溫度為90°C，因此電機MGl會受到發(fā)動機e散熱的影響而快速升溫，使相應(yīng)的電機冷卻系統(tǒng)經(jīng)常處于工作狀態(tài)，進而影響整車的效率。由于該變速器采用單排行星輪系，其減速比低，從而要求電機的轉(zhuǎn)速變化范圍寬，對轉(zhuǎn)矩的要求高，所以，對電機的制造精度、轉(zhuǎn)速/扭矩特性及其動平衡要求十分苛刻；為了達到足夠的減速比，輸出軸的減速裝置采用了包括鏈傳動系統(tǒng)f、主減速器g的多級傳動部件，進一步加大了系統(tǒng)的復(fù)雜性，提高了系統(tǒng)對空間布置的要求。
中國專利文獻上公開的一種公開號為CN 101149094A的基于雙行星排的混合動力驅(qū)動裝置，包括內(nèi)燃機、電機、動力輸出端以及前、后行星排，前行星排的行星架與后行星排的齒圈相連接，前、后行星排的太陽輪共同連接到電機軸上，發(fā)動機通過離合器可選擇地與前行星排的齒圈或行星架連接，后行星排的行星架與輸出端連接。由于其前、后行星排為并排布置，因此其外形尺寸較大，結(jié)構(gòu)不夠緊湊；由于只有二個輸入軸和一個電機，因此，對電機的控制要求比較高。有鑒于此，實有必要提出一種新的混合動力傳動裝置，以解決或改善上述技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種新的混合動力傳動裝置，其可實現(xiàn)無級變速，并具有多種不同的功率輸出模式。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種混合動力傳動裝置，用于連接發(fā)動機、第一電機、第二電機至動力輸出軸，所述傳動裝置包括第一行星排和第二行星排，其中，所述第一行星排的齒圈連接至發(fā)動機，第一、二行星排共用同一個行星架，所述行星架連接至第一電機，所述第一行星排的太陽輪連接至第二電機，所述第二行星排的齒圈連接至動力輸出軸。可選地，還包括連接第一行星排的太陽輪與第二行星排的太陽輪的第一離合器，及連接第一行星排的齒圈與行星架的第二離合器?？蛇x地，還包括用于對第一電機進行鎖止控制的第一制動器，及用于對第二行星排的太陽輪進行鎖止控制的第二制動器。可選地，還包括連接第一行星排的齒圈與行星架的第二離合器?？蛇x地，所述第一、二行星排均包括第一級行星輪、第二級行星輪，所述第一級行星輪與齒圈相嚙合，所述第二級行星輪位于太陽輪、第一級行星輪之間并與它們相嚙合?？蛇x地，所述第一電機、第二電機位于第一、二行星排的同一側(cè)，所述發(fā)動機位于第一、二行星排的另一側(cè)?？蛇x地，所述第一電機與所述第二電機集成為一體。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種混合動力汽車，包括發(fā)動機、第一電機、第二電機及如前面所述的混合動力傳動裝置。可選地，還包括CAN總線、發(fā)動機控制器、整車控制單元、電機控制單元、電池與電池控制器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實施例的混合動力傳動裝置、混合動力汽車采用雙行星排機構(gòu)，可實現(xiàn)無級變速；另外，發(fā)動機、第一電機以及第二電機三個輸入的轉(zhuǎn)矩耦合后傳遞到輸出端，并最終傳遞到車輪，因此，在實際使用時，上述三個輸入端的不同工作模式和狀態(tài)的組合可以產(chǎn)生多種不同的輸出模式。


圖I是豐田Prius混合動力轎車變速器的結(jié)構(gòu)原理圖。圖2是本發(fā)明提供的混合動力傳動裝置具體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2所示混合動力傳動裝置中第一、二行星排的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明提供的混合動力汽車具體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。圖2是本發(fā)明提供的混合動力傳動裝置具體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2所示混合動力傳動裝置中前、第二行星排的結(jié)構(gòu)示意圖。請參照圖2與圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的混合動力傳動裝置用于連接發(fā)動機ICE、第一電機E1、第二電機E2至動力輸出軸85,該混合動力傳動裝置包括第一行星排4和第二行星排5，其中，第一行星排4包括太陽輪41、行星輪42、齒圈43，第二行星排5包括太陽輪51、行星輪52、齒圈53，第一行星排4與第二行星排共用同一個行星架45。第一行星排4的齒圈43連接至發(fā)動機ICE，行星架45的轉(zhuǎn)軸與第一電機El的轉(zhuǎn)子相連接，第一行星排4的太陽輪41的轉(zhuǎn)軸與第二電機E2的轉(zhuǎn)子相連接，第二行星排5的齒圈53連接至動力輸出軸85以向車輪輸出動力。本實施例的傳動裝置采用雙行星排機構(gòu)，可實現(xiàn)無級變速；另外，發(fā)動機ICE、第一電機El以及第二電機E2三個輸入的轉(zhuǎn)矩耦合后傳遞到輸出端，并最終傳遞到車輪，因此，在實際使用時，上述三個輸 入端的不同工作模式和狀態(tài)的組合可以產(chǎn)生多種不同的輸出模式。行星架45適合自轉(zhuǎn)，包括中心軸456、與中心軸456平行設(shè)置的數(shù)個支桿452及垂直中心軸456設(shè)置的連接部454。其中，中心軸456是行星架45自轉(zhuǎn)過程中的轉(zhuǎn)軸；支桿452進入第一、二行星架4、5行星輪42、52的中心，作為行星輪42、52在自轉(zhuǎn)過程中的轉(zhuǎn)動軸；連接部454連接中心軸456、支桿452，使整個行星架45成為一個整體。第一行星排4的太陽輪41可轉(zhuǎn)動地套設(shè)在行星架45的中心軸456外，行星輪42嵌套在行星架45的支桿452上。行星輪42為雙級行星輪，包括第一級行星輪42a、第二級行星輪42b ;其中，第一級行星輪42a與齒圈43相嚙合，第二級行星42b輪位于太陽輪41、第一級行星輪42a之間并與它們相嚙合。為了受力平衡，第一級行星輪42a、第二級行星輪42b均可以設(shè)置為多個，比如為3、4或6個，并使它們在圓周方向上等分布置。在本實施例中，第一級行星輪42a、第二級行星輪42b的數(shù)目都為3個。第二行星排5的太陽輪51可轉(zhuǎn)動地套設(shè)在第一行星排4的太陽輪41的轉(zhuǎn)軸外，行星輪52嵌套在行星架45的支桿452上。與第一行星排4類似，第二行星排5的行星輪52為雙級行星輪，包括第一級行星輪52a、第二級行星輪52b ;其中，第一級行星輪52a與齒圈53相嚙合，第二級行星52b輪位于太陽輪51、第一級行星輪52a之間并與它們相嚙合。為了受力平衡，第一級行星輪52a、第二級行星輪52b均可以設(shè)置為多個，比如為3、4或6個，并使它們在圓周方向上等分布置。在本實施例中，第一級行星輪52a、第二級行星輪52b的數(shù)目都為3個。發(fā)動機ICE的轉(zhuǎn)軸12可以直接連接在第一行星排4的齒圈43，以將來自發(fā)動機ICE的動力通過第一行星排4或第二行星排5傳遞給車輪或第一電機E1、第二電機E2。在本實施例中，發(fā)動機ICE的轉(zhuǎn)軸12通過一個減震阻尼器15間接與第一行星排4的齒圈43相連接；減震阻尼器15與發(fā)動機ICE之間設(shè)有第三離合器13以控制兩者之間的斷開與接
八
口 ο第二行星排5的齒圈53可以直接連接至動力輸出軸85，以驅(qū)動車輛的前進或后退。在本實施例中，第二行星排5的齒圈53通過由齒輪組構(gòu)成的主減速器(圖中未標號)與差速器齒輪82相連接，所述主減速器包括與齒圈53相連接的主減速齒輪71、設(shè)于主減速齒輪71旁側(cè)并與其嚙合的主減速輸入齒輪72、與主減速輸入齒輪72同軸相連接的主減速輸出齒輪73，主減速輸出齒輪73與差速器齒輪82嚙合從而輸出動力至差速器D、動力輸出軸85及車輪(未圖示)。本實施例中的混合動力傳動裝置還包括連接第二行星排5的太陽輪51與第一行星排4的太陽輪41的第一離合器Cl，及連接第一行星排4的齒圈43與行星架45的第二離合器C2。具體地，第一離合器Cl的一邊與第一行星排4的太陽輪41的轉(zhuǎn)軸(圖中未標示)相連接，另一邊與第二行星排5的太陽輪51的轉(zhuǎn)軸(圖中未標號)相連接；第二離合器C2的一邊與第一行星排4的齒圈43的轉(zhuǎn)軸(圖中未標號)相連接，另一邊與行星架45的轉(zhuǎn)軸456相連接。通過控制第一離合器Cl、第二離合器C2的接合與斷開，可以使混合動力傳動裝置具有更多種類的工作模式，從而降低系統(tǒng)對電機(包括第一電機E1、第二電機E2)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的要求，減小了電機的加工制造難度。不僅如此，第二離合器C2接合時直接連通發(fā)動機ICE與第一電機E1，可以使第一電機El與發(fā)動機ICE等速同步，從而提高發(fā)動機ICE與第一電機El之間的能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化效率。 本實施例中的混合動力傳動裝置還包括用于對第一電機El進行鎖止控制的第一制動器BI，及用于對第二行星排5的太陽輪51進行鎖止控制的第二制動器B2。具體地，第一制動器BI的一邊固定在傳動裝置的殼體20上，另一邊連接在第一電機El的轉(zhuǎn)子(圖中未標號)相連接；第二制動器B2的一邊固定在殼體20上(圖中未顯不第二制動器B2是如何固定在殼體20上的，但這屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易實現(xiàn)的技術(shù)，因而這里不贅述)，另一邊連接在第二行星排5的太陽輪51上。本實施例的混合動力傳動裝置在不需要第一電機El或第二行星排5的太陽輪51轉(zhuǎn)動時，可以利用第一制動器BI、第二制動器B2分別對第一電機E1、第二行星排5的太陽輪51進行鎖止操作，避免不必要的能量損耗，提高系統(tǒng)的效率。本實施例中，混合動力傳動裝置的第一電機E1、第二電機E2位于兩個行星排(即第一行星排4與第二行星排5)的同一側(cè)，發(fā)動機ICE位于兩個行星排的另一側(cè)。與傳統(tǒng)的兩個電機位于行星排不同側(cè)的結(jié)構(gòu)相比，本實施例中的兩個電機位于行星排同一側(cè)的設(shè)計可以降低其所需的冷卻系統(tǒng)的復(fù)雜度。不僅如此，電機的最佳工作溫度為60°C，發(fā)動機的最佳工作溫度為90°C，傳統(tǒng)設(shè)計中電機和發(fā)動機并排布置于行星排同側(cè)，兩者距離比較近，因此電機會受到發(fā)動機散熱的影響而快速升溫，使相應(yīng)的電機冷卻系統(tǒng)經(jīng)常處于工作狀態(tài)，進而影響整車的效率；而本實施例中發(fā)動機、電機位于行星排不同側(cè)的設(shè)計則可以很好的避免發(fā)動機對電機的升溫效應(yīng)。在其它實施方式中，第一電機El與第二電機E2可以集成為一體。圖4是本發(fā)明提供的混合動力汽車具體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。請參照圖4所示，混合動力汽車1000包括發(fā)動機ICE、第一電機E1、第二電機E2、差速器D及連接上述裝置的混合動力傳動裝置100。工作中，混合動力傳動裝置100可以將發(fā)動機ICE、第一電機El或第二電機E2提供的動力傳遞給差速器D，以驅(qū)動車輪；也可以將發(fā)動機ICE提供的動力部分或全部傳遞給第一電機El或第二電機E2，并轉(zhuǎn)化為電能而儲存起來；還可以在制動過程中將汽車的動能傳遞給第一電機El或第二電機E2，進而轉(zhuǎn)化為電能而儲存起來。在具體實施中，混合動力傳動裝置100可以是圖2、圖3所示實施例中的混合動力傳動裝置?；旌蟿恿ζ?000還包括控制總線900、發(fā)動機控制器EMS、整車控制單元V⑶、電機控制單元MCU、電池300與電池控制器BMS。其中，電池300可以是300V的高壓蓄電池；在第一電機El或第二電機E2作為電動機使用時，電池300可為第一電機El或第二電機E2提供電力；在第一電機El或第二電機E2作為發(fā)電機使用時，電池300可將第一電機El或第二電機E2產(chǎn)生的電力保存。電池控制器BMS連接控制總線900與電池300，用于根據(jù)總線900提供的信息(如電機需求的電流大小等)對電池300進行控制，也用于將檢測到的電池信息(如電池電量、電池輸出電流等信息)發(fā)送給控制總線900。電機控制單元MCU連接控制總線900與第一電機E1、第二電機E2，用于根據(jù)總線900提供的信息(如需求的電機轉(zhuǎn)速等)對第一電機El或第二電機E2進行控制，也用于將檢測到的電機信息(如電機的實際轉(zhuǎn)速、電機的溫度等信息)發(fā)送給總線900。在本實施例中，電機控制單元MCU通過一個連接器(connector) 500實現(xiàn)對兩個電機(即第一電機E1、 第二電機E2)的連接。整車控制單元V⑶連接在控制總線900，用于從控制總線900處獲得車輛的各種信息(如加速踏板開度信號、制動踏板信號、輸入的車速信號、最大放電電流和最大充電電流等信息)，并對上述信息進行處理以生成各種控制信號，而后將控制信息發(fā)送至對應(yīng)的控制單元，從而實現(xiàn)對整車的控制。發(fā)動機控制器EMS連接控制總線900與發(fā)動機ICE，用于根據(jù)總線900提供的信息(如需求的發(fā)動機轉(zhuǎn)速等)對發(fā)動機ICE進行控制，也用于將檢測到的發(fā)動機信息(如發(fā)動機的實際轉(zhuǎn)速、發(fā)動機的溫度等信息)發(fā)送給控制總線900。在本實施例中，控制總線900為車輛上常用的CAN總線(ControlIer AreaNetwork BUS)。本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種混合動力傳動裝置,用于連接發(fā)動機、第一電機、第二電機至動力輸出軸,所述傳動裝置包括第一行星排和第二行星排，其特征在于，所述第一行星排的齒圈連接至發(fā)動機，第一、二行星排共用同一個行星架，所述行星架連接至第一電機，所述第一行星排的太陽輪連接至第二電機，所述第二行星排的齒圈連接至動力輸出軸。
2.如權(quán)利要求I所述的混合動力傳動裝置，其特征在于，還包括連接第一行星排的太陽輪與第二行星排的太陽輪的第一離合器，及連接第一行星排的齒圈與行星架的第二離合器。
3.如權(quán)利要求I或2所述的混合動力傳動裝置，其特征在于，還包括用于對第一電機進行鎖止控制的第一制動器，及用于對第二行星排的太陽輪進行鎖止控制的第二制動器。
4.如權(quán)利要求3所述的混合動力傳動裝置，其特征在于，所述第一、二行星排均包括第一級行星輪、第二級行星輪，所述第一級行星輪與齒圈相嚙合，所述第二級行星輪位于太陽輪、第一級行星輪之間并與它們相嚙合。
5.如權(quán)利要求I所述的混合動力傳動裝置，其特征在于，還包括連接第一行星排的齒圈與行星架的第二離合器。
6.如權(quán)利要求I所述的混合動力傳動裝置，其特征在于，所述第一、二行星排均包括第一級行星輪、第二級行星輪，所述第一級行星輪與齒圈相嚙合，所述第二級行星輪位于太陽輪、第一級行星輪之間并與它們相嚙合。
7.如權(quán)利要求I所述的混合動力傳動裝置，其特征在于，所述第一電機、第二電機位于第一、二行星排的同一側(cè)，所述發(fā)動機位于第一、二行星排的另一側(cè)。
8.如權(quán)利要求7所述的混合動力傳動裝置，其特征在于，所述第一電機與所述第二電機集成為一體。
9.一種混合動力汽車，其特征在于，包括發(fā)動機、第一電機、第二電機及如權(quán)利要求I至8任一項所述的混合動力傳動裝置。
10.如權(quán)利要求9所述的混合動力汽車，其特征在于，還包括CAN總線、發(fā)動機控制器、整車控制單元、電機控制單元、電池與電池控制器。
全文摘要
本發(fā)明具體實施例的混合動力傳動裝置，用于連接發(fā)動機、第一電機、第二電機至動力輸出軸，所述傳動裝置包括第一行星排和第二行星排，其中，所述第一行星排的齒圈連接至發(fā)動機，第一、二行星排共用同一個行星架，所述行星架連接至第一電機，所述第一行星排的太陽輪連接至第二電機，所述第二行星排的齒圈連接至動力輸出軸。本發(fā)明還提供混合動力汽車的具體實施例。本實施例的混合動力傳動裝置、混合動力汽車采用雙行星排機構(gòu)，可實現(xiàn)無級變速；另外，發(fā)動機、第一電機以及第二電機三個輸入的轉(zhuǎn)矩耦合后傳遞到輸出端，并最終傳遞到車輪，因此，在實際使用時，上述三個輸入端的不同工作模式和狀態(tài)的組合可以產(chǎn)生多種不同的輸出模式。
文檔編號B60K6/36GK102815194SQ20111015305
公開日2012年12月12日 申請日期2011年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月8日
發(fā)明者張彤, 馬智濤, 于海生, 汪東坪, 蔣平 申請人:上海華普汽車有限公司, 浙江吉利控股集團有限公司