车辆用混合动力系统及车辆

技术领域

本发明涉及车辆领域，更具体地涉及一种车辆用混合动力系统及包括该车辆用混合动力系统的车辆。

背景技术

在现有的车辆中经常采用具有不同架构的混合动力系统，根据混合动力系统中电机的数量以电机的设置位置不同，混合动力系统具有不同的架构。具有不同架构的混合动力系统侧重的性能有所不同，例如具有P2架构的混合动力系统(该混合动力系统包括一个设置在离合器和变速器之间的电机)的加速性能优良且开发风险很低，具有P1+P3架构的混合动力系统(该混合动力系统包括两个电机，一个电机设置在发动机和离合器之间，另一个电机与变速器的输出轴始终传动联接)的发动机重启性能优良且开发风险较低。但是，上述混合动力系统在成本、燃油消耗性能以及结构紧凑性方面的表现不足。

发明内容

鉴于上述现有技术的缺陷而做出了本发明。本发明的一个目的在于提供一种兼顾成本、燃油消耗性能以及结构紧凑性的新型的车辆用混合动力系统。本发明的另一个目的在于提供包括上述车辆用混合动力系统的车辆。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下的技术方案。

本发明提供了一种如下的车辆用混合动力系统，所述车辆用混合动力系统包括发动机、第一电机、第二电机、传动机构和壳体，所述传动机构包括输入轴、输出轴、第一离合器、第二离合器和行星齿轮机构，

所述发动机经由所述输入轴与所述行星齿轮机构的行星轮架始终传动联接，所述第一电机与所述行星齿轮机构的太阳轮始终传动联接，所述第二电机和所述行星齿轮机构的齿圈两者均与所述输出轴始终传动联接，

所述第一离合器被设置成，使得当所述第一离合器接合时所述太阳轮和所述壳体相对固定，当所述第一离合器分离时所述太阳轮能够相对于所述壳体自由转动；所述第二离合器被设置成，使得当所述第二离合器接合时所述齿圈与所述输入轴实现传动联接，当所述第二离合器分离时所述齿圈和所述输入轴能够自由转动以解除传动联接。

优选地，所述传动机构还包括单向离合器，所述单向离合器被设置成仅允许所述输入轴相对于所述壳体沿着单一方向转动。

更优选地，所述第一离合器和所述第二离合器设置于所述第一电机的径向内侧，所述第一离合器和所述第二离合器与所述第一电机在轴向上重叠布置。

更优选地，所述第一离合器包括第一离合单元、第一外毂和第一内毂，所述第一离合单元位于所述第一外毂和所述第一内毂之间，

所述第二离合器包括第二离合单元、第二外毂和第二内毂，所述第二离合单元位于所述第二外毂和所述第二内毂之间，

所述第一离合单元和所述第二离合单元在所述输入轴的径向上并排布置，所述第一离合单元位于所述第二离合单元的径向外侧。

更优选地，所述第一外毂与所述第一电机的转子和所述太阳轮抗扭地连接，所述第一内毂固定于所述壳体，

所述第二外毂与所述输入轴和所述行星轮架抗扭地连接，所述第二内毂与所述齿圈抗扭地连接。

更优选地，所述第二电机经由齿轮副与所述输出轴始终传动联接。

更优选地，所述车辆用混合动力系统还包括控制模块，所述控制模块能够控制所述车辆用混合动力系统使所述车辆用混合动力系统实现纯电机驱动模式和/或纯发动机驱动模式，

其中，当所述车辆用混合动力系统处于所述纯电机驱动模式时，所述发动机处于停止状态，所述第一电机处于停止状态，所述第二电机处于驱动状态，所述第一离合器处于接合状态，所述第二离合器处于分离状态，使得所述第二电机向所述输出轴传递扭矩以用于驱动，或者所述发动机处于停止状态，所述第一电机和所述第二电机均处于驱动状态，所述第一离合器和所述第二离合器均处于分离状态，使得所述第一电机和第二电机向所述输出轴传递扭矩以用于驱动；

当所述车辆用混合动力系统处于所述纯发动机驱动模式时，所述发动机处于驱动状态，所述第一电机和所述第二电机处于停止状态，所述第一离合器处于分离状态且所述第二离合器处于接合状态，使得所述发动机向所述输出轴传递扭矩以用于驱动。

更优选地，当所述车辆用混合动力系统处于所述纯电机驱动模式且所述第一电机和所述第二电机均处于驱动状态时，所述单向离合器使所述输入轴与所述壳体相对固定。

更优选地，所述车辆用混合动力系统还包括控制模块，所述控制模块能够控制所述车辆用混合动力系统使所述车辆用混合动力系统实现混合动力驱动模式，

当所述车辆用混合动力系统处于所述混合动力驱动模式时，所述发动机处于驱动状态，所述第一电机和所述第二电机均处于驱动状态，所述第一离合器和所述第二离合器均处于分离状态，使得所述发动机、所述第一电机和所述第二电机向所述输出轴传递扭矩以用于驱动；或者所述发动机处于驱动状态，所述第一电机处于发电状态，所述第二电机处于驱动状态，所述第一离合器和所述第二离合器均处于分离状态，使得所述发动机驱动所述第一电机进行发电并且所述发动机和所述第二电机向所述传动机构传递扭矩以用于驱动。

本发明还提供了一种如下的车辆，所述车辆包括以上技术方案中任意一项技术方案所述的车辆用混合动力系统。

通过采用上述技术方案，本发明提供了一种车辆用混合动力系统及包括该混合动力系统的车辆。该车辆用混合动力系统包括发动机、第一电机、第二电机、传动机构和壳体。进一步地，传动机构包括输入轴、输出轴、第一离合器、第二离合器和行星齿轮机构。发动机经由输入轴与行星齿轮机构的行星轮架始终传动联接，第一电机与行星齿轮机构的太阳轮始终传动联接，第二电机和行星齿轮机构的齿圈两者均与输出轴始终传动联接。另外，第一离合器被设置成，使得当第一离合器接合时太阳轮和壳体相对固定，当第一离合器分离时太阳轮能够相对于壳体自由转动；第二离合器被设置成，使得当第二离合器接合时齿圈与输入轴实现传动联接，当第二离合器分离时齿圈和输入轴能够自由转动以解除传动联接。这样，根据本发明的车辆用混合动力系统的结构简单，结构紧凑，成本较低；通过控制三个动力源和多个离合器的工况能够实现包括功率分流模式等的多种工作模式，从而有效地改善燃油消耗性能。

附图说明

图1是示出了根据本发明的一实施方式的车辆用混合动力系统的拓扑结构示意图。

图2是示出了图1中的车辆用混合动力系统的局部结构的示意图。

附图标记说明

ENG发动机 EM1第一电机 EM2第二电机 DMP飞轮 H壳体

SU太阳轮 PG行星轮 P行星轮架 R齿圈 S1输入轴 S2输出轴 B单向离合器

C0第一离合器 11第一离合单元 12第一外毂 13第一内毂

C1第二离合器 21第二离合单元 22第二外毂 23第二内毂。

具体实施方式

下面参照附图描述本发明的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的范围。

在本发明中，如无特殊说明，“传动联接”是指两个部件之间能够传递扭矩，表示这两个部件之间直接连接或者经由齿轮机构等间接连接。

在本发明中，如无特殊说明，“抗扭地连接”是指两个部件之间能够一起转动，以传递扭矩，但是并不限定这两个部件的其它连接关系。

以下将首先说明根据本发明的一实施方式的车辆用混合动力系统的结构。

(根据本发明的一实施方式的车辆用混合动力系统的结构)

如图1和图2所示，根据本发明的一实施方式的车辆用混合动力系统包括一个发动机ENG、飞轮DMP、第一电机EM1、第二电机EM2、传动机构以及壳体H。

具体地，在本实施方式中，发动机ENG的输出轴与传动机构的输入轴S1以同轴的方式始终传动联接，使得发动机ENG能够经由输入轴S1向传动机构传递扭矩或者经由输入轴S1接收来自传动机构的扭矩。为了衰减发动机的扭振，发动机ENG的输出轴经由飞轮DMP与传动机构的输入轴S1传动联接。

在本实施方式中，第一电机EM1的输入/输出轴与传动机构的行星齿轮机构的太阳轮SU以同轴的方式传动联接，使得第一电机EM1和传动机构之间能够双向传递扭矩。在第一电机EM1由电池(未示出)供给电能的情况下，第一电机EM1作为电动机向传动机构的输入轴S1传递扭矩。在第一电机EM1获得来自输入轴S1的扭矩的情况下，第一电机EM1作为发电机向电池充电。

在本实施方式中，第二电机EM2的输入/输出轴与传动机构的输出轴S2通过由多个齿轮构成的齿轮副始终传动联接，使得第二电机EM2和传动机构之间能够双向传递扭矩。第二电机EM2可以与第一电机EM1共用上述电池。在第二电机EM2由电池(未示出)供给电能的情况下，第二电机EM2作为电动机向传动机构的输出轴S2传递扭矩。在第二电机EM2获得来自输出轴S2的扭矩的情况下，第二电机EM2作为发电机向电池充电。

在本实施方式中，传动机构包括输入轴S1和输出轴S2。输入轴S1和输出轴S2以同轴的方式布置。另外，该传动机构还包括行星齿轮机构、第一离合器C0、第二离合器C1和单向离合器B。

行星齿轮机构包括一个太阳轮SU、多个行星轮PG、一个行星轮架P和一个齿圈R。太阳轮SU与第一电机EM1的输入/输出轴以同轴且抗扭的方式相连，使得太阳轮SU与第一电机EM1的输入/输出轴能够一起转动并且始终传动联接。多个行星轮PG位于太阳轮SU的径向外侧且与太阳轮SU始终处于啮合状态，多个行星轮PG均安装于行星轮架P。行星轮架P与输入轴S1以同轴且抗扭的方式相连，使得行星轮架P与输入轴S1能够一起转动并且始终传动联接。齿圈R从径向外侧与多个行星轮PG始终处于啮合状态，齿圈R通过连接结构与输出轴S2以抗扭的方式相连，使得齿圈R与输出轴S2能够一起转动并且始终传动联接。

进一步地，为了节省整个混合动力系统的安装空间并且提高结构紧凑度，如图2所示，第一离合器C0和第二离合器C1设置于第一电机EM1的转子的径向内侧，第一离合器C0和第二离合器C1与第一电机EM1的转子在输入轴S1的轴向上重叠布置。第一离合器C0被设置成，使得当第一离合器C0接合时，太阳轮SU和壳体H相对固定，太阳轮SU被锁定而不能转动；当第一离合器C0分离时，太阳轮SU能够相对于壳体H自由转动。第二离合器C1被设置成，使得当第二离合器C1接合时，齿圈R与输入轴S1抗扭地连接，齿圈R与输入轴S1能够一起转动；当第二离合器C1分离时齿圈R和输入轴S1能够自由转动。

第一离合器C0包括组装在一起的第一离合单元11、第一外毂12和第一内毂13。第一离合单元11位于第一外毂12和第一内毂13之间。第一离合单元11包括在轴向上间隔布置的摩擦片和压板，压板抗扭地设置于第一外毂12，摩擦片抗扭地设置于第一内毂13。在致动机构施加的轴向力的作用下，压板和摩擦片在轴向上压抵在一起，第一离合单元11接合，也就是第一离合器C0接合。在致动机构施加的轴向力被撤销之后，压板和摩擦片在轴向上分开，第一离合单元11分离，也就是第一离合器C0分离。第二离合器C1包括组装在一起的第二离合单元21、第二外毂22和第二内毂23。第二离合单元21位于第二外毂22和第二内毂23之间。第二离合单元21包括在轴向上间隔布置的摩擦片和压板，压板抗扭地设置于第二外毂22，摩擦片抗扭地设置于第二内毂23。在致动机构施加的轴向力的作用下，压板和摩擦片在轴向上压抵在一起，第二离合单元21接合，也就是第二离合器C1接合。在致动机构施加的轴向力被撤销之后，压板和摩擦片在轴向上分开，第二离合单元21分离，也就是第二离合器C1分离。第一离合单元11和第二离合单元21在输入轴S1的径向上并排布置，第一离合单元11位于第二离合单元21的径向外侧。

另外，为了实现第一离合器C0的上述功能，第一外毂11与第一电机EM1的转子抗扭地连接(例如过盈配合)，并且第一外毂12还与太阳轮SU抗扭地连接，第一内毂13固定于壳体H。为了实现第二离合器C1的上述功能，第二外毂22与输入轴S1抗扭地连接，并且第二外毂22还与行星轮架P抗扭地连接，第二内毂23与齿圈R抗扭地连接。

如图2所示，单向离合器B设置在输入轴S1和壳体H之间，单向离合器B被设置成仅允许输入轴S1相对于壳体H沿着单一方向转动，从而防止在某些工况下发动机ENG的输出轴不期望地沿着与单一方向相反的另一方向转动。单向离合器B可以采用楔块式单向离合器等现有的单向离合器。

以下将举例说明该车辆用混合动力系统的工作模式及扭矩的传递路径。

(根据本发明的一实施方式的车辆用混合动力系统的工作模式及对应的扭矩传递路径)

图1和图2中示出的根据本发明的一实施方式的车辆用混合动力系统还包括控制模块。利用该控制模块的控制可以使得车辆用混合动力系统具有如下的工作模式：第一纯电机驱动模式、第二纯电机驱动模式、纯发动机驱动模式、第一混合动力驱动模式、第二混合动力驱动模式、行驶时充电模式、停车时充电模式、行驶时启动发动机模式、停车时启动发动机模式以及制动能量回收模式。

在以下的表1中示出了上述十种工作模式中发动机ENG、第一电机EM1、第二电机EM2、第一离合器C0、第二离合器C1、单向离合器B的工作状态。

【表1】

对于以上表1中的内容进行如下说明。

1.表1中的第一行中的ENG、EM1、EM2、C0、C1、B分别与图1中附图标记相对应，即分别表示图1中的车辆用混合动力系统中的发动机ENG、第一电机EM1、第二电机EM2、第一离合器C0、第二离合器C1、单向离合器B。

2.关于符号“█”

对于表1中ENG、EM1、EM2所在的列，有该符号表示发动机ENG、第一电机EM1和第二电机EM2处于运行状态，没有该符号表示发动机ENG、第一电机EM1和第二电机EM2处于停止状态。

对于表1中的C0所在的列，有该符号表示第一离合器C0处于接合状态，没有该符号表示第一离合器C0处于分离状态。

对于表1中的C1所在的列，有该符号表示第二离合器C1处于接合状态，没有该符号表示第二离合器C1处于分离状态。

对于表1中的B所在的列，有该符号表示单向离合器B锁止输入轴S1，没有该符号表示单向离合器B未锁止输入轴S1。

结合以上的表1和图1至图2，进一步对根据本发明的一实施方式的车辆用混合动力系统的工作模式及其对应的扭矩传递路径等进行更具体的说明。

当车辆用混合动力系统处于第一纯电机驱动模式时，

发动机ENG处于停止状态；

第一电机EM1处于停止状态；

第二电机EM2处于驱动状态；

在传动机构中，第一离合器C0处于接合状态，第二离合器C1处于分离状态，单向离合器B未锁止输入轴S1。

这样，第二电机EM2通过齿轮副向输出轴S2传递扭矩以用于驱动车辆。

当车辆用混合动力系统处于第二纯电机驱动模式时，

发动机ENG处于停止状态；

第一电机EM1处于驱动状态；

第二电机EM2处于驱动状态；

在传动机构中，第一离合器C0处于分离状态，第二离合器C1处于分离状态，单向离合器B锁止输入轴S1。

这样，第一电机EM1经由太阳轮SU→行星轮PG→齿圈R向输出轴S2传递扭矩以用于驱动车辆；第二电机EM2通过齿轮副向输出轴S2传递扭矩以用于驱动车辆。

当车辆用混合动力系统处于纯发动机驱动模式时，

发动机ENG处于驱动状态；

第一电机EM1处于停止状态；

第二电机EM2处于停止状态；

在传动机构中，第一离合器C0处于分离状态，第二离合器C1处于接合状态，单向离合器B未锁止输入轴S1。

这样，发动机ENG经由输入轴S1→第二离合器C1→齿圈R向输出轴S2传递扭矩以用于驱动车辆。

当车辆用混合动力系统处于第一混合动力驱动模式时，

发动机ENG处于驱动状态；

第一电机EM1处于驱动状态；

第二电机EM2处于驱动状态；

在传动机构中，第一离合器C0处于分离状态，第二离合器C1处于分离状态，单向离合器B未锁止输入轴S1。

这样，发动机ENG经由输入轴S1→行星轮架P→行星轮PG→齿圈R向输出轴S2传递扭矩以用于驱动车辆；第一电机EM1经由输入轴S1→太阳轮SU→行星轮PG→齿圈R向输出轴S2传递扭矩以用于驱动车辆；第二电机EM2经由齿轮副向输出轴S2传递扭矩以用于驱动车辆。

当车辆用混合动力系统处于第二混合动力驱动模式时，

发动机ENG处于驱动状态；

第一电机EM1处于发电状态；

第二电机EM2处于驱动状态；

在传动机构中，第一离合器C0处于分离状态，第二离合器C1处于分离状态，单向离合器B未锁止输入轴S1。

这样，发动机ENG经由输入轴S1→行星轮架P→行星轮PG→太阳轮SU向第一电机EM1传递扭矩以用于驱动第一电机EM1发电；发动机ENG经由输入轴S1→行星轮架P→行星轮PG→齿圈R向输出轴S2传递扭矩以用于驱动车辆；第二电机EM2经由齿轮副向输出轴S2传递扭矩以用于驱动车辆。

当车辆用混合动力系统处于行驶时充电模式时，

发动机ENG处于驱动状态；

第一电机EM1处于发电状态；

第二电机EM2处于停止状态；

在传动机构中，第一离合器C0处于分离状态，第二离合器C1处于接合状态，单向离合器B未锁止输入轴S1。

这样，发动机ENG经由输入轴S1→行星轮架P→行星轮PG→太阳轮SU向第一电机EM1传递扭矩以用于驱动第一电机EM1发电；发动机ENG经由输入轴S1→齿圈R向输出轴S2传递扭矩以用于驱动车辆。

当车辆用混合动力系统处于停车时充电模式时，

发动机ENG处于驱动状态；

第一电机EM1处于发电状态；

第二电机EM2处于停止状态；

在传动机构中，第一离合器C0处于分离状态，第二离合器C1处于分离状态，单向离合器B未锁止输入轴S1。

这样，发动机ENG经由输入轴S1→行星轮架P→行星轮PG→太阳轮SU向第一电机EM1传递扭矩以用于驱动第一电机EM1发电。

当车辆用混合动力系统处于行驶时启动发动机模式时，

发动机ENG处于启动状态；

第一电机EM1处于驱动状态；

第二电机EM2处于驱动状态；

在传动机构中，第一离合器C0处于分离状态，第二离合器C1处于分离状态，单向离合器B未锁止输入轴S1。

这样，第一电机EM1经由太阳轮SU→行星轮PG→行星轮架P→输入轴S1向发动机ENG传递扭矩以用于启动发动机ENG；第二电机EM2经由齿轮副向输出轴S2传递扭矩以用于驱动车辆。

当车辆用混合动力系统处于停车时启动发动机模式时，

发动机ENG处于启动状态；

第一电机EM1处于驱动状态；

第二电机EM2处于停止状态；

在传动机构中，第一离合器C0处于分离状态，第二离合器C1处于分离状态，单向离合器B未锁止输入轴S1。

这样，第一电机EM1经由太阳轮SU→行星轮PG→行星轮架P→输入轴S1向发动机ENG传递扭矩以用于启动发动机ENG。

当车辆用混合动力系统处于制动能量回收模式时，

发动机ENG处于停止状态；

第一电机EM1处于停止状态；

第二电机EM2处于发电状态；

在传动机构中，第一离合器C0处于分离状态，第二离合器C1处于分离状态，单向离合器B未锁止输入轴S1。

这样，来自车辆的车轮的扭矩经由输出轴S2和齿轮副向第二电机EM2传递扭矩以用于驱动第二电机EM2进行发电。

综上，本发明提供了一种车辆用混合动力系统，其挡位以及工作模式的数量可以根据需要进行调整，而并不限于上述具体实施方式所列举的示例。另外，进行如下补充说明。

(i)根据本发明的一实施方式的车辆用混合动力系统能够实现不同的混合动力驱动模式，因此能够优化系统效率和发动机工作点，因此具有良好的燃油消耗性能。

(ii)根据本发明的一实施方式的车辆用混合动力系统还改善了车辆的动态性能，提高了系统效率。根据本发明的一实施方式的车辆用混合动力系统中的两个电机EM1、EM2能够同时用于驱动，因此对第二电机EM2的要求较低，节省了与第二电机EM2相关的尺寸和成本要求。