本發(fā)明涉及一種混合動力耦合裝置、包括該混合動力耦合裝置的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)以及一種包括該混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的混合動力汽車。
背景技術(shù):
純電動車是新能源車發(fā)展的重要方向之一,但目前電池技術(shù)尚未成熟等因素仍制約著純電動車的發(fā)展。因此,就目前而言,混合動力技術(shù)、特別是深度混合動力和插電式混合動力能大幅度降低燃油消耗和改善尾氣排放,從整車增加成本和技術(shù)成熟度分析,混合動力技術(shù)是較為合理、更容易產(chǎn)品化的技術(shù)選擇。
在混合動力車中,混合動力耦合裝置可用于傳遞或耦合發(fā)動機(jī)和電機(jī)的動力。目前,市場上的主流混合動力驅(qū)動系統(tǒng)可以大致分為單電機(jī)和多電機(jī)形式。
現(xiàn)有的單電機(jī)混合動力形式通常使用復(fù)雜的混合動力耦合裝置,混合動力耦合裝置通常至少包括多個(gè)離合器(不少于三個(gè)離合器)以及行星齒輪組或齒輪副,例如如us6837816b2中所公開的。
對于多電機(jī)混合動力形式,使用至少兩個(gè)電驅(qū)動系統(tǒng),這增加了系統(tǒng)成本和集成難度,例如如us7252612b2中所公開的。
現(xiàn)有的單電機(jī)混合動力系統(tǒng)僅具有一個(gè)電驅(qū)動單元,但是通常需要使用復(fù)雜的混合動力耦合裝置來實(shí)現(xiàn)較好的動力和燃油經(jīng)濟(jì)性。混合動力耦合裝置通常由至少三個(gè)離合器以及至少兩個(gè)行星齒輪組或至少四個(gè)齒輪副構(gòu)成,這顯然增加了系統(tǒng)集成的復(fù)雜性和系統(tǒng)成本。如果混合動力耦合裝置被進(jìn)一步簡化則不能實(shí)現(xiàn)純電力驅(qū)動,從而不能用于插電式混合動力汽車中?,F(xiàn)有的多電機(jī)混合動力系統(tǒng)具有至少兩個(gè)電驅(qū)動單元和動力耦合裝置來滿足動力和經(jīng)濟(jì)性方面的要求。系統(tǒng)成本和復(fù)雜性的提高主要源自附加電機(jī)和相應(yīng)的電子器件。通常動力耦合裝置本身也較為復(fù)雜,因此還會進(jìn)一步提高系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性。
因此,目前迫切需要對現(xiàn)有的混合動力耦合裝置、混合動力驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn),以降低成本和復(fù)雜性,同時(shí)仍能允許純電力驅(qū)動。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)優(yōu)化、成本較低且仍能實(shí)現(xiàn)包括純電力驅(qū)動在內(nèi)的多種工作模式的混合動力耦合裝置、一種包括該混合動力耦合裝置的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)以及一種包括該混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的混合動力汽車。
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面,提供了一種機(jī)電混合動力耦合裝置,包括:旋轉(zhuǎn)離合器;制動離合器;固定部件;以及行星齒輪組,其具有齒圈、行星架和太陽輪;其中,行星架作為輸出部件輸出動力,機(jī)械動力源始終連接到齒圈,根據(jù)需要能夠作為電動機(jī)或發(fā)電機(jī)工作的電機(jī)連接到太陽輪,旋轉(zhuǎn)離合器位于齒圈與行星架之間,以便控制齒圈與行星架的連接或脫開,而且制動離合器位于齒圈與固定部件之間,以便控制齒圈與固定部件之間的連接或脫開。
根據(jù)一個(gè)可選的實(shí)施方式,所述機(jī)械動力源是發(fā)動機(jī);和/或所述固定部件是傳動箱;和/或所述機(jī)械動力源通過減振器連接到所述齒圈。
根據(jù)一個(gè)可選的實(shí)施方式,所述電機(jī)通過其轉(zhuǎn)子直接連接到所述太陽輪;和/或所述傳動箱容納旋轉(zhuǎn)離合器、制動離合器、行星齒輪組以及電機(jī);和/或所述機(jī)電混合動力耦合裝置用于混合動力汽車中。
根據(jù)一個(gè)可選的實(shí)施方式,在僅電機(jī)作為電動機(jī)工作來提供動力的純電動驅(qū)動模式下,所述機(jī)械動力源被關(guān)停,所述旋轉(zhuǎn)離合器打開,而所述制動離合器閉合,從而,所述電機(jī)作為電動機(jī)工作時(shí)的動力通過所述太陽輪傳遞到所述行星架,然后通過所述行星架輸出。
根據(jù)一個(gè)可選的實(shí)施方式,在僅機(jī)械動力源提供動力的僅機(jī)械驅(qū)動模式下,所述旋轉(zhuǎn)離合器閉合,而制動離合器打開,使得所述齒圈、行星架和太陽輪固定在一起,電機(jī)被關(guān)停而隨著機(jī)械動力源一起以相同速度旋轉(zhuǎn),從而,機(jī)械動力源的動力傳遞到行星齒輪組而經(jīng)由所述行星架輸出。
根據(jù)一個(gè)可選的實(shí)施方式,在混合驅(qū)動模式i下,旋轉(zhuǎn)離合器閉合,而制動離合器打開,在電機(jī)作為電動機(jī)工作時(shí),機(jī)械動力源的動力和電機(jī)的動力分別從齒圈和太陽輪傳遞到行星架,在電機(jī)作為發(fā)電機(jī)工作時(shí),機(jī) 械動力源的多余動力傳遞到電機(jī);和/或在混合驅(qū)動模式ii下,所述旋轉(zhuǎn)離合器和制動離合器均打開,在電機(jī)作為電動機(jī)工作時(shí),機(jī)械動力源的動力和電機(jī)的動力分別從齒圈和太陽輪傳遞到行星架,在電機(jī)作為發(fā)電機(jī)工作時(shí),機(jī)械動力源的多余動力傳遞到電機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面,提供了一種用于混合動力汽車的混合動力驅(qū)動系統(tǒng),其中,所述混合動力驅(qū)動系統(tǒng)包括所述的機(jī)電混合動力耦合裝置、與所述機(jī)電混合動力耦合裝置的行星架連接的主減速器、與所述主減速器連接的差速器以及與差速器連接的用于機(jī)械制動的機(jī)械制動器。
根據(jù)一個(gè)可選的實(shí)施方式,在機(jī)械制動模式下,旋轉(zhuǎn)離合器和制動離合器均打開,使得僅機(jī)械制動力矩施加給機(jī)械制動器;和/或在再生制動模式下,機(jī)械動力源被關(guān)停,電機(jī)作為發(fā)電機(jī)工作且通過閉合制動離合器提供再生制動力矩;和/或在混合制動模式下,機(jī)械動力源被關(guān)停,旋轉(zhuǎn)離合器打開,制動離合器閉合,機(jī)械制動力矩和電機(jī)作為發(fā)電機(jī)工作所提供的再生制動力矩共同提供制動作用。
根據(jù)一個(gè)可選的實(shí)施方式,在停車充電模式下,旋轉(zhuǎn)離合器和制動離合器均打開,而機(jī)械制動器閉合,機(jī)械動力源的動力通過行星架傳遞到太陽輪,然后傳遞到電機(jī)使其作為發(fā)電機(jī)工作。
根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面,提供了一種混合動力汽車,其中,所述混合動力汽車包括所述的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)。
本發(fā)明的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,成本較低,同時(shí)仍可實(shí)現(xiàn)純電力驅(qū)動。
附圖說明
下面,通過參看附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明,可以更好地理解本發(fā)明的原理、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。附圖包括:
圖1示出了根據(jù)一個(gè)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的示意圖。
圖2a示出了處于純電動驅(qū)動模式下的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的工作狀態(tài)和功率流圖。
圖2b示出了處于純發(fā)動機(jī)驅(qū)動模式下的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的工作狀態(tài)和功率流圖。
圖2c示出了處于混合驅(qū)動模式i下的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的工作狀態(tài)和功率流圖。
圖2d示出了處于混合驅(qū)動模式ii下的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的工作狀態(tài)和功率流圖。
圖2e示出了處于機(jī)械制動模式下的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的工作狀態(tài)和功率流圖。
圖2f示出了處于再生制動模式下的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的工作狀態(tài)和功率流圖。
圖2g示出了處于混合制動模式下的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的工作狀態(tài)和功率流圖。
圖2h示出了處于停車充電模式下的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的工作狀態(tài)和功率流圖。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案以及有益的技術(shù)效果更加清楚明白,以下將結(jié)合附圖以及多個(gè)實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解,此處所描述的具體實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明,而不是用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
圖1示出了根據(jù)一個(gè)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的示意圖。
如圖1所示,該混合動力驅(qū)動系統(tǒng)包括發(fā)動機(jī)1、電機(jī)2、行星齒輪組3、旋轉(zhuǎn)離合器4、制動離合器5、減振器6、傳動箱7、主減速器8和差速器9,其中,行星齒輪組3主要由齒圈r、行星架c和太陽輪s組成,電機(jī)2根據(jù)需要可以作為電動機(jī)或發(fā)電機(jī)操作。傳動箱7優(yōu)選至少可以容納電機(jī)2、行星齒輪組3、旋轉(zhuǎn)離合器4、制動離合器5。通常,主減速器8和差速器9獨(dú)立構(gòu)成一個(gè)組件。此外,還設(shè)有與差速器9連接的機(jī)械制動器10,以用于機(jī)械制動。
發(fā)動機(jī)1通過減振器6連接到齒圈r,電機(jī)2直接連接到太陽輪s,旋轉(zhuǎn)離合器4位于齒圈r與行星架c之間,以便控制齒圈r與行星架c之間的連接或脫開。制動離合器5位于齒圈r與傳動箱7之間,以便控制齒圈r與傳動箱7之間的連接或脫開。傳動箱7為固定殼體部件。輸出動力通 過行星架c依次傳遞到主減速器8和差速器9,最終傳遞到驅(qū)動車輪。
減振器6用于對發(fā)動機(jī)1的振動進(jìn)行衰減。顯然,在發(fā)動機(jī)1的振動足夠小而不需要衰減時(shí),也可以省去減振器6。此外,制動離合器5位于齒圈r與傳動箱7之間并不排除制動離合器5也可設(shè)置在齒圈r與其他固定部件之間。
在該混合動力驅(qū)動系統(tǒng)中,行星齒輪組3、旋轉(zhuǎn)離合器4、制動離合器5和傳動箱7或其他固定部件構(gòu)成混合動力耦合裝置,用于傳遞或耦合發(fā)動機(jī)1和電機(jī)2的動力。
在此,需要指出的是,發(fā)動機(jī)1僅是機(jī)械動力源的一個(gè)示例,顯然也可采用其他任何合適的機(jī)械動力裝置。此外,電機(jī)2優(yōu)選通過其轉(zhuǎn)子直接連接到太陽輪s,從而能夠使得結(jié)構(gòu)更為緊湊。
該混合動力驅(qū)動系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多種功率流模式,即,純電動驅(qū)動、純發(fā)動機(jī)驅(qū)動、混合驅(qū)動、制動以及停車充電模式。具體地講,通過離合器結(jié)合或分離、電機(jī)作為電動機(jī)或發(fā)電機(jī)操作、機(jī)械制動器夾緊或釋放的各種操作組合,功率流模式可進(jìn)一步擴(kuò)展為八種工作模式,如圖2a-2h所示。此外,對于各種工作模式,旋轉(zhuǎn)離合器4、制動離合器5以及電機(jī)2的具體操作在表1中示出,其中,◆和◇分別表示離合器或機(jī)械制動器的鎖止和解鎖狀態(tài)。
表1混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的工作模式
下面,將詳細(xì)地描述各具體工作模式的行駛條件、操作方法、狀態(tài)以及功率流。
1)純電動驅(qū)動模式
當(dāng)行駛阻力和汽車速度相對較低且電池的剩余電量足夠高時(shí),混合動力汽車僅通過電機(jī)2驅(qū)動,即,以純電動驅(qū)動模式操作。在這種驅(qū)動模式下,如圖2a所示,發(fā)動機(jī)1被關(guān)停,旋轉(zhuǎn)離合器4打開,而制動離合器5閉合。從而,電機(jī)2作為電動機(jī)操作的動力從其轉(zhuǎn)子通過太陽輪s傳遞到行星架c,然后依次通過與行星架c連接的主減速器8、與主減速器8連接的差速器9而最終傳遞到與差速器9連接的驅(qū)動車輪,以驅(qū)動車輛。圖2a中的箭頭示出了功率流的傳遞方式。
2)純發(fā)動機(jī)驅(qū)動模式
當(dāng)行駛阻力和汽車速度相對較高時(shí),混合動力汽車僅通過發(fā)動機(jī)1驅(qū)動,即,以純發(fā)動機(jī)驅(qū)動模式操作。在這種驅(qū)動模式下,如圖2b所示,旋轉(zhuǎn)離合器4閉合,而制動離合器5打開。此時(shí),齒圈r、行星架c和太陽輪s固定在一起,因此,行星齒輪組3起著直接驅(qū)動軸的作用。電機(jī)2被關(guān)停而隨著發(fā)動機(jī)1一起以相同速度旋轉(zhuǎn)。從而,發(fā)動機(jī)1的動力從其曲軸通過減振器6依次傳遞到行星齒輪組3、主減速器8、差速器9并最終傳遞到驅(qū)動車輪,以驅(qū)動車輛。圖2b中的箭頭示出了功率流的傳遞方式。
3)混合驅(qū)動模式
具體包括兩種不同類型的混合驅(qū)動模式:混合驅(qū)動模式i和混合驅(qū)動模式ii。
·混合驅(qū)動模式i
當(dāng)行駛阻力高但汽車速度低時(shí),例如在全力加速或爬坡條件下,混合動力汽車由發(fā)動機(jī)1和電機(jī)2共同驅(qū)動。在這種情況下,電機(jī)2作為電動機(jī)操作,從而,可為車輛行駛提供最大的動力。然而,如果行駛動力需求不是那么高且電池的剩余電量較低,電機(jī)2也可使用發(fā)動機(jī)1的多余動力作為發(fā)電機(jī)操作,以便為電池充電??傊姍C(jī)2可用于將驅(qū)動系統(tǒng)工作點(diǎn)調(diào)節(jié)到高效區(qū)域。
在該混合驅(qū)動模式i中,如圖2c所示,旋轉(zhuǎn)離合器4閉合,制動離合器5打開,因此,行星齒輪組3起著直接驅(qū)動軸的作用,電機(jī)2與發(fā)動機(jī)1 以相同速度一起旋轉(zhuǎn)。從而,在電機(jī)2作為電動機(jī)操作時(shí),發(fā)動機(jī)1的動力和電機(jī)2的動力分別從齒圈r和太陽輪s傳遞到行星齒輪組3的行星架c,然后依次傳遞到主減速器8、差速器9并最終傳遞到驅(qū)動車輪,以驅(qū)動車輛。圖2c中的箭頭示出了功率流的傳遞方式。
·混合驅(qū)動模式ii
當(dāng)行駛阻力高且汽車速度也高時(shí),例如在全速行駛條件下,混合動力汽車也由發(fā)動機(jī)1和電機(jī)2共同驅(qū)動。在該混合驅(qū)動模式ii下,如圖2d所示,旋轉(zhuǎn)離合器4和制動離合器5均打開,混合動力驅(qū)動系統(tǒng)在該模式下充當(dāng)具有兩個(gè)自由度的電子無級變速器(evt)。不管汽車速度和負(fù)載具體如何,附加的一個(gè)自由度均可使深度混合動力汽車/插電式混合動力汽車具有更大的靈活性來將發(fā)動機(jī)1的速度調(diào)節(jié)到其高效區(qū)域。根據(jù)發(fā)動機(jī)速度要求,電機(jī)2可作為電動機(jī)或發(fā)電機(jī)操作。與混合驅(qū)動模式i類似,在電機(jī)2作為電動機(jī)操作時(shí),發(fā)動機(jī)1的動力和電機(jī)2的動力分別從齒圈r和太陽輪s傳遞到行星齒輪組3的行星架c,然后依次傳遞到主減速器8、差速器9并最終傳遞到驅(qū)動車輪,以驅(qū)動車輛。圖2d中的箭頭示出了功率流的傳遞方式。
4)制動模式
具體包括三種不同類型的制動模式:機(jī)械制動模式、再生制動模式和混合制動模式。
·機(jī)械制動模式
在機(jī)械制動模式下,通過同時(shí)釋放旋轉(zhuǎn)離合器4和制動離合器5,將所有制動力矩通過杠桿機(jī)構(gòu)施加給機(jī)械制動器10,如圖2e所示。
·再生制動模式
在再生制動模式下,發(fā)動機(jī)1被關(guān)停,電機(jī)2作為發(fā)電機(jī)工作且通過閉鎖制動離合器5提供再生制動力矩。由此可以看出,功率流在再生制動模式下與在純電動驅(qū)動模式下正好相反,如圖2f所示。
·混合制動模式
機(jī)械制動模式與再生制動模式組合成混合制動模式,以便在電機(jī)2不能提供全部所需的制動力矩時(shí)回饋更多的制動能量,如圖2g所示。
5)停車充電模式
在電池需要充電時(shí),例如在混合驅(qū)動模式下經(jīng)過長時(shí)間的全力加速或爬坡而使電池的剩余電量達(dá)到下限時(shí),本發(fā)明的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)還可提供停車充電的可能性。在停車充電模式下,旋轉(zhuǎn)離合器4和制動離合器5均打開,而機(jī)械制動器10閉合。發(fā)動機(jī)1的動力從其曲軸通過減振器6和行星架c傳遞到太陽輪s,然后傳遞到電機(jī)2使其作為發(fā)電機(jī)工作而對電池進(jìn)行充電,如圖2d所示。
由此可以看出,本發(fā)明的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)是相當(dāng)簡單的,其采用單個(gè)行星齒輪組、單個(gè)電機(jī)、一個(gè)制動離合器和一個(gè)旋轉(zhuǎn)離合器。通過這些部件的不同操作的組合,實(shí)現(xiàn)了多種不同的工作模式且適用于不同的行駛條件。從而,減少了現(xiàn)有的單電機(jī)和多電機(jī)混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的缺陷,即本發(fā)明的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)具有較低的成本和系統(tǒng)復(fù)雜性,同時(shí)又沒有犧牲任何動力性能和經(jīng)濟(jì)性能。具體地講,系統(tǒng)成本降低但沒有犧牲汽車性能,機(jī)械和電力方面的系統(tǒng)集成難度均得到降低,而且由于僅使用一個(gè)電機(jī)和簡化的混合動力耦合裝置而使得混合動力驅(qū)動系統(tǒng)具有更為緊湊的尺寸。特別地,本發(fā)明的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)仍可實(shí)現(xiàn)純電力驅(qū)動。
對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說,本發(fā)明的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)顯然也可應(yīng)用于其他合適的應(yīng)用場合,并不局限于混合動力汽車。
而且,對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言,本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)和替代性實(shí)施方式是顯而易見的。因此,本發(fā)明就其更寬泛的意義而言并不局限于所示和所述的具體細(xì)節(jié)、代表性結(jié)構(gòu)和示例性實(shí)施例。相反,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不脫離本發(fā)明的基本精神和范圍的情況下進(jìn)行各種修改和替代。