專利名稱：混合動力輸出裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種混合動力輸出裝置，更具體地，本發明涉及一種將動力 輸出到車輪驅動軸以驅動車輛行駛的混合動力輸出裝置。
背景技術：
混合動力車輛同時采用兩種不同的動力源，根據動力系統的連接方式不 同，主要可以分為三種結構形式，即串聯、并聯和混聯。
串聯結構的特征是以電力形式進行復合，發動機直接驅動發電機對儲能
裝置和電動機供電，電動機用來驅動車輪；并聯結構的特征是以機械形式進 行復合，發動機與驅動軸相連，電機可同時用作電動機或發電機以平衡發動 機所受的載荷。
實踐中出現的混聯模式有一種是通過行星齒輪機構來實現各動力單元 之間的動力分配。在這種結構中，發動機與行星架相連，發動機的一部分功 率通過第一電機轉換為電能對第二電機供電或對儲能裝置進行充電，另一部 分功率直接作用于齒圈上；同時，第二電機與齒圈相連，提供部分功率和轉 矩。在這種模式中，發動機輸出動力中總有一部分能量供第一電機發電給電 池(即儲能裝置)充電或供第二電機電動使用。
實踐中還有通過離合器來實現各動力單元之間的動力分配的混聯模式。 例如，中國專利CN 1200824 C公開了一種用于驅動車輛的混合動力驅動系 統，該系統公開了使用雙離合器、雙電機以及電池的驅動系統，其中第一電 機、第二電機與內燃機之間分別布置第一離合器及第二離合器，第二電機與 一可變速比的變速器永久連接，第一電機、第二電機與電池電連接。根據其 說明書的公開內容可知，該驅動系統的第一電機具有如下三種功能 一、內燃機的啟動電機；二、輸出電功率的發電機；三、驅動變速器液壓泵以及其 他輔助設備如轉向機構等的驅動裝置。由此可知該第一電機相當于將傳統 汽車中的內燃機的啟動電機(功率較小)與電池電連接，通過控制，使其具 有以上除內燃機啟動電機之外的功能，而作為電動機時也僅能驅動一些輔助 設備。而該專利公幵的第二電機僅能在車輛啟動或低速行使時實現純電力驅 動，而在需要大功率時需要發動機參與驅動。由于第一電機以及第二電機的 以上特性和功能，使得整個驅動系統在設計上以及功能實現上受到很大限 制 一方面，該第二電機必須與一可變速比的變速器永久連接而輸出動力才 能達到高效率，即通過不同檔位的變換來彌補電機功能上及輸出能力上的欠 缺；而且，在換檔過程中存在動力輸出的間斷，也使得整車的舒適感降低。 另一方面，當第一電機由于不能產生足夠的轉矩以啟動內燃機，而第二電機 作為啟動內燃機用時，就必須要求該可變速比的變速器處于空檔位置，此時， 第二電機與車輪必須在無轉矩傳遞狀況下，否則第二電機將帶動變速器以至
帶動車輪運動(在停車狀態下，如果不將變速器置于空檔，就無法實現第二 電機啟動內燃機的功能)。由于該可變速比的變速器必須被使用，使得該驅 動系統體積增大且成本提高。
如前述分析，又由于第一電機功能上的限制，該第一電機不可能作為單 獨驅動車輪使用，也不存在與第二電機共同驅動車輪的驅動狀態，這樣將使 得整個驅動系統可實現的驅動模式及功能單一，對于車輛的各種不同行駛工 況，不能提供最佳功率輸出的多功能多模式的驅動，從而傳動效率不夠優化， 對于最佳的功率輸出及降低油耗不利。
發明內容
本發明的主要目的是針對以上不足提供一種混合動力輸出裝置，其不需 要變速比的變速器即可實現高效率的動力輸出，增強了整車的舒適性，節省
5了空間，成本低，同時，可以實現多種驅動模式以提高效率、降低油耗。
為實現上述目的，本發明一方面提供一種混合動力輸出裝置，包括發動 機、第一電機、第二電機、電池、第一離合器、第二離合器和常嚙合的定速 比減速機構，其中所述第一電機和第二電機與所述電池電連接；所述發動 機通過第一離合器與第一電機連接；所述第一電機通過第二離合器與所述第 二電機連接；所述第二電機通過所述常嚙合的定速比減速機構與車輪驅動軸 連接。
由于定速比減速機構為常嚙合的減速機構，并且第二電機通過該常嚙合 的減速機構與車輪驅動軸連接，因此不存在換檔操作所導致的電機輸出突然 中斷的情況，電機能夠工作在高效率工作區且車輛不會出現行駛過程中速度 不連貫的情況，同時增加了整車的舒適性。此外，由于不需要進行換檔操作 及控制，使得整個動力輸出裝置的操作和控制簡單。又由于不為體積龐大的 變速器預留車輛的布置空間，因而可使整個動力輸出裝置能夠有較為理想的 布置空間來進行具體的結構布置，且成本降低。
優選地，所述發動機、第一離合器、第一電機、第二離合器、第二電機 依次順序連接且同軸設置。
通過這種設置，發動機的輸出軸與第一電機、第二電機同軸設置，由第 一和第二離合器對其進行機械連接，由此，可使本發明的動力輸出裝置的各 個動力單元在車輛上的布置緊湊，較容易實現一體化。進一步地，由于各個 動力單元的轉軸同軸，不需要為機械能的傳遞提供專門的結構單元(如不同 軸的轉軸間的齒輪傳動結構)，并且可使能量在傳遞過程中損失較小，進而 為整個動力輸出裝置的高效率做出貢獻。
優選地，所述第一電機設計為中高速電機，所述第二電機設計為中低速 電機。
第一電機設計為中高速電機，即其在高轉速下實現的效率優于其低轉速下實現的效率。第二電機設計為中低速電機，即其在低轉速下實現的效率優 于其高轉速下實現的效率。這樣不僅可以使兩個電機總是能以其最佳工作效 率協作實現車輪對于牽引力和轉速的要求，而且可以降低兩個電機的設計難 度(同時要求電機在低、中、高轉速下都實現高效率輸出的設計難度)。
由此，第一電機和第二電機可以相互協作驅動車輪，并且工作在各自的 高效率區域，從而使整個驅動系統高效率運行。例如在起步或低速行駛過 程中，使用工作效率高的第二電機單獨驅動車輪；而在車速達到較高時，即 達到第一電機可工作在較高效率輸出時，由第一電機單獨驅動車輪；而當車 速適當，第一和第二電機可同時工作在各自的高效率下，共同驅動車輪。當 需要牽引力較大時，第一和第二電機共同驅動車輪。由于兩電機可共同驅動 車輪，實現較大轉矩的輸出，因此可以將各自的體積設計得較小，從而可以 使整個動力輸出裝置在車輛上排布時更加自由和緊湊。
由此，本發明的動力輸出裝置在純電力輸出方式下也具備較好的動力輸 出能力，可以在不啟動內燃機的情況下，滿足車輛行駛的需求。
另外，將本發明的第一電機設計為中高速電機還可以實現高效率的發 電。例如，當第一電機作為發電機為電池充電時，由于發動機在高效率區時 其曲軸的轉速相當于電機的中高轉速，因此由發動機驅動第一電機為電池充 電的過程中，可使發動機和第一電機均工作在高效率區，從而也使得本發明 的整個動力輸出裝置效率提高。
本發明另一方面提供一種混合動力輸出裝置，包括發動機、第一電機、
第二電機、電池、第一離合器和第二離合器，其中所述第一電機和第二電 機與所述電池電連接；所述發動機通過第一離合器與第一電機連接；所述第 一電機通過第二離合器與所述第二電機連接；所述第一電機設計為中高速電 機，所述第二電機設計為中低速電機。
根據這種技術方案，本發明可以將第一電機和第二電機設計為可以相互
7協作來完成各種工況下的多種驅動模式，并且兩電機能夠工作在各自的高效 率區域，從而來實現整個驅動系統的高效率、低能耗的運行。
本發明結構簡單優化，動力輸出效率高，且可以實現多種動力輸出模式。 在車輛的燃料消耗及有害物排放方面也有很大改善。
本發明的其它特征及相應的優點將在下面結合附圖進行詳細說明。
圖1是表示本發明混合動力輸出裝置的系統示意圖。
圖2至圖12是表示本發明混合動力輸出裝置的不同動力輸出形式的說 明圖。
圖13和圖14是表示本發明混合動力輸出裝置的不同能量再生形式的說明圖。
圖15是表示本發明混合動力輸出裝置的駐車充電狀態的說明圖。
具體實施例方式
下面參考附圖對本發明的具體實施方式
進行詳細說明。 參考圖l，所示為根據本發明的優選混合動力輸出裝置的示意圖，此動 力輸出裝置用于輸出動力至車輪驅動軸以及車輪，用于驅動車輛行駛。該混 合動力輸出裝置包括發動機l、第一電機2、第二電機3、電池6、第一離合 器4、第二離合器5和常嚙合的定速比減速機構7，其中所述第一電機2 和第二電機3與所述電池6電連接；所述發動機1通過第一離合器4與第一 電機2連接；所述第一電機2通過第二離合器5與所述第二電機3連接；所 述第二電機3通過所述常嚙合的定速比減速機構7與車輪驅動軸8連接。
所述定速比減速機構7可以是常嚙合的齒輪傳動減速機構、鏈條傳動減 速機構、摩擦傳動減速機構等，只要在滿足減速的同時減速比恒定即可。
8如圖1所示，發動機l、第一離合器4、第一電機2、第二離合器5、第 二電機3優選依次順序連接并同軸布置，即第一電機2和第二電機3的轉軸 與發動機1的輸出軸同軸設置。發動機1的輸出軸與第一電機2的轉軸通過 第一離合器4連接，第一電機2的轉軸與第二電機3的轉軸通過第二離合器 5連接，在第二離合器5與第二電機3之間連接常嚙合的定速比減速機構7。
所述第一電機2和第二電機3均可工作于電動和發電模式。電池6為一 可控的能量存儲單元，可以是蓄電池、燃料電池等，在此不作限定。第一電 機2和第二電機3分別通過第一功率變換器9和第二功率變換器10與電池6 連接，第一功率變換器9和第二功率變換器IO可進行雙向的功率變換，因 而通過功率變換單元的轉化，兩電機可將電池6中儲存的電能轉化為動力輸 出，也可將動力轉化為電能存儲在電池6中。
如圖1所示，當發動機l需要啟動時，第一電機2通過第一離合器4與 發動機l的輸出軸接合，并通過將電池6中的電能轉化為動力，用于產生充 足的轉矩以啟動發動機l。當電池6中的存儲能量需要補充時，第一電機2 也可通過在發動機l的驅動下產生動力，并輸出至電池6，以電能的形式存 儲在電池6中。
第一電機2可以設計為中高速電機，用于獨立啟動發動機l，且可用于 單獨以純電力形式驅動車輪。
第二電機3可以設計為中低速電機，其具有比第一電機2大的功率，主 要用于在發動機1斷開時進行純電力驅動，當第二電機3不能滿足驅動軸的 轉矩需求時，第一電機2可與第二電機3共同純電力地驅動車輪。
由于發動機的高效率工作區一般位于相對高的轉速下，因此，車輛在從 停車狀態運轉到此相對較高的轉速這段過程中，使用電機的電動工作來驅動 車輪可以使發動機不參與工作，從而可以避免發動機工作在非高效區所引起 的油耗及有害排放物的增加。當第一電機2用于與第二電機3共同純電力地驅動車輪時，第二離合器5需轉換為接合狀態，可以通過電池6儲存的電能使第一電機2的轉速與第二電機3的轉速接近，通過趨近于零的轉速差使得兩電機的轉軸通過第二離合器5接合起來。這種接合形式的純電力驅動也具有較大的輸出轉矩，對于車輛低轉速時的大轉矩需求，此第一電機2與第二電機3共同純電力驅動的形式也能夠滿足，而不需要啟動發動機，避免發動機工作在非高效工作區。
按照本發明圖l所示的實施例，本發明可實現純電動驅動、純發動機驅動、串聯驅動、并聯驅動或混聯驅動輸出模式。
下面結合圖2至圖10來說明本發明混合動力輸出裝置的不同驅動模式。在后面的附圖中，為了簡化而省略了常嚙合的定速比減速機構7。
圖2、圖3和圖4表示僅基于電機的動力輸出對驅動軸8驅動的動力輸出形式，這種形式屬于混合動力系統中通常所稱的純電動模式，即發動機1不工作，僅靠電機的工作實現動力的輸出。
在本發明的結構下，這種動力輸出形式中，發動機l不工作，第一離合器4斷開，動力的輸出可通過三種不同的能量流動形式來實現，分別如圖2、圖3和圖4所示。
圖2所示為第一電機2和第二電機3同時對驅動軸8輸出動力的形式，此時第二離合器5處于接合狀態。因此，兩電機的轉軸可同時將動力傳遞給驅動軸8;第一電機2和第二電機3工作在電動模式之下，電池6為兩電機提供可以轉化為動力的電能。如圖2中箭頭所示，電池6提供電能給第一電機2和第二電機3，經過電動轉化，第一電機2和第二電機3輸出動力至驅動軸8。實際上，第一電機2和第二電機3是經過定速比減速機構7將動力輸出給驅動軸8，但由于在附圖中省略了定速比減速機構7，所以對描述進行了簡化。在后面存在同樣的情況，不再另作說明。
圖3所示為僅基于第二電機3驅動的動力輸出形式，此時第二離合器5
10處于斷開狀態，第一電機2不工作，第二電機3在電動工作狀態之下，電池6為第二電機3提供可以轉化為動力的電能。如圖3中箭頭所示，電池6提供電能給第二電機3，經過電動轉化，第二電機3經過定速比減速機構7輸出動力至驅動軸8。
圖4所示為僅基于第一電機2驅動的動力輸出形式，此時第二離合器5處于接合狀態，第二電機3不工作，第一電機2在電動工作狀態之下，電池6為第一電機2提供可以轉化為動力的電能。如圖4中箭頭所示，電池6提供電能給第一電機2，經過電動轉化，第一電機2經過定速比減速機構7輸出動力至驅動軸8。
圖5和圖6所示為發動機1工作，但是對驅動軸8的驅動僅基于第二電機3的動力輸出的形式。這種形式是混合動力系統中通常所稱的串聯模式。
在這種輸出形式中，第二離合器5處于斷開狀態，從而斷開第一電機2和發動機1與驅動軸8之間的機械連接；第一離合器4處于接合狀態，連接發動機1的輸出軸和第一電機2的轉軸；發動機1產生動力輸送給第一電機2，第一電機2處于發電工作狀態，第二電機3處于電動工作狀態。如圖5中箭頭所示，第一電機2發出的電能一部分傳遞給第二電機3，此時電池6需要能量補充，第一電機2另一部分電能輸送給電池6用作儲存，第二電機3經過定速比減速機構7輸送動力至驅動軸8。如圖6中箭頭所示，第一電機2發出的電能傳遞給第二電機3，電池6將電能輸送給第二電機3，第二電機3經過定速比減速機構7輸送動力至驅動軸8。
圖7和圖8所示為發動機1輸出動力至驅動軸8，且消耗電池6的電能來產生驅動力至驅動軸8的動力輸出形式。這種形式是混合動力系統中通常所稱的并聯模式。
這種動力輸出形式中，第一離合器4、第二離合器5均處于接合狀態，從而使發動機的輸出軸1與第一電機2的轉軸機械連接，使第一電機2和第二電機3同時與驅動軸8機械連接。根據第一、第二電機的工作狀態不同，
這種動力輸出形式可以有不同的能量流動形式。
圖7所示為所述一種能量流動形式，此時，第一電機2和第二電機3均工作在電動模式之下，電池6為它們提供工作所需的電能。如圖7中箭頭所示，發動機1動作，將動力通過第一電機2的轉軸傳遞至驅動軸8，第一電機2和第二電機3根據驅動所需的動力將電池6的電能進行轉化，并同時將動力輸出至驅動軸8。
圖8所示為其它能量流動形式，此時，第一電機2空轉，第二電機3工作在電動模式之下，電池6為其提供工作所需的電能。如圖8中箭頭所示，發動機1動作，將動力通過第一電機2的轉軸傳遞至驅動軸8，第二電機3根據驅動所需的動力將電池6的電能進行轉化，并將動力輸出至驅動軸8。
圖9和圖10所示為發動機1輸出動力、第一電機2在發電工作狀態、第二電機3在電動工作狀態的動力輸出形式，這種形式屬于混合動力系統所稱的混聯模式。
此時，發動機1的部分動力直接輸送至驅動軸，另一部分動力用于驅動第一電機2工作在發電模式之下，第二電機3工作在電動模式。如圖8中箭頭所示，此時第一電機2產生的電能一部分直接傳遞給第二電機3，使第二電機3電動工作驅動車輪，另一部分電能輸送給電池6用作電能補充。如圖9中箭頭所示，此時第一電機2產生的電能直接傳遞給第二電機3，電池6也輸送電能至第二電機3，使第二電機3電動工作驅動車輪。
圖11和圖12所示為僅由發動機1輸出動力至驅動軸8的動力輸出形式，這種形式屬于常稱的純發動機模式，此時，第一離合器4和第二離合器5均接合。
圖11所示為第一電機2和第二電機3均空轉，其轉軸將發動機1的輸出動力傳遞給驅動軸8。如圖11中箭頭所示，發動機1動作，將動力通過第一電機2和第二電機3的轉軸傳遞至驅動軸8。
圖12所示為第一電機2同時將發動機1的部分功率轉化為電能儲存在電池6中，用于補充電池6的能量儲備，其轉軸將發動機1另一部分輸出動力傳遞給驅動軸8。如圖12中箭頭所示，發動機1動作，其一部分動力通過第一電機2的轉軸傳遞至驅動軸8，另一部分動力通過第一電機2轉化為電能儲存在電池6中。
圖13和圖14所示為本發明能量再生形式的說明圖。
在車輛隨著制動器的制動而進行減速行駛或者停止的狀態下，本發明的驅動裝置可進行能量的再生，此時使電機工作在發電模式之下，將驅動軸8回饋的動力轉化為電能輸送至電池6，以最大的限度對電池進行充電。根據第二離合器5的接合/斷開狀態可以有不同的能量再生形式。
圖13所示為第二離合器5接合時的能量再生形式，此時第一電機2和第二電機3的轉軸均與驅動軸8相連，第一電機2和第二電機3工作在發電模式之下，電池6存儲再生的電能。如圖13中箭頭所示，驅動軸8將動力回饋給第一電機2和第二電機3，第一電機2和第二電機3分別將動力轉化為電能并輸送至電池6，實現能量的再生。
圖14所示為第二離合器5斷開時的能量再生形式，此時第二電機3的轉軸與驅動軸8相連，第二電機3工作在發電模式之下，電池6存儲再生的電能。如圖14中箭頭所示，驅動軸將動力回饋給第二電機3，第二電機3將動力轉化為電能并輸送至電池6，實現能量的再生。
圖15所示為本發明的駐車充電模式。
在這種模式中，第二離合器5斷開且第二電機3在不工作狀態，發動機1驅動第一電機2在發電的工作狀態，并將電能儲存在電池6中，如圖15中箭頭所示，發動機1工作，并將動力傳遞給第一電機2，第一電機2將動力轉化為電能輸送至電池6。
13雖然已經針對具體的實施方式對本發明進行了說明，但是這些細節并不是限制性的，因為在不脫離本發明的精神和范圍的前提下采用不同的實施方式、改變和修改是很明顯的，應當理解這種等價的實施方式同樣包括在本發明的范圍之內。
權利要求
1、一種混合動力輸出裝置，包括發動機、第一電機、第二電機、電池、第一離合器、第二離合器和常嚙合的定速比減速機構，其中所述第一電機和第二電機與所述電池電連接；所述發動機通過第一離合器與第一電機連接；所述第一電機通過所述第二離合器與所述第二電機連接；所述第二電機通過所述常嚙合的定速比減速機構與車輪驅動軸連接。
2、 如權利要求1所述的混合動力輸出裝置，其中所述定速比減速機構 是常嚙合的齒輪傳動減速機構、鏈條傳動減速機構或者摩擦傳動減速機構。
3、 如權利要求1所述的混合動力輸出裝置，其中所述發動機、第一離 合器、第一電機、第二離合器、第二電機依次順序連接且同軸布置。
4、 如權利要求l、 2或3所述的混合動力輸出裝置，其中所述第一電機 設計為中高速電機，所述第二電機設計為中低速電機。
5、 如權利要求l、 2或3所述的混合動力輸出裝置，其中所述第一電機 或第二電機能夠單獨驅動車輛行駛。
6、 如權利要求l、 2或3所述的混合動力輸出裝置，其中所述第一電機 和第二電機能夠同時驅動車輛行駛。
7、 如權利要求l、 2或3所述的混合動力輸出裝置，其中所述第二電機 的功率大于所述第一電機的功率。
8、 如權利要求1所述的混合動力輸出裝置，其中所述第一電機和第二電機分別通過功率變換器與所述電池電連接。
9、 一種混合動力輸出裝置，包括發動機、第一電機、第二電機、電池、第一離合器和第二離合器，其中所述第一 電機和第二電機與所述電池電連接；所述發動機通過第一離合器與第一電機連接；所述第一電機通過第二離合器與所述第二電機連接；所述第一電機設計為中高速電機，所述第二電機設計為中低速電機。
全文摘要
本發明涉及一種用于將動力輸出至車輪驅動軸的混合動力輸出裝置，包括發動機、第一電機、第二電機、電池、第一離合器、第二離合器和常嚙合的定速比減速機構，其中所述第一電機和第二電機與所述電池電連接；所述發動機通過第一離合器與第一電機連接；所述第一電機通過第二離合器與所述第二電機連接；所述第二電機通過所述常嚙合的定速比減速機構與車輪驅動軸連接。本發明的混合動力輸出裝置可增強整車舒適性，節省空間，成本低，同時，可以實現多種驅動模式以提高效率、降低油耗。
文檔編號B60K6/20GK101535075SQ200780041361
公開日2009年9月16日 申請日期2007年12月6日 優先權日2006年12月8日
發明者周旭光, 宋佑川, 廖云浩, 張建華, 湯小華, 王傳福, 羅紅斌, 偉 陳, 陳煥光 申請人:比亞迪股份有限公司