混合动力系统和具有其的车辆的制作方法

1.本发明涉及车辆技术领域，尤其是涉及一种混合动力系统和具有其的车辆。


背景技术：

2.相关技术中混合动力系统，通常设置有双行星排，发动机和电机通过双星排传动连接，这样混合动力系统能够在纯电动模式、燃油模式、混合无极变速驱动模式下切换，但是由于双行星排之间连接关系不合理，导致混合动力系统的加工难度大、制造成本高且传动效率和空间利用率低。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种混合动力系统，该混合动力系统具有功率分流比例合理、易于加工、空间利用率和传动效率高等优点。
4.本发明还提出了一种具有上述混合动力系统的车辆。
5.为了实现上述目的，根据本发明的第一方面实施例提出一种混合动力系统，包括：发动机，所述发动机具有发动机输出轴；第一行星排，所述第一行星排包括第一太阳轮、第一行星架、第一齿圈和多个第一行星轮，所述第一齿圈围绕所述第一太阳轮设置，每个所述第一行星轮可旋转地安装于所述第一行星架且分别与所述第一太阳轮和所述第一齿圈啮合，多个所述第一行星轮沿所述第一太阳轮的周向间隔设置，所述第一行星架和所述发动机输出轴传动连接；第二行星排，所述第二行星排包括第二太阳轮、第二行星架、第二齿圈和多个第二行星轮，所述第二齿圈围绕所述第二太阳轮设置，每个所述第二行星轮可旋转地安装于所述第二行星架且分别与所述第二太阳轮和所述第二齿圈啮合，多个所述第二行星轮沿所述第二太阳轮的周向间隔设置，所述第二太阳轮和所述第一齿圈传动连接且连接有第一主动齿轮，所述第二行星架和所述第一太阳轮传动连接；从动齿轮，所述从动齿轮与所述第一主动齿轮啮合；第一电机，所述第一电机具有第一电机轴，所述第一电机轴与所述第二齿圈传动连接；第二电机，所述第二电机具有第二电机轴，所述第二电机轴与所述从动齿轮传动连接。
6.根据本发明的混合动力系统具有功率分流比例合理、易于加工、空间利用率和传动效率高等优点。
7.根据本发明的一些实施例，所述第一电机轴和所述第二齿圈之间通过第一构造件连接；所述第一齿圈和所述第二太阳轮之间通过第二构造件连接，所述第二构造件位于所述第一行星排和所述第二行星排之间；所述第一太阳轮和所述第二行星架之间通过第三构造件连接，所述第二行星架位于所述第二行星排的背向所述第一行星排的一侧，所述第二太阳轮和所述第二构造件空套于所述第三构造件。
8.根据本发明的一些实施例，所述混合动力系统还包括：差速装置，所述从动齿轮传动连接有减速主动齿轮，所述差速装置连接有减速从动齿轮，所述减速主动齿轮与所述减
速从动齿轮啮合。
9.根据本发明的一些实施例，所述混合动力系统还包括：第三行星排，所述第三行星排包括第三太阳轮、第三行星架、第三齿圈和多个第三行星轮，所述第三齿圈围绕所述第三太阳轮设置，每个所述第三行星轮可旋转地安装于所述第三行星架且分别与所述第三太阳轮和所述第三齿圈啮合，多个所述第三行星轮沿所述第三太阳轮的周向间隔设置，所述第三太阳轮与所述从动齿轮传动连接；差速装置，所述第三行星架与所述差速装置传动连接。
10.根据本发明的一些实施例，所述发动机和所述第一电机同轴布置且与所述第二电机异轴布置，所述第二电机轴连接有第二主动齿轮且通过所述第二主动齿轮与所述从动齿轮传动连接。
11.根据本发明的一些实施例，所述发动机、所述第一电机和所述第二电机同轴布置，所述第二电机轴与所述第一主动齿轮传动连接且通过所述第一主动齿轮与所述从动齿轮传动连接。
12.根据本发明的一些实施例，所述第二电机位于所述发动机和所述第一行星排之间，所述第二电机轴空套于所述发动机输出轴。
13.根据本发明的一些实施例，所述混合动力系统还包括：单向锁止机构，所述单向锁止机构与所述发动机输出轴配合，所述单向锁止机构仅允许所述发动机输出轴沿顺时针方向或逆时针方向中的一个方向旋转。
14.根据本发明的一些实施例，所述混合动力系统还包括：锁止器，所述锁止器连接于所述第一太阳轮和所述第二行星架，用于控制是否向所述第一太阳轮和所述第二行星架施加制动。
15.根据本发明的第二方面实施例提出一种车辆，包括根据本发明的第一方面实施例所述的混合动力系统。
16.根据本发明的第二方面实施例的车辆，通过利用根据本发明的第一方面实施例所述的混合动力系统，具有功率分流比例合理、易于加工、空间利用率和传动效率高等优点。
17.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
18.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
19.图1是根据本发明实施例的混合动力系统的结构示意图。
20.图2是根据本发明实施例的混合动力系统的动力学特性杠杆图。
21.图3是根据本发明实施例的混合动力系统处于纯电动模式的动力学特性杠杆图。
22.图4是根据本发明实施例的混合动力系统处于混合驱动模式的动力学特性杠杆图。
23.图5是根据本发明实施例的混合动力系统的发动机输出轴连接有单向锁止机构的结构示意图。
24.图6是根据本发明另一实施例的混合动力系统的发动机输出轴连接有单向锁止机构的结构示意图。
25.图7是根据本发明实施例的混合动力系统的第一电机轴连接有单向制动器的结构示意图。
26.图8是根据本发明另一实施例的混合动力系统的第一电机轴连接有单向制动器的结构示意图。
27.图9是根据本发明实施例的混合动力系统的从动齿轮和差速装置通过第三行星排连接的结构示意图。
28.图10是根据本发明实施例的混合动力系统具有锁止器的结构示意图。
29.图11是根据本发明实施例的混合动力系统的发动机、第一电机和第二电机同轴线的结构示意图。
30.附图标记：
31.混合动力系统1、
32.发动机100、发动机输出轴110、
33.第一行星排200、第一太阳轮210、第一行星架220、第一齿圈230、第一行星轮240、第一构造件250、
34.第二行星排300、第二太阳轮310、第二行星架320、第二齿圈330、第二行星轮340、第二构造件350、第三构造件360、
35.第一主动齿轮400、从动齿轮500、差速装置600、减速主动齿轮610、减速从动齿轮620、
36.第三行星排630、第三太阳轮631、第三行星架632、第三行星轮633、第三齿圈634、
37.第一电机700、第一电机轴710、
38.第二电机800、第二电机轴810、第二主动齿轮820、
39.单向锁止机构910、锁止器920、单向制动器930。
具体实施方式
40.下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。
41.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
42.在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。
43.下面参考附图描述根据本发明实施例的混合动力系统1。
44.如图1-图11所示，混合动力系统1包括发动机100、第一行星排200、第二行星排300、从动齿轮500、第一电机700和第二电机800。
45.发动机100具有发动机输出轴110，第一行星排200包括第一太阳轮210、第一行星架220、第一齿圈230和多个第一行星轮240，第一齿圈230围绕第一太阳轮210设置，每个第一行星轮240可旋转地安装于第一行星架220且分别与第一太阳轮210和第一齿圈230啮合，多个第一行星轮240沿第一太阳轮210的周向间隔设置，第一行星架240和发动机输出轴110
传动连接。
46.第二行星排300包括第二太阳轮310、第二行星架320、第二齿圈330和多个第二行星轮340，第二齿圈330围绕第二太阳轮310设置，每个第二行星轮320可旋转地安装于第二行星架320且分别与第二太阳轮310和第二齿圈330啮合，多个第二行星轮340沿第二太阳轮310的周向间隔设置，第二太阳轮310和第一齿圈230传动连接且连接有第一主动齿轮400，第二行星架320和第一太阳轮310传动连接。
47.从动齿轮500与第一主动齿轮400啮合，第一电机700具有第一电机轴710，第一电机轴710与第二齿圈330传动连接，第二电机800具有第二电机轴810，第二电机轴810与从动齿轮500传动连接。
48.举例而言，第一电机700可以为具有发电功能的电动机，第二电机800也可以为具有发电功能的电动机，第一电机700和第二电机800之间可以互相传递电能，另外，第一行星排200的中心轴线和第二行星排300的中心轴线可以重合。
49.其中，设第一齿圈230的齿数与第一太阳轮210的齿数的比值为k1、第二齿圈330的齿数与第二太阳轮310的齿数的比值为k2、第一电机700的转速为n1、第一主动齿轮400的转速为n2、发动机100的转速为n3，第一电机700的扭矩t1，第一主动齿轮400的扭矩为t2，发动机100的扭矩为t3。
50.其中，其中，k1和k2大于1，一般k1和k2取值为1.6～4，优选地k1和k2均为2～3。混合动力系统1的动力学特性如图2所示。
51.根据本发明的混合动力系统1，通过将发动机100连接有发动机输出轴110，发动机输出轴110与第一行星排200传动连接，第一电机700连接有第一电机轴710，第一电机轴710与第二行星排300传动连接，且第一行星排200与第二行星排300传动连接，第二行星排300连接有第一主动齿轮400，第一主动齿轮400与从动齿轮500啮合，第二电机轴810与从动齿轮500传动连接。
52.在第一电机700和发动机100不工作时，第二电机800可以单独驱动从动齿轮500转动，进而驱动车辆移动，此时混合动力系统1处于纯电动模式，混合动力系统1的动力学特性如图3所示。
53.在第一电机700和发动机100工作，第二电机800不工作时，发动机100输出的动力经过双行星排分别传递到从动齿轮500和第一电机700，第一电机700能够受力转动进行发电，第一电机700产生的电能可以存储在车辆的电池内，通过双行星排，可以调节发动机100输出的动力输出到第一电机700和从动齿轮500的比例，因此，混合动力系统1处于燃油无极变速模式。
54.在第一电机700、第二电机800和发动机100工作时，发动机100输出的动力经过双行星排分别传递到从动齿轮500和第一电机700，第一电机700能够受力转动以进行发电，第一电机700产生的电能可以用于为第二电机800供电，第二电机800输出的动力也传动到从动齿轮500，这样发动机100和第二电机800共同驱动车辆移动，通过双行星排，可以调节发动机100输出的动力输出到第一电机700和从动齿轮500的比例，因此，混合动力系统1处于混合驱动无极变速模式(ecvt)，混合动力系统1的动力学特性如图4所示。
55.并且，通过设置第一行星排200和第二行星排300，第一行星排200和第二行星排300可以共同承担发动机100输出的扭矩，因此，本发明实施例中的混合动力系统1相比于相关技术中仅设置一个行星排的动力系统,每个行星排的承担载荷更小，如此，不仅可以减小每个行星排的尺寸，达到降低体积和成本的目的，还能够减小第一行星排200和第二行星排300的磨损速度，延长第一行星排200和第二行星排300的使用寿命，从而延长混合动力系统1的使用寿命。
56.由上述两个关系式可知，第一齿圈230的齿数与第一太阳轮210的齿数的比值k1可以为3，第二齿圈330的齿数与第二太阳轮310的齿数的比值k2可以为2，此时t1：t2：t3＝1：3：4，这表明将发动机100的输出的扭矩分为4份，其中，发动机100输出的3份的扭矩用于驱动车辆移动，即分配到第一主动齿轮400的扭矩占发动机100输出的总扭矩的75％，发动机100输出的1份的扭矩用于传递到第一电机700，用于驱动第一电机700发电，即分配到第一电机700的扭矩占发动机100输出的总扭矩的25％，由此可知，发动机100驱动车辆移动的动力更为充足，车辆具有更良好的动力性能，发动机100输出的其余动力用于驱动第一电机700发电，以使发动机100维持在高效的扭矩输出状态，第一电机700发电可以为车辆电池充电或者为第二电机800的转动提供能量，这样发动机100输出的动力可以更合理地分配至第一电机700和第一主动齿轮400，混合动力系统1的功率分流比例更为合理，从而车辆动力充足且能量利用率高。
57.此外，在k1为3且k2为2时，两个行星排的尺寸不会过大，有利于混合动力系统1的小型化设置，从而提高车辆的空间利用率，且两个行星排的尺寸不会过小，能够降低两个行星排的加工难度，提高生产效率，节省加工成本。这样每个行星排的外径都比较适中，不仅可以避免混合动力系统1的体积较大，提高空间利用率，还可以便于混合动力系统1的加工制造。
58.发动机100输出的扭矩经过第一行星架220、第一行星轮240、第一齿圈230传递到第一主动齿轮400，其中，第一行星轮240和第一齿圈230采用啮合的方式连接，且由于第一行星排200的尺寸较小，这样在发动机100和第一主动齿轮400之间的动力损耗低，传力效率高，优化车辆的动力性能。
59.如此，根据本发明的混合动力系统1具有功率分流比例合理、易于加工、空间利用率和传动效率高等优点。
60.根据本发明的一些实施例，如图1、图5-图11所示，第一电机轴710和第二齿圈330之间通过第一构造件250连接，第一齿圈230和第二太阳轮310之间通过第二构造件350连接，第二构造件350位于第一行星排200和第二行星排300之间，第一太阳轮210和第二行星架220之间通过第三构造件360连接，第二齿圈330位于第二行星排300的背向第一行星排200的一侧，第二太阳轮310和第二构造件350空套于第三构造件360，即第二太阳轮310和第二构造件350可以相对于第三构造件360转动。
61.举例而言，第一电机轴710和第二齿圈330可以通过第一构造件250成型为一体，第一齿圈230和第二太阳轮310可以通过第二构造件350成型为一体，第一太阳轮210和第二行星架320可以通过第三构造件360成型为一体。这样可以提高第一电机轴710和第二齿圈330之间、第一齿圈230和第二太阳轮310之间以及第一太阳轮210和第二行星架320之间的连接强度高，且减小动力传递损耗。
62.由此，能够避免第一行星排200、第二行星排300和第一电机轴710之间发生干涉，有利于提高混合动力系统1的可靠性，且连接方便。
63.根据本发明的一些实施例，如图1所示，混合动力系统1还包括差速装置600，从动齿轮500传动连接有减速主动齿轮610，差速装置600连接有减速从动齿轮620，减速主动齿轮610与减速从动齿轮620啮合。其中，差速装置600与驱动车轮连接，以使车辆两侧的驱动车轮在转弯时形成转速差，进而便于车辆的转弯。
64.通过设置减速从动齿轮620和减速主动齿轮610，能够使差速装置600的转速小于从动齿轮500的转速，且使差速装置600的扭矩大于从动齿轮500的扭矩，另外，减速从动齿轮620和减速主动齿轮610加工简单，便于布置。
65.根据本发明的另一些实施例，如图9所示，混合动力系统1还包括第三行星排630和差速装置600。其中，差速装置600与驱动车轮连接，以使车辆两侧的驱动车轮在转弯时形成转速差，进而便于车辆的转弯。
66.第三行星排630包括第三太阳轮631、第三行星架632、第三齿圈634和多个第三行星轮633，第三齿圈634围绕第三太阳轮631设置，每个第三行星轮631可旋转地安装于第三行星架632且分别与第三太阳轮631和第三齿圈634啮合，多个第三行星轮633沿第三太阳轮631的周向间隔设置，第三太阳轮631与从动齿轮500传动连接，第三行星架632与差速装置600传动连接。
67.由此，能够保证从动齿轮500和差速装置600之间动力传递更为平稳，且第三行星排630具有减速和提升扭矩的作用。
68.根据本发明的一些实施例，如图1所示，发动机100和第一电机700同轴布置且与第二电机800异轴布置，第二电机轴810连接有第二主动齿轮820且通过第二主动齿轮820与从动齿轮500传动连接。
69.具体地，第一行星排200和第二行星排300设于发动机100和第一电机700之间，第二电机800和第一电机700位于第一行星排200和第二行星排300的同一侧。
70.这样，可以使第一电机700的中心轴线与第二电机800的中心轴线平行但不重合，进而减小混合动力系统1整体的轴向尺寸，以便于混合动力系统1布置。
71.另外，由于第二电机800和第一电机700的工作时发热量较小，处于工作状态时，第二电机800和第一电机700对散热的要求较低，因此，将第二电机800和第一电机700布置于混合动力系统1的轴向的一端，发动机100布置于混合动力系统1的轴向的另一端，能够避免发动机100与第一电机700和第二电机800在散热时的发生干扰，有利于优化发动机100的散热性能，保证发动机100的工作效率。
72.根据本发明的另一些实施例，如图11所示，发动机100、第一电机700和第二电机800同轴布置，第二电机轴810与第一主动齿轮400传动连接且通过第一主动齿轮400与从动齿轮500传动连接。
73.具体地，发动机100的中心轴线、第一电机700的中心轴线、第二电机800的中心轴线、第一行星排200的中心轴线和第二行星排300的中心轴线可以重合。这样，一方面能够减小混合动力系统1整体在第一电机700的径向的尺寸，另一方面第二电机800无需额外设置与从动齿轮500连接的齿轮，从而减少了混合动力系统1的零件数量，有利于减轻重量、降低成本。
74.进一步地，第二电机800位于发动机100和第一行星排200之间，第二电机轴810空套于发动机输出轴110，即第二电机轴810可以相对与发动机输出轴110进行转动，发动机输出轴110可以用于对第二电机轴810进行定位和固定，且发动机输出轴110和第二电机轴810转动时不发生转动干涉。
75.其中，第一行星架220位于第二电机800和第一太阳轮210之间，第二电机轴810可以环绕于第一行星架220。这样第二电机800和第一主动齿轮400之间的连接强度高且位置更近，能够缩短第二电机轴810的长度，有利于第二电机800驱动第一主动齿轮400转动。
76.根据本发明的一些实施例，如图5和图6所示，混合动力系统1还包括单向锁止机构910。
77.单向锁止机构910与发动机输出轴110配合，单向锁止机构910仅允许发动机输出轴110沿顺时针方向或逆时针方向中的一个方向旋转。
78.其中，单向锁止机构910可以为单向离合器或者制动器，发动机100的正常旋转方向为顺时针方向，换言之，发动机100沿顺时针方向旋转时可以带动第一电机700发电和驱动车辆移动。
79.举例而言，单向锁止机构910为单向离合器时，单向离合器可以套设于发动机输出轴110，发动机输出轴110沿顺时针方向转动时单向离合器的内周面可以随着发动机输出轴110转动，当发动机输出轴110沿逆时针方向转动时，单向离合器的内周面固定不动，从而能够阻止发动机输出轴110转动。
80.单向锁止机构910为制动器时，当发动机输出轴110沿顺时针方向转动，制动器断开而允许发动机输出轴110转动，而当发动机输出轴110沿逆时针方向转动时，制动器闭合，进而阻止发动机输出轴110转动。
81.需要说明的是，第一电机700输出动力时，由于单向锁止机构910可以制动发动机输出轴110，因此发动机100不会出现沿逆时针方向旋转的情况出现。如此，在发动机100不工作时，第一电机700能够单独驱动车辆移动，或者第一电机700和第二电机800共同驱动车辆移动。
82.下面举例描述上述两种工作模式的动力传递方式：
83.1、第一电机700单独驱动车辆移动，第一电机700能够沿逆时针方向旋转时，发动机输出轴110和第一行星架220受到单向锁止机构910的限制而无法逆时针方向转动，第一电机700的动力经过双星排传递到差速装置600，驱动车辆前进。
84.2、第一电机700和第二电机800共同驱动移动车辆移动，第一电机700能够沿逆时针方向旋转时，发动机输出轴110和第一行星架220受到单向锁止机构910限制而无法逆时针方向转动，第一电机700的动力经过第一行星排200和第二行星排300排传递到差速装置600，第二电机800的动力也可以传递到从动齿轮500，第一电机700和第二电机800共同驱动车辆前进。
85.在本发明的一些实施例中，如图7和图8所示，第一电机轴710也可以设置单向制动器930，单向制动器930与第一电机轴710配合，单向制动器930仅允许第一电机轴710沿顺时针方向或逆时针方向中的一个方向旋转。例如，第一电机轴710沿顺时针方向转动时第一电机700可以发电。
86.具体地，单向制动器930可以为单向离合器或者制动器，单向制动器930为单向离
合器时，单向离合器套设于第一电机轴710，第一电机轴710沿顺时针方向转动时单向离合器的内周面可以随着第一电机轴710转动；第一电机轴710沿逆时针方向转动时单向离合器的内周面固定不动以阻止第一电机轴710转动。
87.单向制动器930为制动器时，第一电机轴710沿顺时针方向转动时，制动器断开而允许第一电机轴710转动；第一电机轴710沿逆时针方向转动时，制动器闭合而阻止第一电机轴710转动。
88.根据本发明的一些实施例，如图10所示，混合动力系统1还包括锁止器920。
89.锁止器920连接于第一太阳轮210和第二行星架320，用于控制是否向第一太阳轮210和第二行星架320施加制动。其中，锁止器920可以位于第一行星排200和第二行星排300之间。
90.举例而言，第一太阳轮210和第二行星架320可以成型为一体，锁止器920闭合时，阻止第一太阳轮210和第二行星架320发生转动，锁止器920断开时，允许第一太阳轮210和第二行星架320发生转动。
91.第一电机700工作，且第二电机800和发动机100不工作时，锁止器920闭合对第一太阳轮210和第二行星架320施加制动，第一电机700的动力经第二行星排300传递到第一主动齿轮400和从动齿轮500，且第一电机700的转速和从动齿轮500的转速之比为固定值，此时为新的纯电动模式。
92.发动机100工作，且第一电机700和第二电机800不工作时，锁止器920闭合对第一太阳轮210和第二行星架320施加制动，发动机100的动力经第一行星排200传递到第一主动齿轮400和从动齿轮500，此时第一主动齿轮400的转向和发动机100的转向相同，且发动机100的转速和从动齿轮500的转速之比为固定值，此时为新的燃油模式。
93.由此可知，通过设置锁止器920，混合动力系统1新增一个纯电动模式和燃油模式，提高了混合动力系统1的多样性，适应性更高。
94.下面参考附图描述根据本发明实施例的车辆，车辆包括根据本发明上述实施例的混合动力系统1。
95.根据本发明实施例的车辆，通过利用根据本发明上述实施例的混合动力系统1，具有功率分流比例合理、易于加工、空间利用率和传动效率高等优点。
96.根据本发明实施例的混合动力系统1和车辆的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
97.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
98.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。