專利名稱：混合動力驅動系統及其驅動方法
技術領域：
本發明涉及混合動力車領域，尤其涉及一種混合動力驅動系統及其驅動 方法。
背景技術：
USP 5,433,282公開了一種由發動機和電機驅動的混合動力車，包括發 動機，電機，變速器和車輪驅動軸。變速器包括具有第一至第三轉動元件的 行星齒輪機構以及單向離合器。行星齒輪機構的第一轉動元件(如太陽輪) 連接到發動機的輸出軸，第二轉動元件(如齒圈)連接到電機的輸出軸，第 三轉動元件(如行星架)連接到車輪驅動軸。單向離合器布置在第一轉動元 件與發動機之間，保證發動機沿一個方向旋轉，避免太陽輪反轉時拖動發動 機反轉。
根據上述技術方案，車輛可以由發動機和電機共同驅動，由發動機單獨 驅動，以及由電機單獨驅動。在車輛由電機單獨驅動時，可以使變速器在低 檔運行，從而電機能夠提供足夠的驅動力來驅動車輛行駛，同時單向離合器 避免發動機不工作時被反拖。
在USP 5,433,282所公開的其它實施方式中，還可以在行星齒輪機構的 齒圈與太陽輪之間布置離合器，或者在齒圈與變速器殼體之間布置制動器， 或者在齒圈與太陽輪之間布置單向離合器，或者在齒圈與車輪驅動軸之間布 置單向離合器，等等，以滿足不同的車輛設計要求。
在上述各個技術方案中，能夠實現不同的車輛驅動模式，在由電機單獨 驅動車輛行駛的情況下能夠提供充足的驅動力驅動車輛行駛。但是，在USP 5,433,282中并沒有充分考慮到發動機的燃油經濟性問題。
發明內容
本發明的目的是提供一種混合動力驅動系統及其驅動方法，其中在發動 機工作時，所述發動機能夠總是處于油耗經濟區運行，從而能夠最大限度地 降低油耗。
為了實現上述目的，本發明一方面提供一種混合動力驅動系統，該系統 包括發動機、電機、行星齒輪機構和車輪驅動軸，所述行星齒輪機構包括第 一轉動元件、第二轉動元件和第三轉動元件，所述第一轉動元件連接到所述 發動機的輸出軸，所述第二轉動元件連接到所述車輪驅動軸，所述第三轉動 元件連接到所述電機的輸出軸。該系統還包括第一離合器，所述第一離合 器布置在所述發動機的輸出軸與所述行星齒輪機構的第一轉動元件之間；以
及第二離合器，所述第二離合器布置在所述車輪驅動軸與所述行星齒輪機構 的第二轉動元件之間。
本發明另一方面提供一種混合動力驅動系統的驅動方法，該方法包括 提供發動機、電機、行星齒輪機構、第一離合器、第二離合器和車輪驅動軸， 所述行星齒輪機構包括第一轉動元件、第二轉動元件和第三轉動元件；所述 發動機的輸出軸通過第一離合器連接到所述第一轉動元件；所述第二轉動元 件通過第二離合器連接到所述車輪驅動軸；所述電機的輸出軸連接到所述第 三轉動元件。根據所述第一至第三轉動元件之間的轉速關系，通過調節電機 的轉速，使所述發動機的轉速總是在油耗經濟區運行。
對于發動機而言，根據萬有特性曲線，每一種發動機具有確定的油耗經 濟區，其與發動機的轉速范圍相對應。當發動機工作在其油耗經濟區時，燃 油最經濟、油耗最低。
在上述技術方案中，所述發動機的輸出軸通過第一離合器連接到第一轉 動元件，所述電機的輸出軸連接到所述第三轉動元件，所述第二轉動元件通 過第二離合器連接到所述車輪驅動軸。因此，在各種驅動模式下，根據行星齒輪機構的三個轉動元件之間的轉速關系，通過控制電機的轉速，可以控制 發動機的轉速，使之總是處于油耗經濟區運行，從而最大限度地降低發動機 的油耗。
下面將結合附圖通過具體的實施方式對本發明進行詳細說明。
圖1是根據本發明一種實施方式的結構示意圖2是根據本發明一種實施方式的表示太陽輪、行星架和齒圈之間轉速 關系的示意圖。
具體實施例方式
下面通過具體的實施方式對本發明進行詳細說明。
如圖1所示，本發明提供一種混合動力驅動系統，該系統主要包括發動 機l、電機5、行星齒輪機構3和車輪驅動軸7。
所述行星齒輪機構3通常包括第一轉動元件31、第二轉動元件32和第 三轉動元件33。所述第一離合器2布置在發動機1的輸出軸與第一轉動元件 31之間，所述第二離合器6布置在車輪驅動軸7與第二轉動元件32之間。
如圖所示，作為一個具體的例子，所述第一轉動元件31為齒圈；所述 第二轉動元件32為行星架；所述第三轉動元件33為太陽輪。所述齒圈31 可以通過第一離合器2與所述發動機1的輸出軸連接。所述行星架32可以 通過第二離合器6與所述車輪驅動軸7連接。所述太陽輪33可以直接與所 述電機5的輸出軸連接。
當車輛起步或者以低速運行時，通常由電機5單獨驅動。此時，第一離 合器2分離，第二離合器6接合，發動機l不工作，由電機5的輸出軸輸出 的動力經過太陽輪33和行星架32輸出給車輪驅動軸7，驅動車輪8轉動。此時，通常要通過行星齒輪機構中公知的控制機構(例如制動器)使齒圈31 處于靜止狀態。當車速升高或者車輛需求扭矩增大而需要發動機1參與驅動 時，第一離合器2接合，由發動機l的輸出軸輸出的動力通過第一離合器2 和齒圈33輸入到行星齒輪機構3，并通過行星架32和第二離合器6輸出給 車輪驅動軸7。此時，根據行星架32的轉速(由車速決定)，通過調節電機 5的轉速(即太陽輪33的轉速)，可以使發動機1總是在油耗經濟區運行， 從而最大限度地降低發動機1的油耗。
圖2是三個轉動元件之間的轉速關系的示意圖。其中，nq表示發動機l 或者齒圈31的轉速；i!j表示行星架32的轉速；nt表示電機5或者太陽輪33 的轉速；nq。表示發送機1對應油耗經濟區的轉速。三個轉動元件之間的轉 速關系為nt+knq=(l+k)nj， k=zq/zt，其中Zq為齒圈齒數，Zt為太陽輪齒數。 如圖2所示，當行星架轉速nj確定時，通過調節電機轉速nt，可以使發動機 轉速nq總是處于油耗經濟區的轉速nqo。如虛線A表示，此時發動機l和電 機5共同驅動車輛行駛，通過調節電機轉速可以使發動機總是處于油耗經濟 區運行。如虛線B所示，此時行星架轉速rij為零，即車輛處于靜止狀態或者 怠速狀態，此時通過控制電機2使之反轉，同樣可以維持發動機在油耗經濟 區運行。因此，通過本發明的技術方案，可以最大限度地降低發動機l的油 耗，提高整個驅動系統的燃油經濟性。
根據本發明的一種優選的實施方式，混合動力驅動系統還可以包括同步 器4，該同步器布置在所述行星架32與所述太陽輪33 (即電機5的輸出軸)之間。
在本發明中，同步器4可以采用傳統變速器中通常使用的同步器結構， 例如摩擦式慣性同步器。作為例子，同步器4可以包括固定在電機5輸出軸 上的花鍵轂，可以在花鍵轂上軸向滑動的接合套，以及可以與行星架32(通 常是行星架32上的行星輪)摩擦接合的鎖環。當需要通過同步器4來接合行星架32與太陽輪33或者電機5的輸出軸時，可以通過現有的撥叉機構來 撥動接合套，使鎖環與行星架32接合，從而使行星架32與花鍵轂能夠一起 旋轉，實現行星架32與電機輸出軸之間的動力傳遞。
在這種實施方式中，當行星架32與太陽輪33通過同步器4接合而同步 旋轉時，整個行星齒輪機構3將作為一個整體進行旋轉。此時，發動機l可 以提供動力， 一部分動力通過行星齒輪機構3輸出給車輪驅動軸7，另一部 分動力可以用于驅動電機5發電。此時，電機5也可以提供動力，與發動機 1 一起將動力輸出給車輪驅動軸7。或者，在第一離合器2斷開時，還可以 由電機5單獨驅動車輛行駛。或者，在第一離合器2接合而第二離合器6斷 開時，還可以使用電機5來啟動發動機1。或者，在第一離合器2接合而第 二離合器6斷開時，還可以使用發動機1來驅動電機5發電。因此，通過這 種結構，可以很方便地實現混合動力驅動系統的各種工作模式。
本發明還提供一種混合動力驅動系統的驅動方法，該方法包括提供發動 機l、電機5、行星齒輪機構3、第一離合器2、第二離合器6和車輪驅動軸 7，所述行星齒輪機構3包括第一轉動元件31、第二轉動元件32和第三轉動 元件33;所述發動機1的輸出軸通過第一離合器2連接到所述第一轉動元件 31;所述第二轉動元件32通過第二離合器6連接到所述車輪驅動軸7;所述 電機5的輸出軸連接到所述第三轉動元件33。根據所述第一至第三轉動元件 之間的轉速關系nt+knq=(l+k)nj， k=zq/zt，當所述發動機1工作時，通過調 節電機5的轉速nt，使所述發動機轉速nq總是在油耗經濟區運行；其中，nt 為太陽輪轉速；nq為齒圈轉速；nj為行星架轉速；zq為齒圈齒數，zt為太陽 輪齒數。
如上所述，所述第一轉動元件31可以為齒圈，第二轉動元件32可以為 行星架，第三轉動元件33可以為太陽輪。另外，可以在所述行星架32與所 述太陽輪33之間布置同步器4。另外，所述行星齒輪機構3還可以包括控制機構(未圖示)，用于控制 所述第一轉動元件31、第二轉動元件32或第三轉動元件33的運動狀態。優 選地，所述控制機構可以為制動器，用于控制所述第一轉動元件31、第二轉 動元件32或第三轉動元件33為定軸狀態，即使之固定不動。
下面通過一種具體的實施例來描述本發明混合動力驅動系統的操作過程。
在車輛起步時，第一離合器2分離，第二離合器6接合。此時，同步器 4可以接合，使三個轉動元件同步轉動，電機5通過行星齒輪機構3將動力 輸出給車輪驅動軸7，驅動車輛起步或行駛。另外，同步器4也可以斷開， 此時需要使用行星齒輪機構3中的控制機構，例如制動器使齒圈31處于定 軸狀態，從而電機5通過太陽輪33和行星架32將動力輸出給車輪驅動軸7。
在車速增大到某一特定值時，例如70千米/小時，發動機l可以在油耗 經濟區運行，此時可以由發動機l單獨驅動車輛行駛。因此，可以啟動發動 機l，使第一離合器2接合，發動機1通過齒圈31和行星架32將動力輸出 給車輪驅動軸7。此時電機1可以停止，同時通過控制機構使太陽輪33處于 定軸狀態。
當車輛加速或者爬坡時，車輛需要更大的輸出扭矩，此時發動機l和電 機5可以共同驅動車輛行駛。此時，發動機1和電機5的輸出動力在行星齒 輪機構3中組合，然后一起輸出給車輪驅動軸7。
在車輛行駛過程中，如果電機5的電池電量不足時，可以由發動機1驅 動電機5發電。此時，同步器4可以處于接合狀態，發動機l的一部分動力 通過行星齒輪機構3輸出給車輪驅動軸7，另一部分動力用于驅動電機5發 電。此時，通過調節電機5的轉速，可以使發動機l在油耗經濟區運行。
在車輛停止時，也可以由發動機1帶動電機5發電。此時，第二離合器 6斷開，同步器4接合，發動機l的動力通過行星齒輪機構3輸出給電機5，驅動電機5進行發電。此時，通過調節電機5的轉速，可以使發動機1在油 耗經濟區運行。
如上所述，由于行星齒輪機構3的三個轉動元件(齒圈、行星架、太陽 輪)分別與發動機1的輸出軸、車輪驅動軸7以及電機5的輸出軸相連，因 此發動機1、車輪驅動軸7和電機5三者之間的轉速關系符合行星齒輪機構 3的三個轉動元件的轉速關系，如圖2所示。因此，通過適當控制電機5的 轉速，可以使發動機1總是在油耗經濟區運行，從而能夠最大限度地降低發 動機1的油耗，提高燃油經濟性。
在上文中通過具體的實施方式對本發明的混合動力驅動系統及其驅動 方法進行了詳細的描述，但本發明并不局限于上述的實施方式。在上述詳細 說明的基礎上，本領域技術人員可以對本發明進行適當的修改而不脫離本發 明的保護范圍。
權利要求
1、一種混合動力驅動系統，該系統包括發動機、電機、行星齒輪機構和車輪驅動軸，所述行星齒輪機構包括第一轉動元件、第二轉動元件和第三轉動元件，所述第一轉動元件連接到所述發動機的輸出軸，所述第二轉動元件連接到所述車輪驅動軸，所述第三轉動元件連接到所述電機的輸出軸，其特征在于，該系統還包括第一離合器，所述第一離合器布置在所述發動機的輸出軸與所述行星齒輪機構的第一轉動元件之間；以及第二離合器，所述第二離合器布置在所述車輪驅動軸與所述行星齒輪機構的第二轉動元件之間。
2、 根據權利要求1所述的系統，其中所述第一轉動元件為齒圈，第二轉動元件為行星架，第三轉動元件為太陽輪。
3、 根據權利要求2所述的系統，該系統還包括同步器，該同步器布置 在所述行星架與所述太陽輪之間。
4、 根據權利要求1至3中任意一項所述的系統，其中所述行星齒輪機 構還包括控制機構，用于控制所述第一轉動元件、第二轉動元件或第三轉動 元件的運動狀態。
5、 根據權利要求4所述的系統，其中所述控制機構為制動器，用于控 制所述第一轉動元件、第二轉動元件或第三轉動元件為定軸狀態。
6、 一種混合動力驅動系統的驅動方法，該方法包括提供發動機、電機、行星齒輪機構、第一離合器、第二離合器和車輪驅動軸，所述行星齒輪機構包括第一轉動元件、第二轉動元件和第三轉動元件; 所述發動機的輸出軸通過第一離合器連接到所述第一轉動元件；所述第二轉 動元件通過第二離合器連接到所述車輪驅動軸；所述電機的輸出軸連接到所 述第三轉動元件；根據所述第一至第三轉動元件之間的轉速關系，通過調節電機的轉速， 使所述發動機的轉速總是在油耗經濟區運行。
7、 根據權利要求6所述的方法，其中所述第一轉動元件為齒圈，第二 轉動元件為行星架，第三轉動元件為太陽輪。
8、 根據權利要求7所述的方法，該方法還包括在所述行星架與所述太 陽輪之間布置同步器。
9、 根據權利要求6至8中任意一項所述的方法，其中所述行星齒輪機 構包括控制機構，用于控制所述第一轉動元件、第二轉動元件或第三轉動元 件的運動狀態。
10、 根據權利要求9所述的方法，其中所述控制機構為制動器，用于控 制所述第一轉動元件、第二轉動元件或第三轉動元件為定軸狀態。
全文摘要
本發明提供一種混合動力驅動系統，包括發動機、電機、行星齒輪機構和車輪驅動軸，行星齒輪機構包括第一至第三轉動元件，第一轉動元件連接到發動機的輸出軸，第二轉動元件連接到車輪驅動軸，第三轉動元件連接到電機的輸出軸。該系統還包括第一離合器，布置在所述發動機的輸出軸與所述行星齒輪機構的第一轉動元件之間；以及第二離合器，布置在所述車輪驅動軸與所述行星齒輪機構的第二轉動元件之間。本發明還提供一種混合動力驅動系統的驅動方法。在各種驅動模式下，根據行星齒輪機構的三個轉動元件之間的轉速關系，通過控制電機的轉速，可以控制發動機的轉速，使之總是處于油耗經濟區運行，從而最大限度地降低發動機的油耗。
文檔編號B60K6/00GK101450607SQ20071019474
公開日2009年6月10日 申請日期2007年12月3日 優先權日2007年12月3日
發明者張曉玲, 王傳福, 羅紅斌, 偉 陳 申請人:比亞迪股份有限公司