动力分配装置、混合动力控制装置、混合动力变速器结构及混合动力车辆

摘要

本申请提供了一种动力分配装置、混合动力控制装置、混合动力变速器结构及混合动力车辆。动力分配装置，包括用于连接发动机的齿圈、行星轮、用于连接第一电机的第一太阳轮和用于连接第二电机的第二太阳轮，所述行星轮的轴与所述齿圈相连接，所述第一太阳轮和所述第二太阳轮均与所述行星轮相啮合。混合动力控制装置、混合动力变速器结构及混合动力车辆均包括该动力分配装置。本申请提供的动力分配装置、混合动力控制装置、混合动力变速器结构及混合动力车辆，能够使发动机总是工作在最佳工况，油耗非常低。

说明书

技术领域

本申请涉及变速器技术领域，尤其是涉及一种动力分配装置、混合动力控制装置、混合动力变速器结构及混合动力车辆。

背景技术

在目前的技术水平和应用条件下，混合动力汽车是电动汽车中最具有产业化和市场化前景的车型。混合动力汽车采用发动机和电动机作为混合动力源，它既有燃料发动机动力性好、反应快和工作时间长的优点，又有电动机无污染和低噪声的好处，达到了发动机和电动机的最佳匹配。

目前技术比较成熟的是丰田THS(Toyota hybrid system,丰田混合动力系统)和本田IMMD(Intelligent Multi Mode Drive，智能多模式驱动)。在申请人看来，丰田THS要比本田IMMD结构更为巧妙。本田IMMD的变速器上增设了离合器，其作用是发动机直接驱动车辆时离合器闭合；其方式是使用离合器的方式切换电动和汽油机，低速时使用电动机驱动汽车、汽油机负责发电、类似增程式混合动力，高速则利用离合器接合让引擎使用固定减速比直接驱动车轮，当车速降低至一定程度时、引擎由于转速过低将会切断离合器连接而回归电动机模式。然而，本田THS能够实现，发动机只要开始工作，就能驱动发电机发电，还可以同时驱动车辆行驶。相比之下，虽然本田IMMD也能实现以上工况，却不是发动机只要开始工作就能实现，从能量转换的角度讲，丰田THS比本田IMMD的节油效果要强。

丰田THS的结构是双排排行星轮结构，其结构复杂，动力传动系统需要油泵进行润滑和冷却，导致发动机油耗较高。

以上问题，现仍无法解决。

发明内容

为解决现有技术混合动力变速器结构复杂、且动力传动系统需要油泵进行润滑和冷却导致发动机油耗较高的问题，本申请的目的在于提供一种动力分配装置、混合动力控制装置、混合动力变速器结构及混合动力车辆，能够使发动机总是工作在最佳工况，油耗非常低。

本申请的第一目的在于提供一种动力分配装置，其包括用于连接发动机的齿圈、行星轮、用于连接第一电机的第一太阳轮和用于连接第二电机的第二太阳轮，所述行星轮的轴与所述齿圈相连接，所述第一太阳轮和所述第二太阳轮均与所述行星轮相啮合。

如上所述的动力分配装置，其还包括相互连接的连接齿轮和用于连接发动机的连接轴，所述连接齿轮与所述齿圈相啮合；和/或，还包括相互连接的第一连接齿轮和第一连接轴，所述第一连接轴与所述第一太阳轮相连接，和/或，还包括相互连接的第二连接齿轮和用于连接第一电机的第二连接轴，所述第一连接齿轮与所述第二连接齿轮相啮合；和/或，还包括相互连接的第三连接齿轮和第三连接轴，所述第三连接轴与所述第二太阳轮相连接，和/或，还包括相互连接的第四连接齿轮和用于连接第一电机的第四连接轴，所述第三连接齿轮与所述第四连接齿轮相啮合。

如上所述的动力分配装置，其中，当包括所述第一连接轴时，所述齿圈的轴为中空；所述第一连接轴套设于所述齿圈的轴内，且所述齿圈的轴的内径大于所述第一连接轴的直径；和/或，也包括所述第三连接轴，所述第三连接轴为中空；所述第一连接轴套设于所述第三连接轴内，且所所述第三连接轴内径大于所述第一连接轴的直径。

如上所述的动力分配装置，其中，所述行星轮、所述第一太阳轮和所述第二太阳轮均套设于所述齿圈的内部；或者，所述行星轮、所述第一太阳轮和所述第二太阳轮均设置于所述齿圈的外部。

本申请的第二目的在于提供一种混合动力控制装置，用于控制包括发动机、第一电机和第二电机的混动汽车，其包括如上所述的动力分配装置和动力分配单元；所述动力分配单元能接受该混动汽车的发动机控制器传输的转速信号和扭矩信号、该混动汽车的电机控制器传输的第一电机的第一转速信号和第一扭矩信号、以及第二电机的第二转速信号和第二扭矩信号，并能根据该转速信号、该扭矩信号、该第一转速信号、该第一扭矩信号、该第二转速信号和该第二扭矩信号得到发动机控制信号、第一电机控制信号和第二电机控制信号，还能将所述发动机控制信号传输至该发动机控制器、将所述第一电机控制信号和所述第二电机控制信号传输至该电机控制器。

如上所述的混合动力控制装置，其还包括动力分配控制器，所述动力分配控制器包括所述动力分配单元；或者所述动力分配单元设置于该电机控制器内，并与该电机控制器信号连接；或者所述动力分配单元设置于该发动机控制器内，并与该发动机控制器信号连接。

本申请的第三目的在于提供一种混合动力变速器结构，其包括如上所述的混合动力控制装置，与所述混合动力控制装置相连接的发动机、第一电机和第二电机，与所述混合动力控制装置中的动力分配单元之间为信号连接的电机控制器、油门位置传感器和刹车开关，以及与所述电机控制器相连接、并能通过所述电机控制器充电和放电的动力电池；

所述发动机包括与所述动力分配单元之间为信号连接的发动机控制器；所述发动机控制器能测量发动机转速并生成转速信号、以及计算发动机扭矩并生成扭矩信号，还能将所述转速信号和所述扭矩信号传输至所述动力分配单元；

所述电机控制器能测量第一电机的转速并生成第一转速信号、测量第二电机的转速并生成第二转速信号、计算第一电机的输出扭矩并生成第一扭矩信号、以及计算第二电机的输出扭矩并生成第二扭矩信号，还能将所述第一转速信号、所述第二转速信号、所述第一扭矩信号和所述第二扭矩信号传输至所述动力分配单元；

所述油门位置传感器能获取油门位置信号并传输至所述动力分配单元，所述刹车开关能获取刹车信号并传输至所述动力分配单元，所述动力分配单元根据所述油门位置信号和所述刹车信号能计算出驾驶员的需求扭矩。

本申请的第四目的在于提供一种混合动力车辆，其特征在于，包括如上所述的动力分配装置，或者，如上所述的混合动力控制装置，或者如上所述的混合动力变速器结构。

如上所述的混合动力车辆，其还包括与所述行星轮连接的差速器，所述差速器通过半轴连接车轮；当所述发动机驱动所述齿圈时，所述行星轮能驱动所述车轮。

如上所述的混合动力车辆，其中，当所述行星轮连接有第三连接齿轮时，所述行星轮通过所述第三连接齿轮与所述差速器连接。

本申请所提供的动力分配装置、混合动力控制装置、混合动力变速器结构和混合动力汽车能够实现使发动机总是工作在最佳工况，油耗非常低；使发动机工作在最佳工况点附近，燃烧充分，排放气体较干净；且能够使车辆起步无怠速(怠速停机)；使混合动力车辆不需要外部充电系统，一次充电续驶里程、基础设施等问题得到解决；动力电池的小型化使成本和重量低于其他电动汽车；发动机和电机能够实现动力高效互补；低速时可用电机驱动行驶。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请的混合动力变速器结构的第一结构示意图；

图2为本申请的混合动力变速器结构的第二结构示意图(省略了电机控制器和动力电池)；

图3为本申请的混合动力变速器结构的第三结构示意图(省略了电机控制器和动力电池)；

图4为本申请的动力分配装置的部分部件的连接示意图；

图5为本申请的动力分配装置的部分部件的另一连接示意图。

附图标记说明：

1：发动机；2：电机控制器；3：第一电机；4：第二电机；5：动力电池；7：差速器；8：半轴；9：车轮；

6：动力分配装置；61：齿圈；62：行星轮；63：第一太阳轮；64：第二太阳轮；611：连接轴；612：连接齿轮；6311：第一连接轴；6312：第一连接齿轮；6321：第二连接轴；6322：第二连接齿轮；6411：第三连接轴；6412：第三连接齿轮；6421：第四连接齿轮；6422：第四连接轴。

具体实施方式

下面将结合实施例对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，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"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申请和简化描述，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申请的限制。

此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

如图1至图5所示，本申请的实施例提供了一种混合动力变速器结构，其包括发动机1、第一电机3、第二电机4和动力分配装置6，所述动力分配装置6包括齿圈61、行星轮62、第一太阳轮63和第二太阳轮64，所述行星轮62的轴与所述齿圈61相连接，所述第一太阳轮63和所述第二太阳轮64均与所述行星轮62相啮合；所述发动机1与所述齿圈61相连接，所述第一太阳轮63与所述第一电机3相连接，所述第二太阳轮64与所述第二电机4相连接。当所述发动机1驱动所述齿圈61时，所述行星轮62能驱动所述第一电机3和所述第二电机4；当所述第一电机3驱动所述第一太阳轮63时，所述行星轮62能驱动所述发动机1和所述第二电机4；当所述发动机1驱动所述齿圈61、且所述第一电机3驱动所述第一太阳轮63时，根据所述齿圈61和所述太阳轮63之间的转速差，所述行星轮62能驱动所述第二电机。优选地，所述第一太阳轮63的轮齿和所述行星轮62的轮齿之间的啮合是相互适配的，所述第二太阳轮64的轮齿和所述行星轮62的轮齿之间的啮合也是相互适配的。

在一个具体的实施方式中，所述动力分配装置6还包括相互连接的连接轴611和连接齿轮612，所述连接轴611与所述发动机1相连接，所述连接齿圈612与所述齿圈61相啮合；

和/或，所述动力分配装置6还包括相互连接的第一连接轴6311和第一连接齿轮6312、以及相互连接的第二连接轴6321和第二连接齿轮6322，所述第一连接齿轮6312与所述第二连接齿轮6322相啮合，所述第一连接轴6311与所述一太阳轮63相连接，所述第二连接轴6321与所述第一电机3相连接；所述齿圈61、所述行星轮62、所述第一太阳轮63和所述第二太阳轮64之间的结构，例如可以是，所述行星轮62、所述第一太阳轮63和所述第二太阳轮64均套设于所述齿圈61内，所述齿圈61的轴为中空；所述第一连接轴6311套设于所述齿圈61的轴内，且所述齿圈61的轴的内径大于所述第一连接轴6311的直径；由此，通过所述第一连接轴6311、所述第一连接齿轮6312、所述第二连接齿轮6322和所述第二连接轴6321，所述第一太阳轮64与所述第一电机3相连接；

和/或，所述动力分配装置6还包括相互连接的第三连接轴6411和第三连接齿轮6412、以及相互连接的第四连接轴6421和第四连接齿轮6422，所述第三连接齿轮6412与所述第四连接齿轮6422相啮合，所述第三连接轴6411与所述第二太阳轮64相连接，所述第四连接轴611与所述第二电机4相连接；由此，通过所述第三连接轴6411、所述第三连接齿轮6412、所述第四连接齿轮6422和所述第四连接轴6421，所述第二太阳轮64与所述第二电机4相连接。

具体实施时，本申请的实施例所提供的混合动力变速器结构还包括电机控制器2，所述电机控制器2与所述第一电机3和所述第二电机4相连接。混合动力车一般都设置有动力电池5，具体地，所述电机控制器3还连接有动力电池5。

本申请还提供了一种混合动力车辆，其包括如上所述的混合动力变速器结构。

本申请提供的混合动力车辆还包括与所述行星轮62连接的差速器7，所述差速器7通过半轴8连接车轮9；当所述发动机1驱动所述齿圈61时，所述行星轮62能驱动所述车轮9。当所述行星轮62连接有第三连接齿轮6412时，所述行星轮62通过所述第三连接齿轮6412与所述差速器7连接。

当车辆启动或者提速时，若所述动力电池的放电功率能够满足驾驶员的需求扭矩，由动力电池向所述第二电机供电能驱动车辆行驶，所述发动机不启动，所述第一电机空转；

当所述动力电池的放电功率不能满足驾驶员的需求扭矩时，驾驶员需求扭矩增大或动力电池的SOC太低，所述动力电池通过电机控制器在向第二电机供电的同时也向第一电机供电，所述第一电机通过所述第一太阳轮在第二电机的反作用力的控制下，向发动机提供动力，启动发动机；发动机启动后，所述第一电机开始发电，所述的电机控制器通过调整第一电机的发电量，保证发动机工作在最佳油耗区间，第一电机发出的电能通过电机控制器向电池充电或直接向第二电机供电；发动机的输出功率与所述的动力电池是否需要充电相关，如果动力电池需要充电，发动机的输出功率＝电池的充电功率+驾驶员的需求扭矩*第三连接轴的转速/9550(不考虑传动损失)，如果动力电池不需要充电发动的输出功率＝驾驶员的需求扭矩*第三连接轴的转速/9550(不考虑传动损失)。

当车辆需求扭矩减小直至为负时(松开油门踏板或踩下制动)，发动机停止喷油，第一电机空转，第二电机在车轮(通过差速器)的拖动下发电，实现能量回收，将第二电机的电能通过电机控制器存储到动力电池。

车辆倒车时，驾驶员的需求扭矩为负，当电池的放电功率满足驾驶员的需求扭矩时，动力电池通过电机控制器向第二电机供电，驱动车辆倒车；当所述动力电池的放电功率不能满足驾驶员的需求扭矩时(驾驶员需求扭矩的绝对值增大或动力电池的SOC太低)，所述动力电池通过电机控制器在向第二电机供电的同时也向第一电机供电，所述第一电机通过所述第一太阳轮在第二电机的反作用力的控制下，向发动机提供动力，启动发动机；发动机启动后，第一电机发电，第一电机发出的电能通过电机控制器向第二电机供电同时向动力电池充电。发动机的输出功率＝|驾驶员需求扭矩|*第三连接轴的转速/9550(不考虑传动损失)，发动机启动后，电机二输出扭矩＝驾驶员需求扭矩*(第四连接齿轮齿数/第三连接齿轮齿数)-|第一电机输出扭矩|/(第二连接齿轮齿数/第一连接齿轮齿数/第三连接齿轮齿数/第四连接齿轮齿数)(不考虑传动损失)。

下面以图1至图4所示的一个具体的实施方式为例，描述本申请的实施例提供的混合动力变速器结构和混合动力汽车的动力传输。

1、车辆起步或者车速低速至中速范围内，发动机1停止，由动力电池5提供动力。此时，动力电池5通过电机控制器3向第二电机2提供动力，电机控制器3不向第一电机4输出电流、使第一电机4不输出扭矩(即不输出动力，也就是俗称的空转)，由第二电机2直接驱动车辆行驶。

2、车辆正常行驶时，电机控制器3不向电池5充电，发动机1将动力通过连接轴611和输入齿轮612传递给齿圈61；通过行星轮62的轴，齿圈61将发动机1的动力传递给行星轮62；通过行星轮62与第一太阳轮63的啮合，行星轮62将一部分发动机1的动力通过第一太阳轮63传递给第一电机3，从而驱动第一电机3发电，第一电机3发电产生的电能可以反过来驱动第二电机4；通过行星轮62与第二太阳轮64的啮合，行星轮62将发动机1的其余的动力通过第二太阳轮64通过第三连接齿轮6411和第四连接齿轮6421输出的动力共同作用在差速器7上，驱动车辆前进；动力分配装置6能够使车辆的整个动力系统效率最高。

3、车辆迅速加速时，在上述发动机1加大动力输出的同时，动力电池5通过电机控制器2向第二电机4提供动力同时电机一3发出的电能也提供给第二电机二4，车辆在第三连接轴6411和第二电机4扭矩作用在差速器7上，使车辆能够快速地加速。

4、车辆减速和制动时，车轮9的动力用于驱动第二电机4发电，发出的电能存储至动力电池5。

5、动力电池5需要充电时，可以第一电机3给动力电池5充电。

6、停车时，发动机1停止转动。

下面以图1至图3所示的一个具体的实施方式为例，描述本申请的实施例提供的混合动力变速器结构和混合动力汽车的控制原理。

1.如果发动机1输出动力驱动动力分配装置6，使第一电机2发电，且电机控制器3不向第二电机4输出电流、使第二电机4不输出扭矩(即不输出动力，也就是俗称的空转)，在不考虑传动以及机械能转化为电能的效率的情况下，则：

P2＝P1-P3

其中，P1为发动机1的输出功率，P2为第三连接轴6411输出的功率，P3为第一电机2的发电功率。

2.如果发动机1输出动力驱动动力分配装置6，使第一电机2发电，且第二电机4输的功率等于第一电机2的功率，在不考虑传动以及机械能转化为电能的效率的情况下，则：

P1＝P4+P2＝P3+P2

其中，P1为发动机1的输出功率，P2为第三连接轴6411输出的功率，P3为第一电机2的发电功率，P4为第二电机4的输出功率。

3.根据soc的值，整车的驱动方式可以分为3种驱动方式。下面根据驾驶的需求扭矩计算不同的驱动方式下输入轴63的需求功率，具体为：

3.1纯动力电池5驱动时为高soc，驾驶的需求功率小于等于动力电池5的放电功率；

3.2发动机1、第一电机2和第二电机4同时驱动混合动力车辆时，(即第一电机2的发电功率P3＝第二电机4的输出功率P4)为中soc，驾驶的需求功率等于发动机1的功率(也就是混合动力车辆主动轮的输出功率)；

3.3发动机1输出动力、第一电机2发电、第二电机4的输出功率小于第一电机2的发电功率，此时当低soc，发动机1的输出功率P1(即主动轮的功率)＝驾驶需求功率+第一电机2的发电功率P3-第二电机4的输出功率P4。

3.4根据驾驶的需求扭矩可以计算出发动机的需求功率，发动机的功率P＝n(转速rpm)*M(扭矩Nm)/9550，通过调整电机1的扭矩可以保证发动机工作在最佳效率区间。

由上述动力传输和控制原理可知，本申请所提供的混合动力变速器结构和混合动力汽车能够实现以下有益效果：

1.使发动机总是工作在最佳工况，油耗非常低；

2.使发动机工作在最佳工况点附近，燃烧充分，排放气体较干净；且能够使车辆起步无怠速(怠速停机)；

3.混合动力车辆不需要外部充电系统，一次充电续驶里程、基础设施等问题得到解决；

4.动力电池的小型化使成本和重量低于其他电动汽车；

5.发动机和电机能够实现动力高效互补；低速时可用电机驱动行驶。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。