多模式功率分流混合动力汽车驱动系统及汽车
技术领域
本发明涉及汽车领域，特别是涉及一种汽车驱动系统及使用该驱动系统的汽车。
背景技术
在石油资源紧缺和环境保护双重压力下，油电混合动力逐渐成为汽车动力传动系统的重要选择。功率分流系统可以通过杠杆原理，实现发动机无极调速，使车辆在大部分车速功率下，发动机都能工作在比较高效的区间。由于功率分流系统在城市工况出色的经济性，基于功率分流系统的混动汽车在近二十年成为混合动力汽车的主要选择之一。
如图1所示，现有的功率分流混动汽车，发动机连接太阳轮，电机Ⅰ连接行星架，行星轮系的齿圈输出扭矩通过减速齿轮系到差速器。在该混动系统中，发动机、电机Ⅰ与齿圈的转速符合杠杆原理。电机Ⅰ需始终保持在工作状态以控制发动机转速，将发动机工作点控制在高效范围内。
现有的行星排功率分流混动系统，车辆纯电行驶时，驱动电机驱动车辆，但与动力传动系统相连的行星排齿圈跟随转动，从而带动电机Ⅰ空转，导致能量损耗；车辆低速混动行驶时，电机Ⅰ需正转发电，产生的电能储存到动力电池中或者供电机Ⅱ驱动车辆行驶；车辆高速混动巡航时，为使发动机保持在高效转速，电机Ⅰ需反转驱动，消耗电能，而所耗电能则源自动力电池及电机Ⅱ发电，这个过程，导致电机系统额外的能量消耗，以至于现有功率分流混动汽车高速油耗和动力性成为一直以来被诟病的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种多模式功率分流混合动力汽车驱动系统及汽车，其能在包括高速巡航等各种工况下均实现高效工作，降低综合油耗，提高车辆动力性，或者可在不降低车辆性能的前提下适配更小的电机。
本发明中的多模式功率分流混合动力汽车驱动系统，包括发动机、行星排、第一电机和第二电机，所述发动机的输出轴通过第一离合器与行星排的行星架连接，所述行星架通过第二离合器与行星排的齿圈连接，所述第一电机的输出轴与行星排的太阳轮固定连接，所述齿圈上固定连接有第一齿轮，所述第一齿轮通过齿轮传动机构与差速器的输入齿轮传动连接，所述第二电机的输出轴上固定连接有第二齿轮，所述第二齿轮也通过所述齿轮传动机构与差速器的输入齿轮传动连接，所述第一电机通过第一逆变器与动力电池连接，所述第二电机通过第二逆变器与所述动力电池连接。
本发明中的多模式功率分流混合动力汽车驱动系统，其中所述齿轮传动机构包括第三齿轮和第四齿轮，所述第三齿轮与第四齿轮同轴布置并且固定连接，所述第三齿轮分别与第一齿轮和第二齿轮啮合，所述第四齿轮与差速器的输入齿轮啮合。
本发明中的汽车，包括上述的多模式功率分流混合动力汽车驱动系统。
本发明多模式功率分流混合动力汽车驱动系统及汽车与现有技术不同之处在于本发明保留了行星排混动系统结构的优点，同时通过增加离合器使驱动系统能够切换不同模式。实现纯电动行驶时，发电机无需作为负载跟随动力传动系统转动消耗机械能；纯电加速时，发电机和驱动电机可并联驱动或回馈，从而获得更大动力(或允许选择更小的电机)；高速巡航时，发动机也可以直接驱动车辆，而无需发电机反向驱动以降低发动机转速，避免了不必要的反向串联消耗系统机械能；且发电机、驱动电机可与发动机并联驱动，从而获得最大动力输出。从而使整个驱动系统能在包括高速巡航等各种工况下均实现高效工作，降低综合油耗，提高车辆动力性，或者可在不降低车辆性能的前提下适配更小的电机。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为现有技术中的功率分流混动系统原理示意图；
图2为本发明中的多模式功率分流混合动力汽车驱动系统的结构示意图。
具体实施方式
如图2所示，本发明中的多模式功率分流混合动力汽车驱动系统，包括发动机1、行星排、第一电机9和第二电机17，所述发动机1的输出轴通过第一离合器2与行星排的行星架4连接，所述行星架4通过第二离合器3与行星排的齿圈5连接，所述第一电机9的输出轴与行星排的太阳轮7固定连接，所述齿圈5上固定连接有第一齿轮8，所述第一齿轮8通过齿轮传动机构与差速器14的输入齿轮15传动连接，所述第二电机17的输出轴上固定连接有第二齿轮16，所述第二齿轮16也通过所述齿轮传动机构与差速器14的输入齿轮15传动连接，所述第一电机9通过第一逆变器10与动力电池19连接，所述第二电机17通过第二逆变器18与所述动力电池19连接。动力电池19的作用在于为电机供电或存储电机发的电能。
第一离合器2结合时，发动机1与行星架4固定连接，相反，第一离合器2断开时，发动机1与行星架4断开连接。第二离合器3结合时，行星架4与齿圈5固定连接，相反，第二离合器3断开时，行星架4与齿圈5断开连接。至于离合器的结构以及工作原理均为现有技术，在此对其不予赘述。
行星排包括太阳轮7、行星轮6、行星架4和齿圈5，其为现有技术，在此对其具体结构以及工作原理不予赘述。
本发明中的多模式功率分流混合动力汽车驱动系统，其中所述齿轮传动机构包括第三齿轮11和第四齿轮12，所述第三齿轮11与第四齿轮12同轴布置并且固定连接，所述第三齿轮11分别与第一齿轮8和第二齿轮16啮合，所述第四齿轮12与差速器14的输入齿轮15啮合。
由于齿圈5和第一齿轮8固定连接，因此第一齿轮8能够跟随齿圈5同时转动，又由于第一齿轮8和第二齿轮16均与第三齿轮11啮合，而第四齿轮12又与差速器14的输入齿轮15啮合，所以，齿圈5、第一齿轮8、第三齿轮11、第四齿轮12和差速器14的输入齿轮15能够组成一条动力传递路径，第二齿轮16、第三齿轮11、第四齿轮12和差速器14的输入齿轮15能够组成另一条动力传递路径。
本发明中的汽车，包括上述的多模式功率分流混合动力汽车驱动系统。
本发明多模式功率分流混合动力汽车驱动系统及汽车与现有技术不同之处在于本发明保留了行星排混动系统结构的优点，同时通过增加离合器使驱动系统能够切换不同模式。实现纯电动行驶时，发电机无需作为负载跟随动力传动系统转动消耗机械能；纯电加速时，发电机和驱动电机可并联驱动或回馈，从而获得更大动力(或允许选择更小的电机)；高速巡航时，发动机1也可以直接驱动车辆，而无需发电机反向驱动以降低发动机1转速，避免了不必要的反向串联消耗系统机械能；且发电机、驱动电机可与发动机1并联驱动，从而获得最大动力输出。从而使整个驱动系统能在包括高速巡航等各种工况下均实现高效工作，降低综合油耗，提高车辆动力性，或者可在不降低车辆性能的前提下适配更小的电机。
在本发明中，车辆纯电动常规行驶、巡航、回馈时，第一电机9无需跟随动力传动系统空转，从而减少了机械损失；纯电动急加速、急制动(回馈)时，第一电机9和第二电机17可并联驱动或制动回馈，从而获得更大的动力输出，或者允许选择更小的电机以降低总重、成本，减小总尺寸；车辆高速巡航、加速超车时，发动机1可以直接驱动车辆而无需第二电机17和第一电机9形成负分流(第二电机17发电、第一电机9驱动)以控制发动机1转速，避免了不必要的能量消耗，从而提高了系统总体效率，且如有需要，第一电机9、第二电机17可同时与发动机1并联驱动车辆，以获得最大动力输出。从而解决了现有行星排耦合的混动系统高速不节能、动力性差的缺点。
下面介绍一下本发明中的多模式功率分流混合动力汽车驱动系统的不同模式。
纯电动常规行驶、巡航、回馈(如堵车工况、城市工况)：第一离合器2和第二离合器3均断开，第二电机17通过第二齿轮16、第三齿轮11、第四齿轮12以及差速器14的输入齿轮15将驱动扭矩输入到差速器14，从而驱动车辆行驶。
纯电动急加速、急减速(回馈)：第一离合器2断开，发动机1停机；第二离合器3结合，行星排锁定，第一电机9和第二电机17并联，共同驱动车辆加速、行驶或减速。在此过程中，第一电机9通过行星排、第一齿轮8、第三齿轮11、第四齿轮12以及差速器14的输入齿轮15将驱动扭矩输入到差速器14，从而驱动车辆行驶；同时第二电机17也可以通过第二齿轮16、第三齿轮11、第四齿轮12以及差速器14的输入齿轮15将驱动扭矩输入到差速器14，从而驱动车辆行驶。也就是说，第一电机9和第二电机17能够并联驱动车辆行驶。
中低速混动(如城市工况、低电量)：第一离合器2结合、第二离合器3断开，发动机1通过行星架4与连接第一电机9的太阳轮7耦合、与连接第二电机17的齿圈5耦合，形成功率分流系统，第一电机9控制发动机1转速，实现无极调速，发动机1始终工作在高效区。在此过程中，发动机1通过行星排、第一齿轮8、第三齿轮11、第四齿轮12以及差速器14的输入齿轮15将驱动扭矩输入到差速器14，从而驱动车辆行驶，同时，第一电机9通过与之相连的太阳轮7和行星轮6相互作用，从而控制行星架4的转速，亦即发动机1的转速。
中高速行驶、加速(如高速巡航、超车)：第一离合器2和第二离合器3结合，行星排和发动机1曲轴锁定，发动机1直接驱动，并且与第一电机9、第二电机17并联，此时，发动机1和第一电机9均可通过行星排、第一齿轮8、第三齿轮11、第四齿轮12以及差速器14的输入齿轮15将驱动扭矩输入到差速器14，第二电机17可通过第二齿轮16、第三齿轮11、第四齿轮12以及差速器14的输入齿轮15将驱动扭矩输入到差速器14，由此可见，发动机1、第一电机9和第二电机17可同时输出动力到车轮13，从而获得最大动力输出。
在本发明中，动力源为发动机1、第一电机9和第二电机17，被驱动对象为车轮13，动力源通过动力传动系统驱动车轮13。在本实施例中，动力传动系统包括第一离合器2、第二离合器3、行星排、第一齿轮8、第二齿轮16、齿轮传动机构(即第三齿轮11和第四齿轮12)、差速器14的输入齿轮15以及差速器14等部件。其中差速器14为现有技术，其具体结构以及如何驱动车轮13在此不予赘述。
需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“中”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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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。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发明中的具体含义。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
