CN100567768C - 混合动力汽车的动力传动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多能源输入输出装置，尤其涉及一种混合动力汽车的动力传动装置，其位于发动机和自动变速器之间，由发电机、离合器、单向离合器、行星齿轮机构组成，行星齿轮机构由太阳轮、行星轮、行星架、齿圈构成，行星轮分别与太阳轮外啮合、与齿圈内啮合，发动机输出轴与齿圈通过法兰连接，启动/发电机的转子通过花键与太阳轮中心轴相连，行星架与自动变速器输入轴通过法兰连接，发动机输出轴与行星架输出轴上分别设有单向离合器，齿圈及行星架之间设有离合器。本发明采用行星齿轮传动，在系统不同要求下，本发明可实现单输入单输出、单输入多输出、多输入单输出等不同传递路径及正、反向两种传递方向。本发明结构简单，传动效率高。

Description

混合动力汽车的动力传动装置
技术领域
本发明涉及一种多能源输入输出装置，尤其涉及一种混合动力汽车的动力传动装置。
背景技术
目前，混合动力汽车传动系统有多种形式，包括并联式、串联式和混联式，其中每一种形式的具体实现又有所不同。一般的动力合成方式有：(1)通过一对齿轮副将两个输入合成为一个输出，实现混合驱动；(2)分别由发动机和电机实现四轮驱动，通过地面合成动力，实现混合驱动；(3)使用混合动力传动专用变速器，在变速器中实现动力合成。但是，第一种方式可控性差，不能分别实现运动和力矩的合成与分解；第二种方式合成效率不高，很难达到理想的节能效果；第三种方式需要单独开发专用的混合动力变速器，成本高，实现难度大。因此，研究一种能有效解决混合动力汽车传动系统中动力合成与分解问题的装置，是本领域技术人员的研究目标。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够在不同的要求下实现运动合成、力矩合成，并且可实现变矩器功能的混合动力汽车的动力传动装置。
本发明提出的混合动力汽车的动力传动装置，位于发动机和自动变速器AT之间，由启动/发电机、离合器、单向离合器、行星齿轮机构组成，其中，行星齿轮机构由太阳轮S、行星轮E、行星架P、齿圈R构成，行星轮E与太阳轮S外啮合、与齿圈R内啮合，发动机ICE输出轴与齿圈R通过法兰连接，启动/发电机ISG的转子通过花键与太阳轮S中心轴相连，行星架P与自动变速器AT输入轴通过法兰连接，发动机ICE输出轴与行星架P输出轴上分别设有单向离合器F1、F2，齿圈R及行星架P之间设有离合器C。
本发明采用行星齿轮传动方式，为防止反转，在发动机的输出轴和行星架输出轴上分别加装了单向离合器；为实现发动机和启动/发电机的运动合成及动力合成功能，在齿圈及行星架之间加装了离合器，以实现不同工况下两元件的同步与分离。在系统不同要求下，本发明可实现单输入单输出、单输入多输出、多输入单输出等不同传递路径及正、反向两种传递方向。
本发明的有益效果是：在基本不改变车辆原有传动系统结构的基础上，可省去原有液力变矩器，通过本发明能够很好地实现混合动力汽车不同工况下动力传递，并且结构简单，传动效率高。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是发动机单独驱动模式一。
图3是发动机单独驱动模式二。
图4是ISG驱动发动机模式。
图5是混合驱动模式一。
图6是混合驱动模式二。
图7是发动机分流驱动模式。
图8是制动回馈模式。
图9是ISG单独驱动模式。
图2～图9中，粗点划线代表输入构件；粗虚线代表自由构件；粗实线代表输出构件；细实线代表静止构件；粗双点划线代表第二输入构件；单向离合器实心表示锁止，空心代表非锁止。
图中标号：ISG为启动/发电机，F1、F2分别为单向离合器，C为离合器，S为太阳轮，P为行星架，R为齿圈，AT为自动变速器，ICE为发动机，E为行星轮。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1，将下列部件按图1-图9所示方式连接，该领域的技术人员均能顺利实施。
本发明装置位于发动机和自动变速器AT之间，由启动/发电机ISG、离合器C、单向离合器F、行星齿轮机构组成，其中，行星齿轮机构由太阳轮S、行星轮E、行星架P、齿圈R构成，行星轮E与太阳轮S外啮合、与齿圈R内啮合，发动机输出轴与齿圈通过法兰连接，启动/发电机ISG的转子通过花键与太阳轮S中心轴相连，行星架P与自动变速器AT输入轴通过法兰连接，发动机ICE输出轴与行星架P输出轴上分别设有单向离合器F2、F1，齿圈R及行星架P之间设有离合器C。
在图1中，系统中的功率传递路线均为双向的，即动力传动装置可以正向和逆向传递动力。发动机ICE输出轴与齿圈R通过法兰相连，启动/发电机ISG转子通过花键与太阳轮S的中心轴连接，行星架P与自动变速器AT通过法兰相连，齿圈R和行星架P通过离合器C实现分离与结合，单向离合器F1和单向离合器F2使发动机ICE输出轴和行星架P只能正向旋转，反向则处于制动状态。
在图2中，启动/发电机ISG处于制动状态，离合器C处于脱开状态，单向离合器F1、F2处于非锁止状态。当发动机ICE运转时，动力依次通过行星齿轮机构中的齿圈R、行星轮E、行星架P，最后传递至自动变速器AT。由于单向离合器F1、F2处于非锁止状态，因此不起到制动作用。此时动力传动装置起到减速增扭的功能。
在图3中，启动/发电机ISG处于空转状态，离合器C处于闭合状态，单向离合器F1、F2处于非锁止状态。由于离合器C闭合，且太阳轮S处于自由状态，使行星齿轮机构变成单自由度系统，并且行星架P与齿圈R转速相同，根据行星齿轮传动的特性，整个行星齿轮机构将以同一速度运转。当发动机ICE运转时，动力通过行星齿轮机构直接传递给自动变速器AT，没有作任何的变速变扭。此时动力传动装置起到直接传递动力的功能。
在图4中，启动/发电机ISG处于电机反转状态时，离合器C处于脱开状态，单向离合器F1锁止，单向离合器F2处于非锁止状态。由于单向离合器F1的锁止，使行星架P处于被制动状态，行星齿轮机构成为单自由度系统。此时启动/发电机ISG为主动元件，发动机为被动元件，启动/发电机ISG的动力通过行星齿轮机构中的太阳轮S、行星轮E、行星架P向发动机ICE传递，实现启动/发电机ISG带动发动机ICE启动，此时启动/发电机ISG作为启动电机使用。此时动力传动装置实现动力的逆向传递功能。
在图5中，启动/发电机ISG处于电机正转状态，发动机处于驱动状态，离合器C为脱开状态，单向离合器F1、F2为非锁止状态。由于没有离合器和单向离合器的限制作用，行星齿轮机构有两个自由度。此时，动力输入源分别是发动机ICE和电动机ISG，通过行星齿轮机构中的太阳轮S和齿圈R实现发动机ICE和启动/发电机ISG的运动合成，而两动力源之间的力矩则始终保持一定的比例，最终由行星架P实现运动输出，其输出转速由发动机和启动/发电机ISG的合成转速确定。在此模式下，通过改变电机转速，可以实现输出转速的无级调节。此种情况下所实现的即为动力传动装置的运动合成功能。
在图6中，启动/发电机ISG处于电机正转状态，发动机处于驱动状态，离合器C为闭合状态，单向离合器F1、F2为非锁止状态。由于离合器C闭合，使行星齿轮机构变成单自由度系统，并且行星架与齿圈转速相同，根据行星齿轮传动的特性，整个行星齿轮机构将以同一速度运转。此时，发动机ICE和启动/发电机ISG同时向行星齿轮传动机构提供动力，由于行星齿轮传动机构以同一转速运行，因此，两个动力源的扭矩通过行星齿轮传动机构中的太阳轮S和齿圈R实现动力合成，即输出转速为行星齿轮机构的输入转速，而输出扭矩则为两动力源扭矩之和。通过对电机的输出力矩控制，可以实现发动机稳定运行状态下的系统驱动力矩的调节。此种情况下所实现的即为动力传动装置的力矩合成功能。
在图7中，发动机处于高效工作状态，启动/发电机ISG处于发电机工作状态，离合器C为脱开状态，单向离合器F1、F2处于非锁止状态。当发动机的功率对车辆行驶驱动来说有富余时，其一部分能量可通过启动/发电机ISG发电，以电能的形式来进行存储，即发动机为动力源，而启动/发电机ISG和AT则同时为动力接受者。发动机的动力通过行星齿轮机构中的齿圈R分别向太阳轮S和行星架P传递，从而同时驱动ISG发电和车辆行驶。此种情况下所实现的即为动力传动装置的功率分流功能。
在图8中，在车辆行车制动时，ISG处于发电机工作状态，离合器C为脱开状态，单向离合器F1、F2处于非锁止状态，则系统可实现制动能量的回收。此时，系统通过ISG的阻力和发动机的阻力共同作用来实现制动力的生成，车辆的动能通过车轮向自动变速器AT、动力传动装置传递，随后通过行星齿轮机构中的行星架P分别向太阳轮S和齿圈R传递，其中一部分能量由发动机阻力消耗，而另一部分能量则由太阳轮S向启动/发电机ISG传递并最终转化为电能存储于电池中得以回收。此种情况下所实现的即为动力传动装置的功率逆向分流功能。
在图9中，ISG处于电机正转模式，发动机停止运行，离合器C为脱开状态，单向离合器F2处于锁止状态，F1处于非锁止状态。该情形一般发生在车辆起步阶段或低速行驶阶段，由于发动机低速运转工况下效率极低，排放污染严重，因此可由启动/发电机ISG单独驱动车辆行驶，而将发动机停掉。此时，启动/发电机ISG为动力的唯一来源，由于单向离合器F2的作用，行星齿轮机构的齿圈R被制动，从而使整个行星齿轮机构变为单自由度系统，ISG的动力通过太阳轮S、行星轮E、行星架P，最终传递至自动变速器AT，实现启动/发电机ISG单独驱动车辆行驶的功能。此种情况动力传动装置仍起到减速增扭的功能。

Claims (1)

1、一种混合动力汽车的动力传动装置，位于发动机和自动变速器(AT)之间，由启动/发电机(ISG)、离合器(C)、单向离合器、行星齿轮机构组成，其特征在于行星齿轮机构由太阳轮(S)、行星轮(E)、行星架(P)、齿圈(R)构成，行星轮(E)与太阳轮(S)外啮合、与齿圈(R)内啮合，发动机(ICE)输出轴与齿圈(R)通过法兰连接，启动/发电机(ISG)的转子通过花键与太阳轮(S)中心轴相连，行星架(P)与自动变速器(AT)输入轴通过法兰连接，发动机(ICE)输出轴与行星架(P)输出轴上分别设有单向离合器(F1、F2)，齿圈(R)及行星架(P)之间设有离合器(C)。
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