CN101004211A - 多模式混合动力汽车传动系统 - Google Patents

Abstract

一种混合动力汽车用传动系统。它由内燃机，电机，四个离合器，制动器，行星齿轮机构，常啮合齿轮组，机械无机变速器以及两个动力输出端组成。其特征在于：内燃机通过离合器2与行星架19和电机转子4相连，齿圈5通过常啮合齿轮组与动力输出端16相连，太阳轮20通过制动器、离合器8、机械无机变速器和离合器13与动力输出端12相连，动力输出端12和16之间通过离合器13、14连接。本发明使用行星齿轮机构作为内燃机和电机的功率分流装置，利用机械无级变速器调节功率流分配，具有多种工作模式。

Description

多模式混合动力汽车传动系统

技术领域

本发明涉及一种混合动力汽车传动系统。

背景技术

以节能、环保、安全为主题的汽车发展理念引领了混合动力汽车的发展，同时为满足混合动力汽车不以损失汽车的动力性能为代价，顾客对汽车提出了新的要求。在改善能耗和排放的同时，以内燃机和电机为动力源的混合动力汽车能较好地满足顾客的要求，极具市场潜力。

混合动力汽车传动系统结构有串联式、并联式、混联式及复合式等型式，在动力合成方式上既有电功率的耦合，也有机电动力的耦合。对于采用金属带式无级变速器为单一动力传递路径的混合动力汽车传动系统，系统工作模式少且金属带式无级变速器的传动效率低于齿轮传动，存在传动效率低的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型混合动力汽车传动系统，具有多种工作模式，实现内燃机、电机动力分流传动，提高系统传动效率，并可灵活控制内燃机。

本发明所涉及的多模式混合动力汽车传动系统，由内燃机1、电机定子3、电机转子4、离合器2、离合器8、离合器13、离合器14、制动器7、太阳轮20、齿圈5、行星轮18、行星架19、齿轮6、中间轮17、齿轮15、机械无级变速器主动轮总成9、机械无级变速器金属带10、机械无级变速器从动轮总成11及动力输出端12、16组成，其特征在于：内燃机1通过离合器2与行星架19相连，行星架19与电机转子4相连；齿圈5与齿轮6相连，齿轮17与齿轮15相啮合，齿轮15与动力输出端16相连；太阳轮20、制动器7、离合器8、机械无级变速器主动轮总成9依次相连；机械无级变速器从动轮总成11通过离合器13与动力输出端12相连；齿轮15通过离合器14与机械无级变速器从动轮总成11相连。

本发明所涉及的传动系统的功能特点有：①内燃机通过离合器2与行星架相连，行星架与电机转子固连。因此，内燃机、电机动力可通过行星齿轮机构分为齿圈输出和太阳轮输出，经不同路径分别流向动力输出端16和12，也可通过控制离合器13分离、离合器14接合最终使功率流向动力输出端16。②通过控制离合器2的接合实现内燃机的启动，及内燃机在需要的条件下进行反拖制动，以控制汽车在特定条件下的行驶状态。

本发明在于太阳轮或齿圈与机械无级变速器主动轮总成之间连接了制动器和离合器8，通过控制制动器实现太阳轮或齿圈的锁止，控制离合器2、8、13、14的不同状态，实现汽车单轴纯电动、单轴内燃机驱动、四轮纯电动、四轮内燃机驱动、单轴混合驱动、四轮混合驱动。

本发明的工作原理在于利用了行星齿轮功率分流功能和机械无级变速器系统相结合，利用机械无级变速器的速比控制调节行星齿轮的功率分流比例，在优化提高混合传动系统效率的同时，灵活控制内燃机的运行工况；通过控制制动器和四个离合器实现多种驱动模式的切换，以适应多种工况需要，并且驱动模式切换平稳无缝过渡。

附图说明

图1为本发明的一种多模式混合动力汽车传动系统简图。

图2为基于图1的第一种变形型式。

图3为基于图1的第二种变形型式。

图4为基于图1的第三种变形型式。

图5为基于图1的第四种变形型式。

图1～5中：1—内燃机  2、8、13、14—离合器  7—制动器  3—电机定子  4—电机转子  5—齿圈  18—行星轮  19—行星架  20—太阳轮  9—机械无级变速器主动轮总成  10—机械无级变速器金属带  11—机械无级变速器从动轮总成  12、16—动力输出端  6、15、17、23—齿轮  21—单向离合器  22—扭转减振器

具体实施方式

下面结合附图1所示的多模式混合动力汽车传动系统对本发明的各工作模式说明如下：

1)纯电动驱动模式

I.单轴定传动比纯电动驱动模式

在低速或对排放要求严格的特定区域行驶时，可使用纯电动驱动模式。此时内燃机关闭，离合器2、8、13、14均分离，制动器锁止。动力传递路线为：电机转子—行星架19—齿圈5—齿轮6—齿轮17—齿轮15—动力输出端16。

II.单轴无级变速纯电动驱动模式

此时内燃机关闲，离合器2、13分离，离合器8、14接合，制动器分离，机械无级变速器其调节功率流分配作用。此时动力传递路线先一分为二，后合二为一。第一条动力传递路线为：电机转子—行星架19—齿圈5—齿轮6—齿轮17—齿轮15—动力输出端16；第二条动力传递路线为：电机转子—行星架19—行星轮18—太阳轮20—制动器—离合器8—机械无级变速器主动轮总成—机械无级变速器金属带—机械无级变速器从动轮总成—离合器14—动力输出端16。可见，此时分开的功率流最终在动力输出端16的轴上进行动力合成。

III.全轴定传动比纯电动驱动模式

此时，只需在单轴定传动比纯电动驱动模式的基础上，将离合器13、14接合。动力传递路线在离合器13和离合器14接合后一分为二。

IV.全轴无级变速纯电动驱动模式

此时，只需在单轴无级变速纯电动驱动模式的基础上，将离合器13接合。在需要利用无级变速器调节两动力输出端12、16的动力分配比例时，需要分离离合器14，保证动力输出端12和16的输出功率按路况需要进行动态分配。

2)内燃机驱动模式

在本发明所涉及的新型多模式混合传动系统中，内燃机与电机在离合器2接合后，两者便处于串联的状态，仅在内燃机作为动力源时，电机转子处于空转状态。因此对照纯电动驱动的四种工作模式，同样具有以下四种内燃机驱动模式。

I.单轴定传动比内燃机驱动模式

此时电机转子空转，离合器8、13、14分离，制动器锁止。动力传递路线为：内燃机—离合器2—行星架19—行星轮18—齿圈5—齿轮6—齿轮17—齿轮15—动力输出端16。

II.单轴无级变速内燃机驱动模式

此时电机转子空转，离合器13分离，离合器8、14接合，制动器分离，机械无级变速器起调节功率流分配作用。此时动力传递路线先一分为二，后合二为一。第一条动力传递路线为：内燃机—离合器2—行星架19—行星轮18—齿圈5—齿轮6—齿轮17—齿轮15—动力输出端16；第二条动力传递路线为：内燃机—离合器2—行星架19—行星轮18—太阳轮20—制动器—离合器8—机械无级变速器主动轮总成—机械无级变速器金属带—机械无级变速器从动轮总成—离合器14—动力输出端16。可见，此时分开的功率流最终在动力输出端16的轴上进行动力合成。

III.全轴定传动比内燃机驱动模式

此时，只需在单轴定传动比内燃机驱动模式的基础上，将离合器13、14接合。动力传递路线在离合器13和离合器14接合后一分为二。

IV.全轴无级变速内燃机驱动模式

此时，只需在单轴无级变速内燃机驱动模式的基础上，将离合器13接合，如果需要利用无级变速器调节两动力输出端12、16的动力分配比例时，需要分离离合器14，保证动力输出端12和16的输出功率按路况需要进行动态分配。

3)混合驱动模式

在本发明所涉及的新型多模式混合传动系统中，内燃机与电机位置在离合器2接合后，两者便处于串联的状态。内燃机和电机均作为动力源。因此对照纯电动驱动或内燃机驱动的四种工作模式，同样具有以下四种混合驱动模式。此时，电机转子由空转状态进入电动状态，其他各部分工作状态同对应的内燃机驱动模式。

I.单轴定传动比混合驱动模式；

II.单轴无级变速混合驱动模式；

III.全轴定传动比混合驱动模式；

IV.全轴无机变速混合驱动模式。

4)停车发电模式

此时，汽车处于驻车状态，制动器分离，离合器8分离，离合器2接合。动力传递路线为：内燃机—离合器2—电机转子，后经逆变器直至车载电池或作为电源输出至其他电器设备。

5)行车发电模式

在本发明所涉及的新型多模式混合传动系统中，内燃机与电机在离合器2接合后，两者便处于串联的状态。内燃机处于工作状态，而电机以发电机模式运行。因此对照混合驱动的四种工作模式，同样具有以下四种行车发电工作模式。

I.单轴定传动比混合驱动模式下行车发电；

II.单轴无级变速混合驱动模式下行车发电；

III.全轴定传动比混合驱动模式下行车发电；

IV.全轴无机变速混合驱动模式下行车发电。

6)再生制动模式

I.全轮再生制动能量回收

此时，离合器2分离，根据制动器和离合器8的工作状态，可有如下工作模式：

①当制动器处于分离状态且离合器8处于接合状态时

一部分车辆动能经动力输出端16连接的驱动轴车轮、主减速器、动力输出端16、齿轮15、齿轮17、齿轮6、齿圈5、行星架19至电机转子；另一部分车辆动能经动力输出端12连接的驱动车轮、主减速器、至动力输出端12、机械无级变速器从动轮总成、机械无级变速器金属带、机械无级变速器主动轮总成、离合器8、制动器、太阳轮20、行星架19至电机转子。电机发出的电经逆变器保存在车载电池中。此工作模式下，可通过控制机械无级变速器的速比来调整电机的工作转速来提高制动能量回收效率。

②当制动器处于锁止状态且离合器8处于分离状态时

一部分车辆动能经动力输出端16连接的驱动轴车轮、主减速器、动力输出端16，至齿轮15；另一部分车辆动能经动力输出端12连接的驱动车轮、主减速器、动力输出端12、离合器13、机械无级变速器从动轮总成、离合器14，至齿轮15。两部分再生制动能量在齿轮15的轴上合成后，经常啮合齿轮17、齿轮6、齿圈5、行星架19至电机转子。电机发出的电经逆变器保存在车载电池中。此工作模式下，机械无级变速器不参与动力传递。

II.内燃机反拖工况再生制动能量回收

在某些诸如车辆下长坡等需要利用内燃机反拖制动力的情况下，可以在上述两种再生制动能量回收工作模式下，控制离合器2接合，即可利用内燃机反拖制动力实施车辆制动。

图2为基于图1的第一种变形型式，其结构特点是：内燃机通过扭矩减振器与行星架相连；齿圈与电机转子固连，并通过离合器2与齿轮6相连；太阳轮与制动器相连，并通过单向离合器与机械无级变速器主动轮总成相连。

图3为基于图1的第二种变形型式，其结构特点是：内燃机通过扭转减振器与行星架相连；太阳轮与电机转子固连，电机转子通过离合器2与齿轮6相连；齿圈与制动器相连，并通过单向离合器与机械无级变速器主动轮总成相连。

图4为基于图1的第三种变形型式，其结构特点是：内燃机通过扭转减振器与齿圈相连；行星架与电机转子固连，电机转子通过离合器2与齿轮6相连；太阳轮与制动器相连，并通过单向离合器与机械无级变速器主动轮总成相连。

图5为基于图1的第四种变形型式，其结构特点是：内燃机通过离合器2与齿圈相连，齿圈与电机转子固连；太阳轮经制动器、离合器8与机械无级变速器主动轮总成相连。

图2～图5所示的四种变形型式的传动系统的工作模式可以参照图1的分析方法，进行类似工作模式分析，不同的是：图2、图3、图4三种变形型式传动系统在纯电动驱动和再生制动能量回收时，机械无级变速器不参与动力传递。

Claims (5)

1.一种多模式混合动力汽车传动系统，由内燃机(1)、电机定子(3)、电机转子(4)、离合器(2)、离合器(8)、离合器(13)、离合器(14)、制动器(7)、太阳轮(20)、齿圈(5)、行星轮(18)、行星架(19)、齿轮(6)、齿轮(17)、齿轮(15)、机械无级变速器主动轮总成(9)、机械无级变速器金属带(10)、机械无级变速器从动轮总成(11)及动力输出端(12)、(16)组成，其特征在于：内燃机(1)通过离合器(2)与行星架(19)相连，行星架(19)与转子(4)相连，齿圈(5)与齿轮(6)相连，齿轮(6)与齿轮(17)相啮合，齿轮(17)与齿轮(15)相啮合，齿轮(15)与动力输出端(16)相连，太阳轮(20)、制动器(7)、离合器(8)、机械无级变速器主动轮总成(9)依次相连，机械无级变速器从动轮总成(11)通过离合器(13)与动力输出端(12)相连，齿轮(15)通过离合器(14)与机械无级变速器从动轮总成(11)相连。

2.根据权利要求1所述的多模式混合动力汽车传动系统，其特征在于：内燃机(1)通过扭转减振器(21)与行星架(19)相连，转子(4)与齿圈(5)相连，齿圈(5)通过离合器(2)与齿轮(6)相连，太阳轮(20)通过制动器(7)和单向离合器(23)与机械无级变速器主动轮总成(9)相连。

3.根据权利要求1所述的多模式混合动力汽车传动系统，其特征在于：内燃机(1)通过扭转减振器(21)与行星架(19)相连，转子(4)与太阳轮(20)相连，太阳轮(20)通过离合器(2)与齿轮(6)相连，齿圈(5)、制动器(7)相连、单向离合器(23)、机械无级变速器主动轮总成(9)依次相连。

4.根据权利要求2所述的多模式混合动力汽车传动系统，其特征在于：内燃机(1)通过扭转减振器(21)与齿圈(5)相连，行星架(19)与电机转子(4)相连，转子(4)通过离合器(2)与齿轮(6)相连，齿轮(17)与齿轮(22)相啮合，齿轮(22)与齿轮(15)相啮合。

5.根据权利要求4所述的多模式混合动力汽车传动系统，其特征在于：内燃机(1)通过离合器(2)与齿圈(5)相连，齿圈(5)与电机转子(4)相连，行星架(19)与齿轮(6)相连。

Images