CN101020411A

CN101020411A - 混合动力汽车传动系统

Info

Publication number: CN101020411A
Application number: CN 200710078294
Authority: CN
Inventors: 游国平; 秦大同; 胡建军
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2007-03-15
Filing date: 2007-03-15
Publication date: 2007-08-22

Abstract

一种混合动力汽车传动系统，它由内燃机1、离合器2和5、电机转子3、电机定子4、动力输出端12、行星齿轮机构及三档机械自动变速器组成。其中，内燃机1通过离合器2与行星架19相连，内燃机1通过离合器5与齿圈20相连；齿圈20与电机转子3相连；太阳轮22固定，行星架19与机械自动变速器输入齿轮18相连。通过控制离合器2和5以及机械自动变速器的档位状态使汽车具有六个前进档，并使整车具有内燃机驱动、电动、混合驱动、再生制动等多种工作模式，适合多种类型的混合动力汽车动力系统。

Description

混合动力汽车传动系统

技术领域

本发明涉及汽车传动系统，特别是一种混合动力汽车传动系统。

背景技术

随着世界能源紧张及人们环保意识的增强，安全、节能、环保成为汽车发展的主题，同时由于纯电动汽车、燃料电池汽车关键技术的瓶颈制约，混合动力汽车成为合乎时宜的选择，事实也证明这种选择能够取得较满意的结果。

电动汽车的研发涉及的关键技术甚多，有电池、高性能电机、动力合成与控制技术、发动机综合控制等等。但所有这些研究对象都以一个良好的传动系统为研究对象去实现。因此，动力合成方法和结构方式的选择直接关系到目标汽车的定位。目前国内很多并、混联式混合动力汽车传动系统都只是在原型车上的改进设计，结构复杂，布置不紧凑，成本高，工作模式少，开发产品有一定的局限性。而且对于采用机械自动变速器的混合动力汽车，存在换档动力中断的问题，一定程度上影响了整车的性能。

发明内容

本发明的目的是在传统汽车机械自动变速器(AMT)的基础上，结合行星齿轮传动，提供一种结构紧凑、工作模式多样的混合动力汽车传动系统，并减少换档过程中动力中断，适应混合动力汽车开发需要。

在本发明所涉及的混合动力汽车传动系统中，对行星齿轮机构的连接结构、机械自动变速器结构、档位设置进行从新设计，使之满足各种工况的使用要求，克服目前混合动力汽车传动系统存在的不足，一方面能有效地实现两动力的多模式合成；另一方面简化机械自动变速器的设计，实现档位配置合理、动力合成方式多样。

本发明所涉及的混合动力汽车传动系统，由内燃机、电机、两个离合器、三档机械自动变速器、行星齿轮机构、及动力输出端组成。其中行星齿轮机构由太阳轮、齿圈、行星架和行星轮组成，三档机械自动变速器由常啮合齿轮18和6、一档常啮合齿轮9和14及同步器11、二档常啮合齿轮8和15、三档常啮合齿轮7和17及同步器16、中间轴和输出轴组成，其特征在于：内燃机通过离合器2与行星架相连，齿圈与电机转子相连，行星架与齿轮18相连，内燃机通过离合器5与齿圈相连。

本发明所涉及的混合动力汽车传动系统，通过控制离合器2和5，行星齿轮机构的速比可以为q、1和q^-1。因此本发明所涉及的混合动力汽车用传动系统，在内燃机驱动模式下共有六个前进档位，其实现方式及部分工作模式见表1。档位设置按等比q设置，则齿圈与太阳轮齿数比β满足如下关系：

β = \frac{1}{q - 1},

q = \frac{i_{1}}{i_{2}} = \frac{i_{2}}{i_{3}} = \frac{i_{3}}{i_{4}} = \frac{i_{4}}{i_{5}} = \frac{i_{5}}{i_{6}}

表1

工作模式		离合器2	离合器5	行星齿轮机构速比	AMT速比i_n′	系统速比i_n
工作模式		离合器2	离合器5	行星齿轮机构速比	AMT速比i_n′	系统速比i_n	传统模式	一档	×	√	q	i₁′	i₁＝i₁′·q
二档	√	×	l	i₁′	i₂＝i₁′			一档	×	√	q	i₁′	i₁＝i₁′·q
二档	√	×	l	i₁′	i₂＝i₁′	三档		×	√	q	i₂′	i₃＝i₂′·q
四档	√	×	l	i₂′	i₄＝i₂′	三档		×	√	q	i₂′	i₃＝i₂′·q
四档	√	×	l	i₂′	i₄＝i₂′	五档		×	√	q	i₃′	i₅＝i₃′·q
六档	√	×	l	i₃′	i₆＝i₃′	五档		×	√	q	i₃′	i₅＝i₃′·q
六档	√	×	l	i₃′	i₆＝i₃′	纯电动		D	×	×	q	i₁′	i₁′·q
D	×	×	q	i₂′	i₂′·q			D	×	×	q	i₁′	i₁′·q
D	×	×	q	i₂′	i₂′·q		D	×	×	q	i₃′	i₃′·q
R	×	×	q	i₁′	i₁′(电机反转)		D	×	×	q	i₃′	i₃′·q
R	×	×	q	i₁′	i₁′(电机反转)		停车发电		√	×	q^-1	0	0
行车发电		在以上内燃机驱动的六个档位中，电机由空转状态进入发电工作模式即可					停车发电		√	×	q^-1	0	0
行车发电		在以上内燃机驱动的六个档位中，电机由空转状态进入发电工作模式即可					混合驱动		在以上内燃机驱动的六个档位中，电机由空转状态进入电动工作模式即可

表中：“√”表示离合器接合；“×”表示离合器分离；“0”表示机械自动变速器(AMT)处于空档；“D”表示汽车处于直行档；“R”表示汽车接入倒车档位。

在本发明所涉及的混合动力汽车的传动系统变形型结构示意图2中，其结构设计不同在于：内燃机通过离合器2与齿圈和齿轮18相连，内燃机通过离合器5与行星架相连，机械自动变速器结构相同但速比不同。其工作模式分析方法同上。

在本发明所涉及的混合动力汽车传动系统中，通过控制电机、离合器2和5以及机械自动变速器的档位状态使整车具有内燃机驱动、纯电动驱动、混合驱动、再生制动、停车发电等多种工作模式，适用于多种类型的混合动力汽车动力系统。

附图说明

图1为本发明所涉及的混合动力汽车用传动系统的结构示意图。

图2为基于图1的变形结构示意图。

图中：1-内燃机 2、5-离合器 3-电机转子 4-电机定子 6、18-常啮合齿轮 7、17-机械自动变速器三档齿轮 8、15-机械自动变速器二档齿轮 9、14-机械自动变速器一档齿轮 10-中间轴 11-机械自动变速器一档同步器 12-动力输出端13-输出轴 16-机械自动变速器二三档同步器 19-行星架 20-齿圈 21-行星轮22-太阳轮

具体实施方式

本发明所涉及的混合动力汽车用传动系统，通过控制两个离合器和三档机械自动变速器档位不同状态的组合，实现多种工作模式。

下面参照图1进一步说明本发明所涉及的混合动力汽车传动系统的各种工作模式：

1).电机启动内燃机模式

I.驻车启动内燃机

此时，离合器2、5其中之一接合，机械自动变速器处于空档。以电机为动力源启动内燃机。

II.行车启动内燃机

在纯电动行驶时，若是电池电量低于纯电动行驶或满足其他工况需求时，要求在行车过程中启动内燃机，这时只需接合离合器2或5，便可利用整车惯性和电机动力启动内燃机。

2).内燃机驱动模式

I.内燃机一档驱动

在本发明所涉及的混合动力汽车传动系统中，离合器2分离，离合器5接合，此时，行星齿轮机构速比为q，机械自动变速器接入一档。动力传递路线为：内燃机-离合器5-齿圈-行星架-齿轮18-齿轮6-中间轴-齿轮9-齿轮14-同步器11-输出轴-动力输出端。

II.内燃机二档驱动

在本发明所涉及的混合动力汽车传动系统中，离合器2接合，离合器5分离，机械自动变速器仍为一档。动力传递路线为：内燃机-离合器2-行星架-齿轮18-齿轮6-中间轴-齿轮9-齿轮14-同步器11-输出轴-动力输出端。

III.内燃机三档驱动

在本发明所涉及的混合动力汽车传动系统中，离合器2分离，离合器5接合，此时，行星齿轮机构速比为q，机械自动变速器接入二档。动力传递路线为：内燃机-离合器5-齿圈-行星架-齿轮18-齿轮6-中间轴-齿轮8-齿轮15-同步器16-输出轴-动力输出端。

IV.内燃机四档驱动

在本发明所涉及的混合动力汽车传动系统中，离合器2接合，离合器5分离，机械自动变速器仍为二档。动力传递路线为：内燃机-离合器2-行星架-齿轮18-齿轮6-中间轴-齿轮8-齿轮15-同步器16-输出轴-动力输出端。

V.内燃机五档驱动

在本发明所涉及的混合动力汽车传动系统中，离合器2分离，离合器5接合，此时，行星齿轮机构速比为q，机械自动变速器接入三档。动力传递路线为：内燃机-离合器5-齿圈-行星架-齿轮18-齿轮6-中间轴-齿轮7-齿轮17-同步器16-输出轴-动力输出端。

VI.内燃机六档驱动

在本发明所涉及的混合动力汽车传动系统中，离合器2接合，离合器5分离，机械自动变速器仍为三档。动力传递路线为：内燃机-离合器2-行星架-齿轮18-齿轮6-中间轴-齿轮7-齿轮17-同步器16-输出轴-动力输出端。

3).纯电动驱动模式

I.前进档纯电动工作模式

在本发明所涉及混合动力汽车用传动系统中，离合器2、5均分离。由于机械自动变速器有三个档位，所以此时，纯电动行驶也有对应的三个档位。动力传递路线均为：电机转子-齿圈-行星架-常啮合齿轮18、6-中间轴-机械自动变速器1档(或2档、3档)齿轮-同步器11(或同步器16)-输出轴-动力输出端。

II.纯电动倒车工作模式

在本发明所涉及的混合动力汽车传动系统中，各元件状态和动力传递路线同前进档纯电动工作模式，此时电机反转即可。

4).内燃机、电机混合驱动模式

此时，在内燃机驱动模式下，控制电机转子由空转状态进入电动状态即可。由于内燃机驱动模式共有六个档位，因此此时混合驱动模式也对应有六种工作模式。动力传动路线基本同内燃机驱动。

5).行车发电模式

此时，在内燃机各档位驱动模式下，控制电机由空转状态进入发电状态即可。

6).停车发电模式

在本发明所涉及的混合动力汽车用传动系统中。在电池电量过低或者某些意外情况下需要电功率输出时，可以利用内燃机为动力源进行发电，给电池充电或供其他用电设备使用。此时，离合器2接合，离合器5分离，机械自动变速器处于空档。动力传递路线为：内燃机-离合器2-行星架-齿圈-电机转子，后经逆变器至电池。

Claims

1.一种混合动力汽车传动系统，包括内燃机(1)、离合器(2)和(5)、三档机械自动变速器和动力输出端(12)，三档机械自动变速器由常啮合齿轮(18)和(6)、一档常啮合齿轮(9)和(14)及同步器(11)、二档常啮合齿轮(8)和(15)、三档常啮合齿轮(7)和(17)及同步器(16)、中间轴(10)和输出轴(13)组成，其特征在于：内燃机(1)和齿轮(18)连接有行星齿轮机构，使内燃机(1)通过离合器(2)与行星架(19)相连，行星架(19)与齿轮(18)相连，内燃机(1)通过离合器(5)与齿圈(20)相连，齿圈(20)与电机转子(3)相连。

2.根据权利要求1所述的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(20)相连，内燃机(1)通过离合器(5)与行星架(19)相连，齿圈(20)、电机转子(3)及齿轮(18)三者相连。