CN101149094A - 基于双行星排的混合动力驱动装置 - Google Patents

Abstract

一种基于双行星排的混合动力驱动装置，该装置设置有前行星排和后行星排，前行星排有太阳轮P、齿圈S、行星架、行星轮V，后行星排有太阳轮Q、齿圈T、行星轮U，前后行星排的太阳轮P、Q相连接，前行星架与后行星齿圈T相连接，内燃机通过离合器A、B分别与齿圈S、行星架相连，太阳轮P与电机相连，行星架与齿轮H相连，太阳轮Q与电机相连，太阳轮P与太阳轮Q相连，齿轮H和齿轮G相啮合，齿轮G与输出端相连，制动器C制动齿圈S，制动器E制动齿圈T。本发明的优点是结构紧凑，传递部件少；行星排具有无级变速功能；在具有模式切换功能的同时又具有变档功能。

Description

基于双行星排的混合动力驱动装置

技术领域

本发明涉及一种动力驱动装置，特别涉及一种基于双行星排的混合动力驱动装置。

背景技术

由于当前越来越紧张的世界能源以及人们增长的环保意识，对汽车的安全、节能、环保的要求越来越高。但是由于燃料电池、电机、控制方面等方面的瓶颈制约，使得纯电动汽车和燃料电池汽车不能实现量产以及实际运用，因此混合动力车辆成为目前能解决以上问题的较为合适的选择。

开发出一个良好的传动系统是混合动力汽车研发的第一步，因此动力合成的方法和结构形式的选择直接关系到以后车辆的性能。目前国内的混合动力车的传动系统只是在原车型上进行串联和并联的简单改进设计，节能和环保以及动力性的提高有一定的局限性，布置不紧凑，工作模式少，对改善车辆的燃油经济性、排放性以及动力性具有局限性，难以满足负载大以及负载变化大的车辆。

混联形式以及电驱动程度的增加是混合动力发展的大方向，并且从布置紧凑、可靠性以及无级变速的角度出发，利用双行星排进行混合动力驱动系统的结构整合是一种比较好的方法。总结现有的类似结构，得出其需要满足的基本条件：1)某一模式下适当的档位数量2)通过优化匹配能将档位值优化到适合值3)模式切换以及档位切换保证某一部件的转动方向不改变，以保证切换平顺4)前后行星排尽量结构简单以及相连接的部件少，对以后的制造装配带来便利。

发明内容

本发明的技术问题是要提供一种具有无级变速功能、具有模式切换功能的同时又具有变档功能的基于双行星排的混合动力驱动装置。

为了解决以上的技术问题，本发明提供了一种基于双行星排的混合动力驱动装置，包括一个内燃机、一个电机和一个动力输出端，该装置设置有前行星排和后行星排，前行星排有太阳轮P、齿圈S、行星架、行星轮V，后行星排有太阳轮Q、齿圈T、行星轮U，前后行星排的太阳轮P、Q相连接，前行星架与后行星齿圈T相连接，此外还设有离合器A、B，制动器C、D、E，常啮合齿轮H、G。

内燃机通过离合器A、B分别与齿圈S、行星架相连，太阳轮P与电机相连，行星架与齿轮H相连，太阳轮Q与电机相连，太阳轮P与太阳轮Q相连，齿轮H和齿轮G相啮合，齿轮G与输出端相连，制动器C制动齿圈S，制动器E制动齿圈T。

通过制动器C、D、E和离合器A、B，实现内燃机驱动和四个档位以及倒车的切换；或者电机驱动和三个档位的切换；或者内燃机和电机混合驱动和三个档位及倒车的切换。

在电机驱动模式中实施再生制动模式，即输出端为原输入端，即电机；输入端为原输出端，即车轮的转速，并且电机由驱动状态变为发电状态，能量从车轮到电机，根据档位变化实现三种模式的再生制动。

在电机驱动模式中的电机可正反向转动，反向转动时，实现倒车运行。

与电机驱动模式相类似，不同的输入是车轮的转速，能量是从车轮到电机，同样有三种模式，能满足在不同车速下以最高的效率进行制动回收。

在混合驱动工作模式下，控制电机由电动工作模式转入发电工作模式，实现行车发电模式。

本发明所提供的一种基于双行星排的混合动力驱动装置，具有内燃机驱动四档，电力动力源驱动三档，内燃机和电机混合驱动三档，其工作模式和档位以及相应部件状态见表1所示。

表1

其中：

●-代表离合器结合或制动器制动；

○-代表离合器分离或制动器松开；

k₁-行星齿轮1特征参数 -齿圈S与太阳轮P齿数比；

k₂-行星齿轮2特征参数 -齿圈T与太阳轮Q齿数比；

n_e-发动机转速；

n_o-输出转速；

n_m-电机转速；

本发明的优越功效在于：

1)结构紧凑，动力传递部件少，增加系统可靠性，减少传递损失；

2)满足混联以及电驱程度增加的发展趋势，模式较多以及某一模式下档位较多；

3)利用行星排二自由度的特点，进行部分混合驱动时可实现某一转速范围内的无级变速；

4)双行星排具有传递效率高以及能传递大扭矩的优点，适用于大负载车辆；

5)具有较多的电驱档位，相反，当再生制动时对应的不同的车速可选择不同的档位，将发电机转速置于最高发电效率的范围内，能提高经济性；

6)在模式切换以及档位切换时能保证某一部件的转动方向不出现改变，保证切换平顺；

7)可以利用现有的行星变速器的开发经验。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的内燃机1档驱动的结构示意图；

图3为本发明的内燃机2档驱动的结构示意图；

图4为本发明的内燃机3档驱动的结构示意图；

图5为本发明的内燃机4档驱动的结构示意图；

图6为本发明的内燃机倒车驱动的结构示意图；

图7为本发明的电机1档驱动的结构示意图；

图8为本发明的驻车启动内燃机的结构示意图；

图9为本发明的电机2档驱动的结构示意图；

图10为本发明的行车启动内燃机模式1的结构示意图；

图11为本发明的电机3档驱动的结构示意图；

图12为本发明的行车启动内燃机模式2的结构示意图；

图13为本发明的混合驱动1档的结构示意图；

图14为本发明的混合驱动2档的结构示意图；

图15为本发明的混合驱动3档的结构示意图；

图16为本发明的混合倒车驱动的结构示意图；

图17为本发明的停车发电模式的结构示意图；

图中标号说明

1-内燃机；     2-离合器A；

3-太阳轮P；    4-制动器C；

5-齿圈S；      6-齿圈T；

7-行星架；     8-太阳轮Q；

9-制动器D；    10-轴J；

11-电机；      12-输出端；

13-轴K；       14-齿轮G；

15-齿轮H；     16-制动器E；

17-行星轮U；   18-行星轮V；

19-离合器B；   20-轴L。

具体实施方式

请参阅附图所示，对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本发明提供了一种基于双行星排的混合动力驱动装置，包括一个内燃机1、一个电机11和一个动力输出端12，该装置设置有前行星排和后行星排，前行星排有太阳轮P3、齿圈S5、行星架7、行星轮V18，后行星排有太阳轮Q8、齿圈T6、行星轮U17，前后行星排的太阳轮P3、Q8相连接，前行星架与后行星齿圈T6相连接，此外还设有离合器A2、B19，制动器C4、D9、E16，常啮合齿轮H15、G14。内燃机1通过离合器A2、B19分别与齿圈S5、行星架7相连，太阳轮P3与电机11相连，行星架7与齿轮H15相连，太阳轮Q8与电机11相连，太阳轮P3与太阳轮Q8相连，齿轮H15和齿轮G14相啮合，齿轮G14与输出端12相连，制动器C4制动齿圈S5，制动器E16制动齿圈T6。通过制动器C4、D9、E16和离合器A2、B19，实现内燃机驱动和四个档位以及倒车的切换；或者电机驱动和三个档位的切换；或者内燃机和电机混合驱动和三个档位及倒车的切换。

本发明提供内燃机驱动模式，如图2所示，为内燃机1档驱动，制动器D9制动，离合器A2结合，制动器C4、E16松开，离合器B19分离，动力传递路线如图中粗实线所示。

如图3所示，为内燃机2档驱动，制动器D9制动，离合器B19结合，制动器C4、E16松开，离合器A2分离，动力传递路线如图中粗实线所示。

如图4所示，为内燃机3档驱动，离合器A2、B19结合，制动器C4、E16、D9分离，在这种模式下双行星排不起作用，动力传递路线如图中粗实线所示。

如图5所示，为内燃机4档驱动，制动器C4锁止，离合器B19结合，制动器E16、D9松开，离合器A2分离，动力传递路线如图中粗实线所示。

如图6所示，为内燃机倒车驱动，制动器E16制动，离合器A2结合，制动器C4、D9松开，离合器B19分离，动力传递路线如图中粗实线所示。

本发明提供纯电机驱动模式，如图7所示，为电机1档驱动，制动器E16制动，制动器C4、D9松开，离合器A2、B19分离，动力传递路线如中粗实线所示。

如图8所示，在电机1档驱动模式下驻车启动内燃机，如果电池电量充足，制动器E16制动，离合器B19结合，制动器C4、D9松开，离合器A2分离，以电机11为动力源启动内燃机1，同时驱动车辆启动。

如图9所示，为电机2档驱动，制动器C4制动，制动器E16、D9松开，离合器A2、B19分离，动力传递路线如图中粗实线所示。

如图10所示，在电机2档驱动模式下行车启动内燃机，如果电池电量低于纯电动行驶要求，制动器C4制动，离合器B19结合，制动器E16、D9松开，离合器A2分离，以电机11为动力把内燃机1带动到一定转速，启动内燃机1，实现混合驱动模式或内燃机单独驱动模式。

如图11所示，为电机3档驱动，离合器A2、B19结合，制动器C4、E16、D9分离，此时双行星排不起作用，并且发动机总是被电机11所带动，动力传递路线如图中粗实线所示。

如图12所示，在电机3档驱动模式下行车启动内燃机，如果电池电量低于纯电动行驶要求，离合器A2、B19结合，制动器C4、E16、D9松开，以电机11为动力始终带动发动机以一定转速转动，内燃机1易启动，实现混合驱动或内燃机单独驱动模式。

在以上三种电机驱动模式中的电机可正反向转动，反向转动时，实现倒车运行。

在电机驱动模式中，输出端变为原输入端，即电机11，输入端变为原输出端，即车轮的转速，并且电机11由驱动状态变为发电状态，能量是从车轮到电机，同样有三种模式，能满足在不同车速下以最高的效率进行制动回收。

本发明提供混合驱动模式，如图13所示，为混合1档驱动，离合器A2结合，制动器C4、D9、E16松开，离合器B19分离，此时通过调节电机11转速实现无级变速，动力传递路线如图中粗实线所示。

如图14所示，为混合2档驱动，离合器B19结合，制动器C4、D9、E16松开，离合器A2分离，此时通过调节电机11转速实现无级变速，动力传递路线如图中粗实线所示。

如图15所示，为混合3档驱动，离合器A2、B19结合，制动器C4、E16、D9松开，此时电机11与发动机强耦合，动力传递路线如图中粗实线所示。

以上三种混合驱动工作模式下，控制电机11由电动工作模式转入发电工作模式，即可实现行车发电模式。

如图16所示，为混合倒车驱动，制动器E16制动，离合器A2结合，制动器C4、D9制动，离合器B19分离，此时主要实现倒车功能，倒车时发动机扭矩不高，当需要大扭矩时，可通过启动电机11进行混合倒车驱动，动力传递路线如图中粗实线所示。

以上三种混合驱动工作模式下，控制电机11由电动工作模式转入发电工作模式，即可实现行车发电模式。

如图17所示，为停车发电模式，当停车时电池电量过低，可以利用内燃机1为动力源进行发电，给电池发电，此时离合器B19结合，并且车辆驻车，制动器C4、E16、D9制动，离合器A2分离，动力传递路线如图中粗实线所示。

与以上的电机驱动模式相类似，不同的输入是车轮的转速，能量是从车轮到电机，同样有三种模式，能满足在不同车速下以最高的效率进行制动回收。

Claims (6)

1.一种基于双行星排的混合动力驱动装置，包括一个内燃机、一个电机和一个动力输出端，其特征在于：

该装置设置有前行星排和后行星排，前行星排有太阳轮P、齿圈S、行星架、行星轮V，后行星排有太阳轮Q、齿圈T、行星轮U，前后行星排的太阳轮P、Q相连接，前行星架与后行星齿圈T相连接；此外还设有离合器A、B，制动器C、D、E，常啮合齿轮H、G。

2.按权利要求1所述的一种基于双行星排的混合动力驱动装置，其特征在于：

内燃机通过离合器A、B分别与齿圈S、行星架相连，太阳轮P与电机相连，行星架与齿轮H相连，太阳轮Q与电机相连，太阳轮P与太阳轮Q相连，齿轮H和齿轮G相啮合，齿轮G与输出端相连，制动器C制动齿圈S，制动器E制动齿圈T。

3.按权利要求1所述的一种基于双行星排的混合动力驱动装置，其特征在于：

通过制动器C、D、E和离合器A、B，实现内燃机驱动和四个档位以及倒车的切换；或者电机驱动和三个档位的切换；或者内燃机和电机混合驱动和三个档位及倒车的切换。

4.按权利要求3所述的一种基于双行星排的混合动力驱动装置，其特征在于：

在电机驱动模式中实施再生制动模式，即输出端为原输入端，即电机；输入端为原输出端，即车轮的转速，并且电机由驱动状态变为发电状态，能量从车轮到电机，根据档位变化实现三种模式的再生制动。

5.按权利要求3所述的一种基于双行星排的混合动力驱动装置，其特征在于：

在电机驱动模式中的电机可正反向转动，反向转动时，实现倒车运行。

6.按权利要求3所述的一种基于双行星排的混合动力驱动装置，其特征在于：

在混合驱动工作模式下，控制电机由电动工作模式转入发电工作模式，实现行车发电模式。

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