CN101439669A - 一种基于行星轮系的可锁止行星架的混合动力驱动机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于行星轮系的可锁止行星架的混合动力驱动机构。行星轮系的齿圈设有中心轴，所述中心轴连接于动力源的输出轴，行星轮系的太阳轮设有中间输出轴，所述中间输出轴和电机输出轴传动连接于本驱动机构的动力输出轴，所述行星轮系的行星架设有受控于整车控制系统的电磁锁止机构。本驱动机构中，动力源的动力与电机的动力通过行星轮系进行耦合，并且仅设置行星架的电磁锁止机构，利用现有的整车控制系统即可很方便地在纯电动、并联、传统模式等不同工况模式间进行切换，与现有应用行星轮系的混合动力汽车驱动机构相比具有结构较简单的突出优点。

Description

一种基于行星轮系的可锁止行星架的混合动力驱动机构

技术领域

本发明属于双动力汽车驱动系统，特别是涉及一种基于行星轮系的可锁止行星架的混合动力驱动机构。

背景技术

混合动力汽车有多种形式的驱动机构，考虑到成本，目前市场上一般采用单个电机和发动机动力复合的方案。其中之一方案是发动机和电机采用同轴并联式结构，两者转矩在变速器前进行耦合，传到驱动轴上的是两者转矩之和。该方案的缺点是发动机通过电机，传动机构与驱动轴直接相连，发动机的转速随着车速变化，这就使发动机的工作点选择受到了限制，为进一步控制发动机工作状态增加了困难。

另一种方案是发动机和电动机之间有自动离合器。动力总成工作在纯电动模式下时，自动离合器的控制系统控制离合器处于断开状态；当需要启动发动机时，在电动机旋转的同时，自动离合器逐渐转为结合状态，并且在之后的发动机和电动机共同运转时始终保持结合状态。目前这种形式存在的问题是自动离合器结合过程的控制有很大难度，结合时会对离合器的机械部件有很大的冲击。

公开号CN1618643的发明专利申请《混合动力汽车的一种新型驱动系统》，公开了一种利用行星齿轮变速箱作为内燃机和电动机的动力合成装置。其特征在于内燃机经过离合器、制动器与行星齿轮变速器太阳轮相连，电动机经过制动器与行星齿轮变速箱齿圈相连，行星齿轮变速器行星架经过制动器、离合器与主减速器相连。上述新型驱动系统设置了分别作用于太阳轮、行星架和齿圈的制动器实现混合动力汽车各种工况的控制切换，存在机械结构较复杂的缺陷。

发明目的

本发明是为了解决上述新型驱动系统机械结构较复杂的技术问题，而公开一种结构较简单的基于行星轮系的可锁止行星架的混合动力驱动机构。

本发明为解决上述新型驱动系统存在的技术问题采取以下技术方案：本驱动机构由行星轮系所组成，其行星轮系的齿圈设有中心轴，所述中心轴连接于动力源的输出轴，行星轮系的太阳轮设有中间输出轴，所述中间输出轴和电机输出轴传动连接于本驱动机构的动力输出轴，所述行星轮系的行星架设有受控于整车控制系统的电磁锁止机构。

本发明还可以采取以下技术措施：

所述的行星架设有套装于中间输出轴的空心轴，空心轴与中间输出轴之间设有支撑轴承，行星架的空心轴设有受控于整车控制系统的电磁锁止机构。

所述的电机是双端轴电机，中间输出轴与电机一端轴连接，电机另一端轴与本驱动机构的动力输出轴相连接。

所述的齿圈其中心轴与动力源输出轴之间设有减速或增速机构。

所述的电机输出轴与本驱动机构动力输出轴之间设有变速器。

本发明的有益效果和优点在于：本驱动机构中，动力源的动力与电机的动力通过行星轮系进行耦合，并且仅设置行星架的电磁锁止机构，利用现有的整车控制系统即可很方便地在纯电动、并联、传统模式等不同工况模式间进行切换，与现有应用行星轮系的混合动力汽车驱动机构相比具有结构较简单的突出优点。。

附图说明

附图1是本发明实施例结构剖面示意图。

附图2是行星架锁止机构的结构示意图

附图3是本发明原理示意图。

附图4是实施例工况1能流示意图。

附图5是实施例工况2能流示意图。

附图6是实施例工况3能流示意图。

附图7是实施例工况4能流示意图。

附图8是实施例工况5能流示意图。

附图9是实施例工况6能流示意图。

附图10是实施例工况7能流示意图。

附图11是实施例工况8能流示意图。

附图12是整车控制流程图。

附图13是发动机ECU输入/输出信号图。

附图14是蓄电池与相关部件控制框图。

附图15是电机控制ECU输入/输出信号图。

图中标号：1齿圈中心轴，2太阳轮，3行星架，4齿圈，5空心轴，6电磁锁止机构，6-1壳体，6-2制动带，6-3调整螺杆，6-4电磁伺服盒，6-4-1顶杆，6-5杠杆，6-6推杆，6-7凸耳，7中间输出轴，8连轴器，9电机，10动力输出轴，11机体，12控制器，13电池。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步说明本发明。

如图1所示，机体11中设有行星轮系和双端轴电机9，行星轮系的齿圈4设有由轴承支撑于机体11的齿圈中心轴1，其轴端经由现有技术中的减速或增速机构连接于包括往复活塞式发动机、转子发动机、燃气轮机、蒸气机等热机的动力源输出轴。

行星轮系的太阳轮2设有由轴承支撑于机体11的中间输出轴7，行星轮系的行星架3设有套装于中间输出轴7的空心轴5，中间输出轴7与空心轴5之间设有支撑轴承。行星架3的空心轴5设有受控于整车控制系统的电磁锁止机构6。中间输出轴7经由连轴器8与本驱动机构的电机9——双端轴电机一端轴相连接，双端轴的电机9的另一端轴经由连轴器8与本驱动机构的动力输出轴10传动连接，连轴器8与本驱动机构动力输出轴之间也可以设置现有的变速器。

图1中，中间输出轴7与双端轴的电机9一端轴的连接，也可以采用齿轮或皮带轮的传动连接方式。

如图2所示，行星架的空心轴5的受控于整车控制系统的电磁锁止机构6由壳体6-1、固定于壳体的电磁伺服盒6-4、壳体中的环状的制动带6-2构成，制动带6-2两端设有凸耳6-7，一端凸耳与壳体6-1的调整螺杆6-3相接合，另一端凸耳与推杆6-6相接合，电磁伺服盒6-4的顶杆6-4-1与推杆6-6之间设置杠杆6-5。调整螺杆6-3用于调整制动带6-2与制动带中空心轴5的间隙，电磁伺服盒6-4及其顶杆6-4-1、杠杆6-5和推杆6-6执行整车控制系统的制动、释放指令。

图1、2实施例的控制原理依据图3并结合图4-11予以说明，图3的虚线框中是本驱动机构的行星轮系，动力源输出的动力从齿圈中心轴1引入、中间输出轴7引出。

对于本驱动机构所采用的行星轮系，其各部分的运动学关系如下：

Ns+K×Nr-(1+K)×Nc＝0(1)

式(1)中，Ns为太阳轮的转速，Nr为齿圈的转速，Nc为行星架的转速，K为齿圈和太阳轮的齿数比，本文以下涉及的各参数其含义与式1相同。

行星轮系传递的转矩关系为：

$\mathrm{Ts}=\frac{1}{K}\mathrm{Tr}=\frac{1}{K+1}\mathrm{Tc}---\left(2\right)$

式(2)中，Tr为齿圈上的转矩；Ts为太阳轮上的转矩，Tc为行星架上的转矩，K为齿圈和太阳轮的齿数比。(以下各式参数含义与1、2式相同)

图3中，动力源、电机9与电磁锁止机构6工作状态的组合可以满足混合动力汽车各种工况模式的要求，具体叙述如下：

如图3、4所示，发动机不工作，齿圈4不转动，行星架3随动。此时，电磁锁止机构6为释放状态。控制器12使电池13连接于电机9，本驱动机构由电机9单独输出动力于动力输出轴10。电机输出的转矩大部分提供给动力输出轴，极少部分用来克服发动机自身惯性转矩，驱动机构运动学关系如下：

Nr＝0

Ns-(1+K)×Nc＝0

如图4所示的工况1，其整车处于纯电动模式。

如图3、5所示，发动机不工作，电磁锁止机构6将行星架3锁止，控制器12使电池13连接于电机9，电机9动力经行星轮系传动于发动机，此时，驱动机构动力学关系如下：

Nc＝0

Ns+K×Nr＝0

$\mathrm{Ts}=\frac{1}{K}\mathrm{Tr}=\frac{1}{K+1}\mathrm{Tc}$

如图5所示的工况2，整车处于发动机启动模式。

如图3、6所示，发动机不工作，电磁锁止机构6将行星架3锁止，控制器12使电池13连接于电机9，电机将动力的一部分通过行星轮系传递于发动机，一部分传递于本驱动机构动力输出轴10，此时，驱动机构动力学关系如下：

Nc＝0

Ns+K×Nr＝0

$\mathrm{Ts}=\frac{1}{K}\mathrm{Tr}=\frac{1}{K+1}\mathrm{Tc}$

如图6所示的工况3，整车处于电动行驶中发动机启动模式。

如图3、7所示，发动机不工作，齿圈4不转动，行星架3随动。电磁锁止机构6为释放状态，电机9作为发电机将动力输出轴10动能转化成电能，并向其提供制动转矩。此时驱动机构运动学关系如下：

Nr＝0

Ns-(1+K)×Nc＝0

如图7所示的工况4，整车处于制动发电模式。

如图3、8所示，电磁锁止机构6将行星架3锁止，发动机将动力通过行星轮系传递于电机9，电机9作为发电机将动能转换为电能储存于电池13，此时驱动机构运动学关系如下：

Nc＝0

Ns+K×Nr＝0

$\mathrm{Ts}=\frac{1}{K}\mathrm{Tr}=\frac{1}{K+1}\mathrm{Tc}$

如图8所示的工况5，整车处于停车发电模式。

如图3、9所示，电磁锁止机构6将行星架3锁止，发动机的动力从齿圈中心轴1引入，电机9将动力电池的电能转化成动能并传递于动力输出轴10，此时，驱动机构运动学关系如下：

Nc＝0

Ns+K×Nr＝0

$\mathrm{Ts}=\frac{1}{K}\mathrm{Tr}=\frac{1}{K+1}\mathrm{Tc}$

如图9所示的工况6，整车处于混合驱动加速、爬坡模式。

如图3、10所示，电磁锁止机构6将行星架3锁止，发动机的动力从齿圈中心轴1引入，电机9不工作，此时，驱动机构运动学关系如下：

Nc＝0

Ns+K×Nr＝0

$\mathrm{Ts}=\frac{1}{K}\mathrm{Tr}=\frac{1}{K+1}\mathrm{Tc}$

如图10所示的工况7，是发动机单独输出动力于给动力输出轴10，整车处于发动机传统工作模式。

如图3、11所示，电磁锁止机构6将行星架3锁止，发动机的动力从齿圈中心轴1引入，一部分传递于电机9，电机作为发电机被发动机驱动，将多余的动能转化为机械能储存在电池内。此时，驱动机构运动学关系如下：

Nc＝0

Ns+K×Nr＝0

$\mathrm{Ts}=\frac{1}{K}\mathrm{Tr}=\frac{1}{K+1}\mathrm{Tc}$

如图11所示的工况8，整车处于仅由动力源驱动的巡航稳定行驶模式。

以下是本混合动力驱动机构应用于汽车的实际控制过程来说明上述工况下动力复合方式。

如图12所示，整车控制器根据接收的电机、电池、发动机、整车的状态信号判断驾驶员意图、整车状态和动力输出轴负荷大小，控制车辆在纯电动模式、混合动力模式和传统模式间切换。其中发动机ECU接收和发出的信号包括开关信号、传感信号和脉冲信号，其输入/输出信号见图13，蓄电池与相关部件控制框图见图14，电机控制ECU输入/输出信号图见图15。

(1)纯电动模式的选择：

当汽车动力电池SOC大于某一设定值时，在驾驶员发出启动指令，汽车运行速度小于某一设定值，功率小于某一设定值等任一情况下，汽车工作于纯电动模式。逻辑表达式如下：

[(Preq≤P0)∪(Vreq≤V0)]∩(SOC≥SOC0)

式中Preq为整车实际驱动功率，P0为某一设定较低功率，Vreq为汽车实际运行速度，V0为某一设定较低速度，SOC为动力电池当前储能状态，SOC0为某一设定动力电池储能上限值，以下公式相同符号含义与此相同。

(2)充电模式的选择：

当整车静止，SOC低于某一设定值时，或者汽车减速或制动，所需要功率为零时，工作于充电模式。逻辑表达式如下：

SOC<SOC1

Preq≤0

式中SOC1为设定动力电池储能下限。

(3)混合驱动加速模式的选择：

当汽车所需转矩大于稳定调速模式下发动机能够提供的最大转矩并且此时动力电池SOC大于某一设定值时，汽车工作于混合驱动模式(加速工况)。逻辑表达式如下：

(Treq≥T1)∩(SOC≥SOC1)

式中T1为设定在稳定调速模式下发动机最大转矩值。

(4)混合驱动调速模式的选择：

当汽车所需转矩小于设定稳定调速模式下发动机能够提供的最大转矩，但大于某一限定最小转矩，并且SOC大于设定动力电池储能下限，小于某一设定动力电池储能上限值时；或者车速大于某一设定值，并且SOC小于设定动力电池储能下限需充电时，汽车工作于稳定调速混合动力模式。逻辑表达式如下：

(Treq≤T1)∩(SOC1≤SOC≤SOC0)或者

(V≥V1)∩(SOC≤SOC0)

其中，V1为汽车进入正常行驶状态的速度下限。

(5)传统工作模式(发动机驱动模式)的选择：

在满足混合驱动条件但是电池电量低于储能下限、或者汽车运行于正常行驶状况，蓄电池电量正常，但发动机工作于最佳效率区，此时汽车工作于发动机驱动模式。

逻辑表达式如下：

(Treq≥T1)∩(SOC≤SOC0)。

Claims (5)

1、一种基于行星轮系的可锁止行星架的混合动力驱动机构，由行星轮系所组成，其特征在于：行星轮系的齿圈设有中心轴，所述中心轴连接于动力源的输出轴，行星轮系的太阳轮设有中间输出轴，所述中间输出轴和电机输出轴传动连接于本驱动机构的动力输出轴，所述行星轮系的行星架设有受控于整车控制系统的电磁锁止机构。

2、根据权利要求1所述的混合动力驱动机构，其特征在于：所述的行星架设有套装于中间输出轴的空心轴，空心轴与中间输出轴之间设有支撑轴承，行星架的空心轴设有受控于整车控制系统的电磁锁止机构。

3、根据权利要求1所述的混合动力驱动机构，其特征在于：所述的电机是双端轴电机，中间输出轴与电机一端轴连接，电机另一端轴与本驱动机构的动力输出轴相连接。

4、根据权利要求1所述的混合动力驱动机构，其特征在于：所述的齿圈其中心轴与动力源输出轴之间设有减速或增速机构。

5、根据权利要求1所述的混合动力驱动机构，其特征在于：所述的电机输出轴与本驱动机构动力输出轴之间设有变速器。

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