CN101844509A - 一种单行星排的混合动力总成装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单行星排的混合动力总成装置，其特征是设置由齿圈、太阳轮、行星轮以及与行星轮之间以轴承连接的行星架构成的单行星轮系，发动机的发动机输出转轴与行星轮系中行星架连接，一只电机/发电机的转动轴与行星轮系中的太阳轮中心轴连接，行星轮系中的齿圈通过动力输出齿轮并以动力输出齿轮的齿轮中心轴连接外部传动系；在齿轮中心轴、太阳轮中心轴以及发动机输出转轴上分别设置有各锁止器。本发明结构简单、部件少、功能齐全，能最大限度降低成本，提高燃油经济性和整车动力性，可根据工况在燃油和电力之间来回切换或者相互补充、同时工作。

Description

一种单行星排的混合动力总成装置

技术领域

本发明涉及混合动力驱动装置，具体是一种单行星排的混合动力总成驱动装置。

背景技术

当前普遍使用的燃油发动机汽车存在种种弊病，尤其是在世界能源越来越紧张和环境保护越来越重要的今天，传统的内燃机已经不符合未来的发展趋势，各种各样的电动汽车脱颖而出。但是由于电池的能量密度与汽油相比差上百倍，其技术问题严重阻碍了电动汽车的应用。

混合动力主要指汽车使用燃油驱动和电力驱动两种驱动方式，由于不同的动力驱动有自己独特的经济工作区，因此采用混合动力可以实现优势互补。在不同的工作模式下采用不同的动力驱动，便能使发动机一直保持在最佳工况状态，动力性好，排放量低，从而实现燃油经济性。

混合动力汽车的关键是混合动力总成系统，它的性能直接关系到混合动力汽车整车性能。目前国内的混合动力驱动系统多是在原来的动力系统上串联或者并联一个电机，其节能、环保的优势并不明显，车辆的燃油经济性非常有限；而以丰田的Prius为代表的混合动力汽车采用多电机或者多行星排机电耦合驱动，虽然带来了多样化的工作模式和相对良好的动力性，却由于构造复杂，导致成本远远高于其带来的经济性，不利于混合动力汽车的推广和普及。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处提供一种结构简单紧凑、部件少、功能齐全，能最大限度降低成本，同时提高燃油经济性和整车动力性的单行星排的混合动力总成装置，根据工况在燃油和电力之间来回切换或者相互补充、同时工作。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明单行星排的混合动力总成装置的结构特点是设置由齿圈、太阳轮、行星轮以及与行星轮之间以轴承连接的行星架构成的单行星轮系，发动机的发动机输出转轴与行星轮系中行星架连接，一只电机/发电机的转动轴与行星轮系中的太阳轮中心轴连接，所述行星轮系中的齿圈通过动力输出齿轮以所述动力输出齿轮的齿轮中心轴连接外部传动系；在所述齿轮中心轴、太阳轮中心轴以及发动机输出转轴上分别设置动力输出轴锁止器、太阳轮中心轴锁止器以及行星架轴锁止器。

本发明通过三个锁止器分别制动相应结构，可以实现发动机驱动、纯电动驱动、电机助力共同驱动、发动机启动、停车发电、行车发电、制动能量回收等多种工作模式。根据工况的不同自动切换相应模式，可以使发动机一直在燃油经济性工作点工作，保持电机能量时刻充足，必要时回收多余能量调整车速，或者电机助力提高整车动力性能，大大提高了燃油经济性和整车动力性。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明采用单行星排结构，其结构紧凑、动力传递部件少，增加了传动的可靠性，减少传递损失；

2、本发明仅仅采用一只电机、一只发动机和单排行星系，较少了零部件质量和体积，大幅度降低制造成本，同时提高整车动力性能；

3、本发明可以在多种工作模式下为电机充电，保持电能充足，保证整车动力随时待命；

4、可以根据工况实现电力和燃油的最优动力组合，使各种动力始终工作在最佳经济工作区，实现优势互补，最大限度提高能量利用率，降低废气排放；

5、采用单行星排并联结构，实现功率分流和无级变速，减少了能量流失，提高了整车舒适性和动力性。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明停车发电模式的能量传递路线示意图；

图3为本发明静止启动发动机模式的能量传递路线示意图；

图4为本发明行车启动发动机模式的能量传递路线示意图；

图5为本发明纯电动驱动模式的能量传递路线示意图；

图6为本发明纯发动机驱动模式的能量传递路线示意图；

图7为本发明行车发电模式的能量传递路线示意图；

图8为本发明电机助力模式的能量传递路线示意图；

图9为本发明制动能量回收模式能量传递路线示意图；

图中标号：1动力输出轴锁止器、2电机/发电机、3太阳轮中心轴锁止器、4齿圈、5行星轮、6太阳轮、7发动机、8行星架轴锁止器。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参见图1，本实施例设置由齿圈4、太阳轮6、行星轮5以及行星架构成的单行星轮系；发动机7的发动机输出转轴与行星轮系中行星架连接，一只电机/发电机2的转动轴与行星轮系中的太阳轮中心轴连接，行星轮系中的齿圈4通过动力输出齿轮以齿轮中心轴连接外部传动系；在齿轮中心轴、太阳轮中心轴以及发动机输出转轴上分别设置动力输出轴锁止器1、太阳轮中心轴锁止器3以及行星架轴锁止器8。

本实施例中，电机\发电机2作为电动机是通过太阳轮6连接到齿圈4，从而连接到动力输出齿轮，直接给整车提供动力；电机\发电机2同时也可以用来启动发动机7和吸收发动机7的能量发电，并调节发动机7的转速，从而调整车速，减少转速波动。

发动机7作为动力单元，其动力可以通过行星轮系直接传递给车轮，也可以通过行星轮系传递给电机\发电机2，驱动电机\发电机2作为发电机给蓄电池充电。

动力输出轴锁止器1用来抱死动力输出齿轮中心轴，保证动力只在电机\发电机2和发动机7之间传递，为停车发电和静止启动发动机提供安全保障。太阳轮中心轴锁止器3用来抱死太阳轮中心轴，使电机\发电机2不参与动力分配，实现纯发动机动力行驶。行星架轴锁止器8用来抱死行星架，保证发动机7停止输出动力。由于行星架和行星轮5之间通过轴承连接，当行星架被抱死时行星轮5仍然可以转动，保证电机\发电机2的正常运转和汽车的惯性滑行，从而实现纯电动驱动和制动时的能量回收。

本实施例中以图示列举各工作模式如下：

停车发电模式：

图2所示，动力输出端轴锁止器1被抱死，行星轮系中的齿圈4停止转动。发动机7启动提供动力，动力通过行星轮5的行星架传递给太阳轮6，带动太阳轮中心轴运转，使连接到太阳轮中心轴的电机\发电机2作为发电机开始工作，从而给蓄电池充电。动力传递路线如图2中箭头所示。在这一工作模式下，要求通过调整系统的参数使得发动机转速及负载工作于最佳经济区，从而提高燃油发电效率。

静止启动发动机模式：

图3所示，动力输出端轴锁止器1被抱死，齿圈4停止转动。电机\发电机2此时作为电动机输出动力，动力通过太阳轮6传递给行星轮5，行星轮5再通过行星架带动发动机7启动，实现发动机7静止状态下的启动。动力传递路线如图3中箭头所示。

行车启动发动机模式：

图4所示，行星架轴锁止器8由原来的锁住变为松开，汽车依靠惯性和电机\发电机2的动力继续向前行驶，齿圈4和太阳轮6同时反拖发动机7，从而带动发动机7运转。启动发动机7的动力来源于汽车行驶惯性动力和电机\发电机2提供的动力。电机\发电机2的动力通过太阳轮6传递给行星轮5，进而通过行星架带动发动机7启动；另一方面，汽车由于惯性继续向前行驶，带动齿圈4继续运转，通过行星轮5传递动力给发动机7。二者共同助力，加速了发动机7的启动。动力传递路线如图4中箭头所示。行车启动发动机一般是在车速提高到一定程度，进入了发动机的燃油经济区时，在行驶过程中启动发动机。也可能是汽车在纯电动行驶过程中遇到需要加速或者超车的路况，或者电池电量低于一定值时，要由发动机进行助力或者充电。行车启动发动机时候首先需要慢慢放松与发动机相连的轴锁止器，依靠车身的惯量带动齿圈转动，电机\发电机带动太阳轮转动，这两个能量通过行星轮系耦合后输出到行星架，从而带动发动机运转，成功启动发动机。启动过程中电机\发电机要保持或增加一定的能量输出，防止车身抖动。

纯电动驱动模式：

图5所示，行星架轴锁止器8锁死，发动机7停止输出动力，行星轮5绕着固定的行星架轴转动，只起传递动力的作用。电机\发电机2此时作为电动机工作，通过太阳轮6输出动力，动力再通过行星轮5、齿圈4传递至动力传输齿轮，从而传递至车轮驱动汽车。动力传递路线如图5中箭头所示。在低速或交通拥挤路况复杂的工况下，纯电动驱动比较经济，当电池SOC值高于某一特定值时，发动机停止工作。此时汽车动力仅由电机\发电机提供，电机\发电机充当电动机工作，带动太阳轮转动，通过行星轮、行星圈将动力输出，从而驱动汽车行驶。

纯发动机驱动模式：

图6所示，太阳轮中心轴锁止器3锁死，电机\发电机2不参与动力供给。发动机7通过行星架带动行星轮5运转，再通过齿圈4传递动力至动力输出齿轮，从而传递至车轮驱动汽车。动力传递路线如图6中箭头所示。当汽车高速行驶，工况进入发动机燃油经济性工作区时，太阳轮中心轴抱死，电机\发电机停止工作，仅由发动机通过行星架带动行星轮运转，传输动力至动力输出端，使发动机在理想工作状态下运行，从而降低能耗、减少废气排放。

行车发电模式：

图7所示，动力输出轴锁止器1、太阳轮中心轴锁止器3和行星架锁止器8均松开，由发动机7提供所有动力。发动机7通过行星架传递动力至行星轮5，再通过行星轮系进行效率分流，一部分通过齿圈4传递动力到动力输出齿轮，进而传递给车轮以保持整车正常行驶，另一部分通过太阳轮6传递给电机\发电机2，带动电机\发电机2作为发电机开始工作，从而为蓄电池充电。动力传递路线如图7中箭头所示。当汽车行驶所需要的功率小于发动机在最佳工作区工作提供的功率时，太阳轮行星轴抱死装置会自动松开，发动机就会通过行星排分流一部分功率给电机\发电机，此时电机\发电机充当发电机，将发动机传至的动力转化为电能存储在电池中以备其他工况使用。同时通过这种方式可以调节齿圈的速度，实现对外无级调速。

电机助力模式：

图8所示，动力输出轴锁止器1、太阳轮中心轴锁止器3以及行星架锁止器8均松开，电机\发电机2作为电动机也参与动力供给。发动机7输出的动力通过行星架传递至行星轮5，进而传递给齿圈4外圈齿轮，电机\发电机2输出的动力也通过太阳轮6传递给齿圈4，二者共同传输动力，加快齿圈4的转动，从而加快与之相连接动力输出端的转动，为汽车行驶提供更高的功率。动力传递路线如图8中箭头所示。当发动机作为动力源，同时电池SOC值较高，汽车需要高速行驶，需求功率高于发动机效率最优功率时，就需要由电机\发电机提供助力，通过调整电机\发电机的工作状态使汽车在高速时实现速度的平滑转换。此时电机\发电机作为电动机工作，与发动机并联共同为汽车的高速行驶提供动力。

制动能量回收模式模式：

图9所示，发动机7停止提供动力，动力输出轴锁止器1保持松开使汽车靠惯性滑行，太阳轮中心轴锁止器3松开使电机\发电机2自由旋转。此时，汽车由于惯性继续前行，带动齿圈4转动，进而通过行星轮5带动太阳轮6转动，传递动力至电机\发电机2，电机\发电机2作为电动机工作，回收制动能量为蓄电池充电，从而提高能量利用率。动力传递路线如图9中箭头所示。行车制动时发动机停止喷油，汽车由于惯性仍会向前滑行，拖动行星轮反转，带动太阳轮反转，此时电机\发电机自由旋转作为发电机运行，回收制动能量，并对蓄电池充电。

Claims (1)

1.一种单行星排的混合动力总成装置，其特征是设置由齿圈(4)、太阳轮(6)、行星轮(5)以及与行星轮(5)之间以轴承连接的行星架构成的单行星轮系，发动机(7)的发动机输出转轴与行星轮系中行星架连接，一只电机/发电机(2)的转动轴与行星轮系中的太阳轮中心轴连接，所述行星轮系中的齿圈(4)通过动力输出齿轮以所述动力输出齿轮的齿轮中心轴连接外部传动系；在所述齿轮中心轴、太阳轮中心轴以及发动机输出转轴上分别设置动力输出轴锁止器(1)、太阳轮中心轴锁止器(3)以及行星架轴锁止器(8)。

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