CN101920651B - 双行星排式液驱混联式混合动力系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双行星排式液驱混联式混合动力系统。其包括前行星排、后复合行星排、输入轴、输出轴、A液压马达/泵、B液压马达/泵、高压储能器及低压储能器等。A液压马达/泵的输出端和前行星排的前行星排太阳轮固接，输入轴左端和前行星排的前行星排内齿圈相啮合，B液压马达/泵与后复合行星排套装在输入轴上，后复合行星排的复合行星架和输出轴固接，大太阳轮的左端和B液压马达/泵中心轴固接。B液压马达/泵的高压油口和高压储能器管路连接，B液压马达/泵的低压油口和低压储能器管路连接，A液压马达/泵的高压油口和液控单向阀B口管路连接，液控单向阀A口和高压储能器管路连接，A液压马达/泵的低压油口和低压储能器管路连接。

Description

双行星排式液驱混联式混合动力系统

技术领域

本发明涉及一种应用于汽车上的混合动力装置，更确切地说，本发明涉及一种以燃油和液压马达为能源的双行星排式液驱混联式混合动力系统。

背景技术

节能与环保是21世纪汽车发展的两大主题，电动汽车是传统燃油内燃机汽车的理想替代品，但受蓄电池能量的限制以及燃料电池高成本的约束，液驱混合动力汽车可视为一种综合解决上述问题的可行方案。混合动力汽车具有典型的三种结构型式(串联SHV、并联PHV和混联SPHV)。其中，串联混合动力汽车的发动机与驱动轮之间没有直接的机械连接，比较易于对该动力源进行最佳控制，并联混合动力汽车的发动机和驱动轮有机械连接，可直接驱动整车，整车效率较串联式高。混联式混合动力汽车结合了串联与并联式的优点，可根据整车状态信息，选择最佳的动力耦合方式，使主要动力源(发动机及液压动力部件)工作于理想的状态。因此，混联式动力耦合系统可使混合动力汽车具有最佳的综合性能。

因为行星齿轮传动与一般的定轴齿轮传动相比，具有质量小、体积小、传动比大、承载能力强、传动平稳及传动效率高等优点，可以同时实现功率分流和变速的目的，单个行星齿轮的机构就可以代替原型车中的离合器和变速器。而双排行星机液耦合驱动装置在具备上述优点的同时，还可以更好的减少发动机与液压马达切换过程中的速度波动，更好的实现无级变速，同时降低对于液压马达的要求，是一种先进的混合动力汽车驱动装置。

混联式混合动力汽车中的动力耦合必须通过一种机构或装置来实现，对于单行星齿轮机构的动力耦合装置(Single-Mode Power-Split Device)，在国外比较成功的典例是日本丰田公司的THS系统，在该系统中，发电机可以根据工况的动力需求通过动力耦合装置调节发动机的转速，使得发动机的转速从车速中解耦出来，这样使发动机就可以工作于理想的转速区域；同时，在动力耦合装置与驱动桥相连的输出轴上安装了大功率的驱动电机可以使得发动机的扭矩从路面负荷扭矩中解耦出来，这样就使发动机可以运行于理想的转矩区域，达到电动无级连续变速(ECVT)的性能，消除了传统变速器，使整车系统得到极大简化。可见，不仅其自身的传动效率高，而且也能够使发动机工作在最佳的转速-扭矩点，即最佳的燃油经济性区域。而申请人所提出的是双行星排式动力耦合装置(Dual-Mode Power-Split Device)，虽比Single-Mode Power-SplitDevice结构更加复杂，但可以支持足够的转矩输出，其应用的范围更广(如可以应用于SUV类四轮驱动混合动力汽车或中型混合动力货车等)，国外成型的典例有Toyota 2006年生产的Highlander和Lexus GS450，还有GM公司2003年生产的2-PG Hybrid System和2004年Timken公司的Two Mode Hybrid System，这些动力系统的能量源都为机电混合，而不属于机液混合形式，机液混合能真正避免来自于电池的限制(包括能量限制、环境污染及高维护费用及购车成本)，具有极大的市场竞争优势。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的问题，提供了一种双行星排式液驱混联式混合动力系统。为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的双行星排式液驱混联式混合动力系统包括前行星排、后复合行星排，所述的前行星排包括前行星排内齿圈与前行星排太阳轮，所述的后复合行星排包括复合行星架、大太阳轮、小太阳轮与后复合行星排共用内齿圈。所述的双行星排式液驱混联式混合动力系统还包括连接轴、输入轴、输出轴、C2离合制动器、C3离合制动器、液控单向阀、B液压马达/泵、A液压马达/泵、高压储能器及低压储能器。

前行星排套装在连接轴的右端，A液压马达/泵套装在连接轴的左端并和前行星排太阳轮固定连接。输入轴右端和输出轴的左端固定连接，输入轴和输出轴的回转轴线共线。输入轴左端和前行星排内齿圈啮合连接，输入轴的回转轴线和前行星排内齿圈、前行星排太阳轮、A液压马达/泵与连接轴的回转轴线平行。B液压马达/泵套装在输入轴上成转动连接，后复合行星排套装在B液压马达/泵右侧的输入轴上，复合行星架和输出轴固定连接，大太阳轮的左端和B液压马达/泵的中心轴固定连接。小太阳轮的左端与后复合行星排共用内齿圈的外圆柱面分别和C2离合制动器与C3离合制动器转动连接。B液压马达/泵的高压油口和高压储能器管路连接，B液压马达/泵的低压油口和低压储能器管路连接。A液压马达/泵的高压油口和液控单向阀的B口管路连接，液控单向阀的A口和高压储能器管路连接，A液压马达/泵的低压油口和低压储能器管路连接。

技术方案中所述的前行星排还包括前行星排行星架与4个结构相同的前行星排行星轮。4个结构相同的前行星排行星轮均布在距前行星排行星架回转轴线等半径的圆周上为转动连接，各前行星排行星轮的回转轴线和前行星排行星架的回转轴线相平行。各前行星排行星轮的外侧和前行星排内齿圈的内齿相啮合，各前行星排行星轮的内侧和前行星排太阳轮啮合连接；所述的后复合行星排还包括3个结构相同的短行星轮与3个结构相同的长行星轮。3个结构相同的长行星轮均布在距复合行星架回转轴线等半径的圆周上为转动连接，各长行星轮的回转轴线和复合行星架的回转轴线相平行。各长行星轮的外侧和后复合行星排共用内齿圈的内齿相啮合，各长行星轮的内侧和大太阳轮与各短行星轮同时啮合，各短行星轮的回转轴线和复合行星架的回转轴线相平行。各短行星轮的内侧和小太阳轮相啮合，各短行星轮安装在复合行星架的左侧壁板上。大太阳轮套装在输入轴上成转动连接，小太阳轮套装在大太阳轮的左端成转动连接。输入轴的回转轴线和大太阳轮、小太阳轮与复合行星架的回转轴线共线；所述的C3离合制动器主要由齿圈制动器体、制动带、制动器活塞、推杆、回位弹簧与齿圈制动器液压缸组成。齿圈制动器体与制动带依次套装在后复合行星排共用内齿圈的外圆周面上，制动带的里侧和后复合行星排共用内齿圈的外圆周面有一定间隙，齿圈制动器体与制动带的一端通过螺栓固定在壳体内，齿圈制动器体与制动带的另一端分别和齿圈制动器液压缸与推杆的一端连接。推杆的另一端与安装在齿圈制动器液压缸内的制动器活塞固定连接，制动器活塞左侧的推杆上套装有回位弹簧，齿圈制动器液压缸固定在壳体内。

与传统燃油内燃机汽车相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的双行星排式液驱混联式混合动力系统可以回收车辆的制动动能，明显提高车辆的燃油经济性。

2.本发明所述的双行星排式液驱混联式混合动力系统中的发动机和液压蓄能器可以同时工作，提高了车辆的动力性能。

3.本发明所述的双行星排式液驱混联式混合动力系统可以实现无级变速，保证发动机工作于最佳燃油经济区，降低油耗。

4.本发明所述的双行星排式液驱混联式混合动力系统可以减少制动器的使用次数和强度，延长其使用寿命，降低其维修、保养费用。

5.本发明所述的双行星排式液驱混联式混合动力系统可以选用较小功率的发动机满足车辆的正常行驶要求，减少有害气体排放量，减少对环境的污染。

6.本发明所述的双行星排式液驱混联式混合动力系统改善车辆行驶平稳性，提高乘坐舒适性。

与混合动力电动汽车相比本发明的有益效果是：

1.在同等条件下，本发明所述的双行星排式液驱混联式混合动力系统中的液压蓄能器能为车辆提供更大的辅助动力。

2.本发明所述的双行星排式液驱混联式混合动力系统中的液压蓄能器充放能量速度要比蓄电池快得多，在相同条件下，液压蓄能器回收的能量多，而且价格便宜。

3.本发明所述的双行星排式液驱混联式混合动力系统中的液压马达/液压泵输出扭矩大，控制精度高，响应速度快，结构紧凑，质量轻，所需安装空间小。

4.本发明所述的双行星排式液驱混联式混合动力系统中的液压蓄能器使用寿命长，而且废旧储能元件不会对环境造成污染。

5.本发明所述的双行星排式液驱混联式混合动力系统中的能量回收系统结构简单、工作可靠、使用寿命长。

双行星排式的动力耦合装置与液压马达等动力源的联合使用可以实现液压驱动无级连续变速(H-CVT)的控制功能，从而消除了传统的变速器机构，使整车动力传动系统得到极大简化，传动效率提高。另外，液压驱动马达及液压储能器取代电机、电池，不仅可以大大降低汽车的生产成本及维护费用，还可以节省处理更换下来的电池的高额费用，并且彻底避免电池更换对环境的恶性污染。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是表示本发明所述的双行星排式液驱混联式混合动力系统结构原理的示意图；

图2是本发明所述的双行星排式液驱混联式混合动力系统在静止启动模式时A液压马达/泵动力的传递路线图；

图3是本发明所述的双行星排式液驱混联式混合动力系统在纯液压启动模式时B液压马达/泵7动力的传递路线图；

图4是本发明所述的双行星排式液驱混联式混合动力系统在纯液压驱动模式时高压储能器供压力油给液B压马达/泵使其作为马达运行的B液压马达/泵动力的传递路线图；

图5是本发明所述的双行星排式液驱混联式混合动力系统在发动机单独驱动模式时发动机输出动力的传递路线图；

图6-1是本发明所述的双行星排式液驱混联式混合动力系统在混合驱动模式时发动机1与B液压马达/泵7共同驱动车辆的输出动力的传递路线图，其中B液压马达/泵的动力输出是依次通过后复合行星排中的大太阳轮、长行星轮传递；

图6-2是本发明所述的双行星排式液驱混联式混合动力系统在混合驱动模式时发动机1与B液压马达/泵7共同驱动车辆的输出动力的传递路线图，其中B液压马达/泵7动力输出是依次通过后复合行星排中的大太阳轮、短行星轮传递；

图7-1是本发明所述的双行星排式液驱混联式混合动力系统在联合制动模式时高压储能器回收能量和发动机动力输出来平衡车辆动能的传递路线图；

图7-2是本发明所述的双行星排式液驱混联式混合动力系统在B液压马达/泵制动模式时的高速情况下高压储能器回收来自车轮的车辆动能的回收路线图；

图7-3是本发明所述的双行星排式液驱混联式混合动力系统在B液压马达/泵制动模式时的中低速情况下高压储能器回收来自车轮的车辆动能的回收路线图；

图8是本发明所述的双行星排式液驱混联式混合动力系统中前行星排结构组成主视图上的全剖视图；

图9是本发明所述的双行星排式液驱混联式混合动力系统中后复合行星排及C3离合制动器结构组成的右视图；

图10是本发明所述的双行星排式液驱混联式混合动力系统中后复合行星排结构组成在图10中A-A位置的阶梯剖视图(C3离合制动器没画出)；

图中：1.发动机，2.C1离合器，3.前行星排行星架，4.高压储能器，5.液控单向阀，6.前行星排内齿圈，7.B液压马达/泵，8.C2离合制动器，9.C3离合制动器，10.后复合行星排共用内齿圈，11.复合行星架，12.大太阳轮，13.车轮，14.差速器，15.小太阳轮，16.短行星轮，17.长行星轮，18.低压储能器，19.前行星排行星轮，20.A液压马达/泵，21.前行星排太阳轮，22.连接轴，23.输入轴，24.输出轴，25.齿圈制动器体，26.制动带，27.制动器活塞，28.推杆，29.回位弹簧，30.齿圈制动器液压缸，31.套筒，32.齿圈套，33.输入轴齿轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

本发明的目的是提供一种新型液驱混联式混合动力系统，即提供一种以双行星排作为机液耦合装置的液驱混联式混合动力系统，以克服目前混合动力汽车存在的价格高，体积大，使用寿命短，废旧储能元件对环境污染等缺点，改善混合动力汽车的使用性能、提高其燃油经济性、实现超低排放。

参阅图1，本发明所述的双行星排式液驱混联式混合动力系统主要由高压储能器4、液控单向阀5、B液压马达/泵7、C2离合制动器8、C3离合制动器9、低压储能器18、A液压马达/泵20、连接轴22、前行星排、后复合行星排、输入轴23与输出轴24组成。

参阅图1与图8，本发明所述的前行星排主要由前行星排行星架3、4个结构相同的前行星排行星轮19、前行星排太阳轮21与前行星排内齿圈6组成。

4个结构相同的前行星排行星轮19分别通过前行星排行星轮轴均布在距前行星排行星架3回转轴线等半径的圆周上为转动连接，4个机构相同的前行星排行星轮19的回转轴线和前行星排行星架3的回转轴线相平行，安装在前行星排行星架3上的4个机构相同的前行星排行星轮19的外侧和前行星排内齿圈6的内齿相啮合，4个机构相同的前行星排行星轮19的内侧和前行星排太阳轮21啮合。整个前行星排是套装在连接轴22的右端。连接轴22设置为阶梯轴，在连接轴22的回转轴线上从右到左加工一长盲孔，并在连接轴22上即和前行星排太阳轮21配装部分沿径向加工2-3个和中轴线上的长盲孔相通的其作用是输送润滑油的径向通孔，在连接轴22右端加工一个圆环体。所述的前行星排行星架3是一组合件，它由左、右两部分即由左端盖与右端盖组成，左端盖与右端盖通过焊接方式连成一体。前面已述整个前行星排是套装在连接轴22的右端，更具体地说，和前行星排行星轮19内侧相啮合的前行星排太阳轮21套装在连接轴22上成转动连接，为了减小两者之间的摩擦，在前行星排太阳轮21中心孔的两端分别加装一个套筒31；安装有4个结构相同的前行星排行星轮19的前行星排行星架3套装在连接轴22上，前行星排行星架3中的右端盖套装在连接轴22右端圆环体的外圆柱面上并采用焊接方式固定。

参阅图1、图9与图10，本发明所述的后复合行星排是属于拉威挪式双行星排。所述的后复合行星排主要由后复合行星排共用内齿圈10、复合行星架11、大太阳轮12、小太阳轮15、3个结构相同的短行星轮16与3个结构相同的长行星轮17组成。

3个结构相同的长行星轮17分别通过长行星轮轴均布在复合行星架11上的距复合行星架11回转轴线等半径的圆周上为转动连接，3个结构相同的长行星轮17的回转轴线和复合行星架11的回转轴线相平行，安装在复合行星架11上的3个结构相同的长行星轮17的外侧和后复合行星排共用内齿圈10的内齿相啮合，3个结构相同的长行星轮17的内侧和大太阳轮12与3个结构相同的短行星轮16同时啮合，3个结构相同的短行星轮16的回转轴线和复合行星架11的回转轴线相平行，3个结构相同的短行星轮16的内侧和小太阳轮15相啮合。小太阳轮15套装在大太阳轮12的左端成转动连接，大太阳轮12套装在输入轴23上成转动连接，安装有3个结构相同的长行星轮17的复合行星架11套装在输入轴23与输出轴24上。输入轴23与输出轴24之间固定连接，输入轴23与输出轴24的回转轴线共线，复合行星架11的右侧圆形壁板和输出轴24固定连接(采用键或焊接方式)，复合行星架11与后复合行星排共用内齿圈10的回转轴线同和输入轴23的回转轴线共线。其中：复合行星架11是由左、右侧两块圆形壁板构成，左、右侧两块圆形壁板上(的距左、右侧两块圆形壁板回转轴线等半径的圆周上)加工有安装长行星轮轴的通孔，在左侧圆形壁板上(的距左侧圆形壁板回转轴线等半径的圆周上)还加工有安装短行星轮轴的通孔。长行星轮17通过长行星轮轴安装在复合行星架11中的左、右侧两块圆形壁板上，短行星轮16通过短行星轮轴安装在复合行星架11中的左侧圆形壁板上。

本发明所述的双行星排式液驱混联式混合动力系统的前行星排中的前行星排行星架3通过连接轴22与C1离合器2和发动机1输出轴连接，连接轴22与发动机1输出轴的回转轴线共线。套装在连接轴22左端成转动连接的A液压马达/泵20的输出轴(空心轴)的右端和前行星排中的前行星排太阳轮21的左端(借助于键等方式)固定连接，前行星排中的前行星排内齿圈6右端的采用焊接方式相连接的齿圈套32和输入轴23左端上的输入轴齿轮33啮合连接。输入轴23的回转轴线和前行星排行星架3、前行星排内齿圈6、前行星排太阳轮21、A液压马达/泵20、连接轴22与发动机1输出轴的回转轴线平行。输入轴23为一根空心的阶梯轴，在输入轴23的中轴线上加工一长通孔，并在输入轴23的右端即和大太阳轮12配装部分沿径向加工3-4个和中轴线上的长通孔相通的径向通孔，其作用是给各零部件输送润滑油。输入轴23的右端面和输出轴24的左端面固定连接，也可以将输入轴23和输出轴24加工成一体。后复合行星排套装在输入轴23和输出轴24上，后复合行星排中的复合行星架11的右侧圆形壁板和输出轴24的左端通过键或焊接方式固定连接。B液压马达/泵7套装在后复合行星排中的大太阳轮12左侧的输入轴23上成转动连接，B液压马达/泵7中心轴(空心轴)的右端和大太阳轮12的左端固定连接。输出轴24的左端和复合行星架11的右侧圆形壁板固定连接后，输出轴24的右端(通过驱动轴)和差速器(驱动桥)14固定连接进而实现驱动车轮13。小太阳轮15的左端套装有C2离合制动器8(在不刹车的工况下)成转动连接，C2离合制动器8在刹车的工况下起刹车制动作用。后复合行星排共用内齿圈10的外圆周面上固定有一层耐磨材料，耐磨材料的外圆周面上套装有C3离合制动器9(在不刹车的工况下)成转动连接，C3离合制动器9在刹车的工况下也起刹车制动作用。B液压马达/泵7的高压油口和高压储能器4管路连接，B液压马达/泵7的低压油口和低压储能器18管路连接。A液压马达/泵20的高压油口和液控单向阀5的B口管路连接，液控单向阀5的A口和高压储能器4管路连接，A液压马达/泵20的低压油口和低压储能器18管路连接。其中：B液压马达/泵7与A液压马达/泵20对于不同的车型(中、小型)可以根据动力性设计目标，先确定发动机1的功率等级，然后匹配B液压马达/泵7的功率等级，最后再来确定A液压马达/泵20的功率大小，就是说不同车型(中、小型)选用型号不同的B液压马达/泵7、A液压马达/泵20与发动机1。

双行星排式液驱混联式混合动力系统的结构特点在于发动机1的输出端与前行星排中的前行星排行星架3以机械形式连接，A液压马达/泵20输出端与前行星排中的前行星排太阳轮21固定连接，B液压马达/泵7输出端与后复合行星排中的大太阳轮12固定连接，与前行星排中的前行星排行星轮19内啮合的前行星排内齿圈6、与后复合行星排中的长行星轮17相连接的复合行星架11以及整车的驱动轴之间皆以机械形式连接。

组成整个双行星排式液驱混联式混合动力系统的零部件，除了高压储能器4和低压储能器18以外，液控单向阀5、B液压马达/泵7、C2离合制动器8、C3离合制动器9、A液压马达/泵20、连接轴22的一部分、前行星排、后复合行星排、输入轴23与输出轴24的一部分都装在一个壳体内，壳体安装在汽车车架上，壳体上设置有2个通孔，高压储能器4和低压储能器18通过管路分别和A液压马达/泵20与B液压马达/泵7的高压油口与低压油口连接。

参阅图9，本发明所述的双行星排式液驱混联式混合动力系统中的C3离合制动器9主要由齿圈制动器体25、制动带26、制动器活塞27、推杆28、回位弹簧29与齿圈制动器液压缸30组成。

齿圈制动器体25与制动带26依次套装在后复合行星排共用内齿圈10外圆周面上固定的一层耐磨材料的外圆周面上，制动带26的里侧和耐磨材料的外圆周面之间有一定的间隙，使得在不刹车的工况下后复合行星排共用内齿圈10能够自由转动。齿圈制动器体25与制动带26的一端通过螺栓固定在壳体内，齿圈制动器体25与制动带26的另一端分别和齿圈制动器液压缸30与推杆28的一端连接，推杆28的另一端与安装在齿圈制动器液压缸30内的制动器活塞27固定连接，制动器活塞27在齿圈制动器液压缸30内可往复自由移动，制动器活塞27左侧的推杆28上套装有回位弹簧29，齿圈制动器液压缸30固定在壳体内。当高压油进入齿圈制动器液压缸30的油腔时，高压油推动制动器活塞27压缩回位弹簧29向左运动，拉紧制动带26实现后复合行星排共用内齿圈10的制动；当高压油排出齿圈制动器液压缸30的油腔时，制动器活塞27在被压缩的回位弹簧29的作用下向右运动，制动带26自动复位取消刹车的工况。

本发明所述的双行星排式液驱混联式混合动力系统中的C2离合制动器8的结构、安装方式与工作原理和C3离合制动器9一样，此处不赘述。

通过对C2离合制动器8与C3离合制动器9、A液压马达/泵20与B液压马达/泵7和前行星排与后复合行星排的不同组合状态实现双行星排式液驱混联式混合动力汽车的多种工作模式，具有无级变速的功能和模式切换功能，这种双行星排式液驱混联式混合动力系统结构紧凑，传递部件少，能够在最大限度的节约制造和改造成本的基础上实现节约燃油和保证整车动力性能的目的。

本发明所述的双行星排式液驱混联式混合动力系统的工作模式如表中所示：

注：在前行星排太阳轮21上具有一个锁止装置，图1中未画出，

●表示离合制动器接合或锁死

○表示离合制动器分离或不锁死

各种工作模式(参阅图表)的阐述：

1.启动模式

启动模式根据整车的初始状态，分为静止启动和纯液压启动两种情况：

静止启动时，C1离合器2接合，C2离合制动器8与C3离合制动器9分离(不锁死)，A液压马达/泵20做启动机运行，其动力通过前行星排太阳轮21带动前行星排行星轮19转动，再经过前行星排行星架3拖动发动机1启动。

纯液压启动时，要求汽车行驶速度超过设定值或A液压马达/泵20的储能不足于启动时，C1离合器2接合，B液压马达/泵7的能量经耦合装置即前行星排(→前行星排内齿圈6→前行星排行星轮19→前行星排行星架3)传递至发动机1，实现发动机1的启动，并进入发动机1的运行，功率分流驱动汽车，并对A液压马达/泵20补充能量。

2.发动机单独驱动模式

指汽车在中低速行驶，汽车运行所需的转矩由发动机1单独提供，C1离合器2接合，A液压马达/泵20作为液压泵吸收能量，B液压马达/泵7自由旋转，动力由发动机1经前行星排与后复合行星排传至车轮。

3.纯液压驱动模式

指汽车在低负荷加速工况或低速行驶工况时，汽车运行所需的转矩由B液压马达/泵7单独提供。此时，C1离合器2分离，发动机1静止，C3离合制动器9接合，前行星排太阳轮21锁死，B液压马达/泵7的动力经后复合行星排中的大太阳轮12、后复合行星排中的长行星轮17和后复合行星排中的短行星轮16后，动力传至后复合行星排中的复合行星架11、输入轴23和差速器14进而实现驱动车轮13。

4.联合驱动模式

在车辆需求功率大于发动机1效率优化的功率时，C1离合器2结合，C3离合制动器9或C2离合制动器8结合，发动机1与液B压马达/泵7共同驱动车辆，A液压马达/泵20根据功率的不同需求及储能值的高低来判断是作为液压马达参与驱动还是作为液压泵吸收驱动剩余能量，这种模式通常是汽车工作于中低速加速和高速区。

5.再生制动模式

再生制动模式根据汽车的状态，分为B液压马达/泵7制动和联合制动两种情况：

中低速情况下，C1离合器2分离，发动机1静止，C2离合制动器8接合，前行星排太阳轮21锁死，A液压马达/泵20自由旋转，由B液压马达/泵7单独制动，克服地面摩擦阻力矩，作为液压泵运行，回收制动能量；

在高速情况下，C3离合制动器9接合，前行星排太阳轮21锁死，机械制动器(C3离合制动器9)和B液压马达/泵7联合制动，根据储能情况，A液压马达/泵20做储能或驱动运行，B液压马达/泵7做储能器，回收制动能量。

在制动时的能量回收，我们可以认定低于一定速度时可以不考虑。但是液压马达的回收效率应予于重视，为了保证其工作在最佳效率区就需根据不同段的车速采取不同的方案，本发明可以通过调节后复合行星排来实现。

所述的前行星排和后复合行星排是本发明所述的双行星排式液驱混联式混合动力系统的动力耦合机构，能够对转速和转矩解耦，从而使发动机1工作在最佳效率区，可以提高燃油经济性。

参阅图1，发动机1作为动力单元，其动力可以通过机械系统直接传给车轮13，也可以通过A液压马达/泵20、B液压马达/泵7以液压能的方式储存。

A液压马达/泵20主要用来启动发动机1和吸收发动机1的能量，B液压马达/泵7可以在启动及驱动过程中驱动车辆，并可作为泵来回收车辆制动时的动能。

参阅图2，在静止启动模式时，C1离合器2接合，液控单向阀5处于开启状态，即压力油的流动方向为A→B，高压储能器4供压力油给A液压马达/泵20使其作为马达运行，A液压马达/泵20的动力输出依次经过前行星排太阳轮21、前行星排行星轮19、前行星排行星架3后带动发动机1启动。动力传递路线如图中的粗实线所示。

参阅图3，在纯液压启动模式时，C1离合器2接合，C3离合制动器9接合，液控单向阀5处于单向流动模式，即压力油的流动方向为B→A，高压储能器4供压力油给B液压马达/泵7使其作为马达运行，B液压马达/泵7的动力输出一方面依次通过后复合行星排中的大太阳轮12、长行星轮17、复合行星架11后传递至车轮13驱动汽车；另一方面B液压马达/泵7的动力输出依次通过前行星排内齿圈6、前行星排行星轮19、前行星排行星架3带动发动机1启动。传递路线如图中的粗实线所示。

参阅图4，在纯液压驱动模式时，C1离合器2分离，发动机1静止，C3离合制动器9接合，前行星排太阳轮21锁死，液控单向阀5处于单向流动模式，即压力油的流动方向为B→A，高压储能器4供压力油给液B压马达/泵7使其作为马达运行，B液压马达/泵7的动力输出通过后复合行星排中的大太阳轮12、长行星轮17、复合行星架11后传递至车轮13驱动汽车。当B液压马达/泵7反转时即为倒车模式，B液压马达/泵7动力的传递路线同上。传递路线如图中的粗实线所示。

参阅图5，在发动机单独驱动模式时，C1离合器2接合，液控单向阀5处于单向流动模式，即压力油的流动方向为B→A，发动机1的动力输出依次经前行星排行星架3、前行星排行星轮19、前行星排太阳轮21及A液压马达/泵20，使A液压马达/泵20作为液压泵工作，从低压储能器18吸收低压油输送至高压储能器4来吸收发动机1通过前行星排太阳轮21等传递的能量至高压储能器4，发动机1输出的动力依次通过前行星排行星架3、前行星排行星轮19、前行星排内齿圈6、输入轴23、输出轴24与差速器14传递至车轮13驱动汽车。传递路线如图中的粗实线所示。

参阅图6-1与图6-2，在联合驱动模式时，C1离合器2接合，液控单向阀5处于单向流动模式，即压力油的流动方向为B→A，发动机1、B液压马达/泵7共同驱动车辆，A液压马达/泵20作为泵或马达工作，当A液压马达/泵20作为泵吸收发动机的部分能量和B液压马达/泵7作为马达驱动整车时，液控单向阀5处于单向工作状态，即液压油的流动方向只能从B→A的单向流动，从而实现高压储能器4的高压油和A液压马达/泵20的液压油的压力耦合控制。一方面发动机1的动力输出依次通过前行星排行星架3、前行星排行星轮19及前行星排内齿圈6、输入轴23、输出轴24与差速器14传递至车轮13驱动汽车；另一方面B液压马达/泵7运行，B液压马达/泵7动力输出通过后复合行星排中的大太阳轮12、长行星轮17(当C3离合制动器9接合时，动力按图6-1所示的传递路线传递)或短行星轮16(当C2离合制动器8接合时，动力按图6-2所示的传递路线传递)；发动机1和B液压马达/泵7的动力在复合行星架11处汇合后再通过输入轴23、输出轴24与差速器14传递至车轮13驱动汽车。传递路线如图6-1、图6-2中的粗实线所示。

参阅图7-1、图7-2和图7-3，在车辆高速的紧急制动情况时，为发动机参与联合制动的再生制动模式，C2离合器8接合，发动机1和B液压马达/泵7共同制动。回收来自车轮13的车辆动能时，一部分车辆动能经过输出轴24、复合行星架11、长行星轮17、大太阳轮12及B液压马达/泵7，再到高压储能器4；另一部分车辆动能则由发动机1经过前行星排行星架3、前行星排行星轮19、前行星排内齿圈6、输入轴23及输出轴24的动力输出来平衡。高压储能器4回收能量和发动机1动力输出来平衡车辆动能的传递路线如图7-1中的粗实线所示。另外，在制动过程中，根据制动强度的不同(即车速的不同)和储能器储能级别，机械制动将进行辅助制动；在车辆高速的非紧急制动情况时，为发动机退出联合制动的再生制动模式，C1离合器2分离，液控单向阀5处于单向流动模式，即压力油的流动方向为B→A，发动机1处于静止状态。当C3离合制动器9接合，前行星排太阳轮21锁死，回收来自车轮13的车辆动能时，依次经过输出轴24、输入轴23、复合行星架11、长行星轮17、大太阳轮12及B液压马达/泵7，再到高压储能器4实现回收制动能量。高压储能器4回收能量的传递路线如图7-2中的粗实线所示；在中低速情况下时，为一般联合制动模式，C2离合制动器8接合，前行星排太阳轮21锁死，车轮13的车辆动能依次经过输出轴24、输入轴23、复合行星架11、长行星轮17、短行星轮16、大太阳轮12及B液压马达/泵7，再到高压储能器4实现回收制动能量。高压储能器4回收能量的传递路线如图7-3中的粗实线所示。

双行星排式液驱混联式混合动力系统的原理特点：

1.整车控制器根据车速及加速踏板的位置/节气门的开度(也可以综合考虑需求功率值)，将以保证发动机1工作在最佳效率区域，同时保证高压储能器4中具有一定的能量储备(为加速或急加速时使用)为前提，通过调整B液压马达/泵7与A液压马达/泵20的动力输入或输出转矩，合理分配需求扭矩于发动机1及B液压马达/泵7。

2.这里的A液压马达/泵20的功能为调整发动机1的转速于最佳的转速区域，即把发动机1的转速从车速中解耦出来，但值得注意的是，由于受液压马达/泵的最高转速的限制，只能在一定程度的解除车速对发动机转速的限制，主要包括两种情况，1-液压马达驱动工况(从高压储能器4中吸收能量)，2-液压马达制动工况(吸收能量存储于高压储能器4中)。

3.B液压马达/泵7具有高转矩输出特性可以增加或补充整车的驱动轴上来自于发动机1的转矩以满足路面转矩需求，即把发动机1的转矩输出从路面需求转矩中解耦出来，解除了发动机1与整车的驱动轴之间因为机械连接而引起的路面需求扭矩对发动机1转矩的限制。

因此，可以保证整车在足够的动力性要求的前提下，发动机1可以运行于最佳效率的燃油经济性区域，获得更高的燃油经济性和排放特性，而且这种双行星排式液驱混联式混合动力系统可以使整车对发动机最大扭矩或最大功率的需求降低，从而在整车动力总成参数设计时，减小了对发动机1尺寸要求，使对发动机1的选择和设计获得了更大的自由度。

Claims (2)

1.一种双行星排式液驱混联式混合动力系统，包括前行星排与后复合行星排，所述的前行星排包括前行星排内齿圈(6)与前行星排太阳轮(21)，所述的后复合行星排包括复合行星架(11)、大太阳轮(12)、小太阳轮(15)与后复合行星排共用内齿圈(10)，其特征在于，所述的双行星排式液驱混联式混合动力系统还包括连接轴(22)、输入轴(23)、输出轴(24)、C2离合制动器(8)、C3离合制动器(9)、液控单向阀(5)、B液压马达/泵(7)、A液压马达/泵(20)、高压储能器(4)及低压储能器(18)；

前行星排套装在连接轴(22)的右端，A液压马达/泵(20)套装在连接轴(22)的左端并和前行星排太阳轮(21)固定连接；输入轴(23)右端和输出轴(24)的左端固定连接，输入轴(23)和输出轴(24)的回转轴线共线，输入轴(23)左端和前行星排内齿圈(6)啮合连接，输入轴(23)的回转轴线和前行星排内齿圈(6)、前行星排太阳轮(21)、A液压马达/泵(20)与连接轴(22)的回转轴线平行；B液压马达/泵(7)套装在输入轴(23)上成转动连接，后复合行星排套装在B液压马达/泵(7)右侧的输入轴(23)上，复合行星架(11)和输出轴(24)固定连接，大太阳轮(12)的左端和B液压马达/泵(7)的中心轴固定连接，小太阳轮(15)的左端与后复合行星排共用内齿圈(10)的外圆柱面分别和C2离合制动器(8)与C3离合制动器(9)转动连接；B液压马达/泵(7)的高压油口和高压储能器(4)管路连接，B液压马达/泵(7)的低压油口和低压储能器(18)管路连接，A液压马达/泵(20)的高压油口和液控单向阀(5)的B口管路连接，液控单向阀(5)的A口和高压储能器(4)管路连接，A液压马达/泵(20)的低压油口和低压储能器(18)管路连接；

所述的前行星排还包括前行星排行星架(3)与4个结构相同的前行星排行星轮(19)；

4个结构相同的前行星排行星轮(19)均布在距前行星排行星架(3)回转轴线等半径的圆周上为转动连接，各前行星排行星轮(19)的回转轴线和前行星排行星架(3)的回转轴线相平行，各前行星排行星轮(19)的外侧和前行星排内齿圈(6)的内齿相啮合，各前行星排行星轮(19)的内侧和前行星排太阳轮(21)啮合连接；

所述的后复合行星排还包括3个结构相同的短行星轮(16)与3个结构相同的长行星轮(17)；

3个结构相同的长行星轮(17)均布在距复合行星架(11)回转轴线等半径的圆周上为转动连接，各长行星轮(17)的回转轴线和复合行星架(11)的回转轴线相平行，各长行星轮(17)的外侧和后复合行星排共用内齿圈(10)的内齿相啮合，各长行星轮(17)的内侧和大太阳轮(12)与各短行星轮(16)同时啮合，各短行星轮(16)的回转轴线和复合行星架(11)的回转轴线相平行，各短行星轮(16)的内侧和小太阳轮(15)相啮合，各短行星轮(16)安装在复合行星架(11)的左侧壁板上，大太阳轮(12)套装在输入轴(23)上成转动连接，小太阳轮(15)套装在大太阳轮(12)的左端成转动连接，输入轴(23)的回转轴线和大太阳轮(12)、小太阳轮(15)与复合行星架(11)的回转轴线共线。

2.按照权利要求1所述的双行星排式液驱混联式混合动力系统，其特征在于，所述的C3离合制动器(9)主要由齿圈制动器体(25)、制动带(26)、制动器活塞(27)、推杆(28)、回位弹簧(29)与齿圈制动器液压缸(30)组成；

齿圈制动器体(25)与制动带(26)依次套装在后复合行星排共用内齿圈(10)的外圆周面上，制动带(26)的里侧和后复合行星排共用内齿圈(10)的外圆周面有一定间隙，齿圈制动器体(25)与制动带(26)的一端通过螺栓固定在壳体内，齿圈制动器体(25)与制动带(26)的另一端分别和齿圈制动器液压缸(30)与推杆(28)的一端连接，推杆(28)的另一端与安装在齿圈制动器液压缸(30)内的制动器活塞(27)固定连接，制动器活塞(27)左侧的推杆(28)上套装有回位弹簧(29)，齿圈制动器液压缸(30)固定在壳体内。

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