CN101985274B - 一种基于五档自动变速器的混合动力汽车传动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于五档自动变速器的混合动力汽车传动系统，包括内燃机、液力变矩器、主电机、调节电机、第一行星排、第一离合器、第二离合器、正齿轮A、正齿轮B、正齿轮C、正齿轮D、正齿轮E、逆变器、蓄电池、差速器和五档自动变速器齿轮结构。本发明利用行星齿轮的功率分流特性实现动力的分流，功率两路传输时使用正齿轮提高传动效率，使用主电机实现电力驱动，改变调节电机的工作模式实现发动机负载优化或辅助驱动。本发明整体设计紧凑，特别适合于前置前驱动的车辆；采用的五档自动变速器齿轮结构具有换挡逻辑简单，换挡元件少，传动效率高等优点；通过多种工作模式，可适应多种工况需要。

Description

一种基于五档自动变速器的混合动力汽车传动系统

技术领域

本发明涉及一种混合动力汽车领域，具体来说，是一种基于五档自动变速器的混合动力汽车传动系统。

背景技术

目前，混合动力汽车传动系统一般为油电混合，根据发动机和电机位置布置的不同，可形成不同的传动系统结构，有串联式、并联式、混联式和插电式等形式。现有的混合动力车辆以串联和并联的结构形式居多，其可实现的工作模式少，传动效率低。也有采用行星齿轮机构与CVT相结合的混联式传动系统，但传递的扭矩较小，不能承受较大的载荷，需要传递较大动力时受限。

发明内容

本发明提出了一种基于五档自动变速器的混合动力汽车传动系统，利用了行星齿轮功率分流功能和五档自动变速器齿轮结构相结合，利用五档自动变速器的速比控制调节行星齿轮机构的功率分流比例。

一种基于五档自动变速器的混合动力汽车传动系统，包括内燃机、液力变矩器、主电机、调节电机、第一行星排、第一太阳轮、第一齿圈、第一离合器、第二离合器、正齿轮A、正齿轮B、正齿轮C、正齿轮D、正齿轮E、逆变器、蓄电池、差速器和五档自动变速器齿轮结构；其中，第一行星排包括第一行星架、第一太阳轮、第一齿圈。

内燃机通过液力变矩器与第一行星架相连；主电机由定子和转子两部分组成，主电机的转子部分与第一太阳轮相连，同时通过第二离合器与正齿轮A相连；第一齿圈通过第一离合器与五档自动变速器齿轮结构的输入端相连；正齿轮A与正齿轮B以及正齿轮C间以固定传动比相连；蓄电池与逆变器相连，逆变器分别与主电机的定子部分以及调节电机相连，调节电机的转子通过正齿轮D与正齿轮E组成的齿轮对与五档自动变速器齿轮结构的输出轴相连；五档自动变速器齿轮结构的输出轴还与正齿轮C相连；正齿轮C与差速器相连。

所述五档自动变速器齿轮结构包括第一轴系与第二轴系两个平行轴系；其中，第一轴系包括第二行星排、第三离合器、第四离合器、正齿轮F、正齿轮G、正齿轮H与制动器，第二轴系包括第三行星排、第四行星排、正齿轮I、正齿轮J、正齿轮K和第五离合器；其中，第二行星排包括第二行星架、第二太阳轮、第二齿圈；第三行星排包括第三行星架、第三太阳轮、第三齿圈；第四行星排包括第四行星架、第四太阳轮、第四齿圈。

第一轴系中的第二行星架与输入轴相连，并通过第四离合器与正齿轮F相连；第二行星排中的第二太阳轮与制动器以及正齿轮G相连；第二行星排中的第二齿圈与正齿轮H相连，并通过第三离合器以及第二离合器与正齿轮F相连。

在第二轴系中，第三行星架与第四行星架相连；第三行星排中第三太阳轮与正齿轮I相连；第三行星排中的第三齿圈通过第五离合器与正齿轮相连；第四行星排中的第四太阳轮通过连接轴与正齿轮J相连，第四行星排中第四齿圈与正齿轮K相连；

第一轴系和第二轴系通过正齿轮F与正齿轮J、正齿轮G与正齿轮K及正齿轮H与正齿轮I以固定传动比传动连接。

本发明通过控制内燃机、主电机和调节电机的状态，以及控制第一离合器和第二离合器，实现车辆纯电动驱动、发动机驱动、混合驱动、行车发电、驻车发电、制动能量回收等模式的切换。

本发明的优点在于：

1、本发明通过采用行星齿轮结构，将内燃机、主电机和调节电机三者功率结合或单独输出，提出多种工作模式，可适应多种工况需要。

2、本发明采用的五档自动变速器齿轮结构，具有换挡逻辑简单，换挡元件少，结构紧凑，传动效率高等优点。

3、本发明所采用的调节电机，可根据驱动轴的负载，工作在发电机和电动机两种状态，起到直接回收能量和提供动力的作用，从而优化各工作模式的效率。

4、本发明的行星齿轮结构和五档自动变速器均可传递较大扭矩，能够满足高功率高扭矩的要求。

附图说明

图1为本发明所涉及的混合动力汽车传动系统连接结构图。

图中：

1-内燃机       2-主电机       3-调节电机                  4-液力变矩器

5-逆变器       6-蓄电池       7-第一行星排                8-第二行星排

9-第三行星排   10-第四行星排  11-第一离合器               12-第二离合器

13-第三离合器  14-第四离合器  15-第五离合器               16-输入轴

17-输出轴      18-连接轴      19-第一轴系                 20-第二轴系

21-差速器      22-驱动轴      23-制动器                   24-正齿轮A

25-正齿轮B     26-正齿轮C     27-正齿轮D                  28-正齿轮E

29-正齿轮F     30-正齿轮G     31-正齿轮H                  32-正齿轮I

33-正齿轮J     34-正齿轮K     35-五档自动变速器齿轮结构   701-第一行星架

702-第一太阳轮 703-第一齿圈   801-第二行星架              802-第二太阳轮

803-第二齿圈   901-第三行星架 902-第三太阳轮              903-第三齿圈

101-第四行星架 102-第四太阳轮 103-第四齿圈

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明一种新的基于五档自动变速器的混合动力汽车传动系统，包括内燃机1、液力变矩器4、主电机2、调节电机3、第一行星排7、第一离合器11、第二离合器12、正齿轮A24、正齿轮B25、正齿轮C26、正齿轮D27、正齿轮E28、逆变器5、蓄电池6、差速器21和五档自动变速器齿轮结构35。其中，第一行星排7包括第一行星架701、第一太阳轮702和第一齿圈703。

内燃机1通过液力变矩器4与第一行星架701相连。主电机2由定子和转子两部分组成。主电机2的转子部分与第一太阳轮702相连，同时通过第二离合器12与正齿轮A24相连；第一齿圈703通过第一离合器11与五档自动变速器齿轮结构35的输入轴16相连；

蓄电池6与逆变器5相连，为逆变器5供电。逆变器5分别与主电机2的定子部分以及调节电机3相连，调节电机3的转子连接正齿轮E28，正齿轮E28与正齿轮D27传动连接，正齿轮D27与五档自动变速器齿轮结构35的输出轴17固定相连；所述的五档自动变速器齿轮结构35的输出轴17上还固定连接有正齿轮C26。正齿轮C26上传动连接有差速器21和正齿轮B25，正齿轮B25与正齿轮A24传动连接，进而可以将输出轴17的传动通过正齿轮C26传递给差速器21，差速器21传递给驱动轴22。

由正齿轮A24、正齿轮B25、正齿轮C26、正齿轮D27、正齿轮E28传输的功率流和由五档自动变速器齿轮结构35输出轴17输出的功率流在正齿轮C26处汇合，最终传递到差速器21的驱动轴22。

上述五档自动变速器齿轮结构35包括第一轴系19与第二轴系20两个平行轴系。第一轴系19包括第二行星排8、第三离合器13、第四离合器14、正齿轮F29、正齿轮G30、正齿轮H31与制动器23，第二轴系20包括第三行星排9、第四行星排10、正齿轮I32、正齿轮J33、正齿轮K34和第五离合器15。其中，第二行星排8包括第二行星架801、第二太阳轮802、第二齿圈803；第三行星排9包括第三行星架901、第三太阳轮902、第三齿圈903；第四行星排10包括第四行星架101、第四太阳轮102、第四齿圈103。

第二行星排8中的中的第二行星架801与输入轴16相连，并通过第四离合器14与正齿轮F29相连；第二行星排8中的第二太阳轮802与制动器23以及正齿轮G30相连；第二行星排8中的第二齿圈803与正齿轮H31相连，并通过第三离合器13以及第四离合器14与正齿轮F29相连。

在第二轴系20中，第三行星架901与第四行星架101相连；第三行星排9中第三太阳轮902与正齿轮I32相连；第三行星排9中的第三齿圈903通过第五离合器15与正齿轮J33相连；第四行星排10中的第四太阳轮102通过连接轴18与正齿轮J33相连，第四行星排10中第四齿圈103与正齿轮K34相连。

第一轴系19和第二轴系20通过正齿轮F29与正齿轮J33、正齿轮G30与正齿轮K34及正齿轮H31与正齿轮I32以固定传动比传动连接。

本发明通过控制内燃机1、主电机2和调节电机3的状态，以及控制第一离合器11和第二离合器12，实现车辆纯电动驱动、发动机驱动、混合驱动、行车发电、驻车发电、制动能量回收等模式的切换。

1)纯电动驱动模式

在低速或对排放要求严格的特定区域行驶时，可使用纯电动驱动模式。此时内燃机1关闭，第二离合器12闭合，第一离合器11断开，主电机2输出的电磁转矩，不经过五档自动变速器齿轮结构35，而是通过以固定传动比连接的正齿轮A24、正齿轮B25、正齿轮C26直接输出到差速器21上连接的驱动轴22，这样可以减少不必要的能量损耗，提高传动的效率。而调节电机3可以根据蓄电池6的储电量数值情况，选择工作模式，当蓄电池6的储电量数值大于限定值，且需要较大的负载时，主电机2和调节电机3联合驱动车辆行驶。反之，调节电机3则不工作。

动力传动路线为：主电机2-正齿轮A24-正齿轮B25-正齿轮C26-差速器21-驱动轴22，当调节电机3工作时，附加动力传动路线：调节电机3-正齿轮E28-正齿轮D27-正齿轮C26，进而在正齿轮C26处实现对差速器21及其驱动轴22的联合驱动。

2)内燃机驱动模式

由于混合动力汽车电池容量及电动机功率的限制，在多数情况下，仍然依靠内燃机1工作以满足整车行驶要求。仅内燃机1驱动模式下，第一离合器11和第二离合器12均闭合，内燃机1的功率经由第一行星排7分流后，第一条沿固定传动比正齿轮A24、正齿轮B25、正齿轮C26传输，第二条则通过五档自动变速器齿轮结构35传输，然后两条通路输出的动力在正齿轮C26汇合后，最终输出到驱动轴22。这样，由于一部分功率是通过具有很高传动效率的固定齿轮传输的，因此提高了传动系统的效率。

第一条动力传动路线：内燃机1-液力变矩器4-第一太阳轮702-正齿轮A24-正齿轮B25-正齿轮C26-差速器21-驱动轴22。

第二条动力传动路线：内燃机1-液力变矩器4-第一齿圈703-五档自动变速器齿轮结构35-正齿轮C26-差速器21-驱动轴22。

3)混合驱动模式

当车辆需要大的转矩时，由内燃机1和主电机2联合驱动。由于主电机2的低速大转矩而高速大功率特性，因此不管是低速行驶工况，还是高速行驶工况，主电机2的助力性能都可以得到充分发挥。此模式下，第一离合器11与第二离合器12均闭合，内燃机1和主电机2的功率同样通过两路路线传输到驱动轴22，因此，在提高动力性的同时也提高了传动系统的效率。

上述第一条动力传动路线：内燃机1、主电机2-第一太阳轮 702-正齿轮 A24-正齿轮B25-正齿轮 C26-差速器 21-驱动轴22。

第二条动力传动路线：内燃机1、主电机2-第一齿圈 703-五档自动变速器齿轮结构 35-正齿轮 C26-差速器 21-驱动轴22。

4)行车发电模式

当电池电量较低或负荷较低的情况下行驶时，为保证汽车的正常行驶性能，或维持内燃机在高效区域工作，启动调节电机3，以发电模式工作，目的是维持蓄电池6电量水平，或增加发动机负荷，使之工作在高效区域，从而整体上提高能量利用率。此时，第一离合器11和第二离合器12均结合。内燃机1的一部分能量分流到调节电机3，最后储存在蓄电池6里。

5)驻车发电模式

在城市等交通拥挤的状况，为了避免内燃机1的频繁启动。驻车时，第二离合器12断开、第一离合器11结合，主电机2启动且工作在发电模式下。此时车辆处于制动状态，车辆的制动力通过五档自动变速器齿轮结构35和第一离合器11后，锁止第一齿圈703。内燃机1输出的能量通过主电机2，储存在蓄电池6中。这样回收了怠速时内燃机1的能量，提高了内燃机1能量的利用率。

6)制动能量回收模式

在中等制动强度情况下，采用机械制动与电动机制动联合工作的方式实现车辆制动，使一部分车辆动能通过电动机发电转化为电能存储至蓄电池6中。这种工作模式不但减少了制动器使用，增加了能量回收，而且延长了制动器的使用寿命，降低了对制动器的要求。此工作模式下第二离合器12结合、第一离合器11分离，主电机2和调节电机3都工作在发电机状态；当短时间高强度的或长下坡制动时，为避免第一离合器11频繁开闭，采用电动机2，内燃机1和机械结构的惯性和摩擦联合制动，这样既可以提高制动的稳定性，也可以回收一部分能量。

Claims (1)

1.一种基于五档自动变速器的混合动力汽车传动系统，其特征在于：包括内燃机、液力变矩器、主电机、调节电机、第一行星排、第一离合器、第二离合器、正齿轮A、正齿轮B、正齿轮C、正齿轮D、正齿轮E、逆变器、蓄电池、差速器和五档自动变速器齿轮结构；

其中，第一行星排包括第一行星架、第一太阳轮和第一齿圈；内燃机通过液力变矩器与第一行星架相连；主电机由定子和转子两部分组成，主电机的转子部分与第一太阳轮相连，同时通过第二离合器与正齿轮A相连；第一齿圈通过第一离合器与五档自动变速器齿轮结构的输入轴相连；蓄电池与逆变器相连，逆变器分别与主电机的定子部分以及调节电机相连，调节电机的转子通过正齿轮D与正齿轮E组成的齿轮对与五档自动变速器齿轮结构的输出轴相连；五档自动变速器齿轮结构的输出轴还与正齿轮C相连；正齿轮C与差速器相连；由正齿轮A、正齿轮B、正齿轮C、正齿轮D、正齿轮E传输的功率流和由五档自动变速器齿轮结构的输出轴输出的功率流在正齿轮C处汇合，最终传递到差速器的驱动轴；

所述五档自动变速器齿轮结构包括第一轴系与第二轴系两个平行轴系；其中，第一轴系包括第二行星排、第三离合器、第四离合器、正齿轮F、正齿轮G、正齿轮H与制动器，第二轴系包括第三行星排、第四行星排、正齿轮I、正齿轮J、正齿轮K和第五离合器；其中，第二行星排包括第二行星架、第二太阳轮、第二齿圈；第三行星排包括第三行星架、第三太阳轮、第三齿圈；第四行星排包括第四行星架、第四太阳轮、第四齿圈；第一轴系中的第二行星架与输入轴相连，并通过第四离合器与正齿轮F相连；第二行星排中的第二太阳轮与制动器以及正齿轮G相连；第二行星排中的第二齿圈与正齿轮H相连，并通过第三离合器以及第二离合器与正齿轮F相连；

在第二轴系中，第三行星架与第四行星架相连；第三行星排中第三太阳轮与正齿轮I相连；第三行星排的第三齿圈通过第五离合器与正齿轮J相连；第四行星排中的第四太阳轮通过连接轴与正齿轮J相连，第四行星排中第四齿圈与正齿轮K相连；

第一轴系和第二轴系通过正齿轮F与正齿轮J、正齿轮G与正齿轮K及正齿轮H与正齿轮I以固定传动比传动连接。

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