CN102267368A - 一种用于动力耦合的传动机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种动力耦合机构，适用于轻型并联式混合动力汽车双能源动力输入和多动力输出的传动机构，属于动力传动领域。本机构包括前排太阳轮、后排太阳轮、齿圈、行星架和长、短行星齿轮机构及离合器和制动器等。其动力由后排太阳轮、行星架输入，从前排太阳轮和齿圈输出，并可通过离合器C1、C2，制动器B1、B2的组合运用实现包括：纯电动模式、停车充电模式、发动机起动模式、联合驱动行驶模式、再生制动模式和发动机单独运行模式等工作模式，以最大限度降低整个系统的排放，提高能量利用效率。

Description

一种用于动力耦合的传动机构

技术领域

本发明涉及一种动力耦合传动机构，可用于双能源轻型并联混合动力汽车的动力传动及变速机构，属于动力传动领域。

背景技术

目前，交通运输消耗石油资源的比例不断提高以及由此而带来的空气污染和温室气体排放引人关注，很多国家包括中国正在开发可再生能源在交通运输工具上的应用。在这些技术开发中，混合动力电动汽车占有很大优势，它可以不依赖基础的充电设施，在节能减排的同时，使用方便。

并联式混合动力汽车的传动系统由汽油发动机和电动力系统共同组成，来自发动机和电动机的动力可以耦合共同驱动汽车。与串联式混合动力汽车相比，可以降低动力系统的总质量。并联式混合动力汽车车辆在低速运行时，采用电动机驱动，使整车排放达到最低；高速及爬坡时，电动机和发动机同时驱动汽车。在巡航模式下，发动机驱动汽车的同时可通过发电机来对电池充电，此时，发动机被控制在最佳燃油消耗区域内，排放量也较低。

源于两个动力装置的动力需通过一定的耦合机构相互关联。行星齿轮机构是一个三端口组件，分别由太阳轮、齿圈和行星齿轮架构成，可以作为这样的耦合机构。且该类机构具有体积小，换挡方便，传动可靠和机械效率高的特点，在汽车自动变速器中得到广泛应用，生产和制造工艺成熟。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种将并联混合动力汽车的两种动力源输出进行耦合的机构，能实现多种运行模式，使整车效率和排放最优；同时能够在一定范围改变转速，满足车辆日常行驶需要；该机构结构可靠，生产工艺成熟，而且系统要易于控制。

为实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。本动力耦合机构包含一个发动机1、一个发电机16、一个电动机7、一套行星齿轮机构及离合器和制动器，其特征在于：发动机1通过离合器C12和小太阳轮4相连，发动机1与小太阳轮4之间空套有大太阳轮3，大太阳轮3靠近发动机1的一端与调整齿轮14啮合，调整齿轮14与发电机16的输出轴连接，大太阳轮3远离发动机1的一端与长行星齿轮12外啮合，长行星齿轮12内啮合于齿圈11内，齿圈11的外端通过离合器C26、主减速器齿轮9与车轮8相连，小太阳轮4又通过短行星齿轮5与长行星齿轮12啮合，行星架10的伸出端伸入短行星齿轮5和长行星齿轮12的中心作为中心轴，行星架10的另一端与电动机7的输出轴相连。调整齿轮14与发电机16之间连接有制动器B1，行星架10与长行星齿轮12之间有制动器B2.

大太阳轮3、齿圈11、行星架10和小太阳轮4的转速分别为N1，N2，N3，N4。发电机16和电动机7均通过控制器与蓄电池连接，其中发电机发出的电能可为蓄电池充电，电动机使用蓄电池的电能进行机械能的输出。

该机构中包含双排行星齿轮机构，设大太阳轮3的齿数为Z1，小太阳轮4的齿数为Z4，齿圈11的齿数为Z2，则前排和后排行星齿轮机构的特征参数α₁和α₂分别为：

$\mathrm{\α}1=\frac{Z2}{Z1}$ $\mathrm{\α}2=\frac{Z2}{Z4}$

本发明由双排行星齿轮机构构成，其中大太阳轮，行星架及长行星齿轮和齿圈构成前排行星齿轮机构，小太阳轮，行星架和长短行星齿轮和齿圈构成后排双行星行星齿轮机构。改变工作模式可通过离合器和制动器实现，不需要旋转部件的移动，且结构紧凑，零部件制造技术成熟，便于推广使用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图2是本发明的电动工作模式

图3是本发明的停车充电模式

图4是本发明的发动机起动工作模式

图5是本发明的联合驱动行驶模式

图6是本发明的再生制动行驶模式

图7是本发明的发动机驱动及发电工作模式

图中：1.发动机  2.离合器C1  3.大太阳轮  4.小太阳轮  5.短行星齿轮6.离合器C2  7.电动机  8.车轮  9.主减速器齿轮  10.行星架  11.齿圈12.长行星齿轮  13.制动器B2  14.调整齿轮  15.制动器B1  16.发电机

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1所示，动力输入包含两条途径，第一条途径，发动机1通过离合器C1(2)与双排行星齿轮机构中小太阳轮4连接，将动力输入到动力机构中，离合器C2打开则取消动力传递；第二条途径，电动机7可通过行星架10将动力输入至动力机构中，电动机的工作与否需由控制器控制(图中未画出)，行星架可由制动器B2制动。动力输出也包含两条途径，通过大太阳轮3与齿轮14将动力传输至发电机16；通过齿圈11、离合器C2(6)主减速器齿轮将动力传输至车轮，C2打开则取消传输。上述动力传输方式既可同时进行，又可独立或分组进行，在离合器、制动器不同工作方式的组合下，可产生多种工作模式。

各工作模式下离合器和制动器的工作状态如下表所示：

	工作模式	C1	C2	B1	B2
						1	电动	断开		制动
2	充电		断开		制动
						3	发动机起动		断开	制动
4	联合驱动行驶
						5	再生制动	断开			制动
6	发动机及发动机/充电模式				制动

下面结合图例对各工作模式进行说明。

1.电动模式(在实施例中也要在零部件的名称后面写出标号。)

车辆在低速运行时，将不起动发动机1，离合器C1(2)断开；制动器B1将发电机16制动，此时大太阳轮4也被固定；电动机7将动力通过行星架输入，并传输给齿圈11，进行纯电动运行模式。如图2所示，由于电动机输出旋转方向易于控制，此工作模式下也用于倒车。

该工作模式，动力传动机构组成为大太阳轮3、长行星齿轮12，行星架10和齿圈11，且大太阳轮3被制动，该单排行星齿轮机构自由度为1，构成固定传动比传动方式，系统传动比为：

$i=\frac{N3}{N2}=\frac{\mathrm{\α}1}{1+\mathrm{\α}1}$

2.停车充电模式

制动器B2(13)将行星架10制动，离合器C2(6)将外负载断开，发动机1通过小太阳轮4将动力输入，通过动力机构将动力传输给大太阳轮，再通过齿轮14驱动发电机16，从而将发动机输入机械能转化为电能存储到蓄电池中。

系统动力传动机构组成包括小太阳轮4，短行星齿轮5，行星架10、长行星齿轮12，齿圈11和大太阳轮3，是一个双排行星齿轮机构，固定行星架其自由度为1，如图3所示，系统传动比为：

$i=\frac{N4}{N1}=-\frac{\mathrm{\α}2}{\mathrm{\α}1}$

3.发动机起动

在汽车停止情况下起动发动机1时，制动器B1(15)将制动大太阳轮3，离合器C2(6)断开负载，电动机7将动力传输至动力传动系统中，带动发动机运转。

系统动力传动机构组成包括行星架10，长行星齿轮12，大太阳轮3，短行星齿轮5，小太阳轮4，齿圈11，双排行星齿轮传动，大太阳轮固定，如图4所示，系统传动比为：

$i=\frac{N3}{N4}=\frac{\mathrm{\α}1}{\mathrm{\α}1+\mathrm{\α}2}$

4.联合驱动行驶

发动机1和电动机7都输入动力至动力传动系统中，齿圈11输出，适用于负载输出较大的工作场合。系统动力传动机构组成包括行星架10，长行星齿轮12，大太阳轮3，短行星齿轮5，小太阳轮4，齿圈11，属双排行星齿轮传动，系统的转速耦合特性为：

$N2=\left(\frac{1}{\mathrm{\α}2}\right)N4-\left(\frac{1-\mathrm{\α}2}{\mathrm{\α}2}\right)N3$

这种工作情况，发动机1(转速N4)可以运行在较为固定的转速范围，从而改善经济性和排放。通过改变电动机7(转速N3)的输出来适应负载要求。

联合驱动行驶还可通过改变电动机7与发动机1的转速比控制发电机16是否发电。因此也可有两种工作模式：

1)系统可以驱动发电机16发电，此模式适合电池需要充电的工况，系统的转速耦合特性为：

N1＝(1+α1)N3-α1N2

2)调整发动机和电动机转速比，可使大太阳轮3转速为0或接近等于0，全部动力输出至车轮8，此模式适合汽车加速、爬坡等重负载情况。此时需满足：

(α1+α2)N3＝α1N4

5.再生制动模式

当车辆处于急速减速(或制动)状态时，制动器B2(13)制动，离合器C1(2)断开，齿圈11的动力可带动发电机发电，对蓄电池进行充电。传动件包括齿圈11，行星架10(制动)，长行星齿轮12，大太阳轮3，如图6所示，传动比固定为：

$i=\frac{N2}{N1}=-\frac{1}{\mathrm{\α}1}$

6.发动机单独运行及发动机充电模式

此模式使用发动机驱动汽车行驶，适用于郊区对排放要求宽松的场合；同时汽车行驶过程也可对蓄电池进行充电。如图7所示，此时，制动器B2制动，发动机1将动力传输给大太阳轮3以及齿圈11。系统传动件包括小太阳轮4，短行星齿轮5，长行星齿轮12，大太阳轮4，行星架10和齿圈11，系统对齿圈的传动比：

$i=\frac{N_4}{N_2}={\mathrm{\α}}_2$

本发明属动力耦合机构，不论在零件形状或结构上作任何变化，凡是利用本文描述的双排行星齿轮机构实现动力耦合的并能实现上述工作模式的，均落入本发明保护范围之内。

Claims (2)

1.一种用于动力耦合的传动机构，包含一个发动机(1)、一个发电机(16)、一个电动机(7)、一套行星齿轮机构及离合器和制动器，其特征在于：发动机(1)通过离合器C1(2)和小太阳轮(4)相连，发动机(1)与小太阳轮(4)之间空套有大太阳轮(3)，大太阳轮(3)靠近发动机(1)的一端与调整齿轮(14)啮合，调整齿轮(14)与发电机(16)的输出轴连接，大太阳轮(3)远离发动机(1)的一端与长行星齿轮(12)外啮合，长行星齿轮(12)内啮合于齿圈(11)内，齿圈(11)的外端通过离合器C2(6)、主减速器齿轮(9)与车轮(8)相连，小太阳轮(4)又通过短行星齿轮(5)与长行星齿轮(12)啮合，行星架(10)的伸出端伸入短行星齿轮(5)和长行星齿轮(12)的中心作为中心轴，行星架(10)的另一端与电动机(7)的输出轴相连。调整齿轮(14)与发电机(16)之间连接有制动器B1，行星架(10)与长行星齿轮(12)之间有制动器B2。

2.根据权利要求1所述的一种用于动力耦合的传动机构，其特征在于：发电机(16)和电动机(7)均通过控制器与蓄电池连接。

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