CN102582414A - 用于混合动力汽车的机电动力耦合装置 - Google Patents

Abstract

一种用于混合动力汽车的机电动力耦合装置，包括发动机、动力传动机构、动力输出机构及电动机构，所述发动机通过所述动力传动机构分别与所述动力输出机构及所述电动机构连接，所述电动机构通过所述动力传动机构与所述动力输出机构连接，所述机电动力耦合装置通过控制所述发动机及电动机构而具有多种不同的传动工作模式。本发明通过利用行星齿轮机构对发动机、发电机、电动机进行合理的配置，使整个动力系统能够实现无级变速功能，从而更好地改善了混合动力汽车的整车油耗。

Description

用于混合动力汽车的机电动力耦合装置

技术领域

本发明涉及一种汽车动力部件，特别是一种用于混合动力汽车的行星齿轮机电动力耦合装置。

背景技术

节能和环保是21世纪汽车技术发展的重点。电动汽车(EV)能够实现零排放，是传统内燃机汽车最理想的替代品。但由于目前动力电池在能量密度、充电时间、价格、寿命等问题仍未得到理想的解决，从而限制了纯电动汽车的发展。混合动力汽车(HEV)作为向纯电动汽车发展的一种过渡方案，既有传统汽车高比能量的长处，又有电动汽车低排放的优点，是目前最具实用价值的新能源汽车。

混合动力汽车主要解决的问题是降低油耗和排放。目前的混合动力系统主要是采用发动机和电动机、发电机进行组合，如何实现发动机、电动机、发电机之间的动力分配，是混合动力汽车必须解决的关键问题之一。申请号为“200610064955”，名称为“一种混合动力汽车机电动力耦合总成”的中国发明申请，公开了一种混合动力汽车机电动力耦合总成，采用主减速器主动锥齿轮、从动锥齿轮啮合传动作为发动机和电动机的动力耦合装置。它由发动机起动/发电机、发动机、发动机离合器、变速箱、发动机动力输入主动锥齿轮、主减速器从动锥齿轮、电动机、电动机离合器、电动机动力输入主动锥齿轮以及发动机起动/发电机控制器、电机控制器、储能装置组成。申请号为“200910042986”，名称为“一种混合动力汽车变速与动力耦合方法及装置”的中国发明申请，公开了一种混合动力汽车变速与动力耦合方法及装置，采用发动机动力与电机动力经过锥齿轮耦合后通过输出法兰输出，电机动力输入轴线与发动机动力输入轴线垂直正交，并通过锥齿轮进行耦合。但上述的方法及装置较难实现整个动力系统的无级变速功能，也较难有效降低混合动力汽车的整车油耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于混合动力汽车的行星齿轮机电动力耦合装置，通过利用行星齿轮机构对发动机、发电机、电动机进行合理的配置，使整个动力系统能够实现无级变速功能，从而更好地改善混合动力汽车的整车油耗。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于混合动力汽车的机电动力耦合装置，其中，包括发动机、动力传动机构、动力输出机构及电动机构，所述发动机通过所述动力传动机构分别与所述动力输出机构及所述电动机构连接，所述电动机构通过所述动力传动机构与所述动力输出机构连接，所述机电动力耦合装置通过控制所述发动机及所述电动机构而具有多种不同的传动工作模式。

上述的机电动力耦合装置，其中，所述动力传动机构包括前、后行星排，所述前行星排包括前行星架及安装支撑在所述前行星架上且相互啮合的前太阳轮、前行星轮及前齿圈，所述后行星排包括后行星架及安装支撑在所述后行星架上且相互啮合的后太阳轮、后大行星轮、后小行星轮及后齿圈，所述前齿圈和所述后行星架连接，所述前行星架和所述发动机连接，所述前太阳轮和所述后太阳轮分别与所述电动机构连接。

上述的机电动力耦合装置，其中，所述电动机构包括电动/发电机MG1和电动/发电机MG2，所述电动/发电机MG1和电动/发电机MG2连接，所述前太阳轮和所述电动/发电机MG1连接，所述后太阳轮和所述电动/发电机MG2连接。

上述的机电动力耦合装置，其中，所述的多种不同的传动工作模式包括纯电动模式、纯发动机工作模式、正常工作模式、混合驱动模式和/或制动能量回收模式。

上述的机电动力耦合装置，其中，在选择所述纯电动模式下，所述发动机、所述电动/发电机MG1不工作，所述电动/发电机MG2工作在电动机状态，动力依次通过所述后太阳轮、所述后小行星轮、所述后大行星轮及所述后齿圈输出，驱动所述动力输出机构。

上述的机电动力耦合装置，其中，在选择所述纯发动机工作模式下，所述电动/发电机MG2不工作，所述发动机工作，所述电动/发电机MG1不工作或工作在用于为所述电动机构的电池充电的发电机状态，所述发动机的动力依次经过所述前行星架、所述前行星轮及所述前齿圈将动力传到所述后行星架，再依次经过所述后小行星轮，所述后大行星轮及所述后齿圈传动所述动力输出机构。

上述的机电动力耦合装置，其中，在选择所述正常工作模式下，所述发动机的动力经过所述前行星排进行分流，一部分所述动力传给所述后行星架，所述后行星架通过所述后大行星轮及所述后齿圈传动所述动力输出机构，另一部分所述动力通过所述前太阳轮带动所述电动/发电机MG1进行发电，用于为所述电动机构的电池充电。

上述的机电动力耦合装置，其中，在选择所述正常工作模式下，所述发动机的动力经过所述前行星排进行分流，一部分所述动力传给所述后行星架，另一部分所述动力通过所述前太阳轮带动所述电动/发电机MG1进行发电，所述电动/发电机MG1将发出的电能传给电动/发电机MG2，所述电动/发电机MG2带动所述后太阳轮工作，两路所述动力在所述后行星排进行耦合，经所述后齿圈输出驱动所述动力输出机构。

上述的机电动力耦合装置，其中，在选择所述混合驱动模式下，所述发动机工作，所述电动/发电机MG1、所述电动/发电机MG2均工作在电动机状态，所述发动机、所述电动/发电机MG1及所述电动/发电机MG2共同驱动所述动力输出机构。

上述的机电动力耦合装置，其中，在选择所述制动能量回收模式下，所述发动机及所述电动/发电机MG1不工作，所述动力输出机构依次传动所述后齿圈、所述后大行星轮、所述后小行星轮和所述后太阳轮，带动电动/发电机MG2进行发电，用于为所述电动机构的电池充电。

本发明的有益功效在于：本发明的用于混合动力汽车用行星齿轮动力耦合装置。同一般的行星齿轮动力耦合装置相比，这种动力耦合装置采用了两个电动机/发电机，通过控制两个电机的转速和扭矩，可以更加灵活地控制输出轴的转速和扭矩，提高了系统的驱动效率。正常工作状态下，MG1作为发电机使用，MG2作为电动机使用。发动机的动力一部分由双行星排传递到后齿圈输出，另一部分通过功率分流，通过前太阳轮带动电机MG1进行发电，发出的电能直接传递给电机MG2，进行动力传递。其中，发动机的主要动力通过高效传输的机械部分进行传递，同时通过传输功率较小的电路径来进行控制，这种传动方式可以使整个系统的工作效率达到很高的水平。通过控制两台发电机/电动机的相对转速，可以调节输入轴和输出轴的转速，从而可以控制整个行星齿轮机构的传动比，能够实现无级变速。在任何条件下，可以使发动机工作在它的经济转速。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明的用于混合动力汽车的机电动力耦合装置示意图。

其中，附图标记

1发动机           2前行星架

3前太阳轮         4前行星轮

5前齿圈           6后行星架

7后大行星轮       8后小行星轮

9后齿圈           10后太阳轮

11减速主动齿轮    12电机MG1

13电机MG2         14车轮

15差速器          16减速被动齿轮

A动力传动机构     B动力输出机构

C电动机构

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本发明的目的、方案及功效，但并非作为本发明所附权利要求保护范围的限制。

参见图1，图1为本发明的用于混合动力汽车的机电动力耦合装置示意图。本发明的用于混合动力汽车的机电动力耦合装置，包括发动机1、动力传动机构A、动力输出机构B及电动机构C，所述发动机1通过所述动力传动机构A分别与所述动力输出机构B及所述电动机构C连接，所述电动机构C通过所述动力传动机构A与所述动力输出机构B连接，所述机电动力耦合装置通过控制所述发动机1及所述电动机构C而具有多种不同的传动工作模式。

本实施例中，所述动力传动机构A包括前、后行星排，所述前行星排包括前行星架2及安装支撑在所述前行星架2上且相互啮合的前太阳轮3、前行星轮4及前齿圈5，所述后行星排包括后行星架6及安装支撑在所述后行星架6上且相互啮合的后太阳轮10、后大行星轮7、后小行星轮8及后齿圈9，所述前齿圈5和所述后行星架6连接，所述前行星架2和所述发动机1连接，所述前太阳轮3和所述后太阳轮10分别与所述电动机构C连接。

所述电动机构C包括电动/发电机MG1(附图标记12)和电动/发电机MG2(附图标记13)，所述电动/发电机MG1和电动/发电机MG2连接，所述前太阳轮3和所述电动/发电机MG1连接，所述后太阳轮10和所述电动/发电机MG2连接。

所述动力输出机构B包括减速主动齿轮11、减速被动齿轮16及差速器15，所述减速主动齿轮11与所述后齿圈9连接，所述减速被动齿轮16与所述减速主动齿轮11啮合，所述减速被动齿轮16与所述差速器15连接。所述差速器15与混合动力车的车轮14连接。

本发明所述的多种不同的传动工作模式包括纯电动模式、纯发动机工作模式、正常工作模式、混合驱动模式或制动能量回收模式。上述的各工作模式通过混合动力车的混合动力控制器予以控制。下面详细说明每一工作模式的工作原理。

纯电动机模式：在汽车启动或低速行驶时，采用纯电动模式行驶。在所述纯电动模式下，所述发动机1、所述电动/发电机MG1不工作，动力电池为电机MG2供电，所述电动/发电机MG2工作在电动机状态，后行星架6不动，动力依次通过所述后太阳轮10、所述后小行星轮8、所述后大行星轮7及所述后齿圈9输出，最终驱动所述动力输出机构B。动力输出机构B中的所述减速主动齿轮11被所述后齿圈9驱动，所述减速被动齿轮16被所述减速主动齿轮11驱动，所述减速被动齿轮16再驱动所述差速器15，所述差速器15最终驱动混合动力车的车轮14，实现车辆的启动或低速行驶。

纯发动机工作模式：在汽车高速行驶时，采用纯发动机工作模式。在纯发动机工作模式下，所述电动/发电机MG2不工作，所述发动机1工作，所述电动/发电机MG1不工作或工作在用于为所述电动机构C的电池充电的发电机状态，所述发动机1的动力依次经过所述前行星架2、所述前行星轮4及所述前齿圈5将动力传到所述后行星架6(前太阳轮3不动或者带动电机MG1进行发电，为动力电池进行充电)，再依次经过所述后小行星轮8，所述后大行星轮7及所述后齿圈9传动所述动力输出机构B(此时，后太阳轮10不动)。动力输出机构B最终驱动车轮14运动，其传动原理与上述纯电动机模式相同。

正常工作模式：在汽车正常行驶时，采用该正常工作模式。在正常工作模式下，所述发动机1的动力经过所述前行星排进行分流，一部分所述动力经过所述前齿圈5传给所述后行星架6，所述后行星架6通过所述后大行星轮7及所述后齿圈9传动所述动力输出机构B，另一部分所述动力通过所述前太阳轮3带动所述电动/发电机MG1进行发电，用于为所述电动机构C的电池充电。或者，另一部分所述动力通过所述前太阳轮3带动所述电动/发电机MG1进行发电，所述电动/发电机MG1将发出的电能传给电动/发电机MG2，所述电动/发电机MG2带动所述后太阳轮10工作，两路所述动力在所述后行星排进行耦合，经所述后齿圈9输出驱动所述动力输出机构B。动力输出机构B最终驱动车轮14运动，其传动原理与上述纯电动机模式相同。

混合驱动模式：当汽车需要加速或爬坡时，采用该混合驱动模式。在混合驱动模式下，所述发动机1工作，所述电动机构C的电池为两台电动/发电机MG1、电动/发电机MG2供电，所述电动/发电机MG1、所述电动/发电机MG2均工作在电动机状态，所述发动机1、所述电动/发电机MG1及所述电动/发电机MG2共同驱动所述动力输出机构。动力输出机构B最终驱动车轮14运动，其传动原理与上述纯电动机模式相同。

制动能量回收模式：当汽车在刹车或下坡时，进行制动能量回收。在制动能量回收模式下，所述发动机1及所述电动/发电机MG1不工作，车轮14通过差速器15驱动所述动力输出机构B，所述动力输出机构B依次传动所述后齿圈9、所述后大行星轮7、所述后小行星轮8和所述后太阳轮10，带动电动/发电机MG2进行发电，用于为所述电动机构C的电池充电。

本发明的用于混合动力汽车用行星齿轮动力耦合装置。同一般的行星齿轮动力耦合装置相比，这种动力耦合装置采用了两个电动机/发电机，通过控制两个电机的转速和扭矩，可以更加灵活地控制输出轴的转速和扭矩，提高了系统的驱动效率。正常工作状态下，MG1作为发电机使用，MG2作为电动机使用。发动机的动力一部分由双行星排传递到后齿圈9输出，另一部分通过功率分流，通过前太阳轮3带动电机MG1进行发电，发出的电能直接传递给电机MG2，进行动力传递。其中，发动机的主要动力通过高效传输的机械部分进行传递，同时通过传输功率较小的电路径来进行控制，这种传动方式可以使整个系统的工作效率达到很高的水平。通过控制两台发电机/电动机的相对转速，可以调节输入轴和输出轴的转速，从而可以控制整个行星齿轮机构的传动比，能够实现无级变速。在任何条件下，可以使发动机工作在它的经济转速。

由于电传输路径的功率较小，因此可以使用更小、更便宜的电机和电力电子元件，降低了整个系统的成本。整个系统的工作无需采用离合器，液力变矩器或其他任何形式的机械变速装置。传动系统具备电动能力，可以取代发电机和起动电机。该系统可以取代自动变速箱，可以实现无级变速功能。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于混合动力汽车的机电动力耦合装置，其特征在于，包括发动机、动力传动机构、动力输出机构及电动机构，所述发动机通过所述动力传动机构分别与所述动力输出机构及所述电动机构连接，所述电动机构通过所述动力传动机构与所述动力输出机构连接，所述机电动力耦合装置通过控制所述发动机及所述电动机构而具有多种不同的传动工作模式。

2.如权利要求1所述的机电动力耦合装置，其特征在于，所述动力传动机构包括前、后行星排，所述前行星排包括前行星架及安装支撑在所述前行星架上且相互啮合的前太阳轮、前行星轮及前齿圈，所述后行星排包括后行星架及安装支撑在所述后行星架上且相互啮合的后太阳轮、后大行星轮、后小行星轮及后齿圈，所述前齿圈和所述后行星架连接，所述前行星架和所述发动机连接，所述前太阳轮和所述后太阳轮分别与所述电动机构连接。

3.如权利要求2所述的机电动力耦合装置，其特征在于，所述电动机构包括电动/发电机MG1和电动/发电机MG2，所述电动/发电机MG1和电动/发电机MG2连接，所述前太阳轮和所述电动/发电机MG1连接，所述后太阳轮和所述电动/发电机MG2连接。

4.如权利要求3所述的机电动力耦合装置，其特征在于，所述的多种不同的传动工作模式包括纯电动模式、纯发动机工作模式、正常工作模式、混合驱动模式和/或制动能量回收模式。

5.如权利要求4所述的机电动力耦合装置，其特征在于，在选择所述纯电动模式下，所述发动机、所述电动/发电机MG1不工作，所述电动/发电机MG2工作在电动机状态，动力依次通过所述后太阳轮、所述后小行星轮、所述后大行星轮及所述后齿圈输出，驱动所述动力输出机构。

6.如权利要求4所述的机电动力耦合装置，其特征在于，在选择所述纯发动机工作模式下，所述电动/发电机MG2不工作，所述发动机工作，所述电动/发电机MG1不工作或工作在用于为所述电动机构的电池充电的发电机状态，所述发动机的动力依次经过所述前行星架、所述前行星轮及所述前齿圈将动力传到所述后行星架，再依次经过所述后小行星轮，所述后大行星轮及所述后齿圈传动所述动力输出机构。

7.如权利要求4所述的机电动力耦合装置，其特征在于，在选择所述正常工作模式下，所述发动机的动力经过所述前行星排进行分流，一部分所述动力传给所述后行星架，所述后行星架通过所述后大行星轮及所述后齿圈传动所述动力输出机构，另一部分所述动力通过所述前太阳轮带动所述电动/发电机MG1进行发电，用于为所述电动机构的电池充电。

8.如权利要求4所述的机电动力耦合装置，其特征在于，在选择所述正常工作模式下，所述发动机的动力经过所述前行星排进行分流，一部分所述动力传给所述后行星架，另一部分所述动力通过所述前太阳轮带动所述电动/发电机MG1进行发电，所述电动/发电机MG1将发出的电能传给电动/发电机MG2，所述电动/发电机MG2带动所述后太阳轮工作，两路所述动力在所述后行星排进行耦合，经所述后齿圈输出驱动所述动力输出机构。

9.如权利要求4所述的机电动力耦合装置，其特征在于，在选择所述混合驱动模式下，所述发动机工作，所述电动/发电机MG1、所述电动/发电机MG2均工作在电动机状态，所述发动机、所述电动/发电机MG1及所述电动/发电机MG2共同驱动所述动力输出机构。

10.如权利要求4所述的机电动力耦合装置，其特征在于，在选择所述制动能量回收模式下，所述发动机及所述电动/发电机MG1不工作，所述动力输出机构依次传动所述后齿圈、所述后大行星轮、所述后小行星轮和所述后太阳轮，带动电动/发电机MG2进行发电，用于为所述电动机构的电池充电。

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