CN102826002B - 一种并联式混合动力驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种并联式混合动力驱动装置，包括发电机、发动机、行星齿轮机构、电动机依次连接，其中发动机输出轴与齿圈相连，电动机输出轴与太阳轮相连，行星架与车轮驱动轴相连，其特征在于还包括能够接合齿圈和行星架的第一离合器、能够使齿圈锁止的第二离合器以及能够使电动机转子锁止的第三离合器。该混合动力驱动装置通过离合器和行星齿轮机构的配合，使发动机具有两档输出，能够实现混合动力发动机直驱模式，减少能量转化和传递过程中的损失，达到节能减排的目的。<!--1-->

Description

一种并联式混合动力驱动装置

技术领域

本发明涉及一种并联式混合动力车辆驱动装置，尤其是一种带有行星齿轮及离合装置的混合动力驱动装置。

背景技术

混合动力汽车等新能源汽车一般利用发动机与电动机两种能源转化装置，将汽车或柴油等能源一部分转化成电能，另一部分用于直接驱车辆，兼顾了传统燃油汽车和新型电动汽车二者的优点，减少由于燃油引起的废气排放，同时可以回收制动能量，故而节能减排，对人们生活和国家经济发展有重要的项献。

混合动力驱动系统一般有串联式、并联式、混联式，其中混联式是目前普遍采用的混合动力系统驱动方式，混联式混合动力系统的布置方式综合了串联式布置方式和并联式布置方式的特点，提供了根据不同工况让油、电两种能源分别按照串联、并联或串并联结合三种模式工作，从而使得混合动力系统可以根据不同的工况选用不同的动力驱动方式。现有技术中一般从拓宽发动机燃油经济区出发，改进现有混合动力装置，使发动机更多时间在油耗经济区工作。

中国专利CN101450607A名为“混合动力驱动系统及其驱动方法”的专利申请公开文本中公开了一种混合动力驱动系统，该系统包括发动机、电机、行星齿轮机构和车轮驱动轴，所述行星齿轮机构包括第一转动元件、第二转动元件和第三转动元件，所述第一转动元件连接到所述发动机的输出轴，所述第二转动元件连接到所述车轮驱动轴，所述第三转动元件连接到所述电机的输出轴。该系统还包括：第一离合器，所述第一离合器布置在所述发动机的输出轴与所述行星齿轮机构的第一转动元件之间；以及第二离合器，所述第二离合器布置在所述车轮驱动轴与所述行星齿轮机构的第二转动元件之间。这种混合动力驱动系统在发动机工作时，发动机能够总是处于油耗经济区运行，从而能够最大限度地降低油耗。

但是，上述系统中，发动机一旦参加工作，根据行星齿轮三个转动元件的传动特征，发动机的动力只能以一个恒定的输出比通过行星齿轮输出，在车速变化的情况下，如果想让发动机稳定地工作在油耗经济区，只能通过电动机进行调速，需要在车辆运行的整个过程中都保持电动机参与工作。另一方面，发动机处于高效运行区（例如70-80km/h）时，不再需要电动机辅助时，发动机的动力仍需要通过行星齿轮进行传递，一方面用于驱动车辆，经过行星齿轮的传递会产生能量损失，对于大部分时间处于该速度区间的大型车辆，比如城市公交车，由于这部分能量损失影响的经济性很重要；

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的混合动力系统发动机混合驱动的工作模式行星齿轮的传递能量损失大且很难使经常处于低速行驶工作的车辆处于高效运行区，提供一种适用于经常在低速运营工况下且使该类车辆处于高效运行区的混合动力系统。

本发明提供的混合动力系统，包括发电机、发动机、行星齿轮机构和电动机依次相连，行星齿轮机构包括齿圈、太阳轮及行星架，其中所述齿圈与所述发动机的输出轴相连接；所述太阳轮与所述电动机转子通过一中间轴相连接；所述行星架与车轮驱动轴相连接；储能装置与发电机和电动机电连接；本系统中还包括第一离合装置，其设置于所述齿圈和所述行星架之间，用于实现所述齿圈和所述行星架的连接或者分开；和第二离合装置，其设置于车体固定部件和所述齿圈之间，这里车体固定部件可以是行星齿轮机构外部的壳体，以及第三离合装置，设置于电动机转子与车体固定件之间，这里车体固定件可以是电动机机壳。

本系统中还包括一控制系统，所述发电机、电动机、第一离合装置、所述第二离合装置、第三离合装置与所述控制系统电连接。

附图说明

图1是本发明混合动力系统结构示意图。

其中，10是发电机，20是电动机，30是行星齿轮机构，31是齿圈，310是齿圈延伸部，32是太阳轮，33是行星架，40是电动机，50是中间轴，51是传动齿轮，52是车轮驱动轴，C1是第一离合装置，C2是第二离合装置，C3是第三离合装置。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明提供的混合动力系统的结构示意图进行详细的说明。

图1所示为本发明所述混合动力系统，包括发电机10、发动机20、行星齿轮机构30、电动机40和储能装置（未在图中标出），其中发动机20与发电机10相连接；行星齿轮机构包括齿圈31，太阳轮32和行星架33，其中所述齿圈31与所述发动机20输出轴相连接，所述太阳轮32与所述电动机40转子通过一中间轴50相连，所述行星架33和与车轮驱动轴52相连；储能装置与所述发电机10和所述电动机40电连接，存储所述发电机10和电动机40产生的电能，也用于为所述电动机40供电，本实施例中设置所述储能装置为超级电容；此外，还包括第一离合装置C1和第二离合装置C2，其中，第一离合装置C1设置于所述齿圈31和所述行星架33之间，本实施例中所述齿圈31具有延伸部，所述延伸部的轴心与所述行星齿轮机构30旋转中心线位于同一直线上，所述延伸部与所述发动机20输出轴固定连接，所述延伸部具有与所述发动机20输出轴相互垂直且与所述行星架33一侧面平行的一延伸面310，所述第一离合装置C1设置在所述延伸面310与行星架33的所述侧面之间；本实施例中设置所述第一离合装置C1为片式离合器，包括摩擦片和对偶片，二者可选择地安装在所述延伸面310上和所述行星架33侧面上；第二离合装置C2设置于车体固定部件Ａ和所述齿圈31之间，所述车体固定部件Ａ可以为设置在所述行星齿轮机构30外部的壳体，所述第二离合装置C2可以为钢带式离合器，所述钢带式离合器包括固定在壳体内壁上的钢带和与所述钢带配合抱死或脱开所述齿圈31；此外，本混合动力系统还包括第三离合装置C3，该离合装置可以安装在电动机转子与车体固定部件Ｂ之间，用于锁止电动机40转子，所述车体固定部件可以是与车体不可相对移动的任意位置。

对于上述第一离合装置C1，可以在齿圈31的延伸面上靠近行星架33一侧安装外花键结构，第一离合装置C1的摩擦片（或对偶片）具有内花键结构，以嵌套式安装在延伸面310一侧，所述行星架33一侧的对偶片（或摩擦片）以同样的方式安装于行星架33上。行星架33或齿圈31中一侧连接于车辆液压系统，通过液压系统推动齿圈31或行星架33，使第一离合装置C1的摩擦片和对偶片的接合或者分开。

为了使动力更好地传递给车轮驱动轴52用以驱动车辆，本实施例中行星架33与车轮驱动轴52之间通过一传动齿轮51相连接。

作为本发明的另一个实施例，所述第二离合装置C2也可以是多片式离合器，所述多片湿式离合器包括摩擦片和对偶片，二者可选择地分别安装在齿圈外侧和所述壳体上。

本发明第三离合装置C3可以使电动机40转子锁死，可以安装在电动机40转子或转子轴与车体固定部件Ｂ之间，其中车体固定部件Ｂ是指与车体不可相对移动的固定件，如电动机40机壳。第三离合装置C3也可以是多片式离合器，包括摩擦片和对偶片，二者可互换地分别以花键嵌套的方式安装在电动机40机壳和转子轴上。

作为本发明的另一个实施例，所述储能装置可以是动力电池。

进一步，在上述实施例的基础上，还包括一控制系统，所述发电机10、所述电动机40、所述第一离合装置C1和所述第二离合装置C2以及第三离合装置C3与所述控制系统电连接，即通过控制系统方便地控制上述部件的工作状态。

本实施例中所述混合动力驱动系统具有如下四种工作方式：

一、纯电动驱动模式：发动机20不启动，第一离合装置C1处于脱开状态，第二离合装置C2处于接合状态，第三离合装置C3处于脱开状态，由储能装置向电动机40供电，控制系统控制电动机40转子的转动通过中间轴50传递给行星齿轮机构的太阳轮32，太阳轮32的转动带动行星架33的转动，从而通过传动齿轮51带动车轮驱动轴52的转动，进而驱动车轮。可以根据工况需要调整电动机40的转速和转矩。由于齿圈31与机壳处于接合状态，齿圈21固定，电动机40的转速以一定的传动比通过行星齿轮机构输出，由电动机40单独驱动车辆行驶。为了最大限度的发挥本系统的优势，可以合理设计行星齿轮的尺寸，使电动机以高的升速比输出，这样做有利于减小电机体积，节省车内空间。

二、发动机驱动模式一：发动机20启动，第一离合装置C1处于脱开状态，第二离合装置C2处于脱开状态，第三离合装置C3处于接合状态，发动机20通过齿圈31输出动力，动力经行星架33传递后传给中间轴50，车轮驱动轴50旋转，进而驱动车辆。此时与太阳轮32相连的电动机40固定，即太阳轮32固定不动，发动机20经过行星齿轮以固定的减速比输出。

三、发动机驱动模式二：发动机20启动后，第一离合装置C1处于闭合状态，第二离合装置C2处于脱开状态，第三离合装置C3处于接合状态，发动机20通过齿圈31输出动力，由于齿圈31与行星架33连为一体结构，发动机动力以1：1向车轮驱动轴输出。此时与太阳轮32相连的电动机40转子锁死，太阳轮固定不动，无能量损失。

上述实施例中所述混合动力驱动系统工作过程如下：

首先，车辆起步、低速（小于第一预定车速）时，第一离合器C1处于脱开状态，第二离合器C2处于接合状态，第三离合装置C3处于脱开状态，由储能装置给电动机40供电，由电动机40单独驱动车辆起步和低速行驶，车辆处于纯电动模式。纯电动模式也适用于路况不好情况下的低速行驶和爬坡等工况。

当车速高于第一预定车速时，启动发电机10，打开第二离合装置C2，由发电机10带动发动机20启动，同时调节电动机40的转速，使电动机40与发动机20耦合转速与车速相适应，使车速平稳过渡平稳。逐渐降低电动机20的转速，当电动机转速20接近0时，接合第三离合装置C3，发动机20通过行星齿轮机构30以固定减速比降速输出，可以根据工况调节发电机10工作状态（发电或者不发电），消耗发动机20过剩能量，使发动机20更多的时间工作在燃油高效区。驱动系统工作在发动机驱动模式一。

当车速需要进一步提高，高于第二预定车速时，发动机20通过行星齿轮机构30降速输出不能满足工况需求，继续使用混合模式即将使其脱离燃油高效区，由使车辆进入发动机直接驱动模式：闭合第一离合装置C1，并使第二离合装置C2保持脱开，发动机20带动齿圈31与行星架33同步旋转带动车轮驱动轴52，即发动机传动比为1：1，发动机20的输出能量全部用来驱动车轮，由于此时不需要电动机40调速，故接合第三离合装置C3，使电动机40转子锁止，即太阳轮32锁止，以减小动能损失。此时，车辆进入发动机直驱模式，即由发动机10直接驱动车辆前进。

Claims (10)

1.一种并联式混合动力驱动装置，包括发电机(10)，发动机(20)，行星齿轮机构(30)，电动机(40)，储能装置，所述发电机(10)、发动机(20)、行星齿轮机构(30)、电动机(40)依次相连，其中，所述行星齿轮机构包括齿圈(31)、与齿圈啮合的多个行星齿轮、连接多个行星齿轮的行星架(33)以及与多个行星齿轮啮合的太阳轮(32)；所述发动机(20)输出轴与所述齿圈(31)相连，所述太阳轮(32)通过一中间轴(50)与所述电动机(40)转子轴相连，所述行星架(33)与车轮驱动轴(52)相连，其特征在于：还包括

第一离合装置(C1)，设置于所述齿圈(31)与所述行星架(33)之间，所述齿圈(31)通过所述第一离合装置(C1)与所述行星架(33)连接或者分开；和

第二离合装置(C2)，设置于所述齿圈(31)与车体固定部件A之间，所述齿圈(31)与车体通过所述第二离合装置(C2)固定或者分离；和

第三离合装置(C3)，设置于所述电动机(40)转子与车体固定部件B之间，电动机(40)转子可以通过第三离合装置(C3)与车体固定或者分开。

2.根据权利要求1所述的并联式混合动力驱动装置，其特征在于，所述行星架(33)通过一传动齿轮(51)与所述车轮驱动轴(52)相连接。

3.根据权利要求1所述的并联式混合动力驱动装置，其特征在于，所述齿圈(31)具有延伸部，所述延伸部具有一与所述行星齿轮机构(30)的旋转中心线垂直的延伸面(310)，所述第一离合装置(C1)设置于所述延伸面(310)与所述行星架(33)之间。

4.根据权利要求3所述的并联式混合动力驱动装置，其特征在于，所述第一离合装置(C1)为多片式离合器，包括摩擦片和对偶片，可选择地安装在所述延伸面(310)一侧和所述行星架(33)一侧。

5.根据权利要求4所述的并联式混合动力驱动装置，其特征在于，所述第一离合装置(C1)与一液压装置相连，由所述液压装置控制所述第一离合装置(C1)的分开或者结合。

6.根据权利要求1所述的并联式混合动力驱动装置，其特征在于，所述车体固定部件A为行星齿轮结构外部的壳体。

7.根据权利要求6所述的并联式混合动力驱动装置，其特征在于，所述第二离合装置(C2)为钢带式离合器，所述钢带式离合器包括安装在所述行星齿轮机构(30)的壳体内壁上的钢带和与所述钢带配合抱死或者脱开的所述齿圈(31)。

8.根据权利要求6所述的并联式混合动力驱动装置，其特征在于，所述第二离合装置(C2)是多片式离合装置，包括摩擦片和对偶片，所述摩擦片和对偶片可选择地分别安装在所述壳体内部和所述齿圈上。

9.根据权利要求1所述的并联式混合动力驱动装置，其特征在于，所述车体固定部件B是电动机(40)的机壳。

10.根据权利要求9所述的并联式混合动力驱动装置，其特征在于，所述第三离合装置(C3)是多片式离合装置，包括摩擦片和对偶片，所述摩擦片和对偶片可选择地分别安装在所述电动机(40)机壳内部和所述电动机(40)转子轴上。