CN102922982B - 双行星轮系动力耦合传动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双行星轮系动力耦合传动系统，旨在克服多种动力源动力耦合效率低，很难实现多种驱动模式来优化发动机工作区间的问题，该系统包括前齿圈、前行星架、前太阳轮、后齿圈、后行星架、后太阳轮、前制动器、离合器、后制动器与减速齿轮组。前齿圈空套在发动机的输出轴上为转动连接，前齿圈的左端插入前制动器内，前行星架与发动机的输出轴固定连接，前太阳轮与发电机输入轴的左端键连接，发电机输入轴的右端和减速齿轮组的输入端键连接，减速齿轮组的输出端和离合器的左端固定连接，离合器的右端和后行星架通过一轴固定连接，轴插入后制动器内，驱动电机空套在后太阳轮上，驱动电机与后齿圈固定连接，后太阳轮的右端与驱动桥固定连接。

Description

双行星轮系动力耦合传动系统

技术领域

本发明涉及一种动力耦合传动系统，更确切地说，本发明涉及一种双行星轮系动力耦合传动系统。

背景技术

混合动力驱动系统主要分为串联、并联、混联三种形式。串联混合动力系统采用的是电电耦合，其发动机不直接参与驱动系统提供动力，而是将发动机的动力带动发电机给电池充电，然后电池为驱动电机提供能量来驱动车辆。该系统优势是发动机可以始终控制在最优的工作区间，来提高发动机的工作效率。缺点是该系统将发动机的机械能先是转换为电能为电池存储，然后电能又转换为驱动电机的机械能。这样的两次能量转换所损失的能量，易使得整个系统的效率大大降低。而且该系统一般仅有唯一的动力源驱动电机，为此电机需要选择较大功率，动力电池也需要选择较大的容量，故成本较高。这一系统由于电机较大能够回馈较多的制动能量，多应用于城市的公交车。

并联混合动力系统采用的是机电耦合，其发动机的输出动力与驱动电机输出动力通过机械装置耦合输出，该并联混合动力系统发动机作为主要动力，在大多数工况下都处于工作状态，为此很难将发动机始终控制在高效区间内运行，这一系统与传统相比，能够提高的燃油经济性很小，对排放优化能力也一般，并且制动能量回收能力也较差，在市场中典型的车型有本田的Insight，该并联混合动力系统主要优点是动力性较好、减少了发动机怠速和车辆蠕行时发动机处于低效率区的情况。

混联混合动力系统指的是具有两种或两种以上的驱动模式，该混联混合动力系统能够较好的适应多种工况下的车辆行驶需求，同时也能够通过切换驱动模式来控制发动机尽可能运行在高效率区间，但是由于控制系统相对复杂、成本较高。市场上该混联混合动力系统典型车型有美国通用汽车的Volt与丰田公司的PRUIS。PRUISE通过行星机构将发动机、发电机、驱动电机分别连接在行星架、太阳轮、齿圈上，同时齿圈与输出相连接，该混联混合动力系统可以处于纯电驱动和并联驱动两个模式。而Volt作为增程式混合动力汽车，其动力耦合机构的行星架与输出固定连接，太阳轮与驱动电机连接，齿圈既连接制动器，也与离合器的一端相连接，然后离合器与发电机连接，发电机与发动机之间也由离合器相连接，该混联混合动力系统可处于纯电机驱动、并联驱动与串联驱动三种模式。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是解决了现有多种动力源动力耦合效率低，很难实现多种驱动模式来优化发动机工作区间的问题，提供了一种双行星轮系动力耦合传动系统。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的双行星轮系动力耦合传动系统包括前排行星轮系、后排行星轮系、前制动器、离合器、后制动器与减速齿轮组；其中：前排行星轮系包括前齿圈、前行星架与前太阳轮；后排行星轮系包括后齿圈、后行星架与后太阳轮。

前齿圈空套在发动机的输出轴上为转动连接，前齿圈的左端插入前制动器内，前行星架与发动机的输出轴固定连接，前太阳轮与发电机输入轴的左端键连接，发电机输入轴的右端和减速齿轮组的输入端键连接，减速齿轮组的输出端和离合器的左端固定连接，离合器的右端与轴的一端固定连接，轴的另一端与后行星架固定连接，后行星架与离合器之间的轴插入在后制动器内，驱动电机空套在后太阳轮上，驱动电机与后齿圈固定连接，后太阳轮的右端通过锥齿轮与驱动桥连接。

技术方案中所述的减速齿轮组的输出端和离合器的左端固定连接是指：减速齿轮组的输出端和离合器的左端采用1号花键副连接。

技术方案中所述的离合器的右端与轴的一端固定连接是指：离合器的右端与轴的一端采用2号花键副连接。

技术方案中所述的轴的另一端与后行星架固定连接是指：轴的另一端与后行星架采用3号花键副连接。

技术方案中所述的前制动器固定安装在车架上，后制动器固定安装在车架上。

技术方案中所述的前行星架与发动机的输出轴固定连接是指：前行星架与发动机的输出轴采用GY型凸缘联轴器固定连接。

技术方案中所述的减速齿轮组的减速比为2:1。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的双行星轮系动力耦合传动系统通过行星齿轮机构耦合发动机、发电机、驱动电机使得动力耦合比可以实现连续变化，无传动比切换的冲击。

2.本发明所述的双行星轮系动力耦合传动系统当电池SOC满足要求时，车辆运行功率需求较小可以采用驱动电机直接驱动，其效率较高。当车辆运行功率需求相对较大可以采用驱动电机与发电机驱动模式，通过协调驱动电机与发电机之间的转速实现最优的动力耦合。

3.本发明所述的双行星轮系动力耦合传动系统中的发动机接在前行星架上，当处于并联驱动模式时，可以实现驱动电机与发电机的转速差较小，转速区域较小，均处于高效区间。解决了丰田公司的PRUIS动力耦合机构因传动比使得发电机需要选择高转速和同时发电机运行区域过大不稳定使得发电机运行效率较低的问题。

4.本发明所述的双行星轮系动力耦合传动系统中通过离合器与制动器结合或分离实现串联模式，能够在复杂的城市工况下，更容易的优化发动机的工作区间。解决了丰田公司的PRUIS动力耦合机构不能处于串联模式问题。

5.本发明所述的双行星轮系动力耦合传动系统在制动工况下，可通过离合器与制动器结合或分离，实现驱动电机轻度能量回收和驱动电机与发电机重度能量回收，使得制动回收的效率更高。

总之，本发明能够实现车辆多种驱动模式，能够保证发动机、发电机、电动机均运行在高效区间内，从而提高混合动力的整车运行效率。其结构简单，可应用于所有的混合动力车辆。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为本发明所述的双行星轮系动力耦合传动系统的原理框图；

图2为本发明所述的双行星轮系动力耦合传动系统的结构组成示意图；

图3为本发明所述的双行星轮系动力耦合传动系统的单电机驱动模式示意图；

图4为本发明所述的双行星轮系动力耦合传动系统的驱动电机与发电机驱动模式示意图；

图5为本发明所述的双行星轮系动力耦合传动系统的并联驱动模式示意图；

图6为本发明所述的双行星轮系动力耦合传动系统的串联驱动模式示意图；

图7为本发明所述的双行星轮系动力耦合传动系统的轻度制动能量回收模式示意图；

图8为本发明所述的双行星轮系动力耦合传动系统的重度制动能量回收模式示意图；

图中：1.发动机，2.前齿圈，3.前制动器，4.发电机，5.离合器，6.后制动器，7.后太阳轮，8.左半轴，9.驱动桥，10.车轮，11.驱动电机，12.后齿圈，13.后行星架，14.减速齿轮组，15.前行星架，16.前太阳轮，17.后行星轮，18.前行星轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

本发明提供了一种双行星轮系动力耦合传动系统，双行星轮系动力耦合传动系统能够实现单电机驱动、双电机驱动、并联驱动与串联驱动四种模式，通过选择适当的驱动模式能够保证每一种工况下发动机、发电机、驱动电机综合的的驱动效率最高。通过协调行星齿轮机构多自由度运动特性来提高动力耦合的效率。

所述的双行星轮系动力耦合传动系统包括前排行星轮系、后排行星轮系、前制动器3、离合器5、后制动器6与减速齿轮组14。其中：前排行星轮系由前齿圈2、前行星架15、前太阳轮16与前行星轮18组成；后排行星轮系由后齿圈12、后行星架13、后行星轮17与后太阳轮7组成。双行星轮系动力耦合传动系统将发动机1、发电机4与驱动电机11耦合形成混联混合动力系统，该混联混合动力系统可处于纯驱动电机驱动、并联驱动与串联驱动三种模式。

所述的前制动器3和后制动器6均采用TJ-B型干式单片电磁制动器。

前齿圈2空套在发动机1的输出轴上为转动连接，前齿圈2左端插入前制动器3内，前制动器3固定安装在车架上，前行星架15与发动机1的输出轴采用GY型凸缘联轴器固定连接，前太阳轮16与发电机4输入轴的左端采用键固定连接，前齿圈2与前太阳轮16之间均布有三个结构相同的前行星轮18，前行星轮18和前齿圈2与前太阳轮16同时为啮合连接，三个前行星轮18均布在前行星架15的圆周方向上为转动连接，发电机4输入轴的右端和减速齿轮组14的输入端采用键固定连接，其中：减速齿轮组14减速比为2:1，减速齿轮组14的输出端和离合器5的左端采用1号花键副固定连接，离合器5的右端与轴的一（左）端采用2号花键副固定连接，轴的另一（右）端与后行星架13采用3号花键副固定连接，后行星架13与离合器5之间的轴插入后制动器6内，后制动器6固定安装在车架上，驱动电机11空套在后太阳轮7上，驱动电机11与后齿圈12固定连接，后齿圈12与后太阳轮7之间均布有三个结构相同的后行星轮17，后行星轮17和后齿圈12与后太阳轮7同时为啮合连接，三个后行星轮17均布在后行星架13的圆周方向上为转动连接，后太阳轮7的右端通过锥齿轮与驱动桥9相连接。

参照图1，当后制动器6制动、前制动器3分离、离合器5断开，车辆由驱动电机11单独驱动，可以计算出力矩传递的大小和转速关系。

当后制动器6分离、前制动器3分离、离合器5结合，发动机1处于停机状态，车辆由驱动电机11和发电机4联合驱动，通过协调两者转速使得尽可能各自均处于高效区间，来满足车辆动力性需求。

当后制动器6分离、前制动器3制动、离合器5结合，发动机1处于运行状态，车辆处于并联驱动模式，通过协调电机1转速使得发动机处于高效区间，然后后排行星轮系通过协调驱动电机11转速来满足车辆运行需求。

参考图2，当后制动器6制动、前制动器3制动、离合器5断开，发动机1处于运行状态，车辆处于串联模式，此时发动机1带动发电机4为电池充电，驱动电机11单独驱动车辆运行。

本发明所述的双行星轮系动力耦合传动系统可实现以下几种工作模式。

停车工作模式：

在停车工作模式下，动力驱动系统没有能量流，各零部件均处于静止状态。

停车发电工作模式：

在停车发电工作模式下，后制动器6分离、前制动器3制动、离合器5断开，发动机1带动发电机4为电池充电。

驱动电机驱动工作模式：

参阅图3，在驱动电机驱动工作模式下，后制动器6制动、前制动器3分离、离合器5断开，驱动电机11的动力传递到后齿圈12，通过后行星轮17传递到后太阳轮7、驱动桥9、左半轴8与右半轴驱动左车轮与右车轮10运行。该模式下车辆运行需求功率较小，同时SOC能够满足要求。

驱动电机与发电机驱动工作模式：

参阅图4，在驱动电机与发电机联合驱动工作模式下，后制动器6分离、前制动器3分离、离合器5结合，发电机4动力通过离合器5传递到后行星架13，与驱动电机11的动力传递到后齿圈12后进行耦合，通过后太阳轮7输出，传递到驱动桥9、左半轴8与右半轴驱动左车轮与右车轮10运行。由于发电机4动力也传递到前齿圈2，由于无约束处于自由转动状态。该模式下车辆运行需求功率相对较大，同时SOC能够满足要求。

并联行驶工作模式：

参阅图5，在并联行驶工作模式下，后制动器6分离、前制动器3制动、离合器5结合，发动机1动力通过前行星架15传递到前太阳轮16与发电机4动力耦合后，通过减速齿轮组14、离合器5到后行星架13，与驱动电机11传递到后齿圈12的动力进行耦合，最后动力传递到后太阳轮7，驱动桥9、左半轴8与右半轴驱动左车轮与右车轮10运行。此时发电机4处于空转状态。

串联行驶工作模式：

参阅图6，在串联行驶工作模式下，后制动器6制动、前制动器3制动、离合器5断开，发动机1带动前行星架15转动，由于前制动器3制动了前齿圈2的运动，动力将通过前太阳轮16传递到发电机4为电池充电。驱动电机11将动力通过后齿圈12传递到后行星轮17，由于后制动器6制动了后行星架13的运动，故动力将传递到后太阳轮7，然后到驱动桥9、左半轴8与右半轴驱动左车轮与右车轮10运行。

轻度制动能量回收工作模式：

参阅图7，在轻度制动能量回收工作模式下，后制动器6制动、前制动器3分离、离合器5断开，车轮的转矩带动后太阳轮7转动，由于后行星架13被后制动器6制动，其动力传递到后齿圈12，然后带动驱动电机11给电池发电。该模式下车辆处于较为紧急工况，故以缩短制动距离为主，回收制动能量为辅，来保证安全性。

重度制动能量回收工作模式：

参阅图8，在重度制动能量回收工作模式下，后制动器6分离、前制动器3分离、离合器5结合，车轮的转矩带动后太阳轮7转动，后太阳轮7分别将动力分配给后齿圈12到驱动电机11和后行星架13经过离合器5到发电机4。此时驱动电机11和发电机4均处于发电模式。该模式下车辆不处于紧急工况，故以回收制动能量主。

Claims (7)

1.一种双行星轮系动力耦合传动系统，其特征在于，所述的双行星轮系动力耦合传动系统包括前排行星轮系、后排行星轮系、前制动器（3）、离合器（5）、后制动器（6）与减速齿轮组（14）；其中：前排行星轮系包括前齿圈（2）、前行星架（15）与前太阳轮（16）；后排行星轮系包括后齿圈（12）、后行星架（13）与后太阳轮（7）；

前齿圈（2）空套在发动机（1）的输出轴上为转动连接，前齿圈（2）的左端插入前制动器（3）内，前行星架（15）与发动机（1）的输出轴固定连接，前太阳轮（16）与发电机（4）输入轴的左端键连接，发电机（4）输入轴的右端和减速齿轮组（14）的输入端键连接，减速齿轮组（14）的输出端和离合器（5）的左端固定连接，离合器（5）的右端与轴的一端固定连接，轴的另一端与后行星架（13）固定连接，后行星架（13）与离合器（5）之间的轴插入在后制动器（6）内，驱动电机（11）空套在后太阳轮（7）上，驱动电机（11）与后齿圈（12）固定连接，后太阳轮（7）的右端通过锥齿轮与驱动桥（9）连接。

2.按照权利要求1所述的双行星轮系动力耦合传动系统，其特征在于，所述的减速齿轮组（14）的输出端和离合器（5）的左端固定连接是指：

减速齿轮组（14）的输出端和离合器（5）的左端采用1号花键副连接。

3.按照权利要求1所述的双行星轮系动力耦合传动系统，其特征在于，所述的离合器（5）的右端与轴的一端固定连接是指：

离合器（5）的右端与轴的一端采用2号花键副连接。

4.按照权利要求1所述的双行星轮系动力耦合传动系统，其特征在于，所述的轴的另一端与后行星架（13）固定连接是指：

轴的另一端与后行星架（13）采用3号花键副连接。

5.按照权利要求1所述的双行星轮系动力耦合传动系统，其特征在于，所述的前制动器（3）固定安装在车架上，后制动器（6）固定安装在车架上。

6.按照权利要求1所述的双行星轮系动力耦合传动系统，其特征在于，所述的前行星架（15）与发动机（1）的输出轴固定连接是指：

前行星架（15）与发动机（1）的输出轴采用GY型凸缘联轴器固定连接。

7.按照权利要求1所述的双行星轮系动力耦合传动系统，其特征在于，所述的减速齿轮组（14）的减速比为2:1。