CN103660905B

CN103660905B - 一种油电混合电动汽车多模式驱动系统

Info

Publication number: CN103660905B
Application number: CN201310660224.0A
Authority: CN
Inventors: 罗玉涛
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2013-12-09
Filing date: 2013-12-09
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2033-12-09
Also published as: CN103660905A

Abstract

本发明公开了一种油电混合电动汽车多模式驱动系统，该驱动系统的第二电机一端与发动机连接，另一端与第二电机转子轴连接；第一离合器的一端与第二电机转子轴相连，另一端通过传动装置与齿圈连接；第一电机通过第一电机轴分别与第二离合器和太阳轮连接，第二离合器和齿圈连接；制动器与齿圈连接；行星架与驱动桥连接，驱动桥通过两个半轴分别与两车轮连接；ECU与电机控制器连接，电机控制器分别与第一电机和第二电机连接，ECU还分别与第一离合器、第二离合器和制动器连接。本发明通过行星机构、离合器和制动器配合使用，可实现纯电机驱动及电机、发动机耦合驱动模式，形成多种动力传递模式。

Description

一种油电混合电动汽车多模式驱动系统

技术领域

本发明涉及汽车驱动系统，特别是涉及一种油电混合电动汽车多模式驱动系统，该系统可以实现多种纯电动驱动模式。

技术背景

由于全球能源日益减少及环境污染的加剧，电动汽车成为人们关注的焦点。与传统内燃机相比，电动汽车牵引电机具有较宽的工作范围，并且电机低速时恒转矩和高速时恒功率的特性更适合车辆运行需求。近年来，用于电动汽车的动力驱动系统及其工作模式已成为研究热点。尤其是沃蓝达的量产更掀起了一股研究电动汽车驱动模式的风潮。

Volt是通用汽车雪佛兰品牌下的插电式油电混合动力车(PHEV)，其传动系统包括：两个电动机(主电动机M₁、电动机M₂)、两个离合器、一个制动器及一个行星齿轮组。行星齿轮由行星齿圈、环形齿轮、行星齿轮架组成，主电动机M₁与太阳轮(主动件)连接，行星齿轮架通过传动机构将动力输出给前桥差速器，进而传递给车轮，驱动汽车行驶。其中制动器B用于锁住行星齿轮组上的行星齿圈，一个离合器使行星齿圈与电动机M₂相连，该离合器使内燃发动机和电动机M₂相连，增加车辆的续驶里程。该驱动系统使汽车具有低速单一电机驱动模式、高速双电机驱动模式、并联式高速双电机驱动模式、增程单一电机驱动模式、混联式单电机驱动模式五种主要操作模式。但是该传动系统的操作模式还相对较少。

发明内容

本发明的目的在于实现一种油电混合电动汽车多模式驱动系统，该动力驱动系统的纯电动模式有两种传动比，可实现速度比为一的动力传递，也可实现减速增扭动力传递；发动机与电机共同驱动模式时可实现调速功能。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种油电混合电动汽车多模式驱动系统，包括发动机、第一电机、第二电机、行星机构、第一离合器、第二离合器、制动器、电机控制器、ECU、驱动桥、半轴及车轮；行星机构包括太阳轮、行星架和齿圈；所述第二电机一端与发动机连接，另一端与第二电机转子轴连接；第一离合器的一端与第二电机转子轴相连，另一端通过传动装置与齿圈连接；第一电机通过第一电机轴分别与第二离合器和太阳轮连接，第二离合器和齿圈连接；制动器与齿圈连接；行星架与驱动桥连接，驱动桥通过两个半轴分别与两车轮连接；ECU与电机控制器连接，电机控制器分别与第一电机和第二电机连接，ECU还分别与第一离合器、第二离合器和制动器连接。

为进一步实现本发明目的，优选地，所述传动装置包括第一齿轮、第二齿轮、中间轴和第三齿轮；第一离合器的另一端通过连接轴与第一齿轮连接，第一齿轮与第二齿轮啮合；第二齿轮与中间轴连接，中间轴还与第三齿轮连接，第三齿轮与齿圈外啮合。

所述第一离合器和第二离合器均采用液压多片式离合器，制动器采用液压多片式制动器。

所述传动装置为第三齿轮，第一离合器的另一端通过第三齿轮与齿圈外啮合。

所述第一离合器与连接轴连接，连接轴还与第一齿轮连接，第一齿轮与第二齿轮啮合；第二齿轮与第二电机转子轴连接。

所述第一离合器和第二离合器均采用液压摩擦片式离合器；制动器采用液压摩擦片式制动器。

所述第一离合器采用液压多片式离合器，第二离合器采用膜片弹簧离合器，制动器采用钳盘式制动器。

所述第一离合器采用液压多片式离合器，第二离合器采用液压摩擦片式离合器，制动器采用钳盘式制动器。

所述第一离合器采用液压多片式离合器，第二离合器采用电磁离合器，制动器采用钳盘式制动器。

本发明第一电机的功率足够大，可以纯电驱动方式独立驱动车辆行驶，发动机E和第二电机构成发电系统。

本发明的离合器优选为膜片弹簧式，也可以是液压摩擦片式或电磁离合器。

本发明的制动器优选为钳盘式制动器。

本发明的驱动可为液压驱动、气压驱动或者是电机驱动机构。

本发明行星机构的太阳轮与第一电机转子轴相连，行星架则作为输出端与驱动桥相连，将动力传递给左右车轮；制动器作为制动元件与行星机构的齿圈相连，以此来控制行星机构的元件运动。该动力驱动系统通过行星机构、离合器和制动器配合使用可以实现纯电机驱动及电机、发动机耦合驱动模式。可令太阳轮齿数为z₁，半径为r₁，转速为n₁；齿圈齿数为z₂，半径为r₂，转速为n₂，行星架的转速为n₃。设α＝z₂/z₁＝r₂/r₁，单排行星齿轮运动的规律为n₁+αn₂-(1+α)n₃＝0，通过控制离合器、制动器的结合及断开，油电混合电动汽车多模式驱动系统的模式有如下几种。

(1)当第一离合器断开、第二离合器结合、制动器断开时，第一电机的转子轴与行星机构齿圈刚性连接，动力经行星架按1:1输出给驱动桥；

(2)当第一离合器断开、第二离合器断开、制动器结合时，行星机构的齿圈被制动，动力经行星架输出，传动比为1+α，为减速传动；

(3)当第一离合器结合、第二离合器断开、制动器断开时，第一电机与发动机动力耦合后经行星架输出给驱动桥，根据行星机构齿圈、太阳轮的参数不同可以实现调速功能；

(4)当第一离合器结合、第二离合器结合、制动器断开时，第一电机与发动机共同驱动车轮，且动力经行星架输出给驱动桥。

(5)当第一电机转子轴空转，第一离合器结合、第二离合器结合、制动器断开时，行星机构的太阳轮与齿圈刚性连接，动力经行星架输出给驱动桥，实现纯发动机驱动模式。

(6)当第一电机转子轴反转，第一离合器断开、第二离合器结合、制动器断开时，驱动系统实现倒挡，速比为1；若第一离合器与第二离合器断开、制动器结合，则该系统倒挡的速比为1+α。

(7)汽车制动时，第一离合器断开，电机控制器控制电机产生制动力矩，若第二离合器结合、制动器断开，则制动力矩按1:1经行星架输出给驱动桥，制动车轮；若第二离合器断开、制动器结合，则制动力矩增大1+α倍后经行星架输出给驱动桥，制动车轮。汽车制动过程中，电动机M1变为发电机向电池组充电，实现制动能量回收。

相对于现有技术，本发明的优点：

本发明油电混合电动汽车多模式驱动系统的纯电动模式有两种传动比，可实现速度比为一的动力传递，也可实现减速增扭动力传递；发动机与电机共同驱动模式时可实现调速功能。

附图说明

图1为本发明实施例1油电混合电动汽车多模式驱动系统的结构原理图。

图2为本发明实施例2油电混合电动汽车多模式驱动系统的结构原理图。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明，但本发明的具体实施方式不限于此。

实施例1

如图1所示，一种油电混合电动汽车多模式驱动系统，包括发动机13、第一电机14、第二电机12、行星机构、第一离合器9、第二离合器17、制动器18、电机控制器、ECU、驱动桥21、半轴20及车轮19；第一离合器9和第二离合器17均采用液压多片式离合器，制动器18采用液压多片式制动器；行星机构包括太阳轮1、行星架2和齿圈3；第二电机12安装在第二电机座11上，一端与发动机13连接，另一端与第二电机转子轴10连接；第一离合器9的一端与第二电机转子轴10相连，另一端通过连接轴8与第一齿轮7连接，第一齿轮7与第二齿轮6啮合，组成齿轮副；第二齿轮6与中间轴5连接，中间轴5还与第三齿轮4连接，第三齿轮4与齿圈3外啮合；第一电机14安装在第一电机座15中，第一电机14通过第一电机轴16分别与第二离合器17和太阳轮1连接，第二离合器17和齿圈3连接；制动器18与齿圈3连接；制动器18作为制动元件与行星机构的齿圈3相连，以此来控制行星机构的元件运动；行星架2与驱动桥21连接，驱动桥21通过两个半轴20分别与两车轮19连接，行星架则作为输出端与驱动桥相连，将动力传递给左右车轮；ECU与电机控制器连接，电机控制器分别与第一电机14和第二电机12连接，ECU还分别与第一离合器9、第二离合器17和制动器18连接。

液压多片式离合器包括离合器壳体、钢片、摩擦片、活塞、回位弹簧及卡环成。

可令太阳轮齿数为z₁，半径为r₁，转速为n₁；齿圈齿数为z₂，半径为r₂，转速为n₂，行星架的转速为n₃。设α＝z₂/z₁＝r₂/r₁，单排行星齿轮运动的规律为n₁+αn₂-(1+α)n₃＝0，通过控制离合器、制动器的结合及断开，油电混合电动汽车多模式驱动系统的模式有如下几种。

(1)第二电机转子轴10通过第一离合器9与连接轴8断开，第一电机转子轴16通过第二离合器17与齿圈3结合，制动器18断开。此时，电动车动力驱动系统的速比为1，动力经行星架传递给车轮，实现纯电机驱动。

(2)第二电机转子轴10通过第一离合器9与连接轴8断开，第一电机转子轴16通过第二离合器17与齿圈3断开，制动器18结合。此时，电动车动力驱动系统的传动速比与行星机构的结构相关，假设时，则该驱动系统以减速比3驱动车轮，实现纯电机驱动。

(3)第二电机转子轴10通过第一离合器9与连接轴8结合，连接轴8经第一齿轮7与第二齿轮6组成的齿轮副将动力传递给中间轴5，中间轴5经第三齿轮4与齿圈3外啮合；第一电机转子轴16通过第二离合器17与齿圈3断开，制动器18断开。此时，该驱动系统中的发动机与第一电机12动力耦合后经行星架传递给驱动桥，且可实现系统的调速功能。

(4)第二电机转子轴10通过第一离合器12与连接轴8结合，连接轴8经第一齿轮7与第二齿轮6组成的齿轮副将动力传递给中间轴5，中间轴5经第三齿轮4与齿圈3外啮合；第一电机转子轴16通过第二离合器17与齿圈3结合，制动器18断开。此时，该驱动系统中的发动机与第一电机12的动力经行星架输出后共同驱动车轮。

(5)电机M₁转子轴空转，第二电机12转子轴10通过第一离合器9与轴8结合，连接轴8经第一齿轮7与第二齿轮6组成的齿轮副将动力传递给中间轴5，中间轴5经第三齿轮4与齿圈3外啮合；第一电机转子轴16通过第二离合器17与齿圈3结合，制动器18断开。此时，行星机构太阳轮与齿圈刚性连接，动力经行星架传递给驱动桥，实现纯发动机驱动。

(6)第二电机转子轴10通过第一离合器9与连接轴8断开，第一电机转子轴16反转，若第一电机转子轴16通过第二离合器17与齿圈3结合，制动器18断开，则驱动系统实现倒挡，速比为1；若第一电机转子轴16通过第二离合器17与齿圈3断开，制动器18结合，则该系统倒挡的速比为1+α。

(7)汽车制动时，第二电机转子轴10通过第一离合器9与连接轴8断开，第一电机14控制器控制电机产生制动力矩，若第一电机器转子轴16通过第二离合器17与齿圈结合，制动器18断开，则制动力矩按1:1经行星架输出给驱动桥，制动车轮；若第一电机转子轴16通过第二离合器17与齿圈3断开，制动器18结合，则制动力矩增大1+α倍后经行星架输出给驱动桥，制动车轮。汽车制动过程中，第一电机14变为发电机向电池组充电，实现制动能量回收。

实施例2

如图2所示，一种油电混合电动汽车多模式驱动系统，包括发动机12、第一电机13、第二电机11、行星机构、第一离合器5、第二离合器16、制动器17、电机控制器、ECU、驱动桥20、半轴19及车轮18；第一离合器5和第二离合器16均采用液压摩擦片式离合器；制动器17采用液压摩擦片式制动器；行星机构包括太阳轮1、行星架2和齿圈3；第二电机11安装在第二电机座10上，一端与发动机12连接，另一端与第二电机转子轴9连接；第一离合器5的一端与连接轴6相连，另一端通过第三齿轮4与齿圈3外啮合；连接轴6还与第一齿轮7连接，第一齿轮7与第二齿轮8啮合，组成齿轮副；第二齿轮8与第二电机转子轴9连接；第一电机13安装在第一电机座14中，第一电机13通过第一电机轴15分别与第二离合器16和太阳轮1连接，第二连接轴16与齿圈3连接；制动器17与齿圈3连接；制动器17作为制动元件与行星机构的齿圈3相连，以此来控制行星机构的元件运动；ECU与电机控制器连接，电机控制器分别与第一电机13和第二电机11连接，ECU还分别与第一离合器5、第二离合器16和制动器17连接；行星架2与驱动桥20连接，驱动桥20通过两个半轴19分别与两车轮18连接；行星架则作为输出端与驱动桥相连，将动力传递给左右车轮。

液压摩擦片式离合器包括离合器壳体、钢片、摩擦片、活塞、回位弹簧及卡环成。除本实施例第一离合器5布置在中间轴6上外，本实施例的工作原理与实施例1基本相同。

实施例3

本实施例的第二离合器采用膜片弹簧离合器，主要由离合器壳体、膜片弹簧、压盘、摩擦片及分离轴承组成；第一离合器采用液压多片式离合器，制动器采用钳盘式。与实施实例1不同的是第二电机转子轴与传动机构连接，传动机构通过内啮合与齿圈连接，工作原理与实施例1相同。

实施例4

本实施例的第二离合器采用液压摩擦片式，主要由壳体、钢片、摩擦片、活塞、回位弹簧、密封圈及卡环组成，第一离合器采用液压多片式离合器，制动器采用钳盘式制动器，其余部件的连接布置与实施例3相同，本实施例的工作原理与实施例3基本相同。

实施例5

本实施例的第二离合器采用电磁离合器，主要由磁轭、衔铁、法兰、铆钉及弹簧片组成。磁轭通过花键与电机转子轴连接，法兰通过键与齿圈连接，线圈通电时产生磁通吸合衔铁，从而产生摩擦扭矩，使从动部分结合。第一离合器采用液压多片式离合器，制动器采用钳盘式制动器，其余部件的连接布置与实施例3相同，本实施例的工作原理与实施例3基本相同。

Claims

1.一种油电混合电动汽车多模式驱动系统，包括发动机、第一电机、第二电机、行星机构、第一离合器、第二离合器、制动器、电机控制器、ECU、驱动桥、半轴及车轮；行星机构包括太阳轮、行星架和齿圈；其特征在于所述第二电机一端与发动机连接，另一端与第二电机转子轴连接；第一离合器的一端与第二电机转子轴相连，另一端通过传动装置与齿圈连接；第一电机通过第一电机轴分别与第二离合器和太阳轮连接，第二离合器和齿圈连接；制动器与齿圈连接；行星架与驱动桥连接，驱动桥通过两个半轴分别与两车轮连接；ECU与电机控制器连接，电机控制器分别与第一电机和第二电机连接，ECU还分别与第一离合器、第二离合器和制动器连接。

2.根据权利要求1所述的油电混合电动汽车多模式驱动系统，其特征在于：所述传动装置包括第一齿轮、第二齿轮、中间轴和第三齿轮；第一离合器的另一端通过连接轴与第一齿轮连接，第一齿轮与第二齿轮啮合；第二齿轮与中间轴连接，中间轴还与第三齿轮连接，第三齿轮与齿圈外啮合。

3.根据权利要求2所述的油电混合电动汽车多模式驱动系统，其特征在于：所述第一离合器和第二离合器均采用液压多片式离合器，制动器采用液压多片式制动器。

4.根据权利要求1所述的油电混合电动汽车多模式驱动系统，其特征在于：所述传动装置为第三齿轮，第一离合器的另一端通过第三齿轮与齿圈外啮合。

5.根据权利要求1所述的油电混合电动汽车多模式驱动系统，其特征在于：所述第一离合器与连接轴连接，连接轴还与第一齿轮连接，第一齿轮与第二齿轮啮合；第二齿轮与第二电机转子轴连接。

6.根据权利要求4或5所述的油电混合电动汽车多模式驱动系统，其特征在于：所述第一离合器和第二离合器均采用液压摩擦片式离合器；制动器采用液压摩擦片式制动器。

7.根据权利要求1所述的油电混合电动汽车多模式驱动系统，其特征在于：所述第一离合器采用液压多片式离合器，第二离合器采用膜片弹簧离合器，制动器采用钳盘式制动器。

8.根据权利要求1所述的油电混合电动汽车多模式驱动系统，其特征在于：所述第一离合器采用液压多片式离合器，第二离合器采用液压摩擦片式离合器，制动器采用钳盘式制动器。

9.根据权利要求1所述的油电混合电动汽车多模式驱动系统，其特征在于：所述第一离合器采用液压多片式离合器，第二离合器采用电磁离合器，制动器采用钳盘式制动器。