CN104442340A - 复合双行星排式液驱混合动力系统 - Google Patents

复合双行星排式液驱混合动力系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合双行星排式液驱混合动力系统，本发明包括有发动机、一号液压泵/马达、二号液压泵/马达、双行星排、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第一锁止器、第二锁止器、高压蓄能器、低压蓄能器以及液控单向阀，本发明选用峰值转矩、峰值转速较小的二号液压泵/马达，降低了系统对液压泵/马达的要求；本发明通过设置于一号液压泵/马达转轴的第二锁止器将一号液压泵/马达锁止，避免了一号液压泵/马达的低效工作，提高了系统效率。本发明取消了液力变矩器，通过液压泵/马达实现液压无级变速，提高了传动系统效率；本发明可以避免发动机曲轴倒转；采用液压蓄能器作为储能元件，相比于蓄电池提供更大的功率密度，提高了整车动力性。

Description

复合双行星排式液驱混合动力系统
技术领域
本发明涉及混合动力车辆的动力系统领域，特别涉及一种复合双行星排式液驱混合动力系统。
背景技术
车辆作为主要的交通和运输工具，在其上应用混合动力技术可以实现节能、环保的要求。当前混合动力车辆动力系统主要分为串联式、并联式和混联式。混联式动力系统兼具串联式和并联式动力系统的优点，易于对发动机进行最佳控制，整车效率较高，可使混合动力车辆具有最佳的综合性能。
当前混联式混合动力车辆主要采用行星机构作为功率分流装置，典型的结构形式有丰田混合动力系统，其驱动电机直接连接到输出件齿圈，对电机转矩转速性能要求较高；同时混合动力电动车辆深受蓄电池能量密度低的限制，因此液驱混合动力车辆可视为一种综合解决上述问题的可行方案。
发明内容
本发明提供了一种复合双行星排式液驱混合动力系统，以克服现有技术的缺点。
本发明包括有发动机、一号液压泵/马达、二号液压泵/马达、双行星排、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第一锁止器、第二锁止器、高压蓄能器、低压蓄能器以及液控单向阀，所述复合行星排包括第一行星排和第二行星排；所述第一行星排包括第一排太阳轮、行星架、第一排行星轮以及第一排齿圈；第二行星排包括第二排行星轮、第二排齿圈以及和第一行星排共用的行星架；所述发动机通过输入轴与行星架连接，第一锁止器一端与输入轴连接，另一端固连于车架；第一排太阳轮与一号液压泵/马达连接，第一排太阳轮转轴与第二锁止器一端连接，第二锁止器另一端固连于车架；第二排行星轮分别与第一排行星轮和第二排齿圈啮合；二号液压泵/马达与第二齿轮连接，第二齿轮与位于第二排齿圈基座上的第一齿轮啮合，第二排齿圈可转动地套设在第一排太阳轮的转轴上；高压蓄能器通过液控单向阀与一号液压泵/马达高压油口液压连接，一号液压泵/马达低压油口与低压蓄能器液压连接；高压蓄能器与二号液压泵/马达高压油口液压连接，二号液压泵/马达低压油口与低压蓄能器液压连接；位于第一排齿圈基座上的第三齿轮输出动力到驱动车轮。
本发明的有益效果：
1.本发明相对于现有混合动力系统，结构简单、紧凑，所需安装空间较小，只有两个锁止器，易于控制，成本较低；
2.本发明的一号液压泵/马达主要起充能作用，而二号液压泵/马达主要起驱动作用。与现有的拉威挪式齿轮变速机构相比，本发明可减小对二号液压泵/马达的转速和转矩要求，可以选用峰值转矩、峰值转速较小的二号液压泵/马达，降低了系统对液压泵/马达的要求；
3.本发明在功率直接传递模式和功率分流模式之间切换以及在高负荷行驶和最高车速行驶之间切换时，一号液压泵/马达的转速需控制在零转速附近以调节发动机的功率输出。通过设置于一号液压泵/马达转轴的第二锁止器将一号液压泵/马达锁止，避免了一号液压泵/马达的低效工作，提高了系统效率。
4.本发明相比于传统发动机动力经过液力变矩器实现无级变速，取消了液力变矩器，通过液压泵/马达实现液压无级变速，提高了传动系统效率，降低了油耗。
5.本发明可以实现纯液压启动模式、纯液压驱动行驶模式，提高车载能源利用效率。
6.本发明在纯液压驱动模式下，设于输入轴上的第一锁止器将行星架连同与其连接的发动机一并锁止，可以避免发动机曲轴的倒转。
7.本发明的两个液压泵/马达安装在行星排远离发动机的一端，并集成为一体，可以避免发动机散热对液压泵/马达的影响，简化液压泵/马达冷却系统。
8.本发明使用液压蓄能器作为储能元件，相比于蓄电池能够提供更大的功率密度，提高了整车动力性。
附图说明
图1是本发明的结构组成示意图；
图2是本发明的发动机静止启动模式的动力传递路线图；
图3是本发明的发动机行车启动模式的动力传递路线图；
图4是本发明的纯液压驱动模式的动力传递路线图；
图5是本发明的功率直接传递模式的动力传递路线图；
图6是本发明的功率分流模式的动力传递路线图；
图7是本发明的高负荷行驶下联合驱动模式的动力传递路线图；
图8是本发明的最高速行驶下联合驱动模式的动力传递路线图；
图9是本发明的再生制动模式的动力传递路线图。
图中：1.发动机，2.输入轴，3.第一锁止器，4.第一排太阳轮，5.行星架，6.第一排齿圈，7.第一排行星轮，8.第二锁止器，9.一号液压泵/马达，10.液控单向阀，11.高压蓄能器，12.低压蓄能器，13.二号液压泵/马达，14.第一齿轮，15.第二齿轮，16.第二排齿圈，17.第二排行星轮，18.第三齿轮。
具体实施方式
请参阅图1所示，本实施例包括有发动机1、一号液压泵/马达9、二号液压泵/马达13、复合双行星排、第一齿轮14、第二齿轮15、第三齿轮18、第一锁止器3、第二锁止器8、高压蓄能器11、低压蓄能器12以及液控单向阀10。
所述复合双行星排包括第一行星排和第二行星排；所述第一行星排包括第一排太阳轮4、行星架5、第一排行星轮7以及第一排齿圈6；第二行星排包括第二排行星轮17、第二排齿圈16以及和第一行星排共用的行星架；
所述发动机1通过输入轴2与行星架5连接，第一锁止器3一端与输入轴2连接，另一端固连于车架；所述第一排太阳轮4与一号液压泵/马达9连接，第一排太阳轮4转轴与第二锁止器8一端连接，第二锁止器8另一端固连于车架；第二排行星轮17分别与第一排行星轮7和第二排齿圈16啮合；二号液压泵/马达13与第二齿轮15连接，第二齿轮与位于第二排齿圈16基座上的第一齿轮14啮合，第二排齿圈16可转动地套设在第一排太阳轮4的转轴上；高压蓄能器11通过液控单向阀10与一号液压泵/马达9高压油口液压连接，一号液压泵/马达9低压油口与低压蓄能器12液压连接；高压蓄能器11与二号液压泵/马达13高压油口液压连接，二号液压泵/马达13低压油口与低压蓄能器12液压连接；位于第一排齿圈6基座上的第三齿轮18输出动力到驱动车轮。
本发明的工作过程和原理如下：
1.发动机启动模式
根据整车的运行状况，发动机启动模式分为静止启动和行车启动。这两种启动方式的共同特征是：第一锁止器3和第二锁止器8分离，高压蓄能器11放能，一号液压泵/马达9以液压马达的形式工作，将液压油的压力能转化为机械能，动力经第一排太阳轮4、第一排行星轮7、行星架5传递到发动机1，发动机1启动。两种子模式的区别是：静止启动时二号液压泵/马达13不工作，第一排齿圈6转速为零，动力传递路线如图2所示；行车启动时二号液压泵/马达13以液压马达的形式工作，第一排齿圈6和第二排齿圈16转速不为零，动力传递路线如图3所示。
2.纯液压驱动模式
纯液压驱动模式主要用于当高压蓄能器11压力较高时，车辆起步、低负荷行驶以及倒车。此模式下，第一锁止器3接合，第二锁止器8分离，高压蓄能器11放能，二号液压泵/马达13以液压马达的形式工作，将液压油的压力能转化为机械能，动力经第二齿轮15、第一齿轮14、第二排齿圈16、第二排行星轮17、第一排行星轮7、第一排齿圈6，传递到第三齿轮18，再输出至驱动车轮；发动机1和行星架5固定，一号液压泵/马达9和第一排太阳轮4空转。倒车时，二号液压泵/马达13反转，其它过程相同。此模式下车辆行驶所需全部能量来自高压蓄能器11，动力传递路线如图4所示。
3.发动机单独驱动模式
发动机单独驱动模式主要用于中负荷行驶和低负荷巡航，根据整车运行状况，发动机单独驱动模式分为功率直接传递和功率分流两种子模式。当车辆进行中负荷行驶，整车行驶需求功率大小处于发动机高效区时，为发动机单独驱动模式；当车辆进行低负荷巡航，整车行驶功率需求低于发动机在高效区提供的最小功率时，为功率分流模式。
这两种子模式的共同特征是：第一锁止器3分离，发动机1工作，动力经输入轴2、行星架5、第一排行星轮7、第一排齿圈6传递至第三齿轮18，再输出至驱动车轮；车辆行驶所需全部动力均来自于发动机1，第二排行星轮17、第二排齿圈16和二号液压泵/马达13空转。两种子模式的区别是：功率直接传递时第二锁止器8接合，一号液压泵/马达9和第一排太阳轮4不工作，发动机1输出的动力全部用于驱动车辆行驶，动力传递路线如图5所示；功率分流时第二锁止器8分离，一号液压泵/马达9以液压泵的形式工作，发动机1输出的动力一部分用于驱动车辆行驶，另一部分以液压油的压力能的形式冲入高压蓄能器11内，动力传递路线如图6所示。
4.联合驱动模式
联合驱动模式主要用于高负荷行驶和最高速行驶。当车辆进行高负荷行驶时，第一锁止器3分离，第二锁止器8接合，一号液压泵/马达9和第一排太阳轮4不工作，高压蓄能器11放能，二号液压泵/马达13以液压马达的形式工作，将液压油的压力能转化为机械能，和发动机1共同驱动车辆，动力传递路线如图7所示。当车辆进行最高速行驶时，第一锁止器3和第二锁止器8分离，高压蓄能器11放能，一号液压泵/马达9和二号液压泵/马达13均以液压马达的形式工作，将液压油的压力能转化为机械能，和发动机1共同驱动车辆，动力传递路线如图8所示。
5.制动模式
当高压蓄能器11压力较低且车速高于一定值时，车辆可进行再生制动，第一锁止器3和第二锁止器8分离，一号液压泵/马达9空转，二号液压泵/马达13以液压泵的形式工作，回收的制动能量以液压油的压力能的形式充入高压蓄能器11，动力传递路线如图9所示；需要指出的是，当二号液压泵/马达13不足以提供所需制动力矩时，车辆将采用再生制动、发动机反拖制动和摩擦制动共同作用的联合制动模式。

Claims (1)

1.一种复合双行星排式液驱混合动力系统，其特征在于：包括有发动机(1)、一号液压泵/马达(9)、二号液压泵/马达(13)、复合双行星排、第一齿轮(14)、第二齿轮(15)、第三齿轮(18)、第一锁止器(3)、第二锁止器(8)、高压蓄能器(11)、低压蓄能器(12)以及液控单向阀(10)；所述复合双行星排包括第一行星排和第二行星排；所述第一行星排包括第一排太阳轮(4)、行星架(5)、第一排行星轮(7)以及第一排齿圈(6)；第二行星排包括第二排行星轮(17)、第二排齿圈(16)以及和第一行星排共用的行星架；所述发动机(1)通过输入轴(2)与行星架(5)连接，第一锁止器(3)一端与输入轴(2)连接，另一端固连于车架；所述第一排太阳轮(4)与一号液压泵/马达(9)连接，第一排太阳轮(4)转轴与第二锁止器(8)一端连接，第二锁止器(8)另一端固连于车架；第二排行星轮(17)分别与第一排行星轮(7)和第二排齿圈(16)啮合；二号液压泵/马达(13)与第二齿轮(15)连接，第二齿轮与位于第二排齿圈(16)基座上的第一齿轮(14)啮合，第二排齿圈(16)可转动地套设在第一排太阳轮(4)的转轴上；高压蓄能器(11)通过液控单向阀(10)与一号液压泵/马达(9)高压油口液压连接，一号液压泵/马达(9)低压油口与低压蓄能器(12)液压连接；高压蓄能器(11)与二号液压泵/马达(13)高压油口液压连接，二号液压泵/马达(13)低压油口与低压蓄能器(12)液压连接；位于第一排齿圈(6)基座上的第三齿轮(18)输出动力到驱动车轮。
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