CN104482160B - 混合动力车机电耦合器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合动力车机电耦合器，包括第一输入轴、第二输入轴、输出轴、固定于第一输入轴的壳体和传动连接于壳体、第二输入轴与输出轴之间的耦合传动组件；所述耦合传动组件包括固定于壳体内的第一泵轮、固定于第二输入轴的第二泵轮和固定于输出轴并且与第一泵轮和第二泵轮相对设置的涡轮；本发明的混合动力车机电耦合器，采用双泵轮输入并用液力进行耦合，推动涡轮输出，这样就避免了现有机电耦合器在工作模式切换成的动力冲击，降低了动力协调控制的难度；耦合稳定性高，本发明通过在传统液力变矩器的结构上改进得到，可方便增扭变矩，集传统机电耦合器的耦合功能和传统的液力变矩器的变矩功能于一体。

Description

混合动力车机电耦合器

技术领域

本发明涉及双动力耦合器，尤其涉及一种混合动力车机电耦合器。

背景技术

混合动力汽车是一种新概念的汽车，就是在纯电动汽车上加装一套内燃机，使其兼具传统发动机作为动力的汽车优点和电动汽车优点，可以减少汽车的污染，提高纯电动汽车的行驶里程。

混合动力汽车中，需要设置机电耦合器，机电耦合器用于将发动机和电动机的动力耦合在一起作为汽车动力源，并能够根据汽车行驶工况需要，按照控制指令动态调节发动机和发电机动力输入分配比例。目前，油电混合动力电动汽车的动力耦合机构主要分为转速耦合和转矩耦合两种。其中，转矩耦合是将发动机和电动机的的动力按转矩耦合关系叠加。常见的转矩耦合形式有定轴齿轮传动，皮带轮或者链轮传动等；而转速耦合是将发动机和电动机的动力通过转速的耦合关系叠加在机电耦合器的输入端，典型的转速耦合器件有行星齿轮传动和浮动定子的电动机等。

无论是转速耦合还是转矩耦合形式，存在转矩动态分配的动力协调控制响应慢、协调性差的问题，特别是工作模式切换时的动态协调较差。目前主要是利用电机的快速响应能力进行动态补偿，弥补发动机响应滞后的缺点，使发动机和电动机输入功率或者转速在机电耦合器输入端处的差值保持在较小范围内波动，而这无疑为原本控制策略非常复杂的混合动力电动汽车实现起来更加困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服上述现有混合动力传动机电耦合器存在的不足而提供一种新型结构的混合动力车机电耦合器，使其具备模式切换过程动态协调性较好的特点，进而改善混合动力汽车混合动力汽车模式切换时动力突变带来的冲击，提高燃油经济性和排放水平。

本发明的混合动力车机电耦合器，包括第一输入轴、第二输入轴、输出轴、固定于第一输入轴的壳体和传动连接于壳体、第二输入轴与输出轴之间的耦合传动组件；所述耦合传动组件包括固定于壳体内的第一泵轮、固定于第二输入轴的第二泵轮和固定于输出轴并且与第一泵轮和第二泵轮相对设置的涡轮；

进一步，所述第一泵轮和第二泵轮设置于涡轮的同一侧；第二泵轮设于第一泵轮内侧；

进一步，所述耦合传动组件还包括设于第二泵轮与涡轮之间的导轮；所述导轮通过单向离合器安装于第二输入轴；

进一步，所述第一泵轮以对应第一输入轴所在的一侧的部分壳体为轮板，第一泵轮的叶片绕第一输入轴周向排列固定于该部分壳体的内壁；

进一步，所述第一输入轴、第二输入轴和输出轴同轴设置，第一输入轴固定于壳体轴向一侧外端面，第二输入轴穿过第一输入轴伸入壳体内部，输出轴自壳体内部由壳体另一侧伸出，第一输入轴与第二输入轴之间以及输出轴与壳体之间均单自由度转动配合。

本发明的有益效果是：本发明的混合动力车机电耦合器，采用双泵轮输入并用液力进行耦合，推动涡轮输出，这样就避免了现有机电耦合器在工作模式切换成的动力冲击，降低了动力协调控制的难度；耦合稳定性高，本发明通过在传统液力变矩器的结构上改进得到，可方便增扭变矩，集传统机电耦合器的耦合功能和传统的液力变矩器的变矩功能于一体；和同时采用一个机电耦合器和一个液力变矩器相比，可采用更少的构件得到相同的功能，节省了成本和安装空间，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为采用了本发明的混合动力车传动系统的示意简图；

图3为图2中单独两级行星齿轮变速器结构放大后的示意简图。

具体实施方式

图1为本发明的结构示意图；图2为采用了本发明的混合动力车传动系统的示意简图；图3为图2中单独两级行星齿轮变速器结构放大后的示意简图，如图所示：本实施例的混合动力车机电耦合器，包括第一输入轴1、第二输入轴8、输出轴5、固定于第一输入轴1的壳体2和传动连接于壳体2、第二输入轴8与输出轴5之间的耦合传动组件；所述耦合传动组件包括固定于壳体2内的第一泵轮3、固定于第二输入轴8的第二泵轮9和固定于输出轴5并且与第一泵轮3和第二泵轮9相对设置的涡轮4；所述第一泵轮3和第二泵轮9设置于涡轮4的同一侧；第二泵轮9设于第一泵轮3内侧；申请人对现有技术进行了研究，发现现有的混合动力车机电耦合形式，均是采用纯机械式结构进行耦合，故具有转矩动态分配的协调控制困难、工作模式切换过程中带来冲击问题。故申请人创造性地设计出上述技术方案。方案中，是在现有的液力变矩器的结构基础上进行改进，将原泵轮叶片内圈直径增大让出第二泵轮9的安装空间，增加了一个第二输入轴8和一个第二泵轮9的结构，壳体2内填充有油液，利用液力变矩器的动力传递原理，并使两个输入轴输入的动力在圆形壳体2内部进行耦合，靠液力冲击涡轮4进行输出。由于依靠液力耦合，故可避免汽车混合模式切换时造成的冲击，减少动力协调控制的难度，耦合稳定性高。其工作时，工作原理也类似于自动变速汽车的液力变矩器，依靠两个泵轮同时或者分别冲击涡轮4叶片，实现动力传递，采用双泵轮输入并用液力进行耦合，推动涡轮4输出，这样就避免了现有机电耦合器在工作模式切换成的动力冲击，降低了动力协调控制的难度；耦合稳定性高。

本实施例中，所述耦合传动组件还包括设于第二泵轮9与涡轮4之间的导轮7；所述导轮7通过单向离合器6安装于第二输入轴8；导轮7改变液力流向来达到改变扭矩输出的功能。当任一泵轮转速远大于涡轮4时，导轮7的单向离合器6滑向另一边，外座圈与内座圈分离，单向离合器6结构与传动液力变矩器导轮7单向离合器6相同，呈增扭作用；涡轮4转速提高，增扭作用下降；当车辆高速行驶至涡轮4转速接近泵轮时，单向离合器6楔紧，单向离合器6将导轮7和泵轮刚性连在一起，减少机构在高速比时的能量损耗，提高传动效率，提高汽车在正常行驶时的燃油经济性，并防止油液过热。

本实施例中，所述第一泵轮3以对应第一输入轴1所在的一侧的部分壳体2为轮板，第一泵轮3的叶片绕第一输入轴1周向排列固定于该部分壳体2的内壁；本发明通过在传统液力变矩器的结构上改进得到，可方便增扭变矩，集传统机电耦合器的耦合功能和传统的液力变矩器的变矩功能于一体；和同时采用一个机电耦合器和一个液力变矩器相比，可采用更少的构件得到相同的功能，节省了成本和安装空间，具有广泛的应用前景。

本实施例中，所述第一输入轴1、第二输入轴8和输出轴5同轴设置，第一输入轴1固定于壳体2轴向一侧外端面，第二输入轴8穿过第一输入轴1伸入壳体2内部，输出轴5自壳体2内部由壳体2另一侧伸出，第一输入轴1与第二输入轴8之间以及输出轴5与壳体2之间均单自由度转动配合。

下面通过对采用了本发明的混合动力车传动系统的结构、工作原理、各种工况状态等做进一步详细介绍，进而可以进一步详细体现出本发明混合动力车机电耦合器的特点。

图2是一种采用了本发明的混合动力车传动系统的示意简图，如其所示，在本发明的混合动力车机电耦合器的基础上，该传动系统还包括发动机11、电动机12、发电机13、两级行星齿轮变速器、后桥14等构件，其中，发动机11输出轴直接与本发明机电耦合器中的第二输入轴8同轴固定连接，电动机12的输出轴通过一对减速齿轮15、16与本发明机电耦合器中的第一输入轴1相连接并可带动其旋转，本发明机电耦合器中的输出轴与两级行星齿轮变速器中的一级行星架33相连，所述两级行星齿轮变速器的结构如图3和图2所示，包括一级行星架33、一级行星轮21、一级太阳轮20、位于一级行星轮21外圈的齿圈22、二级行星架26、位于二级行星轮外圈的齿圈27、二级行星轮28、二级太阳轮29、第一锁止器24、第二锁止器23、第三锁止器35、第四锁止器36。如图2，两级行星齿轮变速器的二级太阳轮29依次通过轴17、主减速器18、差速器19与车轮后桥14相连。

本混合动力车传动系统在应用时的还包括如下控制部分：

动力总成控制系统(TCU)：控制系统的核心。驾驶员踏板油门开度、制动器踏板开度信号转换为反映车辆驱动或制动功率的实际需求。TCU根据当前的功率需求信号、电池荷电状态(SOC)、电池温度、车速等信号以优化控制策略来决定各部件的工作状态以及整车的工作模式，并控制发动机、电动机各自输出的功率值及转速。该优化控制策略能够在保证动力的前提下尽可能的使发动机、电动机和蓄电池工作在高效区域，从而达到提高整个传动系统效率，降低油耗和污染排放的目的。

发动机总成控制系统(ECU)：通过局域网控制总线CAN网接收来自于TCU发出的需求功率和转速信号，控制喷油器的喷油量和点火提前角，并根据当前的冷却液温度、蓄电池电压、空气流量、进气温度、尾气氧含量等信号进行喷油脉冲和点火时刻的实时修正。发动机一个工作循环完成后，ECU将发动机实际输出的功率和转速经CAN网反馈给TCU，进行闭环控制。

电动机控制器(MCU)：通过CAN网接收TCU发出的功率需求和转速信号，MCU向逆变器发出控制指令，控制电动机的工作模式(发电、电动)和功率、转矩、转速等输出特性。同时收集电动机的状态信号和转速信号反馈给TCU。

用于控制两级行星齿轮变速器的控制单元，控制单元从CAN网接收TCU的换档控制指令，执行相应的离合器接合分离、锁止器锁止或者解除以及换档操纵。双行星排不同的连接形式对应不同车速。控制器采集变速器各部件工作信号转化为档位信号经CAN网反馈给TCU，进行闭环控制。

下面对本混合动力车传动系统，在各工况时的运行情况做说明。

1、高速巡航工况

驱动轮所需功率较高，电动机发出功率不足以满足行驶功率需要。整车行驶功率由发动机单独提供，ECU控制发动机工作在高效率区域，电动机关闭。该模式下，第一锁止器24、第三锁止器35松开，第二锁止器23、第四锁止器36锁止，动力经发动机11输出轴、第二泵轮9、涡轮4、一级行星架33、一级太阳轮20、二级行星轮28、二级太阳轮29输出。

2低速巡航工况

驱动轮所需功率较低，TCU根据蓄电池荷电状态水平(SOC)决定发动机和电动机的各自工作状态。若SOC位于最低荷电状态以下，为防止蓄电池深度放电造成对蓄电池造成的损害，发动机输出功率部分通过传动轴驱动车辆行驶，剩余功率经发电机给蓄电池充电，电动机处于关闭状态，ECU控制发动机工作在高效率区域运行。该模式下，第二锁止器23、第一锁止器24、第三锁止器35、第四锁止器36松开，动力经两级行星齿轮减速器减速，可以得到较大传动比。若SOC位于最低荷电状态以上，ECU关闭发动机，电动机开启，驱动轮全部驱动力由电动机提供。该工作模式下，第二锁止器23、第四锁止器36锁止，第一锁止器24、第三锁止器35松开，动力经第一泵轮3、涡轮4、一级行星架33、一级太阳轮20、二级行星轮28、二级太阳轮29输出。

3再生制动工况

第一锁止器24锁止,第二锁止器23、第三锁止器35、第四锁止器36松开，TCU控制发电机13在满足制动安全性能的前提下最大程度的回收能量，为蓄电池充电。此时发动机11、电动机12处于关闭状态。

4加速爬坡工况

发动机节气门较小，发动机和电动机共同提供车辆行驶驱动力。第二锁止器23、第四锁止器36锁止，第一锁止器24、第三锁止器35松开，两级行星齿轮变速器提供较小传动比。

5全加速工况

发动机节气门全开，发动机和电动机同时驱动不足以提供驱动功率，此时TCU控制发电机工作在第一象限提供辅驱动力。第二锁止器23、第四锁止器36、第一锁止器24、第三锁止器35松开，两级行星齿轮变速器提供较大传动比。

6怠速工况

蓄电池SOC处于最低荷电状态以下时，ECU控制发动机通过发电机对蓄电池充电，电动机关闭。第三锁止器35、第四锁止器36锁止，第一锁止器24、第二锁止器23松开。如蓄电池SOC高于最低荷电状态，第一锁止器24、第二锁止器23、第三锁止器35、第四锁止器36全部锁止，此时无动力输出，发动机空转。

7车辆启动工况

整车控制系统根据点火开关信号给电动机控制器MCU发出电动机起动信号。电动机输出转矩经减速齿轮15、16、第一输入轴1经变速器传递到驱动轮。第二锁止器23、第四锁止器36锁止，第一锁止器24、第三锁止器35分离。为避免发动机在低效率区域工作，发动机处于关闭状态。

综上所述，该系统中，发动机与电动机动力分别经机电耦合器双泵轮输入，避免了工作模式切换以及行星机构换档时造成的冲击，降低了动力协调控制的难度；双行星排变速器能为发动机提供更多位于高效率转速范围工作的机会；根据工况需要，可以实现纯电动驱动、发动机单独驱动、混合驱动、再生制动能量回收等多种工作模式，达到了有效降低燃油消耗和污染排放的目的。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种混合动力车机电耦合器，其特征在于：包括第一输入轴、第二输入轴、输出轴、固定于第一输入轴的壳体和传动连接于壳体、第二输入轴与输出轴之间的耦合传动组件；所述耦合传动组件包括固定于壳体内的第一泵轮、固定于第二输入轴的第二泵轮和固定于输出轴并且与第一泵轮和第二泵轮相对设置的涡轮；所述第一泵轮和第二泵轮设置于涡轮的同一侧；第二泵轮设于第一泵轮内侧。

2.根据权利要求1所述的混合动力车机电耦合器，其特征在于：所述耦合传动组件还包括设于第二泵轮与涡轮之间的导轮；所述导轮通过单向离合器安装于第二输入轴。

3.根据权利要求1所述的混合动力车机电耦合器，其特征在于：所述第一泵轮以对应第一输入轴所在的一侧的部分壳体为轮板，第一泵轮的叶片绕第一输入轴周向排列固定于该部分壳体的内壁。

4.根据权利要求1所述的混合动力车机电耦合器，其特征在于：所述第一输入轴、第二输入轴和输出轴同轴设置，第一输入轴固定于壳体轴向一侧外端面，第二输入轴穿过第一输入轴伸入壳体内部，输出轴自壳体内部由壳体另一侧伸出，第一输入轴与第二输入轴之间以及输出轴与壳体之间均单自由度转动配合。