CN105346371A - 一种混合动力汽车复合行星齿轮组动力耦合机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混合动力汽车复合行星齿轮组动力耦合机构，其包括发动机、第一和第二行星齿轮组、第一电机和第二电机；第一行星齿轮组由第一太阳轮、第一行星架、第一齿圈及其行星轮构成；第二行星齿轮组由第二太阳轮、第二行星架、第二齿圈及其行星轮构成；第一行星齿轮组的第一齿圈通过一离合器与发动机连接，第一行星架固定在车架上，第一太阳轮与第一电机的转子固接；第二行星齿轮组的第二太阳轮与第一行星齿轮组的第一齿圈固接，第二行星架固定在车架上，第二齿圈与第二电机的转子固接，第二齿圈还与差速器结合，以输出动力。本发明能够实现发动机直接驱动车辆的功能以及多种动力耦合与模式切换，并且其执行结构简单、控制要求低。

Description

一种混合动力汽车复合行星齿轮组动力耦合机构

技术领域

本发明属于汽车混合动力技术领域，具体涉及一种混合动力汽车复合行星齿轮组动力耦合机构。

背景技术

混合动力汽车通常采用行星齿轮机构作为动力耦合机构，其结构与耦合方式决定了动力系统研究开发的水平和方向，是开发中最为关键的一个环节。目前应用的行星齿轮机构多分为单排行星齿轮机构和双排行星齿轮机构。

其中，单排行星齿轮机构工作方式多为动力分流方式，其电动机转子与行星齿轮齿圈固接作为输出端连接差速器；发电机转子与行星齿轮太阳轮固接实现发动机动力转换；发动机曲轴输出端与行星齿轮机构行星架固接以实现发动机动力输出。但此类动力分流机构存在一个最大的弊端就是发动机的动力始终是分流的形式输出的，发动机的动力不能全部用于驱动车辆，这样就导致在急加速工况下整车的响应达不到预期的效果。

而双排行星齿轮机构存在的缺点是其执行机构复杂，存在多个离合器或锁止器、控制策略复杂且要求高。

如中国专利文献CN101791944A公开的“双行星轮系多动力耦合机构”，其动力耦合机构包括由第一太阳轮、第一行星轮、第一行星架以及第一齿圈构成的第一行星轮系；由第二太阳轮、第二行星轮、第二行星架以及第二齿圈构成的第二行星轮系；内燃机输出转轴与第一行星架连接，第一电机/发电机的转动轴与第一太阳轮中心轴连接；第一齿圈与第二行星架连接，第二电机/发电机的转动轴与第二太阳轮中心轴连接；以第二齿圈通过动力输出齿轮的齿轮中心轴连接外部传动系；在第二太阳轮中心轴、第一太阳轮中心轴、第二行星架以及第一行星架上分别设置各锁止器。该动力耦合机构可实现多种工作模式，整个系统表现为使用混合动力的无级变速器，使内燃机始终工作在最佳燃油经济区。但是由于其内燃机输出转轴与第一行星架连接，第一齿圈与第二行星架连接，其发动机的动力输出路径依次为发动机、第一行星架、第一齿圈、第二行星架、第二齿圈，可见发动机动力不能直接传递输出以驱动车辆，其必须经过第一行星轮系的耦合之后，由第一齿圈传递至第二行星架，使得可获得的输出扭矩有限，整车的动力性能不足。同时，其在第二太阳轮中心轴、第一太阳轮中心轴、第二行星架以及第一行星架上分别设置有锁止器，通过切换各个锁止器来匹配不同工作模式，导致执行结构复杂以及控制策略也不简便，控制要求较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种混合动力汽车复合行星齿轮组动力耦合机构，其能够实现发动机直接驱动车辆的功能以及多种动力耦合与模式切换，并且其执行结构简单、控制要求低。

本发明所述的混合动力汽车复合行星齿轮组动力耦合机构，其包括发动机、第一行星齿轮组、第二行星齿轮组、第一电机和第二电机；所述第一行星齿轮组由第一太阳轮、第一行星架、第一齿圈及其行星轮构成；所述第二行星齿轮组由第二太阳轮、第二行星架、第二齿圈及其行星轮构成；所述第一行星齿轮组的第一齿圈通过一离合器与所述发动机连接，所述第一行星架固定在车架上，所述第一太阳轮与所述第一电机的转子固接；所述第二行星齿轮组的第二太阳轮与所述第一行星齿轮组的第一齿圈固接，所述第二行星架固定在车架上，所述第二齿圈与所述第二电机的转子固接，所述第二齿圈还与差速器结合，以输出动力。

本发明所述混合动力汽车复合行星齿轮组动力耦合机构，其第一行星齿轮组的第一齿圈通过一离合器与所述发动机连接，其第二行星齿轮组的第二太阳轮与所述第一行星齿轮组的第一齿圈固接，同时，所述第二齿圈还与差速器结合，以输出动力，从而实现发动机的动力能够直接传递输出至差速器的功能，实现了发动机直接驱动车辆的目的。所述第一行星齿轮组的第一行星架和第二行星齿轮组的第二行星架均固定在车架上，便于多模控制，省去了多个液压控制离合器，使得执行结构更简单，控制要求也随之降低。

本发明实现了混合动力汽车的多种动力耦合与模式切换，改善耗油特性与动力性能。

附图说明

图1为本发明混合动力传动装置的实施示意图。

图2为本发明低速纯电动工况动力传递示意图。

图3为本发明高速纯电动工况动力传递示意图。

图4为本发明低速增程工况动力传递示意图。

图5为本发明高速增程工况动力传递示意图。

图6为本发明并联模式驱动工况动力传递示意图。

图7为本发明发动机单独驱动工况动力传递示意图。

图8为本发明制动能量回收工况动力传递示意图。

图中：1-发动机、2-离合器、3-行星齿轮组、3s-太阳轮、3c-行星架、3r-齿圈、4-第一电机、4a-转子、4b-定子、5-行星齿轮组、5s-太阳轮、5c-行星架、5r-齿圈、6-第二电机、6a-转子、6b-定子、7-差速器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1所示，所述混合动力汽车复合行星齿轮组动力耦合机构，其包括发动机1、第一行星齿轮组3、第二行星齿轮组5、第一电机4和第二电机6；所述第一行星齿轮组3由第一太阳轮3s、第一行星架3c、第一齿圈3r及其行星轮构成；所述第二行星齿轮组5由第二太阳轮5s、第二行星架5c、第二齿圈5r及其行星轮构成；所述第一行星齿轮组3的第一齿圈3r通过一离合器2与所述发动机1连接，所述第一行星架3c固定在车架上，所述第一太阳轮3s与所述第一电机4的转子4a固接；所述第二行星齿轮组5的第二太阳轮5s与所述第一行星齿轮组的第一齿圈3r固接，所述第二行星架5c固定在车架上，所述第二齿圈5r与所述第二电机6的转子6a固接，所述第二齿圈还与差速器7结合，以输出动力。本发明中，所述第一电机和第二电机均为电动发电一体机。

本发明所述机构通过合理的控制策略，能够实现混合动力汽车的低速纯电动、高速纯电动、行车充电（低速增程模式）、高速增程模式、并联模式、发动机单独驱动、双电机制动能量回收等多种典型工作模式，具体的工作模式如下：

（1）低速纯电动模式

如图2所示，所述离合器2断开，发动机1不启动，整车由第二电机6驱动。动力从第二电机6的转子6a经过第二行星齿轮组5的第二齿圈5r直接传递到差速器7。由于第二行星齿轮组5的第二行星架5c固定，根据行星齿轮组工作的原理可知，第二行星齿轮组5的第二太阳轮5s处于空转状态。在这个结构中，利用第二齿圈5r连接第二电机6的转子6a，能够有效降低第二电机6的转速，减小差速器7的转换速比。

（2）高速纯电动模式

如图3所示，所述离合器2断开，电池电力充沛，第二电机6与第一电机4同时工作，二者扭矩在第二行星齿轮组5的第二齿圈5r位置处耦合之后共同驱动汽车。动力分两路传递：一路从第一电机4的转子4a传递至第一行星齿轮组3的第一太阳轮3s，再经由第一行星齿轮组3的第一行星架3c传至第一齿圈3r，传至第二行星齿轮组5的第二太阳轮5s，经由第二行星架5c传递至第二齿圈5r；另一路动力从第二电机6的转子6a经过第二行星齿轮组5的第二齿圈5r。两路动力在第二齿圈5r处耦合之后输出至差速器7从而驱动车辆。

（3）行车充电低速增程模式

如图4所示，所述离合器2结合，发动机1动力通过行星齿轮组3齿圈3r驱动第一电机4发电，同时驱动第二行星齿轮组5的第二太阳轮5s，与第二电机6驱动整车的动力在第二行星齿轮组5的第二齿圈5r处耦合，二者共同驱动车辆。

动力分两路传递：一路由发动机1经离合器2通过第一行星齿轮组3分流为两组；一组通过第一行星齿轮组3的第一齿圈3r传至第一行星架3c，再由第一太阳轮3s驱动第一电机4的转子4a工作；另一组经过第一齿圈3r以及与其固接的第二太阳轮5s，通过第二行星架5c过渡，传递至第二齿圈5r。

另一路动力从第二电机6的转子6a经过第二行星齿轮组5的第二齿圈5r。传递至第二齿圈处的两路动力耦合之后输出至差速器7驱动车辆。

（4）高速增程模式

如图5所示，所述离合器2结合，第一电机4和第二电机6均存在扭矩输出。第一电机4与发动机1发出的扭矩在第一行星齿轮组3处耦合之后通过所述第二行星齿轮组5的第二太阳轮5s传出，与第二电机6的扭矩在所述第二齿圈5r处耦合之后输出以驱动车辆。具体动力传递路线分为三路：一路由发动机1经由离合器2传递至第一行星齿轮组3处与另一路经由第一电机4传递至第一行星齿轮组3的第一齿圈3r处的动力耦合；耦合之后的动力传递至第二行星齿轮组5的第二太阳轮5s，与第三路经第二电机6传递过来的动力在第二行星齿轮组5的第二齿圈5r处耦合，并输出至差速器7以驱动车辆。

（5）并联模式

如图6所示，所述离合器2结合，第一电机4的转子4a空转，发动机1动力通过第二行星齿轮组5的第二太阳轮5s传出，并与第二电机6动力在第二齿圈5r处耦合之后输出以共同驱动车辆。具体动力传递分两路进行：发动机1动力经由离合器2、第一齿圈、第二太阳轮5s传递至第二行星齿轮组的第二齿圈5r；另一路动力由第二电机6传递至第二齿圈5r。两路动力在第二齿圈5r处耦合之后输出至差速器7驱动车辆。

（6）发动机单独驱动模式

如图7所示，所述离合器2结合，第一电机4的转子4a与第二电机6的转子6a均空转，所述发动机1的动力传递至所述第二行星齿轮组5，通过第二齿圈5r输出至差速器7以驱动车辆。

（7）双电机制动能量回收模式

如图8所示，所述离合器2断开，第一电机4和第二电机6同时作为发电机工作以回收能量。动力传递路线：动力经由差速器7传递至第二行星齿轮组5的第二齿圈5r，在第二齿圈5r处分为两路，一路传递至第二电机6的转子6a；另一路经由第二行星齿轮组5的第二太阳轮5s传递至第一行星齿轮组3的第一齿圈3r，再经由第一行星齿轮组3的第一行星架3c传至第一太阳轮3s带动第一电机4的转子4a，从而完成能量回收工作。

Claims (1)

1.一种混合动力汽车复合行星齿轮组动力耦合机构，其包括发动机（1）、第一行星齿轮组（3）、第二行星齿轮组（5）、第一电机（4）和第二电机（6）；所述第一行星齿轮组（3）由第一太阳轮（3s）、第一行星架（3c）、第一齿圈（3r）及其行星轮构成；所述第二行星齿轮组（5）由第二太阳轮（5s）、第二行星架（5c）、第二齿圈（5r）及其行星轮构成；其特征在于：所述第一行星齿轮组（3）的第一齿圈（3r）通过一离合器（2）与所述发动机（1）连接，所述第一行星架（3c）固定在车架上，所述第一太阳轮（3s）与所述第一电机（4）的转子（4a）固接；所述第二行星齿轮组（5）的第二太阳轮（5s）与所述第一行星齿轮组的第一齿圈（3r）固接，所述第二行星架（5c）固定在车架上，所述第二齿圈（5r）与所述第二电机（6）的转子（6a）固接，所述第二齿圈还与差速器（7）结合，以输出动力。