CN106042891A - 分布式混合动力驱动装置 - Google Patents

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王良模
邱立琦
丁洋
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Abstract

本发明公开一种分布式混合动力驱动装置，燃油经济性好，通过性强。其包括内燃机(1)、第一电动机/发电机(2)、第二电动机/发电机(3)、输出轴Ⅰ(4)、输出轴Ⅱ(5)、第一行星齿轮系(6)、第二行星齿轮系(7)、齿轮Ⅰ(8)、齿轮Ⅱ(9)、齿轮Ⅲ(10)、齿轮Ⅳ(11)、制动器(12)、离合器Ⅰ(13)和离合器Ⅱ(14)，离合器Ⅰ(13)一端与第一行星齿轮系(6)固定连接，另一端与第二行星齿轮系(7)固定连接，离合器Ⅱ(14)一端与第一行星齿轮系(6)固定连接，另一端与第二行星齿轮系(7)固定连接，制动器(12)与第一行星齿轮系(6)固定连接，所述内燃机(1)的输出轴与第一行星齿轮系(6)啮合。

Description

分布式混合动力驱动装置
技术领域
本发明属于混合动力汽车动力传动技术领域，特别是一种通过性与可驾驭性强的分布式混合动力驱动装置。
背景技术
为了降低汽车尾气排放的引起空气污染，各国政府均制订一系列的排放法规，并严格限制燃料消耗量。除普通乘用车以外，SUV或者皮卡等四驱车辆、工程履带车等车辆均需要降低燃油消耗量，提高系统能量利用率。由于目前纯电动汽车续航能力有限，混合动力电动车成为解决汽车节能和环保问题的有效途径之一。其通过增加额外的动力源(如电池、超级电容)及驱动装置(如电机)，不仅为车辆驱动提供了额外的动力，同时还能够提高发动机的工作效率，从而明显改善车辆的经济性能和排放性能。
由于采用混联式混合动力结构的汽车，在提高燃油经济性的同时，车辆的操纵性能，特别是加速性能与通过性出现下降，使得现阶段混合动力汽车未被应用在SUV或者皮卡车型上。
为使混合动力结构应用于SUV、皮卡等四驱车辆或工程履带车，现有技术存在的问题是：在保证燃油经济性的同时，动力性，通过性与可驾驭性不强。
发明内容
本发明的目的在于提供一种分布式混合动力驱动装置，燃油经济性好，动力性，通过性与可驾驭性强，以用于SUV、皮卡等四驱车辆或工程履带车。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种分布式混合动力驱动装置，包括内燃机、第一电动机/发电机、第二电动机/发电机、输出轴Ⅰ、输出轴Ⅱ、第一行星齿轮系、第二行星齿轮系、齿轮Ⅰ、齿轮Ⅱ、齿轮Ⅲ、齿轮Ⅳ、制动器、离合器Ⅰ和离合器Ⅱ，所述齿轮Ⅰ与第二行星齿轮系固定连接，与齿轮Ⅱ啮合，所述齿轮Ⅲ与第二行星齿轮系固定连接，与齿轮Ⅳ啮合，所述第一电动机/发电机的输出轴与第一行星齿轮系固定连接，所述第二电动机/发电机的输出轴与齿轮Ⅱ固定连接，所述离合器Ⅰ一端与第一行星齿轮系固定连接，另一端与第二行星齿轮系固定连接，所述离合器Ⅱ一端与第一行星齿轮系固定连接，另一端与第二行星齿轮系固定连接，所述制动器与第一行星齿轮系固定连接，所述齿轮Ⅱ与输出轴Ⅰ固定连接，所述齿轮Ⅳ与输出轴Ⅱ固定连接，所述内燃机的输出轴与第一行星齿轮系啮合。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
1、动力性、通过性与可驾驭性强：本发明具有双输出轴，可分别作为车辆的前后输出轴，实现车辆的四轮驱动，电动驱动模式可用于普通城市路况的驱动，全时四驱驱动模式可用于复杂路况，如山地路段或者冰雪路面驾驶状况，提高系统的通过性；
2、燃油经济性好：多种工作模式使得该系统能够适应复杂，多变的工作环境，有效地提高和改善车辆的动力性、燃油经济性和排放性能，适用于深度混合动力汽车和插电式混合动力汽车。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明分布式混合动力驱动装置的结构示意图。
图中，1—内燃机，2—第一电动机/发电机，3—第二电动机/发电机，4—输出轴Ⅰ，5—输出轴Ⅱ，6—第一行星齿轮系，7—第二行星齿轮系，61—太阳轮Ⅰ，62—行星架Ⅰ，63—齿圈Ⅰ，71—太阳轮Ⅱ，72—行星架Ⅱ，73—齿圈Ⅱ，8—齿轮Ⅰ，9—齿轮Ⅱ，10—齿轮Ⅲ，11—齿轮Ⅳ，12—制动器，13—离合器Ⅰ，14—离合器Ⅱ。
具体实施方式
如图1所示，本发明分布式混合动力驱动装置，其包括内燃机1、第一电动机/发电机2、第二电动机/发电机3、输出轴Ⅰ4、输出轴Ⅱ5、第一行星齿轮系6、第二行星齿轮系7、齿轮Ⅰ8、齿轮Ⅱ9、齿轮Ⅲ10、齿轮Ⅳ11、制动器12、离合器Ⅰ13和离合器Ⅱ14，
所述齿轮Ⅰ8与第二行星齿轮系7固定连接，与齿轮Ⅱ9啮合，
所述齿轮Ⅲ10与第二行星齿轮系7固定连接，与齿轮Ⅳ11啮合，
所述第一电动机/发电机2的输出轴与第一行星齿轮系6固定连接，所述第二电动机/发电机3的输出轴与齿轮Ⅱ9固定连接，
所述离合器Ⅰ13一端与第一行星齿轮系6固定连接，另一端与第二行星齿轮系7固定连接，所述离合器Ⅱ14一端与第一行星齿轮系6固定连接，另一端与第二行星齿轮系7固定连接，所述制动器12与第一行星齿轮系6固定连接，
所述齿轮Ⅱ9与输出轴Ⅰ4固定连接，所述齿轮Ⅳ11与输出轴Ⅱ5固定连接，
所述内燃机1的输出轴与第一行星齿轮系6啮合。
优选地，所述第一行星齿轮系6包括太阳轮Ⅰ61、行星架Ⅰ62和齿圈Ⅰ63，所述行星架Ⅰ62一端与太阳轮Ⅰ61啮合，另一端与齿圈Ⅰ63啮合，
所述第二行星齿轮系7包括太阳轮Ⅱ71、行星架Ⅱ72和齿圈Ⅱ73，所述行星架Ⅱ72一端与太阳轮Ⅱ71啮合，另一端与齿圈Ⅱ73啮合，
所述齿轮Ⅰ8与齿圈Ⅱ73固定连接，
所述齿轮Ⅲ10与太阳轮Ⅱ71固定连接，
所述第一电动机/发电机2的输出轴与太阳轮Ⅰ61固定连接，
所述离合器Ⅰ13一端与行星架Ⅰ62固定连接，另一端与行星架Ⅱ72固定连接，所述离合器Ⅱ14一端与太阳轮Ⅰ61固定连接，另一端与太阳轮Ⅱ71固定连接，所述制动器12与行星架Ⅰ62固定连接，
所述内燃机1的输出轴与齿圈Ⅰ63啮合。
本发明通过控制离合器Ⅰ13、离合器Ⅱ14和制动器12的接合与分离，可实现四驱纯电动驱动模式Ⅰ与Ⅱ、全时输入型功率分流驱动模式与Ⅱ、串联驱动模式、四轴并联驱动模式Ⅰ与Ⅱ及前后轴固定比例四驱功率分流驱动模式。
下面将根据系统执行器状态，发动机启动状态，对该混合动力传动驱动装置的工作模式与状态进行介绍。
1、前驱纯电动驱动模式时，离合器Ⅰ13、离合器Ⅱ14、制动器12均接合。
在此模式之下，内燃机1不工作，第二电动机/发电机3与输出轴Ⅰ4直接连接5；此时，第二电动机/发电机3作为电动机与输出轴Ⅰ4相连，驱动车辆；在该模式下，第二电动机/发电机3以电池能量为能源驱动车辆前进，则实现纯电动驱动模式；若车辆处于制动减速状态，第二电动机/发电机3可作为发电机，将制动能量转换为电能，从而给电池充电。该模式只有一个电机能够参与。
2、全时四驱、输入型功率分流驱动模式Ⅰ时，离合器Ⅰ13接合，离合器Ⅱ14、制动器12均分离。
在此模式之下，行星架Ⅰ62与行星架Ⅱ72相互连接在一起，形成一体，此时，输出轴Ⅰ4与第二电动机/发电机连接，输出轴Ⅱ5与太阳轮Ⅱ71通过传动齿轮10、11连接；内燃机1动力经过内燃机1输出轴，输入到第一排行星系的齿圈Ⅰ63，此时，第一行星齿轮排作为功率分配结构，通过行星架Ⅰ62将动力输出，输出轴Ⅰ4和输出轴Ⅱ5可以单独输出动力，整个行星齿轮系组成的行星齿轮组作为全时四驱复合型功率分流机构。此时第一电动机/发电机2主要作用是通过调节其自身转速，使得内燃机1工作于其最佳燃油经济效率区域。此模式下，当发动机不启动时，通过协调两个电动机/发电机也可实现纯电动驱动模式或者制动能量回收模式；发动机启动时，实现混合驱动模式。
3、全时四驱、输入型功率分流驱动模式Ⅰ时，接合离合器Ⅱ14，离合器Ⅰ13、制动器12均分离。
在此模式之下，在此模式下，太阳轮Ⅰ62与太阳轮Ⅱ72相互连接在一起，形成一体，此时，输出轴Ⅰ4与第二电动机/发电机连接，输出轴Ⅱ5与太阳轮Ⅱ71通过传动齿轮10、11连接；内燃机1动力经过内燃机1输出轴，输入到第一排行星系的齿圈Ⅰ63，此时，第一行星齿轮排作为功率分配结构，通过行星架Ⅰ62将动力输出，输出轴Ⅰ4和输出轴Ⅱ5可以单独输出动力，整个两个行星齿轮系组成的行星齿轮组作为全时四驱输入型功率分流机构。此时第一电动机/发电机2主要作用是通过调节其自身转速，使得内燃机1工作于其最佳燃油经济效率区域。此模式下，当发动机不启动时，通过协调两个电动机/发电机也可实现纯电动驱动模式或者制动能量回收模式；发动机启动时，实现混合驱动模式。
4、串联驱动模式时，离合器Ⅰ13、离合器Ⅱ14均分离，制动器12接合。
在此模式之下，行星架Ⅰ62被固定，内燃机1与第一电动机/发电机2通过第一行星齿轮系6相互连接，形成固定传动比，第二电动机/发电机3与输出轴Ⅰ4直接连接；同时，第一电动机/发电机2作为发电机与内燃机1相连接，第二电动机/发电机3作为电动机与输出轴Ⅰ4相连，第一电动机/发电机2将内燃机1燃烧获得的机械能转换为电能，通过第二行星齿轮系6给电池充电或者供电给第二电动机/发电机3驱动车辆；若在该模式下，发动机不启动，而第二电动机/发电机3以电池能量为能源驱动车辆前进，则实现纯电动驱动模式；若发动机不启动，而车辆处于制动减速状态，第二电动机/发电机3可作为发电机，将制动能量转换为电能，从而给电池充电，但由于该模式只有一个电机能够参与制动能量回收，故称该模式的制动能量回收状态为中低功率制动能量回收；若发动机启动，而第二电动机/发电机3并不消耗能量驱动车辆，则实现停车充电模式。若发动机停机与第二电动机/发电机3不消耗能量，则车辆处于停车状态。由于串联驱动模式使得该混合动力传动驱动装置具有纯电动模式和停车充电模式，因此该混合动力装置可以运用在增程式混合动力汽车和插电式混合动力汽车上。
5、前后轴并联驱动模式Ⅰ时，离合器Ⅱ14分离，离合器Ⅰ13、制动器12均接合。
在此模式之下，行星架Ⅰ62和行星架Ⅱ72被固定，内燃机1与第一电动机/发电机2通过第一行星齿轮系6相互连接，形成固定传动比，输出轴Ⅰ4与第二电动机/发电机3直接连接，输出轴Ⅱ5与内燃机1通过第一行星齿轮系6、第二行星齿轮系7、齿轮Ⅲ10和齿轮Ⅳ11与内燃机1连接，形成固定传动比，该状态下所有动力源均被耦合在了一起；此时，双电机仍可以作为动力辅助机构，当发动机能量大于需求功率时，双电动机/发电机将多余的发动机能量转换为电能给电池充电，而当发动机能量小于驾驶员需求功率时，双电动机/发电机作为电动机提供能量驱动车辆；当发动机不启动时，该模式可工作在纯电动驱动模式，但此时发动机有拖动效应，故不建议使用该模式进行纯电动驱动模式，而车辆在制动减速状态下，本模式可作为制动能量回收模式，此时，双电机能同时参加制动能量回收。
6、前后驱纯电动驱动模式时，制动器12、离合器Ⅱ14均接合，离合器Ⅰ13分离。
在此模式之下，内燃机1不工作，行星架Ⅰ62与行星架Ⅱ72相互连接在一起，形成一体，第二电动机/发电机3与输出轴Ⅰ4直接连接5，第一电动机/发电机2通过太阳轮Ⅰ61与第二行星齿轮系7相连；此时，第二电动机/发电机3作为电动机与输出轴Ⅰ4相连，驱动车辆；在该模式下，第二电动机/发电机3以电池能量为能源驱动车辆前进，则实现纯电动驱动模式；若车辆处于制动减速状态，第一电动机/发电机2和第二电动机/发电机3可作为发电机，将制动能量转换为电能，从而给电池充电。
7、固定比例四驱功率分流驱动模式时，离合器Ⅰ13、离合器Ⅱ14均接合，制动器12分离。
在此模式下，太阳轮Ⅰ61和太阳轮Ⅱ62相连，行星架Ⅰ62和行星架Ⅱ72相连，内燃机1与第一电动机/发电机2通过第一行星齿轮系6相互连接。输出轴Ⅰ4与第二电动机/发电机3直接连接，输出轴Ⅱ5与内燃机1通过第一行星齿轮系6、第二行星齿轮系7、齿轮Ⅲ10和齿轮Ⅳ11与内燃机1连接，输出轴Ⅰ4和输出轴Ⅱ5可以单独输出动力，整个两个行星齿轮系组成的行星齿轮组作为复合型功率分流机构，此时，由于太阳轮Ⅰ61和太阳轮Ⅱ62相连，且行星架Ⅰ62和行星架Ⅱ72相连，前后轴扭矩分配比例固定的；此时第一电动机/发电机2主要作用是通过调节其自身转速，使得内燃机1工作于其最佳燃油经济效率区域；而当发动机能量大于需求功率时，第一电动机/发电机2将多余的发动机能量转换为电能给电池充电，而当发动机能量小于需求功率时，第一电动机/发电机2作为电动机提供能量驱动车辆；此模式下，当发动机不启动时，通过协调两个电动机/发电机也可实现纯电动驱动模式或者制动能量回收模式。
8、前后轴并联驱动模式Ⅱ时，离合器Ⅰ13、离合器Ⅱ14、制动器12均接合。
在此模式之下，行星架Ⅰ62和行星架Ⅱ72被固定，太阳轮Ⅰ61和太阳轮Ⅱ62连接，内燃机1与第一电动机/发电机2通过第一行星齿轮系6相互连接，形成固定传动比，输出轴Ⅰ4与第二电动机/发电机3直接连接，输出轴Ⅱ5与内燃机1通过第一行星齿轮系6、第二行星齿轮系7、齿轮Ⅲ10和齿轮Ⅳ11与内燃机1连接，形成固定传动比，该状态下所有动力源均被耦合在了一起；此时，双电机仍可以作为动力辅助机构，当发动机能量大于需求功率时，双电动机/发电机将多余的发动机能量转换为电能给电池充电，而当发动机能量小于驾驶员需求功率时，双电动机/发电机作为电动机提供能量驱动车辆；当发动机不启动时，该模式可工作在纯电动驱动模式，但此时发动机有拖动效应，故不建议使用该模式进行纯电动驱动模式，而车辆在制动减速状态下，本模式可作为制动能量回收模式，此时，双电机能同时参加制动能量回收。
下表为本发明的工作模式汇总表：
表1工作模式汇总表
本发明的分布式混合动力驱动装置，利用双排行星齿轮传动系统，实现油电混合动力驱动，同时系统具有双输出轴，能够应用在四驱汽车上实现四驱行驶，或履带式工程机械上，实现左右履带差速转向等功能，在提高能量效率的同时提高车辆的通过性与可驾驭性。

Claims (10)

1.一种分布式混合动力驱动装置，其特征在于：
包括内燃机(1)、第一电动机/发电机(2)、第二电动机/发电机(3)、输出轴Ⅰ(4)、输出轴Ⅱ(5)、第一行星齿轮系(6)、第二行星齿轮系(7)、齿轮Ⅰ(8)、齿轮Ⅱ(9)、齿轮Ⅲ(10)、齿轮Ⅳ(11)、制动器(12)、离合器Ⅰ(13)和离合器Ⅱ(14)，
所述齿轮Ⅰ(8)与第二行星齿轮系(7)固定连接，与齿轮Ⅱ(9)啮合，
所述齿轮Ⅲ(10)与第二行星齿轮系(7)固定连接，与齿轮Ⅳ(11)啮合，
所述第一电动机/发电机(2)的输出轴与第一行星齿轮系(6)固定连接，所述第二电动机/发电机(3)的输出轴与齿轮Ⅱ(9)固定连接，
所述离合器Ⅰ(13)一端与第一行星齿轮系(6)固定连接，另一端与第二行星齿轮系(7)固定连接，所述离合器Ⅱ(14)一端与第一行星齿轮系(6)固定连接，另一端与第二行星齿轮系(7)固定连接，所述制动器(12)与第一行星齿轮系(6)固定连接，
所述齿轮Ⅱ(9)与输出轴Ⅰ(4)固定连接，所述齿轮Ⅳ(11)与输出轴Ⅱ(5)固定连接，
所述内燃机(1)的输出轴与第一行星齿轮系(6)啮合。
2.根据权利要求1所述的传动驱动装置，其特征在于：
所述第一行星齿轮系(6)包括太阳轮Ⅰ(61)、行星架Ⅰ(62)和齿圈Ⅰ(63)，所述行星架Ⅰ(62)一端与太阳轮Ⅰ(61)啮合，另一端与齿圈Ⅰ(63)啮合，
所述第二行星齿轮系(7)包括太阳轮Ⅱ(71)、行星架Ⅱ(72)和齿圈Ⅱ(73)，所述行星架Ⅱ(72)一端与太阳轮Ⅱ(71)啮合，另一端与齿圈Ⅱ(73)啮合，
所述齿轮Ⅰ(8)与齿圈Ⅱ(73)固定连接，
所述齿轮Ⅲ(10)与太阳轮Ⅱ(71)固定连接，
所述第一电动机/发电机(2)的输出轴与太阳轮Ⅰ(61)固定连接，
所述离合器Ⅰ(13)一端与行星架Ⅰ(62)固定连接，另一端与行星架Ⅱ(72)固定连接，所述离合器Ⅱ(14)一端与太阳轮Ⅰ(61)固定连接，另一端与太阳轮Ⅱ(71)固定连接，所述制动器(12)与行星架Ⅰ(62)固定连接，
所述内燃机(1)的输出轴与齿圈Ⅰ(63)啮合。
3.根据权利要求1或2所述的传动驱动装置，其特征在于：前驱纯电动驱动模式时，离合器Ⅰ(13)、离合器Ⅱ(14)、制动器(12)均接合。
4.根据权利要求1或2所述的传动驱动装置，其特征在于：全时四驱、输入型功率分流驱动模式Ⅰ时，离合器Ⅰ(13)接合，离合器Ⅱ(14)、制动器(12)均分离。
5.根据权利要求1或2所述的传动驱动装置，其特征在于：全时四驱、输入型功率分流驱动模式Ⅰ时，接合离合器Ⅱ(14)，离合器Ⅰ(13)、制动器(12)均分离。
6.根据权利要求1或2所述的传动驱动装置，其特征在于：串联驱动模式时，离合器Ⅰ(13)、离合器Ⅱ(14)均分离，制动器(12)接合。
7.根据权利要求1或2所述的传动驱动装置，其特征在于：前后轴并联驱动模式Ⅰ时，离合器Ⅱ(14)分离，离合器Ⅰ(13)、制动器(12)均接合。
8.根据权利要求1或2所述的传动驱动装置，其特征在于：前后驱纯电动驱动模式时，制动器(12)、离合器Ⅱ(14)均接合，离合器Ⅰ(13)分离。
9.根据权利要求1或2所述的传动驱动装置，其特征在于：固定比例四驱功率分流驱动模式时，离合器Ⅰ(13)、离合器Ⅱ(14)均接合，制动器(12)分离。
10.根据权利要求1或2所述的传动驱动装置，其特征在于：前后轴并联驱动模式Ⅱ时，离合器Ⅰ(13)、离合器Ⅱ(14)、制动器(12)均接合。
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