CN106183784A - 一种油电混合动力自动变速器及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油电混合动力自动变速器及其工作方法，属于变速器技术领域，装置包括动力系统、带有结合元件的传动系统；动力系统包括一个发动机和两个电机；传动系统包括并联连接的3个行星排和4个离合器、4个制动器等各结合元件。通过控制不同结合元件的工作状态，能提供纯电动驱动、发动机单独驱动、联合驱动、行车发电和再生制动5种工作模式，且具有多个工作档位，每个工作档位只需两个结合元件工作，换档控制容易，传动效率高，并可有效提高发动机燃油经济性。

Description

一种油电混合动力自动变速器及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种油电混合动力自动变速器及其工作方法，属于变速器技术领域。

背景技术

目前常见的油电混合动力汽车变速器均采用单排或双排行星轮系将发动机和电动机的动力合成并分配而构成动力合成组件。当发动机或电机单独驱动时，分别最多只能实现4或3个前进档位，不能充分提高发动机的燃油经济性。采用多个档位的混合动力自动变速器对保持发动机工作的高效区，降低整车油耗，提高混合动力汽车的动力性、延长续驶里程具有重要意义。

中国专利文件(申请号201220408038.9)，公开了一种混合动力驱动装置，包括发动机、第一电机、第二电机、行星齿轮构件，其特征在于，还包括设置于发动机与第一电机之间的第一离合装置、发动机与行星齿轮构件之太阳轮之间的第二离合装置、设置于齿圈与车体固定件之间的第三离合装置以及设置于第二电机转子与定子之间的第四离合装置。该驱动装置利用离合装置与一套行星齿轮机构相配合，实现车辆三档以上输出。该专利采用单排行星轮系将发动机和电动机的动力合成并分配而构成混合动力驱动装置，该装置不能够实现多档驱动，不能够有效提高发动机的工作效率。

中国专利文件(申请号200680027536.6)，公开了一种采用双马达分离方式的混合动力驱动装置，其可以确保低速范围的加速性能，并且高速范围的燃油效率也很高。具备与发动机驱动连结的输入轴、与车轮驱动连结的输出轴，具备第一电动机及第二电动机，具备依转速的顺序构成第一、第二、第三旋转要素的动力分配用行星齿轮，其中第一电动机与第一旋转要素连接，输入轴与第二旋转要素连接，中间传动轴和第二电动机与第三旋转要素连接，并且具备变速器，其具有多个变速级，将从中间传动轴传递来的动力向输出轴输出，该变速器的多个变速级至少具备增速变速级和减速变速级。该专利采用双排行星行星轮系将发动机和电动机的动力合成并分配，串联两个单排行星行星轮系构成的变速器，形成双马达分离方式的混合动力驱动装置，驱动档位选择性小，且结构复杂。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种油电混合动力自动变速器， 该装置将三个单排行星行星轮系并联构成混合动力自动变速器结构，可提供纯电动驱动、发动机单独驱动、混合驱动、行车发电和再生制动5种工作模式，在纯电动驱动和发动机单独驱动时，共可获得9个前进挡，2个倒退档，且发动机、电机等动力系统以及离合器、制动器等结合元件具有合理的布置，整体结构紧凑，传动效率高。

本发明的技术方案如下：

一种油电混合动力自动变速器，包括动力系统、带有结合元件的传动系统；

动力系统包括发动机E、电机M1、电机M2；

传动系统包括三个单排行星行星排，行星排包括太阳轮、行星轮、齿圈和行星架，三个行星排并联连接，其中一个行星排连接输出轴；

结合元件包括离合器、制动器；

动力系统通过离合器与行星排相连，制动器与行星排相连。

根据本发明优选的，离合器和制动器的数量均为四个，四个离合器分别为离合器C1、离合器C2、离合器C3、离合器C4，四个制动器分别为制动器B1、制动器B2、制动器B3、制动器B4；

三个行星排分别为行星排X1、行星排X2、行星排X3，行星排X1包括太阳轮S1、行星轮P1、齿圈R1、行星架PC1，行星排X2包括太阳轮S2、行星轮P2、齿圈R2、行星架PC2，行星排X3包括太阳轮S3、行星轮P3、齿圈R3、行星架PC3；

行星排X1的行星架PC1与行星排X2的太阳轮S2相连；行星排X1的太阳轮S1与行星排X2的行星架PC2相连；行星排X2的行星架PC2与行星排X3的太阳轮S3相连；行星排X2的齿圈R2与行星排X3的齿圈R3相连。使得行星排X1、X2、X3形成并联方式连接。

进一步优选的，电机M1通过离合器C1与行星排X1的齿圈R1相连；电机M2通过离合器C4与行星排X3的齿圈R3相连；发动机E通过离合器C2与行星排X1的行星架PC1相连；发动机E通过离合器C3与行星排X3的太阳轮S3相连。

进一步优选的，制动器B1与齿圈R1连接；制动器B2与行星架PC1连接；制动器B3与行星架PC2连接；制动器B4与齿圈R3连接。

进一步优选的，行星排X3的行星架PC3与输出轴相连。

一种利用上述油电混合动力自动变速器进行纯电动驱动的工作方法，包括步骤如下：

静止状态下，接合离合器C1，电机M1进入工作状态，此时齿圈R1作为动力输入件，若制动器B4工作制动齿圈R3，实现电机驱动起步；若制动器B3工作制动行星架PC2，实现电机驱动倒档；

行驶状态下，离合器C4接合，电机M2进入工作状态，此时齿圈R3作为动力输入件，制动器B3、制动器B2、制动器B1分别制动行星架PC2、行星架PC1、齿圈R1时，获得3个减速档，分别为电机驱动减速1档、电机驱动减速2档、电机驱动减速3档。

根据本发明优选的，纯电动驱动时，利用上述油电混合动力自动变速器进行行车发电的步骤如下：在电机驱动减速1档或电机驱动减速2档时，接合离合器C1，启用电机M1为发电机，电机M2的一部分能量分流至电机M1转化为电能存储至蓄电池中。

一种利用上述油电混合动力自动变速器进行发动机单独驱动的工作方法，包括步骤如下：

静止状态下，若电量低至不足以驱动车辆起步时，接合离合器C2，发动机E工作，此时行星架PC1作为动力输入件，若制动器B4制动齿圈R3，进入发动机驱动减速1档，实现发动机驱动起步；若制动器B3制动行星架PC2实现发动机驱动倒档；

行驶状态下，纯电动驱动满足不了行驶要求时，接合离合器C2发动机E工作，此时行星架PC1作为动力输入件，制动器B4制动齿圈R3，进入发动机驱动减速1档；分离离合器C2，接合离合器C3发动机E工作，此时太阳轮S3作为动力输入件，制动器B4制动齿圈R3，进入发动机驱动减速2档；分离制动器B4，接合离合器C3、离合器C2，此时太阳轮S3和行星架PC1共同作为动力输入件，进入直接档；分离离合器C2，保留离合器C3结合，此时太阳轮S3作为动力输入件，制动器B1制动齿圈R1，进入超速1档；分离制动器B1，制动器B2制动行星架PC1，进入超速2档。

根据本发明优选的，发动机单独驱动时，利用上述油电混合动力自动变速器进行行车发电的步骤如下：在发动机驱动减速1档或发动机驱动减速2档时，接合离合器C1，启用电机M1为发电机；在直接档或超速2档时，接合离合器C1和离合器C4，启用电机M1和电机M2为发电机；在超速1档时接合离合器C4，启用电机M2为发电机。发动机E的一部分能量分流至电机M1或(和)M2，转化为电能存储至蓄电池中。

一种利用上述油电混合动力自动变速器进行联合驱动的工作方法，包括步骤如下：

结合离合器C3和离合器C4，其他结合元件不工作，由电机M2和发动机E分别带动S3和R3共同驱动PC3输出，实现联合驱动车辆前进。

根据本发明优选的，联合驱动时，利用上述油电混合动力自动变速器进行行车发电的步骤如下：接合离合器C1，启用电机M1为发电机，发动机E和电机M2一部分能量分流至电机M1，转化为电能存储至蓄电池中。

一种利用上述油电混合动力自动变速器进行再生制动的工作方法，包括步骤如下：

接合离合器C1和离合器C4，启用电机M1与电机M2为发电机，将制动刹车产生的能量通过电机发电转化为电能存储至蓄电池中。

本发明的有益效果在于：

利用本发明的技术方案能提供纯电动驱动、发动机单独驱动、联合驱动、行车发电、再生制动5种工作模式。纯电动驱动模式下可提供4个前进档；发动机单独驱动模式下可提供5个前进档。结构简单、紧凑，更有效发挥发动机的高效工作区，进而实现节能减排。

本发明提供两种起步方案，在电量充足情况下，利用电机M1起步；在电量低情况下，利用发动机起步。在城市低速行驶路况下，电机M2驱动车辆前进，可产生3个前进档；车辆处于爬坡等需要大转矩的行驶工况时，电机M2与发动机联合工作驱动车辆。

本发明的技术方案在电池容量低时，电机M1、M2同时或分别进入发电机模式为蓄电池充电。

本发明的技术方案在中等制动强度或长下坡制动时，电机M1、M2同时进入发电机模式回收制动能量。

本发明的技术方案中，各档位只需2个结合元件工作，换档控制方便。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中：M1为电机；M2为电机；E为发动机；C1为离合器；C2为离合器；C3为离合器；C4为离合器；B1为制动器；B2为制动器；B3为制动器；B4为制动器；R1为齿圈；R2为齿圈；R3为齿圈；P1为行星轮；P2为行星轮；P3为行星轮；PC1为行星架；PC2为行星架；PC3为行星架；S1为太阳轮；S2为太阳轮；S3为太阳轮；O为输出轴；X1为行星排；X2为行星排；X3为行星排。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

本发明提供的一种油电混合动力自动变速器，包括带有结合元件的传动系统；其特征在于：所述动力系统包括发动机E、电机M1、电机M2；所述传动系统包括行星排X1、行星排X2、行星排X3以及离合器C1、离合器C2、离合器C3、离合器C4、制动器B1、制动器B2、制动器B3、制动器B4等结合元件。

行星排X1由太阳轮S1、行星轮P1、行星架PC1、齿圈R1组成；行星排X2由太阳轮S2、行星轮P2、行星架PC2、齿圈R2组成；行星排X3由太阳轮S3、行星轮P3、行星架PC3、齿圈R3组成。

太阳轮S1、行星架PC2、太阳轮S3三个构件相连；行星架PC1和太阳轮S2相连；齿圈R2和齿圈R3相连；行星架PC3与输出轴O相连。

电机M1通过离合器C1与齿圈R1连接；电机M2通过离合器C4与齿圈R3连接；发动机E通过离合器C2、离合器C3分别与行星架PC1、太阳轮S3连接。

制动器B1与齿圈R1相连；制动器B2与行星架PC1相连；制动器B3与行星架PC2相连；制动器B4与齿圈R3相连。

实施例2：

利用实施例1提供的一种油电混合动力自动变速器，可实现纯电动驱动工作模式，纯电动驱动模式下能实现4个前进档和1个倒档，具体实施方案见表1。

接合离合器C1电机M1工作，齿圈R1作为动力输入件，若制动器B4工作制动齿圈R3，实现驱动起步；若制动器B3工作制动行星架PC2，实现倒档。

低速行驶工况下，使车辆工作在纯电动驱动模式下，离合器C4接合电机M2工作，齿圈R3作为动力输入件，制动器B3、制动器B2、制动器B1分别制动行星架PC2、行星架PC1、齿圈R1时，可获得3个减速档。

表1纯电动驱动模式传动情况

实施例3：

利用实施例1提供的一种油电混合动力自动变速器，可实现发动机单独驱动工作模式，发动机单独驱动模式下能实现5个前进档和1个倒档，具体实施方案见表2。

若电量低至不足以驱动车辆起步时，接合离合器C2，发动机E工作，行星架PC1作为动力输入件，若制动器B4制动齿圈R3，进入发动机驱动减速1档，驱动起步前进；若制动 器B3制动行星架PC2实现倒档。分离离合器C2，接合离合器C3发动机E工作，太阳轮S3作为动力输入件，制动器B4制动齿圈R3，进入发动机驱动减速2档；分离制动器B4，接合离合器C3、离合器C2，太阳轮S3和行星架PC1共同作为动力输入件，进入直接档；分离离合器C2，保留离合器C3结合，太阳轮S3作为动力输入件，制动器B1制动齿圈R1，进入超速1档；分离制动器B1，制动器B2制动行星架PC1，进入超速2档。

表2发动机单独驱动工作模式传动情况

实施例4：

利用实施例1提供的一种油电混合动力自动变速器，可实现联合驱动工作模式，联合驱动模式实施方式如下：

车辆处于加速、爬坡、重载等需要大转矩的行驶工况时，切换至联合驱动模式，结合离合器C3和离合器C4，由电机M2和发动机E联合驱动车辆前进。

实施例5：

利用实施例1提供的一种油电混合动力自动变速器，当电池电量较低或负荷较低时，启用电机以发电模式工作，为蓄电池充电。在不同的驱动模式下，行车发电模式实施方式见表3。

纯电动驱动时，在电机驱动减速1档和电机驱动减速2档时接合离合器C1，启用电机M1为发电机，电机M2的一部分能量分流至电机M1转化为电能存储至蓄电池中。

发动机单独驱动时，在发动机驱动减速1档和发动机驱动减速2档时接合离合器C1，启用电机M1为发电机；直接档和超速2档时接合离合器C1和离合器C4，启用电机M1和电机M2为发电机；超速1档时接合离合器C4，启用电机M2为发电机。发动机E的一部分能量分流至电机M1或(和)M2，转化为电能存储至蓄电池中。

联合驱动时，接合离合器C1，启用电机M1为发电机，发动机E和电机M2一部分能量分流至电机M1，转化为电能存储至蓄电池中。

表3行车发电模式电机工作状态

实施例6：

利用实施例1提供的一种油电混合动力自动变速器，其再生制动模式实施方式如下：

中等制动强度及长下坡制动时，接合离合器C1和离合器C4，启用电机M1与电机M2为发电机，将制动刹车产生的能量通过电机发电转化为电能存储至蓄电池中。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，本领域的普通技术人员通过阅读本发明的说明书而对本发明技术方案采取的任何等效变换，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种油电混合动力自动变速器，包括动力系统、带有结合元件的传动系统；其特征在于：

动力系统包括发动机E、电机M1、电机M2；

传动系统包括三个行星排，行星排包括太阳轮、行星轮、齿圈和行星架，三个行星排并联连接，其中一个行星排连接输出轴；

结合元件包括离合器、制动器；

动力系统通过离合器与行星排相连，制动器与行星排相连。

2.根据权利要求1中所述的油电混合动力自动变速器，其特征在于，离合器和制动器的数量均为四个，四个离合器分别为离合器C1、离合器C2、离合器C3、离合器C4，四个制动器分别为制动器B1、制动器B2、制动器B3、制动器B4；

三个行星排分别为行星排X1、行星排X2、行星排X3，行星排X1包括太阳轮S1、行星轮P1、齿圈R1、行星架PC1，行星排X2包括太阳轮S2、行星轮P2、齿圈R2、行星架PC2，行星排X3包括太阳轮S3、行星轮P3、齿圈R3、行星架PC3；

行星排X1的行星架PC1与行星排X2的太阳轮S2相连；行星排X1的太阳轮S1与行星排X2的行星架PC2相连；行星排X2的行星架PC2与行星排X3的太阳轮S3相连；行星排X2的齿圈R2与行星排X3的齿圈R3相连。

3.根据权利要求2中所述的油电混合动力自动变速器，其特征在于，电机M1通过离合器C1与行星排X1的齿圈R1相连；电机M2通过离合器C4与行星排X3的齿圈R3相连；发动机E通过离合器C2与行星排X1的行星架PC1相连；发动机E通过离合器C3与行星排X3的太阳轮S3相连。

4.根据权利要求2中所述的油电混合动力自动变速器，其特征在于，制动器B1与齿圈R1连接；制动器B2与行星架PC1连接；制动器B3与行星架PC2连接；制动器B4与齿圈R3连接。

5.根据权利要求2中所述的油电混合动力自动变速器，其特征在于，行星排X3的行星架PC3与输出轴相连。

6.一种利用权利要求2所述油电混合动力自动变速器进行纯电动驱动的工作方法，包括步骤如下：

静止状态下，接合离合器C1，电机M1进入工作状态，此时齿圈R1作为动力输入件，若制动器B4工作制动齿圈R3，实现电机驱动起步；若制动器B3工作制动行星架PC2，实现电机驱动倒档；

行驶状态下，离合器C4接合，电机M2进入工作状态，此时齿圈R3作为动力输入件，制动器B3、制动器B2、制动器B1分别制动行星架PC2、行星架PC1、齿圈R1时，获得3个减速档，分别为电机驱动减速1档、电机驱动减速2档、电机驱动减速3档；

优选的，纯电动驱动时，利用上述油电混合动力自动变速器进行行车发电的步骤如下：在电机驱动减速1档或电机驱动减速2档时，接合离合器C1，启用电机M1为发电机，电机M2的一部分能量分流至电机M1转化为电能存储至蓄电池中。

7.一种利用权利要求2所述油电混合动力自动变速器进行发动机单独驱动的工作方法，包括步骤如下：

静止状态下，接合离合器C2，发动机E工作，此时行星架PC1作为动力输入件，若制动器B4制动齿圈R3，进入发动机驱动减速1档，实现发动机驱动起步；若制动器B3制动行星架PC2实现发动机驱动倒档；

行驶状态下，接合离合器C2发动机E工作，此时行星架PC1作为动力输入件，制动器B4制动齿圈R3，进入发动机驱动减速1档；分离离合器C2，接合离合器C3发动机E工作，此时太阳轮S3作为动力输入件，制动器B4制动齿圈R3，进入发动机驱动减速2档；分离制动器B4，接合离合器C3、离合器C2，此时太阳轮S3和行星架PC1共同作为动力输入件，进入直接档；分离离合器C2，保留离合器C3结合，此时太阳轮S3作为动力输入件，制动器B1制动齿圈R1，进入超速1档；分离制动器B1，制动器B2制动行星架PC1，进入超速2档。

8.根据权利要求7所述的发动机单独驱动的工作方法，其特征在于，发动机单独驱动时，利用上述油电混合动力自动变速器进行行车发电的步骤如下：在发动机驱动减速1档或发动机驱动减速2档时，接合离合器C1，启用电机M1为发电机；在直接档或超速2档时，接合离合器C1和离合器C4，启用电机M1和电机M2为发电机；在超速1档时接合离合器C4，启用电机M2为发电机。

9.一种利用权利要求2所述油电混合动力自动变速器进行联合驱动的工作方法，包括步骤如下：

结合离合器C3和离合器C4，其他结合元件不工作，由电机M2和发动机E分别带动S3和R3共同驱动PC3输出，实现联合驱动车辆前进；

优选的，联合驱动时，利用上述油电混合动力自动变速器进行行车发电的步骤如下：接合离合器C1，启用电机M1为发电机，发动机E和电机M2一部分能量分流至电机M1，转化为电能存储至蓄电池中。

10.一种利用权利要求2所述油电混合动力自动变速器进行再生制动的工作方法，包括步骤如下：接合离合器C1和离合器C4，启用电机M1与电机M2为发电机，将制动刹车产生的能量通过电机发电转化为电能存储至蓄电池中。