CN106347112A - 一种双行星排式电驱动总成及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双行星排式电驱动总成，由驱动桥、后排行星轮机构、行星架‑齿圈制动器、前排行星轮机构、第一电机、第二电机、离合器、制动器组成，前排行星轮机构由前排太阳轮、前排行星轮组、行星架‑齿圈组成，后排行星轮机构由后排行星架、太阳轮主轴上的后排太阳轮、后排行星轮组、行星架‑齿圈组成，第一电机的转子经太阳轮主轴与后排太阳轮连接，太阳轮主轴经制动器进行制动，第二电机的转子经空心轴与前排太阳轮连接，第一电机与第二电机同回转轴线并布置在同侧，第一电机与第二电机之间设置有离合器。该双行星排式电驱动总成结构简单，操控方便。

Description

一种双行星排式电驱动总成及其驱动方法

技术领域

本发明涉及一种双行星排式电驱动总成及其驱动方法。

背景技术

为提高经济性和动力性，一些双行星排双电机动力耦合总成在纯电车上得到应用。传统的双电机驱动总成结构复杂，在转矩耦合工作模式与转速耦合工作模式之间切换时需要同时操控多个部件(如多个离合器、多个锁止器)，其联动控制装置和操控方式都较为复杂；专利CN201310117747.0中采用共太阳轮的结构方案，导致1号电机单驱起步时传动比不大而需要增加电机最大转矩，这显然带来电机成本和体积的增加。此外，在转矩耦合工作模式与转速耦合工作模式之间切换时需要同时操控两个离合器和一个锁止器，其联动控制装置和操控复杂；专利CN201410584883.5采用共齿圈的结构方案，为弥补1号电机单驱时动力从齿圈到行星架输出的不足，在系统种增加了减速器设计。此外，在两个齿圈之间采用联轴器设计，这将使系统更加复杂，而且增加成本和存在一定噪声。另外，为解决3个锁止器的布置难题，导致2台电机只能采取并轴设计，结构设计灵活性不足。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、控制简单的双行星排式电驱动总成及其驱动方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种双行星排式电驱动总成，由驱动桥、后排行星轮机构、行星架-齿圈制动器、前排行星轮机构、第一电机、第二电机、离合器、制动器组成，所述前排行星轮机构由前排太阳轮、前排行星轮组、行星架-齿圈组成，所述后排行星轮机构由后排行星架、太阳轮主轴上的后排太阳轮、后排行星轮组、行星架-齿圈组成，所述第一电机的转子经太阳轮主轴与后排太阳轮连接，太阳轮主轴经制动器进行制动，所述第二电机的转子经空心轴与前排太阳轮连接，所述第一电机与第二电机同回转轴线并布置在同侧，第一电机与第二电机之间设置有离合器。

优选的，所述制动器固连在壳体上，所述前排行星轮机构的齿圈连于壳体内，所述前排行星轮机构与后排行星轮机构之间经行星架-齿圈相连，行星架-齿圈与壳体之间设置有行星架-齿圈制动器，后排行星轮机构的后排行星架输出到驱动桥。

优选的，所述太阳轮主轴套设于空心轴内，所述太阳轮主轴与空心轴之间经离合器进行结合或分离。

一种双行星排式电驱动总成的驱动方法，按以下步骤进行：

(1)第一电机工作模式分为单第一电机驱动模式和单第一电机制动能量回收模式，在单第一电机驱动模式下，行星架-齿圈制动器锁止行星架-齿圈，离合器分离，制动器释放；

单第一电机驱动模式：第一电机工作在电动模式下，第二电机停止工作，第一电机的输出动力依次经太阳轮主轴、后排太阳轮、后排行星轮组、后排行星架输送至驱动桥；

单第一电机制动能量回收模式：第一电机工作在发电模式下，车辆惯性转矩依次经驱动桥、后排行星架、后排行星轮组、后排太阳轮、太阳轮主轴拖动第一电机旋转发电，并为相电连的储能装置充电；

(2)第二电机工作模式分为单第二电机驱动模式和单第二电机制动能量回收模式，在单第二电机驱动模式下，行星架-齿圈制动器释放，离合器分离，制动器制动；

单第二电机驱动模式：第二电机工作在电动模式下，第一电机停止工作，第二电机的输出动力依次经前排太阳轮、前排行星轮组、行星架-齿圈、后排行星轮组、后排行星架输送至驱动桥；

单第二电机制动能量回收模式：第二电机工作在发电模式下，车辆惯性转矩依次经驱动桥、后排行星架、后排行星轮组、行星架-齿圈、前排行星轮组、前排太阳轮拖动第二电机旋转发电，并为相电连的储能装置充电；

(3)双电机转矩耦合工作模式分为双电机转矩耦合驱动模式和双电机转矩耦合制动能量回收模式，在双电机转矩耦合驱动模式下，行星架-齿圈制动器释放，离合器结合，制动器释放；

双电机转矩耦合驱动模式：第一电机与第二电机工作在电动模式下，且在离合器结合作用下，第一电机和第二电机成为一个整体，两个电机的输出动力可叠加在太阳轮主轴上；此时，动力功率流分成两路并最终在后排行星架处耦合叠加后输送至驱动桥；其中一路经太阳轮主轴、后排太阳轮、后排行星轮组、后排行星架输送，另一路经太阳轮主轴、前排太阳轮、前排行星轮组、行星架-齿圈、后排行星轮组、后排行星架输送，两路在后排行星架处耦合叠加后输送至驱动桥；

双电机转矩耦合制动能量回收模式：第一电机与第二电机工作在发电模式下，车辆惯性转矩经驱动桥处分流且最后汇流到太阳轮主轴处并通过两个电机回收能量；其中一路依次经驱动桥、后排行星架、后排行星轮组、后排太阳轮、太阳轮主轴拖动第一电机旋转发电，并为相电连的储能装置充电；另一路依次经过驱动桥、后排行星架、后排行星轮组、行星架-齿圈、前排行星轮组、前排太阳轮(太阳轮主轴)拖动第二电机旋转发电，并为相电连的储能装置充电；

(4)双电机转速耦合工作模式分为双电机转速耦合驱动模式和双电机转速耦合制动能量回收模式，在双电机转速耦合驱动模式下，行星架-齿圈制动器释放，离合器分离，制动器释放；

双电机转速耦合驱动模式：第一电机与第二电机工作在电动模式下，第一电机的输出动力依次经太阳轮主轴、后排太阳轮、后排行星轮组、后排行星架输送至驱动桥，第二电机的输出动力依次经前排太阳轮、前排行星轮组、行星架-齿圈、后排行星轮组、后排行星架输送至驱动桥；

双电机转速耦合制动能量回收模式：第一电机与第二电机工作在发电模式下，车辆惯性转矩分流输出，一路依次经驱动桥、后排行星架、后排行星轮组、后排太阳轮、太阳轮主轴拖动第一电机旋转发电，另一路依次经驱动桥、后排行星架、后排行星轮组、行星架-齿圈、前排行星轮组、前排太阳轮拖动第二电机旋转发电，第一电机与第二电机分别为相电连的储能装置充电。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：该双行星排式电驱动总成结构简单，通过行星架-齿圈制动器、制动器的制动或释放、离合器的结合或分离即可实现单电机或双电机参与工作，满足车辆各种运行工况，控制简单；采用双电机和输出轴同回转轴线设计，便于整车结构布置，不仅在结构上解决了现有双电机双行星排动力耦合系统的多个执行元件布置和控制的难题，也大大提高了系统的工作可靠性。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

附图说明

图1为本发明实施例的组成结构图。

图2为单第一电机驱动模式下的传动原理图。

图3为单第二电机驱动模式下的传动原理图。

图4为双电机转矩耦合驱动模式下的传动原理图。

图5为双电机转速耦合驱动模式下的传动原理图。

图中：1-驱动桥，2-后排行星轮机构，3-行星架-齿圈制动器，4-前排行星轮机构，5-第一电机，6-第二电机，7-离合器，8-制动器，9-前排太阳轮，10-前排行星轮组，11-行星架-齿圈，12-后排行星架，13-太阳轮主轴，14-后排太阳轮，15-后排行星轮组，16-空心轴，17-壳体。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

如图1～5所示，一种双行星排式电驱动总成，由驱动桥1、后排行星轮机构2、行星架-齿圈制动器3、前排行星轮机构4、第一电机5、第二电机6、离合器7、制动器8组成，所述前排行星轮机构由前排太阳轮9、前排行星轮组10、行星架-齿圈11组成，所述后排行星轮机构由后排行星架12、太阳轮主轴13上的后排太阳轮14、后排行星轮组15、行星架-齿圈组成，所述第一电机的转子经太阳轮主轴与后排太阳轮连接，太阳轮主轴经制动器进行制动，所述第二电机的转子经空心轴16与前排太阳轮连接，所述第一电机与第二电机同回转轴线并布置在同侧，第一电机与第二电机之间设置有离合器。

在本发明实施例中，所述制动器固连在壳体17上，所述前排行星轮机构的齿圈连于壳体内，所述前排行星轮机构与后排行星轮机构之间经行星架-齿圈相连，行星架-齿圈与壳体之间设置有行星架-齿圈制动器，后排行星轮机构的后排行星架输出到驱动桥。

在本发明实施例中，所述太阳轮主轴套设于空心轴内，所述太阳轮主轴与空心轴之间经离合器进行结合或分离。

一种双行星排式电驱动总成的驱动方法，按以下步骤进行：

(1)第一电机工作模式分为单第一电机驱动模式和单第一电机制动能量回收模式，在单第一电机驱动模式下，行星架-齿圈制动器锁止行星架-齿圈，离合器分离，制动器释放；

单第一电机驱动模式：第一电机工作在电动模式下，第二电机停止工作，第一电机的输出动力依次经太阳轮主轴、后排太阳轮、后排行星轮组、后排行星架输送至驱动桥；

单第一电机制动能量回收模式：第一电机工作在发电模式下，车辆惯性转矩依次经驱动桥、后排行星架、后排行星轮组、后排太阳轮、太阳轮主轴拖动第一电机旋转发电，并为相电连的储能装置充电；

(2)第二电机工作模式分为单第二电机驱动模式和单第二电机制动能量回收模式，在单第二电机驱动模式下，行星架-齿圈制动器释放，离合器分离，制动器制动；

单第二电机驱动模式：第二电机工作在电动模式下，第一电机停止工作，第二电机的输出动力依次经前排太阳轮、前排行星轮组、行星架-齿圈、后排行星轮组、后排行星架输送至驱动桥；

单第二电机制动能量回收模式：第二电机工作在发电模式下，车辆惯性转矩依次经驱动桥、后排行星架、后排行星轮组、行星架-齿圈、前排行星轮组、前排太阳轮拖动第二电机旋转发电，并为相电连的储能装置充电；

(3)双电机转矩耦合工作模式分为双电机转矩耦合驱动模式和双电机转矩耦合制动能量回收模式，在双电机转矩耦合驱动模式下，行星架-齿圈制动器释放，离合器结合，制动器释放；

双电机转矩耦合驱动模式：第一电机与第二电机工作在电动模式下，且在离合器结合作用下，第一电机和第二电机成为一个整体，两个电机的输出动力可叠加在太阳轮主轴上；此时，动力功率流分成两路并最终在后排行星架处耦合叠加后输送至驱动桥；其中一路经太阳轮主轴、后排太阳轮、后排行星轮组、后排行星架输送，另一路经太阳轮主轴、前排太阳轮、前排行星轮组、行星架-齿圈、后排行星轮组、后排行星架输送，两路在后排行星架处耦合叠加后输送至驱动桥；

双电机转矩耦合制动能量回收模式：第一电机与第二电机工作在发电模式下，车辆惯性转矩经驱动桥处分流且最后汇流到太阳轮主轴处并通过两个电机回收能量；其中一路依次经驱动桥、后排行星架、后排行星轮组、后排太阳轮、太阳轮主轴拖动第一电机旋转发电，并为相电连的储能装置充电；另一路依次经过驱动桥、后排行星架、后排行星轮组、行星架-齿圈、前排行星轮组、前排太阳轮(太阳轮主轴)拖动第二电机旋转发电，并为相电连的储能装置充电；

(4)双电机转速耦合工作模式分为双电机转速耦合驱动模式和双电机转速耦合制动能量回收模式，在双电机转速耦合驱动模式下，行星架-齿圈制动器释放，离合器分离，制动器释放；

双电机转速耦合驱动模式：第一电机与第二电机工作在电动模式下，第一电机的输出动力依次经太阳轮主轴、后排太阳轮、后排行星轮组、后排行星架输送至驱动桥，第二电机的输出动力依次经前排太阳轮、前排行星轮组、行星架-齿圈、后排行星轮组、后排行星架输送至驱动桥；

双电机转速耦合制动能量回收模式：第一电机与第二电机工作在发电模式下，车辆惯性转矩分流输出，一路依次经驱动桥、后排行星架、后排行星轮组、后排太阳轮、太阳轮主轴拖动第一电机旋转发电，另一路依次经驱动桥、后排行星架、后排行星轮组、行星架-齿圈、前排行星轮组、前排太阳轮拖动第二电机旋转发电，第一电机与第二电机分别为相电连的储能装置充电。

通过行星架-齿圈制动器、离合器、制动器，可以得到双电机的多种工作模式，其组合状态如表1所示，其中“1”表示行星架-齿圈制动器、制动器、离合器处于锁止状态或结合状态，“0”表示行星架-齿圈制动器、制动器、离合器处于释放状态或分离状态，“M”表示电机采用电动控制，“G”表示电机采用发电控制，“C”表示电机关闭。

表1工作模式

在前排行星轮机构中，先假设特征参数K₁＝Z_R1/Z_S1＝2，即前排行星轮机构的齿圈齿数与前排太阳轮齿数之比，在后排行星轮机构中，先假设特征参数K₂＝Z_R2/Z_S2＝2，即后排行星轮机构的齿圈齿数与后排太阳轮齿数之比，前排行星轮机构的运动学方程为：N_s1+K₁N_R1-(K₁+1)N_C1＝0。其中，N_s1、N_R1和N_C1分别为前排行星轮机构中前排太阳轮、齿圈和行星架的转速，后排行星轮机构的运动学方程为：N_s2+K₂N_R2-(K₂+1)N_C2＝0。其中，N_s2、N_R2和N_C2分别为后排行星轮机构中后排太阳轮、齿圈和行星架的转速。

单第一电机驱动中，由后排行星轮机构运动学方程及零部件连接关系，可推导该模式下传动比为i₁＝N_o/N_m1＝K₂+1＝3。这样，可实现第一电机的转矩放大3倍驱动汽车行驶，且图2中第一电机的旋向与输出轴旋向相同。

单第二电机驱动中，实现第二电机动力经前排行星轮机构和后排行星轮机构依次减速增扭后单独驱动车辆低速行驶，其传动比为i₂＝N_o/N_m2＝(K₁+1)(K₂+1)＝9。这样，可实现第二电机的转矩放大9倍驱动汽车行驶，作为第二电机仍然可应对第一电机故障时单独驱动车辆低速运行工况。图3显示第二电机的旋向与输出轴旋向相同。

双电机转矩耦合驱动中，实现第一电机和第二电机动力经前排行星轮机构和后排行星轮机构后转矩耦合驱动车辆行驶。经推导，传递到驱动桥前的转速为N_o＝N_m1[K₂/(K₂+1)/(K₁+1)+1/(K₂+1)]＝1/3N_m1；即传递到驱动桥前的转矩为T_o＝3(T₁+T₂)。这样，相当于第一电机和第二电机的转矩放大3倍并相加后驱动汽车行驶。图4显示第一电机和第二电机的旋向与输出轴旋向相同。

双电机转速耦合驱动中，实现第一电机和第二电机动力转速耦合后驱动车辆行驶。经推导传递到驱动桥前的转速为N_o＝1/3N_m1+2/9N_m2。这样，相当于第一电机转速的1/3和第二电机转速的2/9相加后为输出轴上的转速。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的双行星排式电驱动总成及其驱动方法。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (4)

1.一种双行星排式电驱动总成，其特征在于：由驱动桥、后排行星轮机构、行星架-齿圈制动器、前排行星轮机构、第一电机、第二电机、离合器、制动器组成，所述前排行星轮机构由前排太阳轮、前排行星轮组、行星架-齿圈组成，所述后排行星轮机构由后排行星架、太阳轮主轴上的后排太阳轮、后排行星轮组、行星架-齿圈组成，所述第一电机的转子经太阳轮主轴与后排太阳轮连接，太阳轮主轴经制动器进行制动，所述第二电机的转子经空心轴与前排太阳轮连接，所述第一电机与第二电机同回转轴线并布置在同侧，第一电机与第二电机之间设置有离合器。

2.根据权利要求1所述的双行星排式电驱动总成，其特征在于：所述制动器固连在壳体上，所述前排行星轮机构的齿圈连于壳体内，所述前排行星轮机构与后排行星轮机构之间经行星架-齿圈相连，行星架-齿圈与壳体之间设置有行星架-齿圈制动器，后排行星轮机构的后排行星架输出到驱动桥。

3.根据权利要求1所述的双行星排式电驱动总成，其特征在于：所述太阳轮主轴套设于空心轴内，所述太阳轮主轴与空心轴之间经离合器进行结合或分离。

4.一种双行星排式电驱动总成的驱动方法，其特征在于，采用如权利要求1-3所述的任一种双行星排式电驱动总成，并按以下步骤进行：

（1）第一电机工作模式分为单第一电机驱动模式和单第一电机制动能量回收模式，在单第一电机驱动模式下，行星架-齿圈制动器锁止行星架-齿圈，离合器分离，制动器释放；

单第一电机驱动模式：第一电机工作在电动模式下，第二电机停止工作，第一电机的输出动力依次经太阳轮主轴、后排太阳轮、后排行星轮组、后排行星架输送至驱动桥；

单第一电机制动能量回收模式：第一电机工作在发电模式下，车辆惯性转矩依次经驱动桥、后排行星架、后排行星轮组、后排太阳轮、太阳轮主轴拖动第一电机旋转发电，并为相电连的储能装置充电；

（2）第二电机工作模式分为单第二电机驱动模式和单第二电机制动能量回收模式，在单第二电机驱动模式下，行星架-齿圈制动器释放，离合器分离，制动器制动；

单第二电机驱动模式：第二电机工作在电动模式下，第一电机停止工作，第二电机的输出动力依次经前排太阳轮、前排行星轮组、行星架-齿圈、后排行星轮组、后排行星架输送至驱动桥；

单第二电机制动能量回收模式：第二电机工作在发电模式下，车辆惯性转矩依次经驱动桥、后排行星架、后排行星轮组、行星架-齿圈、前排行星轮组、前排太阳轮拖动第二电机旋转发电，并为相电连的储能装置充电；

（3）双电机转矩耦合工作模式分为双电机转矩耦合驱动模式和双电机转矩耦合制动能量回收模式，在双电机转矩耦合驱动模式下，行星架-齿圈制动器释放，离合器结合，制动器释放；

双电机转矩耦合驱动模式：第一电机与第二电机工作在电动模式下，且在离合器结合作用下，第一电机和第二电机成为一个整体，两个电机的输出动力可叠加在太阳轮主轴上；此时，动力功率流分成两路并最终在后排行星架处耦合叠加后输送至驱动桥；其中一路经太阳轮主轴、后排太阳轮、后排行星轮组、后排行星架输送，另一路经太阳轮主轴、前排太阳轮、前排行星轮组、行星架-齿圈、后排行星轮组、后排行星架输送，两路在后排行星架处耦合叠加后输送至驱动桥；

双电机转矩耦合制动能量回收模式：第一电机与第二电机工作在发电模式下，车辆惯性转矩经驱动桥处分流且最后汇流到太阳轮主轴处并通过两个电机回收能量；其中一路依次经驱动桥、后排行星架、后排行星轮组、后排太阳轮、太阳轮主轴拖动第一电机旋转发电，并为相电连的储能装置充电；另一路依次经过驱动桥、后排行星架、后排行星轮组、行星架-齿圈、前排行星轮组、前排太阳轮（太阳轮主轴）拖动第二电机旋转发电，并为相电连的储能装置充电；

（4）双电机转速耦合工作模式分为双电机转速耦合驱动模式和双电机转速耦合制动能量回收模式，在双电机转速耦合驱动模式下，行星架-齿圈制动器释放，离合器分离，制动器释放；

双电机转速耦合驱动模式：第一电机与第二电机工作在电动模式下，第一电机的输出动力依次经太阳轮主轴、后排太阳轮、后排行星轮组、后排行星架输送至驱动桥，第二电机的输出动力依次经前排太阳轮、前排行星轮组、行星架-齿圈、后排行星轮组、后排行星架输送至驱动桥；

双电机转速耦合制动能量回收模式：第一电机与第二电机工作在发电模式下，车辆惯性转矩分流输出，一路依次经驱动桥、后排行星架、后排行星轮组、后排太阳轮、太阳轮主轴拖动第一电机旋转发电，另一路依次经驱动桥、后排行星架、后排行星轮组、行星架-齿圈、前排行星轮组、前排太阳轮拖动第二电机旋转发电，第一电机与第二电机分别为相电连的储能装置充电。