CN106740051A - 电子制动钳式三速多模单电机混合动力系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了电子制动钳式三速多模单电机混合动力系统，其发动机、弹性减震器、主离合器、电机、三速变速模块依次同轴安装；电机的输出轴为空心轴，主离合器的输出轴穿过电机的输出轴与三速变速模块连接，第一制动器与主离合器连接；第二制动器与电机的输出轴连接；第三制动器、第四制动器均分别与三速变速模块连接；三速变速模块还与系统输出轴连接；控制器分别与蓄电池、发动机、第一制动器、第二制动器、第三制动器、第四制动器电性连接。发明结构简洁、换挡响应迅速、全部电子线性化控制、可靠性高、换挡能耗小；实现了单发动机、单电机，以及发动机和电机联合的多种速比驱动模式。

Description

电子制动钳式三速多模单电机混合动力系统
技术领域
本发明涉及汽车制造领域，特别涉及电子制动钳式三速多模单电机混合动力系统。
背景技术
随着插电式混合动力车辆的快速发展，市面上主要有BSG方案的混合动力装置、双电机同轴安装方案的混合动力装置和单电机的AMT方案的混合动力装置。
对于BSG方案的混合动力装置主要是发动机通过曲轴皮带通过组合皮带驱动一个发电机为电池包补充电能，采用电机直接驱动车辆驱动桥总成，在发动机和电机之间设置速比为1的自动离合器，该方案存在：一、BSG发电系统故障率高、传动效率低、振动噪音大和占据车厢体积大；二、主驱电机峰值转矩极高、体积重量转动惯量大和成本非常高；三、发动机燃油效率低、高效区间窄和排放差等技术问题。
对于双电机同轴安装方案的混合动力装置主要是在发动机飞轮盘后同轴安装一个发电机用以为电池包补充电能，采用电机直接驱动车辆驱动桥总成，在发电机和电机之间设置速比为1的自动离合器，该方案存在：系统重量极大、转动惯量极大、成本高昂、发动机燃油效率低等问题。
对于单电机的AMT方案的混合动力装置是在发动机飞轮盘后安装一个自动离合器，在自动离合器后同轴安装一个发电/驱动电机用以为电池包补充电能和驱动车辆行驶，在电机之后同轴安装一个多档AMT变速箱；该方案存在动力间断，电机发电时AMT箱空挡损耗极大，电制动能量回收弱，节油率低，成本昂贵，换挡能耗大等问题。
上述三种方案存在的共性问题为难以实现发动机和电机联合多模式驱动，传动效率低、能耗大、成本高等技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种实现发动机和电机联合多模式驱动，有效提高混合动力系统的传动效率，降低系统能耗和成本的电子制动钳式三速多模单电机混合动力系统。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
电子制动钳式三速多模单电机混合动力系统，包括发动机、弹性减震器、主离合器、电机、三速变速模块、第一制动器、第二制动器、第三制动器、第四制动器、控制器、蓄电池；所述发动机、弹性减震器、主离合器、电机、三速变速模块依次同轴安装；所述电机的输出轴为空心轴，所述主离合器的输出轴穿过电机的输出轴与三速变速模块连接，所述第一制动器与主离合器连接；所述第二制动器与电机的输出轴连接；所述第三制动器、第四制动器均分别与三速变速模块连接；所述三速变速模块还与系统输出轴连接；所述控制器分别与蓄电池、发动机、第一制动器、第二制动器、第三制动器、第四制动器电性连接。
进一步地，所述第一制动器、第二制动器、第三制动器、第四制动器结构均相同。
进一步地，所述第一制动器、第二制动器、第三制动器、第四制动器其中任一项均包括制动电机、减速单元、制动力输入齿轮、双出丝杆齿轮、左旋螺母、右旋螺母、制动器钳体、导销、外摩擦块、内摩擦块、制动盘，所述制动电机与减速单元连接，所述减速单元与制动力输入齿轮连接；所述制动力输入齿轮与双出丝杆齿轮外啮合连接；所述双出丝杆齿轮分别与左旋螺母、右旋螺母连接；所述左旋螺母与制动器钳体固定连接，所述右旋螺母与内摩擦块固定连接；所述外摩擦块固定安装在制动器嵌体前端的内侧，所述制动电机、减速单元均安装在制动器嵌体上；所述制动器嵌体与导销连接，并能沿导销的轴向往复运动；所述制动盘位于内摩擦块与外摩擦块之间配合连接。
进一步地，所述主离合器包括主行星架、主行星轮轴承、主太阳轮、主行星轮、主行星轮轴、主内齿圈、离合器输出轴，所述主行星轮轴承与主行星架连接，所述主行星轮轴分别与主行星轮轴承、主行星轮连接；所述主太阳轮与主行星轮外啮合连接；所述主行星轮与主内齿圈内啮合连接；所述离合器输出轴通过花键副与主太阳轮连接。
进一步地，所述三速变速模块包括第一行星排、第二行星排，所述第一行星排包括第一太阳轮、中间行星轮、中间行星轮轴、中间行星轮轴承、第一行星轮、双联行星轮轴、双联行星轮轴承、第一内齿圈、行星架，所述双联行星轮轴承、中间行星轮轴承均分别与行星架连接，所述中间行星轮轴分别与中间行星轮轴承、中间行星轮连接；所述双联行星轮轴分别与第一行星轮、双联行星轴承连接；所述第一太阳轮、中间行星轮、第一行星轮依次外啮合连接；所述第一行星轮与第一内齿圈内啮合连接；所述第二行星排包括第二行星轮、第二太阳轮、第二内齿圈，所述第二行星轮与双联行星轮轴连接；所述第二太阳轮与第二行星轮外啮合连接；所述第二行星轮与第二内齿圈内啮合连接。
进一步地，所述弹性减震器与主行星架连接，所述离合器输出轴穿过电机的输出轴与第二太阳轮连接，所述电机的输出轴与第一太阳轮连接。
进一步地，所述第一制动器的制动盘与主离合器的主内齿圈连接；所述第一制动器上还安装有与第一制动器的制动盘相配合的第一制动盘测速传感器，所述第一制动盘测速传感器与控制器电性连接。
进一步地，所述第二制动器通过第二制动器的制动盘与电机输出轴连接；所述电机输出轴上还连接有电机测速传感器，所述电机测速传感器与控制器电性连接；所述第二制动器上还安装有与第二制动器的制动盘相配合的第二制动盘测速传感器，所述第二制动盘测速传感器与控制器电性连接。
进一步地，所述第三制动器通过第三制动器的制动盘与第一内齿圈连接；所述第三制动器上还安装有与第三制动器的制动盘相配合的第三制动盘测速传感器，所述第三制动盘测速传感器与控制器电性连接。
进一步地，所述第四制动器通过第四制动器的制动盘与第二内齿圈连接；所述第四制动器上还安装有与第四制动器的制动盘相配合的第四制动盘测速传感器，所述第四制动盘测速传感器与控制器电性连接；所述行星架与系统输出轴连接，所述系统输出轴上连接有主测速传感器，所述主测速传感器与控制器电性连接。
采用上述技术方案，由于使用了发动机、弹性减震器、主离合器、电机、三速变速模块、第一制动器、第二制动器、第三制动器、第四制动器、控制器、蓄电池等技术特征。将电动机输出轴设置为空心轴，将弹性减震器的输出轴穿过电动机的空心轴与三速变速模块连接；并将第一制动器与主离合器连接，第二制动器与电机输出轴连接；第三制动器与、第四制动器分别与三速变速模块连接。使得本发明实现了发动机三种速比单独驱动模式，发动机和电机联合无级变速驱动模式，两种大速比单电机驱动模式等功能。采用单电机高速轻量化结构形式，电子钳式制动器作为换挡模块，具有结构简洁、换挡响应迅速、全部电子线性化控制、适合更大柔性换挡、可靠性高、换挡能耗小。本发明具有驱动模式多，结构紧凑，同轴安装，轴向尺寸小，传动效率高，寿命长，节油率高，成本低等诸多优点。
附图说明
图1为本发明原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
电子制动钳式三速多模单电机混合动力系统，包括发动机1、弹性减震器2、主离合器3、电机4、三速变速模块5、第一制动器6、第二制动器7、第三制动器8、第四制动器9、控制器10、蓄电池11；将发动机1、弹性减震器2、主离合器3、电机4、三速变速模块5依次同轴安装。具体实施中将电机4的输出轴12设计成空心轴，主离合器3的输出轴13穿过电机4的输出轴12与三速变速模块5连接，将第一制动器6与主离合器3连接；第二制动器6与电机4的输出轴12连接；将第三制动器8、第四制动器9均分别与三速变速模块5连接。三速变速模块5还与系统输出轴14连接；控制器10分别与蓄电池11、发动机2、第一制动器6、第二制动器7、第三制动器8、第四制动器9电性连接。
上述技术方案，通过将电机4的输出轴12设计成空心轴，将主离合器3的输出轴13穿过电机4的输出轴12与三速变速模块5连接。同时通过第一制动器6、第二制动器7、第三制动器8、第四制动器9的共同作用，使得本发明实现了发动机三种速比单独驱动，发动机和电机联合无级变速驱动，单电机大速比两种驱动等功能模式。有效提高了系统的传动效率，减小了系统轴向尺寸，具有结构简洁、换挡响应迅速、全部电子线性化控制、可靠性高、换挡能耗小等系列优点。
更为具体地，如附图1所示，第一制动器6、第二制动器7、第三制动器8、第四制动器9结构均相同。且第一制动器6、第二制动器7、第三制动器8、第四制动器9其中任一项均包括制动电机15、减速单元16、制动力输入齿轮17、双出丝杆齿轮18、左旋螺母19、右旋螺母20、制动器钳体21、导销22、外摩擦块23、内摩擦块24、制动盘25。制动电机15与减速单元16连接，且制动电机15与减速单元16均安装在制动器钳体21上。减速单元16与制动力输入齿轮17外啮合连接；制动力输入齿轮17与双出丝杆齿轮18外啮合连接；双出丝杆齿轮18的左丝杆与左旋螺母19连接，双出丝杆齿轮18的右丝杆与右旋螺母20连接。左旋螺母19与制动器钳体21固定连接，右旋螺母20与内摩擦块23固定连接；外摩擦块23固定安装在制动器嵌体21前端的内侧；制动器嵌体21与导销22连接，制动器嵌体21能沿导销22的轴向往复运动；导销22具体实施中安装在箱体26上。制动盘25位于内摩擦块24与外摩擦块23之间配合连接。
主离合器3包括主行星架27、主行星轮轴承28、主太阳轮29、主行星轮30、主行星轮轴31、主内齿圈32。主行星轮轴承28与主行星架27连接，主行星轮轴31分别与主行星轮轴承28、主行星轮30连接；主太阳轮29与主行星轮30外啮合连接；主行星轮30与主内齿圈32内啮合连接；主离合器3的输出轴13通过花键副与主太阳轮29连接。
三速变速模块5包括第一行星排、第二行星排，第一行星排包括第一太阳轮36、中间行星轮37、中间行星轮轴38、中间行星轮轴承39、第一行星轮40、双联行星轮轴41、双联行星轮轴承42、第一内齿圈43、行星架44，双联行星轮轴承42、中间行星轮轴承39均分别与行星架44连接。中间行星轮轴38分别与中间行星轮轴承39、中间行星轮37连接；双联行星轮轴41分别与第一行星轮40、双联行星轴承42连接。第一太阳轮36、中间行星轮37、第一行星轮40依次外啮合连接；第一行星轮40与第一内齿圈43内啮合连接。
第二行星排包括第二行星轮45、第二太阳轮46、第二内齿圈47，第二行星轮45与双联行星轮轴41连接；第二太阳轮46与第二行星轮45外啮合连接；第二行星轮45与第二内齿圈47内啮合连接。
弹性减震器2与主行星架27连接，主离合器3的输出轴13穿过电机4的输出轴12与第二太阳轮46连接，电机4的输出轴12与第一太阳轮36连接。
第一制动器6的制动盘25与主离合器3的主内齿圈32连接；第一制动器6上还安装有与第一制动器6的制动盘25相配合的第一制动盘测速传感器48，第一制动盘测速传感器48与控制器10电性连接。
第二制动器7通过第二制动器7的制动盘25与电机4的输出轴12连接；电机4的输出轴12上还连接有电机测速传感器49，电机测速传感器49与控制器10电性连接；在第二制动器7上还安装有与第二制动器7的的制动盘25相配合的第二制动盘测速传感器50，第二制动盘测速传感器50与控制器10电性连接。
第三制动器8通过第三制动器8的制动盘25与第一内齿圈43连接；第三制动器8上还安装有与第三制动器8的制动盘25相配合的第三制动盘测速传感器51，第三制动盘测速传感器51与控制器10电性连接。
第四制动器9通过第四制动器9的制动盘25与第二内齿圈47连接；第四制动器9上还安装有与第四制动器9的制动盘25相配合的第四制动盘测速传感器52，第四制动盘测速传感器52与控制器10电性连接；行星架44与系统输出轴14连接，系统输出轴14上连接有主测速传感器53，主测速传感器53与控制器10电性连接。
本发明的主要控制策略和工作模式如下：
一、发动机按第一档速比单独驱动模式
当整车行驶条件或驾驶者操控命令需求发动机1按第一档速比单独驱动时，控制器10向第一制动器6的制动电机15发出指令，第一制动器6的制动电机15从蓄电池11中获得电能驱动减速单元16，减速单元16将动力传递给制动力输入齿轮17，制动力输入齿轮17通过外啮合将动力传递给双出丝杆齿轮18，双出丝杆齿轮18通过左出丝杆驱动左旋螺母19推动制动器钳体21沿导销22往后移动；双出丝杆齿轮18通过右出丝杆驱动右旋螺母20推动内摩擦块24往前移动；制动器钳体21带动外摩擦块23往后移动，进而内摩擦块24和外摩擦块23夹紧制第一制动器6的制动盘25；由于多个导销22固定安装在动力装置箱体26上，因而，制动器钳体21可轴向移动周向制动；当第一制动器6的制动电机15达到设定电流时，控制器10向第一制动器6的制动电机15发出停止转动指令，内摩擦块24和外摩擦块23夹紧制动第一制动器6的制动盘25的制动力通过左右旋丝杆螺母机构自锁保证，进而实现第一制动器6结合。第一制动器6的制动盘25通过连接件和密封组件与主内齿圈32连接，进而主内齿圈32被制动，主离合器3处于动力接通状态。第二制动器7和第四制动器9处于动力断开状态。控制器10向第三制动器8的制动电机15发出指令，第三制动器8的制动电机15从蓄电池11中获得电能驱动减速单元16，减速单元16将动力传递给制动力输入齿轮17，制动力输入齿轮17通过外啮合将动力传递给双出丝杆齿轮18，双出丝杆齿轮18通过左出丝杆驱动左旋螺母19推动制动器钳体21沿导销22往后移动；双出丝杆齿轮18通过右出丝杆驱动右旋螺母20推动内摩擦块24往前移动；制动器钳体21带动外摩擦块23往后移动，进而内摩擦块24和外摩擦块23夹紧制动第三制动器8的制动盘25；当制动电机15达到设定电流时，控制器10向制动电机15发出停止转动指令，内摩擦块24和外摩擦块23夹紧制动第三制动器8的制动盘25的制动力通过左右旋丝杆螺母机构自锁保证，进而实现第三制动器8结合。第三制动器8的制动盘25通过连接件和密封组件与第一内齿圈43连接，进而第一内齿圈43被制动，三速变速模块5处于第一档结合状态。发动机1将动力由飞轮盘经弹性减震器2传递给主行星架27，主行星架27通过多个主行星轮30经主行星轮轴承28和主行星轮轴31将动力传递给主太阳轮29和主内齿圈32，由于主内齿圈32被制动，因此，来自发动机1的动力传递给主太阳轮29，主太阳轮29将动力由输出轴13传递给第二太阳轮46；第二太阳轮46通过外啮合将动力传递给第二行星轮45，第二行星轮45将动力传递给与之固定连接的第一行星轮40；同时，第二行星轮45通过内啮合带动第二内齿圈47自由转动；由于第一内齿圈43被制动，来自发动机1的动力通过双联行星轮轴41和双联行星轮轴承42传递给输出行星架44，输出行星架44由系统输出轴14传递给驱动桥总成。同时，第一行星轮40通过外啮合带动中间行星轮37转动，中间行星轮37通过外啮合带动第一太阳轮36转动，由于第三制动器8处于断开状态，因此，第一太阳轮36通过电机4的输出轴12带动电机转子自由转动。
该模式下发动机1满足下列转速关系式：
其中：Z1表示主太阳轮29齿数；Z2表示主内齿圈32齿数；Z3表示第一太阳轮36齿数；Z4表示第一行星轮40齿数；Z5表示第一内齿圈43齿数；Z6表示第二行星轮45齿数；Z7表示第二内齿圈47齿数；Z8表示第二太阳轮46齿数；n1表示电机转子的转速；ne表示发动机1的转速；n2表示系统输出轴14转速。(全文均按上述表述方式代表各齿轮构件和转动件的参数)
二、发动机按第二档速比单独驱动模式
当整车行驶条件或驾驶者操控命令需求发动机1按第二档速比单独驱动时，控制器10向第一制动器6的制动电机15发出指令，使第一制动器6处于闭合状态；同时向第二制动器7和第三制动器8发出指令使其处于断开状态；控制器10向第四制动器9的制动电机15发出指令，第四制动器9的制动电机15从蓄电池11中获得电能驱动减速单元16，减速单元16将动力传递给制动力输入齿轮17，制动力输入齿轮17通过外啮合将动力传递给双出丝杆齿轮18，双出丝杆齿轮18通过左出丝杆驱动左旋螺母19推动制动器钳体21沿导销22往后移动；双出丝杆齿轮18通过右出丝杆驱动右旋螺母20推动内摩擦块24往前移动；制动器钳体21带动外摩擦块23往后移动，进而内摩擦块24和外摩擦块23夹紧制动第四制动器9的制动盘25；当第四制动器9的制动电机15达到设定电流时，控制器10向第四制动器9的制动电机15发出停止转动指令，内摩擦块24和外摩擦块23夹紧制动第四制动器9的制动盘25的制动力通过左右旋丝杆螺母机构自锁保证，进而实现第四制动器9结合。第四制动器9的制动盘25通过连接件和密封组件与第二内齿圈47连接，进而第二内齿圈47被制动，三速变速模块处于第二档结合状态。发动机1将动力由飞轮盘经弹性减震器2传递给主行星架27，主行星架27通过多个主行星轮30经主行星轮轴承28和主行星轮轴31将动力传递给主太阳轮29和主内齿圈32，由于主内齿圈32被制动，因此，来自发动机1的动力传递给主太阳轮29，主太阳轮29将动力由输出轴13传递给第二太阳轮46；第二太阳轮46通过外啮合将动力传递给第二行星轮45，第二行星轮45将动力传递给与之固定连接的第一行星轮40；由于第二制动器7的制动盘25和第三制动器8的制动盘25处于自由转动状态，因此，第一行星轮40带动第一内齿圈43和第一太阳轮36自由空转；由于第二内齿圈47处于制动状态，来自发动机1的动力通过双联行星轮轴41和双联行星轮轴承42传递给输出行星架44，输出行星架44由系统输出轴14传递给驱动桥总成。
该模式下发动机1满足下列转速关系式：
三、发动机按第三档速比单独驱动模式
当整车行驶条件或驾驶者操控命令需求发动机按第三档速比单独驱动时，控制器10向第一制动器6的制动电机15发出指令，使第一制动器6处于闭合状态；同时向第三制动器8和第四制动器9发出指令使其处于断开状态；控制器10向第二制动器7的制动电机15发出指令，第二制动器7的制动电机15从蓄电池11中获得电能驱动减速单元16，减速单元16将动力传递给制动力输入齿轮17，制动力输入齿轮17通过外啮合将动力传递给双出丝杆齿轮18，双出丝杆齿轮18通过左出丝杆驱动左旋螺母19推动制动器钳体21沿导销22往后移动；双出丝杆齿轮18通过右出丝杆驱动右旋螺母20推动内摩擦块24往前移动；制动器钳体21带动外摩擦块23往后移动，进而内摩擦块24和外摩擦块23夹紧制动第二制动器7的制动盘25；当第二制动器7的制动电机15达到设定电流时，控制器10向第二制动器7的制动电机15发出停止转动指令，内摩擦块24和外摩擦块23夹紧制动第二制动器7的制动盘25的制动力通过左右旋丝杆螺母机构自锁保证，进而实现第二制动器7结合。第二制动器7的制动盘25通过连接件与电机4的输出轴12连接，进而第一太阳轮36和电机转子被制动，三速变速模块处于第三档结合状态。发动机1将动力由飞轮盘经弹性减震器2传递给主行星架27，主行星架27通过多个主行星轮30经主行星轮轴承28和主行星轮轴31将动力传递给主太阳轮29和主内齿圈32，由于主内齿圈32被制动，因此，来自发动机1的动力传递给主太阳轮29，主太阳轮29将动力由输出轴13传递给第二太阳轮46；第二太阳轮46通过外啮合将动力传递给第二行星轮45，第二行星轮45将动力传递给与之固定连接的第一行星轮40；由于第三制动器8的制动盘25和第四制动器9的制动盘25处于自由转动状态，因此，第一行星轮40带动第一内齿圈43和第二行星轮45带动第二内齿圈47自由空转；由于第一太阳轮36处于制动状态，来自发动机1的动力通过双联行星轮轴41和双联行星轮轴承42传递给输出行星架44，输出行星架44由系统输出轴14传递给驱动桥总成。
该模式下发动机1满足下列转速关系式：
四、电机按第一档速比纯电动驱动模式
当整车行驶条件或驾驶者操控命令需求电机按第一档速比纯电驱动时，控制器10向第一制动器6的制动电机15发出指令，使第一制动器6处于断开状态；同时向第二制动器7和第三制动器8发出指令使其处于断开状态；控制器10向第四制动器9的制动电机15发出指令，第四制动器9的制动电机15从蓄电池11中获得电能驱动减速单元16，减速单元16将动力传递给制动力输入齿轮17，制动力输入齿轮17通过外啮合将动力传递给双出丝杆齿轮18，双出丝杆齿轮18通过左出丝杆驱动左旋螺母19推动制动器钳体21沿导销22往后移动；双出丝杆齿轮18通过右出丝杆驱动右旋螺母20推动内摩擦块24往前移动；制动器钳体21带动外摩擦块23往后移动，进而内摩擦块24和外摩擦块23夹紧制动第四制动器9的制动盘25；当第四制动器9的制动电机15达到设定电流时，控制器10向第四制动器9的制动电机15发出停止转动指令，内摩擦块24和外摩擦块23夹紧制动第四制动器9的制动盘25的制动力通过左右旋丝杆螺母机构自锁保证，进而实现第四制动器9结合。第四制动器9的制动盘25通过连接件和密封组件与第二内齿圈47连接，进而第二内齿圈47被制动，三速变速模块处于第二档结合状态(纯电动驱动第一档速比模式)。电机将来自蓄电池11的电能经控制器10整流控制后转换为动力，并由电机4的输出轴12将动力传递给第一太阳轮36，第一太阳轮36将动力传递给中间行星轮37，中间行星轮37通过外啮合将动力传递给第一行星轮40；由于第一行星轮40与第二行星轮45固定连接，因此，第一行星轮40将动力传递给第二行星轮45，同时，第一行星轮40通过内啮合关系将动力传递给第一内齿圈43；第一内齿圈43处于第三制动器8释放状态，因此，第一内齿圈43处于自由转动状态；第二内齿圈47处于制动状态，同时，第二行星轮45带动第二太阳轮46自由转动，第二太阳轮46通过输出轴13带动主太阳轮29转动，主太阳轮29通过外啮合关系带动主行星轮30转动；由于发动机1处于关闭状态，因此，主行星架27处于制动静止状态；第一制动器6对主内齿圈32释放，因此，主内齿圈32处于自由转动状态；来自电机的动力通过双联行星轮轴41和双联行星轮轴承42传递给输出行星架44，输出行星架44由系统输出轴14传递给驱动桥总成。
该模式下电机满足下列转速关系式：
五、电机按第二档速比纯电动驱动模式
当整车行驶条件或驾驶者操控命令需求电机按第二档速比纯电驱动时，控制器10向第一制动器6的制动电机15发出指令，使第一制动器6处于断开状态；同时向第二制动器7和第四制动器9发出指令使其处于断开状态；控制器10向第三制动器8的制动电机15发出指令，第三制动器8的制动电机15从蓄电池11中获得电能驱动减速单元16，减速单元16将动力传递给制动力输入齿轮17，制动力输入齿轮17通过外啮合将动力传递给双出丝杆齿轮18，双出丝杆齿轮18通过左出丝杆驱动左旋螺母19推动制动器钳体21沿导销22往后移动；双出丝杆齿轮18通过右出丝杆驱动右旋螺母20推动内摩擦块24往前移动；制动器钳体21带动外摩擦块23往后移动，进而内摩擦块24和外摩擦块23夹紧制动第三制动器8的制动盘25；当制动电机15达到设定电流时，控制器10向制动电机15发出停止转动指令，内摩擦块24和外摩擦块23夹紧制动第三制动器8的制动盘25的制动力通过左右旋丝杆螺母机构自锁保证，进而实现第三制动器8结合。第三制动器8的制动盘25通过连接件和密封组件与第一内齿圈43连接，进而第一内齿圈43被制动，三速变速模块处于第一档结合状态(纯电动驱动第二档速比模式)。电机4将来自蓄电池11的电能经控制器10整流控制后转换为动力，并由电机4的输出轴12将动力传递给第一太阳轮36，第一太阳轮36将动力传递给中间行星轮37，中间行星轮37通过外啮合将动力传递给第一行星轮40；由于第一行星轮40与第二行星轮45固定连接，因此，第一行星轮40将动力传递给第二行星轮45，同时，第一行星轮40通过内啮合关系将动力传递给第一内齿圈43；第二内齿圈47处于第四制动器释放状态，第二内齿圈47处于自由转动状态；同时，第二行星轮45带动第二太阳轮46自由转动，第二太阳轮46通过输出轴13带动主太阳轮29转动，主太阳轮29通过外啮合关系带动主行星轮30转动；由于发动机1处于关闭状态，因此，主行星架27处于制动静止状态；第一制动器6对主内齿圈32释放，因此，主内齿圈32处于自由转动状态；由于第一内齿圈43被制动，因此，来自电机的动力通过双联行星轮轴41和双联行星轮轴承42传递给输出行星架44，输出行星架44由系统输出轴14传递给驱动桥总成。
该模式下电机满足下列转速关系式：
六、发动机与电机联合驱动模式
当整车行驶条件或驾驶者操控命令需求发动机与电机联合驱动时，控制器10向第一制动器6的制动电机15发出指令，使第一制动器6处于闭合状态；同时向第三制动器8和第四制动器9发出指令使其处于断开状态；控制器10向第二制动器7的制动电机15发出指令，第二制动器7的制动电机15从蓄电池11中获得电能驱动减速单元16，减速单元16将动力传递给制动力输入齿轮17，制动力输入齿轮17通过外啮合将动力传递给双出丝杆齿轮18，双出丝杆齿轮18通过左出丝杆驱动左旋螺母19推动制动器钳体21沿导销22往后移动；双出丝杆齿轮18通过右出丝杆驱动右旋螺母20推动内摩擦块24往前移动；制动器钳体21带动外摩擦块23往后移动，进而内摩擦块24和外摩擦块23夹紧制动第二制动器7的制动盘25；当第二制动器7的制动电机15达到设定电流时，控制器10向第二制动器7的制动电机15发出停止转动指令，内摩擦块24和外摩擦块23夹紧制动第二制动器7的制动盘25的制动力通过左右旋丝杆螺母机构自锁保证，进而实现第二制动器7结合。第二制动器7的制动盘25通过连接件与电机4的输出轴12连接，进而第一太阳轮36和电机转子被制动，三速变速模块处于第三档结合状态(发动机与电机联合驱动模式)。发动机1将动力由飞轮盘经弹性减震器2传递给主行星架27，主行星架27通过多个主行星轮30经主行星轮轴承28和主行星轮轴31将动力传递给主太阳轮29和主内齿圈32，由于主内齿圈32被制动，因此，来自发动机1的动力传递给主太阳轮29，主太阳轮29将动力由输出轴13传递给第二太阳轮46；第二太阳轮46通过外啮合将动力传递给第二行星轮45，第二行星轮45将动力传递给与之固定连接的第一行星轮40。电机将来自蓄电池11的电能经控制器10整流控制后转换为动力，并由电机4的输出轴12将动力传递给第一太阳轮36，第一太阳轮36将动力传递给中间行星轮37，中间行星轮37通过外啮合将动力传递给第一行星轮40。因此，来自发动机1和电机的动力经第一行星轮40和第二行星轮45进行耦合，并通过双联行星轮轴41和双联行星轮轴承42传递给输出行星架44，输出行星架44由系统输出轴14传递给驱动桥总成。
该模式下发动机1与电机满足下列转速关系式：
七、高效补电模式
当整车处于发动机1单独驱动行驶且蓄电池11电量不足时，控制器10向第一制动器6的制动电机15发出指令，使第一制动器6处于闭合状态；当发动机1按第一档速比驱动模式时，电机切换为发电机模式，第二制动器7和第四制动器9处于断开状态，第三制动器8处于闭合状态；发动机1将动力由飞轮盘经弹性减震器2传递给主行星架27，主行星架27通过多个主行星轮30经主行星轮轴承28和主行星轮轴31将动力传递给主太阳轮29和主内齿圈32，由于主内齿圈32被制动，因此，来自发动机1的动力传递给主太阳轮29，主太阳轮29将动力由输出轴13传递给第二太阳轮46；第二太阳轮46通过外啮合将动力传递给第二行星轮45，第二行星轮45将动力传递给与之固定连接的第一行星轮40；同时，第二行星轮45通过内啮合带动第二内齿圈47自由转动；由于第一内齿圈43被制动，来自发动机1的一部分动力通过双联行星轮轴41和双联行星轮轴承42传递给输出行星架44，输出行星架44由系统输出轴14传递给驱动桥总成；同时，来自发动机1的另外一部动力由第一行星轮40通过外啮合带动中间行星轮37转动，中间行星轮37通过外啮合带动第一太阳轮36转动，第一太阳轮36通过电机4的输出轴12带动电机转子发电，并将所发电能通过控制器10整流控制后储存到蓄电池11中。当发动机1按第二档速比驱动模式时，电机切换为发电机模式，第二制动器7和第三制动器8处于断开状态，第四制动器9处于闭合状态；发动机1将动力由飞轮盘经弹性减震器2传递给主行星架27，主行星架27通过多个主行星轮30经主行星轮轴承28和主行星轮轴31将动力传递给主太阳轮29和主内齿圈32，由于主内齿圈32被制动，因此，来自发动机1的动力传递给主太阳轮29，主太阳轮29将动力由输出轴13传递给第二太阳轮46；第二太阳轮46通过外啮合将动力传递给第二行星轮45，第二行星轮45将动力传递给与之固定连接的第一行星轮40，第一行星轮40带动第一内齿圈43和第一太阳轮36转动；由于第二内齿圈47处于制动状态，来自发动机1的一部分动力通过双联行星轮轴41和双联行星轮轴承42传递给输出行星架44，输出行星架44由系统输出轴14传递给驱动桥总成。来自发动机1的另外一部分动力通过第一太阳轮36通过电机4的输出轴12带动电机转子发电，并将所发电能通过控制器10整流控制后储存到蓄电池11中。
发动机1按第一档速比驱动模式下发动机1与发电机满足下列转速关系式：
发动机1按第二档速比驱动模式下发动机1与发电机满足下列转速关系式：
八、高效制动能量回收模式
当整车需要进行减速制动时，控制器10向第一制动器6的制动电机15发出指令，使第一制动器6处于断开状态；当车速较高时，控制器10向第二制动器7和第四制动器9发出指令使其处于断开状态，第三制动器8处于闭合状态；整车动能由驱动桥总成传递给系统输出轴14，系统输出轴14将动能传递给输出行星架44，输出行星架44将动能由双联行星轮轴41和双联行星轮轴承42传递给第二太阳轮46、第一太阳轮36、中间行星轮37、第一内齿圈43和第二内齿圈47；由于第二内齿圈47与第二太阳轮46处于自由转动状态，第一内齿圈43处于制动状态，因此，来自整车的动能由第一太阳轮36由电机4的输出轴12传递给电机转子转化为电能，并将所发电能通过控制器10整流控制后储存到蓄电池11中。当车速较低时，控制器10向第二制动器7和第三制动器8发出指令使其处于断开状态，第四制动器9处于闭合状态；整车动能由驱动桥总成传递给系统输出轴14，系统输出轴14将动能传递给输出行星架44，输出行星架44将动能由双联行星轮轴41和双联行星轮轴承42传递给第二太阳轮46、第一太阳轮36、中间行星轮37、第一内齿圈43和第二内齿圈47；由于第一内齿圈43和第二太阳轮46处于自由转动状态，第二内齿圈47处于制动状态，因此，来自整车的动能由第一太阳轮36由电机4的输出轴12传递给电机转子转化为电能，并将所发电能通过控制器10整流控制后储存到蓄电池11中。
较高车速时，系统输出轴14与发电机满足下列转速关系式：
较低车速时，系统输出轴14与发电机满足下列转速关系式：
九、倒车行驶模式
当整车需要倒车行驶时，控制器10向第一制动器6的制动电机15发出指令，使第一制动器6处于断开状态；同时向第二制动器7和第三制动器8发出指令使其处于断开状态，第四制动器9处于闭合状态。电机4将来自蓄电池11的电能经控制器10整流控制后转换为动力，此时，电机旋转方向与驱动车辆前进行驶时相反，由电机4的输出轴12将动力传递给第一太阳轮36，第一太阳轮36将动力传递给中间行星轮37，中间行星轮37通过外啮合将动力传递给第一行星轮40；由于第一行星轮40与第二行星轮45固定连接，因此，第一行星轮40将动力传递给第二行星轮45，同时，第一行星轮40通过内啮合关系将动力传递给第一内齿圈43；第一内齿圈43处于第三制动器8释放状态，因此，第一内齿圈43处于自由转动状态；第二内齿圈47处于制动状态，同时，第二行星轮45带动第二太阳轮46自由转动；来自电机的动力通过双联行星轮轴41和双联行星轮轴承42传递给输出行星架44，输出行星架44由系统输出轴14传递给驱动桥总成。
该模式下电机满足下列转速关系式：
其中负号表示与车辆前进行驶时，系统输出轴14旋转方向相反。
十、高效发电模式
当整车处于红绿灯或堵车、到站临时停车且整车蓄电池11电量不足时，整车处于刹车制动状态。控制器10向第一制动器6的制动电机15发出指令，使第一制动器6处于闭合状态；同时向第二制动器7和第三制动器8发出指令使其处于断开状态，第四制动器9处于闭合状态。此时，系统输出轴14被制动，进而输出行星架44被制动，发动机1将动力由飞轮盘经弹性减震器2传递给主行星架27，主行星架27通过多个主行星轮30经主行星轮轴承28和主行星轮轴31将动力传递给主太阳轮29和主内齿圈32，由于主内齿圈32被制动，因此，来自发动机1的动力传递给主太阳轮29，主太阳轮29将动力由输出轴13传递给第二太阳轮46；第二太阳轮46通过外啮合将动力传递给第二行星轮45，第二行星轮45将动力传递给与之固定连接的第一行星轮40；第一行星轮40带动第一内齿圈43自由转动，第二行星轮45通过内啮合带动第二内齿圈47自由转动；由于输出行星架44被制动，来自发动机1的动力通过第一行星轮40传递给中间行星轮37，中间行星轮37通过外啮合带动第一太阳轮36转动，第一太阳轮36通过电机4的输出轴12带动电机转子高速大功率发电，并将所发电能通过控制器10整流控制后储存到蓄电池11中。
发动机1与发电机满足下列转速关系式：
十一、快速启动发动机模式
当整车由纯电动行驶模式向发动机驱动模式转换时，分为两种情况，一是处于电机按第一档速比纯电动驱动模式，控制器10向第二制动器7和第三制动器8发出指令使其处于断开状态，第四制动器9处于闭合状态；二是处于电机按第二档速比纯电动驱动模式，控制器10向控制器10向第二制动器7和第四制动器9发出指令使其处于断开状态，第三制动器8处于闭合状态；电机通过三速变速模块5的双排行星齿轮机构驱动车辆行驶，同时，第二太阳轮46按与输出行星架44相同转向自由转动；控制器10向第一制动器6发出闭合指令，第一制动器6的制动电机15按设定转速逐渐夹紧制动制动盘25，进而，主内齿圈32被逐渐制动，来自第二太阳轮46的转矩叠加上第一内齿圈18上的制动转矩由主行星轮30传递给主行星架27，主行星架27将叠加后转矩经弹性减震器2传递给发动机1飞轮盘，飞轮盘带动发动机1曲轴旋转直至达到最佳发动机点火启动转速，此时，第一制动器6完全制动制动盘25，完成发动机1的快速带载启动。
十二、发动机单独驱动车辆起步模式
当蓄电池11电量不足或电机及电气控制故障时，整车转换为发动机1第一档大速比单独起步驱动控制模式，控制器10向第二制动器7和第四制动器9发出指令使其处于断开状态，第三制动器8处于闭合状态；控制器10向第一制动器6发出闭合指令，第一制动器6的制动电机15按设定转速逐渐夹紧制动制动盘25，进而，主内齿圈32被逐渐制动，制动盘25处于滑摩制动状态；此时，来自发动机1的动力逐渐由飞轮盘经弹性减震器2传递给主行星架27，主行星架27通过多个主行星轮30经主行星轮轴承28和主行星轮轴31将动力传递给主太阳轮29和主内齿圈32，由于主内齿圈32逐渐被制动，因此，来自发动机1的部分动力传递给主太阳轮29，主太阳轮29将动力由输出轴13传递给第二太阳轮46；第二太阳轮46通过外啮合将动力传递给第二行星轮45，第二行星轮45将动力传递给与之固定连接的第一行星轮40；同时，第二行星轮45通过内啮合带动第二内齿圈47自由转动；由于第一内齿圈43被制动，来自发动机1的动力通过双联行星轮轴41和双联行星轮轴承42传递给输出行星架44，输出行星架44由系统输出轴14传递给驱动桥总成，逐渐带动整车起步加速至设定转速。此时，第一制动器6完全制动制动盘25，完成发动机1单独驱动车辆起步行驶。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.电子制动钳式三速多模单电机混合动力系统，其特征在于，包括发动机、弹性减震器、主离合器、电机、三速变速模块、第一制动器、第二制动器、第三制动器、第四制动器、控制器、蓄电池；所述发动机、弹性减震器、主离合器、电机、三速变速模块依次同轴安装；所述电机的输出轴为空心轴，所述主离合器的输出轴穿过电机的输出轴与三速变速模块连接，所述第一制动器与主离合器连接；所述第二制动器与电机的输出轴连接；所述第三制动器、第四制动器均分别与三速变速模块连接；所述三速变速模块还与系统输出轴连接；所述控制器分别与蓄电池、发动机、第一制动器、第二制动器、第三制动器、第四制动器电性连接。
2.根据权利要求1所述的电子制动钳式三速多模单电机混合动力系统，其特征在于，所述第一制动器、第二制动器、第三制动器、第四制动器结构均相同。
3.根据权利要求2所述的电子制动钳式三速多模单电机混合动力系统，其特征在于，所述第一制动器、第二制动器、第三制动器、第四制动器其中任一项均包括制动电机、减速单元、制动力输入齿轮、双出丝杆齿轮、左旋螺母、右旋螺母、制动器钳体、导销、外摩擦块、内摩擦块、制动盘，所述制动电机与减速单元连接，所述减速单元与制动力输入齿轮连接；所述制动力输入齿轮与双出丝杆齿轮外啮合连接；所述双出丝杆齿轮分别与左旋螺母、右旋螺母连接；所述左旋螺母与制动器钳体固定连接，所述右旋螺母与内摩擦块固定连接；所述外摩擦块固定安装在制动器嵌体前端的内侧，所述制动电机、减速单元均安装在制动器嵌体上；所述制动器嵌体与导销连接，并能沿导销的轴向往复运动；所述制动盘位于内摩擦块与外摩擦块之间配合连接。
4.根据权利要求3所述的电子制动钳式三速多模单电机混合动力系统，其特征在于，所述主离合器包括主行星架、主行星轮轴承、主太阳轮、主行星轮、主行星轮轴、主内齿圈、离合器输出轴，所述主行星轮轴承与主行星架连接，所述主行星轮轴分别与主行星轮轴承、主行星轮连接；所述主太阳轮与主行星轮外啮合连接；所述主行星轮与主内齿圈内啮合连接；所述离合器输出轴通过花键副与主太阳轮连接。
5.根据权利要求4所述的电子制动钳式三速多模单电机混合动力系统，其特征在于，所述三速变速模块包括第一行星排、第二行星排，所述第一行星排包括第一太阳轮、中间行星轮、中间行星轮轴、中间行星轮轴承、第一行星轮、双联行星轮轴、双联行星轮轴承、第一内齿圈、行星架，所述双联行星轮轴承、中间行星轮轴承均分别与行星架连接，所述中间行星轮轴分别与中间行星轮轴承、中间行星轮连接；所述双联行星轮轴分别与第一行星轮、双联行星轴承连接；所述第一太阳轮、中间行星轮、第一行星轮依次外啮合连接；所述第一行星轮与第一内齿圈内啮合连接；所述第二行星排包括第二行星轮、第二太阳轮、第二内齿圈，所述第二行星轮与双联行星轮轴连接；所述第二太阳轮与第二行星轮外啮合连接；所述第二行星轮与第二内齿圈内啮合连接。
6.根据权利要求5所述的电子制动钳式三速多模单电机混合动力系统，其特征在于，所述弹性减震器与主行星架连接，所述离合器输出轴穿过电机的输出轴与第二太阳轮连接，所述电机的输出轴与第一太阳轮连接。
7.根据权利要求6所述的电子制动钳式三速多模单电机混合动力系统，其特征在于，所述第一制动器的制动盘与主离合器的主内齿圈连接；所述第一制动器上还安装有与第一制动器的制动盘相配合的第一制动盘测速传感器，所述第一制动盘测速传感器与控制器电性连接。
8.根据权利要求7所述的电子制动钳式三速多模单电机混合动力系统，其特征在于，所述第二制动器通过第二制动器的制动盘与电机输出轴连接；所述电机输出轴上还连接有电机测速传感器，所述电机测速传感器与控制器电性连接；所述第二制动器上还安装有与第二制动器的制动盘相配合的第二制动盘测速传感器，所述第二制动盘测速传感器与控制器电性连接。
9.根据权利要求8所述的电子制动钳式三速多模单电机混合动力系统，其特征在于，所述第三制动器通过第三制动器的制动盘与第一内齿圈连接；所述第三制动器上还安装有与第三制动器的制动盘相配合的第三制动盘测速传感器，所述第三制动盘测速传感器与控制器电性连接。
10.根据权利要求9所述的电子制动钳式三速多模单电机混合动力系统，其特征在于，所述第四制动器通过第四制动器的制动盘与第二内齿圈连接；所述第四制动器上还安装有与第四制动器的制动盘相配合的第四制动盘测速传感器，所述第四制动盘测速传感器与控制器电性连接；所述行星架与系统输出轴连接，所述系统输出轴上连接有主测速传感器，所述主测速传感器与控制器电性连接。
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