CN107215199A - 重型车四模式混合动力传动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于混合动力汽车技术领域，特别涉及混合动力传动装置。重型车四模式混合动力传动装置，它包括：同轴布置的四个行星排、两组电机、三个制动器、两个离合器以及单向离合器；四个行星排组成功率分流减速机构，可实现四种模式的功率分流。较单模式功率分流，一方面可扩大变传动装置的速比范围，另一方面可减小电机的转矩和功率，提高传动装置的功率密度；两组电机分别布置在行星排之间，结构紧凑易于支撑，充分利用电机端部的空间；本发明工艺简单。所需电机的功率小，可实现较大的传动比范围，适合于重型车使用工况。

Description

重型车四模式混合动力传动装置
技术领域
本发明属于混合动力汽车技术领域，特别涉及混合动力传动装置。
背景技术
混合动力传动技术为节能减排的重要手段，各大汽车厂家积极发展。丰田公司混联形式的THS混合动力系统具备良好的节油效果，利用行星机构进行功率分流，保证发动机常工作在经济区间，但该系统只是单模式的功率分流，传动比范围较小，难适合于重型车的工况要求。
双模式功率分流混合动力传动系统，可有效利用低速和高速两个功率分流模式，全程效率高，所需电机转矩及功率较小，具有更大的传动比范围，更适合商用车的工况需求。US2005/0137042A1公布了一种商用车用双模式混合动力传动装置，采用三个行星排，可实现两个功率分流模式和4个机械挡位。US6527658B2公布了一种双模式混合动力传功装置，采用两个行星排进行功率分流，可获得较宽的传动比范围。US5931757也公布了两种双模式混合动力传动装置，可适合于商用车使用工况。
为进一步降低电机系统的功率及转矩要求，US7645206B2公布了一种三模式混合动力传动装置，可连续衔接三个功率分流模式，扩大了传动比范围。US2009/0111635A1也公布了一种三模式混合动力传动装置，采用两个电机和4个行星排进行功率分流。
发明内容
本发明的目的是：为适合于重型车使用工况，提供一种工艺简单的四模式混合动力传动装置。
本发明的技术方案是：重型车四模式混合动力传动装置，它包括：同轴布置的四个行星排、两组电机、三个制动器、两个离合器以及单向离合器；
四个行星排包括：由第一齿圈、第一太阳轮、第一行星架组成的第一行星排，由第二齿圈、第二太阳轮、第二行星架组成的第二行星排，由第三齿圈、第三太阳轮、第三行星架组成的第三行星排，由第四齿圈、第四太阳轮、第四行星架组成的第四行星排；
两组电机分别为：第一电机、第二电机；第一电机布置在第一行星排与第二行星排之间；第二电机布置在第二行星排与第三行星排之间；
三个制动器分别为：第一制动器、第二制动器、第三制动器；
两个离合器分别为：第一离合器、第二离合器；
整体连接关系为：第一电机的定子以及第二电机固定在壳体上；第一齿圈通过单向离合器连接发动机输入轴，用于输入功率，第一太阳轮与第一离合器的主动端相连，同时第一太阳轮与第一电机的转子连接，第一行星架分别与第二行星架、第三太阳轮、第四太阳轮相连接；第二齿圈的一端同时与第一制动器的主动端、第一离合器的被动端连接，第二太阳轮同时与第二离合器的主动端、第二电机的转子连接；第三齿圈的一端同时与第二制动器的主动端、第二离合器的被动端连接，第三行星架与第四齿圈连接；第四齿圈的一端与第三制动器的主动端连接，第四行星架与输出轴连接，用于将动力输出。
初始状态时，三个制动器、两个离合器均未接合。
有益效果：(1)本发明采用两台电机、离合器、制动器、4个普通行星排均同轴布置，工艺简单。所需电机的功率小，可实现较大的传动比范围，适合于重型车使用工况。
(2)四个行星排组成功率分流减速机构，可实现四种模式的功率分流。较单模式功率分流，一方面可扩大变传动装置的速比范围，另一方面可减小电机的转矩和功率，提高传动装置的功率密度。
(3)两组电机分别布置在行星排之间，结构紧凑易于支撑，充分利用电机端部的空间。
附图说明
图1为本发明的传动装置简图；
图2为本发明的元件转速图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
参见附图1，重型车四模式混合动力传动装置，它包括：同轴布置的四个行星排、两组电机、三个制动器、两个离合器以及单向离合器21；
四个行星排包括：由第一齿圈2、第一太阳轮4、第一行星架3组成的第一行星排，由第二齿圈9、第二太阳轮7、第二行星架8组成的第二行星排，由第三齿圈22、第三太阳轮13、第三行星架14组成的第三行星排，由第四齿圈17、第四太阳轮16、第四行星架19组成的第四行星排；
两组电机分别为：第一电机、第二电机；第一电机布置在第一行星排与第二行星排之间；第二电机布置在第二行星排与第三行星排之间；
三个制动器分别为：第一制动器10、第二制动器15、第三制动器18；
两个离合器分别为：第一离合器6、第二离合器12；
整体连接关系为：第一电机的定子以及第二电机固定在壳体上；第一齿圈2通过单向离合器21连接发动机输入轴1，第一太阳轮4与第一离合器6的主动端相连，同时第一太阳轮4与第一电机的转子5连接，第一行星架3分别与第二行星架8、第三太阳轮13、第四太阳轮16相连接；第二齿圈9的一端同时与第一制动器10的主动端、第一离合器6的被动端连接，第二太阳轮7同时与第二离合器12的主动端、第二电机的转子11连接；第三齿圈22的一端同时与第二制动器15的主动端、第二离合器12的被动端连接，第三行星架14与第四齿圈17连接；第四齿圈17的一端与第三制动器18的主动端连接，第四行星架19与输出轴20连接；
初始状态时，三个制动器、两个离合器均未接合。
四个行星排组成分汇流机构，分别起到减速或者分汇功率的作用。第一行星排接受自于发动机的输入，主要作为分流机构；当第一制动器10、第二制动器15、第三制动器18制动时，第二、三、四行星排起减速作用；当第一离合器6、第二离合器12接合时，四个行星排排共同构成分汇流机构；当第一制动器10、第一离合器6或者第二制动器15、第二离合器12同时接合时可相应的制动第一电机或第二电机；不同离合器和制动器接入状况的组合可实现各种不同的工况。
下表为本装置的操纵换挡逻辑。从中可以看出本装置前进档位切换只操纵单个离合器或制动器，且操纵过程可实现无速差结合，接合操纵方便，控制难度低。
其中：BO为第三制动器18、B1为第一制动器10、B2为第二制动器15、F为单向离合器21，C1为第一离合器6、C2为第二离合器12；
低速爬坡工况时，第一制动器10、第三制动器18接合；第一电机处于发电机工况、第二电机处于电动机工况；来自于发动机的功率从第一齿圈2输出，一路分流到第一电机，一路功率通过第一行星架3输出；第二电机的转矩经过第二行星排放大后，从第二行星架8输出，与第一行星架3的转矩叠加后输入到第四太阳轮16，第四太阳轮16的转矩经过第四行星排放大后从第四行星架19输出。该工况输出转矩最大，转速较小适用于重载爬坡形式。
纯电动工况时，第一制动器10、第二制动器15接合，发动机停止，单向离合器21防止第一齿圈2反转；第一电机、第二电机处于电动机模式；来自于第一电机的转矩经第一行星排放大后从第一行星架3输出，来自于第二电机的转矩经过第二行星放大后从第二行星架8输出；两路转矩叠加后，输入到第四太阳轮16；第四太阳轮16的转矩经过第四行星排放大后从第四行星架19输出。
混合驱动模式时又分为四种模式：四模式功率分流，具有较宽的传动比范围，第一模式主要用于起步、低速工况，第二模式用于中速模式，第三、四模式用于高速工况。四个模式均可以实现制动能量回收，提高燃油经济性。
第一模式为分速汇矩功率分流模式：第一制动器10、第二制动器15接合，发动机工作，第一电机处于发电机工况、第二电机处于电动机工况；来自于发动机的功率经第一行星排分流后一路功率传递给第一电机、第二电机，另外一路功率通过第三行星排与来自于第二电机的功率在第二行星架8汇流后，传递给第三行星排、第四行星排构成的减速行星机构，最后从第四行星架19输出；该模式可用于车辆的低速行驶工况。
第二模式为分速汇速功率分流模式：第一离合器6、第二制动器15接合，第一电机处于电动机工况，第二电机处于发电机；第一行星排和第二行星排共同构成分汇流机构，功率从第一行星架3和第二行星架8汇合后，传递给第三行星排、第四行星排构成的减速行星机构，最后从第四行星架19输出；该模式可用于车辆的中速行驶工况。
第三模式为分速汇速功率分流模式：第一离合器6、第二离合器12接合；第一电机处于发电机工况、第二电机处于电动机工况；四个行星排共同构成分汇流机构，功率从第四行星架19输出；该模式可用于车辆的高速行驶工况。
第四模式为分速汇矩功率分流模式：第二离合器12接合、第一制动器10接合，第一电机处于电动机工况，第二电机处于发电机；第一行星排为分汇流机构，来自于发动机的功率与第一电机的功率汇合后从第一行星架3输出，第二行星排、第三行星排、第四行星排共同组成一个二自由度机构，功率从第二行星架8和第三太阳轮13、第四太阳轮16输入，最后从第四行星架19输出。该模式可用于车辆的高速行驶工况。
本装置具有三个固定档和一个倒车档；在第一电机或者第二电机转速为零时，为机械点工况，可获得三个最高传动效率的车速点，可根据实际情况，合理匹配到常用车速工况，提高传动系统的效率。
第一固定档位：第一离合器6、第一制动器10、第二制动器15接合，第一电机完全制动，第二电机处于电动机或发电机工况；四个行星排为单自由度机构，传动比固定，输出速度由发动机决定；该档位用于第一模式与第二模式的衔接点。
第二固定档位：第一离合器6、第二离合器12、第二制动器15接合，第二电机完全制动，第一电机完全制动处于电动机或发电机工况，四个行星排为单自由度机构，传动比固定，输出速度由发动机决定；该档位用于第二模式与第三模式的衔接点。
第三固定档位：第一离合器6、第二离合器12、第一制动器10接合，第一电机完全制动，第二电机处于电动机或发电机工况；四个行星排为单自由度机构，传动比固定，输出速度由发动机决定；该档位用于第三模式与第四模式的衔接点。
倒车档：第一制动器10、第二制动器15接合，第二电机处于电动机工况，反向驱动车辆后退。此时发动机启动和停止均可实现倒挡工况。
结合附图2可以看出本方案可以实现较大的转速变化范围，适用于重载车辆使用。
综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.重型车四模式混合动力传动装置，其特征在于：它包括：同轴布置的四个行星排、两组电机、三个制动器、两个离合器以及单向离合器(21)；
所述四个行星排包括：由第一齿圈(2)、第一太阳轮(4)、第一行星架(3)组成的第一行星排，由第二齿圈(9)、第二太阳轮(7)、第二行星架(8)组成的第二行星排，由第三齿圈(22)、第三太阳轮(13)、第三行星架(14)组成的第三行星排，由第四齿圈(17)、第四太阳轮(16)、第四行星架(19)组成的第四行星排；
所述两组电机分别为：第一电机、第二电机；所述第一电机布置在所述第一行星排与所述第二行星排之间；所述第二电机布置在所述第二行星排与所述第三行星排之间；
所述三个制动器分别为：第一制动器(10)、第二制动器(15)、第三制动器(18)；
所述两个离合器分别为：第一离合器(6)、第二离合器(12)；
整体连接关系为：所述第一电机的定子以及所述第二电机固定在壳体上；所述第一齿圈(2)通过所述单向离合器(21)连接发动机输入轴(1)，所述第一太阳轮(4)与所述第一离合器(6)的主动端相连，同时所述第一太阳轮(4)与第一电机的转子(5)连接，所述第一行星架(3)分别与所述第二行星架(8)、所述第三太阳轮(13)、所述第四太阳轮(16)相连接；所述第二齿圈(9)的一端同时与所述第一制动器(10)的主动端、所述第一离合器(6)的被动端连接，所述第二太阳轮(7)同时与所述第二离合器(12)的主动端、所述第二电机的转子(11)连接；所述第三齿圈(22)的一端同时与所述第二制动器(15)的主动端、所述第二离合器(12)的被动端连接，所述第三行星架(14)与所述第四齿圈(17)连接；所述第四齿圈(17)的一端与所述第三制动器(18)的主动端连接，所述第四行星架(19)与输出轴(20)连接；
初始状态时，所述三个制动器、所述两个离合器均未接合。
2.如权利要求1所述的重型车四模式混合动力传动装置，其特征在于：低速爬坡工况时，所述第一制动器(10)、所述第三制动器(18)接合；所述第一电机处于发电机工况、所述第二电机处于电动机工况；来自于发动机的功率从第一齿圈(2)输出，一路分流到所述第一电机，一路功率通过所述第一行星架(3)输出；所述第二电机的转矩经过所述第二行星排放大后，从所述第二行星架(8)输出，与所述第一行星架(3)的转矩叠加后输入到所述第四太阳轮(16)，所述第四太阳轮(16)的转矩经过所述第四行星排放大后从所述第四行星架(19)输出。
3.如权利要求1所述的重型车四模式混合动力传动装置，其特征在于：纯电动工况时，所述第一制动器(10)、所述第二制动器(15)接合，所述发动机停止，所述单向离合器(21)防止所述第一齿圈(2)反转；所述第一电机、所述第二电机处于电动机模式；来自于所述第一电机的转矩经所述第一行星排放大后从所述第一行星架(3)输出，来自于所述第二电机的转矩经过所述第二行星放大后从所述第二行星架(8)输出；两路转矩叠加后，输入到第四太阳轮(16)；所述第四太阳轮(16)的转矩经过所述第四行星排放大后从所述第四行星架(19)输出。
4.如权利要求1所述的重型车四模式混合动力传动装置，其特征在于：混合驱动模式时又分为四种模式：
第一模式为分速汇矩功率分流模式：所述第一制动器(10)、所述第二制动器(15)接合，所述发动机工作，所述第一电机处于发电机工况、所述第二电机处于电动机工况；来自于发动机的功率经所述第一行星排分流后一路功率传递给所述第一电机、所述第二电机，另外一路功率通过第三行星排与来自于所述第二电机的功率在第二行星架(8)汇流后，传递给所述第三行星排、所述第四行星排构成的减速行星机构，最后从所述第四行星架(19)输出；
第二模式为分速汇速功率分流模式：所述第一离合器(6)、所述第二制动器(15)接合，所述第一电机处于电动机工况，所述第二电机处于发电机；所述第一行星排和所述第二行星排共同构成分汇流机构，功率从所述第一行星架(3)和所述第二行星架(8)汇合后，传递给所述第三行星排、所述第四行星排构成的减速行星机构，最后从所述第四行星架(19)输出；
第三模式为分速汇速功率分流模式：所述第一离合器(6)、所述第二离合器(12)接合；所述第一电机处于发电机工况、所述第二电机处于电动机工况；所述四个行星排共同构成分汇流机构，功率从所述第四行星架(19)输出；
第四模式为分速汇矩功率分流模式：所述第二离合器(12)接合、所述第一制动器(10)接合，所述第一电机处于电动机工况，所述第二电机处于发电机；所述第一行星排为分汇流机构，来自于所述发动机的功率与所述第一电机的功率汇合后从所述第一行星架(3)输出，所述第二行星排、所述第三行星排、所述第四行星排共同组成一个二自由度机构，功率从所述第二行星架(8)和所述第三太阳轮(13)、所述第四太阳轮(16)输入，最后从所述第四行星架(19)输出。
5.如权利要求1所述的重型车四模式混合动力传动装置，其特征在于：该装置具有三个固定档和一个倒车档；
第一固定档位：所述第一离合器(6)、所述第一制动器(10)、所述第二制动器(15)接合，所述第一电机完全制动，所述第二电机处于电动机或发电机工况；所述四个行星排为单自由度机构，传动比固定，输出速度由发动机决定；
第二固定档位：所述第一离合器(6)、所述第二离合器(12)、所述第二制动器(15)接合，所述第二电机完全制动，所述第一电机完全制动处于电动机或发电机工况，所述四个行星排为单自由度机构，传动比固定，输出速度由发动机决定；
第三固定档位：所述第一离合器(6)、所述第二离合器(12)、所述第一制动器(10)接合，所述第一电机完全制动，所述第二电机处于电动机或发电机工况；所述四个行星排为单自由度机构，传动比固定，输出速度由发动机决定；
倒车档：所述第一制动器(10)、所述第二制动器(15)接合，所述第二电机处于电动机工况，反向驱动车辆后退。
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