CN107571730B - 一种用于混合动力汽车的动力耦合器及其运行模式 - Google Patents

一种用于混合动力汽车的动力耦合器及其运行模式 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于混合动力汽车的动力耦合器及其运行模式,包括发动机、第一行星排、第二行星排、第一电机、第二电机和动力电池,第一电机和第二电机分别与动力电池连接,发动机与第一行星排之间设有第一离合器和第一制动器,第一行星排与第二电机之间设有第二制动器,第一行星排通过外齿圈驱动轮与第二行星排连接,第二行星排通过齿轮组与差速器连接。本发明结构紧凑,集成度高,通过不同的控制策略可实现多种工作模式,以提高整车的动力性和经济性。

Description

一种用于混合动力汽车的动力耦合器及其运行模式
技术领域
本发明涉及一种混合动力汽车动力传动技术领域,尤其是一种用于混合动力汽车多工作模式下的动力耦合器及其运行模式。
技术背景
在能源与环境的压力下新能源汽车和其他非常规汽车取得了发展与进步,诸多新能源汽车研发中,混合动力汽车最具有实用价值。目前混合动力汽车传动系统有多种不同方案,每种方案各有其优缺点,总体上来说现有方案集成度较低,传动系统的重量及布置所需空间较大,并且运行模式较少,难以适应复杂工况,不利于改善车辆的动力性和燃油经济性。
发明内容
本发明为克服上述现有技术方案存在的不足,提供一种结构紧凑、重量轻便、可实现多种工作模式的混合动力汽车动力耦合器及其运行模式,以期能提高传动系统的集成度,从而改善车辆在复杂工况下的动力性和燃油经济性。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是:
本发明一种用于混合动力汽车的动力耦合器的特点包括:发动机、第一行星排、第二行星排、第一电机、第二电机、动力电池;
所述第一电机和第二电机分别与所述动力电池连接,在所述第一行星排的两侧设置有所述发动机和第二电机,所述发动机与所述第一行星排之间设有第一离合器和第一制动器,所述第一行星排与所述第二电机之间设有第二制动器,所述第一行星排通过外齿圈驱动轮与所述第二行星排连接,所述第二行星排通过齿轮组与差速器连接。
本发明所述的混合动力汽车的动力耦合器的特点也在于:
所述第一行星排包括:第一太阳轮、第一行星轮、第一外齿圈和第一行星架;
所述第一外齿圈和所述第一太阳轮分别与所述第一行星轮啮合,且所述第一行星轮与所述第一行星架连接;
所述第一太阳轮通过所述第一离合器和第一制动器与所述发动机连接;所述第一行星架通过所述第二制动器和所述第二电机连接;所述第一外齿圈位于所述第一电机的空腔内,并与所述第一电机固接;行星排外圈轮齿与所述第一外齿圈连接,并与外齿圈驱动轮啮合。
所述第二行星排包括:第二太阳轮、第二行星轮、第二外齿圈和第二行星架;
所述第二外齿圈和所述第二太阳轮分别与所述第二行星轮啮合,且所述第二行星轮与所述第二行星架连接;
所述外齿圈驱动轮和所述第二太阳轮连接,并与所述行星排外圈轮齿相啮合;所述第二行星架通过所述齿轮组和所述差速器连接。
所述第一外齿圈与所述第一行星架之间设置有第一齿圈离合器;所述第一行星架上设有行星架离合器,并通过第二离合器和所述第一太阳轮连接。
所述第二外齿圈与所述第二行星架之间设置有第二齿圈离合器;所述第二外齿圈上设有外齿圈制动器。
本发明一种用于混合动力汽车的动力耦合器的运行模式的特点包括:纯电动模式、并联驱动模式、功率分流模式、发动机单独驱动模式、再生制动模式;
所述纯电动模式为:第一电机工作或者第一电机和第二电机同时工作,并驱动车辆行驶;
当所述第一电机工作时,第一离合器、第二离合器、第一齿圈离合器和行星架离合器分离,第一制动器将第一太阳轮锁止;
当所述第一电机和第二电机同时工作时的驱动方式包括:
第二离合器和第一齿圈离合器合闭,第一离合器和行星架离合器分离;
或者,第一齿圈离合器和行星架离合器合闭,第一离合器和第二离合器分离;
所述并联驱动模式为:发动机和第一电机共同工作,联合驱动车辆行驶;
当发动机和第一电机共同工作时,第一离合器和第一齿圈离合器合闭,第二离合器和行星架离合器分离;
所述功率分流模式为:发动机、第一电机和第二电机共同工作,联合驱动车辆行驶;
当发动机、第一电机和第二电机共同工作时的驱动方式包括:
第一离合器和行星架离合器合闭,第二离合器和第一齿圈离合器分离;
或者,第一离合器和第二离合器合闭,第一齿圈离合器和行星架离合器分离;
所述发动机单独驱动模式为:只有发动机工作,并驱动车辆行驶;
当只有发动机工作时,第一离合器和第一齿圈离合器合闭,第二离合器和行星架离合器分离;
所述再生制动模式为:第一电机制动或者第一电机和第二电机共同制动;
当第一电机制动时,第一离合器、第一齿圈离合器和行星架离合器分离,第一制动器将第一太阳轮锁止;
当第一电机和第二电机共同制动时,第一齿圈离合器和行星架离合器合闭,第一离合器和第二离合器分离。
与已有技术相比,本发明的有益效果是:
1、本发明通过在第一行星排内设置第一齿圈离合器实现了第一外齿圈和第一行星架的分离与闭合,通过控制行星架离合器和第二离合器实现了第二电机与第一太阳轮连接或与第一行星轮连接两种不同的连接方式,增加了运行模式,使得整车在复杂工况下车辆的动力性和燃油经济性得以提高。
2、本发明通过在第二行星排内设置第二齿圈离合器和外齿圈制动器实现了两档变速功能,有效提高了整车效率,并且与原有两档变速方案相比,集成度更高,结构更加紧凑,有效减轻了传动系统的重量。
3、本发明采用结构集成设计,将第一行星排设置在第一电机转子的空腔内,实现了发动机、功率分流装置与电机的高度一体化设计与应用,电驱动系统的集成化和一体化更加明显。
4、本发明通过控制离合器和制动器可实现多种运行模式,汽车在不同的运行工况下,通过采取不同的运行模式和能量分配,提高了车辆的整体性能,降低了污染物的排放,使得混合动力系统的优势得以充分发挥。
附图说明
图1为本发明系统结构示意图;
图中标号:1发动机;2第一离合器;3第一制动器;4第二离合器;5第一行星排;51第一太阳轮;52第一行星轮;53第一外齿圈;54第一齿圈离合器;55第一行星架;56行星架离合器;6第一电机;7动力电池;8第二电机;9第二行星排;91外齿圈制动器;92第二齿圈离合器;93第二太阳轮;94第二行星轮;95第二外齿圈;96第二行星架;10第二制动器;11行星排外圈轮齿;12外齿圈驱动轮;13齿轮组;14差速器。
具体实施方式
参见图1,本实施例中,一种用于混合动力汽车的动力耦合器,包括发动机1、第一行星排5、第二行星排9、第一电机6、第二电机8和动力电池7。
第一行星排5的两侧设置有发动机1和第二电机8,发动机1和第一太阳轮51连接,两者之间设置有第一离合器2和第一制动器3,分别用于控制发动机1和第一太阳轮51的分离与合闭及锁止第一太阳轮51。第二电机8和第一行星排5之间设置有第二制动器10,用于锁止第一行星架55。第一行星排5包括:第一太阳轮51、第一行星轮52、第一外齿圈53和第一行星架55。第一外齿圈53和第一太阳轮51分别与第一行星轮52啮合,且第一行星轮52与第一行星架55连接;其中第一外齿圈53与第一行星架55之间设置有第一齿圈离合器54,用于控制第一外齿圈53与第一行星架55分离与合闭。第一行星架55上设有行星架离合器56,并通过第二离合器4和第一太阳轮51连接,行星架离合器56和第二离合器4用于选择将第二电机8的转矩传递到第一行星轮52或第一太阳轮51。第一行星排5和位于第一行星排5内的离合器、制动器共同构成了功率分流装置,用于在复杂的工况下切换不同的运行模式。此外,行星排外圈轮齿11与第一外齿圈53连接,并与外齿圈驱动轮12啮合,用于将发动机和电机耦合的转矩传递到第二行星排9。第一电机6和第二电机8分别与动力电池7连接,第一外齿圈53和第二电机8固接,且位于第一电机6的空腔内,这样布置可有效节约布置空间,提高集成度。
第二行星排9包括:第二太阳轮93、第二行星轮94、第二外齿圈95和第二行星架96;第二外齿圈95和第二太阳轮93分别与第二行星轮94啮合,且第二行星轮94与第二行星架96连接;第二外齿圈95与第二行星架96之间设置有第二齿圈离合器92,用于控制第二外齿圈95和第二行星架96的分离与合闭;第二外齿圈95上设有外齿圈制动器91,用于锁止第二外齿圈95;第二行星排9和外齿圈制动器91、第二齿圈离合器92共同构成了两档变速机构。第二行星排9通过齿轮组13与差速器14连接,再通过差速器14将耦合的转矩传递给车轮。
本实施例中,一种用于混合动力汽车的动力耦合器具有多种模式运行,包括:纯电动模式、并联驱动模式、功率分流模式、发动机单独驱动模式、再生制动模式。在不同工况下通过切换运行模式,可使整车的动力性和燃油经济性得以提高。
车辆运行在纯电动模式时,第一电机6工作或者第一电机6和第二电机8同时工作,并驱动车辆行驶;此时,第一离合器2、第二离合器4、第一齿圈离合器54和行星架离合器56分离,第一制动器3将第一太阳轮51锁止,即第一电机6直接通过第一外齿圈53输出转矩。当纯电动模式下需要较大转矩时,第二电机8亦可同时参与工作。此时,第二离合器4和第一齿圈离合器54合闭,第一离合器2和行星架离合器56分离,即第二电机8将转矩传递给第一太阳轮51,与第一电机6的转矩耦合后再通过第一外齿圈53输出;或者,第一齿圈离合器54和行星架离合器56合闭,第一离合器2和第二离合器4分离;即第二电机8将转矩传递给第一行星轮52,与第一电机6的转矩耦合后再通过第一外齿圈53输出。
车辆运行在并联模式时,发动机1和第一电机6共同工作,联合驱动车辆行驶。此时,第一离合器2和第一齿圈离合器54合闭,第二离合器4和行星架离合器56分离,第二电机8不参与工作;即发动机1和第一电机6进行转矩耦合,再通过第一外齿圈53输出。运行在此工作模式下可以输出较大的功率,以提高整车动力性。
车辆运行在功率分流模式时,发动机1、第一电机6和第二电机8共同工作,联合驱动车辆行驶。此时,第一离合器2和行星架离合器56合闭,第二离合器4和第一齿圈离合器54分离,即发动机1与第一太阳轮51连接,第二电机8与第一行星轮52连接,进行转速耦合和再与第一电机6耦合,并通过第一外齿圈53输出;或者,第一离合器2和第二离合器4合闭,第一齿圈离合器54和行星架离合器56分离,即发动机1和第二电机8都与第一太阳轮51连接,耦合后和再与第一电机6耦合,并通过第一外齿圈53输出。
车辆运行在发动机单独驱动模式时,只有发动机1工作,并驱动车辆行驶。此时,第一离合器2和第一齿圈离合器54合闭,第二离合器4和行星架离合器56分离,发动机1一方面带动第一电机6旋转给动力电池7充电(或在动力电池7电量充满情况下,第一电机6空转),一方面通过第一外齿圈53单独输出转矩。
车辆运行在再生制动模式时,车辆滑行或者制动,动力系统给车辆提供反向力矩,将车辆的部分动能经由第一电机6转换为电能,并将电能存入动力电池7备用。此时,第一离合器2、第一齿圈离合器54和行星架离合器56分离,第一制动器3将第一太阳轮51锁止,滑行或制动的反向力矩带动第一电机6旋转发电。当所需制动功率较大时,第二电机8亦可参与制动。此时,第一齿圈离合器54和行星架离合器56合闭,第一离合器2和第二离合器4分离,第一电机6和第二电机8在反向力矩带动下共同旋转制动。
此外,第二行星排9作为两档变速装置使用,通过外齿圈制动器91锁止第二外齿圈95且第二齿圈离合器92分离,或外齿圈制动器91不锁止且第二齿圈离合器92闭合,形成两种传动比,由第二太阳轮93接收来自第一外齿圈53的转矩,经第二行星排9变速后,通过第二行星架96将转矩传递给差速器14,最后通过差速器14将转矩输出给车轮。

Claims (5)

1.一种用于混合动力汽车的动力耦合器,其特征包括:发动机(1)、第一行星排(5)、第二行星排(9)、第一电机(6)、第二电机(8)、动力电池(7);
所述第一电机(6)和第二电机(8)分别与所述动力电池(7)连接,在所述第一行星排(5)的两侧设置有所述发动机(1)和第二电机(8),所述发动机(1)与所述第一行星排(5)之间设有第一离合器(2)和第一制动器(3),所述第一行星排(5)与所述第二电机(8)之间设有第二制动器(10),所述第一行星排(5)通过外齿圈驱动轮(12)与所述第二行星排(9)连接,所述第二行星排(9)通过齿轮组(13)与差速器(14)连接;
所述第一行星排(5)包括:第一太阳轮(51)、第一行星轮(52)、第一外齿圈(53)和第一行星架(55);
所述第一外齿圈(53)和所述第一太阳轮(51)分别与所述第一行星轮(52)啮合,且所述第一行星轮(52)与所述第一行星架(55)连接;
所述第一太阳轮(51)通过所述第一离合器(2)和第一制动器(3)与所述发动机(1)连接;所述第一行星架(55)通过所述第二制动器(10)和所述第二电机(8)连接;所述第一外齿圈(53)位于所述第一电机(6)的空腔内,并与所述第一电机(6)固接;行星排外圈轮齿(11)与所述第一外齿圈(53)连接,并与外齿圈驱动轮(12)啮合。
2.根据权利要求1所述的混合动力汽车的动力耦合器,其特征在于:所述第二行星排(9)包括:第二太阳轮(93)、第二行星轮(94)、第二外齿圈(95)和第二行星架(96);
所述第二外齿圈(95)和所述第二太阳轮(93)分别与所述第二行星轮(94)啮合,且所述第二行星轮(94)与所述第二行星架(96)连接;
所述外齿圈驱动轮(12)和所述第二太阳轮(93)连接,并与所述行星排外圈轮齿(11)相啮合;所述第二行星架(96)通过所述齿轮组(13)和所述差速器(14)连接。
3.根据权利要求1所述的混合动力汽车的动力耦合器,其特征在于:所述第一外齿圈(53)与所述第一行星架(55)之间设置有第一齿圈离合器(54);所述第一行星架(55)上设有行星架离合器(56),并通过第二离合器(4)和所述第一太阳轮(51)连接。
4.根据权利要求2所述的混合动力汽车的动力耦合器,其特征在于:所述第二外齿圈(95)与所述第二行星架(96)之间设置有第二齿圈离合器(92);所述第二外齿圈(95)上设有外齿圈制动器(91)。
5.一种用于混合动力汽车的动力耦合器的运行模式,其特征包括:纯电动模式、并联驱动模式、功率分流模式、发动机单独驱动模式、再生制动模式;
所述纯电动模式为:第一电机(6)工作或者第一电机(6)和第二电机(8)同时工作,并驱动车辆行驶;
当所述第一电机(6)工作时,第一离合器(2)、第二离合器(4)、第一齿圈离合器(54)和行星架离合器(56)分离,第一制动器(3)将第一太阳轮(51)锁止;
当所述第一电机(6)和第二电机(8)同时工作时的驱动方式包括:
第二离合器(4)和第一齿圈离合器(54)合闭,第一离合器(2)和行星架离合器(56)分离;
或者,第一齿圈离合器(54)和行星架离合器(56)合闭,第一离合器(2)和第二离合器(4)分离;
所述并联驱动模式为:发动机(1)和第一电机(6)共同工作,联合驱动车辆行驶;
当发动机(1)和第一电机(6)共同工作时,第一离合器(2)和第一齿圈离合器(54)合闭,第二离合器(4)和行星架离合器(56)分离;
所述功率分流模式为:发动机(1)、第一电机(6)和第二电机(8)共同工作,联合驱动车辆行驶;
当发动机(1)、第一电机(6)和第二电机(8)共同工作时的驱动方式包括:
第一离合器(2)和行星架离合器(56)合闭,第二离合器(4)和第一齿圈离合器(54)分离;
或者,第一离合器(2)和第二离合器(4)合闭,第一齿圈离合器(54)和行星架离合器(56)分离;
所述发动机单独驱动模式为:只有发动机(1)工作,并驱动车辆行驶;
当只有发动机(1)工作时,第一离合器(2)和第一齿圈离合器(54)合闭,第二离合器(4)和行星架离合器(56)分离;
所述再生制动模式为:第一电机(6)制动或者第一电机(6)和第二电机(8)共同制动;
当第一电机(6)制动时,第一离合器(2)、第一齿圈离合器(54)和行星架离合器(56)分离,第一制动器(3)将第一太阳轮(51)锁止;
当第一电机(6)和第二电机(8)共同制动时,第一齿圈离合器(54)和行星架离合器(56)合闭,第一离合器(2)和第二离合器(4)分离。
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