CN107654591A - 包含双行星齿轮组的多模式功率分流式混合动力变速器 - Google Patents

包含双行星齿轮组的多模式功率分流式混合动力变速器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种包含双行星齿轮组的多模式功率分流式混合动力变速器，用以分别连接发动机、第一电机和/或第二电机至输出轴，包括：双行星排：第一行星排包括第一外齿圈、第一太阳轮以及分别与第一外齿圈和第一太阳轮啮合的第一行星轮及第一行星架，第二行星排包括第二外齿圈、第二太阳轮以及分别与第二外齿圈和第二太阳轮啮合的第二行星轮及第二行星架；第一离合器：一侧与第一外齿圈连接，另一侧与第二外齿圈连接；发动机：与第一太阳轮连接；第一制动器：与变速器的壳体固连，可控的与第一太阳轮连接；第二制动器：与变速器的壳体固连，可控的与第二外齿圈连接。与现有技术相比，本发明具有机械复杂度较低、控制难度低、多模式等优点。

Description

包含双行星齿轮组的多模式功率分流式混合动力变速器
技术领域
本发明涉及机电混合动力车辆驱动领域，尤其是涉及一种包含双行星齿轮组的多模式功率分流式混合动力变速器。
背景技术
机电混合动力车辆通常包括使用内燃机及一个或多个电动机/发电机，功率分流式混合动力变速器可以用于混合动力车辆，允许其在不同的运行条件下使用不同的动力源，通过控制发动机和电动机/发电机以及制动器及离合器的组合，功率分流式混合动力变速器可以使车辆工作在不同的运行模式，例如：纯电动驱动模式、输入功率分流式无级变速驱动模式和复合功率分流式无级变速驱动模式及固定比率驱动模式等，能够改善燃油经济性。
功率分流式混合动力变速器，一般是指通过“差动齿轮装置”(通常采用行星齿轮组)，将发动机锁传递出的功率分流为机械和电气两条路径进行传递，并最终汇流驱动汽车的变速装置，功率分流式混合动力变速器综合了无级变速和电动化两大技术，能实现电子无级变速功能，因此行业一般将其成为e-CVT结构或者EVT结构。功率分流式混合动力变速器能够实现发动机和负载的解耦，既保证发动机工作在效率较高的区域，又充分利用机械功率流传递效率，可靠性高的优点。可大幅提高车辆的燃油经济性与动力性能。
申请号为200780019214.1的中国发明专利申请，公开了一种电气可变式变速器机构，其包括第一差动齿轮组和第二差动齿轮组、电池、可互换地用作电动机或发电机的两个电机、多达六个的可选的扭矩传递装置以及可能的爪形离合器。这些可选的扭矩传递装置进行接合，以产生带有可连续变化的速度范围(其包括倒档)、至少四个机械固定前进速度比的EVT。这些扭矩传递装置以及第一电动机/发电机和第二电动机/发电机可操作，以在电气可变式变速器中提供五种操作模式，其包括电池倒档模式、EVT倒档模式、倒档和前进档起动模式、可连续变化的变速范围模式和固定比率模式。该方案支持多个速比模式，但使用了过多的扭矩传递机构，使得机械设计方案复杂、进而造成成本上升、控制难度增大。
申请号为201210070101.7的中国发明专利申请，公开了一种可变比例功率分流混合动力变速器，其技术方案包括第一电动机/发电机，其具有第一转子，该第一转子被连接为与第一行星齿轮组的第一构件一起旋转。第二电动机/发电机具有第二转子，该第二转子被连接为与第一行星齿轮组的第二构件一起旋转。第一行星齿轮组的第二构件被连接为与输出构件共同旋转。第二行星齿轮组的第一构件与输入构件一起旋转，第二行星齿轮组的第三构件接地连接静止构件。第一扭矩传递机构在第二行星齿轮组的第一构件和第一行星齿轮组的第三构件之间建立扭矩流。第二扭矩传递机构在第二行星齿轮组的第二构件和第一行星齿轮组的第三构件之间建立扭矩流，该技术方案提中，第一、二功率分流运行模式均为输入功率分流模式化，在车辆行驶速度较低时，系统驱动效率较高，而当进入高速驱动时系统驱动效率较低；此外，在第二仅电运行模式，所有换档原件均处于接合状态，从第一仅电模式向第二仅电运行模式切换时，电控复杂性较高，必须同时操控三个换档原件。在第一仅电模式和第二仅电运行模式中，主驱动电机至输出端传动比并没有发生变化，第二仅电模式实际是第一仅电模式的助力模式，相对而言，纯电动驱动模式传动比较为单一，可能不能较好地满足低速纯电动驱动工况。
申请号为201010565450.7的中国发明专利申请，公开了一种涉及带两个电动机/发电机的三模式混合动力系。一种可与用于起动和推进车辆的多个动力源相连的混合动力机电变速器，其包括输出构件和静止构件。变速器还包括具有第一、第二和第三节点的第一行星齿轮组和具有第四、第五、第六和第七节点的复合行星齿轮布置。发动机、第一电动机/发电机和第二电动机/发电机均与第一行星齿轮组操作地相连，输出构件和第二电动机/发电机均与复合行星齿轮布置操作地相连。如此构造，变速器提供了用于起动车辆的减速传动排档，以及用于以较高速度推进车辆的直接传动排档和超速传动排档。该技术方案由于采用了符合行星齿轮布置，在实际实施例中，可以由两个行星齿轮组构成或者由三个行星齿轮组构成，该技术方案提供了多种可能的输入分流或复合分流模式，但需设计较多的执行机构与行星齿轮机构。其尺寸、成本与控制难度都比较大。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种包含双行星齿轮组的多模式功率分流式混合动力变速器。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种包含双行星齿轮组的多模式功率分流式混合动力变速器，用以分别连接发动机、第一电机和/或第二电机至输出轴，包括：
双行星排：包括第一行星排和第二行星排，所述的第一行星排包括第一外齿圈、第一太阳轮以及分别与第一外齿圈和第一太阳轮啮合的第一行星轮及第一行星架，所述的第二行星排包括第二外齿圈、第二太阳轮以及分别与第二外齿圈和第二太阳轮啮合的第二行星轮及第二行星架，所述的第一行星架与第二行星架固连至变速器输出轴，所述的第一电机与第一外齿圈连接，所述第二电机与第二太阳轮连接；
第一离合器：一侧与第一外齿圈连接，另一侧与第二外齿圈连接；
发动机：与第一太阳轮连接；
第一制动器：与变速器的壳体固连，可控的与第一太阳轮连接；
第二制动器：与变速器的壳体固连，可控的与第二外齿圈连接。
所述的多模式功率分流式混合动力变速器包括以下工作模式：
纯电动模式：由第二电机供能或由第一电机和第二电机共同供能，第一制动器可以根据纯电动模式驱动工况能力的需求采用单向制动器，由此可以进一步降低系统电控的复杂度；
混合动力模式：由发动机、第一电机和第二电机共同供能；
固定速比模式：由发动机单独供能或由发动机和第二电机共同供能。
所述的纯电动模式包括：
单电机纯电动子模式：所述的第二制动器与第二外齿圈连接；
双电机纯电动第一子模式：所述的第一制动器与第一太阳轮相连，所述的第二制动器与第二外齿圈相连；
双电机纯电动第二子模式：所述的第一制动器与第一太阳轮相连，所述的第一离合器分别连接第一外齿圈和第二外齿圈。
所述的混合动力模式包括：
输入功率分流式无级变速驱动子模式：所述的第二制动器与第二外齿圈连接；
复合功率分流式无级变速驱动子模式：所述的第一离合器分别连接第一外齿圈和第二外齿圈。
在所述的固定速比模式下，第二制动器与第二外齿圈连接，第一离合器分别连接第一外齿圈和第二外齿圈。
在纯电动模式下，所述的第一制动器锁止第一太阳轮，使发动机停止，在混合动力模式或固定速比模式下，第二制动器锁止第二外齿圈，第一离合器控制第一外齿圈和第二外齿圈等速同步运转，使第一电机与第二外齿圈等速同步运转，若第二制动器与第一离合器同时工作，第一电机则被锁止。
所述的复合功率分流式无级变速驱动子模式的第一机械点与输入功率分流式无级变速驱动子模式的机械点重合，对功率分流式变速器，其机械点是指系统不需要外部提供电能，发动机全部功率均经过机械路径传递到车轮的工作点，此时系统效率最高，
复合功率分流式无级变速驱动模式的第一机械点与输入功率分流式无级变速驱动模式的机械点重合。该机械点正好为权利要求5固定速比模式。在该机械点处，第一电机与第二电机的模式切换前后转速和转矩变化很小，这能极大的降低模式切换的控制难度。
所述的固定速比模式工作于复合功率分流式无级变速驱动子模式与输入功率分流式无级变速驱动子模式重合的机械点处。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、机械复杂度较低：本发明所描述的复合功率分流式无级变速驱动系统，只包含第一行星齿轮组和第二行星齿轮组部件，以及第一制动器，第一离合器，第二制动器，结构连接较为简单，换档原件相对较少，有利于降低机机械制造和应用成本。
二、控制难度低：本发明的复合功率分流式无级变速驱动子模式的第一机械点与输入功率分流式无级变速驱动子模式的机械点重合，该机械点正好为固定速比模式，在该机械点处，二者工况存在一定的重叠，在工况重叠区域进行模式切换，无输出动力中断，且第一电机与第二电机在其模式切换前后转速和转矩变化很小，极大的降低模式切换的控制难度。
三、多模式：本发明含有纯电动、混合动力及固定速比三大模式，每个模式下包含有多个子模式，控制模式多，不同的模式能够充分满足不同驱动工况需求，能够对发动机工作点进行灵活的调节，保证其工作在其效率较高的工作点，从而有效保证系统效率，且不存在类似于串联式混合动力系统的二次能量转换的问题。
附图说明
图1是本发明提供的功率分流式混合动力变速器的一种实施方式结构图。
图中标号说明：
1、发动机，2、第一电机，3、第二电机，4、第一外齿圈，5、第一行星轮及第一行星架，6、第一太阳轮，7、第二外齿圈，8、第二行星轮及第二行星架，9、第二太阳轮，10、第一制动器，11、第一离合器，12、第二制动器，13、变速器输出轴。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的仅仅是本发明的一部分优选实施例，而不是全部实施例。本技术领域内技术人员易于基于队发明原理作出很多改变，因此本发明并非固定于所显示和描述的细节，而是意图包含在权利要求书范围内的所有变化和修改。
如图1和表1所示，图1为本发明提供的功率分流式混合动力变速器的一种实施方式，包括
双行星排：包括第一行星排和第二行星排，第一行星排，包括第一外齿圈4、第一太阳轮6和分别与第一外齿圈4与第一太阳轮6啮合的第一行星轮及其第一行星架5；第二行星排，包括第二外齿圈7、第二太阳轮8和分别与第二外齿圈7与第二太阳轮8啮合的第二行星轮及第二行星架9；第一行星架与第二行星架固连至变速器输出轴13。
第一电机2和第二电机3：第一电机2与第一外齿圈4连接，第二电机3与第二太阳轮9连接；
第一离合器11：一侧与第一外齿圈4连接，另一侧与第二外齿圈7连接；
发动机1：与第一太阳轮6连接；
第一制动器10：与变速器壳体固连，可控的与第一太阳轮6连接；
第二制动器12：与变速器壳体固连，可控的与第二外齿圈7连接；
采用双行星排可以实现无级变速，实现传动比的连续变化，从而能够与发动机工况的匹配达到最佳状态，提高整车燃油经济性和动力性，改善操纵性与舒适性。通过双行星排改变传动比，还可以放宽对电机转速的选择范围等，从而降低电机的成本，进一步降低功率分流式混合动力变速器的成本。
本实施例中，功率分流式混合动力变速器根据不同的供能可分为不同的工作模式，功率分流式混合动力变速器的工作模式包括：纯电动模式、混合动力模式及固定速比模式，在纯电动模式下，由第二电机3单独供能或者由第一电机2和第二电机3供能，在混合动力模式下，由发动机1和第一电机2和第二电机3供能。在固定速比模式下，可由发动机1单独供能或者由发动机1及第二电机3供能。
在实际使用中，如果用户选择或整车混合动力控制器自动控制关闭发动机，仅启动电机功能，功率分流式混合动力变速器将进入纯电动模式，如果用户选择或整车混合动力控制器自动控制启动发动机，并且启动电机，使得发动机与电机共同功能，功率分流式混合动力变速器将进入混合动力模式。
在纯电动模式下，发动机1不工作，但是第一电机2的工作会引起发动机1的倒转，并产生反扭矩对电机造成影响。故纯电动模式下，可以控制第一电机2不工作，只由第二电机3单电机驱动。在单电机纯电动模式下，第二制动器12与第二外齿圈7连接，此时第二齿圈7被锁止。如果需要第一电机2也参与工作(即进入双电机纯电动模式)，第一制动器10与第一太阳轮6相连，此时第一太阳轮6被锁止，发动机1同样被锁止，这避免了发动机1发生倒转，导致能量损失，并降低了操纵难度。
根据不同的执行器组合，功率分流式混合动力变速器可以工作在两个双电机纯电动模式下，在双电机纯电动第一模式下，第一制动器10与第一太阳轮6相连，第二制动器12与第二外齿圈7相连，在双电机纯电动第二模式下，第一制动器10与第一太阳轮6相连，第一离合器11连接第一外齿圈4及第二外齿圈7。两个双电机纯电动模式，其工作的车速范围及能量传递路径不同。
纯电动模式主要用于低速模式，如起步、城市拥堵低速路况等，此时发动机1停止，能有效的避免能量损失并减少排放。随着车速上升或者整车需求驱动扭矩的上升，此时发动机1需要参与供能，功率分流式混合动力变速器需要切换至混合动力模式或固定速比模式。混合动力模式分为输入功率分流式无级变速驱动模式和复合功率分流式无级变速驱动模式。在输入功率分流式无级变速驱动模式下，第二制动器12与第二外齿圈7连接，在复合功率分流式无级变速驱动模式下，第一离合器11连接第一外齿圈4及第二外齿圈7。
根据整车工况或者作为混合动力模式切换的需要，功率分流式混合动力变速器还可以工作在固定速比模式；此时，第二制动器12与第二外齿圈7连接，此时第二外齿圈被锁止，并且，第一离合器11连接第一外齿圈4及第二外齿圈7。由于第一离合器11控制第一外齿圈4与第二外齿圈7等速同步运转，导致第一电机2与第二齿圈7等速同步运转，由于此时第二外齿圈7被第二制动器12锁止，第一电机1同步被锁止。
对功率分流式变速器，其机械点是指系统不需要外部提供电能(即系统中电功率为0)，发动机全部功率均经过机械路径传递到车轮的工作点，此时系统效率最高，功率分流式变速器的显著特点是，复合功率分流式无级变速驱动模式的第一机械点与输入功率分流式无级变速驱动模式的机械点重合。该机械点正好为权利要求5固定速比模式。在该机械点处，二者工况存在一定的重叠，在工况重叠区域进行模式切换，无输出动力中断，且第一电机2与第二电机3其模式切换前后转速和转矩变化很小，这能极大的降低模式切换的控制难度。
表1工作模式及其对应工作模式表
工作模式 第一制动器 第二制动器 第一离合器
单电机纯电动驱动模式 _______ √ _______
双电机纯电动驱动模式1 √ √ _______
双电机纯电动驱动模式2 √ _______ √
输入功率分流式无级变速驱动模式 _______ √ _______
输入功率分流式无级变速驱动模式 _______ _______ √
固定速比驱动模式 _______ √ √

Claims (8)

1.一种包含双行星齿轮组的多模式功率分流式混合动力变速器，用以分别连接发动机(1)、第一电机(2)和/或第二电机(3)至输出轴，其特征在于，包括：
双行星排：包括第一行星排和第二行星排，所述的第一行星排包括第一外齿圈(4)、第一太阳轮(6)以及分别与第一外齿圈(4)和第一太阳轮(6)啮合的第一行星轮及第一行星架(5)，所述的第二行星排包括第二外齿圈(7)、第二太阳轮(9)以及分别与第二外齿圈(7)和第二太阳轮(9)啮合的第二行星轮及第二行星架(8)，所述的第一行星架与第二行星架固连至变速器输出轴(13)，所述的第一电机(2)与第一外齿圈(4)连接，所述第二电机(3)与第二太阳轮(9)连接；
第一离合器(11)：一侧与第一外齿圈(4)连接，另一侧与第二外齿圈(7)连接；
发动机(1)：与第一太阳轮(6)连接；
第一制动器(10)：与变速器的壳体固连，可控的与第一太阳轮(6)连接；
第二制动器(12)：与变速器的壳体固连，可控的与第二外齿圈(7)连接。
2.根据权利要求1所述的一种包含双行星齿轮组的多模式功率分流式混合动力变速器，其特征在于，所述的多模式功率分流式混合动力变速器包括以下工作模式：
纯电动模式：由第二电机(3)供能或由第一电机(2)和第二电机(3)共同供能；
混合动力模式：由发动机(1)、第一电机(2)和第二电机(3)共同供能；
固定速比模式：由发动机(1)单独供能或由发动机(1)和第二电机(3)共同供能。
3.根据权利要求2所述的一种包含双行星齿轮组的多模式功率分流式混合动力变速器，其特征在于，所述的纯电动模式包括：
单电机纯电动子模式：所述的第二制动器(12)与第二外齿圈(7)连接；
双电机纯电动第一子模式：所述的第一制动器(10)与第一太阳轮(6)相连，所述的第二制动器(12)与第二外齿圈(7)相连；
双电机纯电动第二子模式：所述的第一制动器(10)与第一太阳轮(6)相连，所述的第一离合器(11)分别连接第一外齿圈(4)和第二外齿圈(7)。
4.根据权利要求3所述的一种包含双行星齿轮组的多模式功率分流式混合动力变速器，其特征在于，所述的混合动力模式包括：
输入功率分流式无级变速驱动子模式：所述的第二制动器(12)与第二外齿圈(7)连接；
复合功率分流式无级变速驱动子模式：所述的第一离合器(11)分别连接第一外齿圈(4)和第二外齿圈(7)。
5.根据权利要求4所述的一种包含双行星齿轮组的多模式功率分流式混合动力变速器，其特征在于，在所述的固定速比模式下，第二制动器(12)与第二外齿圈(7)连接，第一离合器(11)分别连接第一外齿圈(4)和第二外齿圈(7)。
6.根据权利要求5所述的一种包含双行星齿轮组的多模式功率分流式混合动力变速器，其特征在于，在纯电动模式下，所述的第一制动器(10)锁止第一太阳轮(6)，使发动机(1)停止，在混合动力模式或固定速比模式下，第二制动器(12)锁止第二外齿圈(7)，第一离合器(11)控制第一外齿圈(4)和第二外齿圈(7)等速同步运转，使第一电机(2)与第二外齿圈(7)等速同步运转，若第二制动器(12)与第一离合器(11)同时工作，第一电机(2)则被锁止。
7.根据权利要求4所述的一种包含双行星齿轮组的多模式功率分流式混合动力变速器，其特征在于，所述的复合功率分流式无级变速驱动子模式的第一机械点与输入功率分流式无级变速驱动子模式的机械点重合。
8.根据权利要求7所述的一种包含双行星齿轮组的多模式功率分流式混合动力变速器，其特征在于，所述的固定速比模式工作于复合功率分流式无级变速驱动子模式与输入功率分流式无级变速驱动子模式重合的机械点处。
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