CN107901748B - 一种用于纵置后驱混合动力车辆的传动装置 - Google Patents

一种用于纵置后驱混合动力车辆的传动装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于纵置后驱混合动力车辆的传动装置，包括第一电机(EM1)、第二电机(EM2)、输入轴、第一制动器(B1)、第二制动器(B2)、第一离合器(C1)和第二离合器(C2)和行星齿轮耦合机构，行星齿轮耦合机构包括单行星排(PG1)和双行星排(PG2)，发动机通过第一离合器(C1)、第二离合器(C2)、第一制动器(B1)、第二制动器(B2)、第一电机(EM1)、第二电机(EM2)与行星齿轮耦合机构相连接，以实现多种纯电动以及混合动力驱动模式。本发明用于纵置后驱混合动力车辆的传动装置，结构紧凑，可实现与不同排量发动机的匹配工作，降低电机扭矩需求和制造成本。

Description

一种用于纵置后驱混合动力车辆的传动装置
技术领域
本发明涉及一种汽车用传动装置，特别涉及一种用于纵置后驱混合动力车辆的传动装置。
背景技术
由于传统的燃油发动机汽车导致的世界环境与能源问题加剧，以及世界各国对新能源汽车政策的调整，各大汽车公司都在积极研发节能环保汽车。混合动力系统已经成为现阶段解决汽车能耗和环境污染的可行技术方案，其核心的动力传动装置也就成为各公司研发的重点。目前在纵置混合动力方案中大多采用多个单行星排进行串并联的混合动力方案，但节油效率有限。因此，整车节油效率更高、更适用于纵置后驱混动动力车辆的传动装置是当前的一个主要研究课题。
发明内容
本发明旨在提供一种结构紧凑、实现平台化应用、具有较低成本优势且可提高节油效率的用于纵置后驱混合动力车辆的传动装置。
本发明通过以下方案实现：
一种用于纵置后驱混合动力车辆的传动装置，包括第一电机EM1、第二电机EM2、输入轴、第一制动器B1、第二制动器B2、第一离合器C1和第二离合器C2和行星齿轮耦合机构，所述行星齿轮耦合机构包括单行星排PG1和双行星排PG2，所述单行星排PG1包括第一太阳轮S1、第一行星轮P1、第一行星架PC1和第一齿圈R1，所述双行星排PG2包括第二太阳轮S2、第二内行星轮IP2、第二外行星轮OP2、第二行星架PC2和第二齿圈R2，第一行星架PC1和第二行星架PC2相连接构成第一中间轴，第二太阳轮S2通过内部中空的第二中间轴与第二电机EM2的第二转子轴相连接，第一太阳轮S1通过内部中空的第三中间轴与第一电机EM1上的第一转子轴相连接，第一中间轴穿过第二中间轴，第二中间轴穿过第三中间轴，第一齿圈R1和第二齿圈R2相连接构成输出轴，输入轴通过飞轮减振器FW与发动机的输出轴相连接，第一制动器B1、第一离合器C1的一端分别连接在第一中间轴上，第一制动器B1的另一端固定在变速箱壳体上，第一离合器C1的另一端连接在输入轴上，第二离合器C2的一端连接第二电机EM2的第二转子轴，第二离合器C2的另一端连接输入轴，第二制动器B2的一端连接第三中间轴，第二制动器B2的另一端固定在变速箱壳体上。
进一步地，所述第一离合器C1、第二离合器C2均设置在所述行星齿轮耦合机构的外部且第一离合器C1、第二离合器C2相邻设置。第一离合器C1的作用是把发动机动力传递给行星排的行星架，第二离合器C2的作用是把发动机的动力传递给第二电机EM2的第二转子轴。
进一步地，所述单行星排PG1中，第一行星轮P1安装在第一行星架PC1上，第一行星轮P1分别与第一太阳轮S1、第一齿圈R1相啮合；所述双行星排PG2中，第二内行星轮IP2和第二外行星轮OP2均安装在第二行星架PC2上且第二内行星轮IP2和第二外行星轮OP2相啮合，第二太阳轮S2与第二内行星轮IP2相啮合，第二齿圈R2与第二外行星轮OP2相啮合。
进一步地，所述第一制动器、第二制动器、第一离合器和第二离合器分别为多片湿式换挡元件或楔块式换挡元件。
与现有技术相比，本发明的用于纵置后驱混合动力车辆的传动装置，具有以下优点：
1、本发明的传动装置中，采用了单行星排和双行星排相配合连接的结构，可以简化两行星排相关元件的连接结构；本发明中，第一中间轴穿过第二中间轴，第二中间轴穿过第三中间轴，同时将第一离合器C1、第二离合器C2均设置在行星齿轮耦合机构外且相邻设置，这种结构设计可以把发动机动力通过不同路径传递到行星齿轮耦合机构中，可以最大程度优化两离合器的总体轴向空间，使变速箱轴向空间紧凑，使得传动装置整个结构紧凑，适合于传递功率较大的变速箱；
2、本发明的传动装置，可以同时应用于深度混合动力系统和插电混合动力系统，是一个平台化的驱动方案，其整车节油效率可达到35％～40％；
3、在车辆以纯电动模式行驶时，可实现三个挡位的纯电动驱动模式，能够满足纯电动驱动的车速和扭矩要求，同时可实现对第一电机、第二电机两个电机的优化控制；
4、在车辆以混合动力模式行驶时，传动装置主要采用三种动力分流驱动模式，同时具有三个固定传动比的混合动力驱动模式，对路况的适应性高，能够同时兼顾整车燃油经济性和动力性的使用需求；传动装置在三种动力分流驱动模式下，实现整车无级变速E-CVT功能，此时发动机转速与车速解耦，即发动机转速不再受行驶工况的影响，依靠两个电机进行调节实现车速的无级变化，同时让发动机始终工作在一个转速范围较窄的高效区间；发动机本身只要在该系统要求的常用转速范围内保证其性能就可以了，该类系统更有利于发动机的高效运行，避免其工作在低效率高排放的运行区间。
附图说明
图1为实施例1中一种用于纵置后驱混合动力车辆的传动装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于实施例之表述。
实施例1
一种用于纵置后驱混合动力车辆的传动装置，如图1所示，包括第一电机EM1、第二电机EM2、输入轴1、第一制动器B1、第二制动器B2、第一离合器C1和第二离合器C2和行星齿轮耦合机构5，行星齿轮耦合机构5包括单行星排PG1和双行星排PG2，单行星排PG1包括第一太阳轮S1、第一行星轮P1、第一行星架PC1和第一齿圈R1，第一行星轮P1安装在第一行星架PC1上，第一行星轮P1分别与第一太阳轮S1、第一齿圈R1相啮合；双行星排PG2包括第二太阳轮S2、第二内行星轮IP2、第二外行星轮OP2、第二行星架PC2和第二齿圈R2，第二内行星轮IP2和第二外行星轮OP2均安装在第二行星架PC2上且第二内行星轮IP2和第二外行星轮OP2相啮合，第二太阳轮S2与第二内行星轮IP2相啮合，第二齿圈R2与第二外行星轮OP2相啮合；第一行星架PC1和第二行星架PC2相连接构成第一中间轴2，第二太阳轮S2通过内部中空的第二中间轴3与第二电机EM2的第二转子轴8相连接，第一太阳轮S1通过内部中空的第三中间轴4与第一电机EM1上的第一转子轴7相连接，第一中间轴2穿过第二中间轴3，第二中间轴3穿过第三中间轴4，第一齿圈R1和第二齿圈R2相连接构成输出轴6，输入轴1通过飞轮减振器FW与发动机ICE的输出轴相连接，第一制动器B1、第一离合器C1的一端分别连接在第一中间轴2上，第一制动器B1的另一端固定在变速箱壳体9上，第一离合器C1的另一端连接在输入轴1上，第二离合器C2的一端连接第二电机EM2的第二转子轴8，第二离合器C2的另一端连接输入轴1，第一离合器C1、第二离合器C2均设置在行星齿轮耦合机构5的外部且第一离合器C1、第二离合器C2相邻设置；第二制动器B2的一端连接第三中间轴4，第二制动器B2的另一端固定在变速箱壳体9上。第一制动器B1、第二制动器B2、第一离合器C1和第二离合器C2分别为多片湿式换挡元件。
本发明采用的动力耦合装置是由单行星排PG1与双行星排PG2构成的行星齿轮耦合机构5，发动机ICE、第一电机EM1、第二电机EM2三个动力源输入的扭矩经行星齿轮耦合机构5耦合后输出。车辆在实际行驶过程中，各动力源与各换挡元件(离合器、制动器)组合使用将产生多种不同的工作模式。下面将对纯电动驱动、混合动力驱动、驻车发电、制动能量回收以及倒车模式下的工作过程进行描述,各工作模式和换挡元件之间的控制关系如表1所示，其中〇表示打开状态，●表示闭合状态。
表1传动装置各工作模式和换挡元件之间的控制关系
在纯电动模式时，单独闭合第一制动器B1时，采用第一电机EM1或第二电机EM2或者第一电机EM1和第二电机EM2同时驱动，定义为第一挡位纯电动驱动模式即固定传动比纯电动模式EV-1。当第一电机EM1和第二电机EM2同时驱动时，传动装置能够输出较大的驱动扭矩，该模式也作为纯电动状态的大扭矩输出模式。
单独闭合第二制动器B2时，采用第二电机EM2驱动，该模式定义为第二挡位纯电动驱动模式EV-2。在该模式下第一电机EM1为不工作状态。
随着车速的增加，在上述各挡位中第一电机EM1、第二电机EM2的转速都有可能过高，控制第一制动器B1、第二制动器B2、第一离合器C1和第二离合器C2均为打开状态，采用第一电机EM1和第二电机EM2同时驱动，该模式定义为第三挡位纯电动驱动模式EV-3。当第一电机EM1和第二电机EM2转速相等时，各行星齿轮元件转速也相等，此时车辆可获得最高车速而不会导致第一电机EM1和第二电机EM2自身转速过高。
在混合动力驱动模式下，第一离合器C1闭合，传动装置以动力分流工作模式运行，定义为第一挡位混合动力模式HEV-1。该模式作为整个传动装置主要的混合动力驱动模式，能够实现整车无级变速E-CVT功能，此模式为无级变速模式，没有固定传动比。
控制第一制动器B1和第二离合器C2闭合，此时发动机能够与第二电机EM2实现同轴传动，在该固定传动比模式下能够输出较大的扭矩，同时第一电机EM1也可以参与工作，该模式定义为第二挡位混合动力驱动模式HEV-2。该模式作为混合动力模式下的大扭矩驱动模式，在车辆起步时使用。
当车辆车速较高时，第一电机EM1会运行在零转速附近，此时第一电机EM1效率很差，控制第二制动器B2闭合和第一离合器C1闭合，将第一电机EM1锁止，有利于提高该工况下传动装置的传动效率。该固定传动比模式定义为第三挡位混合动力驱动模式HEV-3。
控制第一制动器B2和第二离合器C2闭合，此时发动机能够与第二电机EM2实现同轴转速，在该固定传动比模式下能够输出较大扭矩。该模式定义为第四档位混合动力驱动模式HEV-4。
控制第二离合器C2闭合，此时发动机能够与第二电机EM2实现同轴转速，同时传动装置以动力分流工作模式运行，定义为第五档位混合动力驱动模式HEV-5。该模式能够实现整车的无级变速E-CVT功能，此模式为无级变速模式，没有固定传动比。
控制第一离合器C1与第二离合器C2均闭合，此时发动机ICE转速与第一电机EM1、第二电机EM2以及输出轴转速均相等，各行星齿轮元件转速也相等。此时车辆可获得最高车速而不会导致第一电机EM1和第二电机EM2自身转速过高，此模式定义为第六档位混合动力驱动模式HEV-6。
驻车充电模式下，车辆处于驻车状态，控制第二离合器C2闭合，此时发动机ICE带动第二电机EM2发电，对车辆电池系统充电。该模式定义为驻车充电模式-1。
驻车充电模式下，车辆处于驻车状态，控制第一离合器C1闭合时，发动机ICE通过行星齿轮耦合机构5带动第一电机EM1以及第二电机EM2同时发电。该模式定义为驻车充电模式-2。
制动能量回收模式下，当车辆出现滑行和制动时，控制第一离合器C1、第二离合器C2、第一制动器B1以及第二制动器B2均打开，将发动机ICE断开以更有效地回收制动能量。此时，车轮反向带动输出轴6，输出轴6通过行星齿轮耦合机构5带动第一电机EM1以及第二电机EM2发电，对车辆电池系统进行充电，以实现车辆制动时的能量回收。
倒车模式下，控制第一制动器B1闭合，控制第二电机EM2反向旋转时，可以实现车辆的倒车模式。此时也可以控制第一电机EM1反向旋转，以增加车辆倒车扭矩。
实施例2
一种用于纵置后驱混合动力车辆的传动装置，其结构与实施例1中的一种用于纵置后驱混合动力车辆的传动装置的结构相类似，其不同之处在于：第一制动器、第二制动器、第一离合器和第二离合器分别为楔块式换挡元件。

Claims (2)

1.一种用于纵置后驱混合动力车辆的传动装置，包括第一电机(EM1)、第二电机(EM2)、输入轴、第一制动器(B1)、第二制动器(B2)、第一离合器(C1)和第二离合器(C2)和行星齿轮耦合机构，其特征在于：所述行星齿轮耦合机构包括单行星排(PG1)和双行星排(PG2)，所述单行星排(PG1)包括第一太阳轮(S1)、第一行星轮(P1)、第一行星架(PC1)和第一齿圈(R1)，所述双行星排(PG2)包括第二太阳轮(S2)、第二内行星轮(IP2)、第二外行星轮(OP2)、第二行星架(PC2)和第二齿圈(R2)，第一行星架(PC1)和第二行星架(PC2)相连接构成第一中间轴，第二太阳轮(S2)通过内部中空的第二中间轴与第二电机(EM2)的第二转子轴相连接，第一太阳轮(S1)通过内部中空的第三中间轴与第一电机(EM1)上的第一转子轴相连接，第一中间轴穿过第二中间轴，第二中间轴穿过第三中间轴，第一齿圈(R1)和第二齿圈(R2)相连接构成输出轴，输入轴通过飞轮减振器(FW)与发动机的输出轴相连接，第一制动器(B1)、第一离合器(C1)的一端分别连接在第一中间轴上，第一制动器(B1)的另一端固定在变速箱壳体上，第一离合器(C1)的另一端连接在输入轴上，第二离合器(C2)的一端连接第二电机(EM2)的第二转子轴，第二离合器(C2)的另一端连接输入轴，第二制动器(B2)的一端连接第三中间轴，第二制动器(B2)的另一端固定在变速箱壳体上；
所述第一离合器(C1)、第二离合器(C2)均设置在所述行星齿轮耦合机构的外部且第一离合器(C1)、第二离合器(C2)相邻设置；
所述单行星排(PG1)中，第一行星轮(P1)安装在第一行星架(PC1)上，第一行星轮(P1)分别与第一太阳轮(S1)、第一齿圈(R1)相啮合；所述双行星排(PG2)中，第二内行星轮(IP2)和第二外行星轮(OP2)均安装在第二行星架(PC2)上且第二内行星轮(IP2)和第二外行星轮(OP2)相啮合，第二太阳轮(S2)与第二内行星轮(IP2)相啮合，第二齿圈(R2)与第二外行星轮(OP2)相啮合。
2.如权利要求1的一种用于纵置后驱混合动力车辆的传动装置，其特征在于：所述第一制动器、第二制动器、第一离合器和第二离合器分别为多片湿式换挡元件或楔块式换挡元件。
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