CN107914564A - 一种单向离合器双行星排双电机集成式混合动力系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单向离合器双行星排双电机集成式混合动力系统，包括发动机以及第一电机、第二电机和输出轴，还包括通过行星架相连的第一行星排和第二行星排，所述的第一行星排位于所述发动机与所述第一电机之间，所述的第二行星排位于所述第一电机和第二电机之间，所述的发动机与所述的第一行星排连接，所述的第一电机与所述的第二行星排连接，所述的第二电机分别与所述的第一行星排和第二行星排连接，所述的行星架与所述的输出轴相连；还包括与所述第一行星排位置相对应的单向离合器。本发明结构紧凑、传动效率高，变速单元少，减少了传动结构的占用空间，易于布置，降低了生产成本，同时，使发动机始终在最高效率点，降低能耗。

Description

一种单向离合器双行星排双电机集成式混合动力系统
技术领域
本发明涉及汽车混合动力传动技术领域，更具体地说，它涉及一种单向离合器双行星排双电机集成式混合动力系统。
背景技术
由于能源短缺以及公众环保意识的增强，环保的电动汽车或燃料电池骑车便应用而生，然而由于技术的制约，上述类型的汽车还难以在短时间内全面推广，因此，技术上比较成熟的混合动力汽车是目前比较理想的一种选择。
混合动力汽车(HEV)作为一种新兴的节能环保型汽车，其技术和市场处于一种蓬勃发展阶段，混合动力汽车与传统汽车及纯电动汽车相比，最大差别是动力系统。对于并联和混联式HEV，动力耦合系统负责将HEV的多个动力组合在一起，实现多动力源间合理的功率分配并把动力传给驱动桥，它在HEV开发中处于重要地位，其性能直接关系到HEV整车性能是否达到设计要求，是HEV最核心部分。行星轮系具有多自由度、输入输出灵活可控的特点，而且结构紧凑、体积小、速比大，因此被越来越多的混合动力汽车动力耦合系统所采用，这也是当今混合动力汽车动力总成发展的一种趋势。
1997年丰田推出首款混合动力汽车Prius，2005年又推出了搭载最新第三代机电混合动力系统的2006款Prius，仍采用THS动力分流式结构，行星齿轮系统对发动机的输出功率进行重新分配，达到合理平衡发动机符合的目的。附图1所示即为丰田Prius混合动力轿车的动力传动装置结构原理图，包括发动机E、电机MG1、电机MG2以及包括一个单行星排的动力耦合系统等部件，在此机构中，发动机E通过减震阻尼器与单行星排的行星架a相连，并通过行星齿轮b将动力传递给外齿圈c和太阳轮d，外齿圈c与输出轴相连，输出轴通过减速齿轮组e和电机MG2的转子相连，太阳轮d与电机MG1的转子相连，输出轴通过链传动系统f、主减速器g以及差速器h将动力传递给车轮。该系统将发动机E大部分转矩直接传递到输出轴上，将小部分转矩传给电机MG1以用于发电，电机MG1发出的电能根据指令用于电池充电或驱动电机MG2，以增加驱动力。这种结构可以通过调节电机MG1的转矩和转速，让发动机一直处于高效率区或低排放区，此外，通过调节行星排各元件的转速，使其像无级变速器一样工作。
然而，由于上述动力传动装置的两个电机MG1、MG2布置在单行星排的两侧，电机系统集成度低,采用单行星排，减速比低，对电机的转速变化范围、转矩要求高，从而对电机的整体要求高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，提供一种结构紧凑、传动效率更高、集成度更高的单向离合器双行星排电机集成式混合动力系统。
本发明的技术方案是这样的：一种单向离合器双行星排双电机集成式混合动力系统，包括发动机以及第一电机、第二电机和输出轴，还包括通过行星架相连的第一行星排和第二行星排，所述的第一行星排位于所述发动机与所述第一电机之间，所述的第二行星排位于所述第一电机和第二电机之间，所述的发动机与所述的第一行星排连接，所述的第一电机与所述的第二行星排连接，所述的第二电机分别与所述的第一行星排和第二行星排连接，所述的行星架与所述的输出轴相连；还包括与所述第一行星排位置相对应的单向离合器。
作为进一步地改进，所述的第一行星排包括依次啮合的第一太阳轮、第一行星轮和第一齿圈，所述的第二行星排包括依次啮合的第二太阳轮、第二行星轮和第二齿圈。
进一步地，所述的第一行星轮与所述的行星架相连，所述的第一齿圈与所述的发动机相连，且能够与所述的单向离合器接触相连。
进一步地，所述的第二太阳轮与所述的第一电机相连，所述的第二行星轮与所述的行星架相连，所述的第二齿圈与所述的第二电机相连。
进一步地，所述的第二电机通过连接架与所述的第一太阳轮相连。
进一步地，所述的第二行星排外侧设有能够锁止所述第二齿圈第一锁止机构。
进一步地，所述的第二电机上还设有能够锁止所述连接架的第二锁止机构。
进一步地，所述的发动机、第一行星排、第一电机、第二行星排以及第二电机同轴布置。
有益效果
本发明与现有技术相比，具有的优点为：
1、本发明结构紧凑、传动效率高，变速单元少，减少了传动结构的占用空间，易于布置，降低了生产成本，同时，使发动机始终在最高效率点，降低能耗，并且能够使双电机与行星排共用冷却润滑系统，易于控制，通过单向离合器和两个锁止机构来进行模式转换，能够在较少的变速单元下实现多种工作模式，切换时无动力中断，舒适性好。
附图说明
图1为现有技术的结构原理图；
图2为本发明的结构原理图。
其中：1-发动机、2-曲轴、3-第一电机、4-第二电机、5-输出轴、6-行星架、7-第一行星排、8-第二行星排、9-单向离合器、10-连接架、11-第一锁止机构、12-第二锁止机构、7a-第一太阳轮、7b-第一行星轮、7c-第一齿圈、8a-第二太阳轮、8b-第二行星轮、8c-第二齿圈。
具体实施方式
下面结合附图中的具体实施例对本发明做进一步的说明。
参阅图2，本发明的一种单向离合器双行星排双电机集成式混合动力系统，包括发动机1以及第一电机3、第二电机4和输出轴5，发动机1的动力通过曲轴2输出，该混合动力系统还包括通过行星架6相连的第一行星排7和第二行星排8，行星架6为“工”字形的结构，其横向布置将二行星排7连接，其中，第一行星排7位于发动机1与所述第一电机3之间，第二行星排8位于第一电机3和第二电机4之间，使发动机1、第一行星排7、第一电机3、第二行星排8和第二电机4依次排列布置，且发动机1、第一行星排7、第一电机3、第二行星排8以及第二电机4同轴布置，提高动力传递的稳定性，发动机1与第一行星排7连接，第一电机3与第二行星排8连接，第二电机4分别与第一行星排7和第二行星排8连接，行星架6与输出轴5相连，使发动机1的动力依次通过第一行星排7和行星架6输出，第一电机3的动力依次通过第二行星排8和行星架6输出，第二电机4的动力具有两个传递路线，一是依次通过第一行星排7和行星架6输出，而是依次通过第二行星排8和行星架6输出；本发明的混合动力系统还包括与第一行星排7位置相对应的单向离合器9，该单向离合器9能够与第一行星排7相连，起到动力单向传递的作用。本发明结构紧凑、传动效率高，变速单元少，减少了传动结构的占用空间，易于布置，降低了生产成本，同时，使发动机始终在最高效率点，降低能耗，并且能够使双电机与行星排共用冷却润滑系统，易于控制。
本实施例中的第一行星排7包括依次啮合的第一太阳轮7a、第一行星轮7b和第一齿圈7c，第二行星排8包括依次啮合的第二太阳轮8a、第二行星轮8b和第二齿圈8c，其中，第一行星轮7b与行星架6相连，第一齿圈7c与发动机1相连，且能够与单向离合器9接触相连，第二太阳轮8a与第一电机3相连，第二行星轮8b与行星架6相连，第二齿圈8c与第二电机4相连，第二电机4通过连接架10与第一太阳轮7a相连，发动机1的动力通过曲轴2、第一齿圈7c、第一行星轮7b和行星架6传递输出；第一电机3的动力通过第二太阳轮8a、第二行星轮8b和行星架6传递输出，第二电机4的动力通过第二齿圈8c、第二行星轮8b和行星架6传递输出，同时，通过连接架10传递到第一太阳轮7a。在第二行星排8外侧设有能够锁止第二齿圈8c第一锁止机构11，该第一锁止机构11与第二齿圈8c相连，使第二齿圈8c固定不能转动，第二电机4上还设有能够锁止连接架10的第二锁止机构12，该第二锁止机构12与第二电机4想来呢，使连接架10固定不能转动。本发明通过单向离合器9和两个锁止机构来进行模式转换，能够在较少的变速单元下实现多种工作模式：
(1)第一电机纯电驱动(中低扭矩工况)过程：单向离合器9处于分开状态，第一锁止机构11处于锁止状态，发动机1关闭，第二电机4关闭，第一电机3工作，其输出转矩的传递方向从第一电机3输出，通过电机轴传递给第二太阳轮8a，再通过第二行星轮8b传递给行星架6，最后通过输出轴5传递输出。此种模式因为只有第一电机3单独作用，因此扭矩有限，用于地中扭矩的工况下工作；
(2)第一电机和第二电机双电机纯电驱动(高扭矩工况)过程，单向离合器9处于分开状态，第一锁止机构11处于锁止状态，发动机1关闭，第二电机4工作，第一电机3工作，输出转矩分为两条路线，第一条扭矩传递路线，第一电机3产生扭矩通过电机轴传递给第二太阳轮8a，再通过第二行星轮8b传递给行星架6,第二条扭矩传递路线，第二电机4产生转矩，通过电机传动轴直接传递给第一太阳轮7a，然后再通过第一行星轮7b传递给行星架6，两条路线上的扭矩合并，一起通过输出轴5传递输出。此种模式下，由于第二电机4开启瞬时通过第一太阳轮7a产生一个反向的趋势，这时相当于第一齿圈7c固定，行星架6在正向旋转，此时第一齿圈7c也会受到一个反方向的作用力，由于单向离合器9的工作原理是反方向锁死，因此可以有效阻止发动机1和第一齿圈7c反向旋转，倒拖发动机1；
(3)发动机和第一电机并联驱动过程，此时发动机1在最佳效率点全速启动，带动第一齿圈7c也一起转动，转矩通过第一行星轮7b传递给行星架6。同时第一锁止机构11和第二锁止机构12都处于锁止的状态，用来固定第二齿圈8c和第一太阳轮7a不动，此时第二电机4不工作并且被锁死，电机MGB工作，转矩从第一电机3输出，通过电机轴传递给第二太阳轮8a，再通过第二行星轮8b传递给行星架6,发动机1与第一电机3传递过来的转矩通过行星架6汇合，最后一起通过输出轴5传递输出。此种并联模式可以满足当发动机扭矩满足不了路况要求时，第一电机3可以助力，当停车制动时，能量又可以通过第一电机3进行回收；
(4)发动机+E-CVT1过程，此时发动机在最佳效率点全速启动，带动第一齿圈7c也一起转动，转矩通过第一行星轮7b传递给行星架6，第一电机3工作，转矩从第一电机3产生，通过电机轴传递给第二太阳轮8a，再通过第二行星轮8b传递给行星架6,此时第二锁止机构12锁止，第一锁止机构11打开，第二电机4工作产生转矩，通过电机传动轴直接传递给第一太阳轮7a，然后再通过第一行星轮7b传递给行星架6。三条转矩汇集，最后一起通过输出轴5传递输出。此种模式下，发动机始终处于最高效率点，车辆行驶中车速和扭矩的变化通过两个电机所传递的能量来进行调节，两个电机在这个系统模式下起到了CVT无极变速的作用，同时在调速的过程中产生的制动力或者反向扭矩也可以回馈给相应的电机中进行回收；
(5)发动机+E-CVT2过程，此时发动机在最佳效率点全速启动，带动第一齿圈7a也一起转动，转矩通过第一行星轮7b传递给行星架6,第一电机3工作，转矩从第一电机3产生，通过电机轴传递给第二太阳轮8a，再通过第二行星轮8b传递给行星架6,此时第二锁止机构12打开，第一锁止机构11锁止，第二电机4产生转矩分成两条传递路线，第一条是通过电机传动轴直接传递给第一太阳轮7a，然后再通过第一行星轮7b传递给行星架6，第二条路线是通过第二齿圈8c传递给第二行星轮8b，再传递给行星架6,并与第一电机3传递出的能量在行星架6上汇合，最后第二电机4的第一条路线的转矩、第二条路线的转矩与第一电机3的转矩汇合后，再与发动机1的转矩一起通过输出轴5传递输出。此种模式下，发动机始终处于最高效率点，车辆行驶中车速和扭矩的变化通过两个电机所传递的能量来进行调节，两个电机在这个系统模式下起到了CVT无极变速的作用，同时在调速的过程中产生的制动力或者反向扭矩也可以回馈给相应的电机中进行回收。相比发动机+E-CVT1模式，发动机+E-CVT2模式中第二电机4的扭矩被分流，通过速比图分析可以得出第一电机3的转速在有限范围内的时候，发动机+E-CVT2模式所做进行的无级变速的速度范围更广，反过来说，如果产品要求在一定的速度范围内工作，通过发动机+E-CVT2模式可以使系统对第一电机3的要求降低，起到节约成本的作用。本发明的混合动力系统，在多种工作模式切换时无动力中断，舒适性较好。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (8)

1.一种单向离合器双行星排双电机集成式混合动力系统，包括发动机(1)以及第一电机(3)、第二电机(4)和输出轴(5)，其特征在于，还包括通过行星架(6)相连的第一行星排(7)和第二行星排(8)，所述的第一行星排(7)位于所述发动机(1)与所述第一电机(3)之间，所述的第二行星排(8)位于所述第一电机(3)和第二电机(4)之间，所述的发动机(1)与所述的第一行星排(7)连接，所述的第一电机(3)与所述的第二行星排(8)连接，所述的第二电机(4)分别与所述的第一行星排(7)和第二行星排(8)连接，所述的行星架(6)与所述的输出轴(5)相连；还包括与所述第一行星排(7)位置相对应的单向离合器(9)。
2.根据权利要求1所述的一种单向离合器双行星排双电机集成式混合动力系统，其特征在于，所述的第一行星排(7)包括依次啮合的第一太阳轮(7a)、第一行星轮(7b)和第一齿圈(7c)，所述的第二行星排(8)包括依次啮合的第二太阳轮(8a)、第二行星轮(8b)和第二齿圈(8c)。
3.根据权利要求2所述的一种单向离合器双行星排双电机集成式混合动力系统，其特征在于，所述的第一行星轮(7b)与所述的行星架(6)相连，所述的第一齿圈(7c)与所述的发动机(1)相连，且能够与所述的单向离合器(9)接触相连。
4.根据权利要求2所述的一种单向离合器双行星排双电机集成式混合动力系统，其特征在于，所述的第二太阳轮(8a)与所述的第一电机(3)相连，所述的第二行星轮(8b)与所述的行星架(6)相连，所述的第二齿圈(8c)与所述的第二电机(4)相连。
5.根据权利要求2所述的一种单向离合器双行星排双电机集成式混合动力系统，其特征在于，所述的第二电机(4)通过连接架(10)与所述的第一太阳轮(7a)相连。
6.根据权利要求2所述的一种单向离合器双行星排双电机集成式混合动力系统，其特征在于，所述的第二行星排(8)外侧设有能够锁止所述第二齿圈(8c)第一锁止机构(11)。
7.根据权利要求5所述的一种单向离合器双行星排双电机集成式混合动力系统，其特征在于，所述的第二电机(4)上还设有能够锁止所述连接架(10)的第二锁止机构(12)。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的一种单向离合器双行星排双电机集成式混合动力系统，其特征在于，所述的发动机(1)、第一行星排(7)、第一电机(3)、第二行星排(8)以及第二电机(4)同轴布置。
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