CN108327515A - 基于双行星排的混合动力汽车动力驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于双行星排的混合动力汽车动力驱动系统，第一行星架通过第五传动轴、第一传动轴与第一动力源连接，第一制动器设置于第五传动轴上，第一太阳轮通过第四传动轴与第三动力源形成驱动连接，且第二制动器设置于第四传动轴上；第二行星架与第一齿圈连接，且第二行星架通过第二传动轴与动力输出装置连接，第二太阳轮通过第三传动轴与第二动力源形成驱动连接，第二齿圈与第四传动轴连接；控制器与第一制动器、第二制动器、第一动力源、第二动力源和第三动力源电性连接。本发明中第二动力源和第三动力源安装在远离第一动力源，以减少第一动力源散热温度对第二动力源和第三动力源的影响，简化第二动力源和第三动力源冷却系统，提高系统的效率。

Description

基于双行星排的混合动力汽车动力驱动系统
技术领域
本发明涉及汽车动力传动领域，具体涉及基于双行星排的混合动力汽车动力驱动系统。
背景技术
混合动力汽车的动力驱动系统有串/并联、行星排功率分流等系统，其中由于行星排式功率分流装置通过电机的调速能力具有使发动机转速与车轮转速解耦的功能，可具有较好的燃油经济性。同时，随着电池技术的发展和国家政策对纯电动行驶里程的重视，纯电模式下具有更远行驶里程的插电式混合动力汽车越来越受到各大厂家的关注。
现有基于行星排齿轮机构的功率分流式混合动力驱动系统，在E-CVT混合驱动模式下，若只采用输入功率分流模式，则仅适用于低速行驶工况，高速工况效率下降，但在高速时由于系统存在严重的电功率循环现象，系统效率下降，整车燃油经济性较差且动力性表现不足。因此，为了提高整车燃油经济性，研发具有多挡纯电动行驶模式且具有高效率混合动力E-CVT模式的动力总成成为了发展趋势。
发明内容
本发明的目的在于改善混合动力总成系统的传动效率，提高燃油经济性，提供一种基于双行星排的混合动力汽车动力驱动系统，具有多挡行驶模式，且结构简单可靠。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
基于双行星排的混合动力汽车动力驱动系统，所述系统包括：动力输出装置；
制动器，包括第一制动器和第二制动器；
动力源，包括第一动力源、第二动力源和第三动力源；
第一行星排驱动装置，包括第一太阳轮、第一齿圈、第一行星架及与所述的第一太阳轮和第一齿圈啮合的第一行星轮；所述第一行星架(4)通过第五传动轴、第一传动轴与所述第一动力源连接，所述第一制动器设置于所述第一传动轴上，所述第一太阳轮通过第四传动轴与所述第三动力源形成驱动连接，且所述第二制动器设置于所述第四传动轴上；
第二行星排驱动装置，包括第二太阳轮、第二齿圈、第二行星架及与所述的第二太阳轮和第二齿圈啮合的第二行星轮，所述第二行星架与所述第一齿圈连接，且所述第二行星架通过第二传动轴与所述动力输出装置连接，所述第二太阳轮通过第三传动轴与所述的第二动力源形成驱动连接，所述第二齿圈与所述第四传动轴连接；
控制器，与所述的第一制动器、第二制动器和动力源电性连接。
所述第二动力源、第三动力源位于所述第一行星排驱动装置的同一侧，所述第一动力源位于所述第一行星排驱动装置的另一侧。
通过控制器对所述的第一制动器和第二制动器进行单独或组合离合控制，控制所述系统处于纯电动模式、复合功率分流模式及并联混合驱动模式。
优选地，所述第二齿圈通过第一离合器与所述第四传动轴形成离合连接，所述控制器对所述的第一制动器、第二制动器和第一离合器进行单独或组合离合控制，控制所述系统处于纯电动模式、输入功率分流模式、复合功率分流模式及并联混合驱动模式。
进一步优选地，所述第一齿圈通过第二离合器与所述第二行星架形成离合连接，所述控制器对所述的第一制动器、第二制动器、第一离合器和第二离合器进行单独或组合离合控制，控制所述系统处于纯电动模式、输入功率分流模式、复合功率分流模式及并联混合驱动模式。
最优选地，所述第一齿圈通过第三离合器与所述第一行星架形成离合连接，所述控制器对所述的第一制动器、第二制动器、第一离合器、第二离合器和第三离合器进行单独或组合离合控制，控制所述系统处于纯电动模式、串联模式、输入功率分流模式、复合功率分流模式、输出功率分流模式及并联混合驱动模式。
并联混合驱动模式包括并联混合驱动模式一挡和并联混合驱动模式二挡；
所述并联混合驱动模式一挡为通过控制器控制所述的第一制动器和第三离合器处于分离状态，同时控制所述的第二制动器、第一离合器和第二离合器处于结合状态；
所述并联混合驱动模式二挡为通过控制器控制所述第一制动器和第二制动器处于解锁状态，同时控制所述的第一离合器、第二离合器和第三离合器处于结合状态。
所述第一传动轴与一扭转减震器连接，所述扭转减振器通过第五传动轴与所述的第一行星架连接。
所述动力输出装置包括减速齿轮机构、差速器和主减速齿轮，所述差速器分别连接所述的减速齿轮机构和主减速齿轮，且与一动力输出轴连接，所述减速齿轮机构与所述第二传动轴上的同步齿轮啮合。
本发明技术方案，具有如下优点：
A.本发明中第二动力源和第三动力源(即电机)安装在双行星排的同一侧，远离第一动力源(发动机)进行布置以减少第一动力源散热温度对第二动力源和第三动力源的影响，还可简化第二动力源和第三动力源冷却系统的结构和控制进行集成优化设计，提高系统的效率。
B.本发明的多动力源多模动力耦合装置，在E-CVT混合驱动时，通过三个离合器、两个制动器和两行星排齿轮机构实现了E-CVT的输入、复合和输出功率分流模式，改善整车燃油经济性。
C.本发明动力传动系统具有多种纯电动工作模式，不仅具有双电机转矩耦合驱动模式提高纯电动行驶动力性能，而且具有双电机转速耦合纯电动驱动模式，有利于对纯电动行驶时两电机状态进行优化以提高动力系统效率，减少整车运行电耗。
D.本发明动力传动系统，在输入功率分流模式时第三动力源主要用来启动发动机和调节发动机工作点的功能，第二动力源补偿输出端的动力波动；在输出功率分流模式时第三动力源主要用于发电，第二动力源用于调整发动机转速工作点。理论上第三动力源可选择小功率电机，第二动力源可选择较大功率电机，以减少系统成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所提供的动力传动系统图；
图2是本发明所提供的第一种动力传动拓扑构型系统图；
图3是本发明所提供的第二种动力传动拓扑构型系统图；
图4是本发明所提供的第三种动力传动拓扑构型系统图。
图中标识如下：
1-第一动力源； 2-第一传动轴； 3-第一制动器； 4-第一行星架；
5-第一行星轮； 6-第一齿圈； 7-第二齿圈； 8-第二行星轮；
9-第二行星架； 10-第二太阳轮； 11-第二传动轴； 12-同步齿轮；
13-第二动力源； 14-第三动力源； 15-第二制动器； 16-第三传动轴；
17-减速齿轮机构； 18-主减速齿轮； 19-差速器； 20-动力输出轴；
21-第四传动轴； 22-第一太阳轮； 23-第五传动轴； 24-扭转减振器；
25-第一离合器； 26-第二离合器； 27-第三离合器。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，本发明所提供的基于双行星排的混合动力汽车动力驱动系统，其特征在于，所述系统包括：动力输出装置、制动器、动力源、第一行星排驱动装置、第二行星排驱动装置和控制器。其中的动力源包括第一动力源1、第二动力源13和第三动力源14，第一动力源优选为发动机，第二动力源和第三动力源采用电机，下称第二动力源为电机1，第三动力源为电机2，制动器包括第一制动器3和第二制动器15。
本发明所采用的第一行星排驱动装置包括第一太阳轮22、第一齿圈6、第一行星架4及与第一太阳轮22和第一齿圈6啮合的第一行星轮5；第一行星架4通过第一传动轴2与所述第一动力源1连接，第一制动器3设置于第一传动轴2上，第一太阳轮22通过第四传动轴21与第三动力源14形成驱动连接，且第二制动器15设置于第四传动轴21上，用于控制第四传动轴21解锁或锁止。
优选地，第一传动轴2与一扭转减震器24连接，扭转减振器24通过第五传动轴23与第一行星架4连接。
第二行星排驱动装置包括第二太阳轮10、第二齿圈7、第二行星架9及与第二太阳轮10和第二齿圈7啮合的第二行星轮8，第二行星架9与第一齿圈6连接，且第二行星架9通过第二传动轴11与动力输出装置连接，第二太阳轮10通过第三传动轴16与第二动力源13形成驱动连接，第二齿圈7与第四传动轴21连接；而所述动力输出装置包括减速齿轮机构17、差速器19和主减速齿轮18，差速器19分别连接减速齿轮机构17和主减速齿轮18，差速器19与一动力输出轴20连接，减速齿轮机构17与第二传动轴11上的同步齿轮12啮合传动。
控制器分别与第一制动器3、第二制动器15和动力源电性连接，用于对第一制动器3和第二制动器15进行单独或组合离合控制，使系统处于纯电动模式、复合功率分流模式及并联混合驱动模式。
本发明优选地将第二动力源13、第三动力源14位于第一行星排驱动装置的同一侧，第一动力源1位于第一行星排驱动装置的另一侧。本发明中第二动力源13、第三动力源14安装在双行星排的一侧，远离第一动力源(发动机)进行布置以减少发动机散热温度对两电机的影响，还可简化电机冷却系统的结构和控制进行集成优化设计，提高系统的效率。
下面就本发明的混合动力传动系统的典型工作模式及相应的动力传递路线作具体描述:
表1对应图1典型工作模式
注：0表示制动器解锁状态，1表示制动器制动状态。B1、B2分别表示第一制动器、第二制动器。
1.纯电动模式：当第一制动器B1处于结合状态和第二制动器B2处于分离状态时，发动机由第一制动器B1锁止，电机2与电机1转矩耦合驱动整车行驶。
2.复合功率分流模式：当第一制动器B1和第二制动器B2都处于分离状态时，为E-CVT混合驱动模式，此模式可通过电机1和电机2同时调节发动机工作点，以提高整车燃油经济性。
3.并联混合驱动模式：当第一制动器B1处于分离状态和第二制动器B2处于结合状态时，电机1被B2锁止，发动机和电机2转矩耦合进入并联混合动力驱动模式。该模式还可进一步改善电机处于机械点附近时系统效率较低的情况，进一步改善整车燃油经济性。
4.再生制动模式：当制动时，发动机断油，B1结合，B2分离，发动机由B1锁止，单电机或两电机提供制动转矩和平衡转矩，以进行制动能量回收，并保持系统平顺运行。
实施例2
如图2所示，在实施例1的基础上增加第一离合器25，即第二齿圈7通过第一离合器25与第四传动轴21形成离合连接，控制器对第一制动器3、第二制动器15和第一离合器25进行单独或组合离合控制，控制系统处于纯电动模式、输入功率分流模式、复合功率分流模式及并联混合驱动模式，具体的典型工作模式如表2所示。
表2对应图2典型工作模式
注：0表示离合器或制动器分离或解锁状态，1表示离合器或制动器结合或制动状态。B1、B2、CL1分别表示第一制动器、第二制动器、第一离合器。
实施例3
如图3所示，在实施例2的基础上增加第二离合器26，即第一齿圈6通过第二离合器26与第二行星架9形成离合连接，控制器对第一制动器3、第二制动器15、第一离合器25和第二离合器26进行单独或组合离合控制，控制系统处于纯电动模式、输入功率分流模式、复合功率分流模式及并联混合驱动模式，具体的典型工作模式如表3所示。
表3对应图3典型工作模式
注：0表示离合器或制动器分离或解锁状态，1表示离合器或制动器结合或制动状态。B1、B2、CL1、CL2分别表示第一制动器、第二制动器、第一离合器、第二离合器。
实施例4
如图4所示，在实施例3的基础上增加第三离合器27，即第一齿圈6通过第三离合器27与第一行星架4形成离合连接，控制器对第一制动器3、第二制动器15、第一离合器25、第二离合器26和第三离合器27进行单独或组合离合控制，控制系统处于纯电动模式、串联模式、输入功率分流模式、复合功率分流模式、输出功率分流模式及并联混合驱动模式。具体的典型工作模式如表4所示。
表4对应图4典型工作模式
注：0表示离合器或制动器分离或解锁状态，1表示离合器或制动器结合或制动状态。B1、B2、CL1、CL2、CL3分别表示第一制动器、第二制动器、第一离合器、第二离合器、第三离合器。下面对串联模式、输入功率分流模式、复合功率分流模式、输出功率分流模式和并联混合驱动模式进行说明。
1.串联模式：当B1、CL1和CL2处于分离状态，B2和CL3处于结合状态时，进入串联行驶模式，则发动机使电机1发电，仅电机2单独驱动整车行驶。
2.输入功率分流模式：当B1、CL1和CL3处于分离状态，B2和CL2处于结合状态时，进入E-CVT混合驱动模式1，即为输入功率分流模式，改善低速时整车燃油经济性。
3.复合功率分流模式：当B1、B2和CL3处于分离状态，CL1和CL2处于结合状态时，进入E-CVT混合驱动模式2，即为复合功率分流模式，改善中高速时整车燃油经济性。
4.输出功率分流模式：当B1、B2和CL2处于分离状态，CL1和CL3处于结合状态时，进入E-CVT混合驱动模式3，即为输出功率分流模式，改善高速时整车燃油经济性。
5.并联混合驱动模式
包括并联混合驱动模式一挡和并联混合驱动模式二挡。
其中的并联混合驱动模式一挡为通过控制器控制第一制动器B1和第三离合器CL3处于分离状态，同时控制第二制动器B2、第一离合器CL1和第二离合器CL2处于结合状态；
并联混合驱动模式二挡为通过控制器控制第一制动器B1和第二制动器B2处于解锁状态，同时控制第一离合器CL1、第二离合器CL2和第三离合器CL3处于结合状态。
6.再生制动模式：当制动时，发动机断油，单电机或两电机提供制动转矩和平衡转矩，以进行制动能量回收，并保持系统平顺运行。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1.基于双行星排的混合动力汽车动力驱动系统，其特征在于，所述系统包括：动力输出装置；
制动器，包括第一制动器(3)和第二制动器(15)；
动力源，包括第一动力源(1)、第二动力源(13)和第三动力源(14)；
第一行星排驱动装置，包括第一太阳轮(22)、第一齿圈(6)、第一行星架(4)及与所述的第一太阳轮(22)和第一齿圈(6)啮合的第一行星轮(5)；所述第一行星架(4)通过第五传动轴(23)、第一传动轴(2)与所述第一动力源(1)连接，所述第一制动器(3)设置于所述第五传动轴(23)上，所述第一太阳轮(22)通过第四传动轴(21)与所述第三动力源(14)形成驱动连接，且所述第二制动器(15)设置于所述第四传动轴(21)上；
第二行星排驱动装置，包括第二太阳轮(10)、第二齿圈(7)、第二行星架(9)及与所述的第二太阳轮(10)和第二齿圈(7)啮合的第二行星轮(8)，所述第二行星架(9)与所述第一齿圈(6)连接，且所述第二行星架(9)通过第二传动轴(11)与所述动力输出装置连接，所述第二太阳轮(10)通过第三传动轴(16)与所述的第二动力源(13)形成驱动连接，所述第二齿圈(7)与所述第四传动轴(21)连接；
控制器，与所述的第一制动器(3)、第二制动器(15)和动力源电性连接。
2.根据权利要求1所述的基于双行星排的混合动力汽车动力驱动系统，其特征在于，所述第二动力源(13)、第三动力源(14)位于所述第一行星排驱动装置的同一侧，所述第一动力源(1)位于所述第一行星排驱动装置的另一侧。
3.根据权利要求2所述的基于双行星排的混合动力汽车动力驱动系统，其特征在于，通过控制器对所述的第一制动器(3)和第二制动器(15)进行单独或组合离合控制，控制所述系统处于纯电动模式、复合功率分流模式及并联混合驱动模式。
4.根据权利要求3所述的基于双行星排的混合动力汽车动力驱动系统，其特征在于，所述第二齿圈(7)通过第一离合器(25)与所述第四传动轴(21)形成离合连接，所述控制器对所述的第一制动器(3)、第二制动器(15)和第一离合器(25)进行单独或组合离合控制，控制所述系统处于纯电动模式、输入功率分流模式、复合功率分流模式及并联混合驱动模式。
5.根据权利要求4所述的基于双行星排的混合动力汽车动力驱动系统，其特征在于，所述第一齿圈(6)通过第二离合器(26)与所述第二行星架(9)形成离合连接，所述控制器对所述的第一制动器(3)、第二制动器(15)、第一离合器(25)和第二离合器(26)进行单独或组合离合控制，控制所述系统处于纯电动模式、输入功率分流模式、复合功率分流模式及并联混合驱动模式。
6.根据权利要求5所述的基于双行星排的混合动力汽车动力驱动系统，其特征在于，所述第一齿圈(6)通过第三离合器(27)与所述第一行星架(4)形成离合连接，所述控制器对所述的第一制动器(3)、第二制动器(15)、第一离合器(25)、第二离合器(26)和第三离合器(27)进行单独或组合离合控制，控制所述系统处于纯电动模式、串联模式、输入功率分流模式、复合功率分流模式、输出功率分流模式及并联混合驱动模式。
7.根据权利要求6所述的基于双行星排的混合动力汽车动力驱动系统，其特征在于，并联混合驱动模式包括并联混合驱动模式一挡和并联混合驱动模式二挡；
所述并联混合驱动模式一挡为通过控制器控制所述的第一制动器(3)和第三离合器(27)处于分离状态，同时控制所述的第二制动器(15)、第一离合器(25)和第二离合器(26)处于结合状态；
所述并联混合驱动模式二挡为通过控制器控制所述第一制动器(3)和第二制动器(15)处于分离状态，同时控制所述的第一离合器(25)、第二离合器(26)和第三离合器(27)处于结合状态。
8.根据权利要求1-7任一所述的基于双行星排的混合动力汽车动力驱动系统，其特征在于，所述第一传动轴(2)与扭转减震器(24)连接，所述扭转减振器(24)通过第五传动轴(23)与所述的第一行星架(4)连接。
9.根据权利要求8所述的基于双行星排的混合动力汽车动力驱动系统，其特征在于，所述动力输出装置包括减速齿轮机构(17)、差速器(19)和主减速齿轮(18)，所述差速器(19)分别连接所述的减速齿轮机构(17)和主减速齿轮(18)，且与动力输出轴(20)连接，所述减速齿轮机构(17)与所述第二传动轴(11)上的同步齿轮(12)啮合传动。
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