CN108382182A - 一种双行星排多模混合动力汽车动力传动系统 - Google Patents

一种双行星排多模混合动力汽车动力传动系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双行星排多模混合动力汽车动力传动系统，第一行星架的动力输入端通过第一传动轴与第一动力源连接，第一行星架上形成两个动力输出端，其一动力输出端通过第一离合器与第二齿圈形成驱动连接，另一动力输出端通过第二离合器与第一齿圈形成驱动连接，且与第一行星轮形成耦合连接，第一太阳轮通过第三传动轴与第三动力源连接；第二行星架与第二行星轮形成耦合连接，第二行星架的动力输入端通过第三离合器与第一齿圈形成驱动连接，其动力输出端通过减速装置与动力输出轴连接；第二太阳轮通过第二传动轴与述第二动力源连接，第二行星轮与述第二齿圈形成啮合驱动。本发明仅通过两个行星排驱动装置实现了E‑CVT混合驱动下分别适应低速、中速、高速的输入、复合、输出三种功率分流模式，改善整车燃油经济性。

Description

一种双行星排多模混合动力汽车动力传动系统
技术领域
本发明涉及汽车动力传动领域，具体涉及一种双行星排多模混合动力汽车动力传动系统。
背景技术
随着能源危机的不断加剧和生态环境的日益恶化，节能与环保已成为当前国际社会重点关注的两大主题。各国政府纷纷出台相关政策，鼓励和推动新能源汽车的研发。这其中，燃料电池汽车和纯电动汽车由于技术原因，短期内难以普及。因此作为过渡产品的混合动力汽车越来越受到重视。作为目前最有效的节能汽车方案，混合动力汽车的动力总成系统有串联、并联、串并联、行星排功率分流等系统，其中由于行星排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，使得在大多工况下整车具有较好的燃油经济性，所以更受到各大厂家的青睐。
根据行星排各节点与动力源之间的连接方式，功率分流装置又具有输入功率分流、复合功率分流、输出功率分流功能。其中，搭载有单排单模输入功率分流装置的丰田Pruis车型销售量处于行内领先地位，搭载双排单模复合功率分流装置的吉利帝豪车型技术也日趋成熟，销售也是节节攀升，同时搭载有输出功率分流装置的雪佛兰Volt车型也同样表现出了优异的市场份额，此外，搭载具有输入功率分流和复合功率分流模式的GM相关车型由于具有较好的燃油经济性市场表现同样出色。但是现有以功率分流式动力耦合机构为基础的混合动力总成系统，在E-CVT混合驱动模式下，若只采用输入分流模式，则仅适用于低速行驶工况，中高速或高速工况系统传动效率下降；若只采用复合功率分流模式，则适用于中高速行驶工况，而在低速工况或高速工况下系统传动效率也会下降；采用输入和复合功率分流双模的系统，在低速、中高速工况下具有较高的传动效率，但高速工况下效率依然会下降，而降低整车燃油经济性。
因此，需要对现有技术中的混合动力总成系统功率分流动力耦合机构进行改进和优化设计，提出一种具有输入、复合、输出、串联、并联等多种模式，适应低速、中速、高速全工况，且结构相对简单可靠的动力传动系统。
发明内容
本发明的目的在于解决现有混合动力总成系统所存在的上述弊端，提供一种双行星排多模混合动力汽车动力传动系统，具有输入、复合、输出、串联等多种模式，适应于低速、中速、高速全工况，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：
一种双行星排多模混合动力汽车动力传动系统，所述系统包括：制动器；
动力源，包括第一动力源、第二动力源和第三动力源；
齿圈，包括第一齿圈和第二齿圈，所述第二齿圈与所述制动器连接；
第一行星排驱动装置，包括第一行星架、第一太阳轮和与所述第一太阳轮啮合的第一行星轮，所述第一行星架的动力输入端通过第一传动轴与所述第一动力源连接，所述第一行星架上形成两个动力输出端，其一所述动力输出端通过第一离合器与所述第二齿圈形成驱动连接，另一所述动力输出端通过第二离合器与所述第一齿圈形成驱动连接，且与所述第一行星轮形成耦合连接，所述第一太阳轮通过第三传动轴与所述第三动力源连接；
第二行星排驱动装置，包括第二行星架、第二太阳轮和与所述第二太阳轮啮合的第二行星轮，所述第二行星架与所述第二行星轮形成耦合连接，所述第二行星架的动力输入端通过第三离合器与所述第一齿圈形成驱动连接，其动力输出端通过减速装置与动力输出轴连接；所述第二太阳轮通过第二传动轴与所述第二动力源连接，所述第二行星轮与所述第二齿圈形成啮合驱动；
控制器，与所述的第一离合器、第二离合器、第三离合器、制动器和动力源电性连接。
通过控制器对所述的制动器、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、E-CVT混合驱动模式和并联混合驱动模式。
所述串联模式为通过控制器控制所述的第一离合器和第三离合器处于分离状态，同时控制所述的第二离合器和制动器处于结合状态。
所述的E-CVT混合驱动模式包括输入功率分流模式、复合功率分流模式和输出功率分流模式；
所述输出功率分流模式为通过控制器控制所述的第一离合器和第二离合器处于结合状态，所述第一行星架分别与所述的第一齿圈和第二齿圈形成一体，同时控制所述的第三离合器和制动器处于分离状态。
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，用于提高汽车动力性；
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离合器、第二离合器和第三离合器处于结合状态，同时控制所述制动器处于分离状态；
所述并联混合驱动模式二挡为通过控制器控制所述第一离合器处于分离状态，同时控制所述的第二离合器、第三离合器和制动器处于结合状态。
所述系统还包括再生制动模式，所述制动器制动时，所述第一动力源断油，通过所述第二动力源和/或第三动力源提供制动转矩和平衡转矩，将所产生的制动能量回收。
所述第一动力源为发动机，所述第二动力源和第三动力源为电机。
所述第一传动轴与所述第一动力源之间设有扭转减振器。
所述减速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，且与所述的动力输出轴连接，所述减速齿轮机构与所述第二行星架端部的同步齿轮啮合。
所述第一动力源分布于所述第一行星排驱动装置、第二行星排驱动装置的同一侧，所述第二动力源和第三动力源分布于所述第一行星排驱动装置、第二行星排驱动装置的另一侧。
本发明技术方案，具有如下优点：
A.本发明的多动力源多模动力耦合装置仅通过两个行星排驱动装置实现了E-CVT混合驱动下分别适应低速、中速、高速的输入、复合、输出三种功率分流模式，且具有可用于增大纯电动行驶里程的串联模式。能够在整个运行车速区间提高传动系统运行效率，改善整车燃油经济性。
B.本发明制动器B1连接在第二齿圈上，结合第一行星架与第二齿圈的第一离合器，可锁止发动机，防止发动机倒转，减少了发动机传动轴制动器布置，优化了系统结构，使系统结构相对简单易行。
C.本发明在E-CVT混合动力驱动下，当第二动力源或第三动力源处于零转速附近工作，即处于第一或二机械点附近，可通过切换至并联混合驱动模式1或2来改善传动系统效率，提高整车燃油经济性。
D.本发明中第二动力源与第三动力源安装在双行星排的一侧，且远离第一动力源进行布置，以减少第一动力源散热温度对另外两动力源的影响，还可简化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。
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。
图中标识如下：
1-第一动力源； 2-第一传动轴； 3-第一离合器； 4-第一齿圈；
5-第二离合器； 6-第二齿圈； 7-制动器； 8-第二行星轮；
9-第二行星架； 10-第二太阳轮； 11-第二动力源； 12-同步齿轮；
13-第二传动轴； 14-第三传动轴； 15-第三动力源； 16-减速齿轮机构；
17-差速器； 18-主减速齿轮； 19-动力输出轴； 20-第三离合器；
21-第一行星轮； 22-第一行星架； 23-第一太阳轮； 24-扭转减振器。
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。
如图1所示，本发明所提供的一种双行星排多模混合动力汽车动力传动系统，包括：制动器7、动力源、齿圈、第一行星排驱动装置、第二行星排驱动装置和控制器等；其中的动力源包括第一动力源1、第二动力源11和第三动力源15；齿圈包括第一齿圈4和第二齿圈6，第二齿圈6与制动器7连接。
第一行星排驱动装置包括第一行星架22、第一太阳轮23和与第一太阳轮23啮合的第一行星轮21，第一行星架22的动力输入端通过第一传动轴2与第一动力源1连接，第一行星架22上形成两个动力输出端，其中一个动力输出端通过第一离合器3与第二齿圈6形成驱动连接，另一个动力输出端通过第二离合器5与第一齿圈4形成驱动连接，并且另一个动力输出端与第一行星轮21形成耦合连接，第一太阳轮23通过第三传动轴14第三动力源15连接。
本发明中的第二行星排驱动装置包括第二行星架9、第二太阳轮10和与第二太阳轮10啮合的第二行星轮8，第二行星架9与第二行星轮8形成耦合连接，第二行星架9的动力输入端通过第三离合器20与第一齿圈4形成驱动连接，其动力输出端通过减速装置与图示中的动力输出轴19形成驱动连接；第二太阳轮10通过第二传动轴13与第二动力源11连接，第二行星轮8与第二齿圈6形成啮合驱动；其中的控制器与第一离合器3、第二离合器5、第三离合器20、制动器7和动力源电性连接，用于控制各个离合器和制动器7的离合状况。其中的减速装置包括减速齿轮机构16、差速器17和主减速齿轮18，差速器17分别连接减速齿轮机构16和主减速齿轮18，且与动力输出轴19连接，减速齿轮机构16与第二行星架9端部的同步齿轮12啮合。
通过控制器可以对制动器7、第一离合器3、第二离合器5和第三离合器20进行单独或组合离合控制，控制车辆处于纯电动模式、增程式纯电动模式、E-CVT混合驱动模式和并联混合驱动模式，适合低速、中速和高速行驶。
本发明的多动力源多模动力耦合系统仅通过两排行星齿轮机构实现了E-CVT混合驱动下分别适应低速、中速、高速的输入、复合、输出三种功率分流模式，且具有可用于增大纯电动行驶里程的串联模式。能够在整个运行车速区间提高传动系统运行效率，改善整车燃油经济性。
本发明中第一动力源优选为发动机，第二动力源和第三动力源优选为电机。在第一传动轴与第一动力源之间设有扭转减振器。本发明制动器连接于第二齿圈上，结合第一行星架与第二齿圈的第一离合器，可锁止发动机，防止发动机倒转，减少了发动机传动轴制动器布置，优化了系统结构，是系统结构相对简单易行。
本发明采用两动力源11、15远离第一动力源1进行布置，以减少第一动力源(即发动机)散热温度对第二动力源(电机1)和第三动力源(电机2)的影响，还可简化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，其中的第二动力源和第三动力源分布于第一行星排驱动装置、第二行星排驱动装置的同一侧。
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典型工作模式
注：0表示离合器或制动器分离状态，1表示离合器或制动器结合状态。CL1、CL2、CL3、B1分别表示第一离合器、第二离合器、第三离合器和制动器。
1.纯电动模式：
纯电动模式1：当整车负载不高时，第一离合器CL1、第二离合器CL2和第三离合器CL3处于分离状态，制动器B1将第二齿圈6锁止，第三动力源15静止，仅有第二动力源11作为动力源将转矩通过第二行星架9传动到动力输出轴19驱动整车运行。
纯电动模式2：当整车负载较高且仅第三动力源15难以驱动整车运行时，第二离合器CL2保持分离状态，制动器B1保持锁止状态，第一离合器CL1和第三离合器CL3结合，第一动力源由B1锁止，第三动力源15和第二动力源11转矩耦合共同驱动整车运行，即为纯电动模式2。
2.串联模式：当电池电量不足且整车控制器判断该串联模式系统效率更高时，第一离合器CL1和第三离合器CL3处于分离状态，第二离合器CL2闭合，此时由第一动力源带动第三动力源15进行发电，来维持第二动力源11驱动整车运行，以增大整车纯电动驱动续驶里程，此模式称为增程式纯电动模式。
本发明在E-CVT混合动力模式中包括三个模式，分别为输入功率分流模式、复合功率分流模式和输出功率分流模式。
3.输入功率分流模式：当整车处于E-CVT混合动力模式且运行于低速工况时，分离第一离合器CL1与第二离合器CL2，结合第三离合器CL3和制动器B1，进入E-CVT混合驱动模式1，即输入功率分流模式，该模式通过第一动力源1调节发动机运行工作点，以改善整车燃油经济性。
4.复合功率分流模式：当整车处于E-CVT混合动力模式且运行于中高速工况时，控制器将第一离合器CL1和第三离合器CL3置于结合状态，同时将第二离合器CL2和制动器B1置于分离状态，进入E-CVT混合驱动模式2，即复合功率分流模式，该模式下可通过第三动力源15和第二动力源11共同调节第一动力源1的运行工作点，以改善整车燃油经济性。
5.输出功率分流模式：当整车处于E-CVT混合动力模式且运行于高速工况时，控制器将第一离合器CL1和第二离合器CL2置于结合状态，同时将第三离合器CL3和制动器B1置于分离状态，进入E-CVT混合驱动模式3，即输出功率分流模式，该模式可通过第二动力源11调节第一动力源1转速工作点，以改善整车燃油经济性。
本发明通过图1所示传动系统还可以实现如下的并联混合驱动模式和再生制动模式。
6.并联混合驱动模式：包括并联混合驱动模式1和并联混合驱动模式2。
通过闭合第一离合器CL1、第二离合器CL2和第三离合器CL3，分离制动器B1，可实现发动机、电机1和电机2转矩耦合的并联混合动力驱动模式一挡。当闭合第二离合器CL2、第三离合器CL3和制动器B1，分离第一离合器CL1时，可实现发动机、电机1和电机2三动力源转矩耦合的并联混合动力驱动模式二挡。
7.再生制动模式：当制动时，发动机断油，可通过一个或两个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 (10)

1.一种双行星排多模混合动力汽车动力传动系统，其特征在于，所述系统包括：制动器(7)；
动力源，包括第一动力源(1)、第二动力源(11)和第三动力源(15)；
齿圈，包括第一齿圈(4)和第二齿圈(6)，所述第二齿圈(6)与所述制动器(7)连接；
第一行星排驱动装置，包括第一行星架(22)、第一太阳轮(23)和与所述第一太阳轮(23)啮合的第一行星轮(21)，所述第一行星架(22)的动力输入端通过第一传动轴(2)与所述第一动力源(1)连接，所述第一行星架(22)上形成两个动力输出端，其一所述动力输出端通过第一离合器(3)与所述第二齿圈(6)形成驱动连接，另一所述动力输出端通过第二离合器(5)与所述第一齿圈(4)形成驱动连接，且与所述第一行星轮(21)形成耦合连接，所述第一太阳轮(23)通过第三传动轴(14)与所述第三动力源(15)连接；
第二行星排驱动装置，包括第二行星架(9)、第二太阳轮(10)和与所述第二太阳轮(10)啮合的第二行星轮(8)，所述第二行星架(9)与所述第二行星轮(8)形成耦合连接，所述第二行星架(9)的动力输入端通过第三离合器(20)与所述第一齿圈(4)形成驱动连接，其动力输出端通过减速装置与动力输出轴(19)连接；所述第二太阳轮(10)通过第二传动轴(13)与所述第二动力源(11)连接，所述第二行星轮(8)与所述第二齿圈(6)形成啮合驱动；
控制器，与所述的第一离合器(3)、第二离合器(5)、第三离合器(20)、制动器(7)和动力源电性连接。
2.根据权利要求1所述的双行星排多模混合动力汽车动力传动系统，其特征在于，通过控制器对所述的制动器(7)、第一离合器(3)、第二离合器(5)和第三离合器(20)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、E-CVT混合驱动模式和并联混合驱动模式。
3.根据权利要求2所述的双行星排多模混合动力汽车动力传动系统，其特征在于，所述串联模式为通过控制器控制所述的第一离合器(3)和第三离合器(20)处于分离状态，同时控制所述的第二离合器(5)和制动器(7)处于结合状态。
4.根据权利要求2所述的双行星排多模混合动力汽车动力传动系统，其特征在于，所述的E-CVT混合驱动模式包括输入功率分流模式、复合功率分流模式和输出功率分流模式；
所述输出功率分流模式为通过控制器控制所述的第一离合器(3)和第二离合器(5)处于结合状态，所述第一行星架(22)分别与所述的第一齿圈(4)和第二齿圈(6)形成一体，同时控制所述的第三离合器(20)和制动器(7)处于分离状态。
5.根据权利要求2所述的双行星排多模混合动力汽车动力传动系统，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，用于提高汽车动力性；
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离合器(3)、第二离合器(5)和第三离合器(20)处于结合状态，同时控制所述制动器(7)处于分离状态；
所述并联混合驱动模式二挡为通过控制器控制所述第一离合器(3)处于分离状态，同时控制所述的第二离合器(5)、第三离合器(20)和制动器(7)处于结合状态。
6.根据权利要求2-5任一所述的双行星排多模混合动力汽车动力传动系统，其特征在于，所述系统还包括再生制动模式，所述制动器制动时，所述第一动力源断油，通过所述第二动力源和/或第三动力源提供制动转矩和平衡转矩，将所产生的制动能量回收。
7.根据权利要求6所述的双行星排多模混合动力汽车动力传动系统，其特征在于，所述第一动力源为发动机，所述第二动力源和第三动力源为电机。
8.根据权利要求7所述的双行星排多模混合动力汽车动力传动系统，其特征在于，所述第一传动轴(2)与所述第一动力源(1)之间设有扭转减振器(24)。
9.根据权利要求8所述的双行星排多模混合动力汽车动力传动系统，其特征在于，所述减速装置包括减速齿轮机构(16)、差速器(17)和主减速齿轮(18)，所述差速器(17)分别连接所述的减速齿轮机构(16)和主减速齿轮(18)，且与所述的动力输出轴(19)连接，所述减速齿轮机构(16)与所述第二行星架(9)端部的同步齿轮(12)啮合。
10.根据权利要求1所述的双行星排多模混合动力汽车动力传动系统，其特征在于，所述第一动力源(1)分布于所述第一行星排驱动装置、第二行星排驱动装置的同一侧，所述第二动力源(11)和第三动力源(15)分布于所述第一行星排驱动装置、第二行星排驱动装置的另一侧。
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