CN108394266B - 双行星排多模混合动力汽车动力驱动系统 - Google Patents

双行星排多模混合动力汽车动力驱动系统 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驱动系统，第一行星架通过第一离合器与第一太阳轮形成离合连接，第一太阳轮通过第三传动轴与第三动力源连接，第一动力源通过第一传动轴、第四传动轴与第一行星架连接，制动器设置于第四传动轴上；第二行星架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第二动力源连接，齿圈通过第二离合器与第二行星架形成离合连接；控制器与第一离合器、第二离合器、制动器、第一动力源、第二动力源和第三动力源电性连接。本发明的多动力源多模动力耦合装置，在E‑CVT混合驱动时，通过两个离合器、一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。

Description

双行星排多模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，具体涉及双行星排多模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，使具有较好的燃油经济性，而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，比如具有代表性的丰田Prius类车型，在中低速时表现良好的燃油经济性，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，为了提高低速和中高速行驶工况下的整车燃油经济性，大多数混合动力驱动系统都采用输入分流式与复合分流式两种模式组合。但是这种驱动系统在高速工况下仍然具有明显的电功率循环现象而降低驱动系统的效率。而输出功率分流系统在高速工况下无电功率循环现象而具有较高的传动效率，可改善高速时整车燃油经济性。
因此，需要对现有技术中的混合动力驱动系统进行改进，找到一种结构相对简单，且能够实现低速中速和高速下具有较高传动效率的动力驱动耦合装置，提高整车燃油经济性。
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，提供一种双行星排多模混合动力汽车动力驱动系统，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驱动系统，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；
第一行星排驱动装置，包括齿圈、第一行星架、第一太阳轮及与所述的第一太阳轮和齿圈啮合的第一行星轮；所述第一行星架通过第一离合器与所述第一太阳轮形成离合连接，所述第一太阳轮通过第三传动轴与所述第三动力源连接，所述第一动力源依次通过第一传动轴、扭转减振器、第四传动轴与所述的第一行星架连接，所述制动器设置于所述第四传动轴上；
第二行星排驱动装置，包括第二行星架、第二太阳轮及与所述第二太阳轮和齿圈啮合的第二行星轮；所述第二行星架通过减速装置与所述动力输出轴连接；所述第二太阳轮通过第二传动轴与所述第二动力源连接，所述齿圈通过第二离合器与所述第二行星架形成离合连接；
控制器，与所述的第一离合器、第二离合器、制动器和动力源电性连接。
所述齿圈包括第一齿圈和第二齿圈，所述第一齿圈与所述的第二行星架连接，所述动力输出轴通过所述减速装置与所述第二齿圈连接，且所述第二齿圈通过第二离合器与所述第二行星架形成离合连接。
所述齿圈包括第一齿圈和第二齿圈，所述动力输出轴通过所述减速装置与所述第二齿圈连接，所述第二齿圈通过第二离合器与所述第二行星架形成离合连接，所述第二行星架与第一行星架连接；所述第四传动轴与所述第一齿圈连接。
进一步地，所述的第一行星轮与所述第二行星轮连接。
所述齿圈包括第一齿圈和第二齿圈，所述第一行星架与所述第二齿圈连接，所述第一齿圈与所述第四传动轴连接，且所述第一行星架与所述第一传动轴中断连接。
通过控制器对所述的制动器、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、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制动器处于结合状态，同时控制所述的第一离合器和第二离合器处于分离状态。
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处于结合状态，同时控制所述的第二离合器和制动器处于分离状态。
所述并联混合驱动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，同时控制所述制动器处于分离状态。
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上的同步齿轮啮合传动。
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，在E-CVT混合驱动时，通过两个离合器、一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。
B.本发明两排行星齿轮机构动力耦合装置，具有两个系统机械点，通过对前后排速比优化，可扩大驱动系统在整个运行工况下的传动效率。
C.本发明动力驱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.本发明动力驱动系统，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。
E.本发明中第二动力源和第三动力源安装在双行星排的同一侧，远离发动机进行布置以减少发动机散热温度对电机的影响，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。
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驱动系统图；
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5是本发明所提供的第四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-扭转减振器； 4-制动器；
5-第一行星架； 6-第一行星轮； 7-齿圈； 8-第二行星轮；
9-第二离合器； 10-第一齿轮； 11-第二动力源； 12-第二传动轴；
13-第三传动轴； 14-第三动力源； 15-减速齿轮机构； 16-差速器；
17-主减速齿轮； 18-动力输出轴； 19-第二行星架； 20-第一离合器；
21-第二太阳轮； 22-第一太阳轮； 23-第四传动轴。
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驱动系统，包括：制动器4、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；动力源包括第一动力源1、第二动力源11和第三动力源14，其中的第一动力源为发动机，第二动力源和第三动力源采用电机。
第一行星排驱动装置包括齿圈7、第一行星架5、第一太阳轮22及与第一太阳轮22和齿圈7啮合的第一行星轮6；第一行星架5通过第一离合器20与第一太阳轮22形成离合连接，第一太阳轮22通过第三传动轴13与第三动力源14连接，第一动力源1依次通过第一传动轴2、扭转减振器3、第四传动轴23与第一行星架5连接，制动器4设置于第一传动轴2上，用于对第一传动轴2采用制动。本发明中优选地在第一传动轴2和第四传动轴23之间设置一扭转减振器3，制动器4设置在第四传动轴23上，第四传动轴23与第一行星排驱动装置连接。
第二行星排驱动装置包括第二行星架19、第二太阳轮21及与第二太阳轮21和齿圈7啮合的第二行星轮8；第二行星架19通过减速装置与动力输出轴18连接；第二太阳轮21通过第二传动轴12与第二动力源11连接，齿圈7通过第二离合器9与第二行星架19形成离合连接。
其中的减速装置包括减速齿轮机构15、差速器16和主减速齿轮17，差速器16分别连接减速齿轮机构15和主减速齿轮17，且与动力输出轴18连接，减速齿轮机构15与第二行星架19上的同步齿轮10啮合传动。
本发明中优选地将第二动力源和第三动力源安装在双行星排的同一侧，远离发动机进行布置以减少发动机散热温度对电机的影响，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。
控制器与第一离合器20、第二离合器9、制动器4和动力源电性连接。通过控制器可以对制动器4、第一离合器20和第二离合器9进行单独或组合离合控制，控制车辆处于纯电动模式、串联模式、E-CVT混合驱动模式和并联混合驱动模式，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驱动系统运行效率，改善整车燃油经济性。
下面就本发明的混合动力驱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(下称第一动力源为发动机，第三动力源为电机1，第二动力源为电机2)。
表1典型工作模式
Figure GDA0002590826300000061
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、B1分别表示第一离合器、第二离合器和制动器。
1.纯电动模式：
纯电动模式1：当第一离合器CL1和制动器B1处于打开状态，第二离合器CL2处于结合状态时，发动机由自身静摩擦力而保持静止，电机1处于空转状态，仅电机2直接驱动整车运行。
纯电动模式2：当第一离合器CL1和制动器B1处于结合状态，第二离合器CL2处于打开状态时，第一行星排由B1锁止，则仅电机2以一固定速比驱动整车运行。
纯电动模式3：当第二离合器CL2和制动器B1处于结合状态，第一离合器CL1处于打开状态时，发动机由B1锁止，电机2和电机1转矩耦合驱动整车运行。
纯电动模式4：当第一离合器CL1和第二离合器CL2处于打开状态，制动器处于锁止状态时，发动机由B1锁止，电机2和电机1转速耦合驱动整车运行，此时，可以通过优化两电机工作点以提高驱动系统效率，减少整车电耗，增加纯电续驶里程。
本发明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。
2.输入功率分流模式：在中低车速工况下，当第一离合器CL1和制动器B1处于打开状态，第二离合器CL2处于闭合状态时，进入E-CVT混合驱动模式1，此时可通过电机1调速功能调节发动机工作点，以提高整车燃油经济性。
3.复合功率分流模式：在中速工况下，当第一离合器CL1、第二离合器CL2和制动器B1都处于打开状态时，进入E-CVT混合驱动模式2，此时可通过电机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。
4.输出功率分流模式：在高车速工况下，当第二离合器CL2和制动器B1处于打开状态，第一离合器CL1处于闭合状态时，进入E-CVT混合驱动模式3，此时可通过电机2调速功能调节发动机转速工作点，以提高整车燃油经济性。
5.并联混合驱动模式：在E-CVT混合驱动模式，当电机1或电机2转速为0附近时，即系统处于第一机械点或第二机械点附近工作时，闭合第一离合器CL1和第二离合器CL2，打开制动器B1，系统进入三动力源直接转矩耦合驱动的混合动力模式，以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。
6.再生制动模式：当制动时，发动机断油，单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。
本发明通过连接两行星排之间不同的节点位置，在E-CVT混合动力驱动下可实现类似功能的输入、复合和输出功率分流模式，以改善整车燃油经济性，具体如下：
如图2所示，在图1架构的基础上，将齿圈7分为两个，分别为第一齿圈7a和第二齿圈7b，第一齿圈7a与第二行星架19连接，动力输出轴18通过减速装置与第二齿圈7b连接，且第二齿圈7b通过第二离合器9与第二行星架19形成离合连接，得到具有图1所示结构中类似功能模式的一种双行星排多模混合动力汽车动力驱动系统拓扑构型。
如图3所示，在图1架构的基础上，将齿圈7分为第一齿圈7a和第二齿圈7b，动力输出轴18通过减速装置与第二齿圈7b连接，第二齿圈7b通过第二离合器9与第二行星架19形成离合连接，第二行星架19与第一行星架5连接；第四传动轴23与第一齿圈7a连接，且第一行星架5与第一传动轴2中断连接。同样得到具有图1所示结构中类似功能模式的一种双行星排多模混合动力汽车动力驱动系统拓扑构型。
如图4所示，进一步地将图3中的第一行星轮6与第二行星轮8连接，同样得到具有图1所示结构中类似功能模式的一种双行星排多模混合动力汽车动力驱动系统拓扑构型。
如图5所示，对图1的连接节点进一步变形，将齿圈7分为第一齿圈7a和第二齿圈7b，第一行星架5与第二齿圈7b连接，第一齿圈7a与第四传动轴23连接。同样得到具有图1所示结构中类似功能模式的一种双行星排多模混合动力汽车动力驱动系统拓扑构型。
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驱动系统，其特征在于，所述系统包括：制动器(4)；
动力源，包括第一动力源(1)、第二动力源(11)和第三动力源(14)；
第一行星排驱动装置，包括齿圈(7)、第一行星架(5)、第一太阳轮(22)及与所述的第一太阳轮(22)和齿圈(7)啮合的第一行星轮(6)；所述第一行星架(5)通过第一离合器(20)与所述第一太阳轮(22)形成离合连接，所述第一太阳轮(22)通过第三传动轴(13)与所述第三动力源(14)连接，所述第一动力源(1)依次通过第一传动轴(2)、扭转减振器(3)、第四传动轴(23)与所述的第一行星架(5)连接，所述制动器(4)设置于所述第四传动轴(23)上；
第二行星排驱动装置，包括第二行星架(19)、第二太阳轮(21)及与所述第二太阳轮(21)和齿圈(7)啮合的第二行星轮(8)；所述第二行星架(19)通过减速装置与动力输出轴(18)连接；所述第二太阳轮(21)通过第二传动轴(12)与所述第二动力源(11)连接，所述齿圈(7)通过第二离合器(9)与所述第二行星架(19)形成离合连接；
控制器，与所述的第一离合器(20)、第二离合器(9)、制动器(4)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驱动系统，其特征在于，所述齿圈(7)包括第一齿圈(7a)和第二齿圈(7b)，所述第一齿圈(7a)与所述的第二行星架(19)连接，所述动力输出轴(18)通过所述减速装置与所述第二齿圈(7b)连接，且所述第二齿圈(7b)通过第二离合器(9)与所述第二行星架(19)形成离合连接。
3.根据权利要求1所述的双行星排多模混合动力汽车动力驱动系统，其特征在于，所述齿圈(7)包括第一齿圈(7a)和第二齿圈(7b)，所述动力输出轴(18)通过所述减速装置与所述第二齿圈(7b)连接，所述第二齿圈(7b)通过第二离合器(9)与所述第二行星架(19)形成离合连接，所述第二行星架(19)与第一行星架(5)连接；所述第四传动轴(23)与所述第一齿圈(7a)连接。
4.根据权利要求3所述的双行星排多模混合动力汽车动力驱动系统，其特征在于，所述的第一行星轮(6)与所述第二行星轮(8)连接。
5.根据权利要求1所述的双行星排多模混合动力汽车动力驱动系统，其特征在于，所述齿圈(7)包括第一齿圈(7a)和第二齿圈(7b)，所述第一行星架(5)与所述第二齿圈(7b)连接，所述第一齿圈(7a)与所述第四传动轴(23)连接，且所述第一行星架(5)与所述第一传动轴(2)中断连接。
6.根据权利要求1-5任一所述的双行星排多模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制动器(4)、第一离合器(20)和第二离合器(9)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。
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驱动系统，其特征在于，所述串联模式为通过控制器控制所述制动器(4)处于结合状态，同时控制所述的第一离合器(20)和第二离合器(9)处于分离状态。
8.根据权利要求6所述的双行星排多模混合动力汽车动力驱动系统，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(20)处于结合状态，同时控制所述的第二离合器(9)和制动器(4)处于分离状态。
9.根据权利要求6所述的双行星排多模混合动力汽车动力驱动系统，其特征在于，所述并联混合驱动模式为通过控制器控制所述的第一离合器(20)和第二离合器(9)处于结合状态，同时控制所述制动器(8)处于分离状态。
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驱动系统，其特征在于，所述减速装置包括减速齿轮机构(15)、差速器(16)和主减速齿轮(17)，所述差速器(16)分别连接所述的减速齿轮机构(15)和主减速齿轮(17)，且与所述的动力输出轴(18)连接，所述减速齿轮机构(15)与所述第二行星架(19)上的同步齿轮(10)啮合传动。
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