CN108819698A - 单电机混合动力汽车多模耦合动力传动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种单电机混合动力汽车多模耦合动力传动系统，属于新能源汽车动力总成部件技术领域，包括发动机、电机、两套行星齿轮机构、两个离合器、两个制动器、若干齿轮及传动轴、主减速器及差速器总成等。本发明通过控制两个离合器和两个制动器的接合与否改变电机与发动机的耦合方式，来实现电机与发动机转速耦合、电机与发动机转矩耦合，提高了该系统的加速性能，解决了发动机低负荷效率低的问题，并降低了系统路径转换效率损失。
Description
技术领域
本发明属于新能源汽车动力总成部件技术领域，涉及电、液混合动力系统的驱动与制动 装置，具体涉及一种单电机混合动力汽车多模耦合动力传动系统。
背景技术
目前混合动力系统中，双电机加发动机作为动力源的混合动力系统，存在动力源多，成 本高，系统路径能量转换损失大等问题；而单电机加发动机作为动力源的混合动力系统，又 存在发动机低负荷时效率低，能量损失严重等问题。
申请号为CN201621192050.5的中国专利一种新型混合动力耦合系统，包括：发动机；离 合器，发电机，驱动电机，第一档位齿轮和第二档位齿轮，通过同步器控制第一档位齿轮或 第二档位齿轮与中间轴同步结合或分离。本实用新型结构简单，节省空间，方便布置；纯电 动模式以及当发动机参与驱动时，均有两个档位，可以通过选择不同的减速齿轮传动比驱动。 但该混合动力耦合系统具有两个电机，成本高，且增加了系统路径转换能量损失。
申请号为CN201220214161.7的中国专利提供了一种单轴并联混合动力系统，该系统包括 依次串联连接的发动机、离合器一、ISG电机、离合器二和变速器。该方案布局简单，能够 方便的实现发动机与电机转矩耦合或电机单独驱动，但系统处于低负荷时，无法通过电机调 速来调节发动机的工作区间，使得发动机效率低下，影响整个系统的经济性能。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种单电机混合动力汽车多模耦合动力传动系统，能 够提高发动机低负荷时的效率和系统路径能量转换利用率，并提升混合动力系统的经济性。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供的一种单电机混合动力汽车多模耦合动力传动系统，包括发动机、第一行星 齿轮机构、第二行星齿轮机构、主减速器及差速器总成和电机，第一行星齿轮机构由第一太 阳轮、第一行星轮、第一齿圈、第一行星架组成，第二行星齿轮机构由第二齿圈、第二行星 轮、第二行星架、第二太阳轮组成，发动机输出轴与第一太阳轮传动连接，且发动机输出轴 上设有第一制动器；电机输出端与设置在第二太阳轮上的太阳轮轴传动连接；太阳轮轴还与 第一齿圈传动连接；第一行星架与第二行星架传动连接；第二行星架还传动连接有第三齿轮 轴，第三齿轮轴通过第一离合器还传动连接有第二齿轮轴；第二齿圈传动连接有第五齿轮轴， 第五齿轮轴通过第二离合器还传动连接有第四齿轮轴，且第五齿轮轴上设有第二制动器；主 减速器及差速器总成通过与之传动连接的第一齿轮轴分别同第二齿轮轴和第四齿轮轴传动连 接。
进一步，所述的电机通过逆变器与动力电池电气连接，所述的动力电池为电动车蓄电池。
进一步，所述的第一制动器的锁止部通过花键与发动机输出轴连接；所述的第二制动器 的锁止部通过花键与第五齿轮轴连接。
进一步，所述的第一齿圈、第一行星架、第二齿圈上分别同轴设置有第一齿轮、第二齿 轮、第三齿轮，所述的第三齿轮轴背离第一离合器的背离端设有第四齿轮，所述的第二行星 架的两端分别同轴设置有与第二齿轮啮合传动的第十一齿轮和与第四齿轮啮合传动的第五齿 轮，所述的太阳轮轴上设有与第一齿轮啮合传动的第十二齿轮，所述的第五齿轮轴背离第二 离合器的背离端设有与第三齿轮啮合传动的第十齿轮，所述的第二齿轮轴背离第一离合器的 背离端设有第六齿轮，所述的第四齿轮轴背离第二离合器的一端设有第九齿轮，所述的第一 齿轮轴的一端设有与第六齿轮和第九齿轮分别啮合传动的第七齿轮，另一端设有与主减速器 及差速器总成啮合传动的第八齿轮。
进一步，所述的电机、第十二齿轮、第十一齿轮、第二太阳轮、第五齿轮为同轴设置。
进一步，所述的第一齿圈与第一齿轮、第一行星架与第二齿轮、第二行星架与第五齿轮 和第十一齿轮、第二齿圈与第三齿轮、第一齿轮轴与第八齿轮和第七齿轮、第二齿轮轴与第 六齿轮、第三齿轮轴与第四齿轮、第四齿轮轴与第九齿轮、第五齿轮轴与第十齿轮各自为一 体结构。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：本发明通过控制两个离合器和两个制动器的 接合与否改变电机与发动机的耦合方式，实现电机与发动机转速耦合、电机与发动机转矩耦 合，提高了该系统的加速性能，解决了发动机低负荷效率低的问题，并通过采用单电机混合 动力系统降低了系统路径转换效率损失。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某 种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发 明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将接合附图对本发明作优选的详 细描述，其中：
图1为本发明所述的单电机混合动力汽车多模耦合动力传动系统；
图2为转速耦合工作模式的能量流动示意图；
图3为转矩耦合工作模式的能量流动示意图；
图4为EV1工作模式的能量流动示意图；
图5为EV2工作模式的能量流动示意图；
附图标记：发动机1、第一制动器2、第一太阳轮3、第一行星轮4、第一齿圈5、第一行星架6、第一齿轮7、第二齿轮8、第二齿圈9、第二行星轮10、第二行星架11、第三齿轮 12、第四齿轮13、第三齿轮轴14、第五齿轮15、第一离合器16、第六齿轮17、第二齿轮轴 18、第七齿轮19、第一齿轮轴20、第八齿轮21、主减速器及差速器总成22、第九齿轮23、 第四齿轮轴24、第二离合器25、第二制动器26、第五齿轮轴27、第十齿轮28、第二太阳轮 29、第十一齿轮30、太阳轮轴31、第十二齿轮32、电机33、逆变器34、动力电池35。
具体实施方式
以下将接合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为 了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
本实施基本如图1所述，单电机混合动力汽车多模耦合动力传动系统，包括发动机1、 第一行星齿轮机构、第二行星齿轮机构、主减速器及差速器总成22和电机33，第一行星齿 轮机构由第一太阳轮3、第一行星轮4、第一齿圈5、第一行星架6组成，第二行星齿轮机构由第二齿圈9、第二行星轮10、第二行星架11、第二太阳轮29组成，发动机1输出轴与第 一太阳轮3传动连接，且发动机1输出轴上设有第一制动器2；电机33输出端与设置在第二 太阳轮29上的太阳轮轴31传动连接；太阳轮轴31还与第一齿圈5传动连接；第一行星架6 与第二行星架11传动连接；第二行星架11还传动连接有第三齿轮轴14，第三齿轮轴14通 过第一离合器16还传动连接有第二齿轮轴18；第二齿圈9传动连接有第五齿轮轴27，第五 齿轮轴27通过第二离合器25还传动连接有第四齿轮轴24，且第五齿轮轴27上设有第二制 动器26；主减速器及差速器总成22通过与之传动连接的第一齿轮轴20分别同第二齿轮轴18 和第四齿轮轴24传动连接，具体的，所述的第一齿圈5、第一行星架6、第二齿圈9上分别 同轴设置有第一齿轮7、第二齿轮8、第三齿轮12，所述的第三齿轮轴14背离第一离合器16 的背离端设有第四齿轮13，所述的第二行星架11的两端分别同轴设置有与第二齿轮8啮合 传动的第十一齿轮30和与第四齿轮13啮合传动的第五齿轮15，所述的太阳轮轴31上设有 与第一齿轮7啮合传动的第十二齿轮32，所述的第五齿轮轴27背离第二离合器25的背离端 设有与第三齿轮12啮合传动的第十齿轮28，所述的第二齿轮轴18背离第一离合器16的背 离端设有第六齿轮17，所述的第四齿轮轴24背离第二离合器25的一端设有第九齿轮23，所 述的第一齿轮轴20的一端设有与第六齿轮17和第九齿轮23分别啮合传动的第七齿轮19， 另一端设有与主减速器及差速器总成22啮合传动的第八齿轮21。采用上述方案，本发明通 过控制两个个离合器和两个制动器的接合与否改变电机与发动机的耦合方式，实现电机与发 动机转速耦合、电机与发动机转矩耦合，提高了该系统的加速性能，解决了发动机低负荷效 率低的问题，并通过采用单电机混合动力系统降低了系统路径转换效率损失。
本实施例中第一制动器2的锁止部通过花键(未画出)与发动机输出轴连接，固定部通 过凸缘(未画出)与第一行星齿轮机构壳体连接；第二制动器26的锁止部通过花键(未画出) 与第五齿轮轴27连接，固定部通过凸缘(未画出)与第二行星齿轮机构壳体连接。
本实施例中的电机33、第十二齿轮32、、第十一齿轮30、第二太阳轮29、第五齿轮15同轴设置；第一齿圈5和第二太阳轮29通过第一齿轮7、第十二齿轮32实现等速齿轮传动，第一行星架6和第二行星架11通过第二齿轮8、第十一齿轮30实现等速齿轮传动，第二行 星架11和第三齿轮轴14通过第四齿轮13、第五齿轮15实现等速齿轮传动，第二齿圈9和 第五齿轮轴27通过第三齿轮12、第十齿轮28实现等速齿轮传动，第七齿轮19分别与第六 齿轮17、第九齿轮23为等速齿轮传动。
本实施例中的动力电池为电动车蓄电池，如铅酸蓄电池。
本实施例中的第一齿圈5与第一齿轮7、第一行星架6与第二齿轮8、第二行星架11与 第十一齿轮30和第五齿轮15、第二齿圈9与第三齿轮12、第一齿轮轴与第七齿轮19和第八 齿轮21、第二齿轮轴18与第六齿轮17、第三齿轮轴14与第四齿轮13、第四齿轮轴24与第九齿轮23、第五齿轮轴27与第十齿轮28各自为一体结构，便于装配，且结构稳定可靠。
下面详细的阐述一下本发明的工作原理，如图2-5所述，本发明的单电机电动汽车多模 耦合动力传动系统共有4种工作模式，可实现电机不同的驱动形式，发动机与电机转速耦合 和转矩耦合，各工作模式下执行机构工作状态见表1所示，其中，C1为第一离合器16，C2 为第二离合器25，B1为第一制动器2；B2为第二制动器26；具体模式详述如下：
表1工作模式执行元件附表
(1)转速耦合模式：即电机与发动机转速耦合共同驱动方式；电机33和发动机1都处 于驱动状态。第二离合器25接合，第一离合器16、第一制动器2和第二制动器26分离。第二离合器25将第四齿轮轴24与第五齿轮轴27连接在一起，发动机1输出的动力在第一行星轮4处分为两条路径，第一条传递路径为：第一行星轮4、第一行星架6、第二齿轮8、第十 一齿轮30、第二行星架11。第二条路径为第一行星轮4、第一齿圈5,、第一齿轮7、第十二 齿轮32、太阳轮轴31、第二太阳轮29。在第十二齿轮32处和第二行星轮10处，电机33的 动力将与发动机1的动力耦合。电动机33的动力传递路径为：第十二齿轮32、太阳轮轴31、 第二太阳轮29、第二行星轮10、第二齿圈9、第三齿轮12、第十齿轮28、第五齿轮轴27、 第二离合器25。发动机1第二条路径的动力和电机33动力在第十二齿轮32处汇合后，共同 传递路径为：太阳轮轴31、第二太阳轮29、第二行星轮10。发动机1第一条路径的动力和 电机33动力在第二行星轮10处汇合后，共同传递路径为：第二齿圈9、第三齿轮12、第十 齿轮28。三条路径的动力在第二行星轮10处汇合在一起，后一起经第二离合器25、第九齿 轮23、第七齿轮19、第一齿轮轴20、第八齿轮21传递给主减速器及差速器总成22。电机 33与发动机1转速耦合实现发动机调速，将发动机1工作点调至高效区，显著提升燃油经济 性，减小污染。转速耦合驱动模式下，通过系统的能量流动路径如图2所示。
(2)转矩耦合模式：即电机与发动机转速耦合共同驱动方式；电机33和发动机1都处 于驱动状态。第一离合器16和第二制动器26接合，第二离合器25和第一制动器2分离，第一离合器16将第二齿轮轴18与第三齿轮轴14连接在一起，发动机1输出的动力在第一行星轮4处分为两条路径，第一条传递路径为：第一行星轮4、第一行星架6、第二齿轮8、第十 一齿轮30、第二行星架11。第二条路径为第一行星轮4、第一齿圈5,、第一齿轮7、第十二 齿轮32、太阳轮轴31、第二太阳轮29。在第十二齿轮32处和第二行星轮10处，电机33的 动力将与发动机1的动力耦合。电动机33的动力传递路径为：第十二齿轮32、太阳轮轴31、 第二太阳轮29、第二行星轮10、第二行星架11、第五齿轮15、第四齿轮13、第一离合器16。 发动机1第二条路径的动力和电机33动力在第十二齿轮32处汇合后，共同传递路径为：太 阳轮轴31、第二太阳轮29、第二行星轮10。发动机1第一条路径的动力和电机33动力在第 二行星轮10处汇合后，共同传递路径为：第二行星架11、第五齿轮15、第四齿轮13。三条 路径的动力在第二行星轮10处汇合在一起，后一起经第一离合器16、第六齿轮17、第七齿 轮19、第一齿轮轴20、第八齿轮21传递给主减速器及差速器总22。电机33与发动机1转 矩耦合实现发动机变矩，将发动机1工作点调至高效区，显著提升燃油经济性，减小污染。 转矩耦合驱动模式下，系统的能量流动路径如图3所示。
(3)EV1模式：即电机单独驱动模式；电机33处于驱动状态，第一制动器2和第二离合器25接合，第一离合器16和第二制动器26分离。第一制动器2通过制动发动机输出轴将第一太阳轮3锁止。电机33输出的动力经过第十二齿轮32后分为两条路径。第一条路径为：第十二齿轮32、第齿圈7、第一行星轮4、第一行星架6、第十一齿轮30。第二条路径为： 第十二齿轮32、太阳轮轴31、第二太阳轮29、第二行星轮10。在第二行星轮10处，两条路 径的动力将汇合在一起，后一起经第二齿圈9、第三齿轮12、第十齿轮28、第五齿轮轴27 第二离合器25、第九齿轮23、第七齿轮19、第八齿轮21传递给主减速器及差速器总成22。 EV1模式下，系统的能量流动路径如图4所示。
(4)EV2模式：即电机单独驱动模式；电机33处于驱动状态，第一制动器2和第二离合器25接合，第一离合器16和第二制动器26分离。第一制动器2通过制动发动机输出轴将第一太阳轮3锁止。电机33输出的动力经过第十二齿轮32后分为两条路径。第一条路径为：第十二齿轮32、第齿圈7、第一行星轮4、第一行星架6、第十一齿轮30。第二条路径为： 第十二齿轮32、太阳轮轴31、第二太阳轮29、第二行星轮10。在第二行星架11处，两条路 径的动力将汇合在一起，后一起经第二行星架11、第五齿轮15、第四齿轮13、第三齿轮轴 14、第一离合器16、第一齿轮轴20、第八齿轮21传递给主减速器及差速器总成22。EV2模 式下，系统的能量流动路径如图5所示。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施 例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进 行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求 范围当中。
Claims (6)
1.单电机混合动力汽车多模耦合动力传动系统，包括发动机(1)、第一行星齿轮机构、第二行星齿轮机构、主减速器及差速器总成(22)和电机(33)，第一行星齿轮机构由第一太阳轮(3)、第一行星轮(4)、第一齿圈(5)、第一行星架(6)组成，第二行星齿轮机构由第二齿圈(9)、第二行星轮(10)、第二行星架(11)、第二太阳轮(29)组成，其特征在于，发动机输出轴与第一太阳轮传动连接，且发动机输出轴上设有第一制动器(2)；电机输出端与设置在第二太阳轮上的太阳轮轴(31)传动连接；太阳轮轴还与第一齿圈传动连接；第一行星架与第二行星架传动连接；第二行星架还传动连接有第三齿轮轴(14)，第三齿轮轴通过第一离合器(16)还传动连接有第二齿轮轴(18)；第二齿圈传动连接有第五齿轮轴(27)，第五齿轮轴通过第二离合器(25)还传动连接有第四齿轮轴(24)，且第五齿轮轴上设有第二制动器(26)；主减速器及差速器总成通过与之传动连接的第一齿轮轴(20)分别同第二齿轮轴和第四齿轮轴传动连接。
2.根据权利要求1所述的单电机混合动力汽车多模耦合动力传动系统，其特征在于，所述的电机通过逆变器与动力电池电气连接，所述的动力电池为电动车蓄电池。
3.根据权利要求1所述的单电机混合动力汽车多模耦合动力传动系统，其特征在于，所述的第一制动器的锁止部通过花键与发动机输出轴连接；所述的第二制动器的锁止部通过花键与第五齿轮轴连接。
4.根据权利要求1-3任一项所述的单电机混合动力汽车多模耦合动力传动系统，其特征在于，所述的第一齿圈、第一行星架、第二齿圈上分别同轴设置有第一齿轮(7)、第二齿轮(8)、第三齿轮(12)，所述的第三齿轮轴背离第一离合器的背离端设有第四齿轮(13)，所述的第二行星架的两端分别同轴设置有与第二齿轮啮合传动的第十一齿轮(30)和与第四齿轮啮合传动的第五齿轮(15)，所述的太阳轮轴上设有与第一齿轮啮合传动的第十二齿轮(32)，所述的第五齿轮轴背离第二离合器的背离端设有与第三齿轮啮合传动的第十齿轮(28)，所述的第二齿轮轴背离第一离合器的背离端设有第六齿轮(17)，所述的第四齿轮轴背离第二离合器的一端设有第九齿轮(23)，所述的第一齿轮轴的一端设有与第六齿轮和第九齿轮分别啮合传动的第七齿轮(19)，另一端设有与主减速器及差速器总成啮合传动的第八齿轮(21)。
5.根据权利要求4所述的单电机混合动力汽车多模耦合动力传动系统，其特征在于，所述的电机、第十二齿轮、第十一齿轮、第二太阳轮、第五齿轮为同轴设置。
6.根据权利要求4所述的单电机混合动力汽车多模耦合动力传动系统，其特征在于，所述的第一齿圈与第一齿轮、第一行星架与第二齿轮、第二行星架与第五齿轮和第十一齿轮、第二齿圈与第三齿轮、第一齿轮轴与第八齿轮和第七齿轮、第二齿轮轴与第六齿轮、第三齿轮轴与第四齿轮、第四齿轮轴与第九齿轮、第五齿轮轴与第十齿轮各自为一体结构。
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