CN109203967B - 一种混合动力传动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混合动力传动装置，包括两个电机、两个单行星排机构、减速齿轮、差速器、多个换挡元件。通过控制不同换挡元件实现三个挡位的纯电动驱动模式和五个挡位的混合动力驱动模式，能够用于强混系统和插电混动系统，满足不同整车平台搭载使用。该传动装置的多种工作模式模块化设计，通过功能选配实现系列化产品。

Description

一种混合动力传动装置
技术领域
本发明属于车辆动力传动技术领域，尤其是涉及一种混合动力传动装置。
背景技术
汽车动力系统电动化已经成为一种发展趋势，在技术上集成纯电动和发动机驱动模式的混合动力系统(HEV)和插电式混合动力系统(Plug-in HEV)，不但可以提高传统汽车的燃油经济性，还可以满足城市内短途的纯电动行驶，成为现阶段汽车重要的节能减排技术方案。在各种混合动力技术路线中动力分流系统得到广泛应用，丰田汽车和通用汽车公司都选择了双电机的动力分流混动系统，并取得了不错的市场表现。
采用双电机的动力分流混合动力系统，可以实现对发动机工作区间的持续优化，还能够实现无级调速E-CVT功能。该技术方案是一个平台化技术路线，可以用于开发HEV和PHEV系统，快速开发系列化产品。
发明内容
本发明的目的是提供一种混合动力传动装置，不仅可以满足纯电动模式下的车速和动力性需求，还可以依靠多种混合动力模式提高发动机驱动的动力性和燃油经济性。
为实现上述发明目的，提出如下技术方案：
一种混合动力传动装置，其特征在于：
采用第一单行星排和第二单行星排组成传动装置的动力耦合机构，所述第一单行星排包括第一太阳轮、第一行星轮、第一行星架和第一内齿圈，所述第二单行星排包括第二太阳轮、第二行星轮、第二行星架和第二内齿圈，所述第一行星架与第一轴连接，同时在第一轴与传动装置壳体之间布置第一制动器，第一轴同时与传动装置输入轴连接，传动装置输入轴通过飞轮减振器与发动机曲轴连接，第一内齿圈与第二行星架连接构成第二轴，第二轴作为动力耦合机构的动力输出轴，第一太阳轮与第二太阳轮同时安装在第一套轴上，第一套轴与第二电机的转子二连接，第二内齿圈与第一电机轴连接，第一电机轴同时与第一电机的转子一连接，第一电机和第二电机的定子固定在传动装置壳体上。
在所述第二轴上安装小减速齿轮与齿轮联轴上的大减速齿轮啮合，形成第一级减速；所述齿轮联轴上的小减速齿轮与差速器主减速大齿轮啮合，形成第二级减速。动力再经半轴驱动车辆行驶。
在所述第一轴和传动装置输入轴之间设置第一离合器,第一离合器采用多摩擦片湿式离合器机构，第一离合器闭合时第一轴与输入轴将同转速运行。在所述传动装置输入轴与第一电机轴之间布置第二离合器，第二离合器采用多摩擦片湿式离合器机构，第二离合器闭合时传动装置输入轴与第一电机轴将同转速运行。在第一套轴与传动装置壳体之间设置第二制动器，第二制动器闭合时第一套轴被锁止为零转速。
第一制动器和第二制动器可以是多摩擦片湿式制动器或具有转动锁止功能的机械机构。
本发明采用两个单行星排构成的四轴机构(第一轴、第二轴、第一套轴、第一电机轴)作为动力系统的耦合装置，使发动机、第一电机和第二电机的动力耦合后输出至减速齿轮，驱动车辆行驶。
在纯电动驱动模式时，第一离合器和第二离合器同时打开，将发动机与行星排机构脱开。闭合第一制动器，此时可以采用第二电机或第一电机或两个电机同时驱动，定义为第一挡纯电动驱动模式。在高车速时为了避免第二电机转速过高，打开第一制动器，闭合第二制动器，采用第一电机单独驱动，定义为第二挡纯电动模式。同时打开制动器和离合器，采用两个电机同时驱动，控制两个电机的转速实现车辆无级调速，该模式也作为第一挡纯电动模式和第二挡纯电动之间的过渡模式，控制电机转速将各转轴调整到制动器允许的闭合区间，因此制动器可以只使用打开和关闭的功能，可以采用单向离合器或爪形离合器机构实现转速锁止，提高传动系统效率。
在发动机启动进入混动模式时，发动机将工作在多种驱动模式，来适应不同的整车工况。在低速起步时，第一制动器和第二离合器闭合，发动机和第一电机以固定速比一起驱动车辆，获得较大驱动扭矩，此时作为第一挡混动模式。随着车速的增加，打开第一制动器同时闭合第二制动器，第二离合器依然保持闭合，此时作为第二挡混动模式。随着车速进一步提高，控制第一离合器和第二离合器同时闭合，此时行星排机构整体转动，作为直接挡使用，定义为第三挡混动模式。
当第一离合器单独闭合时，混动系统以动力分流模式运行，该工作模式能够使发动机转速与车速解耦，即发动机工作区间不受车速影响，发动机能够长时间工作在最佳油耗区间，而且还能通过电机的转速控制实现整车无级变速功能，即E-CVT功能，这也是动力分流混合动力系统明显的方案优势。该工作模式定义为第四挡混动模式。
在混合动力模式车速较高时，第二电机将会工作在零转速附近,导致第二电机效率很低。在本发明中通过闭合第二制动器将第二电机锁止，由第二制动器的制动扭矩维持行星齿轮机构的扭矩平衡，从而避免第二电机工作在低效率区间，此时发动机工作在超速挡模式，该工作模式定义为第五挡混动模式。有益效果
本发明提供的一种混合动力传动装置，具有多个纯电动工作挡位，能够满足纯电动模式下的车速和动力性需求。在混动模式时低速固定模式HEV-1能够满足起步和爬坡的动力性需求，在常用车速范围以动力分流模式为主要驱动模式，满足整车节油效果；在高速行驶时能够发挥发动机本身的高效运行，以发动机超速挡模式行驶，提高了系统传动效率。该传动装置集成的多种工作模式能够同时兼顾动力性和燃油经济性。
该方案可以简化成一款单电机的专用混动变速箱，去掉第二电机，其余零部件保持不变，能够实现两挡纯电动和四挡并联混动驱动模式。
在平台搭载使用上该方案可以用于强混动力系统和插电式混动系统，根据整车性能需求选择使用多种工作模式，形成不同配置的系列产品。
附图说明
附图1是本发明实施例1的结构示意图。
附图2是本发明实施例2的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
如图1所示，一种混合动力传动装置，采用第一单行星排和第二单行星排组成传动装置的动力耦合机构，所述第一单行星排包括第一太阳轮6、第一行星轮7、第一行星架9和第一内齿圈8，所述第二单行星排包括第二太阳轮10、第二行星轮11、第二行星架13和第二内齿圈12，所述第一行星架9与第一轴2连接，同时在第一轴2与传动装置壳体0之间布置第一制动器B1。在第一轴2与传动装置输入轴1之间设置第一离合器C1，第一离合器C1采用多摩擦片湿式离合器机构，第一离合器C1闭合时第一轴2与传动装置输入轴1将同转速运行。传动装置输入轴1通过飞轮减振器FW与发动机曲轴连接。第一内齿圈8与第二行星架13连接构成第二轴5，第二轴5作为动力耦合机构的动力输出轴。第一太阳轮6与第二太阳轮10同时安装在第一套轴3上，第一套轴3与第二电机EM2的转子二21连接，第二内齿圈12与第一电机轴4连接，第一电机轴4同时与第一电机EM1的转子一23连接，第二电机EM2的定子20和第一电机EM1的定子22固定在传动装置壳体0上。
在所述第二轴5上安装小减速齿轮14与齿轮联轴18上的大减速齿轮15啮合，形成第一级减速；所述齿轮联轴上的小减速齿轮16与差速器主减速大齿轮17啮合，形成第二级减速。动力再经半轴19驱动车辆行驶。
在所述传动装置输入轴1与第一电机轴4之间布置第二离合器C2，第二离合器C2采用多摩擦片湿式离合器机构，第二离合器C2闭合时传动装置输入轴1与第一电机轴4将同转速运行。在第一套轴3与传动装置壳体0之间设置第二制动器B2，第二制动器B2闭合时第一套轴3被锁止为零转速。
本发明采用两个单行星排机构与换挡元件协调工作，实现三个挡位的纯电动模式和五种混合动力模式。各工作模式与换挡元件之间的控制逻辑关系如下表所示。
工作模式 B1 B2 C1 C2
EV-1 ● 〇 〇 〇
EV-2 〇 ● 〇 〇
EV-3 〇 〇 〇 〇
HEV-1 ● 〇 〇 ●
HEV-2 〇 ● 〇 ●
HEV-3 〇 〇 ● ●
HEV-4 〇 〇 ● 〇
HEV-5 〇 ● ● 〇
注：〇-打开状态；●-闭合状态。
(1)纯电动驱动模式
第一制动器B1单独闭合时，第一轴2被锁止固定在传动装置壳体0上，作为第一挡纯电动模式EV-1。在该挡位下采用单个电机或两个电机同时驱动，第二电机EM2工作在负转速状态，第一电机EM1工作在正转速状态。
第二制动器B2单独闭合时，第一套轴3被锁止在传动装置箱体上，只能采用第一电机EM1驱动。此时作为第二挡纯电动模式EV-2。
在第一制动器B1、第二制动器B2、第一离合器C1和第二离合器C2都打开时，采用两个电机同时驱动，依靠电机的转速可以获得不同车速，实现整车的无级调速功能，该挡位也作为EV-1与EV-2之间的过渡工作模式，作为第三挡纯电动模式EV-3。
(2)混合动力驱动模式
在动力系统进入混合动力驱动模式时，采用四个固定速比模式和一个动力分流模式。在低速起步时，第一制动器B1和第二离合器C2闭合，发动机和第一电机EM1一起驱动车辆，获得较大驱动扭矩，此时作为第一挡固定速比混动模式HEV-1。随着车速的增加，打开第一制动器B1同时闭合第二制动器B2，第二离合器C2依然保持闭合，此时发动机和第一电机EM1同时驱动，作为第二挡混动模式HEV-2。随着车速增加，控制第一离合器C1和第二离合器C2同时闭合，此时行星排整体转动，为直接挡状态，作为第三挡混动模式HEV-3。
当第一离合器C1单独闭合时，混动系统以动力分流模式运行，该工作模式能够使发动机转速与车速解耦，即发动机工作区间不受车速影响，发动机能够长时间工作在最佳油耗区间，而且还能通过电机的转速控制实现整车无级变速功能，即E-CVT功能，这也是动力分流混合动力系统明显的方案优势。该工作模式定义为第四挡混动模式HEV-4。
在混合动力模式高车速时，第二电机EM2将会工作在零转速附近以保持发动机运行在高效经济区间。在本发明中通过闭合第二制动器B2将第二电机锁止，由第二制动器B2的摩擦扭矩维持行星齿轮机构的扭矩平衡，从而避免第二电机EM2工作在低效率区间，能够提高动力系统效率，此时发动机工作在超速挡模式，该工作模式定义为第五挡混动模式HEV-5。
实施例2
如图2所示，一种用于车辆的单电机混合动力传动装置，在实施例1方案的基础上去掉第二电机EM2，其余零部件保持不变。
该单电机方案能够实现两个挡位的纯电动模式和四个挡位的并联混动模式，各挡位的控制逻辑如下表。
工作模式 B1 B2 C1 C2
EV-1 ● 〇 〇 〇
EV-2 〇 ● 〇 〇
HEV-1 ● 〇 〇 ●
HEV-2 〇 ● 〇 ●
HEV-3 〇 〇 ● ●
HEV-4 〇 ● ● 〇
注：〇-打开状态；●-闭合状态。
在纯电动模式时，第一离合器C1和第二离合器C2打开，将发动机与行星排机构脱开，第一制动器B1和第二制动器B2闭合时形成两个纯电动挡位。纯电动挡位用于低速工况和倒车工况。
在混合动力模式时，能够实现四个驱动挡位，由发动机单独驱动，或者发动机和第一电机EM1共同驱动时实现四个挡位的并联模式。在低速起步过程中如果采用发动机驱动，则要求第二离合器C2具备起步功能，其余离合器和制动器只需要具备换挡功能即可。

Claims (6)

1.一种混合动力传动装置，其特征在于：它包括第一单行星排和第二单行星排，所述第一单行星排和第二单行星排组成传动装置的动力耦合机构，所述第一单行星排包括第一太阳轮(6)、第一行星轮(7)、第一行星架(9)和第一内齿圈(8)，所述第二单行星排包括第二太阳轮(10)、第二行星轮(11)、第二行星架(13)和第二内齿圈(12)，所述第一行星架(9)与第一轴(2)连接，在所述第一轴(2)与传动装置壳体之间布置第一制动器(B1)，所述第一轴(2)同时与传动装置输入轴(1)连接，所述传动装置输入轴(1)通过飞轮减振器与发动机曲轴连接，所述第一内齿圈(8)与第二行星架(13)连接构成第二轴(5)，所述第二轴(5)为动力耦合机构的动力输出轴，所述第一太阳轮(6)与第二太阳轮(10)同时安装在第一套轴(3)上，所述第二内齿圈(12)与第一电机轴(4)连接，所述第一电机轴(4)与第一电机(EM1)的转子一(23)连接，第一电机(EM1)的定子(22)固定在传动装置壳体(0)上。
2.根据权利要求1所述的一种混合动力传动装置，其特征在于：在所述第一轴(2)和传动装置输入轴(1)之间设置第一离合器(C1),第一离合器(C1)采用多摩擦片湿式离合器机构，所述第一离合器(C1)闭合时所述第一轴(2)与传动装置输入轴(1)将同转速运行。
3.根据权利要求1或2所述的一种混合动力传动装置，其特征在于：在所述传动装置输入轴(1)与第一电机轴(4)之间布置第二离合器(C2)，所述第二离合器(C2)采用多摩擦片湿式离合器机构，第二离合器(C2)闭合时传动装置输入轴(1)与第一电机轴(4)将同转速运行。
4.根据权利要求1所述的一种混合动力传动装置，其特征在于：在第一套轴(3)与传动装置壳体之间设置第二制动器(B2)，第二制动器(B2)闭合时第一套轴(3)被锁止为零转速。
5.根据权利要求1或2所述的一种混合动力传动装置，其特征在于：所述第一套轴(3)与第二电机(EM2)的转子二(21)连接，第二电机(EM2)的定子(20)固定在传动装置壳体(0)上。
6.根据权利要求4所述的一种混合动力传动装置，其特征在于：第一制动器(B1)和第二制动器(B2)是多摩擦片湿式制动器。
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