CN109466306A - 双电机混合发动机增程式动力系统及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双电机混合发动机增程式动力系统及其驱动方法，发动机、电机机和驱动电机与输出件之间传动连接至少三级行星排，由三级行星排传递输出驱动力，当选择相应制动器的闭合和释放作用于行星排传动关系时，实现了驱动电机双速驱动、双电机高效补电、发动机驱动发电机单独发电同时驱动电机双速驱动、发动机单独大速比高低速驱动、发动机驱动发电机和驱动电机大功率双电机发电、快速启动发动机以及空挡等多种工作模式，动力系统占用空间体积小、补电效率高、发动机单独驱动适应寒冷地区使用、动力增程损耗小、续航里程长、操控可靠性强、成本低等特点。

Description

双电机混合发动机增程式动力系统及其驱动方法
技术领域
本发明属于车辆动力系统，具体是涉及一种增程式混合动力系统和多模式驱动方法。
背景技术
随着电动车辆快速发展，电池成本和续航里程成为目前制约电动汽车发展的矛盾问题所在，尤其在一些寒冷天气状况下，电动汽车续航里程衰减很快，况且，充电桩稀缺性也同样突出。在此情况下，电动车辆领域提出了清洁能源增程式纯电动车辆解决方案，一方面可以采用最优化的装车电池电量，一方面可以解决续航里程焦虑以及充电桩焦虑问题，同时，在严寒天气下可以采用发动机进行热机和空调热风驱动。然而，虽然增程式纯电动车辆有上述诸多优点，然而，却存在能量二次转换效率问题。目前，市面上大多采用发动机+发电机直驱发电，驱动电机+固定速比减速器直驱模式，这种方案存在发电机和驱动电机体积大，电机功率有效利用率低，成本高，效率低等问题。此外，发动机难以直接参与驱动车辆，导致能量多次转换损耗较大。如何将发动机与发电机直接采用一定速比传动将发电机转速提高以此降低体积重量和成本，同时，匹配低损耗大速比双速变速箱辅助驱动电机驱动车辆行驶，降低驱动电机体积重量和成本，此外，如何在某些特定情况下让发动机直接参与驱动车辆减少能量转换损耗，并实现发电机和驱动电机双电机大功率发电模式，已经成为提升纯电动车辆续航里程，降低整车成本和缓解里程“充电焦虑”的必要研究问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种灵活选择多种驱动模式、体积小、寒冷环境适应性强、续航能力强、稳定可靠性的双电机混合发动机增程式动力系统及其驱动方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种双电机混合发动机增程式动力系统，包括发动机、发电机和驱动电机，发动机、发电机和驱动电机分别单独地或组合地驱动输出件，所述发动机、电机机和驱动电机与输出件之间传动连接至少三级行星排。
进一步地，所述第一级行星排传动连接着由第二级行星排并联第二级行星排构成的双行星排。
进一步地，所述发动机传动主齿圈，主齿圈的内圈啮合传动第一行星轮，第一行星轮啮合传动第一太阳轮；所述第一行星轮传递动力给第一转臂的一端，第一转臂的另一端传递动力给第三太阳轮；所述发电机传动主齿圈的外圈；所述驱动电机传动第一转臂；所述第三太阳轮啮合传动第三行星轮，第三行星轮与第二行星轮同轴地安装，第二行星轮外啮合传动中间行星轮，中间行星轮啮合传动第二太阳轮，中间行星轮和第三行星轮共轴地安装第二转臂；第二转臂传递动力给输出件。
进一步地，第一转臂与第三太阳轮之间连接转臂齿轮。
进一步地，所述第一太阳轮连接第一制动盘，第一制动盘按一定间隙安装在第一制动器的左右摩擦块之间。
进一步地，所述第二太阳轮连接第二制动盘，第二制动盘按一定间隙安装在第二制动器的左右摩擦块之间。
进一步地，所述第二行星轮内啮合传动副齿圈，副齿圈连接齿圈制动盘，齿圈制动盘按一定间隙安装在齿圈制动器的左右摩擦块之间。
本发明公开了另一种技术方案：双电机混合发动机增程式驱动方法，释放第一制动器和齿圈制动器的同时闭合第二制动器，发动机将动力主齿圈，主齿圈将动力经发电机齿轮由发电机轴传递给发电机，发电机将动力转换为电能储存；驱动电机传递给驱动电机齿轮，驱动电机齿轮将动力传递给转臂齿轮，转臂齿轮将动力由第三太阳轮轴传递给第三太阳轮，第三太阳轮将动力由第三行星轮经长行星轴传递给第二行星轮，第二行星轮将动力传递给中间行星轮，来自驱动电机的动力由长行星轴和短行星轴传递给第二转臂，第二转臂将动力传递给输出轴，发动机驱动发电机单独发电与驱动电机单独高速挡驱动模式。
进一步地，释放第一制动器和第二制动器的同时闭合齿圈制动器，发动机将动力传递给主齿圈，主齿圈将动力经发电机齿轮由发电机轴传递给发电机，发电机将动力转换为电能储存；驱动电机传递给驱动电机齿轮，驱动电机齿轮将动力传递给转臂齿轮，转臂齿轮将动力由第三太阳轮轴传递给第三太阳轮，第三太阳轮将动力由第三行星轮经长行星轴传递给第二行星轮，来自驱动电机的动力由长行星轴传递给第二转臂，第二转臂将动力传递给输出轴，实现发动机驱动发电机单独发电与驱动电机单独低速挡驱动模式。
实施上述技术方案，由于发动机、发电机和驱动电机通过三级行星排传递输出驱动力，当选择相应制动器的闭合和释放作用于行星排传动关系时，实现了驱动电机双速驱动、双电机高效补电、发动机驱动发电机单独发电同时驱动电机双速驱动、发动机单独大速比高低速驱动、发动机驱动发电机和驱动电机大功率双电机发电、快速启动发动机以及空挡等多种工作模式，动力系统占用空间体积小、补电效率高、发动机单独驱动适应寒冷地区使用、动力增程损耗小、续航里程长、操控可靠性强、成本低等特点，适用于动力性和传动效率要求高、空间体积小及低成本需求的电动车辆动力总成。
附图说明
图1为双电机混合发动机增程式动力系统的结构示意图。
图中：1-发动机，2-发动机轴，3-弹性减震器，4-输入轴，5-单向轴承，6-主齿圈，7-第一太阳轮，8-第一行星轮，9-第一太阳轮轴，10-第一制动盘，11-第一制动器，12-第一转臂，13-中间齿轮，14-驱动电机齿轮，15-驱动电机轴，16-驱动电机，17-发电机齿轮，18-发电机轴，19-发电机，20-第二制动器，21-第二制动盘，22-第二太阳轮轴，23-齿圈制动器，24-齿圈制动盘，25-齿圈连接轴，26-副齿圈，27-第二太阳轮，28-中间行星轮，29-第二行星轮，30-长行星轴，31-短行星轴，32-第三行星轮，33-第三太阳轮，34-第三太阳轮轴，35-第二转臂，36-转臂齿轮，37-输出轴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，双电机混合发动机增程式动力系统主要由发动机1、发电机19、驱动电机16、第一行星排、共转臂双行星排以及三组制动器组成。发动机1与第一行星排同轴安装，第一行星排、共转臂双行星排、发电机19和驱动电机16平行轴安装。
第一行星排由第一太阳轮7、第一行星轮8、主齿圈6和第一转臂12组成。第一太阳轮7与第一行星轮8外啮合，主齿圈6的内外圆周上同时加工有内齿圈和外齿圈，主齿圈6的内齿圈与第一行星轮8内啮合，第一行星轮8安装在第一转臂12上，第一转臂12的外圆周上加工有中间齿轮13。
发动机1通过发动机轴2与弹性减震器3连接，弹性减震器3通过输入轴4与主齿圈6连接，在输入轴4上安装有防止逆时针转动的单向轴承5，单向轴承5的外圈固定安装在箱体上。发电机19通过发电机轴18与发电机齿轮17连接，发电机齿轮17与主齿圈6的外齿圈外啮合。驱动电机16通过驱动电机轴15与驱动电机齿轮14连接，驱动电机齿轮14与第一转臂12上的中间齿轮13外啮合。
共转臂双行星排由第二太阳轮27、中间行星轮28、副齿圈26、第二转臂35、第三太阳轮33、第二行星轮29、第三行星轮32组成。第二太阳轮27与中间行星轮28外啮合，中间行星轮28与第二行星轮29外啮合，第二行星轮29与副齿圈26内啮合，第三太阳轮33与第三行星轮32外啮合，中间行星轮28通过短行星轴31安装在第二转臂35上，第二行星轮29与第三行星轮32共用长行星轴30，第二行星轮29与第三行星轮32通过长行星轴30安装在第二转臂35上。
第三太阳轮33通过第三太阳轮轴34与转臂齿轮36固定连接，转臂齿轮36与中间齿轮13外啮合，第三太阳轮轴为空心轴结构，输出轴37穿过第三太阳轮轴34与第二转臂35固定连接。
第一太阳轮7通过第一太阳轮轴9与第一制动盘10固定连接，第一制动盘10按一定间隙安装在第一制动器11的左右摩擦块之间。齿圈连接轴25为空心轴结构，第二太阳轮轴22穿过齿圈连接轴25将第二太阳轮27与第二制动盘21固定连接，第二太阳轮27通过第二太阳轮轴22与第二制动盘21固定连接，第二制动盘21按一定间隙安装在第二制动器20的左右摩擦块之间。副齿圈26通过齿圈连接轴25与齿圈制动盘24固定连接，齿圈制动盘24按一定间隙安装在齿圈制动器23的左右摩擦块之间。
当第一制动器和齿圈制动器释放、第二制动器闭合时，实现发动机驱动发电机单独发电，驱动电机单独高速挡驱动模式；当第一制动器和第二制动器释放、齿圈制动器闭合时，实现发动机驱动发电机单独发电，驱动电机单独低速挡驱动模式；当第一制动器闭合、第二制动器和齿圈制动器释放时，实现发动机驱动发电机和驱动电机共同大功率驻车发电模式；当第一制动器和第二制动器闭合、齿圈制动器释放时，实现发动机单独高速挡驱动模式；当第一制动器和齿圈制动器闭合、第二制动器释放时，实现发动机单独低速挡驱动模式；当第一制动器释放且发电机处于驱动电机模式时，实现发电机快速启动发动机模式；当第一制动器释放、齿圈制动器和第二制动器闭合时，实现发动机驱动发电机单独发电和电子驻车模式。
双电机混合发动机增程式动力系统，能够提供七种驱动模式：
1、发动机驱动发电机单独发电与驱动电机单独高速挡驱动模式
当车载电源电量不足且需要高速行驶时，整车控制器向第一制动器11和齿圈制动器23发出释放指令、第二制动器20发出闭合指令，即第一制动盘10和齿圈制动盘24处于自由转动状态、第二制动盘21处于制动状态，进而，第一太阳轮7和副齿圈26处于自由转动状态、第二太阳轮27处于锁止状态。此时，发动机1将动力由发动机轴2经弹性减震器3传递给输入轴4，输入轴4将动力传递给主齿圈6，主齿圈6将动力经发电机齿轮17由发电机轴18传递给发电机19，发电机19将动力转换为电能储存到车载电源中；驱动电机16从车载电源处获得电能并转换成动力后由驱动电机轴15传递给驱动电机齿轮14，驱动电机齿轮14将动力经中间齿轮13传递给转臂齿轮36，转臂齿轮36将动力由第三太阳轮轴34传递给第三太阳轮33，第三太阳轮33将动力由第三行星轮32经长行星轴30传递给第二行星轮29，第二行星轮29将动力传递给中间行星轮28，由于第二太阳轮27处于锁止状态，因此，来自驱动电机16的动力由长行星轴30和短行星轴31传递给第二转臂35，第二转臂35将动力传递给输出轴37。该模式下，发动机1与发电机19、驱动电机轴15与输出轴37之间的转速关系：
其中：Z1表示发电机齿轮(17)的齿数；Z2表示主齿圈(6)的外齿圈齿数；Z3表示主齿圈(6)的内齿圈齿数；Z4表示第一太阳轮(7)的齿数；Z5表示中间齿轮(13)的齿数；Z6表示第二太阳轮(27)的齿数；Z7表示副齿圈(26)的齿数；Z8表示第二行星轮(29)的齿数；Z9表示第三行星轮(32)的齿数；Z10表示第三太阳轮(33)的齿数；Z11表示驱动电机齿轮(14)的齿数；Z12表示转臂齿轮(36)的齿数；n1表示输入轴(4)的转速；n2表示发电机轴(18)的转速；n3表示输出轴(37)的转速；n4表示驱动电机轴(15)的转速；符号“—”表示发电机19旋转方向与发动机发动机轴2旋转方向相反。
2、发动机驱动发电机单独发电与驱动电机单独低速挡驱动模式
当车载电源电量不足且需要中低速行驶时，整车控制器向第一制动器11和第二制动器20发出释放指令、齿圈制动器23发出闭合指令，即第一制动盘10和第二制动盘21处于自由转动状态、齿圈制动盘24处于制动状态，进而，第一太阳轮7和第二太阳轮27处于自由转动状态、副齿圈26处于锁止状态。此时，发动机1将动力由发动机轴2经弹性减震器3传递给输入轴4，输入轴4将动力传递给主齿圈6，主齿圈6将动力经发电机齿轮17由发电机轴18传递给发电机19，发电机19将动力转换为电能储存到车载电源中；驱动电机16从车载电源处获得电能并转换成动力后由驱动电机轴15传递给驱动电机齿轮14，驱动电机齿轮14将动力经中间齿轮13传递给转臂齿轮36，转臂齿轮36将动力由第三太阳轮轴34传递给第三太阳轮33，第三太阳轮33将动力由第三行星轮32经长行星轴30传递给第二行星轮29，由于副齿圈26处于锁止状态，因此，来自驱动电机16的动力由长行星轴30传递给第二转臂35，第二转臂35将动力传递给输出轴37。
该模式下，发动机1与发电机19、驱动电机轴15与输出轴37之间的转速关系：
3、发动机驱动发电机和驱动电机共同大功率驻车发电模式
当车载电源电量严重不足且无充电桩可用时，整车控制器向第一制动器11发出闭合指令，向齿圈制动器23和第二制动器20发出释放指令，即第一制动盘10处于制动状态，齿圈制动盘24和第二制动盘21处于自由转动状态，进而，第一太阳轮7处于锁止状态、副齿圈26和第二太阳轮27处于自由转动状态。此时，发动机1将一部分动力由发动机轴2经弹性减震器3传递给输入轴4，输入轴4将动力传递给主齿圈6，主齿圈6将动力经发电机齿轮17由发电机轴18传递给发电机19，发电机19将动力转换为电能储存到车载电源中；同时，驱动电机16处于发电机模式，发动机1将另一部分动力经发动机轴2由弹性减震器3传递给输入轴4，输入轴4将动力传递给主齿圈6，主齿圈6将动力由第一行星轮8传递给第一转臂12，第一转臂12将动力由中间齿轮13传递给驱动电机齿轮14，驱动电机齿轮14将动力由驱动电机轴15传递给驱动电机16，驱动电机16将动力转换为电能储存到车载电源中。
该模式下，发动机1与发电机19、驱动电机轴15与输出轴37之间的转速关系：
4、发动机大速比低速挡驱动模式
当整车电气故障或电驱动系统过热或需热机且需求中低速行驶时，整车控制器向第一制动器11和齿圈制动器23发出闭合指令、第二制动器20发出释放指令，发电机19和驱动电机16处于关闭状态，即第一制动盘10和齿圈制动盘24处于制动状态、第二制动盘21处于自由转动状态，进而，第一太阳轮7和副齿圈26处于锁止状态、第二太阳轮27处于自由转动状态。此时，发动机1将动力由发动机轴2经弹性减震器3传递给输入轴4，输入轴4将动力传递给主齿圈6，主齿圈6将动力由第一行星轮8传递给第一转臂12，第一转臂12将动力由中间齿轮13传递给转臂齿轮36，转臂齿轮36将动力由第三太阳轮轴34传递给第三太阳轮33，第三太阳轮33将动力由第三行星轮32经长行星轴30传递给第二行星轮29，由于副齿圈26处于锁止状态，因此，来自发动机1的动力由长行星轴30传递给第二转臂35，第二转臂35将动力传递给输出轴37。该模式下，发动机1与输出轴37之间的转速关系：
5、发动机大速比高速挡驱动模式
当整车电气故障或电驱动系统过热或需热机且需求中高速行驶时，整车控制器向第一制动器11和第二制动器20发出闭合指令、齿圈制动器23发出释放指令，发电机19和驱动电机16处于关闭状态，即第一制动盘10和第二制动盘21处于制动状态、齿圈制动盘24处于自由转动状态，进而，第一太阳轮7和第二太阳轮27处于锁止状态、副齿圈26处于自由转动状态。此时，发动机1将动力由发动机轴2经弹性减震器3传递给输入轴4，输入轴4将动力传递给主齿圈6，主齿圈6将动力由第一行星轮8传递给第一转臂12，第一转臂12将动力由中间齿轮13传递给转臂齿轮36，转臂齿轮36将动力由第三太阳轮轴34传递给第三太阳轮33，第三太阳轮33将动力由第三行星轮32经长行星轴30传递给第二行星轮29，第二行星轮29将动力传递给中间行星轮28，由于第二太阳轮27处于锁止状态，因此，来自发动机1的动力由长行星轴30和短行星轴31传递给第二转臂35，第二转臂35将动力传递给输出轴37。
6、快速启动发动机模式
当整车电量不足需求快速启动发动机时，整车控制器向第一制动器11发出释放指令，即第一制动盘10处于自由转动模式，进而，第一太阳轮7处于自由转动模式；发电机19处于驱动电机模式，发电机19从车载电源处获得电能并转换成动力经发电机轴18传递给发电机齿轮17，发电机齿轮17将动力由主齿圈6外齿圈传递给主齿圈6，主齿圈6将动力由输入轴4经弹性减震器3传递给发动机1的发动机轴2，并带动发动机轴2旋转至设定转速完成发动机1启动。
7、发动机驱动发电机单独发电和驻车模式
当整车电量不足需驻车发电时，整车控制器向第一制动器11发出释放指令，同时，向第二制动器20和齿圈制动器23发出闭合指令，即第一制动盘10处于自由转动模式，第二制动盘21和齿圈制动盘24处于制动状态，进而，第一太阳轮7处于自由转动状态，第二太阳轮27和副齿圈26处于锁止状态，此时，第二转臂35和输出轴37处于锁止状态，即整车处于驻车模式；发动机1将动力由发动机轴2经弹性减震器3传递给输入轴4，输入轴4将动力传递给主齿圈6，主齿圈6将动力经发电机齿轮17由发电机轴18传递给发电机19，发电机19将动力转换为电能储存到车载电源中。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种双电机混合发动机增程式动力系统，包括发动机、发电机和驱动电机，发动机、发电机和驱动电机分别单独地或组合地驱动输出件，其特征在于：所述发动机、电机机和驱动电机与输出件之间传动连接至少三级行星排。
2.根据权利要求1所述的双电机混合发动机增程式动力系统，其特征在于，所述第一级行星排传动连接着由第二级行星排并联第二级行星排构成的双行星排。
3.根据权利要求1所述的双电机混合发动机增程式动力系统，其特征在于，所述发动机传动主齿圈，主齿圈的内圈啮合传动第一行星轮，第一行星轮啮合传动第一太阳轮；
所述第一行星轮传递动力给第一转臂的一端，第一转臂的另一端传递动力给第三太阳轮；
所述发电机传动主齿圈的外圈；所述驱动电机传动第一转臂；
所述第三太阳轮啮合传动第三行星轮，第三行星轮与第二行星轮同轴地安装，第二行星轮外啮合传动中间行星轮，中间行星轮啮合传动第二太阳轮，中间行星轮和第三行星轮共轴地安装第二转臂；
第二转臂传递动力给输出件。
4.根据权利要求3所述的双电机混合发动机增程式动力系统，其特征在于，第一转臂与第三太阳轮之间连接转臂齿轮。
5.根据权利要求3所述的双电机混合发动机增程式动力系统，其特征在于，所述第一太阳轮连接第一制动盘，第一制动盘按一定间隙安装在第一制动器的左右摩擦块之间。
6.根据权利要求3所述的双电机混合发动机增程式动力系统，其特征在于，所述第二太阳轮连接第二制动盘，第二制动盘按一定间隙安装在第二制动器的左右摩擦块之间。
7.根据权利要求3所述的双电机混合发动机增程式动力系统，其特征在于，所述第二行星轮内啮合传动副齿圈，副齿圈连接齿圈制动盘，齿圈制动盘按一定间隙安装在齿圈制动器的左右摩擦块之间。
8.一种双电机混合发动机增程式驱动方法，其特征在于：释放第一制动器和齿圈制动器的同时闭合第二制动器，发动机将动力主齿圈，主齿圈将动力经发电机齿轮由发电机轴传递给发电机，发电机将动力转换为电能储存；驱动电机传递给驱动电机齿轮，驱动电机齿轮将动力传递给转臂齿轮，转臂齿轮将动力由第三太阳轮轴传递给第三太阳轮，第三太阳轮将动力由第三行星轮经长行星轴传递给第二行星轮，第二行星轮将动力传递给中间行星轮，来自驱动电机的动力由长行星轴和短行星轴传递给第二转臂，第二转臂将动力传递给输出轴，发动机驱动发电机单独发电与驱动电机单独高速挡驱动模式。
9.一种双电机混合发动机增程式驱动方法，其特征在于：释放第一制动器和第二制动器的同时闭合齿圈制动器，发动机将动力传递给主齿圈，主齿圈将动力经发电机齿轮由发电机轴传递给发电机，发电机将动力转换为电能储存；驱动电机传递给驱动电机齿轮，驱动电机齿轮将动力传递给转臂齿轮，转臂齿轮将动力由第三太阳轮轴传递给第三太阳轮，第三太阳轮将动力由第三行星轮经长行星轴传递给第二行星轮，来自驱动电机的动力由长行星轴传递给第二转臂，第二转臂将动力传递给输出轴，实现发动机驱动发电机单独发电与驱动电机单独低速挡驱动模式。
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WO2020211519A1 (zh) * 2019-04-19 2020-10-22 广州市新域动力技术有限公司 双电机混合发动机行星排动力总成

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