CN110303872A - 单电机功率分流混合动力耦合机构及其控制模式 - Google Patents

单电机功率分流混合动力耦合机构及其控制模式 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单电机功率分流混合动力耦合机构及其控制模式，包括发动机、行星机构以及电机，所述行星机构包括齿圈、太阳轮、行星齿轮以及与行星齿轮连接的行星架，所述发动机的输入轴与行星架连接，所述电机与太阳轮相连，且所述耦合机构还包括第一离合器、第二离合器、第三离合器、第四离合器，另外还设置了多个啮合的齿轮，本发明可设置两种电动模式，两种混动模式以及一个E‑CVT模式，并且设置的电机可进行能量回收，通过通过离合器之间的开合即可进行模式见得切换，可有效提高动力效率，提高经济性。

Description

单电机功率分流混合动力耦合机构及其控制模式
技术领域
本发明涉及新能源混合动力汽车技术领域，具体为一种单电机功率分流混合动力耦合机构及其控制模式。
背景技术
近些年来，随着石油资源的缺乏和人们环保意识的提高，以及越来越严格的环境保护法规的要求，迫切需要可节省能源和低排放甚至是零排放的绿色环保汽车产品。为此，世界各国政府以及各大汽车制造商都在加大力度开发各种不同类型的新能源汽车。
新能源汽车包括纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车。而纯电动汽车受制于电池技术问题，短时间难以突破。燃料电池汽车受制于能量的制备和存储等问题，短时也难以推广。近些年来，混合动力汽车是各个汽车公司重点推进的领域。
与传统内燃机相比，混合动力汽车是指使用两种以上能量来源的车辆。常见的能量源一般是指汽油和电。如何将发动机和电机的动力耦合，如何协调动力源耦合输出时，动力性和经济性都较好，是一个难点。为此本发明提出一种单电机功率分流混合动力耦合机构及其控制模式。
发明内容
本发明的目的在于提供一种单电机功率分流混合动力耦合机构及其控制模式，通过设置多个离合器并进行工作组合，从而实现车辆的多种工况运行，提高能源利用率以及燃油经济型。
以解决上述背景技术中提出的问题，本发明提供如下技术方案：一种单电机功率分流混合动力耦合机构，包括发动机、行星机构以及电机，所述行星机构包括齿圈、太阳轮、行星齿轮以及与行星齿轮连接的行星架，所述发动机的输入轴与行星架连接，所述电机与太阳轮相连，且所述耦合机构还包括第一离合器、第二离合器、第三离合器、第四离合器；
所述第一离合器的两端分别连接发动机和输入轴；
所述第二离合器的两端分别连接齿圈和第二齿轮；
所述第三离合器的两端分别连接行星架和齿圈；
所述第四离合器的两端分别连接中间轴和第三齿轮；
所述输入轴上连接有第一齿轮，所述中间轴上连接有四齿轮，且所述第一齿轮与第三齿轮啮合，所述第二齿轮与第四齿轮啮合；
所述第四齿轮通过差速器驱动轮端。
优选的，所述发动机与第一离合器之间设有扭矩减震器。
优选的，所述第四齿轮与差速器之间啮合有第五齿轮。
一种应用于单电机功率分流混合动力耦合机构的控制模式，包括以下几种，
电动模式A，发动机不启动，电机启动提供动力，第三离合器和第四离合器工作；
电动模式B，发动机不启动，电机启动提供动力，第二离合器和第三离合器工作；
混动模式A，发动机启动提供动力，电机启动，第一离合器、第三离合器和第四离合器工作；
混动模式B，发动机启动提供动力，电机启动，第一离合器、第二离合器和第三离合器工作；
功率分流模式，发动机启动提供动力，电机启动，第一离合器、和第二离合器工作。
优选的，所述混动模式A、混动模式B中电机可转化为发电设备进行储电、动力回收。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本申请包含一个发动机、一个电机并设置了四个离合器以及若干齿轮，通过这些部件的组合提供内燃、电力混合驱动的耦合系统，本申请整体结构简单，节省空间能够克服目前并联式混合动力汽车及的动力总成尺寸空间大、结构复杂的缺点，本申请包含了两个纯电动模式、两个混合动力模式另外还设置了E-CVT情况下的混动模式以及具有通过电机进行能量回收的模式，通过离合器之间的开合即可进行模式见得切换，可有效提高动力效率，提高经济性。
附图说明
图1为本发明的结构示意框图；
图2为本发明电动模式A下的动力传输路线图；
图3为本发明电动模式B下的动力传输路线图；
图4为本发明混动模式A下的动力传输路线图；
图5为本发明混动模式B下的动力传输路线图；
图6为本发明功率分流模式下的动力传输路线图。
图中：1、发动机，2、第一离合器，3、第一齿轮，4、输入轴，5、第二齿轮，6、第二离合器，7、齿圈，8、太阳轮，9、行星架，10、第三离合器，11、电机，12、中间轴，13、第三齿轮，14、第四齿轮，15、第四离合器，16、第五齿轮，17、差速器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：一种单电机功率分流混合动力耦合机构，包括发动机1、行星机构以及电机11，所述行星机构包括齿圈7、太阳轮8、行星齿轮以及与行星齿轮连接的行星架9，具体的行星齿轮分别与太阳轮8和齿圈7啮合，所述发动机1的输入轴4与行星架9连接，从而使输入轴4和行星架9进行联动，所述电机11与太阳轮8相连，且所述耦合机构还包括4个离合器即第一离合器2、第二离合器6、第三离合器10、第四离合器15，其中每个离合器的两端的连接情况如下：
所述第一离合器2的两端分别连接发动机1和输入轴4；
所述第二离合器6的两端分别连接齿圈7和第二齿轮5；
所述第三离合器10的两端分别连接行星架9和齿圈7；
所述第四离合器10的两端分别连接中间轴12和第三齿轮13，每个离合器工作后其两端的部件即可结合进行同步驱动，所述输入轴4上连接有第一齿轮3，所述中间轴12上连接有四齿轮14，且所述第一齿轮3与第三齿轮13啮合，所述第二齿轮5与第四齿轮14啮合；所述第四齿轮14通过差速器17驱动轮端，从而带动汽车运行，具体的所述发动机1与第一离合器2之间设有扭矩减震器(图上未示出)，从而消除振动，并且所述第四齿轮14与差速器17之间通过啮合的第五齿轮16来进行传动。
本申请的各部件的结构示意框图如图1所示，根据不同的路况需求，通过控制器控制不同的离合器之间进行配合开启工作，从而实现不同的模式。
当车辆的电池充足时，可以选择纯电动驱动，在纯电动驱动下有两种模式可选择：
所示的电动模式A，其动力输入线路图2所示(粗线部分为动力传输路线，下同)，此模式下发动机1不工作，电机11工作，第四离合器15工作让中间轴12和第三齿轮13之间传动，第三离合器10工作让行星架9和齿圈7之间固定同步转动，所以太阳轮8的转动会带动行星架9和齿圈7转动提供输出，由于齿圈7和第二齿轮5之间的第二离合器6没有闭合，所以此处不会发生动力转移，行星架9带动输入轴4转动，输入轴4带动其上的第一齿轮3转动，然后第一齿轮3与第三齿轮13啮合进一步带动第三齿轮13转动，进而通过第四离合器15带动中间轴12转动，让中间轴12上的第四齿轮14转动，然后通过第五齿轮16传递给差速器17最后到达轮端。
同样的都是纯电动模式还有另外一个传递动力的档位，即电动模式B，此模式下发动机1不工作，电机11工作，第二离合器6和第三离合器10工作，其动力传递路线如图3所示，具体过程如下：电机11工作带动太阳轮8，从而驱动行星架9和齿圈7同步转动，由于第四离合器15不闭合，所以第三齿轮13和中间轴12之间无动力传输，所以此模式下由齿圈7来传出动力，第二离合器6闭合，所以齿圈7将动力传输给第二齿轮5，由于第二齿轮5与第四齿轮14啮合，所以第四齿轮14转动并依次传输到轮端。
根据整车的行驶情况，当车速要求较高的时候，本发明的耦合机构可以切换成混动驱动模式，其具体的动力传输可有如下几种模式：
混动模式A，此种情况下发动机1和电机11都启动，第一离合器2、第三离合器10和第四离合器15工作，其动力传递路线如图4所示，具体过程如下：由于第一离合器2闭合，所以发动机1的动力传递给输入轴4，输入轴4带动套接在其上的第一齿轮3转动，然后传递给第三齿轮13，并且第四离合器15闭合，所以中间轴12转动从而依次带动第四齿轮14、第五齿轮16、差速器17并驱动轮端，另外电机11启动让太阳轮8转动，由于第三离合器10闭合所以齿圈7和行星架9一起转动，其中因为第二离合器6不闭合所以齿圈7与第二齿轮5之间空转不传递动力，行星架9也将动力传输给输入轴4进而依照上述的发动机1动力传递一样将动力传递到轮端。
混动模式B，此种情况下发动机1和电机11都启动，第一离合器2、第二离合器6和第三离合器10工作，其动力传递路线如图5所示，具体过程如下：由于第一离合器2闭合，所以发动机1的动力传递给输入轴4，输入轴4可将动力传递给第一齿轮3和行星架9，但是由于第一齿轮3啮合的第三齿轮13无法通过第四离合器12传递给中间轴12，所以发动机1的动力会转移到行星架9上，另外电机11启动推动太阳轮8转动，从而推动行星架9，所以发动机11和电机11的动力在此处叠加，由于第三离合器10闭合所以齿圈7转动输出动力，并通过闭合的第二离合器6将动力转移到第二齿轮5上并依次传递给第四齿轮14等直至轮端。
对于上述的两种混动模式，由于动力在电机11和发动机1是联动的，所以可将电机11转化成发电设备，从而可以在电量不足或发动机1动力过剩以及发动机1制动过程中让发动机1通过行星架9带动太阳轮8转动，继而带动电机11转动从而进行能量回收，将电能储存，电机11转化成发电设备的时机由外部控制器控制。
除此之外本发明还具有一个功率分流模式模式即E-CVT模式，速比连续可调，在此模式下发动机1启动提供动力，电机11启动，第一离合器2和第二离合器6工作，其动力传递路线如图6所示，其具体过程如下，第一离合器2闭合，发动机1的动力传输给输入轴4，由于第四离合器15不闭合所以动力仅能传递到行星架9上，另外电机11启动推动太阳轮8转动，在行星架9和太阳轮8的共同作用下使齿圈7转动，齿圈7的转速由太阳轮8和行星架9之间的相对转速来决定，所以通过控制电机11的转速以及转动方向，即可实现E-CVT模式的速比连续可调，从而提高系统的效率，提高经济性。
本发明中几种模式的离合器、发动机1、电机11的开启、关闭情况如下表所示：
表1不同模式下各部件的工作状态情况
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.单电机功率分流混合动力耦合机构，包括发动机(1)、行星机构以及电机(11)，所述行星机构包括齿圈(7)、太阳轮(8)、行星齿轮以及与行星齿轮连接的行星架(9)，其特征在于：所述发动机(1)的输入轴(4)与行星架(9)连接，所述电机(11)与太阳轮(8)相连，且所述耦合机构还包括第一离合器(2)、第二离合器(6)、第三离合器(10)、第四离合器(15)；
所述第一离合器(2)的两端分别连接发动机(1)和输入轴(4)；
所述第二离合器(6)的两端分别连接齿圈(7)和第二齿轮(5)；
所述第三离合器(10)的两端分别连接行星架(9)和齿圈(7)；
所述第四离合器(15)的两端分别连接中间轴(12)和第三齿轮(13)；
所述输入轴(4)上连接有第一齿轮(3)，所述中间轴(12)上连接有四齿轮(14)，且所述第一齿轮(3)与第三齿轮(13)啮合，所述第二齿轮(5)与第四齿轮(14)啮合；
所述第四齿轮(14)通过差速器(17)驱动轮端。
2.根据权利要求1所述的单电机功率分流混合动力耦合机构，其特征在于：所述发动机(1)与第一离合器(2)之间设有扭矩减震器。
3.根据权利要求1所述的单电机功率分流混合动力耦合机构，其特征在于：所述第四齿轮(14)与差速器(17)之间啮合有第五齿轮(16)。
4.一种应用于单电机功率分流混合动力耦合机构的控制模式，其特征在于：包括以下几种，
电动模式A，发动机(1)不启动，电机(11)启动提供动力，第三离合器(10)和第四离合器(15)工作；
电动模式B，发动机(1)不启动，电机(11)启动提供动力，第二离合器(6)和第三离合器(10)工作；
混动模式A，发动机(1)启动提供动力，电机(11)启动，第一离合器(2)、第三离合器(10)和第四离合器(15)工作；
混动模式B，发动机(1)启动提供动力，电机(11)启动，第一离合器(2)、第二离合器(6)和第三离合器(10)工作；
功率分流模式，发动机(1)启动提供动力，电机(11)启动，第一离合器(2)、和第二离合器(6)工作。
5.根据权利要求4所述的一种应用于单电机功率分流混合动力耦合机构的控制模式，其特征在于：所述混动模式A、混动模式B中电机(11)可转化为发电设备进行储电、动力回收。
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