CN110626161A - 一种基于行星齿轮机构的混合动力驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于行星齿轮机构的混合动力驱动系统，包括发动机、发电机、驱动电机、动力电池、逆变器、驱动电机减速器、一级离合器、一级变速机构和二级变速机构；二级变速机构包括第一制动器、第一离合器、第二离合器、第二制动器、第三离合器、第四离合器、差速器、行星齿轮机构和主减速器；所述行星齿轮机构包括齿圈、行星轮、太阳轮、行星架和传动轴。本系统通过自行设计的一级变速机构和二级变速机构，实现发动机和驱动电机的动力耦合，解决了混合动力汽车多个动力源的耦合问题。通过发动机和驱动电机的动力耦合驱动汽车行驶，保证了车辆的动力性，同时发动机工作在相对较高的燃油Map区间即高效率工作区间，提高了车辆的经济性。

Description

一种基于行星齿轮机构的混合动力驱动系统
技术领域
本发明涉及混合动力汽车领域，具体是一种基于行星齿轮机构的混合动力驱动系统。
背景技术
随着能源问题和污染问题的加剧，研制出节能环保的新能源汽车变得刻不容缓。而混合动力汽车不仅具有良好的燃油经济性，清洁环保，还具有较强的可实施性和逐渐成熟的技术，使得它虽然为一种过渡性的新型汽车产品，但在未来很长一段时间都具有十分广阔的前景。
机电耦合驱动系统是混合动力汽车的核心部分，能够实现动力的耦合，它是由电机、电机控制器、混合动力发动机以及变速器集成。但是目前的耦合驱动系统大都存在耦合效果不佳，耦合结构复杂，传动效率低，稳定性差，动力源工作效率低下等问题。因此研究一种高效的机电耦合驱动系统就显得十分必要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种基于行星齿轮机构的混合动力驱动系统。
本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种基于行星齿轮机构的混合动力驱动系统，包括发动机、发电机、驱动电机、动力电池、逆变器和驱动电机减速器；发动机通过发电机与动力电池连接，发动机的动力经过发电机将电能储存到动力电池中；动力电池通过逆变器与驱动电机连接，动力电池通过逆变器将直流电变为交流电给驱动电机供电，使驱动电机输出动力；驱动电机与驱动电机减速器的主动轴连接；驱动电机减速器的主动轴与其从动轴齿轮啮合；其特征在于该系统还包括一级离合器、一级变速机构和二级变速机构；
所述二级变速机构包括第一制动器、第一离合器、第二离合器、第二制动器、第三离合器、第四离合器、差速器、行星齿轮机构和主减速器；所述行星齿轮机构包括齿圈、行星轮、太阳轮、行星架和传动轴；
一级变速机构的输入端通过一级离合器与发动机连接；第一制动器的主动部分和二级变速机构的箱体固定连接，从动部分分别与第一离合器的主动部分和第二离合器的主动部分固定连接；第一离合器的主动部分和第二离合器的主动部分均与一级变速机构的输出端固定连接，第一离合器的从动部分与传动轴的一端固定连接，第二离合器的从动部分与齿圈的一端面固定连接；传动轴可转动安装于二级变速机构的箱体内，中间固定有太阳轮，穿过行星架且与行星架可转动连接；若干个行星轮可转动地安装于行星架上，位于齿圈和太阳轮之间，且均与太阳轮和齿圈啮合；行星架的轴端固定有主减速器的主动齿轮；与主减速器的主动齿轮啮合的主减速器的从动齿轮固定于差速器的输入端；差速器的输出端与车轮连接，实现动力输出；第二制动器的主动部分与二级变速机构的箱体固定连接，从动部分分别与第三离合器的主动部分和第四离合器的主动部分固定连接；第三离合器的主动部分和第四离合器的主动部分均与驱动电机减速器的从动轴固定连接，第四离合器的从动部分与传动轴的另一端固定连接，第三离合器的从动部分与齿圈的另一端面固定连接。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：
1、本系统通过自行设计的一级变速机构和二级变速机构，实现发动机和驱动电机的动力耦合，解决了混合动力汽车多个动力源的耦合问题。通过发动机和驱动电机的动力耦合驱动汽车行驶，保证了车辆的动力性，同时发动机工作在相对较高的燃油Map区间即高效率工作区间，提高了车辆的经济性。
2、通过各个离合器和制动器的接合或断开，实现了多挡位的切换以及动力的传递，进而实现了不同工况下车辆各种驱动模式的合理应用及切换，切换过程通过离合器的切换减小换挡冲击度，大大提高了汽车的动力性和燃油经济性。
3、本系统结构简单，效率高，具有很好的应用前景。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的一级变速机构结构示意图；
图3为本发明的二级变速机构结构示意图；
图4为本发明的行星齿轮机构结构示意图；
图中：1、发动机；2、一级离合器；3、一级变速机构；4、发电机；5、二级变速机构；6、驱动电机；7、动力电池；8、逆变器；9、驱动电机减速器；
31、一级一挡主动齿轮；32、换挡机构；33、一级二挡主动齿轮；34、输入轴；35、输出轴；36、一级一挡从动齿轮；37、一级二挡从动齿轮；
51、第一制动器；52、第一离合器；53、第二离合器；54、第二制动器；55、第三离合器；56、第四离合器；57、差速器；58、行星齿轮机构；581、齿圈；582、行星轮；583、太阳轮；584、行星架；585、传动轴；59、主减速器；
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。
本发明提供了一种基于行星齿轮机构的混合动力驱动系统(简称系统，参见图1-4)，包括发动机1、发电机4、驱动电机6、动力电池7、逆变器8和驱动电机减速器9；发动机1通过发电机4与动力电池7连接，发动机1的动力经过发电机4将电能储存到动力电池7中；动力电池7通过逆变器8与驱动电机6连接，动力电池7通过逆变器8将直流电变为交流电给驱动电机6供电，使驱动电机6输出动力；驱动电机6与驱动电机减速器9的主动轴连接；驱动电机减速器9的主动轴与其从动轴齿轮啮合；其特征在于该系统还包括一级离合器2、一级变速机构3和二级变速机构5；
所述二级变速机构5包括第一制动器51、第一离合器52、第二离合器53、第二制动器54、第三离合器55、第四离合器56、差速器57、行星齿轮机构58和主减速器59；所述行星齿轮机构58包括齿圈581、行星轮582、太阳轮583、行星架584和传动轴585；
一级变速机构3的输入端通过一级离合器2与发动机1连接；第一制动器51的主动部分和二级变速机构5的箱体固定连接，从动部分分别与第一离合器52的主动部分和第二离合器53的主动部分固定连接；第一离合器52的主动部分和第二离合器53的主动部分均与一级变速机构3的输出端通过联轴器固定连接，第一离合器52的从动部分与传动轴585的一端固定连接，第二离合器53的从动部分与齿圈581的一端面固定连接；传动轴585通过轴承可转动安装于二级变速机构5的箱体内，中间固定有太阳轮583，穿过行星架584且通过滚针轴承或滑动轴承与行星架584可转动连接；若干个行星轮582通过轴承可转动地安装于行星架584上，位于齿圈581和太阳轮583之间，且均与太阳轮583和齿圈581啮合；行星架584的轴端固定有主减速器59的主动齿轮；与主减速器59的主动齿轮啮合的主减速器59的从动齿轮固定于差速器57的输入端；差速器57的输出端与车轮连接，实现动力输出；第二制动器54的主动部分与二级变速机构5的箱体固定连接，从动部分分别与第三离合器55的主动部分和第四离合器56的主动部分固定连接；第三离合器55的主动部分和第四离合器56的主动部分均与驱动电机减速器9的从动轴固定连接，第四离合器56的从动部分与传动轴585的另一端固定连接，第三离合器55的从动部分与齿圈581的另一端面固定连接。
优选地，齿圈581通过轴承可转动安装于二级变速机构5的箱体内。
优选地，所述一级变速机构3包括一级一挡主动齿轮31、换挡机构32、一级二挡主动齿轮33、输入轴34、输出轴35、一级一挡从动齿轮36和一级二挡从动齿轮37；所述输入轴34通过轴承可转动地安装于一级变速机构3的箱体上，一端通过一级离合器2与发动机1连接；一级一挡主动齿轮31和一级二挡主动齿轮33通过滚针轴承或滑动轴承可转动地安装于(空套于)输入轴34上；换挡机构32通过花键毂固定于输出轴35上；通过拨动换挡机构32的拨叉能够实现换挡机构32的接合套分别与一级一挡主动齿轮31的接合齿圈或一级二挡主动齿轮33的接合齿圈啮合，进而连接于不同的档位，实现档位的切换以及变速；所述输出轴35通过轴承可转动地安装于一级变速机构3的箱体上，其上固定有一级一挡从动齿轮36和一级二挡从动齿轮37；一级一挡主动齿轮31与一级一挡从动齿轮36啮合，一级二挡主动齿轮33与一级二挡从动齿轮37啮合，实现传动；输出轴35与第一离合器52的主动部分和第二离合器53的主动部分固定连接。
本发明的工作原理和工作流程是：
纯电驱动模式时，发动机1不工作，因此一级离合器2断开，切断发动机1的动力传递，同时减小功率损耗；动力电池7通过逆变器8将直流电变交流电给驱动电机6供电。第一制动器51接合使得第一离合器52和第二离合器53的主动部分锁止，第二制动器54分离。在低挡位时，第二离合器53和第四离合器56接合，第一离合器52和第三离合器55分离；驱动电机6带动驱动电机减速器9通过齿轮将动力传递到第四离合器56的主动部分，第四离合器56的从动部分带动传动轴585转动，再通过太阳轮583和行星轮582将动力传递至行星架584，同时齿圈581被第一制动器51锁止，因此行星架584通过主减速器59将动力输出至差速器57，最终输出至车轮。在高挡位时，第一离合器52和第三离合器55接合，第二离合器53和第四离合器56分离；驱动电机6带动驱动电机减速器9通过齿轮将动力传递到第三离合器55的主动部分，第三离合器55的从动部分带动齿圈581转动，再通过行星轮582将动力传递至行星架584，同时传动轴585被第一制动器51锁止，因此行星架584通过主减速器59将动力输出至差速器57，最终输出至车轮。
发动机驱动模式时，驱动电机6不工作，同时发动机1带动发电机4，发电机4发出的电能储存到动力电池7中。第二制动器54接合使得第三离合器55和第四离合器56的主动部分锁止，第一制动器51分离。在一挡时，换挡机构32的拨叉拨动接合套与一级一挡主动齿轮31的接合齿圈接合，第一离合器52和第三离合器55接合，第二离合器53和第四离合器56分离；发动机1带动输入轴34通过换挡机构32、一级一挡主动齿轮31、一级一挡从动齿轮36输出到输出轴35，将动力传递到第一离合器52的主动部分，第一离合器52的从动部分带动传动轴585转动，再通过太阳轮583和行星轮582将动力传递至行星架584，同时齿圈581被第二制动器54锁止，因此行星架584通过主减速器59将动力输出至差速器57，最终输出至车轮。在二挡时，一级变速机构3挡位不变，第二离合器53和第四离合器56接合，第一离合器52和第三离合器55分离；发动机1带动输入轴34通过换挡机构32、一级一挡主动齿轮31、一级一挡从动齿轮36输出到输出轴35，将动力传递到第二离合器53的主动部分，第二离合器53的从动部分带动齿圈581转动，再通过行星轮582将动力传递至行星架584，同时传动轴585被第二制动器51锁止，因此行星架584通过主减速器59将动力输出至差速器57，最终输出至车轮。在三挡时，换挡机构32的拨叉拨动接合套与一级二挡主动齿轮33的接合齿圈接合，第一离合器52和第三离合器55接合，第二离合器53和第四离合器56分离；发动机1带动输入轴34通过换挡机构32、一级二挡主动齿轮33、一级二挡从动齿轮37输出值输出轴35，将动力传递到第一离合器52的主动部分，第一离合器52的从动部分带动传动轴585转动，再通过太阳轮583和行星轮582将动力传递至行星架584，同时齿圈581被第二制动器51锁止，因此行星架584通过主减速器59将动力输出至差速器57，最终输出至车轮。在四挡时，一级变速机构3挡位不变，第二离合器53和第四离合器56接合，第一离合器52和第三离合器55分离；发动机1带动输入轴34通过换挡机构32、一级二挡主动齿轮33、一级二挡从动齿轮37输出值输出轴35，将动力传递到第二离合器53的主动部分，第二离合器53的从动部分带动齿圈581转动，再通过行星轮582将动力传递至行星架584，同时传动轴585被第二制动器51锁止，因此行星架584通过主减速器59将动力输出至差速器57，最终输出至车轮。
混合动力驱动模式时，发动机1和驱动电机6同时工作。第一制动器51和第二制动器54分离。在一挡时，换挡机构32的拨叉拨动接合套与一级一挡主动齿轮31的接合齿圈接合，第一离合器52和第三离合器55接合，第二离合器53和第四离合器56分离；发动机1带动输入轴34通过换挡机构32、一级一挡主动齿轮31、一级一挡从动齿轮36输出至输出轴35，将动力传递到第一离合器52的主动部分，第一离合器52的从动部分带动传动轴585转动，同时驱动电机6带动驱动电机减速器9通过齿轮将动力传递到第三离合器55的主动部分，第三离合器55的从动部分带动齿圈581转动，再通过太阳轮583和行星轮582将动力传递至行星架584，行星架584通过主减速器59将动力输出至差速器57，最终输出至车轮。在二挡时，一级变速机构3挡位不变，第二离合器53和第四离合器56接合，第一离合器52和第三离合器55分离；发动机1带动输入轴34通过换挡机构32、一级一挡主动齿轮31、一级一挡从动齿轮36输出至输出轴35，将动力传递到第二离合器53的主动部分，第二离合器53的从动部分带动齿圈581转动，同时驱动电机6带动驱动电机减速器9通过齿轮将动力传递到第四离合器56的主动部分，第四离合器56的从动部分带动传动轴585转动，再通过太阳轮583和行星轮582将动力传递至行星架584，行星架584通过主减速器59将动力输出至差速器57，最终输出至车轮。在三挡时，换挡机构32的拨叉拨动接合套与一级二挡主动齿轮33的接合齿圈接合，第一离合器52和第三离合器55接合，第二离合器53和第四离合器56分离；发动机1带动输入轴34通过换挡机构32、一级二挡主动齿轮33、一级二挡从动齿轮37输出值输出轴35，将动力传递到第一离合器52的主动部分，第一离合器52的从动部分带动传动轴585转动，同时驱动电机6带动驱动电机减速器9通过齿轮将动力传递到第三离合器55的主动部分，第三离合器55的从动部分带动齿圈581转动，再通过太阳轮583和行星轮582将动力传递至行星架584，行星架584通过主减速器59将动力输出至差速器57，最终输出至车轮。在四挡时，一级变速机构3挡位不变，第二离合器53和第四离合器56接合，第一离合器52和第三离合器55分离；发动机1带动输入轴34通过换挡机构32、一级二挡主动齿轮33、一级二挡从动齿轮37输出值输出轴35，将动力传递到第二离合器53的主动部分，第二离合器53的从动部分带动齿圈581转动，同时驱动电机6带动驱动电机减速器9通过齿轮将动力传递到第四离合器56的主动部分，第四离合器56的从动部分带动传动轴585转动，再通过太阳轮583和行星轮582将动力传递至行星架584，行星架584通过主减速器59将动力输出至差速器57，最终输出至车轮。
车辆起步时，可以通过驱动电机6完成起步，与纯电驱动模式下的低档位相同。整个过程可以使发动机1平稳地加载到怠速以上，增加了整个过程的经济性。当发动机1完成整个启动过程后，将第一制动器51分离的同时，使一级离合器2完成接合，即切换到混合动力驱动模式完成起步。这样能够使发动机1工作在效率较高的工作区域之内，而且启动转矩较大，有利于汽车的起步加速。
车辆倒挡时，此时驱动电机6的反转，与纯电驱动模式下的低档位相同，实现倒车功能。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (3)

1.一种基于行星齿轮机构的混合动力驱动系统，包括发动机、发电机、驱动电机、动力电池、逆变器和驱动电机减速器；发动机通过发电机与动力电池连接，发动机的动力经过发电机将电能储存到动力电池中；动力电池通过逆变器与驱动电机连接，动力电池通过逆变器将直流电变为交流电给驱动电机供电，使驱动电机输出动力；驱动电机与驱动电机减速器的主动轴连接；驱动电机减速器的主动轴与其从动轴齿轮啮合；其特征在于该系统还包括一级离合器、一级变速机构和二级变速机构；
所述二级变速机构包括第一制动器、第一离合器、第二离合器、第二制动器、第三离合器、第四离合器、差速器、行星齿轮机构和主减速器；所述行星齿轮机构包括齿圈、行星轮、太阳轮、行星架和传动轴；
一级变速机构的输入端通过一级离合器与发动机连接；第一制动器的主动部分和二级变速机构的箱体固定连接，从动部分分别与第一离合器的主动部分和第二离合器的主动部分固定连接；第一离合器的主动部分和第二离合器的主动部分均与一级变速机构的输出端固定连接，第一离合器的从动部分与传动轴的一端固定连接，第二离合器的从动部分与齿圈的一端面固定连接；传动轴可转动安装于二级变速机构的箱体内，中间固定有太阳轮，穿过行星架且与行星架可转动连接；若干个行星轮可转动地安装于行星架上，位于齿圈和太阳轮之间，且均与太阳轮和齿圈啮合；行星架的轴端固定有主减速器的主动齿轮；与主减速器的主动齿轮啮合的主减速器的从动齿轮固定于差速器的输入端；差速器的输出端与车轮连接，实现动力输出；第二制动器的主动部分与二级变速机构的箱体固定连接，从动部分分别与第三离合器的主动部分和第四离合器的主动部分固定连接；第三离合器的主动部分和第四离合器的主动部分均与驱动电机减速器的从动轴固定连接，第四离合器的从动部分与传动轴的另一端固定连接，第三离合器的从动部分与齿圈的另一端面固定连接。
2.根据权利要求1所述的基于行星齿轮机构的混合动力驱动系统，其特征在于所述一级变速机构包括一级一挡主动齿轮、换挡机构、一级二挡主动齿轮、输入轴、输出轴、一级一挡从动齿轮和一级二挡从动齿轮；所述输入轴可转动地安装于一级变速机构的箱体上，一端通过一级离合器与发动机连接；一级一挡主动齿轮和一级二挡主动齿轮可转动地安装于输入轴上；换挡机构固定于输出轴上；通过拨动换挡机构的拨叉能够实现换挡机构的接合套分别与一级一挡主动齿轮的接合齿圈或一级二挡主动齿轮的接合齿圈啮合，实现档位的切换；所述输出轴可转动地安装于一级变速机构的箱体上，其上固定有一级一挡从动齿轮和一级二挡从动齿轮；一级一挡主动齿轮与一级一挡从动齿轮啮合，一级二挡主动齿轮与一级二挡从动齿轮啮合；输出轴与第一离合器的主动部分和第二离合器的主动部分固定连接。
3.根据权利要求1所述的基于行星齿轮机构的混合动力驱动系统，其特征在于齿圈可转动安装于二级变速机构的箱体内。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112265538A (zh) * 2020-10-10 2021-01-26 河北工业大学 基于实时最优能量管理策略的车辆部件工况构建方法

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