CN110962580A - 机电耦合传动装置、系统及混合动力汽车 - Google Patents

机电耦合传动装置、系统及混合动力汽车 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种机电耦合传动装置、系统及混合动力汽车，涉及汽车动力传动装置的技术领域，该机电耦合传动装置包括：双行星排、第一电机、第二电机、离合器、第一定轴齿轮、第二定轴齿轮和第一制动器和第二制动器，通过离合器、第一制动器和第二制动器的打开或闭合既可实现输入功率分流，又可实现复合功率分流，使得混合动力汽车在混动模式切换时可获得更高的效率。

Description

机电耦合传动装置、系统及混合动力汽车
技术领域
本发明涉及汽车动力传动装置技术领域，尤其是涉及一种机电耦合传动装置、系统及混合动力汽车。
背景技术
车辆动力性是车辆最重要、最基础的性能，而车辆动力性在很大程度上取决于发动机与传动装置的合理匹配程度，如果没有一个与之合理匹配的传动装置，也不能充分发挥其性能，与发动机合理匹配的传动装置不仅可以提高车辆性能，而且能使发动机减少燃油消耗，减轻磨损以及提高发动机的使用寿命。
然而专利号CN 101992679 B中所描述的技术方案只能实现复合功率分流，致使混合动力汽车在混动模式切换时容易出现切换效率低的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种机电耦合传动装置、系统及混合动力汽车，以缓解上述技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种机电耦合传动装置，其中，该机电耦合传动装置包括：双行星排、第一电机、第二电机、第一定轴齿轮组、第二定轴齿轮组、离合器、第一制动器、第二制动器；双行星排包括第一行星排和第二行星排，其中，第一行星排包括第一太阳轮、第一行星架和第一齿圈；第二行星排包括第二太阳轮、第二行星架和第二齿圈；第一太阳轮与第三机械转轴相连，第一行星架与第一机械转轴相连，第一齿圈与第四机械转轴相连；第二太阳轮与第五机械转轴相连，第二行星架与第六机械转轴相连，第二齿圈与第四机械转轴相连；第一定轴齿轮组包括第一齿轮和第二齿轮；第二定轴齿轮组包括第三齿轮和第四齿轮；第一齿轮位于第四机械转轴上，第二齿轮位于第七机械转轴上，将动力由第一机械转轴通过第四机械转轴传至第七机械转轴；第三齿轮位于第七机械转轴上，第四齿轮位于第二机械转轴上，将动力由第七机械转轴传至第二机械转轴，第二机械转轴还与差速器连接；第一制动器与第一机械转轴相连，第二制动器与第六机械转轴相连，离合器连接第六机械转轴与第三机械转轴；第一电机与第五机械转轴相连，第二电机与第三机械转轴相连。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，第一行星排为负号行星排，第二行星排为正号行星排。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，第一制动器为单向离合器。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，该机电耦合传动装置还可将离合器置于第一行星排和第二行星排之间，连接第六机械转轴与第三机械转轴。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，该机电耦合传动装置可拓展为发动机纵置结构装置。
结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，发动机纵置结构装置仅包括双行星排、第一电机、第二电机、离合器、第一制动器和第二制动器。
结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，发动机纵置结构装置中的双行星排、第一电机和第二电机同轴布置。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，机电耦合传动装置至少包括以下模式：纯电动一挡模式、纯电动二挡模式、低速混动模式、固定速比模式、高速混动模式。
第二方面，本发明实施例还提供一种机电耦合传动系统，其中，该机电耦合传动系统配置有上述的机电耦合传动装置。
第三方面，本发明实施例还提供一种混合动力汽车，其中，该混合动力汽车配置有上述的机电耦合传动系统。
本发明实施例带来了以下有益效果：
本发明实施例提供的一种机电耦合传动装置、系统及混合动力汽车，该机电耦合传动装置包括：双行星排、第一电机、第二电机、离合器、第一定轴齿轮、第二定轴齿轮和第一制动器和第二制动器，通过离合器、第一制动器和第二制动器的打开或闭合既可实现输入功率分流，又可实现复合功率分流，使得混合动力汽车在混动模式切换时可获得更高的效率。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种机电耦合传动装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种机电耦合传动装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种机电耦合传动装置的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种机电耦合传动系统的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种混合动力汽车的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
混合动力汽车是将电力驱动和辅助动力单元合用到一辆车上，混合动力汽车既拥有电动汽车低排放的优点，又发扬了石油燃料高的比能量和比功率的长处，显著改善了传统内燃机汽车的排放和燃油经济性，增加了电动汽车的续驶里程，在由内燃机汽车向电动汽车的转变过程中淹着承上启下、继往开来的角色。
随着世界各国环境保护的措施越来越严格，混合动力车辆由于其节能、低排放等特点成为汽车研究与开发的一个重点，并已经开始商业化。然而，由于目前混合动力汽车采用2种动力源作为动力装置，因此需要较好的车辆动力性才能满足车辆的驱动，而车辆动力性在很大程度上取决于发动机与传动装置的合理匹配程度，专利号CN 101992679 B所描述的技术方案中只能实现复合功率分流，致使混合动力汽车在混动模式切换时容易出现切换效率低的问题。基于此，本发明实施例提供的一种机电耦合传动、系统及混合动力汽车，可以缓解上述技术问题。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种机电耦合传动装置进行详细介绍。
实施例一：
本发明实施例提供了一种机电耦合传动装置，如图1所示的一种机电耦合传动装置的结构示意图，该机电耦合传动装置包括：双行星排、第一电机E1、第二电机E2、第一定轴齿轮组、第二定轴齿轮组、离合器C、第一制动器B1、第二制动器B2；双行星排包括第一行星排和第二行星排，其中，第一行星排包括第一太阳轮8、第一行星架9和第一齿圈10；第二行星排包括第二太阳轮11、第二行星架12和第二齿圈13；第一太阳轮8与第三机械转轴3相连，第一行星架9与第一机械转轴1相连，第一齿圈10与第四机械转轴4相连；第二太阳轮11与第五机械转轴5相连，第二行星架12与第六机械转轴6相连，第二齿圈13与第四机械转轴4相连；第一定轴齿轮组包括第一齿轮14和第二齿轮15；第二定轴齿轮组包括第三齿轮16和第四齿轮17；第一齿轮14位于第四机械转轴4上，第二齿轮15位于第七机械转轴7上，将动力由第一机械转轴通过第四机械转轴传至第七机械转轴；第三齿轮16位于第七机械转轴7上，第四齿轮17位于第二机械转轴2上，将动力由第七机械转轴传至第二机械转轴；第一制动器B1与第一机械转轴1相连，第二制动器B2与第六机械转轴6相连，离合器C连接第六机械转轴6与第三机械转轴3；第一电机E1与第五机械转轴5相连，第二电机E2与第三机械转轴3相连。
具体实现时，如图1所示，第一机械转轴还与发动机的曲轴相连，用于将动力通过第一机械转轴传送至上述的机电耦合传动装置中，第二机械转轴还与差速器D连接，用于将动力通过该差速器传递到汽车车轮上驱动汽车平稳运行。
具体地，在本实施例中通过对离合器、第一制动器以及第二制动器的闭合，该机电耦合传动装置至少可实现以下模式：纯电动一挡模式、纯电动二挡模式、低速混动模式、固定速比模式、高速混动模式、发动机启动模式、驻车发电模式和制动能回收模式。
在实际使用时，(1)纯电动一挡模式：离合器C接合，第一制动器B1接合制动，第二制动器B2打开。发动机不运转，第一电机E1单独驱动车辆行驶或第一电机E1与第二电机E2双电机联合驱动车辆行驶。
具体实现时，当第一电机E1单独驱动时，其扭矩通过第二行星排的第二太阳轮11、第二行星架12、第二齿圈13、第一定轴齿轮组和第二定轴齿轮组传至差速器D，驱动车辆行驶。当第一电机E1与第二电机E2联合驱动时，第一电机E1和第二电机E2的扭矩分别由第二行星排和第一行星排通过第四机械转轴4由第一定轴齿轮组和第二定轴齿轮组传至差速器D，驱动车辆行驶。在该纯电动一挡模式下可通过两个电机的反转实现倒挡。
(2)纯电动二挡模式：离合器C打开，第二制动器B2接合，第一制动器B1接合。发动机不运转，第一电机E1单独驱动车辆行驶或第一电机E1与第二电机E2双电机联合驱动车辆行驶。
具体地，当第一电机E1与第二电机E2联合驱动时，第一电机E1与第二电机E2扭矩分别由第二行星排和第一行星排通过第四机械转轴4由第一定轴齿轮组和第二定轴齿轮组传至差速器D，驱动车辆行驶。当第一电机E1单独驱动时，其扭矩通过第二行星排的第二太阳轮11、第二行星架12、第二齿圈13、第一定轴齿轮组和第二定轴齿轮组传至差速器D，驱动车辆行驶。在该纯电动二挡模式下可通过两个电机的反转实现倒挡。
(3)低速混动模式：离合器C打开，第一制动器B1打开，第二制动器B2接合。第一电机E1输出功率驱动车辆行驶，驱动功率由第二行星排的第二太阳轮11、第二行星架12、第二齿圈13、第一定轴齿轮组和第二定轴齿轮组传至差速器D，最终传至汽车车轮端。发动机输出功率在第一行星排进行分流，一部分传递至轮端驱动车辆行驶，一部分传递至第二电机E2，驱动第二电机E2发电，即实现输入功率分流。在该低速混动模式下，第二电机E2可对发动机实现无级调速，即该低速混动模式为ECVT(Electronic Continuously VariableTransmission，电控无级式自动变速器)模式。
(4)固定速比模式：离合器C接合，第一制动器B1打开，第二制动器B2接合。此时，发动机所连接第一机械转轴1与差速器D的速比固定。第二电机E2转速为0，既不输出功率也不发电。发动机输出功率可全部用于驱动车辆行驶，也可部分驱动车辆行驶、部分驱动第一电机E1发电。第一电机E1也可联合发动机共同驱动车辆行驶。该固定速比模式第一机械转轴1与第四机械转轴4的速比小于1。
(5)高速混动模式：离合器C接合，第一制动器B1打开，第二制动器B2打开。此时发动机、第一电机E1和第二电机E2可实现四轴复合功率分流。发动机输出功率部分驱动车辆行驶、部分通过第二电机E2发电。第一电机E1输出功率驱动车辆行驶。该模式下，在电池组输出及电机控制器功率允许的情况下，也可发动机、第一电机E1和第二电机E2联合输出功率驱动车辆行驶。此时，发动机转速可通过电机第一电机E1或第二电机E2连续无级调节，同样为ECVT模式。
(6)发动机启动模式：本实施例中的第二电机E2可直接输出转矩启动发动机。第二电机E2的扭矩可通过第一行星排的第一太阳轮8和第一行星架9输出，带动发动机启动。
(7)驻车发电模式：当汽车处于驻车状态时，通过驻车锁止机构将该结构的第七机械转轴7或第四机械转轴4锁止，第二制动器B2、第一制动器B1打开。发动机输出功率通过第一行星排传递到第二电机E2发电并用于电池组的充电。若离合器C接合，发动机输出部分功率可继续通过第二行星排传递到第一电机E1，即第一电机E1与第二电机E2可同时发电并用于电池组的充电。
(8)制动能回收模式：当车辆下坡或制动时，其减小的动能经第二行星排传递至第一电机E1，第一电机E1输出制动转矩，发电并给电池组充电；若离合器C接合，第二电机E2也可联合电机第一电机E1输出制动转矩，发电并给电池组充电。
本发明实施例提供的一种机电耦合传动装置，该机电耦合传动装置包括：双行星排、第一电机、第二电机、离合器、第一定轴齿轮、第二定轴齿轮和第一制动器和第二制动器，通过离合器、第一制动器和第二制动器的打开或闭合既可实现输入功率分流，又可实现复合功率分流，使得混合动力汽车在混动模式切换时可获得更高的效率。
优选地，上述第一行星排为负号行星排，而上述第二行星排为正号行星排，且，第一制动器为单向离合器。
具体使用时，第二制动器可为湿式多片制动器，离合器可为湿式多片离合器；在本实施例中，第一制动器、第二制动器和离合器的结构形式可以根据实际需要进行选取，因此，不对上述第一制动器、第二制动器和离合器的结构形式进行限定。
在具体使用时，为了使得上述机电耦合传动装置的结构紧凑，可将离合器的位置进行调整，为了便于理解，图2示出了另一种机电耦合传动装置的结构示意图，如图2所示，可将离合器置于第一行星排和第二行星排之间，连接第六机械转轴与第三机械转轴，而其他的各构件之间的连接方式和图1中示出的各构件之间的连接方式相同。
具体实现时，只要遵循本实施例中行星排各构件、双电机、发动机之间的结构连接方式，其工作原理相同，优选地，该机电耦合传动装置可拓展为发动机纵置结构装置，该发动机纵置结构装置仅包括双行星排、第一电机、第二电机、离合器、第一制动器和第二制动器，且，双行星排、第一电机和第二电机同轴布置。
具体地，图3示出了另一种机电耦合传动装置的结构示意图，如图3所示，第一太阳轮8与第三机械转轴3相连，第一行星架9与第一机械转轴1相连，第一齿圈10与第四机械转轴4相连；第二太阳轮11与第五机械转轴5相连，第二行星架12与第六机械转轴6相连，第二齿圈13与第四机械转轴4相连；第一制动器B1与第一机械转轴1相连，第二制动器B2与第六机械转轴6相连，离合器C连接第六机械转轴6与第三机械转轴3；第一电机E1与第五机械转轴5相连，第二电机E2与第三机械转轴3相连。
综上，本实施例提供的机电耦合传动装置与专利号CN 101992679 B中所描述的只能实现复合功率分流的装置相比，本实施例提供的机电耦合传动装置可以通过离合器、第一制动器和第二制动器的打开或闭合实现输入功率分流，又可实现复合功率分流，即拥有两种混动ECVT模式，通过两种混动模式切换可获得更高的效率。
进一步，与只有一个纯电动挡位的通用Voltec(雪佛兰)2代结构方案对比，在本实施例提供的机电耦合传动装置中存在两个纯电动挡位，即，纯电动一挡模式和纯电动二挡模式，其中，纯电动二挡模式中更小的速比可以降低第一电机的峰值转速或增加车辆纯电行驶下的最高车速。此外，两个电机布置在双行星排的同一侧，使得装置的结构更为紧凑，方便安装使用。
实施例二：
在上述实施例的基础上，本实施例还提供一种机电耦合传动系统，如图4所示的一种机电耦合传动系统的结构示意图，如图4所示，该机电耦合传动系统400配置有上述的机电耦合传动装置401。
本发明实施例提供的机电耦合传动系统，与上述实施例提供的机电耦合传动装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
进一步，本实施例还提供一种混合动力汽车，如图5所示的一种混合动力汽车的结构示意图，如图5所示，该混合动力汽车500配置有上述的机电耦合传动系统400。
技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和混合动力汽车的具体工作过程，可以参考前述装置实施例中的对应过程，在此不再赘述。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种机电耦合传动装置，所述机电耦合传动装置包括：双行星排、第一电机、第二电机、第一定轴齿轮组、第二定轴齿轮组、离合器、第一制动器、第二制动器；
所述双行星排包括第一行星排和第二行星排，其中，所述第一行星排包括第一太阳轮、第一行星架和第一齿圈；所述第二行星排包括第二太阳轮、第二行星架和第二齿圈；
所述第一太阳轮与第三机械转轴相连，所述第一行星架与第一机械转轴相连，所述第一齿圈与第四机械转轴相连；所述第二太阳轮与第五机械转轴相连，所述第二行星架与第六机械转轴相连，所述第二齿圈与所述第四机械转轴相连；
所述第一定轴齿轮组包括第一齿轮和第二齿轮；所述第二定轴齿轮组包括第三齿轮和第四齿轮；所述第一齿轮位于所述第四机械转轴上，所述第二齿轮位于第七机械转轴上，将动力由所述第一机械转轴通过第四机械转轴传至所述第七机械转轴；所述第三齿轮位于所述第七机械转轴上，所述第四齿轮位于第二机械转轴上，将动力由所述第七机械转轴传至所述第二机械转轴，所述第二机械转轴还与差速器连接；
所述第一制动器与所述第一机械转轴相连，所述第二制动器与所述第六机械转轴相连，所述离合器连接所述第六机械转轴与所述第三机械转轴；
所述第一电机与所述第五机械转轴相连，所述第二电机与所述第三机械转轴相连。
2.根据权利要求1所述的机电耦合传动装置，其特征在于，所述第一行星排为负号行星排，所述第二行星排为正号行星排。
3.根据权利要求1所述的机电耦合传动装置，其特征在于，所述第一制动器为单向离合器。
4.根据权利要求1所述的机电耦合传动装置，其特征在于，所述机电耦合传动装置还可将所述离合器置于所述第一行星排和所述第二行星排之间，连接所述第六机械转轴与所述第三机械转轴。
5.根据权利要求1所述的机电耦合传动装置，其特征在于，所述机电耦合传动装置可拓展为发动机纵置结构装置。
6.根据权利要求5所述的机电耦合传动装置，其特征在于，所述发动机纵置结构装置仅包括所述双行星排、所述第一电机、所述第二电机、所述离合器、所述第一制动器和所述第二制动器。
7.根据权利要求6所述的机电耦合传动装置，其特征在于，所述发动机纵置结构装置中的所述双行星排、所述第一电机和所述第二电机同轴布置。
8.根据权利要求1所述的机电耦合传动装置，其特征在于，所述机电耦合传动装置至少包括以下模式：纯电动一挡模式、纯电动二挡模式、低速混动模式、固定速比模式、高速混动模式、发动机启动模式、驻车发电模式和制动能回收模式。
9.一种机电耦合传动系统，其特征在于，所述机电耦合传动系统配置有权利要求1～8任一项所述的机电耦合传动装置。
10.一种混合动力汽车，其特征在于，所述混合动力汽车配置有权利要求9所述的机电耦合传动系统。
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