CN111452607B - 一种动力耦合传动装置、混合动力车辆及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种动力耦合传动装置、混合动力车辆及其操作方法，动力耦合传动装置包括：壳体、第一输入轴、第二输入轴、输出轴、行星轮系以及切换元件，所述第一输入轴用于接收来自第一动力源和第二动力源的动力，且所述第一输入轴与所述行星轮系的第一构件连接，所述行星轮系的第二构件输出来自第一动力源和/或第二动力源的动力；所述第二输入轴用于接收来自第三动力源的动力；所述输出轴用于将来自所述第一动力源、第二动力源、第三动力源的动力输出；所述切换元件的数量为一个。本发明仅使用一个切换元件，通过与各动力源的配合，能实现各不同工作模式的切换。

Description

一种动力耦合传动装置、混合动力车辆及其操作方法

技术领域

本发明属于车辆领域，具体涉及一种动力耦合传动装置、混合动力车辆及其操作方法。

背景技术

随着化石燃料能源的日益减少以及各国排放法规不断变得严格，使用清洁能源来驱动汽车的技术已经开始大规模应用。根据能量来源的不同，在传统的燃油汽车之外， 可以将新能源车辆分为纯电动汽车、混合动力汽车以及燃料电池汽车。在实际的应用 中，我国大规模推行的是纯电动汽车，但是受到电池性能不足、充电站数量少、充电速度慢等因素的制约，纯电动汽车仍然存在续航里程不足、电池性能下降快等问题， 因此纯电动汽车的使用场景受到限制。一些观点认为，燃料电池汽车是汽车的最终动 力形式，且目前丰田等汽车公司已经有相关的产品推向市场，但是整体而言燃料电池 汽车仍然存在诸多的待解决的问题。

作为一种过渡方案，混合动力汽车近年来在市场上获得了进一步的认可。混合动力汽车具有多种动力混合方案，按照传统的分类方法，可以分为串联、并联、混联等 形式。以中国发明专利申请CN 102874092A为例，其公开了一种增程式电动汽车，包括内燃机、两个电动机、两个双离传动装置以及两套变速齿轮机构，以提高整车的燃 油经济性。然而，该方案采用了四个离合器，在元件数量较多的情况下，也增加了控 制的复杂性。此外，在该方案中，内燃机和两个电动机在轴线上依次排列，使得整个 装置的轴向尺寸较大。

中国实用新型专利CN 206765799U公开了一种增程式电动汽车传动装置，包括电机、双行星轮行星排、两个离合器和一个制动器，通过控制两个离合器和一个制动器 的工作来进行驱动模式的控制，以提高工作效率。然而，该方案同样存在离合器和制 动器数量较多、控制复杂的问题。

发明内容

为此，本发明提出以下技术方案：

一种动力耦合传动装置，包括：壳体、第一输入轴、第二输入轴、输出轴、行星 轮系以及切换元件，

所述第一输入轴用于接收来自第一动力源和第二动力源的动力，且所述第一输入轴与所述行星轮系的第一构件连接，所述行星轮系的第二构件输出来自第一动力源和/ 或第二动力源的动力；

所述第二输入轴用于接收来自第三动力源的动力；

所述输出轴用于将来自所述第一动力源、第二动力源、第三动力源的动力输出；

所述切换元件的数量为一个。

作为本发明的一个改进方面，所述切换元件用于将所述行星轮系的第三构件与所述壳体连接或者断开。

作为本发明的一个改进方面，所述第一构件是行星架，所述第二构件是太阳轮，所述第三构件是齿圈；或者

所述第一构件是齿圈，所述第二构件是太阳轮，所述第三构件是行星架。

作为本发明的一个改进方面，所述行星轮系是单行星轮式行星轮系或者双行星轮式行星轮系。

作为本发明的一个改进方面，所述第一动力源是内燃机，所述第二动力源是ISG，所述第三动力源是牵引电机。

作为本发明的一个改进方面，所述第二输入轴与所述输出轴通过一对齿轮连接，和/或所述第二输入轴与所述行星轮系的第二构件直接连接。

作为本发明的一个改进方面，还设置有中间轴，所述第二输入轴与所述中间轴通过第一齿轮副连接，所述中间轴与所述输出轴通过第二齿轮副连接；以及

所述第三动力源与所述行星轮系位于所述第一齿轮副或第二齿轮副的相同侧或者 不同侧；和/或

所述中间轴与所述第二构件直接连接。

作为本发明的一个改进方面，所述输出轴与差速传动装置连接。

本发明还提出了一种混合动力车辆以及该混合动力车辆的操作方法，具体技术方案如下：

一种混合动力车辆，包括：第一动力源、第二动力源和第三动力源，以及根据以 上方案中的动力耦合传动装置。

一种混合动力车辆的操作方法，使所述混合动力车辆处于以下工作模式：

a)纯电模式：第一动力源和第二动力源不工作，且切换元件脱开，第三动力源工作；

b)增程模式：第一动力源输出动力，第二动力源将第一动力源的动力转化成电能，切换元件脱开，第三动力源驱动车辆行驶；

c)混动模式1：第一动力源输出动力，第二动力源将第一动力源的动力转化成电能，切换元件结合，第一动力源和第三动力源共同驱动车辆行驶；

d)混动模式2：第一动力源、第二动力源、第三动力源均驱动车辆行驶；

e)制动能量回收模式：第一动力源和第二动力源均不工作，切换元件脱开，第三动力源将车辆的动能转化为电能；

f)停车充电模式：第一动力源工作以使第二动力源发电，第三动力源不工作；

g)燃油模式1：第一动力源工作，驱动车辆行驶，第二动力源和第三动力源不工作；

h)燃油模式2：第一动力源带动第二动力源进行发电，且第一动力源还驱动车辆前进，第三动力源不工作。

由以上技术方案可知，本发明仅使用一个切换元件，通过与各动力源的配合，能实现各不同工作模式的切换。

在阅读完结合附图所进行的本发明的技术方案的详细描述之后，本发明的其他优点将会更加容易理解。

附图说明

图1示出了本发明的第一实施例的示意性结构图；

图2示出了本发明的第二实施例的示意性结构图；

图3示出了本发明的第三实施例的示意性结构图；

图4示出了本发明的第四实施例的示意性结构图；

图5示出了本发明的第五实施例的示意性结构图；

图6示出了本发明的第六实施例的示意性结构图；

图7示出了本发明的第七实施例的示意性结构图。

具体实施方式

需要说明的是，虽然附图以及在下述的描述中将本发明分为多个实施例进行描述， 但是本领域技术人员理解，在不冲突的情况下，本申请中的各个实施例及实施例中的特征可以相互组合。

参见图1，其中示出了用于内燃机(未示出)的飞轮减震装置1、内燃机壳体2、 第一电机(具有定子3、转子4)、第一输入轴5、壳体6、行星轮系、切换元件B1、 第二电机(具有转子11、定子12)、输出轴13。

具体地，行星轮系具有三个构件，分别是第一构件、第二构件和第三构件。在图 1所示的示意性实施例中，三个构件分别是齿圈7、行星架8和太阳轮9，且该行星轮 系是为单行星轮式行星轮系。

由内燃机作为第一动力源、第一电机作为第二动力源、第二电机作为第三动力源，在图1所示的示意性实施例中，第二电动机采用ISG(集成启动/发电一体化电机)， 第三电动机采用牵引电机。其中，ISG的转子轴与内燃机的输出轴连接，并且作为第 一输入轴5来与行星轮系的行星架8直接相连，而行星轮系的太阳轮9则与第二电机 的转子轴直接连接，由第二电机的转子轴作为第二输入轴。行星轮系的齿圈7通过切 换元件B1与动力耦合传动装置的壳体6连接。

根据工作模式的需要，第一电机和第二电机均可以以发电机的形式工作，或者以电动机的形式工作。

作为一种实施方式，切换元件B1为制动器，例如可以采用片式制动器的形式，用于将齿圈7固定到壳体6上，或者使齿圈7与壳体6脱开连接。

由图1可知，在第二输入轴上设置有传动齿轮10，该传动齿轮10与输出轴13上 的传动齿轮14形成一对齿轮副，从而输出动力。

在输出轴13之后，还可以设置另一传动齿轮17，用于与差速传动装置15的输入 齿轮16连接，并将动力由差速传动装置15最终输出给车轮。

以上已经对本发明的动力耦合传动装置的结构做了说明，下面结合表1对其工作模式进行说明。

参见表1，在图1所示的动力耦合传动装置中，根据三个动力源的工作状态以及 切换元件的工作状态，共可以产生8种工作模式。

表1 图1所示增程式动力耦合传动装置的工作模式

在纯电模式中，内燃机和ISG均不工作，且制动器B1脱开，而牵引电机TM工作。 此时车辆仅由牵引电机TM驱动，牵引电机TM从动力电池中获取能量从而旋转，由转 子11带动第二输入轴旋转，进而带动轴上的传动齿轮10旋转，依次带动传动齿轮14、 输出轴13、传动齿轮17、差速传动装置输入齿轮16旋转，最终带动差速传动装置15 运转，从而驱动车辆运行。根据牵引电机TM的旋转方向不同，可以使车辆前进或后退。 这种模式尤其适用于车辆起步。

在增程模式中，内燃机工作，带动ISG的转子轴旋转，而ISG处于发电状态中， 其产生的电能被储存至动力电池中。此时切换元件B1脱开，来自内燃机的动力并不驱 动车轮，而仍然由牵引电机TM来驱动车轮。这种模式适于当动力电池的SOC低于预设值的情况。

混动模式1与增程模式的区别在于切换元件B1结合，此时内燃机的动力除了带动ISG给电池充电外，还与牵引电机TM一起驱动车轮。这种模式适于当车辆所需牵引功 率较大且SOC值较低的状态。

混动模式2与混动模式1的区别在于ISG也工作于驱动状态。这种模式相对于混 动模式1，适用于车辆所需牵引功率更大的情况。

当车辆在正常行驶过程中驾驶员松开油门踏板(滑行)或者踩下制动踏板(制动)时，内燃机和ISG均不工作，且切换元件B1脱开，而牵引电机TM处于发电机模式下， 将车辆的动能转化为电能加以回收，此即能量回收模式。

如果车辆处于静止状态，则牵引电机无需工作，此时可以由内燃机带动处于发电机模式下的ISG工作，为电池充电。

此外，也可以采用常规的燃油模式。在燃油模式1下，内燃机驱动车辆前进，而 ISG不工作。在燃油模式2下，内燃机除了驱动车辆前进，还通过ISG给电池充电。

各模式之间的切换所依据的控制参数可以包括车速、SOC值以及油门踏板深度等。根据预设的参考值，当各参数处于相应的参考值范围时使车辆处于对应的工作模式。

图2示出了本发明的动力耦合传动装置的第二实施例。该实施例相对于第一实施例的区别在于，行星轮系采用的是双行星齿轮式行星轮系。

作为本发明的又一实施例，图3所示的实施例相对于图1的区别在于，牵引电机 的转子轴上的齿轮并非直接与输出轴上的齿轮连接，而是通过中间轴进行连接。如图 3所示，牵引电机的转子轴上设置有传动齿轮，而该传动齿轮与中间轴的传动齿轮连 接，进而才与输出轴上的传动齿轮连接。该中间轴与行星轮系的太阳轮直接连接。通 过在牵引电机与输出轴之间增设一级齿轮传动，可以选用功率相对较小的牵引电机， 也可以增加牵引电机的工作范围。

相应地，在图2所示的实施例中，也可以如图3那样增设一级传动级，如图4所 示。

此外，作为对图3所示的实施例的改进，如图5所示，还可以在图3所示的中间 轴上再增设一个传动齿轮来与牵引电机的转子轴上的传动齿轮啮合，并且将牵引电机 相对于传动齿轮副而言与ISG、行星轮系设置在同一侧，从而可以在轴向上减小动力 耦合装置的尺寸。这一改进同样可以应用到图4所示的实施例中，如图6所示。

图7示出了本发明的又一改进实施例。在该实施例中，相比于图1所示的实施例 而言，用于接收来自内燃机、ISG的动力的第一输入轴并非与行星架连接，而是与齿 圈连接，行星轮系的太阳轮仍然作为输出元件，而切换元件B1则与行星架相连。

当然，在图3、图5所示的实施例中的改进，同样可以应用到图7所示的实施例 中。

以上已经对本发明的各个实施例的结构进行了详细的说明，同时对本发明的动力耦合传动装置的工作模式进行了说明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明 技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本发明技术方案做出许多可能的 变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属 于本技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种混合动力车辆，包括：第一动力源、第二动力源、第三动力源以及动力耦合传动装置，所述动力耦合传动装置包括：壳体、第一输入轴、第二输入轴、输出轴、行星轮系以及切换元件，其特征在于：

所述第一输入轴用于接收来自第一动力源和第二动力源的动力，且所述第一输入轴与所述行星轮系的第一构件连接，且所述第一构件与所述第一输入轴直接地永久连接，所述行星轮系的第二构件输出来自第一动力源和/或第二动力源的动力；

所述第二输入轴用于接收来自第三动力源的动力，且所述第三动力源的动力在传递至所述输出轴的路径中不经过所述行星轮系；

所述输出轴用于将来自所述第一动力源、第二动力源、第三动力源的动力输出；

所述切换元件的数量为一个，且所述切换元件用于将所述行星轮系的第三构件与所述壳体连接或者断开,且当所述切换元件结合时，所述输出轴能够同时接收来自第一动力源和第三动力源的动力。

2.根据权利要求1所述的一种混合动力车辆，其特征在于：

所述第一构件是行星架，所述第二构件是太阳轮，所述第三构件是齿圈；或者

所述第一构件是齿圈，所述第二构件是太阳轮，所述第三构件是行星架。

3.根据权利要求1或2所述的一种混合动力车辆，其特征在于：

所述行星轮系是单行星轮式行星轮系或者双行星轮式行星轮系。

4.根据权利要求1或2所述的一种混合动力车辆，其特征在于：

所述第一动力源是内燃机，所述第二动力源是ISG，所述第三动力源是牵引电机。

5.根据权利要求1或2所述的一种混合动力车辆，其特征在于：

所述第二输入轴与所述输出轴通过一对齿轮连接，和/或所述第二输入轴与所述行星轮系的第二构件直接连接。

6.根据权利要求1或2所述的一种混合动力车辆，其特征在于：

还设置有中间轴，所述第二输入轴与所述中间轴通过第一齿轮副连接，所述中间轴与所述输出轴通过第二齿轮副连接；以及

所述第三动力源与所述行星轮系位于所述第一齿轮副或第二齿轮副的相同侧或者不同侧；和/或

所述中间轴与所述第二构件直接连接。

7.根据权利要求1或2所述的一种混合动力车辆，其特征在于：

所述输出轴与差速传动装置连接。

8.一种用于权利要求1-7中任一项所述的混合动力车辆的操作方法，其特征在于，所述操作方法使所述混合动力车辆处于以下工作模式：

a)纯电模式：第一动力源和第二动力源不工作，且切换元件脱开，第三动力源工作；

b)增程模式：第一动力源输出动力，第二动力源将第一动力源的动力转化成电能，切换元件脱开，第三动力源驱动车辆行驶；

c)混动模式1：第一动力源输出动力，第二动力源将第一动力源的动力转化成电能，切换元件结合，第一动力源和第三动力源共同驱动车辆行驶；

d)混动模式2：第一动力源、第二动力源、第三动力源均驱动车辆行驶；

e)制动能量回收模式：第一动力源和第二动力源均不工作，切换元件脱开，第三动力源将车辆的动能转化为电能；

f)停车充电模式：第一动力源工作以使第二动力源发电，第三动力源不工作；

g)燃油模式1：第一动力源工作，驱动车辆行驶，第二动力源和第三动力源不工作；

h)燃油模式2：第一动力源带动第二动力源进行发电，且第一动力源还驱动车辆前进，第三动力源不工作。