CN111516483A - 一种两挡动力换挡动力耦合传动装置、混合动力车辆及其操作方法 - Google Patents

一种两挡动力换挡动力耦合传动装置、混合动力车辆及其操作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种两挡动力换挡动力耦合传动装置、混合动力车辆及其操作方法，两挡动力换挡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、行星轮系以及第一切换元件和第二切换元件，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。

Description

一种两挡动力换挡动力耦合传动装置、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，具体涉及一种两挡动力换挡动力耦合传动装置、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，以丰田、本田等为代表的厂商开始大量推出混动版本。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CN102874092A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 206765799 U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：
一种两挡动力换挡动力耦合传动装置，包括：壳体、第一输入轴、第二输入轴、输出轴、行星轮系以及第一切换元件和第二切换元件，
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。
上述方案还可以单独地或组合地包含以下特征：
-第一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，和/或第二切换元件用于将行星轮系的第一构件和第三构件连接；
-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；
-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；
-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；
-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；
-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；
-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：
一种用于混合动力车辆，包括：第一动力源、第二动力源和第三动力源，以及两挡动力换挡动力耦合传动装置。
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：
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，第一切换元件结合，第一动力源和第三动力源共同驱动车辆行驶，且根据第二切换元件的工作状态，能够实现两个挡位；
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，第一切换元件结合，且根据第二切换元件的工作状态，能够实现两个挡位；
e)制动能量回收模式：第一动力源和第二动力源均不工作，第一切换元件和第二切换元件脱开，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，第一切换元件结合，且根据第二切换元件的工作状态，能够实现两个挡位；
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，第一切换元件结合，且根据第二切换元件的工作状态，能够实现两个挡位。
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。
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，本发明的动力耦合装置能够对内燃机(未示出)、ISG1以及牵引电机9三个动力源的动力进行耦合。具体地，第一动力输入轴2可以接收来自第一动力源和第二动力源的动力，并将该动力传递至行星轮系。第三动力源的动力传递至第二输入轴7。
行星轮系包括三个构件，分别是齿圈4、行星架5和太阳轮6。第一输入轴2与行星架5连接，齿圈4通过制动器B1连接至壳体3上。太阳轮5与第二输入轴7连接。此外，还设置有离合器C1，其可以将行星架5和齿圈4连接。
在第二输入轴7上设置有主动齿轮8。主动齿轮8与输出轴10上的从动齿轮11啮合。在输出轴10上还设置有输出齿轮12，输出齿轮12又与差速器14的输入齿轮13啮合，从而带动差速器14旋转，最终驱动车辆前进。
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
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。
作为本发明的又一改进，参见图2。在图2中，牵引电机9在轴向上不再与内燃机和ISG1处于同一直线。通过另外设置的一对齿轮副，即，还设置有中间轴，第二输入轴与中间轴通过第一齿轮副连接，中间轴与输出轴通过主动齿轮和从动齿轮连接，可以将牵引电机在轴向上布置在内燃机和ISG1上方，并且三个动力源均布置在主动齿轮的同一侧。由此，整个动力耦合传动装置的轴向尺寸得以缩短。
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
Figure BDA0002390856450000051
在纯电模式中，内燃机和ISG均不工作，且制动器B1和离合器C1都脱开，而牵引电机9工作。此时车辆仅由牵引电机9驱动，牵引电机9从动力电池中获取能量从而旋转，由转子带动第二输入轴旋转，进而带动轴上的主动齿轮旋转，依次带动从动齿轮、输出轴、输出齿轮、差速传动装置输入齿轮旋转，最终带动差速传动装置运转，从而驱动车辆运行。根据牵引电机的旋转方向不同，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和C1都脱开，来自内燃机的动力并不驱动车轮，而仍然由牵引电机来驱动车轮。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中，制动器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。此外，根据离合器C1的工作情况，可以实现两个挡位的切换。当离合器C1脱开时，行星轮系以一个速比工作，当离合器C1结合时，行星轮系以另一速比工作。由于离合器C1与行星轮系的结合，可以在挡位切换时并不中断来自第一输入轴上的动力，从而实现动力换挡。
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。在混动模式2中，同样可以实现动力换挡。
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和C1都脱开，而牵引电机处于发电机模式下，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。相应地，在两种燃油模式下，同样可以通过控制离合器C1的状态来实现动力换挡。
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。
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 (10)

1.一种两挡动力换挡动力耦合传动装置，包括：壳体、第一输入轴、第二输入轴、输出轴、行星轮系以及第一切换元件和第二切换元件，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，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。
2.根据权利要求1所述的一种两挡动力换挡动力耦合传动装置，其特征在于：
第一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，和/或第二切换元件用于将行星轮系的第一构件和第三构件连接。
3.根据权利要求2所述的一种两挡动力换挡动力耦合传动装置，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。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种两挡动力换挡动力耦合传动装置，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。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的一种两挡动力换挡动力耦合传动装置，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。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的一种两挡动力换挡动力耦合传动装置，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。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的一种两挡动力换挡动力耦合传动装置，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。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的一种两挡动力换挡动力耦合传动装置，其特征在于：
所述输出轴与差速传动装置连接。
9.一种混合动力车辆，包括：第一动力源、第二动力源和第三动力源，其特征在于，所述混合动力车辆还包括根据权利要求1-8中任一项所述的两挡动力换挡动力耦合传动装置。
10.一种用于权利要求9中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，且第一切换元件和第二切换元件均脱开，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，第一切换元件和第二切换元件脱开，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，第一切换元件结合，第一动力源和第三动力源共同驱动车辆行驶，且根据第二切换元件的工作状态，能够实现两个挡位；
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，第一切换元件结合，且根据第二切换元件的工作状态，能够实现两个挡位；
e)制动能量回收模式：第一动力源和第二动力源均不工作，第一切换元件和第二切换元件脱开，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，第一切换元件结合，且根据第二切换元件的工作状态，能够实现两个挡位；
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，第一切换元件结合，且根据第二切换元件的工作状态，能够实现两个挡位。
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