CN112455208A - 汽车混合动力耦合系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于车辆动力传动系统，公开了一种汽车混合动力耦合系统，包括发动机和第一电机，发动机和第一电机联合驱动行星机构，行星机构连接双向离合器，离合器输出动力，利用行星机构和第一电机实现无级变速，使得汽车混合动力系统的发动机的动力输出无需配置传统意义上的变速器，当车辆处于中低速行驶时，以电驱动为主，而处于中高速行驶时，以发动机驱动为主，充分利用发动机和电机的动力特点。

Description

汽车混合动力耦合系统
技术领域
本发明属于车辆动力传动系统，具体是涉及一种基于行星机构耦合发动机和电动机的混 合汽车动力系统。
背景技术
混合动力汽车是把传统的内燃发动机和电动机的优点结合在一起，在不损失行驶性能和 行驶里程的情况下，利用电机的性能优势，能大大的提高发动机的性能，也能增强动力并为 辅助电子装置提供额外的能量。放眼国内市场，市面上大多数混合动力汽车都是外国车企开 发的，国内车企要冲破外国车企对混合动力的技术封锁和专利壁垒十分困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种无须传统变速器、中低速节能、中高速动力强劲、 多模式驱动的汽车混合动力耦合系统。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种汽车混合动力耦合系统，包括 发动机和第一电机，所述发动机和第一电机联合驱动行星机构，行星机构连接双向离合器， 离合器输出动力。
进一步地，所述行星机构由太阳轮、行星轮、齿圈和行星架构成，太阳轮啮合传动行星 轮，行星轮内啮合传动齿圈并且行星轮同轴地安装行星架；所述发动机和第一电机驱动行星 机构中的太阳轮、齿圈和行星架的其中二者，而行星机构中的太阳轮、齿圈和行星架的剩下 之一者连接双向离合器。
进一步地，所述发动机依次通过弹性减震器和单向离合器驱动太阳轮。
进一步地，所述第一电机通过第一电机齿轮驱动齿圈，第一电机齿轮同轴地安装第一摩 擦盘，第一摩擦盘间隙地安装于第一制动器的内腔中。
进一步地，所述双向离合器同轴地安装中间齿轮，中间齿轮啮合传动差速器总成以输出 动力。
进一步地，所述双向离合器同轴安装驱动桥总成，驱动桥总成输出动力。
进一步地，所述行星架与双向离合器之间同轴地安装第二摩擦盘，第二摩擦盘间隙地安 装于第二制动器的内腔中。
进一步地，所述双向离合器同轴地安装中间齿轮，中间齿轮被第二电机驱动，中间齿轮 啮合传动差速器总成以输出动力。
进一步地，所述双向离合器依次地连接第二电机和多档变速器，多档变速器连接输出轴 以输出动力。
实施上述技术方案，利用行星机构和第一电机实现无级变速，使得汽车混合动力系统的 发动机的动力输出无需配置传统意义上的变速器，当车辆处于中低速行驶时，以电驱动为主， 而处于中高速行驶时，以发动机驱动为主，充分利用发动机和电机的动力特点，使得电机和 发动机均在高效区工作，提升了能效比高，降低了能耗，驾驶动力强劲，更重要的是，由中 低速档向中高速档切换时，非常顺滑，消除了卡顿现象，还实现了驻车发电、第一电机单独 驱动、发动机功率分流驱动、发动机单独驱动、双驱动等多种工作模式。
附图说明
图1为汽车混合动力耦合系统的原理图。
图2为汽车混合动力耦合系统方案二的原理图。
图3为汽车混合动力耦合系统方案三的原理图。
图4为汽车混合动力耦合系统方案四的原理图。
图中：EM1-第一电机，EM2-第二电机，ICE-发动机，TR-多挡变速器，DIF-差速器，LHS- 左半轴，RHS-右半轴，11-行星架，12-第一制动器，13-第一摩擦盘，14-单向离合器，15-弹 性减震器，16-输出轴，17-驱动桥总成，22-第二制动器，23-第二摩擦盘，1S1-第一电机轴， 1S2-发动机轴，1S3-传动轴，1S4-中间轴，1S5-第二电机轴，1G1-第一电机齿轮，1G2-太阳 轮，1G3-行星轮，1G4-齿圈，1G5-中间齿轮，1G6-输入齿轮，1G7-第二电机齿轮，DG1-差速 器齿轮，1C-双向离合器，1C1-离合器主动端，1C2-离合器被动端。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实 施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发 明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，汽车混合动力耦合系统的方案一由发动机ICE、第一电机EM1、行星机构、 双向离合器1C、制动机构和差速器总成组成。制动机构与第一电机EM1同轴安装，发动机ICE 和行星机构同轴安装，第一电机EM1、行星机构和差速器总成相互平行轴安装。
行星机构由太阳轮1G2、行星轮1G3、齿圈1G4和行星架11组成，太阳轮1G2与行星轮1G3 外啮合，行星轮1G3与齿圈1G4内啮合，多个行星轮1G3均布在行星架11上。
第一电机EM1的转子通过第一电机轴1S1与第一电机齿轮1G1固定连接，齿圈1G4的外 圆周上加工有外齿圈，内圆周上加工有内齿圈，第一电机齿轮1G1与齿圈1G4的外齿圈外啮 合。
行星架11与离合器主动端1C1固定连接，中间齿轮1G5与离合器被动端1C2固定连接。
发动机ICE通过弹性减震器15与太阳轮1G2固定连接，发动机ICE通过弹性减震器与发 动机轴1S2连接。单向离合器14安装发动机轴1S2上，单向离合器14控制发动机轴1S2只 能按发动机ICE工作的旋转方向(简称为“正转”)旋转，另一个方向锁止，发动机轴1S2与太阳轮1G2固定连接。
第一制动机构由第一摩擦盘13、第一制动器12组成。第一摩擦盘13通过第一电机轴1S1 与第一电机齿轮1G1固定连接，第一摩擦盘13按一定间隙安装在第一制动器12的内腔内， 第一制动器12固定安装于壳体。
差速器总成由差速器齿轮DG1、差速器DIF、左半轴LHS和右半轴RHS组成。差速器齿轮 G8固定安装在差速器DIF，差速器DIF通过左半轴LHS和右半轴RHS输出动力。中间齿轮1G5 直接或间接与差速器齿轮DG1啮合。
方案一的工作模式共有五种：
1、驻车发电模式。当汽车驻车时，同时，汽车的车载电源SOC值低于某预设值时，此时 双向离合器1C结合，第一制动器12释放，发动机ICE启动，单向离合器允许发动机轴S1运转，第一电机EM1转换成发电模式，发动机ICE将动力通过弹性减震器15传递给太阳轮 1G2，此时，由于汽车驻车且双向离合器1C结合，因此行星架11被制动，太阳轮1G2动力经 行星轮1G3传递给齿圈1G4，进而传动第一电机EM1的转子产生电能，再由第一电机控制器 整流后储存到车载电源。
2、第一电机单独驱动模式。当汽车执行常规起步动作或处于中低速以下常规行驶工况， 同时车载电源SOC值高于某预设值时，第一制动器12释放，双向离合器1C结合，第一电机EM1 从车载电源处获得电能传动第一电机齿轮1G1，第一电机齿轮1G1将动力传递给齿圈1G4,， 由于单向离合器14不允许发动机轴1S2反转，因此太阳轮1G2被制动，齿圈1G4将动力经行 星轮1G3传递给行星架11，行星架11将动力经双向离合器1C传递给中间齿轮1G5，中间齿 轮1G5将动力传递给差速器齿轮DG1，差速器齿轮DG1将动力经差速器DIF传递给左半轴S5 和右半轴S6输出动力。
3、发动机功率分流驱动模式。此模式适用的行驶工况：汽车处于中速以下行驶工况，同 时车载电源SOC值低于某预设值。发动机ICE启动，第一制动器12释放，中间第一制动器22 结合，此时行星架11和太阳轮1G2的转向一致，且行星架11的转速低于太阳轮的转速，发 动机将动力通过弹性减震器1经发动机轴1S2传递给太阳轮1G2，第一电机EM1转换成发电 模式，调整发电负载力矩从而引导行星机构发挥功率分流作用将发动机ICE的动力分为驱动 动力和发电动力，太阳轮1G2将发电动力经行星轮1G3传递给齿圈1G4，此时，齿圈1G4的 转向与太阳轮1G2的转向(即发动机ICE的转向)相反，齿圈1G4将动力传递给第一电机齿轮1G1,进而带动第一电机EM1的转子产生电能，再由第一电机控制器整流后储存到车载电源。 太阳轮1G2将驱动动力经行星轮1G3传递给行星架11，行星架11将驱动动力经双向离合器 1C传递给中间齿轮1G5，中间齿轮1G5将驱动动力传递给差速器齿轮DG1，差速器齿轮DG1将动力经差速器DIF传递给左半轴S5和右半轴S6输出动力。
控制器根据车辆实际行驶情况、油门踏板位置信号、车载电源电量状态、第一电机效率 区间和发动机ICE燃效区间调整发动机ICE、第一电机EM1的发电功率，以满足行驶需求、 续航需求和节能需求。
4、发动机单独驱动模式。此模式适用的行驶工况：汽车处于中高速行驶工况。若车速逐 渐提高，行星架11的转速也随之提高，而发动机ICE为保证在较高的燃效区内运作，其转速 也控制在一定范围内，因此齿圈1G4的转速逐渐降低，当齿圈1G4的转速接近零时，第一制 动器12结合，第一电机齿轮1G1被制动，从而齿圈1G4，第一电机EM1关闭。发动机ICE将动力通过弹性减震器1经发动机轴1S2传递给太阳轮1G2，太阳轮1G2将动力经行星轮1G3 传递给行星架11，行星架11将动力经双向离合器1C传递给中间齿轮1G5，中间齿轮1G5将 动力传递给差速器齿轮DG1，差速器齿轮DG1将动力经差速器DIF传递给左半轴S5和右半轴 S6输出动力。
5、发动机与第一电机双驱动模式。此模式适用的行驶工况：汽车处于高速行驶工况。若 车速继续提高，行星架11的转速也随之提高，为保证发动机ICE在较高的燃效区内运作，此 时，第一制动器12释放，第一电机EM1输出动力，此时，第一电机的EM1的转向与太阳轮1G2 的转向(即发动机ICE的转向)相反，从而与第一电机齿轮1G1外啮合的齿圈1G4的转向与 太阳轮1G2的转向(即发动机ICE的转向)相同，因此，发动机ICE的转速适当降低。发动机ICE将其动力通过弹性减震器1经发动机轴1S2传递给太阳轮1G2，太阳轮1G2将动力经 行星轮1G3传递给行星架11，第一电机EM1将其动力通过齿圈1G4再经行星轮1G3传递给行 星架11，行星架11来自发动机ICE的动力和第一电机EM1的动力叠加后传递给中间齿轮1G5，中间齿轮1G5将动力传递给差速器齿轮DG1，差速器齿轮DG1将动力经差速器DIF传递给左半轴S5和右半轴S6输出动力。
如图2所示，汽车混合动力耦合系统的方案二相比方案一，作出以下改变：取消中间齿 轮1G5和差速器总成，同时，增加输出轴16并与本动力系统外的传动轴1S3固定连接，传动 轴1S3与本动力系统外的驱动桥总成17固定连接，从而形成完整的动力链。方案二的工作模 式和动力传递路径与方案一相同。
如图3所示，汽车混合动力耦合系统的方案三相比方案一，作出以下改变：在行星架11 和双向离合器1C之间增加第二制动机构，第二制动机构由第二制动器22和第二摩擦盘23组 成。同时，还增加第二电机EM2、第二电机轴1S5、第二电机齿轮1G7、中间轴1S4和输入齿 轮1G6，其中，第二电机EM2的转子通过第二电机轴1S5与第二电机齿轮1G7固定连接，中 间轴1S4一端与中间齿轮1G5固定连接，另一端与输入齿轮1G6固定连接，第二电机齿轮1G7 与输入齿轮1G6外啮合。
方案三在方案一的基础上增加以下几种工作模式。
1、第二电机单独驱动模式。双向离合器1C释放，第二电机EM2输出动力，动力传递路 径为第二电机EM2——第二电机齿轮1G7——输入齿轮1G6——中间齿轮1G5——差速器齿轮 DG1——差速器总成——车轮。汽车处于第二电机单独驱动模式时，若车载电源SOC值低于某 预设值，此时，双向离合器1C保持释放，第二制动器22结合，即行星架11被制动，发动机 ICE通过第一电机EM1发电。
2、双电机联合驱动模式。参考方案一中第一电机单独驱动模式和方案三中第二电机单独 驱动模式的描述。
3、发动机和第二电机双驱动模式。参考方案一中发动机单独驱动模式和方案三中第二电 机单独驱动模式的描述。
4、发动机和双电机联合工作模式。(1)发动机ICE功率分流第一电机EM1发电，再与第 二电机EM2双驱动的工作模式，参考方案一中发动机功率分流驱动模式和方案三中第二电机 单独驱动模式的描述。(2)发动机ICE与第一电机EM1双驱动，第二电机EM2发电的工作模 式，参考方案一中发动机与第一电机双驱动模式的描述，发动机ICE和第一电机EM1的传递 到中间齿轮1G5后，中间齿轮1G5将动力分为发电动力和驱动动力，发电动力经中间轴1S4 传递给输入齿轮1G6，输入齿轮1G6将发电动力传递给第二电机齿轮1G7，进而传动第二电机 EM2的转子产生电能，再由第二电机控制器整流后储存到车载电源或供给第一电机EM1工作。 同时，中间齿轮1G5将驱动动力传递给差速器齿轮DG1，差速器齿轮DG1将动力经差速器DIF 传递给左半轴S5和右半轴S6输出动力。(3)发动机ICE与双电机联合驱动模式参考方案一中发动机与第一电机双驱动模式和方案三中第二电机单独驱动模式的描述。
汽车混合动力耦合系统方案三的技术特点是：增强电驱动在整车动力总成的比重，多种 工作模式的引入使得系统能量的分配更加灵活合理，续航能力更强。
如图4所示，汽车混合动力耦合系统的方案四相比方案一，作出以下改变：1、取消中间 齿轮1G5和差速器总成。2、在行星架11和双向离合器1C之间增加第二制动机构，第二制动 机构由第二制动器22和第二摩擦盘23组成。3、增加增加第二电机EM2、多挡变速器TR和 输出轴16，其中第二电机EM2与双向离合器1C同轴安装，多挡变速器TR与第二电机EM2同轴安装，输出轴16与多挡变速器TR连接。
方案三在方案一的基础上增加以下几种工作模式。
1、第二电机单独驱动模式，双向离合器1C释放，第二电机EM2输出动力，动力传递路 径为第二电机EM2——多挡变速器TR——输出轴1。汽车处于第二电机单独驱动模式时，若 车载电源SOC值低于某预设值，此时，双向离合器1C保持释放，第二制动器22结合，即行星架11被制动，发动机ICE通过第一电机EM1发电。
2、双电机联合驱动模式，参考方案一中第一电机单独驱动模式和方案四中第二电机单独 驱动模式的描述。
3、发动机和第二电机双驱动模式，参考方案一中发动机单独驱动模式和方案四中第二电 机单独驱动模式的描述。
4、发动机和双电机联合工作模式。(1)发动机ICE功率分流第一电机EM1发电，再与第 二电机EM2双驱动的工作模式，参考方案一中发动机功率分流驱动模式和方案四中第二电机 单独驱动模式的描述。(2)发动机ICE与第一电机EM1双驱动，第二电机EM2发电的工作模 式，参考方案一中发动机与第一电机双驱动模式的描述，第二电机EM2转换为发电模式，发 动机ICE和第一电机EM1的动力传递到第二电机EM2后，第二电机EM2将一部分动力转换成 电能，再由第二电机控制器整流后储存到车载电源或供给第一电机EM1工作。同时，另一部 分动力经多挡变速器TR传递到输出轴16输出动力。(3)发动机ICE与双电机联合驱动模式 参考方案一中发动机与第一电机双驱动模式和方案四中第二电机单独驱动模式的描述。
汽车混合动力耦合系统方案四的技术特点：多挡变速器的引入使得动力总成在能量分配 和导流上更加合理灵活。在纯电动模式下，第一电机单独驱动模式、第二电机单独驱动模式 和双电机驱动模式，在多挡变速器的多个传动比来回切换下，电机的工作点都处于高效区间， 节能性好且动力性更强。发动机在行星机构和第一电机的作用下已经实现无级变速输出动力， 在此情况下再配以多挡变速器的多传动比切换，更进一步扩大了发动机的动力覆盖范围，拓 宽了整个传动链的工作范围，特别适合重载汽车。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。 对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多 种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种汽车混合动力耦合系统，包括发动机和第一电机，其特征在于：所述发动机和第一电机联合驱动行星机构，行星机构连接双向离合器，离合器输出动力。
2.根据权利要求1所述的汽车混合动力耦合系统，其特征在于：所述行星机构由太阳轮、行星轮、齿圈和行星架构成，太阳轮啮合传动行星轮，行星轮内啮合传动齿圈并且行星轮同轴地安装行星架；
所述发动机和第一电机驱动行星机构中的太阳轮、齿圈和行星架的其中二者，而行星机构中的太阳轮、齿圈和行星架的剩下之一者连接双向离合器。
3.根据权利要求2所述的汽车混合动力耦合系统，其特征在于：所述发动机依次通过弹性减震器和单向离合器驱动太阳轮。
4.根据权利要求2所述的汽车混合动力耦合系统，其特征在于：所述第一电机通过第一电机齿轮驱动齿圈，第一电机齿轮同轴地安装第一摩擦盘，第一摩擦盘间隙地安装于第一制动器的内腔中。
5.根据权利要求2所述的汽车混合动力耦合系统，其特征在于：所述双向离合器同轴地安装中间齿轮，中间齿轮啮合传动差速器总成以输出动力。
6.根据权利要求2所述的汽车混合动力耦合系统，其特征在于：所述双向离合器同轴安装驱动桥总成，驱动桥总成输出动力。
7.根据权利要求2所述的汽车混合动力耦合系统，其特征在于：所述行星架与双向离合器之间同轴地安装第二摩擦盘，第二摩擦盘间隙地安装于第二制动器的内腔中。
8.根据权利要求7所述的汽车混合动力耦合系统，其特征在于：所述双向离合器同轴地安装中间齿轮，中间齿轮被第二电机驱动，中间齿轮啮合传动差速器总成以输出动力。
9.根据权利要求7所述的汽车混合动力耦合系统，其特征在于：所述双向离合器依次地连接第二电机和多档变速器，多档变速器连接输出轴以输出动力。
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