CN113352870B - 用于混合动力汽车的多模式油电混合传动装置 - Google Patents

用于混合动力汽车的多模式油电混合传动装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于动力传动技术领域，具体涉及一种用于混合动力汽车的多模式油电混合传动装置。该装置通过发动机、两个电机、三个行星排、三个离合器和两个制动器来实现纯电低速启动、并联驱动、混联驱动和固定机械挡等模式。该装置可以使发动机常工作在高效区，电机可实现制动能量回收，有效节能减排，同时两个电机功率需求低，有利于减小传动装置的尺寸，减轻变速箱的重量，降低制造费用。该装置能够实现多个模式切换，电池容量需求小，提高了汽车的续航里程；该装置还拥有机械挡，可提高其传动效率。

Description

用于混合动力汽车的多模式油电混合传动装置
技术领域
本发明属于动力传动技术领域，具体涉及一种用于混合动力汽车的多模式油电混合传动装置。
背景技术
由于能源短缺以及公众环保意识的增强，新能源环保汽车日益受到重视。混合动力汽车不仅可以使发动机长时间工作在高效区，提高其燃油经济性，并且可以实现制动能量回收，节约了能源，同时弥补了纯电动汽车续航里程短和充电难的问题。混合动力汽车是当今世界汽车发展的主流形式之一。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何提供一种适用于混合动力汽车使用的多模式油电混合传动装置，不仅可以使车辆实现无级变速驱动，发动机常工作在高效区，节约能源，同时降低电机功率需求，提高功率密度，节约成本。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于混合动力汽车的多模式油电混合传动装置，所述传动装置包括：发动机ICE、两个电机、三个行星排、两个制动器和三个离合器；
其中，所述两个电机分为第一电机MG1和第二电机MG2；
所述两个制动器分为第一制动器B1和第二制动器B2；
所述三个离合器分为第一离合器C1、第二离合器C2和第三离合器C3；
第一个行星排为内外啮合单星行星排，包括：一排齿圈R1、一排行星架PC1、一排太阳轮S1和一排行星轮P1；所述一排行星轮P1同时和一排太阳轮S1、一排齿圈R1啮合；所述一排行星架PC1用于支撑一排行星轮P1；
第二个行星排为内外啮合双星行星排，包括：二排齿圈R2、二排行星架PC2、二排太阳轮S2、二排小行星轮P21和二排大行星轮P22；所述二排小行星轮P21同时和二排太阳轮S2、二排大行星轮P22啮合；所述二排大行星轮P22同时和二排齿圈R2、二排小行星轮P21啮合；所述二排行星架PC2用于支撑二排小行星轮P21和二排大行星轮P22；
第三个行星排为内外啮合单星行星排，包括：三排齿圈R3、三排行星架PC3、三排太阳轮S3和三排行星轮P3；所述三排行星轮P3同时和三排太阳轮S3、三排齿圈R3啮合；所述三排行星架PC3用于支撑三排行星轮P3；
所述一排太阳轮S1与第一电机MG1、第二离合器C2内毂及第三离合器C3外毂固定连接；所述一排行星架PC1与二排行星架PC2、三排行星架PC3及输出轴Output固定连接；所述一排齿圈R1与第一离合器C1外毂固定连接；
所述二排太阳轮S2与第三离合器C3内毂固定连接；所述二排齿圈R2与第二离合器C2外毂、三排齿圈R3和第一制动器B1内毂固定连接；
所述三排太阳轮S3分别与第二制动器B2内毂及第二电机MG2固定连接；
所述发动机ICE通过阻尼减振器ZN与第一离合器C1内毂固定连接；
所述第一制动器B1和第二制动器B2外毂固定在变速器壳体上。
其中，所述三个行星排的内传动比，即各个行星排的齿圈与太阳轮的齿数比分别为：
一排齿圈R1与一排太阳轮S1：ZR1/ZS1＝3；
二排齿圈R2与二排太阳轮S2：ZR2/ZS2＝3.5；
三排齿圈R3与三排太阳轮S3：ZR3/ZS3＝3。
其中，在结合所述第一制动器B1的情况下，形成第二电机MG2纯电驱动模式。
其中，在结合所述第一制动器B1和第三离合器C3的情况下，形成第一电机MG1和第二电机MG2共同纯电驱动模式。
其中，在结合所述第一制动器B1、第三离合器C3和第一离合器C1的情况下，发动机ICE助力，形成发动机ICE和双电机并联混合驱动模式。
其中，在结合所述第一离合器C1和第一制动器B1的情况下，形成发动机ICE和双电机功率分流型混合驱动的第一种模式。
其中，在结合所述第一离合器C1和第二离合器C2的情况下，形成发动机ICE和双电机功率分流型混合驱动的第二种模式。
其中，在结合所述第一离合器C1和第三离合器C3的情况下，形成发动机ICE和双电机功率分流型混合驱动的第三种模式。
其中，在结合所述第一离合器C1、第三离合器C3和第一制动器B1的情况下，形成第一机械挡位；
在结合所述第一离合器C1、第二离合器C2和第一制动器B1的情况下，形成第二机械挡位；
在结合所述第一离合器C1、第二离合器C2和第三离合器C3的情况下，形成第三机械挡位，该挡位为直接挡。
其中，在结合所述第一离合器C1、第三离合器C3和第二制动器B2的情况下，形成第四机械挡位，该挡位为超速挡。
(三)有益效果
与现有技术相比较，本发明所提供的用于混合动力车辆的多模式油电混合传动装置，通过发动机、两个电机、三个行星排、三个离合器和两个制动器来实现纯电低速启动、并联驱动、混联驱动和固定机械挡等模式。该装置可以使发动机常工作在高效区，电机可实现制动能量回收，有效节能减排，同时两个电机功率需求低，有利于减小传动装置的尺寸，减轻变速箱的重量，降低制造费用。该装置能够实现多个模式切换，电池容量需求小，提高了汽车的续航里程；该装置还拥有机械挡，可提高其传动效率。
附图说明
图1为本发明用于混合动力车用的多模式传动装置的结构示意图。
其中，ICE为发动机、ZN为阻尼减振器、MG1为第一电机、MG2为第二电机、R1为一排齿圈、PC1为一排行星架、S1为一排太阳轮、P1为一排行星轮；R2为二排齿圈、PC2为二排行星架、S2为二排太阳轮、P21为二排小行星轮、P22为二排大行星轮；R3为三排齿圈、PC3为三排行星架、S3为三排太阳轮、P3为三排行星轮。操纵件B1、B2为制动器，操纵件C1、C2和C3为离合器。
图中①为发动机输入构件，②为输出构件，③和⑦为电机输入构件，④、⑤和⑥为传动构件。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于混合动力汽车的多模式油电混合传动装置，所述传动装置包括：发动机(ICE)、两个电机、三个行星排、两个制动器和三个离合器；通过不同操纵件的组合和发动机电机控制，该传动装置可实现纯电驱动、并联模式、混联驱动模式和固定挡位等模式；具体结构如图1所示；
其中，所述两个电机分为第一电机MG1和第二电机MG2；
所述两个制动器分为第一制动器B1和第二制动器B2；
所述三个离合器分为第一离合器C1、第二离合器C2和第三离合器C3；
第一个行星排为内外啮合单星行星排，包括：一排齿圈R1、一排行星架PC1、一排太阳轮S1和一排行星轮P1；所述一排行星轮P1同时和一排太阳轮S1、一排齿圈R1啮合；所述一排行星架PC1用于支撑一排行星轮P1；
第二个行星排为内外啮合双星行星排，包括：二排齿圈R2、二排行星架PC2、二排太阳轮S2、二排小行星轮P21和二排大行星轮P22；所述二排小行星轮P21同时和二排太阳轮S2、二排大行星轮P22啮合；所述二排大行星轮P22同时和二排齿圈R2、二排小行星轮P21啮合；所述二排行星架PC2用于支撑二排小行星轮P21和二排大行星轮P22；
第三个行星排为内外啮合单星行星排，包括：三排齿圈R3、三排行星架PC3、三排太阳轮S3和三排行星轮P3；所述三排行星轮P3同时和三排太阳轮S3、三排齿圈R3啮合；所述三排行星架PC3用于支撑三排行星轮P3；
所述一排太阳轮S1与第一电机MG1、第二离合器C2内毂及第三离合器C3外毂固定连接；所述一排行星架PC1与二排行星架PC2、三排行星架PC3及输出轴Output固定连接；所述一排齿圈R1与第一离合器C1外毂固定连接；
所述二排太阳轮S2与第三离合器C3内毂固定连接；所述二排齿圈R2与第二离合器C2外毂、三排齿圈R3和第一制动器B1内毂固定连接；
所述三排太阳轮S3分别与第二制动器B2内毂及第二电机MG2固定连接；
所述发动机ICE通过阻尼减振器ZN与第一离合器C1内毂固定连接；
所述第一制动器B1和第二制动器B2外毂固定在变速器壳体上。
其中，所述三个行星排的内传动比，即各个行星排的齿圈与太阳轮的齿数比分别为：
一排齿圈R1与一排太阳轮S1：ZR1/ZS1＝3；
二排齿圈R2与二排太阳轮S2：ZR2/ZS2＝3.5；
三排齿圈R3与三排太阳轮S3：ZR3/ZS3＝3。
其中，在结合所述第一制动器B1的情况下，形成第二电机MG2纯电驱动模式。
其中，在结合所述第一制动器B1和第三离合器C3的情况下，形成第一电机MG1和第二电机MG2共同纯电驱动模式。
其中，在结合所述第一制动器B1、第三离合器C3和第一离合器C1的情况下，发动机ICE助力，形成发动机ICE和双电机并联混合驱动模式。
其中，在结合所述第一离合器C1和第一制动器B1的情况下，形成发动机ICE和双电机功率分流型混合驱动的第一种模式。
其中，在结合所述第一离合器C1和第二离合器C2的情况下，形成发动机ICE和双电机功率分流型混合驱动的第二种模式。
其中，在结合所述第一离合器C1和第三离合器C3的情况下，形成发动机ICE和双电机功率分流型混合驱动的第三种模式。
其中，在结合所述第一离合器C1、第三离合器C3和第一制动器B1的情况下，形成第一机械挡位；
在结合所述第一离合器C1、第二离合器C2和第一制动器B1的情况下，形成第二机械挡位；
在结合所述第一离合器C1、第二离合器C2和第三离合器C3的情况下，形成第三机械挡位，该挡位为直接挡。
其中，在结合所述第一离合器C1、第三离合器C3和第二制动器B2的情况下，形成第四机械挡位，该挡位为超速挡。
实施例1
本实施例为了解决现有技术中存在的问题，实现本发明的技术方案如图1所示，此图描述了混合驱动装置的具体方案，它由发动机、两个电机、三个行星排、三个离合器和两个制动器来实现纯电低速启动、并联驱动、混联驱动和固定机械挡等模式。
为了方便说明，转动部件依次定义为：①—发动机ICE通过阻尼减振器ZN与离合器C1内毂连接组成，②—输出轴Output及一排行星架PC1与二排行星架PC2及三排行星架PC3，③—电机MG1输出轴及一排太阳轮S1和离合器C2内毂及离合器C3外毂，④—一排齿圈R1及离合器C1外毂，⑤—二排太阳轮S2及离合器C3内毂，⑥—二排齿圈R2及三排齿圈R3及离合器C2外毂和制动器B1内毂，⑦—电机MG2输出轴及三排太阳轮S3及制动器B2内毂。
第一制动器B1和第二制动器B2外毂固定在变速器壳体上。
所述制动器B1即用于制动构件⑥；
所述制动器B2即用于制动构件⑦；
所述离合器C1即用于连接构件①和构件④；
所述离合器C2即用于连接构件③和构件⑥；
所述离合器C3即用于连接构件③和构件⑤。
上述技术方案中，采用三个行星排，用五个操纵件(三个离合器、两个制动器)将每个排的基本构件(齿圈、行星架和太阳轮)与电机、发动机输入和输出轴(或箱体)直接或间接连接。
以下是各个工作模式实现的说明，此混合驱动装置可以实现两个纯电驱动模式标记为EV1和EV2，并联驱动模式PD，功率分流型混联驱动模式PS1、PS2和PS3，四个机械挡分别标记为：D1-D4。现分析如下：
(1)纯电驱动模式EV
纯电驱动模式主要用于起步、倒挡和低速城市工况。
结合所述第一制动器B1，动力通过第二电机MG2输入三排太阳轮S3，由于三排齿圈R3制动，动力从三排行星架PC3即输出轴②输出，形成纯电驱动模式EV1。
结合所述第一制动器B1和第三离合器C3，由于二排齿圈R2和三排齿圈R3制动，第一电机MG1动力通过二排太阳轮S2输入，然后从二排行星架PC2即输出轴②输出，第二电机MG2动力通过三排太阳轮S3输入，然后从三排行星架PC3即输出轴②输出，形成第一电机和第二电机共同纯电驱动模式EV2。
(2)并联驱动模式PD
并联驱动模式主要用于起步和低速城市工况，当纯电驱动模式动力不足时，发动机助力。
结合所述第一制动器B1、第三离合器C3和第一离合器C1，由于二排齿圈R2和三排齿圈R3制动，发动机ICE动力从一排齿圈R1输入，一部分动力通过一排行星架PC1即输出轴②输出，还有一部分动力和第一电机MG1动力一起通过二排太阳轮S2输入，然后从二排行星架PC2即输出轴②输出，第二电机MG2动力通过三排太阳轮S3输入，然后从三排行星架PC3即输出轴②输出，形成发动机助力，第一电机和第二电机共同驱动的并联驱动模式PD。
(3)功率分流型混联驱动模式PS
功率分流型混联驱动模式可用于低速、中速和高速等工况。
结合所述第一离合器C1和第一制动器B1，第一个行星排功率分流，第二电机MG2减速助力：
发动机ICE动力从一排齿圈R1输入，一部分动力通过一排行星架PC1即输出轴②输出，还有一部分动力输入到第一电机MG1，第一电机MG1工作在发电状态，第二电机MG2工作在电动状态，可用第一电机或电池等储能元件电能，该电机动力通过三排减速和发动机ICE的另一部分功率共同通过输出轴②输出。
通过第一和第二电机转速调节，可实现输出无级变速，形成功率分流型混合驱动模式PS1，主要用于低速和中速行驶工况。
结合所述第一离合器C1和第二离合器C2，由于二排不工作，一排和三排组成功率分流机构：
发动机ICE动力从一排齿圈R1输入，由于一排和三排组成功率分流机构，当第一电机MG1转速与发动机转速相同时，该电机工作在电动状态，当第二电机MG2也与发动机转速相同时，该电机工作在发电状态，该电能可输入给第一电机或电池等储能元件中，两个电机和发动机ICE通过行星排耦合功率然后通过输出轴②输出。
通过两个电机转速调节，可实现输出无级变速，形成功率分流型混合驱动模式PS2，主要用于中速行驶工况。
结合所述第一离合器C1和第三离合器C3，三个行星排都工作，共同组成功率分流机构：
发动机ICE动力从一排齿圈R1输入，由于三个行星排共同组成功率分流机构，当第二电机MG2与发动机转速相同时，该电机工作在发电状态，该电能可以输入给第一电机或电池等储能元件中，当第一电机MG1转速也与发动机转速相同时，该电机工作在电动状态，两个电机和发动机ICE通过行星排耦合功率然后通过输出轴②输出。
通过两个电机转速调节，可实现输出无级变速，形成功率分流型混合驱动模式PS3，主要用于高速行驶工况。
(4)机械挡工况D1-D4
结合所述第一离合器C1、第三离合器C3和第一制动器B1，二排齿圈R2制动，三排不工作，一排和二排组成挡位，动力从发动机ICE输出，一排齿圈R1输入，从一排和二排行星架即输出轴②输出，形成第一机械挡位D1。
结合所述第一离合器C1、第二离合器C2和第一制动器B1，一排工作，其余行星排不工作，动力从发动机ICE输出，一排齿圈R1输入，一排太阳轮S1制动，动力从一排行星架PC1即输出轴②输出，形成第二机械挡位D2。
结合所述第一离合器C1、第二离合器C2和第三离合器C3，三排不工作，一排和二排整体回转，动力从一排齿圈R1输入，从输出轴②输出，形成直接挡，即第三机械挡位D3。
结合所述第一离合器C1、第三离合器C3和第二制动器B2，三个行星排都工作，三排太阳轮S3制动，动力从发动机ICE输出，一排齿圈R1输入，通过三个行星排，从输出轴②输出，形成第四机械挡位D4，该挡位也为超速挡。
各模式传动比范围由三个行星排的k值决定，即行星排的齿圈与太阳轮的齿数比。例如，三个排k值分别取：
一排齿圈(R1)与一排太阳轮(S1)：ZR1/ZS1＝3；
二排齿圈(R2)与二排太阳轮(S2)：ZR2/ZS2＝3.5；
三排齿圈(R3)与三排太阳轮(S3)：ZR3/ZS3＝3。
表1为混合驱动模式实现方式和传动比范围，此表描述了实现模式所需要结合的操纵件。
表1实现各模式的操纵件结合顺序及传动比
Figure GDA0003605252750000101
Figure GDA0003605252750000111
表中，“√”表示操纵件结合。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于混合动力汽车的多模式油电混合传动装置，其特征在于，所述传动装置包括：发动机(ICE)、两个电机、三个行星排、两个制动器和三个离合器；
其中，所述两个电机分为第一电机(MG1)和第二电机(MG2)；
所述两个制动器分为第一制动器(B1)和第二制动器(B2)；
所述三个离合器分为第一离合器(C1)、第二离合器(C2)和第三离合器(C3)；
第一个行星排为内外啮合单星行星排，包括：一排齿圈(R1)、一排行星架(PC1)、一排太阳轮(S1)和一排行星轮(P1)；所述一排行星轮(P1)同时和一排太阳轮(S1)、一排齿圈(R1)啮合；所述一排行星架(PC1)用于支撑一排行星轮(P1)；
第二个行星排为内外啮合双星行星排，包括：二排齿圈(R2)、二排行星架(PC2)、二排太阳轮(S2)、二排小行星轮(P21)和二排大行星轮(P22)；所述二排小行星轮(P21)同时和二排太阳轮(S2)、二排大行星轮(P22)啮合；所述二排大行星轮(P22)同时和二排齿圈(R2)、二排小行星轮(P21)啮合；所述二排行星架(PC2)用于支撑二排小行星轮(P21)和二排大行星轮(P22)；
第三个行星排为内外啮合单星行星排，包括：三排齿圈(R3)、三排行星架(PC3)、三排太阳轮(S3)和三排行星轮(P3)；所述三排行星轮(P3)同时和三排太阳轮(S3)、三排齿圈(R3)啮合；所述三排行星架(PC3)用于支撑三排行星轮(P3)；
所述一排太阳轮(S1)与第一电机(MG1)、第二离合器(C2)内毂及第三离合器(C3)外毂固定连接；所述一排行星架(PC1)与二排行星架(PC2)、三排行星架(PC3)及输出轴(Output)固定连接；所述一排齿圈(R1)与第一离合器(C1)外毂固定连接；
所述二排太阳轮(S2)与第三离合器(C3)内毂固定连接；所述二排齿圈(R2)与第二离合器(C2)外毂、三排齿圈(R3)和第一制动器(B1)内毂固定连接；
所述三排太阳轮(S3)分别与第二制动器(B2)内毂及第二电机(MG2)固定连接；
所述发动机(ICE)通过阻尼减振器(ZN)与第一离合器(C1)内毂固定连接；
所述第一制动器(B1)和第二制动器(B2)外毂固定在变速器壳体上。
2.如权利要求1所述的用于混合动力汽车的多模式油电混合传动装置，其特征在于，所述三个行星排的内传动比，即各个行星排的齿圈与太阳轮的齿数比分别为：
一排齿圈(R1)与一排太阳轮(S1)：ZR1/ZS1＝3；
二排齿圈(R2)与二排太阳轮(S2)：ZR2/ZS2＝3.5；
三排齿圈(R3)与三排太阳轮(S3)：ZR3/ZS3＝3。
3.如权利要求1所述的用于混合动力汽车的多模式油电混合传动装置，其特征在于，在结合所述第一制动器(B1)的情况下，形成第二电机(MG2)纯电驱动模式。
4.如权利要求1所述的用于混合动力汽车的多模式油电混合传动装置，其特征在于，在结合所述第一制动器(B1)和第三离合器(C3)的情况下，形成第一电机(MG1)和第二电机(MG2)共同纯电驱动模式。
5.如权利要求1所述的用于混合动力汽车的多模式油电混合传动装置，其特征在于，在结合所述第一制动器(B1)、第三离合器(C3)和第一离合器(C1)的情况下，发动机(ICE)助力，形成发动机(ICE)和双电机并联混合驱动模式。
6.如权利要求1所述的用于混合动力汽车的多模式油电混合传动装置，其特征在于，在结合所述第一离合器(C1)和第一制动器(B1)的情况下，形成发动机(ICE)和双电机功率分流型混合驱动的第一种模式。
7.如权利要求6所述的用于混合动力汽车的多模式油电混合传动装置，其特征在于，在结合所述第一离合器(C1)和第二离合器(C2)的情况下，形成发动机(ICE)和双电机功率分流型混合驱动的第二种模式。
8.如权利要求7所述的用于混合动力汽车的多模式油电混合传动装置，其特征在于，在结合所述第一离合器(C1)和第三离合器(C3)的情况下，形成发动机(ICE)和双电机功率分流型混合驱动的第三种模式。
9.如权利要求1所述的用于混合动力汽车的多模式油电混合传动装置，其特征在于，在结合所述第一离合器(C1)、第三离合器(C3)和第一制动器(B1)的情况下，形成第一机械挡位；
在结合所述第一离合器(C1)、第二离合器(C2)和第一制动器(B1)的情况下，形成第二机械挡位；
在结合所述第一离合器(C1)、第二离合器(C2)和第三离合器(C3)的情况下，形成第三机械挡位，该挡位为直接挡。
10.如权利要求9所述的用于混合动力汽车的多模式油电混合传动装置，其特征在于，在结合所述第一离合器(C1)、第三离合器(C3)和第二制动器(B2)的情况下，形成第四机械挡位，该挡位为超速挡。
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