CN114056076A - 双动力源单行星排多模混合驱动系统 - Google Patents

双动力源单行星排多模混合驱动系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供的双动力源单行星排多模混合驱动系统，其包括双动力源、单行星排、离合器、同步器及与同步器分离或啮合的同步齿轮，以及对单行星排进行制动的制动系统；双动力源包括第一动力源和第二动力源；单行星排包括行星齿圈、太阳轮、行星架以及设于行星架上的行星轮；离合器、同步器以及同步齿轮均设于第一动力源的第一动力轴上；太阳轮设置于该第二动力源的第二动力轴上；同步齿轮包括通过轴齿传动系统与行星齿圈啮合传动的第一齿轮，以及通过啮合齿轮与第二动力轴传动的第二齿轮；同步器设置于第一齿轮与第二齿轮之间。本发明仅采用双动力源外加单行星排机构即可实现多模式之间的切换，机构简单且集成度高，实现了行星排的无级变速功能。

Description

双动力源单行星排多模混合驱动系统
技术领域
本发明涉及混合动力汽车驱动系统技术领域，具体涉及双动力源单行星排多模混合驱动系统。
背景技术
混合动力汽车驱动系统是在传统变速基础上附加电机，形成混合动力方案或者为混合动力汽车专门设计混动方案。目前已经形成了以行星排为主的功率分流混合动力变速器方案，该方案可以根据行星排数目以及机械点个数的不同，包括单模、双模以及多模的功率分流混合动力变速器，结构紧凑，但随着行星排个数的增加，变速器结构复杂。
例如，存在功率分流模式的单行星排混合驱动系统在整车速度较高时，行星排会出现功率循环而使得整车效率较低；在车速较低时存在功率分流模式，整车的效率较高。因此，基于单行星排且仅存在功率分流模式的混合驱动系统并不适用于实际的整车运行。
再例如，采用双行星排三动力源结构的变速方案，其发动机和前行星排的行星架相连，第一电机和前排太阳轮相连，行星齿圈作为输出；后行星排中行星架被固定，第二电机和后行星排的太阳轮相连；两行星排共用一个行星齿圈作为输出，驱动整车运行。后行星排的主要作用是对第二电机进行减速增扭，以增加驱动系统的扭矩输出，降低动力源的体积大小。但是，该技术方案无法实现发动机单独运行模式，并且需要双电机和双行星排，整车驱动系统的结构和控制变得相对较为复杂；在高速运行模式下，第二电机转速较高，根据电机外特性曲线，整车动力性可能会不足，并且前行星排将会出现功率循环现象，降低了整车的驱动效率。可见，多行星排混合驱动系统增加驱动系统的复杂程度以及空间利用度的同时，降低了整车的能源利用率，使得整车的驱动系统控制较为复杂。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种双动力源单行星排多模混合驱动系统，其可通过单个行星齿轮机构实现多种工作模式的驱动，极大降低整车驱动系统的控制难度和结构复杂度，并且可根据整车的运行工况调整整车的运行模式，使整车的燃油经济性达到最佳。
具体的，本发明提供的双动力源单行星排多模混合驱动系统，其特征在于，包括双动力源、单行星排、离合器、同步器、与该同步器分离或啮合的同步齿轮，以及对所述单行星排进行制动的制动系统；
其中：所述双动力源包括有第一动力源和第二动力源；单行星排为三构件结构，包括行星齿圈、太阳轮、行星架以及设于行星架上的行星轮；
所述离合器、同步器以及同步齿轮均设置于所述第一动力源的第一动力轴上；
所述单行星排的太阳轮设置于该第二动力源的第二动力轴上；
所述同步齿轮包括通过轴齿传动系统与单行星排的行星齿圈啮合传动的第一齿轮，以及通过啮合齿轮与所述第二动力轴传动的第二齿轮；
所述同步器设置于所述第一齿轮与第二齿轮之间。
上述同步器可选择地与第一齿轮或第二齿轮啮合，实现多种行车模式的切换。
本发明通过分析车辆系统的工作模式，仅采用双动力源外加单行星排机构即可实现多模式之间的切换，相比于传统的驱动系统，本发明的多模混合驱动系统结构简单且集成度高，控制简单，传动效率高且成本低，具有较强的市场竞争价值。相比离合器控制，本发明采用同步器控制，在模式切换过程中降低对整车的冲击度。
进一步的，所述轴齿传动系统包括：第三动力轴、设于该第三动力轴上的且与所述第一齿轮啮合的第三齿轮、设于所述第三动力轴上的第四齿轮以及分别与该第四齿轮以及所述行星齿圈啮合的惰轮。
进一步的，所述单行星排还包括行星架，该行星架与所述第二动力轴固定连接。
进一步的，本发明提供的双动力源单行星排多模混合动力系统还包括动力输出系统，所述动力输出系统包括设于所述第二动力轴上的第五齿轮、与该第五齿轮啮合的第六齿轮以及与该第六齿轮固连的动力输出轴。
进一步的，所述制动系统包括对所述行星齿圈进行制动的第一制动器，以及对所述太阳轮进行制动的第二制动器。
本发明对单行星排采用双制动器制动，与同步器配合实现不同模式下的动力传递。
进一步的，所述第一动力源为发动机，第二动力源为电机。
进一步的，所述离合器为单向离合器或双向离合器。
相较于现有技术，本发明的双动力源单行星排多模混合驱动系统具有如下技术优点：
1)本发明的双动力源单行星排多模混合驱动系统仅通过单个行星齿轮机构即可实现多种工作模式，相比传统结构，本发明可以大大降低整车驱动系统的控制难度和构型的复杂度；
2)本发明仅通过同步器与不同同步齿轮的啮合即可实现多种模式的切换。相比离合器控制，本发明在模式切换过程可以降低整车的冲击度。
3)本发明具备发动机单独驱动、纯电动模式、怠速起停模式、功率分流模式、转矩耦合、行车充电模式一、行车充电模式二、驻车充电模式、再生制动模式等工作模式，通过控制离合器、制动器和同步器的接合与分离即可实现各工作模式之间的切换，控制简单。
3)本发明的双动力源单行星排多模混合驱动系统，动力源少且操作部件少，系统结构简单，传动效率高；
4)本发明的双动力源单行星排多模混合驱动系统构件少，相对于其他驱动系统，成本低。
附图说明
图1为本发明提供的双动力源单行星排多模混合驱动系统结构示意图；
图2为采用图1所示的双动力源单行星排多模混合驱动系统结构在发动机单独驱动模式下的动力路径图；
图3为采用图1所示的双动力源单行星排多模混合驱动系统结构在电机单独驱动模式下的动力路径图；
图4为采用图1所示的双动力源单行星排多模混合驱动系统结构在功率分流模式下的动力路径图；
图5为采用图1所示的双动力源单行星排多模混合驱动系统结构在行车充电模式一下的动力路径图；
图6为采用图1所示的双动力源单行星排多模混合驱动系统结构在行车充电模式二下的动力路径图；
图7为采用图1所示的双动力源单行星排多模混合驱动系统结构在驻车充电模式下的动力路径图；
图8为采用图1所示的双动力源单行星排多模混合驱动系统结构在转矩耦合模式下的动力路径图；
图9为采用图1所示的双动力源单行星排多模混合驱动系统结构在怠速起停模式下的动力路径图；
图10为采用图1所示的双动力源单行星排多模混合驱动系统结构在再生制动模式下的动力路径图。
附图图号说明：
1、第三动力轴；2、惰轮；3、行星齿圈；4、第一制动器；5、行星齿轮；6、第二动力源；7、第六齿轮；8、动力输出轴；9、第五齿轮；10、第二动力轴；11、太阳轮；12、第二制动器；13、行星架；14、啮合齿轮；15、第二齿轮；16、同步器；17、第一齿轮；18、第一动力轴；19、离合器；20、第一动力源；21、第三齿轮；22、第四齿轮。
具体实施方式
为了更好地理解和实施，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等，该术语指示的方位或位置关系的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。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。
如图1图示，本发明提供的双动力源单行星排多模混合驱动系统，其包括由第一动力源20和第二动力源6构成的双动力源、单行星排、动力输出系统以及对单行星排进行制动的制动系统。
其中，单行星排为三构件机构，包括与第二动力轴10固定连接的行星架13、与第二动力源6传动连接的太阳轮11、行星齿圈3，以及分别与太阳轮11和行星齿圈3啮合的设于行星架13上的行星齿轮5。
第一动力源20为发动机，其第一动力轴18上设置有可用于控制第一动力源20动力传输与中断的离合器19、第一齿轮17、第二齿轮15以及可选择地与第一齿轮17或第二齿轮15接合或分离的同步器16，其中第一齿轮通过轴齿传动系统与所述行星齿圈3传动连接；结合图1，该轴齿传动系统包括第三动力轴1、与该第三动力轴1固连的且与所述第一齿轮17啮合的第三齿轮21、设于该第三动力轴1上的第四齿轮22以及分别与该第四齿轮22以及行星齿圈3啮合的惰轮2；动力输出系统包括动力输出轴8、设于该动力输出轴上8的第六齿轮7，以及与该第六齿轮7啮合的且与第二传动力轴10固连的第五齿轮9。
制动系统包括对行星齿圈3进行制动的第一制动器4以及对所述太阳轮11进行制动的第二制动器12。
第二齿轮15与固设于第二动力轴10上的啮合齿轮14啮合传动。
其中，第二动力源6为电机。
本发明提供的双动力源单行星排多模混合驱动系统在具体应用过程中，整车控制系统根据当前车速、油门踏板深度、制动踏板深度、动力电池SOC等参数在动力性或者经济性为前提下实时计算决策，选择一种较优的行车模式，并发出制动器、同步器、离合器、发动机及电机控制指令，使多模混合系统按照行车模式的状态进行动力输出。同时，当上述参数变化导致行车模式变化时，需要控制保证模式切换过程动力输出平稳顺畅。
本发明双动力源单行星排多模混合驱动系统其适应的行车模式包括发动机单独驱动模式、纯电动运行模式、功率分流模式、转矩耦合模式、怠速起停模式、行车充电模式一、行车充电模式二、驻车充电模式和再生制动模式。
下面将结合图1所示的结构，对各行车模式的驱动过程进行描述。
发动机单独驱动模式：控制系统控制第一制动器4和第二制动器12打开，并控制同步器16与第二齿轮15结合，以及控制离合器19结合，第一动力源20的动力通过第一动力轴18、第二齿轮15、啮合齿轮14、第二动力轴10以及动力输出系统输出至轮端。该模式下的动力传动路径如图2箭头所示。
电机单独驱动模式：控制系统控制第一制动器4闭合并控制第二制动器12打开，并控制同步器16不与任何一个同步齿轮接合，即既不与第一齿轮17接合，也不与第二齿轮15接合，此时为第二动力源6将动力输出至轮端。该模式下的动力传动路径如图3中箭头所示。
功率分流模式：控制系统控制第一制动器4和第二制动器12打开，并控制同步器16与第一齿轮17接合，并控制离合器19接合，第一动力源20的动力一部分通过轴齿传动系统以及单行星排输出至行星架13，第二动力源6通过太阳轮11传递动力至行星架13，两动力汇合后输出至轮端。该模式下动力传动路径如图4中箭头所示。
行车充电模式一：控制系统控制第一制动器4和第二制动器12打开，并控制同步器16与第一齿轮17接合，并且控制离合器19接合，第一动力源20的动力通过第一动力轴18以及轴齿传动系统和单行星排传递至第二动力源6，该第二动力源6为蓄电池充电。该模式下动力传动路径图5中箭头图示。
行车充电模式二：控制系统控制第一制动器4闭合且控制第二制动器12打开，并控制同步器16与第二齿轮15接合，并且控制离合器19接合，第一动力源20的动力通过第一动力轴18以及轴齿传动系统和单行星排传递至第二动力源6，该第二动力源6为蓄电池充电。该模式下的动力传动路径如图6中箭头所示。
驻车充电模式：控制系统控制第一制动器4和第二制动器12打开，并控制同步器16与第一齿轮17接合，以及控制离合器19接合，第一动力源20的动力经第一动力轴18以及轴齿传动系统，并经单行星排传递至第二动力源6，该第二动力源6为蓄电池充电。该模式下的动力传动路径如图7中箭头所示。
转矩耦合模式：控制系统控制第一制动器4闭合并控制第二制动器12打开，同时，还控制同步器16与第二齿轮15接合以及控制离合器19接合，第二动力源6为驱动电机时，第一动力源20动力经第二齿轮15以及啮合齿轮14传递至行星架13，第二动力源6通过太阳轮传递至行星架13，两动力汇合后输出至轮端。该模式下的动力传动路径如图8箭头图示。
怠速起停模式：控制系统控制第一制动器4和第二制动器12打开，并控制同步器16和第一齿轮17接合，以及控制离合器19接合。车辆怠速状态下，第一动力源6动力经由第二动力轴10并经行星架13输出至第二动力源20，控制第二动力源20启动或者制动。该模式下的动力传动路径如图9中箭头所示。
再生制动模式：控制系统控制第一制动器4闭合，并控制第二制动器12打开，即可实现再生制动模式。车辆滑行时，轮端扭矩通过动力输出轴8，经过齿轮7和齿轮9传递给行星架13，最终传递给太阳轮11，而第一动力源6与太阳轮11直接相连，故扭矩最终传递到第一动力源6端进行制动发电。该模式下的动力传动路径如图10中箭头所示。
本发明的双动力源单行星排多模混合驱动系统根据系统工作模式分析，力源仅采用双动力源外加单行星排机构即可实现多模式之间的切换。具体为单个行星排以及通过控制离合器、制动器和同步器的接合与分离即可实现各工作模式之间的切换，在模式切换过程可以降低整车的冲击度；本发明的动力源少，操作部件少，系统结构为简单，传动效率高，相对于其他驱动系统，成本相对低，具有较强的市场竞争价值。同时，使用同步器结构代替离合器结构，可以降低模式切换过程中的冲击度，增加整车行驶过程的舒适性。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.双动力源单行星排多模混合驱动系统，其特征在于，包括双动力源、单行星排、离合器(19)、同步器(16)、与该同步器(16)分离或啮合的同步齿轮，以及对所述单行星排进行制动的制动系统；
其中：所述双动力源包括有第一动力源(20)和第二动力源(6)；
所述离合器(19)、同步器(16)以及同步齿轮均设置于所述第一动力源(20)的第一动力轴(18)上；
所述单行星排的太阳轮(11)设置于该第二动力源(6)的第二动力轴(10)上；
所述同步齿轮包括通过轴齿传动系统与单行星排的行星齿圈(3)啮合传动的第一齿轮(17)，以及通过啮合齿轮(14)与所述第二动力轴(10)传动的第二齿轮(15)；
所述同步器(16)设置于所述第一齿轮(17)与第二齿轮(15)之间。
2.根据权利要求1所述的双动力源单行星排多模混合驱动系统，其特征在于，所述轴齿传动系统包括：第三动力轴(1)、设于该第三动力轴(1)上的且与所述第一齿轮(17)啮合的第三齿轮(21)、设于所述第三动力轴(1)上的第四齿轮(22)以及分别与该第四齿轮(22)以及所述行星齿圈(3)啮合的惰轮(2)。
3.根据权利要求1或2所述的双动力源单行星排多模混合驱动系统，其特征在于，所述单行星排还包括行星架(13)，该行星架(13)与所述第二动力轴(10)固定连。
4.根据权利要求3所述的双动力源单行星排多模混合驱动系统，其特征在于，还包括动力输出系统，所述动力输出系统包括设于所述第二动力轴(10)上的第五齿轮(9)、与该第五齿轮(9)啮合的第六齿轮(7)以及与该第六齿轮(7)固连的动力输出轴(8)。
5.根据权利要求4的双动力源单行星排多模混合驱动系统，其特征在于，所述制动系统包括对所述行星齿圈(3)进行制动的第一制动器(4)，以及对所述太阳轮(11)进行制动的第二制动器(12)。
6.根据权利要求5所述的双动力源单行星排多模混合驱动系统，其特征在在于，所述第一动力源(20)为发动机，第二动力源(6)为电机。
7.根据权利要求5或6所述的双动力源单行星排多模混合驱动系统，其特征在于，所述制动系统与所述同步器(16)配合实现发动机单独驱动模式控制；
所述发动机单独驱动模式控制为：控制系统控制第一制动器(4)和第二制动器(12)打开，并控制同步器(16)与第二齿轮(15)结合以及控制离合器(19)结合，第一动力源(20)的动力通过第一动力轴(18)、第二齿轮(15)、啮合齿轮(14)、第二动力轴(10)以及动力输出系统输出至轮端。
8.根据权利要求5或6所述的双动力源单行星排多模混合驱动系统，其特征在于，所述制动系统与所述同步器(16)配合实现功率分流模式控制；
所述功率分流模式控制为：控制系统控制第一制动器(4)和第二制动器(12)打开，并控制同步器(16)与第一齿轮(17)接合，并控制离合器(19)接合，第一动力源(20)的动力一部分通过轴齿传动系统以及单行星排输出至行星架(13)，第二动力源(6)通过太阳轮(11)传递动力至行星架(13)，两动力在行星架(13)汇合后并输出至轮端。
9.根据权利要求5或6所述的双动力源单行星排多模混合驱动系统，其特征在于，所述制动系统与所述同步器(16)配合实现驻车充电模式控制；
所述驻车充电模式控制为：控制系统控制第一制动器(4)和第二制动器(12)打开，并控制同步器(16)与第一齿轮(17)接合，以及控制离合器(19)接合，第一动力源(20)的动力经第一动力轴(18)以及轴齿传动系统，并经单行星排传递至第二动力源(6)。
10.根据权利要求5或6所述的双动力源单行星排多模混合驱动系统，其特征在于，所述制动系统与所述同步器(16)配合实现电机单独驱动模式控制；
所述电机单独驱动模式控制为：控制系统控制第一制动器(4)闭合，第二制动器(12)打开，并控制同步器(16)不与第一齿轮(17)和第二齿轮(15)接合，第二动力源(6)动力输出至轮端。
11.根据权利要求5或6所述的双动力源单行星排多模混合驱动系统，其特征在于，所述制动系统与所述同步器(16)配合实现转矩耦合模式控制；
所述转矩耦合模式控制为：控制系统控制第一制动器(4)闭合并控制第二制动器(12)打开，同时，还控制同步器(16)与第二齿轮(15)接合以及控制离合器(19)接合，第二动力源(6)为驱动电机时，第一动力源(20)动力经第二齿轮(15)以及啮合齿轮(14)传递至行星架(13)，第二动力源(6)通过太阳轮(11)传递至行星架(13)，动力在行星架(13)汇合并输出至轮端。
12.根据权利要求5或6所述的双动力源单行星排多模混合驱动系统，其特征在于，所述制动系统与所述同步器(16)配合实现再生制动模式控制；
所述再生制动控制模式为：控制系统控制第一制动器(4)闭合，并可控制第二制动器(12)打开，车辆滑行时，轮端扭矩通过动力输出轴(8)，并经第六齿轮(7)和第五齿轮(9)传递给行星架(13)，最终传递给太阳轮(11)，并通过太阳轮(11)将动力传递至第一动力源(6)制动发电。
13.根据权利要求5或6所述的双动力源单行星排多模混合驱动系统，其特征在于，所述制动系统与所述同步器(16)配合实现怠速起停模式控制；
所述怠速起停模式控制为：控制系统控制第一制动器(4)和第二制动器(12)打开，并控制同步器(16)与第一齿轮(17)接合，以及控制离合器(19)接合；车辆怠速状态下，第一动力源(6)动力经由第二动力轴(10)并经行星架(13)输出至第二动力源(20)，以控制第二动力源(20)启动或者制动。
14.根据权利要求5或6所述的双动力源单行星排多模混合驱动系统，其特征在于，所述制动系统与所述同步器(16)配合实现行车充电模式控制；
所述行车充电模式包括行车充电模式一和行车充电模式二；
其中，所述行车充电模式一的控制为：控制系统控制第一制动器(4)和第二制动器(12)打开，并控制同步器(16)与第一齿轮(17)接合，并且控制离合器(19)接合，第一动力源(20)的动力通过第一动力轴(18)以及轴齿传动系统和单行星排传递至第二动力源(6)，该第二动力源6为蓄电池充电；
所述行车充电模式二的控制为：控制系统控制第一制动器(4)闭合且控制第二制动器(12)打开，并控制同步器(16)与第二齿轮(15)接合，并且控制离合器(19)接合，第一动力源(20)的动力通过第一动力轴(18)以及轴齿传动系统和单行星排传递至第二动力源(6)，该第二动力源(6)为蓄电池充电。
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