CN102616127A - 双模两级行星轮混合动力传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双模两级行星轮混合动力传动装置，包括发动机、第一电机、第二电机、行星架以及差速器，在所述的行星架上设置有第一行星排和第二行星排，所述的第一行星排包括第一级行星轮和第二级行星轮，所述的第二行星排也包括第一级行星轮和第二级行星轮，第一行星排的外齿圈与所述的发动机连接，第二电机与第一行星排的太阳轮连接，第二行星排的外齿圈与所述的差速器连接；所述的第一电机与所述的行星架连接，所述的行星架通过第二湿式离合器的闭合与第一行星排的的外齿圈连接。双模两级行星轮混合动力传动装置可以实现多种工作模式，可以降低对电机的转速和转矩要求以及对电机技术的要求，其直接效果是减小了电机的加工制造难度。

Description

双模两级行星轮混合动力传动装置

技术领域

本发明涉及一种混合动力传动装置，尤其是一种采用行星齿轮传动的传动装置。

技术背景

混合动力汽车作为一种新兴的节能环保型汽车，其技术和市场处于一种蓬勃的发展阶段，重视和扶持我国的混合动力汽车产业，是快速缩短与世界汽车技术水平差距的发展良机，也是保障我国汽车行业健康持续发展的重要机遇。混合动力汽车（HEV）与传统汽车及纯电动汽车相比，最大差别是动力***。对于并联和混联式HEV，动力耦合***负责将HEV的多个动力组合在一起，实现多动力源间合理的功率分配并把动力传给驱动桥，它在HEV开发中处于重要地位，其性能直接关系到HEV整车性能是否达到设计要求，是HEV最核心部分。行星轮系具有多自由度、输入输出灵活可控的特点，而且结构紧凑、体积小、速比大、因此被越来越多的混合动力汽车动力耦合***所采用，这也是当今混合动力汽车动力总成发展的一种趋势。

1997年丰田推出首款混合动力汽车Prius, 2005年又推出了搭载最新第3代机电混合动力***的2006款Prius，仍采用THS混联式结构，灵巧精密的行星齿轮***对发动机的输出功率进行重新分配，达到合理平衡发动机负荷的目的。图1所示即为丰田Prius混合动力传动装置结构图，其中1、发动机，2、曲轴，3、减速器，4、发电机MG1，5、行星齿轮系，6、太阳轮，7、行星轮，8、外齿圈，8a、齿圈主动链轮，9、行星架，10、无声链，11、减速齿轮，12、被动齿轮。13，减速齿轮，14、差速器，15a、b、驱动车轮，16、电动机MG2。其混合动力***总成由发动机(Engine)、发电机(MG1)、电动机(MG2)、动力耦合***、逆变器以及动力蓄电池等部件组成。在此机构中发动机与行星架相联，通过行星齿轮将动力传递给外齿圈和太阳轮，齿圈轴与电动机和传动轴相联，太阳轮轴与发电机相联。该***将发动机大部分转矩直接传递到驱动轴上，将小部分转矩传给发电机，发电机发出的电能根据指令用于电池充电或电动机，以增加驱动力。这种结构可以通过调节发电机转速使其产生变化，使发动机一直处于高效率区或低排放区。此外，通过调节行星排各元件的转速，使其像无级变速器一样工作。

此结构特点：

1）            动力耦合***采用了一单行星排三轴传动***；

2）            两电机分别布置在行星排的两侧；

3）            行星排的输出齿圈与中间齿轮轴之间采用了链传动技术；

4）            由于行星齿轮实现无极变速，发动机转速与车速没有直接关系；并且发动机是主动力源，在整个运行过程中，发动机提供全部能量。因此，整车控制的关键是寻找某功率下发动机的最佳效率点，即通过调节电机MG1的转速来实现发动机优化控制。

5）            电机MG2输出轴与行星排外齿圈固接，纯电动起步时，只需要对MG2进行控制，***驱动控制实现非常简单。

现有技术缺点

1、电机布置方式

两个电机布置在行星排的两侧，冷却***布置复杂、电机***集成度低、并且行星排两侧左右传动轴不等长，不利于前舱布置。电机MG1和发动机并排布置于行星排右侧，由于两者距离比较近，并且MG1的最佳工作温度为60℃小于发动机最佳工作温度90℃，因此MG1壳体会受到发动机壳体散热的影响快速升高，会造成电机冷却***经常处于冷却MG1的工作状态，影响整车效率。由于MG1和MG2共用一套冷却***，MG1和MG2布置在行星排的两侧，散热***比较复杂，集成度低，带来了成本增加，可靠性低。

2、单排行星轮系减速比过低对***造成影响

(a) 混合动力***对电机性能要求过高

混合动力***对电机的转速变化范围宽，对电机制造精度、转速/扭矩特性及其动平衡要求十分苛刻。

(b) 混合动力***对空间布置要求过高；

为了达到足够的减速比，传动齿轮减速***对空间布置要求过高，该减速装置采用了包括链传动的多级传动部件，进一步加大了***的复杂性。

3、电机MG1的锁止功能缺失，某些工况下其工作效率下降明显；

在某些车辆行驶工况过程中，由于需求功率的浮动造成了电机MG1总是需要控制在零转速上下浮动来调节发动机的功率输出。在此工况下，MG1的工作效率非常低，并且***的输出功率与功率需求总是会有一些波动，还存在一定的滞后性，这都增加了控制的上的难度。

发明内容

技术问题：

本发明就是为了克服上述缺点，设计开发了一套混合动力车专用的双模两级行星轮混合动力传动装置，通过巧妙的结构设计实现高效的传动，同时可以降底对电机的转速和转矩的要求，能够实现混合动力汽车多动力源的耦合，实现混合动力汽车控制的各项功能的要求。

技术方案：

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种双模两级行星轮混合动力传动装置，包括发动机、第一电机、第二电机、行星架以及差速器，其特征在于：在所述的行星架设置有第一行星排和第二行星排，所述的第一行星排包括第一级行星轮和第二级行星轮，所述的第二行星排也包括第一级行星轮和第二级行星轮，所述的第一行星排的第一级行星轮与第一行星排的太阳轮啮合，所述的第一行星排的第二级行星轮与第一行星排的外齿圈啮合，所述的第二行星排的第一级行星轮与第二行星排的太阳轮啮合，所述的第二行星排的第二级行星轮与第二行星排的外齿圈啮合，所述的第一行星排的第二级行星轮与所述的第二行星排的第二级行星轮也啮合；所述的第一行星排的外齿圈与所述的发动机连接，所述的第二电机与第一行星排的太阳轮连接，所述的第一行星排的太阳轮还通过第一湿式离合器的闭合与第二行星排的太阳轮连接，所述的第二行星排的外齿圈与所述的差速器连接；所述的第一电机与所述的行星架连接，所述的行星架通过第二湿式离合器的闭合与第一行星排的的外齿圈连接。

在所述的行星架上还设置有一锁止该行星架的第一制动器，在所述的第二行星排上还设置有一锁止第二行星排太阳轮的第二制动器。

本发明的创新点：

（1）这种双模两级行星轮混合动力传动装置是一款国内原创的机电一体化混合动力变速***驱动总成，其核心是双星行排五轴齿轮传动***；

（2）双电机布置在行星排的同侧，发动机布置在行星排另一侧，其控制与冷却***更易集成化；

（3）双电机布置在行星排同侧，可以实现电机制造和装配上的集成，减小传动***体积，有利于整车结构布置；

（4）采用两级行星轮传动，可以实现纯电动工况下，电机转速方向与输出轴转速方向的同步；

（5）在发动机启动时，根据工况的不同，可以通过控制B1锁止行星架C，使用电机MG2单独启动发动机，或者通过C2耦合外齿圈r1和行星架C，使用电机MG1单独启动发动机；两种方案保证发动机启动过程的可靠性；

（6）这种双模结构可以使得在纯电动工况下，控制B0锁止太阳轮s2实现电机MG1单独纯电动运行和双电机联合纯电动运行，控制C1耦合太阳轮s1和太阳轮s2实现电机MG2单独纯电动运行；

（7）这种双模结构可以使得在混合动力工况下，实现电机MG1与发动机混合动力运行，电机MG2与发动机混合动力运行，以及双电机联合与发动机混合动力运行；

（8）通过控制离合器C1和C2使***形成多种工作模式，可以降低对电机的转速和转矩的要求，减小了电机的加工制造难度；

（9）采用双电机进行调速控制，具有更多的自由度，可以使发动机始终工作在最佳的效率区域；

（10）利用离合器B1对电机MG1锁止控制，以及制动器B0对太阳轮s2进行锁止，可以减小能量损耗，提高了***的效率；

（11）通过锁止离合器C2使电机MG1和发动机等速同步，可以提高***的效率。

（12）通过控制离合器C1和离合器C2同时锁止，可以使输出轴、双电机及发动机的转速同步，简化控制方式。 

与技术相比，本发明的优点是：

1、双模两级行星轮混合动力传动装置利用B1对发电机MG1锁止控制，以及利用B0对太阳轮s2锁止控制，提高了***的整体效率，而Prius不能够对发电机MG1进行锁止，始终有能量的转换，***效率降低；

2、双模两级行星轮混合动力传动装置可以实现多种工作模式，可以降低对电机的转速和转矩要求以及对电机技术的要求，其直接效果是减小了电机的加工制造难度。

附图说明

图1是丰田Prius混合动力传动装置结构图。

图2是本发明双模两级行星轮混合动力传动装置结构图。

具体实施方式

如图2所示为双模两级行星轮混合动力传动装置结构图。该装置由发动机（Engine）、扭转减振器、电机MG1、电机MG2、制动器B0、制动器B1、湿式离合器C1、湿式离合器C2、第一排行星排的外齿圈r1、太阳轮s1、第二行星排的外齿圈r2、太阳轮s2、两个行星排共用的行星架C、主减速器、差速器等等部件组成。发动机（Engine）、扭转减振器、电机MG1、电机MG2和差速器与双行星排五轴传动的连接关系如下所述：发动机（Engine）与第一个行星排的外齿圈r1相连，电机MG2与第一个行星排的太阳轮s1相连，太阳轮s1通过控制湿式离合器C1的闭合与太阳轮s2相连，第二个行星排的外齿圈r2与差速器相连，电机MG1与双行星排共用的行星架C相连，行星架通过控制湿式离合器C2的闭合与外齿圈r1相连，制动器B0在某些工况下可以锁止太阳轮s2，制动器B1在某些工况下可以锁止行星架C，两行星排中与各自外齿圈啮合的第二级行星轮相互啮合。

本发明传动装置的工作方式：

通过混合动力汽车不同的工作模式对该方案的工作方式做描述：

（1）发动机启动：在发动机启动时，根据工况的不同，可以使用电机MG1启动发动机，此时通过离合器C2耦合第一行星排外齿圈r1和行星架C，使得第一行星排太阳轮s1、第一行星排外齿圈r1和行星架C转速同步，电机MG1转动并输出扭矩，动力通过行星架C、第一行星排外齿圈r1传递给发动机，带动发动机启动；也可以使用电机MG2启动发动机，此时通过制动器B1锁止行星架C，电机MG2转动并输出扭矩，动力通过第一行星排太阳轮s1、第一行星排外齿圈r1传递给发动机，带动发动机启动。两种方案保证发动机启动过程的可靠性；

（2）纯电动模式运行：该传动装置可以实现电机MG1纯电动运行，电机MG2纯电动运行，以及双电机联合纯电动运行。电机MG1纯电动运行时，发动机熄火并因自身倒拖扭矩作用处于静止状态，制动器B0锁止第二行星排太阳轮s2，电机MG1转动，动力通过行星架C、第二行星排外齿圈r2、差速器传递给车轮，电机MG2空转；电机MG2纯电动运行时，发动机熄火静止，离合器C1耦合第一行星排太阳轮s1和第二行星排太阳轮s2，使得两者转速同步，电机MG2转动，动力通过第一行星排太阳轮s1、第二行星排太阳轮s2、第二行星排外齿圈r2、差速器传递给车轮，电机MG1空转；双电机联合纯电动时，电机MG1和电机MG2同时输出扭矩作用于第二行星排外齿圈r2，带动车轮转动。

（3）混合动力模式运行：在混合动力低速模式下，发动机启动，制动器B0锁止第二行星排太阳轮s2，离合器C2耦合第一行星排外齿圈r1和行星架C，使得第一行星排太阳轮s1、第一行星排外齿圈r1和行星架C转速同步，发动机的动力通过第一行星排外齿圈r1、行星架C、第二行星排外齿圈r2、差速器传递给车轮，通过调节电机MG1和MG2的扭矩，使输出轴转速增加，并将一部分发动机的扭矩传递给电机MG2发电，给蓄电池充电，从而使发动机工作在理想区域，提高***效率；在混合动力高速模式下，制动器B0打开，离合器C1和C2同时锁止，使得第一行星排太阳轮s1、第一行星排外齿圈r1、第二行星排太阳轮s2、第二行星排外齿圈r2以及行星架C转速同步，此时电机MG1和电机MG2做辅助动力，连同发动机一起保持汽车的高速运行。

Claims (2)

1.一种双模两级行星轮混合动力传动装置，包括发动机、第一电机、第二电机、行星架以及差速器，其特征在于：在所述的行星架上设置有第一行星排和第二行星排，所述的第一行星排包括第一级行星轮和第二级行星轮，所述的第二行星排也包括第一级行星轮和第二级行星轮，所述的第一行星排的第一级行星轮与第一行星排的太阳轮啮合，所述的第一行星排的第二级行星轮与第一行星排的外齿圈啮合，所述的第二行星排的第一级行星轮与第二行星排的太阳轮啮合，所述的第二行星排的第二级行星轮与第二行星排的外齿圈啮合，所述的第一行星排的第二级行星轮与所述的第二行星排的第二级行星轮也啮合；所述的第一行星排的外齿圈与所述的发动机连接，所述的第二电机与第一行星排的太阳轮连接，所述的第一行星排的太阳轮还通过第一湿式离合器的闭合与第二行星排的太阳轮连接，所述的第二行星排的外齿圈与所述的差速器连接；所述的第一电机与所述的行星架连接，所述的行星架通过第二湿式离合器的闭合与第一行星排的的外齿圈连接。

2.根据权利要求1所述的双行星排双模混合动力传动装置，其特征在于：在所述的行星架上还设置有一锁止该行星架的第一制动器，在所述的第二行星排上还设置有一锁止第二行星排太阳轮的第二制动器。

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