CN103770625A - 一种混合动力汽车双行星排式动力耦合机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种混合动力汽车双行星排式动力耦合机构，包括发动机、行星齿轮机构A、行星齿轮机构B、电机A、电机B、离合器A、离合器B、离合器C、制动器A、制动器B、齿轮Ⅰ、齿轮Ⅱ和差速器模块。行星齿轮机构A由太阳轮A、行星架A、齿圈A和行星轮A组成。行星齿轮机构B由太阳轮B、行星架B、齿圈B和行星轮B组成。发动机通过离合器A与行星架A相连，行星架A通过离合器B与齿圈B相连。本发明通过控制各离合器和制动器的结合与松开，使混合动力汽车有多种工作模式，同时能实现多档位的调节，满足汽车复杂的行驶工况要求，提高了***的工作效率。

Description

一种混合动力汽车双行星排式动力耦合机构

技术领域

本发明属于汽车节能技术领域，具体涉及一种混合动力汽车双行星排式动力耦合机构。

背景技术

随着节能和环保问题的日益严重，新能源汽车越来越受到人们的关注。纯电动汽车受到电池技术的限制，还无法完全取代传统汽车，而混合动力汽车作为一种过渡是目前较为合适的选择。由于混合动力汽车有多个动力源，必须增设有动力耦合机构调节各动力源的转速和转矩，动力耦合机构的选取也直接关系到混合动力汽车的整车性能。混合动力汽车根据不同的动力耦合机构，主要有以下几种方式实现多动力源的耦合输出：转矩耦合、转速耦合、牵引力耦合和混合耦合。其中混合耦合汇集了多种耦合方式的优点，能够实现多种工作模式，且可以同时实现发动机转速和转矩的解耦。目前，最为广泛采用的混合耦合式动力耦合机构就是EVT型。日本的Toyota和美国的GM公司以及法国的Renault公司等在EVT构型的动力耦合机构方面进行了深入的研究，也取得了一定的成果。发明专利CN 1336879A公开了一种单行星排动力输出装置，能够实现串联和并联两种模式。美国专利US 6,478,705 B1公开了一种双模式EVT构型动力耦合机构，能够使动力耦合***拥有输入分流和输出分流两种形式，提高了传统***的效率。

现代集成技术的发展对混合动力汽车动力耦合***提出了更高的要求，在满足动力耦合和能量反馈的基本功能下，需要动力耦合机构能实现无级变速，并能够工作在更多的工作模式下，使传动***结构更加紧凑，减小模式切换时的冲击，提高整车的舒适性、动力性和燃油经济性。

发明内容

本发明的目的是提供一种混合动力耦合机构，通过控制离合器和制动器的结合与松开，使混合动力汽车有多种驱动方式，同时实现无级变速功能，提高混合动力汽车在不同工况需求下的动力性和燃油经济性。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：该混合动力汽车双行星排式动力耦合机构由发动机、行星齿轮机构A、行星齿轮机构B、电机A、电机B、离合器A、离合器B、离合器C、制动器A、制动器B、齿轮Ⅰ、齿轮Ⅱ和差速器模块构成。

行星齿轮机构A包括太阳轮A、行星架A、齿圈A和行星轮A；行星齿轮机构B包括太阳轮B、行星架B、齿圈B和行星轮B；四个结构相同的行星轮A均匀分布在到行星架A中心轴线距离相等的圆周上，且空套在行星架A上；四个结构相同的行星轮B均匀分布在到行星架B中心轴线距离相等的圆周上，且空套在行星架B上；发动机的输出轴通过离合器A与行星架A同轴连接，通过控制离合器A的结合与松开实现发动机动力到动力耦合机构的传递与中断；太阳轮A和太阳轮B同轴布置，但各自独立地旋转运动；行星架A通过离合器B与齿圈B连接，通过控制离合器B的结合与松开实现动力从前排行星齿轮机构A到后排行星齿轮机构B的动力传递与中断；齿圈A通过离合器C与太阳轮B连接，通过控制离合器C的结合与松开实现动力从前排行星齿轮机构A到后排行星齿轮机构B的动力传递与中断；制动器A与齿圈A相连，用于对齿圈A进行制动；制动器B与行星架B相连，实现行星架B的制动与释放。

电机A包括电机转子A、电机定子A；电机B包括电机转子B、电机定子B；电机定子A和电机定子B固定在动力耦合机构的壳体上，不可运动；其中，电机转子A与太阳轮A同轴固定连接，随太阳轮A一起转动；电机转子B与太阳轮B同轴固定连接，随太阳轮B一起转动；齿轮Ⅰ与齿圈B同轴固定连接，齿轮Ⅰ与齿轮Ⅱ相啮合，其半径要小于齿轮Ⅱ的半径，实现减速功能；齿轮Ⅱ固定在差速器模块的壳体上，差速器模块的输出轴将动力传递到驱动轮。

当混合动力汽车中电机参与驱动时，可以由电机B单独驱动，或者由电机A和电机B联合驱动；当进行再生制动时，电机B既可以单独工作，也可以和电机A联合工作。

本发明通过对各离合器和制动器进行独立的控制，可以实现不同动力源的输入，使混合动力汽车既可以工作在并联模式，也可以工作在串联模式或者混联模式，进行发动机转速与驱动轮转速的解耦或者耦合，在不同驱动方式下分别拥有不同的档位，同时实现无级变速功能，根据需求使发动机工作在高效区间。例如当发动机驱动时，可以通过结合制动器A、制动器B、离合器A和离合器B，松开离合器C，从而使发动机直接驱动车轮，当结合离合器A，控制其余离合器和制动器的结合与松开时，可以实现发动机单独驱动时的无级变速，因而本发明具有如下有益效果：

（1）工作模式多样，在多种档位调节的基础上实现动力耦合机构无级调速的功能，使混合动力传统***结构更加紧凑。

（2）电机单独驱动、发动机单独驱动或者两者混合驱动模式下，通过控制离合器和制动器可以使动力耦合机构具有不同的档位，避免了单纯依靠行星齿轮机构中通过调节电机转速来调节发动机工作转速，减小了对电机的容量需求。

（3）可以实现发动机的直接档驱动，提高了发动机的工作效率。

（4）根据汽车制动时制动力要求，使动力耦合机构工作在不同的档位，提高了***的制动效率和回收制动能量的效率。

（5）使混合动力汽车能以串联模式、并联模式以及混联模式工作，提高了***的工作效率，能够实现发动机、电机A和电机B到驱动轮转速的解耦，避免动力源工作在高速模式下，提高了动力总成各部件的寿命。

附图说明

图1是本发明一种混合动力汽车双行星排式动力耦合机构的结构示意图；

图2是本发明的部分工作模式及相应模式下离合器和制动器工作状态示意图；

图3是停车充电模式动力传递路线示意图；

图4是纯电动模式Ⅰ动力传递路线示意图；

图5是纯电动模式Ⅱ和Ⅲ动力传递路线示意图；

图6是纯电动模式Ⅳ动力传递路线示意图；

图7是发动机驱动模式Ⅰ动力传递路线示意图；

图8是发动机驱动模式Ⅱ动力传递路线示意图；

图9是联合驱动模式Ⅰ动力传递路线示意图；

图10是联合驱动模式Ⅱ动力传递路线示意图；

图11是联合驱动模式Ⅲ动力传递路线示意图；

图12是联合驱动模式Ⅳ动力传递路线示意图；

图13是再生制动模式Ⅰ动力传递路线示意图；

图14是再生制动模式Ⅱ动力传递路线示意图；

图中：1、发动机；2、离合器A；3、行星架A；4、行星轮A；5、齿圈A；6、电机定子A；7、电机转子A；8、制动器B；9、齿圈B；10、行星轮B；11、太阳轮B；12、电机定子B；13、齿轮Ⅰ；14、电机转子B；15、差速器模块；16、齿轮Ⅱ；17、离合器C ；18、行星架B；19、制动器A；20、离合器B；21、太阳轮A；100、行星齿轮机构A；200、行星齿轮机构B；300、电机A；400、电机B。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。本发明所描述的实施例只是一部分实施例，是对本技术方案的具体说明，而不应当视为本发明的全部。

如附图1所示，本发明提供一种混合动力汽车双行星排式动力耦合机构，发动机1的输出轴通过离合器A2与行星架A3同轴连接；行星齿轮机构A100包括太阳轮A21、行星架A3、齿圈A5和行星轮A4；行星齿轮机构B200包括太阳轮B11、行星架B18、齿圈B9和行星轮B10；其中，四个结构相同的行星轮A4均匀分布在到行星架A3中心轴线距离相等的圆周上，且空套在行星架A3上；四个结构相同的行星轮B10均匀分布在到行星架B18中心轴线距离相等的圆周上，且空套在行星架B18上；太阳轮A21和太阳轮B11同轴布置；行星架A3通过离合器B20与齿圈B9连接；齿圈A5通过离合器C17与太阳轮B11连接。

电机A300包括电机转子A7、电机定子A6；电机B400包括电机转子B14、电机定子B12；电机定子A6和电机定子B12固定在动力耦合机构的壳体上；电机转子A7与太阳轮A21同轴固定连接；电机转子B14与太阳轮B11同轴固定连接。制动器A19与齿圈A5相连，用于对齿圈A5进行制动；制动器B8与行星架B18相连，实现行星架B18的制动与释放。

齿轮Ⅰ13与齿轮Ⅱ16相啮合，且齿轮Ⅰ13的半径小于齿轮Ⅱ16的半径，实现减速功能；齿轮Ⅰ13与齿圈B9同轴连接；齿轮Ⅱ16固定在差速器模块15的壳体上，差速器模块15的输出轴将动力传递到驱动轮。

当混合动力汽车中电机参与驱动时，可以由电机B400单独驱动，或者由电机A300和电机B400联合驱动；当进行再生制动时，电机A300和电机B400既可以单独工作，也可以同时参与工作。通过对各离合器和制动器进行独立的控制，可以实现不同动力源的输入，使混合动力汽车工作在不同的工作模式且拥有不同的档位。本发明列出的部分工作模式及相应模式下离合器和制动器工作状态如附图2所示。

下面结合附图对本发明的具体工作模式进行描述：

（1）停车充电模式

当车辆静止不动，但蓄电池电量不足时，需要由发动机对电池进行充电，离合器A2和制动器A19结合，仅有电机A300以发电机模式工作，对蓄电池进行充电，电机B400不参与工作；离合器B20、离合器C17和制动器B8均松开，齿圈A5被固定，电机A300转速与发动机转速成比例关系，停车充电模式时动力传递路线如附图3。

（2）纯电动模式

本发明优选地列举了混合动力汽车以纯电动模式工作时的动力耦合机构四种连接方式：模式Ⅰ中离合器A2、离合器B20、离合器C17和制动器A19均松开，制动器B8结合，此时仅由电机B400驱动汽车，动力传递路线如附图4；模式Ⅱ中离合器A2、离合器C17和制动器B8均松开，离合器B20和制动器A19均结合，此时电机A300和电机B400联合驱动汽车，驱动轮转速与电机A300转速直接相关，通过调节电机A300的转速可以无级调速；模式Ⅲ中离合器A2、离合器C17和制动器A19均松开，离合器B20和制动器B8均结合，此时电机A300和电机B400联合驱动汽车，驱动轮转速与电机B400转速直接相关，通过调节电机B400的转速可以无级调速；混合动力汽车工作在纯电动工作模式Ⅱ和模式Ⅲ时，动力传递路线如附图5。模式Ⅳ中离合器A2、制动器A19和制动器B8均松开，离合器B20和离合器C17均结合，电机A300和电机B400的联合驱动汽车，动力传递路线如附图6。当车速较低或者汽车启动时，为避免发动机1工作在低效率区，此时可以以纯电动模式工作，发动机1以纯电动模式工作时的模式Ⅰ~模式Ⅳ提供了不同的档位和动力输入扭矩，满足了混合动力汽车启动和低速驱动时的动力性能，同时电机本身可以实现无级调速的功能，很大程度上提高了混合动力汽车的燃油经济性。

（3）发动机驱动模式

本发明优选地列举了混合动力汽车以发动机单独驱动时的动力耦合机构两种连接方式：模式Ⅰ中离合器A2、离合器B20、离合器C17和制动器B8均结合，制动器A19松开，动力传递路线如附图7；模式Ⅱ中离合器A2、离合器B20、制动器B8和制动器A19均结合，离合器C17松开，动力传递路线如附图8。发动机1单独驱动时的工作模式Ⅰ和模式Ⅱ，发动机1的转速与驱动轮的转速耦合，因此，发动机1不宜工作在车速较低时的工况，当汽车以较高车速巡航时，此时若发动机1工作在高效区，可以由发动机1单独驱动。

（4）联合驱动模式

本发明优选地列举了混合动力汽车以联合驱动模式工作时的动力耦合机构四种连接方式：模式Ⅰ中离合器A2、制动器A19和制动器B8均结合，离合器B20、离合器C17均松开，此时混合动力汽车以串联形式工作，发动机1与驱动轮转速不耦合，即使当驱动轮转速较低时，发动机1也可以工作在高效区间，动力传递路线如附图9；模式Ⅱ中离合器A2、离合器B20和制动器B8均结合，离合器C17和制动器A19均松开，此时由电机A300和发动机1联合驱动，动力传递路线如附图10；模式Ⅲ中离合器A2、离合器B20和离合器C17均结合，制动器B8和制动器A19均松开，此时由电机B400和发动机1联合驱动，动力传递路线如附图11；模式Ⅱ和模式Ⅲ都适用于加速工况，由电机A300或者电机B400进行辅助加速；模式Ⅳ中离合器A2和离合器B20均结合，离合器C17、制动器A19和制动器B8均松开，此时混合动力汽车一般工作在全加速模式或者最高速模式，由电机A300、电机B400和发动机1三者联合驱动，动力传递路线如附图12。在联合驱动模式下，模式Ⅰ~模式Ⅳ可以实现不同的传动比和不同的动力源输入，满足混合动力汽车的不同行驶工况。

另一方面，混合动力汽车在以发动机单独驱动模式或联合驱动模式下工作时，可以实现行车发电功能，即将发动机1驱动时多余的功率驱动电机A300或电机B400，使电机以发电机的形式工作，给蓄电池充电。

（5）再生制动模式

本发明优选地列举了混合动力汽车再生制动时的动力耦合机构两种连接方式：模式Ⅰ中离合器A2、离合器B20、离合器C17和制动器A19均松开，制动器B8结合，此时动力耦合机构连接方式与混合动力汽车以纯电动模式Ⅰ工作时连接方式相同，但是动力传递路线有所改变，动力由驱动轮传递至电机B400，仅由电机B400回收再生制动能量，电机A300不参与工作，动力传递路线如附图13；模式Ⅱ中离合器A2和离合器C17均松开，离合器B20、制动器A19和制动器B8均结合，此时电机和300和电机B400都参与制动能量的回收，动力传递路线如附图14。

Claims (1)

1.一种混合动力汽车双行星排式动力耦合机构，其特征在于：包括发动机（1）、行星齿轮机构A（100）、行星齿轮机构B（200）、电机A（300）、电机B（400）、离合器A（2）、离合器B（20）、离合器C（17）、制动器A（19）、制动器B（8）、齿轮Ⅰ（13）、齿轮Ⅱ（16）和差速器模块（15）；所述发动机（1）的输出轴通过离合器A（2）与行星架A（3）同轴连接；所述行星齿轮机构A（100）包括太阳轮A（21）、行星架A（3）、齿圈A（5）和行星轮A（4）；所述行星齿轮机构B（200）包括太阳轮B（11）、行星架B（18）、齿圈B（9）和行星轮B（10）；所述太阳轮A（21）和太阳轮B（11）同轴布置；四个结构相同的行星轮A（4）均匀分布在到行星架A（3）中心轴线距离相等的圆周上，且空套在行星架A（3）上；四个结构相同的行星轮B（10）均匀分布在到行星架B（18）中心轴线距离相等的圆周上，且空套在行星架B（18）上；所述行星架A（3）通过离合器B（20）与齿圈B（9）连接；所述齿圈A（5）通过离合器C（17）与太阳轮B（11）连接；所述电机A（300）包括电机转子A（7）和电机定子A（6）；所述电机B（400）包括电机转子B（14）和电机定子B（12）；所述电机定子A（6）和电机定子B（12）固定在动力耦合机构的壳体上；所述电机转子A（7）与太阳轮A（21）同轴固定连接；所述电机转子B（14）与太阳轮B（11）同轴固定连接；所述制动器A（19）与齿圈A（5）相连，制动器B（8）与行星架B（18）相连；所述齿轮Ⅰ（13）与齿轮Ⅱ（16）相啮合，且齿轮Ⅰ（13）的半径小于齿轮Ⅱ（16）的半径，齿轮Ⅰ（13）与齿圈B（9）同轴连接；所述齿轮Ⅱ（16）固定在差速器模块（15）的壳体上，差速器模块（15）的输出轴将动力传递到驱动轮。

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