CN104002638A - 适用于混合动力车辆的空调驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供适用于混合动力车辆的空调驱动装置，包括用于接收发动机功率的输入部件；用于为空调压缩机提供功率的输出部件；电动/发电机；差速齿轮组，其可以为单排行星齿轮组，太阳轮、齿圈、行星架分别连接电动机、空调压缩机和发动机，还包含一可变负载机构持续连接所述输出部件，用于分流输出到空调压缩机的功率。本发明利用行星齿轮机构对来自发动机、电动机能量流的合理分配，实现车辆空调在任意工况下的适用。

Description

适用于混合动力车辆的空调驱动装置

技术领域

本发明涉及一种空调驱动装置，尤其适用于混合动力车辆的空调驱动。

背景技术

混合动力车辆近年来得到政府及社会的大力支持，得益于其高节油率，低排放。理想情况下混合动力车辆节油率最高可达到50％以上，如此高的节油率大部分得益于发动机怠速停机控制，即低速等发动机燃油率低的工况下使发动机停止工作，用电动机驱动***，能有效提高发动机的整体工况下的燃油率。通常空调压缩机由发动机通过皮带轮或其他类似装置直接带动，只有发动机启动时空调才能正常运转。这样造成了一种矛盾，即要么怠速工况下不能使用空调，要么使用空调不允许怠速。例如在夏天，为保证乘车人的舒适性，只能持续开空调，这给混合动力车辆的正常使用造成了一定障碍。虽然机械/电动两用空调可以解决发动机怠速使用空调的问题，但是由于机械/电动两用空调成本比普通空调高出许多，而且需要另加驱动空调压缩机的电机，使车辆布置时也会受到诸多限制。中国专利公开号为CN103358881A的发明专利申请公布了一种利用行星齿轮机构作为动力分配机构的空调驱动装置，通过发动机-行星架、ISG/BSG电机-齿圈、空调压缩机-太阳轮的连接方式，实现空调机械/电动两种模式下工作，基本解决了发动机怠速停机工况下空调无法运行的问题。上述技术方案存在一个明显的问题：实际使用上述装置时，当发动机启动时，需要压缩机与行星齿轮机构的太阳轮暂时断开，以方便BSG电机通过行星齿轮传动机构启动发动机，即在发动机启动时，空调压缩机失去动力来源。进一步理解上述方案，由于混合动力车辆的发动机怠速停机非常频繁，尤其是城市拥堵路况下，发动机的频繁启动/关闭，也就意味着空调压缩机的动力来源不断的切断/供给，这不但会影响到空调的正常使用，也会严重损害到空调压缩机的使用寿命。对于混合动力车辆的空调***，理想的方案是，空调在任何工况下都能够正常使用，并且尽量做到能耗低、控制简单、不损害压缩机寿命。

发明内容

本发明提供一种混合动力***空调的驱动装置，利用行星齿轮机构对来自发动机、电动机能量流的合理分配，实现车辆空调在任意工况下的适用。

一种车辆用空调驱动装置，其特征在于，包括用于接收发动机功率的输入部件；用于为空调压缩机提供功率的输出部件；电动/发电机；可变负载机构；差速齿轮组，其具有第一、第二和第三转动部件；所述输入部件持续地与所述差速齿轮组的第一或第二或第三转动部件相连接；所述电动/发电机持续地与所述差速齿轮组的第一或第二或第三转动部件相连接，但不同于与所述输入部件相连的转动部件；所述输出部件持续地与所述差速齿轮组的第一或第二或第三转动部件相连接，但不同于与所述输入部件和所述电动机相连的转动部件；所述可变负载机构持续连接所述输出部件，用于分流输出到空调压缩机的功率。

在上述技术方案的基础上，所述可变负载机构为一负载油泵。

或者，所述差速齿轮组是行星齿轮组，所述第一、第二和第三转动部件为太阳轮、行星架和齿圈。所述行星齿轮组的行星架是单个小齿轮型行星架。

进一步地，所述输入部件连接于所述行星架，所述电动/发电机连接于所述太阳轮，所述输出部件连接于所述齿圈。

进一步地，设置有第一扭矩传递装置，用于选择性地防止所述齿圈旋转。

更进一步，所述驱动装置设置有与所述车辆相对固定的壳体，所述第一扭矩传递装置将所述齿圈选择性固定于所述壳体。

选择性地，设置有第二扭矩传递装置，用于选择性地防止所述行星架旋转。

此外，所述驱动装置设置有与所述车辆相对固定的壳体，所述第二扭矩传递装置将所述行星架选择性固定于所述壳体。

一种混合动力车辆，车辆包括润滑油***，用于所述发动机润滑，所述润滑油***，通过一油泵驱动润滑油流向发动机，其特征在于，上述方案任意一项所述的空调驱动装置，所述润滑油泵持续连接所述行星架。

附图说明

图1是本发明提供的空调驱动装置的第一实施方式；

图2是本发明提供的空调驱动装置的第二实施方式；

图3是本发明提供的空调驱动装置的第三实施方式；

图4是本发明提供的空调驱动装置的第四实施方式；

图5是本发明提供的一种使用该空调驱动装置的车辆布置；

具体实施方式

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面根据附图对本发明的空调驱动装置进行详细描述和说明。本发明空调的驱动装置适用于车辆，可以是小型汽车或者大型客车，适用于使用内燃机驱动的任何车辆，上述内燃机可以是汽油发动机或者柴油发动机，或者是任何通过燃烧能源产生动力的原动机。本发明空调的驱动装置特别适用于混合动力车辆的空调布置。图1是本发明的装置第一优选实施结构示意图。包括用于接收发动机100功率的输入部件11，比如连接于发动机输出曲轴的轴类输出互联部件；用于为空调压缩机300提供功率的输出部件13，该输出部件13可能具有一个或多个输出端，其中一个输出端连接空调压缩机300；电动/发电机12，是具有驱动和发电功能的电机，该电动/发电机在特定的控制模式下可以起到电动机或者发电机的作用。电动/发电机12的定子固定在该驱动装置的外壳(图中未标出)上，转子固定在设置的方便与差速齿轮组的转动件相连的互连件上，本领域普通技术人员可以理解，与该电动/发电机同时存在的还应当有用于控制该电动/发电机输出或者输入的控制机构，以及与该电动/发电机和控制机构相连接的储能机构；可变负载机构，该可变负载机构最常见的设置为负载油泵，通过油路中的压力差变速相应地变化其所提供的负载。在可以实现相同功能的前提下，可以使用其它负载机构，如负载电机等；差速齿轮组，其具有第一、第二和第三转动部件；所述输入部件持续地与所述差速齿轮组的第一或第二或第三转动部件相连接；所述电动/发电机持续地与所述差速齿轮组的第一或第二或第三转动部件相连接，但不同于与所述输入部件相连的转动部件，即如果输入轴连接第一转动部件，则电动/发电机连接第二或第三转动部件中的一个；所述输出部件持续地与所述差速齿轮组的第一或第二或第三转动部件相连接，但不同于与所述输入部件和所述电动机相连的转动部件；所述可变负载机构14持续连接所述输出部件，用于分流输出到空调压缩机300的功率。

作为本发明的一种优选实施方式，图1显示了使用行星齿轮组10作为差速齿轮组的驱动装置。行星齿轮组10利用通常被指定为环形齿轮的外齿轮部件，在本发明中称为齿圈101。齿圈101与指定为太阳齿轮103的内齿轮部件外接。托架102可旋转地支撑多个行星齿轮，被称为行星架102，使得各个行星齿轮啮合式地与齿圈101和太阳轮103相互旋转作用。本优选实施例中，发动机200通过空调驱动装置100的输入轴11连接至行星齿轮组10的行星架102，电动/发电机12连接至行星齿轮组10的太阳轮103，输出部件13连接至行星齿轮组10的齿圈101。值得说明的是，不管发动机200连接到本空调驱动装置输入轴11上的方法如何，本空调驱动装置100的输入部件11都可操作地连接在行星齿轮组10的行星架102上。为了方便布置，电动/发电机12与太阳轮103的互连件设置为空心结构，电动/发电机12的定子固定于驱动装置的壳体上，目的是使定子与车辆相对不动。在能够实现上述目的条件下，也可以采取将电机定子固定于车架或者转子连接于此互连结构上，空调驱动装置输入轴11穿过电机转子和电动/发电机12与太阳轮103的互连件的空心结构，连接于行星齿轮组10的行星架。电动/发电机12与太阳轮103可以通过花键套接。也可以通过齿轮连接，如果电动/发电机12与太阳轮103通过齿轮连接，则输入轴11不必穿过电动/发电机12的转子即可与行星架相连接。

与行星齿轮组的齿圈相连接的输出部分13可以是输出轴结构，或者由齿圈向输出方向延伸所形成的便于空调压缩机连接的互连结构。本实施例中输出部分13具有两个输出端，一端连接空调压缩机300，另一端连接负载油泵14。负载油泵可以分流输出到空调压缩机的功率，协调整体功率分配。

单排行星齿轮的三个元件上输入和输出的功率的代数和应等于零，代数关系式：

n₁+an₂-(1+a)n₃＝0    (1)

其中n1是太阳轮转速，n2是齿圈转速，n3是行星架转速，a是齿圈与太阳轮齿数比。

可以看出太阳轮、齿圈转动方向相同，二者与行星架转动方向相反。本发明的第一实施例在工作时，分为两种工况：电动/发电机12驱动模式和发动机200驱动模式。电动/发电机12驱动模式下，发动机不启动，由电动/发电机12驱动太阳轮103转动，进而影响行星架和齿圈转动。由于启动空调压缩机(齿圈)所需的转矩很小，适当控制电动机(太阳轮)的输出转矩，可以使发动机(行星架)保持不启动状态，而且空调压缩机可以正常启动工作。与发动机相连的行星架固定，则齿圈和太阳轮的输入和输出关系呈线性，容易通过电动/发电机12的输出转矩控制空调压缩机的输入转矩。发动机200驱动模式下，发动机通过空调驱动装置的输入端带动行星架102转动，进而带动太阳轮103和齿圈101以代数关系(1)转动。容易理解，若想输出预定功率给空调压缩机，需要通过电动/发电机12输出给太阳轮转速，以调节行星架的转速，进而控制输出到空调压缩机的功率。

对于油电混合动力车辆，一般车辆启动或低速行驶时，发动机不启动，由电动机驱动车辆行驶；当车辆达到一定速度，发动机通过启动电机拖动启动，发动机加入到车辆驱动中。本发明的空调驱动装置中电动/发电机12可以作为发动机的启动电机，通过如下过程完成车辆纯电驱动到发动机驱动的模式转换：电动/发电机12驱动空调压缩机时，为了保证空调压缩机的正常工作，电动/发电机12保持在较低的转速范围内。当需要启动发动机时，电动/发电机12转速上升，导致齿圈和行星架转速相应提升，此时负载机构14启动。由于负载机构14与空调压缩机300同时连接于齿圈输出端，所以能够分担输出到空调压缩机300的功率，负载机构14启动能够使空调压缩机转速不会瞬间上升，保持压缩机工作的稳定性。具体的，负载机构14可以是负载油泵，发动机不启动时该负载油泵只做润滑冷却作用，无压力输出；发动机启动瞬间，控制油泵压力升高，齿圈负载增加进而调节齿圈的转速，使其控制在合理范围内。发动机启动工作后，控制电机的转速与转矩，使空调在所需要的转速转矩内，实现高效、节能运行，发动机启动的整个过程中压缩机不需要中断工作，保证了压缩机运行的平稳和安全性，延长压缩机使用寿命。

本发明还可以通过如图2的第二实施结构实现。在第二实施结构中，发动机200通过空调驱动装置100的输入轴11连接至行星齿轮组10的行星架102，电动/发电机12连接至行星齿轮组10的太阳轮103，输出部件13连接至行星齿轮组10的齿圈101。值得说明的是，不管发动机200连接到本空调驱动装置输入轴11上的方法如何，本空调驱动装置100的输入部件11都可操作地连接在行星齿轮组10的行星架102上。为了方便布置，电动/发电机12与太阳轮103的互连件设置为空心结构，电动/发电机12的定子固定于驱动装置的壳体上，目的是使定子与车辆相对不动。在能够实现上述目的条件下，也可以采取将电机定子固定于车架或者转子连接于此互连结构上，空调驱动装置输入轴11穿过电机转子和电动/发电机12与太阳轮103的互连件的空心结构，连接于行星齿轮组10的行星架。电动/发电机12与太阳轮103可以通过花键套接。也可以通过齿轮连接，如果电动/发电机12与太阳轮103通过齿轮连接，则输入轴11不必穿过电动/发电机12的转子即可与行星架相连接。另外，设置有第一扭矩传递装置21，作用于齿圈101上，用于选择性地防止齿圈101旋转。具体地，该扭矩传递装置21可以是片式离合器，也可以是带状锁止机构。无论是上述结构的哪一种，该扭矩传递装置21的固定端相对于车体固定设置，可以设置于机壳、车架、或者车辆上的任意部位，以该扭矩传递装置发生作用时能够防止齿圈101转动为目的。设置该第一扭矩传递装置可以在不使用空调时将齿圈101锁止，不影响电动/发电机12正常拖动发动机启动以及发动机驱动车辆。

本发明还设置了如图3的第三实施例：发动机200通过空调驱动装置100的输入轴11连接至行星齿轮组10的行星架102，电动/发电机12连接至行星齿轮组10的太阳轮103，输出部件13连接至行星齿轮组10的齿圈101。值得说明的是，不管发动机200连接到本空调驱动装置输入轴11上的方法如何，本空调驱动装置100的输入部件11都可操作地连接在行星齿轮组10的行星架102上。为了方便布置，电动/发电机12与太阳轮103的互连件设置为空心结构，电动/发电机12的定子固定于驱动装置的壳体上，目的是使定子与车辆相对不动。在能够实现上述目的条件下，也可以采取将电机定子固定于车架或者转子连接于此互连结构上，空调驱动装置输入轴11穿过电机转子和电动/发电机12与太阳轮103的互连件的空心结构，连接于行星齿轮组10的行星架。电动/发电机12与太阳轮103可以通过花键套接。也可以通过齿轮连接，如果电动/发电机12与太阳轮103通过齿轮连接，则输入轴11不必穿过电动/发电机12的转子即可与行星架102相连接。另外，还设置了第二扭矩传递装置22，作用于行星架102上，用于选择性地防止行星架102旋转。具体地，该扭矩传递装置22可以是片式离合器，也可以是带状锁止机构。无论是上述结构的哪一种，该扭矩传递装置22的固定端相对于车体固定设置，可以设置于机壳、车架、或者车辆上的任意部位，以该扭矩传递装置发生作用时能够防止行星架102转动为目的。设置该第二扭矩传递装置能够在必要时锁止行星架102，例如电动/发电机12驱动空调压缩机模式下，将行星架102锁止可以防止因电动/发电机12控制不稳定或者突发失控的情况下将发动机拖动启动，造成整车驱动控制失灵。

在上述实施方案的基础上，本发明还可以使用如图4的第四实施方案，即在行星架102上设置输出端，连接发动机润滑油泵***。该润滑油泵直接针对发动机润滑，发动机不启动时无需工作，发动机启动后利用发动机转动动能驱动油泵向发动机提供润滑功能。

本发明还提供一种使用上述空调驱动装置的混合动力车辆，如图5所示。一种混合动力车辆，车辆发动机、混合动力驱动装置、上述方案任意一项所述的空调驱动装置，此外还包括润滑油***，用于所述发动机润滑，所述润滑油***，通过一油泵驱动润滑油流向发动机，所述润滑油泵持续连接所述行星架。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.适用于混合动力车辆的空调驱动装置，其特征在于，包括

用于接收发动机功率的输入部件；

用于为空调压缩机提供功率的输出部件；

电动/发电机；

可变负载机构；

差速齿轮组，其具有第一、第二和第三转动部件；

所述输入部件持续地与所述差速齿轮组的第一或第二或第三转动部件相连接；

所述电动/发电机持续地与所述差速齿轮组的第一或第二或第三转动部件相连接，但不同于与所述输入部件相连的转动部件；

所述输出部件持续地与所述差速齿轮组的第一或第二或第三转动部件相连接，但不同于与所述输入部件和所述电动机相连的转动部件；

所述可变负载机构持续连接所述输出部件，用于分流输出到空调压缩机的功率。

2.根据权利要求1所述的适用于混合动力车辆的空调驱动装置，其特征在于，所述可变负载机构为一负载油泵。

3.根据权利要求1所述的适用于混合动力车辆的空调驱动装置，其特征在于，所述差速齿轮组是行星齿轮组，所述第一、第二和第三转动部件为太阳轮、行星架和齿圈。

4.根据权利要求3所述的适用于混合动力车辆的空调驱动装置，其特征在于，所述行星齿轮组的行星架是单个小齿轮型行星架。

5.根据权利要求3所述的适用于混合动力车辆的空调驱动装置，其特征在于，所述输入部件连接于所述行星架，所述电动/发电机连接于所述太阳轮，所述输出部件连接于所述齿圈。

6.根据权利要求5所述的适用于混合动力车辆的空调驱动装置，其特征在于，设置有第一扭矩传递装置，用于选择性地防止所述齿圈旋转。

7.根据权利要求6所述的适用于混合动力车辆的空调驱动装置，其特征在于，所述驱动装置设置有与所述车辆相对固定的壳体，所述第一扭矩传递装置将所述齿圈选择性固定于所述壳体。

8.根据权利要求1～7中任意一项所述的适用于混合动力车辆的空调驱动装置，其特征在于，设置有第二扭矩传递装置，用于选择性地防止所述行星架旋转。

9.根据权利要求8所述的适用于混合动力车辆的空调驱动装置，其特征在于，所述驱动装置设置有与所述车辆相对固定的壳体，所述第二扭矩传递装置将所述行星架选择性固定于所述壳体。

10.一种混合动力车辆，车辆包括润滑油***，用于所述发动机润滑，所述润滑油***，通过一油泵驱动润滑油流向发动机，其特征在于，使用权利要求1～7中任意一项所述的空调驱动装置，所述润滑油泵持续连接所述行星架。