CN104802628B - 混合动力汽车单行星轮系动力耦合装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混合动力汽车单行星轮系动力耦合装置及方法，所述动力耦合装置包括发动机、电机，以及由太阳轮、行星架、齿圈及行星轮构成的行星轮系；所述发动机与所述行星架之间通过第一离合器连接、所述发动机与所述太阳轮之间通过第二离合器连接；所述电机与所述太阳轮连接；在所述行星架上设有第一制动器，在所述齿圈上设有第二制动器；所述齿圈通过动力输出齿轮与外部传动机构连接，以将动力传递至汽车驱动轮。该动力耦合装置既具有结构紧凑、控制简易的特点，又能够实现不同的工作模式以适应复杂多变的行车工况，能够改善汽车的燃油特性以及动力性能。

Description

混合动力汽车单行星轮系动力耦合装置及方法

技术领域

本发明属于新能源汽车动力技术领域，具体涉及一种混合动力汽车单行星轮系动力耦合装置及方法。

背景技术

混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle，简称HEV)是能源危机背景下的重要科技产物，它克服了传统燃油汽车与纯电动汽车的缺点，依靠多个动力转化装置的耦合关系实现多种工作模式，从而获得最佳的燃油经济性和排放性能。动力耦合***是不同混合动力汽车间最大的差别所在，其结构与耦合方式决定了HEV 动力***研究开发的水平和方向，是HEV开发中最为关键的一个环节。如何实现动力耦合装置既具有结构紧凑、控制简易的特点，又能够切换不同的工作模式以适应复杂多变的行车工况以达到省油、减排、提高动力性能的目的，是动力耦合装置技术研发的重点课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种混合动力汽车单行星轮系动力耦合装置，其既具有结构紧凑、控制简易的特点，又能够实现不同的工作模式以适应复杂多变的行车工况，能够改善汽车的燃油特性以及动力性能。

本发明所述混合动力汽车单行星轮系动力耦合装置，其包括发动机、电机，以及由太阳轮、行星架、齿圈及行星轮构成的行星轮系；所述发动机与所述行星架之间通过第一离合器连接、所述发动机与所述太阳轮之间通过第二离合器连接；所述电机与所述太阳轮连接；在所述行星架上设有第一制动器，在所述齿圈上设有第二制动器；所述齿圈通过动力输出齿轮与外部传动机构连接，以将动力传递至汽车驱动轮。

本发明具有以下优点：(1)采用单行星轮系，使得整个动力耦合装置的机构更加紧凑，节省布置空间，控制更为简易，且承载能力大、传动效率高；(2)通过控制第一离合器、第二离合器、第一制动器、第二制动器等执行元件的接合/ 分离状态以及电机的工作状态，可实现多种典型工作模式，以适应复杂多变的行车工况，能够改善汽车的燃油特性以及动力性能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中：1-发动机，2-第一离合器，3-第二离合器，4-第一制动器，5-齿圈， 6-行星架，7-太阳轮，8-电机，9-动力输出齿轮，10-第二制动器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1所示，所述混合动力汽车单行星轮系动力耦合装置，其包括发动机1、电机8，以及由太阳轮7、行星架6、齿圈5及行星轮构成的行星轮系；其特征在于：所述发动机与所述行星架之间通过第一离合器2连接、所述发动机与所述太阳轮之间通过第二离合器3连接；所述电机8与所述太阳轮连接；在所述行星架上设有第一制动器4，在所述齿圈上设有第二制动器10；所述齿圈5通过动力输出齿轮9与外部传动机构连接，以将动力传递至汽车驱动轮。

通过控制第一离合器2、第二离合器3、第一制动器4、第二制动器10等执行元件的接合/分离状态以及电机8的工作状态，可实现混合动力汽车纯电动驱动、发电机驱动、行车充电、混合驱动、再生制动、驻车发电等多种典型工作模式，各种模式下执行元件的接合状态参见下表，其中“●”表示执行元件接合，“○”表示执行元件分离。

各种模式下执行元件的接合状态

各个典型工作模式下的具体耦合方法如下：

1)纯电动驱动模式：纯电动模式下，第一离合器2分离、第二离合器3分离，第一制动器4接合，行星架6固定不转，所述电机8根据负载输出功率。此时，电机8反转带动太阳轮7转动，通过行星齿轮机构将动力传至齿圈5，然后由动力输出齿轮9将功率输出。该模式下的功率传递路线为：电机8→太阳轮7→齿圈5→动力输出齿轮9。

2)发动机驱动模式：当车辆以较高车速行驶，所需的驱动功率处于发动机的高效工作区，此时汽车工作在发动机单独驱动模式。该模式下，第一离合器2 接合、第二离合器3接合，第一制动器4分离、第二制动器10分离，行星齿轮机构自锁，在发动机1的带动下作为一个整体运转，而所述电机8将随太阳轮7 空转。该模式下的功率传递路线为：发动机1→第一离合器2、第二离合器3→行星齿轮机构→动力输出齿轮9。

3)行车充电模式：当行车负载较小，达不到发动机1的最佳工作负荷时，所述电机8以发电模式运行，增加发动机1的负荷以提高其效率，改善耗油特性，同时维持电池电量平衡。该模式下，第一离合器2接合、第二离合器3接合，第一制动器4分离、第二制动器10分离，行星齿轮机构自锁，在发动机1的带动下作为一个整体运转，而所述电机8正转发电。此时发动机1的输出功率一部分通过太阳轮7传递至电机8，用于发电；另一部分通过齿圈5传递至动力输出齿轮9，用于驱动汽车。

4)混合驱动模式分为两个子模式，如下：

①混合驱动模式Ⅰ：当汽车在爬坡、超车或加速等大负荷工况下行驶，所需驱动功率远大于发动机的最优功率时，电机补充动力，使得发动机仍工作在“最优曲线”上。该模式下，第一离合器2接合、第二离合器3接合，第一制动器4 分离、第二制动器10分离，行星齿轮机构自锁，在发动机1的带动下作为一个整体运转，而所述电机8正转输出功率。此时，发动机1的输出功率与电机8 的输出功率在行星齿轮机构上实现耦合，传递至动力输出齿轮9，共同驱动汽车。②混合驱动模式Ⅱ：当汽车高速巡航时，为保持车速，并使得发动机处于稳定工作状态，可利用电机调速。该模式下，第一离合器2接合，第二离合器3 分离，第一制动器4分离、第二制动器10分离，所述电机8正转输出较小功率，用于调速。此时，功率传递路线有两条：发动机1→第一离合器2→行星架6→齿圈5→动力输出齿轮9；电机8→太阳轮7→行星齿轮→齿圈5→动力输出齿轮 9。

5)再生制动模式：减速过程中，电机可进行动力回收，将车辆动能转化为电能存储至电池。根据减速前的行车状况，再生制动分为有发动机拖动再生制动(B 档)和无发动机拖动再生制动(D档)两种形式，如下：

①发动机拖动制动模式(B档)：当汽车下陡坡时，采用电动机发动机联合制动。该模式下，第一离合器2接合、第二离合器3接合，第一制动器4分离，第二制动器10分离，行星齿轮机构自锁，作为一个整体运转。此时，由于汽车行驶惯性，带动行星齿轮机构运转，一部分功率用于克服反拖发动机1的运转阻力；另一部分功率用于电机8发电。

②无发动机拖动制动模式(D档)：该模式下，第一离合器2分离，第二离合器3分离，第一制动器4接合，行星架6与机架连接，固定不转，所述第二制动器10分离。由于汽车行驶惯性，带动太阳轮7转动，从而驱动电机8发电。此时，功率传递路线为：动力输出齿轮9→齿圈5→行星齿轮→太阳轮7→电机8。 6)驻车发电模式：当汽车短暂停车时，为了避免发动机频繁起停，从而提高整车燃油经济性，同时维持电量水平，驻车发电模式分为两个子模式，如下：①驻车发电模式Ⅰ：该模式下，第一离合器2分离，第二离合器3接合，第一制动器4分离，第二制动器10接合，齿圈5固定不转，发动机1通过第二离合器3带动太阳轮7转动，从而带动电机8发电，行星架6空转。功率传递路线为：发动机1→第二离合器3→太阳轮7→电机8。

②驻车发电模式Ⅱ：该模式下，第一离合器2接合，第二离合器3分离，第一制动器4分离，第二制动器10接合，齿圈5固定不转，发动机1通过第一离合器2带动行星架6转动，太阳轮7随之转动，从而带动电机8发电。功率传递路线为：发动机1→第一离合器2→行星架6→太阳轮7→电机8。

7)纯电动倒车模式：在电池余量足够时，尽量采用纯电动倒车模式，可充分发挥电机低速大转矩的特性，不仅增强了汽车的动力性，同时避免发动机低速运行工况，提高汽车整体燃油经济性。该模式下，第一离合器2分离，第二离合器 3分离，第一制动器4接合，行星架6固定，所述第二制动器10分离，所述电机8正转驱动，从而带动齿圈5反向转动，通过动力输出齿轮9将功率输出。 8)发动机倒车模式：当电池余量不足时，采用发动机倒车模式。该模式下，第一离合器2分离，第二离合器3接合，第一制动器4接合，行星架6固定，第二制动器10分离，发动机1通过第二离合器3带动太阳轮7转动，所述电机8 随之正向空转，而齿圈5反向转动，通过动力输出齿轮9将功率输出。

9)发动机启动模式：启动发动机有两种方式，包括电机直接启动和电机减速启动，如下：

①电机直接启动：该模式下，第一离合器2分离，第二离合器3接合，第一制动器4分离，第二制动器10接合，所述电机8正向转动，通过第二离合器3 带动发动机1转动。

②电机减速启动：该模式下，第一离合器2接合，第二离合器3分离，第一制动器4分离，第二制动器10接合，齿圈5固定，所述电机8正向转动，带动太阳轮7转动，从而带动行星架6正向转动，通过第一离合器2启动发动机1。

Claims (1)

1.一种混合动力汽车单行星轮系动力耦合装置，其包括发动机（1）、电机（8），以及由太阳轮（7）、行星架（6）、齿圈（5）及行星轮构成的行星轮系；其特征在于：所述发动机与所述行星架之间通过第一离合器（2）连接、所述发动机与所述太阳轮之间通过第二离合器（3）连接；所述电机（8）与所述太阳轮连接；在所述行星架上设有第一制动器（4），在所述齿圈上设有第二制动器（10）；所述齿圈（5）通过动力输出齿轮（9）与外部传动机构连接，以将动力传递至汽车驱动轮；

所述装置实现动力耦合输出的方法如下：

1）纯电动模式下：该模式下，第一离合器（2）分离、第二离合器（3）分离，第一制动器（4）接合，第二制动器（10）分离，所述电机（8）根据负载输出功率；

2）发动机驱动模式：当车辆以较高车速行驶，所需的驱动功率处于发动机的高效工作区，此时采用发动机单独驱动模式，该模式下，第一离合器（2）接合、第二离合器（3）接合，第一制动器（4）分离、第二制动器（10）分离，行星齿轮机构自锁，在发动机（1）的带动下作为一个整体运转，所述电机（8）将随太阳轮（7）空转；

3）行车充电模式：当行车负载较小，达不到发动机的最佳工作负荷时，则采用行车充电模式，该模式下，第一离合器（2）接合、第二离合器（3）接合，第一制动器（4）分离、第二制动器（10）分离，行星齿轮机构自锁，在发动机（1）的带动下作为一个整体运转，所述电机（8）以发电模式运行，发电储能；

4）混合驱动模式分为两个子模式：

混合驱动模式Ⅰ：当汽车在爬坡、超车或加速大负荷工况下行驶，所需驱动功率远大于发动机的最优功率时，电机补充动力，使得发动机仍工作在“最优曲线”上，该模式下，第一离合器（2）、第二离合器（3）接合，第一制动器（4）、第二制动器（10）分离，行星齿轮机构自锁，在发动机（1）的带动下作为一个整体运转，而所述电机（8）正转输出功率；

混合驱动模式Ⅱ：当汽车高速巡航时，为保持车速，并使得发动机处于稳定工作状态，可利用电机调速，该模式下，第一离合器（2）接合，第二离合器（3）分离，第一制动器（4）分离、第二制动器（10）分离，所述电机（8）正转输出较小功率，用于调速；

5）再生制动模式分为有发动机拖动再生制动和无发动机拖动再生制动两种子模式：

有发动机拖动制动模式：当汽车下陡坡时，采用电机与发动机联合制动，该模式下，第一离合器（2）接合、第二离合器（3）接合，第一制动器（4）分离、第二制动器（10）分离，行星齿轮机构自锁，作为一个整体运转；所述电机（8）以发电模式运行；

无发动机拖动制动模式：该模式下，第一离合器（2）分离、第二离合器（3）分离，第一制动器（4）接合，第二制动器（10）分离；所述电机（8）以发电模式运行；

6）驻车发电模式：当汽车短暂停车时，为了避免发动机频繁起停，从而提高整车燃油经济性，同时维持电量水平，则采用驻车发电模式，该模式分为两个子模式：

驻车发电模式Ⅰ：该模式下，第一离合器（2）分离，第二离合器（3）接合，第一制动器（4）分离，第二制动器（10）接合；所述电机（8）以发电模式运行；

驻车发电模式Ⅱ：该模式下，第一离合器（2）接合，第二离合器（3）分离，第一制动器（4）分离，第二制动器（10）接合；所述电机（8）以发电模式运行；

7）纯电动倒车模式：在电池余量足够时，则采用纯电动倒车模式，该模式下，第一离合器（2）、第二离合器（3）分离，第一制动器（4）接合，第二制动器（10）分离；所述电机（8）正转输出功率；

8）发动机倒车模式：当电池余量不足时，则采用发动机倒车模式，该模式下，第一离合器（2）分离，第二离合器（3）接合，第一制动器（4）接合，第二制动器（10）分离，所述电机（8）空转；

9）发动机启动模式：启动发动机有两种子模式，包括电机直接启动和电机减速启动：

电机直接启动：该模式下，第一离合器（2）分离，第二离合器（3）接合，第一制动器（4）分离，第二制动器（10）接合，所述电机（8）正转启动发动机；

电机减速启动：该模式下，第一离合器（2）接合，第二离合器（3）分离，第一制动器（4）分离，第二制动器（10）接合，齿圈固定，所述电机（8）正转启动发动机。