CN107585016A - 一种配置开放绕组电机的四驱车辆混合动力*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种配置开放绕组电机的四驱车辆混合动力***，为克服目前四驱混合动力***功率分流构型结构复杂、控制难度大的缺点，一种配置开放绕组电机的四驱车辆混动力合***包括前轴驱动部分与后轴驱动部分；前轴驱动部分包括行星齿轮机构、扭矩耦合传动轴、发动机传动轴与发动机离合器；后轴驱动部分包括后桥传动齿轮(30)；发动机传动轴的一端与发动机的输出轴采用法兰盘连接，发动机传动轴的另一端与离合器的主动部分采用花键副连接，扭矩耦合传动轴通过法兰联轴器与前轴第二电机相连接，行星齿轮机构套装在前轴第一电机的输出轴上，行星齿轮机构中的行星排行星架与前驱动桥通过齿轮啮合连接；后桥传动齿轮与后驱动桥通过齿轮啮合连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种装配开放绕组电机的车用混合动力***，更确切地说，本发明涉及一种配置开放绕组电机的四驱车辆混动力合***。
背景技术
随着近年来不可再生燃料的持续消耗、全球气候的逐渐变暖以及环境污染问题的不断加剧，混合动力汽车作为节能与新能源汽车重要产品形态之一，得到了广泛关注和应用。随着混合动力汽车的日益推广，以及人们对车辆动力性、经济性、通过性、舒适性等综合性能需求的不断提高，四驱混动车辆，尤其是四驱混动运动型多用途汽车越来越受到市场的青睐。一般情况下，传统燃油四驱车后备功率通常较高，在城市工况时的油耗和排放均不理想；另外，由于前后轴动力全部来自于发动机，前后轴动力分配常采用定比例分配的方法，不能灵活适应各种工况。而四驱混合动力***构型能够有效避免上述问题，一方面具有混合动力汽车的经济性优势，另一方面可以灵活分配前后轴扭矩，因此动力地面耦合的四驱混合动力车辆从整车的综合性能上看，具有一定优势。
此外，在车用电机方面，随着新能源汽车技术的不断发展和应用，车用电机从由工业电机代替，逐步发展到面向永磁化、高速化、高效化、小型化设计的车辆专用电机，以满足车辆工况和运行环境的要求。传统电机***一般采用单电机、单逆变器的形式，其外特性概括为低速大扭矩、高速恒功率，比较符合车辆的驱动力需求。但为了兼顾车辆最大爬坡度和最高车速两项动力性指标，往往需要配备一个两档变速器，以更好的满足要求。而一种新型的绕组可变电机***技术采用单电机、双逆变器的***组成，能够通过改变绕组连接方式，实现电机外特性的变换和高效区的移动。因此，将其应用于车辆动力***，一方面有助于满足车辆动力性需求，代替两档变速器；另一方面有助于提高车辆经济性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服了目前四驱混合动力***功率分流构型结构复杂、控制难度大的缺点，提供了一种配置开放绕组电机的四驱车辆混合动力***。
为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的一种配置开放绕组电机的四驱车辆混合动力***包括前轴驱动部分与后轴驱动部分；
所述的前轴驱动部分包括行星齿轮机构、扭矩耦合传动轴、发动机传动轴与发动机离合器；
所述的后轴驱动部分包括后桥传动齿轮；
所述的发动机传动轴的一端与发动机的输出轴采用法兰盘连接，发动机传动轴的另一端与离合器的主动部分采用花键副连接，扭矩耦合传动轴通过法兰联轴器与前轴第二电机相连接，行星齿轮机构套装在前轴第一电机的输出轴上，行星齿轮机构中的行星排行星架与前驱动桥通过齿轮啮合连接；后桥传动齿轮与后驱动桥通过齿轮啮合连接。
技术方案中所述的前轴驱动部分还包括发动机轴传动齿轮、转速耦合轴第二齿轮、转速耦合传动轴、转速耦合轴离合器、转速耦合轴第一齿轮、扭矩耦合轴第二齿轮、扭矩耦合轴第一齿轮、扭矩耦合轴离合器与齿圈传动齿轮；所述的转矩耦合轴第二齿轮、转矩耦合轴第一齿轮与转矩耦合轴离合器的主动盘由左至右地安装在扭矩耦合传动轴上，转矩耦合轴第二齿轮、转矩耦合轴第一齿轮与转矩耦合轴离合器的主动盘上的内花键和扭矩耦合传动轴上的外花键配合并采用卡环的轴向限位成固定连接，转矩耦合轴离合器的主动盘位于扭矩耦合传动轴的右端，转矩耦合轴离合器的从动盘安装在前轴第一电机输出轴的左端，扭矩耦合传动轴与前轴第一电机输出轴的回转轴线共线；扭矩耦合传动轴与发动机传动轴的回转轴线平行。
所述的转速耦合轴离合器的主动盘与从动盘通过花键副与转速耦合传动轴配合连接，转速耦合传动轴的右、左两端分别和转速耦合轴第一齿轮与转速耦合轴第二齿轮相连接，转速耦合传动轴和转速耦合轴第一齿轮与转速耦合轴第二齿轮之间采用内外花键的配合及卡环的轴向限位实现固定连接，转速耦合传动轴与扭矩耦合传动轴相平行，齿圈传动齿轮套装在行星齿轮机构中的行星排齿圈的中心处，齿圈传动齿轮与转速耦合轴第一齿轮啮合连接，转速耦合轴第二齿轮与转矩耦合轴第一齿轮啮合连接；发动机离合器的从动盘通过花键轴与发动机轴传动齿轮连接，发动机轴传动齿轮与扭矩耦合轴第二齿轮啮合连接。
技术方案中所述的行星齿轮机构还包括行星排齿圈、4个结构相同的行星排行星轮、行星排太阳轮与锁止机构；所述的行星排太阳轮位于行星排齿圈的中心处，4个结构相同的行星排行星轮位于星排齿圈与行星排太阳轮之间，4个结构相同的行星排行星轮的内侧轮齿与行星排太阳轮啮合连接，4个结构相同的行星排行星轮的外侧轮齿与行星排齿圈内啮合连接，4个结构相同的行星排行星轮通过中心轴安装在行星排行星架上，使得行星排齿圈停止旋转的锁止机构安装行星排齿圈的外侧。
技术方案中所述的后轴驱动部分还包括后桥电机输出轴传动齿轮、后桥电机输出轴、后桥传动轴与后轴可变绕组电机；所述的后轴可变绕组电机输出轴与后桥电机输出轴的一端采用法兰联轴器相连接，后轴可变绕组电机与后桥电机输出轴的回转轴线共线，后桥电机输出轴传动齿轮安装在后桥电机输出轴上，后桥电机输出轴传动齿轮通过其上的内花键孔与后桥电机输出轴的外花键紧密配合及采用卡环的轴向限位成固定连接，后桥电机输出轴传动齿轮与后桥传动轴上的后桥传动齿轮相啮合，后桥电机输出轴传动齿轮与后桥传动轴的回转轴线平行。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
1.本发明所述的一种配置开放绕组电机的四驱车辆混合动力***通过三个离合器的控制以及行星齿轮的锁止机构，双电机既可以实现扭矩耦合，也可以实现转速耦合；因而能够使***在保持高效率的前提下灵活应对不同车速时不同扭矩需求的各类工况，有效地解决了电机高速时效率低的问题，同时使得电机小型化。
2.本发明所述的一种配置开放绕组电机的四驱车辆混合动力***通过在扭矩耦合和转速耦合时设置不同的传动比，解决了动力源与太阳轮连接和与齿圈连接时转速差过大的问题，使得动力源始终工作在高效区附近。
3.本发明所述的一种配置开放绕组电机的四驱车辆混合动力***采用了简单的单排行星齿轮机构和三个离合器，并且用可变绕组电机驱动后轴；因而相比于其他功率分流构型的四驱混合动力***结构相对简单，控制难度也相应降低，前后轴动力分配比例可连续变化。
4.本发明所述的一种配置开放绕组电机的四驱车辆混合动力***采用可变绕组电机取代传统变速器，使车辆行驶中更易达到高效区；其切换方式与机械式换挡相比，能够使电机不易磨损、耐久性能更强，同时也免去了驾驶员的换挡操作。
5.本发明所述的一种配置开放绕组电机的四驱车辆混合动力***可以实现前轴纯电驱动模式，后轴纯电驱动模式，四驱纯电驱动模式，前轴双电机转速耦合驱动模式，地面扭矩耦合、前轴双电机转速耦合驱动模式，前轴发动机与电机转速耦合驱动模式，地面扭矩耦合、前轴发动机与电机转速耦合驱动模式，前轴双电机扭矩耦合驱动模式，地面扭矩耦合、前轴双电机扭矩耦合驱动模式，前轴发动机与电机扭矩耦合驱动模式，地面扭矩耦合、前轴发动机与电机扭矩耦合驱动模式，前轴发动机单独驱动模式，地面扭矩耦合、前轴发动机单独驱动模式，串联驱动模式，地面扭矩耦合、串联驱动模式，停车充电模式多种工作模式。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
图1是本发明所述的一种配置开放绕组电机的四驱车辆混合动力***结构组成示意图；
图2是本发明所述的一种配置开放绕组电机的四驱车辆混合动力***前轴纯电驱动模式的示意图；
图3是本发明所述的一种配置开放绕组电机的四驱车辆混合动力***后轴纯电驱动模式的示意图；
图4是本发明所述的一种配置开放绕组电机的四驱车辆混合动力***四驱纯电驱动模式的示意图；
图5是本发明所述的一种配置开放绕组电机的四驱车辆混合动力***前轴双电机转速耦合驱动模式的示意图；
图6是本发明所述的一种配置开放绕组电机的四驱车辆混合动力***地面扭矩耦合、前轴双电机转速耦合驱动模式的示意图；
图7是本发明所述的一种配置开放绕组电机的四驱车辆混合动力***前轴发动机与电机转速耦合驱动模式的示意图；
图8是本发明所述的一种配置开放绕组电机的四驱车辆混合动力***地面扭矩耦合、前轴发动机与电机转速耦合驱动模式的示意图；
图9是本发明所述的一种配置开放绕组电机的四驱车辆混合动力***前轴双电机扭矩耦合驱动模式的示意图；
图10是本发明所述的一种配置开放绕组电机的四驱车辆混合动力***地面扭矩耦合、前轴双电机扭矩耦合驱动模式的示意图；
图11是本发明所述的一种配置开放绕组电机的四驱车辆混合动力***前轴发动机与电机扭矩耦合驱动模式的示意图；
图12是本发明所述的一种配置开放绕组电机的四驱车辆混合动力***地面扭矩耦合、前轴发动机与电机扭矩耦合驱动模式的示意图；
图13是本发明所述的一种配置开放绕组电机的四驱车辆混合动力***前轴发动机单独驱动模式的示意图；
图14是本发明所述的一种配置开放绕组电机的四驱车辆混合动力***地面扭矩耦合、前轴发动机单独驱动模式的示意图；
图15是本发明所述的一种配置开放绕组电机的四驱车辆混合动力***串联驱动模式的示意图；
图16是本发明所述的一种配置开放绕组电机的四驱车辆混合动力***地面扭矩耦合、串联驱动模式的示意图；
图17是本发明所述的一种配置开放绕组电机的四驱车辆混合动力***停车充电模式的示意图；
图18是本发明所述的一种配置开放绕组电机的四驱车辆混合动力***中可变绕组电机的电路结构组成的示意图；
图中：1.四驱混合动力***，2.发动机，3.前轴第一电机，4.前轴第二电机，5.后轴可变绕组电机，6.行星齿轮机构，7.前驱动桥，8.前车轮，9.前半轴，10.扭矩耦合传动轴，11.转速耦合传动轴，12.发动机传动轴，13.后桥电机输出轴，14.后桥传动轴，15.行星排太阳轮，16.行星排行星轮，17.行星排行星架，18.行星排齿圈，19.锁止机构，20.齿圈传动齿轮，21.扭矩耦合轴离合器，22.扭矩耦合轴第一齿轮，23.扭矩耦合轴第二齿轮，24.转速耦合轴离合器，25.转速耦合轴第一齿轮，26.转速耦合轴第二齿轮，27.发动机离合器，28.发动机轴传动齿轮，29.后桥电机输出轴传动齿轮，30.后桥传动齿轮，31.第一直流电源，32.第一继电器开关，33.第一电容，34.第一电压传感器，35.第一逆变器，36.电子开关组，37.开放式绕组永磁同步电机，38.扭矩传感器，39.第二电流传感器，40.第二逆变器，41.第二电压传感器，42.第二电容，43.第二继电器开关，44.第二直流电源，45.电机控制器，46.后驱动桥，47.后车轮，48.后半轴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细的描述：
参阅图1，本发明所述的一种配置开放绕组电机的四驱车辆混合动力***1包括前轴驱动部分与后轴驱动部分。
所述的前轴驱动部分包括发动机传动轴12、发动机离合器27、发动机轴传动齿轮28、转速耦合轴第二齿轮26、转速耦合传动轴11、转速耦合轴离合器24、转速耦合轴第一齿轮25、扭矩耦合轴第二齿轮23、扭矩耦合传动轴10、扭矩耦合轴第一齿轮22、扭矩耦合轴离合器21、齿圈传动齿轮20及行星齿轮机构6；其中：所述的行星齿轮机构6包括行星排齿圈18、行星排行星轮16、行星排行星架17、行星排太阳轮15、锁止机构19；
所述的后轴驱部分包括后桥电机输出轴传动齿轮29、后桥传动齿轮30、后桥电机输出轴13、后桥传动轴14、后轴可变绕组电机5。
所述的发动机2的飞轮与离合器27的主动部分固定相连；前轴第一电机3的输出轴加工有两处外花键，通过内外花键的紧密配合及卡环的轴向限位分别与太阳轮15和扭矩耦合轴离合器21的从动盘相连；前轴第二电机4与扭矩耦合传动轴10通过法兰联轴器相连；扭矩耦合传动轴10加工有三处外花键，通过内外花键的紧密配合及卡环的轴向限位固定连接有扭矩耦合轴离合器21的主动盘、扭矩耦合轴第一齿轮22、扭矩耦合轴第二齿轮23；后轴可变绕组电机5与后桥电机输出轴13通过法兰联轴器相连；后桥电机输出轴13加工有一处外花键，通过后桥电机输出轴13的外花键与后桥电机输出轴传动齿轮29内花键的紧密配合及卡环的轴向限位将两者相连接，后桥电机输出轴传动齿轮29与后桥传动轴14上的后桥传动齿轮30相啮合，后桥传动齿轮30与后驱动桥通过齿轮啮合连接。
所述的行星齿轮机构6套装在前轴第一电机3的输出轴上，行星齿轮机构6中的行星架17与前前驱动桥7通过齿轮啮合连接，行星排齿圈18与齿圈传动齿轮20制为一体，并与转速耦合传动轴11上的转速耦合轴第一齿轮25相啮合，行星排齿圈18可由锁止机构19通过拨叉固定；锁止机构19是能够使得行星排齿圈18停止旋转的制动器或其他具备相同功能的制动单元，如采用自动变速器中常用的湿式多片制动器或带式制动器等；当锁止机构19闭合时，发动机2或前轴第二电机4与前轴第一电机3扭矩耦合；当锁止机构19松开时，发动机2或前轴第二电机4与前轴第一电机3转速耦合。
所述的扭矩耦合轴离合器21主动盘与扭矩耦合传动轴10通过内外花键相连接，从动盘与前轴第一电机3的输出轴通过内外花键相连接；发动机离合器27主动部分与发动机2飞轮固定连接，从动盘通过花键轴与发动机轴传动齿轮28相连接。
所述的转速耦合轴离合器24的主动盘与转速耦合轴第一齿轮25通过螺丝固定连接，从动盘通过内外花键与转速耦合传动轴11配合连接，转速耦合传动轴11通过内外花键与转速耦合轴第二齿轮26紧密配合连接及卡环的轴向限位，其中转速耦合轴第一齿轮25与齿圈传动齿轮20相啮合，转速耦合轴第二齿轮26与扭矩耦合轴第一齿轮22相啮合。
所述的扭矩耦合传动轴10与前轴第二电机4的输出轴通过法兰联轴器相连，扭矩耦合传动轴10通过内外花键的紧密配合及卡环的轴向限位和扭矩耦合轴第一齿轮22与扭矩耦合轴第二齿轮23固定连接，其中扭矩耦合轴第一齿轮22与转速耦合轴第二齿轮26相啮合，扭矩耦合轴第二齿轮23与发动机轴传动齿轮28相啮合。
所述的后轴可变绕组电机5主要包括开放式绕组永磁同步电机37、第一逆变器35、第二逆变器40、电子开关组36与电机控制器45。其中，第一直流电源31、第一继电器开关32、第一电容器33、第一电压传感器34、第一逆变器35、第二电流传感器39、第二逆变器40、第二电压传感器41、第二电容器42、第二继电器开关43、第二直流电源44分别构成两组供电、滤波和驱动电路；电子开关组7可以通过闭合或打开改变开放式绕组永磁同步电机37的绕组形式，闭合时等效为“Y”型连接方式，打开时等效为“Δ”型连接方式。
所述的一种配置开放绕组电机的四驱车辆混合动力***的工作原理：
在纯电动驱动情况下，动力源有前轴第一电机3、前轴第二电机4以及后轴可变绕组电机5。在单独前轴驱动时，前轴第一电机3和前轴第二电机4的动力耦合关系有扭矩耦合和转速耦合两种；在双轴驱动时，后轴可变绕组电机5参与驱动，并可以分为两个档位。
当锁止机构19闭合时，前驱动桥7处的两动力源前轴第一电机3和前轴第二电机4的动力耦合关系为扭矩耦合；当锁止机构19松开时，上述两动力源的动力耦合关系为转速耦合；两种不同耦合关系的功率流传递路径并不相同。根据行星齿轮机构6的运动学特性，当行星排行星架17转速改变时，行星排齿圈18的转速与行星排太阳轮15的速比也随之改变，因此，通过设置两条功率流传递路径有利于将前轴第二电机4的工作点保持在其高效区内。
后轴可变绕组电机5可适时参与驱动，当有四驱需求或动力性需求较大时，整车控制器控制后轴可变绕组电机5使能，并输出驱动力矩。当需求扭矩较大时，电子开关组7闭合，采用“Y”型连接方式；当转速较高时，电子开关组7打开，采用“Δ”型连接方式。由于“Y”型连接方式和“Δ”型连接方式分别具有较大峰值扭矩和较宽转速范围，可以模拟单电机带有两档减速器的驱动效果，有助于简化结构、降低成本。
在混合动力驱动情况下，动力源有发动机2、前轴第一电机3、前轴第二电机4以及可变绕组电机5。在单轴驱动时，发动机2与前轴第一电机3的动力耦合关系有扭矩耦合和转速耦合两种；在双轴驱动时，后轴可变绕组电机5参与驱动，并可以分为两个档位。
当锁止机构19闭合时，前轴第一电机3作为辅助动力源，帮助发动机2进行扭矩解耦；而前轴第二电机4空转。当锁止机构19松开时，前轴第二电机4作为辅助动力源，帮助发动机2进行扭矩解耦；而前轴第一电机3则帮助发动机2转速解耦；通过设置两条功率流传递路径，实现两种耦合关系中不同的传动比，有利于将发动机2与前轴第二电机4的工作点保持在各自高效区内。
下面结合具体的工作模式对本发明所述的用于四驱车辆的混合动力***的工作原理、动力传递路径做出进一步说明。
前轴纯电驱动模式
参阅图2，锁止机构19将齿圈18锁定，齿圈18处于静止状态。三个离合器均处于分离状态。
发动机2、前轴第二电机4、后轴可变绕组电机5均不工作，前轴第一电机3驱动太阳轮15转动；在齿圈18锁止的条件下，动力经由行星架17传递至前驱动桥。
后轴纯电驱动模式
参阅图3，锁止机构19将齿圈18锁定，齿圈18处于静止状态，三个离合器均处于分离状态。
发动机2、前轴第一电机3、前轴第二电机4均不工作，后轴可变绕组电机5通过后桥电机输出轴传动齿轮29和后桥传动齿轮30传递至后驱动桥。后轴可变绕组电机5通过电子开关组37控制可实现两个驱动挡位的动力传递。
四驱纯电驱动模式
参阅图4，锁止机构19将齿圈18锁定，齿圈18处于静止状态。三个离合器均处于分离状态。
发动机2、前轴第二电机4均不工作，前轴第一电机3和后轴可变绕组电机5共同驱动，一部分动力分别沿太阳轮15、行星架17传递至前驱动桥；一部分动力沿后桥电机输出轴传动齿轮29和后桥传动齿轮30传递至后驱动桥，实现驱动力的地面耦合，驱动车辆行驶。
前轴双电机转速耦合驱动模式
参阅图5，锁止机构19松开，释放齿圈18使其自由转动，转速耦合轴离合器24处于结合状态，其它两个离合器均处于分离状态。
发动机2、后轴可变绕组电机5均不工作，电能经前轴第二电机4、前轴第一电机3转换为机械能，前轴第二电机4转化的机械能经扭矩耦合传动轴10、扭矩耦合轴第一齿轮22、转速耦合轴第二齿轮26、转速耦合传动轴11、转速耦合轴离合器24、转速耦合轴第一齿轮25、齿圈传动齿轮20到达行星齿轮机构6的齿圈18，前轴第一电机3转化的机械能直接传递至行星齿轮机构6的太阳轮15并与前述另一路径传递来的机械能通过行星齿轮机构6进行转速耦合。由于有动力输出，行星架17转动。
地面扭矩耦合、前轴双电机转速耦合驱动模式
参阅图6，锁止机构19松开，释放齿圈18使其自由转动，转速耦合轴离合器24处于结合状态，其它两个离合器均处于分离状态。
发动机2不工作，电能经前轴第一电机3、前轴第二电机4、后轴可变绕组电机5转换为机械能，前轴第二电机4转化的机械能经扭矩耦合传动轴10、扭矩耦合轴第一齿轮22、转速耦合轴第二齿轮26、转速耦合传动轴11、转速耦合轴离合器24、转速耦合轴第一齿轮25、齿圈传动齿轮20到达行星齿轮机构6的齿圈18，前轴第一电机3转化的机械能直接传递至行星齿轮机构6的太阳轮15并与前述另一路径传递来的机械能通过行星齿轮机构6进行转速耦合，动力经由行星架17传递至前驱动桥。后轴可变绕组电机5转化的机械能通过后桥电机输出轴传动齿轮29和后桥传动齿轮30传递至后驱动桥。后轴可变绕组电机5通过电子开关组37控制可实现两个驱动挡位的动力传递。前驱动桥的动力与后驱动桥的动力进行地面扭矩耦合。
前轴发动机与电机转速耦合驱动模式
参阅图7，锁止机构19松开，释放齿圈18使其自由转动，发动机离合器27、转速耦合轴离合器24均处于结合状态，扭矩耦合轴离合器21处于分离状态。
前轴第二电机4、后轴可变绕组电机5均不工作，发动机2工作，其输出的机械能经发动机传动轴12、发动机轴离合器27、发动机轴传动齿轮28、扭矩耦合轴第二齿轮23、扭矩耦合传动轴10、扭矩耦合轴第一齿轮22、转速耦合轴第二齿轮26、转速耦合传动轴11、转速耦合轴离合器24、转速耦合轴第一齿轮25、齿圈传动齿轮20到达行星齿轮机构6的齿圈18。前轴第一电机3转化的机械能直接传递至行星齿轮机构6的太阳轮15并与前述另一路径传递来的机械能通过行星齿轮机构6进行转速耦合。由于有动力输出，行星架17转动。
地面扭矩耦合、前轴发动机与电机转速耦合驱动模式
参阅图8，锁止机构19松开，释放齿圈18使其自由转动，发动机离合器27、转速耦合轴离合器24均处于结合状态，扭矩耦合轴离合器21处于分离状态。
前轴第二电机4不工作，发动机2工作，其输出的机械能经发动机传动轴12、发动机轴离合器27、发动机轴传动齿轮28、扭矩耦合轴第二齿轮23、扭矩耦合传动轴10、扭矩耦合轴第一齿轮22、转速耦合轴第二齿轮26、转速耦合传动轴11、转速耦合轴离合器24、转速耦合轴第一齿轮25、齿圈传动齿轮20到达行星齿轮机构6的齿圈18。电能经前轴第一电机3转化的机械能直接传递至行星齿轮机构6的太阳轮15并与前述路径传递来的机械能通过行星齿轮机构6进行转速耦合，动力经由行星架17传递至前驱动桥。电能经后轴可变绕组电机5转化的机械能通过后桥电机输出轴传动齿轮29和后桥传动齿轮30传递至后驱动桥。后轴可变绕组电机5通过电子开关组37控制可实现两个驱动挡位的动力传递；前驱动桥的动力与后驱动桥的动力进行地面扭矩耦合。
前轴双电机扭矩耦合驱动模式
参阅图9，锁止机构19将齿圈18锁定，齿圈18处于静止状态；扭矩耦合轴离合器21处于接合状态，其它两个离合器均处于分离状态。
发动机2、后轴可变绕组电机5均不工作，前轴第二电机4、前轴第一电机3共同驱动；前轴第二电机4转化的机械能经扭矩耦合传动轴10、扭矩耦合轴离合器21到达行星齿轮机构6的太阳轮15，前轴第一电机3转化的机械能直接传递至行星齿轮机构6的太阳轮15并与前述路径传递来的机械能进行扭矩耦合。在齿圈18锁止的条件下，动力经由行星架17传递至前驱动桥。
地面扭矩耦合、前轴双电机扭矩耦合驱动模式
参阅图10，锁止机构19将齿圈18锁定，齿圈18处于静止状态，扭矩耦合轴离合器21处于接合状态，其它两个离合器均处于分离状态。
发动机2不工作，电能经前轴第一电机3、前轴第二电机4、后轴可变绕组电机5转换为机械能；前轴第二电机4转化的机械能经扭矩耦合传动轴10、扭矩耦合轴离合器21到达行星齿轮机构6的太阳轮15，前轴第一电机3转化的机械能直接传递至行星齿轮机构6的太阳轮15并与前述路径传递来的机械能进行扭矩耦合；在齿圈18锁止的条件下，动力经由行星架17传递至前驱动桥。后轴可变绕组电机5转化的机械能通过后桥电机输出轴传动齿轮29和后桥传动齿轮30传递至后驱动桥；后轴可变绕组电机5通过电子开关组37控制可实现两个驱动挡位的动力传递；前驱动桥的动力与后驱动桥的动力进行地面扭矩耦合。
前轴发动机与电机扭矩耦合驱动模式
参阅图11，锁止机构19将齿圈18锁定，齿圈18处于静止状态，发动机离合器27、扭矩耦合轴离合器21均处于接合状态，转速耦合轴离合器24处于分离状态。
前轴第二电机4、后轴可变绕组电机5均不工作，发动机2工作，其输出的机械能经发动机传动轴12、发动机轴离合器27、发动机轴传动齿轮28、扭矩耦合轴第二齿轮23、扭矩耦合传动轴10、扭矩耦合轴离合器21到达行星齿轮机构6的太阳轮15；前轴第一电机3转化的机械能直接传递至行星齿轮机构6的太阳轮15并与前述路径传递来的机械能进行扭矩耦合；在齿圈18锁止的条件下，动力经由行星架17传递至前驱动桥。
地面扭矩耦合、前轴发动机与电机扭矩耦合驱动模式
参阅图12，锁止机构19将齿圈18锁定，齿圈18处于静止状态，发动机离合器27、扭矩耦合轴离合器21均处于接合状态，转速耦合轴离合器24处于分离状态。
前轴第二电机4不工作，发动机2工作，其输出的机械能经发动机传动轴12、发动机轴离合器27、发动机轴传动齿轮28、扭矩耦合轴第二齿轮23、扭矩耦合传动轴10、扭矩耦合轴离合器21到达行星齿轮机构6的太阳轮15；前轴第一电机3转化的机械能直接传递至行星齿轮机构6的太阳轮15并与前述路径传递来的机械能进行扭矩耦合；在齿圈18锁止的条件下，动力经由行星架17传递至前驱动桥。后轴可变绕组电机5转化的机械能通过后桥电机输出轴传动齿轮29和后桥传动齿轮30传递至后驱动桥；后轴可变绕组电机5通过电子开关组37控制可实现两个驱动挡位的动力传递；前驱动桥的动力与后驱动桥的动力进行地面扭矩耦合。
前轴发动机单独驱动模式
参阅图13，锁止机构19将齿圈18锁定，齿圈18处于静止状态，发动机离合器27、扭矩耦合轴离合器21处于接合状态，转速耦合轴离合器24处于分离状态。
前轴第一电机、前轴第二电机4、后轴可变绕组电机5均不工作，发动机2工作，发动机2输出的机械能经发动机传动轴12、发动机轴离合器27、发动机轴传动齿轮28、扭矩耦合轴第二齿轮23、扭矩耦合传动轴10、扭矩耦合轴离合器21到达行星齿轮机构6的太阳轮15，在齿圈18锁止的条件下，动力经由行星架17传递至前驱动桥7。
地面扭矩耦合、前轴发动机单独驱动模式
参阅图14，锁止机构19将齿圈18锁定，齿圈18处于静止状态，发动机离合器27、扭矩耦合轴离合器21处于接合状态，转速耦合轴离合器24处于分离状态。
前轴第一电机、前轴第二电机4不工作，发动机2工作，发动机2输出的机械能经发动机传动轴12、发动机轴离合器27、发动机轴传动齿轮28、扭矩耦合轴第二齿轮23、扭矩耦合传动轴10、扭矩耦合轴离合器21到达行星齿轮机构6的太阳轮15，在齿圈18锁止的条件下，动力经由行星架17传递至前驱动桥。后轴可变绕组电机5转化的机械能通过后桥电机输出轴传动齿轮29和后桥传动齿轮30传递至后驱动桥；后轴可变绕组电机5通过电子开关组37控制可实现两个驱动挡位的动力传递；前驱动桥的动力与后驱动桥的动力进行地面扭矩耦合。
串联驱动模式
参阅图15，锁止机构19将齿圈18锁定，齿圈18处于静止状态，发动机轴离合器27处于接合状态，其他两个离合器均处于分离状态。
后轴可变绕组电机5不工作，发动机2工作，机械能传递路径为发动机传动轴12、发动机轴离合器27、发动机轴传动齿轮28、扭矩耦合轴第二齿轮23、扭矩耦合传动轴10、前轴第二电机4。前轴第二电机4工作在发电状态，将发动机输出的机械能转换为电能并传递给前轴第一电机3，前轴第一电机3将电能转化为机械能后直接传递至行星齿轮机构6的太阳轮15；在齿圈18锁止的条件下，动力经由行星架17传递至前驱动桥。
地面扭矩耦合、串联驱动模式
参阅图16，锁止机构19将齿圈18锁定，齿圈18处于静止状态，发动机轴离合器27处于接合状态，其他两个离合器均处于分离状态。
发动机2工作，机械能传递路径为发动机传动轴12、发动机轴离合器27、发动机轴传动齿轮28、扭矩耦合轴第二齿轮23、扭矩耦合传动轴10、前轴第二电机4。前轴第二电机4工作在发电状态，将发动机输出的机械能转换为电能并传递给前轴第一电机3，前轴第一电机3将电能转化为机械能后直接传递至行星齿轮机构6的太阳轮15；在齿圈18锁止的条件下，动力经由行星架17传递至前驱动桥。后轴可变绕组电机5转化的机械能通过后桥电机输出轴传动齿轮29和后桥传动齿轮30传递至后驱动桥；后轴可变绕组电机5通过电子开关组37控制可实现两个驱动挡位的动力传递；前驱动桥的动力与后驱动桥的动力进行地面扭矩耦合。
停车充电模式
参阅图17，锁止机构19将齿圈18锁定，齿圈18处于静止状态，发动机轴离合器27接合，其他两个离合器均处于分离状态。
发动机2工作，机械能传递路径为发动机传动轴12、发动机轴离合器27、发动机轴传动齿轮28、扭矩耦合轴第二齿轮23、扭矩耦合传动轴10、前轴第二电机4。前轴第二电机4工作在发电状态，将机械能转换为电能。
前轴第一电机3与后轴的可变绕组电机5不工作，太阳轮15静止，由于无动力输出，行星架17静止，车辆原地不动。
接下来，对本发明的作用效果进行说明。
1.通过三个离合器的控制以及行星齿轮的锁止机构19，双电机既可以实现扭矩耦合也可以实现转速耦合；因而能够使一种配置开放绕组电机的四驱车辆混合动力***在保持高效率的前提下灵活应对不同车速时不同扭矩需求的各类工况，有效地解决了电机高速时效率低的问题，同时使得电机小型化。
2.通过在扭矩耦合和转速耦合时设置不同的传动比，解决了动力源与太阳轮连接和与齿圈连接时转速差过大的问题，使得动力源始终工作在高效区附近。
3.由于采用了简单的单排行星齿轮机构和三个离合器，并且采用后轴可变绕组电机5驱动后轴；因而相比于其他功率分流构型的四驱混合动力***，本发明所述的一种配置开放绕组电机的四驱车辆混合动力***结构相对简单，控制难度也相应降低，前后轴动力分配比例可连续变化。
4.后轴可变绕组电机5取代传统变速器，使车辆行驶中更易达到高效区；其切换方式与机械式换挡相比，能够使电机不易磨损、耐久性能更强，同时也免去了驾驶员的换挡操作。
5.本发明所述的一种配置开放绕组电机的四驱车辆混合动力***可以实现停车充电、制动能量回收、单电机纯电驱动、双电机扭矩耦合驱动、双电机转速耦合驱动、发动机单独驱动、发动机与电机扭矩耦合驱动、发动机与电机转速耦合驱动、串联驱动等多种工作模式，消除了发动机的怠速油耗，保证了发动机工作在高效区，从而提高了整车燃油经济性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明以较佳实施例说明如上，然而并非以此限定本发明。任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，可利用上述揭示的技术内容作出部分改动或修饰而成为等同变化的等效实施例；但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、修饰与等效变换，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (4)
1.一种配置开放绕组电机的四驱车辆混合动力***,其特征在于，所述的一种配置开放绕组电机的四驱车辆混合动力***(1)包括前轴驱动部分与后轴驱动部分；
所述的前轴驱动部分包括行星齿轮机构(6)、扭矩耦合传动轴(10)、发动机传动轴(12)与发动机离合器(27)；
所述的后轴驱动部分包括后桥传动齿轮(30)；
所述的发动机传动轴(12)的一端与发动机(2)的输出轴采用法兰盘连接，发动机传动轴(12)的另一端与离合器(27)的主动部分采用花键副连接，扭矩耦合传动轴(10)通过法兰联轴器与前轴第二电机(4)相连接，行星齿轮机构(6)套装在前轴第一电机(3)的输出轴上，行星齿轮机构(6)中的行星排行星架(17)与前驱动桥(7)通过齿轮啮合连接；后桥传动齿轮(30)与后驱动桥(46)通过齿轮啮合连接。
2.按照权利要求1所述的一种配置开放绕组电机的四驱车辆混合动力***,其特征在于，所述的前轴驱动部分还包括发动机轴传动齿轮(28)、转速耦合轴第二齿轮(26)、转速耦合传动轴(11)、转速耦合轴离合器(24)、转速耦合轴第一齿轮(25)、扭矩耦合轴第二齿轮(23)、扭矩耦合轴第一齿轮(22)、扭矩耦合轴离合器(21)与齿圈传动齿轮(20)；
所述的转矩耦合轴第二齿轮(23)、转矩耦合轴第一齿轮(22)与转矩耦合轴离合器(21)的主动盘由左至右地安装在扭矩耦合传动轴(10)上，转矩耦合轴第二齿轮(23)、转矩耦合轴第一齿轮(22)与转矩耦合轴离合器(21)的主动盘上的内花键和扭矩耦合传动轴(10)上的外花键配合并采用卡环的轴向限位成固定连接，转矩耦合轴离合器(21)的主动盘位于扭矩耦合传动轴(10)的右端，转矩耦合轴离合器(21)的从动盘安装在前轴第一电机(3)输出轴的左端，扭矩耦合传动轴(10)与前轴第一电机(3)输出轴的回转轴线共线；扭矩耦合传动轴(10)与发动机传动轴(12)的回转轴线平行；
所述的转速耦合轴离合器(24)的主动盘与从动盘通过花键副与转速耦合传动轴(11)配合连接，转速耦合传动轴(11)的右、左两端分别和转速耦合轴第一齿轮(25)与转速耦合轴第二齿轮(26)相连接，转速耦合传动轴(11)和转速耦合轴第一齿轮(25)与转速耦合轴第二齿轮(26)之间采用内外花键的配合及卡环的轴向限位实现固定连接，转速耦合传动轴(11)与扭矩耦合传动轴(10)相平行，齿圈传动齿轮(20)套装在行星齿轮机构(6)中的行星排齿圈(18)的中心处，齿圈传动齿轮(20)与转速耦合轴第一齿轮(25)啮合连接，转速耦合轴第二齿轮(26)与转矩耦合轴第一齿轮(22)啮合连接；发动机离合器(27)的从动盘通过花键轴与发动机轴传动齿轮(28)连接，发动机轴传动齿轮(28)与扭矩耦合轴第二齿轮(23)啮合连接。
3.按照权利要求2所述的一种配置开放绕组电机的四驱车辆混合动力***,其特征在于，所述的行星齿轮机构(6)还包括行星排齿圈(18)、4个结构相同的行星排行星轮(16)、行星排太阳轮(15)与锁止机构(19)；
所述的行星排太阳轮(15)位于行星排齿圈(18)的中心处，4个结构相同的行星排行星轮(16)位于星排齿圈(18)与行星排太阳轮(15)之间，4个结构相同的行星排行星轮(16)的内侧轮齿与行星排太阳轮(15)啮合连接，4个结构相同的行星排行星轮(16)的外侧轮齿与行星排齿圈(18)内啮合连接，4个结构相同的行星排行星轮(16)通过中心轴安装在行星排行星架(17)上，使得行星排齿圈(18)停止旋转的锁止机构(19)安装行星排齿圈(18)的外侧。
4.按照权利要求1所述的一种配置开放绕组电机的四驱车辆混合动力***,其特征在于，所述的后轴驱动部分还包括后桥电机输出轴传动齿轮(29)、后桥电机输出轴(13)、后桥传动轴(14)与后轴可变绕组电机(5)；
所述的后轴可变绕组电机(5)输出轴与后桥电机输出轴(13)的一端采用法兰联轴器相连接，后轴可变绕组电机(5)与后桥电机输出轴(13)的回转轴线共线，后桥电机输出轴传动齿轮(29)安装在后桥电机输出轴(13)上，后桥电机输出轴传动齿轮(29)通过其上的内花键孔与后桥电机输出轴(13)的外花键紧密配合及采用卡环的轴向限位成固定连接，后桥电机输出轴传动齿轮(29)与后桥传动轴(14)上的后桥传动齿轮(30)相啮合，后桥电机输出轴传动齿轮(29)与后桥传动轴(14)的回转轴线平行。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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