混合動(dòng)力汽車混聯(lián)式雙行星輪系動(dòng)力耦合裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新能源汽車動(dòng)力技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種混合動(dòng)力汽車混聯(lián)式雙行星輪系動(dòng)力耦合裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]混合動(dòng)力汽車(Hybrid Electric Vehicle，簡(jiǎn)稱HEV)是能源危機(jī)背景下的重要科技產(chǎn)物，它克服了傳統(tǒng)燃油汽車與純電動(dòng)汽車的缺點(diǎn)，依靠多個(gè)動(dòng)力轉(zhuǎn)化裝置的耦合關(guān)系實(shí)現(xiàn)多種工作模式，從而獲得最佳的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能。動(dòng)力耦合系統(tǒng)是不同混合動(dòng)力汽車間最大的差別所在，其結(jié)構(gòu)與耦合方式?jīng)Q定了 HEV動(dòng)力系統(tǒng)研宄開(kāi)發(fā)的水平和方向，是HEV開(kāi)發(fā)中最為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。
[0003]目前，混合動(dòng)力汽車動(dòng)力耦合系統(tǒng)主要有三種形式:串聯(lián)式(電耦合)、并聯(lián)式(機(jī)械耦合)、混聯(lián)式(機(jī)械和電氣耦合)。
[0004]在串聯(lián)式電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，能量需要兩次轉(zhuǎn)換才能傳遞到車輪，效率很低，且由于牽引電動(dòng)機(jī)是唯一驅(qū)動(dòng)車輛的動(dòng)力裝置，因此動(dòng)力性能較差；并聯(lián)式混合動(dòng)力電驅(qū)系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)與車輪之間存在機(jī)械聯(lián)接器，發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法在一個(gè)固定的狹小的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)運(yùn)行，因此其燃油經(jīng)濟(jì)性較差；而混聯(lián)式則結(jié)合了串聯(lián)式與并聯(lián)式系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，就轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的約束條件而言，轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速耦合從驅(qū)動(dòng)輪處解脫了發(fā)動(dòng)機(jī)，從而瞬時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速不受車輛的負(fù)載轉(zhuǎn)矩和車速制約，因此發(fā)動(dòng)機(jī)能運(yùn)行在其高效區(qū)；另一方面，部分發(fā)動(dòng)機(jī)功率直接傳遞到驅(qū)動(dòng)輪，沒(méi)有經(jīng)歷多形式的轉(zhuǎn)換，提高了能量利用率。
[0005]如中國(guó)專利文獻(xiàn)CN 101791944A公開(kāi)的“雙行星輪系多動(dòng)力耦合機(jī)構(gòu)”，其動(dòng)力耦合機(jī)構(gòu)包括由第一太陽(yáng)輪、第一行星輪、第一行星架以及第一齒圈構(gòu)成的第一行星輪系；由第二太陽(yáng)輪、第二行星輪、第二行星架以及第二齒圈構(gòu)成的第二行星輪系；內(nèi)燃機(jī)輸出轉(zhuǎn)軸與第一行星架連接，第一電機(jī)/發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與第一太陽(yáng)輪中心軸連接；第一齒圈與第二行星架連接，第二電機(jī)/發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與第二太陽(yáng)輪中心軸連接；以第二齒圈通過(guò)動(dòng)力輸出齒輪的齒輪中心軸連接外部傳動(dòng)系；在第二太陽(yáng)輪中心軸、第一太陽(yáng)輪中心軸、第二行星架以及第一行星架上分別設(shè)置各鎖止器。該動(dòng)力耦合機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)多種工作模式，整個(gè)系統(tǒng)表現(xiàn)為使用混合動(dòng)力的無(wú)級(jí)變速器，使內(nèi)燃機(jī)始終工作在最佳燃油經(jīng)濟(jì)區(qū)。但是由于其內(nèi)燃機(jī)輸出轉(zhuǎn)軸與第一行星架連接，致使可獲得的輸出扭矩有限，整車的動(dòng)力性能不足。同時(shí)，其在第二太陽(yáng)輪中心軸、第一太陽(yáng)輪中心軸、第二行星架以及第一行星架上分別設(shè)置有鎖止器，通過(guò)切換各個(gè)鎖止器來(lái)匹配不同工作模式，導(dǎo)致控制結(jié)構(gòu)以及策略過(guò)于復(fù)雜，且使得整個(gè)耦合機(jī)構(gòu)占用空間過(guò)多，不利于布置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種混合動(dòng)力汽車混聯(lián)式雙行星輪系動(dòng)力耦合裝置，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制簡(jiǎn)便，能夠?qū)崿F(xiàn)混合動(dòng)力汽車的多種動(dòng)力耦合與模式切換，改善耗油特性與動(dòng)力性能，并且能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)級(jí)變速，不需要加裝變速器。
[0007]本發(fā)明所述混合動(dòng)力汽車混聯(lián)式雙行星輪系動(dòng)力耦合裝置，其包括發(fā)動(dòng)機(jī)、第一行星輪系、第二行星輪系、第一電機(jī)和第二電機(jī)；所述第一行星輪系由第一太陽(yáng)輪、第一行星架、第一齒圈及其行星輪構(gòu)成；所述第二行星輪系由第二太陽(yáng)輪、第二行星架、第二齒圈及其行星輪構(gòu)成；所述第一電機(jī)與所述第一行星輪系的第一太陽(yáng)輪連接；所述第二電機(jī)與所述第二行星輪系的第二太陽(yáng)輪連接；所述發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)一離合器與所述第一齒圈連接，所述第一齒圈上還設(shè)有制動(dòng)器；所述第一行星架與所述第二齒圈固連在一起作為動(dòng)力輸出端，第二齒圈通過(guò)動(dòng)力輸出齒輪與外部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，以將動(dòng)力傳遞至汽車驅(qū)動(dòng)輪；所述第二行星架固定在車架上。
[0008]本發(fā)明通過(guò)所述第一行星輪系對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力、第一電機(jī)的動(dòng)力進(jìn)行耦合，通過(guò)所述第二行星輪系對(duì)由所述第一行星輪系傳遞過(guò)來(lái)的功率、第二電機(jī)的功率進(jìn)行耦合，并通過(guò)所述第二齒圈上的動(dòng)力輸出齒輪將功率輸出，并通過(guò)所述離合器、制動(dòng)器之間的合理配合控制策略，能有效實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力汽車的純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)、發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、行車充電、混合驅(qū)動(dòng)、再生制動(dòng)、駐車發(fā)電等多種典型工作模式，實(shí)現(xiàn)了混合動(dòng)力汽車的多種動(dòng)力耦合與模式切換，改善耗油特性與動(dòng)力性能，并且能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)級(jí)變速，不需要加裝變速器。
[0009]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)所述發(fā)動(dòng)機(jī)與第一齒圈連接，能夠獲得更大的輸出扭矩，提高整車的動(dòng)力性能。(2)在純電動(dòng)模式與再生制動(dòng)模式下，分別有兩種不同的子工作模式，可以根據(jù)車輛行駛工況選擇第二電機(jī)單獨(dú)工作，也可以選擇第一電機(jī)、第二電機(jī)協(xié)調(diào)工作，從而優(yōu)化電機(jī)的工作狀態(tài)，使得兩個(gè)電機(jī)均處在最佳工作區(qū)域，提高能量利用率。(3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
[0012]圖3為純電動(dòng)模式I功率流。
[0013]圖4為純電動(dòng)模式II功率流。
[0014]圖5為發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式功率流。
[0015]圖6為行車充電模式功率流。
[0016]圖7為混合驅(qū)動(dòng)模式功率流。
[0017]圖8為D檔減速模式功率流。
[0018]圖9為B檔減速模式功率流。
[0019]圖10為駐車發(fā)電模式功率流。
[0020]圖中:1_發(fā)動(dòng)機(jī)，2-離合器，3-第一行星輪系，31-第一太陽(yáng)輪，32-第一行星架，33-第一齒圈，4-制動(dòng)器，5-第一電機(jī)，6-動(dòng)力輸出齒輪，7-第二行星輪系，71-第二太陽(yáng)輪，72-第二行星架，73-第二齒圈，8-第二電機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明所述混合動(dòng)力汽車混聯(lián)式雙行星輪系動(dòng)力耦合裝置，其包括發(fā)動(dòng)機(jī)1、第一行星輪系3、第二行星輪系7、第一電機(jī)5和第二電機(jī)8 (所述第一電機(jī)和第二電機(jī)均為電動(dòng)發(fā)電一體機(jī))；所述第一行星輪系3由第一太陽(yáng)輪31、第一行星架32、第一齒圈33及其行星輪構(gòu)成；所述第二行星輪系7由第二太陽(yáng)輪71、第二行星架72、第二齒圈73及其行星輪構(gòu)成；所述第一電機(jī)5與所述第一行星輪系的第一太陽(yáng)輪31連接(所述第一電機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)子與第一太陽(yáng)輪同軸固定連接);所述第二電機(jī)8與所述第二行星輪系的第二太陽(yáng)輪71連接(所述第二電機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)子與第二太陽(yáng)輪同軸固定連接);所述發(fā)動(dòng)機(jī)I通過(guò)一離合器2與所述第一齒圈連接，所述第一齒圈33上還設(shè)有制動(dòng)器4 ;所述第一行星架32與所述第二齒圈73固連在一起作為動(dòng)力輸出端，第二齒圈通過(guò)動(dòng)力輸出齒輪6與外部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，以將動(dòng)力傳遞至汽車驅(qū)動(dòng)輪；所述第二行星架72固定在車架上。
[0023]本發(fā)明所述混合動(dòng)力汽車混聯(lián)式雙行星輪系動(dòng)力耦合裝置，其通過(guò)合理的控制策略，能夠?qū)崿F(xiàn)混合動(dòng)力汽車的純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)、發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、行車充電、混合驅(qū)動(dòng)、再生制動(dòng)、駐車發(fā)電等多種典型工作模式，具體的工作模式如下:
O純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式
在純電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式下，所述離合器2分離，制動(dòng)器4接合，第一行星輪系3的第一齒圈33固定不轉(zhuǎn)，所述第一電機(jī)5、第二電機(jī)8工作狀態(tài)根據(jù)負(fù)載相應(yīng)調(diào)整，使得兩個(gè)電機(jī)均工作在最佳效率區(qū)域，因此，純電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式可以分為兩種子模式:
純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式1:當(dāng)車輛負(fù)載很小，在第二電機(jī)8承載范圍之內(nèi)，采用第二電機(jī)8單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輪。所述第二電機(jī)8帶動(dòng)第二太陽(yáng)輪71，進(jìn)而通過(guò)第二行星輪系7的第二齒圈73將動(dòng)力傳遞到動(dòng)力輸出齒輪6。而第一行星輪系3的第一齒圈33在制動(dòng)器4的限制下固定不轉(zhuǎn)，第一行星架32隨著第二齒圈73轉(zhuǎn)動(dòng)，所述第一電機(jī)5空轉(zhuǎn)。該模式下的功率傳遞路線如圖3所示。
[0024]純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式I1:當(dāng)車輛負(fù)載超過(guò)了第二電機(jī)8的高效運(yùn)行功率，采用第一電機(jī)5、第二電機(jī)8聯(lián)合驅(qū)動(dòng)。所述第一齒圈33在制動(dòng)器4的限制下固定不轉(zhuǎn)，第一電機(jī)5輸出動(dòng)力，通過(guò)第一行星輪系3將功率傳至動(dòng)力輸出齒輪6 ;同時(shí)，第二電機(jī)8輸出動(dòng)力，通過(guò)第二行星輪系7將功率傳至動(dòng)力輸出齒輪6。該模式下的功率傳遞路線如圖4所示。
[0025]2)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式
當(dāng)車輛以較高車速行駛，所需的驅(qū)動(dòng)功率處于發(fā)動(dòng)機(jī)的高效工作區(qū)，此時(shí)采用發(fā)動(dòng)機(jī)單