基于双排行星齿轮的混合动力耦合装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开一种基于双排行星齿轮的混合动力耦合装置，结构简单、效率高。其包括内燃机(1)、第一电动机/发电机(2)、第二电动机/发电机(3)、输出轴Ⅰ(4)、第一行星齿轮系(5)、第二行星齿轮系(6)、齿轮(7)、制动器Ⅰ(8)、制动器Ⅱ(9)和离合器(10)，第一电动机/发电机(2)与第二行星齿轮系(6)固连，第二电动机/发电机(3)与第一行星齿轮系(5)固连，制动器Ⅰ(8)一端与第一行星齿轮系(5)固连，另一端与内燃机(1)固连，制动器Ⅱ(9)与第一行星齿轮系(5)固连，离合器(10)一端与第一行星齿轮系(5)固连，另一端与第二行星齿轮系(6)固连，齿轮(7)一端与第二行星齿轮系(6)啮合，另一端与输出轴(4)固连。
【专利说明】
基于双排行星齿轮的混合动力耦合装置
技术领域
[0001]本发明属于混合动力汽车动力耦合装置技术领域，特点是一种结构简单、效率高 的基于双排行星齿轮的混合动力耦合装置。
【背景技术】
[0002] 新能源汽车，特别是混合动力电动车被认为是解决汽车节能和环保问题的有效途 径之一。其通过增加额外的动力源(如电池、超级电容)及驱动装置(如电机），不仅为车辆驱 动提供了额外的动力，同时还能够提高发动机的工作效率，从而明显改善车辆的经济性能 和排放性能。
[0003] 目前混合动力汽车市场占有率较高的几款车型均采用行星齿轮排作为动力耦合 结构。例如通用汽车公司推出的双行星排混合动力汽车动力耦合系统，将发动机，发电机， 电机，车辆输出轴耦合在一起，还包括两个离合器，实现两个不同的功率分流工作模式。然 而，该系统本身不具有纯电动工作模式，不适宜应用在目前主流的插电式混合动力汽车之 上，其高速巡航状态下，系统仍然使用功率分流模式驱动，由于多余的二次能量转换，系统 能量利用率较低。
[0004]总之，现有技术存在的问题是:结构相对复杂，适应性差，效率相对较低。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种基于双排行星齿轮的混合动力耦合装置，结构简单， 适应能力高，能量效率高，适用于插电式混合动力。
[0006] 实现本发明目的的技术解决方案为：
[0007] -种基于双排行星齿轮的混合动力親合装置，包括内燃机、第一电动机/发电机、 第二电动机/发电机、输出轴I、第一行星齿轮系、第二行星齿轮系、齿轮、制动器I、制动器Π 和离合器，所述第一电动机/发电机与第二行星齿轮系固连，第二电动机/发电机与第一行 星齿轮系固连，所述制动器I 一端与第一行星齿轮系固连，另一端与内燃机固连，所述第一 行星齿轮系一端与制动器π固连，另一端与第二行星齿轮系固连，所述离合器一端与第一 行星齿轮系固连，另一端与第二行星齿轮系固连，所述齿轮一端与第二行星齿轮系啮合，另 一端与输出轴固连。
[0008] 本发明与现有技术相比，其显著优点为：
[0009] 1、结构简单:本发明仅利用双排行星齿轮结构，两个制动器与一个离合器，实现功 率分流的混合动力模式，能够具有相对串联与并联混合动力汽车较高的系统效率。
[0010] 2、适应性好、能量效率高:本发明具有多种工作模式使得该系统能够适应复杂，多 变的工作环境，有效地提高和改善车辆的动力性、燃油经济性和排放性能，适用于深度混合 动力汽车和插电式混合动力汽车。
[0011]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的详细描述。
【附图说明】
[0012] 图1为本发明基于双排行星齿轮的混合动力耦合装置的结构示意图。
[0013] 图中，1 一内燃机，2-第一电动机/发电机，3-第二电动机/发电机，4一输出轴， 5一第一行星齿轮系，51 -太阳轮I，52-行星架I，53-齿圈I，6-第二行星齿轮系，61 -太 阳轮Π，62-行星架Π，63-齿圈Π，7-齿轮，8-制动器I，9-制动器Π，10-离合器。
【具体实施方式】
[0014] 如图1所示，本发明基于双排行星齿轮的混合动力耦合装置，包括内燃机1、第一电 动机/发电机2、第二电动机/发电机3、输出轴4、第一行星齿轮系5、第二行星齿轮系6、制动 器18、制动器Π 9和离合器10。
[0015] 所述第一行星齿轮系5包括太阳轮151、行星架152和齿圈153,所述行星架152-端 与太阳轮151啮合，另一端与齿圈153啮合。
[0016] 所述第二行星齿轮系6包括太阳轮Π 61、行星架Π 62和齿圈Π 63，所述行星架Π 62 一端与太阳轮Π 61嗤合，另一端与齿圈Π 63嗤合。
[0017] 所述齿圈153与行星架Π62固定连接，所述齿圈Π63与第一电动机/发电机2的输 出轴固定连接，所述太阳轮151与第二电动机/发电机3的输出轴固定连接，所述制动器18与 行星架152固定连接，所述制动器Π9与齿圈153固定连接，所述离合器10-端与太阳轮151 固定连接，另一端与太阳轮Π61固定连接，所述行星架152还与内燃机1的输出轴啮合，所述 太阳轮Π61还与输出轴4固定连接。
[0018] 本发明通过控制制动器18、制动器Π 9和离合器10的接合与分离，可实现串联驱动 模式、纯电动驱动模式I、纯电动驱动模式Π ，输入型功率分流模式、双电动并联驱动模式运 行。除此之外还有停车工况、停车充电模式。
[0019] 多种工作模式使得该系统能够适应复杂，多变的工作环境，有效地提高和改善车 辆的动力性、燃油经济性和排放性能，适用于深度混合动力汽车和插电式混合动力汽车。
[0020] 下面将根据系统执行器状态，发动机启动状态，对该混合动力传动驱动装置的工 作模式与状态进行介绍。
[0021 ] 1、停车模式I:制动器18、制动器Π 9和离合器10均处于分离状态，均不工作，车辆 处于静止状态。
[0022] 2、串联驱动模式时，制动器Π 9接合，制动器18、离合器10均分离。
[0023] 在此模式之下，齿圈153被固定，内燃机1与第二电动机/发电机3通过第一行星齿 轮系5相互连接，形成固定传动比；同时，第一电动机/发电机2作为电动机与输出轴4相连， 第二电动机/发电机3将内燃机1燃烧获得的机械能转换为电能;若在该模式下，发动机不启 动，而第一电动机/发电机2以电池能量为能源驱动车辆前进，则实现纯电动驱动模式;若发 动机不启动，而车辆处于制动减速状态，第一电动机/发电机2可作为发电机，将制动能量转 换为电能，从而给电池充电，但由于该模式只有一个电机能够参与制动能量回收，故称该模 式的制动能量回收状态为中低功率制动能量回收;若发动机启动，而第一电动机/发电机2 并不消耗能量驱动车辆，则实现停车充电模式。若发动机启动，第一电动机/发电机2驱动车 辆前进与后退，汽车处于混合驱动模式。由于串联驱动模式使得该混合动力传动驱动装置 具有纯电动模式和停车充电模式，因此该混合动力装置可以运用在增程式混合动力汽车和 插电式混合动力汽车上。
[0024] 串联驱动模式可以使车辆在城市拥堵工况下实现纯电动驱动，串联驱动模式能够 保证系统电量低时，通过启动发动机使车辆具有倒挡行驶能力。
[0025] 3、纯电动驱动模式I时，制动器18接合，制动器Π 9、离合器10均分离。
[0026] 在此模式之下，行星架152被固定，第二电动机/发电机3通过太阳轮I与齿圈I之间 的固定连接将能量传递到第二排行星齿轮，协同第一电动机/发电机2实现耦合，通过第二 行星齿轮系连接驱动轴，驱动车辆前进，则实现纯电动驱动模式和制动能量回收模式。
[0027] 4、输入型功率分流驱动模式时，离合器10接合，制动器18、制动器Π 9均分离。
[0028]在此模式之下，太阳轮I与太阳轮Π相互连接，形成一体，此时，第二电动机/发电 机3通过第一与第二行星的太阳轮与输出轴4直接连接，可以驱动汽车前进与后退;本模式 适合用于中低速行驶工况，内燃机1动力经过内燃机1输出轴，输入到第一排行星系的行星 架152,此时，整个两个个行星齿轮系组成的行星齿轮组作为分流机构，当发动机能量大于 需求功率时，将多余能量输送给第二电动机/发电机3发电给电池充电，而当发动机能量小 于需求功率时，第二电动机/发电机3又作为电动机提供能量驱动车辆;此时，第一电动机/ 发电机2的主要作用是通过调节其自身转速，使得内燃机1工作于其最佳燃油经济效率区 域，提高系统的效率。而该模式中，两个电动机/发电机只有在车辆处于中低速工况时，才工 作在高效率区域，故该模式适合于工作在中低速工况。除此之外，该模式下，若发动机不启 动，第二电动机/发电机2也可作为电动机或者发电机，实现纯电动驱动模式或者制动能量 回收模式。
[0029] 输入型功率分流驱动模式能在低速工况下提供较高的效率。
[0030] 5、纯电动驱动模式Π时，制动器Π 9分离，制动器18、离合器10均接合。
[0031]在此模式之下，行星架152被固定，太阳轮I与太阳轮Π相互连接，形成一体;第一 电动机/发电机2通过第二行星齿轮系与驱动轴形成固定连接，驱动车辆前进，第二电动机/ 发电机3通过第一行星齿轮系及太阳轮Ι，Π之间的连接，与驱动轴形成固定连接，驱动车辆 前进，此时可实现纯电动驱动模式和制动能量回收模式;与纯电动驱动模式I不同的是，在 该模式下，两个电动机/发电机均与输出轴之间具有固定齿比关系。
[0032] 6、双电机并联驱动模式时，制动器18分离，制动器Π 9、离合器10均接合。
[0033]在此模式下，齿圈153被固定，同时齿圈153和行星架Π 62相互连接，太阳轮I与太 阳轮Π相互连接，形成一体;此时，第一电动机/发电机2通过第二行星齿轮系与输出轴4直 接连接，第二电动机/发电机3与输出轴4之间通过第一行星齿轮系5和第二行星齿轮系6形 成固定传动比，内燃机1与输出轴4之间也通过第一行星齿轮系5和第二行星齿轮系6形成固 定传动比，故该状态下所有动力源均被耦合在了一起，并无功率分流驱动模式下的无级变 速功能。此时，双电机仍可以作为动力辅助机构，当发动机能量大于需求功率时，双电动机/ 发电机将多余的发动机能量转换为电能给电池充电，而当发动机能量小于驾驶员需求功率 时，双电动机/发电机作为电动机提供能量驱动车辆;该状态下，装置的传动比，也就是发动 机与输出轴4之间的传动比取决于第二行星齿轮系6的齿圈Π 63与太阳轮Π 61的齿数比，当 内燃机1启动时，内燃机和两电动机共同驱动汽车前进或者后退，实现混合驱动模式；当发 动机不启动时，该模式可工作在纯电动驱动模式，但此时发动机有拖动效应，故不建议使用 该模式进行纯电动驱动模式，而车辆在制动减速状态下，本模式可作为制动能量回收模式， 此时，双电机能同时参加制动能量回收，故也称该模式为高制动能量回收模式。
[0034] 双电机并联模式在车辆高速巡航时减少机械能与电能之间转换的二次损失，提高 系统效率。
[0035] 7、停车模式Π :制动器18、制动器Π 9和离合器10均处于接合状态，车辆处于静止 状态。
[0036]表1为本发明的工作模式汇总表：
[0037] 表1工作模式汇总表
[0039]本发明利用双排行星齿轮结构，实现功率分流的混合动力模式，能够具有相对串 联与并联混合动力汽车较高的系统效率。
【主权项】
1. 一种基于双排行星齿轮的混合动力耦合装置，其特征在于： 包括内燃机（1)、第一电动机/发电机(2)、第二电动机/发电机(3)、输出轴1(4)、第一行 星齿轮系(5)、第二行星齿轮系(6)、齿轮(7)、制动器1(8)、制动器Π (9)和离合器(10)， 所述第一电动机/发电机(2)与第二行星齿轮系（6)固连，第二电动机/发电机(3)与第 一行星齿轮系(5)固连， 所述制动器1(8) -端与第一行星齿轮系（5)固连，另一端与内燃机（1)固连，所述第一 行星齿轮系（5)-端与制动器Π (9)固连，另一端与第二行星齿轮系（6)固连，所述离合器 (10) -端与第一行星齿轮系(5)固连，另一端与第二行星齿轮系(6)固连， 所述齿轮(7) -端与第二行星齿轮系(6)啮合，另一端与输出轴(4)固连。2. 根据权利要求1所述的混合动力耦合装置，其特征在于： 所述第一行星齿轮系（5)包括太阳轮1(51)、行星架1(52)和齿圈1(53)，所述行星架I (52) -端与太阳轮1(51)嗤合，另一端与齿圈1(53)嗤合， 所述第二行星齿轮系(6)包括太阳轮Π (61)、行星架Π (62)和齿圈Π (63)，所述行星架 Π (62)-端与太阳轮Π (61)啮合，另一端与齿圈Π (63)啮合， 所述第一电动机/发电机（2)与齿圈Π (63)固连，第二电动机/发电机（3)与太阳轮I (51)固连， 所述制动器1(8)-端与行星架1(52)固连，另一端与内燃机（1)固连，所述齿圈1(53) - 端与制动器Π (9)固连，另一端与行星架Π (62)固连，所述离合器（10)-端与太阳轮1(51) 固连，另一端与太阳轮Π (61)固连， 所述齿轮(7)-端与太阳轮Π (61)嗤合，另一端与输出轴(4)固连。3. 根据权利要求1或2所述的混合动力耦合装置，其特征在于：串联驱动模式时，制动器 Π (9)接合，制动器1(8)、离合器(10)均分离。4. 根据权利要求1或2所述的混合动力耦合装置，其特征在于:纯电动驱动模式I时，制 动器1(8)接合，制动器Π (9)、离合器(10)均分离。5. 根据权利要求1或2所述的混合动力耦合装置，其特征在于:输入型功率分流驱动模 式时，离合器(10)接合，制动器1(8)、制动器Π (9)均分离。6. 根据权利要求1或2所述的混合动力耦合装置，其特征在于:纯电动驱动模式Π 时，制 动器Π (9)分离，制动器1(8)、离合器(10)均接合。7. 根据权利要求1或2所述的混合动力耦合装置，其特征在于:双电机并联驱动模式时， 制动器1(8)分离，制动器Π (9)、离合器(10)均接合。
【文档编号】B60K6/365GK106080169SQ201610530621
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月6日
【发明人】庄伟超, 王良模, 丁洋, 李海鹏, 钱雅卉, 徐安琪, 邱立琦
【申请人】南京理工大学