一种转矩转速最大化的并联式混合动力传动耦合装置的制作方法

本发明属于混合动力汽车领域，具体涉及一种转矩转速最大化的并联式混合动力传动耦合装置。

背景技术：

近几十年来，在汽车工业领域，混合动力汽车(hev)得到迅速发展。人们逐渐相信混合动力汽车是从传统燃油汽向电动汽车过渡的理想产品。

混合动力最重要的特点是能够满足日益严格的排放标准和操纵灵活性要求的前提下显著提高汽车的燃油经济性。因此，混合动力汽车能够在解决全球环境问题和日益增长的能源风险方面起到重要作用。相较纯电动汽车，混合动力汽车由于仍保有发动机，具有更好的续驶里程和动力性，同时，电力驱动系统的应用使混合动力汽车又继承了纯电动汽车经济性高、排放低的优点，因此，混合动力汽车是目前新能源技术领域的研究热点。

在混合动力系统中存在两股能量流：一类是机械能量流；另一类是电能能量流。但在最终输出轴，只存在一种功率形式，即电气或者机械的功率形式，呈现两个功率的相加或将一个功率分解成两个功率。这样就需要存在功率耦合或者解耦装置来进行功率的管理，分配。

并联式混合动力电驱动系统是一个由发动机直接向驱动轮供给机械动力的驱动系。它由机械上与传动线相配合的电动机予以辅助，通过耦合装置将发动机和电动机提供的功率组合在一起。并联式混合动力的耦合装置主要是机械耦合，机械耦合包括转速耦合和转矩耦合。转矩耦合中，机械联轴器将发动机和电动机转矩相加，将总转矩传递给驱动轮；在转速耦合中，发动机和电动机的转速相加，进行功率传递。

目前，并联式混动力的功率耦合方式主要为单转矩或单转速耦合，对于汽车可选择的模式较少。此外以往的行星齿轮耦合机构大都是太阳轮输入连接输入轴，行星架连接输出轴，并通过增加定轴齿轮来实现转矩或者转速耦合，而且所实现的功能仅仅是进行耦合，没有起到调节的作用。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种转矩转速最大化的并联式混合动力传动耦合装置。不仅将转矩耦合和转速耦合进行整合，使汽车同时具有转矩耦合和转速耦合，同时还对耦合的模式进行优化，使混合动力汽车能够最大化的输出耦合后的转矩和转速。

通过对动力耦合模式的取舍，动力装置将有更多可供选择的运行方式和运行区域，以便优化其性能。同时，保证了最大化的输出转矩和转速，极大的改进了混合动力汽车的爬坡能力、加速能力以及最高运行车速。

当选择转矩耦合模式时，输出较大转矩供混合动力汽车加速或者爬坡时使用；选择转速耦合模式时，由于保证尽可能大的进行转速传递，反之能够使发动机尽可能的工作在最佳运行区，使发动机的油耗和排放降至最低程度。

本发明改进输入输出的连接形式，使连接输入轴、输出轴的机构可调节，利用行星齿轮机构的转矩转速特性，使耦合后转矩或转速的输出值尽可能大，来实现提高混合动力汽车动力性的目的。

本发明的采用的具体技术方案如下：

所述的转矩转速最大化的并联式混合动力传动耦合装置包括四个离合器、一个制动器、三个耦合齿轮和一个行星齿轮；所述行星齿轮由齿圈，行星架和太阳轮组成；发动机通过第一离合器与第一耦合齿轮连接，第一耦合齿轮与齿圈连接，齿圈不与输出轴连接，第三离合器安装在太阳轮上，第四离合器安装在行星架上，齿圈通过行星架或者太阳轮与输出轴连接，太阳轮通过第三离合器与输出轴连接，行星架通过第四离合器与输出轴连接；电动机通过第二耦合齿轮与齿圈连接，或通过第二离合器与第三耦合齿轮连接，第三耦合齿轮与行星架连接；齿圈上还连接有制动器。

进一步的，电动机通过电池组与电动机控制器连接。

进一步的，输出轴上还设有机械传动装置，为减速器或差速器。

通过控制离合器和耦合齿轮实现模式的切换，实现转矩耦合和转速耦合交替选择(图1)。发动机和电动机发出的转速和转矩通过耦合齿轮分别进入行星齿轮。

发动机通过第一离合器和第一耦合齿轮与行星齿轮的齿圈连接，齿圈不与输出轴连接，而是通过太阳轮或行星架输出；电动机通过第二耦合齿轮与齿圈连接进入行星齿轮或通过第三耦合齿轮与行星架连接进入行星齿轮。

转矩耦合(图2)，第一离合器，第四离合器啮合，其余离合器分离；电动机和发动机转矩在行星齿轮的行星架处耦合，通过齿圈输出到输出轴；电动机转矩通过第二耦合齿轮传递至行星架；发动机转矩通过第一离合器，第一耦合齿轮传递到行星架，耦合后的转矩通过齿圈输出。

转速耦合(图3)，第一离合器,第二离合器,第三离合器啮合，第四离合器分离，此时输出轴的转速是由太阳轮输出；电动机的转速通过行星架进入行星齿轮；发动机转矩通过齿圈进入行星齿轮，发动机和电机转速耦合后由太阳轮输出。

附图说明

图1混合动力驱动系耦合装置

图2转矩耦合模式示意图。

图3转速耦合模式示意图。

1-发动机；2-第一离合器；3-第一耦合齿轮；4-第三离合器；5-第四离合器；6-机械传动装置；7-输出轴；8-制动器；9-第三耦合齿轮；10-第二离合器；11-第二耦合齿轮；12-电动机控制器；13-电池组；14-电动机；15-齿圈；16-行星架；17-太阳轮。

具体实施方式

该装置由四个离合器、一个制动器、三个耦合齿轮和一个行星齿轮组成，通过控制离合器和耦合齿轮实现模式的切换，实现转矩耦合和转速耦合交替选择(图1)。

转矩耦合(图2)，第一离合器2，第四离合器5啮合，其余离合器分离。电动机14和发动机1转矩在行星齿轮的行星架16处耦合，通过齿圈15输出到输出轴7。电动机14转矩通过第二耦合齿轮11传递至行星架16；发动机1转矩通过第一离合器2，第一耦合齿轮3递到行星架16，耦合后的转矩通过齿圈15输出。发动机1和电动机14转矩相加，由功率守恒得：

t3ω3＝t1ω1+t2ω2

耦合后的转矩可表达为：

t3＝t1k1+t2k2

其中，t3为行星架16输出转矩，t1为电动机14转矩，t2为发动机1转矩，ω3为输出角速度，ω1为电动机14角速度，ω2为发动机1角速度，k1、k2为转矩耦合参数，以传动比表示，zc为齿圈15齿数；z1为第一耦合齿轮3齿数；z2为第2耦合齿轮11齿数。

耦合后的转矩t3再通过齿圈15输出到输出轴7，由行星齿轮的转矩关系得：

其中，tout为输出扭矩，

ig为行星齿轮参数，定义为齿圈15齿数与太阳轮17齿数之比。

可得，起到增扭的作用，使输出的耦合转矩变大，增加驱动能力，进而提高加速能力和最大爬坡度。

转速耦合(图3)，第一离合器2，第二离合器10，第三离合器4啮合，第四离合器5分离，此时输出轴7的转速是由太阳轮17输出。电动机14的转速通过行星架16进入行星齿轮；发动机转矩通过齿圈15进入行星齿轮。发动机1和电机14转速耦合后由太阳轮17输出，根据行星齿轮转速关系得：

ωs＝igωc+(ig+1)ωr

ωs为太阳轮17角速度，ωc为齿圈15角速度，ωr为行星架16角速度，

ig为行星齿轮参数，定义为齿圈15齿数与太阳轮17齿数之比。

可得，起到加速的作用，使输出的耦合转速变大，进而减小发动机1的工作转速，使发动机工作在最佳运行区。

根据不同工况下进行耦合模式的选择，动力装置将有较多可选择的工况和运行区域。当车速较低时，选择转矩耦合，具有大的爬坡能力和加速能力；当车速较高时，选择转速耦合，能够保证行驶车速，并使发动机尽可能的工作在最佳运行区。