一种混联式双行星齿轮动力耦合装置及方法与流程

1.本发明涉及混合动力汽车技术领域，具体涉及一种混联式双行星齿轮动力耦合装置及方法。


背景技术：

2.节能与环保是当今世界发展的主题，而汽车产业的蓬勃发展给环境和能源造成了较大危机。我国机动车保有量持续增长，作为世界机动车产销第一大国已持续11年。据统计，2021年我国机动车保有量超过4亿辆。显然，汽车的能源消耗以及排气污染给我们带来了严峻的挑战，新能源汽车的发展顺应时代的需求快速发展。近几年，世界各国陆续发布禁售燃油车时间表，给新能源汽车的发展提供了巨大的空间，由于纯电动汽车存在续航里程的短板，混合动力汽车将作为当前汽车的重要发展方向。
3.混合动力汽车(hev)通常有两种动力输入，一是传统发动机，二是电动机(由动力电池提供电能)。动力耦合装置就是通过合理的结构和科学的控制策略，根据车辆不同的行驶工况而改变工作模式并提供相应的动力，其结构与耦合方式在很大程度上影响车辆的动力性能和排放特性，是混动汽车动力系统研发的关键环节。
4.如中国专利文献cn104802628b公开的混合动力汽车单行星轮系动力耦合装置及方法，其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；发动机与行星架之间通过第一离合器连接、发动机与太阳轮之间通过第二离合器连接；电机与太阳轮连接；行星架上设有第一制动器，齿圈上设有第二制动器；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。该动力耦合装置能够实现不同的工作模式，使发动机始终工作在最佳燃油经济区。但单行星齿轮系统属于转速耦合，无法实现转矩耦合，导致输出转矩有限，整车动力性不足。另外，由于行星架和齿圈分别安装了锁止器，不同工作模式之间的切换需要分别控制两个锁止器和两个离合器，控制策略过于复杂。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的上述问题，本发明要解决的技术问题是：由于行星架和齿圈分别安装了锁止器，不同工作模式之间的切换需要分别控制两个锁止器和两个离合器，控制策略过于复杂。
6.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种混联式双行星齿轮动力耦合装置，包括：差动轮系、发动机、第一电机、第二电机和输出机构；所述差动轮系包括第一行星轮、第一行星架、第一齿圈和第一太阳轮；所述发动机的输出轴连接所述第一行星架；所述第一电机的输出轴连接所述第一太阳轮；所述第二电机驱动第一齿圈转动；所述第一齿圈通过输出机构驱动车轮转动。
7.本发明中，发动机驱动第一行星架转动，第一电机驱动第一太阳轮转动，第二电机驱动第一齿圈转动；通过具体控制发动机、第一电机和第二电机的动作来完成对第一齿圈
的驱动，第一齿圈通过输出机构来驱动车轮转动，不需要控制多个锁止器和离合器，有效的降低了控制策略的复杂程度。
8.优选的，所述第二电机通过定轴轮系驱动第一齿圈转动通过定轴轮系来传动第二电机的动力给第一齿圈，定轴轮系的设置能够在狭小的位置来安装第二电机，有效的减小了占地面积。
9.优选的，所述定轴轮系包括第二太阳轮、第二行星架、第二行星轮和第二齿圈；所述第二电机的输出轴连接所述第二太阳轮；所述第二行星架与所述第一齿圈同轴设置，且所述第二行星架与所述第一齿圈连接；所述第二齿圈与车架固定连接。第二电机驱动第二太阳轮转动，第二行星架的转动带动第二齿圈同步转动，第二齿圈固定不动。
10.优选的，所述输出机构包括第一级平行齿轮组和第二平行齿轮组；所述第一齿圈驱动第一级平行齿轮组动作；所述第一级平行齿轮组驱动第二平行齿轮组动作；所述第二平行齿轮组驱动车轮转动。通过第一级平行齿轮组和第二平行齿轮组驱动车轮转动，能够更好的控制第一齿圈与车轮之间的传动比。
11.优选的，所述第一平行齿轮组包括中间齿轮和第一齿轮，所述中间齿轮与第一齿圈同轴固定连接；所述中间齿轮与第一齿轮啮合，所述第一齿轮驱动第二平行齿轮组动作。第一齿圈转动，带动与其同轴固定的中间齿轮转动，中间齿轮驱动第一齿轮转动，第一齿轮驱动第二平行齿轮组动作。
12.优选的，所述第二平行齿轮组包括第二齿轮和第三齿轮；所述第二齿轮与第一齿轮同轴固定；所述第三齿轮与第二齿轮啮合；且所述第三齿轮驱动车轮转动。第一齿轮转动带动第二齿轮转动，第二齿轮带动第三齿轮转动，第三齿轮驱动车轮转动。
13.优选的，所述发动机的输出轴通过离合器连接所述第一行星架。通过离合器可控制发动机与第一行星架的连接与断开。
14.混联式双行星齿轮动力耦合装置的动力耦合输出方法，包括一下步骤：
15.纯电动驱动模式：当动力电池电量充足，车辆处于启动起步、城市拥堵工况时，车辆选择纯电动驱动模式；该模式下，第二电机工作，发动机停机，第一电机空转；
16.发动机驱动模式：当车辆以较高车速行驶时，所需驱动功率处于发动机高效工作区域时，车辆选择发动机驱动模式；该模式下，离合器闭合，发动机工作，第二电机空转，第一电机调速；
17.行车充电模式：当车辆行驶所需功率小于发动机高效输出功率时，第一电机和第二电机将发电以增大整车行驶负载，使得发动机在其最优曲线上工作，车辆选择行车充电模式；该模式下，离合器闭合，发动机工作，第一电机和第二电机充电；
18.混合驱动模式：当车辆处于高速超车等行驶功率需求很大的工况时，超出发动机高效工作区域以外的动力由第一电机和第二电机补充；该模式下，离合器闭合，发动机、第一电机和第二电机均工作；
19.再生制动模式：当车辆处于减速或下坡等制动工况时，车辆选择再生制动模式；该模式下，发动机停机，第一电机和第二电机充电。
20.相对于现有技术，本发明至少具有如下优点：
21.(1)采用差动轮系和定轴轮系双行星齿轮系统，能实现转速耦合、转矩耦合两种耦合方式，具有输出扭矩大的优点；
22.(2)差动轮系和定轴轮系的设置，结构紧凑，节省空间，易于布置；
23.(3)控制简单，通过不同的动力输出实现纯电动驱动、发动机单独驱动、混合驱动、再生制动等多种工作模式；
24.(4)可实现无级变速，整车无需配套变速箱。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
26.图1为实施例提供的一种混联式双行星齿轮动力耦合装置的结构图。
27.附图标记：1-差动轮系，11-第一行星轮，12-第一行星架，13-第一齿圈，14-第一太阳轮，2-发动机，3-第一电机，4-第二电机，5-输出机构，51-中间齿轮，52-第一齿轮，53-第二齿轮，54-第三齿轮，6-定轴轮系，61第二太阳轮，62-第二行星架，63-第二行星轮，64-第二齿圈，7-离合器，8-车轮。
具体实施方式
28.下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
29.在本发明中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
30.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
31.参见图1，本发明提供的实施例：一种混联式双行星齿轮动力耦合装置，包括：差动轮系1、发动机2、第一电机3、第二电机4和输出机构5；差动轮系1包括第一行星轮11、第一行星架12、第一齿圈13和第一太阳轮14；发动机2的输出轴连接第一行星架12；进一步的，发动机2的输出轴通过离合器7连接第一行星架12；通过离合器7可控制发动机2与第一行星架12的连接与断开；第一电机3的输出轴连接第一太阳轮14；第二电机4驱动第一齿圈13转动；第一齿圈13通过输出机构5驱动车轮8转动。具体实施时，发动机2驱动第一行星架12转动，第一电机3驱动第一太阳轮14转动，第二电机4驱动第一齿圈13转动；通过具体控制发动机2、第一电机3和第二电机4的动作来完成对第一齿圈13的驱动，第一齿圈13通过输出机构5来驱动车轮8转动，不需要控制多个锁止器和离合器7，有效的降低了控制策略的复杂程度。
32.参见图1，在其他实施例中，第二电机4通过定轴轮系6驱动第一齿圈13转动。通过定轴轮系6来传动第二电机4的动力给第一齿圈13，定轴轮系6的设置能够在狭小的位置来
安装第二电机4，有效的减小了占地面积。进一步的，定轴轮系6包括第二太阳轮61、第二行星架62、第二行星轮63和第二齿圈64；第二电机4的输出轴连接第二太阳轮61；第二行星架62与第一齿圈13同轴设置，且第二行星架62与第一齿圈13连接；第二齿圈64与车架固定连接。具体实施时，第二电机4驱动第二太阳轮61转动，第二行星架62的转动带动第二齿圈64同步转动，第二齿圈64固定不动。
33.参见图1，在又一实施例中，输出机构5包括第一级平行齿轮组和第二平行齿轮组；第一齿圈13驱动第一级平行齿轮组动作；第一级平行齿轮组驱动第二平行齿轮组动作；第二平行齿轮组驱动车轮8转动。通过第一级平行齿轮组和第二平行齿轮组驱动车轮8转动，能够更好的控制第一齿圈13与车轮8之间的传动比。进一步的，第一平行齿轮组包括中间齿轮51和第一齿轮52，中间齿轮51与第一齿圈13同轴固定连接；中间齿轮51与第一齿轮52啮合，第一齿轮52驱动第二平行齿轮组动作。具体实施时，第一齿圈13转动，带动与其同轴固定的中间齿轮51转动，中间齿轮51驱动第一齿轮52转动，第一齿轮52驱动第二平行齿轮组动作。进一步的，第二平行齿轮组包括第二齿轮53和第三齿轮54；第二齿轮53与第一齿轮52同轴固定；第三齿轮54与第二齿轮53啮合；且第三齿轮54驱动车轮8转动。具体实施时，第一齿轮52转动带动第二齿轮53转动，第二齿轮53带动第三齿轮54转动，第三齿轮54驱动车轮8转动。
34.混联式双行星齿轮动力耦合装置的动力耦合输出方法，包括一下步骤：
35.纯电动驱动模式：当动力电池电量充足，车辆处于启动起步、城市拥堵工况时，车辆选择纯电动驱动模式；该模式下，第二电机4工作，发动机2停机，第一电机3空转；第二电机4带动第二太阳轮61转动，进而通过定轴轮系6将第二电机4的输出功率传递至中间齿轮51，再经过第一级平行齿轮组和第二平行齿轮组传递至车轮8，此时，发动机2停机不工作，第一电机3空转。
36.发动机2驱动模式：当车辆以较高车速行驶时，所需驱动功率处于发动机2高效工作区域时，车辆选择发动机2驱动模式；该模式下，离合器7闭合，发动机2工作，第二电机4空转，第一电机3调速；发动机2带动第一行星架12转动，通过差动轮系1将发动机2的输出功率传递至中间齿轮51，再经过第一级平行齿轮组和第二平行齿轮组传递至车轮8。此时，第一电机3进行无级调速，第一电机3调速且不输出功率，第二电机4空转。
37.行车充电模式：当车辆行驶所需功率小于发动机2高效输出功率时，第一电机3和第二电机4将发电以增大整车行驶负载，使得发动机2在其最优曲线上工作，车辆选择行车充电模式；该模式下，离合器7闭合，发动机2工作，第一电机3和第二电机4充电；发动机2带动第一行星架12转动，通差动轮系1将发动机2的输出功率一部分传递给第一电机3，一部分通过定轴轮系6传递给第二电机4，以此来完成充电操作，另一部分传递至中间齿轮51，再经过第一级平行齿轮组和第二平行齿轮组传递至车轮8。
38.混合驱动模式：当车辆处于高速超车等行驶功率需求很大的工况时，超出发动机2高效工作区域以外的动力由第一电机3和第二电机4补充；该模式下，离合器7闭合，发动机2、第一电机3和第二电机4均工作；发动机2带动第一行星架12转动，第一电机3输出功率，通过差动轮系1将输出动力传递至中间齿轮51；第二电机4带动第二太阳轮61动作，通过定轴轮系6将第二电机4的输出功率传递至中间齿轮51；发动机2、第一电机3和第二电机4的输出功率耦合后，再经过第一级平行齿轮组和第二平行齿轮组传递至车轮8。
39.再生制动模式：当车辆处于减速或下坡等制动工况时，车辆选择再生制动模式；该模式下，发动机2停机，第一电机3和第二电机4充电。车辆动能依次从车轮8流转进第二级平行齿轮组和第一平行齿轮，再经过中间齿轮51分流，一部分经过定轴轮系6传递至第二电机4用于发电，另一部分经过差动轮系1传递至发动机2和第一电机3，车辆动能通过第一电机3和第二电机4发电，转化为电能存储至动力电池。
40.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。