專利名稱：混合動力汽車雙電機雙行星排單離合器驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機械技術(shù)領(lǐng)域的驅(qū)動裝置，具體是一種混合動力汽車雙電機 雙行星排單離合器驅(qū)動裝置。
技術(shù)背景隨著世界能源的緊張與人類環(huán)保意識的加強，安全、節(jié)能、環(huán)保成為當(dāng)今汽 車發(fā)展的主題。作為新能源汽車之一的混合動力汽車能夠較好的解決上述問題。 混合動力汽車是一種由發(fā)動機和電機系統(tǒng)共同驅(qū)動的車輛。其中發(fā)動機可以是使 用多種燃料的內(nèi)燃機；電機既可以是永磁電機也可以是勵磁電機，既可以是同步 電機也可以是異步電機?；旌蟿恿囕v(HEV)的結(jié)構(gòu)主要分為并聯(lián)式、串聯(lián)式 和混聯(lián)式?；炻?lián)形式以及電驅(qū)動程序的增加是混合動力發(fā)展的大方向，它采用差 動行星齒輪，因為行星齒輪傳動與普通定軸齒輪傳動相比，具有質(zhì)量小、體積小、 傳動比大、承載能力大、傳動平穩(wěn)及傳動效率高等優(yōu)點，可以同時實現(xiàn)功率分流 和變速的目的，單個行星齒輪的機構(gòu)就可以代替原型車中的離合器和變速器。而 雙行星排機電耦合驅(qū)動裝置在具備上述優(yōu)點的同時，可以更好的減少發(fā)動機與電 機切換過程中的速度波動，更好地實現(xiàn)無級變速，同時降低對于電機的要求，是 一種先進的混合動力汽車驅(qū)動裝置(去掉"和驅(qū)動方法")。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，專利03128810. 3公開了一種混合動力汽車 驅(qū)動系統(tǒng)，提供了一種較傳統(tǒng)車輛而言經(jīng)濟性好、排放低，可實現(xiàn)制動能量回收 的混合動力汽車驅(qū)動系統(tǒng)，包括發(fā)動機、前輪、蓄電池、輪轂電動機、后輪、發(fā) 電機、后橋，但只是混合動力技術(shù)的初步應(yīng)用，沒有較大發(fā)揮混合動力的優(yōu)勢； 國內(nèi)專利200610064953. X， 200710078132. 6及200710047421. X均為基于雙行星 排的混合動力驅(qū)動裝置，結(jié)構(gòu)上均采用單電機，雙離合器或多離合器以及多制動 器，雖能實現(xiàn)機電耦合與無級變速功能，但驅(qū)動裝置尺寸較大且成本較高，同時 對于電機的要求較高。美國專利US 2004/0147365 Al披露了一種在變速箱前后 采用雙電機的混合動力結(jié)構(gòu)，但未對該結(jié)構(gòu)提出任何機構(gòu)上的改進以實現(xiàn)利用手動變速箱時實現(xiàn)車輛的純電動驅(qū)動功能，不利于發(fā)揮混合動力汽車的優(yōu)勢。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種混合動力汽車雙電機雙行星 排單離合器驅(qū)動裝置，通過兩個電機、兩行星排和一個離合器的不同組合狀態(tài)實 現(xiàn)混合動力汽車的多種工作模式，所述裝置具有無級變速功能和模式切換功能。 這種驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)緊湊，傳遞部件少，能夠在最大限度的節(jié)約制造和改造成本的 基礎(chǔ)上實現(xiàn)節(jié)約燃油和保證整車動力性能的目的。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明所述的混合動力汽車雙電機雙行星排單離合器驅(qū)動裝置，包括發(fā)動 機、集成起動發(fā)電機(簡稱ISG)、離合器、行星架、前行星排太陽輪、前行星排 行星輪、齒圈、后行星排行星輪、后行星排太陽輪、驅(qū)動電機(簡稱TM)、動力 輸出齒輪。其中發(fā)動機輸出軸與集成起動發(fā)電機輸入端連接，集成起動發(fā)電機輸 出端與離合器主動盤連接，離合器從動盤通過行星架與前行星排行星輪相連，前 行星排太陽輪與驅(qū)動電機連接，前后行星排共用用一齒圈，后行星排行星輪行 星架固接于車架，后行星排太陽輪也與驅(qū)動電機連接，行星排齒圈外圈齒輪與 動力輸出齒輪常嚙合。本發(fā)明裝置將發(fā)動機輸出的動力與集成起動發(fā)電機和驅(qū)動電機的動力通過 前后兩行星排進行耦合，兩行星排共用一個外齒圈，且此外齒圈經(jīng)過一對常嚙合 齒輪將耦合機構(gòu)的動力輸出至車輪，兩行星排的太陽輪共同與驅(qū)動電機連接。且 在集成起動發(fā)電機輸出端連接一個可控離合器，通過對此離合器在各種工作模式 下分離與結(jié)合的控制以實現(xiàn)動力的最優(yōu)控制，提高能源的利用率。后行星排行星 輪固接于車架，為單自由度系統(tǒng)。此種驅(qū)動裝置可以明顯降低對于驅(qū)動電機的要 求。本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新之處在于以下兩點第一，應(yīng)用了具有結(jié)構(gòu)緊湊、 傳動比大、傳動平穩(wěn)、傳動效率高等諸多優(yōu)點的雙星行排結(jié)構(gòu)，且兩行星排共用 一個外齒圈，兩行星排太陽輪共同連接驅(qū)動電機，并且在集成起動發(fā)電機輸出端 連接一個可控離合器，從而克服了普通行星結(jié)構(gòu)中前后電機或電機與發(fā)動機之間 在起動或制動過程中的干擾阻力，能夠較好實現(xiàn)混合動力汽車各傳動部件之間的 良好匹配和最優(yōu)控制。第二，前行星排太陽輪連接離合器后串接集成起動發(fā)電機， 前后行星排太陽輪共同連接驅(qū)動電機，能夠降低對驅(qū)動電機的要求，并且充分發(fā)揮集成起動發(fā)電機在靜止啟動時的優(yōu)勢。本發(fā)明上述的裝置，包括以下多種工作模式(1) 啟動模式啟動模式根據(jù)車的狀態(tài)，分為靜止啟動和純電動啟動兩種情況靜止啟動時，離合器結(jié)合，ISG做起動機運行，由電機前輸出端直接拖動發(fā) 動機啟動，根據(jù)啟動轉(zhuǎn)速的不同決定啟動同時充電與否；純電動啟動時，要求汽車行駛速度超過設(shè)定值Vm或者ISG電機蓄電池的電 量低于一定值SOC，以及蓄電池的SOC值達到強制充電狀態(tài)SOCq時，離合器結(jié) 合，由驅(qū)動電機經(jīng)雙行星排、離合器及ISG后帶動發(fā)動機啟動，進入發(fā)動機運行， 功率分流驅(qū)動汽車，并對ISG電機蓄電池充電。(2) 純電動驅(qū)動模式電動機驅(qū)動模式(輕度負荷)，指在汽車運行速度小 于某設(shè)定值，蓄電池的S0C值高于S0Ci時，汽車運行所需要的轉(zhuǎn)矩由驅(qū)動電機 單獨提供。此時，離合器分離，發(fā)動機靜止驅(qū)動電機TM的動力經(jīng)后行星排太陽 輪、后行星排行星輪、行星排齒圈，外側(cè)常嚙合齒圈后，由動力輸出齒輪輸出到 車輪，驅(qū)動汽車。(3) 發(fā)動機驅(qū)動模式指汽車中低速行駛，蓄電池的S0C值低于S0Ci時， 汽車運行所需要的轉(zhuǎn)矩由發(fā)動機單獨提供；離合器結(jié)合，ISG電機作為發(fā)電機工 作吸收能量至電池，驅(qū)動電機自由旋轉(zhuǎn)，動力由發(fā)動機經(jīng)前后行星排傳至車輪。(4) 混合驅(qū)動模式在車輛需求功率大于發(fā)動機效率優(yōu)化功率、電池S0C 值不低時，離合器結(jié)合，發(fā)動機、驅(qū)動電機共同驅(qū)動車輛，ISG電機根據(jù)功率的 不同需求及電池的S0C值高低來判斷作為電動機參與驅(qū)動或作為發(fā)電機吸收驅(qū) 動剩余能量，這種模式通常工作于中低速加速和高速區(qū)。(5) 制動模式制動模式根據(jù)車的狀態(tài)，分為驅(qū)動電機TM制動和聯(lián)合制動 兩種情況中低速情況下，離合器分離，發(fā)動機靜止，ISG自由旋轉(zhuǎn)，由驅(qū)動電機TM 單獨制動，克服地面摩擦阻力矩，做發(fā)電機運行，回收制動能量，并對電池充電；在高速情況下，離合器結(jié)合，發(fā)動機和驅(qū)動電機TM聯(lián)合制動，根據(jù)電池S0C 情況，ISG做發(fā)電機或電動機運行，驅(qū)動電機TM做發(fā)電機運行，回收制動能量， 并對電池充電。本發(fā)明裝置，在啟動模式中，根據(jù)車速、電池SOC值來決定采用靜止啟動模式或純電動啟動模式，在發(fā)動機啟動前的時間，實現(xiàn)電能的最大利用，降低了燃 油消耗；混合驅(qū)動模式發(fā)生在高功率需求的情況下，驅(qū)動電機參與到高速行駛車 輛的驅(qū)動過程中，且此時ISG電機根據(jù)功率的不同需求及電池的S0C值高低來判 斷作為電動機參與驅(qū)動或作為發(fā)電機吸收驅(qū)動剩余能量，通過優(yōu)化控制策略可以 實現(xiàn)發(fā)動機、驅(qū)動電機、ISG電機三者的最優(yōu)控制，在不影響汽車整體動力性的 前提下，提高了車輛的燃油經(jīng)濟性，而這些都源于耦合裝置的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新和控制策 略的優(yōu)化設(shè)計；制動模式，則是根據(jù)車速高低來決定離合器的分離與結(jié)合，以實 現(xiàn)驅(qū)動電機TM制動或聯(lián)合制動，能夠在實現(xiàn)制動功能的前提下，更高效的實現(xiàn) 能量回收。與現(xiàn)有混聯(lián)式混合動力汽車相比，本發(fā)明具有以下顯著效果(1) 應(yīng)用了雙行星排結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊、傳動比大、承載能力大、傳動平穩(wěn)、 傳動效率高；(2) 可以同時實現(xiàn)功率分流和無級變速的目的；(3) 采用發(fā)動機與ISG串聯(lián)后經(jīng)過一個離合器與雙行星排連接的結(jié)構(gòu)，可 以進一步減少發(fā)動機與電機切換過程中的速度波動，更好地實現(xiàn)無級變速，提高 經(jīng)濟性，同時降低對于電機的要求；(4) 沿用了眾多現(xiàn)有行星變速器的結(jié)構(gòu)與開發(fā)經(jīng)驗，這樣可以大幅降低制 造成本。


圖1混合動力汽車雙電機雙行星排單離合器驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2靜止啟動模式的能量傳遞路線圖；圖3純電動啟動模式的能量傳遞路線圖；圖4純電動驅(qū)動模式的能量傳遞路線圖；圖5發(fā)動機驅(qū)動模式的能量傳遞路線圖；圖6混合驅(qū)動模式的能量傳遞路線圖；圖7驅(qū)動電機制動模式的能量傳遞路線圖；圖8聯(lián)合制動模式的能量傳遞路線圖；具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。如圖1所示，本實施例混聯(lián)式混合動力驅(qū)動裝置，包括發(fā)動機l、集成起動 發(fā)電機2、離合器3、行星架4、前行星排太陽輪5、前行星排行星輪6、齒圈7、 后行星排行星輪8、后行星排太陽輪9、驅(qū)動電機IO、動力輸出齒輪ll。其中發(fā) 動機1輸出軸與集成起動發(fā)電機2輸入端連接，集成起動發(fā)電機2輸出端與離合 器3主動盤連接，離合器3從動盤通過行星架4與前行星排行星輪6相連，前行 星排太陽輪5與驅(qū)動電機IO連接，前后行星排公用一齒圈7，后行星排行星輪 8行星架固接于車架，后行星排太陽輪9也與驅(qū)動電機10連接，齒圈7外圈齒 輪與動力輸出齒輪ll常嚙合。發(fā)動機l作為動力單元，其動力可以通過機械系統(tǒng)直接傳遞給車輪，也可以 通過集成起動發(fā)電機2或驅(qū)動電機10以電能的方式給蓄電池充電。集成起動發(fā)電機2主要是用來啟動發(fā)動機1和吸收發(fā)動機1的能量發(fā)電，并 能夠調(diào)節(jié)發(fā)動機1的轉(zhuǎn)速，減少其轉(zhuǎn)速波動。離合器3連接集成起動發(fā)電機2輸出端與前行星排行星架4，用于傳輸發(fā)動 機l、集成起動發(fā)電機2和驅(qū)動電機7的動力，同時進行自動離合切換，實現(xiàn)能 量的合理優(yōu)化使用，提高能量利用率。本發(fā)明驅(qū)動裝置中的動力耦合機構(gòu)由行星架4、前行星排太陽輪5、前行星 排行星輪6、齒圈7、后行星排行星輪8、后行星排太陽輪9構(gòu)成，能夠?qū)碜?發(fā)動機1、集成起動發(fā)電機2和驅(qū)動電機10的動力進行耦合疊加，并且能夠通 過控制策略對能量傳遞進行優(yōu)化配置，是本發(fā)明的核心機構(gòu)之一。驅(qū)動電機IO可作為電動機在啟動及驅(qū)動過程中驅(qū)動車輛，并可作為發(fā)電機 用來回收車輛制動時的動能。動力輸出齒輪11與齒圈7外齒圈齒輪常嚙合，用以在耦合機構(gòu)與車輪之間 的能量傳遞。本發(fā)明結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新之處在于應(yīng)用了發(fā)動機1與集成起動發(fā)電機2串聯(lián)后經(jīng) 過一個離合器3與雙行星排連接的結(jié)構(gòu)，從而克服了普通雙星行排結(jié)構(gòu)中前后電機或電機與發(fā)動機之間在起動或制動過程中的干擾阻力，能夠較好實現(xiàn)混合動力 汽車各傳動部件之間的良好匹配和最優(yōu)控制。配置有此種結(jié)構(gòu)混合動力汽車各種模式下的工作過程在圖2 8中介紹。如圖2所示，在靜止啟動模式時，離合器3結(jié)合，集成起動發(fā)電機2做起動7機運行， 一方面通過傳動軸帶動發(fā)動機l啟動；另一方面，其輸出能量依次通過 離合器3、行星架4、前行星排行星輪6、齒圈7、常嚙合齒輪副的動力輸出齒輪 11傳遞至車輪驅(qū)動汽車。動力傳遞路線如圖2中粗實線所示。如圖3所示，在純電動啟動模式時，離合器3結(jié)合，驅(qū)動電機10做電動機 運行，其動力輸出一方面通過后行星排太陽輪9、后行星排行星輪8、前行星排 太陽輪5、前行星排行星輪6、齒圈7、常嚙合齒輪副的動力輸出齒輪ll傳遞至 車輪驅(qū)動汽車；另一方面，其輸出能量依次通過后行星排太陽輪9、后行星排行 星輪8、齒圈7、前行星排太陽輪5、前行星排行星輪6、行星架4、離合器3、 集成起動發(fā)電機2帶動發(fā)動機1啟動。動力傳遞路線如圖3中粗實線所示。如圖4所示，在純電動驅(qū)動模式時，離合器3分離，發(fā)動機1靜止，集成起 動發(fā)電機2自由轉(zhuǎn)動，驅(qū)動電機10的動力輸出依次通過后行星排太陽輪9、后 行星排行星輪8、前行星排太陽輪5、前行星排行星輪6、齒圈7、常嚙合齒輪副 的動力輸出齒輪11傳遞至車輪驅(qū)動汽車。動力傳遞路線如圖4中粗實線所示。如圖5所示，在發(fā)動機驅(qū)動模式時，離合器3結(jié)合，集成起動發(fā)電機2作為 發(fā)電機工作吸收能量至電池，驅(qū)動電機10自由旋轉(zhuǎn)，發(fā)動機l的動力輸出依次 通過集成起動發(fā)電機2、離合器3、行星架4、前行星排行星輪6、齒圈7、常嚙 合齒輪副的動力輸出齒輪11傳遞至車輪驅(qū)動汽車。動力傳遞路線如圖5中粗實 線所示。如圖6所示，在混合驅(qū)動模式時，離合器3結(jié)合，發(fā)動機1、驅(qū)動電機10 共同驅(qū)動車輛，集成起動發(fā)電機2作為發(fā)電機或電動機工作。發(fā)動機l的動力輸 出依次通過集成起動發(fā)電機2、離合器3、行星架4、前行星排行星輪6、齒圈7， 驅(qū)動電機10的動力輸出依次通過后行星排太陽輪9、后行星排行星輪8、前行星 排太陽輪5、前行星排行星輪6、齒圈7， 二者動力在外齒圈處匯合，并經(jīng)由常 嚙合齒輪副的動力輸出齒輪11傳遞至車輪驅(qū)動汽車。動力傳遞路線如圖6中粗 實線所示。如圖7所示，在驅(qū)動電機制動模式時，離合器3分離，發(fā)動機1靜止，集成 起動發(fā)電機2自由旋轉(zhuǎn)，來自車輪的車輛動能依次經(jīng)過動力輸出齒輪11、齒圈7、 后行星排行星輪8、后行星排太陽輪9以及前行星排行星輪6、前行星排太陽輪 5到達驅(qū)動電機10，使之做發(fā)電機運行，回收制動能量，并對電池充電。動力傳 遞路線如圖7中粗實線所示。如圖8所示，聯(lián)合制動模式時，離合器3結(jié)合，發(fā)動機1和驅(qū)動電機10聯(lián) 合制動，根據(jù)電池S0C情況，集成起動發(fā)電機2做發(fā)電機或電動機運行。地面 制動力一部分，動力輸出齒輪ll、齒圈7、后行星排行星輪8、后行星排太陽輪 9以及前行星排行星輪6、前行星排太陽輪5到達驅(qū)動電機10，使之做發(fā)電機運 行，回收制動能量，并對電池充電；另一部分則由發(fā)動機l經(jīng)過集成起動發(fā)電機 2、離合器3、行星架4、前行星排行星輪6、齒圈7的動力輸出來平衡。動力傳 遞路線如圖8中粗實線所示。
權(quán)利要求
1、一種混合動力汽車雙電機雙行星排單離合器驅(qū)動裝置，包括發(fā)動機(1)、集成起動發(fā)電機(2)、離合器(3)、行星架(4)、前行星排太陽輪(5)、前行星排行星輪(6)、齒圈(7)、后行星排行星輪(8)、后行星排太陽輪(9)、驅(qū)動電機(10)、動力輸出齒輪(11)，其特征在于發(fā)動機(1)輸出軸與集成起動發(fā)電機(2)輸入端連接，集成起動發(fā)電機(2)輸出端與離合器(3)主動盤連接，離合器(3)從動盤通過行星架(4)與前行星排行星輪(6)相連，前行星排太陽輪(5)與驅(qū)動電機(10)連接，前后行星排公用一齒圈(7)，后行星排行星輪(8)行星架固接于車架，后行星排太陽輪(9)也與驅(qū)動電機(10)連接，齒圈(7)外圈齒輪與動力輸出齒輪(11)常嚙合。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合動力汽車雙電機雙行星排單離合器驅(qū)動裝置， 其特征是所述發(fā)動機(1)作為動力單元，其動力通過機械系統(tǒng)直接傳遞給車 輪，或通過集成起動發(fā)電機(2)或驅(qū)動電機(10)以電能的方式給蓄電池充電。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合動力汽車雙電機雙行星排單離合器驅(qū)動裝置， 其特征是所述行星架(4)、前行星排太陽輪(5)、前行星排行星輪(6)、齒圈(7)、后行星排行星輪(8)、后行星排太陽輪(9)構(gòu)成動力耦合機構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種機械技術(shù)領(lǐng)域的混合動力汽車雙電機雙行星排單離合器驅(qū)動裝置，該裝置設(shè)置有前行星排和后行星排，前行星排有前行星排行星輪、前行星排太陽輪，后行星排有后行星排行星輪、后行星排太陽輪，前后行星排共用一個齒圈。發(fā)動機輸出軸與集成起動發(fā)電機輸入端連接，集成起動發(fā)電機輸出端與離合器主動盤連接，離合器從動盤通過行星架與前行星排行星輪相連，前行星排太陽輪與驅(qū)動電機連接，后行星排行星輪行星架固接于車架，后行星排太陽輪也與驅(qū)動電機連接，齒圈外圈齒輪與動力輸出齒輪常嚙合。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、傳動比大、承載能力大、傳動平穩(wěn)、傳動效率高；可以同時實現(xiàn)功率分流和無級變速的目的。
文檔編號B60K6/543GK101323243SQ20081004091
公開日2008年12月17日 申請日期2008年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月24日
發(fā)明者周國清, 朱福堂, 殷承良, 俐 陳 申請人:上海交通大學(xué)