專利名稱：混合動力汽車雙行星排機(jī)電耦合驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)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行星 排機(jī)電耦合驅(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(qiáng)，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(jī)和電機(jī)系統(tǒng)共同驅(qū)動的車輛。其中發(fā)動機(jī)可以是使 用多種燃料的內(nèi)燃機(jī)；電機(jī)既可以是永磁電機(jī)也可以是勵磁電機(jī)，既可以是同步 電機(jī)也可以是異步電機(jī)?；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(jī)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(jī)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(jī)與電 機(jī)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(jī)的要求，是 一種先進(jìn)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(xiàn)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(jì)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(jī)、前輪、蓄電池、輪轂電動機(jī)、后輪、發(fā) 電機(jī)、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(jī)，雙離合器或多離合器以及多制動 器，雖能實現(xiàn)機(jī)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(jī)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(jī)的混合動力結(jié)構(gòu)，但未對該結(jié)構(gòu)提出任何機(jī)構(gòu)上的改進(jìn)以實現(xiàn)利用手3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行星排機(jī)電 耦合驅(qū)動裝置，通過兩個電機(jī)、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，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行星排機(jī)電耦合驅(qū)動裝置，包括發(fā)動機(jī)、行 星架、集成起動發(fā)電機(jī)(以下簡稱ISG)、前行星排行星輪、前行星排太陽輪、 前行星排齒圈、后行星排行星輪、驅(qū)動電機(jī)TM、后行星排太陽輪、動力輸出齒 輪、后行星排齒圈、離合器。其中發(fā)動機(jī)通過行星架與前行星排行星輪連接，ISG 電機(jī)與前行星排太陽輪連接，前行星排齒圈與離合器主動盤連接，離合器從動盤 與后行星排齒圈相連，后行星排行星輪行星架固接于車架，后行星排太陽輪與驅(qū) 動電機(jī)TM連接，后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(jī)輸出的動力與ISG和TM的動力通過前后兩行星排進(jìn)行 耦合，前后行星排與各自的動力源連接，均可視為獨立的耦合機(jī)構(gòu)，兩行星排的 齒圈通過一個可控離合器連接，便于各種工作模式時通過控制策略對可控離合器 以及各動力元件進(jìn)行獨立控制，以達(dá)到最優(yōu)效果。后行星排行星輪固接于車架， 作為不動件，由外齒圈經(jīng)一對常嚙合齒輪輸出動力，相對于單行星齒輪而言，由 于前行星排機(jī)電耦合裝置的參與，可以明顯降低對于驅(qū)動電機(jī)TM的要求，經(jīng)動 力學(xué)分析知，其扭矩需求可降低約70%。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，并且在雙行星排各 自的齒圈之間連接一個離合器，從而克服了普通雙行星排結(jié)構(gòu)中前后電機(jī)或電機(jī) 與發(fā)動機(jī)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集成起動發(fā)電機(jī) ISG，后行星排太陽輪連接驅(qū)動電機(jī)TM，能夠充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，且降低了對于 TM的要求，實現(xiàn)了機(jī)電裝置的較好耦合和動力的高效利用。本發(fā)明上述裝置，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(jī)運(yùn)行，其動力輸出通過前行星排太 陽輪帶動前行星排行星輪轉(zhuǎn)動，再經(jīng)過行星架拖動發(fā)動機(jī)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(jī)蓄電池的電 量低于一定值SOC，以及蓄電池的SOC值達(dá)到強(qiáng)制充電狀態(tài)SOCq時，離合器結(jié)合，驅(qū)動電機(jī)的電能，經(jīng)耦合裝置傳遞至發(fā)動機(jī)，帶動發(fā)動機(jī)啟動，進(jìn)入發(fā)動機(jī) 運(yùn)行，功率分流驅(qū)動汽車，并對ISG電機(jī)蓄電池充電。(2) 純電動驅(qū)動模式電動機(jī)驅(qū)動模式(輕度負(fù)荷)，指在汽車運(yùn)行速度小 于某設(shè)定值，蓄電池的S0C值高于S0Cl時，汽車運(yùn)行所需要的轉(zhuǎn)矩由驅(qū)動電機(jī) 單獨提供。此時，離合器分離，發(fā)動機(jī)靜止，ISG自由轉(zhuǎn)動，驅(qū)動電機(jī)TM的動 力經(jīng)后行星排太陽輪、后行星排行星輪、后行星排齒圈，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(jī)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(yùn)行所需要的轉(zhuǎn)矩由發(fā)動機(jī)單獨提供；離合器結(jié)合，ISG電機(jī)作為發(fā)電機(jī)工作吸收能量至電池，驅(qū)動電機(jī)自由旋轉(zhuǎn)，動力由發(fā)動機(jī)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(jī)效率優(yōu)化功率、電池S0C 值不低時，離合器結(jié)合，發(fā)動機(jī)、驅(qū)動電機(jī)共同驅(qū)動車輛，ISG電機(jī)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(jī)參與驅(qū)動或作為發(fā)電機(jī)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(jī)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(jī)靜止，ISG自由旋轉(zhuǎn)，由驅(qū)動電機(jī)TM 單獨制動，克服地面摩擦阻力矩，做發(fā)電機(jī)運(yùn)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(jī)和驅(qū)動電機(jī)TM聯(lián)合制動，根據(jù)電池S0C 情況，ISG做發(fā)電機(jī)或電動機(jī)運(yùn)行，驅(qū)動電機(jī)TM做發(fā)電機(jī)運(yùn)行，回收制動能量， 并對電池充電。本發(fā)明驅(qū)動裝置，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(jī)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(jī)參與到高速行 駛車輛的驅(qū)動過程中，且此時ISG電機(jī)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(jī)參與驅(qū)動或作為發(fā)電機(jī)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(jī)、驅(qū)動電機(jī)、ISG電機(jī)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(jì)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(jī)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) 采用前后行星排齒圈之間連接一個可控離合器的結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)一步減 少發(fā)動機(jī)與電機(jī)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(jì)性，同 時降低對于電機(jī)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混合動力汽車雙行星排機(jī)電耦合驅(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(jī)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(jī)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(xì)說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù) 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(jī)1、行星架12、 集成起動發(fā)電機(jī)(以下簡稱ISG) 2、前行星排行星輪3、前行星排太陽輪4、前 行星排齒圈5、后行星排行星輪6、驅(qū)動電機(jī)TM7、后行星排太陽輪8、動力輸出 齒輪9、后行星排齒圈10、離合器11。其中發(fā)動機(jī)1通過行星架12與前行星排 行星輪3連接，ISG電機(jī)2與前行星排太陽輪4連接，前行星排齒圈5與離合器 11主動盤連接，離合器11從動盤與后行星排齒圈10相連，后行星排行星輪6 行星架固接于車架，后行星排太陽輪8與驅(qū)動電機(jī)TM 7連接，后行星排齒圈 10外圈齒輪與動力輸出齒輪9常嚙合。發(fā)動機(jī)l作為動力單元，其動力可以通過機(jī)械系統(tǒng)直接傳遞給車輪，也可以 通過集成起動發(fā)電機(jī)2或驅(qū)動電機(jī)TM 7以電能的方式給蓄電池充電。集成起動發(fā)電機(jī)2主要是用來啟動發(fā)動機(jī)1和吸收發(fā)動機(jī)1的能量發(fā)電，并 能夠調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)l的轉(zhuǎn)速，減少其轉(zhuǎn)速波動。前行星排由前行星排行星輪3、前行星排太陽輪4、前行星排齒圈5組成， 后行星排由后行星排行星輪6、后行星排太陽輪8、后行星排齒圈IO組成，是本 發(fā)明驅(qū)動裝置中的動力耦合機(jī)構(gòu)，能夠?qū)碜园l(fā)動機(jī)l、集成起動發(fā)電機(jī)2和驅(qū) 動電機(jī)TM 7的動力進(jìn)行耦合疊加，并且能夠通過控制策略對能量傳遞進(jìn)行優(yōu)化 配置，是本發(fā)明的核心機(jī)構(gòu)之一。驅(qū)動電機(jī)TM 7可作為電動機(jī)在啟動及驅(qū)動過程中驅(qū)動車輛，并可作為發(fā)電機(jī)用來回收車輛制動時的動能。動力輸出齒輪9與后行星排外齒圈IO齒輪常嚙合，用以在耦合機(jī)構(gòu)與車輪 之間的能量傳遞。離合器11連接前后行星排，用于傳輸經(jīng)行星排傳遞而來的發(fā)動機(jī)1、集成 起動發(fā)電機(jī)2和驅(qū)動電機(jī)TM 7的動力，同時進(jìn)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)明結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新之處在于應(yīng)用了雙星行排結(jié)構(gòu)，并且在雙行星排各自的 齒圈之間連接一個離合器11，從而克服了普通雙星行排結(jié)構(gòu)中前后電機(jī)或電機(jī) 與發(fā)動機(jī)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ll結(jié)合，ISG2做起動機(jī)運(yùn)行，一方面通過前行星排太陽輪4帶動前行星排行星輪3轉(zhuǎn)動，再經(jīng)過行星架12帶動 發(fā)動機(jī)l啟動；另一方面，其輸出能量依次通過前行星排齒圈5、離合器ll、后 行星排齒圈10、常嚙合齒輪副的動力輸出齒輪9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ll結(jié)合，ISG2自由旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動 電機(jī)TM 7做電動機(jī)運(yùn)行，其動力輸出一方面通過后行星排太陽輪8、后行星排 行星輪6、后行星排齒圈10、常嚙合齒輪副的動力輸出齒輪9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8、后行星排行星輪6、后 行星排齒圈IO、離合器ll、前行星排齒圈5、前行星排行星輪3、行星架12帶 動發(fā)動機(jī)l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ll分離，發(fā)動機(jī)1靜止，ISG2 自由轉(zhuǎn)動，驅(qū)動電機(jī)TM7的動力輸出依次通過后行星排太陽輪8、后行星排行星 輪6、后行星排齒圈IO、常嚙合齒輪副的動力輸出齒輪9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(jī)驅(qū)動模式時，離合器ll結(jié)合，ISG2作為發(fā)電機(jī)工作 吸收能量至電池，驅(qū)動電機(jī)TM7自由旋轉(zhuǎn)，發(fā)動機(jī)1的動力輸出依次通過行星架 12、前行星排行星輪3、前行星排齒圈5、離合器ll、后行星排齒圈10、常嚙合 齒輪副的動力輸出齒輪9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ll結(jié)合，發(fā)動機(jī)l、驅(qū)動電機(jī)TM7 共同驅(qū)動車輛，ISG2作為發(fā)電機(jī)或電動機(jī)工作。發(fā)動機(jī)1的動力輸出依次通過 行星架12、前行星排行星輪3、前行星排齒圈5、離合器ll、后行星排齒圈IO， 驅(qū)動電機(jī)TM7的動力輸出依次通過后行星排太陽輪8、后行星排行星輪6、后行 星排齒圈IO， 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9 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(jī)TM制動模式時，離合器ll分離，發(fā)動機(jī)1靜止， ISG2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9、后行星排齒圈 10、后行星排行星輪6、后行星排太陽輪8到達(dá)驅(qū)動電機(jī)TM7，使之做發(fā)電機(jī)運(yùn) 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ll結(jié)合，發(fā)動機(jī)1和驅(qū)動電機(jī)TM78聯(lián)合制動，根據(jù)電池SOC情況，ISG2做發(fā)電機(jī)或電動機(jī)運(yùn)行。地面制動力一部 分，依次經(jīng)過車輪、動力輸出齒輪9、后行星排齒圈IO、后行星排行星輪6、后 行星排太陽輪8到達(dá)驅(qū)動電機(jī)TM7，使之做發(fā)電機(jī)運(yùn)行，回收制動能量，并對電 池充電；另一部分則由發(fā)動機(jī)1經(jīng)過行星架12、前行星排行星輪3、前行星排齒 圈5、離合器ll、后行星排齒圈10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行星排機(jī)電耦合驅(qū)動裝置，包括發(fā)動機(jī)(1)、集成起動發(fā)電機(jī)(2)、前行星排行星輪(3)、前行星排太陽輪(4)、前行星排齒圈(5)、后行星排行星輪(6)、驅(qū)動電機(jī)(7)、后行星排太陽輪(8)、動力輸出齒輪(9)、后行星排齒圈(10)、離合器(11)、行星架(12)，其特征在于發(fā)動機(jī)(1)通過行星架(12)與前行星排行星輪(3)連接，集成起動發(fā)電機(jī)(2)與前行星排太陽輪(4)連接，前行星排齒圈(5)與離合器(11)主動盤連接，離合器(11)從動盤與后行星排齒圈(10)相連，后行星排行星輪(6)行星架固接于車架，后行星排太陽輪(8)與驅(qū)動電機(jī)(7)連接，后行星排齒圈(10)外圈齒輪與動力輸出齒輪(9)常嚙合。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合動力汽車雙行星排機(jī)電耦合驅(qū)動裝置，其特 征是所述發(fā)動機(jī)(1)作為動力單元，其動力通過機(jī)械系統(tǒng)直接傳遞給車輪， 或通過集成起動發(fā)電機(jī)(2)或驅(qū)動電機(jī)(7)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行星排機(jī)電耦合驅(qū)動裝置，其特 征是所述前行星排行星輪(3)、前行星排太陽輪(4)、前行星排齒圈(5)組 成前行星排，后行星排行星輪(6)、后行星排太陽輪(8)、后行星排齒圈(10) 組成后行星排，兩行星排是整個驅(qū)動裝置的動力耦合機(jī)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域的混合動力汽車雙行星排機(jī)電耦合驅(qū)動裝置。所述裝置設(shè)置有前后行星排，兩行星排均有行星輪、太陽輪、排齒圈，兩行星排齒圈由離合器連接。發(fā)動機(jī)與前行星排行星輪連接，ISG電機(jī)與前行星排太陽輪連接，前行星排齒圈與離合器主動盤連接，離合器從動盤與后行星排齒圈相連，后行星排行星輪行星架固接于車架，后行星排太陽輪與驅(qū)動電機(jī)連接，后行星排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，可同時實現(xiàn)功率分流和無級變速。
文檔編號B60K6/28GK101323242SQ20081004091
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)