CN100462588C

CN100462588C - 双行星排多模式混合动力汽车传动系统

Info

Publication number: CN100462588C
Application number: CNB2007100781326A
Authority: CN
Inventors: 游国平; 胡建军; 秦大同
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2007-01-19
Filing date: 2007-01-19
Publication date: 2009-02-18
Anticipated expiration: 2027-01-19
Also published as: CN101004204A

Abstract

一种混合动力汽车传动系统，它由内燃机1，离合器3、4和7，制动器5和8，倒车锁止器6，电机10，动力输出端12，前、后行星排机构组成。其中，内燃机1通过离合器3、4分别与齿圈17和行星架19相连，太阳轮20与制动器8和电机10相连；齿圈14通过离合器7与齿轮9相连，两行星架19、16相连，齿圈17与太阳轮13相连。通过控制离合器3、4、7和制动器5、8以及倒车锁止器6的状态，实现多种工作模式，并且结构紧凑、满足各种工况行驶要求。

Description

双行星排多模式混合动力汽车传动系统

技术领域

本发明涉及一种双行星排多模式混合动力汽车传动系统。

背景技术

随着世界能源紧张及人们环保意识的增强，安全、节能、环保成为汽车发展的主题，同时由于纯电动汽车、燃料电池汽车关键技术的瓶颈制约，混合动力汽车成为合乎时宜的选择，事实也证明这种选择能够取得较满意的结果。

电动汽车的研发涉及的关键技术甚多，有电池、高性能电机、动力合成与控制技术、发动机综合控制等。但所有这些研究对象都以一个良好的传动系统为基础去实现。因此，动力合成方法和结构方式的选择关系到其他各部分参数的选择与设计。目前国内很多并、混联式混合动力汽车传动系统都只是在原型车上的改进设计，结构复杂，节能水平有一定的局限性，硬件成本和软件成本均只增不减，对更进一步的开发带来困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构紧凑，工作模式多样的混合动力汽车传动系统。

本发明所涉及的双行星排多模式混合动力汽车传动系统，由前后两行星排、三个离合器、两个制动器、一个倒车锁止器、一对常啮合齿轮、电机、内燃机及动力输出端组成。其结构设计如下：内燃机1通过第一离合器3、第二离合器4分别与前行星排齿圈17和前行星排行星架19相连，前行星排太阳轮20经第二制动器8与电机10相连，后行星排齿圈14通过第三离合器7与常啮合第一齿轮9相连，常啮合第一齿轮9与常啮合第二齿轮11相啮合，常啮合第二齿轮11与动力输出端12相连，前后两行星排的两行星架19、16相连，倒车锁止器6与后行星排行星架16相连，第一制动器5与前行星排齿圈17相连。

本发明利用传统汽车自动变速器(AT)的多行星排传动与控制原理，结合混合动力汽车传动系统开发的需要，对各行星排之间的元件连接和控制进行创新设计，使之满足混合动力汽车多种工作模式的需要，克服目前国内混合动力汽车传动系统存在的不足，不仅能有效地实现两动力的多模式合成，而且能在不额外增加其他机构的情况下，完全具有传统自动变速汽车的驱动工作模式，适合混合动力汽车各行驶工况的需要。

附图说明

图1为本发明所涉及的双行星排多模式混合动力汽车传动系统结构连接示意图。

图2为基于图1的一种变形型式结构连接示意图。

图中：1—内燃机 2—内燃机与两离合器连接装置 3、4、7—第一、第二、第三离合器 5、8—第一、第二制动器 6—倒车锁止器 9、11—常啮合第一、第二齿轮 10—电机 12—动力输出端 13—后行星排太阳轮 14—后行星排齿圈 15—后行星排行星轮 16—后行星排行星架 17—前行星排齿圈 18—前行星排行星轮 19—前行星排行星架 20—前行星排太阳轮。

具体实施方式

本发明所涉及的双行星排多模式混合动力汽车传动系统，通过控制第一离合器3、第二离合器4、第三离合器7和第一制动器5、第二制动器8以及倒车锁止器的不同状态组合，实现多种工作模式。表1中将列出部分工作模式及相应的各元件状态。

表1 部分工作模式

表1中，“√”表示离合器处于接合状态或者制动器处于锁止状态，“×”表示离合器或制动器处于分离状态，“D”表示汽车接入前进档位，“R”表示汽车接入倒车档位，“i^th”表示汽车处于档位i，β₁为前行星排齿圈17与前行星排太阳轮20的齿数比，β₂为后行星排齿圈14与后行星排太阳轮13的齿数比，n_m、n_e、n_o分别为电机、内燃机和后行星排齿圈14的转速。

具体工作模式说明如下：

1).电机启动内燃机模式

I.驻车启动内燃机

此时，第二离合器4、第三7离合器接合，第一离合器3分离，第一制动器5锁止前行星排齿圈17，第二制动器8分离，以电机为动力源实现对内燃机的启动；或者，第一离合器3、第二离合器4同时接合，第三离合器7、第一制动器5、第二制动器8均分离，以电机为动力启动内燃机。

II.行车启动内燃机

在纯电动行驶时，若是电池电量低于纯电动行驶或满足其他工况需求时，要求在行车过程中启动内燃机，这时，只需第一离合器3、第二离合器4同时接合，第一制动器5分离，便可利用整车惯性和电机动力启动内燃机。

2).内燃机驱动模式

I.内燃机一档驱动

在本发明所涉及的双行星排多模式混合动力汽车传动系统中，第一离合器3、第三离合器7接合，第二离合器4、第一制动器5分离，第二制动器8锁止。动力传递路线为：内燃机—第一离合器3—前行星排齿圈17—后行星排太阳轮13—后行星排齿圈14—第三离合器7—常啮合第一、第二动齿轮9和11—动力输出端。

II.内燃机二档驱动

在本发明所涉及的双行星排多模式混合动力汽车传动系统中，第二离合器4、第三离合器7接合，第一离合器3、第一制动器5分离，第二制动器8锁止。动力传递路线为：内燃机—第二离合器4—前行星排行星架19—后行星排行星架16—后行星排齿圈14—第三离合器7—常啮合第一、第二齿轮9和11—动力输出端。

III.内燃机三档(直接档)驱动

在本发明所涉及的双行星排多模式混合动力汽车传动系统中，第一离合器3、第二离合器4、第三离合器7均接合，第一制动器5、第二制动器8均分离。此种工作模式下，双行星排系统不起变速作用，传动比为1，属直接传动。动力传递路线为：内燃机—第一离合器3、第二离合器4—前、后行星排—第三离合器7—常啮合第一、第二齿轮9和11—动力输出端。

IV.内燃机四档驱动

在本发明所涉及的双行星排多模式混合动力汽车传动系统中，第二离合器4、第三离合器7接合，第一离合器3分离，第一制动器5锁止，第二制动器8分离。动力传递路线为：内燃机—第二离合器4—前行星排行星架19—后行星排行星架16—后行星排齿圈14—第三离合器7—常啮合第一、第二齿轮9和11—动力输出端。

V.内燃机倒车驱动

在本发明所涉及的双行星排多模式混合动力汽车传动系统中，第一离合器3、第三离合器7接合，第二离合器4分离，第一制动器5、第二制动器8分离，倒车锁止器锁止后行星排行星架16。动力传递路线为：内燃机—第一离合器3—前行星排齿圈17—后行星排太阳轮13—后行星排行星轮15—后行星排齿圈14—第三离合器7—常啮合第一、第二齿轮9和11—动力输出端。

3).纯电动驱动模式

I.前进档纯电动工作模式

在本发明所涉及的双行星排多模式混合动力汽车传动系统中，第一离合器3、第二离合器4分离，第三离合器7接合、第一制动器5锁止前行星排齿圈17，第二制动器8分离。动力传递路线为：电机—第二制动器8—前行星排太阳轮20—前行星排行星架19—后行星排行星架16—后行星排齿圈14—第三离合器7—常啮合第一、第二齿轮9和11—动力输出端。

II.纯电动倒车工作模式

在本发明所涉及的双行星排多模式混合动力汽车传动系统中，如果车辆接入倒车档行驶，倒车锁止器锁止前行星排行星架19和后行星排行星架16，第一离合器3、第二离合器4及第二制动器8分离，第三离合器7接合，电机反转。动力传递路线为：电机—第二制动器8—前行星排太阳轮20—前行星排齿圈17—后行星排太阳轮13—后行星排齿圈14—第三离合器7—常啮合第一、第二齿轮9和11—动力输出端。

4).内燃机、电机混合驱动模式

为避免汽车在前进档内燃机驱动工作模式下出现电机反向空转(行车发电工作模式除外)，导致电机难以直接进入混合驱动模式，因此只允许电机朝驱动汽车前行的方向旋转或处于停止，故而混合驱动模式有以下三种模式：

I.混合驱动模式I

在本发明所涉及的双行星排多模式混合动力汽车传动系统中，控制第一离合器3、第三离合器7接合，第二离合器4分离，第一制动器5和第二制动器8分离，即可实现内燃机和电机两动力的转速动力耦合，内燃机、电机和后行星排齿圈14三者转速关系见表1中。第一条动力传递路线为：内燃机—第一离合器3—前行星排齿圈17—后行星排太阳轮13—后行星排行星架16—后行星排齿圈14；第二条动力传递路线为：电机—第二制动器8—前行星排太阳轮20—前行星排行星架19—后行星排行星架16—后行星排齿圈14。因此功率流在后行星排齿圈14处实现动力耦合，后经第三离合器7，常啮合第一、第二齿轮9和11，至动力输出端。

II.混合驱动模式II

在本发明所涉及的双行星排多模式混合动力汽车传动系统中，控制第二离合器4和第三离合器7接合，第一离合器3、第一制动器5和第二制动器8分离，实现内燃机和电机的转速动力耦合，内燃机、电机和后行星排齿圈14三者转速关系见表1中。内燃机动力经第二离合器4至前行星排行星架19；电机动力经第二制动器8、前行星排太阳轮20至前行星排行星架19。可见，两动力在前行星排行星架19处就进行了动力耦合。

III.混合驱动模式III

在本发明所涉及的双行星排多模式混合动力汽车传动系统中，第一离合器3、第二离合器4、第三离合器7接合，第一制动器5、第二制动器8分离。此时，双行星排系统不起变速作用，传动比为1，属直接传动。因此，内燃机和电机动力之间的动力合成方式为单轴式转矩合成。此时电机处于电动状态，而非空转状态，动力传递路线同内燃机三档驱动模式。

5).行车发电模式

在本发明所涉及的双行星排多模式混合动力汽车传动系统中，在上述三种混合驱动工作模式下，控制电机的工作模式由电动工作模式转入发电工作模式，即可实现行车发电。

6).停车发电模式

在本发明所涉及的双行星排多模式混合动力汽车传动系统中。在电池电量过低或者某些意外情况下需要电功率输出时，可以利用内燃机为动力源进行发电，给电池充电或其他用电设备使用。此时，第二离合器4接合，第一离合器3和第三离合器7分离，第一制动器5锁止前行星排齿圈17，第二制动器8分离。动力传递路线为：内燃机—第二离合器4—前行星排太阳轮20—第二制动器8—电机，最后经逆变器至电池或其他电器设备。

Claims

1.一种双行星排多模式混合动力汽车传动系统，由内燃机(1)、第一离合器(3)、第二离合器(4)和第三离合器(7)、第一制动器(5)和第二制动器(8)、倒车锁止器(6)、常啮合第一齿轮(9)和常啮合第二齿轮(11)、电机(10)、动力输出端(12)和前后两个行星排组成，前行星排由前行星排太阳轮(20)、前行星排齿圈(17)、前行星排行星架(19)、前行星排行星轮(18)组成，后行星排由后行星排太阳轮(13)、后行星排齿圈(14)、后行星排行星轮(15)、后行星排行星架(16)组成；其特征在于：内燃机(1)通过第一离合器(3)、第二离合器(4)分别与前行星排齿圈(17)和前行星排行星架(19)相连，前行星排太阳轮(20)经第二制动器(8)与电机(10)相连，后行星排齿圈(14)通过第三离合器(7)与常啮合第一齿轮(9)相连，常啮合第一齿轮(9)与常啮合第二齿轮(11)相啮合，常啮合第二齿轮(11)与动力输出端(12)相连，前后行星排行星架(19)、(16)相连，倒车锁止器(6)与后行星排行星架(16)相连，第一制动器(5)与前行星排齿圈(17)相连，前行星排齿圈(17)与后行星排太阳轮(13)直接相连；或者，前行星排齿圈(17)通过第三离合器(7)与后行星排太阳轮(13)相连，后行星排齿圈(14)与常啮合第一齿轮(9)直接相连。