CN104477021A - 一种双电机多模式转速耦合驱动总成 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种双电机多模式转速耦合驱动总成。本发明采用超越离合器实现模式切换，由行星齿轮机构9构成的单行星排系统作为一号电机18和二号电机12的动力耦合装置。一号双向可控超越离合器9和二号双向可控超越离合器14分别用来限制一号电机18和二号电机12的转向，用来实现车辆在前进和倒车情况下的多种工作模式和模式之间的无冲击切换。本发明可以实现两电机单独驱动、双电机转速耦合驱动、两电机单独制动能量回收、双电机转速耦合制动能量回收的多种工作模式，能够满足车辆行驶的动力性需求，模式切换无冲击，对电机转矩控制的精度要求低，传动系统效率高。
Description
技术领域
本发明属于动力总成部件技术领域，具体涉及一种双电机动力耦合驱动总成。
背景技术
目前电动大客车的电驱动装置常采用单一大功率驱动电机与变速箱，通过控制变速箱工作于不同变速比，对驱动系统输出的转矩转速进行调节，以满足车辆爬坡和高速行驶的要求。然而自动变速箱在进行换挡过程中，由于需要切断动力源，造成车辆换挡时出现动力中断，因而会出现车辆失速以及产生冲击等问题。一些无动力中断功能的驱动系统和变速机构由此诞生，如双电机转速耦合驱动结构和双离合变速器。但由于换挡过程中制动器或离合器主要采用湿式离合器，导致系统的效率比较低。
申请号为201010100671.7的中国专利公开了一种适合电动大客车的双电机转速耦合驱动总成，由一组简单行星齿轮机构、两台驱动电机、一个锁止器组成。低速时一号电机与行星机构的太阳轮相连，锁止器锁止齿圈，动力由太阳轮输入，由行星架输出以实现减速变比、输出大转矩；高速时，锁止器解锁齿圈，一号电机动力输入至太阳轮，二号电机动力输入至与之相连的行星齿轮机构的齿圈，通过行星齿轮机构实现两个电机输入动力的转速耦合；该方案结构简单且减小了单台电机的转矩容量和功率。但存在如下不足：模式切换对锁止器和电机的控制要求较高，冲击较大。
申请号为201210024534.9的中国专利公开了一种双电机耦合变速装置，由一组行星齿轮机构、一组定轴齿轮机构、两台驱动电机、一个锁止器、两个离合器组成。通过对两个离合器与一个锁止器的联合控制可以实现双电机的转矩耦合输出和转速耦合输出，以及两种输出模式之前的切换。该方案实现了车辆行驶时的无动力中断换挡；在低速时通过双电机转矩耦合实现大转矩输出，高速时通过双电机转速耦合实现高转速输出；无论是在转矩耦合还是在转速耦合下，两台电机都参与工作，利用率较高。但存在机械结构复杂的不足。
发明内容
本发明旨在提供一种模式切换控制过程简单方便，无换挡冲击和换挡过程无动力中断的转速耦合驱动结构；低速时单电机驱动，高速时双电机驱动，通过协调控制两个双向可控超越离合器的工作模式，使驱动系统的模式切换简单方便无冲击，避免了传统湿式离合器使用过程中由于带排损失存在导致的驱动系统能量损失严重得现象。
本发明的目的是这样实现的：
二号电机(12)发出的动力经二号变速器(13)、二号双向可控超越离合器(14)输出至行星齿轮机构(6)，一号电机(18)输出的动力经一号变速器(17)输出至行星齿轮机构(6)，二号电机(12)和一号电机(18)的动力经过行星齿轮机构(6)、行星架(5)、主减速器(4)、差速器(2)、驱动桥(1)输出到车轮(3)。一号双向可控超越离合器(9)和二号双向可控超越离合器(14)用以实现双电机多模式耦合驱动结构的各种工作模式之间的切换。这种结构能有效的实现车辆多种工作模式的需求。
附图说明
附图是该一种双电机多模式转速耦合驱动总成组成结构图。
具体实施方式
现结合附图进一步说明。
本发明是由驱动桥(1)、差速器(2)、车轮(3)、主减速器(4)、行星齿轮机构(6)、一号双向可控超越离合器(9)、箱体(11)、二号电机(12)、二号变速器(13)、二号双向可控超越离合器(14)、一号变速器(17)、一号电机(18)、一号拨叉(10)、二号拨叉(15)组成，其中行星齿轮机构(6)由行星轮(7)、齿圈(8)、行星架(5)、太阳轮(16)组成，其特征在于：二号电机(12)发出的动力经二号变速器(13)、二号双向可控超越离合器(14)输出至行星齿轮机构(6)，一号电机(18)输出的动力经一号变速器(17)输出至行星齿轮机构(6)，二号电机(12)和一号电机(18)的动力经过行星齿轮机构(6)、行星架(5)、主减速器(4)、差速器(2)、驱动桥(1)输出到车轮(3)。
一号双向可控超越离合器(9)的工作模式由一号拨叉(10)控制，二号双向可控超越离合器(9)的工作模式由二号拨叉(15)控制。
通过控制一号拨叉(10)、二号拨叉(15)、一号电机(18)和二号电机(12)的工作状态，可以得到双电机的多种工作模式，其组合状态如表1所示，其中“1”表示超越离合器处于正向超越状态，“0”表示超越离合器处于锁止状态，“-1”表示超越离合器处于反向超越状态，“M”表示电机工作在电动机状态，“G”表示电机工作在发电机状态，“C”表示电机关闭。
表1工作模式
前进状态下一号电机驱动模式：一号双向可控超越离合器(9)工作在正向超越状态，二号双向可控超越离合器(14)工作在锁止状态，一号电机(18)工作在电动模式，二号电机(12)停止工作，一号电机(18)输出动力经一号变速器(17)、齿圈(8)、行星架(5)、主减速器(4)、差速器(2)、输出至驱动桥(1)、最后将动力输出给车轮(3)。
前进状态下一号电机再生制动模式：一号双向可控超越离合器(9)工作在正向超越状态，二号双向可控超越离合器(14)工作在锁止状态，一号电机(18)工作在发电模式，二号电机(12)停止工作，车辆的惯性转矩经车轮(3)、驱动桥(1)、差速器(2)、主减速器(4)、行星架(5)、齿圈(8)、拖动一号电机(18)旋转，进行制动能量回收。
倒车状态下一号电机驱动模式：一号双向可控超越离合器(9)工作在反向超越状态，二号双向可控超越离合器(14)工作在锁止状态，一号电机(18)工作在电动模式，二号电机(12)停止工作，一号电机(18)输出动力经一号变速器(17)、齿圈(8)、行星架(5)、主减速器(4)、差速器(2)、输出至驱动桥(1)、最后将动力输出给车轮(3)。
倒车状态下一号电机再生制动模式：一号双向可控超越离合器(9)工作在反向超越状态，二号双向可控超越离合器(14)工作在锁止状态，一号电机(18)工作在发电模式，二号电机(12)停止工作，车辆的惯性转矩经车轮(3)、驱动桥(1)、差速器(2)、主减速器(4)、行星架(5)、齿圈(8)、拖动一号电机(18)旋转，进行制动能量回收。
前进状态下二号电机驱动模式：一号双向可控超越离合器(9)工作在锁止状态，二号双向可控超越离合器(14)工作在正向超越状态，一号电机(18)停止工作，二号电机(12)工作在电动状态，二号电机(12)输出动力经二号变速器(13)、太阳轮(16)、行星架(5)、主减速器(4)、差速器(2)、输出至驱动桥(1)、最后将动力输出给车轮(3)。
前进状态下二号电机再生制动模式：一号双向可控超越离合器(9)工作在锁止状态，二号双向可控超越离合器(14)工作在正向超越状态，一号电机(18)停止工作，二号电机(12)工作在发电状态，车辆的惯性转矩经车轮(3)、驱动桥(1)、差速器(2)、主减速器(4)、行星架(5)、太阳轮(16)、拖动二号电机(12)旋转，进行制动能量回收。
倒车状态下二号电机驱动模式：一号双向可控超越离合器(9)工作在锁止状态，二号双向可控超越离合器(14)工作在反向超越状态，一号电机(18)停止工作，二号电机(12)工作在电动状态，二号电机(12)输出动力经二号变速器(13)、太阳轮(16)、行星架(5)、主减速器(4)、差速器(2)、输出至驱动桥(1)、最后将动力输出给车轮(3)。
倒车状态下二号电机制动能量回收模式：一号双向可控超越离合器(9)工作在锁止状态，二号双向可控超越离合器(14)工作在反向超越状态，一号电机(18)停止工作，二号电机(12)工作在发电状态，车辆的惯性转矩经车轮(3)、驱动桥(1)、差速器(2)、主减速器(4)、行星架(5)、太阳轮(16)、拖动二号电机(12)旋转，进行制动能量回收。
前进状态下双电机驱动模式：一号双向可控超越离合器(9)工作在正向超越状态，二号双向可控超越离合器(14)工作在正向超越状态，一号电机(18)工作在电动模式，二号电机(12)工作在电动模式，一号电机(18)输出动力经一号变速器(17)、齿圈(8)、输入到行星齿轮机构(6)，二号电机(12)输出动力经二号变速器(13)、太阳轮(16)、输入到行星齿轮机构(6)，行星齿轮机构(6)将两个电机的动力经行星架(5)输出给主减速器(4)、差速器(2)、输出至驱动桥(1)、最后将动力输出给车轮(3)。
前进状态下双电机再生制动模式：一号双向可控超越离合器(9)工作在正向超越状态，二号双向可控超越离合器(14)工作在正向超越状态，一号电机(18)和二号电机(12)工作在发电模式，车辆的惯性转矩经车轮(3)、驱动桥(1)、差速器(2)、主减速器(4)、行星架(5)输入到行星齿轮机构(6)，其中一部分能量经太阳轮(16)、拖动二号电机(12)旋转，进行制动能量回收，另一部分能量经齿圈(8)、拖动一号电机(18)旋转，进行制动能量回收。
倒车状态下双电机驱动模式：一号双向可控超越离合器(9)工作在反向超越状态，二号双向可控超越离合器(14)工作在反向超越状态，一号电机(18)和二号电机(12)工作在电动模式，一号电机(18)输出动力经一号变速器(17)、齿圈(8)、输入到行星齿轮机构(6)，二号电机(12)输出动力经二号变速器(13)、太阳轮(16)、输入到行星齿轮机构(6)，行星齿轮机构(6)将两个电机的动力经行星架(5)输出给主减速器(4)、差速器(2)、输出至驱动桥(1)、最后将动力输出给车轮(3)。
倒车状态下双电机再生制动模式：一号双向可控超越离合器(9)工作在反向超越状态，二号双向可控超越离合器(14)工作在反向超越状态，一号电机(18)和二号电机(12)工作在发电模式，车辆的惯性转矩经车轮(3)、驱动桥(1)、差速器(2)、主减速器(4)、行星架(5)输入到行星齿轮机构(6)，其中一部分能量经太阳轮(16)、拖动二号电机(12)旋转，进行制动能量回收，另一部分能量经齿圈(8)、拖动一号电机(18)旋转，进行制动能量回收。
一号变速器(17)可以是变速器，也可以是定传动比的减速器，将从一号电机(18)输出的动力向齿圈(8)输出，该变速器的多个变速级可以至少具备增速变速级或减速变速级，根据需要该减速器也可以取消。
二号变速器(13)可以是变速器，也可以是定传动比的减速器，其可以具有多个变速级，将从二号电机(12)输出的动力向太阳轮(16)输出，该变速器的多个变速级可以至少具备增速变速级或减速变速级，根据需要该减速器也可以取消。
双电机动力源不限定为电机，也可以是发动机或其他动力源的组合，两动力源的特性可以相同也可以不同。行星架(5)后连接的装置不限定为主减速器(4)。在行星架(5)后连接主减速器(4)可以用于传统车辆的驱动；在行星架(5)后连接驱动轮，用两套该驱动总成实现车辆的双侧独立传动，以满足双侧独立传动的大功率车辆的动力要求。
一号双向可控超越离合器(9)和二号双向可控超越离合器(14)可以分别用两个单向可控超越离合器来代替。
从以上工作原理可以看出，该双电机多模式耦合驱动结构可以实现两电机单独驱动、双电机转速耦合驱动、两电机单独制动能量回收、双电机转速耦合制动能量回收的多种工作模式，能够满足车辆行驶的动力性需求，模式切换无冲击，对电机转矩控制的精度要求低，传动系统效率高。
Claims (4)
1.一种双电机多模式转速耦合驱动总成，由驱动桥(1)、差速器(2)、车轮(3)、主减速器(4)、行星齿轮机构(6)、一号双向可控超越离合器(9)、箱体(11)、二号电机(12)、二号变速器(13)、二号双向可控超越离合器(14)、一号变速器(17)、一号电机(18)组成，其中行星齿轮机构(6)由行星轮(7)、齿圈(8)、行星架(5)、太阳轮(16)组成，一号双向可控超越离合器(9)的工作模式由一号拨叉(10)控制，二号双向可控超越离合器(9)的工作模式由二号拨叉(15)控制，其特征在于：二号电机(12)发出的动力经二号变速器(13)、二号双向可控超越离合器(14)输出至行星齿轮机构(6)，一号电机(18)输出的动力经一号变速器(17)输出至行星齿轮机构(6)，二号电机(12)和一号电机(18)的动力经过行星齿轮机构(6)、行星架(5)、主减速器(4)、差速器(2)、驱动桥(1)输出到车轮(3)。
2.根据权利要求1所描述的一种双电机多模式转速耦合驱动总成，其特征在于：一号电机(18)工作模式分为前进状态下一号电机(18)驱动工作模式和前进状态下一号电机(18)制动能量回收工作模式以及倒车状态下一号电机(18)驱动工作模式和倒车状态下一号电机(18)发电工作模式，在前进状态时一号电机(18)工作模式下，控制二号拨叉(15)使二号双向可控超越离合器(14)工作在双向锁止状态，太阳轮(16)被锁止，同时控制一号拨叉(10)使一号双向可控超越离合器(9)工作在正向超越状态，在倒车状态时一号电机(18)工作模式下，控制二号拨叉(15)使二号双向可控超越离合器(14)工作在双向锁止状态，太阳轮(16)被锁止，同时控制一号拨叉(10)使一号双向可控超越离合器(9)工作在反向超越状态；
其中在前进状态和倒车状态时一号电机(18)驱动工作模式下，一号电机(18)工作在电动模式，二号电机(12)停止工作，一号电机(18)输出动力经一号变速器(17)、齿圈(8)、行星架(5)、主减速器(4)、差速器(2)、输出至驱动桥(1)、最后将动力输出给车轮(3)；
在前进状态和倒车状态时一号电机(18)制动能量回收工作模式下，一号电机(18)工作在发电模式，二号电机(12)停止工作，车辆的惯性转矩经车轮(3)、驱动桥(1)、差速器(2)、主减速器(4)、行星架(5)、齿圈(8)、拖动一号电机(18)旋转，进行制动能量回收。
3.根据权利要求1所描述的一种双电机多模式转速耦合驱动总成，其特征在于：二号电机(12)工作模式分为前进状态下二号电机(12)驱动工作模式和前进状态下二号电机(12)制动能量回收工作模式以及倒车状态下二号电机(12)驱动工作模式和倒车状态下二号电机(12)发电工作模式，在前进状态时二号电机(12)工作模式下，控制二号拨叉(15)使二号双向可控超越离合器(14)工作在正向超越状态，同时控制一号拨叉(10)使一号双向可控超越离合器(9)工作在锁止状态，将齿圈(8)锁止，在倒车状态时二号电机(12)工作模式下，控制二号拨叉(15)使二号双向可控超越离合器(14)工作在反向超越状态，同时控制一号拨叉(10)使一号双向可控超越离合器(9)工作在双向锁止状态，将齿圈(8)锁止；
其中在前进状态和倒车状态时二号电机(12)驱动工作模式下，二号电机(12)工作在电动模式，一号电机(18)停止工作，二号电机(12)输出动力经二号变速器(13)、太阳轮(16)、行星架(5)、主减 速器(4)、差速器(2)、输出至驱动桥(1)、最后将动力输出给车轮(3)；
在前进状态和倒车状态时二号电机(12)工作在制动能量回收工作模式下，二号电机(12)工作在发电模式，一号电机(18)停止工作，车辆的惯性转矩经车轮(3)、驱动桥(1)、差速器(2)、主减速器(4)、行星架(5)、太阳轮(16)、拖动二号电机(12)旋转，进行制动能量回收。
4.根据权利要求1所描述的一种双电机多模式转速耦合驱动总成，其特征在于：双电机转速耦合工作模式分为车辆前进状态时转速耦合驱动工作模式和转速耦合制动能量回收工作模式以及车辆倒车状态时转速耦合驱动工作模式和转速耦合制动能量回收工作模式，在前进状态双电机工作模式下，控制一号拨叉(10)和二号拨叉(15)使一号双向可控超越离合器(9)和二号双向可控超越离合器(14)工作在正向超越状态，在倒车状态时双电机工作模式下，控制一号拨叉(10)和二号拨叉(15)使一号双向可控超越离合器(9)和二号双向可控超越离合器(14)工作在反向超越状态；
其中在转速耦合驱动工作模式下，一号电机(18)和二号电机(12)工作在电动模式，一号电机(18)输出动力经一号变速器(17)、齿圈(8)、输入到行星齿轮机构(6)，二号电机(12)输出动力经二号变速器(13)、太阳轮(16)、输入到行星齿轮机构(6)，行星齿轮机构(6)讲两个电机的动力经行星架(5)输出给主减速器(4)、差速器(2)、输出至驱动桥(1)、最后将动力输出给车轮(3)；
在转速耦合制动能量回收工作模式下，一号电机(18)和二号电机(12)工作在发电模式，车辆的惯性转矩经车轮(3)、驱动桥(1)、差速器(2)、主减速器(4)、行星架(5)输入到行星齿轮机构(6)，其中一部分能量经太阳轮(16)、拖动二号电机(12)旋转，进行制动能量回收，另一部分能量经齿圈(8)、拖动一号电机(18)旋转，进行制动能量回收。
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