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CN113500907B - 一种分布式功率分流型混合动力系统 - Google Patents

一种分布式功率分流型混合动力系统 Download PDF

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CN113500907B CN202110564942.2A CN202110564942A CN113500907B CN 113500907 B CN113500907 B CN 113500907B CN 202110564942 A CN202110564942 A CN 202110564942A CN 113500907 B CN113500907 B CN 113500907B
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Abstract

本发明提供了一种分布式功率分流型混合动力系统，包括内制动片、外制动片，动力耦合器和减速储能器；所述内制动片与动力耦合器齿圈连接，所述外制动片与动力耦合器行星轮的行星架连接；所述动力耦合器恒星轮与动力源连接；所述减速器齿圈安装在壳体上；所述动力耦合器齿圈与减速器高速级恒星轮连接；所述减速器高速级行星轮的行星架与减速器低速级恒星轮连接；所述减速器低速级恒星轮的行星架通过势能储能单元与壳体安装；通过锁定或释放所述外制动片和/或内制动片用于以实现常规驱动模式、动力储备模式、混合驱动模式和驻车模式的切换。本发明在发动机输出功率高于车辆需求功率时对发动机额外输出功率进行储能。

Description

一种分布式功率分流型混合动力系统
技术领域
本发明涉及车辆工程领域，特别涉及一种分布式功率分流型混合动力系统。
背景技术
现行车辆混合动力系统采用发动机与电机进行动力耦合，引入动力电池作为能量调峰装置，对发动机输出功率大于车辆需求功率的部分进行储能，即将发动机工况与油门信号解耦，减少发动机工况的转移，使发动机尽可能处于高效的工作区间，实现对发动机工况的“滤波”。当前较为普遍的功率分流型混合动力系统需要在纯燃油动力系统的基础上增加电机、动力电池、发电机、行星齿轮组、交直流逆变器各一套，这是混合动力车辆市场价格普遍较高的直接原因。就混合动力系统的本质而言，需引入某种储能装置，该装置可以是动力电池，也可以是其他机械式储能结构，为此本发明提出一种分布式功率分流型混合动力系统方案。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种分布式功率分流型混合动力系统，用于在发动机输出功率高于车辆需求功率时对发动机额外输出功率进行储能，并在车轮需要加力时提供额外扭矩。本发明所采用分布式功率分流型混合动力系统可布置于各个车轮轮毂内，并采用行星齿轮组对储能机构、动力传动轴进行功率耦合。本发明装置的引入可降低发动机工况波动，同时提高轮上峰值扭矩，尤其适合较为激进的油门刹车驾驶策略，或是应用于竞速型车辆。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种分布式功率分流型混合动力系统，包括内制动片、外制动片，动力耦合器和减速储能器；
所述动力耦合器包括动力耦合器恒星轮、动力耦合器行星轮和动力耦合器齿圈；所述动力耦合器恒星轮、动力耦合器行星轮和动力耦合器齿圈构成第一行星轮系；所述内制动片与动力耦合器齿圈连接，所述外制动片与动力耦合器行星轮的行星架连接；所述动力耦合器恒星轮与动力源连接；
所述减速储能器包括减速器齿圈、减速器高速级行星轮、减速器高速级恒星轮、减速器低速级行星轮、减速器低速级恒星轮和势能储能单元；所述减速器齿圈、减速器高速级行星轮和减速器高速级恒星轮构成第二行星轮系；所述减速器齿圈、减速器低速级行星轮和减速器低速级恒星轮构成第三行星轮系；所述减速器齿圈安装在壳体上；所述动力耦合器齿圈与减速器高速级恒星轮连接；所述减速器高速级行星轮的行星架与减速器低速级恒星轮连接；所述减速器低速级行星轮的行星架通过势能储能单元与壳体安装；通过锁定或释放所述外制动片和/或内制动片用于以实现常规驱动模式、动力储备模式、混合驱动模式和驻车模式的切换。
进一步，所述势能储能单元包括势能储能单元固定架、弹性元件和储能器端盖，所述势能储能单元固定架安装在减速器低速级恒星轮的行星架上，所述弹性元件两端分别与势能储能单元固定架和储能器端盖连接，所述储能器端盖安装在车辆驱动桥上，利用所述势能储能单元固定架相对于储能器端盖的转动，使弹性元件储存或释放能量。
进一步，所述动力耦合器还包括甲型轴承、动力耦合器左端盖、动力耦合器行星架左部、乙型轴承、动力耦合器行星架右部和动力耦合器右端盖；所述动力耦合器恒星轮通过甲型轴承支撑在外制动片中心轴上；所述动力耦合器左端盖与内制动片连接，所述动力耦合器齿圈与动力耦合器左端盖连接，所述动力耦合器右端盖与动力耦合器齿圈连接；所述动力耦合器行星架左部与外制动片中心轴传动连接，所述动力耦合器行星架左部与动力耦合器行星架右部连接，所述动力耦合器行星轮通过乙型轴承定位在行星架上。
进一步，所述减速储能器还包括密封圈、丙型轴承、减速器端盖、减速器高速级行星架左部、丁型轴承、戊型轴承、减速器高速级行星架右部、减速器低速级行星架左部和减速器低速级行星架右部；
所述减速器端盖与动力耦合器右端盖之间设有密封圈，所述减速器高速级行星架左部与所述减速器高速级行星架右部之间通过戊型轴承支撑减速器高速级行星轮，减速器低速级行星架左部与减速器低速级行星架右部之间通过戊型轴承支撑减速器低速级行星轮，所述减速器高速级恒星轮与动力耦合器右端盖传动连接；所述减速器高速级行星架右部与减速器低速级恒星轮连接；所述减速器低速级行星架右部与势能储能单元固定架连接；减速器端盖与减速器齿圈连接；所述减速器高速级行星轮的行星架与减速器端盖之间安装丙型轴承；所述减速器高速级行星轮的行星架与减速器高速级恒星轮之间安装丁型轴承。
进一步，当内制动片处于制动状态，外制动片处于自由状态时，所述动力耦合器齿圈处于锁定状态，动力耦合器恒星轮与行星架同向转动，系统为常规驱动模式。
进一步，当外制动片处于制动状态，内制动片处于自由状态时，所述动力耦合器行星架处于锁定状态，动力耦合器恒星轮与动力耦合器齿圈反向转动，所述减速储能器高速级恒星轮将动力输入并储存于势能储能单元，系统为动力储备模式。
进一步，当外制动片和内制动片均处于自由状态时，势能储能单元释放形变能量通过第二行星轮系和第三行星轮系传动到动力耦合器齿圈，所述动力耦合器齿圈、动力耦合器行星架和动力耦合器恒星轮将同向转动，系统为混合驱动模式。
进一步，当外制动片和内制动片均处于制动状态时，动力耦合器内无功率传递，系统为驻车模式。
本发明的有益效果在于：
本发明所述的分布式功率分流型混合动力系统，在发动机输出功率高于车辆需求功率时对发动机额外输出功率进行储能，使得发动机工况变化平稳，让其尽可能工作于高效区间，并在车轮需要加力时提供额外扭矩。本发明所采用实施例将装置结构布置于各个车轮轮毂内，并采用行星齿轮组对储能机构、动力传动轴进行功率耦合，故命名为分布式功率分流型混合动力系统方案。本发明装置的引入可降低发动机工况波动，同时提高轮上峰值扭矩，尤其适合较为激进的油门刹车驾驶策略，或是应用于竞速型车辆。
附图说明
图1为本发明所述的分布式功率分流型混合动力系统原理图。
图2为常规驱动模式功率流向图。
图3为动力储备模式功率流向图。
图4为混合驱动模式功率流向图。
图5为具体实施例总成剖视图。
图6为内制动片和外制动片剖视图。
图7为势能储能单元示意图。
图中：
1-外制动片；2-内制动片；3-卡钳活塞；4-卡钳摩擦片；5-制动卡钳钳体；6-甲型轴承；7-动力耦合器左端盖；8-动力耦合器行星架左部；9-动力耦合器恒星轮；10-乙型轴承；11-动力耦合器行星轮；12-动力耦合器行星架右部；13-动力耦合器齿圈；14-动力耦合器右端盖； 15-密封圈；16-丙型轴承；17-减速器端盖；18-减速器高速级行星架左部；19-减速器高速级行星轮；20-丁型轴承；21-减速器高速级恒星轮；22-戊型轴承；23-减速器高速级行星架右部； 24-减速器齿圈；25-减速器低速级行星架左部；26-减速器低速级行星轮；27-减速器低速级行星架右部；28-减速器低速级恒星轮；29-己型轴承；30-势能储能单元固定架；31-势能储能单元；32-储能器端盖。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
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，或一体地连接；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。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。
如图1、图5和图6所示，本发明所述的分布式功率分流型混合动力系统，包括内制动片2、外制动片1，动力耦合器和减速储能器；内制动片2和外制动片1外部均设有制动卡钳，制动卡钳由卡钳活塞3、卡钳摩擦片4、制动卡钳钳体5构成，所述制动卡钳刚性连接至车辆驱动桥。
所述动力耦合器包括甲型轴承6、动力耦合器左端盖7、动力耦合器行星架左部8、动力耦合器恒星轮9、乙型轴承10、动力耦合器行星轮11、动力耦合器行星架右部12、动力耦合器右端盖14和动力耦合器齿圈13；所述动力耦合器恒星轮9、动力耦合器行星轮11和动力耦合器齿圈13构成第一行星轮系；所述内制动片2与动力耦合器齿圈13连接，所述外制动片1与动力耦合器行星轮11的行星架连接；所述动力耦合器恒星轮9与动力源连接；动力耦合器行星架右部12与动力耦合器右端盖14连接；所述动力耦合器恒星轮9通过甲型轴承6 支撑在外制动片1中心轴上；所述动力耦合器左端盖7与内制动片2连接，所述动力耦合器齿圈13与动力耦合器左端盖7连接，所述动力耦合器右端盖14与动力耦合器齿圈13连接；所述动力耦合器行星架左部8与外制动片1中心轴传动连接，所述动力耦合器行星架左部8 与动力耦合器行星架右部12连接，所述动力耦合器行星轮11通过乙型轴承10定位在行星架上。
所述动力耦合器行星架左部8通过花键与前述外制动片1中心轴构成刚性联接，所述动力耦合器行星架左部8与动力耦合器行星架右部12作刚性联接，所述动力耦合器行星轮11 通过乙型轴承10实现与行星架定位。所述动力耦合器恒星轮9与所述行星架(动力耦合器行星架左部8与动力耦合器行星架右部12)与所述动力耦合器齿圈13组成的行星排构成动力耦合结构，即恒星轮作为动力输入，行星架与所述外制动片1相连并作为动力输出，齿圈与后文中所述减速器高速级恒星轮21相连并受前述制动卡钳控制作为行星排的输入或输出，以实现功率分流的目的。
所述减速储能器包括减速器齿圈24、减速器高速级行星轮19、减速器高速级恒星轮21、减速器低速级行星轮26、减速器低速级恒星轮28、势能储能单元31、密封圈15、丙型轴承 16、减速器端盖17、减速器高速级行星架左部18、丁型轴承20、戊型轴承22、减速器高速级行星架右部23、减速器低速级行星架左部25和减速器低速级行星架右部27；所述减速器齿圈24、减速器高速级行星轮19和减速器高速级恒星轮21构成第二行星轮系；所述减速器齿圈24、减速器低速级行星轮26和减速器低速级恒星轮28构成第三行星轮系；所述减速器齿圈24安装在壳体上；所述动力耦合器齿圈13与减速器高速级恒星轮21连接；所述减速器高速级行星轮19的行星架与减速器低速级恒星轮28连接；所述减速器低速级行星轮26的行星架通过势能储能单元31与壳体安装；壳体一般为车辆驱动桥。所述减速储能器通过二级减速机构，将输入所述减速器高速级恒星轮21的大弧度转动转化为高劲度系数的所述势能储能单元31的较小形变。
所述减速器端盖17与动力耦合器右端盖14之间设有密封圈15，所述减速器高速级行星架左部18与所述减速器高速级行星架右部23之间通过戊型轴承22支撑减速器高速级行星轮 19，减速器低速级行星架左部25与减速器低速级行星架右部27之间通过戊型轴承22支撑减速器低速级行星轮26，所述减速器高速级恒星轮21与动力耦合器右端盖14传动连接；所述减速器高速级行星架右部23与减速器低速级恒星轮28连接；所述减速器低速级行星架右部 27与势能储能单元固定架30连接；减速器端盖17与减速器齿圈24连接；所述减速器高速级行星轮的行星架与减速器端盖17之间安装丙型轴承16；所述减速器高速级行星轮的行星架与减速器高速级恒星轮21之间安装丁型轴承20。
所述势能储能单元31包括势能储能单元固定架30、弹性元件和储能器端盖32，所述势能储能单元固定架30安装在减速器低速级行星轮26的行星架上，所述弹性元件两端分别与势能储能单元固定架30和储能器端盖32连接，所述储能器端盖32安装在车辆驱动桥上，利用所述势能储能单元固定架30相对于储能器端盖32的转动，使弹性元件储存或释放能量。
所述减速器高速级恒星轮21通过花键与动力耦合器右端盖14作刚性联接以传递扭矩，所述减速器高速级行星架右部23与所述减速器低速级恒星轮28作刚性联接以传动。所述减速器低速级行星架右部27与所述势能储能单元固定架30作刚性联接以传动。所述势能储能单元31两端分别与所述势能储能单元固定架30和储能器端盖32作可转动联接。所述储能器端盖32固定于车辆驱动桥。势能储能单元固定架30相对于储能器端盖32的转动将压缩势能储能单元31进行储能。至此，可以看出，通过减速器高速级恒星轮21输入减速储能器的动力经两级行星排减速后作为势能储能单元31的较小形变。显然，势能储能单元31的较小形变在释放时，两级减速器将作加速器。
所述制动卡钳可由液压或机械驱动，通过刚性联接固定于车辆驱动桥，通过锁定或释放所述外制动片1和/或内制动片2以实现常规驱动、动力储备、混合驱动及驻车四种功能。
通过上述结构，本实施例可提供四种功能，即常规驱动模式、动力储备模式、混合驱动模式、驻车模式。下述四种模式除驻车模式外，动力耦合器恒星轮9均处于转动状态，即接收由发动机传递而来的动力。
所述常规驱动模式，内制动片2被制动卡钳锁定，外制动片2处于自由状态，即动力耦合器行星架处于自由状态，动力耦合器齿圈13处于锁定状态，由行星齿轮运动原理得知，此时动力耦合器恒星轮9与行星架同向转动。此模式本装置的功率流向见图2。
所述动力储备模式，外制动片1被制动卡钳锁定，内制动片2处于自由状态，即动力耦合器行星架处于锁定状态，动力耦合器齿圈12处于自由状态，由行星齿轮运动原理得知，此时动力耦合器恒星轮9与动力耦合器齿圈13反向转动。与动力耦合器齿圈13刚性联接的减速储能器高速级恒星轮21将动力输入并储存于储能机构中。此模式本装置的功率流向见图3。
所述混合驱动模式，内制动片2、外制动片1均处于自由状态，势能储能单元31将形变释放，二级减速器将作为加速器，将扭矩输出至动力耦合器齿圈13。由行星齿轮运动原理得知，动力耦合器齿圈13、行星架(包括动力耦合器行星架右部12、动力耦合器行星架左部8)、动力耦合器恒星轮9将同向转动。此模式本装置的功率流向见图4。
所述驻车模式，内制动片2、外制动片1均处于锁定状态，动力耦合器内无功率传递。
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种分布式功率分流型混合动力系统，其特征在于，包括内制动片(2)、外制动片(1)，动力耦合器和减速储能器；
所述动力耦合器包括动力耦合器恒星轮(9)、动力耦合器行星轮(11)和动力耦合器齿圈(13)；所述动力耦合器恒星轮(9)、动力耦合器行星轮(11)和动力耦合器齿圈(13)构成第一行星轮系；所述内制动片(2)与动力耦合器齿圈(13)连接，所述外制动片(1)与动力耦合器行星轮(11)的行星架连接；所述动力耦合器恒星轮(9)与动力源连接；
所述减速储能器包括减速器齿圈(24)、减速器高速级行星轮(19)、减速器高速级恒星轮(21)、减速器低速级行星轮(26)、减速器低速级恒星轮(28)和势能储能单元(31)；所述减速器齿圈(24)、减速器高速级行星轮(19)和减速器高速级恒星轮(21)构成第二行星轮系；所述减速器齿圈(24)、减速器低速级行星轮(26)和减速器低速级恒星轮(28)构成第三行星轮系；所述减速器齿圈(24)为固定件；所述动力耦合器齿圈(13)与减速器高速级恒星轮(21)连接；所述减速器高速级行星轮(19)的行星架与减速器低速级恒星轮(28)连接；所述减速器低速级行星轮(26)的行星架通过势能储能单元(31)与壳体安装；
通过锁定或释放所述外制动片(1)和内制动片(2)用于实现常规驱动模式、动力储备模式、混合驱动模式和驻车模式的切换；
所述势能储能单元(31)包括势能储能单元固定架(30)、弹性元件和储能器端盖(32)，所述势能储能单元固定架(30)安装在减速器低速级恒星轮(28)的行星架上，所述弹性元件两端分别与势能储能单元固定架(30)和储能器端盖(32)连接，所述储能器端盖(32)安装在车辆驱动桥上，利用所述势能储能单元固定架(30)相对于储能器端盖(32)的转动，使弹性元件储存或释放能量；
所述动力耦合器还包括甲型轴承(6)、动力耦合器左端盖(7)、动力耦合器行星架左部(8)、乙型轴承(10)、动力耦合器行星架右部(12)和动力耦合器右端盖(14)；所述动力耦合器恒星轮(9)通过甲型轴承(6)支撑在外制动片(1)中心轴上；所述动力耦合器左端盖(7)与内制动片(2)连接，所述动力耦合器齿圈(13)与动力耦合器左端盖(7)连接，所述动力耦合器右端盖(14)与动力耦合器齿圈(13)连接；所述动力耦合器行星架左部(8)与外制动片(1)中心轴传动连接，所述动力耦合器行星架左部(8)与动力耦合器行星架右部(12)连接，所述动力耦合器行星轮(11)通过乙型轴承(10)定位在行星架上；
所述减速储能器还包括密封圈(15)、丙型轴承(16)、减速器端盖(17)、减速器高速级行星架左部(18)、丁型轴承(20)、戊型轴承(22)、减速器高速级行星架右部(23)、减速器低速级行星架左部(25)和减速器低速级行星架右部(27)；
所述减速器端盖(17)与动力耦合器右端盖(14)之间设有密封圈(15)，所述减速器高速级行星架左部(18)与所述减速器高速级行星架右部(23)之间通过戊型轴承(22)支撑减速器高速级行星轮(19)，减速器低速级行星架左部(25)与减速器低速级行星架右部(27)之间通过戊型轴承(22)支撑减速器低速级行星轮(26)，所述减速器高速级恒星轮(21)与动力耦合器右端盖(14)传动连接；所述减速器高速级行星架右部(23)与减速器低速级恒星轮(28)连接；所述减速器低速级行星架右部(27)与势能储能单元固定架(30)连接；减速器端盖(17)与减速器齿圈(24)连接；所述减速器高速级行星轮的行星架与减速器端盖(17)之间安装丙型轴承(16)；所述减速器高速级行星轮的行星架与减速器高速级恒星轮(21)之间安装丁型轴承(20)。
2.根据权利要求1所述的分布式功率分流型混合动力系统，其特征在于，当内制动片(2)处于制动状态，外制动片(1)处于自由状态时，所述动力耦合器齿圈(13)处于锁定状态，动力耦合器恒星轮(9)与行星架同向转动，系统为常规驱动模式。
3.根据权利要求1所述的分布式功率分流型混合动力系统，其特征在于，当外制动片(1)处于制动状态，内制动片(2)处于自由状态时，所述动力耦合器行星架处于锁定状态，动力耦合器恒星轮(9)与动力耦合器齿圈(13)反向转动，所述减速储能器高速级恒星轮(21)将动力输入并储存于势能储能单元(31)，系统为动力储备模式。
4.根据权利要求1所述的分布式功率分流型混合动力系统，其特征在于，当外制动片(1)和内制动片(2)均处于自由状态时，势能储能单元(31)释放形变能量通过第二行星轮系和第三行星轮系传动到动力耦合器齿圈(13)，所述动力耦合器齿圈(13)、动力耦合器行星架和动力耦合器恒星轮(9)将同向转动，系统为混合驱动模式。
5.根据权利要求1所述的分布式功率分流型混合动力系统，其特征在于，当外制动片(1)和内制动片(2)均处于制动状态时，动力耦合器内无功率传递，系统为驻车模式。
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