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CN114435124A - 一种基于行星齿轮的双电机多模式驱动系统 - Google Patents

一种基于行星齿轮的双电机多模式驱动系统 Download PDF

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CN114435124A CN202210108664.4A CN202210108664A CN114435124A CN 114435124 A CN114435124 A CN 114435124A CN 202210108664 A CN202210108664 A CN 202210108664A CN 114435124 A CN114435124 A CN 114435124A
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田阳
姬晓宇
仝博宇
易冠宇
田晓润
李书强
赵印
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Abstract

本发明涉及一种基于行星齿轮的双电机多模式驱动系统，包括驱动电机Ⅰ、输入轴Ⅰ、驱动电机Ⅱ、输出轴Ⅱ、双排单太阳轮行星齿轮机构、制动器Ⅰ、制动器Ⅱ、轮系壳体和传动机构；所述驱动电机Ⅰ由输入轴Ⅰ连接至双排单太阳轮行星齿轮机构的太阳轮；所述驱动电机Ⅱ由输入轴Ⅱ连接至双排单太阳轮行星齿轮机构的齿圈；所述制动器Ⅰ工作可将双排单太阳轮行星齿轮机构的大行星架制动，制动器Ⅱ工作可将双排单太阳轮行星齿轮机构的齿圈制动；所述双排单太阳轮行星齿轮机构的小行星架作为机构的输出构件与传动机构连接，输出动力驱动汽车。该系统可实现五种驱动模式，使汽车在行驶过程中有多种驱动模式可选择，满足不同的驾驶需求。

Description

一种基于行星齿轮的双电机多模式驱动系统
技术领域
本发明涉及新能源汽车技术领域，尤其涉及一种基于行星齿轮的双电机多模式驱动系统。
背景技术
汽车行业在近些年取得了快速发展，给人们的生活带来了极大便利。随着人们对汽车动力性、经济型、舒适度的需求逐渐提升和石油资源的日益紧缺和自然环境的日益恶劣，国家开始大力支持电动汽车的研发与使用。电动汽车清洁环保，驾驶舒适，是解决上市问题的良好方案。但目前电动汽车仍存在着受限于电池容量，续航时间短等问题。
双电机驱动通过两台驱动电机和制动器的相互配合，具有多种工作模式，可以在不同路况下选择不同的驱动模式，选择最优的工作模式，在保证汽车动力性的前提之下，提升汽车的经济型，从而提高能源的使用效率。因此，双电机驱动系统将成为新能源汽车领域的重点研发方向。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种搭载双电机的行星齿轮组耦合驱动系统，旨在保证汽车动力性的前提下，通过多种工作模式提高动力的使用效率，以提高汽车的经济性。本发明在单电机驱动系统基础上改进为双电机结构，搭配行星齿轮机构，并通过与制动器的配合，提供多种驱动模式。
本发明采用的技术方案如下：
本发明所提出的一种基于行星齿轮的双电机多模式驱动系统，包括驱动电机Ⅰ、输入轴Ⅰ、驱动电机Ⅱ、输入轴Ⅱ、双排单太阳轮行星齿轮机构、制动器Ⅰ、制动器Ⅱ和传动机构；
所述双排单太阳轮行星齿轮机构包括大太阳轮、齿圈、内行星齿轮、大行星架、小太阳轮、外行星齿轮和小行星架；所述大太阳轮和小太阳轮依次平行设置；所述内行星齿轮啮合连接在大太阳轮的圆周外侧；所述大行星架设置在内行星齿轮的一侧；所述外行星齿轮啮合连接在小太阳轮的圆周外侧；所述小行星架设置在外行星齿轮的一侧；所述齿圈设置在内行星齿轮和外行星齿轮的外侧并分别与内行星齿轮和外行星齿轮啮合连接；
所述驱动电机Ⅰ通过输入轴Ⅰ与齿圈连接；所述驱动电机Ⅱ通过输入轴Ⅱ依此与大行星架、大太阳轮和小太阳轮连接；所述制动器Ⅰ一侧与大行星架连接，用于大行星架的制动；所述制动器Ⅱ一侧与齿圈连接，用于齿圈的制动；所述传动机构设置在小行星架的输出端；所述驱动电机Ⅰ和驱动电机Ⅱ的扭矩经小行星架输出至动力传动机构。
进一步的，所述动力传动机构包括主减速器输入齿轮、主减速器输出齿轮和差速器；所述主减速器输入齿轮与小行星架输出端啮合；所述主减速器输出齿轮与主减速器输入齿轮啮合，将动力传输至差速器，最终传输至车轮驱动汽车行驶。
进一步的，所述大太阳轮和小太阳轮与输入轴II同轴连接，即共用同一输入轴，转动轴线重合于一条直线上。
进一步的，所述双排单太阳轮行星齿轮机构的外部设置有轮系壳体，所述制动器I、制动器II、主减速器输入齿轮和主减速器输出齿轮均位于轮系壳体内部。
进一步的，所述驱动系统包括五种驱动模式，分别为驱动电机I驱动模式、驱动电机II驱动模式一、驱动电机II驱动模式二、双电机转矩耦合模式和双电机转速耦合模式；其中
驱动电机Ⅰ驱动模式：驱动电机Ⅰ工作，为驱动系统提供转矩，制动器Ⅰ制动大行星架，驱动电机Ⅱ和制动器Ⅱ均不工作；
驱动电机Ⅱ驱动模式一：驱动电机Ⅱ工作，为驱动系统提供转矩，制动器Ⅰ制动大行星架，驱动电机Ⅰ和制动器Ⅱ均不工作；
驱动电机Ⅱ驱动模式二：驱动电机Ⅱ工作，为驱动系统提供转矩，制动器Ⅱ制动齿圈，驱动电机Ⅰ和制动器Ⅰ均不工作；
双电机转矩耦合模式：驱动电机Ⅰ和驱动电机Ⅱ同时工作，共同为驱动系统提供转矩，制动器Ⅰ制动大行星架，制动器Ⅱ不工作；
双电机转速耦合模式：驱动电机Ⅰ和Ⅱ同时工作，共同为驱动系统提供转矩，制动器Ⅰ和制动器Ⅱ均不工作。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
纯电动汽车在中低速下的性能十分优异，安静、经济、性能，但到了高速，纯电动汽车的性价比就会变的很低，阻力的增加让纯电动汽车的电量消耗速度成倍数增加，本发明便可依靠两个电机和两个制动器的配合工作，为汽车的行驶提供更加宽泛的传动比，因为传动比有了更多的选择，车辆可以在不同的行驶条件下进行模式切换，选择最合适、效率最高的模式进行驱动，从而可以实现更高的传动效率和能量利用率。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于行星齿轮的双电机多模式驱动系统的结构示意图；
图2为本发明驱动电机I驱动模式的动力传递图；
图3为本发明驱动电机II驱动模式一的动力传递图；
图4为本发明驱动电机Ⅱ驱动模式二的动力传递图；
图5为本发明双电机驱动模式的动力传递图。
其中，附图标记：1-驱动电机Ⅱ；2-输入轴Ⅱ；3-驱动电机Ⅰ；4-输入轴Ⅰ；5-齿圈；6-内行星齿轮；7-外行星齿轮；8-小行星架；9-主减速器输入齿轮；10-差速器；11-主减速器输出齿轮；12-大太阳轮；13-制动器Ⅱ；14-大行星架；15-制动器Ⅰ；16-小太阳轮；17-轮系壳体。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“左”、“右”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。
参见附图1至4，给出了本发明所提出的一种基于行星齿轮的双电机多模式驱动系统的一个实施例的具体结构。所述驱动系统包括驱动电机Ⅱ1、输入轴Ⅱ2、驱动电机Ⅰ3、输入轴Ⅰ4、双排单太阳轮行星齿轮机构、制动器Ⅱ13、制动器Ⅰ15和传动机构。
其中，所述双排单太阳轮行星齿轮机构包括齿圈5、内行星齿轮6、外行星齿轮7、小行星架8、大太阳轮12、大行星架14和小太阳轮16；所述大太阳轮和小太阳轮依次平行设置；所述内行星齿轮6啮合连接在大太阳轮12的圆周外侧；所述大行星架14连接在内行星齿轮6的左侧；所述外行星齿轮7啮合连接在小太阳轮16的圆周外侧；所述小行星架8连接在外行星齿轮7的右侧；所述齿圈5设置在内行星齿轮6和外行星齿轮6的外侧并分别与内行星齿轮6和外行星齿轮7啮合连接。
所述驱动电机Ⅱ1通过输入轴Ⅱ2依次与大行星架14、大太阳轮12和小太阳轮16同轴连接，即大行星架14、大太阳轮12和小太阳轮16共用同一输入轴，转动轴线重合于一条直线上；所述驱动电机Ⅰ3通过输入轴Ⅰ4与齿圈5同轴连接；所述双排单太阳轮行星齿轮机构外部设置有轮系壳体17；所述制动器Ⅰ15位于轮系壳体17内部，一侧与轮系壳体17连接，另一侧与大行星架14连接，用于大行星架14的制动；所述制动器Ⅱ位于轮系壳体17内部，一侧与轮系壳体17连接，另一侧与齿圈5连接，用于齿圈5的制动；所述传动机构连接在小行星架8的输出端；所述驱动电机Ⅰ3和驱动电机Ⅱ1的扭矩经小行星架8输出至动力传动机构。
所述动力传动机构包括主减速器输入齿轮9、主减速器输出齿轮11和差速器10；所述主减速器输入齿轮9与小行星架8的输出端连接；所述主减速器输出齿轮11与主减速器输入齿轮9啮合；且所述主减速器输入齿轮9和主减速器输出齿轮11均位于轮系壳体17内部；所述差速器10与主减速器输出齿轮11连接，将动力传输至差速器10，继而输入至半轴，最终传输至车轮驱动汽车行驶。通过整车控制器根据汽车的行驶需求对汽车的驱动模式进行决策及切换。
所述驱动系统包括五种驱动模式，分别为驱动电机I驱动模式、驱动电机II驱动模式一、驱动电机II驱动模式二、双电机转矩耦合模式和双电机转速耦合模式；其中
当本系统处于驱动电机Ⅰ3驱动模式时，如图2所示，当处于这种驱动模式时，驱动电机Ⅰ3和制动器Ⅰ15工作，驱动电机Ⅰ3提供驱动力，制动器Ⅰ15动大行星架14。此时动力由驱动电机Ⅰ3经过输入轴Ⅰ4输入至齿圈5，经过行星齿轮机构后，小行星架8将动力输出至主减速器输入齿轮9，并由主减速器输出齿轮11最终将动力输出。同时，驱动力可输入至驱动电机Ⅱ1，使其产生反转。
当本系统处于驱动电机Ⅱ1驱动模式一时，如图3所示。当处于这种驱动模式时，驱动电机Ⅱ1、制动器Ⅰ15工作，制动器Ⅱ13不工作。驱动电机Ⅱ1提供驱动力，制动器Ⅰ15动大行星架14。此时动力由驱动电机Ⅱ1经过输入轴Ⅱ2输入至太阳轮12，经过行星齿轮机构后，小行星架8将动力输出至主减速器输入齿轮9，并由主减速器输出齿轮11最终将动力输出。同时，驱动力可输入至驱动电机Ⅰ3，使其产生反转。
当本系统处于驱动电机Ⅱ驱动模式二时，如图4所示。当处于这种模式时，驱动电机Ⅱ1、制动器Ⅱ13工作，制动器Ⅰ15不工作。驱动电机Ⅱ1提供驱动力，制动器Ⅱ13动齿圈5。此时动力由驱动电机Ⅱ1经过输入轴Ⅱ2输入至大太阳轮12、小太阳轮16，经过行星齿轮机构后，小行星架8将动力输出至主减速器输入齿轮9，并由主减速器输出齿轮11最终将动力输出。由于制动器Ⅱ将齿圈5制动，所以此时驱动电机Ⅰ3不会产生反转。
当本系统处于双电机转矩耦合模式时，如图5所示，当处于这种驱动模式时，驱动电机Ⅰ3、驱动电机Ⅱ1均工作，制动器Ⅰ15工作，制动器Ⅱ13不工作。驱动电机Ⅰ3、动电机Ⅱ1提供驱动力，制动器Ⅰ15动大行星架14。此时动力由驱动电机Ⅱ1经过输入轴Ⅰ4、输入轴Ⅱ2输入至太阳轮12，经过行星齿轮机构后，小行星架8将动力输出至主减速器输入齿轮9，并由主减速器输出齿轮11最终将动力输出。
当本系统处于双电机速度耦合模式时，驱动电机Ⅰ3、驱动电机Ⅱ1均工作，制动器Ⅰ15不工作，制动器Ⅱ13不工作，两种模式仅在于制动器Ⅰ15工作与否，其余完全相同。
本发明采用双电机驱动行星齿轮机构，以保证汽车的动力性作为前提，通过驱动电机和制动器的共同配合，可以在多种模式间共同切换，以适应不同的驾驶需求，提升能源的利用率。
上述不同工作模式对应构件工作状态见表1：
Mode EM1 EM2 Break1 Break2
1 on off on off
2 off on on off
3 off on off on
4 on on on off
5 on on off off
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于行星齿轮的双电机多模式驱动系统，其特征在于：所述驱动系统包括驱动电机Ⅰ、输入轴Ⅰ、驱动电机Ⅱ、输入轴Ⅱ、双排单太阳轮行星齿轮机构、制动器Ⅰ、制动器Ⅱ和传动机构；
所述双排单太阳轮行星齿轮机构包括大太阳轮、齿圈、内行星齿轮、大行星架、小太阳轮、外行星齿轮和小行星架；所述大太阳轮和小太阳轮依次平行设置；所述内行星齿轮啮合连接在大太阳轮的圆周外侧；所述大行星架设置在内行星齿轮的一侧；所述外行星齿轮啮合连接在小太阳轮的圆周外侧；所述小行星架设置在外行星齿轮的一侧；所述齿圈设置在内行星齿轮和外行星齿轮的外侧并分别与内行星齿轮和外行星齿轮啮合连接；
所述驱动电机Ⅰ通过输入轴Ⅰ与齿圈连接；所述驱动电机Ⅱ通过输入轴Ⅱ依此与大行星架、大太阳轮和小太阳轮连接；所述制动器Ⅰ一侧与大行星架连接，用于大行星架的制动；所述制动器Ⅱ一侧与齿圈连接，用于齿圈的制动；所述传动机构设置在小行星架的输出端；所述驱动电机Ⅰ和驱动电机Ⅱ的扭矩经小行星架输出至动力传动机构。
2.根据权利要求1所述的一种基于行星齿轮的双电机多模式驱动系统，其特征在于：所述动力传动机构包括主减速器输入齿轮、主减速器输出齿轮和差速器；所述主减速器输入齿轮与小行星架输出端啮合；所述主减速器输出齿轮与主减速器输入齿轮啮合，将动力传输至差速器，最终传输至车轮驱动汽车行驶。
3.根据权利要求1所述的一种基于行星齿轮的双电机多模式驱动系统，其特征在于：所述大太阳轮和小太阳轮与输入轴II同轴连接，即共用同一输入轴，转动轴线重合于一条直线上。
4.根据权利要求2所述的一种基于行星齿轮的双电机多模式驱动系统，其特征在于：所述双排单太阳轮行星齿轮机构的外部设置有轮系壳体，所述制动器I、制动器II、主减速器输入齿轮和主减速器输出齿轮均位于轮系壳体内部。
5.根据权利要求1所述的一种基于行星齿轮的双电机多模式驱动系统，其特征在于：所述驱动系统包括五种驱动模式，分别为驱动电机I驱动模式、驱动电机II驱动模式一、驱动电机II驱动模式二、双电机转矩耦合模式和双电机转速耦合模式；其中
驱动电机Ⅰ驱动模式：驱动电机Ⅰ工作，为驱动系统提供转矩，制动器Ⅰ制动大行星架，驱动电机Ⅱ和制动器Ⅱ均不工作；
驱动电机Ⅱ驱动模式一：驱动电机Ⅱ工作，为驱动系统提供转矩，制动器Ⅰ制动大行星架，驱动电机Ⅰ和制动器Ⅱ均不工作；
驱动电机Ⅱ驱动模式二：驱动电机Ⅱ工作，为驱动系统提供转矩，制动器Ⅱ制动齿圈，驱动电机Ⅰ和制动器Ⅰ均不工作；
双电机转矩耦合模式：驱动电机Ⅰ和驱动电机Ⅱ同时工作，共同为驱动系统提供转矩，制动器Ⅰ制动大行星架，制动器Ⅱ不工作；
双电机转速耦合模式：驱动电机Ⅰ和Ⅱ同时工作，共同为驱动系统提供转矩，制动器Ⅰ和制动器Ⅱ均不工作。
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