雙行星排雙模功率分流式混合動力系統的制作方法

本發明涉及汽車技術領域，特別涉及一種雙行星排雙模功率分流式混合動力系統。

背景技術：

面對隨著汽車行業的快速發展，未來的汽車將逐漸趨于混動化和電動化。同時，為了適應環境的可持續發展，汽車應該有更低的二氧化碳排放和能耗。混合動力汽車是目前最有效的節能汽車方案，其驅動系統有串聯、并聯和混聯三種形式。串聯能實現發動機的最優控制，但是全部能量都會經過二次轉換，損失較大；并聯能實現較好的傳動效率，但是發動機與輸出軸機械連接，不能保證發動機始終處于較優的工作區域內；混聯能結合串聯和并聯的優點，規避二者的缺點，是三者中最為優化的構型方案。

當前混聯式混合動力汽車主要采用行星機構作為功率分流裝置，典型的結構形式包括豐田的THS系統和通用的AHS系統。其中，豐田的THS系統只能實現輸入式功率分流一種模式，驅動電機直接連接到輸出件齒圈，對其性能要求較高，為了滿足良好得動力性，需選用功率等級較高的電機，這在很大程度上增大了整車成本和安裝的困難程度。另外，THS系統由于只能實現輸入式功率分流一種模式，其在高速區傳動效率較小。通用公司的AHS系統多數采用三排行星齒輪機構進行功率分流，需要控制多個離合器、鎖止器以進行模式切換，導致其結構復雜、控制難度大。

目前，已有的雙行星排混合動力系統的專利大多只能實現一種功率分流模式，混合動力系統的高效率區間較小；同時，該類專利混合動力系統的輸出扭矩小，為了滿足爬坡性能等動力性需求，需選用功率等級較高的電機。如中國專利公布號CN103448529A，公布日2013-12-18，公開了行星式雙模油電混聯混合動力系統，該系統只能實現輸入式功率分流一種模式，系統高速區傳動效率較小，純電動模式下會產生較大的弱磁損失；該系統輸出扭矩較小，為了滿足爬坡性能需求，需要匹配較高功率等級的電機。雙行星排雙模功率分流式混合動力系統結合了輸入功率分流模式和復合功率分流模式，一方面增大了混合動力系統的高效率區間，有效地避免寄生功率的產生，改善車輛的經濟性；另一方面有效地降低系統對驅動電機的功率需求，提高車輛在平直路面的加速性能和爬坡性能。

技術實現要素：

本發明是為克服車輛在低速區加速性能差和爬坡能力有限的問題，以及克服車輛在高速區產生寄生功率和整車綜合效率降低的問題，提供了一種雙行星排雙模功率分流式混合動力系統。

為解決上述技術問題，本發明是采用如下技術方案實現的，結合附圖：所述的雙行星排雙模功率分流式混合動力系統，包括發動機1、前行星排與后行星排，該系統還包括離合器系統、制動器17與電機系統；所述的前行星排套裝在動力輸入軸3上為轉動連接，前行星排行星架7與動力輸入軸3為花鍵副連接；后行星排套裝在二號電機12的輸出軸上為轉動連接，后行星排太陽輪13與二號電機12的輸出軸為花鍵副連接；一號離合器8的主動部分與前行星排行星架7為一體結構，一號離合器8的從動部分固連在后行星排齒圈16的左端，與后行星排齒圈16共同旋轉；二號離合器10的主動部分與前行星排齒圈9為一體結構，二號離合器10的從動部分固連在后行星排行星架15的左端，與后行星排行星架15共同旋轉；三號離合器11的主動部分與后行星排太陽輪13為一體結構，三號離合器11的從動部分與二號離合器10的主動部分為一體結構；制動器17的主動部分與后行星排齒圈16為一體結構，制動器17的從動部分固定在車架上；一號電機4的殼體固定在車架上，一號電機4的轉子套裝在動力輸入軸3的右端，與前行星排太陽輪5為花鍵副連接；二號電機12的殼體固定在車架上，二號電機12的輸出軸與后行星排太陽輪13為花鍵副連接。

根據本發明提供的雙行星排雙模功率分流式混合動力系統，其中，動力輸入軸3、前行星排、后行星排、一號離合器8、二號離合器10、三號離合器11、制動器17、一號電機4與二號電機12的回轉軸線共線。

根據本發明提供的雙行星排雙模功率分流式混合動力系統，其中，離合器系統包括有一號離合器8、二號離合器10和三號離合器11，一號離合器8的主動部分與前行星排行星架7為一體結構，從動部分固連在后行星排齒圈16的左端；二號離合器10的主動部分與前行星排齒圈9為一體結構，二號離合器10的從動部分固連在后行星排行星架15的左端；三號離合器11的主動部分與后行星排太陽輪13為一體結構，三號離合器11的從動部分與二號離合器10的主動部分為一體結構；通過調整一號離合器8、二號離合器10和三號離合器11不同的接合與分離狀態，從而實現功率分流模式的轉換；根據功率分流的方式不同，功率分流模式可劃分為輸入功率分流模式與復合功率分流模式，其中輸入功率分流模式還包括輸入功率分流模式Ⅰ與輸入功率分流模式Ⅱ兩種子模式。

根據本發明提供的雙行星排雙模功率分流式混合動力系統，其中，制動器17包括有主動部分和從動部分，主動部分與后行星排齒圈16為一體結構，從動部分固定在車架上；通過接合制動器17的主動部分與從動部分，可以實現純電動模式和再生制動模式。

根據本發明提供的雙行星排雙模功率分流式混合動力系統，其中，電機系統包括有一號電機4和二號電機12；一號電機4為永磁同步電機，一號電機4的殼體固定在汽車車架上，電機輸出軸為空心軸，通過軸承支撐在動力輸入軸3的光軸部分，電機轉子與前行星排太陽輪5通過花鍵連接；一號電機4用于在不同工況下解耦發動機1和車輪之間的轉速，使發動機1的轉速獨立于車輪的轉速，配合二號電機12對發動機1和車輪之間的轉矩解耦；二號電機12為永磁同步電機，二號電機12的殼體固定在汽車車架上，電機輸出軸通過軸承支撐在后行星排太陽輪13的凹槽部分，電機轉子與后行星排太陽輪13通過花鍵連接；二號電機12具有高轉矩輸出特性可以增加或補充整車驅動橋上來自于發動機1的轉矩以滿足路面轉矩需求。

根據本發明提供的雙行星排雙模功率分流式混合動力系統，其中，前行星排包括前行星排太陽輪5、前行星排行星輪6、前行星排行星架7、前行星排齒圈9；所述的前行星排太陽輪5、前行星排行星輪6、前行星排齒圈9依次嚙合，前行星排行星架7與前行星排行星輪6為轉動連接；所述的前行星排行星架7與一號離合器8的主動部分為一體結構，前行星排齒圈9與二號離合器10的主動部分為一體結構。

根據本發明提供的雙行星排雙模功率分流式混合動力系統，其中，后行星排包括后行星排太陽輪13、后行星排行星輪14、后行星排行星架15、后行星排齒圈16；所述的后行星排太陽輪13、后行星排行星輪14、后行星排齒圈16依次嚙合，后行星排行星架15與后行星排行星輪14為轉動連接；所述的后行星排太陽輪13與三號離合器11的主動部分為一體結構，后行星排行星架15與二號離合器10的從動部分為一體結構，后行星排齒圈16與一號離合器8的從動部分和制動器17的主動部分為一體結構。

所述的雙行星排雙模功率分流式混合動力系統劃分為純電動模式、輸入功率分流模式、復合功率分流模式和再生制動模式，其中輸入功率分流模式根據動力的傳遞途徑不同劃分輸入功率分流模式Ⅰ和輸入功率分流模式Ⅱ。

本發明與現有技術相比，有益效果如下：

1.本發明所述的雙行星排雙模功率分流式混合動力系統通過接合制動器，可以實現純電動起車模式，消除發動機的怠速油耗，提高整車燃油經濟性，同時減少有害氣體排放量，減少對環境的污染。

2.本發明所述的雙行星排雙模功率分流式混合動力系統通過接合二號離合器和制動器，可以實現輸入功率分流模式Ⅰ，在低速區整車綜合效率高，并且保證發動機工作在最佳燃油經濟區，降低整車油耗。

3.本發明所述的雙行星排雙模功率分流式混合動力系統通過接合三號離合器和制動器，可以實現輸入功率分流模式Ⅱ，前排動力經過后排減速增扭作用，輸出更大的驅動轉矩，提供更好的整車動力性。

4.本發明所述的雙行星排雙模功率分流式混合動力系統通過接合一號離合器和二號離合器，可以實現復合功率分流模式，在高速區整車綜合效率高，并且保證發動機工作在最佳燃油經濟區。

5.本發明所述的雙行星排雙模功率分流式混合動力系統通過接合制動器，可以實現再生制動模式，回收制動能量，明顯提高整車燃油經濟性。

6.本發明所述的雙行星排雙模功率分流式混合動力系統可以減少機械制動器的使用次數和強度，延長其使用壽命，降低其維修、保養費用。

7.本發明所述的雙行星排雙模功率分流式混合動力系統可以選用較小功率的發動機滿足車輛的正常行駛要求，減少有害氣體排放量，減少對環境的污染。

8.本發明所述的雙行星排雙模功率分流式混合動力系統在輸出相同驅動力的條件下，可以選用峰值轉矩較小的二號電機，減小了系統對電機的依賴性。

9.本發明所述的雙行星排雙模功率分流式混合動力系統應用范圍廣，不僅適用于乘用車，還可應用于商用車，尤其是對動力性要求較高的城市客車、公交客車和大型載貨車。

附圖說明

下面結合附圖對本發明作進一步說明：

圖1為本發明所述的雙行星排雙模功率分流式混合動力系統的結構原理圖；

圖2為本發明所述的雙行星排雙模功率分流式混合動力系統的桿模型圖；

圖3為本發明所述的雙行星排雙模功率分流式混合動力系統在純電動模式下的結構原理圖；

圖4為本發明所述的雙行星排雙模功率分流式混合動力系統在純電動模式下的桿模型圖；

圖5為本發明所述的雙行星排雙模功率分流式混合動力系統在輸入功率分流模式Ⅰ下的結構原理圖；

圖6為本發明所述的雙行星排雙模功率分流式混合動力系統在輸入功率分流模式Ⅰ下的桿模型圖；

圖7為本發明所述的雙行星排雙模功率分流式混合動力系統在輸入功率分流模式Ⅱ下的結構原理圖；

圖8為本發明所述的雙行星排雙模功率分流式混合動力系統在輸入功率分流模式Ⅱ下的桿模型圖；

圖9為本發明所述的雙行星排雙模功率分流式混合動力系統在復合功率分流模式下的結構原理圖；

圖10為本發明所述的雙行星排雙模功率分流式混合動力系統在復合功率分流模式下的桿模型圖；

圖中：1.發動機，2.扭轉減振器，3.動力輸入軸，4.一號電機，5.前行星排太陽輪，6.前行星排行星輪，7.前行星排行星架，8.一號離合器，9.前行星排齒圈，10.二號離合器，11.三號離合器，12.二號電機，13.后行星排太陽輪，14.后行星排行星輪，15.后行星排行星架，16.后行星排齒圈，17.制動器，18.輸出齒輪，19.動力輸出軸，20.驅動橋。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作詳細的描述：

參閱圖1、圖2，本發明提供了一種雙行星排雙模功率分流式混合動力系統，所述的雙行星排雙模功率分流式混合動力系統主要包括前行星排、后行星排、離合器系統、制動器和電機系統。

參閱圖1、圖2，所述的前行星排包括有動力輸入軸3、前行星排太陽輪5、前行星排行星輪6、前行星排行星架7、前行星排齒圈9。

參閱圖1、圖2，所述的動力輸入軸3為階梯軸結構，左端開有外花鍵用于傳遞來自發動機1經過扭轉減振器2的動力，右端通過花鍵或其他形式將動力傳遞給前行星排行星架7；所述的前行星排太陽輪5為圓柱齒輪結構；所述的前行星排行星輪6為圓柱齒輪結構；所述的前行星排行星架7為圓環結構，與一號離合器8的主動部分為一體結構；所述的前行星排齒圈9為圓柱內齒輪結構，與二號離合器10的主動部分和三號離合器11的從動部分為一體結構。

參閱圖1、圖2，動力輸入軸3左端通過軸承支撐在扭轉減振器2的輸出端，右端通過軸承支撐在前行星排行星架7凹槽內；前行星排太陽輪5通過軸承支撐在動力輸入軸3的光軸部分，與前行星排行星輪6常嚙合；前行星排行星輪6分別與前行星排太陽輪5和前行星排齒圈9常嚙合；前行星排行星架7通過銷軸與前行星排行星輪6連接，并繞前行星排太陽輪5公轉。

參閱圖1、圖2，所述的后行星排包括有后行星排太陽輪13、后行星排行星輪14、后行星排行星架15、后行星排齒圈16。

參閱圖1、圖2，所述的后行星排太陽輪13為圓柱齒輪結構，與三號離合器11的主動部分為一體結構，內部開有內花鍵用于傳遞來自二號電機12的動力；所述的后行星排行星輪14為圓柱齒輪結構；所述的后行星排行星架15為圓環結構，與二號離合器10的從動部分為一體結構，后行星排行星架15的右端為圓柱外齒輪機構；所述的后行星排齒圈16為圓柱內齒輪結構，與一號離合器8的從動部分和制動器17的主動部分為一體結構。

參閱圖1、圖2，后行星排太陽輪13通過軸承支撐在二號電機12的輸出軸光軸部分，與后行星排行星輪14常嚙合；后行星排行星輪14分別與后行星排太陽輪13和后行星排齒圈16常嚙合；后行星排行星架15通過銷軸與后行星排行星輪14連接，并繞后行星排太陽輪13公轉，后行星排行星架15的右端外齒輪與輸出齒輪18常嚙合，將動力通過輸出齒輪18傳遞給驅動橋20。

參閱圖1、圖2，所述的離合器系統包括一號離合器8、二號離合器10、三號離合器11。

參閱圖1、圖2，所述的一號離合器8為多片式摩擦離合器，其主動部分與前行星排行星架7為一體結構，從動部分與后行星排齒圈16固連在一起，通過摩擦作用來接合一號離合器8；二號離合器10為多片式摩擦離合器，其主動部分與前行星排齒圈9為一體結構，從動部分與后行星排行星架15固連在一起，通過摩擦作用來接合二號離合器10；三號離合器11為多片式摩擦離合器，其主動部分與后行星排太陽輪13為一體結構，從動部分與前行星排齒圈9固連在一起，通過摩擦作用來接合三號離合器11。

參閱圖1、圖2，所述的制動器17為多片式摩擦制動器，其主動部分與后行星排齒圈16為一體結構，從動部分固定在汽車車架或車身上，通過摩擦作用來接合制動器17。

參閱圖1、圖5、圖7、圖9，所述的電機系統包括一號電機4、二號電機12。

參閱圖1、圖5、圖7、圖9，所述的一號電機4為永磁同步電機，一號電機4的殼體固定在汽車車架或車身上，電機輸出軸為空心軸，通過軸承支撐在動力輸入軸3的光軸部分，電機轉子與前行星排太陽輪5通過花鍵或其他形式連接；所述的一號電機4用于在不同工況下解耦發動機1和車輪之間的轉速，使發動機1的轉速獨立于車輪的轉速，配合二號電機12對發動機1和車輪之間的轉矩解耦，可以保證發動機1工作于高效區域，以提高整車燃油經濟性。所述的二號電機12為永磁同步電機，二號電機12的殼體固定在汽車車架或車身上，電機輸出軸通過軸承支撐在后行星排太陽輪13的凹槽部分，電機轉子與后行星排太陽輪13通過花鍵或其他形式連接；二號電機12具有高轉矩輸出特性可以增加或補充整車驅動橋上來自于發動機1的轉矩以滿足路面轉矩需求，即把發動機1的轉矩輸出從路面需求轉矩中解耦出來，解除了發動機1與整車的驅動軸之間因為機械連接而引起的路面需求扭矩對發動機1轉矩的限制。

工作原理與工作模式劃分

參閱圖1、圖2，所述的雙行星排雙模功率分流式混合動力系統有三個動力輸入，分別是發動機1、一號電機4和二號電機12；發動機的動力通過動力輸入軸3輸入，一號電機4的動力通過前行星排太陽輪5輸入，二號電機12的動力通過后行星排太陽輪13輸入。

1、純電動模式

參閱圖1、圖2、圖3、圖4，制動器17處于接合狀態，一號離合器8、二號離合器10和三號離合器11均處于分離狀態，發動機1和一號電機4不工作，二號電機12處于電動狀態，實現純電動模式。

參閱圖1、圖2、圖3、圖4，純電動模式主要用于啟動車輛和低速巡航。在純電動模式下，制動器控制器控制制動器17的主動部分與從動部分接合，從而將后行星排齒圈16固定；純電動模式下，只有二號電機12處于電動狀態，動力由后行星排太陽輪13輸入，經后行星排行星架15最終由輸出齒輪18輸出；由于此時一號離合器8、二號離合器10和三號離合器11均處于分離狀態，防止動力輸出到前行星排，避免一號電機4產生較大的弱磁損失。

2、輸入功率分流模式

參閱圖1、圖5、圖7，在輸入功率分流模式下，發動機處于工作狀態，一號電機4處于發電狀態，二號電機12處于電動狀態；一號離合器8處于分離狀態，制動器17處于接合狀態；輸入功率分流模式可以根據二號離合器10和三號離合器11的接合情況分為輸入功率分流模式Ⅰ和輸入功率分流模式Ⅱ。

輸入功率分流模式Ⅰ

參閱圖1、圖2、圖5、圖6，輸入功率分流模式Ⅰ可稱作常規低速模式，一般用在動力性要求不高的常規低速工況。在輸入功率分流模式Ⅰ下，二號離合器10和制動器17處于接合狀態，一號離合器8和三號離合器11均處于分離狀態。發動機1的輸出動力分為兩部分，一部分經過前行星排齒圈9，輸出到后行星排行星架15；另一部分經過前行星排太陽輪5，輸出到一號電機4。一號電機4處于發電狀態，將發動機1傳遞的動力轉換為電能，電能通過電路徑傳遞給二號電機12和電池。二號電機12處于電動狀態，將一號電機4和電池傳遞的動力轉換為機械能，通過后行星排太陽輪13，最終輸出到后行星排行星架15；發動機1和二號電機12輸出的機械能在后行星排行星架15處通過并聯方式結合，最終經過輸出齒輪18輸出到驅動橋20。

輸入功率分流模式Ⅱ

參閱圖1、圖2、圖7、圖8，輸入功率分流模式Ⅱ可稱作增扭低速模式，一般用在動力性要求高，尤其是坡度較大的爬坡或急加速工況。在輸入功率分流模式Ⅱ下，三號離合器11和制動器17處于接合狀態，一號離合器8和二號離合器10均處于分離狀態。發動機1的輸出動力分為兩部分，一部分經過前行星排齒圈9，輸出到后行星排太陽輪11；另一部分經過前行星排太陽輪5，輸出到一號電機4。一號電機4處于發電狀態，將發動機1傳遞的動力轉換為電能，電能通過電路徑傳遞給二號電機12和電池。二號電機12處于電動狀態，將一號電機4和電池傳遞的動力轉換為機械能，輸出到后行星排太陽輪13；發動機1和二號電機12輸出的機械能在后行星排太陽輪13處通過并聯方式結合，經過后行星排的減速增扭作用，由后行星排行星架15輸出，最終經過輸出齒輪18輸出到驅動橋20。

3、復合功率分流模式

參閱圖1、圖2、圖9、圖10，復合功率分流模式可稱作高速模式，在高速工況下，接合一號離合器8和二號離合器10，分離三號離合器11和制動器17，實現復合功率分流模式，系統可以得到較高的整車綜合效率。在復合功率分流模式下，一號離合器8和二號離合器10處于接合狀態，三號離合器11和制動器17處于分離狀態；發動機處于工作狀態，一號電機4處于發電或電動狀態，二號電機12處于發電或電動狀態。發動機1的輸出功率和一號電機4的輸出功率在前行星排進行耦合作用，通過一號離合器8和二號離合器10傳遞給后行星排的后行星排齒圈16和后行星排行星架15；二號電機12的輸出功率與前行星排傳遞的功率在后行星排進行耦合作用，最終通過后行星排行星架15的右端外齒輪部分和輸出齒輪18的嚙合作用，輸出到驅動橋20。在復合功率分流模式下，一號電機4和二號電機12的輸出功率可以分為正功率和負功率，電機處于電動狀態時輸出功率為正功率，電機處于發電狀態時輸出功率為負功率，一號電機4和二號電機12由電機控制器控制。

4、再生制動模式

參閱圖1、圖2、圖3、圖4，再生制動模式下，一號離合器8、二號離合器10和三號離合器11均處于分離狀態，制動器17處于接合狀態；電機控制器控制二號電機12處于發電狀態。如果汽車處于非緊急制動的情況、車速高于某一限定值、并且此時的需求轉矩小于二號電機12所能提供的最大制動轉矩時，制動力全部由二號電機12提供，將機械能轉化成電能，并將其儲存在電池中；如果汽車處于非緊急制動的情況、車速高于某一限定值、并且此時的需求轉矩大于二號電機12所能提供的最大制動轉矩時，制動力中的一部分由二號電機12提供，將機械能轉化成電能，并將其儲存在電池中，制動力中的另一部分由傳統的機械制動來提供。