專利名稱：雙行星排雙模混合動力傳動裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種混合動力傳動裝置，尤其是一種采用行星齒輪傳動的傳動裝置。
背景技術：
混合動力汽車作為一種新興的節能環保型汽車，其技術和市場處于一種蓬勃的發展階段，重視和扶持我國的混合動力汽車產業，是快速縮短與世界汽車技術水平差距的發展良機，也是保障我國汽車行業健康持續發展的重要機遇。混合動力汽車(HEV)與傳統汽車及純電動汽車相比，最大差別是動力系統。對于并聯和混聯式HEV，動力耦合系統負責將 HEV的多個動力組合在一起，實現多動力源間合理的功率分配并把動力傳給驅動橋，它在 HEV開發中處于重要地位，其性能直接關系到HEV整車性能是否達到設計要求，是HEV最核心部分。行星輪系具有多自由度、輸入輸出靈活可控的特點，而且結構緊湊、體積小、速比大、因此被越來越多的混合動力汽車動力耦合系統所采用，這也是當今混合動力汽車動力總成發展的一種趨勢。1997年豐田推出首款混合動力汽車I^rius，2005年又推出了搭載最新第3代機電混合動力系統的2006款I^rius，仍采用THS混聯式結構，靈巧精密的行星齒輪系統對發動機的輸出功率進行重新分配，達到合理平衡發動機負荷的目的。圖1所示即為豐田Prius混合動力傳動裝置結構圖，其中1、發動機，2、曲軸，3、減速器，4、發電機MG1，5、行星齒輪系， 6、太陽輪，7、行星輪，8、外齒圈，8a、齒圈主動鏈輪，9、行星架，10、無聲鏈，11、減速齒輪，12、 被動齒輪。13，減速齒輪，14、差速器，15a、b、驅動車輪，16、電動機MG2。其混合動力系統總成由發動機(Engine)、發電機(MGl)、電動機(MG2)、動力耦合系統、逆變器以及動力蓄電池等部件組成。在此機構中發動機與行星架相聯，通過行星齒輪將動力傳遞給外齒圈和太陽輪，齒圈軸與電動機和傳動軸相聯，太陽輪軸與發電機相聯。該系統將發動機大部分轉矩直接傳遞到驅動軸上，將小部分轉矩傳給發電機，發電機發出的電能根據指令用于電池充電或電動機，以增加驅動力。這種結構可以通過調節發電機轉速使其產生變化，使發動機一直處于高效率區或低排放區。此外，通過調節行星排各元件的轉速，使其像無級變速器一樣工作。此結構特點1)動力耦合系統采用了一單行星排三軸傳動系統；2)兩電機分別布置在行星排的兩側；3)行星排的輸出齒圈與中間齒輪軸之間采用了鏈傳動技術；4)由于行星齒輪實現無極變速，發動機轉速與車速沒有直接關系；并且發動機是主動力源，在整個運行過程中，發動機提供全部能量。因此，整車控制的關鍵是尋找某功率下發動機的最佳效率點，即通過調節電機MGl的轉速來實現發動機優化控制。5)電機MG2輸出軸與行星排外齒圈固接，純電動起步時，只需要對MG2進行控制， 系統驅動控制實現非常簡單。現有技術缺點[0011]1、電機布置方式兩個電機布置在行星排的兩側，冷卻系統布置復雜、電機系統集成度低、并且行星排兩側左右傳動軸不等長，不利于前艙布置。電機MGl和發動機并排布置于行星排右側，由于兩者距離比較近，并且MGl的最佳工作溫度為60°C小于發動機最佳工作溫度90°C，因此 MGl殼體會受到發動機殼體散熱的影響快速升高，會造成電機冷卻系統經常處于冷卻MGl 的工作狀態，影響整車效率。由于MGl和MG2共用一套冷卻系統，MGl和MG2布置在行星排的兩側，散熱系統比較復雜，集成度低，帶來了成本增加，可靠性低。2、單排行星輪系減速比過低對系統造成影響(a)混合動力系統對電機性能要求過高；混合動力系統對電機的轉速變化范圍寬，對電機制造精度、轉速/扭矩特性及其動平衡要求十分苛刻。(b)混合動力系統對空間布置要求過高；為了達到足夠的減速比，傳動齒輪減速系統對空間布置要求過高，該減速裝置采用了包括鏈傳動的多級傳動部件，進一步加大了系統的復雜性。3、電機MGl的鎖止功能缺失，某些工況下其工作效率下降明顯；在某些車輛行駛工況過程中，由于需求功率的浮動造成了電機MGl總是需要控制在零轉速上下浮動來調節發動機的功率輸出。在此工況下，MGl的工作效率非常低，并且系統的輸出功率與功率需求總是會有一些波動，還存在一定的滯后性，這都增加了控制的上的難度。
發明內容技術問題本發明就是為了克服上述缺點，設計開發了一套混合動力車專用的雙行星排雙模混合動力傳動裝置，通過巧妙的結構設計實現高效的傳動，同時可以降底對電機的轉速和轉矩的要求，能夠實現混合動力汽車多動力源的耦合，實現混合動力汽車控制的各項功能的要求。技術方案為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是一種雙行星排雙模混合動力傳動裝置，包括發動機、第一電機、第二電機、行星架以及差速器，其特征在于在所述的行星架設置有第一行星排和第二行星排，所述的第一行星排的太陽輪與所述的發動機連接，所述的第一行星排的外齒圈與所述的差速器連接；所述的第二行星排的太陽輪與所述的第二電機連接，第二行星排的行星輪也與所述的第一行星排的外齒圈嚙合，在所述的第二行星排的外齒圈與第二行星排的太陽輪之間還設置有一使第二行星排的外齒圈和第二行星排的太陽輪閉合或斷開的第一濕式離合器；所述的第一電機連接在所述的行星架上；在所述的行星架與第一行星排的太陽輪之間還設置有使行星架和第一行星排的太陽輪閉合或斷開的第二濕式離合器。在所述的行星架上還設置有一鎖止該行星架的第一制動器，在所述的第二行星排上還設置有一鎖止第二行星排外齒圈的第二制動器。本發明的創新點在于[0026](1)這種雙行星排雙模混合動力傳動裝置是一款國內原創的機電一體化混合動力變速系統驅動總成，其核心是雙星行排五軸齒輪傳動系統；(2)雙電機布置在行星排同側，發動機布置在行星排另一側，其控制與冷卻系統更易集成化；( 3 )雙電機布置在行星排同側，可以實現電機制造和裝配上的集成，減小傳動系統體積，有利于整車結構布置；(4)第一個行星排的外齒圈rl同時與第一個行星排的行星輪和第二個行星排的行星輪相嚙合，可以實現發動機及電機MG2動力向輸出軸的直接傳送。(5)在發動機啟動時，根據工況的不同，可以使用電機MGl單獨啟動發動機，或者通過BO鎖止外齒圈r2，使用電機MG2單獨啟動發動機；兩種方案保證發動機啟動過程的可
靠性；(6)這種雙模結構可以使得在純電動工況下，實現電機MGl單獨純電動運行，通過控制BO鎖止外齒圈s2實現電機MG2單獨純電動運行和雙電機聯合純電動運行；(7)這種雙模結構可以使得在混合動力工況下，實現電機MGl與發動機混合動力運行，電機MG2與發動機混合動力運行，以及雙電機聯合與發動機混合動力運行；(8)通過控制BO鎖止外齒圈r2，控制離合器Cl耦合電機MG2和外齒圈r2，形成低速混合動力模式下的固定速比傳動；(9)通過控制離合器Cl和C2使系統形成多種工作模式，可以降低對電機的轉速和轉矩的要求，減小了電機的加工制造難度；(10)采用雙電機進行調速控制，具有更多的自由度，可以使發動機始終工作在最佳的效率區域；(11)利用離合器Bl對電機MGl鎖止控制，以及制動器BO對外齒圈r2進行鎖止， 可以減小能量損耗，提高了系統的效率；(12)混合動力模式下，通過控制離合器C2使電機MGl和發動機的轉速同步，可以提高系統的效率，簡化控制方式；(13)混合動力模式下，通過控制離合器Cl和離合器C2同時鎖止，可以使輸出軸、 雙電機及發動機的轉速同步，簡化控制方式。與現有技術相比，本發明的優點1、雙行星排雙模混合動力傳動裝置利用Bl對發電機MGl鎖止控制，以及利用BO 對外齒圈r2鎖止控制，提高了系統的整體效率，而I^rius不能夠對發電機MGl進行鎖止，始終有能量的轉換，系統效率降低；2、雙行星排雙模混合動力傳動裝置可以實現多種工作模式，可以降低對電機的轉速和轉矩要求以及對電機技術的要求，其直接效果是減小了電機的加工制造難度。
圖1是現有豐田Prius混合動力傳動裝置結構圖。圖2是本發明的傳動裝置結構圖。
具體實施方式
[0044]如圖2所示為雙行星排雙模混合動力傳動裝置結構圖。該裝置由發動機 (Engine)、扭轉減振器、電機MGl、電機MG2、制動器BO、制動器Bi、濕式離合器Cl、濕式離合器C2、第一排行星排的外齒圈rl、太陽輪Si、第二行星排的外齒圈r2、太陽輪s2、兩個行星排共用的行星架C、主減速器、差速器等等部件組成。發動機(Engine)、扭轉減振器、電機 MG1、電機MG2和差速器與雙行星排五軸傳動的連接關系如下所述發動機(Engine)與第一個行星排的太陽輪si相連，第一個行星排的外齒圈rl與差速器相連，電機MG2與第二個行星排的太陽輪s2相連，第二個行星排的外齒圈r2通過控制濕式離合器Cl的閉合與太陽輪 s2相連，電機MGl與雙行星排共用的行星架C相連，行星架C通過控制濕式離合器C2的閉合與太陽輪si相連，制動器BO在某些工況下可以鎖止外齒圈r2，制動器Bl在某些工況下可以鎖止行星架C，第一個行星排的外齒圈rl同時與第一個行星排的行星輪和第二個行星排的行星輪相嚙合。本發明的工作方式通過混合動力汽車不同的工作模式對該方案的工作方式做描述(1)發動機啟動在發動機啟動時，根據工況的不同，可以使用電機MGl啟動發動機，此時第一行星輪外齒圈rl同差速器相連，電機MGl轉動并輸出扭矩，動力通過行星架C、 第一行星排太陽輪si傳遞給發動機，帶動發動機啟動；也可以使用電機MG2啟動發動機，此時通過制動器BO鎖止第二行星排外齒圈r2，電機MG2轉動并輸出扭矩，動力通過第二行星排太陽輪s2、行星架C、第一行星排太陽輪si傳遞給發動機，帶動發動機啟動。兩種方案保證發動機啟動過程的可靠性；(2)純電動模式運行該傳動裝置可以實現電機MGl純電動運行，電機MG2純電動運行，以及雙電機聯合純電動運行。電機MGl純電動運行時，發動機熄火并因自身倒拖扭矩作用處于靜止狀態，電機MGl轉動，動力通過行星架C、第一行星排外齒圈rl、差速器傳遞給車輪，電機MG2空轉；電機MG2純電動運行時，發動機熄火靜止，制動器BO鎖止第二行星排外齒圈r2，電機MG2轉動，動力通過第二行星排太陽輪s2、行星架C、第一行星排外齒圈rl、 差速器傳遞給車輪，電機MGl空轉；雙電機聯合純電動時，電機MGl和電機MG2同時輸出扭矩作用于第一行星排外齒圈rl，帶動車輪轉動。(3)混合動力模式運行在混合動力低速模式下，發動機啟動，制動器BO鎖止第二行星排外齒圈r2，發動機的動力通過第一行星排太陽輪Si、行星架C、第一行星排外齒圈 rl、差速器傳遞給車輪，通過調節電機MGl和電機MG2的扭矩，使輸出軸轉速增加，并將一部分發動機的扭矩傳遞給電機MG2發電，給蓄電池充電，從而使發動機工作在理想區域，提高系統效率；在混合動力高速模式下，制動器BO打開，離合器Cl和C2同時鎖止，使得第一行星排太陽輪si、第一行星排外齒圈rl、第二行星排太陽輪s2、第二行星排外齒圈r2以及行星架C轉速同步，此時電機MGl和電機MG2做輔助動力，連同發動機一起保持汽車的高速運行。
權利要求1.一種雙行星排雙模混合動力傳動裝置，包括發動機、第一電機、第二電機、行星架以及差速器，其特征在于在所述的行星架設置有第一行星排和第二行星排，所述的第一行星排的太陽輪與所述的發動機連接，所述的第一行星排的外齒圈與所述的差速器連接；所述的第二行星排的太陽輪與所述的第二電機連接，第二行星排的行星輪也與所述的第一行星排的外齒圈嚙合，在所述的第二行星排的外齒圈與第二行星排的太陽輪之間還設置有一使第二行星排的外齒圈和第二行星排的太陽輪閉合或斷開的第一濕式離合器；所述的第一電機連接在所述的行星架上；在所述的行星架與第一行星排的太陽輪之間還設置有使行星架和第一行星排的太陽輪閉合或斷開的第二濕式離合器。
2.根據權利要求1所述的雙行星排雙模混合動力傳動裝置，其特征在于在所述的行星架上還設置有一鎖止該行星架的第一制動器，在所述的第二行星排上還設置有一鎖止第二行星排外齒圈的第二制動器。
專利摘要本實用新型公開了一種雙行星排雙模混合動力傳動裝置，包括發動機、第一電機、第二電機、行星架以及差速器，在所述的行星架設置有第一行星排和第二行星排，所述的第一行星排的太陽輪與所述的發動機連接，所述的第一行星排的外齒圈與所述的差速器連接；所述的第二行星排的太陽輪與所述的第二電機連接，所述的第一電機連接在所述的行星架上；在所述的行星架與第一行星排的太陽輪之間還設置有使行星架和第一行星排的太陽輪閉合或斷開的第二濕式離合器。雙行星排雙模混合動力傳動裝置可以實現多種工作模式，可以降低對電機的轉速和轉矩要求以及對電機技術的要求，其直接效果是減小了電機的加工制造難度。
文檔編號F16H3/72GK202215683SQ20112030825
公開日2012年5月9日 申請日期2011年8月23日 優先權日2011年8月23日
發明者李舜酩, 汪東坪 申請人:南京航空航天大學