專利名稱：一種基于行星輪系的單電機混合動力汽車驅(qū)動機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于雙動力汽車驅(qū)動系統(tǒng)，特別是涉及一種基于行星輪系 的單電機混合動力汽車驅(qū)動機構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前混合動力汽車一般采用單電機或雙電機與發(fā)動機共同驅(qū)動 的驅(qū)動方案。雙電機方案成本較高，單電機方案一般將電機與發(fā)動機 曲軸通過離合器、變速器或直接機械連接，這樣在啟動或加速的時候， 電機可以提供額外的轉(zhuǎn)矩，減速或制動時，可以將制動能量回收用來 發(fā)電。但是這種模式的發(fā)動機轉(zhuǎn)速隨著車速變化，這就使發(fā)動機的工 作點選擇受到了限制，為進一步控制發(fā)動機工作狀態(tài)增加了困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服發(fā)動機工作點跟隨整車行駛工況變化 的技術(shù)問題，而公開一種基于行星輪系的單電機混合動力汽車驅(qū)動機 構(gòu)。
本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的采取以下技術(shù)方案本驅(qū)動機構(gòu)由行星輪 系所組成，其行星輪系的太陽輪設(shè)有中心軸，所述中心軸與動力源的 輸出軸相連接，行星輪系的行星架與本驅(qū)動機構(gòu)的動力輸出軸相連 接，行星輪系的齒圈設(shè)有連接前置中間軸的齒輪副，動力輸出軸設(shè)有 連接后置中間軸的齒輪副，電機軸設(shè)有分別連接前置中間軸和后置中 間軸的傳動軸，各傳動軸與前置中間軸和后置中間軸之間設(shè)有電控離 合器，前置中間軸設(shè)有軸制動器。
本發(fā)明還可以采取以下技術(shù)措施
所述的行星輪系，其齒圈設(shè)有套裝于動力輸出軸的空心軸，空心 軸設(shè)有連接前置中間軸的齒輪副。所述的電機是雙端軸電機，電機各端軸設(shè)有分別連接前置中間軸 和后置中間軸的傳動軸，各傳動軸與所對應(yīng)的前置中間軸或后置中間 軸之間設(shè)有聯(lián)軸器。
所述的電機是單端軸電機，電機軸設(shè)有換向齒輪副的主動齒輪， 分別連接前置中間軸和后置中間軸的各傳動軸連接于相應(yīng)的從動齒 輪。
所述的太陽輪，其中心軸與動力源輸出軸之間設(shè)有減速或增速機構(gòu)。
所述的動力輸出軸設(shè)有變速器。
本發(fā)明的有益效果和優(yōu)點在于本驅(qū)動機構(gòu)中，動力源的動力與 電機的動力通過行星輪系進行耦合，在需要提高動力輸出軸的轉(zhuǎn)矩 時，通過電控離合器使電機與動力輸出軸行星架相連接，將動力電池 的電能轉(zhuǎn)化成動能輸出到動力輸出軸以提供額外轉(zhuǎn)矩。減速制動時， 電機通過電控離合器與動力輸出軸相連接而成為發(fā)電機，將動能轉(zhuǎn)化 成電能儲存在動力電池中。本驅(qū)動機構(gòu)能夠使發(fā)動機的工作點與整車 車速的直接對應(yīng)關(guān)系相脫離，從而方便地實現(xiàn)對發(fā)動機工作效率的最 優(yōu)控制。換句話說，當(dāng)動力輸出軸需求轉(zhuǎn)矩變化時，電機與齒圈即連 接，通過電機輸出滿足轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩的變化，因而有利于穩(wěn)定發(fā)動機的 工作點。本驅(qū)動機構(gòu)僅設(shè)置間接作用于齒圈的軸制動器，利用現(xiàn)有的 整車控制系統(tǒng)即可很方便地在純電動、并聯(lián)、傳統(tǒng)模式等不同工況模 式間進行切換，與現(xiàn)有應(yīng)用行星輪系的混合動力汽車驅(qū)動機構(gòu)相比具 有結(jié)構(gòu)較簡單的突出優(yōu)點。


附圖1是本發(fā)明實施例1結(jié)構(gòu)剖面示意圖。
附圖2是實施例軸制動器的結(jié)構(gòu)示意圖
附圖3是本發(fā)明實施例2結(jié)構(gòu)剖面示意圖。 '
附圖4是本發(fā)明原理示意圖。
附圖5是實施例工況1能流示意圖。
附圖6是實施例工況2能流示意圖。
附圖7是實施例工況3能流示意圖。附圖8是實施例工況4能流示意圖。 附圖9是實施例工況5能流示意圖。 附圖10是實施例工況6能流示意圖。 附圖11是實施例工況7能流示意圖。 附圖12是實施例工況8能流示意圖。 附圖13是整車控制流程圖。
圖中標(biāo)號l太陽輪中心軸，2太陽輪，3行星架，4齒圈，5齒 圈空心軸，6齒輪副，7動力輸出軸，8后置中間軸，9a前電控離合 器，9b后電控離合器，IO后置傳動軸，11聯(lián)軸器，12電機，12-1 換向齒輪副，13前置傳動軸，14軸制動器，14-1殼體，14-2制動帶， 14-3調(diào)整螺桿，14-4電磁伺服盒，14-4-1頂桿，14-5杠桿，14-6 推桿，14-7凸耳，15前置中間軸，16機體。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例及其附圖進一步說明本發(fā)明。
如圖1所示實施例1,機體16中設(shè)有行星輪系和雙端軸的電機 12。行星輪系的太陽輪2設(shè)有太陽輪中心軸1，其軸端可以經(jīng)由現(xiàn)有 減速或增速機構(gòu)連接于包括往復(fù)活塞式發(fā)動機、轉(zhuǎn)子發(fā)動機、燃氣輪 機、蒸氣機等熱機的動力源輸出軸。
行星輪系的行星架3與本驅(qū)動機構(gòu)的動力輸出軸7相連接，動力 輸出軸7連接有現(xiàn)有技術(shù)中的變速器(未示出)。
行星輪系的齒圈4設(shè)有套裝于動力輸出軸7的空心軸5，空心軸 5設(shè)有連接前置中間軸15的齒輪副6。
動力輸出軸7后端部設(shè)有連接后置中間軸8的齒輪副5。
電機12是雙端軸電機，其各端軸分別經(jīng)由聯(lián)軸器11連接前置傳 動軸13和后置傳動軸10。前置傳動軸13和后置傳動軸10分別經(jīng)由 前電控離合器9a、后電控離合器9b連接前置中間軸15和后置中間 軸8。本實施例的電控離合器9采用現(xiàn)有部件。
前置中間軸15設(shè)有軸制動器14，本實施例采用電磁式軸制動器， 其結(jié)構(gòu)見圖2。
如圖2所示，電磁式軸制動器由殼體14-1、固定于殼體的電磁 伺服盒14-4、殼體中的環(huán)狀的制動帶14-2構(gòu)成，制動帶14-2兩端設(shè)有凸耳14-7， 一端凸耳與殼體14-1的調(diào)整螺桿14-3相接合，另 一端凸耳與推桿14-6相接合，電磁伺服盒14-4的頂桿14-4-1與推 桿14-6之間設(shè)置杠桿14-5。調(diào)整螺桿14-3用于調(diào)整制動帶14-2與 制動帶中的前置中間軸的間隙，電磁伺服盒14-4及其頂桿14-4-1、 杠桿14-5和推桿14-6執(zhí)行整車控制系統(tǒng)的制動、釋放指令。
如圖3所示實施例2，機體16中設(shè)有行星輪系和單端軸的電機 12。由于實施例2采用單端軸的電機，因此電機軸與前置傳動軸13 和后置傳動軸10的連接與實施例1有所不同，其它結(jié)構(gòu)與實施例1 相同。以下僅就有所不同的電機軸連接部分予以敘述，其它內(nèi)容不再 觜述。
圖3中，單端軸的電機12的電機軸設(shè)有換向齒輪副12-1，它由 一個主動傘齒輪和兩個從動傘齒輪構(gòu)成，電機軸連接于主動傘齒輪， 前置傳動軸13和后置傳動軸10分別與從動傘齒輪相連接。
圖1、 3實施例的控制原理依據(jù)圖4并結(jié)合圖5-12予以說明，圖 4的虛線框中是本驅(qū)動機構(gòu)的行星輪系，動力源輸出的動力從太陽輪 中心軸1引入、動力輸出軸7引出。
對于本驅(qū)動機構(gòu)所采用的行星輪系，其各部分的運動學(xué)關(guān)系如
下
Ns + KxNr-(l + K)xNc = 0 (丄)
式(1)中，Ns為太陽輪的轉(zhuǎn)速，Nr為齒圈的轉(zhuǎn)速，Nc為行星架 的轉(zhuǎn)速，K為齒圈和太陽輪的齒數(shù)比，本文以下涉及的各參數(shù)其含義 與式1相同。
行星輪系傳遞的轉(zhuǎn)矩關(guān)系為
式(2)中，Tr為齒圈上的轉(zhuǎn)矩；Ts為太陽輪上的轉(zhuǎn)矩，Tc為行星 架上的轉(zhuǎn)矩，K為齒圈和太陽輪的齒數(shù)比，本文以下涉及的各參數(shù)其 含義與式2相同。
本驅(qū)動機構(gòu)中各可控部件的控制組合可以滿足混合動力汽車各 種工況模式的要求，具體敘述如下
如圖4、5所示的工況1:電控離合器9b結(jié)合，電控離合器9a 斷開，電機軸與行星架3相聯(lián)，太陽輪2不轉(zhuǎn)動，齒圈4隨動。此時，動力電池的電能轉(zhuǎn)化成動能，電機輸出的轉(zhuǎn)矩大部分傳遞給動力輸出
軸7，極少部分用來克服外接動力源自身慣性轉(zhuǎn)矩，本驅(qū)動機構(gòu)運動
學(xué)關(guān)系式如下 Ns = 0
KxNr-(l + K)xNc = 0
在該工況下，整車處于純電動模式，該工況下能流如圖5所示。
如圖4、 6所示的工況2:電控離合器9b結(jié)合，電控離合器9a
斷開，電機軸與行星架3相聯(lián)，軸制動器14制動狀態(tài)，齒圈4不轉(zhuǎn)
動，太陽輪2被電機驅(qū)動。此時，動力電池的電能轉(zhuǎn)化成動能傳遞給
動力輸出軸7的同時驅(qū)動太陽輪中心軸1，其驅(qū)動機構(gòu)運動學(xué)關(guān)系式
如下
Nr = 0
Ns-(l + K)xNc = 0
Ts二丄Tr = ^~Tc K K + l
在該工況下，整車處于電動行駛中啟動發(fā)動機模式，該工況下能 流如圖6所示。
如圖4、7所示的工況3:電控離合器9b結(jié)合，電控離合器9a斷
開，電機軸與行星架3相聯(lián)，軸制動器14制動狀態(tài)，齒圈4不轉(zhuǎn)動，
太陽輪2被外接動力源驅(qū)動。此時，靠電機和外接動力源同時給動力
輸出軸7提供動力，其驅(qū)動機構(gòu)運動學(xué)關(guān)系式如下 Nr = 0
Ns-(l + K)xNc = 0
Ts = lTr = ~5_Tc K K + l
在該工況下，整車處于混合驅(qū)動加速、爬坡模式，該工況下能流 如圖7所示。
如圖4、8所示的工況4:電控離合器9b結(jié)合，電控離合器9a斷 開，電機軸與行星架3相聯(lián)，太陽輪2不轉(zhuǎn)動，齒圈4隨動，此時電 機作為發(fā)電機將動力輸出軸7動能轉(zhuǎn)化成電能對電池充電，并提供制 動轉(zhuǎn)矩給動力輸出軸7，其驅(qū)動機構(gòu)運動學(xué)關(guān)系式如下Ns = 0
KxNr-(l + K)xNc = 0
在該工況下，整車處于減速制動發(fā)電模式，該工況下能流如圖8 所示。
如圖4、9所示的工況5:電控離合器9b斷開，電控離合器9a結(jié)
合，電機軸與行星架3相聯(lián)，太陽輪2由外接動力源驅(qū)動，軸制動器
14制動狀態(tài)，即動力輸出軸7被強制制動，此時外接動力源驅(qū)動電
機發(fā)電，其驅(qū)動機構(gòu)運動學(xué)關(guān)系式如下 Nc = 0
Ns + K x Nr = 0
Ts-丄Tr = ^~Tc K K + l
在該工況下，整車處于停車發(fā)電模式，該工況下能流如圖9所示。
如圖4、 10所示的工況6:電控離合器9b斷開，電控離合器9a
結(jié)合，電機軸與齒圈4相聯(lián)，太陽輪2由外接動力源驅(qū)動。此時外接
動力源提供的功率與動力輸出軸7所需功率幾乎相等，但當(dāng)外接動力
源提供的功率略大于動力輸出軸7所需功率時，電機被外接動力源驅(qū)
動而工作在發(fā)電機模式，其驅(qū)動機構(gòu)運動學(xué)關(guān)系式如下 Ns + KxNr-(l + K)xNc = 0
Ts-丄Tr = ~^~Tc K K + l
在該工況下，整車處于巡航穩(wěn)定行駛模式，該工況下能流如圖
io所示。
如圖4、 11所示的工況7:電控離合器9b斷開，電控離合器9a
結(jié)合，電機軸與齒圈4相聯(lián)，太陽輪2由外接動力源驅(qū)動。此時外接
動力源提供的功率與動力輸出軸7所需功率幾乎相等，但當(dāng)外接動力
源提供的功率略小于動力輸出軸7所需功率時，電機給動力輸出軸7
補充功率差，其驅(qū)動機構(gòu)運動學(xué)關(guān)系式?jīng)r下
Ns + ^xNr-(、+K)xNc-0
Ts = —Tr =-Tc
K K + l
在該工況下，整車處于巡航穩(wěn)定行駛模式，該工況下能流如圖 ll所示。如圖4、 12所示的工況8:電控離合器9b斷開，電控離合器9a 結(jié)合，軸制動器14制動狀態(tài)，電機不工作，太陽輪2由外接動力源 驅(qū)動。此時，外接動力源單獨輸出動力給動力輸出軸7，其驅(qū)動機構(gòu)
運動學(xué)關(guān)系式?jīng)r下<formula>formula see original document page 9</formula>在該工況下整車處于外接動力源傳統(tǒng)工作模式，該工況下能流如 圖12所示。
以下將該混合動力驅(qū)動機構(gòu)應(yīng)用在汽車上的控制過程來說明上 述工況下動力復(fù)合方式。在控制過程分析中，外接動力源具體為發(fā)動 機。
如圖13所示，整車控制系統(tǒng)根據(jù)電機、電池、發(fā)動機、整車傳來 的信號，判斷駕駛員意圖、整車狀態(tài)和動力輸出軸負荷大小，使車輛 在純電動模式、混合動力模式和傳統(tǒng)模式間切換。
(1)純電動模式的選擇
當(dāng)汽車動力電池SOC大于某一設(shè)定值時，在駕駛員發(fā)出啟動指令， 汽車運行速度小于某一設(shè)定值，功率小于某一設(shè)定值等任一情況下， 汽車工作于純電動模式。邏輯表達式如下門(SOC 2 SOC0)
式中P^為整車實際驅(qū)動功率，P0為某一設(shè)定較低功率，Vr^q為汽車
實際運行速度，vo為某一設(shè)定較低速度，soc為動力電池當(dāng)前儲能狀
態(tài)，soco為某一設(shè)定動力電池儲能上限值，以下公式相同符號含義
與此相同。
(2)充電模式的選擇
當(dāng)整車停止時，soc低于某一設(shè)定值，或者汽車減速或制動，所
需要功率為零時，工作于能量回收(充電)模式。邏輯表達式如下 S0C <S0C1為設(shè)定動力電池儲能下限。
(3) 混合驅(qū)動加速模式的選擇
當(dāng)汽車所需轉(zhuǎn)矩大于穩(wěn)定調(diào)速模式下發(fā)動機能夠提供的最大轉(zhuǎn)
矩并且此時動力電池SOC大于某一設(shè)定值時，汽車工作于混合驅(qū)動模 式(加速工況)。邏輯表達式如下
(一 ^ n) n (soc ^ soci)
式中T1為設(shè)定在穩(wěn)定調(diào)速模式下發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩值。
(4) 混合驅(qū)動調(diào)速模式的選擇
當(dāng)汽車所需轉(zhuǎn)矩小于設(shè)定穩(wěn)定調(diào)速模式下發(fā)動機能夠提供 的最大轉(zhuǎn)矩，并且SOC大于設(shè)定動力電池儲能下限，小于某一設(shè)定動 力電池儲能上限值時；或者車速大于某一設(shè)定值，并且SOC小于設(shè)定 動力電池儲能下限需充電時，汽車工作于穩(wěn)定調(diào)速混合動力模式。邏 輯表達式如下
(一 s n)門(soci s soc s soco)
或者 ("F1),C，C0)
其中，Vl為汽車進入正常行駛狀態(tài)的速度下限。
(5) 傳統(tǒng)工作模式的選擇
在滿足混合驅(qū)動條件但是電池電量低于儲能下限、蓄電池電量正 常但汽車運行于正常行駛狀況要求有最佳效率，汽車工作于發(fā)動機驅(qū) 動模式。邏輯表達式如下
(7> ^ ri) n (soc s soco)。
權(quán)利要求
1、一種基于行星輪系的單電機混合動力汽車驅(qū)動機構(gòu)，由行星輪系所組成，其特征在于行星輪系的太陽輪設(shè)有中心軸，所述中心軸與動力源的輸出軸相連接，行星輪系的行星架與本驅(qū)動機構(gòu)的動力輸出軸相連接，行星輪系的齒圈設(shè)有連接前置中間軸的齒輪副，動力輸出軸設(shè)有連接后置中間軸的齒輪副，電機軸設(shè)有分別連接前置中間軸和后置中間軸的傳動軸，各傳動軸與前置中間軸和后置中間軸之間設(shè)有電控離合器，前置中間軸設(shè)有軸制動器。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合動力汽車驅(qū)動機構(gòu)，其特征在于。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合動力汽車驅(qū)動機構(gòu)，其特征在于 所述的行星輪系，其齒圈設(shè)有套裝于動力輸出軸的空心軸，空心軸設(shè) 有連接前置中間軸的齒輪副。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合動力汽車驅(qū)動機構(gòu)，其特征在于 所述的電機是雙端軸電機，電機各端軸設(shè)有分別連接前置中間軸和后 置中間軸的傳動軸，各傳動軸與所對應(yīng)的前置中間軸或后置中間軸之 間設(shè)有聯(lián)軸器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的混合動力汽車驅(qū)動機構(gòu)，其特征在于 所述的電機是單端軸電機，電機軸設(shè)有換向齒輪副的主動齒輪，分別 連接前置中間軸和后置中間軸的各傳動軸連接于相應(yīng)的從動齒輪。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合動力汽車驅(qū)動機構(gòu)，其特征在于: 所述的太陽輪，其中心軸與動力源輸出軸之間設(shè)有減速或增速機構(gòu)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合動力汽車驅(qū)動機構(gòu)，其特征在于 所述的動力輸出軸設(shè)有變速器。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于行星輪系的單電機混合動力汽車驅(qū)動機構(gòu)，由行星輪系組成，行星輪系的太陽輪設(shè)有中心軸，所述中心軸與動力源的輸出軸相連接，行星輪系的行星架與本驅(qū)動機構(gòu)的動力輸出軸相連接，行星輪系的齒圈設(shè)有連接前置中間軸的齒輪副，動力輸出軸設(shè)有連接后置中間軸的齒輪副，電機軸設(shè)有分別連接前置中間軸和后置中間軸的傳動軸，各傳動軸與前置中間軸和后置中間軸之間設(shè)有電控離合器，前置中間軸設(shè)有軸制動器。本驅(qū)動機構(gòu)使動力源與電機的動力通過行星輪系進行耦合，能夠使發(fā)動機的工作點與整車車速的直接對應(yīng)關(guān)系相脫離，從而方便地實現(xiàn)對發(fā)動機工作效率的最優(yōu)控制。與現(xiàn)有應(yīng)用行星輪系的混合動力汽車驅(qū)動機構(gòu)相比具有結(jié)構(gòu)較簡單的突出優(yōu)點。
文檔編號B60K6/00GK101439668SQ20071015037
公開日2009年5月27日 申請日期2007年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月23日
發(fā)明者余楚禮, 吳志新, 磊 李, 竇汝振, 京 范, 袁慶強, 趙春明, 寧 馬 申請人:天津清源電動車輛有限責(zé)任公司