專利名稱：基于機(jī)械自動(dòng)變速器的插電式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于機(jī)械自動(dòng)變速器的插電式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置，屬于一種行走機(jī)械的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
如何降低汽車的能源消耗和環(huán)境污染成為當(dāng)前汽車工業(yè)發(fā)展的主旋律?；旌蟿?dòng)力被認(rèn)為是汽車工業(yè)近期應(yīng)對(duì)能源和環(huán)境問題的最主要對(duì)策和最現(xiàn)實(shí)的選擇之一。尤其是近年來提出的插入式混合動(dòng)力車輛(plug-in hybrid electric vehicle)，這種車輛在日常短距離行程(比如40km)之內(nèi)采用純電動(dòng)工作模式，然后夜間可在家庭電源充電；在長(zhǎng)距離行駛時(shí)則工作在通常的混合動(dòng)力模式。插入式混合動(dòng)力在目前混合動(dòng)力傳動(dòng)系的基礎(chǔ)上， 又大大減少了 well-toiheel整個(gè)周期的(X)2排放量及其它排放污染，并降低了運(yùn)行成本， 被認(rèn)為是近一段時(shí)間非常具有市場(chǎng)潛力的傳動(dòng)系配置?；旌蟿?dòng)力汽車具有典型的三種結(jié)構(gòu)型式(串聯(lián)SHV、并聯(lián)PHV和混聯(lián)SPHV)，其中， 串聯(lián)混合動(dòng)力汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)輪之間沒有直接的機(jī)械連接，比較易于對(duì)該動(dòng)力源進(jìn)行最佳控制，但因?yàn)槟芰恳恢毙枰?jīng)過發(fā)電-電動(dòng)的轉(zhuǎn)換，整體傳動(dòng)效率比較低；并聯(lián)混合動(dòng)力汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)輪有機(jī)械連接，可直接驅(qū)動(dòng)整車，傳動(dòng)效率較高，但無法保證發(fā)動(dòng)機(jī)始終工作在最佳工作區(qū)；混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車結(jié)合了串聯(lián)與并聯(lián)式的優(yōu)點(diǎn)，可根據(jù)整車狀態(tài)信息，選擇最佳的耦合方式，使整車獲得最佳的性能。隨著控制技術(shù)和制造技術(shù)的發(fā)展，一些混合動(dòng)力汽車更傾向于混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車。目前已有的混聯(lián)形式的動(dòng)力耦合機(jī)構(gòu)有行星齒輪機(jī)構(gòu)[豐田CN 10040^98C]，差速器 [CN1012-4919]，機(jī)械式自動(dòng)變速器[同濟(jì)CN 100523549C]等形式。行星齒輪機(jī)構(gòu)和差速器構(gòu)成的動(dòng)力耦合機(jī)構(gòu)會(huì)造成無功電循環(huán)，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)熱量較大。機(jī)械式自動(dòng)變速器為直列齒輪嚙合傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，加工容易，成本較低，而且直列齒輪嚙合的傳動(dòng)效率較高。另一方面，采用電機(jī)數(shù)量上，插電式混合動(dòng)力汽車通常采用一個(gè)或者兩個(gè)電機(jī)構(gòu)成電驅(qū)動(dòng)和能量回收。一個(gè)電機(jī)的機(jī)構(gòu)要求電機(jī)功率較大，然而在市區(qū)內(nèi)的大部分時(shí)間純電動(dòng)行駛功率低，無法使電機(jī)工作在高效區(qū)，沒有充分發(fā)揮混合動(dòng)力的優(yōu)勢(shì)。采用兩個(gè)電機(jī)時(shí)，電機(jī)就可以選擇較小的功率，在低速時(shí)既能滿足汽車的動(dòng)力性，又使兩電機(jī)都能同時(shí)工作在高效率區(qū)域，充分發(fā)揮混合動(dòng)力的優(yōu)勢(shì)。高速時(shí)，主要由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作在高效區(qū)，經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性都得到很大的提高?？梢姀牟贾镁o湊和成本的角度出發(fā)，利用機(jī)械自動(dòng)變速器進(jìn)行雙電機(jī)混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的整合是一種比較好的方式，它傳動(dòng)效率高，有較多的模式選擇。而且加工容易，成本較低，適合在我國(guó)推廣應(yīng)用。盡管傳統(tǒng)的機(jī)械自動(dòng)變速器在換擋時(shí)會(huì)出現(xiàn)動(dòng)力中斷現(xiàn)象， 影響車輛動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和換擋品質(zhì)，然而采用雙電機(jī)在換擋時(shí)能實(shí)現(xiàn)主動(dòng)同步調(diào)速和無動(dòng)力中斷控制，彌補(bǔ)傳統(tǒng)汽車變速過程由于速比的突變?cè)斐傻妮敵鲛D(zhuǎn)矩的突變和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的突變，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的連續(xù)輸出，提高變速器的綜合性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)問題是要提供一種結(jié)構(gòu)緊湊，既能進(jìn)行驅(qū)動(dòng)模式的切換，又具有變檔的功能的基于機(jī)械自動(dòng)變速器的插電式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置。為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于機(jī)械自動(dòng)變速器的插電式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置，包括燃油動(dòng)力、電力動(dòng)力和一個(gè)動(dòng)力輸出端。該裝置設(shè)置一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)1、兩個(gè)電機(jī)(包括一個(gè)主要用于驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)11和一個(gè)主要用于發(fā)電的發(fā)電機(jī)7)，一個(gè)兩檔機(jī)械自動(dòng)變速器，主減速器和差速器。兩檔機(jī)械自動(dòng)變速器由齒輪A5、B6、C4、D19、Hl4、117、 E9、F12組成的嚙合齒輪對(duì)和同步器T8、Q18以及變速器輸入軸M3、軸附0、013組成；發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸通過減震彈簧2與變速器輸入軸M3相連；電動(dòng)機(jī)11輸出軸與軸NlO相連，發(fā)電機(jī) 7輸出軸通過一級(jí)惰輪(齒輪A5、B6)傳動(dòng)與變速器輸入軸M3上的齒輪H14嚙合，所述齒輪H14通過齒輪117與差速器16連接；所述同步器T8在軸NlO上的齒輪E9和變速器輸入軸M3上的齒輪C4之間切換，所述同步器Q18與軸013上的齒輪D19結(jié)合或分離。增加一級(jí)惰輪傳動(dòng)的目的是延長(zhǎng)徑向長(zhǎng)度，提供足夠尺寸安裝發(fā)電機(jī)。通過控制同步器T8、Q18實(shí)現(xiàn)燃油動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)、電力源驅(qū)動(dòng)或混合動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)模式的切換。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是能有效利用發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)；運(yùn)行模式多，能實(shí)現(xiàn)換擋時(shí)的主動(dòng)同步調(diào)速和無動(dòng)力中斷控制；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，軸向尺寸小，適合前置前驅(qū)的布置形式。兩檔機(jī)械自動(dòng)變速器的兩個(gè)檔位的傳動(dòng)比設(shè)置為傳統(tǒng)機(jī)械自動(dòng)變速器的高檔速比，包括一個(gè)高速檔和一個(gè)超速檔。目的是車輛高速行駛時(shí)，使燃油動(dòng)力源能夠高效地直接輸出驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，而不必通過發(fā)電-電動(dòng)的能量轉(zhuǎn)換。兩檔變速器的軸向尺寸小，結(jié)構(gòu)非常緊湊。當(dāng)電池電量充足時(shí)，系統(tǒng)工作在純電動(dòng)模式，此時(shí)兩個(gè)電機(jī)均能向變速器輸出軸傳遞力矩，可以輸出動(dòng)力或者回收制動(dòng)能量。由于車輛在市區(qū)路面行駛的大部分時(shí)間對(duì)功率要求是很低的，因此可以僅采用電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，使其工作在高效運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)。需要急加速，輸出大功率時(shí)，可以兩個(gè)電機(jī)同時(shí)輸出動(dòng)力，滿足加速性的要求?？梢姳景l(fā)明采用兩個(gè)電機(jī)作為電力源驅(qū)動(dòng)，能夠在保證車輛加速性能的前提下，提高電力源驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)效率。當(dāng)電池電量水平SOC < S0C_low(比如0. 3)時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入普通混合動(dòng)力汽車的工作狀態(tài)。此時(shí)按照車速高低又可分為低速行駛和高速行駛兩種狀況。當(dāng)車速較低時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，然后由電動(dòng)機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)動(dòng)力。車輛低速運(yùn)行時(shí)，電池電量水平SOC保持在一個(gè)范圍，電池電量水平SOC > S0C_high(比如0. 5)時(shí)，則關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，停止發(fā)電，電池電量水平SOC < S0C_low(比如0. 3)時(shí)，則啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，開始發(fā)電。如果車速較低時(shí)駕駛員急踩油門，一個(gè)電機(jī)無法滿足需要的加速性能時(shí)，則讓兩個(gè)同步器動(dòng)作，使發(fā)電用的發(fā)電機(jī)也聯(lián)結(jié)到變速器輸出軸上補(bǔ)充不足的動(dòng)力。如果車速較高，發(fā)動(dòng)機(jī)可以通過兩檔變速器中的一個(gè)檔位輸出動(dòng)力至變速器輸出軸。此時(shí)優(yōu)先保證發(fā)動(dòng)機(jī)工作在高效區(qū)，這可以通過靠近發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電機(jī)吸收或補(bǔ)充發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力來實(shí)現(xiàn)。由于此時(shí)三個(gè)動(dòng)力源同時(shí)與變速器輸入軸相聯(lián)，因此可以實(shí)現(xiàn)很好的高速動(dòng)力性。車輛高速運(yùn)行時(shí)，電池電量水平SOC保持在一個(gè)范圍，電池電量水平SOC > soc_ high時(shí)，則優(yōu)先采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電池電量水平SOC < S0C_low時(shí)，則優(yōu)先采用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)并將多余動(dòng)力發(fā)電存儲(chǔ)。需要換檔時(shí)，讓與發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)結(jié)的同步器動(dòng)作，完成換檔操作。換檔時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力中斷過程中，由電動(dòng)機(jī)補(bǔ)充期望力矩，實(shí)現(xiàn)無動(dòng)力中斷換檔。提高了汽車的動(dòng)力性、平順性和燃油經(jīng)濟(jì)性。此外，電力動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)的電機(jī)可正反向轉(zhuǎn)動(dòng)，反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)實(shí)現(xiàn)倒車行駛。電力動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)模式中實(shí)施制動(dòng)能量回收模式，即輸出端為原輸入端，即電動(dòng)機(jī)； 輸入端為原輸出端，即車輪的轉(zhuǎn)速，并且電動(dòng)機(jī)由驅(qū)動(dòng)狀態(tài)變?yōu)榘l(fā)電狀態(tài)，能量從車輪到電機(jī)。實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量回收。本發(fā)明取消了傳統(tǒng)機(jī)械自動(dòng)變速器的離合器。發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力通過飛輪和減震彈簧直接輸出到兩檔變速器。取消離合器進(jìn)一步減小了軸向尺寸，使本發(fā)明能夠適用于前置前驅(qū)布置形式的車輛。取消離合器為換檔控制帶來難度，然而采用最新發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)(例如控制節(jié)氣門、點(diǎn)火提前角、斷油以及變氣門定時(shí))可以實(shí)現(xiàn)快速發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速(升速和降速)，再加上動(dòng)力中斷期間可以由電機(jī)補(bǔ)充缺失的力矩，因此本發(fā)明在取消傳統(tǒng)車輛離合器的條件下，仍能保證換檔品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)好的動(dòng)力性和舒適性。本發(fā)明通過靠近發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，取消了傳統(tǒng)意義上的發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電機(jī)。由于靠近發(fā)動(dòng)機(jī)的電機(jī)比傳統(tǒng)意義上的發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電機(jī)功率大得多，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)快速啟停的功能。需要發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，變速器輸出軸上的同步器脫開，與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸相聯(lián)的同步器動(dòng)作，使發(fā)動(dòng)機(jī)和靠近它的電機(jī)相聯(lián)結(jié)。然后靠近發(fā)動(dòng)機(jī)的電機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的時(shí)機(jī)一般選擇在車輛勻速或緩加速行駛的過程中。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為純電動(dòng)模式和低速加速模式下的動(dòng)力傳遞路線圖；圖3為低速行駛模式的動(dòng)力傳遞路線圖；圖4為高速檔功率過剩模式的動(dòng)力傳遞路線圖；圖5為高速檔功率不足模式的動(dòng)力傳遞路線圖；圖6為超速檔行駛模式的動(dòng)力傳遞路線圖；圖7為制動(dòng)模式的動(dòng)力傳遞路線圖；圖中標(biāo)號(hào)說明1-發(fā)動(dòng)機(jī)；2-減震彈簧；3-變速器輸入軸M ;4_齒輪C ；5_齒輪A ；6_齒輪B ；7_發(fā)電機(jī)；8-同步器T ；9-齒輪E ； 10-軸N ； 11-電動(dòng)機(jī)；12-齒輪F ； 13-軸0 ； 14-齒輪H ； 15-半軸；16-差速器；17-齒輪I ； 18-同步器Q ； 19-齒輪D
具體實(shí)施例方式參閱附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。參閱圖1，本發(fā)明提供了一種基于機(jī)械自動(dòng)變速器的插電式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置，包括燃油動(dòng)力、電力動(dòng)力和一個(gè)動(dòng)力輸出端，該裝置設(shè)置一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)、兩個(gè)電機(jī)(包括一個(gè)主要用于驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)11和一個(gè)主要用于發(fā)電的發(fā)電機(jī)7)，一個(gè)兩檔機(jī)械自動(dòng)變速器，主減速器和差速器。兩檔機(jī)械自動(dòng)變速器包括齒輪A5、B6、C4、D19、Hl4、117、E9、F12組成的嚙合齒輪對(duì)和同步器T8、Q18、輸入軸M3、軸附0、軸013。發(fā)動(dòng)機(jī)1的輸出軸通過減震彈簧2 與變速器輸入軸M3相連，電動(dòng)機(jī)11的輸出軸與軸NlO相連，發(fā)電機(jī)7的輸出軸通過一級(jí)惰輪齒輪的齒輪A ( 和齒輪B6的傳動(dòng)與變速器輸入軸M3上的齒輪C4嚙合，所述齒輪H14 通過齒輪117與差速器16連接；所述同步器T8在軸NlO上的齒輪E9和變速器輸入軸M3 上的齒輪C4之間切換，所述同步器Q18與軸013上和齒輪D19結(jié)合或分離。增加一級(jí)惰輪傳動(dòng)的目的是延長(zhǎng)徑向長(zhǎng)度，提供足夠尺寸安裝發(fā)電機(jī)7。通過控制同步器T8、Q18實(shí)現(xiàn)燃油動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)、電力源驅(qū)動(dòng)或混合動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)模式的切換。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是能有效利用發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)；運(yùn)行模式多，能實(shí)現(xiàn)換擋時(shí)的主動(dòng)同步調(diào)速和無動(dòng)力中斷控制；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，軸向尺寸小，適合前置前驅(qū)的布置形式。兩檔機(jī)械自動(dòng)變速器的兩個(gè)檔位的傳動(dòng)比設(shè)置為傳統(tǒng)機(jī)械自動(dòng)變速器的高檔速比，分為一個(gè)高速檔和一個(gè)超速檔。高速檔傳動(dòng)由齒輪E9、F12嚙合構(gòu)成，超速檔傳動(dòng)由齒輪C4、D19嚙合構(gòu)成。這兩個(gè)檔位可以在車輛高速行駛時(shí)，使發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力源能夠高效地直接輸出驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，而不必通過發(fā)電-電動(dòng)的能量轉(zhuǎn)換。兩檔變速器的軸向尺寸小，結(jié)構(gòu)非常緊湊。本發(fā)明通過這個(gè)兩檔變速器將三個(gè)動(dòng)力源耦合在一起，可以提供以下工作模式。純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式參閱圖2，當(dāng)電池電量充足時(shí)，系統(tǒng)工作在純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式，此時(shí)同步器T8不結(jié)合，同步器Q18左結(jié)合，動(dòng)力傳遞路線參閱圖粗實(shí)線所示經(jīng)齒輪A5、齒輪 B6、齒輪C4、齒輪D19、齒輪H14、117、差速器16，由半軸15輸出；電動(dòng)機(jī)11動(dòng)力傳遞路線為經(jīng)齒輪E9、齒輪F12、齒輪H14、齒輪117和差速器16，由半軸15輸出。發(fā)電機(jī)7、11可正反向轉(zhuǎn)動(dòng)，反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)實(shí)現(xiàn)倒檔行駛。在市區(qū)行駛的大部分時(shí)間可以僅采用電動(dòng)機(jī)11運(yùn)行，使其工作在高效運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)。需要急加速，輸出大功率時(shí)，發(fā)電機(jī)7和電動(dòng)機(jī)11可同時(shí)輸出動(dòng)力，滿足加速性的要求。可見本發(fā)明能夠在保證車輛加速性能的前提下，提高電力源驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)效率。當(dāng)電池電量水平SOC < S0C_low時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入普通混合動(dòng)力汽車的工作狀態(tài)。此時(shí)按照車速高低又可分為低速行駛和高速行駛兩種狀況。低速行駛可分為低速行駛模式和低速加速模式。低速行駛模式當(dāng)車速較低時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)靠近它的發(fā)電機(jī)7發(fā)電，然后由電動(dòng)機(jī) 11輸出驅(qū)動(dòng)動(dòng)力。此時(shí)同步器T8左結(jié)合，同步器Q18不結(jié)合。車輛低速運(yùn)行時(shí)，電池電量水平SOC被保持在一個(gè)范圍。SOC > S0C_high(比如0. 5)時(shí)，則關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)移到純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式。S0C<S0C_low(比如0. 3)時(shí)則啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，開始發(fā)電。低速行駛模式的動(dòng)力傳遞路線參閱圖3粗實(shí)線所示發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)齒輪C4、齒輪B6和發(fā)電機(jī)7上的齒輪A5開始發(fā)電， 低速行駛模式的動(dòng)力傳遞路線電動(dòng)機(jī)11經(jīng)齒輪齒輪E9、齒輪F12、齒輪H14、齒輪117和差速器16及半軸15輸出動(dòng)力。低速加速模式如果車速較低時(shí)駕駛員急踩油門，電動(dòng)機(jī)11無法滿足需要的加速性能時(shí)，則讓發(fā)電機(jī)7作為電動(dòng)機(jī)聯(lián)結(jié)到變速器輸出軸上補(bǔ)充不足的動(dòng)力。此時(shí)同步器T 不結(jié)合，同步器Q18左結(jié)合。車輛加速完成后，裝置返回低速行駛模式。低速加速模式的動(dòng)力傳遞路線與純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式相同，參閱圖2。高速行駛可分為高速檔功率過剩模式、高速檔功率不足模式和超速檔行駛模式。高速檔功率過剩模式汽車行駛在高速檔時(shí)，同步器T8右結(jié)合，同步器Q18左結(jié)合，發(fā)動(dòng)機(jī)能夠單獨(dú)驅(qū)動(dòng)汽車，動(dòng)力傳遞路線發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力經(jīng)齒輪E9、齒輪F12、齒輪H14、齒輪117、由差速器16和半軸15輸出；功率過剩時(shí)發(fā)電機(jī)7發(fā)電吸收過剩功率，動(dòng)力傳遞路線參閱圖4 發(fā)動(dòng)機(jī)過剩功率經(jīng)齒輪E9、齒輪F12、齒輪H14、齒輪D19、齒輪C4、齒輪B6和齒輪A5輸入發(fā)電機(jī)7發(fā)電。高速檔功率過剩模式運(yùn)行時(shí)，電池電量水平SOC保持在一個(gè)范圍，電池電量水平 SOC < S0C_low時(shí)，則采用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)并將多余動(dòng)力發(fā)電存儲(chǔ)，電池電量水平SOC > soc_ high時(shí)，則關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，裝置運(yùn)行模式轉(zhuǎn)移到純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式。高速檔功率不足模式汽車行駛在高速檔時(shí)，同步器T8右結(jié)合，同步器Q18左結(jié)合，發(fā)動(dòng)機(jī)能夠單獨(dú)驅(qū)動(dòng)汽車，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力經(jīng)齒輪E9、齒輪F12、齒輪H14、齒輪117、由差速器16和半軸15輸出；動(dòng)率不足時(shí)，發(fā)電機(jī)7、電動(dòng)機(jī)11補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)力矩，動(dòng)力傳遞路線參閱圖 5 發(fā)電機(jī)7經(jīng)齒輪齒輪A5、齒輪B6、齒輪C4、齒輪E9、齒輪F12、齒輪H14、齒輪117、由差速器16和半軸15輸出補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)力矩，電動(dòng)機(jī)11經(jīng)齒輪E9、齒輪F12、齒輪H14、齒輪117，由差速器16和半軸15輸出補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)力矩。此時(shí)三個(gè)動(dòng)力源同時(shí)與變速器輸出軸相聯(lián)，因此可以實(shí)現(xiàn)很好的高速動(dòng)力性。高速檔功率不足模式通常發(fā)生在高速加速、高速爬坡等工況， 一般持續(xù)時(shí)間不會(huì)太長(zhǎng)，當(dāng)加速完成或爬坡完成后，裝置由高速檔功率不足模式切換到高速檔功率過剩模式。如果極端情況發(fā)生，例如車輛一直在高速爬坡，電池電量消耗到一定程度后，認(rèn)定裝置無法繼續(xù)維持高速運(yùn)行，裝置由高速檔功率不足模式切換到低速行駛模式。超速檔行駛模式汽車行駛在超速檔時(shí)，同步器T8左結(jié)合，同步器Q18左結(jié)合，三個(gè)動(dòng)力源同時(shí)與變速器輸出軸相聯(lián)。發(fā)動(dòng)機(jī)1動(dòng)力傳遞路線參閱圖6粗實(shí)線經(jīng)齒輪C4齒輪D19齒輪H14齒輪117，由差速器16和半軸15輸出；發(fā)電機(jī)7動(dòng)力傳遞路線為經(jīng)齒輪 A5、B6、C4、D19、H14、117、差速器16，由半軸15輸出；電動(dòng)機(jī)11動(dòng)力傳遞路線為經(jīng)齒輪 E9、齒輪F12、齒輪H14、齒輪117，由差速器16和半軸15輸出。超速檔行駛一般由發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)需要大功率時(shí)，發(fā)電機(jī)7、電動(dòng)機(jī)11接入，電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)。當(dāng)需要大功率的工況結(jié)束后，立即轉(zhuǎn)到發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)運(yùn)行狀態(tài)。如果極端情況發(fā)生，需要大功率的工況一直維持，例如車輛一直在超速檔超高速行駛，當(dāng)電池電量水平SOC < S0C_low時(shí)，認(rèn)定裝置無法繼續(xù)維持超高速運(yùn)行，裝置強(qiáng)行切斷電機(jī)的動(dòng)力輸出，改由發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。制動(dòng)模式除了以上驅(qū)動(dòng)的各種模式，汽車制動(dòng)時(shí)工作在制動(dòng)模式。車輪拖動(dòng)發(fā)電機(jī)7、電動(dòng)機(jī)11發(fā)電，給電池充電。動(dòng)力傳遞路線參閱圖7粗實(shí)線。具體是由發(fā)電機(jī)7、電動(dòng)機(jī)11中的哪個(gè)電機(jī)發(fā)電是和踩制動(dòng)時(shí)的運(yùn)行模式相關(guān)的。如果制動(dòng)時(shí)，同步器Q18左結(jié)合，則選擇發(fā)電機(jī)7來發(fā)電，動(dòng)力經(jīng)半軸15、差速器16、齒輪117、齒輪H14、齒輪D19、齒輪 C4、齒輪B6和齒輪A5拖動(dòng)發(fā)電機(jī)7發(fā)電；如果同步器Q18是分開的，則優(yōu)先選用電動(dòng)機(jī)11 來發(fā)電，動(dòng)力經(jīng)半軸15、差速器16、齒輪117、齒輪H14、齒輪F12和齒輪E9拖動(dòng)發(fā)電機(jī)11 發(fā)電。以上是本發(fā)明所有運(yùn)行模式的說明。除了各自的運(yùn)行模式，模式間切換過程在此也予以說明，從而使發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和合理性更加突出。換擋過程由高速檔換至超速檔時(shí)，需要完成發(fā)動(dòng)機(jī)力矩降低、同步器T8退出右結(jié)合、發(fā)動(dòng)機(jī)同步調(diào)速、同步器T8左結(jié)合、發(fā)動(dòng)機(jī)1力矩恢復(fù)等動(dòng)作。由超速檔換至高速檔時(shí)，需要完成發(fā)動(dòng)機(jī)1力矩降低、同步器T8退出左結(jié)合、發(fā)動(dòng)機(jī)1同步調(diào)速、同步器T8右結(jié)合、發(fā)動(dòng)機(jī)力矩恢復(fù)等動(dòng)作。同步器T8退出結(jié)合的動(dòng)力中斷過程中，由發(fā)電機(jī)7、電動(dòng)機(jī)11 瞬時(shí)補(bǔ)充高驅(qū)動(dòng)力矩，維持驅(qū)動(dòng)力。取消離合器為換檔控制帶來難度，然而采用最新發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)(例如控制節(jié)氣門、點(diǎn)火提前角、斷油以及變氣門定時(shí))可以實(shí)現(xiàn)快速發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速(升速和降速)，再加上動(dòng)力中斷期間可以由電機(jī)補(bǔ)充缺失的力矩，因此本發(fā)明在取消傳統(tǒng)車輛離合器的條件下，仍能保證換檔品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)好的動(dòng)力性和舒適性。模式切換過程以上各模式間存在多種切換過程，具體包含純電動(dòng)模式到非純電動(dòng)模式的切換、非純電動(dòng)模式到純電動(dòng)模式的切換和非純電動(dòng)模式之間的切換。其中每一種模式切換又包含多種細(xì)分模式切換。在此僅列舉車輛在急加速過程中的模式切換過程予以詳解，因?yàn)楸景l(fā)明基于機(jī)械自動(dòng)變速器，急加速過程最能考驗(yàn)本發(fā)明的實(shí)用性和合理性。 其他模式切換過程可以類推。車輛從停車狀態(tài)進(jìn)行急加速的過程車輛以純電動(dòng)模式啟車，運(yùn)行模式參閱圖2。 因?yàn)槭遣咫娛交旌蟿?dòng)力汽車，電池容量較大，完全可以提供一次加速過程所需的電量，因此從停車狀態(tài)開始的急加速過程不需要模式切換，可以利用純電動(dòng)模式完成加速過程。車輛從低速狀態(tài)進(jìn)行急加速的過程車輛低速行駛在圖3所示的低速行駛模式時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)7發(fā)電，電動(dòng)機(jī)11驅(qū)動(dòng)車輪。如果此時(shí)駕駛員急踩油門，需要車輛切換到圖2所示的純電動(dòng)模式。此時(shí)，需要完成發(fā)動(dòng)機(jī)力矩降低、同步器T退出左結(jié)合、發(fā)電機(jī)7同步調(diào)速、同步器Q18左結(jié)合、發(fā)電機(jī)7增加力矩等動(dòng)作。隨著電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展， 電機(jī)調(diào)速過程可以在很短時(shí)間內(nèi)完成。而且在發(fā)電機(jī)7調(diào)速的過程中，電動(dòng)機(jī)11可以輸出部分動(dòng)力，防止駕駛員感覺到響應(yīng)滯后。車輛從高速狀態(tài)進(jìn)行超車的過程車輛高速行駛時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)是通過同步器T8連接到高速檔或超速檔的，例如圖4高速檔功率過剩模式，發(fā)動(dòng)機(jī)通過高速檔輸出動(dòng)力。超車時(shí)，需要切換到圖5高速檔功率不足模式。此時(shí)發(fā)電機(jī)7從發(fā)電狀態(tài)轉(zhuǎn)到電驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，這個(gè)過程不涉及同步器動(dòng)作，屬于電動(dòng)的無極變速過程，沒有動(dòng)力中斷現(xiàn)象發(fā)生。從上面說明可以看出，本發(fā)明的積極效果在于能充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)，而且動(dòng)力性沒有損失，能實(shí)現(xiàn)無動(dòng)力中斷換檔和模式切換。
權(quán)利要求
1.一種基于機(jī)械自動(dòng)變速器的插電式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置，包括燃油動(dòng)力、電力動(dòng)力和一個(gè)動(dòng)力輸出端，其特征在于，所述裝置設(shè)置一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)、兩個(gè)電機(jī)、一個(gè)兩檔機(jī)械自動(dòng)變速器、主減速器和差速器，所述兩個(gè)電機(jī)包括一個(gè)主要用于驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)(11)和一個(gè)主要用于發(fā)電的發(fā)電機(jī)(7)，所述兩檔機(jī)械自動(dòng)變速器包括齒輪A (5)、齒輪B (6)、齒輪C (4)、齒輪D (19)、齒輪H(14)、齒輪I (17)、齒輪E (9)、齒輪F(12)組成的嚙合齒輪對(duì)和同步器T (8)、 同步器Q(18)、變速器輸入軸M(3)、軸N(10)、軸0(1 ；所述發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的輸出軸通過減震彈簧⑵與變速器輸入軸M(3)相連；電動(dòng)機(jī)(11)的輸出軸與軸N(IO)相連，發(fā)電機(jī)(7)的輸出軸通過一級(jí)惰輪的齒輪A 和齒輪B(6)的傳動(dòng)與變速器輸入軸MC3)上的齒輪C(4) 嚙合；所述同步器T(8)在軸N(IO)上的齒輪Ε(9)和變速器輸入軸Μ(3)上的齒輪C(4)之間切換，所述同步器Q(18)與軸0(13)上的齒輪D(19)結(jié)合或分離，齒輪H(14)通過齒輪 1(17)與差速器(16)連接；增加所述一級(jí)惰輪傳動(dòng)的作用是延長(zhǎng)徑向長(zhǎng)度，提供足夠尺寸安裝發(fā)電機(jī)(7)，通過控制同步器T(8)和Q(18)對(duì)燃油動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)、電力源驅(qū)動(dòng)或混合動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)模式的切換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)械自動(dòng)變速器的插電式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述兩檔機(jī)械自動(dòng)變速器的兩個(gè)檔位的傳動(dòng)比設(shè)置為傳統(tǒng)機(jī)械自動(dòng)變速器的高檔速比，分為一個(gè)高速檔和一個(gè)超速檔，所述高速檔傳動(dòng)由齒輪E(9)和齒輪F(U)嚙合構(gòu)成， 所述超速檔傳動(dòng)由齒輪C (4)和齒輪D (19)嚙合構(gòu)成，這兩個(gè)檔位在車輛高速行駛時(shí)，使發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力源能高效直接輸出驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，而不必通過發(fā)電-電動(dòng)的能量轉(zhuǎn)換。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于機(jī)械自動(dòng)變速器的插電式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置， 其特征在于，通過所述兩檔機(jī)械自動(dòng)變速器將三個(gè)動(dòng)力源耦合在一起，提供以下工作模式 當(dāng)電池電量充足時(shí)，系統(tǒng)工作在純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式；當(dāng)電池電量水平SOC < S0C_low時(shí)，S0C_ low為0. 3，系統(tǒng)進(jìn)入普通混合動(dòng)力汽車的工作狀態(tài)，此時(shí)按照車速高低分為低速行駛和高速行駛兩種狀況，低速行駛分為低速行駛模式和低速加速模式，高速行駛分為高速檔功率過剩模式、高速檔功率不足模式和超速檔行駛模式；汽車制動(dòng)時(shí)工作在制動(dòng)模式。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于機(jī)械自動(dòng)變速器的插電式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式同步器T(8)不結(jié)合，同步器Q(18)左結(jié)合，發(fā)電機(jī)(7)動(dòng)力傳遞路線為經(jīng)齒輪A(5)、齒輪B(6)、齒輪以4)、齒輪D(19)、齒輪H(14)、1(17)、差速器(16)，由半軸(15)輸出；電動(dòng)機(jī)(11)動(dòng)力傳遞路線為經(jīng)齒輪E(9)、齒輪F(12)、齒輪對(duì)14)、齒輪1(17)和差速器(16)，由半軸(15)輸出；發(fā)電機(jī)(7)和電動(dòng)機(jī)(11)可正反向轉(zhuǎn)動(dòng)，反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)實(shí)現(xiàn)倒檔行駛，在市區(qū)行駛的大部分時(shí)間僅采用電動(dòng)機(jī)(11)運(yùn)行，使其工作在高效運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)，需要急加速，輸出大功率時(shí)，發(fā)電機(jī)(7)和電動(dòng)機(jī)(11)可同時(shí)輸出動(dòng)力。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于機(jī)械自動(dòng)變速器的插電式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述低速行駛模式當(dāng)車速較低時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)靠近它的發(fā)電機(jī)(7)發(fā)電，然后由電動(dòng)機(jī)(11)輸出驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，此時(shí)同步器T(8)左結(jié)合，同步器Q(18)不結(jié)合，電池電量水平 SOC保持在一個(gè)范圍，電池電量水平SOC > S0C_high時(shí)，S0C_high為0. 5，則關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)， 轉(zhuǎn)移到純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式，電池電量水平SOC < S0C_low時(shí)，S0C_low為0. 3則啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)， 經(jīng)齒輪以4)、齒輪B(6)和發(fā)電機(jī)(7)上的齒輪A(5)開始發(fā)電，低速行駛模式的動(dòng)力傳遞路線電動(dòng)機(jī)(11)經(jīng)齒輪齒輪E(9)、齒輪F(12)、齒輪H(14)、齒輪1(17)和差速器(16)及半軸(15)輸出動(dòng)力。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于機(jī)械自動(dòng)變速器的插電式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述低速加速模式如果車速較低時(shí)駕駛員急踩油門，電動(dòng)機(jī)(11)無法滿足需要的加速性能時(shí)，則讓發(fā)電機(jī)(7)作為電動(dòng)機(jī)聯(lián)結(jié)到變速器輸出軸上補(bǔ)充不足的動(dòng)力，此時(shí)同步器T(8)不結(jié)合，同步器Q(18)左結(jié)合，車輛加速完成后，裝置返回低速行駛模式，低速加速模式的動(dòng)力傳遞路線與純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于機(jī)械自動(dòng)變速器的插電式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述高速檔功率過剩模式汽車行駛在高速檔時(shí)，同步器T(8)右結(jié)合，同步器 Q(IS)左結(jié)合，發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)汽車，動(dòng)力傳遞路線發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力經(jīng)齒輪E(9)、齒輪F(12)、 齒輪H(14)、齒輪1(17)、由差速器(16)和半軸(15)輸出；功率過剩時(shí)發(fā)電機(jī)(7)發(fā)電吸收過剩功率發(fā)動(dòng)機(jī)過剩功率經(jīng)齒輪E (9)、齒輪F(U)、齒輪H (14)、齒輪D (19)、齒輪以4)、齒輪B (6)和齒輪A(5)輸入發(fā)電機(jī)(7)發(fā)電;在高速檔功率過剩模式運(yùn)行時(shí)，電池電量水平SOC保持在一個(gè)范圍，電池電量水平SOC < S0C_low時(shí)，則采用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)并將多余動(dòng)力發(fā)電存儲(chǔ)，電池電量水平SOC > S0C_high 時(shí)，則關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，裝置運(yùn)行模式轉(zhuǎn)移到純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于機(jī)械自動(dòng)變速器的插電式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述高速檔功率不足模式汽車行駛在高速檔時(shí)，同步器T(8)右結(jié)合，同步器 Q(IS)左結(jié)合，發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)汽車，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力經(jīng)齒輪Ε(9)、齒輪F(12)、齒輪Η(14)、齒輪1(17)、由差速器(16)和半軸(15)輸出；功率不足時(shí)，發(fā)電機(jī)(7)和電動(dòng)機(jī)(11)補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)力矩，動(dòng)力傳遞路線發(fā)電機(jī)(7)經(jīng)齒輪齒輪Α(5)、齒輪Β(6)、齒輪以4)、齒輪D(19)、齒輪對(duì)14)、齒輪1(17)、由差速器(16)和半軸(15)輸出補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)力矩，電動(dòng)機(jī)(11)經(jīng)齒輪 E(9)、齒輪F(12)、齒輪H(14)、齒輪1(17)，由差速器(16)和半軸(15)輸出補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)力矩， 此時(shí)三個(gè)動(dòng)力源同時(shí)與變速器輸入軸相聯(lián)，在極端情況，認(rèn)定裝置無法繼續(xù)維持高速運(yùn)行， 裝置由高速檔功率不足模式切換到低速行駛模式。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于機(jī)械自動(dòng)變速器的插電式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述超速檔行駛模式汽車行駛在超速檔時(shí)，一般由發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)需要大功率時(shí)，發(fā)電機(jī)(7)、電動(dòng)機(jī)(11)接入，電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)，同步器T(8)左結(jié)合，同步器 Q(IS)左結(jié)合，三個(gè)動(dòng)力源同時(shí)與變速器輸出軸相聯(lián)，電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)(1) 動(dòng)力傳遞路線為經(jīng)齒輪C(4)齒輪D(19)齒輪H(14)齒輪I (17)，由差速器(16)和半軸 (15)輸出；發(fā)電機(jī)(7)動(dòng)力傳遞路線為經(jīng)齒輪A(5)、B(6)、以4)、D(19)、H(14)、I(17)、差速器(16)，由半軸(15)輸出；電動(dòng)機(jī)(11)動(dòng)力傳遞路線為經(jīng)齒輪E(9)、齒輪F(12)、齒輪對(duì)14)、齒輪1(17)，由差速器(16)和半軸(15)輸出；當(dāng)需要大功率的工況結(jié)束后，立即轉(zhuǎn)到發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)運(yùn)行狀態(tài)；在需要大功率的工況一直維持，當(dāng)電池電量水平SOC < S0C_low 時(shí)，認(rèn)定裝置無法繼續(xù)維持超高速運(yùn)行，裝置強(qiáng)行切斷電機(jī)的動(dòng)力輸出，改由發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于機(jī)械自動(dòng)變速器的插電式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置， 其特征在于，所述制動(dòng)模式車輪拖動(dòng)發(fā)電機(jī)(7)、電動(dòng)機(jī)(11)發(fā)電，給電池充電，當(dāng)踩制動(dòng)時(shí)，同步器Q(18)左結(jié)合，則選擇發(fā)電機(jī)(7)發(fā)電，動(dòng)力經(jīng)半軸(15)、差速器(16)、齒輪 I (17)、齒輪H (14)、齒輪D (19)、齒輪以4)、齒輪B (6)和齒輪A (5)拖動(dòng)發(fā)電機(jī)(7)發(fā)電；當(dāng)同步器Q(18)分開，則選擇發(fā)電機(jī)(11)發(fā)電，動(dòng)力經(jīng)半軸(15)、差速器(16)、齒輪I (17)、齒輪H(14)、齒輪F(12)和齒輪E (9)拖動(dòng)發(fā)電機(jī)(11)發(fā)電。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于機(jī)械自動(dòng)變速器的插電式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置，屬于一種行走機(jī)械的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置。該裝置設(shè)置有一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)、兩個(gè)電機(jī)、一個(gè)兩檔機(jī)械自動(dòng)變速器，主減速器和一個(gè)差速器。兩檔機(jī)械自動(dòng)變速器由齒輪A、B、C、D、H、I、E、F組成的嚙合齒輪對(duì)和同步器T、Q以及軸M、軸N、O組成。通過控制同步器T、Q實(shí)現(xiàn)燃油動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)、電力源驅(qū)動(dòng)或混合動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)模式的切換。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是能有效利用發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)；運(yùn)行模式多，能實(shí)現(xiàn)換擋時(shí)的主動(dòng)同步調(diào)速和無動(dòng)力中斷控制；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，軸向尺寸小，適合前置前驅(qū)的布置形式。
文檔編號(hào)B60K6/445GK102490588SQ20111039592
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月2日
發(fā)明者梁瓊, 陳虹, 高炳釗 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)