專利名稱：一種采用行星齒輪變速器的增程式電動汽車動力系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用行星齒輪變速器的增程式電動汽車動カ系統(tǒng)，特別涉及具有內(nèi)燃機和兩個電動機，并能進(jìn)行內(nèi)燃機和電動機并聯(lián)驅(qū)動的增程式電動汽車動カ系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在節(jié)能和環(huán)保成為汽車行業(yè)發(fā)展主題的今天，混合動カ汽車已經(jīng)成為各國汽車廠商重點研究的對象?；旌蟿鹰?Hybrid Electrical Vehicle,簡稱HEV)是指同時裝備兩種動カ來源一熱動カ源(由傳統(tǒng)的汽油機或者柴油機產(chǎn)生)與電動カ源(動カ電池與電動機)的汽車?；旌蟿鹰嚥恍枰饨映潆姡且园l(fā)動機為主要動カ源的電動汽車，通過發(fā)動機怠速停機、制動能量回收、低速純電動行駛、行車發(fā)電、行車助力以及發(fā)動機單獨驅(qū) 動等混合動カ功能，使得發(fā)動機可以按照整車的實際運行エ況靈活調(diào)控，保持在綜合性能最佳的區(qū)域內(nèi)工作，從而降低油耗與排放。與混合動カ汽車相比，純電動汽車(Battery Electric vehicle,簡稱BEV)完全依靠電動機驅(qū)動車輛，其能量源來自電網(wǎng)，實現(xiàn)了零排放，能效高，噪音小。但是受目前動カ電池技術(shù)水平限制，其能量密度還不能滿足車用需求，整車?yán)m(xù)駛里程有限，不能滿足用戶日常使用要求。為了延長純電動汽車的續(xù)駛里程，人們在電動車動力系統(tǒng)中增加了一個高效率內(nèi)燃機，當(dāng)動カ電池電壓降低時，它可以驅(qū)動發(fā)電機提供動力，以此達(dá)到延長續(xù)駛里程的目的。這類電動車被稱為增程式電動汽車(Range-extended Electric Vehicle,簡稱REEV)。根據(jù)動カ系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，目前存在的增程式電動汽車可以分為串聯(lián)增程式電動汽車和混聯(lián)增程式電動汽車。串聯(lián)增程式電動汽車在成本増加(與傳統(tǒng)車比較)方面優(yōu)勢較大，在電量保持階段下動カ性很難滿足車輛性能要求，高速行駛?cè)加徒?jīng)濟性也較差?；炻?lián)增程式電動汽車在電量保持階段下動カ性和油耗均優(yōu)于串聯(lián)增程式電動汽車，但動力系統(tǒng)復(fù)雜、成本較高。存在以下問題
(O由于傳統(tǒng)車(或混合動カ汽車)的內(nèi)燃機需要工作在低速擋以滿足加速需求，其負(fù)荷率低且負(fù)荷與轉(zhuǎn)速變化快，影響整車經(jīng)濟性；
(2)在現(xiàn)有的混合動カ構(gòu)型中，電機主要用來調(diào)節(jié)內(nèi)燃機的工作區(qū)域，從而使內(nèi)燃機盡量在最優(yōu)經(jīng)濟區(qū)間工作，驅(qū)動車輛需要的動カ還是主要由內(nèi)燃機提供，因此內(nèi)燃機的功率很大，影響整車經(jīng)濟性和排放性；
(3)在現(xiàn)有的混合動カ構(gòu)型中，第一電動機形式一般有兩種，BSG(Belt StarterGenerator)和ISG (Integrated Starter Generator),它們通常與內(nèi)燃機直接相連，內(nèi)燃機工作時會一直帶動它們轉(zhuǎn)動，這不僅會產(chǎn)生機械摩擦損失，還會產(chǎn)生電磁損失，影響整車經(jīng)濟性；
(4)雖然純電動汽車能夠?qū)崿F(xiàn)零耗油量和零排放，但是由于動カ電池的體積和能量密度的限制，其續(xù)駛里程非常有限；
(5)串聯(lián)增程式電動汽車，在增程模式下，存在能量二次轉(zhuǎn)換損失，燃油經(jīng)濟性低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種ー種采用行星齒輪變速器的增程式電動汽車動カ系統(tǒng)，其采用ー個小功率等級的內(nèi)燃機和ー個大功率等級的第二電動機，在內(nèi)燃機驅(qū)動時防止帶動第一電動機旋轉(zhuǎn)，減少了第一電動機的摩擦與電磁損失。通過行星齒輪機構(gòu)為第ニ電動機提供兩個速比，整車動カ性需求由第二電動機滿足，降低了內(nèi)燃機的功率，提高了內(nèi)燃機的負(fù)荷率，改善了整車燃油經(jīng)濟性和排放性。在動カ電池電量不足時，低速時串聯(lián)驅(qū)動車輛，由內(nèi)燃機驅(qū)動第一電動機給動カ電池充電，維持電量平衡；高速時并聯(lián)驅(qū)動車輛，能量傳遞效率高，在保證車輛動カ性的基礎(chǔ)上，進(jìn)ー步延長了車輛的續(xù)駛里程。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的一種采用行星齒輪變速器的增程式電動汽車動力系統(tǒng)，由內(nèi)燃機、第一電動機、第二電動機、雙離合傳動裝置、行星齒輪機構(gòu)和換擋執(zhí)行機構(gòu)組成，其中換擋執(zhí)行機構(gòu)包括一個換擋離合器和ー個換擋制動器，其特征在于內(nèi)燃機的 曲軸與雙離合傳動裝置的殼體連接，雙離合傳動裝置的第一離合器通過傳動軸與行星齒輪機構(gòu)連接，第二離合器與第一電動機轉(zhuǎn)子連接，第二電動機轉(zhuǎn)子可與行星齒輪機構(gòu)的太陽輪、行星架和齒圈等三個元件的其中任意ー個元件連接，并由其中設(shè)定的第二元件輸出動力，通過控制其中第三元件的運動狀態(tài)實現(xiàn)兩個檔位。所述的內(nèi)燃機用來滿足車輛高速勻速行駛的驅(qū)動功率與電動附件消耗功率的需求。所述的第一電動機的功率用來起動內(nèi)燃機，并滿足動カ電池SOC平衡和電動附件電能需求。所述的第二電動機功率由整車動カ性決定，行星齒輪機構(gòu)的ー檔滿足最大爬坡度要求，ニ檔滿足最高車速要求。所述的第二電動機轉(zhuǎn)子與行星齒輪機構(gòu)的行星架相連，通過齒圈輸出動力，當(dāng)鎖止太陽輪時，行星齒輪機構(gòu)的傳動比大于O. 5且小于I即ニ檔；當(dāng)使太陽輪和行星架鎖成ー體時，行星齒輪機構(gòu)的傳動比等于I即ー檔。所述的第二電動機轉(zhuǎn)子與行星齒輪機構(gòu)的齒圈相連，通過行星架輸出動力，當(dāng)鎖止太陽輪時，行星齒輪機構(gòu)的傳動比大于I小于2即ー檔；當(dāng)使太陽輪和行星架鎖成一體時，行星齒輪機構(gòu)的傳動比等于I即ニ檔。所述的第二電動機轉(zhuǎn)子與行星齒輪機構(gòu)的太陽輪相連，通過行星架輸出動力，當(dāng)鎖止齒圈時，行星齒輪機構(gòu)的傳動比大于2即ー檔；當(dāng)齒圈和行星架鎖成一體時，行星齒輪機構(gòu)的傳動比等于I即ニ檔。所述的第二電動機可以通過一檔和ニ檔傳動比輸出動力，內(nèi)燃機只能通過ニ檔傳動比輸出動力。所述的雙離合傳動裝置第一離合器結(jié)合，內(nèi)燃機與第二電動機之間進(jìn)行動カ傳遞，雙離合傳動裝置第一離合器分離，內(nèi)燃機與第二電動機之間動カ傳遞斷開；所述的雙離合傳動裝置第二離合器結(jié)合，內(nèi)燃機與第一電動機之間進(jìn)行動カ傳遞，雙離合傳動裝置第ニ離合器分離，內(nèi)燃機與第一電動機之間動カ傳遞斷開，也可取消第二離合器，第一電動機與雙離合傳動裝置殼體成剛性連接。所述的動カ系統(tǒng)包括以下工作模式a)在起動內(nèi)燃機時，第一離合器分離，第二離合器結(jié)合，由第一電動機起動內(nèi)燃機；
b)在車輛起步時，第一離合器分離，內(nèi)燃機與第二電動機之間動カ傳遞斷開，第二電動機単獨正向驅(qū)動，動カ系統(tǒng)以純電動模式工作；
c)在車輛低速行駛或內(nèi)燃機效率較低時，第一離合器分離，第二電動機單獨驅(qū)動車輛。根據(jù)動カ電池剩余電量，可結(jié)合第二離合器，由內(nèi)燃機驅(qū)動第一電動機發(fā)電，實現(xiàn)動カ系統(tǒng)以串聯(lián)模式工作；
d)在車輛急加速行駛時，第一離合器結(jié)合，第二離合器分離，內(nèi)燃機和第二電動機同時驅(qū)動車輛，動カ系統(tǒng)以并聯(lián)模式工作；
e)在車輛勻速行駛且內(nèi)燃機效率較高時，第一離合器結(jié)合，由內(nèi)燃機驅(qū)動車輛。據(jù)動力電池剩余電量可結(jié)合第二離合器，由內(nèi)燃機驅(qū)動第一電動機發(fā)電，實現(xiàn)動カ電池能量平衡；也可分離第二離合器，第一電動機停止工作，減少第一電動機的摩擦損失與電磁損失；
f)在車輛減速行駛或進(jìn)行制動時，第一離合器分離，斷開內(nèi)燃機與第二電動機之間動カ傳遞，第二電動機給動カ電池充電；
g)在車輛倒車行駛時，第一離合器分離，斷開內(nèi)燃機與第二電動機之間動カ傳遞，第二電動機単獨工作，反向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動車輛。所述的內(nèi)燃機、雙離合傳動裝置和第一電動機可以取消，動カ系統(tǒng)一直在純電動模式下工作即為純電動汽車動カ系統(tǒng)。本發(fā)明的積極效果在于采用兩檔變速器，為第二電動機提供兩個傳動比，降低車輛對第二電動機扭矩需求，減小第二電動機體積；第一電動機、第二電動機、兩檔變速器集成化設(shè)計，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊，實現(xiàn)動カ系統(tǒng)的輕量化；相比同級別混合動カ汽車，內(nèi)燃機功率小，提高了車輛行駛時內(nèi)燃機的負(fù)荷率；雙離合傳動裝置的第二離合器分離時，防止內(nèi)燃機驅(qū)動時帶動第一電動機旋 轉(zhuǎn)，減少了第一電動機的摩擦損失和電磁損失，從而提高了整車的燃油經(jīng)濟性；取消第二離合器時，動カ系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊，可降低整車成本。車輛低速行駛時，動カ系統(tǒng)可以是純電動或串聯(lián)模式工作；車輛高速行駛時，動カ系統(tǒng)可以是純電動模式工作，也可結(jié)合第一離合器，使發(fā)動機參與車輛驅(qū)動，此時動カ系統(tǒng)能量傳遞效率高，在保證整車動カ性的基礎(chǔ)上，可進(jìn)ー步延長車輛的續(xù)駛里程。基于本發(fā)明的動カ系統(tǒng)，可以取消內(nèi)燃機、雙離合傳動裝置和第一電動機，動カ系統(tǒng)一直在純電動模式下工作，本發(fā)明演變?yōu)椹`種純電動汽車動カ系統(tǒng)，可以實現(xiàn)增程式電動汽車和純電動汽車的動カ系統(tǒng)共平臺。


圖I所示為第二電動機轉(zhuǎn)子與行星齒輪機構(gòu)的行星架相連，通過齒圈輸出動力。圖2所示為第二電動機轉(zhuǎn)子與行星齒輪機構(gòu)的齒圈相連，通過行星架輸出動力。圖3所示為第二電動機轉(zhuǎn)子與行星齒輪機構(gòu)的太陽輪相連，通過行星架輸出動力。圖4所示為動カ系統(tǒng)的兩種工作階段。其中SOC為動カ電池的荷電狀態(tài)。SOC高，說明動力電池電量充足；SOC低，說明動力電池電量不足。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)ー步的描述如圖I所示，一種采用行星齒輪變速器的增程式電動汽車動カ系統(tǒng)，由內(nèi)燃機I，雙離合傳動裝置殼體2,第一離合器3,第二離合器4，齒圈5，行星架6，太陽輪7，摩擦片8，第三離合器9，制動器10，第二電動機轉(zhuǎn)子11，第ニ電動機定子12,傳動機構(gòu)殼體13,傳動軸14,輸出軸15,第一電動機定子16,第一電動機轉(zhuǎn)子17組成。內(nèi)燃機I的曲軸與雙離合傳動裝置的殼體2連接。雙離合傳動裝置的第一離合器3通過傳動軸14與行星齒輪機構(gòu)連接，第二離合器4與第一電動機轉(zhuǎn)子17連接。第二電動機轉(zhuǎn)子11可與齒圈5、行星架6和太陽輪7等三個元件的其中任意ー個元件連接，并由其中設(shè)定的第二元件輸出動力，通過控制其中第三元件的運動狀態(tài)實現(xiàn)兩個檔位。如圖I所示，第二電動機轉(zhuǎn)子11與行星齒輪機構(gòu)的行星架6相連，通過齒圈5輸出動力。當(dāng)鎖止太陽輪7時，行星齒輪機構(gòu)的傳動比小于I即ニ檔；當(dāng)使太陽輪7和行星架6鎖成一體時，行星齒輪結(jié)構(gòu)的傳動比等于I即ー檔。在此，行星架6即為第一元件，齒圈5 即為第二元件，太陽輪7即為第三元件。如圖2所示，第二電動機轉(zhuǎn)子11與行星齒輪機構(gòu)的齒圈5相連，通過行星架6輸出動力。當(dāng)鎖止太陽輪7時，行星齒輪機構(gòu)的傳動比大于I小于2即ー檔；當(dāng)使太陽輪7和行星架6鎖成一體時，行星齒輪機構(gòu)的傳動比等于I即ニ檔。在此，齒圈(5)即為第一元件，行星架6即為第二元件，太陽輪7即為第三元件。如圖3所示，第二電動機轉(zhuǎn)子11與行星齒輪機構(gòu)的太陽輪7相連，通過行星架6輸出動力。當(dāng)鎖止齒圈5時，行星齒輪機構(gòu)的傳動比大于2即ー檔；當(dāng)齒圈5和行星架6鎖成一體時，行星齒輪機構(gòu)的傳動比等于I即ニ檔。在此，太陽輪7即為第一元件，行星架6即為第二元件，齒圈5即為第三元件。第二離合器4結(jié)合，內(nèi)燃機I與第一電動機轉(zhuǎn)子17之間進(jìn)行動カ傳遞。第二離合器4分離，內(nèi)燃機I與第一電動機轉(zhuǎn)子17之間動カ傳遞斷開。第一離合器3結(jié)合，內(nèi)燃機I與第二電動機轉(zhuǎn)子11之間進(jìn)行動カ傳遞。第一離合器3分離，內(nèi)燃機I與第二電動機轉(zhuǎn)子11之間動カ傳遞斷開。如圖4所示,根據(jù)動カ電池荷電狀態(tài)(S0C),動カ系統(tǒng)有兩個工作階段電量消耗(CD)階段和電量維持(CS)階段。當(dāng)動カ電池電量充足吋，系統(tǒng)工作在CD階段，當(dāng)動カ電池電量降低到一定程度時，系統(tǒng)進(jìn)入到CS階段。在CD階段下動カ系統(tǒng)有以下幾種工作模式低速純電動模式、高速純電動模式、高速內(nèi)燃機単獨驅(qū)動模式和高速聯(lián)合驅(qū)動模式。在CS階段下動カ系統(tǒng)有以下幾種工作模式低速串聯(lián)模式、高速行車發(fā)電模式、高速內(nèi)燃機単獨驅(qū)動模式和高速聯(lián)合驅(qū)動模式如下表所示。
權(quán)利要求
1.一種采用行星齒輪變速器的增程式電動汽車動力系統(tǒng)，由內(nèi)燃機、第一電動機、第二電動機、雙離合傳動裝置、行星齒輪機構(gòu)和換擋執(zhí)行機構(gòu)組成，其中換擋執(zhí)行機構(gòu)包括一個換擋離合器和一個換擋制動器，其特征在于內(nèi)燃機的曲軸與雙離合傳動裝置的殼體連接，雙離合傳動裝置的第一離合器通過傳動軸與行星齒輪機構(gòu)連接，第二離合器與第一電動機轉(zhuǎn)子連接，第二電動機轉(zhuǎn)子可與行星齒輪機構(gòu)的太陽輪、行星架和齒圈等三個元件的其中任意一個元件連接，并由其中設(shè)定的第二元件輸出動力，通過控制其中第三元件的運動狀態(tài)實現(xiàn)兩個檔位。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種采用行星齒輪變速器的增程式電動汽車動力系統(tǒng)，其特征在于所述的內(nèi)燃機用來滿足車輛高速勻速行駛的驅(qū)動功率與電動附件消耗功率的需求。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種采用行星齒輪變速器的增程式電動汽車動力系統(tǒng)，其特征在于所述的第一電動機的功率用來起動內(nèi)燃機，并滿足動力電池SOC平衡和電動附件電能需求；所述的第二電動機功率由整車動力性決定，行星齒輪機構(gòu)的一檔滿足最大爬坡度要求，二檔滿足最高車速要求。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種采用行星齒輪變速器的增程式電動汽車動力系統(tǒng)，其特征在于所述的第二電動機轉(zhuǎn)子與行星齒輪機構(gòu)的行星架相連，通過齒圈輸出動力，當(dāng)鎖止太陽輪時，行星齒輪機構(gòu)的傳動比大于0.5且小于I即為二檔；當(dāng)使太陽輪和行星架鎖成一體時，行星齒輪機構(gòu)的傳動比等于I即為一檔。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種采用行星齒輪變速器的增程式電動汽車動力系統(tǒng)，其特征在于所述的第二電動機轉(zhuǎn)子與行星齒輪機構(gòu)的齒圈相連，通過行星架輸出動力，當(dāng)鎖止太陽輪時，行星齒輪機構(gòu)的傳動比大于I小于2即為一檔；當(dāng)使太陽輪和行星架鎖成一體時，行星齒輪機構(gòu)的傳動比等于I即為二檔。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種采用行星齒輪變速器的增程式電動汽車動力系統(tǒng)，其特征在于所述的第二電動機轉(zhuǎn)子與行星齒輪機構(gòu)的太陽輪相連，通過行星架輸出動力，當(dāng)鎖止齒圈時，行星齒輪機構(gòu)的傳動比大于2即為一檔；當(dāng)齒圈和行星架鎖成一體時，行星齒輪機構(gòu)的傳動比等于I即為二檔。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種采用行星齒輪變速器的增程式電動汽車動力系統(tǒng)，其特征在于所述的第二電動機可以通過一檔和二檔傳動比輸出動力，內(nèi)燃機只能通過二檔傳動比輸出動力。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種采用行星齒輪變速器的增程式電動汽車動力系統(tǒng)，其特征在于所述的雙離合傳動裝置第一離合器結(jié)合，內(nèi)燃機與第二電動機之間進(jìn)行動力傳遞，雙離合傳動裝置第一離合器分離，內(nèi)燃機與第二電動機之間動力傳遞斷開；所述的雙離合傳動裝置第二離合器結(jié)合，內(nèi)燃機與第一電動機之間進(jìn)行動力傳遞，雙離合傳動裝置第二離合器分離，內(nèi)燃機與第一電動機之間動力傳遞斷開，也可取消第二離合器，第一電動機與雙離合傳動裝置殼體成剛性連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種采用行星齒輪變速器的增程式電動汽車動力系統(tǒng)，其特征在于所述的動力系統(tǒng)包括以下工作模式 a)在起動內(nèi)燃機時，第一離合器分離，第二離合器結(jié)合，由第一電動機起動內(nèi)燃機； b)在車輛起步時，第一離合器分離，內(nèi)燃機與第二電動機之間動力傳遞斷開，第二電動機單獨正向驅(qū)動，動力系統(tǒng)以純電動模式工作；c)在車輛低速行駛或內(nèi)燃機效率較低時，第一離合器分離，第二電動機單獨驅(qū)動車輛，根據(jù)動カ電池剩余電量，可結(jié)合第二離合器，由內(nèi)燃機驅(qū)動第一電動機發(fā)電，實現(xiàn)動カ系統(tǒng)以串聯(lián)模式工作； d)在車輛急加速行駛時，第一離合器結(jié)合，第二離合器分離，內(nèi)燃機和第二電動機同時驅(qū)動車輛，動カ系統(tǒng)以并聯(lián)模式工作； e)在車輛勻速行駛且內(nèi)燃機效率較高時，第一離合器結(jié)合，由內(nèi)燃機驅(qū)動車輛根據(jù)動力電池剩余電量可結(jié)合第二離合器，由內(nèi)燃機驅(qū)動第一電動機發(fā)電，實現(xiàn)動カ電池能量平衡；也可分離第二離合器，第一電動機停止工作，減少第一電動機的摩擦損失與電磁損失； f)在車輛減速行駛或進(jìn)行制動時，第一離合器分離，斷開內(nèi)燃機與第二電動機之間動カ傳遞，第二電動機給動カ電池充電； g)在車輛倒車行駛時，第一離合器分離，斷開內(nèi)燃機與第二電動機之間動カ傳遞，第二電動機単獨工作，反向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動車輛。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種采用行星齒輪變速器的增程式電動汽車動カ系統(tǒng)，其特征在于所述的內(nèi)燃機、雙離合傳動裝置和第一電動機可以取消，動カ系統(tǒng)一直在純電動模式下工作即為純電動汽車動カ系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用行星齒輪變速器的增程式電動汽車動力系統(tǒng)，其特征在于內(nèi)燃機的曲軸與雙離合傳動裝置的殼體連接，雙離合傳動裝置的第一離合器通過傳動軸與行星齒輪機構(gòu)連接，第二離合器與第一電動機轉(zhuǎn)子連接，第二電動機轉(zhuǎn)子可與行星齒輪機構(gòu)的太陽輪、行星架和齒圈等三個元件的其中任意一個元件連接，并由其中設(shè)定的第二元件輸出動力，通過控制其中第三元件的運動狀態(tài)實現(xiàn)兩個檔位。低速行駛時主要由第二電動機驅(qū)動車輛，避免發(fā)動機低速、低負(fù)荷工作，改善了整車經(jīng)濟性和排放性；高速行駛時動力系統(tǒng)并聯(lián)工作驅(qū)動車輛，能量傳遞效率高，在保證整車動力性的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步延長了車輛的續(xù)駛里程。
文檔編號B60K17/28GK102848913SQ20121034609
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月18日
發(fā)明者李駿, 劉明輝, 趙子亮, 楊興旺, 鄭益紅, 楊坤, 梁赫奇 申請人:中國第一汽車股份有限公司