一種混合動(dòng)力汽車動(dòng)力耦合裝置及其工作方法
【專利摘要】一種混合動(dòng)力汽車動(dòng)力耦合裝置及其工作方法，混合動(dòng)力汽車動(dòng)力耦合裝置包括發(fā)動(dòng)機(jī)、第一離合器、前排錐齒輪、第二離合器、行星錐齒輪、齒圈、行星架、后排錐齒輪、圓柱齒輪、第三離合器、第二電機(jī)、第四離合器和第一電機(jī)。其工作方法存在7種工作模式：純電動(dòng)工作模式、停車發(fā)電工作模式、發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)工作模式、發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)工作模式、聯(lián)合驅(qū)動(dòng)工作模式、行車發(fā)電工作模式和再生制動(dòng)工作模式。本發(fā)明通過齒輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)多動(dòng)力源的動(dòng)力耦合，能實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)行模式，使整車燃油經(jīng)濟(jì)性和能量利用效率最優(yōu)。
【專利說明】一種混合動(dòng)力汽車動(dòng)力耦合裝置及其工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及動(dòng)力傳動(dòng)領(lǐng)域，尤其涉及一種混合動(dòng)力汽車動(dòng)力耦合裝置本發(fā)明涉及動(dòng)力傳動(dòng)領(lǐng)域，尤其涉及一種混合動(dòng)力汽車動(dòng)力耦合裝置及其工作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球汽車保有量的不斷增加以及石油資源的不斷消耗，開發(fā)低排放低油耗的新能源汽車成為當(dāng)前全球汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的緊迫任務(wù)，混合動(dòng)力汽車因其既繼承了純電動(dòng)汽車的高效率和低排放，又兼具傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車的動(dòng)力性和續(xù)航里程，從而成為當(dāng)今世界范圍內(nèi)新能源汽車領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。
[0003]目前，混合動(dòng)力汽車按電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的連接方式不同被分為三種類型，一是僅以電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車，發(fā)動(dòng)機(jī)用作對(duì)電機(jī)進(jìn)行充電的“串聯(lián)混合動(dòng)力”汽車，二是同時(shí)采用電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)汽車行駛的“并聯(lián)混合動(dòng)力”車輛，三是使用上述兩種方式的“混聯(lián)式混合動(dòng)力”汽車。
[0004]混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力源由發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)組成，來自發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的動(dòng)力可以耦合共同驅(qū)動(dòng)汽車。其相較串聯(lián)式車型，動(dòng)力性更強(qiáng)；相較并聯(lián)式車型，由于多出一個(gè)電機(jī)，避免了并聯(lián)式車型單個(gè)電機(jī)只能單獨(dú)工作在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)或者發(fā)電機(jī)狀態(tài)的弊端。
[0005]但是現(xiàn)有的混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車，整車燃油經(jīng)濟(jì)性和能量利用效率一般。如何實(shí)現(xiàn)混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)之間的動(dòng)力合理分配，是發(fā)展混合動(dòng)力汽車必須解決的關(guān)鍵問題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服現(xiàn)有的混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車，整車燃油經(jīng)濟(jì)性和能量利用效率一般的不足，本發(fā)明提供一種混合動(dòng)力汽車動(dòng)力耦合裝置。能實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)行模式，使整車燃油經(jīng)濟(jì)性和能量利用效率最優(yōu)；同時(shí)在一定范圍內(nèi)改變轉(zhuǎn)速，滿足車輛正常行駛需要；該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，效率高，易于控制。
[0007]本發(fā)明解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種混合動(dòng)力汽車動(dòng)力耦合裝置，包括發(fā)動(dòng)機(jī)、第一離合器、前排錐齒輪、第二離合器、行星錐齒輪、齒圈、行星架、后排錐齒輪、圓柱齒輪、第三離合器、第二電機(jī)、第四離合器和第一電機(jī)；發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸設(shè)有第一離合器和第二離合器，第一離合器與前排錐齒輪連接，第二離合器與行星架連接；第一電機(jī)通過第四離合器與后排錐齒輪連接；第二電機(jī)通過第三離合器與圓柱齒輪連接；圓柱齒輪與齒圈嚙合形成圓柱齒輪副；齒圈和行星架固定連接；行星架與行星錐齒輪相連；前排錐齒輪和后排錐齒輪分別與行星錐齒輪嚙合，構(gòu)成錐齒輪副。
[0008]進(jìn)一步地，一種混合動(dòng)力汽車動(dòng)力耦合裝置，其工作方法存在7種工作模式:純電動(dòng)工作模式、停車發(fā)電工作模式、發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)工作模式、發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)工作模式、聯(lián)合驅(qū)動(dòng)工作模式、行車發(fā)電工作模式和再生制動(dòng)工作模式；
A.純電動(dòng)工作模式為:斷開第一離合器、第二離合器和第四離合器，閉合第三離合器； B.停車發(fā)電工作模式為:閉合第一離合器和第四離合器，斷開第二離合器和第三離合
器；
C.發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)工作模式為:斷開第一離合器和第四離合器，閉合第二離合器和第三離合器；
D.發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)工作模式為:斷開第一離合器、第三離合器和第四離合器，閉合第二離合器；
E.聯(lián)合驅(qū)動(dòng)工作模式為:閉合第一離合器、第三離合器和第四離合器，斷開第二離合
器；
F.行車發(fā)電工作模式為:斷開第一離合器和第四離合器，閉合第二離合器和第三離合
器；
G.再生制動(dòng)工作模式為:斷開第一離合器和第二離合器，閉合第三離合器和第四離合器。
[0009]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
(1)通過齒輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)多動(dòng)力源的動(dòng)力耦合，能實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)行模式，使整車燃油經(jīng)濟(jì)性和能量利用效率最優(yōu)；
(2)所設(shè)計(jì)齒輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且體積小，傳動(dòng)可靠、機(jī)械效率高，且目前齒輪機(jī)構(gòu)的生產(chǎn)和制造工藝都已十分成熟,便于進(jìn)行市場(chǎng)推廣。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是混合動(dòng)力汽車動(dòng)力耦合裝置。
[0011]圖2是齒圈結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖3是裝置工作模式示意圖。
[0013]圖中:1.發(fā)動(dòng)機(jī)，2.第一離合器，3.前排錐齒輪，4.第二離合器，5.行星錐齒輪，
6.齒圈，7.行星架，8.后排錐齒輪，9.圓柱齒輪，10.第三離合器，11.第二電機(jī)，12.第四離合器,13.第一電機(jī),14.驅(qū)動(dòng)橋,15.動(dòng)力電池。
【具體實(shí)施方式】
[0014]如圖1和圖2所示，一種混合動(dòng)力汽車動(dòng)力耦合裝置，包括發(fā)動(dòng)機(jī)1、第一離合器
2、前排錐齒輪3、第二離合器4、行星錐齒輪5、齒圈6、行星架7、后排錐齒輪8、圓柱齒輪9、第三離合器10、第二電機(jī)11、第四離合器12和第一電機(jī)13 ;發(fā)動(dòng)機(jī)I的輸出軸設(shè)有第一離合器2和第二離合器4，第一離合器2與前排錐齒輪3連接，第二離合器4與行星架7連接；第一電機(jī)13通過第四離合器12與后排錐齒輪8連接；第二電機(jī)11通過第三離合器10與圓柱齒輪9連接；圓柱齒輪9與齒圈6嚙合形成圓柱齒輪副；齒圈6和行星架7固定連接；前排錐齒輪3和后排錐齒輪8分別與行星錐齒輪5嚙合，構(gòu)成錐齒輪副。行星架7與行星錐齒輪5同軸連接，使得行星錐齒輪5即可公轉(zhuǎn)也可自傳，公轉(zhuǎn)即繞著發(fā)動(dòng)機(jī)I輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，自傳即繞行星架7轉(zhuǎn)動(dòng)，兩者即可單獨(dú)進(jìn)行也可同時(shí)進(jìn)行。
[0015]混合動(dòng)力汽車動(dòng)力輸入包括四條路徑:
A.第一條路徑，發(fā)動(dòng)機(jī)I通過第一離合器2與前排錐齒輪3連接，將動(dòng)力輸入到齒輪機(jī)構(gòu)中； B.第二條路徑，發(fā)動(dòng)機(jī)I通過第二離合器4與行星架7連接，將動(dòng)力輸入到齒輪機(jī)構(gòu)
中；
C.第三條路徑，第一電機(jī)13通過第四離合器12與后排錐齒輪8連接，動(dòng)力電池15向第一電機(jī)13供電將動(dòng)力輸入到齒輪機(jī)構(gòu)中；
D.第四條路徑，第二電機(jī)11通過第三離合器10與圓柱齒輪9連接，動(dòng)力電池15向第一電機(jī)11供電，通過圓柱齒輪9與齒圈6的哨合將動(dòng)力輸入到齒輪機(jī)構(gòu)中。
[0016]動(dòng)力輸出也包含三條路徑，
A.第一條路徑，通過齒圈6將動(dòng)力輸出至車輛驅(qū)動(dòng)橋14，供驅(qū)動(dòng)車輛使用；
B.第二條路徑，第一電機(jī)13作為發(fā)電機(jī)，回收能量?jī)?chǔ)存至動(dòng)力電池15中；
C.第三條路徑，第二電機(jī)11作為發(fā)電機(jī)，回收能量?jī)?chǔ)存至動(dòng)力電池中。
[0017]上述三種動(dòng)力傳輸方式即可同時(shí)進(jìn)行，又可獨(dú)立進(jìn)行。
[0018]如圖3所示，在第一離合器2、第二離合器4、第三離合器10、第四離合器12不同工作方式的組合下，可產(chǎn)生多種工作模式。對(duì)各工作模式進(jìn)行說明。
[0019](I).純電動(dòng)模式；當(dāng)車輛低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，將采用該模式；此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)不工作，第一離合器2、第二離合器4、第四離合器12斷開，第三離合器10閉合，第二電機(jī)11承擔(dān)驅(qū)動(dòng)車輛的工作，動(dòng)力傳遞路線為:動(dòng)力電池15向第二電機(jī)11供電，第二電機(jī)11通過第三離合器10帶動(dòng)圓柱齒輪9轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而通過圓柱齒輪副帶動(dòng)齒圈6轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將動(dòng)力傳遞至驅(qū)動(dòng)橋14。
[0020](2).停車發(fā)電模式；當(dāng)車輛短時(shí)停車，且動(dòng)力電池15電量不足時(shí)，將采用此模式；此時(shí)齒圈6因與驅(qū)動(dòng)橋14連接以保持靜止，發(fā)動(dòng)機(jī)I工作，第一電機(jī)13處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，產(chǎn)生電能存儲(chǔ)至動(dòng)力電池15中；第一離合器2、第四離合器12閉合，第二離合器4、第三離合器10斷開，動(dòng)力傳遞路線為:發(fā)動(dòng)機(jī)I轉(zhuǎn)動(dòng)，通過第一離合器2帶動(dòng)前排錐齒輪3轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過錐齒輪副使得行星錐齒輪5繞行星架7自轉(zhuǎn)，行星錐齒輪5通過錐齒輪副帶動(dòng)后排錐齒輪8轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過第四離合器12帶動(dòng)第一電機(jī)13轉(zhuǎn)動(dòng)，使其產(chǎn)生電能并將電能儲(chǔ)存至動(dòng)力電池15中。
[0021](3).發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)模式；發(fā)動(dòng)機(jī)I初始起動(dòng)點(diǎn)火時(shí)往往燃油經(jīng)濟(jì)性極差，因此需要將其提高至一定轉(zhuǎn)速后點(diǎn)火，以提高燃油經(jīng)濟(jì)性。該模式下第二電機(jī)11起提速作用至發(fā)動(dòng)機(jī)I順利點(diǎn)火啟動(dòng)。此時(shí)第一離合器2、第四離合器12斷開，第二離合器4、第三離合器10閉合，動(dòng)力傳遞路線為:動(dòng)力電池15向第二電機(jī)11供電，第二電機(jī)11通過第三離合器10帶動(dòng)圓柱齒輪9轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而通過圓柱齒輪副帶動(dòng)齒圈6轉(zhuǎn)動(dòng)并使與其固定連接的行星架7轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而再通過第二離合器4帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)I轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0022](4).發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式；該模式下只有發(fā)動(dòng)機(jī)I工作，此時(shí)第二離合器4閉合，第一離合器2、第三離合器10、第四離合器12斷開，動(dòng)力傳遞路線為:發(fā)動(dòng)機(jī)I轉(zhuǎn)動(dòng)，通過第二離合器4帶動(dòng)行星架7轉(zhuǎn)動(dòng)并使與其固定連接的齒圈6轉(zhuǎn)動(dòng)，最終將動(dòng)力傳遞至驅(qū)動(dòng)橋14。
[0023](5).聯(lián)合驅(qū)動(dòng)模式；該模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)1、第一電機(jī)13、第二電機(jī)11均參與工作，第一離合器2、第三離合器10、第四離合器12閉合，第二離合器4斷開，其中第二電機(jī)11與發(fā)動(dòng)機(jī)I共同通過其與行星錐齒輪5的配合完成對(duì)行星架7轉(zhuǎn)速的控制，實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的變速，并將轉(zhuǎn)矩傳遞至齒圈6，同時(shí)第一電機(jī)13可以在齒圈6上施加附加轉(zhuǎn)矩，通過這一過程完成多動(dòng)力源的動(dòng)力耦合。動(dòng)力傳遞路線有3條，分別為:A.發(fā)動(dòng)機(jī)I轉(zhuǎn)動(dòng)，通過第一離合器2帶動(dòng)前排錐齒輪3轉(zhuǎn)動(dòng)，再使得行星錐齒輪5繞發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸公轉(zhuǎn)，行星錐齒輪5經(jīng)過行星架7帶動(dòng)齒圈6轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將動(dòng)力傳遞至驅(qū)動(dòng)橋；B.動(dòng)力電池15向第一電機(jī)13供電，第一電機(jī)13通過第四離合器12帶動(dòng)后排錐齒輪8轉(zhuǎn)動(dòng)，再使得行星錐齒輪5繞發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸公轉(zhuǎn)，帶動(dòng)行星架7與其固定連接的齒圈6轉(zhuǎn)動(dòng)，最終將動(dòng)力傳遞至驅(qū)動(dòng)橋14 ；C.動(dòng)力電池15向第二電機(jī)11供電，第二電機(jī)11通過第三離合器10帶動(dòng)圓柱齒輪9轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而通過圓柱齒輪副帶動(dòng)齒圈6轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將動(dòng)力傳遞至驅(qū)動(dòng)橋14。
[0024](6).行車發(fā)電模式；該模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)I工作，第二電機(jī)11處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，第一離合器2、第四離合器12斷開，第二離合器4、第三離合器10閉合，動(dòng)力傳遞路線有2條，A.用于驅(qū)動(dòng)汽車，為:發(fā)動(dòng)機(jī)I轉(zhuǎn)動(dòng)，通過第二離合器4帶動(dòng)行星架7轉(zhuǎn)動(dòng)并使與其固定連接的齒圈6轉(zhuǎn)動(dòng)，最終將動(dòng)力傳遞至驅(qū)動(dòng)橋14 ；B.用于充電，為:發(fā)動(dòng)機(jī)I轉(zhuǎn)動(dòng)，通過第二離合器4帶動(dòng)行星架7轉(zhuǎn)動(dòng)并使與其固定連接的齒圈6轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而通過圓柱齒輪副帶動(dòng)圓柱齒輪9轉(zhuǎn)動(dòng)，在通過第三離合器10帶動(dòng)第二電機(jī)11轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生電能，最終將電能儲(chǔ)存至動(dòng)力電池15中。
[0025](7).再生制動(dòng)模式；該模式可以實(shí)現(xiàn)車輛制動(dòng)時(shí)的能量回收，第一電機(jī)13和第二電機(jī)11均處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)I不工作，此時(shí)第一離合器2、第二離合器4斷開，第三離合器10、第四離合器12閉合，動(dòng)力傳遞路線由2條，分別為:A.驅(qū)動(dòng)橋14將動(dòng)能傳遞至齒圈6使齒圈6轉(zhuǎn)動(dòng),齒圈6通過圓柱齒輪副帶動(dòng)圓柱齒輪9轉(zhuǎn)動(dòng),進(jìn)而通過第三離合器10帶動(dòng)第二電機(jī)11轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生電能，最終將電能儲(chǔ)存至動(dòng)力電池15中；B.驅(qū)動(dòng)橋14將動(dòng)能傳遞至齒圈6使齒圈6轉(zhuǎn)動(dòng)再使與其固定連接的行星架7轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使得行星錐齒輪5繞發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸公轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)后排錐齒輪8轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過第四離合器12帶動(dòng)第一電機(jī)13轉(zhuǎn)動(dòng)，使其產(chǎn)生電能并將電能儲(chǔ)存至動(dòng)力電池15中。
【權(quán)利要求】
1.一種混合動(dòng)力汽車動(dòng)力耦合裝置，其特征在于，包括發(fā)動(dòng)機(jī)(I)、第一離合器(2)、前排錐齒輪(3)、第二離合器(4)、行星錐齒輪(5)、齒圈(6)、行星架(7)、后排錐齒輪(8)、圓柱齒輪(9)、第三離合器(10)、第二電機(jī)(11)、第四離合器(12)和第一電機(jī)(13);所述發(fā)動(dòng)機(jī)(I)的輸出軸設(shè)有所述第一離合器(2)和所述第二離合器(4)，所述第一離合器(2)與所述前排錐齒輪(3 )連接，所述第二離合器(4 )與所述行星架(7 )連接；所述第一電機(jī)(13 )通過所述第四離合器(12)與所述后排錐齒輪(8)連接；所述第二電機(jī)(11)通過所述第三離合器(10)與所述圓柱齒輪(9)連接；所述圓柱齒輪(9)與所述齒圈(6)嚙合形成圓柱齒輪副；所述齒圈(6)和所述行星架(7)固定連接；所述行星架(7)與所述行星錐齒輪(5)同軸連接；所述前排錐齒輪(3)和所述后排錐齒輪(8)分別與所述行星錐齒輪(5)嚙合，構(gòu)成錐齒輪副。
2.一種如權(quán)利要求1所述的混合動(dòng)力汽車動(dòng)力耦合裝置，其工作方法存在7種工作模式:純電動(dòng)工作模式、停車發(fā)電工作模式、發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)工作模式、發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)工作模式、聯(lián)合驅(qū)動(dòng)工作模式、行車發(fā)電工作模式和再生制動(dòng)工作模式； A.純電動(dòng)工作模式為:斷開所述第一離合器(2)、第二離合器(4)和第四離合器(12)，閉合所述第三離合器(10); B.停車發(fā)電工作模式為:閉合所述第一離合器(2)和第四離合器(12)，斷開所述第二離合器(4)和第三離合器(10); C.發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)工作模式為:斷開第一離合器(2)和第四離合器(12)，閉合所述第二離合器(4)和第三離合器(10); D.發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)工作模式為:斷開所述第一離合器(2)、第三離合器(10)和第四離合器(12)，閉合所述第二離合器(4); E.聯(lián)合驅(qū)動(dòng)工作模式為:閉合所述第一離合器(2)、第三離合器(10)和第四離合器(12)，斷開所述第二離合器(4); F.行車發(fā)電工作模式為:斷開所述第一離合器(2)和第四離合器(12)，閉合所述第二離合器(4)和第三離合器(10); G.再生制動(dòng)工作模式為:斷開所述第一離合器(2)和第二離合器(4)，閉合所述第三離合器(10)和第四離合器(12)。
【文檔編號(hào)】B60K6/22GK103770621SQ201410033108
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月24日
【發(fā)明者】汪少華, 陳龍, 任皓, 殷春芳, 孫曉強(qiáng), 施德華 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)