專利名稱：混合動力汽車的動力傳動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多能源輸入輸出裝置，尤其涉及一種混合動力汽車的動力傳動裝置。
背景技術(shù)：
目前，混合動力汽車傳動系統(tǒng)有多種形式，包括并聯(lián)式、串聯(lián)式和混聯(lián)式，其中每一種形式的具體實(shí)現(xiàn)又有所不同。一般的動力合成方式有(1)通過一對齒輪副將兩個輸入合成為一個輸出，實(shí)現(xiàn)混合驅(qū)動；(2)分別由發(fā)動機(jī)和電機(jī)實(shí)現(xiàn)四輪驅(qū)動，通過地面合成動力，實(shí)現(xiàn)混合驅(qū)動；(3)使用混合動力傳動專用變速器，在變速器中實(shí)現(xiàn)動力合成。但是，第一種方式可控性差，不能分別實(shí)現(xiàn)運(yùn)動和力矩的合成與分解；第二種方式合成效率不高，很難達(dá)到理想的節(jié)能效果；第三種方式需要單獨(dú)開發(fā)專用的混合動力變速器，成本高，實(shí)現(xiàn)難度大。因此，研究一種能有效解決混合動力汽車傳動系統(tǒng)中動力合成與分解問題的裝置，是本領(lǐng)域技術(shù)人員的研究目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠在不同的要求下實(shí)現(xiàn)運(yùn)動合成、力矩合成，并且可實(shí)現(xiàn)變矩器功能的混合動力汽車的動力傳動裝置。
本發(fā)明提出的混合動力汽車的動力傳動裝置，位于發(fā)動機(jī)和自動變速器AT之間，由啟動/發(fā)電機(jī)、離合器、單向離合器、行星齒輪機(jī)構(gòu)組成，其中，行星齒輪機(jī)構(gòu)由太陽輪S、行星輪E、行星架P、齒圈R構(gòu)成，行星輪E與太陽輪S外嚙合、與齒圈R內(nèi)嚙合，發(fā)動機(jī)ICE輸出軸與齒圈R通過法蘭連接，啟動/發(fā)電機(jī)ISG的轉(zhuǎn)子通過花鍵與太陽輪S中心軸相連，行星架P與自動變速器AT輸入軸通過法蘭連接，發(fā)動機(jī)ICE輸出軸與行星架P輸出軸上分別設(shè)有單向離合器F1、F2，齒圈R及行星架P之間設(shè)有離合器C。
本發(fā)明采用行星齒輪傳動方式，為防止反轉(zhuǎn)，在發(fā)動機(jī)的輸出軸和行星架輸出軸上分別加裝了單向離合器；為實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)和啟動/發(fā)電機(jī)的運(yùn)動合成及動力合成功能，在齒圈及行星架之間加裝了離合器，以實(shí)現(xiàn)不同工況下兩元件的同步與分離。在系統(tǒng)不同要求下，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)單輸入單輸出、單輸入多輸出、多輸入單輸出等不同傳遞路徑及正、反向兩種傳遞方向。
本發(fā)明的有益效果是在基本不改變車輛原有傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，可省去原有液力變矩器，通過本發(fā)明能夠很好地實(shí)現(xiàn)混合動力汽車不同工況下動力傳遞，并且結(jié)構(gòu)簡單，傳動效率高。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是發(fā)動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動模式一。
圖3是發(fā)動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動模式二。
圖4是ISG驅(qū)動發(fā)動機(jī)模式。
圖5是混合驅(qū)動模式一。
圖6是混合驅(qū)動模式二。
圖7是發(fā)動機(jī)分流驅(qū)動模式。
圖8是制動回饋模式。
圖9是ISG單獨(dú)驅(qū)動模式。
圖2～圖9中，粗點(diǎn)劃線代表輸入構(gòu)件；粗虛線代表自由構(gòu)件；粗實(shí)線代表輸出構(gòu)件；細(xì)實(shí)線代表靜止構(gòu)件；粗雙點(diǎn)劃線代表第二輸入構(gòu)件；單向離合器實(shí)心表示鎖止，空心代表非鎖止。
圖中標(biāo)號ISG為啟動/發(fā)電機(jī)，F(xiàn)1、F2分別為單向離合器，C為離合器，S為太陽輪，P為行星架，R為齒圈，AT為自動變速器，ICE為發(fā)動機(jī)，E為行星輪。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1，將下列部件按圖1-圖9所示方式連接，該領(lǐng)域的技術(shù)人員均能順利實(shí)施。
本發(fā)明裝置位于發(fā)動機(jī)和自動變速器AT之間，由啟動/發(fā)電機(jī)ISG、離合器C、單向離合器F、行星齒輪機(jī)構(gòu)組成，其中，行星齒輪機(jī)構(gòu)由太陽輪S、行星輪E、行星架P、齒圈R構(gòu)成，行星輪E與太陽輪S外嚙合、與齒圈R內(nèi)嚙合，發(fā)動機(jī)輸出軸與齒圈通過法蘭連接，啟動/發(fā)電機(jī)ISG的轉(zhuǎn)子通過花鍵與太陽輪S中心軸相連，行星架P與自動變速器AT輸入軸通過法蘭連接，發(fā)動機(jī)ICE輸出軸與行星架P輸出軸上分別設(shè)有單向離合器F2、F1，齒圈R及行星架P之間設(shè)有離合器C。
在圖1中，系統(tǒng)中的功率傳遞路線均為雙向的，即動力傳動裝置可以正向和逆向傳遞動力。發(fā)動機(jī)ICE輸出軸與齒圈R通過法蘭相連，啟動/發(fā)電機(jī)ISG轉(zhuǎn)子通過花鍵與太陽輪S的中心軸連接，行星架P與自動變速器AT通過法蘭相連，齒圈R和行星架P通過離合器C實(shí)現(xiàn)分離與結(jié)合，單向離合器F1和單向離合器F2使發(fā)動機(jī)ICE輸出軸和行星架P只能正向旋轉(zhuǎn)，反向則處于制動狀態(tài)。
在圖2中，啟動/發(fā)電機(jī)ISG處于制動狀態(tài)，離合器C處于脫開狀態(tài)，單向離合器F1、F2處于非鎖止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)發(fā)動機(jī)ICE運(yùn)轉(zhuǎn)時，動力依次通過行星齒輪機(jī)構(gòu)中的齒圈R、行星輪E、行星架P，最后傳遞至自動變速器AT。由于單向離合器F1、F2處于非鎖止?fàn)顟B(tài)，因此不起到制動作用。此時動力傳動裝置起到減速增扭的功能。
在圖3中，啟動/發(fā)電機(jī)ISG處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，離合器C處于閉合狀態(tài)，單向離合器F1、F2處于非鎖止?fàn)顟B(tài)。由于離合器C閉合，且太陽輪S處于自由狀態(tài)，使行星齒輪機(jī)構(gòu)變成單自由度系統(tǒng)，并且行星架P與齒圈R轉(zhuǎn)速相同，根據(jù)行星齒輪傳動的特性，整個行星齒輪機(jī)構(gòu)將以同一速度運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)發(fā)動機(jī)ICE運(yùn)轉(zhuǎn)時，動力通過行星齒輪機(jī)構(gòu)直接傳遞給自動變速器AT，沒有作任何的變速變扭。此時動力傳動裝置起到直接傳遞動力的功能。
在圖4中，啟動/發(fā)電機(jī)ISG處于電機(jī)反轉(zhuǎn)狀態(tài)時，離合器C處于脫開狀態(tài)，單向離合器F1鎖止，單向離合器F2處于非鎖止?fàn)顟B(tài)。由于單向離合器F1的鎖止，使行星架P處于被制動狀態(tài)，行星齒輪機(jī)構(gòu)成為單自由度系統(tǒng)。此時啟動/發(fā)電機(jī)ISG為主動元件，發(fā)動機(jī)為被動元件，啟動/發(fā)電機(jī)ISG的動力通過行星齒輪機(jī)構(gòu)中的太陽輪S、行星輪E、行星架P向發(fā)動機(jī)ICE傳遞，實(shí)現(xiàn)啟動/發(fā)電機(jī)ISG帶動發(fā)動機(jī)ICE啟動，此時啟動/發(fā)電機(jī)ISG作為啟動電機(jī)使用。此時動力傳動裝置實(shí)現(xiàn)動力的逆向傳遞功能。
在圖5中，啟動/發(fā)電機(jī)ISG處于電機(jī)正轉(zhuǎn)狀態(tài)，發(fā)動機(jī)處于驅(qū)動狀態(tài)，離合器C為脫開狀態(tài)，單向離合器F1、F2為非鎖止?fàn)顟B(tài)。由于沒有離合器和單向離合器的限制作用，行星齒輪機(jī)構(gòu)有兩個自由度。此時，動力輸入源分別是發(fā)動機(jī)ICE和電動機(jī)ISG，通過行星齒輪機(jī)構(gòu)中的太陽輪S和齒圈R實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)ICE和啟動/發(fā)電機(jī)ISG的運(yùn)動合成，而兩動力源之間的力矩則始終保持一定的比例，最終由行星架P實(shí)現(xiàn)運(yùn)動輸出，其輸出轉(zhuǎn)速由發(fā)動機(jī)和啟動/發(fā)電機(jī)ISG的合成轉(zhuǎn)速確定。在此模式下，通過改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，可以實(shí)現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)速的無級調(diào)節(jié)。此種情況下所實(shí)現(xiàn)的即為動力傳動裝置的運(yùn)動合成功能。
在圖6中，啟動/發(fā)電機(jī)ISG處于電機(jī)正轉(zhuǎn)狀態(tài)，發(fā)動機(jī)處于驅(qū)動狀態(tài)，離合器C為閉合狀態(tài)，單向離合器F1、F2為非鎖止?fàn)顟B(tài)。由于離合器C閉合，使行星齒輪機(jī)構(gòu)變成單自由度系統(tǒng)，并且行星架與齒圈轉(zhuǎn)速相同，根據(jù)行星齒輪傳動的特性，整個行星齒輪機(jī)構(gòu)將以同一速度運(yùn)轉(zhuǎn)。此時，發(fā)動機(jī)ICE和啟動/發(fā)電機(jī)ISG同時向行星齒輪傳動機(jī)構(gòu)提供動力，由于行星齒輪傳動機(jī)構(gòu)以同一轉(zhuǎn)速運(yùn)行，因此，兩個動力源的扭矩通過行星齒輪傳動機(jī)構(gòu)中的太陽輪S和齒圈R實(shí)現(xiàn)動力合成，即輸出轉(zhuǎn)速為行星齒輪機(jī)構(gòu)的輸入轉(zhuǎn)速，而輸出扭矩則為兩動力源扭矩之和。通過對電機(jī)的輸出力矩控制，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下的系統(tǒng)驅(qū)動力矩的調(diào)節(jié)。此種情況下所實(shí)現(xiàn)的即為動力傳動裝置的力矩合成功能。
在圖7中，發(fā)動機(jī)處于高效工作狀態(tài)，啟動/發(fā)電機(jī)ISG處于發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)，離合器C為脫開狀態(tài)，單向離合器F1、F2處于非鎖止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)發(fā)動機(jī)的功率對車輛行駛驅(qū)動來說有富余時，其一部分能量可通過啟動/發(fā)電機(jī)ISG發(fā)電，以電能的形式來進(jìn)行存儲，即發(fā)動機(jī)為動力源，而啟動/發(fā)電機(jī)ISG和AT則同時為動力接受者。發(fā)動機(jī)的動力通過行星齒輪機(jī)構(gòu)中的齒圈R分別向太陽輪S和行星架P傳遞，從而同時驅(qū)動ISG發(fā)電和車輛行駛。此種情況下所實(shí)現(xiàn)的即為動力傳動裝置的功率分流功能。
在圖8中，在車輛行車制動時，ISG處于發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)，離合器C為脫開狀態(tài)，單向離合器F1、F2處于非鎖止?fàn)顟B(tài)，則系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)制動能量的回收。此時，系統(tǒng)通過ISG的阻力和發(fā)動機(jī)的阻力共同作用來實(shí)現(xiàn)制動力的生成，車輛的動能通過車輪向自動變速器AT、動力傳動裝置傳遞，隨后通過行星齒輪機(jī)構(gòu)中的行星架P分別向太陽輪S和齒圈R傳遞，其中一部分能量由發(fā)動機(jī)阻力消耗，而另一部分能量則由太陽輪S向啟動/發(fā)電機(jī)ISG傳遞并最終轉(zhuǎn)化為電能存儲于電池中得以回收。此種情況下所實(shí)現(xiàn)的即為動力傳動裝置的功率逆向分流功能。
在圖9中，ISG處于電機(jī)正轉(zhuǎn)模式，發(fā)動機(jī)停止運(yùn)行，離合器C為脫開狀態(tài)，單向離合器F2處于鎖止?fàn)顟B(tài)，F(xiàn)1處于非鎖止?fàn)顟B(tài)。該情形一般發(fā)生在車輛起步階段或低速行駛階段，由于發(fā)動機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)工況下效率極低，排放污染嚴(yán)重，因此可由啟動/發(fā)電機(jī)ISG單獨(dú)驅(qū)動車輛行駛，而將發(fā)動機(jī)停掉。此時，啟動/發(fā)電機(jī)ISG為動力的唯一來源，由于單向離合器F2的作用，行星齒輪機(jī)構(gòu)的齒圈R被制動，從而使整個行星齒輪機(jī)構(gòu)變?yōu)閱巫杂啥认到y(tǒng)，ISG的動力通過太陽輪S、行星輪E、行星架P，最終傳遞至自動變速器AT，實(shí)現(xiàn)啟動/發(fā)電機(jī)ISG單獨(dú)驅(qū)動車輛行駛的功能。此種情況動力傳動裝置仍起到減速增扭的功能。
權(quán)利要求
1.一種混合動力汽車的動力傳動裝置，位于發(fā)動機(jī)和自動變速器(AT)之間，由啟動/發(fā)電機(jī)(ISG)、離合器(C)、單向離合器、行星齒輪機(jī)構(gòu)組成，其特征在于行星齒輪機(jī)構(gòu)由太陽輪(S)、行星輪(E)、行星架(P)、齒圈(R)構(gòu)成，行星輪(E)與太陽輪(S)外嚙合、與齒圈(R)內(nèi)嚙合，發(fā)動機(jī)(ICE)輸出軸與齒圈(R)通過法蘭連接，啟動/發(fā)電機(jī)(ISG)的轉(zhuǎn)子通過花鍵與太陽輪(S)中心軸相連，行星架(P)與自動變速器(AT)輸入軸通過法蘭連接，發(fā)動機(jī)(ICE)輸出軸與行星架(P)輸出軸上分別設(shè)有單向離合器地(F1)、(F2)，齒圈(R)及行星架(P)之間設(shè)有離合器(C)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多能源輸入輸出裝置，尤其涉及一種混合動力汽車的動力傳動裝置，其位于發(fā)動機(jī)和自動變速器之間，由發(fā)電機(jī)、離合器、單向離合器、行星齒輪機(jī)構(gòu)組成，行星齒輪機(jī)構(gòu)由太陽輪、行星輪、行星架、齒圈構(gòu)成，行星輪分別與太陽輪外嚙合、與齒圈內(nèi)嚙合，發(fā)動機(jī)輸出軸與齒圈通過法蘭連接，啟動/發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子通過花鍵與太陽輪中心軸相連，行星架與自動變速器輸入軸通過法蘭連接，發(fā)動機(jī)輸出軸與行星架輸出軸上分別設(shè)有單向離合器，齒圈及行星架之間設(shè)有離合器。本發(fā)明采用行星齒輪傳動，在系統(tǒng)不同要求下，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)單輸入單輸出、單輸入多輸出、多輸入單輸出等不同傳遞路徑及正、反向兩種傳遞方向。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，傳動效率高。
文檔編號F16H3/72GK1888483SQ20061002890
公開日2007年1月3日 申請日期2006年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月13日
發(fā)明者劉釗, 張超, 陳龍安 申請人:同濟(jì)大學(xué)