CN201003577Y - 混合动力汽车的驱动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种混合动力汽车的驱动系统，包括内燃机、电机、力矩分配机构、变速箱和主油泵，所述的力矩分配机构是一个包括太阳轮、行星架和齿圈的行星齿轮机构，所述行星架与内燃机的输出轴相连接；所述太阳轮与电机的转子相连接；所述齿圈、主油泵都与变速箱的输入轴相连接。本实用新型利用一个行星齿轮机构作为混合动力汽车的力矩分配机构，电机、内燃机和变速箱分别与行星齿轮的太阳轮、行星架和齿圈相连接，这样就将电机和内燃机耦合在一起，并将其动力合成后输入变速箱，由于采用了行星齿轮机构，因此在结构上更加紧凑。

Description

混合动力汽车的驱动系统

技术领域

本实用新型涉及一种用于混合动力汽车的驱动系统，该系统通过使用内燃机、一台电动机/发电机、力矩啮合装置、变速箱、电控离合器的组合来驱动汽车。

背景技术

迄今为止，已经出现了多种混合动力的方案，而每种方案都有自己特定的优点和缺点。在大多数方案中，混合动力系统都是结构复杂，成本较高，或者与传统的驱动系统相比仅在特定的工况下表现出了一定的优势。而在正常的道路行驶过程中，混合驱动的优势就十分有限了。

在这些混合动力驱动方案中，已经使用了自动变速箱和手自一体变速箱。比如，专利DE 10036 966 A1提出了一种混合动力驱动系统的结构，该系统具有行星齿轮变速箱换档装置、变速箱和离合器，可以将电机和内燃机耦合在一起。此外，专利DE 100 49 514 A1也提出了一种混合动力驱动系统，该系统有一个电机和一个内燃机。在行星齿轮变速箱中，集成了两个驱动离合器和一个制动离合器，通过两个驱动离合器可以将电机和内燃机连为一体。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构更紧凑的混合动力驱动系统。

为了解决上述第一个技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种混合动力汽车的驱动系统，包括内燃机、电机、力矩分配机构、变速箱和主油泵，所述的力矩分配机构是一个包括太阳轮、行星架和齿圈的行星齿轮机构，所述行星架与内燃机的输出轴相连接；所述太阳轮与电机的转子相连接；所述齿圈、主油泵都与变速箱的输入轴相连接。

本实用新型利用一个行星齿轮机构作为混合动力汽车的力矩分配机构，电机、内燃机和变速箱分别与行星齿轮的太阳轮、行星架和齿圈相连接，这样就将电机和内燃机耦合在一起，并将其动力合成后输入变速箱，由于采用了行星齿轮机构，因此在结构上更加紧凑。

作为上述技术方案的一种优选方案：所述力矩分配机构是一个设有双排行星轮的行星齿轮机构，所述行星架与双排行星轮同时连接。采用行星轮装置组成的力矩分配机构时，为了提高整车驱动系统动力性及控制上的方便，通常要求在变速箱输入轴转速为0时，电机与发动机的转速比接近-1。如果采用单排行星轮，为了实现电机输出力矩与发动机输出力矩耦合输出到变速箱的输入轴上，变速箱通常连接到行星架上，电机与齿圈相连接，发动机与太阳轮连接，这样当变速箱输入轴转速为0时，要实现电机与发动机的转速比接近-1，则齿圈与太阳轮的齿数比应接近1，换句话说，为了能布置下行星轮，需要增大太阳轮的直径数倍，进而使整个力矩分配机构的尺寸增加了数倍；而对于双排行星轮的力矩分配机构来说，变速箱可以连接到齿圈上，电机、发动机分别连接到太阳轮和行星架上，当变速箱输入轴转速为0时，要实现电机与发动机的转速比接近1，双排行星齿轮装置的齿圈与太阳轮的齿数比接近2，这种情况下，太阳轮的直径要小得多，整个力矩分配机构的尺寸也要小得多，从而使驱动系统的结构也更加紧凑。

作为上述技术方案的一种优选方案：还包括一个固定安装的内燃机制动器，所述内燃机制动器与内燃机的输出轴相连接。当混合动力汽车以纯电动模式工作时，内燃机制动器可以用来锁住飞轮，防止内燃机的转动。由于飞轮制动器可以固定安装在内燃机的机舱内，有利于驱动系统的空间布置，不会增加驱动系统的轴向尺寸，同时也便于拆装和维修。

作为对上述技术方案的一种改进，所述力矩分配机构的太阳轮与行星架之间还设有电控离合器。电控离合器啮合时，太阳轮和行星架锁止成为一个整体，力矩分配机构的传动比为1，此时电机可以工作在电动状态，也可以工作在发电状态，内燃机与电机间可以按控制需求任意分配输出力矩。

作为对上述改进方案的进一步优化：还包括一个电控油泵与所述主油泵并联。在起停模式下或其它工作模式下，主油泵可能无法维持液压系统的油压，为了防止液压系统的油压不足，所以集成了电控油泵，以保证液压系统的正常油压和电控离合器的正常工作。

作为上述技术方案的一种优选方案：所述电机为在正、反转时都可以工作在电动状态或发电状态的四象限电机。即正转时，电机可以工作在电动状态或发电状态；负转时，也可以工作在电动状态或发电状态。可以根据档位的不同及不同的驱动工况，使用电机按不同的方式启动内燃机，因此，在这种混合动力系统中内燃机不需要安装启动马达。

作为上述技术方案的一种优选方案：所述内燃机的输出轴与行星架之间还连接有一个扭振减震器。可以减少驱动系统中产生的振动。

作为上述技术方案的一种优选方案：所述变速箱内设有一个用于锁住或释放变速箱输入轴的离合器。当该离合器啮合时，可以使变速箱输入轴的转速为0，从而便于实现控制上的要求。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

图1是本实用新型一种混合动力汽车的驱动系统的结构示意图。

图2描述了冷启动过程步骤一中的各部件的转速、力矩关系。

图3描述了冷启动过程步骤二中的各部件的转速、力矩关系。

图4描述了冷启动过程步骤三中的各部件的转速、力矩关系。

图5描述了热启动模式下各部件的转速、力矩关系。

图6描述了并联启动模式的各部件的转速、力矩关系。

图7描述了行星轮起步模式到并联模式步骤一的各部件的转速、力矩关系。

图8描述了行星轮起步模式到并联模式步骤二的各部件的转速、力矩关系。

图9描述了并联助力模式下各部件的转速、力矩关系。

图10描述了并联发电模式下各部件的转速、力矩关系。

图11描述了并联制动模式的各部件的转速、力矩关系。

图12描述了低速驾驶模式一(电机助力)的各部件的转速、力矩关系。

图13描述了低速驾驶模式二(电机发电)的各部件的转速、力矩关系。

图14描述了纯电动驱动时各部件的转速、力矩关系。

图15描述了从纯电动模式到并联模式的各部件的转速、力矩关系。

其中，图2-图15中下列符号的含义为：

被驱动

提供驱动力矩保持同样状态

目标转速状态----初始转速状态

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的一种混合动力汽车的驱动系统包括内燃机1、电机9、力矩分配机构7、变速箱14和主油泵17，内燃机1可以是汽油机也可以是柴油机；电机9是一种四象限电机，即在正、反转时都可以工作在电动状态或发电状态，它包括转子8和定子10，其中定子10安装在一个固定壳体11上。力矩分配机构7是一个行星齿轮机构，它包括太阳轮7s、行星架7c和齿圈7r，太阳轮7s与齿圈7r之间设有双排行星轮，行星架7c与这两排行星轮同时连接，行星架7c通过一个扭振减振器5与内燃机1的输出轴2相连接；太阳轮7s与电机9的转子8相连接；齿圈7r、主油泵17都与变速箱14的输入轴18相连接，在本实施例中变速箱14为自动变速箱，安装在一个箱体13内，其中还设有一个用于锁住或释放变速箱输入轴18的离合器(未示出)，变速箱14具有输出轴15。内燃机制动器4安装固定在内燃机壳体上，用于锁住内燃机输出轴2上的飞轮3。力矩分配机构7的太阳轮7s与行星架7c之间还设有电控离合器6，用于锁止太阳轮7s与行星架7c。为了防止在某些情况下液压系统的油压不足，所以本实施例还集成了电控油泵16与主油泵17并联，以保证液压系统的正常油压和电控离合器6的正常工作。混合动力整车控制器19用于对整车进行智能控制。

下面对上述混合动力汽车驱动系统的不同工作模式及其操作方法进行说明。冷启动模式

在环境温度低时，如水温、变速箱油温低时，电控油泵16不能够建立足够的压力来啮合电控离合器6，当档位在N，P档，点火钥匙开时，①电机9正转驱动，带动变速箱输入轴18正转，这样安装在变速箱输入轴18的主油泵17被正向驱动，可以建立起足够的压力。此时的工作状态如图2示；②当油压足够啮合电控离合器6时，混合动力整车控制器19控制电控离合器6的啮合，拖动内燃机1到预先设定的转速，工作状态如图3所示；③随后内燃机1喷油点火，并保持在预先设定的怠速转速，电机9工作在负的转速，让变速箱的输入轴18保持在零转速，准备起步，其工作状态如图4所示。

在P，N档时，驾驶员没有整车起步的需求时，启动好内燃机后，系统可以进行暖机工作。热启动模式

在内燃机暖机时，且档位在R、D档，停车后，内燃机停止工作，如停在红灯前，随即绿灯亮，这时需要快速启动内燃机。此系统可以采取杠杆启动模式。即利用自动变速箱14内的离合器锁住变速箱的输入轴18，电机9反转并驱动内燃机到预设的转速值，随即内燃机喷油点火。其启动过程的转速运动关系如图5。

内燃机暖机时，且档位在P、N档，如果需要启动内燃机给电池充电，可以利用并联式启动模式。其操作步骤如下，首先闭合电控离合器6，随后电机9从静止开始驱动内燃机到预先设定的转速。随即内燃机喷油点火，其启动过程的转速运动关系如图6。

传统的带自动变速箱的汽车，在D档踩下制动踏板时，车停了，但内燃机仍然在怠速运行。本实用新型混合动力系统的汽车使用上述的操作方法，在D档踩下制动踏板时，车停了，内燃机也可以停止运转，当一松开制动踏板时，利用电机低速大力矩的特性，整车可以快速将内燃机从静止驱动到目标转速，随即内燃机喷油点火，并结合电机的控制迅速地起步。实现了起/停模式的控制功能。由于车停时，内燃机处于停机状态，所也可以降低油耗。行星轮起步模式

在起步时，利用力矩分配机构7的物理特性，即其输出力矩是内燃机1和电机9输出力矩之和，来满足混合动力汽车需要大的起步力矩。①首先预先设定内燃机的起步工作转速，随后，控制电机9输出力矩来不断提高变速箱输入轴18的转速，使电机由反转逐渐变为正转，如图7所示，其转速关系从虚线逐渐向实线过渡；②当内燃机1和电机9的转速趋向一致时，啮合电控离合器6，进入到并联模式，如图所示8。

并联模式

在并联模式下，电控离合器6啮合后，可以根据需要让电机9工作在电动机状态或发电机状态。当驾驶员的需求力矩大时，电机9工作在电动机状态进行助力，其转速力矩关系如图9所示；当电池SOC低时，电机9工作在发电状态进行发电，其转速力矩关系如图10所示。在并联模式进行制动时，内燃机1不喷油，电机9工作在发电状态，进行发电，同时整车制动系统工作，其转速力矩关系如图11所示。

低速驱动模式

当车速降低时，系统又从并联模式进入到行星轮起步模式，这时电控离合器6松开。系统会根据电池的SOC和驾驶员的需求进入到不同的低速驱动模式。当电池SOC在正常的范围时，电机9工作在电动机状态，如图12所示。当电池SOC低于正常的值时，需要进行充电时，电机9被驱动在负转速方向旋转，工作在发电机状态，如图13所示。

纯电动模式

系统需求驱动力矩低时，混合动力进入纯电动驱动模式，内燃机飞轮制动器4啮合，电机9工作在电动机状态，驱动整车运行，其转速关系如图14所示。

在纯电动模式下运行，当系统需求更大驱动力矩时，混合动力汽车切换到并联模式，其转速变化过程的关系如图15所示。从纯电动模式切换到并联模式下的操作过程：首先松开内燃机飞轮制动器4，同时啮合电控离合器6，当内燃机转速带到预选设定的转速时，内燃机喷油点火，可以利用电机的惯性能量，最大限度地在无负载的情况下起动内燃机。

Claims (8)

1.一种混合动力汽车的驱动系统，包括内燃机(1)、电机(9)、力矩分配机构(7)、变速箱(14)和主油泵(17)，其特征是：所述的力矩分配机构(7)是一个包括太阳轮(7s)、行星架(7c)和齿圈(7r)的行星齿轮机构，所述行星架(7c)与内燃机的输出轴(2)相连接；所述太阳轮(7s)与电机的转子(8)相连接；所述齿圈(7r)、主油泵(17)都与变速箱的输入轴(18)相连接。

2.根据权利要求1所述的混合动力汽车的驱动系统，其特征是：所述力矩分配机构(7)是一个设有双排行星轮的行星齿轮机构，所述行星架(7c)与双排行星轮同时连接。

3.根据权利要求1所述的混合动力汽车的驱动系统，其特征是：还包括一个固定安装的内燃机制动器(4)，所述内燃机制动器(4)与内燃机的输出轴(2)相连接。

4.根据权利要求1或2或3所述的混合动力汽车的驱动系统，其特征是：所述力矩分配机构(7)的太阳轮(7s)与行星架(7c)之间还设有电控离合器(6)。

5.根据权利要求4所述的混合动力汽车的驱动系统，其特征是：还包括一个电控油泵(16)与主油泵(17)并联。

6.根据权利要求1所述的混合动力汽车的驱动系统，其特征是：所述电机(9)为在正、反转时都可以工作在电动状态或发电状态的四象限电机。

7.根据权利要求1所述的混合动力汽车的驱动系统，其特征是：所述内燃机的输出轴(2)与行星架(7c)之间还连接有一个扭振减震器(5)。

8.根据权利要求1所述的混合动力汽车的驱动系统，其特征是：所述变速箱(14)内设有一个用于锁住或释放变速箱输入轴(18)的离合器。

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