以传统差速器为耦合装置的液驱混合动力系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种以传统差速器为耦合装置的液驱混合动力系统，旨在克服现有技术中传动系统结构复杂，加工周期长，行星齿轮机构控制复杂，不易于工程实现的问题。其包括发动机、对称式差速器、液压泵、液压泵/马达与蓄能器。发动机通过主减速器的主动齿轮与主减速器的从动齿轮和对称式差速器的壳体固连，对称式差速器的左半轴齿轮与右半轴齿轮依次和左半轴一端与右半轴一端连接，左半轴与右半轴另一端依次和液压泵与液压泵/马达输入轴连接,对称式差速器的行星齿轮套装在十字轴上为转动连接，行星齿轮和其两侧的左半轴齿轮与右半轴齿轮啮合连接，液压泵和液压泵/马达液压管路连接，蓄能器用液压管路和连接液压泵与液压泵/马达的液压管路连接。
【专利说明】以传统差速器为耦合装置的液驱混合动力系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于混合动力汽车上的混合动力装置，更确切地说，本发明涉及一种以传统差速器为耦合装置的液驱混合动力系统。
【背景技术】
[0002]节能与环保是21世纪汽车发展的两大主题，电动汽车是传统燃油内燃机汽车的理想替代品，但受蓄电池能量的限制，燃料电池后处理的污染性以及整个系统高成本等约束，制约了电动汽车的推广。油电混合动力汽车虽然能在一定程度上实现优化系统效率，达到节能减排的目的，但是仍然受到电池、电机等问题的约束。因此，液压混合动力汽车可视为一种综合解决上述问题的可行方案，它能够避免来自于电池及电机控制等的限制。液压混合动力汽车的动力是由发动机与液压泵/马达共同提供的，如何实现液压混合动力系统的发动机与液压泵/马达之间的动力分配，是发展液压混合动力必须解决的关键问题之
一。
[0003]由于混合动力汽车具有多种动力源，如储能元件和发动机等，因此，其驱动方式也比较多样。根据动力源的结合方式不同可以分为串联液压混合动力汽车、并联液压混合动力汽车和串并联液压混合动力汽车。
[0004]串联液压混合动力汽车由液压泵/马达直接进行驱动，蓄能器作为储能单元置于液压泵和液压泵/马达之间，吸收发动机剩余功率及制动回收的能量。串联液压混合动力汽车的发动机与驱动轮之间没有直接的机械连接，易于对发动机进行优化控制，使发动机在高效区域或低排放区域附近稳定工作。但是串联液压混合动力汽车的动力系统能量转换环节多，动力系统的整体效率不是很高。并联液压混合动力汽车具有发动机单独驱动，液压泵/马达单独驱动和发动机与液压泵/马达联合驱动三种驱动方式。发动机作为主动力源，而液压泵/马达作为辅助动力源。在低速小功率时，可以关闭发动机，利用液压泵/马达进行驱动，而中高速平稳工况下可以利用发动机单独驱动，在高速或加速时，可利用发动机与液压泵/马达联合驱动。并联液压混合动力系统由于其发动机的机械能可直接输出到驱动轮，中间没有过多的二次能量转换，因此动力系统的整体效率较高，燃油消耗也较少。
[0005]串并联液压混合动力汽车的动力系统是串联结构与并联结构的综合，结合了二者的优点。同时它还能够实现动力源间的多种组合方式，从而在结构上保证了在复杂情况下系统能工作在最优状态，因此更容易实现低油耗及低排放的目标。
[0006]串并联液压混合动力系统一般都需要有一个动力耦合机构，在结构上保证发动机，液压泵和液压马达三个动力源协调工作。目前用于串并联结构的动力耦合装置多采用复杂的行星齿轮机构，有的甚至还需要加装变速器、离合器等，致使整个传动系结构复杂且不紧凑。同时这些机构一般都需要较大的改装或重新设计，对生产的工艺性要求较高，试制加工周期较长；另外对行星齿轮机构的控制也相对比较复杂，不易于工程实现。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术中存在的传动系统结构复杂、加工周期长、行星齿轮机构控制复杂与不易于工程实现的问题，同时也解决了油电混合动力汽车中电机、电池成本高且控制复杂的问题，提供了一种以传统差速器为耦合装置的液驱混合动力系统。
[0008]为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的:所述的以传统差速器为耦合装置的液驱混合动力系统包括发动机、对称式差速器、液压泵、液压泵/马达与蓄能器。
[0009]发动机的输出轴与主减速器的主动齿轮通过联轴器固定连接，主减速器的主动齿轮与主减速器的从动齿轮啮合连接，主减速器的从动齿轮与对称式差速器的壳体用螺栓固定连接，对称式差速器的左半轴齿轮上的左花键孔与右半轴齿轮上的右花键孔依次和左半轴右端的花键轴与右半轴左端的花键轴连接，左半轴的左端与右半轴的右端通过刚性联轴器依次和液压泵与液压泵/马达的输入轴连接，对称式差速器的行星齿轮套装在十字轴上为转动连接，行星齿轮和其两侧的左半轴齿轮与右半轴齿轮啮合连接，液压泵/马达的右端输出轴通过刚性联轴器与传动轴一端固接，液压泵的出油口和液压泵/马达的进油口液压管路连接，蓄能器的进出油口采用液压管路和连接液压泵与液压泵/马达的液压管路连接。
[0010]技术方案中所述的主减速器的主动齿轮的旋转轴线与主减速器的从动齿轮的旋转轴线垂直相交，主减速器的从动齿轮的旋转轴线与左半轴齿轮的旋转轴线共线，左半轴齿轮的旋转轴线与右半轴齿轮的旋转轴线共线，行星齿轮公转的旋转轴线和左半轴齿轮与右半轴齿轮的旋转轴线共线。
[0011]另一种所述的以传统差速器为耦合装置的液驱混合动力系统包括发动机、对称式差速器、液压泵、液压泵/马达、蓄能器、电控离合器与锁止离合器。
[0012]发动机的输出轴与主减速器的主动齿轮通过联轴器固定连接，主减速器的主动齿轮与主减速器的从动齿轮啮合连接，主减速器的从动齿轮与对称式差速器的壳体用螺栓固定连接，对称式差速器的左半轴齿轮上的左花键孔与右半轴齿轮上的右花键孔依次和左半轴右端的花键轴与右半轴左端的花键轴连接,左半轴的左端通过刚性联轴器和液压泵的输入轴连接，右半轴的右端通过锁止离合器与电控离合器和液压泵/马达的输入轴连接，对称式差速器的行星齿轮套装在十字轴上为转动连接，行星齿轮和其两侧的左半轴齿轮与右半轴齿轮为啮连接合，液压泵/马达右端输出轴通过刚性联轴器与传动轴一端固接，液压泵的出油口和液压泵/马达的进油口液压管路连接，蓄能器的进出油口采用液压管路和连接液压泵与液压泵/马达的液压管路连接。
[0013]技术方案中所述的右半轴的右端通过锁止离合器与电控离合器和液压泵/马达的输入轴连接是指:锁止离合器套装在右半轴上，锁止离合器的离合器毂与右半轴中段通过平键连接，电控离合器中的连接盘套装在右半轴的右端为花键副配合，电控离合器中的电控离合器从动盘毂套装在液压泵/马达中的液压泵/马达输入轴的左端为花键副连接。
[0014]技术方案中所述的括发动机、液压泵、液压泵/马达与蓄能器分别安装在汽车的底盘上，液压泵采用单向变量泵，压力等级为20-40Mpa，液压泵/马达采用双向变量泵/马达，压力等级为20-40Mpa，蓄能器选择皮囊式蓄能器。
[0015]与现有技术相比本发明的有益效果是:[0016]与传统的混合动力汽车用动力耦合装置相比本发明的有益效果是:
[0017]1.本发明所述的以传统差速器为耦合装置的液驱混合动力系统实现混合动力汽车连续型串并联驱动形式。本发明根据传统汽车应用的对称式差速器的转速差速、转矩平均分配的原理，使其输入轴通过主减速器连接发动机，两输出轴分别连接液压泵/马达与液压泵，使发动机动力输出的一半转矩输出给液压泵产生液压能储存到蓄能器中，另一半转矩驱动车轮，实现液压混合动力汽车的连续型串并联驱动形式。因此，该差速器可用作液压混合动力汽车的动力耦合装置，从而大大简化了液压混合动力汽车动力耦合装置的全新设计与试制，节省时间，节约开销。
[0018]2.本发明所述的以传统差速器为耦合装置的液驱混合动力系统可实现电动无级变速器(ECVT)功能，并可削除变速器，使整个系统得到简化。该系统利用差速器转速、转矩传递与分配关系，通过调节液压泵的转速、输入转矩可使发动机工作在最佳效率点，彻底解决了传统发动机由于与车轮的机械连接造成的工作点效率低下的问题，从而实现ECVT功能。并且可利用大扭矩特性的液压泵/马达实现传统变速器的增加转矩功能，这样可消除变速器等机构。
[0019]3.本发明所述的以传统差速器为耦合装置的液驱混合动力系统能够实现混合动力汽车的多种驱动模式，保证发动机始终运行在最佳效率点，从而提高整车运行效率。
[0020]4.本发明所述的以传统差速器为耦合装置的液驱混合动力系统通过合理控制液压泵输出功率，可实现行车过程中实时调节蓄能器压力状态的功能。
[0021]5.参阅图6，图中所示以传统差速器为耦合装置的液驱混合动力系统的另一种技术方案，即在第一种以传统差速器为耦合装置的液驱混合动力系统的技术方案中，液压泵/马达左侧的输入轴由右至左依次安装有电控离合器与锁止离合器。当发动机停止工作，分离电控离合器，通过液压泵/马达即可驱动整车，可实现纯液压驱动的功能，纯液压驱动可更大程度节省燃油消耗，可进一步提高整车的效率。这种混合动力汽车用的动力耦合装置还可实现串联式驱动，即当蓄能器压力值较低，电控离合器分离，锁止离合器接合，发动机的输出转矩仅驱动液压泵对蓄能器进行充压，使蓄能器压力值能快速维持到合理范围。
[0022]与混合动力电动车相比本发明的有益效果是:
[0023]1.本发明所述的以传统差速器为耦合装置的液驱混合动力系统中的液压蓄能器在相同条件下能为车辆提供更大的辅助动力，而且与蓄电池相比，其充放能量速度快，制动能量回收多，使用寿命长，价格便宜。
[0024]2.本发明所述的以传统差速器为耦合装置的液驱混合动力系统中的液压泵/马达输出扭矩大、控制精度高、响应速度快、结构紧凑与所需安装空间小。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]下面结合附图对本发明作进一步的说明:
[0026]图1是本发明所述的以传统差速器为耦合装置的液驱混合动力系统的结构组成示意图；
[0027]图2是本发明所述的以传统差速器为耦合装置的液驱混合动力系统的工作流程图；
[0028]图3是本发明所述的以传统差速器为耦合装置的液驱混合动力系统在发动机驱动并充压时的动力传递路线图；
[0029]图4是本发明所述的以传统差速器为耦合装置的液驱混合动力系统在联合驱动时的动力传递路线图；
[0030]图5是本发明所述的以传统差速器为耦合装置的液驱混合动力系统在再生制动时的动力传递路线图；
[0031]图6是本发明所述的以传统差速器为耦合装置的液驱混合动力系统第二种技术方案结构组成的示意图；
[0032]图7是本发明所述的以传统差速器为耦合装置的液驱混合动力系统第二种技术方案中所采用的锁止离合器结构组成主视图上的全剖视图；
[0033]图8是本发明所述的以传统差速器为耦合装置的液驱混合动力系统第二种技术方案中所采用的电控离合器结构组成主视图上的全剖视图；
[0034]图9是本发明所述的以传统差速器为耦合装置的液驱混合动力系统第二种技术方案的工作流程图；
[0035]图10是第二种技术方案的以传统差速器为耦合装置的液驱混合动力系统在纯液压驱动时的动力传递路线图；
[0036]图11是第二种技术方案的以传统差速器为耦合装置的液驱混合动力系统在串联驱动时的动力传递路线图；
[0037]图12是所述以传动差速器为耦合装置的液驱混合动力系统跟随目标工况仿真的车速曲线；
[0038]图13是所述以传动差速器为耦合装置的液驱混合动力系统跟随目标工况仿真的发动机、液压泵与液压泵/马达的转速曲线；
[0039]图14是所述以传动差速器为耦合装置的液驱混合动力系统跟随目标工况仿真的发动机、液压泵与液压泵/马达的转矩曲线；
[0040]图中:1.左半轴齿轮，2.右半轴齿轮，3.主减速器的从动齿轮，4.行星齿轮，5.十字轴，6.主减速器的主动齿轮，7.液压泵，8.液压泵/马达，9.发动机，10.蓄能器，11.驱动桥，12.车轮，13.液压泵/马达控制器，14.起动机，15.整车控制器(E⑶)，16.发动机控制器，17.电控离合器，18.锁止离合器，19.实际车速曲线，20.目标车速曲线，21.液压泵/马达转矩曲线，22.发动机转矩曲线，23.液压泵转矩曲线，24.液压泵转速曲线，25.发动机转速曲线，26.液压泵/马达转速曲线，27.右半轴，28.小卡环，29.弹簧，30.弹簧底座，31.离合器毂，32.压盘，33.卡环，34.钢片，35.摩擦片，36.密封圈，37.环形活塞，38.离合器壳，40.电控离合器压盘，41.液压泵/马达输入轴(滑动花键轴)，42.电控离合器从动盘毂，43.电控离合器盖，44.电控离合器从动盘，45.连接盘，46.摩擦片。
【具体实施方式】
[0041]下面结合附图对本发明作详细的描述:
[0042]参阅图1，所述的以传统差速器为耦合装置的液驱混合动力系统包括发动机9、传统差速器(实施例中选用对称式差速器)、液压泵7、液压泵/马达8、蓄能器10。液压泵7采用单向变量泵，压力等级为20-40Mpa，液压泵/马达8采用双向变量泵/马达，压力等级同样为20-40Mpa，至于液压泵7和液压泵/马达8的具体转速及排量等，需根据整车参数，设计指标等技术要求进行选择。蓄能器10采用皮囊式蓄能器。
[0043]对称式差速器的左半轴齿轮I中心处的左花键孔与右半轴齿轮2中心处的右花键孔依次和左半轴一(右)端的花键轴与右半轴一(左)端的花键轴连接，左半轴与右半轴的另一(左端与右)端通过刚性联轴器分别与液压泵7、液压泵/马达8连接，主减速器的主动齿轮6与发动机9的输出轴通过联轴器固定连接，主减速器的主动齿轮6与主减速器的从动齿轮3啮合连接，并且主减速器的主动齿轮6的旋转轴线与主减速器的从动齿轮3的旋转轴线垂直相交，主减速器的从动齿轮3与左半轴齿轮I是同一旋转轴线，左半轴齿轮I的旋转轴线与右半轴齿轮2的旋转轴线共线，主减速器的从动齿轮3通过十字轴5带动与左半轴齿轮I和右半轴齿轮2相啮合的4个结构相同的行星齿轮4绕左半轴齿轮I和右半轴齿轮2的旋转轴线公转，液压泵/马达8右端输出轴通过刚性联轴器与传动轴的一端固定连接，传动轴的另一端与驱动桥11连接，将驱动力输出到驱动桥11，从而驱动车轮12行驶。
[0044]发动机9、液压泵7、液压泵/马达8与蓄能器10分别安装在汽车的底盘上。在汽车的底盘上还安装有控制发动机9开关、负荷转矩与转速的发动机控制器16，控制液压泵7与液压泵/马达8排量的液压泵/马达控制器13 ;发动机9与发动机控制器16用信号线连接，信号线包括控制发动机负荷、温度的模拟量信号线，控制发动机开关的数字量信号线。液压泵7、液压泵/马达8与液压泵/马达控制器13用信号线连接，该信号线为模拟量信号线，用来控制液压泵/马达的排量。液压泵7的出油口和液压泵/马达8的进油口采用液压管路连接，液压泵/马达8的出油口采用液压管路与油箱连接，蓄能器10的进出油口采用液压管路和连接液压泵7与液压泵/马达8的液压管路连接，另外在车上还安装有统一协调控制发动机控制器16和液压泵/马达控制器13的整车控制器(ECT) 15，整车控制器15接受钥匙开关信号，加速踏板、制动踏板及挡位、车速，蓄能器压力状态等整车信号综合控制发动机控制器16和液压泵/马达控制器13，进而决定三大动力源之间的工作状态，使满足整车路载功率要求的同时，保持蓄能器压力平衡并维持系统在高效区工作。整车控制器15分别和发动机控制器16、液压泵/马达控制器13用信号线连接。该信号线为CAN通信信号线，主要用于整车控制器15向发动机控制器16、液压泵/马达控制器发送状态控制指令，以及发动机控制器16与液压泵/马达控制器13向整车控制器15发送发动机转速、发动机温度、液压泵/马达转速、排量等状态信号。在汽车的底盘上安装有控制发动机9开启的起动机14。
[0045]参阅图2，在整车控制器15上装有自编的用于统一协调控制发动机控制器16和液压泵/马达控制器13的计算机程序，在整车控制器15的控制下，作为混合动力汽车动力耦合装置的传统差速器使得发动机9、液压泵与液压泵/马达8实现了如下的工作流程:
[0046]1.整车控制器15查取上一时间步长的循环车速；
[0047]2.整车控制器15查取当前时间步长的循环车速；
[0048]3.整车控制器15接收当前以传统差速器为耦合装置的液驱混合动力系统中发动机9，液压泵7、液压泵/马达8、蓄能器10的状态信号；
[0049]4.整车控制器15根据当前循环车速和当前加速度计算路载转矩(或功率)需求和转速需求；
[0050]5.整车控制器15根据路载转速需求计算液压泵/马达8的转速；
[0051]6.整车控制器15根据路载功率需求与蓄能器10压力状态等总成状态信号，计算发动机9最佳工作点对应的转速与转矩，整车控制器15向发动机控制器16输出发动机负荷的状态控制指令；
[0052]7.由于发动机9最佳工作点对应的转速与转矩已经由第6步计算确定，整车控制器15根据差速器转速与转矩关系式即公式I可计算液压泵7的转速与输入转矩，并向液压泵/马达控制器13输出液压泵/马达排量的状态控制指令；
[0053]8.整车控制器15根据路载转矩要求及公式I计算液压泵/马达输出转矩，并结合步骤5确定的液压泵/马达转速，整车控制器15向液压泵/马达控制器13输出液压泵/马达排量的状态指令；
[0054]9.判断循环是否结束，若循环未结束，则重复上述步骤。
【权利要求】
1.一种以传统差速器为耦合装置的液驱混合动力系统，其特征在于，所述的以传统差速器为耦合装置的液驱混合动力系统包括发动机(9)、对称式差速器、液压泵(7)、液压泵/马达(8)与蓄能器(10); 发动机(9)的输出轴与主减速器的主动齿轮(6)通过联轴器固定连接，主减速器的主动齿轮(6)与主减速器的从动齿轮(3)啮合连接，主减速器的从动齿轮(3)与对称式差速器的壳体用螺栓固定连接，对称式差速器的左半轴齿轮(I)上的左花键孔与右半轴齿轮(2)上的右花键孔依次和左半轴右端的花键轴与右半轴(27)左端的花键轴连接，左半轴的左端与右半轴(27)的右端通过刚性联轴器依次和液压泵(7)与液压泵/马达(8)的输入轴连接，对称式差速器的行星齿轮(4)套装在十字轴(5 )上为转动连接，行星齿轮(4)和其两侧的左半轴齿轮(I)与右半轴齿轮(2)啮合连接，液压泵/马达(8)的右端输出轴通过刚性联轴器与传动轴一端固接，液压泵(7)的出油口和液压泵/马达(8)的进油口液压管路连接，蓄能器(10)的进出油口采用液压管路和连接液压泵(7)与液压泵/马达(8)的液压管路连接。
2.按照权利要求1所述的以传统差速器为耦合装置的液驱混合动力系统，其特征在于，所述的主减速器的主动齿轮(6)的旋转轴线与主减速器的从动齿轮(3)的旋转轴线垂直相交，主减速器的从动齿轮(3)的旋转轴线与左半轴齿轮(I)的旋转轴线共线，左半轴齿轮(I)的旋转轴线与右半轴齿轮(2)的旋转轴线共线，行星齿轮(4)公转的旋转轴线和左半轴齿轮(I)与右半轴齿轮(2)的旋转轴线共线。
3.一种以传统差速器为耦合装置的液驱混合动力系统，其特征在于，所述的以传统差速器为耦合装置的液驱混合动力系统包括发动机(9)、对称式差速器、液压泵(7)、液压泵/马达(8)、蓄能器(10)、电控离合器(17)与锁止离合器(18)； 发动机(9)的输出轴与主减速器的主动齿轮(6)通过联轴器固定连接，主减速器的主动齿轮(6)与主减速器的从动齿轮(3)啮合连接，主减速器的从动齿轮(3)与对称式差速器的壳体用螺栓固定连接，对称式差速器的左半轴齿轮(I)上的左花键孔与右半轴齿轮(2)上的右花键孔依次和左半轴右端的花键轴与右半轴(27)左端的花键轴连接，左半轴的左端通过刚性联轴器和液压泵(7)的输入轴连接，右半轴(27)的右端通过锁止离合器(18)与电控离合器(17)和液压泵/马达(8)的输入轴连接，对称式差速器的行星齿轮(4)套装在十字轴(5)上为转动连接，行星齿轮(4)和其两侧的左半轴齿轮(I)与右半轴齿轮(2)为啮连接合，液压泵/马达(8)右端输出轴通过刚性联轴器与传动轴一端固接，液压泵(7)的出油口和液压泵/马达(8)的进油口液压管路连接，蓄能器(10)的进出油口采用液压管路和连接液压泵(7)与液压泵/马达(8)的液压管路连接。
4.按照权利要求3所述的以传统差速器为耦合装置的液驱混合动力系统，其特征在于，所述的右半轴(27)的右端通过锁止离合器(18)与电控离合器(17)和液压泵/马达(8)的输入轴连接是指: 锁止离合器(18)套装在右半轴(27)上，锁止离合器(18)中的离合器毂(31)与右半轴(27)中段通过平键连接，电控离合器(17)中的连接盘(45)套装在右半轴(27)的右端为花键副连接，电控离合器(17)中的电控离合器从动盘毂(42)套装在液压泵/马达(8)中的液压泵/马达输入轴(41)的左端为花键副连接。
5.按照权利要求1或3所述的以传统差速器为耦合装置的液驱混合动力系统，其特征在于，所述的括发动机(9)、液压泵(7)、液压泵/马达(8)与蓄能器(10)分别安装在汽车的底盘上，液压泵(7)采用单向变量泵，压力等级为20~40Mpa，液压泵/马达(8)采用双向变量泵/马达，压 力等级为20~40Mpa，蓄能器(10)选择皮囊式蓄能器。
【文档编号】B60K17/16GK103587399SQ201310559443
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月12日 优先权日:2013年11月12日
【发明者】曾小华, 白鸽, 李胜, 贺辉, 刘彬娜, 宋大凤, 彭宇君, 巴特, 杨南南, 王俊 申请人:吉林大学