双行星排双模功率分流式混合动力系统的制作方法

本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种双行星排双模功率分流式混合动力系统。

背景技术：

面对随着汽车行业的快速发展，未来的汽车将逐渐趋于混动化和电动化。同时，为了适应环境的可持续发展，汽车应该有更低的二氧化碳排放和能耗。混合动力汽车是目前最有效的节能汽车方案，其驱动系统有串联、并联和混联三种形式。串联能实现发动机的最优控制，但是全部能量都会经过二次转换，损失较大；并联能实现较好的传动效率，但是发动机与输出轴机械连接，不能保证发动机始终处于较优的工作区域内；混联能结合串联和并联的优点，规避二者的缺点，是三者中最为优化的构型方案。

当前混联式混合动力汽车主要采用行星机构作为功率分流装置，典型的结构形式包括丰田的THS系统和通用的AHS系统。其中，丰田的THS系统只能实现输入式功率分流一种模式，驱动电机直接连接到输出件齿圈，对其性能要求较高，为了满足良好得动力性，需选用功率等级较高的电机，这在很大程度上增大了整车成本和安装的困难程度。另外，THS系统由于只能实现输入式功率分流一种模式，其在高速区传动效率较小。通用公司的AHS系统多数采用三排行星齿轮机构进行功率分流，需要控制多个离合器、锁止器以进行模式切换，导致其结构复杂、控制难度大。

目前，已有的双行星排混合动力系统的专利大多只能实现一种功率分流模式，混合动力系统的高效率区间较小；同时，该类专利混合动力系统的输出扭矩小，为了满足爬坡性能等动力性需求，需选用功率等级较高的电机。如中国专利公布号CN103448529A，公布日2013-12-18，公开了行星式双模油电混联混合动力系统，该系统只能实现输入式功率分流一种模式，系统高速区传动效率较小，纯电动模式下会产生较大的弱磁损失；该系统输出扭矩较小，为了满足爬坡性能需求，需要匹配较高功率等级的电机。双行星排双模功率分流式混合动力系统结合了输入功率分流模式和复合功率分流模式，一方面增大了混合动力系统的高效率区间，有效地避免寄生功率的产生，改善车辆的经济性；另一方面有效地降低系统对驱动电机的功率需求，提高车辆在平直路面的加速性能和爬坡性能。

技术实现要素：

本发明是为克服车辆在低速区加速性能差和爬坡能力有限的问题，以及克服车辆在高速区产生寄生功率和整车综合效率降低的问题，提供了一种双行星排双模功率分流式混合动力系统。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的，结合附图：所述的双行星排双模功率分流式混合动力系统，包括发动机1、前行星排与后行星排，该系统还包括离合器系统、制动器17与电机系统；所述的前行星排套装在动力输入轴3上为转动连接，前行星排行星架7与动力输入轴3为花键副连接；后行星排套装在二号电机12的输出轴上为转动连接，后行星排太阳轮13与二号电机12的输出轴为花键副连接；一号离合器8的主动部分与前行星排行星架7为一体结构，一号离合器8的从动部分固连在后行星排齿圈16的左端，与后行星排齿圈16共同旋转；二号离合器10的主动部分与前行星排齿圈9为一体结构，二号离合器10的从动部分固连在后行星排行星架15的左端，与后行星排行星架15共同旋转；三号离合器11的主动部分与后行星排太阳轮13为一体结构，三号离合器11的从动部分与二号离合器10的主动部分为一体结构；制动器17的主动部分与后行星排齿圈16为一体结构，制动器17的从动部分固定在车架上；一号电机4的壳体固定在车架上，一号电机4的转子套装在动力输入轴3的右端，与前行星排太阳轮5为花键副连接；二号电机12的壳体固定在车架上，二号电机12的输出轴与后行星排太阳轮13为花键副连接。

根据本发明提供的双行星排双模功率分流式混合动力系统，其中，动力输入轴3、前行星排、后行星排、一号离合器8、二号离合器10、三号离合器11、制动器17、一号电机4与二号电机12的回转轴线共线。

根据本发明提供的双行星排双模功率分流式混合动力系统，其中，离合器系统包括有一号离合器8、二号离合器10和三号离合器11，一号离合器8的主动部分与前行星排行星架7为一体结构，从动部分固连在后行星排齿圈16的左端；二号离合器10的主动部分与前行星排齿圈9为一体结构，二号离合器10的从动部分固连在后行星排行星架15的左端；三号离合器11的主动部分与后行星排太阳轮13为一体结构，三号离合器11的从动部分与二号离合器10的主动部分为一体结构；通过调整一号离合器8、二号离合器10和三号离合器11不同的接合与分离状态，从而实现功率分流模式的转换；根据功率分流的方式不同，功率分流模式可划分为输入功率分流模式与复合功率分流模式，其中输入功率分流模式还包括输入功率分流模式Ⅰ与输入功率分流模式Ⅱ两种子模式。

根据本发明提供的双行星排双模功率分流式混合动力系统，其中，制动器17包括有主动部分和从动部分，主动部分与后行星排齿圈16为一体结构，从动部分固定在车架上；通过接合制动器17的主动部分与从动部分，可以实现纯电动模式和再生制动模式。

根据本发明提供的双行星排双模功率分流式混合动力系统，其中，电机系统包括有一号电机4和二号电机12；一号电机4为永磁同步电机，一号电机4的壳体固定在汽车车架上，电机输出轴为空心轴，通过轴承支撑在动力输入轴3的光轴部分，电机转子与前行星排太阳轮5通过花键连接；一号电机4用于在不同工况下解耦发动机1和车轮之间的转速，使发动机1的转速独立于车轮的转速，配合二号电机12对发动机1和车轮之间的转矩解耦；二号电机12为永磁同步电机，二号电机12的壳体固定在汽车车架上，电机输出轴通过轴承支撑在后行星排太阳轮13的凹槽部分，电机转子与后行星排太阳轮13通过花键连接；二号电机12具有高转矩输出特性可以增加或补充整车驱动桥上来自于发动机1的转矩以满足路面转矩需求。

根据本发明提供的双行星排双模功率分流式混合动力系统，其中，前行星排包括前行星排太阳轮5、前行星排行星轮6、前行星排行星架7、前行星排齿圈9；所述的前行星排太阳轮5、前行星排行星轮6、前行星排齿圈9依次啮合，前行星排行星架7与前行星排行星轮6为转动连接；所述的前行星排行星架7与一号离合器8的主动部分为一体结构，前行星排齿圈9与二号离合器10的主动部分为一体结构。

根据本发明提供的双行星排双模功率分流式混合动力系统，其中，后行星排包括后行星排太阳轮13、后行星排行星轮14、后行星排行星架15、后行星排齿圈16；所述的后行星排太阳轮13、后行星排行星轮14、后行星排齿圈16依次啮合，后行星排行星架15与后行星排行星轮14为转动连接；所述的后行星排太阳轮13与三号离合器11的主动部分为一体结构，后行星排行星架15与二号离合器10的从动部分为一体结构，后行星排齿圈16与一号离合器8的从动部分和制动器17的主动部分为一体结构。

所述的双行星排双模功率分流式混合动力系统划分为纯电动模式、输入功率分流模式、复合功率分流模式和再生制动模式，其中输入功率分流模式根据动力的传递途径不同划分输入功率分流模式Ⅰ和输入功率分流模式Ⅱ。

本发明与现有技术相比，有益效果如下：

1.本发明所述的双行星排双模功率分流式混合动力系统通过接合制动器，可以实现纯电动起车模式，消除发动机的怠速油耗，提高整车燃油经济性，同时减少有害气体排放量，减少对环境的污染。

2.本发明所述的双行星排双模功率分流式混合动力系统通过接合二号离合器和制动器，可以实现输入功率分流模式Ⅰ，在低速区整车综合效率高，并且保证发动机工作在最佳燃油经济区，降低整车油耗。

3.本发明所述的双行星排双模功率分流式混合动力系统通过接合三号离合器和制动器，可以实现输入功率分流模式Ⅱ，前排动力经过后排减速增扭作用，输出更大的驱动转矩，提供更好的整车动力性。

4.本发明所述的双行星排双模功率分流式混合动力系统通过接合一号离合器和二号离合器，可以实现复合功率分流模式，在高速区整车综合效率高，并且保证发动机工作在最佳燃油经济区。

5.本发明所述的双行星排双模功率分流式混合动力系统通过接合制动器，可以实现再生制动模式，回收制动能量，明显提高整车燃油经济性。

6.本发明所述的双行星排双模功率分流式混合动力系统可以减少机械制动器的使用次数和强度，延长其使用寿命，降低其维修、保养费用。

7.本发明所述的双行星排双模功率分流式混合动力系统可以选用较小功率的发动机满足车辆的正常行驶要求，减少有害气体排放量，减少对环境的污染。

8.本发明所述的双行星排双模功率分流式混合动力系统在输出相同驱动力的条件下，可以选用峰值转矩较小的二号电机，减小了系统对电机的依赖性。

9.本发明所述的双行星排双模功率分流式混合动力系统应用范围广，不仅适用于乘用车，还可应用于商用车，尤其是对动力性要求较高的城市客车、公交客车和大型载货车。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明所述的双行星排双模功率分流式混合动力系统的结构原理图；

图2为本发明所述的双行星排双模功率分流式混合动力系统的杆模型图；

图3为本发明所述的双行星排双模功率分流式混合动力系统在纯电动模式下的结构原理图；

图4为本发明所述的双行星排双模功率分流式混合动力系统在纯电动模式下的杆模型图；

图5为本发明所述的双行星排双模功率分流式混合动力系统在输入功率分流模式Ⅰ下的结构原理图；

图6为本发明所述的双行星排双模功率分流式混合动力系统在输入功率分流模式Ⅰ下的杆模型图；

图7为本发明所述的双行星排双模功率分流式混合动力系统在输入功率分流模式Ⅱ下的结构原理图；

图8为本发明所述的双行星排双模功率分流式混合动力系统在输入功率分流模式Ⅱ下的杆模型图；

图9为本发明所述的双行星排双模功率分流式混合动力系统在复合功率分流模式下的结构原理图；

图10为本发明所述的双行星排双模功率分流式混合动力系统在复合功率分流模式下的杆模型图；

图中：1.发动机，2.扭转减振器，3.动力输入轴，4.一号电机，5.前行星排太阳轮，6.前行星排行星轮，7.前行星排行星架，8.一号离合器，9.前行星排齿圈，10.二号离合器，11.三号离合器，12.二号电机，13.后行星排太阳轮，14.后行星排行星轮，15.后行星排行星架，16.后行星排齿圈，17.制动器，18.输出齿轮，19.动力输出轴，20.驱动桥。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

参阅图1、图2，本发明提供了一种双行星排双模功率分流式混合动力系统，所述的双行星排双模功率分流式混合动力系统主要包括前行星排、后行星排、离合器系统、制动器和电机系统。

参阅图1、图2，所述的前行星排包括有动力输入轴3、前行星排太阳轮5、前行星排行星轮6、前行星排行星架7、前行星排齿圈9。

参阅图1、图2，所述的动力输入轴3为阶梯轴结构，左端开有外花键用于传递来自发动机1经过扭转减振器2的动力，右端通过花键或其他形式将动力传递给前行星排行星架7；所述的前行星排太阳轮5为圆柱齿轮结构；所述的前行星排行星轮6为圆柱齿轮结构；所述的前行星排行星架7为圆环结构，与一号离合器8的主动部分为一体结构；所述的前行星排齿圈9为圆柱内齿轮结构，与二号离合器10的主动部分和三号离合器11的从动部分为一体结构。

参阅图1、图2，动力输入轴3左端通过轴承支撑在扭转减振器2的输出端，右端通过轴承支撑在前行星排行星架7凹槽内；前行星排太阳轮5通过轴承支撑在动力输入轴3的光轴部分，与前行星排行星轮6常啮合；前行星排行星轮6分别与前行星排太阳轮5和前行星排齿圈9常啮合；前行星排行星架7通过销轴与前行星排行星轮6连接，并绕前行星排太阳轮5公转。

参阅图1、图2，所述的后行星排包括有后行星排太阳轮13、后行星排行星轮14、后行星排行星架15、后行星排齿圈16。

参阅图1、图2，所述的后行星排太阳轮13为圆柱齿轮结构，与三号离合器11的主动部分为一体结构，内部开有内花键用于传递来自二号电机12的动力；所述的后行星排行星轮14为圆柱齿轮结构；所述的后行星排行星架15为圆环结构，与二号离合器10的从动部分为一体结构，后行星排行星架15的右端为圆柱外齿轮机构；所述的后行星排齿圈16为圆柱内齿轮结构，与一号离合器8的从动部分和制动器17的主动部分为一体结构。

参阅图1、图2，后行星排太阳轮13通过轴承支撑在二号电机12的输出轴光轴部分，与后行星排行星轮14常啮合；后行星排行星轮14分别与后行星排太阳轮13和后行星排齿圈16常啮合；后行星排行星架15通过销轴与后行星排行星轮14连接，并绕后行星排太阳轮13公转，后行星排行星架15的右端外齿轮与输出齿轮18常啮合，将动力通过输出齿轮18传递给驱动桥20。

参阅图1、图2，所述的离合器系统包括一号离合器8、二号离合器10、三号离合器11。

参阅图1、图2，所述的一号离合器8为多片式摩擦离合器，其主动部分与前行星排行星架7为一体结构，从动部分与后行星排齿圈16固连在一起，通过摩擦作用来接合一号离合器8；二号离合器10为多片式摩擦离合器，其主动部分与前行星排齿圈9为一体结构，从动部分与后行星排行星架15固连在一起，通过摩擦作用来接合二号离合器10；三号离合器11为多片式摩擦离合器，其主动部分与后行星排太阳轮13为一体结构，从动部分与前行星排齿圈9固连在一起，通过摩擦作用来接合三号离合器11。

参阅图1、图2，所述的制动器17为多片式摩擦制动器，其主动部分与后行星排齿圈16为一体结构，从动部分固定在汽车车架或车身上，通过摩擦作用来接合制动器17。

参阅图1、图5、图7、图9，所述的电机系统包括一号电机4、二号电机12。

参阅图1、图5、图7、图9，所述的一号电机4为永磁同步电机，一号电机4的壳体固定在汽车车架或车身上，电机输出轴为空心轴，通过轴承支撑在动力输入轴3的光轴部分，电机转子与前行星排太阳轮5通过花键或其他形式连接；所述的一号电机4用于在不同工况下解耦发动机1和车轮之间的转速，使发动机1的转速独立于车轮的转速，配合二号电机12对发动机1和车轮之间的转矩解耦，可以保证发动机1工作于高效区域，以提高整车燃油经济性。所述的二号电机12为永磁同步电机，二号电机12的壳体固定在汽车车架或车身上，电机输出轴通过轴承支撑在后行星排太阳轮13的凹槽部分，电机转子与后行星排太阳轮13通过花键或其他形式连接；二号电机12具有高转矩输出特性可以增加或补充整车驱动桥上来自于发动机1的转矩以满足路面转矩需求，即把发动机1的转矩输出从路面需求转矩中解耦出来，解除了发动机1与整车的驱动轴之间因为机械连接而引起的路面需求扭矩对发动机1转矩的限制。

工作原理与工作模式划分

参阅图1、图2，所述的双行星排双模功率分流式混合动力系统有三个动力输入，分别是发动机1、一号电机4和二号电机12；发动机的动力通过动力输入轴3输入，一号电机4的动力通过前行星排太阳轮5输入，二号电机12的动力通过后行星排太阳轮13输入。

1、纯电动模式

参阅图1、图2、图3、图4，制动器17处于接合状态，一号离合器8、二号离合器10和三号离合器11均处于分离状态，发动机1和一号电机4不工作，二号电机12处于电动状态，实现纯电动模式。

参阅图1、图2、图3、图4，纯电动模式主要用于启动车辆和低速巡航。在纯电动模式下，制动器控制器控制制动器17的主动部分与从动部分接合，从而将后行星排齿圈16固定；纯电动模式下，只有二号电机12处于电动状态，动力由后行星排太阳轮13输入，经后行星排行星架15最终由输出齿轮18输出；由于此时一号离合器8、二号离合器10和三号离合器11均处于分离状态，防止动力输出到前行星排，避免一号电机4产生较大的弱磁损失。

2、输入功率分流模式

参阅图1、图5、图7，在输入功率分流模式下，发动机处于工作状态，一号电机4处于发电状态，二号电机12处于电动状态；一号离合器8处于分离状态，制动器17处于接合状态；输入功率分流模式可以根据二号离合器10和三号离合器11的接合情况分为输入功率分流模式Ⅰ和输入功率分流模式Ⅱ。

输入功率分流模式Ⅰ

参阅图1、图2、图5、图6，输入功率分流模式Ⅰ可称作常规低速模式，一般用在动力性要求不高的常规低速工况。在输入功率分流模式Ⅰ下，二号离合器10和制动器17处于接合状态，一号离合器8和三号离合器11均处于分离状态。发动机1的输出动力分为两部分，一部分经过前行星排齿圈9，输出到后行星排行星架15；另一部分经过前行星排太阳轮5，输出到一号电机4。一号电机4处于发电状态，将发动机1传递的动力转换为电能，电能通过电路径传递给二号电机12和电池。二号电机12处于电动状态，将一号电机4和电池传递的动力转换为机械能，通过后行星排太阳轮13，最终输出到后行星排行星架15；发动机1和二号电机12输出的机械能在后行星排行星架15处通过并联方式结合，最终经过输出齿轮18输出到驱动桥20。

输入功率分流模式Ⅱ

参阅图1、图2、图7、图8，输入功率分流模式Ⅱ可称作增扭低速模式，一般用在动力性要求高，尤其是坡度较大的爬坡或急加速工况。在输入功率分流模式Ⅱ下，三号离合器11和制动器17处于接合状态，一号离合器8和二号离合器10均处于分离状态。发动机1的输出动力分为两部分，一部分经过前行星排齿圈9，输出到后行星排太阳轮11；另一部分经过前行星排太阳轮5，输出到一号电机4。一号电机4处于发电状态，将发动机1传递的动力转换为电能，电能通过电路径传递给二号电机12和电池。二号电机12处于电动状态，将一号电机4和电池传递的动力转换为机械能，输出到后行星排太阳轮13；发动机1和二号电机12输出的机械能在后行星排太阳轮13处通过并联方式结合，经过后行星排的减速增扭作用，由后行星排行星架15输出，最终经过输出齿轮18输出到驱动桥20。

3、复合功率分流模式

参阅图1、图2、图9、图10，复合功率分流模式可称作高速模式，在高速工况下，接合一号离合器8和二号离合器10，分离三号离合器11和制动器17，实现复合功率分流模式，系统可以得到较高的整车综合效率。在复合功率分流模式下，一号离合器8和二号离合器10处于接合状态，三号离合器11和制动器17处于分离状态；发动机处于工作状态，一号电机4处于发电或电动状态，二号电机12处于发电或电动状态。发动机1的输出功率和一号电机4的输出功率在前行星排进行耦合作用，通过一号离合器8和二号离合器10传递给后行星排的后行星排齿圈16和后行星排行星架15；二号电机12的输出功率与前行星排传递的功率在后行星排进行耦合作用，最终通过后行星排行星架15的右端外齿轮部分和输出齿轮18的啮合作用，输出到驱动桥20。在复合功率分流模式下，一号电机4和二号电机12的输出功率可以分为正功率和负功率，电机处于电动状态时输出功率为正功率，电机处于发电状态时输出功率为负功率，一号电机4和二号电机12由电机控制器控制。

4、再生制动模式

参阅图1、图2、图3、图4，再生制动模式下，一号离合器8、二号离合器10和三号离合器11均处于分离状态，制动器17处于接合状态；电机控制器控制二号电机12处于发电状态。如果汽车处于非紧急制动的情况、车速高于某一限定值、并且此时的需求转矩小于二号电机12所能提供的最大制动转矩时，制动力全部由二号电机12提供，将机械能转化成电能，并将其储存在电池中；如果汽车处于非紧急制动的情况、车速高于某一限定值、并且此时的需求转矩大于二号电机12所能提供的最大制动转矩时，制动力中的一部分由二号电机12提供，将机械能转化成电能，并将其储存在电池中，制动力中的另一部分由传统的机械制动来提供。