双电机双行星排电驱动装置及其工作方法与流程

技术领域：

本发明涉及一种适用于各种纯电动的轿车、客车以及其它类型的车辆的电驱动装置，特别是一种双电机双行星排电驱动装置及其工作方法。

背景技术：
：

目前主流的纯电动汽车动力系统主要采用单电机、主减速器方案，通过电机进行无极调速。这种动力系统机构简单、易于总体布置、控制比较容易，制造成本也相对较低。但是采用单电机和简单的减速器使得驱动系统效率较低。

申请号为201210024534.9的中国专利公开了一种双电机耦合变速装置，由两个电机、一组单排行星齿轮机构、一组定轴齿轮机构、两个离合器和一个锁止器组成。该装置可以实现双电机转矩耦合工作与双电机转速耦合工作和固定变比工作三种模式，可以满足车辆不同的行驶要求且电机利用率也较高。但是该装置的每个工作模式之间切换需要同时控制转速耦合离合器、转矩耦合离合器与制动器其中的两个元件，其联动控制装置和操控复杂。此外，其该装置也存在机械结构复杂的不足。

申请号为201410584883.5的中国专利公开了一种双电机双行星排动力耦合驱动装置，由两个电机，三个锁止器，两组行星排，两个减速器组成。该装置可以实现单个电机单独驱动、双电机转矩耦合驱动以及双电机转速耦合驱动等多个工作模式，并且采用减速器装置增大单个电机驱动起步时的转矩，解决了单电机驱动时动力不足的问题。并且每个工作模式之间的切换只需要控制三个锁止器中的一个，弥补了联动控制装置和操控复杂的不足。但是该装置结构过于复杂，并且在一号齿圈和二号齿圈之间设置联轴器这就使该装置结构更加复杂，并且存在能量传递损失和噪音。除此之外，该装置的一号电机、二号电机采用并轴布置，这使该装置的稳定性不够。

技术实现要素：
：

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种双电机双行星排电驱动装置及其工作方法，该双电机双行星排电驱动装置及其工作方法可以使车辆在满足各种不同的行驶工况的同时，电机也可以一直工作在高效率区，兼顾了动力性和经济性。

本发明双电机双行星排电驱动装置，其特征在于：包括一号电机3、二号电机7、前排行星轮机构5、后排行星轮机构9、第一制动器1、第二制动器4和离合器14；其中前排行星齿轮机构5由前排太阳轮16、前排行星轮组6、双行星排行星架8和连于壳体2内的前排齿圈组成，后排行星齿轮机构9由后排太阳轮12、后排行星轮组11、双行星排行星架8和后排齿圈10组成；其中一号电机的转子经空心轴15与前排太阳轮16相连，二号电机转子经太阳轮主轴13与后排太阳轮12相连，后排太阳轮主轴左侧由固定于壳体上的第一制动器1进行制动，一号电机3与二号电机7同回转轴线，分别布置在前排行星齿轮机构5的左、右两侧，且二号电机位于前排行星齿轮机构5与后排行星齿轮机构9之间，一号电机与二号电机之间设有离合器14，且离合器布置在前排行星齿轮机5右侧，分别与前排太阳轮和后排太阳轮主轴相连，双行星排行星架8分别与前、后排行星轮组相连，后排齿圈10与动力输出轴17相连，动力输出轴将动力传递给驱动桥18。

进一步的，上述一号电机主轴采用空心轴。

进一步的，上述前排行星齿轮机构的运动学方程表示为：ns1+k1nr1-(1+k1)nc1=0，其中，ns1、nr1和nc1分别为前排行星齿轮机构中的太阳轮、齿圈和行星架的转速，k1是前排行星齿轮机构的特征参数,为前排齿圈与前排太阳轮的齿数比，即k1=zr1/zs1，假设k1=2，后排行星齿轮机构的运动学方程表示为：ns2+k2nr2-(1+k2)nc2=0，其中，ns2、nr2和nc2分别为后排行星齿轮机构中的太阳轮、齿圈和行星架的转速，k2是后排行星齿轮机构的特征参数,为后排齿圈与后排太阳轮的齿数比，即k2=zr2/zs2，假设k2=1.5。

本发明双电机双行星排电驱动装置的工作方法，其特征在于：

单一号电机工作模式，单一号电机工作模式分为单一号电机驱动模式和单一号电机制动能量再生模式，该单一号电机制动能量再生模式下动力中断，通过车辆行驶的惯性来传递动力；在单一号电机驱动模式下，第一制动器锁止，第二制动器释放，离合器分离；该模式下的传动比i1=ns1/nr2=(1+k1)k2/(1+k2)=1.8,该模式适合车辆以中低等车速行驶，在该模式下，驱动力经一号电机、前排行星轮组、双行星排行星架、后排行星轮组、后排齿圈、动力输出轴，最终将动力传递到驱动桥；在单一号电机制动能量再生模式下，一号电机终止动力输出，制动器与离合器的状态与单一号电机驱动模式相同，动力传递路线与单一号电机驱动模式相反，此时一号电机成为发电机，将所产生的交流电能经逆变器转换成直流为车辆供电电池充电。

进一步的，单二号电机工作模式，单二号电机工作模式分为单二号电机驱动模式和单二号电机制动能量再生式，该单二号电机制动能量再生式下动力中断，通过车辆行驶的惯性来传递动力，在单二号电机驱动模式下，第二制动器锁止，第一制动器释放，离合器分离，该模式下的传动比i2=ns2/nr2=-k2=-1.5，其中“-”表示ns2、nr2的旋转方向相反，可通过控制二号电机的转向来控制动力输出轴的转向，该模式适合车辆以中等车速行驶，在该模式下，驱动力经二号电机、后排太阳轮、后排行星轮组、后排齿圈、动力输出轴最终将动力传递到驱动桥；在单二号电机制动能量再生模式下，二号电机终止动力输出，制动器与离合器的状态与单二号电机驱动模式相同，动力传递路线与单二号电机驱动模式相反，此时二号电机变成发电机，将所产生的交流电能经逆变器转换成直流为车辆供电电池充电。

进一步的，双电机转矩耦合工作模式，双电机转矩耦合工作模式分为双电机转矩耦合驱动模式和双电机转矩耦合制动能量再生模式，该双电机转矩耦合制动能量再生模式下动力中断，通过车辆行驶的惯性来传递动力；在双电机转矩耦合驱动模式下，第一制动器释放，第二制动器释放，离合器结合，此时一号电机与二号电机同时工作且转速相等，该模式下的传动比i3=ns1(ns2)/nr2=-(1+k1)k2/(k1-k2)=-9，其中“-”表示ns1(ns2)、nr2的旋转方向相反，可以通过控制电机的转向来控制动力输出轴的转向，该模式适合车辆起步或者低速爬坡行驶或载重行驶，在该模式下一号电机驱动力分为两路传递，传递路线分别是：一号电机、前排太阳轮、前排行星轮组、双行星排行星架、后行星轮组、后排齿圈、动力输出轴、驱动桥；一号电机、离合器、后排太阳轮主轴、后排太阳轮、后排行星轮组、后排齿圈、动力输出轴、驱动桥；在该模式下二号电机驱动力也分为两路传递，传递路线分别是：二号电机、后排太阳轮主轴、离合器、前排太阳轮、前排行星轮组、双行星排行星架、后排行星轮组、后排齿圈、动力输出轴、驱动桥；二号电机、后排太阳轮主轴、后排太阳轮、后排行星轮组、后排齿圈、动力输出轴、驱动桥；在双电机转矩耦合制动能量再生模式下，一号电机、二号电机终止动力输出，制动器与离合器的状态与双电机转矩耦合驱动模式相同，动力传递路线与双电机转矩耦合驱动模式相反，此时一号电机、二号电机变成发电机，将所产生的交流电能经逆变器转换成直流为车辆供电电池充电。

进一步的，双电机转速耦合工作模式，双电机转速耦合工作模式分为双电机转速耦合驱动模式和双电机转速耦合制动能量再生模式，该双电机转速耦合制动能量再生模式下动力中断，通过车辆行驶的惯性来传递动力，在双电机转速耦合驱动模式下，第一制动器释放，第二制动器释放，离合器分离，此时一号电机与二号电机同时工作，该模式下的输入转速与输出转速之间的关系为：nr2=5/9ns1-2/3ns2，其中“-”表示ns2旋转方向与ns1相反，可以通过控制二号电机的转向来实现输入电机转速的相加，该关系式表示在双电机转速耦合驱动模式下一号电机转速的5/9与二号电机转速的2/3相加作为输出转速，该模式适合车辆高速行驶，在该模式下一号电机的动力传递路线为：一号电机、前排太阳轮、前排行星轮组、双行星排行星架、后排行星轮组、后排齿圈、动力输出轴、驱动桥；在该模式下二号电机的动力传递路线为：二号电机、后排太阳轮、后排行星轮组、后排齿圈、动力输出轴、驱动桥；在双电机转速耦合制动能量再生模式下，一号电机、二号电机终止动力输出，制动器与离合器的状态与双电机转速耦合驱动模式相同，动力传递路线与双电机转矩耦合驱动模式相反，此时一号电机、二号电机变成发电机，将所产生的交流电能经逆变器转换成直流为车辆供电电池充电。

本发明一号电机主轴采用空心轴，大大的减轻了系统的重量和简化了系统的结构，从而使本发明装置的布局更加紧凑，驱动效率更高；根据车辆在不同情况下的需求，通过控制离合器与制动器的状态就可以使车辆切换到不同的工作模式，满足了车辆在不同工况下的动力性，并且极大地提高了电机的效率；采用加工容易、结构简单的双行星排行星架降低了生产成本，且提高了系统的稳定性；将二号电机布置在前行星齿轮机构与后行星齿轮机构之间，提高了系统空间利用率，使系统的结构更加紧凑，且这种布局大大的缩短了电机与与其相连的太阳轮之间的距离，进一步的减少了动力传递的损失。

附图说明：

图1是本发明的原理构造示意图；

图2是本发明单一号电机工作模式的原理构造示意图；

图3是本发明单二号电机工作模式的原理构造示意图；

图4是本发明双电机转矩耦合工作模式的原理构造示意图；

图5是本发明双电机转速耦合工作模式的原理构造示意图。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

本发明双电机双行星排电驱动装置包括一号电机3、二号电机7、前排行星轮机构5、后排行星轮机构9、第一制动器1、第二制动器4和离合器14；其中前排行星齿轮机构5由前排太阳轮16、前排行星轮组6、双行星排行星架8和连于壳体2内的前排齿圈组成，后排行星齿轮机构9由后排太阳轮12、后排行星轮组11、双行星排行星架8和后排齿圈10组成；其中一号电机的转子经空心轴15与前排太阳轮16相连，二号电机转子经太阳轮主轴13与后排太阳轮12相连，后排太阳轮主轴左侧由固定于壳体上的第一制动器1进行制动，一号电机3与二号电机7同回转轴线，分别布置在前排行星齿轮机构5的左、右两侧，且二号电机位于前排行星齿轮机构5与后排行星齿轮机构9之间，一号电机与二号电机之间设有离合器14，且离合器布置在前排行星齿轮机5右侧，分别与前排太阳轮和后排太阳轮主轴相连，双行星排行星架8分别与前、后排行星轮组相连，后排齿圈10与动力输出轴17相连，动力输出轴将动力传递给驱动桥18。

进一步的，上述一号电机主轴采用空心轴。

进一步的，上述前排行星齿轮机构的运动学方程表示为：ns1+k1nr1-(1+k1)nc1=0，其中，ns1、nr1和nc1分别为前排行星齿轮机构中的太阳轮、齿圈和行星架的转速，k1是前排行星齿轮机构的特征参数,为前排齿圈与前排太阳轮的齿数比，即k1=zr1/zs1，假设k1=2，后排行星齿轮机构的运动学方程表示为：ns2+k2nr2-(1+k2)nc2=0，其中，ns2、nr2和nc2分别为后排行星齿轮机构中的太阳轮、齿圈和行星架的转速，k2是后排行星齿轮机构的特征参数,为后排齿圈与后排太阳轮的齿数比，即k2=zr2/zs2，假设k2=1.5。

本发明双电机双行星排电驱动装置的工作方法，

（1）单一号电机工作模式，单一号电机工作模式分为单一号电机驱动模式和单一号电机制动能量再生模式（该模式下动力中断，通过车辆行驶的惯性来传递动力）。在单一号电机驱动模式下，第一制动器锁止，第二制动器释放，离合器分离。根据行星齿轮机构的运动学方程，经推导，该模式下的传动比i1=ns1/nr2=(1+k1)k2/(1+k2)=1.8,该模式适合车辆以中低等车速行驶。在该模式下，驱动力经一号电机、前排行星轮组、双行星排行星架、后排行星轮组、后排齿圈、动力输出轴，最终将动力传递到驱动桥。制动器与离合器的状态以及动力传递路线如图2所示。在单一号电机制动能量再生模式下，一号电机终止动力输出，制动器与离合器的状态与单一号电机驱动模式相同，动力传递路线与单一号电机驱动模式相反。此时一号电机成为发电机，将所产生的交流电能经逆变器转换成直流为车辆供电电池充电。

（2）单二号电机工作模式，单二号电机工作模式分为单二号电机驱动模式和单二号电机制动能量再生式（该模式下动力中断，通过车辆行驶的惯性来传递动力）。在单二号电机驱动模式下，第二制动器锁止，第一制动器释放，离合器分离。根据行星齿轮机构的运动学方程，经推导，该模式下的传动比i2=ns2/nr2=-k2=-1.5（“-”表示ns2、nr2的旋转方向相反，可以通过控制二号电机的转向来控制动力输出轴的转向），该模式适合车辆以中等车速行驶。在该模式下，驱动力经二号电机、后排太阳轮、后排行星轮组、后排齿圈、动力输出轴最终将动力传递到驱动桥。制动器与离合器的状态以及动力传递路线如图3所示。在单二号电机制动能量再生模式下，二号电机终止动力输出，制动器与离合器的状态与单二号电机驱动模式相同，动力传递路线与单二号电机驱动模式相反。此时二号电机变成发电机，将所产生的交流电能经逆变器转换成直流为车辆供电电池充电。

（3）双电机转矩耦合工作模式，双电机转矩耦合工作模式分为双电机转矩耦合驱动模式和双电机转矩耦合制动能量再生模式（该模式下动力中断，通过车辆行驶的惯性来传递动力）。在双电机转矩耦合驱动模式下，第一制动器释放，第二制动器释放，离合器结合。此时一号电机与二号电机同时工作且转速相等。根据行星齿轮机构的运动方程，经推倒，该模式下的传动比i3=ns1(ns2)/nr2=-(1+k1)k2/(k1-k2)=-9（“-”表示ns1(ns2)、nr2的旋转方向相反，可以通过控制电机的转向来控制动力输出轴的转向），该模式适合车辆起步或者低速爬坡行驶或载重行驶。在该模式下一号电机驱动力分为两路传递，传递路线分别是：一号电机、前排太阳轮、前排行星轮组、双行星排行星架、后行星轮组、后排齿圈、动力输出轴、驱动桥；一号电机、离合器、后排太阳轮主轴、后排太阳轮、后排行星轮组、后排齿圈、动力输出轴、驱动桥。在该模式下二号电机驱动力也分为两路传递，传递路线分别是：二号电机、后排太阳轮主轴、离合器、前排太阳轮、前排行星轮组、双行星排行星架、后排行星轮组、后排齿圈、动力输出轴、驱动桥；二号电机、后排太阳轮主轴、后排太阳轮、后排行星轮组、后排齿圈、动力输出轴、驱动桥。制动器与离合器的状态以及动力传递路线如图4所示。在双电机转矩耦合制动能量再生模式下，一号电机、二号电机终止动力输出，制动器与离合器的状态与双电机转矩耦合驱动模式相同，动力传递路线与双电机转矩耦合驱动模式相反。此时一号电机、二号电机变成发电机，将所产生的交流电能经逆变器转换成直流为车辆供电电池充电。

（4）双电机转速耦合工作模式，双电机转速耦合工作模式分为双电机转速耦合驱动模式和双电机转速耦合制动能量再生模式（该模式下动力中断，通过车辆行驶的惯性来传递动力）。在双电机转速耦合驱动模式下，第一制动器释放，第二制动器释放，离合器分离。此时一号电机与二号电机同时工作，根据行星齿轮机构的运动方程，经推倒，该模式下的输入转速与输出转速之间的关系为：nr2=5/9ns1-2/3ns2(“-”表示ns2旋转方向与ns1相反，可以通过控制二号电机的转向来实现输入电机转速的相加)，该关系式表示在双电机转速耦合驱动模式下一号电机转速的5/9与二号电机转速的2/3相加作为输出转速，该模式适合车辆高速行驶。在该模式下一号电机的动力传递路线为：一号电机、前排太阳轮、前排行星轮组、双行星排行星架、后排行星轮组、后排齿圈、动力输出轴、驱动桥。在该模式下二号电机的动力传递路线为：二号电机、后排太阳轮、后排行星轮组、后排齿圈、动力输出轴、驱动桥。制动器与离合器的状态以及动力传递路线如图5所示。在双电机转速耦合制动能量再生模式下，一号电机、二号电机终止动力输出，制动器与离合器的状态与双电机转速耦合驱动模式相同，动力传递路线与双电机转矩耦合驱动模式相反。此时一号电机、二号电机变成发电机，将所产生的交流电能经逆变器转换成直流为车辆供电电池充电。

本发明一号电机主轴采用空心轴，大大的减轻了系统的重量和简化了系统的结构，从而使本发明装置的布局更加紧凑，驱动效率更高；根据车辆在不同情况下的需求，通过控制离合器与制动器的状态就可以使车辆切换到不同的工作模式，满足了车辆在不同工况下的动力性，并且极大地提高了电机的效率；采用加工容易、结构简单的双行星排行星架降低了生产成本，且提高了系统的稳定性；将二号电机布置在前行星齿轮机构与后行星齿轮机构之间，提高了系统空间利用率，使系统的结构更加紧凑，且这种布局大大的缩短了电机与与其相连的太阳轮之间的距离，进一步的减少了动力传递的损失。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。