双电机混合发动机多模动力系统及其驱动方法与流程

本发明属于车辆动力系统，具体地涉及一种应用于车辆的插电式混合动力系统以及多模式驱动方法。

背景技术

近年来，随着全球石油资源紧张和机动车废气排放对城市大气污染的不断加剧，对于研究绿色环保、高效节能的汽车动力系统的需求十分迫切，因此，低排放和低能源消耗的混合动力汽车成为当前汽车产业发展的主流之一，尤其是随着插电式混合动力汽车产业的不断发展，更高的节油率、节电率、更高的可靠性和更低的成本成为制约该类汽车产业的核心。混合动力汽车(hybridelectricalvehicle，简称hev)是指同时装备两种动力来源——热动力源(由传统的汽油机或者柴油机产生)与电动力源(电池与电动机)的汽车。通过在混合动力汽车上使用电机，使得动力系统可以按照整车的实际运行工况要求灵活调控，而发动机保持在综合性能最佳的区域内工作，从而降低油耗与排放。当前，比较普遍的方案是采用发动机与电动机、发电机进行组合，衍生出串联、并联或混联的混合动力汽车构型。串联式hev由于发动机输出的机械能途经两次能量转换，动力传动系的综合效率较低；并联式hev效率较高，但这种构型需要一套动力耦合装置实现电机与发动机的动力合成，并且考虑到发动机的最佳工作区间，需要设计复杂的控制系统和控制策略；混联式混合动力汽车构型，通过单排或多排行星排对动力双自由度解耦，从而实现汽车的不同驱动模式，但这种混动模式结构复杂、制造难度大，并且需要极其复杂的控制系统和控制策略。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种混合多模式、可靠切换模式、简洁动力系统设计、高速轻量的双电机混合发动机多模动力系统及其驱动方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种双电机混合发动机多模动力系统，包括发动机、输入轴和输出齿轮，发动机驱动输入轴，所述输入轴与输出齿轮之间传动连接至少两个电机以及与电机对应传动连接的两级传动机构。

进一步地，所述其中的至少一电机轴为空心轴，所述其中的另一电机轴穿过一电机空心轴；所述输入轴、传动机构的中心线和电机同轴地安装。

进一步地，所述传动机构为行星排，该行星排由内齿圈、太阳轮、行星轮和转臂构成；所述输入轴连接第一内齿圈，第一内齿圈内跌合第一行星轮，第一行星轮外啮合第一太阳轮；第一行星轮连接第一转臂，第一转臂连接传动件，传动件连接第二内齿圈，第二内齿圈内啮合第二行星轮，第二行星轮外啮合第二太阳轮；第二行星轮连接第二转臂，第二转臂外啮合输出齿轮；所述输入轴、第一太阳轮、第二太阳轮和电机同轴地安装。

进一步地，所述电机轴与电机轴制动盘连接，电机制动盘交替地间隙配合与制动摩擦电机制动器。

进一步地，所述第二齿圈外圆周设置离合齿轮，离合齿轮通过离合齿轮轴连接离合制动盘，离合制动盘交替地间隙配合与制动摩擦离合制动器。

进一步地，所述输出齿轮传动连接差速器总成。

进一步地，所述其中的至少一电机作为驱动电机，其中至少另一电机作为发电机。

本发明采用的另一技术方案为：双电机混合发动机多模驱动方法，包括权利要求1所述的双电机混合发动机多模动力系统，所述发动机和其中一电机共同驱动传动机构产生动作。

进一步地，包括权利要求1所述的双电机混合发动机多模动力系统，所述发动机和至少两电机共同驱动传动机构产生动作。

进一步地，包括权利要求1所述的双电机混合发动机多模动力系统，所述发动机和其中一电机共同驱动传动机构产生动作，且至少另一电机为驱动电机提供电力源。

实施上述技术方案，由于设置了双电机及其对应传动机构，实现发动机单独驱动、电机单独驱动、发动机与单独电机联合驱动、发动机与多电机联合驱动的多种模式，具有传动系统简单、全制动器结构、节油节电性能强、寿命长、转动惯量小、动力强劲、可靠性高和成本低等优势，适用于乘用车辆混合动力系统。

附图说明

图1为双电机混合发动机多模动力系统的结构示意图。

图中：1-发动机，2-弹性减震器，3-输入轴，4-第一内齿圈，5-第一行星轮，6-第一转臂，7-第一太阳轮，8-第二电机轴，9-传动件，10-第二内齿圈，11-离合大齿轮，12-第二太阳轮，13-第二行星轮，14-离合小齿轮，15-离合齿轮轴，16-离合制动盘，17-离合制动器，18-第一电机制动器，19-第二转臂，20-第一电机轴，21-第一电机轴制动盘，22-第一输出齿轮，23-第一电机，24-第二电机，25-第二电机制动器，26-第二电机轴制动盘，27-第二输出齿轮，28-差速器总成，29-左半轴，30-右半轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，双电机混合发动机多模动力系统主要由发动机1、弹性减震器2、输入轴3、第一行星排、第二行星排、第一电机23、第二电机24和差速器总成28组成。发动机1、弹性减震器2、输入轴3、第一行星排的太阳轮、第二行星排的太阳轮、第一电机23和第二电机24依次同轴安装。

第一行星排由第一太阳轮7、第一行星轮5、第一转臂6和第一内齿圈4构成。第一太阳轮7与第一行星轮5外啮合，第一行星轮5与第一内齿圈4内啮合，第一行星轮5的轴心安装第一转臂6。

第二行星排由第二太阳轮12、第二行星轮13、第二转臂19和第二内齿圈10构成。第二太阳轮12与第二行星轮13外啮合，第二行星轮13与第二内齿圈10内啮合，第二行星轮13的轴心安装第二转臂19。

第一行星排的第一转臂6与第二行星排的第二齿圈10之间连接传动件9，传动件9将第一行星排和第二行星排实现串联传动连接。

发动机1通过弹性减震器2驱动输入轴3，输入轴3与第一内齿圈4连接，第一太阳轮7与第二电机轴8左端连接，第二电机轴8右端与第二电机轴制动盘26固定连接，第二电机制动器25由执行器和左右模块组成，第二电机轴制动盘26按一定间隙安装在第二电机制动器25的左右模块之间。

第一转臂6通过传动件9与第二内齿圈10连接，离合大齿轮11固定安装在或直接加工在第二内齿圈10外圆周上，至少二个离合小齿轮14均匀安装在离合大齿轮11外圆周上，离合小齿轮14与离合大齿轮11外啮合，离合小齿轮14通过离合齿轮轴15与离合制动盘16固定连接，离合制动器17由执行器和左右摩擦块组成，离合制动盘16间隙安装在离合制动器17的左右摩擦块之间。

第二太阳轮12与第一电机轴20连接，第一电机轴20为空心轴结构，第二电机轴8穿过第一电机轴20并与第一太阳轮7连接；第二转臂19固定安装或加工有第一输出齿轮22，第一输出齿轮22与第二输出齿轮27外啮合，第二输出齿轮27固定安装在差速器总成28的壳体上，差速器总成28通过左半轴29和右半轴30输出动力；第一电机制动盘21固定安装在第一电机轴20上且位于第二太阳轮12与第一电机23之间，第一电机制动器18由执行器和左右摩擦块组成，第一电机制动盘21间隙安装在第一电机制动器18的左右摩擦块之间。

双电机混合发动机多模动力系统能够实现六种工作模式：

1、发动机单独驱动模式。当整车行驶条件或驾驶者操控命令达到发动机单独驱动条件时，第一电机制动器18和第二电机制动器25闭合，离合制动器17释放，发动机1处于工作模式，第一电机23和第二电机24处于关闭模式，进而，第一电机轴制动盘21和第二电机轴制动盘26处于制动状态，离合制动盘16处于自由转动状态，此时，第一电机轴20和第二电机轴8处于制动状态，即第二太阳轮12和第一太阳轮7处于锁止状态，离合大齿轮11处于自由转动状态；发动机1将通过弹性减震器2将动力传递给输入轴3，输入轴3将动力传递给第一内齿圈4，由于第一太阳轮7处于锁止状态，第一内齿圈4经第一行星轮5将动力传递给第一转臂6，第一转臂6将动力传递给第二内齿圈10，由于第二太阳轮12处于锁止状态，第二内齿圈10将动力经第二行星轮13将动力传递给第二转臂19，第二转臂19将动力经第一输出齿轮22传递给第二输出齿轮27，第二输出齿轮27将动力传递给差速器总成28经左半轴29和右半轴30输出给左右车轮驱动车辆行驶。该模式下发动机1与差速器总成28满足下列转速数量关系式：

其中：z1表示第一太阳轮7的齿数；z2表示第一内齿圈4的齿数；z3表示第二太阳轮12的齿数；z4表示第二内齿圈10的齿数；z5表示第一输出齿轮22的齿数；z6表示第二输出齿轮27的齿数；n1表示第一电机轴20的转速；ne表示发动机1的转速；n2表示第二电机轴8的转速；n3表示差速器总成28的转速。

2、第一电机单独纯电动驱动模式。当整车需求纯电驱动行驶时，第一电机制动器18和第二电机制动器25释放，离合制动器17闭合，发动机1和第二电机24处于关闭模式，第一电机23处于驱动模式，进而，第一电机轴制动盘21和第二电机轴制动盘26处于自由转动状态，离合制动盘16处于制动状态，此时，第一电机轴20和第二电机轴8处于自由转动状态，即第二太阳轮12和第一太阳轮7处于释放状态，离合大齿轮11和第二内齿圈10处于锁止状态；第一电机23从车载电源处获得电能转换成动力后经第一电机轴20传递给第二太阳轮12，由于第二内齿圈10处于锁止状态，进而，第二太阳轮12将动力经第二行星轮13传递给第二转臂19，第二转臂19将动力经第一输出齿轮22传递给第二输出齿轮27，第二输出齿轮27将动力传递给差速器总成28经左半轴29和右半轴30输出给左右车轮驱动车辆行驶。该模式下第一电机23与差速器总成28满足下列转速数量关系式：

3、发动机联合第二电机ecvt驱动模式。当整车需求较大功率高效驱动时，第一电机制动器18闭合，第二电机制动器25和离合制动器17释放，发动机1和第二电机24处于工作模式，第一电机23处于关闭模式，进而，第一电机轴制动盘21处于制动状态，离合制动盘16和第二电机轴制动盘26处于自由转动状态，此时，第一电机轴20处于制动状态，即第二太阳轮12处于锁止状态，离合大齿轮11和第二内齿圈10和第二电机轴8处于自由转动状态。发动机1将通过弹性减震器2将动力传递给输入轴3，输入轴3将动力传递给第一内齿圈4，第一内齿圈4经第一行星轮5将动力传递给第一转臂6。第二电机24从车载电源处获得电能转换成动力传递给第一太阳轮7，第一太阳轮7将动力传递给第一行星轮5，第一行星轮5将动力传递给第一转臂6；第一转臂6将来自发动机1和第二电机24的动力叠加后传递给第二内齿圈10。由于第二太阳轮12处于锁止状态，进而，第二内齿圈10将动力经第二行星轮13传递给第二转臂19，第二转臂19将动力经第一输出齿轮22传递给第二输出齿轮27，第二输出齿轮27将动力传递给差速器总成28经左半轴29和右半轴30输出给左右车轮驱动车辆行驶。该模式下发动机1、第二电机24与差速器总成28满足下列转速数量关系式：

4、发动机联合第一电机和第二电机ecvt驱动模式。当整车需求大功率高效驱动时，第一电机制动器18、第二电机制动器25和离合制动器17释放，发动机1、第一电机23和第二电机24处于工作模式。离合制动盘16、第一电机制动盘21和第二电机轴制动盘26处于自由转动状态，此时，离合大齿轮11和第二内齿圈10、第一电机轴20和第二电机轴8处于自由转动状态。发动机1将通过弹性减震器2将动力传递给输入轴3，输入轴3将动力传递给第一内齿圈4，第一内齿圈4经第一行星轮5将动力传递给第一转臂6。第二电机24从车载电源处获得电能转换成动力传递给第一太阳轮7，第一太阳轮7将动力传递给第一行星轮5，第一行星轮5将动力传递给第一转臂6；第一转臂6将来自发动机1和第二电机24的动力叠加后传递给第二内齿圈10，第二内齿圈10将动力传递给第二行星轮13。第一电机23从车载电源处获得电能转换成动力传递给第二太阳轮12，第二太阳轮12将动力传递给第二行星轮13。第二转臂19将来自发动机1-第一电机23和第二电机24叠加后传递给第一输出齿轮22传递给第二输出齿轮27，第二输出齿轮27将动力传递给差速器总成28经左半轴29和右半轴30输出给车轮驱动车辆行驶。该模式下发动机1、第一电机23、第二电机24与差速器总成28满足下列转速数量关系式：

5、串联驱动模式。当整车车载电量不足以及整车需求纯电驱动行驶时，第一电机制动器18和第二电机制动器25释放，离合制动器17闭合，发动机1处于工作模式，第二电机24处于发电机模式，第一电机23处于驱动模式。第一电机轴制动盘21和第二电机轴制动盘26处于自由转动状态，离合制动盘16处于制动状态，此时，第一电机轴20和第二电机轴8处于自由转动状态，即第二太阳轮12和第一太阳轮7处于释放状态，离合大齿轮11和第二内齿圈10处于锁止状态；发动机1将通过弹性减震器2将动力传递给输入轴3，输入轴3将动力传递给第一内齿圈4，由于第一转臂6处于锁止状态，第一内齿圈4经第一行星轮5将动力传递给第一太阳轮7，第一太阳轮7将动力传递给第二电机24，第二电机24将动力转换成电能后储存到车载电源中。第一电机23从车载电源处获得电能转换成动力后经第一电机轴20传递给第二太阳轮12，由于第二内齿圈10处于锁止状态，进而，第二太阳轮12将动力经第二行星轮13传递给第二转臂19，第二转臂19将动力经第一输出齿轮22传递给第二输出齿轮27，第二输出齿轮27将动力传递给差速器总成28经左半轴29和右半轴30输出给左右车轮驱动车辆行驶。该模式下发动机1与第二电机24之间满足下列转速数量关系式：

6、快速启动发动机模式。当整车需求快速启动发动机工作时，第一电机制动器18和第二电机制动器25释放，离合制动器17闭合，发动机1处于工作模式，第二电机24处于发电机模式，第一电机23处于驱动模式。第一电机轴制动盘21和第二电机轴制动盘26处于自由转动状态，离合制动盘16处于制动状态，此时，第一电机轴20和第二电机轴8处于自由转动状态，即第二太阳轮12和第一太阳轮7处于释放状态，离合大齿轮11和第二内齿圈10处于锁止状态；第二电机24从车载电源处获得电能转换成动力后传递给第一太阳轮7，由于第一转臂6处于锁止状态，第一太阳轮7将动力经第一行星轮5传递给第一内齿圈4，第一内齿圈4将动力由输入轴3和弹性减震器2传递给发动机1，带动发动机1曲轴快速至发动机1启动设定转速。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。