单电机交互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，具体就涉及一种应用于车辆的插电式混合动力系统及其驱动方法。

背景技术：

随着插电式混合动力车辆的快速发展，市面上主要有bsg方案的混合动力装置、双电机同轴安装方案的混合动力装置和单电机的amt方案的混合动力装置。对于bsg方案的混合动力装置主要是发动机通过曲轴皮带通过组合皮带驱动一个发电机为电池包补充电能，采用电机直接驱动车辆驱动桥总成，在发动机和电机之间设置速比为1：1的自动离合器，该方案存在以下缺陷：一、bsg发电系统故障率高、传动效率低、振动噪音大和占据车厢体积大；二、主驱电机峰值转矩极高、体积重量转动惯量大和成本非常高；三、发动机燃油效率低、高效区间窄和排放差。对于双电机同轴安装方案的混合动力装置主要是在发动机飞轮盘后同轴安装一个发电机用以为电池包补充电能，采用电机直接驱动车辆驱动桥总成，在发电机和电机之间设置速比为1：1的自动离合器，该方案存在的缺陷：系统重量极大、转动惯量极大、成本高昂、发动机燃油效率低等问题。对于单电机的amt方案的混合动力装置是在发动机飞轮盘后安装一个自动离合器，在自动离合器后同轴安装一个发电/驱动电机用以为电池包补充电能和驱动车辆行驶，在电机之后同轴安装一个多档amt变速箱，该方案存在的缺陷：存在动力间断，电机发电时amt箱空挡损耗极大，电制动能量回收弱，节油率难以进一步提升，成本昂贵，换挡能耗大等问题。上述三种方案都难以实现发动机和电机联合多模式驱动，更重要的是混合动力装置中采用双电机结构导致系统体积重量大、成本高、控制策略复杂、离合器寿命短可靠性差等劣势。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种结构组成简单、利于简化控制策略、易于互换动能的单电机交互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：一种单电机交互发动机多模动力系统，包括发动机，发动机驱动连接输入轴，所述输入轴驱动连接传动机构，传动机构联动至少一电机，传动机构输出传动连接输出齿轮。

进一步地，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，所述传动机构包括与输入轴连接的第一转臂，第一转臂安装第一行星轮，第一行星轮外啮合第一内齿圈，第一行星轮内啮合第一太阳轮，第一太阳轮安装于电机轴，电机轴同轴地安装第二太阳轮，第二太阳轮外啮合第二行星轮，第二行星轮内啮合第二内齿圈，第二行星轮同轴地安装输出齿轮。

进一步地，所述第一内齿圈和第二内齿圈均与制动器摩擦接触或间隙配合。

本发明采用的另一技术方案为：单电机互动发动机多模驱动方法，发动机依次驱动第一转臂、第一行星轮、第一太阳轮，同时，电机驱动第一太阳轮和第二太阳轮，第二太阳轮获得发动机和电机叠加动力后经第二行星轮传动第二转臂，第二转臂输出传动输出齿轮。

进一步地，发动机依次驱动第一转臂、第一行星轮、第一太阳轮、与第一太阳轮同轴的第二太阳轮、第二行星轮和第二转臂，第二转臂输出传动输出齿轮；同时，第一太阳轮和第二太阳轮通过电机轴驱动电机转子将动能转换成电能。

进一步地，发动机驱动第一转臂、第一行星轮、第一太阳轮，第一太阳轮带动电机轴转动，电机转子将动能转换成电能。

进一步地，电机驱动电机轴转动，电机轴依次驱动第一太阳轮、第一行星轮和第一转臂，第一转臂传动发动机曲轴，带动发动机启动。

实施上述技术方案，由于发动机通过传动机构联动电机，当传动机构被制动或释放时，实现了发动机单独驱动、电机单独驱动、高效发电以及快速启动发动机等驱动模式，满足插电式混合动力车辆所需配置，具有传动结构简洁、电机体积小、利于设计控制策略、节油节电性能优越、可靠性高和成本低等优点。

附图说明

图1为单电机交互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-第一转臂；5-第一太阳轮；6-第一行星轮；7-第一内齿圈；8-第一制动盘；9-第一制动器；10-电机轴；11-第二太阳轮；12-第二行星轮；13-第二内齿圈；14-第二转臂；15-第二制动盘；16-第一输出齿轮；17-第二制动器；18-电机；19-第二输出齿轮；20-差速器总成；21-右半轴；22-左半轴。

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，单电机交互发动机多模动力系统主要由发动机1、弹性减震器2、第一行星排、第二行星排、电机18、一组平行轴齿轮副、差速器总成20以及两组制动器组成。发动机1、弹性减震器2、第一行星排、第二行星排和电机18依次同轴安装。

发动机1通过弹性减震器2与输入轴3连接，输入轴3与第一转臂4固定连接。

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

第一制动器9由执行器和左右制动摩擦块构成，第一制动盘9与第一内齿圈7固定连接，第一制动盘8按一定间隙安装在第一制动器9的左右摩擦块之间。当第一制动器通过执行器推动左右摩擦块夹紧制动第一制动盘时，第一内齿圈被锁止；当第一制动器的左右制动摩擦块拉开与第一制动盘保持一定间隙时，第一内齿圈处于自由转动状态。

第二行星排由第二太阳轮11、第二行星轮12、第二转臂14和第二内齿圈13构成，第二太阳轮11与第二行星轮12外啮合，第二行星轮12与第二内齿圈13内啮合，第二行星轮12安装第二转臂14。

第二制动器17由执行器和左右制动摩擦块构成，第二制动盘15与第二内齿圈13固定连接，第二制动盘15按一定间隙安装在第二制动器17的左右摩擦块之间；当第二制动器通过执行器推动左右摩擦块夹紧制动第二制动盘时，第二内齿圈被锁止；当第二制动器的左右制动摩擦块拉开与第二制动盘保持一定间隙时，第二内齿圈处于自由转动状态。

第一太阳轮5、第二太阳轮11依次固定安装在电机轴10上。第一输出齿轮16固定安装或直接加工于第二转臂14，第一输出齿轮16与第二输出齿轮外19啮合，第二输出齿轮19固定安装在差速器总成20外壳上，差速器总成20通过左半轴21和右半轴22输出动力。

当第一内齿圈被锁止、第二内齿圈处于自由转动状态时，单电机交互发动机多模动力系统可以处于高效大功率发电模式或者快速启动发动机模式，其中当处于高效大功率发电模式时，发动机通过弹性减震器将动力传递给第一转臂，第一转臂将动力由第一行星轮传递给第一太阳轮带动电机转子转动，电机将转子动能转换成电能存储到车载电源中；当处于快速启动发动机模式时，电机从车载电源处获得电能并通过转子转换成动力后由电机轴传递给第一太阳轮，第一太阳轮将动力由第一行星轮传递给第一转臂，第一转臂将动力由弹性减震器传递给发动机曲轴，带动发动机快速启动。

当第一内齿圈和第二内齿圈都处于锁止状态时，单电机交互发动机多模动力系统可以处于三种驱动模式：一是发动机单独驱动模式：此时，电机处于关闭状态，发动机将动力由弹性减震器传递给第一转臂，第一转臂将动力经第一行星轮传递给第一太阳轮，第一太阳轮将动力传递给第二太阳轮，第二太阳轮将动力经第二行星轮传递给第二转臂，第二转臂将动力通过第一输出齿轮和第二输出齿轮传递给差速器总成；二是发动机与电机联合驱动模式：此时，电机处于驱动电机模式，发动机将动力由弹性减震器传递给第一转臂，第一转臂将动力经第一行星轮传递给第一太阳轮，同时，电机从车载电源处获得电能并通过电机转子转换成动力后传递给第一太阳轮和第二太阳轮，来自发动机和电机的动力叠加后经第二行星轮传递给第二转臂，第二转臂将动力通过第一输出齿轮和第二输出齿轮传递给差速器总成；三是发动机边驱动边发电模式：此时，电机处于发电机模式，发动机将动力由弹性减震器传递给第一转臂，第一转臂将动力经第一行星轮传递给第一太阳轮，第一太阳轮将动力传递给第二太阳轮，其中一部分动力由第二太阳轮经第二行星轮传递给第二转臂，第二转臂将动力通过第一输出齿轮和第二输出齿轮传递给差速器总成；另外一部分动力由第一太阳轮和第二太阳轮由电机轴传递给电机转子，电机将转子动能转换成电能存储到车载电源中。

当第一内齿圈处于自由转动状态、第二内齿圈锁止时，单电机双星排混合动力装置可以处于纯电动驱动模式或者电制动能量回收模式；其中，当处于纯电动驱动模式时，此时，发动机与车轮间处于动力中断状态，电机从车载电源处获得电能并通过电机转子转换成动力后传递给第一太阳轮和第二太阳轮，第二太阳轮将动力经第二行星轮传递给第二转臂，第二转臂将动力通过第一输出齿轮和第二输出齿轮传递给差速器总成；当处于电制动能量回收模式时，车辆动能由左半轴和右半轴传递给差速器总成，差速器总成将动能经第一输出齿轮和第二输出齿轮传递给第二转臂，第二转臂将动能由第二行星轮传递给第二太阳轮，第二太阳轮将动能由电机轴传递给电机转子，电机将动能转换成电能存储到车载电源中。

单电机交互发动机多模动力系统具有以下驱动模式：

1、发动机单独驱动模式。当第一内齿圈7和第二内齿圈13都处于锁止状态时，单电机交互发动机多模动力系统可以处于三种驱动模式：一是发动机1单独驱动模式：此时，电机18处于关闭状态，发动机1将动力由弹性减震器2传递给第一转臂4，第一转臂4将动力经第一行星轮6传递给第一太阳轮5，第一太阳轮5将动力传递给第二太阳轮11，第二太阳轮11将动力经第二行星轮12传递给第二转臂14，第二转臂14将动力通过第一输出齿轮16和第二输出齿轮19传递给差速器总成20，差速器总成20将动力经左半轴22和右半轴21传递给左右车轮驱动车辆行驶；二是发动机1与电机18联合驱动模式：此时，电机18处于驱动电机模式，发动机1将动力由弹性减震器2传递给第一转臂4，第一转臂4将动力经第一行星轮6传递给第一太阳轮5，同时，电机18从车载电源处获得电能并通过电机转子转换成动力后传递给第一太阳轮5和第二太阳轮11，来自发动机1和电机18的动力叠加后经第二行星轮12传递给第二转臂14，第二转臂14将动力通过第一输出齿轮16和第二输出齿轮19传递给差速器总成20，差速器总成20将动力经左半轴22和右半轴21传递给左右车轮驱动车辆行驶；三是发动机1边驱动边发电模式：此时，电机18处于发电机模式，发动机1将动力由弹性减震器2传递给第一转臂4，第一转臂4将动力经第一行星轮6传递给第一太阳轮5，第一太阳轮5将动力传递给第二太阳轮11，其中一部分动力由第二太阳轮11经第二行星轮12传递给第二转臂14，第二转臂14将动力通过第一输出齿轮16和第二输出齿轮19传递给差速器总成20，差速器总成20将动力经左半轴22和右半轴21传递给左右车轮驱动车辆行驶；另外一部分动力由第一太阳轮5和第二太阳轮11由电机轴10传递给电机转子，电机18将转子动能转换成电能存储到车载电源中。

2、电机单独驱动/制动能量回收模式。当第一内齿圈7处于自由转动状态、第二内齿圈13锁止时，单电机双星排混合动力装置可以处于纯电动驱动模式或者电制动能量回收模式；其中，当处于纯电动驱动模式时，此时，发动机1与车轮间处于动力中断状态，电机18从车载电源处获得电能并通过电机转子转换成动力后传递给第一太阳轮5和第二太阳轮11，第二太阳轮11将动力经第二行星轮12传递给第二转臂14，第二转臂14将动力通过第一输出齿轮16和第二输出齿轮19传递给差速器总成20，差速器总成20将动力经左半轴22和右半轴21传递给左右车轮驱动车辆行驶；当处于电制动能量回收模式时，车辆动能由左半轴22和右半轴21传递给差速器总成20，差速器总成20将动能经第一输出齿轮16和第二输出齿轮19传递给第二转臂14，第二转臂14将动能由第二行星轮12传递给第二太阳轮11，第二太阳轮11将动能由电机轴10传递给电机转子，电机18将动能转换成电能存储到车载电源中。

3、发动机高效发电/快速启动模式。当第一内齿圈7被锁止、第二内齿圈13处于自由转动状态时，单电机交互发动机多模动力系统可以处于高效大功率发电模式或者快速启动发动机模式，其中当处于高效大功率发电模式时，发动机1通过弹性减震器2将动力传递给第一转臂4，第一转臂4将动力由第一行星轮6传递给第一太阳轮5带动电机转子转动，电机18将转子动能转换成电能存储到车载电源中；当处于快速启动发动机1模式时，电机18从车载电源处获得电能并通过转子转换成动力后由电机轴10传递给第一太阳轮5，第一太阳轮5将动力由第一行星轮6传递给第一转臂4，第一转臂4将动力由弹性减震器2传递给发动机1曲轴，带动发动机1快速启动。

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。