一种基于三行星排的多模混合动力耦合装置的制作方法

本发明涉及汽车动力系统技术领域，特别涉及一种基于三行星排的多模混合动力耦合装置。

背景技术：

目前，国内外混合动力系统多采用串联式、并联式和混联式三种构型。其中，串联式实现了发动机与驱动轮之间的机械解耦，而电机的牵引特性又接近转矩-转速特性，比较适合重型越野车辆，但由于存在能量的二次转换，综合效率偏低；并联式虽然不存在能量二次转换，但由于发动机与驱动轮处于机械耦合，发动机的运行点大多时候固定在狭小的转速-转矩区域，因此发动机的综合效率仍然难以控制；混联式在乘用车领域应用较多，由于乘用车重量较轻，其动力耦合装置受成本和布置空间限制，只设有一到两个工作模式，整体传动范围较小，因此并不适合重型越野车辆对大传动比范围的需求。

但本申请发明人在实现本申请实施例中技术方案的过程中，发现上述现有技术至少存在如下技术问题：

重型越野车辆自重变化范围大、路况复杂多变，因此要求传动系统具有宽广的传动比范围。运用混合驱动技术时，如果直接采用乘用车上的动力耦合装置，存在传动比范围偏小，驱动力不足的问题；而直接采用串联混合传动耦合装置，又存在电能与机械能的二次装换，影响了传动效率。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于三行星排的多模混合动力耦合装置，解决了现有技术中动力耦合装置传动比范围小，驱动力不足，传动效率低的技术问题，达到了扩大传动比范围，增大驱动力，提高传动效率，降低油耗和排放的技术效果。

本发明提供了一种基于三行星排的多模混合动力耦合装置，所述动力耦合装置包括：发动机、第一电机、第二电机、第一行星排、第二行星排、第三行星排、第一离合器、第二离合器、第一制动器、第二制动器、第三制动器和第四制动器；其中，所述第一行星排包括第一太阳轮、第一行星架和第一齿圈，所述第二行星排包括第二太阳轮、第二行星架和第二齿圈，所述第三行星排包括第三太阳轮、第三行星架和第三齿圈；且，所述发动机通过所述第一离合器与所述第一行星架连接；所述第一电机的转子与所述第一太阳轮、所述第一制动器连接；所述第二制动器与所述第一齿圈连接，所述第一齿圈通过所述第二离合器与所述第三行星架连接；所述第三行星架与底盘传动装置连接；所述第二齿圈与所述第三制动器连接；所述第三齿圈与所述第四制动器连接；所述第二行星架与所述第三齿圈连接；所述第二电机的转子与所述第二太阳轮、所述第三太阳轮连接。

优选的，所述第一电机、所述第二电机与同一个蓄电池组连接。

本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：

1、本发明实施例提供了一种基于三行星排的多模混合动力耦合装置，所述动力耦合装置包括：发动机、第一电机、第二电机、第一行星排、第二行星排、第三行星排、第一离合器、第二离合器、第一制动器、第二制动器、第三制动器和第四制动器；其中，所述第一行星排包括第一太阳轮、第一行星架和第一齿圈，所述第二行星排包括第二太阳轮、第二行星架和第二齿圈，所述第三行星排包括第三太阳轮、第三行星架和第三齿圈；且，所述发动机通过所述第一离合器与所述第一行星架连接；所述第一电机的转子与所述第一太阳轮、所述第一制动器连接；所述第二制动器与所述第一齿圈连接，所述第一齿圈通过所述第二离合器与所述第三行星架连接；所述第三行星架与底盘传动装置连接；所述第二齿圈与所述第三制动器连接；所述第三齿圈与所述第四制动器连接；所述第二行星架与所述第三齿圈连接；所述第二电机的转子与所述第二太阳轮、所述第三太阳轮连接。通过上述动力耦合装置解决了现有技术中动力耦合装置传动比范围小，驱动力不足，传动效率低的技术问题，达到了扩大传动比范围，增大驱动力，提高传动效率，降低油耗和排放的技术效果。

2、本发明实施例通过所述第一电机、所述第二电机与同一个蓄电池组连接，达到了提高所述动力耦合装置结构紧凑性的技术效果。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

图1为本发明实施例中一种基于三行星排的多模混合动力耦合装置的结构示意图；

图2为图1所示的动力耦合装置的速比杠杆分析图；

图3为图1所示的动力耦合装置的串联驱动模式低挡杠杆模型图；

图4为图1所示的动力耦合装置的串联驱动模式高挡杠杆模型图；

图5为图1所示的动力耦合装置的并联和混联驱动模式低挡杠杆模型图；

图6为图1所示的动力耦合装置的并联和混联驱动模式高挡杠杆模型图；

图7为图1所示的动力耦合装置的纯电驱动模式起步杠杆模型图。

附图标记说明：发动机1；第一离合器2；第一电机3；第一太阳轮4；第一行星架5；第一齿圈6；第一制动器7；第二制动器8；第二离合器9；第二电机10；第二太阳轮11；第三太阳轮12；第二行星架13；第二齿圈14；第三制动器15；第四制动器16；第三齿圈17；第三行星架18；底盘传动装置19；车轮20。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种基于三行星排的多模混合动力耦合装置，解决了现有技术中动力耦合装置传动比范围小，驱动力不足，传动效率低的技术问题，达到了扩大传动比范围，增大驱动力，提高传动效率，降低油耗和排放的技术效果。

本发明实施例中的技术方案，总体结构如下：

一种基于三行星排的多模混合动力耦合装置，所述动力耦合装置包括：发动机、第一电机、第二电机、第一行星排、第二行星排、第三行星排、第一离合器、第二离合器、第一制动器、第二制动器、第三制动器和第四制动器；其中，所述第一行星排包括第一太阳轮、第一行星架和第一齿圈，所述第二行星排包括第二太阳轮、第二行星架和第二齿圈，所述第三行星排包括第三太阳轮、第三行星架和第三齿圈；且，所述发动机通过所述第一离合器与所述第一行星架连接；所述第一电机的转子与所述第一太阳轮、所述第一制动器连接；所述第二制动器与所述第一齿圈连接，所述第一齿圈通过所述第二离合器与所述第三行星架连接；所述第三行星架与底盘传动装置连接；所述第二齿圈与所述第三制动器连接；所述第三齿圈与所述第四制动器连接；所述第二行星架与所述第三齿圈连接；所述第二电机的转子与所述第二太阳轮、所述第三太阳轮连接。通过上述动力耦合装置解决了现有技术中动力耦合装置传动比范围小，驱动力不足，传动效率低的技术问题，达到了扩大传动比范围，增大驱动力，提高传动效率，降低油耗和排放的技术效果。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本发明实施例提供了一种基于三行星排的多模混合动力耦合装置，请参考图1-7，所述耦合装置包括：发动机1、第一电机3、第二电机10、第一行星排、第二行星排、第三行星排、第一离合器2、第二离合器9、第一制动器7、第二制动器8、第三制动器15和第四制动器16。

其中，所述第一行星排包括第一太阳轮4、第一行星架5和第一齿圈6，所述第二行星排包括第二太阳轮11、第二行星架13和第二齿圈14，所述第三行星排包括第三太阳轮12、第三行星架18和第三齿圈17。

且，所述发动机1通过所述第一离合器2与所述第一行星架5连接，所述第一电机3的转子与所述第一太阳轮4、所述第一制动器7连接，所述第二制动器8与所述第一齿圈6连接，所述第一齿圈6通过所述第二离合器9与所述第三行星架18连接，所述第三行星架18作为所述动力耦合装置的输出端与底盘传动装置19连接，所述底盘传动装置19驱动所述车轮20转动。所述第二齿圈14与所述第三制动器15连接，所述第三齿圈17与所述第四制动器16连接，所述第二行星架13与所述第三齿圈17连接，所述第二电机10的转子与所述第二太阳轮11、所述第三太阳轮12连接。

进一步的，所述第一电机3、所述第二电机10与同一个蓄电池组连接，结构紧凑。所述蓄电池组可以为所述第一电机3、所述第二电机10提供电能，所述第一电机3、所述第二电机10也可以向所述蓄电池组充电。

本发明通过控制所述第一离合器2、所述第二离合器9、所述第一制动器7、所述第二制动器8、所述第三制动器15和第四制动器16的结合与分离，可实现串联驱动模式、并联驱动模式、混联驱动模式、纯油驱动模式和纯电驱动模式，其中，串联驱动模式、并联驱动模式、混联驱动模式、纯油驱动模式均有低档和高档两个档位可供选择，各驱动模式的逻辑控制如表1所示。

表1各驱动模式逻辑表

(注：●代表结合、○代表分离)

所述第一行星排与所述第一电机3、所述发动机1、所述第一制动器7和所述第二制动器8组成前置单元，所述第二行星排和所述第三行星排与所述第二电机10、所述第三制动器15和所述第四制动器16组成后置单元。

在串联驱动模式时，所述发动机1通过所述第一行星排的增速，使得所述第一电机3处于发电状态，所述第一电机3根据所述蓄电池组的荷电状态，可全部供给所述第二电机10驱动、或部分供给所述第二电机10驱动，部分供给所述蓄电池组充电、或全部供给所述蓄电池组充电(此时车辆空挡静止)、或全部供电加所述蓄电池组供电给所述第二电机10驱动；在并联和混联驱动模式时，所述第一行星排通过增速降矩将所述发动机1的动力输出到所述后置单元，此时所述第一电机3不工作。

在串联驱动模式时，所述第二电机10同时驱动所述第二太阳轮11和所述第三太阳轮12，通过结合所述第三制动器15或所述第四制动器16，可分别挂高、低两挡；在并联或混联驱动模式时，从所述前置单元输出的动力直接传递给所述底盘传动装置19，此时，根据车辆负载的大小，所述第二电机10可选择电动状态进入并联驱动模式，或者选择发电状态进入混联驱动模式，这两种状态下，可通过切换所述第三制动器15或所述第四制动器16的结合状态，分别挂高、低两挡。

在对噪声或排放要求高的场所，可通过分离所述第一离合器2采用纯电驱动模式起步，此时，由所述后置单元通过所述第二电机10驱动，当到达一定车速后，通过所述前置单元带动所述第一行星架5旋转，结合所述第一离合器2后即可启动所述发动机1，进入混合驱动模式。

当车辆负载正好让所述发动机1处于经济区域时，所述后置单元的所述第三制动器15和所述第四制动器16均可分离，所述第二电机10不工作，此时所述第一电机3被所述第一制动器7锁定也不工作，车辆处于纯发动机驱动状态。

所述动力耦合装置实现了3个传动速比，如附图2所示，速比分别为i1＝1+k3、i2＝1+k2k3/1+k2+k3、i3＝k1/1+k1。

在本发明实施例中，通过上述动力耦合装置解决了现有技术中动力耦合装置传动比范围小，驱动力不足，传动效率低的技术问题，达到了扩大传动比范围，增大驱动力，提高传动效率，降低油耗和排放的技术效果。

实施例二

为了更清楚的阐述本发明，本申请还提供了一种基于三行星排的多模混合动力耦合装置的九种工作模式的详细说明，请参考图1-7、表1。

1、串联驱动模式低挡：所述第一离合器2、所述第二制动器8、所述第四制动器16结合，所述第二离合器9、所述第一制动器7、所述第三制动器15分离。所述发动机1的动力通过所述第一行星架5传递给所述第一太阳轮4，带动所述第一电机3增速发电，电能按需供给所述第二电机10或所述蓄电池组，所述第二电机10驱动行所述第三太阳轮12将动力传递给所述第三行星架18，输出动力，此时，所述动力耦合装置的速比为i1＝1+k3，杠杆模型见附图3。

2、串联驱动模式高挡：所述第一离合器2、所述第二制动器8、所述第三制动器15结合，所述第二离合器9、所述第一制动器7、第四制动器16分离。所述发动机1的动力通过所述第一行星架5传递给所述第一太阳轮4，带动所述第一电机3增速发电，电能按需供给所述第二电机10或所述蓄电池组，所述第二电机10驱动所述第二太阳轮11将动力传递给所述第三行星架18，输出动力，此时，所述动力耦合装置的速比为i2＝1+k2k3/1+k2+k3，杠杆模型见附图4。

3、并联驱动模式低挡：所述第一离合器2、所述第一制动器7、所述第二离合器9、所述第三制动器15结合，所述第二制动器8、所述第四制动器16分离，所述发动机1动力通过所述第一齿圈6传动到所述第三行星架18，同时，所述第二电机10在较低转速下输出扭矩给所述第三太阳轮12，即所述动力耦合装置输出的动力为所述第三行星架18和所述第三太阳轮12输出扭矩的合成，此时，所述动力耦合装置的速比为i2i3＝(k2k3/1+k2+k3)(k1/1+k1)，杠杆模型见附图5。

4、并联驱动模式高挡：所述第一离合器2、所述第一制动器7、所述第二离合器9、所述第四制动器16结合，所述第二制动器8、所述第三制动器15分离，所述发动机1动力通过所述第一齿圈6传动到所述第三行星架18，同时，所述第二电机10在较高转速下输出扭矩给所述第二太阳轮11，并最终输出到所述第三齿圈17，即所述动力耦合装置输出的动力为所述第三行星架18和所述第三齿圈17输出扭矩的合成，此时，所述动力耦合装置的速比为i1i3＝(1+k3)(k1/1+k1)，杠杆模型见附图6。

5、混联驱动模式低档：所述第一离合器2、所述第一制动器7、所述第二离合器9、所述第三制动器15结合，所述第二制动器8、所述第四制动器16分离，所述第二电机10根据车辆负载大小，可选择发电或电动状态，在所述第三行星排处实现转矩耦合。

6、混联驱动模式高档：所述第一离合器2、所述第一制动器7、所述第二离合器9、所述第四制动器16结合，所述第二制动器8、所述第三制动器15分离，所述第二电机10根据车辆负载大小，可选择发电或电动状态，在所述第三行星排处实现转矩耦合。

7、纯油驱动模式低挡；所述第一离合器2、所述第二离合器9、所述第一制动器7和所述第四制动器16均闭合，所述第二制动器8和所述第三制动器15分离，第一电机3和所述第二电机10均不工作，所述发动机1的动力通过所述第一齿圈6和所述第三行星架18直接输出。

8、纯油驱动模式高挡；所述第一离合器2、所述第二离合器9、所述第一制动器7、所述第三制动器15闭合，所述第二制动器8、所述第四制动器16分离，所述第一电机3和所述第二电机10均不工作，所述发动机1动力通过所述第一齿圈6和所述第三行星架18直接输出。

9、纯电驱动模式起步：所述第二离合器9、所述第一制动器7、所述第四制动器16结合，所述第一离合器2、所述第二制动器8、所述第三制动器15分离，所述第二电机10动力通过所述第三太阳轮12传递至所述第三行星架18驱动车辆起步，同时所述第一齿圈6通过所述第二离合器9旋转，所述第一太阳轮4被锁定，因此所述第一行星架5旋转，当达到规定车速后，所述第一离合器2结合，带动所述发动机1旋转启动，杠杆模型见附图7。

在本发明实施例中，通过上述动力耦合装置实现了九种工作模式，解决了现有技术中动力耦合装置传动比范围小，驱动力不足，传动效率低的技术问题，达到了扩大传动比范围，增大驱动力，提高传动效率，降低油耗和排放的技术效果。

本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：

1、本发明实施例提供了一种基于三行星排的多模混合动力耦合装置，所述动力耦合装置包括：发动机、第一电机、第二电机、第一行星排、第二行星排、第三行星排、第一离合器、第二离合器、第一制动器、第二制动器、第三制动器和第四制动器；其中，所述第一行星排包括第一太阳轮、第一行星架和第一齿圈，所述第二行星排包括第二太阳轮、第二行星架和第二齿圈，所述第三行星排包括第三太阳轮、第三行星架和第三齿圈；且，所述发动机通过所述第一离合器与所述第一行星架连接；所述第一电机的转子与所述第一太阳轮、所述第一制动器连接；所述第二制动器与所述第一齿圈连接，所述第一齿圈通过所述第二离合器与所述第三行星架连接；所述第三行星架与底盘传动装置连接；所述第二齿圈与所述第三制动器连接；所述第三齿圈与所述第四制动器连接；所述第二行星架与所述第三齿圈连接；所述第二电机的转子与所述第二太阳轮、所述第三太阳轮连接。通过上述动力耦合装置解决了现有技术中动力耦合装置传动比范围小，驱动力不足，传动效率低的技术问题，达到了扩大传动比范围，增大驱动力，提高传动效率，降低油耗和排放的技术效果。

2、本发明实施例通过所述第一电机、所述第二电机与同一个蓄电池组连接，达到了提高所述动力耦合装置结构紧凑性的技术效果。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。