專利名稱：雙模兩級行星輪混合動力傳動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混合動力傳動裝置，尤其是一種采用行星齒輪傳動的傳動裝置。
背景技術(shù)：
混合動力汽車作為一種新興的節(jié)能環(huán)保型汽車，其技術(shù)和市場處于一種蓬勃的發(fā)展階段，重視和扶持我國的混合動力汽車產(chǎn)業(yè)，是快速縮短與世界汽車技術(shù)水平差距的發(fā)展良機(jī)，也是保障我國汽車行業(yè)健康持續(xù)發(fā)展的重要機(jī)遇?；旌蟿恿ζ?HEV)與傳統(tǒng)汽車及純電動汽車相比，最大差別是動力系統(tǒng)。對于并聯(lián)和混聯(lián)式HEV，動力耦合系統(tǒng)負(fù)責(zé)將HEV的多個動力組合在一起，實現(xiàn)多動力源間合理的功率分配并把動力傳給驅(qū)動橋，它在HEV開發(fā)中處于重要地位，其性能直接關(guān)系到HEV整車性能是否達(dá)到設(shè)計要求，是HEV最核心部分。行星輪系具有多自由度、輸入輸出靈活可控的特點，而且結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、速比大、因此被越來越多的混合動力汽車動力耦合系統(tǒng)所采用，這也是當(dāng)今混合動力汽車動力總成發(fā)展的一種趨勢。1997年豐田推出首款混合動力汽車Prius，2005年又推出了搭載最新第3代機(jī)電混合動力系統(tǒng)的2006款Prius，仍采用THS混聯(lián)式結(jié)構(gòu)，靈巧精密的行星齒輪系統(tǒng)對發(fā)動機(jī)的輸出功率進(jìn)行重新分配，達(dá)到合理平衡發(fā)動機(jī)負(fù)荷的目的。圖I所示即為豐田Prius混合動力傳動裝置結(jié)構(gòu)圖，其中I、發(fā)動機(jī)，2、曲軸，3、減速器，4、發(fā)電機(jī)MGl，5、行星齒輪系，
6、太陽輪，7、行星輪，8、外齒圈，8a、齒圈主動鏈輪，9、行星架，10、無聲鏈，11、減速齒輪，12、被動齒輪。13，減速齒輪，14、差速器，15a、b、驅(qū)動車輪，16、電動機(jī)MG2。其混合動力系統(tǒng)總成由發(fā)動機(jī)(Engine)、發(fā)電機(jī)(MGl)、電動機(jī)(MG2)、動力耦合系統(tǒng)、逆變器以及動力蓄電池等部件組成。在此機(jī)構(gòu)中發(fā)動機(jī)與行星架相聯(lián)，通過行星齒輪將動力傳遞給外齒圈和太陽輪，齒圈軸與電動機(jī)和傳動軸相聯(lián)，太陽輪軸與發(fā)電機(jī)相聯(lián)。該系統(tǒng)將發(fā)動機(jī)大部分轉(zhuǎn)矩直接傳遞到驅(qū)動軸上，將小部分轉(zhuǎn)矩傳給發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能根據(jù)指令用于電池充電或電動機(jī)，以增加驅(qū)動力。這種結(jié)構(gòu)可以通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速使其產(chǎn)生變化，使發(fā)動機(jī)一直處于高效率區(qū)或低排放區(qū)。此外，通過調(diào)節(jié)行星排各元件的轉(zhuǎn)速，使其像無級變速器一樣工作。此結(jié)構(gòu)特點
1)動力耦合系統(tǒng)采用了一單行星排三軸傳動系統(tǒng)；
2)兩電機(jī)分別布置在行星排的兩側(cè)；
3)行星排的輸出齒圈與中間齒輪軸之間采用了鏈傳動技術(shù)；
4)由于行星齒輪實現(xiàn)無極變速，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與車速沒有直接關(guān)系；并且發(fā)動機(jī)是主動力源，在整個運行過程中，發(fā)動機(jī)提供全部能量。因此，整車控制的關(guān)鍵是尋找某功率下發(fā)動機(jī)的最佳效率點，即通過調(diào)節(jié)電機(jī)MGl的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)發(fā)動機(jī)優(yōu)化控制。5)電機(jī)MG2輸出軸與行星排外齒圈固接，純電動起步時，只需要對MG2進(jìn)行控制，系統(tǒng)驅(qū)動控制實現(xiàn)非常簡單?，F(xiàn)有技術(shù)缺點I、電機(jī)布置方式
兩個電機(jī)布置在行星排的兩側(cè)，冷卻系統(tǒng)布置復(fù)雜、電機(jī)系統(tǒng)集成度低、并且行星排兩側(cè)左右傳動軸不等長，不利于前艙布置。電機(jī)MGl和發(fā)動機(jī)并排布置于行星排右側(cè)，由于兩者距離比較近，并且 MGl的最佳工作溫度為60°C小于發(fā)動機(jī)最佳工作溫度90°C，因此MGl殼體會受到發(fā)動機(jī)殼體散熱的影響快速升高，會造成電機(jī)冷卻系統(tǒng)經(jīng)常處于冷卻MGl的工作狀態(tài)，影響整車效率。由于MGl和MG2共用一套冷卻系統(tǒng)，MGl和MG2布置在行星排的兩側(cè)，散熱系統(tǒng)比較復(fù)雜，集成度低，帶來了成本增加，可靠性低。2、單排行星輪系減速比過低對系統(tǒng)造成影響
(a)混合動力系統(tǒng)對電機(jī)性能要求過高
混合動力系統(tǒng)對電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化范圍寬，對電機(jī)制造精度、轉(zhuǎn)速/扭矩特性及其動平衡要求十分苛刻。(b)混合動力系統(tǒng)對空間布置要求過高；
為了達(dá)到足夠的減速比，傳動齒輪減速系統(tǒng)對空間布置要求過高，該減速裝置采用了包括鏈傳動的多級傳動部件，進(jìn)一步加大了系統(tǒng)的復(fù)雜性。3、電機(jī)MGl的鎖止功能缺失，某些工況下其工作效率下降明顯；
在某些車輛行駛工況過程中，由于需求功率的浮動造成了電機(jī)MGl總是需要控制在零轉(zhuǎn)速上下浮動來調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的功率輸出。在此工況下，MGl的工作效率非常低，并且系統(tǒng)的輸出功率與功率需求總是會有一些波動，還存在一定的滯后性，這都增加了控制的上的難度。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題
本發(fā)明就是為了克服上述缺點，設(shè)計開發(fā)了一套混合動力車專用的雙模兩級行星輪混合動力傳動裝置，通過巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)高效的傳動，同時可以降底對電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的要求，能夠?qū)崿F(xiàn)混合動力汽車多動力源的耦合，實現(xiàn)混合動力汽車控制的各項功能的要求。技術(shù)方案
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種雙模兩級行星輪混合動力傳動裝置，包括發(fā)動機(jī)、第一電機(jī)、第二電機(jī)、行星架以及差速器，其特征在于在所述的行星架設(shè)置有第一行星排和第二行星排，所述的第一行星排包括第一級行星輪和第二級行星輪，所述的第二行星排也包括第一級行星輪和第二級行星輪，所述的第一行星排的第一級行星輪與第一行星排的太陽輪嚙合，所述的第一行星排的第二級行星輪與第一行星排的外齒圈嚙合，所述的第二行星排的第一級行星輪與第二行星排的太陽輪嚙合，所述的第二行星排的第二級行星輪與第二行星排的外齒圈嚙合，所述的第一行星排的第二級行星輪與所述的第二行星排的第二級行星輪也嚙合；所述的第一行星排的外齒圈與所述的發(fā)動機(jī)連接，所述的第二電機(jī)與第一行星排的太陽輪連接，所述的第一行星排的太陽輪還通過第一濕式離合器的閉合與第二行星排的太陽輪連接，所述的第二行星排的外齒圈與所述的差速器連接；所述的第一電機(jī)與所述的行星架連接，所述的行星架通過第二濕式離合器的閉合與第一行星排的的外齒圈連接。
在所述的行星架上還設(shè)置有一鎖止該行星架的第一制動器，在所述的第二行星排上還設(shè)置有一鎖止第二行星排太陽輪的第二制動器。本發(fā)明的創(chuàng)新點
(I)這種雙模兩級行星輪混合動力傳動裝置是一款國內(nèi)原創(chuàng)的機(jī)電一體化混合動力變速系統(tǒng)驅(qū)動總成，其核心是雙星行排五軸齒輪傳動系統(tǒng)；
(2 )雙電機(jī)布置在行星排的同側(cè)，發(fā)動機(jī)布置在行星排另一側(cè)，其控制與冷卻系統(tǒng)更易集成化；
(3)雙電機(jī)布置在行星排同側(cè)，可以實現(xiàn)電機(jī)制造和裝配上的集成，減小傳動系統(tǒng)體積，有利于整車結(jié)構(gòu)布置；
(4)采用兩級行星輪傳動，可以實現(xiàn)純電動工況下，電機(jī)轉(zhuǎn)速方向與輸出軸轉(zhuǎn)速方向的同步；
(5)在發(fā)動機(jī)啟動時，根據(jù)工況的不同，可以通過控制BI鎖止行星架C，使用電機(jī)MG2單獨啟動發(fā)動機(jī)，或者通過C2耦合外齒圈rl和行星架C，使用電機(jī)MGl單獨啟動發(fā)動機(jī)；兩種方案保證發(fā)動機(jī)啟動過程的可靠性；
(6)這種雙模結(jié)構(gòu)可以使得在純電動工況下，控制BO鎖止太陽輪s2實現(xiàn)電機(jī)MGl單獨純電動運行和雙電機(jī)聯(lián)合純電動運行，控制Cl耦合太陽輪Si和太陽輪s2實現(xiàn)電機(jī)MG2單獨純電動運行；
(7)這種雙模結(jié)構(gòu)可以使得在混合動力工況下，實現(xiàn)電機(jī)MGl與發(fā)動機(jī)混合動力運行，電機(jī)MG2與發(fā)動機(jī)混合動力運行，以及雙電機(jī)聯(lián)合與發(fā)動機(jī)混合動力運行；
(8)通過控制離合器Cl和C2使系統(tǒng)形成多種工作模式，可以降低對電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的要求，減小了電機(jī)的加工制造難度；
(9)采用雙電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，具有更多的自由度，可以使發(fā)動機(jī)始終工作在最佳的效率區(qū)域；
(10)利用離合器BI對電機(jī)MGl鎖止控制，以及制動器BO對太陽輪S2進(jìn)行鎖止，可以減小能量損耗，提聞了系統(tǒng)的效率；
(II)通過鎖止離合器C2使電機(jī)MGl和發(fā)動機(jī)等速同步，可以提高系統(tǒng)的效率。(12)通過控制離合器Cl和離合器C2同時鎖止，可以使輸出軸、雙電機(jī)及發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速同步，簡化控制方式。與技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是
1、雙模兩級行星輪混合動力傳動裝置利用BI對發(fā)電機(jī)MGl鎖止控制，以及利用BO對太陽輪s2鎖止控制，提高了系統(tǒng)的整體效率，而Prius不能夠?qū)Πl(fā)電機(jī)MGl進(jìn)行鎖止，始終有能量的轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)效率降低；
2、雙模兩級行星輪混合動力傳動裝置可以實現(xiàn)多種工作模式，可以降低對電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩要求以及對電機(jī)技術(shù)的要求，其直接效果是減小了電機(jī)的加工制造難度。


圖I是豐田Prius混合動力傳動裝置結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明雙模兩級行星輪混合動力傳動裝置結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
如圖2所示為雙模兩級行星輪混合動力傳動裝置結(jié)構(gòu)圖。該裝置由發(fā)動機(jī)(Engine)、扭轉(zhuǎn)減振器、電機(jī)MGl、電機(jī)MG2、制動器BO、制動器BI、濕式離合器Cl、濕式離合器C2、第一排行星排的外齒圈rl、太陽輪Si、第二行星排的外齒圈r2、太陽輪s2、兩個行星排共用的行星架C、主減速器、差速器等等部件組成。發(fā)動機(jī)(Engine)、扭轉(zhuǎn)減振器、電機(jī)MG1、電機(jī)MG2和差速器與雙行星排五軸傳動的連接關(guān)系如下所述發(fā)動機(jī)(Engine)與第一個行星排的外齒圈rl相連，電機(jī)MG2與第一個行星排的太陽輪Si相連，太陽輪si通過控制濕式離合器Cl的閉合與太陽輪s2相連，第二個行星排的外齒圈r2與差速器相連，電機(jī)MGl與雙行星排共用的行星架C相連，行星架通過控制濕式離合器C2的閉合與外齒圈rl相連，制動器BO在某些工況下可以鎖止太陽輪s2，制動器BI在某些工況下可以鎖止行星架C，兩行星排中與各自外齒圈嚙合的第二級行星輪相互嚙合。本發(fā)明傳動裝置的工作方式
通過混合動力汽車不同的工作模式對該方案的工作方式做描述
(I)發(fā)動機(jī)啟動在發(fā)動機(jī)啟動時，根據(jù)工況的不同，可以使用電機(jī)MGl啟動發(fā)動機(jī)，此時通過離合器C2耦合第一行星排外齒圈rl和行星架C，使得第一行星排太陽輪Si、第一行星排外齒圈rl和行星架C轉(zhuǎn)速同步，電機(jī)MGl轉(zhuǎn)動并輸出扭矩，動力通過行星架C、第一行星排外齒圈r I傳遞給發(fā)動機(jī),帶動發(fā)動機(jī)啟動；也可以使用電機(jī)MG2啟動發(fā)動機(jī),此時通過制動器BI鎖止行星架C，電機(jī)MG2轉(zhuǎn)動并輸出扭矩，動力通過第一行星排太陽輪Si、第一行星排外齒圈rl傳遞給發(fā)動機(jī)，帶動發(fā)動機(jī)啟動。兩種方案保證發(fā)動機(jī)啟動過程的可靠性；
(2 )純電動模式運行該傳動裝置可以實現(xiàn)電機(jī)MGl純電動運行，電機(jī)MG2純電動運行，以及雙電機(jī)聯(lián)合純電動運行。電機(jī)MGl純電動運行時，發(fā)動機(jī)熄火并因自身倒拖扭矩作用處于靜止?fàn)顟B(tài)，制動器BO鎖止第二行星排太陽輪s2，電機(jī)MGl轉(zhuǎn)動，動力通過行星架C、第二行星排外齒圈r2、差速器傳遞給車輪，電機(jī)MG2空轉(zhuǎn)；電機(jī)MG2純電動運行時，發(fā)動機(jī)熄火靜止，離合器Cl耦合第一行星排太陽輪Si和第二行星排太陽輪s2，使得兩者轉(zhuǎn)速同步，電機(jī)MG2轉(zhuǎn)動，動力通過第一行星排太陽輪Si、第二行星排太陽輪s2、第二行星排外齒圈r2、差速器傳遞給車輪，電機(jī)MGl空轉(zhuǎn)；雙電機(jī)聯(lián)合純電動時，電機(jī)MGl和電機(jī)MG2同時輸出扭矩作用于第二行星排外齒圈r2，帶動車輪轉(zhuǎn)動。(3)混合動力模式運行在混合動力低速模式下，發(fā)動機(jī)啟動，制動器BO鎖止第二行星排太陽輪s2，離合器C2耦合第一行星排外齒圈rl和行星架C，使得第一行星排太陽輪Si、第一行星排外齒圈rl和行星架C轉(zhuǎn)速同步，發(fā)動機(jī)的動力通過第一行星排外齒圈rl、行星架C、第二行星排外齒圈r2、差速器傳遞給車輪，通過調(diào)節(jié)電機(jī)MGl和MG2的扭矩，使輸出軸轉(zhuǎn)速增加，并將一部分發(fā)動機(jī)的扭矩傳遞給電機(jī)MG2發(fā)電,給蓄電池充電,從而使發(fā)動機(jī)工作在理想?yún)^(qū)域，提高系統(tǒng)效率；在混合動力高速模式下，制動器BO打開，離合器Cl和C2同時鎖止，使得第一行星排太陽輪Si、第一行星排外齒圈rl、第二行星排太陽輪s2、第二行星排外齒圈r2以及行星架C轉(zhuǎn)速同步，此時電機(jī)MGl和電機(jī)MG2做輔助動力，連同發(fā)動機(jī)一起保持汽車的高速運行。
權(quán)利要求
1.一種雙模兩級行星輪混合動力傳動裝置，包括發(fā)動機(jī)、第一電機(jī)、第二電機(jī)、行星架以及差速器，其特征在于在所述的行星架上設(shè)置有第一行星排和第二行星排，所述的第一行星排包括第一級行星輪和第二級行星輪，所述的第二行星排也包括第一級行星輪和第二級行星輪，所述的第一行星排的第一級行星輪與第一行星排的太陽輪嚙合，所述的第一行星排的第二級行星輪與第一行星排的外齒圈嚙合，所述的第二行星排的第一級行星輪與第二行星排的太陽輪嚙合，所述的第二行星排的第二級行星輪與第二行星排的外齒圈嚙合，所述的第一行星排的第二級行星輪與所述的第二行星排的第二級行星輪也嚙合；所述的第一行星排的外齒圈與所述的發(fā)動機(jī)連接，所述的第二電機(jī)與第一行星排的太陽輪連接，所述的第一行星排的太陽輪還通過第一濕式離合器的閉合與第二行星排的太陽輪連接，所述的第二行星排的外齒圈與所述的差速器連接；所述的第一電機(jī)與所述的行星架連接，所述的行星架通過第二濕式離合器的閉合與第一行星排的的外齒圈連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙行星排雙?；旌蟿恿鲃友b置，其特征在于在所述的行星架上還設(shè)置有一鎖止該行星架的第一制動器，在所述的第二行星排上還設(shè)置有一鎖止第二行星排太陽輪的第二制動器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙模兩級行星輪混合動力傳動裝置，包括發(fā)動機(jī)、第一電機(jī)、第二電機(jī)、行星架以及差速器，在所述的行星架上設(shè)置有第一行星排和第二行星排，所述的第一行星排包括第一級行星輪和第二級行星輪，所述的第二行星排也包括第一級行星輪和第二級行星輪，第一行星排的外齒圈與所述的發(fā)動機(jī)連接，第二電機(jī)與第一行星排的太陽輪連接，第二行星排的外齒圈與所述的差速器連接；所述的第一電機(jī)與所述的行星架連接，所述的行星架通過第二濕式離合器的閉合與第一行星排的的外齒圈連接。雙模兩級行星輪混合動力傳動裝置可以實現(xiàn)多種工作模式，可以降低對電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩要求以及對電機(jī)技術(shù)的要求，其直接效果是減小了電機(jī)的加工制造難度。
文檔編號B60K6/36GK102616127SQ20121009744
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月6日
發(fā)明者李舜酩, 汪東坪 申請人:南京航空航天大學(xué)